(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中の基板に成膜用の薬液を塗布して基板の主面上に成膜処理を行う基板処理装置において、
(a) 前記薬液を供給する薬液供給手段と、
(b) 供給された前記薬液を前記基板の主面に吐出するノズルと、
(c) 前記薬液供給手段から前記ノズルへの供給経路中に設けられ、供給される前記薬液の粘度を検出する薬液粘度検出手段と、
(d) 前記基板を回転させる基板回転手段と、
(e) 前記薬液粘度検出手段によって検出された薬液粘度に応じて前記基板の回転数を変化させるように前記基板回転手段を制御する回転制御手段と、
(f) 前記薬液粘度検出手段によって検出された薬液粘度に応じて供給する薬液の粘度を変化させるように前記薬液供給手段を制御する粘度制御手段と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の基板処理装置において、
前記薬液供給手段は、
(a-1) 前記薬液の原液を供給する原液供給手段と、
(a-2) 前記原液を希釈するための溶媒を供給する溶媒供給手段と、
(a-3) 前記原液と前記溶媒とを混合する混合手段と、
を備え、
前記粘度制御手段は、前記薬液粘度検出手段によって検出された薬液粘度に応じて前記溶媒の供給量を変化させるように前記溶媒供給手段を制御することを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の基板処理装置において、
前記回転制御手段は、
前記薬液粘度検出手段によって検出された薬液粘度を有する薬液を塗布したときに所定の膜厚を成膜できる回転数に前記基板の回転数を変化させるように前記基板回転手段を制御することを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板や液晶ガラス基板などの薄板状基板（以下、「基板」と称する）に対してフォトレジストなどの成膜用の薬液を塗布して当該基板の主面上に成膜処理を行う基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような基板には、パターンを形成するための光などに対して感光性をもつフォトレジスト（以下、単に「レジスト」と称する）が塗布されるが、その際には、基板を回転させつつノズルからレジスト溶液を吐出し、基板面にレジスト膜を均一に塗布する手法が一般的に用いられている。このときに、基板に要求される特質に応じて塗布するレジストの膜厚を変化させる必要がある。
【０００３】
従来においては、それぞれが異なる粘度のレジスト溶液を吐出できる複数のノズルを設けておき、当該複数のノズルを切り替えることによってレジストの膜厚を変化させていた。すなわち、薄いレジスト膜を形成したい場合には低粘度レジスト用ノズルを使用し、厚いレジスト膜を形成したい場合には高粘度レジスト用ノズルを使用し、また中厚のレジスト膜を形成したい場合には中粘度レジスト用ノズルを使用するようにしていた。
【０００４】
ところが、上記のようにした場合、必要とされる膜厚ごとにノズルを備えなければならず、装置全体としてのノズル本数が増加するとともに配管系統が複雑となり、コストアップやメインテナンス効率の低下などの問題を生じていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、発明者等は、１本のノズルにおいて、レジスト原液と溶媒とを混合し、基板に吐出するレジスト溶液の粘度を可変に調整する技術を案出した。この技術では、混合後のレジスト粘度を測定し、最適な粘度となるようにレジスト原液と溶媒との混合比を制御しているため、１本のノズルで任意のレジスト膜厚が得られ、配管系統も簡易なものとすることができる。
【０００６】
