JP5528486B2 - 基板処理装置、これを備える塗布現像装置、及び基板処理方法 - Google Patents

基板処理装置、これを備える塗布現像装置、及び基板処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板処理装置、これを備える塗布現像装置、及び基板処理方法に関する。
半導体集積回路(IC)を製造時のフォトリソグラフィー工程は、基板上に形成されたフォトレジスト膜を所定のマスク(レチクル)を通して露光し、露光されたフォトレジスト膜を現像液で現像し、現像液を純水等でリンスした後に、基板を乾燥するという手順で行われる。
乾燥の際には、基板を回転することにより生じる遠心力によって基板上に残る純水等を振り切るが、それだけでは基板表面にウォーターマークなどが発生する場合がある。これを防ぐため、純水を供給する純水ノズルと、不活性ガスを噴射する不活性ガスノズルとを用いる基板処理方法が知られている(例えば特許文献1参照)。この基板処理方法においては、具体的には、純水と不活性ガスを噴射しながら、純水ノズル及び不活性ガスノズルが被乾燥基板の表面に対して平行で且つ被乾燥基板の中心から外周にかけて径方向に同時に移動される。このような方法によれば、基板中心部から外周に向けて乾燥領域がほぼ同心円状に広がっていくので、ウォーターマークや汚染を発生させることなく、ほぼ清浄に乾燥することができる。
特許第3322853号明細書
ところで、近年の更なる高集積度化にともない、ICの限界寸法(CD)は20nm程度にまで減少している。このような限界寸法で形成されるパターンにおいては、配線間のスペースが狭くなるとともに、アスペクト比も大きくなる傾向がある。そのようなパターンでは、純水等の乾燥の際、配線間のスペースから純水を排出するのが難しくなっている。スペースに純水が部分的に残ると、純水の表面張力により、そのスペースを形成するラインが倒壊してしまい、欠陥が生じることとなる。
本発明は、このような事情に照らしてなされ、基板上に形成されるパターンのスペース間から液体を容易に排出できる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
本発明の第1の態様によれば、基板を保持し、該基板の中央部を回転中心として当該基板を回転可能な基板保持部と、前記基板保持部により回転される前記基板の中央から外縁に向かう方向に沿って移動可能で、当該基板の表面にリンス液を供給するリンス液供給部と、前記リンス液供給部とともに前記基板の中央から外縁に向かう方向に沿って移動可能で、前記基板の表面に垂直な方向から傾くとともに前記基板の半径方向から前記基板の回転方向下流側にずれた供給方向から、前記基板保持部により回転される前記基板の表面に不活性ガスを供給する第1の不活性ガス供給部とを備える基板処理装置が提供される。
本発明の第2の態様によれば、基板にフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成部と、第1の態様の基板処理装置とを備え、前記基板処理装置が前記フォトレジスト膜形成部により形成され、露光された前記フォトレジスト膜に対して現像液を供給する現像液供給部を更に備える、塗布現像装置が提供される。
本発明の第3の態様によれば、基板を保持し、該基板の中央部を回転中心として当該基板を回転する回転ステップと、回転される前記基板の中央から外縁に向かう方向に沿ってリンス液供給部を移動しながら、当該リンス液供給部から当該基板の表面にリンス液を供給するリンス液供給ステップと、前記リンス液供給部とともに前記基板の中央から外縁に向かう方向に沿って第1の不活性ガス供給部を移動しながら、当該第1の不活性ガス供給部により、前記基板の表面に垂直な方向から傾くとともに前記基板の半径方向から前記基板の回転方向下流側にずれた供給方向から、回転される前記基板の表面に不活性ガスを供給する第1の不活性ガス供給ステップとを備える基板処理方法が提供される。
本発明の実施形態によれば、基板上に形成されるパターンのスペース間から液体を容易に排出できる基板処理装置及び基板処理方法が提供される。
本発明の実施形態によるフォトレジスト塗布現像装置を示す概略平面図である。 図1のフォトレジスト塗布現像装置の概略斜視図である。 図1のフォトレジスト塗布現像装置の概略側面図である。 本発明の実施形態による基板処理装置としての現像モジュールを示す概略側面図である。 図4の現像モジュールを示す概略平面図である。 図4及び図5の現像モジュールに備わる複合ノズルを示す概略斜視図である。 図6の複合ノズルを示す概略上面図である。 図7のI−I線に沿った断面図である。 本発明の実施形態による基板処理装置としての現像モジュールの効果を説明する説明図である。 本発明の実施形態による基板処理装置としての現像モジュールの実施例の結果を比較例の結果とともに示すグラフである。 本発明の実施形態による基板処理装置としての現像モジュールに備わる複合ノズルの変形例を示す概略斜視図である。 変形例の複合ノズルにおける傾斜ノズルの傾きと、複合ノズルの位置との関係を示すグラフである。
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
(第1の実施形態)
まず、図1から図4までを参照しながら、本発明の第1の実施形態によるフォトレジスト塗布現像装置(以下、単に塗布現像装置という)を説明する。図1及び図2に示すように、塗布現像装置100には、キャリアステーションS1、処理ステーションS2、及びインターフェイスステーションS3がこの順に並んで設けられている。また、塗布現像装置100のインターフェイスステーションS3側には露光装置S4が結合されている。
