JP2005109259A - 基板処理装置及びその処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、処理液が処理面に不均一に貯留することを防止し、パターンの寸法均一性を向上させることが可能となる基板処理装置を提供する。
【解決手段】 上部に基板103を保持する基板保持部104を有し、底部に排出口105を有するカップ部102と、カップ部102を回転するモータ部111,112と、基板保持部104の下方に設けられたノズル106とを具備したことを特徴とする基板処理装置である。
【選択図】 図1

Description

本発明は基板に薬液処理や水洗処理などを施す基板処理装置及びその処理方法に関する。

半導体装置用の半導体ウェハ、マスク、液晶表示用のガラス基板等を用いた精密電子基板（以下、単に基板という）の製造プロセスにおいて、基板に処理液やリンス液を当てて薬液処理や水洗処理などを施している。この処理を施すための従来の処理装置を図5に示す。チャンバー501内に基板ステージ502があり、前記基板ステージ502の上方には処理液を吐出するノズル503がある。ノズルは複数あり、液を吐出させるノズルの選択と、ノズルから吐出させる液の種類の選択を自由に行うことができる。前記基板ステージ502にはモーターシャフト504と前記モーターシャフト504に接続されたスピンモーター505が取りつけられており、前記スピンモーター505を駆動させることによって、前記基板ステージ502の回転を行う。基板506は処理面が上になるように前記基板ステージ502に固定される。

前記基板ステージ502への固定方法の一例を図6に示す。前記基板506の形状が長方形である場合、前記基板ステージ502は、前記基板506の対角線に沿ったクロス型の形状をしており、そのクロス辺は前記基板506の対角線よりも長い。クロス辺の一端には、突起物601が2つずつ設けられている。一端に設けられた2つの前記突起物601は、クロス型の交点からの長さが略同じとなるような位置に設けられており、前記基板506を前記基板ステージ502に載置すると、2つの前記突起物601によって前記基板506の隅が固定されるしくみになっている。

前記基板ステージ502の周辺はカップ部507で覆われており、前記ノズル503から前記基板506へ吐出される処理液が、回転している前記基板506に跳ね返って前記チャンバー501内に散乱するのを防いでいる。また、前記基板ステージ502下の前記カップ部507底面には、前記ノズル503から吐出される処理液が前記基板506の裏面にまわり込んで付着することを防止するために、まわり込み防止機構508が設置されている。処理液が前記基板506の裏面にまわり込んで付着することを防止する他の方法として、前記基板ステージ502の裏側にノズルを設け、リンス液による水洗を行う方法がある。また、廃液は前記カップ部507底部に設けられた排出口509から排出される。

次に、この装置を用いて前記基板506に処理を施す工程の一例として、現像処理によってマスク基板をパターン形成する工程を示す。まず、前記基板ステージ502に前記基板506の処理面が上になるように、固定する。次に、前記ノズル503内に残っている一部変質したアルカリ現像液などの処理液の汚液を前記基板506の処理面にかからないように前記ノズル503の向きを変えて、純水等のリンス液を吐出することによって取り除く。

次に、前記ノズル503の向きを戻し、前記基板ステージ502を前記スピンモーター505によって回転させながら、リンス液と処理液の混合液を吹き付ける。処理液のみの吐出では、吐出し始めの処理液が前記基板の中央に集中し、ラインアンドスペースなどのパターンの寸法均一性を妨げる可能性があるため、混合液の吹き付けを行う。しばらく混合液を吐出し、全面に液の吹き付けが行われるようになったら、処理液のみの吐出を行う。次に、処理液を止め、リンス液を吐出して洗浄し、処理液を処理面上から完全に除去する。

