JP4912020B2

JP4912020B2 - 液処理装置

Info

Publication number: JP4912020B2
Application number: JP2006114958A
Authority: JP
Inventors: 和久松本
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-04-18
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-04-18
Also published as: JP2007287998A

Description

本発明は、例えば半導体ウエハ等の基板に対して所定の液処理を行う液処理装置に関する。

半導体デバイスの製造プロセスやフラットパネルディスプレー（ＦＰＤ）の製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハやガラス基板に処理液を供給して液処理を行うプロセスが多用されている。このようなプロセスとしては、例えば、基板に付着したパーティクルやコンタミネーション等を除去する洗浄処理、フォトリソグラフィ工程におけるフォトレジスト液や現像液の塗布処理等を挙げることができる。

このような液処理装置としては、半導体ウエハ等の基板をスピンチャックに保持し、基板を回転させた状態でウエハの表面または表裏面に処理液を供給してウエハの表面または表裏面に液膜を形成して処理を行うものが知られている。

この種の装置では、通常、処理液はウエハの中心に供給され、基板を回転させることにより処理液を外方に広げて液膜を形成し、処理液を離脱させることが一般的に行われている。そして、基板の外方へ振り切られた処理液を下方へ導くようにウエハの外側を囲繞するカップ等の部材を設け、ウエハから振り切られた処理液を速やかに排出するようにしている。しかし、このようにカップ等を設ける場合には、処理液がミストとして飛び散り、基板まで達してウォーターマークやパーティクル等の欠陥となるおそれがある。

このようなことを防止可能な技術として、特許文献１には、基板を水平支持した状態で回転させる回転支持手段と一体に回転するように、基板から外周方向に飛散した処理液を受ける処理液受け部材を設け、処理液を受け、処理液を外方へ導いて回収するようにした技術が開示されている。この特許文献１において、処理液受け部材は、基板側から順に、水平ひさし部、処理液を外側下方に案内する傾斜案内部、処理液を水平外方へ案内する水平案内部、および垂直に立設する壁部を有し、処理液を狭い範囲に追い込んでミストが基板へ再付着することを防止しつつ処理受け部材の隅部に設けられた排液口を介して水平外方に排出させ、さらに処理液受け部材の外側に配置されたスペーサの内部を外方に延びる溝を介して排液される。
特開平８−１０６４号公報

しかしながら、特許文献１においては、処理液受け部材が基板とともに回転して旋回流が発生し、処理液受け部材の外側部分は高圧状態となる。したがって、回転終了後、この高圧状態が開放されると、処理液受け部材の外側部分から基板側へ戻る気流が発生し、この気流にミストも随伴してミストが基板に付着するおそれがある。これを防止するためには気流制御を行うことが考えられるが、十分とはいえず、基板にミストが再付着してウォーターマークやパーティクルの原因となってしまう。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、基板を回転しつつ基板に処理液を供給して基板に液処理を行う液処理装置であって、基板に対する処理液のミストの再付着を抑制することができる液処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、基板を水平に保持し、基板とともに回転可能な基板保持部と、前記基板保持部に保持された基板の少なくとも表面に処理液を供給する液供給機構と、前記基板保持部に保持された基板を囲繞し、基板とともに回転可能であり、基板から振り切られた処理液を排液としてその外方へ排出する回転カップと、前記回転カップおよび前記基板保持部を一体的に回転させる回転機構と、前記回転カップから排出された排液を受けるとともに、前記回転カップ内およびその周囲の排気を行う排気・排液カップとを具備し、前記回転カップは、前記基板保持部に保持された基板の外側に外側から内側に流れる気流をトラップ可能な気体溜まり部を有することを特徴とする液処理装置を提供する。

また、本発明は、基板を水平に保持し、基板とともに回転可能な基板保持部と、基板の表面に処理液を供給する表面液供給機構と、基板の裏面に処理液を供給する裏面液供給機構と、前記基板保持部に保持された基板を囲繞し、基板とともに回転可能であり、基板から振り切られた処理液を排液としてその外方へ排出する回転カップと、前記回転カップおよび前記基板保持部を一体的に回転させる回転機構と、前記回転カップから排出された排液を受けるとともに、前記回転カップ内およびその周囲の排気を行う排気・排液カップとを具備し、前記回転カップは、前記基板保持部に保持された基板の外側に外側から内側に流れる気流をトラップ可能な気体溜まり部を有することを特徴とする液処理装置を提供する。

