JP3398532B2 - 基板回転式現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ、液
晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板な
どの基板上にフォトレジスト膜のパターンを現像形成す
るための基板回転式現像装置に係り、特に、現像液の表
面張力を利用して基板上に現像液を液盛りした状態で現
像する（いわゆるパドル現像法）技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下、図８を参照して従来装置について
説明する。処理対象である例えば半導体ウエハなどの基
板Ｗの表面は、所定のパターンが焼き付け露光されたフ
ォトレジスト膜で覆われている。この基板Ｗは回転自在
のスピンチャック１によって略水平に支持されている。
スピンチャック１の周囲に現像液回収用の飛散防止カッ
プ４が配備され、この飛散防止カップ４の底部にカップ
内を強制排気するカップ排気口１０と、使用済みの現像
液を排出するための排液口８とが設けられている。飛散
防止カップ４の上端には、現像液の臭気が周囲へ拡がる
のを防止するための筒部材１１が連接されている。ま
た、スピンチャック１の上方には基板Ｗ上に現像液を供
給するためのノズル１４が配備されている。

【０００３】以上のように構成された従来装置におい
て、スピンチャック１上に基板Ｗが保持されると、ノズ
ル１４から現像液Ｌが吐出されて、基板Ｗ上に現像液Ｌ
が液盛りされる。その状態で現像処理が進められ、現像
が終了するとスピンチャック１が高速回転して基板Ｗ上
の現像液が振り切られるとともに、別のノズルから純水
などの洗浄液が噴射されて基板Ｗが洗浄される。洗浄液
の供給を停止した後、一定時間基板Ｗの回転が継続され
ることにより、基板Ｗが液切り乾燥される。

【０００４】このような一連の現像処理の間、この現像
装置が設置されるクリーンルーム内のダウンフロー（清
浄空気の鉛直下方への流れ）ＤＦを筒部材１１の上部開
口から飛散防止カップ４内に取り込み、飛散防止カップ
４のカップ排気口１０を介して強制排気することによ
り、現像液の臭気が装置外へ拡がらないようにするとと
もに、飛散防止カップ２内に発生した現像液などのミス
トが基板Ｗ上へ付着しないようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。すなわち、従来装置では、基板Ｗに現像液を液盛
りして現像処理を進めている間中、筒部材１１を介して
ダウンフローを飛散防止カップ４内に取り込んでカップ
底部から排気しているので、現像処理中の基板Ｗの周囲
を気流が流下することにより、基板中心部に比べ基板周
縁部からの現像液の揮発が促進される。そのため、基板
周縁部から現像液の気化熱がより多く奪われるので、基
板中心部に比べて基板周縁部の温度が下がり、基板全体
としては温度のバラツキが大きくなる。その結果、従来
装置によれば、現像ムラ（現像によって得られるパター
ンの線幅の不均一）が生じるという問題点がある。この
ような現像ムラを回避するために、現像処理の最中に飛
散防止カップ内の排気を止めると、現像液の臭気が装置
外へ拡散するのを避けることができない。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、現像液の臭気漏れを防止しながらも、
現像処理の面内均一性を向上することができる基板回転
式現像装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の発明は、基板を水平姿勢で回転可
能に保持する基板保持手段と、前記基板上に現像液を吐
出する現像液供給手段と、前記基板保持手段の周囲に配
設された現像液回収用の飛散防止カップと、前記飛散防
止カップの上端に配設された臭気拡散防止用の筒部材
と、前記飛散防止カップの底部に配設された下方排気構
造とを備え、前記飛散防止カップ内に飛散した現像液な
どのミストを前記下方排気構造を介して強制排気可能に
構成された基板回転式現像装置において、前記筒部材の
上部に配設された上方排気構造と、少なくとも前記基板
の表面に現像液を液盛りして現像している間は、前記下
方排気構造を介した飛散防止カップ内の排気を停止する
とともに、前記上方排気構造を介した前記筒部材の上部
の排気を行う排気切換手段と、を備えたものである。

