JPH0994515A - 回転式基板現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現像むらの発生しにくい回転式基板現像装置
を提供する。 【解決手段】 円盤状のメカチャック１０の外径が基板
Ｗの外径より大きく作られている。このメカチャック１
０の回転台ＲＰのうち基板Ｗからはみ出した部分ＲOUT
が存在することによって、上方から吹き下ろされるダウ
ンフローが基板Ｗの周辺部から下方へ回り込まないで、
回転台ＲＰの外側部分ＲOUTの外側で下方に回り込むこ
とになる。これにより基板Ｗ上面近傍でのダウンフロー
に対して基板Ｗの中心部周辺と基板Ｗの外周部周辺との
流速の差が生じにくくなり、現像液の蒸発速度の違いに
よる現像処理中の基板Ｗの中心部と外周部との気化熱の
放出による温度低下の差を小さく抑え、現像むらを少な
くすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、基板に上方から
気流を吹き付けながら、露光された基板の現像処理を行
う回転式基板現像装置に関するもので、特に現像むらの
発生しにくい装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示基板や半導体基板などの精密電
子基板（以下、単に「基板」という）の製造プロセスに
使用される装置のひとつとして、露光済のレジストの現
像を行う回転式基板現像装置が用いられる。

【０００３】図１１はこのような回転式基板現像装置の
１例の概要を示した断面図である。この装置では基板Ｗ
より外径の小さい吸着チャック１０１を備え、その吸着
チャック１０１は回転軸１０２によってスピンモータ１
０３に連結されている。また吸着チャック１０１の上面
には露光済の基板Ｗが吸着保持される。

【０００４】そして基板Ｗ上に現像液ＤＲが盛られ、約
１分程度静止状態に保持する（以下「パドル」という）
ことにより、基板Ｗ上のレジスト層（図示せず）が現像
される。その後スピンモータ１０１が駆動し、その駆動
力が回転軸１０２によって吸着チャック１０１に伝達さ
れることによって吸着チャックが回転する。この状態で
基板Ｗの洗浄等が行われる。

【０００５】以上のような現像処理中には基板Ｗの周り
を清浄に保つ必要があるが、吸着チャック１０１の下方
にはスピンモータ１０３等の駆動系が多数設けられてお
り、それらの駆動により巻き上げられた異物や、現像液
ミスト等が基板Ｗ付近に浮遊し、基板Ｗに付着すること
により汚染してしまうことがある。これを防止するため
に通常、上部からクリーンな空気をダウンフローとして
吹き下ろし、さらにカップ１０４の下方から排気を行う
ことによって異物や現像液ミストを強制的に下降させ、
基板Ｗに付着しないようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なダウンフローによって基板Ｗを清浄に保つことができ
るが、パドル中に現像液ＤＲにダウンフローがあたり、
現像液ＤＲが盛んに蒸発することによって現像液ＤＲが
気化熱を奪われて現像液ＤＲおよび基板Ｗの温度が次第
に低下していくが、この温度低下には空間的な不均一が
ある。これには、以下の２つの理由があるものと考えら
れる。

【０００７】その１つは基板Ｗ裏面の吸着チャック１０
１に覆われた部分と覆われていない部分とで熱放出量が
異なることによるものである。

【０００８】もう１つは基板Ｗの温度の低下速度がダウ
ンフローの気流の速度によっていて、流速が速いほど現
像液ＤＲの蒸発が速く、気化熱の放出による温度低下が
速いという性質があるため、基板Ｗの外周部の気流の基
板Ｗ裏側への気流の回り込みによる気流の速度上昇によ
り、基板Ｗの中心部より外周部の方が気流の速度が速く
なり、そのため基板Ｗの温度低下速度に差が生じること
によるものである。

【０００９】このような理由からパドル中に基板Ｗの中
心部と外周部との間に温度差が生じ、そのため現像むら
が発生する。

【００１０】このような現像むらを軽減するために従
来、カップからの排気を止めてダウンフローの速度を抑
えるという措置が取られた装置があった。また、基板Ｗ
の裏面からの熱放出の差をなくすために基板Ｗと同じ大
きさの吸着チャックを用いたりすることが考えられる。

