JP2007150172A - 基板の処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】この発明は超音波振動が与えられる処理液の温度上昇を防止することで、基板にダメージを与えずに洗浄処理できるようにした処理装置を提供することにある。
【解決手段】超音波振動を与えた処理液によって基板を処理する基板の処理装置であって、直方体状であって、長手方向の一端部の下面に開口するとともに長手方向の他端部に向かって傾斜して形成された処理液の供給路３５を有する発振体３２と、発振体の上面に設けられ発振体を超音波振動させる振動子３４と、供給路に供給される処理液を冷却する熱交換器とを具備する。
【選択図】図２

Description

この発明は超音波を付与した処理液によって基板を処理するための基板の処理装置に関する。
半導体装置や液晶表示装置などの製造過程には、半導体ウエハやガラス基板などの基板に回路パタ−ンを形成するリソグラフィープロセスがある。このリソグラフィープロセスは、周知のように上記基板にレジストを塗布し、このレジストに回路パターンが形成されたマスクを介して光を照射し、ついでレジストの光が照射されない部分（あるいは光が照射された部分）を除去し、除去された部分をエッチングするなどの一連の工程を複数回繰り返すことで、上記基板に回路パターンを形成するものである。
上記一連の各工程において、上記基板が汚染されていると回路パターンを精密に形成することができなくなり、不良品の発生原因となる。したがって、それぞれの工程で回路パターンを形成する際には、レジストや塵埃などの微粒子が残留しない清浄な状態に上記基板を処理液によって処理するということが行われている。
上記基板を処理液によって処理する装置としてはスピン処理装置が知られている。スピン処理装置はカップ体を有する。このカップ体内には回転テーブルが設けられ、この回転テーブルには上記基板が着脱可能に保持される。
上記回転テーブルの上方にはノズル体が設けられている。そして、上記回転テーブルを回転させながらノズル体から基板に向けて処理液を供給することで、この基板を処理するということが行われる。
基板に処理液を単に供給するだけでは、基板に付着した汚れを十分に除去することができないことがある。そこで、基板に供給される処理液に超音波振動を与え、洗浄効果を高めるということが行われている。
従来、超音波振動が与えられた処理液を基板に供給するにはノズル体が用いられている。ノズル体は処理液の供給口と噴射口を有し、内部には振動板が設けられている。処理液は供給口からノズル体の内部に供給され、超音波振動する上記振動板に接触して超音波振動が付与されてから、開口面積が絞られた上記噴射口で加速されて基板に噴射されるようになっている。
上記基板に向けて噴射された処理液は、超音波振動によって加圧と減圧が繰り返されることで、減圧時にその処理液に溶け込んだガスが核となって空洞が生じ、加圧時にその空洞が押し潰されて衝撃波が発生するキャビテーション作用によって上記基板の汚れを除去する。
処理液に超音波振動を与えることで生じるキャビテーション作用は、処理液の温度が高いと大きくなるということが知られている。しかしながら、処理液のキャビテーション作用が大きいと、そのキャビテーション作用によって基板に形成された微細な配線が損傷させられるということがある。したがって、処理液に超音波振動を与える場合、処理液の温度を制御することが要求されている。
ところで、従来のノズル体は、上述したように処理液をノズル体の内部に設けられた振動板に接触させて超音波振動を与える構造となっていた。超音波振動する振動板は、振動板に加えられるエネルギによって高温度に加熱される。そのため、振動板に接触した処理液は温度上昇することが避けられないため、その処理液に超音波振動を与えて基板を処理すると、基板に損傷を与えるということがあった。
