JP2012204720A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板処理装置において処理液の飛散を抑制する。
【解決手段】基板処理装置では、回転する基板９の上面に向けてノズル３４から処理液を吐出することにより、基板９に対する洗浄処理が行われる。基板処理装置では、ノズル３４から吐出された処理液が基板９に接触する位置における処理液の接触方向の水平成分が、接触位置における基板９の回転の接線方向を向く、または、当該接線方向から径方向外側に傾斜する。これにより、基板９上の処理液の基板９の回転に伴う移動が、ノズル３４からの吐出される処理液により阻害されることが抑制される。その結果、基板９上を移動する処理液とノズル３４から吐出される処理液との衝突の勢いが低減され、基板９から上方へと処理液が飛散することをより抑制することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板を処理する基板処理装置に関する。

従来より、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の製造工程では、基板処理装置を用いて酸化膜等の絶縁膜を有する基板に対して様々な処理が施されている。例えば、基板を主面に垂直な中心軸を中心として回転しつつ、基板上に処理液を供給することにより、基板の表面に対してエッチング等の処理が行われる。

特許文献１の基板処理装置では、基板を回転保持するスピンベースの周囲にスプラッシュガードが設けられ、基板から振り切られた処理液がスプラッシュガードにより受け止められる。また、雰囲気遮断板により基板の上面を覆うことにより、基板の上面が外部雰囲気から遮断される。

一方、特許文献２の基板回転式処理装置では、長さが基板の半径におよそ等しい横長の処理液供給ノズルが、基板の上方に設けられる。処理液供給ノズルの前壁面には、長手方向に配列される複数の吐出口が設けられ、各吐出口から、基板の表面に沿った方向、かつ、基板の回転方向と同一方向に処理液が吐出される。これにより、基板上の処理液に対して吐出された処理液が与える衝撃が緩和され、基板上における気泡の発生が抑制される。

特許文献３の液処理装置でも同様に、長さが基板の半径におよそ等しい横長の液供給ノズルが、基板の上方に設けられる。液供給ノズルは、ウエハの回転中心付近に対して垂直方向から処理液を供給する第１の吐出部、および、第１の吐出部よりも外周側に配置されるとともに垂直方向からウエハの回転方向に所定角度だけ傾斜した方向に処理液を供給する第２の吐出部を備える。

特開２００４−２９６６１０号公報 特開平９−１３８５０８号公報 実用新案登録第３１５５３５１号公報

ところで、基板処理装置では、基板の全面に亘って均一な処理を行うために、特許文献１ないし３の装置とは異なり、処理液を吐出するノズルを、回転する基板の主面に沿って基板の中心からエッジまで走査することが行われている。

このような基板処理装置において、ＳＰＭ（Sulfuric acid Hydrogen Peroxide Mixture：硫酸過水）処理等が行われると、発熱反応により処理液中に気泡が発生するため、基板との衝突による処理液の上方への飛散が生じやすい。特に、ノズルから基板のエッジ近傍に処理液が吐出される際には、基板上においてエッジに向かって移動する処理液とノズルから吐出された処理液とが衝突するため、処理液の飛散はより生じやすい。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、処理液の飛散を抑制することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板を処理する基板処理装置であって、基板を保持する保持部と、前記基板の中心を通り、前記基板の主面に垂直な回転軸を中心として、前記基板を前記保持部と共に回転する回転機構と、前記基板の前記主面に向けて処理液を吐出するノズルと、前記ノズルを前記基板の前記主面に沿って走査するノズル走査機構とを備え、前記ノズルから吐出された前記処理液が前記基板の前記主面に接触する接触位置において、前記処理液の接触方向の前記主面に平行な成分が、前記接触位置における前記基板の回転の接線方向を向く、または、前記接線方向から径方向外側に傾斜する。

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であって、前記ノズルからの前記処理液の吐出方向の前記基板の前記主面に対する角度である吐出角度を変更する吐出角度変更機構をさらに備える。

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であって、前記吐出角度変更機構を制御する角度制御部をさらに備え、前記角度制御部による制御により、前記基板の回転速度が大きくなるに従って前記吐出角度が小さくなる。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の基板処理装置であって、前記吐出角度変更機構を制御する角度制御部をさらに備え、前記角度制御部による制御により、前記接触位置が、前記基板の前記中心から離れるに従って前記吐出角度が小さくなる。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記処理液が、硫酸と過酸化水素水との混合液を加熱したものである。

