JP4456800B2

JP4456800B2 - 基板処理装置および基板処理方法

Info

Publication number: JP4456800B2
Application number: JP2002214276A
Authority: JP
Inventors: 浩之荒木
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2022-07-23
Also published as: JP2004056006A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板に処理液を用いた処理を施すための装置および方法に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などが含まれる。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
半導体装置や液晶表示装置の製造工程では、基板の表面および裏面に対して処理液による処理が行われる。この処理に対しては、基板の表面と裏面とで要求が異なる。たとえば、洗浄処理を例にとると、基板の表面に対する処理には、表面に付着した汚染物質を良好に除去する一方で、デバイスや配線にダメージを与えないことが要求され、基板の裏面に対する処理には、基板搬送時における基板の再汚染を防ぐために、その裏面に付着している汚染物質の完全な除去が要求される。このため、基板の表面処理と裏面処理とでは、それぞれに適した異なる処理液を用いる必要がある。
【０００３】
基板を１枚ずつ処理する枚葉型の基板処理装置では、たとえば、基板を水平に保持して回転させるスピンチャックが備えられていて、このスピンチャックに保持されて水平面内で回転する基板の表面および裏面に、それぞれ表面用および裏面用のノズルから処理液が供給される。
スピンチャックには、基板の裏面を真空吸着して基板を保持するタイプのものと、複数本のチャックピンで基板の端面を挟持して基板を保持するタイプのものとがある。いずれのタイプのスピンチャックを備えた装置であっても、基板の表面に供給された処理液が裏面側へ回り込むか、または、基板の裏面に供給された処理液が表面側へと回り込む。また、基板の表面側の雰囲気と裏面側の雰囲気とが混ざり合う。そのため、表面用および裏面用のノズルからそれぞれ基板の表面処理および裏面処理に適した異なる処理液を供給して、基板の表裏面を同時に別処理するといったことはできない。しかも、基板の裏面を真空吸着するタイプのものでは、基板の裏面の吸着部分に処理液を供給することができず、基板の裏面全域を処理することができない。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、基板の表面および裏面に対して、それぞれに別の処理を同時に施すことができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
【０００５】
【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、基板（Ｗ）を回転させる基板回転手段（４，Ｍ）と、基板の表面に対して表面用の処理流体を供給する表面側処理流体供給手段（７）と、基板の裏面に対して表面用の処理流体とは異なる裏面用の処理流体を供給する裏面側処理流体供給手段（８）と、上記基板回転手段により回転されている基板の表面側と裏面側とを雰囲気的に隔離する隔離手段（２）とを含み、上記隔離手段は、複数の分割部分（２Ａ，２Ｂ）からなり、各分割部分を接合させて、各分割部分の円弧状の内周面を基板の端面の全周に接触させ、各分割部分の円弧状の内周面（２７）で基板の端面を挟持する基板保持リングを備え、上記基板回転手段は、基板を保持している上記基板保持リングを回転させることにより当該基板を回転させるものであることを特徴とする基板処理装置である。
【０００６】
