JP3489947B2 - 枚葉化学処理装置と基板の処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路およ
び液晶デバイスなどの製造工程において用いられる化学
処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように半導体集積回路および液晶
デバイスなどの製造工程においては多数の食刻・洗浄工
程が必要である。洗浄工程の実施形態としては以下に述
べるようなものが有り、実に多種多様である。

【０００３】第１の例としては写真食刻工程における感
光性樹脂を塗布する前の塗布前洗浄があり、これは所望
の感光性樹脂パターンの形成に障害となる大小の付着し
たパーティクルやダスト、異物の除去が主目的である。

【０００４】第２の例としては製膜工程における製膜前
の製膜前洗浄があり、これはピンホールや膜剥がれの無
い製膜に障害となる大小の付着したパーティクルやダス
ト、異物の除去に加えて膜の密着性を強化するための表
面改質と、多層配線構造において上下の導電性パターン
間に接触（コンタクト）不良が生じないように下地の導
電膜表面の酸化膜を除去するための表面処理などの複数
の目的を有している。

【０００５】第３の例としては食刻後および感光性樹脂
の剥離後の洗浄があり、これは主としてこれらの処理に
使用した薬液と剥離液中に残存する未分解の感光性樹脂
の除去を目的としている。

【０００６】上記した洗浄工程においては、何れも洗浄
の最終工程では純水を使用して基板を洗浄するのが一般
的であり、写真食刻時の現像プロセスや食刻プロセスに
おいても薬液を基板上にシャワーまたはスプレー状に吹
き付けるようにして１枚ずつ連続的に処理する製造装置
が量産工場では多用される。

【０００７】図３はこのような食刻・洗浄装置の概略の
構成図を示す。食刻・洗浄装置としての構成では、処理
室１、水洗室２および乾燥室３が最低限度の構成要素で
あり、薬液処理時間が長くなる場合には処理室を２段に
したり、処理液の水洗室２への持ち出し量を低下させる
ために処理室１と水洗室２との間に液切り室などの緩衝
室を設けるなどの設計的手法が加味されることは公知で
あろう。

【０００８】以下に簡単に装置の構成内容を説明する
と、薬液循環ポンプ４、薬液中のダストまたはパーティ
クルを除去するためのフィルタ５および流量調整用のバ
ルブ６よりなる配管系７と、薬液を噴射するノズル８、
処理室１、処理室底部に設けられた薬液回収配管９およ
び薬液循環タンク１０とで閉ループを構成し、薬液１１
を循環使用する構成が代表的である。

【０００９】ストップバルブ１２を有する薬液供給配管
１３は薬液循環タンク１０に新規な薬液１１を供給する
ための配管系であり、図示しないが例えば別に設置され
た供給タンクからＮ₂ 加圧で圧送によって新規な薬液が
薬液循環タンク１０に供給される。同じくストップバル
ブ１４を有する薬液廃棄配管１５は使用済の薬液１１を
外部に廃棄するための配管系であり、図示はしないが別
に設置された廃液タンクなどに移し替えてから産業廃棄
物として処理するなどの手続きがなされる。

【００１０】水洗室２では基板に付着している薬液を洗
い流すために一般的には適度な純度の純水が必要である
ので、流量調整用バルブ１６を有する純水供給配管１７
が設けられ、配管の先端には純水を噴射するノズル１８
が配置される。１９は基板を水洗した処理水の排水管で
あり、純水洗浄の初期には微量であるが排水中に薬液が
含まれるので、通常は公害対策のための処理を施されて
から工場排水として廃棄される。

【００１１】水洗室を２段構成とし、第１の水洗室の処
理水は上記したように処理し、第２の水洗室の処理水は
比較的純度が高いので回収して再び他の目的の純水源と
して、あるいは純水製造装置への原水として使用するな
どの省資源の取り組みも最近では取り入れられることが
多くなってきた。

【００１２】ただ単純に基板に純水を噴射するだけでな
く、噴射する純水に超音波を重畳さたり、高圧の噴射ジ
ェットにしたりして物理的な力で基板に付着した異物や
パーティクルの除去能力を高めることも最新の洗浄機で
は導入が定着しつつある。

