JP2003001178A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】処理液対策が容易で、かつ、低速回転時である
か高速回転時であるかを問わずに基板を良好な信頼性で
保持する。 【解決手段】ウエハＷをほぼ水平に保持した状態で回転
駆動されるスピンチャック１は、ウエハＷの裏面中央領
域に接触する基板保持面１１ａを有する基板保持部１１
と、この基板保持部１１の下方に結合された回転羽根部
１２とを備えている。基板保持面１１ａには吸引管が開
口している。スピンチャック１の回転に伴い、回転羽根
部１２はポンプ作用を生じ、吸引管内を負圧にする。こ
れにより、基板保持面１１ａにウエハＷを吸着保持でき
る。スピンチャック１の回転軸１３内を通って、窒素ガ
スが供給され、基板保持部１１と回転羽根部１２との間
の吹き出し口１４から噴き出される。これにより、ベル
ヌーイの原理により、ウエハＷは基板保持面１１ａに押
しつけられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウエハ、
フォトマスク用ガラス基板、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、光ディスク用
基板、光磁気ディスク用基板、磁気ディスク用基板など
に代表される各種の被処理基板に処理液（薬液または純
水）を供給してその表面（とくに周縁部）の処理（洗浄
処理またはエッチング処理等）を行うための基板処理装
置および基板処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の配線材料には従来からアル
ミニウムが用いられてきたが、信号の高速化に伴う配線
の低抵抗化への要求に応えるために、アルミニウムに代
えて銅が用いられるようになってきている。そのため、
半導体の製造工程では、半導体ウエハ（以下単に「ウエ
ハ」という。）の一方面（デバイス形成面）または両方
面の全域に銅薄膜が形成される。

【０００３】半導体製造装置内においてウエハをハンド
リングする際に、搬送ロボットのハンドが銅薄膜または
銅イオンに触れて汚染されると、このハンドが新たな汚
染源となり、半導体装置の歩留まりの低下を招く。そこ
で、銅薄膜が形成された後のウエハに対しては、裏面お
よび表面の周縁部（周端面を含む）の銅薄膜または銅イ
オンを除去するためのエッチング処理または洗浄処理が
不可欠である。

【０００４】このようなエッチング処理または洗浄処理
を実行するための基板処理装置は、たとえば、ウエハを
保持して回転するスピンチャックと、このスピンチャッ
クに保持されたウエハの周縁部にエッチング液または純
水等の処理液を供給する処理液ノズルとを備えている。
一般的なスピンチャックは、ウエハの下面を吸着する吸
着面を有する真空吸着型スピンチャックである。吸着面
には吸着孔が開口されており、この吸着孔は真空発生装
置に接続されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、吸着孔からは
空気だけでなくエッチング液等の薬液や純水などの処理
液も入り込んでくる。したがって、吸着孔から真空発生
装置に至る吸引経路および真空発生装置自体には、これ
らの処理液対策が施されたものを適用しなければならな
い。これにより、コストの増加を招くことになる。のみ
ならず、同一仕様の基板処理装置で使用される処理液の
種類は、一種類とは限らない。すなわち、個々のユーザ
がそれぞれのプロセスに適合した処理液を用いる。した
がって、複数種類の処理液に対する耐液性が要求される
ことになる。このことが、処理液対策を一層困難にして
いる。

【０００６】この問題を解決した１つの先行技術は、米
国特許第３４２６７２７号に開示されている。この先行
技術では、スピンチャックに回転羽根を内蔵し、スピン
チャックの回転を利用して吸着力を発生させるようにし
ている。しかし、この先行技術の構成では、スピンチャ
ックが静止しているとき、および低速回転しているとき
には、有効な吸着力が生じないから、信頼性の高い基板
保持を実現できず、実用的とは言えない。

【０００７】また、別の先行技術が、特開平１−２４０
６８２号公報に開示されている。この先行技術では、ウ
エハの下面の周縁部に向けて圧縮ガスを供給することに
より、ベルヌーイの原理を利用して、スピンチャック上
面にウエハを保持する構成が開示されている。しかし、
専らベルヌーイの原理でウエハを保持する構成であるた
め、スピンチャックが高速回転しているときのウエハの
保持に関する信頼性に劣るのが欠点である。

