JP4430424B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板に所定の処理を行う基板処理装置および基板処理方法に関する。

半導体デバイス、液晶ディスプレイ等の製造工程では、半導体ウエハ、ガラス基板等の基板に対して洗浄、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、イオン注入、レジスト剥離、層間絶縁膜の形成、熱処理等の各種処理が行われる。

上記の処理のうち、基板の洗浄処理においては、回転保持部により基板を保持しながら回転させ、この基板上にノズルにより洗浄液が供給されることによって基板の洗浄処理が行われている（例えば、特許文献１参照）。

上記ノズルは、基板の一方の外周部から基板の中心部を通って基板の他方の外周部まで移動しながら基板上に洗浄液を供給する。この場合、例えば、ノズルの移動速度を基板の中心部から外周部に向かって減少させる。それにより、ノズルによる基板表面の単位面積当りの処理時間を等しくしている。
特開平９−１４８２９５号公報

しかしながら、上記の洗浄処理においては、ノズルの移動速度を変化させる必要があるため、ノズルの動作を制御するための制御系が複雑化していた。

本発明の目的は、簡単な制御系で基板の処理の均一性を容易に制御することができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。

第１の発明に係る基板処理装置は、基板に処理液を用いた処理を行う基板処理装置であって、基板を保持しつつ回転させる基板回転保持手段と、基板回転保持手段により保持された基板上に処理液を吐出するとともに吐出される処理液の広がり角度を変化させることが可能な処理液吐出手段と、基板回転保持手段により回転する基板上の中心部から外周部の範囲または一方の外周部から中心部を経由して他方の外周部の範囲に移動させる移動手段と、移動手段による処理液吐出手段の移動時に処理液吐出手段から吐出される処理液の広がり角度を変化させるように処理液吐出手段を制御する制御手段とを備えたものである。

本発明に係る基板処理装置においては、制御手段により処理液吐出手段が回転する基板上の中心部から外周部の範囲または一方の外周部から中心部を経由して他方の外周部の範囲に移動するとともに、処理液の吐出の広がり角度を変化させるように処理液を基板上に吐出する。この場合、制御手段により処理液吐出手段から吐出される処理液の広がり角度を変化させることによって、処理液による処理面積を変化させることができる。それにより、回転する基板の単位面積当りの処理時間を制御することができる。その結果、基板の処理の均一性を容易に制御することができる。また、基板の処理の均一性を制御するために処理液吐出手段の移動速度を変化させる必要がないので、制御系が簡単になる。

制御手段は、処理液吐出手段により基板上に吐出される処理液の広がり角度が基板の中心部に近づくにつれて小さくなるように処理液吐出手段を制御してもよい。

この場合、基板の中心部での処理液による処理面積が基板の外周部での処理液による処理面積よりも小さくなる。

一方、基板の中心部近傍の周速は基板の外周部の周速よりも小さい。したがって、基板の中心部での単位面積当たりの処理時間が基板の外周部での単位面積当たりの処理時間に等しくなる。その結果、基板を局所的かつ過度に処理することが防止されるので、損傷を与えることなく均一な処理を行うことができる。

また、基板表面の単位面積当りの処理時間を等しくするために処理液吐出手段の移動速度を変化させる必要がないので、制御系が簡単になる。

制御手段は、処理液吐出手段により基板の外周端部に吐出される処理液の広がり角度が基板の外周端部の内側に吐出される処理液の広がり角度よりも小さくなるように処理液吐出手段を制御してもよい。

この場合、基板の外周端部を集中的に処理することができるとともに、処理液の飛散を抑制することができる。

処理液吐出手段は、処理液を吐出する吐出口を有する処理液吐出ノズルを含んでもよい。

この場合、制御手段により処理液吐出ノズルから吐出される処理液の広がり角度を変化させることによって、処理液による処理面積を変化させることができる。それにより、回転する基板の単位面積当りの処理時間を制御することができる。その結果、基板の処理の均一性を容易に制御することができる。また、基板の処理の均一性を制御するために処理液吐出ノズルの移動速度を変化させる必要がないので、制御系が簡単になる。

