JP4386263B2

JP4386263B2 - 物品の処理装置及び処理方法

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Publication number: JP4386263B2
Application number: JP2004035547A
Authority: JP
Inventors: 裕一正木; 悌藤沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: US20050178409A1; JP2005228890A; US7524396B2

Description

本発明は、物品を液体で処理する処理装置及び処理方法に係り、例えば、物品の洗浄、エッチング、陽極化成等に好適な処理装置及び処理方法に関する。

半導体デバイス等のマイクロデバイスの微細化に伴って、製造工程において微細な異物（パーティクル）を洗浄によって除去したり、基板等の物品の処理時に該物品に異物が付着することを防止したりする技術が重要になっている。

異物の問題を解消するためには、処理対象物品から離脱した異物や処理液中に存在する異物を処理槽からオーバーフローさせて速やかに処理槽外に排出することが求められる。一般的には、処理液を処理槽の底部から注入する下方注入方式が有用であると考えられており、この方式では、処理液の流量や流速を高めることができる。

しかしながら、下方注入方式においても、処理液の流量や流速についての均一性の確保が十分であると言えなかった。

特許文献１には、洗浄槽の底部に設けられた供給管とウエハとの間に、多数の孔が設けられた整流板を配置して洗浄装置が開示されている。しかしながら、同文献に記載された装置では、整流板を通してウエハに供給される液体の圧力が均一化されず、液体の圧力が高い領域ではウエハが揺動してウエハとキャリアとの間に摩擦が起こり易い。このような摩擦は、チッピングを引き起こしパーティクルを発生させうる。また、不均一な圧力は、液体の乱流を引き起こし、処理槽外へのパーティクルの速やかな排出を妨げる。

特許文献２には、複数の整流板を配置することにより洗浄液の淀みや旋回流を防止することが開示されている。特許文献３には、複数の整流板を配置し、上位置に配置される整流板ほど孔径を小さくし、かつ最上位置に配置される整流板の板厚を当該整流板の孔径の２倍以上に厚くすることにより層流を形成することが開示されている。しかしながら、特許文献２、３に記載された装置では、処理槽の深さ方向の寸法が大きくなるために装置が大型化するとともに必要な処理液の量が増大する。これはまた、処理液の交換に要する時間を長くする原因にもなる。

特許文献４には、整流板と注入口との間に緩衝板を配置した洗浄装置が開示されているが、この方法においても同様の問題が発生する。
特開平7-161677号公報特開平7-297164号公報特開平9-232272号公報特開平10-209105号公報

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば、処理装置を小型化しつつ、均一性の高い流れを処理対象物品に提供してパーティクルを効率的に除去することを目的とする。

本発明の第１の側面は、物品を液体で処理する処理装置に係り、底部に液体注入口を有する処理槽と、処理すべき物品が配置される位置と前記底部との間に配置された整流板と、前記整流板と前記液体注入口との間に前記液体注入口を覆うように広がった分散部とを備える。ここで、前記分散部は、前記液体注入口に対向する対向部と、前記対向部と前記液体注入口との間の空間を囲む円筒形状又は円錐形状の囲包部と、前記囲包部の下端から外側方向に放射状に延びた鍔部と、を含み、前記対向部と前記囲包部とによって圧力緩和空間が形成される。

本発明の好適な実施形態によれば、前記囲包部は、円形状の断面を有することが好ましい。また、前記鍔部は、円形状の外周部を有することが好ましい。

本発明の好適な実施形態によれば、前記鍔部の下面と前記底部との距離が、前記鍔部の底面と前記整流板との距離よりも短いことが好ましい。

本発明の好適な実施形態によれば、前記分散部は、前記整流板によって支持されているが好ましい。ここで、前記分散部は、前記対向部において前記整流板によって支持されていることが好ましい。

本発明の第２の側面は、物品を液体で処理する処理方法に係り、底部に液体注入口を有する処理槽内の前記底部の上方に前記処理槽を上下に仕切るように配置された整流板の上方に、処理対象の物品を配置する配置工程と、前記液体注入口を通して前記処理槽内に供給される液体を前記整流板と前記液体注入口との間に配置された分散部によって分散し前記整流板を通して該物品に供給しながら該液体によって該物品を処理する処理工程とを含み、前記分散部として、前記液体注入口に対向する対向部と、前記対向部と前記液体注入口との間の空間を囲む円筒形状又は円錐形状の囲包部と、前記囲包部の下端から外側方向に放射状に延びた鍔部とを含み、前記対向部と前記囲包部とによって圧力緩和空間が形成される部材を使用する。

