JP3326656B2 - 回転式半導体基板処理装置及び回転式半導体基板処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、被処理半導体基板
を相対的に回転してその被処理面を処理液により処理す
る回転式半導体基板処理装置及び回転式半導体基板処理
方法に関する。本発明は、例えば、半導体基板を洗浄処
理液により洗浄処理する場合や、エッチング液によるエ
ッチング処理する場合などの各種の液体による半導体基
板処理の場合に適用することができる。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】従来のこの種のもの、例
えば半導体基板を洗浄処理するための一般のスピン洗浄
機は、図６に示すように、回転している被処理（被洗
浄）半導体基板１であるウェーハの表面のに洗浄処理液
やリンスのための純水などの処理液を供給する場合、次
のような構成をとっている。

【０００３】まず、回転中心上方に設置された洗浄処
理液（薬液）供給口３から処理液を供給し、被処理基板
１であるウェーハの回転により処理液を回転させ、その
ときに生じる遠心力によって洗浄用処理液を被洗浄基板
１（ウェーハ）全体に均一に拡がらせるようになってい
る構成のものがある。（図６中、符号２は半導体基板保
持具を兼ねるスピナーである。）

【０００４】また、回転している被処理（被洗浄）基
板１（ウェーハ）の上方に洗浄処理液供給口３を設ける
とともに、処理液を供給しながら供給口３をウェーハの
同径方向に往復移動させ、ウェーハ全体に薬液を供給す
る構成のものがある。

【０００５】いずれの場合も、処理液が回転している被
処理基板１（ウェーハ）に接触することで生じる回転運
動に起因する遠心力によって、被処理基板１（ウェー
ハ）全体への処理液の供給や置換を行っている。即ち換
言すれば、この遠心力により供給効率や置換効率の向上
を行っている。しかしながら、従来技術にあっては、処
理液に回転運動を発生させる要因は、回転している被処
理基板１（ウェーハ）と処理液との接触部分で生じる摩
擦だけであり、洗浄処理液に十分な回転が与えられない
ことや、ウェーハ近傍の洗浄処理液よりも液表面の方の
処理液のみ同径方向外側に移動するため、置換効率が悪
い。このため処理液の無駄も生じる。

【０００６】また、被処理基板１（ウェーハ）と洗浄処
理液との濡れ性が悪い場合、特に上記においては、均
一に処理液をウェーハに接触させるためには多量の処理
液（薬液）の供給が必要となる。

【０００７】通常、図６に示すような一般のスピン洗浄
機では、被処理基板２であるウェーハは水平に保持され
回転する。このとき下の面を同時に洗浄する時や、上面
のみ洗浄する場合でも上面を洗浄した洗浄処理液が下面
に回り込まないようにする時には、洗浄処理液や純水な
どの処理液を下面に一カ所もしくは複数のノズルから吹
き付けるようになっている。しかしながら、重力の影響
でそれらの液体が落下するため、下面全体にそれらの液
体を接触させるためには多量の洗浄処理液及び純水が必
要になる。

【０００８】また、洗浄処理液はウェーハを洗浄する処
理室の温度と異なった温度（高い温度）で使われる場合
がある。このとき、処理液供給口で温度制御されていて
も、スピン洗浄では処理液である薬液が処理室雰囲気と
接する面積が広いため、処理液の使用量を少なくすれば
するほど処理液の温度低下が発生する。特に、処理液供
給口がウェーハの中心に位置し固定されているもので
は、外周に行くほど温度が低下して洗浄効果が悪くな
る。また、エッチング処理についてこれを適用する場合
は、エッチングの均一性もこの温度勾配によって中心と
周辺で異なってしまう。

【０００９】一方、洗浄処理液供給口に高周波振動子
（メガソニック発振器など超音波発振器）を付けた洗浄
機があるが、供給口が半導体基板上を移動したとして
も、有効な振動が伝播する部分は被処理半導体基板であ
るウェーハの一部であり、同時に全面に作用しないため
効率が悪い。

