JP2007059832A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理槽内で強い水流変化を起させて、処理液の使用量を少なくすると共に高い品質の処理ができる基板処理装置を提供すること。
【解決手段】 内部に処理液が貯留された処理槽１１内にウェーハＷを浸漬して表面処理を行う基板処理装置１において、処理槽の対向する側壁面の内側には、それぞれ上下２段に第１、第２処理液供給管１６ａ、１６ｂ及び第３、第４処理液供給管１６ｃ、１６ｄが設けられ、第１〜第４処理液供給管１６ａ〜１６ｄの側壁に設けられた噴射口１７は、処理槽内に浸漬されるウェーハに向かい水平方向に対して所定角度θ１、θ２傾斜させて配設されており、対角線上に位置する第１、第４処理液供給管からの供給と、この対角線と交差する対角線上に位置する第２、第３処理液供給管からの供給とを切換え制御する切換え制御手段により、所定時間ごとに処理液を供給する処理液供給管を交互に切換えることによってウェーハの表面処理を行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体ウェーハ、液晶用ガラス基板等の各種基板を処理する基板処理装置に係り、特に処理槽内の処理液の水流を変えて基板表面処理を行う基板処理装置に関するものである。

従来から半導体ウェーハ（以下、ウェーハという）表面のパーティクル、有機汚染物、金属不純物等のコンタミネーションを除去するために様々なタイプの基板処理装置が使用されている。その中でウェーハを処理液に浸漬して処理する、いわゆるウエット基板処理装置が上記のコンタミネーションを効果的に除去でき、スループットが良好なことから、幅広く普及している。

この種の基板処理装置は、通常、所定量の処理液及び被処理基板を収容できる大きさの内槽と、この内槽から溢れる処理液を回収する外槽とからなる処理槽を備え、この処理槽の内槽に処理液を貯留し、貯留された処理液へ被処理基板を浸漬し、内槽の底部又は／及び側部に設けた供給管から処理液を供給して、被処理基板を処理している。
ところが、このような基板処理装置は、被処理基板の中央部に向けて処理液が流れるように設計されているため、中央部以外の箇所、例えば被処理基板と周縁付近或いは底部付近等に処理液がスムーズに流れないよどみ領域が発生し、このようなよどみが発生すると、このよどみ領域にパーティクルや反応生成物が滞留し、処理液濃度の分布が不均一になり、被処理基板が均一に処理されない原因となる。
そこで、このようなよどみを無くす対策として、処理槽内の処理液供給管の本数を増やす方法等が採用されているが、これらの方法は、特定のよどみ領域に対しては効果があるが、代わってまた新たな箇所によどみ領域が発生してしまうことが判明した。そこで、このようなよどみの発生は、処理槽内の処理液の流れが常に一定方向であって、水流の変化が少ないために起こっているのが一因とされて、複数本の供給管からの処理液の供給を選択的に切換えて供給する方式が開発されている（例えば、下記特許文献１〜４参照）。

図７は下記特許文献１に記載された基板処理装置に使用されている処理槽の断面図、図８は処理槽へ処理液が供給されるタイミングを説明する断面図である。
この基板処理装置は、純水又は薬液を貯留し、これらの処理液に被処理基板を浸漬して基板表面の処理を行なう多機能処理槽５０を備え、この処理槽５０には、内部壁面の左上、左下、右上及び右下に処理液を供給する供給管５１ａ〜５１ｄがそれぞれ配設され、各供給管はバルブ５２ａ〜５２ｄを介して、それぞれ処理液の供給源５３ａ〜５３ｄに接続され、これらのバルブ５２ａ〜５２ｄを操作することにより処理槽へ処理液か供給される構成となっている。
処理槽５０への処理液の供給は、各バルブ５２ａ〜５２ｄの切換えにより行われる。その切換え動作は、図８に示すように、先ず、左上の供給管５１ａから処理液が被処理基板Ｗの中心部Ｃへ向けて供給され、この処理液の供給は所定時間継続される（図８（ａ））。所定時間経過後に、この供給管からの処理液の供給が停止され、代わって右上の供給管５１ｃから処理理液が被処理基板Ｗの中心部Ｃをめがけて所定時間供給される（図８（ｂ））。以後、同様の方法で所定時間毎に、右下の供給管５１ｄ、左下の供給管５１ｂからそれぞれ処理液が供給されて（図８（ｃ）、図８（ｄ））、処理槽５０内には時計方向の処理液の渦流が形成されてよどみの発生が抑制されるようになっている。

また、図９は下記特許文献２に記載された基板処理装置を示す部分断面図である。
この基板処理装置５５は、処理槽５６の底部に２本の給水パイプ５９、６０、両側にそれぞれ２本の給水パイプ５７、５８及び６１、６２が配設され、これらの給水パイプのうち、給水パイプ５８〜６１の吐出口は被処理基板Ｗの中央部へ、他の給水パイプ５７、６２の吐出口は被処理基板Ｗの面外でかつ処理槽の槽壁との間に向けられている。
各給水パイプ５７〜６２への給水の切換えは、制御装置６３から切換え弁を制御することにより行われる。これらの切換え弁の切換えは、先ず、複数本の給水パイプ５８〜６１が選択されて、これらのパイプから同時に所定時間処理液が供給される。その後、切換え弁の切換えが行われて、同様に複数本の給水パイプ５７、５９、６０、６２が選択されて所定時間処理液が供給される。以後、このような処理液の供給が繰り返されて、処理槽の側部及び底部のよどみ発生をなくするようになっている。

