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JP2024152807A - ノズルユニット、液処理装置及び液処理方法 - Google Patents

ノズルユニット、液処理装置及び液処理方法 Download PDF

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JP2024152807A JP2024131051A JP2024131051A JP2024152807A JP 2024152807 A JP2024152807 A JP 2024152807A JP 2024131051 A JP2024131051 A JP 2024131051A JP 2024131051 A JP2024131051 A JP 2024131051A JP 2024152807 A JP2024152807 A JP 2024152807A
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公一朗 田中
彰吾 ▲高▼橋
祐允 宮窪
健太郎 吉原
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Abstract

Figure 2024152807000001
【課題】基板面内における温度分布の均一性を向上させる。
【解決手段】本開示の一側面に係るノズルユニットは、溶液を用いた液処理を基板に対して施す液処理装置用のユニットである。このノズルユニットは、ガスを流通させる吐出流路と、吐出流路を流れるガスを基板の表面に向けて吐出する吐出口とを有するガスノズルを備える。吐出口は、表面に沿った第1方向に延びるように形成されている。吐出口からのガスが放射状に吐出されるように、吐出流路の第1方向における幅が吐出口に近づくにつれて大きくなる。
【選択図】図7

Description

本開示は、ノズルユニット、液処理装置及び液処理方法に関する。
特許文献1は、基板の表面に現像液を供給することで、基板の表面に形成されているレジスト膜を現像するように構成された現像装置を開示している。当該現像装置は、所定温度に調整されたエアを上方から基板に吹き付ける送風機と、所定温度に調整された温調水の循環によりチャック装置及び現像液供給管を所定温度に維持する温度調整器とを備える。
特開2004-274028号公報
本開示は、基板面内における温度分布の均一性を向上させることが可能なノズルユニット及び液処理装置を提供する。
本開示の一側面に係るノズルユニットは、溶液を用いた液処理を基板に対して施す液処理装置用のユニットである。このノズルユニットは、ガスを流通させる吐出流路と、吐出流路を流れるガスを基板の表面に向けて吐出する吐出口とを有するガスノズルを備える。吐出口は、表面に沿った第1方向に延びるように形成されている。吐出口からのガスが放射状に吐出されるように、吐出流路の第1方向における幅が吐出口に近づくにつれて大きくなる。
本開示によれば、基板面内における温度分布の均一性を向上させることが可能なノズルユニット及び液処理装置が提供される。
図1は、基板処理システムの一例を示す斜視図である。 図2は、基板処理システムの内部の一例を概略的に示す側面図である。 図3は、基板処理システムの内部の一例を概略的に示す上面図である。 図4は、液処理ユニットの一例を示す模式図である。 図5は、ノズルユニットの一例を模式的に示す側面図である。 図6は、ノズルユニットの一例を模式的に示す別の側面図である。 図7(a)~図7(c)は、ガスノズルの一例を示す模式図である。 図8(a)~図8(c)は、ガスノズルの別の例を示す模式図である。 図9(a)~図9(c)は、ガスノズルの別の例を示す模式図である。 図10は、コントローラの機能構成の一例を示すブロック図である。 図11は、コントローラのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 図12は、液処理方法の一例を示すフローチャートである。 図13(a)及び図13(b)は、液処理方法の一例を説明するための模式図である。 図14は、液処理方法の一例を説明するための模式図である。 図15(a)及び図15(b)は、液処理方法の一例を説明するための模式図である。 図16(a)は、冷却ガスを供給しなかった場合の面内温度分布の一例を示す図である。図16(b)は、冷却ガスを供給した場合の面内温度分布の一例を示す図である。 図17は、面内線幅分布のばらつきの一例を示すグラフである。 図18(a)及び図18(b)は、冷却ガスをワークWの表面に供給することによるワークの表面の温度変化を測定した結果の一例を示す図である。 図19は、維持期間のうち冷却ガスの供給期間を変更した場合のワークの表面の温度変化をシミュレーションした結果の一例を示す図である。 図20は、維持期間全体における冷却ガスを供給する期間の割合とワーク面内におけるレジストパターンの線幅のばらつきとの対応関係を評価した結果の位置例を示す図である。 図21(a)は、冷却ガスの供給割合が45%の場合のワークの表面における面内温度分布の一例を示す図である。図21(b)は、冷却ガスの供給割合が63%の場合のワークの表面における面内線幅(CD)分布の一例を示す図である。図21(c)は、冷却ガスの供給割合が81%の場合のワークの表面における面内線幅(CD)分布の一例を示す図である。 図22(a)及び図22(b)は、冷却ガスの供給位置を変更した場合にレジストパターンの線幅のばらつきがどの程度変化するかを評価した結果の一例を示す図である。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
一つの例示的実施形態に係るノズルユニットは、溶液を用いた液処理を基板に対して施す液処理装置用のユニットである。このノズルユニットは、ガスを流通させる吐出流路と、吐出流路を流れるガスを基板の表面に向けて吐出する吐出口とを有するガスノズルを備える。吐出口は、表面に沿った第1方向に延びるように形成されている。吐出口からのガスが放射状に吐出されるように、吐出流路の第1方向における幅が吐出口に近づくにつれて大きくなる。
このノズルユニットでは、ガスノズルの吐出口からのガスが、吐出口が延びる第1方向において放射状に吐出される。そのため、基板の表面のうち、吐出口の第1方向における幅よりも長い領域に対して、ガスノズルからのガスが供給される。これにより、吐出口の第1方向の幅よりも長い上記領域を基板の中央部に合わせてガスを吐出することができる。その結果、液処理において当該ガスが供給された領域である基板の中央部は、基板の周縁部よりも冷却される。したがって、基板面内における温度分布の均一性を向上させることが可能となる。
吐出口のうちの第1方向における両端部のそれぞれが第1方向から見て視認可能となるように、ガスノズルが構成されていてもよい。この場合、第1方向における吐出口の長さの増大を抑制しつつ、表面上のより広い範囲にガスを供給することができる。したがって、ノズルユニットを簡素化することが可能となる。
吐出口の開口縁を含む面の第1方向における中央部分が、表面に向かって突出していてもよい。この場合、吐出流路において開口縁を含む面まで向かう流路の長さの開口面内での差が小さくなる。したがって、開口縁を含む面内においてガスの流速の均一性を向上させることが可能となる。
上記ノズルユニットは、表面に向けて第2ガスを吐出する第2吐出口を有する第2ガスノズルと、表面に沿って、ガスノズルと第2ガスノズルとを共に移動させる駆動部とを更に備えてもよい。この場合、一の駆動部によって2つのノズルを移動できるので、駆動部を含むノズルユニットを簡素化することが可能となる。
吐出口から吐出されるガスの流速は、第2吐出口から吐出される第2ガスの流速よりも小さくてもよい。この場合、ガスノズルと第2ガスノズルとを異なる目的の処理に合わせて使用することが可能となる。
上記ノズルユニットは、表面に向けて処理液を吐出する第3吐出口を有する処理液ノズルを更に備えてもよい。駆動部は、ガスノズル、第2ガスノズル、及び処理液ノズルを共に移動させてもよい。この場合、一の駆動部によって3つのノズルを移動できるので、駆動部を含むノズルユニットを簡素化することが可能となる。
第1方向に直交すると共に表面に沿う第2方向において、ガスノズルと処理液ノズルとは互いに異なる位置に配置されていてもよい。ガスノズルからのガスの表面における到達位置と、処理液ノズルからの処理液の表面における到達位置との間の第2方向における距離が、吐出口と第3吐出口との間の第2方向における距離よりも小さくなるように、ガスノズル及び処理液ノズルが構成されていてもよい。この場合、ガスノズルからのガスを使用した処理と、処理液ノズルからの処理液を用いた処理との間の切り替え時間を短縮することが可能となる。
第2方向において、第2ガスノズルと処理液ノズルとは互いに異なる位置に配置されていてもよい。第1方向から見て、処理液ノズルからの処理液の吐出方向の表面に対する傾きが、第2ガスノズルからの第2ガスの吐出方向の表面に対する傾きに比べて小さくなるように、第2ガスノズル及び処理液ノズルが構成されていてもよい。この場合、処理液ノズルから吐出される処理液による基板の表面に対する影響を抑制することが可能となる。
第2方向において、ガスノズル、第2ガスノズル、及び処理液ノズルがこの順で配置されていてもよい。この場合、ガスノズル及び第2ガスノズルへのガスの供給路が短くなるようにノズルユニットを構成することが可能となる。
一つの例示的実施形態に係る液処理装置は、上記ノズルユニットと、表面が上方を向いた状態の基板を保持して回転させる基板保持ユニットと、ノズルユニットと基板保持ユニットとを制御する制御ユニットと、を備える。制御ユニットは、基板保持ユニットにより基板を回転させた状態で、表面においてガスの到達領域が延びる方向が基板の回転方向に交差するようにガスノズルにガスを吐出させることで、当該ガスノズルにより表面のうち中央部を含む領域にガスを供給させる。この場合、基板の中央部において周方向に沿ってもガスを拡散させて供給することができ、基板の周縁部に比べて中央部の温度を減少させることができる。したがって、基板面内において中央部と周縁部との温度差を縮小させることが可能となる。
一つの例示的実施形態に係る液処理方法は、基板上に処理液が滞留した状態を維持しながら、基板上に滞留する処理液の上面のうち少なくとも周縁部より内側の領域に対して、基板の周方向と比べて半径方向へ拡散するように、処理液の上方からガスを供給する。
上記の液処理方法では、ガスを供給することによって、ガスが供給された領域の近傍では基板が冷却される。ここで、基板の周方向と比べて半径方向へ拡散するようにガスを供給することで、周縁部よりも中央部が冷却される。したがって、基板面内における温度分布の均一性を向上させることが可能となる。
基板上に滞留する処理液へ向けてガスを供給する間は、ガスの供給による処理液の移動によって基板の表面が露出しないように、ガスの流量及び流速が調整されてもよい。この場合、ガスがその衝撃によって処理液の膜を荒らすまたは崩すような液処理への悪影響が生じないように、薬液の温度感度に合った適切な基板上の一部の処理部分の冷却を行うことができる。
基板上に処理液が滞留した状態を基板上の全体において形成してから、基板上から処理液の排除を開始するまでの維持期間において、ガスを供給しない非供給期間が含まれてもよい。この場合、維持期間のうちガスを供給しない非供給期間を設けることで、ガスによる基板の冷却状況を調整することができる。したがって、基板面内における温度分布の均一性を向上させることが可能となる。
非供給期間は、維持期間のうちの前半に設けられてもよい。維持期間のうちの前半に非供給期間を設けることで、維持期間全体にわたって基板面内における温度分布の均一性を向上させることが可能となる。
基板を回転しながらガスの供給を行い、ガスを、基板上において基板の中心を含まない領域に到達するように供給してもよい。基板を回転しながらガスを供給する場合、基板の中心にガスが到達すると、基板の中心と周縁部側との間で、ガスの供給量に差が生じ得る。このため、中心にガスが到達しないように供給位置を調節することで、ガスによる冷却をより均一に行うことができる。
以下、図面を参照して一実施形態について説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。一部の図面にはX軸、Y軸及びZ軸により規定される直交座標系が示される。以下の実施形態では、Z軸が鉛直方向に対応し、X軸及びY軸が水平方向に対応する。
