JP3779582B2 - 基板周縁処理装置および基板周縁処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板の周縁から不要物を除去するための装置および方法に関する。各種基板には、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ（プラズマ・ディスプレイ・パネル用ガラス基板などが含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）のデバイス形成面、非デバイス形成面および端面の全域に銅薄膜などの金属薄膜を形成した後、この金属薄膜の不要部分をエッチング除去する処理が行われる場合がある。たとえば、配線形成のための銅薄膜はウエハのデバイス形成面のデバイス形成領域に形成されていればよく、デバイス形成面の周縁部（たとえば、ウエハの周縁から幅３mm程度の部分）、非デバイス形成面および端面に形成された銅薄膜は不要となるから、この不要な銅薄膜を除去する処理が行われる。
【０００３】
また、ウエハのデバイス形成面に金属薄膜が選択的に形成された場合であっても、デバイス形成面の金属薄膜を形成した領域以外の領域やウエハの端面および非デバイス形成面に付着した金属イオンを除去する処理が行われる場合がある。たとえば、ウエハのデバイス形成面の周縁部に形成されている金属薄膜または金属イオンを除去する装置は、ウエハをほぼ水平に保持した状態で回転するスピンチャックと、このスピンチャックに保持されているウエハの上面（デバイス形成面）の周縁部に向けてエッチング液を吐出するエッジリンスノズルと、スピンチャックに保持されたウエハの上面のほぼ中心に純水を供給するための純水ノズルとを備えている。
【０００４】
金属薄膜を除去する際には、スピンチャックによってウエハが回転され、その回転しているウエハの上面の周縁部に向けてエッジリンスノズルからエッチング液が吐出される。エッジリンスノズルからエッチング液が吐出されている間、純水ノズルからウエハの上面の中心に向けて純水が供給される。
これにより、ウエハの上面の中央部の領域（デバイス形成領域）は純水に覆われた状態となり、エッジリンスノズルからウエハの上面に供給されたエッチング液は、ウエハの上面の中央部から周縁に向けて流れる純水により押し流される。したがって、ウエハの上面中央部のデバイス形成領域に向けてエッチング液のミストが飛散しても、そのエッチング液のミストは、デバイス形成領域上に形成された金属薄膜に直に付着するおそれがない。ゆえに、デバイス形成領域の金属薄膜がエッチング液による腐食を受けるおそれがない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、最近になって、デバイス形成領域を覆っている純水が原因でウエハが帯電し、このウエハの帯電がデバイス形成領域に作り込まれているデバイスや配線（とくに、銅配線）などにダメージを及ぼすおそれがあることが判ってきた。
そこで、この発明の目的は、基板の帯電を抑制でき、デバイスや配線などへのダメージの低減が図られた基板周縁処理装置および基板周縁処理方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、表面処理液を用いて基板（Ｗ）の周縁部を表面処理する基板周縁処理装置であって、基板をほぼ水平に保持する基板保持手段（１１；２１）と、この基板保持手段に保持された基板の周縁部に表面処理液を供給する表面処理液供給手段（１２；２２，２２１）と、上記基板保持手段に保持された基板の上面の中央部に、純水に水素を溶解して生成された、比抵抗が純水よりも小さな還元水を供給する還元水供給手段（１３，１３１；２３；２３１）とを含むことを特徴とする基板周縁処理装置である。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、基板の上面の中央部に供給される還元水は、比抵抗が純水に比べて電気を通しやすいので、たとえば、基板の周縁部に表面処理液を供給する間、基板のデバイス形成面の中央部に還元水を供給して、このデバイス形成面の中央部に表面処理液が付着するのを防止するようにしても、基板の帯電を引き起こすおそれがない。ゆえに、デバイス形成面に作り込まれたデバイスや配線などに帯電によるダメージを与えるおそれがない。
【０００８】
なお、上記還元水は、比抵抗が０．０１〜１．０ＭΩ／cmであることが好ましい（請求項２）。さらに、上記還元水は、溶存水素量が０．５〜１．０ppmであることが好ましく（請求項３）、また、酸化還元電位が−２００ｍＶよりも低いことが好ましい（請求項４）。さらにまた、上記還元水は、水素イオン濃度がｐＨ７〜９に調整されていることが好ましく（請求項５）、この水素イオン濃度の調整は、たとえば、アンモニアを加えることにより行われてもよい（請求項６）。
【０００９】
また、上記基板保持手段は、基板の下面を吸着して保持するものであってもよい（請求項７）。
さらに、上記表面処理液供給手段は、上記基板保持手段に保持された基板の上面の周縁部に表面処理液を供給するものであってもよい（請求項８）。
