JP2007059868A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波振動を利用した基板処理装置において、基板上に形成された微細パターンの剥離や倒壊を防止しつつ、超音波振動の出力を上げることができる技術を提供する。
【解決手段】基板処理装置１の伝搬槽３０内に伝搬液の流れを形成する。これにより、超音波振動子４０から発生する超音波振動を分散させ、超音波振動が基板Ｗに与える集中的な衝撃を緩和する。また、超音波振動の出力を上げたときには、バルブ３４を調節して伝搬液の流量を増加させる。これにより、基板Ｗ上に形成された微細パターンの剥離や倒壊を防止しつつ、超音波振動の出力を上げることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板等の基板を処理液中に浸漬させて、基板に対し所定の処理を行う基板処理装置に関する。

従来より、基板の製造工程においては、処理槽内に貯留された処理液に基板を浸漬させて基板に対し所定の処理を行う基板処理装置が知られている。特に、近年では、処理槽内の処理液に超音波振動を付与し、超音波振動の物理的作用を利用して基板の処理を行う基板処理装置が実用化されている。

超音波振動を利用した従来の基板処理装置は、超音波振動子から発生した超音波振動を、純水等の伝搬液を介して処理槽へ伝搬させる。処理槽内においては、処理液中に浸漬された基板へ超音波振動が伝搬し、基板に対して所定の処理が行われる。このように、基板に対して超音波振動を作用させると、例えば基板の洗浄処理においては、基板表面に付着したパーティクルが基板表面から効率よく遊離する。このため、基板表面に付着したパーティクルが効率よく除去される。

このような従来の基板処理装置については、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００４−２８１７２８号公報

しかしながら、上記従来の基板処理装置では、超音波振動の出力を高くすると、その超音波振動の衝撃により、基板上の微細なパターンが剥離または倒壊してしまう場合があった。例えば、図１０上段のように基板Ｗの表面に形成されたパターン９０の一部が、図１０下段のように剥離して消失してしまう場合があった。特に、近年においては、基板上に形成されるパターンのアスペクト比（パターンの深さｂと幅ａとの比ｂ／ａ）は大きくなる傾向があり、パターンの剥離や倒壊はより発生しやすい状況となっている。このような状況の下では、基板処理中に超音波振動の出力を十分に高くすることができず、超音波振動による所望の物理的作用を十分に発揮させることが困難となっていた。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、超音波振動を利用した基板処理装置において、基板上に形成された微細パターンの剥離や倒壊を防止しつつ、超音波振動の出力を上げることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、基板を処理液中に浸漬させて基板に対して処理を行う基板処理装置であって、処理液を貯留する処理槽と、前記処理槽内において基板を保持する保持手段と、超音波振動を発生させる超音波振動発生手段と、前記超音波振動発生手段から発生する超音波振動を前記処理槽へ伝搬させる伝搬液を貯留する伝搬槽と、前記伝搬槽内において伝搬液の流れを形成する液流形成手段と、前記液流形成手段による伝搬液の流量を調節する流量調節手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の基板処理装置であって、前記伝搬液の流れは、前記伝搬槽内における超音波振動の進行を横切る方向の流れであることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の基板処理装置であって、前記超音波振動発生手段は、発生させる超音波振動の出力を調節可能であり、前記超音波振動発生手段および前記流量調節手段を連動的に制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から３までのいずれかに記載の基板処理装置であって、前記液流形成手段は、前記伝搬槽内に伝搬液を供給する供給手段および前記伝搬槽内から伝搬液を排出する排出手段を含むことを特徴とする。

請求項１〜４に記載の発明によれば、基板処理装置は、伝搬槽内において伝搬液の流れを形成する液流形成手段を備える。このため、超音波振動は伝搬液の流れによって分散され、超音波振動が基板に与える集中的な衝撃が緩和される。また、基板処理装置は、伝搬液の流量を調節する流量調節手段を備える。このため、超音波振動の出力を上げるときには、それに応じて伝搬液の流量を増加させることができる。したがって、基板上に形成された微細パターンの剥離や倒壊を防止しつつ、超音波振動の出力を上げることができる。