【００１１】しかしながら、このような改善では温度差
の減少は多少あるもののあまりよい改善にはなっていな
い。これは、この温度差の主な原因が基板Ｗ上面の気流
の速度が中心部と外周部で異なることにあるからであ
る。

【００１２】そこでこの発明は、従来技術における上述
の問題の克服を意図しており、現像むらの発生しにくい
回転式基板現像装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の請求項１の装置は、上方から気流を吹き
降ろしながら、露光された基板を回転しつつ現像液を塗
布し、現像する回転式基板現像装置において、基板の外
周部近傍の全周に、前記気流をガイドする整流手段を備
える。

【００１４】また、この発明の請求項２の装置は、請求
項１の回転式基板現像装置において、基板が円盤状であ
り、前記整流手段が前記基板の外径より大きな内径を持
つとともに基板の中心と同一の位置に中心を持つ環状で
あり、かつ、少なくとも基板の現像中は前記整流手段の
上面が前記基板上面のほぼ延長上にあることを特徴とす
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】

【００１６】

【１．第１の実施の形態の構成および処理】図１はこの
発明の第１の実施の形態における回転式基板現像装置１
の断面図である。この装置は基板Ｗとして半導体基板を
処理対象としており、基板Ｗを支持して固定するチャッ
クとしては、ピン等を使用したチャックが使用される。
ピンなどによる機構的な支持であることから、このよう
なタイプのチャックを以下においてメカチャックとい
う。第１の実施の形態におけるそのメカチャック１０の
詳細は図２の拡大平面図および図３の拡大正面図に示さ
れている。以下、図１〜図３を用いてこの装置の構成を
説明する。

【００１７】図１に示すように、この第１の実施の形態
におけるメカチャック１０は、基板Ｗの外径より大きな
外径を有する回転台ＲＰを備えている。後述するよう
に、この回転台ＲＰのうち基板Ｗより外側の部分ＲOUT
は、この第１の実施の形態の装置において、ダウンフロ
ーに対する整流手段として機能する。このメカチャック
１０は回転軸２０によってスピンモータ３０に連結され
ており、スピンモータ３０の駆動力が回転軸２０を通じ
てメカチャック１０に伝わり、基板Ｗの乾燥、洗浄等の
ためにメカチャック１０を回転軸２０を中心にして回転
させる。

【００１８】また、図示しない現像液供給ノズルや洗浄
液供給ノズルによって基板Ｗ上面にそれぞれ現像液ＤＲ
や洗浄液が供給される。なお、図１は現像処理時を示し
ており、基板Ｗ上面に現像液ＤＲが盛られている。さら
に、メカチャック１０はカップ４０内に位置している。
カップ４０は基板Ｗをメカチャック１０上に載置した
り、ダウンフローをカップ４０内に吹き下ろすために、
上部に開口部４１が設けられている。そして、基板Ｗの
乾燥時や洗浄処理時に飛散する現像液ＤＲや洗浄液等の
排液を所定位置に廃棄したり、ダウンフローの気体を排
気するための開口部４２が設けられている。さらに、制
御部５０によって、各処理のタイミングが制御される。

【００１９】以上のような構成によって以下のような処
理を行う。まず、基板Ｗがカップ４０の開口部４１を通
じてメカチャック１０上に載置される。そして、現像液
ＤＲが基板Ｗ上面に盛られ、パドル状態で現像が行われ
る。その後、メカチャック１０を回転させ、現像液ＤＲ
を飛散させ、そのまま回転を継続して基板Ｗ上面に洗浄
液を供給して基板Ｗ表面を洗浄する。そしてさらにメカ
チャック１０の回転を継続して基板Ｗ表面を乾燥させ
る。

