JP3990322B2

JP3990322B2 - 基板乾燥方法及び装置

Info

Publication number: JP3990322B2
Application number: JP2003173564A
Authority: JP
Inventors: 正光伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2023-06-18
Also published as: JP2005011947A; US20050050760A1; DE102004029511A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板乾燥方法及び装置に関し、特に半導体製造工程、フォトマスク製造工程、フラットディスプレイ製造工程などにおけるウエットプロセス後の基板の乾燥に適用される基板乾燥方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造プロセスにおけるフォトリソグラフィ工程での課題が顕著になりつつある。半導体デバイスの微細化が進むに連れ、フォトリソグラフィ工程での微細化に対する要求が高まっている。既に、デバイスの設計ルールは０．１μｍにまで微細化し、制御しなければならないパターン寸法精度は６ｎｍ程度と極めて厳しい精度が要求されている。そして、洗浄後の基板上の染みのような欠陥に対する要求も、さらに厳しいものとなってきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような中、従来のウエットプロセス、例えば洗浄のようなプロセスにおける最後の基板乾燥時に、基板に生じる欠陥が問題となっている。従来から、被処理基板を回転させて基板表面上の液体を遠心力で飛ばすスピン乾燥が行われている。このスピン乾燥では、飛ばされた液体が乾燥槽の側壁に衝突し、飛散してミストとなって漂うことで被処理基板に再付着してしまう。この再付着したミストが蒸発するため、ミスト中に含まれていた成分が析出し、基板上で欠陥となってしまう。
【０００４】
さらに、被処理基板が回転することにより、基板上の液体が遠心力で動く際に勢いよく移動するため、液体の一部が小さい液滴となって基板上に残留する。その液滴は、遠心力で基板外側に移動せずに基板上で蒸発してしまう。この場合もやはり、液滴内に含まれていた成分が析出し、基板上で欠陥となる。
【０００５】
本発明の目的は、基板乾燥時に基板上でのミストの再付着及び液滴の残留を防止し、欠陥の発生を防ぐ乾燥方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
課題を解決し目的を達成するために、本発明の基板乾燥方法及び装置は以下の如く構成されている。
【０００７】
本発明の基板乾燥方法は、液体が盛られた被処理基板の上方に、開口部を有し前記被処理基板と同等かあるいは前記被処理基板よりも大きい平板を、前記被処理基板上の前記液体と接しない高さに配置する工程と、前記開口部から前記被処理基板に向けて気体を吐出し、前記気体により前記被処理基板上の前記液体を前記被処理基板の外側に向けて移動させる工程と、を有し、前記配置する工程は、前記平板を上方から下降させて前記被処理基板上の前記液体と接しない高さで停止させる。
【０００８】
本発明の基板乾燥装置は、液体が盛られた被処理基板の上方に配置され、開口部を有し前記被処理基板と同等かあるいは前記被処理基板よりも大きい平板と、前記開口部から気体を吐出する吐出機構と、前記平板を前記被処理基板上の前記液体と接しない高さに配置し、前記吐出機構により前記開口部から前記被処理基板に向けて気体を吐出するよう制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記平板を上方から下降させて前記被処理基板上の前記液体と接しない高さで停止させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態に係る基板乾燥装置が適用されるスキャン洗浄装置（６インチ角型基板洗浄装置）の概略構成を示す側面図である。