特に、請求項２に記載の発明によれば、伝搬液の流れは、伝搬槽内における超音波振動の進行を横切る方向の流れである。このため、超音波振動を効率よく分散し、超音波振動による衝撃を効率よく緩和することができる。

特に、請求項３に記載の発明によれば、基板処理装置は、超音波振動発生手段および前記流量調節手段を連動的に制御する制御手段を備える。このため、超音波振動の出力変化に基づいて、自動的に伝搬液の流量を調節することができる。

特に、請求項４に記載の発明によれば、液流形成手段は、伝搬槽内に伝搬液を供給する供給手段および伝搬槽内から伝搬液を排出する排出手段を含む。このため、伝搬槽内における伝搬液の流れを容易に形成することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜１．基板処理装置の構成＞
図１は、本発明に係る基板処理装置１を基板Ｗと平行な平面で切断した縦断面図である。図１には、併せて配管や制御系の構成も示している。図２は、基板処理装置１を基板Ｗと垂直な平面で切断した縦断面図である。この基板処理装置１は、複数の基板Ｗの洗浄処理を行う装置であり、主として処理槽１０と、リフタ２０と、伝搬槽３０と、超音波振動子４０と、制御部５０とを備えている。

処理槽１０は、処理液を貯留するための容器である。処理槽１０に貯留された処理液中に基板Ｗを浸漬することにより、基板Ｗの洗浄処理が行われる。処理液には例えば純水が使用されるが、ＳＣ−１液等の薬液を使用してもよい。処理槽１０の底部には一対の吐出部１１が設けられている。吐出部１１は配管１２を介して処理液供給源１３に接続されており、配管１２の経路途中にはバルブ１４が介挿されている。このため、バルブ１４を開くと、処理液供給源１３から配管１２および吐出部１１を介して処理槽１０内へ処理液が吐出される。

処理槽１０の上面は開放されており、その外側面の上端には外槽１５が設けられている。また、外槽１５には配管１６が接続されており、配管１６の他端側は排液ラインに接続されている。このため、吐出部１１から吐出された処理液は、処理槽１０内を底部から上方へ向かって流れ、やがて上部の開口から外槽１５へオーバーフローする。そして、外槽１５へオーバーフローした処理液は、配管１６を介して排液ラインへ排出される。

リフタ２０は、リフタヘッド２１と保持板２２との間に、水平方向にのびる３本の保持棒２３を備えている。保持棒２３には複数の保持溝（図示省略）が刻設されており、複数の基板Ｗはその保持溝に起立姿勢で保持される。リフタ２０には、サーボモータやタイミングベルト等を有するリフタ駆動部２４が接続されている。リフタ駆動部２４を動作させると、リフタ２０は昇降移動し、複数の基板Ｗは、処理槽１０内の浸漬位置（図１，図２の位置）と処理槽１０上方の引き上げ位置との間で移動する。

伝搬槽３０は、超音波振動の伝搬媒体となる純水等の伝搬液（伝搬水）を貯留する容器である。伝搬液には、例えば脱気水が使用される。伝搬槽３０は処理槽１０の下方に配置されており、伝搬槽３０に貯留された伝搬液に処理槽１０の底部が浸漬された状態となっている。

伝搬槽３０は、配管３１を介して伝搬液供給源３２に接続されており、配管３１の経路途中には、流量計３３とバルブ３４とが介挿されている。このため、バルブ３４を開くと、伝搬液供給源３２から配管３１を介して伝搬槽３０へ、伝搬液が供給される。バルブ３４は、開度を調節することができる可変流量バルブである。このため、バルブ３４の開度を調節すると、伝搬槽３０内へ供給される伝搬液の流量が調節される。また、配管３１内における伝搬液の流量は、流量計３４により計測される。一方、伝搬槽３０は、配管３５を介して排液ラインに接続されている。このため、伝搬槽３０内に所定量以上に貯留された伝搬液は、配管３５を介して排液ラインへ排出される。

