JP2010062259A

JP2010062259A - 基板処理装置及び基板処理方法

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Publication number: JP2010062259A
Application number: JP2008224958A
Authority: JP
Inventors: Harumichi Hirose; 治道廣瀬; Tsutomu Kikuchi; 勉菊池; Sadaaki Kurokawa; 禎明黒川; Yuji Nagashima; 裕次長嶋
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-03-18
Anticipated expiration: 2028-09-02
Also published as: JP5312879B2

Abstract

【課題】基板表面に対するダメージの発生及び処理力の低下を防止することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置１において、被処理面を有する基板Ｗを保持して回転させる回転機構５と、回転機構５により回転する基板Ｗの被処理面に対して処理液を供給する供給ノズル６と、供給ノズル６を基板Ｗの周縁に向かって並ぶ複数の供給位置に順次移動させる移動機構７と、被処理面上の処理液の液膜厚を測定する測定部８と、測定部８により測定された液膜厚に応じて、複数の供給位置毎に基板Ｗの回転数を変更し、被処理面上に形成された液膜厚が一定になるように基板Ｗの回転数を制御する手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置及び基板処理方法に関し、特に、基板表面に処理液を供給して基板を処理する基板処理装置及び基板処理方法に関する。

基板処理装置は、半導体装置や液晶表示装置などの製造工程において、半導体ウエハやガラス基板などの基板の表面に対して処理液を供給し、その基板表面を処理する装置である。この基板処理装置としては、例えば、基板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装置や基板表面に付着したパーティクル（粒子）を除去して洗浄する洗浄装置などが挙げられる。

このような基板処理装置の中には、複数の基板を一括して処理するバッチ式の基板処理装置や基板を一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置がある。この枚葉式の基板処理装置は、基板を水平面内で回転させながら、基板表面に沿って供給ノズルを移動させて基板表面に処理液を供給する（例えば、特許文献１参照）。なお、基板表面に供給された処理液は、基板の回転による遠心力によりその供給位置から基板の周縁に向けて拡がって流れる。

通常、基板表面には、信号線や電気回路などの微細なパターンが形成されているため、処理液の衝撃力によって基板表面に与えられるダメージを極力抑える必要がある。ここで、基板表面上の処理液の液膜厚は厚い方が基板表面に対するダメージは小さくなるが処理力（洗浄力や剥離力など）が減少し、薄い方が基板表面に対するダメージは大きくなるが処理力が増加する。したがって、基板表面上の処理液の液膜厚を、基板表面がダメージを受けない液膜厚であって可能な限り薄い液膜厚にすることが望まれている。
特開２００７−１５０３７５号公報

しかしながら、前述の基板処理装置では、各供給位置での処理液の液膜厚は均一にならず、特に、基板中心と基板周縁とでは遠心力の大きさが異なるため、液膜厚の均一化は難しく、基板表面全面の液膜厚分布は一定にならない。したがって、基板表面上の処理液の液膜厚を、基板表面がダメージを受けない液膜厚であって可能な限り薄い液膜厚に均一にすることは困難であり、各供給位置においてダメージが発生したり、あるいは、処理力が低下したりしてしまう。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板表面に対するダメージの発生及び処理力の低下を防止することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、基板処理装置において、被処理面を有する基板を保持して回転させる回転機構と、回転機構により回転する基板の被処理面に対して処理液を供給する供給ノズルと、供給ノズルを基板の周縁に向かって並ぶ複数の供給位置に順次移動させる移動機構と、被処理面上の処理液の液膜厚を測定する測定部と、測定部により測定された液膜厚に応じて、複数の供給位置毎に基板の回転数を変更し、被処理面上に形成された液膜厚が一定になるように基板の回転数を制御する手段とを備えることである。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、基板処理方法において、被処理面を有する基板を保持して回転させる工程と、被処理面に対して処理液を供給する供給ノズルを基板の周縁に向かって並ぶ複数の供給位置に順次移動させ、回転する基板の被処理面に対して処理液を供給する工程とを有し、供給する工程では、被処理面上の処理液の液膜厚を測定し、測定した液膜厚に応じて、複数の供給位置毎に基板の回転数を変更し、被処理面上に形成された液膜厚が一定になるように基板の回転数を制御することである。

