JP6507433B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハなどの基板処理装置に関するものである。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、基板上の被膜の一部を除去して所望のパターンを形成したり、被膜の全部を除去したり、基板表面を清浄にするために、基板を洗浄液により処理する洗浄処理が行われている。このような洗浄処理を行う処理装置としては、基板を一枚ずつ洗浄する枚葉式の装置、複数枚の基板を所定の間隔で保持した状態で処理槽内の処理液に浸漬して洗浄するバッチ式の装置が知られている（例えば、特許文献１）。

また、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、洗浄処理によるエッチングにより、シリコンウエハなどの基板上に形成されたシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）とのうちシリコン窒化膜の選択的な除去が多々行われている。シリコン窒化膜を除去する処理液としては、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）水溶液が多く利用されている。リン酸水溶液は、その性質上、シリコン窒化膜だけでなく、シリコン酸化膜も僅かであるがエッチングしてしまう。今日の半導体デバイスでは、微細なパターンが要求されるため、エッチング量を制御するためにエッチングレートを一定に保つこと、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との各エッチングレートの比率である選択比を一定に保つことが重要になる。

特許第３２１４５０３号公報

従来のバッチ式の処理装置においては、所定の間隔で配置された複数枚の基板を処理した際、一部の基板のエッチングレートが低下するという問題があった。例えば、基板表面の所定の被膜を除去するために、複数枚の基板を従来のバッチ式の処理装置で処理した場合には、被膜の除去特性が基板間で不均一になることが確認されており、バッチ式の処理装置において、複数枚の基板間での除去特性を均一にすることが求められている。

そこで本発明は、所定の間隔で配置された複数枚の基板について、基板間での均一性がより高い処理を行なう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。

本発明に係る基板処理装置は、処理液を貯留し、所定の間隔で配置された複数枚の基板を処理する処理槽と、前記複数枚の基板の厚さ方向に前記処理液が流通する流路と、前記流路に沿って形成された複数の開口と、前記流路の先端を閉じる先端面とを有する第１および第２の吐出部と、前記第１の吐出部および前記第２の吐出部の基端へ前記処理液を供給し、給液口を有する供給路とを備え、前記給液口から前記第２の吐出部の前記先端面までの長さは、前記給液口から前記第１の吐出部の前記先端面までの長さと実質的に等しいことを特徴とする。

本発明によれば、基板処理装置は、給液口から先端面までの長さが実質的に等しい第１の吐出部および第２の吐出部を備えるので、第１の吐出部および第２の吐出部に形成された複数の開口から、より均一な流量で処理液を吐出することができる。

複数枚の基板の厚さ方向に処理液が流通する第１および第２の吐出部における複数の開口から、より均一な流量で処理液が吐出されるので、本発明の基板処理装置は、所定の間隔で配置された複数枚の基板について、基板間での均一性がより高い処理を行なうことができる。

本実施形態に係る基板処理装置を側面からみた状態を説明する模式図である。 本実施形態に係る基板処理装置を真上からみた状態を説明する模式図である。 本実施形態に係る基板処理装置における吐出部を説明する模式図である。 従来の基板処理装置における吐出部を説明する模式図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について詳細に説明する。

１．全体構成
図１に示す基板処理装置１０は、処理槽本体１２ａと、この外側に一体に設けられた外槽１２ｂとから構成される処理槽１２を備える。処理槽本体１２ａは、底面と、底面に一体に形成された側面とを有する箱状であり、矩形の上部開口を有している。処理槽本体１２ａにおいては、紙面に直交する方向に延びている一対の面を、特に側面１２ａ₁とする。図１には、保持具２２に収納された複数枚の基板２４が、処理槽本体１２ａ内の図示しない処理液中に浸漬されている状態を示している。ここでの複数枚の基板２４は、半導体基板である。

保持具２２は、一端２２ａから他端２２ｂにわたって、紙面に直交する方向に形成された複数の保持溝（図示せず）を有する。保持具２２は、複数の保持溝のそれぞれで基板２４を保持することによって、一端２２ａから他端２２ｂにわたって複数枚の基板２４を収納する。本実施形態においては、保持具２２は５０枚の基板２４を収納することができる。この場合、保持具２２の一端２２ａ側には１枚目の基板２４_sが保持され、他端２２ｂ側には５０枚目の基板２４_eが保持される。処理槽本体１２ａの側面１２ａ₁は、複数枚配列される基板２４の表面および裏面に沿った面である。複数枚の基板２４は、表面同士、裏面同士、あるいは表面と裏面とを対向させて、所定の間隔で配置することができる。

