JP2005260087A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】処理液の消費量を抑制しつつ、基板上への処理液の液盛りをすみやかに行うことができる基板処理装置および基板処理方法を提供する。
【解決手段】この基板処理装置は、ウエハWをほぼ水平に保持して回転させるスピンチャック2と、このスピンチャック2によって保持されて回転されているウエハWの上面に処理液(SPM液)を供給するノズル3とを備えている。ノズル3は、スピンチャック2に保持されたウエハWの上面に対して、その法線に対して傾斜した処理液供給方向に沿って処理液を供給する。ノズル3は、ノズルアーム32に支持されており、ノズルアーム32が揺動されることによって、ウエハWの上面に沿って移動する。
【選択図】 図1
【解決手段】この基板処理装置は、ウエハWをほぼ水平に保持して回転させるスピンチャック2と、このスピンチャック2によって保持されて回転されているウエハWの上面に処理液(SPM液)を供給するノズル3とを備えている。ノズル3は、スピンチャック2に保持されたウエハWの上面に対して、その法線に対して傾斜した処理液供給方向に沿って処理液を供給する。ノズル3は、ノズルアーム32に支持されており、ノズルアーム32が揺動されることによって、ウエハWの上面に沿って移動する。
【選択図】 図1
Description
この発明は、処理液を用いて基板を処理する基板処理装置に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などが含まれる。
半導体装置や液晶表示装置の製造工程では、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板などの基板に対して、複数種の薬液などの混合液を処理液として用いた処理が行われることがある。たとえば、基板の表面から不要になったレジスト膜を剥離するために、硫酸と過酸化水素水との混合液であるSPM(sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture:硫酸過酸化水素水)液を用いたレジスト剥離処理が行われる。このレジスト剥離処理の方式としては、複数枚の基板を一括して処理するバッチ式が従来の主流であったが、最近では、処理対象の基板の大型化に伴って、基板の表面にレジスト剥離液を供給して、基板を1枚ずつ処理する枚葉式が注目されてきている。
SPM液をレジスト剥離処理液として用いた枚葉式のレジスト剥離処理は、たとえば、下記特許文献1に開示されている装置で実施することができる。下記特許文献1に開示されている装置は、基板(半導体ウエハ)を水平に保持して回転させるチャックと、このチャックに保持された基板の表面に処理液を供給するためのノズルとを備えている。ノズルには、タンクに貯留されている処理液が処理液配管を通して供給されるようになっている。したがって、処理液としてSPM液を用いる場合には、タンクにSPM液を貯留しておけば、そのタンクに貯留されているSPM液が処理液配管を通してノズルに供給されるから、チャックに保持された基板の表面にSPM液を供給することができる。
特開昭61−129829号公報
しかし、高価なSPM液を基板に供給し続けては、SPM液の消費量が多く、ランニングコストが高くなる。また、硫酸と過酸化水素水との混合時には、発熱反応が生じるため、この反応熱を利用して基板上のSPM液をレジスト剥離に適した高温に保持できれば、好ましい。
そこで、基板を水平姿勢で保持して低速回転させつつ、基板上にSPM液を供給し、基板上にSPM液が液盛りされた状態でレジスト剥離処理を進行させることが提案されている。
そこで、基板を水平姿勢で保持して低速回転させつつ、基板上にSPM液を供給し、基板上にSPM液が液盛りされた状態でレジスト剥離処理を進行させることが提案されている。
ところが、SPM液を液盛り状態とするために基板の回転を低速とすると、SPMに働く遠心力が小さいから、基板の全域にSPM液が広がるまでに時間がかかり、そのために、基板の回転中心付近と外周部付近とで基板温度に差が生じる。その結果、レジスト剥離処理の均一性が損なわれたり、基板の全域のレジストの剥離を完了するまでの処理時間が長くなったりするという問題がある。この問題は、SPM液の吐出流量を増やすことによって緩和されるが、この場合には、SPM液の消費量が多くなり、結局、ランニングコスト高くなってしまう。
そこで、この発明の目的は、処理液の消費量を抑制しつつ、基板上への処理液の液盛りをすみやかに行うことができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、基板(W)をほぼ水平に保持して回転させる基板保持回転手段(2)と、この基板保持回転手段によって保持されて回転されている基板の上面に対して、この基板の上面の法線に対して傾斜した処理液供給方向に沿って処理液を供給し、この基板の上面に処理液を液盛りする処理液供給手段(3)とを含むことを特徴とする基板処理装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、処理液供給手段から基板への処理液の供給方向が、基板上面の法線に対して傾斜しているので、基板の上面に到達した処理液は、すみやかに基板の上面に沿う移動を開始する。これにより、基板の全域へとすみやかに処理液が拡がり、基板の全域を処理液で覆った液盛り状態とすることができる。
したがって、処理液の流量を多くしなくても、基板の全域にすみやかに処理液を行き渡らせることができ、その結果、ランニングコストを抑えながらも、基板の各部における処理状態を均一化でき、処理時間の短縮に寄与できる。
したがって、処理液の流量を多くしなくても、基板の全域にすみやかに処理液を行き渡らせることができ、その結果、ランニングコストを抑えながらも、基板の各部における処理状態を均一化でき、処理時間の短縮に寄与できる。
