JP2009032710A - Substrate processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンモニア過水、純水等の処理液により半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板等の基板に付着したパーティクルを除去する基板処理装置に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus that removes particles adhering to a substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate for a liquid crystal display device using a processing solution such as ammonia water or pure water.
半導体ウエハに付着したパーティクルの除去は、アンモニア水等のアルカリ水溶液と過酸化水素水と純水とを混合したアンモニア過水(SC−1)等の処理液に半導体ウエハを浸漬し、化学的な作用を利用して半導体ウエハの表面からパーティクルを遊離させることにより行われるのが一般的である。この場合、処理液は常温以上に加熱されることが多い。また、半導体ウエハの表面に付着したパーティクルの除去において、メガヘルツ帯の超音波を発生させて、処理液を介して超音波振動を半導体ウエハまで伝搬させ、超音波振動による物理力を利用して半導体ウエハの表面からパーティクルを遊離させることも行われている。 The removal of the particles adhering to the semiconductor wafer is performed by immersing the semiconductor wafer in a treatment liquid such as ammonia water (SC-1) in which an alkaline aqueous solution such as ammonia water, hydrogen peroxide water and pure water are mixed, In general, it is performed by releasing particles from the surface of the semiconductor wafer by utilizing the action. In this case, the treatment liquid is often heated to room temperature or higher. In addition, in removing particles adhering to the surface of a semiconductor wafer, ultrasonic waves in the megahertz band are generated, ultrasonic vibrations are propagated to the semiconductor wafer through the processing liquid, and the semiconductor is utilized by utilizing physical force generated by the ultrasonic vibrations. Particles are also released from the surface of the wafer.
しかし、超音波振動による物理力を利用して半導体ウエハに付着したパーティクルを除去しようとすると、当該物理力により、半導体ウエハの表面に形成された構造物(例えば、シリンダー)を損傷してしまう場合がある。 However, if particles attached to the semiconductor wafer are removed using physical force generated by ultrasonic vibration, the structure (for example, cylinder) formed on the surface of the semiconductor wafer is damaged by the physical force. There is.
そこで、不活性ガスを処理液に溶解させ、処理液に溶解させた不活性ガスにクッションの役割を果たさせることにより、半導体ウエハの表面に形成された構造物の損傷を防止することも検討されている。 Therefore, it is also considered to prevent damage to the structure formed on the surface of the semiconductor wafer by dissolving the inert gas in the treatment liquid and causing the inert gas dissolved in the treatment liquid to play the role of a cushion. Has been.
なお、特許文献1及び特許文献2は、本願発明と関連する先行技術文献であり、不活性ガスを処理液に溶解させた上でメガソニック洗浄を行う技術を開示している。
しかしながら、半導体デバイスの構造が微細化し、半導体ウエハの表面に高アスペクト比の構造物が形成されるようになると、単に不活性ガスを溶解させた処理液を使用するという先述の損傷防止策だけでは十分な効果が得られない場合がある。また、損傷防止策のみを考慮した処理を行うと、逆にパーティクルの除去が効果的に行えないという問題がある。 However, when the structure of a semiconductor device is miniaturized and a structure having a high aspect ratio is formed on the surface of a semiconductor wafer, the above-described damage prevention measure that simply uses a processing solution in which an inert gas is dissolved is not sufficient. A sufficient effect may not be obtained. In addition, when the processing considering only damage prevention measures is performed, there is a problem that particles cannot be effectively removed.
