JP4492939B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理装置に関する。

半導体装置に用いるウェハ上に配線形成をする場合には、一般に、アルミ等の金属膜上にレジスト膜を形成（以降塗布処理と称す）した後、縮小投影露光装置にて配線パターンを露光し、薬液処理（以降現像処理と称す）にて露光部分のレジストを除去して、剥き出しにした金属をエッチングする。

このとき、ウェハを回転させる機構を兼ね備えた基板処理装置は、主に塗布処理および現像処理で使用するが、処理中に発生するミストが処理部外部に飛散しやすい。この処理部外部に飛散したミストは、処理前のウェハに付着する場合がある。または、この処理部外部に飛散したミストは、処理部内で処理終了後のウェハに付着する場合もある。そして、このミストが付着した部分は、配線ショートや配線細り等の欠陥となり、半導体装置の歩留まり低下を引き起こしやすい。

そのため、処理部外部へのミストの飛散を抑制することを目的として、多様な構造の基板処理装置が開発されている。このような従来の基板処理装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。同文献に記載された基板処理装置を図４に示す。この基板処理装置は、処理カップ３０の上部に処理液ミストの流れを制御する整流板４２を備える。

より具体的には、この基板処理装置は、ウェハＷを水平に保持した状態で回転するスピンチャック２０と、側壁３２および底壁３１で構成され回転体形状の内壁面を有する処理カップ３０と、を備え、処理カップ３０は上方に開口している。

さらに、その上方には、ウェハＷからの処理液飛散を抑制する円筒状のスプラッシュガード４０を備えており、円筒状の本体部４１の上端縁には、内方に向かってほぼ直線状に突出するように結合された整流板４２を有している。

整流板４２は、内方に向かうに従って下方に向かう逆円錐面に沿う板状体であり、平面視において円環状に構成される。整流板４２の内縁部４２ａは、スピンチャック２０によって保持されたウェハＷの縁部よりも内方に対応する位置にまでせり出している。よって、内縁部４２ａが形成する円は、ウェハＷの開口領域よりも小さなダウンフロー導入のための開口４３となる。

さらに、底壁３１には、排気口３３が形成され、工場側ユーティリティやポンプ等の負圧源３７により、処理カップ内に取り込むダウンフローの風量を増加させている。クリーンルーム内のダウンフロー９０は、開口４３を通ってウェハＷの上面に向けて導かれるが、ウェハＷの上面の近傍では、ウェハＷの回転に伴って空気に遠心力が与えられるため、ウェハＷの中心から処理カップ３０の側壁３２に向かう外向き気流が発生する。

また、スピンベース２２の下方では、スピンベース２２自身の回転により、空気に遠心力が与えられ、回転中心から処理カップ３０の側壁３２に向かう外向き気流が発生する。これらの外向き気流は側壁３２に沿い、さらにスプラッシュガード本体部４１の内壁面に沿って上昇する上昇気流９１を生じさせる。

上昇気流９１は、スプラッシュガード４０の上端縁にある整流板４２の下面によって内下方に向けて経路を変えられ、内向き気流９２を生じる。また、ダウンフロー９０も、整流板４２の上面で開口部４３の内下方に向かう内向き気流に変換される。そして、これら上面、下面の気流が上方からのダウンフロー９０に合流して、ウェハＷの上面に向けて導かれる。

この基板処理装置では、処理カップ３０の上部に設けられている整流板４２の上述のような作用により、処理チャンバ５０の外部への処理液ミストの飛散を抑制できる。

また、従来の液処理装置としては、特許文献２に記載されたものもある。特許文献２には、ケース側面に液振り切りのため、多数の排出口およびその流路を設けている液処理装置が開示されている。

また、従来の薄膜塗布装置としては、特許文献３に記載されたものもある。特許文献３には、ケース内壁に複数個の孔を設けた遮蔽板を多層構造に配設している薄膜塗布装置が開示されている。
特開平１１−０４２４６０号公報 特開２０００−１５３２０９号公報 特開平１−２４８６１９号公報

