JP2017183568A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薬液ノズル（１３）が基板（W）上方を移動する際、供給バルブ（３２）の故障等により、予期せぬタイミングで基板に向けて薬液が落下する場合がある。【解決手段】薬液ノズルに、流入口（１３ａ）、吐出口（１３ｃ）、排気口（１３ｂ）を設ける。流入口から吐出口までの流路内、または、吐出口近傍に排気口を接続する。排気口と負圧源（４２）を接続し、薬液ノズルが基板上方を通過する際、吸引動作を行う。これにより、基板への薬液の落下を防止することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、処理液を用いて基板を処理する基板処理装置、および処理液を吐出する処理液吐出方法に関する。処理液を用いた処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）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、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。

下記特許文献１には、基板を一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置が開示されている。前記基板処理装置は、基板を水平に保持して回転させる保持手段と、保持手段に保持されている基板の上面に向けて処理液を吐出する吐出ノズルとを含む。基板処理装置は、処理液の吐出後に吐出ノズルの先端から配管の上流側に処理液を引き戻すことにより、処理液の基板へのボタ落ちを防止する。

特開２００２−１７０８０３号公報

前述の基板処理装置では、処理液の吐出後に配管中の処理液が吐出ノズルの先端から配管の上流側に引き戻される。しかし、処理液の吐出を制御する開閉弁に異常が発生すると、配管中の処理液は徐々に吐出ノズル先端付近まで移動し、ボタ落ちする場合がある。基板上にボタ落ちした処理液は、基板上でパーティクルの原因になったり、また処理液の種類によっては発熱反応などの混触を引き起こすおそれがある。また基板が搬出された後のチャンバーにボタ落ちした場合も同様の問題を引き起こす場合がある。

そこで、本発明の目的は、処理液の吐出を停止した後のボタ落ちを抑制する基板処理装置を提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、基板を保持するための基板保持ユニットと、前記基板を処理するための処理液を吐出する処理液ノズルと、前記処理液ノズルに接続され、処理液供給ユニットからの処理液を前記処理液ノズルに供給する処理液配管と、前記処理液配管の開閉を行う処理液バルブと、前記処理液ノズルに接続された排気配管と、前記排気配管の開閉を行う排気バルブと、前記処理液ノズルを前記基板の上方を経由して所定の位置に配置する駆動手段と、前記処理液バルブおよび排気バルブを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記駆動手段を用いて前記処理液ノズルを前記基板の上方である所定の処理位置に配置する間、前記処理液バルブを閉止し、かつ、前記排気バルブを開成することを特徴とする基板処理装置である。
この構成によれば、処理液ノズルが基板の上方に配置される間、処理液ノズルから処理液が落下することを防止することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置において、前記制御部は前記駆動手段を用いて、前記処理液ノズルが前記基板と平面視において重複しない範囲である退避位置と、前記処理液ノズルが前記基板と平面視において重複する範囲である処理位置との間で前記処理液ノズルの配置を変更させることを特徴とする。
この構成によれば、処理液ノズルが退避位置まで退避するまで、処理液ノズルから処理液が落下すること防止することにより、基板への悪影響を低減させることができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置において、前記処理液ノズルは、前記処理液配管と接続される流入口と、前記流入口から吐出口に向けて流通させる流路と、当該流路における前記流入口と前記吐出口との途中で分岐し、前記排気配管と接続される排気口と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、簡便な構成により、処理液ノズルから基板への処理液の落下を防止することができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置において、前記処理液ノズルは、前記処理液配管と接続される流入口と、前記処理液ノズル内において前記流入口から流入する処理液を吐出する吐出口と、前記処理液ノズル内において、前記吐出口から吐出された処理液を吸引する、前記排気配管と接続される排気口と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、簡便な構成により、処理液ノズルから基板への処理液の落下を防止することができる。

また、請求項５に記載の発明は、基板に対して処理液ノズルから処理液を吐出し、処理を行う基板処理方法において、処理液ノズルを基板の上方に位置する状態で処理液を供給し、基板に吐出する吐出工程と、処理液ノズルが基板の上方に位置する状態で処理液ノズルへの処理液の供給を停止し、かつ、処理液ノズルに対して吸引動作を行う吸引工程と、を行うことを特徴とする基板処理方法である。
この方法によれば、処理液ノズルが基板の上方に位置する間、処理液ノズルから処理液が落下することを防止することができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置の配管部分を示す模式図である。 ノズルから基板に向けて処理液を吐出している状態を示す図である。 処理液の吐出を停止した後の状態を示す図である。 本発明の実施形態における制御部の制御フローを示す図である。 本発明の第１の変形例を示す図である。 本発明の第２の変形例を示す図である。