【００１１】
円形状の基板ホルダー１の上方に、薬液供給部（以下、スキャンノズルと称する）２が配置されている。基板ホルダー１は、スキャンステージ３，３の間に設置されている。基板ホルダー１には被処理基板（マスク基板）Ｓが略水平に保持される。スキャンステージ３，３には、図示しない保持部材を介してスキャンノズル２が架け渡されている。スキャンノズル２は、スキャンステージ３，３に沿って図中前後方向へ移動可能である。
【００１２】
基板ホルダー１とスキャンノズル２との間には、後述するように所定の間隔が設けられる。また、基板ホルダー１は後述するように二重円板構造をなしている。スキャンノズル２の一側面には、レーザー光を用いた２つのギャップ測定機構４，４が取付けられている。ギャップ測定機構４，４は、被処理基板Ｓとスキャンノズル２との間の距離（ギャップ値）を測定する。
【００１３】
スキャンノズル２の両端部（保持部材）とスキャンステージ３，３との間には、それぞれギャップ調整機構５，５が設置されている。ギャップ調整機構５，５は、ピエゾ素子によりスキャンノズル２を上下方向に移動する。ギャップ調整機構５，５は、それぞれギャップ測定機構４，４により測定されるギャップ値が所望の値に保たれるように、スキャンノズル２の高さを調整する。
【００１４】
図２の（ａ）は基板ホルダー１の上面図であり、図２の（ｂ）はその正面断面である。基板ホルダー１は、直径３００ｍｍ、厚さ２ｍｍ程度の２枚の円板１１，１２を約５ｍｍの間隔を空けて重ねた二重円板であり、トータルの厚さは９ｍｍ程度である。上側の円板１１の中央部には１５３ｍｍ角の角型の開口部１１１が設けられており、下側の円板１２には被処理基板Ｓを真空チャックするための複数のチャック１２１が備えられている。なお、上側の円板１１と下側の円板１２は、図示しない複数の支柱により連結されている。
【００１５】
図３は、スキャンノズル２の下面図である。スキャンノズル２は、その移動方向へ５ｃｍ程度の幅を有し、この移動方向に対して垂直な方向へ１８ｃｍ程度の長さを有する。また、被処理基板Ｓと向き合うスキャンノズル２の下面には、５つのスリット状の開口が設けられている。
【００１６】
中央の開口は薬液供給スリット２１であり、薬液（洗浄液）を吐出する。薬液供給スリット２１の両隣の開口は吸引スリット２２，２２であり、基板上の薬液を吸引する。吸引スリット２２，２２の外側の開口は、それぞれプリウエット液供給スリット２３とリンス液供給スリット２４である。プリウエット液供給スリット２３は、プリウエット液を吐出する。リンス液供給スリット２４は、リンス液を吐出する。すなわち、スキャンノズル２の移動方向に対して前方側にプリウエット液供給スリット２３、後方側にリンス液供給スリット２４が設けられている。
【００１７】
薬液供給スリット２１は、長さ１５０ｍｍ、幅１ｍｍ程度である。吸引スリット２２，２２は、長さ１５５ｍｍ、幅１ｍｍ程度である。プリウエット液供給スリット２３とリンス液供給スリット２４は、長さ１５５ｍｍ、幅２ｍｍ程度である。両側の吸引スリット２２，２２からの吸引力と薬液供給スリット２１からの吐出力とのバランスをとることで、薬液供給スリット２１から出た薬液が吸引スリット２２，２２より外側にはみ出さないようにしている。プリウエット液とリンス液は、それぞれポンプによりプリウエット液供給スリット２３とリンス液供給スリット２４から供給される。
【００１８】
図４は、スキャンノズル２の正面断面図である。図４において、薬液供給スリット２１と吸引スリット２２，２２との間隔は５ｍｍ程度、吸引スリット２２とプリウエット液供給スリット２３との間隔、及び吸引スリット２２とリンス液供給スリット２４との間隔は、５ｍｍ程度とした。また、被処理基板Ｓ表面とスキャンノズル２下面との間隔は、上述したギャップ調整機構５，５により０〜５００μｍの範囲で可変であり、スキャンノズル２のスキャン（移動）中に制御可能である。
【００１９】
また、薬液供給スリット２１には薬液ライン２１１が、吸引スリット２２，２２には吸引ライン２２１，２２１が、プリウエット液供給スリット２３にはプリウエット液ライン２３１が、リンス液供給スリット２４にはリンス液ライン２４１が連結されている。
