JP2012209285A

JP2012209285A - 基板処理装置

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Publication number: JP2012209285A
Application number: JP2011071303A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Miyamawari; 秀彰宮廻; Ichihiro Honjo; 一大本庄
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】基板表面に形成されたパターンの倒壊を発生させることなく、短時間で乾燥処理を行う。
【解決手段】ウエハＷを乾燥させる際に、まず、Ｎ2供給ノズル２８からＮ2を供給させた状態で表面にパターンが形成された複数枚のウエハＷを垂直姿勢で保持したリフタ８の表面に対して垂直方向にウエハＷを傾けるように、第１の傾斜手段３３は、リフタ８を制御する。次に、ウエハＷの表面に対して水平方向にリフタ８を傾けるように、第２傾斜手段４０によりリフタ８を制御する。これにより、パターン溝７２に残存した液溜り８０が溝底面７３を流れパターン側面７１から排出されるため、残存した液を効率よく排出できる。

【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウエハ、液晶ディスプレイ用基板、プラズマディスプレイ用基板、有機ＥＬ用基板、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、太陽電池用基板などの基板に対して、処理液により洗浄、エッチング、剥離等の所定の処理を行った後、基板に乾燥処理を行う基板処理装置に関する。

従来から基板に付着した処理液やパーティクル等を除去するため、処理槽に貯留された処理液に複数枚の基板を浸漬させて基板を処理する基板処理装置がある。この基板処理装置では、純水が貯留された処理槽に基板を浸漬して基板を純水洗浄した後、基板を乾燥させるための乾燥処理を行う。この乾燥処理では、効率よく短時間で乾燥できるとともに、乾燥処理後の基板表面にウォーターマークが発生することを防止する技術が要求されている。

そこで、基板を処理液に浸漬させて処理を行う基板処理装置として、純水洗浄した後に乾燥処理を行う場合は、有機溶媒であるＩＰＡを基板に供給させて純水をＩＰＡに置換させるとともに、純水が貯留された処理槽の上部に冷媒ユニットを設け、処理槽から基板を引き上げる時に基板を冷却することで効率よくＩＰＡに置換して、基板表面におけるウォーターマークの発生を防止しつつＩＰＡ使用量を削減することが行われている。

特開２００２−１６０３９

近年、半導体デバイスの微細化が進行する中、図１１に示すような高アスペクト比のパターン構造を有するデバイスを形成する必要がある。図１１は、基板表面に形成された深さｈ／幅ｗの高アスペクト比の溝を有するデバイスの概要を示したもので、深い溝の底面が形成されている方向をｄとする。
このようなデバイスは、例えばトランジスタのゲート電極などがあり、ＣＶＤ等の成膜機によって基板表面に対して鉛直方向に成膜された後、例えばドライエッチング等によってエッチングされることで深い溝が形成され、高アスペクト比のデバイスが形成される。
このように基板表面に対して鉛直方向に成膜された表面が、パターン上面７０であり、エッチング等によって形成された深い溝がパターン溝７２である。このパターン溝７２は、深さｈを有する溝側面７４と、溝の最下部に幅ｗの溝底面７３とを有し、ｄ方向に伸長して形成されている。また、このようなデバイスは、パターン溝７２とパターン上面７０に対して垂直な矩形状のパターン側面７１が各々のパターンに隣接して矩形状に形成されている。

しかしながら、図１１に示すような高アスペクト比のパターン構造のデバイスは、デバイスを処理液で洗浄した後にＩＰＡによる乾燥処理を行うと、パターン倒壊が発生するという問題がある。このパターン倒壊は、パターン溝７２の底面７３に残留した純水がＩＰＡで十分置換されず、この残留した純水がパターン溝７２の上端から流出する時に発生する。このようなパターン倒壊が発生するのは、ＩＰＡに十分置換されない純水が、パターン溝７２を形成する２つのパターン溝側面７４を伝って上端から流出すると、純水の高い表面張力がパターン先端に集中するため、細く、かつ高さのあるパターンを支持することができなくなるためである。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、基板表面に形成されたパターンの倒壊を発生させることなく、短時間で乾燥処理を行うことができる基板処理装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板に対して処理液により処理を行う基板処理装置において、処理液を貯留する処理槽と、表面にパターンが形成された複数枚の基板を垂直姿勢で保持しつつ、前記処理槽内と前記処理槽の上方位置との間で移動可能な基板保持手段と、前記処理槽内から前記処理槽の上方位置へ移動している前記基板保持手段に保持された複数枚の基板に乾燥ガスを供給する供給手段と、前記基板保持手段に保持された基板の表面に対して垂直方向に基板を傾けるように、前記基板保持手段を制御する前記第１傾斜手段と、前記基板保持手段に保持された基板の表面に対して水平方向に基板を傾けるように、前記基板保持手段を制御する前記第２傾斜手段と、備えることを特徴とするものである。

