JP2009071027A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】現像処理後の基板を確実に乾燥させることが可能な基板処理装置および基板処理方法を提供する。
【解決手段】リンス液によって基板Ｗの上の現像液が洗い流された後、基板Ｗの回転速度が低下し、基板Ｗの表面全体にリンス液の液層Ｌが形成される。その後、基板Ｗの回転速度が上昇する。基板Ｗの回転速度の上昇により、遠心力が張力よりもやや大きくなることにより、液層Ｌは、周縁部の厚みが厚くなるとともに中心部の厚みが薄くなった状態で基板Ｗ上に保持される。続いて、ガス供給ノズル７５から液層Ｌの中心部に向けてガスが吐出され、液層Ｌの中心部にホールＨが形成される。それにより、液層Ｌの周縁部に働く遠心力に釣り合う張力が消滅する。また、ガスの吐出とともに基板Ｗの回転速度がさらに上昇する。それにより、液層Ｌが基板Ｗの外方に向かって移動する。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板の処理を行う基板処理装置および基板処理方法に関する。
半導体基板、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板等の各種基板に種々の処理を行うために、基板処理装置が用いられている。
基板処理装置では、例えば基板上に形成された感光性膜（レジスト膜）の現像処理が行われる。現像処理時には、基板上のレジスト膜に現像液が供給される。所定時間経過後、基板上にリンス液が供給され、現像処理が停止されるとともに基板上の現像液が洗い流される。続いて、基板を高速で回転させることによって基板上のリンス液が振り切られ、基板が乾燥する（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−３１４８８号公報
通常、遠心力を利用して基板の乾燥を行う場合、基板上にリンス液の微小な液滴が残留することがある。これは、微小な液滴にはその質量に応じた小さな遠心力しか働かないので、基板から引き離すことが困難となるためである。特に、基板の中心部近傍に微小な液滴が付着している場合、その液滴にはより小さな遠心力しか働かないので、微小液滴を取り除くことはさらに困難となる。
また、現像処理後のレジスト膜には親水性部分と疎水性部分とが混在しており、レジスト膜上におけるリンス液の保持力にばらつきが生じる。このことも基板上にリンス液が残留しやすくなる原因である。このように基板上に液滴が残留すると、現像欠陥が生じる。
本発明の目的は、現像処理後の基板を確実に乾燥させることが可能な基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
（１）第１の発明に係る基板処理装置は、露光処理後の基板に現像処理を行う基板処理装置であって、基板を略水平に保持する基板保持手段と、基板保持手段により保持された基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させる回転駆動手段と、基板保持手段に保持された基板上に現像液を供給する現像液供給手段と、基板保持手段に保持された基板上にリンス液を供給することにより基板上の現像液を洗い流した後、基板上にリンス液の液層を形成する液層形成手段と、回転駆動手段により基板が回転される状態で、液層形成手段により基板上に形成された液層の中心部に向けて気体を吐出する気体吐出手段とを備えるものである。
その基板処理装置においては、基板保持手段に保持された基板上に現像液供給手段により現像液が供給され、基板の現像処理が行われる。現像処理後、液層形成手段により基板上にリンス液が供給されることにより基板上の現像液が洗い流された後、基板上にリンス液の液層が形成される。
そして、回転駆動手段により基板が回転される状態で、気体吐出手段により基板上の液層の中心部に向けて気体が吐出される。この場合、液層は複数の領域に分離せずに表面張力により円環形状を保持した状態で一体的に基板の外方へ移動する。それにより、微小液滴の形成が抑制され、基板を確実に乾燥させることができる。したがって、基板上に残留する液体に起因する現像欠陥の発生を確実に防止することができる。