【００１３】乾燥室３では水洗後の濡れた基板を乾燥す
るために、圧力計２０と流量調整用バルブ２１を有する
ドライエアまたは窒素ガスなどの乾燥ガス供給配管２２
が設けられ、配管の先端には上記乾燥ガスを基板上にシ
ート状に噴射するノズル２３が配置される。２４は乾燥
室３内でノズル２３によって凝集した水を廃棄するため
の排水管である。このように乾燥したガスを基板に吹き
付けて乾燥する方式は別名エアナイフとも呼ばれる。

【００１４】薬液ノズル１８および純水ノズル２３は基
板裏面の除去のため基板上のみならず基板下からも噴射
するのが効率的であり、かつ一般的である。なお、２５
は基板の搬送ラインで、基板の搬送機構、処理室と水洗
室との間に設置されるゲートバルブおよびエアカーテン
などの干渉防止機構は図面上では省略されている。エア
ナイフ以外にもＩＰＡなどの速乾性の有機溶剤を用いた
置換型乾燥があるが、ここでは説明は省略されている。

【００１５】上記した設備構成は処理装置が長くなるこ
とを乾燥時に大量の乾燥ガスを消費する欠点があり、か
つ飛散した水滴が基板上に跳ね返ってきて付着し、いわ
ゆるウォーター・マークとして膜剥がれやコンタクト不
良などの品質不良の原因となり易い。そのような場合に
は乾燥手段として図４に示したように基板４０を高速回
転させながら乾燥させるスピン乾燥が用いられる。２６
は基板４０を保持するチャックで一般的には真空吸着で
保持されるが、基板４０の裏面の洗浄も実施したい場合
にはチャック２６を円盤状ではなく格子状に構成し、か
つチャック周辺に止めピンを配置して基板が飛んでいか
ないようにしている。２７はチャック２６を支持、回転
させるためのシャフトであり、２９は処理室となるカッ
プ状容器２８とシャフト２７とをシールする機構であ
る。ノズル８はここでは第１の薬液を噴射または滴下す
るノズルであり、ノズル１８はここでは第２の薬液ある
いは純水を噴射または滴下するノズルである。また、図
示はしないがカップ状の容器２８で上部には基板４０の
出し入れのための大きな開口部が設けられ、処理中に発
生する薬液あるいは処理水のミストを排気するための排
気口も設けられ、さらに薬液あるいは処理水のミストの
装置外への飛散を防止するために蓋を併用することも多
い。同じく図示はしないが基板を高速回転して乾燥する
に当り、乾燥時間を短縮するために基板に乾燥ガスを吹
き付けるノズルが設けられる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述したようなスピン
型の処理装置を用いて薬液処理と水洗・乾燥処理を一つ
の装置で実行することも可能であり、事実、写真食刻工
程では現像とリンスと乾燥の三つの機能を共有する装置
が既に大量に使用されている。ただし、ブタジエン系ゴ
ム樹脂を主成分とするネガ型レジストのように現像液も
リンス液も有機溶剤系で、基板１枚毎に使用済みの２種
類の薬液を混合して回収しても良い場合は問題は無い
が、ポジ型レジストの場合にはリンス液として純水を使
用するので、現像液と処理水を分解して回収しようとす
ると解決は容易ではない。

【００１７】使用済みの現像液と処理水を分離しようと
するとカップ状容器２８からの排液管３０に切り替えバ
ルブ３１を設けて適当なタイミングで薬液回収配管９ま
たは処理水排水管１９に切り換えるしか方法がないが、
現像液の供給停止後に現像液を十分に回収できる程時間
をおいて純水を供給することは現像反応が進行すること
から出来ず、数秒以内に純水を供給せざるを得ない。こ
のため現像液と純水との混同は避け難く、薄まった現像
液が使用量よりも多く回収されるか、かなりの現像液が
混入した処理水が回収されるかの何れかになり、現像液
の廃棄コストまたは処理水の産業廃棄物としての処理コ
ストが高くなる事態は免れない。現像液以外の薬液を用
いた食刻処理装置でも全く同様のことが当てはまる。

