JP5312923B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
そこで、この発明の目的は、基板の主面上でのエッチング液の滞留を防止または抑制して、基板の主面に対して均一性の良好なエッチング処理を施すことができる基板処理装置を提供することである。
「基板の主面と基板保持手段の延長面とが連なる」とは、基板の主面上のエッチング液と延長面上のエッチング液とが、連続した液膜を形成するように接近して配置されている状態を言う。
また、前記延長面が、前記支持部に支持される基板の前記主面よりもエッチング液に対する親液性の高い表面であるので、基板の主面上のエッチング液における基板保持手段の延長面上への移動がより一層効果的に促される。そのため、基板の主面上に供給されたエッチング液を、基板保持手段の延長面上に向けてスムーズに移動させることができる。その結果、基板の主面に形成されるエッチング液の液膜が、より薄く、かつ、より均一厚みになる。したがって、一層良好な面内均一性でエッチング処理を行うことができる。
本発明によれば、基板の主面に供給されたエッチング液は、基板の主面上および基板支持部材の延長面上を拡がり、基板の主面上および基板支持部材の延長面上に連続した液膜を形成するようになる。これにより、支持部に保持された基板の主面の全域に、比較的薄くかつほぼ均一厚みのエッチング液の液膜を形成することができる。ゆえに、基板の主面に対して良好な面内均一性でエッチング処理を施すことができる。
本発明によれば、基板の主面に供給されたエッチング液は、基板の主面上およびベース部材の延長面上を拡がり、基板の主面上およびベース部材の延長面上に連続した液膜を形成するようになる。これにより、支持部に保持された基板の主面の全域に、比較的薄くかつほぼ均一厚みのエッチング液の液膜を形成することができる。ゆえに、基板の主面に対して良好な面内均一性でエッチング処理を施すことができる。
本発明によれば、基板の主面(処理対象の主面)が延長面よりも高いので、基板の主面上から基板保持手段の延長面上へのエッチング液の移動が阻害されることがない。そのため、基板の主面上に供給されたエッチング液を、基板保持手段の延長面上に向けてスムーズに移動させることができる。
本発明によれば、延長面におけるウエハWの回転半径方向外方にテーパ面が連なっているので、延長面上におけるエッチング液に重力が作用するため、基板の上面から基板保持手段の延長面へと向かうエッチング液の移動が促される。その結果、基板の主面上に形成されるエッチング液の液膜が薄くなる。これにより、基板の主面でのエッチング液の滞留をより一層効果的に防止または抑制することができる。
図1は、本発明の一実施形態(第1の実施形態)に係る基板処理装置1の構成を模式的に示す断面図である。
この基板処理装置1は、たとえばシリコンウエハからなる円形のウエハWにおけるデバイス形成領域側の表面とは反対側の裏面(非デバイス形成面)に対して、ウエハWのシンニング(薄型化)のためのエッチング処理を施すための枚葉式の装置である。この実施形態では、エッチング液として、たとえばフッ硝酸(フッ酸と硝酸との混合液)が用いられる。
フッ硝酸ノズル5は、たとえば連続流の状態でフッ硝酸を吐出するストレートノズルであり、スピンチャック4の上方でほぼ水平に延びるアーム14の先端に取り付けられている。このアーム14は、スピンチャック4の側方でほぼ鉛直に延びたアーム支持軸15に支持されている。アーム支持軸15には、ノズル駆動機構16が結合されており、このノズル駆動機構16の駆動力によって、アーム支持軸15を回転させて、アーム14を揺動させることができるようになっている。
DIWノズル6は、たとえば連続流の状態でDIWを吐出するストレートノズルであり、スピンチャック4の上方で、その吐出口をウエハWの中央部に向けて配置されている。このDIWノズル6には、DIW供給管19が接続されており、DIW供給源からのDIWがDIW供給管19を通して供給されるようになっている。DIW供給管19の途中部には、DIWノズル6へのDIWの供給および供給停止を切り換えるためのDIWバルブ20が介装されている。
