TWI391795B - 基板處理裝置及基板處理方法 - Google Patents

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Miyagi Tadashi
Kanaoka Masashi
Shigemori Kazuhito
Yasuda Shuichi
Sanada Masakazu
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Description

基板處理裝置及基板處理方法
本發明係關於對基板實施處理之基板處理裝置及基板處理方法。
為了在半導體基板、液晶顯示裝置用基板、電漿顯示用基板、光碟用基板、磁碟用基板、光磁碟用基板、光罩用基板等之各種基板上實施各種處理,其係使用基板處理裝置。
在基板處理裝置上,係實施例如被形成在基板上之感光性膜(抗蝕膜,resist film)的顯影處理。在顯影處理時,係對基板上的抗蝕膜供給顯影劑。經過既定時間後,則在基板上被供給清洗液,而停止顯影處理同時洗去基板上之顯影劑。其次,則藉著使基板高速旋轉而甩掉基板上的清洗液並使基板乾燥(例如參照日本專利特開2003-31488號公報)。
通常,利用離心力使基板乾燥時,基板上有時會殘留清洗液之微小液滴。這是因為微小液滴對應於其質量僅有小離心力之作用,因此,自基板上則難以使液滴分離。特別是如在基板的中心部附近有附著微小之液滴時,由於其液滴僅有更小的離心力作用,因此,更難以去除微小之液滴。
又,在顯影處理後之抗蝕膜上混合有親水性部份與疏水性部份,因此,在抗蝕膜上清洗液的保持力會有不均勻之情形。這也是在基板上容易殘留清洗液之原因。因此如在基板上殘留液滴時,則容易發生顯影之缺陷。
本發明之目的係提供一種可使顯影處理後的基板確實乾燥之基板處理裝置及基板處理方法。
(1)依照本發明之一態樣的基板處理裝置,其係在曝光處理後的基板上實施顯影處理之基板處理裝置,其具備有:可大略水平保持基板之基板保持裝置;及,可使藉基板保持裝置所保持之基板在該基板之垂直軸的周圍旋轉之旋轉驅動裝置;及,可供給顯影劑至被保持在基板保持裝置的基板上之顯影劑供給部;及,藉供給清洗液至被保持在基板保持裝置的基板上而洗去基板上的顯影劑後,在基板上可形成清洗液之液層的液層形成部;及,利用旋轉驅動裝置而使基板在旋轉之狀態下,朝向利用液層形成部被形成在基板上的液層中心部吐出氣體之氣體吐出部。
在該基板處理裝置中,其為藉由顯影劑供給部供給顯影劑至被保持在基板保持裝置之基板上而實施基板的顯影處理。在顯影處理後,則利用液層形成部供給清洗液至基板上以洗去基板上的顯影劑後,在基板上形成清洗液之液層。
然後,利用旋轉驅動裝置使基板在旋轉之狀態下,再利用氣體吐出部朝向基板上的液層中心部吐出氣體。此時,液層並不會在複數個區域分離而在表面張力保持圓環形狀之狀態下一體朝向基板外方移動。由此,其可抑制微小液滴的形成,並使基板確實地乾燥。因此,其可確實地防止液體殘留在基板上而所發生之顯影缺陷。
(2)旋轉驅動裝置係在利用液層形成部而形成液層時使基板以第1旋轉速度旋轉,再利用液層形成部在液層形成後使基板的旋轉速度分階段性或連續性地上升至第2旋轉速度,而氣體吐出部可吐出氣體至以比第1旋轉速度為高而比第2旋轉速度為低之第3旋轉速度旋轉之基板上的液層。
此時,在液層形成時係利用旋轉驅動裝置而以第1旋轉速度使基板旋轉。由此,即使基板對水平面呈稍微傾斜之狀態,其亦可在基板上均勻地形成液層。
