基板处理装置以及基板处理方法与流程

本发明涉及一种用于清洗或干燥半导体晶片或平板显示装置用玻璃基板等基板的基板清洗干燥处理装置及其方法，特别涉及以单片基板为单位进行清洗干燥处理的单片式基板处理装置和基板处理方法。

背景技术：

一般来说，半导体元件是通过重复在晶片上层叠(沉积)绝缘物质、半导体物质或金属等导电物质等后形成图案(蚀刻)的过程而制造出来的。如液晶显示装置的平板显示装置也与半导体元件一样，通过重复实施在玻璃基板上层叠各种物质后形成图案的过程而制造出来的。形成一个图案层后，为了在该图案层上层叠其他物质，在实施层叠前，通常进行下述工序：对残留在晶片或玻璃基板(以下，简称“基板”)上的图案碎屑或副产物、或用于图案形成的化学药品残渣、杂质等(以下，简称“异物”)进行清洗去除后，对基板进行干燥处理。

现有的或者是图案相对简单并不微细的情况下，针对这种基板的清洗和干燥处理，出于生产性和效率方面考虑，采用将多个基板装载在盒子或托盘中进行一次性处理的批处理式方式(batchtype)。另一方面，在图案微细、图案之间的间隔狭窄或图案的纵横比较大的情况下，通过批处理式处理无法将夹在图案之间的又窄又深缝隙里的异物完全去除掉，因此所使用的是对一片一片基板进行清洗干燥的单片式基板处理装置。作为这样的单片式基板处理装置，例如具有专利文献1中的装置。专利文献1所公开的装置包括：去除处理单元，通过药液或纯水等清洗液清洗基板上的异物，并旋转基板以使清洗液飞散清除；干燥处理单元，配置在与去除处理单元相邻接的位置，用于接收通过去除处理单元进行清洗的基板，并对残留在基板上的清洗液进行干燥。

然而，近年来，随着图案微细化的进一步进行，即使在使用现有的的单片式处理装置的情况下，也会发生无法去除夹在图案之间的又窄又深缝隙里的异物的状况。例如，在专利文献2公开有图案(层叠有浮栅、电介质膜、控制栅极以及金属电极层的栅极图案)之间的间隔仅为数nm至数十nm的闪速存储器元件，但对于这种狭窄图案之间的缝隙，即使使用单片式处理装置也难以彻底地清洗和干燥。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：专利第3967677号公报

专利文献2：韩国专利公开第10-2009-0092927号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

图1为表示对形成有微细图案的基板进行干燥的过程截面图。首先，如图1a所示，基板干燥装置(干燥处理单元)包括：保持部20，配置在通常从上部向下方供给清洁空气(参照箭头a)以维持略微正压的洁净室内，用于保持基板10；加热器，内置于保持部20中用于加热基板。

被基板清洗装置(去除处理单元)(未图示)进行清洗、通过旋转运动清洗液被飞散的基板10按照形成有微细图案11的面朝上的方式载置在保持部20上。然后，虽然通过加热器加热基板10而使残留的清洗液干燥，但如果微细图案11之间的间隔极其狭小，则如图1b所示，清洗液通过表面张力而凝聚在微细图案11的前端部以形成液滴16。如上所述，洁净室处于略微正压状态，因此以液滴16为边界，空间12外侧(即，洁净室)的气压高于由液滴16和相邻微细图案11所形成的空间12内侧气压的状态，液滴16在空间12内侧形成凹进去的弯月状。由此，清洗液的液滴16难以从空间12、即难以从微细图案11之间的缝隙出来，其结果，不可能顺利进行完全的干燥。如上所述，如果液滴16无法顺利地进行干燥，则通过清洗液的表面张力，微细图案11的前端部会相互拉近，如图1c所示，微细图案11的前端部会相互附着或相互分开，最终会导致图案不良。

鉴于上述问题点，本发明的目的在于提供一种基板处理装置和基板处理方法，能够防止由基板的不完全干燥引起的基板上的图案不良，能够以小型化且低成本在短时间内进行基板的清洗干燥处理。

