JP2007067072A - 基板の処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面に微細な凹部があっても、その表面全体を確実に処理することができるようにした処理装置を提供することにある。
【解決手段】基板を処理液によって処理する処理装置であって、
基板を処理液によって処理するチャンバと、チャンバ内に搬入されて処理される基板の温度を、上記チャンバ内の温度よりも低くするペルチェ素子１３を具備する。
【選択図】 図１

Description

この発明は基板を処理液によって処理する処理装置及び処理方法に関する。

たとえば、半導体装置や液晶表示装置の製造工程においては、半導体ウエハやガラス板などの基板に回路パターンを形成する工程がある。回路パターンを形成する場合、成膜された基板にレジストを塗布してから露光し、露光後に現像液によって現像処理してからエッチング液でエッチング処理することで、基板の表面に回路パターンを精密に形成する。

基板に回路パターンを形成したならば、その基板の表面に付着残留するレジスト膜やレジスト残渣などの有機物を剥離液によって除去する。剥離液によって有機物を除去したならば、その基板の板面を洗浄液で洗浄処理するということが繰り返して行われる。
基板を上述した各種の処理液によって処理するには、その基板を回転させながら処理液を供給するスピン処理装置や処理槽内に貯えられた処理液に基板を浸漬させて処理する浸漬式処理装置などが用いられる。

近年、集積回路の高密度化に伴い、基板の表面には微細で深い溝が形成されたり、微細な穴があいているなどのことがある。そのような基板の表面を現像液、エッチング液、剥離液或いは洗浄液などの処理液で処理する場合、基板の表面に処理液をノズルによって供給したり、基板を処理液に浸漬するなどの方法では、基板表面と液界面に発生する表面張力の影響で、処理液が微細な溝や穴の内部まで浸入しないということが生じる。

処理液が微細な溝や穴の内部まで浸入しない場合、微細な溝や穴の表面が処理液によって確実に処理されないことになるから、たとえば成膜を繰り返して行うと、順次積層される膜間にパーティクルが介在するなどして膜の密着性が損なわれ、製品不良を招く虞がある。

従来、基板の表面の微細な溝や穴などの凹部に処理液が行き渡るようにするには、処理液に界面活性剤を添加したり、処理液を予め気化し、その蒸気を基板に供給するなどのことが行われていた。後者の技術は特許文献１に示されている。
特開平１１−９７４０６号公報

しかしながら、処理液に界面活性剤を添加する方法によると、処理液の種類や基板の種類に応じて処理液に添加する界面活性剤の量を調整しなければならないという煩わしさがあったり、界面活性剤が自然環境に与える影響が大きいため、使用済みの処理液の処理に多くの手間が掛かるということがある。

しかも、集積回路の高密度化に伴い、基板表面の溝や穴などの凹部が微細化されてゆくと、基板の表面と処理液の界面で発生する表面張力をさらに小さくしなければならなくなり、そのような界面活性剤を得ることが難しくなるということもある。

一方、処理液を気化し、その蒸気を基板に供給して基板を処理する場合、処理液を気化するための装置が大掛かりとなるから、装置の大型化やコスト上昇を招くということがあったり、処理液の気化温度が高いから、引火性の処理液を用いる場合には、処理液が加熱されて発火するという虞がある。

この発明は、処理液を気化させることなく、基板の、たとえば微細な凹部などがある表面全体を処理液によって濡らして確実に処理できるようにした基板の処理装置及び処理方法を提供することにある。

この発明は、基板を処理液によって処理する処理装置であって、
上記基板を上記処理液によって処理するチャンバと、
このチャンバ内に搬入されて処理される基板の温度を、上記チャンバ内の温度よりも低くする温度設定手段と
を具備したことを特徴とする基板の処理装置にある。

上記チャンバ内には、このチャンバ内の湿度を制御する湿度調整手段が設けられていることが好ましい。

上記温度設定手段は、上記チャンバ内の温度を上記基板の温度よりも高くなるよう制御する加熱手段であることが好ましい。

上記温度設定手段は、上記チャンバ内に供給される上記基板の温度を上記チャンバ内の温度よりも低くなるよう制御する冷却手段であることが好ましい。

上記冷却手段は、上記基板を上記チャンバ内に搬入するロボット装置のアームに設けられていることが好ましい。

冷却手段は、上記基板が上記チャンバで処理される前に待機させる冷却槽であることが好ましい。

この発明は、基板をチャンバに供給し、このチャンバで処理液によって処理する処理方法であって、
上記基板を上記チャンバに供給する前に、このチャンバ内の温度に対して上記基板の温度が低くなるよう温度制御する工程と、
上記チャンバに供給された上記基板の表面に上記チャンバとの温度差によって結露が生じた上記基板を上記処理液で処理する工程と
を具備したことを特徴とする基板の処理方法にある。