キャリアステーションS1は載置台21及び搬送機構Cを有する。載置台21上には、所定の枚数(例えば25枚)の半導体ウエハ(以下、ウエハ)Wが収容されるキャリア20が載置される。本実施形態では、載置台21には4つのキャリア20を並べて載置することができる。以下の説明では、図1に示すように、キャリア20が並ぶ方向をX方向とし、これと直交する方向をY方向とする。搬送機構Cは、キャリア20からウエハWを取り出し、処理ステーションS2に搬送するとともに、処理ステーションS2において処理された処理済みのウエハWを受け取り、キャリア20に収容する。
処理ステーションS2は、図1及び図2に示すように棚ユニットU1、棚ユニットU2、及び棚ユニットU3と、互いに積層される第1のブロック(DEV層)B1、第2のブロック(BCT層)B2、第3のブロック(COT層)B3、及び第4のブロック(TCT層)B4とを有している。
棚ユニットU1は、図3に示すように、例えば下から順に積層された、受け渡しモジュールTRS1、TRS1、CPL11、CPL2、BF2、CPL3、BF3、CPL4、及びTRS4を有する。また、図1に示すように、棚ユニットU1の+X方向側には、昇降自在な搬送機構Dが設けられ、棚ユニットU1の各モジュール間では搬送機構DによりウエハWが搬送される。
棚ユニットU2は、図3に示すように、例えば下から順に積層された、受け渡しモジュールTRS6、TRS6、及びCPL12を有する。
なお、受け渡しモジュールのうち、参照符号「CPL+数字」が付されている受け渡しモジュールには、ウエハWを加熱する加熱モジュールを兼ねるものがあり、ウエハWを冷却して所定の温度(例えば23℃)に維持する冷却モジュールを兼ねるものがある。参照符号「BF+数字」が付されている受け渡しモジュールは、複数枚のウエハWを載置可能なバッファモジュールを兼ねている。また、受け渡しモジュールTRS、CPL、BF等には、ウエハWが載置される載置部が設けられている。
棚ユニットU3には、積層される第1のブロックB1から第4のブロックB4に対向するように積層される4つの処理装置群(不図示)が設けられている。各処理装置群には、第1のブロックB1から第4のブロックB4のそれぞれにおいて行われる処理に対する前処理及び後処理を行う、冷却ユニット、加熱ユニット、及び疎水化処理ユニット等の種々の処理ユニット(不図示)が設けられている。また、棚ユニットU3の各処理装置群と、各ブロックB1からB4との間のウエハWの受け渡しは、それぞれ搬送アームA1、A2、A3、及びA4により行われる。搬送アームA1からA4はY軸方向に沿って移動可能である。
また、第1のブロックB1には、現像モジュール22(図1)、搬送アームA1、及びシャトルアームE(図3)が設けられている。詳しくは、第1のブロックB1内には2つの現像モジュール22が上下に積層されている。後述するように各現像モジュール22は、ウエハWを保持してウエハWの中心を回転中心として回転するスピンチャックと、チャックにより保持されるウエハWに種々の流体を供給する複合ノズルと、スピンチャックにより保持されるウエハWを取り囲むように配置されるカップ部とを有している。複合ノズルには、現像液を供給する現像液供給ノズルと、現像液をリンスするリンス液をウエハWの表面に供給するリンス液供給ノズルと、リンス液による現像液のリンスを補助する不活性ガスを供給する不活性ガス供給ノズルが設けられている。このような構成により、現像モジュール22内において、露光されたフォトレジスト膜が現像される。
第2のブロックB2、第3のブロックB3、及び第4のブロックB4は、第1のブロックB3と同様の構成を有している。ただし、第2のブロックB2では、反射防止膜用の薬液がウエハWに供給され、フォトレジスト膜の下地層となる下部反射防止膜が形成される。また、第4のブロックB4においても反射防止膜用の薬液がウエハWに供給され、フォトレジスト膜の上に上部反射防止膜が形成される。なお、図3に示す参照記号A2、A3、A4は、それぞれ第2のブロックB2、第3のブロックB3、及び第4のブロックB4に設けられた搬送アームである。
また、インターフェイスステーションS3には、図1及び図3に示すように、インターフェイスアームFが設けられている。インターフェイスアームFは、処理ステーションS2の棚ユニットU2の+Y方向側に配置されている。棚ユニットU2の各モジュール間、及び各モジュールと露光装置S4との間においては、インターフェイスアームFによりウエハWが搬送される。
上記の構成を有する塗布現像装置100においては、以下のようにウエハWが各モジュールに搬送されて、フォトレジスト膜が形成され、露光されたフォトレジスト膜が現像される。まず、キャリアステーションS1の搬送機構Cによって載置台21上のキャリア20からウエハWが取り出され、処理ステーションS2の棚ユニットU1の受け渡しモジュールCPL2へ搬送される(図3参照)。受け渡しモジュールCPL2に搬送されたウエハWは、第2のブロックB2の搬送アームA2により、第2のブロックB2の熱処理モジュール及び塗布モジュールに順次搬送され、ウエハW上に下部反射防止膜が形成される。
下部反射防止膜が形成されたウエハWは、搬送アームA2により棚ユニットU1の受け渡しモジュールBF2へ搬送され、搬送機構D(図1)により棚ユニットU1の受け渡しモジュールCPL3へ搬送される。次に、ウエハWは、第3のブロックB3の搬送アームA3により受け取られ、第3のブロックB3の熱処理モジュールTM及び塗布モジュール23(図3)に順次搬送され、下部反射防止膜上にフォトレジスト膜が形成される。
