JP4651608B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、処理液を基板に供給して基板を処理する技術に関する。

従来より、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の製造工程では、基板処理装置を用いて酸化膜等の絶縁膜を有する基板に対して様々な処理が施されている。例えば、基板を主面に垂直な中心軸を中心として回転しつつ、基板上に処理液を供給することにより、基板の表面に対してエッチング等の処理が行われる。このとき、回転する基板から飛散する処理液は基板の周囲を囲むカップ部により受け止められ、処理液が装置の外部にまで飛散することが防止される。このようなカップ部は、処理液に対する耐食性の観点から、通常、フッ素樹脂や塩化ビニル樹脂等の絶縁材料にて形成される。

なお、特許文献１では、基板処理装置において、カップ部を帯電防止プラスチック材料にて形成することにより、基板の処理中にカップ部が帯電することを防止する手法が開示されている。
特開平１１−２８３９１４号公報

ところで、基板処理装置では、処理液として純水を用いる処理（例えば、洗浄処理）も行われる。このとき、基板から飛散する比抵抗が高い純水により、絶縁性を有するカップ部にて摩擦帯電が生じ、カップ部からの電界により、基板の本体が誘導帯電してしまう。この状態にて基板上に導電性を有する処理液が供給されると、絶縁膜の絶縁性が破壊され、基板に付与される処理液と基板の本体との間にて絶縁膜を介して放電が生じてしまう。特許文献１のように、カップ部の全体を帯電防止プラスチック材料にて形成することも考えられるが、このような特殊な材料は高価であり、基板処理装置の製造コストが大幅に増大してしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板処理装置の製造コストを大幅に増大させることなく、純水が飛散する際に生じるカップ部の帯電による基板の誘導帯電により、基板上にて放電が生じてしまうことを防止することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、処理液を基板に供給して前記基板を処理する基板処理装置であって、基板を保持する保持部と、少なくとも純水を処理液として前記基板上に供給する処理液供給部と、本体が絶縁材料にて形成され、前記保持部の周囲を囲んで前記基板から飛散する処理液を受け止める周壁部を有するとともに、前記周壁部が内部または表面に前記絶縁材料よりも誘電率が高い補助誘電体を有するカップ部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置であって、前記補助誘電体が、前記周壁部の全周に設けられる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置であって、前記補助誘電体が、前記周壁部の周方向に等間隔にて配置される３以上の補助要素の集合である。

請求項４に記載の発明は、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って、前記補助誘電体が、セラミックである。

請求項５に記載の発明は、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って、前記補助誘電体が、前記周壁部の内部に保持される液体である。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記補助誘電体が、前記周壁部の外周面の一部として設けられる部材である。

請求項７に記載の発明は、処理液を基板に供給して前記基板を処理する基板処理方法であって、本体が絶縁材料にて形成されるとともに、前記絶縁材料よりも誘電率が高い補助誘電体を周壁部の内部または表面に有するカップ部にて基板の周囲を囲む工程と、少なくとも純水を処理液として前記基板上に供給しつつ、前記基板から飛散する前記処理液を前記周壁部にて受け止める工程とを備える。

本発明によれば、基板処理装置の製造コストを大幅に増大させることなく、純水が飛散する際に生じるカップ部の帯電電位を抑制することができ、これにより、基板の誘導帯電により基板上にて放電が生じてしまうことを防止することができる。

また、請求項２および３の発明では、カップ部の全周にて帯電電位を抑制することができ、請求項６の発明では、補助誘電体を周壁部に容易に設けることができる。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る基板処理装置１の構成を示す図である。基板処理装置１は、表面に絶縁膜（例えば、酸化膜）が形成された半導体基板９（例えば、シリコン基板であり、以下、単に「基板９」という。）に処理液を供給してエッチング等の処理を行う枚葉式の装置である。

