JP5662918B2 - 液処理装置及び液処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハやフラットパネルディスプレイ用ガラス基板などの基板を液処理する液処理装置及び液処理方法に関する。

半導体ウエハやフラットパネルディスプレイ用ガラス基板などを製造する工程では、基板処理として、液体を用いた液処理が行われる場合がある。

液処理として、基板の表面（パターン面）が上方に向いた姿勢で基板を支持し、その表面に処理液を供給し、基板から流下する処理液を処理液貯留皿によって受け取り、その処理液貯留皿内に基板の裏面に接液する高さ以上に処理液を貯留して、基板を処理する場合がある（特許文献１）。

また、液処理として、水平に保持される基板の下面に対向するように設けられた対向部材と、この対向部材と基板の下面との間に処理液を供給し、基板を処理する場合がある（特許文献２）。

特開２００５−２４３８１３号公報 特開２００２−７５９４３号公報

基板を液層に浸漬して液処理する工程では、基板に接するように液体を供給し、液処理後に液体を外部へ排出する場合がある。

上述（特許文献１及び２）の液処理工程においては、基板を支持した後に液体を供給し、液処理後に液体を外部へ排出した後に次の工程（例えば、乾燥工程、別の液処理工程）に移行するため、液処理工程に時間を要する場合があった。液処理工程の時間は、スループットに影響を与える。そのため、その時間を短縮させることが望まれている。

本発明は、このような事情の下に為され、基板を液層に浸漬して液処理する場合において、その液処理工程に要する時間を短縮することができる液処理装置及び液処理方法を提供することを課題とする。

本発明の一の態様によれば、基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部の下方に設けられた貯留槽と、前記貯留槽の外周側に該貯留槽を囲むように設けられた環状のカップ部と、を有し、前記貯留槽は、前記基板支持部により支持される前記基板の下面に対向するように設けられた円形の底部と、前記底部の外周部に該底部を囲むように設けられた周壁を含む堰部と、を含み、前記堰部は、該堰部の上端の表面に、該堰部の中心部から外周部の方向に下降する傾斜面を有し、前記底部と前記堰部との相対的な位置関係を変化させることによって、前記貯留槽に液体を貯留し又は前記貯留槽の液体を排出し、前記カップ部は、前記排出された液体を収容することを特徴とする液処理装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、基板支持部により基板を水平に支持する基板支持工程と、前記基板支持部の下方に該基板支持部により支持される前記基板の下面に対向するように設けられた底部の上端の表面を、前記底部を囲む周壁を含み上端の表面に中心部から外周部の方向に下降する傾斜面を有する堰部の上端の表面に対して相対的に降下させることにより、液体を貯留できる貯留槽を形成する貯留槽形成工程と、前記貯留槽に液体を供給し、前記液体の液層を形成する貯留工程と、前記底部の上端の表面を、前記堰部の上端の表面に対して相対的に上昇させることにより、前記液層の液体を排出する排出工程とを含むことを特徴とする液処理方法が提供される。

本発明の実施形態によれば、基板を液層に浸漬して液処理した後、その液層の液体を排出することができる液処理装置及び液処理方法が提供される。

本発明の実施形態による液処理装置を示す概略断面図である。 本実施形態の液処理方法を説明するフローチャートである。 本実施形態において実施される回転処理工程を説明する説明図である。 本実施形態において実施される浸漬工程を説明する説明図である。 本実施形態において実施される排出工程及び乾燥工程を説明する説明図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきである。

（液処理装置の構成）
始めに、図１を参照しながら、本発明の実施形態による液処理装置について説明する。本実施形態においては、処理する基板として、半導体ウエハ（以下、ウエハという。）を用いる。

図示のとおり、液処理装置１００は、ウエハＷを支持する基板支持部１０と、支持されたウエハＷの下面に対向するように設けられた貯留槽２０と、基板支持部１０と貯留槽２０との離間距離を変化させることができる駆動部３０と、貯留槽２０の外周側に貯留槽２０を囲むように設けられた環状のカップ部４０と、を有する。液処理装置１００は、基板支持部１０によりウエハＷを回転可能に支持し、貯留槽２０に液体を供給して液層を生成し、駆動部３０により基板支持部１０と貯留槽２０との離間距離を減少させて、その液層にウエハＷを浸漬し、ウエハＷの表面を液処理する。また、液処理装置１００は、貯留槽２０から排出された液体をカップ部４０に収容し、回転するウエハＷ表面上に供給された液体でウエハＷの回転により振り切られた液体をカップ部４０で回収する。

