JP2006344912A - 枚葉式基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で高効率に高品質の基板処理ができる枚葉式基板処理装置を提供すること。
【解決手段】 被処理基板Ｗが載置される支持ピン１４及び支持ピン１４に近接し被処理基板Ｗの周囲を挟持するチャックピン１５からなる基板挟持部材１０が外周囲に複数個所定の間隔を空けて配設された回転テーブル３と、前記回転テーブル３に連結され該回転テーブル３を回転させる回転駆動機構４と、前記被処理基板Ｗに洗浄液を含む処理液を供給する噴射ノズル１６、１８と、を備えた枚葉式基板処理装置１において、前記チャックピン１５は、耐強酸性及び耐強アルカリ性を有する金属製ピンからなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウェーハ、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及びフォトマスク用基板などの各種基板を回転させながら表面処理を行う枚葉式基板処理装置に係り、特に回転する半導体ウェーハ等の被処理基板を挟持する挟持手段を改良した枚葉式基板処理装置に関する。

各種半導体素子は、半導体ウェーハ（以下、単にウェーハという）の表面に各種の成膜を施す工程、成膜した薄膜から不必要な部分を除去するエッチング工程、ウェーハを洗浄する洗浄工程及び乾燥する乾燥工程等の各種工程を繰り返し、ウェーハ面に微細パターンを形成することによって製造されている。
これらの製造工程では、ウェーハ自体の面及びウェーハ面に形成された薄膜を常に清浄に保たなければならないので、工程中に各種の洗浄が行なわれている。例えば、薄膜を研磨剤により研磨すると、研磨剤（スラリー）がウェーハ表面に残留するので、洗浄によりこのスラリーを除去している。
また、成膜されたウェーハのエッジ部は、絶縁膜や導電膜等で端部がめくりあがり、或いは一部が剥離しかかっている不安定な状態になっている。この状態をそのまま放置すると、次工程への搬送過程等において端部が欠け或いは剥離して剥離片等が粉塵となって飛散する。このような粉塵が飛散すると、処理済みのウェーハに再付着してパーティクルの原因となる。

そこで、このような発塵をなくするために、エッチング、研磨等によりウェーハエッジ部から不必要な加工膜を除去することが行われており、このようなエッチング、研磨等は、多くの場合、回転式の基板処理装置、いわゆる枚葉式基板処理装置によって行われている（例えば、下記特許文献１〜３参照）。

この枚葉式基板処理装置には、種々のものが開発され使用され特許文献等でも紹介されている。例えば下記特許文献１には、発塵源を除去するベベルエッチング装置が記載されている。
このベベルエッチング装置は、基板保持回転手段としてスピンチャックを有し、このスピンチャックは、回転駆動機構により回転される回転軸と、この回転軸の上端から水平方向に延びた回転テーブルと、この回転テーブル上に立設された複数個のチャックとを備え、このチャックをウェーハのエッジ部に当接させてウェーハを水平状態に保持する構成となっている。ウェーハをこのようなチャックで保持すると、ウェーハをほぼ水平な面に載置しその中心を通る鉛直な回転軸線を中心として回転させ、被処理面に洗浄液を供給しながらベベリング処理ができる。

また、下記特許文献２には、別タイプのエッチング装置が記載されている。このエッチング装置は、処理中にウェーハとウェーハを保持する部材との接触面を常に変化させる手段を設けたものである。この装置によると、ウェーハとウェーハ保持部材との接触面が処理中に変更されて接触面及びその近傍にエッチング液が常に供給されるので、エッチング残りをなくすことができる。

更に、下記特許文献３に記載されている基板処理装置は、ウェーハを挟持する円盤状スピンベースを備え、このスピンベースは、上面エッジ部の周方向に沿って第１、第２挟持部材を交互に複数本を配置したものとなっている。この装置によるウェーハ処理は、先ず、スピンベースのエッジ部に配設した複数本の第１挟持部材によりウェーハを挟持してスピンベースを回転させ、続いてこのウェーハ挟持を維持したままスピンベースの回転を継続させ、同時に第２挟持部材によりウェーハを挟持し、その後、第１挟持部材の挟持を解除しながら第２挟持部材によりウェーハを挟持して、連続処理を行うようになっている。

