JP2010067640A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に形成された不要な薄膜その他の不要物を基板に損傷を与えることなく、効率的に除去することのできる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
【解決手段】基板５０を保持する基板保持部３０と、研磨剤とミストを混合した混合ミストを噴出する噴射部１５と、噴射部１５と前記基板５０とを相対的に移動させる位置制御部２３とを備えており、基板５０の処理対象部に研磨剤を含む混合ミストを噴射（ミスト液を霧状にして研磨剤と一緒に噴射）して、基板５０に形成された不要な薄膜その他の不要物を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウエハその他の半導体基板や液晶パネル基板、半導体用マスク等の基板に形成された薄膜その他の不要物を除去する基板処理装置及び基板処理方法に関する。

近年、半導体素子の微細化、半導体装置の高速化に伴い、パーティクル等の汚染物質の管理はますます重要になってきている。このパーティクル等を管理する上で問題となるものの一つに、半導体装置の製造工程中に半導体基板のエッジ部やベベル部に形成される薄膜等がある。ここで、ベベル部とは、半導体基板の端部において断面が曲率を有する部分を意味し、エッジ部とは、ベベル部から半導体基板の内周側に向かった数ｍｍ程度の表面及び裏面の平坦な部分を意味する。

半導体装置等の製造工程においては、各種薄膜の形成やエッチング等による一部除去が繰り返される。このような薄膜の生成工程において、ウエハのエッジ部、ベベル部および裏面にまで回り込んで薄膜が生成されることもある。このような薄膜等は、パーティクルやコンタミネーション等の原因となり、除去すべきものである。

このような薄膜やゴミを除去する装置としては、エッチングにより除去するものの他、研磨により薄膜等を除去するもの（特許文献１及び２）や、反応ガスや剥離液を吐出して薄膜を除去するもの（特許文献３及び４）、高温スチームやブラスト材を噴射ノズルから吹き付けるもの（特許文献５）等がある。
特開２００７−２４５２５６号公報 特開２００５−３０５５８６号公報 特開２００６−２８７１６９号公報 特開２００３−１０９８９６号公報 特開２００６−２２９０５７号公報

しかし、特許文献１及び２の研磨により薄膜を除去する方法及び特許文献３及び４による反応ガスや剥離液により薄膜を除去する方法は、装置が大型化・複雑化し、複雑な制御を必要とする。また、これらの方法では、エッジ部やベベル部以外の薄膜除去はできない。

特許文献５に記載の方法は、高温スチームガスまたはブラスト材を噴出噴射して、薄膜を除去するものである。この装置は、比較的簡単な構造により広範囲に亘る薄膜除去が可能となるが、高温スチーム発生装置が必要となる。また、ブラスト材をそのまま噴出して基板に直接噴射するので基板を損傷する危険がある。さらに、ブラスト材（粒子）が直接基板に吹き付けられるので、基板に当たった後反射して種々の方向に飛散する。そのため、基板中央部から高圧空気を吹き付けて、基板内部にブラスト材が侵入しないようにしているが、ブラスト材を比較的高圧で吹き付けるので、飛散したブラスト材が基板の中心方向に侵入しないようにするには、比較的高圧の空気を吹き出す必要があり、その制御も困難である。

本発明は先行技術の問題点を解決するものであり、より簡単な構造で、基板損傷の危険が少なく、かつ研磨材の飛散を抑制可能な基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、研磨材をミストとともに所定の圧力で基板の処理対象部に噴射することにより、不要の薄膜等を除去することにより上記課題を解決した。また、研磨材とミストを混合したミストを噴射して不要薄膜等を除去した後に、純水や洗浄液等のミストのみを噴射して処理部を洗浄することもできる。

本発明の請求項１にかかる基板処理装置は、被処理基板に形成された薄膜その他の不要物を除去する基板処理装置であって、前記基板を保持する基板保持部と、研磨剤とミストを混合した混合ミストを噴出する噴射部と、前記噴射ノズルと前記基板とを相対的に移動させる位置制御部と、を備えることを特徴とする。研磨材は、除去対象薄膜等に応じて適切なものを選択することが可能である。ミストとは液体を霧状にしたものをいい、ミストにする液体は純水であっても、除去する薄膜に応じて適切な薬液を選択して使用することも可能である。本発明では、微粒子状の研磨剤とミストが混合された混合ミストを噴射するので、研磨材が濡れており、混在するミストが微細な研磨剤の飛散の障壁になるために、研磨材のみを単独で噴射する場合に比べて、研磨剤が基板にぶつかった後の反射による飛散を抑制する効果がある。

