JP5855255B2 - 基板表面を処理する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載の、流体に基板表面を浸漬することにより流体、特に液体で基板、特にウェハの基板処理面を処理する装置、並びに請求項１１に記載のこれらに対応する方法に関する。

ウェハ表面の洗浄は、半導体産業において大きな役割を担っている。ウェハ表面の洗浄の１つの方式は、ポリマーの剥離にも使用可能な湿式化学処理である。

一般的に、ウェハ表面の洗浄は、特に液体の渦形成、滴下、注ぎ、吹付、蒸着等により基板の表面に供給される液体を用いて行われる。多くの場合、基板は回転させられ、又は、基板は液体供給の終了時に回転させられ、これにより基板から液体が遠心力ではじき飛ばされる。

一般的に、技術的な問題は、ウェハがますます薄くなり、これによりウェハの回転時及び／又は液体の供給時に破損が生じ得ることにある。ウェハ表面全体をウェハ表面の処理のための一部では極めて高価な液体に均等かつ効率的に曝すために、均等な供給も大きな試みである。これにより、更に液体の浪費も回避されるべきである。

更に、洗浄ステップをできるだけ短い期間内で実施できることが所望されている。

従って本発明の課題は、できるだけ効率的に作業する、基板の基板処理表面を処理、特に洗浄する装置及びこれらに対応する方法を提供することである。このような装置及び方法では、できるだけ少ない液体消費量で均等な処理を保証することができる。

この課題は、請求項１及び１１に記載された特徴により解決される。本発明の好適な改良態様は、従属請求項に記載されている。明細書、特許請求の範囲及び／又は図面に記載された少なくとも２つの特徴のあらゆる組み合わせも本発明の範疇に含まれる。記載された値範囲において、記載の境界内にある値も境界値として開示されたものとみなされるべきであり、そして任意の組み合わせで権利要求されるべきである。装置に関して開示された特徴が方法特徴としても解釈できる限り、装置に関する特徴は、方法に関しても開示されたものとみなされるべきであり、又その逆も云える。

本発明の根底を成す思想は、基板もしくは基板処理面が容器内に設けられた液体に、特に基板処理面の回転中に浸漬されるように、基板処理面を流体で処理することにある。回転は、基板処理面が流体に浸漬されている間に、間欠的に行ってもよい。この場合、本発明の主要な特徴は、特に槽状の容器が回転可能であり、これにより基板処理面の１つ又は複数の処理後に流体を容器から回転により除去できることにある。続いて、容器を新鮮な流体で充填することができる。流体として、特に湿式化学処理のための液体が考えられる。本発明による態様により、基板処理面の極めて均一な供給や液体による曝し、及び、特に浸漬手段の回転時に基板処理面に対する流体の極めて効率的な作用が予期される。更に、本発明により、流体の最適な利用並びに流体の極めて簡単な交換が保証される。更に、基板処理面の処理中に処理室において、できるだけ僅かな液体の乱流又は飛散しか生じない、特に流体の乱流又は飛散は生じない。その結果、極めて入念な処理が可能になる。

極めて薄いウェハは、位置固定のために、いわゆるフィルムフレームに固定してもよい。本発明により、あらゆる種類のウェハ及びウェハが位置固定（これは安定化及び搬送のためのものである）される取付物が開示されるものとする。本願の明細書等において、ウェハは、単一のウェハ又はそのような取付物における複数のウェハに対する同義語として用いられる。

本発明の好適な１つの態様によれば、収容手段は、特に半径方向で折り曲げられた槽壁を有する特に回転対称的な槽として構成されている。槽の形は、簡単に製作可能であり、槽は、回転対称的な構成の場合には簡単に回転可能である。折り曲げられた槽壁は、流体の排出が簡単になるという利点を有する。

