JP2009231732A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の主面に対する処理液を用いた処理の面内均一性の向上を図ることができる、基板処理装置および基板処理方法を提供する。
【解決手段】ウエハに対するエッチング処理の開始に先立ち、エッチング液の温度がウエハの温度と同じ温度に調節される。そして、その温度調節されたエッチング液がウエハの表面および裏面に供給される。これにより、ウエハの表面および裏面に供給されたエッチング液がその表面および裏面を流れる間に、エッチング液とウエハとの間で大きな熱交換が行われるのを防止することができる。その結果、ウエハの表面および裏面の全域において、エッチング液の温度をほぼ同じ温度にすることができるので、エッチング液による処理のレート、つまりエッチングレートを均一にすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板に対する処理液を用いた処理のための基板処理装置および基板処理方法に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、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、フォトマスク用基板等が含まれる。

半導体装置や液晶表示装置の製造工程には、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板などの基板に対する処理液を用いた処理が含まれる。このような処理の一例として、基板の表面にふっ酸などのエッチング液を供給し、その基板の表面に形成された薄膜を除去するエッチング処理がある。
枚葉式のエッチング処理を実施するための装置は、基板をほぼ水平に保持しつつ、その基板を回転させるスピンチャックと、このスピンチャックにより回転される基板の表面にエッチング液を供給するためのノズルとを備えている。スピンチャックにより基板が回転されつつ、その基板の表面の回転中心付近にノズルからエッチング液が供給される。基板の表面上に供給されたエッチング液は、基板の回転による遠心力を受けて、基板の表面上を周縁に向けて流れる。これによって、基板の表面の全域にエッチング液が行き渡り、基板の表面から薄膜が除去される。
特開２００５−２５２１７７号公報

エッチングレートを高めるため、基板の表面に供給されるエッチング液は、基板の温度よりも高い温度に加温されている。基板の表面の回転中心付近に供給されたエッチング液は、基板との温度差により、基板の周縁に向けて流れる間に、基板との間で熱交換を行う。そのため、基板の表面上のエッチング液の温度は、基板の周縁に近づくほど低下する。その結果、基板の表面の周縁部上でのエッチングレートがその回転中心付近上（中央部上）でのエッチングレートよりも低くなり、基板の表面上におけるエッチングレートの不均一が生じる。

そこで、本発明の目的は、基板の主面に対する処理液を用いた処理の面内均一性の向上を図ることができる、基板処理装置および基板処理方法を提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、基板の主面に処理液を供給する処理液供給手段と、前記基板の温度を検出するための基板温度検出手段と、前記基板温度検出手段により検出される前記基板の温度に基づいて、前記処理液の温度を調節する処理液温度調節手段とを含む、基板処理装置である。
この構成では、基板の温度に基づいて、基板の主面に供給される処理液の温度が調節される。この温度調節により、たとえば、処理液の温度を基板の温度に近づけることができる。こうすれば、処理液と基板との温度差を小さくすることができるので、基板の主面上に供給された処理液がその主面上を流れる間に、処理液と基板との間で大きな熱交換が行われるのを防止することができる。その結果、基板の主面上の全域において、処理液の温度をほぼ同じ温度にすることができるので、処理液による処理のレートを均一にすることができる。よって、基板の主面に対する処理液を用いた処理の面内均一性の向上を図ることができる。

前記処理液温度調節手段は、前記処理液の温度を検出するための処理液温度検出手段と、前記処理液を加熱および冷却する処理液加熱／冷却手段と、前記基板温度検出手段により検出される前記基板の温度および前記処理液温度検出手段により検出される前記処理液の温度に基づいて、前記処理液加熱／冷却手段を制御する制御手段とを備えていてもよい。

前記処理液温度調節手段は、請求項２に記載のように、（前記処理液供給手段により前記基板の主面に供給される）前記処理液の温度を前記基板温度検出手段により検出される前記基板の温度と同じ温度に調節することが好ましい。
処理液の温度が基板の温度と同じ温度に調整されることにより、処理液と基板との温度差がなくなる。その結果、基板の主面に対する処理液を用いた処理の面内均一性をさらに高めることができる。

