JP6537398B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウエハ等の基板に処理液を供給することにより、この基板を処理する基板処理装置に関する。

例えば、半導体ウエハの洗浄装置や、スピンコータ、スピンデベロッパ等の基板処理装置は、基板を保持して回転するスピンチャックと、このスピンチャックに保持されて回転する基板に処理液を供給する処理液ノズルと、この処理液ノズルから供給され基板から飛散する処理液を受ける液受け部とを備えている。

このような基板処理装置においては、基板から飛散する処理液は液受け部により回収され、基板処理部の雰囲気とは別に、処理液の回収部にドレインとして回収される。特許文献１には、液受け部内でのドレインの乾燥を防いで液受け部の内底面上にドレインの固形状物ないしは半流動状物が堆積するのを抑え、また、排気中に含まれるミストや有機溶剤蒸気の量を少なくすることを可能とするために、液受け部の内底部の上方を部分的に覆って液受け部内底部上を空気が流れるのを防止する遮蔽部を液受け部の全周方向にわたって配設した基板回転式処理装置が開示されている。この特許文献１に記載の基板間点式処理装置においては、液受け部の内底部の上方を部分的に覆うように遮蔽部材が液受け部の全周方向にわたって配設されているので、整流板に沿って下向きに流れた空気は、遮蔽部材より下方側へ流れ込んで液受け部内底部上を流れることは殆んどなく、通気路の方へ流れる。従って、液受け部の内底部に溜まり液受け部内底面の傾斜に従ってドレイン配管との接続口の方へ流動するドレインは、排気流の影響をあまり受けることがなく、環状液溜り部の内部は、ドレインから一部蒸発した有機溶剤蒸気によって常に飽和された状態となり、乾燥が抑制されるので、乾燥して粘度が高くなる、といったことが起こらない。このため、ドレインは、流動性を失うことなくドレイン配管との接続口の方へ流れて、液受け部内底部からドレイン配管を通って排出され、液受け部の内底面上にドレインの固形状物ないしは半流動状物が堆積するのが最小限に抑えられる。

特開平９−５７１７５号公報

しかしながら、揮発性が高い溶媒を含む処理液を使用した場合においては、排気流の影響がない場合においても、処理液の溶媒の気化により固形物が生じ、ドレイン用の配管や液受け部にこの固形物が固着するという問題が生ずる場合がある。このような現象が生じた場合には、ドレイン用の配管につまりが生じ、また、固形物からパーティクルが発生するという問題が生ずる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、基板の処理に供された処理液の固化を防止することが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、基板を保持して回転するスピンチャックと、前記スピンチャックに保持された基板に処理液を供給する処理液ノズルと、前記処理液ノズルから供給され基板から飛散する処理液を受ける液受け部と、を備えた基板処理装置において、前記液受け部の下方に配設され、前記液受け部から流下する処理液を受けるカップと、前記カップ内に溶媒を供給する溶媒供給機構と、前記カップ内に貯留される溶媒を排出するための排出管に配設されたバルブと、前記カップ内に貯留させる溶媒の液位を検出するためのセンサとを備え、前記カップ内に貯留される溶媒の液位を制御するための液位調整機構と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記溶媒は、処理液を構成する溶媒である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記液受け部の下端と前記カップの上端とは、ラビリンス構造を有し、少なくとも前記処理液ノズルから前記基板に処理液を供給しているときには、前記液受け部の下端と前記カップの上端との間から、前記液受け部内の雰囲気が排気される。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記液受け部を昇降させる昇降機構を備え、前記処理液ノズルから前記基板に処理液を供給していないときに、前記液受け部を下降させることにより、前記液受け部の下端部を前記カップに貯留された溶媒中に浸漬する液受け部昇降部を備える。

請求項１に記載の発明によれば、カップ内に貯留された溶媒の作用により、液受け部により捕獲されてカップに流下した処理液が固化することを防止することが可能となる。このため、ドレイン用の配管につまりが生じ、また、固形物からパーティクルが発生するという問題を効果的に防止することが可能となる。また、センサにより溶媒の液位を検出することにより、溶媒の液位を適切に維持することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、カップ内に流下した処理液を再利用することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、処理液が排気とともに排出されることを抑制することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、液受け部の下端部に付着した処理液や固形物を溶媒により除去することが可能となる。

