JP2002016031A - 基板処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細な空隙内のすみずみまで処理液を行き渡
らせて、確実に処理を行なうことができる基板処理方法
を提供する。 【解決手段】 微細な空隙を有する基板１に対し、霧化
された処理液をノズル２０から吹き付けて処理を行なう
基板処理方法。前記処理液を平均粒径１μｍ以上６０μ
ｍ以下である霧状にして基板１に吹き付けることを特徴
としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体（シリコ
ン）ウエハ、液晶ガラス基板、フォトマスク用ガラス基
板、光ディスク用基板などの基板に対し、処理液を吹き
付けることで所定の処理を行う基板処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体ウエハ、液晶ガラス基
板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板など
の基板には、その製造プロセスにおいて、エッチング、
剥離、現像といった各種の処理が適宜繰り返されてい
る。このような場合、たとえば、図５に示すような処理
装置（特開平７−３２６５６９号公報参照）が使用され
ている。

【０００３】この処理装置は、処理能率の高い回転式の
ものであり、基板Ｗは、基台１０１に回転自在に支持さ
れた中空の回転軸１０２の先端部に取り付けられた回転
台１０５の上面に、基板支持部材１０６を介して支持さ
れている。基板支持部材１０６は、回転台１０５の上面
の外周縁に、周方向に所定間隔を隔てて、複数個（たと
えば６個）設けられている。各基板支持部材１０６は、
基板Ｗの下面外周縁を載置する支持部材１０７と、回転
中の基板Ｗの水平方向への移動を規制するために基板Ｗ
の外周縁に接するように設けられた小径部材１０８とで
構成されている。回転軸１０２は、基台１０１内に設け
られたベルト１０３を介してモータ１０４により回転駆
動される。

【０００４】回転軸１０２の中空の内部には管１１１が
貫通状に設けられ、管１１１の先端部にはノズル１１２
が取り付けられている。このノズル１１２は、回転台１
０５の中心部より基板Ｗの外周縁に向けて液体を噴出で
きるように構成されている。管１１１の基端部は、三方
弁１１３のコモンポートＰ１に接続されている。三方弁
１１３の他のポートＰ２、Ｐ３には、管１１４、管１１
５を介してそれぞれ、表面処理液供給源１１６、純水供
給源１１７が接続されている。

【０００５】この装置の上方には、基板Ｗをブラシ洗浄
するためのブラシ洗浄機構１２０と、純水を高圧で噴射
して洗浄するための高圧純水洗浄機構１３０と、超音波
振動させた純水を噴射して洗浄するための超音波洗浄機
構１４０が設けられている。これら洗浄機構１２０，１
３０，１４０は、洗浄処理時以外は、基板Ｗの上の処理
位置から退避位置に退避できるように構成されている。

【０００６】モータ１０４の回転駆動、各洗浄機構１２
０，１３０，１４０の駆動、三方弁１１３の切り替え、
各処理液供給源１１６，１１７の駆動（送出や停止な
ど）などの制御はマイクロコンピュータ等で構成されて
いる制御部１５０により行われる。

