JP4447757B2

JP4447757B2 - 塗布装置

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Publication number: JP4447757B2
Application number: JP2000282723A
Authority: JP
Inventors: 公男元田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 2000-09-18
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2020-09-18
Also published as: JP2001162207A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハや液晶表示ディスプレイに使われるガラス基板をフォトリソグラフィ技術を利用して処理を行う技術分野に属し、特に例えば半導体ウエハやガラス基板上にレジスト液等の塗布液を塗布する塗布装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示ディスプレイ装置の製造工程において、例えばガラス基板上にＩＴＯ薄膜や電極パターン等を形成するために、半導体製造工程において用いられるものと同様のフォトリソグラフィ技術を用いて回路パターン等を縮小露光してフォトレジストに転写し、これを現像処理する一連の処理が施される。
【０００３】
このような一連の処理は、例えばガラス基板を搬送する搬送装置が走行可能とされた搬送路に沿って、洗浄装置、アドヒージョン処理装置、冷却処理装置、レジスト塗布装置、熱処理装置及び現像装置等を配置した構成の塗布現像処理システムによって行われる。そして、このような塗布現像処理システムでは、ガラス基板を、洗浄装置にて洗浄した後、ガラス基板にアドヒージョン処理装置にて疎水処理を施し、冷却処理装置にて冷却した後、レジスト塗布装置にてフォトレジスト膜を塗布形成する。その後、フォトレジスト膜を熱処理装置にて加熱してプリベーク処理を施した後に冷却し、当該システムに接続された露光装置にて所定のパターンを露光し、露光後のガラス基板を現像装置にて現像液を塗布して現像した後にリンス液により現像液を洗い流し、ポストベーク処理を行い、一連の工程が終了する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したレジスト塗布装置においては、例えばスピンチャック上にガラス基板を載せて回転させ、その回転中心にレジスト液を供給するスピンコート法が用いられるが、かかるスピンコート法によってレジスト液を塗布する場合にはガラス基板上に供給されたレジスト液が遠心力によってガラス基板の外側に相当量飛び散って無駄になる、という問題がある。
【０００５】
そこで、本発明者等は、ガラス基板の表面上でレジスト液を吐出する尖管状のノズルを走査させることで、可能な限り必要な領域だけにレジスト液を塗布し、レジスト液の無駄をなくした技術を提唱している。
【０００６】
しかしながら、上記構成のノズルでは、ノズルの走査ピッチが小さいためにガラス基板の全面にレジスト液を塗布するためには非常に長い時間を要する、という問題がある。
【０００７】
特に、レジスト液の粘度が高い場合やガラス基板表面の接触角が大きい場合には、ガラス基板表面でのレジスト液の広がりは小さくなるため、ノズルの走査ピッチを更に小さくする必要があり、そのためレジスト液の塗布処理に更に長い時間を要することになる。
【０００８】
また、このように塗布処理に時間を要すると、ガラス基板に対して最初に塗布した位置のレジスト液の乾燥時間と最後に塗布した位置のレジスト液の乾燥時間が相当異なるものとなり、膜厚の均一性が損なわれる、という問題も生じる。