【０００８】そこで、この発明の目的は、上述の技術的
課題を解決し、処理液対策が容易で、かつ、低速回転時
であるか高速回転時であるかを問わずに基板を良好な信
頼性で保持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。

【０００９】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板
（Ｗ）を保持して回転する基板回転手段（１）と、この
基板回転手段によって回転される基板に対して処理液を
供給する処理液供給手段（３，４，５）とを含み、上記
基板回転手段は、基板の一方面の中央部に接触して基板
を保持する基板保持面（１１ａ）と、この基板保持面で
開口する吸引管（１７）と、この吸引管に接続され、上
記基板回転手段の回転によって、上記吸引管内部に負圧
を発生させる負圧発生手段（１２）と、上記基板保持面
に保持された基板の上記一方面の周辺部に対して、基板
の外方に向かうように気体を噴出させる気体噴出手段
（９，１０，１４，２５，２６，１７）とを備えている
ことを特徴とする基板処理装置である。なお、括弧内の
英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。

【００１０】この構成によれば、基板回転手段が回転す
ると、負圧発生手段が吸引管内部に負圧を発生させ、こ
れにより、基板保持面に基板の一方面の中央部を吸着保
持することができる。その一方で、基板の上記一方面の
周辺部に対して、基板の外方に向かうように気体が噴出
され、これによって、ベルヌーイの原理により、基板は
基板保持面へと押しつけられることになる。したがっ
て、基板回転手段が静止している時および低速回転して
いる時には、ベルヌーイの原理を利用して基板保持面に
基板を保持することができ、基板回転手段が高速回転し
ている時には、上記ベルヌーイの原理による基板保持に
加えて、負圧発生手段が発生する負圧を利用した吸着保
持を行うことができる。このようにして、低速回転時で
あるか高速回転時であるかを問わずに基板を良好な信頼
性で保持することができる。

【００１１】しかも、この発明によれば、真空ポンプや
エジェクタ等の真空発生装置を用いることなく基板中央
部を吸着保持することができるので、処理液対策に伴う
コストの増加を抑制できる。上記負圧発生手段は、請求
項２に記載のように、上記負圧発生手段は、上記基板回
転手段に一体的に設けられ、上記基板回転手段の回転に
伴って、上記吸引管の内部を排気するポンプ作用を生じ
る排気部材（１８）を含むことが好ましい。

【００１２】この場合に、上記排気部材は、請求項３に
記載のように、回転羽根（１８）を含むものであっても
よい。請求項４記載の発明は、上記基板保持面上の所定
位置に基板を位置決めするための基板位置決め機構（３
０）をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３の
いずれかに記載の基板処理装置である。この構成によ
り、基板位置決め機構によって位置決めした状態で基板
を基板保持面に保持させることができる。これによっ
て、たとえば基板の周縁部のみに選択的に処理を施した
い場合に、確実に所望の領域に対する処理を行うことが
できる。

【００１３】請求項５記載の発明は、上記基板処理装置
は、上記基板回転手段により回転される基板の周縁部の
不要物を除去するためのものであることを特徴とする請
求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置であ
る。この発明によれば、基板保持面は基板の中央部に接
触していて、基板の端面には接触していないので、基板
の周縁部を、基板の端面を含めて隈無く処理することが
できる。

【００１４】上記基板処理装置は、請求項６に記載のよ
うに、上記基板回転手段により回転される基板の周縁部
に形成された不要な薄膜をエッチング除去するためのも
のであってもよい。この場合に、請求項７に記載のよう
に、上記処理液供給機構は、上記基板回転手段に保持さ
れた基板の周縁部にエッチング液を供給するエッチング
液供給機構（３）を含むことが好ましい。