本発明によれば、基板表面に対するダメージの発生及び処理力の低下を防止することができる。

本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る基板処理装置１は、処理室となる処理ボックス２と、その処理ボックス２内に設けられたカップ３と、そのカップ３内に設けられ基板Ｗを水平状態で保持する保持テーブル４と、その保持テーブル４を水平面内で回転させる回転機構５と、保持テーブル４上の基板Ｗに対して上方から処理液を供給する供給ノズル６と、その供給ノズル６を基板Ｗの表面である被処理面に沿って移動させる移動機構７と、保持テーブル４上の基板Ｗに供給された処理液の液膜厚を測定する測定部８と、供給ノズル６に処理液を供給する液体供給部９と、供給ノズル６に気体を供給する気体供給部１０と、各部を制御する制御部１１とを備えている。

処理ボックス２は、カップ３や保持テーブル４、供給ノズル６、測定部８などを収容している。この処理ボックス２の上部には、ダウンフロー用のフィルタ付きファン２ａが設けられている。このファン２ａは制御部１１に電気的に接続されており、その駆動が制御部１１により制御される。

カップ３は、円筒形状に形成されており、その内部に保持テーブル４を収容する。このカップ３の周壁の上部は径方向の内側に向かって傾斜している。また、保持テーブル４は、カップ３の内部であってその上部側に水平面内で回転可能に設けられており、挟持部材４ａにより基板Ｗを着脱可能に保持する。

回転機構５は、保持テーブル４に連結された回転軸５ａと、その回転軸５ａを回転させる駆動源となるモータ５ｂとを有している。このモータ５ｂは制御部１１に電気的に接続されており、その駆動が制御部１１により制御される。回転機構５は、モータ５ｂにより回転軸５ａをＲ方向（図１中）に回転させ、保持テーブル４を基板Ｗの被処理面に交差する回転軸５ａまわりに回転させる。

供給ノズル６は、保持テーブル４の上方に移動可能に配置されており、保持テーブル４上の基板Ｗに対して処理液を供給する。例えば、供給ノズル６は二流体を使用する二流体ノズルである。この供給ノズル６は、第一流体として処理液が供給される中央流路となる内筒やその内筒を収容して第二流体として気体が供給されるリング状の流路となる外筒などを有しており、外筒のノズル孔から排出される気体により内筒のノズル孔から処理液を液滴化（霧化）して噴射する。なお、供給ノズル６としては、二流体を使用する二流体ノズルが用いられているが、これに限るものではなく、例えば、液体だけを供給する一流体ノズルが用いられてもよい。

移動機構７は、供給ノズル６を支持するアーム７ａと、そのアーム７ａに連結された回転軸７ｂと、その回転軸７ｂを回転させる駆動源となるモータ７ｃとを有している。このモータ７ｃは制御部１１に電気的に接続されており、その駆動が制御部１１により制御される。移動機構７は、モータ７ｃにより回転軸７ｂをＲ方向（図１中）に回転させ、アーム７ａを介して供給ノズル６を基板Ｗの被処理面に沿って基板Ｗの半径方向であるＸ方向（図１中）に移動させる。なお、移動機構７は供給ノズル６を上下方向であるＺ軸方向（図１中）に移動させる機構も有している。

測定部８は、保持テーブル４上の基板Ｗの被処理面を撮像して被処理面上の処理液の液膜厚を測定する撮像部であり、処理ボックス２の天井面に設けられている。その撮像部は、被処理面全域を撮像し、被処理面の中心から周縁までの複数のポイントを見ている。このような測定部８は制御部１１に電気的に接続されており、撮像画像を測定信号として制御部１１に送信する。この撮像画像が制御部１１により画像処理されて干渉縞が求められ、その干渉縞から被処理面上の処理液の液膜厚が求められる。なお、測定部８としては、例えば、ＣＣＤカメラが用いられるが、これに限られるものではなく、レーザ変位計などが用いられてもよい。測定部８としてレーザ変位計を用いる場合には、そのレーザ変位計は供給ノズル６と共に移動可能に供給ノズル６の側面に固定されて設けられる。

液体供給部９は、液体供給流路となる配管９ａとその配管９ａの流路途中に設けられたバルブ９ｂとを介して供給ノズル６に接続されており、その供給ノズル６に液体を供給する。バルブ９ｂは制御部１１に電気的に接続されており、その駆動が制御部１１により制御される。ここで、基板Ｗに対する処理がレジスト膜を除去するレジスト剥離処理である場合には、液体として例えば硫酸などのレジスト剥離液が供給ノズル６に供給され、その処理がパーティクルを除去する洗浄処理である場合には、液体として例えば純水などの洗浄液が供給ノズル６に供給される。

