JP4047325B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ、液晶用ガラス基板等、フォトマスク用基板等の基板に薬液を含む洗浄液、純水等の処理液を供給して洗浄処理等の所定の処理を行う基板処理装置および方法に関する。

従来この種の基板処理装置として、基板の一種であるウエハの周縁部に当接しつつウエハの下面をベース部材（スピンベース）から離間した状態でウエハを複数個の支持ピンで支持するスピンチャックと、スピンベースの中央部からウエハへ向けて、薬液、純水等の処理液を所定の流量で供給するノズルとを備えた基板処理装置がある。この基板処理装置においては、基板を支持した状態でスピンベースをモータ等で高速回転させつつ、ノズルから一定の大流量で処理液をウエハの中心部に供給させることにより、ウエハの中心部に供給された処理液を遠心力で基板の外周側へ広げて、ウエハの全体を処理液で覆わせ、ウエハに付着したパーティクル等の汚れを除去してウエハの洗浄処理を行っている。

特開平９−３３０９０４号公報（[００４８] 〜[００５０]、図１）

しかしながら、上述した従来の基板処理装置では、例えばノズルから処理液の供給を開始した時点や、ノズルからの処理液の供給を停止させた時点のように、ウエハに供給される処理液の流量が大きく変位する際には、一時的にノズルからの処理液がウエハへ向けて適切に供給されない状態が生じる。そのため、ノズル自身やスピンチャックが処理液に含まれる薬液等によって汚染されることがある。

このように基板支持手段が薬液で汚染された状態で処理を継続してしまうと、その後のスピン乾燥時には薬液の汚染雰囲気中で乾燥処理を行うことになるため、薬液を含む処理液によって一旦洗浄されたウエハが汚染されてしまうという問題がある。

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、薬液の汚染雰囲気中に乾燥処理を行うことがなく、ウエハ等の基板が汚染されることを防止できる基板処理装置および方法を提供することを目的とする。

この発明にかかる基板処理装置は、基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、上記目的を達成するために、基板の下面と対向する対向面と複数本の支持ピンとを有し、前記支持ピンによって前記対向面と基板の下面とを離間させた状態で基板を支持する基板支持手段と、基板を支持した前記基板支持手段を回転させる駆動手段と、回転する基板にその下方から純水を供給する純水供給手段と、前記基板支持手段の側方から純水を供給する側部洗浄ノズルと、前記純水供給手段から純水を基板に供給させて洗浄した後に、前記駆動手段により基板を回転させながら前記純水供給手段から純水を基板に供給させるとともに前記側部洗浄ノズルから純水を供給させる制御部とを備えたことを特徴としている。

このように構成された発明では、回転する基板の下方から純水を供給して基板を洗浄した後に、基板の下方から純水を供給する純水供給手段と、基板支持手段の側方から純水を供給する側部洗浄ノズルとから純水を供給している。このため、回転する基板の下方から供給され基板の回転に伴って基板の中心部から周縁部に向かう純水と基板支持手段の側方から供給される純水とにより、基板支持手段を純水で効率的に洗浄することができる。

基板支持手段によって基板を支持して回転させながら、回転する基板に純水を供給する際に側部洗浄ノズルにより基板支持手段の側方から純水を供給している。したがって、基板の回転に伴って基板の中心部から周縁部に向かう純水と基板支持手段の側方から供給される純水とにより、基板支持手段を純水で効率的に洗浄することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。図１は、本発明に係る基板処理装置の一種である基板洗浄装置の概略構成を示す縦断面図であり、図２は、図１中に示す供給機構の概略構成を示すブロック図である。

中空の回転軸１は、モータ３の回転軸に連結されており、このモータ３の駆動により鉛直軸周りに回転可能である。この回転軸１の上端部には、円板状のスピンベース５が一体的に連結されている。スピンベース５の周縁部付近には、基板の一種であるウエハＷの外周端部に当接しつつウエハＷを支持する支持ピン７が複数本設けられている。ウエハＷは、複数本の支持ピン７によって、ウエハＷの下面と対向するスピンベース５の対向面から所定の間隔離した状態で、水平に支持されている。

スピンベース５の上方には、ウエハＷの上面を洗浄するためにウエハＷの上面の回転中心付近に向けて純水、薬液等の洗浄液を供給する上部洗浄ノズル９と、窒素ガス等の不活性ガスやドライエア等の気体をウエハＷに供給する上部ガスノズル１１とが備えられている。この上部洗浄ノズル９は、開閉弁１３を介して洗浄液供給源１５に連通接続されており、制御部１７による開閉弁１３の開閉制御によって上部洗浄ノズル９からウエハＷの上面に洗浄液が供給される。また、上部ガスノズル１１は、開閉弁１９を介して気体供給源２１に連続接続されており、上部洗浄ノズル９による洗浄処理を行った後、制御部１７による開閉弁１９の開閉制御によって上部ガスノズル１１からウエハＷの上面に気体を供給して、ウエハＷの乾燥処理を行う。

