JP6899228B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の薄板状精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）にフォトレジスト等の処理液を吐出して処理を行う基板処理装置に関する。

周知のように、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の基板に対しては吐出ノズルからフォトレジスト液、現像液、リンス液等の処理液が吐出されて種々の処理が行われる。吐出ノズルには処理液供給源から配管を介して処理液が送給される。吐出ノズルに処理液を送給する配管中における処理液の流動の有無を確実に検出したいという要求は多い。典型的には、配管の経路中に流量計を設けることによって処理液の流動が検出される（例えば、特許文献１）。

また、配管中を流れる流体に非接触で流動を検出することができる流量計として、配管の外部から超音波を発信してその伝搬時間から流動を検出する超音波流量計のようなものも使用されている（例えば、特許文献２）。

特開２００２−２８２７６０号公報 特開２０１３−２４２２１７号公報

しかしながら、配管の経路途中に流量計を設置すると、その流量計から微量にパーティクルが発生して処理液中に混入するおそれがある。特に、フォトレジスト液のように処理液の清浄度が厳しく求められる場合には微量であってもパーティクル等の汚染物質の混入は大きな問題となる。

また、超音波流量計、熱式流量計、コリオリ式流量計のように、流体に直接物理的なエネルギーを与える検出方式では、処理液の変質や泡の発生等の問題が生じることが懸念される。さらに、渦式流量計のように、流体の流れを妨げるような圧損を伴う方式では、液置換特性が配管内で不均一となることによって処理液が変質するリスクを伴うこととなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、処理液を汚染したり変質させたりすることなく、処理液の流動を検出することができる基板処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に処理液を吐出して処理を行う基板
処理装置において、基板に処理液を吐出する吐出部と、前記吐出部に処理液を送給する送
給部と、前記送給部から送出された処理液を前記吐出部に導く内壁面を有する樹脂の配管と、前記配管の外壁面に接触して取り付けられた導電性の検知端と、前記検知端の電位を測定する電位測定部と、前記電位測定部によって測定された前記検知端の電位上昇に基づいて前記配管中の処理液の流動を検出する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る基板処理装置において、前記制御部は、前記検知端の電位が一定の上昇レートにて継続して上昇しているときには前記配管中を処理液が流れていると判定することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る基板処理装置において、前記制御部は、前記検知端の電位が上昇を開始した時刻および上昇を停止した時刻から前記配管中を処理液が流れていた時間を算定することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明に係る基板処理装置において、前記制御部は、前記検知端の電位の上昇レートが所定の閾値以下となったときには前記配管中を流れている処理液に気体が混入したと判定することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る基板処理装置において、前記制御部は、前記処理液に気体が混入したと判定したときに警告を発報することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る基板処理装置において、前記制御部は、前記吐出部からの処理液の吐出が停止した後に、前記検知端を接地して前記配管に蓄積した電荷を放電するように前記電位測定部を制御することを特徴とする。

請求項１から請求項６の発明によれば、配管の外壁面に接触して取り付けられた検知端の電位上昇に基づいて配管中の処理液の流動を検出するため、処理液に非接触かつ処理液に物理的な作用を与えることもなく検出することとなり、処理液を汚染したり変質させたりすることなく、処理液の流動を検出することができる。

特に、請求項４の発明によれば、検知端の電位の上昇レートが所定の閾値以下となったときには制御部が配管中を流れている処理液に気体が混入したと判定するため、処理液中への気体の混入をも検出することができる。

特に、請求項６の発明によれば、吐出部からの処理液の吐出が停止した後に、検知端を接地して配管に蓄積した電荷を放電するため、配管への電化蓄積が飽和することによって処理液の流動の検出が不可能となるのを防止することができる。

本発明に係る基板処理装置の全体構成を示す図である。 流動検出部を拡大して示す図である。 測定器によって測定された検知端の電位の変化を示す図である。 処理液の流動開始直後に配管が帯電した状態を示す図である。 配管の電荷が検知端に移動した状態を示す図である。 検知端に電荷が蓄積されている状態を示す図である。 処理液にエアが混入したときの検知端の電位の変化を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る基板処理装置１の全体構成を示す図である。基板処理装置１は、基板Ｗに処理液を吐出して処理を行う装置であり、本実施形態では基板Ｗに処理液としてフォトレジスト液を吐出してレジスト塗布処理を行う。基板Ｗはシリコンの円板形状の半導体ウェハーであり、そのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍやφ４５０ｍｍである。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。