フォトレジスト膜が形成されたウエハWは、搬送アームA3により、棚ユニットU1の受け渡しモジュールBF3に搬送される。
なお、フォトレジスト膜が形成されたウエハWは、第4のブロックB4において更に反射防止膜が形成される場合もある。この場合は、ウエハWは受け渡しモジュールCPL4を介し、第4のブロックB4の搬送アームA4に受け取られ、第4のブロックB4の熱処理モジュール及び塗布モジュールに順次搬送され、フォトレジスト膜上に上部反射防止膜が形成される。この後、ウエハWは、搬送アームA4により、棚ユニットU1の受け渡しモジュールTRS4に受け渡される。
フォトレジスト膜(又は、その上に更に上部反射防止膜)が形成されたウエハWは、搬送機構Dにより、受け渡しモジュールBF3(又は受け渡しモジュールTRS4)から受け渡しモジュールCPL11へ搬送される。受け渡しモジュールCPL11に搬送されたウエハWは、シャトルアームEにより棚ユニットU2の受け渡しモジュールCPL12に搬送された後、インターフェイスステーションS3のインターフェイスアームFに受け取られる。
この後、ウエハWはインターフェイスアームFにより露光装置S4に搬送され、所定の露光処理が行われる。露光処理が行われたウエハWは、インターフェイスアームFにより、棚ユニットU2の受け渡しモジュールTRS6に搬送され、処理ステーションS2に戻される。処理ステーションS2に戻されたウエハWは、第1のブロックB1へ搬送され、現像モジュール11において現像処理が行われる。現像処理が行われたウエハWは、搬送アームA1により棚ユニットU1のいずれかの受け渡しモジュールへ搬送され、搬送機構Cによりキャリア20に戻される。
本実施形態による塗布現像装置100は後述する現像モジュール22を備えているため、現像モジュール22により発揮される効果や利点が塗布現像装置100においても発揮される。
(第2の実施形態)
次に、図4から図6までを参照しながら、本発明の第2の実施形態による基板処理装置としての現像モジュールについて説明する。この現像モジュールは、上述の塗布現像装置100において、第3のブロックB1の現像モジュール22として用いられる。図4は、現像モジュール22の構成を模式的に示す断面図であり、図5はその平面図である。
現像モジュール22は、ウエハWの裏面中央部を吸着し、ウエハWを水平に保持するとともに、ウエハWを回転するスピンチャック2を備える。図4に示すようにスピンチャック2は回転軸21を介して駆動機構22と接続されており、駆動機構22により、ウエハWが回転され、昇降される。
また、スピンチャック2に保持されるウエハWを囲むようにして上方が開口するカップ部3が設けられている。このカップ部3は、上部側が四角状で下部側が円筒状の外カップ31と、上部側が内側に傾斜した筒状の内カップ32とから構成される。外カップ31の下端部に接続された昇降部33により外カップ31が昇降し、外カップ31の下端において内周方向に延びる段部31aが内カップ32の下端に接することにより内カップ32が昇降される。
また、図4に示すようにスピンチャック2の下方側には円形板34が設けられており、この円形板34を取り囲むように、凹状の断面形状を有する液受け部35が設けられている。液受け部35の底面にはドレイン排出口36が形成されており、ウエハWからこぼれ落ちるか、又は振り切られて液受け部35に受け取られた現像液やリンス液はこのドレイン排出口36を介して装置の外部に排出される。
また、円形板34の外側には断面山形のリング部材37が設けられている。なお、円形板34を貫通する例えば3本の昇降ピン(不図示)が設けられており、この昇降ピンは、搬送アームA1(図1)と協働してウエハWをスピンチャック2に受け渡す。
また、スピンチャック2に保持されたウエハWの表面と対向して、昇降及び水平移動可能な複合ノズル4が設けられている。図5に示すように、複合ノズル4はノズルアーム5の一端側に支持され、このノズルアーム5の他端側は昇降可能な駆動部51と接続されている。さらに、駆動部51は、カップ部3の外側でX方向に延びるガイド部材52に沿ってX方向に移動することができる。これにより、複合ノズル4は、スピンチャック2により保持されるウエハWの中央から周縁に向かう方向に並進移動することができる。また、カップ部3の外側には、複合ノズル4の待機部53が設けられている。複合ノズル4の待機時には、ノズル待機部53にて各ノズル(後述)の先端の洗浄などが行われる。
また、図4及び図5に示すように現像モジュール11には、コンピュータからなる制御部7が設けられている。制御部7は、駆動機構22、昇降部33、及び駆動部51などの動作を制御する。さらに、制御部7は、複合ノズル4からウエハWに供給される現像液、リンス液、及び脱イオン水(後述)の供給などを制御する。また、制御部7には、複合ノズル4(ノズルアーム5)の移動、各ノズルからの流体の供給、ウエハWの回転等を制御するコンピュータプログラムが格納される記憶部7aが設けられている。制御部7は記憶部7aからプログラムを読み込み、後述の基板処理方法が実施されるように現像モジュール22を制御する。なお、この現像処理プログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカードなどの記録媒体7bに記録され収納され、制御部7の記憶部に格納される。なお、制御部7は、上述の塗布現像装置100の全体を制御する機能を有して良い。