しかしながら、従来の技術において、前記基板506を回転させながら薬液処理を行っても、前記基板506の処理面に処理液が不均一に貯留して新液が当たりにくくなり、結果的
に前記基板506に形成するラインアンドスペースなどのパターンの寸法均一性が妨げられ、所定のパターンに形成できないという問題があった。また、前記基板506の処理面に当たった処理液が、前記カップ部507の側面に当たって跳ね返り、再び処理面に再付着して前記基板506を汚染することによって、局部的な欠陥をもたらすという問題があった。これらの問題は、この処理装置によって製造されたデバイスが半導体装置である場合、断線や短絡などのパターン欠陥或は局所的なイオン注入の不良などの欠陥、また、液晶セルである場合は、液晶のプレティルト角の不均一性などの欠陥をもたらし、デバイスの特性と歩留まりを著しく劣化させる。この種の処理装置は、例えば、特許文献１に記載されている。
特開平１０−２８９８５７号公報（図１）

上記したように、基板の上方に取りつけられたノズルによって、基板に薬液処理等を行う従来の技術において、基板を回転させながら薬液処理を行っても、基板の処理面に処理液が貯留して新液が当たりにくくなり、結果的に基板に形成するパターンの寸法均一性が妨げられ、所定のパターンに形成できないという問題があった。また、前記基板の処理面に当たった前記処理液が、前記カップ部に当たって跳ね返り、再び処理面に再付着して基板を汚染することによって、局部的な欠陥をもたらすという問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決すべくなされたもので、基板の処理面が下向きとなるように基板保持部に基板を固定し、基板の下方に取りつけられたノズルによって処理液を吹き付けることによって、処理液が処理面に不均一に貯留することを防止し、処理基板に形成するパターンの寸法均一性を向上させることが可能となる基板処理装置及びその処理方法を提供することを第1の目的としている。

また、カップ部の回転を可能にしたことで、処理液が再付着して基板を汚染することを防止し、処理基板に局部的な欠陥をもたらすことを防止することが可能となる基板処理装置及びその処理方法を提供することを第2の目的としている。

さらに、基板の下方に設けられたノズルによって処理液を吹き付ける本発明の処理装置構造では、基板が回転によって落下しやすいという問題があった。そこで、基板を保持する基板保持部を、先端がＬ字型或は円弧型の形状を有する複数の基板保持アームによって構成し、前記基板保持アームが中心方向に移動することによって前記基板を保持するものとしたことで、処理時に基板が落下することを防止することが可能となる基板処理装置及びその処理方法を提供することを第3の目的としている。

さらに、基板の下方に設けられたノズルによって処理液を吹き付ける本発明の処理装置構造では、吐出しきれなかった液がノズル内に貯留しやすく、基板処理面に当たらないようにリンス液等を吐出して洗浄することができないという問題があった。そこで、液量調節器を設けたことで、ノズル内に貯留した液を基板処理面に当たらないように吐出してノズルを洗浄することができ、常に新液を吹き付けることが可能となり、局部的な欠陥をもたらすことを防止することが可能となる基板処理装置及びその処理方法を提供することを第4の目的としている。

また、基板の下方に設けられたノズルによって処理液を吹き付ける本発明の処理装置構造では、基板処理面の裏面に処理液がまわり込んで付着しやすいという問題があった。そこで、基板を保持する基板保持アームを基板が嵌合可能となる形状としたことで、処理時に基板が落下することを防止するとともに、基板処理面の裏面に処理液がまわり込み、基
板処理面の裏面に吸着固定するなどの他の工程において、裏面に処理液による膜が形成して、吸着固定できないということを防止することが可能な基板処理装置およびその処理方法を提供することを第5の目的としている。

上記した目的の一つを達成するための本発明の基板処理装置の一態様は、
上部に基板を保持する基板保持部を有し、底部に排出口を有するカップ部と、
前記カップ部を回転するモータ部と、
前記基板保持部の下方に設けられたノズルと、
を具備したことを特徴としている。

