JP2007227796A - 基板の枚葉処理装置および処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板の大量処理を高速で可能にする半導体基板の枚葉処理装置及び処理方法を提供する。
【解決手段】枚葉処理装置は、基板である150ｍｍ角シリコンウェーハ１を浸漬浮遊させる処理液30と基板を移動搬送させる処理液の流れを創出させる多孔噴出孔23とからなり、液中に浮遊した基板7が、化学処理と並行して移動搬送方向矢印8へ移動するように、多孔噴出孔23から噴出流31が創流される。多孔噴出孔は液溜り部32に直結しており、液溜り部32は供給配管33により処理液が供給され。液溜り部位の容量と噴出孔の寸法や配列は、噴出孔からの流量の均一性を確保する配置とされている。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体基板を処理してLSIや太陽電池等の半導体製品を製造する製造技術の分野において、化学薬品を用いて行うエッチング、洗浄工程、および純水を用いて化学反応の残渣を洗浄、リンスするプロセスは重要な工程に位置づけられている。本発明はこれらの処理プロセスに属する薬液処理、洗浄リンスおよび乾燥処理に関するものである。

従来、半導体デバイスの製造に関し、特に汎用のデバイスでは、市場における競争は基礎プロセス技術に関する先端性の追求よりもどちらかと言うと、製造プロセス技術に裏付けられた価格競争に重点が置かれ、特に生産性の追求に優先度されて来ている。従って、生産性の極限追及が課題になってきている。半導体製造プロセス技術の中では、パターン形成のプロセスや清浄度確保のために、化学薬品による基板の表面処理は主要な要素技術として、スルー工程中で繰り返し用いられる。この化学処理（WET処理）の量産性を実現するためには、作業の効率性が追求され、基板を標準化された専用のキャリアーに並べ一度に効率的に大量処理する、いわゆるバッチ処理が主流である。

一方、半導体デバイスの製造に関し、出発原料としての半導体基板の厚みは、コストに直接的に影響を与えるため、コスト低減の観点から益々薄化傾向にある。例えば、特に多結晶、単結晶を出発原料とする汎用の太陽電池製造プロセスにおいては、発電コストの低減のため太陽電池セルのコスト低減が市場での競争力の源泉となっている。従来は250μ程度の厚みであったが、基板の薄化傾向が進み、現在では200μから150μが主流となって来ており、近い将来は100μ程度まで薄化が進む事が考えられる。当然であるが薄化の進展に伴って、製造ライン全体にわたって基板の割れや変形等の基板をハンドリングするに際してのトラブルが増加する。

このバッチ処理においては、出発材料である基板の厚みが具体的に200〜100ミクロンと薄化してくると、キャリアーの溝構造や寸法を工夫しても、基板が変形し易く薬液や純水から引き上げる時に、となりの基板同士が液の表面張力の作用によりお互いにくっつき合ってしまい、処理の均一性が損なわれ、純水リンス等の効果が得られないと言う問題点が生じ、これらが重大な問題となって基盤の薄化が進まないと言う新たな困難に遭遇している。すなわち従来のバッチ処理技術では基板の最小厚みは250μ程度が限界である。

また、シリコン結晶基板を標準キャリアーに収納し、例えばKOH ８０℃でシリコン基板表面のエッチング処理する太陽電池セルのテクスチャー面形成工程では、基板の厚みの薄化に伴いその重量が軽くなるため、反応により発生する水素ガスで基板が浮き上がりキャリアーから脱落する現象が起こる。さらに、気泡によりエッチング処理にばらつきが生じると言う問題が発生する。

また、上述した半導体基板以外にも、例えばガラス基板においては、厚みが薄化傾向（例えば現状の1.1mmから500μ以下）にある一方、基板サイズは大判化（例えば1870mm×
2200mm、更に2160mm×2460mm）の傾向にあり、このような状況下の中、従来のローラを用
いた搬送方法ではガラス基板の割れ等が生じるという問題もある。