請求項2記載の発明は、上記処理液供給手段から供給された処理液の上記基板の上面における着液点を、上記基板の回転中心に対して相対移動させる着液点移動機構(31,32,33)をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の基板処理装置である。この構成によれば、回転状態の基板上において、基板の回転中心に対して処理液の着液点が移動するから、基板の全域に対して、よりすみやかに処理液を行き渡らせることができる。
上記着液点移動機構は、上記処理液供給手段を、基板の回転中心に対して、上記基板の上面に沿う方向に相対移動させる相対移動機構(31,32,33)を含んでいてもよい。
請求項3記載の発明は、上記着液点移動機構は、上記着液点を、上記基板の回転中心と基板の外周部(回転状態の基板の軌跡が形成する円の外周部)との間で移動させるものであることを特徴とする請求項2記載の基板処理装置である。この構成によれば、基板の回転中心と外周部との間で着液点が移動することにより、基板の全域に処理液をよりすみやかに行き渡らせることができる。
請求項3記載の発明は、上記着液点移動機構は、上記着液点を、上記基板の回転中心と基板の外周部(回転状態の基板の軌跡が形成する円の外周部)との間で移動させるものであることを特徴とする請求項2記載の基板処理装置である。この構成によれば、基板の回転中心と外周部との間で着液点が移動することにより、基板の全域に処理液をよりすみやかに行き渡らせることができる。
上記着液点移動機構は、上記着液点を、基板の回転中心から外周部へ向かって移動(一方向移動)させるものであってもよいし、上記着液点を、基板の回転中心と外周との間の半径に沿って往復移動させるものであってもよい。また、上記着液点移動機構は、上記着液点を、基板の第1の外周位置から、基板の回転中心を通り、第1位置に対して基板回転中心に関してほぼ対称な第2の外周位置に至る直径範囲に渡って移動(片道の移動または往復移動)させるものであってもよい。
請求項4記載の発明は、上記処理液供給方向は、少なくとも基板の回転中心付近において、基板の回転中心から外周部へと向かう成分を有する方向であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の基板処理装置である。この構成によれば、基板の回転中心付近に着液した処理液は、基板の回転中心から外周へと向かう。これにより、基板上における処理液の拡がりを促進できる。
請求項5記載の発明は、上記処理液供給方向を調整する処理液供給方向調整手段(323,325,349,350,353,354)をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の基板処理装置である。この構成によれば、処理液供給方向を調整することができるので、処理液の種類(主として処理液の粘度)や基板の表面状態(疎水性、親水性など)のような基板処理条件に応じて、処理液供給方向を調整することにより、基板上における処理液の拡がり具合(主に速度)を調整でき、良好な液盛り処理を実現できる。
請求項6記載の発明は、上記処理液供給手段によって基板の上面に処理液を供給している期間に、上記処理液供給方向を変化させる処理液供給方向変更機構(123)をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の基板処理装置である。この構成によれば、処理液の供給中に処理液供給方向を変更させることができるので、たとえば、処理液の着液点が基板上で変動する場合に、着液点に応じた処理液供給方向を設定することができる。その結果、基板上の個々の位置(主として半径方向位置)に応じた適切な処理液供給方向を設定できるので、基板上への処理液の液盛りを良好に行える。
上記処理液供給方向変更機構は、上記着液点移動機構による着液点の移動と同期して上記処理液供給方向を変化させるものであってもよい。これにより、処理液の着液点の位置に応じて、上記処理液供給方向を変化させることができる。この場合に、着液点が基板の回転中心付近にあるときほど、処理液供給方向を基板の上面の法線方向に対して大きく傾斜した方向とし、着液点が基板の外周部に近づくほど、基板の法線方向に沿うように、上記処理液供給方向を変化させることとしてもよい。
請求項7記載の発明は、基板(W)をほぼ水平な姿勢で回転させる基板回転工程と、この基板回転工程と並行して、上記基板の上面の法線に対して傾斜した処理液供給方向に沿って、上記基板の上面に処理液を供給し、この基板の上面に当該処理液を液盛りする液盛り工程とを含むことを特徴とする基板処理方法である。この方法により、請求項1の発明と同様な効果を実現できる。この方法についても、上記基板処理装置に関連して説明したような改良を施すことができる。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す図である。この基板処理装置は、基板の一例であるシリコン半導体ウエハW(以下、単に「ウエハW」という。)の表面(上面)にSPM(sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture:硫酸過酸化水素水)液を処理液(混合処理液)として供給して、そのウエハWの表面から不要になったレジスト膜を剥離するレジスト剥離処理を行う枚葉式の装置であり、隔壁で区画された処理室1内に、ウエハWをほぼ水平に保持して低速回転(たとえば100rpm以下)させるためのスピンチャック2と、このスピンチャック2に保持されて回転されているウエハWの表面にSPM液を供給して液盛りするためのノズル3と、ウエハWから流下または飛散するSPM液などを受け取るためのカップ4とを備えている。カップ4の底面には、カップ4内の雰囲気を排気するための耐熱性ポリ塩化ビニルまたはPFA製の排気配管71と、カップ4に受け取られたSPM液などの廃液(ウエハWの処理に用いられた後に廃棄されるべき処理液)を排出するためのPFA製の廃液配管72とが接続されている。