図１に示すように、基板処理装置１は、基板９を下側から保持する基板保持部２、基板９の上方に配置されて基板９の上側の主面（以下、「上面」という。）に向けて洗浄液を吐出する処理液供給部３、基板保持部２の周囲を囲むカップ部４１、カップ部４１を図１中の上下方向に移動するシリンダ機構である昇降機構５、および、これらの構成を制御する制御部１０を備える。図１では、図示の都合上、基板保持部２の一部を断面にて描いている（後述の図５および図７において同様）。

基板保持部２は、略円板状の基板９を下側および外周側から水平に保持するチャック２１、基板９をチャック２１と共に回転する回転機構２２を備える。回転機構２２はチャック２１の下側に接続されるシャフト２２１、および、シャフト２２１を回転するモータ２２２を備え、モータ２２２が駆動されることにより、基板９の法線方向に平行かつ基板９の中心を通る中心軸Ｊ１を中心にシャフト２２１およびチャック２１と共に基板９が回転する。

処理液供給部３は、供給管３１に接続される吐出部３２を有する。供給管３１は吐出部３２とは反対側にて分岐しており、一方は純水用バルブ３３１を介して純水の供給源へと接続し、他方は薬液用バルブ３３２を介して所定の薬液の供給源へと接続する。処理液供給部３では、純水用バルブ３３１または薬液用バルブ３３２が開放されることにより、吐出部３２から純水または（希釈された）薬液である処理液が基板９上に供給される。なお、吐出部３２から吐出される薬液は水を含む液体であり、導電性を有している。

カップ部４１は、チャック２１の外周に配置されて基板９上に供給された処理液の周囲への飛散を防止する周壁部４１１を有し、周壁部４１１の上部は処理液供給部３側（上方）へと向かうに従って直径が小さくなる傾斜部４１２となっている。周壁部４１１の下端部には、中心軸Ｊ１側へと突出してチャック２１の下方を覆う環状の底部４１３が取り付けられ、底部４１３には処理液を排出する排出口（図示省略）が設けられる。

図２は、図１中の矢印Ａ−Ａの位置におけるカップ部４１の断面図である。図１および図２に示すように、カップ部４１の周壁部４１１には、中心軸Ｊ１を中心とする深い環状溝４１５が形成されており、環状溝４１５には、純水４７が注入される。図１に示すように、環状溝４１５の傾斜部４１２側の開口は環状の蓋部材４１６により閉塞されることにより、周壁部４１１の内部にて純水４７が保持（封入）される。本実施の形態では、カップ部４１の本体（図１のカップ部４１では、周壁部４１１において純水４７の部位を除く部分）はテフロン（登録商標）にて形成され、内周面４１１ａは撥水性（疎水性）を有している。また、周壁部４１１の内部に保持される純水４７の比誘電率は約８０であり、カップ部４１の本体を形成するテフロン（登録商標）の比誘電率（３〜４）よりも高い。

次に、基板処理装置１が処理液を基板に供給して基板を処理する動作の流れについて図３を参照しつつ説明する。まず、昇降機構５によりカップ部４１の上端部がチャック２１よりも下方に位置するまでカップ部４１を下降し、外部の搬送機構により処理対象の基板がチャック２１上に載置され、基板保持部２にて保持される（すなわち、基板９がロードされる。）。そして、カップ部４１が上昇することにより、チャック２１がカップ部４１内に収容され、基板９の周囲がカップ部４１にて囲まれる（ステップＳ１１）。

続いて、基板保持部２による基板９の回転が開始されるとともに、処理液供給部３において純水用バルブ３３１のみを開放することにより基板９の上面上に純水が供給され、基板９の純水での前洗浄処理（プレリンス）が行われる（ステップＳ１２）。このとき、処理液供給部３から供給されて回転する基板９から飛散する純水は、カップ部４１の内周面４１１ａにて受け止められることにより、カップ部４１の内周面４１１ａにて摩擦帯電が生じるが、基板処理装置１では、周壁部４１１の内部に本体よりも誘電率が高い純水４７が保持されることにより周壁部４１１の電荷容量（静電容量）が大きくなり、内周面４１１ａに発生する電荷に対して内周面４１１ａの（接地電位に対する）帯電電位の大きさは大幅には増大しない（すなわち、純水４７が無い、または、環状溝４１５が形成されていない場合に比べて、カップ部４１の帯電電位が抑制される）。したがって、チャック２１上の基板９はほとんど誘導帯電しない。

