JP4236073B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、電子部品などの基板を、オゾンが溶解したオゾン水中に浸漬させて処理する基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいて、基板、例えばシリコンウエハの表面に付着したレジスト等の有機物を分解して除去する目的などで、純水中にオゾンを溶解させたオゾン水を使用し、そのオゾン水中にウエハを浸漬させて処理することが行われている。
【０００３】
図３は、オゾン水を用いる従来の基板処理装置の構成の１例を示す概略図である。この基板処理装置は、内部にオゾン水を収容しそのオゾン水中にウエハＷがウエハホルダ１４に保持されて浸漬させられる処理槽１２を備えている。
【０００４】
処理槽１２は、下部に液体供給口１６を有するとともに、上部に液体が溢れ出す溢流部１８を有する。また、処理槽１２には、溢流液受け部２０が付設されており、処理槽１２上部の溢流部１８から溢れ出た液体が溢流液受け部２０内へ流入するようになっている。溢流液受け部２０の底部には、溢流液排出管２２が連通して接続されており、溢流液排出管２２は、ドレイン排出管２４に接続されている。また、処理槽１２の底部には、排液口２６が形設されており、その排液口２６に、排液バルブ３０が介挿された排液管２８が連通して接続され、排液管２８は、ドレイン排出管２４に接続されている。
【０００５】
また、処理槽１２の下部の液体供給口１６には、開閉制御弁３４が介挿された液体供給管３２が連通して接続されており、その液体供給管３２に、純水供給源に接続され開閉制御弁３８および流量調整弁４０がそれぞれ介挿された純水供給管３６、ならびに、オゾン水発生器などのオゾン水供給源に接続され開閉制御弁４４が介挿されたオゾン水供給管４２がそれぞれ接続されている。なお、図３に示したような、いわゆるワンバス方式の基板処理装置では、通常、液体供給管３２にミキシングバルブが介在して設けられ、そのミキシングバルブに、それぞれ種類の異なる薬液の供給タンクに接続された複数本の薬液供給管が接続されていて、純水供給管３６を通して送られる純水と各薬液とを混合して処理槽１２内へ供給することができるように構成されているが、その図示および説明は、本書では省略する。
【０００６】
図３に示したような構成の基板処理装置において、オゾン水によりウエハＷの表面に付着したレジスト等の有機物を分解して除去するときは、オゾン水供給管４２から液体供給管３２を通して処理槽１２の液体供給口１６へオゾン水を供給し、処理槽１２内へオゾン水を流入させてその内部にオゾン水を満たし、処理槽１２の上部の溢流部１８からオゾン水が溢れ出て溢流受け部２０内へ流入する状態にする。あるいは、純水で満たされた処理槽１２内へオゾン水供給管４２から液体供給管３２を通して処理槽１２の液体供給口１６へオゾン水を供給し、処理槽１２内へオゾン水を流入させて、オゾン水により処理槽１２の上部の溢流部１８から純水を押し出し、処理槽１２の内部をオゾン水で置換し、処理槽１２の内部にオゾン水を満たし処理槽１２の上部の溢流部１８からオゾン水が溢れ出て溢流受け部２０内へ流入する状態にする。この状態において、ウエハＷがオゾン水中に浸漬させられ、あるいは、処理槽１２内へのオゾン水の供給前から処理槽１２内に収容されていたウエハＷがオゾン水中に浸漬させられて、オゾンの酸化作用によりウエハＷの表面上の有機物が分解して除去される。
【０００７】
