JP2000301046A - 枚葉化学処理装置と基板の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一カップ状容器内で薬液処理と水洗処理と
を行うスピン処理装置では薬液と処理水との効率的な分
離が困難である。 【解決手段】 底部に排液口５１と、基板４０の大きさ
よりも大きくカップ状容器２８の内径よりも小さい上部
開口部とを有し、内側５０ｂまたは外側５０ａの何れか
一方が昇降する二重円筒５０をカップ状容器の底部に配
置し、二重円筒の内側または外側の何れか一方を基板チ
ック２６よりも高くまたは低く位置させることで排液空
間を二分し、各空間毎に処理を専用化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路およ
び液晶デバイスなどの製造工程において用いられる化学
処理装置、とりわけ枚葉処理の化学処理装置と基板の処
理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように半導体集積回路および液晶
デバイスなどの微細加工においては多数回の食刻・洗浄
工程が必要である。洗浄工程の実施の形態としては以下
に述べるようなものがあり、実に多種多様である。

【０００３】先ず第１の例としては写真食刻工程におけ
る感光性樹脂（レジスト）を塗布する前の洗浄があり、
これは微細な感光性樹脂パターンの形成に障害となる大
小の付着したパーティクルやダスト、異物の除去が主目
的である。

【０００４】次に第２の例としては製膜工程における製
膜前の製膜前洗浄があり、これはピンホールや膜剥がれ
のない製膜の障害となる大小の付着したパーティクルや
ダスト、異物の除去に加えて膜の密着性を強化するため
の表面改質と、多層配線構造において上下の導電性パタ
ーン間に接触（コンタクト）不良が生じないように下地
の導電層表面の酸化膜を除去するための表面処理などの
複数の目的を有している。

【０００５】そして第３の例としては食刻後および感光
性樹脂の剥離後の洗浄があり、これは主としてこれらの
処理に使用した薬液と剥離液中に残存する未分解の、ま
たは水洗時に析出する感光性樹脂の除去を目的としてい
る。

【０００６】上記した食刻・洗浄工程においては、何れ
も洗浄の最終工程では純水を用いて単結晶シリコンやガ
ラス等の基板を洗浄し、付着している薬液やダスト、異
物を除去するのが一般的であり、写真食刻工程の現像プ
ロセスや食刻プロセスにおいては純水を基板上にシャワ
ー状またはスプレイ状に吹き付けるようにして一枚ずつ
連続的に処理する製造装置が量産工場では多用されてい
る。

【０００７】図４は従来の枚葉化学処理装置の基本構成
図を示す。食刻・洗浄装置としての構成では、処理室
（薬液）１と水洗室２および乾燥室３とが最低限の構成
要素である。薬液処理時間が長くなる場合には処理室１
を２段にして長くしたり、処理液の水洗室２への持出し
量を低下させるために処理室１と水洗室２との間に液切
り室などの緩衝室を設けたり、同じく処理液の装置外へ
の拡散を防止するために処理室１の上流側に緩衝室を配
置するなどの設計的手法が加味されることは公知であ
る。

【０００８】以下に簡単に装置の構成内容を説明する
と、薬液循環ポンプ（Ｐ）４、薬液中のダストまたはパ
ーティクルを除去するためのフィルタ（Ｆ）５および流
量調整用のバルブ６よりなる供給配管７とよりなる配管
系と、薬液を噴射するノズル８、処理室１、この処理室
1の底部に設けられた薬液回収配管９および薬液循環タ
ンク１０とで閉ループを構成し、薬液１１を循環使用す
る構成が代表的である。薬液の循環によるダスト除去を
優先する場合には、薬液循環ポンプ４、フィルタ５およ
び薬液循環タンク１０とで循環系統を独立させることも
多い。

【０００９】ストップバルブ１２を有する薬液供給配管
１３は薬液循環タンク１０に新規な薬液１１を供給する
ための配管系であり、図示はしないが例えば別の場所に
設置された供給タンクからＮ₂（窒素）加圧で圧送によ
って新規な薬液１１が薬液循環タンク１０に供給され
る。同じくストップバルブ１４を有する薬液廃棄配管１
５は使用済みの薬液１１を外部に廃棄するための配管系
であり、図示はしないが屋外に設置された廃液タンクな
どに移し替えてから産業廃棄物として処理するなどの手
続きがなされる。

【００１０】水洗室２では基板に付着している薬液１１
を洗い流すために一般的には適度な純度の純水が必要で
あるので、流量調整用バルブ１６を有する純水供給配管
１７が設けられ、この配管の先端部には純水を噴射する
ノズル１８が配置される。水洗室２の底部に設けられた
処理水回収配管１９は基板を水洗した処理水の排水管で
あり、純水洗浄の初期にはある程度の薬液が排水中に含
まれるので、公害対策のための適切な処理を施されてか
ら工場排水として廃棄されることも多い。