[基板処理システム]
まず、図1~図3を参照して、基板処理システム1の構成について説明する。基板処理システム1は、塗布現像装置2(液処理装置)と、露光装置3とを備える。
塗布現像装置2は、ワークWの表面Waにレジスト膜Rを形成するように構成されている。また、塗布現像装置2は、レジスト膜Rの現像処理を行うように構成されている。露光装置3は、塗布現像装置2との間でワークWを授受して、ワークWの表面Wa(図4等参照)に形成されたレジスト膜Rの露光処理(パターン露光)を行うように構成されている。露光装置3は、例えば、液浸露光等の方法によりレジスト膜Rの露光対象部分に選択的にエネルギー線を照射してもよい。
処理対象のワークWは、例えば基板、あるいは所定の処理が施されることで膜又は回路等が形成された状態の基板である。ワークWに含まれる基板は、一例として、シリコンを含むウェハである。ワークW(基板)は、円形に形成されていてもよいし、多角形など円形以外の板状に形成されていてもよい。ワークWは、一部が切り欠かれた切欠部を有していてもよい。切欠部は、例えば、ノッチ(U字形、V字形等の溝)であってもよいし、直線状に延びる直線部(いわゆる、オリエンテーション・フラット)であってもよい。処理対象のワークWは、ガラス基板、マスク基板、FPD(Flat Panel Display)などであってもよく、これらの基板等に所定の処理が施されて得られる中間体であってもよい。ワークWの直径は、例えば200mm~450mm程度であってもよい。
エネルギー線は、例えば、電離放射線、非電離放射線などであってもよい。電離放射線は、原子又は分子を電離させるのに十分なエネルギーを有する放射線である。電離放射線は、例えば、極端紫外線(EUV:Extreme Ultraviolet)、電子線、イオンビーム、X線、α線、β線、γ線、重粒子線、陽子線などであってもよい。非電離放射線は、原子又は分子を電離させるのに十分なエネルギーを有しない放射線である。非電離放射線は、例えば、g線、i線、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、F2エキシマレーザーなどであってもよい。
(塗布現像装置)
塗布現像装置2は、露光装置3による露光処理の前に、ワークWの表面Waにレジスト膜Rを形成するように構成されている。また、塗布現像装置2は、露光装置3による露光処理後にレジスト膜Rの現像処理を行うように構成されている。
図1~図3に示されるように、塗布現像装置2は、キャリアブロック4と、処理ブロック5と、インターフェースブロック6と、制御装置100(制御ユニット)とを備える。キャリアブロック4、処理ブロック5及びインターフェースブロック6は、水平方向に並んでいる。
キャリアブロック4は、キャリアステーション12と、搬入搬出部13とを含む。キャリアステーション12は、複数のキャリア11を支持する。キャリア11は、少なくとも一つのワークWを密封状態で収容する。キャリア11の側面11aには、ワークWを出し入れするための開閉扉(図示せず)が設けられている。キャリア11は、側面11aが搬入搬出部13側に面するように、キャリアステーション12上に着脱自在に設置される。
搬入搬出部13は、キャリアステーション12及び処理ブロック5の間に位置している。搬入搬出部13は、図1及び図3に示されるように、複数の開閉扉13aを有する。キャリアステーション12上にキャリア11が載置される際には、キャリア11の開閉扉が開閉扉13aに面した状態とされる。開閉扉13a及び側面11aの開閉扉を同時に開放することで、キャリア11内と搬入搬出部13内とが連通する。搬入搬出部13は、図2及び図3に示されるように、搬送アームA1を内蔵している。搬送アームA1は、キャリア11からワークWを取り出して処理ブロック5に渡し、処理ブロック5からワークWを受け取ってキャリア11内に戻すように構成されている。
処理ブロック5は、図2及び図3に示されるように、処理モジュールPM1~PM4を含む。
処理モジュールPM1は、ワークWの表面上に下層膜を形成するように構成されており、BCTモジュールとも呼ばれる。処理モジュールPM1は、図3に示されるように、液処理ユニットU1と、熱処理ユニットU2と、これらにワークWを搬送するように構成された搬送アームA2とを含む。処理モジュールPM1の液処理ユニットU1は、例えば、下層膜形成用の塗布液をワークWに塗布するように構成されていてもよい。処理モジュールPM1の熱処理ユニットU2は、例えば、液処理ユニットU1によってワークWに形成された塗布膜を硬化させて下層膜とするための加熱処理を行うように構成されていてもよい。下層膜としては、例えば、反射防止(SiARC)膜が挙げられる。
処理モジュールPM2は、下層膜上に中間膜(ハードマスク)を形成するように構成されており、HMCTモジュールとも呼ばれる。処理モジュールPM2は、液処理ユニットU1と、熱処理ユニットU2と、これらにワークWを搬送するように構成された搬送アームA3とを含む。処理モジュールPM2の液処理ユニットU1は、例えば、中間膜形成用の塗布液をワークWに塗布するように構成されていてもよい。処理モジュールPM2の熱処理ユニットU2は、例えば、液処理ユニットU1によってワークWに形成された塗布膜を硬化させて中間膜とするための加熱処理を行うように構成されていてもよい。中間膜としては、例えば、SOC(Spin On Carbon)膜、アモルファスカーボン膜が挙げられる。
処理モジュールPM3は、中間膜上に熱硬化性且つ感光性のレジスト膜Rを形成するように構成されており、COTモジュールとも呼ばれる。処理モジュールPM3は、液処理ユニットU1と、熱処理ユニットU2と、これらにワークWを搬送するように構成された搬送アームA4とを含む。処理モジュールPM3の液処理ユニットU1は、例えば、レジスト膜形成用の塗布液(レジスト液)をワークWに塗布するように構成されていてもよい。処理モジュールPM3の熱処理ユニットU2は、例えば、液処理ユニットU1によりワークWに形成された塗布膜を硬化させてレジスト膜Rとするための加熱処理(PAB:Pre Applied Bake)を行うように構成されていてもよい。
レジスト液が含有するレジスト材料は、ポジ型レジスト材料であってもよいし、ネガ型レジスト材料であってもよい。ポジ型レジスト材料は、パターン露光部が溶け出しパターン未露光部(遮光部)が残るレジスト材料である。ネガ型レジスト材料は、パターン未露光部(遮光部)が溶け出し、パターン露光部が残るレジスト材料である。
処理モジュールPM4は、露光されたレジスト膜の現像処理を行うように構成されており、DEVモジュールとも呼ばれる。処理モジュールPM4は、液処理ユニットU1と、熱処理ユニットU2と、これらにワークWを搬送するように構成された搬送アームA5とを含む。処理モジュールPM4の液処理ユニットU1は、現像液等の溶液を用いて現像処理(液処理)をワークWに対して施すように構成されている。例えば、レジスト膜Rを部分的に除去してレジストパターン(図示せず)を形成するように構成されていてもよい。処理モジュールPM4の熱処理ユニットU2は、例えば、現像処理前の加熱処理(PEB:Post Exposure Bake)、現像処理後の加熱処理(PB:Post Bake)等を行うように構成されていてもよい。
処理ブロック5は、図2及び図3に示されるように、キャリアブロック4の近傍に位置する棚ユニット14を含む。棚ユニット14は、上下方向に延びており、上下方向に並ぶ複数のセルを含む。棚ユニット14の近傍には搬送アームA6が設けられている。搬送アームA6は、棚ユニット14のセル同士の間でワークWを昇降させるように構成されている。
処理ブロック5は、インターフェースブロック6の近傍に位置する棚ユニット15を含む。棚ユニット14は、上下方向に延びており、上下方向に並ぶ複数のセルを含む。
インターフェースブロック6は、搬送アームA7を内蔵しており、露光装置3に接続されている。搬送アームA7は、棚ユニット15のワークWを取り出して露光装置3に渡し、露光装置3からワークWを受け取って棚ユニット15に戻すように構成されている。
(液処理ユニット)
続いて、図4~図6を参照して、処理モジュールPM4の液処理ユニットU1についてさらに詳しく説明する。液処理ユニットU1は、図4に示されるように、筐体H内に、基板保持部20(基板保持ユニット)と、供給部30と、供給部40と、カバー部材70と、ブロアBとを含む。筐体Hの下部には、制御装置100からの信号に基づいて動作することにより、筐体H内の気体を排気するように構成された排気部V1が設けられている。排気部V1は、例えば、開度に応じて排気量が調節可能なダンパであってもよい。排気部V1によって筐体Hからの排気量を調節することにより、筐体H内の温度、圧力、湿度などを制御することができる。排気部V1は、ワークWの液処理の間、筐体H内を常時排気するように制御されてもよい。
<基板保持部>
基板保持部20は、ワークWを保持して回転させるように構成されている。例えば、基板保持部20は、表面Waが上方を向いた状態のワークWを保持して回転させる。基板保持部20は、回転部21と、シャフト22と、保持部23とを含む。
回転部21は、制御装置100からの動作信号に基づいて動作し、シャフト22を回転させるように構成されている。回転部21は、例えば電動モータ等の動力源である。保持部23は、シャフト22の先端部に設けられている。保持部23上には表面Waが上方を向いた状態のワークWが配置される。保持部23は、例えば吸着等によりワークWを略水平に保持するように構成されている。すなわち、基板保持部20は、ワークWの姿勢が略水平の状態で、ワークWの表面Waに対して垂直な中心軸(回転軸)周りでワークWを回転させる。本実施形態では、基板保持部20に保持されているワークWの表面Waは、X-Y平面に沿っている。
<供給部>
供給部30は、ワークWの表面Waに処理液L1を供給するように構成されている。処理液L1は、例えば、現像液であってもよい。供給部30は、供給機構31と、駆動機構32と、ノズル33とを含む。
供給機構31は、制御装置100からの信号に基づいて、容器(図示せず)に貯留されている処理液L1を、ポンプ等の送液機構(図示せず)によって送り出すように構成されている。駆動機構32は、制御装置100からの信号に基づいて、ノズル33を高さ方向及び水平方向において移動させるように構成されている。ノズル33は、供給機構31から供給される処理液L1を、ワークWの表面Waに吐出するように構成されている。
<供給部>
供給部40は、処理液L2と、冷却ガスG1(ガス)と、乾燥ガスG2(第2ガス)とをワークWの表面Waに供給するように構成されている。処理液L2は、例えば、リンス液(洗浄液)であってもよい。冷却ガスG1及び乾燥ガスG2は、気体であれば特に限定されないが、不活性ガス(例えば窒素)であってもよい。冷却ガスG1及び乾燥ガスG2の温度は、20℃~25℃程度であってもよい。供給部40は、供給機構41A~41Cと、ノズルユニット43とを含む。
図4に示されるように、供給機構41Aは、制御装置100からの信号に基づいて、容器(図示せず)に貯留されている冷却ガスG1を、ポンプ等の送気機構(図示せず)によって送り出すように構成されている。供給機構41Bは、制御装置100からの信号に基づいて、容器(図示せず)に貯留されている乾燥ガスG2を、ポンプ等の送気機構(図示せず)によって送り出すように構成されている。供給機構41Cは、制御装置100からの信号に基づいて、容器(図示せず)に貯留されている処理液L2を、ポンプ等の送液機構(図示せず)によって送り出すように構成されている。
ノズルユニット43は、供給機構41A~41Cから供給される冷却ガスG1、乾燥ガスG2、及び処理液L2をそれぞれ、ワークWの表面Waに吐出するように構成されている。ノズルユニット43は、図5に示されるように、保持アーム44と、乾燥ガスノズル45と、冷却ガスノズル46と、処理液ノズル47と、保持アーム44を移動させることでこれらのノズルを移動させる駆動部49とを含む。以下、ノズルユニット43の各部について説明する。
〔保持アーム〕