（２）回転駆動手段は、液層形成手段による液層の形成時に基板を第１の回転速度で回転させ、液層形成手段による液層の形成後に基板の回転速度を第２の回転速度まで段階的または連続的に上昇させ、気体吐出手段は、第１の回転速度よりも高く第２の回転速度よりも低い第３の回転速度で回転する基板上の液層に気体を吐出してもよい。
この場合、液層の形成時には回転駆動手段により基板が第１の回転速度で回転される。それにより、基板が水平面に対して僅かに傾いた状態であっても、液層を基板上に均一に形成することができる。
液層の形成後には、回転駆動手段により基板の回転速度が段階的または連続的に上昇する。それにより、液層の周縁部に働く外方への遠心力が増加する。一方、液層の中心部には遠心力に対する張力が働き、液層は外方に飛散することなく基板上で保持される。
基板の回転速度が上昇する過程で、基板の回転速度が第１の回転速度よりも高く第２の回転速度よりも低い第３の回転速度であるときに、気体吐出手段により基板上の液層の中心部に向けて気体が吐出される。それにより、液層に働く張力が消滅し、遠心力により液層が基板の外方に向かって移動する。この場合、液層は複数の領域に分離せずに、表面張力により円環形状を保持した状態で一体的に基板の外方へ移動する。そのため、基板上における微小液滴の形成が抑制され、基板上の液層を確実に取り除くことができる。
（３）回転駆動手段は、液層形成手段による液層の形成後であって気体吐出手段による気体の吐出前に、基板の回転速度を第１の回転速度よりも高く第２の回転速度よりも低い第４の回転速度に所定時間維持してもよい。
この場合、液層が基板上の全域に広がるとともに、液層が基板上に安定に保持される。それにより、気体吐出手段による気体の吐出前に液層が基板の外方に飛散することが確実に防止されるとともに、気体の吐出時に、確実に円環形状を保持した状態で液層を一体的に基板の外方へ移動させることができる。
（４）基板処理装置は、液層形成手段により基板上に形成された液層の厚さを検出する層厚検出器と、層厚検出器により検出された液層の厚さに基づいて回転駆動手段による基板の回転速度および気体吐出手段による気体の吐出タイミングを制御する制御部とをさらに備えてもよい。
この場合、液層の中心部が十分に薄くなりかつ遠心力により液層が複数の領域に分離しない状態で気体を吐出することができるので、液層の中心部に働く張力を確実に消滅させ、円環形状を保持した状態で液層を一体的に基板の外方へ移動させることができる。それにより、基板上の液層を確実に取り除くことができる。
（５）第２の発明に係る基板処理方法は、基板を略水平に保持する工程と、保持された基板上に現像液を供給する工程と、基板上にリンス液を供給して現像液を洗い流す工程と、現像液が洗い流された後に基板上にリンス液の液層を形成する工程と、基板を回転させるとともに基板上の液層の中心部に向けて気体を吐出する工程とを備えるものである。
その基板処理方法においては、基板が略水平に保持された状態で基板上に現像液が供給され、基板の現像処理が行われる。現像処理後、基板上にリンス液が供給され、基板上の現像液が洗い流される。
その後、基板上にリンス液の液層が形成される。そして、基板が回転される状態で、基板上の液層の中心部に向けて気体が吐出される。この場合、液層は複数の領域に分離せずに表面張力により円環形状を保持した状態で一体的に基板の外方へ移動する。それにより、微小液滴の形成が抑制され、基板を確実に乾燥させることができる。したがって、基板上に残留する液体に起因する現像欠陥の発生を確実に防止することができる。
本発明によれば、基板上における微小液滴の形成が抑制され、基板を確実に乾燥させることができる。したがって、基板上に残留する液体に起因する現像欠陥の発生を確実に防止することができる。
以下、本発明の実施の形態に係る基板処理装置および基板処理方法について図面を用いて説明する。以下の説明において、基板とは、半導体基板、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板等をいう。
（１）構成
