(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する保持部材と、
処理液と溶剤との混合液を前記基板の表面に供給するためのノズルと、
第１の内径を有し、前記混合液を前記ノズルへ供給するための第１の管と、
第２の内径を有し、前記第１の管へ前記処理液を供給するための第２の管と、
第３の内径を有し、前記第１の管へ前記溶剤を供給するための第３の管と、
前記第１の内径、第２の内径及び第３の内径のいずれよりも小さい第４の内径を有し、前記第１の管と前記第２の管と前記第３の管とに接続され、前記処理液と前記溶剤が供給され、該処理液と溶剤との混合液を前記第１の管へ供給する第４の管と、
一端部が前記第１の管の第１の位置に接続され、他端部が前記第１の管の第２の位置に接続された第５の管と、
前記混合液が、前記第１の位置と前記第２の位置とで区切られた前記第１の管内と前記第５の管内を循環するように制御部と、
前記第５の管内の混合液の濃度を測定する手段と、
を具備することを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
請求項１に記載の塗布装置であって、
前記第１の管の途中に配置された前記第４の管にて混合された前記混合液を更に混合するミキサを更に具備し、
前記第１の位置及び前記第２の位置は前記ミキサを挟むように位置する、
ことを特徴とする塗布装置。
【請求項３】
請求項１に記載の塗布装置であって、
前記処理液がレジスト液であり、
前記溶剤がシンナである、
ことを特徴とする塗布装置。
【請求項４】
請求項１に記載の塗布装置であって、
前記第２の管と前記第４の管と前記第１の管とが一直線状に接続されていることを特徴とする塗布装置。
【請求項５】
請求項１に記載の塗布装置であって、
前記第１の内径と第２の内径と第３の内径とがほぼ等しいことを特徴とする塗布装置。
【請求項６】
請求項１に記載の塗布装置であって、
前記第４の内径が、ほぼ０．２ｍｍ〜ほぼ０．５ｍｍであることを特徴とする塗布装置。
【請求項７】
第１の内径を有し、処理液と溶剤との混合液を排出するための第１の管と、
第２の内径を有し、前記第１の管へ前記処理液を供給するための第２の管と、
第３の内径を有し、前記第１の管へ前記溶剤を供給するための第３の管と、
前記第１の内径、第２の内径及び第３の内径のいずれよりも小さい第４の内径を有し、前記第１の管と前記第２の管と前記第３の管とに接続され、前記処理液と前記溶剤が供給され、該処理液と溶剤との混合液を前記第１の管へ供給する第４の管と、
一端部が前記第１の管の第１の位置に接続され、他端部が前記第１の管の第２の位置に接続された第５の管と、
前記混合液が、前記第１の位置と前記第２の位置とで区切られた前記第１の管内と前記第５の管内を循環するように制御部と、
前記第５の管内の混合液の濃度を測定する手段と、
を具備することを特徴とする混合装置。
【請求項８】
請求項７に記載の混合装置であって、
前記第２の管と前記第４の管と前記第１の管とが一直線状に接続されていることを特徴とする混合装置。
【請求項９】
請求項７に記載の混合装置であって、
前記第１の内径と第２の内径と第３の内径とがほぼ等しいことを特徴とする混合装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の混合装置であって、
前記第４の内径が、ほぼ０．２ｍｍ〜ほぼ０．５ｍｍであることを特徴とする混合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理基板にレジスト液や現像液等の液剤を塗布する塗布装置及び混合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程においては、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）の表面にレジスト膜を形成するレジスト塗布処理と、レジスト塗布後のウエハに対し露光処理を挟んで現像処理が行われる。
【０００３】
レジスト塗布処理について注目すると、ウエハ表面にレジスト液を均一に塗布するための方法としてスピンコーティング法などが多用されている。このスピンコーティング法によるレジスト塗布は、ウエハをスピンチャックにて真空吸着した状態で回転させ、その回転中心の真上からウエハ表面にレジスト液を滴下・供給し、遠心力によってウエハ中心からその周囲全域にレジスト液を広げることによって行われる。この種のレジスト塗布装置では、スピンチャック（ウエハ）の回転数によりレジスト膜厚の制御を行うことができる。即ち、回転数を上げればそれだけ薄いレジスト膜が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、塗布装置自体が持つ性能（スピンチャック回転数）の限界から、形成し得るレジスト膜厚の最小値は自ずと制限されることになる。そのため、レジスト膜厚を変更する度に粘土の異なるレジスト液を用意しておかなければならなかった。
【０００５】
このような事情に対処するため、特開平１０−２４２０４５号、特開平１０−２７２４０７には、レジスト液とシンナとの混合率を制御することにより、ウエハ上に所望の粘土のレジスト液を供給する技術が記載されている。
【０００６】
しかしながら、このようなレジスト塗布装置においては、レジスト液とシンナとは相溶性がないため、混合が不充分な場合がある。このような混合が不充分な混合液をウエハ上に塗布すると、ウエハ面内でのレジスト膜厚のばらつきが生じる場合があった。
【０００７】
本発明の目的は、基板に塗布するレジスト液等の液剤が基板表面に均一に塗布される塗布装置及び混合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】
