JP4197612B2

JP4197612B2 - 処理液の供給装置及びスピン処理装置

Info

Publication number: JP4197612B2
Application number: JP2002374411A
Authority: JP
Inventors: 晃一樋口; 大輔松嶋; 禎明黒川
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: JP2004207469A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は基板に超音波振動が与えられた処理液を供給する処理液の供給装置及びその供給装置を用いたスピン処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置や液晶表示装置などの製造過程には、半導体ウエハやガラス基板などの基板に回路パタ−ンを形成するリソグラフィープロセスがある。このリソグラフィープロセスは、周知のように上記基板にレジストを塗布し、このレジストに回路パターンが形成されたマスクを介して光を照射し、ついでレジストの光が照射されない部分（あるいは光が照射された部分）を除去し、除去された部分をエッチングするなどの一連の工程を複数回繰り返すことで、上記基板に回路パターンを形成するものである。
【０００３】
上記一連の各工程において、上記基板が汚染されていると回路パターンを精密に形成することができなくなり、不良品の発生原因となる。したがって、それぞれの工程で回路パターンを形成する際には、レジストや塵埃などの微粒子が残留しない清浄な状態に上記基板を処理液によって処理するということが行われている。
【０００４】
上記基板を処理液によって処理する装置としてはスピン処理装置が知られている。スピン処理装置はカップ体を有する。このカップ体内には回転テーブルが設けられ、この回転テーブルには上記基板が着脱可能に保持される。
【０００５】
上記回転テーブルの上方にはノズル体が設けられている。そして、上記回転テーブルを回転させながらノズル体から基板に向けて処理液を供給することで、この基板を処理するということが行われる。
【０００６】
基板に処理液を単に供給するだけでは、基板に付着した汚れを十分に除去することができないことがある。そこで、基板に供給される洗浄液に超音波振動を与え、洗浄効果を高めるということが行われている。
【０００７】
従来、処理液に超音波振動を与えるためにはノズル体が用いられている。このノズル体内には振動板が設けられている。この振動板の上面には、振動板を超音波振動させる振動子が設けられている。ノズル体内に供給された処理液は、上記振動板の下面側を通ってノズル体の先端に開口形成されたノズル孔或いはスリットから基板に向けて噴射する。それによって、ノズル孔或いはスリットから流出する処理液には、上記振動板によって超音波振動が付与されることになる。
【０００８】
また、高温の処理液を流す場合は、ノズル体では振動子が温度上昇して損傷することがあるため、振動子を厚みを持ったブロック状の発振体に取付けるということも行なわれている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記ノズル体は基板の上方に配置され、超音波振動が与えられた処理液は、基板の上方に位置するノズル体のノズル孔或いはスリットから下方に向けて噴射される。
【００１０】
上面に振動子が設けられノズル体内に配置された振動板の下面側に処理液を流す構造であると、振動子の振動に伴う発熱を、振動板の下面側を通る処理液によって冷却することになる。その場合、振動板の下面側の空間に気泡が入り込むと、いわゆる空焚き状態となって振動子が温度上昇して損傷するということがある。
【００１１】
そのため、ノズル体への処理液の供給は、振動板の下面側の空間部に気泡が入り込むことがないよう、処理液が常にノズル体内に充満する状態で供給しなければならない。その結果、処理液の使用量（供給量）が必要以上に増大し、ランニングコストの上昇を招く原因となっていた。