図１は本実施の形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図である。この基板処理装置においては、露光処理が施された基板上のレジスト膜に現像処理が施される。
図１に示すように、基板処理装置１００は、基板Ｗを水平に保持するとともに、基板Ｗの中心を通る鉛直な回転軸の周りで基板Ｗを回転させるためのスピンチャック２１を備える。
スピンチャック２１は、チャック回転駆動機構３６によって回転される回転軸２５の上端に固定されている。また、スピンチャック２１には吸気路（図示せず）が形成されており、スピンチャック２１上に基板Ｗを載置した状態で吸気路内を排気することにより、基板Ｗの下面をスピンチャック２１に真空吸着し、基板Ｗを水平姿勢で保持することができる。
スピンチャック２１の外方には、モータ６０，７０が設けられている。モータ６０には、回動軸６１が接続されている。回動軸６１には、アーム６２が水平方向に延びるように連結され、アーム６２の先端に液供給ノズル６５が設けられている。モータ６０により回動軸６１が回転するとともにアーム６２が回動し、液供給ノズル６５がスピンチャック２１により保持された基板Ｗの上方に移動する。
モータ６０，回動軸６１，アーム６２の内部を通るように供給管６３が設けられている。供給管６３は、バルブＶａおよびバルブＶｂを介して現像液供給源Ｒ１およびリンス液供給源Ｒ２に接続されている。バルブＶａ，Ｖｂの開閉を制御することにより、液供給ノズル６５に供給する処理液の選択および供給量の調整を行うことができる。具体的には、バルブＶａが開かれることにより液供給ノズル６５に現像液が供給され、バルブＶｂが開かれることにより液供給ノズル６５にリンス液が供給される。リンス液としては例えば純水が用いられる。
モータ７０には、回動軸７１が接続されている。回動軸７１には、アーム７２が水平方向に延びるように連結され、アーム７２の先端にガス供給ノズル７５が設けられている。モータ７０により回動軸７１が回転するとともにアーム７２が回動し、ガス供給ノズル７５がスピンチャック２１により保持された基板Ｗの上方に移動する。
モータ７０、回動軸７１およびアーム７２の内部を通るように供給管７３が設けられている。供給管７３は、バルブＶｃを介してガス供給源Ｒ３に接続されている。バルブＶｃが開かれることにより、ガス供給ノズル７５にガスが供給される。ガスとしては、例えば窒素ガス等の不活性ガスまたはエア（空気）が用いられる。
スピンチャック２１に保持された基板Ｗは、処理カップ２３内に収容される。処理カップ２３の内側には、筒状の仕切壁３３が設けられている。また、スピンチャック２１の周囲を取り囲むように、基板Ｗの処理に用いられた処理液（リンス液または現像液）を排液するための排液空間３１が形成されている。さらに、排液空間３１を取り囲むように、処理カップ２３と仕切壁３３との間に、基板Ｗの処理に用いられた処理液を回収するための回収液空間３２が形成されている。
排液空間３１には、排液処理装置（図示せず）へ処理液を導くための排液管３４が接続され、回収液空間３２には、回収処理装置（図示せず）へ処理液を導くための回収管３５が接続されている。
処理カップ２３の上方には、基板Ｗからの処理液が外方へ飛散することを防止するためのガード２４が設けられている。このガード２４は、回転軸２５に対して回転対称な形状からなっている。ガード２４の上端部の内面には、断面く字状の排液案内溝４１が環状に形成されている。
また、ガード２４の下端部の内面には、外側下方に傾斜する傾斜面からなる回収液案内部４２が形成されている。回収液案内部４２の上端付近には、処理カップ２３の仕切壁３３を受け入れるための仕切壁収納溝４３が形成されている。
ガード２４には、ボールねじ機構等で構成されたガード昇降駆動機構４０が設けられている。ガード昇降駆動機構４０は、ガード２４を、回収液案内部４２がスピンチャック２１に保持された基板Ｗの外周端面に対向する回収位置と、排液案内溝４１がスピンチャック２１に保持された基板Ｗの外周端面に対向する排液位置との間で上下動させる。ガード２４が回収位置（図１に示すガードの位置）にある場合には、基板Ｗから外方へ飛散した処理液が回収液案内部４２により回収液空間３２に導かれ、回収管３５を通して回収される。一方、ガード２４が排液位置にある場合には、基板Ｗから外方へ飛散した処理液が排液案内溝４１により排液空間３１に導かれ、排液管３４を通して排液される。現像処理時において、ガード２４の位置は処理液の回収または排液の必要性に応じて適宜変更される。