次に図6を参照しながら、複合ノズル4について説明する。複合ノズル4は、スピンチャック2(図4)により保持されるウエハWに現像液を供給する現像液ノズル4aと、ウエハWにリンス液を供給してウエハ上の現像液をリンスするリンス液ノズル4bと、ウエハWに対して不活性ガスを供給する不活性ガスノズル4c及び傾斜ノズル4dとを有している。
現像液ノズル4aは、下方に向かって幅が狭くなるようにくさび形に形成されており、その下面には帯状の現像液を吐出するためのスリット状の吐出口(不図示)が設けられている。この吐出口は、その長手方向がウエハWの周縁から中央に向かうように配置されている。
リンス液ノズル4bは、現像液ノズル4aよりも複合ノズル4の先端側に位置し、ウエハWの表面に垂直な方向に延びるように設けられている。これにより、ウエハWの表面に対して垂直方向からリンス液を供給することができる。
不活性ガスノズル4cは、リンス液ノズル4bに隣接し、ウエハWの表面に垂直な方向に延びるように設けられている。具体的には、不活性ガスノズル4cは、駆動部51により複合ノズル4(ノズルアーム5)を動かしながらリンス液ノズル4bからウエハWの表面にリンス液を供給する場合に、その移動方向において、リンス液ノズル4bよりも上流側に配置される。このため、複合ノズル4が移動する際、不活性ガスノズル4cはリンス液ノズル4bの後について移動しつつ、ウエハWの表面に不活性ガスを供給する。
傾斜ノズル4dは、図6に示すように、フレーム4fの内側に設けられた治具4gによって、リンス液ノズル4b及び不活性ガスノズル4cと異なり、ウエハWの表面に垂直な方向から傾いて設けられている。具体的には、スピンチャック4に保持されるウエハWと複合ノズル4とを上から見ると、図7に示すように、傾斜ノズル4dからの不活性ガスの供給方向D1は、ウエハWの半径方向DRからウエハWの回転方向DWの下流側に角度θhでずれている。換言すると、ウエハWの表面に投影された不活性ガスの供給方向は、半径方向DRからウエハWの回転方向DWの下流方向に向かって角度θhでずれている。また、図7のI−I線に沿った概略断面図である図8を参照すると、傾斜ノズル4dは、ウエハWの表面に垂直な方向から角度θvで傾いている。
なお、角度θhは、0°より大きく90°以下であって良いが、例えば0°から45°の範囲にあることが好ましい。また角度θvは、ウエハWの表面に不活性ガスを供給可能であれば特に限定されないが、例えば0°から60°の範囲にあることが好ましい。
また、図8に示すように、傾斜ノズル4dから供給される不活性ガスは、不活性ガスノズル4cから供給される不活性ガスとウエハWの表面上におけるほぼ同一の位置に吹き付けられる。換言すると、傾斜ノズル4dの延長線と、不活性ノズル4cの延長線とは、ウエハWの表面において互いに交わる。傾斜ノズル4dによる効果や利点については後述する。
なお、現像液ノズル4a、リンス液ノズル4b、不活性ガスノズル4c、及び傾斜ノズル4dには、対応した流体供給源が所定の配管(ともに不図示)を介して接続されている。リンス液としては、例えば純水や脱イオン水(DIW)を使用することができ、不活性ガスとしては、例えばチッ素(N)ガスや、ヘリウム(He)及びアルゴン(Ar)などとの希ガスなどを使用することができる。また、配管には、流量調整器とバルブ(ともに不図示)が設けられ、制御部7の制御の下で、供給の開始及び停止、並びに流量が制御される。また、これらのノズル4a〜4dは、所定の治具によりフレーム4fに取り付けられ、フレーム4fとともに複合ノズル4を構成している。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態による基板処理方法について、上述の現像モジュール22を備える塗布現像装置100を用いて実施する場合を例にとり説明する。
まず、露光されたフォトレジスト膜が形成されるウエハWを搬送アームA1(図1)により現像モジュール22内へ搬送し、昇降ピン(不図示)によりスピンチャック4に受け渡す。スピンチャック4によりウエハWを回転させるとともに、駆動部51(図5)によりノズルアーム5を動かして、複合ノズル4(図6)をウエハWの中央上方に位置させ、現像液ノズル4aから現像液をウエハWに対して供給する。現像液がウエハWの表面全体に広がった後に、現像液の供給を停止するとともに、ウエハWの回転を停止する。これにより、ウエハWの表面全体が現像液の液膜で覆われ、露光されたフォトレジスト膜が現像される。
所定の時間が経過した後、スピンチャック4により再びウエハWを回転し始めるとともに、ウエハWの中央上方からウエハWの表面に対して垂直な方向に、複合ノズル4のリンス液ノズル4bからリンス液(例えばDIW)を供給する。リンス液は、ウエハWの回転による遠心力によりウエハWの周縁に向かって流れ、ウエハWの表面全体を覆っていた現像液の液膜をウエハWの周縁から外側に押し流す。これにより、ウエハWの表面には全体に亘ってDIWの液膜が形成される。
次いで、ウエハWを回転したまま、リンス液ノズル4bからDIWを供給しながら、駆動部51によりノズルアーム5を移動することにより、ウエハの中央から周縁に向かう方向へ複合ノズル4を移動させていく。リンス液ノズル4bがウエハWの中央上方から周縁方向にずれて、不活性ガスノズル4cがウエハWの中央上方に達した時に、不活性ガスノズル4cからウエハWの表面中央部に向かって不活性ガス(例えばNガス)を吹き付ける。また、これに合わせて、傾斜ノズル4dからもウエハWの表面に向かって不活性ガス(例えばNガス)を吹き付ける。ここで、傾斜ノズル4dからのNガスは、ウエハWの表面に垂直な方向から角度θvで傾き、ウエハWの半径方向からウエハWの回転方向下流側に角度θhでずれている。この後、ウエハWの表面に対して、リンス液ノズル4bからのDIWの供給と、不活性ガスノズル4c及び傾斜ノズル4dからのNガスの供給を継続したまま、複合ノズル4をウエハWの周縁まで移動させる。このとき、遠心力によってDIWがウエハWの周縁へ押し流されるとともに、ウエハWの周縁に向かって移動するリンス液ノズル4bよりもウエハWの中央側にウエハWの表面に対してNガスが吹き付けられるので、ウエハWの表面が中央側から乾燥する。