そこで、以上の問題点を解決し、基板の大量処理を枚葉処理方式により、大量かつ高速で可能にする処理装置およびその処理方法の開発が望まれている。

本発明は、上記問題を解決し、製造プロセスの大部分を占める薬液等による化学的処理における、かかる問題点を防止し、大量生産を可能にする連続性に富んだ処理装置および処理方法を提供するものである。

本発明は第一に、大量に連続して処理しようとする半導体基板を一枚一枚独立させて、処理液に浸漬浮遊させた状態を保ちながら、別手段により発生させた常に新鮮な液流により移動搬送させつつ、所望の化学的処理と次の処理プロセスへの移動搬送を同時に行うことを可能にする処理装置および方法を提供するものである。

本発明は第二に、処理液流を保持できる樋状処理槽ユニットの底面の多孔板から、常に循環供給され、かつ一定方向に流れる処理液の流れを創出させ、基板を移動搬送させる処理基本ユニットを提案するものである。また、処理液と基板との化学反応の結果発生する気体を効率的に除去し、反応域近傍からその系外へ排除するための補助的な液流を創出する機能を提供する。さらに、化学反応による気体が気泡の状態で基板に付着し、基板が液流中なら浮き上がらないようにするため、必要な箇所に、例えば処理液スプレー等により浮き上がりを防止す機構を付属する。

本発明は第三に、基板と処理液との反応により発生する反応ガスを迅速に除去し、かつ異なるユニット間に対するクロスコンタミネーションを起こさないように配置し、正常な気流を創出する機能との組み合わせてなる機構部位を提案する。

本発明はまた、処理液流に浸漬浮遊した状態を維持して、別途に配置した電気制御回路と連動しタイミングの制御を可能にする、例えばストッパーピン等を介することにより、液流と共に浸漬浮上移動搬送される基板の速度や処理時間の制御を可能にする。

本発明において、基板はその処理液および純水リンス液を基板の浸漬浮遊状態が保持できる程度の深さに保つ樋状の薬液処理ユニットの底面に穿たれた微細で傾斜した多数の噴流孔から噴出する処理液流により、あらかじめ決められた一定速度または間歇的ステップで移動搬送される。この間にエッチング等の化学的な薬液プロセス処理が搬送移動と共に並行して行われる。

水洗リンスユニットでは上記と同様の構造を有する樋状ユニットにおいて、処理液の代わりに純水等が噴出する洗浄リンス液によりリンス処理が行われる。

乾燥ユニットでは、上記と同様の構造を有する樋状ユニットにおいて、処理液の代わりにドライ空気や窒素ガス等の不活性ガスをユニット底面に穿たれた多数の噴出孔から噴出するガスの流れにより、基板をユニット床面から浮遊搬送させることと並行して乾燥処理が行われる。

基板は薬液処理ユニット、水洗処理ユニットおよび乾燥処理ユニットの各プロセス機能ユニット間を連続的に乗り継ぎながら、各処理が進行し最終的にスループロセスとして処理が完了することを可能にする。

半導体デバイスのコストダウンを達成するために重要な要素を占める材料費の削減を、基板の薄化の手段を用いて実行するに当たって、従来のバッチ処理では不可能である先に述べた基板取り扱い上の課題を克服し、量産効果に優れた処理装置および処理方法を提供できる。

処理装置ユニット、洗浄リンスユニットおよび乾燥ユニットの底面に穿たれた多孔穴の直径および配列密度は、基板は薬液処理または、純水洗浄中では液流内で浮遊し、更に所望の方向に進行することが出来るものとする。

多孔板における噴流孔の直径および配列の密度は以下のとおりである。最適の噴流孔径は0.8mm〜2mmであり、最小径は0.5mmであり、最大径は5mmである。また噴流孔の配列
密度の最適値は基板進行方向に対し、15ｍｍピッチであり、最小ピッチは5ｍｍであり、最大ピッチは30ｍｍである。また基板巾方向に対する最適値は7.5mmピッチであり、最小
ピッチは2.5mmであり、最大ピッチは30mmである。