【００２０】なお、このような処理の間、この回転式基
板現像装置１の上部からは終始開口部４１を通じてダウ
ンフローが矢符が示すように下方に向かって吹き降ろさ
れている。また、開口部４２からはダウンフローの気体
の排気や現像液ＤＲ、洗浄液等の排液の廃棄が常時行わ
れている。

【００２１】つぎに主に図２および図３を用いてメカチ
ャック１０の詳細を説明していく。このメカチャック１
０は前述のように、チャックと基板の間の空気を排気す
ることによってチャックに基板を吸着固定する吸着チャ
ックではなく、ピン等によって基板Ｗをメカチャック１
０上面に固定するものである。すなわち、メカチャック
１０の回転台ＲＰの上面には、基板Ｗのオリフラに整合
する２点およびオリフラ以外の外周の２点に固定配置さ
れた４本の位置決めピン１１と、基板Ｗの外径よりも小
さな範囲で三角形状に固定配置された３本の支持ピン１
２とが立設されている。図３に示すように、これらのう
ち位置決めピン１１は支持ピン１２よりも長くなってい
る。

【００２２】また、回転台ＲＰには支持ピン１２と相補
的に三角形状に配置された３つの貫通孔１４が設けられ
ており、その貫通孔１４の中には昇降可能な３本のリフ
タピン１３（図１では図示省略）が収容されている。そ
して、基板Ｗを受け取る際にはそれら３本のリフタピン
１３が図示しない駆動機構によって、それらの先端が水
平面と平行な三角形を形成した状態で回転台ＲＰの上面
より上方でさらに位置決めピン１１よりも高い位置まで
上昇し、基板Ｗはそれらの先端３点で支持されるように
載置される。そして３つのリフタピン１３が同時に下降
していき、４本の位置決めピン１１により水平面内の位
置が決定された状態でさらにリフタピン１３が回転台Ｒ
Ｐ中に埋没することによって３つの支持ピン１２に支持
されるようにしてメカチャック１０上に載置される。現
像処理後の基板Ｗを搬出するときにはこの逆の動作とな
る。

【００２３】この基板Ｗが載置される回転台ＲＰ上の位
置は図２および図３の一点鎖線で示されている。これか
ら分かるようにこの第１の実施の形態のメカチャック１
０はその回転台ＲＰのうち基板Ｗより外側の部分ＲOUT
によって上方から吹き降ろされるダウンフローが基板Ｗ
の外周部からただちに下方へ回り込まないで、メカチャ
ック１０の外周部から下方に回り込むことになる。これ
により基板Ｗ上面近傍でのダウンフローに対して基板Ｗ
の中心部周辺と基板Ｗの外周部周辺とで気流の速度にあ
まり差異を生じなくなる。これにより、気流の速度の違
いによる現像液の蒸発速度の違いが小さくなり、現像処
理中の基板Ｗの中心部と外周部との気化熱による温度低
下の差があまり生じなくなり、現像むらを抑えることが
できる。

【００２４】

【２．第１の実施例】前項で示したように第１の実施の
形態の装置では、基板Ｗよりメカチャック１０が大きい
構成としたが、この項ではその第１の実施例としてメカ
チャック１０の回転台ＲＰが基板Ｗの外周より幅約２５
ｍｍ大きく、外径にして約５０ｍｍ大きい構成の回転式
基板現像装置についての実際の温度変化の計測結果を示
す。

【００２５】表１は第１実施例の回転式基板現像装置に
おける測定結果を、後述する第２実施例および従来技術
等との比較において示す表である。

【００２６】

【表１】

【００２７】このうち、「従来チャックの装置１」は図
１１に示した装置であり、「従来チャックの装置２」は
図１１の装置と同様の構成であり、かつカップからの排
気を行わない従来チャックを用いた装置である。また、
「基板大チャックの装置」はチャックの外径を基板の外
径と同じにした比較例である。表１では、第１および第
２実施例とこれらの従来例・比較例について、現像の前
後での基板Ｗの中心部と外周部の温度差の計測値が示さ
れている。