上記基板を冷却してその温度を上記チャンバ内の温度よりも低くすることが好ましい。

上記チャンバ内を加熱してその温度を上記基板の温度よりも高くすることが好ましい。

この発明によれば、基板の温度をチャンバ内の温度よりも低くしたことで、基板をチャンバ内に搬入すると、基板の表面にはチャンバ内の雰囲気に含まれる水蒸気が全面にわたって結露する。そのため、水蒸気が結露した基板に供給された処理液は、基板の表面全体に付着した液滴を伝わって拡散するから、基板の表面に微細な凹部がっても、表面全体に処理液を付着させることが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４はこの発明の第１の実施の形態を示し、図１は基板の処理装置１の概略的構成を示す。この処理装置１はカセットステーション２を有する。このカセットステーション２はカセット３に未処理の基板Ｗが収容されたローダ部４と、後述するように処理液によって処理された基板Ｗをカセット３に回収するアンローダ部５とを備えている。なお、処理装置１では基板Ｗとして半導体ウエハや液晶表示用パネルなどを処理することが可能であって、この実施の形態では半導体ウエハを処理するようになっている。

上記カセットステーション２には受け渡しユニット７が隣接して設けられている。この受け渡しユニット７にはスピン洗浄処理ユニット８が隣接して設けられている。つまり、カセットステーション２、受け渡しユニット７及びスピン洗浄処理ユニット８は一列に配置されている。

上記受け渡しユニット７はロボット装置１１を備えている。このロボット装置１１は矢印で示すＸ、Ｙ及びθ方向に駆動可能となっていて、処理前の基板Ｗと処理後の基板Ｗを別々に扱う一対のアーム１２ａ，１２ｂを有し、一方のアーム１２ａによって上記ローダ部４のカセット３に収容された未処理の基板Ｗを取り出して上記スピン洗浄処理ユニット８に供給する。各アーム１２ａ，１２ｂは伸縮駆動される。第２のアーム１２ｂの動きを図２に鎖線で示す。

スピン洗浄処理ユニット８に供給された基板Ｗはここで洗浄処理される。洗浄処理された基板Ｗは上記ロボット装置１１の他方のアーム１２ｂによって取り出された後、上記アンローダ部５のカセット３に収容される。

図２に示すように、未処理の基板Ｗを取り扱う一方のアーム１２ａには、温度設定手段としての冷却手段を構成するペルチェ素子１３が上記基板Ｗを支持する部分のほぼ全長にわたって設けられている。

上記ペルチェ素子１３は熱を吸収する面を上にして上記一方のアーム１２ａに設けられている。したがって、ロボット装置１１の一方のアーム１２ａがローダ部４から基板Ｗを取り出して上記スピン処理ユニット８に供給する間に、その基板Ｗは上記ペルチェ素子１３によって冷却されることになる。

なお、ロボット装置１１の一方のアーム１２ａが基板Ｗをローダ部４から取り出してスピン処理ユニット８に受け渡すまでの時間が短く、その間に基板Ｗが所望する温度まで冷却されない場合には、一方のアーム１２ａはローダ部４から取り出した基板Ｗを直ちにスピン処理ユニット８に供給せず、所定時間待機してからスピン処理ユニット８に供給すればよい。

上記スピン処理ユニット８は図３に示すようにチャンバ１６を有する。このチャンバ１６の一側壁にはシャッタ１７によって開閉される出し入れ口１８が形成され、底部には内部の雰囲気や処理液を排出する複数の排出管１６ａが接続されている。上記チャンバ１６内には駆動源１９によって回転駆動される回転テーブル２０が設けられている。

上記回転テーブル２０は周囲がカップ体２１によって覆われている。このカップ体２１は下部固定壁２１ａと、この下部固定壁に対して上下動可能に設けられた上部可動壁２１ｂとからなる。なお、上記排出管１６ａはカップ体２１内に連通している。

上記回転テーブル２０には、基板Ｗの下面を支持する支持ピン２２及び支持ピン２２によって支持された基板の外周面に係合する係合ピン２３が設けられている。それによって、回転テーブル２０に供給された基板Ｗは、この回転テーブル２０と一体に回転するようになっている。