本発明の塗布装置は、基板を保持する保持部材と、処理液と溶剤との混合液を前記基板の表面に供給するためのノズルと、第１の内径を有し、前記混合液を前記ノズルへ供給するための第１の管と、第２の内径を有し、前記第１の管へ前記処理液を供給するための第２の管と、第３の内径を有し、前記第１の管へ前記溶剤を供給するための第３の管と、前記第１の内径、第２の内径及び第３の内径のいずれよりも小さい第４の内径を有し、前記第１の管と前記第２の管と前記第３の管とに接続され、前記処理液と前記溶剤が供給され、該処理液と溶剤との混合液を前記第１の管へ供給する第４の管と、一端部が前記第１の管の第１の位置に接続され、他端部が前記第１の管の第２の位置に接続された第５の管と、前記混合液が、前記第１の位置と前記第２の位置とで区切られた前記第１の管内と前記第５の管内を循環するように制御部と、前記第５の管内の混合液の濃度を測定する手段と、を具備する。
【０００９】
本発明の混合装置は、第１の内径を有し、処理液と溶剤との混合液を排出するための第１の管と、第２の内径を有し、前記第１の管へ前記処理液を供給するための第２の管と、第３の内径を有し、前記第１の管へ前記溶剤を供給するための第３の管と、前記第１の内径、第２の内径及び第３の内径のいずれよりも小さい第４の内径を有し、前記第１の管と前記第２の管と前記第３の管とに接続され、前記処理液と前記溶剤が供給され、該処理液と溶剤との混合液を前記第１の管へ供給する第４の管と、一端部が前記第１の管の第１の位置に接続され、他端部が前記第１の管の第２の位置に接続された第５の管と、前記混合液が、前記第１の位置と前記第２の位置とで区切られた前記第１の管内と前記第５の管内を循環するように制御部と、前記第５の管内の混合液の濃度を測定する手段と、を具備する。
【００１０】
本発明のこのような構成によれば、第４の管である例えば合流管の内径が他の管の内径より細く設定されているため、合流管にて処理液と溶剤とが効率良く混合することができる。その結果、基板上に供給される処理液と溶剤との混合液は、混合が十分となり、基板面内に均一な膜厚にて混合液を塗布することができる。
【００１１】
本発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは、以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１３】
図１〜図３は本発明の実施形態であるレジスト塗布装置が採用された半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）の塗布現像処理システム１の全体構成の図であって、図１は平面、図２は正面、図３は背面を夫々示している。
【００１４】
この塗布現像処理システム１は、被処理基板としてウエハＷをウエハカセットＣＲで複数枚、例えば２５枚単位で外部からシステムに搬入したり、あるいはシステムから搬出したり、ウエハカセットＣＲに対してウエハＷを搬入・搬出したりするためのカセットステーション１０と、塗布現像工程の中で１枚ずつウエハＷに所定の処理を施す枚葉式の各種処理ユニットを所定位置に多段配置してなる処理ステーション１１と、この処理ステーション１１に隣接して設けられる露光装置（図示せず）との間でウエハＷを受け渡しするためのインターフェース部１２とを一体に接続した構成を有している。
【００１５】
前記カセットステーション１０では、図１に示すように、カセット載置台２０上の位置決め突起２０ａの位置に、複数個例えば４個までのウエハカセットＣＲが、夫々のウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けてＸ方向（図１中の上下方向）一列に載置され、このカセット配列方向（Ｘ方向）およびウエハカセッ卜ＣＲ内に収納されたウエハのウエハ配列方向（Ｚ方向；垂直方向）に移動可能なウエハ搬送体２１が各ウエハカセットＣＲに選択的にアクセスするようになっている。
【００１６】
さらにこのウエハ搬送体２１は、θ方向に回転自在に構成されており、後述するように処理ステーション１１側の第３の処理ユニット群Ｇ3 の多段ユニット部に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）およびイクステンションユニット（ＥＸＴ）にもアクセスできるようになっている。
【００１７】
前記処理ステーション１１には、図１に示すように、ウエハ搬送装置を備えた垂直搬送型の主ウエハ搬送機構２２が設けられ、その周りに全ての処理ユニットが１組または複数の組に亙って多段に配置されている。
【００１８】
主ウエハ搬送機構２２は、図３に示すように、筒状支持体４９の内側に、ウエハ搬送装置４６を上下方向（Ｚ方向）に昇降自在に装備している。筒状支持体４９はモータ（図示せず）の回転軸に接続されており、このモータの回転駆動力によって、前記回転軸を中心としてウエハ搬送装置４６と一体に回転し、それによりこのウエハ搬送装置４６は、θ方向に回転自在となっている。なお筒状支持体４９は前記モータによって回転される別の回転軸（図示せず）に接続するように構成してもよい。
【００１９】
ウエハ搬送装置４６は、搬送基台４７の前後方向に移動自在な複数本の保持部材４８を備え、これらの保持部材４８によって各処理ユニット間でのウエハＷの受け渡しを実現している。
【００２０】