液層形成後,則利用旋轉驅動裝置使基板的旋轉速度分階段性或連續性地上升。由此,在液層之周緣部作用之外方的離心力則增加。另一方面,在液層的中心部相對於離心力張力則起作用,而液層則不會飛散至外方而被保持於基板上。
在基板旋轉速度上升的過程中,基板的旋轉速度係比第1旋轉速度為高而比第2旋轉速度為低之第3旋轉速度時,其藉由氣體吐出部朝向基板上的液層中心部吐出氣體。由此,在液層上作用之張力則消失,而藉由離心力液層則朝向基板的外方移動。此時,液層不會分離至複數個區域,而藉表面張力在保持圓環形狀之狀態下一體朝向基板的外方移動。因此,在基板上其可抑制微小液滴之形成且可確實地除去基板上之液層。
(3)旋轉驅動裝置係在利用液層形成部形成液層後且在利用氣體吐出部於吐出氣體前,可使基板的旋轉速度以既定時間維持於比第1旋轉速度為高且比第2旋轉速度為低之第4旋轉速度。
此時,液層擴散至基板上之全區域,且安定地被保持於基板上。由此,利用氣體吐出部在氣體吐出前可確實地防止液層飛散至基板的外方,同時,在氣體吐出時,其可確實地在保持圓環形狀之狀態下使液層一體地朝向外方移動。
(4)基板處理裝置可更設有:可檢測出利用液層形成部被形成在基板上之液層的厚度之液層厚度檢測器;及,根據利用液層厚度檢測器所檢測出之液層厚度而控制利用旋轉驅動裝置之基板的旋轉速度及利用氣體吐出部之氣體吐出時機之控制部。
此時,由於液層的中心部變成十分稀薄且因離心力而液層未在複數個區域分離之狀態下可吐出氣體,因此,其可使在液層中心部作用之張力確實地解消,而在保持圓環形狀之狀態下使液層一體地朝向基板的外方移動。藉此,可確實去除基板上之液層。
(5)依照本發明之其他態樣的基板處理方法,其具備有:保持基板大略水平之步驟;及,供給顯影劑至被保持的基板上之步驟;及,供給清洗液至基板上而洗去顯影劑之步驟;及,洗去顯影劑後在基板上形成清洗液的液層之步驟;及,使基板旋轉同時朝向基板上的液層中心部吐出氣體之步驟。
在該基板處理方法中,其係使基板保持大略水平之狀態供給顯影劑至基板上而實施基板之顯影處理。在顯影處理後,則供給清洗液至基板上以洗去基板上之顯影劑。
其後,則在基板上形成清洗液之液層。然後,使基板在旋轉之狀態下朝向基板上之液層中心部吐出氣體。此時,液層並不會分離至複數個區域而在利用表面張力以保持圓環形狀之狀態下一體地朝向基板外方移動。由此,其可抑制微小液滴的形成,而使基板確實地乾燥。因此,其可確實地防止因液體殘留在基板上所引起之顯影缺陷的發生。
根據本發明,其可抑制在基板上微小液滴的形成,且可確實地使基板乾燥。因此,其可確實地防止因液體殘留在基板上所起因之顯影缺陷的發生。
以下使用圖式說明本發明之實施形態的基板處理裝置及基板處理方法。在以下之說明中,基板係指半導體基板、液晶顯示裝置用基板、電漿顯示用基板、光罩用玻璃基板、光碟用基板、磁碟用基板、光磁碟用基板及光罩用基板等。
(1)構成
圖1係說明本實施形態之基板處理裝置的構成圖。此一基板處理裝置係在施加曝光處理後的基板上於抗蝕膜上實施顯影處理者。
如圖1所示,基板處理裝置100具有可水平保持基板W,同時在通過基板W的中心之鉛直旋轉軸周圍使基板W旋轉之旋轉卡盤(spin chuck)21。
旋轉卡盤21被固定在藉由卡盤旋轉驅動機構36所旋轉之旋轉軸25的上端。又,在旋轉卡盤21形成有吸氣路徑(未圖示),而可以在旋轉卡盤21上於載置基板W之狀態下藉由使吸氣路徑內排氣,而在旋轉卡盤21上真空吸附基板W的下面,如此而可以水平姿勢來保持基板W。
