JP2006147673A - 基板回転式処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転する基板の表面から飛散した処理液がカップの内壁面で跳ね返ることを防止し、処理液がカップの内壁面上に長く留まってカップ内壁面に処理液が付着し乾燥して不純物や処理液成分が堆積することを防止することができる装置を提供する。
【解決手段】 スピンチャック１０に保持されて回転する基板Ｗの側方および下方を取り囲むように配設され基板上から周囲へ飛散する処理液を回収するためのカップ１６の、基板上から飛散した処理液が衝突する部分である上側カップ部２４の内壁面に親水性表面と疎水性表面とを混在させた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板を水平姿勢に保持して鉛直軸回りに回転させ基板表面へ洗浄液、塗布液、現像液等の処理液を供給して、洗浄、塗布、現像等の基板処理を行う基板回転式処理装置に関する。

半導体ウエハ等の基板をスピンチャックで水平姿勢に保持して鉛直軸回りに回転させ、基板表面へ処理液、例えば純水等の洗浄液を供給して、基板を洗浄処理するとき、基板表面に供給された洗浄液は、遠心力によって基板周縁へ拡散し、使用済み洗浄液は基板周縁から周囲へ飛散する。スピンチャックに保持された基板の周囲には、その側方および下方を取り囲むようにカップが配設されており、基板上から周囲へ飛散した使用済み洗浄液は、カップの内壁面に衝突して捕捉され、カップ内壁面上を流下してカップ底部に捕集され、カップ下部に設けられた排液口からドレン管を通って排出され回収されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

基板上から周囲へ飛散した処理液を回収するためのカップは、従来、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのプラスチック材料、あるいは、ステンレス鋼等の金属材料で形成されているが、現在ではほとんどのカップが樹脂製である。このカップの主要な機能は、基板上から周囲へ飛散した処理液が基板処理部外にまで飛散するのを防止することであるが、それと同時に、処理液を捕集して速やかにカップ底部の排液口へ流動させることである。ところで、一般的には、カップを形成しているプラスチック材料は疎水性であるが、カップを長期間にわたって使用していると、カップの内壁面が親水化する。これは、処理液との接触によってカップの内壁面が劣化したり、組成変化を起こしたり、処理液成分や不純物が付着し乾燥して堆積したりすることなどで、表面状態が変化するためである。
特開平１０−３２３６３３号公報（第３頁、図１）

図４は、基板回転式処理装置の概略構成を示す模式図である。図において、１が、基板Ｗを水平姿勢に保持するスピンチャックであり、２が、基板Ｗを保持したスピンチャック１を支持して鉛直軸回りに回転させるための回転支軸であり、３が、処理液を捕集するカップであり、４が、処理液を排出し回収するための排液部である。カップ３が疎水性の材料で形成されているとき、カップ３の内壁面は、純水等の洗浄液のように親水性の処理液が衝突したときに処理液を弾いてしまう。このため、図４の（ａ）に示すように、基板Ｗの表面から周囲へ飛散してカップ３の内壁面に衝突した処理液は、内壁面で跳ね返って一部が基板Ｗの表面に再付着する。このとき、使用済み洗浄液のように処理液が不純物を含んでいると、処理液中の不純物がパーティクルとなって基板Ｗを汚染し、また、カップの内壁面の一部に処理液が付着して乾燥していたりすると、それがパーティクルとなって内壁面で跳ね返った処理液とともに基板Ｗの表面に付着し基板Ｗを汚染する、といった問題を生じる。一方、カップ３の内壁面が親水性になっていると、図４の（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面から周囲へ飛散してカップ３の内壁面に衝突した親水性の処理液は、内壁面上で薄膜状に拡がってカップ３の底部へ流下し、排液部４を通して排出される。ところが、処理液は、カップ３の内壁面上をゆっくりと流動するため、処理液がカップ３の内壁面上に留まる時間が長くなり、この結果、カップの内壁面に処理液が付着して乾燥し不純物や処理液成分がカップ３の内壁面に堆積しやすくなり、それが基板汚染の原因になる、といった問題点がある。

