JP2015026814A - 基板液処理装置及び基板液処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴状の処理液で基板を処理する基板液処理装置及び基板液処理方法において、基板の表面にパーティクルが付着するのを抑制し、基板の処理を良好に行えるようにすること。【解決手段】本発明では、基板液処理装置（１）において、基板（３）の表面に向けて純水を含有する液滴状の第１処理液を吐出する第１処理液吐出部（１２）と、前記液滴状の第１処理液で処理した前記基板（３）の表面に向けて、前記基板（３）の表面のゼータ電位を負に反転させる第２処理液を吐出する第２処理液吐出部（１３）とを有することにした。たとえば、前記第１処理液としては、二酸化炭素が添加された純水が用いられ、前記第２処理液としては、ＳＣ−１液が用いられる。【選択図】図２

Description

本発明は、純水を含有する液滴状の処理液で基板を処理する基板液処理装置及び基板液処理方法に関するものである。

従来より、半導体部品やフラットパネルディスプレイなどを製造する際には、基板液処理装置を用いて半導体ウエハや液晶基板などの基板に対して洗浄やエッチングなどの各種の処理を施す。

たとえば、基板の洗浄を行う基板液処理装置では、回転する基板に向けてＳＣ−１（Standard Clean １）液（過酸化水素と水酸化アンモニウムと純水の混合液）を供給し、基板の表面を洗浄液で処理する。その後、純水と窒素ガスとの混合流体を２流体ノズルから基板に向けて吹き付け、基板の表面を液滴状の純水で処理する。その後、基板に向けて純水を供給し、基板の表面を純水で処理する。最後に、基板を高速で回転させることで基板の表面から純水を振切り、基板の表面を乾燥させる。

このように、従来の基板液処理装置では、基板の表面に形成される回路パターンが微細化しても基板の表面を良好に処理できるようにするために、２流体ノズルを用いて基板の表面を液滴状の純水で処理している（たとえば、特許文献１参照。）。

特開２００５−４６７３７号公報

ところが、本発明者らは、上記従来の基板液処理装置のように基板の表面をＳＣ−１液で処理した後に純水で処理した場合に、処理前に基板の表面に付着していたパーティクルを除去することができるが、処理中に基板の表面に雰囲気中のパーティクルが新たに付着してしまうことを見出した。

そこで、本発明では、基板液処理装置において、基板の表面に向けて純水を含有する液滴状の第１処理液を吐出する第１処理液吐出部と、前記液滴状の第１処理液で処理した前記基板の表面に向けて、前記基板の表面のゼータ電位を負に反転させる第２処理液を吐出する第２処理液吐出部とを有することにした。

また、前記第２処理液吐出部は、前記液滴状の第１処理液で処理した直後の前記基板の表面に向けて前記第２処理液を吐出することにした。

また、前記第１処理液吐出部は、前記基板の表面に向けてＳＣ−１液を吐出した後に液滴状の第１処理液を吐出することにした。

また、前記第１処理液として二酸化炭素が添加された純水を用い、前記第２処理液としてＳＣ−１液を用いることにした。

また、前記基板として表面にシリコン窒化膜が形成された基板を用いることにした。

また、前記液滴状の第１処理液で処理した前記基板の表面に向けて、前記基板に帯電した電荷を放出させる第３処理液を吐出する第３処理液吐出部を有することにした。

また、前記第３処理液として二酸化炭素が添加された純水を用い、前記第２処理液としてＳＣ−１液を用いることにした。

また、基板液処理方法において、液滴状の第１処理液で基板の表面を処理し、その後、前記基板の表面のゼータ電位を負に反転させる第２処理液で前記基板の表面を処理することにした。