また、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において、前記基板保持手段が前記処理槽内から前記処理槽の上方位置へ移動している際に、基板の表面に形成されたパターン間の溝に貯留された処理液の液面と前記供給手段から供給される乾燥ガスとの接触面積が増加するように、前記第１傾斜手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とするものである。

また、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において、前記制御手段が、前記第１傾斜手段を制御して、前記基板保持手段を傾斜させた後、パターン間の溝に貯留された処理液を前記溝の底面に沿って流れるように、前記第２傾斜手段を制御させることを特徴とするものである。

さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３に記載の基板処理装置において、前記供給手段が、基板の表面に形成されたパターン間の溝に乾燥ガスを供給することを特徴とするものである。

本発明に係る基板処理装置によれば、基板保持手段に保持された基板の表面に対して垂直方向に基板を傾けるように、第１傾斜手段により基板保持手段を制御させ、基板保持手段に保持された基板の表面に対して水平方向に基板を傾けるように、第２傾斜手段により基板保持手段を制御させているので、溝底面に残存した純水が、対抗する溝側面の両方の上端を伝って流出することを防止できる。従って、基板の表面に高アスペクト比の形状を有するデバイスであっても、基板洗浄後の乾燥処理時にパターンの倒壊の発生を防止できる。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概念的に示す断面図である。基板保持手段の概略構成を示す側面図である。基板保持手段の概略構成を示す前面図である。第２の傾斜手段の概略構成を示す図である。本発明の実施の形態に係る基板処理装置の一連の処理動作を示すフローチャートである。基板保持手段によって保持された基板をθ１だけ傾斜した時の概略図である。 θ１だけ基板表面に垂直な方向へ基板を傾斜した時のデバイス側面から見た概略図である。基板保持手段によって保持された基板をθ２だけ傾斜した時の概略図である。 θ２だけ基板表面に平行な方向へ基板を傾斜した時のデバイス上面から見た概略図である。基板表面が鉛直になる方向へ基板を傾斜させる動作を示した図である。従来から使用されている基板表面に形成された高アスペクト比の構造を有する半導体デバイスの概略構成である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る基板処理装置の実施の形態について具体的について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概念的に示す断面図である。

図１に示すように、本発明に係る基板処理装置は、基板を処理するためのチャンバー１と、チャンバー１内に設けられた処理槽２と、Ｚ軸方向に複数枚のウエハＷを保持した状態で処理槽２に対して上下移動可能であって、本発明の基板保持手段に相当するリフタ８と、一対のＩＰＡ供給ノズル２９と、一対のＮ２供給ノズル２８と、チャンバー１の上部においてチャンバー１の内部と外部の雰囲気を遮断するための蓋７と、を備えている。

処理槽２は、純水を貯留してウエハＷを洗浄処理するための内槽３と、内槽３の周囲に設けられ、内槽３からオーバーフローした純水を受けるための外槽４とを備えている。内槽３の底面には、純水を内槽３へ純水を供給するための一対の純水供給ノズル２１が備えられている。純水供給ノズル２１には、Ｚ軸方向に沿って純水を処理槽２内へ吐出するための複数の吐出孔（図示省略）が形成されている。純水供給ノズル２１は、純水供給配管５０を介して純水供給源２０と連通接続されている。純水供給配管５０には、純水供給バルブ２２が設けられており、この純水供給バルブ２２を開閉制御することにより、純水供給源２０からの純水の供給の開始および停止の動作が制御される。また、内槽３の底部は、内槽排液配管５２を介して排液ライン２５と連通接続されている。内槽排液配管５２には、内槽排液バルブ２４が設けられており、この内槽排液バルブ２４を開閉制御することにより、内槽３から排液ライン２５への排液の開始および停止の動作が制御される。

