JP2021057581A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、エッチングレートの均一性を向上させることができ、且つ、エッチング処理後の基板の清浄度を向上させることができる基板処理装置の開発が望まれていた。
本実施の形態に係る基板処理装置は、例えば、半導体装置やフラットパネルディスプレイなどの微細構造体の製造工程において用いることができる。例えば、ウェーハやガラス基板などの基板の表面に設けられた膜をエッチング処理する工程において用いることができる。
図1は、第1の実施形態に係る基板処理装置1を例示するための模式図である。
図1に示すように、基板処理装置1には、回転保持部10、供給部20、流動制御部30、およびコントローラ40を有する。
なお、以下においては、一例として、複数の制御体31が設けられる場合を例示するが、制御体31は回転保持部10に保持された基板100の周縁に沿って1つ設けることもできる。複数の制御体31を設ける場合には、基板100の周縁を囲む1つ制御体31を分割すればよい。複数に分割された制御体31のそれぞれは、基板100の周縁に沿って湾曲した形態を有する。例えば、複数に分割された制御体31のそれぞれは、基板100の周縁を囲んでいる。例えば、複数に分割された制御体31のそれぞれは、基板100の周縁に沿って湾曲した形状で設けられる。また、本実施例では、円盤状のウェーハで記載しているが、矩形上の基板であれば矩形の枠状に基板の周縁を囲む。
コントローラ40は、例えば、記憶部に格納されている制御プログラムに基づいて、基板処理装置1に設けられた各要素の動作を制御する。
例えば、後述するように、コントローラ40は、処理液供給部24(第1の処理液供給部の一例に相当する)と、処理液供給部25、26(第2の処理液供給部の一例に相当する)と、基板100の周縁近傍における処理液の流動を制御する制御体31の移動と、を制御する。そして、例えば、コントローラ40は、処理液供給部24に、エッチング液101(第1の液の一例に相当する)の供給を行わせる場合には、制御体31の上面31aが、エッチング液101が供給される基板100の表面100aと近接して並ぶ位置(第1の位置の一例に相当する)に、複数の制御体31を移動させる。また、例えば、コントローラ40は、処理液供給部25、26に、洗浄液(第2の液の一例に相当する)の供給を行わせる場合には、制御体31の上面31aが表面100aと近接して並ぶ位置から下方に離れた凹部11a2の内部(第2の位置の一例に相当する)に、複数の制御体31を移動させる。なお、制御体31についての詳細は後述する。
載置部11aは、板状を呈する。載置部11aの形状は、例えば、基板Wと同じ円形状であり、載置部11aの大きさは基板100よりも大きい。載置部11aの、複数の保持部12が設けられた側の面(基板100と対向する面)11a1には凹部11a2が設けられる。凹部11a2は、載置部11aの周縁に沿って設けられる。凹部11a2は、面11a1の周縁に形成された所定の幅の溝である。凹部11a2の内部には、流動制御部30の制御体31を収納することができる。制御体31が凹部11a2の内部に収納された際には、制御体31の上面31aと、載置部11aの面11a1とが面一、または、制御体31の上面31aが面11a1よりも若干下側(シャフト11b側)になっている。制御体31が上昇していると、基板100の乾燥時に高速回転した時、制御体31により、基板100の外周部に乱流を発生させてしまい、基板100の周縁から飛散される処理液がその乱流により、処理室内に飛散もしくは、基板100の表面に再付着させる恐れがある。
回転駆動部11cは、シャフト11bを介して載置部11aを回転させる。また、回転駆動部11cは、載置部11aの回転速度と回転方向を制御可能なものである。回転駆動部11cは、例えば、サーボモータなどの制御モータを備えたものである。