【００１０】また、洗浄処理液やリンス液などは外気に
触れているため、大気中の酸素などがそれらの処理液に
溶け込むことが避けられない。処理室全体を窒素ガス等
で満たし、酸素の溶け込みなどを抑える方法がとられて
いるが、洗浄処理液等の処理液の蒸発ガスを処理室から
排気するのと同時にこの窒素ガスなども排気してしまう
ため、補充が必要となり窒素ガスの使用量が多くなって
しまう。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決して、処理液が被処理面の全面に良好に行き渡る
回転式半導体基板処理装置及び回転式半導体基板処理方
法を提供することを目的とする。また、処理温度を均一
とし、及び／または均一処理を可能とする構成にするこ
とが可能な回転式半導体基板処理装置及び回転式半導体
基板処理方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本出願の請求項１の発明
は、被処理半導体基板を相対的に回転してその被処理面
を処理液により処理する回転式半導体基板処理装置にお
いて、回転する半導体基板の上部及び／または下部に処
理液供給口（一カ所または複数）のある処理液ガイドを
配置し、前記処理液ガイドの少なくともいずれかに温度
調節器を組み込み、かつ、処理液ガイドの少なくともい
ずれかに高周波振動子（メガソニックなど超音波発振器
等）を組み込む構成とした回転式半導体基板処理装置で
あって、これにより上記目的を達成するものである。こ
こで「相対的に回転して」とは、被処理半導体基板の側
を任意に回転するのでも、処理液供給の側を任意に回転
するのでも、双方を任意の方向・任意の速度で回転する
のでもよいことを意味する。

【００１３】本出願の請求項２の発明は、半導体基板の
両面を被処理面とすることを特徴とする請求項１に記載
の回転式半導体基板処理装置であって、これにより上記
目的を達成するものである。

【００１４】本出願の請求項３の発明は、前記処理液ガ
イドから乾燥用ガスを流出し得る構成としたことを特徴
とする請求項１または2に記載の回転式半導体基板処理
装置であって、これにより上記目的を達成するものであ
る。

【００１５】本出願の請求項４の発明は、被処理半導体
基板を相対的に回転してその被処理面を処理液により処
理する回転式半導体基板処理方法において、回転する半
導体基板の上部及び／または下部に処理液供給口のある
処理液ガイドを配置し、前記処理液ガイドの少なくとも
いずれかに温度調節器を組み込み、高周波振動子を組み
込む構成により基板処理を行うことを特徴とする回転式
半導体基板処理方法であって、これにより上記目的を達
成するものである。

【００１６】

【作用】本発明によれば、被処理半導体基板を相対的に
回転してその被処理面を処理液により処理する回転式半
導体基板処理装置について、回転する半導体基板の上部
及び／または下部に処理液供給口（一カ所または複数）
のある処理液ガイドを配置して構成したので、これによ
り処理液が被処理面の全面に良好に生き渡る回転式半導
体基板処理装置とすることができる。

【００１７】また、その処理液ガイドを利用して、ここ
に温度調節器を組み込み、高周波振動子（メガソニック
など超音波発振器）を組み込む構成にでき、あるいは処
理液ガイドから乾燥用ガスを流出し得る構成とすること
などによって、処理温度を均一とし、及び／または均一
処理を可能とする構成にすることが可能なものである。

【００１８】また本発明によれば、被処理半導体基板を
相対的に回転してその被処理面を処理液により処理する
回転式半導体基板処理方法について、処理液が被処理面
の全面に良好に生き渡ることを可能とし、かつ、処理温
度を均一とし、及び／または均一処理を可能とする構成
にすることが可能なものである。

【００１９】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。但し
当然のことではあるが、本発明は以下の実施例により限
定を受けるものではない。

【００２０】実施例1この例は、参考例であるが、本発明の実施例（後記実施
例２）を説明する前提となるので、便宜上実施例１と称
して説明する。この例は、基本的には半導体基板の洗浄
処理装置として具体化したものであるが、同じ構造をエ
ッチング用の処理装置としても用いることができる。

