JP2003303804A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
る。 【解決手段】スピンチャックによってウエハWを回転軸
線A回りに回転させる一方で、ウエハWの下面に向け
て、固定ノズル90から処理液(エッチング液)Lを供
給する。固定ノズル90は、回転軸線Aに対して傾斜角
αで傾斜した吐出管部91Aを有している。そのため、
吐出口92からは、傾斜角αで処理液Lが吐出される。
この処理液Lは、ウエハWの下面において、回転軸線A
から約5mmずれた位置に当たる。ウエハWの下面にお
いて処理液Lが当たる位置は、ウエハWの回転に伴っ
て、刻々と変化する。
Description
ておく一方で、この基板にエッチング液を供給すること
によって、この基板の表面処理を行うための基板処理装
置に関する。処理対象の基板には、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パネル用
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、フォトマスク用基板などの各種
の基板が含まれる。
は、基板に処理液(薬液または純水)を供給して基板の
表面処理を行うための基板処理装置が用いられる。たと
えば、基板の表面を洗浄したり、基板表面の周縁部を選
択的にエッチングする処理(ベベルエッチング処理)に
は、基板を1枚ずつ処理する枚葉型の基板処理装置が用
いられる。
えば、基板を水平に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基板の下面中央に
向けてエッチング液を供給する中心軸ノズルとを備えて
いる。スピンチャックは、たとえば、円盤状のスピンベ
ースと、このスピンベースの周縁部に立設され、基板の
端面に当接して基板を挟持するチャックピンと、スピン
ベースの中央下面に結合される回転軸とを備えている。
回転軸は、鉛直上方に沿って配置される中空軸であっ
て、この回転軸内に中心軸ノズルが配置されるようにな
っている。この構成により、基板の下面側の空間をスピ
ンベースによって周辺雰囲気から遮蔽しつつ、この基板
の下面に対してエッチング液を供給することができる。
処理を行ったり、基板の下面からその端面を伝って表面
側に回り込むエッチング液により、基板表面の周縁部の
エッチング処理(ベベルエッチング処理)を行ったりす
ることができる。
では、中心軸ノズルから吐出されるエッチング液は、鉛
直上方に向かい、基板の回転中心に当たるようになって
いる。そのため、基板下面の回転中心においては、エッ
チング液が滞留することになり、その結果、基板下面の
回転中心部におけるエッチング処理が、他の領域に比較
して速く進行したり、逆に、進行が遅かったりする。そ
の結果、エッチング均一性がよくないという問題が生じ
る。
銅薄膜等の金属膜が形成されていて、この金属薄膜をエ
ッチング液(たとえば塩酸と過酸化水素水との混合液、
フッ酸と過酸化水素水との混合液、またはフッ酸と硝酸
との混合液)によってエッチング除去する場合には、エ
ッチング液が直接的にかつ連続的に当たることになる基
板下面の回転中心におけるエッチングの進行が速くな
る。これに対して、たとえば、基板の下面に形成された
ポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜またはシリコ
ン酸化膜を、フッ酸と硝酸との混合液をエッチング液と
して用いてエッチング除去する場合には、基板下面の回
転中心におけるエッチングの進行が遅くなる。
エッチング処理を行う時には、エッチング対象膜とその
下地膜との選択性が不十分であると、基板下面の回転中
心部のみ、または基板下面の回転中心部以外の領域にお
いて、下地膜の不所望なエッチングが生じ、半導体装置
や液晶表示装置などの欠陥を引き起こす原因となる虞れ
がある。処理対象の膜が酸化膜であって、この酸化膜を
希フッ酸でエッチングするプロセスにおいては、上記の
ような問題は少ないが、基板の回転速度が低い場合に
は、基板の回転中心から回転半径方向外方へのエッチン
グ液の広がりが遅くなるため、やはりエッチング均一性
が悪くなるという問題が生じる。
けるエッチング均一性を向上することができる基板処理
装置を提供することである。
目的を達成するための請求項1記載の発明は、基板
(W)を保持して回転させる基板回転保持手段(21,
22,30)と、この基板回転保持手段によって保持さ
れて回転される基板の回転軸線(A)上において、上記
基板に対して上記基板回転保持手段側に配置され、上記
基板回転保持手段に保持されて回転している基板の回転
中心から3〜20mm離れた位置に向けてエッチング液
