JP3642892B2 - 処理液吐出ノズルおよび基板処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理液吐出ノズルおよびそれを備えた基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、光ディスク用基板等の基板に所定の処理を行うために基板処理装置が用いられている。このような基板処理装置では、基板を水平姿勢で回転させながらその表面に処理液吐出ノズルからフォトレジスト液、現像液、洗浄液等の処理液を供給することにより基板の表面処理を行う。
【０００３】
例えば、現像装置は、基板を水平に保持して鉛直軸の周りで回転させる回転保持部と、基板の表面に現像液を供給する現像ノズルとを備える。現像ノズルは、水平面内で回動自在に設けられた現像ノズルアームの先端部に取り付けられており、基板の上方位置と待機位置との間を移動することができる。現像処理時には、現像ノズルが基板の上方に移動し、基板上の感光性膜に現像液を供給する。供給された現像液は、基板の回転によって基板の全面に塗り広げられ、感光性膜と接触する。表面張力により基板上に現像液を保持した状態で一定時間基板を静止させること（液盛り）により感光性膜の現像が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図７は従来の現像ノズルの一例を示す断面図である。図７に示すように、現像ノズル６０の側面に複数の吐出孔６１が形成されている。この現像ノズル６０は配管７０の先端に取り付けられている。
【０００５】
従来の現像ノズル６０では、配管７０を引き回すと、図７に矢印で示すように、配管７０内の流速分布に偏りが発生し、現像液の吐出分布に偏りが生じてしまう。
【０００６】
図８は現像ノズル６０の横断面および現像液の吐出分布に偏りが生じた場合の着液点の状態を示す図である。図８に示すように、現像液の吐出分布に偏りが生じると、現像液の着液点Ｐの分布が現像ノズル６０の中心に対して偏心することになる。そのため、現像液を基板の表面に均一に供給することが困難となる。
【０００７】
また、図９（ａ）に示すように、現像液の吐出を急激に停止させた場合、流体自身の慣性により現像ノズル６０の吐出孔６１から現像液の漏れが発生する。それにより、図９（ｂ）に示すように、漏れた現像液の液滴の代わりに空気が球形の気泡１００となって現像ノズル６０内に混入する。現像ノズル６０内に混入した気泡１００は、図９（ｃ）に示すように、次に吐出動作を行ったときに、吐出孔６１を目詰りさせ、吐出の不具合を引き起こす可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、配管内の流速分布に偏りが発生した場合でも吐出分布に偏りが生じずかつ吐出を急激に停止させた場合でも再吐出時に吐出孔の目詰りが発生しない処理液吐出ノズルおよびそれを備えた基板処理装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、吐出を急激に停止させた場合でも再吐出時に吐出孔の目詰りが発生しない処理液吐出ノズルおよびそれを備えた基板処理装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る処理液吐出ノズルは、ノズル本体部に処理液の流入口および複数の吐出孔を設け、流入口と複数の吐出孔との間を流路で連通させ、流路の径を漸次小さくし、各吐出孔を細管状に形成したものである。
【００１１】
第１の発明に係る処理液吐出ノズルにおいては、流路の径が漸次小さくなっているので、処理液の流速の偏りの幅が徐々に小さくなるとともに、処理液の流速が高められる。それにより、流速の偏りがより効果的に除去される。
【００１２】
また、各吐出孔が細管状に形成されているので、吐出孔内で流動ベクトルが一方向に揃い、かつ流速分布が放物線状（吐出孔の中心線に関して対称）となる。それにより、球形の気泡がノズル本体内の処理液中に混入することが防止される。したがって、吐出を急激に停止させた場合でも再吐出時に吐出孔の目詰まりが発生せず、処理液の均一な吐出が実現される。
【００１３】
第２の発明に係る処理液吐出ノズルは、第１の発明に係る処理液吐出ノズルの構成において、流路の漸次径が小さくなった部分の下流側に速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するバッファ領域を設けたものである。
【００１４】
第２の発明に係る処理液吐出ノズルにおいては、流路の漸次径が小さくなった部分の下流側に設けられたバッファ領域で処理液の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換される。それにより、処理液の流速分布の偏りが均一な圧力分散に変換される。したがって、配管内の流速分布に偏りが発生した場合でも吐出分布に偏りが生じず、処理液の均一な吐出が実現される。
【００１５】
第３の発明に係る処理液吐出ノズルは、第１または第２の発明に係る処理液吐出ノズルの構成において、複数の吐出孔の総断面積を流入口の断面積よりも小さく設定したものである。
【００１６】
第３の発明に係る処理液吐出ノズルにおいては、複数の吐出孔の総断面積が流入口の断面積よりも小さく設定されているので、球形の気泡がノズル本体内の処理液中に混入することが防止される。したがって、吐出を急激に停止させた場合でも再吐出時に吐出孔の目詰まりが発生せず、処理液の均一な吐出が実現される。
【００１７】
第４の発明に係る処理液吐出ノズルは、ノズル本体部に処理液の流入口および複数の吐出孔を設け、流入口と複数の吐出孔との間を流路で連通させ、各吐出孔を細管状に形成し、複数の吐出孔の総断面積を流入口の断面積よりも小さく設定したものである。
【００１８】
第４の発明に係る処理液吐出ノズルにおいては、各吐出孔が細管状に形成されているので、吐出孔内で流動ベクトルが一方向に揃い、かつ流速分布が放物線状（吐出孔の中心線に関して対称）となる。それにより、球形の気泡がノズル本体内の処理液中に混入することが防止される。また、複数の吐出孔の総断面積が流入口の断面積よりも小さく設定されているので、球形の気泡がノズル本体内の処理液中に混入することがさらに防止される。したがって、吐出を急激に停止させた場合でも再吐出時に吐出孔の目詰まりが発生せず、処理液の均一な吐出が実現される。
