JP2008109058A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の一方面の全域に対して、薬液による処理を均一に施すことができる基板処理装置および基板処理方法を提供すること。
【解決手段】ウエハＷの上面１０の中央部には、高温（たとえば、８０℃）のＡＰＭが供給され、下面１１の中央部には、常温（たとえば、２２〜２３℃）のＤＩＷが供給される。ウエハＷの上面１０にＡＰＭが供給されると、ウエハＷの上面１０の中央部との間で熱交換が行われる。一方で、ウエハＷの下面１１に供給される低温のＤＩＷは、熱交換によりウエハＷの中央部に与えられた熱を受けて、ウエハＷの中央部を冷却する。そして、熱を受けたＤＩＷがウエハＷの中央部から周縁部に向けて流れる。ウエハＷの中央部および周縁部の温度は約４０〜４５℃で拮抗する。
【選択図】図１

Description

この発明は、基板に対して薬液を用いた処理を行うために適用される基板処理装置および基板処理方法に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、ＦＥＤ（Filed Emission Display）用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、セラミック基板などが含まれる。

半導体装置や液晶表示装置の製造工程では、半導体ウエハや液晶表示パネル用ガラス基板などの基板の表面に薬液による処理を施すために、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置が用いられることがある。
この枚葉式の基板処理装置は、基板をほぼ水平に保持しつつ、その基板を回転させるスピンチャックと、スピンチャックによって回転される基板の表面に薬液を供給するためのノズルとを備えている。スピンチャックによって基板が回転されつつ、その基板の表面の回転中心付近にノズルから薬液が供給される。基板の表面上に供給された薬液は、基板の回転力による遠心力を受けて、基板の表面上を周縁部に向けて流れる。これによって、基板の表面の全域に薬液が行き渡り、基板の表面に対する薬液処理が達成される。
特開２００５−２８６２２１号公報

このような枚葉式の基板処理装置において、たとえば、処理速度を向上させるために、高温に加熱された薬液が用いられる場合がある、この場合、ノズルから吐出される薬液は、基板の表面の中央部に供給された直後は高温であるが、基板の中央部から基板の周縁部に向けて流れる過程で、その液温が低下してしまう。そのため、基板上において、その中央部で薬液の温度が相対的に高くなり、周縁部で薬液の温度が相対的に低くなってしまう。その結果、基板の表面の中央部で薬液による処理が速く進み、基板の表面の周縁部で薬液による処理が相対的に遅く進むといった、基板表面における処理レートのばらつきを生じる。

そこで、この発明の目的は、基板の一方面の全域に対して、薬液による処理を均一に施すことができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。

請求項１記載の発明は、処理室（１）と、前記処理室に設けられ、基板（Ｗ）を保持しつつ回転させる基板保持回転手段（２）と、前記基板保持回転手段により回転される基板の一方面（１０）の中央部に対して、前記処理室内の温度よりも高温の薬液を供給する薬液供給手段（３、３２）と、前記基板保持回転手段により回転される基板の他方面（１１）の中央部に対して、前記薬液よりも低温の液を供給する低温液供給手段（２３、２４、２５）とを含むことを特徴とする、基板処理装置である。

なお、括弧内の数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この構成によれば、基板の一方面の中央部に高温の薬液が供給され、他方面の中央部に低温の液が供給される。基板の一方面に薬液が供給されると、基板の一方面の中央部との間で熱交換が行われる。一方で、基板の他方面に供給される低温の液は、熱交換により基板の中央部に与えられた熱を受けて、基板の中央部を冷却する。そして、基板の一方面上では、基板に熱を奪われた薬液が中央部から周縁部に向けて流れ、他方面では、基板から熱を受けた液が中央部から周縁部に向けて流れる。これにより、基板の中央部および周縁部の温度は、薬液の温度と液の温度の間の所定の温度（たとえば、約４０〜４５℃）で拮抗する。また、基板の一方面上における薬液の温度も、その全域においてその所定の温度で均一に分布する。それゆえ、基板の一方面の全域に対して薬液による処理を均一に（均一な処理レートで）施すことができる。