この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、回転する基板の表面から飛散した処理液がカップの内壁面で跳ね返ることを防止するとともに、処理液がカップの内壁面上に長く留まって、カップの内壁面に処理液が付着し乾燥して不純物や処理液成分がカップ内壁面に堆積する、といったことを防止して、カップに起因する基板汚染の原因を取り除くことができる基板回転式処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、基板を水平姿勢に保持する基板保持手段と、この基板保持手段に保持された基板を鉛直軸回りに回転させる基板回転手段と、前記基板保持手段に保持された基板の表面へ処理液を供給する処理液供給手段と、上面が開口した容器状をなし、前記基板保持手段に保持された基板の側方および下方を取り囲むように配設され、基板上から周囲へ飛散する処理液を回収するためのカップとを備えた基板回転式処理装置において、前記カップの内壁面の少なくとも、基板上から周囲へ飛散した処理液が衝突する部分およびその周辺部分に、親水性表面と疎水性表面とを混在させたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の基板回転式処理装置において、親水性表面と疎水性表面とが水平方向に延びる縞状に混在したことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１記載の基板回転式処理装置において、親水性表面と疎水性表面とが市松模様状に混在したことを特徴とする。

請求項１に係る発明の基板回転式処理装置においては、カップの内壁面の、基板上から周囲へ飛散した処理液が衝突する部分およびその周辺部分が、親水性表面と疎水性表面とが混在するように表面処理されているので、当該部分の全体が疎水性表面であるカップに比べて親水性の処理液の跳ね返りが減少し、また、疎水性表面に衝突して表面上で拡散した処理液は、速やかに隣接する親水性表面へ流れて親水性表面上に凝集するので、処理液の跳ね返りが起こりにくい。また、親水性表面に衝突した処理液は、元々跳ね返りを生じにくい。したがって、基板上から飛散してカップの内壁面に衝突した処理液が内壁面で跳ね返って、使用済み処理液の一部が基板の表面に再付着する、といったことが防止される。一方、親水性表面に衝突して薄膜状に拡がり、また、疎水性表面から親水性表面へ流れて凝集した処理液は、或る程度の大きさの液滴に成長すると、親水性表面から流下して隣接する疎水性表面へ流動するので、親水性表面上に留まる時間が短くなる。したがって、カップの内壁面に処理液が付着して乾燥し不純物や処理液成分がカップの内壁面に堆積する、といったことが防止される。
このように、請求項１に係る発明の基板回転式処理装置を使用すると、回転する基板の表面から周囲へ飛散した処理液がカップ内壁面で跳ね返ることが防止されるとともに、カップの内壁面に処理液が付着し乾燥して不純物や処理液成分がカップ内壁面に堆積することが防止されるので、カップに起因する基板汚染の原因を取り除くことができる。

請求項２に係る発明の基板回転式処理装置では、親水性表面と疎水性表面とが水平方向に延びる縞状に混在することにより、請求項１に係る上記作用効果が確実に奏される。

請求項３に係る発明の基板回転式処理装置では、親水性表面と疎水性表面とが市松模様状に混在することにより、請求項１に係る上記作用効果が確実に奏される。

以下、この発明の最良の実施形態について図１ないし図３を参照しながら説明する。
図１は、この発明の実施形態の１例を示し、基板回転式処理装置、例えば基板回転式洗浄装置（スピンスクラバ）の要部の概略構成を示す縦断面図である。

この洗浄装置は、半導体ウエハ等の基板Ｗを水平姿勢に保持するスピンチャック１０を有し、スピンチャック１０に保持された基板Ｗは、スピンチャック１０を支持する回転支軸１２に連結されたスピンモータ１４によって鉛直軸回りに水平面内で回転させられる。基板Ｗの周囲には、上面が開口しスピンチャック１０に保持された基板Ｗの側方および下方を取り囲むような容器状に形成されたカップ１６が配設されている。カップ１６の内部には、スピンチャック１０に保持された基板Ｗの下方に円錐台状の整流部材１８が配設されており、整流部材１８の中央部に支持円筒２０が一体的に固着されている。そして、支持円筒２０の内部に回転支軸１２が挿通されている。カップ１６と整流部材１８とは、カップ１６の底壁部が整流部材１８の底面部に回り込むように屈曲加工されて一体的に連接している。支持円筒２０と回転支軸１２とは連結しておらず、したがって、カップ１６、整流部材１８および支持円筒２０は、スピンチャック１０、回転支軸１２およびスピンモータ１４に対し一体となって上下方向へ移動可能であり、図示していない昇降機構により、図示した基板洗浄時の位置とそれより下方の基板搬出入時の位置との間で昇降させることができるようになっている。

