JP5118176B2 - スピン処理装置及びスピン処理方法 - Google Patents

Description

この発明は基板を回転させながら処理液によって処理した後、乾燥処理するスピン処理装置及びスピン処理方法に関する。

半導体装置や液晶表示装置などを製造する場合、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プロセスがある。このリソグラフィプロセスは、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−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−ンを形成するものである。

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−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−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洗浄処理するということが行われている。

上記基板を洗浄処理する装置としてスピン処理装置が知られている。このスピン処理装置は処理槽を有し、この処理槽内にはカップ体が設けられている。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。

回転テーブルに基板を保持し、回転テーブルを回転させながら基板に処理液を供給して処理したならば、上記回転テーブルを処理液による処理時に比べて高速度で回転させることで、この基板を乾燥処理する。

上記処理槽の上部にはＵＬＰＡやＨＥＰＡなどのファン・フィルタユニットが設けられ、基板を処理するときには処理槽内に清浄空気を供給するようにしている。上記カップ体の底部には排出管が接続されている。この排出管には排気ポンプが接続されている。

それによって、上記ファン・フィルタユニットから処理槽内に供給された清浄空気は上記カップ体内を通り、上記排出管から排出される層流となるから、基板から飛散した処理液がミストとなって処理槽内で浮遊するのが防止される。その結果、乾燥処理時に、基板にミストが付着することがないから、基板を汚染することなく乾燥処理することができる。

このように、基板を処理液で処理してから乾燥処理する場合、処理時間の短縮化を図り、処理能率を向上させることが要求される。処理時間を短縮化する手段としては、基板の乾燥処理時に基板を高速回転させるだけでなく加熱することで、乾燥時間を短縮化するということが行なわれている。

このような従来技術としては特開平９−２７５０８８号公報（特許文献１）に示された基板処理装置が提案されている。この公報に示された処理装置は、基板の処理位置の上方の構造物を昇温するように構成している。具体的には、基板を保持したスピンチャックが収容されるチャンバの上記スピンチャックの上方部分に位置する蓋や側面にヒータを設け、このヒータの熱で基板を加熱するようにしている。

特開平９−２７５０８８号公報

チャンバにヒータを設け、乾燥処理時に基板を加熱すれば、基板の乾燥処理時間を短縮することが可能となる。しかしながら、チャンバに設けたヒータの熱は、チャンバの壁体を通じて外部に放散され易いため、ヒータによる基板の加熱効率が低いということがある。

この発明は、基板を効率よく加熱乾燥することができるようにしたスピン処理装置及びスピン処理方法を提供することにある。

本発明は、基板を回転させながら処理液で洗浄処理してから乾燥処理するスピン処理装置において、
回転する基板に上記処理液を供給するノズル体と、
上記基板を保持して回転させながら上記ノズル体から上記処理液を供給して洗浄処理してから、上記基板を上記処理液によって洗浄処理するときよりも高速度で回転させて乾燥処理する回転テーブルと、
上記基板を加熱するための光線を上記基板に照射する光照射手段と、
この光照射手段を、上記処理液による上記洗浄処理開始後であってかつ当該洗浄処理が終了する前から、上記乾燥処理にかけて点灯させるように、上記光照射手段を制御する制御装置と、
を具備したことを特徴とするスピン処理装置にある。

また本発明は、基板を回転させながら処理液で洗浄処理してから乾燥処理するスピン処理方法において、
回転する基板に上記処理液を供給する洗浄処理工程と、
上記処理液によって洗浄処理された上記基板を上記洗浄処理工程時よりも高速度で回転させて乾燥処理する乾燥工程と、
上記基板を加熱するための光線を上記基板に照射する光照射手段を、上記処理液による洗浄処理開始後であってかつ当該洗浄処理が終了する前から、上記乾燥工程にかけて、点灯させる工程と、
を具備したことを特徴とするスピン処理方法にある。

この発明によれば、基板に光線を照射して加熱するため、基板を効率よく加熱することが可能となる。

この発明の一実施の形態を示すスピン処理装置の概略的構成の断面図。 基板の回転中心と、この基板を照射加熱するランプの光軸との関係を説明するための図。 （ａ）はランプの光軸を基板の中心からずらしたときの基板の中心から外周端までの径方向に沿う温度分布を示す図、（ｂ）はランプの光軸を基板の中心に合わせたときの基板の中心から外周端までの径方向に沿う温度分布を示す図。 この発明の他の実施の形態の光照射手段としてのレーザ装置を示す説明図。 レーザ装置から出力されるレーザ光の波長を示す図。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態を説明する。