【００１９】
第５の発明に係る処理液吐出ノズルは、第４の発明に係る処理液吐出ノズルの構成において、流路に速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するバッファ領域を設けたものである。
【００２０】
第５の発明に係る処理液吐出ノズルにおいては、流入口と複数の吐出孔との間の流路に設けられたバッファ領域で処理液の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換される。それにより、処理液の流速分布の偏りが均一な圧力分散に変換される。したがって、配管内の流速分布に偏りが発生した場合でも吐出分布に偏りが生じず、処理液の均一な吐出が実現 される。
【００２１】
第６の発明に係る基板処理装置は、第１〜第５のいずれかの発明に係る処理液吐出ノズルの構成において、複数の吐出孔にそれぞれ導かれる処理液の流動方向を変換する方向変換部を流路中に設けたものである。
【００２２】
第６の発明に係る処理液吐出ノズルにおいては、流路に設けられた方向変換部で処理液の流動方向が変換され、複数の吐出孔にそれぞれ導かれる。それにより、処理液の流速分布の偏りが分散されて除去される。したがって、配管内の流速分布に偏りが発生した場合でも吐出分布に偏りが生じず、処理液の均一な吐出が実現される。
【００２３】
第７の発明に係る基板処理装置は、基板を水平に保持して鉛直軸の周りで回転させる回転保持手段と、回転保持手段に保持された基板上に処理液を供給する第１、第２、第３、第４、第５または第６の発明に係る処理液吐出ノズルとを備えたものである。
【００２４】
第７の発明に係る基板処理装置においては、基板が鉛直軸の周りで回転され、第１〜第６のいずれかの発明に係る処理液吐出ノズルにより回転する基板上に処理液が供給される。したがって、配管内の流速分布に偏りが発生した場合でも吐出分布に偏りが生じず、あるいは吐出を急激に停止させた場合でも再吐出時に吐出孔の目詰まりが発生せず、処理液の均一な吐出が実現される。その結果、基板の均一な処理が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例における現像装置の概略平面図である。
図１において、回転処理部２は、基板１を水平姿勢で吸引保持して鉛直軸の周りで回転させ、現像、リンスおよび乾燥の各処理を行う。現像ノズルアーム３は、回転軸８を中心として水平面内で回動可能に構成されている。この現像ノズルアーム３の先端部の下面には現像ノズル（図示せず）が取り付けられており、現像ノズルアーム３の回動により現像ノズルが基板１の上方位置と待機位置との間で移動する。待機位置には待機ポット４が設けられている。
【００２６】
回転処理部２の周囲には、リンス液供給ノズル５、プリウエット液供給ノズル６、および窒素ガス噴射ノズル７が配置されている。リンス液供給ノズル５は、現像後の基板１の表面を洗浄するためにリンス液を基板１上に供給する。プリウエット液供給ノズル６は、現像前の基板１上にプリウエット液（純水）を供給する。窒素ガス噴射ノズル７は、基板１上の塵埃等を飛散させるために窒素ガスを基板１上に噴射する。
【００２７】
図２は図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第１の例を示す断面図である。
現像ノズル１０は、流路形成部材１１および吐出孔形成部材１２からなる。これらの流路形成部材１１および吐出孔形成部材１２がノズル本体部となる。
【００２８】
流路形成部材１１には、流入口１３、流入部１４および円筒状流出部１５が鉛直方向に順に形成されている。流入口１３には配管９が接続される。流入部１４と円筒状流出部１５との間には流入部１４から円筒状流出部１５にかけて内径が漸次減少する径変化部Ａが設けられている。
【００２９】
一方、吐出孔形成部材１２の下面の中心部に傘部１６が設けられている。また、この吐出孔形成部材１２には、上面の中心部から傘部１６の内部に至る円柱状凹部１７が形成されている。傘部１６の周囲において吐出孔形成部材１２の上面から下面に貫通する細管状の複数の吐出孔１８が等角度間隔で形成されている。
【００３０】
流路形成部材１１の円筒状流出部１５は吐出孔形成部材１２の円柱状凹部１７に嵌め込まれる。円筒状流出部１５の外径は円柱状凹部１７の内径よりも小さく、かつ円筒状流出部１５の長さは円柱状凹部１７の長さよりも短い。それにより、円筒状流出部１５の外周面と円柱状凹部１７の内周面との間に環状流路が形成され、円筒状流出部１５の下部における円柱状凹部１７内にバッファ領域Ｂが形成される。
【００３１】
配管９により供給される現像液は、流入口１３から流入部１４および径変化部Ａを通って円筒状流出部１５からバッファ領域Ｂに流入する。このとき、径変化部Ａの内径が徐々に小さくなっているので、流速の偏りの幅が徐々に小さくなる。バッファ領域Ｂでは、流体の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、流速の偏りが均一な圧力分散に変換される。この場合、径変化部Ａの内径が徐々に小さくなることにより流速が高められているので、バッファ領域Ｂへの流入圧力が高くなっている。そのため、バッファ領域Ｂでの圧力変換の効率が良くなる。このようにして、現像液の流速の偏りが除去される。
【００３２】
バッファ領域Ｂに流入した現像液は流動ベクトル変換部Ｃにおいて鉛直下向きから鉛直上向きに方向変換され、円筒状流出部１５の外周面と円柱状凹部１７の内周面との間の環状流路を流れ、複数の吐出孔１８に鉛直下向きに流入する。この流動ベクトル変換部Ｃにおいて流動方向が変換されることにより、バッファ領域Ｂで除去しきれなかった流速の偏りがほぼ完全に除去される。吐出孔１８から吐出された現像液は傘部１６の表面に沿って流れ、基板上に供給される。
【００３３】
各吐出孔１８の流路を細くかつ長く形成することが好ましい。これにより、吐出孔１８内で流動ベクトルがほぼ鉛直下向きに揃い、かつ流速分布が放物線状（吐出孔１８の中心線に関して対象）になる。その結果、吐出停止時に、空気が球形の気泡として現像ノズル１０内部まで侵入することが防止される。また、複数の吐出孔１８の断面積の合計（吐出断面積）Ａｏｕｔおよび流入口１３の断面積Ａｉｎは次の関係を満たすように設定する。
