JP2011187614A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板洗浄時に、洗浄対象の特定の部位に洗浄処理流体ノズルを当てることで基板へのダメージや回路パターン倒れを防ぎ、高品位な基板洗浄処理を実現できる基板処理装置および基板処理方法を提供する。
【解決手段】基板の特定の部位の異物に対し、異物の種類や大きさに応じた洗浄処理を施す。このとき、洗浄処理流体ノズルと基板の回転を同期させることで遠心力を発生させ、基板表面から離脱させられた異物を速やかに排除し、基板表面の洗浄を効率的に行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体製造工程の中における基板洗浄に関する。特に半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイパネル用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板等の各種の基板に対して洗浄処理を施すための基板処理装置および基板処理方法に関する。

半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程では、基板の表面に成膜やエッチングなどの処理を繰り返し施して微細パターンを形成していく工程が含まれる。ここで、微細加工を良好に行うためには基板表面を清浄な状態に保つ必要がある。
そこで、必要に応じて基板の洗浄処理が行われる（特許文献１参照）。この特許文献１に記載の技術では、基板表面の異物の状況に応じた洗浄処理を行うことが記載されている。

すなわち、基板上に比較的大きなサイズの異物が残留しているときには、ブラシ洗浄によって基板上から異物を排除する。基板上に中程度の大きさの異物が存在しているときには基板に超音波振動を付与して基板上から異物の排除を図る超音波洗浄を採用する。さらに微小な異物が基板上に残留している状況では、たとえば液体と気体とを混合することによって液滴の噴流を形成し、この液滴の噴流を基板表面に向けて吐出する二流体ノズルを用いた二流体洗浄を採用する。

これらの処理により、基板表面に付着しているパーティクル（微小汚物）が基板から除去され基板の洗浄処理が行われる。
一般的に上記の洗浄処理は、基板の中心を回転軸とした回転機構で基板を回転させながら、ノズルから処理液を基板に向けて供給し、同時に該ノズルを基板全体に相対移動させて行われる。

特開２００４−３１９７０８号公報

しかし、従来の基板処理装置には次のような問題がある。
第一に、従来の洗浄処理工程では、パーティクル数の大小に応じて洗浄処理をするかしないかが決定されるだけであり、最初の洗浄処理工程と再度の洗浄処理工程との間で工程の変更がされるわけではない。したがって、基板上に残留する異物の種類や大きさに応じた効果的な洗浄処理が必ずしもなされておらず、洗浄品質の向上に限界がある。

第二に基板上に残留する異物の場所が特定されないため、基板の全面を再度洗浄することとなる。このため、異物の除去効率が悪く、時間と薬液のロスにつながるおそれがある。そればかりではなく、１回目の洗浄によって清浄になった部分に対しても再度の洗浄処理が行われることとなるため、基板に対して不必要なダメージを与えたり、回路パターン倒れを発生させたりするおそれもある。

一方、特許文献１には、基板表面の異物の状況に応じた洗浄処理を行うことによる基板洗浄処理装置および基板処理方法が開示されている。
しかし、特許文献１に記載の方法では、装置の仕組みが大掛かりで複雑すぎることが挙げられ、多くの部分を自動制御するため実用化が困難となっている。

また、基板表面から異物を排除する方法は、処理流体ノズルの角度およびまたは基板の角度を変更させることによって、処理流体ノズルと基板との相対角度を変更させ、基板表面において液流体を形成するものとなっているが、その異物を排除する力が弱いために異物が基板に残留してしまうおそれがある。

本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、より確実に異物を排除することが可能な基板処理装置及び基板処理装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、洗浄処理対象の基板を保持して回転させる基板保持回転機構と、上記基板に対しそれぞれ個別の処理流体を噴射する複数の処理流体ノズルと、を備えて、上記基板の洗浄処理を行う基板処理装置において、
上記基板保持回転機構は、基板の中心から偏心した任意の位置を保持しその保持位置を回転軸として基板を回転し、
さらに、上記基板の回転に対する処理流体ノズルの相対的な回転がゼロとなるように上記処理流体ノズルを移動させる移動手段を備えたことを特徴とするものである。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記移動手段は、上記処理流体ノズルを基板保持回転機構の回転軸と同軸の軸周りに上記処理流体ノズルを回転し、
さらに、処理流体ノズルの径方向位置を変更する機構を備えることを特徴とするものである。