特開２００２−１７０８０８号公報（図１、段落〔００１１〕〜〔００１４〕） 特開平４−１８６６２６号公報（図１、第２頁左欄下１行目から第３頁左欄） 特開２００４−１１１９０２号公報（図２、図４、段落〔００４９〕〜〔００５２〕）

しかしながら、上記特許文献１に記載されたベベルエッチング装置は、ウェーハが挟持部材により終始挟持されているため、処理液等が挟持箇所に十分に供給されずエッチング不良、リンス不良或いは挟持箇所の液残りのための乾燥不良などの処理不良が発生する恐れがある。

この課題は、処理中にスピンチャックの回転を一旦停止してウェーハの挟持位置をずらし、その後、スピンチャックの回転を再開することにより解決することができるが、この方法を採用すると、スピンチャックを一旦停止しウェーハの挟持位置をその都度変更するためにその変更作業が必要になるので、ウェーハ１枚あたりの処理時間が長くなり、大量のウェーハを処理するのには著しく生産性が低下してしまうという課題をこの方法は抱えている。

この点、上記特許文献２に記載されたエッチング装置は、スピンチャックの回転中にウェーハの挟持を解除してウェーハの挟持位置を変更し、その後、変更した位置で再度挟持し直して処理しているので、スピンチャックの停止が不要で連続した処理が可能となり生産性低下の課題は解決できる。しかし、スピンチャックの回転中にウェーハの挟持位置を変更させるため、ウェーハと挟持部材とが擦れ、この擦れにより微粉が発生しパーティクルの原因となる恐れがある。

また、上記特許文献３に記載された基板処理装置は、処理中にウェーハを移動させることなく、ウェーハの挟持位置を変更できるようになっているが、第１、第２挟持部材を交互に制御しなければならないので、挟持部材の可動機構及びこの可動機構を制御する制御装置が必要となって装置が複雑になり保守が面倒で装置も高価となる。

また、上記特許文献１〜３に記載された何れの装置においても、チャックピンを用いてウェーハを挟持している。この種のチャックピンは、通常、合成樹脂材で作られており、所定の機械的強度を確保するためにその直径が比較的太い、例えば直径が約２ｍｍの棒状体ピンが使用されている。

ところが、このような太い棒状体ピンを使用すると、処理中に処理液がこのピンを伝わって或いはこのピン付近において、ウェーハの被処理面となる一面から他面へ回り込み、ウェーハを汚染してしまうことがある。すなわち、高速回転しているウェーハの被処理面、例えば表面に処理液が噴射されると、その処理液は、ウェーハのほぼ中心部で渦流を形成し中心部から外周縁へ拡大され、この拡大過程でウェーハの均一な処理が行われる。しかし、この渦流がウェーハの外周縁に達すると、チャックピンに衝突してこのチャックピン付近で複雑な流れに変化、さらにカップ内へ供給されている不活性ガス、例えば窒素ガスも同様にチャックピン付近で、複雑な流れとなり乱気流が発生する。このような乱気流が発生すると、この乱気流の一部が逆流するように処理面内に戻って付着し汚染の原因となる。また、この乱気流において、チャックピン付近からウェーハの裏面へ回り込み、これにより運ばれた処理液が裏面を汚染し、或いはこの乱気流により処理液の一部がチャックピンに付着し、このピンに付着した処理液がピンを伝ってウェーハ裏面へ回り込んで汚染する。そうすると、処理欠陥となり生産性の低下及び品質の低下を招来することになる。

このような乱気流は、チャックピンの径が太ければ太いほど大きくなる。しかし、このチャックピンを細くすると、それに応じて機械的強度が弱くなり、処理中に破損、折損等が起こるという新たな問題が発生する。また、チャックピンが太いと表面積が大きくなり、処理液の液滴の付着がし易く、依然として処理液がチャックピンを伝って生じる基板裏面の汚染を解消し得ない。

更に、この種のチャックピンは、通常、合成樹脂（例えばポリエーテル・エーテル・ケトン）が多く使用されている。この樹脂材に代えて他の材料へ変更すると、このような材料は強酸、強アルカリを含む処理液によって溶解し、溶解物がウェーハへ付着し二次汚染を起こす恐れがあり、簡単に他の材料への変更ができない課題もある。