【００３４】
Ａｏｕｔ＜Ａｉｎ ・・・（１）
これにより、現像ノズル１０内への気泡の侵入がさらに防止される。
図３は図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第２の例を示す断面図である。
【００３５】
図３の現像ノズル２０は、流路形成部材２１および吐出孔形成部材２２からなる。流路形成部材２１には、流入口２３、流入部２４および流出部２５が鉛直方向に順に形成されている。流入部２４と流出部２５との間には流入部２４から流出部２５にかけて内径が漸次減少する径変化部Ａが設けられている。また、流路形成部材２１の下端部には、流出部２５よりも大きな内径を有する円柱状凹部２６が形成されている。
【００３６】
一方、吐出孔形成部材２２の上面の中央部には円柱状凸部２８が設けられ、下面の中央部には傘部２７が設けられている。また、この吐出孔形成部材２２には、傘部２７の周囲において上面から下面まで貫通する細管状の複数の吐出孔２９が等角度間隔で形成されている。
【００３７】
流路形成部材２１の円柱状凹部２６の内径は吐出孔形成部材２２の円柱状凸部２８の外径よりも大きくなっている。それにより、円柱状凹部２６内における円柱状凸部２８の周囲に環状のバッファ領域Ｂが形成される。
【００３８】
配管９により供給された現像液は、流入口２３から流入部２４に流入し、径変化部Ａおよび流出部２５を通ってバッファ領域Ｂに流入する。このとき、径変化部Ａの内径が徐々に小さくなっているので、流速の偏りの幅が徐々に小さくなる。バッファ領域Ｂに現像液が流入する際に、流動ベクトル変換部Ｃにおいて現像液の流動方向が鉛直下向きから水平外向きに変換される。それにより、流速の偏りが均一に分散される。
【００３９】
バッファ領域Ｂでは、流体の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、流速の偏りが均一な圧力分散に変換される。特に、径変化部Ａにより現像液の流速が高められているので、バッファ領域Ｂへの流入圧力が高くなる。それにより、バッファ領域Ｂでの圧力変換が効率良く行われる。このようにして流速の偏りが除去される。
【００４０】
バッファ領域Ｂに供給された現像液は複数の吐出孔２９内に鉛直下向きに流入する。吐出孔２１から吐出される現像液は傘部２７の表面に沿って流れ、基板上に供給される。
【００４１】
図３の現像ノズル２０においても、各吐出孔２９の流路を細くかつ長くすることが好ましい。これにより、空気が球形の気泡として現像ノズル２０の内部まで侵入することが防止される。
【００４２】
また、第１の例の現像ノズル１０と同様に、複数の吐出孔２９の断面積の合計（吐出断面積）Ａｏｕｔおよび流入口の断面積Ａｉｎは上式（１）の関係を満たすように設定する。それにより、現像ノズル２０内への気泡の混入がさらに防止される。
【００４３】
図４は図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第３の例を示す断面図である。
図４の現像ノズル３０は、流路形成部材３１および吐出孔形成部材３２からなる。流路形成部材３１には、流入口３３、流入部３４および流出部３５が鉛直方向に順に形成されている。流入部３４と流出部３５との間には流入部３４から流出部３５にかけて内径が漸次減少する径変化部Ａが設けられている。また、流路形成部材３１の下端部には、流出部３５よりも大きな内径を有する円柱状凹部３６が形成されている。
【００４４】
一方、吐出孔形成部材３２の下面中心部には傘部３７が設けられている。また、この吐出孔形成部材３２には、傘部３７の周囲において上面から下面に貫通する細管状の複数の吐出孔３８が等角度間隔で形成されている。流路形成部材３１の円柱状凹部３６および吐出孔形成部材３２の上面によりバッファ領域Ｂが形成される。
【００４５】
配管９により供給される現像液は、流入口３３から流入部３４に流入し、径変化部Ａおよび流出部３５を通ってバッファ領域Ｂに流入する。このとき、径変化部Ａの内径が徐々に小さくなっているので、流速の偏りの幅が徐々に小さくなる。
【００４６】
バッファ領域Ｂでは、流体の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、流速の偏りが均一な圧力分散に変換される。特に、径変化部Ａにおいて流速が高められているので、バッファ領域Ｂへの流入圧力が高くなる。それにより、バッファ領域Ｂでの圧力変換が効率良く行われる。このようにして、流速の偏りが除去される。
【００４７】
バッファ領域Ｂに供給された現像液は、流動ベクトル変換部Ｃにおいて鉛直下向きから水平外向きに方向変換され、吐出孔３８に鉛直下向きに流入する。これにより、バッファ領域Ｂで除去しきれなかった流速の偏りがほぼ完全に除去される。吐出孔３８から吐出される現像液は傘部３７の表面に沿って流れ、基板上に供給される。
【００４８】
図４の現像ノズル３０においても、吐出孔３８の流路を細くかつ長く形成することが好ましい。これにより、空気が球形の気泡として現像ノズル３０の内部まで侵入することが防止される。
【００４９】
また、第１の例の現像ノズル１０と同様に、複数の吐出孔３８の断面積の合計（吐出断面積）Ａｏｕｔおよび流入口３３の断面積Ａｉｎは上式（１）の関係を満たすように設定する。これにより、現像ノズル３０内への気泡の侵入がさらに防止される。
【００５０】
図５は図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第４の例を示す断面図である。また、図６は図５の現像ノズルの分解斜視図である。
現像ノズル４０は、流路形成部材４１および吐出孔形成部材４２からなる。流路形成部材４１には、流入口４３、流入部４４、流路４５および円板状空間４６が鉛直方向に順に形成されている。また、流路形成部材４１の下面から内部にかけて円柱状凹部４８が形成され、円柱状凹部４８の周囲に円板状空間４６に連通する複数の流路４７が等角度間隔で形成されている。円板状空間４６はバッファ領域Ｂ１となる。
【００５１】
一方、吐出孔形成部材４２の下面中心部に傘部４９が設けられている。また、吐出孔形成部材４２には、傘部４９の周囲において上面から下面に貫通する細管状の複数の吐出孔５０が形成されている。
