JP2016115858A - スピン処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の裏面を下方に向けて、処理液を用いて好に処理できるようにしたスピン処理装置を提供すること。【解決手段】基板の裏面に対し処理液を供給して処理するスピン処理装置において、基板裏面における回転中心、または回転中心からわずかにずれた位置を第１の着液点Ａとするように処理液を供給する第１のノズル７２ａと、前記基板裏面における回転中心以外を第２の着液点とする第２のノズル７２ｂを有し、前記第２のノズル７２ｂは、この第２のノズルから噴出して前記第２の着液点Ｂに当たった前記処理液が形成する広がり領域が、前記第１のノズルから噴出して前記第１の着液点に当たった処理液が形成する広がり領域に切れ目なくつながり、かつ、着液点Ａに当たった純水が形成する広がり領域とによって、前記基板の回転中心から周辺部まで連続した液つながり領域が形成されるような位置を着液点とすることを特徴とする。【選択図】 図１１

Description

本発明の実施形態は、スピン処理装置に関する。

たとえば、半導体装置や液晶表示装置の製造過程においては、基板としての半導体ウエーハや液晶用ガラス基板に対して、回路パタ−ンを形成するための成膜処理、基板裏面への疎水処理、洗浄処理等が行われるが、その多くは、スピン処理装置が用いられる。

スピン処理装置は、回転駆動される回転体に保持機構を設け、この保持機構に基板が水平状態で保持される。そして回転される基板の上面または下面の少なくとも一方に対し、処理液が供給される。

例えば基板の裏面を処理液で処理する場合、処理液は通常、基板の回転中心、または回転中心からわずかにずれた位置に、ノズルから供給される（特許文献１）。

ところで、回転する基板裏面の回転中心、あるいは回転中心からわずかにずれた位置に供給された処理液は、基板の中心部から周辺部へと広がることとなるが、特に基板裏面の周辺部は、その周速度が基板の中央部に比べて速いことも加担し、基板の周辺部に行くほど、処理ムラが目立つことが判明した。処理ムラが発生した部分は、処理ムラの発生していない他の部分と比較し、処理が不完全となる。

特開２００１−４４１５９号公報

裏面を下向きにし、水平状態で回転する基板の裏面を、処理液を用いて良好に処理することができるスピン処理装置を提供することを目的とする。

実施形態に係るスピン処理装置は、
裏面を下側にして水平状態で回転される基板の裏面に対し処理液を供給して処理するスピン処理装置において、
基板裏面における回転中心、または回転中心からわずかにずれた位置を第１の着液点とするように処理液を供給する第１のノズルと、
前記基板裏面における回転中心以外を第２の着液点とする第２のノズルを有し、
前記第２のノズルは、この第２のノズルから噴射して前記第２の着液点に当たった前記処理液が形成する広がり領域が、前記第１のノズルから噴射して前記第１の着液点に当たった処理液が形成する広がり領域に切れ目なくつながり、かつ、前記第１の着液点に当たった前記処理液が形成する広がり領域とによって、前記基板の回転中心から周辺部まで連続した液つながり領域が形成されるような位置を着液点とすることを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、裏面を下向きにし、水平状態で回転する基板の裏面を、処理液を用いて良好に処理することができるスピン処理装置が提供される。

本発明の一実施の形態に係る全体構成を示す縦断面図。 本発明の一実施の形態に係る回転体の部分の拡大断面図。 本発明の一実施の形態に係る乱流防止カバーを除去した回転体の平面図。 本発明の一実施の形態に係るノズルヘッドの凹部の平面図。 本発明の一実施の形態に係る図４のノズル部分を通る断面図。 本発明の一実施の形態に係る処理手順の一例を示すフロー図。 本発明の一実施の形態に係る図６の処理条件の一例を示す図。 比較例に係るノズル配置例の平面図。 図８の例における処理液の広がり領域を示す模式図。 図８の例におけるパーティクル残存状態を示す平面図。 本発明の一実施の形態に係る処理液の広がり領域を示す模式図。 本発明の一実施の形態に係るパーティクル残存状態を示す平面図。 本発明の一実施の形態に係る処理液の広がり領域を示す模式図。 本発明の一実施の形態に係る処理液の広がり領域を示す模式図。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一番号を付して詳細な説明は適宜省略する。

本実施の形態は、半導体ウエーハの裏面に疎水処理をするものである。

図１に示すスピン処理装置は、カップ体１を有する。このカップ体１は、載置板２上に設けられた下カップ３と、この下カップ３の上側に図示しない上下駆動機構によって上下駆動自在に設けられた上カップ４を有する。

下カップ３の底壁の中心部と載置板２とには、これらを貫通する通孔５が形成されている。また下カップ３の周壁３ａは、上カップ４の二重構造の周壁４ａにスライド自在とされ、これら周壁３ａ、４ａによってラビリンス構造をなしている。

上カップ４の上面は、開口している。この上カップ４が下降方向に駆動されることで、後述するように、カップ体１内で処理された基板としての、たとえば半導体ウエーハＵを取り出したり、未処理の半導体ウエーハＵを供給できるようになっている。下カップ３の底壁には、周方向に所定間隔で複数の排出管６の一端が接続され、他端は図示しない吸引ポンプに連通している。これにより、半導体ウエーハＵの処理時、カップ体１内で飛散する処理液が排出される。

