JP3976632B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハ、フォトマスク用ガラス角基板、液晶用ガラス角基板等の基板表面全域にわたって処理液を液盛りをすることにより基板の表面に所定の化学処理を施す基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体や液晶ディスプレイの製造工程において、シリコンウェーハ、フォトマスク用ガラス角基板、液晶用ガラス角基板等の基板表面上の塗布膜等に化学処理を施す工程がある。中でも、基板上に形成されたフォトレジスト膜（感光性樹脂）に所定のパターンを露光後に行う工程であって、現像液により化学処理を行い露光部分のフォトレジスト膜を除去する現像工程は、上記製造工程における殆どの分野で行われる工程である。この現像工程に関して、処理液の表面張力を利用して基板上に処理液を一定時間保持（液盛り）し、この間にフォトレジストに化学反応を進行させて現像を行い、続いて基板を基板平面内で回転させて、洗浄、リンス、乾燥等を行う方法及び装置が知られている。
【０００３】
上述の基板上への液盛りについて説明する。十分な量の処理液が処理液吐出ノズル等により基板上に供給された場合、図４（ａ）に示されるように、処理液Ｍの表面張力の作用によって、処理液Ｍが基板Ｗ上の全域にわたって一様な膜状に盛り上がって載っている状態が生じて、外力を加えない限りそのままの状態が維持される。例えば、一辺１５２ｍｍの四角形基板上に６０〜８０ｃｃの処理液Ｍが供給されると処理液Ｍの厚さは基板Ｗ上全域において３ｍｍ程度となる。ところが、基板Ｗ上に供給された処理液量が十分な量でなく不足する場合、例えば、処理液Ｍの量が６０ｃｃ未満の場合、図４（ｂ）（ｃ）に示されるように、基板Ｗ上に処理液Ｍが殆ど載っていない膜退き部ｇが発生する。これは、処理液Ｍが自己の表面張力により基板上で表面積を収縮させるからである。この処理液Ｍの膜退きにより、処理液の分布が不規則となり、処理液Ｍが基板Ｗ全面に広がらない「処理液の盛りむら」が発生する。この処理液の盛りむらは、現像工程において基板上の各点における現像時間のばらつきや現像不良の原因となるため、発生しないようにしなければならない。なお、上記の数値は処理液の物性に依存し、処理液の種類及び下地となる基板表面状態によって大きく異なる。
【０００４】
液盛り工程において、基板上に処理液が不足する状態は、図５に示されるように、「液流れ」という現象によって発生する。角形基板の一辺に平行な長手の処理液吐出口を有するスリットノズルを、吐出口の長手方向と直交する方向に移動させながら基板上に処理液を液盛りする場合を考える。図５（ａ）のように、スリットノズル３が吐出口３１から処理液Ｍを角形基板Ｗに吐出しながら、基板Ｗの終端部に達して僅かに基板終端を外れた状態では、スリットノズル先端と基板終端部エッジとで形成される間隙における処理液（橋渡し部ｈ）の表面張力と自重とが釣り合った状態になっている。スリットノズル３がさらに移動し、間隙が広くなると、図５（ｂ）のように、橋渡し部ｈの処理液に作用する表面張力よりも処理液の重さが大きくなり、基板端部より「液零れＭ２」が発生する。さらにスリットノズル３が移動し、処理液の橋渡し部ｈが消失すると、図５（ｃ）のように、基板Ｗ上の処理液が基板端から流出する「液流れｋ」が発生する。このため、既に基板上に滴下された処理液の一部が基板上から失われ、「液盛り」に必要な量の処理液が不足することになる。この後、図５（ｄ）のように、基板上の処理液Ｍは表面張力により面積を収縮し、基板端縁部で膜退きによる膜退き部ｇが発生し、結果、「処理液の盛りむら」が生じる。
【０００５】