図1は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す図である。この基板処理装置は、基板の一例であるシリコン半導体ウエハW(以下、単に「ウエハW」という。)の表面(上面)にSPM(sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture:硫酸過酸化水素水)液を処理液(混合処理液)として供給して、そのウエハWの表面から不要になったレジスト膜を剥離するレジスト剥離処理を行う枚葉式の装置であり、隔壁で区画された処理室1内に、ウエハWをほぼ水平に保持して低速回転(たとえば100rpm以下)させるためのスピンチャック2と、このスピンチャック2に保持されて回転されているウエハWの表面にSPM液を供給して液盛りするためのノズル3と、ウエハWから流下または飛散するSPM液などを受け取るためのカップ4とを備えている。カップ4の底面には、カップ4内の雰囲気を排気するための耐熱性ポリ塩化ビニルまたはPFA製の排気配管71と、カップ4に受け取られたSPM液などの廃液(ウエハWの処理に用いられた後に廃棄されるべき処理液)を排出するためのPFA製の廃液配管72とが接続されている。
スピンチャック2は、たとえば、複数個の挟持部材21でウエハWを挟持することにより、ウエハWをほぼ水平な姿勢で保持することができ、さらにその状態でほぼ鉛直な軸線まわりに回転することによって、その保持したウエハWをほぼ水平な姿勢を保ったまま回転させることができる。
スピンチャック2の側方には、旋回軸31が鉛直方向にほぼ沿って配置されており、ノズル3は、その旋回軸31の上端部からほぼ水平に延びたノズルアーム32の先端部に取り付けられている。旋回軸31は、その中心軸線まわりに回転可能に設けられていて、旋回軸31を回転させることにより、ノズル3をスピンチャック2に保持されたウエハWの上方に配置したり、カップ4の外側に設定された待機位置に配置したりすることができる。また、旋回軸31を所定の角度範囲内で往復回転させることにより、スピンチャック2に保持されたウエハWの上方でノズルアーム32を揺動させることができ、これに伴って、スピンチャック2に保持されたウエハWの表面上で、ノズル3からのSPM液の供給位置である着液点をスキャン(移動)させることができる。すなわち、着液点をウエハWの回転中心に対して相対的に移動させることができ、これにより、ウエハWの上面全体をSPM液ですみやかに覆うことができる。その結果、基板処理の面内均一性を向上できることになる。
スピンチャック2の側方には、旋回軸31が鉛直方向にほぼ沿って配置されており、ノズル3は、その旋回軸31の上端部からほぼ水平に延びたノズルアーム32の先端部に取り付けられている。旋回軸31は、その中心軸線まわりに回転可能に設けられていて、旋回軸31を回転させることにより、ノズル3をスピンチャック2に保持されたウエハWの上方に配置したり、カップ4の外側に設定された待機位置に配置したりすることができる。また、旋回軸31を所定の角度範囲内で往復回転させることにより、スピンチャック2に保持されたウエハWの上方でノズルアーム32を揺動させることができ、これに伴って、スピンチャック2に保持されたウエハWの表面上で、ノズル3からのSPM液の供給位置である着液点をスキャン(移動)させることができる。すなわち、着液点をウエハWの回転中心に対して相対的に移動させることができ、これにより、ウエハWの上面全体をSPM液ですみやかに覆うことができる。その結果、基板処理の面内均一性を向上できることになる。
ノズル3は、たとえば、耐薬液性および耐熱性に優れたPFA(perfluoro−alkylvinyl−ether−tetrafluoro−ethlene−copolymer)製のチューブからなる。このノズル3には、同じくPFA製の処理液配管5から、硫酸と過酸化水素水との混合液が供給されるようになっている。処理液配管5は、処理室1外へ延びており、処理室1に隣接して設けられた流体ボックス6内に配置されたミキシングバルブ61に接続されている。
ミキシングバルブ61は、硫酸ポート611、過酸化水素水ポート612および窒素ガスポート613の3つの流入ポートを有している。これらの硫酸ポート611、過酸化水素水ポート612および窒素ガスポート613には、それぞれ、硫酸供給源からの一定温度(たとえば、80℃)に温度調節された硫酸を供給するための硫酸配管62、過酸化水素水供給源からの過酸化水素水を供給するための過酸化水素水配管63および窒素ガス供給源からの窒素ガスを供給するための窒素ガス配管64が接続されている。
硫酸配管62の途中部には、ミキシングバルブ61への硫酸の供給/停止を切り換えるための硫酸バルブ621と、硫酸配管62を流れる硫酸の流量を検出するための硫酸流量計622とが、硫酸の流通方向上流側からこの順に介装されている。また、硫酸配管62には、硫酸の流通方向に関して硫酸バルブ621よりも上流側の分岐点において、硫酸帰還路65が分岐接続されており、硫酸バルブ621が閉じられている期間は、硫酸配管62を流れてくる硫酸が硫酸帰還路65を通って硫酸供給源に戻されるようになっている。これにより、硫酸バルブ621が閉じられている期間には、硫酸供給源、硫酸配管62および硫酸帰還路65からなる硫酸循環路を一定温度に温度調節された硫酸が循環し、硫酸配管62の硫酸バルブ621の下流側の部分に硫酸が滞ることがないので、硫酸バルブ621の開成直後から一定温度に温度調節された硫酸をミキシングバルブ61に供給することができる。
過酸化水素水配管63の途中部には、ミキシングバルブ61への過酸化水素水の供給/停止を切り換えるための過酸化水素水バルブ631と、過酸化水素水配管63を流れる過酸化水素水の流量を検出するための過酸化水素水流量計632とが、過酸化水素水の流通方向上流側からこの順に介装されている。また、過酸化水素水配管63には、過酸化水素水の流通方向に関して過酸化水素水バルブ631よりも上流側の分岐点において、過酸化水素水帰還路66が分岐接続されており、過酸化水素水バルブ631が閉じられている期間は、過酸化水素水配管63を流れてくる過酸化水素水が過酸化水素水帰還路66を通って過酸化水素水供給源に戻されるようになっている。これにより、過酸化水素水バルブ631が閉じられている期間には、過酸化水素水供給源、過酸化水素水配管63および過酸化水素水帰還路66からなる過酸化水素水循環路を過酸化水素水が循環し、過酸化水素水配管63の過酸化水素水バルブ631の下流側の部分に過酸化水素水が滞ることが防止されている。なお、この実施形態では、過酸化水素水は温度調節されておらず、過酸化水素水配管63には室温(約25℃)程度の過酸化水素水が流れる。