【００２０】
図５の（ａ）〜（ｃ）は、基板洗浄工程におけるスキャンノズル２の動作を示す図である。被処理基板Ｓは、基板ホルダー１における上側の円板１１の開口部１１１内に設置され、下側の円板１２上で真空チャックされる。このとき、基板ホルダー１の上面（円板１１の上面）と被処理基板Ｓの上面とがほぼ同一面になる。この状態で、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、スキャンノズル２を基板ホルダー１の端部上から被処理基板Ｓ上へ、さらに基板ホルダー１の他端部上へスキャンすることが可能になる。スキャンノズル２は、基板洗浄工程が終了すると基板ホルダー１上から退避する。
【００２１】
図６の（ａ）は、本実施の形態に係る基板乾燥装置の概略構成を示す上面図であり、図６の（ｂ）はその正面断面である。この基板乾燥装置は、上述した基板ホルダー１と乾燥円板６とからなる。
【００２２】
乾燥円板６は、直径３００ｍｍ、厚さ５ｍｍ程度のアルミ製平板からなり、被処理基板Ｓを完全に覆うように被処理基板Ｓの上方に略水平に位置している。金属製の乾燥平板とすることにより静電気を防止することが可能になる。もちろん、他の帯電防止機能を有した平板でもかまわない。乾燥円板６の中央部には直径３ｍｍ程度の開口部６１が設けられている。乾燥円板６上面の開口部６１の周囲には、被処理基板Ｓ上へ窒素ガスを導くための導管６２が設けられている。なお、乾燥円板６下面の開口部６１の周囲に破線で示す切り欠き部６３を設けることにより、窒素ガスを被処理基板Ｓ上へ広範囲に導くことができる。
【００２３】
図７の（ａ）〜（ｄ）は、基板乾燥工程における基板乾燥装置の動作を示す断面図である。基板洗浄工程にてスキャンノズル２により洗浄された被処理基板Ｓ上にはリンス液Ｒが盛られている。この乾燥シーケンスでは、図示しない駆動機構により乾燥円板６が上方から下降し、図７の（ａ）に示すように被処理基板Ｓの表面から３ｍｍの間隔を隔てた位置で停止された後、開口部６１から窒素ガスＮが吐出される。この窒素ガスＮは、図示しない窒素ガス供給装置から供給され、導管６２を介して開口部６１から被処理基板Ｓの表面へ吐出される。
【００２４】
これにより、図７の（ｂ）〜（ｄ）に示すように、被処理基板Ｓ上のリンス液Ｒが窒素ガスＮにより基板中央から基板端へ押し流され、基板Ｓが中央から端部に向けて乾燥される。基板端に達したリンス液Ｒは、被処理基板Ｓと基板ホルダー１の上側の円板１１との間の隙間を下方へ流れ、上側の円板１１と下側の円板１２との間の空間に達する。
【００２５】
被処理基板Ｓの表面上のリンス液Ｒがほぼなくなった後、窒素ガスＮを吐出したまま、図示しない駆動機構により基板ホルダー１とともに被処理基板Ｓを回転させ、基板端面や裏面に付着したリンス液Ｒを乾燥させる。
【００２６】
以下、本実施の形態の作用について説明する。
【００２７】
まず、６インチ角の石英基板上にＣｒ膜を成膜したフォトマスク基板を被処理基板Ｓとし、洗浄前に異物検査装置Ｍ１３２０（レーザーテック製）により検査した。その結果、表１の如く、多数の異物を検出した。
【００２８】
【表１】

【００２９】
次に、このフォトマスク基板を上述したスキャン洗浄装置にセットした。薬液として濃度が５ｐｐｍのオゾン水を用いた。そして、図示しない制御装置の制御により、スキャンノズル２をフォトマスク基板上で３ｍｍ／ｓｅｃの速度でスキャンさせ、フォトマスク基板に対して、オゾン水による洗浄とリンス液によるリンスを行った。このとき、フォトマスク基板上にはリンス液がおよそ１．５ｍｍの液厚にて盛られた状態となっていた。
【００３０】
次に、上記制御装置の制御により、フォトマスク基板の上方にある乾燥円板６を上記駆動機構でマスク基板表面から３ｍｍの高さの位置に下降させ、停止させた。次いで上記制御装置の制御により、電磁誘導加熱機構により常温以上（２３℃以上、周囲の環境温度を超える温度）例えば５０℃に調整した窒素ガスを、上記窒素ガス供給装置より導管６２を介して開口部６１から徐々に吐出し始めた。そして、時間と流量の関係が１Ｌ／（分）^２となるよう流量を増やしながら窒素ガスを３分間吐出した後、３Ｌ／分の流量を保った状態で吐出し続けた。なお、窒素ガスを流量を増やしながら３分間吐出した後に、吐出を停止させるか、あるいは流量を減少させてもよい。