また、この他の基板処理装置として、処理槽内に一対の処理液供給部が配設され、この供給部のうち、何れかに対する処理液の供給圧力及び／又は供給量が処理槽の両側で経時的に異ならせるようにしたものもある（下記特許文献３参照）。
また、処理槽の底部に２本、両側にそれぞれ３本の給水パイプが配設され、これらのパイプから同時に処理液が供給されて槽内で乱流が形成されるようにした基板処理装置も知られている（下記特許文献４参照）。

特開２００１−２７４１３３号（図３、図６、段落〔００３９〕〜〔００４２〕） 特開平１１−１５００９１号公報（図１、段落〔００２０〕〜〔００２３〕） 特開平１０−３３５２９５号公報（図１、段落〔００２１〕〜〔００２５〕） 特開平６−５３２０５号公報（図１、段落〔０００７〕、〔０００８〕）

上記特許文献１〜４に記載された基板処理装置は、処理槽内でそれぞれ所定時間ごとに所定方向の処理液の流れが形成されるので、よどみの発生が大幅に低減される。しかしながら、処理槽へは所定方向への流れを形成するために大量の処理液が供給されるので処理液の使用量が多くなっている。
また、近年は、被処理基板の大口径化が進み、このような大口径の被処理基板を一度に大量枚数処理することが基板処理装置に要求されている。そのため、基板処理装置の処理槽が大型化すると共に、使用される処理液の量も多くなり、これに伴って処理槽内のよどみ領域も拡大され、しかも処理時間が長く掛ってしまうという課題が発生している。また、ウェーハ表面には、複雑な回路パターンが形成されるようになってきているため、このような回路パターンが施されていないウェーハ、いわゆるベアウェーハ又は回路パターンが少ないウェーハであれば、これまで特に問題視されなかった微細なパーティクルも問題視されるようになり、基板処理装置にはより高品質の処理が要求されている。

そこで、本発明者はこのような課題を解決するために、さまざまな角度から検討してきたところ、処理槽に配設する処理液供給管の取付け位置、供給管の噴射口角度、処理液供給管の切換え時間を所定の位置、角度及び時間に設定することにより、処理槽内に大きな水流変化を生じさせることができ、この大きな水流変化により少ない処理液で処理時間を短縮し、高品質の処理ができることを見出し、本発明を完成させるに至ったものである。

すなわち、本発明の目的は、処理槽内で強い水流変化を起させて、処理液の使用量を少なくすると共に高い品質の処理ができる基板処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の基板処理装置の発明は、内部に処理液が貯留された処理槽内に被処理基板を浸漬してその表面処理を行う基板処理装置において、
前記処理槽の対向する一対の側壁面の内側には、それぞれ上下２段に第１、第２処理液供給管及び第３、第４処理液供給管が設けられ、前記第１〜第４処理液供給管の側壁に設けられた噴射口は、前記処理槽内に浸漬される被処理基板に向かい水平方向に対して所定角度傾斜させて配設されており、
対角線上に位置する前記第１、第４処理液供給管からの供給と、同じく前記対角線と交差する対角線上に位置する前記第２、第３処理液供給管からの供給とを切換え制御する切換え制御手段により、所定時間ごとに処理液を供給する処理液供給管を交互に切換えることによって前記被処理基板の表面処理を行うことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置において、前記第１、第３処理液供給管の噴射口は水平方向に対して所定角度下方へ、前記第２、第４処理液供給管の噴射口は水平方向に対して所定角度上方へ向くように配設されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の基板処理装置において、前記第１、第３処理液供給管の噴射口の傾斜角度は水平方向に対して下方へ２０度〜３０度、前記第２、第４処理液供給管の噴射口の傾斜角度は水平方向に対して上方へ４０〜５０度の範囲にあることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置において、前記切換え制御手段による切換えは５〜１５秒ごとに行われるように制御されていることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理装置において、前記第１、第２処理液供給管及び第３、第４処理液供給管は、それぞれ上下方向に所定距離離間されて配設されており、さらに、前記処理槽内に浸漬される被処理基板の側端部に近接する位置にそれぞれ配設されていることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置において、前記各側壁面の内側にはそれぞれ凹み部が形成され、該各凹み部に前記第１、第２処理液供給管及び第３、第４処理液供給管がそれぞれ収容されていることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の基板処理装置において、前記処理槽は、その底壁の外壁面に超音波発生装置が取付けられていることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の基板処理装置において、前記処理槽の上方の開口部は、前記被処理基板とその内部側面が接近する容積を備える乾燥室を有する蓋体で覆われ、該乾燥室内には、複数個の噴射ノズルが配設され、これらの噴射ノズルは、乾燥ガスを供給するための乾燥ガス供給装置に接続されていることを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の基板処理装置において、前記乾燥ガスはサブミクロンサイズの有機溶剤ミストを含む乾燥蒸気からなることを特徴とする。

本発明は上記構成を備えることにより、以下に示す効果を得ることができる。すなわち、請求項１の発明によれば、切換え制御手段で第１、第４及び第２、第３処理液供給管からの処理液の供給を切換えることにより互いに方向の異なる第１、第２水流を交互に形成し、これらが所定時間ごとに交互に発生するために先に形成された水流を乱しながら逆方向の水流を形成していくので、大きな水流変化が発生し処理槽内でのよどみ領域が極めて少なくなり、少ない処理液で高品質の基板処理ができるようになる。
すなわち、第１、第２水流のぶつかりあいにより大きく変化した水流が被処理基板表面を払拭しながら拡大する。このため、被処理基板表面に残っている薬液を基板表面から剥がすことができるので、反応速度が速い薬液での処理では高いユニフォミティを実現でき、また被処理基板表面に付着している異物、汚染物質等のパーティクルを除去することができる。

