JP2006019350A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 反応で生じる気泡を利用することにより、処理時間の短縮を図りつつも処理の面内均一性を高めることができる。
【解決手段】 インラインヒータ１９で処理液を９０℃に加熱して内槽３に供給し、その中に基板Ｗを浸漬する。すると、基板Ｗの回路等形成面側の反対側からは、処理液中に微小気泡が大量に発生し、起立姿勢の基板Ｗ面を上昇してゆく。したがって、激しい上昇液流が生じるので、基板Ｗの全面にわたり処理液が常に撹拌されることになり、基板Ｗが化学的に研磨されて均一性高く厚みが薄くされる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板に対して処理液による処理を行う基板処理装置に関する。

従来から、半導体ウエハの表面を研磨する装置として、研磨定盤を直接半導体ウエハの表面に押し当てて、半導体ウエハの表面を研磨するCMP研磨装置がある（例えば、特許文献１参照）。このCMP研磨装置を使って、回路が形成された表面とは反対側にあたる基板裏面が研磨定盤により研磨される。このようにして基板の厚みが薄くされた後に、基板はダイシング等の後工程に送られる。
特開２００４−１４９９９号公報（図１）

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。

すなわち、従来の装置では、研磨定盤を直接半導体ウエハに接触させて研磨しているので、面内均一性を高めるためには処理時間がかかるという問題がある。また、半導体ウエハの表面に研磨定盤の押し当てる力が強くなった場合、半導体ウエハが破損してしまうという問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムを含む処理液を所定の温度にして、基板と処理液の反応で生じる気泡を利用することにより、処理時間の短縮を図りつつも処理の面内均一性を高めることができる基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。

すなわち、請求項1に記載の発明は、基板に所定の処理を行う基板処理装置において、基板を保持する保持機構と、前記保持機構に保持された基板に水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムを含む処理液を供給する供給機構と、処理液を６０℃〜１００℃に加熱する加熱機構とを備え、前記加熱機構により６０℃〜１００℃に加熱された処理液により基板の処理を行うことを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項1に記載の発明によれば、加熱機構により水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムを含む処理液を６０℃〜１００℃に加熱し、この加熱処理された処理液で基板の処理を行うので、基板と基板表面との反応による微小気泡（マイクロバブル）が大量に発生する。大量の微小気泡は、基板の全面にわたって下方から上方に向かうので、基板の全面にわたり処理液が常に撹拌されることになる。その結果、基板面の全体に触れている処理液が頻繁に活性度の高い周囲の処理液で置換されるので、処理時間を短縮することができつつも面内均一性を向上することができる。また、基板に研磨定盤が直接当たるようなこともないので、基板が破損することもない。

なお、ここでいう処理とは、半導体ウエハ等の基板の研磨処理である。また、処理液としては、水酸化カリウムの他に、水酸化ナトリウムまたはフッ化水素酸を含むものがある。

本発明において、加熱機構により加熱される処理液の温度は、８０〜１００℃の範囲であることが好ましい（請求項２）。従来の加熱温度よりも高い８０〜１００℃の範囲で加熱すると、基板と処理液が激しく反応して微小気泡が大量発生する。１００℃を超える温度では、加熱手段の構成上、実現することが困難ある。

また、本発明において、処理液を貯留するとともに前記保持機構に保持された基板を収容する内槽と、この内槽から溢れた処理液を回収する外槽とを備え、前記外槽で回収された処理液を前記内槽に循環させる循環路を備え、前記保持機構は、前記内槽内において基板を保持し、前記供給機構は、前記内槽へ処理液を供給することが好ましい（請求項３）。循環式により加熱された処理液を効率的に使用できる。

また、本発明において、前記加熱機構は、フッ素樹脂で表面がコーティングされたヒータを備え、前記循環路に設けられていることすることが好ましい（請求項４）。フッ素樹脂により、処理液に対する耐性を備えることができつつも、循環路を流通する処理液を所定温度に加熱することができる。

なお、本明細書は、次のような基板処理方法に係る発明も開示している。

（１）処理液を貯留している処理槽に基板を浸漬させて処理を行う基板処理方法において、
水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムを含む処理液を６０℃〜１００℃にする工程と、
処理液の温度を前記所定温度に維持したまま処理液により基板を処理する工程と、
を備えていることを特徴とする基板処理方法。

前記（１）に記載の発明によれば、反応による微小気泡（マイクロバブル）が大量に発生する所定温度（６０℃〜１００℃）で処理液を加熱し、その温度を維持したまま基板を処理する。このとき、大量の微小気泡は基板の全面にわたって下方から上方に向かうので、基板の全面にわたり処理液が常に撹拌されることになる。その結果、基板面の全体に触れている処理液が頻繁に活性度の高い周囲の処理液で置換されるので、処理時間を短縮することができつつも面内均一性を向上することができる。

（２）前記（１）に記載の発明において、前記所定温度は、８０℃〜１００℃の範囲であることが好ましい。８０℃〜１００℃の範囲で加熱すると、基板と処理液が激しく反応して微小気泡が大量発生する。