【００５２】
図６に示すように、流路形成部材４１の円柱状凹部４８内に吐出孔形成部材４２が挿入される。それにより、流路形成部材４１の円柱状凹部４８の内周面と吐出孔形成部材４２の外周面との間に環状流路が形成され、円柱状凹部４８の底面と吐出孔形成部材４２の上面との間にバッファ領域Ｂ２（図５参照）が形成される。
【００５３】
配管９により供給される現像液は、流入口４３から流入部４４に流入し、流路４５を通ってバッファ領域Ｂ１に流入する。バッファ領域Ｂ１においては、流体の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、流速分布の偏りが均一な圧力分散に変換される。
【００５４】
バッファ領域Ｂに供給された現像液は、流動ベクトル変換部Ｃ１において水平外向きから鉛直下向きに方向変換され、複数の流路４７に鉛直下向きに流入し、さらに流動ベクトル変換部Ｃ２において鉛直下向きから鉛直上向きに方向変換され、バッファ領域Ｂ２に流入する。バッファ領域Ｂ２に流入した現像液は、流動ベクトル変換部Ｃ３において鉛直下向きに方向変換され、複数の吐出孔５０に流入する。吐出孔５０から吐出された現像液は、傘部４９の表面に沿って流れ、基板上に供給される。
【００５５】
本例の現像ノズル４０においては、バッファ領域Ｂ１，Ｂ２において流体の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、流速の偏りが均一な圧力分散に変換される。これにより、流速の偏りが除去される。また、流動ベクトル変換部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３において、さらに流速の偏りが除去される。
【００５６】
各吐出孔５０の直径は例えば２ｍｍに形成する。この場合、各吐出孔５０の流路長さＬは５５０ｍｍ以上に長く形成することが好ましい。それにより、吐出孔５０内で流動ベクトルがほぼ鉛直下向きに揃い、流速分布が放物線状となる。その結果、吐出停止時に、空気が球形の気泡として現像ノズル５０の内部まで侵入することが防止される。
【００５７】
また、複数の吐出孔５０の断面積の合計（吐出断面積）Ａｏｕｔおよび流入口４３の断面積Ａｉｎは、上式（１）を満足するように設定する。それにより、現像ノズル５０内への気泡の侵入がさらに防止される。例えば、流入口４３の直径を６ｍｍとした場合、吐出孔５０の本数を６とし、各吐出孔５０の直径を２ｍｍとする。なお、複数の流路４７の断面積の合計は流入口４３の断面積と等しくする。これにより、圧力損失が低く抑えられる。
【００５８】
以上のように、本実施例の吐出ノズル１０，２０，３０，４０においては、バッファ領域Ｂ，Ｂ１，Ｂ２を設けること、および流動ベクトル変換部Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３で流動ベクトルを変化させることにより、配管９の履歴による流速分布の偏りが除去される。
【００５９】
また、最終段の吐出孔１８，２９，３８，５０を細く長い細管状の流路に形成すること、および吐出断面積を流入部の断面積よりも小さく設定することにより、吐出を急激に停止させた場合でも再吐出時に空気が球形の気泡として現像ノズル内の現像液中に混入することが防止される。これにより、現像液の均一な吐出が実現され、現像液の均質な液盛りを行うことができる。
【００６０】
なお、本発明は、傘部を有するノズルに限らず、側面に複数の吐出孔が形成されたノズルにも適用することができる。
上記実施例では、本発明を現像ノズルおよび現像装置に適用した場合を説明したが、本発明は、それに限らず、他の処理液を基板上に供給する処理液吐出ノズルおよびそれを備えた基板処理装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における現像装置の概略平面図である。
【図２】図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第１の例を示す断面図である。
【図３】図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第２の例を示す断面図である。
【図４】図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第３の例を示す断面図である。
【図５】図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第４の例を示す断面図である。
【図６】図５の現像ノズルの分解斜視図である。
【図７】従来の現像ノズルの一例を示す断面図である。
【図８】図７の現像ノズルの横断面および着液点の分布を示す図である。
【図９】従来の現像ノズルの問題点を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 回転処理部
３ 現像ノズルアーム
１０，２０，３０，４０ 現像ノズル
１３，２３，３３，４３ 流入口
１８，２９，３８，５０ 吐出孔
Ａ 径変化部
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ バッファ領域
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ 流動ベクトル変化部
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理液吐出ノズルおよびそれを備えた基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、光ディスク用基板等の基板に所定の処理を行うために基板処理装置が用いられている。このような基板処理装置では、基板を水平姿勢で回転させながらその表面に処理液吐出ノズルからフォトレジスト液、現像液、洗浄液等の処理液を供給することにより基板の表面処理を行う。
【０００３】