この場合好適には、別の好適な１つの態様において、槽が、特にリング状の流体捕集容器に向けて流体を導出するための、槽の形とは逆向きに湾曲された、特に回転手段を覆う周縁部を有する。このようにして流体は、適切に流体捕集容器に向けて、それも槽の回転、及びこれに惹起される湾曲した周縁部を越える流体の流出により、案内され、その際、周縁部は、好適には流体捕集容器に終端している。従って、流体が基板処理面、収容手段及び流体捕集容器を除く別の構成要素に接触しないことが更に保証される。更に本発明によれば、好適には、特にステータにより形成される流体捕集容器が底に、特に少なくとも１つの凹設領域に、好適には流体捕集容器の最深部に、特に制御可能な弁をそれぞれ有する少なくとも１つの排出部を備える。従って、流体は、最短距離で収容手段から流体捕集容器に向けて導かれ、そこから外方へ流体捕集容器の底及び底に設けられた排出部を介して抜き出され、特に再利用するために浄化処理することができる。

収容手段が、特に専ら周縁部の領域で、特に、好適には回転対称的な中空体として構成された回転手段上に位置固定可能である限り、収容手段は、例えば摩耗、汚染もしくは消耗時に、又は流体収容容積の適合化のために交換可能である。専ら周縁部の領域の位置固定により、材料が節約された態様が実現可能であり、更に、下側から収容手段への、特に後述の加熱手段のアクセスが可能である。

本発明によれば、ステータ内側で回転可能な回転手段を保持するための、特に、好適には回転対称的な中空体として構成されたステータが設けられていることにより、装置の省スペースで材料に優しい構成が本発明に従って実現可能である。

この場合好適には、本発明によれば、特にリング状の、ステータの内周に配置された案内部に沿った回転手段の回転が、案内部と、この案内部に対応する、回転手段の案内部との間で特に玉軸受により行われるように、装置が構成されている。このような態様は、装置の安定した構成をもたらすので、相応に高い回転速度及び収容手段からの流体の迅速な排出が本発明に従って実現可能である。

本発明による別の１つの態様によれば、特に、加熱プレートを備える好適には回転可能な加熱体として構成された、流体を温度制御する加熱手段が設けられている。加熱手段は、特に収容手段の下側にかつ／又は回転手段の内側に配置可能である。相応の制御装置を介して、加熱手段は、運転位置に移動可能であり、相応に加熱手段の回転が制御可能である。加熱手段の回転により、本発明によれば、収容手段に沿った温度負荷の均一化が行われる。このために、加熱プレート、もしくは加熱プレートの、収容手段に向いた側の表面の等間隔の配置が役立つ。特に槽状の収容手段（槽）の下面に対する加熱プレートの位置は、好適にはコントロール可能でありかつ調節可能である。この場合、槽（収容手段）の下面と加熱プレートの上面との間の最適な間隔は、１ｃｍより小さく、好適には１ｍｍより小さく、更に好適には３００μｍよりも小さく、更により好適には１００μｍよりも小さく、最も好適には５０μｍよりも小さい。加熱プレートと槽との間の室は、本発明によれば、好適には良好な熱対流特性を有する気体で押流し（フラッシング）してもよく、これにより熱は、最適に加熱プレートから槽に伝えられる。気体は、中間室に突入する又は加熱プレート内に位置するノズル（図示していない）を介して導入してよい。加熱プレートは回転可能に支持できるので、両構成要素（加熱プレート及び槽）の相対回動時における加熱プレートの上面と槽の下面との間の接触は、好適に阻止できる。加熱プレートと槽との間の相対回動が行われない場合、迅速な熱伝達又は予熱のために、加熱プレートの表面と槽の下面との接触が考えられる。シャフト（その上に加熱プレートが載置している）を、連結装置（図示していない）を介して、中空シャフト（その上に槽が載置している）に連結して、そうして後述の遠心力によるはじき飛ばし工程を槽回転により行うことも考えられる。

加熱プレートの代わりに、例えば洗浄工程を促進するために、槽の下面に接触移動して音波を槽の液体に当てる（入射する）超音波ヘッドも考えられる。超音波ヘッドと加熱プレートとから成る組み合わせも考えられる。液体への超音波の入射が、超音波ヘッドの上面と槽の下面との直接接触がなく、気体空間を介して可能であるとすると、このような超音波の入射も同じく本明細書にて開示されるべきである。