前記基板温度検出手段は、請求項３に記載のように、前記基板の周囲の気温を測定し、その測定した気温を前記基板の温度として検出するものであってもよい。
基板の主面に処理液が供給される前に、基板の加熱や冷却が行われていなければ、処理液が供給される時点での基板の温度は、その周囲の気温とほぼ同じであると推定される。したがって、基板の周囲の気温を計測し、この測定した気温を基板の温度として検出することができる。

前記基板温度検出手段は、請求項４に記載のように、前記基板温度検出手段は、前記基板から放射される赤外線の強度を測定し、その測定した強度に基づいて、前記基板の温度を検出するものであってもよい。つまり、前記基板温度検出手段は、いわゆる放射温度計であってもよい。
前記基板処理装置は、請求項５に記載のように、前記基板温度検出手段によって検出される前記基板の温度に基づいて、前記処理液供給手段による処理液の供給時間を設定する供給時間設定手段をさらに含むことが好ましい。

処理液による処理レートは、処理液の温度に依存する。そして、処理の進行量は、処理レートおよび処理液の供給時間に依存する。そのため、基板の温度に基づいて、処理液の温度が調節されるとともに、基板の主面に対する処理液の供給時間が設定されることにより、基板の主面における処理の進行量を適正にすることができる。
請求項６に記載の発明は、基板の温度を検出する基板温度検出工程と、前記基板温度検出工程で検出される前記基板の温度に基づいて、処理液の温度を調整する処理液温度調節工程と、前記処理液温度調節工程で温度が調節された処理液を前記基板の主面に供給する処理液供給工程とを含む、基板処理方法である。

この方法によれば、請求項１に関連して述べた効果と同様な効果を達成することができる。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置のレイアウトを示す図解的な平面図である。
基板処理装置１００は、基板の一例としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを１枚ずつ処理する枚葉式の装置である。この基板処理装置１００で行われる処理は、処理液を用いた処理であり、以下では、ウエハＷの表面（デバイス形成面）および裏面（デバイス形成面と反対側の非デバイス形成面）にふっ酸などのエッチング液を供給し、その基板の表面に形成された薄膜や裏面に付着した不要物を除去するエッチング処理を例にとって説明する。

基板処理装置１００は、インデクサユニット１が装置本体２に対して結合された構成を有している。
インデクサユニット１には、複数（この実施形態では４個）のキャリアＣを並べて載置可能なキャリア載置台３と、各キャリアＣに対してウエハＷを搬入／搬出するためのインデクサロボット４とが備えられている。

キャリアＣは、その内部に複数枚（たとえば、２５枚）のウエハＷを所定間隔を空けた積層配列状態で収容することができるものである。このようなキャリアＣとしては、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）、ＳＭＩＦ（Standard Mechanical Interface）ポッド、ＯＣ（Open Cassette）などを用いることができる。
インデクサロボット４は、キャリア載置台３に対する装置本体２側に配置されている。そして、インデクサロボット４は、キャリアＣの並び方向に沿って走行可能に構成されている。また、インデクサロボット４は、図示しないが、ウエハＷを保持するためのハンドと、このハンドを水平方向に進退させるための機構とを備えている。これにより、インデクサロボット４は、キャリアＣに対向する位置へと移動して、そのキャリアＣに対してハンドを進退させることができ、このハンドの進退により、キャリアＣに対するウエハＷの搬入／搬出を行うことができる。

装置本体２には、搬送室５と、４つの処理チャンバ６と、４つの流体ボックス７とが設けられている。
搬送室５は、インデクサロボット４の走行方向と直交する方向に延びている。
２つの処理チャンバ６は、搬送室５に対するその長手方向と直交する方向の一方側に、搬送室５に沿う方向に互いに隣接して配置されている。残りの２つの処理チャンバ６は、搬送室５に対するその長手方向と直交する方向の他方側に、搬送室５に沿う方向に互いに隣接して配置されている。

