JP6377030B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

開示の実施形態は、基板処理装置に関する。
半導体デバイスの製造工程では、基板上に形成されたレジストをマスクとして、エッチングやイオン注入等の処理が行われる。その後、不要となったレジストは基板上から除去される。
レジストの除去方法としては、硫酸と過酸化水素水との混合液であるＳＰＭ（Sulfuric acid Hydrogen Peroxide Mixture）を基板に供給することによってレジストを除去するＳＰＭ処理が知られている。ＳＰＭは、レジストの除去能力を高めるために高温に加熱された状態でノズルから基板に吐出される（たとえば、特許文献１参照）。
特開２０１３−２０７０８０号公報
しかしながら、上述した従来技術には、吐出不良なく処理液を吐出するという点で更なる改善の余地がある。
具体的には、従来技術のように高温の処理液を用いる場合、処理液の熱による影響を受けてノズルにたとえば熱変形が生じ、吐出位置や吐出状態が変わってしまう等の吐出不良が生じるおそれがあった。また、高温の処理液を用いた処理にも多様な処理液の吐出形態があり、これに対応可能な処理液の吐出構造が求められていた。
なお、かかる課題は、気体を含む処理流体全般に共通する課題である。また、高温の処理液を用いる場合に限らず、処理に必要な吐出形態に応じて起こりうる課題である。
実施形態の一態様は、処理に必要な吐出形態に応じ、吐出不良なく処理流体を吐出することができる基板処理装置を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係る基板処理装置は、ノズルと、配管とを備える。ノズルは、基板へ向けて処理流体を吐出する。配管は、ノズルへ処理流体を供給する。また、配管は、内側から順に第１層、第２層および第３層をなす３層構造を有し、ノズルと第１層の先端および第３層の先端が接合し、第１層の先端が、第２層の先端よりも、処理流体の吐出方向に対し突出していない位置にある。
実施形態の一態様によれば、処理に必要な吐出形態に応じ、吐出不良なく処理流体を吐出することができる。
図１は、実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。 図２は、処理ユニットの構成を示す平面模式図である。 図３Ａは、ノズルユニットの構成を示す略断面図である。 図３Ｂは、図３Ａに示すＰ１部の拡大模式図である。 図３Ｃは、図３Ａに示すＰ２部の拡大模式図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する基板処理装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
また、以下では、処理流体が、硫酸と過酸化水素水との混合液であるＳＰＭである場合を例に挙げて説明を行う。
図１は、本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。
図１に示すように、基板処理システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２と処理ステーション３とは隣接して設けられる。
搬入出ステーション２は、キャリア載置部１１と、搬送部１２とを備える。キャリア載置部１１には、複数枚の基板、本実施形態では半導体ウェハ（以下ウェハＷ）を水平状態で収容する複数のキャリアＣが載置される。
搬送部１２は、キャリア載置部１１に隣接して設けられ、内部に基板搬送装置１３と、受渡部１４とを備える。基板搬送装置１３は、ウェハＷを保持するウェハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１３は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウェハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウェハＷの搬送を行う。
処理ステーション３は、搬送部１２に隣接して設けられる。処理ステーション３は、搬送部１５と、複数の処理ユニット１６とを備える。複数の処理ユニット１６は、搬送部１５の両側に並べて設けられる。