図２は、基板処理装置１００の制御系を示すブロック図である。図２に示すように、基板処理装置１００は制御部１０を備える。バルブＶａ，Ｖｂ，Ｖｃ、チャック回転駆動機構３６、モータ６０，７０およびガード昇降駆動機構４０の動作は、制御部１０により制御される。
（２）動作
次に、図１を参照しながら基板処理装置１００の動作について説明する。現像処理時には、液供給ノズル６５が基板Ｗの中心部上方に移動する。そして、スピンチャック２１によって基板Ｗが回転する状態で液供給ノズル６５から基板Ｗの中心部に現像液が吐出される。この場合、基板Ｗの回転に伴う遠心力によって現像液が基板Ｗの中心部から周縁部に広がる。それにより、基板Ｗ上に現像液が液盛される。その後、液供給ノズル６５からの現像液の吐出が停止されるとともに基板Ｗの回転が停止される。その状態で、基板上で現像処理が進行する。
所定時間経過後、液供給ノズル６５から基板Ｗ上にリンス液が吐出され、基板Ｗ上における現像処理が停止される。続いて、基板Ｗが高速で回転する状態で液供給ノズル６５から継続的にリンス液が吐出され、基板Ｗ上の現像液が洗い流される。なお、基板Ｗの回転を停止した状態で基板Ｗ上への現像液の液盛を行ってもよい。また、基板Ｗの回転を停止した状態で基板上の現像液を洗い流してもよい。
続いて、基板Ｗの乾燥処理が行われる。図３は基板Ｗの乾燥処理を段階的に示す図であり、図４は基板Ｗの乾燥処理時におけるリンス液の移動を説明するための図である。図５は基板Ｗの回転速度を時系列で示す図である。
リンス液によって基板Ｗの上の現像液が洗い流された後、基板Ｗの回転速度が低下する。これにより、基板Ｗの回転によって振り切られるリンス液の量が減少し、図３（ａ）に示すように、基板Ｗの表面全体にリンス液の液層Ｌが形成される。なお、リンス液の供給および基板Ｗの回転を一旦停止してから再度基板Ｗを低速で回転させて基板Ｗ上に液層Ｌを形成してもよく、または、基板Ｗの回転を停止した状態で基板Ｗ上に液層Ｌを形成してもよい。
続いて、リンス液の供給が停止されるとともに液供給ノズル６５が所定の位置に退避する。その後、基板Ｗの回転速度が上昇する。この場合、液層Ｌの中心部に働く遠心力は周縁部に働く遠心力に比べて小さい。そのため、液層Ｌの中心部には、周縁部に働く遠心力に釣り合う張力が働く。それにより、液層Ｌは外方に飛散することなく基板Ｗ上で保持される。基板Ｗの回転速度の上昇により、遠心力が張力よりもやや大きくなることにより、液層Ｌは、図３（ｂ）に示すように、周縁部の厚みが厚くなるとともに中心部の厚みが薄くなった状態で基板Ｗ上に保持される。
続いて、ガス供給ノズル７５が基板Ｗの中心部上方に移動する。そして、図３（ｃ）に示すように、ガス供給ノズル７５から液層Ｌの中心部に向けてガスが吐出され、液層Ｌの中心部にホール（孔）Ｈが形成される。それにより、液層Ｌの周縁部に働く遠心力に釣り合う張力が消滅する。また、ガスの吐出とともに基板Ｗの回転速度がさらに上昇する。それにより、図３（ｄ）および図３（ｅ）に示すように、液層Ｌが基板Ｗの外方に向かって移動する。
このとき、液層Ｌは、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、複数の領域に分離されずに、表面張力により円環形状を保持した状態で一体的に基板Ｗの外方へ移動する。それにより、リンス液の微小液滴の形成が抑制され、基板Ｗ上の液体を確実に取り除くことができる。
ここで、基板Ｗの乾燥処理時における基板Ｗの回転速度の変化について詳細に説明する。
図５に示すように、期間Ｔ１には、回転速度Ｓ１で基板Ｗを回転させる。回転速度Ｓ１は、例えば１０ｒｐｍである。この期間Ｔ１内において、基板Ｗ上にリンス液が供給される。この場合、基板Ｗが水平面に対して僅かに傾いた状態であっても、液層Ｌを基板Ｗ上に均一に形成することができる。なお、基板Ｗ上の全域に均一に液層Ｌを形成することができるのであれば、期間Ｔ１においては基板Ｗの回転を停止してもよい。