【０００７】この装置は、たとえば、表面にフォトレジ
ストやポリイミド等の感光性樹脂が塗布された基板を露
光する前に、基板Ｗ表面へ表面改質用処理液を供給し、
それと同時に基板Ｗ裏面を洗浄しようとするものであ
り、前工程でフォトレジストを塗布された基板Ｗを反転
し、その表面が下方を向くように回転台１０５上に載置
する。つぎに、モータ１０４を駆動して基板Ｗを回転さ
せ、各洗浄機構１２０，１３０，１４０をそれぞれ同時
又は所定の順番で駆動して基板Ｗの裏面を洗浄する。ま
た、これら洗浄機構１２０，１３０，１４０の駆動とと
もに、表面処理液供給源１１６、純水供給源１１７およ
び三方弁１１３を駆動して、表面処理液と純水を基板Ｗ
表面に供給する。このように、基板Ｗ裏面の洗浄と同時
に基板Ｗ表面への表面処理液の供給が行なわれ、処理時
間の短縮を図ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示される高圧純水洗浄機構１３０では、洗浄水を流すだ
けであり、例えば、微細構造の回路を有する基板表面を
洗浄する場合には、流水を構造物内の微細な空間に侵入
させることは困難であり、そのような空間から残滓を取
り除くことができないという問題がある。また、基板Ｗ
を傷つけないように低圧に設定すると洗浄液を大量に必
要とするため、コストの削減が図れない。また、超音波
洗浄機構１４０では装置自体が高価なうえ、処理時間が
長くなるため、やはり製造コストの削減を思うように図
れない。いずれにしても、装置などのイニシアルコスト
及び洗浄液などのランニングコストを安価に抑えつつ、
確実な洗浄効果を得るのが難しく、微細な空隙、とく
に、微細な線間の角の部分に残留する残滓を確実に取り
除くことはできないという問題がある。

【０００９】このような問題点に鑑みて、本発明は、微
細な空隙内のすみずみまで処理液を行き渡らせて、確実
に処理を行なうことができる基板処理方法を提供するこ
とを目的としている。

【００１０】とくに、本発明の目的は、微細加工された
基板の薄膜形成後の洗浄やエッチング後の洗浄処理など
において、極小化された線間内に残滓や異物を残さない
基板処理方法の提供にあり、基板製品の不良品率を低下
させることができるものである。

【００１１】さらに、本発明の目的は、エッチング用の
薬液や洗浄用の純水などの処理液の製品一枚あたりの使
用量を削減して低コスト化を図ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段及びその効果】本発明の基
板処理方法は、前記目的を達成するために、微細な空隙
を有する基板に対し、霧化された処理液をノズルから吹
き付けて処理を行なう基板処理方法であって、前記処理
液を平均粒径１μｍ以上６０μｍ以下に霧化して吹き付
けることを特徴としている。

【００１３】ここで平均粒径とは、液体粒の外径の総和
を液体粒の個数で割った単純平均である。

【００１４】たとえば、間隔が約１μｍ〜３μｍである
ような微細な空隙（たとえば、線間など）を有する液晶
基板や更に微細な空隙を有する半導体ウエハなどの基板
において、洗浄などの処理効果を決定づけるのは、洗浄
液などの処理液が、線間などの微細な空隙に侵入できる
かどうかである。したがって、液晶表示基板や半導体ウ
エハなどの基板の製造に際し、平均粒径が１μｍ以上６
０μｍ以下（好ましくは、１μｍ以上２０μｍ以下）の
範囲にある霧状の処理液を使用することによって、線間
の洗浄などの処理を、少ない処理液で確実に行なうこと
ができる。

【００１５】請求項１に定義する処理には、エッチング
後の不要物除去のための洗浄や、レジスト除去、異物除
去などが含まれる。このような洗浄やレジスト除去にお
いて、微細な空隙（線間）内にも洗浄液や薬液などの処
理液が入り込めるため、残滓が極めて少なくなり、微細
化の激しい近年にあって高精度な製品の製造を可能とす
る。また、少ない処理液で確実な処理が可能となるた
め、一枚あたりの処理液（薬液、純水など）の消費量を
低減することができ、製造コストの低減を図ることがで
きる。

【００１６】尚、前記処理液の平均粒径は、請求項２に
かかる発明のように、１μｍ以上２０μｍ以下であるこ
とがより好ましい。このようにすれば、さらに、処理作
業が確実かつ迅速に行なわれ、処理液の使用量の削減効
果も促進される。

【００１７】請求項３にかかる本発明では、請求項１又
は２に記載の発明に加えて、前記ノズルから吐出される
前記処理液の吐出圧が、０．３ＭＰａ以上３ＭＰａ以下
であるものである。