【００１１】水洗室２を２段構成とし、第１の水洗室は
上記したように処理し、第２の水洗室の処理水は比較的
汚れが少ないので回収して再び他の目的の純水源とし
て、あるいは純水製造装置の原水として使用するなどの
省資源・省エネルギの取組も最近では定着しつつある。

【００１２】水洗時にただ単純に基板に純水を噴射する
だけではなく、噴射する純水に超音波を重畳したり、高
圧の噴射ジェットにしたりして物理的な力で基板に付着
した異物やパーティクルの除去能力を高めることも最新
の洗浄機では標準的なものとなりつつある。

【００１３】乾燥室３では水洗後の濡れた基板を乾燥す
るために、圧力計２０と流量調整用バルブ２１を有する
ドライエアまたは窒素ガスなどの乾燥ガス供給配管２２
が設けられ、この乾燥ガス供給配管２２の先端部には上
記乾燥ガスを基板上にシート状に噴射する乾燥ノズル２
３が配置される。そして排水管２４は乾燥室３内で乾燥
ノズル２３によって凝集した水を廃棄する。このように
乾燥したガスを基板に吹き付けて乾燥する方式は別名エ
アナイフとも呼ばれる。

【００１４】純水噴射ノズル１８および乾燥ノズル２３
は基板裏面の汚れ除去のため基板上のみならず基板下か
らも噴射するのが効率的であり、かつ一般的である。な
お、水平破線２５は基板の搬送ラインで、基板の搬送機
構、処理室１と水洗室２との間に設置されるゲートバル
ブあるいはエアカーテンなどの排気干渉防止機構、さら
には各室内の雰囲気を排気する排気管は図面上では省略
してある。また水洗後の濡れた基板を乾燥させるには、
エアナイフ以外にもＩＰＡなどの速乾性有機溶剤を用い
た置換型乾燥、あるいは基板を高速で回転させて乾燥す
るスピン乾燥もあるが、ここでは説明を省略する。

【００１５】上記した設備構成は処理装置が長くなるこ
とと、基板の乾燥時に大量の乾燥ガスを消費する欠点が
あり、かつエアナイフで飛散した水滴が基板上に跳ね返
ってきて付着し、いわゆるアォータ・マークとして膜剥
がれやコンタクト不良など品質上あるいは歩留まり上の
不良の原因となりやすい。また筋状の乾燥斑も発生し易
い。

【００１６】そのような場合には乾燥手段として図５に
示したようなスピン型の化学処理装置がある。これは概
略構成図を示し、まず、基板４０を高速回転させながら
乾燥させるスピン乾燥が用いられる。２６は基板４０を
保持する基板チャックで一般的には真空吸着で保持され
るが、基板４０の裏面も洗浄したい場合には基板チャッ
ク２６を円盤状ではなく格子状に構成し、かつ基板チャ
ック外周に止めピンを配置して基板が飛んでいかないよ
うにしている。２７は、基板チャック２６を支持、回転
させるためのシャフトであり、２９は処理室となるカッ
プ状容器２８とシャフト２７とをシールする機構であ
る。

【００１７】薬液を用いた処理を行うためには薬液を基
板４０に滴下または噴射する手段があれば良く、薬液噴
射ノズル８はここでは第１の薬液を噴射または滴下する
ノズルであり、純水噴射ノズル１８はここでは第２の薬
液または純水を噴射もしくは滴下するノズルである。ま
た図示はしないが、カップ状容器２８で上部には基板４
０の搬入・搬出のための大きな開口部が設けられ、処理
中に発生する薬液あるいは洗浄水のミストを排出するた
めの排気口も設けられ、さらに薬液あるいは洗浄水ミス
トの装置外への飛散を防止するためにカップ状容器２８
に蓋を併用することも多い。同じく図示はしないが基板
を高速回転するに当り、乾燥時間を短縮するために基板
に乾燥ガスを吹き付けるノズルが設けられる。