図１はこの発明の一実施の形態のスピン処理装置の概略的構成を示し、このスピン処理装置は箱型状の処理槽１を有する。この処理槽１内にはカップ体２が配置されている。このカップ体２は、上記処理槽１の底板上に設けられた下カップ３と、この下カップ３に対して図示しない上下駆動機構により上下動可能に設けられた上カップ４とからなる。

上記下カップ３の底壁には周方向に所定間隔で複数の排出管５が接続されている。これら排出管５は排気ポンプ６に連通している。排出管５にはバタフライ弁５ａが設けられ、このバタフライ弁５ａの開度は制御装置７によって設定できるようになっている。

上記カップ体７の下面側にはベース板８が配置されている。このベース板８には、上記下カップ３と対応する位置に取付け孔９が形成されている。この取付け孔９には駆動手段を構成する制御モータ１１の固定子１２の上端部が嵌入固定されている。

上記固定子１２は筒状をなしていて、その内部には同じく筒状の回転子１３が回転自在に嵌挿されている。この回転子１３の上端面には筒状の連結体１４が下端面を接触させて一体的に固定されている。この連結体１４の下端には上記固定子１２の内径寸法よりも大径な鍔部１５が形成されている。この鍔部１５は上記固定子１２の上端面に摺動可能に接触しており、それによって回転子１３の回転を阻止することなく、この回転子１３が固定子１２から抜け落ちるのを防止している。

上記下カップ３には上記回転子１３と対応する部分に通孔３ａが形成され、上記連結体１４は上記通孔３ａからカップ体２内に突出している。この連結体１４の上端には回転テーブル１６が取付けられている。この回転テーブル１６の周辺部には周方向に所定間隔、この実施の形態では６０度間隔で６本（２本のみ図示）の円柱状の保持部材１７が図示しない駆動機構によって回転可能に設けられている。

上記保持部材１７の上端面には、この保持部材１７の回転中心から偏心した位置にテーパ面を有する支持ピン１８が設けられている。回転テーブル１６には、基板としての半導体ウエハＷが周縁部の下面を上記支持ピン１８のテーパ面に当接するよう供給される。その状態で上記保持部材１７を回転させれば、支持ピン１８が偏心回転するから、回転テーブル１６に供給された半導体ウエハＷは、上記支持ピン１８によって保持される。

上記回転テーブル１６は乱流防止カバー２１によって覆われている。この乱流防止カバー２１は上記回転テーブル１６の外周面を覆う外周壁２２と、上面を覆う上面壁２３とを有し、上記外周壁は上側が小径部２２ａ、下側が大径部２２ｂに形成されている。

上記上カップ４の上面は開口していて、その開口部４ａの内周面には環状壁体２５が設けられている。この環状壁体２５は高さ方向の下半分を上カップ４内に位置させ、上半分を上カップ４の上面から上方に突出させている。この環状壁体２５の上半分は、カップ体２の外部で乱流が生じた場合、その乱流がカップ体２内に流入するのを阻止する。

上記回転テーブル１６に未処理の半導体ウエハＷを供給したり、乾燥処理された半導体ウエハＷを取り出すときには、上記上カップ４が後述するごとく下降させられる。

上記処理槽１の上部壁には上記回転テーブル１６の平面形状よりも大きな径の開口部３１が形成されている。この開口部３１にはＵＬＰＡやＨＥＰＡなどのファン・フィルタユニット３２が設けられている。このファン・フィルタユニット３２はクリーンルーム内の空気をさらに清浄化して処理槽１内に導入する。上記ファン・フィルタユニット３２は駆動部３３を有し、この駆動部３３によって図示しないファンが回転駆動されて清浄空気を処理槽１内に導入する。

上記ファン・フィルタユニット３２によって上記処理槽１内に導入された清浄空気は、上記カップ体２に向かって流れるダウンフロ−となり、このダウンフローはカップ体２の上面の開口部４ａから内部に流入し、排出管５を通って排出される。つまり、ファン・フィルタユニット３２から処理槽１内に供給される清浄空気は、この処理槽１内で乱流となることなく、層流の状態で円滑に排出される。

