JP2794354B2

JP2794354B2 - 処理装置

Info

Publication number: JP2794354B2
Application number: JP28732391A
Authority: JP
Inventors: 英一白川; 昭信衛藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1991-10-08
Filing date: 1991-10-08
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JPH05102023A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は処理装置に関するもの
で、更に詳細には、例えば半導体ウエハ等の被処理体の
処理部に処理ガスを供給し、半導体ウエハの表面を処理
する処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、被処理体例えば半導体ウエハ等
の表面にフォトレジスト層等を形成する場合、その固着
を良好にするため、半導体ウエハ表面は、ヘキサメチル
ジシラザン（以下ＨＭＤＳという）により前処理が行わ
れる。この前処理の際、処理液収容部内の処理液は、気
化装置によって気化され、気相として半導体ウエハを収
容する処理部に供給され、ここで半導体ウエハの表面に
付着する。

【０００３】従来のこの種の処理装置は、図５に示すよ
うに、例えばキャリアガスである窒素（Ｎ2 ）ガスを供
給するＮ2 ガス供給管ｃと処理室ｅへ処理ガスを供給す
る供給管ｄとを接続する処理液収容部ａ内にバブラーｂ
を配設した構造となっている。このように構成される処
理装置において、バブラーｂにより発生されたＮ2 の泡
によってＨＭＤＳのガスが生成され、このＨＭＤＳガス
が供給管ｄを通って処理室ｅへ供給される。そして、処
理室ｅ内の案内通路ｆに案内されて拡散板ｇの拡散孔ｈ
から加熱載置台ｉ上のウエハＷに噴射される。この場
合、処理室ｅは排気管ｊを介してエゼクタｋに接続さ
れ、駆動用の圧力空気を駆動空気供給管ｍからエゼクタ
ｋに供給することによって、処理室ｅ内は負圧に維持さ
れるようになっている。なお、図５において、ｎ，ｏは
開閉バルブである。

【０００４】ところで、従来のこの種の処理装置におい
ては、処理液収容部ａ内においてＮ2 の泡が液面ではじ
けると、液滴が生じ、処理液収容部ａから処理室ｅへ通
じる供給管ｄ内で結露してしまうという問題があった。

【０００５】そこで、このことを防止するため、従来で
はこの処理液収容部ａと処理室ｅとを接続する供給管ｄ
に別のＮ2 供給用配管ｐを接続して、それにより供給管
ｄ内におけるＨＭＤＳガスを希釈して、供給管ｄ内の結
露を防止している。

【０００６】また、従来では、処理室に供給されるＨＭ
ＤＳガスの濃度を制御するためには、マイクロディスペ
ンサ又はマスフローコントローラが使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種の処理装置においては、供給管ｄに別途Ｎ2 ガス
供給用配管ｐを接続しなければならず、しかもＮ2 ガス
の供給量やＨＭＤＳガスの量等を制御する必要があるた
め、配管構造及び制御機器等が複雑かつ多く必要とな
り、しかも十分な結露防止ができないという問題があっ
た。また、結露した液滴が処理室ｅ内に侵入すると、ウ
エハＷに付着してしまい、そのためウエハＷの品質の低
下をきたすという問題もあった。更に、マイクロディス
ペンサやマスフローコントローラ等によって処理液の量
を制御するものにおいては装置が複雑になると共に、高
価になるという問題があった。

【０００８】この発明は上記事情に鑑みなされたもの
で、配管構造が簡略化し、被処理体処理室に供給される
処理液ガスの濃度を正確かつ確実に制御できるようにし
た処理装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の処理装置は、被処理体処理部と、処理液
収容部と、処理液気化部とを具備する処理装置におい
て、上記処理液気化部に超音波振動子を設け、またこの
超音波振動子に所定量の処理液を供給する処理液供給手
段を設けると共に、上記超音波振動子に液量検出手段を
接続し、この液量検出手段の出力によって上記処理液供
給手段の処理液供給を制御することを特徴とするもので
ある。

【００１０】この発明において、上記超音波振動子は、
電気信号→振動及び振動→電気信号の可逆的な変換器で
あるという性質を利用して、気化手段にセンサの機能を
受持たせたものである。この場合、超音波振動子は、電
気信号による駆動により振動を生じると共に、振動子に
加わった力又は衝撃によって電気信号を生じるものであ
って、例えば圧電素子によって形成することができる。
また、場合によっては磁歪素子を使用することもでき
る。

