JP4008935B2

JP4008935B2 - 基板表面処理装置

Info

Publication number: JP4008935B2
Application number: JP2005188777A
Authority: JP
Inventors: 兌圭金; 泰相朴
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2025-06-28
Also published as: US20050284362A1; JP2006019734A; KR100594119B1; US7582163B2; KR20060000417A

Description

本発明は、基板表面処理装置に関し、特に、半導体ウェハー（ｗａｆｅｒ）やガラス（ｇｌａｓｓ）基板などのような被処理基板へのコーティングまたは洗浄を行うための表面処理装置に関する。

通常、半導体製造工程中のフォト（ｐｈｏｔｏ）工程などでは、ウェハーのような被処理基板の表面にフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）液などの高粘度処理液を塗布して基板を回転させて基板上に高粘度樹脂膜を形成するスピンコーティング作業が実行される。

このようなスピンコーティング作業を実行する基板表面処理装置は、基板の回転速度を調整することによってフォトレジスト膜の厚さを制御することができ、ウェハーを高速で回転させることによって薄膜化が可能である。また、このような基板表面処理装置は基板上に洗浄液を塗布して基板洗浄作業を実行する。

図１は、従来の基板表面処理装置の主要部の断面構造図である。図１に示したように、基板表面処理装置は、その上面に基板（Ｗ）を吸着維持して基板（Ｗ）を回転駆動及び昇降駆動するスピンチャック（ｓｐｉｎｃｈｕｃｋ）３１０と、スピンチャック３１０の周りを覆うと共に上部にフォトレジスト液の供給を受けるための上・下部ボウル（ｂｏｗｌ）１１０、２１０と、を具備する。また、下部ボウル２１０の下部にはボウル全体の内部の空気を排気するための排気口５１０が具備されている。排気口５１０は、空気ポンプ（図示せず）と連結され、ポンプの作動によって排気口５１０を通じてボウル内部の空気が強制排気される。また、基板（Ｗ）上にフォトレジスト液を供給するためのフォトレジスト液保存タンク（図示せず）及び供給ノズル（図示せず）などがさらに設けられている。

かかる基板表面処理装置は、基板（Ｗ）を高速（例えば、１０００〜４０００ｒｐｍ）で回転させるので、基板（Ｗ）から多量のフォトレジスト液が飛散するようになる。したがって、飛散するフォトレジスト液の微細粒子がボウル上部に向かって上昇したり他の装置を汚染することを防止するために排気口５１０を通じてボウル内部の空気を排気する。このとき、下部ボウル２１０は基板（Ｗ）から飛散した余分のフォトレジスト液を収容するために下部がカップ状に形成されている。

しかし、このような構造を有する基板表面処理装置は、図１に示されるように、基板（Ｗ）にフォトレジストをコーティングする際に、フォトレジスト粒子が上部ボウル１１０に衝突して基板（Ｗ）上に落ちるか、微細なフォトレジスト粒子が、上・下部ボウル１１０、２１０内壁で逆流された空気流れ４１１、４１３に沿って基板（Ｗ）上に落ちることによる粒子（ｐａｒｔｉｃｌｅ）汚染問題が発生する。また、コーティング時に基板（Ｗ）から飛散した余剰フォトレジスト液またはフォトレジスト粒子が上部ボウル１１０の下端部１１０ａに「つらら」状に付着してしまい、これによってボウルを周期的に洗浄するために長時間が必要となる。したがって、空気流れ４１１、４１２を適切に制御するために、上部ボウル１１０の下端部に適切な形象の上部ボウル流動調整突起１１０ａなどを形成する研究が行われている。

図２は、従来の他の基板表面処理装置の断面構造図として、特許文献１に開示されているものである。

図２に示した基板処理装置は、ウェハー（Ｗ）を回転させるスピンチャック１０と、レジスト膜を積荷するための供給ノズル１１と、供給管１２と、制御バルブ１３と、レジスト液タンク１４と、を具備し、また、供給ノズル１１をＺ、Ｙ方向に移動するためのホルダー１７と、Ｚ方向移動機１６と、Ｙ方向移動機１５と、を具備する。また、スピンチャック１０は、ウェハー（Ｗ）の回転駆動によって飛散する余分のレジスト液を受けるためのカップ２４で囲繞されており、ウェハー（Ｗ）とカップ２４の内周面とで形成される隙間には、基板処理装置の特徴部である気流制御板２５が設置される。カップ２４の底部には排気管３０が配置され、排気管３０は制御バルブ３１を経てポンプ３２に連結され、ポンプ３２の作動により排気管３０を通じてカップ２４内部の強制排気が行われる。これによってカップ２４内が負圧となるので、下向き気流（Ｄ）がカップ２４の上部から下部へ形成され、このとき、下向き気流（Ｄ）は気流制御板２５の排気ホールを通じてカップ２４の底部に流れるようになる。