請求項２にかかる基板処理装置は、前記基板保持部が前記基板を回転可能に保持し、前記位置制御部が、前記基板を回転させる回転駆動部と、前記噴射部を前記基板の処理対象部分に移動させる駆動部を備えることを特徴とする。このように、基板を回転させながら混合ミストを噴射することによりエッジ部やベベル部の薄膜等を効率的に除去することが可能となる。

本発明の請求項３にかかる基板処理装置は、前記研磨材の粒径が０．５μｍ〜３．０μｍの範囲であることを特徴とする。研磨材の粒径が大きいと、基板の損傷の可能性が高くなり、小さすぎると基板の剥離が困難となる。

本発明の請求項４にかかる基板処理装置は、前記噴射部を複数備えることを特徴とする。噴射部を複数備えることにより、剥離時間を短くすることが可能となる。

本発明の請求項５にかかる基板処理装置は、前記噴射部は、前記混合ミストまたは純水ミストを選択的に噴出可能であることを特徴とする。混合ミストの他、ミストのみを噴出可能とすることにより、例えば、純水をミストにして加圧噴射することにより、基板の洗浄を行うことも可能となる。

本発明の請求項６にかかる基板処理装置は、さらに、混合ミストの侵入領域を規制する侵入防止手段を備えることを特徴とする。混合ミストの侵入防止手段としては、混合ミストの噴射領域以外を物理的に保護部材でカバーすることの他、保護領域が基板中心部方向である場合には、基板中心部から外側にかけて高圧気体（例えば、清浄な空気や、窒素ガス等の不活性ガス）を噴射して、基板中央部側を高圧にし、外側を低圧にするように構成することが可能となる。本発明においては混合ミストを噴射することにより薄膜を除去するものであるので研磨剤の飛散が抑制される。従って、研磨剤を直接噴射する場合に比べて、研磨材の侵入防止が容易となる。

本発明の請求項７にかかる基板処理装置は、前記噴射部及び前記位置制御部を所定の手順で制御することにより、前記基板上の前記薄膜その他の不要物を前記混合ミストにより除去するシーケンス制御部を備えることを特徴とする。このようなシーケンス制御機能を付与することにより、薄膜その他の不要物をより正確かつ高速で除去することが可能となる。

本発明の請求項８にかかる基板処理方法は、被処理基板に形成された薄膜その他の不要物を除去する基板処理方法であって、前記基板を回転させながら、前記基板上の前記薄膜その他の不要物に対して、研磨材とミストを混合した混合ミストを所定の圧力で噴射して、前記薄膜その他の不要物を剥離して除去する剥離除去工程と、前記基板を洗浄することにより、前記剥離除去した不要物を洗い流す洗浄工程とを備えることを特徴とする。

ミストとは液体を霧状にしたものをいい、ミストにする液体は純水であっても、除去する薄膜に応じて適切な薬液を選択して使用することも可能である。微粒子状の研磨剤とミストが混合された混合ミストを噴射することにより、研磨材が濡れており、混在するミストが障壁になるため研磨材のみを単独で噴射する場合に比べて、研磨剤が基板にぶつかった後の反射による飛散を抑制することができる。

本発明の請求項９にかかる基板処理方法は、前記洗浄工程が、純水のミストを加圧して噴射することにより、前記基板を洗浄することを特徴とする。特に、混合ミストを噴出する噴出部若しくはその近傍に設けられた他の噴出部から純水ミストを噴出することができるように構成ことにより、混合ミストによる不要薄膜の剥離工程の後、連続してすぐに洗浄工程を実行可能となり、装置コストの低廉化、及び処理速度の向上を図ることが可能となる。

本発明によると、噴射部の位置制御をしながら、研磨材をミストとともに所定の圧力で基板の処理対象部に噴射するという簡単な構成により、基板損傷の危険が少なく、かつ研磨材の飛散を抑制可能な基板処理装置及び基板処理方法を提供することが可能となる。

本発明にかかる基板処理装置及び基板処理方法の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明による基板処理装置の一例を模式的に示す斜視図である。図２は、噴射部、混合ミスト液供給部、高圧気体供給部とを備えるミスト生成部１４の一実施形態を示す断面図である。

基板処理装置１０は、コンプレッサ等の高圧気体供給部１１、混合ミスト液供給部１２を備えている。高圧気体供給部１１から供給される高圧気体は電磁弁１３の開閉により制御されて、噴射部１５に供給される。供給される高圧気体は、清浄な空気または窒素等の不活性ガスが好ましい。また、噴射部１５には、混合ミスト液供給部１２から研磨材とミスト液を混合した混合ミスト液２８（図２参照）が供給される。ミスト液としては、純水または必要に応じて薄膜を除去するために適した薬液を使用することができる。

