JP4390628B2 - 基板処理装置及びその処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板（以下、「ウェーハ」と言う）を処理する基板処理装置に関し、詳しくはウェーハチャック上に保持されたウェーハ上に滴下供給された薬液をウェーハチャックの回転により塗り広げながら、所定の処理を行う基板処理装置及びその処理方法に関する。

半導体デバイスの製造プロセスに使用される基板処理装置には、フォトレジスト塗布装置、現像装置、洗浄装置、エッチング装置などがあり、例えば、特開平１０−１３７６６４号公報（特許文献１）に開示されている。

図４は、従来の基板処理装置の構成を示す断面図である。図４に示す従来の基板処理装置４１は、ウェーハＷを保持して回転させるウェーハチャック４２と、ウェーハチャック４２を収容するカップ４３と、ウェーハチャック４２の上方にあってウェーハＷに薬液を供給する薬液供給ノズル４４を備えている。また、ウェーハチャック４２は、モータ４５に連結された回転軸４６の先端に水平に固定されて回転駆動される。さらに、このウェーハチャック４２の上面には、ウェーハＷの裏面を支持する複数の支持ピン４７および保持ピン４８が設けられている。

モータ４５の回転軸４６は中空体により構成され、その内部に裏面洗浄用のバックリンスノズル４９が挿入され、ウェーハチャック４２を貫通してウェーハＷの裏面側に突出している。また、回転軸４６とバックリンスノズル４９は、ベアリング等を含むノズル固定治具５０ａ、５０ｂで固定されている。バックリンスノズル４９の上部には、バックリンスノズル４９から供給されるリンス液が回転軸４６の内部に侵入することを防止するためにキャップ５１が取り付けられている。また、カップ４３の底部には飛散した薬液を排出する排液口５２が設けられ、バックリンスノズル４９には純水等のリンス液を供給するリンス液供給部５３が接続されている。

次に、この従来の基板処理装置４１の動作を説明する。先ず、ウェーハチャック４２上にウェーハＷを載置し、支持ピン４７および保持ピン４８により水平固定した後、ウェーハＷを回転駆動させながら、薬液供給ノズル４４をウェーハＷ中心部の上方に移動させる。次に、薬液供給ノズル４４から薬液を、ウェーハＷの表面に所定の時間供給する。このとき、ウェーハＷ表面に塗り広げられた薬液は、遠心力で排液口５１から排出されるが、一部、保持ピン４８や支持ピン４７を伝わってウェーハＷ裏面にも回り込んで付着する。

このウェーハＷ裏面に付着した薬液を取り除くために、リンス液供給部５３よりバックリンスノズル４９の先端から純水等のリンス液をウェーハＷの裏面中心部に供給する。ウェーハＷの裏面中心部に供給されたリンス液は、遠心力によりウェーハＷの裏面に沿って外方向に流れ、ウェーハＷの外周部から外方へ振り切られ、排液口５２から排出される。これにより、ウェーハＷの裏面全体をリンス液で均一に洗浄することができる。
特開平１０−１３７６６４号公報（第２，３頁、０００２段落〜００１０段落、図６）

しかしながら、上述した従来の基板処理装置４１には、以下のような問題があった。

回転軸４６内に設けられたバックリンスノズル４９は、ノズル固定治具５０ａ、５０ｂにより回転軸４６に固定されているが、径が小さく軽量であるため、ウェーハチャック４２や回転軸４６が高速回転する際の振動により偏芯しやすいという問題があった。バックリンスノズル４９が偏芯すると、バックリンスノズル４９がウェーハチャック４２や回転軸４９に接触してＳＵＳ塵等の異物が発生する。この異物がウェーハＷの裏面に付着すると、ウェーハＷの高さにばらつきが生じ、フォトリソグラフィ工程でのデフォーカス状態となってパターン不良の原因となる。また、異物がウェーハＷの表面に付着すると、欠陥となって製品の品質及び歩留りを低下させる。

