JP6338904B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
この発明は、有機ＥＬ表示装置用ガラス基板、液晶表示装置用ガラス基板、太陽電池用パネル基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板、半導体ウエハ等の基板の表面および裏面に処理液を供給して基板を処理する基板処理装置に関する。
例えば、基板としての半導体ウエハに表面をフッ酸（ＨＦ）でエッチング処理する基板処理装置においては、半導体ウエハの表裏両面をエッチングする目的、あるいは、半導体ウエハの表面を均一にエッチングするために半導体ウエハの温度をフッ酸の温度に近づける目的で、半導体ウエハの表裏両面にフッ酸を供給している。そして、フッ酸によるエッチング処理後の半導体ウエハの表裏両面に純水を供給してリンス処理を行い、引き続き半導体ウエハの裏面に加熱された純水を供給して半導体ウエハの温度を上昇させた後、半導体ウエハを高速回転させることにより、半導体ウエハに付着した純水を振り切り乾燥する構成が採用されている。また、半導体ウエハの表面に加熱された純水を供給するときに、半導体ウエハの表面にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の有機溶媒を供給することにより、振り切り乾燥時の半導体ウエハの表面の乾燥性を向上させる構成も採用されている（特許文献１参照)。
このような基板処理装置においては、一般的に、半導体ウエハをスピンチャックにより保持し、このスピンチャックに保持されて回転する半導体ウエハの表面および裏面にフッ酸等の処理液を供給している。このとき、半導体ウエハの表面側に対しては、複数種の処理液に対応する複数の処理液供給ノズルを選択的に用いることにより、複数種の処理液を半導体ウエハの表面側に供給することができる。しかしながら、半導体ウエハの裏面側に対しては、このような自由度が少ない。すなわち、半導体ウエハの裏面側に対して複数種の処理液を供給する場合には、複数種の処理液が流通する共通管路を使用し、この共通管路よりスピンチャックに保持されて回転する半導体ウエハの裏面における回転中心に向けて複数種の処理液を供給する必要がある。
さらに、このような共通管路を使用して半導体ウエハの裏面に加熱された純水を供給した場合には、共通管路の温度が上昇する。そして、このような処理を連続して実行した場合には、蓄熱により共通管路の温度がさらに上昇するため、共通管路を介して半導体ウエハの裏面に供給される処理液に対して、共通管路の温度の影響が次第に高くなる。
一般的に、フッ酸によるエッチングレートはフッ酸の温度に対する依存性を有する。このため、半導体ウエハの裏面に供給される処理液の温度が変化した場合には、そのエッチングレートも変化することになり、複数の半導体ウエハ間において、均一なエッチング処理を行い得ないこととなる。
また、表面に供給されるフッ酸に比べて、裏面に高温の処理液をスピンチャックに保持されて回転する半導体ウエハの裏面における回転中心に向けて供給した場合には、半導体ウエハにおける回転中心付近と端縁付近で温度差が生じることになる。このような温度差が生じた場合には、半導体ウエハに対するエッチングの面内均一性が損なわれるという問題が生ずる。
なお、このような問題を解決するため、フッ酸処理の前に半導体ウエハを純水でリンスすることも考えられるが、このような構成を採用した場合には、フッ酸を回収して再利用することが困難となり、また、リンス工程を実行する分だけ処理時間が長くなってしまうという問題が生ずる。
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、共通管路を利用して基板の裏面に処理液と温水とを供給する場合においても、基板を均一に処理することが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、スピンチャックに保持されて回転する基板の表面に処理液を供給する表面処理液供給部と、前記スピンチャックに保持されて回転する基板の裏面における回転中心付近に液体を供給するための共通管路と、前記共通管路に処理液を供給する裏面処理液供給部と、前記共通管路に温水を供給する温水供給部と、を備えた基板処理装置であって、前記共通管路の外周部に流体を供給することにより、前記共通管路を冷却する冷却機構を備え、基板を連続して処理するときに、前記共通管路内に温水を供給した後前記共通管路に処理液を供給する前に、前記共通管路を前記流体により冷却することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記スピンチャックに保持されて回転する基板の表面に有機溶媒を供給する有機溶媒供給部をさらに備え、前記温水供給部は、前記有機溶媒供給部が前記スピンチャックに保持されて回転する基板の表面に有機溶媒を供給するときに、前記共通管路に温水を供給する。