しかも、ノズル体の噴射口から基板に向けて噴射する処理液は加速される。そのため、加速された処理液は基板に衝撃を与えることになるから、そのことによっても基板に損傷を与えるということがある。
この発明は、超音波振動が与えられた処理液によって基板を洗浄する際、処理液の温度を確実に制御できるようにすることで、基板に損傷を与えずに洗浄処理することができるようにした基板の処理装置を提供することにある。
この発明は、超音波振動を与えた処理液によって基板を処理する基板の処理装置であって、
直方体状であって、長手方向の一端部の下面に開口するとともに長手方向の他端部に向かって傾斜して形成された上記処理液の供給路を有する発振体と、
この発振体の上面に設けられ発振体を超音波振動させる振動子と、
上記供給路に供給される処理液を冷却する冷却手段と
を具備したことを特徴とする基板の処理装置にある。
上記発振体には、この発振体を冷却する第２の冷却手段が設けられていることが好ましい。
上記供給路に供給された処理液は、加速されずに上記基板に供給されることが好ましい。
上記第１の冷却手段は、上記処理液の温度を１０〜１８℃に冷却することが好ましい。
上記処理液の供給路には、この処理液に気体を溶解させる気体溶解手段が設けられていることが好ましい。
上記基板を保持して回転駆動される回転テーブルと、
この回転テーブルの上面で上記基板の径方向に沿って揺動駆動されるアーム体を有し、
上記アーム体の先端部に上記発振体が下面を上記基板に対向するよう設けられることが好ましい。
この発明によれば、第１の冷却手段によって冷却された処理液は、発振体の長手方向一端部に設けられた供給路を通り、発振体を超音波振動させる振動子と接触せずに超音波振動が与えられて上記供給路から流出する。そのため、処理液を温度上昇させずに超音波振動を与えて基板に供給することが可能となる。
以下、図面を参照しながらこの発明の一実施の形態を説明する。
図１はこの発明の一実施の形態に係るスピン処理装置を示す。このスピン処理装置はカップ体１を備えている。このカップ体１の底部には複数の排出管２が周方向に所定間隔で接続されている。各排出管２は図示しない排気ポンプに連通している。
上記カップ体１内には回転テーブル３が設けられている。この回転テーブル３は基部３ａと、この基部３ａに一端を連結した４本のアーム３ｂ（２本のみ図示）とを有する。各アーム３ｂの先端部にはそれぞれ支持部４が設けられている。各支持部４は支持ピン５及び支持ピン５よりもアーム３ｂの先端側に設けられた一対の係合ピン６（１本のみ図示）からなる。係合ピン６は支持ピン５よりも背が高く設定されている。
上記回転テーブル３には液晶表示装置を形成するガラス製の基板Ｗが供給される。回転テーブル３に供給された基板Ｗは周辺部の角部下面が上記支持ピン５によって支持され、角部の一対の側面が上記係合ピン６によって係合保持されるようになっている。
上記回転テーブル３は制御モータ１１によって回転駆動される。この制御モータ１１は筒状の固定子１２内に同じく筒状の回転子１３が回転可能に挿入されてなり、この回転子１３に上記回転テーブル３の基部３ａが動力伝達部材１３ａを介して連結されている。
上記制御モータ１１は制御装置１４によって回転が制御される。それによって、上記回転テーブル３は上記制御装置１４によって所定の回転数で回転させることができる。
上記回転子１３内には中空状の固定軸１５が挿通されている。この固定軸１５の上端には上記回転テーブル３の上面側に位置するノズルヘッド１６が設けられている。つまり、ノズルヘッド１６は回転テーブル３と一緒に回転しない状態になっている。このノズルヘッド１６には処理液を噴射する複数の第１のノズル１７及び気体を噴射する第２のノズル１８が設けられている。
それによって、上記各ノズル１７，１８から回転テーブル３に保持された基板Ｗの下面の中央部分に向けて処理液や気体を選択的に噴射することができるようになっている。つまり、基板Ｗは下面を洗浄及び乾燥処理することができるようになっている。