４つの流体ボックス７は、それぞれ処理チャンバ６に対応して設けられている。各流体ボックス７は、その対応する処理チャンバ６に対して搬送室５の長手方向に隣接して配置されている。
搬送室５内の平面視における中央部には、搬送ロボット８が配置されている。搬送ロボット８は、鉛直軸線まわりに回転可能に構成されている。また、搬送ロボット８は、図示しないが、ウエハＷを保持するハンドと、このハンドを水平方向に進退させたり、上下方向に昇降させたりするための機構とを備えている。これにより、搬送ロボット８は、任意の処理チャンバ６にハンドを対向させ、そのハンドを処理チャンバに対して進退させることができ、このハンドの進退により、当該処理チャンバに対するウエハＷの搬入／搬出を行うことができる。また、搬送ロボット８は、インデクサユニット１にハンドを対向させて、そのハンドをインデクサユニット１に向けて進出させることができる。この状態で、搬送室５と対向する位置に配置されたインデクサロボット４がそのハンドを搬送ロボット８に向けて進出させることにより、インデクサロボット４のハンドと搬送ロボット８のハンドとの間でウエハＷを受け渡すことができる。

また、搬送室５内には、搬送ロボット８の近傍に、搬送室５内の室温を測定する室温センサ９が設置されている。
図２は、図１に示す搬送室、処理チャンバおよび流体ボックスの図解的な断面図であり、各部の制御のための構成を併せて示す。
処理チャンバ６内には、有底円筒状のカップ１１が設けられている。

カップ１１内には、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転させるスピンチャック１２が収容されている。このスピンチャック１２としては、たとえば、挟持式のものが採用されている。すなわち、スピンチャック１２は、複数個の挟持部材でウエハＷを挟持することにより、ウエハＷをほぼ水平な姿勢で保持することができる。そして、スピンチャック１２は、ウエハＷを保持した状態で、ほぼ鉛直な軸線まわりに回転することによって、その保持したウエハＷをほぼ水平な姿勢を保ったまま回転させることができる。

カップ１１の上方には、スピンチャック１２に保持されたウエハＷの上面（表面）にエッチング液を供給するための表面ノズル１３が配置されている。表面ノズル１３としては、ウエハＷの表面におけるエッチング液の供給位置を変更可能なスキャンノズルの形態を有するものが採用されてもよいし、スピンチャック１２に対して固定的に配置され、ウエハＷの表面における一定位置にエッチング液を供給する固定ノズルが採用されてもよい。

また、カップ１１内には、スピンチャック１２に保持されたウエハＷの下面（裏面）にエッチング液を供給するための裏面ノズル１４が設けられている。裏面ノズル１４は、たとえば、スピンチャック１２におけるウエハＷの下面の中央部に対向する位置に形成されている。
カップ１１の底面には、カップ１１内からエッチング液を排出するためのエッチング液排出管１５が接続されている。

流体ボックス７内には、エッチング液を貯留する処理液タンク２１が設けられている。
処理液タンク２１には、処理液排出管１５の先端（処理液の流通方向の下流端）が接続されている。すなわち、処理液排出管１５は、処理チャンバ６とこれに対応する流体ボックス７とに跨って配設され、その先端が処理液タンク２１に接続されている。
処理液タンク２１に貯留されているエッチング液中には、処理液供給管２２の一端が浸漬されている。処理液供給管２２は、処理液タンク２１から流体ボックス７と対応する処理チャンバ６に向けて延び、その処理チャンバ６と流体ボックス７とに跨って配設されている。処理液供給管２２には、処理液タンク２１側から順に、処理液供給管２２を流れるエッチング液の温度を調節するための温調ユニット２３と、処理液タンク２１に貯留されているエッチング液を処理液供給管２２に汲み出すためのポンプ２４と、処理液供給管２２を開閉するための供給バルブ２５とが介装されている。そして、処理液供給管２２は、供給バルブ２５よりも先端側（処理液の流通方向の下流側）で２つの分岐管に分岐しており、その２つの分岐管は、それぞれ表面ノズル１３および裏面ノズル１４に接続されている。