基板支持部１０は、環状のトッププレート部材１０ａと、トッププレート部材１０ａの下方でウエハＷを挟持する爪部１０ｓと、トッププレート部材１０ａの中央部に位置するトッププレートノズル１０ｎと、液体を加熱する加熱部１０Ｌと、を有する。

トッププレート部材１０ａは、ウエハＷの下面が下方に向いた状態でウエハＷを支持する。爪部１０ｓは、例えば３個の爪部を等間隔で配置することができる。トッププレートノズル１０ｎは、ウエハＷの上面に液体（処理液等）を供給する。加熱部１０Ｌは、ウエハＷ表面上の液体（液膜）の温度を均一に保つため、液体を所定の温度に加熱する。加熱部１０Ｌは、例えばＬＥＤを用いることができる。

貯留槽２０は、基板支持部１０により支持されるウエハＷの下面に対向するように設けられた円形の底部２０ｂと、底部２０ｂの外周部に底部２０ｂを囲むように設けられた周壁を含む堰部２０ｄと、貯留槽２０に液体を供給する供給部２０ｓと、底部２０ｂと堰部２０ｄとの摺動部に位置するシール部材２３と、を有する。

底部２０ｂは、環状のベースプレート部材２０ａと、ウエハＷに振動を付与する超音波振動板２０ｓと、を有する。ベースプレート部材２０ａのウエハＷの下面に対向する表面は、ベースプレート部材２０ａの中心部から外周部の方向に下降する傾斜面である。超音波振動板２０ｓは、液体を振動させ、液体に接したウエハＷの表面を物理的に洗浄する。

底部２０ｂは、堰部２０ｄと相対的な位置関係を変化させるように移動することができ、堰部２０ｄの上端より、底部２０ｂ（ベースプレート部材２０ａ）の上端の位置を低くした場合に、底部２０ｂと堰部２０ｄとによって、液体を貯留することができる槽（容器）を形成する。ここで、底部２０ｂと堰部２０ｄとの相対的な位置関係を変化させる方法は、底部２０ｂ若しくは堰部２０ｄのいずれか一方を移動させる方法、または、底部２０ｂ及び堰部２０ｄの両方を相対的に移動させる方法でもよい。

堰部２０ｄは、貯留槽２０の外周部に、ベースプレート部材２０ａを囲むように設けられた円筒形状の部材である。堰部２０ｄの上端の表面は、堰部２０ｄの中心部から外周部の方向に下降する傾斜面である。

供給部２０ｓは、ベースプレート部材２０ａの中心部に位置するベースプレートノズル２０ｎと、ベースプレート部材２０ａの中心部から外周部の方向に配置された複数の吐出口２０ｍと、を有する。ベースプレートノズル２０ｎ及び吐出口２０ｍは、ウエハＷの下面に液体を供給する。

シール部材２３は、貯留槽に貯留された液体が底部２０ｂ（ベースプレート部材２０ａ）と堰部２０ｄとの間隙から漏洩するのを防止するため、ベースプレート部材２０ａと堰部２０ｄとの摺動部の水密性を確保する。シール部材２３は、例えばＯリングなどを用いることができる。

駆動部３０は、基板支持部１０のトッププレート部材１０ａを回転駆動するモータ３０Ｍと、基板支持部１０（ウエハＷ）と貯留槽２０との離間距離を変化させる基板駆動部３０ａと、底部２０ｂを上下に移動させる底部駆動部３０ｂと、を含む。なお、駆動部３０の基板駆動部３０ａ及び底部駆動部３０ｂは、モータ、シリンダ若しくは電磁力等の回転運動又は直線運動により、被駆動部を所望の位置に移動させる手段であれば、いずれの手段も用いることができる。

カップ部４０は、貯留槽２０に貯留された液体を排出する環状の第１の収容部４０ａと、第１の収容部４０ａより外周側に設けられ、回転しているウエハＷに供給した液体のうち、遠心力により振り切られた液体を回収する環状の第２の収容部４０ｂと、第１の収容部４０ａと第２の収容部４０ｂとを仕切る可動式の仕切りガイド４０ｇと、を有する。また、カップ部４０は、第１の収容部４０ａに流入した液体を排液する排液口４１ｃと、第２の収容部４０ｂに流入した液体を排液する排液口４１ｄと、液処理装置１００内の雰囲気ガスを排気する排気口４１ｅと、を有する。ここで、カップ部４０は、仕切りガイド４０ｇが上方のガイド位置Ｇｕｐ（図１で実線で示す位置）のときは排液口４１ｃに液体を排液し、下方のガイド位置Ｇｄｗ（図１で破線で示す位置）のときは排液口４１ｄに液体を排液する。