しかしながら、上記文献記載の従来技術では、半導体基板の表面よりも上方の位置に処理液ミストが舞い上がりやすいため、処理液ミストが半導体基板の表面に付着する可能性が高い。近年では、半導体基板上の配線寸法がサブミクロンサイズへと微細化しており、ミクロンサイズの処理液ミストが半導体基板表面に付着すると、半導体装置の配線欠陥や歩留まり低下を引き起こしやすい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基板上への処理液ミストの付着が抑制された基板処理装置を提供することにある。

本発明によれば、基板を保持して回転させる基板保持手段と、基板上に対して処理液を供給する処理液供給手段と、基板の側方および下方を取り囲むように設けられている容器と、容器の内壁に、並行して設けられている複数段の溝部と、容器内の処理液を排出する排液手段と、を備え、排液手段は、容器の底部に配置され、溝部は、容器の内壁の垂直部分の全域に螺旋状に設けられ、溝部の下端が排液手段の近傍に設けられている基板処理装置が提供される。

この構成によれば、容器の内壁に並行して設けられている複数段の溝部により、基板の回転により発生する上昇気流が抑制される。このため、処理液ミストが基板表面位置よりも上部へ舞い上がることを抑制できるので、基板に処理液ミストが付着することを抑制できる。

本発明によれば、上昇気流を抑制する構成を備えるため、基板に処理液ミストが付着することを抑制できる。

本発明において、上記の複数段の溝部とは、容器の内壁に基板に対して斜め方向に設けられている溝部であってもよい。この構成によれば、基板の回転により発生する上昇気流が効率よく抑制される。なお、基板に対して溝部を斜めにする角度は、容器の形状、基板のサイズ、基板の回転方向、基板の回転スピードなどに応じて、適宜設定可能である。

本発明において、上記の複数段の溝部とは、容器の内壁に螺旋状に設けられている溝部であってもよい。この構成によれば、容器の内壁には複数段の溝部が形成されることになるため、基板の回転により発生する上昇気流が抑制される。なお、螺旋状の溝部は、１本の螺旋状の溝部から構成されてもよく、複数の螺旋状の溝部が並行していてもよい。

また、上記の溝部は、基板の周縁部の進行方向に対して、下向きの傾きを有してもよい。

この構成によれば、基板の回転により生じる外向き気流が内壁に沿う上昇気流に転換すると、基板の周縁部の進行方向に対して下方へ傾斜の付いた複数段の溝部を鉛直方向に横断することとなる。その結果、上昇気流に及ぶ抵抗力の増加に伴って、上昇気流の上昇力が減衰する。

また、上記の基板処理装置は、容器内の処理液を排出する排液手段をさらに備え、溝部は廃液手段の近傍まで設けられていてもよい。

この構成によれば、溝部に溜まる処理液は、溝部の下端の近傍にある廃液手段を通して容器内から排出される。このため、容器内に残存する処理液の量が低減され、基板に処理液ミストが付着することを抑制できる。

また、上記の複数段の溝部とは、容器の内壁に設けられている線状の凹部であってもよい。あるいは、容器の内壁に設けられている線状の凸部と凸部との間の領域であってもよい。それぞれの溝部は、一定の幅を持っていてもよい。

また、溝部の断面形状は、任意の形状を採用でき、角形であってもよく、半円状であってもよく、くさび形であってもよい。このような溝部は、容器の内壁を機械的に削り取ることにより形成可能である。また、容器の内壁に設けられる溝部の段数は特に限定されない。上記の複数段の溝部とは、容器の内壁に、複数の独立した溝部として設けられている溝部であってもよい。また、上記の溝部は連続している必要はなく、断続的に設けられていてもよい。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、実施の形態に係る基板処理装置の一部を模式的に示した断面図である。また、図２は、実施の形態に係る基板処理装置の一部を模式的に示した上面図である。図１は、図２の上面図のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。本実施形態に係る基板処理装置は、図１、図２に示す様に、処理カップ１の内壁に螺旋状の切り込み構造４が付加されている。

すなわち、本実施形態に係る基板処理装置は、ウェハ２（基板）を保持して回転させるスピンチャック３（基板保持手段）と、ウェハ２上に処理液を供給する薬液吐出ノズル５（処理液供給手段）と、ウェハ２の側方および下方を取り囲むように設けられている処理カップ１（容器）と、を備える。ウェハ２は、スピンチャック３により、真空吸引法を用いて、略水平に保持されている。