【０００９】
そこで、例えばノズルの先端に設けられた吐出孔の径を大きくすることが考えられるが、このように吐出孔の径を大きくするとノズルからレジスト液の供給を停止しているときにレジスト液をノズル内に保持することができず垂れ落ちる、という問題を生じる。
【００１０】
本発明の目的は、上記のような塗布液の垂れ落ち等の問題を生じることがなく、塗布液の無駄をなくし、しかも塗布処理に要する時間を短くすることができる塗布装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の塗布装置は、基板を保持する保持部材と、前記保持された基板の表面に向けて塗布液を吐出する複数の吐出孔が列設されたノズルと、前記保持された基板上で前記ノズルを走査する走査機構と、前記基板表面の塗布液の塗布禁止領域と前記ノズルが走査される走査領域とが重複する重複領域における、前記基板と前記ノズルとの間に介挿された遮蔽部材とを具備し、前記遮蔽部材は、前記基板の外側に向けて延在しつつ下方向に傾斜する傾斜面を有し、前記遮蔽部材の傾斜面の上部から下部に向けて洗浄液を流すための手段を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明では、例えばノズルを吐出孔の列設方向と直交する方向に走査しつつこれら複数の吐出孔から同時に塗布液を吐出することによってノズルの走査方向に対して吐出孔の列設幅程度の幅をもって基板上に塗布液を塗布することができる。従って、塗布液の無駄をなくし、しかも塗布処理に要する時間を短くすることができる。また、各吐出孔については径を大きくする必要がないので、塗布液が垂れ落ちるようなことはなくなる。さらに、遮蔽部材によって基板の塗布液の塗布禁止領域、例えば基板の端部にノズルから塗布液が塗布されなくなるので、基板全面に塗布液を塗布した後に端部の塗布液を除去する端部処理等は不要となる。また、前記遮蔽部材が、前記基板の外側に向けて延在しつつ下方向に傾斜する傾斜面を有することにより、不要な塗布液が遮蔽部材から基板上に零れ落ちることはなくなる。さらに、前記遮蔽部材の傾斜面の上部から下部に向けて洗浄液を流すための手段を有することにより、遮蔽部材に塗布液が付着するようなことはなくなる。
【００１９】
本発明の塗布装置は、前記基板の外側に向けて延在した傾斜面の端辺に沿って設けられた前記洗浄液の回収路と、前記回収路により回収された洗浄液をろ過して上記の洗浄液として再利用する手段とを具備することを特徴とする。これにより、洗浄液を無駄にすることはなくなる。
【００２０】
以下、本発明の参考形態を図面に基づき説明する。
【００２１】
この参考形態では、本発明をガラス基板上にレジスト膜を形成し、露光後のガラス基板を現像する塗布現像処理システムに適用した場合について説明する。
【００２２】
図１はこの参考形態に係る塗布現像処理システムの構成を示す斜視図である。
【００２３】
同図に示す塗布現像処理システム１は、ガラス基板Ｇ（以下、「基板Ｇ」と呼ぶ。）を搬入・搬出するローダ部２と、基板Ｇの第一の処理部３と、中継部４を介して第一の処理部３に連設される第二の処理部５とで主に構成されている。なお、第二の処理部５には受け渡し部７を介してレジスト膜に所定の微細パターンを露光するための露光装置６が連設可能となっている。
【００２４】
上記ローダ部２にはカセットステーション１０が設けられており、未処理の基板Ｇを収容するカセット１１と、処理済みの基板Ｇを収容するカセット１２とをそれぞれ複数載置自在である。カセット１０、１１との間で基板Ｇの搬入出を行うべく水平（Ｘ，Ｙ）方向と垂直（Ｚ）方向の移動及び回転（θ）可能な基板搬出入ピンセット１３とで構成されている。
【００２５】