【００１８】カップ状容器２８内の薬液あるいは洗浄水
のミストを排気する方法には、排液管３０に枝管３１を
付加し、枝管３１を排気系統に接続する方法も可能であ
る。枝管３１内に配置された３２はミスト・トラップま
たはミスト・セパレータで排気系統に大量のミストが流
れ込むのを阻止している。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述したようなスピン
型の化学処理装置を用いて薬液処理と水洗・乾燥処理と
を一つの装置で実行することも可能であり、事実、写真
食刻工程では現像、リンス、乾燥と三つの機能を共有す
る装置が既に量産工場で稼動している。ただし、ブタジ
エン系ゴム樹脂を主成分とするネガ型感光性樹脂（レジ
スト）のように現像液（キシレン）もリンス液（酢酸ブ
チル）も有機溶剤で、基板１枚毎に使用済みの２種類の
薬液を混合して回収してもよい場合には特に問題とはな
らないが、ノボラック樹脂を主成分とするポジ型感光性
樹脂（レジスト）のように、現像液がＴＭＡＨ水溶液で
リンス液が純水の場合には、現像液と処理水とを効率的
に分離して回収しようとすると解決は容易でない。

【００２０】使用済みの現像液とリンスで用いた処理水
とを分離しようとすると、カップ状容器２８からの排液
管３０に切替バルブ３３を設けて適切なタイミングで薬
液回収配管９または処理水回収配管１９に切り換えるし
か方法がないが、現像液の供給停止後に現像液を十分に
回収できる程時間をおいて純水を供給することは現像反
応が進行することからできず、数秒以内に純水を供給せ
ざるを得ない。

【００２１】このため現像液と純水の混同は避け難く、
薄まった現像液が所定の使用量よりも多く回収される
か、かなりの現像液が混入した処理水が回収されるか、
何れかの選択を迫られ、現像液の廃棄コストまたは処理
水の産業廃棄物としての処理コストが増加する事態は免
れない。現像液以外の薬品を用いた食刻装置または洗浄
装置においても全く同様のことが言える。

【００２２】本発明は上述した問題点に鑑みなされたも
ので、スピン処理型の化学処理装置において第１の薬液
と第２の薬液または純水とを効率的に分離、回収するこ
とができる枚葉化学処理装置と基板の処理方法を提供す
ることを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、底部に排液口と、基板の大きさよりも大き
くカップ状容器の内径よりも小さい上部開口部とを有
し、内側または外側の何れか一方が昇降する二重円筒と
をカップ状容器の底部に配置している。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の枚葉化学処理装置は、底
部に排液口と、基板の大きさよりも大きくカップ状容器
の内径よりも小さい上部開口部とを有し、内側または外
側の何れか一方が昇降する二重円筒を前記カップ状容器
の底部に配置したことを特徴とする。この構成により二
重円筒の内側または外側の何れか一方を基板チャックの
高さよりも高くあるいは低く位置させることにより、二
分されたカップ状容器内の各処理室毎に排液管を接続
し、２つの排液空間が形成される。これによって第１の
薬液処理時の排液系統と第２の薬液または純水処理時の
排液系統との分離が図られ、効率的な排液回収が可能と
なる。

【００２５】そして枚葉化学処理装置は、二重円筒の上
部開口部よりも小さい仕切り蓋を基板チャック下に有す
る構成により、排液空間の干渉が抑制され、第１の薬液
が基板の乾燥時の雰囲気に混入する恐れは低減する。

【００２６】また、本発明の基板の処理方法は、底部に
排液口と、基板の大きさよりも大きくカップ状容器の内
径よりも小さい上部開口部とを有し、内側または外側の
何れか一方が昇降する二重円筒の内側または外側の何れ
か一方を基板チャックよりも高く上昇させ、前記基板チ
ャックを停止または低速回転させながら第１の薬液を滴
下または噴射して処理した後、前記基板チャックの回転
数を上げて基板上の第１の薬液を飛散させて第１の薬液
処理を終了し、引き続き前記二重円筒の内側または外側
の何れか一方を基板チャックよりも低く下降させ、基板
チャックを中速回転させながら第２の薬液または純水を
滴下あるいは噴射して処理することを特徴とする。

【００２７】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における枚葉化学処理装置の構成図である。図１に
おいて、従来の図４と図５に示す枚葉化学処理装置と同
じ機能を有する部位および手段については同じ符号を付
すことにより詳細な説明は省略する。

【００２８】まず、本発明の実施の形態１の特徴とし
て、従来のスピン型の化学処理装置（図５）との差違
は、底部に排液口５１を有し、基板４０の外径よりも大
きくカップ状容器２８の内径よりも小さい上部開口部を
有する二重円筒５０と、この二重円筒５０の外側５０ａ
または内側５０ｂの何れか一方を昇降させて二重円筒の
上部開口部を基板チャック２６よりも高い位置と低い位
置とで静止させる昇降機構（図示せず）を付加した点
と、第１の薬液に対応した薬液回収配管９と第２の薬液
または純水に対応した処理水処理回収配管１９が夫々専
用に設けられている点である。