次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記処理流体ノズルは、基板の中心に対し、基板の回転軸とは反対側に位置することを特徴とするものである。
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した構成に対し、上記処理流体ノズルを吐出する洗浄対象位置は、異物及びマスクパターンの情報に基づいて決定されることを特徴とするものである。

次に、請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した構成に対し、上記処理流体ノズルによる洗浄は、基板の回転中心に近い位置から遠い位置に向けて行うことを特徴とするものである。
次に、請求項６に記載した発明は、洗浄処理対象の基板を回転させながら、処理流体ノズルから処理流体を基板に向けて噴射することで、上記基板の洗浄処理を行う基板処理方法において、

上記基板の中心から偏心した所を回転軸として当該基板を回転させると共に、上記処理流体ノズルを、基板の回転との相対回転がゼロとなるように移動させながら処理液を噴射させることを特徴とするものである。

次に、請求項７に記載した発明は、請求項６に記載した構成に対し、上記処理流体ノズルは、上記回転軸を中心として当該中心から接近・離脱する方向に移動可能となっていることを特徴とするものである。
次に、請求項８に記載した発明は、請求項６又は請求項７に記載した構成に対し、上記処理流体ノズルは、基板の中心に対し、基板の回転軸とは反対側に位置させることを特徴とするものである。

次に、請求項９に記載した発明は、請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載した構成に対し、上記処理流体ノズルを吐出する洗浄対象位置は、異物やマスクパターンの情報に基づいて決定されることを特徴とするものである。
次に、請求項１０に記載した発明は、請求項６〜請求項９のいずれか１項に記載した構成に対し、上記処理流体ノズルによる洗浄は、基板の回転中心に近い位置から遠い位置に向けて順番に実施することを特徴とするものである。

本発明によれば、処理流体ノズルを基板の回転と同期して移動する移動手段を備え、処理流体ノズルの基板への相対的な回転をゼロとさせることで、正確な位置制御で異物を短時間で除去することができる。このことは、薬液使用量の減少にも効果がある。その際、清浄な部分に対しては、洗浄処理を施さないことより、パターン倒れを防ぐ効果もある。
さらに、異物の位置から離れた箇所を基板の回転軸として回転可能とすることで、異物に対しより大きな遠心力が生まれ、洗浄作用によって基板から離れた異物が基板上に残留することなく、速やかに基板表面外へと排除することができる。

なお、処理流体ノズルを換えることによって、基板上に残留する異物の種類や大きさに応じた効果的な洗浄処理が施され、洗浄品質を向上させる効果がある。

本発明に基づく実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するためのブロック図である。 本発明に基づく実施形態に係る洗浄処理部の具体的な構成例を説明するための概念図である。 本発明に基づく実施形態に係る基板の任意の位置を回転可能とすることを説明するための概念図である。 本発明に基づく実施形態に係る基板の回転とノズルの移動の同期状態を示す平面図である。 本発明に基づく実施形態に係る移動装置の一例の概念図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、基板処理装置の処理構成を説明するためのブロック図である。すなわち、異物測定部１、記憶装置２、制御装置３、及び洗浄処理部４を備えている。
異物測定部１は、基板上の異物を測定し、その測定結果である異物情報を記憶装置２に記憶する。制御装置３は、記憶装置２に記憶されている異物情報、すなわち、異物のサイズや位置結果に基づき、異物情報の測定結果に応じた基板洗浄工程を設定する。洗浄処理部４は、この設定された基板洗浄工程に従い、基板洗浄処理を実行する。

図２は、洗浄処理部の具体的な構成例を説明するための概念図である。
符号１１はスピンチャックである。スピンチャック１１は、基板１７（たとえば半導体ウエハのような円形基板）を、ほぼ水平姿勢で且つ当該基板の任意の位置を保持し、鉛直軸線まわりに回転可能となっている。このスピンチャック１１の基板回転軸１２には、モータ等を含む基板回転駆動機構１３からの回転力が伝達可能となっている。これにより、スピンチャック１１に保持された基板１７を、スピンチャック１１で保持している箇所を中心として鉛直軸線まわりに回転させることができるようになっている。