以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置１を水平方向に見た模式図である。

基板処理装置１は、半導体ウエハなどの円板状の基板Ｗを一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。基板処理装置１は、処理液を用いて基板Ｗを処理する処理ユニット２と、処理ユニット２に基板Ｗを搬送する搬送ロボット（図示しない）と、薬液供給ユニット（処理液供給部）３とを含む。

処理ユニット２および薬液供給ユニット３は、共通の装置の一部であってもよいし、互いに独立したユニット（互いに独立して移動させることができるユニット）であってもよい。すなわち、処理ユニット２および薬液供給ユニット３が同一の装置内に備えていてもよいし、処理ユニット２を含む装置と、離れた位置に配置された薬液供給ユニット３とにより、基板処理装置１が構成されていてもよい。また、図１では、薬液供給ユニット３が１つのみ図示されているが、薬種を複数設ける場合には、その薬種に応じた個数の薬液供給ユニット３を設けてもよい。

処理ユニット２は、箱形の処理チャンバ４と、処理チャンバ４内で、基板Ｗを水平に保持しながら基板Ｗの中央部を通る鉛直な回転軸線Ａ１まわりに基板Ｗを回転させるスピンチャック（基板保持部）５と、スピンチャック５に保持されている基板Ｗに向けて処理液を吐出する一または複数の処理液ノズルとを含む。

スピンチャック５は、水平な姿勢で保持された円板状のスピンベース６と、スピンベース６の上方で基板Ｗを水平な姿勢で保持する複数の挟持ピン７と、スピンベース６の中央部から下方に延びるスピン軸８と、スピン軸８を回転させることにより基板Ｗおよびスピンベース６を回転軸線Ａ１まわりに回転させるスピンモータ９とを含む。スピンチャック５は、複数の挟持ピン７を基板Ｗの周端面に接触させる挟持式のチャックに限らず、非デバイス形成面である基板Ｗの裏面（下面）をスピンベース６の上面に吸着させることにより基板Ｗを水平に保持するバキューム式のチャックであってもよい。

処理ユニット２は、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面に向けてリンス液を下方に吐出するリンス液ノズル１０と、リンス液供給源からのリンス液をリンス液ノズル１０に導くリンス液配管１１と、リンス液配管１１の内部を開閉するリンス液バルブ１２とを含む。リンス液は、たとえば、純水（脱イオン水：Ｄeionized water）である。リンス液は、純水に限らず、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水、および希釈濃度（たとえば、１０〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水のいずれかであってもよい。

処理ユニット２は、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面に向けて薬液を下方に吐出する薬液ノズル１３と、薬液供給ユニット３からの薬液を薬液ノズル１３に導く薬液配管（処理液配管）１６と、薬液ノズル１３に接続され、薬液ノズル１３と薬液供給ユニット３内の排気部に接続される排気配管１７とをさらに含む。薬液配管１６および排気配管１７については、後述する。

リンス液ノズル１０から吐出されたリンス液、および薬液ノズル１３から吐出された薬液（以後、両者を含めて、処理液とも称する）は、スピンチャック５により回転される基板Ｗに吐出されたのち、カップＣにより受け止められ、排液される。カップＣはスピンチャック５に保持されている基板Ｗの周囲を取り囲み、基板Ｗに吐出された処理液を受ける部材である。

処理ユニット２は、薬液ノズル１３がその先端に配置されたアーム１４、およびアーム１４を駆動するアーム駆動機構１５（駆動手段）とを含む。アーム１４は、基板側の一端に薬液ノズル１３が取り付けられ、他端がアーム駆動機構１５に接続される、水平方向に延びる部材である。アーム駆動機構１５は、アーム１４を鉛直な回転軸線Ａ２まわりに回転させるモータなどにより構成されている。アーム駆動機構１５を駆動させることにより、基板Ｗの中央上方を通過する水平面に沿って薬液ノズル１３を相対的に移動させる。またアーム駆動機構１５はアーム１４および薬液ノズル１３の高さ方向を変化させるアクチュエータなどを備えていてもよい。

図２は、本発明の実施形態に係る基板処理装置１の配管部分を示す模式図である。薬液ノズル１３は、流入口１３ａ、排気口１３ｂ、吐出口１３ｃを備える。薬液ノズル１３は、樹脂や金属で形成され、内部に流路が形成されている。本実施形態では、流入口１３ａは薬液ノズル１３の上部に形成され、直線的な流路により吐出口１３ｃと連通している。また流路の中央部にて流路と直交する方向に分岐し、排気口１３ｂに連通している。