請求項２、３の発明によれば、処理槽内に互いに方向が正反対の水流が交互に形成され、この正反対の水流が所定時間毎にぶつかり合うことにより、槽内に大きな水流変化が発生し、処理槽内でのよどみ領域が極めて少なくなり、少ない処理液で高品質の基板処理ができる。また、第１、第３処理液供給管の角度と第２、第４処理液供給管の角度が若干異なるのは、第１、第３処理液供給管は基板周縁よりも若干基板中心に近い位置に強い流れを作り、第２、第４処理液供給管は基板周縁近くに強い流れを作ることにより、より均一な基板処理を行うためである。

請求項４の発明によれば、切換え制御手段による切換えを５〜１５秒の範囲内で交互に行うことにより、処理槽内での水流変化が速くなり、効率的な被処理基板の処理ができると共に、処理液の使用量が少なくなり、しかも高いユニフォミティを実現した基板処理ができる。

請求項５の発明によれば、処理液供給管からの処理液が被処理基板全体に効率よく供給される。すなわち、処理液供給管を被処理基板に近い位置に設けることにより、各処理液供給管から供給される処理液の流速が衰えることなしに被処理基板に達するため、被処理基板に当たる水流の流速が早くなるので、処理時間を短縮できる。

請求項６の発明によれば、処理槽内での処理液の流れがスムーズになりよどみの発生がなくなる。すなわち、供給管が側壁面から内側の位置に配設されていると、槽内で対流する処理液が各供給管に当たって飛散し、この槽内で対流する水流の速度を弱めてしまい、処理の障害となり、また、供給管の間に溜りができてよどみの原因になってしまうが、これらが解消される。さらには、処理液供給管が凹部内に配設されているので、処理を行う被処理基板の直径ぎりぎりの位置まで処理槽の容積を小さくすることができるようになり、使用する処理液の量を削減することができるようになる。

請求項７の発明によれば、被処理基板に対して処理液による化学的処理に加えて、超音波振動による物理的な処理も可能になり、これらの処理を組み合わせることにより、より高品質の処理ができる。また、処理液供給管が底部にないため、超音波による物理的エネルギーを妨げる管のような障害物がなく、効率よく超音波を照射することができる。

請求項８、９の発明によれば、乾燥蒸気供給装置からサブミクロンサイズの有機溶剤ミストを含む乾燥ガスが乾燥室内に供給される。したがって、この有機溶剤の蒸気に含まれるミストは、サブミクロンサイズに極小化されているので、有機溶剤の使用量を増やすことなく、有機溶剤ミストの粒数を増大させることができる。その結果、サブミクロンサイズのミストを大量に基板表面に噴射できるようになるので、噴射ノズル付近の基板面に付着している洗浄液のみならず、噴射ノズルから離れた位置にある基板面に付着している洗浄液にも、この大量のサブミクロンサイズの有機溶剤ミストが届くため効率よく置換される。さらに、多数の大口径基板が処理槽内に挿入されていても、複数の噴射ノズルが配設されていること、及び、基板の内部側面が接近し基板間の流れが速くなるためにサブミクロンサイズのミストは急速に基板間に浸入できることから、乾燥処理効率が向上すると共に処理時間も短縮でき、基板表面のウォータマークの発生が極めて少なく、或いは殆ど零にできる。更に、パーティクルの付着もなくなり、しかも、乾燥処理のスピードが速くなるのでパーティクルの再付着をも防止できる。

以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための基板処理装置を例示するものであって、本発明をこの基板処理装置に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものも等しく適応し得るものである。

図１は本発明の一実施形態に係る基板処理装置の概略平面レイアウト図、図２は基板処理装置の配管系統図、図３は基板処理装置に使用される処理槽の断面図、図４は処理液供給管を示す図であり、図４（ａ）は一側面図、図４（ｂ）は要部拡大平面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
基板処理装置１は、例えば半導体ウェーハ、液晶表示装置用基板、記録ディスク用基板、或いはマスク用基板等の各種基板の表面処理として、薬液処理から乾燥処理に至る一連の処理を１つの槽で行うことができる処理槽を備えている。以下、各種基板を代表して、半導体ウェーハ（以下、単にウェーハという）について説明する。

また、以下の説明で用語「処理液」は、ウェーハ表面のエッチング処理等を行う薬液及びウェーハ表面及び処理槽内の薬液の洗浄等を行う洗浄液を含んだ総称として使用する。
また、一般に「蒸気」とは「気体」のことを示すが、基板処理の技術分野においては乾燥ガスのように「気体」以外に「微小な液体粒（ミスト）」を含むものも慣用的に「蒸気」ないしは「ベーパ」と表現されているので、本願明細書及び特許請求の範囲においても「気体」以外に「微小な液体粒（ミスト）」を含むものも「蒸気」と表すこととする。

この基板処理装置１は、図１に示すように、ほぼ中央部３に位置する処理装置１０と、この処理装置１０の周囲にあって、処理装置１０に各種処理液を供給する処理液供給部４と、この処理液供給部４と処理装置１０とを接続する配管エリア５と、ウェーハＷを処理装置１０へ搬入・搬出するローダ／アンローダ部２とを備えている。また、処理装置１０には、使用済み処理液を処理する排液処理系４５（図２参照）が接続されている。

処理される複数枚のウェーハＷは、例えば、直径３００ｍｍ、２５枚をセットにして複数個の収容容器、例えば２個のフープ（ＦＯＵＰ：Front Open Unified Pod）６ａ、６ｂにそれぞれ収納されて、搬送ロボット９によって図１の矢印に示す方向に沿って、ＨＶユニット７に搬送される。そして、ここでウェーハＷの配列が水平方向から垂直方向に変更され、ウェーハチャック部を含む垂直搬送機８に移しかえられて処理装置１０に搬入される。また、処理が終わったウェーハＷは、逆ルートで外へ搬出される。