【００２１】従来の洗浄処理技術は、一般的な枚葉式ス
ピン洗浄機キャリアにセットされた半導体基板を一枚ず
つ処理チャンバーに搬送し、半導体基板を水平に保った
まま回転させ、半導体基板の上部・下部もしくは、その
両方から洗浄処理液を供給し洗浄を行い、洗浄が終了す
ると洗浄処理液と同様に純水リンス液等を供給する構成
としてある。リンスが終了すると、半導体基板の乾燥を
行うため半導体基板の回転数を高回転にして振りきり乾
燥を行う。その後、処理室より取り出されキャリアに戻
される。処理室は場合によって複数用意され、洗浄処理
液の種類や乾燥などの処理により使い分けられる場合も
ある。更に、ひとつの処理室において複数の処理液によ
る処理を連続して行う場合もある。

【００２２】本実施例は、上記のような従来の構成に対
して、半導体基板に洗浄処理液やリンス液等の処理液を
効率良く供給して半導体基板にそれらの液体を効率良く
接触させる構造で具体化したものである。

【００２３】図１を参照する。図１に示すように、本実
施例は、被処理半導体基板１を相対的に回転してその被
処理面（ここでは基板１の上面及び下面の両面）を処理
液（ここでは薬液や、純水等のリンス液である洗浄処理
液）により処理する回転式半導体基板処理装置（洗浄装
置）であって、回転する半導体基板１の上部や下部に処
理液供給口（一カ所または複数）のある処理液ガイド
２，３（上部処理液ガイド及び下部処理液ガイド）を配
置して構成したものである。

【００２４】このように本実施例は、半導体基板１の両
面を被処理面とするものである。

【００２５】また本実施例では、その処理液ガイド２，
３から乾燥用ガスを流出し得る構成としたものである。

【００２６】更に詳しくは、本実施例では、図１のよう
に、ウエーハキャリアから搬送されてきた半導体基板１
（ウエーハ）は洗浄処理室の半導体基板の保持具４（ウ
エーハ保持具）にセットされる。ここで、保持具４の保
持方法や接触部分の形状及び数などは任意であり、特に
規定するものではない。

【００２７】この保持具４は、スピナーを兼ねており、
これは半導体基板１を保持したまま水平に回転し始め
る。上部に置かれた上部洗浄処理液ガイド２と下部の下
部洗浄処理液ガイド３も半導体基板１に対して平行に保
たれ、更に間隔を一定に保ちながら同期して回転を始め
る。

【００２８】ここでは、半導体基板１が水平に置かれ、
水平を保ったまま回転するとしたが、半導体基板平面に
垂直な軸で回転させるならば、その軸の方向は地面に対
して傾いていても良く、その方向を規定するものではな
い。また、上部洗浄処理液ガイド２、下部洗浄処理液ガ
イド３の回転方向や回転数は半導体基板１の回転方向や
回転数と異なっていても同じでもよく（停止していても
よい）、それぞれ必要に応じて独立に設定しても何ら支
障はない。

【００２９】更に、半導体基板１と不都合が起こるよう
な接触が無い限りは、上部洗浄処理液ガイド２や下部洗
浄処理液ガイド３と半導体基板１の間隔は自由に設定で
き、必ずしも半導体基板１に対して完全に平行である必
要はなく、間隔や角度は処理中に変化させても差支えな
い。また、上部洗浄処理液ガイド２、下部洗浄処理液ガ
イド３の形状や大きさは任意であり、特に限定はない。

【００３０】必要な回転数まで達した後、洗浄用の処理
液５，５′が上部洗浄処理液ガイド２及び下部薬液ガイ
ド３の中心から供給されると洗浄処理液５，５′は半導
体基板１と上部洗浄処理液ガイド２あるいは下部洗浄処
理液ガイド３の間に満たされ、半導体基板１の洗浄が開
始される。中心部より供給された洗浄処理液５，５′
は、供給による圧力と半導体基板１及び上部洗浄処理液
ガイド２もしくは下部洗浄処理液ガイド３と接触して回
転することによる遠心力によって、半導体基板１の表面
上を同径方向外側に流れて行く。更に流れて行くと、半
導体基板１の端より排液される。

【００３１】ここでは必要な回転数まで回転が達したと
きに洗浄処理液５，５′が供給される構成としたが、供
給のタイミングには限定はない。また、処理液供給は、
上部洗浄処理液ガイド２もしくは下部洗浄処理液ガイド
３の中心一カ所に限定するものではなく、複数の部分か
ら供給してもよい。処理中（洗浄中）の回転数は一定で
なくてもよく、回転速度を規定するものではない。