スピンベース５の側方には、スピンベース５の上面とウエハＷの下面との間に純水を供給する側部洗浄ノズル２３が備えられている。この側部洗浄ノズル２３は、開閉弁２５を介して純水供給源２７に連通接続されており、制御部１７による開閉弁２５の開閉制御によって側部洗浄ノズル２３から純水がスピンベース５の対向面とウエハＷの下面との間の空間を通過してスピンベース５の対向面へ供給される。

回転部1の中空部には、下部洗浄液ノズル２９が同軸に設けられている。この下部洗浄液ノズル２９には、配管３１を介して後述する供給機構３３が連通接続されている。

回転軸１の内周面と下部洗浄ノズル２９との間の空間には、円筒状の気体供給路５９が形成されており、この気体供給路５９の先端部は気体噴出口６１として機能し、気体噴出口６１からウエハＷの下面とスピンベース５の対向面との間の空間に窒素ガス等の気体が供給される。気体噴出口６１は、制御部１７により開閉制御される開閉弁６３と流量調節弁６５とを介して気体供給源６７に連通接続されている。

下部洗浄ノズル２９の上端部には、傘型の遮断部材７１が取り付けられている。この遮断部材７１は、気体噴出口６１の上方を覆うような形状に形成されており、上面は噴出部６９から周縁部に向けて下降するように傾斜している。気体噴出口６１から噴出された気体は、遮断部材７１の下面とスピンベース５の対向面との隙間から、ウエハＷの下面とスピンベース５の対向面との間の空間に供給されるとともに、図示省略されているが遮断部材７１に形成されている多数の小孔からもウエハＷの下面へ向けて直接供給される。

次に、供給機構３３について図２を参照して説明する。図２は、供給機構の概略構成を示すブロック図である。配管３１の一端側には純水を供給するための第１の純水供給源３５が連通接続されており、一方、他端側には下部洗浄ノズル２９（図１参照）が連通接続されている。この配管３１には、第１の純水供給源３５からの純水の流量を調整するために圧力調整器３７が設けられている。また、この圧力調整器３７の下流側の配管３１には、第１の純水供給源３５からの純水の流量を計測する流量計３９が設けられている。この流量計３９で計測された流量と予め設定されている流量（第１の流量ＦＶ１）との差分を制御部１７が求め、この差分に基づく指令電圧に基づいて電空変換器４１が圧力調節器３７への空気圧を調整する。

流量計３９の下流の配管３１には薬液注入部４３が設けられている。この薬液注入部４３は、配管３１への各流体の注入量を各々独立に調整することができるようにするために、開閉弁と流量調節弁との機能を備えた３つの流量調節弁４５，４７，４９と、流量計３９の下流側の配管３１に設けられた開閉弁５１とを備えている。

第１の流量調節弁４５は、第１の薬液供給源５３に連通されており、配管３１に対する第１の薬液の注入量を調整し、第２の流量調節弁４７は、第２の薬液供給源５５に連通されており、配管３１に対する第２の薬液の注入量を調整する。また、第３の流量調節弁５７は、第２の純水供給源５７に連通されており、配管３１に対する純水の注入量を調整する。

なお、開閉弁５１と流量調節弁４５，４７，４９の開閉制御は、すべて制御部１７によって統括的に制御される。また、流量調節弁４５，４７，４９は、所定の流量となるように予め設定されており、特に、第３の流量調節弁４９により調整される流量は、圧力調節器３７によって予め設定されている第１の流量ＦＶ１よりも少ない第２の流量ＦＶ２になるように調整されている。

ウエハＷの下面を洗浄処理する際には、制御部１７は開閉弁５１を開放し、電空変換器４１を介して圧力調節器３７により第1の流量ＦＶ１になるように調整されて第１の純水供給源３５からの純水を配管３１へ供給するとともに、第３の流量調節弁４９により第1の流量ＦＶ１よりも少ない第２の流量ＦＶ２になるように調整されて第2の純水供給源５７からの純水を配管３１へ注入する。また、流量調節弁４５，４７を調整して所要量の第１または／および第２の薬液を配管３１へ注入する。したがって、第１の流量ＦＶ１と第２の流量ＦＶ２とを合わせた大流量の純水に所要の薬液が所要量だけ混合された洗浄液がウエハＷの下面へ供給される。