また、請求項２のように、前記低温液供給手段により供給される前記液は、純水であってもよい。この場合、基板の他方面は純水で覆われた状態となる。これにより、基板の他方面の全域を基板の一方面に供給される薬液から適切に保護しつつ、基板の中央部を冷却することができる。
さらに、請求項３のように、前記低温液供給手段により供給される前記液は、前記薬液と同種の薬液であってもよい。この場合、基板の両面に薬液による処理を施すことができる。また、処理に用いた薬液を、回収して再利用することができる。

請求項４記載の発明は、処理室内で基板を回転させる基板回転工程（Ｓ２）と、この基板回転工程中に、基板の一方面に中央部に対して、前記処理室内の温度よりも高温の薬液を供給する薬液供給工程（Ｓ４）と、前記薬液供給工程と並行して、前記基板の他方面の中央部に対して、前記薬液よりも低温の液を供給する低温液供給工程（Ｓ３）とを含むことを特徴とする、基板処理方法である。

この方法によれば、請求項１に関連して述べた作用効果と同様な作用効果を達成することができる。
請求項５記載の発明は、前記低温液供給工程は、前記薬液供給工程よりも、開始タイミングが早いことを特徴とする、請求項４記載の基板処理方法である。
この構成によれば、基板の中央部を予め冷却した状態で、基板の一方面に高温の薬液が供給される。そのため、処理開始直後から、基板の中央部およびその中央部上の薬液の温度と、基板の周縁部およびその周縁部上の薬液の温度とを拮抗させることができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す断面図である。この基板処理装置は、基板の一例である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗにおけるデバイス形成領域側の表面１０に対して、ＳＣ１に代表されるＡＰＭ（アンモニア過酸化水素水）による洗浄処理（たとえば、酸化膜のエッチング処理）を施すための枚葉型の装置である。

処理室１内には、ウエハＷをほぼ水平に保持するとともに、その中心を通るほぼ鉛直な回転軸線方向まわりにウエハＷを回転させるスピンチャック２と、このスピンチャック２に保持されたウエハＷの上面（表面）１０にＡＰＭを供給するためのＡＰＭノズル３と、ウエハＷの上面１０にＤＩＷ（純水）を供給するためのＤＩＷノズル４と、スピンチャックを収容するカップ５とが配置されている。

スピンチャック２は、チャック回転駆動機構２１によって回転される回転軸２２の上端に固定されている。この回転軸２２は、中空軸となっていて、回転軸２２の内部には、裏面ＤＩＷ弁２３を介してＤＩＷが供給される裏面供給管２４が挿通されている。裏面供給管２４は、スピンチャック２に保持されたウエハＷに近接する位置まで延びており、その先端には、ウエハＷの下面１１（裏面）の中央部に向けてＤＩＷを供給する裏面ノズル２５が形成されている。

ＡＰＭノズル３およびＤＩＷノズル４は、スピンチャック２の上方に設けられたアーム３１の先端に取り付けられている。ＡＰＭノズル３には、ＡＰＭ弁３２を介して高温（たとえば８０℃）のＡＰＭが供給されるようになっている。また、ＤＩＷノズル４には、ＤＩＷ弁４１を介して処理室１の室温（たとえば２２〜２３℃）とほぼ同じ温度のＤＩＷが供給されるようになっている。

アーム３１は、スピンチャック２の側方でほぼ鉛直に延びたアーム支持軸３３に支持されており、このアーム支持軸３３の下端部からほぼ水平に向けて延びている。アーム支持軸３３には、アーム駆動機構３４が結合されており、このアーム駆動機構３４の駆動力によって、アーム支持軸３３を所定角度範囲内で回動させて、アーム３１を所定角度範囲内で揺動させることができるようになっている。

処理カップ５は、有底円筒状に形成されている。この処理カップ５の底部には、スピンチャック２の周囲を取り囲むように、ウエハＷの処理に用いられた後のＡＰＭとＤＩＷとの混合液を排液するための排液溝５１が形成されており、さらに、この排液溝５１を取り囲むように、ウエハＷの処理のために用いられた後のＡＰＭを回収するための回収溝５２が形成されている。排液溝５１と回収溝５２とは、筒状の仕切壁５３によって区画されている。また、排液溝５１には、図外の排液処理設備へと導くための排液管５４が接続され、回収溝５２には、図外の回収処理設備へとＡＰＭを導くための回収管５５が接続されている。