外槽４の底部は、外槽排液配管５３および内槽排液配管５２を介して排液ライン２５と連通接続されている。外槽排液配管５３には、外槽排液バルブ２３が設けられており、この外槽排液バルブ２３を開閉制御することにより、外槽４からの排液の開始および停止の動作が制御される。

チャンバー１内において、処理槽２の上方の位置に、一対のＩＰＡ供給ノズル２９が設けられている。このＩＰＡ供給ノズル２９には、ＩＰＡ供給配管５６が連通接続されており、図示しないＩＰＡ供給源からＩＰＡ供給配管５６を介してＩＰＡ供給ノズル２９からチャンバー１内にＩＰＡを吐出する。ＩＰＡの吐出動作は、基板の純水洗浄処理が終了した後、リフタ８が内槽３内の純水洗浄位置１２から待機位置１１へ移動するまでの間に、ウエハＷ表面に向けて吐出され、ウエハＷ表面に付着した純水がＩＰＡに置換される。

一対のＩＰＡ供給ノズル２９の上方位置には、一対のＮ２供給ノズル２８が設けられている。このＮ２供給ノズル２８には、Ｎ2供給配管５７が連通接続されており、図示しないＮ2供給源からＮ2供給配管５７を介してＮ２供給ノズル２８からチャンバー1内にＮ2を吐出する。Ｎ2の吐出動作は、ウエハＷが待機位置１１へ搬入され、チャンバー１を密閉するための蓋７が閉じられてから吐出される。チャンバー１内を低酸素濃度に維持してウォーターマークを防止するために、ウエハＷの純水洗浄の後から乾燥処理終了時までにおいてＮ2が吐出され続ける。

図２は、基板保持手段の概略構成を示す側面図である。リフタ駆動機構３０は、図２に示すように、支柱４９と、支持アーム４８と、リフタ８と、支持部カップリング３２と、リフタ支持部３１と、を備えている。支柱４９内には、この支柱４９を上下に移動するための図示しない駆動機構が配置されている。なお、リフタ駆動機構３０は、本発明の基板保持手段に相当する。

図３は、基板保持手段の概略構成を示す前面図である。図３に示すように、支持アーム４８は、内部に第１の傾斜手段３３と、第２の傾斜手段４０と、を備えている。第１の傾斜手段３３は、第１回転機３５と、第１減速機３４とを備え、第１回転機３５と第１減速機３４とが互いに接続されている。

図３に示すように、リフタ８は、複数のウエハＷを保持するための３つの基板支持部９を備える。リフタ８の側部はリフタ支持部３１に固定され、リフタ支持部３１は、支持部カップリング３２を介して第１減速機３４に接続されている。したがって、リフタ８は、第１回転機３５を駆動することにより、この第１回転機３５の回転軸を中心とした軸の周囲を回動することができる。

図４は、第２の傾斜手段の概略構成を示す図である。図４に示すように、第２の傾斜手段４０は、第２回転機４３と、第２減速機４２と、カップリング４１と、支柱４９に挿通するよう固定された固定軸４４とを備えている。第２減速機は、フリーギア４５と、駆動ギア４６と、固定ギア４７とを備え、互いに螺合されている。第２回転機４３は、カップリング４１を介して第２減速機４２の駆動ギア４６に接続され、駆動ギア４６は、フリーギア４５と螺合し、フリーギア４５は、固定ギア４７に螺合される。また、固定軸４４は、支柱４９および第２減速機４２の固定ギア４７に挿通されている。従って、支持アーム４８は、第２回転機４３を駆動することにより、固定軸４４を中心とした軸の周囲方向に回動できる。

