JP2004160335A

JP2004160335A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2004160335A
Application number: JP2002328029A
Authority: JP
Inventors: Tsunemasa Sudo; 恒匡須藤
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】処理槽内での圧力変動が適正であり、同時にダウンフローを確保することができる。
【解決手段】基板を回転して所定の処理、すなわち、処理工程▲１▼（水洗処理＋乾燥処理）、処理工程▲２▼（洗浄処理＋水洗処理＋乾燥処理）および処理工程▲３▼（エッチング処理＋水洗処理＋乾燥処理）を行う基板処理装置であって、吸気口から供給される風量を調整する調整手段と、排気口を開閉させる開閉手段と、調整手段による風量を検出する検出手段とを設け、処理槽内の圧力変動が所定範囲になるように、前記検出手段によって検出される風量に応じて、前記排気口の開閉手段を制御する基板処理装置である。同様に、前記処理槽内の圧力変動が所定範囲になるように、前記検知手段による排気口の開閉状態に応じて、吸気口の調整手段を制御する基板処理装置である。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示用またはプラズマ表示用のガラス基板や半導体ウェーハ等の基板を薬液等で処理する基板処理装置に関し、さらに詳しくは、基板を１枚ずつ回転させて処理する枚葉タイプに適用され、処理槽内での圧力変動が適正であり、同時にダウンフローを確保することができる基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示用またはプラズマ表示用の基板として使用するガラス基板や、半導体デバイスとして用いられる半導体ウェーハは、その製造工程において、種々の処理が施され、所定の機能が付与されて最終的に電子機器類に組み込まれる。
【０００３】
例えば、液晶表示用として用いられるガラス基板は、成膜処理と洗浄処理とが繰返し行われ、現像液やレジスト膜の塗布、その剥離用の薬液、または洗浄液等の各種の処理液がガラス基板に対して塗布される。このような基板の洗浄処理や洗浄後の乾燥処理には、枚葉タイプの回転式基板処理装置が用いられる。
【０００４】
このような基板処理装置における基板を処理する環境として、パーティクル数の少ないクリーンルーム内での稼動が前提とされる。通常、クリーンルームは高レベルのクリーン度が要求され、装置の上方から清浄な空気流であるダウンフローが供給されており、さらに、浮遊するパーティクルなどが処理すべき基板の表面に付着しないように、処理槽内にもダウンフローを積極的に形成するようにしている。
【０００５】
さらに、上記の基板処理装置において、薬液を用いてエッチングする場合、薬液雰囲気が拡散するのを防止するため、処理槽内を排気すると同時に、処理槽内が微少の負圧となるようにクローズド（密閉構造）にする必要がある。このようなクローズド構造の処理槽内で基板を高速回転させ、遠心力によりエッチング液や洗浄液の液滴を除去して乾燥させる、いわゆるスピン乾燥を行うと、クローズド構造のため、ダウンフローを形成することが困難になる場合や、その他の不具合を生ずる場合がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２８９１４４号公報
【特許文献２】
特開平９−２８９１４５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図４および図５は、本発明が対象とする枚葉タイプの基板処理装置の全体構成を説明する平面図である。そのうち図４は基板搬送時または待機時の構成を示す図であり、図５は基板の洗浄、水洗処理または乾燥処理時の構成を示している。
【０００８】
本発明が対象とする基板処理装置は処理槽１０を備えており、その処理槽１０には処理すべき基板１を水平に支持して回転させる回転機構２と、基板１の回転によって基板１から飛散する液体を回収するべく回転機構２を囲繞して設けられたカップ３、４とを備えている。これらは、基板処理装置の外観を構成するハウジング７の内部に設けられている。