【００１８】圧力が０．３ＭＰａより小さいと、霧化が
困難であり、また、洗浄効果などの各種処理液のもつ効
果が期待できない。一方、３ＭＰａより大きいと基板が
損傷する惧れがあり、これを避けるべく、基板表面から
のノズルの高さ位置を高くすると、霧化した処理液が拡
散する（吹き上がる）ため、却って好ましくない事態を
招くことになる。

【００１９】請求項４にかかる本発明は、請求項１乃至
３に記載のいずれかの発明に加えて、前記ノズルと基板
表面との間の距離を０．５ｍｍ以上５０ｍｍ以下とする
ものである。

【００２０】０．５ｍｍより小さいと、処理できる面積
が小さくなり効率が悪くなる。したがって、一枚あたり
の処理に使用される処理液の量の低減を図れない。５０
ｍｍより大きいと、処理液が余分なところに離散して、
やはり、処理液を無駄に費やし、さらに、離散した処理
液が処理の必要のない基板の裏面側に回りこんで、処理
を進めてしまうという悪影響を与える。

【００２１】請求項５にかかる本発明は、請求項１乃至
４に記載のいずれかの発明に加えて、前記ノズルと基板
表面との間の距離を、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下とした
ものである。

【００２２】ノズルと基板表面との間の距離を１０ｍｍ
以上３０ｍｍ以下とすることによって、さらに確実に処
理液の量の低減を図ることができる。また、離散による
悪影響を確実に防ぐことができる。

【００２３】請求項６にかかる本発明は、請求項１乃至
５に記載のいずれかの発明に加えて、前記ノズルを囲繞
するカバーを設け、該カバー内の空気を排気するように
したものである。

【００２４】カバーを設けることによって、処理液が処
理室内に分散するのを防ぐことができ、処理液の使用量
の低減を図ることができる。また、不必要な部分、たと
えば、基板の裏側などに、処理液が付着することもない
ので、そのような処理の必要のない部分での処理の進行
を防ぐことができる。さらに、カバー内を排気すること
によって、カバー内での滞留を防止することができるの
で、霧の粒子が結合して大きな水滴になることがなく、
霧状の処理液が均一に基板に吹き付けられる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を説明す
る。図１は、本発明の基板処理方法が適用される基板処
理装置の要部の正面図であり、図２は、図１の基板処理
装置の要部の平面図であり、図３及び図４は、図１およ
び図２の基板処理装置のスプレーユニットの側面図と要
部断面図である。

【００２６】図１において、この基板処理装置は、回転
式のものであり、基板１を支持するロータ５と、ロータ
５を回転させる回転機構４と、ロータ５と共に回転する
液回収補助板６と、基板１の上面及び／又は下面に供給
された処理液を回収するカップ７と、基板１に向けて処
理液を上方より吹き付けて供給する上部スプレーユニッ
ト２と、下方より吹き付けて供給する下部スプレーユニ
ット３を備えており、これらは処理室を形成する枠体８
の内部に設けられている。

【００２７】基板１は、点接触するピン５１を介してロ
ータ５上に水平に支持される。ピン５１は、基板１の４
隅近傍に２つずつ（図２参照）と中心部近傍など適当な
位置に適宜設けられている。

【００２８】ロータ５は、図２に示されるように、内環
部５ａと外環部５ｃをスポーク部５ｂで連結したホイー
ル形状を呈するものであって、基板１の４隅近傍を支持
するピン５１はスポーク部５ｂの幅広にされた部分に２
個ずつ設けられている。

【００２９】回転機構４は、図１に示されるように、処
理室のほぼ中央に垂直に立設された中空軸４０と、処理
室の下方にあって中空軸４０の下端側に連結され、中空
軸４０を回転させる駆動装置４１を有している。中空軸
４０の上端には、ロータ５および液回収補助板６が同心
状に配設されている。中空軸４０の中空４２内には、下
部スプレーユニット３の一部が挿入されている。