本発明の好適な実施形態によれば、前記処理工程は、前記液体によって物品を洗浄、エッチング又は陽極化成する工程を含みうる。

本発明によれば、例えば、処理装置を小型化しつつ、均一性の高い流れを処理対象物品に提供してパーティクルを効率的に除去することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

本発明の処理装置及び処理方法は、基板等の物品、例えば、半導体基板やガラス基板等を液体で処理することに好適である。液体による処理としては、例えば、洗浄、エッチング、陽極化成等が好適である。

図１は、本発明の好適な実施形態のウェット処理装置の概略構成を示す図である。図１に示す処理装置は、処理対象の物品としてのウエハ２を液体で処理する装置、例えば、洗浄液で洗浄する洗浄装置、又は、エッチング液でエッチングするエッチング装置、電解液中で陽極化成する陽極化成装置として構成されている。

図１に示す処理装置１００は、底部に液体注入口５を有する処理槽１と、ウエハ２が配置される位置と処理槽１の底部との間に配置されて処理槽１を上下に仕切る整流板４と、整流板４と液体注入口５との間に液体注入口５をその上方において覆うように広がった分散部１０とを備えている。ウエハ２は、１枚ごとに処理されてもよいが、複数枚が一括して処理されてもよい。後者は、バッチ式と呼ばれる。ウエハ２は、ホルダ３によって、典型的には、処理槽１の底面に対して垂直に保持されうる。ホルダ３は、処理槽１内の部材に固定されていてもよいし、処理槽１から分離可能な可搬型（キャリア）として構成されてもよい。ここで、ホルダ３は、整流板４から垂直方向に延びた部材によって構成されることが好ましく、このようなホルダ３によれば、処理槽１中に形成される垂直方向の層流を乱すことがない。

液体注入口５は、典型的には、その中心が処理槽１の底部の中央部、又は、ウエハ２の中心軸の直下若しくはその付近に一致するように配置されうる。分散部１０は、液体注入口５に対向する対向部８と、対向部８と液体注入口５との間の圧力緩和空間２０の側方を囲む囲包部６と、囲包部６の下端から外側方向に延びた鍔部７とを有する。

分散部１０は、例えば、整流板４によって吊り下げ状態で支持されうる。ここで、分散部１０は、対向部８の中央部が整流板４によって支持されることが好ましく、このような支持構造は、整流板４の下面における液体の流動を阻害せず、整流板４の下面に均一に液体の圧力を作用させることに寄与する。

対向部８は、円盤形状、楕円板形状、矩形板形状等の板形状を有してもよいし、上に凸をなす半球形状や釣り鐘形状等の曲面形状を有してもよいし、他の形状を有してもよい。対向部８の水平方向の大きさ（鉛直方向に投影した面積）は、液体注入口５の断面積よりも大きく設計されることが好ましく、また、対向部８の水平方向の形状は、処理すべきウエハ２の枚数等に応じて決定されうる。

囲包部６は、対向部８の外周形状に適合するように形成されうる。ここで、液体注入口５は、典型的には円形状を有しうるので、対向部８は、液体注入口５の中心軸に対して軸対象になるように円形状を有することが好ましく、囲包部６は、円筒形状又は底部が開口した円錐形状のように円形の断面を有することが好ましい。

鍔部７は、囲包部６の下端から略水平方向に外側に延びるように構成されることができ、囲包部６の下端が円形である場合には、リング形状として構成されうる。

対向部８及び囲包部６によって規定される圧力緩和空間２０は、液体注入口５を通して処理槽１内に供給される処理用の液体（例えば、洗浄液、エッチング液、電解液）の圧力が緩和されるために十分な体積が与えられている。圧力緩和空間２０で圧力が緩和された液体は、囲包部６の下端から放射状（軸対象）に鍔部７の下端に沿って外側に送り出される。

ここで、以上のような構成を有する分散部１０に代えて、例えば、円盤部材を鍔材７の高さに配置した構成例においては、液体注入口５を通して処理槽１内に供給される液体の圧力を緩和することができず、乱流を生じさせうるし、流体抵抗が増すために液体の循環速度を低下させうる。一方、分散部１０に代えて、円盤部材を処理槽１の底部よりも整流板４に近い位置に配置した場合、例えば、対向部８の高さに配置した場合には、整流板４の下面に対して、横方向に不均一な圧力分布を有する液体が供給されるので、整流板４によって均一な流れを有する液体流を形成することができない。