また、洗浄液が付着した下部洗浄ノズル２９の噴出部６９や遮蔽部材７１を洗浄する際には、開閉弁５１、流量調節弁４５，４７を閉止し、流量調節弁４９により第１の流量ＦＶ１よりも小流量の第２の流量ＦＶ２になるように調整されて、第２の純水供給源５７から純水のみを配管３１へ注入する。このとき、制御部１７は、図１に示す開閉弁２５を開放することによって、純水が側部洗浄ノズル２３からスピンベース５の対向面とウエハＷの下面との間の空間を通過してスピンベース５の対向面へ供給される。

次に、基板処理装置の動作について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。なお、ウエハＷの上方に設けられている上部洗浄ノズル９と上部ガスノズル１１との動作説明については省略する。

まず、制御部１７は、モータ３を回転制御してウエハＷを第１の回転数で高速回転させる（ステップＳ１）。このときの回転数は、例えば、６００ｒｐｍ程度である。ウエハＷの第１の回転数での回転開始とともに、制御部１７は、開閉弁５１を開放し、電空変換器４１を介して圧力調節器３７により第１の流量ＦＶ１（例えば、２．４リットル／分）となるように調整された純水を第１の純水供給源３５から配管３１へ供給するとともに、流量調節弁４９により第２の流量ＦＶ２（例えば、0．５リットル／分）となるように調整された純水を第２の純水供給源５７から配管３１へ注入する。さらに、流量調節弁４５，４７を介して所定量の薬液を第１の薬液供給源５３および第２の薬液供給源５５から配管３１へ注入し、第１の流量ＦＶ１と第２の流量ＦＶ２とを合わせた大流量（この例では、２．９リットル／分）の純水に薬液が混合された洗浄液が下部洗浄ノズル２９の噴出口６９からウエハＷの下面へ供給され、ウエハＷの下面が洗浄液により洗浄される（ステップＳ２）。

したがって、大流量で供給された洗浄液は、洗浄液が勢いよく噴出部６９からウエハＷの下面に供給させるとともに、第１の回転数でのウエハＷの回転に伴い、洗浄液がウエハＷの中心部の下面から周縁部に向かって移動して周囲に飛散する。なお、このとき薬液を含む洗浄液の飛沫や、ウエハＷの下面に付着していたパーティクルを含む液滴が下部洗浄ノズル２９の遮断部材７１やスピンベース５の対向面に付着する。

次に、制御部１７は、上述したステップＳ１での第１の回転数を保持した状態、流量調節弁４５，４７を閉止して、薬液の配管３１への注入を停止する。したがって、ウエハＷには純水だけが大流量（２．９リットル／分）で下部洗浄ノズル２９からウエハＷの下面に供給されるので、洗浄液に触れていたウエハＷの下面への純水による洗浄が行われる（ステップＳ３）。なお、この時点では、下部洗浄ノズル２９の遮断部材７１やスピンベース５の対向面には、洗浄液の液滴が付着した状態のままである。

制御部１７は、モータ３を回転制御してウエハＷを第１の回転数よりも低速である第２の回転数で回転させる（ステップＳ４）。このときの回転数は、例えば、２０ｒｐｍ程度である。ウエハＷの第２の回転数の回転開始とともに、制御部１７は、開閉弁２５を開放し、純水供給源２７から側部洗浄ノズル２３を介して、ウエハＷの下面とスピンベース５の対向面との間の空間に純水の供給を開始する。また、閉止弁５１を閉止するとともに、流量調節弁４９は開放した状態のままとする。その結果、流量調節弁４９により小流量（0．５リットル／分）となるように調整された純水を第２の純水供給源５７から配管３１へ注入され、下部洗浄ノズル２９から供給される。したがって、小流量で供給される純水は、上方へ向かうことなく下部洗浄ノズル２９の遮蔽部材７１に流下し、第２の回転数でのウエハＷの回転に伴い純水がウエハＷの下面から周縁部に向かって移動して周囲に飛散する。このとき、下部洗浄ノズル２９の噴出口６９と遮蔽部材７１に付着している洗浄液の液滴は除去される（ステップＳ５）。

制御部１７は、モータ３を回転制御してウエハＷを第２の回転数よりもさらに低速である第３の回転数で回転させる（ステップＳ６）。このときの回転数は、例えば、１０ｒｐｍ程度である。制御部１７は、流量調節弁４９を閉止させるとるとともに、開閉弁５１を開放し、圧力調節器３７の制御を再開する。これにより、下部洗浄ノズル２９からは第1の流量ＦＶ１（２．４リットル／分）の純水が供給される。したがって、下部洗浄ノズル２９の噴出口６９から供給される純水はウエハＷの下面へ向かうが、第３の回転数でのウエハＷの回転に伴い純水がウエハＷの回転中心から周縁部へ向かって多少広がり、ある程度広がった時点でスピンベース５の対向面に落下して周縁部へ向かって流下する。これにより、スピンベース５の対向面に付着していた洗浄液の液滴が除去される（ステップＳ７）。