スピンチャック１０に保持された基板Ｗの上方には、基板Ｗの表面へ純水等の洗浄液を供給する洗浄液供給ノズル２２が配設されている。洗浄液供給ノズル２２は、図示した位置からカップ１６の外方へ退避させることができるようになっている。また、図示していないが、スピンチャック１０に保持された基板Ｗの上方には、基板Ｗの表面を走査しながらスクラブ洗浄する回転洗浄ブラシが設置されており、回転洗浄ブラシは、上下方向へ移動可能に支持されている。

カップ１６は、円錐台周面の形状に形成され内壁面が下向きに拡開した上側カップ部２４、この上側カップ部２４の下端縁に連接して円筒状に形成され整流部材１８の底面部に回り込むように屈曲した底壁部を有する下側カップ部２６、および、上側カップ部２４の上端縁に連接してその上端縁から内方に向かって水平に張り出した円環部２８から構成され、それらが一体化して容器状に形成されている。上側カップ部２４は、基板洗浄の際に、スピンチャック１０に保持された基板Ｗが位置する水平面を含む高さに配置され、基板Ｗの表面から周囲へ飛散した洗浄液は上側カップ部２４の内壁面に衝突する。下側カップ部２６には、その底壁部に排液口３０が形設され、排液口３０にドレン管３２が連通接続されている。また、下側カップ部２６の底壁部には、整流部材１８の下面と対向する位置に開口した排気管３４が設けられており、この排気管３４を通してカップ１６内の排気が行われるようになっている。

上記した構成のカップ１６は、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレンなどのプラスチック材料で形成されている。そして、カップ１６の少なくとも上側カップ部２４、すなわち、基板Ｗの表面から周囲へ飛散した洗浄液が衝突する部分である上側カップ部２４の内壁面を、図２に展開図を示すように、親水性表面３６と疎水性表面３８とが水平方向に延びる縞状に混在するように表面処理している。疎水性のプラスチック材料で形成された上側カップ部２４の内壁面を部分的に親水化処理する方法としては、例えば、目の極く細かいヤスリ等を使用して物理的に内壁面を粗面化したり、プラズマ処理、すなわち、プラズマ発生部を先端に持つノズルを使用し、そのノズル先端で内壁面を走査して内壁面を粗面化したり、薬剤を使用し、耐薬品性テープ等で内壁面を部分的にマスキングした後に薬剤を内壁面に塗布して粗面化したり、カップの内壁面に親水性材料を薄膜状に被着形成したりする方法があるが、親水化処理の方法はどのようなものであってもよい。

図３は、上側カップ部の内壁面に親水性表面と疎水性表面とを混在させる別の実施形態を示し、この図３に展開図を示すように、上側カップ部４０の内壁面を、親水性表面４２と疎水性表面４４とが市松模様状に混在するように表面処理してもよい。また、それ以外の形態、例えば、三角形を組み合わせた鱗模様状としたり、六角形を組み合わせたハニカム状としたりしてもよい。なお、上側カップ部２４の内壁面全体ではなく、上側カップ部２４の内壁面の一部に親水性表面３６と疎水性表面３８とを混在させるようにしてもよい。また、上側カップ部２４以外の下側カップ部２６の内壁面の一部あるいは全体を、親水性表面と疎水性表面とが混在するように表面処理しても差し支えない。

