JP7105649B2

JP7105649B2 - 基板処理装置

Info

Publication number: JP7105649B2
Application number: JP2018157208A
Authority: JP
Inventors: 一樹西原; 真樹鰍場
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2022-07-25
Anticipated expiration: 2038-08-24
Also published as: JP2020031177A

Description

本発明は、半導体ウエハ、液晶ディスプレイ用基板、プラズマディスプレイ用基板、有機ＥＬ用基板、ＦＥＤ(Field Emission Display)用基板、光ディスプレイ用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、太陽電池用基板などの各種基板（以下、単に基板と称する）に対して、所定の処理を行う基板処理装置に係り、特に、大気圧下におけるプラズマの技術に関する。

近年、減圧下ではなく大気圧下における大気圧プラズマを用いて半導体ウエハなどの基板に対して洗浄処理が行われている。大気圧プラズマを用いた洗浄処理には多くの利点があるものの、特に、半導体デバイスの微細化及び高集積化に伴い、半導体ウエハの表面に導入されるプラズマダメージが問題となっている。プラズマダメージを回避して洗浄の効率を向上させるために液体中においてプラズマを発生させて液体中にイオンやラジカルを生成する液中プラズマと呼ばれる技術が研究されている。

しかしながら、このような液中プラズマでは、電極を液体中に配置してプラズマを発生させるので、電極材料の腐食や溶出が問題となっている。また、電極間の局所領域にしかプラズマを発生させることができないので、半導体ウエハの全面への適用は困難である。

上述したような液中プラズマに係る装置として、筒状の反応管と、反応管の一方に形成された吹き出し口と、反応管の外側に配置された複数個の電極とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。この装置では、複数個の電極間に電圧を印加することにより反応管内にプラズマを生成させ、吹き出し口からプラズマを吹き出させて基板の表面処理を行わせる際に、反応管と基板の少なくとも一方を平行移動させながら基板を回転または旋回させて基板の表面全体をプラズマ処理する。

特開２００２－１７０８１５号公報

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の装置は、基板の表面全体にわたって均一にプラズマを供給することができて均一な表面処理を行うことができると記載されているものの、基板が大きくなると吹き出し口の移動回数が多くなり、スループットが低下するという問題がある。また、プラズマを吹き出し口からジェット状で基板に供給するので、基板の表面にダメージを発生させる恐れがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、基板の処理面全体を効率的に処理でき、しかも基板の処理面に対するダメージを抑制できる基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、基板を処理する基板処理装置において、基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダを回転させる回転機構と、前記基板ホルダに保持された前記基板の処理面に対向配置され、前記基板の処理面に対向する前記基板の半径方向の長さが、少なくとも前記基板の半径長さである四角柱形状を呈するプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部のうち、前記基板の処理面に対向する面に形成され、平面視にて基板の中心側から外周縁側に向かって開口率が大きくなるスリットと、放電空間を形成するように、前記スリットにおける前記基板の半径方向に位置する両側面に対向配置された一対の電極と、前記プラズマ発生部の底面に配置された樹脂製多孔板と、前記一対の電極に高電圧を印加するプラズマ電源と、前記基板の処理面に処理液を供給する処理液供給ノズルと、を備え、前記基板ホルダに基板を保持させた状態で前記処理液供給ノズルから処理液を供給させるとともに前記回転機構により基板を回転させ、前記プラズマ電源により高電圧を印加させ、前記放電空間内のプラズマで発生された活性種を、前記スリットを介して前記樹脂製多孔板中の処理液に拡散させることにより前記基板の処理面に供給させて前記基板の処理面を処理することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、基板ホルダに基板を保持させた状態で処理液供給ノズルから処理液を供給させるとともに回転機構により基板を回転させ、プラズマ電源により高電圧を印加させ、放電空間内のプラズマで発生された活性種を、スリットを介して樹脂製多孔板中の処理液に拡散させることにより基板の処理面に供給させて基板の処理面を処理する。プラズマにより発生された活性種がスリットから処理液の膜を通して基板の処理面に拡散されるので、基板の処理面が活性種で処理される。スリットの開口率は、中心側から外周縁側に向かって大きくなっているので、回転により基板の処理面全体を均一に処理できる。したがって、基板の処理面全体を効率的に処理できる。また、放電空間のプラズマで発生させた活性種をジェット流ではなく処理液の膜中を拡散させて基板の処理面に供給させるので、基板の処理面に対するダメージを抑制できる。