窒素ガス配管64の途中部には、ミキシングバルブ61への窒素ガスの供給/停止を切り換えるための窒素ガスバルブ641が介装されている。SPM液のウエハWへの供給を停止する際、バルブ621,631を閉じた後に、窒素ガスバルブ641が一定時間だけ、開成される。これにより、ミキシングバルブ61からノズル3の吐出口に至る経路内における硫酸と過酸化水素水との混合液が、ノズル3からウエハW上へと出し尽くされる。
硫酸バルブ621および過酸化水素水バルブ631が開かれるとともに、ミキシングバルブ61の硫酸ポート611および過酸化水素水ポート612が開かれると、硫酸配管62および過酸化水素水配管63からそれぞれ硫酸および過酸化水素水がミキシングバルブ61に流入し、このミキシングバルブ61で硫酸と過酸化水素水とが合流することによって、硫酸および過酸化水素水の混合液が作成される。この作成された硫酸および過酸化水素水の混合液は、ミキシングバルブ61から処理液配管5に流出し、処理液配管5をノズル3に向けて流れる。
ミキシングバルブ61では、硫酸配管62からの硫酸と過酸化水素水配管63からの過酸化水素水とが単に合流するだけであり、ミキシングバルブ61から処理液配管5に流出する混合液は、硫酸と過酸化水素水とが十分に混ざり合ったSPM液にはなっていない。そこで、処理液配管5には、その処理液配管5を流れる硫酸および過酸化水素水の混合液を撹拌して、十分に混ざり合ったSPM液を生成するための撹拌フィン付流通管51が介装されている。
撹拌フィン付流通管51は、管部材内に、それぞれ液体流通方向を軸にほぼ180度のねじれを加えた長方形板状体からなる複数の撹拌フィンを、液体流通方向に沿う管中心軸まわりの回転角度を90度ずつ交互に異ならせて配置した構成のものであり、たとえば、株式会社ノリタケカンパニーリミテド・アドバンス電気工業株式会社製の商品名「MXシリーズ:インラインミキサー」を用いることができる。撹拌フィン付流通管51では、硫酸および過酸化水素水の混合液が十分に撹拌されることにより、硫酸と過酸化水素水との化学反応(H2SO4+H2O2→H2SO5+H2O)が生じて、強い酸化力を有するH2SO5を含むSPM液が生成される。その際、化学反応による発熱(反応熱)を生じ、この発熱によって、SPM液の液温は、ウエハWの表面に形成されているレジスト膜を良好に剥離可能な高温度(たとえば、80℃以上)まで確実に昇温する。
撹拌フィン付流通管51は、ノズルアーム32に取り付けられることによって処理室1内に設けられている。より具体的には、図2に示すように、ノズルアーム32の上面には、取付台511が固定されており、撹拌フィン付流通管51は、流体流通方向の下流側が上流側よりも低くなるように傾斜をつけた状態で取付台511に取り付けられている。また、ノズルアーム32の先端部には、ブラケット325が固定されており、このブラケット325にノズル3が取り付けられている。撹拌フィン付流通管51で生成される高温度のSPM液は、ノズル3に供給される。
図3(a)および図3(b)は、ノズル3のノズルアーム32への取り付け構造を示す図である。図3(a)は、図2の矢印R1方向から見た正面図であり、図3(b)は、図3(a)の矢印R2方向から見た平面図である。ノズルアーム32の先端には、ノズルブラケット323が固定されている。このノズルブラケット323は、スピンチャック2に保持されたウエハWに垂直な平面に沿う板状の垂下部324を有している。この垂下部324に対して、平面視においてL字形のチューブブラケット325が取り付けられており、このチューブブラケット325に、チューブ押さえ部材326が取り付けられている。
チューブブラケット325は、ノズルブラケット323への固定部328と、チューブ押さえ326を受ける受け部329とを有している。受け部329は、上側受け面341と、この上側受け面341の下端に連設され、上側受け面に対して傾斜した下側受け面342とでノズル受け面340を形成している。このノズル受け面340に、PFAチューブで構成されたノズル3が受けられており、このノズル3がチューブ押さえ部材326によって押さえられて、チューブブラケット325に固定されている。
チューブ押さえ部材326は、上記ノズル受け面340に対向するチューブ押さえ面345が、上記ノズル受け面340に対応した形状に形成されており、このチューブ押さえ面345に、ノズル3を受け容れるノズル収容溝346が形成されている。このノズル収容溝346にノズル3を収容した状態で、チューブ押さえ部材326のチューブ押さえ面345をノズル受け面340に押し付け、チューブ押さえ部材326をボルト348によってチューブブラケット325に固定することにより、ノズル3がチューブブラケット325に固定されている。
この状態では、ノズル3は、ノズル受け面340の形状に従うことになり、上側受け面341と下側受け面342との間で屈曲させられることになる。そして、チューブブラケット325からウエハW側に突出するノズル3の先端部は、下側受け面342およびノズル収納溝346の方向によって規定される処理液供給方向に向けて、処理液としてのSPM液を吐出する吐出部3Aをなす。
チューブブラケット325の固定部328は、ノズルブラケット323の垂下部324に沿う板状に形成されている。ノズルブラケット323の垂下部324には、ノズル3の吐出部3Aよりも下方(すなわち、スピンチャック2側)に共通の中心を有する円弧形状の一対の長孔349,350が形成されている。チューブブラケット325の固定部328には、一対の長孔349,350の間隔と等しい間隔で一対のねじ孔351,352が形成されている。そして、一対の取り付けボルト353,354を上記一対の長孔349,350にそれぞれ挿通させ、さらに、一対のねじ孔351,352にそれぞれ螺着することによって、チューブブラケット325がノズルブラケット323に固定されている。