在旋轉卡盤21之外方設有馬達60、70。馬達60連接轉動軸61。轉動軸61被連結在水平方向延伸之臂62,而臂62的前端被設有液體供給噴嘴65。當轉動軸61藉由馬達60而旋轉時臂62亦轉動,而液體供給噴嘴65則移動至藉由旋轉卡盤21所保持之基板W的上方。
供給管63被設成連通馬達60、轉動軸61及臂62的內部。供給管63藉由閥Va及閥Vb而被連接顯影劑供給源R1及清洗液供給源R2。藉由控制閥Va、Vb之開閉,其可選擇供給至液體供給噴嘴65之處理液及調整其供給量。具體而言,其係藉使閥Va開放而供給顯影劑至液體供給噴嘴65,而藉使閥Vb開放則供給清洗液至液體供給噴嘴65。清洗液例如可使用純水。
馬達70被連接轉動軸71。轉動軸71其被連結向水平方向延伸之臂72,而在臂72的前端則設置氣體供給噴嘴75。藉由馬達70當使轉動軸71旋轉時臂72亦一起轉動,而氣體供給噴嘴75則在藉旋轉卡盤21所保持之基板W的上方移動。
供給管73被設成連通至馬達70、轉動軸71及臂72的內部。供給管73藉由閥Vc被連接至氣體供給源R3。藉由使閥Vc開放其可供給氣體至氣體供給噴嘴75。氣體可例如使用氮氣等之惰性氣體或大氣(空氣)。
保持在旋轉卡盤21上之基板W被收容在處理杯(processing cup)23內。在處理杯23內側其設有筒狀的隔壁33。又,圍繞在旋轉卡盤21的周圍,形成有為了排出處理基板W後所用的處理液(清洗液或顯影劑)之排液空間31。又,圍繞在排液空間31,於處理杯23與隔壁33之間,形成有為了回收處理基板W後所用的處理液之回收液空間32。
排液空間31被連接為了向排液處理裝置(未圖示)導引處理液用之排液管34,而回收液空間32被連接為了導引處理液至回收處理裝置(未圖示)之回收管35。
在處理杯23的上方,設有為了防止自基板W的處理液向外方飛散之防護罩24。此防護罩24係相對於旋轉軸25旋轉而呈相對稱之形狀所構成。在防護罩24的上端部之內面被形成有環狀剖面呈ㄑ字狀的排液導溝41。
又,在防護罩24的下端部之內面,形成有在外側下方傾斜的傾斜面所構成之回收液導引部42。在回收液導引部42之上端附近,被形成有為了收容處理杯23的隔壁33之隔壁收容溝43。
在防護罩24其設有以滾珠螺桿機構等所構成之防護罩升降驅動機構40。防護罩升降驅動機構40可使防護罩24在:對向於旋轉卡盤21所保持之回收液導引部42的基板W之外周端面的回收位置;及,對向於旋轉卡盤21所保持之排液導溝41的基板W之外周端面的排液位置;之間上下動作。防護罩24在回收位置(圖1所示之防護罩位置)時,其自基板W朝外方飛散之處理液藉由回收液導引部42被導入回收液空間32再通過回收管35而被回收。另一方面,防護罩24在排液位置時,自基板W朝向外方飛散之處理液則藉由排液導溝41被導入排液空間31再通過排液管34而被排液。在顯影處理時,因應於處理液之回收或排液之必要性其可適當地變更防護罩24的位置。
圖2表示基板處理裝置100之控制系統的方塊圖。如圖2所示,基板處理裝置100具有控制部10。閥Va、Vb、Vc、卡盤旋轉驅動機構36、馬達60、70及防護罩升降驅動機構40的動作可藉由控制部10來控制。
(2)動作
其次,一面參照圖1一面說明基板處理裝置100的動作。在顯影處理時,液體供給噴嘴65移動至基板W的中心部上方。又,旋轉卡盤21使基板W在旋轉之狀態下而從液體供給噴嘴65吐出顯影劑至基板W的中心部。此時,因為基板W旋轉的離心力而顯影劑自基板W的中心部擴散至周緣部。由此,顯影劑被盛載在基板W上。其後,自液體供給噴嘴65停止吐出顯影劑,同時,使基板W停止旋轉。在該狀態下於基板上實施顯影處理。