上記本発明において、前記回転カップは、前記基板保持部上の基板の外側に設けられた、基板から振り切られた処理液を基板の外方へ導く案内部材をさらに具備することができる。

前記気体溜まり部は、前記基板保持部に保持された基板の外側に基板と同心的な環状をなすように構成することができる。また、前記回転カップは、前記基板保持部に保持された基板の外方を覆い、処理液の排出孔を有する壁部と、前記壁部の上端から内方に向かって環状に設けられた庇部材とを有し、前記気体溜まり部は前記庇部材に形成される構成とすることができる。この場合に、前記気体溜まり部は、前記庇部材の下面から内側上方に向かうテーパ状に形成されていることが好ましい。

本発明によれば、基板の回転とともに回転する回転カップを設けたので、回転カップに遠心力が作用し、固定カップを設けたときのような処理液のミストのはね返りを防止することができる。この場合に、回転カップを停止した際に、回転カップの回転時に高圧になっていた回転カップの外側部分から基板側へ戻る気流が発生し、この気流にミストが随伴されても、回転カップに、基板の外側に外側から内側に流れる気流をトラップ可能な気体溜まり部を設けたので、回転カップ停止時にミストを随伴した気流を一時的に気体溜まり部にトラップしてその中に滞留させておくことができ、ミストを随伴した気流を基板に到達させずに排気・排液カップの気流制御により排出させることができる。このため、基板へのミストの再付着を有効に防止することができる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について詳細に説明する。ここでは、本発明を半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）の表裏面洗浄を行う液処理装置に適用した場合について示す。

図１は本発明の第１の実施形態に係る液処理装置の概略構成を示す断面図、図２はその平面図、図３は排気・排液部を拡大して示す断面図である。この液処理装置１００は、被処理基板であるウエハＷを回転可能に保持するウエハ保持部１と、このウエハ保持部１を回転させる回転モータ２と、ウエハ保持部１に保持されたウエハＷを囲繞するように設けられ、ウエハ保持部１とともに回転する回転カップ３と、ウエハＷの表面に処理液を供給する表面処理液供給ノズル４と、ウエハＷの裏面に処理液を供給する裏面処理液供給ノズル５と、回転カップ３の周縁部に設けられた排気・排液部６とを有している。また、排気・排液部６の周囲およびウエハＷの上方を覆うようにケーシング８が設けられている。ケーシング８の上部にはファン・フィルター・ユニット（ＦＦＵ）９が設けられており、ウエハ保持部１に保持されたウエハＷに清浄空気のダウンフローが供給されるようになっている。

ウエハ保持部１は、水平に設けられた円板状をなす回転プレート１１と、その裏面の中心部に接続され、下方鉛直に延びる円筒状の回転軸１２とを有している。回転プレート１１の中心部には、回転軸１２内の孔１２ａに連通する円形の孔１１ａが形成されている。そして、孔１２ａおよび孔１１ａ内を裏面処理液供給ノズル５が昇降可能となっている。図２に示すように、回転プレート１１には、ウエハＷの外縁を保持する保持部材１３が等間隔で３つ設けられている。この保持部材１３は、ウエハＷが回転プレート１１から少し浮いた状態で水平にウエハＷを保持するようになっている。そして、この保持部材１３は、ウエハＷを保持する保持位置と後方に回動して保持を解除する解除位置との間で移動可能となっている。回転プレート１１の端部近傍には中心側部分よりも外側部分のほうが低くなるように周回して傾斜部１１ｂが形成されている。したがって、回転プレート１１の端部が他の部分よりも薄く形成されている。

回転軸１２の下端にはベルト１４が巻き掛けられており、ベルト１４はプーリー１５にも巻き掛けられている。そして、プーリー１５はモータ２により回転可能となっており、モータ２の回転によりプーリー１５およびベルト１４を介して回転軸１２を回転するようになっている。

表面処理液供給ノズル４は、ノズルアーム１６の先端部に保持されており、図示しない液供給チューブから処理液が供給され、その内部に設けられたノズル孔を介して処理液を吐出するようになっている。吐出する処理液としては、洗浄用の薬液、純水等のリンス液、ＩＰＡのような乾燥溶媒等を挙げることができ、１種または２種以上の処理液を吐出可能となっている。ノズルアーム１６は、図２に示すように軸１７を中心として回動可能に設けられており、図示しない駆動機構により、ウエハＷ中心上の吐出位置とウエハＷの外方の退避位置との間で移動可能となっている。なお、ノズルアーム１６は上下動可能に設けられており、回動するときには上昇した状態となり、表面処理液供給ノズル４から処理液を吐出する際には、下降した状態となる。