第一の処理部３には、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の移動及びθ回転可能な主基板搬送装置１５が走行可能とされた搬送路１６の一方の側に、基板Ｇをブラシ洗浄するブラシ洗浄装置１７、現像装置１８が並んで配置され、搬送路１６の他方の側に基板Ｇの表面を疎水化処理するアドヒージョン処理装置１９、現像処理の後で加熱するポストベークを行う熱処理装置２０、基板Ｇを所定温度に冷却する冷却処理装置２１が多段に配置されている。
【００２６】
第二の処理部５には、第一の処理部３と同様に、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の移動及びθ回転可能な主基板搬送装置２２が移動可能とされた搬送路２３の一方の側に、塗布装置２４を配置し、搬送路２３の他方の側にレジスト液塗布の後で基板Ｇを加熱するプリベークを行う熱処理装置２０、冷却処理装置２１が多段に配置されている。
【００２７】
受け渡し部７には、基板Ｇを一時待機させるためのカセット２５と、このカセット２５との間で基板Ｇの出し入れを行う搬送用ピンセット２６と、基板Ｇの受け渡し台２７が設けられている。
【００２８】
図２は上述した塗布装置２４の構成を示す斜視図である。
【００２９】
この塗布装置２４のほぼ中央には、基板Ｇを保持する保持部材としての保持板３１が配置されている。この保持板３１には、その表面から基板Ｇを支持する複数の支持ピン（図示せず）が出没可能に配置されている。そして、支持ピンが保持板３１の表面から突き出た状態で主基板搬送装置２２との間で塗布装置２４の開口部３２を介して受け渡しを行い、支持ピンが保持板３１の表面から没して基板Ｇが保持板３１上に載置された状態で塗布処理が行われるようになっている。
【００３０】
塗布装置２４のＸ方向に沿った両側には、例えば無端ベルトによって構成されるＸ方向搬送部材３３が配置され、これらＸ方向搬送部材３３間を跨ぐようにしてＹ方向搬送部材３４が配置されている。一方のＸ方向搬送部材３３の一端には、例えば無端ベルトによって構成されたＸ方向搬送部材３３を駆動してＹ方向搬送部材３４をＸ方向に搬送するための駆動部３５が設けられている。また、Ｙ方向搬送部材３４上には、塗布ヘッド３６をＹ方向搬送部材３４に沿ってＹ方向に搬送する搬送部３７が移動可能に配置されている。本参考形態では、Ｘ方向搬送部材３３、Ｙ方向搬送部材３４、駆動部３５及び搬送部３７によって本発明に係る走査機構を構成している。
【００３１】
図３は上述した塗布ヘッド３６の構成を示す斜視図である。
【００３２】
塗布ヘッド３６の本体３８の下部には、保持板３１より保持された基板Ｇの表面に向けて塗布液としてのレジスト液を吐出する複数の、例えば５個の吐出孔３９が列設されたノズル４０が設けられている。このノズル４０には、図示を省略したポンプを介してレジスト液貯留タンクからレジスト液が供給されるようになっている。また、このノズル４０は、本発明に係る角度調節機構として本体３８内に内蔵された回動機構によってθ方向に回動されるようになっている。回動機構としては、例えばエア駆動のロータリーアクチュエータやモータを用いることができる。そして、例えば予め２種類の角度に設定したり、自在に角度を調整するようにすることができる。
【００３３】
次に、このように構成された塗布現像処理システム１の動作を説明する。
【００３４】
まず、カセット１１内に収容された未処理の基板Ｇはローダ部２の搬出入ピンセット１３によって取り出された後、第一の処理部３の主基板搬送装置１５に受け渡され、そして、ブラシ洗浄装置１７内に搬送される。このブラシ洗浄装置１７内にてブラシ洗浄された基板Ｇは、アドヒージョン処理装置１９にて疎水化処理が施され、冷却処理装置２１にて冷却された後、中継部４上に載置される。
【００３５】
第二の処理部５の主基板搬送装置２２がこの基板Ｇを受け取り、塗布装置２４へ搬送する。