更に好適には、浸漬手段が、基板を位置固定するための特に回転可能な位置固定手段を、基板処理面とは反対側の保持面に有し、基板処理面の処理中、つまり流体に浸漬された状態で、基板の回転により、一般的には化学反応を伴う処理が大幅に加速される。回転は、間欠的に行ってもよい。更に、位置固定手段の本発明による回転は、処理後、つまり流体の上側の位置で、基板に付着する流体を遠心力ではじき飛ばすために用いることができる。遠心力によるはじき飛ばしが流体表面の直ぐ上側で行われる限り、可能な限り少量の流体しか消費されない。なぜならば、流体の大部分は、収容手段に滴下するもしくは遠心力ではじき飛ばされるからである。流体が収容手段の縁部を越えて遠心力ではじき飛ばされる限り、流体は、自動的に捕集容器に集められる。流体から基板が退出する際に回転速度が特にゼロにまで低下され、そこではじめて続いてゆっくりと増加されることにより、収容手段への流体の戻し案内が更に最適化される。

本発明の別の好適な１つの態様によれば、浸漬手段は、例えば基板処理面の外側及び保持面の外側に残る押流し面を押流し用流体で押流す押流し手段を備える。これにより、基板処理面の処理のための流体が基板の基板処理面とは別の領域に作用することが阻止される。押流し用流体として、特に不活性ガスが考えられる。これにより、基板を処理するための流体との混合が回避もしくは阻止される。押流し用流体は、液体であってもよい。ウェハの前面の洗浄工程中、槽の洗浄物質がウェハの背面を濡らさない、又は極めて少量しか濡らさないことが重要である。

本発明の方法の好適な１つの態様によれば、回転手段は、回転手段を保持するステータ内で回転させられ、この場合、回転手段の回転は、ステータの周面に配置された特にリング状の案内部に沿って、案内部と、回転手段の、この案内部に対応する案内部との間で特に玉軸受により行われる。

方法において、更に、流体の温度は、温度制御のための加熱手段により、少なくとも基板処理面の浸漬中に制御することができる。

少なくとも基板処理面の浸漬中、基板処理面の外側及び基板処理面とは反対側の保持面の外側に残る押流し面の押流しが行われる限り、基板処理面の外側での基板の汚染又は被着が回避されるもしくは阻止される。

方法において、基板処理面を、基板を保持する位置固定手段により、少なくとも浸漬中に回転させることが更に好適である。これにより処理が促進される。

本発明による構造は、様々なウェハの使用の間及び／又は個別のウェハの位置固定中の槽内の化学薬品の交換も可能にする。極めて多くの場合、ウェハの表面は、様々な化学薬品で順次処理されるべきである。そのような方法において、ウェハは、位置固定されたままである。槽は、特に順次、個別の化学薬品で充填される。新たな化学薬品の使用前に、古い化学薬品は、本発明による遠心力によるはじき飛ばし工程により槽からはじき飛ばされる。相応に新たな化学薬品を受け取るために、槽を化学薬品のための混合容器として使用することも考えられる。様々な化学薬品を使用する間、本発明によれば、槽を洗浄剤で浄化してよい。この場合、洗浄剤は、化学薬品ともみなされるが、但し好適にはウェハに接触されない。

本発明の別の利点、特徴及び詳細は、以下の好適な態様の説明並びに図面から明らかである。

本発明に係る装置の１つの態様の概略断面図である。 図１の概略断面図を分離した状態で示す図である。

図面において、同一の構成要素又は同一の機能を有する構成要素には、同一の符号を付してある。

図１及び図２に示してある本発明による態様では、本発明に係る装置は、主に５つの主要構成要素、即ちステータ１２、スタータ１２に対して回転可能な回転手段１３、並びに回転手段１３上に位置固定可能な収容手段５から成っている。更に、加熱手段１６が、回転手段１３と収容手段５とにより形成された加熱室１５に、但し回転軸線Ｄに沿って、進入及び退出可能である。別の主要な構成要素として浸漬手段１９が設けられており、浸漬手段１９は、位置固定手段２２に保持された基板９を収容手段５に供給された流体８に浸漬するために用いられる。このために浸漬手段１９は、回転軸線Ｄに沿って移動可能に構成されている。