【００１２】
超音波振動が付与された処理液を、ノズル体のノズル孔或いはスリットから噴出させる場合、上述した空焚きを防止するなどのことによってノズル孔或いはスリットの開口面積を十分に大きくすることができない。
【００１３】
そのため、ノズル孔或いはスリットから噴出する処理液によって処理される基板の単位時間当たりの面積を拡大することが難しいため、処理効率を向上させることができないということもあった。
【００１４】
また、上記ブロック状の発振体は基板の上方に近接して配置され、この発振体の外側から基板と発振体の隙間に処理液を供給するようにしている。しかしながら、発振体の外方から処理液を供給するだけでは、基板が回転テーブルによって回転駆動されていても、処理液が基板の板面から迅速に流出せず、その板面で滞留し易いということがある。
【００１５】
そのため、超音波振動が付与された処理液によって基板に付着した汚れが除去されても、汚れを含む処理液が基板上で滞留することによって、その汚れが基板に再付着し、基板の洗浄効果を十分に向上させることができないということがある。
【００１６】
この発明は、超音波振動が付与された処理液が基板上で所定方向に流れ易いようにすることで、基板上で滞留して洗浄効果の低下を招くことがなく、さらに単位時間あたりの処理面積を増大させて処理効率の向上を図ることができるようにした処理液の供給装置及びスピン処理装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、基板を処理する処理液に超音波振動を与える処理液の供給装置において、
上記基板と対向する下面に一端が開口した上記処理液の供給路を有するブロック状の発振体と、
この発振体の上面に設けられた振動子と、
上記発振体の下面に所定方向に沿って形成され上記供給路から発振体の下面側に流出する処理液を所定方向に沿って流すガイド溝を具備し、
上記ガイド溝は上記発振体の下面の所定方向一端から他端にわたって形成され、上記供給路は、上記発振体の一端部から他端部に向かって傾斜して形成されていて、
上記発振体の下面の所定方向一端部には、上記供給路が連通する拡散溝が上記所定方向と交差する方向に沿って形成されていることを特徴とする処理液の供給装置。
［請求項２］上記供給路は、それぞれ異なる種類の処理液が供給される複数の分岐路と、これら複数の分岐路に供給された処理液を混合して上記発振体の下面から流出させる集合路とを備えていることを特徴とする請求項１記載の処理液の供給装置にある。
【００２１】
この発明は、基板を回転させながら処理液によって処理するスピン処理装置において、
上記基板を保持して回転駆動される回転テーブルと、
この回転テーブルの上面で上記基板の径方向に沿って揺動駆動されるアーム体と、
このアーム体の先端部に設けられ上記基板に超音波振動が付与された洗浄液を供給する供給装置とを具備し、
上記供給装置は請求項１に記載された構成であることを特徴とするスピン処理装置にある。
【００２２】
この発明によれば、超音波振動が与えられた処理液が発振体の下面のガイド溝に沿って流れるため、基板上で滞留し難くなるとともに、ブロック状の発振体の下面の面積に応じて単位時間当たりに処理可能な基板面積を拡大することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の一実施の形態を説明する。
【００２４】
図１はこの発明の一実施の形態に係るスピン処理装置を示す。このスピン処理装置はカップ体１を備えている。このカップ体１の底部には複数の排出管２が周方向に所定間隔で接続されている。各排出管２は図示しない排気ポンプに連通している。
【００２５】
