JP4328587B2

JP4328587B2 - 基板処理装置及び基板処理方法

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Publication number: JP4328587B2
Application number: JP2003314551A
Authority: JP
Inventors: 宏光難波; 武彦折居
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: JP2005085894A

Description

本発明は，例えば半導体ウェハ等の基板の表面に処理液の液膜を形成して洗浄処理等する基板処理装置及び基板処理方法に関する。

例えば半導体デバイスの製造工程においては，半導体ウェハ（以下，「ウェハ」という）の表面に処理液の液膜を形成して処理する方法が用いられている。かかる処理を行う装置として，ウェハを略水平に保持し，ウェハの表面周縁部に沿ってリングを接触させ，処理液をリングの内側に蓄えるようにして液盛りする構成が提案されている。（例えば，特許文献１参照）。

特開平３−１６６７１６号公報

従来の基板処理装置にあっては，リングにパーティクルや処理液が残留しやすく，次のウェハの処理時，リングに付着したパーティクルや処理液等がウェハの表面に転写し，ウェハの表面が汚染される問題があった。また，リングの接触によってウェハの表面が損傷される虞があり，リングの位置制御に高い精度が要求され，制御が困難であった。さらに，ウェハを回転させて処理する場合，リングを上昇させる必要があるので，手間がかかり，スループットが低下する懸念があった。

本発明の目的は，ウェハの汚染及び損傷を防止して，ウェハの表面に処理液の液膜を良好に形成できる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明によれば，基板の表面に薬液の液膜を形成して処理する基板処理装置であって，基板を略水平に保持するチャックと，前記チャックに保持された基板の表面に薬液とリンス液を供給する供給ノズルと，前記チャックに保持された基板の表面から上方に離れ，かつ，基板の表面に形成された薬液の液膜に接する高さにおいて，基板の表面周縁部に沿って配置される枠状部材とを備え，前記枠状部材の断面外形状が円であり，前記枠状部材の外面は疎水性であり，前記枠状部材を基板の表面周縁部に沿って配置させた状態で，基板の表面に薬液の液膜を形成して処理した後，純水を供給することを特徴とする，基板処理装置が提供される。かかる基板処理装置にあっては，リングに付着した汚れが基板の表面に付着することを防止できる。リングの接触によって基板の表面が損傷することを防止できる。また，リングと基板の表面の間の隙間にも薬液を供給でき，基板の周縁部で処理むらが発生することを防止できる。なお，断面外形状とは，断面の外縁の形状をいう。

この基板処理装置にあっては，前記薬液は希釈フッ酸であって，基板の表面の酸化膜を除去する処理を行うこととしても良い。

また，本発明によれば，基板の表面に薬液を供給して処理する基板処理方法であって，基板を略水平に保持し，基板の表面周縁部に沿って，基板の表面との間に隙間を形成して枠状部材を配置し，前記枠状部材の断面外形状が円であり，前記枠状部材の外面は疎水性であり，基板の表面に薬液を供給し，前記枠状部材の内側に，周縁部を前記枠状部材に接触させて液膜を形成して薬液で処理し，前記枠状部材と基板の表面との間に隙間を形成したまま，基板を回転させ，基板の表面に純水を供給してリンス処理することを特徴とする，基板処理方法が提供される。この基板処理方法にあっては，前記基板の表面から酸化膜を除去する処理であることとしても良い。

本発明によれば，枠状部材に付着した汚れが基板の表面に付着することを防止できる。枠状部材の接触によって基板の表面が損傷することを防止できる。また，枠状部材と基板の表面の間の隙間にも薬液を供給でき，基板の周縁部で処理むらが発生することを防止できる。基板の表面全体に薬液の液膜を良好に形成できる。

以下，本発明の好ましい実施の形態を，シリコン（Ｓｉ）製の基板であるウェハＷの表面に発生した自然酸化膜を除去する洗浄処理を行う基板処理装置に基づいて説明する。図１に示すように，本実施の形態にかかる基板処理装置１は，ウェハＷを略水平に保持するスピンチャック２と，スピンチャック２に保持されたウェハＷの表面（上面）に処理液を供給する供給ノズル３と，枠状部材としてのリング５を備えている。スピンチャック２，供給ノズル３，リング５は，密閉構造のチャンバー６内に収納されている。