なお、上記駆動部３３は上記制御装置７によって発停が制御されるようになっている。

上記処理槽１の一側には出し入れ口３４が開口形成されている。この出し入れ口３４は、処理槽１の一側に上下方向にスライド可能に設けられたシャッタ３５によって開閉される。このシャッタ３５は圧縮空気で作動するシリンダ３６によって駆動される。つまり、上記シリンダ３６には圧縮空気の流れを制御する制御弁３７が設けられ、この制御弁３７を上記制御装置７によって切換え制御することで、上記シャッタ３５を上下動させることができるようになっている。

上記制御モータ１１の回転子１３内には筒状の固定軸４１が挿通されている。この固定軸４１の上端には、上記回転テーブル１６に形成された通孔４２から上記回転テーブル１６の上面側に突出したノズルヘッド４３が設けられている。このノズルヘッド４３には上記回転テーブル１６に保持された半導体ウエハＷの下面に向けて処理液としての薬液及び洗浄液を選択的に噴射する一対のノズル４４が設けられている。

上記乱流防止カバー２１の上面壁２３には上記ノズルヘッド４３と対向して開口部４５が形成され、この開口部４５によって上記ノズル４４から噴射された処理液が半導体ウエハＷの下面に到達可能となっている。

回転テーブル１６の上方で、基板Ｗの上面から径方向外方にずれた位置には上部ノズル体４６が配置されている。この上部ノズル体４６は、回転テーブル１６に保持された半導体ウエハＷに向けて処理液を噴射する。

上記処理槽１内の上部であって、上記回転テーブル１６に保持された基板Ｗの上面よりも径方向外方、好ましくは上記カップ体２の上カップ４の開口部４ａよりも径方向外方の位置には光照射手段としてのランプ５１が配設されている。この実施の形態では、上記ランプ５１は上記上カップ４の開口部４ａよりも径方向外方に設置されている。ランプ５１は、たとえば赤外線ランプやハロゲンランプなどが用いられ、上記制御装置７によって点灯が制御される。

上記ランプ５１からは、上記基板Ｗに向けてこの基板Ｗを加熱するための光線が出射される。図２に示すように、このランプ５１は、光軸Ｌを上記回転テーブル１６に保持された基板Ｗの回転中心Ｏから同図にＸで示す距離だけ径方向外方にずらしている。なお、ランプ５１による基板Ｗの照射範囲Ｒは、基板Ｗの半径のほぼ全長にわたっている。

ランプ５１の光軸Ｌを基板Ｗの回転中心Ｏから径方向外方へＸの距離でずらすことで、基板Ｗの板面を全体にわたってほぼ均一に加熱することができる。図３（ａ）は図２に示すようにランプ５１の光軸Ｌを基板Ｗの回転中心Ｏからずらしたときの基板Ｗの径方向に沿う温度分布を測定した結果であり、同図（ｂ）は光軸Ｌを基板Ｗの回転中心Ｏに一致させたときの基板Ｗの径方向に沿う温度分布を測定した結果である。

これらの測定結果から分かるように、ランプ５１の光軸Ｌを基板Ｗの回転中心Ｏからずらすことで、基板Ｗを径方向に沿ってほぼ均一に加熱できることが確認された。

このことは、以下のような理由によると考えられる。つまり、ランプ５１から出射される光線の照射範囲Ｒにおける強度分布は光軸中心が最も高い、ほぼ正規分布をなしており、また基板Ｗを回転させると、基板Ｗの中心部よりも周辺部の方が周速度が大きいため、周辺部が中心部よりも温度が低くなる。

そのため、ランプ５１の最も温度が高くなる光軸中心を基板Ｗの回転中心Ｏに一致させると、基板Ｗは中心部分が周辺部分よりも高温に加熱されるばかりか、回転にともなって周辺部分が中央部分よりも温度低下が大きくなるから、図３（ｂ）に示すように中心部分が周辺部分よりも温度が高くなる。

一方、ランプ５１の光軸Ｌを図２に示すように基板Ｗの回転中心Ｏからずらすと、基板Ｗは中心部分よりも周辺部分の方が高い温度に加熱されるが、基板Ｗを回転させると、周辺部分が中央部分よりも温度低下が大きくなるから、結果的には図３（ａ）に示すように基板Ｗの径方向に沿う温度分布がほぼ均一になる。

つぎに、上記構成のスピン処理装置によって基板Ｗを処理する場合について説明する。

ファン・フィルタユニット３２を作動させて清浄空気を処理槽１内に供給するとともに、バタフライ弁５ａを所定の開度に設定することで、上記ファン・フィルタユニット３２から処理槽１内に供給された清浄空気はダウンフローとなり、カップ体２内を通り、排気ポンプ６の吸引力が作用する排出管５を通じて排出される。つまり、ファン・フィルタユニット３２から処理槽１内に供給された清浄空気は層流となってカップ体２内を通り、排出管５から排出される。

