JPH09232227A - 液吐出装置および液吐出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板への処理液の吐出を好適に行う液吐出装
置とその方法を提供する。 【解決手段】 液貯留槽１０に貯留された処理液２を基
板Ｗに吐出する液吐出装置１において、圧電ポンプ１２
内の圧電振動子２１に交流電圧を印加して圧電振動子２
１を振動させることにより、液貯留槽１０から処理液２
をポンプ室２５に吸引し、ポンプ室２５に吸引した処理
液２を送出して処理液２を基板Ｗに吐出する。また、圧
電振動子２１に印加する交流電圧の電圧値や周波数を調
節することによって、常に一定の液吐出時間で所定量の
処理液２を吐出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液貯留槽に貯留さ
れたフォトレジスト液やポリイミド、ＳＯＧ（Spin-On-
Glass ）ソース、現像液などの処理液を、半導体ウエハ
や液晶表示装置用のガラス基板などの基板に吐出する液
吐出装置および液吐出方法に係り、特には、フォトレジ
スト液やポリイミド、ＳＯＧソースなどを基板に塗布す
るスピンコーターや、現像液を基板に吐出して現像処理
を行うスピンデベロッパーなどに付設される液吐出装
置、および、それらスピンコーターやスピンデベロッパ
ーなどにおける液吐出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の液吐出装置としては、一
般的に、密閉された液貯留槽内に窒素（Ｎ₂ ）ガスなど
を供給し、そのガス圧で液貯留槽内の処理液を圧送して
基板に処理液を吐出させるように構成された、いわゆる
ガス圧送方式の液吐出装置が用いられている。

【０００３】また、ベローズの伸縮によって液貯留槽内
の処理液を吸引するとともに、吸引した処理液を送出し
て処理液を基板に吐出する、いわゆるベローズポンプを
用いて液貯留槽に貯留された処理液を基板に吐出するよ
うに構成された液吐出装置もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。ガス圧送方式の液吐出装置の場合、基板への処理
液の吐出量の再現性が悪いという問題がある。従って、
連続して基板処理（塗布処理や現像処理など）を行う場
合に、各基板へ吐出される処理液の吐出量として所定量
を確保するためには、吐出量の誤差を考慮して処理液を
所定量よりも多めに吐出しなければならず、使用する処
理液に無駄が多くなってしまう。

【０００５】また、ベローズポンプは一般に高価であ
り、コスト高を招くという問題がある。しかも、ベロー
ズポンプは分解洗浄が困難であるので、例えば、ＳＯＧ
ソースのような結晶化し易い処理液の液吐出装置に用い
た場合、処理液が結晶化し、その結晶化物がベローズ内
に残留するとその洗浄が行えない。結晶化物がベローズ
内に残留したまま処理液の吐出を行うと、基板に吐出さ
れる処理液に結晶化物（ゴミ）が混ざってしまうので、
処理液を吐出しての基板処理に種々の悪影響を招くこと
になる。従って、ベローズ内に結晶化物が溜まってくる
と、ベローズポンプ自体を交換しなければならないが、
上述したようにベローズポンプは高価であるので、ベロ
ーズポンプの交換に伴うコスト高を避けるために、結晶
化し易い処理液の液吐出は、吐出量の再現性の悪いガス
圧送方式の液吐出装置によって行わざるを得なかった。