裏面処理液供給ノズル５には、内部にその長手方向に沿って延びるノズル孔５ａが形成されている。そして、図示しない処理液チューブを介してノズル孔５ａの下端から所定の処理液が供給され、その処理液がノズル孔５ａを介してウエハＷの裏面に吐出されるようになっている。吐出する処理液としては、上記表面処理液供給ノズル４と同様、洗浄用の薬液、純水等のリンス液、ＩＰＡのような乾燥溶媒等を挙げることができ、１種または２種以上の処理液を吐出可能となっている。裏面処理液供給ノズル５はウエハ昇降部材としての機能を兼備しており、その上端部にはウエハＷを支持するウエハ支持台１８を有している。ウエハ支持台１８の上面には、ウエハＷを支持するための３本のウエハ支持ピン１９（２本のみ図示）を有している。そして、裏面処理液供給ノズル５の下端には接続部材２０を介してシリンダ機構２１が接続されており、このシリンダ機構２１によって裏面処理液供給ノズル５を昇降させることによりウエハＷを昇降させてウエハＷのローディングおよびアンローディングが行われる。

回転カップ３は、図３に示すように、回転プレート１１の端部から上方に延びて垂直壁を形成するように基板の周囲に設けられた円筒状の垂直壁部材３１と、垂直壁部材３１の上端から内方に延びる円環状の庇部材３２とを有している。なお、回転プレート１１は回転カップ３の底部をなし、回転カップ３の一構成部材として機能する。

垂直壁部材３１には、その内側から外側へ貫通し、処理液を排出する排出孔３３および３４が上下に、かつ、それぞれ周方向に沿って複数形成されている。また、回転カップ３は、垂直壁部材３１の排出孔３３と３４との間のウエハＷとほぼ同じ高さの位置に、内端がウエハＷの周縁近傍まで至る円環状かつ板状をなす案内部材３５を有している。排出孔３３はその下面が案内部材３５の表面に接するように設けられ、排出孔３４はその下面が回転プレート１１の表面に接するように設けられている。

庇部材３２には、ウエハ保持部１に保持されたウエハＷの外側に外側から内側に流れる気流をトラップ可能な気体溜まり部３２ａが形成されている。気体溜まり部３２ａは、ウエハ保持部１に保持されたウエハＷの外側にウエハＷと同心的な環状をなすように設けられており、庇部材３２の下面から内側上方に向かうテーパ状に形成されている。

排気・排液部６は、図３の拡大図にも示すように、回転カップ３における垂直壁部材３１の排出孔３３、３４から排出された排液を受けるとともに、回転カップ３内およびその周囲の排気を行う環状をなす排気・排液カップ４１を有している。排気・排液カップ４１の底部には、排気・排液口４３が設けられていて、その排液口４３には排気・排液管４４が接続されている。排気・排液管４４の下流側には図示しない吸引機構が設けられており、この吸引機構により排気・排液カップ４１から排気・排液されるようになっている。また、排気・排液管４４には、図示しない気液分離機構が設けられている。排気・排液口４３は、１箇所に形成されていても複数箇所に形成されていても構わない。

排気・排液カップ４１は、回転カップ３も囲繞し、その上壁４１ａは庇部材３２の上方に位置している。そして、排気・排液カップ４１は、その上壁４１ａと庇部材３２との間の開口部４１ｂから気体を吸引して排気するようになっている。また、排気・排液カップ４１には、その上壁に周方向に沿って複数の空気取入口４７が設けられ、その内側壁に周方向に沿って複数の空気取入口４８が設けられている。空気取入口４７は、排気・排液カップ４１の上方領域の雰囲気を吸引し、空気取入口４８は回転プレート１１の下方に存在する機構部の雰囲気を吸引し、滞留している処理液のガス化成分を除去することが可能となっている。

上記案内部材３５は、その表裏面がウエハＷの表裏面と略連続するように設けられている。このウエハＷ表面から振り切られた処理液は、略連続して設けられた案内部材３５の表面に案内されて垂直壁部材３１に達し、遠心力により排出孔３３を通って、回転カップ３の外側へ排出されるようになっている。また、同様にウエハ保持部材１および回転カップ３をウエハＷとともに回転させて裏面処理液供給ノズル５からウエハＷの裏面の中心に処理液を供給した際には、処理液は遠心力でウエハＷの裏面を広がり、ウエハＷの周縁から振り切られる。このウエハＷ裏面から振り切られた処理液は、遠心力により排出孔３４を通って、回転カップ３の外側へ排出されるようになっている。案内部材３５を設けることにより、ウエハＷの周縁から脱離した処理液が乱流化し難く、処理液をミスト化させずに回転カップ外へ導くことができる。案内部材３５のウエハＷと隣接する部分の表裏面の高さはウエハＷの表裏面の高さと同じであることが好ましい。なお、図２に示すように、案内部材３５には、ウエハ保持部材１３に対応する位置に、ウエハ保持部材１３を避けるように切り欠き部３６が設けられている。