処理槽１内に清浄空気を流したならば、基板Ｗを保持した回転テーブル１６を回転させるとともに、ノズル体４６から基板Ｗの上面に純水などの処理液を供給する。それによって、基板Ｗの上面は処理液によって洗浄処理されることになる。処理液による基板Ｗの処理工程が終わる前に、ランプ５１を点灯し、基板Ｗを光線によって照射加熱する。

処理液による基板Ｗの処理が終了したならば、基板Ｗを乾燥処理する。乾燥処理工程では、基板Ｗを処理工程時に比べて高速度で回転させる。それによって、基板Ｗに付着残留した処理液は遠心力によって除去されるから、基板Ｗが乾燥処理される。

上記ランプ５１は基板Ｗの処理が乾燥工程になる前の、処理工程のときから点灯されて基板Ｗを加熱しているから、基板Ｗは処理工程が終了した時点では、所定温度に加熱されている。そのため、処理工程に続く乾燥工程では、乾燥工程が開始されると同時に、遠心力による乾燥と相俟ってランプ５１による加熱乾燥が行なわれるから、基板Ｗの乾燥処理を短時間で行なうことが可能となる。

ランプ５１は光軸Ｌを基板Ｗの回転中心Ｏから径方向外方に距離Ｘずらしている。そのため、基板Ｗはランプ５１によって径方向中心部分よりも外方部分の方が高い温度に加熱されるが、基板Ｗが高速度で回転することで、周速度の違いによって中心部分よりも周辺部分の温度低下が大きくなる。その結果、基板Ｗは径方向全体がほぼ均一な温度に加熱される。つまり、ランプ５１によって基板Ｗを径方向全長にわたってほぼ均一に加熱することができるから、加熱による乾燥を、むらなくほぼ均一に行なうことが可能となる。

なお、上記実施の形態ではランプ５１の光軸Ｌを、基板Ｗの回転中心Ｏよりもランプ５１側、つまり手前側にずらしたが、ランプ５１の光軸Ｌを回転中心Ｏを対称にして径方向の反対側にずらしてもよい。

基板Ｗは、上記ランプ５１から出射される光線が照射されて加熱されるため、このランプ５１からの熱を効率よく基板Ｗに吸収させることができる。つまり、基板Ｗはランプ５１からの輻射熱によって加熱されるため、伝導熱によって加熱する場合に比べて加熱効率を大幅に向上させることができる。

しかも、基板Ｗをランプ５１の輻射熱によって加熱するため、処理槽１の上部にファン・フィルタユニット３２を設け、この処理槽１内にダウンフローを生じさせる構成とすることができる。

上記ランプ５１は基板Ｗの上面よりも径方向外方、この実施の形態では上カップ４の開口部４ａよりも径方向外方に設置した。そのため、ランプ５１がファン・フィルタユニット３２からカップ体２内に流入するダウンフローの流れを乱すことがないから、処理工程や乾燥工程において、カップ体２内で発生したミストをこのカップ体２内から排出管５を通じて円滑かつ確実に排出することができる。つまり、処理工程や乾燥工程のときに、カップ体２内にミストが浮遊するのを防止できるから、基板Ｗをミストによって汚染させることなく乾燥処理することができる。

なお、上記一実施の形態では、ランプを処理槽内の上方で、カップ体の開口部よりも径方向外方に配置するようにしたが、上記ランプがカップ体の開口部の径方向内方であっても、上記基板の径方向外方に配置すれば、カップ体内に流入するダウンフロ−が上記ランプによって乱流となるのを抑制することが可能である。また、その場合、ファン・フィルタユニットからのダウンフローの吹き出し範囲を、ランプよりも径方向内方となる基板の上面の範囲内だけとすれば、より一層、乱流の発生を効果的に防止できる。

ランプが基板の上面から径方向外方に外れる位置であっても、ファン・フィルタユニットから吹き出される清浄空気の流路内に設置する場合、このランプの外形状を流線型など、空気抵抗の少ない形状にすれば、ダウンフロ−がランプによって乱されるのを防止できる。

図４と図５はこの発明の他の実施の形態を示す。この実施の形態は光照射手段として上記一実施の形態のランプ５１に代わり、レーザ装置６１が用いられている。このレーザ装置６１は、上記ランプ５１と同様、カップ体２の上方で、上カップ４の開口部４ａよりも径方向外方に配置されている。