また、ウェーハチャック４２や回転軸４６が振動してもバックリンスノズル４９の偏芯を極力少なくするためには、バックリンスノズル４９を回転軸４６の中心部に高精度に取り付ける必要があり、その調整のための作業工数も増加し、装置稼動率や生産性を低下させる原因にもなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するために考えられたもので、簡易な構成によりウェーハに付着する異物数を大幅に低減できる機能を備えた基板処理装置及びその処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の基板処理装置は、回転軸の先端に固定されたウェーハチャックに半導体基板を載置し、前記半導体基板を回転させながら薬液を供給した後、前記回転軸の内部に設けられたバックリンスノズルからリンス液を供給して前記半導体基板の裏面を洗浄する基板処理装置であって、前記バックリンスノズルを内管と外管からなる２重管で構成し、前記内管にリンス液供給手段を接続し、前記外管に減圧手段を接続し、前記内管の開口部の位置を前記外管の開口部の位置よりも高くするとともに、前記バックリンスノズルから供給された前記リンス液が前記外管の内部に侵入しないように、前記外管の開口部の上方を覆うように前記内管の先端部に前記外管を覆うキャップを設けたことを特徴とする。

また、請求項８記載の基板処理方法は、回転軸の先端に固定されたウェーハチャックに半導体基板を載置し、前記半導体基板を回転させながら薬液を供給した後、前記回転軸の内部に設けられたバックリンスノズルからリンス液を供給して前記半導体基板の裏面を洗浄する基板処理方法であって、前記バックリンスノズルを外管と外管の開口部の位置よりも開口部の位置が高い内管からなる２重管で構成するとともに、前記内管から供給された前記リンス液が前記外管の内部に侵入しないように、前記外管の開口部の上方を覆うように前記内管の先端部にキャップが設けられ、前記内管からリンス液を供給しながら、前記外管から吸引を行うことを特徴とする。

また、請求項９記載の基板処理方法は、回転軸の先端に固定されたウェーハチャックに半導体基板を載置し、前記半導体基板を回転させながら薬液を供給した後、前記回転軸の内部に設けられたバックリンスノズルからリンス液を供給して前記半導体基板の裏面を洗浄する基板処理方法であって、前記回転軸をともに内管と外管からなる２重管で構成され、前記バックリンスノズルは、外管と該外管の開口部の位置よりも開口部の位置が高い内管からなる２重管で構成されるとともに、前記回転軸の内管に挿入され、前記バックリンスノズルの内管から供給された前記リンス液が前記バックリンスノズルの外管の内部に侵入しないように、前記バックリンスノズルの外管の開口部の上方を覆うように前記バックリンスノズルの内管の先端部にキャップが設けられ、前記バックリンスノズルの内管及び前記回転軸の外管からリンス液とガスを供給しながら、前記バックリンスノズルの外管から吸引を行うことを特徴とする。

以上説明したように、本発明の基板処理装置及びその処理方法によれば、バックリンスノズルを内管と外管からなる２重管構造とし、内管からリンス液をウェーハに供給する際、同時に外管から発生した異物を吸引するようにしたので、ウェーハチャックの振動によりバックリンスノズルが偏芯して異物が発生しても、ウェーハへの付着を効果的に防止することができる。これにより、安定してウェーハを処理することができ、製品の品質及び歩留りを向上させることができる。

また、回転軸についても内管と外管の２重管構造とし、回転軸の外管からガスを供給する際、同時にバックリンスノズルの外管から吸引するようにしたので、基板処理装置内の気流を乱すことなく、発生した異物を吸引除去することができる。これにより、さらに安定してウェーハを処理することができ、製品の品質及び歩留りを向上させることができる。

また、ウェーハチャックの上面に回転軸の開口部を囲むリング部を設けるようにしたので、回転軸内へのリンス液侵入、ウェーハへの異物付着防止にさらに大きな効果を得ることができる。また、バックリンスノズルを回転軸の内部に固定するノズル固定治具を少なくとも３つ以上設けるようにしたので、バックリンスノズルの偏芯をさらに効果的に抑制することができる。これにより、バックリンスノズルの回転軸への取付け精度が上がり、作業工数を削減することができ、装置稼動率や生産性を向上させることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の第１実施例の基板処理装置の構成を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示したウェーハチャックの平面図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示す本実施例の基板処理装置１は、ウェーハＷを保持して回転させるウェーハチャック２と、ウェーハチャック２を収容するカップ３と、ウェーハチャック２の上方にあってウェーハＷに薬液を供給する薬液供給ノズル４を備えている。また、ウェーハチャック２は、モータ５に連結された回転軸６の先端に水平に固定されて回転駆動される。さらに、このウェーハチャック２の上面には、ウェーハＷの裏面を支持する複数の支持ピン７および保持ピン８が設けられている。