スピンチャック２の上部には，ウェハＷの周縁を保持する３個の保持部材１０が備えられている。図２に示すように，これら３個の保持部材１０を略円盤形状のウェハＷの周縁を囲むように当接させて保持するようになっている。図１に示すように，スピンチャック２の下部には，スピンチャック２を垂直方向の回転中心軸を中心として回転させるモータ１１が取り付けられている。

供給ノズル３は，スピンチャック２に保持されたウェハＷの上方で水平方向に回動し，図２に示すように，ウェハＷの中央部から周縁部まで処理液を供給することができる。供給ノズル３から供給される処理液は，薬液としての希釈フッ酸（ＨＦ−Ｈ_２Ｏ），リンス液としての純水（ＤＩＷ）等である。

リング５は，疎水性を有するＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）製の円管を，ウェハＷの周縁に沿った環状に曲げ，端部同士を接続して形成したものである。リング５の半径は，ウェハＷの半径より若干小さく，例えば約２ｍｍ程度小さく形成し，ウェハＷの表面周縁部に近接させたときリング５が保持部材１０に接触する虞が無いような大きさにする。図３に示すように，リング５を半径方向に切断したときの断面外形状は円型であり，この場合，リング５の下部に角部がある場合より，リング５の外面と保持部材１０との間の距離に余裕を持たせることができ，リング５が保持部材１０に接触する虞が少なくなる。また，リング５の半径をより大きくして，リング５の半径をウェハＷの半径に近づけることができ，後述する薬液の液膜を確実に保持しやすくなる。

図１に示すように，リング５は，スピンチャック２に保持されたウェハＷの上方に，ウェハＷの表面と平行な向きに配置されている。また，リング５はリング支持部材１５によって上方から支持されており，リング支持部材１５を昇降させる昇降機構１６が備えられている。昇降機構１６の駆動により，リング５をリング支持部材１５と一体的に昇降させ，ウェハＷの表面に近接する位置と，ウェハＷの表面から上方に退避する位置とに移動させることができる。ウェハＷの表面に近接する位置において，リング５は，ウェハＷの表面から上方に離れ，かつ，ウェハＷの表面に形成された薬液の液膜に接する高さにおいて，ウェハＷの表面周縁部に沿って配置される。

また，チャンバー６内には，スピンチャック２に保持されたウェハＷの周囲を囲むインナーカップ２０，アウターカップ２１が備えられている。インナーカップ２０は，アウターカップ２１の内側において昇降可能であり，インナーカップ２０を上昇させインナーカップ２０によってウェハＷの周囲を囲む状態と，インナーカップ２０を下降させアウターカップ２１によってウェハＷの周囲を囲む状態とにすることができる。

次に，以上のように構成された基板処理装置１を用いたウェハＷの洗浄処理について説明する。先ず，図示しない搬送アームによってチャンバー６内にウェハＷを搬入し，スピンチャック２に受け渡す。ウェハＷは，スピンチャック２の保持部材１０によって周縁を保持され，自然酸化膜が付着した表面を上面にして，略水平に支持される。ウェハＷをスピンチャック２に受け渡す際は，リング５が受け渡しの邪魔にならないように，リング５をスピンチャック２の上方に退避させておく。また，インナーカップ２０を下降させておく。

ウェハＷをスピンチャック２によって保持したら，昇降機構１６の駆動によりリング５を下降させ，ウェハＷの表面に近接させ，図３に示すように，リング５の下部とウェハＷの表面との間に隙間を設けた状態にする。ここで，リング５はウェハＷの表面に接触させないので，リング５の接触によってウェハＷの表面が損傷される虞が無い。さらに，リング５をウェハＷの表面に接触させる場合より，リング５を速く下ろすことができ，処理速度が速い。リング５を下降させる際の位置制御，即ち，昇降機構１６の駆動の制御は，リング５をウェハＷの表面に接触させる場合より精度が低くても，ウェハＷの表面を損傷する危険が少なく，制御が容易になる。また，半導体チップが形成される箇所は，リング５より内側に位置するので，リング５が接触して悪影響が与えられる心配が無い。リング５の下部は保持部材１０と十分に離れるように形成されているので，リング５の下部と保持部材１０が接触する虞は無い。