複合ノズル4がウエハWの周縁から外側に至った時点で、DIW及びNガスの供給を停止するとともに、ウエハWの回転を停止させることにより、現像、リンス、及び乾燥といった工程が終了する。この後、現像モジュール22から例えば棚ユニットU1の加熱モジュール(不図示)へウエハWが搬送される。
本実施形態による基板処理方法においては、ウエハWの表面に対してリンス液ノズル4bからDIWを供給しながら、複合ノズル4をウエハWの周縁に向かって移動するとき、リンス液ノズル4bよりもウエハWの中央側において傾斜ノズル4dからウエハWの表面に対し、傾いた方向からNガスが吹き付けられる。その方向は、ウエハWの表面に垂直な方向から傾き、ウエハWの半径方向からウエハWの回転方向の下流側に向かう方向である。すなわち、傾斜ノズル4dからのNガスは、ウエハWの回転によりウエハW上の液膜に働く遠心力と交差する方向へDIWを押し流すことができる。
図9に示すように、ウエハWのフォトレジスト膜(マスク)内で、ウエハW上の液膜に働く遠心力の方向に延びるスペースS1の場合には、スペースS1に溜まったDIWは遠心力によってスペースS1の長手方向に押し出されるので、容易に排出され得る。しかし、図9に示すように、遠心力の方向と例えば直交する方向に延びるスペースS2の場合には、スペースS1に溜まったDIWは遠心力によっても排出され難い。しかし、本実施形態による基板処理方法によれば、傾斜ノズル4dからのNガスにより、遠心力と交差する方向へ液体を押し流すことができるため、図9に示すようなスペースS2からもDIWを排出することができる。このため、スペースにDIWが残留することにより生じ得るパターンの倒壊を低減することが可能となる。
また、本実施形態による基板処理方法によれば、ウエハWの中央部に対して不活性ガスノズル4cからNガスを吹き付けるため、ウエハWの中央におけるDIWの液膜を吹き切ることができる。ウエハWの中央(回転中心)では、ウエハW上の液膜に働く遠心力が弱いため、遠心力だけでは液膜が吹き切られ難く、微小な液滴が残るおそれがあるが、不活性ガスノズル4cからNガスにより、液膜を吹き切ることが可能となる。
(実施例)
次に、第3の実施形態による基板処理方法の実施例について説明する。この実施例は、上述の基板処理方法に従って、ウエハW上の露光後のフォトレジスト膜を現像し、現像液をDIWでリンスし、ウエハWを乾燥させた。その後、走査型電子顕微鏡(SEM)により欠陥を観測し、観測された欠陥中のフォトレジスト膜中のレジストパターンの倒壊箇所を抽出した。また、比較のため、ウエハWの乾燥の際に、傾斜ノズル4dを使用せずに不活性ガスノズル4cのみを使用した比較例を実施した(他の条件は実施例と同様)。
その結果を図10に示す。比較例においてはパターン倒壊箇所が108箇所も観測されたが、実施例1及び2においては、パターン倒壊箇所はそれぞれ5箇所及び7箇所となり、パターン倒壊が大幅に低減されたことがわかる。なお、ウエハ乾燥時の不活性ガスノズル4cからのNガス供給量は、実施例1において5リットル/分であり、実施例2において10リットル/分である(その他の条件は実施例1及び2において同一)。以上の結果から、本実施形態による基板処理方法の効果が理解される。
(変形例1)
次に、図11を参照しながら、第2の実施形態による基板処理装置としての現像モジュールの変形例について説明する。変形例の現像モジュールは、複合ノズル4と異なる複合ノズル140を有している点で、現像モジュール22と異なり、他の構成において現像モジュール22と同一である。以下、複合ノズル140と複合ノズル4との相違点を中心に説明し、同じ構成に関する重複する説明を省略する。
図11を参照すると、複合ノズル140は、スピンチャック2(図4)により保持されるウエハWに現像液を供給する現像液ノズル4aと、ウエハWにリンス液を供給してウエハW上の現像液をリンスするリンス液ノズル4bと、ウエハWに対して不活性ガスを供給する傾斜ノズル14dとを有している。また、複合ノズル140のフレーム4fの下端には、コの字形状を有する支持具14aが取り付けられている。支持具14aの底部には穴が設けられており、この穴には傾斜ノズル14dの外径より僅かに大きい内径を有し、弾力性を有する材料で形成される環状部材14rが嵌め込まれている。そして、この環状部材14rには、傾斜ノズル14dの先端部が差し込まれている。これにより、傾斜ノズル14dは環状部材14rを支点として旋回移動することが可能となる。
また、複合ノズル140には、傾斜ノズル14dの傾きを変えるための駆動部141が設けられている。駆動部141は、本変形例では、複合ノズル140の長手方向(図中のY軸方向)に傾斜ノズル14dを傾けるY方向駆動部41Yと、Y軸方向と直交する方向(図中のX軸方向)に傾斜ノズル14dを傾けるX軸方向駆動部41Xとを有している。