回転テーブル２０に供給された基板Ｗには、上記カップ体２１の上端に取付けられたノズル体２５から処理液が供給される。処理液としては洗浄液、エッチング液、現像液或いは剥離液などであって、この実施の形態では上記ノズル体２５から洗浄液として純水が供給されるようになっている。

上記チャンバ１６の上部には、チャンバ１６内の雰囲気温度を加熱するヒータ２６及びチャンバ１６内の湿度を調整する、湿度調整手段としての水蒸気発生器２７が設けられている。水蒸気発生器２７は図３に矢印で示すように、カップ体２１に向けて水蒸気を発生する。図示しないが、チャンバ１６内の温度及び湿度はそれぞれ温度センサ２８及び湿度センサ２９によって検出される。

各センサ２８，２９による検出信号は制御装置３１に入力される。制御装置３１は各センサ２８，２９からの検出信号に基いて上記ヒータ２６及び水蒸気発生器２７を制御し、チャンバ１６内の温度及び湿度を所定の設定値に維持するようになっている。

なお、チャンバ１６内の温度を上昇させるために、チャンバ１６の上部にヒータ２６を設けたが、チャンバ１６とともに回転テーブル２０にもヒータを設けてもよい。

つぎに、上記構成の処理装置１によって基板Ｗを洗浄処理する場合について説明する。まず、スピン処理ユニット８のチャンバ１６内の温度及び湿度を制御装置３１によって設定する。それによって、ヒータ２６及び水蒸気発生器２７が作動してチャンバ１６内を加熱及び加湿する。チャンバ１６内の温度及び湿度は温度センサ２８及び湿度センサ２９によって検出され、その検出に基いてチャンバ１６内の温度及び湿度が上記制御装置３１によって設定された値になるよう制御される。

一方、未処理の基板Ｗは受け渡しユニット７のロボット装置１１の一方のアーム１２ａによってローダ部４から取り出された後、上記チャンバ１６の出し入れ口１８から内部の回転テーブル２０に供給載置される。

上記ロボット装置１１の一方のアーム１２ａにはペルチェ素子１３が設けられている。そのため、チャンバ１６内に供給される基板Ｗは上記ペルチェ素子１３によって冷却されるため、外気温度よりも温度が低くなっている。

なお、基板Ｗがローダ部４から取り出されてチャンバ１６に供給されるまでの時間が短いと、ペルチェ素子１３によって基板Ｗが所望する温度まで冷却されないことがある。そのような場合には、基板をロボット装置１１の一方のアーム１２ａによってローダ部４から取り出したならば、所定時間待機させ、基板Ｗが所定の温度に低下してからチャンバ１６に供給すればよい。

一方、上記チャンバ１６内の温度は、ヒータ２６によって外気温度よりも高くなるよう制御され、また水蒸気発生器２７によってチャンバ１６内の湿度が外気湿度よりも高くなるよう制御される。

そのため、基板Ｗがロボット装置１１の一方のアーム１２ａによってチャンバ１６内に供給されると、基板Ｗとチャンバ１６内の温度差によってこの基板Ｗの表面にチャンバ１６内の水蒸気が結露することになる。

図４は温度と飽和水蒸気圧との関係を示しており、たとえば温度が３０℃、湿度が１００％（水の分圧：４．５ｋＰａ）の状態にあるチャンバ１６内に、表面温度が２０℃の基板Ｗを搬入したとすると、基板Ｗの表面付近の雰囲気は基板Ｗの表面温度とほぼ同じになる。そのため、チャンバ１６内における水の分圧４．５ｋＰａと、２０℃の飽和水蒸気圧３ｋＰａとの差分（図４に矢印Ｄで示す）が気体として存在できなくなって基板Ｗの表面に結露することになる。

水の分子の大きさは０．２〜０．２５ｎｍ程度であるから、基板Ｗの表面に形成された微細な溝や穴などの凹部の内部に入り込んで、その表面に付着する。つまり、チャンバ１６内の水蒸気が冷却された基板Ｗの表面全体に均一に結露することになる。

このように基板Ｗの表面全体に結露したならば、回転テーブル２０を回転させるとともに、ノズル体２５から基板Ｗに向けて処理液を供給する。基板Ｗに供給された処理液は、基板Ｗの表面に結露した液滴が呼び水となって拡散する。つまり、基板Ｗの結露した表面に隈なく処理液が行き渡ることになる。したがって、基板Ｗの表面に微細な溝や穴などの凹部があっても、その表面全体を処理液によって確実に洗浄処理することが可能となる。

このようにして基板Ｗが処理液によって洗浄処理されたならば、処理液の供給を停止して回転テーブル２０を処理時に比べて高速度で回転させる。それによって、基板Ｗの表面に付着した処理液が飛散して乾燥する。