【００３０】液回収補助板６は、基板１の回転円外周径
である対角寸法と同じかこれよりわずかに大きい外径を
有する円板であり、ロータ５のような中空５ｄは形成さ
れていない。液回収補助板６は、水平な円板形状であっ
て、その中心部に、中心軸４０の先端部が貫通する円形
の開口部を有し、ロータ５の上側にビスなどの取付手段
によって直接固定されている。従って、この液回収補助
板６はロータ５と共に回転し、処理液の排水をスムーズ
に行なわせる。他の例として、液回収補助板の形状を、
中心部から外縁部に向かってたとえば、１〜５°の角度
で下方に向け僅かに傾斜する笠形としてもよく，その場
合は、ロータ５の下側にビスなどの取付手段によって直
接固定される。

【００３１】上部スプレーユニット２は、図１に示され
るように、ロータ５の側方に位置する枠体８にベアリン
グを介して上下動および回転自在に取り付けられた垂直
アーム２６と、垂直アーム２６の上端にその一端が取り
付けられた水平アーム２５とを有しており、スプレーノ
ズル２０は、水平アーム２５に適当な間隔を隔てて複数
個設けられている。また、垂直アーム２６の下方には、
駆動装置２７が設けられており、垂直アーム２６を支点
として水平アーム２５は、待機位置Ａから退避位置Ｂを
経て吐出位置Ｃへ上下動及び旋回動する。実線で示され
る待機位置Ａは、水平アーム２５が基板１脇で可能な限
り低位置となるように構成された位置であり、待機中、
搬送装置などの他の装置の移動に対して干渉しないよう
になっている。吐出位置Ｃは、スプレーノズル２０から
処理液を霧状にして吐出する処理位置であり、水平アー
ム２５が基板１の上方の適当な高さに進出している。退
避位置Ｂは、吐出位置Ｃから水平アーム２５を水平に旋
回させて基板１の脇に退避させたところである。

【００３２】さらに、図３に示されるように、上部スプ
レーユニット２は、複数のスプレーノズル２０（図示例
では４つ）と、スプレーノズル２０とフレキシブルホー
ス２２をつなぐマニホールド２１と、フレキシブルホー
ス２２を通じて処理液供給源２３からスプレーノズル２
０へ処理液を適当な圧力で供給するポンプ２４とを有し
ている。

【００３３】スプレーノズル２０は、適当な圧力の液体
が供給されるとその液体を霧状にして散布するような機
構を有するものである。霧状に散布される処理液の平均
粒径は、１μｍ以上６０μｍ以下で、好ましくは、１μ
ｍ以上２０μｍ以下である。その範囲内であれば、数μ
程度の線間幅を有する基板の線間（微細な空隙）に容易
に入り込めるので、洗浄などを効率よく確実に行なうこ
とができる。

【００３４】スプレーノズル２０に供給される液体（処
理液）の圧力は、０．３ＭＰａ以上、３ＭＰａ以下であ
ることが好ましい。供給される処理液の圧力が、この範
囲内にあれば、霧化が容易であり、洗浄などの各種処理
に対して大きな効果が得られ、しかも、基板１に与える
損傷を防げるからである。また、他の実施態様として、
スプレーノズルを、気体と液体とを内部で混合する２流
体スプレーとしてもよい。その場合も、流体の圧力は３
ＭＰａ以下であることが、前述のような理由から好まし
い。

【００３５】また、スプレーノズル２０と基板１表面と
の間の距離Ｌ（図１参照）は、０．５ｍｍ以上、５０ｍ
ｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下であ
る。スプレーノズル２０が基板１表面に近いと、処理液
を多量に吹き付けても当たらない部分ができるなど、効
率がよくない。また、スプレーノズル２０を基板１表面
から遠く離すと吹き付けられる面積は多くなるが、基板
１以外の余分なところには処理液が離散して不経済であ
ると共に、余分なところへ悪影響を与える。