処理液の量については、例えば基板サイズ150ｍｍ角に対し、基板厚みの20倍から100程度が最適であり、５倍から200倍が実用範囲である。処理液の流量は、基板サイズ150mm角に対し、流量最適値は、基板の浸漬浮遊、移動に必要とする最低流量である平均５L/
min以上とする。

基板の浸漬浮遊移動搬送速度は、基板ピッチ250mmとした場合、基板整列ストッパー時
間を含め50mm/sec 以上とする。基板の処理時間に関する最適条件制御の方法は、基板整列ストッパーを設け、処理液浸漬浮遊により搬送される基板を処理中に一定時間間隔で停止させ処理時間の制御を行う。タクトタイムの制御方法は、予め必要とする処理時間を液流浸漬浮遊による基板搬送速度から処理部の長さを算出し決定する。また基板の速度調整は基板整列ストッパーにて行う。

気流制御の方法は、処理槽上部にスリット付きフードを設け、処理槽内にて発生する反応ガスが処理槽の両側面から下部への気流となるダクトを設け、基板表面上に異物が析出や付着しない構造とする。

処理液の量については、基板厚みの20倍から100程度が最適であり、５倍から200倍が実用範囲である。

本発明に係る処理装置および処理方法について、下記の実施例を用いてより詳細に説明するが、下記の実施例は本発明をなんら限定するものではない。

＜実施例１＞
図１は、本発明を行う装置の構成を示す概念図であり、一部は断面図で示されている。図２は、図１の装置の一部をA―A線に沿って横から見た縦断面図である。図３は、異なる処理ユニット間を移動乗り継ぐことを可能にし、構成する各ユニットを連結し一つの完結した装置にする、乗り継ぎユニットである。図４は、各ユニット間のクロスコンタミネーションを防止し、かつ、ユニット内の気流を制御するための、気流制御機構を示す。

図2において、処理液浸漬浮遊処理の機構は、150ｍｍ角シリコンウェーハ１（以下「基板」とも言う）を浸漬浮遊させる処理液30と基板を移動搬送させる処理液の流れを創出させる多孔噴出孔23とからなり、液中に浮遊した基板7が、化学処理と並行して移動搬送方向矢印8へ移動するように、多孔噴出孔23から噴出流31が創流される。多孔噴出孔は液溜り部位32に直結しており、液溜り32は供給配管33により処理液が供給され。液溜り部位の容量と噴出孔の寸法や配列は、噴出孔からの流量の均一性を確保するように配置する。

図３において、ユニット間を乗り継いで移動搬送させるために搬送ローラー41を複数個配置する。

図４において、気流制御は処理槽上部フート゛に設けた上部スリット部位62から空気を吸入し、上部フート゛部位61と外部槽部位36により密閉されたチャンハ゛ー内を通し、処理槽から発生するカ゛スを排気タ゛クト接続口部位64から吸引することにより清浄度とカ゛スの外部流出を防ぐ。

図５において、基板の浸漬浮遊移動搬送速度の制御は予め設定された時間により、処理槽内の前基板整列ストッハ゜ー部位71と後基板整列ストッハ゜ー部位74を交互に上下させ基板を停止させる。

本発明に係る基板の枚葉処理装置は、例えば、半導体基板を処理してLSIや太陽電池等の半導体製品を製造する製造技術の分野において、化学薬品を用いて行うエッチング、洗浄工程、および純水を用いて化学反応の残渣を洗浄、リンスする工程において用いることができる。

処理液流浮遊浸漬処理および搬送装置概念図 処理液流浮遊浸漬処理部位 処理ユニット間乗り継ぎ移動部位 処理ユニット気流制御機構 基板整列ストッハ゜ー図

符号の説明

１ 処理槽部
２ 水洗部
３ 乾燥部
４ 槽間移動部
５ 基板挿入部
６ 基板取出し部
７ 基板
８ 基板進行方向
２１ 処理槽
２２ 多孔板
２３ 多孔噴出孔
２４ 液分離板
２５ 処理液排水口
２６ 処理液給水口
２７ 循環ポンプ
２８ 流量調節バルブ
２９ 流量計
３０ 処理液
３１ 噴出流
３２ 液溜め部
３３ 供給配管