処理装置１０と純水及び薬液等の供給源等との接続配管系統は、図２に示すように、処理液を供給する処理液供給系３０と、乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給系３７と、処理装置１０から排出される処理済み液を外へ排出する排液処理系４５とに大別される。以下、これらの配管系統について順次説明する。

（処理液供給系）
処理液供給系３０は、純水を供給する純水供給系３１及び各種薬液を供給する薬液供給系３３で構成されている。純水供給系３１は、純水供給源３２に接続された配管Ｌが途中で分岐され、一方の配管はバルブＶ_１、Ｖ_２、Ｖ_３を介して処理装置１０の純水供給管１８ａ、１８ｂへ接続され、他方の配管ＬはバルブＶを介して混合器３６に接続されている。各純水供給管１８ａ、１８ｂへの純水の供給及び停止は、バルブＶ_１、Ｖ_２、Ｖ_３の切換えにより、また、混合器３６への純水の供給、停止はバルブＶの切換えにより行われる。
また、薬液供給系３３は、薬液Ａ、Ｂ供給源３４、３５と混合器３６とがそれぞれバルブＶ_４、Ｖ_５を介して配管Ｌで接続され、混合器３６への薬液Ａ、Ｂの供給及び停止はバルブＶ_４、Ｖ_５の切換えにより行われる。また、混合器３６から処理槽１１へは、純水に薬液単体又は各薬液が混合されて、所定の濃度に調整されて供給される。薬液Ａ、Ｂは、例えばＨＣＬ、Ｈ_２Ｏ_２、ＨＦ、ＮＨ_４ＯＨ、オゾン水等である。

混合器３６は、その出口に接続された配管が４本に分岐されて処理槽１１内の４本の供給管１６ａ〜１６ｄにバルブＶ_６、Ｖ_７及びＶａ〜Ｖｄを介して接続されている。４本の供給管１６ａ〜１６ｄへの純水及び薬液、すなわち処理液の供給は、４個のバルブＶａ〜Ｖｄの切換えにより行われる。

処理装置１０は、図２、図３に示すように、所定枚数のウェーハＷ及び所定量の処理液を収容できる大きさの処理槽１１と、この処理槽１１の上方開口部１２_０を開閉自在に覆い内部に乾燥室を有する蓋体２０と、処理槽１１の底部１２ａに装着された超音波発生装置４９とを備え、これらは箱型の収容ケース（図示省略）に収容されている。蓋体２０は、移動機構（図示省略）により上下に移動させ、処理槽１１の開口部１２ｏは開閉自在になっている。

処理槽１１は、図３に示すように、図３の奥側へ向けて細長矩形状をした底部１２ａと、この底部１２ａの外周囲から立設された側壁部１２ｂ〜１２ｅとを有し、上方が開口し、所定量の処理液及び所定枚数のウェーハＷを収容できる箱型の内槽１２と、この内槽１２の外周囲に内槽１２から溢れる処理液を収容する外槽１４とで構成されている。なお、側壁１２ｄは、図３の手前に存在しているが省略されている。
この処理槽１１の容積は、例えば４９．１９リットルで供給管から毎分３０リットルの処理液が供給されるように設計され、また、収容されるウェーハの大きさ及び枚数は、例えば直径３００ｍｍ、５０枚である。槽取付け部材１５は、処理槽１１を中央部３の架台に取付けるための取付け部材である。

内槽１２の底部１２ａには、図３に示すように、処理液を外へ排出させる排出口（図３では省略されている）が形成されている。また、排出時間を短縮するために、排出口は、大口径、例えば直径７５ｍｍに形成される。また、外槽１４の底壁にも排出口（図示省略）が形成される。その直径は、例えば５０ｍｍである。

内槽１２を構成する各側壁１２ｂ〜１２ｅのうち、対向する側壁１２ｂ、１２ｄの内壁面には、そのほぼ中央部に幅広の凹み部１３、１３が各側壁面に沿って平行に形成されている。各凹み部１３、１３は、それぞれ２本の供給管１６ａ、１６ｂ及び１６ｃ、１６ｄが配設される大きさとなっている。すなわち、各凹み部１３、１３は、その深さＨ_１が各供給管１６ａ〜１６ｄの直径より若干長い深さで、縦方向の幅長Ｈ_２が２本の供給管を若干の隙間を空けて配設させることができる長さとなっている。各凹み部１３、１３は、同じ形状を有して、底部１３ａと側壁面との間は所定角度の傾斜面１３ｂ、１３ｂとなっている。この傾斜面により、処理液の流れがスムーズになる。

これらの凹み部１３、１３には、それぞれ２本の供給管１６ａ、１６ｂ及び１６ｃ、１６ｄが配設される。これらの供給管のうち、上段の供給管１６ａ、１６ｂは、内槽１２へ円盤状のウェーハＷが挿入されたとき、この円盤状ウェーハＷの中心部Ｃを通る水平線上の位置に配設される。各供給管１６ａ、１６ｂ及び１６ｃ、１６ｄは、それぞれ噴射口を有している。各供給管１６ａ〜１６ｄはこれらの噴射口がウェーハＷに向けて所定角度をなすように各側壁面１２ｂ、１２ｃに取付けられている。