また、この例では、５つの処理ユニット群Ｇ1 、Ｇ2 、Ｇ3 、Ｇ4 、Ｇ5 が配置可能な構成であり、第１および第２の処理ユニット群Ｇ1 、Ｇ2 の多段ユニットは、システム正面（図１において手前）側に配置され、第３の処理ユニット群Ｇ3 の多段ユニットはカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の処理ユニット群Ｇ4 の多段ユニットはインターフェース部１２に隣接して配置され、第５の処理ユニット群Ｇ5 の多段ユニットは背面側に配置されることが可能である。
【００２１】
図２に示すように、第１の処理ユニット群Ｇ1 では、カップＣＰ内でウエハＷをスピンチャックに載せて所定の処理を行う２台のスピンナ型処理ユニット、例えばレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）および現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。第２の処理ユニット群Ｇ2 でも、２台のスピンナ型処理ユニット、例えばレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）および現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。これらレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）は、レジスト液の排液が機構的にもメンテナンスの上でも面倒であることから、このように下段に配置するのが好ましい。しかし、必要に応じて適宜上段に配置することももちろん可能である。
【００２２】
図３に示すように、第３の処理ユニット群Ｇ3 では、ウエハＷを載置台ＳＰに載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニット、例えば冷却処理を行うクーリングユニット（ＣＯＬ）、レジストの定着性を高めるためのいわゆる疏水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメントユニット（ＡＬＩＭ）、イクステンションユニット（ＥＸＴ）、露光処理前の加熱処理を行うプリベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）および露光処理後の加熱処理を行うポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）が、下から順に例えば８段に重ねられている。第４の処理ユニット群Ｇ4 でも、オーブン型の処理ユニット、例えばクーリングユニット（ＣＯＬ）、イクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、イクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングユニッ卜（ＣＯＬ）、プリベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）およびポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）が下から順に、例えば８段に重ねられている。
【００２３】
このように処理温度の低いクーリングユニット（ＣＯＬ）、イクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）を下段に配置し、処理温度の高いベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）、ポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）およびアドヒージョンユニット（ＡＤ）を上段に配置することで、ユニット間の熱的な相互干渉を少なくすることができる。もちろん、ランダムな多段配置としてもよい。
【００２４】
前記インターフェース部１２は、奥行方向（Ｘ方向）については、前記処理ステーション１１と同じ寸法を有するが、幅方向についてはより小さなサイズに設定されている。そしてこのインターフェース部１２の正面部には、可搬性のピックアップカセットＣＲと、定置型のバッファカセットＢＲが２段に配置され、他方背面部には周辺露光装置２３が配設され、さらにまた中央部にはウエハ搬送体２４が設けられている。このウエハ搬送体２４は、Ｘ方向、Ｚ方向に移動して両カセットＣＲ、ＢＲおよび周辺露光装置２３にアクセスするようになっている。前記ウエハ搬送体２４は、θ方向にも回転自在となるように構成されており、前記処理ステーション１１側の第４の処理ユニット群Ｇ４の多段ユニットに属するイクステンションユニット（ＥＸＴ）や、さらには隣接する露光装置側のウエハ受渡し台（図示せず）にもアクセスできるようになっている。
【００２５】
また前記塗布現像処理システム１では、既述の如く主ウエハ搬送機構２２の背面側にも破線で示した第５の処理ユニット群Ｇ5 の多段ユニットが配置できるようになっているが、この第５の処理ユニット群Ｇ５の多段ユニットは、案内レール２５に沿って主ウエハ搬送機構２２からみて、側方へシフトできるように構成されている。従って、この第５の処理ユニット群Ｇ5 の多段ユニットを図示の如く設けた場合でも、前記案内レール２５に沿ってスライドすることにより、空間部が確保されるので、主ウエハ搬送機構２２に対して背後からメンテナンス作業が容易に行えるようになっている。なお第５の処理ユニット群Ｇ5 の多段ユニッ卜は、そのように案内レール２５に沿った直線状のスライドシフトに限らず、図１中の一点鎖線の往復回動矢印で示したように、システム外方へと回動シフトさせるように構成しても、主ウエハ搬送機構２２に対するメンテナンス作業のスペース確保が容易である。
【００２６】