位置固定手段２２は、本態様では、浸漬手段１９の一部であり、ウェブ１９ｓにより、制御装置により回転可能な回転体１９ｒの浸漬側１９ｅで浸漬手段１９に取り付けられている。回転体１９ｒと位置固定手段２２との間に、回転体１９ｒを貫通する押流し用流体管路１９ｆから押流し用流体を供給する押流し手段１１の押流し用流体路１１ｋが設けられている。押流し用流体として、特に不活性ガスが考えられる。押流し媒体としてのこの不活性ガスは、基板９に、少なくとも部分的に供給可能である。

位置固定手段２２として、チャックが設けられている。チャックは、特に図示していない真空路を介して、保持面９ａで基板９を位置固定しかつ保持するために用いられる。真空路は、押流し用流体管路１９ｆと同様に又はウェブ１９ｓを通して真空装置に接続してよい。位置固定手段２２による基板９の保持は、公知のように行われる。

ステータ１２は、円形リング状の周壁２ｗを備える回転対称的な下部２から成っている。下面２ｕで、周壁２ｗから出発して、円形リング状のリング段部２ｒが半径方向内向きに延在している。リング段部２ｒから、周壁２ｗに対して平行に軸受リング２ｌが延在している。玉軸受３の構成要素として案内部１２ｆを軸受リング２ｌに形成するために、軸受リング２ｌ上に取付可能な軸受蓋２３が位置固定可能である。玉軸受３の、案内部１２ｆに対応する案内部１３ｆは、中空体として構成された回転手段１３の周に設けられている。ステータ１２における回転手段１３の取付は、案内部１２ｆ及び案内部１３ｆの位置合わせにより行われ、その際、玉軸受３の玉３ｋが案内部１２ｆ，１３ｆに嵌め込まれてから、軸受蓋２３は、軸受リング２ｌ上に取り付けられる。軸受蓋２３の位置固定により、玉軸受３は完成される。

回転手段１３の上側の端面１３ｓは、軸受蓋２３の上面２３ｏを越えて突出しており、これにより、端面１３ｓに周縁部５ｒで載置している収容手段５は、周縁部５ｒが半径方向に真っ直ぐに延在する上縁５ｏを有するにもかかわらず、軸受蓋２３に対して間隔を置いて配置されている。

周縁部５ｒは、軸受蓋２３を越えて延在しているだけでなく、回転軸線Ｄに対して平行に延在するリング部５ａで軸受リング２ｌも覆っている。リング部５ａは、軸受リング２ｌ及び軸受蓋２３に対して間隔を置いて延在していて、流体捕集容器２１に終端している。流体捕集容器２１は、軸受リング２ｌとリング段部２ｒと周壁２ｗとにより形成され、この場合、流体捕集容器２１の底２１ｂは、リング段部２ｒにより形成される。

従って、回転手段１３は、玉軸受３により、位置固定のステータ１２に対して相対的に、但し回転手段１３に配置された駆動手段１４により回転可能である。駆動手段１４は、特にステータ１２に取り付けられた図示していない駆動モータにより駆動可能である。駆動モータは、図示していない制御装置により制御される。

駆動手段１４は、回転手段１３の中空体４の下側の部分に設けられており、これに対して案内部１３ｆは、中空体４の上側の部分に配置されている。収容手段５は、周縁部５ｒの内側で槽状に形成されており、この場合、周縁部５ｒに接続する槽壁５ｗは、回転軸線Ｄに対して平行ではなく、１５°〜７５°、特に３０°〜７０°の槽壁角度Ｗを成して槽底５ｂにまで延在している。槽壁５ｗと槽底５ｂとにより、収容手段５の槽状の浸漬開口５ｅが形成される。

収容手段５には、図示していない、特に自由に、好適には制御装置により制御されて移動可能な流体管路を介して、流体８が充填可能である。収容手段５は、保持面９ａに対して反対側に配置された少なくとも１つの基板処理面９ｏで基板９が流体８に浸漬可能であるように、寸法付けられている。

保持面９ａは、特に少なくとも大部分で位置固定手段２２により覆われていて、覆われた箇所では、流体８に曝されない。

遅くとも流体８に基板９が浸漬される際に、押流し用流体が、押流し手段１１により、保持面９ａの外側及び基板処理面９ｏの外側に位置する押流し面９ｓに沿って流される。押流し面９ｓは、リング状に保持面９ａの周りに延在しており、押流し用流体による流しにより、押流し面９ｓが（押流し面９ｓも）できるだけ流体８に曝されないようになる。

