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JP4328587B2 - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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本発明は,例えば半導体ウェハ等の基板の表面に処理液の液膜を形成して洗浄処理等する基板処理装置及び基板処理方法に関する。
例えば半導体デバイスの製造工程においては,半導体ウェハ(以下,「ウェハ」という)の表面に処理液の液膜を形成して処理する方法が用いられている。かかる処理を行う装置として,ウェハを略水平に保持し,ウェハの表面周縁部に沿ってリングを接触させ,処理液をリングの内側に蓄えるようにして液盛りする構成が提案されている。(例えば,特許文献1参照)。
特開平3−166716号公報
従来の基板処理装置にあっては,リングにパーティクルや処理液が残留しやすく,次のウェハの処理時,リングに付着したパーティクルや処理液等がウェハの表面に転写し,ウェハの表面が汚染される問題があった。また,リングの接触によってウェハの表面が損傷される虞があり,リングの位置制御に高い精度が要求され,制御が困難であった。さらに,ウェハを回転させて処理する場合,リングを上昇させる必要があるので,手間がかかり,スループットが低下する懸念があった。
本発明の目的は,ウェハの汚染及び損傷を防止して,ウェハの表面に処理液の液膜を良好に形成できる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
上記課題を解決するために,本発明によれば,基板の表面に薬液の液膜を形成して処理する基板処理装置であって,基板を略水平に保持するチャックと,前記チャックに保持された基板の表面に薬液とリンス液を供給する供給ノズルと,前記チャックに保持された基板の表面から上方に離れ,かつ,基板の表面に形成された薬液の液膜に接する高さにおいて,基板の表面周縁部に沿って配置される枠状部材とを備え,前記枠状部材の断面外形状が円であり,前記枠状部材の外面は疎水性であり,前記枠状部材を基板の表面周縁部に沿って配置させた状態で,基板の表面に薬液の液膜を形成して処理した後,純水を供給することを特徴とする,基板処理装置が提供される。かかる基板処理装置にあっては,リングに付着した汚れが基板の表面に付着することを防止できる。リングの接触によって基板の表面が損傷することを防止できる。また,リングと基板の表面の間の隙間にも薬液を供給でき,基板の周縁部で処理むらが発生することを防止できる。なお,断面外形状とは,断面の外縁の形状をいう。
この基板処理装置にあっては,前記薬液は希釈フッ酸であって,基板の表面の酸化膜を除去する処理を行うこととしても良い。
また,本発明によれば,基板の表面に薬液を供給して処理する基板処理方法であって,基板を略水平に保持し,基板の表面周縁部に沿って,基板の表面との間に隙間を形成して枠状部材を配置し,前記枠状部材の断面外形状が円であり,前記枠状部材の外面は疎水性であり,基板の表面に薬液を供給し,前記枠状部材の内側に,周縁部を前記枠状部材に接触させて液膜を形成して薬液で処理し,前記枠状部材と基板の表面との間に隙間を形成したまま,基板を回転させ,基板の表面に純水を供給してリンス処理することを特徴とする,基板処理方法が提供される。この基板処理方法にあっては,前記基板の表面から酸化膜を除去する処理であることとしても良い。
本発明によれば,枠状部材に付着した汚れが基板の表面に付着することを防止できる。枠状部材の接触によって基板の表面が損傷することを防止できる。また,枠状部材と基板の表面の間の隙間にも薬液を供給でき,基板の周縁部で処理むらが発生することを防止できる。基板の表面全体に薬液の液膜を良好に形成できる。
以下,本発明の好ましい実施の形態を,シリコン(Si)製の基板であるウェハWの表面に発生した自然酸化膜を除去する洗浄処理を行う基板処理装置に基づいて説明する。図1に示すように,本実施の形態にかかる基板処理装置1は,ウェハWを略水平に保持するスピンチャック2と,スピンチャック2に保持されたウェハWの表面(上面)に処理液を供給する供給ノズル3と,枠状部材としてのリング5を備えている。スピンチャック2,供給ノズル3,リング5は,密閉構造のチャンバー6内に収納されている。