このようにリング５をウェハＷの表面に近接させると共に，インナーカップ２０を上昇させ，インナーカップ２０によってウェハＷの周囲を囲む状態にする。そして，モータ１１の駆動によりスピンチャック２を回転させ，ウェハＷを水平面内で低速に回転させながら，図２に示すように，供給ノズル３をウェハＷの中央部上方に移動させ，ウェハＷの周縁部に向かって移動させながら薬液を供給する。なお，リング５の下部とウェハＷの表面との間には隙間があり，ウェハＷとリング５が非接触状態になっているため，ウェハＷにリング５を近接させたままウェハＷを回転させることが可能である。従って，ウェハＷを回転させながら薬液を供給し，遠心力によりウェハＷの表面に薬液を拡散させ，液膜を効率的に形成することができる。

こうして，薬液をウェハＷの表面全体に拡散させたら，供給ノズル３の薬液供給を停止させ，モータ１１の駆動を停止させ，スピンチャック２とウェハＷを静止させる。薬液の吐出を停止させた後，薬液はリング５の内側で液膜となって保持される。即ち，図３に示すように，液膜の周縁部は，液膜に接する高さに配置されたリング５に接触しており，薬液の表面張力によってリング５に保持される。また，リング５の下部とウェハＷの表面の間の隙間にも，薬液が入り込み，リング５の外側とウェハＷの周縁の間にも，表面張力によって薬液が保持される。こうして，ウェハＷの表面全体に薬液の液膜が形成される。このように，ウェハＷの周縁部にも薬液を接触させることができ，処理むらが発生することを防止できる。

液膜形成後，所定時間放置して，液膜中の薬液によりウェハＷの表面を洗浄する。これにより，ウェハＷの表面に発生していた自然酸化膜（ＳｉＯ_２）が除去される。このように液膜を形成することで，少量の薬液で処理することができ，低コストを図ることができる。ウェハＷの表面の自然酸化膜ＳｉＯ_２は親水性を有するが，自然酸化膜が除去されることにより，ウェハＷの表面は疎水性のＳｉになる。ウェハＷの表面が疎水性に変化しても，薬液の表面張力により液膜がリング５の内側に確実に保持され，液膜が偏ったり，液膜が崩れてウェハＷの表面から薬液が流れ落ちたりすることを防止できる。従って，リング５によって液膜を保持することにより，自然酸化膜を十分に除去でき，処理むらが発生することを防止できる。

液膜を形成して所定時間経過後，ウェハＷにリング５を近接させたまま，スピンチャック２の回転によりウェハＷを薬液供給時より高速で回転させ，遠心力によってウェハＷの表面から薬液を振り切って除去する。リング５の下部とウェハＷの表面との間には隙間があり，非接触状態であるため，ウェハＷにリング５を近接させたままでウェハＷを回転させることが可能であり，ウェハＷを上昇させる必要が無く，スループットが良好である。薬液は，リング５の下部とウェハＷの表面との間の隙間から外側に円滑に流れ出る。また，リング５の外面は滑らかな曲面になっているので，リング５の上部からも薬液が外側に円滑に流れやすい。従って，リング５によって薬液が堰き止められてしまうことは無く，ウェハＷから薬液を確実に振り切ることができる。また，ウェハＷの回転により発生した旋回流により，リング５の外面に付着した薬液が吹き飛ばされて除去される。リング５の外面は疎水性を有するため，リング５の外面から薬液を迅速に除去できる。また，リング５から薬液の残渣やパーティクル等の汚れも除去されるので，次のウェハＷの処理の際，リング５の汚れがウェハＷに付着する虞が少ない。なお，薬液処理中にウェハＷから落下した薬液や，振り切り処理によりウェハＷやリング５から除去された薬液は，インナーカップ２０によって受け止められ，インナーカップ２０内から回収され，清浄化された後，再利用される。

