JP2006086384A

JP2006086384A - 基板処理装置

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Publication number: JP2006086384A
Application number: JP2004270578A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Iida; 義和飯田; Masayuki Fusano; 正幸房野; Makoto Kobayashi; 誠小林; Sakanobu Soneta; 栄悦曽根田
Original assignee: SES Co Ltd
Current assignee: SES Co Ltd
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2006-03-30
Also published as: CN101015049A; US20080264457A1; WO2006030561A1; CN100481368C; KR20070058466A; TW200616138A

Abstract

【課題】組立て時の吹出ノズルの調節を不要にして組立作業を簡単にした基板支持体を備えた基板処理装置を提供すること。
【解決手段】基板支持体２に被処理基板Ｗを載置し、この基板支持体２を回転させながら前記基板表面に処理液を滴下してその表面処理を行う基板処理装置１において、前記基板支持体２は、円形深皿状をなした基台３と、全体が円盤状をなし、その長手方向の断面が逆台形状で前記基台の上部開口に嵌め込まれた天板１０と、前記基台３又は前記天板１０の回転中心に設けられた中空の回転軸１５と、を備え、この嵌め込みにより互いに接触する前記天板１０の接触面１３及び前記基台３の上部開口の接触面５ａから選択される少なくとも一面には中空の回転軸１５から外方に向かって放射状に伸びた複数本のスリット状溝からなるガス吹出ノズル１４が形成されている基板処理装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハ、液晶表示装置用基板、記録ディスク用基板、或いはマスク用基板等の各種基板の表面処理を行う基板処理装置に係り、特に被処理基板を載置する支持体を改良した基板処理装置に関する。

半導体ウェーハ、液晶表示装置用基板、記録ディスク用基板、或いはマスク用基板等の各種基板の表面処理を行う基板処理装置は、２つの異なる方式、いわゆるバッチ式及び枚葉式を採用した基板処理装置に大別される。
このうちバッチ式を採用した基板処理装置は、多数枚の被処理基板、例えば半導体ウェーハ（以下、総称してウェーハという）をカセットにセットして、このカセットを処理槽に貯溜された処理液に浸漬して、これらのウェーハを一括して処理する装置であって、一度に大量のウェーハを処理できる利点を有している。
また、枚葉式を採用した基板処理装置は、１枚のウェーハを載置台に載置し、この載置台を回転させながら、ウェーハ表面に処理液を滴下して、ウェーハを１枚ずつ処理する装置であって、ウェーハを１枚ずつ処理するので、複数枚のウェーハ間の相互汚染を回避することができ、しかも使用する処理液の量も比較的少なくて済むという利点がある。

しかし、上述の枚葉式を採用した基板処理装置は、ウェーハの一面を処理、例えば洗浄した後に、ウェーハを反転させて他面を洗浄しなければならないので、片面の洗浄中に他面に洗浄液が回り込み、既に洗浄された面が汚れを含む洗浄液によって汚染されてしまう不具合がある。しかしながら、この不具合を解消した基板処理装置が開発され特許文献でも紹介されている（例えば、特許文献１参照）。

図４は、下記特許文献１に記載された基板処理装置の基板支持体を示す断面図である。
この基板支持体１００は、鉢形をした下方の部分１０２と、回転対称形をした上方部分１０１とを備え、これらの間に、ガス排出用のスペース（環状のノズル）１０３が形成された構成を有している。
この環状のノズル１０３は、上方部分１０１と下方部分１０２とによって形成される境界壁間において、基板支持体１００の上端面に対して鋭角となるように形成されている。
この環状のノズル１０３に供給されるガスは、ガス供給源（図示省略）から中空シャフト１０４及び複数の半径方向の孔１０５を通って供給され、このガスの供給により、被処理基板Ｗの洗浄時には、被処理基板Ｗの表面に滴下された洗浄液が裏面の非洗浄面へ回り込まないようにしている。