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、半導体ウエハ等の基板の表面に形成された構造物を損傷することを回避しつつ、基板に付着したパーティクルを効果的に除去する基板処理装置を提供することを目的とする。 The present invention was made to solve this problem, and a substrate that effectively removes particles adhering to the substrate while avoiding damaging structures formed on the surface of the substrate such as a semiconductor wafer. An object is to provide a processing apparatus.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板処理装置において、処理液を貯留する処理槽と、前記処理槽に貯留された処理液の中に基板を保持する保持手段と、前記処理槽へ処理液を供給する処理液供給手段と、前記処理液供給手段に接続され、前記処理液供給手段に処理液を供給する配管と、前記配管に設けられ、処理液を冷却させる冷却手段と、前記冷却手段が設けられた位置より下流側の配管に設けられ、前記冷却手段により冷却させられた処理液に不活性ガスを溶解させる溶解手段と、前記処理槽に貯留された処理液に超音波振動を付与する超音波振動を発生させる超音波発生手段と、を備えることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the invention of
請求項2の発明は、請求項1に記載の基板処理装置において、前記処理槽に貯留された処理液の液温を測定する温度計と、前記処理槽に貯留された処理液に溶解している不活性ガスの濃度を測定する濃度計と、前記温度計により測定された液温が10℃以下でかつ、前記濃度計により測定された濃度が所定の濃度以上である場合、前記超音波発生手段の超音波の発生を開始させる制御部と、をさらに備えることを特徴とするものである。 A second aspect of the present invention is the substrate processing apparatus according to the first aspect, wherein the substrate processing apparatus is dissolved in a thermometer that measures the temperature of the processing liquid stored in the processing tank, and the processing liquid stored in the processing tank. A concentration meter that measures the concentration of the inert gas, and when the liquid temperature measured by the thermometer is 10 ° C. or less and the concentration measured by the concentration meter is a predetermined concentration or more, the generation of the ultrasonic wave And a control unit for starting generation of ultrasonic waves by the means.
請求項3の発明は、請求項2に記載の基板処理装置において、前記溶解手段により処理液に溶解させる不活性ガスの量を調整する調整手段をさらに備え、前記制御部は、前記超音波発生手段を作動させた後、前記調整手段を制御して前記溶解手段により処理液に溶解させる不活性ガスの量を増加させることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the substrate processing apparatus according to the second aspect of the present invention, the substrate processing apparatus further includes an adjusting unit that adjusts an amount of an inert gas dissolved in the processing liquid by the dissolving unit, and the control unit generates the ultrasonic wave After operating the means, the adjusting means is controlled to increase the amount of inert gas dissolved in the processing liquid by the dissolving means.
請求項4の発明は、請求項3に記載の基板処理装置において、前記制御部は、濃度計により測定された濃度に基づいて、前記調整手段を制御して前記溶解手段により処理液に溶解させる不活性ガスの量を増加させることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the substrate processing apparatus according to the third aspect, the control unit controls the adjusting means based on the concentration measured by the densitometer and dissolves it in the processing liquid by the dissolving means. The amount of the inert gas is increased.
本発明によれば、冷却手段により冷却された処理液に不活性ガスを溶解させているので、微小気泡を処理液の中に大量に発生させることができ、基板の表面に形成された構造物を損傷することなく、基板に付着したパーティクルを効果的に除去することができる。 According to the present invention, since the inert gas is dissolved in the processing liquid cooled by the cooling means, a large amount of microbubbles can be generated in the processing liquid, and the structure formed on the surface of the substrate. The particles adhering to the substrate can be effectively removed without damaging the substrate.
請求項2の発明によれば、処理液に溶解している不活性ガスの量が増加するとともに処理液の密度が高くなってから超音波振動を付与しているので、基板に付着したパーティクルをより効果的に除去することができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、超音波発生手段を作動させた後、溶解手段により処理液に溶解させる不活性ガスの量を増加させるので、処理液への超音波振動の付与により低下した処理液中の不活性ガスの濃度を回復することができる。 According to the invention of claim 3, since the amount of the inert gas dissolved in the treatment liquid by the dissolving means is increased after the ultrasonic wave generating means is operated, the treatment decreased by application of ultrasonic vibration to the treatment liquid. The concentration of the inert gas in the liquid can be recovered.