本発明では、処理液の飛散を抑制することができる。

一の実施の形態に係る基板処理装置の部分断面図である。 ノズルアーム近傍の部位の側面図である。 制御部の機能を示すブロック図である。 ノズルアーム近傍の部位の平面図である。 ノズルアーム近傍の部位の側面図である。 ノズルアーム近傍の部位の側面図である。 ノズルアーム近傍の部位の平面図である。 ノズルアーム近傍の部位の側面図である。 ノズルアーム近傍の部位の側面図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る基板処理装置１を示す部分断面図である。図１に示すように、基板処理装置１は、半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）を１枚ずつ処理する枚様式の装置である。基板処理装置１では、基板９に処理液を供給して洗浄処理を行う。

基板処理装置１は、基板９を下側から保持する基板保持部２、ノズル３４から基板９の上側の主面（以下、「上面」という。）に向けて処理液を吐出する処理液供給部３、基板９および基板保持部２の周囲を囲むカップ部４、基板９を基板保持部２と共に回転する回転機構５、これらの構成を内部に収容するチャンバ８、並びに、後述する制御部１１（図３参照）を備える。図１では、１つのノズル３４の先端部のみを図示するが、実際には、処理液供給部３は複数のノズル３４を備える。回転機構５は、基板保持部２の下方にて筒状のカバー部材５１により周囲を囲まれる。基板９は、回転機構５により、基板９の中心を通り、基板９の上面に垂直な回転軸９０を中心として回転する。

基板処理装置１は、チャンバ８の上部に設けられた導入口８１からチャンバ８内に気体（本実施の形態では、エア）を導入する導入部であるＦＦＵ（Fan Filter Units）６１、および、チャンバ８の下部に設けられてチャンバ８内のエアをチャンバ８外へと排出する排出部６２をさらに備える。基板処理装置１は、チャンバ８内に配置される整流板６３、側壁部６４および周辺閉塞部６５を備える。

整流板６３は、複数の開口が分布する板状部材であり、チャンバ８内において基板保持部２およびカップ部４の上方に配置される。本実施の形態では、整流板６３は、チャンバ８の天蓋部近傍に、天蓋部から所定の距離だけ離間して配置される。整流板６３は、導入口８１からのエアを整流し、チャンバ８内に整流板６３から下側に向かうエアの流れ（すなわち、ダウンフロー）を発生させる。

側壁部６４は、カップ部４の周囲を囲む略円筒状の部材であり、チャンバ８の底部から図１中におけるカップ部４の外周部とおよそ同じ高さまで延びる。周辺閉塞部６５は、側壁部６４の全周に亘って、側壁部６４の上端からチャンバ８の側部に向かって延びる。周辺閉塞部６５は、チャンバ８の側部から離れるに従ってチャンバ８の底部へと向かうように所定の傾斜角にて傾斜する。

図２は、ノズル３４を支持する多関節アームであるノズルアーム３２近傍の部位を拡大して示す側面図である。ノズルアーム３２は、ノズル支持部３３に接続される第１ロッド３２１、関節部３２５を介して第１ロッド３２１に接続される第２ロッド３２２、および、関節部３２５を介して第２ロッド３２２に接続される第３ロッド３２３を備える。第３ロッド３２３には、ノズル３４が関節部３２５を介して接続される。ノズル３４に処理液を供給する図示省略のチューブは、ノズルアーム３２の第１ロッド３２１、第２ロッド３２２および第３ロッド３２３に沿って設けられる。なお、当該チューブは、これらのロッド内部に設けられてもよい。第１ロッド３２１の水平方向に対する角度、第１ロッドと第２ロッド３２２とが側面視において成す角度、第２ロッド３２２と第３ロッド３２３とが側面視において成す角度、および、第３ロッド３２３とノズル３４とが側面視において成す角度は、それぞれ変更可能である。

基板処理装置１は、ノズル走査機構７１および吐出角度変更機構７２を備える。ノズル走査機構７１は、ノズル支持部３３に接続され、ノズル３４をノズルアーム３２およびノズル支持部３３と共に水平方向に回転することにより、ノズル３４を基板９の上面に沿って走査する。吐出角度変更機構７２は、３つの関節部３２５に取り付けられる３つの関節駆動部７２１、および、ノズル支持部３３に取り付けられて第１ロッド３２１の水平方向に対する角度を変更する第１ロッド駆動部７２２を備える。関節部３２５の両側の部位が成す角度は、無段階にて角度を変更可能なＬ型の関節駆動部７２１により所定の角度に変更される。