保持アーム44は、乾燥ガスノズル45、冷却ガスノズル46、及び処理液ノズル47を保持するように構成されている。保持アーム44は、例えば、水平(図示ではX軸方向)に延びる水平部44aと、上下方向に延びる鉛直部44bとを含む。水平部44aの一端部は、基板保持部20に保持されているワークWと重ならない位置において、駆動部49に接続されていてもよい。水平部44aの他端部には、鉛直部44bの上端が接続されている。鉛直部44bは、水平部44aの先端部から下方(-Z方向)のワークWの表面Waに向かって延びている。鉛直部44bの下端とワークWの表面Waとは、上下方向において離間している。保持アーム44の内部には、供給機構41Aから供給される冷却ガスG1を流通させるガス流路42aが設けられていてもよい。さらに、保持アーム44の内部には、供給機構41Bから供給される乾燥ガスG2を流通させるガス流路42b、及び供給機構41Cから供給される処理液L2を流通させる処理液流路42cが設けられていてもよい。
〔乾燥ガスノズル〕
乾燥ガスノズル45(第2ガスノズル)は、ワークWの表面Waに向けて乾燥ガスG2を吐出するように構成されている。乾燥ガスノズル45は、表面Waの上方から表面Waに対して略垂直な向きに乾燥ガスG2を吐出してもよい。Y軸方向及びX軸方向のそれぞれから見て、乾燥ガスノズル45からの乾燥ガスG2の吐出方向は、表面Waに対して略垂直である。
図5に示される例では、乾燥ガスノズル45は、保持アーム44の鉛直部44bの下端に設けられている。乾燥ガスノズル45には、鉛直方向に延びるガス流路45aが設けられる。ガス流路45aは、保持アーム44の水平部44a内を通り且つ鉛直部44bの下端へ延びるガス流路42bから連続している。乾燥ガスノズル45は、ガス流路42bを介してガス流路45aに供給される乾燥ガスG2を表面Waに向けて吐出する吐出口45b(第2吐出口)を含む。吐出口45bは、例えば、乾燥ガスノズル45の下端面に設けられており、その下端面において開口している。吐出口45bの形状(輪郭)は、乾燥ガスG2の吐出方向(図示のZ軸方向)から見て円形であってもよい。
〔冷却ガスノズル〕
冷却ガスノズル46は、ワークWの表面Waに向けて冷却ガスG1を吐出するように構成されている。冷却ガスノズル46は、表面Waの上方から、表面Waに対して放射状に冷却ガスG1を吐出する。例えば、図6に示されるように、冷却ガスノズル46は、X軸方向から見て、表面Waに対して異なる複数の角度に沿って冷却ガスG1を吐出する。冷却ガスノズル46は、放射状の吐出範囲において均一に冷却ガスG1を吐出してもよい。一方、冷却ガスノズル46は、Y軸方向から見て、表面Waに対して傾斜した一方向に冷却ガスG1を吐出してもよい。
図5及び図6に示される例では、冷却ガスノズル46は、保持アーム44の水平部44aのうち、鉛直部44b近傍の下方において、水平部44aの下端に対して固定されている。冷却ガスノズル46には、供給機構41Aから供給される冷却ガスG1を流通させるガス流路42aに連続するガス流路51が設けられる。ガス流路42aは、保持アーム44の水平部44aの下端に開口している。ガス流路51は、ガス流路42aの下端の開口に連続するように形成される。また、冷却ガスノズル46は、ガス流路51を流れる冷却ガスG1をワークWの表面Waに向けて吐出する吐出口52を含む。例えば、冷却ガスノズル46は、ガス流路51を内部に形成するブロック状の本体部53を有しており、吐出口52が、本体部53に含まれる少なくとも一つの面において開口している。
ガス流路51は、上流側に位置する供給流路55と、下流側に位置する吐出流路56とを含む。なお、本開示において、「上流」及び「下流」の用語は、ガス又は液の流れを基準にして使用される。供給流路55の上流側の一端部は、保持アーム44の水平部44aの内部に設けられたガス流路42aに接続されており、供給流路55の下流側の他端部は、吐出流路56の上流側の一端部に接続されている。吐出流路56の下流側の他端部に吐出口52が設けられている。供給流路55は、例えば鉛直下向きに冷却ガスG1を流通させる。吐出流路56は、ワークWの表面Waに対して所定角度傾斜した傾斜面D0の延在方向に沿って冷却ガスG1を流通させて、吐出口52へ到達させる。吐出流路56は、傾斜面D0に沿って一方向に冷却ガスG1を流通させたうえで、冷却ガスG1の流通方向を放射状に広げる。以下、吐出流路56において放射状に広がる前に冷却ガスG1が流通する一方向を「方向D1」という。この方向D1は、傾斜面D0に沿って延びる。方向D1は、例えば、Y軸方向から見て、ワークWの表面Waに対して傾斜している。
冷却ガスノズル46がワークWの表面Waに対して放射状に冷却ガスG1を吐出するためのノズルの形状(特にガス流路51の形状)について、図7を参照しながら説明する。図7では、冷却ガスノズル46の先端部分(吐出口52の近傍部分)が示されており、先端部分が直方体状に形成された例が示されている。また、方向D1を紙面の上下方向又は紙面に垂直な方向に合わせた状態で、上記先端部分の正面図、下面図、及び側面図が示されている。また、Y軸方向及び方向D1に直交する方向を方向D2(図7(b)及び図7(c)参照)とする。
吐出流路56は、上流側に位置する第1領域57と、下流側に位置する第2領域58とを含む。第1領域57は、上流側に配置されているガス流路(上述のガス流路42b及び供給流路55)から供給される冷却ガスG1を方向D1に沿って流通させる。第1領域57は、対向配置された一対の側面57a,57bと、対向配置された一対の壁面57c,57dとによって構成される。側面57a,57bは、Y軸方向の両端に位置して方向D1及び方向D2に沿って延在しており、互いに平行である。壁面57c,57dは、Y軸方向及び方向D1に沿って延在しており、互いに平行である。壁面57c,57dは、方向D2において対向して配置されている。これらの側面57a,57b及び壁面57c,57dによって、第1領域57が形成される。第1領域57の断面形状は、一例として、Y軸方向が長手方向となって延びる長方形となる。第1領域57のY軸方向における断面積は、方向D1によらず略一定である。このような第1領域57では、冷却ガスG1が方向D1に沿って流れる。
第2領域58は、第1領域57から供給される冷却ガスG1を吐出口52に導く。第2領域58は、第1領域57内を方向D1に沿って流れる冷却ガスG1をY軸方向において放射状に広げるように形成されている。第2領域58は、対向配置された一対の傾斜面58a,58bと、対向配置された一対の壁面58c,58dとによって構成される。壁面58c,58dは、それぞれ壁面57c,57dに連続し、Y軸方向及び方向D1に沿って延在しており、互いに平行である。そのため、第2領域58の方向D2に沿った幅は、第1領域57と同一となっている(図7(c)参照)。壁面57c,57d及び壁面58c,58dの延在方向が、傾斜面D0の延在方向に対応する。
傾斜面58a,58bは、第2領域58のY軸方向の両端に設けられる。傾斜面58a,58bの上流側の一端は、側面57a,57bにそれぞれ接続されており、傾斜面58a,58bのそれぞれの下流側の一端は、吐出口52(吐出口52のY軸方向における両端部)に接続されている。
傾斜面58a,58bのそれぞれは、方向D1に対して傾斜している。具体的には、傾斜面58aは、方向D1に対して、吐出口52に近づくにつれて傾斜面58bとの距離が広がるように外側に向かって傾斜している。傾斜面58bは、方向D1に対して、吐出口52に近づくにつれて傾斜面58aとの距離が広がるように外側に向かって傾斜している。傾斜面58a,58bのそれぞれは、側面57a,57bとの接続部分から吐出口52に向かうにつれて、冷却ガスノズル46の軸Axから離間する方向(外側)に向かって傾斜している。冷却ガスノズル46の軸Axは、方向D1に沿うと共に、方向D1から見た場合の吐出口52の中心を通る仮想的な軸である。以上のように、第2領域58の少なくとも傾斜面58a,58bは、吐出口52に向かうにつれて両者の間隔が広がる逆テーパ状に形成されている。この結果、第2領域58(吐出流路56)のY軸方向における幅は、Y軸方向において吐出口52からの冷却ガスG1が放射状に吐出されるように、吐出口52に近づくにつれて大きくなる。なお、傾斜面58a,58bの傾斜角度(方向D1に対する傾斜角度)は、略同一としてもよい。
冷却ガスノズル46の吐出口52は、表面Waに沿った一方向に沿って延びるように形成されている。本開示において、一方向に沿って延びる形状とは、一方向における幅が当該一方向に対して直交する方向における幅に比べて大きい形状を意味する。一例では、吐出口52は、一方向が長手方向(長軸)となり、当該一方向に対して直交する方向が短手方向(短軸)となる形状とされている。具体的には、吐出口52は、長方形状、長手方向の端部が丸形の角丸長方形、楕円形、又はこれらに類似する形状とされる。例えば、図7(a)~図7(c)に示されるように、吐出口52は、Y軸方向(第1方向)に沿って延びる形状を有する。図7(a)~図7(c)に示される例では、吐出口52は、少なくともY軸方向に沿って延びる長方形のスリットである。一例として、吐出口52の一方向(Y軸方向)の長さと、一方向に対して直交する方向(図7(b)においてY軸方向に対して直交する方向D2)の長さとの比は、100:1~10:1とされる。この吐出口52には、上述したように吐出流路56から冷却ガスG1が送られる。
図7(a)~図7(c)に例示される冷却ガスノズル46では、吐出口52は、方向D1から見て(方向D1に沿って流れるガスの下流から上流を見て)視認可能となるように形成されている。例えば、図7(b)及び図7(c)に示されるように、冷却ガスノズル46の本体部53には、ワークWの表面Waと対向する底面61が設けられ得る。このとき、吐出口52は底面61に設けられる。吐出口52は、方向D1から見て、底面61のY軸方向における一端から他端まで延びるように形成されている。
吐出口52は、当該吐出口52のY軸方向における両端部のそれぞれがY軸方向から見て視認可能となるように形成されていてもよい。より詳細に説明すると、吐出口52のうちの吐出流路56(第2領域58)の傾斜面58a,58bにそれぞれ接続される部分52a,52bがY軸方向から見て視認可能となるように吐出口52が形成されている。なお、部分52a,52bがY軸方向から見て視認可能とは、Y軸方向の一方の向きから部分52aが視認可能であり、Y軸方向の他方の向きから部分52bが視認可能であることである。
図7(a)~図7(c)に示される例では、吐出口52の開口縁を含んで構成される面(以下、「開口面」という。)が、方向D1に直交する開口底面と、当該開口底面に接続され且つY軸方向において対向する一対の開口側面とを含む。吐出口52の開口縁とは、本体部53の外表面と吐出口52(吐出流路56の端部)とを接続する稜線であり、開口面とは、当該稜線を全て含む仮想的な面である。冷却ガスノズル46の吐出口52は、例えば、上述の底面61に加えて、底面61に接続され且つY軸方向において互いに逆向きとなる側面62a,62bそれぞれにおいても開口している。この場合、吐出流路56の傾斜面58a,58bよりも下流側の部分は、本体部53をY軸方向に貫通している。例えば、側面62a,62bのそれぞれにおいて、吐出口52は、底面61との接続部分から方向D1に沿って延びるように形成されている。
上記の構成を有することで、冷却ガスノズル46のガス流路51に流れた冷却ガスG1は、吐出流路56の第1領域57及び第2領域58を経て、吐出口52から放射状に吐出される。その結果、表面Waの上方から表面Waに対して冷却ガスG1が吐出される。一例として、図6に示されるように、冷却ガスノズル46は、軸Axに対して、所定角度(例えば-45°~+45°)の範囲内の複数の角度で特定される方向へ、冷却ガスG1を吐出する。
なお、冷却ガスノズル46の吐出口52の形状は以上の例に限られない。吐出口52の開口縁を含む開口面が、当該開口面のY軸方向における中央部分が表面Waに向かって突出するように形成されていてもよい。より詳細には、開口面のY軸方向における両端部に比べて、開口面のY軸方向の上記中央部分が表面Waに向かって突出していてもよい。この場合も、吐出口52のY軸方向における両端部のそれぞれがY軸方向から見て視認可能である。