基板処理装置１は、主たる構成要素として、基板Ｗを回転可能に保持するスピンチャック１０、回転する基板Ｗに処理液を吐出する吐出ノズル２０、吐出ノズル２０に処理液を送給する送給ポンプ３０、送給ポンプ３０から送出された処理液を吐出ノズル２０に導く配管４０、配管４０の帯電を検出する帯電検出部５０、および、基板処理装置１の各機構を制御する制御部６０を備える。

スピンチャック１０は、基板Ｗの下面中心近傍を吸着支持して当該基板Ｗを水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）にて保持する。基板Ｗを保持するスピンチャック１０は、モータ１１によって回転駆動される。スピンチャック１０の周囲にはカップ１２が配置されている。カップ１２は、回転する基板Ｗから飛散した処理液を受け止めて回収する。なお、スピンチャック１０は、基板Ｗの端縁部を機械的に把持する形態のものであっても良い。

吐出ノズル２０は、スピンチャック１０よりも上方に配置されている。吐出ノズル２０は、図示省略の駆動機構によって、スピンチャック１０に保持された基板Ｗの中心部上方の処理位置とカップ１２よりも外方の待機位置との間で移動可能とされている。処理位置の吐出ノズル２０は、スピンチャック１０に保持されて回転する基板Ｗの中心近傍に処理液としてのフォトレジスト液を吐出する。

吐出ノズル２０と送給ポンプ３０とは配管４０によって連通接続されている。すなわち、配管４０の先端部が吐出ノズル２０に接続されるとともに、基端部が送給ポンプ３０に接続される。配管４０の経路途中にはバルブ３１およびフィルタ３２が介挿されている。送給ポンプ３０は、予め設定された所定の圧力にて配管４０に処理液を送出し、配管４０を介して吐出ノズル２０に処理液を送給する。バルブ３１は、配管４０の流路を開閉する。フィルタ３２は、送給ポンプ３０から送出されて配管４０中を吐出ノズル２０に向けて流れる処理液からパーティクル等を除去する。

配管４０は、送給ポンプ３０から送出された処理液を吐出ノズル２０に導く。配管４０は、例えばＰＦＡ等のフッ素樹脂にて形成されたチューブである。配管４０の内径および外径は特に限定されるものではなく、処理液が流れることが可能な適宜の径とされる。

帯電検出部５０は、検知端５１および測定器５２を備える。図２は、帯電検出部５０を拡大して示す図である。検知端５１は、フッ素樹脂の配管４０の外壁面に取り付けられ、導電性を有する。検知端５１は、例えば銅板である。その銅板を配管４０の外壁面に巻き付けることによって、検知端５１が配管４０の外壁面に接触して取り付けられることとなる。

検知端５１は測定器５２に電気的に接続されている。測定器５２は、検知端５１の電位を測定する。測定器５２は、地面（アース）を０Ｖとしたときの検知端５１と地面との電位差を測定するようにしても良い。

制御部６０は、基板処理装置１に設けられた各動作機構（例えば、送給ポンプ３０、バルブ３１、モータ１１等）の動作を制御する。制御部６０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部６０は、各種演算処理を行う回路であるＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えている。制御部６０のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって基板処理装置１における基板Ｗの処理が進行する。また、制御部６０は、測定器５２によって測定された検知端５１の電位から配管４０中の処理液の流動を検出するのであるが、その詳細についてはさらに後述する。

上記の構成以外にも基板処理装置１は、例えば、処理液の吐出停止時に吐出ノズル２０の先端から処理液を引き戻してボタ落ちを防止するサックバック機構やレジストが塗布された回転する基板Ｗの端縁部にリンス液を供給して当該端縁部のレジストを除去するエッジリンス機構等を備えている。

上記構成を有する基板処理装置１にて基板Ｗの処理を行うときには、まず処理対象となる基板Ｗをスピンチャック１０に吸着保持させる。続いて、モータ１１がスピンチャック１０を回転させることによって基板Ｗも水平面内にて回転する。基板Ｗの回転数が所定数に到達した後、制御部６０の制御下にてバルブ３１が開放されるとともに送給ポンプ３０から配管４０に処理液としてのフォトレジスト液が送出される。送給ポンプ３０から送出された処理液は配管４０によって吐出ノズル２０に導かれ、吐出ノズル２０から回転する基板Ｗの中心近傍に吐出される。基板Ｗに着液した処理液は、遠心力によって基板Ｗの上面を拡がるように流れ、基板Ｗの上面に薄く均一に塗布される。このようにして、基板Ｗの上面にレジスト膜が形成される。レジスト塗布処理の終了した基板Ｗはスピンチャック１０による吸着が解除されて基板処理装置１から搬出される。なお、回転する基板Ｗの遠心力によって飛散した処理液はカップ１２によって回収される。