オゾン水によるウエハＷの処理が終わると、オゾン水の供給を停止させるとともに、純水供給管３６から液体供給管３２を通して処理槽１２の液体供給口１６へ純水を供給し、処理槽１２内へ純水を流入させて、純水により処理槽１２の上部の溢流部１８からオゾン水を押し出し、処理槽１２の内部を純水で置換し、処理槽１２の内部に純水を満たし処理槽１２の上部の溢流部１８から純水が溢れ出て溢流受け部２０内へ流入する状態にする。あるいは、排液バルブ３０を開いて処理槽１２内のオゾン水を排液口２６から流出させ、排液管２８を通ってオゾン水を急速に排出させた後、処理槽１２内へ純水を供給して、処理槽１２の内部に純水を満たし処理槽１２の上部の溢流部１８から純水が溢れ出て溢流受け部２０内へ流入する状態にする。この状態において、ウエハＷが純水中に浸漬させられて水洗される。水洗が終了すると、ウエハＷは処理槽１２から搬出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したようにオゾン水を用いて基板の表面から有機物を分解除去する処理において、オゾン水中のオゾンと有機物との反応速度Ｒは、Ｒ＝ｋ×Ｃ×Ｔ（ｋ：反応定数、Ｃ：溶存オゾン濃度、Ｔ：処理温度）で表される。したがって、溶存オゾン濃度Ｃが高いほど、また処理温度Ｔが高くなるほど反応速度Ｒは大きくなる。
【０００９】
ところが、溶存オゾン濃度Ｃと処理温度Ｔとは相反する関係にある。すなわち、反応速度Ｒを大きくしようとして処理温度Ｔ（オゾン水の液温）を高くすると、オゾンの溶解度が小さくなり、溶存オゾン濃度Ｃが小さくなって、反応速度Ｒが低下することになる。一方、溶存オゾン濃度Ｃを高くして反応速度Ｒを大きくしようとして、オゾン水の液温を下げると、処理温度Ｔが低下して、反応速度Ｒが低下することになる。また、処理槽内へオゾン水発生器から常温のオゾン水を供給して基板の処理を行う場合には、溶存オゾン濃度が低くなるため、反応速度Ｒは変わらない。このように、溶存オゾン濃度Ｃと処理温度Ｔとを共に高くして反応速度Ｒを大きくする、といったことは不可能である。
【００１０】
したがって、従来は、オゾン水中のオゾンと有機物との反応速度をある限度以上に大きくすることができず、このため、オゾン水による基板の処理時間が長くなって、スループットが低くなるという問題点があった。
【００１１】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、オゾン水による基板の処理時間を短くして、スループットを高くすることができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、オゾンが溶解したオゾン水を収容しそのオゾン水中に基板ホルダに保持された基板が浸漬させられて処理される処理槽と、この処理槽内へオゾン水を供給するオゾン水供給手段と、を備えた基板処理装置において、前記処理槽の直上位置に配設され、前記処理槽内から上方へ移動してきた基板を加熱する加熱器を有する加熱部と、この加熱部が配置された前記処理槽の直上位置と前記処理槽の内方位置との間で、基板を保持した前記基板ホルダを上下方向に移動させる基板搬送手段と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、オゾンが溶解したオゾン水を収容しそのオゾン水中に基板ホルダに保持された基板が浸漬させられて処理される処理槽と、この処理槽内へオゾン水を供給するオゾン水供給手段と、を備えた基板処理装置において、前記処理槽の直上位置に配設され、処理槽内から上方へ移動してきた基板の表面に対し高温に加熱された流体を吹き付けて基板を加熱する吹出しノズルを有する加熱部と、前記吹出しノズルへ高温に加熱された流体を供給する加熱流体供給手段と、前記加熱部が配置された前記処理槽の直上位置と前記処理槽の内方位置との間で、基板を保持した前記基板ホルダを上下方向に移動させる基板搬送手段と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項１に係る発明の基板処理装置においては、処理槽の直上位置に配設された加熱部の加熱器により基板を加熱し、その加熱された基板を保持した基板ホルダを基板搬送手段により処理槽内へ移動させて、処理槽内に収容されたオゾン水中に基板を浸漬させて処理すると、基板が低温のオゾン水中に浸漬させられても、基板の温度は直ぐには低下しない。