【００３６】上部スプレーユニット２はカバー９を有し
ている。このカバー９は、複数のスプレーノズル２０を
一括して囲繞するもので、水平アーム２５にブラケット
２８を介して平行に取り付けられている。また、カバー
９は、図４に示されるように、下面開放の箱型であり、
ブラケット２９により水平アーム２５に取り付けられた
マニホールド２１の先端のスプレーノズル２０が、カバ
ー９の上面に穿設されたノズル口９３を貫通してカバー
９の内部に配設される。

【００３７】また、カバー９内の短手方向の幅Ｎは、ス
プレーノズル２０から吐出される霧状の処理液がカバー
内壁９ｃにぶつからない程度あることが好ましく、垂直
方向の長さＨと関連づけられる。この長さＨは、図１に
示されるように、カバー下端９ｂより噴出する液体が、
基板１上へ舞い上がって離散しない程度あればよい。霧
状の処理液の噴射角度θは、およそ４０〜６０°であ
り、粒子速度は、２０〜３０ｍ／ｓｅｃであり、ノズル
１本あたりの流量は、１〜１．５ｌ／ｍｉｎである。

【００３８】さらに、カバー９の水平方向に長い方の側
面９ａには、排気孔９０が設けられており、管９１を介
してポンプ９２によってカバー９内の排気をする。排気
孔９０は、側面９ａの上辺側に水平に適当な間隔で複数
個設けられている。このカバー９は、必要のないところ
に処理液が分散しないようにするためのものであり、処
理液の使用量を必要最小限に抑えるとともに、不必要な
部分への悪影響を防止する。また、排気孔９０、管９１
及びポンプ９２は、カバー９内での滞留を防止するため
のものであり、霧状の細かな粒子が結合して大きな粒子
になることを防ぐ。したがって、設定された噴出時の平
均粒径を維持し、霧状の最適な粒径をもつ処理液を基板
１表面に確実に供給することができる。

【００３９】カバー９の水平アーム２５に沿う方向の長
さＭは、図２に示されるように、ロータ５の半径にほぼ
等しく、２点鎖線で示される吐出位置Ｃに水平アーム２
５が進出したときにロータ５の半径と重なる。しかし、
本発明では、少なくとも、基板の対角線の半分の長さ以
上を有していればよい。そうすることで、回転する基板
１の回転中心から回転の最外縁までを覆うことができ、
基板１の全面に処理液を吹き付けることができる。

【００４０】下部スプレーユニット３は、図１に示され
るように、噴出ノズル３０と、噴出ノズル３０に処理液
を供給する管３１と、処理液槽３２と、ポンプ３３を有
している。噴出ノズル３０と管３１は、中空軸４０の中
空４２内に設けられており、噴出ノズル３０の先端は、
中空４２の上端より外部に向けて僅かに突出し、外周を
向いている。

【００４１】噴出ノズル３０は、図２に示されるよう
に、中空軸４０の断面円を等分（図示例では４等分）す
るように複数個設けられており、回転中心から放射線上
に基板の外縁に向けて適宜、処理液を噴出する。そのほ
か、噴出ノズル３０の噴出する処理液の平均粒径、吐出
圧及び基板１との距離の関係は、前述の上部スプレーユ
ニット２のスプレーノズル２０と同様な構成としてもよ
い。また、全く別な構成としてもよい。それらは、用途
に合わせて適宜従来の構成のものを適用することができ
る。

【００４２】なお、処理液を多種類使用する場合には、
各処理液に対応して上部スプレーユニット２を複数個設
けてもよく、配管を複数にして切換弁を介し１つのスプ
レーノズルから２種以上の処理液が吐出されるようにし
てもよい。