用于解决课题的技术手段

涉及本发明的基板处理装置，对形成有微细图案的基板进行清洗并干燥，其特征在于，包括：基板保持部，其包括：板状保持台，对所述基板以形成有微细图案的面朝下的方式能够旋转地保持；多个保持销，设置在所述保持台上，在多个位置分别保持所述基板的外周部；加热器，用于加热所述基板；盖，在所述盖的内部收纳所述基板保持部和所述加热器，并形成处理室；泵，对所述处理室内部进行排气以形成负压环境；惰性气体供给口，与形成有所述微细图案的面的相反侧一面相对而置，向所述处理室内部供给惰性气体；排气口，设置在所述保持台上，与朝向形成有所述微细图案的面喷射清洗液的喷嘴以及所述泵相连通，其中，所述盖按照下述方式构成：在搬入和搬出所述基板时被开放，在处理所述基板时被关闭，能够对所述处理室进行封闭。

涉及本发明的基板处理方法，对形成有微细图案的基板进行清洗并干燥，其特征在于，包括下述工序：第一工序，使所述基板以形成有微细图案的面朝下的方式旋转，同时从所述基板的下方朝向形成有所述微细图案的面喷射清洗液，由此清洗所述基板，并使清洗液飞散；第二工序，封闭处理室，在以形成有微细图案的面朝下的方式保持所述基板的状态下，通过从形成有所述微细图案的面的相反侧一面加热所述基板，从而使在所述第一工序中没有被飞散而残留的清洗液蒸发，以对所述基板进行干燥，其中，在所述第二工序中，从所述基板的上方朝向所述基板中形成有微细图案的面的相反侧一面供给惰性气体，并通过形成在与所述基板中形成有微细图案的面相对而置的位置上的排气口，从所述基板的下方对所述处理室进行排气，从而使所述处理室内部处于负压环境，使所述第一工序中没有被飞散而残留的清洗液在所述微细图案的前端部凝集而形成的液滴按照朝向由所述液滴和所述微细图案所形成的空间外侧排出的方式引导，形成所述惰性气体依次流经所述基板中形成有微细图案的面的相反侧一面、所述基板的周边缘部、以及所述基板中形成有微细图案的面并通过所述排气口排出的气流。

发明效果

根据本发明，在负压环境下进行基板的干燥处理，从而使清洗液容易从微细图案之间的缝隙排出和蒸发，因此能够防止由基板的不完全干燥所引起的基板上的图案不良现象。特别是，通过基板处理装置，由于不是对整个洁净室，而是对小型的装置内部、即仅对处理室进行排气而形成负压环境，因此能够以小型化且低成本在短时间内进行对基板的清洗干燥处理。