例えば、図8(a)~図8(c)に示されるように、本体部53の底面61は、Y軸方向における中央部分が、第2領域58の傾斜面58a,58bの端部から表面Waに向かって突出するように湾曲している。この例では、吐出口52の開口縁を含む開口面が、当該開口面のY軸方向における中央部分が表面Waに向かって突出するように湾曲している。底面61のY軸方向における一端(吐出口52の部分52a)は傾斜面58aに接続されており、底面61のY軸方向における他端(吐出口52の部分52b)は傾斜面58bに接続されている。この場合も、吐出口52のうちの傾斜面58a,58bに接続される部分52a,52bが、Y軸方向から見てそれぞれ視認可能である。吐出流路56の傾斜面58a,58bよりも下流側の部分は、本体部53をY軸方向に貫通している。湾曲状に代えて、X軸方向から見て、上記開口面(本体部53の底面61)が台形状に形成されていてもよい。台形状である場合も、開口面のY軸方向における両端部に比べて、開口面のY軸方向の中央部分(上底に対応する部分)が表面Waに向かって突出している。
吐出口52のY軸方向における両端部がY軸方向のいずれの向きからも視認できないように、吐出口52が形成されていてもよい。例えば、図9(a)~図9(c)に示されるように、吐出口52が、底面61において開口しており、底面61に接続される側面62a,62bにおいて開口していなくてもよい。吐出口52のうちの傾斜面58a,58bに接続される部分(部分52a,52b)は、Y軸方向から見て視認できずに、方向D1から見て視認可能である。この場合、吐出口52のY軸方向における両端部の間の距離が、底面61のY軸方向における距離よりも小さい。なお、図8に示される吐出口52(湾曲した開口面を有する吐出口52)のY軸方向における幅が、湾曲した底面61のY軸方向の長さよりも小さくてもよい。
図7~図9のいずれの例においても、吐出口52及び吐出流路56(これらの3次元形状)は、軸Axを通ると共に吐出口52が延びる方向に垂直な面(X-Z平面)に関して面対称となっている。吐出口52及び吐出流路56を有する冷却ガスノズル46から吐出される冷却ガスG1は、軸AxからY軸方向の両側それぞれに向けて広がるように吐出される。これにより、冷却ガスノズル46(吐出口52)からの冷却ガスG1が放射状に吐出され、ワークWの表面Waにおいて、Y軸方向に延びる領域に冷却ガスG1が到達する。
冷却ガスG1が放射状に吐出されることによって、図6に示されるように、表面Waにおいて冷却ガスG1が到達する領域(以下、「到達領域AR」という。)のY軸方向の幅は、吐出口52のY軸方向における幅よりも大きくなる。Y軸方向において、到達領域ARの一端と軸Axとの距離は、吐出口52の一端と軸Axとの距離よりも大きく、到達領域ARの他端と軸Axとの距離は、吐出口52の他端と軸Axとの距離よりも大きい。到達領域ARのY軸方向における幅は、傾斜面58aに沿って延びる仮想線ILaが表面Waと交差する点と、傾斜面58bに沿って延びる仮想線ILbが表面Waの交差する点との間の距離に略一致する。到達領域ARのY軸方向における幅は、円形のワークWの半径よりも小さくてもよい。一例では、到達領域ARの上記幅は、ワークWの半径の0.4倍~0.8倍であってもよく、0.5倍~0.7倍であってもよく、0.55倍~0.65倍であってもよい。
図5に戻り、乾燥ガスノズル45と冷却ガスノズル46とは、保持アーム44を介して互いに接続されているので、保持アーム44が移動すると、乾燥ガスノズル45と冷却ガスノズル46とが共に移動する。図5に示されるように、X軸方向(第2方向)において乾燥ガスノズル45と冷却ガスノズル46とは、互いに異なる位置に配置されている。Y軸方向から見て、乾燥ガスノズル45からの乾燥ガスG2のワークWの表面Waにおける到達位置と、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の表面Waにおける到達位置(到達領域AR)との間のX軸方向における距離が、乾燥ガスノズル45の吐出口45bと冷却ガスノズル46の吐出口52との間のX軸方向における距離よりも小さくなるように、乾燥ガスノズル45及び冷却ガスノズル46が構成されている。
一例では、Y軸方向から見て、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の吐出方向に延びる仮想線IL1と、乾燥ガスノズル45からの乾燥ガスG2の吐出方向に延びる仮想線IL2とが、表面Waの近傍(例えば、表面Wa)において交差する。これにより、ノズルユニット43が定位置に位置する場合に乾燥ガスノズル45と冷却ガスノズル46からそれぞれ乾燥ガスG2及び冷却ガスG1が吐出されるとすると、Y軸方向から見て、乾燥ガスG2の表面Waの到達領域(到達位置)と、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の表面Waの到達領域ARとが互いに重なる。
図6に示されるように、X軸方向から見て、乾燥ガスノズル45は、冷却ガスノズル46と重なるように配置される。例えば、乾燥ガスノズル45のY軸方向における位置は、冷却ガスノズル46におけるY軸方向の中央(軸Ax)の位置に略一致する。この場合、X軸方向から見て、乾燥ガスノズル45からの乾燥ガスG2の表面Waの到達領域(到達位置)は、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の表面Waの到達領域ARの中央の位置に略一致する。なお、乾燥ガスノズル45のY軸方向における位置は、冷却ガスノズル46におけるY軸方向の中央(軸Ax)の位置と異なっていてもよい。この場合、X軸方向から見て、乾燥ガスノズル45からの乾燥ガスG2の表面Waの到達領域(到達位置)は、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の表面Waの到達領域ARの中央の位置からずれる。
冷却ガスノズル46の吐出口52から吐出される冷却ガスG1の流速が、乾燥ガスノズル45の吐出口45bから吐出される乾燥ガスG2の流速よりも小さくなるように、冷却ガスノズル46及び乾燥ガスノズル45が構成されていてもよい。例えば、冷却ガスノズル46と乾燥ガスノズル45とには略同一の流量(単位時間あたりの流量)のガスがそれぞれ供給され、吐出口52の開口面積が吐出口45bの開口面積よりも大きくなるように、冷却ガスノズル46と乾燥ガスノズル45とがそれぞれ構成されている。あるいは、供給機構41Aから冷却ガスノズル46に供給される冷却ガスG1の流量が、供給機構41Bから乾燥ガスノズル45に供給される乾燥ガスG2の流量よりも小さくなるように、供給機構41A,41Bが制御装置100によって制御される。
冷却ガスG1が吐出後に拡散しやすいように、冷却ガスノズル46と乾燥ガスノズル45とが配置されていてもよい。例えば、吐出口52が延びる方向から見て、冷却ガスG1の吐出方向に沿った(図5の仮想線IL1に沿った)吐出口52と表面Waとの距離が、乾燥ガスG2の吐出方向に沿った(図5の仮想線IL2に沿った)吐出口45bと表面Waとの距離よりも長くなるように、冷却ガスノズル46と乾燥ガスノズル45とが配置されていてもよい。目的が異なる2種類のガスノズルから略同一の流量(単位時間あたりの流量)でガスが供給される場合でも、当該2つのガスノズルの構成(配置)によって、表面Wa(より詳細には、表面Wa上の処理液の液面)に与えるガスによる圧力が、処理目的に応じた程度に調節されてもよい。具体的には、冷却ガスG1の供給の際には、ノズルと表面との距離を大きくすることで、ワークWの表面Waが露出しないように、処理液の液面を乱さない又は処理液を吹き飛ばさない程度に冷却ガスG1による圧力を弱めることができる。一方、乾燥ガスG2の供給の際には、ノズルと表面との距離を小さくすることで、ワークWの表面Waが露出した乾燥領域D(詳細は後述する。)を形成するように、処理液に流れを作る又は処理液を吹き飛ばす程度に乾燥ガスG2による圧力を強めることができる。
冷却ガスG1と乾燥ガスG2とに同じ種類のガスを用いる場合には、当該ガスの供給源を共用させてもよい。具体的には、1つのガスの供給源に接続される1つの流路が、2つの流路に分岐されていてもよい。当該2つの流路のそれぞれに制御装置100によって開閉状態の切替が可能なバルブが設けられおり、一方の流路が冷却ガスノズル46の吐出口52まで冷却ガスG1を導くガス流路42aに接続されており、他方の流路が乾燥ガスノズル45の吐出口45bまで乾燥ガスG2を導くガス流路42bに接続されていてもよい。
〔処理液ノズル〕
処理液ノズル47は、ワークWの表面Waに向けて処理液L2を吐出するように構成されている。処理液ノズル47は、例えば、表面Waの上方から、表面Waに対して鉛直とは異なる方向から処理液L2を吐出する。例えば、Y軸方向から見て、処理液ノズル47からの処理液L2の吐出方向が表面Waに対して傾いており、X軸方向から見て、当該吐出方向が表面Waに対して略垂直である。
図5に示される例では、処理液ノズル47は、ホルダ48を介して保持アーム44に接続されている。ホルダ48は、保持アーム44の鉛直部44bの側面に接続されており、表面Waに沿う方向に最も近い底面において処理液ノズル47を保持している。処理液ノズル47には、供給機構41Cから供給される処理液L2を流通させる処理液流路42cが接続されている。処理液流路42cは、例えば、保持アーム44の水平部44aの内部、保持アーム44の外部、及びホルダ48の内部に設けられていてもよい。保持アーム44の外部に処理液流路42cが設けられている場合、処理液流路42cを覆う被覆材等が設けられていてもよい。処理液ノズル47には、処理液L2の吐出方向に沿って延びる処理液流路47aが設けられる。処理液流路47aは、ホルダ48に設けられた処理液流路42cの端部から連続している。さらに、処理液ノズル47は、処理液流路47aを介して供給される処理液L2を表面Waに向けて吐出する吐出口47b(第3吐出口)を含む。吐出口47bは、例えば、処理液ノズル47の下端面に設けられており、その下端面において開口している。吐出口47bの形状(輪郭)は、処理液L2の吐出方向から見て円形であってもよい。
処理液ノズル47と冷却ガスノズル46とは、保持アーム44及びホルダ48を介して互いに接続されているので、保持アーム44が移動すると、処理液ノズル47と冷却ガスノズル46とが共に移動する。本実施形態では、乾燥ガスノズル45、冷却ガスノズル46、及び処理液ノズル47が、保持アーム44等を介して互いに接続されているので、保持アーム44の移動に伴って、これらの3つのノズルが共に移動する。図5に示されるように、X軸方向において、冷却ガスノズル46、乾燥ガスノズル45、及び処理液ノズル47が互いに異なる位置に配置されている。例えば、Y軸方向から見て、冷却ガスノズル46、乾燥ガスノズル45、及び処理液ノズル47がこの順に配置されている。
Y軸方向から見て、処理液ノズル47からの処理液L2のワークWの表面Waにおける到達位置と、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の表面Waにおける到達位置(到達領域AR)との間のX軸方向における距離が、処理液ノズル47の吐出口47bと冷却ガスノズル46の吐出口52との間のX軸方向における距離よりも小さくなるように、処理液ノズル47及び冷却ガスノズル46が構成されている。なお、処理液ノズル47と乾燥ガスノズル45との間においても、到達位置と吐出口とについて同様の関係が成立する。
一例では、Y軸方向から見て、処理液ノズル47からの処理液L2の吐出方向に延びる仮想線IL3と、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の吐出方向に延びる仮想線IL1とが、表面Waの近傍(例えば、表面Wa)において交差する。これにより、ノズルユニット43が定位置に位置する場合に、Y軸方向から見て、処理液ノズル47からの処理液L2の到達領域(到達位置)と、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の表面Waの到達領域ARとが互いに重なり得る。本実施形態では、Y軸方向から見て、上記仮想線IL1,IL3に加えて、乾燥ガスノズル45からの乾燥ガスG2の吐出方向に延びる仮想線IL2が、表面Wa上の一点において互いに交差するように、ノズルユニット43が構成されている。
Y軸方向から見て、処理液ノズル47からの処理液L2の吐出方向の表面Waに対する傾きが、乾燥ガスノズル45からの乾燥ガスG2の吐出方向の表面Waに対する傾きに比べて小さくなるように、乾燥ガスノズル45及び処理液ノズル47が構成されている。例えば、Y軸方向から見て、処理液L2の吐出方向に延びる仮想線IL3と表面Waとのなす角(90度以下のなす角)が、乾燥ガスG2の吐出方向に延びる仮想線IL2と表面Waのとのなす角(90度以下のなす角)よりも小さい。なお、乾燥ガスG2の吐出方向と冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の吐出方向との表面Waに対する傾きについても、同様の大小関係が成立する。