気体供給部１０は、気体供給流路となる配管１０ａとその配管１０ａの流路途中に設けられたバルブ１０ｂとを介して供給ノズル６に接続されており、その供給ノズル６に気体を供給する。バルブ１０ｂは制御部１１に電気的に接続されており、その駆動が制御部１１により制御される。ここで、基板Ｗに対する処理がレジスト膜を除去するレジスト剥離処理である場合には、気体として例えばオゾンガスや窒素ガス、空気などのガスが供給ノズル６に供給され、その処理がパーティクルを除去する洗浄処理である場合には、気体として例えば窒素ガスなどの不活性ガスが供給ノズル６に供給される。

制御部１１は、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータと、基板処理に関する基板処理情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部１１ａとを備えている。この制御部１１は、基板処理情報や各種プログラムに基づいて、回転機構５により保持テーブル４を回転させ、その状態で移動機構７により供給ノズル６を基板Ｗの周縁（外縁）に向かって並ぶ複数の供給位置に順次移動させながら、その供給ノズル６から処理液を回転する基板Ｗの被処理面上に供給し、基板処理を行う。なお、各供給位置は基板Ｗの回転半径方向にほぼ沿って並んでいる。

記憶部１１ａには、図２に示すような相関関数（ｙ＝ｘ^１．５）が相関関係情報として記憶されている。図２では、横軸が液膜厚比率（％）であり、縦軸が基板Ｗの回転数逆数比率（％）である。この図２に示す相関関数を求めるためには、まず、供給ノズル６を所定の供給位置（遠心力が十分作用する供給位置、例えば、回転半径方向における中央付近の位置）に移動させ、その状態で保持テーブル４を回転させて保持テーブル４上の基板Ｗの被処理面に処理液を供給する。

次に、処理液を供給している状態で、基板Ｗの回転数（すなわち、保持テーブル４の回転数）を変化させ、回転数毎に前述の供給位置での被処理面上の処理液の液膜厚を測定する。例えば、図３に示すように、基板Ｗの回転数（設定値）を５００ｍｉｎ^−１、７５０ｍｉｎ^−１及び１０００ｍｉｎ^−１と替え、それぞれの液膜厚を測定する。これにより、液膜厚の測定値として、１１５μｍ、９０μｍ及び７５μｍが得られる。

次いで、基板Ｗの回転数５００ｍｉｎ^−１を１００％とすると、基板Ｗの回転数比率Ｎは上から１００％、１５０％及び２００％となり、基板Ｗの回転数逆数比率１／Ｎは上から１００％、６７％及び５０％となる。また、基板Ｗの回転数５００ｍｉｎ^−１での液膜厚１１５μｍを１００％とすると、液膜厚の比率ｔは上から１００％、７８％及び６５％となる。この液膜厚比率ｔが横軸（Ｘ軸）にされ、基板Ｗの回転数逆数比率が縦軸（Ｙ軸）にされてプロットが行われ、各点を通過する相関関数が求められる。これにより、図２に示す曲線の相関関数（ｙ＝ｘ^１．５）が得られる。

制御部１１は、前述の相関関数を用いて、供給ノズル６の供給位置に応じて基板Ｗの回転数（すなわち、保持テーブル４の回転数）を制御する。まず、制御部１１は、基板Ｗの回転数を制御する前に、保持テーブル４を所定回転数で回転させ、その保持テーブル４上の基板Ｗの中央付近に処理液を供給し、測定部８により基板Ｗ上の被処理面を撮像して基板Ｗ上の処理液の液膜厚を測定する。これにより、被処理面上の液膜厚が一度で測定されて液膜厚情報として得られ、基板Ｗの中央付近に処理液を供給した場合の各供給位置での液膜厚を把握することが可能となる。

例えば、液膜厚情報として図４に示すような曲線Ａが得られる。図４には、基板半径方向位置（供給ノズル６が順次位置付けられる各供給位置）と基板Ｗ上の液膜厚との関係を表す曲線Ａ、及び、基板半径方向位置（供給ノズル６の各供給位置）と基板到達衝撃力との関係を表す曲線Ｂが示されている。なお、横軸は基板半径方向の位置であり、横軸の基板半径方向において数値の増加方向が基板Ｗの周縁に向かう方向である。また、曲線Ｂは曲線Ａから理論的に基板到達衝撃力を算出することにより求められる。図４に示すように、基板Ｗ上の処理液の液膜厚は中央付近の供給位置から基板Ｗの周縁に向かって徐々に薄くなることがわかり（曲線Ａ参照）、さらに、液膜厚が薄くなるほど、基板到達衝撃力が大きくなることがわかる（曲線Ｂ参照）。