基板処理面９ｏが流体８に浸漬されていると、直ちに、基板９は浸漬手段１９の回転により回転させられるので、流体８の作用が促進される。

追加的に、基板処理面９ｏに対する流体８の作用は、加熱手段１６が収容手段５と回転手段１３とにより形成される加熱室１５に進入して作動させられることにより、促進させることができる。加熱手段１６は、槽底５ｂに向いた側の加熱プレート１７と加熱プレート１７が載置している加熱体１８とを備える。加熱体１８は、加熱作用を均等化するために回転可能に構成されている。

基板処理面９ｏの処理が終了されていると、直ちに、浸漬手段１９の回転速度が低下され、基板９は、流体８から外へ、図１に示した位置に退出させられる。この位置で、基板９の回転は再び加速され、これにより場合により基板９に付着している流体８は先ず滴下し、続いて遠心力ではじき飛ばされる。滴下するもしくは遠心力ではじき飛ばされる流体８の大部分は、収容手段５に留まり、これに対して好適には１０％を下回る部分は、周縁部５ｒを越えてはじき飛ばされ、流体捕集容器２１に捕集される。

少なくとも１つの基板９が、しかし好適には複数の基板９が相応に処理された後で、流体８の交換が必要になる。このために浸漬手段１９が退出させられた状態で、回転手段１３が、駆動手段１４により駆動され、これにより流体８は、流体に作用する遠心力により、半径方向に、回転軸線Ｄから外へ槽底及び槽壁５ｒに沿って周縁５ｒを越えて流体捕集容器２１に進入するまで運び出される。

底２１ｂもしくは底２１ｂの最深部、特に凹設領域２１ａにおいて、リング段部２ｒの周に複数の排出部６が分配して配置されており、搬出部６を通して、特に制御装置により制御可能な弁を介して、流体８を適切に抜き出して、浄化処理部に供給することができる。

流体８をできるだけ完全に流体捕集容器２１に捕集するために、下部２に上部１が設けられている。上部１は、周壁２ｗに対応する周壁１ｗと、半径方向内向きに向けられたリング段部１ｒとを有する。この場合、上部１は、収容手段５から槽壁５ｗに沿って外へ遠心力ではじき飛ばされた流体８が周壁１ｗとリング段部１ｒとにより形成されたＬ字形の内壁で受け止められ、この内壁から流体捕集容器２１に滴下する、又は周壁２ｗに沿って流体捕集容器２１に流れるように、構成されている。

リング段部１ｒは、開口２０を備え、この開口２０を通して、浸漬手段１９は、収容手段５に向けて移動可能である。上部１は、開口２０がリング部５ａにおける収容手段の直径よりも小さな開口直径を有するので、別個の構成要素として構成されている。

１ 上部
１ｗ 周壁
１ｒ リング段部
２ 下部
２ｗ 周壁
２ｒ リング段部
２ｌ 軸受リング
２ｕ 下面
３ 軸受
３ｋ 軸受
４ 中空体
５ 収容手段
５ｒ 周縁部
５ｏ 上縁
５ａ リング部
５ｂ 槽底
５ｅ 浸漬開口
５ｗ 槽壁
６ 排出部
８ 流体
９ 基板
９ｏ 基板処理面
９ａ 保持面
９ｓ 押流し面
１１ 押流し手段
１１ｋ 押流し用流体路
１２ ステータ
１２ｆ 案内部
１３ 回転手段
１３ｆ 案内部
１３ｓ 端面
１４ 駆動手段
１５ 加熱室
１６ 加熱手段
１７ 加熱プレート
１８ 加熱体
１９ 浸漬手段
１９ｅ 浸漬側
１９ｒ 回転体
１９ｓ ウェブ
１９ｆ 押流し用流体管路
２０ 開口
２１ 流体捕集容器
２１ａ 凹設領域
２１ｂ 底
２２ 位置固定手段
２３ 軸受蓋
２３ｏ 上面
Ｄ 回転軸線
Ｗ 槽壁角度

Claims (13)