しかしながら、混合後のレジスト溶液の粘度情報に基づいてレジスト原液と溶媒との混合比を制御し、最適な粘度のレジスト溶液が得られるまでには一定の時間を要する。すなわち、塗布するレジスト膜厚を変更する場合に、当該膜厚を得るために必要なレジスト溶液粘度の設定を変更した直後は、レジスト粘度が適切な値となっておらず、そのレジスト溶液を使用して塗布処理を行うことはできない。従って、レジスト粘度が適切な値に調整されるまでの間は、レジスト溶液が無駄に放出されることとなり、好ましくない。特に、近年使用されつつある化学増幅型レジストは非常に高価であるため、無駄に浪費されるレジスト溶液の量は可能な限り低減しなければならない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、薬液が無駄に消費されるのを抑制し、薬液の有効利用を行う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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、回転中の基板に成膜用の薬液を塗布して基板の主面上に成膜処理を行う基板処理装置において、(a) 前記薬液を供給する薬液供給手段と、(b) 供給された前記薬液を前記基板の主面に吐出するノズルと、(c) 前記薬液供給手段から前記ノズルへの供給経路中に設けられ、供給される前記薬液の粘度を検出する薬液粘度検出手段と、(d) 前記基板を回転させる基板回転手段と、(e) 前記薬液粘度検出手段によって検出された薬液粘度に応じて前記基板の回転数を変化させるように前記基板回転手段を制御する回転制御手段と、(f) 前記薬液粘度検出手段によって検出された薬液粘度に応じて供給する薬液の粘度を変化させるように前記薬液供給手段を制御する粘度制御手段と、を備えている。
【０００９】
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、前記薬液供給手段に、(a-1) 前記薬液の原液を供給する原液供給手段と、(a-2) 前記原液を希釈するための溶媒を供給する溶媒供給手段と、(a-3) 前記原液と前記溶媒とを混合する混合手段と、を含ませ、前記粘度制御手段に前記薬液粘度検出手段によって検出された薬液粘度に応じて前記溶媒の供給量を変化させるように前記溶媒供給手段を制御させている。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る基板処理装置において、前記回転制御手段に、前記薬液粘度検出手段によって検出された薬液粘度を有する薬液を塗布したときに所定の膜厚を成膜できる回転数に前記基板の回転数を変化させるように前記基板回転手段を制御させている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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が、ここで本明細書において使用する用語について説明しておく。本明細書において、「レジスト原液（薬液の原液）」とは、樹脂成分と感光剤からなる液または樹脂成分と感光剤からなる液に予め一定の溶媒が加えられてなる液を示すものとし、「レジスト溶液（薬液）」とは、レジスト原液に対してさらに溶媒を加え、希釈した後の溶液を示すものとする。また、レジスト溶液の粘度を単に「レジスト粘度」とも称する。
【００１３】
Ａ．基板処理装置の構成：
図１は、本発明に係る基板処理装置の要部斜視図である。この基板処理装置は、スピンモータ６０によって基板Ｗを回転させつつ、当該基板Ｗにレジスト溶液を噴出し、均一な所定の膜厚のレジスト膜を形成する回転式レジスト塗布装置（スピンコータ）である。そして、この基板処理装置は、レジスト溶液を噴出するノズル１０と、ノズル１０を保持するとともにノズル１０にレジスト溶液を導くノズルアーム１５と、ノズル１０およびノズルアーム１５を回動するモータ２０と、基板Ｗを回転させるスピンモータ６０とを備えている。
【００１４】
基板Ｗは回転台６５によって水平姿勢に吸着保持される。回転台６５は、その下面側中央に回転軸６６を垂設しており、当該回転軸６６はスピンモータ６０に接続されている。そして、スピンモータ６０の回転は回転軸６６を介して回転台６５に伝達され、回転台６５に保持された基板Ｗが鉛直方向を軸として回転することとなる。
【００１５】
また、スピンモータ６０の下部にはエンコーダ７０が設けられている。このエンコーダ７０は、スピンモータ６０の回転数、すなわち基板Ｗの回転数を検出する機能を有している。
【００１６】