処理槽１２の底部には、処理液を吐出するための複数の開口１５が形成された吐出部１４ｂが、複数枚の基板２４の厚さ方向に沿って設けられている。吐出部１４ｂは、隔壁１６を介して隔てられた第１の吐出部１４ｂ₁と第２の吐出部１４ｂ₂とを含む。本実施形態においては、処理槽１２の所定箇所を貫通して底部に配置された直管１４の開口１５が設けられた部分を、吐出部１４ｂとして用いる。直管１４が貫通しているのは、処理槽本体１２ａの対向する一対の側面１２ａ₁、および一方の側面１２ａ₁の外側の外槽１２ｂの一側面１２ｂ₁である。

第１の吐出部１４ｂ₁と第２の吐出部１４ｂ₂とを隔てる隔壁１６は、処理槽本体１２ａにおける一対の対向する側面１２ａ₁の間の中央近傍で、直管１４内部に設けられている。直管１４内部は、複数枚の基板２４の厚さ方向に処理液が流通する流路１４ａとなる。本実施形態においては、直管１４の一部を吐出部１４ｂとして用いるので、第１の吐出部１４ｂ₁と第２の吐出部１４ｂ₂とは同軸上に位置している。

処理液を吐出するための複数の開口１５は、第１の吐出部１４ｂ₁と第２の吐出部１４ｂ₂とを含む吐出部１４ｂに、流路１４ａに沿って形成されている。複数の開口１５は、流路１４ａと外部とをつなぐように、吐出部１４ｂ表面に設けられる。本実施形態においては、複数の開口１５は、処理槽本体１２ａの底面に向けて処理液を吐出できるように設けられている。複数の開口１５は、均一な直径で直線状に設けることが好ましい。複数の開口１５のそれぞれの位置は、所定の間隔で配置された複数枚の基板２４における隣接する２枚の間に対応することが望まれる。また、吐出部１４ｂにおける複数の開口１５の総面積は、直管１４の断面積の２０％から２８％の範囲にする事が好ましい。ここで「２０％から２８％の範囲にする」とは、吐出部１４ｂにおける複数の開口１５の総面積をＳ１、直管１４の断面積をＳ２とした場合、（Ｓ１／Ｓ２）×１００（％）で表される値が２０％から２８％の範囲であることをいう。複数の開口１５の直径および個数は、直管１４の内径を考慮して、適宜設定することができる。例えば、直管１４の内径が１８ｍｍ程度の場合には、直径１．２ｍｍ程度の直径を有する開口１５を６３個程度、形成することができる。

第１の吐出部１４ｂ₁と第２の吐出部１４ｂ₂とを隔てる隔壁１６においては、第１の吐出部１４ｂ₁側の面１６₁は、第１の吐出部１４ｂ₁における流路１４ａの先端を閉じる先端面に相当する。一方、隔壁１６の第２の吐出部１４ｂ₂側の面１６₂は、第２の吐出部１４ｂ₂における流路１４ａの先端を閉じる先端面に相当する。本実施形態においては、隔壁１６によって、第１の吐出部１４ｂ₁の先端面１６₁と第２の吐出部１４ｂ₂の先端面１６₂とが一体に設けられている。上述したとおり、隔壁１６は、処理槽本体１２ａにおける対向する一対の側面１２ａ₁の間の中央近傍で直管１４内に設けられているが、隔壁１６の位置は、所定の間隔で配置された複数枚の基板２４の中央とは必ずしも一致しなくてもよい。

直管１４の両端には、Ｌ字状の連結管２７を介して直管２６がそれぞれ連結されている。各直管２６の端部には、Ｌ字状の連結管２９を介して直管２８がそれぞれ連結されている。２本の直管２８はＴ字状の連結管３１により直線状に連結され、Ｔ字状の連結管３１の残りの個所を介して給液口２０が設けられている。直管２６，２８の内径は、直管１４の内径と等しいことが好ましい。本実施形態においては、直管１４における吐出部１４ｂを除いた部分、Ｌ字状の連結管２７により直管１４の両端に連結された２本の直管２６、およびＬ字状の連結管２９により各直管２６に連結され、Ｔ字状の連結管３１により互いに連結された２本の直管２８によって供給路１８が構成される。このような供給路１８によって、給液口２０から、第１の吐出部１４ｂ₁の第１の基端１４ｂ_s、および第２の吐出部１４ｂ₂の第２の基端１４ｂ_eに処理液がそれぞれ供給される。

