JP5520991B2 - 基板の処理装置及び処理方法 - Google Patents

Description

この発明は基板を加熱された処理液によって処理する基板の処理装置及び処理方法に関する。

たとえば、液晶表示装置や半導体装置の製造工程においては、これらの対象物であるガラス基板や半導体ウエハなどの基板にレジストを塗布し、現像処理してからエッチング処理をすることで、基板の表面に回路パターンを精密に形成する。基板に回路パターンを形成したならば、その基板の表面に付着残留しているレジスト膜やレジスト残渣などの有機物を除去する洗浄処理が行われる。

レジスト膜を洗浄除去する場合、処理液として硫酸（Ｈ２ ＳＯ４ ）と過酸化水素水（Ｈ２ Ｏ２ ）を混合した処理液が用いられる。硫酸と過酸化水素水を混合した処理液は反応熱によって約１００℃程度に温度上昇する。処理液の温度が反応熱によって上昇すると、その分、レジストの剥離レートを上昇させることが可能となる。

一方、レジストの剥離レートをさらに上昇させるため、処理液を反応熱による温度上昇である、１００℃以上の温度、たとえば２００〜２５０℃程度に加熱してレジストの剥離処理を行なうことが検討されている。

ところで、処理液を貯蔵するための貯液タンク、貯液タンクから基板に向けて噴射するノズル体に供給するための配管、その供給を制御するための弁などは耐薬品性を持たせるためにフッ素樹脂や塩化ビニールなどの合成樹脂が用いられることが多い。

しかしながら、それらの合成樹脂は軟化温度が６０〜１２０℃程度と低いため、レジストの剥離レートを十分に高めるために処理液を２００〜２５０℃の温度に上昇させて使用するということができないということがあった。

特許文献１では処理液としての純水と窒素ガスを二流体ノズルから基板に向けて噴射してレジストの剥離を行う場合、上記純水と窒素ガスの供給源よりも下流側であって、上記純水と窒素ガスが上記二流体ノズルに流入する上流側にヒータを設け、そのヒータによって上記純水と窒素ガスを加熱して上記二流体ノズルから基板に向けて噴射させることが示されている。

このような構成によれば、加熱された純水や窒素ガスをタンクに貯えたり、弁によって供給を制御するということをせずにすみ、しかも加熱された純水や窒素ガスが流れる管路も短くすることができるから、タンク、弁或いは配管のほとんどの部分を上述した合成樹脂によって形成することが可能となる。

特開２００７−１３４６８９号公報

しかしながら、処理液の供給開始時には上記二流体ノズルから基板に向けて噴射される上記ヒータと上記二流体ノズルとの間の管路に残留する純水と窒素ガスは、上記ヒータによって十分に加熱されていないから、上記ヒータによって加熱される温度よりも低くなることが避けられない。

そのため、処理液の供給開始時にはヒータによって目的温度に加熱されていない処理液が基板に供給されることになるから、所定温度よりも低い温度の処理液が供給された基板の部分からはレジストが確実に剥離されないということがある。

この発明は、供給ノズルから加熱された処理液を基板に供給するとき、供給の開始時に所定温度に加熱された処理液を基板に確実に供給することができるようにした基板の処理装置及び処理方法を提供することにある。

この発明は、加熱された処理液によって基板を処理する処理装置であって、
上記処理液が貯えられる貯液タンクと、
上記貯液タンクに貯えられた上記処理液を上記基板に噴射するためのノズル体に給液管路を通じて供給する給液手段と、
上記給液管路に設けられ上記ノズル体に供給する上記処理液を所定温度に加熱する第１の加熱手段と、
上記貯液タンク内の処理液を上記第１の加熱手段による上記処理液の加熱温度より低い温度で加熱する第２の加熱手段と、
上記ノズル体から噴射された上記処理液を上記貯液タンクに戻す回収管路と、
この回収管路に設けられた冷却器と、
を備え、
上記回収管路においてこの回収管路を通る上記処理液を上記冷却器にて冷却し、冷却された上記処理液を上記貯液タンクに戻すようにし、
上記貯液タンクには、一端と他端を上記貯液タンクの異なる部位に接続した循環管路が設けられ、この循環回路に循環ポンプと上記第２の加熱手段が設けられることを特徴とする基板の処理装置にある。