温調ユニット２３は、処理液供給管２２を流通するエッチング液を加熱および冷却可能な加熱／冷却機構２６と、処理液供給管２２を流通するエッチング液の温度を検出するための液温センサ２７とを備えている。
また、処理液供給管２２には、ポンプ２４と供給バルブ２５との間において、処理液帰還管２８が分岐して接続されている。処理液帰還管２８の先端は、処理液タンク２１に接続されている。処理液帰還管２８の途中部には、処理液帰還管２８を開閉するための帰還バルブ２９が介装されている。

基板処理装置１００の運転中（基板処理装置１００に電源が投入されている間）は、温調ユニット２３およびポンプ２４が常に駆動されている。ウエハＷへのエッチング液の供給時には、帰還バルブ２９が閉じられ、供給バルブ２５が開かれる。これにより、処理液供給管２２を流れるエッチング液は、表面ノズル１３および裏面ノズル１４に供給される。一方、ウエハＷにエッチング液が供給されない期間は、帰還バルブ２９が開かれ、供給バルブ２５が閉じられた状態にされる。これにより、処理液供給管２２を流れるエッチング液は、処理液帰還管２８を通して、処理液タンク２１に戻される。すなわち、ウエハＷにエッチング液が供給されない期間は、処理液タンク２１、処理液供給管２２および処理液帰還管２８からなる循環路をエッチング液が循環する。

そして、基板処理装置１００には、マイクロコンピュータを含む構成の制御部３０が備えられている。制御部３０には、室温センサ９および液温センサ２７の各検出信号が入力されるようになっている。また、制御部３０には、供給バルブ２５、加熱／冷却機構２６および帰還バルブ２９などが制御対象として接続されている。
図３は、図２に示す制御部による制御の内容を説明するためのフローチャートである。

インデクサロボット４によって、所定枚数（たとえば、２５枚）の未処理のウエハＷが収容されたキャリアＣから１枚目の未処理のウエハＷが取り出されると、以下に説明する制御（図３に示すフローチャート）が開始される。
キャリアＣから取り出されたウエハＷは、インデクサロボット４から搬送ロボット８に受け渡され、搬送室５に搬入される。一方、制御部３０により、任意のタイミングで室温センサ９の検出信号が参照され、搬送室５の室温が検知される。ウエハＷは、基板処理装置１００に搬入される直前に温度変化を生じるような処理は受けておらず、そのため、搬送ロボット８に受け渡されたウエハＷの温度は、搬送室５の室温とほぼ同じであると推定される。したがって、室温センサ９の検出信号が表す搬送室５の室温は、制御部３０により、ウエハＷの温度として検知される（ステップＳ１）。

つづいて、制御部３０により、液温センサ２７の検出信号が参照されて、ウエハＷの温度と処理液供給管２２を流通するエッチング液の温度（処理液温度）とが比較され、これらが一致しているか否かが判断される（ステップＳ２）。そして、ウエハＷの温度とエッチング液の温度とが一致していなければ、制御部３０により、それらが一致するように、温調ユニット２３の加熱／冷却機構２６が制御される。具体的には、エッチング液の温度がウエハＷの温度よりも低い場合には、処理液供給管２２を流通するエッチング液が加熱されるように、加熱／冷却機構２６が制御される。逆に、エッチング液の温度がウエハＷの温度よりも高い場合には、処理液供給管２２を流通するエッチング液が冷却されるように、加熱／冷却機構２６が制御される。

このとき、帰還バルブ２９が開かれ、供給バルブ２５が閉じられており、処理液タンク２１、処理液供給管２２および処理液帰還管２８からなる循環路をエッチング液が循環している。エッチング液が循環路を循環することにより、処理液タンク２１内に貯留されているエッチング液は、その温度がウエハＷと同じ温度に調節される。
このエッチング液の温度調節と並行して、搬送ロボット８により、１枚目のウエハＷが処理チャンバ６に搬入される。処理チャンバ６に搬入されたウエハＷは、搬送ロボット８からスピンチャック１２に受け渡される。