【００４３】また、上部スプレーユニット２に超音波洗
浄装置を備えさせてもよい。その場合、更に微細な異物
などの除去が可能となる。

【００４４】カップ７は、その内径側は回転軸４０の外
周に近接し、外径側は、ロータ５の外縁よりもさらに外
側で適当な大きさを有し、ダクト７１を介して処理室の
外部に設けられた回収槽７２に処理液を回収する。な
お、カップ７が上下２段の構成となっている場合には、
上部を昇降させてロータ５上へ基板１をセットするとき
などの便を図ることができる。また、他の実施態様とし
て、ダクト７１を排気装置に連結することが好ましく、
処理液の回収を促進させることができる。これにより、
余分な処理液や洗浄後の不純物の混ざった洗浄液などを
速やかに基板１より取り去ることができ、また、ロータ
回転により生じた気流を排出することができる。

【００４５】次に、本発明の基板処理方法を、図１の基
板１を洗浄する場合について説明する。基板１は、処理
室内の回転機構４のロータ５上にセットされており、回
転しながら各種処理が断続的に行われる。

【００４６】洗浄工程に入ると、まず、垂直アーム２６
の上昇とそれに続く回転によって、上部スプレーユニッ
ト２の水平アームが基板１上の吐出位置Ｃに進出して停
止する。次に、スプレーノズル２０から所定の平均粒径
（１〜６０μｍ好ましくは１〜１５μｍ）にされた霧状
の洗浄液を吐出する。それと同時に、カバー９内の排気
を開始する。カバー９内では滞留に因る純水粒子の結合
が防止され、設定した噴出時の平均粒径を維持した状態
で、純水が基板上に吹き付けられる。この洗浄液粒子
は、微細な空隙にまで入り込み、残滓を取り除き、屹立
した線間の形成に寄与する。そのような線間が形成でき
れば、線間幅の極小化をさらに促進することができる。

【００４７】洗浄後の汚染された純水は、カップ７，ダ
クト７１を経由して回収槽７２に回収される。さらに、
洗浄工程が終了すると、ロータ５を高速で駆動させ、基
板１上に残る洗浄液は遠心力により除去される。

【００４８】なお、上部スプレーユニット２が洗浄液を
吐出している間、下部スプレーユニット３からも洗浄液
を供給し、下面のリンスを行なうようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の基板処理方法が適用される基
板処理装置の要部の正面図である。

【図２】図２は、図１の基板処理装置の要部の平面図で
ある。

【図３】図３は、図１および図２の基板処理装置の上部
スプレーユニットの側面図である。

【図４】図４は、図１および図２の基板処理装置の上部
スプレーユニットの要部断面図である。

【図５】従来の処理装置の説明図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 上部スプレーユニット ９ カバー ２０ スプレーノズル ９０ 排気孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H096 AA24 AA25 AA27 GA26 GA31 HA20 LA02 3B201 AA02 AA03 AB01 AB34 AB42 BB24 BB92 BB93 CB01 CD11 CD22 5F043 CC12 CC16 DD06 DD10 DD13 DD30 EE05 EE07 EE08 EE27 EE40 GG10 5F046 LA04 LA14

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微細な空隙を有する基板に対し、霧化さ
   れた処理液をノズルから吹き付けて処理を行なう基板処
   理方法であって、 前記処理液を平均粒径１μｍ以上６０μｍ以下に霧化し
   て吹き付けることを特徴とする基板処理方法。
2. 【請求項２】 前記処理液の平均粒径を、１μｍ以上２
   ０μｍ以下とした請求項１記載の基板処理方法。
3. 【請求項３】 前記ノズルから吐出される前記処理液の
   吐出圧が、０．３ＭＰａ以上３ＭＰａ以下である請求項
   １又は２記載の基板処理方法。
4. 【請求項４】 前記ノズルと基板表面との間の距離を
   ０．５ｍｍ以上５０ｍｍ以下とした請求項１乃至３に記
   載のいずれかの基板処理方法。
5. 【請求項５】 前記ノズルと基板表面との間の距離を１
   ０ｍｍ以上３０ｍｍ以下とした請求項１乃至３に記載の
   いずれかの基板処理方法。
6. 【請求項６】 前記ノズルを囲繞するカバーを設け、該
   カバー内の空気を排気するようにした請求項１乃至５に
   記載のいずれかの基板処理方法。