液処理装置１００の液体供給系は、供給管５７を介して、液体供給源５０を供給部２０ｓ（ベースプレートノズル２０ｎ）に接続している。

液体供給源５０は、本実施形態では、４本の配管５１〜５４を有する。供給する液体（処理液）は、洗浄液として配管５２からＳＣ１を、リンス液として配管５１から常温の脱イオン水（ＣＤＩＷ）及び配管５３から高温の脱イオン水（ＨＤＩＷ）を、レジスト剥離の処理液として配管５４からの硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を供給することができる。

また、配管５１〜５４に対して、集合弁５６が設けられている。集合弁５６の入口は配管５１〜５４に接続され、集合弁５６の出口は供給管５７に接続されている。また、集合弁５６は、配管５１〜５４に対応して三方弁を有する。ここで、三方弁とは、択一的に弁を開閉することによって、所望の液体を供給管５７に択一的に供給する。具体的には、三方弁５１ａが開くと、配管５１を流れる脱イオン水（ＣＤＩＷ）が供給管５７に流入する。一方、閉まっている他の三方弁においては、対応する配管５２〜５４を流れる液体は、そのまま配管５２〜５４を流れ、供給管５７には流入しない。

なお、このような構成を有する集合弁５６の代わりに複数の個別の弁を配管５１〜５４に設けることにより、液体を択一的に供給管５７に供給する構成としても良い。

供給管５７は、図示しない流量制御器及び供給弁を介して、供給部２０ｓのベースプレートノズル２０ｎに接続されている。また、供給管５７は、後述する乾燥工程（図５）で使用する不活性ガス（窒素ガスなど）を供給することができるガス配管５７ｇが接続されている。更に、供給管５７は、図示しないドレイン管に接続されている。

一方、供給部２０ｓの吐出口２０ｍは、本実施形態では、開閉弁を介して、過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）を吐出する。また、基板支持部１０のトッププレートノズル１０ｎは、液体及び気体を供給する。トッププレートノズル１０ｎの構成（配管、弁など）は、ベースプレートノズル２０ｎの場合と同様のため、説明を省略する。

（液処理の動作）
次に、図１〜図５を参照しながら、上記の液処理装置１００において実施される液処理方法の一例について説明する。図２は、液処理方法を説明するフローチャートの例である。図３〜図５は、実施される液処理の各工程を説明する説明図である。図１及び図３〜図５を参照しながら、図２の液処理方法について説明する。

始めに、図２のステップＳ１（及び図１）において、液処理装置１００は、搬送機構６１により、液処理装置１００内にウエハＷを搬入し、基板支持部１０の下方にウエハＷを載置する（図１のＭ１）。次に、基板支持部１０は、図示しない受け渡し機構により、搬送機構６１からウエハＷを受け取り、爪部１０ｓ（スピンチャック）によってウエハＷを支持する。このとき、基板支持部１０は、ウエハＷのパターン面（下面）を下方に向けて、ウエハＷを支持する。その後、ステップＳ２に進む。

図２のステップＳ２（及び図３）において、液処理装置１００は、回転処理工程として、ウエハＷの表面に形成されているレジストを剥離する処理をする。具体的には、先ず、図３において、液処理装置１００は、基板駆動部３０ａにより、基板支持部１０を下方に移動する（Ｍ１）。次に、モータ３０Ｍにより、ウエハＷ（トッププレート部材１０ａ）を、所定の回転速度（例えば、５００ｒｐｍ）で回転する。その後、配管５４の三方弁を開き、ベースプレートノズル２０ｎから硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を吐出する。また、吐出口２０ｍから過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）を吐出する。

このとき、硫酸および過酸化水素水の混合液が生成され、混合液において硫酸と過酸化水素水との化学反応（Ｈ_２ＳＯ_４＋Ｈ_２Ｏ_２→Ｈ_２ＳＯ_５＋Ｈ_２Ｏ）が生じ、強い酸化力を有するＨ_２ＳＯ_５を含むＳＰＭが生成される。また、ウエハＷの表面上のＳＰＭは、ウエハＷの回転による遠心力を受け、ウエハＷ表面の中央部から外周部に向けて拡がり、その表面上にＳＰＭの液膜を形成する。このため、ＳＰＭの酸化反応により、ウエハＷの表面に残存している不要なレジストを剥離することができる。