請求項９記載の発明は、表面処理液を用いて基板（Ｗ）の周縁部を表面処理する方法であって、基板をほぼ水平に保持する基板保持工程と、この基板保持手段に保持された基板の周縁部に表面処理液を供給する表面処理液供給工程と、上記基板保持手段に保持された基板の上面の中央部に、純水に水素を溶解して生成された、比抵抗が純水よりも小さな還元水を供給して、当該中央部を保護しつつ、基板の帯電を防止する還元水供給工程とを含むことを特徴とする基板周縁処理方法である。
【００１０】
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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、この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、この発明の一実施形態（第１の実施形態）に係る基板周縁処理装置の構成を図解的に示す図である。この基板周縁処理装置は、ほぼ円形の基板であるウエハＷのデバイス形成面の周縁部および端面に形成されている不要な金属薄膜（たとえば、銅薄膜）をエッチング液によって除去するための装置である。
【００１２】
この基板周縁処理装置には、バキュームチャック１１が備えられている。バキュームチャック１１は、ほぼ鉛直に配置されたチャック軸１１１と、このチャック軸１１１の上端にほぼ水平に固定された円板状の吸着ベース１１２とを含む。チャック軸１１１は、たとえば、円筒状に形成されることによって吸気路１１３を内部に有しており、この吸気路１１３の上端は、吸着ベース１１２の内部に形成された吸着路を介して、吸着ベース１１２の上面に形成された吸着口に連通されている。また、チャック軸１１１には、モータなどを含む回転駆動機構１１４から回転力が入力されるようになっている。
【００１３】
これにより、バキュームチャック１１は、吸着ベース１１２上にウエハＷがデバイス形成面を上方に向けて載置された状態で、吸気路１１３の内部を排気することにより、ウエハＷの非デバイス形成面を真空吸着してほぼ水平に保持することができる。そして、この状態で、回転駆動機構１１４からチャック軸１１１に回転力を入力することにより、吸着ベース１１２で吸着保持したウエハＷを、そのほぼ中心を通る鉛直軸線（チャック軸１１１の中心軸線）Ｏまわりに回転させることができる。
【００１４】
バキュームチャック１１の上方には、バキュームチャック１１に保持されたウエハＷの上面の周縁部にエッチング液を供給するためのエッジリンス装置１２が配置されている。エッジリンス装置１２は、バキュームチャック１１に保持されたウエハＷの上方でほぼ水平に延びたアーム１２１と、このアーム１２１の先端に固定されたノズル取付ブロック１２２と、ノズル取付ブロック１２２にブラケット１２３を介して取り付けられたエッジリンスノズル１２４とを有している。
【００１５】
エッジリンスノズル１２４には、エッチング液配管１２５が接続されており、このエッチング液配管１２５からエッチング液が供給されるようになっている。また、エッジリンスノズル１２４は、ウエハＷの半径方向外方に向かうにつれて下方に傾斜した状態に取り付けられており、エッチング液配管１２５からエッジリンスノズル１２４に供給されたエッチング液は、その先端の吐出口からエッジリンスノズル１２４の傾斜方向に吐出されて、ウエハＷの上面の中央部のデバイス形成領域を取り囲むウエハ周縁領域（たとえば、ウエハＷの周縁から幅３mm程度の部分）上のエッチング液供給位置に供給されるようになっている。そして、エッジリンスノズル１２４からウエハＷの上面にエッチング液が供給されている間、ウエハＷは、所定の回転方向にほぼ一定の速度で回転されている。これにより、ウエハ周縁領域上のエッチング液供給位置に供給されたエッチング液がウエハＷの中央部に向けて流れることを防止しつつ、ウエハ周縁領域内の金属薄膜を除去すべき領域にエッチング液をむらなく供給することができる。よって、ウエハＷの周縁部および端面の不要な金属薄膜を良好に除去することができる。
【００１６】
バキュームチャック１１の上方にはさらに、バキュームチャック１１に保持されたウエハＷの上面の中央部に還元水を供給するための還元水ノズル１３が配置されている。還元水ノズル１３には、還元水配管１３１が接続されており、この還元水配管１３１から還元水が供給されるようになっている。還元水ノズル１３は、還元水配管１３１から供給される還元水を、バキュームチャック１１に保持されたウエハＷの表面のほぼ中心に向けて供給することができる。
【００１７】
エッジリンスノズル１２４からウエハＷの上面の周縁部にエッチング液が供給されている間、還元水ノズル１３からウエハＷの上面の中央部に還元水が供給されるようになっている。これにより、ウエハＷの上面の中央部のデバイス形成領域は還元水に覆われた状態となり、ウエハＷの上面の周縁部に供給されたエッチング液は、ウエハＷの上面の中央部から周縁に向けて流れる還元水により押し流される。また、ウエハＷの上面のデバイス形成領域に向けてエッチング液のミストが飛散しても、そのエッチング液のミストは、デバイス形成領域上に形成された金属薄膜に直に付着するおそれがない。ゆえに、デバイス形成領域の金属薄膜がエッチング液による腐食を受けるおそれがない。