基板支持部材3は、フッ硝酸に対する耐薬液性を有する材料(樹脂材料)、たとえば、塩化ビニル(polyvinyl chloride)によって形成されている。
収容凹所13は、円形の底面と、この底面の周縁から鉛直方向に立ち上がる内周面とを有している。この内周面は、ウエハWとほぼ等しい径を有する円筒面である。収容凹所13の底部28の上面(底面)には、ウエハWを支持するための支持部としての円環状のシール部材29が、底部28の周縁に沿って配置されている。このシール部材29によってウエハWの下面の周縁領域が支持される。シール部材29は、図2Bに示すように、ウエハWの下面に線接触するリップを有するリップパッキンであってもよいし、ウエハWの下面に面接触する面パッキンであってもよい。シール部材29としてリップパッキンを採用する場合には、リップの基端部に充分な剛性を持たせることにより、その変形量を制限することで、支持されたウエハWの上面高さを精度よく規定することができる。
収容凹所13の底部28には、吸引用の吸引孔31が形成されている。吸引孔31には、第1吸引管32の一端が接続されている。第1吸引管32の途中部には逆止弁33が介装されている。逆止弁33は、吸引孔31から真空発生装置34側に吸引されるエアの通過を許容するとともに、逆方向へのエアの流れを阻止している。この第1吸引管32の他端には、第2吸引管35の一端が接続可能になっている。第2吸引管35の他端は、吸引手段としての真空発生装置34に接続されている。第2吸引管35の途中部には、第2吸引管35の開閉を切り換えるための吸引バルブ36が介装されている。
図3は、基板処理装置1の電気的構成を示すブロック図である。
この制御装置50には、回転駆動機構7、ノズル駆動機構16、フッ硝酸バルブ18およびDIWバルブ20などが、制御対象として接続されている。
図4は、基板処理装置1におけるウエハWの処理の一例を示すフローチャートである。図5は、ウエハWの上面および基板支持部材3の第1円環状面12におけるフッ硝酸の着液点Pの移動経路を説明するための図解的な平面図である。
そして、ウエハWの処理に際して、未処理のウエハWを保持した基板支持部材3が搬送ロボット(図示せず)によって処理室2内に搬入されて、スピンチャック4に受け渡される(ステップS1)。このとき、フッ硝酸ノズル5は、スピンチャック4の側方の退避位置に退避させられている。また、フッ硝酸バルブ18およびDIWバルブ20は、いずれも閉状態に制御されている。
フッ硝酸ノズル5がウエハWの上方に到達すると、制御装置50は、フッ硝酸バルブ18を開き、フッ硝酸ノズル5からフッ硝酸を吐出させる。また、制御装置50は、ノズル駆動機構16を駆動して、フッ硝酸ノズル5を、ウエハWの上面の回転中心Cに近接する近接位置T1(着液したフッ硝酸がウエハW上で拡がって回転中心Cを通過することができるように定めた位置)の上方位置と、基板支持部材3の第1円環状面12上の基板外位置T2の上方位置との間を往復移動(往復スキャン)させる(ステップS2)。
次に、制御装置50は、回転駆動機構7を制御して、スピンチャック4の回転速度を所定のリンス処理回転速度(100rpm程度)に加速するとともに、DIWバルブ20を開いて、DIWノズル6から、回転状態のウエハWの上面の回転中心に向けてDIWを供給する(ステップS3)。これにより、ウエハW上のフッ硝酸が洗い流されて、ウエハWにリンス処理が施される。このリンス処理におけるDIWノズル6からのDIWの吐出流量は、たとえば2.0L/minである。
その後、基板支持部材3の第1エア供給管38が第2エア供給管40に接続され、リリーフバルブ39および開閉バルブ42を開くことによって、基板支持部材3の底部28とウエハWとの間の空間41の減圧状態が解除される。これにより、ウエハWの吸着保持が解除され、基板支持部材3からウエハWを離脱させることができる。むろん、第1エア供給管38をエア供給管40に接続せずに、単に、リリーフバルブ39を開くだけでも、基板支持部材3の底部28とウエハWとの間の空間41に大気中のエアを供給でき、ウエハWの吸着保持を解除することができる。