ウエハＷ表面上のＳＰＭの液膜の温度は、ウエハＷの外周に向かって低下する。そのため、液処理装置１００は、加熱部１０Ｌにより、液膜の温度を均一に保つように制御する。また、ウエハＷの表面上のＳＰＭの液膜が遠心力によりウエハＷの外周縁から飛散するため、液処理装置１００は、カップ部４０の第１の液収容部４０ａにより、飛散したＳＰＭの液滴を回収し、排液口４１ｃに排液する。

以上より、回転処理工程の処理を完了すると、ステップＳ３に進む。なお、回転処理工程を省略して、前工程（ステップＳ１）から次工程（ステップＳ３）に進んでもよい。

次に、図２のステップＳ３（及び図４）において、液処理装置１００は、貯留槽２０に液体を供給し、その液体の液層Ｌを生成する。具体的には、先ず、液処理装置１００は、仕切りガイド４０ｇの位置を下方に移動（Ｇ１）し、排液口４１ｄに液体を排液できるようにする。次に、液処理装置１００は、貯留工程として、配管５３（又は、配管５１）の三方弁を開き、ベースプレートノズル２０ｎからＨＤＩＷ（又は、ＣＤＩＷ）を供給し、貯留槽２０にＨＤＩＷ（またはＣＤＩＷ）の液層Ｌを生成する。次いで、液処理装置１００は、浸漬工程として、基板駆動部３０ａにより、基板支持部１０を下方に移動（Ｍ１）し、ウエハＷをＨＤＩＷ（またはＣＤＩＷ）の液層に浸漬する処理（以下、ＤＩＰ処理という。）をする。液処理装置１００は、所定の時間、ＤＩＰ処理を行う。このとき、液処理装置１００は、ＤＩＰ処理により、ウエハＷの表面を均一に洗浄することができる。

ここで、液処理装置１００は、ＤＩＰ処理中に、モータ３０Ｍにより、ウエハＷ（トッププレート部材１０ａ）を低回転の回転速度で回転してもよい。また、底部２０ｂの超音波振動板２０ｓにより、ウエハＷ等に振動を付与し、ウエハＷの表面を物理的に超音波洗浄してもよい。

なお、ステップＳ３では、ＤＩＰ処理中に、貯留槽２０の液層Ｌに連続的に液体を供給し、堰部２０ｄの上端から液体を排出しながら洗浄（以下、オーバーフロー洗浄という。）をすることができる。この場合、液処理装置１００は、排出された液体をカップ部４０（第２の収容部４０ｂ）で収容し、その後、排液口４１ｄに液体を排液することができる。

オーバーフロー洗浄では、ステップＳ２において使用した液体（ＳＰＭ等の処理液）が付着したベースプレート部材２０ａ等を、ウエハＷの洗浄と同時にすることができる。このため、液処理装置１００は、液処理装置１００（ベースプレート部材２０ａ等）の洗浄に係る工程（時間）を削減することができる。また、オーバーフロー洗浄では、異なる液体を順次供給することで、複数の液処理をすることができる。このとき、堰部２０ｄの上端の表面に対して、底部（ベースプレート部材２０ａ）の上端の表面を相対的に上昇させることにより、液層Ｌの液体を短時間で排出することができ、よって、液体の置換効率を高めることができる。

以上より、ＤＩＰ処理を完了すると、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４（及び図５）において、液処理装置１００は、排出工程として、貯留槽の液体を排出する処理をする。具体的には、先ず、液処理装置１００は、基板駆動部３０ａにより、基板支持部１０を上方に移動し（Ｍ１）、貯留槽の液層からウエハＷを離間する。また、液処理装置１００は、底部駆動部３０ｂによって底部（ベースプレート部材２０ａ）を上昇させることにより、堰部２０ｄの上端の表面に対して底部（ベースプレート部材２０ａ）の上端の表面を相対的に上昇させる（Ｍ２）。これにより、ベースプレート部材２０ａ及び堰部２０ｄの上端の表面がベースプレート部材２０ａの中心部から外周部の方向に下降する傾斜面であるため、貯留槽の液体を第２の収容部４０ｂに排出することができる。一方、液処理装置１００は、図示しない堰部駆動部によって堰部２０ｄを降下させることにより、底部（ベースプレート部材２０ａ）の上端の表面に対して堰部２０ｄの上端の表面を相対的に降下させてもよい。

以上より、貯留槽の液体を排出する処理を完了すると、ステップＳ５に進む。なお、排出工程の処理後、回転処理工程の処理をしてからステップＳ５に進んでもよい。回転処理工程として、例えば、ウエハＷの回転洗浄工程及びリンス処理工程をすることができる。