図6に示されるように、処理液ノズル47と乾燥ガスノズル45とは、Y軸方向において互いに略同一の位置に配置されていてもよい。X軸方向から見て、処理液ノズル47からの処理液L2の表面Waにおける到達領域(到達位置)と、乾燥ガスノズル45からの乾燥ガスG2の表面Waの到達領域(到達位置)とは、互いに略一致していてもよい。図6に示される例と異なり、処理液ノズル47と乾燥ガスノズル45とは、Y軸方向において互いに異なる位置に配置されていてもよい。X軸方向から見て、処理液ノズル47からの処理液L2の表面Waにおける到達領域(到達位置)と、乾燥ガスノズル45からの乾燥ガスG2の表面Waの到達領域(到達位置)とは、互いに異なっていてもよい。
X軸方向から見て、乾燥ガスノズル45と同様に、処理液ノズル47は、冷却ガスノズル46と重なるように配置されていてもよい。例えば、処理液ノズル47のY軸方向における位置は、冷却ガスノズル46におけるY軸方向の中央(軸Ax)の位置に略一致する。この場合、X軸方向から見て、処理液ノズル47からの処理液L2の表面Waにおける到達領域(到達位置)は、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の表面Waの到達領域ARの中央の位置に略一致する。なお、処理液ノズル47のY軸方向における位置が、冷却ガスノズル46におけるY軸方向の中央(軸Ax)の位置と異なっていてもよい。この場合、X軸方向から見て、処理液ノズル47からの処理液L2の表面Waにおける到達領域(到達位置)は、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の表面Waの到達領域ARの中央の位置からずれる。
乾燥ガスノズル45の吐出口45bと表面Waとの間のZ軸方向における距離(最短距離)は、処理液ノズル47の吐出口47bとの表面Waとの間のZ軸方向における距離(最短距離)よりも大きくてもよい。吐出口45bと表面Waとの間のZ軸方向における距離(最短距離)は、冷却ガスノズル46の吐出口52と表面Waとの間のZ軸方向における距離(最短距離)よりも大きくてもよい。以上の3つのノズルの配置関係は一例であって、3つのノズルはどのように配置されていてもよい。
〔駆動部〕
駆動部49は、制御装置100からの信号に基づいて、保持アーム44を高さ方向及び水平方向(ワークWの表面Waに沿う方向)において移動させるように構成されている。駆動部49は、例えば、上述したように保持アーム44の水平部44aの基端部に接続されている。駆動部49は、冷却ガスノズル46の吐出口52が延びる方向(Y軸方向)において保持アーム44を変位させるリニアアクチュエータと、Z軸方向において保持アーム44を変位させる昇降アクチュエータとを含んでいてもよい。なお、駆動部49は、X軸方向において保持アーム44を変位させるリニアアクチュエータを含んでいなくてもよい。
駆動部49による保持アーム44の変位に伴って、乾燥ガスノズル45、冷却ガスノズル46、及び処理液ノズル47が共に移動する。一例では、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の到達領域AR(到達予定の領域)が延びる方向が、基板保持部20に保持されているワークWの半径方向に沿うように、駆動部49は保持アーム44を水平に(Y軸方向に)変位させる。この場合、乾燥ガスノズル45からの冷却ガスG1の到達位置(到達予定の位置)及び処理液ノズル47からの処理液L2の到達位置(到達予定の位置)も、ワークWの半径方向において変位する。
<カバー部材>
図4に戻り、カバー部材70は、基板保持部20の周囲に設けられている。カバー部材70は、カップ本体71と、排液口72と、排気口73とを含む。カップ本体71は、ワークWの処理のためにワークWに供給された処理液L1,L2を受け止める集液容器として構成されている。排液口72は、カップ本体71の底部に設けられており、カップ本体71によって集められた排液を液処理ユニットU1の外部に排出するように構成されている。
排気口73は、カップ本体71の底部に設けられている。排気口73には、制御装置100からの信号に基づいて動作することにより、カップ本体71内の気体を排気するように構成された排気部V2が設けられている。そのため、ワークWの周囲を流れた下降流(ダウンブロー)は、排気口73及び排気部V2を通じて、液処理ユニットU1の外部に排出される。排気部V2は、例えば、開度に応じて排気量が調節可能なダンパであってもよい。排気部V2によってカップ本体71からの排気量を調節することにより、カップ本体71内の温度、圧力、湿度などを制御することができる。
ブロアBは、液処理ユニットU1において、基板保持部20及びカバー部材70の上方に配置されている。ブロアBは、制御装置100からの信号に基づいて、カバー部材70に向かう下降流を形成するように構成されている。ブロアBは、ワークWの液処理の間、下降流を常時形成するように制御されてもよい。
(制御装置)
制御装置100は、塗布現像装置2の要素を部分的又は全体的に制御するように構成されている。制御装置100は、少なくともノズルユニット43と基板保持部20とを含む液処理ユニットU1を制御する。制御装置100は、図10に示されるように、機能モジュールとして、読取部M1と、記憶部M2と、処理部M3と、指示部M4とを有する。これらの機能モジュールは、制御装置100の機能を便宜上複数のモジュールに区切ったものに過ぎず、制御装置100を構成するハードウェアがこのようなモジュールに分かれていることを必ずしも意味するものではない。各機能モジュールは、プログラムの実行により実現されるものに限られず、専用の電気回路(例えば論理回路)、又は、これを集積した集積回路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)により実現されるものであってもよい。
読取部M1は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体RMからプログラムを読み取るように構成されている。記録媒体RMは、塗布現像装置2の各部を動作させるためのプログラムを記録している。記録媒体RMは、例えば、半導体メモリ、光記録ディスク、磁気記録ディスク、又は光磁気記録ディスクであってもよい。
記憶部M2は、種々のデータを記憶するように構成されている。記憶部M2は、例えば、読取部M1において記録媒体RMから読み出したプログラム、外部入力装置(図示せず)を介してオペレータから入力された設定データなどを記憶してもよい。当該プログラムは、塗布現像装置2の各部を動作させるように構成されていてもよい。
処理部M3は、各種データを処理するように構成されている。処理部M3は、例えば、記憶部M2に記憶されている各種データに基づいて、液処理ユニットU1、熱処理ユニットU2などを動作させるための信号を生成してもよい。
指示部M4は、処理部M3において生成された動作信号を各種装置に送信するように構成されている。
制御装置100のハードウェアは、例えば一つ又は複数の制御用のコンピュータにより構成されていてもよい。制御装置100は、図11に示されるように、ハードウェア上の構成として回路C1を含む。回路C1は、電気回路要素(circuitry)で構成されていてもよい。回路C1は、プロセッサC2と、メモリC3と、ストレージC4と、ドライバC5と、入出力ポートC6とを含んでいてもよい。
プロセッサC2は、メモリC3及びストレージC4の少なくとも一方と協働してプログラムを実行し、入出力ポートC6を介した信号の入出力を実行することで、上述した各機能モジュールを構成する。メモリC3及びストレージC4は、記憶部M2として機能する。ドライバC5は、塗布現像装置2の各種装置をそれぞれ駆動する回路である。入出力ポートC6は、ドライバC5と塗布現像装置2の各種装置(例えば、液処理ユニットU1、熱処理ユニットU2など)との間で、信号の入出力を行う。
塗布現像装置2は、一つの制御装置100を備えていてもよいし、複数の制御装置100で構成されるコントローラ群(制御ユニット)を備えていてもよい。塗布現像装置2がコントローラ群を備えている場合には、上記の機能モジュールがそれぞれ、一つの制御装置100によって実現されていてもよいし、2個以上の制御装置100の組み合わせによって実現されていてもよい。制御装置100が複数のコンピュータ(回路C1)で構成されている場合には、上記の機能モジュールがそれぞれ、一つのコンピュータ(回路C1)によって実現されていてもよいし、2つ以上のコンピュータ(回路C1)の組み合わせによって実現されていてもよい。制御装置100は、複数のプロセッサC2を有していてもよい。この場合、上記の機能モジュールがそれぞれ、一つのプロセッサC2によって実現されていてもよいし、2つ以上のプロセッサC2の組み合わせによって実現されていてもよい。
[基板処理方法]
続いて、図12~図15を参照して、基板処理方法の一例として、ワークWの液処理方法について説明する。図12は、液処理方法の一例を示すフローチャートである。
まず、制御装置100は、塗布現像装置2の各部を制御して、処理モジュールPM1~PM3においてワークWを処理することにより、ワークWの表面Waにレジスト膜Rを塗布現像装置2に形成させる(ステップS11)。次に、制御装置100は、塗布現像装置2の各部を制御して、ワークWを処理モジュールPM3から露光装置3に搬送アームA7等により搬送させる。次に、制御装置100とは異なる別の制御装置が、露光装置3を制御して、ワークWの表面Waに形成されているレジスト膜Rを所定のパターンで露光装置3により露光させる(ステップS12)。
次に、制御装置100は、塗布現像装置2の各部を制御して、ワークWを露光装置3から処理モジュールPM4の液処理ユニットU1に搬送アームA5等により搬送させる。これにより、ワークWは表面Waが上方を向いた状態で基板保持部20に保持される。次に、制御装置100は、供給部30を制御して、ワークWの表面Wa、すなわちレジスト膜Rの上面に、処理液L1(現像液)を供給部30に供給させる(ステップS13)。
ステップS13において、制御装置100は、供給部30を制御して、回転していないワークWの上方においてノズル33を水平に移動させながら、ノズル33から処理液L1をワークWの表面Waに向けて供給部30に供給させてもよい。この場合、図13(a)に例示されるように、処理液L1は、ワークWの一端から他端へと順に供給される。あるいは、制御装置100は、基板保持部20及び供給部30を制御して、ワークWを基板保持部20により回転させつつ、ワークWの上方においてノズル33を水平に移動させながら、ノズル33から処理液L1をワークWの表面Waに向けて供給部30に供給させてもよい。この場合、処理液L1は、ワークWの中心から周縁にかけて、あるいは、ワークWの周縁から中心にかけて、螺旋状に供給される。ステップS13により、ワークWの表面Waのレジスト膜Rの上面全体を覆うように、処理液L1が滞留する状態が形成される。
次に、制御装置100は、ワークWの表面Waすなわち処理液L1の上面に、供給部40により、冷却ガスG1を冷却ガスノズル46の吐出口52から供給させる(ステップS14)。制御装置100は、ステップS14において、基板保持部20によりワークWを回転させつつ、冷却ガスG1を吐出口47bから表面Waに向けて冷却ガスノズル46により吐出させてもよい。このとき、ワークWの表面Wa上の処理液L1は、冷却ガスG1によって吹き飛ばされないほうがよい。すなわち、処理液L1が供給されている状態のワークWの表面Waが、冷却ガスG1の噴射によって露出しないほうがよい。処理液L1がワークWの表面Wa上に滞留した状態で冷却ガスG1を供給することで、冷却ガスG1の供給によるワークWの表面温度を調整しながら処理液L1による処理を継続することができる。より具体的には、ワークWの表面Waのうちの冷却ガスG1が供給される一部の領域の温度を調整することにより、ワークWの表面Waの温度分布が調整される。