カップ13aは、筒状を呈する。カップ13aの内部には、載置部11a、シャフト11b、および保持部12を設けられる。すなわち、カップ13aは、載置部11aを囲んでいる。カップ13aは、載置部11aに保持された基板100の表面100aが露出するように開口している。カップ13aの下方側の端部には底板(不図示)が設けられる。シャフト11bは、底板に設けられた孔(不図示)の内部を挿通している。シャフト11bの下方側の端部は、カップ13aの外側に設けられ、回転駆動部11cが接続される。カップ13aの底板には、配管を介して回収タンクを接続することができる。基板100の表面100aに供給され、遠心力により基板100の外部に排出された処理液は、カップ13aの内壁により捕捉される。カップ13aの開口側は、基板100の径方向内側に向けて傾斜しているので、カップ13aの外部に処理液が飛散するのを抑制することができる。カップ13aの内壁により捕捉された処理液は、カップ13aの内部に収納され、配管を介して回収タンクに送られる。
供給部20は、例えば、ノズル21、アーム22、アーム駆動部23、処理液供給部24、処理液供給部25、および処理液供給部26を有する。
アーム駆動部23は、例えば、エアシリンダや、サーボモータなどの制御モータを有する。
タンク24aは、内部にエッチング液101を収納する。エッチング液101としては、例えば、フッ酸と硝酸を含む液、フッ酸と酢酸と硝酸とを含む液、リン酸を含む液などである。
処理液制御部24cは、供給部24bとノズル21との間に設けることができる。処理液制御部24cは、例えば、エッチング液101の流量や圧力などを制御する。また、処理液制御部24cは、エッチング液101の供給と供給の停止を制御する。
タンク25aは、内部にアルカリ洗浄液102を収納することができる。アルカリ洗浄液102は、例えば、APM(アンモニアと過酸化水素水の混合液)などである。
処理液制御部25cは、供給部25bとノズル21との間に設けることができる。処理液制御部25cは、例えば、アルカリ洗浄液102の流量や圧力などを制御する。また、処理液制御部25cは、アルカリ洗浄液102の供給と供給の停止を制御する。
そのため、処理液供給部25は、必要に応じて設ける。ただし、処理液供給部25が設けられていれば、エッチング液101の種類が変更になった場合の対応が容易となる。
タンク26aは、内部にリンス液103を収納することができる。リンス液103は、例えば、純水などである。
処理液制御部26cは、供給部26bとノズル21との間に設ける。処理液制御部26cは、例えば、リンス液103の流量や圧力などを制御する。また、処理液制御部26cは、リンス液103の供給と供給の停止を制御する。
なお、例えば、処理液が前述したものであれば、図1に示すように、1つのノズル21に、処理液供給部24〜26を接続する。
なお、図2は、エッチング液101の流動状態を制御する場合の制御体31の位置を表している。
図3は、図1におけるA部の模式拡大図である。
図4は、流動制御部30が設けられていない場合のエッチング液101の流動状態を例示するための模式断面図である。
ここで、エッチング処理時に制御体31と基板100の周縁とが並ぶと、エッチング液が基板100の周縁から制御体31に乗り移る。このとき、基板100の周縁と制御体31との間の隙間には、エッチング液が入り込む。つまり、基板100の外周面(ベベル)にエッチング液が残ることになる。
制御体31が格納されれば、基板100の外周面が露出する。これにより、リンス液が基板100の外周面に流れ込むので、外周面に付着するエッチング液をリンス液で洗い流せることができる。そのため、エッチング処理後の洗浄度が向上する。
また、基板100の周縁近傍に流れてきた洗浄液を基板100の外部に直接排出させることができるので、洗浄液の排出の円滑化、ひいては、エッチング処理後の基板100の清浄度の向上を図ることができる。
図5〜図7は、流動制御部30の構成を例示するための模式図である。
なお、図5は、エッチング液101の流動状態を制御する場合の制御体31の位置を表している。
図6は、図5における流動制御部30を矢印Bの方向から見た図である。
また、図7は、制御体31を載置部11aの凹部11a2の内部に収納した状態を表している。例えば、図7は、アルカリ洗浄液102やリンス液103などの洗浄液を用いた洗浄処理や、乾燥処理(いわゆるスピン乾燥)などを行う場合の制御体31の位置を表している。