そして、処理カップ１の内壁には、螺旋状の切り込み構造４（螺旋状の溝部）が設けられている。あるいは、処理カップ１の内壁には、ウェハ２に対して斜め方向に並行して複数の切り込み構造４（複数の溝部）が設けられていてもよい。あるいは、ウェハ２に対して水平方向に複数の切り込み構造４を設けてもよい。処理カップ１の内壁に設けられたこのような切り込み構造４は、ウェハ２の回転により発生する上昇気流を抑制する手段として機能する。

これにより、ウェハ２の回転に伴って発生する、ウェハ２上面近傍およびウェハ２下面のスピンチャック３回転中心から処理カップ１の内壁に向かう外向き気流９が、内壁に沿う上昇気流１０に転換すると、円筒形の内壁形状に沿うように下方へ傾斜の付いた切り込み構造４を鉛直方向に複数回横断することとなる。このため、上昇気流１０が持つ上昇力が減衰されてウェハ２表面位置よりも上部へ舞い上がることを抑制できるため、処理カップ１内に待機中のウェハ２に対して処理液ミストが付着することを抑制できる。

また、気流に含まれる処理液ミストは、螺旋状の切り込み構造４の隙間に溜まり、傾斜に沿って下方に流れる。よって、この螺旋状の切り込み構造４は、気流中における処理液ミストの含有率を減少する効果も有する。

その結果、処理カップ１内でウェハ２を真空吸着し、回転させながら薬液処理を行うと、薬液処理時に発生する処理液ミストが、処理終了後に処理カップ１内で待機しているウェハ２に付着することが抑制される。また、処理カップ１の外部に位置する別のウェハ２への処理液ミストの付着も抑制できる。このため、この基板処理装置を用いて、ウェハ２を薬液で処理すると、そのウェハ２上の配線欠陥が減少するので、ウェハ２を用いる半導体装置の歩留まりが向上する効果を奏する。

以下、本実施形態に係る半導体装置の構成についてより詳細に説明する。

図１、図２に示すように、処理カップ１の内壁には、上端部から下向きの傾斜を持った螺旋状の切り込み構造４を有する。切り込みの加工は、処理カップ１の内壁の垂直部分全域に対して、処理カップ１の上端部から下向きの傾斜で進行し、ウェハ２の周縁部の進行方向（ウェハ２の回転方向）に対しては下向きの螺旋状に施されている。

また、図３は、実施の形態に係る基板処理装置の処理カップ内壁の螺旋状の切り込み構造を模式的に示した拡大図である。図３は、図２の上面図のＡ部を拡大した斜視図である。

処理カップ１の円筒形の内壁に螺旋状の切り込み構造４が施された基板処理装置において、スピンチャック３に真空吸着されたウェハ２は、薬液吐出ノズル５から薬液が吐出された後に回転することにより表面が薬液処理される。そして、回転と同時に、ウェハ２上面近傍およびウェハ２下面近傍の空気に遠心力が発生し、スピンチャック３の回転中心から処理カップ１の内壁に向かう外向き気流９が発生する。

この外向き気流９が内壁に沿う上昇気流１０に転換すると、円筒状の内壁形状に沿うように（ウェハ２の回転方向に対して）下方へ傾斜の付いた切り込み構造４を鉛直方向に横断することとなる。その結果、上昇気流１０に及ぶ抵抗力の増加に伴って、上昇気流１０の上昇力が減衰する。切り込み構造４は螺旋状に施されているため、円筒状の内壁には底壁から上面に至るまで複数段の切り込み構造４を有することとなる。そのため、上昇気流１０は凹凸の横断を複数回繰り返すこととなり、上昇気流１０の上昇力は大きく減衰する。

また、処理カップ１の底壁には排気口７が設けられており、工場側ユーティリティやポンプ等の負圧源によって、処理カップ１の上部開口部からクリーンルーム雰囲気を取り込みながら下向きに流れる気流が常に存在する。そのため、処理カップ１の内壁に施された螺旋状の切り込み構造４にも下向きの気流が存在する。よって、ウェハ２の回転により発生した、処理カップ１の内壁に沿う処理液ミストを含んだ上昇気流１０は、螺旋状の切り込み構造４の横断を複数回繰り返すことによる上昇力の減衰に併せて下向き気流と合流する。その結果、この気流は、ウェハ２表面位置より上方に舞い上がる事なく、排気口７から排出される。