以上のように、リフタ８は、支柱４９を上下することにより、チャンバー１内の待機位置１１と純水処理位置１２との間を上下方向へ自由に移動することができるとともに、第１の傾斜手段３３により、リフタ８に保持された基板を、このウエハＷの表面に対して垂直な方向へ傾斜させることができ、第２の傾斜手段４０により、リフタ８に保持されたウエハＷを、このウエハＷの表面に対して平行な方向へ傾斜させることができる。

なお、第１の傾斜手段３３及び第２の傾斜手段４０は、本発明の制御手段に相当する制御部（図示省略）により、制御されている。

次に本発明に係る基板処理装置の処理動作について説明する。
図５は、基板処理装置の処理動作を示すフローチャートを示している。具体的には、チャンバー１の外部と内部との間でウエハＷを搬送するために設けられた図示されない基板搬送機構により、ウエハＷがチャンバー１内の待機位置１１にあるリフタ８へ搬送され、蓋７が閉じられた後（ウエハＷをチャンバー１に受け入れた後）の処理フローで、ウエハＷを純水洗浄処理してから乾燥処理を完了するまでの処理動作である。なお、図３に示すように、待機位置１１へ搬送された複数のウエハＷは全て、溝底面ｄの方向がｘ軸方向へ整列された状態で搬送されているものとする。

まず、チャンバー１を密閉するための蓋７を閉じた状態で、チャンバー１内の待機位置１１の雰囲気を低酸素濃度に置換するため、Ｎ2供給ノズル２８からチャンバー１内へＮ2が吐出される（ステップＳ１）。

次に、ウエハＷがリフタ８の基板保持部９に保持された状態で、リフタ８を待機位置１１から内槽３内の純水洗浄位置１２へ向かって下降させる（ステップＳ２）。ステップＳ２でリフタを下降させた後、ステップＳ３からステップＳ５までの間で、ウエハＷの純水洗浄処理が行われる。

このウエハＷの純水洗浄処理では、まず、純水供給配管５０に設けられた純水供給バルブ２２を開けることにより、純水供給ノズル２１から内槽３内に純水を供給する（ステップＳ３）。この時、内槽３からオーバーフローした純水は外槽４に貯留される。

次に、リフタ８を純水洗浄位置１２で停止（ステップＳ４）させる。ウエハＷを純水に浸漬した状態で、純水洗浄を所定時間行った後、純水供給バルブ２２を閉じて純水の供給を停止（ステップＳ５）し純水洗浄を終了する。

ウエハＷを所定時間だけ純水洗浄処理した後、ステップＳ６からＳ１０までの間で、ウエハＷの乾燥処理を行う。このウエハＷの乾燥処理まず、一対のＩＰＡ供給ノズル２９から、ＩＰＡを供給開始する（ステップＳ６）。

次に、図６に示すように、リフタ８に保持されたウエハＷを第１の傾斜手段３３により、所定の角度θ１だけ上方へ傾斜させる（ステップＳ７）。この角度は、図７に示すように、デバイスのパターンの溝のアスペクト比である、溝の深さｈと、溝の幅ｗとから得られる対角線ｒが、パターン溝７２に残存した液溜り８０の液面と水平になるような角度にすることが望ましい。このような角度にすれば、深い溝底面７３にＩＰＡやＮ２などの乾燥ガスが入り易くなるとともに、乾燥ガスと残存した液溜り８０の液面との接触面をより広くすることができ、純水からＩＰＡへの置換効率が向上する。さらに、パターン溝７２に残存した液溜り８０が溝側面７４の片側だけに貯留されるので、表面張力によるパターンの倒壊が無くなる。

次に、純水洗浄位置１２から待機位置１１へ向け、ウエハＷを保持したリフタ８が上昇する（ステップＳ８）。この上昇中のリフタ８に保持されたウエハＷに向けて、ＩＰＡ供給ノズル２９からＩＰＡが供給されることにより、ウエハＷに付着した、あるいは図７に示すように、パターン溝７２に液溜り８０となった純水がＩＰＡに置換される。

