JP2020031176A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の全面を短時間で洗浄することができるとともに、金属による汚染を防止できる。【解決手段】基板ホルダ１１に保持された基板Ｗを電動モータ１５で回転させながら、放電空間３１にプラズマを発生させ、プラズマにより放電空間３１に生成された活性種を樹脂製多孔板２１中の処理液に拡散させて、活性種の酸化作用により基板Ｗの上面を処理させる。樹脂製多孔板２１は、平面視で基板Ｗの全面を覆う大きさであるので、基板Ｗの全面を一度に処理できる。また、メッシュ状電極２３は、樹脂製多孔板２１の上面に配置されており、樹脂製多孔板２１に供給された処理液中に浸漬された状態にはならないので、メッシュ状電極２３の金属が処理液中に溶出することを抑制できる。したがって、基板Ｗの全面を短時間で洗浄することができるとともに、金属による汚染を防止できる。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ、液晶ディスプレイ用基板、プラズマディスプレイ用基板、有機ＥＬ用基板、ＦＥＤ(Field Emission Display)用基板、光ディスプレイ用基板、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、太陽電池用基板などの各種基板（以下、単に基板と称する）に対して、所定の処理を行う基板処理装置に係り、特に、大気圧下におけるプラズマの技術に関する。

従来、大気圧中においてプラズマを発生させる大気圧プラズマを用いて基板の表面を洗浄することが行われている。特に、基板の中でも半導体ウエハにおいては、微細化及び高集積化が進行し、これに伴って半導体ウエハの表面に導入されるプラズマダメージが問題となっている。プラズマダメージを回避して洗浄の効率を向上させるために液体中においてプラズマを発生させて液体中にイオンやラジカルを生成する液中プラズマと呼ばれる技術が研究されている。しかしながら、液中プラズマは、液中に配置した電極でプラズマを発生させるので、電極の腐食や、電極材料の液中への溶出が問題となる。また、電極間の局所領域にしかプラズマを発生させることができないので、半導体ウエハの全面への適用は困難である。そのため、半導体ウエハの全面にわたって確実にかつ効率的に洗浄できる技術が望まれている。

上述したような装置（第１の装置）として、ノズルと、媒体供給部と、一対の放電電極とを備えた表面洗浄装置がある（例えば、特許文献１参照）。ノズルは、水分子を含む気体または液体を洗浄媒体として供給する。媒体供給部は、ノズルの先端側に設けられた碍管を有する。一対の放電電極は、媒体供給部から碍管内を通って洗浄対象物へと供給される洗浄媒体に対してストリーマ状放電を発生させる。

放電電極間に交流高電圧を印加してストリーマ状放電を発生させ、これによりプラズマ化した洗浄媒体を洗浄対象物へ向けて吹き付けることにより、洗浄対象物の表面を洗浄する。これにより、半導体ウエハなどの洗浄対象物の表面を好適に洗浄できる。

また、上述したような装置（第２の装置）として、液体収容部と、気体収容部と、多孔質セラミックス部材と、線状電極と、円筒状電極とを備えたプラズマ発生装置がある（例えば、特許文献２参照）。液体収容部は、液体を収容し、気体収容部は、気体を収容する。多孔質セラミックス部材は、液体収容部と気体収容部とを隔てる。線状電極は、円筒状電極の内部に挿通され、これらが多孔質セラミックス部材で囲われた気体収容部に配置されている。

気体供給部に少なくとも酸素を含むガスを供給し、線状電極と円筒状電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させる。すると、オゾンあるいは酸素ラジカルを含んだガスが多孔質セラミックスの孔から微細気泡として液体収容部の液体中に拡散する。これにより、オゾンや各種のラジカルを発生させた後、これらが消滅する前に極めて短時間で効率的にそのオゾンや各種のラジカルを液体中に送り込むことができる。

特開２００６−２５３４９５号公報 特許第５４３１５３７号公報

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の第１の装置は、放電電極間で生成されたラジカルやイオンが洗浄対象物に到達する前に消滅する恐れがある。また、ストリーマ状放電であるので、半導体ウエハの全面を洗浄しようとすると、非常に時間がかかってスループットが悪いという問題がある。