したがって、長孔349,350内で取り付けボルト353,354の取り付け位置を調整することにより、ノズルブラケット323に対するチューブブラケット325の取り付け角度を一定の範囲で調整することができ、これにより、ノズル3の吐出部3Aの方向を調整して、この吐出部3Aから吐出される処理液(SPM液)の供給方向を角度範囲Δθ内で調整することができる。角度範囲Δθは、ウエハWの上面の法線を含む角度範囲となっており、この実施形態では、ノズルアーム32の揺動に伴ってノズル3の吐出部3Aが描く円弧の接線(吐出部3Aの位置における接線)を含む鉛直面における角度範囲となっている。
吐出部3Aの取り付け角度(すなわち、処理液供給方向)は、供給する処理液(この実施形態ではSPM液)の種類やウエハWの上面の状態(疎水性、親水性など)に応じて、ウエハWの上面において処理液がすみやかに拡散し、かつ、ウエハW上における処理液の液盛り状態を良好に保持できるように定めればよい。
図4は、ノズルアーム32を揺動させてスキャン動作を行ったときのSPM液の着液点の変動および処理液供給方向の変動を説明するための図解的な平面図である。スピンチャック2に保持されて回転されるウエハWは、平面視において円形領域Aを占める。ノズルアーム32が、スピンチャック2の側方の旋回軸31を中心に揺動されることにより、ノズル3の吐出部3Aから吐出されたSPM液のウエハW上における着液点101は、円形領域Aの中心(すなわち、ウエハWの回転中心)Oとその外周部(ウエハWの外周部に対応)との間の半径110に対応した範囲で往復移動する。この状態で、SPM液が吐出されることによって、着液点101は、半径110の両端を結ぶ円弧形状の軌跡105を形成することになる。
図4は、ノズルアーム32を揺動させてスキャン動作を行ったときのSPM液の着液点の変動および処理液供給方向の変動を説明するための図解的な平面図である。スピンチャック2に保持されて回転されるウエハWは、平面視において円形領域Aを占める。ノズルアーム32が、スピンチャック2の側方の旋回軸31を中心に揺動されることにより、ノズル3の吐出部3Aから吐出されたSPM液のウエハW上における着液点101は、円形領域Aの中心(すなわち、ウエハWの回転中心)Oとその外周部(ウエハWの外周部に対応)との間の半径110に対応した範囲で往復移動する。この状態で、SPM液が吐出されることによって、着液点101は、半径110の両端を結ぶ円弧形状の軌跡105を形成することになる。
この実施形態では、ノズル3の吐出部3Aは、平面視において、ノズルアーム32の長手方向に対してほぼ直交する方向に向けられている。そのため、処理液供給方向102は、着液点101における軌跡105の接線方向に沿い、円形領域Aの中心から外周部に向かう方向となっている。
したがって、着液点101においてウエハWに接したSPM液は、すみやかにウエハWの外周部へと拡がり、その全域を被う。これにより、ウエハWの上面に処理液をすみやかに液盛りすることができるから、ウエハWの上面の全域に対して均一な処理を施すことができ、その結果、処理時間を短縮できる。また、SPM液の供給流量を多くしなくても、ウエハWの上面におけるSPM液の良好な拡がりを実現できるから、SPM液の消費量を抑制でき、ランニングコストを抑えることができる。
したがって、着液点101においてウエハWに接したSPM液は、すみやかにウエハWの外周部へと拡がり、その全域を被う。これにより、ウエハWの上面に処理液をすみやかに液盛りすることができるから、ウエハWの上面の全域に対して均一な処理を施すことができ、その結果、処理時間を短縮できる。また、SPM液の供給流量を多くしなくても、ウエハWの上面におけるSPM液の良好な拡がりを実現できるから、SPM液の消費量を抑制でき、ランニングコストを抑えることができる。
図5は、この基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。この基板処理装置はさらに、マイクロコンピュータを含む構成の制御部80を備えている。
制御部80には、スピンチャック2に回転駆動力を入力するためのチャック駆動機構22、旋回軸31にノズルアーム32の揺動駆動力を入力するためのアーム駆動機構33、ミキシングバルブ61、硫酸バルブ621、過酸化水素水バルブ631および窒素ガスバルブ641などが制御対象として接続されている。
制御部80には、スピンチャック2に回転駆動力を入力するためのチャック駆動機構22、旋回軸31にノズルアーム32の揺動駆動力を入力するためのアーム駆動機構33、ミキシングバルブ61、硫酸バルブ621、過酸化水素水バルブ631および窒素ガスバルブ641などが制御対象として接続されている。
制御部80は、予め作成されたプログラムに従って、チャック駆動機構22およびアーム駆動機構33を制御し、また、ミキシングバルブ61の各ポート611〜613、硫酸バルブ621、過酸化水素水バルブ631および窒素ガスバルブ641の開閉を制御する。これにより、ノズル3からSPMを吐出させて、ウエハWの表面に形成されているレジスト膜を剥離するSPM供給工程、SPMによるレジスト膜剥離後のウエハWの表面に純水を供給して、ウエハWに付着したSPMを純水で洗い流すリンス工程、およびリンス工程後のウエハWを高速回転させて乾燥させるスピンドライ工程など、レジスト剥離処理に含まれる各工程が実施される。
図6は、SPM吐出工程について説明するためのフローチャートである。処理対象のウエハWは、搬送ロボット(図示せず)によって搬入されてきて、その搬送ロボットからスピンチャック2に受け渡される。スピンチャック2にウエハWが保持されると、スピンチャック2によってウエハWが所定の回転速度(たとえば、100rpm以下)で低速回転される(ステップS1)。また、ノズルアーム32が旋回されて、ノズル3がカップ4の外側に設定された待機位置からスピンチャック2に保持されたウエハWの上方に配置される(ステップS2)。