本発明に係る基板処理装置によれば、発生した大量の微小気泡は、基板の全面にわたって下方から上方に向かうので、基板の全面にわたり処理液が常に撹拌される。したがって、ポンプや処理槽形状等を調節しなくても、基板面の全体に触れている処理液が頻繁に活性度の高い周囲の処理液で置換されるので、処理時間を短縮することができつつも面内均一性を向上することができる。また、基板に研磨定盤が直接当たるようなこともないので、基板破損を防止できる。

以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

図１は、実施例に係る基板処理装置の概略構成を示すブロック図である。

この基板処理装置は、処理液に基板Ｗを浸漬して、耐薬品性ワックスが塗布されていない面側を化学的に研磨するものである。処理槽１は、処理液を貯留する内槽３と、この内槽３から溢れた処理液を回収するための外槽５を備えている。内槽３の底面には、処理液を内槽３内へ導入するための導入口７が形成されており、導入口７の上方には、整流板９が取り付けられている。この整流板９は、複数の細かい孔が全面にわたって形成されており、導入口７から導入された処理液の流れを整えて内槽３の基板Wへ導く。なお、耐薬品性の関係上、処理液が触れる部分は、全てフッ素樹脂で構成されていることが好ましい。

外槽５の底部には、外槽５から処理液を排出するための排出口１１が形成されている。この排出口１１と導入口７には、本発明の循環路に相当する循環配管１３が連通接続されている。循環配管１３には、上流側からポンプ１７と、インラインヒータ１９とが設けられている。また、排出口１１とポンプ１７との間の循環配管１３には、分岐管２８が設けられており、この分岐管２８に設けられた開閉弁２９の操作によって外槽５に貯留した処理液が循環配管１３及び分岐管２８を介して排液される。

処理液供給源２５には、処理液を内槽３へ供給するための処理液供給配管２６が連通接続されている。この処理液供給配管２６に設けられた開閉弁２７の操作によって内槽３へ処理液が供給される。また、純水供給源３１には、純水を内槽３へ供給するための純水供給配管３２が連通接続されている。この純水供給配管３２設けられた開閉弁３３操作によって内槽３へ純水が供給される。本実施例における処理液供給源２５は、シリコン基板と反応してその裏面を化学的に研磨する作用を備えている水酸化カリウム（ＫＯＨ）を含んだ処理液を貯留している。

インラインヒータ１９は、発熱体であるヒータが耐薬性の高いフッ素樹脂でコーティングされて構成されている。ヒータは、循環配管１３中に配置されており、ポンプ１７で循環されている処理液に対して熱を与える。インラインヒータ１９は、フッ素樹脂コーティングされているので、処理液に対する耐性を備えることができつつ、循環配管１３を流通する処理液を所定温度に加熱することができる。

ここで上記の所定温度について図２を参照しながら説明する。なお、図２は、水酸化カリウムを含む処理液による処理レート（研磨レート）の温度依存性を示すグラフである。

このグラフは、水酸化カリウムと純水とを混合して得られる処理液を用いた例を示している。その水酸化カリウムの濃度は、およそ４０重量％である。また、このグラフは、このような組成の処理液の温度を変えつつ、シリコン基板を処理した際の処理レートを測定して、処理レートの対温度でグラフ化したものである。このグラフから、温度５０℃を基準にすると、温度が８０℃の場合には約９倍になり、温度が１００℃の場合には約１７倍もなり、温度を高くするのに応じてエッチングレートが飛躍的に高くなることがわかる。このような温度特性及び装置構成等を鑑みて、６０℃〜１００℃の処理液ならばある程度のエッチングレートが得られることがわかる。つまり、６０℃未満の場合には、従来例と同様に微小気泡が大量に発生することがなく、処理レートが低いので、処理に長時間を要して不適切である。また、上記の所定温度は、例えば、８０〜１００℃の範囲で任意に設定することがさらに好ましい。なお、１００℃を超える場合には、インラインヒータ１９の負荷が増大して負担が大きくなり過ぎて好ましくないからである。

なお、インラインヒータ１９の高温耐久性等を勘案しても実用的である場合には、所定温度として１１０℃を選択してもよい。実用的であるか否かとは、例えば、温度の制御が所望精度範囲で可能か、処理液やヒータの寿命が極端に短くならないか等に基づき判断する。

上記の所定温度で処理液を加熱し、基板Ｗを処理液中に浸漬させた場合には、例えば、図３に示すようになる。なお、図３は、処理中の状態を示す模式図である。

すなわち、高温の処理液が基板Ｗ面と激しく化学反応を起こし、水素ガスを含んだ微小な気泡Ｍｂ（マイクロバブル）が大量に発生する。発生した大量の微小気泡Ｍｂは、起立姿勢の基板Ｗ面を上昇してゆき、処理液の液面に滞留する。この流れによって激しい上昇液流が生じるので、基板Ｗの全面にわたり処理液が常に撹拌されることになる。したがって、ポンプ１７や内槽３の形状等を調節しなくても、基板Ｗの全面に触れている処理液が頻繁に活性度の高い周囲の処理液で置換されるので、処理時間を短縮することができつつも面内均一性を向上することができる。