【００２８】なお、現像時間はいすれも６０秒とし、さ
らにカップ４０の開口部４２からの排気を行うものにつ
いては、その排気圧はすべて−１０ｍｍＨ₂Ｏとした。

【００２９】まず、従来のチャックを用いた回転式基板
現像装置１では現像処理開始時の基板の中心部と外周部
の温度差は０．１℃であった。そして現像処理後の基板
の各部の温度低下は中心部で１．１℃であったのに対し
て、外周部では１．９℃であり、現像終了時の基板の中
心部と外周部の温度差は０．７℃となった。

【００３０】同様に、従来のチャックを用いた回転式基
板現像装置２および基板大チャックの装置では、現像終
了後の中心部と外周部の温度差は０．６℃となり、改善
効果は少ない。

【００３１】これに対して、第１の実施の形態の回転式
基板現像装置の現像処理開始時の基板Ｗの中心部と外周
部の温度差は０．０℃であった。そして現像処理後の基
板Ｗの各部の温度低下は中心部で１．７℃であったのに
対して、外周部では１．９℃であり、現像終了後の中心
部と外周部の温度差は０．２℃となる。

【００３２】以上のように従来のチャックを用いた装置
では現像処理の前後で基板の中心部と外周部の温度差が
０．８℃拡大したのに対して、第１実施例の装置では現
像処理の前後で基板の中心部と外周部の温度差は０．２
℃の範囲内にある。これは、前項で説明したように第１
実施例の装置ではメカチャック１０が基板Ｗより大きい
ため、基板の中心部と外周部で気流の速度の差が少な
く、流速に依存する現像液の蒸発速度にあまり差が生じ
ず、そのため気化熱による温度低下にあまり差がなかっ
たのである。このように第１実施例の回転式基板現像装
置では現像処理の前後で基板Ｗの中心部と外周部に温度
差が生じにくいため現像むらが抑えられる。

【００３３】

【３．第２の実施の形態の構成および処理】図４は第２
の実施の形態における回転式基板現像装置１の断面図で
ある。また、図５はそのメカチャック１０および整流部
材１５ｂの拡大平面図である。この第２の実施の形態の
回転式基板現像装置の構成としてはメカチャック１０の
回転台ＲＰのうち基板Ｗよりはみ出した部分ＲOUTに環
状の整流部材１５ｂを備えたことが第１の実施の形態の
装置とは異なるのみである。この整流部材１５ｂは基板
Ｗの外径より大きな内径を持ち、かつ回転台ＲＰの外径
と等しい外径を持っており、基板Ｗおよび回転軸２０の
同一の中心を持つようにメカチャック１０上に固着され
ている。

【００３４】また図４から分かるように整流部材１５ｂ
の上面はその内側を基板Ｗの上面に盛った現像液ＤＲの
表面とほぼ同じ高さから、外側に向かってなだらかに下
降している。これにより第１の実施の形態の装置より基
板Ｗの周囲付近において現像液ＤＲを盛った状態の基板
Ｗの厚さの分だけダウンフローの下方への回り込みがな
いのでより基板Ｗの中心部と外周部の温度差が生じにく
くそのため、現像むらを抑えることが期待できる。

【００３５】また、この第２の実施の形態の装置で行う
処理は第１の実施の形態の装置と全く同じ処理を行う。

【００３６】

【４．第２の実施例】前項で示したように第２の実施の
形態の装置では、メカチャック１０上の外周部に整流部
材１５ｂが固着されている構成としたが、この項ではそ
の第２の実施例として外径が８インチの基板に対するも
ので、整流部材１５ｂの幅が約２５ｍｍの回転式基板現
像装置についての実際の温度変化を計測した。

【００３７】その結果は既述した表１中に示されている
が、第２の実施の形態の回転式基板現像装置の現像処理
開始時の基板Ｗの中心部と外周部の温度差は０．０℃で
あった。そして現像処理後の基板Ｗの各部の温度低下は
中心部で１．６℃であったのに対して、外周部では１．
８℃であり、現像終了後の中心部と外周部の温度差は
０．２℃となった。