符号１４は超音波ノズルである。超音波ノズル１４はスピンチャック１１に保持された基板１７の少なくとも回転中心から周縁部に至る範囲に渡って処理液供給位置を変更することができるスキャンノズルとしての基本形態を有する。さらに、基板１７の回転と同期して移動する移動手段を備える。移動手段は、基板１７への相対的な回転がゼロとなるようにして超音波ノズル１４を移動させる。

符号１５は二流体スプレーノズルである。二流体スプレーノズル１５は、気体と液体とを混合することによって液滴の噴流を形成し、この噴流を基板Ｗ の表面に吹きつけるものである。二流体スプレーノズル１５も、超音波ノズル１４と同様に、少なくとも基板１７の回転中心からその周縁部に至る範囲を含む範囲で処理位置を変更できるスキャンノズルとしての基本形態を有する。さらに、基板１７の回転と同期して移動する移動手段を備える。移動手段は、基板１７への相対的な回転がゼロとなるようにして二流体スプレーノズル１５を移動させる。

符号１６は薬液ノズルである。薬液ノズル１６においても、超音波ノズル１４、二流体スプレーノズル１５と同様に、少なくとも基板１７の回転中心からその周縁部に至る範囲を含む範囲で処理位置を変更できるスキャンノズルとしての基本形態を有する。さらに基板１７の回転と同期して移動する移動手段を備える。移動手段は、基板１７への相対的な回転がゼロとなるようにして薬液ノズル１６を移動させる。

上記超音波ノズル１４、二流体スプレーノズル、及び薬液ノズル１６は、処理流体ノズルを構成する。ここで、各ノズルの噴射軸は、例えば、基板に対して垂直若しくは略垂直に設定する。傾ける場合には、例えば基板外縁側に傾ける。
次に、異物測定部１によって測定されて、記憶装置２に格納される情報に応じた洗浄工程の設定について説明する。

異物測定部１によって基板上の異物の位置が測定され、その位置情報が記憶装置２に格納される。制御装置３は、基板１７上における異物の分布状況に応じて基板１７表面の洗浄処理が行われるように洗浄工程を設定する。
このとき洗浄する対象位置の順番は基板１７の回転中心に近い所から処理を行う。基板１７の回転中心に近い所から基板１７周縁へ向けて洗浄が施されることから、基板１７表面から離脱させられた異物が基板１７上に残留することなく、基板１７表面の洗浄を効率的に行うことができる。

ここで、処理流体ノズルを基板の回転と同期して移動する移動手段を備え、基板への相対的な回転をゼロとさせることで、正確な位置制御で異物を短時間で除去することができる。また、薬液使用量の減少にも効果がある。その際、清浄な部分に対しては、洗浄処理を施さないことより、パターン倒れを防ぐ効果もある。
さらに、異物の位置から離れた箇所を基板の回転軸として回転することで、異物に対しより大きな遠心力が生まれ、洗浄作用によって基板から離れた異物が基板上に残留することなく、速やかに基板表面外へと排除することができる。また、基板中心付近の、遠心力の影響が弱い箇所から洗浄処理を行うことで、基板表面から離脱させられた異物が、より速やかに排除され、基板表面の洗浄を効率的に行うことができる。

また、処理流体ノズルを換えることによって、基板上に残留する異物の種類や大きさに応じた効果的な洗浄処理が施され、洗浄品質を向上させる効果がある。
また、各ノズルを、基板の回転中心から半径方向に移動可能とする機構を持たせると良い。この構成を持つことで、基板上の任意の当該位置について洗浄処理を施すことができる。

また、処理流体ノズルを吐出する洗浄対象位置は異物、マスクパターンの情報に基づいて決定される。この構成では、基板上の異物のサイズや位置が測定されるので、基板上に残留する異物のサイズに応じた最適な洗浄方法を選択することができる。たとえば、基板上に比較的大きなサイズの異物が残留しているときには、基板に超音波振動を付与して基板上から異物の排除を図る超音波洗浄を採用すればよい。さらに、微小な異物が基板上に残留している状況では、たとえば液体と気体とを混合することによって液滴の噴流を形成し、この液滴の噴流を基板表面に向けて吐出する二流体スプレーノズルを用いた洗浄を行えばよい。