このように各側壁１２ｂ、１２ｃ面に凹み部１３、１３を形成し、この凹み部１３、１３内にそれぞれ供給管１６ａ、１６ｂ及び１６ｃ、１６ｄを収容し側壁面から突出しないようにすると、内槽１２内での処理液の流れがスムーズになりよどみの発生がなくなる。すなわち、供給管１６ａ〜１６ｄが側壁面１２ｂ、１２ｃから内側へ突出していると、槽内で対流する処理液が各供給管１６ａ〜１６ｄに当たって飛散し、槽内で対流する水流の速度を弱らせてしまうので、処理の障害となり、また、供給管１６ａ、１６ｂ及び１６ｃ、１６ｄの間に溜りができてよどみの原因になってしまうが、これらが解消される。また、凹み部１３、１３内に各供給管１６ａ〜１６ｄを配設すれば、表面処理を行うウェーハＷの径ぎりぎりまで内槽１２の幅を小さくすることができるので、使用する処理液の量が同一の処理能力を維持しながら削減できる。

各供給管１６ａ〜１６ｄは、同一構成を有しており、その１本を図４に図示している。この供給管１６は、所定の直径Ｄ_１及び長さを有する筒状体に、その長手方向に所定ピッチＤ_２で複数個の穴からなる噴射口１７が１列に形成されている。直径Ｄ_１は、例えば２０ｍｍ、ピッチＤ_２は例えば５．０ｍｍ、また筒状体の長さは、処理槽１１の槽幅より若干長くなっている。そして各噴射口１７の直径φは、例えば１ｍｍである。

４本の供給管１６ａ〜１６ｄは、各側壁１２ｂ、１２ｃ面に対して、噴射口１７が水平方向に対して、所定の角度傾斜した状態でウェーハＷに向けて取付けられる。すなわち、一方の側壁１２ｂ面に取付けられる供給管１６ａ、１６ｂのうち、上側の供給管１６ａは、その噴射口１７が水平方向に対して右下がりに所定角度θ１、下側の供給管１６ｂは、その噴射口１７が水平方向に対して右上がりに所定角度θ２で取付けられる。また、他方の側壁１２ｃに取付けられる供給管１６ｃ、１６ｄのうち、上側の供給管１６ｃは、その噴射口１７が水平方向に対して左下がりに所定角度θ１、下側の供給管１６ｄは、その噴射口１７が水平方向に対して左上がりに所定角度θ２で取付けられる。それぞれの角度は、所定の角度に設定され、うち角度θ１は、２０〜３０度の範囲であって、特に２５度が好ましい。角度θ２は、４０〜５０度の範囲であり、特に４５度が好ましい。

４本の供給管１６ａ〜１６ｄからの処理液の供給は、バルブＶａ〜Ｖｄの切換えにより行われる。図５は処理液供給管から処理液の供給切換えの概要断面図、図６は図５の切換えにより処理槽内に流れる処理液の水流方向を示した断面図である。

（ｉ）２本の供給管１６ａ、１６ｄからの処理液の供給
先ず、側壁１２ｂの上側の供給管１６ａ及びこの供給管１６ａの対角線上に位置する側壁１２ｃの下側の供給管１６ｄから同時に所定量の処理液が所定時間、例えばｔ秒間供給される。これらの対角線上に位置する供給管１６ａ、１６ｄからの処理液の供給により、各供給管１６ａ、１６ｄの各噴射口１７から噴射される水流で反時計方向の渦流Ａが形成される（図５（ａ）、図６（ａ）参照）。

（ii）２本の供給管１６ｂ、１６ｃからの処理液の供給
２本の供給管１６ａ、１６ｄからの処理液の供給を所定時間、例えばｔ時間継続した後に、これらの供給管１６ａ、１６ｄからの処理液の供給を停止し、代わって、他方の対角線上に位置する側壁１２ｂの下側の供給管１６ｂ及び対向する側壁１２ｃの上側の供給管１６ｃから同時に所定量の処理液を所定時間ｔの間供給する。この切換えにより、処理槽１１内では、図６（ｂ）に示すように、残存する渦流Ａに向かって反対方向の渦流Ｂを形成すべく供給管１６ｂ、１６ｃから供給された処理液がこの渦流Ａに衝突することにより一時的に処理槽１１内には変化の激しい水流が発生し、その後、図６（ｃ）に示すように、徐々に残存する渦流Ａを打消して時計方向の渦流Ｂが形成される。
以後、この供給管１６ａ、１６ｄと１６ｂ、１６ｃとの切換えを交互に行なうことにより、処理槽１１内で渦流Ａ、Ｂが所定時間毎に切換え形成されるようになる（図６（ｄ）〜図６（ｅ）参照）。

すなわち、上述の切換えを行った場合、はじめに対角線上に位置する供給管１６ａ、１６ｄからの処理液の供給により反時計方向の流れの速い渦流Ａが形成されるために、他の対角線上に位置する供給管１６ｂ、１６ｃへの切換え時に供給管１６ａ、１６ｄからの供給が停止されても処理槽１１内では渦流Ａが慣性によって残留しており、この時点で供給管１６ｂ、１６ｃへの切換えられると、この供給管１６ｂ、１６ｃからの水流、すなわち渦流Ａと正反対の水流が残留する渦流Ａとがぶつかり合って槽内に変化の激しい水流が発生する。この激しい水流が発生すると、この水流がウェーハＷ表面に接触し、ウェーハＷ表面を強く払拭することで、ウェーハＷ表面に残っている薬液をウェーハＷ表面から剥がすことができるので、反応速度が速い薬液での処理では高いユニフォミティを実現でき、また、ウェーハＷ表面に付着している異物、汚染物質等のパーティクルが除去される。加えて、図６（ａ）〜図６（ｅ）に示すような供給管の切換えを複数回行えば、そのたびに上述のような激しい水流が形成されることとなるので、より短期間で薬液成分を除去できる。