このような基板処理装置は、ウェハー（Ｗ）周囲の気流状態の変化に従って発生するフォトレジスト膜の厚さの急激な増大を防止するため、気流制御板２５を具備している。このとき、ウェハー（Ｗ）の先端と気流制御板２５との間の距離は比較的狭く、余剰フォトレジストが気流制御板の上に飛散する構造とされているので、フォトレジストの逆飛散現象及び「つらら」状の付着が依然として発生する場合があり、また、気流制御板２５の周りで空気逆流現象が発生する場合がある。

図３は、従来のまた別な基板表面処理装置の断面構造図として、特許文献２に開示されている。図３に示した基板表面処理装置は、ウェハー（Ｗ）を回転させるスピンチャック１と、ウェハー（Ｗ）に感光剤を供給するノズル５２と、カップ型のケース４０と、を具備する。このとき、ケース４０の内周面には、互いに異なる傾斜角を有する多段の逆飛散防止部４１、４２、４３が環状に形成されてウェハー（Ｗ）から飛散する感光剤がケース４０の壁面から逆飛散してウェハー（Ｗ）に逆飛散することを防止する。しかし、このような基板表面処理装置でも、ボウル内部空気の流れに沿ってウェハー（Ｗ）上に落ちて生ずる粒子汚染を効果的に除去することができない。

また、フォトレジスト液が分散するか逆飛散することを防止するために、ボウル内面にメッシュ（ｍｅｓｈ）またはネット（Ｎｅｔ）を設置した方式、ボウル上端に蓋を設置した方式、ボウル上端にまた他の空気注入口を設置してボウル内面に沿って降りる空気流れを形成するようにして余剰フォトレジスト液がボウル内壁に付着することを抑制する方式などが提案されたが、基板の粒子汚染を解決するには不適切であった。
特開２００１−１８９２６６号公報大韓民国実用新案登録第２００２―２２５９８号公報

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、被処理基板のコーティングまたは洗浄などの作業時に処理液の逆飛散及び粒子汚染を効果的に抑制することができる基板処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、基板表面処理装置であって、基板を吸着維持し、前記基板を回転駆動及び昇降駆動するスピンチャックと、前記スピンチャックの周りを覆うと共に上部に前記基板表面処理のための処理液の供給を受けるための上・下部ボウルと、前記下部ボウルの下部からボウル全体の内部の空気を排気するための排気口と、前記上部ボウルの内部に設置され、前記基板周りの空気流動を上下に分離して前記下部に分離された空気流動を前記排気口を通じて排気させる流動分離突起と、を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記流動分離突起は、前記上部ボウルの内壁に環状に形成され、断面形状において前記基板と対向している底面は所定角度で傾斜して形成され、前記流動分離突起の上面の傾斜角度は、前記底面の傾斜角度より小さく形成されており、に前記流動分離突起は、前記基板の外径先端と対向する部位に鋭い頂点を有する三角形の形態を有する。

好ましくは、前記流動分離突起の前記鋭い頂点は、前記基板の外径先端と、７〜１１ｍｍ、より好ましくは８〜１０ｍｍの距離を置いて形成され、前記基板の上面より２〜５ｍｍ、より好ましくは３〜４ｍｍの高さを有する。

好ましくは、前記流動分離突起は、撥水材で製作されるか、撥水材によりコーティングされる。

本発明によれば、スピンコーティング（ｓｐｉｎｃｏａｔｉｎｇ）装置を利用したフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）コーティング方法において、コーティング不良、即ち、粒子汚染を除去してスピンコーティング工程の再作業（ｒｅｗｏｒｋ）を減らすことができるようになることによって生産性を向上させ、ボウル内部への残余フォトレジストの付着を減らすことができるので、装置の維持補修も簡素化することができる。

以下、本発明の好適な一実施形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明確にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の一実施形態による基板表面処理装置の主要部の断面構造図である。図４Ａ及び図４Ｂに示した本発明による基板処理装置は、従来と同様に、その上面に基板（Ｗ）を吸着維持して基板（Ｗ）を回転駆動及び昇降駆動するスピンチャック（ｓｐｉｎｃｈｕｃｋ）３００と、スピンチャック３００の周りを覆うと共に上部にフォトレジスト液の供給を受けるための上・下部ボウル（ｂｏｗｌ）１００、２００と、を具備する。また、下部ボウル２００の下部には、ボウル全体の内部の空気を排気するための排気口５００が具備される。排気口５００は空気ポンプ（図示せず）と連結され、ポンプの作動によって排気口５００を通じてボウル内部の空気が強制排気される。また、基板（Ｗ）上にフォトレジスト液を供給するためのフォトレジスト液保存タンク（図示せず）及び供給ノズル（図示せず）などがさらに具備される。