モータ５の回転軸６は中空体により構成され、その内部に裏面洗浄用のバックリンスノズル９が挿入され、ウェーハチャック２を貫通してウェーハＷの裏面側に突出している。また、回転軸６とバックリンスノズル９は、ベアリング等を含むノズル固定治具１０ａ、１０ｂで固定されている。バックリンスノズル９の上部には、バックリンスノズル９から供給されるリンス液が回転軸６の内部に侵入することを防止するためにキャップ１１が取り付けられている。また、カップ３の底部には飛散した薬液を排出する排液口１２が設けられている。

さらに、本実施例の基板処理装置１は、バックリンスノズル９がノズル内管９ａとノズル外管９ｂからなる２重管で構成され、ノズル内管９ａは純水等のリンス液を供給するリンス液供給部１３に接続され、ノズル外管９ｂは減圧部１４に接続されている。減圧部１４は、小型で安価なコンバム（登録商標、ガスの排気流速を利用した真空発生器）を使用することができる。

次に、本実施例の基板処理装置１の動作を説明する。先ず、ウェーハチャック２上にウェーハＷを載置し、支持ピン７および保持ピン８により水平固定した後、ウェーハＷを回転駆動させながら、薬液供給ノズル４をウェーハＷ中心部の上方に移動させる。次に、薬液供給ノズル４から薬液を、ウェーハＷの表面に所定の時間供給する。このとき、ウェーハＷ表面に塗り広げられた薬液は、遠心力で排液口１１から排出されるが、一部、保持ピン８や支持ピン７を伝わってウェーハＷ裏面に回り込んで付着する。

このウェーハＷの裏面に付着した薬液を取り除くために、リンス液供給部１３よりバックリンスノズル９の内管９ａから純水等のリンス液をウェーハＷの裏面中心部に供給する。ウェーハＷの裏面中心部に供給されたリンス液は、遠心力によりウェーハＷの裏面に沿って外方向に流れ、ウェーハＷの外周部から外方へ振り切られ、排液口１２から排出される。これにより、ウェーハＷの裏面全体をリンス液で均一に洗浄することができる。

さらに、本実施例の基板処理装置１は、バックリンスノズル９のノズル内管９ａからウェーハＷにリンス液を供給する際、同時にノズル外管９ｂから吸引を行う。ノズル外管９ｂは、減圧部１４により所定の値に減圧されているので、バックリンスノズル９の偏芯によりウェーハチャック２や回転軸６に接触して発生するＳＵＳ塵等の異物を効率よく吸引することができ、ウェーハＷへの異物付着を防止することができる。なお、バックリンスノズル９のノズル内管９ａの高さはノズル外管９ｂよりも高くなるように設定され、さらにノズル内管９ａの先端部にはノズル外管９ｂを覆うキャップ１１が取り付けられているので、ノズル内管９ａから供給されたリンス液はノズル外管９ｂの内部に侵入することなく、排液口１２から排出される。そのため、ウェーハＷの裏面洗浄時に、安定してノズル外管９ｂから異物を吸引除去することができる。

なお、本実施例では、ウェーハＷの裏面を洗浄する際に異物の吸引除去を行う場合について説明したが、ウェーハＷ表面に薬液を供給する際にも同様にして異物の吸引除去を行うようにしてもよい。

次に、他の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図２（ａ）は本発明の第２実施例の基板処理装置の構成を示す断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示したウェーハチャックの平面図である。なお、図２（ａ）、（ｂ）において、上述した第１実施例と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

図２（ａ）、（ｂ）に示す本実施例の基板処理装置２１において、上述した第１実施例と相違するところは、ウェーハチャック２を回転させる回転軸２２を内管２２ａと外管２２ｂからなる２重管で構成し、内管２２ａにバックリンスノズル９を挿入するともに、外管２２ｂをガス供給部２３に接続したことである。ガス供給部２３からは、空気、窒素、アルゴン、ヘリウム又はこれらの混合ガスからなるガスが回転軸２２の外管２２ｂを通じて、キャップ１１下部へ供給される。

次に、本実施例の基板処理装置２１の動作を説明する。薬液供給ノズル４により、所定の時間ウェーハＷを薬液処理した後、ウェーハＷの裏面に付着した薬液を取り除くために、バックリンスノズル９のノズル内管９ａから純水等のリンス液をウェーハＷの裏面中心部に供給する。このとき、同時に回転軸２２の外管２２ｂからガスをキャップ１１とウェーハチャック２の隙間に供給するとともに、ノズル外管９ｂから吸引を行なう。このように、外から中へ向かって気流が形成されるので、バックリンスノズル９がウェーハチャック２や回転軸６に接触して発生する異物を外方へ拡散させることなく、さらに効率よく吸引除去することができ、ウェーハＷへの異物付着を効果的に防止することができる。また、このときガス供給量と吸引量はほぼ同等に設定されるので、基板処理装置２１内の雰囲気を乱すことなく、安定して基板の処理を行うことができる。このような構成は、特に安定した膜厚制御やミスト防止が求められるフォトレジスト塗布装置等に大きな効果がある。