經過既定時間後,自液體供給噴嘴65吐出清洗液至基板W上,而在基板W上則停止顯影處理。其次,基板W在高速旋轉之狀態下自液體供給噴嘴65繼續吐出清洗液來清洗基板W上之顯影劑。又,亦可以在使基板W停止旋轉之狀態下對基板W上盛載顯影劑。又,亦可以在使基板W停止旋轉之狀態下清洗基板W上之顯影劑。
其次,實施基板W的乾燥處理。圖3表示基板W之乾燥處理的階段圖,圖4係說明在基板W之乾燥處理時清洗液移動狀態之圖。圖5係表示基板W的旋轉速度之時序圖。
當以清洗液洗去基板W上的顯影劑後,則降低基板W的旋轉速度。由此,由於基板W的旋轉而被甩開的清洗液之量則減少,如圖3(a)所示,在基板W的表面全體被形成清洗液之液層L。又,如使清洗液之供給及基板W之旋轉暫時停止後再以低速使基板W旋轉而在基板W上形成液層L如此亦可,或使基板W之旋轉停止之狀態下而在基板W上形成液層L如此亦可。
其次,停止供給清洗液同時液體供給噴嘴65被退避至既定位置。其後,增加基板W的旋轉速度。此時,在液層L的中心部作用之離心力比在周緣部作用之離心力為小。因此,和於周緣部作用之離心力相平衡之張力則作用在液層L的中心部。由此,液層L則不會飛散至外方地而被保持在基板W上。而因增加基板W的旋轉速度,離心力則變成比張力稍大,如圖3(b)所示,液層L變成周緣部的厚度較厚而中心部厚度較薄之狀態下而被保持於基板W上。
其次,氣體供給噴嘴75被移動至基板W的中心部上方。又,如圖3(c)所示,自氣體供給噴嘴75朝向液層L之中心部吐出氣體,而在液層L的中心部形成空洞(孔)H。由此,在液層L之周緣部作用之離心力的平衡張力則消失。又,和氣體的吐出一起,基板W的旋轉速度則更為增加。藉此,如圖3(d)及圖3(e)所示,液層L朝向基板W的外方移動。
此時,如圖4(a)~圖4(c)所示,液層L不會分離成複數個區域,而其藉由表面張力在保持圓環形狀之狀態下一體朝向基板W外方移動。藉此,其可抑制清洗液微小液滴之形成,而可確實地除去基板W上的液體。
此處,將詳細說明基板W之乾燥處理時的基板W之旋轉速度的變化。
如圖5所示,在T1期間,以旋轉速度S1使基板W旋轉。旋轉速度S1係如10rpm。在此T1期間內,供給清洗液至基板W上。此時,即使基板W對水平面呈稍微傾斜之狀態,其亦可在基板W上形成均勻的液層L。又,只要在基板W上之全區域形成均勻之液層L,則在T1期間時使基板W的旋轉停止亦可。
其次,在T2期間,以比旋轉速度S1為高之旋轉速度S2使基板W旋轉。旋轉速度S2係如10~1OOrpm。藉此,液層L則擴散至基板W上的全區域,且藉由表面張力而被保持於基板W上。
其次,在T3期間,以比旋轉速度S2為高之旋轉速度S3使基板W旋轉。旋轉速度S3係如100~1000rpm。自T2期間移動至T3期間時使氣體吐出至基板W上。此時,在保持圓環形狀之狀態下其可使液層L一體地朝向基板W外方移動。
又,氣體吐出之時機,可在自T2期間向T3期間移動之前,或向T3期間移動之後實施均可。又,氣體之吐出時間,例如可為0.5~8sec。亦即,其可在液層L僅形成空洞H(圖6)之短時間內吐出惰性氣體,或自基板W上除去液層L為止繼續吐出惰性氣體,如此亦可。