冷却ガスG1は、図13(b)に示されるように、ワークWの表面Waのうち中央部を少なくとも含む領域に対して噴射される。例えば、図14に示されるように、制御装置100は、ノズルユニット43の駆動部49により、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の到達領域ARがワークWの半径方向に沿うと共に、到達領域ARの長手方向(吐出口52が延びる方向)における一端がワークWの中心CPに略一致するように、冷却ガスノズル46を配置させる。以下、上記のように配置される冷却ガスノズル46の位置を「吐出位置」と称する。制御装置100は、冷却ガスノズル46が上記吐出位置に配置された状態で、基板保持部20によりワークWを回転させる。そして、制御装置100は、基板保持部20によりワークWを回転させつつ、冷却ガスノズル46の吐出口52から冷却ガスG1が吐出されるように供給部40を制御する。
上記吐出位置の冷却ガスノズル46の吐出口52からの冷却ガスG1が、回転しているワークWに吐出されることで、冷却ガスG1の表面Waにおける到達領域ARが延びる方向が、ワークWの回転方向(図示の方向R1又は方向R2)に直交する。この際、上面視において(Z軸方向から見て)、吐出口52から到達領域ARに向かう方向が、ワークWの回転方向に対して順方向であってもよい(ワークWが方向R1に回転されてもよい)。上面視において、吐出口52から到達領域ARに向かう方向が、ワークWの回転方向に対して逆方向であってもよい(ワークWが方向R2に回転されてもよい)。
以上のように冷却ガスノズル46から冷却ガスG1が吐出されることで、到達領域ARの長手方向における幅と同程度の半径を有する範囲(図示の中央部CR)において表面Wa上に冷却ガスG1が供給される。なお、冷却ガスノズル46が吐出位置に配置された状態において、吐出口52からの冷却ガスG1の到達領域ARが延びる方向が、ワークWの回転方向に対して直交ではなく交差していればよい。すなわち、到達領域ARが延びる方向が、ワークWの半径方向に対して直交していなければよい。
冷却ガスG1の処理液L1への噴射は、レジスト膜Rの現像期間中、継続されてもよい。冷却ガスG1の処理液L1への噴射は、例えば、ワークWの表面Waに処理液L1が供給されてから、現像が完了するまで、あるいは、後続の処理が開始されるまで、継続されてもよい。ステップS14において、制御装置100は、排気部V2を制御して、カップ本体71内からの排気を停止した状態、あるいは、カップ本体71内から排気を継続した状態で、ワークWの表面Waへの冷却ガスG1の供給を行ってもよい。
次に、制御装置100は、基板保持部20及び供給部40を制御して、回転中のワークWの表面Waすなわち処理液L1の上面に、供給部40により、処理液L2(リンス液)を処理液ノズル47から供給させる(ステップS15)。これにより、図15(a)に示されるように、レジスト膜Rのうち処理液L1との反応で溶解したレジストの溶解物が、処理液L1と共に、処理液L2によってワークWの表面Waから洗い流される(排出される)。こうして、ワークWの表面WaにレジストパターンRPが形成される。
ステップS15における処理液L2の吐出開始前に、制御装置100は、駆動部49により、処理液ノズル47からの処理液L2の表面Waにおける到達領域がワークWの中心CPに位置するように処理液ノズル47(保持アーム44)を変位させる。本実施形態では、駆動部49は、ワークWの半径方向と交差する方向において変位させずに、ワークWの半径方向において処理液ノズル47を変位させる。ステップS15において、制御装置100は、排気部V2を制御して、カップ本体71内から排気を継続した状態で、ワークWの表面Waへの処理液L2の供給を供給部40に実行させてもよい。ステップS15におけるカップ本体71内からの排気量は、ステップS14におけるカップ本体71内からの排気量よりも大きくなるように設定されてもよい。
次に、制御装置100は、回転中のワークWの表面Wa、すなわち表面Waに残る処理液L2の上面に、供給部40により、乾燥ガスG2を乾燥ガスノズル45から供給させる(ステップS16)。ステップS16における乾燥ガスG2の吐出開始時点において、乾燥ガスG2の到達位置がワークWの中心CPに略一致するように、制御装置100は、駆動部49により保持アーム44を水平に(Y軸方向に)移動させてもよい。Y軸方向において、処理液ノズル47からの処理液L2の表面Waにおける到達位置と、乾燥ガスノズル45からの乾燥ガスG2の表面Waの到達位置とが互いに略一致している場合、保持アーム44の上記移動が省略されてもよい。上述した乾燥ガスノズル45と処理液ノズル47との配置関係の一例では、少なくともX軸方向において、乾燥ガスG2の上記到達位置と処理液L2の上記到達位置とが互いに略一致する(図5参照)。そのため、処理液L2の供給から乾燥ガスG2の供給への切り替えの度に、少なくともX軸方向において保持アーム44の位置を変更する必要がない。
ステップS16において、制御装置100は、駆動部49により、ワークWの上方においてワークWの中心から周縁へと乾燥ガスノズル45が移動するように、保持アーム44を水平に移動させてもよい。これにより、ワークWの略中央に存在する処理液L2が周囲に吹き飛ばされ且つ蒸発し、図15(b)に示されるように、ワークWの中央部に乾燥領域Dが形成される。ここで、乾燥領域Dは、処理液L2が蒸発することによりワークWの表面Waが露出した状態の領域をいうが、表面Wa上にごくわずかの(例えばマイクロオーダーの)液滴が付着している場合も含むものとする。この乾燥領域Dは、ワークWの回転により生ずる遠心力で、ワークWの中央部から周縁側に向けて拡がる。乾燥領域Dが形成された後は、乾燥ガスノズル45からの乾燥ガスG2の供給が停止されてもよい。
ステップS16において、制御装置100は、排気部V2を制御して、カップ本体71内から排気を継続した状態で、ワークWの表面Waへの乾燥ガスG2の供給を行ってもよい。ステップS16におけるカップ本体71内からの排気量は、ステップS14におけるカップ本体71内からの排気量よりも大きくなるように設定されてもよい。
乾燥ガスノズル45からの乾燥ガスG2の供給停止後において、ワークWの表面Wa上に残る処理液L2は、ワークWの回転により生ずる遠心力で、ワークWの中央部から周縁側に向けて拡がる。その後、ワークWの表面Wa上の処理液L2がワークWの周縁部から振り切られると、ワークWの乾燥が完了する。以上により、ワークWの液処理が終了する。
[実施形態の効果]
以上に説明したノズルユニット43では、冷却ガスノズル46の第1方向(Y軸方向)に延びる吐出口52から冷却ガスG1が放射状に吐出される。そのため、ワークWの表面Waのうちの吐出口52の第1方向の幅よりも長い到達領域ARに対して、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1が供給される。これにより、上記到達領域ARをワークWの中央部に合わせて冷却ガスG1を吐出することができ、その結果、現像処理の実行時において冷却ガスG1を供給することによって、冷却ガスG1が吐出された領域であるワークWの中央部が、周縁部よりも冷却される。したがって、ワークW面内における温度分布の均一性を向上させることが可能となる。
現像処理において、詳細には現像液をワークWの表面Waに供給した後に、リンス液を供給するまでの間において、冷却ガスG1を用いない場合、筐体内の排気等の影響により、ワークWの周縁部から放熱が促進されやすい。そのため、ワークWの面内に温度差が生ずることがあり、その結果、面内において現像速度が異なってしまい、ワークW面内におけるレジストパターンの線幅にばらつきが生じうる。これに対して、上記実施形態に係るノズルユニット43においては、冷却ガスG1が供給された部分の現像液上面近傍の雰囲気が置換されて他部分よりもその部分での現像液の気化が進むことによる気化熱で冷却が進むと考えられる。また、冷却ガスG1は、ある程度の圧力を持って冷却ガスノズル46から供給されるため、冷却ガスノズル46から吐出された後に膨張する。その結果、冷却ガスG1自体の温度が下がり(断熱膨張冷却)、ワークWの表面Waのうち冷却ガスG1が吐出された領域が冷却されると考えられる。このように、冷却ガスG1の供給によって、ワークWの表面Waを局所的に冷却できることを利用して、ワークW面内における温度分布の均一性を向上させることができる。そのため、ワークW面内におけるレジストパターンの線幅のばらつきを低下させることが可能となる。
以上の実施形態の一例では、吐出口52のうちの第1方向における両端部のそれぞれが第1方向から見て視認可能となるように、冷却ガスノズル46が構成されている。この場合、第1方向における吐出口52の長さの増大を抑制しつつ、ワークW上のより広い範囲に冷却ガスG1を吐出することができる。したがって、ノズルユニット43を簡素化することが可能となる。
以上の実施形態の一例では、吐出口52の開口縁を含む面(開口面)の第1方向における中央部分が、表面Waに向かって突出している。この場合、吐出口52の中央付近(軸Ax)と、吐出口52のY軸方向の両端部との間で、ガス流路51において開口面までの流路の長さの差が小さくなる。これにより、開口面内において吐出される冷却ガスG1の流速の均一性を向上させることができ、その結果、冷却ガスG1の表面Waにおける到達領域AR内において、冷却ガスG1による冷却の程度について均一化を図ることができる。したがって、ワークW面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能となる。例えば、図7に示される例では、正面から見た際の角部において流路が他の部分よりも長くなり、その角部での流速が弱まる場合がある。図8に示される例では、吐出口52の開口縁を含む面(開口面)が湾曲しており、正面から見た際に角部が存在しないので、流速が他の部分に比べて弱まるおそれがなく、流速の均一性を更に向上させることができる。
以上の実施形態に係るノズルユニット43は、表面Waに向けて乾燥ガスG2を吐出する吐出口45bを有する乾燥ガスノズル45と、表面Waに沿って、冷却ガスノズル46と乾燥ガスノズル45とを共に移動させる駆動部49とを更に備える。この場合、一の駆動部49によって2つのノズルを移動できるので、これらの2つのノズルを個別の駆動部で移動させる場合に比べて、駆動部49を含むノズルユニット43を簡素化することが可能となる。
以上の実施形態では、冷却ガスノズル46の吐出口52から吐出される冷却ガスG1の流速は、乾燥ガスノズル45の吐出口45bから吐出される乾燥ガスG2の流速よりも小さい。この場合、表面Wa上の液を吹き飛ばさない程度のガスが必要な処理と、表面Wa上の液を吹き飛ばす程度のガスが必要な処理とに、冷却ガスノズル46と乾燥ガスノズル45とを使用することが可能となる。
以上の実施形態に係るノズルユニット43は、表面Waに向けて処理液L2を吐出する吐出口47bを有する処理液ノズル47を更に備える。駆動部49は、冷却ガスノズル46、乾燥ガスノズル45、及び処理液ノズル47を共に移動させる。この場合、一の駆動部49によって3つのノズルを移動できるので、これらの3つのノズルを個別に移動させる駆動部を備える場合に比べて、ノズルユニット43を簡素化することが可能となる。
以上の実施形態では、第1方向に直交すると共に表面Waに沿う第2方向(X軸方向)において、冷却ガスノズル46と処理液ノズル47とは互いに異なる位置に配置されている。冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の表面Waにおける到達位置(到達領域AR)と、処理液ノズル47からの処理液L2の表面Waにおける到達位置との間の第2方向における距離が、冷却ガスノズル46の吐出口52と処理液ノズル47の吐出口47bとの間の第2方向における距離よりも小さくなるように、冷却ガスノズル46及び処理液ノズル47が構成されている。この場合、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1を使用した処理(ステップS14)と、処理液ノズル47からの処理液L2を用いた処理(ステップS15)との間の切り替え時間を短縮することが可能となる。
以上の実施形態では、第2方向において、乾燥ガスノズル45と処理液ノズル47とは互いに異なる位置に配置されている。第1方向から見て、処理液ノズル47からの処理液L2の吐出方向の表面Waに対する傾きが、乾燥ガスノズル45からの乾燥ガスG2の吐出方向の表面Waに対する傾きに比べて小さくなるように、乾燥ガスノズル45及び処理液ノズル47が構成されていてもよい。この場合、処理液ノズル47から表面Waに対して略垂直に処理液L2を吐出する場合に比べて、処理液ノズル47から吐出される処理液L2による表面Waにおける影響を、抑制することが可能となる。
