JP5461236B2

JP5461236B2 - 半導体基板の処理装置

Info

Publication number: JP5461236B2
Application number: JP2010042373A
Authority: JP
Inventors: 忠和上田; 喜弘藤尾; 勇治重盛
Original assignee: Takada Corp
Current assignee: Takada Corp
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: JP2011181588A

Description

本発明は、半導体基板（ウエハー）の表面に付着した不要物を除去する半導体基板の処理装置（例えば、枚葉式リフトオフ装置、枚葉式レジスト剥離・現像装置、枚葉式洗浄装置、枚葉式スピン処理装置にも適用可能）に関する。

例えば、半導体基板上に金属薄膜パターンを作製する方法の一つにリフトオフ法がある。リフトオフ法では、半導体基板の表面に形成したレジストパターンを介して半導体基板上に金属薄膜を形成した後、半導体基板を回転させながらレジスト剥離液を塗布し、次いで半導体基板を回転させながらノズルから処理液を噴射することによりレジストの表層部を膨潤させて、レジスト及びレジスト上に形成された不要物の一例である金属薄膜を除去している（例えば、特許文献１参照）。

この際、剥離したレジスト及び不要な金属薄膜を半導体基板の外部に排出するため、あるいは半導体基板の表面が乾燥するのを防止するために、純水等のリンス液を半導体基板上に供給している。しかし、半導体基板を回転させながらノズルから処理液を半導体基板に噴射すると共にリンス液を供給すると、リンス液は半導体基板上を流れて外周部から外部に排出される際に、ノズルから噴射された処理液と衝突し衝突箇所で、両液体の液滴及びミストが発生して激しく飛散するという問題が生じている。
そこで、特許文献２に記載のように、気体吐出ノズルから気体を噴射させて、リンス液を押し退け、処理液とリンス液の衝突を防止することが提案されていた。

特開平０１−０４１２１７号公報特開２００６−２６９５１７号公報

しかしながら、特許文献２（特許文献１も同様）に記載の半導体基板の処理装置においても以下のような問題があった。
１）特許文献２記載の技術では、高圧ジェット等による処理液の噴射による剥離物（剥離メタル、レジスト等）の飛散に対しては効果が薄く、ウエハーサイズやデバイスパターン等によっては剥離物の量が多くなったり、また、メタル等がウエハー外周の全方向に飛散して飛散防止カバーや処理チャンバー内に多量に付着、堆積する場合があり、装置の稼動、連続運転に支障が出る可能性があった。

２）また、飛散防止カバーや処理チャンバー内に付着した剥離物には、剥離メタルのように金属板等に固着し易く、一旦乾くと洗浄しようとしても容易に除去できない状況があり、そのため飛散防止カバーやチャンバー部品の洗浄、メンテナンスに時間を要し、メンテナンスの頻度も上がっていた。

３）また、飛散防止カバーは、ウエハー処理部のクリーン度を上げるために基板上部及び外周の排気流速を上げる目的で基板外周部に接近して設けられる。このため飛散防止カバーと基板との距離は極力狭く作る必要があるが、剥離物が飛散堆積するとブリッジ状になって成長し、処理基板への接触や剥離物の再付着の可能性があった。こうしたメタル等の基板あるいは基板上のデバイス等への再付着は、製品の不良、欠陥に繋がるためプロセスの歩溜まりに大きく影響していた。
４）剥離されたメタルは、容易かつ効率的に回収する必要があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、半導体基板からの剥離物（例えば、レジストや金属膜）等が周囲の飛散防止カバーや処理チャンバー内に付着するのを効果的に防止し、剥離物を容易に回収する半導体基板の処理装置を提案することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る半導体基板の処理装置は、半導体基板（ウエハー等）を保持する基板保持部材と、該基板保持部材を回転駆動する回転駆動手段と、前記基板保持部材の上方に上下及び水平方向に移動可能に設けられ処理流体を噴射するノズルと、前記基板保持部材の周囲に設けられ、前記半導体基板から周囲に放出される不要物を含む前記処理流体の飛散を防止する飛散防止カバーとを有する半導体基板の処理装置において、
前記飛散防止カバーの内側上部に、該飛散防止カバーの内側表面に液膜を形成するシャワーヘッダーを設け、前記不要物が前記飛散防止カバーの内側に付着するのを防止し、しかも、前記飛散防止カバーの下方には、該飛散防止カバーの下方に落下する不要物を回収する取り外し式のメッシュ籠を備え、
前記飛散防止カバーは昇降式であって、円筒部を有し、前記シャワーヘッダーは、環状曲げされて前記円筒部の内側上部に設けられた、半径方向外側で斜め下方に多数の噴出孔が隙間を有して形成されたパイプ材からなって、かつ
前記飛散防止カバーはステンレス材であって、前記円筒部の内面は、ブラストによる凹凸処理が行われた後、更に電解研磨処理が行われて、その表面を滑らかな凹凸面としている。