次に、期間Ｔ２には、回転速度Ｓ１よりも高い回転速度Ｓ２で基板Ｗを回転させる。回転速度Ｓ２は、例えば１０〜１００ｒｐｍである。それにより、液層Ｌが基板Ｗ上の全域に広がるとともに、表面張力により基板Ｗ上に保持される。
次に、期間Ｔ３には、回転速度Ｓ２よりも高い回転速度Ｓ３で基板Ｗを回転させる。回転速度Ｓ３は、例えば１００〜１０００ｒｐｍである。期間Ｔ２から期間Ｔ３に移行する際に、基板Ｗにガスが吐出される。この場合、円環形状を保持した状態で液層Ｌを一体的に基板Ｗの外方へ移動させることができる。
なお、ガスの吐出のタイミングは、期間Ｔ２から期間Ｔ３へ移行する直前でもよく、期間Ｔ３へ移行した直後でもよい。また、ガスの吐出時間は、例えば０．５〜８ｓｅｃである。すなわち、液層ＬにホールＨ（図６）が形成される短時間にのみ不活性ガスが吐出されてもよく、または基板Ｗ上から液層Ｌが取り除かれるまで継続的に不活性ガスが吐出されてもよい。
なお、上記の基板Ｗの回転速度は、基板Ｗ上のレジスト膜の疎水性、またはリンス液の濡れ性（例えば、接触角）等に応じて適宜変更してもよい。例えば、レジスト膜の疎水性が高い場合には、液層Ｌが複数の領域に分離して液滴が形成されやすくなるため、基板Ｗの回転速度をより低く設定することが好ましい。
また、本実施の形態では、図５に示したように基板Ｗの回転速度が回転速度Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の３段階で上昇するが、これに限らず、２段階または４段階以上で上昇してもよく、あるいは、段階的ではなく連続的に上昇してもよい。
（３）本実施の形態の効果
このように、基板Ｗ上に液層Ｌを形成し、その液層Ｌを複数の領域に分離させることなく円環形状を保持した状態で一体的に基板Ｗの外方に移動させることにより、微小な液滴の形成を防止することができる、それにより、基板Ｗ上基板Ｗ上のリンス液を確実に取り除くことができる。したがって、基板Ｗ上に残留する液滴に起因する現像欠陥を確実に防止することができる。
（４）他の実施の形態
上記実施の形態では、現像液およびリンス液が共通の液供給ノズル６５から吐出されるが、現像液を吐出するためのノズルとリンス液を吐出するためのノズルとを別個に設けてもよい。また、それらのノズルとしては、ストレートノズルおよびスリットノズル等の種々のノズルを用いることができる。
また、図６に示すように、液供給ノズル６５とガス供給ノズル７５とを一体に設けてもよい。この場合、基板Ｗの洗浄処理時または乾燥処理時に液供給ノズル６５およびガス供給ノズル７５をそれぞれ別々に移動させる必要がないので、駆動機構を単純化することができる。
また、図７に示すように、基板処理装置１００内に、基板Ｗ上の液層Ｌの厚さを検出するための層厚センサ８０を設けてもよい。層厚センサ８０は、投光部８０ａおよび受光部８０ｂを含む。なお、図７では、液供給ノズル６５およびガス供給ノズル７５等の図示を省略している。
図７の基板処理装置１００においては、基板Ｗの乾燥処理時に、層厚センサ８０により基板Ｗ上に形成された液層Ｌの中心部近傍の厚さが検出され、その厚さに変化に応じてガスの吐出のタイミングおよび基板Ｗの回転速度の上昇のタイミングが調整される。
具体的には、基板Ｗ上に液層Ｌが形成された後、基板Ｗが低回転速度Ｓ２（図５参照）で回転している際に、層厚センサ８０により検出される液層Ｌの中心部近傍の厚さが予め設定されたしきい値よりも小さくなると、液層Ｌに向けてガスが吐出されるとともに、基板Ｗの回転速度が上昇する。
この場合、液層Ｌの中心部が十分に薄くなりかつ遠心力により液層Ｌが複数の領域に分離しない状態でガスを吐出することができるので、液層Ｌの中心部にホールＨを確実に形成し、円環形状を保持した状態で液層Ｌを一体的に基板Ｗの外方へ移動させることができる。これらにより、基板Ｗ上のリンス液を確実に取り除くことができる。
また、レジスト膜の疎水性およびリンス液の濡れ性（例えば、接触角）等の物性値を予めデータベース化しておき、その物性値に応じて最適なガスの吐出タイミングおよび最適な基板Ｗの回転速度を適宜自動的に算出し、その算出値に基づいて各部の制御が行われてもよい。