吐出ノズル２０から処理液を吐出する際には、配管４０中における処理液の流動が帯電検出部５０および制御部６０によって検出される。以下、配管４０中における処理液の流動検出について説明を続ける。

図３は、測定器５２によって測定された検知端５１の電位の変化を示す図である。配管４０中を処理液が流れていないときには（つまり、流動無しの状態）、処理液と配管４０との摩擦が生じることはなく、配管４０の帯電も生じない。従って、検知端５１の電位にも変化は無い。

時刻ｔ１に送給ポンプ３０が配管４０への処理液の送出を開始すると、配管４０中に処理液の流動が発生する。図４に示すように、処理液が流動を開始してフッ素樹脂の配管４０の内壁面に処理液との摩擦が生じると静電気が発生して配管４０の内壁面に負の電荷が蓄積される。すなわち、配管４０の内壁面と処理液との流動帯電（摩擦帯電）によって配管４０の内壁面が負に帯電する。

続いて、図５に示すように、流動帯電によって配管４０の内壁面に蓄積された電荷のうち配管４０の外壁面に接触して取り付けられた検知端５１の内側の電荷が当該検知端５１に移動する。その結果、図３に示すように、測定器５２によって測定される検知端５１の電位が上昇する。

さらに、配管４０中における処理液の流動が継続すると、配管４０の内壁面と処理液との流動帯電によって検知端５１の内側の配管４０の内壁面に新たな電荷が生じ続ける。新たに生じた電荷は順次検知端５１に移動するため、図６に示すように、検知端５１に電荷が蓄積され続けることとなる。その結果、図３に示すように、測定器５２によって測定される検知端５１の電位が継続して上昇することとなる。

やがて、時刻ｔ２に送給ポンプ３０が配管４０への処理液の送出を停止すると、配管４０中における処理液の流動も停止する。そうすると、処理液と配管４０の内壁面との摩擦が生じることはなくなり、配管４０の内壁面に新たな電荷は生じない。その結果、図３に示すように、検知端５１の電位の上昇が停止し、当該電位が一定値のまま変化しなくなる。

制御部６０は、上述のような処理液の流動にともなう検知端５１の電位の変化に基づいて配管４０中における処理液の流動の有無を検出する。すなわち、制御部６０は、測定器５２によって測定される検知端５１の電位が変化していないときには、配管４０の流動帯電が生じておらず、配管４０中を処理液が流れていないと判定する。一方、制御部６０は、検知端５１の電位が上昇しているときには、配管４０中に処理液の流動が生じていると判定する。また、制御部６０は、検知端５１の電位が上昇を開始した時刻ｔ１を処理液の流動が開始した時刻として認識する。

同じ種類の処理液が一定の流速にて配管４０中を流れている間は、一定のレートにて配管４０の内壁面に新たな電荷が生じ続ける。このため、測定器５２によって測定される検知端５１の電位も一定の上昇レートにて継続して上昇し続けることとなる。換言すれば、制御部６０は、検知端５１の電位が一定の上昇レートにて継続して上昇しているときには、配管４０中を同じ種類の処理液が一定の流速にて安定して流れ続けていると判定することができる。なお、検知端５１の電位の上昇レートは、処理液の種類によって異なる。

また、制御部６０は、検知端５１の電位の上昇が停止したときには、配管４０中の処理液の流動が停止したと判定する。制御部６０は、検知端５１の電位の上昇が停止した時刻ｔ２を処理液の流動が停止した時刻として認識する。よって、制御部６０は、検知端５１の電位が上昇を開始した時刻ｔ１および上昇を停止した時刻ｔ２から配管４０中を処理液が流れていた時間（ｔ２−ｔ１）を算定することができる。

送給ポンプ３０の送出圧力と配管４０の内径（つまり、流路の断面積）とによって処理液の流量が規定される。その流量に配管４０中を処理液が流れていた時間を乗じることによって、配管４０中を流れた処理液の量、すなわち吐出ノズル２０から吐出された処理液の総量を算定することもできる。