【０００８】請求項２に記載の発明は、基板を水平姿勢
で回転可能に保持する基板保持手段と、前記基板上に現
像液を吐出する現像液供給手段と、前記基板保持手段の
周囲に配設された現像液回収用の飛散防止カップと、前
記飛散防止カップの上端に配設された臭気拡散防止用の
筒部材と、前記飛散防止カップの底部に配設された下方
排気構造とを備え、前記飛散防止カップ内に飛散した現
像液などのミストを前記下方排気構造を介して強制排気
可能に構成された基板回転式現像装置において、前記筒
部材の上部に配設された上方排気構造と、少なくとも前
記基板の表面に現像液を液盛りして現像している間は、
前記下方排気構造を介した飛散防止カップ内の排気を制
限するとともに、前記上方排気構造を介した前記筒部材
の上部の排気を行う排気調整手段と、を備えたものであ
る。

【０００９】

【作用】請求項１に記載の発明の作用は次のとおりであ
る。基板保持手段に保持された基板上に現像液が吐出さ
れて液盛りされると、排気切換手段は下方排気構造を介
した飛散防止カップ内の排気を停止するとともに、上方
排気構造を介した筒部材上部からの排気を行う。これに
より、筒部材の上部開口から飛散防止カップ内へ流下し
ようとするダウンフローが、筒部材の上方排気構造を介
して排気されるので、飛散防止カップ内の基板上にまで
至ることがない。したがって、現像処理中の基板に気流
があたらないので、基板表面からの現像液の揮発量は基
板全面にわたって略均一になる。結果、基板上の温度分
布が均一になるので、現像処理の面内均一性が確保され
る。また、現像処理中に基板面から揮発した現像液のガ
ス（臭気）は、筒部材の上方排気構造を介してダウンフ
ローとともに排気されるので、現像液の臭気が装置外へ
漏れることもない。

【００１０】また、請求項２に記載の発明の作用は次の
とおりである。基板保持手段に保持された基板上に現像
液が吐出されて液盛りされると、排気調整手段は下方排
気構造を介した飛散防止カップ内の排気を制限するとと
もに、上方排気構造を介した筒部材上部からの排気を行
う。これにより、筒部材の上部開口から飛散防止カップ
内へ流下しようとするダウンフローの大部分が、筒部材
の上方排気構造を介して排気され、残りが下方排気構造
を介して排気される。したがって、現像処理中の基板に
気流がほとんどあたらないので、基板表面からの現像液
の揮発量は基板全面にわたって略均一になる。結果、基
板上の温度分布が均一になるので、現像処理の面内均一
性が確保される。また、現像処理中に基板面から揮発し
た現像液のガス（臭気）は、下方排気構造を介して排気
されるので、現像液の臭気が装置外へ漏れることがな
い。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。図１は本発明に係わる基板回転式現
像装置の一実施例の要部構成を示す縦断面図である。

【００１２】図中、符号１は、現像処理を受ける半導体
ウエハなどの基板Ｗを水平姿勢で吸着保持するスピンチ
ャックである。このスピンチャック１はモータ２の出力
軸３に連動連結されている。スピンチャック１の周囲に
現像液の回収および現像液の飛散を防止する飛散防止カ
ップ４が配設されている。

【００１３】飛散防止カップ４は、上カップ５と円形整
流部材６と下カップ７とから構成されている。上カップ
５は上部開口部５ａと、基板Ｗの回転により飛散した現
像液を下方へ案内する傾斜面５ｂとを備えている。この
上カップ５は、下カップ７の外周壁７ａの上端部に嵌め
込まれている。

【００１４】円形整流部材６は、スピンチャック１の下
方に位置するように下カップ７の内周壁７ｂの上端部に
嵌め込まれている。そして、開口部５ａから流入して基
板Ｗの周縁に沿って流下する気流を整流して下カップ７
に案内するとともに、上カップ５の傾斜面５ｂによって
下方に案内された現像液の飛沫（ミスト）をこの気流に
乗せて下カップ７に案内する傾斜整流面６ａを備えてい
る。

