JP4628448B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板（以下、単に「基板」という）に所定の処理を施す基板処理方法およびその装置に係り、特に、加熱された処理液中に複数枚の基板を一括して浸漬することにより所定の処理を施す基板処理方法およびその装置に関する。

従来、この種の装置として、半導体ウエハ等の基板の表面に形成されたシリコン窒化膜を選択的にエッチング処理する基板処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、加熱された燐酸溶液を貯留した処理槽内に、複数枚（例えば、５０枚）の基板をリフターと呼ばれる昇降自在の基板保持機構に起立姿勢で保持させ、この基板保持機構を処理槽内に下降浸漬させることにより、基板群を一括処理している。
特開平１１−１４５１０７号公報（第１頁、図３）

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、シリコン窒化膜のエッチングレートは、燐酸溶液の濃度および温度によって影響を受けるので、その濃度および温度は厳格に管理されているのであるが、一括処理される基板群中の基板間でエッチング量にバラツキが生じるという問題点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、一括処理される基板群中の基板間における処理のバラツキを抑制することができる基板処理方法およびその装置を提供することを目的とする。

本発明者は、上記従来の問題点を解決すべく鋭意研究した結果、次のような知見を得た。
すなわち、本発明者は、図７に示すように、リフター２０に５０枚の基板（ここでは、半導体ウエハ）Ｗを保持させ、これを１５０℃に加熱された燐酸溶液を貯留した処理槽２２に浸漬して、基板表面に形成されているシリコン窒化膜のエッチングレートを調査した。ここで、リフター２０は、一括処理される基板Ｗ群を起立姿勢で保持する細長い複数本の保持棒２０ａと、これらの保持棒２０ａを片持ち支持する板状の背板２０ｂとを備えている。保持棒２０ａおよび背板２０ｂは共に石英で形成されている。基板Ｗのエッチングレートは、背板２０ｂに最も近い側の基板（スロットNo．１）と、中間に位置する基板（スロットNo.２５）と、背板２０ｂから最も離れて位置する基板（スロットNo.５０）とについて調査した。一括処理される基板群の単位であるロットを３ロット（第１ロット〜第３ロット）用いて、各ロットについてエッチングレートを調査した。その結果を図７に示す。図７中の表内の数字は、エッチングレート（オングストローム／分）である。

図７から明らかなように、第１ロットでは基板間で最大１．７オングストローム／分のエッチングレートの差があり、第２ロットでは１．５１オングストローム／分の差、第３ロットでは１．７７オングストローム／分の差が、それぞれ認められた。

さらに図７の結果を検討すると、背板２０ｂから遠ざかるに従ってエッチングレートが上昇している、逆に言えば背板２０ｂに近くなるに従ってエッチングレートが低下していることが判る。本発明者は、その原因を背板２０ｂの大きな熱容量に起因した燐酸溶液の局部的な温度低下にあると考えた。背板２０ｂの容量は１リットル程度あり、基板Ｗ群を保持する細長い保持棒２０ａに比べると、その熱容量は各段に大きい。実際にリフター２０を１５０℃の燐酸溶液に浸漬したときの温度低下を測定すると、約１℃の低下が見られた。背板２０ｂの付近では、それ以上の温度低下があると考えられる。その結果、背板２０ｂに近い程、燐酸溶液の温度低下の幅が大きくなって、エッチングレートが低下していると考えられる。

以上の知見に基づく本発明は、次のような構成を備えている。
すなわち、請求項１に記載の発明は、加熱された処理液中に複数枚の基板を一括して浸漬することにより、複数枚の基板に所定の処理を一括して施す基板処理装置において、加熱された処理液を貯留する処理槽と、一括処理される複数枚の基板を搬送する基板搬送機構と、基板搬送機構から基板群を受け取って保持した状態で、処理槽内の加熱された処理液中に浸漬させる基板保持手段と、を備え、前記基板保持手段は、一括処理される複数枚の基板を起立姿勢で保持する複数本の保持棒と、これらの保持棒を片持ち支持する背板とを備え、前記基板保持手段の背板は、加熱手段を備えているとともに、前記加熱手段は、基板搬送機構から基板保持手段が基板群を受け取る前に、背板を予め加熱しておくことを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、基板保持手段において比較的に熱容量の大きな背板に加熱手段が付設されて背板が予め加熱されるので、この基板保持手段に基板群を保持させて加熱された処理液中に浸漬せた場合に、背板の熱的影響により処理液の温度が低下するのを抑えることができ、もって、基板間の処理のバラツキを抑制することができる。