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、基板の表面側と裏面側とが雰囲気的に隔離されているから、基板の表面に供給された処理流体が基板の裏面側に回り込んだり、基板の裏面に供給された処理流体が基板の表面側に回り込んだりするおそれはない。また、表面用の処理流体を含む雰囲気と裏面用の処理流体を含む雰囲気とが混じり合うおそれもない。ゆえに、基板の一方面に対する処理が他方面に悪影響を与えることなく、基板の表裏面に対して同時に別処理を施すことができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、上記表面側処理流体供給手段および裏面側処理流体供給手段は、それぞれ基板の表面および裏面への処理流体の供給位置を移動させることのできるスキャンノズルであることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。
この発明によれば、基板を回転させつつ、その回転中の基板の表裏面に処理流体を供給し、その際、処理流体の供給位置を移動させることによって、基板の表裏面の全域に処理流体をむらなく供給することができる。
【０００８】
上記基板保持リングは、請求項３に記載のように、各分割部分の内周面にシール部材（２８）が設けられていることが好ましい。シール部材を設けることにより、基板各分割部分の内周面との隙間をシールすることができ、基板の表面側と裏面側とをより精密に隔離することができる。
【０００９】
請求項４記載の発明は、上記基板保持リングを挟むように設けられた一対のフード（５，６）をさらに含む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処理装置である。
【００１０】
この発明によれば、一対のフードが基板保持リングを挟むように設けられているので、基板の上面側および下面側の雰囲気がそれぞれ基板保持リングの外方を回り込んで基板の反対側へ流入することを防止でき、基板の表面側と裏面側とをより一層精密に隔離することができる。
請求項５記載の発明は、複数の分割部分（２Ａ，２Ｂ）からなり、各分割部分を接合させて、各分割部分の円弧状の内周面を基板の端面の全周に接触させ、各分割部分の円弧状の内周面（２７）で基板の端面を挟持する基板保持リング（２）によって、基板（Ｗ）の表面側と裏面側とを雰囲気的に隔離しつつ、上記基板保持リングを回転させることにより、上記基板保持リングに保持された当該基板を回転させながら、当該基板の表面および裏面に対してそれぞれ互いに異なる処理流体を供給することにより、当該基板の表面および裏面を処理することを特徴とする基板処理方法である。
【００１１】
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。
【００１２】
【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に係る基板処理装置を簡略化して示す断面図である。この基板処理装置は、基板の一例である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗの表面および裏面に対して、それぞれ表面用および裏面用の処理液による処理を施すことができるものであり、隔壁で区画された処理室１内に、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転するウエハ保持リング２を備えている。
【００１３】
ウエハ保持リング２は、平面視における外形が円形状に形成されており、ウエハＷの外形に対応した開口２１を中央に有している。この開口２１の周囲には、その全周にわたって、ウエハ保持リング２の上面から開口２１の内側に近づくにつれて下方に傾斜した傾斜面２２と、この傾斜面２２の下端縁に連続した水平面２３とが形成されている。水平面２３上には、Ｏリング２４が設けられていて、ウエハＷを開口２１に上方から嵌め込むことにより、そのウエハＷの周縁部をＯリング２４で下方から支持することができ、また、ウエハＷと水平面２３との間をＯリング２４でシールすることができるようになっている。
【００１４】
なお、ウエハＷの周縁部を支持することができ、かつ、ウエハＷと水平面２３との間をシールすることができるものであれば、Ｏリング２４に限らず、リップパッキンなどの他のシール部材が水平面２３上に設けられてもよい。