なお、基板保持部材に半導体基板を保持する技術としては、例えば、減圧吸引又は機械的チャック等がある。ノズルから放出される処理流体としては、洗浄液（剥離液）、水、リンス液等があり、ノズルはこれらの流体をそれぞれ噴出する別々の噴出ノズルを備えて一体化しているものが好ましい。
また、半導体基板から除去される不要物としては、剥離されたメタル（例えば、金属箔）、レジスト、ゴミ等がある。

第２の発明に係る半導体基板の処理装置は、第１の発明に係る半導体基板の処理装置において、前記パイプ材の内径は４〜１０ｍｍの範囲、前記パイプ材と前記円筒部の隙間を０〜５ｍｍの範囲、前記噴出孔の径は０．４〜１．２ｍｍの範囲、前記噴出孔の角度は０〜６０度の範囲、前記噴出孔のピッチは３〜１０ｍｍの範囲、前記噴出孔からの流量は１個当たり、１０〜５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲にある。

第３の発明に係る半導体基板の処理装置は、第１の発明に係る半導体基板の処理装置において、前記ブラストには、粒径が５０〜１２５μｍのものを主成分とする硬質粒子（例えば、ガラスビーズ）が用いられ、光沢度がＪＩＳ規格（ＪＩＳＺ８７４１）で３０〜８０％（入射角２０°）の範囲にある。

本発明に係る半導体基板の処理装置においては、ノズルから噴出される処理流体によって除去された不要物が、飛散防止カバーに付着する前に、飛散防止カバーの内側上部に設けられたシャワーヘッダーから噴出される液体によって飛散防止カバーの内側表面に液膜が形成され、この液膜によって不要物が洗い落とされ、この不要物による飛散防止カバー及びこの処理装置内（即ち、チャンバー内）の汚染を防止できる。
そして、飛散防止カバーに向かって飛散された不要物は、ノズルから吹き出される処理流体及びシャワーヘッダーから吹き出される液体と共に、下方に落下し、メッシュ籠によって回収される。

特に、飛散防止カバーの円筒部の内面にブラストによって凹凸処理を行い、更にその表面を電解研磨処理するので、水との濡れ性が向上し、このシャワーヘッダーからのシャワーリングを断続的に使用した場合にも、円筒部の内面を湿潤状態に保つことができるため、シャワーリングを再開した場合にも、瞬時に液膜を形成することができるため、その後の半導体基板の処理において、不要物、特にメタルの円筒部内面への付着を防止できる。

本発明の一実施の形態に係る半導体基板の処理装置の概略構成図である。シャワーヘッダー周りの説明図である。

続いて、添付した図面を参照し、本発明を具体化した一実施の形態に係る半導体基板の処理装置について説明する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る半導体基板の処理装置１０は、半導体基板（ウエハー）１１を保持する平面視して円形の基板保持部材の一例であるチャック１２と、チャック１２を垂直に配置された回転軸を介して駆動する回転駆動手段の一例であるモータ１４と、チャック１２の上方に上下及び水平方向に移動可能に設けられ処理流体（例えば、剥離液、洗浄水、リンス液、純水、必要に応じてガス）を噴射するノズル１５と、チャック１２の周囲に設けられた飛散防止カバー１６と、飛散防止カバー１６の内側上部に設けられたシャワーヘッダー１７と、更に飛散防止カバー１６の外側に設けられた外側カバー１８とを有している。なお、飛散防止カバー１６は半導体基板１１から周囲に放出される処理流体及び不要物３０の飛散を防止している。以下、これらについて詳しく説明する。