薬液供給ユニット３は、工場から供給される薬液を、流量計３１および、処理液の開閉を行う処理液バルブとしての薬液バルブ３２を介して、薬液配管１６に流通させる。流量計３１および薬液バルブ３２は制御部９０により開閉が制御される。制御部９０が薬液バルブ３２を開くことにより、薬液は流量計３１および薬液バルブ３２を介して、薬液配管１６を通過して薬液ノズル１３の流入口１３ａに接続される。薬液ノズル１３の流入口１３ａに供給された薬液は、吐出口１３ｃから下方に向けて吐出される。

なお、薬液配管１６には、薬液の吐出量を調節するニードルバルブなどが接続されてもよいし、薬液バルブ３２の開度を調節することにより薬液の吐出量が調節される機能などが用いられてもよい。流量計３１が示す薬液の流量は制御部９０にフィードバックされ、制御部９０により薬液の流量が制御されてもよい。

工場から薬液配管１６に供給される薬液は、たとえば、硫酸、酢酸、硝酸、塩酸、フッ酸、アンモニア水、過酸化水素水、有機酸（たとえばクエン酸、蓚酸など）、有機アルカリ（たとえば、ＴＭＡＨ：テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなど）、有機溶剤（たとえば、ＩＰＡ：イソプロピルアルコールなど）、および界面活性剤、腐食防止剤の少なくとも１つを含む液である。

薬液供給ユニット３は、工場から供給されるドライエアを、ドライエアバルブ４１、およびコンバム４２を介するように、ドライエア配管４０に流通させる。コンバム４２は、排気バルブ４３を介して薬液ノズル１３の排気口１３ｂと接続される。ドライエアバルブ４１、および排気バルブ４３は制御部９０により開閉が制御される。制御部９０がドライエアバブル４１を開くことにより、ドライエアがコンバム４２を通過して排気部に流通する。これによりコンバム４２には負圧が発生する。この状態で、コンバム４２に接続している排気配管１７の排気バルブ４３を開くと、薬液ノズル１３の排気口１３ｂに負圧が発生し、薬液ノズル１３内の薬液が排気配管１７、およびコンバム４２を経由して、排気部に吸引される。

図３は、薬液ノズル１３から基板Ｗに向けて薬液Ｌを吐出している状態を示す図である。図示の都合上、薬液ノズル１３を断面図で書いているがハッチングを省略している。また図３では、薬液配管１６は機能として薬液を「供給」することを表し、実際に供給動作が行われていることを、薬液配管１６を太い実線で示している。また図３では、排気配管１７は機能として薬液を「吸引」することを表し、吸引機能が実行されていないことを、排気配管１７を細い実線にすることで示している。すなわち、図３に示す状態は、薬液配管１６を介して薬液Ｌが薬液ノズル１３に供給され、吸引口１３ｂからは吸引が行われていない状態を示している。

このように流入口１３ａに供給された薬液Ｌは、供給圧力および重力により流路内を流通し、吐出口１３ｃから吐出される。このとき、流路に直交する排気口１３ｂ方向には薬液Ｌは流通しない。

図４は、薬液ノズル１３から薬液Ｌの吐出を停止している状態を示す図である。制御部９０により薬液配管１６からの薬液の供給動作が停止される。その後（または同時に）、制御部９０により排気配管１７からの吸引動作が開始される。吸引動作が開始されると、薬液ノズル１３内の薬液Ｌは排気口１３ｂ方向に流通する。流入口１３ａからの供給が停止されているため、流入口１３ａから流路内における分岐部までの一部を除き、流路内の薬液Ｌは排気口１３ｂまたは吐出口１３ｃから排出される。

本発明の実施形態においては、少なくとも薬液ノズル１３が基板Ｗの上方に位置する状態で、薬液ノズル１３から薬液Ｌを吐出が行われない状態では、常に吸引動作が行われている。すなわち、制御部９０は図３に示す吐出状態が必要なタイミング以外は、常に図４に示す吸引状態を維持する。この吸引状態において、薬液ノズル１３は基板Ｗの中央上方を通過する水平面に沿って駆動される。