上記カップ体１内には回転テーブル３が設けられている。この回転テーブル３は基部３ａと、この基部３ａに一端を連結した４本のアーム３ｂ（２本のみ図示）とを有する。各アーム３ｂの先端部にはそれぞれ支持部４が設けられている。各支持部４は支持ピン５及び支持ピン５よりもアーム３ｂの先端側に設けられた一対の係合ピン６（１本のみ図示）からなる。係合ピン６は支持ピン５よりも背が高く設定されている。
【００２６】
上記回転テーブル３には液晶表示装置を形成するガラス製の基板Ｗが供給される。回転テーブル３に供給された基板Ｗは周辺部の角部下面が上記支持ピン５によって支持され、角部の一対の側面が上記係合ピン６によって係合保持されるようになっている。
【００２７】
上記回転テーブル３は制御モータ１１によって回転駆動される。この制御モータ１１は筒状の固定子１２内に同じく筒状の回転子１３が回転可能に挿入されてなり、この回転子１３に上記回転テーブル３の基部３ａが動力伝達部材１３ａを介して連結されている。
【００２８】
上記制御モータ１１は制御装置１４によって回転が制御される。それによって、上記回転テーブル３は上記制御装置１４によって所定の回転数で回転させることができる。
【００２９】
上記回転子１３内には中空状の固定軸１５が挿通されている。この固定軸１５の上端には上記回転テーブル３の上面側に位置するノズルヘッド１６が設けられている。つまり、ノズルヘッド１６は回転テーブル３と一緒に回転しない状態になっている。このノズルヘッド１６には処理液を噴射する複数の第１のノズル１７及び気体を噴射する第２のノズル１８が設けられている。
【００３０】
それによって、上記各ノズル１７，１８から回転テーブル３に保持された基板Ｗの下面の中央部分に向けて処理液や気体を選択的に噴射することができるようになっている。つまり、基板Ｗは下面を洗浄及び乾燥処理することができるようになっている。
【００３１】
上記カップ体１の側方にはアーム体２２が設けられている。このアーム体２２の基端部は中空状の軸体２３の上端に連結されている。この軸体２３の下端は回転モータ２４に連結されている。回転モータ２４は軸体２３を所定の角度で回転駆動する。それによって、上記アーム体２２は回転テーブル３の径方向に沿って揺動駆動可能となっている。
【００３２】
上記回転モータ２４は図示しないリニアガイドによって上下方向に沿って移動可能な可動板２５に取付けられている。この可動板２５は上下駆動シリンダ２６によって上下方向に駆動される。
【００３３】
上記アーム体２２の先端には上記回転テーブル３に保持された基板Ｗに向けて処理液を供給するための供給装置３１が設けられている。この供給装置３１は図２と図３に示すように石英などの材料によって直方体状のブロックに形成された発振体３２を有する。この発振体３２の下面には、断面山形状の複数のガイド溝３３が長手方向全長にわたり、しかも幅方向に並列に形成されている。図４に示すように、上記ガイド溝３３を形成する斜面３３ａの角度θは７〜１０度に設定されている。
【００３４】
上記発振体３２の上面には、幅方向に離間した帯状の２つの振動子３４が長手方向に沿って接着固定されている。この振動子３４には図示しない超音波発振装置から高周波電圧が印加される。それによって、振動子３４とともに上記発振体３２が超音波振動する。
【００３５】
上記斜面３３ａの角度θを７〜１０度に設定すると、発振体３２の上面の振動子３４の超音波振動が発振体３２の下面へ伝播すると、その下面の斜面３３ａで全反射せずに透過する。
【００３６】
上記発振体３２の長手方向一端部には上端面に一端を開口させて複数、この実施の形態では第１乃至第３の３つの分岐路３５ａ〜３５ｃが形成されている。各分岐路３５ａ〜３５ｃの他端は上記発振体３２の高さ方向中途部に形成された合流部３６で集合している。この合流部３６には１本の集合路３７の一端が連通している。この集合路３７は発振体３２の長手方向一端部から他端部に向かって傾斜しており、先端は上記発振体３２の一端部下面に幅方向ほぼ全長にわたって形成された拡散溝３８に連通している。
【００３７】