【０００９】
回転機構２は、基板１を水平に支持するロータ２ａとその駆動部２ｂとからなり、ロータ２ａは処理槽１０の上方に配置され、駆動部２ｂはハウジング７の下方に設置される。
【００１０】
上記カップは、円筒形状をして昇降可能な可動式カップ３と、この可動式カップ３を収容する固定式カップ４とに分割されている。固定式カップ３は、断面がＵ字形状の環状容器であり、回転機構２と共にハウジング７の内部に固定されている。図４は基板搬送時または待機時の構成を示す図であるから、同図では、可動式カップ３が固定式カップ４に収容された降下位置で待機している状態を示している。
【００１１】
図４および図５に示すように、固定式カップ４の上端部の外周には、これを囲繞するように環状の凹溝６が形成されており、この凹溝内に水を貯留させている。一方、固定式カップ４上端の周縁部に下方に垂下する垂下部４ａが形成されており、この垂下部４ａの下端部を凹溝６内の水中に浸漬させることによって、水シール構造を構成している。この水シール構造によって、固定式カップ４のクローズド構造を確保するようにしている。
【００１２】
可動式カップ３は昇降用のサーボモータ（図示せず）に取り付けられ、サーボモータとの同期動作により上下方向に移動可能である。また、可動式カップ３の上部は、基板１から液体を回収するために、内側に所定角度で傾斜している。
【００１３】
図５に示すように、基板のエッチング、洗浄、または水洗処理時には可動式カップ３の上端が、ロータ２ａに載置された基板１より上方に位置するように上昇操作される。さらに、基板１の乾燥処理時においても、基板上に溜まる液体を除去するために、窒素ガス等の噴射と同時にロータ２ａを高速で回転させて、基板から周囲に窒素ガス等を含む液体が飛散するため、可動式カップ３はほぼ同じ位置に昇降操作される。
【００１４】
この状態でロータ２ａを回転させると、基板１上から飛散した窒素ガス等を含む液体は可動式カップ３の内側で回収されて固定カップ４に導かれる。固定カップ４の下部には薬液用の気液分離装置が設けられており、固定カップ４に導かれた液体等は適切に気体と分離されて系外に排出される。
【００１５】
前述の通り、図４および図５に示す基板処理装置ではクローズド構造が採用されているため、処理槽の頂部から清浄な空気を充分に導入することが難しく、適正なダウンフローを形成することができず、エッチング処理時に薬液雰囲気中で基板が乾燥してしまい、ミストの再付着やパーティクルの付着などにより、基板を清浄することが困難になることがある。
【００１６】
さらに、処理槽内が僅かな負圧または正圧の状態で、処理槽の頂部から清浄な空気が不連続に導入されると、処理槽内の圧力変動が大きくなり、それに伴って、水シール構造の凹溝に貯留されていた水がこぼれたり、飛び散ったりする事態が発生する。これにあわせて、薬液雰囲気の拡散という問題も生ずることになる。
【００１７】
本発明は、上述した回転式基板処理装置が包含する問題点に鑑みてなされたものであり、処理槽内で処理すべき基板を回転してエッチング、洗浄、水洗処理および乾燥処理を行う場合に、適度なクローズド構造で処理槽内での圧力変動を抑制し、薬液雰囲気の拡散防止とともに、シール水のこぼれ、飛び散りの発生防止を図り、さらにダウンフローにより充分に清浄な空気を供給して、パーティクルやミストの付着防止が可能な基板処理装置を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記（１）〜（３）の基板処理装置を要旨としている。
（１）処理すべき基板を水平に支持して回転させる回転機構を設ける処理槽を備え、この処理槽の上部に吸気口を設け、底部に排気口を設けて、前記処理槽内にダウンフローを形成するとともに、前記処理槽内では処理すべき基板を回転して所定の処理を行う基板処理装置であって、前記吸気口から供給される風量を前記基板の処理工程に応じて調整する調整手段と、上記排気口を開閉させる開閉手段と、前記調整手段による風量を検出する検出手段とを設け、前記処理槽内の圧力変動が所定範囲になるように、前記検出手段によって検出される風量に応じて、前記排気口の開閉手段を制御することを特徴とする基板処理装置である（以下、「第１の装置」という）。
【００１９】