【００１５】請求項８記載の発明は、基板回転手段
（１）の基板保持面（１１ａ）によって、基板の一方面
の中央部に接触して当該基板を保持する工程と、上記基
板回転手段の回転を利用して、上記基板保持面で開口す
る吸引管（１７）の内部に負圧を発生させる工程と、上
記基板の一方面の周辺部に対して、基板の外方に向かう
ように気体を噴出させる工程と、上記基板回転手段に保
持されて回転されている基板に処理液を供給する工程と
を含むことを特徴とする基板処理方法である。

【００１６】この発明により、請求項１の発明に関して
述べた効果と同様の効果を得ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】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図解図である。
この基板処理装置は、基板の全域および周端面に銅薄膜
等の薄膜が形成された半導体ウエハ（以下単に「ウエ
ハ」という。）Ｗの周縁部（ウエハＷの表面の周縁部お
よびウエハＷの周端面を含む。）における不要な薄膜を
エッチング除去するとともに、ウエハＷの裏面に付着し
ている金属イオン（銅イオン等）等の不純物を洗浄除去
するための装置である。

【００１８】この基板処理装置は、ウエハＷを、その表
面を上方に向けてほぼ水平に保持して回転するスピンチ
ャック１と、このスピンチャック１を回転駆動するため
の回転駆動機構２と、スピンチャック１に保持されたウ
エハＷの表面（上面）の周縁部に向けて処理液（エッチ
ング等の薬液または純水）を吐出する表面処理液ノズル
３と、同じくスピンチャック１に保持されたウエハＷの
表面の中央部に向けて純水を吐出する純水ノズル４と、
同じくスピンチャック１に保持されたウエハＷの裏面
（下面）の周縁部に向けて処理液を吐出する裏面処理液
ノズル５とを備えている。表面処理液ノズル３および裏
面処理液ノズル５には、エッチング液供給源からのエッ
チング液がエッチング液供給バルブ６を介して供給でき
るようになっている。また、表面処理液ノズル３および
裏面処理液ノズル５には、純水供給源からの純水が純水
供給バルブ７を介して供給できるようになっている。さ
らに、ウエハＷの中央領域に純水を供給する純水ノズル
４には、純水供給源からの純水が純水供給バルブ８を介
して供給できるようになっている。

【００１９】回転駆動機構２によってスピンチャック１
を鉛直軸線回りに回転駆動する一方で、表面処理液ノズ
ル３および裏面処理液ノズル５からエッチング液を供給
すると、ウエハＷの表面の周縁部における不要な薄膜ま
たは金属イオンをエッチング除去することができ、ウエ
ハＷの裏面における不要な金属イオンを洗浄除去するこ
とができる。この時、純水ノズル４からウエハＷの中央
領域に純水を供給することにより、ウエハＷの表面のデ
バイス形成領域を純水膜によって保護することができ、
デバイス形成領域に形成された銅薄膜等の薄膜がエッチ
ングされることを防止できる。

【００２０】図２は、スピンチャック１の斜視図であ
る。スピンチャック１は、ウエハＷの裏面の中央領域に
接触して基板を保持する円形の基板保持面１１ａを有す
る基板保持部１１と、この基板保持部１１の下方に結合
された回転羽根部１２と、回転羽根部１２の下面に結合
された回転軸１３とを備えている。回転軸１３は、上端
に大径部１３ａを有していて、この大径部１３ａに回転
羽根部１２が結合されている。

【００２１】回転軸１３は、鉛直方向に沿って配置され
た中空の軸であり、回転駆動機構２からの回転力が与え
られるようになっている。回転軸１３の内部は、不活性
ガスとしての窒素ガスが窒素ガス供給源から窒素ガス供
給バルブ９（図１参照）を介して供給される窒素ガス流
通路１０を形成している。この窒素ガス流通路１０から
の窒素ガスは、回転羽根部１２と基板保持部１１との間
に形成された吹き出し口１４から、回転半径方向に向か
って放射状に吹き出されることになる。