カップ体１の下面側には、板状のベ−ス７が配置される。ベ−ス７には、通孔５と対応する位置に取付孔８が形成されていて、この取付孔８には、駆動手段を構成するパルス制御モ−タ９の固定子９ａの上端部が嵌まり込む状態で固定される。

固定子９ａは筒状をなしていて、その内部には同じく筒状の回転子９ｂが回転自在に配置される。回転子９ｂの上端面には、筒状の連結体１１が下端面を接合させて一体的に固定される。この連結体１１の下端面には、固定子９ａの内径寸法よりも大径な鍔部１１ａが形成される。この鍔部１１ａは、固定子９ａの上端面に摺動自在に接合しており、これにより、回転子９ｂの回転を阻止することなく、回転子９ａが固定子９ｂから抜け落ちるのを規制する。

連結体１１は、通孔５からカップ体1の内部に突出し、上端面には円板状の回転体１２が取付け固定される。この回転体１２は、図２に示すように、下板１３ａと上板１３ｂとを接合させた二重板構造をなしていて、その中心部には、通孔１４が形成される。

図１に示すように、通孔５の周辺部には環状壁３ｂが突設される。一方、回転体１２の外周面には環状壁１２ｂが下方に延びるようにして形成され、この環状壁１２ｂの内周面を環状壁３ｂの外周面に対向配置することで、回転体１２の下面側に処理液が回り込むのを防止するラビリンス構造を構成する。

回転体１２の上面には、周方向に所定間隔、この実施の形態では６０度間隔で、６つのボス部１５（図２には２つだけ示す）が突設される。ボス部１５の内部には、滑り軸受１６が固定支持され、この滑り軸受１６によって保持部材１７が回転自在に支持される。

図２に示すように、保持部材１７は、その上部がボス部１５の外径寸法とほぼ同径の大径部１８に形成され、大径部１８の下面に、滑り軸受１６に支持される軸部１９が一体形成される。

大径部１８の上面には、中心部に円錐状の支持ピン２１が突設され、径方向周辺部である偏心位置には、下方に向けて縮径するテ−パ状のロックピン２２が突設される。

６本の保持部材１７の支持ピン２１上には、半導体ウエーハＵが、その裏面を下方に向け、そして水平状態で載置される。そしてその状態で、図３に示すように、ロックピン２２が半導体ウエーハＵの外周面に当接することで、半導体ウエーハＵは、回転体１２と一体的に保持されることとなる。

後述するように、回転体１２が回転することで、保持部材１７が、図３にＸで示す状態から鎖線で示すＹの状態へ回転（自転）すると、ロックピン２２が保持部材１７の回転中心に対して偏心回転するから、ロックピン２２による半導体ウエーハＵの保持状態が解除されるようになっている。

図２に示すように、保持部材１７の各軸部１９の下端部は、回転体１２の下面から突出して、その下端部にはセクタギヤからなる子歯車２３が固定される。各子歯車２３は、連結体１１の外周面に軸受２４によって回転自在に設けられた平歯車からなる親歯車２５に噛み合っている。図３に示すように、親歯車２５は、６つの子歯車２３と対応する間隔で、６つの凸部２５ａが周方向に所定間隔で形成されてなり、各凸部２５ａの先端外周面には子歯車２３に噛合する歯が形成される。

図２に示すように、連結体１１の外周面には、付勢手段としての捩じりコイルばね２６が装着される。捩じりコイルばね２６の一端は、連結体１１に係合し、他端は親歯車２５に係合する。これにより、親歯車２５は、図３に矢印Ａで示す回転方向（反時計方向）に付勢される。それによって、子歯車２３は、同図に矢印Ｂで示す時計方向に付勢されるから、この子歯車２３の回転に保持部材１７が連動し、ロックピン２２が回転体１２の中心方向へ偏心回転して、半導体ウエーハＵの外周面に当接することとなる。

ロックピン２２による半導体ウエーハＵのロック状態の解除は、図１に示す解除機構３１によって行うことができる。解除機構３１は、ガイド付きの解除シリンダ３２を有する。解除シリンダ３２は、固定子９ａの下端面に一端を固定したほぼＬ字状のブラケット３３の他端に軸線を垂直にして取付けられる。

解除シリンダ３２の駆動軸３４には、クランク状に折曲されたア−ム３５の下端が連結さる。ア−ム３５の上端部は、ベ−ス７に形成された挿通孔７ａを通って親歯車２５の下面近傍まで延出し、その上端には解除ピン３６が垂直に設けられる。

図３に示すように、保持部材１７のロックピン２２が半導体ウエーハＵの外周面に当接してこの半導体ウエーハＵが保持された状態において、解除シリンダ３２が作動してその駆動軸３４が突出方向に駆動され、その動きにア−ム３５が連動すると、ア−ム３５の上端に設けられた解除ピン３６が親歯車２５の１つの凸部２５ａの側面に係合し、親歯車２５が矢印Ａ方向に回転するのを阻止することになる。