又,上述基板W之旋轉速度,可因應於基板W上的抗蝕膜之疏水性或清洗液的溼潤性(例如,接觸角)等而適當地變更。例如,當抗蝕膜之疏水性較高時,由於液層L容易分離至複數個區域而形成液滴,因此,使基板W的旋轉速度設定為較低為佳。
又,在本實施形態中,如圖5所示,基板W的旋轉速度雖然以旋轉速度S1、S2、S3之3階段上升,但其並不受限於此,其亦可以2階段或4階段以上上升或非以階段性上升而以連續性上升亦可。
(3)本實施形態之效果
如上所述,在基板W上形成液層L,藉使其液層L不會分離至複數個區域以保持圓環形狀之狀態下一體移動至基板W的外方時,則可防止微小液滴的形成,藉此,其可確實地除去基板W上之清洗液。因此,其可確實地防止液滴殘留在基板W上而所發生之顯影缺陷。
(4)其他之實施形態
上述實施形態中,雖然自共通的液體供給噴嘴65吐出顯影劑及清洗液,但其亦可個別地設置吐出顯影劑之噴嘴和吐出清洗液之噴嘴。又,該等噴嘴可利用直線型噴嘴(straight nozzle)或開縫型噴嘴(slit nozzle)等各種噴嘴。
又,如圖6所示,亦可一體地設置液體供給噴嘴65和氣體供給噴嘴75。在此情況下,由於在基板W之洗淨處理時或乾燥處理時不須要使液體供給噴嘴65及氣體供給噴嘴75各別移動,因此,其可使驅動機構簡單化。
又,如圖7所示,亦可在基板處理裝置100內設置為了檢測出基板W上的液層L之厚度的液層厚度感測器80。液層厚度感測器80含有光投影部80a及受光部80b。又,圖7係省略液體供給噴嘴65及氣體供給噴嘴75等之圖示者。
圖7之基板處理裝置100中,在基板W之乾燥處理時,係藉由液層厚度感測器80而檢測出形成在基板W上的液層L中心部附近之厚度,並因應於該厚度的變化而調整氣體之吐出時機及基板W的旋轉速度之上升時機。
具體而言,在基板W上形成液層L後,基板W以低旋轉速度S2(參照圖5)旋轉時,藉由液層厚度感測器80所檢測出之液層L的中心部附近之厚度比事先所設定之臨限值更小時,則其朝向液層L吐出氣體且使基板W的旋轉速度上升。
此時,由於液層L的中心部成為很薄且液層L不會因離心力而分離成複數個區域之狀態下吐出氣體,因此其可在液層L的中心部確實地形成空洞H,且以保持圓環形狀之狀態使液層L一體地朝向基板W的外方移動。藉此,其可確實地除去基板W上的清洗液。
又,如事先將抗蝕膜的疏水性及清洗液的溼潤性(例如,接觸角)等之物性值予以數據化,並因應於其物性值而適當地自動算出最適合的氣體吐出時機及基板W的旋轉速度,且依照該算出值以實施各部的控制,如此亦可。
(5)申請專利範圍之各構成要件與實施形態之各要件的對應關係
以下雖然對申請專利範圍之各個構成要件與實施形態之各要件的對應例加以說明,但本發明並不受限於下述之例。
在上述實施形態中,旋轉卡盤21係基板保持裝置之例,卡盤旋轉驅動機構36係旋轉驅動機構之例,液體供給噴嘴65係液層形成部之例,氣體供給噴嘴75係氣體吐出部之例,旋轉速度S1係第1旋轉速度之例,旋轉速度S3係第2旋轉速度之例,旋轉速度S2係第3及第4旋轉速度之例,液層厚度感測器80係液層厚度感測器之例。
申請專利範圍之各構成要件可利用具有申請專利範圍所記載之構成或功能的其他各種要件。
10...控制部
21...旋轉卡盤
23...處理杯
24...防護罩
25...旋轉軸
31...排液空間
32...回收液空間
33...隔壁
34...排液管
35...回收管
36...卡盤旋轉驅動機構
40...防護罩升降驅動機構
41...排液導溝
42...回收液導引部
43...隔壁收容溝
60、70...馬達