この場合、制御体31は、回転保持部10に保持された基板100の外側の領域に複数設ける。例えば、図2に例示をしたものは、基板100の周縁に沿って6つの制御体31が設けられている。なお、制御体31の数は、図2に例示をしたものに限定されるわけではなく、基板100の大きさに応じて適宜変更することができる。複数の制御体31は、載置部11aの中心軸を中心として、載置部11aと同速度で回転する。すなわち、回転保持部10は、複数の制御体31と基板100とを同速度で回転させる。
図5〜図7に例示をしたものの場合には、リンク機構部32は、シャフト32a、シャフト32b、リンクプレート32c、リンクプレート32d、保持部32e、付勢部32f、軸受け32g、および磁石32hを有している。
シャフト32bは、棒状を呈し、シャフト32aと略平行に設ける。シャフト32bの一方の端部は、載置部11aの内部に設ける。シャフト32bの他方の端部は、載置部11aの外部に設ける。
磁石32hは、例えば、永久磁石とする。磁石32hは、シャフト32bの下端側に設ける。
駆動部33は、磁石33a、取付部33b、および昇降部33cを有する。
昇降部33cは、取付部33bの、磁石33aが設けられる側の端部とは反対側の端部に接続する。昇降部33cは、取付部33bを介して磁石33aの位置を変化させる。昇降部33cは、例えば、エアシリンダや、サーボモータなどの制御モータを備えたものとする。
エッチング液101を用いて基板100のエッチング処理を行う際には、図5に示すように、制御体31が上昇し、基板100の外側に位置するようにする。例えば、昇降部33cは、取付部33bを介して、磁石33aを下降させる。すると、磁石33aと磁石32hとの間の斥力が小さくなるので、付勢部32fにより押されたシャフト32bが下降する。シャフト32bが下降すると、リンクプレート32c、32dを介して、シャフト32aが上昇する。制御体31はシャフト32aに接続されているため、シャフト32aの上昇とともに制御体31が上昇する。シャフト32a、シャフト32b、リンクプレート32c、および、リンクプレート32dにより、平行クランク機構が構成されている。そのため、制御体31の上面31aは、基板100の表面100aに略垂直な方向に上昇するとともに、図5中の曲線の矢印で示すように、基板100の外方から基板100の表面100aの周縁に近づく方向に移動する。その結果、制御体31の上面31aは、基板100の表面100aと略平行とすることができる。制御体31の上面31aが、基板100の表面100aと略平行となっていれば、エッチング液101が制御体31に乗り移る際の抵抗を抑制することができるので、エッチング液101を基板100の周縁近傍に円滑に供給することができる。なお、エッチング液101を基板100の周縁近傍に供給する効果は前述したとおりである。
図8は、基板処理装置1の作用を例示するためのフローチャートである。
図8に示すように、まず、図示しない搬送装置などにより、処理前の基板100が基板処理装置1の内部に搬入される。(ステップSt1)
なお、カップ13aは、基板100を処理装置1の内部に搬入するのを阻害しないように、移動部13bにより下降されている。
搬入された基板100は、複数の保持部12に受け渡され、複数の保持部12により保持される。基板100が複数の保持部12により保持された後、カップ13aは、移動部13bにより、上昇して、基板100から飛散する処理液を回収する位置に位置づけられる。
次に、回転駆動部11cにより、載置部11aを回転させることで基板100を回転させる。(ステップSt3)
回転数は、エッチング液101による処理に適したものとする。回転数は、例えば、100rpm以下(例えば、40rpm〜60rpm程度)とする。