また、前記液滴状の第１処理液で前記基板の表面を処理した直後に前記第２処理液で前記基板の表面を処理することにした。

また、前記液滴状の第１処理液で前記基板の表面を処理する前にＳＣ−１液で前記基板の表面を処理することにした。

また、前記第１処理液として二酸化炭素が添加された純水を用い、前記第２処理液としてＳＣ−１液を用いることにした。

また、前記基板として表面にシリコン窒化膜が形成された基板を用いることにした。

また、液滴状の第１処理液で基板の表面を処理した後に、前記基板に帯電した電荷を放出させる第３処理液で前記基板の表面を処理することにした。

また、前記第３処理液として二酸化炭素が添加された純水を用い、前記第２処理液としてＳＣ−１液を用いることにした。

本発明では、基板の表面に雰囲気中のパーティクルが新たに付着するのを抑制することができ、基板の処理を良好に行うことができる。

基板液処理装置を示す平面図。 基板液処理装置を示す側面断面図。 基板液処理装置の動作説明図（基板受取工程）。 基板液処理装置の動作説明図（液滴処理工程）。 基板液処理装置の動作説明図（ゼータ電位反転処理工程）。 基板液処理装置の動作説明図（リンス処理工程）。 基板液処理装置の動作説明図（乾燥処理工程）。 基板液処理装置の動作説明図（基板受渡工程）。 基板の表面のゼータ電位を示す説明図。 基板液処理方法を示すフローチャート。

以下に、本発明に係る基板液処理装置及び基板液処理方法の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、基板液処理装置１は、前端部に搬入出部２を形成する。搬入出部２には、複数枚（たとえば、25枚）の基板３（ここでは、半導体ウエハ）を収容したキャリア４が搬入及び搬出され、左右に並べて載置される。

また、基板液処理装置１は、搬入出部２の後部に搬送部５を形成する。搬送部５は、前側に基板搬送装置６を配置するとともに、後側に基板受渡台７を配置する。この搬送部５では、搬入出部２に載置されたいずれかのキャリア４と基板受渡台７との間で基板搬送装置６を用いて基板３を搬送する。

また、基板液処理装置１は、搬送部５の後部に処理部８を形成する。処理部８は、中央に前後に伸延する基板搬送装置９を配置するとともに、基板搬送装置９の左右両側に基板３を液処理するための基板処理装置10を前後に並べて配置する。この処理部８では、基板受渡台７と基板処理装置10との間で基板搬送装置９を用いて基板３を搬送し、基板処理装置10を用いて基板３の液処理を行う。

基板処理装置10は、図２に示すように、基板３を保持しながら回転させるための基板保持部11と、基板３に処理液を吐出するための第１〜第３処理液吐出部12,13,14と、処理液を回収するための回収部15とを有するとともに、これらを制御するための制御部16を有している。

基板保持部11は、基板処理室17の内部略中央に上下に伸延させた回転軸18を回転自在に設けている。回転軸18の上端には、円板状のターンテーブル19が水平に取付けられている。ターンテーブル19の外周端縁には、複数個の基板保持体20が円周方向に等間隔をあけて取付けられている。

また、基板保持部11は、回転軸18に基板回転機構21と基板昇降機構22を接続している。これらの基板回転機構21及び基板昇降機構22は、制御部16によって回転制御や昇降制御される。

この基板保持部11は、ターンテーブル19の基板保持体20で基板３を水平に保持する。また、基板保持部11は、基板回転機構21でターンテーブル19に保持した基板３を回転させ、基板昇降機構22でターンテーブル19や基板３を昇降させる。

第１処理液吐出部12は、基板処理室17の左側に上下に伸延させた回転軸23を回転自在に設けている。回転軸23の上端には、水平に伸延させたアーム24を設けている。アーム24の先端下部左側には、第１処理液吐出ノズル（２流体ノズル）25を鉛直下向きに取付けている。第１処理液吐出ノズル25には、第１処理液としての純水を供給するための第１処理液供給源26と不活性ガスとしての窒素ガスを供給するための不活性ガス供給源27とが流量調整器28,29をそれぞれ介して接続されている。この流量調整器28,29は、制御部16によって流量制御される。なお、第１処理液としての純水には基板３等が帯電することを防止するために二酸化炭素等が少量添加されている。