この発明によれば、処理液による基板の処理の均一化を図ることが可能となる。

この発明の第１の実施の形態を示す処理装置の概略的構成図。 処理液を貯液タンクから待機位置の上部ノズル体に供給した後、上記貯液タンクに回収する流路を示す配管系統図。 待機位置に配置された受け部に上部ノズル体が対向して待機している状態を示す模式図。 この発明の第２の実施の形態を示す受け部と上部ノズル体との配置関係を示す模式図。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１乃至図３はこの発明の第１の実施の液体を示し、図１に示す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。

なお、上記カップ体１は下カップ１ａと上カップ１ｂとを有し、上カップ１ｂは図示しないシリンダなどの駆動機構によって上下方向に駆動可能になっている。

上記カップ体１内には保持部としての回転テーブル３が設けられている。この回転テーブル３の上面の周辺部には周方向に所定間隔で複数の支持部材４が回動可能に設けられている。各支持部材４の上端面には係止ピン５が支持部材４の回転中心から偏心した位置に設けられ、回転中心には支持ピン６が設けられている。

上記回転テーブル３には半導体ウエハなどの基板Ｗが供給される。つまり、基板Ｗは周縁部の下面が上記支持ピン６に支持されるよう供給される。その状態で上記支持部材４が回転すると、上記係止ピン５が偏心回転するから、基板Ｗの外周面が上記係止ピン５によって保持される。

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いて、この回転子１３に上記回転テーブル３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により所定の回転数で回転させることができるようになっている。

上記回転子１３内には筒状の固定軸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の回転に連動しない状態で設けられている。このノズルヘッド１６には処理液及び気体を噴射する下部ノズル体１７，１８が設けられている。

それによって、上記下部ノズル体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。

上記回転テーブル３の上面側は乱流防止カバー１９によって覆われている。この乱流防止カバー１９は回転テーブル３に保持された基板Ｗの下面側に乱流が発生するのを防止するようになっており、その中央部分には上記各下部ノズル１７，１８から基板Ｗの下面に処理液や気体を噴射可能とする透孔２０が開口形成されている。

上記カップ体１の側方には駆動機構２３が設けられている。この駆動機構２３は軸線を垂直にして設けられた揺動軸部２４と、この揺動軸部２４の上端に基端部が連結されて水平に設けられたアーム体２５を有する。上記揺動軸部２４の下端は駆動源としての回転モータ２６に連結されている。回転モータ２６は上記アーム体２５を所定の角度で回転駆動するようになっている。

上記回転モータ２６は図示しないリニアガイドによって上下方向にスライド可能に設けられた可動板２７に取付けられている。この可動板２７は上下駆動シリンダ２８によって上下方向に駆動されるようになっている。

上記アーム体２５の先端部には、上記基板Ｗの上面に処理液を噴射供給する上部ノズル体３１が設けられている。この上部ノズル体３１には図２に示すように貯液タンク３２に貯えられた処理液としての硫酸からなる剥離液が給液管路３３を通じて供給されるようになっている。

上記給液管路３３には貯液タンク３２の剥離液を加圧供給する給液手段としての供給ポンプ３４、供給ポンプ３４によって給液管路３３を流れる剥離液の流量を測定する流量計３５、開閉弁３６及び供給ポンプ３４によって上記上部ノズル体３１に供給される剥離液を所定の温度、たとえば２００〜２５０℃に加熱する第１の加熱手段としての第１の加熱ヒータ３７が順次設けられている。

上記貯液タンク３２には、一端と他端を貯液タンク３２の異なる部位、たとえば底面と側面に接続した循環管路３９が設けられている。この循環管路３９には循環ポンプ４１と第２の加熱ヒータ４２が設けられている。

上記循環ポンプ４１が作動すると、上記貯液タンク３２内の剥離液が上記循環管路３９を流れて第２の加熱ヒータ４２によって加熱される。第２の加熱ヒータ４２は剥離液を約１００℃に加熱するようになっている。それによって、上記第１の加熱ヒータ３７は上記第２の加熱ヒータ４２によって１００℃に加熱された剥離液を２００〜２５０℃に加熱することになる。

このように、剥離液を第１の加熱ヒータ３７によって２００〜２５０℃に加熱するようにしたことで、貯液タンク３２、供給ポンプ３４、流量計３５、開閉弁３６及び供給管路３３のほとんどの部分を１００℃までの温度で軟化しない耐熱性及び硫酸に対する耐薬品性を備えた合成樹脂材料、たとえばフッ素樹脂などによって形成することが可能となる。