【００１５】下カップ７は、外周壁７ａの下部に内接す
るリング状の排液ゾーン７ｃと、この排液ゾーン７ｃの
内側に形成されたリング状の排気ゾーン７ｄとを備えて
いる。排液ゾーン７ｃの底部には、平面視で基板Ｗを挟
む対向位置に一対の排液口８（ただし、図１では作図の
便宜上、一方の排液口のみを示す）が配設されている。
この排液口８は排液タンク９に連通接続されており、使
用済みの現像液などを回収する。排気ゾーン７ｄの底部
には、平面視で基板Ｗを挟む対向位置（排液口８と略９
０°ずらした位置）に一対のカップ排気口１０（ただ
し、図１では作図の便宜上、一方の排気口のみを示す）
が配設されている。このカップ排気口１０は、後述する
排気切換部２０に連通接続されている。排気ゾーン７ｄ
およびカップ排気口１０は本発明における下方排気構造
に相当する。

【００１６】上カップ５の上端に、開口部５ａの周囲を
囲むように、現像液の臭気の拡散を防止するための円筒
状の筒部材１１が配設されている。この筒部材１１の上
端外周部にリング状の排気ゾーン１２が張り出し形成さ
れており、この排気ゾーン１２に一対の上部排気口１３
が対向位置に配設されている。上部排気口１３は後述す
る排気切換部２０に連通接続されている。排気ゾーン１
２および上部排気口１３は本発明における上方排気構造
に相当する。

【００１７】筒部材１１の内部に基板Ｗの上面に現像液
を吐出する現像液吐出ノズル１４が配備されている。こ
の現像液吐出ノズル１４は、スピンチャック１の回転中
心の上方位置と、基板Ｗの搬入／搬出を許容する退避位
置とにわたって移動可能に構成されている。現像液吐出
ノズル１４の下端周壁に現像液吐出口１４ａが設けられ
ており、この吐出口１４ａを介して基板Ｗ上に現像液を
緩やかに吐出するように構成されている。

【００１８】排気切換部２０は、択一的に選択される２
つの排気流路を内蔵した箱体２１を備えている。この箱
体２１の一方の側壁（図１では上側）に２つの吸気口２
２ａ，２２ｂが配備され、これに対向する側壁（図１で
は下側）に共通の排気口２３が配備されている。一方の
吸気口２２ａは飛散防止カップ４のカップ排気口１０
に、他方の吸気口２２ｂは筒部材１１の上部排気口１３
に、それぞれ連通接続されている。箱体２１の排気口２
３は排気ポンプ２４に連通接続されている。箱体２１の
内部には２つの排気流路を切り換えるための揺動板２５
が揺動自在に軸支されている。この揺動板２５は箱体２
１に付設されたエアーシリンダ２６のロッドに連結され
ている。そして、本装置の動作シーケンスを制御する制
御部２７が方向切換弁２８を介してエアーシリンダ２６
を駆動制御するように構成されている。

【００１９】以上のように構成された実施例装置の動作
を図２のフローチャートを参照して説明する。図示しな
い搬送ロボットが基板Ｗを装置内に搬入し、スピンチャ
ック１がその基板を吸着保持する（ステップＳ１）。続
いて現像液吐出ノズル１４がスピンチャック１の回転中
心上方に進出移動して、基板Ｗ上に現像液を吐出する。
現像液の吐出中、飛散防止カップ４内に発生する現像液
のミストを排出するために、飛散防止カップ４のカップ
排気口１０からの排気（下方排気）を行う一方、筒部材
１１の上部排気口１３からの排気（上方排気）を停止し
ておく（ステップＳ２）。すなわち、図３に示すよう
に、制御部２７が基板Ｗの搬入から現像液の吐出までの
シーケンスに同期して、エアーシリンダ２６を伸張駆動
する。これにより箱体２１の揺動板２５が図３で時計方
向に揺動変位して、吸気口２２ａと排気口２３とが連通
した排気流路（下方排気流路）が選択設定される。結
果、筒部材１１の上端開口から取り込まれたクリーンル
ーム内のダウンフローＤＦが、筒部材１１内を流下し、
基板Ｗの周縁近傍を通過して排気ゾーン７ｄを流通し、
カップ排気口１０を介して排気される。