処理カップ５の上方には、ウエハＷからのＡＰＭおよびＤＩＷが外部に飛散することを防止するためのスプラッシュガード６が設けられている。このスプラッシュガード６は、スピンチャック２により回転されるウエハＷの回転軸線に対してほぼ回転対称な形状を有しており、上部の内面は、ウエハＷの回転軸線に向けて開いた断面く字形状の排液捕獲部６１となっている。また、スプラッシュガード６の下部の内面には、下方ほどウエハＷの径方向外方に拡がるように湾曲した傾斜面の形態をなした回収液捕獲部６２が形成されている。回収液捕獲部６２の上端付近には、処理カップ５の仕切壁５３を受け入れるための仕切壁収納溝６３が形成されている。

スプラッシュガード６に関連して、たとえば、ボールねじ機構などを含むガード昇降駆動機構６４が設けられている。ガード昇降駆動機構６４は、スプラッシュガード６を、回収液捕獲部６２がスピンチャック２に保持されたウエハＷの端面に対向する回収位置と、排液捕獲部６１がスピンチャックに保持されたウエハＷの端面に対向する排液位置との間で上下動させる。

図２は、図１に示す基板処理装置において行われる処理について説明するための工程図である。以下、図１および図２を参照して、この基板処理装置におけるウエハＷの処理について説明する。
処理対象のウエハＷは、図示しない搬送ロボットによって処理室１内に搬入されて、その表面１０を上方に向けた状態でスピンチャック２に保持される（ステップＳ１）。ウエハＷがスピンチャック２に保持されると、スピンチャック２によるウエハＷの回転が開始される（ステップＳ２）。なお、スピンチャック２へのウエハＷの受け渡し時には、ウエハＷの搬入を阻害しないように、スプラッシュガード６は排液位置よりもさらに下方の退避位置に退避している。

その後、裏面ＤＩＷ弁２３が開かれて、裏面ノズル２５からウエハＷの下面１１の中央部に向けて、常温のＤＩＷが供給される（ステップＳ３）。裏面ノズル２５から供給されるＤＩＷの流量は、たとえば１〜５（Ｌ／ｍｉｎ）、好ましくは２（Ｌ／ｍｉｎ）である。ウエハＷの下面１１に供給されるＤＩＷは、ウエハＷの回転による遠心力を受けて、ウエハＷの下面１１を伝って中央部から周縁部に向けて流れる。これにより、ウエハＷの下面１１の全域にＤＩＷが行き渡り、ウエハＷの下面１１がＤＩＷで覆われた状態となる。

一方、アーム３１がアーム駆動機構３４により回転されて、ＡＰＭノズル３およびＤＩＷノズル４が、スピンチャック２の側方の退避位置から、ウエハＷの中央部の上方へと移動される。ＡＰＭノズル３は、たとえば、ＡＰＭノズル３から吐出されるＡＰＭがウエハＷの回転中心から径方向外方に１０ｍｍずれた上面１０上に着液するような位置に配置される。

好ましくは、裏面ノズル２５によるＤＩＷの供給開始とほぼ同時、あるいはＤＩＷの供給開始と所定時間（たとえば１〜５秒間）だけ前後して、裏面ノズル２５によるＤＩＷの供給が継続されつつ、ＡＰＭノズル３からウエハＷの上面１０の中央部へ向けて、高温（たとえば８０℃）のＡＰＭの供給が開始される。ＡＰＭノズル３から供給されるＡＰＭの流量は、前述の裏面ノズル２５から供給されるＤＩＷとほぼ同じ流量である。ウエハＷの上面１０にＡＰＭが供給されると、ウエハＷの上面１０の中央部との間で熱交換が行われる。そして、ウエハＷの上面１０に供給されたＡＰＭは、ウエハＷの上面１０上を中央部から周縁部に向けて流れる。

一方で、ウエハＷの下面１１に供給される低温のＤＩＷは、熱交換によりウエハＷの中央部に与えられた熱を受けて、ウエハＷの中央部を冷却する。そして、熱を受けたＤＩＷは、ウエハＷの中央部から周縁部に向けて下面１１上を流れる。これにより、ウエハＷの中央部および周縁部の温度は約４０〜４５℃で拮抗する。そして、ウエハＷの上面１０上におけるＡＰＭの温度も、その全域において約４０〜４５℃で分布するようになる。