また、このような基板支持体において、環状のノズル隙間を調整できるようにした基板支持体も知られている（例えば、特許文献２参照）。
図５は、下記特許文献２に記載された基板支持体を示す断面図である。なお、この装置は、上記基板支持体１００とほぼ同じ構成を有しているので、共通する部分には、同一符号を付して説明を省略する。
この基板支持体１００'は、上方部分１０１と下方部分１０２との間に、間隔リング１０６を介在させて、この間隔リング１０６によって部分１０１及び部分１０２によって形成される隙間、すなわち環状のノズル１０３を調節可能としたものである。
この構成によれば、環状ノズルの隙間を調節することにより、被処理基板Ｗの洗浄時に、基板Ｗの表面に滴下された洗浄液が裏面に回り込まないように調節できる。

特公平５−１４７９１号公報（図１、第４頁右欄１８行〜第５頁左欄２２行参照）特表平１１−５１５１３９号公報（図３、第９頁第１０行〜２５行参照）

上記各特許文献１、２に記載された環状のノズルの隙間は、被処理基板Ｗの洗浄時に、基板Ｗの表面に滴下された洗浄液の裏面への回り込みを阻止するのに重要な役割を担っている。すなわち、基板洗浄時に、基板の表面に滴下された洗浄液の裏面への回り込みを阻止するために環状のノズルからガスが安定に且つ均一に噴射されなければならず、このためには、環状のノズルの隙間が一定になっていなければならない。
しかしながら、環状ノズルの隙間を一定にするには、部分１０１と部分１０２の対向面にそれぞれ精工な表面加工を施す必要があり、しかも、各部分間の隙間が一定になるようにして支持し固定しなければならないので、このための支持機構が必要となる。ところが、このような表面加工及び組立作業には、熟練した高度な技術を必要とし、隙間を一定に保持することが極めて難しく、また、組立て時に一定に保持されていても装置の運転中に変化し処理に不具合が生じる恐れがある。
この点、上記特許文献２に記載された基板支持体は、隙間調節手段が設けられ、この調節手段によって、隙間間隔の調節が可能であるが、調節手段として特別な部材が必要になり、また、このような調節手段によっても調整作業は容易ではない。

加えて近年、処理する基板、例えば半導体ウェーハは大口径化し、例えばその直径が３００ｍｍ以上のものを扱うとなると、さらなる高品質の処理が要求され、この要求を満たすためには上記の環状のノズルの隙間を一定に保持することがますます重要になってきている。よって、これまでの比較的小さな直径の基板を処理する装置の支持体をそのまま使用してもこれらの要求に応じられなくなっている。

本発明は、上記従来技術が抱える課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、組立て時の吹出ノズルの調節を不要にして組立作業を簡単にした基板支持体を備えた基板処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の基板処理装置は、基板支持体に被処理基板を載置し、この基板支持体を回転させながら前記基板表面に処理液を滴下してその表面処理を行う基板処理装置において、
前記基板支持体は、円形深皿状をなした基台と、全体が円盤状をなし、その長手方向の断面が逆台形状で前記基台の上部開口に嵌め込まれた天板と、前記基台又は前記天板の回転中心に設けられた中空の回転軸と、を備え、この嵌め込みにより互いに接触する前記天板の接触面及び前記基台の上部開口の接触面から選択される少なくとも一面には中空の回転軸から外方に向かって放射状に伸びた複数本のスリット状溝からなるガス吹出ノズルが形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置に係り、前記スリット状溝は、所定の幅、深さを有する凹状溝、半円形溝、角型溝の何れかで形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の基板処理装置に係り、前記スリット状溝は、幅又は深さの異なる第１、第２溝で形成し、これら第１、第２溝が交互に配列されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置に係り、前記基板支持体は、前記基台の被処理基板の載置面に所定高さの基板支持ピンを立設したことを特徴とする。

本発明は上記構成を備えることにより、以下に示す効果を奏する。すなわち、請求項１に記載の発明によれば、ガス吹出ノズルは、天板の接触面及び基台の上部開口の接触面から選択される少なくとも一面に設けたスリット状溝で構成されるので、天板を基台の開口に嵌め込むことによってガス導出路を形成することができる。したがって、従来技術のように、天板を基台の開口に嵌め込んで天板を開口内で所定間隔離して対向させた状態で隙間を形成する必要がなく支持機構が不要となることから、基板支持体の組立て作業が極めて簡単になる。
また、ガス吹出ノズルからのガス吹出量は、スリット状溝の形状によって決められるので、従来技術のように隙間の調節が不要で且つ吹出量を一定にし且つ均一に吹出させることが可能になり、運転中に処理液が非処理基板面（裏面）に回り込むことがなくなる。また、溝の本数及び形状を変更することにより、被処理基板の種々の処理仕様に合わせた吹出量に変更可能になる。
さらに、ガス吹出ノズルは、スリット状溝で構成されているので、ノズルの形成が極めて簡単にできる。