また、本発明において、前記加熱手段は、処理槽の上方位置において背板を予め加熱することが好ましい（請求項２）。

また、本発明において、前記加熱手段がヒーターであることが好ましい（請求項３）。

本発明に係る基板処理装置によれば、加熱された処理液中に複数枚の基板を保持した基板保持手段を浸漬する前に、基板保持手段を予め加熱しておくので、この基板保持手段に基板群を保持して、加熱された処理液中に浸漬したときに、基板保持手段の影響で処理液の温度が低下するのを阻止することができる。その結果、一括処理される基板群中の基板間における処理のバラツキを抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明に係る基板処理方法の一実施例を示した図である。ここでは、加熱された燐酸溶液中に複数枚の基板Ｗ（例えば、半導体ウエハ）を一括して浸漬することにより、基板Ｗの表面に形成されたシリコン窒化膜をエッチング処理する場合を例に採って説明する。ただし、本発明は、燐酸溶液を用いた処理に限定されず、加熱された処理液であれば任意の薬液（例えば、硫酸）による処理に適用することができる。また、処理の内容も、エッチング処理に限定されるものではない。

図１において、符号５は一括処理される基板Ｗ群を搬送する基板搬送機構、符号２０は一括処理される基板Ｗを保持して、加熱された燐酸溶液中に浸漬させるリフター、符号２２は加熱された燐酸溶液を貯留した処理槽である。リフター２０は、本発明における基板保持手段に相当する。

本実施例に係る基板処理方法は、加熱された燐酸溶液中に複数枚の基板Ｗを保持した状態でリフター２０を浸漬する前に、リフター２０を処理槽２２内の加熱された燐酸溶液中に浸漬して、リフター２０を予め加熱しておくことに特徴がある（図１（ａ）参照）。基板搬送機構５によって基板Ｗ群が処理槽２２にまで搬送されてくると、処理槽２２内のリフター２０が上昇して基板搬送機構５から基板Ｗ群を受け取る（図１（ｂ）参照）。基板Ｗ群を受け取ったリフター２０は速やかに下降して、基板Ｗ群を処理槽２２内の加熱された燐酸溶液に浸漬することにより、基板Ｗ群を一括してエッチング処理する。

以上のように本実施例方法によれば、加熱された処理液中に基板Ｗ群を保持したリフター２０を浸漬する前に、リフター２０を加熱された燐酸溶液中に浸漬して燐酸溶液と略同じ温度にまで予め加熱しておくので、このリフター２０に基板Ｗ群を保持して燐酸溶液中に浸漬したときに、リフター２０の影響で燐酸溶液の温度が低下するのを阻止することができる。その結果、一括処理される基板Ｗ群中の基板間における処理のバラツキを抑制することができる。

図２は、基板Ｗを受け取るまえにリフター２０を３０秒間、加熱にされた（ここでは、１５０℃）燐酸溶液中に浸漬（プレディップ）させ、その後、５０枚の基板Ｗをリフター２０に保持して一括処理したときの各基板（スロットＮｏ．１、Ｎｏ．２５、Ｎｏ．５０の基板）のエッチングレートを測定した結果である。また、図３は、同様にリフター２０を１分３０秒間プレディップしたときのエッチングレートを測定した結果である。

図２に示した３０秒間のプレディップの場合、第１ロットでは基板間で最大０．５３オングストローム／分のエッチングレートの差があり、第２ロットでは０．６５オングストローム／分の差、第３ロットでは０．７４オングストローム／分の差がある。図７に示したプレディップ無しの場合に比べて、基板間のエッチングレートのバラツキが相当に改善されている。しかし、背板２０ｂに近い側では、幾分、エッチングレートの低下が見られる。

図３に示した１分３０秒間のプレディップの場合、第１ロットでは基板間で最大０．２６オングストローム／分のエッチングレートの差があり、第２ロットでは０．３２オングストローム／分の差、第３ロットでは０．３９オングストローム／分の差がある。この例では、基板間のエッチングレートのバラツキはほとんど無く、リフター２０のプレディップによって、燐酸溶液の局部的な温度降下はほとんど生じていないと考えられる。