次に、他の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図３（ａ）は本発明の第３実施例の基板処理装置の構成を示す断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示したウェーハチャックの平面図である。なお、図３（ａ）、（ｂ）において、上述した第２実施例と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

図３（ａ）、（ｂ）に示す本実施例の基板処理装置３１において、上述した第２実施例と相違するところは、ウェーハチャック２の上面に回転軸２２の開口部を囲むようにリング部３２を設けるとともに、バックリンスノズル９を少なくとも３つ以上のノズル固定治具３３ａ〜３３ｃで回転軸２２に固定するようにしたことである。さらに、リング部３２の径はキャップ１１の底面の径よりも小さく、かつリング部３２の高さはキャップ１１の底面の高さよりも低くなるように設定されている。また、ノズル固定治具３３ａ〜３３ｃは、各々バックリンスノズル９の先端部、中央部及びモータ５内部に設けられている。

次に、本実施例の基板処理装置３１の動作を説明する。薬液供給ノズル４により、所定の時間ウェーハＷを薬液処理した後、ウェーハＷの裏面に付着した薬液を取り除くために、バックリンスノズル９のノズル内管９ａから純水等のリンス液をウェーハＷの裏面中心部に供給する。このとき、同時に回転軸２２の外管２２ｂからガスをキャップ１１とウェーハチャック２の隙間に供給するとともに、ノズル外管９ｂから吸引を行なう。

本実施例の基板処理装置３１では、ウェーハチャック２上面のキャップ１１下部に位置する箇所にリング部３２を設けているので、上述したガス供給と吸引の一連の動作を、ウェーハチャック２、キャップ１１及びリング部３２で囲まれた領域内で効率よく行なうことができる。また、従来は、キャップ１１のみでリンス液の回転軸２２内部への侵入防止を図っていたが、支持ピン７や保持ピン８の跳ね返りによって、多少のリンス液が回転軸２２の内部へ侵入することは防止することができなかった。本実施例のリング部３２は、跳ね返ったリンス液による回転軸２２内部への侵入も確実に防止することができる。

さらに、バックリンスノズル９は、その外周部を３つのノズル固定治具３３ａ〜３３ｃにより回転軸２２に固定されているので、バックリンスノズル９の偏芯をさらに効果的に抑制し、異物の発生量を大きく低減することができる。加えて、バックリンスノズル９中心の位置出しにかかる作業工数も簡素化することができる。

このように、本実施例の基板処理装置３１では、ウェーハチャック２の上面に新たにリング部３２を設けるとともに、バックリンスノズル９を固定するノズル固定治具３３ａ〜３３ｃを増設するようにしたので、バックリンスノズル９の振動低減、リンス液の回転軸２２内部への侵入防止、バックリンスノズル９とウェーハチャック２、回転軸２２の接触により発生する異物の拡散防止等に大きな効果を奏する。これにより、安定して基板処理を行うことができる。

なお、上記実施例では、３つのノズル固定治具３３ａ〜３３ｃを設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく４つ以上のノズル固定治具を設けるようにしてもよい。また、これら複数のノズル固定治具を互いに連結すれば、バックリンスノズル９の偏芯をより確実に防止することができ、さらにバックリンスノズルの取り付け精度も向上させることができる。

さらに、本発明の基板処理装置は、ウェーハの表面を薬液処理した後に裏面を洗浄する機構を有するものであれば、どのような装置にも適用でき、例えばフォトレジスト塗布装置、現像装置、洗浄装置、エッチング装置等に適用できる。

バックリンスノズルを内管と外管からなる２重管構造とし、内管からリンス液をウェーハに供給する際、同時に外管から発生した異物を吸引することによって、ウェーハチャックの振動によりバックリンスノズルが偏芯して異物が発生しても、ウェーハへの付着を効果的に防止することができる。これにより、安定してウェーハを処理することができ、製品の品質及び歩留りを向上させることができる。

また、回転軸についても内管と外管の２重管構造とし、回転軸の外管からガスを供給する際、同時にバックリンスノズルの外管から吸引することによって、基板処理装置内の気流を乱すことなく、発生した異物を吸引除去することができる。これにより、さらに安定してウェーハを処理することができ、製品の品質及び歩留りを向上させることができる。