請求項２、３に記載の発明によれば、スリット状溝を所定の幅、深さを有する凹状溝、半円形溝、角型溝の何れかで構成することにより、溝の成形等が容易に行えるため吹出ノズルの形成が極めて簡単になる。
また、ガス吹出量は、これらのスリット状溝の形状によって決められるので、その本数及び形状を変更することにより、被処理基板の種々の処理仕様に合わせた処理が可能になる。

請求項に４記載の発明によれば、基台の被処理基板の載置面に所定高さの基板支持ピンを立設することにより、載置面と被処理基板間の隙間を均一に保持できる。したがって、この均一な隙間を利用して、被処理基板に均一なガスを供給できるようになり、被処理基板の非処理面を効率よく保護することが可能になる。
また、被処理基板の処理中に、例えばガス供給が止まったような場合、被処理基板が載置面に落下し、この面に張り付き、再びガス供給が開始されても離れなくなり、以後の処理ができず、また、無理に剥がそうとすると被処理基板を破損させてしまうことがある。しかし、支持ピンを設けることにより、被処理基板は載置面との間に常に隙間が形成されるようになり、このような不都合を解消できる。

以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための基板処理装置を例示するものであって、本発明をこの基板処理装置に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものも等しく適応し得るものである。

図１は、本発明の実施例に係る基板処理装置を示す断面図である。
この基板処理装置１は、各種被処理基板、例えばウェーハＷを支持し、気体を吹出す吹出口を有する吹出ノズル１４を有する基板支持体（以下、支持体という）２と、この支持体２を回動させる駆動手段２０と、ウェーハＷの表面に処理液を滴下する噴射ノズル２３とを備え、支持体２及び噴射ノズル２３は、処理カップ３０内に収容された構成を有している。
噴射ノズル２３は、処理カップ３０の外に設置されている処理液供給装置２５に配管２４により接続され、所定の処理液を供給できるようになっている。
また、処理カップ３０の上部には処理液回収用の上下動可能な多段カップ３２が設けられ、さらにこの処理カップ３０の底部には、使用済処理液を排出する排出口３１が設けられ、この排出口３１は、排液処理装置（図示省略）に配管により接続されている。

支持体２は、円形深皿状をなした基台３と、全体が円盤状をなしその長手方向の断面がほぼ逆台形状をした天板１０とを備え、基台３の上部開口５内に天板１０が嵌め込まれ、天板１０及び開口５の外周面がウェーハＷの載置面となる構成を有している。
基台３の上部外縁部は、平坦面４で形成され、この平坦面４にウェーハＷが載置される基板支持ピン８と、このウェーハＷの回転中の水平方向への移動を阻止する移動規制ピン９がウェーハＷの外周縁に接触するようにして設けられる。
基板支持ピン８を設けることにより、ウェーハＷが載置面に張り付き離れ難くなることを防止できる。すなわち、被処理基板の処理中に、例えばガス供給が止まったような場合、ウェーハが載置面に落下し、この面に張り付き、再びガス供給が開始されても、離れなくなり、以後の処理ができず、また、無理に剥がそうとすると被処理基板を破損させてしまうことがあるが、この支持ピンを設けることにより、ウェーハＷと載置面との間に隙間が形成されるので、このような不都合を解消できる。
また、これらの支持及び規制ピン８、９は、基台３の上部外縁部に３個以上をほぼ等間隔に設けることが好ましい。なお、ここでは基板支持ピン８及び移動規制ピン９は別部材としているが、１本のピン、例えば、支持部を背低にして段差を設けたピンとしてもよい。