次に、上記の実施例に係る基板処理方法を用いた基板処理装置の一例を説明する。図４は実施例に係る基板処理装置の概略構成を示した平面図、図５は、実施例装置の要部の外観斜視図である。

図４に示すように、この基板処理装置は、大きく分けて、一括処理される基板Ｗを収納した収納容器Ｃが載置される収納容器載置部１と、収納容器Ｃ内から未処理の基板Ｗを取り出したり、処理済の基板Ｗを収納容器Ｃ内へ搬入したりする基板移載ロボット２と、基板Ｗ群を一括して水平姿勢から垂直（起立）姿勢（あるいは、その逆）に変換する姿勢変換機構３と、この姿勢変換機構３との間で基板Ｗ群の受け渡しを行なうプッシャー４と、このプッシャー４との間で基板Ｗ群の受け渡しを行なうとともに、基板Ｗ群を搬送する基板搬送機構５と、この基板搬送機構５によって搬送されてきた基板Ｗ群を一括して処理する処理部６とを備えている。また、収納容器載置部１と基板移載ロボット２との間に、後述する隔壁８の開口８ａを開閉するためのシャッター駆動機構７を備えている。

以下、各部の構成を詳しく説明する。
収納容器Ｃは、複数枚（例えば、２５枚）の基板Ｗ群を水平姿勢で収納し、その取り出し開口部には容器Ｃ内を外部雰囲気と遮断するための蓋（図示せず）が着脱自在に取り付けられている。

図５に示すように、収納容器載置部１と処理部６側との間には雰囲気遮断用の隔壁８が介在しており、この隔壁８に基板Ｗを出し入れするための開口８ａが設けられている。この開口８ａに対向するように、収納容器Ｃが収納容器載置部１に載置される。基板Ｗを処理していないとき、開口８ａはシャッター９で閉じられている。

基板移載ロボット２は、昇降・旋回・前後の移動が可能な多関節アーム１０を備えている。この多関節アーム１０の先端部に基板Ｗを保持する「Ｕ」の字状の保持アーム１１が多段に設けられている。基板移載ロボット２は、この保持アーム１１を使って、収納容器Ｃに対して基板Ｗ群を一括して取り出し、あるいは収納する。もちろん、基板移載ロボット２は、基板Ｗを一枚ずつ取り出し・収納するものであってもよい。

姿勢変換機構３は、支持台１２と、この支持台１２上に配設されたベース１３と、このベース１３に軸線Ｐ１周りに回動自在に支持された回転台１４とを備えている。この回転台１４に基板Ｗを多段に支持する一対の第１保持機構１５と一対の第２保持機構１６などが備えられている。図示しない駆動機構によって、回転台１４は図５に示した水平姿勢と、９０度回転した起立姿勢とをとることができる。その結果、第１、第２保持機構１５，１６で支持された基板Ｗ群が水平姿勢から垂直姿勢（あるいは、その逆）に姿勢変換されるようになっている。

回転台１４の傍らにプッシャー４がある。プッシャー４は、昇降（Ｚ方向）移動および水平（Ｙ方向）移動可能であり、その上部に基板Ｗ群を起立姿勢で保持する保持具１７が取り付けられている。プッシャー４は、姿勢変換機構３と基板搬送機構５との間で基板Ｗ群の受け渡しを行なう。

基板搬送機構５は、処理部６に沿った水平（Ｘ方向）移動および昇降移動可能な搬送ロボット１８と、この搬送ロボット１８から水平に延び出た開閉自在の一対の挟持機構１９とを備えている。基板搬送機構５は、図４および図５で示した待機位置で、プッシャー４との間で基板Ｗ群の受け渡しを行なうとともに、受け取った基板Ｗ群を処理部６へ搬送する。また、基板搬送機構５は、処理部６に備えられたリフター２０との間で基板Ｗの受け渡しを行なう。なお、基板搬送機構５の待機位置には、一対の挟持機構１９を水洗するための一対の水洗槽２１が配設されている。この一対の水洗槽２１の間隙部にプッシャー４が進入できるようになっている。