この発明に係る基板処理装置の側面概要図である。 この発明に係る基板処理装置の側面概要図である。 この発明に係る基板処理装置の側面概要図である。 この発明に係る基板処理装置の主要な制御系を示すブロック図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１から図３は、この発明に係る基板処理装置の側面概要図である。なお、図１は、基板１００を処理する状態を示している。また、図２は、カップ２２を洗浄する状態を示している。さらに、図３は、液受け部２１の下端を洗浄する状態を示している。

この基板処理装置は、半導体ウエハ等の基板１００に対して処理液を供給することにより、この基板１００を処理するものであり、複数のチャック部材１４により基板１００を保持して回転するスピンチャック１３と、スピンチャック１３を回転駆動するための中空状のスピンドルモータ１５と、基板１００の表面に処理液を供給するための処理液ノズル１１と、基板１００の裏面に処理液を供給するための処理液ノズル１２と、処理液ノズル１１、１２から基板１００に供給された後、基板１００から飛散する処理液を受ける略円筒状の液受け部２１と、液受け部２１の下方に配設され、液受け部２１から流下する処理液を受けるカップ２２と、を備える。液受け部２１は、スピンチャック１３およびカップ２２に対して、昇降可能となっている。

スピンチャック１３の上方で移動する処理液ノズル１１からは、基板１００の表面に対して、例えば、ポリマーを溶質とし、有機溶剤を溶媒とした処理液が供給される。また、スピンドルモータ１５を貫通して配設された処理液ノズル１２からは、基板１００の裏面に対して、例えば、裏面洗浄液等が供給される。

カップ２２は、液受け部２１から流下する処理液を受けるとともに、図１〜図３において符合２０で示す溶媒を貯留するためのものである。このカップ２２は、図示を省略した溶媒の供給源と、管路３２を介して接続されている。この管路３２中には、開閉バルブ３４が配設されている。このため、開閉バルブ３４を開放することにより、カップ２２内に溶媒が供給される。また、このカップ２２は、図示を省略した排液の回収部と、管路３１を介して接続されている。この管路３１中には、開閉バルブ３３が配設されている。このため、この開閉バルブ３３を開放することにより、処理液および溶媒の混合液は、排液の回収部に排出される。さらに、このカップ２２には、カップ２２内に貯留された溶媒２０の液位を検出するための、互いに異なる高さ位置に配置された３個のセンサ２３、２４、２５が配設されている。

ここで、カップ２２に貯留する溶媒としては、処理液を構成する溶媒が使用される。すなわち、処理液は、例えばポリマー等の溶質と有機溶剤等の溶媒とから構成されるが、カップ２２に貯留する溶媒としては、有機溶剤等の処理液を構成する溶媒が使用される。このように、カップ２２に貯留する溶媒として、処理液を構成する溶媒を使用した場合には、液受け部２１からカップ２２に流下した処理液を再利用することが可能となる。

但し、カップ２２に貯留する溶媒として、処理液を構成する溶質を溶解可能なものであれば、処理液を構成する溶媒以外の溶媒を使用してもよい。例えば、カップ２２に貯留する溶媒として、処理液を構成するポリマー等の溶質を溶解可能な、イソプロピルアルコール等の、処理液を構成する溶媒以外の溶媒を使用してもよい。この溶媒として、処理液を構成する溶質をより溶解しやすく、洗浄効果の高い溶媒を使用してもよい。また、処理液を構成する溶媒よりも揮発性が低い溶媒を用いることも可能である。

上述したスピンチャック１３、液受け部２１およびカップ２２は、チャンバー２６内に配設されている。チャンバー２６の下方には、チャンバー２６内の雰囲気を排気するための、図示しないファンや排気ポンプ等の排気部に接続された排気口１９が形成されている。また、昇降する液受け部２１の周囲には、排気口１９からの排気が主として液受け部２１およびカップ２２内から実行されるようにするための、気流制限部材２７が配設されている。