図３は、制御部１１の機能を示すブロック図である。図３では、制御部１１以外の基板処理装置１の構成も併せて図示している。基板処理装置１では、ノズル走査機構７１が走査制御部１２により制御されることにより、ノズル３４の先端に設けられた吐出口３４０（図２参照）の基板９上における位置が変更される。また、吐出角度変更機構７２が角度制御部１３により制御されることにより、ノズル３４からの処理液の吐出方向が変更され、当該吐出方向の基板９の上面に対する角度である吐出角度が変更される。本実施の形態では、ノズル３４の内径は、約６ｍｍである。

図１に示す基板処理装置１では、回転機構５により基板９が回転している状態において、基板９の上方にて走査されるノズル３４から基板９の上面に向けてＳＰＭ（Sulfuric acid Hydrogen Peroxide Mixture：硫酸過水）が吐出され、基板９に対するＳＰＭ処理が行われる。ＳＰＭ処理では、硫酸と過酸化水素水との混合液であるＳＰＭを８０℃に加熱したものが処理液として使用され、反応熱により約１４０℃に昇温したＳＰＭが基板９の上面上に供給される。続いて、基板９の上面上に過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）が供給された後、純水が供給されてリンス処理が行われる。リンス処理が終了すると、ＳＣ１（アンモニア・過酸化水素混合水溶液）が基板９の上面上に供給されてＳＣ１処理が行われる。そして、純水が再度供給されてリンス処理が行われ、純水の供給が停止された後、基板９の回転が継続されて基板９の乾燥処理が行われる。基板９の処理が行われる際には、図示省略の昇降機構によりカップ部４が上昇し、基板９の周囲にて基板９からの処理液を受け止める。

図４は、ノズルアーム３２近傍の部位を示す平面図である。基板処理装置１において基板９に対するＳＰＭ処理が行われる際には、基板９は図４中における反時計回りに回転する。また、ノズルアーム３２は、図４中において実線にて示すように、ノズル３４の吐出口３４０が基板９の中心近傍に位置する第１位置と、図４中において二点鎖線にて示すように、ノズル３４の吐出口３４０が基板９のエッジ近傍に位置する第２位置との間を往復移動する。

図５は、第１位置におけるノズルアーム３２近傍の部位を示す側面図であり、図６は、第２位置におけるノズルアーム３２近傍の部位を示す側面図である。図５および図６では、ノズル３４からの処理液の吐出角度をθにて示す。第１位置および第２位置における吐出角度θは、好ましくは４５°以下であり、本実施の形態では、第１位置における吐出角度θは約４５°であり、第２位置における吐出角度θは約３０°である。図５および図６では、ノズル３４から吐出された処理液が基板９の上面に接触する接触位置の中心を、黒丸９４にて示す（図４においても同様）。

基板処理装置１では、角度制御部１３により吐出角度変更機構７２が制御されることにより、ノズル３４およびノズルアーム３２が第１位置から第２位置に近づくに従って、すなわち、処理液の基板９に対する接触位置が、径方向において基板９の中心から離れるに従って吐出角度θが漸次小さくなる。具体的には、ノズル３４およびノズルアーム３２が第１位置から第２位置に近づくに従って、吐出角度変更機構７２により、ノズルアーム３２の第１ロッド３２１の先端部（すなわち、第２ロッド３２２に接続される端部）が持ち上げられ、第１ロッド３２１と第２ロッド３２２との成す角度が小さくなり、第２ロッド３２２と第３ロッド３２３との成す角度が大きくなり、さらに、ノズル３４の基板９の上面に対する角度が小さくなることにより、基板９とノズル３４の吐出口３４０との間の上下方向の距離を維持しつつ、吐出角度θが小さくなる。ノズル３４およびノズルアーム３２が第２位置から第１位置へと移動する際には、上記とは逆に、吐出角度θは漸次大きくなる。