また、第２の装置は、生成したオゾンやラジカルが消滅する前に、それらを液体中に拡散させることにより、オゾンやラジカルの濃度を高めた洗浄液で洗浄するが、多孔質セラミックスを構成する金属が液体中に溶出するので、半導体ウエハの洗浄では汚染の原因となる問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、基板の全面を短時間で洗浄することができるとともに、金属による汚染を防止できる基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、基板を処理する基板処理装置において、基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダを回転させる回転手段と、前記基板ホルダに保持された基板の上部に配置され、平面視で前記基板の全面を覆う大きさを有する樹脂製多孔板と、前記樹脂製多孔板の上面に配置されたメッシュ状電極と、前記メッシュ状電極から上方に放電空間だけ離間して配置された板状電極と、前記放電空間に貫通するように前記板状電極の中央に形成され、前記樹脂製多孔板に処理液を供給する処理液供給口と、前記放電空間にガスを導入するガス導入口と、前記板状電極と前記メッシュ状電極との間に電圧を印加して、前記放電空間にプラズマを発生させるプラズマ電源と、を備え、前記樹脂製多孔板の下面と前記基板の上面との間を処理液で満たした状態で、前記回転手段で前記基板を回転させながら、前記放電空間にプラズマを発生させ、プラズマにより前記放電空間に生成された活性種を前記樹脂製多孔板中の処理液に拡散させて、前記基板の上面を処理させることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、基板ホルダに保持された基板を回転手段で回転させながら、放電空間にプラズマを発生させ、プラズマにより放電空間に生成されたイオンやオゾンなどの活性種を樹脂製多孔板中の処理液に拡散させて、活性種の酸化作用により基板の上面を処理させる。樹脂製多孔板は、平面視で基板の全面を覆う大きさであるので、基板の全面を一度に処理できる。また、メッシュ状電極は、樹脂製多孔板の上面に配置されており、樹脂製多孔板に供給された処理液中に浸漬された状態にはならないので、メッシュ状電極の金属が処理液中に溶出することを抑制できる。したがって、基板の全面を短時間で洗浄することができるとともに、金属による汚染を防止できる。

また、本発明において、前記樹脂製多孔板は、前記基板側に親水性フィルタを積層して備え、前記メッシュ状電極側に疎水性フィルタを積層して備えていることが好ましい（請求項２）。

親水性フィルタにより、基板の上面全面と樹脂製多孔板の下面全面との間に処理液を満たすことができるので、基板の上面全面における処理の均一性を向上できる。また、疎水性フィルタにより、放電空間側における処理液の表面積が大きくなるので、プラズマによる生成された活性種を効率的に樹脂製多孔板中の処理液に溶解・拡散させることができる。

また、本発明において、前記ガス導入口は、前記処理液供給口と同軸で前記処理液供給口の外周側に形成され、下方及び側方に向けてガスを導入することが好ましい（請求項３）。

ガス導入口は、下方及び側方に向けてガスを導入するので、側方に広がっている放電空間の全体にわたってガスを行き渡らせることができる。したがって、放電空間の全体でプラズマによる活性種の生成を均等に行わせることができる。その結果、基板の全面にわたって処理を均一に行わせることができる。

また、本発明において、前記放電空間は、圧力を調整するための調圧バルブを備え、前記放電空間の圧力が高まった場合には前記調圧バルブで圧力を減じることが好ましい（請求項４）。

放電空間の圧力が高まると放電効率が低下するので、調圧バルブで圧力を減じることで、放電効率を維持することができる。したがって、プラズマの発生効率の低下を抑制できる。