Y方向駆動部41Yは、Y軸方向に延びるボールネジ41aと、これを回転するモータ41bと、ボールネジ41aに嵌まりボールネジ41aの回転により移動可能なナット41cと、を有している。また、ナット41cは、傾斜ノズル14dに取り付けられたフランジ部材FRと結合されている。ナット41cとフランジ部材FRとの結合部は、ナット41cがボールネジ41aに沿ってY軸方向に移動するときに、ナット41cの移動により生じるY軸方向の力をフランジ部材FRひいては傾斜ノズル14dに伝達することができる。
また、X方向駆動部41Xは、X軸方向に延びるボールネジ41eと、これを回転するモータ41fと、ボールネジ41eに嵌まりボールネジ41eの回転により移動可能なナット41gと、を有している。また、ナット41gは、傾斜ノズル14dに取り付けられたフランジ部材FRと結合されている。この結合部も、ナット41cとフランジ部材FRとの結合部と同様に構成されている。
また、モータ41b及び41fは、制御部7と電気的に接続され、制御部7により制御される。制御部7は、例えば複合ノズル140が取り付けられるノズルアーム5を駆動する駆動部51へ出力する信号と同期して、モータ41b及び41fを制御することができる。
また、モータ41bは、フレーム4fにX軸方向に延びるように取り付けられたガイドレール41Ryによって、X軸方向に移動可能に支持されている。また、モータ41fは、フレーム4fにY軸方向に延びるように取り付けられたガイドレール41Rxによって、Y軸方向に移動可能に支持されている。
このような構成により、例えばモータ41fによりボールネジ41eが回転して、ナット41gがX軸の+方向に移動すると、その移動距離に対応した角度だけ、傾斜ノズル14dが環状部材14rを支点としてX軸の+方向に傾く。これに伴って傾斜ノズル14dの先端は、X軸の−方向側に向くこととなる。また、モータ41fによりボールネジ41eが逆に回転し、ナット41gがX軸の−方向に移動すると、その移動距離に対応した角度だけ、傾斜ノズル14dは環状部材14rを支点としてX軸の−方向に傾き、傾斜ノズル14dの先端はX軸の+方向側に向くこととなる。
また、モータ41bによりボールネジ41aが回転して、ナット41cがY軸の+方向に移動すると、その移動距離に対応した角度だけ、傾斜ノズル14dが環状部材14rを支点としてY軸の+方向に傾く。これに伴って傾斜ノズル14dの先端は、Y軸の−方向側に向くこととなる。モータ41bによりボールネジ41aが逆に回転し、ナット41cがY軸の−方向に移動すると、その移動距離に対応した角度だけ、傾斜ノズル14dが環状部材14rを支点としてY軸の−方向に傾き、傾斜ノズル14dの先端はY軸の+方向側に向くこととなる。
なお、ナット41gがX軸方向に移動するときには、Y方向駆動部41Yは、モータ41bがガイドレール41Ryに沿って移動するため、X軸方向に移動することができる。また、ナット41cがY軸方向に移動するときには、X方向駆動部41Xは、モータ41fがガイドレール41Rxに沿って移動するため、Y軸方向に移動することができる。すなわち、モータ41bがガイドレール41Ryに沿ってX軸方向に移動可能であるため、傾斜ノズル14dがX軸方向に傾斜するのが妨げられることはなく、また、モータ41fがガイドレール41Rxに沿ってY軸方向に移動可能であるため、傾斜ノズル14dがY軸方向に傾斜するのが妨げられることはない。
以上のとおり、制御部7に制御される駆動部141(X方向駆動部41X、Y方向駆動部41Y)により、傾斜ノズル14dのウエハWの表面に対する角度が自在に変更され得る。換言すると、上述の傾斜ノズル4dにおいては、角度θh及びθv(図7及び図8)が固定されていたが、傾斜ノズル14dではこれらの角度を変更することが可能である。例えば、傾斜ノズル14dは、複合ノズル140がウエハWの中央上方に位置するときにはウエハWの表面に対して垂直になり、ウエハWの周縁に向かって移動していく間に、ウエハWの表面に垂直な方向から傾くとともにウエハWの半径方向からウエハWの回転方向下流側にずれた方向を向くことができる。
なお、傾斜ノズル14dからのNガスは、リンス液ノズル4cからのDIWよりもウエハWの中央側に供給されるように、傾斜ノズル14dとリンス液ノズル4cとの距離が調整され、また、角度θh及びθvが調整される。
(変形例2)
次に、本発明の実施形態による基板処理方法の変形例(2)として、変形例1の基板処理装置を用いて実施する場合を例にとり説明する。変形例2の基板処理方法においては、まず、第3の実施形態で説明したように、露光されたフォトレジスト膜が現像される。このとき、傾斜ノズル14d(図11)は、制御部7で駆動部141を制御することにより、ウエハWの表面に対して垂直な方向を向いている。
次に、スピンチャック4により再びウエハWを回転し始めるとともに、ウエハWの中央上方からウエハWの表面に対して垂直な方向に、複合ノズル140のリンス液ノズル4bからリンス液(例えばDIW)を供給する。これにより、ウエハWの周縁に押し流され、ウエハWの表面の全体に亘ってDIWの液膜が形成される。
次いで、ウエハWを回転したまま、リンス液ノズル4bからDIWを供給しながら、駆動部51によりノズルアーム5を移動することにより、ウエハの中央から周縁に向かう方向へ複合ノズル4を移動させていく。リンス液ノズル4bがウエハWの中央上方から周縁方向にずれて、傾斜ノズル14dがウエハWの中央上方に達した時に、傾斜ノズル14dからウエハWの表面中央部に向かってNガスを吹き付ける。この後、ウエハWの表面に対して、リンス液ノズル4bからのDIWの供給と、傾斜ノズル14dからのNガスの供給を継続したまま、複合ノズル140をウエハWの周縁まで移動させる。