ウエハＷの搬入およびエッチング液の温度調節がともに完了すると、１枚目のウエハＷに対する処理が開始される（ステップＳ３）。ウエハＷに対する処理時には、スピンチャック１２により、ウエハＷが所定の回転速度で回転される。一方、帰還バルブ２９が閉じられ、供給バルブ２５が開かれる。これにより、ウエハＷの温度と同じ温度に調節されたエッチング液は、表面ノズル１３および裏面ノズル１４に供給され、表面ノズル１３および裏面ノズル１４から、それぞれウエハＷの表面および裏面に供給される。ウエハＷの表面および裏面に供給されたエッチング液は、ウエハＷの回転による遠心力を受けて、着液位置から周縁部へ向けて流れる。これにより、ウエハＷの表面および裏面の全域に、エッチング液がむらなく行き渡る。その結果、エッチング液の作用により、ウエハＷの表面に形成された薄膜や裏面に付着した不要物が除去されていく。ウエハＷの表面および裏面の周縁に達したエッチング液は、ウエハＷの側方へと飛散し、カップ１１に側壁に受け止められる。そして、エッチング液は、カップ１１の側壁を伝って流下し、カップ１１の底部に集められ、処理液排出管１５を通して、処理液タンク２１に回収される。

ウエハＷに対するエッチング液の供給時間（エッチング時間）は、制御部３０により、エッチング液の温度に等しいウエハＷの温度に基づいて設定される。たとえば、エッチング液として１：１００のＤＨＦ（希釈フッ酸）を用いる場合、ウエハＷの温度（下表１の上段）に対するエッチングレートを下表１の中段に示す。また、たとえば、エッチング量を１５Åとした場合、ウエハＷの温度（下表１の上段）に対するエッチング時間を求めると、下表１の下段のようになる。

供給バルブ２５が開かれてからウエハＷの温度に基づいて設定されたエッチング時間（上表１の下段）が経過すると、供給バルブ２５が閉じられ、帰還バルブ２９が開かれる。これにより、ウエハＷに対するエッチング液の供給が停止され、エッチング液が循環路を循環する。
ウエハＷに対するエッチング液の供給停止後は、たとえば、図示しない純水ノズルから回転中のウエハＷの表面および裏面に純水が供給され、ウエハＷに付着しているエッチング液が純水により洗い流される。この純水によるリンス処理後は、スピンチャック１２により、ウエハＷが高速回転され、ウエハＷに付着している純水が振り切り乾燥される。これにより、１枚のウエハＷに対する処理が完了する。なお、エッチング液を洗い流した後の純水は、処理液タンク２１に回収されずに廃棄される。

処理済みのウエハＷは、搬送ロボット８によって、処理チャンバ６から搬出され、インデクサロボット４に受け渡される。そして、インデクサロボット４に受け渡されたウエハＷは、インデクサロボット４によって、キャリアＣに収納される。
キャリアＣから取り出される２枚目以降のウエハＷは、ウエハＷが搬入されていない処理チャンバ６（空いている処理チャンバ６）に搬入され、前述した処理を受けた後、キャリアＣに戻される。そして、キャリアＣに収容されていたすべての未処理のウエハＷ（所定枚数のウエハＷ）に対する処理が完了すると、この一連の制御（図３に示すフローチャート）が終了する。

以上のように、ウエハＷに対するエッチング処理の開始に先立ち、エッチング液の温度がウエハＷの温度と同じ温度に調節される。そして、その温度調節されたエッチング液がウエハＷの表面および裏面に供給される。これにより、ウエハＷの表面および裏面に供給されたエッチング液がその表面および裏面を流れる間に、エッチング液とウエハＷとの間で大きな熱交換が行われるのを防止することができる。その結果、ウエハＷの表面および裏面の全域において、エッチング液の温度をほぼ同じ温度にすることができるので、エッチング液による処理のレート、つまりエッチングレートを均一にすることができる。よって、ウエハＷの表面および裏面に対するエッチング処理の面内均一性の向上を図ることができる。