ウエハＷの上面１０の周縁部に達したＡＰＭ、および、ウエハＷの下面１１の周縁部に達したＤＩＷは、その周縁部から排液溝５１へ液下し、また、一部は、ウエハＷの側方へ飛散する。ウエハＷの側方へと飛散するＡＰＭおよびＤＩＷは、スプラッシュガード６の排液捕獲部６１に捕獲された後、この排液捕獲部６１を伝って、排液捕獲部６１の下端縁から処理カップ５の排液溝５１へ液下する。排液溝５１に集められたＡＰＭおよびＤＩＷは、排液管５４を介して排液される。

ウエハＷの上面１０に対するＡＰＭによる処理が予め定める時間にわたって行われると、ＡＰＭ弁３２が閉じられて、ＡＰＭノズル３からのＡＰＭの供給が停止される。そして、ＤＩＷ弁４１が開かれて、ＤＩＷノズル４からＤＩＷが供給され、リンス処理が施される（ステップＳ４）。ウエハＷの上面１０および下面１１に供給されるＤＩＷはウエハＷの回転による遠心力を受けて、上面１０および下面１１を伝って流れ、ウエハＷの側方へと移動する。これにより、ウエハＷの上面１０および下面１１の全域にＤＩＷがむらなく行き渡り、ウエハＷに付着したＡＰＭを洗い流すためのリンス処理が施される（ステップＳ５）。ウエハＷの上面１０および下面１１の周縁部に達したＤＩＷは、その周縁部から排液溝５１へ液下し、また、一部は、ウエハＷの側方へ飛散する。ウエハＷの側方へと飛散するＤＩＷは、スプラッシュガード６の排液捕獲部６１に捕獲された後、この排液捕獲部６１を伝って、排液捕獲部６１の下端縁から処理カップ５の排液溝５１へ液下する。排液溝５１に集められたＤＩＷは、排液管５４を介して排液される。

こうして、リンス処理が予め定める時間にわたって施された後は、裏面ＤＩＷ弁２３およびＤＩＷ弁４１が閉じられて、ＤＩＷノズル４および裏面ノズル２５からのＤＩＷの供給が停止される。その後、スピンチャック２によるウエハＷの回転速度が上げられて、ウエハＷの上面１０および下面１１に付着している液滴を遠心力で振り切って乾燥させる乾燥処理が行われる（ステップＳ６）。

乾燥処理の終了後は、スピンチャック２によるウエハＷの回転が停止される（ステップＳ７）。そして、アーム３１がアーム駆動機構３４により回転されて、ＡＰＭノズル３およびＤＩＷノズル４が、ウエハＷの上方位置からスピンチャック２の側方の退避位置に退避される。また、スプラッシュガード６が排液位置から退避位置まで下降される。これにより、ウエハＷに対する一連の処理が終了し、処理済みのウエハＷが図示しない搬送ロボットにより搬出されていく（ステップＳ８）。

以上のように、この実施の形態によれば、ウエハＷの上面１０の中央部に高温のＡＰＭが供給され、下面１１の中央部に低温のＤＩＷが供給される。ウエハＷの上面１０にＡＰＭが供給されると、ウエハＷの上面１０の中央部との間で熱交換が行われる。一方で、ウエハＷの下面１１に供給される低温のＤＩＷは、熱交換によりウエハＷの中央部に与えられた熱を受けて、ウエハＷの中央部を冷却する。そして、ウエハＷの上面１０上では、ウエハＷに熱を奪われたＡＰＭが中央部から周縁部に向けて流れ、下面１１では、ウエハＷから熱を受けたＤＩＷが中央部から周縁部に向けて流れる。これにより、ウエハＷの中央部および周縁部の温度は約４０〜４５℃で拮抗する。また、ウエハＷの上面１０上におけるＡＰＭの温度も、その全域において約４０〜４５℃で分布する。それゆえ、ウエハＷの上面１０の全域に対してＡＰＭによる処理を均一に施すことができる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は、他の実施形態で実施することもできる。たとえば、図１に破線で示すように、スピンチャック２の回転軸２２の内部の裏面供給管２４に、裏面ＡＰＭ弁１２３を介して常温のＡＰＭが与えられるようになっていてもよい。この場合、ウエハＷの上面１０の中央部には高温のＡＰＭが供給されるとともに、ウエハＷの下面１１の中央部には常温のＡＰＭが供給される。これにより、ウエハＷの上面１０および下面１１の双方に対してＡＰＭによる処理を施すことができる。また、この場合、スプラッシュガード６を回収位置まで上昇させておくと、ＡＰＭを、回収液捕獲部６２、回収溝５２および回収管５５を順次に介して回収することができる。そして、回収したＡＰＭを以降の処理に再利用することができる。