このような基板表面処理装置は、基板（Ｗ）を高速で回転させ、その時、基板（Ｗ）から飛散するフォトレジスト液の微細粒子がボウル上部に向かって上昇したり他の装置を汚染することを防止するために排気口５００を通じてボウル内部の空気を排気する。

また、本発明の基板表面処理装置は、基板（Ｗ）の高速回転時に発生する基板（Ｗ）外側周りの低圧により生ずる基板（Ｗ）上の上昇気流がさらにウェアー基板の上で流れないようにすると共に、ウェアー外側周りのボウルの流動（空気流れ）を制御するために、基板（Ｗ）周りの流動を上下に分離する所定形状の流動分離突起１００ａを具備する。

流動分離突起１００ａは、上部ボウル１００の内壁に環状に形成されている。この流動分離突起１００ａの基板（Ｗ）との対向面は傾斜して形成され、基板（Ｗ）にフォトレジストをコーティング時に、フォトレジスト粒子が上部ボウル１００に衝突して基板（Ｗ）上に落ちることを防止する。また、流動分離突起１００ａは、ボウル内部全体で逆流される空気流れを最小化するように流動を上下に分離するので、微細なフォトレジスト粒子が上・下部ボウル１００、２００の内壁で逆流された空気流れに沿って基板（Ｗ）上に落ちる粒子（ｐａｒｔｉｃｌｅ）汚染問題を解決する。

図５は、図４Ａ及び図４Ｂに示された流動分離突起１００ａの詳細断面構造図である。図５に示したように、流動分離突起１００ａの断面構造において、基板（Ｗ）と対向している底面は、水平方向に対して所定角度で傾斜して形成されている。また、流動分離突起１００ａの上面の水平方向に対する傾斜角度は、前記底面の傾斜角度より小さくされており、このため流動分離突起１００ａの断面構造は、基板（Ｗ）の外径先端と対向する部位に鋭い頂点を有する薄い三角形の形態を有する。

流動分離突起１００ａの鋭い頂点は、基板（Ｗ）の外径先端から７〜１１ｍｍ（好ましくは８〜１０ｍｍ）の距離（ｌ）を置いて形成され、基板（Ｗ）の上面より２〜５ｍｍ（好ましくは、３〜４ｍｍ）の高さ（ｈ）を有するように設計される。これによって、空気の逆流現象なしに流動分離突起１００ａにより上下気流が分離され、流動分離突起１００ａの下部に誘導された空気流れ４０２は下部ボウル２００の下に導かれ、流動分離突起１００ａ上に誘導された空気流れ４０１は上部ボウル１００の入口外に導かれる。

また、基板（Ｗ）から飛散した余剰フォトレジスト液は、流動分離突起１００ａの底面に衝突した後、全て下方に飛散して基板（Ｗ）に逆飛散しないようになり、空気流れによって動く微細なフォトレジスト粒子もボウルの外に除去されて基板（Ｗ）上に落ちなくなる。

このとき、流動分離突起１００ａの断面構造において、鋭い頂点は材質の強度などを考慮してできるだけ鋭利に形成することが好ましい。また、流動分離突起１００ａをテフロン（登録商標）などのような撥水材で製作するか、撥水材をコーティングすることによって、流動分離突起１００ａに衝突した余剰フォトレジスト液が流動分離突起１００ａの底面に効果的に流れるようにし、流動分離突起１００ａに余剰フォトレジスト液が付着することを防止する。

図６は、コンピュータシミュレーション実験を利用して、図４Ａ及び図４Ｂに示された本発明の流動分離突起１００ａ周りの流動現象と流動ベクター（ｖｅｃｔｏｒ）をシミュレーションした結果を示す図である。図６に示したように、流動分離突起１００ａは、基板（Ｗ）近くの流動は流動分離突起１００ａの底面に誘導されて排気口５００に排気され、流動分離突起１００ａの上面に分離された基板（Ｗ）上部の流動は、上部ボウル１００の入口にさらに排気されるように作用する。基板（Ｗ）近くの空気流れは、フォトレジスト微粒子を含むが、空気の逆流現象なしに流動分離突起１００ａの下部に位置した下部ボウル２００に誘導され、基板（Ｗ）の回転と共に飛散された余剰フォトレジストは、基板（Ｗ）上に付着することなく全て排気口５００に排気される。これによって、コーティング作業などを実行する際に、従来のボウルで発生していたフォトレジスト液の「つらら」状の付着が最小化され、フォトレジスト液の逆飛散による粒子不良も最小化される。