ウェハ２の回転方向が時計回りである場合に切り込み構造４（螺旋状のノコギリ歯）は右下方向に向けて形成される（すなわち、ウェハ２の回転方向に対しては下向きの螺旋状に施される）。

そのため、図１に示すように、ウェハ２の回転により生じる外向きの気流９に含まれる処理液ミストは、螺旋状の切り込み構造４の隙間に存在する液溜まり８に吸収される。そして、液溜まり８に吸収された処理液ミストは、液溜まり８の傾斜に沿って下方に流れ廃液口６から排出される。こうすることにより、気流中における処理液ミストの含有率は減少する。

また、液溜まり８の下端は廃液口６の近傍に設けておくことが廃液効率の面からは有効である。すなわち、液溜まり８を通じて下降してきた処理液を廃液口６に導くように構成することができる。こうすることにより、液溜まり８の下端に達した処理液は廃液口６に流れ込みやすくなり、処理カップ１内に残存する処理液の量が低減するため、処理カップ１の底に溜まった処理液が跳ね上がってウェハ２上に付着することを抑制できる。また、液溜まり８は、図１に示すように、奥に行くほど下向きに形成されている方が、処理液ミストを吸収しやすくなる。

このように、処理カップ１内でウェハ２が薬液処理される際に発生する処理液ミストを含んだ気流は、ウェハ２の表面位置よりも上方まで舞い上がることなく流れ方向を下向きに転換される為、処理部外部への処理液ミストの飛散を防止できるだけではなく、薬液処理が終了し処理カップ１内で待機しているウェハ２への処理液ミスト付着を防止することができる。

さらに、処理カップ１上部には、ウェハ２の縁部よりも内方に対応する位置にまでせり出した整流板の様な突起物が存在しない為、突起物などに蓄積した処理液が落下する危険も少ない。また、気流に含まれる処理液ミストは、螺旋状の切り込み構造４の隙間に溜まり、切り込み構造４の傾斜に沿って下方に流れる為、気流中における処理液ミストの含有率は減少する。

以下、本実施形態に係る半導体装置の作用効果について、従来技術と対比して説明する。

本実施形態では、処理カップ１内でウェハ２をスピンチャック３により真空吸着し、回転させながら薬液処理を行う基板処理装置において、処理時に発生する処理液ミストが、処理終了後に処理カップ１内で待機しているウェハに付着することがない。また、処理カップ１の外部に位置する別のウェハ２への処理液ミストの付着も抑制できるので、ウェハ２上に形成される配線欠陥を減少させて、ウェハ２を用いる半導体装置の歩留まりが向上する効果を奏する。

一方、特許文献１においては、図４に示すように、上昇気流９１となってウェハＷ位置よりも上方位置に舞い上がった処理液ミストを、内向き気流９２に変換して処理カップ３０下方に排出することを目的としているために、処理液ミストを含んだ気流がウェハ表面に衝突しやすい。

加えて、スプラッシュガード４０の上端縁にある整流板４２の内縁部４２ａは、スピンチャック２０によって保持されたウェハＷの縁部よりも内方に対応する位置にまでせり出しているので、経時的に内縁部４２ａ先端に溜まった処理液がウェハＷ上に落下しやすい。

そのため、処理カップ３０内で薬液処理が終了し、処理カップ３０から搬出されるまで待機しているウェハＷに対して、残存する処理液ミストが付着する場合がある。近年では、ウェハＷ上の配線寸法がサブミクロンサイズへと微細化しており、ミクロンサイズのミストがウェハＷ表面に付着すると配線欠陥となり歩留まり低下を引き起こしやすい。

また、特許文献２および特許文献３ともに、処理液滴下後の回転によって生じる処理液ミストが、その構造からスピンチャックに保持された半導体基板の表面よりも上方の位置に舞い上がりやすいため、処理液ミストが半導体基板の表面に落下する可能性が高い。

特に、特許文献２の液処理装置は、処理液ミストがフィンから跳ね返る可能性がある。また、特許文献３の薄膜塗布装置は、多段構成の遮蔽板が処理カップ内に存在することから、処理液滴下後の回転によって生じる外向きの気流が乱流となり、半導体基板の裏面にも処理液ミストが付着する可能性がある。