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記有機溶媒は、イソプロピルアルコールである。
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、複数の流入流出口を有する多連弁を備え、前記共通管路は前記多連弁の複数の流入流出口のうちの一つに連結されるとともに、前記裏面処理液供給部は前記多連弁の複数の流入流出口のうちの一つに処理液を供給し、前記温水供給部は前記多連弁の流入流出口のうちの一つに温水を供給する。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記多連弁と前記共通管路との間に配設された開閉弁と、前記多連弁の流入流出口のうちの一つに常温の純水を供給する純水供給部と、前記多連弁の流入流出口のうちの一つから前記多連弁の内部空間を吸引する吸引部と、を備える。
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の発明において、前記冷却機構は、前記共通管路の外周部に冷却水を供給する。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記冷却機構は、前記共通管路を囲む管状部材を備え、当該管状部材の内部に冷却水を供給する。
請求項８に記載の発明は、請求項６または請求項７に記載の発明において、前記スピンチャックに保持された基板を高速回転することにより前記基板を乾燥するときに、前記スピンチャックに保持されて回転する基板の表面に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を備えるとともに、前記冷却機構は、前記不活性ガス供給手段が前記スピンチャックに保持されて回転する基板の表面に不活性ガスを供給している間に、前記共通管路の外周部に冷却水を供給する。
請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項８のいずれかに記載の発明において、前記処理液は、フッ酸である。
請求項１０に記載の発明は、基板に液体を供給するための共通管路と、前記共通管路に接続されることにより前記共通管路内にエッチング液を供給する処理液供給部と、前記共通管路に接続されることにより前記共通管路内に温水を供給する温水供給部と、を備えた基板処理装置であって、前記温水供給部により前記共通管路内に温水を供給した後、前記共通管路の外周部に流体を供給することにより、前記共通管路を冷却する冷却機構を備え、基板を連続して処理するときに、前記共通管路内に温水を供給した後前記共通管路にエッチング液を供給する前に、前記共通管路を前記流体により冷却することを特徴とする。
請求項１および請求項１０に記載の発明によれば、冷却機構の作用で共通管路を冷却することにより、基板の裏面に供給されるエッチング液等の処理液の温度の上昇を防止して、基板を均一に処理することが可能となる。
請求項２および請求項３に記載の発明によれば、有機溶剤と温水の作用により、基板を迅速に乾燥させることが可能となる。
請求項４に記載の発明によれば、多連弁を利用して処理液と温水とを共通管路に供給することが可能となる。
請求項５に記載の発明によれば、開閉弁を閉止した状態で、純水供給部から多連弁内に常温の純水を供給し、吸引部により多連弁内の純水を吸引することにより、多連弁の温度上昇を防止することが可能となる。
請求項６および請求項７に記載の発明によれば、冷却水の作用により共通管路を速やかに冷却することが可能となる。
請求項８に記載の発明によれば、不活性ガスにより基板の乾燥を促進する間に、共通管路を冷却することが可能となる。
請求項９に記載の発明によれば、フッ酸によるエッチング処理時に、基板を均一にエッチングすることが可能となる。