上記発振体３２の一端部上面には接続ブロック３９が下端面を液密に接合させて設けられている。この接続ブロック３９には３つの連通路３９ａ〜３９ｃが形成されている。各連通路３９ａ〜３９ｃの一端はそれぞれ上記第１乃至第３の分岐路３５ａ〜３５ｃの一端に連通している。
【００３８】
上記各連通路３９ａ〜３９ｃの他端にはそれぞれ処理液を供給する第１乃至第３の供給管４１〜４３が接続されている。この実施の形態では、第１の供給管４１には硫酸が供給され、第２の供給管４２には過酸化水素水が供給され、第３の供給管４３には純水が供給される。
【００３９】
上記発振体３２の外周面の高さ方向中途部には鍔４４が全周にわたって形成されている。発振体３２の側面の上記鍔４４よりも上方の部分には冷却手段としての冷却体４５が設けられている。この冷却体４５には冷却水等の冷却媒体を流す流路４６が形成されている。流路４６に冷却媒体を流すことで、発振体３２を介してその上面に設けられた振動子３４が冷却されるようになっている。なお、冷却体４５は発振体３２の側面でなく上面に設けてもよく、少なくともどちらか一方に設けるようにすればよい。
【００４０】
上記発振体３２の上記鍔４４よりも上部は内カバー４７によって覆われている。この内カバー４７は両端部を上記鍔４４の下面に図示しないパッキングを介して液密に重合させた外カバー４９によって覆われている。それによって、基板Ｗに供給された硫酸や過酸化水素水などの処理液がカップ体１内で飛散しても、その処理液及び雰囲気が振動子３４などに付着するのを防止できるようになっている。
【００４１】
つぎに、上記構成のスピン処理装置によってたとえば基板Ｗに設けられたレジストを剥離したり、有機性の汚れを除去する場合について説明する。レジストの剥離や有機性の汚れを除去する場合には、硫酸と過酸化水素水とを混合した処理液（略してＳＰＭ液と呼ばれている）が用いられる。
【００４２】
まず、冷却体４５の流路４６に冷却媒体を流すとともに、アーム体２２を下方向に駆動し、この発振体３２の下面を回転テーブル３に保持された基板Ｗの上面の中央部分にわずかな間隔を介して対向させる。
【００４３】
つぎに、振動子３４に高周波電圧を印加し、発振体３２を超音波振動させるとともに、発振体３２の第１の分岐管３５ａには第１の供給管４１から硫酸を供給し、第２の分岐管３５ｂには第２の供給管４２から過酸化水素水を供給する。それと同時に、アーム体２２を揺動させ、供給装置３１を基板Ｗの回転中心部と径方向外方端との間で往復動させる。
【００４４】
第１の分岐管３５ａに供給された硫酸と、第２の分岐管３５ｂに供給された過酸化水素水とは合流部３６で混合し、ＳＰＭ液となって集合路３７を通り、発振体３２の下面の拡散溝３８で発振体３２の幅方向ほぼ全長にわたって拡散して発振体３２の下面と基板Ｗの上面との間隙に流出する。
【００４５】
発振体３２の下面と基板Ｗの上面との間隙に流出したＳＰＭ液は、上記集合路３７が発振体３２の長手方向一端から他端に向かって傾斜しているため、図２に矢印Ａで示すようにその傾斜方向に沿って発振体３２の拡散溝３８から下面に流出し、その拡散溝３８からガイド溝３３にガイドされて基板Ｗの上面を流れる。
【００４６】
ガイド溝３３を流れるＳＰＭ液は発振体３２から超音波振動が付与される。そのため、基板Ｗの上面は超音波振動が付与されたＳＰＭ液によって洗浄されることになる。基板Ｗの上面を洗浄したＳＰＭ液はガイド溝３３に沿って所定方向に円滑に流れ、基板Ｗの上面から流出する。
【００４７】
そのため、超音波振動が付与されたＳＰＭ液によって除去された基板Ｗの汚れは、このＳＰＭ液とともに基板Ｗの上面から円滑かつ迅速に流出するため、基板Ｗの上面に再付着するのが防止される。
【００４８】
また、振動子３４の超音波振動は、発振体３２を振動させるだけでなく、発振体３２の厚さ方向上面から下面へ伝播する。発振体３２の下面は傾斜角度が７〜１０度の斜面３３ａに形成されている。石英からなる発振体３２の下面と基板Ｗの上面との間にＳＰＭ液が介在している場合、斜面３３ａが７〜１０度であれば、発振体３２を伝播した振動子３４からの超音波振動は上記斜面３３ａで全反射することなく、この斜面３３ａを透過してＳＰＭ液に作用する。