そこで、本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、簡単な構成で高効率に高品質の基板処理ができる枚葉式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、本願の請求項１に記載の枚葉式基板処理装置は、被処理基板が載置される支柱及び前記支柱に近接し前記被処理基板の周囲を挟持するチャックピンからなる基板挟持部材が外周囲に複数個所定の間隔を空けて配設された回転テーブルと、前記回転テーブルに連結され該回転テーブルを回転させる回転駆動機構と、前記被処理基板に処理液を供給する処理液供給手段と、を備えた枚葉式基板処理装置において、
前記チャックピンは、耐強酸性及び耐強アルカリ性を有する金属製ピンからなることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の枚葉式基板処理装置において、前記チャックピンは、貴金属からなることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の枚葉式基板処理装置において、前記貴金属は、白金又は白金合金であることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の枚葉式基板処理装置において、前記チャックピンは、前記被処理基板に当接される基部と、前記基部の頂部から延びた円錐状の針状部とで形成されていることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の枚葉式基板処理装置において、前記基部の直径は、０．７ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にあることを特徴とする。

本発明は上記構成を備えることにより、以下に示すような優れた効果を奏する。すなわち、請求項１の発明によれば、チャックピンに金属ピンを使用したので、従来技術の合成樹脂製ピンに比べて細くすることができる。その結果、チャックピンの表面積が小さくなり、処理中に処理液がチャックピンに当っても、直ちに飛散してしまいピンへの処理液の付着が殆どなくなる。
また、処理中に処理液の液滴を含む気流がチャックピンに衝突してもチャックピン周辺に乱気流が発生することを抑えることができ、また発生したとしても小さいものとなり、この乱気流による影響、すなわち被処理基板裏面へ処理液の回り込みを殆どなくすることができ、高品質の基板処理が可能になる。更に、チャックピンを耐強酸性及び耐強アルカリ性の金属材で作製することにより、処理液によってチャックピンが溶解されることがほとんどなく、以ってチャックピンの溶解物による被処理基板の汚染を防止できる。

請求項２、３の発明によれば、大口径の被処理基板を挟持できる機械強度を確保できるとともに、酸化還元電位の高い貴金属、特に白金又は白金合金を用いることで処理液によってピン材が溶解されることがほとんどなく、ピン材の溶解物が被処理基板に付着することがなくなるので、被処理基板の品質上の問題が発生することがなくなる。

請求項４の発明によれば、基板の処理中に処理液の液滴を含む気流がチャックピンに衝突しても、ピンの基部を伝わって針状先端部へ到達し、この先端部からスムーズに飛散される。したがって、チャックピンの先端部を針状にすることにより、このピンに衝突した気流は方向性をもってガイドされて先端部から飛散されるので、チャックピン周辺に乱気流が発生することが抑えられ、処理液の液滴がピンに付着しても、ピンを伝って被処理基板の裏面へ回り込むことがなくなる。

請求項５の発明によれば、チャックピンの基部の直径を０．７ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にすることにより、大口径の被処理基板を挟持できる機械強度を確保できるとともに、処理中にピンへの処理液の付着を最小限に抑えることができる。

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枚葉式基板処理装置を例示するものであって、本発明をこの枚葉式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は本発明の実施形態に係る枚葉式基板処理装置を示す概略断面図、図２は図１の処理装置に使用されている回転テーブルを示す平面図、図３は挟持部材を拡大して示し、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡーＡ線で切断した断面図である。

枚葉式基板処理装置１は、図１に示すように、ウェーハＷをほぼ水平に保持して回転させるスピンチャック２と、このスピンチャック２を収容し上方が開口した処理カップ８と、この処理カップ８の上方に位置して純水等の洗浄液及びエッチング液等の処理液をウェーハＷに噴射する噴射ノズル１６、１８と、これらの噴射ノズル１６、１８に洗浄液及び処理液を供給する洗浄液供給源１７及び処理液供給源１９と、を備えている。
各噴射ノズル１６、１８はその先端部がウェーハＷの中心部からエッジ部の間を回動できるように設けられている。

処理カップ８の上方に位置する各噴射ノズル１６、１８のうち、処理液噴射ノズル１８は、ウェーハＷの中央部からエッジ部を回動できウェーハＷに向けて設けられて、調整バルブ１８ｂを介して配管１８ａにより処理液供給源１９に接続されている。処理液としては各種エッチング液が使用され、ウェーハＷ上に形成された銅薄膜等の金属膜を除去するときには、例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、及び、フッ酸と硝酸との混合液等が使用される。また、洗浄液噴射ノズル１６は、ウェーハＷの中央部からエッジ部を回動できウェーハＷに向けて設けられて、調整バルブ１６ｂを介して配管１６ａにより洗浄液供給源１７に接続されている。