附图说明

本说明书中所附的下述附图为本发明的优选实施方式的示例图，用于详细说明本发明，用于进一步理解本发明的技术构思，不应解释为仅限于本发明附图中所记载的事项。

图1表示现有的对形成有微细图案的基板进行干燥的过程截面图；图1a表示整体，图1b表示干燥前的状态，图1c表示干燥后的状态；

图2为表示通过本实施方式对形成有微细图案的基板进行干燥的过程截面图；图2a表示正压环境，图2b表示负压环境，图2c表示干燥后的状态；

图3为示意性表示本实施方式的基板处理装置的截面图；

图4为表示使用图3所示的基板处理装置，对基板进行清洗和干燥处理的过程截面图；

图5为表示使用图3所示的基板处理装置，对基板进行清洗和干燥处理的过程截面图；

图6为表示使用图3所示的基板处理装置，对基板进行清洗和干燥处理的过程截面图；

图7为表示使用图3所示的基板处理装置，对基板进行清洗和干燥处理的过程截面图；

图8为表示图3所示的基板处理装置变形例的截面图。

附图标号说明

10基板

11微细图案

12空间

16液滴

100a、100b基板处理装置

110基座

111马达

112动力传递装置

113排水管

120基板保持部

121保持台

122保持销

123排气管

124喷嘴

125清洗液供给配管

130加热器

131惰性气体供给口

132惰性气体供给配管

135排气口

136排水口

140a、140b盖

141密封装置

142清洁空气供给口

143清洁空气供给配管

145a、145b导向壁

150处理室

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。在此之前，本说明书和权利要求中所使用的术语或单词不能被解释成限定在通常性或词典上的意义，为了用最佳方法说明本发明，根据发明人自己可适当定义术语的概念的原则，应该被解释成响应本发明技术构思的意义和概念。由此，记载在本说明书中的实施方式和附图所示的结构只是本发明中最优选的实施方式，并不是代表本发明的所有技术构思，因此提出本申请时应该理解为可以存在能够被这些所代替的多种等同物和变形例。

另外，在附图中，各个构成要素的大小并没有按照原来的实际大小来反映，而是为了说明和理解的方便起见，有时会放大表示。

首先，参照图2说明本实施方式的作用。如参照图1所述，基板清洗处理后的现有的基板干燥处理在正压环境下的洁净室内进行。由此，如图2a(图1b)所示，没被飞散而残留下来的清洗液凝聚在形成于基板10上的微细图案的前端部以形成液滴16，该液滴16在由液滴16和相邻的微细图案11所形成的空间12内侧呈凹进去的弯月状。

在图2a所示的状态下，本实施方式中，通过加热器加热基板的干燥处理在负压环境下进行(对于形成负压环境的具体方式和方法会在后述)。于是，空间12的外侧压力、即处理室的气压低于所述空间12内侧的气压，如图2b所示，液滴16呈向空间12外侧突出的弯月状。由此，清洗液的液滴16在空间12、即在微细图案11之间形成悬滴，以消除作用于微细图案11之间的应力，由此液滴16容易从缝隙之间排出而被顺利蒸发。其结果，如图2c所示，形成在干燥基板10上的微细图案11不会相互附着或相互分开，能够维持原有的形状。

接下来，为了体现如上所述的作用，参照图3对优选实施方式的基板处理装置进行详细说明。

本实施方式的基板处理装置100a是一种为用一个装置对形成有微细图案的基板10就地(in-situ)进行清洗和干燥处理的装置。即，基板处理装置100a对基板10能够在进行清洗处理的其场所进行干燥处理。然而，本发明并不一定要限定于此，当然也可以适用于直接应用本发明如上所述作用的仅进行干燥处理的干燥处理装置或者分别具备所述干燥处理装置和用于清洗处理的清洗处理装置的系统。另外，对于下述说明中的基板10，虽然举出典型的半导体晶片进行说明，但本发明当然也可以适用于平板显示装置的玻璃基板、光掩膜基板等的处理。

优选本实施方式的基板处理装置100a配置在洁净室内。配合圆盘状晶片10的形状，基板处理装置100a整体上呈圆筒状，但本发明并限定于基板处理装置的整体形状。基板处理装置100a中，作为主要构成要素包括：基座110、基板保持部120、加热器130和盖140a。

基座110作为构成装置基底部的部分，其中设置有后述的基板保持部120、马达111、动力传递装置112和各种配管。

用于保持基板10的基板保持部120以形成有微细图案11的面13朝下的状态保持基板10，其中设置有朝向基板10中形成有微细图案11的面13喷射清洗液的喷嘴124、以及与所述泵p连通的排气口135。

本实施方式中，基板保持部120包括：板状保持台121，其外径稍微大于基板10的外径；多个保持销122，以沿保持台121的外周部与基板10的外径相匹配的方式固定设置在保持台121上。如图3所示，基板10以形成有微细图案11的面13朝下的方式载置在多个保持销122上，由此能够使基板10中形成有微细图案11的面13按照离保持台121的上表面稍微相隔的方式搭载并保持。

本实施方式中，保持台121可自由旋转。在基座110中，内置有马达111、以及将马达111的旋转力通过改变旋转速度和/或旋转方向的方式传递给保持台121的动力传递装置112。另外，为了稳定地保持和固定基板10，与保持台121一起同时旋转的保持销122以夹紧固定基板10外周部的方式构成。