解除ピン３６によって親歯車２５の矢印Ａ方向の回転が阻止された状態で、パルス制御モ−タ９を駆動して回転子９ｂを図３に示す矢印Ｃ方向へ回転させると、回転体１２が捩じりコイルばね２６の付勢力に抗して連結体１１とともに回転する。

回転体１２を矢印Ｃ方向へ角度θ回転させると、親歯車２５は不動で、回転体１２だけが回転子９ｂとともに角度θ回転する。

これにより、親歯車２５に噛合した子歯車２３は、回転体１２とともに公転しながら自転するから、子歯車２３と一体的に設けられた保持部材１７は、矢印Ｂ方向とは逆方向である反時計方向に回転する。その結果、保持部材１７は、図３にＸで示す状態からＹで示す状態になり、ロックピン２２は半導体ウエーハＵの外周面から離れる方向へ偏心回転して、このロックピン２２による半導体ウエーハＵの保持状態が解除されることになる。

ロックピン２２による半導体ウエーハＵのロック状態を解除した状態において、図示しないロボットにより、処理された半導体ウエーハＵが回転体１２から搬出されたり、未処理の半導体ウエーハＵが回転体１２に供給される。

なお、回転子９ｂの下端面には、図２に示すように検出片３７が設けられ、この検出片３７は、固定子９ａの下端面に設けられたセンサ３８によって検出される。不図示の制御部は、センサ３８が検出片３７を検出した位置が、回転子９ｂの回転角度の原点として認識し、その認識に基づいて回転子９ｂの回転角度を制御する。

回転子９ｂの内部には、中空状の固定軸４１が配置される。固定軸４１の下端部は、パルス制御モ−タ９の下方に配置された支持部材４２の取付孔４２ａにはめ込まれた状態で固定される。支持部材４２には、ブレ−キシリンダ４３が軸線を垂直にして取付けられる。ブレ−キシリンダ４３の駆動軸４４には、ブレ−キシュ−４５ａが取付けられる。

ブレ−キシリンダ４３が作動してその駆動軸４４が上昇方向に駆動されると、ブレ−キシュ−４５ａは、回転子９ｂの下端面に設けられたブレ−キディスク４５ｂに圧接して、回転子９ｂの回転を阻止するようになっている。

図１に示すように、固定軸４１の上端部は、回転体１２の通孔１４に対向位置される。そして固定軸４１の上端には、ノズルヘッド４６が、はめ込められる状態で固定される。ノズルヘッド４６は回転体１２の上面側に突出していて、その外周部には、通孔１４の周辺部に突設された環状壁４７を内部に収容する環状溝４８が、下面に開放して形成される。つまり、環状壁４７と環状溝４８とでラビリンス構造を形成し、回転体１２の上面側で飛散する処理液が、通孔１４を通って固定軸４１に沿ってカップ体１の外部へ流出するのを阻止している。

ノズルヘッド４６には、図４と図５に示すように、その上面に開放した平面視が円形の凹部５１が形成される。この凹部５１は、上部から下部にゆくにつれて小径となる円錐形状に形成されている。ノズルヘッド４６の上面の凹部５１の周辺部は、径方向外方に向かって低く傾斜した傾斜面５２に形成される。

凹部５１の底部には、排液部を形成する排液孔５３の一端が開口する。この排液孔５３の他端には、図１に示す、排液管５４の一端が接続される。なお、排液管５４の他端は、排出管６と同様、図示しない吸引ポンプに接続される。

図４に示すように、ノズルヘッド４６には、先端を凹部５１の内面に開口させた複数のノズルが設けられる。設けられるノズルには、オゾン水（Ｏ３水）供給用の２つのノズル７０（７０ａ、７０ｂ）、フッ酸（１％ＨＦ）供給用の２つのノズル７１（７１ａ、７１ｂ）、純水（ＤＩＷ）供給用の２つのノズル７２（７２ａ、７２ｂ）、そして窒素ガス（Ｎ２）供給用のノズル７３が含まれる。図５に示すように、各ノズルは、ノズルヘッド４６内に形成された管路からなり、先端が凹部５１の内面に開口させたノズル孔となっていて、保持部材１７に保持された半導体ウエーハＵの裏面に向けて処理液、またはガスが噴射されるようになっている。なお、ノズルから噴射される処理液は、ノズル吐出口での流速が、１５ｍ／ｓｅｃ以下が好ましい。

図５においては、２つのノズル孔ａとｂを代表として示しており、いずれも噴射方向は、ノズルヘッド４６の軸線Ｏに対して所定角度傾斜している。そして、ノズル孔ａは、噴射した処理液（処理ガス）を、保持部材１７に水平状態で保持された半導体ウエーハＵの裏面における回転中心に当てるように供給することができる（図５に示すように、以下、ノズル孔ａから噴射された処理液の半導体ウエーハＵにおける着液点を「着液点Ａ」ということもある）。これに対し、ノズル孔ｂは、噴射した処理液（処理ガス）を、半導体ウエーハＵの裏面における回転中心を外した位置に当てるように供給することができる（図５に示すように、以下、ノズル孔ｂから噴射された処理液の半導体ウエーハＵにおける着液点を「着液点Ｂ」ということもある）。より具体的例として、ノズル孔ｂは、凹部５１でのノズル孔ｂの開口位置と半導体ウエーハＵの回転中心（ノズルヘッド４６の軸線Ｏ上にある）を結んだ直線の延長上で、かつ、回転中心を挟んだノズル孔ｂの開口位置とは反対側の位置に処理液を当てるようにして供給するようになっている。