スピンチャック2の上部には,ウェハWの周縁を保持する3個の保持部材10が備えられている。図2に示すように,これら3個の保持部材10を略円盤形状のウェハWの周縁を囲むように当接させて保持するようになっている。図1に示すように,スピンチャック2の下部には,スピンチャック2を垂直方向の回転中心軸を中心として回転させるモータ11が取り付けられている。
供給ノズル3は,スピンチャック2に保持されたウェハWの上方で水平方向に回動し,図2に示すように,ウェハWの中央部から周縁部まで処理液を供給することができる。供給ノズル3から供給される処理液は,薬液としての希釈フッ酸(HF−HO),リンス液としての純水(DIW)等である。
リング5は,疎水性を有するPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)製の円管を,ウェハWの周縁に沿った環状に曲げ,端部同士を接続して形成したものである。リング5の半径は,ウェハWの半径より若干小さく,例えば約2mm程度小さく形成し,ウェハWの表面周縁部に近接させたときリング5が保持部材10に接触する虞が無いような大きさにする。図3に示すように,リング5を半径方向に切断したときの断面外形状は円型であり,この場合,リング5の下部に角部がある場合より,リング5の外面と保持部材10との間の距離に余裕を持たせることができ,リング5が保持部材10に接触する虞が少なくなる。また,リング5の半径をより大きくして,リング5の半径をウェハWの半径に近づけることができ,後述する薬液の液膜を確実に保持しやすくなる。
図1に示すように,リング5は,スピンチャック2に保持されたウェハWの上方に,ウェハWの表面と平行な向きに配置されている。また,リング5はリング支持部材15によって上方から支持されており,リング支持部材15を昇降させる昇降機構16が備えられている。昇降機構16の駆動により,リング5をリング支持部材15と一体的に昇降させ,ウェハWの表面に近接する位置と,ウェハWの表面から上方に退避する位置とに移動させることができる。ウェハWの表面に近接する位置において,リング5は,ウェハWの表面から上方に離れ,かつ,ウェハWの表面に形成された薬液の液膜に接する高さにおいて,ウェハWの表面周縁部に沿って配置される。
また,チャンバー6内には,スピンチャック2に保持されたウェハWの周囲を囲むインナーカップ20,アウターカップ21が備えられている。インナーカップ20は,アウターカップ21の内側において昇降可能であり,インナーカップ20を上昇させインナーカップ20によってウェハWの周囲を囲む状態と,インナーカップ20を下降させアウターカップ21によってウェハWの周囲を囲む状態とにすることができる。
次に,以上のように構成された基板処理装置1を用いたウェハWの洗浄処理について説明する。先ず,図示しない搬送アームによってチャンバー6内にウェハWを搬入し,スピンチャック2に受け渡す。ウェハWは,スピンチャック2の保持部材10によって周縁を保持され,自然酸化膜が付着した表面を上面にして,略水平に支持される。ウェハWをスピンチャック2に受け渡す際は,リング5が受け渡しの邪魔にならないように,リング5をスピンチャック2の上方に退避させておく。また,インナーカップ20を下降させておく。
ウェハWをスピンチャック2によって保持したら,昇降機構16の駆動によりリング5を下降させ,ウェハWの表面に近接させ,図3に示すように,リング5の下部とウェハWの表面との間に隙間を設けた状態にする。ここで,リング5はウェハWの表面に接触させないので,リング5の接触によってウェハWの表面が損傷される虞が無い。さらに,リング5をウェハWの表面に接触させる場合より,リング5を速く下ろすことができ,処理速度が速い。リング5を下降させる際の位置制御,即ち,昇降機構16の駆動の制御は,リング5をウェハWの表面に接触させる場合より精度が低くても,ウェハWの表面を損傷する危険が少なく,制御が容易になる。また,半導体チップが形成される箇所は,リング5より内側に位置するので,リング5が接触して悪影響が与えられる心配が無い。リング5の下部は保持部材10と十分に離れるように形成されているので,リング5の下部と保持部材10が接触する虞は無い。