【０００６】また、この種の液吐出装置が付設されたフ
ォトレジスト液の塗布用のスピンコーターなどにおいて
は、１回の塗布処理における液吐出を一定の液吐出時間
で行われることが望まれる。しかしながら、例えば、１
回の塗布処理における液吐出の際に吐出する液吐出量が
処理条件に応じて変えられたような場合、ベローズポン
プによる液吐出では、例えば、液吐出量が２倍になると
液吐出時間が約２倍になるなど液吐出時間が変動し、常
に一定の液吐出時間で処理液の吐出を行えない。また、
ガス圧送方式による液吐出では、ガス圧を調節すること
である程度対応することが可能であるが、ガス圧の調節
は電気的に行えなえずその調節制御が簡単に行えない
し、ガス圧による調節を正確に行うのは難しく、その結
果、液吐出時間にバラツキが生じることは避けられな
い。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、ガス圧送方式やベローズポンプによる
液吐出によって起こる上記種々の不都合を解消した液吐
出装置および液吐出方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の発明に係る液吐出装置は、液貯留
槽に貯留された処理液を基板に吐出する液吐出装置にお
いて、圧電ポンプによって、前記液貯留槽から処理液を
吸引し、前記吸引した処理液を送出して処理液を前記基
板に吐出するように構成したことを特徴とするものであ
る。

【０００９】また、請求項２に記載の発明に係る液吐出
方法は、上記請求項１に記載の液吐出装置を用いた液吐
出方法において、処理液の液吐出量を処理条件に応じて
変えるにあたり、圧電ポンプへ印加する交流電圧の少な
くとも電圧値を調節することにより、液吐出時間は液吐
出量にかかわらず一定に維持したままで、液吐出量を前
記処理条件に応じた所定量に変えて基板に吐出するよう
にしたことを特徴とするものである。

【００１０】また、請求項３に記載の発明に係る液吐出
方法は、上記請求項１に記載の液吐出装置を用いた液吐
出方法において、処理液の液吐出量を処理条件に応じて
変えるにあたり、圧電ポンプへ印加する交流電圧の少な
くとも周波数を調節することにより、液吐出時間は液吐
出量にかかわらず一定に維持したままで、液吐出量を前
記処理条件に応じた所定量に変えて基板に吐出するよう
にしたことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明の作用は次のとおりである。すなわち、
請求項１に記載の発明によれば、液貯留槽から処理液を
圧電ポンプに吸引し、圧電ポンプに吸引した処理液を送
出させ処理液を基板に吐出する。

【００１２】請求項２、３に記載の発明によれば、処理
液の液吐出量が処理条件に応じて変えられると、圧電ポ
ンプへ印加する交流電圧の電圧値や周波数を調節するこ
とにより、液吐出時間は液吐出量にかかわらず一定に維
持したままで、液吐出量を処理条件に応じた所定量に変
えて基板に吐出する。

【００１３】圧電ポンプは印加する交流電圧の電圧値や
周波数を変えることにより、圧電ポンプの流量や圧力、
すなわち、吐出レート（単位時間当たりの液吐出量）な
どを変えられる。

【００１４】従って、例えば、１回の基板処理の液吐出
における液吐出量がｍ[cc]で、液吐出時間ｔ[sec] で液
吐出する際には、吐出レートをｒ（ｒ＝ｍ／ｔ）にする
ように圧電ポンプに印加する交流電圧の電圧値や周波数
を調節する。また、１回の基板処理の液吐出における液
吐出量が、例えば２倍（ｍ×２）[cc]に変えられた場合
には、吐出レートを２倍（ｒ×２）に変えるように圧電
ポンプに印加する交流電圧の電圧値や周波数を調節し、
液吐出時間を液吐出量がｍのときと同じｔにする。この
ように１回の基板処理の液吐出における液吐出量の増減
に応じて吐出レート（圧電ポンプに印加する交流電圧の
電圧値や周波数）を調節することにより、常に一定の液
吐出時間で液吐出を行う。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る液
吐出装置の構成を示す一部断面図である。

【００１６】この種の液吐出装置１は、フォトレジスト
液やポリイミド、ＳＯＧソースなどの処理液２を基板Ｗ
に吐出してその処理液２を基板Ｗに塗布するためのスピ
ンコーターや、処理液２としての現像液を基板Ｗに吐出
して現像処理するためのスピンデベロッパーなどに付設
される。スピンコーターやスピンデベロッパーなどで
は、スピンチャック３に水平姿勢で保持された基板Ｗに
ノズル４から処理液２が吐出され、スピンチャック３を
回転駆動して基板Ｗを鉛直軸周りに回転させて塗布処理
や現像処理などが行われる。また、スピンコーターやス
ピンデベロッパーなどには、吐出された処理液２が基板
Ｗの回転中に周囲に飛散するのを防止するための飛散防
止カップ５も備えられている。