超音波振動子４０は、伝搬槽３０の底部裏面に取り付けられている。超音波振動子４０を動作させると超音波振動が発生し、発生した超音波振動は、伝搬槽３０の底部、伝搬槽３０内の伝搬液、処理槽１０の底部、処理槽１０内の処理液を順に振動させ、処理液中に浸漬された基板Ｗへ到達する。超音波振動子４０から発生する超音波振動の出力は、後述する制御部５０からの制御により調節可能となっている。

図３は、伝搬槽３０内おける伝搬液の流れと、伝搬液中の超音波振動の進行の向きとを示した図である。超音波振動子４０から発生した超音波振動は、伝搬槽３０の底部から処理槽１０の底部へ向かって、伝搬液中を上方へ進行する（図３の破線矢印）。一方、伝搬液の供給および排出を行う配管３１および配管３５は、処理槽１０を挟んで互いに反対側に設けられている。このため、配管３１から伝搬液を供給しつつ配管３５へ伝搬液を排出すると、伝搬槽３０内には処理槽１０の底部に沿った伝搬液の流れが形成される（図３の白抜き矢印）。すなわち、伝搬槽３０内においては、超音波振動の進行を横切るような伝搬液の流れが形成される。

図１に戻り、制御部５０は、例えばＣＰＵやメモリを備えたコンピュータにより構成される。制御部５０は、流量計３４と電気的に接続され、流量計３４から計測結果を受信する。また、制御部５０は、上記のリフタ駆動部２４、超音波振動子４０、およびバルブ１４，３４と電気的に接続され、所定のプログラムに基づいてこれらの動作を制御する。制御部５０は、超音波振動子４０を制御することにより、超音波振動子４０から発生する超音波振動の出力を調節する。また、制御部５０は、流量計３４から受信する計測結果に基づいてバルブ３４の開度を制御することにより、伝搬液の流量を調節する。すなわち、この基板処理装置１は、超音波振動の出力と、伝搬液の流量とを、それぞれ調節できる構成となっている。

＜２．基板処理装置の動作＞
図４は、上記の基板処理装置１による洗浄処理の流れを示したフローチャートである。図４を参照しつつ、基板処理装置１による洗浄処理時の動作について以下に説明する。なお、以下の動作は、制御部５０が、リフタ駆動部２４、超音波振動子４０、バルブ１４，３４等を制御することにより進行する。

基板処理装置１において基板Ｗの洗浄処理を行うときには、まず、図示しない搬送ロボットによって、複数の基板Ｗをリフタ２０上へ載置する。そして、リフタ２０を降下させ、処理槽１０に貯留された処理液中へ複数の基板Ｗを浸漬する（ステップＳ１）。なお、リフタ２０を先に降下させ、その後に処理槽１０内へ処理液を貯留してもよい。

次に、バルブ１４を開き、処理槽１０へ処理液を供給する（ステップＳ２）。処理液は、処理液供給源１３から配管１２を通って供給され、吐出部１１から処理槽１０内へ吐出される。これにより、処理槽１０内には、処理槽１０の上部へ向かう処理液の流れが形成される。処理槽１０の上部においては、処理液が外槽１５へオーバーフローする。

次に、バルブ３４を開き、伝搬槽３０へ伝搬液を供給する（ステップＳ３）。伝搬液は、伝搬液供給源３２から配管３１を通って伝搬槽３０へ供給される。伝搬槽３０内に所定量以上の伝搬液が貯留され、配管３５へ伝搬液が排出されると、伝搬槽３０内には、図３に示したような伝搬液の流れが形成される。伝搬液の供給は、後述する超音波振動の付与が終了するまで継続する。なお、伝搬槽３０に伝搬液を供給するときには、制御部５０がバルブ３４を制御することにより、伝搬液の供給量を調節する。また、伝搬液の供給量が調節されると、それに伴って伝搬槽３０内における伝搬液の流量も調節される。