を吐出する吐出口(92)を有するエッチング液吐出手
段(12,23,90)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。
に保持して回転させるものであってもよい。たとえば、
この基板回転保持手段は、基板をほぼ水平に保持した状
態で、それ自身が回転するものであってもよい。上記基
板回転保持手段は、基板をその下方から保持して回転さ
せるものであってもよいし、基板をその上方からほぼ水
平に保持して回転させるものであってもよい。
基板が水平に保持されている場合には、基板の上面に向
けてエッチング液を吐出するものであってもよいし、基
板の下面に向けてエッチング液を吐出するものであって
もよい。上記エッチング液吐出手段は、上記吐出口から
吐出されたエッチング液が基板回転保持手段に保持され
た基板の回転中心から3〜20mm離れた位置において
基板に当たるように構成されていることが好ましい。
の吐出口から吐出されるエッチング液は、基板の回転中
心に向かうのではなく、基板の回転中心から3〜20m
m離れた位置に向けて吐出される。これによって、基板
の回転に伴い、エッチング液の当たる位置が常時変動す
ることになる。その結果、基板表面(デバイスが形成さ
れた表面であってもよいし、その反対側の表面(裏面)
であってもよい。)の全域(エッチング液吐出手段の吐
出口に対向する基板表面の全域)においてエッチング処
理が均一に進行することになる。
エッチング液が当たるので、エッチング液には速やかに
遠心力が作用する。そのため、基板表面においてエッチ
ング液が速やかに広がるから、基板の回転速度が遅い場
合であっても、基板表面の全域を良好な均一性で処理で
きる。エッチング液吐出手段の吐出口が、基板の回転中
心から3mm未満の範囲に向けてエッチング液を吐出す
るように構成されていると、エッチング処理の均一性に
関する改善効果が少ない。また、エッチング液吐出手段
の吐出口が基板の回転中心から20mmを超えて離れた
位置にエッチング液を吐出するようにしてある場合に
は、基板の回転中心に対してエッチング液を供給するこ
とができなくなる虞れがある。
ら、基板の回転中心から3〜20mm離れた位置に向け
てエッチング液を吐出する構成であれば、エッチング液
が基板の表面に達した時のエッチング液の広がりによっ
て、基板の回転中心にエッチング液を供給することがで
き、かつ、基板の回転に伴うエッチング液の着液位置の
変動が大きくなるから、エッチング処理の均一性が改善
される。請求項2記載の発明は、上記エッチング液吐出
手段は、ただ1つの吐出口(92)を有することを特徴
とする請求項1記載の基板処理装置である。
の表面に向けてエッチング液が吐出されるので、基板の
表面におけるエッチング液の滞留が生じることがない。
これにより、エッチング処理の均一性をさらに改善する
ことができる。しかも、吐出口がただ1つであるので、
エッチング液供給経路を簡単にすることができるととも
に、エッチング液の漏洩防止のためのシールを行い易い
という利点がある。また、たとえば、基板回転保持手段
の回転軸を中空軸として、この回転軸内にエッチング液
供給路を設ける場合に、1本のエッチング液供給路を確
保すればよいので、回転軸を細くすることができるとい
う利点がある。
径が8mm以下であることを特徴とする請求項1または
2記載の基板処理装置である。この構成により、エッチ
ング液を基板上の所望の位置に確実に供給することがで
きる。たとえば、直径200mmの円形基板(たとえば
半導体ウエハ)を処理する場合には、吐出口の直径を約
4mmとすることが好ましい。また、直径300mmの
円形基板(たとえば半導体ウエハ)を処理する場合に
は、上記吐出口の直径は、約4.5mmとされることが
好ましい。
吐出手段は、上記吐出口に至るエッチング液供給路(2
3,91)を有し、このエッチング液供給路は、上記吐
出口に連通され、上記基板の回転軸線に対して傾斜して
形成された吐出管部(91A)を有していることを特徴
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。この構成によれば、吐出口に連設された吐出
管部が、基板の回転軸線に対して傾斜しているので、た
とえば基板の回転軸線上に設けた固定ノズル(90)か
ら、基板の回転中心から3〜20mm離れた位置に向け
てエッチング液を吐出する場合に、この固定ノズルの構
成を小型にすることができる。
管部を形成するとすれば、エッチング液供給路が基板の
回転軸線上にある場合には、エッチング液供給路を2回
にわたって屈曲させなければならないのに対して、吐出
管部を基板の回転軸線に対して傾斜して形成する場合に
は、エッチング液供給路を1回だけ屈曲させれば、基板