61、71...轉動軸
62、72...臂
63、73...供給管
65...液體供給噴嘴
75...氣體供給噴嘴
80...液層厚度感測器
80a...光投影部
80b...受光部
100...基板處理裝置
H...空洞
L...液層
R1...顯影劑供給源
R2...清洗液供給源
R3...氣體供給源
Va、Vb、Vc...閥
W...基板
圖1係說明基板處理裝置之構成圖。
圖2表示基板處理裝置之控制系統的方塊圖。
圖3(a)至(e)表示分階段的基板乾燥處理之圖。
圖4(a)至(c)係在基板之乾燥處理時說明清洗液的移動之圖。
圖5係表示基板旋轉速度之時序圖。
圖6表示液體供給噴嘴及氣體供給噴嘴之其他例的圖。
圖7係說明基板處理裝置之其他構成的圖。
65...液體供給噴嘴
75...氣體供給噴嘴
H...空洞
L...液層
W...基板

Claims (4)

  1. 一種基板處理裝置,其係對曝光處理後的基板實施顯影處理之基板處理裝置,其具備有:使基板大略保持水平之基板保持裝置;及,藉前述基板保持裝置所保持之基板在該基板之垂直軸的周圍旋轉之旋轉驅動裝置;及,供給顯影劑至被保持在前述基板保持裝置的基板上之顯影劑供給部;及,藉供給清洗液至被保持在前述基板保持裝置的基板上而洗去基板上之顯影劑後,在基板上形成清洗液之液層的液層形成部;及,藉前述旋轉驅動裝置使基板在旋轉之狀態下,朝向藉前述液層形成部而被形成在基板上的液層中心部吐出氣體之氣體吐出部;前述旋轉驅動裝置在利用前述液層形成部於液層形成時使基板以第1旋轉速度旋轉,而在利用前述液層形成部於液層形成後使基板旋轉速度分階段地或連續性地不降低而上升至第2旋轉速度,在基板旋轉速度從前述第1旋轉速度開始上升後、到達前述第2旋轉速度之前,前述氣體吐出部吐出氣體至比前述第1旋轉速度為高且比前述第2旋轉速度為低之第3旋轉速度所旋轉之基板上的液層。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置,其中,前述旋轉驅動裝置在利用前述液層形成部於液層形成後且利用前述氣體吐出部在氣體吐出前,以既定時間使基板的旋轉速度維持於比前述第1旋轉速度為高且比前述第2旋轉速度為低之第4旋轉速度。
  3. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置,其更具備有:檢測出藉前述液層形成部所形成在基板上之液層的厚度之液層厚度檢測器;及,根據利用前述液層厚度檢測器所檢測出之液層厚度而控制利用前述旋轉驅動裝置之基板的旋轉速度及利用前述氣體吐出部吐出氣體時機之控制部。
  4. 一種基板處理方法,其具備有:使基板大略保持水平之步驟;及,供給顯影劑至所保持的基板上之步驟;及,供給清洗液至基板上而洗去顯影劑之步驟;及,洗去顯影劑後,以第1旋轉速度使基板旋轉之步驟;及,依基板以前述第1旋轉速度旋轉之狀態,在基板上形成清洗液的液層之步驟;及,在液層形成後,使基板旋轉速度分階段地或連續性地不降低而從前述第1旋轉速度上升至第2旋轉速度之步驟;使前述基板旋轉速度上升之步驟係包含:在基板旋轉速度從前述第1旋轉速度開始上升後、到達前 述第2旋轉速度之前,依基板以比前述第1旋轉速度為高且比前述第2旋轉速度為低之第3旋轉速度旋轉之狀態,朝向基板上的液層中心部吐出氣體之步驟。
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