在保持台121上设置有对处理室150内部进行排气的排气口135。排气口135通过排气管123与泵p相连通。在排气管123中，以与清洗液供给配管125和所需的阀v和/或泵相连通的方式配置有用于将各种清洗液朝向基板10中形成有微细图案11的面13喷射的喷嘴124。在本实施方式中，虽然排气口135形成在保持台121的中央，但排气口135并不一定形成在保持台121的中央，也可以形成在保持台121的多个位置，例如也可以以同心圆状、棋盘格子状形成多个。另外，排气口135不仅可以形成在保持台121，也可以形成在基座110的规定位置。

在基座110的上表面，形成有用于回收由喷嘴124喷射供给的液状或雾状清洗液的排水口136。排水口136通过排水管113与所需的阀v和/或泵相连通。排水口136与上述排气口135一样，不仅可以排出清洗液，也可以对处理室150的内部进行排气。

加热器130为在处理基板10时用于加热基板10的部件，加热器130以与基板10中形成有微细图案11的面13相反侧的面相对而置的方式设置在基板保持部120的上方。加热器130可以按照在其底面以陈列状配置有多个诸如卤钨灯的热源的方式构成。以陈列状配置的方式构成的情况下，优选多个热源能够以个别地或按组进行开/关控制，或者可控制发热量。优选加热器130可上下移动，从而调整其与基板10之间的距离。

在加热器130上形成有惰性气体供给口131，在进行后述的基板10的干燥处理时，用于供给氮气或氩气等的惰性气体。惰性气体供给口131贯通后述的盖140a的顶部，与惰性气体供给配管132相连通，该惰性气体供给配管132与所需的阀v和/或泵相连通。惰性气体供给口131无需一定要形成在加热器130上，也可以按照贯通后述的盖140a的顶部或侧壁的方式形成。

盖140a作为内部收纳有上述的基板保持部120和加热器130且形成处理室150的部件，通过如o型环的密封装置141，沿着基座110的外周部以可装卸的方式设置在基座110上。例如，盖140a可按照下述方式构成：通过未图示的驱动机构上下移动，由此在向处理室150搬入或搬出基板10时被开放，在对基板10进行处理时被关闭而对处理室150可进行封闭。

在盖140a上形成有贯通顶部或侧部而向处理室150内部供给清洁空气的清洁空气供给口142。清洁空气供给口142与清洁空气供给配管143相连通，该清洁空气供给配管143与所需的阀v和/或风机(fan)相连通。在清洁空气供给配管143中被供给通常通过诸如hepa过滤器的过滤器进行过滤后向洁净室内供给的清洁空气。

接下来，参照图4～图7，对使用上述实施方式的基板处理装置100a处理基板10的过程进行说明，由此说明本实施方式的基板处理方法。

首先，向基板处理装置100a搬入需要清洗和干燥处理的基板10。为此，如图4所示，通过未图示的驱动机构使加热器130和盖140a上升，并通过未图示的如机械臂等输送装置使基板10以形成有微细图案11的面13朝下的方式加载在保持销122并进行固定。朝向基板处理装置100a搬入基板10时，清洁空气供给配管143的阀v和排水管113的阀v处于开启状态。其他的排气管123和配管125、132的阀v处于关闭状态。然后，清洁空气供给配管143常处于开放状态，排水管113的阀v除了后述的干燥处理过程以外均处于开启状态。

接下来，如图5所示，沿着基座110的上表面外周部设置导向壁145a(guidewall)。导向壁145a作为上下开放的圆筒状部件，起到下述作用：能够防止在基板保持部120旋转的同时由喷嘴124供给的清洗液通过离心力被飞散到基板处理装置100a的外部。

本实施方式中，如图5所示，虽然表示的是在开放盖140a的状态下进行清洗处理的情况，但也可以在下降盖140a使处理室150处于封闭的状态下进行清洗处理。在封闭处理室150的状态下进行清洗处理时，不需要所述导向壁145a。