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る基板処理装置の概要図である。
この基板処理装置は、基板としての半導体ウエハ１００をフッ酸によりエッチング処理するためのものであり、半導体ウエハ１００を回転可能に保持するスピンチャック１１を備える。このスピンチャック１１の上面には、半導体ウエハ１００の端縁を保持するための複数のチャック部材１２が配設されている。このスピンチャック１１は、基部１３内に配設されたモータの駆動により、鉛直方向を向く中心軸を中心に回転する。また、スピンチャック１１の外周部には、半導体ウエハ１００の回転に伴って半導体ウエハ１００から飛散する液体を捕獲するための図示しないカップ部材が配設されている。
また、この基板処理装置は、スピンチャック１１に保持されて回転する半導体ウエハ１００の表面に対して、有機溶剤としてのイソプロピルアルコールと不活性ガスとしての窒素ガスとを供給する複合ノズル４１を備える。また、この基板処理装置は、スピンチャック１１に保持されて回転する半導体ウエハ１００の表面に対して、処理液としてのフッ酸を供給するノズル４３と、リンス液としての純水（ＤＩＷ）を供給するノズル４２とを備える。これらの複合ノズル４１、ノズル４２およびノズル４３は、スピンチャック１１により保持されて回転する半導体ウエハ１００の上方に、選択的に配置される。なお、複合ノズル４１としては、例えば、特許第５３０８２１１号明細書に記載されたものを使用することができる。
また、この基板処理装置は、６個の流入流出口を有する多連弁２０を備える。この多連弁２０における流入流出口の一つは、開閉弁２８を介して、スピンチャック１１に保持されて回転する半導体ウエハ１００の裏面における回転中心付近に液体を供給するための共通管路２９と接続されている。また、この多連弁２０の他の流入流出口は、多連弁２０の内部空間を吸引するサックバック部２７に接続された管路２１と、多連弁２０に対して常温の純水を供給する管路２２と、多連弁２０に対して温水としての加熱された純水を供給するための管路２３と、多連弁２０に対して処理液としてのフッ酸を供給するための管路２４と、多連弁２０に対するプリディスペンス時に純水を排出するための管路２５とに接続されている。
さらに、この基板処理装置は、共通管路２９の外周部に対して冷却水としての常温の純水を供給することにより、共通管路２９を冷却する冷却機構を構成する冷却水の供給配管２６を備える。
図２は、共通管路２９を冷却するための冷却機構の概要図である。
この冷却機構は、共通管路２９を囲む管状部材３１を備える。管状部材３１の上端は、スピンチャック１１に保持されて回転する半導体ウエハ１００の裏面における回転中心付近に液体を供給するための、共通管路２９の端縁に接続された開口部３３を備える蓋部材３２により閉止されている。管状部材３１は、スピンチャック１１の中央部でスピンチャック１１とは間隙を有して配置されている。そのため、スピンチャック１１が回転しても、管状部材３１は回転することなく、半導体ウエハ１００の中央部裏面に対向する位置で開口部３３を支持する。そして、冷却水の供給配管２６は、この管状部材３１の内部に、常温の純水を供給する。管状部材３１の内部に供給された常温の純水は、共通管路２９の冷却に供された後、管状部材３１の下端より流出する。管状部材３１の下端から流出した純水は、下部に配置されたバット３９から装置外へ排出される。
次に、この基板処理装置による半導体ウエハ１００のエッチング処理工程について説明する。図３は、半導体ウエハ１００に対する処理工程を説明する表である。
最初に、半導体ウエハ１００を搬入し、スピンチャック１１におけるチャック部材１２により保持する。そして半導体ウエハ１００をスピンチャック１１とともに回転させる。この状態において、ノズル４３をスピンチャック１１により保持されて回転する半導体ウエハ１００の上部に移動させ、ノズル４３より半導体ウエハ１００の表面にフッ酸を吐出する。また、これと並行して、多連弁２０に対して管路２４よりフッ酸を供給するとともに、開閉弁２８を開放することにより、共通管路２９からスピンチャック１１に保持されて回転する半導体ウエハ１００の裏面における回転中心付近にフッ酸を供給する。これにより、半導体ウエハ１００の全面が均一な温度分布となることにより、表面のエッチング処理を均一に行うことができる。また、表裏面から同じフッ酸を供給することにより、半導体ウエハ１００に外周部に配設されたカップ部材には、フッ酸が捕獲される。そのため、フッ酸に純水などの不純物が混入することなく、回収を行うことができる。