Claims (11)

1. 基板のエッチング等の化学的処理、洗浄処理および乾燥処理に関し、処理液中の基板が浸漬状態を保ち処理する機能と処理液の液流を利用し処理しながら基板を搬送する機能とを併せ持ち、並行して処理を行う
   ことを特徴とする基板の枚葉処理装置。
2. 基板の化学処理に関し、エッチング等の薬品処理を行うユニットと純水等による洗浄リンスユニットおよび乾燥空気、あるいは不活性ガス等による乾燥ユニットの構成からなる処理装置において、基板が各ユニット間をスムーズに移動搬送される
   ことを特徴とする請求項１記載の基板の枚葉処理装置。
3. 基板の化学的処理および洗浄リンス処理に関し、基板が処理液中で浸漬状態を保ちながら浮遊し、所望の方向へ移動、搬送を可能にするため、基板の接液下部面に対抗するユニット床面板に設けた一定方向に傾斜した突出孔から処理液を噴射させることにより、基板の移動搬送を可能にする
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の基板の枚葉処理装置。
4. 上記各ユニット間が連続するように組み付けられ、化学的処理液、洗浄リンス処理液および乾燥空気の突出状態が揃い、基板がスムーズにユニット間を移動搬送することを可能にする乗り継ぎ移動部位を具備する
   ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の基板の枚葉処理装置。
5. 上記ユニットの組み合わせにより構成した処理装置において、化学処理液の揮発や飛散あるいは反応による発生ガスの流れを制御し、かつ異なるユニット間にまたがる発生ガス起因のクロスコンタミネーションを防止する目的で、各ユニット近傍の気流状態の制御を可能にする、清浄な気体を噴射する機構とその気体を吸引するため噴射部位に対抗する位置に配置した吸引機構とを組み合わせた気流制御機構を有する
   ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の基板の枚葉処理装置。
6. 基板のエッチング等の化学的処理、洗浄処理および乾燥処理に関し、処理液中の基板が浸漬状態を保ち処理する機能と処理液の液流を利用し処理しながら基板を搬送する機能とを併せ持ち、並行して処理を行う
   ことを特徴とする基板の枚葉処理方法。
7. 基板の化学処理に関し、エッチング等の薬品処理を行うユニットと純水等による洗浄リンスユニットおよび乾燥空気、あるいは不活性ガス等による乾燥ユニットの構成からなる処理装置において、基板が各ユニット間をスムーズに移動搬送される
   ことを特徴とする請求項６記載の基板の枚葉処理方法。
8. 基板の化学的処理および洗浄リンス処理に関し、基板が処理液中で浸漬状態を保ちながら浮遊し、所望の方向へ移動、搬送を可能にするため、基板の接液下部面に対抗するユニット床面板に設けた一定方向に傾斜した突出孔から処理液を噴射させることにより、基板の移動搬送を可能にする
   ことを特徴とする請求項６又は７記載の基板の枚葉処理方法。
9. 上記各ユニット間が連続するように組み付けられ、化学的処理液、洗浄リンス処理液および乾燥空気の突出状態が揃い、基板がスムーズにユニット間を移動搬送することを可能にする乗り継ぎ移動部位を具備する
   ことを特徴とする請求項６から８の何れかに記載の基板の枚葉処理方法。
10. 上記ユニットの組み合わせにより構成した処理装置において、化学処理液の揮発や飛散あるいは反応による発生ガスの流れを制御し、かつ異なるユニット間にまたがる発生ガス起因のクロスコンタミネーションを防止する目的で、各ユニット近傍の気流状態の制御を可能にする、清浄な気体を噴射する機構とその気体を吸引するため噴射部位に対抗する位置に配置した吸引機構とを組み合わせた気流制御機構を有する
    ことを特徴とする請求項６から９の何れかに記載の基板の枚葉処理方法。
11. 前記基板は、半導体基板又はガラス基板である
    ことを特徴とする請求項１から１０何れかに記載の基板の枚葉処理方法。

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