また、本発明において、前記回転機構は、前記基板を１～５０ｒｐｍの回転速度で回転させることが好ましい（請求項２）。

１～５０ｒｐｍ程度の低速回転とするので、樹脂製多孔板と基板の処理面との間に液膜を維持することができる。したがって、プラズマで発生された活性種が拡散された処理液の膜を通して基板に安定して活性種を供給できる。

また、本発明において、前記樹脂製多孔板は、基板の処理面側に親水性フィルタを積層して備え、前記プラズマ発生部の底面側に疎水性フィルタを積層して備えていることが好ましい（請求項３）。

親水性フィルタにより、基板の処理面と樹脂製多孔板の下面全面との間に処理液を満たすことができるので、基板の処理面全体における処理の均一性を向上できる。また、疎水性フィルタにより、放電空間側における処理液の表面積が大きくなるので、プラズマにより生成された活性種を効率的に樹脂製多孔板中の処理液に溶解・拡散させることができる。

また、本発明において、前記プラズマ電源の高電圧は、高周波電圧またはパルス電圧であることが好ましい（請求項４）。

プラズマ電源が高周波電力またはパルス電圧を放電空間に印加することにより、効率的にプラズマを発生させることができる。

本発明に係る基板処理装置によれば、基板ホルダに基板を保持させた状態で処理液供給ノズルから処理液を供給させるとともに回転機構により基板を回転させ、プラズマ電源により高電圧を印加させ、スリット内のプラズマで発生された活性種を、樹脂製多孔板中の処理液を通して基板の処理面に供給させて基板の処理面を処理する。プラズマにより発生された活性種がスリットから処理液の膜を通して基板の処理面に拡散されるので、基板の処理面が活性種で処理される。スリットの開口率は、中心側から外周縁側に向かって大きくなっているので、回転により基板の処理面全体を均一に処理できる。したがって、基板の処理面全体を効率的に処理できる。また、放電空間のプラズマで発生させた活性種をジェット流ではなく処理液の膜中を拡散させて基板の処理面に供給させるので、基板の処理面に対するダメージを抑制できる。

実施例に係る基板処理装置の概略構成を示す全体構成図である。要部の一部を拡大した示した縦断面図である。要部の一部を拡大した示した横断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明する。
図１は、実施例に係る基板処理装置の概略構成を示す全体構成図であり、図２は、要部の一部を拡大した示した縦断面図であり、図３は、要部の一部を拡大した示した横断面図である。

本実施例に係る基板処理装置は、平面視で円形状を呈する基板Ｗを一枚ずつ処理する、いわゆる枚葉式の基板処理装置である。この基板処理装置では、例えば、基板Ｗの処理面である上面に対して洗浄処理を施す。

この基板処理装置は、保持部１と、処理ユニット３と、処理液供給ノズル５と、供給部７と、プラズマ電源９と、制御部１１とを備えている。

保持部１は、基板ホルダ１３と、回転軸１５と、電動モータ１７と、排液回収カップ１９とを備えている。基板ホルダ１３は、平面視で基板Ｗとほぼ同じ直径を有し、処理対象の基板Ｗが載置される。基板ホルダ１３は、例えば、真空吸引したり、基板Ｗの周縁を当接支持したりして基板Ｗを水平姿勢で保持する。回転軸１５は、上端が基板ホルダ１３の下面中心部に連結され、下端が電動モータ１７の回転軸に連結されている。電動モータ１７は、回転軸を縦方向に備え、回転中心Ｐ回りに基板ホルダ１３を回転させる。

なお、上述した回転軸１５及び電動モータ１７が本発明における「回転機構」に相当する。

処理ユニット３は、カバー２１と、ガス導入管２３と、底板２５と、一対の電極２７とを備えている。カバー２１は、基板Ｗの処理面に対向して配置され、外観が四角柱形状を呈する。その基板Ｗの半径方向の長さである長軸は、基板Ｗの半径長さより若干長くされている。カバー２１の天井面には、ほぼ中央位置にガス導入管２３の一端側が取り付けられている。カバー２１の底面には、底板２５が取り付けられている。カバー２１のうち、基板Ｗの半径方向に位置する両側板の内面には、一対の電極２７が取り付けられている。