振り切り処理後，インナーカップ２０を下降させ，アウターカップ２１によってウェハＷの周囲を囲む状態とする。そして，ウェハＷを回転させながら，供給ノズル３をウェハＷの中央部上方に移動させ，ウェハＷの周縁部に向かって移動させつつ純水を供給し，純水によってウェハＷの表面から薬液を洗い流してリンス処理する。純水は，リング５の下部とウェハＷの表面との間の隙間から外側に円滑に流れ出る。また，リング５の外面は滑らかな曲面になっているので，リング５の上部からも純水が外側に円滑に流れやすい。従って，リング５によって純水が堰き止められてしまうことは無く，純水が円滑に流れ，ウェハＷとリング５を確実に洗浄することができる。リング５の下部とウェハＷの表面との間には隙間があり，非接触状態であるため，このようなウェハＷにリング５を近接させたままでウェハＷを回転させる処理が可能である。また，リング５を近接させたままで純水を供給できるので，リング５も純水によって洗浄することができる。即ち，先に示したウェハＷの振り切り処理時におけるリング５からの汚れの除去に加えて，さらにリング５を純水により洗浄するので，リング５から薬液の残渣やパーティクル等の汚れを確実に除去することができる。従って，次のウェハＷ処理の際，リング５から薬液が落下してウェハＷに付着したり，リング５の汚れが薬液を介してウェハＷに付着したりすることを確実に防止できる。なお，ウェハＷに供給された純水は，アウターカップ２１によって受け止められ，アウターカップ２１内から排液される。

純水によるリンス処理後，昇降機構１６の駆動によりリング５を上昇させ，ウェハＷの表面から若干離隔させる。そして，ウェハＷをリンス処理時より高速で回転させてスピン乾燥させる。また，ウェハＷの回転により発生した旋回流により，リング５の外面に付着した純水が吹き飛ばされて除去される。リング５の外面は疎水性を有するため，リング５の外面から純水が効率的に除去され，リング５の外面を迅速に乾燥させることができる。ウェハＷやリング５から除去された純水は，アウターカップ２１によって受け止められ，アウターカップ２１内から排液される。スピン乾燥後，昇降機構１６の駆動によりリング５をさらに上昇させ，ウェハＷの表面から十分に離隔させる。図示しない搬送アームをチャンバー６内に進入させ，ウェハＷをスピンチャック２から受け取り，チャンバー６から搬出する。

かかる基板処理装置１によれば，リング５によって液膜を保持することにより，薬液処理を確実に行うことができる。リング５をウェハＷの表面に接触させないので，ウェハＷの表面が損傷される虞が無い。さらに，リング５の位置制御が容易になる。リング５とウェハＷの表面の間の隙間にも処理液を供給でき，ウェハＷの周縁部で処理むらが発生することを防止できる。リング５とウェハＷの表面が非接触状態であるため，ウェハＷにリング５を近接させたままでウェハＷを回転させ，薬液を供給して拡散させることや，振り切り回転処理や，リンス処理等を行うことができる。ウェハＷのリンス処理の際に，リング５にも純水を供給して洗浄できるので，リング５に汚れが残留することを防止できる。リング５に付着した汚れが転写してウェハＷの表面が汚染される虞が無い。

以上，本発明の好適な実施の形態の一例を示したが，本発明はここで説明した形態に限定されない。例えば，基板は半導体ウェハに限らず，その他のＬＣＤ基板用ガラスやＣＤ基板，プリント基板，セラミック基板などであっても良い。また，基板処理装置は洗浄処理を行うものに限定されず，その他の種々の処理液などを用いて，洗浄処理以外の他の処理を基板に対して施すものであっても良い。

本実施の形態では，リング５は，ＰＦＡ製の円管を環状にしたものとしたが，かかる材質に限定されない。また，リング５は，断面外形状の上部や下部が曲面であれば良く，円管の他，例えば，断面が楕円状である管を環状に曲げて形成しても良い。この場合，リング５の内側から外側に処理液が流れやすく，薬液の振り切りやリンス処理を効率的に行うことができる。また，処理液がより効率良くリング５の内側から外側に流れやすくなるような，流線形の断面外形状にしても良い。