【００３１】
これにより、フォトマスク基板上のリンス液が基板中央から外側に向かって移動し、基板ホルダー１とフォトマスク基板との間の隙間から基板ホルダー１の２重円板の隙間に流れ、フォトマスク基板が徐々に乾燥していった。これにより、雰囲気中のミストやパーティクルがフォトマスク基板へ再付着することなく、フォトマスク基板上のほとんどのリンス液を除去できた。
【００３２】
次に窒素ガスを吐出したまま、上記制御装置の制御により、上記駆動機構でフォトマスク基板を３００ｒｐｍの回転速度で１０分間回転させ、基板端面や裏面に付いたリンス液を乾燥させた。この時も、乾燥円板６とフォトマスク基板との間に常に新鮮な窒素ガスが流れているので、パーティクルやミストのマスク基板への再付着を伴うことなく、乾燥することが可能になった。
【００３３】
このフォトマスク基板の表面の異物検査を再び異物検査装置Ｍ１３２０にて行ったところ、表１に示すように、ほぼ完全に異物が除去されていることが確認できた。比較のために、乾燥工程を従来のスピン乾燥にて行った場合の結果も表１に示した。これらの結果から、同じ洗浄工程を行ったにも関わらず、乾燥工程だけが異なることにより、洗浄後の基板上に残った異物の数に大きな違いがあることが判る。
【００３４】
従来から行われているスピン乾燥では、被処理基板を回転させて基板表面上の液体を遠心力で飛ばすが、飛ばされた液体が乾燥槽の側壁に衝突し、飛散してミストとなって漂うことで被処理基板に再付着してしまう。この再付着したミストが蒸発するため、ミスト中に含まれていた成分が析出し、基板上で欠陥となってしまう。さらに、被処理基板が回転することにより、基板上の液体が遠心力で動く際に勢いよく移動するため、液体の一部が小さい液滴となって基板上に残留する。その液滴は、遠心力で基板外側に移動せずに基板上で蒸発してしまう。この場合もやはり、液滴内に含まれていた成分が析出し、基板上で欠陥となる。このように従来のスピン乾燥では、空気中に舞ったミストやパーティクルが乾燥した基板上に再付着するため、基板表面に欠陥が生じる。
【００３５】
これに対して本実施の形態では、液体が盛られている被処理基板の上方に該被処理基板と同等かそれより大きい平板を、該被処理基板上の液体に接しない高さに配置し、該平板の中央部に設けた開口から窒素ガスなどの不活性ガスを吐出することにより該被処理基板上の液体を基板中央部から外側に向けて徐々に移動させる。これにより、液滴を該基板上に残すことなく基板外側に移動させることが可能になる。その後、該平板から気体を吐出したまま、該基板を回転させる。これにより、従来のスピン乾燥で問題になっていたミストの基板への再付着を防止し、かつ水シミ、水ガラスなどの発生を防止することが可能になり、極めて清浄な乾燥面を得ることが可能になる。
【００３６】
なお、本実施の形態では２重円板の形状をなす基板ホルダーの例を示したが、その他の形状の基板ホルダーも適用できる。また、乾燥円板に設けられるガス吐出用の開口部は、乾燥円板の中央部に限らず、ガスにより被処理基板の表面全体を乾燥させることが可能な任意の位置に設けることができる。また、開口部の数も１つに限らず、任意の数とすることができる。さらに、乾燥円板と被処理基板との間隔は３ｍｍに限るものではなく、被処理基板上の液厚や吐出気体の流量により変更することが可能であり、乾燥処理中にその間隔を徐々に狭くするなど、変化させることも有効である。
【００３７】
また、本実施の形態はマスク製作プロセスの洗浄工程への適用例を示したが、これに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ製造工程や、ウェハプロセスなどで、レジスト剥離、表面自然酸化膜除去、洗浄などあらゆるウエットプロセスに適用できる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、基板乾燥時に基板上でのミストの再付着及び液滴の残留を防止し、欠陥の発生を防ぐ乾燥方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板乾燥装置が適用されるスキャン洗浄装置の概略構成を示す側面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る基板ホルダーの概略構成を示す図。