その後、制御部１１は、把握した各供給位置での液膜厚において、基板Ｗの中央付近の供給位置（基準供給位置）での液膜厚を１００％に、そのときの基板Ｗの所定回転数（基準回転数）を１００％とし、中央付近の供給位置での液膜厚と各供給位置での液膜厚との液膜厚比率をそれぞれ求め、求めた各液膜厚比率に対応する基板Ｗの回転数逆数比率を図２に示すような相関関数から求める。さらに、制御部１１は、求めた基板Ｗの回転数逆数比率を前述の所定回転数である基準回転数にかけて、基板Ｗの回転数を変更する。この処理は各供給位置で同様に行われる。

例えば、前述の中央付近の供給位置での液膜厚と現在の供給位置での液膜厚との液膜厚比率が７０％であった場合には、図２に示す相関関係から基板Ｗの回転数逆数比率が５５％となるので、その５５％を基準回転数にかけて基板Ｗの回転数を変更し、基板Ｗの回転数を下げる。これにより、現在の供給位置での液膜厚が中央付近での液膜厚と同等の厚さとなる。したがって、各供給位置での液膜厚比率を求めることができれば、各供給位置での液膜厚が一定になるように基板Ｗの回転数を変更することが可能となる。

次に、前述の基板処理装置１が行う基板処理動作（基板処理方法）について説明する。

図５に示すように、まず、制御部１１は、移動機構７により基板Ｗの中央付近に対向する供給開始位置まで供給ノズル６を移動させ（ステップＳ１）、回転機構５により保持テーブル４の回転を開始し、保持テーブル４上の基板Ｗを回転させる（ステップＳ２）。

その後、制御部１１は、バルブ９ｂ及びバルブ１０ｂを開け、回転する基板Ｗの被処理面に対して供給ノズル６により処理液を噴射して供給し、基板Ｗに対する処理液の供給を開始する（ステップＳ３）。

次いで、制御部１１は、測定部８により基板Ｗ上の処理液の液膜厚を測定し（ステップＳ４）、測定した被処理面上の処理液の液膜厚に基づいて、現在の供給位置での液膜厚に対応する基板Ｗの回転数を関係式、例えば図２に示すような相関関数から求め（ステップＳ５）、求めた回転数に基板Ｗの回転数を変更する（ステップＳ６）。

なお、ステップＳ５では、測定した被処理面上の処理液の液膜厚に基づいて、現在の供給位置での液膜厚と中央付近の供給位置（基準供給位置）での液膜厚とから液膜厚比率を算出し、算出した液膜厚比率に対応する基板Ｗの回転数逆数比率を図２に示すような相関関数から求め、その回転数逆数比率を用いて基板Ｗの回転数を求める。

その後、制御部１１は、現在の供給位置での所定の基板処理時間が経過したか否かを判断し（ステップＳ７）、所定の基板処理時間が経過するまでその位置を維持する（ステップＳ７のＮＯ）。これにより、現在の供給位置での基板処理が所定時間だけ行われる。

現在の供給位置での所定の基板処理時間が経過したと判断した場合には（ステップＳ７のＹＥＳ）、全ての供給位置での基板処理が完了したか否かを判断する（ステップＳ８）。

全ての供給位置での基板処理が完了していないと判断した場合には（ステップＳ８のＮＯ）、供給ノズル６を現在の供給位置から次の供給位置に移動させ（ステップＳ９）、処理をステップＳ５に戻し、ステップＳ５〜ステップＳ８を繰り返す。これにより、各供給位置での液膜厚が均一となるように基板Ｗの回転数が変更されることになる。

一方、全ての供給位置での基板処理が完了したと判断した場合には（ステップＳ８のＹＥＳ）、バルブ９ｂ及びバルブ１０ｂを閉じ、供給ノズル６による基板Ｗに対する処理液の供給を停止し（ステップＳ１０）、さらに、回転機構５による基板Ｗの回転を停止する（ステップＳ１１）。