例えば、処理液供給部24により、加熱されたエッチング液101を、基板100の表面100aの中心領域に供給する。供給されたエッチング液101は、遠心力により基板100の周縁に向けて広がり、基板100の表面100aが加熱したエッチング液101によりエッチングされる。エッチング液101の温度は、エッチング液101の種類などに応じて適宜変更することができる。例えば、フッ酸と酢酸と硝酸とを含むエッチング液101の場合には、80℃程度の温度のエッチング液101を供給する。例えば、リン酸を含むエッチング液101の場合には、160℃程度の温度のエッチング液101を供給する。
次に、複数の制御体31を下降させて、複数の制御体31を凹部11a2の内部に収納する。(ステップSt6)
次に、アルカリ洗浄液102を基板100の表面100aに供給することにより、基板100の表面100aを洗浄する。(ステップSt7)
例えば、処理液供給部25により、アルカリ洗浄液102を、基板100の表面100aの中心領域に供給する。供給されたアルカリ洗浄液102は、遠心力により基板100の周縁に向けて広がり、基板100の表面100aがアルカリ洗浄液102により洗浄される。基板100の回転数は、例えば、150rpm〜300rpm程度とすることができる。
例えば、処理液供給部26により、リンス液103を、基板100の表面100aの中心領域に供給する。供給されたリンス液103は、遠心力により基板100の周縁に向けて広がり、基板100の表面100aがリンス液103により洗浄される。基板100の回転数は、例えば、150rpm〜300rpm程度とする。
例えば、基板100の回転数を上げて、遠心力により、基板100の表面100aに付着しているリンス液103を排出させるとともに、回転による気流により基板100の表面100aを乾燥させることができる。基板100の回転数は、例えば、1500rpm程度とする。
例えば、基板100の回転を停止させる。そして、基板100と載置部11aとの間に図示しない搬送装置のアームを挿入し、載置部11aから搬送装置に基板100を受け渡す。搬送装置は、受け渡された基板100を基板処理装置1の外部に搬出する。
第2の実施形態に係る基板処理装置1aは、前述した基板処理装置1に加熱部50をさらに設けたものとする。
図9は、加熱部50を例示するための模式断面図である。
エッチング液101によるエッチングは、化学反応を用いるため、エッチングレートには温度の依存性がある。すなわち、エッチング液の温度が高くなれば、エッチング液と除去部分との反応が促進されるので、エッチングレートの向上、ひいては生産性の向上を図ることができる。
そこで、基板処理装置1aには、基板100の表面100aに供給されたエッチング液101の加熱あるいは保温を行う加熱部50が設けられている。
加熱部50は、例えば、プレート51、およびヒータ52を有する。
プレート51は、例えば基板100が円形ウェーハである場合、基板100と同じ形の円形の板状を呈し、耐熱性、耐薬品性、および熱伝導率が高い材料から形成する。プレート51は、例えば、石英から形成する。プレート51の平面寸法は、基板100の平面寸法よりも大きくする。平面視において、プレート51の周縁は、基板100の周縁を囲む複数の制御体31の上に設ける。
例えば、エッチング液101がリン酸水溶液の場合、プレート51と基板100の表面100a上との間の隙間に高温のリン酸水溶液が供給される。この時、基板100の周縁部は、供給されたリン酸水溶液中のH2Oが蒸発することにより温度が低下する。上述したように、基板100の外側に制御体31を配置して、プレート51と制御体31と、により形成された隙間を設けるようにすれば、プレート51と制御体31の端部からリン酸水溶液中のH2Oが蒸発することになり、基板100の周縁部の温度低下を防ぐ。そのため、基板100の周縁の近傍におけるエッチングレートの低下が抑制されて、基板100全体のエッチングレートの均等化を図ることが容易となる。
ヒータ51aの温度、つまり、ノズル21から吐出されたエッチング液101の温度が高い状態であっても、基板100を介した放熱により、エッチング液101が基板100の周縁に移動した際に、エッチング液101の温度が低下するおそれがある。ヒータ51cが設けられていれば、ヒータ52cによって制御体31を加熱することができるので、ヒータ52cによって加熱された制御体31が、基板100の周縁近傍を保温することになる。それにより、基板100の中心付近に吐出されたエッチング液101の温度と基板100の周縁に移動してきたエッチング液101の温度の差が縮まり、基板100の表面100aの全域におけるエッチングレートの均一化を図ることができる。