基板端からの液零れは、上記の基板終端部だけでなく、図６に示されるように、スリットノズル３の吐出口３１が基板から横にはみ出した部分がある場合、液盛り処理の途中において基板の左右端でも発生する。このように、基板サイズ（幅寸法）がスリットノズルの長さより小さい場合、基板よりはみ出した部分のスリットノズル吐出口から余分な処理液が吐出されると共に、基板上から基板左右端側面を伝って処理液が零れ落ちる。「液零れＭ２」がスリットノズル３の移動に伴って基板の全長で発生する。しかし、基板終端部とは異なり、基板左右端では上記の膜退き現象及び膜退き部ｇの発生はない。その理由は、「液盛り」途中で基板左右側面を伝って零れ落ちる液滴の幅ｕは、略吐出口の幅に対応して僅か数ミリ程度であって、また、主にスリットノズル３の存在する位置でのみ液零れＭ２が発生し、この部分から零れ落ちる処理液の量は前述の基板終端部で零れ落ちる量に比して微量であり、また、基板上には処理液が継続して供給されていることにより、処理液の不足がおこらないからである。
【０００６】
従来、図７に示されるように、基板終端における液流れ対策機能を備えた基板処理装置が知られている。この装置において、角形基板Ｗの一辺（基端）からその一辺に対向する他の辺（終端）へとスリットノズル３を水平に相対移動させながら基板表面全域に処理液を供給した後、スリットノズルが基板の終端から離脱する際、スリットノズルを斜め上方へ移動（退避）させる方法が基板終端における液流れ対策として採られている。これによると、スリットノズルと基板表面上の処理液との接液部を伝って基板表面上の処理液が液零れするのを防止でき、ひいては、液零れにより誘発される液流れが防止される（例えば、特開平７−３７７８８号公報参照）。
【０００７】
上記従来技術による基板処理装置について説明する。この基板処理装置においては、基板Ｗを水平保持する基板保持手段５が基板保持下部５ｂを介してベアリングＢにより回転自在にカップ底部６に設けられ、また、処理液飛散防止用のカップ側部７が矢印Ａ１方向に昇降自在に設けられている。処理液吐出口３１を有するスリットノズル３が、吐出口３１を基板Ｗの表面に対向させてノズル支持アーム２に取り付けられている。スリットノズル３は、基板Ｗの表面と吐出口３１とが平行に維持されると共に、吐出口３１の長手方向に直交する矢印Ａ２により示される水平方向に移動可能であり、また、矢印Ａ３で示される上下方向にも移動可能である。スリットノズル３の上下及び水平移動は、ノズル支持アーム２を電動機９ｂ及び制御手段１０ｂにより上下に昇降して、また、ノズル支持アーム２を支持する水平移動フレーム１を移動ガイド４、電動機９ａ、及び制御手段１０ａにより水平に移動して行われる。
【０００８】
続いて、上記従来技術による基板処理装置を用いた液盛り方法について説明する。基板Ｗが基板保持手段５に載置された後、位置Ｐ１においてノズル受け８上で待機していたスリットノズル３が、吐出口３１を基板Ｗの一辺（基端）よりやや外側の上面に配置するように、点Ｐ２まで矢印ａに沿って移動される。次に、吐出口３１より処理液を供給しながら矢印ｂに沿って、スリットノズル３を基板Ｗの一辺（終端）方向へ水平移動させて基板Ｗの表面全域に液盛りが行なわれる。スリットノズル３が基板Ｗの一辺（終端）のやや内側の点Ｐ３まで到達すると、矢印ｃに沿ってスリットノズル３が斜め上方の点Ｐ４に移動（退避）させられて液盛りが完了する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した図７に示されるような液盛りを行う基板処理装置は、スリットノズル３を上方へ移動（退避）させることで液流れを防止しているため、スリットノズル３を上下方向に移動する電動機９ｂや駆動制御手段１０ｂなどを含む移動手段、及び上方へ移動（退避）するための空間とが必要となり、装置の製造コスト、保守性、及び装置の設置床面積（フットプリント）の点で問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解消するものであって、簡単な構成により、処理液の盛りむらをなくすことができ、装置のメンテナンス性の向上、低コスト化、小フットプリント化を実現できる基板処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記の課題を達成するために、請求項１の発明は、角形又は円形基板を載置して水平に保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に保持された基板の表面全域に処理液を液盛りする処理液供給機構とを