上記の「第１の装置」では、制御の確実性および迅速性を図るため、吸気口に設けた調整手段による風量を検出する検出手段を設けることなく、上記処理槽内の圧力変動が所定範囲になるように、上記基板の処理工程に応じて上記排気口の開閉手段を制御することが望ましい。
（２）処理すべき基板を水平に支持して回転させる回転機構を設ける処理槽を備え、この処理槽の上部に吸気口を設け、底部に排気口を設けて、前記処理槽内にダウンフローを形成するとともに、前記処理槽内では処理すべき基板を回転して所定の処理を行う基板処理装置であって、上記吸気口から供給される風量を調整する調整手段と、上記排気口を開閉させる開閉手段と、前記開閉手段による開閉状態を検知する検知手段とを設け、前記処理槽内の圧力変動が所定範囲になるように、前記検知手段による開閉状態に応じて、上記吸気口の調整手段を制御することを特徴とする基板処理装置である（以下、「第２の装置」という）。
（３）本発明の「第１の装置」および「第２の装置」では、シール水のこぼれ、飛び散りの発生防止を図るため、処理槽内の圧力変動を８０Ｐａの範囲内にするのが望ましい。ここで、圧力変動を８０Ｐａの範囲内にするとは、例えば、基準値に対し＋４０Ｐａ〜−４０Ｐａの範囲で変動を制御することをいうものとする。処理槽内の圧力変動を制御することができれば、同時に薬液雰囲気の拡散防止を図るとともに、パーティクルの巻き上がりや再付着を抑制することが可能になる。
【００２０】
本発明で規定する処理すべき基板に施す所定の処理とは、処理工程▲１▼（水洗処理＋乾燥処理）、処理工程▲２▼（洗浄処理＋水洗処理＋乾燥処理）および処理工程▲３▼（エッチング処理＋水洗処理＋乾燥処理）を例示することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る基板処理装置の概略構成を示す平面図であり、同図に示すように、基板処理装置の中心部には処理槽１０が配備され、この処理槽１０の頂部に清浄な空気を導入するための吸気口８が設けられている。この吸気口８にはファンフィルタ・ユニット８ａ（以下、単に「ＦＦＵ」という）が設けられており、ＦＦＵ駆動モータの周波数を調整することによって、吸気口８から処理槽１０に供給される空気量を調整することができる。
【００２２】
一方、処理槽１０の底部には排気口９が設けられ、この排気口９は排気ダンパー９ａを介して、図示しない排気系に接続されている。排気ダンパー９ａは、基板処理上または基板搬送上などの都合により、処理槽１０内の雰囲気の排気を制御すべく開閉されるものである。
【００２３】
回転機構２のロータ２ａ上で保持される基板１の表面に、エッチング液として薬液を噴射する薬液ノズル１１が処理すべき基板の上方に設けられている。さらに、基板１の表面に洗浄液として超純水を噴射する純水ノズル１２が、また、基板表面に付着している液滴を除去するため窒素ガスを噴射する窒素ノズル１３がさらに上方向に設けられている。これらのノズル１１、１２および１３は、基板１の洗浄、水洗処理および乾燥処理に応じて、作動位置が調整されている。
【００２４】
上記構成の基板処理装置において、前述の通り、薬液雰囲気で処理する場合には、雰囲気の拡散を防ぐために、処理槽１０内を僅かに弱負圧または弱陽圧に維持するのが望ましい。また、シール水のこぼれ、飛び散りを防止するため、またはパーティクルの巻き上がりを防止するために、その圧力変動を小さく保つのが望ましい。吸気口８から導入された空気は、処理槽１０内でダウンフローを形成しながら、排気口９から排出される。このとき、処理槽１０内の風速および圧力が適正になるように、吸気口から供給される風量や排気ダンパーの開閉が制御される。
【００２５】
上記の雰囲気中で、薬液ノズル１１から薬液として希フッ酸（ＤＨＦ）液等を回転機構２で保持され回転している基板１の表面に噴射し、処理すべき基板１をエッチングする。続いて純水ノズル１２から基板１の表面に超純水を噴射し、処理すべき基板１を超音波洗浄したり水洗処理する。次に、回転機構２のロータ２ａを高速にして、基板１を高速回転して、その遠心力および窒素ノズル１３から窒素ガス等の噴射により表面に付着している液滴を除去して、処理すべき基板１をスピン乾燥させる。
【００２６】
上述した基板のエッチング処理、洗浄処理、水洗処理および乾燥処理を通して、処理槽１０内は清浄な空気のダウンフローが形成されているから、薬液や純水のミストが外部に飛散することなく排気され、基板１の表面にミストの再付着やパーティクルの付着などが発生することがなく、処理すべき基板１を汚染させることがない。