上の所望の位置に向けてエッチング液を吐出することが
できる。したがって、エッチング液吐出用ノズル(9
0)の加工が容易である。
半径方向外方側に向かって傾斜した方向からエッチング
液が当たるので、基板の表面におけるエッチング液の広
がりが速やかに生じる。これにより、基板の回転速度が
遅いときでも、基板の表面の全域における均一な処理を
期することができる。なお、エッチング液吐出用ノズル
を基板の回転軸線上に配置する場合、上記吐出管部の上
記回転軸線に対する傾斜角(α)は約20度とされるこ
とが好ましい。すなわち、吐出口からのエッチング液の
吐出方向が、基板の回転軸線に対して約20度の角度を
なしていることが好ましい。
手段は、上記基板に対向して基板との間の空間を制限す
る雰囲気遮断部(80)を備えてい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。この構成によれば、雰囲気遮断部によって基板の表
面付近の空間を制限した状態で、基板の表面に対するエ
ッチング処理を行うことができるので、処理品質を向上
することができる。
持手段側から基板表面にエッチング液を供給しようとす
ると、基板表面に対するエッチング液の供給は、基板の
回転軸線上の位置から行わざるを得ない。この場合に、
基板の回転中心から3〜20mm離れた位置に向けてエ
ッチング液を吐出することによって、基板の表面のエッ
チング処理を良好な均一性で行うことができる。上記エ
ッチング液吐出手段は、請求項6に記載のように、上記
基板回転保持手段に対する相対位置が不変の固定ノズル
(90)を含むものであってもよい。ただし、「相対位
置が不変」とは、基板回転保持手段が回転する一方で、
固定ノズルがその回転軸線上で非回転状態に保持される
場合を含む趣旨である。
回転保持手段は、中空の回転軸(30)を備えていても
よい。この場合に、上記エッチング液吐出手段は、上記
回転軸の内部を通って配置され、上記固定ノズルにエッ
チング液を供給するエッチング液供給管(23)を含む
ものであってもよい。
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説明する
ための図解的な断面図である。この基板処理装置は、基
板の一例としての半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」
という。)Wの裏面に形成された薄膜とウエハWの表面
の周縁部および端面に形成されている薄膜を同時に除去
することができるものである。この基板処理装置は、ウ
エハWをその裏面を下方に向けてほぼ水平に保持すると
ともに、この保持したウエハWのほぼ中心を通る鉛直軸
線回りに回転するスピンチャック21を処理カップ(図
示せず)の中に備えている。
てのモータ22の駆動軸に結合されて回転されるように
なっている。モータ22の駆動軸は、中空軸とされてい
て、その内部には、純水またはエッチング液を供給する
ことができる中心軸ノズルの形態をなす処理液供給管2
3が挿通されている。この処理液供給管23には、スピ
ンチャック21に保持されたウエハWの下面中央に近接
した位置に吐出口を有する固定ノズルが結合されてお
り、この吐出口からウエハWの下面に向けて、純水また
はエッチング液を供給する。
された純水供給バルブ11またはエッチング液供給源に
接続されたエッチング液供給バルブ12を介して、純水
またはエッチング液が所要のタイミングで供給されるよ
うになっている。エッチング液には、ウエハWの表面
(上面または下面)から除去しようとする薄膜の種類に
応じた種類のものが適用される。たとえば、ウエハWの
下面等から銅薄膜等の金属膜を除去するときには、たと
えば、塩酸と過酸化水素水との混合液、フッ酸と過酸化
水素水との混合液、またはフッ酸と硝酸との混合液がエ
ッチング液として用いられる。また、ポリシリコン膜、
アモルファスシリコン膜またはシリコン酸化膜をウエハ
Wから除去するときには、たとえば、フッ酸と硝酸との
混合液がエッチング液として用いられる。さらに、ウエ
ハW上の酸化膜を除去するときには、たとえば、希フッ
酸がエッチング液として用いられる。
ャック21に保持されたウエハWに対向する円盤状の遮
断板50が水平に設けられている。この遮断板50は、
ウエハWの上面のほぼ全域を覆うことができる大きさに
形成されていて、昇降駆動機構60に結合されたアーム
70の先端付近に、鉛直軸回りの回転が可能であるよう
に取り付けられている。昇降駆動機構60によって、遮
断板50をスピンチャック21に対して昇降させること
ができる。また、遮断板50は、回転駆動機構51によ
って、スピンチャック21の回転軸線と同一回転軸線上