【００１７】図１に示す液吐出装置１は、液貯留槽１０
に貯留された処理液２を液吸引管１１を介して圧電ポン
プ１２に吸引するとともに、圧電ポンプ１２に吸引した
処理液２を液送出管１３を介してノズル４側に送出して
ノズル４から処理液２を基板Ｗに吐出するように構成さ
れている。

【００１８】圧電ポンプ１２は、ケーシング２０に圧電
振動子２１の周縁が固定され、圧電振動子２１の電極２
２、２３に交流電圧を印加することによって圧電振動子
２１を図の二点鎖線で示すように上下に振動させ、処理
液２を液吸引部２４からポンプ室２５に吸引するととも
に、ポンプ室２５に吸引した処理液２を液送出部２６か
ら送出するように構成されている。すなわち、圧電振動
子２１が下方に変位すると、ポンプ室２５内が負圧にな
って、処理液２を液吸引部２４からポンプ室２５に吸引
し、一方、圧電振動子２１が上方に変位すると、ポンプ
室２５内が正圧になって、ポンプ室２５に吸引した処理
液２を液送出部２６に送出するという動作を繰り返して
処理液２の基板Ｗへの吐出が行われる。なお、ポンプ室
２５が負圧になったとき液送出管１３からポンプ室２５
に処理液２が逆流するのを防止するための逆止弁２７が
液送出部２６に設けられ、ポンプ室２５が正圧になった
ときポンプ室２５内の処理液２が液吸引管１１に逆流す
るのを防止するための逆止弁２８が液吸引部２４に設け
られている。

【００１９】また、圧電振動子２１は、例えばセラミッ
クス系、高分子系の圧電膜３１を貼り合わせ、その貼り
合わせ面と両面に薄膜状電極２２、２３を設けてなる積
層型の圧電振動子２１（図１に示す圧電振動子）を用い
てもよいし、圧電膜３１の両面に薄膜状電極２２、２３
を設けてなる単層型の圧電振動子２１を用いてもよい。
なお、本発明に係る液吐出装置１で扱う処理液は薬液で
あるので、圧電振動子２１のポンプ室２５側の面には、
対薬（薬液による腐食防止など）のためにフッ素樹脂の
薄膜３２をコーティングしている。また、ケーシング２
０（特に薬液が接触するポンプ室２５）、液吸引部２
４、液送出部２６も、対薬のためにＰＶＤＦ（ポリフッ
化ピニリデン）やＰＰ（ポリプロピレン）などで形成し
ている。

【００２０】ケーシング２０は、例えば、図２（ａ）に
示すように、圧電振動子２１の周縁が固定される部分２
０ａと、ポンプ室２５や液吸引部２４、液送出部２６が
設けられている部分２０ｂとに分離し、これら部分２０
ａ、２０ｂが、複数本のネジ４１によって分離自在に接
合したり、あるいは、図２（ｂ）に示すように、蝶番４
２と止め具４３によって上記部分２０ａ、２０ｂが開閉
自在に接合するように構成している。すなわち、ネジ４
１をはずしたり、止め具４３をはずすことによって、上
記部分２０ａ、２０ｂを分離したり開閉したりでき、ポ
ンプ室２５や圧電振動子２１などを容易に洗浄すること
ができる。従って、ＳＯＧソースのような結晶化し易い
処理液２の液吐出を行い、ポンプ室２５内などに結晶化
物が溜まっても、それを容易に洗浄除去することができ
る。