次に、以上のように構成される液処理装置１００の動作について図４を参照して説明する。まず、図４の（ａ）に示すように、裏面処理液供給ノズル５を上昇させた状態で、図示しない搬送アームからウエハ支持台１８の支持ピン上にウエハＷを受け渡す。次いで、図４の（ｂ）に示すように、裏面処理液供給ノズル５を、ウエハＷを保持部材１３により保持可能な位置まで下降させ、保持部材１３によりウエハＷをチャッキングする。そして、図４の（ｃ）に示すように、表面処理液供給ノズル４を退避位置からウエハＷの中心上の吐出位置に移動させる。

この状態で、図４の（ｄ）に示すように、モータ２により保持部材１を回転カップ３およびウエハＷとともに回転させながら、表面処理液供給ノズル４および裏面処理液供給ノズル５から所定の処理液を供給して洗浄処理を行う。

この洗浄処理においては、ウエハＷの表面および裏面の中心に処理液が供給され、その洗浄液が遠心力によりウエハＷの外側に広がり、ウエハＷの周縁から振り切られる。この場合に、ウエハＷの外側を囲繞するように設けられているカップがウエハＷとともに回転する回転カップ３であるから、図５に示すように、ウエハＷから振り切られた処理液が垂直壁部材３１に当たっても処理液に遠心力が作用し垂直壁部材３１の排出孔３３，３４の周囲に液膜３７を形成するから、固定カップの場合のような飛び散り（ミスト化）は発生し難い。そして、垂直壁部材３１に達した処理液は遠心力により排出孔３３，３４から回転カップ３の外側に排出される。したがって、固定カップを設けた場合のようなカップに当たってミスト化した処理液がウエハＷに戻ることが抑制される。処理液の供給が停止されると、液膜３７として垂直壁部材３１の排出孔３３，３４の周囲に溜まっていた処理液も排出孔３３，３４から排出され、回転カップ３内に処理液が存在しない状態とされる。

また、処理液は遠心力によって排出孔３３および３４から外方に排出されるが、液膜３７の存在により、排気・排液カップ４１の壁部ではね返った処理液のミストがたとえ排出孔３３，３４に入り込んだとしても回転カップ３内へのミストの侵入が阻止される。

ところで、上述のようにして洗浄処理を行っている間は、回転カップ３を回転させているため、図６の（ａ）に示すように、その外側の排気・排液カップ４１の側壁近傍の領域Ａの部分はその際の旋回流により高圧状態になっている。しかし、洗浄処理が終了して回転カップ３の回転を停止すると、上記領域Ａの部分の高圧状態が開放され、外側の領域Ａから水平方向内側に向かう気流が発生する。このとき、回転カップ３が停止しており、垂直壁部材３１の内面には液膜３７が存在しない状態であり、上記気流は、排出孔３３、３４から回転カップ３内に侵入する。この気流に排気・排液カップ４１に存在するミストが随伴している場合には、このミストが気流に乗ってウエハＷに達するとミストが再付着し、ウォーターマークやパーティクルが発生するおそれがある。