【００１８】本発明は上述した問題点に鑑みなされたも
ので、スピン処理型の薬液処理装置において第１の薬液
と第２の薬液または純水とを効率的に分離、回収するこ
とができる枚葉化学処理装置とその運転方法を提供する
ことを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては上部開口部が基板の大きさより小
さい範囲からカップ状容器の側壁内面に接するまでの可
動範囲を有するロート状の仕切壁をカップ状容器の底面
部に設け、このロート状仕切壁により２分されたカップ
状容器内の各処理室毎に排液配管を接続する。従って仕
切壁の上部開口部の開口度を変化させることで、二つの
排液空間が形成され、第１の薬液処理時の排液系統と第
２の薬液または純水処理時の排液系統との分離が図ら
れ、効果的な排液回収が可能となる。

【００２０】本発明の枚葉化学処理装置は、基板を静止
または回転させながら第１の薬液及び第２の薬液または
純水の液体を滴下または噴射して処理した後に基板を高
速回転させて乾燥する化学処理装置において、上部開口
部が基板の大きさより小さい範囲から前記カップ状容器
の側壁内面に接するまでの可動範囲を有するロート状の
仕切壁を前記カップ状容器の底面に設け、ロート状の前
記仕切壁の基端部よりも前記カップ状容器の内側で開口
し上部開口部が基板の大きさより小さい範囲に移動した
状態の前記仕切壁によって薬液の流入が阻止される第２
の排液配管を設け、前記カップ状容器の側壁と前記カッ
プ状容器の底面および上部開口部が前記カップ状容器の
側壁内面に接した状態の前記仕切壁とで閉じて形成され
る処理室に第１の排液配管を設けたことを特徴とするも
のである。

【００２１】また、本発明による基板の処理方法は、上
部開口部が基板の大きさより小さい範囲からカップ状容
器の側壁内面に接するまでの可動範囲を有するロート状
の仕切壁とカップ状容器の側壁と底面とで処理室が２分
されるカップ状容器内で、前記仕切壁を前記基板の大き
さよりも小さく絞って前記上部開口部を基板の下方に位
置させ、前記仕切壁の基端部よりも前記カップ状容器の
内側で開口した第２の排液配管への薬液の流入を阻止し
ながら、基板を保持するチャックを停止または低速度で
回転させながら第１の薬液を前記基板に滴下または噴射
して処理し、処理して使用済みの前記第１の薬液を前記
仕切壁の外面を伝って前記仕切壁の基端部の外側に集め
て第１の排液配管から前記カップ状容器の外部へ排出
し、前記チャックの回転数を上げて基板上の第１の薬液
を飛散させて第１の薬液処理を終了し、引続き前記仕切
壁の上部開口部をカップ状容器の側壁内面に接触するま
で拡大して前記第１の排液配管が開口している処理室を
前記カップ状容器の側壁と前記カップ状容器の底面およ
び前記仕切壁とで閉じて前記第１の排液配管への液の流
入を阻止した状態で第２の薬液または純水を滴下または
噴射して前記仕切壁の内面を伝って前記仕切壁の基端部
の内側に集めて前記第２の排液配管から前記カップ状容
器の外部へ排出し前記基板を処理することを特徴とする
ものである。

【００２２】本発明によれば第１の薬液処理は上部開口
部を基板の大きさよりも絞ったロート状の仕切り壁の外
面とカップ状容器の内面と底面とで形成される第１の処
理部で行い、第２の薬液または純水処理は上部開口部を
拡大してカップ状容器の側壁内面に接触させ、ロート状
の仕切り壁の内面とカップ状容器の内面と底面とで形成
される第２の処理部で行う。第１の薬液と第２の薬液ま
たは処理水の回収排液配管は、カップ状容器の底面でロ
ート状仕切壁によって２分される外周部と内周部とにそ
れぞれ配置すればよい。

【００２３】具体的な装置の構成を説明する前に、図１
にロート状仕切壁５０を示す。カップ状容器の底面での
直径は仕切壁が開いていても閉じていても同じ長さａで
あるが、仕切壁を最小に閉じた場合の上部開口部の直径
ｂは基板のサイズよりも小さくなるように、また仕切壁
を最大に開いた場合には上部開口部の稜線５１がカップ
状容器の内壁に接するように設計する必要がある。

【００２４】なお、ロート状仕切壁の具体的な設計要素
である個々の絞りパターン５２と絞り機構、および絞り
パターン間のシール機構と絞り機構を作動する機構系の
詳細については本発明の主眼点ではないので、ここでは
詳細は省略する。