続いて、処理液供給部３において純水用バルブ３３１が閉じられるとともに、薬液用バルブ３３２が開放されることにより、基板９の上面に付与される処理液が純水から薬液に切り替えられる（ステップＳ１３）。基板９への薬液の付与は所定時間だけ継続され、これにより、基板９に薬液を用いた処理が施されることとなる。なお、純水の供給時と同様に、処理液供給部３から供給されて回転する基板９から飛散する薬液は、カップ部４１の内周面４１１ａにて受け止められ、底部４１３における排出口から排出される。

基板９に薬液が所定時間だけ付与されると、薬液用バルブ３３２が閉じられるとともに、純水用バルブ３３１が開放されることにより、基板９の上面に付与される処理液が薬液から純水に切り替えられ、純水による基板９の後洗浄が行われる（ステップＳ１４）。

純水による基板９の後洗浄が完了すると、純水の吐出が停止されるとともに基板９の回転が停止される。続いて、昇降機構５によりカップ部４１の上端部（傾斜部４１２の端部）がチャック２１よりも下方へと下降して、外部の搬送機構により基板９が取り出され（すなわち、基板９がアンロードされ）（ステップＳ１５）、その後、次の処理対象の基板９がチャック２１上に載置されてカップ部４１内に収容される（ステップＳ１６，Ｓ１１）。そして、上記の動作と同様に、純水による基板９の前洗浄（ステップＳ１２）、薬液による基板９の処理（ステップＳ１３）、および、純水による基板９の後洗浄（ステップＳ１４）が行われる。基板９の後洗浄が完了すると、基板９はアンロードされる（ステップＳ１５）。

所望の枚数の基板９に対して上記ステップＳ１１〜Ｓ１５の処理が繰り返されると（ステップＳ１６）、基板処理装置１における動作が完了する。

以上に説明したように、図１の基板処理装置１では、基板保持部２の周囲を囲んで基板９から飛散する処理液を受け止める周壁部４１１が、カップ部４１の本体を形成する絶縁材料よりも誘電率が高い純水４７を内部に全周に亘って有している。これにより、カップ部の全体を特殊な導電材料にて形成して基板処理装置１の製造コストを大幅に増大させることなく、純水が飛散する際に生じるカップ部４１の帯電電位を周壁部４１１の全周にて抑制することができる。その結果、基板９の誘導帯電により基板９への処理液の供給時に基板９上にて放電が生じてしまうことを防止することができる。また、基板が帯電することにより、周囲の雰囲気中のパーティクルが基板に付着してしまう恐れがあるが、基板の帯電が抑制されるので、このようなパーティクル付着を防止することができる。

ところで、基板処理装置１における基板９の処理では、半導体製品の製造における一定の歩留まりを確保するため、基板９上への金属不純物の付着を防止することが要求されているが、図２のカップ部４１では、周壁部４１１の内部に純水が保持されるのみであり、金属を使用しないため、上記の金属汚染の問題が生じることはない（後述の図４ないし図７のカップ部において同様）。