研磨剤は、微粒子状のものを使用する。また、基板の種類や工程に応じて、Si系微粒子、Al参加物、セラミック系、ダイヤモンドなどを使用することが可能であるが、次のような点を考慮して使用することが望ましい。

すなわち、使用する研磨剤は研磨する対象物に悪影響を及ぼさないように、研磨する対象物に応じて適切な研磨剤を使用することが必要である。一般的に使用可能な研磨材の一部を例示すると、Sic、SiO₂, Al₂O₃,CeO₂,Mn₂O₃,ダイヤモンドなどである。

また、研磨剤の純度が低いと不純物による金属汚染等、後のウエハ工程に悪影響を及ぼす可能性があるので、研磨剤は純度を高くすることができるものを選定することが好ましい。さらに、研磨剤の微粒子は薄膜を均一に除去する観点からできるだけ球形に近いものが好ましい。また、粒径は０．５μｍ〜３．０μｍの範囲内であることが好ましい。

図１において噴射部１５の下方には、ウエハ等の基板５０が支持されている。基板５０は回転可能に支持されることが好ましい。本実施例では、基板５０は支持部３０により裏面中央部を吸引することに支持されており、支持部３０はモータ３１により回転可能である。

噴射部１５は、基板５０の表面に平行に設けられた移動レール２５に沿って駆動されるキャリア２６に支持されている。キャリア２６は、例えば、ベルトまたは駆動スクリュー（図示せず）により移動レール２６に沿って駆動される。これにより、噴射部１５は基板５０の端部から中央部を通って横切るように移動可能であり、基板をモータ３１により回転させることにより、基板の全面に亘り噴射部１５から混合ミストを噴射することが可能となる。なお、噴射部１５を基板５０の表面に沿い並行移動させるだけでなく、基板端部（エッジ部及べベル部）においては垂直方向に移動可能にするよう構成することも可能であり、また、基板裏面に沿って並行に移動するように構成することも可能である。

図２を用いて、ミスト生成部１４の一実施形態について説明する。図２に示す実施形態では、噴射部１５、電磁弁１３、混合ミスト液供給部１２とが一体的に構成されている例を示している。しかし、図１示すような構成、すなわち、噴射部１５のみを移動可能なキャリア２６に載せて、配管により噴射部１５に対して高圧気体及び混合ミストを供給する構成とすることも可能である。

高圧気体は、電磁弁１３を経て、気体供給管、結合空隙１６、狭通路１７を通り、開放空間部１８へ案内される。一方、結合空隙１６及び挟通路１７の内部には、混合ミスト液供給部１２から伸びるミスト液供給管１９が設けられており、供給管の一端は混合ミスト液供給部１２中に浸漬されており、他端は開放空間部に僅かに突出した状態で開放されている。

高圧気体の供給は電磁弁１３の開閉により制御する。電磁弁１３を開くことにより供給された高圧気体は、気体供給管１４、結合空隙１６を通過した後、狭い空間である狭通路１７を通り、開放空間部１８で一気に開放される。これにより、狭通路１７の内部に設けられているミスト供給管１９の先端部分には負圧が生じ、この負圧により混合ミスト液２８が吸い上げられるとともにミスト状になって、高圧気体とともにミスト液供給管１９の開放端の前方に噴射される。従って、ミスト供給管１９及び狭通路１７の先端部が、噴射ノズル２０を構成し、電磁弁１３により噴射ノズルからの混合ミストの噴射を制御する。尚、「混合ミスト」とは、ミスト液が霧状になり微粒子状の研磨剤が混ざったものをいい、「混合ミストが噴射される」とは、ミスト液が霧状になり微粒子状の研磨剤と混ざった状態で高圧気体により噴出される状態をいう。

噴射された混合ミストは噴射ガイド２１により噴射方向が規制される。噴射ガイド２１は、ラッパ状に広がっておらず、筒状の形状となっている。これにより、混合ミストの噴射位置をより正確に一定の範囲に限定することが可能となり、薄膜除去範囲外に混合ミストが飛散することを抑制することが可能である。