また、基台３は、底部に所定大きさの開口及び深さを有する凹状窪み６と、この凹状窪み６から上方開口に向かって所定の角度、例えば１０度〜４５度の範囲内の角度θで傾斜した傾斜面５ａが形成される。この角度θは１２度が好ましい。
また、この凹状窪み６の中心部には下方に突き抜けた貫通穴７が形成される。この凹状窪み６を設けることにより、天板１０が開口５の空洞に嵌め込まれたとき、この凹状窪み６と天板１０との間で所定の大きさの空間が形成される。この空間には、装置の運転時に回転軸内を通って供給される気体が一時蓄えられる。また、貫通穴７には、後述する回転軸１５が挿入され固定される。

図２は天板の構成を示し、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の溝部分を拡大して示した要部拡大図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ線から切断した要部断面図、図３は天板の裏面を示す拡大平面図である。
天板１０は、全体が所定の厚みを有する円盤状をなし、且つ長手方向の断面がほぼ逆台形形状をなした板体で構成される。この逆台形形状は、図２に示すように、短長の下面１２と、比較的長い上面１１と、この下面１２及び上面１１を繋ぐ傾斜面１３とからなり、基台３の凹状窪み６に短長の下面１２が、平坦面４に平行な位置に上面１１が位置するようにして嵌め込まれる。
下面１２の面積は、基台３の凹状窪み６の上部開口とほぼ同じであり、また、下面の中心部（この部分は円盤状天板の中心部になっている）には回転軸１５の端部を挿入し固定する窪み１２'が形成される。ちなみにこの窪み１２'は天板１０を貫通しない凹状窪みである。
また、上面１１は、その表面が平坦に形成され、この平坦面に接触せずにウェーハＷが載置される。さらに、傾斜面１３は、下面１２から上方へ所定の角度θだけ傾斜して形成されている。ちなみにこの角度は、上記の基台３の傾斜部５ａの角度θと同じである。

傾斜面１３には、図２（ｂ）及び図３に拡大して示すように、天板１０の中心点から外周部に向けて、複数本の凹状溝１４が等角度θ'で放射状に形成される。
また、各凹状溝１４は、図２（ｃ）に示すように、所定の幅Ｗ、所定の深さＨを有しており、その角度θ'、幅Ｗ及び深さＨは、例えばθ'＝１°、Ｗ＝０．５ｍｍ、Ｈ＝０．４ｍｍであり、このとき溝の本数は３６０本となる。ちなみにこの凹状溝１４の形状及び本数は角度θ'及び幅Ｗを、例えばθ'＝２°、Ｗ＝１．０ｍｍ、溝の本数１８０本のように変更してもよい。

また、溝の本数を変えずに、溝の深さＨを１本置きに変え、すなわち深溝Ｈ_１と浅溝Ｈ_２とを交互に設ける。このとき、深溝Ｈ_１は、例えば０．５ｍｍ、浅溝Ｈ_２は、例えば０．３ｍｍにする。
さらに、溝形状は、上記凹状溝に限定されず、他の形状、例えば、長方形、半円形状等に変更し、上記の幅、深さ、角度及び本数と組み合わせてもよい。
このように溝の形状や本数等を変更することにより、所望のウェーハＷ裏面の仕上がり具合に合致した吹出ノズルを形成することができる。

また、上述の実施例においては凹状溝を天板１０に設けたが、基台３の傾斜面５ａに同様の溝を設けてもよい。さらに、この凹状溝は、天板１０及び基台３の両方に設けてもよい。凹状溝を天板１０及び基台３の両方に設ける場合、両方の溝は、互いに対向するように合わせ或いは交互に位置するように組み合わせる。これにより、溝の本数や溝から吹出す気体の量を増加させることができるようになる。

回転軸１５は、中空の円筒体からなり、天板１０と結合される部分の端部に、円筒体の外周面に気体を噴出させる複数個の穴１６が形成される。この回転軸１５は、基台３の貫通孔７に挿通され、その端部が天板１０中心部の凹状窪み１２'に挿入される。そして貫通孔７への挿通及び凹状窪み１２'への挿入を行ったのち、所定の固着手段を用いて回転軸１５に天板１０及び基台３が一体に固定される。
また、基台３に固定された回転軸１５は、基台３の下方にプーリー２１等を装着して、動力伝達手段２２、例えばベルトにより、駆動手段２０、例えばモータに連結される。そして駆動手段２０からの動力により回転され、支持体２を所定の回転数で回転させる。
また、この回転軸１５は、その内部を通って気体、例えば圧縮された空気或いは窒素ガスが供給され、端部の穴１６から空間へ供給される。