すなわち、対向部８、囲包部６及び鍔部７を有する分散部１０は、対向部８及び囲包部６によって規定される圧力緩和空間２０において液体の圧力を緩和して乱流の発生を抑えつつ、整流板４の下面に高い圧力均一性を有する液体を提供するための１つの解法を提供する。なお、特許文献２〜４に開示された従来例においては、整流板の下面に高い圧力均一性を有する液体を提供するために、処理槽と整流板との間に十分に長い距離を確保する必要があり、これが処理装置の大型化、処理用液体の増大、処理用液体の置換時間の増大をもたらす。また、特許文献１に記載された装置では、層流の形成は難しいと考えられる。

整流板４の下面に提供された液体は、整流板４に所定の配列パターンで形成された多数の孔を通して層流にされて上方に移動する。このような層流は、ウエハ２に振動を与えないため、ウエハ２とホルダ３との摩擦によるパーティクルを発生させず、また、仮に液体中にパーティクルが混入している場合においても、それを速やかに上方に排出する。

処理槽１の上方に移動した液体は、処理槽１から溢れてオーバーフロー槽３０によって回収される。オーバーフロー槽３０によって回収された液体は、フィルタリング等の処理がなされた後に再びポンプによって液体注入口５を通して処理槽１内に供給されうる。

以上のような処理装置１００を使用した処理方法は、ホルダ３に処理対象物品としてのウエハ２を設置する設置工程と、この液体によってウエハ２を処理する処理工程とを含みうる。処理工程では、液体注入口５を通して処理槽１内に処理用液体を供給し、この液体の圧力を分散部１０の圧力緩和空間２０で緩和し、鍔部７と処理槽１の底面との間を通して放射状に分散部１０から分散させ、更に整流板４を通して層流に代えてウエハ２に供給しながらウエハ２を処理する。処理用液体として洗浄液を使用することによりウエハ２を洗浄することができ、エッチング液を使用することによりウエハ２をウエットエッチングすることができ、所定の電解液（例えば、フッ化水素酸を含有する液）を使用してウエハ２を通して電流を流すことによってウエハ２の片面を電解研磨又は多孔質化（陽極化成）することができる。

図２は、整流板４の構成例を示す平面図である。整流板４には、例えば、直径Ｄ＝５ｍｍの孔４ａがピッチＰ＝１５ｍｍで格子状に配列されうる。以下、図２に示すような整流板４を採用した場合において、鍔部７の下面と処理槽１の底面との距離Ａ、及び、整流板４の下面と鍔部７の下面との距離Ｂを変化させた場合における処理槽１内のパーティクル除去効果を説明する。なお、距離Ａ＋距離Ｂは、一定にした。

パーティクルは、図１に示すように取り込みパイプ２５を処理槽１に設置し、これを通して処理槽１内の液体をパーティクルカウンタに送って測定した。ここでは、以下の（１）〜（３）に示す３種類の分散部１０を準備した。
（１）Ａ＝５ｍｍＢ＝２５ｍｍ
（２）Ａ＝１０ｍｍＢ＝２０ｍｍ
（３）Ａ＝１５ｍｍＢ＝１５ｍｍ
図３は、約２０リットル／毎分の流量で液体注入口５を通して処理槽１内に純水を注入し、処理槽１が満たされた後に半導体ウエハ２をホルダ３に設置し、その後、純水の循環を開始するとともに純水中のパーティクル（粒径が０．２μｍ以上のもの）の測定を開始した結果を示している。図３に示すように、パーティクルが２０個／１０ｍリットル／分を下回るまでに要した時間は、（１）の構成で１０分、（２）の構成で１９分、（３）の構成で３８分であった。

この結果より、鍔部７から整流板４までの距離が長い方がパーティクルの除去効果が高いことが分かる。しかしながら、距離Ｂを大きくするために距離Ａを小さくし過ぎると、鍔部７と処理槽１の底面との間から流れ出る液体の流速が速くなり過ぎて、液流が処理槽１の側壁に衝突して乱流を引き起こしうる。