また、第１処理液吐出部12は、回転軸23にノズル移動機構30を接続している。このノズル移動機構30は、制御部16によって移動制御される。

この第１処理液吐出部12は、ノズル移動機構30によって第１処理液吐出ノズル25を基板３の中央上方（開始位置）と基板３の左外側方（退避位置）との間で移動させるとともに、第１処理液吐出ノズル25によって第１処理液を不活性ガスで液滴状にして基板３の表面（上面）に向けて噴霧する。

第２処理液吐出部13は、アーム24の先端下部右側に第２処理液吐出ノズル31を鉛直下向きに取付けている。第２処理液吐出ノズル31には、第２処理液としてのＳＣ−１（Standard Clean １）液（過酸化水素と水酸化アンモニウムの混合液）を供給するための第２処理液供給源32が流量調整器33を介して接続されている。この流量調整器33は、制御部16によって流量制御される。

この第２処理液吐出部13は、ノズル移動機構30によって第２処理液吐出ノズル31を基板３の中央上方（開始位置）と基板３の左外側方（退避位置）との間で移動させるとともに、第２処理液吐出ノズル31から液滴状の第２処理液を基板３の表面（上面）に向けて吐出する。

第３処理液吐出部14は、基板処理室17の右側に上下に伸延させた回転軸34を回転自在に設けている。回転軸34の上端には、水平に伸延させたアーム35を設けている。アーム35の先端下部には、第３処理液吐出ノズル36を鉛直下向きに取付けている。第３処理液吐出ノズル36には、第３処理液としての純水を供給するための第３処理液供給源37が流量調整器38を介して接続されている。この流量調整器38は、制御部16によって流量制御される。なお、第３処理液としての純水には帯電を防止するために二酸化炭素等の帯電防止剤が少量添加されている。

また、第３処理液吐出部14は、回転軸34にノズル移動機構39を接続している。このノズル移動機構39は、制御部16によって移動制御される。

この第３処理液吐出部14は、ノズル移動機構39によって第３処理液吐出ノズル36を基板３の中央上方（開始位置）と基板３の右外側方（退避位置）との間で移動させるとともに、第３処理液吐出ノズル36から液滴状の第３処理液を基板３の表面（上面）に向けて吐出する。

回収部15は、ターンテーブル19の周囲に円環状の回収カップ40を配置している。回収カップ40の上端部には、ターンテーブル19よりも一回り大きいサイズの開口を形成している。また、回収カップ40の下端部には、ドレン41を接続している。

この回収部15は、基板３の表面に供給された処理液を回収カップ40で回収し、ドレン41から外部へと排出する。なお、回収部15は、回収カップ40に複数の回収口を形成し、回収する処理液の性質（たとえば、酸性・中性・アルカリ性など）に応じて回収口を異ならせてもよい。

基板液処理装置１は、以上に説明したように構成しており、制御部16（コンピュータ）に設けた記録媒体42に記録された各種のプログラムにしたがって制御部16で制御され、基板３の処理を行う。ここで、記録媒体42は、各種の設定データやプログラムを格納しており、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリーや、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭやフレキシブルディスクなどのディスク状記録媒体などの公知のもので構成される。

そして、基板液処理装置１は、記録媒体42に記録された基板処理プログラムにしたがって以下に説明するように基板３の処理を行う（図１０（ａ）参照。）。

まず、基板液処理装置１は、図３に示すように、基板搬送装置９によって搬送される基板３を基板処理装置10で受け取る（基板受取工程）。

この基板受取工程では、基板昇降機構22によってターンテーブル19を所定位置まで上昇させる。そして、基板搬送装置９から基板処理室17の内部に搬送された１枚の基板３を基板保持体20で水平に保持した状態で受取る。その後、基板昇降機構22によってターンテーブル19を所定位置まで降下させる。なお、基板受取工程では、第１〜第３処理液吐出ノズル25,31,36をターンテーブル19の外周よりも外方の退避位置に退避させておく。