モータ２０は、基板処理装置本体のハウジングに固定されており、当該モータ２０のモータ軸２１には、プーリ２２が直結されている。また、ノズルアーム１５のアーム下部１５ａの下端部は、外筒３２に挿着されており、外筒３２の外周には、プーリ３１が設けられている。モータ２０の回転運動はモータ軸２１、プーリ２２、ベルト２５およびプーリ３１を介して外筒３２に伝達される。外筒３２は、基板処理装置本体のハウジングに固定された支持台３３に回動自在に設けられているため、モータ２０の回転運動にともなって、ノズルアーム１５が回動することとなる。ノズルアーム１５の回動動作により、ノズル１０は、基板Ｗを移載するときの待避位置と基板Ｗにレジスト塗布を行うときの処理位置との間を移動することができる。
【００１７】
ノズルアーム１５は、中空の管であり、そのアーム上部１５ｂの一端にはノズル１０が設けられている。一方、アーム下部１５ａの下端は支持台３３を介して図示を省略するレジスト原液供給ラインに接続され、当該レジスト原液供給ラインはレジスト原液供給手段１（後述する図３参照）に接続されている。また、ノズルアーム１５において、アーム下部１５ａとアーム上部１５ｂとの間にはレジスト原液と溶媒とを混合する混合部５０が付設されている。
【００１８】
図２は、混合部５０の断面図である。この図において、実線の矢印は、流体の流れを示している。図示の如く、混合部５０には、図外の溶媒供給手段２（後述する図３参照）から溶媒を導く配管４５が接続されている。また、混合部５０には、レジスト原液や溶媒などの流体の進行方向に沿って右エレメント５１と左エレメント５２とが交互に配置されている。右エレメント５１と左エレメント５２とでは、流体の回転方向が逆であり、両エレメントを通過する液体はその回転方向が反転することにより、十分に攪拌、混合されることになる。したがって、混合部５０に流入したレジスト原液と溶媒とは、当該混合部５０によって十分に混合され、レジスト溶液としてノズルアーム１５のアーム上部１５ｂを流れ、ノズル１０から基板Ｗに吐出されることになる。
【００１９】
図１に戻り、ノズルアーム１５のアーム上部１５ｂには、粘度計４１が設置されている。粘度計４１は、レジスト原液と溶媒とを混合したレジスト溶液の粘度を検出する。レジスト溶液の粘度は、レジスト原液と溶媒との混合比率によって変化する値であり、このレジスト溶液の粘度と基板Ｗの回転数とによって基板Ｗに塗布されるレジスト膜厚は決定される。
【００２０】
本発明に係る基板処理装置においては、粘度計４１によって測定された結果に基づいてレジスト溶液の粘度（レジスト原液と溶媒との混合比率）および基板Ｗの回転数（スピンモータ６０の回転数）が制御される。図３は、本発明に係る基板処理装置における制御機構を示す機能ブロック図である。この図において、実線の矢印は、レジスト原液や溶媒などの流体の流れを示しており、点線の矢印は、電気信号の伝達を示している。
【００２１】
上記基板処理装置においては、レジスト原液供給手段１から常に一定量のレジスト原液が供給されている。そして、レジスト原液は混合部５０において溶媒供給手段２から供給された溶媒と混合され、ノズル１０へと導かれる。ここで、混合済みのレジスト溶液は、粘度計４１によって粘度が計測され、その測定結果は基板処理装置に設けられた制御部５に伝達される。
【００２２】
制御部５は、回転制御手段６と粘度制御手段７とを備えている。回転制御手段６および粘度制御手段７は、制御部５に付随する記憶手段（図示省略）に記憶された処理ソフトウェアに応じて実行される処理内容を表している。回転制御手段６はエンコーダ７０およびスピンモータ６０に電気的に接続されており、エンコーダ７０から送信された情報を参照しつつスピンモータ６０に指令を送り、基板Ｗの回転数を制御する。また、粘度制御手段７は溶媒供給手段２に電気的に接続されており、装置に入力されたレジスト粘度の設定値に基づいて、当該溶媒供給手段２における溶媒供給量を調整することによって、レジスト溶液の粘度を制御する。なお、回転制御手段６および粘度制御手段７における処理内容については、さらに後述する。
【００２３】
Ｂ．基板処理手順：
次に、本発明に係る基板処理装置における基板処理手順について説明する。図４は、上記基板処理装置における基板処理手順を示すフローチャートである。
【００２４】
まず、ステップＳ１において粘度計４１によって混合後のレジスト粘度を検出し、次にステップＳ２においてそのレジスト粘度に変化があるか否かを制御部５が判断する。通常のレジスト塗布処理を行っている場合には、レジスト粘度が変化することはなく、レジスト粘度が変化するときは、供給するレジスト粘度の設定値が変更され、粘度制御手段７がレジスト粘度を変化させるように溶媒供給手段２を制御している場合が考えられる。そして、このときには、レジスト粘度を目標値（ここでは上記設定値）に近づけるべく、粘度制御手段７が溶媒供給手段２の溶媒供給量を制御してレジスト粘度を調整する（ステップＳ３）。