上記上部ノズル体３１が回転テーブル３に保持された基板Ｗの上面から外れた位置、つまり図３に示すように基板Ｗに剥離液の供給を開始する前或いは供給が終了した後で待機位置に待機しているとき、上記上部ノズル体３１は下端面を受け部４４に対向させている。つまり、上記待機位置には上記受け部４４が固定して設けられている。この受け部４４は上記上部ノズル体３１から噴射される剥離液を受けるようになっている。

なお、上記上部ノズル体３１を上下駆動シリンダ２８によって下降させ、受け部４４との間隔を小さくして剥離液を受け部４４に噴射させれば、剥離液が周囲に飛散するのを防止することができる。

上記上部ノズル体３１から剥離液が噴射されたとき、その剥離液の温度は温度測定手段としての熱電対や赤外線センサなどの温度センサ４３によって検出される。温度センサ４３による検出信号は上記制御装置１４に出力される。検出信号を受けた制御装置１４はその検出信号を図示しない比較部に設定された設定温度と比較する。設定温度は剥離液が第１の加熱ヒータ３７によって加熱される２００〜２５０℃の温度、たとえば２３０℃に設定されている。

そして、上記待機位置で待機した上部ノズル体３１から噴射される剥離液の温度が設定温度に達すると、上記制御装置１４は上記回転モータ２６を作動させて上部ノズル体３１が設けられたアーム体２５を駆動し、上記上部ノズル体３１を基板Ｗの上方でこの基板Ｗを横切る径方向に沿って揺動させるようになっている。

上記待機位置で、上記受け部４４が上記上部ノズル体３１から受けた剥離液は回収管路４５によって上記貯液タンク３２に戻されるようになっている。上記回収管路４５には、上部ノズル体３１から噴射された所定温度である２３０℃に加熱された剥離液を１００℃に冷却する冷却手段としての冷却器４６が設けられている。それによって、貯液タンク３２にこの貯液タンク３２の耐熱温度以上の処理液が戻るのを防止している。

なお、上記貯液タンク３２には、剥離液を供給する第１の給液管路４７、貯液タンク３２内を洗浄する純水を供給する第２の給液管路４８がそれぞれ開閉弁４９を介して接続されている。

つぎに、上記構成の処理装置によって基板Ｗの上面に付着残留したレジストを剥離するときの動作について説明する。

基板Ｗの処理が開始される前は、上部ノズル体３１が待機位置、つまり受け部４４に対向するよう位置決めされている。その状態で、回転テーブル３に未処理の基板Ｗを供給し、制御装置１４によって基板Ｗに付着したレジストの剥離処理を制御装置１４によって開始すると、まず、供給ポンプ３４が作動して第１の加熱ヒータ３７によって加熱された剥離液を上部ノズル体３１から噴射させる。上部ノズル体３１から剥離液が噴射されると、その剥離液の温度が温度センサ４３によって検出される。

上記上部ノズル体３１から第１の加熱ヒータ３７と上部ノズル体３１の間の給液管路３３に残留する剥離液が噴射され終わるまでは、温度センサ４３が検出する剥離液の温度は制御装置１４に設定された設定温度である、２３０℃に到達しない。

そして、給液管路３３に残留する剥離液が噴射され終わり、温度センサ４３が検出する剥離液の温度が制御装置１４に設定された設定温度に到達すると、その検出信号が制御装置１４に出力される。

検出信号が制御装置１４に出力されると、この制御装置１４は回転モータ２６を作動させてアーム体２５を揺動させるから、上部ノズル体３１が回転テーブル３に保持されて回転する基板Ｗの上方で、剥離液を基板Ｗの上面に向けて噴射しながら、上記基板Ｗを横切る方向に揺動駆動される。

それによって、２３０℃に加熱された剥離液が基板Ｗの上面にむらなく均一に供給されるから、基板Ｗの上面に付着残留するレジストを剥離除去することができる。つまり、所定温度である２３０℃に温度上昇していない処理液が基板Ｗに噴射されることがないから、処理液による基板Ｗの処理を確実かつ迅速に行なうことが可能となる。

なお、上部ノズル体３１が待機位置から基板Ｗの上方に揺動してくるまでは、開閉弁３６が閉じられ、剥離液が上部ノズル体３１から無駄に噴射されるのが防止される。開閉弁３６が閉じられる時間は短時間であるから、給液配管３３に滞留する剥離液の温度に影響を与えることはない。