エッチングレートは、エッチング液の温度に依存する。そして、エッチング処理の進行量は、エッチングレートおよびエッチング液の供給時間に依存する。そのため、ウエハＷの温度に基づいて、エッチング液の温度が調節されるとともに、ウエハＷの表面および裏面に対するエッチング液の供給時間が設定されることにより、ウエハＷの表面および裏面におけるエッチング処理の進行量を適正にすることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、室温センサ９は、搬送室５内に設置されているとしたが、搬送室５内に限らず、キャリアＣと処理チャンバ６との間のウエハＷの搬送経路上に設置されていればよい。たとえば、室温センサ９は、図１に破線で示すように、インデクサロボット４が収容された空間に設置されてもよい。この場合、インデクサロボット４が収容された空間の気温が、ウエハＷの温度として、エッチング液の温度調節に利用される。また、室温センサ９は、図１に破線で示すように、キャリアＣが載置されるキャリア載置台３に設置されていてもよい。この場合、キャリア載置台３（キャリアＣ）の周囲の気温が、ウエハＷの温度として、エッチング液の温度調節に利用される。

また、室温センサ９に代えて、ウエハＷから放射される赤外線の強度を測定し、その測定した強度に基づいて、ウエハＷの温度を検出する、いわゆる放射温度センサが採用されてもよい。
さらにまた、エッチング液の温度がウエハＷの温度と同じ温度になるように調節される場合を例にとったが、たとえば、エッチング液が温調ユニット２３を通過してからウエハＷに供給されるまでの間に温度低下することを考慮して、エッチング液の温度がウエハＷの温度よりも所定温度（たとえば、１．０℃）だけ高くなるように調節されてもよい。

また、ウエハＷに対する処理の例として、エッチング液を用いたエッチング処理を取り上げた。しかしながら、ウエハＷに対する処理は、処理液を用いた処理であればよく、エッチング処理の他に、たとえば、ウエハＷの表面および裏面にオゾン水を供給することにより、ケミカル酸化膜を形成する酸化処理などを例示することができる。
また、処理液は、必ずしもウエハＷの表面および裏面の両面に供給されなければならないわけではなく、ウエハＷの表面のみに供給されてもよいし、ウエハＷの裏面にのみ供給されてもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置のレイアウトを示す図解的な平面図である。 図２は、図１に示す搬送室、処理チャンバおよび流体ボックスの図解的な断面図である。 図３は、図２に示す制御部による制御の内容を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

９ 室温センサ（基板温度検出手段）
１３ 表面ノズル（処理液供給手段）
１４ 裏面ノズル（処理液供給手段）
２３ 温調ユニット（処理液温度調節手段）
３０ 制御部（処理液温度調節手段、供給時間設定手段）
１００ 基板処理装置
Ｗ ウエハ（基板）

Claims (6)

1. 基板の主面に処理液を供給する処理液供給手段と、
   前記基板の温度を検出するための基板温度検出手段と、
   前記基板温度検出手段により検出される前記基板の温度に基づいて、前記処理液の温度を調節する処理液温度調節手段とを含む、基板処理装置。
2. 前記処理液温度調節手段は、前記処理液の温度を前記基板温度検出手段により検出される前記基板の温度と同じ温度に調節する、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記基板温度検出手段は、前記基板の周囲の気温を測定し、その測定した気温を前記基板の温度として検出する、請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記基板温度検出手段は、前記基板から放射される赤外線の強度を測定し、その測定した強度に基づいて、前記基板の温度を検出する、請求項１または２に記載の基板処理装置。
5. 前記基板温度検出手段によって検出される前記基板の温度に基づいて、前記処理液供給手段による処理液の供給時間を設定する供給時間設定手段をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
6. 基板の温度を検出する基板温度検出工程と、
   前記基板温度検出工程で検出される前記基板の温度に基づいて、処理液の温度を調整する処理液温度調節工程と、
   前記処理液温度調節工程で温度が調節された処理液を前記基板の主面に供給する処理液供給工程とを含む、基板処理方法。

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