下記表１は本発明の基板処理装置において処理液の供給方法を種々変更してウェーハを処理し、そのエッチングユニフォミティの評価を纏めたものである。
表１に示す実施例及び比較例の基板処理装置は、いずれも処理槽１１の容積は４９．１９リットル、処理液供給量は毎分３０リットル、各供給管１６ａ〜１６ｄの直径Ｄ_１は２０ｍｍ、ピッチＤ_２は５．０ｍｍ、各噴射口１７の直径φは１ｍｍ、各供給管１６ａ、１６ｃの角度は２５度、供給管１６ｂ、１６ｄの４５度にして、直径３００ｍｍのウェーハＷ５０枚を処理時間２００秒で処理したものである。

実施例１、２は、いずれも上側の供給管１６ａ、１６ｃを結ぶ線上にウェーハＷの中心点Ｃが位置するようにして、対角線上に位置する供給管１６ａ、１６ｄ及び１６ｂ、１６ｃからの処理液の供給を切換え時間ｔを１０秒として基板処理を行ったものである。また、実施例２は、実施例１の流量を毎分３０リットルから毎分３５リットルに増やしたものである。
一方、比較例１は対角線上に位置する２本の供給管（ここでは供給管１６ａ、１６ｄ）のみを利用して切換えを行うことなく処理液を供給した例、比較例２、３は下又は上側２本の供給管のみを利用して切換えを行うことなく処理液を供給した例、比較例４は４本の供給管１６ａ〜１６ｄの全てを同時に用いて処理液を供給した例である。
この結果、比較例１〜４ではそのエッチングユニフォミティが最もよいもので２．１％であったのに比べて、実施例１、２による処理は、エッチングユニフォミティが１．０〜２．０％の範囲にあり、いずれも比較例１〜４の処理に比較して改善された。

また、比較例５、６は、いずれも実施例１、２と同様に４本の供給管１６ａ〜１６ｄからの処理液供給を対角線上に位置する供給管１６ａ、１６ｄまたは１６ｂ、１６ｃごとに切換えたものであるが、比較例５はその切換えタイミングを実施例１の倍となる２０秒毎に切換えたものであり、また、比較例６は、ウェーハＷの中心Ｃを上側に位置する供給管１６ａ、１６ｃを結ぶ線より１０ｍｍ上にして切換え供給した例であるが、これらの比較例５、６においても、実施例１、２より低下した結果となった。

上述の結果から、切換え時間ｔは、２０秒より短い、５〜１５秒程度とすると良好な結果が得られることが分かった。この要因としては規定の処理時間（２００秒）において、比較例５の切換え回数が実施例１、２に比べて半分であったために、供給管の切換え時に生じる激しい水流を利用したパーティクル除去を十分に行うことができなかったためと考えられる、なお、この切換え時間ｔは短すぎると処理槽１１内に渦流ＡもしくはＢが発生する前に切換えが行われてしまうために良好な効果を得ることはできない。よって、好ましくは渦流ＡもしくはＢが定常流となった瞬間に処理液を供給する供給管を切り換えるとよい。

また、上述の結果から、ウェーハＷをその中心部が上側の供給管を結ぶ線上の位置で処理すると好ましい結果が得られることも分かった。これは、ウェーハＷが上方に位置していたために各供給管１６ａ〜１６ｄの傾斜角度によって決まる渦流Ａ及びＢあるいは切換え時に生じる激しい水流がウェーハＷ全体に及ばなかったことが要因と考えられる。よって、ウェーハＷ全面にこれら水流が行き渡るように、供給管１６ａ〜１６ｄの傾斜角度、ウェーハＷの直径及びウェーハＷの設置位置は適宜設定するとよい。

さらに、他の比較例では十分なパーティクルの除去を行うためにはさらに長時間の処理を要するが、実施例１、２に示す供給方法で処理液を供給すれば、短い処理時間であってもパーティクルの除去を十分に行うことができるので、一度に使用する処理液の量を削減することができる。

処理槽１１と蓋体２０との間には、中間接続部材が設けられ、この中間接続部材に対向する側壁面に純水を供給する供給管１８ａ、１８ｂが設けられている。これらの供給管は、処理槽１１から薬液の排液中に、ウェーハＷが薬液の浸漬から露出されてもウェーハＷ表面が乾燥しないように、供給管１８ａ、１８ｂから純水が供給されるようになっている。したがって、薬液の排液中にウェーハＷに純水が吹付けられて濡らされるので、ウォータマークの発生が抑制される。

処理槽１１の上方開口部１２_０を覆う蓋体２０は、図２に示すように、下方に開口部を有し、上方が閉鎖され内部に複数枚のウェーハＷを収納できる大きさを有する箱型容器からなり、この容器内は乾燥室２１として使用される。なお、ウェーハＷと乾燥室の内部側壁面の距離が短くなっている。この蓋体２０は、移動機構（図示省略）により上下又は水平方向へ移動できるようになっている。また、この箱型容器は、その上部にほぼアーチ状の天井面が形成され、この天井面に乾燥ガスを噴射する複数個の噴射ノズル２２がほぼ等間隔に四方に整列して配設されている。
乾燥室２１内の各噴射ノズル２２は、全体形状が円錐状をなし先細の先端に開穴が形成され、この開穴から乾燥ガスが噴射される。また、各噴射ノズル２２には、ヒータ（図示省略）が付設されている。