しかし、本実施形態においては、回転カップ３の庇部材３２のウエハＷの外側の部分に環状をなす気体溜まり部３２ａを設けたので、図６の（ｂ）に示すように、排出孔３３から回転カップ３内に進入して内側へ向かうミストを随伴した気流を一時的に気体溜まり部３２ａでトラップしてその中に滞留させておくことができる。この場合に、気体溜まり部３２ａは、庇部材３２の下面から内側上方に向かうテーパ状に形成されているため、たとえトラップされた気体が気体溜まり部３２ａから流出する場合でもウエハＷ側には流出し難い。そして、このように気流を一時的にトラップしている間に、排気・排液部６の吸引機構による気流制御によりトラップした気体を排出させることができる。このため、ミストを随伴した気流はウエハＷの表面にほとんど到達せず、戻り気流に起因するウエハＷ表面のミストの再付着を十分に抑制することができる。ただし、この実施形態の場合には、排出孔３４から回転カップ３に侵入した気流は、減衰はされるものの多少ウエハＷに到達する。しかし、排出孔３４から侵入した気流は、ウエハＷの裏面側に到達するので、大きな影響はない。ウエハＷの裏面側へのミストの再付着を十分に抑制する観点からは、例えば図７に示すように、案内部材３５に代えて基端部を厚くした案内部材３５′を設け、この案内部材３５′のウエハ保持部１に保持されたウエハＷの外側部分に気体溜まり部３５ａを設けることが好ましい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、乱流化によるミスト発生を防止するために案内部材を設けたが、必ずしも設ける必要はない。また、上記実施形態では、気体溜まり部３２ａを環状に設けたが、必ずしも環状に限るものではなく、回転カップ３の外側から内側へ向かう気流をトラップすることができるものであればよい。また、液処理については洗浄処理に限らず、レジスト液塗布処理やその後の現像処理等、他の液処理であっても構わない。さらにまた、上記実施形態では被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、液晶表示装置（ＬＣＤ）用のガラス基板に代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の基板等、他の基板に適用可能であることは言うまでもない。

本発明は、半導体ウエハに付着したパーティクルやコンタミネーションを除去するための洗浄装置に有効である。

本発明の一実施形態に係る液処理装置の概略構成を示す断面図。本発明の一実施形態に係る液処理装置を一部切り欠いて示す概略平面図。図１の液処理装置の排気・排液部を拡大して示す断面図。本発明の一実施形態に係る液処理装置の処理動作を説明するための図。ウエハから振り切られた処理液の状態を説明するための模式図。本発明の液処理装置における、回転カップが回転している状態と回転カップが停止している状態とで気流の状態を比較して示す模式図。回転カップの一構成部品である回転プレートにも気体溜まり部を設けた状態を示す図。

符号の説明

１；ウエハ保持部
２；回転モータ
３；回転カップ
４；表面処理液供給ノズル
５；裏面処理液供給ノズル
６；排気・排液部
８；ケーシング
９；ＦＦＵ
１１；回転プレート
１２；回転軸
１３；保持部材
３１；垂直壁部材
３２；庇部材
３２ａ，３５ａ；気体溜まり部
３３，３４；排出孔
３５；案内部材
３７；液膜
４１；排気・排液カップ
１００；液処理装置
Ｗ；ウエハ

Claims

基板を水平に保持し、基板とともに回転可能な基板保持部と、
前記基板保持部に保持された基板の少なくとも表面に処理液を供給する液供給機構と、
前記基板保持部に保持された基板を囲繞し、基板とともに回転可能であり、基板から振り切られた処理液を排液としてその外方へ排出する回転カップと、
前記回転カップおよび前記基板保持部を一体的に回転させる回転機構と、
前記回転カップから排出された排液を受けるとともに、前記回転カップ内およびその周囲の排気を行う排気・排液カップと
を具備し、
前記回転カップは、前記基板保持部に保持された基板の外側に外側から内側に流れる気流をトラップ可能な気体溜まり部を有することを特徴とする液処理装置。
基板を水平に保持し、基板とともに回転可能な基板保持部と、
基板の表面に処理液を供給する表面液供給機構と、
基板の裏面に処理液を供給する裏面液供給機構と、
前記基板保持部に保持された基板を囲繞し、基板とともに回転可能であり、基板から振り切られた処理液を排液としてその外方へ排出する回転カップと、
前記回転カップおよび前記基板保持部を一体的に回転させる回転機構と、
前記回転カップから排出された排液を受けるとともに、前記回転カップ内およびその周囲の排気を行う排気・排液カップと
を具備し、
前記回転カップは、前記基板保持部に保持された基板の外側に外側から内側に流れる気流をトラップ可能な気体溜まり部を有することを特徴とする液処理装置。
前記回転カップは、前記基板保持部上の基板の外側に設けられた、基板から振り切られた処理液を基板の外方へ導く案内部材をさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液処理装置。
前記気体溜まり部は、前記基板保持部に保持された基板の外側に基板と同心的な環状をなすように設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液処理装置。
前記回転カップは、前記基板保持部に保持された基板の外方を覆い、処理液の排出孔を有する壁部と、前記壁部の上端から内方に向かって環状に設けられた庇部材とを有し、前記気体溜まり部は前記庇部材に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４に記載の液処理装置。
前記気体溜まり部は、前記庇部材の下面から内側上方に向かうテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の液処理装置。