ここで、オゾン水、フッ酸、純水をそれぞれ供給する２つのノズルのうち、一方のノズル７０ａ、７１ａ、７２ａ、そしてノズル７３は、ノズル孔ａのタイプで、各処理液（処理ガス）を半導体ウエーハＵの回転中心に当てるように供給する。そして、他方のノズル７０ｂ、７１ｂ、７２ｂは、ノズル孔ｂのタイプで、各処理液を半導体ウエーハＵの回転中心を外した位置に当てるように供給する。なお、図２、図５に代表的に示すように、各ノズルの基端は、ノズルヘッド４６の下面に開口して設けられた接続孔５７、５８にそれぞれ連通し、さらに各接続孔５、５８には、図２に示すように、処理液（処理ガス）供給管５９、６０がそれぞれ接続される。なお、各ノズル７０〜７３の位置関係の詳細については後述する。

図２に示すように、回転体１２の上面側には、乱流防止カバ−６６が設けられている。この乱流防止カバ−６６は、保持部材１７に保持された半導体ウエーハＵの下面側に位置し、周辺部には、保持部材１７の上部を露出させる第１の開口部６７が形成され、中心部にはノズルヘッド４６の凹部５１を開口させる第２の開口部６８が形成される。第２の開口部６８の周辺部は、凹部５１内に入り込むように折り曲げられた遮蔽部６９が形成される。なお、遮蔽部６９は、凹部５１の内面に対して非接触とされる。

乱流防止カバ−６６によって、回転体１２の凹凸状の上面が覆われる。これにより、回転体１２の回転に伴う乱流の発生が抑制されるから、半導体ウエーハＵの処理に伴って発生するミストを含む処理液が、カップ体１内であらゆる方向に飛散して、たとえば半導体ウエーハＵの下面側に舞い込んで付着するのを防止できるようになっている。特に、乱流防止カバ−６６の上面と半導体ウエーハＵの下面（裏面）との間隔を所定の間隔に設定すると、乱流の抑制効果が高くなる。さらに、乱流防止カバー６６に凹部５１内に入り込む遮蔽部６９を形成したことで、第２の開口部６８によって生じる、ノズルヘッド４６と乱流防止カバー６６との隙間を閉塞することができる。これにより、処理時にカップ体１内に飛散する処理液が、乱流防止カバー６６の内面側に入り込んで付着し、その処理液が、乾燥処理時に飛散して半導体ウエーハＵに付着するということを防止できる。

回転体１２の保持部材２２によって保持された半導体ウエーハＵの上方には、上部処理液用ノズル８０（オゾン水供給用）、８１（純水供給用）、及び上部気体用ノズル８２が配置されている。上部処理液用ノズル８０、８１からは、半導体ウエーハＵの上面の回転中心に向けて処理液が噴射され、上部気体用ノズル８２からは、半導体ウエーハＵの上面の回転中心に向けて窒素などの乾燥用の気体が噴射されるようになっている。

次に、上述したスピン処理装置によって、半導体ウエーハＵの裏面を疎水処理する動作について説明する。

まず、半導体ウエーハＵを回転体１２に供給する前には、保持部材１７のロックピン２２はアンロック状態になっている。つまり、解除シリンダ３２が作動して解除ピン３６が親歯車２５の凸部２５ａの側面に係合した状態で、回転体１２が、パルス制御モ−タ９によって図３に矢印Ｃで示す方向に、捩じりコイルばね２６の付勢力に抗して角度θ回転させられる。これにより、保持部材１７が回転するから、ロックピン２２が偏心回転し、このロックピン２２は、支持ピン２１に支持される半導体ウエーハＵの外周面よりも所定寸法径方向外方の離れた位置にある。

ロックピン２２がアンロック状態にあるとき、裏面を下側にして未処理の半導体ウエーハＵを保持した不図示のロボットア−ムは、回転体１２の上面へ進入してから下降し、半導体ウエーハＵをア−ムから支持ピン２１に受け渡し、ついで後退することで半導体ウエーハＵの供給が完了する。なお、半導体ウエーハＵの供給時には、ブレ−キシリンダ４３が作動して、ブレ−キシュ−４５ａがブレ−キディスク４５ｂに圧接し、回転子９ｂの回転を阻止している。

回転体１２に半導体ウエーハＵが供給されたなら、解除シリンダ３２の駆動を解除し、解除ピン３６を親歯車２５の凸部２５ａから外す。それによって、親歯車２５は、捩じりコイルばね２６の付勢力によって矢印Ａ方向へ回転するから、この親歯車２５により子歯車２３が保持部材１７とともに矢印Ｂ方向に回転させられる。