図４は、カップ部の他の例を示す図であり、図２に対応するカップ部４１ａの断面図である。図４のカップ部４１ａでは、中心軸Ｊ１に垂直な断面形状が円形となる複数の深い孔４１５ａ（実際には、図１の環状溝４１５とほぼ同じ深さとなる４個の孔４１５ａ）が周壁部４１１の周方向に等間隔にて形成されており（すなわち、中心軸Ｊ１を中心とする円周上において等角度間隔にて配置されており）、各孔４１５ａには円柱部材４７ａが挿入される。また、円柱部材４７ａは絶縁材料にて形成されるカップ部４１の本体よりも誘電率が高い炭化ケイ素（ＳｉＣ）（比誘電率は１０となる。）等のセラミックにより形成される。このように、カップ部４１ａが周壁部４１１の内部において、その本体を形成する絶縁材料よりも誘電率が高い部材を周壁部４１１の周方向に関して部分的に有する場合であっても、基板処理装置１では、飛散する純水によるカップ部４１ａの帯電電位を抑制することが可能となる。また、図４のカップ部４１ａは、絶縁材料にて形成される周壁部４１１に孔４１５ａを設けて円柱部材４７ａを挿入するのみで、容易にかつ安価に製造することができ、基板処理装置１の製造コストが大幅に増大することはない。

図５は、基板処理装置１の他の例を示す図であり、図６は、図５中の矢印Ｂ−Ｂの位置におけるカップ部４１ｂの断面図である。図５および図６に示すカップ部４１ｂの周壁部４１１では、外周面４１１ｂ上において中心軸Ｊ１に沿って伸びる複数の凹部４１５ｂがカップ部４１ｂの周方向に等間隔にて形成され、各凹部４１５ｂには板部材４７ｂが嵌め込まれる。実際には、板部材４７ｂの厚さは凹部４１５ｂの深さ（中心軸Ｊ１に垂直な方向の深さ）とほぼ同じとされ、板部材４７ｂの中心軸Ｊ１とは反対側の表面が、周壁部４１１の外周面４１１ｂに含まれる。また、板部材４７ｂは絶縁材料にて形成されるカップ部４１の本体（図５のカップ部４１ｂでは、周壁部４１１において板部材４７ｂを除く部分）よりも誘電率が高いセラミックにより形成される。

このように、周壁部４１１が表面にカップ部４１ｂの本体よりも誘電率が高い板部材４７ｂを有する場合であっても、周壁部４１１の電荷容量が大きくなり、純水が飛散する際に生じるカップ部４１ｂの帯電電位が抑制される。また、図５のカップ部４１ｂは、絶縁材料にて形成される周壁部４１１に凹部４１５ｂを設け、当該凹部４１５ｂに板部材４７ｂを嵌め込むのみで、容易にかつ安価に製造することができる。なお、基板処理装置１の設計によっては、周壁部４１１の外周面４１１ｂ上にセラミックにて形成される部材が環状に設けられてもよい。

図２、図４および図６のカップ部４１，４１ａ，４１ｂでは、周壁部４１１が絶縁性の本体よりも誘電率が高い純水４７、円柱部材４７ａ（の集合）または板部材４７ｂ（の集合）を、カップ部４１，４１ａ，４１ｂの電荷容量を増大する補助誘電体として内部または表面に有することにより、純水が飛散する際に生じるカップ部４１，４１ａ，４１ｂの帯電電位を抑制することが実現されるが、上記手法は複数のカップ部が設けられる基板処理装置にて採用することも可能である。

図７は、複数のカップ部４２〜４５を有する基板処理装置１ａの構成の一部を示す図であり、図７では、複数のカップ部４２〜４５の基板９に垂直な断面の右側のみを図示している。図７の基板処理装置１ａでは、処理液供給部３ａから複数種類の薬液および純水が吐出可能とされ、一体的に昇降する複数のカップ部４２〜４５の基板９に対する位置が、処理液供給部３ａからの処理液の種類に合わせて変更される。例えば、処理液供給部３ａから純水が供給される際には、基板９が内側の周壁部４２１の傾斜部４２２の下方の位置（図７中に示す位置であり、以下、「純水供給位置」という。）に配置され、一の薬液が供給される際には、基板９が周壁部４２１の傾斜部４２２と、この周壁部４２１の外側の周壁部４３１の傾斜部４３２との間の位置（図７中にて二点鎖線にて示す位置）に配置される。図７に示す内側のカップ部４２においても、図４のカップ部４１ａと同様に、周壁部４２１の内部に円柱部材４７ａが設けられる（実際には、複数の円柱部材４７ａが周壁部４２１の周方向に等間隔にて配置される。）。これにより、基板処理装置１ａでは、純水が飛散する際に生じるカップ部４２の帯電電位が抑制され、基板９上における放電の発生を防止することが可能となる。なお、カップ部４２において、図１のカップ部４１と同様に、周壁部４２１の内部に純水が保持されてもよい。