次に、ノズル４２をスピンチャック１１により保持されて回転する半導体ウエハ１００の上部に移動させ、ノズル４２より半導体ウエハ１００の表面に純水を吐出する。また、これと並行して、多連弁２０に対して管路２２より純水を供給することにより、共通管路２９からスピンチャック１１に保持されて回転する半導体ウエハ１００の裏面における回転中心付近に純水を供給する。これにより、半導体ウエハ１００の表裏両面が純水によりリンス処理される。
次に、複合ノズル４１をスピンチャック１１により保持されて回転する半導体ウエハ１００の上部に移動させ、複合ノズル４１より半導体ウエハ１００の表面にイソプロピルアルコールを吐出する。また、これと並行して、多連弁２０に対して管路２３より摂氏７５度程度まで加熱された純水を供給することにより、共通管路２９からスピンチャック１１に保持されて回転する半導体ウエハ１００の裏面における回転中心付近に加熱された純水を供給する。これにより、半導体ウエハ１００の表面が揮発性の高いイソプロピルアルコールで覆われるとともに、半導体ウエハ１００が摂氏７５度程度まで加熱された温水により昇温される。
次に、複合ノズル４１より半導体ウエハ１００の表面に向けて窒素ガスを吐出するとともに、スピンチャック１１を高速回転させて、半導体ウエハ１００を振り切り乾燥する。このときには、半導体ウエハ１００の表面は揮発性の高いイソプロピルアルコールで覆われており、また、半導体ウエハ１００自体が加熱された純水の作用で昇温されていることから、半導体ウエハ１００は速やかに乾燥される。また、この半導体ウエハ１００の乾燥工程と並行して、多連弁２０と共通管路２９とを冷却する。
多連弁２０に対しては、最初に、開閉弁２８を閉止した状態で、サックバック部２７の作用により多連弁２０の内部空間を吸引し、多連弁２０の内部空間に残存する加熱された純水等を排出する（図３のＳＢ工程）。次に、多連弁２０に対して管路２２より常温の純水を供給することにより、多連弁２０を冷却する（図３のＤＩＷ工程）。そして、再度、サックバック部２７の作用により多連弁２０の内部空間を吸引し、多連弁２０の内部空間に残存する純水等を排出する（図３のＳＢ工程）。これにより多連弁２０の冷却が完了する。
一方、この多連弁冷却工程と並行して、冷却水の供給配管２６から共通管路２９を囲む管状部材３１の内部に常温の純水を供給する。管状部材３１の内部に供給された常温の純水は、共通管路２９の冷却に供された後、管状部材３１の下端より流出する。これにより、共通管路２９が冷却される。
以上の工程により、一枚の半導体ウエハ１００に対するエッチング処理が完了すれば、半導体ウエハ１００を搬出する。そして、引き続き、次の半導体ウエハ１００を搬入し、半導体ウエハ１００の表裏両面をフッ酸によりエッチング処理する。このときには、多連弁２０および共通管路２９は常温の純水により冷却されている。このため、半導体ウエハ１００の裏面に供給されるフッ酸が昇温されて半導体ウエハ１００が不均一に処理されることを効果的に防止することが可能となる。
図４は、一連のエッチング処理を行った場合の半導体ウエハ１００の温度変化を示すグラフである。ここで、図４の縦軸は半導体ウエハ１００の温度を示し、横軸は一枚の半導体ウエハ１００の処理を開始してからの時間を示す。
図４において丸印で示すグラフは、一枚目の半導体ウエハ１００を処理したときの半導体ウエハ１００の温度変化を示している。また、四角印で示すグラフは、上述した多連弁２０の冷却動作は実行するが、共通管路２９の冷却動作は実行しない場合の半導体ウエハ１００の温度変化を示している。さらに、三角印で示すグラフは、上述した多連弁２０の冷却動作と共通管路２９の冷却動作を実行したときの半導体ウエハ１００の温度変化を示している。
この図に示すように、多連弁２０の冷却動作と共通管路２９の冷却動作を実行したときには、共通管路２９に対する蓄熱により半導体ウエハ１００の温度上昇を防ぐことができる。これにより、半導体ウエハ１００を連続的に処理する場合においても、共通管路２９の蓄熱により半導体ウエハ１００が不均一に処理されることを有効に防止することが可能となる。
なお、上述した実施形態においては、共通管路２９を冷却水としての常温の純水により冷却している。これは、装置を清浄に保つためであるが、冷却水の流通路を完全に遮断できるのであれば、水道水等を冷却水として使用してもよい。また、液体に限らず、空気等の流体により共通管路２９を冷却するようにしてもよい。