図２及び図３に示すように、一対の電極２７とカバー２１とで囲われた空間は、放電空間２９を構成する。底板２５には、基板Ｗの回転中心Ｐ側に上底を有し、基板Ｗの外周縁側に下底を有する台形状のスリット２５ａが形成されている。スリット２５ａの台形の高さに相当する長さは、基板Ｗの半径よりも若干長く形成されている。このスリット２５ａは、基板Ｗの処理面に対向する面に形成され、平面視にて基板Ｗの中心側から外周縁側に向かって開口率が大きくなるように形成されている。

一対の電極２７は、少なくとも一方が誘電体で被覆されており、これらにはプラズマ電源９が接続されている。プラズマ電源９は、高周波電力またはパルス電圧を出力する。具体的には、例えば、パルス電圧の場合、１０～１００ｋＨｚの周波数で、０．１～２０ｋＶの電圧が好ましい。また、高周波電力の場合には、２ＭＨｚ程度の以上の周波数で、０．１～１０ｋＷの電力が好ましい。プラズマ電源９が高周波電力またはパルス電圧を放電空間に印加することにより、効率的にプラズマを発生させることができる。

なお、上述した処理ユニット３が本発明における「プラズマ発生部」に相当する。

カバー２１は、底板２５の下面に樹脂製多孔板３１が取り付けられている。樹脂製多孔板３１は、樹脂製の多孔質部材を積層して構成されている。樹脂製多孔板３１は、その上面が、カバー２１の底板２５とほぼ一致するように底板２５の底面に取り付けられている。樹脂製多孔板３１は、具体的には、図２に示すように、親水性フィルタを積層して構成された下部フィルタ３１ａと、疎水性フィルタを積層して構成された上部フィルタ３１ｂとから構成されている。

下部フィルタ３１ａは、親水性フィルタとして、例えば、樹脂製の親水性メンブレンフィルタを積層して構成されている。下部フィルタ３１ａは、例えば、１０～１００μｍの厚さで、孔径が０．１～１．０μｍの大きさの親水性メンブレンフィルタを１０枚積層して構成されている。また、上部フィルタ３１ｂは、疎水性フィルタとして、例えば、樹脂製の疎水性メンブレンフィルタを積層して構成されている。上部フィルタ３１ａは、例えば、１０～１００μｍの厚さで、孔径が０．１～１．０μｍの大きさの疎水性メンブレンフィルタを１０枚積層して構成されている。

ガス導入管２３の下端は、底板２５の上面よりも上方に位置している。ガス導入管２３下端部には、下面に形成された下方孔２３ａと、外周面から側方に向かう側方孔２３ｂとが形成されている。下方孔２３ａと側方孔２３ｂとは、放電空間２９に連通接続されている。下方孔２３ａは、放電空間２９の底面に向かってガスを供給し、側方孔２３ｂは、放電空間２９の側面及び底面に向かってガスを供給する。換言すると、ガス導入管２３は、下端部において放電空間２９の下方及び側方に向けてガスを導入する。ガス導入管２３の他端側は、供給部７のガス供給源３３に連通接続されている。ガス導入管２３は、制御弁３５が取り付けられている。制御弁３５は、ガス導入管２３におけるガスの流通を操作する。ガス供給源３３は、例えば、アルゴンを貯留し、これをガス導入管２３に供給する。ガス供給源３３は、アルゴンに代えて、ヘリウム、Ｈ_２Ｎ_２（フォーミングガス）、反応性ガスの酸素、水素、水蒸気を供給するようにしてもよい。その際には、それぞれを単独で供給してもよく、水蒸気と混合させて供給してもよい。

処理ユニット３は、保持部１に対して、図示しない移動機構によって移動される。その移動位置は、図１に示す処理位置と、処理位置から側方に離れた待機位置との少なくとも二箇所である。

保持部１の上方には、基板Ｗの上面に処理液を供給する処理液供給ノズル５が配置されている。処理液供給ノズル５は、処理液供給源３７に連通接続されている。処理液供給源３７は、制御弁３９を備えている。この制御弁３９は、処理液供給ノズル５における処理液の流通を操作する。処理液供給源３７は、例えば、純水を貯留し、これを処理液供給ノズル５に供給する。