また、処理室１内には、少なくとも３つのリング支持ブロック３がその処理室１に対して固定配置されている。各リング支持ブロック３は、ほぼ水平に配置された回転軸まわりに回転可能なローラ３１を有していて、ウエハ保持リング２は、その下面の周縁部が少なくとも３つのローラ３１で支持されることにより、ほぼ水平な面内で、各ローラ３１の回転軸線の延長線が互いに交わる点を通る鉛直軸線（ウエハＷのほぼ中心を通る鉛直軸線）まわりに回転することができるようになっている。
【００１５】
ウエハ保持リング２の外周面２５には、全周にわたって、ギヤ歯が形成されている。このギヤ歯には、鉛直軸線まわりに回転可能な駆動ギヤ４が噛合している。また、駆動ギヤ４には、処理室１の外に配置された電動モータＭの回転力が入力されるようになっている。したがって、電動モータＭを駆動すれば、この電動モータＭの回転力が、駆動ギヤ４を介してウエハ保持リング２に伝達され、ウエハ保持リング２を上記鉛直軸線まわりに回転させる。
【００１６】
ウエハ保持リング２の上方および下方には、それぞれウエハ保持リング２に対向した面が開口された容器状のフード５，６が設けられている。フード５，６は、ウエハ保持リング２に対して昇降可能に構成されており、ウエハＷの処理時に、それぞれ下端縁５１および上端縁６１とウエハ保持リング２との間に所定の隙間が形成される位置（図１に示す位置）まで接近させたり、ウエハ保持リング２に対するウエハＷの搬入出の妨げにならないように、それぞれ上方および下方に大きく離間させたりすることができるようになっている。
【００１７】
フード５，６の内面には、それぞれウエハＷの上面および下面に処理流体を供給するためのスキャンノズル７，８が配設されている。スキャンノズル７，８は、それぞれウエハＷの上面および下面への処理流体の供給位置を移動させることができる。これにより、ウエハＷを保持したウエハ保持リング２を回転させつつ、その回転中のウエハＷの上下面にそれぞれスキャンノズル７，８から処理流体を供給し、その際、処理流体の供給位置を移動させることによって、ウエハＷの上下面の全域に処理流体をむらなく供給することができる。
【００１８】
フード５の天面５２には、フード５内に窒素ガス（Ｎ₂）を導入するための窒素導入管９１が接続されている。フード６の底面６２には、ウエハＷの下面の処理に使用された処理流体およびこの処理流体を含む雰囲気を排出するための排液排気管１０１が接続されている。また、フード６の上端縁に関連して、フード６の上端縁近傍に窒素ガスを導入するための窒素導入管９２が接続されている。さらにまた、ウエハ保持リング２の上面には、ウエハ保持リング２に近接したフード５の下端縁の近傍の位置に、ウエハＷの上面の処理に使用された処理流体（液体）を溜めておくことのできる液溜め溝２６が形成されており、この液溜め溝２６に関連して、フード５の下端縁とウエハ保持リング２との間の隙間から漏れ出す雰囲気および液溜め溝２６に溜まった処理流体を吸引して排出するための吸引排出管１０２が設けられている。排液排気管１０１および吸引排出管１０２からの排液および排気は、図示しない排液排気処理設備へと導かれて、この排液排気処理設備で排液と排気とに分けられて処理される。
【００１９】
ウエハＷに処理を施す時には、その処理対象のウエハＷが、図示しないロボットハンドによって搬入されてきて、ウエハ保持リング２に受け渡される。ウエハ保持リング２へのウエハＷの受渡しは、たとえば、ウエハＷを下方から支持して昇降可能なプッシャピンにより達成することができる。すなわち、プッシャピンを、ウエハ保持リング２の開口２１を通してウエハ保持リング２の上方に突出した状態にしておき、まず、ロボットハンドからプッシャピンにウエハＷを受け渡す。そして、プッシャピンを下降させて、ウエハＷをウエハ保持リング２の開口２１に嵌め込むことにより、ウエハ保持リング２へのウエハＷの受渡しを達成することができる。
【００２０】
ウエハ保持リング２にウエハＷが保持されると、フード５，６が、それぞれ下端縁５１および上端縁６１とウエハ保持リング２との間に所定の隙間が形成される位置まで近づけられる。これにより、フード５内の空間（ウエハＷの上面側の空間）とフード６内の空間（ウエハＷの下面側の空間）とは、ウエハ保持リング２により隔離された状態となり、ウエハＷの上面側の雰囲気とウエハＷの下面側の雰囲気とが直接的に混じり合うことが防止される。