また、除去する不要膜が基板のエッジ部、ベベル部、または基板裏面部に限定されるときには、基板の表面部中央部分からエッジ部方向に対して高圧気体を照射する等により、基板中心部が外側に対して高圧になるようにすることにより、除去する必要の無い基板中央部方向に混合ミストが入り込むことを防止することが可能である。混合ミストを噴射する本発明では混合ミストの反射による散乱が抑制されるので、内側を外側に比べて高圧にする方法は、研磨剤を直接噴射する方式に比べてより効果的である。

噴射部１５の位置は、位置制御部２３により制御する。位置制御部２３はキャリア２６をステッピングモータ等（図示せず）により駆動して、所望の位置に移動させる。また、制御部２４は、磁気バルブ１３、位置制御部２３、及びモータ３１等の各部の制御、及び薄膜除去シーケンスを制御する。

混合ミストの噴射圧は、０．３ＭＰａ以下とすることが望ましい。これ以上強く噴射すると、基板を毀損したり、基板から反射されたミストが散乱して広がる可能性が高くなる。また、噴出力が弱すぎると薄膜を十分に除去することができない。

図３にミスト生成部の他の実施形態を示す。
図３に示すミト生成部１４−２は、噴射部１５及び混合ミスト液供給部１２に加えて、純水供給部４０を備えており、さらに切換電磁バルブ４３を備えている。純水供給部４０には純水４１が貯蔵されており、切換電磁バルブ４３を純水供給部４０に切り換えることにより、純水供給部４０から純水供給管４２を介して純水４１をミスト液供給管１９に供給して、純水のミストを噴射することが可能である。

このように、純水をミストとして噴射することにより、薄膜等を除去した後に基板を純水ミストにより洗浄することができる。

なお、以上の説明では、一つの噴射部１５を備える基板処理装置のみを示したが、噴射部１５を複数備える基板処理装置とすることも可能である。この場合において、噴射して混合ミストの広がりを考慮しつつ複数のノズルを連続して併設しても、一定の間隔を置いて散在させて配置しても良い。また、基板の表面部、ベベル部、及び裏面部に配置するようにしても良い。このように、複数配置することにより、同時に複数箇所の不要物を除去することができ、かつ、噴射部の移動に要する時間を短くすることができるので、基板処理速度を向上することが可能となる。

本発明による基板処理装置の一例を模式的に示す斜視図である。 噴射部、高圧気体供給部、及び混合ミスト液供給部を備えるミスト生成部の一実施形態を示す断面図である。 ミスト生成部の他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１０ 基板処理装置
１１ 高圧気体供給部
１２ 混合ミスト液供給部
１３ 電磁弁
１４、１４−２ ミスト生成部
１５ 噴射部
１６ 結合空隙
１７ 狭通路
１８ 開放空間部
１９ ミスト液供給管
２０ 噴射ノズル
２１ 噴射ガイド
２３ 位置制御部
２４ 制御部
２５ 移動レール
２６ キャリア
２８ 混合ミスト液
３０ 支持部
３１ モータ
４０ 純水供給部
４１ 純水
４２ 純水供給管
４３ 切換電磁バルブ
５０ 基板

Claims (9)

1. 被処理基板に形成された薄膜その他の不要物を除去する基板処理装置であって、
   前記基板を保持する基板保持部と、
   研磨剤とミストを混合した混合ミストを噴出する噴射部と、
   前記噴射ノズルと前記基板とを相対的に移動させる位置制御部と、
   を備える基板処理装置。
2. 前記基板保持部は、前記基板を回転可能に保持し、
   前記位置制御部は、前記基板を回転させる回転駆動部と、前記噴射部を前記基板の処理対象部分に移動させる駆動部を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記研磨材は、粒径が０．５μｍ〜３．０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
4. 前記噴射部を複数備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の基板処理装置。
5. 前記噴射部は、前記混合ミストまたは純水ミストを選択的に噴出可能であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
6. さらに、混合ミストの侵入領域を規制する侵入防止手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
7. さらに、前記噴射部及び前記位置制御部を所定の手順で制御することにより、前記基板上の前記薄膜その他の不要物を前記混合ミストにより除去するシーケンス制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
8. 被処理基板に形成された薄膜その他の不要物を除去する基板処理方法であって、
   前記基板を回転させながら、前記基板上の前記薄膜その他の不要物に対して、研磨材とミストを混合した混合ミストを所定の圧力で噴射して、前記薄膜その他の不要物を剥離して除去する剥離除去工程と、
   前記基板を洗浄することにより、前記剥離除去した不要物を洗い流す洗浄工程と、
   を備えることを特徴とする基板処理方法。
9. 前記洗浄工程は、純水のミストを加圧して噴射することにより、前記基板を洗浄することを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
   

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