つづいて、ミキシングバルブ61の硫酸ポート611および過酸化水素水ポート612が開かれるとともに、硫酸バルブ621および過酸化水素水バルブ631が開かれる(ステップS3)。硫酸配管62および過酸化水素水配管63からミキシングバルブ61にそれぞれ流入する硫酸および過酸化水素水は、ミキシングバルブ61で合流して、硫酸および過酸化水素水の混合液となって処理液配管5を流れる。そして、撹拌フィン付流通管51を通過する際に十分に撹拌されることによって、強い酸化力を有するH2SO5を含む高温のSPM液となってノズル3に供給され、たとえば、1リットル/minの流量でノズル3からスピンチャック2によって回転されているウエハWの表面に供給される。
その一方で、ノズルアーム32の揺動が開始されて(ステップS4)、ノズルアーム32が所定の角度範囲内で繰り返し揺動される。このノズルアーム32の揺動によって、ノズル3からの高温のSPM液が導かれるウエハWの表面上の着液点が、ウエハWの回転中心からウエハWの周縁部に至る範囲内を円弧状の軌跡を描きつつ繰り返しスキャンされる。また、ウエハWの表面に供給されたSPM液は、ウエハWの回転による遠心力を受けて、その供給位置からウエハWの周縁に向けて、ウエハWの表面上を拡がりつつ流れる。このとき、ノズル3の吐出部3Aからの処理液供給方向が、ウエハWの回転中心から外周に向かう成分を有しているから、ウエハW上において、SPM液がすみやかに拡がる。これによって、ウエハWの表面全域にSPM液が、すみやかに、むらなく行き渡り、ウエハWの表面に形成されているレジスト膜がSPM液に含まれるH2SO5の強い酸化力によって剥離される。
ミキシングバルブ61の硫酸ポート611および過酸化水素水ポート612、硫酸バルブ621ならびに過酸化水素水バルブ631が開かれてから所定のSPM供給時間(たとえば、15秒間)が経過すると(ステップS5のYES)、ミキシングバルブ61の硫酸ポート611および過酸化水素水ポート612が閉じられるとともに、硫酸バルブ621および過酸化水素水バルブ631が閉じられて(ステップS6)、ミキシングバルブ61への硫酸および過酸化水素水の供給が停止される。ミキシングバルブ61への硫酸および過酸化水素水の供給停止に応答して、処理液配管5内の硫酸および過酸化水素水の混合液の流通が停止し、硫酸および過酸化水素水の供給停止後のミキシングバルブ61および処理液配管5内に硫酸および過酸化水素水の混合液が滞留した状態となる。
ミキシングバルブ61への硫酸および過酸化水素水の供給停止後、ミキシングバルブ61の窒素ガスポート613が開かれるとともに、窒素ガスバルブ641が開かれて(ステップS7)、窒素ガス配管64からミキシングバルブ61に窒素ガスが供給される。ミキシングバルブ61に供給される窒素ガスは、ミキシングバルブ61から処理液配管5へと流れて、ミキシングバルブ61および処理液配管5内に滞留している硫酸および過酸化水素水の混合液をノズル3に向けて圧送する。こうして処理液配管5内を流れる硫酸および過酸化水素水の混合液は、撹拌フィン付流通管51を通過することによって高温のSPM液となり、ウエハWの上方で往復揺動しているノズルアーム32の先端のノズル3から吐出される。
ミキシングバルブ61への窒素ガスの供給が所定のガス圧送時間(ミキシングバルブ641に供給された窒素ガスがノズル3から吐出されるまでの時間、すなわち、ミキシングバルブ61および処理液配管5内に滞留している混合液をすべてノズル3から吐出させるのに十分な時間)にわたって行われると(ステップS8のYES)、ミキシングバルブ61の窒素ガスポート613および窒素ガスバルブ641が閉じられる(ステップS9)。そして、ノズルアーム32が旋回されて、ノズル3がウエハWの上方からカップ4の外側に設定された待機位置へと戻される(ステップS10)。
このように、ミキシングバルブ61への硫酸および過酸化水素水の供給停止後、ミキシングバルブ61に窒素ガスが供給されて、ミキシングバルブ61および処理液配管5内に滞留している硫酸および過酸化水素水の混合液がSPM液となってノズル3から押し出される。これにより、ミキシングバルブ61および処理液配管5内に硫酸および過酸化水素水の混合液が滞留したまま放置されることがない。よって、ウエハWに劣化(処理能力が低下)したSPM液が供給されることがない。また、SPM吐出工程の全期間を通して、ウエハWに対してほぼ一定の処理能力を有するSPM液を供給することができるから、ウエハW間における処理のばらつきやウエハWの処理不良を生じるおそれがない。さらに、ノズル3から押し出されるSPM液は、ウエハWの表面に供給されて、ウエハWの表面のレジスト膜の剥離に寄与するから、高価なSPMが無駄になることがない。
図7は、この発明の他の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図である。この図7において、上述の図1に対応する部分には、図1の場合と同一の参照符号を付して示す。この実施形態では、ノズルアーム32の揺動位置をノズル位置検出部120によって検出することにより、ノズル3の吐出部3Aの位置(すなわち、着液点の位置)が検出される。また、ノズルの吐出部3Aの方向を、ノズルアーム32の長手方向(ノズルアーム32の旋回半径方向)に直交する平面内で変更(回転)させるためのロータリアクチュエータ123が備えられている。ノズル位置検出部120の出力信号は、制御部80に入力されており、この制御部80は、ロータリアクチュエータ123を駆動制御するようになっている。
ノズル位置検出部120は、たとえば、アーム駆動機構33の回転駆動源としてのモータや旋回軸31の回転角を検出するロータリエンコーダによって構成されてもよい。また、アーム駆動機構33の回転駆動源としてのモータがステッピングモータからなる場合には、このステッピングモータに与えられるパルス数を計数することによって、ノズルアーム32の角度位置を検出するものであってもよい。また、アーム駆動機構33の回転駆動源としてサーボモータを用いる場合には、このサーボモータに対する指令値に基づいてノズルアーム32の角度位置を求めるものであってもよい。