このため、基板の表面では、高い温度条件の下でオゾン水中のオゾンと基板表面上の有機物とが反応することになる。したがって、オゾン水供給手段により、低温で高溶存オゾン濃度のオゾン水を調製して処理槽内へ供給し、そのオゾン水中に加熱部で加熱された基板を浸漬させて処理すると、溶存オゾン濃度と処理温度とが共に高い状態でオゾンと有機物との反応が行われ、その反応速度が大きくなる。このため、オゾン水による基板の処理時間が短くなる。そして、基板の表面から有機物が完全に除去されるまで、基板搬送手段によって基板を保持した基板ホルダを加熱部の配設位置と処理槽の内方位置との相互間で移動させつつ、例えば、処理槽→加熱部→処理槽、加熱部→処理槽→加熱部→処理槽、あるいは処理槽→加熱部→処理槽→加熱部→処理槽といったように基板ホルダを移動させつつ、加熱部での基板の加熱と処理槽でのオゾン水による基板の処理とを繰り返すようにすればよい。
【００１５】
請求項２に係る発明の基板処理装置においては、処理槽の直上位置に配設された加熱部の吹出しノズルから基板の表面に対し高温に加熱された流体を吹き付けて基板を加熱し、その加熱された基板を保持した基板ホルダを基板搬送手段により処理槽内へ移動させて、処理槽内に収容されたオゾン水中に基板を浸漬させて処理すると、基板が低温のオゾン水中に浸漬させられても、基板の温度は直ぐには低下しない。このため、基板の表面では、高い温度条件の下でオゾン水中のオゾンと基板表面上の有機物とが反応することになる。したがって、オゾン水供給手段により、低温で高溶存オゾン濃度のオゾン水を調製して処理槽内へ供給し、そのオゾン水中に加熱部で加熱された基板を浸漬させて処理すると、溶存オゾン濃度と処理温度とが共に高い状態でオゾンと有機物との反応が行われ、その反応速度が大きくなる。このため、オゾン水による基板の処理時間が短くなる。そして、基板の表面から有機物が完全に除去されるまで、基板搬送手段によって基板を保持した基板ホルダを加熱部の配設位置と処理槽の内方位置との相互間で移動させつつ、例えば、処理槽→加熱部→処理槽、加熱部→処理槽→加熱部→処理槽、あるいは処理槽→加熱部→処理槽→加熱部→処理槽といったように基板ホルダを移動させつつ、加熱部での基板の加熱と処理槽でのオゾン水による基板の処理とを繰り返すようにすればよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図１および図２を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、この発明に係る基板処理装置の構成の１例を示す概略図である。この装置は、基板処理部７４を備えて構成されている。基板処理部７４の構成は、図３に示した上述の、オゾン水を用いる従来の基板処理装置と同じであるので、その説明を省略する。この装置には、基板処理部７４の処理槽１２の直上位置に、ハロゲンランプ等のランプや（遠）赤外線ヒーターなどの加熱器７８を有する加熱部７６が設けられ、図示していないが、基板処理部７４と加熱部７６との相互間でウエハＷを搬送するウエハ搬送機構を備えて構成されている。
【００１８】
上記した構成の基板処理装置を使用し、ウエハＷの表面に付着したレジスト等の有機物を分解除去する処理動作の１例を説明する。
【００１９】
まず、基板処理部７４において、上述したような操作により、処理槽１２の内部にオゾン水を満たし処理槽１２の上部の溢流部１８からオゾン水が溢れ出て溢流受け部２０内へ流入する状態にし、ウエハＷを処理槽１２内のオゾン水中に浸漬させて、１回目のウエハＷの処理を行う。この際、オゾン水供給源では、低温で高溶存オゾン濃度のオゾン水を調製し、そのオゾン水を、オゾン水供給管４２から液体供給管３２を通して処理槽１２の液体供給口１６へ供給し、処理槽１２内を高溶存オゾン濃度のオゾン水で満たしておくようにする。