【００２０】基板Ｗの上面に現像液が液盛りされた状態
になると現像液吐出ノズル１４からの現像液の供給が停
止される。これと同時に飛散防止カップ４のカップ排気
口１０からの排気（下方排気）を停止する一方、筒部材
１１の上部排気口１３からの排気（上方排気）を行う
（ステップＳ３）。すなわち、図４に示すように、制御
部２７が現像液の吐出停止に同期して、エアーシリンダ
２６を収縮駆動する。これにより箱体２１の揺動板２５
が図４で反時計方向に揺動変位して、吸気口２２ｂと排
気口２３とが連通した排気流路（上方排気流路）に切り
換えられる。結果、筒部材１１の上端開口から取り込ま
れたクリーンルーム内のダウンフローＤＦは、筒部材１
１の排気ゾーン１２に流入し、上部排気口１３を介して
排気される。この上方排気は現像処理が終了するまで維
持される（ステップＳ４）。

【００２１】上述のように、現像処理中に下方排気を停
止して上方排気を行うと、現像処理中の基板Ｗに気流が
あたることがない。したがって、基板Ｗの表面からの現
像液の揮発量は基板全面にわたって略均一になるので、
現像液の揮発量の不均一さに起因した基板面内の温度の
バラツキが抑えられ、現像処理の面内均一性が確保され
る。また、現像処理中に基板面から揮発した現像液のガ
ス（臭気）は、筒部材１１の上部排気口１３を介してダ
ウンフローＤＦとともに排気されるので、現像液の臭気
が装置外へ漏れることもない。

【００２２】予め設定された現像時間の経過、あるいは
光学的に現像終点を検出することにより、基板Ｗの現像
終了が確認されると（ステップＳ４）、スピンチャック
１が高速回転して基板Ｗの現像液が振り切られるととに
も、図示しない洗浄ノズルから純水などの洗浄液が基板
Ｗ上に噴射されて現像液が洗い流される。そして、洗浄
液の噴射が停止された後、所要時間だけ基板Ｗが高速回
転されることにより、基板Ｗが液切り乾燥される（ステ
ップＳ５）。現像が終了して洗浄・乾燥過程に移ると同
時に、制御部２７がエアーシリンダ２６を伸張駆動し
て、箱体２１内の排気流路を切り換えることにより、図
３に示したような下方排気を行う。結果、スピンチャッ
ク１の高速回転によって飛散した現像液や洗浄液のミス
トが、飛散防止カップ４内に取り込まれた気流に乗って
カップ排気口１０を介して排出される。基板Ｗの洗浄・
乾燥過程が終了すると、搬送ロボットによって基板Ｗが
装置外へ搬出され（ステップＳ６）、以下ステップＳ１
〜Ｓ６の処理が繰り返し実行される。

【００２３】本実施例装置の効果を確認するために、直
径８インチの半導体ウエハ上に現像液を液盛りした直後
から基板中央部と基板周辺部（周縁から５ｍｍ内側）に
おける現像液の温度を熱電対で経時的に測定した結果を
図５に示す。また、比較のために従来装置を使った場合
の同様の現像液の温度変化を図６に示す。言うまでもな
く、液盛り現像中、図５の本実施例装置は下方排気を停
止して、上方排気のみとしており、図６の従来装置は下
方排気を行っている。なお、現像液の初期温度は２３℃
に設定されている。また、温度測定は液盛り時点から１
８０秒後まで実施しているが、通常の現像時間は現像液
が液盛りされた時点から６０〜９０秒である。図５，図
６を比較すると明らかなように、液盛り現像処理中に下
方排気を停止して上方排気のみとした本実施例装置によ
れば、液盛り現像処理中に下方排気を行う従来装置に比
較して、基板中央部と基板周辺部との温度差を極めて小
さくできることが判る。