本発明の第１実施例の基板処理装置の断面図及びウェーハチャックの平面図 本発明の第２実施例の基板処理装置の断面図及びウェーハチャックの平面図 本発明の第３実施例の基板処理装置の断面図及びウェーハチャックの平面図 従来の基板処理装置の断面図

符号の説明

１ 本発明の第１実施例の基板処理装置
２ ウェーハチャック
３ カップ
４ 薬液供給ノズル
５ モータ
６ 回転軸
７ 支持ピン
８ 保持ピン
９ バックリンスノズル
９ａ ノズル内管
９ｂ ノズル外管
１０ａ、１０ｂ ノズル固定治具
１１ キャップ
１２ 排液口
１３ リンス液供給部
１４ 減圧部
２１ 本発明の第２実施例の基板処理装置
２２ 回転軸
２２ａ 内管
２２ｂ 外管
２３ ガス供給部
３１ 本発明の第３実施例の基板処理装置
３２ リング部
３３ａ〜３３ｃ ノズル固定治具
４１ 従来の基板処理装置
４２ ウェーハチャック
４３ カップ
４４ 薬液供給ノズル
４５ モータ
４６ 回転軸
４７ 支持ピン
４８ 保持ピン
４９ バックリンスノズル
５０ａ、５０ｂ ノズル固定治具
５１ キャップ
５２ 排液口

Claims (9)

1. 回転軸の先端に固定されたウェーハチャックに半導体基板を載置し、前記半導体基板を回転させながら薬液を供給した後、前記回転軸の内部に設けられたバックリンスノズルからリンス液を供給して前記半導体基板の裏面を洗浄する基板処理装置において、
   前記バックリンスノズルを内管と外管からなる２重管で構成し、
   前記内管の開口部の位置を前記外管の開口部の位置よりも高くするとともに、前記内管の先端部にキャップを設け、
   前記内管にリンス液供給手段を接続し、
   前記外管に減圧手段を接続し、
   前記キャップは、前記内管から供給された前記リンス液が前記外管の内部に侵入しないように、前記外管の開口部の上方を覆うように設けられることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記回転軸を内管と外管の２重管とし、
   前記回転軸の内管に、前記バックリンスノズルが挿入され、
   前記外管にガス供給手段を接続したことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記ガス供給手段から供給されるガスが、空気、窒素、アルゴン、ヘリウム又はこれらの混合ガスからなることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
4. 前記ウェーハチャックの上面に、前記回転軸の開口部を囲むリング部を設けたことを特
   徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 
   前記リング部の径が前記キャップの底面の径より小さく、かつ前記リング部の高さが前記キャップの底面の高さよりも低いことを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。
6. 
   前記回転軸内に前記バックリンスノズルを固定するノズル固定手段を少なくとも３つ以上設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 前記ノズル固定手段が互いに連結されていることを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
8. 回転軸の先端に固定されたウェーハチャックに半導体基板を載置し、前記半導体基板を回転させながら薬液を供給した後、前記回転軸の内部に設けられたバックリンスノズルからリンス液を供給して前記半導体基板の裏面を洗浄する基板処理方法において、
   前記バックリンスノズルを外管と前記外管の開口部の位置よりも開口部の位置が高い内管からなる２重管で構成するとともに、
   前記リンス液が前記外管の内部に侵入しないように、前記外管の開口部の上方を覆うように前記内管の先端部にキャップが設けられ、
   前記内管からリンス液を供給しながら、前記外管から吸引を行うことを特徴とする基板処理方法。
9. 回転軸の先端に固定されたウェーハチャックに半導体基板を載置し、前記半導体基板を回転させながら薬液を供給した後、前記回転軸の内部に設けられたバックリンスノズルからリンス液を供給して前記半導体基板の裏面を洗浄する基板処理方法において、
   前記回転軸は内管と外管からなる２重管で構成され、
   前記バックリンスノズルは、外管と該外管の開口部の位置よりも開口部の位置が高い内管からなる２重管で構成されるとともに、前記回転軸の内管に挿入され、
   前記リンス液が前記バックリンスノズルの外管の内部に侵入しないように、前記バックリンスノズルの外管の開口部の上方を覆うように前記バックリンスノズルの内管の先端部にキャップが設けられ、
   前記バックリンスノズルの内管及び前記回転軸の外管からリンス液とガスを供給しながら、前記バックリンスノズルの外管から吸引を行うことを特徴とする基板処理方法。
   

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