この移動中、制御部7は、ノズルアーム5の移動距離に応じて駆動部141を制御し、傾斜ノズル14dの角度を変更する。例えば、図12(a)に示すように複合ノズル140(ノズルアーム5)がウエハWの中心(位置0)からウエハWの周縁(位置150mm)まで移動する際に、ウエハWの表面に対する角度θvが0°(ウエハWの表面に垂直)から例えば60°まで変化するように駆動部141が制御される。同時に、図12(b)に示すように複合ノズル140がウエハWの中心からウエハWの周縁まで移動する際に、ウエハWの表面に対する角度θhが0°(ウエハWの半径方向)から例えば45°まで変化するように駆動部141が制御される。なお、複合ノズル140の位置は、ノズルアーム5の駆動部51(図4及び図5))に対して制御部7から出力される信号(例えばパルス数)に基づいて求めることができる。
傾斜ノズル14dがこのように制御されながら、複合ノズル140がウエハWの周縁の外側まで移動すると、変形例2の基板処理方法が終了する。
変形例2の基板処理方法によれば、傾斜ノズル14dは、ウエハWの表面の中央部に対しては、Nガスを垂直方向から吹き付け、ウエハWの周縁に近づくに従って、ウエハWの表面に垂直な方向から傾くとともにウエハWの半径方向からウエハWの回転方向下流側にずれた方向からNガスを吹き付けることができる。ウエハWの周縁側においては、ウエハWの回転によりウエハW上の液膜に働く遠心力と交差する方向へDIWを押し流すことができる。したがって、スペースに溜まるDIWを排出することができ、スペースにDIWが残留することにより生じ得るパターンの倒壊を低減することが可能となる。
また、ウエハWの中央上方ではウエハWの表面に対して垂直であるため、ウエハWの中央部に対して垂直方向からNガスを吹き付けて、ウエハWの中央におけるDIWの液膜を吹き切ることができる。そして、ウエハWの周縁に近づくほど角度θhもθvも大きくなるため、ウエハWの外縁側で液膜に働く遠心力が大きくなるのに応じて、液膜を押し流す方向が変更される。したがって、DIWの液膜を効率的に排出することが可能となる。
上記の実施形態を参照しながら本発明を説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されさるものではなく、添付の請求の範囲の要旨内で変形や変更が可能である。
例えば、第3の実施形態による基板処理方法において、複合ノズル4がウエハWの周縁に近づくにつれて、不活性ガスノズル4cからのNガスの供給量を低下させても良い。これによれば、傾斜ノズル4dからのNガスの供給量を相対的に増加させることができる。したがって、遠心力と交差する方向へ液体を押し流す力を増大させることができる。
また、不活性ガスノズル4cからのNガスの供給量にかかわらず、複合ノズル4がウエハWの周縁に近づくに従って、傾斜ノズル4dからのNガスの供給量を増加させても良い。また、上述のとおり、不活性ガスノズル4cからのNガスは、ウエハWの中央において液膜を吹き切るために供給されるので、中央部でのDIWの液膜が吹き切られた後に、不活性ガスノズル4cからのNガスの供給を停止しても良い。
また、複合ノズル4がウエハWの中央から周縁に至る途中で、不活性ガスノズル4cからのNガスの供給を停止しても良い。さらに、不活性ガスノズル4cからのNガスの供給の停止にかかわりなく、複合ノズル4がウエハWの中央から所定の位置に到達した時に、傾斜ノズル4dからのNガスの供給を開始しても良い。
また、第1の実施形態においては、リンス液ノズル4b、不活性ガスノズル4c、及び傾斜ノズル4dが複合ノズル4に設けられ、これらのノズル4b、4c、及び4dが揃って移動するが、例えばリンス液ノズル4bと傾斜ノズル4dを別個のノズルアームに設け、それぞれのノズルアームにより移動させても良い。また、スピンチャック4に保持されるウエハWの表面中央部に不活性ガスを供給する不活性ガスノズル4cを複合ノズル4と別のノズルアームに設けても良い。この場合、不活性ガスノズル4cは、リンス液ノズル4b及び傾斜ノズル4dとともに移動しなくて良い。例えば、ウエハWの中央部に不活性ガスを供給し、当該中央部での液膜を吹き切った後、カップ部3の外へ移動しても構わない。
また、第1の実施形態においては、傾斜ノズル4dに加えて、傾斜ノズル4dの供給方向と異なる方向からウエハWの表面に不活性ガスを供給する他の傾斜ノズルを設けても良い。
変形例2においては、傾斜ノズル14dは、同時に、ウエハWの表面に垂直な方向から傾くとともにウエハWの半径方向からウエハWの回転方向下流側にずれるように駆動させるが、傾斜ノズル14dをウエハWの半径方向に沿って(半径方向に沿ってウエハWの周縁を向くように)ウエハWの表面に垂直な方向から傾け始めてから、ウエハWの半径方向からウエハWの回転方向下流側にずれるようにしても良い。換言すると、角度θvを変更し始めてから、角度θhを変更するようにしても良い。
また、傾斜ノズル14dからの不活性ガスの供給量を、複合ノズル140の位置に応じて変更しても良い。具体的には、複合ノズル140がウエハWの中央から周縁に移動するのに伴い、傾斜ノズル14dからの不活性ガスの供給量を減らしても良く増やしても良いが、遠心力と交差する方向にDIWを押し流す観点から、増やすことが好ましい。
また、現像液ノズル4aに代わり、他の薬液を供給する薬液供給ノズルを複合ノズル4に設けても良い。換言すると、本発明の実施形態による基板処理装置は、現像モジュールに限定されることなく、現像処理以外の処理を行う装置であって良く、本発明の実施形態による基板処理方法は、現像処理以外の処理を行う方法であっても良い。また、現像液ノズル4a及び薬液供給ノズルは、複合ノズル4とは別のノズルアームに設けても良い。