【００２５】以下に図２を用いて本発明による化学処理
装置の概略構成図を説明する。なお、従来例と同じ機能
を有する部材と手段については同じ番号を付すことにす
る。

【００２６】図３に示した従来のスピン処理装置との差
異は、ロート状仕切壁５０を配置した点と、第１の薬液
と第２の薬液または純水に対応した回収排液配管９と１
９がそれぞれ専用に設けられている点である。

【００２７】図２（ａ）はロート状仕切壁５０の上部開
口部を閉じた状態のカップ状処理装置を示す。上部開口
部は基板４０よりも下方に位置している。図２（ｂ）は
ロート状仕切壁５０の上部開口部を開いた状態のカップ
状処理装置を示し、稜線５１がカップ状容器２８の側壁
内面６０に接している。

【００２８】本装置を用いた基板の処理方法を以下に述
べる。図２（ａ）ではロート状仕切壁５０の上部開口部
が絞られて、上部開口部の直径は基板４０よりも小さく
なっている。図示はしないが基板４０はカップ状容器２
８外の所定の停止位置からチャック２６上に適当な搬送
機構で搬送される。ここではチャック２６は真空吸着で
基板４０を保持するものとする。基板４０の上方の中央
部に第１の薬液噴射ノズル８を移動させるか、あるいは
適当な噴射角を与えて図示したように固定位置から第１
の薬液を所定の量もしくは所定の時間滴下または噴射し
て薬液処理を行う。一般的な食刻の場合には反応の均一
性を高めるためにチャック２６に数ｒｐｍの〜数１０ｒ
ｐｍの回転を与えるが、写真食刻の場合には静止させて
薬液処理を行うことも多い（パドル現像）。そこでチャ
ック２６を停止または１０ｒｐｍ以下の回転数で回転し
ながら、第１の薬液を第１の薬液供給配管７から供給
し、第１の薬液噴射ノズル８より基板４０に噴射または
滴下して薬液処理を行う。チャック２６が停止または低
速回転しているので基板４０上の薬液は基板４０より溢
れるように外周方向に流出し、ロート状仕切壁５０の外
面５３上を伝わりながらカップ状容器２８の底部の外周
部に流れていき、そこに設けられた第１の薬液回収排液
配管９に流れ込む。薬液処理終了後にチャック２６に数
秒間、数１００ｒｐｍの回転を与えて処理済みの第１の
薬液を基板４０が乾燥しない程度に軽く飛散させる。す
ると遠心力で遠方に飛散した薬液はカップ状容器２８の
側壁内面６０に到達し、側壁内面６０を下方に流れてい
き、同じく第１の薬液回収配管９に流れ込む。

【００２９】第１の薬液処理の終了後に、図２（ｂ）に
示したようにロート状仕切壁５０を開いて上部開口部の
稜線５１をカップ状容器２８の側壁内面６０に接触さ
せ、チャック２６を数１０ｒｐｍ〜数１００ｒｐｍで回
転させながら第２の薬液または純水を第２の薬液または
純水供給配管１７から第２の薬液または純水噴射ノズル
１８より第２の薬液または純水を基板４０上に滴下また
は噴射すると、基板４０が中速回転しているために基板
４０より溢れた第２の薬液または処理水はロート上仕切
壁５０の内面５４上を伝わりながら、また遠心力で基板
４０の外周方向に飛散した第２の薬液あるいは処理水は
カップ状容器２８の側壁内面６０に当たって下方に流れ
ていき、ロート状仕切壁５０の内面５４上を伝わりなが
らカップ状容器２８の底部の内周部に流れていき、第２
の薬液または処理水回収排液配管１９に流れ込む。基板
４０を回転させながら第２の薬液処理または水洗を所定
の時間行い、第２の薬液または純水の吐出を停止した
後、数１０００ｒｐｍでチャック２６を高速回転して乾
燥を行うが、このときも遠心力で基板４０の外周方向に
飛散した第２の薬液または処理水はカップ状容器２８の
側壁内面６０に当たって下方に流れていき、ロート状仕
切壁５０の内面５４上を伝わりながらカップ状容器２８
の底部の内周部に流れていき、第２の薬液または処理水
回収排液配管１９に流れ込む。