処理対象である基板Ｗは、搬送機構３４より昇降される。この搬送機構３４、鉛直方向に長辺を有する背板３５と、この背板３５の下端部で水平方向に延出された三本の保持部材３７とを備えている。保持部材３７には、上部に基板Ｗの端面を当接支持するための複数の溝が形成されている。さらに、図示しない押さえ具を備え、処理液中における基板Ｗの浮きを防止する。このような搬送機構３４、図１中に示すように内槽３内にあたる「処理位置」と、内槽３の上方にあたる「受け渡し位置」との間を昇降可能に構成されている。

次に、図４を参照して、上記構成を備えた装置による処理について説明する。なお、図４は、処理の流れを示すフローチャートである。処理対象である基板Ｗは、回路等形成面側に耐薬品性のワックスやテープが被着されているものとする。

ステップＳ１
まず、開閉弁２９を閉の状態にしたまま、開閉弁２７を開にして、処理液供給源２５から処理液供給配管２６を介して内槽３へ処理液を供給しつつ、開閉弁３３を開にして、純水供給源３１から処理液供給配管３２を介して内槽３へ純水を供給する。さらに、ポンプ１７を作動させるとともに、インラインヒータ１９を所定温度に設定する。なお、ここでの所定温度は、例えば、９０℃である。これにより、処理液は循環配管１３を通ってインラインヒータ１９で加熱され、導入口７を通って内槽３へ供給される。内槽３から溢れた処理液は、外槽５で回収されるとともに循環配管１３に戻る。この後、処理液は再びポンプ１７で送られるとともにインラインヒータ１９で加熱されて循環される。

ステップＳ２
処理対象の基板Ｗを搬送機構３４に載置するとともに、内槽３内の処理位置に下降させる。これにより基板Ｗは、処理液中に浸漬される。

ステップＳ３
基板Ｗを処理液中に所定時間だけ維持する。所定時間は、設定した所定温度、処理液組成、基板Ｗの種類、研磨したい厚み等を考慮して設定すればよいが、例えば、５００μｍ研磨する場合は１時間程度である。このとき、基板Ｗの回路等形成面側の反対側からは、図３に示したように処理液中に微小気泡Ｍｂが大量に発生し、起立姿勢の基板Ｗ面を上昇してゆく。したがって、激しい上昇液流が生じるので、基板Ｗの全面にわたり処理液が常に撹拌されることになり、基板Ｗが化学的に研磨されて均一性高く厚みが薄くされる。

ステップＳ４
所定時間が経過すると、開閉弁２７及び開閉弁２９を開放する。これにより、純水供給源３１から内槽３内へ純水が注入されながら、外槽５、循環配管１３、及び分岐管２８を介して内槽３に貯留されていた処理液が排出され、内槽３内が処理液から純水に置換される。

ステップＳ５
上記の状態を所定時間だけ維持することにより、基板Ｗを純水で洗浄する。このときの所定時間は、例えば、２０分程度である。

ステップＳ６
搬送機構３４を処理位置から受け渡し位置まで上昇させる。これらの一連の処理により、基板Ｗに対してバックポリッシュ処理（シンニング処理とも称される）が施される。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、処理液に水酸化カリウムを含むものを例に採って説明したが、例えば、これに代えて水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）であっても本発明を適用することができる。

（２）上述した実施例では、循環式の基板処理装置を例示したが、非循環式の基板処理装置であっても本発明を適用可能である。

（３）上述した実施例では、円形状の基板Ｗを例に説明しているが、その他の形状、例えば、矩形状の基板Ｗであっても同様に処理が可能である。

実施例に係る基板処理装置の概略構成を示すブロック図である。 水酸化カリウムを含む処理液による処理レートの温度依存性を示すグラフである。 処理中の状態を示す模式図である。 処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

Ｗ … 基板
１ … 処理槽
３ … 内槽
５ … 外槽
７ … 導入口
９ … 整流板
１１ … 排出口
１３ … 循環配管
１９ … インラインヒータ
２５ … 処理液供給源
３４ … 搬送機構
Ｍｂ … 微小気泡

Claims (4)

1. 基板に所定の処理を行う基板処理装置において、
   基板を保持する保持機構と、
   前記保持機構に保持された基板に水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムを含む処理液を供給する供給機構と、
   処理液を６０℃〜１００℃に加熱する加熱機構とを備え、
   前記加熱機構により６０℃〜１００℃に加熱された処理液により基板の処理を行うことを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記加熱機構により加熱される処理液の温度は８０℃〜１００℃の範囲であることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または２に記載の基板処理装置において、
   処理液を貯留するとともに前記保持機構に保持された基板を収容する内槽と、この内槽から溢れた処理液を回収する外槽とを備え、
   前記外槽で回収された処理液を前記内槽に循環させる循環路を備え、
   前記保持機構は、前記内槽内において基板を保持し、
   前記供給機構は、前記内槽へ処理液を供給することを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項３に記載の基板処理装置において、
   前記加熱機構は、フッ素樹脂で表面がコーティングされたヒータを備え、前記循環路に設けられていることを特徴とする基板処理装置。
   

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