【００２２】吹き出し口１４から吹き出された窒素ガス
は、ウエハＷの裏面の周辺部からウエハＷの外方に向か
う気流１５を形成する。この気流１５により、ウエハＷ
は、ベルヌーイの原理に従う力を受けて、基板保持面１
１ａに押しつけられることになる。基板保持面１１ａに
は環状の溝１６（この実施形態では同心円状に２本形成
されている。）が形成されている。この環状溝１６内に
は、間隔をあけて複数箇所に吸引管１７が開口してい
る。

【００２３】回転羽根部１２は、放射状に形成された複
数枚の回転羽根１８を有していて、スピンチャック１の
回転に伴って、吸引管１７の内部を排気して回転半径方
向外方へと空気を吹き出すポンプ作用を生じる。これに
より、スピンチャック１の回転に伴い、吸引管１７の内
部に負圧が生じるから、ウエハＷの裏面の中央部を基板
保持面１１ａに吸着保持することができる。図３は、ス
ピンチャック１の縦断面図であり、図４はその平面図で
ある。また、図５は、図３のＶ−Ｖ線断面図であり、図
６は図３のVI−VI線断面図であり、図７は図３のVII−V
II線断面図である。

【００２４】回転羽根部１２は、円板状の上板部２１
と、この上板部２１に対向配置された円板状の下板部２
２とを、回転羽根１８で結合して構成されている。回転
羽根１８は、環状溝１６よりも回転半径方向外方に対応
する位置から、回転半径方向外方に向かって放射状に延
びて複数本形成されている。各回転羽根１８は、回転半
径方向外方に向かうに従ってスピンチャック１の回転方
向とは反対側に湾曲する形状を有している。隣接する回
転羽根１８，１８間には、回転半径方向外方に向かうに
従って流路断面積が増大する排気路２３が形成されてい
る。

【００２５】この排気路２３は、図６に最もよく表わさ
れているように、環状溝１６の下方の空間２４と連通し
ている。吸引管１７は、この空間２４と連通するよう
に、上板部２１および基板保持部１１を貫通して形成さ
れている。一方、回転羽根１８の肉厚内には、スピンチ
ャック１の回転軸線に沿う鉛直方向に沿って窒素ガス通
路２５が形成されている。この窒素ガス通路２５は、基
板保持部１１と回転羽根部１２との間の窒素ガス通路２
６を介して、吹き出し口１４に連通している。また、窒
素ガス通路２５は、回転軸１３の上端の大径部１３ａと
回転羽根部１２の下板部２２との間に形成されたガス室
２７に連通している。

【００２６】これにより、回転軸１３内の窒素ガス流通
路１０を介して供給される窒素ガスは、ガス室２７から
窒素ガス通路２５，２６を経て、吹き出し口１４から吹
き出されることになる。吹き出し口１４は、基板保持部
１１の周縁部と回転羽根部１２とを周方向に間隔をあけ
た複数箇所で結合するリブ部２８の間に規定されてい
て、回転羽根部１２の上板部２１に沿って、窒素ガスの
気流１５を生成させる。

【００２７】このような構成により、吹き出し口１４か
ら吹き出される窒素ガスにより形成される気流１５によ
って、ベルヌーイの原理に従い、ウエハＷは基板保持部
１１の基板保持面１１ａに押しつけられることになる。
そして、スピンチャック１の回転に伴って回転羽根部１
２が回転すると、回転羽根１８がポンプ作用を生じて、
吸引管１７内およびこれに連通している環状溝１６内に
負圧が生じる。これによって、ウエハＷは基板保持部１
１の基板保持面１１ａに吸着保持されることになる。

【００２８】以上のように、この実施形態によれば、真
空ポンプやエジェクタ等の真空発生装置を用いることな
く、ウエハＷを基板保持部１１に吸着保持することがで
きる。スピンチャック１が静止している時および低速回
転している時には、回転羽根部１２によるポンプ作用を
期待できないから、ウエハＷを基板保持部１１に吸着保
持することはできない。しかし、吹き出し口１４からウ
エハＷの裏面の周辺部に対してその外方に向かって吹き
出される窒素ガスの気流１５により、ベルヌーイの原理
に従い、ウエハＷを基板保持部１１上に良好に保持する
ことができる。こうして、処理液対策に伴うコスト増加
の問題を克服しつつ、低速回転時および高速回転時に関
わらず、ウエハＷを良好な信頼性で保持することができ
る。