【００２１】
この状態で、窒素導入管９１からフード５内に窒素ガスが導入される。このとき、窒素導入管９１は、フード５内の気圧がフード５の周囲の気圧よりも高くなるような流量で窒素ガスを導入する。また、窒素導入管９２からフード６の上端縁近傍に窒素ガスが導入される。この窒素導入管９２からの窒素ガスの導入により、フード６の周囲の気圧は、フード６内の気圧よりも高くなり、また、フード５の周囲の気圧よりも高くなる。ゆえに、フード６内の雰囲気がフード６の外へ漏れ出すおそれはなく、また、フード５の周囲の雰囲気がフード６の周囲の空間に流入してくるおそれもない。したがって、フード５内の雰囲気が、フード５，６の周囲の空間を通ってフード６内に流入するおそれはなく、また逆に、フード６内の雰囲気が、フード５，６の周囲の空間を通ってフード５内に流入するおそれもない。つまり、フード５，６のウエハ保持リング２への接近および窒素ガスの導入により、ウエハＷの上面側と下面側とが雰囲気的に完全に隔離された状態となる。
【００２２】
その後、電動モータＭが駆動されて、ウエハ保持リング２が回転される。ウエハ保持リング２の回転により、ウエハＷは、その中心を通る鉛直軸線まわりに回転する。そして、この回転中のウエハＷの上下面に対して、それぞれスキャンノズル７，８から処理流体がその供給位置を変えつつ供給される。たとえば、ウエハＷの上面には、スキャンノズル７から処理流体としてのフッ酸のベーパ（気体）が供給され、ウエハＷの下面には、スキャンノズル８から処理流体としてのＳＣ１（ＮＨ₄ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ₂＋Ｈ₂Ｏ）（液体）が供給される。これにより、ウエハＷの上面には、エッチング処理が施されるのに対し、ウエハＷの下面には、パーティクル除去処理が施され、ウエハＷの上下面は、互いに異なる処理流体を用いた別の処理が同時に施されることになる。
【００２３】
このようにウエハＷの上下面に対して別処理を同時に行っても、ウエハＷとウエハ保持リング２との間はＯリング２４でシールされているので、そのウエハＷとウエハ保持リング２との間の隙間を通って、スキャンノズル７からウエハＷの上面に供給された処理流体がウエハＷの下面側に回り込んだり、スキャンノズル８からウエハＷの下面に供給された処理流体がウエハＷの上面側に回り込んだりするおそれはない。また、フード５内の雰囲気とフード６内の雰囲気とが混じり合うこともないから、ウエハＷの一方面に対する処理が他方面に悪影響を与えることはなく、ウエハＷの上下面に対して良好な処理を施すことができる。
【００２４】
ウエハＷの上下面に対して十分な処理が行われると、スキャンノズル７，８からの処理流体の供給が停止される。処理流体の供給停止後も、しばらくの間、窒素導入管９１，９２からの窒素ガスの導入が続けられるとともに、吸引排出管１０２からの排液および排気の吸引が続けられる。これにより、フード５，６の内外の雰囲気が窒素ガスに置換される。そして、この雰囲気の置換後に、フード５，６がウエハ保持リング２から離間されて、ウエハ保持リング２に保持されている処理後のウエハＷがロボットハンドによって搬出される。したがって、ウエハＷの搬出時には、フード５，６の内外に処理流体を含む雰囲気は存在しないから、この搬出時に、ウエハＷの上面が下面用の処理流体を含む雰囲気による汚染を受けたり、ウエハＷの下面が上面用の処理流体を含む雰囲気による汚染を受けたりするおそれはない。
【００２５】
なお、ウエハ保持リング２からロボットハンドへのウエハＷの受渡しは、たとえば、ウエハ保持リング２の回転が止められた後、プッシャピンによってウエハＷが押し上げられることにより、ウエハＷがウエハ保持リング２から離脱され、このプッシャピン上のウエハＷがロボットハンドに受け取られることにより達成できる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、スキャンノズル７からウエハＷの上面にフッ酸のベーパが供給され、スキャンノズル８からウエハＷの下面にＳＣ１が供給されることにより、ウエハＷの上面にエッチング処理が施され、ウエハＷの下面にパーティクル除去処理が施されるとしたが、これに限定されず、スキャンノズル７からウエハＷの上面に硫酸＋過酸化水素水を供給し、スキャンノズル８からウエハＷの下面にＳＣ２（ＨＣｌ＋Ｈ₂Ｏ₂＋Ｈ₂Ｏ）を供給することにより、ウエハＷの上面にレジスト剥離処理を施すのと同時に、ウエハＷの下面に金属汚染除去処理を施すようにしてもよい。つまり、ウエハＷの上面用の処理流体をスキャンノズル７から吐出させ、この上面用の処理流体とは異なる下面用の処理流体をスキャンノズル８から吐出させることにより、ウエハＷの上下面に対して別の処理を同時に施すことができる。