また、上記した目的の一つを達成するための本発明の基板処理方法の一態様は、上部に基板を保持する基板保持部を有し、底部に排出口を有するカップ部の、前記基板保持部に、前記基板の処理面が下になるように前記基板を保持する工程と、
前記カップ部を回転させながら、前記基板保持部の下方に設けられたノズルによって前記基板の処理面に液体を当てる工程と、
を具備したことを特徴としている。

本発明によれば、処理液が処理面に不均一に貯留することを防止し、処理基板に形成するパターンの寸法均一性を向上させることが可能となる。また、処理液が再付着して基板を汚染することを防止し、処理基板に局部的な欠陥をもたらすことを防止することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図1乃至図4を参照して詳細に説明する。
（第1の実施の形態）
半導体装置用の半導体ウェハ、マスク、液晶表示用のガラス基板等を用いた精密電子基板（以下、単に基板という）の製造プロセスにおいて、基板に処理液やリンス液を当てて薬液処理や水洗処理などを施している。本実施の形態においては、本発明の基板処理装置及びその処理方法について説明する。

図1に本発明の基板処理装置を示す。チャンバー101内に、カップ部102がある。前記カップ部102の上部には基板103を保持する基板保持部104があり、底部には排出口105がある。排出口は1つでもよいし、複数あってもよい。前記基板保持部104の下方にノズル106が複数設けられており、液を吐出させるノズルの選択とノズルから吐出させる液の種類の選択を、ON／OFFスイッチ107及びライン切替スイッチ107を用いて自由に行うことができる。配管109の途中には液量調節器110が設けられており、前記基板103の大きさなどの状況に応じて自由に吐出量を調節することができる。

前記カップ部102にはモーターシャフト111とこのモーターシャフト111に接続されたスピンモーター112が取りつけられており、前記スピンモーター112を駆動させることによって、前記基板保持部104が上部に設置された前記カップ部102の回転を行う。前記モーターシャフト111の先端の形状は特に限定されない。前記基板保持部104は、先端がＬ字型或は円弧型の形状を有する複数の基板保持アーム113によって構成されており、前記基板保持アームは、前記基板103の周りに固定されている。なお、前記基板保持アーム113は、保持する前記基板の中心方向に力（磁力など）を加えて、移動させることによって前記基板103を保持することが可能である。

図2に、前記基板保持部104への前記基板103の固定方法に示す。また、図3(a)乃至図3(c
)に前記基板保持アーム113の平面図及び断面図を示す。先端がＬ字型の形状を有する前記基板保持アーム113は、例えばマスク基板や液晶セル基板など、基板の形状が長方形である場合に用いると、前記基板103の四隅をしっかりと固定することができるため好ましい。また、前記基板保持アーム113の保持点数は4点がよいが特に限定されない。

また、先端が円弧型の形状を有する前記基板保持アーム113は、例えば半導体ウェハなど、基板の形状が円形である場合に用いると、前記基板103をしっかりと固定することができて好ましい。

前記基板保持アーム113の保持点数は6点程度がよいが特に限定されない。前記基板保持アーム113の保持点数は前記基板103の大きさに応じて減らしてもよいし、増やしてもよい。しかしながら、前記基板保持アーム113の保持点数が少なすぎると、前記基板103をしっかりと固定するために前記基板保持アーム113を大きくする必要があり、前記基板保持アーム113によって覆われる前記基板103の処理面が大きくなり、処理を行うことが可能な面積が小さくなってしまう。また、前記基板保持アーム113の保持点数が多すぎても同様に、前記基板保持アーム113によって覆われる前記基板103の処理面が大きくなり、処理を行うことが可能な面積が小さくなってしまう。したがって、前記基板103の大きさと形状に合わせて前記基板保持アーム113の形状、大きさ及び保持点数等の選択を行う。