【００１１】上記処理液供給手段は、超音波振動子に所
定量の処理液を供給するものであれば任意のものでよ
く、例えば所定の口径を有する滴下ノズルを有し、この
ノズルから滴下する処理液の供給を制御する開閉弁を有
するものを使用することができる。所定の口径ノズルか
ら滴下する滴液の大きさはほぼ一定であるという性質を
利用して、液量検出手段は、液滴により超音波振動子か
ら生じるパルス信号を計数するカウンタにて形成するこ
とができる。このカウンタの計数値に基いて処理液供給
手段に設けられた弁を開閉すれば、処理液供給量が制御
できる。

【００１２】

【作用】上記のように構成されるこの発明の処理装置に
よれば、処理液収容装置内の処理液は、滴下ノズルを介
して超音波振動子上に滴下される。この液滴の滴下は、
振動子の端子電圧の監視により検出できる。滴下の衝撃
により生じるパルス信号を計数して液滴の個数を検出
し、所望の個数が計数された時に弁を閉じれば、所望の
処理液供給量が得られる。

【００１３】超音波振動子は、供給された電気信号によ
り振動し、滴下された処理液を微細な液滴にする。液滴
が微細である程、その表面積比（液量あたりの表面積の
大きさ）は大きくなるので、処理液は蒸発し易くなる。
また、微細な液滴は配管内で結露し難い。蒸発した処理
液は、所望の濃度で供給管を介して被処理体処理室内に
供給され、ここで被処理体表面の処理に供される。

【００１４】

【実施例】以下にこの発明の実施例について詳細に説明
する。この実施例ではこの発明の処理装置を半導体ウエ
ハ前処理装置に適用した場合について説明する。

【００１５】図１にはこの発明の処理装置を適用した半
導体ウエハ前処理装置の概略構成図が示されている。

【００１６】半導体ウエハ前処理装置は被処理体例えば
半導体ウエハＷ（以下にウエハという）を収容する被処
理体処理部１と、処理液気化部である処理液気化装置２
とを供給管３を介して接続してなり、処理液気化装置２
で気化された処理ガスすなわちＨＭＤＳガスを供給管３
により処理部１内に供給して、他の処理の前工程として
ウエハＷの表面の前処理を行うように構成されている。

【００１７】この場合、処理部１のチャンバ１ａ内に
は、ウエハＷが加熱機構（図示せず）を内蔵した載置台
４に載置されて収容されており、載置台４の上方には、
多数の拡散孔５を設けた拡散板６と例えばコーン形状を
したＨＭＤＳガスの案内通路７が設けられている。な
お、チャンバ１ａの上部には開閉可能な蓋１ｂが装着さ
れており、この蓋１ｂの開閉によってウエハＷのチャン
バ１ａ内への出入れが可能となっている。また、処理部
１の底部には、チャンバ１ａ内を排気及び処理後のガス
を排気するための排気管２０が接続されている。排気管
２０にはチャンバ１ａ内を負圧に吸引するためのエゼク
タ２１（空気圧式真空装置）が設けられており、エゼク
タ２１には駆動用の圧力空気を供給する駆動空気供給管
２２が接続されている。なお、排気管２０及び駆動空気
供給管２２にはそれぞれ開閉バルブ２３，２４が設けら
れている。また、ＨＭＤＳガス供給管３には、供給管３
を吸気系に切換接続するための切換バルブ２５が設けら
れている。

【００１８】一方、処理液気化装置２は、上記供給管３
及びＮ2 ガス供給用配管８を接続する気化室９内に配置
される処理液気化手段である超音波振動子１０と、この
超音波振動子１０に処理液（ＨＭＤＳ液）を供給するた
めの処理液供給用配管１１を介して接続されたＨＭＤＳ
液１２を収容する処理液収容部１３とを具備している。
この場合、超音波振動子１０は気化室９の外部に配置さ
れるドライバ１４（超音波発振器）の駆動によって振動
するようになっている。なおこの場合、超音波振動子１
０は例えば圧電素子又は磁歪素子にて形成され、ドライ
バ１４からの電気信号によって駆動でき、かつ電気信号
の制御によってその振動出力が制御できるようになって
いる。また、超音波振動子１０の接続端子にはドライバ
１４の他に液量検出手段である液量検出器１５が接続さ
れている。この液量検出器１５は、図２に示すように、
超音波振動子１０上に滴下した液滴によって振動子に生
じる衝撃波形状の電気信号を増幅する増幅器１５ａと、
この増幅器１５ａの出力電圧波形のうち、ある電圧値を
越えるものだけをパルス波形に変換する比較器１５ｂ
と、比較器１５ｂのパルス波形群を液滴１個に対応した
１つのパルス波形に変換するモノマルチバイブレータ１
５ｃと、モノマルチバイブレータ１５ｃの出力信号をカ
ウントし液滴数設定部１５ｅを有する計数カウンタ１５
ｄ及び検出信号をドライバ１４と後述する制御部１８へ
送る出力部１５ｆとで構成されている。