保持部材１７が矢印Ｂ方向に回転すれば、この保持部材１７に設けられたロックピン２２が半導体ウエーハＵの外周面に当接する方向へ偏心回転するから、半導体ウエーハＵがロックピン２２によって保持されることになる。これにより、半導体ウエーハＵは、裏面を下方に向け、水平状態で回転体１２に保持（セット）される。半導体ウエーハＵをロックピン２２によって保持したならば、ブレ−キシリンダ４３の駆動を解除してブレ−キシュ−４５ａによる回転子９ｂの回転阻止状態も解除する。ついで、パルス制御モ−タ９を作動させて回転体１２を回転させるとともに、半導体ウエーハＵの上面および下面（裏面）にむけて、ノズル８０〜８２、ノズル７０〜７３から各種流体を噴射させることで、この半導体ウエーハＵの上下面を処理することができる。

処理手順の一例を図６に、その時の処理条件の例を図７に、それぞれ示す。

まず、回転体１２に半導体ウエーハＵがセットされると、５００ｍｉｎ−１で１秒間、半導体ウエーハＵを回転させる（Ｓ１）。次に、回転速度はそのままで、半導体ウエーハＵの上下面に、ノズル８０、７０（７０ａ、７０ｂ）からオゾン水が３０秒間供給される（Ｓ２）。ノズル８０、７０から噴射されたオゾン水は、半導体ウエーハＵの回転によって生じる遠心力で径方向外方に向かって流れ、半導体ウエーハＵの上下面全体が、オゾン水によって処理される。オゾン水による処理が終了すると、ノズル７０からのオゾン水噴射は停止し、代わってノズル７１（７１ａ、７１ｂ）から、半導体ウエーハＵの裏面に向けてフッ酸が３０秒間供給される（Ｓ３）。このとき、半導体ウエーハＵの上面には、ノズル８０からオゾン水が継続して供給される。フッ酸処理が終了すると、ノズル８０からのオゾン水の供給とノズル７１（７１ａ、７１ｂ）からのフッ酸の供給は停止し、次にノズル８１、ノズル７２（７２ａ、７２ｂ）から純水（ＤＩＷ）が３０秒間供給される（Ｓ４）。このとき、基板の回転速度は、５００ｍｉｎ−１のままである。純水による洗浄処理が終了すると、ノズル８１、ノズル７２（７２ａ、７２ｂ）からの純水（ＤＩＷ）の供給は停止される。そして、１秒間回転される（Ｓ５）。これは、後に行なわれる高速回転前に、半導体ウエーハＵの特に上面の液層をできるだけ除去するためである。そして、１５００ｍｉｎ−１に回転速度を上げるとともに、ノズル８２、ノズル７３から窒素ガスが供給され、半導体ウエーハＵの上下面の乾燥処理が行なわれる。なお、半導体ウエーハＵの裏面に供給され裏面で反射した処理液のほとんどは、ノズルヘッド４６の凹部５１内に滴下し、そしてノズルヘッド４６の底部に形成された排液孔５３へ導かれ、排液管５４から排出されることになる。

乾燥処理が終了したならば、回転体１２の回転を停止し、ついでセンサ３８が検出片３７を検出する原点位置まで回転体１２をパルス駆動する。回転体１２を原点位置まで回転させたなら、解除シリンダ３２を作動させて解除ピン３６を親歯車２５の凸部２５ａの側面に係合させる。

ついで、パルス制御モ−タ９の回転子９ｂを所定のパルス数だけ回転させ、回転体１２を捩じりコイルばね２６の付勢力に抗して矢印Ｃ方向へ角度θ回転させる。つまり、親歯車２５の回転を解除ピン３６で阻止して回転体１２だけを回転させることで、この回転体１２を捩じりコイルばね２６の付勢力に抗して回転させることができる。これにより、親歯車２５に噛み合う子歯車２３が回転体１２とともに公転しながら自転し、その自転に保持部材１７が連動して矢印Ｂと逆方向に回転するから、ロックピン２２による半導体ウエーハＵのロック状態が解除される。

半導体ウエーハＵのロック状態が解除されたならば、ブレ−キシリンダ４３を作動させて回転子９ｂを固定し、回転体１２が捩じりコイルばね２６の復元力で矢印Ｃ方向と逆方向に回転するのを阻止したならば、図示しないロボットによってカップ体１内の処理された半導体ウエーハＵを回転体１２から取り出す。

処理された半導体ウエーハＵを回転体１２から取り出したならば、未処理の半導体ウエーハＵを供給し、上述した工程を繰り返すことで、その半導体ウエーハＵの処理を行なうことができる。