【００２５】
レジスト粘度の調整を行うときは、粘度計４１によって検出されたレジスト溶液の粘度に基づいて、粘度制御手段７がフィードバック制御を行う。具体的には、粘度制御手段７が図６に示すようなルックアップテーブル（以下、単に「テーブル」と称する）を有している。同図において、横軸は粘度計４１が検出したレジスト溶液の粘度から目標とするレジスト溶液粘度（上記目標値）を減じた入力値を示し、縦軸は粘度制御手段７が溶媒供給手段２に指令する溶媒供給量の増加量を示している。そして、図示のように、検出したレジスト溶液の粘度が目標とするレジスト溶液粘度よりも高い場合には溶媒供給量を増加させ、逆に、低い場合には溶媒供給量を減少させる。なお、レジスト粘度の調整はこのような形態に限定されるものではなく、粘度計４１によって検出されたレジスト溶液の粘度に基づいてフィードバック制御を行うような公知の全ての形態が適用可能である。
【００２６】
上記のように溶媒供給量を制御してレジスト粘度を調整するには一定の時間を要する。そして、レジスト粘度を調整している間に、そのレジスト溶液を使用して基板Ｗにレジスト塗布処理を行うと、レジスト溶液の粘度が一定でないため塗布処理後のレジスト膜厚にむらが生じる。そこで、本発明に係る基板処理装置においては、粘度計４１が検出したレジスト溶液の粘度に応じて基板Ｗの回転数を調整している（ステップＳ４）。
【００２７】
基板Ｗの回転数調整は、粘度計４１が検出したレジスト溶液の粘度に基づいて回転制御手段６がスピンモータ６０を制御することによって行われる。回転制御手段６も図５に示すようなテーブルを有しており、当該テーブルに基づいてスピンモータ６０に基板Ｗの回転数を指示する。なお、基板Ｗの回転数はエンコーダ７０によって検出されており、回転制御手段６はその検出結果を参照しつつスピンモータ６０を制御する。
【００２８】
図５において、横軸は粘度計４１が検出したレジスト溶液の粘度を示しており、また縦軸は回転制御手段６が出力する基板Ｗの回転数を示している。そして、図５に示すように、必要とするレジスト膜厚（この例では膜厚ｔ１〜ｔ３）ごとに異なる出力値となる。すなわち、例えば、粘度計４１が検出したレジスト溶液の粘度がｖ１のとき、必要とするレジスト膜厚が膜厚ｔ１の場合には基板Ｗの回転数がｒ１となるようにスピンモータ６０を制御し、必要とするレジスト膜厚が膜厚ｔ２の場合には基板Ｗの回転数がｒ２となるようにスピンモータ６０を制御する。同様に、必要とするレジスト膜厚が膜厚ｔ３の場合には基板Ｗの回転数がｒ３となるように回転制御手段６がスピンモータ６０を制御する。
【００２９】
また、図５に示すように、検出したレジスト溶液の粘度が低い場合にはテーブルの一定の膜厚となる線に沿って基板Ｗの回転数を下げるようにし、逆に検出したレジスト溶液の粘度が高い場合にも当該一定の膜厚となる線に沿って基板Ｗの回転数を上げるようにしており、常にほぼ一定のレジスト膜厚が得られるようにスピンモータ６０を制御している。
【００３０】
図４に戻って、ステップＳ５では、レジスト溶液の粘度が適正な値となったか否かが制御部５によって判断される。すなわち、粘度計４１が検出したレジスト溶液の粘度が目標値に一致したか否かが判断され、一致している場合には一連の処理が終了する。一方、粘度計４１が検出したレジスト溶液の粘度が上記目標値と異なる場合には、再びステップＳ３に戻り、レジスト溶液の粘度が適正な値となるまで上記の処理が繰り返されることとなる。
【００３１】
以上の内容を集約すると、レジスト粘度を変化させる場合に、レジスト粘度が目標値となるように粘度制御手段７が溶媒供給手段２の溶媒供給量を制御してレジスト粘度を調整するのであるが、この調整には一定の時間を要する。一方、それに対して、レジスト粘度に応じて回転制御手段６がスピンモータ６０を制御して基板Ｗの回転数を調整する場合、スピンモータ６０は即時に反応するため、基板Ｗの回転数調整は比較的短時間で行われる。従って、本発明に係る基板処理装置では、この点に着目し、レジスト粘度の調整に要する時間の経過中に、基板Ｗの回転数を調整し、レジスト粘度の調整中も実質的に一定のレジスト膜厚が得られるようにしている。