【００３２】本実施例では、洗浄処理液ガイド２，３か
ら乾燥用ガスを流出し得る構成とし、具体的には乾燥時
に、洗浄処理液ガイド２，３の中心から乾燥用のガス例
えば窒素ガスや不活性ガスを供給する構成とした。これ
によれば乾燥効率を向上できるし、いわゆるウォーター
マークやウォータースポットと称されている処理液残り
により生ずるしみや汚れ等ををなくすこともできる。

【００３３】本実施例において、上部洗浄処理液ガイド
２、下部洗浄処理液３の回転及び回転方向、半導体基板
１との間隔は、洗浄時や乾燥時などそれぞれに応じて、
それらの処理中においても変化させてもよい。

【００３４】本実施例によれば、半導体基板の上方及び
下方に洗浄処理液ガイドを配置する構成としたことで、
下記のような具体的効果が発揮される。 半導体基板表面、裏面での薬液の置換効率が向上する
ため、洗浄効果が向上する。 洗浄用の処理液が外気に接触しないため、処理液であ
る薬液や純水への酸素の溶け込みが防止でき、溶存酸素
のコントロールが容易になる。 乾燥時に洗浄処理液ガイドの中心から乾燥用のガス例
えば窒素ガスや不活性ガスを供給することで、乾燥効率
の向上を達成でき、またウォーターマーク（ウォーター
スポット）をなくすことができる。 半導体基板洗浄時の洗浄処理液（薬液等）の使用量が
低減できる。 上下の洗浄処理液ガイドで半導体基板が隔離されるた
め、環境中の汚染物質の影響や周囲に飛散した薬液の跳
ね返りなどによる影響がない。また、半導体基板洗浄中
においても処理室の洗浄が可能である。

【００３５】上記実施例は、上述した具体的な構造につ
いて、更に種々変形を加えることができる。例えば上記
の説明では、半導体基板１上下に上部洗浄処理液ガイド
２、下部洗浄処理液ガイド３を設置したが、用途によっ
てどちらか一方のみを設置してもよい。

【００３６】上部洗浄処理液ガイド２、下部洗浄処理液
ガイド３の半導体基板１に対向する面の構造及び形状に
ついては、平面ではなく、例えば下記のような構成にす
ることもできる。 ｉ）積極的に洗浄処理液をウェーハ外周に流すための凹
凸を付ける。 ｉｉ）上部洗浄処理液ガイド２や下部洗浄処理液ガイド
３と半導体基板１の間の洗浄処理液を攪拌する目的で凹
凸を付ける。

【００３７】例えば、図２（ａ）に示すのは上記ｉ）を
適用して、処理液を流出させるための溝２１を弧状に形
成したものである。

【００３８】図２（ｂ）に示すのは、上面に仕切り状の
凸部２２を形成した例である。

【００３９】また、上部洗浄処理液ガイド２や下部洗浄
処理液ガイド３の回転軸は、半導体基板１の回転軸とを
故意に偏芯させ、洗浄効果を向上させる構成にできる。
このような例を、図３に断面で示し、図４に平面で示
す。図示例は、上部処理液ガイド２を半導体基板１の回
転中心からずらした例である。

【００４０】上記に述べた洗浄処理液による処理装置
は、酸化膜などの薬液によるエッチングに対しても有効
であり、これを用いると、エッチングレートの面内均一
性向上やエッチングレート向上に効果がある。

【００４１】このような場合も、乾燥時に、薬液供給口
もしくは専用の供給口より窒素ガスなどを供給すること
で、乾燥効率の向上やウォーターマーク（ウォータース
ポット）をなくすことができる。

【００４２】実施例２ この実施例は、処理液ガイドの少なくともいずれかに温
度調節器を組み込み、かつ、処理液ガイドの少なくとも
いずれかに温度調節器を組み込み、かつ、処理液ガイド
の少なくともいずれかに高周波振動子（メガソニックな
ど超音波発振器）を組み込む構成としたものである。即
ち本実施例は、半導体基板に洗浄処理液やリンス液等の
処理液を効率良く供給して半導体基板にそれらの液体を
効率良く接触させる構造にするとともに、それのみなら
ず、処理温度をコントロールでき、また洗浄を効率良く
行うため取付位置を改良して振動子を配置した構成とし
たものである。本実施例も、洗浄装置や、エッチング処
理装置など各種の処理に適用できる。