回転状態にある外径200mmのウエハ(シリコンウエハ)Wの上面(裏面)に対し、図1に示すスキャンノズルの形態に構成されたフッ硝酸ノズル5からのフッ硝酸を供給して、シンニングのためのエッチング処理を施す試験を行った。
このエッチング試験では、フッ硝酸ノズル5からのフッ硝酸の着液点Pを、前述の図5に示す円弧軌道に沿って、回転中心Cから22.5mm隔てた近接位置T1と、ウエハWの周端縁よりも回転半径方向外方に位置し、回転中心Cから108mm隔てた基板外位置T2との間で往復スキャンさせた。硝酸とフッ酸とを体積比5:1の比率で混合して作製したフッ硝酸を、0.85L/minの流量でフッ硝酸ノズル5からウエハWに吐出させた。エッチング処理中におけるフッ硝酸ノズル5の移動速度はたとえば160mm/secであり、エッチング処理時におけるウエハWの回転速度は52rpmであった。エッチング処理時間は300秒間であった。そして、ウエハWのエッチングレートの面内分布(半径方向位置とエッチングレートとの関係)を求めた。また、ウエハWの上面の周縁領域におけるフッ硝酸の液溜まりの発生の有無を目視観察した。
実施例2では、図1の基板処理装置1の基板支持部材3に代えて、第1円環状面12にサンドブラスト加工(粗面加工)を施していない基板支持部材を採用した基板処理装置を用いて、エッチング処理を行った。
比較例では、基板支持部材3を用いずに、ウエハWを保持することができるサイズのスピンチャックでウエハWを保持した。
また、下記(1)式で表されるエッチング均一性を評価した。実施例1ではエッチング均一性は12.6%であり、実施例2ではエッチング均一性は12.7%であり、比較例ではエッチング均一性は19.4%であった。
以上によりこの実施形態によれば、ウエハWの上面に供給されたフッ硝酸は、ウエハWの上面上および基板支持部材3の第1円環状面12上を拡がり、ウエハWの上面および基板支持部材3の第1円環状面12上に液膜を形成するようになる。このとき、ウエハWの上面上のフッ硝酸と基板支持部材3の第1円環状面12上のフッ硝酸とは液膜として連続している。そのため、ウエハWの上面の全域に比較的薄くかつほぼ均一厚みのフッ硝酸の液膜が形成される。したがって、ウエハWを低回転速度で回転させた場合であっても、ウエハWの上面上の周縁領域におけるフッ硝酸の液溜まりの発生を防止または抑制することができ、ウエハWの上面の周縁領域におけるエッチングレートを、ウエハWの上面の中央部におけるエッチングレートとほぼ等しくすることができる。これにより、ウエハWの主面に対して均一なエッチング処理を施すことができる。
この第2の実施形態では、ストレートノズルからなるフッ硝酸ノズル5に代えてフッ硝酸を帯状に吐出するスリットノズル(エッチング液供給手段)61が用いられている。
スリットノズル61には、基板支持部材70に保持されたウエハWの上面に対向し、所定のY方向(ウエハWの上面に沿う方向)に沿う直線状に開口するスリット吐出口63が形成されている。スリットノズル61は、図示しない保持レールによって、Y方向に直交するX方向に沿ってスライド移動可能に保持されている。X方向およびY方向は、ともに、ウエハWの上面に沿う方向(水平方向)である。スリットノズル61には、スリットノズル駆動機構64が結合されている。このスリットノズル駆動機構64の駆動力によって、スリットノズル61を、X方向に沿ってスライド移動させることができるようになっている。このスリットノズル61には、フッ硝酸供給管17が接続されており、フッ硝酸供給源からのフッ硝酸が供給されるようになっている。
図7は、スリットノズル61の構成を示す斜視図である。
スリットノズル61は、Y方向に長い直方体状の外形を有したノズル体62を備えている。ノズル体62のX方向に沿う断面形状は、その下方部が先尖状に形成されている。スリット吐出口63は、ノズル体62の下端面には、Y方向に長いスリット吐出口63が形成されている。スリット吐出口63の長手方向(Y方向)の長さは、ウエハWの直径よりも大きく設定されている。スリット吐出口63の開口幅は、たとえば約0.5mmである。スリット吐出口63は、Y方向に沿う帯状にフッ硝酸を吐出する。