ここで、パーティクルの除去効果に対する要求は、処理すべき物品に要求される仕様に依存するものの、一般的な用途においては、（１）〜（３）の構成例で十分な効果が得られている。このような判断の下では、距離Ａが距離Ｂ以下であれば良いと言える。

鍔部７は、例えば、処理対象の物品の水平方向寸法と同程度の横方向寸法を有し、かつ、円形であることが好ましい。

上記の（１）〜（３）の構成例の全てにおいて、液体の注入開始後に鍔部７の外側を通った液体が囲包部６の側面に廻り込み、整流板４の全ての孔４ａから略同時に液体が溢れ出した。これは、整流板４の下面に均一なタイミング及び圧力で液体が供給されていることを裏づける結果である。

図４は、囲包部の下端から延びる鍔部を設けたことによる効果を確認するために比較例として作製された処理装置の構成を概略的に示す図である。図４に示す構成において、約２０リットル／毎分の流量で液体注入口５を通して処理槽１内に純水を注入し、処理槽１が満たされた後に半導体ウエハ２をホルダ３に設置し、その後、純水の循環を開始するとともに純水中のパーティクル（粒径が０．２μｍ以上のもの）の測定を開始した結果が図３において（４）として示されている。図４に示す構成例では、パーティクルが２０個／１０ｍリットル／分を下回るまでに要した時間は約５０分であった。

また、図４に示す構成例では、分散部４０と処理槽１の底面との間から流れ出した液体が処理槽１内の中央部分に向かって集中する傾向がある。つまり、液体の供給の開始後に、まず、整流板４の中央部分から液体が噴射され、その後に噴射部分が徐々に周辺に拡大した。これは、整流板４の下面に不均一なタイミング及び圧力で液体が供給され、整流板４を通った液体の流れが乱流を発生させうることを意味する。このような乱流と、図３に示す実験結果とは相関関係があると考えられる。

本発明の好適な実施形態のウェット処理装置の概略構成を示す図である。整流板の構成例を示す平面図である。液体を分散させる分散部の構造の違いによるパーティクルの除去効果を比較した図である。囲包部の下端から延びる鍔部を設けたことによる効果を確認するために比較例として作製された処理装置の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１処理槽
２ウエハ（処理対象物品）
３ホルダ
４整流板
４ａ孔
５液体注入口
６囲包部
７鍔部
８対向部
１０分散部
２０圧力緩和空間
２５取り込みパイプ
３０オーバーフロー槽
４０分散部（比較例）

Claims

物品を液体で処理する処理装置であって、
底部に液体注入口を有する処理槽と、
処理すべき物品が配置される位置と前記底部との間に配置された整流板と、
前記整流板と前記液体注入口との間に前記液体注入口を覆うように広がった分散部とを備え、
前記分散部は、
前記液体注入口に対向する対向部と、
前記対向部と前記液体注入口との間の空間を囲む円筒形状又は円錐形状の囲包部と、前記囲包部の下端から外側方向に放射状に延びた鍔部と、
を含み、
前記対向部と前記囲包部とによって圧力緩和空間が形成されることを特徴とする処理装置。
前記囲包部は、円形状の断面を有することを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
前記鍔部は、円形状の外周部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の処理装置。
前記鍔部の下面と前記底部との距離が、前記鍔部の底面と前記整流板との距離よりも短いことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の処理装置。
前記分散部は、前記整流板によって支持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の処理装置。
前記分散部は、前記対向部において前記整流板によって支持されていることを特徴とする請求項５に記載の処理装置。
物品を液体で処理する処理方法であって、
底部に液体注入口を有する処理槽内の前記底部の上方に前記処理槽を上下に仕切るように配置された整流板の上方に、処理対象の物品を配置する配置工程と、
前記液体注入口を通して前記処理槽内に供給される液体を前記整流板と前記液体注入口との間に配置された分散部によって分散し前記整流板を通して該物品に供給しながら該液体によって該物品を処理する処理工程とを含み、
前記分散部として、前記液体注入口に対向する対向部と、前記対向部と前記液体注入口との間の空間を囲む円筒形状又は円錐形状の囲包部と、前記囲包部の下端から外側方向に放射状に延びた鍔部とを含み、前記対向部と前記囲包部とによって圧力緩和空間が形成される部材を使用する、
ことを特徴とする処理方法。
前記処理工程は、前記液体によって物品を洗浄、エッチング又は陽極化成する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の処理方法。