【００２７】
上述した基板のエッチング処理、洗浄処理、水洗処理および乾燥処理では、それぞれの処理工程に応じて回転機構２のロータ２ａの回転数が変動するので、処理槽１０内の風速および圧力を適正に維持するため、吸気口８から供給される空気量を調整する必要がある。通常、吸気口８からの空気供給量を調整するには、ＦＦＵ駆動モータの周波数を調整して行われる。
【００２８】
例えば、回転機構２のロータ２ａの回転数をエッチング処理で７０ｒｐｍ、水洗処理で６０ｒｐｍ、乾燥処理で６０〜９００ｒｐｍと変化させる場合には、これに対応して空気供給量を調整するため、ＦＦＵ駆動モータの周波数を洗浄で１７〜３４Ｈｚ、水洗処理で３４Ｈｚ、乾燥処理で３９Ｈｚと変化させることができる。このように、ロータ２ａの回転数に応じて空気供給量を調整するのは、ロータ２ａの回転にともなう自己排気量を補うためである。
【００２９】
図２は、本発明に係る「第１の装置」の概略構成を示す断面図である。図２において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。本発明の「第１の装置」では、処理槽１０内での基板１のエッチング処理、洗浄処理、水洗処理および乾燥処理に応じて、吸気口８から供給される風量（空気量）を調整するため、ＦＦＵ駆動モータの周波数をコントロールしている。このため、ＦＦＵ８ａに周波数検出器８ｂを取り付けて、吸気口８の供給風量を検出している。
【００３０】
風量検出手段で得られた供給風量のデーターは、制御部に入力されて、処理槽１０内の圧力変動やダウンフローの形成が適正になるように、排気ダンパー９ａの開閉状態が決定される。決定された開閉状態は、排気口の開閉手段に指示され、指示された結果に基づいて、排気ダンパー９ａの開閉状態が制御される。
【００３１】
本発明に係る「第１の装置」では、制御の確実性および迅速性を図るため、図２に示す風量検出手段を設けることなく、予め、処理槽内の圧力変動が所定範囲になるように、処理槽での基板のエッチング処理、洗浄処理、水洗処理および乾燥処理に応じて、吸気口の供給風量を調整するＦＦＵ駆動モータ周波数と、排気ダンパーの開閉状態を定めておき、それに基づいて処理槽内での圧力変動を最小とし、適正なダウンフローが形成されるように制御することができる。
【００３２】
図３は、本発明に係る「第２の装置」の概略構成を示す断面図である。図３においても、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。本発明の「第２の装置」では、排気口９の排気ダンパー９ａの開閉状態によって、処理槽１０内の圧力変動が適正な範囲になるように、吸気口８の供給風量を調整するものである。このため、排気ダンパー９ａに開閉用モニター９ｂを取り付けて、排気ダンパー９ａの開閉状態を検知している。
【００３３】
開閉検知手段で得られたデーターは制御部に入力されて、処理槽１０内の圧力変動やダウンフローの形成が適正になるように、吸気口８からの供給風量が決定され、ＦＦＵ８ａの風量調整手段に指示される。指示された結果に基づいて、吸気口８から供給される風量が制御される。
【００３４】
【実施例】
以下では、本発明に係る「第１の装置」を用いて、半導体用シリコン基板を所定の処理、すなわち、処理工程▲１▼（水洗処理＋乾燥処理）、処理工程▲２▼（洗浄処理＋水洗処理＋乾燥処理）および処理工程▲３▼（エッチング処理＋水洗処理＋乾燥処理）を施したときの回転機構のロータ回転数、吸気口の供給風量を調整するＦＦＵ駆動モータの周波数、排気ダンパーの開閉状況及び処理槽内の圧力変動を測定した。
【００３５】
測定結果を処理工程毎に表１〜表３に示す。なお、表中で示す移行とは、処理の切り替えに要する時間であって、いずれも１ｓｅｃ以下の短時間であった。洗浄処理は純水による超音波処理（メガソニック：ＭＳ処理）であって、予備洗浄と本洗浄に区分した。また、エッチング処理は希フッ酸（ＤＨＦ）液による基板表面のＳｉＯ_２酸洗であり、リサイクル酸液による予備エッチングと新液による本エッチングとに区分した。
【００３６】
【表１】

【００３７】
【表２】

【００３８】
【表３】