次に、この装置を用いて前記基板103に処理を施す工程の一例として、現像処理によってマスク基板をラインアンドスペースパターンとなるパターン形成する工程を示す。

まず、前記基板保持部104に前記基板103の処理面が下になるように、固定する。前記基板103を保持する方法としては、例えば、前記基板保持アーム113を真空吸着力や電磁石による磁力などによって中心方向に移動させることによって前記基板103を保持することができる。マスク基板は、通常、略正方形であるので、先端がL字型の形状を有する前記基板保持アーム113を用いると特によい。前記基板103は、下方に設けられた前記ノズル106によって処理液を吹き付ける処理装置構造であるため、回転時に落下しやすいが、このような基板保持構造とすることで前記基板103の落下を防止することができる。

次に、前記ノズル106内に残っている一部変質したアルカリ現像液などの処理液の汚液を、前記基板103の処理面にかからないように前記液量調節器110を用いて液量を調節して純水等のリンス液を吐出することによって取り除く。

次に、前記スピンモーター112を駆動して前記カップ部102を回転させながら、前記基板103の処理面に向かって前記ノズル106からリンス液の吐出を行う。前記カップ部102の回転速度は100〜400rpm程度が好ましい。100rpm以下であると、リンス液が前記基板103の処理面上に均一に広がらず、また、400rpm以上であると、回転が速すぎるためにリンス液が前記基板103の処理面に均一に十分塗布される前にリンス液が前記排出口105から排出されるためである。このように、現像処理前に前記基板103の処理面にリンス液を十分塗布することによって、次に塗布する処理液を処理面上に均一に塗布しやすくなる。

次に、リンス液と処理液の混合液を吹き付ける。処理液のみの吐出では、吐出し始めの処理液が前記基板103の中央に集中し、前記基板103の中央部分の処理が特に進み、結果的にパターンの寸法均一性を妨げる可能性があるため、混合液の吹き付けを行う。しばらく混合液を吐出し、全面に液の吹き付けが行われるようになったら、処理液のみの吐出を行う。混合液を吐出する際の混合比はとくに限定されず、徐々に処理液の混合比を多くしていく方法でもよい。

前記カップ部102を回転することで、図1に示したような気流114が発生し、前記排出口1
05からの排出が行われる。したがって、1度処理面に当たった処理液が前記カップ部の側面102に当たって跳ね返り、前記基板103の処理面に再付着して前記基板103を汚染することなく外部へ排出される。また、処理液を吹き付ける際の前記カップ部102の回転数は100rpm〜400rpm程度が好ましい。回転数が100rpmより低いと、処理液が前記基板103の処理面上に均一に広がらず、また、400rpmより高いと、回転が速すぎるために処理液が前記基板103の処理面に均一に塗布される前に処理液が前記排出口105から排出されるためである。次に、処理液を止め、リンス液を吐出して洗浄し、処理液を処理面上から完全に除去する。

本実施の形態では、前記基板103の処理面が下向きとなるように前記基板保持部104に前記基板103を固定し、この基板103の下方に取りつけられたノズルによって処理液を吹き付けることによって、処理液が処理面に不均一に貯留することを防止し、処理基板に形成するパターンの寸法均一性を向上させることが可能となる。

また、前記カップ部102の回転を可能にしたことで、前記カップ部102の内部に前記気流114が発生し、汚液の排出をスムーズに行うことができるので、1度処理面に当たった処理液が再付着して前記基板103を汚染することを防止し、処理基板に局部的な欠陥をもたらすことを防止することが可能となる。

さらに、前記基板103の下方に設けられた前記ノズル106によって処理液を吹き付ける本実施の形態の処理装置の構造では、吐出しきれなかった液が前記ノズル106内に貯留しやすいが、前記液量調節器110を設けたことで前記基板103の処理面に当たらないようにリンス液等を吐出して前記ノズル106を洗浄することができ、常に新液を吹き付けることが可能となり、局部的な欠陥をもたらすことを防止することが可能となる。

したがって、本実施の形態を適用することによって、デザインルールの不適応、断線や短絡などのパターン欠陥或は局所的なイオン注入の不良などの欠陥を防止し、デバイスの特性と歩留まりを向上させることが可能となる。