【００１９】なお、Ｎ2 ガス供給用配管８には流量計８
ａが配設されてＮ2 ガスの供給量を管理できるようにな
っている。また、気化室９の外周には温度調整手段９ａ
が配設されて、気化室９内の温度が例えば２２℃に保持
されている。

【００２０】一方、超音波振動子１０の上方側の気化室
９の天井部には、開閉弁１６を介して処理液供給用配管
１１に接続する処理液供給手段である滴下ノズル１７が
貫通して取付けられており、この滴下ノズル１７から所
定量のＨＭＤＳ液が超音波振動子１０上に滴下されるよ
うになっている。この場合、開閉弁１６は、制御部１８
からの指令により開閉して滴下ノズル１７からのＨＭＤ
Ｓ液の供給量を制御することができる。制御部１８は上
記液量検出器１５からの信号を受けて、その指令信号を
開閉弁１６に伝達するようになっている。

【００２１】上記のように構成される半導体ウエハ前処
理装置において、超音波振動子１０をドライバ１４の駆
動によって振動させ、処理液収容部１３内のＨＭＤＳ液
１２を滴下ノズル１７から超音波振動子１０上に滴下す
ると、ＨＭＤＳ液は、その振動によって微細な液滴とな
り、気化室９内で気化する。そして、気化されたＨＭＤ
Ｓガスは供給管３を流れて被処理体処理部１の案内通路
７中の拡散板６の拡散孔５を通ってウエハＷの表面に均
一に拡散されて塗布される。このとき、ＨＭＤＳガスを
処理部１に供給するときには、開閉バルブ２３，２４を
開いて、エゼクタ２１に駆動空気供給管２２から駆動用
の圧力空気を送り、エゼクタ２１により処理部１のチャ
ンバ１ａ等の雰囲気を吸引排気して減圧する。そして、
ＨＭＤＳが混入したＮ2 ガスが処理部１に供給された
後、開閉バルブ２４を閉じてエゼクタ２１を止め、Ｎ2
ガスの陽圧により気相化したＨＭＤＳを圧送し、通常の
ＨＭＤＳ処理状態とする。

【００２２】処理部１のチャンバ１ａ内に供給された気
相状態のＨＭＤＳは加熱されたウエハＷに吹き付けら
れ、ウエハＷの表面が疎水化処理される。これにより、
後述のフォトレジスト液塗布工程におけるフォトレジス
トとウエハＷとの密着性・固着性が向上する。しかも、
超音波振動子により形成される液滴は微細なので、配管
内の結露が生じ難く、被処理体表面に処理液の液滴が付
着することがないので、被処理体の品質の低下をきたす
ことがないなどの優れた効果を有する。

【００２３】また、液滴ノズル１７から超音波振動子１
０上にＨＭＤＳ液の液滴が滴下する時に発生する現象か
ら供給液量を検出する場合には、以下のようにして検出
することができる。

【００２４】すなわち、図２及び図３のタイミングチャ
ートを参照して説明すると、まず、タイマが作動して開
閉弁１６が開き、ＨＭＤＳ液の液滴が滴下されると（図
３Ａ，Ａ′，Ｂ参照）、その衝撃によって超音波振動子
１０の端子（図示せず）に電圧が生じる。この電圧は増
幅器１５ａで増幅され、比較器１５ｂで指定された電圧
よりも大きいときのみ論理“１”となるパルス波形に変
換された後（図３Ｃ，Ｄ参照）、モノマルチバイブレー
タ１５ｃによって液滴１個に対応した１つのパルス波形
に変換される（図３Ｅ参照）。そして、計数カウンタ１
５ｄによって滴下数が計数され、供給液量が検出される
（図３Ｆ参照）。所定の供給液量になったことが検出さ
れると、その信号αは制御部１８及びドライバ１４へ送
られ、開閉弁１６が閉じ、ＨＭＤＳ液の供給が停止され
る。したがって、ＨＭＤＳ液の供給量が制御できる。こ
のようにＨＭＤＳ液の供給量を検出するには、ドライバ
１４を停止した状態で行うが、必ずしもドライバ１４は
停止させる必要はなく、ドライバ１４を駆動させた状態
で供給液量を検出することもできる。例えば、液量検出
器１５の回路中に駆動用の超音波信号付近の周波数を除
去するフィルタ（図示せず）を設けることによってＨＭ
ＤＳ液の液滴によって発生した電気信号を検出すること
ができる。また、ＨＭＤＳ液の供給量は上記以外にも、
例えばスペクトル弁別等の方法によっても検出すること
ができる。