処理液は基板を洗浄するための洗浄液であってもよい。この場合、簡単な制御系で基板の洗浄処理の均一性を容易に制御することができる。

処理液吐出ノズルは、液体が流通する液体流路と、気体が流通する気体流路と、液体流路および気体流路に連通して液体および気体を混合させて混合流体を生成する混合部とを有する二流体ノズルを含み、混合部により生成された混合流体を処理液として吐出口から基板上に吐出してもよい。

この場合、液体と気体とを混合させて生成される混合流体を用いることにより基板上の不純物を短時間で除去することができるとともに、簡単な制御系で基板の洗浄処理の均一性を容易に制御することができる。

本発明に係る基板処理方法は、基板に処理液を用いた処理を行う基板処理方法であって、基板を保持しつつ回転させるステップと、回転する基板上の中心部から外周部の範囲または一方の外周部から中心部を経由して他方の外周部の範囲に処理液吐出手段を移動させるとともに、保持された基板上に処理液を吐出しつつ吐出される処理液の広がり角度を変化させるように処理液吐出手段を制御するステップとを備えたものである。

第２の発明に係る基板処理方法においては、処理液吐出手段が回転する基板上の中心部から外周部の範囲または一方の外周部から中心部を経由して他方の外周部の範囲に移動するとともに、処理液の吐出の広がり角度を変化させるように処理液を基板上に吐出する。この場合、処理液吐出手段から吐出される処理液の広がり角度を変化させることによって、処理液による処理面積を変化させることができる。それにより、回転する基板の単位面積当りの処理時間を制御することができる。その結果、基板の処理の均一性を容易に制御することができる。また、基板の処理の均一性を制御するために処理液吐出手段の移動速度を変化させる必要がないので、制御系が簡単になる。

本発明によれば、処理液吐出手段から吐出される処理液の広がり角度を変化させることによって、処理液による処理面積を変化させることができる。それにより、回転する基板の単位面積当りの処理時間を制御することができる。その結果、基板の処理の均一性を容易に制御することができる。また、基板の処理の均一性を制御するために処理液吐出手段の移動速度を変化させる必要がないので、制御系が簡単になる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

以下の説明において、基板とは、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等をいう。

図１は本実施の形態に係る基板処理装置の模式的断面図である。図１の基板処理装置は後述の二流体ノズルを用いた回転式の基板洗浄装置である。

図１に示すように、基板処理装置１００は、基板Ｗを水平に保持するとともに基板Ｗの中心を通る鉛直な回転軸の周りで基板Ｗを回転させるためのスピンチャック４０１を備える。スピンチャック４０１は、チャック回転駆動機構４０８によって回転される回転軸４０３の上端に固定されている。基板Ｗは、洗浄処理または洗浄処理後の基板Ｗの乾燥処理を行う場合に、スピンチャック４０１により水平に保持された状態で回転する。

スピンチャック４０１の外方には、回動モータ６０が設けられている。回動モータ６０には、回動軸６１が接続されている。また、回動軸６１には、アーム６２が水平方向に延びるように連結され、アーム６２の先端に二流体ノズル５０が設けられている。

二流体ノズル５０は、液体と気体とを混合することにより混合流体を生成し、この混合流体を洗浄液として基板Ｗ上に吐出する。本実施の形態では、二流体ノズル５０に供給する液体として純水を用い、二流体ノズル５０に供給する気体として窒素ガスを用いる。二流体ノズル５０の詳細については後述する。なお、本実施の形態では、一つの二流体ノズル５０を設けているが、複数の二流体ノズル５０を設けてもよい。また、二流体ノズル５０は、洗浄液として液体（例えば、純水または薬液）のみを基板Ｗ上に吐出してもよい。