以上の実施形態では、第2方向において、冷却ガスノズル46、乾燥ガスノズル45、及び処理液ノズル47がこの順で配置されている。この場合、乾燥ガスノズル45及び冷却ガスノズル46へのガスの供給路が短くなるようにノズルユニット43を構成することが可能となる。
以上の実施形態に係る塗布現像装置2は、ノズルユニット43と、表面Waが上方を向いた状態のワークWを保持して回転させる基板保持部20と、ノズルユニット43と基板保持部20とを制御する制御装置100と、を備える。制御装置100は、基板保持部20によりワークWを回転させた状態で、表面Waにおいて冷却ガスG1の到達領域ARが延びる方向がワークWの回転方向(方向R1,R2)に交差するように冷却ガスノズル46に冷却ガスG1を吐出させることで、冷却ガスノズル46により表面Waのうち中央部CRを含む領域にガスを供給させる。この場合、冷却ガスノズル46から吐出される冷却ガスG1を表面Waの中央部CRにおいて周方向に沿っても拡散されることができ、ワークWの周縁部に比べて中央部CRの温度を減少させることができる。したがって、ワークW面内において中央部と周縁部との温度差を小さくすることが可能となる。
以上の実施形態に係る液処理方法では、ガス(冷却ガスG1)を供給することによって、ガスが供給された領域では、ワークWが冷却される。ここで、ワークWの周方向と比べて半径方向へ拡散するようにガスを供給することで、周縁部よりも中央部が冷却される。したがって、ワークWの面内における温度分布の均一性を向上させることが可能となる。
以上の実施形態では、ワークW上に滞留する処理液L1へ向けてガスを供給する間は、ガスの供給による処理液L1の移動によってワークWの表面が露出しないように、ガスの流量及び流速が調整されてもよい。この場合、ガスがその衝撃によって処理液L1の膜を荒らすまたは崩すような液処理への悪影響が生じないように、薬液の温度感度(冷却感度)に合った適切なワークW上の一部の領域の冷却を行うことができる
図16及び図17を用いて、本実施形態の効果について更に説明する。図16(a)は、冷却ガスの供給を行わなかった場合、すなわち上述のステップS14(図12参照)が省略された場合でのワークWの表面Waにおける温度分布(面内温度分布)を示す図である。図16(a)に示される表面Waの各温度は、ステップS13の現像液の供給が終了した後、レジスト膜Rの現像が進行した所定時間経過後に測定された結果である。一方、図16(b)は、ステップS14の冷却ガスの供給を行った場合でのワークWの表面Waの面内温度分布を示す図である。図16(b)に示されるワークWの各温度は、ステップS14を行いつつ、ステップS13が終了してから上記と同じ所定時間が経過した後に、表面Waにおける温度が測定された結果である。
図16(a)及び図16(b)では、温度の大きさが色の濃さで示されており、色が濃い領域ほど、測定された温度が高いことを示している。図16(a)に示される結果から、冷却ガスを供給しなかった場合、ワークWの周縁部に比べて中央部の温度が高いことがわかる。一方、図16(b)に示される結果から、冷却ガスをワークWの中央部に供給することで、中央部の温度が周縁部と同程度まで低下し、中央部と周縁部との間の温度差が図16(a)に示される結果に比べて小さいことがわかる。
図17には、面内線幅分布のばらつき(標準偏差)の比較結果が示されている。図17では、冷却ガスを供給しなかった場合の上記標準偏差を100としたときの比較結果が示されており、冷却ガスを供給した場合には、標準偏差が71まで低下している。すなわち、冷却ガスを供給することで面内線幅分布の均一性が30%程度向上していることがわかる。
[変形例]
本明細書における開示はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特許請求の範囲及びその要旨を逸脱しない範囲において、以上の例に対して種々の省略、置換、変更などが行われてもよい。
(冷却ガスの供給方法について)
上記の一連の手順の説明では、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の供給については、種々の手法を採用できることについて説明した。ただし、冷却ガスG1の処理液L1への噴射のタイミングおよび手法を最適化することで、ワークWの表面Waにおける面内温度分布の均一性を向上させることができる。この結果、例えば、処理後(現像後)のワークWにおけるレジスト膜Rの線幅(CD)の均一性を向上させることができる。この点について説明する。
まず、冷却ガスG1の供給タイミングに係る検討を行った結果について説明する。図12でも説明したように、冷却ガスG1の供給は、ワークWの表面Wa(レジスト膜Rの上面)に、処理液L1(現像液)を供給部30に供給させた(ステップS13)後に行われる。また、冷却ガスG1の供給は、ワークWの表面Wa(処理液L1)の上面に、処理液L2(リンス液)を処理液ノズル47から供給させる(ステップS15)前に行われる。
制御装置100は、ワークWの表面Waへの処理液L1の供給(ステップS13)が終わった後から、処理液L2(リンス液)の供給(ステップS15)を開始するまでの間に、処理液L1がワークWの表面Waに滞留する時間を確保する。このワークWの表面Waへの処理液L1の供給(ステップS13)と処理液L2(リンス液)の供給(ステップS15)の間は、処理液L1がワークWの表面Waに滞留した状態を維持する時間帯であるので、この時間帯を「維持期間」ということとする。上記の維持期間には、冷却ガスG1の供給(ステップS14)を行うための時間が含まれる。冷却ガスG1の供給は、ワークWの表面Waへの処理液L1の供給(ステップS13)と処理液L2(リンス液)の供給(ステップS15)の間の維持期間全てにおいて行われる必要はなく、その一部においてのみ行われていてもよい。
維持期間のうちの一部において冷却ガスG1の供給を行う場合の一例として、維持期間のうち前半の期間は冷却ガスG1の供給は行わず、維持期間のうち後半の期間において冷却ガスG1の供給を行う構成としてもよい。すなわち、維持期間のうち前半の時間は、冷却ガスG1の供給を行わない期間(非供給期間)としてもよい。ここでの非供給時間とは、例えば、冷却ガスノズル46を含む液処理ユニットU1の各部の移動、ガスまたは処理液の流路に設けられるバルブの開閉等、通常の液処理に係る動作に由来して冷却ガスG1の供給が停止され得る期間よりも長い期間である。
このように後半の期間のみ冷却ガスG1の供給を行う構成とすることで、維持期間が経過する途中の段階でのワークWの表面Waにおける温度差を小さくすることができ、ワークW面内におけるレジストパターンの線幅の均一性を向上させることができる。この点について、図18及び図19を参照しながら説明する。
図18(a)及び図18(b)は、冷却ガスG1をワークWの表面Waに供給することによるワークWの表面Waの温度変化を測定したものである。図18(a)は、維持期間Tの全期間にわたって冷却ガスG1を供給した場合の結果を示している。また、図18(b)は、維持期間の前半の期間T1は冷却ガスG1を供給せず、後半の期間T2において冷却ガスG1を供給した場合の結果を示している。また、図18(a)、(b)のそれぞれでは、温度測定点のワークWの中心からの距離が0mm,9mm,37mm,74mm,110mm,147mmである測定点における温度変化の結果を示している。この評価に用いたワークWは、半径が147mmの円板状である。なお、図18(a)及び図18(b)では、冷却ガスG1を供給する冷却ガスノズル46の配置は同じ条件としている。具体的には、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の到達領域ARがワークWの半径方向に沿うと共に、到達領域ARの長手方向の中心が、ワークWの中心から50mm外方に移動した位置となるように冷却ガスノズル46を配置させる。到達領域ARの長手方向の中心とは、吐出口52が延びる方向における中心を指す。
図18(a)に示すように、維持期間Tの全期間で冷却ガスG1を供給した場合、冷却ガスG1の供給時からの時間経過(維持期間Tの開始時刻からの時間経過)に応じて測定地点間の温度差が大きくなっている。一方、図18(b)に示す結果によれば、維持期間の前半の期間T1及び後半の期間T2のいずれの期間においても、測定地点間の温度差が図18(a)に示す結果よりも小さくなっている。処理液L1を供給した後のワークWの表面Waにおいて、各時刻での各地点での温度差は、処理液L1による処理(例えば、処理液L1が現像液である場合には、現像液による現像)の進行に影響を与える場合がある。そのため、維持期間T中の各時刻における測定地点間の温度差は、ワークWの表面Waにおける処理液L1による処理の結果のばらつきと関連すると考えられる。このため、図18(b)に示すように、維持期間の一部において冷却ガスG1を供給する構成とすることで、ワークWの表面Waにおける処理の進捗のばらつきを抑制することができる。また、その結果、処理の結果のばらつきを抑制することができる。
なお、図19では、維持期間のうち前半の期間T1において冷却ガスG1の供給を行い、維持期間のうち後半の期間T2は冷却ガスG1の供給を行わない場合のワークWの表面Waの温度変化をシミュレーションした結果を示している。つまり、図18(b)で示した条件と比べて、冷却ガスG1を供給する期間及び供給しない期間を入れ替えたものである。また、図19では、ワークWの周縁部(Edge)と、中心(Center)と、のシミュレーション結果を示している。図19に示すように、維持期間のうち前半の期間T1において冷却ガスG1の供給を行った場合、維持期間が終了するまで(後半の期間T2が終了するまで)、冷却ガスG1の供給時からの時間経過に応じて測定地点間の温度差が大きくなった状態が維持される。この傾向は、維持期間Tの開始時刻からの時間経過に応じて測定地点間の温度差が大きくなっている図18(a)に示す結果と類似している。なお、後半の期間T2では温度差が小さくなっているが、図19に示すようにある程度の温度差が後半の期間T2の終盤まで維持されている。この点から、図18(b)に示す条件としたほうが、ワークWの表面Waにおける処理の進捗のばらつきを抑制することができる。
すなわち、維持期間の後半の期間T2に冷却ガスG1を供給し、前半の期間T1は冷却ガスG1を供給しない期間(非供給期間)とすることで、冷却ガスG1の供給によるワークWの表面Waにおける処理の結果のばらつきを抑制する効果が高められると考えられる。
図20は、処理液L1を現像液とした場合に、維持期間全体における冷却ガスG1を供給する期間の割合とワークW面内におけるレジストパターンの線幅のばらつきとの対応関係を評価した結果を示している。図20では、横軸の割合0%とは冷却ガスG1を供給していない結果を示していて、割合100%とは維持期間全体において冷却ガスG1を供給した結果を示している。また、0%と100%との間の横軸の各数字は、図18(b)に示す結果と同様に後半の期間T2に冷却ガスG1を供給するとした場合に、冷却ガスG1を供給する後半の期間T2を維持期間全体に対してどの程度変化させたかを示している。例えば、割合72%とは、維持期間全体のうち、前半の期間T1(非供給期間)の割合が28%であって、後半の期間T2の冷却ガスG1の供給期間の割合72%であるように冷却ガスG1の供給時間を制御したことを示している。また、縦軸の3sigmaとは、各条件におけるレジストパターンの線幅の測定結果のばらつきに係る3sigmaを示している。
また、図21は、図20に示す各条件のうち、割合45%、割合63%、割合81%の条件におけるワークWの表面Waにおける線幅(CD)の分布(面内線幅(CD)分布)を示す図(コンター図)である。図21(a)が割合45%での結果を示し、図21(b)が割合63%での結果を示し、図21(c)が割合81%での結果を示している。いずれも、冷却ガスG1の供給に係る維持期間が経過した後に測定された結果である。なお、図21についても図16と同様に線幅(CD)の大きさが色の濃さで示されており、色が濃い領域ほど、測定された線幅(CD)が大きいことを示している。