備え、前記基板表面全域に処理液を所定の液盛厚に液盛りして基板表面に所定の化学処理を施す基板処理装置において、前記処理液供給機構は、角形基板の一辺又は円形基板の直径以上の長さの処理液吐出口を有するスリットノズルと、前記スリットノズルの吐出口を前記基板表面と平行に維持すると共に該吐出口と該基板表面との間隔を、前記液盛厚程度の間隔に維持し、該吐出口より処理液を吐出しながら、前記スリットノズルの直交方向に前記基板と相対移動させる移動手段と、前記スリットノズル及び前記移動手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、スリットノズルが、前記基板上を略一定の相対速度のもとで相対移動して該基板表面全域への液盛りを終了するまで該スリットノズルの吐出口と該基板表面との前記間隔を維持すると共に、液盛りを終了する際、前記基板の液盛り終了側端部より所定の距離だけ内側以降を、相対移動の速度を前記略一定の相対速度よりも増速して通過するように制御するものである。
【００１２】
上記構成の基板処理装置においては、基板終端でスリットノズルが離脱する際にスリットノズルの相対移動速度をそれまでの略一定の相対速度よりも増速して、処理液吐出口と基板終端との間における処理液の液切れ性（液離れ性）を向上させることとしたので、スリットノズルの吐出口近傍の接液部を伝って基板表面から処理液が液零れするのを防止できる。従って、液零れにより誘発される液流れ現象を防止できるので、膜退きも発生せず、処理液を盛りむらなく液盛りすることが可能となる。また、上記装置によれば、液流れ防止のためのスリットノズル上下方向移動手段を必要としないので、基板処理装置の簡略化ができ、低コスト化、小フットプリント化の向上が図れる。また、スリットノズルを用いて液盛りを行う基板処理装置では、基板表面とスリットノズル吐出面との平行性の維持及び間隔の維持が液盛り処理の高精度化と安定化を図るうえで重要であるが、本発明の基板処理装置では、液盛り処理において液流れ対策としてスリットノズルを上下方向に移動する必要性がないため、昇降稼働部の省略が可能となり、基板表面とスリットノズル吐出面との平行度調整は水平稼働部のみ実施すればよく、もって平行度の精度向上が図れ、処理の高精度化と安定化が図れると共に、基板処理装置のメンテナンス性の向上が実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る基板処理装置について、図１乃至図３を参照して説明する。図面中の共通する部材には同一符号を付して重複説明を省略する。図１に示されるように、基板処理装置１００は、基板Ｗを水平保持する基板保持手段５を備えており、この基板保持手段５は、基板保持下部５ｂを介してベアリングＢにより回転自在にカップ底部６に設けられている。また、処理液飛散防止用のカップ側部７が矢印Ａ１方向に昇降自在に設けられている。処理液を液盛り処理する工程においては、このカップ上部７は上方に位置している。また、カップ底部６の周辺下部には、排気口６ａが設けられおり、ここから処理液や処理液のミストの排出や排気が行われる。また、処理液吐出口３１を有するスリットノズル３が、吐出口３１を基板Ｗの表面に対向するようにノズル支持アーム２に取り付けられている。スリットノズル３は、基板Ｗの表面と吐出口３１とが平行に維持されると共に、吐出口３１の長手方向に直交する矢印Ａ２により示される水平方向に移動可能である。スリットノズル３の水平移動は、ノズル支持アーム２を支持する水平移動フレーム１を移動ガイド４、電動機９、及び制御手段１０により水平に移動して行われる。
【００１４】
次に、上記基板処理装置を用いた液盛り方法について説明する。まず、処理液飛散防止用のカップ側部７が図示しない駆動手段により上昇し、基板Ｗが図示しないロボットハンド等により基板保持手段５上に載置される。基板Ｗが基板保持手段５に載置された後、位置Ｐ１においてノズル受け８上で待機していたスリットノズル３が、吐出口３１が基板Ｗの一辺（基端）よりやや外側の上面に配置される点Ｐ２まで矢印ｘに沿って水平に移動される。基板Ｗの表面とスリットノズル３の間隙は、例えば３ｍｍに設定される。なお、この間隙の寸法は使用する処理液の粘度、分子量、親水性（接触角）等の物性に依存し、スリットノズル３から供給される処理液が毛細管現象によりスリットノズル３の吐出口平面に沿って広がるように調整されている。