【００３２】
このようにすれば、レジスト粘度が目標値に調整されるまでの間もそのレジスト溶液を使用して塗布処理が行われるため、レジストが無駄に消費されるのを抑制し、レジストの有効利用を行うことができる。
【００３３】
また、以上の実施形態においては、レジスト溶液の粘度を意図的に変化させる場合についての説明であったが、レジスト溶液の粘度はレジスト原液の濃度が変化することによって不可避的に変化する場合も考えられる。このような場合は、レジスト粘度の元の値を上記目標値とし、上述と同様の処理手順を実行すれば、レジスト粘度が目標値に調整されるまでの間もそのレジスト溶液を使用して塗布処理が行われるため、レジストが無駄に消費されるのを抑制することができる。
【００３４】
もっとも、レジスト原液の濃度が変わる原因としてはレジスト原液のロットが変わることによって当該レジスト原液の濃度が微量に変化する場合が多い。従って、この場合、レジスト粘度の変化も微少であるため、必ずしも元のレジスト粘度に調整する必要はなく、変化後のレジスト粘度に応じて基板Ｗの回転数のみを調整するようにしてもよい。このようにしても、基板Ｗに塗布されるレジスト膜の膜厚は実質的に一定の値が維持されることとなる。
【００３５】
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではなく、例えば、上記においては成膜用の薬液としてレジストを用いていたが、所定の膜厚を得るための薬液であれば他の薬液であってもよく、例えばＡＲＣ（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｏａｔｉｎｇ）用の薬液であってもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、エンコーダ７０によって基板Ｗの回転数を検出しつつスピンモータ６０を制御（いわゆるフィードバック制御）していたが、エンコーダ７０は必ずしも必須のものではなく、粘度計４１が検出したレジスト溶液の粘度に基づいて回転制御手段６がスピンモータ６０に指令値のみを送るオープンループ制御を採用してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１から請求項３の発明によれば、薬液粘度検出手段によって検出された薬液粘度に応じて基板の回転数を変化させるように基板回転手段を制御する回転制御手段を備えているため、供給する薬液の粘度が変化したときであってもその粘度に応じて基板の回転数を変化させ当該基板上の成膜厚さを実質的に一定に維持することができ、粘度変化後の薬液を無駄にすることなく薬液の有効利用を図ることができる。
【００３８】
また、薬液粘度検出手段によって検出された薬液粘度に応じて供給する薬液の粘度を変化させるように薬液供給手段を制御する粘度制御手段をさらに備えているため、所望の粘度の薬液を供給することができるとともに、その粘度に調整されるまでの変化中の粘度に応じて基板の回転数を変化させ当該基板上の成膜厚さを実質的に一定に維持することができ、その結果粘度調整中の薬液が無駄に消費されるのを抑制し、薬液の有効利用を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板処理装置の要部斜視図である。
【図２】図１の基板処理装置における混合部の断面図である。
【図３】図１の基板処理装置における制御機構を示す機能ブロック図である。
【図４】図１の基板処理装置における基板処理手順を示すフローチャートである。
【図５】基板の回転数調整のためのルックアップテーブルを示す図である。
【図６】溶媒供給量調整のためのルックアップテーブルを示す図である。
【符号の説明】
１  レジスト原液供給手段
２  溶媒供給手段
６  回転制御手段
７  粘度制御手段
１０  ノズル
４１  粘度計
５０  混合部
６０  スピンモータ
７０  エンコーダ
【図１】
0003559144.tif 000002
【図２】
0003559144.tif 000003
【図３】
0003559144.tif 000004
【図４】
0003559144.tif 000005
【図５】
0003559144.tif 000006
【図６】
0003559144.tif 000007