【００１８】
ここで、還元水とは、純水に水素ガスを溶解して生成された水素水であって、この基板周縁処理装置で用いられている還元水は、たとえば、溶存水素量が０．５〜１．０ppmであり、ＯＲＰ（Oxidation Reduction Potential：酸化還元電位）が−２００ｍＶ以下という性質を有している。また、アンモニアを加えることにより、水素イオン濃度がｐＨ７〜９の弱アルカリ性に調整されている。このような性質を有する還元水は、比抵抗が０．０１〜１．０ＭΩ／cm程度であり、比抵抗が約１７ＭΩの純水に比べて電気を通しやすい。よって、ウエハＷの上面の周縁部にエッチング液が供給されている間、ウエハＷの上面中央部のデバイス形成領域を還元水で覆っても、ウエハＷの帯電を引き起こすおそれがなく、デバイス形成領域に作り込まれたデバイスや配線などに帯電によるダメージを与えるおそれがない。
【００１９】
なお、還元水は、溶存水素量が１．０ppm程度、ＯＲＰが−２００ｍＶ以下、水素イオン濃度がｐＨ９程度であって、比抵抗が０．５〜１．０ＭΩ／cm程度であることがより好ましい。
図２は、この発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る基板周縁処理装置の構成を図解的に示す図である。この実施形態に係る基板周縁処理装置は、上述の実施形態に係る基板周縁処理装置においてウエハＷのデバイス形成面の周縁部および端面に形成されている不要な金属薄膜が除去された後、そのウエハＷの非デバイス形成面から不要な金属イオン（金属汚染）または金属薄膜を除去するためのものである。
【００２０】
この基板周縁処理装置には、スピンチャック２１が備えられている。スピンチャック２１は、ほぼ鉛直に配置されたチャック軸２１１と、このチャック軸２１１の上端にほぼ水平に固定されたスピンベース２１２と、スピンベース２１２上に立設された複数本のチャックピン２１３とを有している。
スピンベース２１２は、たとえば、平面視において放射状に延びた複数本（たとえば、６本）のアームを有しており、各アームの先端にチャックピン２１３が立設されている。たとえば、一本おきのアーム（たとえば、全部で３本のアーム）の先端には、ウエハＷの下面（非デバイス形成面）の周縁部を受ける水平面と、ウエハＷの端面に対向してウエハＷの移動を規制する鉛直面とを有する固定チャックピン２１３が固定されている。そして、残余の一本おきのアーム（たとえば、全部で３本のアーム）の先端には、鉛直軸まわりに回転（自転）可能な可動チャックピン２１３が取り付けられている。この可動チャックピン２１３は、ウエハＷの下面の周縁部を受ける水平面と、この水平面から立ち上がり、ウエハＷの端面に当接して、対向する固定チャックピン２１３と協働してウエハＷを挟持する第１鉛直面と、同じく当該水平面から立ち上がり、第１鉛直面よりもウエハＷの半径方向外方に後退してウエハＷの端面を規制可能な第２鉛直面とを有している。したがって、可動チャックピン２１３を、鉛直軸まわりに回転させることにより、第１鉛直面または第２鉛直面をウエハＷの端面に対向させることができ、これにより、ウエハＷを挟持したり、ウエハＷの挟持を弛めたりすることができる。
【００２１】
また、チャック軸２１１には、たとえばモータなどの駆動源を含む回転駆動機構２１４が結合されている。これにより、複数本のチャックピン２１３でウエハＷを狭持した状態で、回転駆動機構２１４によってチャック軸２１１を回転させることにより、ウエハＷを水平面内で回転させることができる。
さらに、チャック軸２１１は、円筒状に形成されており、その内部には、下面リンス配管２２が非回転状態に挿通されている。下面リンス配管２２の先端は、チャック軸２１１の先端で開口していて、これにより、チャック軸２１１の先端に、チャックピン２１３で挟持されたウエハＷの下面中央にエッチング液を供給するための下面リンスノズル２２１が形成されている。
【００２２】
スピンチャック２１の上方には、スピンチャック２１に保持されたウエハＷの表面の中央部に還元水を供給するための還元水ノズル２３が配置されている。還元水ノズル２３には、還元水配管２３１が接続されており、この還元水配管２３１から還元水が供給されるようになっている。還元水ノズル２３は、還元水配管２３１から供給される還元水を、スピンチャック２１に保持されたウエハＷの表面のほぼ中心に向けて供給することができる。
【００２３】