また、リンス液もDIWに限定されることなく、例えばシンナーやアルコール、用座などの液体であっても良い。
また、上述の現像モジュール22は、スピンチャック2によりウエハWを保持し回転するが、スピンチャック2に代わり、ウエハWの周縁を3個以上の把持部で把持しウエハWを回転する回転機構を有しても良い。
また、上述の実施形態(又は変形例1)において複合ノズル4(又は140)は、駆動部51により並進移動可能なノズルアーム5の先端に取り付けられ、ウエハWの中央から周縁まで直線的に移動するが、一端を支点として回動可能なノズルアームの先端に取り付けられて、ウエハWの中央から周縁まで円弧状に移動しても良い。
上述のウエハWは、シリコン基板などの半導体ウエハ、フラットパネルディスプレー(FPD)用のガラス基板、樹脂基板などであって良い。
2・・・スピンチャック、4、140・・・複合ノズル、4a・・・現像液ノズル、4b・・・リンス液ノズル、4c・・・不活性ガスノズル、4d・・・傾斜ノズル、5・・・ノズルアーム、51、141・・・駆動部、41X・・・X軸方向駆動部、41Y・・・Y方向駆動部、22・・・現像モジュール、100・・・塗布現像装置。

Claims (11)

  1. 基板を保持し、該基板の中心部を回転中心として当該基板を回転可能な基板保持部と、
    前記基板保持部により回転される前記基板の中央から外縁に向かって移動可能で、当該基板の表面にリンス液を供給するリンス液供給部と、
    前記リンス液供給部とともに前記基板の中央から外縁に向かう方向に沿って移動可能で、前記基板の表面に垂直な方向から傾くとともに前記基板の半径方向から前記基板の回転方向下流側にずれた供給方向から、前記基板保持部により回転される前記基板の表面に不活性ガスを供給する第1の不活性ガス供給部と
    を備える基板処理装置。
  2. 前記第1の不活性ガス供給部が前記基板の中央から外縁に向かう方向に沿って移動するのに伴って、前記基板の表面に垂直な方向と前記供給方向とのなす角が大きくなり、前記基板の半径方向から前記基板の回転方向下流側に前記供給方向がずれるずれ角が大きくなるように、前記第1の不活性ガス供給部を駆動する駆動部を更に備える、請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 前記なす角が0°から60°までの範囲にあり、前記ずれ角が0°から45°までの範囲にある、請求項2に記載の基板処理装置。
  4. 前記基板保持部により回転される前記基板の中央に対し、前記基板の表面に垂直な方向から不活性ガスを供給する第2の不活性ガス供給部を更に備える、請求項1から3のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  5. 前記第2の不活性ガス供給部が、前記リンス液供給部とともに前記基板の中央から外縁に向かう方向に沿って移動可能である、請求項4に記載の基板処理装置。
  6. 前記リンス液供給部とともに前記基板の中央から外縁に向かう方向に沿って移動可能で、前記第1の不活性ガス供給部の前記供給方向と異なる供給方向から、前記基板保持部により回転される前記基板の表面に不活性ガスを供給する第3の不活性ガス供給部を更に備える、請求項1に記載の基板処理装置。
  7. 基板にフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成部と、
    請求項1から6のいずれか一項に記載の基板処理装置と
    を備え、前記基板処理装置が
    前記フォトレジスト膜形成部により形成され、露光された前記フォトレジスト膜に対して現像液を供給する現像液供給部を更に備える、塗布現像装置。
  8. 基板を保持し、該基板の中心部を回転中心として当該基板を回転する回転ステップと、
    回転される前記基板の中央から外縁に向かう方向に沿ってリンス液供給部を移動しながら、当該リンス液供給部から当該基板の表面にリンス液を供給するリンス液供給ステップと、
    前記リンス液供給部とともに前記基板の中央から外縁に向かう方向に沿って第1の不活性ガス供給部を移動しながら、当該第1の不活性ガス供給部により、前記基板の表面に垂直な方向から傾くとともに前記基板の半径方向から前記基板の回転方向下流側にずれた供給方向から、回転される前記基板の表面に不活性ガスを供給する第1の不活性ガス供給ステップと
    を備える基板処理方法。
  9. 前記第1の不活性ガス供給部が前記基板の中央から外縁に向かう方向に沿って移動するのに伴って、前記基板の表面に垂直な方向と前記供給方向とのなす角が大きくなり、前記基板の半径方向から前記基板の回転方向下流側に前記供給方向がずれるずれ角が大きくなるように、前記第1の不活性ガス供給部を駆動する第2の駆動ステップを更に備える、請求項8に記載の基板処理方法。
  10. 第2の駆動ステップにおいて、前記なす角が0°から60°まで大きくなり、前記ずれ角が0°から45°まで大きくなる、請求項9に記載の基板処理方法。
  11. 前記第1の不活性ガス供給ステップにおいて、前記基板の中央から外縁に向かう方向に沿って前記第1の不活性ガス供給部が移動するのに伴い、前記第1の不活性ガス供給部からの不活性ガスの供給量を増加する、請求項9又は10に記載の基板処理方法。
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