制御部80は、SPM液の着液点の移動と同期して、ロータリアクチュエータ123を制御し、これによって、処理液供給方向を変化させる。より具体的には、たとえば、図8に示されているように、SPM液の着液点101がウエハWの回転中心O付近であるときには、処理液供給方向102を、ウエハWの法線方向に対して、ウエハWの回転中心Oから外周部へと向かうように大きく傾斜させる。そして、着液点101がウエハWの外周部へと向かうに従って、ウエハWの法線方向に対する処理液供給方向102の角度を徐々に小さくしていき、ウエハWの外周部において、処理液供給方向をウエハWの法線方向に沿う方向とする。
このように、着液点101の位置に応じて、処理液供給方向102を変動させることによって、ウエハWの回転中心O付近に供給されたSPM液をウエハWの外周部へ向けてすみやかに拡がらせることができるとともに、ウエハWの外周部に供給されたSPM液は、ウエハWの上面に留まらせることができる。こうして、ウエハWの上面に対するSPM液の液盛り処理を良好に行える。
図9は、この発明のさらに他の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。この図9において、上述の図1に示された各部に対応する部分には、図1の場合と同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、ノズル3の吐出部3Aは、平面視において、ノズルアーム32の長手方向(旋回半径方向)に沿って配置されている。より具体的には、処理液供給方向は、着液点がウエハWの回転中心付近にある状態で、ウエハWの法線方向に対して、ノズルアーム32の旋回半径を含む鉛直な平面内で傾斜している。
この実施形態では、ノズル3の吐出部3Aは、平面視において、ノズルアーム32の長手方向(旋回半径方向)に沿って配置されている。より具体的には、処理液供給方向は、着液点がウエハWの回転中心付近にある状態で、ウエハWの法線方向に対して、ノズルアーム32の旋回半径を含む鉛直な平面内で傾斜している。
この場合、図10の図解的な平面図に示すように、ノズルアーム32の揺動に伴って、回転状態のウエハWが占める円形領域A内において、着液点101がウエハWの回転中心Oと外周部との間の円弧形状の軌跡130を描くとすると、処理液供給方向102は、当該円弧形状の半径方向に沿う成分を有することになる(図10では円弧の外方側に向けられているが、円弧の内方側に向けられていてもよい)。したがって、処理液供給方向102は、ウエハWの回転中心O付近では、ウエハWの回転中心Oから外周部へと向けられるが、ウエハWの外周部付近では、ウエハWの回転方向(すなわち、ウエハWの周方向)に向けられるようになる。これにより、ウエハWの回転中心付近に供給されたSPM液をすみやかにウエハWの上面の全域に広がらせることができ、かつ、ウエハWの外周部ではウエハWからのSPM液の落下を抑制して、SPM液の消費量を抑制できる。
以上、この発明の3つの実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、ウエハWの回転中心Oと外周部との間の半径範囲で着液点101を往復移動させることとしたが、ウエハWの回転中心Oを挟んでほぼ対称位置にある一対の外周部間の直径範囲で着液点101を往復移動させるようにノズルアーム32を駆動してもよい。この場合には、上記図7に示された第2の実施形態の構成を採用して、少なくともウエハWの回転中心O付近で処理液供給方向102がウエハWの回転中心Oから外周方向に向かう方向となるようにノズル3の吐出部3Aの角度を着液点101の位置に応じて変動させることが好ましい。
また、上記図9に示された第3の実施形態の構成を採用すれば、吐出部3Aの角度を変化させなくても、ウエハWの回転中心O付近においては、処理液供給方向102をウエハWの外周に向かう方向とし、ウエハWの外周部付近においては、処理液供給方向102をウエハWの周方向に沿う方向とすることができる。
また、上記の実施形態では、ノズル3がウエハWの回転中心Oから外周部へ向かうときと、その逆の移動をするときとの両方の期間にウエハWにSPM液を供給するようにしているが、たとえば、ウエハWの回転中心から外周部に向かってノズル3が移動する期間にのみ、ウエハWへのSPM液の供給を行うこととしてもよい。
また、上記の実施形態では、ノズル3がウエハWの回転中心Oから外周部へ向かうときと、その逆の移動をするときとの両方の期間にウエハWにSPM液を供給するようにしているが、たとえば、ウエハWの回転中心から外周部に向かってノズル3が移動する期間にのみ、ウエハWへのSPM液の供給を行うこととしてもよい。
さらに、スピンチャック2としては、ウエハWの下面を真空吸着することにより、ウエハWをほぼ水平な姿勢で保持し、さらにその状態でほぼ鉛直な軸線まわりに回転することにより、その保持したウエハWを回転させることができる真空吸着式のもの(バキュームチャック)が採用されてもよい。
さらに、ウエハWの表面から不要になったレジスト膜を剥離するレジスト剥離処理を例にとったが、処理対象となる基板は、ウエハWに限らず、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディプレイパネル用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板および磁気/光ディスク用基板などの他の種類の基板であってもよい。また、基板に対する処理は、処理液を基板上に液盛りして処理する形態のものであれば、レジスト剥離処理以外の処理であっても本発明の適用が可能である。
さらに、ウエハWの表面から不要になったレジスト膜を剥離するレジスト剥離処理を例にとったが、処理対象となる基板は、ウエハWに限らず、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディプレイパネル用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板および磁気/光ディスク用基板などの他の種類の基板であってもよい。また、基板に対する処理は、処理液を基板上に液盛りして処理する形態のものであれば、レジスト剥離処理以外の処理であっても本発明の適用が可能である。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
1 処理室
2 スピンチャック