次に、超音波振動子４０を動作させ、超音波振動を発生させる（ステップＳ４）。超音波振動子４０から発生した超音波振動は、伝搬槽３０底部、伝搬槽３０内の伝搬液、処理槽１０底部、処理槽１０内の処理液を順に伝搬し、処理液中に浸漬された基板Ｗへ到達する。なお、超音波振動子４０を動作させるときには、制御部５０が超音波振動子４０を制御することにより、超音波振動の出力を調節する。

基板Ｗに付着したパーティクルは、超音波振動の衝撃を受けて基板Ｗの表面から遊離する。また、処理槽１０内には、上方へ向かう処理液の流れが形成されているため、基板Ｗの表面から遊離したパーティクルは、処理液の流れに乗って処理槽１０の上部へ運搬される。パーティクルは、処理槽１０の上部において処理液とともに外槽１５へ運搬され、配管１６を介して排液ラインへ排出される。

超音波振動の付与を所定時間継続した後、超音波振動子４０の動作を停止させ、処理液の供給のみを継続する（ステップＳ５）。処理液中に残存するパーティクルは、処理液の流れに乗って外槽１５へ運搬され、配管１６を介して排液ラインへ排出される。これにより、処理槽１０内に残存するパーティクルが基板Ｗへ再付着することを防止する。

その後、伝搬液の供給および処理液の供給を停止し（ステップＳ６，ステップＳ７）、リフタ２０を上昇させて処理槽１０内から基板Ｗを引き上げる（ステップＳ８）。以上をもって、基板処理装置１における基板Ｗの洗浄処理を終了する。なお、基板Ｗを処理槽１０の上方に引き上げた状態で、または基板Ｗを他装置へ搬送した後に、基板Ｗに対して乾燥処理を行う。

上記のステップＳ４においては、伝搬槽３０内に伝搬液の流れが形成されており、その伝搬液中において超音波振動を進行させる。このため、伝搬液の流れが抵抗となり、超音波振動の進行の向きが分散する。特に、伝搬液は、超音波振動の進行を横切る方向に流れているため、超音波振動の進行の向きは効率よく分散される。したがって、超音波振動が基板Ｗに与える集中的な衝撃が緩和される。

また、超音波振動の出力および伝搬液の流量は、ともに制御部５０からの制御により調節される。このため、超音波振動の出力を上げるときには、それに応じて伝搬液の流量を増加させることができる。このようにすれば、超音波振動の出力を上げてパーティクルの除去効率を向上させる一方、超音波振動の集中的な衝撃を緩和することによって、基板Ｗ上に形成された微細パターンの剥離や倒壊を防止することができる。

超音波振動の出力と伝搬液の流量との対応関係は、予め実験等により定めておき、制御部５０に記憶させておけばよい。例えば、図５に示したように、超音波振動の出力が低いときには伝搬液の流量も低くし、超音波振動の出力が高いときには伝搬液の流量も高くなるように、対応関係を設定すればよい。そして、処理を行うときには、その対応関係に基づいて、制御部５０は、超音波振動子４０とバルブ３４とを連動的に制御すればよい。特に、超音波振動の出力を処理中に変化させる場合には、超音波振動の出力変化と上記対応関係とに基づいて、伝搬液の流量を調節すればよい。

また、処理対象となる基板Ｗの種類や、処理の種類（いわゆる処理レシピ）によって、使用する超音波振動の出力と伝搬液の流量とを、あらかじめ定めておいてもよい。

また、この基板処理装置１は、伝搬液の流量を調節することにより、超音波振動による衝撃をより細かく調節することができる。このため、伝搬液の流量を調節することにより、複数の装置の間で不可避的に発生する超音波振動の微差を補正することができる。