このため、特許文献２および特許文献３においても、ミクロンサイズのミストが半導体基板表面に付着すると配線欠陥となり歩留まり低下を引き起こしやすい。

これに対して、本実施形態に係る基板処理装置は、処理カップ１を備える。また、この基板処理装置は、その処理カップ１の内部において、基板（以降、適宜ウェハ２と称す）上に薬液を滴下させる薬液吐出ノズル５と、ウェハ２を回転させるスピンチャック３と、を備える。そして、ウェハ２の回転方向が時計回りである場合に切り込み構造４（螺旋状のノコギリ歯）を右下方向に向けて形成してある（すなわち、ウェハ２の回転方向に対しては下向きの螺旋状に施されている）。

この基板処理装置では、処理カップ１内でウェハ２をスピンチャック３により真空吸着し、回転させながら薬液処理を行う。このため、処理液滴下後の回転によって生じる外向きの気流９が、切り込み構造４の溝に沿って斜め下方向に向けさせられるために、ウェハ２の表面よりも上方の位置に処理液ミストが上昇しにくい。また、処理カップ１上部からのダウンフローの作用により、処理カップ１底壁から側壁を上昇する気流１０は、螺旋状切り込み構造４を数段階に渡って乗り越えることになり、ウェハ２の表面位置に達する前にほとんど消滅する。

このように、この基板処理装置は、処理カップ１の外下向き側に螺旋状のノコギリ歯（切り込み構造４）を設置しているため、この基板処理装置では、薬液によるウェハ２の処理時に発生する処理液ミストが、処理終了後に処理カップ１内で待機しているウェハ２に付着することが抑制される。また、処理カップ１の外部に位置する別のウェハ２への処理液ミストの付着も、同様に抑制される。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

例えば、上記実施形態では、処理液として、ウェハ２上に設けられるレジスト膜の原料液を用いることができるが、特にこれに限定されない。他にも、洗浄液またはエッチング液などの任意の液体を用いることができる。

また、上記実施形態では、処理カップ１の内壁には、ウェハ２に対して斜め方向に並行して複数の切り込み構造４が設けられている構造としたが、特にこれに限定されない。他にも、ウェハ２に対して水平方向に複数の切り込み構造４を設けてもよい。このような構造であっても、ウェハ２の回転により生じる上昇気流１０を抑制することができる。

実施の形態に係る基板処理装置の一部を模式的に示した断面図である。 実施の形態に係る基板処理装置の一部を模式的に示した上面図である。 実施の形態に係る基板処理装置の処理カップ内壁の螺旋状の切り込み構造を模式的に示した拡大図である。 従来の基板処理装置の一部を模式的に示した断面図である。

符号の説明

１ 処理カップ
２ ウェハ
３ スピンチャック
４ 切り込み構造
５ 薬液吐出ノズル
６ 廃液口
７ 排気口
８ 液溜まり
９ 外向き気流
１０ 上昇気流
２０ スピンチャック
３０ 処理カップ
３１ 底壁
３２ 側壁
３３ 排気口
３７ 負圧源
４０ スプラッシュガード
４１ 本体部
４２ 整流板
４２ａ 内縁部
４３ 開口
５０ 処理チャンバ
９０ ダウンフロー
９１ 上昇気流
９２ 内向き気流
Ｗ ウェハ

Claims (2)

1. 基板を保持して回転させる基板保持手段と、
   前記基板上に対して処理液を供給する処理液供給手段と、
   前記基板の側方および下方を取り囲むように設けられている容器と、
   前記容器の内壁に、並行して設けられている複数段の溝部と、
   前記容器内の処理液を排出する排液手段と、
   を備え、
   前記排液手段は、前記容器の底部に配置され、
   前記溝部は、前記容器の内壁の垂直部分の全域に螺旋状に設けられ、前記溝部の下端が前記排液手段の近傍に設けられていることを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記溝部は、前記基板側に向けて開口する断面Ｖ字形状であり、当該Ｖ字形状の一方の直線部が当該溝部の断面における天辺、他方の直線部が当該溝部の断面における底辺となり、且つ、当該底辺が前記基板から遠ざかる方向に向けて下るように傾斜して、当該Ｖ字形状の谷部に液溜まりを形成していることを特徴とする基板処理装置。

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