基板Ｗが乾燥処理されたならば、ロボット装置１１の他方のアーム１２ｂによってチャンバ１６内の基板Ｗを取り出し、アンローダ部５のカセット３に収容する。ついで、ローダ部４のカセット３から未処理の基板Ｗを取り出してチャンバ１６に供給し、上述した処理が繰り返して行なわれる。

図５はこの発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態はロボット装置１１の一方のアーム１２ａに冷却手段としてのペルチェ素子１３を設ける代わりに、スピン処理ユニット８の側方に冷却槽３５が設けられている。この冷却槽３５は図示しない冷凍サイクルを有し、ロボット装置１１によって供給された基板Ｗを所定の温度に冷却することができるようになっている。なお、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一記号を付して説明を省略する。

このような構成において、ロボット装置１１が未処理の基板Ｗを取り出すと、その基板Ｗをチャンバ１６に供給する前に冷却槽３５に供給する。冷却槽３５は複数の基板Ｗを収納することができるようになっている。そして、ロボット装置１１は未処理の基板Ｗを冷却槽３５に供給するとともに、所定の温度に冷却された基板Ｗを取り出してチャンバ１６に供給する。

したがって、このような構成によれば、チャンバ１６に供給される基板Ｗの冷却温度を一定に維持することが可能となる。それによって、チャンバ１６に供給された基板Ｗに結露する液滴の量も一定となって基板Ｗに供給される処理液の拡散も一定となるから、処理液によって基板Ｗを同じ品質となるよう処理することが可能となる。

上記各実施の形態ではチャンバに湿度調整手段を設けるようにしたが、湿度調整手段を設けなくとも、チャンバ内部の温度と、基板の温度との差によって基板に結露させることができる。

また、温度設定手段として冷却手段と加熱手段を設けたが、どちらか一方だけであっても差し支えなく、要は基板の温度をチャンバ内の温度よりも低くすることができればよい。

この発明の第１の実施の形態を示す処理装置の概略的構成図。 ロボット装置の平面図。 チャンバの断面図。 温度と飽和水蒸気圧との関係を示すグラフ。 この発明の第２の実施の形態を示す処理装置の概略的構成図。

符号の説明

７…受け渡しユニット、８…スピン処理ユニット、１１…ロボット装置、１２ａ，１２ｂ…アーム、１３…ペルチェ素子（冷却手段）、１６…チャンバ、２０…回転テーブル、２５…ノズル体、２６…ヒータ（加熱手段）、２７…水蒸気発生器（湿度調整手段）、２８…温度センサ、２９…湿度センサ、３５…冷却槽（冷却手段）。

Claims (9)

1. 基板を処理液によって処理する処理装置であって、
   上記基板を上記処理液によって処理するチャンバと、
   このチャンバ内に搬入されて処理される基板の温度を、上記チャンバ内の温度よりも低くする温度設定手段と
   を具備したことを特徴とする基板の処理装置。
2. 上記チャンバ内には、このチャンバ内の湿度を制御する湿度調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板の処理装置。
3. 上記温度設定手段は、上記チャンバ内の温度を上記基板の温度よりも高くなるよう制御する加熱手段であることを特徴とする請求項１記載の基板の処理装置。
4. 上記温度設定手段は、上記チャンバ内に供給される上記基板の温度を上記チャンバ内の温度よりも低くなるよう制御する冷却手段であることを特徴とする請求項１記載の基板の処理装置。
5. 上記冷却手段は、上記基板を上記チャンバ内に搬入するロボット装置のアームに設けられていることを特徴とする請求項４記載の基板の処理装置。
6. 冷却手段は、上記基板が上記チャンバで処理される前に待機させる冷却槽であることを特徴とする請求項４記載の基板の処理装置。
7. 基板をチャンバに供給し、このチャンバで処理液によって処理する処理方法であって、
   上記基板を上記チャンバに供給する前に、このチャンバ内の温度に対して上記基板の温度が低くなるよう温度制御する工程と、
   上記チャンバに供給された上記基板の表面に上記チャンバとの温度差によって結露が生じた上記基板を上記処理液で処理する工程と
   を具備したことを特徴とする基板の処理方法。
8. 上記基板を冷却してその温度を上記チャンバ内の温度よりも低くすることを特徴とする請求項７記載の基板の処理方法。
9. 上記チャンバ内を加熱してその温度を上記基板の温度よりも高くすることを特徴とする請求項７記載の基板の処理方法。

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