このようにリング5をウェハWの表面に近接させると共に,インナーカップ20を上昇させ,インナーカップ20によってウェハWの周囲を囲む状態にする。そして,モータ11の駆動によりスピンチャック2を回転させ,ウェハWを水平面内で低速に回転させながら,図2に示すように,供給ノズル3をウェハWの中央部上方に移動させ,ウェハWの周縁部に向かって移動させながら薬液を供給する。なお,リング5の下部とウェハWの表面との間には隙間があり,ウェハWとリング5が非接触状態になっているため,ウェハWにリング5を近接させたままウェハWを回転させることが可能である。従って,ウェハWを回転させながら薬液を供給し,遠心力によりウェハWの表面に薬液を拡散させ,液膜を効率的に形成することができる。
こうして,薬液をウェハWの表面全体に拡散させたら,供給ノズル3の薬液供給を停止させ,モータ11の駆動を停止させ,スピンチャック2とウェハWを静止させる。薬液の吐出を停止させた後,薬液はリング5の内側で液膜となって保持される。即ち,図3に示すように,液膜の周縁部は,液膜に接する高さに配置されたリング5に接触しており,薬液の表面張力によってリング5に保持される。また,リング5の下部とウェハWの表面の間の隙間にも,薬液が入り込み,リング5の外側とウェハWの周縁の間にも,表面張力によって薬液が保持される。こうして,ウェハWの表面全体に薬液の液膜が形成される。このように,ウェハWの周縁部にも薬液を接触させることができ,処理むらが発生することを防止できる。
液膜形成後,所定時間放置して,液膜中の薬液によりウェハWの表面を洗浄する。これにより,ウェハWの表面に発生していた自然酸化膜(SiO)が除去される。このように液膜を形成することで,少量の薬液で処理することができ,低コストを図ることができる。ウェハWの表面の自然酸化膜SiOは親水性を有するが,自然酸化膜が除去されることにより,ウェハWの表面は疎水性のSiになる。ウェハWの表面が疎水性に変化しても,薬液の表面張力により液膜がリング5の内側に確実に保持され,液膜が偏ったり,液膜が崩れてウェハWの表面から薬液が流れ落ちたりすることを防止できる。従って,リング5によって液膜を保持することにより,自然酸化膜を十分に除去でき,処理むらが発生することを防止できる。
液膜を形成して所定時間経過後,ウェハWにリング5を近接させたまま,スピンチャック2の回転によりウェハWを薬液供給時より高速で回転させ,遠心力によってウェハWの表面から薬液を振り切って除去する。リング5の下部とウェハWの表面との間には隙間があり,非接触状態であるため,ウェハWにリング5を近接させたままでウェハWを回転させることが可能であり,ウェハWを上昇させる必要が無く,スループットが良好である。薬液は,リング5の下部とウェハWの表面との間の隙間から外側に円滑に流れ出る。また,リング5の外面は滑らかな曲面になっているので,リング5の上部からも薬液が外側に円滑に流れやすい。従って,リング5によって薬液が堰き止められてしまうことは無く,ウェハWから薬液を確実に振り切ることができる。また,ウェハWの回転により発生した旋回流により,リング5の外面に付着した薬液が吹き飛ばされて除去される。リング5の外面は疎水性を有するため,リング5の外面から薬液を迅速に除去できる。また,リング5から薬液の残渣やパーティクル等の汚れも除去されるので,次のウェハWの処理の際,リング5の汚れがウェハWに付着する虞が少ない。なお,薬液処理中にウェハWから落下した薬液や,振り切り処理によりウェハWやリング5から除去された薬液は,インナーカップ20によって受け止められ,インナーカップ20内から回収され,清浄化された後,再利用される。