図２のステップＳ５（及び図５）において、液処理装置１００は、ウエハＷを回転しながら、ウエハＷを乾燥する処理をする。具体的には、先ず、液処理装置１００は、トッププレートノズル１０ｎ及びベースプレートノズル２０ｎから不活性ガス（Ｎ２ガスなど）を放出する。このとき、液処理装置１００は、ウエハＷの表面上に残存した液体を蒸発させ、ウエハＷの表面を乾燥させることができる。

液処理装置１００は、ステップＳ４の貯留槽の液体の排出とステップＳ５のウエハＷを乾燥する処理とを同時に開始することができる。この場合、液処理装置１００は、液処理に係る時間を短縮することができる。

以上より、乾燥する処理をする完了すると、ステップＳ６に進む。

図２のステップＳ６において、液処理装置１００は、搬送機構６１（図１）により、処理済みのウエハＷを液処理装置１００外に搬出する。搬出方法は、ステップＳ１の逆手順と同様のため、説明を省略する。搬出を完了すると、図中の「ＥＮＤ」に進み、液処理の動作を終了する。

以上、実施形態を参照しながら本発明を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変形又は変更することが可能である。

また、使用する液体として、Ｈ_２ＳＯ_４、ＳＣ１、及びＤＩＷ等を例示したが、これらに限らず、実施する液処理に応じた液体（又は、気体）を用いて良いことは勿論である。

上述の実施形態においては、ウエハを液処理する場合を例に説明したが、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板などの基板を製造する工程で、基板に対して液処理する場合においても、本発明を用いることができる。

１００ ：基板処理装置
１０ ：基板支持部
１０ａ：トッププレート部材
１０ｓ：爪部
１０ｎ：トッププレートノズル
１０Ｌ：加熱部
２０ ：貯留槽
２０ｂ：底部
２０ｄ：堰部
２０ｓ：供給部
２０ｎ：ベースプレートノズル
２０ｍ：吐出口
２０ｓ：超音波振動板
２３ ：Ｏリング
３０ ：駆動部
３０Ｍ：モータ
３０ａ：基板駆動部
３０ｂ：底部駆動部
４０ ：カップ部
４０ａ：第１の収容部
４０ｂ：第２の収容部
４０ｇ：仕切りガイド
４１ｃ、４１ｄ：排液口
５０ ：液体供給源
５１ ：配管（ＣＤＩＷ）
５１ａ：三方弁（ＣＤＩＷ）
５６ ：集合弁
５７ ：供給管
Ｗ ：ウエハ（基板）
Ｌ ：液層

Claims (6)

1. 基板を支持する基板支持部と、
   前記基板支持部の下方に設けられた貯留槽と、
   前記貯留槽の外周側に該貯留槽を囲むように設けられた環状のカップ部と、
   を有し、
   前記貯留槽は、前記基板支持部により支持される前記基板の下面に対向するように設けられた円形の底部と、前記底部の外周部に該底部を囲むように設けられた周壁を含む堰部と、を含み、
   前記堰部は、該堰部の上端の表面に、該堰部の中心部から外周部の方向に下降する傾斜面を有し、
   前記底部と前記堰部との相対的な位置関係を変化させることによって、前記貯留槽に液体を貯留し又は前記貯留槽の液体を排出し、
   前記カップ部は、前記排出された液体を収容する
   ことを特徴とする液処理装置。
2. 前記底部は、前記基板の下面に対向する表面に、該底部の中心部から外周部の方向に下降する傾斜面を有することを特徴とする、請求項１に記載の液処理装置。
3. 前記底部に、処理液を供給するベースプレートノズルを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の液処理装置。
4. 前記基板の上方にトッププレート部材を有し、
   前記トッププレート部材は、トッププレートノズルを有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液処理装置。
5. 基板支持部により基板を水平に支持する基板支持工程と、
   前記基板支持部の下方に該基板支持部により支持される前記基板の下面に対向するように設けられた底部の上端の表面を、前記底部を囲む周壁を含み上端の表面に中心部から外周部の方向に下降する傾斜面を有する堰部の上端の表面に対して相対的に降下させることにより、液体を貯留できる貯留槽を形成する貯留槽形成工程と、
   前記貯留槽に液体を供給し、前記液体の液層を形成する貯留工程と、
   前記底部の上端の表面を、前記堰部の上端の表面に対して相対的に上昇させることにより、前記液層の液体を排出する排出工程と
   を含むことを特徴とする液処理方法。
6. 前記排出工程は、前記堰部の外周側に該堰部を囲むように設けられた環状のカップ部に、前記液体を排出する工程を含むことを特徴とする、請求項５に記載の液処理方法。

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