また、本発明において、前記プラズマ電源は、高周波電圧またはパルス電圧を前記電圧として出力することが好ましい（請求項５）。

プラズマ電源が高周波電圧またはパルス電圧を放電空間に印加することにより、効率的にプラズマを発生させることができる。

本発明に係る基板処理装置によれば、基板ホルダに保持された基板を回転手段で回転させながら、放電空間にプラズマを発生させ、プラズマにより放電空間に生成されたイオンやオゾンなどの活性種を樹脂製多孔板中の処理液に拡散させて、活性種の酸化作用により基板の上面を処理させる。樹脂製多孔板は、平面視で基板の全面を覆う大きさであるので、基板の全面を一度に処理できる。また、メッシュ状電極は、樹脂製多孔板の上面に配置されており、樹脂製多孔板に供給された処理液中に浸漬された状態にはならないので、メッシュ状電極の金属が処理液中に溶出することを抑制できる。したがって、基板の全面を短時間で洗浄することができるとともに、金属による汚染を防止できる。

実施例に係る基板処理装置の全体構成を示す概略構成図である。 要部の一部を拡大した示した縦断面図である。 メッシュ状電極の平面図である。 樹脂製多孔板の平面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明する。
図１は、実施例に係る基板処理装置の全体構成を示す概略構成図であり、図２は、要部の一部を拡大した示した縦断面図である。

本実施例に係る基板処理装置は、円形状の基板Ｗを一枚ずつ処理する、いわゆる枚葉式の基板処理装置である。この基板処理装置では、例えば、基板Ｗの上面に対して洗浄処理を施す。

この基板処理装置は、保持部１と、処理ユニット３、供給部５と、プラズマ電源７と、制御部９とを備えている。

保持部１は、基板ホルダ１１と、回転軸１３と、電動モータ１５と、排液回収カップ１７とを備えている。基板ホルダ１１は、平面視で基板Ｗとほぼ同じ直径を有し、処理対象の基板Ｗが載置される。基板ホルダ１１は、例えば、真空吸引したり、基板Ｗの周縁を当接支持したりして基板Ｗを水平姿勢で保持する。回転軸１３は、上端が基板ホルダ１１の下面中心部に連結され、下端が電動モータ１５の回転軸に連結されている。電動モータ１５は、回転軸を縦方向に備え、回転中心Ｐ回りに基板ホルダ１１を回転させる。

なお、上述した回転軸１３及び電動モータ１５が本発明における「回転手段」に相当する。

処理ユニット３は、カバー１９と、樹脂製多孔板２１と、メッシュ状電極２３と、板状電極２５と、処理液供給管２７と、ガス導入管２９とを備えている。カバー１９は、平面視で円形状を呈する筒状体である。カバー１９は、内部の下部に樹脂製多孔板２１が取り付けられている。処理ユニット３は、後述する保持部１に対して、図示しない移動機構によって移動される。その移動位置は、図１に示す処理位置と、処理位置から側方に離れた待機位置との少なくとも二箇所である。

樹脂製多孔板２１は、樹脂製の多孔質部材を積層して構成されている。樹脂製多孔板２１は、その下面が、カバー１９の下端面とほぼ一致するようにカバー１９の内部に取り付けられている。樹脂製多孔板２１は、具体的には、図２に示すように、親水性フィルタを積層して構成された下部フィルタ２１ａと、疎水性フィルタを積層して構成された上部フィルタ２１ｂとから構成されている。

下部フィルタ２１ａは、親水性フィルタとして、例えば、樹脂製の親水性メンブレンフィルタを積層して構成されている。下部フィルタ２１ａは、例えば、１０〜１００μｍの厚さで、孔径が０．１〜１．０μｍの大きさの親水性メンブレンフィルタを１０枚積層して構成されている。また、上部フィルタ２１ｂは、疎水性フィルタとして、例えば、樹脂製の疎水性メンブレンフィルタを積層して構成されている。上部フィルタ２１ｂは、例えば、１０〜１００μｍの厚さで、孔径が０．１〜１．０μｍの大きさの疎水性メンブレンフィルタを１０枚積層して構成されている。

樹脂製多孔板２１は、その上面、つまり、上部フィルタ２１ｂの上面に、メッシュ状電極２３が取り付けられている。メッシュ状電極２３は、例えば、電極太さが１〜２ｍｍ程度であり、網目に相当する電極間隔が０．０６〜０．１ｍｍである。