例えば、160℃のリン酸を用いた窒素酸化物もしくは金属酸化物をエッチングするプロセスにおいて、エッチングの主要成分はリン酸中のH2Oであるが、160℃のリン酸中のH2O成分は、大気圧環境で液面から蒸発するため、液中のH2O濃度は減少し、さらにH2O蒸発潜熱による温度低下が発生する。しかし液面に対向するプレート51が存在するウェーハ周縁領域を除く内周部は、プレート51が蓋の役割をし、液面とプレート51の空間は飽和蒸気圧に達しやすく、液中のH2O濃度減少及び温度低下は抑制される。一方で、ウェーハ周縁領域は、大気圧に開放されているため、ウェーハ面内でH2O濃度低下及び温度低下が発生しやすくなる。そこで制御体31を設けることで、ウェーハ周縁領域も内周部と同様に飽和蒸気圧へ達するため、ウェーハ周縁領域のH2O濃度低下及び温度低下を防止する効果もある。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、前述した実施形態では、側面31bは、上に行くほど外周側に広がる傾斜面となっているが、これに限られるものではない。例えば、前述した実施形態とは反対に、側面31bは、下に行くほど外周側に広がる傾斜面としても良い。また、基板100の側面が外側に突出する円弧状の凸曲面である場合には、側面31bは、この凸曲面に沿った凹曲面に形成してもよい。もちろん、制御体31の上面31aに垂直な面としても良い。
また、例えば、フッ酸、アンモニア、フッ化アンモニウム、硝酸などの化学種を含むエッチング液、もしくは、洗浄液は、本発明に適用することができる。さらに、オゾンや水素などを含むガス溶解洗浄水、その他IPAなど揮発性有機溶媒を含む洗浄液などは第1の実施形態には適用することができる。
また、例えば、基板処理装置1、1aに設けられた各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
Claims (7)
- 保持した基板を回転可能な回転保持部と、
回転する前記基板の面の中心領域に、第1の液を供給可能な第1の処理液供給部と、
回転する前記基板の面の中心領域に、第2の液を供給可能な第2の処理液供給部と、
前記回転保持部に保持された前記基板の外側に設けられ、上面が前記基板の前記処理液が供給される面と近接して並ぶ第1の位置と、前記第1の位置から離れた第2の位置と、の間で移動可能な、基板の周縁に沿った形状を有する制御体と、
を備えた基板処理装置。 - 前記第1の処理液供給部と、前記第2の処理液供給部と、前記制御体の移動と、を制御可能なコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、
前記第1の処理液供給部に、前記第1の液の供給を行わせる場合には、前記第1の位置に、前記制御体を移動させ、
前記第2の処理液供給部に、前記第2の液の供給を行わせる場合には、前記第2の位置に、前記制御体を移動させる請求項1記載の基板処理装置。 - 前記第1の液はエッチング液であり、前記第2の液は洗浄液である請求項1または2に記載の基板処理装置。
- 前記制御体は、前記回転保持部に保持された前記基板の周縁を囲み、複数に分割されている請求項1〜3のいずれか1つに記載の基板処理装置。
- 前記複数に分割された制御体のそれぞれは、前記基板の周縁に沿って湾曲している請求項4記載の基板処理装置。
- 前記回転保持部は、前記制御体を内部に収納する凹部を備え、前記第2の位置は、前記凹部の内部に設定される請求項1〜5のいずれか1つに記載の基板処理装置。
- 前記回転保持部に保持された前記基板の面に対向する加熱部をさらに備え、
前記加熱部の平面寸法は、前記基板の平面寸法よりも大きい請求項1〜6のいずれか1つに記載の基板処理装置。
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