例えば、現像装置は、基板を水平に保持して鉛直軸の周りで回転させる回転保持部と、基板の表面に現像液を供給する現像ノズルとを備える。現像ノズルは、水平面内で回動自在に設けられた現像ノズルアームの先端部に取り付けられており、基板の上方位置と待機位置との間を移動することができる。現像処理時には、現像ノズルが基板の上方に移動し、基板上の感光性膜に現像液を供給する。供給された現像液は、基板の回転によって基板の全面に塗り広げられ、感光性膜と接触する。表面張力により基板上に現像液を保持した状態で一定時間基板を静止させること（液盛り）により感光性膜の現像が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図７は従来の現像ノズルの一例を示す断面図である。図７に示すように、現像ノズル６０の側面に複数の吐出孔６１が形成されている。この現像ノズル６０は配管７０の先端に取り付けられている。
【０００５】
従来の現像ノズル６０では、配管７０を引き回すと、図７に矢印で示すように、配管７０内の流速分布に偏りが発生し、現像液の吐出分布に偏りが生じてしまう。
【０００６】
図８は現像ノズル６０の横断面および現像液の吐出分布に偏りが生じた場合の着液点の状態を示す図である。図８に示すように、現像液の吐出分布に偏りが生じると、現像液の着液点Ｐの分布が現像ノズル６０の中心に対して偏心することになる。そのため、現像液を基板の表面に均一に供給することが困難となる。
【０００７】
また、図９（ａ）に示すように、現像液の吐出を急激に停止させた場合、流体自身の慣性により現像ノズル６０の吐出孔６１から現像液の漏れが発生する。それにより、図９（ｂ）に示すように、漏れた現像液の液滴の代わりに空気が球形の気泡１００となって現像ノズル６０内に混入する。現像ノズル６０内に混入した気泡１００は、図９（ｃ）に示すように、次に吐出動作を行ったときに、吐出孔６１を目詰りさせ、吐出の不具合を引き起こす可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、配管内の流速分布に偏りが発生した場合でも吐出分布に偏りが生じずかつ吐出を急激に停止させた場合でも再吐出時に吐出孔の目詰りが発生しない処理液吐出ノズルおよびそれを備えた基板処理装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、吐出を急激に停止させた場合でも再吐出時に吐出孔の目詰りが発生しない処理液吐出ノズルおよびそれを備えた基板処理装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る処理液吐出ノズルは、ノズル本体部に処理液の流入口および複数の吐出孔を設け、流入口と複数の吐出孔との間を流路で連通させ、流路の径を漸次小さくし、各吐出孔を細管状に形成したものである。
【００１１】
第１の発明に係る処理液吐出ノズルにおいては、流路の径が漸次小さくなっているので、処理液の流速の偏りの幅が徐々に小さくなるとともに、処理液の流速が高められる。それにより、流速の偏りがより効果的に除去される。
【００１２】
また、各吐出孔が細管状に形成されているので、吐出孔内で流動ベクトルが一方向に揃い、かつ流速分布が放物線状（吐出孔の中心線に関して対称）となる。それにより、球形の気泡がノズル本体内の処理液中に混入することが防止される。したがって、吐出を急激に停止させた場合でも再吐出時に吐出孔の目詰まりが発生せず、処理液の均一な吐出が実現される。
【００１３】
第２の発明に係る処理液吐出ノズルは、第１の発明に係る処理液吐出ノズルの構成において、流路の漸次径が小さくなった部分の下流側に速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するバッファ領域を設けたものである。
【００１４】
第２の発明に係る処理液吐出ノズルにおいては、流路の漸次径が小さくなった部分の下流側に設けられたバッファ領域で処理液の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換される。それにより、処理液の流速分布の偏りが均一な圧力分散に変換される。したがって、配管内の流速分布に偏りが発生した場合でも吐出分布に偏りが生じず、処理液の均一な吐出が実現される。
【００１５】
第３の発明に係る処理液吐出ノズルは、第１または第２の発明に係る処理液吐出ノズルの構成において、複数の吐出孔の総断面積を流入口の断面積よりも小さく設定したものである。
【００１６】
第３の発明に係る処理液吐出ノズルにおいては、複数の吐出孔の総断面積が流入口の断面積よりも小さく設定されているので、球形の気泡がノズル本体内の処理液中に混入することが防止される。したがって、吐出を急激に停止させた場合でも再吐出時に吐出孔の目詰まりが発生せず、処理液の均一な吐出が実現される。
【００１７】
第４の発明に係る処理液吐出ノズルは、ノズル本体部に処理液の流入口および複数の吐出孔を設け、流入口と複数の吐出孔との間を流路で連通させ、各吐出孔を細管状に形成し、複数の吐出孔の総断面積を流入口の断面積よりも小さく設定したものである。
【００１８】
第４の発明に係る処理液吐出ノズルにおいては、各吐出孔が細管状に形成されているので、吐出孔内で流動ベクトルが一方向に揃い、かつ流速分布が放物線状（吐出孔の中心線に関して対称）となる。それにより、球形の気泡がノズル本体内の処理液中に混入することが防止される。また、複数の吐出孔の総断面積が流入口の断面積よりも小さく設定されているので、球形の気泡がノズル本体内の処理液中に混入することがさらに防止される。したがって、吐出を急激に停止させた場合でも再吐出時に吐出孔の目詰まりが発生せず、処理液の均一な吐出が実現される。
【００１９】
第５の発明に係る処理液吐出ノズルは、第４の発明に係る処理液吐出ノズルの構成において、流路に速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するバッファ領域を設けたものである。
【００２０】
第５の発明に係る処理液吐出ノズルにおいては、流入口と複数の吐出孔との間の流路に設けられたバッファ領域で処理液の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換される。それにより、処理液の流速分布の偏りが均一な圧力分散に変換される。したがって、配管内の流速分布に偏りが発生した場合でも吐出分布に偏りが生じず、処理液の均一な吐出が実現 される。
【００２１】