スピンチャック４０１の回転軸４０３は中空軸からなる。回転軸４０３の内部には、純水供給管４０４が挿通されている。純水供給管４０４には、基板Ｗの下面を洗浄するための純水が供給される。純水供給管４０４は、スピンチャック４０１に保持された基板Ｗの下面に近接する位置まで延びている。純水供給管４０４の先端には、基板Ｗの下面中央に向けて純水を吐出する下面ノズル４０５が設けられている。

スピンチャック４０１は、処理カップ４０２内に収容されている。処理カップ４０２の内側には、筒状の仕切壁４０９が設けられている。また、処理カップ４０２と仕切壁４０９の間に基板Ｗの処理に用いられた処理液を排液するための排液空間４０６が形成されている。排液空間４０６には、排液管４０７が接続されている。

図２は図１の基板処理装置１００の二流体ノズル５０に純水および窒素ガスを供給する構成を示す模式図である。

図２に示すように、二流体ノズル５０には、純水を供給するための純水供給系５２０および窒素ガスを供給するための窒素ガス供給系５３０が接続されている。

純水供給系５２０は、純水源５０１、ポンプ５０２、温度調節器（以下、温調器と呼ぶ）５０３、フィルタ５０４および第１の吐出弁５０５を含む。なお、本実施の形態においては、純水源５０１は、純水貯留タンクあるいは半導体製品生産工場の純水ユーティリティ等に相当する。

ポンプ５０２によって純水源５０１から吸引された純水は、温調器５０３により所定温度に加熱または冷却される。それにより、純水の温度が所定の温度（例えば室温２２〜２５℃程度）に調節される。その後、温度調節された純水がフィルタ５０４を通過することにより、純水から汚染物質が除去される。その後、純水は、第１の吐出弁５０５を通して二流体ノズル５０に供給される。

また、窒素ガス供給系５３０は、第２の吐出弁５０６および窒素ガス源５０７を含む。窒素ガス源５０７からの加圧された窒素ガスは、第２の吐出弁５０６を通して二流体ノズル５０に供給される。なお、本実施の形態においては、窒素ガス源５０７は、窒素ガスボンベあるいは半導体製品生産工場の窒素ガスユーティリティ等に相当する。

図３は図１の基板処理装置１００の制御系の構成を示すブロック図である。図３に示すように、基板処理装置１００には制御部１が設けられている。

制御部１は、チャック回転駆動機構４０８の駆動動作を制御する。また、制御部１は、ポンプ５０２の吸引動作および温調器５０３の温度調節動作を制御する。さらに、制御部１は、第１の吐出弁５０５および第２の吐出弁５０６の開閉動作ならびに回動モータ６０およびモータ１５６の回転動作を制御する。

図４は二流体ノズル５０の一例を示す縦断面図である。図４に示すように、二流体ノズル５０は、本体部１５１を有する。本体部１５１内には、混合部１５１ａが形成されている。

本体部１５１の下端には、混合部１５１ａに連通して洗浄液としての混合流体を吐出する吐出口１５９が形成されている。なお、本体部１５１の内面の下端部にはテーパ面１５１ｂが形成されている。

本体部１５１の周壁には、混合部１５１ａに連通する液体流路１５２および気体流路１５３が形成されている。

液体流路１５２を流通する純水と、気体流路１５３を流通する窒素ガスとが混合部１５１ａにおいて混合されることにより、純水の微細な液滴を含む混合流体が生成される。この混合流体が洗浄液として吐出口１５９から基板Ｗ上に吐出される。

また、本体部１５１の上部のケーシング１５８にモータ１５６が収納され、本体部１５１内には、回転軸１５５がモータ１５６により回転可能に設けられている。

回転軸１５５の先端の外周面には雌ねじが形成されている。また、筒状の調節具１５４の内周面に雄ねじが形成され、回転軸１５５の雌ねじが調節具１５４の雄ねじに螺合している。調整具１５４の先端部は円錐状に形成されている。回転軸１５５および調節具１５４を覆うようにカバー１５７が設けられている。調節具１５４は、例えば、ステンレス鋼からなり、カバー１５７はベローズであり、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂またはＰＦＡ（パーフロロアルキルビニルエーテル）樹脂からなる。カバー１５７の上端はケーシング１５８に固定されている。