チャック１２は平面視して円形となって、洗浄対象物である半導体基板１１の直径より小さく、表面には半導体基板１１を吸着する図示しない真空吸着機構が設けられている。この真空吸着機構の代わりに機械式の保持機構（チャック機構）を設けてもよい。
チャック１２の中央下部には、図示しないロータリジョイントを介して真空機器等に接続される真空通路が設けられていると共に、下部のモータ１４によって回転駆動される回転軸が連結されている。

この回転軸は垂直に配置された支持部材１９にベアリングを介して支持されている。下部のモータ１４、内部に回転軸を有する支持部材１９、及び上部に配置されたチャック１２は、図示しない周知の昇降装置によって上下動し、二点鎖線で示すように、上に上がった状態で、チャック１２上に搬送手段（ロボットアーム）によって搬送された半導体基板１１を載せて、また、処理後の半導体基板１１を搬出し、下がった状態で、飛散防止カバー１６内に入り込むようになっている。

ノズル１５は、この実施の形態では水（純水が好ましい）を噴出する高圧ジェットノズル部（水ノズル部）２１と、剥離液（洗浄液）を噴出する剥離液ノズル部２２と、リンス液を流すリンス液ノズル部２３が装備されている。なお、窒素ガス等の気体を吹き出すノズル部を設けることもできる。このノズル１５はチャック１２上に半導体基板１１を載せる場合、及び搬出する場合は邪魔になるので、図示しない昇降及び水平移動機構を有し、昇降及び水平方向に移動して、チャック１２から回避できるようになっている。
なお、ノズル１５の噴出角度は３０〜９０度の範囲にあって、半導体基板１１の表面に対して斜めから噴射し、付着しているメタルやレジストの剥離を行うようになっている。

飛散防止カバー１６は、ステンレス板からなって、円筒部２５とその上端に一体的に設けられている円錐台部２６とを有し、図示しない支持部材によって昇降機構に連結されて、平面的な位置を保持しながら、上下動可能な構造となっている。なお、円錐台部２６は省略することもできる。円筒部２５の内側上部には、パイプ材を円環状に曲げて構成されるシャワーヘッダー１７が設けられている。

図２に示すように、シャワーヘッダー１７を構成するパイプ材は内径Ｄが４〜１０ｍｍ（より好ましくは、４〜８ｍｍ）のステンレス管からなって、円筒部２５との隙間Ａは０〜５ｍｍの範囲（即ち、僅少の隙間を有して）に配置されている。パイプ材の半径方向外側で下斜め方向には、直径が０．４〜１．２ｍｍの複数の噴出孔２８が隙間を有して設けられている。この斜め下向きとなった噴出孔２８と水平線とのなす角度Ｂは、０〜６０度（好ましくは、１５〜４５度）の範囲となって、確実に噴出したシャワー液によって円筒部２５の内面全面に瞬時に液膜が形成できるようになっている。

噴出孔２８のピッチは例えば３〜１５ｍｍ（好ましくは、３〜１０ｍｍ）の範囲にあって、一つの噴出孔２８から１０〜５０ｃｃ／ｍｉｎの液体（水又は剥離液）を均等に噴出し、円筒部２５の内面に液膜を形成できるようになっている。

飛散防止カバー１６の下部にはステンレス製のメッシュ籠２９が設けられている。このメッシュ籠２９は非常に目が小さく（開口度が０．３ｍｍ以下、より好ましくは０．０５ｍｍ以下）、メタルを含む不要物３０の殆どの回収を行えるようになっている。メッシュ籠２９はその内径がチャック１２の外径より大きく、その外径が外側カバー１８の上部開口部３１の内径より小さい平面視してドーナツ状（円環状）の容器となって、メッシュ籠２９の片側の断面は長方形となっている。
このメッシュ籠２９は外側カバー１８の下端に設けられている底板３３の上に容易に取り外し可能に載置されている。