次に、制御部１７は、ウエハＷを再び第１の回転数（６００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ８）。そして、制御部１７は、流量調節弁４９を開放し、高速回転されているウエハＷの下面には下部洗浄ノズル２９から純水が大流量（２．９リットル／分）で供給される。そのため、上述したスッテプＳ３と同様に、再びウエハＷの下面が純水で洗浄される（ステップＳ９）。

次に、制御部１７は、流量調節弁４９を閉止するとともに、開閉弁５１を閉止して、下部洗浄ノズル２９からの純水の供給を停止する。また、制御部１７は、開閉弁２５も開止し、側部洗浄ノズル２３からのウエハＷの下面とスピンベース５の対向面との間に純水の供給も停止する。一方、図１に示す開閉弁６３を開放するとともに、流量調節弁６５により適宜の流量に調整した不活性ガスを気体供給源６７から気体供給路５９を通って、気体噴出口６１からウエハＷの下面へ向けて供給する。そして、モータ３の回転を第１の回転数からさらに高速の第４の回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）に設定される（ステップＳ１０）。これにより、ウエハＷは高速で回転されながら、不活性ガスがウエハＷの下面へ供給され、ウエハＷの乾燥処理が行われる（ステップＳ１１）。

このステップＳ１１の乾燥処理が終了した後、制御部１７は、モータ３の駆動停止に伴い、ウエハＷの回転も停止する（ステップＳ１２）。これにより、一連洗浄処理及び乾燥処理の動作は停止する。

上述したように、ウエハＷの下面を洗浄する際には、洗浄液を最大の流量で供給し、下部洗浄ノズル２９を洗浄する際には、ウエハＷを低速回転させるとともに最小の流量で純水を供給し、スピンベース５の対向面を洗浄する際には、ウエハＷを低速回転させるとともに中間の流量で純水を供給するようにしたので、モータ３と流量調節弁４５，４７，４９、圧力調節器３７、開閉弁５１の作動／非作動といった比較的簡単な制御だけで、下部洗浄ノズル２９やスピンベース５の対向面を洗浄することができる。したがって、薬液等を含む洗浄液によるウエハＷの洗浄時に洗浄液で汚れた下部洗浄ノズル２９やスピンベース５の対向面を純水で洗浄することができる。

また、下部洗浄ノズル２９やスピンベース５の対向面を洗浄する際には、側部洗浄ノズル２３から純水をウエハＷの下面とスピンベース５の対向面との間に供給しているので、その後の乾燥処理時には、付着していた洗浄液によってウエハＷが汚染されるような不都合を防止できる。

この発明は、半導体ウエハ、液晶用ガラス基板等、フォトマスク用基板等の基板に薬液を含む洗浄液、純水等の処理液を供給して洗浄処理等の所定の処理を行う基板処理装置に適用することができる。

本発明に係る基板処理装置の概略構成を示す縦断面図である。 供給機構の概略構成を示す図である。 本発明に係る基板処理装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｗ … ウエハ
１ … 回転軸
３ … モータ
５ … スピンベース
７ … 支持ピン
９ … 上部洗浄ノズル
１７ … 制御部
２３ … 側部洗浄ノズル
２９ … 下部洗浄ノズル

Claims (2)

1. 基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、
   基板の下面と対向する対向面と複数本の支持ピンとを有し、前記支持ピンによって前記対向面と基板の下面とを離間させた状態で基板を支持する基板支持手段と、
   基板を支持した前記基板支持手段を回転させる駆動手段と、
   回転する基板にその下方から純水を供給する純水供給手段と、
   前記基板支持手段の側方から純水を供給する側部洗浄ノズルと、
   前記純水供給手段から純水を基板に供給させて洗浄した後に、前記駆動手段により基板を回転させながら前記純水供給手段から純水を基板に供給させるとともに前記側部洗浄ノズルから純水を供給させる制御部と
   を備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記純水供給手段は、前記基板支持手段に支持された基板の下面に向けて純水を供給する下部洗浄ノズルを備え、
   前記制御部は、処理の進行に応じて前記下部洗浄ノズルからの前記純水の流量および前記駆動手段による前記基板支持手段の回転数を変化させる請求項１に記載の基板処理装置。

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