スピンチャック２は、回転駆動機構４により回転される回転軸５と、この回転軸５の上端からほぼ水平方向に延びた回転テーブル３と、この回転テーブル３上に配設された複数個の挟持部材１０とを有している。
回転軸５は、中空軸で形成されてその内部に処理液等が供給される処理液供給管（図示省略）が挿通されている。また、乾燥ガスも同様に供給される。この供給管は、スピンチャック２に保持されたウェーハＷの下面中央に接近した位置に噴射ノズル６が結合され、ここからウェーハＷの下面に向けて処理液等が噴射されるようになっている。エッジ部における回り込み防止のために、乾燥以外でも乾燥ガスも同時に噴射される。

回転テーブル３は、図２に示すように、ウェーハＷより大きい円盤状をなし、その上面の外周縁にウェーハＷを挟持する挟持部材１０が装着される複数個のスペース（この実施形態では６個）がほぼ等間隔に配設されている。各挟持部材１０は、回転テーブル３のスペース内に設けられた突起７にその一部を固定することにより、回動自在に装着されている。また、各挟持部材１０は作動機構（図示省略）によってウェーハＷを挟持できるようになっている。

回転テーブル３に設けられる複数個の挟持部材１０はそれぞれ同じ構造を有しているため、その１つについて以下に説明する。挟持部材１０は、図３に示すように、回転テーブル３上に載置されるウェーハＷを支持する支持ピン１４と、ウェーハＷを挟持するチャックピン１５と、を有し、これらのピン１４、１５は、取付け台１１に所定の間隔をあけて立設されている。
取付け台１１は、平面視でほぼ細長な瓢箪型をなし所定の肉厚を有する板状体で形成されている。この取付け台１１は、図３（ｂ）に示すように、底部の中央部に突起７が挿入される凹状穴１２ａ、両側部にネジ止め穴１２ｂ、１２ｃ（図３（ａ）参照）、及び上面の長手方向の一端部に所定の間隔で並設して設けられた支持ピン１４及びチャックピン１５が打ち込まれる穴１３ａ、１３ｂがそれぞれ形成されている。

支持ピン１４は、その直径が約１．０ｍｍで合成樹脂、例えばポリエーテル・エーテル・ケトンで形成されている。
また、チャックピン１５は、図３に示すように、一端が取付け台の穴に挿入されウェーハを支持する基部１５ａと、この基部１５ａの頂部から延びる円錐状の針状先端部１５ｂとを有する針状のピンからなり、貴金属で一体に形成されている。また、このチャックピン１５は極細に形成され、基部１５ａの直径は約１．００ｍｍである。なお、貴金属としては耐強酸性及び耐強アルカリ性を有し、機械的強度も高い白金又は白金合金が好ましい。

チャックピン１５を白金で形成すると、白金は、耐強酸性及び耐強アルカリ性を有し、強酸性及び強アルカリ性処理液に触れても殆ど溶解せず、基板の処理中に溶解物によりウェーハが汚染されることがない。また、針状先端部１５ｂを円錐状に尖らせると、ピンに付着した液滴は、基部から針状先端部を伝わって、この針状先端部から飛散しピンへの付着が無くなる。
また、機械的強度も強く、従来の樹脂製ピンの直径（例えば２．００ｍｍ）に対して、その半分の１．００ｍｍにしても、ウェーハの高速回転に耐えることができる。また、表面積も小さくなるので、処理液等の付着量が少なくなる
更に、チャックピンの径を細くすることにより、乱気流が発生し難く、乱気流により処理液による裏面への回り込み及びチャックピンを伝うことによる裏面への回り込みを極めて少なくすることができる。