処理槽１１の底部には、図２に示すように、超音波発生装置４９が装着される。この超音波発生装置４９には、所定周波数、例えば１０ＫＨｚ〜数ＭＨｚを発する発振器が使用される。なお、内槽１１の底部１２ａは、所定角度傾斜させるのが好ましい。底部１２ａを水平方向に対して所定角度θ、例えば３度傾斜させると、この底部１２ａに後述する超音波発生装置４９を取付けたとき、超音波洗浄を効率よく行うことが可能になり、また、排液をスムーズに行えるようになる。処理槽１１の底部１２ａに超音波発生装置４９を装着することにより、発信器から放射された超音波は、処理槽１１の下部に設けられた水槽内の水及び内槽１２の底部１２ａを透過して処理液へ伝達される。そして、この超音波は、処理液を振動させ、ウェーハＷの表面へ物理的な力として作用し、ウェーハＷ表面に付着している異物、汚染物質等のパーティクルを除去する。

（乾燥ガス供給系）
この乾燥ガス供給系３７は、不活性ガス、例えば窒素ガスを供給する不活性ガス供給源３８ａ、３８ｂと、乾燥蒸気供給装置３９と、を備え、この乾燥蒸気供給装置３９からの乾燥ガスが配管ＬＨを介して乾燥室２１へ供給される。配管ＬＨ及びこの管から分岐された各分岐管には、管体の外周壁面にヒータ（図示省略）が付設されている。このヒータには、例えばベルトヒータを使用する。これらのヒータは、ＣＰＵ（図示省略）に接続され、このＣＰＵによって制御される。

不活性ガス供給源３８ａ、３８ｂからは、配管ＬＨに不活性ガスとして窒素ガスＮ_２が供給される。この配管ＬＨもベルトヒータにより所定の温度に制御されている。この窒素ガスＮ_２は、蒸気発生槽４０からの不活性ガスと有機溶剤蒸気との混合ガスの希釈だけでなく、処理槽内のパージや仕上げ乾燥にも使用される。

乾燥蒸気供給装置３９は、不活性ガス供給源３８ａ、３８ｂから蒸気発生槽４０の底部へ不活性ガス（キャリアガス）が供給され、この蒸気発生槽４０に貯留されているＩＰＡ（イソプロピルアルコール）液内に気泡を発生（バブリング）させ、ＩＰＡ気体及びミストからなるＩＰＡ蒸気を生成させる。また、この蒸気発生槽４０から導出された蒸気は、スタティックミキサ（図示省略）を介して配管ＬＨに連結され、蒸気発生槽４０から噴射ノズル２２へキャリアガス及びＩＰＡ蒸気の混合ガスとして供給される。

不活性ガスでＩＰＡ液をバブリングすることにより、ＩＰＡミストと飽和濃度未満の気体とからなるＩＰＡ蒸気を含む不活性ガスとの混合ガスが得られ、その混合ガスは噴射ノズルから放出されるまでに同じ温度か或いは徐々に高くなるように温度制御されているので、移動中にＩＰＡミストの表面から徐々にＩＰＡが気化してミストの粒径が小さくなり、容易にサブミクロンサイズのＩＰＡミストを含む乾燥ガスが得られる。有機溶剤は、ＩＰＡの他、ジアセトンアルコール、１−メトキシ−２−プロパノール、エチル・グリコール、１−プロパノール、２−プロパノール、テトラヒドロフラン等の有機化合物からなる群から適宜選択して使用される。

この乾燥ガスを用いると、有機溶剤の蒸気に含まれるミストは、サブミクロンサイズに極小化されているので、有機溶剤の使用量を増やすことなく、有機溶剤のミストの粒数を増大させることができる。
また、サブミクロンサイズのミストを大量にウェーハ表面に噴射できるようになるので、噴射ノズル付近のウェーハ面に付着している洗浄液のみならず、噴射ノズルから離れた位置にあるウェーハ面に付着している洗浄液にも、この大量のサブミクロンサイズの有機溶剤ミストが届くため効率よく置換される。その結果、複数の供給ノズルと不活性ガスの量の調整、さらにウェーハと乾燥室の内部側壁面との距離が短いことも伴って多数の大口径ウェーハが処理槽内に挿入されていても、サブミクロンサイズのミストは急速に基板間に浸入できるので、乾燥処理効率が向上すると共に処理時間も短縮でき、ウェーハ表面のウォータマークの発生が極めて少なく、或いは殆ど零にできる。さらに、パーティクルの付着もなくなり、しかも、乾燥処理のスピードが速くなるのでパーティクルの再付着をも防止できる。

（排液処理系）
この排液処理系４５は、使用済み純水を処理する純水排液処理部４６、薬液Ａ、Ｂ排液処理部４７、４８を備え、これらはバルブＶを介して処理槽１１の底部に接続されている。

次に、この基板処理装置１を用いたウェーハの薬液、洗浄及び乾燥の一連の処理概要を説明する。
先ず、純水供給源３２から処理槽１１の内槽１２へ純水を供給し内槽を洗浄する。このとき蓋体２０は、処理槽１１の上方或いは上方側部に待機させておく。
槽内の洗浄後、純水を排出し、薬液供給源、例えば薬液Ａ供給源３４から薬液Ａを内槽１２内のいずれかの供給管１６ａ〜１６ｄへ供給する。この薬液Ａが内槽１２内に貯留された後に、ウェーハＷを薬液Ａに浸漬して処理を行う。この薬液Ａの処理が終了した後、槽上部の純水供給管１８ａ、１８ｂから純水シャワーを行いつつ内槽１２内の薬液Ａを薬液Ａ排液処理部４７に排液し、次に、純水供給源３２から、いずれかの供給管１６ａ〜１６ｄへ純水を供給し純水で槽内が満たされたら槽上部の純水供給管１８ａ、１８ｂから純水シャワーを終了し、対角線上に位置する供給管１６ａ、１６ｃを介して純水を供給し、所定時間後にこれらの供給を停止し、他の対角線上に位置する供給管１６ｂ、１６ｃから純水を供給して、内槽１２内で所定方向の水流、すなわち、上記（ｉ）、（ii）の水流を形成して、ウェーハＷの洗浄を行う。なお、この水流の形成は、パーティクルの除去や比抵抗の回復の程度を見て複数回行う。
この純水による洗浄が終了した後、薬液供給源、例えば薬液Ｂ供給源３５から薬液Ｂをいずれかの供給管１６ａ〜１６ｄへ供給し、薬液Ｂによる処理を行い、再び上述の工程と同様の純水による洗浄工程を行う。以後、同様にして必要に応じて他の薬液を用いた処理を行う。