【００２１】ここで、比較にために、圧電ポンプ１２を
用いた液吐出と、ベローズポンプを用いた液吐出の吐出
履歴を実験した結果を図３を参照して説明する。

【００２２】この実験では、吐出レート1.0[cc/sec」で
３秒間吐出する動作を複数回（図では１回目と２回目だ
けを示している）繰り返す実験を行った。図３では、縦
軸に吐出レート[cc/sec]をとり、横軸に吐出時間[sec]
をとったグラフで示している。そして、３秒間の吐出時
間の間、常に一定の吐出レートで液吐出を行うという理
想の吐出履歴を２点鎖線で示し、圧電ポンプ１２の吐出
履歴を実線で、ベローズポンプの吐出履歴を点線で示し
ている。図より明らかなように、ベローズポンプによる
液吐出に比べて、圧電ポンプ１２による液吐出の方が、
格段に理想の吐出履歴（二点鎖線）に近いことがわか
る。また、ベローズポンプの吐出履歴は、１回目の液吐
出時と２回目の液吐出時で相違するが、圧電ポンプ１２
の吐出履歴は、１回目の液吐出時と２回目の液吐出時で
略同じである。すなわち、圧電ポンプ１２による液吐出
によれば、吐出時間の間、略一定の吐出レートで液吐出
が行え、液吐出を複数回連続して行っても吐出履歴が変
動しないことになり、基板Ｗに処理液２を吐出する基板
処理を安定して行なえ、液吐出量の再現性が極めて良
い。

【００２３】図１に戻って、この実施例では、電圧・周
波数調節部５１から所定の電圧値・周波数の交流電圧が
圧電振動子２１の電極２２、２３に印加されるようにな
っている。電圧・周波数調節部５１では、制御部６から
の指示に基づいて、電極２２、２３に印加する交流電圧
の電圧値または周波数、あるいは、必要に応じてその両
方を調節するようになっている。電極２２、２３に印加
される交流電圧の電圧値や周波数が変われば、圧電振動
子２１の振動周期などが変わり、圧電ポンプ１２の流量
や圧力、すなわち、吐出レートなどが変わる。制御部６
は、処理条件に応じた液吐出量などに基づき、それに応
じて電圧・周波数調節部５１を制御し、液吐出量が変動
しても常に一定の液吐出時間で処理液２の吐出を行なわ
せるようにしている。なお、処理条件に応じた液吐出量
は、例えば、図示しない設定部やスイッチなどから設定
され制御部６に与えられる。

【００２４】このように、液吐出が常に一定の液吐出時
間で行なえることは、例えば、基板の製造を高精度に行
い、高品質の基板を製造する上で重要な意味を持つこと
がある。これを図４などを参照して説明する。

【００２５】図４に示す基板処理装置は、液吐出装置１
が付設されたフォトレジスト液の塗布処理用のスピンコ
ーターＳＣとともに、ベーク処理用の加熱処理部６１
ａ、６１ｂや冷却処理部６２ａ、６２ｂ、基板搬送装置
６３、インデクサ６４などが一体化され、一連の基板処
理（フォトレジスト液の塗布処理や各種のベーク処理な
ど）を行うように構成されている。なお、図では加熱処
理部６１ａ、６１ｂに隠れているが冷却処理部６２ａ、
６２ｂは加熱処理部６１ａ、６１ｃの下側に積層されて
いる。

【００２６】この基板処理装置では、インデクサ６４の
基板搬入出装置６５がキャリアＣから基板Ｗを１枚ずつ
取り出して、基板搬送装置６３に順次引渡し、基板搬送
ロボット６３は受け取った基板Ｗを、例えば、図４
（ｂ）に示す順序に従って、順次各処理部に搬送し、最
後の基板処理が終了した基板Ｗは、基板搬送装置６３に
よってインデクサ６４に搬送され基板搬入出装置６５に
引き渡され、キャリアＣに収納される。すなわち、基板
１枚に注目すれば、その基板Ｗは基板搬送装置６３によ
って図４（ｂ）に示す順に各処理部（インデクサ６４を
含む）に搬送され、各処理部での基板処理などを受け
る。そして、例えば、ある基板ＷがスピンコーターＳＣ
で塗布処理を受けている時には、冷却処理部６２ａで別
の基板Ｗが冷却処理を受けており、加熱処理部６１ｂで
はさらに別の基板Ｗが加熱処理を受けているというよう
に、同時点においては、各処理部での基板処理が同時並
行して行われている。