また、上述した実施形態においては、処理液としてのフッ酸を利用して半導体ウエハ１００をエッチング処理する基板処理装置にこの発明を適用しているが、その他の処理液を使用した基板処理装置にこの発明を適用してもよい。
１１ スピンチャック
１２ チャック部材
２０ 多連弁
２６ 冷却水の供給管路
２７ サックバック部
２８ 開閉弁
２９ 共通管路
３１ 管状部材
３２ 蓋部材
３３ 開口部
４１ 複合ノズル
４２ ノズル
４３ ノズル
１００ 半導体ウエハ
１２ チャック部材
２０ 多連弁
２６ 冷却水の供給管路
２７ サックバック部
２８ 開閉弁
２９ 共通管路
３１ 管状部材
３２ 蓋部材
３３ 開口部
４１ 複合ノズル
４２ ノズル
４３ ノズル
１００ 半導体ウエハ
Claims (10)
- スピンチャックに保持されて回転する基板の表面に処理液を供給する表面処理液供給部と、前記スピンチャックに保持されて回転する基板の裏面における回転中心付近に液体を供給するための共通管路と、前記共通管路に処理液を供給する裏面処理液供給部と、前記共通管路に温水を供給する温水供給部と、を備えた基板処理装置であって、
前記共通管路の外周部に流体を供給することにより、前記共通管路を冷却する冷却機構を備え、
基板を連続して処理するときに、前記共通管路内に温水を供給した後前記共通管路に処理液を供給する前に、前記共通管路を前記流体により冷却することを特徴とする基板処理装置。 - 請求項１に記載の基板処理装置において、
前記スピンチャックに保持されて回転する基板の表面に有機溶媒を供給する有機溶媒供給部をさらに備え、
前記温水供給部は、前記有機溶媒供給部が前記スピンチャックに保持されて回転する基板の表面に有機溶媒を供給するときに、前記共通管路に温水を供給する基板処理装置。 - 請求項２に記載の基板処理装置において、
前記有機溶媒は、イソプロピルアルコールである基板処理装置。 - 請求項１から請求項３のいずれかに記載の基板処理装置において、
複数の流入流出口を有する多連弁を備え、
前記共通管路は前記多連弁の複数の流入流出口のうちの一つに連結されるとともに、
前記裏面処理液供給部は前記多連弁の複数の流入流出口のうちの一つに処理液を供給し、前記温水供給部は前記多連弁の流入流出口のうちの一つに温水を供給する基板処理装置。 - 請求項４に記載の基板処理装置において、
前記多連弁と前記共通管路との間に配設された開閉弁と、
前記多連弁の流入流出口のうちの一つに常温の純水を供給する純水供給部と、
前記多連弁の流入流出口のうちの一つから前記多連弁の内部空間を吸引する吸引部と、を備える基板処理装置。 - 請求項１から請求項５のいずれかに記載の基板処理装置において、
前記冷却機構は、前記共通管路の外周部に冷却水を供給する基板処理装置。 - 請求項６に記載の基板処理装置において、
前記冷却機構は、前記共通管路を囲む管状部材を備え、当該管状部材の内部に冷却水を供給する基板処理装置。 - 請求項６または請求項７に記載の基板処理装置において、
前記スピンチャックに保持された基板を高速回転することにより前記基板を乾燥するときに、前記スピンチャックに保持されて回転する基板の表面に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を備えるとともに、
前記冷却機構は、前記不活性ガス供給手段が前記スピンチャックに保持されて回転する基板の表面に不活性ガスを供給している間に、前記共通管路の外周部に冷却水を供給する基板処理装置。 - 請求項１から請求項８のいずれかに記載の基板処理装置において、
前記処理液は、フッ酸である基板処理装置。 - 基板に液体を供給するための共通管路と、前記共通管路に接続されることにより前記共通管路内にエッチング液を供給する処理液供給部と、前記共通管路に接続されることにより前記共通管路内に温水を供給する温水供給部と、を備えた基板処理装置であって、
前記温水供給部により前記共通管路内に温水を供給した後、前記共通管路の外周部に流体を供給することにより、前記共通管路を冷却する冷却機構を備え、
基板を連続して処理するときに、前記共通管路内に温水を供給した後前記共通管路にエッチング液を供給する前に、前記共通管路を前記流体により冷却することを特徴とする基板処理装置。
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