さて、半導体ウエーハＵの下方に配置される複数のノズル７０〜７３の配置に関して説明する前に、比較例について先に説明する。

図８は、比較例であり、ノズルヘッド４６の凹部５１を上方からみた平面図である。

図において、オゾン水供給用のノズル７０ａ、フッ酸供給用のノズル７１ａ、純水供給用のノズル７２ａ、窒素ガス供給用のノズル７３の各開口部が、平面視で、凹部５１の半径の４０％〜４５％程度の円周上に９０度間隔で配置された例である。そして、いずれのノズルも、回転する半導体ウエーハＵの回転中心、あるいは回転中心からわずかにずれた位置に、処理液や窒素ガスを供給するものである（いわゆる、ノズル孔ａのタイプ）。このような場合、基板の周辺部に行くほど、処理ムラが目立つことが判明したことは、背景技術に記載した。この状態を、純水を用いた洗浄処理を例として模式的に示したのが、図９である。同図は、回転する半導体ウエーハＵを上面から平面視したもので、しかも半導体ウエーハＵを透明化させてある。同図は、純水供給用のノズル７２ａから半導体ウエーハＵの回転中心、あるいは回転中心からわずかにずれた位置に供給された処理液を代表させて示してあるが、ノズル７２ａから噴射した純水は、半導体ウエーハの下面（裏面）におけるその着液点（図５における着液点Ａ）に当たり、その後、基板Ｕの回転方向に引きづられていく（これにより形成される領域を広がり領域ということがあり、図９における濃い部分である領域Ｍ）が、基板の周辺部では、液の自重落下や周速が中央部に比べて大きいことにより液切れが発生し、半導体ウエーハの裏面上において、半導体ウエーハＵの回転中心から周辺部まで連続した液つながり領域が形成されない。つまり、周辺部では、十分な量の処理液が届かない。これが起因して、図１０に示すように、半導体ウエーハＵの周辺部でのパーティクル除去率が非常に悪い。なお、図１０において、半導体ウエーハＵ内の黒ドットは、パーティクルを示す。純水以外の処理液の場合でも同様な状態が生じ得る。

これに対し、本実施の形態においては、図８に比べて、図４に示したように、ノズル７０ｂ、７１ｂ、７２ｂを追加するとともに、各ノズル７０、７１、７２の最適な配置関係を次のようにすることで、処理の均一化を図るなどして、良好な処理が行なえるようにした。

図４に示す例では、凹部５１において、オゾン水供給用のノズル７０ａ、フッ酸供給用のノズル７１ａ、純水供給用のノズル７２ａ、窒素ガス供給用のノズル７３の各開口部は、平面視で、凹部５１の半径の４０％〜４５％程度の円周上に９０度間隔で配置される。また、ノズル７１ａとノズル７２ａを結ぶ線上には、オゾン水供給用のノズル７０ｂ、フッ酸供給用のノズル７１ｂが、またノズル７０ａとノズル７３を結ぶ線上には、純水供給用のノズル７２ｂが設けられる。そして、オゾン水供給用のノズル７０ｂ、フッ酸供給用のノズル７１ｂ、純水供給用のノズル７２ｂは、平面視で、凹部５１の半径の７０％〜８０％程度の円周上に配置される。
［着液点の角度］
図１１は、半導体ウエーハＵを１００ｍｉｎ−１で回転させるとともに、純水供給用のノズル７２ｂの位置を、ノズルヘッド４６の軸線からの距離を一定に保ちつつ、凹部５１の周方向に変化させ、半導体ウエーハＵでの着液点Ｂを変動させたときの模式図で、図９の相当図である。ここで、半導体ウエーハＵを上方から見た平面視で、純水供給用のノズル７２ｂから噴射された純水の、半導体ウエーハＵの裏面における着液点Ｂと、半導体ウエーハＵの回転中心とを結んだ直線を基準線としたとき、この基準線に対し、ノズル７２ａ（半導体ウエーハＵの回転中心を着液点Ａとする）の凹部５１での開口位置（噴射孔位置）と、半導体ウエーハＵの回転中心とを結んだ直線の、半導体ウエーハＵの回転方向における角度をＣとすると、この角度Ｃに最適範囲があることを見出した。

図１１において、（ａ）はＣ＝２０°、（ｂ）はＣ＝４５°、（ｃ）はＣ＝９０°、（ｄ）はＣ＝１３５°、（ｅ）はＣ＝１５０°の場合を示す。（ａ）と（ｅ）では、ノズル７２ａの着液点Ａからの純水の広がり領域Ｓａと、ノズル７２ｂの着液点ｂからの純水の広がり領域Ｓｂの間には切れ目があって、半導体ウエーハＵの回転中心から周辺部まで連続した液つながり領域は形成されない。これに対して、（ｂ）〜（ｄ）では、広がり領域ＳａとＳｂの間には切れ目がなく、かつ、両広がり領域ＳａとＳｂとによって、半導体ウエーハＵの回転中心から周辺部まで連続した液つながり領域が形成される。

図１２は、このようにして洗浄処理された半導体ウエーハＵの裏面でのパーティクル残留状態を示す。図１０と比較すると明らかなような、半導体ウエーハＵの周辺部までパーティクルは激減していることがわかる。