【００２９】このためにはカップ状容器２８の底部で排
液口５１と、薬液回収配管９、処理水回収配管１９は夫
々二重円筒５０の内側と外側とに位置する必要がある。
また、薬液回収配管９にも処理水回収配管１９の枝管３
１，ミスト・トラップ３２に相当する３１´，３２´を
有する。ここで、図１と図２は夫々二重円筒５０の内側
を基板チャック２６よりも高い位置(図１)と低い位置
(図２)とで静止させた状態の枚葉化学処理装置を示す。

【００３０】本発明の基板の処理方法を以下に述べる。
図１で二重円筒５０の内側５０ｂは基板チャック２６よ
りも高い位置で静止している。図示はしないが基板４０
はカップ状容器２８外の所定の停止位置から基板チャッ
ク２６上に適切な搬送機構で搬送される。ここでは基板
チャック２６は真空吸着で基板４０を保持するものとす
る。基板４０の上方の中央部に第１の薬液噴射ノズル８
を移動させるか、あるいは適切な噴射角(破線図示)を与
えて図示したように固定位置から第１の薬液を所定の量
もしくは所定の時間、滴下または噴射して薬液処理を行
う。

【００３１】一般的な食刻の場合には反応（処理）の均
一性を高めるために基板チャック２６に数ｒｐｍ〜数十
ｒｐｍの回転を与えるが、写真食刻の場合には静止させ
て薬液処理を行うことも多い（パドル現像）。そこで基
板チャック２６を停止または数十ｒｐｍ以下の回転数で
回転しながら、第1の薬液を第1の供給配管７から供給
し、第１の薬液噴射ノズル８より基板４０に噴射または
滴下して薬液処理を行う。基板チャック２６が停止また
は低速回転しているので基板４０上の薬液は基板４０よ
り溢れるように外周方向（ａ矢印）に流出し、二重円筒
５０の上部開口部内へ落ち込み、カップ状容器２８の底
部に設けられた排液口５１を経て第１の薬液回収配管９
に流れ込む。

【００３２】薬液処理終了後に基板チャック２６に数秒
間、数百ｒｐｍの回転を与えて処理済みの第１の薬液を
基板４０が乾燥しない程度に軽く飛散させる。すると遠
心力で外周方向（ａ矢印）に飛散した薬液は二重円筒５
０の内側に到達して内壁を伝って下方に流れて同じく第
１の薬液回収配管９に流れ込む。

【００３３】第１の薬液処理終了後に、図２に示したよ
うに二重円筒５０の上部開口部が基板チャック２６より
も低い位置にくるように二重円筒５０の内側５０ｂを降
下させて静止する。そして基板チャック２６を数十ｒｐ
ｍ〜数百ｒｐｍで回転させながら第２の薬液または純水
を純水供給配管１７から供給し、純水噴射ノズル１８よ
り基板４０上に滴下または噴射（破線図示）すると、基
板４０が中速回転しているために遠心力で外周方向（ｂ
矢印）に飛散した第２の薬液または純水はカップ状容器
２８の内壁に到達して内壁を伝って下方に流れてカップ
状容器２８の底部に設けられた処理水回収配管１９に流
れ込む。

【００３４】こうして基板４０を回転させながら第２の
薬液処理または水洗処理を所定の時間行い、第２の薬液
または純水の吐出を停止した後、数百ｒｐｍ〜数千ｒｐ
ｍで基板チャック２６を高速回転して基板４０の乾燥を
行うが、この時も遠心力で外周方向に飛散した第２の薬
液または純水はカップ状容器２８の内壁に到達して内壁
を伝って下方に流れてカップ状容器２８の底部に設けら
れた処理水回収配管１９に流れ込む。このように第１と
第２の薬液または純水は夫々専用の排液回収配管に効率
的に回収され、両者が混同することはない。

【００３５】基板４０の高速回転による乾燥時、乾燥時
間を短縮するために乾燥した空気や窒素ガスあるいはそ
れらの熱したものなどの乾燥ガスを吹き付けるノズルを
設置することも多いが、ここでは省略する。

【００３６】ところが先述したように基板４０の乾燥時
には基板４０が高速回転しているので、カップ状容器２
８内の気流が大きく乱れて二重円筒５０と基板４０とで
構成される空間内の雰囲気が乾燥雰囲気に混入する恐れ
は低くない。第２の薬液または純水による処理中に排液
口５１から回収し切れずに残存している第１の薬液が上
記空間内でカップ状容器２８底部には必ず存在している
ので薬液ミストとして乾燥雰囲気に混入することは原理
的に避け難いので、これを解決する必要がある。