上述したように、液受け部２１は、カップ２２に対して昇降可能となっている。図１〜図３に示すように、液受け部２１の下端部は二重構造となっており、その間の領域にカップ２２の上端部が侵入することにより、液受け部２１の下端とカップ２２の上端とは、ラビリンス構造を構成している。このため、排気口１９からの排気が実行された場合には、液受け部２１およびカップ２２内の雰囲気は、このラビリンス構造領域を介して排気される。

図４は、この発明に係る基板処理装置の主要な制御系を示すブロック図である。

この基板処理装置は、論理演算を実行するＣＰＵ、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭ、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ等を有し、装置全体を制御する制御部５０を備える。この制御部５０は、上述したスピンドルモータ１５、開閉バルブ３３、３４およびセンサ２３、２４、２５と接続されている。また、この制御部５０は、スピンチャック１３におけるチャック部材１４を、基板１００を保持する位置と開放する位置の間で移動させるチャック駆動部５１と接続されている。また、この制御部５０は、液受け部２１を昇降駆動するための液受け部昇降部５２と接続されている。さらに、この制御部５０は、ノズル１１を、スピンチャック１３とともに回転する基板１００の回転中心と対向する位置と基板１００の端縁と対向する位置との間で往復移動させるとともに、ノズル１１をスピンチャック１３の外側の退避位置まで移動させるノズル駆動部５３と接続されている。

次に、上述した基板処理装置による、液受け部２１およびカップ２２の洗浄を含む基板１００の処理動作について説明する。

基板１００の処理を開始するときには、液受け部２１が図１に示す位置より下方の位置に降下した状態で、基板１００を保持した搬送アームが図示を省略したチャンバー２６の搬入口より進入する。そして、図４に示すチャック駆動部５１の駆動によりチャック部材１４が移動し、基板１００を搬送アームから受けとる。しかる後、搬送アームは、チャンバー２６内から退出する。基板１００がチャック部材１４に保持されれば、図４に示す液受け部昇降部５２の駆動により、液受け部２１が図１に示す位置まで上昇する。また、図４に示すノズル駆動部５３の駆動により、処理液ノズル１１が基板１００の中心と対向する位置まで移動する。

次に、開閉バルブ３４が開放され、管路３２を介して溶媒がカップ２２内に供給される。そして、最も下方に配置されたセンサ２５が溶媒の液面を検出し、所定の時間が経過した後、開閉バルブ３４が閉鎖され、溶媒の供給が停止される。

この状態において、スピンドルモータ１５の駆動により、基板１００をスピンチャック１３とともに回転させる。そして、処理液ノズル１１から基板１００の表面に処理液を供給する。基板１００の表面に供給された処理液は、基板１００の回転に伴う遠心力により基板１００の端縁から飛散する。この処理液は、液受け部２１により受けとられ、液受け部２１からカップ２２に貯留された溶媒内に流下する。このため、基板１００から飛散した処理液がカップ２２内で固化することを防止することが可能となる。

なお、上述したように、液受け部２１の下端とカップ２２の上端とは、ラビリンス構造を構成しており、排気口１９からの排気が実行された場合には、液受け部２１およびカップ２２内の雰囲気は、このラビリンス構造領域を介して排気される。このため、基板１００から飛散する処理液の大部分は、カップ２２内に貯留された溶媒中に落下する。従って、処理液の液滴が外部に（排気側に）排出されることを抑制することが可能となる。

カップ２２内に貯留された溶媒内に処理液がさらに流下することにより、カップ２２に貯留された処理液および溶媒の液位は上昇する。図４に示す制御部５０は、中央の高さ位置に配置されたセンサ２４が処理液および溶媒の液面を検出した時に開閉バルブ３３を開放し、中央のセンサ２４が処理液および溶媒の液面を検出しなくなるまで排液された後、開閉バルブ３３を閉鎖する。これにより、処理液および溶媒の液位が一定に保たれる。なお、少量の溶媒を、管路３２を介してカップ２２内に常に供給するようにしてもよい。