で回転させることができるようになっており、また、不
活性ガスとしての窒素ガスを遮断板50とウエハWとの
間の空間に吐出することができるようになっている。窒
素ガスは、窒素ガス供給バルブ66から、窒素ガス供給
管65を介して、遮断板50の下面中央付近に設けられ
た窒素ガス吐出口(図示せず)へと導かれるようになっ
ている。また、必要に応じて、遮断板50の中央下面に
設けたノズルから、純水供給バルブ67からの純水をウ
エハWの上面に供給することができる。
転駆動機構に関連する構成を説明するための断面図であ
る。スピンチャック21は、円盤状のスピンベース80
を備えており、このスピンベース80の下面には、鉛直
方向に沿って、モータ22の回転軸30が固定されてい
る。この回転軸30は、上述のとおり、中空軸となって
いて、その内部に処理液供給管23が挿通している。ス
ピンベース80の回転中心部には、貫通孔80Aが形成
されていて、この貫通孔80Aを挿通するように、スピ
ンチャック21に対する相対位置が不変の固定ノズル9
0が設けられている。この固定ノズル90は、処理液供
給管23の上端部に結合されて固定されている。
80と、このスピンベース80の周縁部に設けられて、
ウエハWの周端面を挟持するとともに、このウエハWの
下面周縁部を支持する保持部材81とを備えている。こ
の保持部材81は、スピンベース80の周縁部において
その周方向に沿って間隔をあけて複数個(たとえば3
個)設けられている。このような構成によって、ウエハ
Wに処理を施す時には、スピンチャック21の保持部材
81でウエハWを挟持して保持するとともに、モータ2
2による中空回転軸30の回転駆動によって、スピンベ
ース80が鉛直方向に沿う回転軸線A回りに回転される
ことになる。これに伴い、ウエハWが、回転軸線A回り
に定速回転する。
ズル90は、回転軸30の内壁またはスピンベース80
の貫通孔80A等の内壁に対して一定のクリアランスを
保持して、静止状態にある。そして、エッチング液供給
バルブ12を開いて処理液供給管23にエッチング液を
供給すると、回転状態のウエハWの下面にエッチング液
が供給されることになる。このエッチング液は、ウエハ
Wの回転に伴う遠心力の作用により、ウエハWの回転半
径方向外方側へと、ウエハWの裏面を伝って導かれ、さ
らに、ウエハWの周端面を回り込んで、当該ウエハWの
表面の周縁部へと至る。
不要な薄膜(金属膜、ポリシリコン膜、酸化膜等)を除
去することができるとともに、ウエハWの周端面および
その表面の周縁部における同様な不要な薄膜を除去する
ことができる。このエッチング処理時において、スピン
ベース80は、ウエハWの下面を周辺雰囲気から遮断
し、エッチング処理の高品質化に寄与する。こうしてエ
ッチング処理を終了すると、エッチング液供給バルブ1
2が閉じられるとともに、代わって、純水供給バルブ1
1が開かれる。これによって、処理液供給管23から固
定ノズル90へと純水が導かれ、この純水がウエハWの
下面に供給される。この純水は、ウエハWの回転に伴う
遠心力によって、その回転半径方向外方側へと広がり、
ウエハWの周端面を経て当該ウエハWの表面の周縁部へ
と至る。こうして、ウエハWに付着したエッチング液が
洗い流される。
て、モータ22により、回転軸30が高速回転される。
これによって、ウエハWの表裏面に付着している水分が
除去されて、振り切り乾燥処理が行われる。ウエハWに
対するエッチング液供給時および純水供給時には、遮断
板50がウエハWに近接した下降位置にあって、かつ、
遮断板50の中央付近からは窒素ガスがウエハWの上面
に向けて吹き出されている。これによって、ウエハWの
中央領域(デバイス形成領域)にエッチング液が及ぶこ
とがなく、ウエハWの表面の周縁部における所定幅の領
域のみに対して、選択的にエッチング処理を施すことが
できる。
ための断面図である。固定ノズル90は、処理液供給管
23からの処理液が流通する処理液供給路91を内部に
有している。この処理液供給路91は、ウエハWの回転
軸線Aに対して所定の傾斜角α(この実施形態では約2
0度)で傾斜した処理液吐出管部91Aを有していて、
この処理液吐出管部91Aの出口が吐出口92となって
いる。この吐出口92は、その直径が、たとえば、4m
mとされている。
理液供給路91へと導かれた処理液Lは、傾斜して形成
された処理液吐出管部91Aを通ることによって、ウエ
ハWの回転軸線Aに対して約20度の角度をなす方向に
向けて吐出される。すなわち、ウエハWの下面には、ウ
エハWの回転軸線Aに対して約20度の角度をなす方向
から処理液Lが導かれる。その結果、ウエハWの下面に
おける処理液Lの着液位置LPは、ウエハWの回転軸線
Aから所定距離(たとえば約5mm)ずれた位置とな
る。