以下に、基板処理装置１を用いたウェーハの処理法について説明する。
先ず、図示しない搬送機構を用いて、ウェーハＷ１枚を支持体２の支持ピン８上に載置する。次いで、駆動手段２０を作動させることにより回転軸１５を介して支持体２を回転させ、噴射ノズル２３から回転するウェーハＷの上面に洗浄液を滴下する。この噴射ノズル２３は、図示しない移動手段によってウェーハＷの半径方向に直線的に、或いはウェーハＷの中心を通る円弧を描くように往復移動させて処理液を噴射させる。これによって、洗浄の均一化が図られる。ウェーハＷ表面に滴下された洗浄液は、遠心力によってウェーハＷ上で外周方向に流れ、ウェーハＷの外周から吹き飛ばされる。このウェーハＷは、回転中に横方向へ移動しようとするが、この移動は規制ピン９によって阻止される。

また、ウェーハＷの載置と同時に、あるいはウェーハＷの載置の前から、図示しない圧縮ボンベから中空の回転軸１５内を通して凹状窪み６内に圧縮気体、例えば窒素ガスを供給する。凹状窪み６内に供給されたガスは、この空間に一時貯留され、天板１０の裏面に形成された複数本の凹状溝１４、すなわちガス吹出ノズルを通してウェーハＷの裏面外周部に吹付けられる。
したがって、ガスがウェーハＷの中心から外周に向かう方向に吹き付けられるので、洗浄液のウェーハＷ裏面への回り込みが阻止され、使用後の洗浄液で非洗浄面（裏面）が汚染されることがない。

さらに、支持体２は処理カップ３０内に配設しており、支持体２の平坦面４の外周縁に近接する位置には上下動可能な多段カップ３２が配設され、噴射ノズル２３から供給される処理液を回収するようになっている。それに加えて、噴射ノズル２３から供給される処理液の種類に応じて多段カップ３２を図示しない駆動手段により上下に移動させ、処理液ごとに多段カップ３２の各段に連結している回収部（図示省略）により処理液の回収が行われるようになっている。そして、排出口３１はメンテナンスやトラブル等の時に不要な液を処理カップ３０より排出する。

本発明の実施例に係る基板処理装置を示す断面図、天板の構成を示し、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の溝部分を拡大して示した要部拡大図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ線から切断した要部断面図、天板の裏面を示す拡大平面図、従来技術の基板支持体を示す断面図、従来技術の基板支持体を示す断面図、

符号の説明

Ｗ被処理基板（ウェーハ）
１基板処理装置
２（基板）支持体
３基台
５上部開口
６凹状窪み
１０天板
１４吹出ノズル（凹状窪み）
１５回転軸
２０駆動手段
２３噴射ノズル
３０処理カップ
３１排出口
３２多段カップ

Claims

基板支持体に被処理基板を載置し、この基板支持体を回転させながら前記基板表面に処理液を滴下してその表面処理を行う基板処理装置において、
前記基板支持体は、円形深皿状をなした基台と、全体が円盤状をなし、その長手方向の断面が逆台形状で前記基台の上部開口に嵌め込まれた天板と、前記基台又は前記天板の回転中心に設けられた中空の回転軸と、を備え、この嵌め込みにより互いに接触する前記天板の接触面及び前記基台の上部開口の接触面から選択される少なくとも一面には中空の回転軸から外方に向かって放射状に伸びた複数本のスリット状溝からなるガス吹出ノズルが形成されていることを特徴とする基板処理装置。
前記スリット状溝は、所定の幅、深さを有する凹状溝、半円形溝、角型溝の何れかで形成されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
前記スリット状溝は、幅又は深さの異なる第１、第２溝で形成し、これら第１、第２溝が交互に配列されていることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
前記基板支持体は、前記基台の被処理基板の載置面に所定高さの基板支持ピンを立設したことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。