【００２７】そのため、基板搬送装置６３は、例えば、
冷却処理部６２ａでの冷却処理を受けた後の基板Ｗを１
個の搬送アーム６３ａに支持してスピンコーターＳＣに
移動すると、スピンコーターＳＣでの塗布処理を受けた
基板Ｗを別の搬送アーム６３ｂ（図４では、搬送アーム
６３ｂは搬送アーム６３ａの下側に隠れている）でスピ
ンコーターＳＣから取り出し、次に、搬送アーム６３ａ
に支持している基板ＷをスピンコーターＳＣに搬入する
というような動作を図４（ｂ）に示す順序で各処理部に
おいて行い、各処理部を巡回しながら各基板Ｗの基板処
理装置内での搬送を行う。

【００２８】ここで、各処理部における処理時間はそれ
ぞれ異なるのが一般的である。そこで、基板搬送装置６
３による搬送動作を効率良く行うために、タクトタイム
（基板搬送装置６３がある処理部における動作を開始し
てから順次動作を行って次に同一処理部において同一動
作を開始するまでの時間）を決め、そのタクトタイムに
従った基板搬送装置６３の搬送制御が行われている。こ
のとき、特に、加熱処理部６１ａ、６１ｂでの加熱処理
は予め決められた加熱時間通りに行われるように工夫さ
れている。これは、加熱時間にばらつきがあれば（特に
長くなれば）フォトレジストのパターンニング精度が悪
くなり、製品の品質が低下するなどの悪影響があるから
である。

【００２９】さて、スピンコーターＳＣにおける塗布処
理時間は、上記タクトタイムや基板搬送装置６３の搬送
制御を決める際の要素であり、スピンコーターＳＣにお
ける液吐出装置１による液吐出時間は、上記塗布処理時
間の一部である。従って、液吐出時間が変動すれば、塗
布処理時間が変動し、その結果、基板搬送装置６３の搬
送にずれが生じ、加熱処理部６１ａ、６１ｂでの加熱時
間にばらつきが起こり、製品の品質が低下することにな
る。

【００３０】先にも述べたように、ガス圧送方式の液吐
出装置やベローズポンプを用いた液吐出装置の場合、１
回の塗布処理における液吐出量などが変動すれば液吐出
時間が変動したりばらつくことになる。従って、ガス圧
送方式の液吐出装置やベローズポンプを用いた液吐出装
置を図４に示すような基板処理装置のスピンコーターＳ
Ｃなどに付設した場合、塗布処理時間が変動し、その結
果、加熱処理部６１ａ、６１ｂでの加熱時間にばらつき
が起こり、製品の品質が低下させることになる。

【００３１】これに対して、この実施例によれば、１回
の塗布処理などにおける液吐出量などが変動したとして
も、液吐出時間を常に一定に調節しているので、図４に
示すような基板処理装置での基板Ｗの製造を高精度に行
い、高品質の基板Ｗを製造することができる。

【００３２】なお、ガス圧送方式の液吐出装置やベロー
ズポンプを用いた液吐出装置において液吐出時間が変動
する要因としては、例えば、処理液２の粘度が変えられ
た場合も挙げられる。すなわち、処理液２の粘度が変動
した場合、吐出レートが変動するので、同じ液吐出量の
液吐出を行う場合でも、処理液２の粘度が異なると液吐
出時間が変動する。これに対して、この実施例によれ
ば、圧電振動子２１に印加する交流電圧の電圧値や周波
数を調節し、吐出レートを調節することにより、粘度が
変動されたとしても常に一定の液吐出時間で液吐出が行
なえる。従って、この実施例の制御部６では、処理液２
の粘度に応じて圧電振動子２１に印加する交流電圧の電
圧値や周波数を調節し、処理液２の粘度が変動したとし
ても常に一定の液吐出時間で液吐出を行うようにしてい
る。