【００４９】
処理液として純水を用いて実験したところ、超音波振動は斜面３３ａの角度が０度で全反射し、１５度でも全反射した。さらに、１５度以上の角度でも反射の影響が確認された。そのため、上記斜面３３ａは超音波振動を反射せずに透過する角度である、７〜１９度に設定することがよい。
【００５０】
処理液が純水でなく、ＳＰＭ液の場合、超音波振動が斜面３３ａで全反射する角度が多少異なるが、ほぼ同じと考えて差し支えない。そのため、振動子３４の超音波振動は発振体３２を伝達し７〜１０度の角度に設定された斜面３２ａを透過し、基板Ｗ上をガイド溝３３に沿って流れるＳＰＭ液に効率よく伝達されることになるから、そのことによっても洗浄効果を高めることができる。
【００５１】
基板Ｗは、単位時間当たりに発振体３２の下面と同じ大きさの面積の部分が洗浄処理される。つまり、超音波振動が付与されたＳＰＭ液は、発振体３２の下面全体と、基板Ｗの上記下面全体に対向する部分との間に介在するため、ＳＰＭ液による処理を発振体３２の下面に対応した面積で行うことができる。そのため、ノズル体を用いる従来に比べて単位時間当たりの処理面積が増大するから、基板Ｗを効率よく洗浄処理することが可能となる。
【００５２】
発振体３２の上面に設けられた振動子３４は冷却体４５の流路４６を流れる冷却媒体によって発振体３２を介して冷却される。つまり、振動子３４は、発振体３２に供給される処理液の供給量に係りなく冷却される。そのため、発振体３２に供給する処理液の供給量が少なくとも、振動子３４を確実に冷却することができる。
【００５３】
処理液が上述したＳＰＭ液の場合、硫酸と過酸化水素水とが混合することで反応熱を発生する。そのため、ＳＰＭ液を振動子３４の冷却用として利用することができない。つまり、処理液がＳＰＭ液の場合、その処理液を振動子３４の冷却水として利用していた従来のノズル体からなる供給装置では振動子３４を冷却することが不可能となる。
【００５４】
しかしながら、この発明では発振体３２に冷却体４５を設け、この冷却体４５の流路に冷却水を流すようにしているから、反応熱を発生する処理液を供給する場合であっても、処理液の種類に係りなく振動子３４を確実に冷却することができる。
【００５５】
このようにして、ＳＰＭ液による基板Ｗの処理が終了したならば、硫酸と過酸化水素水との供給を停止し、第３の供給管４３から純水を供給し、基板Ｗの上面に残留するＳＰＭ液を洗浄除去する。この場合も、純水に超音波振動を与えることで、基板Ｗの洗浄処理を確実かつ迅速に行うことができるばかりか、単位時間当たりの処理面積を従来に比べて拡大することができる。
【００５６】
この発明は上記一実施の形態に限定されず、たとえば発振体３２の下面には図５（ａ）に示すように一対の斜面３３ａによって１つのガイド溝３３Ａだけを形成するようにしてもよい。この場合も、上記一実施の形態と同様、上記ガイド溝３３Ａを形成する２つの斜面３３ａの角度θを７〜１０度にすればよい。
【００５７】
発振体３２の下面には図５（ｂ）に示すように複数の円弧状の突条５１を幅方向に沿って設けることで、隣り合う突条５１間に発振体３２の長手方向全長に沿うガイド溝３３Ｂを形成するようにしてもよい。
【００５８】
図６は複数の液体を混合するために発振体３２に形成される流路の構成の変形例を示す。この実施の形態は、発振体３２に主流路６１を形成する。この主流路６１には接続ブロック３９を介して過酸化水素水を供給する第２の供給管４２と純水を供給する第３の供給管４３とを接続する。硫酸を供給する第１の供給管４１は上記主供給路６１内に挿入する。つまり、硫酸の流路である第１の供給管４１の外側に過酸化水素水と純水とを流す、二重管構造となっている。
【００５９】
それによって、基板ＷにＳＰＭ液を供給する場合、常温の過酸化水素水が流れる主供給路６１内に温度の高い硫酸が第１の供給管４１によって流されることになるから、硫酸の熱が過酸化水素水によって発振体３２上面の振動子３２に伝わり難くなる。それによって、振動子３２に硫酸の熱影響が及ぶのを低減することができる。