次に、基板液処理装置１は、図４に示すように、基板３の表面を液滴状（ミスト状を含む）の純水で処理する（液滴処理工程）。

この液滴処理工程では、ノズル移動機構30によってアーム24を移動させて第１処理液吐出ノズル25を基板３の中心部上方の供給開始位置に移動させる。その後、流量調整器28,29によって所定流量の純水を所定流量の窒素ガスで液滴状にして第１処理液吐出ノズル25から基板３の表面に向けて吐出させる。その後、ノズル移動機構30によって第１処理液吐出ノズル25を基板３に沿って中央上方から左外側方に向けて水平に移動させる。なお、基板３に供給された純水は回収カップ40で回収され、ドレン41から外部に排出される。第１処理液吐出ノズル25が基板３の周縁部に到達した後に、流量調整器28,29によって純水及び窒素ガスの吐出を停止させる。液滴処理工程の最後において、ノズル移動機構30によってアーム24を移動させて第１処理液吐出ノズル25を基板３の外周よりも左外方の退避位置に移動させる。

液滴処理工程では、処理前から基板３の表面に付着していたパーティクルを除去することができる。その反面、液滴処理工程では、第１処理液（二酸化炭素が添加された純水）が酸性であるため、図９（ａ）及び（ｃ）に模式的に示すように、基板３の表面のゼータ電位はプラスとなる。基板処理室17の内部において基板３の周囲に浮遊するパーティクル43は、多くがマイナス側に帯電しているために、基板３の表面に吸引される。また、基板３の表面に液滴状の第１処理液が噴霧されるため、基板３の表面には純水の液膜45が比較的薄く形成されている。そのため、液滴処理工程では、パーティクル43が膜厚の薄い純水の液膜45を通過して基板３の表面に付着し易くなっている。

次に、基板液処理装置１は、図５に示すように、基板３の表面を液滴状のＳＣ−１液で処理することによって、基板３の表面のゼータ電位をプラスからマイナスへと負に反転させる（ゼータ電位反転処理工程）。

このゼータ電位反転処理工程では、ノズル移動機構30によってアーム24を移動させて第２処理液吐出ノズル31を基板３の中心部上方の供給開始位置に移動させる。その後、流量調整器33によって所定流量のＳＣ−１液を第２処理液吐出ノズル31から基板３の表面中央に向けて吐出させる。なお、基板３に供給されたＳＣ−１液は回収カップ40で回収され、ドレン41から外部に排出される。その後、流量調整器33によって洗浄液の吐出を停止させる。ゼータ電位反転処理工程の最後において、ノズル移動機構30によってアーム24を移動させて第２処理液吐出ノズル31を基板３の外周よりも左外方の退避位置に移動させる。

ゼータ電位反転処理工程では、第２処理液（ＳＣ−１液）がアルカリ性であるため、基板３の表面にシリコン窒化膜等が形成されていると、図９（ａ）及び（ｄ）に模式的に示すように、基板３の表面のゼータ電位はプラスからマイナスへと反転する。その際に、ゼータ電位は、直ちに反転するのではなく、徐々に反転する。そのため、ゼータ電位反転処理工程の初期段階では、基板３の表面はプラス側に帯電している。しかし、ゼータ電位反転工程では、基板３の表面にＳＣ−１液の液膜46が比較的厚く形成されていため、雰囲気中のパーティクル43が基板３の表面に付着せずに、ＳＣ−１液とともに基板３の外方へ排出される。その後、基板３の表面がマイナス側に帯電するため、マイナス側に帯電するーティクル43は、基板３の表面で反発し合い、基板３の表面に付着したパーティクル43を剥離することができる。これにより、基板３の表面にパーティクル43が付着するのを抑制することができる。