基板処理装置60は、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置65を備えている。この制御装置65には、回転駆動機構7、スリットノズル駆動機構64、フッ硝酸バルブ18およびDIWバルブ20などが、制御対象として接続されている。
ウエハWの処理に先立って、未処理のウエハWが基板支持部材70に保持される。
基板支持部材70がスピンチャック4へ受け渡された後、制御装置65は、回転駆動機構7を駆動して、スピンチャック4を極低回転速度(たとえば5rpm)で等速回転させる。また、制御装置65は、スリットノズル駆動機構64を駆動して、スリットノズル61をウエハWの上方へと導く。
その後、前述のリンス処理(図4のステップS3参照)および前述のスピンドライ(図4のステップS4参照)がウエハWに対して施される。スピンドライ後、制御装置65は、回転駆動機構7を制御して、スピンチャック4の回転を停止させる。その後、処理済みのウエハWが基板支持部材70ごと、基板搬送ロボットによって処理室2から搬出される。
この第3の実施形態では、基板保持手段として、基板支持部材3およびスピンチャック4に代えて、基板保持機構81を採用する。この基板保持機構81により、ウエハWを保持しつつ回転させる。
また、収容凹所84の底部85には、吸引解除用のリリーフ孔91が形成されている。リリーフ孔91には、第3エア供給管92の一端が接続されている。第3エア供給管92はエア供給源に接続されており、このエア供給源からのエアが、第3エア供給管92を通してリリーフ孔91に供給されるようになっている。第3エア供給管92の途中部には、エア供給管92を開閉するためのリリーフバルブ93が介装されている。
図10は、基板処理装置80の電気的構成を示すブロック図である。
図11は、基板処理装置80におけるウエハWの処理の一例を示すフローチャートである。
ウエハWがスピンベース82へ受け渡された後、ステップS13のエッチング処理、ステップS14のリンス処理およびステップS15のスピンドライがウエハWに対して施される。ステップS13のエッチング処理は、図4のステップS2のエッチング処理と同等の処理であり、ステップS14のリンス処理は、図4のステップS3のリンス処理と同等の処理である。ステップS15のスピンドライは、図4のステップS4のスピンドライと同等の処理である。スピンドライ後、制御装置95は、回転駆動機構7を制御して、スピンベース82の回転を停止させる。
その後、処理済みのウエハWが、基板搬送ロボットによって処理室2から搬出される(ステップS17)。
この第4の実施形態が第3の実施形態と相違する点は、基板保持機構81に保持されたウエハWを昇降させる基板昇降機構101を設けた点にある。この基板昇降機構101によって、ウエハWが収容凹所84に収容された状態と、収容凹所84から上方に離脱された状態との間で昇降される。
また、図12に二点鎖線で示す状態から、リフトピン昇降駆動機構108が駆動されて、支持リング107が下降すると、リフトピン102および支持板104が下降し、これらの下降に伴ってベローズ105が伸張する。そして、支持リング107の下降が続行されることにより、支持板104と支持リング107との係合が解除される。これにより、各リフトピン102が支持リング107から離脱して、ベローズ105に支持される。
ウエハWの処理に際して、未処理ウエハWの処理室2内への搬入の前(図11のステップS11の前)に、制御装置95は、リフトピン昇降駆動機構108を駆動して、リフトピン102を突出位置まで上昇させる。その後、未処理のウエハWが図示しない搬送ロボットによって搬入され、複数本のリフトピン102上に載置される。その後、制御装置95は、リフトピン昇降駆動機構108を駆動して、リフトピン102を退避位置まで下降させる。これにより、ウエハWが収容凹所84内に収容される。これにより、スピンベース82にウエハWが受け渡される(図11のステップS11に相当)。
次いで、ウエハWに対して一連の処理(図11のステップS13〜S15に相当する処理)が施される。これら一連の処理の終了後、制御装置95がリリーフバルブ93を開くことによって、空間94および空間106の減圧状態が解除される。これにより、ウエハWの吸着保持が解除される(図11のステップS16に相当)。