【００３３】また、本発明に係る液吐出装置が付設され
るスピンコーターやスピンデベロッパーなどでは、常に
一定の吐出レートで液吐出が行えれば良い場合もあり、
そのような場合には、電圧・周波数調節部５１などを省
き、圧電振動子２１の電極２２、２３に予め決められた
電圧値・周波数の交流電圧を印加する交流電源が設けら
れていても良い。また、そのような場合であっても、圧
電振動子２１の劣化などにより吐出レートが次第に減少
するような自体に対処して、電圧・周波数調節部５１を
設けるとともに、例えば、液送出管１３の液送出量（吐
出レート）などを検知して、常に一定の吐出レートで液
吐出が行えるように、圧電振動子２１の電極２２、２３
に印加する交流電圧の電圧値・周波数を調節するように
しても良い。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、液貯留槽に貯留された処理液
を基板に吐出するのに、圧電ポンプを用いたので、基板
への処理液の吐出量の再現性が良く、連続して基板処理
する場合にも、毎回の基板処理時に無駄な処理液の吐出
を行わなくなり、処理液の使用量を減らせることができ
る。

【００３５】また、圧電ポンプは分解洗浄も容易に行な
えるので、結晶化し易い処理液の液吐出に用いることも
可能である。さらに、圧電ポンプはベローズポンプに比
べて安価であるので、低コスト化を図ることができる。

【００３６】また、請求項２、３に記載の発明によれ
ば、圧電ポンプに印加する交流電圧の電圧値や周波数を
調節することによって、１回の基板処理の液吐出におけ
る液吐出量が処理条件に応じて変動しても常に一定の液
吐出時間で液吐出を行わせるので、例えば、フォトレジ
スト液の塗布処理用のスピンコーターなどとともに、加
熱処理部や基板搬送装置などが一体化された基板処理装
置において、スピンコーターにおけるフォトレジスト液
の液吐出時間を含む塗布処理時間などを常に一定にする
ことができ、加熱処理部による加熱処理を予め決められ
た加熱時間通りに行え、加熱処理による基板の熱履歴を
常に一定にして一連の基板処理を実施することができ、
高品質の製品を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る液吐出装置の構成を示
す一部断面図である。

【図２】圧電ポンプの構成を示す断面図である。

【図３】圧電ポンプによる液吐出の吐出履歴とベローズ
ポンプによる液吐出の吐出履歴との比較実験結果を示す
図である。

【図４】液吐出時間を常に一定にした場合の効果を説明
するための図である。

【符号の説明】

１ … 液吐出装置 ２ … 処理液 ４ … ノズル ６ … 制御部 １０ … 液貯留槽 １２ … 圧電ポンプ ５１ … 電圧・周波数調節部 Ｗ … 基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液貯留槽に貯留された処理液を基板に吐
   出する液吐出装置において、 圧電ポンプによって、前記液貯留槽から処理液を吸引
   し、前記吸引した処理液を送出して処理液を前記基板に
   吐出するように構成したことを特徴とする液吐出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液吐出装置を用いた液
   吐出方法において、 処理液の液吐出量を処理条件に応じて変えるにあたり、
   圧電ポンプへ印加する交流電圧の少なくとも電圧値を調
   節することにより、液吐出時間は液吐出量にかかわらず
   一定に維持したままで、液吐出量を前記処理条件に応じ
   た所定量に変えて基板に吐出するようにしたことを特徴
   とする液吐出方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の液吐出装置を用いた液
   吐出方法において、 処理液の液吐出量を処理条件に応じて変えるにあたり、
   圧電ポンプへ印加する交流電圧の少なくとも周波数を調
   節することにより、液吐出時間は液吐出量にかかわらず
   一定に維持したままで、液吐出量を前記処理条件に応じ
   た所定量に変えて基板に吐出するようにしたことを特徴
   とする液吐出方法。