【００３６】
塗布装置２４では、支持ピン（図示せず）が保持板３１の表面から突き出た状態で主基板搬送装置２２から基板Ｇを受け取り、保持板３１の表面から没して基板Ｇを保持板３１上に載置する。
【００３７】
次に、Ｘ方向搬送部材３３、Ｙ方向搬送部材３４、駆動部３５及び搬送部３７によって構成された走査機構の走査によって塗布ヘッド３６を走査しつつ、ノズル４０の各吐出孔３９からレジスト液を基板Ｇの表面に向けて供給する。上記走査の一例として、例えば図４に示すように、ノズル４０の吐出孔３９の列設方向をＸ方向と平行になるように回動機構によってノズル４０の角度θを調節し、基板ＧのＸ方向一端側から塗布ヘッド３６を走査機構によってＹ方向に搬送する（図４の▲１▼）。次に、塗布ヘッド３６を走査機構によってＸ方向にノズル４０全体での塗布ピッチ分だけ移動させ（図４の▲２▼）、塗布ヘッド３６を走査機構によってＹ方向に搬送する（図４の▲３▼）。以下、このような走査を繰り返すことによって、基板Ｇの全面に亘り塗布ヘッド３６を走査し、基板Ｇの全面にレジスト液を塗布する。
【００３８】
ここで、上述した例では、塗布ヘッド３６によって基板Ｇ上にレジスト液を塗布する際に、図５に示すように、ノズル４０の吐出孔３９の列設方向５０をＸ方向と平行（走査方向５１と直交する方向）になるように回動機構によってノズル４０の角度θを調節していた。これにより、走査方向５１に対する隣接する吐出孔３９間のピッチＰを最大にすることができ、迅速な塗布処理が可能となる。しかし、レジスト液の粘度が高い場合やガラス基板表面の接触角が大きい場合には、ノズル４０における隣接する吐出孔３９から吐出されたレジスト液が相互に接触せずに或いは接触部分に凹が生じ、レジスト液を均一に塗布できないことがある。そこで、本参考形態では、図６に示すように、回動機構によってノズル４０を回動し、ノズル４０の吐出孔３９の列設方向５０と走査方向５１との間に一定の角度を持たせることによって、走査方向５１に対する隣接する吐出孔３９間のピッチＰを小さくできるようにしている。従って、本参考形態では、回動機構を設けるだけで隣接する吐出孔３９間のピッチＰを調節でき、基板Ｇ上にレジスト液を均一に塗布することができる。
【００３９】
ノズル４０の角度の調整は、例えば次のように制御部を設けることによって自動化することができる。すなわち、図１２に示すように、ノズル４０内にレジスト液タンク４２内のレジスト液を供給するためのレジスト液供給管４３と、レジスト液の粘度データ及び基板Ｇの接触角データが入力され、この情報に基づいてノズルの走査方向５１と吐出孔の列設方向５０とがなす角度を算出し、算出結果に基づき回動機構によってノズル４０の角度を調節させる制御部４１とを設けることにより、角度調整の自動化が可能となる。更に、制御部４１にて、粘度データ及び基板Ｇの接触角データの情報に基づいて、レジスト膜が所望の膜厚となるようなノズルの走査速度を算出し、この算出結果に基づき走査速度を調節させても良い。これにより、吐出孔３９間のピッチＰの変化によりレジスト膜の膜厚が異なっても、走査速度を調整することにより、所望の膜厚のレジスト膜を得ることができる。また、制御部４１にて、粘度データ及び基板Ｇの接触角データの情報に基づいて、レジスト膜が所望の膜厚となるような吐出孔から吐出されるレジスト液の吐出圧を算出し、この算出結果に基づき吐出圧を調節させても良い。これにより、吐出孔３９間のピッチＰの変化によりレジスト膜の膜厚が異なっても、吐圧を調整することにより、所望の膜厚のレジスト膜を得ることができる。また、例えば接触角データ等とこれらに対応する吐出孔の列設方向５０とがなす角度を予め実験にて求め、これを情報として制御部に記憶させるようにしておいてもよい。
【００４０】