振り切り処理後,インナーカップ20を下降させ,アウターカップ21によってウェハWの周囲を囲む状態とする。そして,ウェハWを回転させながら,供給ノズル3をウェハWの中央部上方に移動させ,ウェハWの周縁部に向かって移動させつつ純水を供給し,純水によってウェハWの表面から薬液を洗い流してリンス処理する。純水は,リング5の下部とウェハWの表面との間の隙間から外側に円滑に流れ出る。また,リング5の外面は滑らかな曲面になっているので,リング5の上部からも純水が外側に円滑に流れやすい。従って,リング5によって純水が堰き止められてしまうことは無く,純水が円滑に流れ,ウェハWとリング5を確実に洗浄することができる。リング5の下部とウェハWの表面との間には隙間があり,非接触状態であるため,このようなウェハWにリング5を近接させたままでウェハWを回転させる処理が可能である。また,リング5を近接させたままで純水を供給できるので,リング5も純水によって洗浄することができる。即ち,先に示したウェハWの振り切り処理時におけるリング5からの汚れの除去に加えて,さらにリング5を純水により洗浄するので,リング5から薬液の残渣やパーティクル等の汚れを確実に除去することができる。従って,次のウェハW処理の際,リング5から薬液が落下してウェハWに付着したり,リング5の汚れが薬液を介してウェハWに付着したりすることを確実に防止できる。なお,ウェハWに供給された純水は,アウターカップ21によって受け止められ,アウターカップ21内から排液される。
純水によるリンス処理後,昇降機構16の駆動によりリング5を上昇させ,ウェハWの表面から若干離隔させる。そして,ウェハWをリンス処理時より高速で回転させてスピン乾燥させる。また,ウェハWの回転により発生した旋回流により,リング5の外面に付着した純水が吹き飛ばされて除去される。リング5の外面は疎水性を有するため,リング5の外面から純水が効率的に除去され,リング5の外面を迅速に乾燥させることができる。ウェハWやリング5から除去された純水は,アウターカップ21によって受け止められ,アウターカップ21内から排液される。スピン乾燥後,昇降機構16の駆動によりリング5をさらに上昇させ,ウェハWの表面から十分に離隔させる。図示しない搬送アームをチャンバー6内に進入させ,ウェハWをスピンチャック2から受け取り,チャンバー6から搬出する。
かかる基板処理装置1によれば,リング5によって液膜を保持することにより,薬液処理を確実に行うことができる。リング5をウェハWの表面に接触させないので,ウェハWの表面が損傷される虞が無い。さらに,リング5の位置制御が容易になる。リング5とウェハWの表面の間の隙間にも処理液を供給でき,ウェハWの周縁部で処理むらが発生することを防止できる。リング5とウェハWの表面が非接触状態であるため,ウェハWにリング5を近接させたままでウェハWを回転させ,薬液を供給して拡散させることや,振り切り回転処理や,リンス処理等を行うことができる。ウェハWのリンス処理の際に,リング5にも純水を供給して洗浄できるので,リング5に汚れが残留することを防止できる。リング5に付着した汚れが転写してウェハWの表面が汚染される虞が無い。
以上,本発明の好適な実施の形態の一例を示したが,本発明はここで説明した形態に限定されない。例えば,基板は半導体ウェハに限らず,その他のLCD基板用ガラスやCD基板,プリント基板,セラミック基板などであっても良い。また,基板処理装置は洗浄処理を行うものに限定されず,その他の種々の処理液などを用いて,洗浄処理以外の他の処理を基板に対して施すものであっても良い。
本実施の形態では,リング5は,PFA製の円管を環状にしたものとしたが,かかる材質に限定されない。また,リング5は,断面外形状の上部や下部が曲面であれば良く,円管の他,例えば,断面が楕円状である管を環状に曲げて形成しても良い。この場合,リング5の内側から外側に処理液が流れやすく,薬液の振り切りやリンス処理を効率的に行うことができる。また,処理液がより効率良くリング5の内側から外側に流れやすくなるような,流線形の断面外形状にしても良い。