搬送部１５は、内部に基板搬送装置１７を備える。基板搬送装置１７は、ウェハＷを保持するウェハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１７は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウェハ保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間でウェハＷの搬送を行う。
処理ユニット１６は、基板搬送装置１７によって搬送されるウェハＷに対して所定の基板処理を行う。
また、基板処理システム１は、制御装置４を備える。制御装置４は、たとえばコンピュータであり、制御部１８と記憶部１９とを備える。記憶部１９には、基板処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１８は、記憶部１９に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム１の動作を制御する。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置４の記憶部１９にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
上記のように構成された基板処理システム１では、まず、搬入出ステーション２の基板搬送装置１３が、キャリア載置部１１に載置されたキャリアＣからウェハＷを取り出し、取り出したウェハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウェハＷは、処理ステーション３の基板搬送装置１７によって受渡部１４から取り出されて、処理ユニット１６へ搬入される。
処理ユニット１６へ搬入されたウェハＷは、処理ユニット１６によって処理された後、基板搬送装置１７によって処理ユニット１６から搬出されて、受渡部１４に載置される。そして、受渡部１４に載置された処理済のウェハＷは、基板搬送装置１３によってキャリア載置部１１のキャリアＣへ戻される。
次に、処理ユニット１６の概略構成について図２を参照して説明する。図２は、処理ユニット１６の構成を示す平面模式図である。
図２に示すように、処理ユニット１６は、チャンバ２１内に、基板保持機構２２と、回収カップ２３と、ノズルユニット２４とを備える。
基板保持機構２２は、ウェハＷを水平に保持するとともに、保持したウェハＷを鉛直軸まわりに回転させる。回収カップ２３は、基板保持機構２２を取り囲むように配置され、回転に伴う遠心力によってウェハＷの外方へ飛散する処理液を受け止めて回収する。
ノズルユニット２４は、ウェハＷの上方からウェハＷへ向けて処理液を供給する。かかるノズルユニット２４は、ノズル２４１と、先端部においてノズル２４１を支持するノズルアーム２４２と、ノズルアーム２４２を昇降可能および旋回可能に支持するアーム支持部２４３とを備える。
かかるノズルユニット２４の構成について、図３Ａを参照してより具体的に説明する。図３Ａは、ノズルユニット２４の構成を示す略断面図である。なお、図３Ａは、図２に示したＡ−Ａ’線略断面図となっている。
図３Ａに示すように、ノズル２４１は、ノズルチップ２４１ａと、囲い部材２４１ｂとを備える。ノズルチップ２４１ａは、アーム支持部２４３およびノズルアーム２４２それぞれの内部を介して供給されるＳＰＭをウェハＷへ向けて吐出する。
なお、ＳＰＭは、たとえばレジストの除去に用いられる場合、１６０℃前後の高温でノズルチップ２４１ａから吐出される。ノズルチップ２４１ａの素材としては、ＳＰＭに対する耐薬液性や耐熱性等の観点から、熱可塑性樹脂、たとえばＰＦＡ等を好適に用いることができる。
囲い部材２４１ｂは、上端部および下端部が開口された中空錐体状、たとえば図３Ａに示すように傘状に形成され、かかる傘の内側にノズルチップ２４１ａの先端部を囲うように、ノズルチップ２４１ａに取り付けられる。囲い部材２４１ｂは、ノズルチップ２４１ａから吐出されるＳＰＭの飛散等を防ぐ役割を担う。
ここで、図３Ａに示すＰ１部の拡大模式図である図３Ｂを参照して、ノズルアーム２４２内に形成され、ノズル２４１へＳＰＭを供給する配管２５の具体的な構成について説明する。
図３Ｂに示すように、配管２５は、第１層配管２５１と、第２層配管２５２と、第３層配管２５３からなる３層構造を有している。第１層配管２５１は、最も内側に配置され、内部にＳＰＭ流路２５４が形成された配管である。