次に、本実施形態におけるレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）について説明する。図４および図５は、レジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）の全体構成を示す略断面図および略平面図である。
【００２７】
このレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）の中央部には環状のカップＣΡが配設され、カップＣΡの内側にはスピンチャック５２が配置されている。スピンチャック５２は真空吸着によって半導体ウエハＷを固定保持した状態で駆動モータ５４によって回転駆動される。駆動モータ５４は、ユニット底板５０に設けられた開口５０ａに昇降移動可能に配置され、たとえばアルミニウムからなるキャップ状のフランジ部材５８を介してたとえばエアシリンダからなる昇降駆動手段６０および昇降ガイド手段６２と結合されている。
【００２８】
半導体ウエハＷの表面に、処理液としてのレジスト液と溶剤としてのシンナとの混合液を供給するための混合液吐出手段としての混合液ノズル８６は、混合液ノズルスキャンアーム９２の先端部にノズル保持体１００を介して着脱可能に取り付けられている。この混合液ノズルスキャンアーム９２は、ユニット底板５０の上に一方向（Ｙ方向）に敷設されたガイドレール９４上で水平移動可能な垂直支持部材９６の上端部に取り付けられており、図示しないＹ方向駆動機構によって垂直支持部材９６と一体にＹ方向に移動するようになっている。
【００２９】
また、混合液ノズルスキャンアーム９２は、混合液ノズル待機部９０で混合液ノズル８６を選択的に取り付けるためにＹ方向と直角なΧ方向にも移動可能であり、図示しないΧ方向駆動機構によってΧ方向にも移動するようになっている。さらに、混合液ノズル待機部９０で混合液ノズル８６の吐出口が溶媒雰囲気室の口９０ａに挿入され、中で溶媒の雰囲気に晒されることで、ノズル先端の混合液が固化または劣化しないようになっている。また、複数本の混合液ノズル８６，８６，…が設けられ、レジスト液の種類・粘度に応じてそれらのノズルが使い分けられるようになっている。
【００３０】
さらに、混合液ノズルスキャンアーム９２の先端部（ノズル保持体１００）には、ウエハ表面へのレジスト液の供給に先立ってウエハ表面に例えばシンナを供給するシンナノズル１０１が取り付けられている。
【００３１】
さらに、ガイドレール９４上には、混合液ノズルスキャンアーム９２を支持する垂直支持部材８６だけでなく、リンスノズルスキャンアーム１２０を支持しＹ方向に移動可能な垂直支持部材１２２も設けられている。このリンスノズルスキャンアーム１２０の先端部にはサイドリンス用のリンスノズル１２４が取り付けられている。Ｙ方向駆動機構（図示せず）によってリンスノズルスキャンアーム１２０およびリンスノズル１２４はカップＣＰの側方に設定されたリンスノズル待機位置（実線の位置）とスピンチャック５２に設置されている半導体ウエハＷの周辺部の真上に設定されたリンス液吐出位置（点線の位置）との間で並進または直線移動するようになっている。
【００３２】
混合液ノズル８６は、混合液供給管８８を介してレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）の下方室内に配設されたレジスト／シンナ混合装置７０に接続されている。
【００３３】
ここでレジスト／シンナ混合装置の詳細について説明する。図４、６に示すように、レジスト／シンナ混合装置７０は、レジスト液を貯溜したレジストタンク７１と、溶剤として例えばシンナを貯溜したシンナタンク７２と、レジスト液とシンナとの混合液を混合液ノズル８６へ供給する混合液供給管８８と、混合液供給管８８へレジスト液を供給するレジスト液供給管９７と、混合液供給管８８へシンナを供給する溶剤供給管であるシンナ供給管９８と、レジスト液供給管９７とシンナ供給管９８との合流部に位置し、レジスト液とシンナとを混合しこの混合液を混合液供給管８８へ供給する合流管７５と、レジストタンク７１内のレジスト液を吸上げレジスト液供給管９７に導入するレジスト用ベローズポンプ７３と、シンナタンク７２内のシンナを吸上げシンナ供給管９８に導入するシンナ用ベローズポンプ７４と、合流管７５を通過したレジスト液とシンナとの混合液を再度撹拌混合する混合手段としてのスタティックミキサ７６とを備えている。更に、混合液供給管８８を通過する混合液の濃度を測定するセンサー９９と、混合液の濃度が所定の濃度となるように制御する制御手段としてのコントローラ７７が設けられている。センサー９９では、混合液に対し、例えばレジスト材が感光しない波長の光を照射し、その透過光を解析することにより、混合液の濃度を測定することができる。以上の各供給管及び合流管などの配管は、耐腐食性に優れた例えばテフロンチューブ等により形成されている。尚、合流管とはレジスト液とシンナとが合流する部分の配管であり、この合流する部分の配管の内径が他の混合液供給管、レジスト液供給管、シンナ供給管といった配管の内径より細ければ良い。また、これら配管は、例えば合流管、混合液供給管、レジスト液供給管、シンナ供給管を別々に用意し、これらを溶接して製造することができる。
【００３４】
レジストタンク７１およびシンナタンク７２は本塗布現像処理システム１の外部に設置され、システム内外に通じる配管７８ａ、７８ｂを介してレジスト液用ベローズポンプ７３及び溶剤用ベローズポンプ７４に接続されている。
【００３５】