【００２９】図８は、この発明の他の実施形態に係る基
板処理装置の構成を説明するための斜視図である。この
図８において、上述の図２に示された各部に対応する構
成部分には、図２の場合と同一の参照符号を付して示
す。この実施形態では、ウエハＷをスピンチャック１の
基板保持部１１上に位置決めして配置するための位置決
め機構３０が設けられている。この位置決め機構３０
は、スピンチャック１の回転軸１３に沿う鉛直方向に昇
降する昇降台３１と、この昇降台３１を昇降駆動するた
めの昇降駆動機構３２と、昇降台３１の上面に固定され
たブラケット３３を介して昇降台３１上に立設された位
置決めガイド３４とを備えている。

【００３０】位置決めガイド３４は、等角度間隔で複数
個（この実施形態では３個）設けられている。各位置決
めガイド３４は、その上端に、上方に向かうに従ってス
ピンチャック１の回転半径方向外方側に後退する案内傾
斜面３４ａを有している。昇降駆動機構３２は、図示し
ない搬送ロボットによって未処理のウエハＷが当該基板
処理装置に搬入される時に、昇降台３１を上方位置に配
置する。これにより、スピンチャック１に受け渡される
ウエハＷは、案内傾斜面３４ａによってその端面が案内
されながら基板保持部１１の基板保持面１１ａ上に載置
される。したがって、基板保持面１１ａに載置された
時、ウエハＷはその中心がスピンチャック１の回転軸線
上に位置するように位置合わせされた状態となってい
る。その後、昇降駆動機構３２は、昇降台３１を下降さ
せ、位置決めガイド３４を下方位置に退避させる。

【００３１】位置決め機構３０によるウエハＷの位置決
めは、図示しない搬送ロボットが基板保持部１１にウエ
ハＷを受け渡した後に行うこともできる。すなわち、基
板保持部１１にウエハＷが載置された後に、昇降駆動機
構３２が昇降台３１を上昇位置に導くと、その過程で、
ウエハＷの端面が案内傾斜面３４ａに当接し、基板保持
面１１ａ上でスライド移動する。これによって、ウエハ
Ｗを基板保持面１１ａ上の所定位置に導くことができ
る。その後、昇降駆動機構３２は、昇降台３１を下降さ
せて、位置決めガイド３４を下方の退避位置へと導くこ
とになる。

【００３２】窒素ガス供給バルブ９（図１参照）は、位
置決め機構３０によってウエハＷの位置決めが行われた
後に開成されて、吹き出し口１４からの気流を生じさせ
る。これにより、ウエハＷの位置決め後に、ベルヌーイ
の原理に従う力によって、ウエハＷが基板保持面１１ａ
に押しつけられて保持されることになる。以上、この発
明の２つの実施形態について説明したが、この発明は、
他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実
施形態では、ウエハＷの周縁部に対して選択的にエッチ
ング処理を行う基板処理装置を例にとって説明したが、
ウエハＷの表面（上面）の全域にわたって処理液（薬液
または純水）による処理を施す基板処理装置にもこの発
明を適用することができる。この場合、処理液ノズル
は、図１の純水ノズル４の位置に配置されるのが適当で
ある。

【００３３】また、上記の実施形態では、回転羽根部１
２は放射状に設けられた複数枚の回転羽根１８を有する
構成となっているが、回転羽根１８の代わりに、回転中
心から半径方向外方に向かうに従って流路断面積が増大
する管状の空気流路をスピンチャック内に放射状に形成
することによっても、スピンチャックの回転に伴ってポ
ンプ作用を生じさせることができる。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。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る基板処理装置の図
解図である。