図20に示す結果では、割合36%~割合81%の結果は、いずれも3sigmaが同程度であり、線幅のばらつきは同程度であると推定される。一方、図21に示す結果によれば、3sigmaが同程度であったとしても、図21(a)(割合45%)及び図21(c)(割合81%)に示す結果によれば、ワークWの周縁部に比べて中央部の線幅が小さい(細い)ことがわかる。一方、図21(b)(割合63%)に示される結果では、ワークWの中央と周縁部との間で線幅の偏りが小さくなっていることが確認された。このように、3sigmaが同程度であっても、面内に線幅の偏りが生じる場合とそうでない場合が存在する。上記の図20に示すレジストパターンの線幅の3sigmaの結果と、ワークWの表面Waにおける面内の線幅(CD)の偏りを示す図21に示す結果と、の組み合わせから、冷却ガスG1を供給する際の最適時間を特定することができる。
図20,21によれば、例えば、維持期間のうち、後半の期間T2における冷却ガスG1の供給時間の割合を割合63%とした場合、割合45%,81%の場合と比較すると、レジストパターンの線幅のばらつきは同程度に小さくすることができる(図20)。一方、後半の期間T2における冷却ガスG1の供給時間の割合を63%にした場合、割合45%,81%の場合と比較して、面内の線幅の偏りを小さくすることができる。なお、この条件は、レジスト液、現像液の種類、レジストパターンの大きさ、冷却ガスG1の供給量(速度)等によっても大きく変わることが考えられる。したがって、製造条件の変更に応じて冷却ガスG1を供給するタイミングの調整等を行うことによって、製造条件に応じたレジストパターンの線幅のばらつきをより抑制することが可能な冷却ガスG1の供給条件を特定することができる。
図22は、冷却ガスG1の供給位置を変更した場合にレジストパターンの線幅のばらつきがどの程度変化するかを評価した結果を示している。図22(a)及び図22(b)は、いずれもワークWの表面Waに対する冷却ガスノズル46以外は同じ条件で処理を行った場合の結果を示している。いずれにおいても、冷却ガスノズル46からの冷却ガスG1の到達領域ARがワークWの半径方向に沿うように冷却ガスノズル46を配置した。さらに、到達領域ARの長手方向(吐出口52が延びる方向)の中心が、ワークWの中心からそれぞれ30mm、50mm、70mm、90mm、100mm、110mm外方に移動した位置となるように冷却ガスノズル46を配置した。なお、冷却ガスノズル46による到達領域ARの長手方向の長さは80mm程度であり、ワークWの半径は147mmである。したがって、「中心から30mm」の場合には、到達領域ARがワークWの中心と重なっている状態となっている。図22におる横軸は上記の「中心からの距離」を示している。また、縦軸の3sigmaとは、各条件におけるレジストパターンの線幅の測定結果のばらつきに係る3sigmaを示している。なお、図22(a)及び図22(b)は、互いに異なるタイミングで評価を行った結果を示している。そのため、図22(a)及び図22(b)の両方に「90mm」の結果が含まれているが、縦軸の3sigmaの結果が変化している。
図22(a)に示す結果によれば、中心からの距離が大きくなるにつれて3sigmaが小さくなっているため、冷却ガスノズル46を中心から外方へ移動させることによって、ワークWのレジストパターンの線幅のばらつきが小さくなっている。一方、図22(b)に示す結果によれば、冷却ガスノズル46の中心からの距離が100mmである場合にワークWのレジストパターンの線幅のばらつきが小さくなっている。このことから、冷却ガスノズル46の中心からの距離が100mmとなるように冷却ガスノズル46を配置することで、レジストパターンの線幅のばらつきを抑制することができる。なお、この条件についても、レジスト液、現像液の種類、レジストパターンの大きさ、冷却ガスG1の供給量(速度)等によっても大きく変わることが考えられる。したがって、製造条件の変更に応じて冷却ガスG1を供給する冷却ガスノズル46の位置の調整を行うことによって、製造条件に応じたレジストパターンの線幅のばらつきを抑制することが可能な冷却ガスG1の供給条件を特定することができる。
以上の変形例のように、ワークW上に処理液L1が滞留した状態をワークW上の全体(概ね全体)に形成してから、基板上から処理液の排除を開始するまでの維持期間Tにおいて、ガスを供給しない非供給期間が含まれてもよい。この場合、維持期間Tのうちガスを供給しない非供給期間を設けることで、ガスによるワークWの冷却状況を調整することができる。したがって、面内における温度分布の均一性を向上させることが可能となる。
また、非供給期間は、維持期間のうちの前半に設けられてもよい。維持期間Tのうちの前半に非供給期間を設けることで、維持期間全体にわたってワークWの面内における温度分布の均一性を向上させることが可能となる。なお、非供給期間よりも前にもガスを供給する期間を設けてもよい。このように、維持期間のうちどの期間を非供給期間とするかは特に限定されず、適宜変更することができる。
また、ワークWを回転しながらガスの供給を行い、ガスを、ワークW上において基板の中心を含まない領域に到達するように供給してもよい。上記で説明したように、ワークWを回転しながらガスを供給する場合、ワークWの中心にガスが到達するように冷却ガスノズル46を配置すると、ワークWの中心と周縁部側との間で、ガスの供給量に差が生じ得る。このため、中心にガスが到達しないように供給位置を調節することで、ガスによる冷却をより均一に行うことができる。
(他の変形例について)
次に、冷却ガスG1の供給条件以外の変形例について説明する。上述した例のノズルユニット43では、乾燥ガスノズル45、冷却ガスノズル46、及び処理液ノズル47が互いに接続され、一つの駆動部49によって共に移動するが、ノズルユニット43は、いずれか2つのノズルを移動させる駆動部と、残りの1つのノズルを移動させる駆動部とを有してもよい。この場合、一の駆動部によって移動する2つのノズルが互いに接続され、他の駆動部によって移動する1つのノズルが上記2つのノズルと接続されていなくてもよい。あるいは、ノズルユニット43は、これらの3つのノズルを個別に移動させる3つの駆動部を有してもよく、これらの3つのノズルが互いに接続されていなくてもよい。なお、ノズルユニット43は、乾燥ガスノズル45と処理液ノズル47との少なくとも一方を有していなくてもよい。
上述した例のノズルユニット43では、Y軸方向(吐出口52が延びる方向)から見て、乾燥ガスノズル45、冷却ガスノズル46、及び処理液ノズル47からのガス又は処理液の表面Waにおける到達位置が互いに略一致するが、到達位置の互いに関係はこれに限られない。これらの3つのノズルのうちのいずれか2つのノズルによるガス等の到達位置が互いに略一致し、他の1つのノズルによるガス等の到達位置が上記2つのノズルによる到達位置と異なっていてもよい。3つのノズルによるガス等の到達位置が互いに異なっていてもよい。これらの到達位置に応じて、3つのノズルの吐出口からのガス等の吐出方向が上述の例とは異なる方向であってもよい。
X軸方向における乾燥ガスノズル45、冷却ガスノズル46、及び処理液ノズル47の配置(順序)は上述の例に限られず、これらの3つのノズルがいずれの順序で配置されていてもよい。これらの3つのノズルの吐出口の高さ関係は上述の例に限られず、いずれのノズルの吐出口が他の2つのノズルの吐出口よりも高くてもよく、いずれか2つのノズルの高さ位置が互いに略一致していてもよく、3つのノズルの吐出口の高さ位置が互いに略一致していてもよい。
現像処理以外の液処理を行う液処理ユニットU1が、上述と同様のノズルユニット43を有していてもよい。塗布現像装置2(基板処理システム1)は、上述の例に限られず、少なくとも、一方向に沿って延びる吐出口を含み且つガスを放射状に吐出するガスノズルを有するノズルユニットを備えていれば、どのように構成されていてもよい。
2…塗布現像装置、U1…液処理ユニット、20…基板保持部、43…ノズルユニット、45…乾燥ガスノズル、45b…吐出口、46…冷却ガスノズル、47…処理液ノズル、47b…吐出口、49…駆動部、52…吐出口、56…吐出流路、100…制御装置、W…ワーク、Wa…表面。

Claims (15)

  1. 溶液を用いた液処理を基板に対して施す液処理装置用のノズルユニットであって、
    ガスを流通させる吐出流路と、前記吐出流路を流れる前記ガスを前記基板の表面に向けて吐出する吐出口とを有するガスノズルを備え、
    前記吐出口は、前記表面に沿った第1方向に延びるように形成されており、
    前記吐出口からの前記ガスが放射状に吐出されるように、前記吐出流路の前記第1方向における幅が前記吐出口に近づくにつれて大きくなる、ノズルユニット。
  2. 前記吐出口のうちの前記第1方向における両端部のそれぞれが前記第1方向から見て視認可能となるように、前記ガスノズルが構成されている、請求項1に記載のノズルユニット。
  3. 前記吐出口の開口縁を含む面の前記第1方向における中央部分が、前記表面に向かって突出している、請求項2に記載のノズルユニット。
  4. 前記表面に向けて第2ガスを吐出する第2吐出口を有する第2ガスノズルと、
    前記表面に沿って、前記ガスノズルと前記第2ガスノズルとを共に移動させる駆動部とを更に備える、請求項1~3のいずれか一項に記載のノズルユニット。
  5. 前記吐出口から吐出される前記ガスの流速は、前記第2吐出口から吐出される前記第2ガスの流速よりも小さい、請求項4に記載のノズルユニット。
  6. 前記表面に向けて処理液を吐出する第3吐出口を有する処理液ノズルを更に備え、
    前記駆動部は、前記ガスノズル、前記第2ガスノズル、及び前記処理液ノズルを共に移動させる、請求項4又は5に記載のノズルユニット。
  7. 前記第1方向に直交すると共に前記表面に沿う第2方向において、前記ガスノズルと前記処理液ノズルとは互いに異なる位置に配置されており、
    前記ガスノズルからの前記ガスの前記表面における到達位置と、前記処理液ノズルからの前記処理液の前記表面における到達位置との間の前記第2方向における距離が、前記吐出口と前記第3吐出口との間の前記第2方向における距離よりも小さくなるように、前記ガスノズル及び前記処理液ノズルが構成されている、請求項6に記載のノズルユニット。
  8. 前記第2方向において、前記第2ガスノズルと前記処理液ノズルとは互いに異なる位置に配置されており、
    前記第1方向から見て、前記処理液ノズルからの前記処理液の吐出方向の前記表面に対する傾きが、前記第2ガスノズルからの前記第2ガスの吐出方向の前記表面に対する傾きに比べて小さくなるように、前記第2ガスノズル及び前記処理液ノズルが構成されている、請求項7に記載のノズルユニット。
  9. 前記第2方向において、前記ガスノズル、前記第2ガスノズル、及び前記処理液ノズルがこの順で配置されている、請求項7又は8に記載のノズルユニット。
  10. 請求項1~9のいずれか一項に記載のノズルユニットと、
    前記表面が上方を向いた状態の前記基板を保持して回転させる基板保持ユニットと、
    前記ノズルユニットと前記基板保持ユニットとを制御する制御ユニットとを備え、
    前記制御ユニットは、前記基板保持ユニットにより前記基板を回転させた状態で、前記表面において前記ガスの到達領域が延びる方向が前記基板の回転方向に交差するように前記ガスノズルに前記ガスを吐出させることで、当該ガスノズルにより前記表面のうち中央部を含む領域に前記ガスを供給させる、液処理装置。
  11. 基板上に処理液が滞留した状態を維持しながら、前記基板上に滞留する前記処理液の上面のうち少なくとも周縁部より内側の領域に対して、前記基板の周方向と比べて半径方向へ拡散するように、前記処理液の上方からガスを供給する、液処理方法であって、
    前記ガスの供給を、前記基板を回転しながら行う、液処理方法。
  12. 前記基板上に滞留する前記処理液へ向けて前記ガスを供給する間は、前記ガスの供給による前記処理液の移動によって前記基板の表面が露出しないように、前記ガスの流量及び流速が調整される、請求項11に記載の液処理方法。
  13. 前記基板上に処理液が滞留した状態を前記基板上の全体において形成してから、前記基板上から前記処理液の排除を開始するまでの維持期間において、前記ガスを供給しない非供給期間が含まれる、請求項11または12に記載の液処理方法。
  14. 前記非供給期間は、前記維持期間のうちの前半に設けられる、請求項13に記載の液処理方法。
  15. 前記ガスを、前記基板上において前記基板の中心を含まない領域に到達するように供給する、請求項11~14のいずれか一項に記載の液処理方法。
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