ベローズポンプ７３、７４は、蛇腹形をした伸縮自在のたわみ管の伸縮運動によってタンク７１、７２からレジスト液、溶剤を吸上げ、吐出する。例えば、図１０（ａ）に示すように、たわみ管１０２の伸張工程においては、ポンプの吸上げ口１０３を開閉する球体１０４が吸上げ口１０３を開く方向に引き寄せられ、同時にポンプの吐出口１０５を開閉する球体１０６が吐出口１０５を閉じる方向に引き寄せられることで、ポンプ内にたわみ管１０２の伸縮ストロークに応じた量のレジスト液、シンナが吸上げられる。また、たわみ管１０２の圧縮工程においては、図１０（ｂ）に示すように、逆に球体１０４が吸上げ口１０３を閉じる方向に引き寄せられ、同時に球体１０６が吐出口１０５を開く方向に引き寄せられることで、ポンプ内のレジスト液、シンナが吐出される。以上のようにして逆止弁が構成されている。
【００３６】
たわみ管１０２はエアシリンダ１０７によって進退駆動され、シリンダ内のピストンの可動範囲をリミッタ部材を用いて機械的に制限することによってレジスト液、シンナの供給量を個々に調整することが可能である。また、各ベローズポンプ７３、７４の近傍には、たわみ管１０２が圧縮工程（吐出工程）の終了点に到達したことを検出して、その検出信号をコントローラに出力するための発光素子１０８及び受光素子１０９からなる光透過形センサが各々定位置に配置されている。
【００３７】
図６に示すように、合流管７５は、混合液供給管８８、レジスト液供給官９７、シンナ供給管９８のそれぞれに接続されている。図７は、図６の円Ａの拡大図であり、各配管の内径を説明する図である。
【００３８】
混合液供給管８８は、管の内径が例えば６ｍｍの円筒形であり、レジスト液供給管９７は、管の内径が例えば６ｍｍの円筒形であり、シンナ供給管９８は、管の内径が例えば６ｍｍの円筒形である。合流管７５は、管の内径が０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ、更に好適には０．４ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の円筒形になるように設定されており、図７に示すように、混合液供給管８８、レジスト液供給管９７、シンナ供給管９８それぞれの管の内径より小さくなっている。このため、合流管７５内に流れ出るシンナ及びレジスト液は、合流管７５内で混合され、混合液供給管８８へ流れ出る。なお、合流管７５の管の内径が０．２ｍｍよりも小さいとポンプ側の圧損が非常に大きくなり、合流管７５の管の内径が０．５ｍｍよりも大きいと合流管７５におけるシンナとレジスト液との混合の効果が期待できなくなるからである。また、本実施形態では、特にレジスト液供給管９７と合流管７５と混合液供給管８８とが一直線状に接続され、シンナ供給管９８が合流管７５と直交するように接続されている。混合液供給管８８へ供給されるレジスト液とシンナとの割合は３対１程度であることから、上記の接続態様とすることでポンプに負担をできるだけかけることなくスムーズに混合液の供給を行うことができる。
【００３９】
そして、混合液供給管８８に流れ出た混合液は、スタティックミキサ７６にて再度混合され、混合液供給管８８を介して混合液供給ノズル８６へ供給される。ここでは、スタティックミキサ７６による混合以前に、レジスト液とシンナとが予め混合されるため、後述するスタティックミキサ７６の長さを短くすることができ、装置全体を小型化することができる。また、合流管７５の管の内径は、レジスト液やシンナなど通過する溶液の粘土やその流量によって適宜、通過する溶液の種類に応じて部分的に内径を変えることにより、レジスト液とシンナの混合度合いを高めることができる。
【００４０】
スタティックミキサ７６は、図１１に示すように、例えばＳＵＳからなる円筒管７６ａ内に複数例えば７４枚のじゃま板１１７を多段に配置して構成される。個々のじゃま板１１７は、図１２に示すように、正方形の板の一辺を右か左のいずれかの方向へ９０度捩って形成されたものである。図１２（ａ）は左に捩ったじゃま板、（ｂ）は右に捩ったじゃま板であり、スタティックミキサ７６の配管７６ａ内にはこのような左捩りと右捩りのじゃま板１１７が交互に配設されている。このようなじゃま板１１７の配列によって、スタティックミキサ７６に導入されたレジスト液とシンナの混合液は左と右に回転方向を変えながら流れ、効率的に撹拌混合されて流出される。
【００４１】
スタティックミキサ７６の円筒管７６ａの内径は接続用のチューブ配管と等しい例えば２ｍｍ〜８ｍｍの範囲が好ましい。その内径が上記範囲より小さいと管内が閉塞する危険が高まり、逆に大きすぎるとレジスト液の粘度、種類変更の際に廃棄すべき液量が増大し、レジスト液及びシンナの利用効率が低下してしまう。 なお、このスタティックミキサ７６において、レジスト／シンナ混合液と接触する管内表面とじゃま板１１７の表面には、例えばテフロンコーティング、ニムフロンメッキ、ＴｉＣ被膜、タフラム処理、白アルマイト等による耐腐食性被膜が施されている。
【００４２】
このスタティックミキサ７６は、図４に示したように、上流側より下流側が高くなるように斜めに設置されている。スタティックミキサ７６においては、その中に配設されている多数のじゃま板１１７がエアの抜けを妨害し、エア溜りを発生させる要因となり得る。このようなエア溜りはレジスト液とシンナとの撹拌能力を低下させる要因となる。そこで本実施形態ではスタティックミキサ７６を下流側が高くなるように斜めに或いは垂直に立てて配置することで、スタティックミキサ７６内に侵入したエアがその自らの浮力によって下流側に移動し混合液ノズル８６から排出され易くなり、この結果、エア溜りの発生を防止して一定の撹拌能力を維持することが可能となる。なお、そのスタティックミキサ７６の傾斜角度は２０°以上ならばエア溜りが生じないことを確認できた。
【００４３】
次に、このレジスト／シンナ混合装置の制御系の構成について説明する。図１３はかかる制御系の構成を示すブロック図である。
【００４４】