上記カップ体１の側方にはアーム体２２が設けられている。このアーム体２２の基端部は中空状の軸体２３の上端に連結されている。この軸体２３の下端は回転モータ２４に連結されている。回転モータ２４は軸体２３を所定の角度で回転駆動する。それによって、上記アーム体２２は回転テーブル３の径方向に沿って揺動駆動可能となっている。
上記回転モータ２４は図示しないリニアガイドによって上下方向に沿って移動可能な可動板２５に取付けられている。この可動板２５は上下駆動シリンダ２６によって上下方向に駆動される。
上記アーム体２２の先端には上記回転テーブル３に保持された基板Ｗに向けて純水、オゾン水、過酸化水素水、アンモニア水などの処理液を供給するための供給装置３１が設けられている。この供給装置３１は図２と図３に示すように石英などの耐薬品性及び耐熱性を有する材料によって直方体状に形成された発振体３２を有する。この発振体３２の下面には、断面山形状の複数のガイド溝３３が長手方向全長にわたり、しかも幅方向に並列に形成されている。図４に示すように、上記ガイド溝３３を形成する斜面３３ａの角度θは７〜１０度に設定されている。
上記発振体３２の上面には、幅方向に離間した帯状の２つの振動子３４が長手方向に沿って接着固定されている。この振動子３４には図示しない超音波発振装置から高周波電圧が印加される。それによって、振動子３４とともに上記発振体３２が超音波振動する。
上記斜面３３ａの角度θを７〜１０度に設定すると、発振体３２の上面の振動子３４の超音波振動が発振体３２の下面へ伝播したときに、その下面の斜面３３ａで全反射して戻ることなく透過する。
上記発振体３２の長手方向一端部には上端面に一端を開口させた処理液の供給路３５が形成されている。この供給路３５の他端部は上記発振体３２の長手方向一端部から他端部に向かって傾斜しており、他端は上記発振体３２の一端部下面に幅方向ほぼ全長にわたって形成された拡散溝３８に連通している。
上記発振体３２の一端部上面には接続ブロック３９が下端面を液密に接触させて設けられている。この接続ブロック３９には連通路３９ａが形成されている。この連通路３９ａの一端は上記供給路３５の一端に連通している。
上記連通路３９ａの他端には処理液を供給する供給管４１の一端が接続されている。この供給管４１は図１に示すようにアーム体２２を通されて外部に導出され、その他端は図示しない処理液の供給源に接続されている。
そして、上記供給管４１の外部に導出された部分には図１に示すように処理液を冷却するための第１の冷却手段としての熱交換器４２と、処理液に窒素ガス、空気或いは炭酸ガスなどの気体を溶解させる気体溶解器４３が順次接続されている。
上記熱交換器４２は処理液を所望する温度に冷却することができるようになっており、この実施の形態では処理装置が設置されるクリーンルームの室温よりも低い温度である、たとえば１０〜２０℃の範囲で冷却することができる。
上記発振体３２の外周面の高さ方向中途部には鍔４４が全周にわたって形成されている。発振体３２の側面の上記鍔４４よりも上方の部分には第２の冷却手段としての冷却体４５が設けられている。この冷却体４５には冷却水等の冷却媒体を流す流路４６が形成されている。
上記流路４６に冷却媒体を流すことで、発振体３２及びこの発振体３２を介してその上面に設けられた振動子３４が冷却されるようになっている。なお、冷却体４５は発振体３２の側面でなく上面に設けてもよく、少なくともどちらか一方に設けるようにすればよい。
上記発振体３２の上記鍔４４よりも上部は内カバー４７によって覆われている。この内カバー４７は両端部を上記鍔４４の下面に図示しないパッキングを介して液密に重合させた外カバー４９によって覆われている。それによって、基板Ｗに供給された硫酸や過酸化水素水などの処理液がカップ体１内で飛散しても、その処理液及び雰囲気が振動子３４などに付着するのを防止できるようになっている。
つぎに、上記構成のスピン処理装置によって基板Ｗに付着したパーティクルなどの汚れを除去する場合について説明する。