（第2の実施の形態）
本実施の形態においては、他の基板保持方法について説明する。なお、前記した第1の実施の形態と同一部分の基板処理装置及びその処理方法に対する詳細な説明は省略する。

本実施の形態に示す前記基板保持部104は、前記基板103が嵌合可能な形状を有する前記基板保持アーム113によって構成されており、前記基板保持アーム113に前記基板103を嵌合することによって前記基板103を保持することが可能となる。図4(a)乃至図4(c)に、前記基板103の前記基板保持部104への固定方法、前記基板保持アーム113の平面図及び断面図を示す。その他の基板処理装置部分は前記した第1の実施の形態と同様である。なお、前記基板保持アーム113は、保持する前記基板の中心方向に力（磁力など）を加えて、移動させることによって前記基板103を保持することが可能である。

次に、この装置を用いて前記基板103に処理を施す工程の一例として、現像処理によって半導体ウェハにパターンを形成する工程を示す。まず、前記基板保持部104に前記基板の処理面が下になるように、固定する。前記基板103を保持する方法としては、例えば、前記基板保持アーム113を真空吸着力や電磁石による磁力などによって中心方向に移動させることによって前記基板103を保持することができる。前記基板103が嵌合可能な形状を有する前記基板保持アーム113によって構成される前記基板保持部104を用いて、前記基板103を保持する。

本実施の形態における基板処理装置は、前記基板103の下方に設けられた前記ノズル106
から処理液を吹き付けて処理する構造であるが、このようにして前記基板保持部104によって前記基板103を固定することにより、前記基板103の落下を防止することができる。

次に、前記ノズル106内に残っている一部変質したアルカリ現像液などの処理液の汚液を、前記基板103の処理面にかからないように、前記液量調節器110によって液量を調節して純水等のリンス液を吐出することによって取り除く。

次に、前記スピンモーター112を駆動して前記カップ部102を回転させながら、前記基板103の処理面に向かって前記ノズルからリンス液の吐出を行う。このように、現像処理前に前記基板103の処理面にリンス液を十分塗布することによって、次に塗布する処理液を処理面上に均一に塗布しやすくなる。

次に、リンス液と処理液の混合液を吹き付ける。処理液のみの吐出では、吐出し始めの処理液が前記基板103の中央に集中し、この基板103の中央部分の処理が特に進み、結果的にパターンの寸法均一性を妨げる可能性があるため、混合液の吹き付けを行う。しばらく混合液を吐出し、全面に液の吹き付けが行われるようになったら、処理液のみの吐出を行う。混合液を吐出する際の混合比はとくに限定されず、徐々に処理液の混合比を多くしていく方法でもよい。前記カップ部102を回転することで、図1に示したような前記気流114が発生し、前記排出口105から廃液として排出される。つまり、1度処理面に当たった処理液が前記カップ部102の側面に当たって跳ね返り前記基板103の処理面に再付着して、この基板103を汚染することなく外部へスムーズに排出される。

また、前記基板保持部104を形成する前記基板保持アーム113は、前記基板103の外周を取り囲むように形成され、前記基板103を挟み込む形状を有している。よって、前記ノズル106から吐出された処理液が前記基板103の裏面にまわり込んで付着することがない。裏面に、処理液による膜が形成されると、基板処理面の裏面を吸着固定する他の工程等において、基板を吸着固定できず、剥がれが生じることがある。しかし、このようにして、前記基板103を挟み込むように前記基板保持アーム113を形成しているため、基板の剥がれを防止することが可能となる。次に、処理液を止め、リンス液を吐出して洗浄し、処理液を処理面上から完全に除去する。