3 ノズル
3A 吐出部
4 カップ
5 処理液配管
21 挟持部材
22 チャック駆動機構
31 旋回軸
32 ノズルアーム
33 アーム駆動機構
51 撹拌フィン付流通管
61 ミキシングバルブ
62 硫酸配管
63 過酸化水素水配管
64 窒素ガス配管
65 硫酸帰還路
66 過酸化水素水帰還路
71 排気配管
72 廃液配管
80 制御部
101 着液点
102 処理液供給方向
105 軌跡
110 半径
120 ノズル位置検出部
123 ロータリアクチュエータ
130 軌跡
323 ノズルブラケット
324 垂下部
325 チューブブラケット
326 チューブ押さえ部材
328 固定部
329 受け部
340 ノズル受け面
341 上側受け面
342 下側受け面
345 チューブ押さえ面
346 ノズル収容溝
348 ボルト
349,350 長孔
351,352 ねじ孔
353,354 ボルト
611 硫酸ポート
612 過酸化水素水ポート
613 窒素ガスポート
621 硫酸バルブ
622 硫酸流量計
631 過酸化水素水バルブ
632 過酸化水素水流量計
641 窒素ガスバルブ
A 回転状態のウエハが形成する円形領域
O 回転中心
W ウエハ
2 スピンチャック
3 ノズル
3A 吐出部
4 カップ
5 処理液配管
21 挟持部材
22 チャック駆動機構
31 旋回軸
32 ノズルアーム
33 アーム駆動機構
51 撹拌フィン付流通管
61 ミキシングバルブ
62 硫酸配管
63 過酸化水素水配管
64 窒素ガス配管
65 硫酸帰還路
66 過酸化水素水帰還路
71 排気配管
72 廃液配管
80 制御部
101 着液点
102 処理液供給方向
105 軌跡
110 半径
120 ノズル位置検出部
123 ロータリアクチュエータ
130 軌跡
323 ノズルブラケット
324 垂下部
325 チューブブラケット
326 チューブ押さえ部材
328 固定部
329 受け部
340 ノズル受け面
341 上側受け面
342 下側受け面
345 チューブ押さえ面
346 ノズル収容溝
348 ボルト
349,350 長孔
351,352 ねじ孔
353,354 ボルト
611 硫酸ポート
612 過酸化水素水ポート
613 窒素ガスポート
621 硫酸バルブ
622 硫酸流量計
631 過酸化水素水バルブ
632 過酸化水素水流量計
641 窒素ガスバルブ
A 回転状態のウエハが形成する円形領域
O 回転中心
W ウエハ
Claims (7)
- 基板をほぼ水平に保持して回転させる基板保持回転手段と、
この基板保持回転手段によって保持されて回転されている基板の上面に対して、この基板の上面の法線に対して傾斜した処理液供給方向に沿って処理液を供給し、この基板の上面に処理液を液盛りする処理液供給手段とを含むことを特徴とする基板処理装置。 - 上記処理液供給手段から供給された処理液の上記基板の上面における着液点を、上記基板の回転中心に対して相対移動させる着液点移動機構をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の基板処理装置。
- 上記着液点移動機構は、上記着液点を、上記基板の回転中心と基板の外周部との間で移動させるものであることを特徴とする請求項2記載の基板処理装置。
- 上記処理液供給方向は、少なくとも基板の回転中心付近において、基板の回転中心から外周部へと向かう成分を有する方向であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の基板処理装置。
- 上記処理液供給方向を調整する処理液供給方向調整手段をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の基板処理装置。
- 上記処理液供給手段によって基板の上面に処理液を供給している期間に、上記処理液供給方向を変化させる処理液供給方向変更機構をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の基板処理装置。
- 基板をほぼ水平な姿勢で回転させる基板回転工程と、
この基板回転工程と並行して、上記基板の上面の法線に対して傾斜した処理液供給方向に沿って、上記基板の上面に処理液を供給し、この基板の上面に当該処理液を液盛りする液盛り工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004071472A JP2005260087A (ja) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | 基板処理装置および基板処理方法 |
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JP2004071472A JP2005260087A (ja) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | 基板処理装置および基板処理方法 |
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Family
ID=35085502
Family Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011514684A (ja) * | 2008-03-17 | 2011-05-06 | エーシーエム リサーチ (シャンハイ) インコーポレーテッド | 半導体ワークピースを処理する溶液調製装置及び方法 |
JP2019057677A (ja) * | 2017-09-22 | 2019-04-11 | 株式会社Screenホールディングス | 基板処理方法および基板処理装置 |
-
2004
- 2004-03-12 JP JP2004071472A patent/JP2005260087A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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