図３Ｂに示すように、かかる第１層配管２５１は、その先端２５１ａが、他の第２層配管２５２および第３層配管２５３の先端よりも、ノズル２４１に対し奥まった位置にあるように設けられる。この位置は少なくとも第２層配管２５２の先端よりも液の吐出方向側に対して突出していなければよい。また、ノズル２４１と第１層配管の先端２５１ａおよび第３層配管２５３の先端が接合され、第２層配管２５２の先端はノズル２４１に予め設けられた円形の溝の中に挿入して固定する。
これにより、比較例として第１層配管２５１の先端２５１ａが最も外側に突出してノズルチップ２４１ａそのものとなってしまうような場合に比して、処理に必要な処理液の吐出形態に応じてノズルチップ２４１ａを多様に変更することができる。しかも、金属部材である第２層配管２５２をノズル２４１の中まで進入させるので強度も強い。なお、囲い部材２４１ｂがノズル２４１と第３層配管２５３の先端の接合位置を覆うように接合されるので、さらに強度を強くすることができる。
また、比較例のように第１層配管２５１の先端２５１ａがノズルチップ２４１ａそのものであれば、ＳＰＭの熱による影響を受けて第１層配管２５１に熱変形等が生じれば、それはそのままノズルチップ２４１ａからの吐出不良へ直結してしまう。
しかし、本実施形態では、第１層配管２５１の先端２５１ａが突出していない（奥まった位置にある）ことにより、先端２５１ａとノズルチップ２４１ａとは必ず別体となるので、ＳＰＭの熱に起因する上述のような吐出不良を生じにくくすることができる。
すなわち、処理に必要な吐出形態に応じ、吐出不良なく多様に高温の処理液を吐出することができる。
第１層配管２５１の素材としては、ノズルチップ２４１ａと同様に、熱可塑性樹脂、たとえばＰＦＡ等を好適に用いることができる。
第２層配管２５２は、第１層配管２５１の外側に配置される金属配管である。第２層配管２５２の素材としては、ステンレス等を好適に用いることができる。かかる金属配管である第２層配管２５２で第１層配管２５１の外装を覆い固定することで、配管２５の強度を高めることができるうえ、第１層配管２５１のＳＰＭによる熱変形を抑えることができる。
なお、第１層配管２５１と第２層配管２５２との間には、空間ＳＰが形成されていることが好ましい。かかる空間ＳＰにより、第１層配管２５１から第２層配管２５２への熱伝導を断熱することができるので、ＳＰＭ流路２５４を通るＳＰＭの温度を保持するのに資することができる。
第３層配管２５３は、第２層配管２５２の外側に配置される配管である。第３層配管２５３の素材としては、第１層配管２５１と同様に、熱可塑性樹脂、たとえばＰＦＡ等を好適に用いることができる。
かかる第３層配管２５３で第２層配管２５２の外装を覆い、密着させて固定することで、ＳＰＭ雰囲気による腐食等から第２層配管２５２を保護することができる。
なお、第１層配管２５１の先端２５１ａはノズルチップ２４１ａに対し、たとえば溶着固定される。また、第２層配管２５２の先端はノズルチップ２４１ａに対し、たとえば図３Ｂに示すように挿し込んで固定される。また、第３層配管２５３の先端はノズルチップ２４１ａに対し、たとえば溶接固定される。
図３Ａの説明に戻り、つづいてスリット２４２ａについて説明する。図３Ａに示すように、ノズルアーム２４２は、スリット２４２ａを備える。スリット２４２ａは、第２層配管２５２に開口され、第１層配管２５１のＳＰＭ流路２５４を流れるＳＰＭの状態（泡の発生の有無等）を確認するための覗き窓として機能する。
ノズルアーム２４２の基端部は、アーム支持部２４３によって支持される。アーム支持部２４３は、可動部２４３ａと、固定部２４３ｂとからなる。固定部２４３ｂは、鉛直軸（ここではＺ軸）に沿って延在する中空の支柱状に形成され、チャンバ２１に対し固定されて設けられる。
可動部２４３ａは、その上端部においてノズルアーム２４２の基端部を支持する。ここで、図３Ａに示すＰ２部の拡大模式図である図３Ｃを参照して、ノズルアーム２４２の基端部の支持構造について説明する。
図３Ｃに示すように、ノズルアーム２４２の基端部は、可動部２４３ａの上端部に設けられた支持部材２４９によって支持される。具体的には、第３層配管２５３は、その基端部を支持部材２４９に対し、たとえば溶接固定される。なお、支持部材２４９の素材としては、熱可塑性樹脂、たとえばＰＴＦＥ等を用いることができる。