まず、冷却体４５の流路４６に冷却媒体を流すとともに、アーム体２２を下方向に駆動し、発振体３２の下面を回転テーブル３に保持された基板Ｗの上面の中央部分にわずかな間隔を介して対向させる。このとき、発振体３２は、基板Ｗの径方向に対して、下面に開口した供給路３５の先端が基板Ｗの回転中心とほぼ一致するよう位置決めする。
つぎに、振動子３４に高周波電圧を印加し、発振体３２を超音波振動させるとともに、発振体３２に接続された供給管４１から処理液を供給する。それと同時に、アーム体２２を揺動させ、供給装置３１を基板Ｗの回転中心部と径方向外方端との間で往復動させる。
処理液は、上記供給管４１から発振体３２に形成された供給路３５を通り、下面の拡散溝３８で発振体３２の幅方向ほぼ全長にわたって拡散して発振体３２の下面と基板Ｗの上面との間隙に流出する。処理液は拡散溝３８で拡散するため、供給路３５を流れる速度に比べて加速されることなく基板Ｗ上を流れる。
上記発振体３２の下面と基板Ｗの上面との間隙に流出した処理液は、上記供給路３５の下端部が発振体３２の長手方向一端から他端に向かって傾斜しているため、図２に矢印Ａで示すように上記供給路３５の傾斜方向に沿って発振体３２の拡散溝３８から下面に流出し、その拡散溝３８からガイド溝３３にガイドされて基板Ｗの上面を流れる。
ガイド溝３３を流れる処理液は発振体３２から超音波振動が付与される。そのため、基板Ｗの上面は超音波振動が付与された処理液によって洗浄されることになる。基板Ｗの上面を洗浄した処理液はガイド溝３３に沿って所定方向に円滑に流れ、基板Ｗの上面から流出する。
そのため、超音波振動が付与された処理液によって除去された基板Ｗの汚れは、この処理液とともに基板Ｗの上面から円滑かつ迅速に流出するため、基板Ｗの上面に再付着するのが防止される。
発振体３２に供給される処理液は供給管４１に設けられた熱交換器４２によって所定の温度、たとえば装置が設置されるクリーンルームの室温よりも低い温度、たとえば１０〜２０℃に冷却されている。しかも、発振体３２は外周面に設けられた冷却体４５を流れる冷却媒体によって冷却されている。
そのため、振動子３４に電圧を印加して超音波振動させることで、この振動子３４が発熱しても、その熱によって発振体３２や発振体３２に形成された供給路３５を流れる処理液が加熱されて温度上昇するのを防止することができる。
したがって、供給路３５を流れる処理液に発振体３２によって超音波振動を与え、その処理液のキャビテーション作用によって基板Ｗを洗浄処理する際、処理液は熱交換器４２で設定した温度が維持された状態で基板Ｗを洗浄処理するから、処理液の温度上昇によって基板Ｗに損傷を与えるのを防止することができる。
図５は処理液の温度と洗浄された基板のパーティクルの除去率との関係を第１の折れ線Ｘで示し、処理液の温度と基板に与えたダメージとの関係を第２の折れ線Ｙで示すグラフである。つまり、上記グラフは横軸に処理液の温度を示し、一方の縦軸にパーティクルの除去率を示し、他方の縦軸に基板に与えたダメージを示す。なお、ダメージの単位は１ｃｍ２ 当たりの配線の切断矢配線の倒れなどの欠陥箇所の数を示している。
図５から明らかなように、パーティクルの除去率は処理液の温度にほとんど影響されることなくほぼ一定である。それに対して、基板Ｗに与えるダメージは処理液の温度が２２℃よりも１８℃のときはわずかに低くなり、１８℃よりも１０℃のときは大幅に低下することが確認できた。
すなわち、処理液の温度が低くなる程、基板Ｗに与えるダメージが小さくなることを確認することができた。そして、約１０℃の温度に冷却した処理液に超音波振動を付与し、その処理液で基板Ｗを処理すると、基板Ｗにほとんどダメージを与えることなく、洗浄処理できることが確認できた。
以上のことから、処理液の温度は、１０〜１８℃の範囲に設定することが最も好ましいが、１８〜２０℃の範囲であっても基板Ｗに生じるダメージをある程度は低減することができる。したがって、処理液の温度は１０〜２０℃の範囲に設定すればよい。