第１の吐出部１４ｂ₁の第１の基端１４ｂ_s、および第２の吐出部１４ｂ₂の第２の基端１４ｂ_eは、処理槽本体１２ａにおける一対の対向する側面１２ａ₁のそれぞれの近傍の領域である。第１の吐出部１４ｂ₁の第１の基端１４ｂ_sは、所定の間隔で配置された複数枚（本実施形態においては５０枚）の基板のうちの１枚目の基板２４_s側である。一方、第２の吐出部１４ｂ₂の第２の基端１４ｂ_eは、このように配置された複数枚の基板のうちの５０枚目の基板２４_e側である。

本実施形態においては、給液口２０から第１の吐出部１４ｂ₁の先端面１６₁までの長さと、給液口２０から第２の吐出部１４ｂ₂の先端面１６₂までの長さとが実質的に等しい。言い換えると、給液口２０から第１の吐出部１４ｂ₁を経由して隔壁１６に達する距離と、給液口２０から第２の吐出部１４ｂ₂を経由して隔壁１６に達する距離とが実質的に等しい。ここで「実質的に等しい」とは、給液口２０から第１の吐出部１４ｂ₁の先端面１６₁までの長さをＤ１、給液口２０から第２の吐出部１４ｂ₂の先端面１６₂までの長さをＤ２とした場合、（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１×１００（％）で表される値が±３（％）以下であることをいう。この条件を満たしていれば、供給路１８を構成する直管２６，２８の長さは特に限定されず、適宜設定することができる。同様に、吐出部１４ｂを構成する直管１４の長さも特に限定されないが、直管１４，２６，２８といった直管部分が長いほど、供給路１８の内部における整流効果が高められる。直管部分全体の長さは、例えば直管の内径の３５〜５５倍程度とすることができる。

なお、図２に示すように本実施形態においては、隔壁１６を介して隔てられた第１，第２の吐出部１４ｂ₁，１４ｂ₂を含む吐出部１４ｂは、所定の間隔で配置された複数枚の基板２４の厚さ方向に沿って、処理槽１２の底部の２か所に設けられている。２か所に設けられた吐出部１４ｂのそれぞれが、上述したように直管１４の一部で構成されている。

基板処理装置１０においては、例えば、処理液としてリン酸を用いて、所定の間隔で配置された複数枚の基板２４の表面のシリコン窒化膜をエッチング除去することができる。

２．動作および効果
本実施形態の基板処理装置１０においては、給液口２０から給液された処理液の一部は、矢印Ａ１，Ａ２，Ａ３で表されるように供給路１８内を流れて、第１の吐出部１４ｂ₁の第１の基端１４ｂ_sから第１の吐出部１４ｂ₁に流入する。給液口２０から給液された処理液の残部は、矢印Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３で表されるように供給路１８内を流れて、第２の吐出部１４ｂ₂の第２の基端１４ｂ_eから第２の吐出部１４ｂ₂に流入する。第１の吐出部１４ｂ₁と第２の吐出部１４ｂ₂とは隔壁１６によって隔てられているので、基板処理装置１０においては、給液口２０から給液された処理液は、隔壁１６に向かって供給路１８内を２方向に流れることになる。

第１の吐出部１４ｂ₁と第２の吐出部１４ｂ₂とを隔てている隔壁１６の表面および裏面１６₁，１６₂は、各吐出部１４ｂ₁，１４ｂ₂における流路１４ａの先端を閉じる先端面に相当する。本実施形態の基板処理装置１０においては、給液口２０から第１の吐出部１４ｂ₁の先端面１６₁までの長さと、給液口２０から第２の吐出部１４ｂ₂の先端面１６₂までの長さとが実質的に等しい。第１の吐出部１４ｂ₁および第２の吐出部１４ｂ₂には、実質的に等しい量の処理液が流入する。

第１の吐出部１４ｂ₁においては、先端面１６₁によって流路の先端が閉じられているため、処理液の流れる距離は、図３に示すように第１の基端１４ｂ_sから先端面１６₁までの距離Ｌ１となる。第２の吐出部１４ｂ₂においても同様に、先端面１６₂によって流路の先端が閉じられているため、処理液の流れる距離は、第２の基端１４ｂ_eから先端面１６₂までの距離Ｌ２となる（図３）。

本実施形態においては、隔壁１６を介して隔てられた第１および第２の吐出部１４ｂ₁，１４ｂ₂により吐出部１４ｂを構成しているので、処理液が流れる距離（Ｌ１＋Ｌ２）が２つに分割される。第１の吐出部１４ｂ₁においては、第１の基端１４ｂ_sから流入した処理液は、第１の吐出部１４ｂ₁内の距離Ｌ１を流れる。第２の吐出部１４ｂ₂においては、第２の基端１４ｂ_eから流入した処理液は、第２の吐出部１４ｂ₂内の距離Ｌ２を流れる。距離（Ｌ１＋Ｌ２）の全行程にわたる一方向の流れと比較すると、それぞれの吐出部１４ｂ₁，１４ｂ₂において、処理液は短い距離Ｌ１，Ｌ２を流れることになる。