図５は、本発明の実施形態において、基板Ｗに対して薬液処理を行う場合に、制御部９０が行う制御フローである。まず、基板Ｗが図示しない搬送手段により、処理ユニット２に搬入される。このとき、薬液ノズル１３はカップＣよりも外側に退避している。そのため、搬送手段により基板ＷがカップＣ内のスピンチャックに挟持される時には、薬液ノズル１３は基板Ｗとは離間した位置に配置されている。

次に基板Ｗに対して薬液処理を開始する（ステップＳ１）。基板Ｗに対して薬液ノズル１３から薬液処理を行うためには、カップＣよりも外側にある薬液ノズルを基板Ｗの上方に移動させる必要がある。そのため、制御部９０は吸引動作を開始する（ステップＳ２）。具体的には、図２に示すドライエアバルブ４１、および排気バルブ４３を開くことにより、コンバム４２に負圧を発生させる。それにより、薬液ノズル１３の流路内が吸引された状態となる。

吸引動作を開始したのち、制御部９０はアームを駆動させる（ステップＳ３）。具体的には、制御部９０は図１のアーム駆動機構１５を駆動させることにより、アーム１４の先端の薬液ノズル１３を基板Ｗの上方を通過させながら、所定の処理位置（例えば基板Ｗの中央部の上方）に向けて移動させる。この間、薬液ノズル１３の流路内はコンバム４２の負圧により吸引されているため、薬液ノズル１３内の液が基板Ｗ上に落下することが抑制される。

例えば図２に示す薬液バルブ３２が故障した場合など、意図しないタイミングで薬液が薬液ノズル１３に流入する場合がある。このようなタイミングで薬液ノズル１３が基板Ｗの上方を通過した場合、薬液が基板Ｗ上に落下する。本発明の実施形態においては、基板Ｗ上を薬液ノズル１３が通過するタイミングでは薬液ノズル１３内部の流路が常に負圧に引かれているため、上述のような故障の場合においても、基板Ｗを保護することが可能となる。

次に、制御部９０は薬液ノズル１３が所定の吐出位置にあるかどうかを確認する（ステップＳ４）。薬液ノズル１３の位置は、具体的にはアーム駆動機構の回転角度により薬液ノズル１３の位置を特定される。これにより、薬液ノズル１３が所定の吐出位置になるまで、アーム駆動機構によりアームが駆動される。

薬液ノズル１３が所定の吐出位置（具体的には、基板Ｗの中央部の上方）まで駆動された事を確認すると、制御部９０は薬液の吐出を開始する（ステップＳ５）。具体的には、制御部９０は図２に示すドライエアバルブ４１を閉じることにより、コンバム４２を停止させる。また、排気バルブ４３を閉じ、かつ、薬液バルブ３２を開く。これにより、薬液ノズル１３の流入口に向けて薬液を供給する。薬液ノズル１３の流入口１３ａに流入した薬液は、吐出口１３ｃから基板Ｗに向けて吐出される。

所定の処理時間が経過したのち、制御部９０は薬液の吐出を停止させる（ステップＳ６）。具体的には、制御部９０は薬液ノズル３２を閉じ、かつ、排気バルブ４３を開ける。また、ドライエアバルブを開くことにより、コンバム４２を駆動する。これにより、薬液ノズル１３内の流路内に負圧を発生させる。排気口１３ｂに発生した負圧は、薬液ノズル１３の流路内の処理液を排気口１３ｂへ吸引する。これにより、前述のように薬液バルブ３２の故障などが発生した場合においても、基板Ｗへの薬液の落下を防止し、基板Ｗを保護することが可能となる。

吸引動作を開始したのち、制御部９０はアームを駆動させる（ステップＳ７）。具体的には、制御部９０は図１のアーム駆動機構１５を駆動させることにより、アーム１４の先端の薬液ノズル１３を基板Ｗの上方を通過させながら、カップＣの外側である退避位置に向けて移動させる。この間、前述と同様に薬液ノズル１３が吸引されているため、基板Ｗ上に薬液が落下することが抑制される。

薬液ノズルが退避位置に移動したことを確認したのち、制御部９０は吸引動作を停止し（ステップＳ８）、薬液処理動作が終了し、次のリンス処理などの動作に移行する（ステップＳ９）。

以上のように、少なくとも薬液ノズル１３が基板Ｗ上を通過する間、負圧状態となるようすることにより、基板Ｗに対して薬液が意図しないタイミングで落下すること抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明を行ったが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。図６は本発明の第１の変形例である薬液ノズル５３の断面を示す図である。