図４では、基板９上の接触位置９４における処理液の接触方向の基板９の上面に平行な成分（以下、「接触方向水平成分」という。）を、矢印９５にて示す。図４に示すように、第２位置におけるノズル３４から吐出された処理液の接触方向水平成分９５は、接触位置９４における基板９の回転の接線方向９６から径方向外側に傾斜する。接線方向９６は、基板９の中心を中心とするとともに接触位置９４を通る円の接触位置９４における接線に平行な方向であって、かつ、基板９の回転方向（本実施の形態では、反時計回り）を向く方向である。基板処理装置１では、また、第１位置におけるノズル３４は基板９の中心を向いているため、ノズル３４が第１位置の極近傍に位置する場合、ノズル３４から吐出された処理液の接触方向水平成分は、接触位置における基板９の回転のおよそ接線方向を向く。

このように、基板処理装置１では、ノズル３４から吐出された処理液が、基板９の上面に対して斜めに接触するため、接触位置における処理液の流速の垂直成分（すなわち、基板９の上面に垂直な方向の成分）が、処理液が基板９の上面に対して垂直に接触する場合に比べて小さくなる。これにより、基板９とノズル３４から基板９に向けて吐出される処理液（以下、「吐出処理液」という。）との衝突の勢いが低減され、また、基板９上を中心からエッジに向かって移動する処理液（以下、「基板上処理液」という。）と吐出処理液との衝突の勢いも低減される。その結果、基板９から上方へと処理液が飛散することを抑制することができる。

また、基板処理装置１では、ノズル３４から吐出された処理液の接触方向水平成分が、接触位置における基板９の回転の接線方向を向く、または、当該接線方向から径方向外側に傾斜する。これにより、基板上処理液の基板９の中心からエッジに向かう移動が、ノズル３４からの吐出処理液により阻害されることが抑制される。その結果、吐出処理液と基板上処理液との衝突の勢いが低減され、基板９から上方へと処理液が飛散することをより抑制することができる。

上述のＳＰＭ処理では、発熱反応により処理液中に気泡が含まれており、気泡の基板９への衝突により処理液の飛散が生じるおそれがある。基板処理装置１では、基板９からの処理液の飛散を抑制することができるため、処理液の飛散が生じやすいＳＰＭ処理に特に適している。

基板処理装置１では、基板上処理液の移動速度は、基板９の中心からエッジへと向かうに従って大きくなる。上述のように、ノズル３４から吐出された処理液の接触方向水平成分は、ノズル３４が基板９のエッジに近い第２位置に位置する際に、接触位置における基板９の回転の接線方向から径方向外側に傾斜する。これにより、吐出処理液と基板上処理液との衝突の勢いがさらに低減され、基板９から上方へと処理液が飛散することをさらに抑制することができる。

処理液供給部３では、吐出角度変更機構７２によりノズル３４からの処理液の吐出角度が変更されることにより、吐出処理液の基板９への接触角度を容易に変更することができる。また、角度制御部１３による制御により、吐出処理液の基板９に対する接触位置が基板９の中心から離れるに従って吐出角度が小さくなるため、基板上処理液の移動速度が大きい基板９の周縁部において、吐出処理液の流速の垂直成分をさらに小さくし、基板９から上方へと処理液が飛散することをより一層抑制することができる。

基板処理装置１では、処理中に基板９の回転速度が変化する処理が行われることがある。このような処理が行われる場合、角度制御部１３により吐出角度変更機構７２が制御されることにより、基板９の回転速度が大きくなるに従ってノズル３４からの処理液の吐出角度が小さくなる。これにより、基板上処理液の移動速度が大きくなるに従って、吐出処理液の流速の垂直成分が小さくなる。その結果、基板９から上方へと処理液が飛散することをより抑制することができる。なお、回転速度が変化する処理においても、上述と同様に、吐出処理液の接触位置が基板９の中心から離れるに従って、ノズル３４からの処理液の吐出角度は小さくなる。

基板処理装置１では、基板９に対する処理において、ノズル３４およびノズルアーム３２が、図７中において実線にて示す上述の第２位置と、図７中において二点鎖線にて示す第３位置との間を往復移動してもよい。第３位置は、基板９の中心を挟んで第２位置のおよそ反対側に位置する。第３位置では、ノズル３４の吐出口３４０が基板９のエッジ近傍に位置する。