そして、以上のような処理によってレジスト液が塗布された基板Ｇは熱処理装置２０にて加熱されてベーキング処理が施され、冷却処理装置２１にて冷却された後、露光装置６にて所定のパターンが露光される。そして、露光後の基板Ｇは現像装置１８内へ搬送され、現像液により現像された後にリンス液により現像液を洗い流し、現像処理を完了する。その後、熱処理装置２０にて加熱されてベーキング処理が施され、冷却処理装置２１にて冷却された後に処理済みの基板Ｇはローダ部１のカセット１２内に収納され、一連の処理が終了する。
【００４１】
このように本参考形態に係る塗布現像処理システム１における塗布装置２４によれば、例えばノズル４０を吐出孔３９の列設方向５０と直交する方向に走査しつつこれら複数の吐出孔３９から同時にレジスト液を吐出することによってノズル４０の走査方向に対して吐出孔３９の列設幅程度の幅をもって基板Ｇ上にレジスト液を塗布することができる。従って、レジスト液の無駄をなくし、しかもレジスト塗布処理に要する時間を短くすることができる。また、各吐出孔３９については径を大きくする必要がないので、レジスト液が垂れ落ちるようなことはなくなる。
【００４２】
次に、本発明の第１実施形態について説明する。
【００４３】
レジスト液は基板Ｇの全面に塗布するのではなく、図７の斜線に示すように、基板Ｇの外縁部についてはレジスト液の塗布が不要な場合もある。本実施形態では、そのような場合に、基板Ｇ表面のレジスト液の塗布禁止領域とノズルが走査される走査領域とが重複する重複領域７１（左右交差斜線部）における、基板Ｇとノズル４０との間に、図８及び図９に示すように、遮蔽部材８２を介挿している。このような遮蔽部材８２によって基板Ｇのレジスト液の塗布禁止領域、例えば基板Ｇの外縁部にノズル４０からレジスト液が塗布されなくなるので、基板Ｇ全面にレジスト液を塗布した後に端部のレジスト液を除去する端部処理等は不要となる。
【００４４】
また、本実施形態では、遮蔽部材８２が、基板Ｇの外側に向けて延在しつつ下方向に傾斜する傾斜面８３を有する。これにより、不要なレジスト液が遮蔽部材８２から基板Ｇ上に零れ落ちることはなくなる。
【００４５】
更に、本実施形態では、図１０に示すように、遮蔽部材８２の傾斜面８３の上部から下部に向けて洗浄液を流すための手段として、傾斜面８３の上方に多数の洗浄液吐出孔８４が設けられている。また、傾斜面８３の端辺に沿って洗浄液の回収路８５が設けられ、回収路８５により回収された洗浄液がフィルタ８６及びポンプ８７を介して浄液吐出孔８４に供給され、洗浄液として再利用することができるようになっている。本実施形態では、このような構成を有することで、傾斜面８３にレジスト液が付着することはなくなり、更にそのための洗浄液を無駄にするようなことはなくなる。なお、ノズル４０が通るところだけ洗浄液を吐出し、順次洗浄液吐出範囲を切り換えるようにしてもよい。これにより、使用する洗浄液の量を減らすことができ、フィルタ８６による洗浄液のろ過処理を軽減することができる。
【００４６】
なお、図９に示したように、各々の遮蔽部材８２は左右に移動可能な構成となっており、図１０に示したように、洗浄液吐出孔８４から洗浄液を常時吐出していたが、第２実施形態として、図１１に示すように、例えばガラス基板Ｇの入れ替え時に遮蔽部材８２が左右に移動可能となるように構成し、ガラス基板Ｇの入れ替え時に遮蔽部材８２がガラス基板Ｇを待避する位置に移動したときに予め配置されているブラシ９１が遮蔽部材８２に当接するように構成し、ブラシ９１の上方に配置された補助洗浄液供給ノズル９２から洗浄液をブラシ９１及び遮蔽部材８２上に供給しながらブラシ９１を図示を省略したモータにより回転して遮蔽部材８２に付着してレジストを除去するように構成してもよい。また、洗浄時に遮蔽部材８２がガラス基板Ｇを待避する位置に移動したときに遮蔽部材８２とガラス基板Ｇを保持する保持板３１との間に遮蔽板９３が例えば下方から上昇し、遮蔽部材８２とガラス基板Ｇを保持する保持板３１との間を遮蔽するように構成することで、補助の洗浄機構で跳ねた洗浄液が保持板３１に付着しないようにすると更によい。そして、以上の実施形態により洗浄液吐出孔８４より上部の遮蔽部材８２上に付着したレジストを除去することが可能になる。