リフタ８に保持された基板の位置が、ＩＰＡ供給ノズル２９から吐出されるＩＰＡの吐出範囲を過ぎた時点でＩＰＡの供給を停止する（ステップＳ９）。

ステップＳ９に続いて、図８に示すように、リフタ８に保持された基板を第２の傾斜手段４０により、所定の角度θ２だけ基板表面と平行な方向へ傾斜させる（ステップＳ１０）。図９に示すように、パターン溝７２に残存した残存した液溜り８０が溝底面７３を流れパターン側面７１から排出されるため、溝底面に残存した純水が、対抗する溝側面の両方の上端を伝って流出することを防止できる。従って、残存した液を効率よく排出できるとともに、パターン倒壊を防止できる。

ステップＳ１０の後、ウエハＷが待機位置１１へ移動完了したらリフタを停止する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１１に続いて、待機位置１１でのウエハＷへの乾燥処理が所定時間経過した時点でＮ2供給ノズル２８からのＮ2の吐出を停止し（ステップＳ１２）する。そして、傾斜角度をチャンバー１への基板搬入時の状態と同じ、傾斜前の状態に戻して（ステップＳ１３）乾燥処理を終了する。以上により、本発明に係る基板処理装置の一連の処理動作が終了する。

本発明に係る基板処理装置は、上述した実施の形態に限定されるものではない。

例えば、図１０に示すように、ステップＳ９に続いて、ステップＳ１０の替わりに、リフタ８にθ１だけ傾斜して保持された基板を、第１の傾斜手段３３により基板表面が鉛直方向になるまで徐々に移動させても良い。図１０（ａ）に示すようにパターン溝７２の溝側面７４と溝底面７３に残存する、ステップＳ９でＩＰＡ置換された液溜り８０は、傾斜角θ１で保持されているが、徐々に蒸発するため、液溜り８０の液面と置換ガスとの接触面積が次第に減少する。そのため、図１０（ｂ）および（ｃ）に示すように、蒸発速度に合わせるように、基板表面を鉛直方向へ向かって徐々に基板の傾斜角度を変更することにより、置換ガスと残存した液との接触面積を増加させることができ、置換効率が向上できる。

１チャンバー
２処理槽
３内槽
４外槽
８リフタ
９基板支持部
１１待機位置
２８Ｎ2供給ノズル
２９ＩＰＡ供給ノズル
３０リフタ駆動機構
３１リフタ支持部
３２支持部カップリング
３３第１の傾斜手段
３４第１減速機
３５第１回転機
４０第２の傾斜手段
４１カップリング
４２第２減速機
４３第２回転機
４４固定軸
４５フリーギア
４６駆動ギア
４７固定ギア
４８支持アーム
４９支柱
５６ＩＰＡ供給配管
５７Ｎ2供給配管
７０パターン上面
７１パターン側面
７２パターン溝
７３溝底面
７４溝側面
８０液溜り
Ｗウエハ

Claims

基板に対して処理液により処理を行う基板処理装置において、
処理液を貯留する処理槽と、
表面にパターンが形成された複数枚の基板を垂直姿勢で保持しつつ、前記処理槽内と前記処理槽の上方位置との間で移動可能な基板保持手段と、
前記処理槽内から前記処理槽の上方位置へ移動している前記基板保持手段に保持された複数枚の基板に乾燥ガスを供給する供給手段と、
前記基板保持手段に保持された基板の表面に対して垂直方向に基板を傾けるように、前記基板保持手段を制御する前記第１傾斜手段と、
前記基板保持手段に保持された基板の表面に対して水平方向に基板を傾けるように、前記基板保持手段を制御する前記第２傾斜手段と、
備えることを特徴とする基板処理装置。
請求項１に記載の基板処理装置において、
前記基板保持手段が前記処理槽内から前記処理槽の上方位置へ移動している際に、基板の表面に形成されたパターン間の溝に貯留された処理液の液面と前記供給手段から供給される乾燥ガスとの接触面積が増加するように、前記第１傾斜手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
請求項２に記載の基板処理装置において、
前記制御手段は、前記第１傾斜手段を制御して、前記基板保持手段を傾斜させた後、パターン間の溝に貯留された処理液を前記溝の底面に沿って流れるように、前記第２傾斜手段を制御させることを特徴とする基板処理装置。
請求項１乃至請求項３に記載の基板処理装置において、
前記供給手段は、基板の表面に形成されたパターン間の溝に乾燥ガスを供給することを特徴とする基板処理装置。