スタティックミキサ７６の下流部に位置するコントローラ７７は、得たい混合液の濃度に従ってベローズポンプ７３、７４から吐出されるレジスト液やシンナの吐出量を制御する働きと、混合液供給ノズル８６に供給される混合液の濃度を測定し、その測定結果に基づき、ベローズポンプ７３、７４から吐出されるレジスト液やシンナの吐出量をそれぞれ制御する働きをするものである。図１３に示すように、コントローラ７７は、エア供給源に接続されたメインエアバルブ１３２を開閉する電磁バルブを制御することで、各ベローズポンプ７３、７４を制御する。即ち、ベローズポンプ７３、７４を各々駆動するエアシリンダはメインエアバルブ１３２を通じてエア供給源に接続されており、エア供給源から上記各エアシリンダへのエア供給のオン／オフによって、各ベローズポンプ７３、７４は一体的に駆動される。
【００４５】
また、コントローラ７７は、各ベローズポンプ７３、７４に各々対応つけて設けられた２つの空気流量制御機構１３３、１３４に、操作者による設定に応じた制御量信号を与える機能を有している。各ベローズポンプ７３、７４の単位時間あたりの吐出量は、レジスト用ベローズポンプエアシリンダ１０７ａ、レジスト用ベローズポンプエアシリンダ１０７ｂそれぞれにおけるロッドのストローク速度によって決まるので、エア供給源からエアシリンダ１０７ａ、１０７ｂに供給するエア流量を空気流量制御機構１３３、１３４にて増減調整することによって、各ベローズポンプ７３、７４の単位時間あたりの吐出量を制御することができる。このように、各ベローズポンプ７３、７４の単位時間あたりの吐出量を制御することによって、レジスト液とシンナとの混合割合を自由に設定することが可能となり、ウエハＷに供給するレジスト液の粘度を選ぶことができる。そして、センサー９９により混合液の濃度を測定され、混合液の濃度が安定した時点で、混合液はウエハＷ上に塗布されることとなる。尚、混合液の濃度の測定は、液の電気容量を測定することにより行われる。
【００４６】
さらに、コントローラ７７は、各ベローズポンプ７３、７４の吐出工程の終了点を検出する２つの光センサ１３５、１３６からの出力のうち最初に入力した検出信号に基づき、メインエアバルブ１３２を閉じ、各エアシリンダ１０７ａ、１０７ｂをオフ状態に切り換えるように制御を行っている。
【００４７】
次に、以上のレジスト／シンナ混合装置の動作を説明する。
【００４８】
予め操作者は、ウエハＷに供給するレジスト液の粘度を設定するためのデータをコントローラ７７に与える。この粘度設定は、例えば、レジスト液の粘度と各ベローズポンプ７３、７４のストローク速度（単位時間あたりの吐出量）との対応テーブルをコントローラ７７内に設けておけば、操作者が希望する粘度を表す数値データを直接入力することによって行うことが可能である。また、サイクル毎のレジスト／シンナ混合液の供給量は、各ベローズポンプ７３、７４を駆動するエアシリンダ１０７ａ、１０７ｂ内のピストンの可動範囲をリミッタ部材によって調整することによって人為的、或いはコントローラ制御によって自動的に設定することができる。
【００４９】
コントローラ７７は、操作者からのレジスト液の粘度設定データを入手すると、例えば、上記対応テーブルから該当する各ベローズポンプ７３、７４のストローク速度のデータを読み出し、各ベローズポンプ７３、７４のエアシリンダ１０７ａ、１０７ｂの駆動を制御する２つの空気流量制御機構１３３、１３４に対して目的のストローク速度に応じた制御量信号を与える。これにより、目的のレジスト液粘度を得るため各ベローズポンプ７３、７４のストローク速度つまり単位時間あたりの吐出量が設定される。
【００５０】
以上の設定完了後、コントローラ７７は、メインエアバルブ１３２を開くように電磁バルブを動作させる。メインエアバルブ１３２を開くことによって、エア供給源からエアが各ベローズポンプ７３、７４のエアシリンダ１０７ａ、１０７ｂに供給される。これにより、レジストタンク７１及びシンナタンク７２から各ベローズポンプ７３、７４内に吸上げられていたレジスト液及びシンナは、合流管７５内にて合流し、混合され、スタティックミキサ７６内に導入される。このスタティックミキサ７６にて撹拌混合され、混合液供給管８８を通過する。混合液供給管８８を通過する混合液は、その濃度がセンサー９９により測定され、コントローラ７７により所望の値と判断されると、混合液ノズル８６からウエハＷの表面に吐出される。一方、センサー９９により所望の値と判断されない場合、その測定値をもとにコントラーラ７７によりレジスト液及びシンナの吐出量が調整され、所望の濃度となるように制御される。混合液ノズル８６は混合液ノズル待機部９０に待機し、所望の濃度となるまで混合液は混合液ノズル８６から流出される。そして、所望の濃度となった時点で、混合液ノズル８６はウエハＷ上へ移動し、ウエハＷの表面に混合液を吐出する。
【００５１】
そして各ベローズポンプ７３、７４のいずれかが吐出工程の終了点に達成したことが光透過形センサ１３５、１３６によって検出されると、コントローラ７７はメインエアバルブ１３２を閉じるように電磁バルブを動作させる。メインエアバルブ１３２を閉じることによって、各ベローズポンプ７３、７４の圧縮（吐出）動作が終了し、たわみ管１０２の弾性復元力による伸張（吸上げ）工程に移る。これによりウエハＷへのレジスト液供給が完了する。
【００５２】
このように本実施形態によれば、ウエハＷへのレジスト供給時にレジスト液とシンナとを所望の割合で撹拌混合して所望粘度のレジスト液を作り、ウエハＷに供給することができる。更に、コントローラにより混合液の濃度を測定し、所望の濃度となるようにレジスト液及びシンナの吐出量を制御することができるので、正確な濃度の混合液をウエハＷに供給することができ、所望の膜厚の塗布膜を効率良く得ることができる。また、スタティックミキサ７６による混合以前に、合流管にてレジスト液とシンナとが予め混合されるため、スタティックミキサ７６の長さを短くすることができ、装置全体を小型化することができる。更に、レジスト液とシンナとの混合が十分に行われるため、ウエハＷ上に塗布される塗布膜の膜厚を面内で均一化することができる。