ウエハWの下面に沿って拡がり、さらにウエハWの回転
に伴う遠心力によって、ウエハWの回転半径方向外方側
へと導かれることになる。処理液Lの着液位置LPが、
ウエハWの回転中心からずれていることによって、ウエ
ハWの下面において、固定ノズル90から吐出される処
理液Lがぶつかる位置は、ウエハWの回転に伴って刻々
と変動することになる。その一方で、処理液Lがウエハ
Wの下面にぶつかった時の処理液Lの拡がりにより、ウ
エハWの回転中心にも処理液Lが供給される状態とな
る。このような状態でウエハWのエッチング処理を行う
ことによって、ウエハWの表面(特に下面)の全域にお
いて均一にエッチング処理を施すことができる。
からずれており、かつ、ウエハWの表面に対して回転半
径方向外方側に向かって傾斜した方向から処理液Lがぶ
つかることから、ウエハWの下面の全域に処理液Lが速
やかに拡がる。したがって、ウエハWの回転速度が遅い
場合でも、ウエハWの下面に対する処理を均一に施すこ
とができる。以上、この発明の一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、固定ノズル90から吐出
された処理液Lは、ウエハWの回転軸線Aに対して約5
mmずれた位置にぶつかるようになっているが、ウエハ
Wの回転中心から3〜20mm離れた位置に処理液Lが
ぶつかるようにしておけば、同様な効果を達成すること
ができる。
直径が約4mmであることとしたが、この直径は、たと
えば直径200mmのウエハWの処理に適した値であ
り、直径が300mmのウエハWが処理される場合に
は、吐出口92の直径を約4.5mmとすることが好ま
しい。一般に、吐出口92の直径は、8mm以下の範囲
で、良好なエッチング処理が可能な条件を満たすように
設定すればよい。さらに、上記の実施形態では、ウエハ
Wを下方から保持してその下面にエッチング液を供給し
て処理する基板処理装置について説明したが、この発明
は、ウエハWを上方から保持するとともに、このウエハ
Wの上面に向けて処理液を供給する構成についても適用
することができる。
なく、垂直に保持されてもよいし、傾斜状態で保持され
てもよい。また、上記の実施形態では、円形基板である
半導体ウエハに対してエッチング処理を施す基板処理装
置を例にとったが、この発明は、液晶表示装置用ガラス
基板やプラズマディスプレイ用ガラス基板のような角形
基板に対してエッチング処理を施す場合にも適用するこ
とができる。
の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
成を説明するための図解的な断面図である。
する構成を説明するための断面図である。
る。
Claims (7)
- 【請求項1】基板を保持して回転させる基板回転保持手
段と、 この基板回転保持手段によって保持されて回転される基
板の回転軸線上において、上記基板に対して上記基板回
転保持手段側に配置され、上記基板回転保持手段に保持
されて回転している基板の回転中心から3〜20mm離
れた位置に向けてエッチング液を吐出する吐出口を有す
るエッチング液吐出手段とを含むことを特徴とする基板
処理装置。 - 【請求項2】上記エッチング液吐出手段は、ただ1つの
吐出口を有することを特徴とする請求項1記載の基板処
理装置。 - 【請求項3】上記吐出口は、直径が8mm以下であるこ
とを特徴とする請求項1または2記載の基板処理装置。 - 【請求項4】上記エッチング液吐出手段は、上記吐出口
に至るエッチング液供給路を有し、このエッチング液供
給路は、上記吐出口に連通され、上記基板の回転軸線に
対して傾斜して形成された吐出管部を有していることを
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。 - 【請求項5】上記基板回転保持手段は、上記基板に対向
して基板との間の空間を制限する雰囲気遮断部を備えて
い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。 - 【請求項6】上記エッチング液吐出手段は、上記基板回
転保持手段に対する相対位置が不変の固定ノズルを含む
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の
基板処理装置。 - 【請求項7】上記基板回転保持手段は、中空の回転軸を
備えており、 上記エッチング液吐出手段は、上記回転軸の内部を通っ
て配置され、上記固定ノズルにエッチング液を供給する
エッチング液供給管を含むことを特徴とする請求項1な
いし6のいずれかに記載の基板処理装置。
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