【００２５】上記のように構成される半導体ウエハ前処
理装置は具体的には、図４に示す半導体ウエハ処理装置
の一部に組込まれて使用される。すなわち、処理装置
は、ウエハＷに種々の処理を施す処理機構が配設された
処理機構ユニット３０と、処理機構ユニット３０にウエ
ハＷを搬入・搬出するための搬入・搬出機構３１とから
主に構成されている。

【００２６】搬入・搬出機構３１は、処理前のウエハＷ
を収納するウエハキャリア３２と、処理後のウエハＷを
収納するウエハキャリア３３と、ウエハＷを吸着保持す
るアーム３４と、このアーム３４をＸ方向、Ｙ方向及び
θ方向にそれぞれ移動させるためのＸ方向移動機構３
５、Ｙ方向移動機構３６及びθ方向移動機構３７と、処
理機構ユニット３０との間でウエハＷの受け渡しがなさ
れる載置台３８とを備えている。また、処理機構ユニッ
ト３０には、ウエハＷとレジスト膜との密着性を向上さ
せるための前処理を行うこの発明の処理装置である前処
理機構１（具体的には被処理体処理部）と、ウエハＷの
上面にレジスト液を塗布する塗布機構３９ａ，３９ｂ
と、塗布機構３９ａ，３９ｂでレジスト液を塗布する前
のウエハＷを冷却して、所定温度に調整するための冷却
機構４０と、ウエハＷに塗布されたレジスト膜中に残存
する溶剤を蒸発させるための加熱処理を行うベーク機構
４１とからなる処理機構が設けられている。また、処理
機構ユニット３０には、上記の各処理機構１，３９ａ〜
４１にウエハＷの搬入及び搬出を行うためのアーム４２
ａを有する搬送機構４２が搬送路４３に沿って移動可能
に配設されている。

【００２７】上記のように構成される処理ユニットにお
いて、搬入・搬出機構３１から搬入されたウエハＷは、
前処理機構１で前処理された後、冷却処理、塗布処理さ
れた後にベーク機構４１で加熱処理され、その後、搬入
・搬出機構３１へ搬送され、そしてウエハキャリア３３
に収納されるのである。

【００２８】なお、上記実施例では、この発明の処理装
置がウエハ前処理装置に適用される場合について説明し
たが、前処理装置以外に、例えば塗布装置、現像装置、
ＣＶＤ装置等の処理装置にも適用できることは勿論であ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明の処理
装置によれば、上記のように構成されているので、超音
波振動子の駆動電力の制御又は供給液量の制御により処
理ガスの濃度を簡単かつ確実に制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の処理装置を適用した半導体ウエハ前
処理装置を示す概略構成図である。

【図２】この発明における液量検出手段を示す概略構成
図である。

【図３】この発明における液量検出状態を示すタイミン
グチャートである。

【図４】図１の半導体ウエハ前処理装置を有する半導体
ウエハ処理ユニットを示す概略平面図である。

【図５】従来の処理装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１被処理体処理部２処理液気化装置３供給管８Ｎ2 ガス供給用配管９気化室１０超音波振動子（処理液気化部）１１処理液供給用配管１２ＨＭＤＳ液（処理液）１３処理液収容部１５液量検出器（液量検出手段）１６開閉弁１７滴下ノズル（処理液供給手段）１８制御部Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体処理部と、処理液収容部と、処
理液気化部とを具備する処理装置において、上記処理液気化部に超音波振動子を設け、またこの超音
波振動子に所定量の処理液を供給する処理液供給手段を
設けると共に、上記超音波振動子に液量検出手段を接続
し、この液量検出手段の出力によって上記処理液供給手
段の処理液供給を制御することを特徴とする処理装置。