【００４３】具体的には本実施例は、図５に示すよう
に、図１に示した実施例１の構造における上部（洗浄）
処理液ガイド２、及び下部（洗浄）処理液ガイド３に、
振動子６、温度調節器７を組み込んだ構造とした。本実
施例も動作は実施例１と同様であるが、洗浄処理やリン
ス時に、温度調節及び振動子が作用し、洗浄処理効果を
向上させる。なおここで、振動子６、温度調節器７は各
上部（洗浄）処理液ガイド２、下部（洗浄）処理液ガイ
ド３に組み込んでいるが、それぞれ単独あるいは組み合
わせて設置してもよい。また、設置の位置関係は任意で
あり、どのような構造であってもよい。

【００４４】処理液ガイドに温度調節用として例えば加
熱機構を組み込むことによって、洗浄処理液や、エッチ
ング処理装置として用いる場合などそのエッチング液等
の温度が均一になり、洗浄の均一性の向上やエッチング
均一性が向上する。

【００４５】更に、処理液ガイドに振動子（メガソニッ
クなど）を付け加えることで、洗浄効果等の向上が可能
になる。

【００４６】本実施例において、振動子６は半導体基板
１全体を覆うように配置することが望ましいが、上部
（洗浄）処理液ガイド２、下部（洗浄）処理液ガイド３
が回転しない構造あるいは半導体基板１の回転と回転方
向が違う場合には、上部（洗浄）処理液ガイド２、下部
（洗浄）処理液ガイド３の一部に振動子６を組み込むこ
とで半導体基板１全体に振動を与えることができる。

【００４７】振動子６や温度調節器７がついた上部（洗
浄）処理液ガイド２、下部（洗浄）処理液ガイド３の形
状は、前記説明した図２のように、洗浄処理液やリンス
液等の処理液を効率よく攪拌するような形状や効率よく
置換させるような形状としてもよい。

【００４８】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、処理
液が被処理面の全面に良好に行き渡り、かつ、処理温度
を均一とし、及び／または均一処理を可能とする構成に
できる回転式半導体基板処理装置及び回転式半導体基板
処理方法を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す構成図である。

【図２】変形例を示す図である。

【図３】変形例を示す図である。

【図４】変形例を示す図である。

【図５】本発明の実施例２を示す構成図である。

【図６】従来の技術を説明した図である。

【符号の説明】

１ （被処理）半導体基板 ２ （上部洗浄）処理液ガイド ３ （下部洗浄）処理液ガイド ４ （半導体基板）保持具（スピナー兼用） ５，５′ 処理液（薬液やリンス液等の洗浄処理液、エ
ッチング処理液） ６ 振動子（メガソニック発振器） ７ 温度調節器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/304 H01L 21/306

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理半導体基板を相対的に回転してその
   被処理面を処理液により処理する回転式半導体基板処理
   装置において、 回転する半導体基板の上部及び／または下部に処理液供
   給口のある処理液ガイドを配置し、前記処理液ガイドの
   少なくともいずれかに温度調節器を組み込み、かつ、処
   理液ガイドの少なくともいずれかに高周波振動子を組み
   込む構成としたことを特徴とする回転式半導体基板処理
   装置。
2. 【請求項２】半導体基板の両面を被処理面とすることを
   特徴とする請求項１に記載の回転式半導体基板処理装
   置。
3. 【請求項３】前記処理液ガイドから乾燥用ガスを流出し
   得る構成としたことを特徴とする請求項１または2に記
   載の回転式半導体基板処理装置。
4. 【請求項４】被処理半導体基板を相対的に回転してその
   被処理面を処理液により処理する回転式半導体基板処理
   方法において、 回転する半導体基板の上部及び／または下部に処理液供
   給口のある処理液ガイドを配置し、前記処理液ガイドの
   少なくともいずれかに温度調節器を組み込み、高周波振
   動子を組み込む構成により基板処理を行うことを特徴と
   する回転式半導体基板処理方法。