ところで、流動帯電によって配管４０の内壁面に生じる電荷は所定量を超えると飽和し、処理液が流動していても新たな電荷が生じなくなる。そうすると、配管４０中に処理液の流動が生じていても検知端５１の電位が上昇しなくなり、処理液の流動を検出できなくなる。そこで、本実施形態においては、吐出ノズル２０からの処理液の吐出が停止した後に、検知端５１を接地することによって配管４０に蓄積した電荷を放電するようにしている。具体的には、制御部６０は、送給ポンプ３０による処理液の送出停止を指示した時点で吐出ノズル２０からの処理液の吐出停止を認識する。そして、吐出ノズル２０からの処理液の吐出が停止したことを認識した制御部６０が吐出停止後の時刻ｔ３に検知端５１を接地して配管４０に蓄積した電荷を放電するように測定器５２を制御する。

配管４０に蓄積した電荷を放電すると、検知端５１の電位は再びゼロに戻る。配管４０に蓄積した電荷を一旦放電することによって、配管４０中に処理液の流動が生じたときには、配管４０の内壁面に再び新たな電荷が生じることとなり、それにともなって検知端５１の電位も上昇する。これにより、配管４０中における処理液の流動を再度検出することが可能となる。

また、配管４０内を流れる処理液にエアが混入することがある。近年のレジスト塗布処理では極微量のフォトレジスト液を吐出ノズル２０から基板Ｗに吐出して薄いレジスト膜を形成しているため、処理液中に僅かでもエアが混入すると塗布ムラが発生するおそれがある。また、エッジリンス処理では、処理液中にエアが混入すると吐出ノズルからの吐出時に気泡がはじけてリンス液が基板の端縁部以外に付着することが懸念される。このため、処理液へのエアの混入を確実に検出することが求められる。

図７は、処理液にエアが混入したときの検知端５１の電位の変化を示す図である。時刻ｔ１に送給ポンプ３０が配管４０への処理液の送出を開始すると、配管４０中に処理液の流動が発生して検知端５１の電位が上昇を開始する。配管４０中を処理液が流れ続けている間は、配管４０の内壁面に新たな電荷が生じ続けて検知端５１の電位が継続して上昇するのであるが、時刻ｔ４に処理液に混入したエアが配管４０中の検知端５１の内側を通過すると処理液と配管４０の内壁面との摩擦が生じなくなる。もっとも、このときにも混入したエアと配管４０の内壁面との摩擦は生じるため、配管４０の内壁面には僅かに新たな電荷は生じるものの、その電荷量は処理液と配管４０との流動帯電による電荷量と比較すると顕著に少ない。その結果、図７に示すように、検知端５１の電位の上昇の傾きが処理液の流動時と比較して著しく小さくなる。

その後、時刻ｔ５に混入したエアが検知端５１の内側を通り過ぎて再び処理液が検知端５１の内側を流れると、処理液と配管４０の内壁面との流動帯電によって検知端５１の内側の配管４０の内壁面に新たな電荷が生じ、検知端５１の電位の上昇の傾きが処理液の流動時の値に復帰する。そして、時刻ｔ２に送給ポンプ３０が配管４０への処理液の送出を停止すると、配管４０中における処理液の流動も停止し、検知端５１の電位の上昇も停止することとなる。

このため、制御部６０は、検知端５１の電位の上昇レートが所定の閾値以下となったときには配管４０中を流れている処理液に気体が混入したと判定する。所定の閾値は予め実験またはシミュレーションによって求めた値を制御部６０の記憶部に格納しておけば良い。制御部６０は、配管４０中を流れている処理液に気体が混入したと判定したときには、気体が混入した旨の警告を発報する。具体的には、例えば、図示を省略する基板処理装置１の表示パネルに制御部６０がアラームを表示するようにすれば良い。

本実施形態においては、フッ素樹脂の配管４０の外壁面に接触して検知端５１を取り付け、その検知端５１の電位を測定器５２によって測定している。配管４０中に処理液の流動が発生し、検知端５１の内側を処理液が流れると、配管４０の内壁面と処理液との摩擦によって配管４０の内壁面に電荷が蓄積し、その電荷が検知端５１に移動して検知端５１の電位が上昇する。

制御部６０は、測定器５２の測定結果を監視し、検知端５１の電位が上昇しているときには配管４０中に処理液の流動が生じていると判定し、検知端５１の電位が上昇していないときには配管４０中に処理液の流動が生じていないと判定する。また、制御部６０は、検知端５１の電位が一定の上昇レートにて継続して上昇しているときには、配管４０中を同じ種類の処理液が一定の流速にて安定して流れ続けていると判定する。さらに、制御部６０は、検知端５１の電位が上昇を開始した時刻および上昇を停止した時刻から配管４０中を処理液が流れていた時間をも算定する。