【００２４】本発明は、上述の実施例に限定されず以下
のように変形実施することもできる。 （１）上述の実施例では、上方排気と下方排気の切り換
えを箱体２１内の揺動板２５を揺動変位させることによ
って行ったが、これは電磁開閉バルブなどを使って切り
換えるようにしてもよい。

【００２５】（２）実施例装置では、現像処理中の基板
Ｗをスピンチャック１で支持しているが、現像処理中の
基板Ｗを複数本のピンで支持するようにしてもよい。

【００２６】

【別の実施の形態】図７に別実施例装置の概略構成を示
す。排気調整部３０は、択一的に選択される、あるいは
両方排気される２つの排気流路を内蔵した箱体２１を備
えている。この箱体２１の一方の側壁に２つの吸気口２
２ａ，２２ｂが配備され、これに対向する側壁に共通の
排気口２３が配備されている。一方の吸気口２２ａは飛
散防止カップ４のカップ排気口１０に、他方の吸気口２
２ｂは筒部材１１の上部排気口１３に、それぞれ連通接
続されている。箱体２１の排気口２３は排気ポンプ２４
に連通接続されている。箱体２１の内部には２つの排気
流路を切り換えるための揺動板２５が揺動自在に軸支さ
れている。この揺動板２５は箱体２１に付設された、任
意の箇所でロッドの伸縮を停止可能なエアーシリンダ
（ロックアップシリンダ、ブレーキ付きシリンダ）３１
のロッドに連結されている。そして、本装置の動作シー
ケンスを制御する制御部２７が方向切換弁２８を介して
エアーシリンダ３１を駆動制御するように構成されてい
る。

【００２７】以上のように構成された別実施例装置の動
作は図２のフローチャートのステップＳ３以下のみが異
なるので、その点を説明する。基板Ｗの上面に現像液Ｌ
が液盛りされた状態になると現像液吐出ノズル１４から
の現像液Ｌの供給が停止される。これと同時に飛散防止
カップ４のカップ排気口１０からの排気（下方排気）を
制限（１０％）する一方、筒部材１１の上部排気口１３
からの排気（９０％）（上方排気）を行う（ステップＳ
３）。すなわち、制御部２７が現像液Ｌの吐出停止に同
期して、エアーシリンダ３１を収縮駆動し、箱体２１の
揺動板２５が吸気口２２ａに１０％、吸気口２２ｂに９
０％連通するように切り換えられる。結果、筒部材１１
の上端開口から取り込まれたクリーンルーム内のダウン
フローＤＦの大部分（９０％）は筒部材１１の排気ゾー
ン１２に流入し、上部排気口１３を介して排気され、残
り部分（１０％）はカップ排気口１０から排気される。
この上部排気口１３（９０％）とカップ排気口１０（１
０％）の排気は、現像処理が終了するまで維持される
（ステップＳ４）。

【００２８】上述のように、現像処理中に上部排気口１
３（９０％）とカップ排気口１０（１０％）の排気を行
うと、現像処理中に基板Ｗにほとんど気流があたること
がない。したがって、基板Ｗの表面からの現像液Ｌの揮
発量は基板全面にわたって略均一になるので、現像液Ｌ
の揮発の不均一に起因した基板面内の温度のバラツキが
抑えられ、現像処理の面内均一性が確保される。また、
現像処理中に基板面から揮発した現像液のガス（臭気）
は、下方排気構造（カップ排気口１０）を介して排気さ
れるので、現像液の臭気が装置外に漏れることもない。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、液盛り現像処理中は飛散防止
カップ底部からの下方排気を停止して、臭気拡散防止用
の筒部材の上部からの排気を行うようにしたので、現像
処理中の基板に気流が作用することがない。したがっ
て、基板上の温度分布が均一になり、現像処理の面内均
一性を向上することができる。また、現像処理中の現像
液の臭気は、筒部材の上方からダウンフローとともに排
気されるので、現像液の臭気が装置外へ漏れることもな
い。