処理部６は、加熱された燐酸溶液を貯留した処理槽２２と、燐酸溶液で処理された基板Ｗ群を洗浄処理する洗浄槽２３とからなるユニットを２組備えている。また、基板搬送機構５の待機位置の側に乾燥処理部２４を備えている。各ユニットには、基板搬送機構５から受け取った基板Ｗ群を処理槽２２に一括して浸漬させたり、処理された基板Ｗ群を洗浄槽２３に一括して浸漬させる、昇降およびＸ方向に水平移動可能なリフター２０が備えられている。リフター２０は、一括処理される基板Ｗ群を起立姿勢で保持する細長い複数本の保持棒２０ａと、これらの保持棒２０ａを片持ち支持する板状の背板２０ｂとを備えている。保持棒２０ａおよび背板２０ｂは共に石英で形成されている。

また、本実施例に係る基板処理装置は、基板移載ロボット２、姿勢変換機構３、プッシャー４、基板搬送機構５、およびリフター２０などの動きを制御する制御部３０を備えている。

以上のように構成された基板処理装置において、複数枚の基板Ｗを一括して処理する際の動作を説明する。

複数枚の基板Ｗを水平姿勢で収納した収納容器Ｃが収納容器載置部１に載置されると、シャッター駆動機構７が隔壁８のシャッター９および収納容器Ｃの蓋を開けて下降する。シャッター９が開けられると、基板移載ロボット２の保持アーム１１が収納容器Ｃ内に前進移動して、収納容器Ｃ内の基板Ｗ群を一括して取り出す。基板移載ロボット２は取り出した基板Ｗ群を姿勢変換機構３に受け渡す。このとき姿勢変換機構３の回転台１４は水平姿勢にあるので、受け渡された基板Ｗ群は第１保持機構１５および第２保持機構１６によって水平に支持される。

基板Ｗ群を受け取ると姿勢変換機構３の回転台１４はプッシャー４側に向けて９０度回転する。これに伴って第１、第２保持機構１５，１６で支持されている基板Ｗ群も９０度回転して起立姿勢になる。このときプッシャー４は下降位置にある。続いてプッシャー４が上昇して第１、第２保持機構１５，１６から基板Ｗ群を受け取る。以上でプッシャー４への１回目の基板Ｗ群の受け渡しが完了する。

本実施例では、最大で５０枚の基板Ｗを一括処理できるようになっている。収納容器Ｃは最大で２５枚の基板Ｗを収納するので、１回目の基板Ｗ群の受け渡しが完了すると、別の収納容器Ｃを収納容器載置部１に載置して上述と同様に、収納容器Ｃからの基板Ｗ群の一括取りだし、姿勢変換機構３への受け渡し、基板Ｗ群の姿勢変換、プッシャー４への基板Ｗ群の受け渡しを行なう。２回目のプッシャー４への基板Ｗ群の受け渡しの際には、プッシャー４は僅かに水平方向（Ｙ方向）に変位した状態で上昇することにより、１回目に受け取った基板Ｗ群の隙間に２回目の基板Ｗ群の各基板を受け取る。

以上のようにして複数枚（本実施例では最大５０枚）の基板Ｗを受け取ったプッシャー４は、一対の水洗槽２１の間に設けられた隙間に向かって水平移動する。一対の水洗槽２１の間に移動した後、プッシャー４は上昇する。このとき基板搬送機構５は待機位置にあり、一対の挟持機構１９は開状態にある。プッシャー４が挟持機構１９の下端よりも上方の所定位置に達すると、挟持機構１９が閉じる。続いてプッシャー４が下降することにより、プッシャー４上の基板Ｗ群が一対の挟持機構１９に受け渡される。

基板Ｗ群を受け取った基板搬送機構５は、処理部６に沿って水平移動する。収納容器Ｃからの基板Ｗ群の一括取りだし、姿勢変換機構３への基板Ｗ群の受け渡しと姿勢変換、プッシャー４への基板Ｗ群の受け渡し、基板搬送機構５への基板Ｗ群の受け渡しを行なっている間、基板Ｗの処理を行なっていない処理部６のリフター２０は、処理槽２２内の加熱された燐酸溶液中に浸漬して待機している（図１（ａ）参照）。加熱された燐酸溶液中で待機することにより、リフター２０は燐酸溶液と略同じ温度に加熱される。基板搬送機構５が一括処理される基板Ｗ群を処理部６に搬送してくると、リフター２０が処理槽２０から上昇して基板搬送機構５から基板Ｗ群を受け取る（図１（ｂ）参照）。基板Ｗ群を受け取ったリフター２０は速やかに処理槽２２内に下降し、加熱された燐酸溶液のよって基板Ｗを一括して処理する。このようなリフター２０の動きは制御部３０のよって制御される。