接下来，驱动马达111使保持台121旋转，从而使固定在保持销122上的基板10旋转的同时，开启清洗液供给配管125的阀v，以便向基板10中形成有微细图案11的面13喷射清洗液。于是，通过旋转的基板10的离心力，清洗液向基板10的外周部移动的同时，与形成有微细图案11的面13上的异物一起排出到基板10外的基座110的上表面边缘、或沿着导向壁145a落下来并排出到基座110的上表面边缘，通过排水口136排到基板处理装置100a的外部。

根据从基板10中去除的异物种类，清洗液可选定各种广泛使用于半导体工序的清洗液，例如对apm(sc-1)(nh4oh+h2o2+h2o)、hpm(sc-2)(hcl+h2o2+h2o)、spm(h2so4+h2o2)、dsp(稀h2so4+h2o2+hf)、fpm(hf+h2o2)、bhf(nh4f+hf+h2o)、臭氧氢氟酸(hf+o3+h2o)、纯水、ipa(异丙醇)等能够选择性地重复、交替或混合使用。另外，本说明书中的清洗是含有冲洗(洗涤)的概念。

清洗液也可以根据种类使用加热器130而对基板10进行加热的同时进行清洗处理。在对基板10加热的同时进行清洗处理时，如图5所示，最好下降加热器130使其接近于基板10。

接下来，如图6所示，下降盖140a使处理室150封闭。图6中，虽然表示的是将导向壁145a保持原样而下降盖140a的情况，但也可以采用去除导向壁145a后下降盖140a的方式。

接下来，通过清洗液喷射喷嘴124喷射ipa。ipa作为用来溶解清洗液残渣或杂质等的溶剂，具有不留干燥花斑、容易蒸发的性质，因此被广泛使用于基板的清洗干燥处理。喷射ipa期间，虽然优选加热器130不工作，但中止加热器130的工作并不是必须的。基板保持部120继续旋转。

接下来，正式进行基板10的干燥处理。具体来说，运转加热器130对基板10进行加热的同时，从惰性气体供给口131供给氮气或氩气等惰性气体，同时运转排气管123的泵p以对处理室150内部进行排气。由此，使处理室150内部形成负压环境。正式进行基板10的干燥处理期间，虽然可以使基板保持部120继续旋转、由清洁空气供给口142继续供给清洁空气，但关闭排水管113的阀v以防止供给至处理室150内的惰性气体通过排水口136溜出的情况。由此，通过惰性气体供给口131所供给的惰性气体围绕基板10的外周部，经过基板10的下表面、即形成有微细图案11的面和保持台121上表面之间的空间，从排气口135排出。

于是，如参照图2进行的说明，凝聚在微细图案11前端的清洗液(ipa)的液滴16呈朝向空间12的外侧突出的弯月状(参照图2的(b))的同时，易于从微细图案11之间的缝隙排出并蒸发掉。

优选的是，在进行干燥处理时，通过调节对惰性气体和清洁空气供给量的泵p的排气量，和/或，通过调节通过加热器130的加热程度，以使处理室150内形成适当的负压环境。即，如果对惰性气体和清洁空气供给量的泵p的排气量较少，则无法形成所需的负压环境，无法实现本实施方式的作用。相反，如果泵的排气量过多、或通过加热器的加热过度时，则空间12内部和处理室150之间的压力差变得过大，有可能引起液滴16绽开飞散而使异物残留在空间12内、或在基板10的表面留下干燥花斑等的副作用。

如果经过规定时间而清洗液(ipa)全部蒸发并基板10的干燥结束，则停止加热器10，停止泵p，从而停止从排气口135的排气，然后关闭惰性气体供给配管132的阀v以中断惰性气体的供给。

接下来，如果处理室150内部回到常温、常压状态，则使加热器130和盖140a上升以使处理室150开放，并去除导向壁145a，从而通过机械臂等输送装置向基板处理装置100a的外部取出基板10。