上記上部ノズル体３１が待機位置で受け部４４に噴射した剥離液は、回収管路４５を通じて貯液タンク３２に回収されるから、待機位置で上部ノズル体３１から噴射された剥離液が無駄になることがない。

待機位置で、上記受け部４４に噴射された剥離液は冷却器４６によって１００℃程度に冷却されて貯液タンク３２に戻される。そのため、上部ノズル体３１から噴射される温度の高い剥離液が貯液タンク３２に直接戻ることがないから、貯液タンク３２を比較的軟化温度の低い合成樹脂製によって製作することが可能となる。

上記一実施の形態では剥離液としての硫酸を第２の加熱ヒータによって１００℃に加熱してから、第１の加熱ヒータによって２００〜２５０℃に加熱するようにしたが、貯液タンクに硫酸とともに過酸化水素水を供給し、これらの反応熱によって硫酸を１００℃程度までに温度上昇させてから、第１の加熱ヒータによって所定の温度に加熱するようにしてもよい。

また、処理液としては基板からレジストを剥離する硫酸などの剥離液だけに限られず、処理液を高温度に加熱して基板を処理する場合であれば、この発明を適用することができる。

図４はこの発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態では、上部ノズル体３１から噴射された処理液を受ける受け部４４Ａが実線で示すようにアーム体２５によって揺動される上記上部ノズル体３１の揺動範囲から外れた位置に配置されている。

そして、上記受け部４４Ａは、シリンダやリニアモータなどの駆動源５１によって実線で示す上記上部ノズル体３１の揺動の範囲外から、鎖線で示す上部ノズル体３１の揺動の範囲内で、基板Ｗの上面から外れた部位に駆動可能に設けられている。

それによって、上記受け部４４Ａは上部ノズル体３１から処理液を受けるときだけ上記上部ノズル体３１の揺動の軌跡に対応し、かつ基板Ｗの上面から外れた部位に位置決めされることになる。

上記受け部４４Ａは上面に上記上部ノズル体３１の先端部に対向する開口部５２が形成された容器状に形成されている。それによって、上記上部ノズル体３１から上記受け部４４Ａに処理液を噴射するとき、上記上部ノズル体３１を下降させてその先端を上記開口部５２に接近させて処理液を噴射させれば、その処理液が上記受け部４４Ａの周囲に飛散するのを防止できる。

なお、第２の実施の形態に示した受け部４４Ａは第１の実施の形態に適用しても差し支えない。

上記第１、第２の実施の形態では上部ノズル体をアーム体によって基板の上方で径方向に揺動させる場合を例に挙げて説明したが、上記上部ノズル体を基板の上方で、基板の径方向に沿って直線的に駆動して処理液によって処理するようにしてもよい。

３ 回転テーブル
１４ 制御装置
２５ アーム体
２６ 回転モータ（揺動駆動源）
３１ 上部ノルズ体
３２ 貯液タンク
３３ 給液管路
３４ 供給ポンプ（給液手段）
３７ 第１の加熱ヒータ（第１の加熱手段）
４２ 第２の加熱ヒータ（第２の加熱手段）
４３ 温度センサ（温度測定手段）
４６ 冷却器（冷却手段）

Claims (1)

1. 加熱された処理液によって基板を処理する処理装置であって、
   上記処理液が貯えられる貯液タンクと、
   上記貯液タンクに貯えられた上記処理液を上記基板に噴射するためのノズル体に給液管路を通じて供給する給液手段と、
   上記給液管路に設けられ上記ノズル体に供給する上記処理液を所定温度に加熱する第１の加熱手段と、
   上記貯液タンク内の処理液を上記第１の加熱手段による上記処理液の加熱温度より低い温度で加熱する第２の加熱手段と、
   上記ノズル体から噴射された上記処理液を上記貯液タンクに戻す回収管路と、
   この回収管路に設けられた冷却器と、
   を備え、
   上記回収管路においてこの回収管路を通る上記処理液を上記冷却器にて冷却し、冷却された上記処理液を上記貯液タンクに戻すようにし、
   上記貯液タンクには、一端と他端を上記貯液タンクの異なる部位に接続した循環管路が設けられ、この循環回路に循環ポンプと上記第２の加熱手段が設けられることを特徴とする基板の処理装置。

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