板状電極２５は、カバー１９の天井面を構成している。板状電極２５は、その下面と、メッシュ状電極２３の上面とが所定距離だけ離間して設けられている。板状電極２５は、例えば、厚さが２ｍｍ程度である。上記の所定距離は、例えば、１〜１０ｍｍ程度である。この所定距離により、カバー１９と、板状電極２５と、メッシュ状電極２３とで形成される空間が放電空間３１である。放電空間３１は、例えば、１〜１０ｍｍ程度の高さを有する。

平面視における板状電極２５の中央には、供給口３３が形成されている。この供給口３３には、処理液供給管２７の一端側が挿通されている。その一端側は、放電空間３１を貫通して樹脂製多孔板２１の下面近くである、下部フィルタ２１ａの内部に位置されて開口している。処理液供給管２７の他端側は、供給部５に接続されている。具体的には、供給部５の処理液供給源３５に連通接続されている。処理液供給管２７は、制御弁３７を備えている。この制御弁３７は、処理液供給管２７における処理液の流通を操作する。処理液供給源２７は、例えば、純水を貯留し、これを処理液供給管２７に供給する。

なお、上述した供給口３３が本発明における「処理液供給口」に相当する。

供給口３３には、ガス導入管２９の一端側が取り付けられている。具体的には、ガス導入管２９は、処理液供給管２７の外周面を覆うように、供給口３３及び処理液供給管２７と同軸で供給口３３の外周側に配置されている。ガス導入管２９の下端は、処理液供給管２７の下端よりも上方に位置している。ガス導入管２９の下端部には、処理液供給管２７の外周面に沿って形成された下方孔２９ａと、処理液供給管２７の外周面から側方に向かう側方孔２９ｂとが形成されている。下方孔２９ａと側方孔２９ｂとは、放電空間３１に連通接続されている。下方孔２９ａは、放電空間３１の底面に向かってガスを供給し、側方孔２９ｂは、放電空間３１の側面及び底面に向かってガスを供給する。換言すると、ガス導入管２９は、下端部において放電空間３１の下方及び側方に向けてガスを導入する。ガス導入管２９の他端側は、供給部５のガス供給源３９に連通接続されている。ガス導入管２９は、制御弁４１が取り付けられている。制御弁４１は、ガス導入管２９におけるガスの流通を操作する。ガス供給源３９は、例えば、アルゴンを貯留し、これをガス導入管２９に供給する。ガス供給源３９は、アルゴンに代えて、ヘリウム、Ｈ_２Ｎ_２（フォーミングガス）、反応性ガスの酸素、水素、水蒸気を供給するようにしてもよい。その際には、それぞれを単独で供給してもよく、水蒸気と混合させて供給してもよい。

なお、上述したガス導入管２９と、下方孔２９ａと側方孔２９ｂとが本発明における「ガス導入口」に相当する。

上述したメッシュ状電極２３と板状電極２５とには、プラズマ電源７が電気的に接続されている。プラズマ電源７は、高周波電力またはパルス電圧を出力する。具体的には、例えば、パルス電圧の場合、１０〜１００ｋＨｚの周波数で、０．１〜２０ｋＶの電圧が好ましい。また、高周波電力の場合には、２ＭＨｚ程度の以上の周波数で、０．１〜１０ｋＷの電力が好ましい。

保持部１の周囲には、平面視環状の排液回収カップ１７が配置されている。排液回収カップ１７は、基板Ｗの上面に供給されて周囲に排出された処理液を回収するとともに、図示しない排液処理部に処理液を流下させる。

上述した処理ユニット３は、調圧バルブ４３を備えている。この調圧バルブ４３は、放電空間３１に連通接続された調圧管４５に取り付けられている。調圧バルブ４３は、通常は閉止されているが、放電空間３１の圧力が高くなった際に開放され、放電空間３１の圧力をほぼ一定に保つために操作される。