<1 基板処理装置の構成>
図1は、本発明の望ましい実施形態に係る基板処理装置1の模式図である。基板処理装置1は、冷却しかつ不活性ガスを溶解させた処理液に半導体ウエハWを浸漬させた状態で、処理液に超音波振動を付与することにより、半導体ウエハWに付着したパーティクルを除去するものである。基板処理装置1は、複数枚の半導体ウエハWを同時に処理するバッチ式の洗浄装置である。また、基板処理装置1は、半導体ウエハWの他、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、磁気ディスク用又は光ディスク用のガラス基板又はセラミックス基板等の各種基板も処理することができる。
<1. Configuration of substrate processing apparatus>
FIG. 1 is a schematic view of a
図1に示すように、基板処理装置1は、主に、処理槽102、伝搬槽152、超音波振動子156、リフタ158及び制御部160を備える。
As shown in FIG. 1, the
図1に断面を示す処理槽102は、内部に処理液104を貯留しており、基板処理装置1において同時に処理される複数枚の半導体ウエハWを貯留している処理液104に浸漬することができる容器形状を有している。処理液104としては、純水や、純水と他の溶液とを混合した混合液、例えば、純水と過酸化水素水(H2O2)とアンモニア水(NH3)とを容積比で100:2:1の割合で混合した混合液(SC−1)を採用することができる。
The
処理槽102の内底面の近傍には、供給された処理液を処理槽102の内部に向かって吐出する一対のノズル106が設けられている。この一対のノズル106には、それぞれ半導体ウエハWの配列方向に沿って、処理液104を処理槽102内へ吐出するための複数個の吐出孔が形成されている。処理槽102の外側面の上端の近傍には、処理槽102の上部からあふれ出した処理液を回収する外槽108が設けられている。
A pair of
また、処理槽102の内部には、処理液104の液温を測定する温度計110と、処理液104に溶解している不活性ガスの濃度を測定する濃度計112とが設けられ、温度計110及び濃度計112の測定結果は制御部160によって取得されている。
In addition, a
基板処理装置1は、処理槽102を出て処理槽102へ戻る処理液の循環経路を構成する配管122を備える。この配管122は、一端がノズル106に、他端が外槽108の底部に接続されており、上流から下流に向かって順に、処理液を送液するポンプ124と、処理液を冷却するチラー126と、不活性ガスを処理液に溶解させる溶解部128と、処理液中の浮遊物を濾過するフィルタ130が設けられている。ポンプ124及びチラー126の動作は、制御部160によって制御されている。基板処理装置1では、ポンプ124で処理液を送液することにより、配管122に処理液104を循環させ、外槽108において回収した処理液をノズル106を介して処理槽102へ再供給する。
The
溶解部128には、不活性ガスの供給経路となる配管142の一端が接続されている。配管142には、配管142を開閉するバルブ144と、不活性ガスの流量を制御する流量制御器146とが設けられ、配管142の他端には、不活性ガスの供給源148が接続されている。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス(N2)を採用することができる。バルブ144及び流量制御器146の動作は、制御部160によって制御されている。
One end of a
図2は、溶解部128の模式図である。図2に示すように、溶解部128は、主に、本体172と、処理液取入口180と、処理液送出口186と、不活性ガス導入口182,184とを備える。溶解部128は、処理液取入口180から取り入れた処理液104に、不活性ガス導入口182,184から導入した不活性ガスを溶解させて、処理液送出口186から送り出す。
FIG. 2 is a schematic diagram of the
図2に斜上方から見た状態を示す本体172は、両端が閉じられた円筒容器174に給液管176と多数の中空糸分離膜178とを内蔵させた構造を有している。
2 has a structure in which a
給液管176は、円筒容器174の円筒軸上に配置されており、円筒容器174の第1の端面に設けられた処理液取入口180と接続されている。給液管176は、処理液取入口180から取り入れた処理液を円筒容器174の内部に導き、円筒容器174の内部において処理液を円筒容器174の径方向D1に吐出する。これにより、円筒容器174の内部は処理液で満たされることになる。
The
細筒状の中空糸分離膜178は、給液管176の周りに同軸状に配置されており、円筒容器174の第1の端面に設けられた不活性ガス導入口182又は円筒容器174の第2の端面に設けられた不活性ガス導入口184に接続されている。中空糸分離膜178は、不活性ガスを透過するが、処理液104を透過しない材質で構成されている。これにより、中空糸分離膜178が処理液に浸漬された状態で不活性ガス導入口182,184に不活性ガスが加圧供給されると、中空糸分離膜178を経由して処理液の中に不活性ガスが供給され、処理液に不活性ガスが溶解させられる。ここで、溶解部128において処理液に溶解させる不活性ガスの量は、流量制御器146によって調整される。