【００３８】したがって、この第２の実施例でも第１の
実施例と同様の改善結果が得られている。これは、第１
の実施例の装置の場合と同様の理由によるものであり、
この第２の実施例の回転式基板現像装置でも現像処理の
前後で基板Ｗの中心部と外周部に温度差が生じにくいた
め現像むらが抑えられる。

【００３９】

【５．第３の実施の形態の構成および処理】図６は第３
の実施の形態における回転式基板現像装置１の断面図で
ある。また、図７はその吸着チャック６０および整流部
材１５ｃの拡大平面図であり、図８はその正面図であ
る。以下、これらの図を用いてこの装置の構成の概要を
示す。この第３の実施の形態の回転式基板現像装置は第
２の実施の形態の装置のメカチャック１０の代わりに真
空吸着により基板Ｗを支持して固定する吸着チャック６
０を備えている。この吸着チャック６０の上面には多数
の微小突起１９が設けられており、吸着チャック６０上
に載置された基板Ｗは微小突起１９により支持される。
また吸着チャック６０には４つの吸着孔１６が設けられ
ており、吸着チャック６０上に載置された基板Ｗを吸着
固定させる。

【００４０】さらに第２の実施の形態の装置では整流部
材１５ｂがメカチャック１０の外周部に固着されていた
のに対して、第３の実施の形態の装置では整流部材１５
ｃを吸着チャック６０と独立にし、回転軸２０を中心軸
として上下方向に可動自在に設けている。これに伴い、
整流部材１５ｃはシャフト７０を介して昇降機構８０に
接続され、昇降機構８０は制御部５０に接続されてお
り、その制御に従い整流部材１５ｃを昇降させる。以上
が第２の実施の形態の装置との構成上の違いであり、そ
の他の構成は第２の実施の形態の装置と同様である。

【００４１】以上のような構成によって現像処理を行う
が、ここでの処理の概要はほぼ第１の実施の形態の装置
と同様である。ただし、この第３の実施の形態の装置で
はパドル時には整流部材１５ｃが上昇しており、図６に
実線で示したように整流部材１５ｃの外周の環状部分が
基板Ｗに盛られた現像液ＤＲの表面のほぼ延長上に来る
ように位置する。この整流部材１５ｃは第２の実施の形
態の装置の整流部材１５ｂと同様の働きをするため、現
像処理中のダウンフローによる基板Ｗの中心部と外周部
の上面付近での気流の速度の差を小さくし、温度差によ
る現像むらを抑える。

【００４２】また基板Ｗのパドル時以外の洗浄および乾
燥処理時等には整流部材１５ｃは下降し、図６に点線で
示した高さに位置する。こうすることにより洗浄処理等
により飛散する洗浄液等が整流部材１５ｃにより妨げら
れないため、カップ４０による洗浄液等の廃棄に支障が
生じない。その他の処理は第１の実施の形態の装置と同
様である。

【００４３】

【６．第４の実施の形態の構成および処理】図９は第４
の実施の形態における回転式基板現像装置１の断面図で
ある。また、図１０はその吸着チャック６０および整流
部材１５ｄの拡大平面図である。以下、これらの図を用
いてこの装置の構成の概要を示す。この第４の実施の形
態の回転式基板現像装置は第３の実施の形態の装置の吸
着チャック６０の下面に整流部材１５ｄを固着させた構
成となっている。そのため、基板Ｗの処理の如何に関わ
らず整流部材１５ｄは、その外周の環状部分がパドル時
の基板Ｗに盛られた現像液ＤＲの表面のほぼ延長上に来
るように位置する。この第４の実施の形態の装置の整流
部材１５ｄも第２の実施の形態の装置の整流部材１５ｂ
と同様の働きをするため、現像処理中のダウンフローに
よる基板Ｗの中心部と外周部の上面付近での気流の速度
の差を小さくし、温度差による現像むらを抑える。