基板１００に対する処理を継続した場合には、カップ２２内に貯留された処理液および溶媒中における溶質の割合が増加し、カップ２２の内部の汚染度が増加する。この場合には、制御部５０は、開閉バルブ３３、３４を開閉制御することにより、カップ２２内に溶媒を追加して供給する。そして、図２に示すように、最も上方に配置されたセンサ２３が処理液および溶媒の液面を検出する状態とする。このように、基板１００を一定量処理する毎に処理液および溶媒の液位を上昇させることにより、カップ２２内を洗浄することが可能となる。なお、図２に示すように、この状態においても液受け部２１の下端部はカップ２２内に貯留された処理液および溶媒の液面より上方に配置されており、液受け部２１およびカップ２２内の雰囲気は、液受け部２１の下端部とカップ２２の上端部の間のラビリンス構造領域を介して排気されている。

このような基板１００の処理を長時間継続して実行した場合には、液受け部２１およびカップ２２内の雰囲気がそれらの間のラビリンス構造領域を介して排気されることから、液受け部２１の下端部付近にミストとなった処理液が付着することがある。この場合には、液受け部２１の下端部を洗浄する。

このときには、図３に示すように、カップ２２内に溶媒を追加して供給することにより、最も上方に配置されたセンサ２３が処理液および溶媒の液面を検出する状態とする。そして、図４に示す液受け部昇降部５２の駆動により液受け部２１を、液受け部２１の下端部付近がカップ２２内に貯留された処理液および溶媒中に浸漬させる。これにより、液受け部２１の下端部付近をカップ２２内に貯留された処理液および溶媒により洗浄することが可能となる。

なお、この状態においては、液受け部２１およびカップ２２内の雰囲気を排気することが不可能となる。このため、この液受け部２１の下端部付近の洗浄は、図３に示すように、基板１００がチャンバー２６内に存在しない状態において実行される。

なお、上述した実施形態においては、単一の液受け部２１を備えた基板処理装置にこの発明を適用した場合について説明したが、略円筒状の液受け部材を複数個同心状に配置した基板処理装置にこの発明を適用してもよい。この場合においては、揮発性が高い溶媒を含む処理液を使用する液受け部に対して、この発明を適用すればよい。

１１ 処理液ノズル
１２ 処理液ノズル
１３ スピンチャック
１４ チャック部材
１５ スピンドルモータ
１９ 排気口
２１ 液受け部
２２ カップ
２３ センサ
２４ センサ
２５ センサ
３１ 管路
３２ 管路
３３ 開閉バルブ
３４ 開閉バルブ
５０ 制御部
５１ チャック駆動部
５２ 液受け部昇降部
５３ ノズル駆動部
１００ 基板

Claims (4)

1. 基板を保持して回転するスピンチャックと、
   前記スピンチャックに保持された基板に処理液を供給する処理液ノズルと、
   前記処理液ノズルから供給され基板から飛散する処理液を受ける液受け部と、
   を備えた基板処理装置において、
   前記液受け部の下方に配設され、前記液受け部から流下する処理液を受けるカップと、
   前記カップ内に溶媒を供給する溶媒供給機構と、
   前記カップ内に貯留される溶媒を排出するための排出管に配設されたバルブと、前記カップ内に貯留させる溶媒の液位を検出するためのセンサとを備え、前記カップ内に貯留される溶媒の液位を制御するための液位調整機構と、
   を備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記溶媒は、処理液を構成する溶媒である基板処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の基板処理装置において、
   前記液受け部の下端と前記カップの上端とは、ラビリンス構造を有し、
   少なくとも前記処理液ノズルから前記基板に処理液を供給しているときには、前記液受け部の下端と前記カップの上端との間から、前記液受け部内の雰囲気が排気される基板処理装置。
4. 請求項３に記載の基板処理装置において、
   前記液受け部を昇降させる昇降機構を備え、前記処理液ノズルから前記基板に処理液を供給していないときに、前記液受け部を下降させることにより、前記液受け部の下端部を前記カップに貯留された溶媒中に浸漬する液受け部昇降部を備える基板処理装置。

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