最後の薬液処理が終了した後に、純水供給源３２から供給管１６ａ〜１６ｄへ純水を供給し、ウェーハＷの洗浄を行う。この洗浄が終了した後に、ウェーハＷを処理槽１１から引き上げ蓋体２０内の乾燥室２１へ収容し、ＩＰＡのマイクロミストを含む乾燥ガスを噴射ノズル２２から噴射する。
次いで、処理槽１１の排出口（図示省略）から内槽１２内の純水を急速排出する。この排出時には、マイクロミストを含むＩＰＡの乾燥ガスを噴射ノズル２２から供給し続けて、ウェーハＷの乾燥を行う。
この乾燥処理が終了した後に、不活性ガス供給源３８ａから窒素ガス（Ｎ_２）を乾燥室２１に供給し、その後、ウェーハＷを乾燥室から取出して処理を終了する。

以上説明したように、本発明の基板処理装置によれば、４本の処理液供給管により異なる方向の渦流を交互に発生させることでウェーハの表面処理を短時間でかつ高いユニフォミティを確保可能な基板処理を行うことができるようになる。

図１は本発明の一実施形態に係る基板処理装置の概略平面レイアウト図、 図２は基板処理装置の配管系統図、 図３は基板処理装置に使用される処理槽の断面図、 図４は処理液供給管を示す図であり、図４（ａ）は一側面図、図４（ｂ）は要部拡大平面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＡ−Ａ線で切断した断面図、 図５は処理液供給管から処理液の供給切換えの概要断面図、 図６は処理装置における処理プロセス時系列で示す断面図、 図７は従来技術の基板処理装置の処理槽の断面図、 図８は図７の処理槽へ処理液が供給されるタイミングを説明する断面図。 図９は他の従来技術の基板処理装置の部分断面図である。

符号の説明

１ 基板処理装置
１０ 処理装置
１１ 処理槽
１２ 内槽
１２ａ 底部
１２ｂ〜１２ｅ 側壁部
１４ 外槽
１６ａ〜１６ｄ （第１〜第４）処理液供給管
１７ 噴射口
２０ 蓋体
２１ 乾燥室
２２ 噴射ノズル
３２ 純水供給源
３４、３５ 薬液供給源
３６ 混合器
３８ａ、３８ｂ 不活性ガス供給源
３９ 乾燥蒸気供給装置
４０ 蒸気発生槽
４６ 純水排液処理部
４７、４８ 薬液排液処理部
４９ 超音波発生装置

Claims (9)

1. 内部に処理液が貯留された処理槽内に被処理基板を浸漬してその表面処理を行う基板処理装置において、
   前記処理槽の対向する一対の側壁面の内側には、それぞれ上下２段に第１、第２処理液供給管及び第３、第４処理液供給管が設けられ、前記第１〜第４処理液供給管の側壁に設けられた噴射口は、前記処理槽内に浸漬される被処理基板に向かい水平方向に対して所定角度傾斜させて配設されており、
   対角線上に位置する前記第１、第４処理液供給管からの供給と、同じく前記対角線と交差する対角線上に位置する前記第２、第３処理液供給管からの供給とを切換え制御する切換え制御手段により、所定時間ごとに処理液を供給する処理液供給管を交互に切換えることによって前記被処理基板の表面処理を行うことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記第１、第３処理液供給管の噴射口は水平方向に対して所定角度下方へ、前記第２、第４処理液供給管の噴射口は水平方向に対して所定角度上方へ向くように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記第１、第３処理液供給管の噴射口の傾斜角度は水平方向に対して下方へ２０度〜３０度、前記第２、第４処理液供給管の噴射口の傾斜角度は水平方向に対して上方へ４０〜５０度の範囲にあることを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記切換え制御手段による切換えは５〜１５秒ごとに行われるように制御されてい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。
5. 前記第１、第２処理液供給管及び第３、第４処理液供給管は、それぞれ上下方向に所定距離離間されて配設されており、さらに、前記処理槽内に浸漬される被処理基板の側端部に近接する位置にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記各側壁面の内側にはそれぞれ凹み部が形成され、該各凹み部に前記第１、第２処理液供給管及び第３、第４処理液供給管がそれぞれ収容されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 前記処理槽は、その底壁の外壁面に超音波発生装置が取付けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の基板処理装置。
8. 前記処理槽の上方の開口部は、前記被処理基板とその内部側面が接近する容積を備える乾燥室を有する蓋体で覆われ、該乾燥室内には、複数個の噴射ノズルが配設され、これらの噴射ノズルは、乾燥ガスを供給するための乾燥ガス供給装置に接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の基板処理装置。
9. 前記乾燥ガスはサブミクロンサイズの有機溶剤ミストを含む乾燥蒸気からなることを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。

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