上記レーザ装置６１は駆動源６２の回転軸６３に支持されている。この回転軸６３は設定された範囲の角度で回転駆動されるようになっている。この実施の形態では、上記回転軸６３の回転角度は、上記レーザ装置６１から出力されるレーザ光６４が図４に実線で示す基板Ｗの上面の回転の中心部から鎖線で示す外周端までの範囲を走査するよう設定される。それによって、基板Ｗを回転させてレーザ装置６１を揺動させれば、レーザ光６４は基板Ｗの上面全体を照射することになる。

上記基板Ｗがシリコンウエハの場合、上記レーザ装置６１としてはシリコンウエハに吸収される約１μｍの波長のレーザ光６４を出力する、たとえばＮｄ−ＹＡＧレーザなどのレーザ装置６１が用いられる。そのレーザ装置６１から出力されるレーザ光６４の波長は、図５に示すように約１μｍを中心とした狭帯域の分布となっている。したがって、レーザ光６４のほとんどはシリコンウエハからなる基板Ｗに吸収されることになる。

レーザ装置６１から出力されるレーザ光６４の波長が基板Ｗに吸収される波長であれば、そのレーザ光６４によって基板Ｗを効率よく、しかも迅速に加熱することが可能となるばかりか、基板Ｗを透過してこの基板Ｗの下方に位置する回転テーブル１６などを加熱するのを防止することができる。

仮に、レーザ光６４が基板Ｗを透過して回転テーブル１６を加熱すると、上述したようにレーザ光６４による基板Ｗの加熱効率が低下するばかりか、温度上昇した回転テーブル１６の熱によって基板Ｗの加熱状態が一定しなくなるということがある。

しかしながら、上述したごとくレーザ光６４の波長を基板Ｗに吸収される波長としたことで、レーザ光６４が基板Ｗを透過するのを防止することができるから、基板Ｗを効率よく加熱することができる。しかも、基板Ｗを加熱する際、レーザ光６４を基板Ｗの中心部と径方向外周端との間で揺動させるようにしたから、回転する基板Ｗの全面を均一に加熱することができる。

なお、この実施の形態においては基板Ｗがシリコンウエハであるため、レーザ光６４の波長を約１μｍとしたが、レーザ光６４の波長は基板Ｗの種類や表面に形成された膜の材料などによって効率よく吸収される波長が異なってくるから、加熱される基板の種類に応じてレーザ光を最も吸収されやすい波長のものにすればよい。

１…処理槽
２…カップ体
５…排出管（排出手段）
６…排気ポンプ（排出手段）
１６…回転テーブル
３２…ファン・フィルタユニット
５１…ランプ（光照射手段）
６１…レーザ装置（光照射手段）

Claims (6)

1. 基板を回転させながら処理液で洗浄処理してから乾燥処理するスピン処理装置において、
   回転する基板に上記処理液を供給するノズル体と、
   上記基板を保持して回転させながら上記ノズル体から上記処理液を供給して洗浄処理してから、上記基板を上記処理液によって洗浄処理するときよりも高速度で回転させて乾燥処理する回転テーブルと、
   上記基板を加熱するための光線を上記基板に照射する光照射手段と、
   この光照射手段を、上記処理液による上記洗浄処理開始後であってかつ当該洗浄処理が終了する前から、上記乾燥処理にかけて点灯させるように、上記光照射手段を制御する制御装置と、
   を具備したことを特徴とするスピン処理装置。
2. 上記光照射手段はランプであって、このランプは光軸中心を上記基板の回転中心からずらして配置されていることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。
3. 上記光照射手段はレーザ光を出力するレーザ装置であることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。
4. 上記レーザ光を上記基板の回転中心部と径方向外周端との間で揺動させることを特徴とする請求項３記載のスピン処理装置。
5. 上記レーザ光は上記基板に吸収される波長であることを特徴とする請求項３記載のスピン処理装置。
6. 基板を回転させながら処理液で洗浄処理してから乾燥処理するスピン処理方法において、
   回転する基板に上記処理液を供給する洗浄処理工程と、
   上記処理液によって洗浄処理された上記基板を上記洗浄処理工程時よりも高速度で回転させて乾燥処理する乾燥工程と、
   上記基板を加熱するための光線を上記基板に照射する光照射手段を、上記処理液による洗浄処理開始後であってかつ当該洗浄処理が終了する前から、上記乾燥工程にかけて、点灯させる工程と、
   を具備したことを特徴とするスピン処理方法。

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