ここで、図７の基板処理装置１ａと同様の構造であって、内側のカップ部の内部に補助誘電体が設けられていない比較例の基板処理装置における基板の放電現象の一例について述べる。比較例の基板処理装置では、基板が純水供給位置に配置された状態で基板上に純水が供給されることにより、最も内側のカップ部に純水が飛散し、純水が流れ落ちた後に当該カップ部が帯電した状態となる。そして、この帯電に起因して基板の本体が誘導帯電してしまう。このとき、仮に、基板上に純水が残存した状態が維持されると、通常、基板上の純水に二酸化炭素等が溶け込んで導電性を有する水となることにより、基板上にて放電が生じる場合がある。また、基板上に導電性が生じた水が残存した状態でカップ部が昇降すると、帯電したカップ部との相対的な位置が変化することにより基板の本体の電位が変化するため、カップ部の昇降の際に基板上にて放電が生じてしまう（すなわち、基板上の絶縁膜の絶縁破壊が発生する）こともある。

これに対し、図７の基板処理装置１ａでは、カップ部４２において周壁部４２１の内部に本体よりも誘電率が高い円柱部材４７ａが設けられることにより、飛散する純水によるカップ部の帯電電位を抑制することができる。その結果、基板９への処理液の供給時や、カップ部４２〜４５の昇降時等に、カップ部の帯電により基板９上にて放電が生じてしまうことを防止することができる。また、基板が帯電することによる基板へのパーティクル付着も抑制される。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

図２のカップ部４１において、純水以外に、カップ部４１の本体よりも誘電率が高い他の液体が周壁部４１１の内部に保持されていてもよい。ただし、基板９の処理には、通常、純水が用いられるため、周壁部４１１の内部にて純水を保持する場合には、万一、周壁部４１１から内部の液体が漏れてしまったとしても、カップ部４１内にて保持される基板９に対して影響が生じることはない。

また、図２のカップ部４１において、セラミックにより形成される環状部材が環状溝４１５に挿入されてもよく、図４のカップ部４１ａにおいて、純水が孔４１５ａに封入されてもよい。カップ部にセラミックの部材を設ける場合には周壁部の厚さを増大させることなく一定の強度を確保することができ、カップ部の内部に純水を保持する場合には材料費を削減することができる。もちろん、周壁部がセラミックの部位と純水の部位とを周方向の位置を互いにずらしつつ有していてもよい。

図６のカップ部４１ｂでは、板部材４７ｂを内周面４１１ａに設けることも可能であるが、この場合、板部材４７ｂが薬液に対する耐食性を有する（カップ部４１ｂの内周面４１１ａを撥水性とする場合には、板部材４７ｂがさらに撥水性を有する）ことが要求されるため、板部材４７ｂに対する表面処理等が必要となることもある。したがって、板部材４７ｂを周壁部４１１の表面に容易に設けるには、板部材４７ｂの表面が周壁部４１１の外周面４１１ｂの一部とされることが好ましい。

図４および図６のカップ部４１ａ，４１ｂでは、円柱部材４７ａまたは板部材４７ｂを補助要素として、周壁部４１１の周方向に等間隔にて配置される４個の補助要素の集合が、カップ部の電荷容量を増大する補助誘電体としての役割を果たすことにより、カップ部４１ａ，４１ｂの各位置にて帯電電位を抑制することが実現されるが、カップ部のほぼ全周にて帯電電位を抑制するという観点では、補助誘電体が、周壁部４１１の周方向に等間隔にて配置される３以上の補助要素の集合として設けられることが重要となる。