＜３．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではない。たとえば、上記の基板処理装置１では、処理槽１０へ処理液を供給しつつ超音波振動子４０を動作させていたが、超音波振動子４０を動作させるときには処理液の供給を停止してもよい。

また、処理槽１０内に超音波振動による衝撃を検知するためのセンサを設け、そのセンサの計測結果を制御部５０において受信できるようにしてもよい。このような構成とすれば、制御部５０は、センサから受信した計測結果に基づいてバルブ３４を調節することができる。これにより、超音波振動の実測値に基づいて伝搬液の流量を調節でき、より正確な制御が可能となる。

また、上記の基板処理装置１では配管１６を排液ラインへ接続していたが、配管１６を配管１２に接続してもよい。このような構成にすれば、外槽１５へオーバーフローした処理液を再び処理槽１０内へ供給することができる。したがって、処理液の消費量を低減することができる。

また、上記の基板処理装置１では配管３５を排液ラインへ接続していたが、配管３５を配管３１に接続してもよい。このような構成にすれば、伝搬槽３０から排出された伝搬液を再び伝搬槽３０へ供給することができる。したがって、伝搬液の消費量を低減することができる。

また、上記の基板処理装置１は、基板の洗浄処理を行う装置であったが、エッチング処理等の他の処理を行う装置であってもよい。

＜４．実施例＞
図６は、上記構成を有する基板処理装置１において、伝搬槽３０内の伝搬液を静止させた状態（すなわち、伝搬液の流れを停止した状態）で超音波振動子４０を所定時間動作させ、処理槽１０内の処理液中に浸漬された基板Ｗに発生する欠陥の数を調べた結果（比較例）を示した図である。図６の横軸は、超音波振動子４０から発生する超音波振動の出力を示している。また、図６の縦軸は、基板Ｗ１枚あたりに発生した欠陥の数を示している。なお、図６の調査では、超音波振動の周波数は１０００Ｈｚとし、伝搬液および処理液には純水を使用した。また、処理対象となる基板Ｗには、９０ｎｍ世代のゲートパターンが形成された直径２００ｍｍのテスト用半導体ウエハを使用した。図６の結果によると、超音波振動の出力の増加に伴い、基板Ｗ上に発生する欠陥の数も増加することが分かった。

図７は、図６の調査と同一の条件において、超音波振動の出力が１００Ｗのときと２００Ｗのときについて、基板Ｗに発生する欠陥の数を繰り返し調査し、そのばらつきと平均値とを調べた結果（比較例）を示した図である。図７の結果によると、超音波振動の出力が１００Ｗのときには、基板Ｗ１枚あたりに０〜１２０個程度の欠陥が発生することが分かった。また、超音波振動の出力が２００Ｗのときには、基板Ｗ１枚あたりに５〜１１０個程度の欠陥が発生することが分かった。

図８は、上記構成を有する基板処理装置１において、伝搬槽３０内に伝搬液の流れを形成しつつ、超音波振動子４０を動作させ、処理槽１０内の処理液中に伝搬される超音波振動の音圧を調べた結果を示した図である。図８の横軸は、伝搬槽３０内における伝搬液の流量を示している。また、図８の縦軸は、処理槽１０内の処理液中において計測された超音波振動の音圧値を示している。なお、図８の調査では、超音波振動子４０から発生させる超音波振動の出力は５００Ｗとし、超音波振動の周波数は１０００Ｈｚとした。また、伝搬液および処理液には純水を使用した。図８の結果によると、伝搬液の流量を上げることにより処理槽１０内における超音波振動の音圧値が低下し、伝搬液の流量を下げることにより処理槽１０内における超音波振動の音圧値が上昇することが分かった。すなわち、伝搬液の流量を調節することにより、超音波振動の音圧を調節できることが分かった。