【００３７】（実施の形態２）実施の形態２は上記実施
の形態１の不具合を解決するものである。図３は本発明
の実施の形態２における枚葉化学処理装置の構成図であ
る。図３に示したように二重円筒５０の上部開口部より
も小さい仕切り蓋５２を基板チャック２６下に設けて第
１の薬液の雰囲気がカップ状容器２８の上部に侵入する
ことを防止している。

【００３８】第１の薬液から発生する雰囲気の乾燥時の
混入を回避するためには、仕切り蓋５２はできるだけ大
きく、二重円筒５０の上部開口部端に近づけることが望
ましい。一方、第１の薬液を回収するためには逆に仕切
り蓋５２は小さくなければならない。特に仕切り蓋５２
の上側に第１の薬液が大量に残るようでは意味がない。
そこで、図示したように仕切り蓋５２の外周部を下方に
向けて湾曲させるとか、あるいは機構が複雑となるが、
第１の薬液処理時と第２の薬液または純水処理時とで仕
切り蓋５２の大きさを変えることが可能な絞り状の機構
を付与する等の改善策も種々考えられる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、基板の大
きさよりも大きくカップ状容器の内径よりも小さい上部
開口部を有し、内側または外側の何れか一方が昇降する
二重円筒を設け、二重円筒の内側または外側の何れか一
方を基板チャックよりも高い位置または低い位置に静止
させることで薬液の回収される空間を二分し、夫々の空
間で別々の薬品または純水を用いて基板を処理する機能
を有している。そこで、先に使用する薬品を処理終了後
に短時間の高速回転で飛散させて回収しておけば、後で
使用する薬品への混入を回避することができる。

【００４０】したがって、例えば枚葉化学処理装置とし
てポジレジストの現像装置に適用した場合には、使用後
に回収する現像液にリンス液としての純水が混入する恐
れは飛躍的に低下し、同じく回収する処理水に混入する
現像液は極めて微量とすることが可能になり、換言すれ
ば現像液の回収効率が高く、廃液処理コストの無用な増
大を防止できて工業的な価値は高い。

【００４１】また、二重円筒に上蓋状の仕切り蓋を設け
ることにより第１の薬液のミストが基板の乾燥時に侵入
する恐れも低減し、品質の良い乾燥状態を基板に与える
ことができて、歩留まりや品質の確保も容易となる効果
も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における枚葉化学処理装
置の構成図

【図２】図１の二重円筒の内側を基本チャックより低い
位置にしたときの構成図

【図３】本発明の実施の形態２による枚葉化学処理装置
の構成図

【図４】従来の枚葉化学処理装置の概略構成図

【図５】従来のスピン処理装置の概略構成図

【符号の説明】

１ 処理室 ２ 水洗室 ３ 乾燥室 ７ 薬液供給配管 ８，１８ 噴射ノズル ９，１９ 回収配管 １７ 純水供給配管 ２２ 乾燥ガス供給配管 ２３ 乾燥ノズル ２６ 基板チャック ２８ カップ状容器 ３１ 枝管 ４０ 基板 ５０ 二重円筒 ５１ 排液口 ５２ 仕切り蓋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６３

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カップ状容器内で基板を静止または回転
   させながら第１の薬液および第２の薬液または純水を滴
   下あるいは噴射して処理する枚葉化学処理装置におい
   て、底部に排液口と、基板の大きさよりも大きくカップ
   状容器の内径よりも小さい上部開口部とを有し、内側ま
   たは外側の何れか一方が昇降する二重円筒を前記カップ
   状容器の底部に配置したことを特徴とする枚葉化学処理
   装置。
2. 【請求項２】 底部に排液口と、基板の大きさよりも大
   きくカップ状容器の内径よりも小さい上部開口部とを有
   し、内側または外側の何れか一方が昇降する二重円筒の
   内側または外側の何れか一方を基板チャックよりも高く
   上昇させ、前記基板チャックを停止または低速回転させ
   ながら第１の薬液を滴下または噴射して処理した後、前
   記基板チャックの回転数を上げて基板上の第１の薬液を
   飛散させて第１の薬液処理を終了し、引き続き前記二重
   円筒の内側または外側の何れか一方を基板チャックより
   も低く下降させ、基板チャックを中速回転させながら第
   ２の薬液または純水を滴下あるいは噴射して処理するこ
   とを特徴とする基板の処理方法。
3. 【請求項３】 前記二重円筒の上部開口部よりも小さい
   仕切り蓋を前記基板チャック下に有することを特徴とす
   る請求項１記載の枚葉化学処理装置。