1. 流体（８）への基板処理面（９ｏ）の浸漬により、流体（８）で基板（９）の基板処理面（９ｏ）を処理する装置であって、
   浸漬開口（５ｅ）を有する、流体（８）を収容する収容手段（５）と、
   前記浸漬開口（５ｅ）を通して前記収容手段（５）に基板（９）の基板処理面（９ｏ）を浸漬させる浸漬手段（１９）と、
   加熱プレート（１７）を有する回転可能な加熱体（１８）として構成された、流体（８）の温度を制御する加熱手段（１６）と、
   前記収容手段（５）から流体（８）の少なくとも大部分を排出するために前記収容手段（５）を回転させる回転手段（１３）と、を備え、
   前記浸漬手段（１９）は、前記基板処理面（９ｏ）とは反対側の保持面（９ａ）で前記基板（９）を位置固定する位置固定手段（２２）を備えることを特徴とする、基板処理面を処理する装置。
2. 前記収容手段（５）は、半径方向で折り曲げられた槽壁（５ｗ）を有する、回転対称的な槽として構成されている、請求項１記載の装置。
3. 前記槽は、リング状の流体捕集容器（２１）に向けて流体（８）を導出するための、槽の形とは逆向きに湾曲された、回転手段（１３）を覆う周縁部（５ｒ）を備える、請求項２記載の装置。
4. ステータ（１２）により形成される前記流体捕集容器（２１）は、底（２１ｂ）に、少なくとも１つの凹設領域（２１ａ）に、前記流体捕集容器（２１）の最深部に、制御可能な弁をそれぞれ有する少なくとも１つの排出部（６）を備える、請求項３記載の装置。
5. 前記収容手段（５）は、前記周縁部（５ｒ）の領域で、回転対称的な中空体として構成された前記回転手段（１３）上に位置固定可能である、請求項３又は４記載の装置。
6. ステータ内側で回転可能な前記回転手段（１３）を保持するための、回転対称的な中空体として構成されたステータ（１２）が設けられている、請求項４又は５記載の装置。
7. 当該装置は、リング状の、前記ステータ（１２）の内周に配置された案内部（１２ｆ）に沿った前記回転手段（１３）の回転が、前記案内部（１２ｆ）と、前記回転手段（１３）の、前記案内部（１２ｆ）に対応する案内部（１３ｆ）との間で玉軸受（３）により行われるように、構成されている、請求項６記載の装置。
8. 前記浸漬手段（１９）は、前記基板処理面（９ｏ）の外側及び前記保持面（９ａ）の外側に残る押流し面（９ｓ）を押流し用流体で流す押流し手段（１１）を備える、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 流体（８）で基板（９）の少なくとも１つの基板処理面（９ｏ）を処理する方法であって、
   浸漬手段（１９）により前記基板処理面（９ｏ）とは反対側の保持面（９ａ）で前記基板（９）を位置固定し保持するステップと、
   流体（８）を収容する収容手段（５）に収容された流体（８）に前記基板処理面を浸漬するステップと、
   加熱プレート（１７）を有する回転可能な加熱体（１８）として構成された加熱手段（１６）により、流体（８）の温度を制御するステップと、
   前記収容手段（５）から流体を排出して空状態にするために前記収容手段（５）を回転させるステップと、
   を有することを特徴とする、基板処理面を処理する方法。
10. 回転手段（１３）をステータ（１２）内で回転可能に保持し、
    リング状の、前記ステータ（１２）の内周に配置された案内部（１２ｆ）に沿った前記回転手段（１３）の回転を、前記案内部（１２ｆ）と、前記回転手段（１３）の、前記案内部（１２ｆ）に対応する案内部（１３ｆ）との間で玉軸受（３）により行う、請求項９記載の方法。
11. 流体（８）の温度を、流体（８）の温度を制御する加熱手段（１６）により、少なくとも前記基板処理面（９ｏ）の浸漬中に制御する、請求項９又は１０記載の方法。
12. 少なくとも前記基板処理面（９ｏ）の浸漬中に、前記基板処理面（９ｏ）の外側及び前記基板処理面（９ｏ）とは反対側の保持面（９ａ）の外側に残る押流し面（９ｓ）の押流しを行う、請求項９から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 前記基板処理面（９ｏ）を、前記基板（９）を保持する位置固定手段（２２）により、少なくとも浸漬中に回転させる、請求項９から１２までのいずれか１項記載の方法。

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