所定の処理時間が経過すると、リフター２０は上昇して基板Ｗ群を燐酸溶液から引き上げる。続いてリフター２０は洗浄槽２３まで水平移動し、燐酸溶液で処理された基板Ｗ群を洗浄槽２３内の純水中に浸漬する。純水による洗浄処理が終わるとリフター２０が上昇して基板Ｗを洗浄槽２３から引き上げる。引き上げられた基板Ｗをリフター２０から基板搬送機構５が受け取り、この基板Ｗ群を乾燥処理部２４に搬送する。空のリフター２０は処理槽２２に戻り、加熱された燐酸溶液中で待機する。一方、乾燥処理部２４に受け渡されて乾燥処理された基板Ｗ群は再び基板搬送機構５に受け渡される。基板搬送機構５は、乾燥処理された基板Ｗ群を待機位置にまで搬送する。

待機位置に搬送された基板Ｗ群は、上述した基板Ｗ群の搬入時とは逆に、基板搬送機構５からプッシャー４に受け渡される。プッシャー４に受け渡された基板Ｗ群は、２回に分けて姿勢変換機構３に受け渡される。姿勢変換機構３に受け渡された基板Ｗ群は、起立姿勢から水平姿勢に姿勢変換される。姿勢変換された基板Ｗ群は、基板移載ロボット２によって収納容器Ｃに戻される。以上で一連の基板処理が完了する。

本発明は、上記の実施例に限らず、次のように変形実施することもできる。
（１）上記の実施例では、基板Ｗ群の処理の前に、リフター２０を加熱された燐酸溶液中に浸漬することにより、リフター２０を予め加熱した。しかし、本発明はこれに限らず、基板Ｗ群の処理の前に、リフター２０を加熱雰囲気や加熱液体（例えば、加熱された純水）中に置くことにより、リフター２０を予め加熱するようにしてもよい。あるいは、リフター２０にヒーターなどの加熱手段を付設して、リフター２０を予め加熱するようにしてもよい。

（２）図４および図５に示した実施例装置において、リフター２０にヒーターなどの加熱手段を付設した例を図６に示す。リフター２０の保持棒２０ａは、その熱容量が比較的に小さいので加熱された燐酸溶液に与える温度影響は比較的小さい。これに対して背板２０ｂは熱容量が大きいので燐酸溶液に与える温度影響が大きい。そこで、リフター２０の背板２０ｂにヒーター２０ｃを付設して、背板２０ｂを予め加熱しておくことにより、加熱された燐酸溶液への温度影響を抑えることができ、もって一括処理される基板間の処理のバラツキを抑制することができる。

本発明に係る基板処理方法の一実施例の説明図である。 実施例方法の効果の説明に供する図である。 実施例方法の効果の説明に供する図である。 実施例に係る基板処理装置の概略構成を示した平面図である。 実施例装置の要部の外観斜視図である。 変形例の説明図である。 従来技術の問題点の説明に供する図である。

符号の説明

Ｗ … 基板
６ … 処理部
２０ … リフター
２０ａ … 保持棒
２０ｂ … 背板
２０ｃ … ヒーター
２２ … 処理槽
３０ … 制御部

Claims (3)

1. 加熱された処理液中に複数枚の基板を一括して浸漬することにより、複数枚の基板に所定の処理を一括して施す基板処理装置において、
   加熱された処理液を貯留する処理槽と、
   一括処理される複数枚の基板を搬送する基板搬送機構と、
   基板搬送機構から基板群を受け取って保持した状態で、処理槽内の加熱された処理液中に浸漬させる基板保持手段と、を備え、
   前記基板保持手段は、一括処理される複数枚の基板を起立姿勢で保持する複数本の保持棒と、これらの保持棒を片持ち支持する背板とを備え、
   前記基板保持手段の背板は、加熱手段を備えているとともに、
   前記加熱手段は、基板搬送機構から基板保持手段が基板群を受け取る前に、背板を予め加熱しておくことを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１記載の基板処理装置において、
   前記加熱手段は、処理槽の上方位置において背板を予め加熱することを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または請求項２記載の基板処理装置において、
   前記加熱手段がヒーターであることを特徴とする基板処理装置。

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