【００２６】
また、上記の実施形態では、ウエハＷをウエハ保持リング２の開口２１に上方から嵌め込むことにより、ウエハＷの周縁部がウエハ保持リング２に保持されるとしたが、図２に示すように、ウエハ保持リング２を２つ（または３つ以上）の部分２Ａ，２Ｂに分割して、各分割部分２Ａ，２Ｂを互いに接合および離間させることにより、各分割部分の内周面２７でウエハＷの端面を挟持したり、その挟持を解除したりできるようにしてもよい。この場合、各分割部分２Ａ，２Ｂの内周面２７には、ウエハＷの端面に密着するＯリングのようなシール部材２８が設けられることが好ましい。
【００２７】
さらにまた、処理室１内でウエハＷをウエハ保持リング２に脱着するのではなく、ウエハＷをウエハ保持リング２に保持させた状態でウエハ保持リング２ごと処理室１内に搬入して、そのウエハ保持リング２をリング支持ブロック３に支持させ、ウエハＷの処理後は、処理後のウエハＷをウエハ保持リング２ごと処理室１から搬出するようにしてもよい。こうすれば、ウエハＷをウエハ保持リング２から脱着させるためのプッシャピンを処理室１内に設ける必要がなくなる。
【００２８】
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に係る基板処理装置を簡略化して示す断面図である。
【図２】ウエハ保持リングの他の構成について説明するための平面図である。
【符号の説明】
１処理室
２ウエハ保持リング
４駆動ギヤ
５フード
６フード
７スキャンノズル
８スキャンノズル
２１開口
２２傾斜面
２３水平面
２４Ｏリング
Ｍ電動モータ
Ｗウエハ

Claims

基板を回転させる基板回転手段と、
基板の表面に対して表面用の処理流体を供給する表面側処理流体供給手段と、基板の裏面に対して表面用の処理流体とは異なる裏面用の処理流体を供給する裏面側処理流体供給手段と、
上記基板回転手段により回転されている基板の表面側と裏面側とを雰囲気的に隔離する隔離手段とを含み、
上記隔離手段は、複数の分割部分からなり、各分割部分を接合させて、各分割部分の円弧状の内周面を基板の端面の全周に接触させ、各分割部分の円弧状の内周面で基板の端面を挟持する基板保持リングを備え、
上記基板回転手段は、基板を保持している上記基板保持リングを回転させることにより当該基板を回転させるものであることを特徴とする基板処理装置。
上記表面側処理流体供給手段および裏面側処理流体供給手段は、それぞれ基板の表面および裏面への処理流体の供給位置を移動させることのできるスキャンノズルであることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
上記基板保持リングは、各分割部分の内周面にシール部材を有していることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
上記基板保持リングを挟むように設けられた一対のフードをさらに含む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処理装置。
複数の分割部分からなり、各分割部分を接合させて、各分割部分の円弧状の内周面を基板の端面の全周に接触させ、各分割部分の円弧状の内周面で基板の端面を挟持する基板保持リングによって、基板の表面側と裏面側とを雰囲気的に隔離しつつ、上記基板保持リングを回転させることにより、上記基板保持リングに保持された当該基板を回転させながら、当該基板の表面および裏面に対してそれぞれ互いに異なる処理流体を供給することにより、当該基板の表面および裏面を処理することを特徴とする基板処理方法。