次に、基板液処理装置１は、図６に示すように、基板３の表面を純水で処理する（リンス処理工程）。

このリンス処理工程では、ノズル移動機構39によってアーム35を移動させて第３処理液吐出ノズル36を基板３の中心部上方の供給開始位置に移動させる。その後、流量調整器38によって所定流量の液滴状の純水を第３処理液吐出ノズル36から基板３の表面中央に向けて吐出させる。なお、基板３に供給された純水は回収カップ40で回収され、ドレン41から外部に排出される。また、リンス処理工程の最後において、ノズル移動機構39によってアーム35を移動させて第３処理液吐出ノズル36を基板３の外周よりも右外方の退避位置に移動させる。また、流量調整器38によって純水の吐出を停止させる。

リンス処理工程では、第３処理液（二酸化炭素等の帯電防止剤が添加された純水）が酸性であるため、図９（ａ）及び（ｅ）に模式的に示すように、基板３の表面のゼータ電位はプラスとなる。しかしながら、基板３の表面に純水が供給されるため、基板３の表面には純水の液膜47が比較的厚く形成されている。そのため、リンス処理工程では、パーティクル43が膜厚の厚い純水の液膜47で阻止されて基板３の表面に付着するのを抑制することができる。

次に、基板液処理装置１は、図７に示すように、基板３の表面から処理液を除去することで基板３の乾燥を行う（乾燥処理工程）。

この乾燥処理工程では、基板回転機構21によって所定の回転速度でターンテーブル19を回転させることで基板３を回転させる。これにより、基板３の表面の純水は基板３の回転による遠心力の作用で基板３の外周外方へ振り切られる。振り切られた純水は回収カップ40で回収され、ドレン41から外部に排出される。

最後に、基板液処理装置１は、図８に示すように、基板３を基板処理装置10から基板搬送装置９へ受け渡す（基板受渡工程）。

この基板受渡工程では、基板回転機構21によってターンテーブル19の回転を停止させるとともに、基板昇降機構22によってターンテーブル19を所定位置まで上昇させる。そして、ターンテーブル19で保持した基板３を基板搬送装置９に受渡す。その後、基板昇降機構22によってターンテーブル19を所定位置まで降下させる。

以上に説明したように、上記基板液処理装置１（基板液処理装置１で実行する基板液処理方法）では、純水を含有する液滴状の第１処理液（ここでは、酸性の処理液：たとえば二酸化炭素等の帯電防止剤が添加された純水）で基板３の表面を処理（液滴処理工程）し、その後、基板３の表面のゼータ電位を負に反転させる第２処理液（ここでは、アルカリ性の処理液：たとえばＳＣ−１液）で基板３の表面を処理（ゼータ電位反転処理工程）する。これにより、上記基板液処理装置１（基板液処理方法）では、基板３の表面に雰囲気中のパーティクルが新たに付着するのを抑制することができるとともに付着したパーティクルを除去することができ、基板３の処理を良好に行うことができる。

ここで、本発明では、液滴処理工程を行った後にゼータ電位反転処理工程を行えばよく、上記基板液処理装置１のように液滴処理工程を行った直後にゼータ電位反転処理工程を行う場合に限られない。たとえば、液滴処理工程を行った場合に、液滴同士や液滴と基板３との摩擦によって静電気が発生して基板３に電荷が帯電するおそれがある。基板３に電荷が帯電していると、その後に使用されるアルカリ性の処理液（たとえばＳＣ−１液）などが基板３の表面に残留してしまい、基板３の電気特性（たとえば、リーク電流の発生等）が悪化するおそれがある。そこで、図１０（ｂ）に示すように、液滴処理工程を行った後に、基板３に帯電した電荷を放出させる除電処理工程を行い、その後、ゼータ電位反転処理工程を行ってもよい。この除電処理工程としては、基板３に酸性の処理液を吐出するなどして基板３に帯電した電荷を低減させればよく、上記した二酸化炭素等の帯電防止剤が添加された純水を用いて行うリンス処理工程でもよい。このように、液滴処理工程を行った後に、除電処理工程を行い、その後、ゼータ電位反転処理工程を行うことで、基板３の表面からパーティクルをより一層良好に除去することができる。