【００１５】
続いて、図示しない処理液供給弁を開き、吐出口３１より処理液を供給しながら矢印ｙに沿って、スリットノズル３を基板Ｗの一辺（終端）方向へ一定の移動速度Ｖ１で水平移動させて基板Ｗの表面全域に液盛りが行なわれる。このときの移動速度Ｖ１は、後述するように、スリットノズル３への処理液供給流量Ｑ１とスリットノズル３からの処理液吐出流量Ｑ２とが等しくなる移動速度である。スリットノズル３が基板Ｗの一辺（終端）のやや内側の点Ｐ３まで到達すると、スリットノズル３の移動速度を増速させ、基板Ｗの終端を通過するときの移動速度をＶ２（Ｖ１＜Ｖ２）として、前記水平移動の方向を維持して矢印ｚに沿ってスリットノズル３を点Ｐ４まで水平に移動させた後、スリットノズル３を停止させ、図示しない処理液供給弁を閉じ、スリットノズル３をノズル受け８上の待機位置まで移動させる。このようにして基板Ｗ表面全域に液盛りされた処理液は、所定の処理時間が経過すると、図示しない回転駆動手段により基板保持手段５が回動することにより基板上より除去される。この時、除去される処理液がミスト状になり飛散しないよう、予めカップ側部７を図示しない駆動手段により降下させておく。
【００１６】
なお、上記構成では、保持した基板Ｗの上方をスリットノズル３が水平移動する構成となっているが、液盛り処理は、液盛り中のスリットノズル３と基板Ｗとの相対的な位置関係が維持されれば行うことができる。例えば、スリットノズル３を基板上方で固定し、その下方を基板Ｗが速度Ｖ１で水平移動させ、基板上の所定の位置以降の区間をスリットノズル３が相対的に通過する際、基板Ｗの移動速度をＶ２に増速しても同様の効果が得られる。
【００１７】
次に、上記のスリットノズル３の移動速度Ｖ１，Ｖ２について、詳述する。基板上に液盛りを行う際、処理液の省液が可能で、かつ盛りむらのない最適なノズル移動速度Ｖは、以下に示す計算式によって導かれる。まず、図２に示されるように、スリットノズル３の吐出口３１から基板Ｗ上へ吐出される処理液Ｍの吐出流量Ｑ２は、Ｑ２＝Ｌ・Ｈ・（ｖ・ｔ）／ｔ＝Ｌ・Ｈ・ｖ、又は、Ｑ２＝（Ｓ／ｄ）・Ｈ・ｖと表される。ここで、Ｌは吐出口３１の開口長、Ｈは吐出口３１と基板Ｗ表面間との距離、ｖは液盛り時のスリットノズル移動速度、ｔはスリットノズル３が基板Ｗ上を速度ｖで移動した時間、Ｓは吐出口３１の開口面積、ｗは吐出口３１の開口幅である。
【００１８】
上述の吐出流量Ｑ２の式によると、吐出流量Ｑ２は、吐出口３１の開口形状を一定とすれば、スリットノズル３の移動速度ｖと基板Ｗとの距離Ｈによって決る。ここで、距離Ｈは、前述したように、処理液の粘度、分子量、親水性（接触角）等の物性に依存し、吐出口３１から基板Ｗ上に供給される処理液Ｍが毛細管現象により吐出口平面と基板Ｗ表面とのなす間隙に沿って広がるように予め調整される固定値である。結局、スリットノズル３へ供給される処理液Ｍの供給流量Ｑ１が一定であるとして、Ｑ２＝Ｑ１を満たすようにノズル移動速度ｖを調整すれば、この一定値として求まる移動速度ｖにより、基板上に必要十分な処理液Ｍを供給することができる。従って、ｖ＝Ｑ１／（Ｌ・Ｈ）又は、ｖ＝Ｑ１／（（Ｓ／ｗ）・Ｈ）が、液盛りを行うときの最適なスリットノズル３の移動速度となる。
【００１９】
次に、本基板処理装置を用いた処理液の液盛りの詳細を説明する。図３（ａ）に示されるように、液盛り処理において、スリットノズル３は、処理液Ｍを吐出しながら定速区間ｆ１において移動速度Ｖ１（＝上述のｖ）で移動し、増速区間ｆ２において移動速度を上げて、基板終端を移動速度Ｖ２で通過する。具体的には、例えば、１辺の長さが１５２ｍｍの角基板に対して、処理液Ｍを吐出する吐出口３１が基板終端より５〜１０ｍｍ程度基板側へ入った位置から以降を増速区間とし、また、定速区間ｆ１においてＶ１＝２０ｍｍ／ｓｅｃ、増速区間ｆ２においてＶ２＝２８ｍｍ／ｓｅｃとして処理することにより「液流れ」のない液盛り処理が達成されている。