【００３０】請求項２に記載の発明によれば、液盛り現
像中は飛散防止カップ底部からの下方排気を制限して、
臭気拡散防止用の筒部材の上部から大部分を排気するよ
うにしたので、現像処理中の基板に気流がほとんど作用
することがない。したがって、基板上の温度分布が均一
になり、現像処理の面内均一性を向上することができ
る。また、現像処理中の現像液の臭気は、飛散防止カッ
プ底部からの下方排気により排気されるので装置外へ漏
れることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる基板回転式現像装置の一実施例
の構成を示す縦断面図である。

【図２】実施例装置による現像処理過程を示すフローチ
ャートである。

【図３】下方排気の様子を示す縦断面図である。

【図４】上方排気の様子を示す縦断面図である。

【図５】実施例装置を使った場合の現像液温度の経時変
化を示すグラフである。

【図６】従来装置を使った場合の現像液温度の経時変化
を示すグラフである。

【図７】別実施例装置の構成を示す縦断面図である。

【図８】従来装置の構成を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１…スピンチャック（基板保持手段） ４…飛散防止カップ ７ｄ…排気ゾーン（下方排気構造） １０…カップ排気口（下方排気構造） １１…筒部材 １２…排気ゾーン（上方排気構造） １３…上部排気口（上方排気構造） １４…現像液吐出ノズル（現像液供給手段） ２０…排気切換部（排気切換手段） ３０…排気調整部（排気調整手段） Ｗ…基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉井 弘至 京都市伏見区羽束師古川町322番地 大 日本スクリーン製造株式会社 洛西事業 所内 (56)参考文献 特開 平４−174848（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−168025（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−213815（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−102028（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を水平姿勢で回転可能に保持する基
   板保持手段と、前記基板上に現像液を吐出する現像液供
   給手段と、前記基板保持手段の周囲に配設された現像液
   回収用の飛散防止カップと、前記飛散防止カップの上端
   に配設された臭気拡散防止用の筒部材と、前記飛散防止
   カップの底部に配設された下方排気構造とを備え、前記
   飛散防止カップ内に飛散した現像液などのミストを前記
   下方排気構造を介して強制排気可能に構成された基板回
   転式現像装置において、 前記筒部材の上部に配設された上方排気構造と、 少なくとも前記基板の表面に現像液を液盛りして現像し
   ている間は、前記下方排気構造を介した飛散防止カップ
   内の排気を停止するとともに、前記上方排気構造を介し
   た前記筒部材の上部の排気を行う排気切換手段と、 を備えたことを特徴とする基板回転式現像装置。
2. 【請求項２】 基板を水平姿勢で回転可能に保持する基
   板保持手段と、前記基板上に現像液を吐出する現像液供
   給手段と、前記基板保持手段の周囲に配設された現像液
   回収用の飛散防止カップと、前記飛散防止カップの上端
   に配設された臭気拡散防止用の筒部材と、前記飛散防止
   カップの底部に配設された下方排気構造とを備え、前記
   飛散防止カップ内に飛散した現像液などのミストを前記
   下方排気構造を介して強制排気可能に構成された基板回
   転式現像装置において、 前記筒部材の上部に配設された上方排気構造と、 少なくとも前記基板の表面に現像液を液盛りして現像し
   ている間は、前記下方排気構造を介した飛散防止カップ
   内の排気を制限するとともに、前記上方排気構造を介し
   た前記筒部材の上部の排気を行う排気調整手段と、 を備えたことを特徴とする基板回転式現像装置。