（５）請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
上記実施の形態では、スピンチャック２１が基板保持手段の例であり、チャック回転駆動機構３６が回転駆動手段の例であり、液供給ノズル６５が液層形成手段の例であり、ガス供給ノズル７５が気体吐出手段の例であり、回転速度Ｓ１が第１の回転速度の例であり、回転速度Ｓ３が第２の回転速度の例であり、回転速度Ｓ２が第３および第４の回転速度の例であり、層厚センサ８０が層厚検出器の例である。
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
本発明は、種々の基板の処理等に利用することができる。
基板処理装置の構成を説明するための図である。 基板処理装置の制御系を示すブロック図である。 基板の乾燥処理を段階的に示す図である。 基板の乾燥処理時におけるリンス液の移動を説明するための図である。 基板の回転速度を時系列で示す図である。 液供給ノズルおよびガス供給ノズルの他の例を示す図である。 基板処理装置の他の構成を説明するための図である。
符号の説明
１０ 制御部
２１ スピンチャック
２５ 回転軸
３６ チャック回転駆動機構
６５ 液供給ノズル
７５ ガス供給ノズル
８０ 層厚センサ
１００ 基板処理装置
Ｗ 基板

Claims (5)

  1. 露光処理後の基板に現像処理を行う基板処理装置であって、
    基板を略水平に保持する基板保持手段と、
    前記基板保持手段により保持された基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させる回転駆動手段と、
    前記基板保持手段に保持された基板上に現像液を供給する現像液供給手段と、
    前記基板保持手段に保持された基板上にリンス液を供給することにより基板上の現像液を洗い流した後、基板上にリンス液の液層を形成する液層形成手段と、
    前記回転駆動手段により基板が回転される状態で、前記液層形成手段により基板上に形成された液層の中心部に向けて気体を吐出する気体吐出手段とを備えることを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記回転駆動手段は、前記液層形成手段による液層の形成時に基板を第１の回転速度で回転させ、前記液層形成手段による液層の形成後に基板の回転速度を第２の回転速度まで段階的または連続的に上昇させ、
    前記気体吐出手段は、前記第１の回転速度よりも高く前記第２の回転速度よりも低い第３の回転速度で回転する基板上の液層に気体を吐出することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記回転駆動手段は、前記液層形成手段による液層の形成後であって前記気体吐出手段による気体の吐出前に、基板の回転速度を前記第１の回転速度よりも高く前記第２の回転速度よりも低い第４の回転速度に所定時間維持することを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
  4. 前記液層形成手段により基板上に形成された液層の厚さを検出する層厚検出器と、
    前記層厚検出器により検出された液層の厚さに基づいて前記回転駆動手段による基板の回転速度および前記気体吐出手段による気体の吐出タイミングを制御する制御部とをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置。
  5. 基板を略水平に保持する工程と、
    保持された基板上に現像液を供給する工程と、
    基板上にリンス液を供給して現像液を洗い流す工程と、
    現像液が洗い流された後に基板上にリンス液の液層を形成する工程と、
    基板を回転させるとともに基板上の液層の中心部に向けて気体を吐出する工程とを備えることを特徴とする基板処理方法。
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