また、図２のように、基板の回転軸を基板中心から偏心させることで、基板中心を挟んだ基板位置には大きな遠心力が発生する。その箇所に向けて各ノズルから処理液を噴射することで、より確実に異物の除去を行うことが出来る。
また、図３のように、スピンチャック１１による基板１７の保持位置を変更しても良い。これによって、基板の回転軸を任意に設定することが出来る。

また、図５に移動手段の一例を示す。
ノズル１５，１６を支持するアーム１８を備え、そのアーム１８を上記スピンチャック１１の上方に設けたノズル回転駆動機構１９によって、基板１７と同方向に同じ回転速度で回転させる。図５中、符号２０は異物を示し、符号２１は遠心力による基板縁部に向かう流体流を示している。

これにより、図４のように、基板１７の回転に伴い、相対回転ゼロの状態でノズル１５，１６も移動可能となる。
また、ノズル回転駆動機構１９に対するアーム１８の上下角度を変更する機構を設けることでノズル１５，１６は、基板１７の回転中心に対し半径方向に移動可能となる。
ここで、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などを含む基板全般に向けて、液体と気体とを衝突させて生成した液体の液滴を供給する二流体ノズルおよび、基板に超音波振動を付与して基板上から異物の排除を図る超音波ノズルを用いることにより、基板に対して洗浄処理を施す基板洗浄方法に適用することができる。

１ 異物測定部
２ 記憶装置
３ 制御装置
４ 基板処理部
１１ スピンチャック
１２ 基板回転軸
１３ 基板回転駆動機構
１４ 超音波ノズル
１５ 二流体スプレーノズル
１６ 薬液ノズル
１７ 基板
１８ アーム
１９ ノズル回転駆動機構
２０ 異物
２１ 基板縁部に向かう流体流

Claims (10)

1. 洗浄処理対象の基板を保持して回転させる基板保持回転機構と、上記基板に対しそれぞれ個別の処理流体を噴射する複数の処理流体ノズルと、を備えて、上記基板の洗浄処理を行う基板処理装置において、
   上記基板保持回転機構は、基板の中心から偏心した任意の位置を保持しその保持位置を回転軸として基板を回転し、
   さらに、上記基板の回転に対する処理流体ノズルの相対的な回転がゼロとなるように上記処理流体ノズルを移動させる移動手段を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 上記移動手段は、上記処理流体ノズルを基板保持回転機構の回転軸と同軸の軸周りに上記処理流体ノズルを回転し、
   さらに、処理流体ノズルの径方向位置を変更する機構を備えることを特徴とする請求項１に記載した基板処理装置。
3. 上記処理流体ノズルは、基板の中心に対し、基板の回転軸とは反対側に位置することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した基板処理装置。
4. 上記処理流体ノズルを吐出する洗浄対象位置は、異物及びマスクパターンの情報に基づいて決定されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した基板処理装置。
5. 上記処理流体ノズルによる洗浄は、基板の回転中心に近い位置から遠い位置に向けて行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した基板処理装置。
6. 洗浄処理対象の基板を回転させながら、処理流体ノズルから処理流体を基板に向けて噴射することで、上記基板の洗浄処理を行う基板処理方法において、
   上記基板の中心から偏心した所を回転軸として当該基板を回転させると共に、上記処理流体ノズルを、基板の回転との相対回転がゼロとなるように移動させながら処理液を噴射させることを特徴とする基板処理方法。
7. 上記処理流体ノズルは、上記回転軸を中心として当該中心から接近・離脱する方向に移動可能となっていることを特徴とする請求項６に記載した基板処理方法。
8. 上記処理流体ノズルは、基板の中心に対し、基板の回転軸とは反対側に位置させることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載した基板処理装置。
9. 上記処理流体ノズルを吐出する洗浄対象位置は、異物やマスクパターンの情報に基づいて決定されることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載した基板処理方法。
10. 上記処理流体ノズルによる洗浄は、基板の回転中心に近い位置から遠い位置に向けて順番に実施することを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか１項に記載した基板処理方法。

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