【００３９】
表１〜表３の結果から明らかなように、処理槽内の圧力は、殆どの処理において弱負圧の状態に保つことができた。また、処理槽内の圧力変動を８０Ｐａの範囲内に抑えることができた。これにより、薬液雰囲気の外部への拡散やシール水のこぼれ等の問題は発生しなかった。
【００４０】
また、処理槽内にダウンフローが形成されているのが確認でき、ミストの付着の問題がなく、処理完了時点のパーティクルは０．１μｍ以上が２０個以下であり、基板の処理を通して、０．１μｍ以上のパーティクルの増加が観られないことが確認できた。
【００４１】
さらに、処理の内容によっては、装置外部からパーティクルが入り込むのを防止するため、常時、処理槽内の圧力を弱陽圧に設定する場合もあるが、本発明の処理装置であれば、この場合であっても同様の効果が達成できることも確認している。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の基板処理装置によれば、処理槽内で処理すべき基板を回転してエッチング処理、洗浄処理、水洗処理および乾燥処理を行う場合に、適度なクローズド構造で処理槽内での圧力変動を抑制し、薬液雰囲気の拡散防止とともに、シール水のこぼれ、飛び散りの発生防止とともに、薬液ミストやパーティクルの巻き上がり防止を図り、さらにダウンフローにより充分に清浄な空気を供給して、基板表面にパーティクルやミストが付着するのを有効に防止することができる。しかも、処理中の圧力変動は、８０Ｐａ以下という極めて小さな変動量に制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板処理装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明に係る「第１の装置」の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る「第２の装置」の概略構成を示す断面図である。
【図４】基板搬送時または待機時における枚葉タイプの回転式基板処理装置の全体構成を説明する平面図である。
【図５】基板洗浄、水洗処理または乾燥処理時における枚葉タイプの回転式基板処理装置の全体構成を説明する平面図である。
【符号の説明】
１：基板、２、２ａ、２ｂ：回転機構
３：可動式カップ、４：固定式カップ
４ａ：垂下部
６：凹溝、７：ハウジング
８：吸気口、８ａ：ＦＦＵ
８ｂ：周波数検出器、９：排気口
９ａ：排気ダンパー、９ｂ：開閉用モニター
１０：処理槽、１１：薬液ノズル
１２：純水ノズル、１３：窒素ノズル

Claims

処理すべき基板を水平に支持して回転させる回転機構を設ける処理槽を備え、この処理槽の上部に吸気口を設け、底部に排気口を設けて、前記処理槽内にダウンフローを形成するとともに、前記処理槽内では処理すべき基板を回転して所定の処理を行う基板処理装置であって、前記吸気口から供給される風量を前記基板の処理工程に応じて調整する調整手段と、上記排気口を開閉させる開閉手段と、前記調整手段による風量を検出する検出手段とを設け、前記処理槽内の圧力変動が所定範囲になるように、前記検出手段によって検出される風量に応じて、前記排気口の開閉手段を制御することを特徴とする基板処理装置。
上記吸気口の調整手段による風量を検出する検出手段を設けることなく、上記処理槽内の圧力変動が所定範囲になるように、上記基板の処理工程に応じて上記排気口の開閉手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
処理すべき基板を水平に支持して回転させる回転機構を設ける処理槽を備え、この処理槽の上部に吸気口を設け、底部に排気口を設けて、前記処理槽内にダウンフローを形成するとともに、前記処理槽内では処理すべき基板を回転して所定の処理を行う基板処理装置であって、上記吸気口から供給される風量を調整する調整手段と、上記排気口を開閉させる開閉手段と、前記開閉手段による開閉状態を検知する検知手段とを設け、前記処理槽内の圧力変動が所定範囲になるように、前記検知手段による開閉状態に応じて、上記吸気口の調整手段を制御することを特徴とする基板処理装置。
上記処理槽内の圧力変動が８０Ｐａの範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置。