なお、処理液の温度が１０℃のときには基板Ｗに生じるダメージの数はほぼ０に近いから、処理液をそれ以上低い温度に設定しても、基板Ｗに生じるダメージの数はほとんど変化しないものと考えられる。
処理液は、供給路３５から拡散溝３８で拡散されて基板Ｗに供給されるため、供給路３５を流れる速度よりも加速されることなく、基板Ｗに供給される。そのため、基板Ｗは処理液の流速によって衝撃を受けるということがないから、そのことによっても基板Ｗにダメージが生じるのを防止することができる。
処理液を供給する供給管４１には気体溶解器４３が設けられている。そのため、この気体溶解器４３によって処理液に溶解する気体の量を調整することができる。処理液に含まれる気体の量を制御すれば、処理液に超音波振動を与えたときに生じるキャビテーション作用の強さを調整できる。したがって、処理液の温度とともに、処理液に含まれる気体の量を制御すれば、処理液による洗浄性能をより一層、向上させることができる。
基板Ｗは、単位時間当たりに発振体３２の下面と同じ大きさの面積の部分が洗浄処理される。つまり、超音波振動が付与された処理液は、発振体３２の下面全体と、基板Ｗの上記下面全体に対向する部分との間に介在するため、処理液による処理を発振体３２の下面に対応した面積で行うことができる。そのため、ノズル体を用いる従来に比べて単位時間当たりの処理面積が増大するから、基板Ｗを効率よく洗浄処理することが可能となる。
しかも、発振体３２をアーム体２２に設け、このアーム体２２によって上記発振体３２を基板Ｗの上面の径方向に沿って揺動させるようにしたから、そのことによっても基板Ｗを効率よく洗浄処理することが可能となる。
この発明の一実施の形態に係る処理装置としてのスピン処理装置を示す概略図。 スピン処理装置のアーム体に設けられる発振体の長手方向に沿う断面図。 図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図。 発振体の下端部の拡大断面図。 処理液の温度とパーティクルの除去率及びダメージとの関係を測定したグラフ。
符号の説明
２２…アーム体、３２…発振体、３３…ガイド溝、３５…供給路、４１…供給管、４２…熱交換器（第１の冷却手段）、４３…気体溶解器、４５…冷却体（第２の冷却手段）。

Claims (6)

  1. 超音波振動を与えた処理液によって基板を処理する基板の処理装置であって、
    直方体状であって、長手方向の一端部の下面に開口するとともに長手方向の他端部に向かって傾斜して形成された上記処理液の供給路を有する発振体と、
    この発振体の上面に設けられ発振体を超音波振動させる振動子と、
    上記供給路に供給される処理液を冷却する第１の冷却手段と
    を具備したことを特徴とする基板の処理装置。
  2. 上記発振体には、この発振体を冷却する第２の冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板の処理装置。
  3. 上記供給路に供給された処理液は、加速されずに上記基板に供給されることを特徴とする請求項１記載の基板の処理装置。
  4. 上記第１の冷却手段は、上記処理液の温度を１０〜１８℃に冷却することを特徴とする請求項１記載の基板の処理装置。
  5. 上記処理液の供給路には、この処理液に気体を溶解させる気体溶解手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板の処理装置。
  6. 上記基板を保持して回転駆動される回転テーブルと、
    この回転テーブルの上面で上記基板の径方向に沿って揺動駆動されるアーム体を有し、
    上記アーム体の先端部に上記発振体が下面を上記基板に対向するよう設けられることを特徴とする請求項１記載の基板の処理装置。
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