また、第２層配管２５２は、その基端部を回り止めピン２９によって周方向への回転を抑えられつつ固定され、可動部２４３ａが回転や昇降動作等をしても、ノズルアーム２４２の位置がずれてしまわないようにする。
また、第１層配管２５１は、支持部材２４９を貫通して配設され、支持部材２４９の後端部において第１保持シール部材２７によって、支持部材２４９に対し保持される。
第１保持シール部材２７は、たとえばＯリング等であって、第１層配管２５１の周囲を封止し、かつ、第１層配管２５１を延在方向に沿って可動可能に保持する部材である（図中の矢印ａ３参照）。
かかる第１保持シール部材２７により保持することによって、第１層配管２５１のＳＰＭによる熱変形を許容しつつ、第１層配管２５１を保持することが可能となる。
図３Ａの説明に戻り、引き続き可動部２４３ａについて説明する。また、可動部２４３ａは、固定部２４３ｂの中空部に沿って延在する部位（以下、「延在部」と言う）を有して形成されるとともに駆動部２４４に接続され、駆動部２４４の駆動によって固定部２４３ｂに対し、鉛直軸に沿って昇降可能に、かつ、鉛直軸まわりに旋回可能に設けられる（図中の矢印ａ１，ａ２参照）。
なお、可動部２４３ａもまた中空構造をなしており、その中空部には、ノズルアーム２４２を介してノズル２４１まで通ずる前述の第１層配管２５１が配設され、ミキシング領域２６へ接続される。
ミキシング領域２６は、ＳＰＭが均一な混合液となるように過酸化水素水と硫酸とを混合する領域であり、可動部２４３ａの延在部内に鉛直軸に沿ったライン状に設けられる。
ミキシング領域２６の混合位置ＭＰには、過酸化水素水供給源２４６からバルブ２４５を介した過酸化水素水の供給系、ならびに、硫酸供給源２４８からバルブ２４７を介した硫酸の供給系がそれぞれ接続される。
ここで、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の供給系と硫酸（Ｈ２ＳＯ４）の供給系とは、混合位置ＭＰにおいて合流するように設けられている。そして、合流した両液は、混合位置ＭＰからミキシング領域２６内へ上昇してゆくこととなる。
ミキシング領域２６は、混合位置ＭＰにて混合された過酸化水素水と硫酸とを、均一な混合液となるように混合する。
なお、混合位置ＭＰは、過酸化水素水と硫酸との混合による突沸等を防ぐことができるような、ノズル２４１の先端から処理距離を置いた位置であることが好ましい。
また、ミキシング領域２６が配置される可動部２４３ａの延在部内は、密閉空間ＣＳとなっている。密閉空間ＣＳは、可動部２４３ａ内において第１層配管２５１を保持する第２保持シール部材２８によって形成される。
第２保持シール部材２８は、第１層配管２５１の周囲を封止し、かつ、第１層配管２５１を延在方向に沿って可動可能に保持する部材であり、第１保持シール部材２７と同様に、たとえばＯリング等を用いることができる。
上述してきたように、本実施形態に係る基板処理システム１（「基板処理装置」の一例に相当）は、ノズル２４１と、ノズルアーム２４２と、配管２５とを備える。
ノズル２４１は、ウェハＷ（「基板」の一例に相当）へ向けてＳＰＭ（「処理流体」の一例に相当）を吐出する。ノズルアーム２４２は、先端部においてノズル２４１を支持する。配管２５は、ノズルアーム２４２内にあってノズル２４１へＳＰＭを供給する。
また、配管２５は、内側から順に第１層配管２５１（「第１層」の一例に相当）、第２層配管２５２（「第２層」の一例に相当）および第３層配管２５３（「第３層」の一例に相当）をなす３層構造を有し、第１層配管２５１の先端２５１ａが、他の層の先端よりも、ノズル２４１に対し突出していない（奥まった）位置にある。
したがって、本実施形態に係る基板処理システム１によれば、吐出不良なく多様に高温のＳＰＭを吐出することができる。
なお、上述した実施形態では、処理流体がＳＰＭである場合を例に挙げたが、無論ＳＰＭに限られるものではなく、他の液体であってもよい。また、液体に限らず、Ｎ２のような気体であってもよい。
また、上述した実施形態のノズルチップ２４１ａの形状は、無論図示したものに限られない。たとえば、省薬液処理等に使用される小流量用の小口径ノズルであってもよい。また、所定の角度の付いた角度付きノズル等であってもよい。