検知端５１は配管４０の外壁面に取り付けられているため、配管４０内を流れる処理液と直接に接触することはない。すなわち、本実施形態では、配管４０内を流れる処理液に非接触で流動を検出しているのである。従って、検知端５１が配管４０内を流れる処理液を汚染するおそれはなく、本発明に係る技術はフォトレジスト液等の清浄度が厳しく求められる処理液の流動を検出するのに特に好適である。

また、本発明に係る技術は、配管４０の内壁面と処理液との流動帯電によって配管４０の内壁面に生じた電荷の量を測定して処理液の流動を検出しているため、配管４０内を流れる処理液にいかなる物理的或いは化学的な作用も与えていない。従って、配管４０内を流れる処理液を変質させたり、処理液中に泡を発生させたりする懸念も無い。すなわち、本発明に係る技術によれば、処理液を汚染したり変質させたりすることなく、処理液の流動を検出することができるのである。

また、配管４０内を流れる処理液に気体が混入した場合であっても、制御部６０は、検知端５１の電位の上昇レートが所定の閾値以下となったときには配管４０中を流れている処理液に気体が混入したと判定する。これにより、塗布ムラ等の処理液への気体混入に起因した処理不良を防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、配管４０がフッ素樹脂にて形成されていたが、フッ素樹脂以外の他の種類の樹脂にて形成されていても良い。他の種類の樹脂であっても処理液との流動帯電によって配管４０の内壁面に電荷が生じるため、上記実施形態と同様にして配管４０内の処理液の流動を検出することができる。或いは、配管４０は、樹脂に限らず、摩擦によって帯電する他の材質にて形成されていても良い。

また、上記実施形態においては、検知端５１が銅板であったが、これに限定されるものではなく、例えば導線や電極等、配管４０の外壁面に接触して取り付け可能な導電性を有するものであれば良い。

また、上記実施形態においては、測定器５２の測定結果に基づいて、基板処理装置１の制御部６０が配管４０中における処理液の流動の有無を判定するようにしていたが、この判定処理の機能を測定器５２に持たせるようにしても良い。具体的には、例えば、上記実施形態と同様の判定処理機能のアルゴリズムを搭載したワンチップマイコンを測定器５２に組み込むようにしても良い。

また、基板処理装置１は、レジスト塗布処理を行う装置に限定されるものではなく、例えば基板Ｗに反射防止膜の処理液を吐出して反射防止膜（BARC:Bottom Anti Reflective Coating）を形成する装置、現像液を吐出して露光後の現像処理を行う装置、或いは基板Ｗの端縁部にリンス液を吐出して当該端縁部に付着している膜を除去する装置であって良い。

また、基板処理装置１によって処理対象となる基板Ｗは半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。要するに、基板処理装置１は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の基板に処理液を吐出して処理を行うものであれば良い。

本発明に係る技術は、配管中の処理液の流動を非接触にて検出するものに適用することができ、特に半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板のように高い清浄度の処理液を吐出する必要のある基板の処理を行う装置に好適である。

１ 基板処理装置
１０ スピンチャック
２０ 吐出ノズル
３０ 送給ポンプ
４０ 配管
５０ 帯電検出部
５１ 検知端
５２ 測定器
６０ 制御部

Claims (6)

1. 基板に処理液を吐出して処理を行う基板処理装置であって、
   基板に処理液を吐出する吐出部と、
   前記吐出部に処理液を送給する送給部と、
   前記送給部から送出された処理液を前記吐出部に導く内壁面を有する樹脂の配管と、
   前記配管の外壁面に接触して取り付けられた導電性の検知端と、
   前記検知端の電位を測定する電位測定部と、
   前記電位測定部によって測定された前記検知端の電位上昇に基づいて前記配管中の処理
   液の流動を検出する制御部と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１記載の基板処理装置において、
   前記制御部は、前記検知端の電位が一定の上昇レートにて継続して上昇しているときには前記配管中を処理液が流れていると判定することを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項２記載の基板処理装置において、
   前記制御部は、前記検知端の電位が上昇を開始した時刻および上昇を停止した時刻から前記配管中を処理液が流れていた時間を算定することを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の基板処理装置において、
   前記制御部は、前記検知端の電位の上昇レートが所定の閾値以下となったときには前記配管中を流れている処理液に気体が混入したと判定することを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項４記載の基板処理装置において、
   前記制御部は、前記処理液に気体が混入したと判定したときに警告を発報することを特徴とする基板処理装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の基板処理装置において、
   前記制御部は、前記吐出部からの処理液の吐出が停止した後に、前記検知端を接地して前記配管に蓄積した電荷を放電するように前記電位測定部を制御することを特徴とする基板処理装置。

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