図１３は、半導体ウエーハＵの回転速度が５０ｍｉｎ−１の場合で、純水供給用のノズル７２ｂの位置を、ノズルヘッド４６の軸線からの距離を一定に保ちつつ、凹部５１の周方向に変化させ、半導体ウエーハＵでの着液点Ｂを変動させたときの模式図で、図１１の相当図である。図１１と比較して回転速度が半分となるため、着液点からの純水の広がり領域は図１１の場合より、若干広めとなる
さて、図１３において、（ａ）はＣ＝２０°、（ｂ）はＣ＝４５°、（ｃ）はＣ＝９０°、（ｄ）はＣ＝１３５°、（ｅ）はＣ＝１５０°の場合を示す。（ａ）と（ｅ）では、ノズル７２ａの着液点Ａからの純水の広がり領域Ｓａと、ノズル７２ｂの着液点ｂからの純水の広がり領域Ｓｂの間には切れ目があって、半導体ウエーハＵの回転中心から周辺部まで連続した液つながり領域は形成されない。これに対して、（ｂ）〜（ｄ）では、広がり領域ＳａとＳｂの間には切れ目がない状態で、かつ、両広がり領域ＳａとＳｂとによって、半導体ウエーハＵの回転中心から周辺部まで連続した液つながり領域が形成される。

このようなことから、裏面を下向きにし、水平状態で回転する基板の裏面を、処理液を用いて均一に処理するなど、良好な処理を行なうためには、基板の回転中心を着液点Ａとするように純水を供給するとともに、着液点Ｂに当たった純水が形成する広がり領域Ｓｂが、着液点Ａに当たった純水が形成する広がり領域Ｓａに切れ目がない状態で、かつ、着液点Ａに当たった純水が形成する広がり領域Ｓａとによって、半導体ウエーハＵの回転中心から周辺部まで連続した液つながり領域が形成されるような位置を着液点Ｂとするようにノズル位置を設定すればよいことがわかる。そして、この実施形態では、角度Ｃを４５°以上１３５°以下の範囲とすれば、半導体ウエーハＵの裏面を処理液を用いて均一に処理できるなど、良好な処理が行なえることがわかる。
［着液点の距離］
処理液を用いて半導体ウエーハＵの裏面処理を良好に行なうには、半導体ウエーハＵの回転中心（ノズルヘッド４６の軸線でもある）から着液点Ｂまでの距離が重要であることも判明した。

図１４は、１００ｍｉｎ−１で半導体ウエーハＵを回転させ、半導体ウエーハＵの回転中心（ノズルヘッド４６の軸線）から着液点Ｂまでの距離Ｌを変化させたときの処理液（純水の例）の広がり領域を示す模式図である。同図（Ａ）では、Ｌ＝ｒ×１／７、（Ｂ）ではＬ＝ｒ×２／３とした場合、（Ｃ）ではＬ＝ｒ×３／４とした場合を示す。ここでｒは、半導体ウエーハＵの半径である。Ｌが相対的に短い（Ａ）では、ノズル７２ａから噴射して着液点Ａに当たった後に形成される広がり領域Ｎａと、ノズル７２ｂから噴射して着液点Ｂに当たった後に形成される広がり領域Ｎｂとはつながってはいるものの、広がり領域ＮａとＮｂとによっては、半体ウエーハＵの回転中心から周辺部まで連続した液つながり領域が形成されない。図１４（ａ）の状態から、Ｌを増加させると、半導体ウエーハＵの裏面における広がり領域Ｎａの位置は変わらないのに対し、広がり領域Ｎｂは半導体ウエーハＵの周方向に徐々に移動していく。そして、図１４（ｂ）のように、Ｌ＝ｒ×２／３となったところで領域Ｎａと領域Ｎｂは切れ目がない状態でつながり、かつ、両広がり領域ＮａとＮｂとによって、半体ウエーハＵの回転中心から周辺部まで連続した液つながり領域が形成される。この後、Ｌを、Ｌ＝ｒ×３／４となるまで順次増加させていく間は、半体ウエーハＵの回転中心から周辺部まで連続した液つながり領域が形成されつづけるが、図１４（ｃ）のＬ＝ｒ×３／４を超えると、両領域に切れ目が生じることとなり、結果的に、半導体ウエーハＵの裏面を、処理液を用いて均一に処理することができず、処理を良好に行なうことができなくなることがわかる。

このようなことから、裏面を下向きにし、水平状態で回転する基板の裏面を、処理液を用いて均一に処理するなど、良好な処理が行なえるようにするためには、基板の回転中心を着液点Ａとするように純水を供給するとともに、着液点Ｂに当たった純水が形成する広がり領域Ｎｂが、着液点Ａに当たった純水が形成する広がり領域Ｎａに切れ目がない状態で、かつ、着液点Ａに当たった純水が形成する広がり領域Ｎａとによって、半導体ウエーハＵの回転中心から周辺部まで連続した液つながり領域が形成されるような位置を着液点Ｂとするようにノズル位置を設定すればよいことがわかる。そして、この実施形態では、Ｌをｒ×２／３以上ｒ×３／４以下とする位置に着液点Ｂを設定することで達成できることになる。

以上、いつくかの実施の形態について説明したが、いずれも例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。