上述した構成により、モータ１５６により発生した回動力によって回転軸１５５が回転する。それにより、回転軸１５５の先端に螺合している調節具１５４が矢印Ｕの方向に上下動し、二流体ノズル５０の吐出口１５９から突出または本体部１５１内に収納される。これにより、吐出口１５９の開口面積が変化し、吐出口１５９から吐出される洗浄液の広がり角度θが変化する。

次に、二流体ノズル５０から吐出される洗浄液の広がり角度の変化により基板Ｗ上に吐出される洗浄液のスポット径が変化する過程について説明する。スポット径とは、基板Ｗ上への洗浄液の供給領域の直径をいう。

図５は二流体ノズル５０から吐出される洗浄液のスポット径の変化の一例を示す模式図である。図５の縦軸はスポット径を示し、横軸は二流体ノズル５０の基板Ｗ上の位置を示す。

図５に示すように、二流体ノズル５０が基板Ｗ上における一方の外周端部にあるときには、洗浄液のスポット径が小さくなるよう制御部１により二流体ノズル５０が制御される。その後、基板Ｗの一方の外周端部よりやや内側に二流体ノズル５０が移動したときには、洗浄液のスポット径が最大になるように制御部１により二流体ノズル５０が制御される。

続いて、二流体ノズル５０が基板Ｗの中心部に向かって移動するにつれ、徐々に洗浄液のスポット径が小さくなるよう制御部１により二流体ノズル５０が制御され、二流体ノズル５０が基板Ｗの中心部にあるときには、洗浄液のスポット径が最小になるように制御部１により二流体ノズル５０が制御される。

その後、二流体ノズル５０が基板Ｗの中心部から基板Ｗの他方の外周端部よりやや内側に向かって二流体ノズル５０が移動するにつれ、徐々に洗浄液のスポット径が大きくなるように制御部１により二流体ノズル５０が制御される。

続いて、二流体ノズル５０が基板Ｗの他方の外周端部よりやや内側に移動したときには、処理液のスポット径が最大になるように制御部１により二流体ノズル５０が制御され、二流体ノズル５０が他方の外周端部に移動したときには、処理液のスポット径が小さくなるように制御部１により二流体ノズル５０が制御される。

本実施の形態においては、制御部１により二流体ノズル５０が回転する基板Ｗ上の中心部から外周部の範囲または一方の外周部から中心部を経由して他方の外周部の範囲に移動するとともに、二流体ノズル５０により基板Ｗ上に吐出される洗浄液の広がり角度が基板Ｗの中心部に近づくにつれて小さくなるように二流体ノズル５０が制御される。この場合、基板Ｗの中心部での洗浄液のスポット径が基板Ｗの外周部での洗浄液のスポット径よりも小さくなる。一方、基板Ｗの中心部近傍の周速は基板Ｗの外周部の周速よりも小さい。したがって、基板Ｗの中心部での単位面積当たりの洗浄時間が基板Ｗの外周部での単位面積当たりの洗浄時間に等しくなる。その結果、基板Ｗを局所的かつ過度に処理することが防止されるので、損傷を与えることなく均一な洗浄処理を行うことができる。

また、基板Ｗ表面の単位面積当りの洗浄時間を等しくするために二流体ノズル５０の移動速度を変化させる必要がないので、制御系が簡単になる。

また、制御部１により基板Ｗの外周端部に吐出される洗浄液の広がり角度が基板Ｗの外周端部の内側に吐出される洗浄液の広がり角度よりも小さくなるように二流体ノズル５０が制御されるので、基板Ｗの外周端部に対して集中的に洗浄処理を行うことができるとともに、洗浄液の飛散を抑制することができる。

さらに、本実施の形態においては、純水と窒素ガスとの混合流体を吐出する二流体ノズル５０を用いて基板Ｗを洗浄することにより、基板Ｗ上の不純物を短時間で除去することができるとともに、基板Ｗに損傷を与えることなく均一な洗浄処理を行うことができる。