このようにして、基板処理中には、各供給位置での液膜厚が均一になるように供給位置毎に基板Ｗの回転数が調整されるので、基板表面上の処理液の液膜厚はどの供給位置でも同等となる。これにより、被処理面の処理部分に対して常に均一な液膜厚が提供されるので、各供給位置での液膜厚を被処理面がダメージを受けない厚さであって可能な限り薄い厚さで一定にすることが可能になる。したがって、各供給位置での液膜厚が不均一になることに起因して、基板表面に対するダメージが発生したり、あるいは、処理力が低下したりすることが抑えられるので、基板表面に対するダメージの発生及び処理力の低下を防止することができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、測定部８により測定された液膜厚に応じて、複数の供給位置毎に基板Ｗの回転数を設定し、供給位置毎の液膜厚が一定になるように基板Ｗの回転数を制御することによって、各供給位置での液膜厚は供給位置に依存することなく均一となるので、全ての供給位置での液膜厚を被処理面がダメージを受けない厚さであって可能な限り薄い厚さに設定することが可能になり、基板表面である被処理面に対するダメージの発生及び処理力の低下を防止することができる。

また、被処理面上の処理液の液膜厚比率と基板Ｗの回転数逆数比率との相関関係情報（例えば、相関関数）を取得し、測定部８により測定された液膜厚に応じて、複数の供給位置毎に、基準供給位置（例えば、中央付近の供給位置）での液膜厚と現在の供給位置での液膜厚との液膜厚比率を求め、求めた液膜厚比率に対応する基板Ｗの回転数逆数比率を前述の相関関係情報から求め、求めた基板Ｗの回転数逆数比率を基準供給位置での基板Ｗの回転数にかけて、基板Ｗの回転数を変更することから、全ての供給位置での液膜厚を確実に均一化することができる。さらに、複雑な計算処理を行うことなく、基板Ｗの回転数を変更することが可能となるので、計算処理のために複雑な構成を用いる必要がなく、基板処理装置１の構成を簡略化することができる。

なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前述の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。

本発明の実施の一形態に係る基板処理装置の概略構成を示す模式図である。液膜厚比率と基板の回転数逆数比率との関係を説明するための説明図である。図２に示す相関関数を求める手順を説明するための説明図である。供給ノズルの供給位置と、液膜厚及び基板到達衝撃力との関係を説明するための説明図である。図１に示す基板処理装置が行う基板処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１基板処理装置
５回転機構
５ａ回転軸
６供給ノズル
７移動機構
８測定部
Ｗ基板

Claims

被処理面を有する基板を保持して回転させる回転機構と、
前記回転機構により回転する前記基板の前記被処理面に対して処理液を供給する供給ノズルと、
前記供給ノズルを前記基板の周縁に向かって並ぶ複数の供給位置に順次移動させる移動機構と、
前記被処理面上の前記処理液の液膜厚を測定する測定部と、
前記測定部により測定された前記液膜厚に応じて、前記複数の供給位置毎に前記基板の回転数を変更し、前記被処理面上に形成された前記液膜厚が一定になるように前記基板の回転数を制御する手段と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
前記制御する手段は、
前記被処理面上の前記処理液の液膜厚比率と前記基板の回転数逆数比率との相関関係情報を記憶しており、
前記測定部により測定された前記液膜厚に応じて、前記複数の供給位置毎に、基準供給位置での液膜厚と現在の供給位置での液膜厚との液膜厚比率を求め、求めた前記液膜厚比率に対応する前記基板の回転数逆数比率を前記相関関係情報から求め、求めた前記基板の回転数逆数比率を前記基準供給位置での前記基板の回転数にかけて、前記基板の回転数を変更することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
被処理面を有する基板を保持して回転させる工程と、
前記被処理面に対して処理液を供給する供給ノズルを前記基板の周縁に向かって並ぶ複数の供給位置に順次移動させ、回転する前記基板の前記被処理面に対して前記処理液を供給する工程と、
を有し、
前記供給する工程では、前記被処理面上の前記処理液の液膜厚を測定し、測定した前記液膜厚に応じて、前記複数の供給位置毎に前記基板の回転数を変更し、前記被処理面上に形成された前記液膜厚が一定になるように前記基板の回転数を制御することを特徴とする基板処理方法。
前記供給する工程では、
前記被処理面上の前記処理液の液膜厚比率と前記基板の回転数逆数比率との相関関係情報を取得し、
測定した前記液膜厚に応じて、前記複数の供給位置毎に、基準供給位置での液膜厚と現在の供給位置での液膜厚との液膜厚比率を求め、求めた前記液膜厚比率に対応する前記基板の回転数逆数比率を前記相関関係情報から求め、求めた前記基板の回転数逆数比率を前記基準供給位置での前記基板の回転数にかけて、前記基板の回転数を変更することを特徴とする請求項３記載の基板処理方法。