【００３０】乾燥時間を短縮するために乾燥した空気や
窒素ガスあるいはそれらの熱せられたものなどの乾燥ガ
スを吹き付けるノズルを設置することも多いがここでは
省略する。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明の枚葉化学処理装置
は、一つのカップ状容器内にロート状の仕切壁板を設け
て仕切壁の開口度を変化させることで、薬液の回収され
る空間を２分し、それぞれの空間で別々の薬品または純
水を用いて基板を処理する機能を有している。そこで先
に使用する薬液を処理終了後に短時間の高速回転で飛散
させて回収しておけば、後に使用する薬品への混入を回
避することが出来る。

【００３２】したがって、例えば化学処理装置としてポ
レジストの現像装置に適用した場合には、使用後に回収
する現像液にリンス液としての純水が混入する恐れは皆
無で、同じく回収する処理水に混入する現像液は極めて
微量とすることが可能になり、換言すれば現像液の回収
効率が高く、廃液処理コストの無用な上昇を防止できて
工業的には理想的なシステムが実現したと言っても過言
ではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による枚葉化学処理装置の主要部位であ
るロート状仕切壁の斜視図

【図２】本発明による枚葉化学処理装置のロート状仕切
壁の開閉時におけるそれぞれの断面図

【図３】エアナイフ型の乾燥部を有する従来の枚葉化学
処理装置の概略構成図

【図４】スピン処理部を有する従来の枚葉化学処理装置
の断面図

【符号の説明】

７ 第１の薬液供給配管 ８ 第の薬液噴射ノズル ９ 第１の薬液回収排液配管 １７ 第２の薬液または純水供給配管 １８ 第２の薬液または純水噴射ノズル １９ 第２の薬液または処理水回収排液配管 ２６ チャック ２８ カップ状容器 ４０ 基板 ５０ ロート状仕切壁 ５１ 仕切壁上部の稜線 ５３ 仕切壁の外面 ５４ 仕切壁の内面 ６０ カップ状容器の側壁内面

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板を静止または回転させながら第１の薬
   液及び第２の薬液または純水の液体を滴下または噴射し
   て処理した後に基板を高速回転させて乾燥する化学処理
   装置において、 上部開口部が基板の大きさより小さい範囲から前記カッ
   プ状容器の側壁内面に接するまでの可動範囲を有するロ
   ート状の仕切壁を前記カップ状容器の底面に設け、ロート状の前記仕切壁の基端部よりも前記カップ状容器
   の内側で開口し上部開口部が基板の大きさより小さい範
   囲に移動した状態の前記仕切壁によって薬液の流入が阻
   止される第２の排液配管を設け、 前記カップ状容器の側壁と前記カップ状容器の底面およ
   び上部開口部が前記カップ状容器の側壁内面に接した状
   態の前記仕切壁とで閉じて形成される処理室に第１の排
   液配管を設けた 枚葉化学処理装置。
2. 【請求項２】上部開口部が基板の大きさより小さい範囲
   からカップ状容器の側壁内面に接するまでの可動範囲を
   有するロート状の仕切壁とカップ状容器の側壁と底面と
   で処理室が２分されるカップ状容器内で、前記仕切壁を
   前記基板の大きさよりも小さく絞って前記上部開口部を
   基板の下方に位置させ、前記仕切壁の基端部よりも前記
   カップ状容器の内側で開口した第２の排液配管への薬液
   の流入を阻止しながら、基板を保持するチャックを停止
   または低速度で回転させながら第１の薬液を前記基板に
   滴下または噴射して処理し、処理して使用済みの前記第
   １の薬液を前記仕切壁の外面を伝って前記仕切壁の基端
   部の外側に集めて第１の排液配管から前記カップ状容器
   の外部へ排出し、前記チャックの回転数を上げて基板上
   の第１の薬液を飛散させて第１の薬液処理を終了し、 引続き前記仕切壁の上部開口部をカップ状容器の側壁内
   面に接触するまで拡大して前記第１の排液配管が開口し
   ている処理室を前記カップ状容器の側壁と前記カップ状
   容器の底面および前記仕切壁とで閉じて前記第１の排液
   配管への液の流 入を阻止した状態で第２の薬液または純
   水を滴下または噴射して前記仕切壁の内面を伝って前記
   仕切壁の基端部の内側に集めて前記第２の排液配管から
   前記カップ状容器の外部へ排出し前記基板を処理する基
   板の処理方法。