本実施の形態においては、スピンチャック４０１が基板回転保持手段に相当し、二流体ノズル５０が処理液吐出手段に相当し、回動モータ６０、回動軸６１およびアーム６２が移動手段に相当し、制御部１が制御手段に相当する。また、吐出口１５９が吐出口に相当し、液体流路１５２が液体流路に相当し、気体流路１５３が気体流路に相当し、混合部１５１ａが混合部に相当する。

なお、本実施の形態では、基板Ｗに対して均一な洗浄処理を行うことができるように、二流体ノズル５０が配置されているが、基板Ｗに対して意図的に不均一な処理を行うことができるように二流体ノズル５０を配置することもできる。

また、本発明は、二流体ノズル５０を用いた基板洗浄装置に限らず、高圧噴射式基板洗浄装置、超音波式基板洗浄装置等にも適用することができる。

さらに、本発明は、回転式の基板洗浄装置に限らず、基板に処理液としてレジスト液を塗布する塗布処理を行う回転式の塗布装置、処理液として現像液を用いて現像処理を行う回転式の現像装置等の他の回転式の基板処理装置にも適用することができる。

本発明に係る基板処理装置および基板処理方法は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の種々の基板に所定の処理を行うため等に利用することができる。

本実施の形態に係る基板処理装置の模式的断面図である。 図１の基板処理装置の二流体ノズルに純水および窒素ガスを供給する構成を示す模式図である。 図１の基板処理装置の制御系の構成を示すブロック図である。 二流体ノズルの一例を示す縦断面図である。 二流体ノズルから吐出される洗浄液のスポット径の変化の一例を示す模式図である。

符号の説明

１ 制御部
５０ 二流体ノズル
６０ 回動モータ
６１ 回動軸
６２ アーム
１５２ 液体流路
１５３ 気体流路
１５１ａ 混合部
１００ 基板処理装置
４０１ スピンチャック
４０８ チャック回転駆動機構
Ｗ 基板

Claims (7)

1. 基板に処理液を用いた処理を行う基板処理装置であって、
   基板を保持しつつ回転させる基板回転保持手段と、
   前記基板回転保持手段により保持された基板上に処理液を吐出するとともに吐出される処理液の広がり角度を変化させることが可能な処理液吐出手段と、
   前記基板回転保持手段により回転する基板上の中心部から外周部の範囲または一方の外周部から中心部を経由して他方の外周部の範囲に移動させる移動手段と、
   前記移動手段による前記処理液吐出手段の移動時に前記処理液吐出手段から吐出される処理液の広がり角度を変化させるように前記処理液吐出手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記制御手段は、
   前記処理液吐出手段により基板上に吐出される処理液の広がり角度が基板の中心部に近づくにつれて小さくなるように前記処理液吐出手段を制御することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記制御手段は、
   前記処理液吐出手段により基板の外周端部に吐出される処理液の広がり角度が基板の外周端部の内側に吐出される処理液の広がり角度よりも小さくなるように前記処理液吐出手段を制御することを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
4. 前記処理液吐出手段は、処理液を吐出する吐出口を有する処理液吐出ノズルを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 前記処理液は基板を洗浄するための洗浄液であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記処理液吐出ノズルは、液体が流通する液体流路と、気体が流通する気体流路と、前記液体流路および前記気体流路に連通して液体および気体を混合させて混合流体を生成する混合部とを有する二流体ノズルを含み、前記混合部により生成された混合流体を処理液として前記吐出口から基板上に吐出することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 基板に処理液を用いた処理を行う基板処理方法であって、
   基板を保持しつつ回転させるステップと、
   回転する基板上の中心部から外周部の範囲または一方の外周部から中心部を経由して他方の外周部の範囲に処理液吐出手段を移動させるとともに、保持された基板上に処理液を吐出しつつ吐出される処理液の広がり角度を変化させるように前記処理液吐出手段を制御するステップとを備えたことを特徴とする基板処理方法。

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