本実施の形態に示したように、前記基板103の処理面が下向きとなるように前記基板保持部104に前記基板103を固定し、この基板103の下方に取りつけられた前記ノズル106によって処理液を吹き付けることによって、処理液が処理面に不均一に貯留することを防止し、処理基板に形成するパターンの寸法均一性を向上させることが可能となる。また、前記カップ部102の回転を可能にしたことで、前記カップ部102内部に前記気流114が発生し、汚液の排出をスムーズに行うことができるので、1度処理面に当たった処理液が再付着して前記基板103を汚染することを防止し、処理基板に局部的な欠陥をもたらすことを防止することが可能となる。

したがって、本実施の形態を適用することによって、デザインルールの不適応、断線や短絡などのパターン欠陥或は局所的なイオン注入の不良などの欠陥を防止し、デバイスの特性と歩留まりを向上させることが可能となる。

以上、第1及び第2の実施の形態について、各々説明を行ったが、前記基板103は半導体基板に限定せず、液晶表示装置などの液晶セル基板であってもよい
また、カップ部と基板保持部を一体化せず、それぞれ別のモーターを設置し、カップ部と基板保持部とで異なる回転数及び回転方向で回転させることもできる。このような構造にすることによって、カップ部内部に発生する気流を自由に調整することが可能となり、処理液の種類や基板の大きさなどに応じた条件で効率よく処理を行うことが可能となる。

本発明に係る第1及び第2の実施の形態における基板処理装置を示す一部断面図である。 本発明に係る第1の実施の形態における基板保持部を示す一部平面図及び断面図である。 本発明に係る第1の実施の形態における他の基板保持部を示す一部平面図及び断面図である。 本発明に係る第2の実施の形態における基板保持部を示す一部平面図である。 従来の技術における基板処理装置を示す断面図である。 従来の技術における基板保持部を示す平面図及び断面図である。

符号の説明

101…チャンバー
102…カップ部
103…基板
104…基板保持部
105…排出口
106…ノズル
107…ON／OFFスイッチ
108…ライン切替スイッチ
109…配管
110…液量調節器
111…モーターシャフト
112…スピンモーター
113…基板保持アーム
114…気流
501…チャンバー
502…基板ステージ
503…ノズル
504…モーターシャフト
505…スピンモーター
506…基板
507…カップ部
508…まわり込み防止機構
509…排出口
601…突起物

Claims (8)

1. 上部に基板を保持する基板保持部を有し、底部に排出口を有するカップ部と、
   前記カップ部を回転するモータ部と、
   前記基板保持部の下方に設けられたノズルと、
   を具備したことを特徴とする基板処理装置。
2. 基板を保持する基板保持部と、
   上部に前記基板保持部が固定され、底部に排出口を有するカップ部と、
   前記基板保持部を回転する第1のモータ部と、
   前記カップ部を回転する第2のモータ部と、
   前記基板保持部の下方に設けられたノズルと、
   を具備したことを特徴とする基板処理装置。
3. 前記ノズルには液量調節器が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記基板保持部は、先端がＬ字型或は円弧型の形状を有する複数の基板保持アームによって構成され、前記基板の周りに、前記基板保持アームを固定することによって前記基板を保持することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
5. 前記基板保持部は、前記基板の外周を取り囲むように形成された基板保持アームによって構成され、前記基板保持アームに前記基板を嵌合することによって保持することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
6. 前記基板保持アームは、保持する前記基板の中心方向に力を加えることによって固定して、前記基板を保持することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の基板処理装置。
7. 上部に基板を保持する基板保持部を有し、底部に排出口を有するカップ部の、前記基板保持部に、前記基板の処理面が下になるように前記基板を保持する工程と、前記カップ部を回転させながら、前記基板保持部の下方に設けられたノズルによって前記基板の処理面に液体を当てる工程と、
   を具備したことを特徴とする基板処理方法。
8. 前記ノズルによって前記基板の処理面に液体を当てる工程は、前記ノズルの液量を液量調節器によって調節しながら液体を当てる工程であることを特徴とする請求項７に記載の基板処理方法。
   
   
   

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