【００４４】また、整流部材１５ｄは図１０に示すよう
に、外周の環状部分の３点の内部に洗浄液等を廃棄する
ドレン排出孔１７を備えており、基板Ｗの洗浄、乾燥処
理時には、回転の遠心力により基板Ｗから飛散した洗浄
液等がこのドレン排出孔１７を通じてカップ４０に排出
され、開口部４２を通じて廃棄される。このように、第
３の実施の形態の装置と同様に洗浄液等の廃棄に支障が
生じない。その他の構成は第３の実施の形態の装置と同
様である。

【００４５】以上のような構成によって現像処理を行う
が、ここでの処理の概要はほぼ第３の実施の形態の装置
と同様である。ただし、第３の実施の形態の装置におい
てパドル時以外は整流部材１５ｃが下降していたのに対
し、この第４の実施の形態の装置では、整流部材１５ｄ
が吸着チャック６０に固着されているため、整流部材の
昇降の工程がない点が異なる。

【００４６】

【７．変形例】第１〜第４の実施の形態の装置におい
て、基板を円形としたが液晶パネル等の矩形等のもので
もよく、それに伴って整流手段を矩形等の枠状のものと
することも可能である。

【００４７】さらに第１〜第４の実施の形態の装置にお
いて、常にカップ内の気体を排気する構成としたが、必
ずしも排気を行う構成としなくてもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の装置で
は基板の外周部近傍の全周に整流手段を設ける構成とし
ており、さらに請求項２の装置では整流手段が基板の周
囲を囲む環状で、その上面が基板上面のほぼ延長上にあ
る構成を採っているため、基板の外周部付近と中心部付
近とで温度差が生じにくく、現像むらが発生しにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における回転式基板現像装置
の断面図である。

【図２】第１の実施の形態における回転式基板現像装置
のメカチャックの拡大平面図である。

【図３】第１の実施の形態における回転式基板現像装置
のメカチャックの拡大正面図である。

【図４】第２の実施の形態における回転式基板現像装置
の断面図である。

【図５】第２の実施の形態における回転式基板現像装置
のメカチャックおよび整流部材の拡大平面図である。

【図６】第３の実施の形態における回転式基板現像装置
の断面図である。

【図７】第３の実施の形態における回転式基板現像装置
の吸着チャックおよび整流部材の拡大平面図である。

【図８】第３の実施の形態における回転式基板現像装置
の吸着チャックの拡大正面図である。

【図９】第４の実施の形態における回転式基板現像装置
の断面図である。

【図１０】第４の実施の形態における回転式基板現像装
置の吸着チャックおよび整流部材の拡大平面図である。

【図１１】従来の技術における回転式基板現像装置の断
面図である。

【符号の説明】

１ 回転式基板現像装置 １０ メカチャック １１ 位置決めピン １２ 支持ピン １３ リフタピン １４ 貫通孔 １５ｂ〜ｄ 整流部材 １６ 吸着孔 １７ ドレン排出孔 ２０ 回転軸 ４０ カップ ６０ 吸着チャック ７０ シャフト ８０ 昇降機構 ＲＰ メカチャックの回転台 ＲOUT 回転台の外側部分 ＤＲ 現像液 Ｗ 基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上方から気流を吹き降ろしながら、露光
   された基板を回転しつつ現像液を塗布し、現像する回転
   式基板現像装置において、 基板の外周部近傍の全周に、前記気流をガイドする整流
   手段を備えることを特徴とする回転式基板現像装置。
2. 【請求項２】 請求項１の回転式基板現像装置におい
   て、 基板が円盤状であり、 前記整流手段が前記基板の外径より大きな内径を持つと
   ともに基板の中心と同一の位置に中心を持つ環状であ
   り、かつ、 少なくとも基板の現像中は前記整流手段の上面が前記基
   板上面のほぼ延長上にあることを特徴とする回転式基板
   現像装置。