薬液ノズル５３は、上部に供給配管１６と接続される流入口５３ａを備える。そして薬液流路は、薬液ノズル内を下方に流下し、Ｔ字に分岐する。図示右方向に分岐した一方は途中で下方に曲がり、吐出口５３ｃにて開放される。また、左方向に分岐した他方は、排気口５３ｂにて排気配管１７に接続される。このように構成される薬液ノズル５３においては、より吸引動作をスムーズに行うことができるため、基板Ｗへの薬液の流下をより確実に抑制することができる。

また、図７は本発明の第２の変形例である薬液ノズル５４の断面を示す図である。薬液ノズル５４は、ノズル本体５５、および、カバー５６を備える。

ノズル本体５５の上部には供給配管１６と接続される流入口５４ａを備え、流路を経由してノズル本体５５の下部に形成される吐出口５４ｃから薬液を吐出する。排気口５４ｂは、ノズル本体５５の吐出口５４ｃよりもさらに下部の、カバー５６の側面に形成されている。排気口５４ｂに負圧が発生した状態では、吐出口５４ｃから意図せず流下された薬液が排気口５４ｂを介して吸引される。これにより上述の実施形態と同様に、基板Ｗへの薬液の流下を抑制することできる。

また、上述の実施形態や変形例では、薬液ノズルに対して基板Ｗへの落下を防止する説明を行ったがこれに限られるものではない。リンス液ノズル１０が薬液ノズル１３等のように吸引配管を備えてもよい。この場合は、リンス処理前後の基板Ｗへのリンス液の落下を防止することができる。

１・・・基板処理装置
２・・・処理ユニット
３・・・薬液供給ユニット
４・・・処理チャンバ
５・・・スピンチャック
６・・・スピンベース
７・・・挟持ピン
８・・・スピン軸
９・・・スピンモータ
１０・・・リンス液ノズル
１１・・・リンス液配管
１２・・・リンス液バルブ
１３・・・薬液ノズル
１３ａ・・・流入口
１３ｂ・・・排気口
１３ｃ・・・吐出口
１４・・・アーム
１５・・・アーム駆動機構
１６・・・薬液配管
１７・・・排気配管
３１・・・流量計
３２・・・薬液バルブ
４０・・・ドライエア配管
４１・・・ドライエアバルブ
４２・・・コンバム
４３・・・排気バルブ
５３・・・薬液ノズル
５３ａ・・・流入口
５３ｂ・・・排気口
５３ｃ・・・吐出口
９０・・・制御部

Claims (5)

1. 基板を保持するための基板保持ユニットと、
   前記基板を処理するための処理液を吐出する処理液ノズルと、
   前記処理液ノズルに接続され、処理液供給ユニットからの処理液を前記処理液ノズルに供給する処理液配管と、
   前記処理液配管の開閉を行う処理液バルブと、
   前記処理液ノズルに接続された排気配管と、
   前記排気配管の開閉を行う排気バルブと、
   前記処理液ノズルを前記基板の上方を経由して所定の位置に配置する駆動手段と、
   前記処理液バルブおよび排気バルブを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記駆動手段を用いて前記処理液ノズルを前記基板の上方である所定の処理位置に配置する間、前記処理液バルブを閉止し、かつ、前記排気バルブを開成することを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置において、前記制御部は前記駆動手段を用いて、前記処理液ノズルが前記基板と平面視において重複しない範囲である退避位置と、前記処理液ノズルが前記基板と平面視において重複する範囲である処理位置との間で前記処理液ノズルの配置を変更させることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１に記載の基板処理装置において、前記処理液ノズルは、前記処理液配管と接続される流入口と、
   前記流入口から吐出口に向けて流通させる流路と、
   当該流路における前記流入口と前記吐出口との途中で分岐し、前記排気配管と接続される排気口と、を備えることを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項１に記載の基板処理装置において、前記処理液ノズルは、前記処理液配管と接続される流入口と、
   前記処理液ノズル内において前記流入口から流入する処理液を吐出する吐出口と、
   前記処理液ノズル内において、前記吐出口から吐出された処理液を吸引する、前記排気配管と接続される排気口と、を備えることを特徴とする基板処理装置。
5. 基板に対して処理液ノズルから処理液を吐出し、処理を行う基板処理方法において、
   処理液ノズルを基板の上方に位置する状態で処理液を供給し、基板に吐出する吐出工程と、
   処理液ノズルが基板の上方に位置する状態で処理液ノズルへの処理液の供給を停止し、かつ、処理液ノズルに対して吸引動作を行う吸引工程と、
   を行うことを特徴とする基板処理方法。

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