The thin cylindrical hollow
図1に戻って説明すると、処理槽102の下方には、処理槽102に超音波振動を伝搬する伝搬水154を貯留する伝搬槽152が配置されており、処理槽102の底部は伝搬水154に浸漬されている。さらに、この伝搬槽152の外底部には、メガヘルツ帯の超音波振動を発生する超音波振動子156が取り付けられている。超音波振動子156の動作は、制御部160によって制御されている。超音波振動子156により発生された超音波振動は、伝搬槽152の底部、伝搬水154及び処理槽102の底部を介して、処理液104に付与される。
Referring back to FIG. 1, a
リフタ158は、基板処理装置1において同時に処理される複数の半導体ウエハW(例えば、50枚)を所定の間隔を置いて保持した状態で、図示しない駆動機構により処理槽102内の処理位置と処理槽の上方位置との間を上下方向に移動する。なお駆動機構によるリフタ158の動作は、制御部160によって制御されている。
The lifter 158 holds a plurality of semiconductor wafers W (for example, 50 wafers) that are simultaneously processed in the
なお、リフタ158は、前工程から受け取った半導体ウエハWを処理槽102内の処理液104に浸漬し、半導体ウエハWを処理液104の中に保持し、処理液104に浸漬されている半導体ウエハWを引き上げて次行程へ受け渡す。
The lifter 158 immerses the semiconductor wafer W received from the previous process in the
制御部160は、組み込みコンピュータを含んで構成され、上述したように、基板処理装置1の各構成を統括制御する。
The
<2 基板処理装置の動作>
図3は、半導体ウエハWに付着したパーティクルを除去する際の基板処理装置1の動作を説明する流れ図である。
<2. Operation of substrate processing apparatus>
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the
半導体ウエハWの処理に当たっては、最初に、制御部160の制御を受けて、ポンプ124の運転が開始され、処理液の循環が開始される(ステップS101)。
In processing the semiconductor wafer W, first, the operation of the
次に、制御部160の制御を受けて、チラー126の運転が開始され、処理液の冷却が開始されるとともに(ステップS102)、バルブ144が開かれ、溶解部128への不活性ガスの供給が開始される(ステップS103)。これにより、基板処理装置1では、溶解部128において、チラー126により冷却された処理液に不活性ガスが溶解させられ、溶解部128により不活性ガスが溶解させられた処理液104が、配管122を介して一対のノズル106から処理槽102内に供給される。
Next, under the control of the
続いて、制御部160は、温度計110により測定された液温及び濃度計112により測定された濃度を取得し(ステップS104)、液温が所定値以下かつ濃度が所定値以上(例えば、不活性ガスの濃度が飽和濃度に近い値)となると(ステップS105で"YES")、超音波振動子156を動作させて、処理液104への超音波振動の付与を開始する(ステップS106)。この超音波振動により、半導体ウエハWに付着したパーティクルの除去に寄与する微小気泡(キャビティ)が処理液104の中に発生する。
Subsequently, the
一方、制御部160は、温度が所定値以下となっていない場合又は濃度が所定値以上となっていない場合は(ステップS105で"NO")、ステップS104へ戻って液温及び濃度を再び取得する。これにより、基板処理装置1では、液温が所定値以下かつ濃度が所定値以上となるまでは、処理液104への超音波振動の付与が開始されないことになる。
On the other hand, if the temperature is not lower than the predetermined value or the concentration is not higher than the predetermined value ("NO" in step S105), the
このように液温及び濃度を管理するようにしたのは、以下の理由による。図4は、処理液中の微小気泡の状態を示す図であり、図4(a)は従来の技術、図4(b)は本発明の技術を示している。 The reason for controlling the liquid temperature and concentration in this way is as follows. 4A and 4B are diagrams showing the state of microbubbles in the processing liquid. FIG. 4A shows the prior art and FIG. 4B shows the technique of the present invention.