この基板回転式洗浄装置では、カップ１６の、基板Ｗ上から周囲へ飛散した純水等の洗浄液が衝突する部分である上側カップ部２４の内壁面に親水性表面３６と疎水性表面３８とを混在させているので、上側カップ部２４の内壁面が疎水性表面のままであるカップに比べて洗浄液の跳ね返りが減少する。また、上側カップ部２４内壁面の疎水性表面３８に衝突して表面上で拡散した洗浄液は、速やかに上・下に隣接する親水性表面３６へ流れて親水性表面３６上に凝集するため、洗浄液の跳ね返りが起こりにくくなる。そして、上側カップ部２４内壁面の親水性表面３６に衝突した洗浄液は、薄膜状に拡がるので元々跳ね返りを生じにくい。このため、基板Ｗ上から飛散して上側カップ部２４の内壁面に衝突した洗浄液が内壁面で跳ね返って、使用済み洗浄液の一部が基板Ｗの表面に再付着する、といったことが防止されるので、使用済み洗浄液に含まれた不純物がパーティクルとなって基板Ｗを汚染する心配が無くなる。

一方、上側カップ部２４内壁面の親水性表面３６に衝突して薄膜状に拡がり、また、疎水性表面３８から親水性表面３６へ流れて凝集した洗浄液は、或る程度の大きさの液滴に成長すると、親水性表面３６から流下して下側に隣接する疎水性表面３８へ流動するので、親水性表面３６上に留まる時間が短くなる。したがって、上側カップ部２４の内壁面に洗浄液が付着して乾燥し使用済み洗浄液中の不純物が上側カップ部２４の内壁面に堆積する、といったことが防止される。そして、上側カップ部２４の内壁面から下側カップ部２６の内壁面へ流下した使用済み洗浄液は、疎水性表面である下側カップ部２６の内壁面上を速やかに流下して内底部に捕集され、下側カップ部２６の底壁部に設けられた排液口３０の方へ速やかに流動して、排液口３０からドレン管３２を通ってカップ１６から排出され回収される。

上記した実施形態では、この発明を基板回転式洗浄装置に適用する場合について説明したが、この発明は、それ以外の基板回転式処理装置、例えば現像装置（スピンデベロッパ）、塗布装置（スピンコータ）等についても同様に適用し得るものである。また、カップの構造は、上記実施形態で説明したものに限らない。

この発明の実施形態の１例を示し、基板回転式処理装置である基板回転式洗浄装置の要部の概略構成を示す縦断面図である。 図１に示した基板回転式洗浄装置の構成要素であるカップの上側カップ部を展開した状態で示す図である。 この発明の別の実施形態を示し、基板回転式洗浄装置の構成要素であるカップの上側カップ部を展開した状態で示す図である。 基板回転式処理装置の概略構成を示す模式図であって、（ａ）は、基板の表面から周囲へ飛散した親水性の処理液が疎水性のカップ内壁面に衝突した際の様子を説明するための図であり、（ｂ）は、基板の表面から周囲へ飛散した親水性の処理液が親水性のカップ内壁面に衝突した際の様子を説明するための図である。

符号の説明

１０ スピンチャック
１２ 回転支軸
１４ スピンモータ
１６ カップ
１８ 整流部材
２０ 支持円筒
２２ 洗浄液供給ノズル
２４、４０ 上側カップ部
２６ 下側カップ部
３０ 排液口
３２ ドレン管
３４ 排気管
３６、４２ 上側カップ部内壁面の親水性表面
３８、４４ 上側カップ部内壁面の疎水性表面
Ｗ 基板

Claims (3)

1. 基板を水平姿勢に保持する基板保持手段と、
   この基板保持手段に保持された基板を鉛直軸回りに回転させる基板回転手段と、
   前記基板保持手段に保持された基板の表面へ処理液を供給する処理液供給手段と、
   上面が開口した容器状をなし、前記基板保持手段に保持された基板の側方および下方を取り囲むように配設され、基板上から周囲へ飛散する処理液を回収するためのカップと、
   を備えた基板回転式処理装置において、
   前記カップの内壁面の少なくとも、基板上から周囲へ飛散した処理液が衝突する部分およびその周辺部分に、親水性表面と疎水性表面とを混在させたことを特徴とする基板回転式処理装置。
2. 親水性表面と疎水性表面とが水平方向に延びる縞状に混在した請求項１記載の基板回転式処理装置。
3. 親水性表面と疎水性表面とが市松模様状に混在した請求項１記載の基板回転式処理装置。

Images