第６の発明に係る基板処理装置は、第１〜第５のいずれかの発明に係る処理液吐出ノズルの構成において、複数の吐出孔にそれぞれ導かれる処理液の流動方向を変換する方向変換部を流路中に設けたものである。
【００２２】
第６の発明に係る処理液吐出ノズルにおいては、流路に設けられた方向変換部で処理液の流動方向が変換され、複数の吐出孔にそれぞれ導かれる。それにより、処理液の流速分布の偏りが分散されて除去される。したがって、配管内の流速分布に偏りが発生した場合でも吐出分布に偏りが生じず、処理液の均一な吐出が実現される。
【００２３】
第７の発明に係る基板処理装置は、基板を水平に保持して鉛直軸の周りで回転させる回転保持手段と、回転保持手段に保持された基板上に処理液を供給する第１、第２、第３、第４、第５または第６の発明に係る処理液吐出ノズルとを備えたものである。
【００２４】
第７の発明に係る基板処理装置においては、基板が鉛直軸の周りで回転され、第１〜第６のいずれかの発明に係る処理液吐出ノズルにより回転する基板上に処理液が供給される。したがって、配管内の流速分布に偏りが発生した場合でも吐出分布に偏りが生じず、あるいは吐出を急激に停止させた場合でも再吐出時に吐出孔の目詰まりが発生せず、処理液の均一な吐出が実現される。その結果、基板の均一な処理が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例における現像装置の概略平面図である。
図１において、回転処理部２は、基板１を水平姿勢で吸引保持して鉛直軸の周りで回転させ、現像、リンスおよび乾燥の各処理を行う。現像ノズルアーム３は、回転軸８を中心として水平面内で回動可能に構成されている。この現像ノズルアーム３の先端部の下面には現像ノズル（図示せず）が取り付けられており、現像ノズルアーム３の回動により現像ノズルが基板１の上方位置と待機位置との間で移動する。待機位置には待機ポット４が設けられている。
【００２６】
回転処理部２の周囲には、リンス液供給ノズル５、プリウエット液供給ノズル６、および窒素ガス噴射ノズル７が配置されている。リンス液供給ノズル５は、現像後の基板１の表面を洗浄するためにリンス液を基板１上に供給する。プリウエット液供給ノズル６は、現像前の基板１上にプリウエット液（純水）を供給する。窒素ガス噴射ノズル７は、基板１上の塵埃等を飛散させるために窒素ガスを基板１上に噴射する。
【００２７】
図２は図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第１の例を示す断面図である。
現像ノズル１０は、流路形成部材１１および吐出孔形成部材１２からなる。これらの流路形成部材１１および吐出孔形成部材１２がノズル本体部となる。
【００２８】
流路形成部材１１には、流入口１３、流入部１４および円筒状流出部１５が鉛直方向に順に形成されている。流入口１３には配管９が接続される。流入部１４と円筒状流出部１５との間には流入部１４から円筒状流出部１５にかけて内径が漸次減少する径変化部Ａが設けられている。
【００２９】
一方、吐出孔形成部材１２の下面の中心部に傘部１６が設けられている。また、この吐出孔形成部材１２には、上面の中心部から傘部１６の内部に至る円柱状凹部１７が形成されている。傘部１６の周囲において吐出孔形成部材１２の上面から下面に貫通する細管状の複数の吐出孔１８が等角度間隔で形成されている。
【００３０】
流路形成部材１１の円筒状流出部１５は吐出孔形成部材１２の円柱状凹部１７に嵌め込まれる。円筒状流出部１５の外径は円柱状凹部１７の内径よりも小さく、かつ円筒状流出部１５の長さは円柱状凹部１７の長さよりも短い。それにより、円筒状流出部１５の外周面と円柱状凹部１７の内周面との間に環状流路が形成され、円筒状流出部１５の下部における円柱状凹部１７内にバッファ領域Ｂが形成される。
【００３１】
配管９により供給される現像液は、流入口１３から流入部１４および径変化部Ａを通って円筒状流出部１５からバッファ領域Ｂに流入する。このとき、径変化部Ａの内径が徐々に小さくなっているので、流速の偏りの幅が徐々に小さくなる。バッファ領域Ｂでは、流体の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、流速の偏りが均一な圧力分散に変換される。この場合、径変化部Ａの内径が徐々に小さくなることにより流速が高められているので、バッファ領域Ｂへの流入圧力が高くなっている。そのため、バッファ領域Ｂでの圧力変換の効率が良くなる。このようにして、現像液の流速の偏りが除去される。
【００３２】
バッファ領域Ｂに流入した現像液は流動ベクトル変換部Ｃにおいて鉛直下向きから鉛直上向きに方向変換され、円筒状流出部１５の外周面と円柱状凹部１７の内周面との間の環状流路を流れ、複数の吐出孔１８に鉛直下向きに流入する。この流動ベクトル変換部Ｃにおいて流動方向が変換されることにより、バッファ領域Ｂで除去しきれなかった流速の偏りがほぼ完全に除去される。吐出孔１８から吐出された現像液は傘部１６の表面に沿って流れ、基板上に供給される。
【００３３】
各吐出孔１８の流路を細くかつ長く形成することが好ましい。これにより、吐出孔１８内で流動ベクトルがほぼ鉛直下向きに揃い、かつ流速分布が放物線状（吐出孔１８の中心線に関して対象）になる。その結果、吐出停止時に、空気が球形の気泡として現像ノズル１０内部まで侵入することが防止される。また、複数の吐出孔１８の断面積の合計（吐出断面積）Ａｏｕｔおよび流入口１３の断面積Ａｉｎは次の関係を満たすように設定する。
【００３４】
Ａｏｕｔ＜Ａｉｎ ・・・（１）
これにより、現像ノズル１０内への気泡の侵入がさらに防止される。
図３は図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第２の例を示す断面図である。
【００３５】
図３の現像ノズル２０は、流路形成部材２１および吐出孔形成部材２２からなる。流路形成部材２１には、流入口２３、流入部２４および流出部２５が鉛直方向に順に形成されている。流入部２４と流出部２５との間には流入部２４から流出部２５にかけて内径が漸次減少する径変化部Ａが設けられている。また、流路形成部材２１の下端部には、流出部２５よりも大きな内径を有する円柱状凹部２６が形成されている。
【００３６】