処理液供給ノズル５は、保持部１に対して、図示しない移動機構によって移動される。その移動位置は、図１に示す処理位置と、処理位置から側方に離れた待機位置との少なくとも二箇所である。

保持部１の周囲には、平面視環状の排液回収カップ１９が配置されている。排液回収カップ１９は、基板Ｗの上面に供給されて周囲に排出された処理液を回収するとともに、図示しない排液処理部に処理液を流下させる。

上述した処理ユニット３の移動、処理液供給ノズル５の移動、電動モータ１７の回転駆動、制御弁３５，３９の開閉は、制御部１１によって統括的に制御される。制御部１１は、ＣＰＵやメモリなどを備え、予め設定されている洗浄処理条件（洗浄時間や回転数、プラズマの生成条件など）に応じて各部を操作する。

次に、上述した構成の基板処理装置による基板Ｗの処理について説明する。

制御部１１は、処理対象の基板Ｗを基板ホルダ１３に載置するために、処理ユニット３及び処理液供給ノズル５を待機位置に移動させる。その状態で、基板Ｗの処理面を上面にした姿勢で、基板ホルダ１３に基板Ｗを載置させる。そして、制御部１１は、図１に示す処理位置に処理ユニット３及び処理液供給ノズル５を移動させる。

次いで、制御部１１は、制御弁３９を開放させて処理液供給ノズル５から処理液を基板Ｗの上面に供給させる。これにより、樹脂製多孔板３１内に処理液が貯留される。また、樹脂製多孔板３１は、下部フィルタ３１ａが親水性であるので、基板Ｗの上面と樹脂製多孔板３１の下面全面との間に処理液を密に満たすことができる。なお、満たされた処理液のうちの過剰分は、基板Ｗの外周縁から排液回収カップ１９に回収される。一対の電極２７は、樹脂製多孔板３１の上方であって、底板２５の上面から上方に離間して配置されており、しかも、樹脂製多孔板３１の上部は疎水性の上部フィルタ３１ｂであるので、処理液が密に満たされることがなく、一対の電極２７は、樹脂製多孔板３１に供給された処理液で浸漬された状態にはならない。

制御部１１は、処理液の供給前に、あるいは処理液の供給とともに、または処理液の供給後に、制御弁３５を開放させてガスを放電空間２９に供給する。ガスは、図２に示すように下方孔２３ａ及び側方孔２３ｂから放電空間２９に供給される。その際の供給圧力は、０．１～０．４ＭＰａであることが好ましい。

制御部１１は、プラズマ電源９を作動させて一対の電極２７との間に電圧を印加する。これにより、放電空間２９中にプラズマが発生する。このプラズマ中では、ＯラジカルやＯＨラジカル、Ｏイオンやオゾン等の活性種が生成される。放電空間２９の下方にある樹脂製多孔板３１の上部フィルタ３１ｂは、疎水性であり、放電空間２９側における処理液の表面積が大きくなる。そのため、放電空間２９で生成された活性種は、効率的に樹脂製多孔板３１中の処理液に溶解・拡散される。

この状態で制御部１１は、電動モータ１７を駆動させて基板Ｗを処理ユニット３に対して回転させる。このときの回転数は、１～５０ｒｐｍが好ましい。すると、活性種を含んだ処理液が基板Ｗの上面に供給され、基板Ｗの外周縁から側方に処理液が排出される。このとき、活性種による酸化作用により、基板Ｗの上面に対して有機物の分解・除去が行われる。この状態を予め決められた処理時間だけ維持すると、基板Ｗの上面に対する洗浄処理が終了する。

処理時間が経過すると、制御部１１は、処理ユニット３及び処理液供給ノズル５を待機位置に移動させ、電動モータ１７の駆動を停止させる。そして、基板Ｗの回転により振り切り乾燥させた後、処理済みの基板Ｗを基板ホルダ１３から搬出させる。

本実施例によると、プラズマにより発生された活性種がスリット２５ａから処理液の膜を通して基板Ｗの処理面に拡散されるので、基板Ｗの処理面が活性種で処理される。スリット２５ａの開口率は、中心側から外周縁側に向かって大きくなっているので、回転により基板Ｗの処理面全体を均一に処理できる。したがって、基板Ｗの処理面全体を効率的に処理できる。また、放電空間２９のプラズマで発生させた活性種をジェット流ではなく処理液の膜中を拡散させて基板Ｗの処理面に供給させるので、基板Ｗの処理面に対するダメージを抑制できる。