外側カバー１８は、筒体部３５とその上端に取付けられている円環状の蓋板３６とを有し、蓋板３６には、前述のように飛散防止カバー１６の外径より大きい開口部３１が設けられている。筒体部３５には１又は複数の排気口３７が設けられ、積極的に外側カバー１８の内側に形成されるチャンバー３８内を負圧にして、半導体基板１１の処理中に発生するミストやメタル等の飛散をできる限り防止している。

飛散防止カバー１６と外側カバー１８の間、正確には円筒部２５と筒体部３５との間には、平面視してドーナツ状の液回収容器３９が設けられている。液回収容器３９は半径方向内側が開放となって、上部に外側下り勾配の上板４０、下部に下板４１及びこれらの外側端を連結する側板４２を有し、更に液回収容器３９の外側に液回収管４３が設けられている。

図１には、一つの液回収容器３９しか設けられていないが、上下に二段（場合によっては三段以上）の液回収容器を設けることもできる。これによって、チャック１２の位置とノズル１５を高さを調整し、飛散防止カバー１６は上昇させた状態で、水やリンス液、剥離液を区別しながら、回収することができる。

この半導体基板の処理装置１０の使用にあって、半導体基板１１の処理は断続的に行うので、休み時間が長い場合は、飛散防止カバー１６の内面が乾くとメタル等の不要物が付着し易く、一旦付着するとその後シャワーヘッダー１７からの散水では除去しにくいことが判った。

そこで、ステンレス製の飛散防止カバーの濡れ性を向上するために、１）ミガキ材、２）バフ研磨材、３）ミガキ材を用いて電解研磨を行った場合、４）ミガキ材を用いてブラストによる凹凸処理を行い更に電解研磨を行った場合について、ａ）濡れ性、ｂ）保水性（即ち、乾燥し難さ）、ｃ）メタル付着し難さについて調査を行った結果を表１、表２に示す。

なお、表１はシャワーヘッダー１７の流量が２Ｌ／ｍｉｎの場合で、表２は１Ｌ／ｍｉｎの場合を示す。また、シャワーヘッダー１７の径はパイプ材（内径４ｍｍ）の中心間距離で２００ｍｍ、噴出孔２８の直径は０．７ｍｍ、噴出孔２８の数は５０個であった。

表１、表２から明白なように、ブラストによる凹凸処理を行い、更に電解研磨処理を行って鋭利部分を除去したもの（表面を滑らかな凹凸面としたもの）が最も純水（水）及び剥離液に対する濡れ性に適していた。この場合、ブラスト処理には５３〜９０μｍの粒径を主とする（例えば、８０％以上有する）硬質粒子（例えば、ガラスビーズ）を、０．７５Ｍｐａの空気を用いてブラストガンより吹き出した。実験によれば、ブラスト処理無しで電解研磨をした場合でも一応の効果が認められた。
なお、ブラスト処理された円筒部の内面は、光沢度がＪＩＳ規格（ＪＩＳＺ８７４１）で３０〜８０％（入射角２０°）の範囲にあるのが好ましい。

続いて、半導体基板の処理装置１０の使用方法及びその作用について説明する。
チャック１２を上昇させて、ロボットハンドから搬送された半導体基板１１をチャック１２の上に軸心を合わせて載せ、減圧吸着させる。
次に、チャック１２を下降させて、ノズル１５も水平及び下降移動させて、半導体基板１１に対して適正位置に配置する。

この状態で、半導体基板１１の表面に形成されているメタルをリフトオフ処理しようとする場合は、メッシュ籠２９を底板３３の所定位置に置き、飛散防止カバー１６の円筒部２５を半導体基板１１の周囲に配置した状態で、ノズル１５から処理液を半導体基板１１の表面に斜め方向からスキャンしながら当てる。
これによって、半導体基板１１上のメタルの一部又は全部は剥離されて、飛散防止カバー１６に衝突する。