一方、吐出孔形成部材２２の上面の中央部には円柱状凸部２８が設けられ、下面の中央部には傘部２７が設けられている。また、この吐出孔形成部材２２には、傘部２７の周囲において上面から下面まで貫通する細管状の複数の吐出孔２９が等角度間隔で形成されている。
【００３７】
流路形成部材２１の円柱状凹部２６の内径は吐出孔形成部材２２の円柱状凸部２８の外径よりも大きくなっている。それにより、円柱状凹部２６内における円柱状凸部２８の周囲に環状のバッファ領域Ｂが形成される。
【００３８】
配管９により供給された現像液は、流入口２３から流入部２４に流入し、径変化部Ａおよび流出部２５を通ってバッファ領域Ｂに流入する。このとき、径変化部Ａの内径が徐々に小さくなっているので、流速の偏りの幅が徐々に小さくなる。バッファ領域Ｂに現像液が流入する際に、流動ベクトル変換部Ｃにおいて現像液の流動方向が鉛直下向きから水平外向きに変換される。それにより、流速の偏りが均一に分散される。
【００３９】
バッファ領域Ｂでは、流体の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、流速の偏りが均一な圧力分散に変換される。特に、径変化部Ａにより現像液の流速が高められているので、バッファ領域Ｂへの流入圧力が高くなる。それにより、バッファ領域Ｂでの圧力変換が効率良く行われる。このようにして流速の偏りが除去される。
【００４０】
バッファ領域Ｂに供給された現像液は複数の吐出孔２９内に鉛直下向きに流入する。吐出孔２１から吐出される現像液は傘部２７の表面に沿って流れ、基板上に供給される。
【００４１】
図３の現像ノズル２０においても、各吐出孔２９の流路を細くかつ長くすることが好ましい。これにより、空気が球形の気泡として現像ノズル２０の内部まで侵入することが防止される。
【００４２】
また、第１の例の現像ノズル１０と同様に、複数の吐出孔２９の断面積の合計（吐出断面積）Ａｏｕｔおよび流入口の断面積Ａｉｎは上式（１）の関係を満たすように設定する。それにより、現像ノズル２０内への気泡の混入がさらに防止される。
【００４３】
図４は図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第３の例を示す断面図である。
図４の現像ノズル３０は、流路形成部材３１および吐出孔形成部材３２からなる。流路形成部材３１には、流入口３３、流入部３４および流出部３５が鉛直方向に順に形成されている。流入部３４と流出部３５との間には流入部３４から流出部３５にかけて内径が漸次減少する径変化部Ａが設けられている。また、流路形成部材３１の下端部には、流出部３５よりも大きな内径を有する円柱状凹部３６が形成されている。
【００４４】
一方、吐出孔形成部材３２の下面中心部には傘部３７が設けられている。また、この吐出孔形成部材３２には、傘部３７の周囲において上面から下面に貫通する細管状の複数の吐出孔３８が等角度間隔で形成されている。流路形成部材３１の円柱状凹部３６および吐出孔形成部材３２の上面によりバッファ領域Ｂが形成される。
【００４５】
配管９により供給される現像液は、流入口３３から流入部３４に流入し、径変化部Ａおよび流出部３５を通ってバッファ領域Ｂに流入する。このとき、径変化部Ａの内径が徐々に小さくなっているので、流速の偏りの幅が徐々に小さくなる。
【００４６】
バッファ領域Ｂでは、流体の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、流速の偏りが均一な圧力分散に変換される。特に、径変化部Ａにおいて流速が高められているので、バッファ領域Ｂへの流入圧力が高くなる。それにより、バッファ領域Ｂでの圧力変換が効率良く行われる。このようにして、流速の偏りが除去される。
【００４７】
バッファ領域Ｂに供給された現像液は、流動ベクトル変換部Ｃにおいて鉛直下向きから水平外向きに方向変換され、吐出孔３８に鉛直下向きに流入する。これにより、バッファ領域Ｂで除去しきれなかった流速の偏りがほぼ完全に除去される。吐出孔３８から吐出される現像液は傘部３７の表面に沿って流れ、基板上に供給される。
【００４８】
図４の現像ノズル３０においても、吐出孔３８の流路を細くかつ長く形成することが好ましい。これにより、空気が球形の気泡として現像ノズル３０の内部まで侵入することが防止される。
【００４９】
また、第１の例の現像ノズル１０と同様に、複数の吐出孔３８の断面積の合計（吐出断面積）Ａｏｕｔおよび流入口３３の断面積Ａｉｎは上式（１）の関係を満たすように設定する。これにより、現像ノズル３０内への気泡の侵入がさらに防止される。
【００５０】
図５は図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第４の例を示す断面図である。また、図６は図５の現像ノズルの分解斜視図である。
現像ノズル４０は、流路形成部材４１および吐出孔形成部材４２からなる。流路形成部材４１には、流入口４３、流入部４４、流路４５および円板状空間４６が鉛直方向に順に形成されている。また、流路形成部材４１の下面から内部にかけて円柱状凹部４８が形成され、円柱状凹部４８の周囲に円板状空間４６に連通する複数の流路４７が等角度間隔で形成されている。円板状空間４６はバッファ領域Ｂ１となる。
【００５１】
一方、吐出孔形成部材４２の下面中心部に傘部４９が設けられている。また、吐出孔形成部材４２には、傘部４９の周囲において上面から下面に貫通する細管状の複数の吐出孔５０が形成されている。
【００５２】
図６に示すように、流路形成部材４１の円柱状凹部４８内に吐出孔形成部材４２が挿入される。それにより、流路形成部材４１の円柱状凹部４８の内周面と吐出孔形成部材４２の外周面との間に環状流路が形成され、円柱状凹部４８の底面と吐出孔形成部材４２の上面との間にバッファ領域Ｂ２（図５参照）が形成される。
【００５３】
配管９により供給される現像液は、流入口４３から流入部４４に流入し、流路４５を通ってバッファ領域Ｂ１に流入する。バッファ領域Ｂ１においては、流体の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、流速分布の偏りが均一な圧力分散に変換される。
【００５４】