【００５３】
また、上述の実施形態では、レジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）を例にあげて、レジスト液とシンナとの供給構造について説明したが、例えば現像ユニット（ＤＥＶ）に適用することもできる。以下に、図８を用いて、現像ユニット（ＤＥＶ）における現像液／水混合装置について説明する。この混合装置は、レジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）におけるレジスト／シンナ混合装置とほぼ同じ構造を有しており、タンクに貯留される溶液の種類が異なる点、ベローズポンプの代わりにマスフローコントローラを用いている点のみが異なっている。
【００５４】
現像ユニット（ＤＥＶ）では、処理液としては現像液、溶剤としては水が用いられる。図８に示すように、現像液／水混合装置は、現像液を貯溜した現像液タンク１７１と、水を貯溜した水タンク１７２と、現像液と水との混合液を混合液ノズル１８６へ供給する混合液供給管１８８と、混合液供給管１８８へ現像液を供給する現像液供給管１９７と、混合液供給管１８８へ水を供給する水供給管１９８と、現像液供給管１９７と水供給管１９８との合流部に位置し、現像液と水とを混合しこの混合液を混合液供給管１８８へ供給する合流管１７５と、現像液タンク１７１から取り出す現像液の量を制御し、現像液を現像液供給管１９７に導入する流量制御手段である、例えば現像液用マスフローコントローラ１７３と、水タンク１７２から取り出す水量を制御し、水を水供給管１９８に導入する流量制御手段である、例えば水用マスフローコントローラ１７４と、合流管１７５を通過した現像液と水との混合液を再度撹拌混合する混合手段としてのスタティックミキサ１７６とを備えている。更に、混合液供給管１８８を通過する混合液の濃度を計測するセンサー１９９と、混合液の濃度が所定の濃度となるように制御する制御手段としてのコントローラ１７７が設けられている。マスフローコントローラ１７３、１７４は、現像液や水の供給を自動に行う流量制御装置である。
【００５５】
このような構造とすることにより、ウエハＷへの現像液供給時に現像液と水とを所望の割合で撹拌混合して所望濃度の現像液を作り、ウエハＷに供給することができる。更に、コントローラにより混合液の濃度を測定し、所望の濃度となるように現像液及び水の吐出量を制御することができるので、正確な濃度の混合液をウエハＷに供給することができる。また、スタティックミキサ１７６による混合以前に、合流管にて現像液と水とが予め混合されるため、スタティックミキサ７６の長さを短くすることができ、装置全体を小型化することができる。また、現像液と水との混合が十分に行われるため、ウエハＷ上に面内で均一な現像液の供給をすることができる。従って、面内で均一な現像処理をすることができ、現像むらが生じない。
【００５６】
尚、ここでは、マスフローコントローラを用いているがベローズポンプを用いることもでき、また上述のレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）においてベローズポンプのかわりにマスフローコントローラを用いることもできる。
【００５７】
また、上述の実施形態において、センサー９９の混合液の濃度測定において、測定が安定化するまで時間がかかるようであれば、図９に示すように混合液を循環する循環管２００を設けても良い。図９は、図６に示す構造に循環管２００を更に設けた構造となっており、これに伴ってセンサー９９及びコントローラ７７の位置が異なっている。図９に示すように、循環管２００を、混合液供給ノズル８６と合流管７５との間に流れる混合液がスタティックミキサ７６を挟んで位置する混合液供給管８８と別の経路にて循環されるように設ければ良い。更に、循環管２００を挟むように混合液供給管８８にはバルブ２０１、２０２が介挿されている。センサー９９は、循環管２００に流れる混合液の濃度を測定するように設定されている。更に、循環管２００には、センサー９９及びコントローラ７７の設置を挟んだ両端にバルブ２１１、２１２が介挿されている。
【００５８】
このような循環管２００が更に具備された場合における動作について簡単に説明する。レジスト液及びシンナが各タンクから吐出される時点では、循環管２００に介挿されているバルブ２１１及び２１２は閉じられている。また、混合液供給管８８に介挿されているバルブ２０１は開けられており、バルブ２０２は閉じられている。次に、それぞれ所定の吐出量にて吐出されたレジスト液及びシンナが合流管７５を介して混合液供給管８８内へと供給され、合流管７５にて混合された混合液がスタティックミキサ７６を通過した後、循環管２００に介挿されたバルブ２１２を開く。その後、例えば数分間経過した後、バルブ２０１を閉め、更にバルブ２１１を開け、タンクからの液の吐出を停止する。これにより、循環管２００内へ搬送された混合液は、再度、スタティックミキサ７６の前に設置される混合液供給管８８内へ流出される。この流出された混合液は、再度スタティックミキサ７６を通過して、混合液供給管８８、循環管２００を流れ、バルブ２０１及び２０２により制限された配管内を循環する。このような構造においては、混合液が所定の領域の配管内を循環し、この循環された混合液の濃度を測定する構造となっているので、センサー９９の濃度測定の安定化に時間がかかるような場合、混合液を廃液として捨てることなく測定ができ、材料コストを大幅に減らすことができる。