次に、この装置を使用したウェーハの処理法を説明する。
先ず、駆動機構（図示省略）を作動させて回転テーブル３の各挟持部材１０にウェーハＷを固定する。この固定は各挟持部材１０の支持ピン１４にウェーハＷを載置するとともにチャックピン１５でウェーハＷの外周縁を挟持する。
回転テーブル３にウェーハＷを装着した後に、回転駆動機構４を作動させて回転軸５を介して回転テーブル３を回転させ、いずれかの噴射ノズル１６、１８からウェーハＷの表面に処理液等を供給する。例えば、純水による洗浄は、調整バルブ１６ｂを開いて洗浄液供給源１７から洗浄液噴射ノズル１６に純水を供給し、この噴射ノズル１６からウェーハＷへ噴射する。この噴射により、純水はウェーハＷの中央部で渦流を形成して、この渦流は中央部から外周縁へ拡大し、この拡大過程において、ウェーハの表面が均一に洗浄処理される。また、噴射ノズル１８によるエッチング処理も同じようにして行う。なお、ウェーハＷの裏面は、必要に応じて噴射ノズル６から処理液又は乾燥ガス等を噴射させてウェーハＷ表面と同時に処理するようにしてもよい。

このウェーハＷの処理において、チャックピン１５が白金で形成されその直径が極細の１．０ｍｍとなっているので、チャックピンを伝って洗浄液等の液滴がウェーハの裏面へ回り込むことによる汚染をなくすることができる。また、処理面への再付着も極力低減でき、これによる汚染もなくすことができる。

すなわち、チャックピン１５の直径を極細の１．０ｍｍにしたので、従来技術のピン径２．０ｍｍに比べて断面積が四分の一になり、渦流の規模も小さくなる。したがって、液の飛散によって渦流に含まれている処理液の液滴も少なくなる。

更に、高速回転しているウェーハＷ表面には供給される不活性ガスによってウェーハのほぼ中心部で渦流となって中心部から外周縁へ拡大され、外周縁に達した渦流は、チャックピンに衝突するが、このとき、チャックピンの径が極細になっているので乱気流の発生が少なくなり、処理液は遠心力によりウェーハの外周縁から外へ飛ばされても処理面へ戻ることはない。また、チャックピンに殆ど付着されないのでチャックピンを伝って、或いはこのピンの付近から洗浄液等の液滴がウェーハの裏面へ回り込む汚染をなくすることができる。また、チャックピン１５の先端が針状に尖っているので、チャックピン１５に付着した液滴は、基部１５ａから針状先端部１５ｂを伝わって、方向付けされて針状先端部１５ｂから飛散される。

更にまた、チャックピンが白金で形成されているので、この白金は耐強酸、強アルカリ性を有し、処理液によって溶出することがないため、処理液によってチャックピンが溶解されて、被処理基板に付着することがなくなるので、品質上の問題が発生することが殆どない。

この実施形態では、チャックピンを白金で形成したが、白金以外の材料、白金合金或いは他の貴金属及びこれらの合金を使用してもよい。また、ピンの直径は、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲のものを使用できる。

図１は本発明の実施形態に係る枚葉式基板処理装置を示す概略断面図、 図２は図１の処理装置に使用されている回転テーブルを示す平面図、 図３は挟持部材を拡大して示し、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡーＡ線で切断した断面図。

符号の説明

１ 枚葉式基板処理装置
２ スピンチャック
３ 回転テーブル
４ 回転駆動機構
８ 処理カップ
１０ 基板挟持部材
１１ 取付け台
１４ 支持ピン
１５ チャックピン

Claims (5)

1. 被処理基板が載置される支柱及び前記支柱に近接し前記被処理基板の周囲を挟持するチャックピンからなる基板挟持部材が外周囲に複数個所定の間隔を空けて配設された回転テーブルと、前記回転テーブルに連結され該回転テーブルを回転させる回転駆動機構と、前記被処理基板に処理液を供給する処理液供給手段と、を備えた枚葉式基板処理装置において、
   前記チャックピンは、耐強酸性及び耐強アルカリ性を有する金属製ピンからなることを特徴とする枚葉式基板処理装置。
2. 前記チャックピンは、貴金属からなることを特徴とする請求項１に記載の枚葉式基板処理装置。
3. 前記貴金属は、白金又は白金合金であることを特徴とする請求項２に記載の枚葉式基板処理装置。
4. 前記チャックピンは、前記被処理基板に当接される基部と、前記基部の頂部から延びた円錐状の針状部とで形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の枚葉式基板処理装置。
5. 前記基部の直径は、０．７ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項４に記載の枚葉式基板処理装置。

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