また、本発明では、液滴処理工程の前に基板３の表面に向けて所定流量のＳＣ−１液を吐出し、その後、液滴状の第１処理液を吐出してもよい。ここでいう所定流量とは処理液が基板３の表面を覆うことができる程度の流量をいう（図９（ｂ）参照。）。これにより、ＳＣ−１液で基板３の表面からパーティクルを剥離し、その後の液滴処理工程で基板３の表面からパーティクルを除去することができる。また、第１処理液吐出ノズル25としては、第１処理液を液滴状に吐出できればよく、２流体ノズルに限られず、１流体ノズルを用いてもよい。

１ 基板液処理装置
３ 基板
11 基板保持部
12 第１処理液吐出部
13 第２処理液吐出部
25 第１処理液吐出ノズル
31 第２処理液吐出ノズル

Claims (14)

1. 基板の表面に向けて純水を含有する液滴状の第１処理液を吐出する第１処理液吐出部と、
   前記液滴状の第１処理液で処理した前記基板の表面に向けて、前記基板の表面のゼータ電位を負に反転させる第２処理液を吐出する第２処理液吐出部と
   を有することを特徴とする基板液処理装置。
2. 前記第２処理液吐出部は、前記液滴状の第１処理液で処理した直後の前記基板の表面に向けて前記第２処理液を吐出することを特徴とする請求項１に記載の基板液処理装置。
3. 前記第１処理液吐出部は、前記基板の表面に向けてＳＣ−１液を吐出した後に液滴状の第１処理液を吐出することを特徴とする請求項１に記載の基板液処理装置。
4. 前記第１処理液として二酸化炭素が添加された純水を用い、前記第２処理液としてＳＣ−１液を用いることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の基板液処理装置。
5. 前記基板として表面にシリコン窒化膜が形成された基板を用いることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の基板液処理装置。
6. 前記液滴状の第１処理液で処理した前記基板の表面に向けて、前記基板に帯電した電荷を放出させる第３処理液を吐出する第３処理液吐出部を有することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の基板液処理装置。
7. 前記第３処理液として二酸化炭素が添加された純水を用い、前記第２処理液としてＳＣ−１液を用いることを特徴とする請求項６に記載の基板液処理装置。
8. 液滴状の第１処理液で基板の表面を処理し、その後、前記基板の表面のゼータ電位を負に反転させる第２処理液で前記基板の表面を処理することを特徴とする基板液処理方法。
9. 前記液滴状の第１処理液で前記基板の表面を処理した直後に前記第２処理液で前記基板の表面を処理することを特徴とする請求項８に記載の基板液処理方法。
10. 前記液滴状の第１処理液で前記基板の表面を処理する前にＳＣ−１液で前記基板の表面を処理することを特徴とする請求項８に記載の基板液処理方法。
11. 前記第１処理液として二酸化炭素が添加された純水を用い、前記第２処理液としてＳＣ−１液を用いることを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の基板液処理方法。
12. 前記基板として表面にシリコン窒化膜が形成された基板を用いることを特徴とする請求項８〜請求項１１のいずれかに記載の基板液処理方法。
13. 液滴状の第１処理液で基板の表面を処理した後に、前記基板に帯電した電荷を放出させる第３処理液で前記基板の表面を処理することを特徴とする請求項８〜請求項１２のいずれかに記載の基板液処理方法。
14. 前記第３処理液として二酸化炭素が添加された純水を用い、前記第２処理液としてＳＣ−１液を用いることを特徴とする請求項１３に記載の基板液処理方法。

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