カップ部の本体は必ずしもテフロン（登録商標）にて形成される必要はなく、他のフッ素樹脂や塩化ビニル樹脂等の絶縁材料にて形成されてもよい。基板処理装置では、周壁部の内部または表面に設けられる補助誘電体が、カップ部の本体を形成する絶縁材料よりも誘電率が高いものとされることにより、純水が飛散する際に生じるカップ部の帯電電位を抑制することが可能となる。

上記実施の形態では、処理液供給部３，３ａから純水および薬液が基板９上に供給されるが、純水のみを供給する装置であっても、既述のように、基板上に水が残存した状態で基板上にて放電が生じる場合もある。したがって、基板処理装置が、少なくとも純水を処理液として基板上に供給する処理液供給部を有する場合に、周壁部の内部または表面にカップ部の本体よりも誘電率が高い補助誘電体を設けてカップ部の帯電電位を抑制することが重要となる。

基板処理装置１，１ａでは、基板保持部２により回転する基板９から飛散する処理液がカップ部にて受け止められるが、例えば、基板保持部にて回転機構が省略され、基板保持部に保持される基板９上に純水が供給された後、別途設けられるエアナイフにより基板９上から飛散する純水がカップ部にて受け止められてもよい。この場合においても、飛散する純水によりカップ部が帯電するため、カップ部の帯電電位を抑制する上記手法が用いられることが必要となる。

基板処理装置における処理対象は、半導体基板以外に、例えばガラス基板等の基板であってもよい。

基板処理装置の構成を示す図である。 カップ部の断面図である。 処理液を基板に供給して基板を処理する動作の流れを示す図である。 カップ部の他の例を示す図である。 基板処理装置の他の例を示す図である。 カップ部の断面図である。 複数のカップ部を有する基板処理装置の構成の一部を示す図である。

符号の説明

１，１ａ 基板処理装置
２ 基板保持部
３，３ａ 処理液供給部
９ 基板
４１，４１ａ，４１ｂ，４２ カップ部
４７ 純水
４７ａ 円柱部材
４７ｂ 板部材
４１１，４２１ 周壁部
４１１ｂ 外周面
Ｓ１１〜Ｓ１４ ステップ

Claims (7)

1. 処理液を基板に供給して前記基板を処理する基板処理装置であって、
   基板を保持する保持部と、
   少なくとも純水を処理液として前記基板上に供給する処理液供給部と、
   本体が絶縁材料にて形成され、前記保持部の周囲を囲んで前記基板から飛散する処理液を受け止める周壁部を有するとともに、前記周壁部が内部または表面に前記絶縁材料よりも誘電率が高い補助誘電体を有するカップ部と、
   を備え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であって、
   前記補助誘電体が、前記周壁部の全周に設けられることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記補助誘電体が、前記周壁部の周方向に等間隔にて配置される３以上の補助要素の集合であることを特徴とする基板処理装置。
4. 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って、
   前記補助誘電体が、セラミックであることを特徴とする基板処理装置。
5. 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って、
   前記補助誘電体が、前記周壁部の内部に保持される液体であることを特徴とする基板処理装置。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記補助誘電体が、前記周壁部の外周面の一部として設けられる部材であることを特徴とする基板処理装置。
7. 処理液を基板に供給して前記基板を処理する基板処理方法であって、
   本体が絶縁材料にて形成されるとともに、前記絶縁材料よりも誘電率が高い補助誘電体を周壁部の内部または表面に有するカップ部にて基板の周囲を囲む工程と、
   少なくとも純水を処理液として前記基板上に供給しつつ、前記基板から飛散する前記処理液を前記周壁部にて受け止める工程と、
   を備えることを特徴とする基板処理方法。

Images