上述した着液点の角度、距離の値は、好ましいとする一例であって、半導体ウエーハの回転数、ノズルから噴射される処理液の流量や流速、半導体ウエーハの裏面の処理状態等によって変動することが予想される。従って、裏面を下向きにし、水平状態で回転する基板の裏面を、処理液を用いて良好に処理するためには、基板の回転中心を着液点Ａとするように純水を供給するとともに、着液点Ｂに当たった純水が形成する広がり領域Ｓｂ（Ｔｂ）が、着液点Ａに当たった純水が形成する広がり領域Ｓａ（Ｔａ）に切れ目がない状態で、かつ、半導体ウエーハＵの回転中心から周辺部まで連続した液つながり領域が形成されるような位置を着液点Ｂとするようにノズル位置を実験等によって求めることとなる。

ノズルａのタイプの説明で、着液点Ａを基板の回転中心としたが、厳密の意味での回転中心ではなくても、回転中心からわずかに（例えば１０ｍｍ以内が好ましい）ずれた位置でも同様な傾向となる。ただし、平面視で、ノズルの開口位置と、このノズルから噴射した液体の半導体ウエーハにおける着液点を結んだ線の延長線上に基板の回転中心が存在することは必要である。

基板下面に対向配置したノズル７０〜７３を、ノズルヘッドの凹部５１の内面に開口させることで、ノズルから噴射し、半導体ウエーハＵの裏面に供給され裏面で反射した処理液のほとんどを、ノズルヘッド４６の凹部５１内に滴下させ、そしてノズルヘッド４６の底部に形成された排液孔５３へ導いて排液管５４から排出されるように構成したが、本発明の実施において、凹部５１は必須ではなく、半導体ウエーハＵの下面（裏面）に向けて処理液を噴射させるノズル構造であれば、ノズル構造に限定はない。また上述した実施の形態では、ノズルヘッド４６に設けた凹部５１の内面での開口位置が各ノズルの噴射口位置となるが、凹部がない場合には、ノズル自体の先端位置が噴射孔位置となる。

半導体ウエーハＵの下面に対向して、オゾン水（Ｏ３水）供給用のノズル７０、フッ酸供給用のノズル７１、純水（ＤＩＷ）供給用のノズルを各２個設けたが、３個以上でもよく、３種のノズル数をそろえる必要もない。

オゾン水（Ｏ３）、フッ酸（ＨＦ）、純水（ＤＩＷ）を供給するノズルを複数個ずつ設けた場合、同じ処理液を噴射する複数の各ノズルからは、処理液を同時に噴射させるようにしてもよいし、交互に噴射させるようにしてもよい。

半導体ウエーハの裏面処理例として疎水処理をあげ、半導体ウエーハに供給する処理液として、オゾン水（Ｏ３）、フッ酸（ＨＦ）、純水（ＤＩＷ）を例にしたが、供給する処理液は、処理内容によって当然に変わり得る。ＨＦに代えて、ＢＨＦでもよい。

乾燥時に供給した窒素ガスに代えて、ドライエアーでもよい。ノズルを半導体ウエーハＵの表面、裏面に沿って揺動させるように構成しても良い。

半導体ウエーハを処理対象とする基板としたが、裏面を下方に配置して回転処理するものであれば液晶基板など、他の基板であっても適用可能である。

１ カップ体
９ パルス制御モータ
９ａ 固定子
９ｂ 回転子
１２ 回転体
２１ 支持ピン
２２ ロックピン
４１ 固定軸
４６ ノズルヘッド
５１ 凹部
５３ 排液孔
５４ 排液管
５７ 接続孔
５８ 接続孔
５９ 供給管
６０ 供給管
７０ オゾン用ノズル
７１ フッ酸用ノズル
７２ ＤＩＷ用ノズル
７３ 窒素用ノズル
８０ 上部処理液用ノズル
８１ 上部処理液用ノズル
８２ 上部気体用ノズル
Ｕ 半導体ウエーハ
Ｏ ノズルヘッドの軸線

Claims (4)

1. 裏面を下側にして水平状態で回転される基板の裏面に対し処理液を供給して処理するスピン処理装置において、
   基板裏面における回転中心、または回転中心からわずかにずれた位置を第１の着液点とするように処理液を供給する第１のノズルと、
   前記基板裏面における回転中心以外を第２の着液点とする第２のノズルを有し、
   前記第２のノズルは、この第２のノズルから噴射して前記第２の着液点に当たった前記処理液が形成する広がり領域が、前記第１のノズルから噴射して前記第１の着液点に当たった処理液が形成する広がり領域に切れ目なくつながり、かつ、前記第１の着液点に当たった前記処理液が形成する広がり領域とによって、前記基板の回転中心から周辺部まで連続した液つながり領域が形成されるような位置を着液点とすることを特徴とするスピン処理装置。
2. 第２のノズルは、複数個であることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。
3. 平面視で、前記第２のノズルから噴射された処理液の、前記基板の裏面における着液点と、前記基板の回転中心とを結んだ直線を基準線としたとき、この基準線に対し、前記第１のノズルの噴射孔位置と、前記基板の回転中心とを結んだ直線の、前記基板の回転方向における角度が４５°以上１３５°以下であることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。
4. 前記基板の回転中心から前記第２のノズルによる前記第２の着液点までの距離は、前記基板の回転半径の２／３以上３／４以下であることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。

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