上述した処理ユニット３の移動、電動モータ１５の回転駆動、制御弁３７，４１の開閉、調圧バルブ４３の開閉は、制御部９によって統括的に制御される。制御部９は、ＣＰＵやメモリなどを備え、予め設定されている洗浄処理条件（洗浄時間や回転数、プラズマの生成条件など）に応じて各部を操作する。

次に、上述した構成の基板処理装置による基板Ｗの処理について説明する。なお、調圧バルブ４３は閉止された状態である。

制御部９は、処理対象の基板Ｗを基板ホルダ１１に載置するために、処理ユニット３を待機位置に移動させる。その状態で、基板Ｗの処理面を上面にした姿勢で、基板ホルダ１１に基板Ｗを載置させる。そして、制御部９は、図１に示す処理位置に処理ユニット３を下降させる。

次いで、制御部９は、制御弁３７を開放させて処理液を処理液供給管２７から供給させる。これにより、樹脂製多孔板２１内に処理液が貯留される。また、樹脂製多孔板２１は、下部フィルタ２１ａが親水性であるので、処理液が基板Ｗの上面全面と樹脂製多孔板２１の下面全面との間に処理液を密に満たすことができる。なお、満たされた処理液のうちの過剰分は、基板Ｗの外周縁から排液回収カップ１７に回収される。メッシュ状電極２３は、樹脂製多孔板２１の上面に配置されており、しかも、樹脂製多孔板２１の上部は疎水性の上部フィルタ２１ｂであるので、処理液が密に満たされることがなく、メッシュ状電極２３は、樹脂製多孔板２１に供給された処理液中に浸漬された状態にはならない。

制御部９は、処理液の供給前に、あるいは処理液の供給とともに、または処理液の供給後に、制御弁４１を開放させてガスを放電空間３１に供給する。ガスは、図２に示すように下方孔２９ａ及び側方孔２９ｂから放電空間に供給される。その際の供給圧力は、０．１〜０．４ＭＰａであることが好ましい。このガスの供給により、放電空間にはアルゴンガスが充満するが、所定圧力を超えた場合には、制御部９は、調圧バルブ４３を開放して圧力のさらなる上昇を防止する。

制御部９は、プラズマ電源７を作動させてメッシュ状電極２３と板状電極２５との間に電圧を印加する。これにより、放電空間３１中にプラズマが発生する。このプラズマ中では、ＯラジカルやＯＨラジカル、Ｏイオンやオゾン等の活性種が生成される。放電空間３１の底面にある樹脂製多孔板２１の上部フィルタ２１ｂは、疎水性であり、放電空間３１側における処理液の表面積が大きくなる。そのため、放電空間３１で生成された活性種は、効率的に樹脂製多孔板２１中の処理液に溶解・拡散される。

この状態で制御部９は、電動モータ１５を駆動させて基板Ｗを処理ユニット３に対して回転させる。すると、活性種を含んだ処理液が基板Ｗの上面に供給され、基板Ｗの外周縁から側方に処理液が排出される。このとき、活性種による酸化作用により、基板Ｗの上面に対して有機物の分解・除去が行われる。この状態を予め決められた処理時間だけ維持すると、基板Ｗの上面に対する洗浄処理が終了する。

処理時間が経過すると、制御部９は、処理ユニット３を待機位置に移動させ、電動モータ１５の駆動を停止させる。そして、基板Ｗの回転により振り切り乾燥させた後、処理済みの基板Ｗを基板ホルダ１１から搬出させる。

本実施例によると、基板ホルダ１１に保持された基板Ｗを電動モータ１５で回転させながら、放電空間３１にプラズマを発生させ、プラズマにより放電空間３１に生成された活性種を樹脂製多孔板２１中の処理液に拡散させて、活性種の酸化作用により基板Ｗの上面を処理させる。樹脂製多孔板２１は、平面視で基板Ｗの全面を覆う大きさであるので、基板Ｗの全面を一度に処理できる。また、メッシュ状電極２３は、樹脂製多孔板２１の上面に配置されており、樹脂製多孔板２１に供給された処理液中に浸漬された状態にはならないので、メッシュ状電極２３の金属が処理液中に溶出することを抑制できる。したがって、基板Ｗの全面を短時間で洗浄することができるとともに、金属による汚染を防止できる。