【００６０】
なお、図６において、図３と同一部分には同一記号を付して説明を省略する。
【００６１】
また、基板としては液晶表示装置に用いられるガラス基板だけでなく、半導体ウエハなどであってもよく、要は精密洗浄などの処理が要求されるものであれば、この発明を適用することができる。さらに、処理液としては混合することによって反応熱が生じても、生じないくてもよく、反応熱が生じる処理液の場合には、発振体を処理液を用いずに冷却する構造であるから、振動子を冷却するという点で極めて有効である。また、処理液は複数の液体を混合する場合だけに限られず、単一の液体を用いる場合であってもこの発明は適用できる。
【００６２】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、超音波振動が与えられた処理液を発振体の下面のガイド溝に沿って流すようにした。
【００６３】
そのため、基板を処理した処理液が基板上で滞留し難くなるため、洗浄効果を向上させることができ、しかもブロック状の発振体の下面の面積に応じて単位時間当たりの処理面積を拡大することができるから、処理効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係るスピン処理装置の概略図。
【図２】スピン処理装置のアーム体に設けられる処理装置の長手方向に沿う断面図。
【図３】図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図。
【図４】発振体の下端部の拡大断面図。
【図５】（ａ），（ｂ）はそれぞれ発振体の下面に形成されるガイド溝の変形例を示す断面図。
【図６】発振体に形成される液体の供給路の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
３２…発振体、３４…振動子、３３…ガイド溝、４１〜４３…供給路、３８…拡散溝、３５ａ〜３５ｃ…分岐路、３７…集合路、４５…冷却体（冷却手段）。

Claims

基板を処理する処理液に超音波振動を与える処理液の供給装置において、
上記基板と対向する下面に一端が開口した上記処理液の供給路を有するブロック状の発振体と、
この発振体の上面に設けられた振動子と、
上記発振体の下面に所定方向に沿って形成され上記供給路から発振体の下面側に流出する処理液を所定方向に沿って流すガイド溝を具備し、
上記ガイド溝は上記発振体の下面の所定方向一端から他端にわたって形成され、上記供給路は、上記発振体の一端部から他端部に向かって傾斜して形成されていて、
上記発振体の下面の所定方向一端部には、上記供給路が連通する拡散溝が上記所定方向と交差する方向に沿って形成されていることを特徴とする処理液の供給装置。
上記供給路は、それぞれ異なる種類の処理液が供給される複数の分岐路と、これら複数の分岐路に供給された処理液を混合して上記発振体の下面から流出させる集合路とを備えていることを特徴とする請求項１記載の処理液の供給装置。
上記発振体の側面には、この発振体を冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の処理液の供給装置。
上記発振体の下面には上記所定方向と交差する方向に断面山形状の複数の上記ガイド溝が並列に形成されていて、このガイド溝を形成する斜面の角度は７〜１０度に設定されていることを特徴とする請求項１記載の処理液の供給装置。
基板を回転させながら処理液によって処理するスピン処理装置において、
上記基板を保持して回転駆動される回転テーブルと、
この回転テーブルの上面で上記基板の径方向に沿って揺動駆動されるアーム体と、
このアーム体の先端部に設けられ上記基板に超音波振動が付与された洗浄液を供給する供給装置とを具備し、
上記供給装置は請求項１に記載された構成であることを特徴とするスピン処理装置。