【図３】本発明の実施の形態に係るスキャンノズルの概略構成を示す下面図。
【図４】本発明の実施の形態に係るスキャンノズルの概略構成を示す正断面図。
【図５】本発明の実施の形態に係る基板洗浄工程におけるスキャンノズルの動作を示す図。
【図６】本発明の実施の形態に係る基板乾燥装置の概略構成を示す図。
【図７】本発明の実施の形態に係る基板乾燥工程における基板乾燥装置の動作を示す断面図。
【符号の説明】
Ｓ…被処理基板１…基板ホルダー２…薬液供給部（スキャンノズル）３…スキャンステージ４…ギャップ測定機構５…ギャップ調整機構６…乾燥円板６１…開口部６２… 導管６３…切り欠き部１１，１２…円板１１１…開口部１２１…チャック２１…薬液供給スリット２２…吸引スリット２３…プリウエット液供給スリット２４…リンス液供給スリット２１１…薬液ライン２２１…吸引ライン２３１…プリウエット液ライン２４１…リンス液ライン

Claims

液体が盛られた被処理基板の上方に、開口部を有し前記被処理基板と同等かあるいは前記被処理基板よりも大きい平板を、前記被処理基板上の前記液体と接しない高さに配置する工程と、
前記開口部から前記被処理基板に向けて気体を吐出し、前記気体により前記被処理基板上の前記液体を前記被処理基板の外側に向けて移動させる工程と、を有し、
前記配置する工程は、前記平板を上方から下降させて前記被処理基板上の前記液体と接しない高さで停止させることを特徴とする基板乾燥方法。
前記気体を吐出したまま前記被処理基板を回転させる工程を有することを特徴とする請求項１に記載の基板乾燥方法。
前記開口部は前記被処理基板の中央部に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板乾燥方法。
前記気体は常温以上の気体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板乾燥方法。
前記気体は不活性ガスであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板乾燥方法。
前記気体は窒素ガスであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板乾燥方法。
前記気体の流量を吐出開始から時間経過と共に増加させ、所定時間吐出した後に一定の流量に保つことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板乾燥方法。
液体が盛られた被処理基板の上方に配置され、開口部を有し前記被処理基板と同等かあるいは前記被処理基板よりも大きい平板と、
前記開口部から気体を吐出する吐出機構と、
前記平板を前記被処理基板上の前記液体と接しない高さに配置し、前記吐出機構により前記開口部から前記被処理基板に向けて気体を吐出するよう制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記平板を上方から下降させて前記被処理基板上の前記液体と接しない高さで停止させることを特徴とする基板乾燥装置。
前記気体を吐出したまま前記被処理基板を回転させる手段を備えることを特徴とする請求項８に記載の基板乾燥装置。
前記開口部は前記被処理基板の中央部に設けられていることを特徴とする請求項８または９に記載の基板乾燥装置。
前記気体を常温以上に調整する手段を備えることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の基板乾燥装置。
前記制御手段は、前記気体の流量を吐出開始から時間経過と共に増加させ、所定時間吐出した後に一定の流量に保つことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の基板乾燥装置。