また、ガス導入管２９が下方孔２９ａと側方孔２９ｂとを備え、下方及び側方に向けてガスを導入するので、側方に広がっている放電空間３１の全体にわたってガスを行き渡らせることができる。したがって、放電空間３１の全体でプラズマによる活性種の生成を均等に行わせることができる。その結果、基板Ｗの全面にわたって処理を均一に行わせることができる。

また、放電空間３１の圧力が高まると放電効率が低下するので、調圧バルブ４３で圧力を減じることで、放電空間３１における放電効率を維持することができる。したがって、プラズマの発生効率の低下を抑制できる。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、樹脂製多孔板２１の上部を疎水性フィルタで構成し、下部を親水性フィルタで構成したが、本発明はこのような構成に限定されない。

（２）上述した実施例では、ガス導入管２９と処理液供給管２７とを同軸で構成したが、本発明は同軸での構成を必須とするものではない。また、ガス導入管２９は、下方孔２９ａと側方孔２９ｂとを備えているが、放電空間３１にガスを行き渡らせることができるならば、このような構成に限定されない。

（３）上述した実施例では、調圧バルブ４３を備えているが、本発明はこの構成を必須とするものではない。

（４）上述した実施例では、基板ホルダ１１、カバー１９、メッシュ状電極２３、板状電極２５などが円形状の基板Ｗの形状に合わせた円形状を呈するが、本発明はこのような形状に限定されない。

Ｗ … 基板
１ … 保持部
３ … 処理ユニット
５ … 供給部
７ … プラズマ電源
９ … 制御部
１１ … 基板ホルダ
１５ … 電動モータ
１７ … 排液回収カップ
１９ … カバー
２１ … 樹脂製多孔板
２１ａ … 下部フィルタ
２１ｂ … 上部フィルタ
２３ … メッシュ状電極
２５ … 板状電極
２７ … 処理液供給管
２９ … ガス導入管
２９ａ … 下方孔
２９ｂ … 側方孔
３１ … 放電空間
３３ … 供給口
３５ … 処理液供給源
３７，４１ … 制御弁
３９ … ガス供給源
４３ … 調圧バルブ

Claims (5)

1. 基板を処理する基板処理装置において、
   基板を保持する基板ホルダと、
   前記基板ホルダを回転させる回転手段と、
   前記基板ホルダに保持された基板の上部に配置され、平面視で前記基板の全面を覆う大きさを有する樹脂製多孔板と、
   前記樹脂製多孔板の上面に配置されたメッシュ状電極と、
   前記メッシュ状電極から上方に放電空間だけ離間して配置された板状電極と、
   前記放電空間に貫通するように前記板状電極の中央に形成され、前記樹脂製多孔板に処理液を供給する処理液供給口と、
   前記放電空間にガスを導入するガス導入口と、
   前記板状電極と前記メッシュ状電極との間に電圧を印加して、前記放電空間にプラズマを発生させるプラズマ電源と、
   を備え、
   前記樹脂製多孔板の下面と前記基板の上面との間を処理液で満たした状態で、前記回転手段で前記基板を回転させながら、前記放電空間にプラズマを発生させ、プラズマにより前記放電空間に生成された活性種を前記樹脂製多孔板中の処理液に拡散させて、前記基板の上面を処理させ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、
   前記樹脂製多孔板は、前記基板側に親水性フィルタを積層して備え、前記メッシュ状電極側に疎水性フィルタを積層して備えていることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または２に記載の基板処理装置において、
   前記ガス導入口は、前記処理液供給口と同軸で前記処理液供給口の外周側に形成され、下方及び側方に向けてガスを導入することを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の基板処理装置において、
   前記放電空間は、圧力を調整するための調圧バルブを備え、
   前記放電空間の圧力が高まった場合には前記調圧バルブで圧力を減じることを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の基板処理装置において、
   前記プラズマ電源は、高周波電力またはパルス電圧を前記電圧として出力することを特徴とする基板処理装置。

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