また、基板Ｗの回転数を１～５０ｒｐｍ程度の低速回転とするので、樹脂製多孔板３１と基板Ｗの処理面との間に液膜を維持することができる。したがって、プラズマで発生された活性種が拡散された処理液の膜を通して基板Ｗに安定して活性種を供給できる。

また、樹脂製多孔板３１が下部フィルタ３１ａの親水性フィルタを備えることにより、基板Ｗの処理面全体と樹脂製多孔板３１の下面全面との間に処理液を満たすことができるので、基板Ｗの処理面全体における処理の均一性を向上できる。また、樹脂製多孔板３１の上部フィルタ３１ｂが疎水性フィルタを備えることにより、放電空間２９側における処理液の表面積が大きくなるので、プラズマによる生成された活性種を効率的に樹脂製多孔板３１中の処理液に溶解・拡散させることができる。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、樹脂製多孔板３１の上部を疎水性フィルタで構成し、下部を親水性フィルタで構成したが、本発明はこのような構成に限定されない。

（２）上述した実施例では、ガス導入管２３が下方孔２３ａと側方孔２３ｂとを備えているが、放電空間２９にガスを行き渡らせることができるならば、このような構成に限定されない。

（３）上述した実施例では、電動モータ１７により基板Ｗを１～５０ｒｐｍの低速回転としているが、本発明はこのような回転数に限定されない。

（４）上述した実施例では、底板２５は、上底と下底とが直線状の台形からなるスリット２５ａを形成されているが、本発明はこのような形状に限定されない。

Ｗ … 基板
１ … 保持部
３ … 処理ユニット
５ … 処理液供給ノズル
７ … 供給部
９ … プラズマ電源
１１ … 制御部
１３ … 基板ホルダ
１５ … 回転軸
１７ … 電動モータ
１９ … 排液回収カップ
２１ … カバー
２３ … ガス導入管
２３ａ … 下方孔
２３ｂ … 側方孔
２５ … 底板
２５ａ … スリット
２７ … 一対の電極
２９ … 放電空間
３１ … 樹脂製多孔板
３１ａ … 下部フィルタ
３１ｂ … 上部フィルタ
３３ … ガス供給源
３７ … 処理液供給源
３５，３９ … 制御弁

Claims

基板を処理する基板処理装置において、
基板を保持する基板ホルダと、
前記基板ホルダを回転させる回転機構と、
前記基板ホルダに保持された前記基板の処理面に対向配置され、前記基板の処理面に対向する前記基板の半径方向の長さが、少なくとも前記基板の半径長さである四角柱形状を呈するプラズマ発生部と、
前記プラズマ発生部のうち、前記基板の処理面に対向する面に形成され、平面視にて基板の中心側から外周縁側に向かって開口率が大きくなるスリットと、
放電空間を形成するように、前記スリットにおける前記基板の半径方向に位置する両側面に対向配置された一対の電極と、
前記プラズマ発生部の底面に配置された樹脂製多孔板と、
前記一対の電極に高電圧を印加するプラズマ電源と、
前記基板の処理面に処理液を供給する処理液供給ノズルと、
を備え、
前記基板ホルダに基板を保持させた状態で前記処理液供給ノズルから処理液を供給させるとともに前記回転機構により基板を回転させ、前記プラズマ電源により高電圧を印加させ、前記放電空間内のプラズマで発生された活性種を、前記スリットを介して前記樹脂製多孔板中の処理液に拡散させることにより前記基板の処理面に供給させて前記基板の処理面を処理することを特徴とする基板処理装置。
請求項１に記載の基板処理装置において、
前記回転機構は、前記基板を１～５０ｒｐｍの回転速度で回転させることを特徴とする基板処理装置。
請求項１または２に記載の基板処理装置において、
前記樹脂製多孔板は、基板の処理面側に親水性フィルタを積層して備え、前記プラズマ発生部の底面側に疎水性フィルタを積層して備えていることを特徴とする基板処理装置。
請求項１から３のいずれかに記載の基板処理装置において、
前記プラズマ電源の高電圧は、高周波電力またはパルス電圧であることを特徴とする基板処理装置。