第１の吐出部１４ｂ₁および第２の吐出部１４ｂ₂のそれぞれにおいては、処理液の流れる距離が短いことによって、内部を流れる処理液の圧力は変動が軽減される。第１の吐出部１４ｂ₁および第２の吐出部１４ｂ₂の内部を流れる処理液の圧力は、処理液の流れる距離が長い場合よりも均一になりやすい。第１の吐出部１４ｂ₁においては、第１の基端１４ｂ_sから流入した処理液は、より均一な圧力で距離Ｌ１を流れて先端面１６₁に達する。その結果、第１の吐出部１４ｂ₁における複数の開口１５からは、より均一な流量で処理液が吐出される。第２の吐出部１４_ｂ2においても同様に、第２の基端１４ｂ_eから流入した処理液は、より均一な圧力で距離Ｌ２を流れて先端面１６₂に達するので、第２の吐出部１４ｂ₂における複数の開口１５からも、より均一な流量で処理液が吐出される。

しかも、上述したように、給液口２０から第１の吐出部１４ｂ₁の先端面１６₁までの長さと、給液口２０から第２の吐出部１４ｂ₂の先端面１６₂までの長さとが実質的に等しい。このように構成されていることによって、実質的に等しい流量の処理液が、第１の吐出部１４ｂ₁および第２の吐出部１４ｂ₂に流入する。第１の吐出部１４ｂ₁内部を流れる処理液の圧力と、第２の吐出部１４ｂ₂内部を流れる処理液の圧力との間に差が生じることはなく、２つの吐出部１４ｂ₁，１４ｂ₂における処理液の圧力を実質的に等しくすることができる

こうして、第１の吐出部１４ｂ₁と第２の吐出部１４ｂ₂とを含む吐出部１４ｂ全域において、内部を流れる処理液の圧力がより均一となるので、吐出部１４ｂにおける全ての開口１５から、より均一な流量で処理液が吐出される。上述したとおり、第１の吐出部１４ｂ₁の第１の基端１４ｂ_sは１枚目の基板２４_s側であり、第２の吐出部１４ｂ₂の第２の基端１４ｂ_eは５０枚目の基板２４_e側である。したがって、所定の間隔で配置された複数枚の基板２４の全ての領域にわたって、より均一な流量の処理液が吐出部１４ｂの複数の開口１５から吐出されることとなる。

その結果、本実施形態の基板処理装置１０は、所定の間隔で配置された複数枚の基板２４について、基板間での均一性がより高い処理を行なうことが可能となった。

従来の基板処理装置の吐出部においては、所定の間隔で配置された複数枚の基板の厚さ方向の全域にわたって、均一な流量では処理液が吐出されない。図４に示すように、従来の基板処理装置における吐出部３４ｂでは、処理液は、矢印Ｃで示されるように１枚目の基板側３４ｂ_sから流入する。開口３５から処理液を吐出して全基板を処理するためには、処理液は、１枚目の基板側３４ｂ_sから５０枚目の基板側３４ｂ_eまで吐出部３４ｂ内の距離（Ｌ１＋Ｌ２）の全行程を一方向に流れる。

開口３５が設けられた吐出部３４ｂを流れる距離は、従来の基板処理装置では本実施形態の場合よりも長いので、吐出部３４ｂ内部を流れる処理液の圧力は、距離（Ｌ１＋Ｌ２）の間で変化する。吐出部３４ｂにおいては、１枚目の基板側３４ｂ_sから５０枚目の基板側３４ｂ_eまでにわたって、複数の開口３５から吐出される処理液の流量は均一とはならはない。

従来の基板処理装置では、所定の間隔で配置された複数枚の基板の厚さ方向の全域にわたって処理液が均一な流量で吐出されないので、所定の間隔で配置された複数枚の基板について、基板間での均一性の高い処理を行なうことはできない。

これに対して、本実施形態の基板処理装置１０は、処理液を吐出する複数の開口１５を有する吐出部１４ｂを、給液口２０から先端面１６₁，１６₂までの長さが実質的に等しい２つの吐出部１４ｂ₁，１４ｂ₂によって構成しているので、複数の開口１５から、より均一な流量で処理液を吐出することができる。その結果、本実施形態の基板処理装置１０は、所定の間隔で配置された複数枚の基板について、基板間での均一性がより高い処理を行なうことが可能となった。