【００２０】
１回目のウエハＷの処理が終わると、ウエハＷを処理槽１２内のオゾン水中から引き上げ、そのウエハＷをウエハ搬送機構により加熱部７６へ移動させ、加熱部７６において、加熱器７８によってウエハＷを加熱する。ウエハＷの加熱が終わると、その加熱されたウエハＷをウエハ搬送機構により基板処理部７４へ移動させ、加熱されたウエハＷを再び処理槽１２内の高溶存オゾン濃度のオゾン水中に浸漬させて、２回目のウエハＷの処理を行う。このとき、加熱されたウエハＷが低温のオゾン水中に浸漬させられても、ウエハＷの温度は直ぐには低下しない。このため、ウエハＷの表面では、高い温度条件の下で高溶存濃度のオゾンと有機物とが反応することになり、その反応速度が大きくなる。したがって、オゾン水によるウエハＷの処理が速やかに進行することになる。
【００２１】
ウエハＷが処理槽１２内の低温のオゾン水中に浸漬させられている間に、ウエハＷの温度が、例えば常温付近まで低下してくると、ウエハＷを処理槽１２内のオゾン水中から引き上げ、そのウエハＷをウエハ搬送機構により再び加熱部７６へ移動させて、加熱器７８によってウエハＷを加熱する。ウエハＷが加熱されて再び高温になると、加熱されたウエハＷをウエハ搬送機構により再び基板処理部７４へ移動させ、加熱されたウエハＷを再び処理槽１２内の高溶存オゾン濃度のオゾン水中に浸漬させて、３回目のウエハＷの処理を行う。以上のようなウエハＷの加熱とウエハＷの処理とを、ウエハＷの表面から有機物が完全に除去されるまで繰り返す。
【００２２】
オゾン水によるウエハＷの処理が終わると、上述したように、処理槽１２内へのオゾン水の供給を停止させるとともに、処理槽１２内へ純水を供給して、処理槽１２の内部に純水を満たし処理槽１２の上部の溢流部１８から純水が溢れ出て溢流受け部２０内へ流入する状態にし、ウエハＷを処理槽１２内の純水中に浸漬させてウエハＷを水洗する。水洗が終了すると、ウエハＷは、処理槽１２内から引き上げられ、乾燥処理された後、装置外へ搬出される。
【００２３】
なお、上記した説明では、最初に、低温の高溶存オゾン濃度のオゾン水でウエハＷを一度処理し、その後に、ウエハＷを加熱部７６へ移動させて、ウエハＷを加熱器７８で加熱するようにしているが、最初に、ウエハＷを加熱部７６で加熱し、その後に、ウエハＷを基板処理部７４へ移動させて、低温の高溶存オゾン濃度のオゾン水による１回目のウエハＷの処理を行うようにしてもよい。
【００２４】
また、上記した一連の処理を加圧下で行うと、オゾン水の溶存オゾン濃度をより高くすることが可能になるので、好ましい。さらに、有機物との反応速度の大きいＯＨラジカルをオゾン水中で発生させる目的で、メガソニック照射、過酸化水素水の添加、紫外線照射、放射線照射等をオゾン水による処理に併用してもよい。また、オゾン水の半減期を長くするために、ｐＨの小さい酸（塩酸、フッ酸等）の添加や、炭酸イオンや重炭酸イオンとなる炭酸やカルボン酸等をＯＨラジカルのスカベンジャー（消費物質）として添加してもよい。
【００２５】
図１に示した基板処理装置において、基板処理部７４の処理槽１２の直上位置に設けられる加熱部を、図２に示すような構成とすることもできる。図２に示した装置では、処理槽１２の上方に加熱流体の吹出しノズル８２を複数個配設し、各吹出しノズル８２を、高温に加熱された温純水あるいは加熱蒸気や高温に加熱された窒素ガス等の不活性ガスなどの加熱流体の供給源に接続され開閉制御弁８６が介挿された加熱流体供給管８４に接続して、加熱部８０が構成されている。
【００２６】