図７Ａ及び図７Ｂは、本発明による基板表面装置と従来の基板表面装置の性能を比較したグラフである。これら図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の基板表面装置と従来の基板表面装置とを利用して基板上にフォトレジスト（ＰＲ）液をコーティングした場合、基板半径（ＷａｆｅｒＲａｄｉｕｓ）を変化させて、形成されるフォトレジストの厚さ（ＰＲＴｈｉｃｋｎｅｓｓ）を比較した結果を示している。図７Ａ及び図７Ｂに示したように、本発明の基板表面装置を利用すれば、フォトレジスト液の逆飛散現象及び粒子汚染問題が解決されると同時に、従来と比較して基板上のフォトレジストの厚さが均一に形成されることが理解される。また、本発明の基板表面装置によれば、フォトレジスト液の「つらら」状の付着を効果的に減らすので、ボウル内部の洗浄周期を従来と比較して非常に長期化することができる。例えば、従来の洗浄周期は２週間であったが、本発明を適用した基板表面装置の洗浄周期は４週間とすることができ、作業の効率を向上させることができる。

以上、本発明を具体的な実施形態を参照して詳細に説明したが、本発明の範囲は前述の実施形態によって限定されるべきではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものの範囲内で様々な変形が可能なことは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。

従来の実施形態による基板表面処理装置の主要部の断面構造図である。従来の他の実施形態による基板表面処理装置の断面構造図である。従来のまた他の実施形態による基板表面処理装置の断面構造図である。本発明の一実施形態による基板表面処理装置の主要部の断面構造図である。本発明の一実施形態による基板表面処理装置の主要部の断面構造図である。図４Ａ及び図４Ｂに示された流動分離突起の詳細断面構造図である。図４Ａ及び図４Ｂに示された本発明の流動分離突起周りの流動現象と流動ベクターをシミュレーションした結果を示す図である。本発明による基板表面装置と従来基板表面装置の性能を比較したグラフである。本発明による基板表面装置と従来基板表面装置の性能を比較したグラフである。

符号の説明

１，１０，３００，３１０スピンチャック
１１，５２供給ノズル
１２供給管
１３，３１制御バルブ
１４レジスト液タンク
１５Ｙ方向移動機
１６Ｚ方向移動機
１７ホルダー
２４カップ
２５気流制御板
３０排気管
３２ポンプ
４０ケース
４１，４２，４３逆飛散防止部
１００，１１０上部ボウル
１００ａ流動分離突起
２００，２１０下部ボウル
４０１，４０２，４１１，４１３空気流れ
５００，５１０排気口
Ｗ基板

Claims

基板表面処理装置であって、
基板を吸着維持し、前記基板を回転駆動及び昇降駆動するスピンチャックと、
前記スピンチャックの周りを覆うと共に上部に前記基板表面処理のための処理液の供給を受けるための上・下部ボウルと、
前記下部ボウルの下部からボウル全体の内部の空気を排気するための排気口と、
前記上部ボウルの内部に設置され、前記基板周りの空気流動を上下に分離して前記下部に分離された空気流動を、前記排気口を通じて排気させる流動分離突起と、
を備え、
前記流動分離突起は、前記上部ボウルの内壁に環状に形成され、断面形状において前記基板と対向している底面は所定角度で傾斜して形成され、上向きに傾斜して形成された前記流動分離突起の上面の傾斜角度は、前記底面の傾斜角度より小さく形成されており、前記流動分離突起は、前記基板の外径先端と対向する部位に鋭い頂点を有する三角形の形態を有しており、
前記流動分離突起の前記鋭い頂点は、前記基板の外径先端と、７〜１１ｍｍの距離を置いて形成されると共に、前記基板の上面より、２〜５ｍｍの高さを有することを特徴とする基板表面処理装置。
前記流動分離突起の前記鋭い頂点は、前記基板の外径先端と、８〜１０ｍｍの距離を置いて形成されることを特徴とする請求項１に記載の基板表面処理装置。
前記流動分離突起の前記鋭い頂点は、前記基板の上面より、３〜４ｍｍの高さを有することを特徴とする請求項１または２に記載の基板表面処理装置。
前記流動分離突起は、撥水材で製作されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板表面処理装置。
前記流動分離突起は、撥水材によりコーティングされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板表面処理装置。