この基板周縁処理装置における処理においては、スピンチャック２１に保持されているウエハＷが、所定の回転方向にほぼ一定の速度で回転され、この回転中のウエハＷの下面に向けて、下面リンスノズル２２１からエッチング液が吐出される。また、還元水ノズル２３からウエハＷの表面に還元水が供給される。これにより、ウエハＷの下面全域にまんべんなくエッチング液を供給することができ、このエッチング液により、ウエハＷの下面に形成されている不要な金属薄膜を除去することができる。また、ウエハＷの表面に供給された還元水は、ウエハＷの回転による遠心力でウエハＷの周縁へ向かって流れ、ウエハＷの周縁から流下する。ゆえに、下面リンスノズル２２１から吐出されたエッチング液がウエハＷの表面に回り込むことはなく、この基板周縁処理装置における処理で、ウエハＷの表面に形成された薄膜がエッチングされることはない。
【００２４】
また、ウエハＷの表面を還元水で覆う構成であるから、上述の第１の実施形態の場合と同様に、処理中におけるウエハＷの帯電を防止でき、このウエハの帯電に起因したデバイス不良や配線不良の発生を抑制することができる。
なお、この実施形態では、下面リンスノズル２２１がチャック軸２１１の先端に設けられている構成を取り上げたが、ウエハＷの下面にエッチング液を供給するための下面リンスノズルは、ウエハＷの下面に下方からエッチング液を供給できる場所であれば、たとえば、チャック軸２１１の側方に配置されていてもよい。
【００２５】
以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することも可能である。たとえば、上述の実施形態では、アンモニアを加えることにより、還元水が水素イオン濃度ｐＨ７〜９の弱アルカリ性に調整されているとしたが、アンモニアに限らず、水酸化ナトリウムなどの他のアルカリを加えることにより、還元水を弱アルカリ性に調整してもよい。
また、基板の一例として半導体ウエハを取り上げたが、この発明は、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディプレイパネル用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板などの他の種類の基板に対して処理を施すための装置にも適用することができる。
【００２６】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態（第１の実施形態）に係る基板周縁処理装置の構成を図解的に示す図である。
【図２】この発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る基板周縁処理装置の構成を図解的に示す図である。
【符号の説明】
１１ バキュームチャック
１２ エッジリンス装置
１３ 還元水ノズル
１３１ 還元水配管
２１ スピンチャック
２２ 下面リンス配管
２２１ 下面リンスノズル
２３ 還元水ノズル
２３１ 還元水配管
Ｗ ウエハ

Claims (9)

1. 表面処理液を用いて基板の周縁部を表面処理する基板周縁処理装置であって、
   基板をほぼ水平に保持する基板保持手段と、
   この基板保持手段に保持された基板の周縁部に表面処理液を供給する表面処理液供給手段と、
   上記基板保持手段に保持された基板の上面の中央部に、純水に水素を溶解して生成された、比抵抗が純水よりも小さな還元水を供給する還元水供給手段とを含むことを特徴とする基板周縁処理装置。
2. 上記還元水は、比抵抗が０．０１〜１．０ＭΩ／cmであることを特徴とする請求項１記載の基板周縁処理装置。
3. 上記還元水は、溶存水素量が０．５〜１．０ppmであることを特徴とする請求項１または２記載の基板周縁処理装置。
4. 上記還元水は、酸化還元電位が−２００ｍＶよりも低いことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板周縁処理装置。
5. 上記還元水は、水素イオン濃度がｐＨ７〜９に調整されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板周縁処理装置。
6. 上記還元水は、アンモニアを加えることにより、水素イオン濃度がｐＨ７〜９に調整されたものであることを特徴とする請求項５記載の基板周縁処理装置。
7. 上記基板保持手段は、基板の下面を吸着して保持するものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の基板周縁処理装置。
8. 上記表面処理液供給手段は、上記基板保持手段に保持された基板の上面の周縁部に表面処理液を供給するものであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の基板周縁処理装置。
9. 表面処理液を用いて基板の周縁部を表面処理する方法であって、
   基板をほぼ水平に保持する基板保持工程と、
   この基板保持手段に保持された基板の周縁部に表面処理液を供給する表面処理液供給工程と、
   上記基板保持手段に保持された基板の上面の中央部に、純水に水素を溶解して生成された、比抵抗が純水よりも小さな還元水を供給して、当該中央部を保護しつつ、基板の帯電を防止する還元水供給工程とを含むことを特徴とする基板周縁処理方法。

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