本発明者らは,リング5が薬液の液膜を保持する効果を確認するため,以下に示すような実験を行った。リング5の下面とウェハWの表面の間に隙間を形成し,ウェハWの表面に約10%の希釈フッ酸を供給し,液膜の様子を観察した。リング5は,外径が約3mm(約1/8インチ)であるPFAの円管(いわゆる1/8PFA管)を環状に曲げて形成した。リング5の下端部とウェハWの表面との間に形成された隙間の高さは約1mmであり,ウェハWの表面からリング5の上端部までの高さは,約4mmである。ウェハWは,直径が約300mm(いわゆる12インチウェハ)の円盤形状のシリコンウェハとし,表面に厚さ約500Å(5×10−5mm)の自然酸化膜が存在するものとした。
先ず,約40mlの希釈フッ酸を,リング5を備えたウェハWの表面に供給し,液膜の形成を試みた。その結果,液膜を良好に形成でき,液膜形成後約5分経過しても,リング5の内側の液膜が崩れなかった。従って,リング5を配置することにより,ウェハWの表面の一部が親水性から疎水性になっても,リング5の内側の液膜を良好に維持できるので,ウェハWの表面から自然酸化膜を確実に除去できると考えられる。特に,半導体チップが形成される箇所は,リング5の内側に位置し,リング5の内側の液膜によって,自然酸化膜を十分に除去できると考えられる。この実験結果より,実施の形態に示したリング5においても,液膜を効果的に形成及び維持可能であると推認される。液膜形成から約5分経過後,ウェハWの表面からリング5を取り除くと,液膜が小さくまとまるようになって崩れた。これより,ウェハWの表面から自然酸化膜が十分に除去され,表面全体が疎水性になったと考えられる。
また,比較実験として,約40mlの希釈フッ酸を,リング5を備えない状態でウェハWの表面に供給し,液膜の形成を試みた。その結果,供給直後はウェハWの表面が親水性であるため,ウェハWの表面に液膜を形成できたが,約1分経過後,液膜の形状が崩れ,部分的に液膜が無くなった。これは,ウェハWの表面の一部で自然酸化膜が除去され,親水性から疎水性になり,液膜が疎水性の部分から逃げるためと考えられる。この場合,ウェハWの表面から自然酸化膜を十分に除去できないうちに液膜の形状が崩れてしまい,酸化膜除去処理が不完全になる虞がある。
本実施の形態にかかる基板処理装置の構成を示す説明図である。 リングとウェハの表面を示す概略平面図である。 リングとウェハの周縁付近の液膜の様子を示す概略断面図である。
符号の説明
W ウェハ
1 基板処理装置
2 スピンチャック
3 供給ノズル
5 リング

Claims (4)

  1. 基板の表面に薬液の液膜を形成して処理する基板処理装置であって,
    基板を略水平に保持するチャックと,
    前記チャックに保持された基板の表面に薬液とリンス液を供給する供給ノズルと,
    前記チャックに保持された基板の表面から上方に離れ,かつ,基板の表面に形成された薬液の液膜に接する高さにおいて,基板の表面周縁部に沿って配置される枠状部材とを備え,
    前記枠状部材の断面外形状が円であり,
    前記枠状部材の外面は疎水性であり,
    前記枠状部材を基板の表面周縁部に沿って配置させた状態で,基板の表面に薬液の液膜を形成して処理した後,純水を供給することを特徴とする,基板処理装置。
  2. 前記薬液は希釈フッ酸であって,
    基板の表面の酸化膜を除去する処理を行うことを特徴とする,請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 基板の表面に薬液を供給して処理する基板処理方法であって,
    基板を略水平に保持し,
    基板の表面周縁部に沿って,基板の表面との間に隙間を形成して枠状部材を配置し,
    前記枠状部材の断面外形状が円であり,
    前記枠状部材の外面は疎水性であり,
    基板の表面に薬液を供給し,前記枠状部材の内側に,周縁部を前記枠状部材に接触させて液膜を形成して薬液で処理し,
    前記枠状部材と基板の表面との間に隙間を形成したまま,基板を回転させ,基板の表面に純水を供給してリンス処理することを特徴とする,基板処理方法。
  4. 前記基板の表面から酸化膜を除去する処理であることを特徴する,請求項3に記載の基板処理方法。
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