【００５９】
次に、本発明に好適なポンプの他の例について説明する。
【００６０】
図１４はこのポンプ３０１の構成を示すであり、このポンプ３０１は例えば上述した実施形態におけるベローズポンプ７３、７４の代わりに用いるものである。
【００６１】
図１４に示すように、このポンプ３０１は、例えばシリコンオイルからなる２次媒体３０２が充填された容器３０３内に収縮可能なダイヤフラム３０４が収容されている。ダイヤフラム３０４の吸上げ側及び吐出側にはそれぞれ配管３０５、３０６が接続されると共に、ダイヤフラム３０４内にはＰＴＦＥやシリコンからなる剛体３０７が収容されている。各配管３０５、３０６内には、それぞれ２個の逆止弁３０８が取り付けられている。容器３０３にはシリンダ３０９が直接接続されており、シリンダ３０９の作動により２次媒体３０２を介してダイヤフラム３０４が収縮し、これにより溶液の供給を行うことができるようになっている。このように構成されたポンプ３０１では、ベローズポンプと比べて圧損を非常に小さいものとすることができる。
【００６２】
図１５は上記のポンプ３０１における逆止弁３０８の一例を示す図である。
【００６３】
この逆止弁３０８では、少なくともポンプの吸上げ口３１０及び吐出口３１１の表面にサファイヤやルビー等からなるシート状部材３１２が貼り付けられている。球体３１３は例えば３ｍｍ〜４ｍｍ程度の直径を有し、この球体３１３も例えばサファイヤやルビー等からなる。このような材料を用いることで精密な加工、例えば球面の精密な加工が可能となり、圧損をより小さくすることができる。
【００６４】
なお、上記実施形態では、本発明を半導体ウエハにレジスト液を塗布する装置に適用したものについて説明したが、半導体ウエハ以外の基板、例えばＬＣＤ基板にレジスト液を塗布する装置にも本発明は適用できる。
【００６５】
また、本発明は、処理液としてレジスト液または現像液を被処理基板に塗布する装置について説明したが、その他の処理液を被処理基板に塗布し、かつ該処理液の塗布前に被処理基板のぬれ性を高めるために溶剤を供給する塗布装置であれば、どのような溶剤および処理液を用いた塗布装置にも適用できる。
【００６６】
更に、上述の実施形態は、半導体ウエハを回転しつつその表面に処理液を塗布する構成の塗布装置について説明したが、本発明は、半導体ウエハを回転させずにその表面に処理液を塗布する構成の塗布装置にも同様に適用することが可能である。
【００６７】
以上説明した実施形態は、あくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものにおいて、本発明はそうした具体例にのみ限定して狭義に解釈されるものではなく、本発明の精神とクレームに述べる範囲で、いろいろと変更して実施することができるものである。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、合流管の内径が他の供給管の内径より細く設定されているため、合流管にて処理液と溶剤とが効率良く混合することができ、基板上に供給される処理液と溶剤との混合液は、混合が十分となり、基板面内に均一な膜厚にて混合液を塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である半導体ウエハの塗布現像処理システムの全体構成を示す平面図である。
【図２】図１の塗布現像処理システムの構成を示す正面図である。
【図３】図１の塗布現像処理システムの構成を示す背面図である。
【図４】図１の塗布現像処理システムにおけるレジスト塗布ユニットの全体構成を示す平面図である。
【図５】図４のレジスト塗布ユニットの全体構成を占めす断面図である。
【図６】図４のレジスト塗布ユニットにおけるレジスト／シンナ混合装置の構成を示す図である。
【図７】図６の円Ａで囲まれた領域の概略拡大図であり、合流管を示す断面図である。
【図８】現像処理ユニットにおける現像液／水混合装置の構成を示す図である。
【図９】他のレジスト／シンナ混合装置の示す構成を示す図である。
【図１０】図６のベローズポンプ及び各バルブの動作タイミングを示す図である。
【図１１】図６のスタティックミキサの構成を示す断面図である。
【図１２】図１１のスタティックミキサ内のじゃま板を示す正面図である。
【図１３】実施形態におけるレジスト／シンナ混合装置の制御系の構成を閉めずブロック図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係るポンプの構成を示すである。
【図１５】本発明の他の実施形態に係る逆止弁の構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ…半導体ウエハ
５２…スピンチャック
７０…レジスト／シンナ混合装置
７３、７４…ベローズポンプ
７５…合流管
７６、１７６…スタティックミキサ
７７、１７７…コントローラ
８６、１８６…混合液供給ノズル
８８、１８８…混合液供給管
９７…レジスト液供給管
９８…シンナ供給管
９９、１９９…センサー
１９７…現像液供給管
１９８…水供給管
３０１…ポンプ
３０２…２次媒体
３０３…容器
３０４…ダイヤフラム
３０５、３０６…配管
３０９…シリンダ
３０８…逆止弁
３１０…ポンプの吸上げ口
３１１…吐出口
３１２…シート状部材
３１３…球体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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