その後、処理済みのウエハWが、基板搬送ロボットによって処理室2から搬出される(図11のステップS17に相当)。
第2の実施形態では、スリットノズル61を水平方向に沿うX軸方向に沿って往復移動するものとして説明したが、スリットノズル61をほぼ水平に延びるアームに取り付け、アームを揺動させることにより、スリットノズル61をウエハWの上方を移動させることもできる。
また、第1〜第4の実施形態では、フッ硝酸ノズル5およびスリットノズル61を往復スキャンさせる場合を例にとって説明したが、フッ硝酸ノズル5およびスリットノズル61をそれぞれ一方向スキャンさせるものであってもよい。つまり、ノズル5,61を往復移動させる際に、一方向への移動時にはフッ硝酸を吐出し、他方向への移動時にはフッ硝酸の吐出を停止するようにしてもよい。
また、前述の4つの実施形態では、第1〜第3円環状面12,72,83に親液化処理を施したが、基板支持部材3,70やスピンベース82をフッ硝酸に対する親液性の高い材料で形成してもよい。つまり、基板支持部材3,70やスピンベース82を、フッ硝酸に対する耐薬性が高く、かつ、フッ硝酸に対する親液性の高い材料で形成してもよい。かかる材料としては、たとえば塩化ビニル(polyvinyl chloride)やポリプロピレンを例示できる。
また、第3の実施形態および第4の実施形態のスピンベース82(図9および図12参照)の第3円環状面83のエッジ部に、第2の実施形態のテーパ面71のようなウエハWの回転半径方向外方に向かうにつれて低くなるテーパ面が形成されていてもよい。
3,70 基板支持部材(基板保持手段)
4 スピンチャック
5 フッ硝酸ノズル(エッチング液供給手段)
7 回転駆動機構(ベース部材回転手段)
9 スピンベース(ベース部材)
12 第1円環状面(延長面)
13 収容凹所(支持部)
29 シール部材(支持部)
61 スリットノズル(エッチング液供給手段)
71 テーパ面
72 第2円環状面(延長面)
81 基板保持機構(基板保持手段)
82 スピンベース(ベース部材)
83 第3円環状面(延長面)
84 収容凹所(支持部)
W ウエハ
Claims (5)
- 基板を支持する支持部、およびこの支持部に支持された基板の一主面の側方を取り囲み、当該主面と連なるように形成された延長面を有する基板保持手段と、
前記基板保持手段を回転させる回転手段と、
前記基板保持手段に保持された基板の前記主面上に、フッ硝酸、フッ酸およびリン酸の少なくとも一つを含むエッチング液を供給するエッチング液供給手段とを含み、
前記延長面が、前記支持部に支持される基板の前記主面よりも、前記主面上に供給される前記エッチング液に対する親液性の高い表面である、基板処理装置。 - 前記基板保持手段が、基板支持部材と、前記基板支持部材を支持するベース部材とを備え、
前記支持部および前記延長面が前記基板支持部材に設けられており、
前記回転手段が、前記ベース部材を前記基板支持部材ごと回転させるベース部材回転手段を含む、請求項1記載の基板処理装置。 - 前記基板保持手段が、前記支持部および前記延長面を有するベース部材を備え、
前記回転手段が、前記ベース部材を回転させるベース部材回転手段を含む、請求項1記載の基板処理装置。 - 前記支持部が、基板を水平姿勢に支持するものであり、
前記支持部が、前記支持部に支持された基板の前記主面が前記延長面よりも高くなるように設けられている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記支持部が、基板を水平姿勢に支持するものであり、
前記基板保持手段が、前記延長面の基板の回転半径方向外方に連なり、基板の回転半径方向外方に向かうにつれて低くなるテーパ面をさらに含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板処理装置。
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