【００２０】
また、スリットノズル３が基板Ｗの終端を通過するとき、図３（ｂ）に示されるように、スリットノズル３の先端にある吐出口３１と基板Ｗ終端部エッジとで形成される間隙において、橋渡し液部ｈが形成され、この部分の処理液Ｍに作用する表面張力と重力が釣り合っている状態が現れる。この状態の後、図３（ｃ）に示されるように、液零れが発生するよりも速く、又は、零れ落ちる処理液の量を最小限に止め、「液盛り」に十分な量の処理液を基板上に残してスリットノズル３と基板Ｗ上の処理液Ｍとの液離れ（橋渡し部ｈの消滅）をさせることにより液流れの発生が防止される。このような最適液離れをさせるため、上述のように増速された移動速度Ｖ２でスリットノズル３が移動される。この後、図３（ｄ）に示されるように、基板Ｗ上の処理液Ｍは、基板端において表面張力により支えられ、所望の液盛り状態となる。
【００２１】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、スリットノズルと基板との位置関係及び移動速度関係は、前述のように相対的なものであり、予め門型に固定されたスリットノズルの下側を基板が通過する装置構造としてもよい。この場合、液盛り最終段階において、スリットノズルを基板の移動方向と逆に移動させて相対速度を増速する方法としてもよい。また、相対移動速度を一定速度から増速する速度変化パターンについては、液盛りする処理液の粘性等の物性値や液盛り条件（液盛り面積、液盛り量、液盛り幅等）に応じて、ステップ状とするか、又は、なめらかに変化するパターンにするかを決めればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による基板処理装置の断面模式図。
【図２】 （ａ）は同上装置に備えられるスリットノズルの斜視図、（ｂ）は同スリットノズルを用いた液盛り処理と吐出流量の関係を示す斜視図。
【図３】 （ａ）〜（ｄ）は、同上装置による液盛り処理の詳細を説明する基板断面。
【図４】 （ａ）は一般的な液盛り処理を説明する基板断面図、（ｂ）は同液盛り処理の不良例を示す基板平面図、（ｃ）は同断面図。
【図５】 （ａ）〜（ｄ）は液盛り処理の不良原因を説明する基板断面図。
【図６】 （ａ）は基板左右端における液盛り処理状態を説明する基板横断面図、（ｂ）は同縦断面図。
【図７】 従来の基板処理装置の断面模式図。
【符号の説明】
１ 水平移動フレーム（移動手段）
２ ノズル支持アーム（移動手段）
３ スリットノズル
４ 移動ガイド（移動手段）
５ 基板保持手段
９ 電動機（移動手段）
１０ 制御手段
３１ 吐出口
１００ 基板処理装置
Ｍ 処理液
Ｗ 基板

Claims (1)

1. 角形又は円形基板を載置して水平に保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に保持された基板の表面全域に処理液を液盛りする処理液供給機構とを備え、前記基板表面全域に処理液を所定の液盛厚に液盛りして基板表面に所定の化学処理を施す基板処理装置において、
   前記処理液供給機構は、角形基板の一辺又は円形基板の直径以上の長さの処理液吐出口を有するスリットノズルと、
   前記スリットノズルの吐出口を前記基板表面と平行に維持すると共に該吐出口と該基板表面との間隔を、前記液盛厚程度の間隔に維持し、該吐出口より処理液を吐出しながら、前記スリットノズルの直交方向に前記基板と相対移動させる移動手段と、
   前記スリットノズル及び前記移動手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記スリットノズルが、前記基板上を略一定の相対速度のもとで相対移動して該基板表面全域への液盛りを終了するまで該スリットノズルの吐出口と該基板表面との前記間隔を維持すると共に、液盛りを終了する際、前記基板の液盛り終了側端部より所定の距離だけ内側以降を、相対移動の速度を前記略一定の相対速度よりも増速して通過するように制御することを特徴とする基板処理装置。

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