【００４７】
ここで、レジスト膜を塗布した時に、端部付近の膜厚が中央部の膜厚よりも厚くレジスト膜が塗布されてしまう場合がある。このような場合、参考形態として、図１３に示すように、同一面内にて領域によってノズル４０の角度を変化させて走査させても良い。すなわち、基板の端部付近に沿って走査させる場合には、ノズル４０に列設された吐出孔の列設方向とノズル４０の走査方向とが直角となるようにノズル４０を配置して走査する。そして、基板の中央部を走査させる場合には、ノズル４０に列設された吐出孔の列設方向とノズル４０の走査方向とが鋭角となるようにノズル４０を配置して走査しても良い。これにより、基板Ｇの端部における吐出孔３９間のピッチＰは、基板Ｇの中央部における吐出孔３９間のピッチＰよりも広くなる。従って、基板面内にて常に同じ吐出圧及び同じ走査速度にてノズル４０を走査させることにより、基板面内でほぼ膜厚が均一なレジスト膜を形成することができる。このように、同一面内で領域によって異なるピッチＰでノズル４０を走査させて塗布することにより、ノズル４０の走査速度やレジスト液の吐出圧を変化させることなく、面内均一にレジスト膜を形成することができる。
【００４８】
本発明は、上述した参考形態及び実施形態に限定されない。例えば、基板としてはガラス基板ばかりでなく半導体ウエハ等であってもよい。また、塗布液としてはレジスト液ばかりでなく絶縁膜用の塗布液等であってもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、塗布液の垂れ落ち等の問題を生じることがなく、塗布液の無駄をなくし、しかも塗布処理に要する時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考形態に係る塗布現像処理システムの斜視図である。
【図２】図１に示した塗布現像処理システムにおける塗布装置の構成を示す斜視図である。
【図３】図２に示した塗布装置における塗布ヘッドの構成を示す斜視図である。
【図４】図２に示した塗布ヘッドの走査例を示した概略平面図である。
【図５】図２に示した塗布ヘッドにおける塗布ピッチの説明図（その１）である。
【図６】図２に示した塗布ヘッドにおける塗布ピッチの説明図（その２）である。
【図７】第１実施形態に係る説明図である。
【図８】第１実施形態に係る塗布装置の平面図である。
【図９】図８に示した塗布装置の側面図である。
【図１０】図８に示した塗布装置の斜視図である。
【図１１】第２実施形態に係る塗布装置の側面図である。
【図１２】参考形態に係る塗布装置の概略側面図である。
【図１３】参考形態に係る塗布ヘッドの走査例を示した概略平面図である。

Claims

基板を保持する保持部材と、
前記保持された基板の表面に向けて塗布液を吐出する複数の吐出孔が列設されたノズルと、
前記保持された基板上で前記ノズルを走査する走査機構と、
前記基板表面の塗布液の塗布禁止領域と前記ノズルが走査される走査領域とが重複する重複領域における、前記基板と前記ノズルとの間に介挿された遮蔽部材と
を具備し、
前記遮蔽部材は、前記基板の外側に向けて延在しつつ下方向に傾斜する傾斜面を有し、前記遮蔽部材の傾斜面の上部から下部に向けて洗浄液を流すための手段を有することを特徴とする塗布装置。
請求項１に記載の塗布装置であって、
前記基板の外側に向けて延在した傾斜面の端辺に沿って設けられた前記洗浄液の回収路と、前記回収路により回収された洗浄液をろ過して前記洗浄液として再利用する手段とを更に具備することを特徴とする塗布装置。