図８は、上述の第１位置（すなわち、吐出口が基板９の中心近傍に位置する位置）を通過する際のノズルアーム３２近傍の部位の側面図であり、図９は、第３位置におけるノズルアーム３２近傍の部位の側面図である。また、第２位置におけるノズル３４およびノズルアーム３２は、図６に示すものと同様である。ノズル３４およびノズルアーム３２が第１位置と第２位置との間に位置する状態では、ノズル支持部３３からノズルアーム３２の第１ロッド３２１（図２参照）が延びる方向は、基板９の回転の接線方向とおよそ同じ方向を向く。一方、ノズル３４およびノズルアーム３２が第２位置と第３位置との間に位置する状態では、ノズル支持部３３からノズルアーム３２の第１ロッド３２１が延びる方向は、基板９の回転の接線方向とはおよそ反対方向を向く。

基板処理装置１では、図６ないし図９に示すように、ノズル３４が第２位置から第１位置に近づくに従って、吐出角度θが漸次大きくなり、第１位置におけるノズル３４では、吐出角度θが約９０°となる。また、ノズル３４が第１位置を通過して第３位置へと向かう際には、ノズル３４の第３ロッド３２３に接続される端部が移動し、ノズル３４（図９参照）が、第２位置におけるノズル３４（図６参照）の傾斜方向とは反対向きに傾斜する。第１位置と第３位置との間においても、ノズル３４から吐出された処理液の接触方向水平成分が、接触位置における基板９の回転の接線方向を向く、または、当該接線方向から径方向外側に傾斜する。これにより、吐出処理液と基板上処理液との衝突の勢いが低減され、基板９から上方へと処理液が飛散することを抑制することができる。

基板処理装置１では、ノズル３４が、複数の関節部３２５を有するノズルアーム３２により支持されることにより、図示省略の処理液温度調整部からノズル３４に至る処理液の流路（上述のチューブ）の全長を変更することなく、ノズル３４からの処理液の吐出角度を変更することができる。これにより、処理液の吐出角度にかかわらず、処理液温度調整部からノズル３４に至る流路における処理液の温度変化等を一定とすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、処理液の飛散を十分に抑制することができる場合、基板９上のノズル３４の位置にかかわらず、あるいは、基板９の回転速度にかかわらず、ノズル３４からの処理液の吐出角度が一定とされてもよい。この場合、ノズル３４からの処理液の吐出角度は、基板９に対する処理が行われるよりも前に、作業者により手動にて変更されてもよい。基板処理装置１では、処理液の吐出角度が一定とされる場合であっても、ノズル３４から吐出された処理液の接触方向水平成分が、接触位置における基板９の回転の接線方向を向く、または、当該接線方向から径方向外側に傾斜することにより、上記と同様に、基板９から上方へと処理液が飛散することを抑制することができる。

ノズル３４の支持および吐出方向の変更は、必ずしも多関節アームにより行われる必要はなく、様々な機構により行われてよい。また、基板９上におけるノズル３４の走査経路は、円弧状には限定されず、例えば、直線状であってもよい。

基板処理装置では、基板９に対し、洗浄処理以外の様々な処理（例えば、エッチング処理等）が行われてよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせられてよい。

１ 基板処理装置
２ 基板保持部
５ 回転機構
９ 基板
１３ 角度制御部
３４ ノズル
７１ ノズル走査機構
７２ 吐出角度変更機構
９０ 回転軸

Claims (5)

1. 基板を処理する基板処理装置であって、
   基板を保持する保持部と、
   前記基板の中心を通り、前記基板の主面に垂直な回転軸を中心として、前記基板を前記保持部と共に回転する回転機構と、
   前記基板の前記主面に向けて処理液を吐出するノズルと、
   前記ノズルを前記基板の前記主面に沿って走査するノズル走査機構と、
   を備え、
   前記ノズルから吐出された前記処理液が前記基板の前記主面に接触する接触位置において、前記処理液の接触方向の前記主面に平行な成分が、前記接触位置における前記基板の回転の接線方向を向く、または、前記接線方向から径方向外側に傾斜することを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記ノズルからの前記処理液の吐出方向の前記基板の前記主面に対する角度である吐出角度を変更する吐出角度変更機構をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項２に記載の基板処理装置であって、
   前記吐出角度変更機構を制御する角度制御部をさらに備え、
   前記角度制御部による制御により、前記基板の回転速度が大きくなるに従って前記吐出角度が小さくなることを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項２に記載の基板処理装置であって、
   前記吐出角度変更機構を制御する角度制御部をさらに備え、
   前記角度制御部による制御により、前記接触位置が、前記基板の前記中心から離れるに従って前記吐出角度が小さくなることを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記処理液が、硫酸と過酸化水素水との混合液を加熱したものであることを特徴とする基板処理装置。

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