本発明者らは，リング５が薬液の液膜を保持する効果を確認するため，以下に示すような実験を行った。リング５の下面とウェハＷの表面の間に隙間を形成し，ウェハＷの表面に約１０％の希釈フッ酸を供給し，液膜の様子を観察した。リング５は，外径が約３ｍｍ（約１／８インチ）であるＰＦＡの円管（いわゆる１／８ＰＦＡ管）を環状に曲げて形成した。リング５の下端部とウェハＷの表面との間に形成された隙間の高さは約１ｍｍであり，ウェハＷの表面からリング５の上端部までの高さは，約４ｍｍである。ウェハＷは，直径が約３００ｍｍ（いわゆる１２インチウェハ）の円盤形状のシリコンウェハとし，表面に厚さ約５００Å（５×１０^−５ｍｍ）の自然酸化膜が存在するものとした。

先ず，約４０ｍｌの希釈フッ酸を，リング５を備えたウェハＷの表面に供給し，液膜の形成を試みた。その結果，液膜を良好に形成でき，液膜形成後約５分経過しても，リング５の内側の液膜が崩れなかった。従って，リング５を配置することにより，ウェハＷの表面の一部が親水性から疎水性になっても，リング５の内側の液膜を良好に維持できるので，ウェハＷの表面から自然酸化膜を確実に除去できると考えられる。特に，半導体チップが形成される箇所は，リング５の内側に位置し，リング５の内側の液膜によって，自然酸化膜を十分に除去できると考えられる。この実験結果より，実施の形態に示したリング５においても，液膜を効果的に形成及び維持可能であると推認される。液膜形成から約５分経過後，ウェハＷの表面からリング５を取り除くと，液膜が小さくまとまるようになって崩れた。これより，ウェハＷの表面から自然酸化膜が十分に除去され，表面全体が疎水性になったと考えられる。

また，比較実験として，約４０ｍｌの希釈フッ酸を，リング５を備えない状態でウェハＷの表面に供給し，液膜の形成を試みた。その結果，供給直後はウェハＷの表面が親水性であるため，ウェハＷの表面に液膜を形成できたが，約１分経過後，液膜の形状が崩れ，部分的に液膜が無くなった。これは，ウェハＷの表面の一部で自然酸化膜が除去され，親水性から疎水性になり，液膜が疎水性の部分から逃げるためと考えられる。この場合，ウェハＷの表面から自然酸化膜を十分に除去できないうちに液膜の形状が崩れてしまい，酸化膜除去処理が不完全になる虞がある。

本実施の形態にかかる基板処理装置の構成を示す説明図である。リングとウェハの表面を示す概略平面図である。リングとウェハの周縁付近の液膜の様子を示す概略断面図である。

符号の説明

Ｗウェハ
１基板処理装置
２スピンチャック
３供給ノズル
５リング

Claims

基板の表面に薬液の液膜を形成して処理する基板処理装置であって，
基板を略水平に保持するチャックと，
前記チャックに保持された基板の表面に薬液とリンス液を供給する供給ノズルと，
前記チャックに保持された基板の表面から上方に離れ，かつ，基板の表面に形成された薬液の液膜に接する高さにおいて，基板の表面周縁部に沿って配置される枠状部材とを備え，
前記枠状部材の断面外形状が円であり，
前記枠状部材の外面は疎水性であり，
前記枠状部材を基板の表面周縁部に沿って配置させた状態で，基板の表面に薬液の液膜を形成して処理した後，純水を供給することを特徴とする，基板処理装置。
前記薬液は希釈フッ酸であって，
基板の表面の酸化膜を除去する処理を行うことを特徴とする，請求項１に記載の基板処理装置。
基板の表面に薬液を供給して処理する基板処理方法であって，
基板を略水平に保持し，
基板の表面周縁部に沿って，基板の表面との間に隙間を形成して枠状部材を配置し，
前記枠状部材の断面外形状が円であり，
前記枠状部材の外面は疎水性であり，
基板の表面に薬液を供給し，前記枠状部材の内側に，周縁部を前記枠状部材に接触させて液膜を形成して薬液で処理し，
前記枠状部材と基板の表面との間に隙間を形成したまま，基板を回転させ，基板の表面に純水を供給してリンス処理することを特徴とする，基板処理方法。
前記基板の表面から酸化膜を除去する処理であることを特徴する，請求項３に記載の基板処理方法。