また、上述した実施形態では、囲い部材２４１ｂが、底面が円である中空円錐体状である場合を例に示したが、底面が多角形である中空錐体状であってもよい。また、錐体の側面が平面ではなく、曲面であってもよい。また、囲い部材２４１ｂが取り付けられていないノズル２４１であってもよい。以上のように、処理液の温度に限らず、流体の種別やノズルの形状等といった処理に必要な吐出形態に応じ、吐出不良なく流体を吐出することができる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
１ 基板処理システム
２ 搬入出ステーション
３ 処理ステーション
４ 制御装置
１６ 処理ユニット
２４ ノズルユニット
２５ 配管
２６ ミキシング領域
２７ 第１保持シール部材
２８ 第２保持シール部材
２９ 回り止めピン
２４１ ノズル
２４１ａ ノズルチップ
２４１ｂ 囲い部材
２４２ ノズルアーム
２４３ アーム支持部
２４９ 支持部材
２５１ 第１層配管
２５１ａ 先端
２５２ 第２層配管
２５３ 第３層配管
２５４ ＳＰＭ流路
ＣＳ 密閉空間
ＭＰ 混合位置
ＳＰ 空間
Ｗ ウェハ

Claims (10)

  1. 基板へ向けて処理流体を吐出するノズルと、
    前記ノズルへ処理流体を供給する配管と
    を備え、
    前記配管は、
    内側から順に第１層、第２層および第３層をなす３層構造を有し、
    前記ノズルと前記第１層の先端および前記第３層の先端が接合し、前記第１層の先端が、前記第２層の先端よりも、前記処理流体の吐出方向に対し突出していない位置にあること
    を特徴とする基板処理装置。
  2. 前記第１層と前記第２層との間に空間が形成されていること
    を特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 先端部において前記ノズルを支持するノズルアームと、
    上端部において前記ノズルアームの基端部を支持するアーム支持部と
    を備え、
    前記アーム支持部は、
    前記ノズルアームの基端部から延びて配設される前記第１層を可動可能に保持し、前記第２層を固定すること
    を特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 前記アーム支持部は、
    前記ノズルアームの基端部から延びて配設される前記第１層の周囲を封止し、かつ、該第１層を可動可能に保持する支持部材を有すること
    を特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
  5. 複数の流体が均一に混合されるミキシング領域を備え、
    前記アーム支持部は、
    鉛直軸に沿って延在する中空の支柱状に形成された形状を有し、
    前記ミキシング領域は、
    前記支柱内に設けられること
    を特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 前記支持部材は、
    前記第１層を支持することによって前記アーム支持部の内部に密閉空間を形成し、
    前記ミキシング領域は、
    前記密閉空間に配置されること
    を特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
  7. 前記アーム支持部は、
    前記第２層の周方向への回転を回り止めすること
    を特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  8. 前記ノズルは、
    前記処理流体の吐出口を有するノズルチップを備え、
    前記第１層の先端は、
    前記ノズルチップに溶着されること
    を特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  9. 前記第１層および前記第３層は、熱可塑性樹脂であり、
    前記第２層は、金属であること
    を特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  10. 前記処理流体は、硫酸と過酸化水素水との混合液であること
    を特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の基板処理装置。
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