３．変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することができる。

上記実施形態においては、複数枚の基板２４の表面に沿った処理槽本体１２ａの一対の対向する側面１２ａ₁を貫通して処理槽本体１２ａの底部に配置された直管１４の一部を、吐出部１４ｂとして用いたが、これに限定されない。処理槽本体１２ａ内部で直管２４の両端にＬ字状の連結管２７を連結し、複数枚の基板２４の厚さ方向に沿った処理槽本体１２ａの側面を貫通する供給路１８を設けてもよい。あるいは処理槽本体１２ａの底面を貫通する供給路１８を設けることもできる。場合によっては、供給路１８全体を処理槽本体１２ａの内部に配置して、給液口２０を処理槽本体１２ａの外側に設ける構成も可能である。

また、上記実施形態においては、吐出部１４ｂと供給路１８とで無端管を構成して、供給路１８に１つの給液口２０を設けたが、必ずしも無端管に限定されない。それぞれの先端面までの給液口２０からの長さが等しく、等しい条件で処理液を給液することができれば、第１の吐出部１４ｂ₁および第２の吐出部１４ｂ₂のそれぞれについて、別個の給液口２０を設けてもよい。

第１の吐出部１４ｂ₁と第２の吐出部１４ｂ₂とは、同一の直管の一部である必要はない。例えば、端面の一方が閉じた２つの筒状部材を用いて、第１の吐出部１４ｂ₁と第２の吐出部１４ｂ₂とをそれぞれ別個に構成することもできる。

第１の吐出部１４ｂ₁および第２の吐出部１４ｂ₂を含む吐出部１４ｂに形成される開口１５は、上方に向けて処理液を吐出できるように設けることもできる。この場合、処理液が吐出される方向は、複数枚の基板２４側および処理槽本体１２の側面側のいずれとしてもよい。直線状に設けられる複数の開口１５の列は、１列に限らず複数の列とすることもできる。

供給路１８は、曲線部を有していてもよい。曲線部を有する供給路１８は、例えば、湾曲管を所定の連結管で連結し、無端管として構成することができる。あるいは、第１の吐出部１４ｂ₁と第２の吐出部１４ｂ₂とのそれぞれについて、給液口２０を備えた曲線部を有する供給路１８を設けてもよい。

本発明の基板処理装置においては、所定の間隔で配置された複数枚の基板２４を、任意の処理液を用いて処理することができる。上記実施形態の基板処理装置１０について説明したとおり、複数枚の基板２４の厚さ方向に処理液が流通する流路を有し、処理液を吐出する複数の開口１５が形成された第１および第２の吐出部１４ｂ₁，１４ｂ₂を備え、給液口２０から第１の吐出部１４ｂ₁の先端面１６₁までの長さと、給液口２０から第２の吐出部１４ｂ_２の先端面１６₂までの長さとが実質的に等しい限り、所定の間隔で配置された複数枚の基板について、基板２４間での均一性がより高い処理を行なうことができる。

１０ 基板処理装置
１２ 処理槽
１２ａ 処理槽本体
１２ｂ 外槽
１４，２６，２８ 直管
１４ｂ，３４ｂ 吐出部
１４ｂ₁ 第１の吐出部
１４ｂ₂ 第２の吐出部
１４ｂ_s 第１の基端
１４ｂ_e 第２の基端
１５，３５ 開口
１６ 隔壁
１６₁，１６₂ 先端面
１８ 供給路
２０ 給液口
２２ 保持具
２４ 複数枚の基板
２７，２９ Ｌ字状の連結管
３１ Ｔ字状の連結管

Claims (4)

1. 処理液を貯留し、所定の間隔で配置された複数枚の基板を処理する処理槽と、
   前記複数枚の基板の厚さ方向に前記処理液が流通する流路と、前記流路に沿って形成された複数の開口と、前記流路の先端を閉じる先端面とを有し、前記処理槽内に設けられた、第１および第２の吐出部と、
   前記第１の吐出部および前記第２の吐出部の基端へ前記処理液を供給し、給液口を有する供給路と
   を備え、
   前記給液口から前記第２の吐出部の前記先端面までの長さは、前記給液口から前記第１の吐出部の前記先端面までの長さと実質的に等しいことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記第２の吐出部は、前記第１の吐出部と同軸上に設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記第２の吐出部の前記先端面は、前記第１の吐出部の前記先端面と一体に設けられていることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
4. 前記吐出部における前記複数の開口の総面積は、前記２つの流路における前記吐出部の断面積の２０％から２８％の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の基板処理装置。

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