図4(a)に示す従来の技術では、常温において不活性ガスを処理液に溶け込ませており、処理槽内の処理液に超音波振動を付与すると、微小気泡が発生する。この微小気泡はさらなる超音波振動の付与により、大小に変化し、最終的には微小気泡が破裂し、この微小気泡の破裂の衝撃により、半導体ウエハWの表面のパーティクルが除去される。 In the conventional technique shown in FIG. 4A, an inert gas is dissolved in the processing liquid at room temperature. When ultrasonic vibration is applied to the processing liquid in the processing tank, microbubbles are generated. The microbubbles are changed in size by application of further ultrasonic vibration, and finally the microbubbles are ruptured, and particles on the surface of the semiconductor wafer W are removed by the impact of the rupture of the microbubbles.
しかしながら、処理液中で発生する微小気泡の数が少ないので、微小気泡の破裂の衝撃によるパーティクル除去が十分ではない。また、微小気泡のサイズが大きく、数も少ないので、微小気泡間を通り抜けた超音波振動が半導体ウエハの表面に形成された構造物への損傷を与えてしまうことになる。 However, since the number of microbubbles generated in the processing liquid is small, particle removal by impact of bursting of microbubbles is not sufficient. In addition, since the size of the microbubbles is large and the number thereof is small, the ultrasonic vibration that has passed through the microbubbles will damage the structure formed on the surface of the semiconductor wafer.
それに対して、本発明の技術では、まず、チラー126により処理液の液温を10℃以下にすると、処理液104の密度が高くなるので、常温時に比べて溶解部128において不活性ガスが多量に溶け込むことになり、処理液中における不活性ガスの溶存量が従来の技術に比べて増加する。不活性ガスの溶存量が増加した処理液に超音波振動子156からの超音波振動を付与すると、処理液内の多くの微小気泡(キャビティ)が発生する。このとき処理液を冷却したことにより処理液の密度が増加しているため、常温時に比べて微小気泡のサイズは小さくなるとともに、微小気泡の密度も向上するので、微小気泡が大量に発生する(図4(b))。
On the other hand, in the technique of the present invention, when the temperature of the processing liquid is first set to 10 ° C. or less by the
さらに、この微小気泡に超音波振動を付与し続けると、超音波振動により微小気泡が大小に変化し、最終的には大量の微小気泡が破裂し、この微小気泡の破裂の衝撃により、従来の技術に比べて、半導体ウエハWに付着した表面のパーティクルを効果的に除去できる。また、このとき、処理液中に微小気泡が大量に発生しているので、超音波振動子156からの超音波振動は、多量の微小気泡により緩和させられ(図4(b))、半導体ウエハの表面に形成された構造物への損傷を防止できることになる。
Furthermore, if ultrasonic vibration is continuously applied to the microbubbles, the microbubbles are changed into large and small by the ultrasonic vibration, and finally a large amount of microbubbles are ruptured. Compared with the technique, particles on the surface attached to the semiconductor wafer W can be effectively removed. At this time, since a large amount of microbubbles are generated in the processing liquid, the ultrasonic vibration from the
続いて、制御部160は、濃度計112による不活性ガスの濃度の検出結果に基づいて、流量制御器146を制御して、溶解部128に供給する不活性ガスの量を増加させ、溶解部128において溶解させる不活性ガスの量を増加させる(ステップS107)。このように、超音波振動子156を作動させた後、処理液104に溶解させる不活性ガスの量を増加させているので、超音波振動の付与により低下した不活性ガスの濃度を確実に回復できる。
Subsequently, the
しかる後に、制御部160の制御を受けて、リフタ158が半導体ウエハWを処理液104に浸漬し、処理液104の中に半導体ウエハWを所定時間保持する(ステップS108)。これにより、半導体ウエハWに付着したパーティクルが、微小気泡の破裂に伴い除去されることになる。
Thereafter, under the control of the
<3 処理液の温度>