図９は、上記構成を有する基板処理装置１において、伝搬槽３０内に３．８Ｌ／ｍｉｎの伝搬液の流れを形成しつつ、超音波振動子４０を所定時間動作させ、処理槽１０内の処理液中に浸漬された基板Ｗに発生する欠陥の数を繰り返し調査して、そのばらつきと平均値とを調べた結果を示した図である。図９の横軸は、超音波振動子４０から発生する超音波振動の出力を示している。また、図９の縦軸は、基板１枚あたりに発生した欠陥の数を示している。なお、図９の調査では、超音波振動の周波数は１０００Ｈｚとし、伝搬液および処理液には純水を使用した。また、処理対象となる基板Ｗには、９０ｎｍ世代のゲートパターンが形成された直径２００ｍｍのテスト用半導体ウエハを使用した。図９の結果によると、超音波振動の出力を１００Ｗとしたときにも、超音波振動の出力を２００Ｗとしたときにも、基板Ｗ上に発生した欠陥の数は０個であった。図７の結果と図９の結果とを比較すると、伝搬槽３０内に伝搬液の流れを形成したことにより、基板Ｗ上に発生する欠陥の数が顕著に低減したことが分かった。

以上の調査より、伝搬槽３０内における伝搬液の流量を調節すると、処理槽１０内の処理液中に浸漬された基板Ｗに作用する超音波振動の音圧値を調節でき、それにより、基板Ｗ上に発生する欠陥の数を低減できることが確認された。なお、上記の実施例では、超音波振動の周波数を１０００Ｈｚに設定したが、他の周波数帯であっても、同様の効果が得られるものと考えられる。例えば、超音波振動の周波数が７００〜２０００Ｈｚであっても、本発明の効果は十分に得られるものと考えられる。

基板処理装置を基板と平行な平面で切断した縦断面図である。 基板処理装置を基板と垂直な平面で切断した縦断面図である。 伝搬液の流れと超音波振動の進行の向きとを示した図である。 基板処理装置による洗浄処理の流れを示したフローチャートである。 超音波振動の出力と伝搬液の流量との対応関係の例を示した図である。 伝搬液を静止させた状態において、超音波振動の出力と基板に発生する欠陥の数との関係を調べた結果を示した図である。 伝搬液を静止させた状態において、超音波振動の出力と基板に発生する欠陥の数との関係を調べた結果を示した図である。 伝搬液の流量と処理液中に伝搬される超音波振動の音圧との関係を調べた結果を示した図である。 伝搬液の流れを形成した状態において、超音波振動の出力と基板に発生する欠陥の数との関係を調べた結果を示した図である。 基板の表面に形成された電子パターンおよび欠陥の例を示した断面図である。

符号の説明

１ 基板処理装置
１０ 処理槽
１１ 吐出部
１３ 処理液供給源
１５ 外槽
２０ リフタ
３０ 伝搬槽
３２ 伝搬液供給源
３４ バルブ
４０ 超音波振動子
５０ 制御部
Ｗ 基板

Claims (4)

1. 基板を処理液中に浸漬させて基板に対して処理を行う基板処理装置であって、
   処理液を貯留する処理槽と、
   前記処理槽内において基板を保持する保持手段と、
   超音波振動を発生させる超音波振動発生手段と、
   前記超音波振動発生手段から発生する超音波振動を前記処理槽へ伝搬させる伝搬液を貯留する伝搬槽と、
   前記伝搬槽内において伝搬液の流れを形成する液流形成手段と、
   前記液流形成手段による伝搬液の流量を調節する流量調節手段と、
   を備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記伝搬液の流れは、前記伝搬槽内における超音波振動の進行を横切る方向の流れであることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または２に記載の基板処理装置であって、
   前記超音波振動発生手段は、発生させる超音波振動の出力を調節可能であり、
   前記超音波振動発生手段および前記流量調節手段を連動的に制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項１から３までのいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記液流形成手段は、前記伝搬槽内に伝搬液を供給する供給手段および前記伝搬槽内から伝搬液を排出する排出手段を含むことを特徴とする基板処理装置。
   

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