また、前述の説明では、ウエハＷの上面に供給するＡＰＭの温度をたとえば８０℃として説明したが、ＡＰＭの温度は、ウエハＷの周縁部の処理レートに応じて、たとえば４０〜８０℃の範囲内で適宜設定することができる。
さらに、前述の実施形態では、ＡＰＭノズル３から供給されるＡＰＭの流量と、裏面ノズル２５から供給されるＤＩＷの流量とがほぼ同量であるとして説明したが、裏面ノズル２５からの供給量をＡＰＭノズル３からの供給量よりも少なく設定することもできる。この場合、たとえば、ＤＩＷがウエハＷの周縁部に届かずに、下方に液下してしまう程度の液量に設定することが望ましい。この場合、ウエハＷの周縁部に低温の液が届かないから、周縁部の温度低下を防止することができ、ウエハＷの上面１０上のＡＰＭの温度分布をより均一化することができる。

また、前述の実施形態では、ウエハＷの上面１０の中央部に対して高温のＡＰＭを供給し、ウエハＷの下面１１の中央部に対してＤＩＷを供給する構成を取り上げたが、ウエハＷの下面１１の中央部に対して高温のＡＰＭを供給し、ウエハＷの上面１０の中央部に対してＤＩＷを供給する構成が採用されていてもよい。
さらにまた、前記の実施形態の洗浄処理は、ＡＰＭを用いてウエハＷの酸化膜を除去するためのエッチング処理を例にとって説明したが、薬液としてＳＣ２（塩酸過酸化水素水）を用いて、ウエハＷのパーティクル除去処理を行うものに適用することもできる。この場合、ＳＣ２の温度はたとえば４０〜８０℃の範囲であることが好ましい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す断面図である。 図１に示す基板処理装置において行われる処理について説明するための工程図である。

符号の説明

１ 処理室
２ スピンチャック（基板保持回転手段）
３ ＡＰＭノズル（薬液供給手段）
１０ 上面（一方面）
１１ 下面（他方面）
２３ 裏面ＤＩＷ弁（低温液供給手段）
２４ 裏面供給管（低温液供給手段）
２５ 裏面ノズル（低温液供給手段）
３２ ＡＰＭ弁
Ｗ ウエハ（基板）

Claims (5)

1. 処理室と、
   前記処理室に設けられ、基板を保持しつつ回転させる基板保持回転手段と、
   前記基板保持回転手段により回転される基板の一方面の中央部に対して、前記処理室内の温度よりも高温の薬液を供給する薬液供給手段と、
   前記基板保持回転手段により回転される基板の他方面の中央部に対して、前記薬液よりも低温の液を供給する低温液供給手段とを含むことを特徴とする、基板処理装置。
2. 前記低温液供給手段により供給される前記液は、純水であることを特徴とする、請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記低温液供給手段により供給される前記液は、前記薬液と同種の薬液であることを特徴とする、請求項１記載の基板処理装置。
4. 処理室内で基板を回転させる基板回転工程と、
   この基板回転工程中に、基板の一方面に中央部に対して、前記処理室内の温度よりも高温の薬液を供給する薬液供給工程と、
   前記薬液供給工程と並行して、前記基板の他方面の中央部に対して、前記薬液よりも低温の液を供給する低温液供給工程とを含むことを特徴とする、基板処理方法。
5. 前記低温液供給工程は、前記薬液供給工程よりも、開始タイミングが早いことを特徴とする、請求項４記載の基板処理方法。

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