バッファ領域Ｂに供給された現像液は、流動ベクトル変換部Ｃ１において水平外向きから鉛直下向きに方向変換され、複数の流路４７に鉛直下向きに流入し、さらに流動ベクトル変換部Ｃ２において鉛直下向きから鉛直上向きに方向変換され、バッファ領域Ｂ２に流入する。バッファ領域Ｂ２に流入した現像液は、流動ベクトル変換部Ｃ３において鉛直下向きに方向変換され、複数の吐出孔５０に流入する。吐出孔５０から吐出された現像液は、傘部４９の表面に沿って流れ、基板上に供給される。
【００５５】
本例の現像ノズル４０においては、バッファ領域Ｂ１，Ｂ２において流体の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、流速の偏りが均一な圧力分散に変換される。これにより、流速の偏りが除去される。また、流動ベクトル変換部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３において、さらに流速の偏りが除去される。
【００５６】
各吐出孔５０の直径は例えば２ｍｍに形成する。この場合、各吐出孔５０の流路長さＬは５５０ｍｍ以上に長く形成することが好ましい。それにより、吐出孔５０内で流動ベクトルがほぼ鉛直下向きに揃い、流速分布が放物線状となる。その結果、吐出停止時に、空気が球形の気泡として現像ノズル５０の内部まで侵入することが防止される。
【００５７】
また、複数の吐出孔５０の断面積の合計（吐出断面積）Ａｏｕｔおよび流入口４３の断面積Ａｉｎは、上式（１）を満足するように設定する。それにより、現像ノズル５０内への気泡の侵入がさらに防止される。例えば、流入口４３の直径を６ｍｍとした場合、吐出孔５０の本数を６とし、各吐出孔５０の直径を２ｍｍとする。なお、複数の流路４７の断面積の合計は流入口４３の断面積と等しくする。これにより、圧力損失が低く抑えられる。
【００５８】
以上のように、本実施例の吐出ノズル１０，２０，３０，４０においては、バッファ領域Ｂ，Ｂ１，Ｂ２を設けること、および流動ベクトル変換部Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３で流動ベクトルを変化させることにより、配管９の履歴による流速分布の偏りが除去される。
【００５９】
また、最終段の吐出孔１８，２９，３８，５０を細く長い細管状の流路に形成すること、および吐出断面積を流入部の断面積よりも小さく設定することにより、吐出を急激に停止させた場合でも再吐出時に空気が球形の気泡として現像ノズル内の現像液中に混入することが防止される。これにより、現像液の均一な吐出が実現され、現像液の均質な液盛りを行うことができる。
【００６０】
なお、本発明は、傘部を有するノズルに限らず、側面に複数の吐出孔が形成されたノズルにも適用することができる。
上記実施例では、本発明を現像ノズルおよび現像装置に適用した場合を説明したが、本発明は、それに限らず、他の処理液を基板上に供給する処理液吐出ノズルおよびそれを備えた基板処理装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における現像装置の概略平面図である。
【図２】図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第１の例を示す断面図である。
【図３】図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第２の例を示す断面図である。
【図４】図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第３の例を示す断面図である。
【図５】図１の現像装置に用いられる現像ノズルの第４の例を示す断面図である。
【図６】図５の現像ノズルの分解斜視図である。
【図７】従来の現像ノズルの一例を示す断面図である。
【図８】図７の現像ノズルの横断面および着液点の分布を示す図である。
【図９】従来の現像ノズルの問題点を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 回転処理部
３ 現像ノズルアーム
１０，２０，３０，４０ 現像ノズル
１３，２３，３３，４３ 流入口
１８，２９，３８，５０ 吐出孔
Ａ 径変化部
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ バッファ領域
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ 流動ベクトル変化部
Claims (7)
- ノズル本体部に処理液の流入口および複数の吐出孔を設け、前記流入口と前記複数の吐出孔との間を流路で連通させ、前記流路の径を漸次小さくし、各吐出孔を細管状に形成したことを特徴とする処理液吐出ノズル。
- 前記流路の漸次径が小さくなった部分の下流側に速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するバッファ領域を設けたことを特徴とする請求項１記載の処理液吐出ノズル。
- 前記複数の吐出孔の総断面積を前記流入口の断面積よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１または２記載の処理液吐出ノズル。
- ノズル本体部に処理液の流入口および複数の吐出孔を設け、前記流入口と前記複数の吐出孔との間を流路で連通させ、各吐出孔を細管状に形成し、前記複数の吐出孔の総断面積を前記流入口の断面積よりも小さく設定したことを特徴とする処理液吐出ノズル。
- 前記流路に速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するバッファ領域を設けたことを特徴とする請求項４記載の処理液吐出ノズル。
- 前記複数の吐出孔にそれぞれ導かれる処理液の流動方向を変換する方向変換部を前記流路中に設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の処理液吐出ノズル。
- 基板を水平に保持して鉛直軸の周りで回転させる回転保持手段と、前記回転保持手段により保持される基板上に処理液を供給する請求項１〜６のいずれかに記載の処理液吐出ノズルとを備えたことを特徴とする基板処理装置。
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