また、図２に示した装置では、加熱部８０の吹出しノズル８２および基板処理部７４の処理槽１２が、カバー９０を開閉させることによりウエハＷの搬入および搬出を行うことができるとともに密閉することが可能である処理チャンバ８８内に収容されている。処理チャンバ８８の内部には、図示していないが、基板処理部７４の処理槽１２の内方位置と加熱部８０の吹出しノズル８２の配設位置との相互間でウエハＷを搬送するウエハ搬送機構が配設されている。また、処理チャンバ８８の底部には、気液排出口９２が形設されており、気液排出口９２に気液排出管９４が連通して接続されている。気液排出管９４には、開閉制御弁９８が介挿された排液管９６、および、開閉制御弁１０２が介挿され真空ポンプ１０４に接続された排気管１００がそれぞれ連通している。
【００２７】
図２に示した装置では、加熱部８０の吹出しノズル８２から高温に加熱された温純水や加熱蒸気などがウエハＷの表面に対し吹き付けられることにより、ウエハＷが加熱される。そして、吹出しノズル８２から吹き出されて処理チャンバ８８の内底部に流下した温純水は、排液管９６を通って処理チャンバ８８から排出される。また、蒸気は、処理チャンバ８８内から排気管１００を通って排気される。この図２に示した装置は、図１に示した装置と加熱部の構成が相違しているだけで、処理動作自体は同じである。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１および請求項２に係る各発明の基板処理装置を使用すると、オゾン水による基板の処理時間を短くして、スループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る基板処理装置の構成の１例を示す概略図である。
【図２】 この発明に係る基板処理装置の別の構成例を示す概略図である。
【図３】 オゾン水を用いる従来の基板処理装置の構成の１例を示す概略図である。
【符号の説明】
７４ 基板処理部
１２ 処理槽
１４ ウエハホルダ
１６ 液体供給口
１８ 溢流部
２０ 溢流液受け部
２２ 溢流液排出管
２４ ドレイン排出管
２６ 排液口
２８、９６ 排液管
３０ 排液バルブ
３２ 液体供給管
３４、３８、４４、８６、９８、１０２ 開閉制御弁
３６ 純水供給管
４０ 流量調整弁
４２ オゾン水供給管
７６、８０ 加熱部
７８ 加熱器
８２ 吹出しノズル
８４ 加熱流体供給管
８８ 処理チャンバ
９０ カバー
９２ 気液排出口
９４ 気液排出管
１００ 排気管
１０４ 真空ポンプ
Ｗ ウエハ

Claims (2)

1. オゾンが溶解したオゾン水を収容しそのオゾン水中に基板ホルダに保持された基板が浸漬させられて処理される処理槽と、
   この処理槽内へオゾン水を供給するオゾン水供給手段と、
   を備えた基板処理装置において、
   前記処理槽の直上位置に配設され、前記処理槽内から上方へ移動してきた基板を加熱する加熱器を有する加熱部と、
   この加熱部が配置された前記処理槽の直上位置と前記処理槽の内方位置との間で、基板を保持した前記基板ホルダを上下方向に移動させる基板搬送手段と、
   をさらに備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. オゾンが溶解したオゾン水を収容しそのオゾン水中に基板ホルダに保持された基板が浸漬させられて処理される処理槽と、
   この処理槽内へオゾン水を供給するオゾン水供給手段と、
   を備えた基板処理装置において、
   前記処理槽の直上位置に配設され、前記処理槽内から上方へ移動してきた基板の表面に対し高温に加熱された流体を吹き付けて基板を加熱する吹出しノズルを有する加熱部と、
   前記吹出しノズルへ高温に加熱された流体を供給する加熱流体供給手段と、
   前記加熱部が配置された前記処理槽の直上位置と前記処理槽の内方位置との間で、基板を保持した前記基板ホルダを上下方向に移動させる基板搬送手段と、
   をさらに備えたことを特徴とする基板処理装置。

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