処理液104の液温は、処理液104の凝固点以上であって、処理液104の密度ができるだけ高くなるようにすることが望ましい。したがって、望ましい処理液104の液温は、処理液104の種類によって異なってくるが、純水を主成分とする処理液104の場合は、密度がある程度大きくなる0℃以上20℃以下とすることが望ましく、0℃以上10℃以下とすることがさらに望ましい。この範囲内ならば、図5に示すように、処理液104の密度を高くすることができるからである。なお、図5は、純水の密度の液温に対する依存性を示すグラフである。
<3 Treatment liquid temperature>
It is desirable that the temperature of the
1 基板処理装置
102 処理槽
104 処理液
126 チラー
128 溶解部
156 超音波振動子
158 リフタ
160 制御部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記処理槽に貯留された処理液の中に基板を保持する保持手段と、
前記処理槽へ処理液を供給する処理液供給手段と、
前記処理液供給手段に接続され、前記処理液供給手段に処理液を供給する配管と、
前記配管に設けられ、処理液を冷却させる冷却手段と、
前記冷却手段が設けられた位置より下流側の配管に設けられ、前記冷却手段により冷却させられた処理液に不活性ガスを溶解させる溶解手段と、
前記処理槽に貯留された処理液に超音波振動を付与する超音波振動を発生させる超音波発生手段と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。 A treatment tank for storing the treatment liquid;
Holding means for holding the substrate in the processing liquid stored in the processing tank;
Treatment liquid supply means for supplying a treatment liquid to the treatment tank;
A pipe connected to the processing liquid supply means and supplying the processing liquid to the processing liquid supply means;
A cooling means provided in the pipe for cooling the treatment liquid;
Dissolving means for dissolving an inert gas in a treatment liquid provided in a downstream pipe from a position where the cooling means is provided, and cooled by the cooling means;
Ultrasonic generation means for generating ultrasonic vibrations for applying ultrasonic vibrations to the processing liquid stored in the processing tank;
A substrate processing apparatus comprising:
前記処理槽に貯留された処理液に溶解している不活性ガスの濃度を測定する濃度計と、
前記温度計により測定された液温が10℃以下でかつ、前記濃度計により測定された濃度が所定の濃度以上である場合、前記超音波発生手段の超音波の発生を開始させる制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。 A thermometer for measuring the temperature of the processing liquid stored in the processing tank;
A concentration meter that measures the concentration of the inert gas dissolved in the treatment liquid stored in the treatment tank;
When the liquid temperature measured by the thermometer is 10 ° C. or lower and the concentration measured by the densitometer is equal to or higher than a predetermined concentration, a control unit that starts generation of ultrasonic waves of the ultrasonic wave generation unit;
The substrate processing apparatus according to claim 1, further comprising:
前記制御部は、前記超音波発生手段を作動させた後、前記調整手段を制御して前記溶解手段により処理液に溶解させる不活性ガスの量を増加させることを特徴とする請求項2に記載の基板処理装置。 An adjusting means for adjusting the amount of inert gas dissolved in the treatment liquid by the dissolving means;
3. The control unit according to claim 2, wherein, after operating the ultrasonic wave generation unit, the control unit controls the adjustment unit to increase the amount of an inert gas dissolved in the processing liquid by the dissolution unit. Substrate processing equipment.
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