【図２】上記基板処理装置に備えられたスピンチャック
の斜視図である。

【図３】上記スピンチャックの縦断面図である。

【図４】上記スピンチャックの平面図である。

【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】図３のVI−VI線断面図である。

【図７】図３のVII−VII線断面図である。

【図８】この発明の他の実施形態に係る基板処理装置の
構成を説明するための斜視図である。

【符号の説明】

１ スピンチャック ２ 回転駆動機構 ３ 表面処理液ノズル ４ 純水ノズル ５ 裏面処理液ノズル ６ エッチング液供給バルブ ７ 純水供給バルブ ８ 純水供給バルブ ９ 窒素ガス供給バルブ １０ 窒素ガス流通路 １１ 基板保持部 １１ａ 基板保持面 １２ 回転羽根部 １３ 回転軸 １４ 吹き出し口 １５ 窒素ガスの気流 １６ 環状溝 １７ 吸引管 １８ 回転羽根 ２１ 上板部 ２２ 下板部 ２３ 排気路 ２５ 窒素ガス通路 ２６ 窒素ガス通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２３Ｆ 1/08 １０２ Ｃ２３Ｆ 1/08 １０２ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６４３ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６４３Ａ 21/306 21/306 Ｊ Ｆターム(参考） 3B201 AA02 AA03 AB01 AB47 BB22 BB92 BB93 4D075 AC79 AC82 AC84 AC86 AC94 AC95 BB14Y BB20Z BB66Z DA06 DB13 DC21 DC22 DC24 EA05 EB01 4F042 AA02 AA07 AA08 AB00 BA08 CC04 CC09 DA01 DF09 DF28 DF32 DF36 EB09 EB21 EB28 ED05 4K057 WA11 WB04 WM11 WM20 WN01 5F043 AA26 BB18 BB27 EE07 EE08 EE35

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板を保持して回転する基板回転手段と、 この基板回転手段によって回転される基板に対して処理
   液を供給する処理液供給手段とを含み、 上記基板回転手段は、 基板の一方面の中央部に接触して基板を保持する基板保
   持面と、 この基板保持面で開口する吸引管と、 この吸引管に接続され、上記基板回転手段の回転によっ
   て、上記吸引管内部に負圧を発生させる負圧発生手段
   と、 上記基板保持面に保持された基板の上記一方面の周辺部
   に対して、基板の外方に向かうように気体を噴出させる
   気体噴出手段とを備えていることを特徴とする基板処理
   装置。
2. 【請求項２】上記負圧発生手段は、上記基板回転手段に
   一体的に設けられ、上記基板回転手段の回転に伴って、
   上記吸引管の内部を排気するポンプ作用を生じる排気部
   材を含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装
   置。
3. 【請求項３】上記排気部材は、回転羽根を含むことを特
   徴とする請求項２記載の基板処理装置。
4. 【請求項４】上記基板保持面上の所定位置に基板を位置
   決めするための基板位置決め機構をさらに含むことを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理
   装置。
5. 【請求項５】上記基板処理装置は、上記基板回転手段に
   より回転される基板の周縁部の不要物を除去するための
   ものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれ
   かに記載の基板処理装置。
6. 【請求項６】上記基板処理装置は、上記基板回転手段に
   より回転される基板の周縁部に形成された不要な薄膜を
   エッチング除去するためのものであることを特徴とする
   請求項５記載の基板処理装置。
7. 【請求項７】上記処理液供給機構は、上記基板回転手段
   に保持された基板の周縁部にエッチング液を供給するエ
   ッチング液供給機構を含むことを特徴とする請求項５ま
   たは６記載の基板処理装置。
8. 【請求項８】基板回転手段の基板保持面によって、基板
   の一方面の中央部に接触して当該基板を保持する工程
   と、 上記基板回転手段の回転を利用して、上記基板保持面で
   開口する吸引管の内部に負圧を発生させる工程と、 上記基板の一方面の周辺部に対して、基板の外方に向か
   うように気体を噴出させる工程と、 上記基板回転手段に保持されて回転されている基板に処
   理液を供給する工程とを含むことを特徴とする基板処理
   方法。