如上所述，本实施方式的基板处理装置100a中，清洗所述基板10时，旋转由所述基板保持部120所保持的基板10的同时，通过所述喷嘴124，朝向基板10中形成有微细图案11的面13喷射清洗液，在清洗所述基板10后进行干燥处理时，运转所述加热器130，从形成有微细图案11的面13的相反侧一面开始加热所述基板10的同时，通过所述惰性气体供给口131，朝向基板10中形成有微细图案11的面13的相反侧一面供给惰性气体，同时运转所述泵p排出所述惰性气体以使所述处理室150内部处于负压环境，由此形成所述惰性气体按照依次经过所述基板10中形成有微细图案11的面13的相反侧一面、所述基板10的周边缘部、以及基板10中形成有微细图案11的面13的中央部后，通过所述排气口135排出的所述惰性气体的气流。

根据本实施方式的基板处理方法和基板处理装置100a，由于在负压环境下进行基板10的干燥处理，能够使清洗液易于从微细图案11之间的缝隙排出并蒸发，由此能够明显减少微细图案11相互附着或分开的不良现象。特别是，通过本实施方式的基板处理装置100a，不是对整个洁净室而仅对小型的基板处理装置100a的内部、即对处理室150进行排气以形成负压环境，因此可以不使用大容量的真空泵，能够以低成本在短时间内形成负压环境。

根据本实施方式的装置和方法，由于在基板10中形成有微细图案11的面13朝下的状态下进行清洗和干燥处理，因此清洗液或异物不会被夹在微细图案之间的缝隙而容易被排出。特别是，从洁净室的顶部所供给的清洁空气形成下降的气流，因此从处理室150内的异物容易附着于基板10的上表面的观点考虑，使形成有微细图案11的面13朝下是对于防止清洗干燥不良方面非常有效。

在基板处理装置100a中，在保持台121上形成有排气口135，由此形成所述惰性气体的下述流动：依次经过基板10中形成有微细图案11的面13的相反侧一面、所述基板10的周边缘部、以及所述基板10中形成有微细图案11的面13，并通过所述排气口135排出。按照上述方式构成的基板处理装置100a，由于惰性气体有效通过基板10中形成有微细图案11的面13，因此在短时间内能够使基板10完全干燥。

进而，在基板处理装置100a，通过排气口135被设置在保持台121的中央，由此惰性气体从基板10的周边缘部依次经过基板10中形成有微细图案11的面13的中央部，并通过所述排气口135而排出，因此惰性气体能够更有效地通过基板10中形成有微细图案11的面13。

根据本实施方式，对基板10的清洗处理和干燥处理由一个装置就地进行，因此处理效率优异，且能够防止移动清洗装置和干燥装置过程中所发生的基板10的污染。

上述实施方式的装置或工序可以进行各种变形。例如，如图8所示，可以将对基板10进行清洗处理时用于防止清洗液飞散到装置外部的导向壁145a(参照图5～图7)形成为从基座110的外周部向上方延伸的一体型导向壁145b。在基板处理装置100b，可以减少对另设的上述实施方式的导向壁145a进行设置和除去的步骤，与图3所示的基板处理装置100a相比，能够缩短盖140b的侧壁长度(高度)，且能够缩短对处理室150进行开放/关闭时的盖140b的升降距离。在缩短升降距离时，在搬入/搬出基板10时，机械臂超过导向壁145b进入到处理室150内后，需要可以进行升降到保持销122的动作，或进行基板保持部120上升的动作。

另外，在上述实施方式中，虽然表示的是通过盖140a、140b上下移动，由此装卸于基座110的方式，但可以改变盖装卸于基座的结构。例如，可以将盖140a、140b的一侧以能够转动的方式固定在基座110的一侧，通过转动盖来使盖装卸于基座上。

而且，通过上述实施方式进行说明的各种特征(结构或工序)，只要不脱离本发明的主题、或与本发明的主题不矛盾，可以实施任意地选择和组合。例如，根据需要也可以省略或变更使基板中形成有微细图案的面朝下的结构、旋转基板保持部的结构、供给惰性气体或清洁空气的结构、每个工序中各种配管的开启/关闭、排气口和排水口的开启/关闭等。

综上，虽然通过所限定的实施方式和附图对本发明进行了说明，但本发明并不限定于此，在本发明所属的技术领域，对于具有通常知识的技术人员来说，在本发明的技术构思和权利要求的等同范围内，当然可以进行各种修改和变形。