飛散防止カバー１６の内面にはシャワーヘッダー１７から噴出された液体によって液膜が形成されているので、メタルは飛散防止カバー１６の内面には付着せず、処理液と共に下方に押し流され、メッシュ籠２９内に入り濾し取られる。処理液は底板３３に設けられた液回収管４４によって外部に回収される。

次に、ノズル１５からリンス液を流す場合は、飛散防止カバー１６を上昇させ、半導体基板１１の位置を、液回収容器３９の開口部４５の高さに合わせ、半導体基板１１を回転させてリンス液を吹き付ける。吹き付けられたリンス液は飛散して周囲に配置された液回収容器３９に入り、液回収管４３によって回収される。

この後、再度の半導体基板１１のリフトオフ処理を行っても、飛散防止カバー１６の内面が湿潤しているので、シャワーヘッダー１７からの液によって直ちに、液膜が形成され、メタルの付着は防止される。従って、メタルを含む固形の不要物は、外側カバー１８への付着もなく、メッシュ籠２９内に溜まる。メッシュ籠２９は適当に溜まった時点で外部に取り出して不要物の排出を行い、再度所定の位置に配置される。

前記実施の形態においては、理解を容易にするため、具体的数字を用いて説明したが、本発明の要旨を変更しない範囲で、寸法変更をすることは自由である。
また、前記実施の形態においては、飛散防止カバー１６の外側に１段（又は複数段）の液回収容器３９を設けたが、省略することもできる。

１０：半導体基板の処理装置、１１：半導体基板、１２：チャック、１４：モータ、１５：ノズル、１６：飛散防止カバー、１７：シャワーヘッダー、１８：外側カバー、１９：支持部材、２１：高圧ジェットノズル部、２２：剥離液ノズル部、２３：リンス液ノズル部、２５：円筒部、２６：円錐台部、２８：噴出孔、２９：メッシュ籠、３０：不要物、３１：開口部、３３：底板、３５：筒体部、３６：蓋板、３７：排気口、３８：チャンバー、３９：液回収容器、４０：上板、４１：下板、４２：側板、４３、４４：液回収管、４５：開口部

Claims

半導体基板を保持する基板保持部材と、該基板保持部材を回転駆動する回転駆動手段と、前記基板保持部材の上方に上下及び水平方向に移動可能に設けられ処理流体を噴射するノズルと、前記基板保持部材の周囲に設けられ、前記半導体基板から周囲に放出される不要物を含む前記処理流体の飛散を防止する飛散防止カバーとを有する半導体基板の処理装置において、
前記飛散防止カバーの内側上部に、該飛散防止カバーの内側表面に液膜を形成するシャワーヘッダーを設け、前記不要物が前記飛散防止カバーの内側に付着するのを防止し、しかも、前記飛散防止カバーの下方には、該飛散防止カバーの下方に落下する不要物を回収する取り外し式のメッシュ籠を備え、
前記飛散防止カバーは昇降式であって、円筒部を有し、前記シャワーヘッダーは、環状曲げされて前記円筒部の内側上部に設けられた、半径方向外側で斜め下方に多数の噴出孔が隙間を有して形成されたパイプ材からなって、かつ
前記飛散防止カバーはステンレス材であって、前記円筒部の内面は、ブラストによる凹凸処理が行われた後、更に電解研磨処理が行われて、その表面を滑らかな凹凸面としていることを特徴とする半導体基板の処理装置。
請求項１記載の半導体基板の処理装置において、前記パイプ材の内径は４〜１０ｍｍの範囲、前記パイプ材と前記円筒部の隙間を０〜５ｍｍの範囲、前記噴出孔の径は０．４〜１．２ｍｍの範囲、前記噴出孔の角度は０〜６０度の範囲、前記噴出孔のピッチは３〜１０ｍｍの範囲、前記噴出孔からの流量は１個当たり、１０〜５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲にあることを特徴とする半導体基板の処理装置。
請求項１記載の半導体基板の処理装置において、前記ブラストには硬質粒子が用いられ、光沢度がＪＩＳ規格（ＪＩＳＺ８７４１）で３０〜８０％（入射角２０°）の範囲にあることを特徴とする半導体基板の処理装置。