JP5198223B2

JP5198223B2 - 基板処理装置および基板処理方法

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Publication number: JP5198223B2
Application number: JP2008294259A
Authority: JP
Inventors: 航之介林
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2028-11-18
Also published as: JP2010123658A

Description

本発明は、基板処理装置および基板処理方法に関し、特に処理対象物である例えば半導体ウェハ等の基板の表裏面を処理する基板処理装置および基板処理方法に関する。

一例として、基板処理装置は、ウェーハ等の基板の製造工程において基板に対して薬液等の液体を供給して処理を行う。

基板が回転テーブルに保持されており、薬液が薬液用ノズルから基板の裏面に供給されることで基板を処理する基板処理装置が、特許文献１に開示されている。
特開２００５―３４０６９４号公報

しかし、特許文献１に記載されている装置では、薬液用ノズルの位置が固定されているので、基板の半径方向に移動することができないので、基板の裏面の中心部分から外周部の周縁部分に至る領域に対して同等な処理をすることができない。

また、基板の大口径化が進んでおり、ノズルの位置が固定されている従来の基板処理装置では、基板の裏面の内周部から外周部の周縁部分に至る領域に対して均一に液体（処理液）を供給することができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板の裏面の内周部から外周部の周縁部分に至る領域に対して均一に処理することができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。

本発明の基板処理装置は、回転する基板の表面と裏面に液体を供給して前記基板を処理する基板処理装置であって、前記基板の裏面に対して揺動させながら前記液体を供給する揺動ノズル装置と、複数の種類の前記液体を前記基板の裏面に対して供給する液体供給ノズル装置と、を備え、前記液体供給ノズル装置は、前記の裏面に対面して配置される円板を有し、前記円板には、複数の種類の前記液体を吐出すための複数のノズルが形成されており、前記複数のノズルは、前記円板の円周方向に等間隔で配列され、前記液体供給ノズル装置は、複数の種類の前記液体を前記基板の裏面に対して供給することを特徴とする。

本発明の基板処理方法は、回転する基板の表面と裏面に液体を供給して前記基板を処理する基板処理方法であって、揺動ノズル装置は、前記基板の裏面に対して揺動させながら前記液体を供給し、液体供給ノズル装置は、前記基板の裏面に対面して配置される円板を有し、前記円板には、複数の種類の前記液体を吐出すための複数ノズルが形成されており、前記複数ノズルは、前記円板の円周方向に等間隔で配列され、前記液体供給ノズル装置は、複数の種類の前記液体を前記基板の裏面に対して供給することを特徴とする。

本発明によれば、基板の裏面の内周部から外周部の周縁部分に至る領域に対して均一に処理することができる基板処理装置および基板処理方法を提供することができる。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の基板処理装置の好ましい実施形態を示す図である。

図１に示す基板処理装置１０は、処理対象物である基板Ｗの表面Ｓと裏面Ｂをさまざまな液体（処理液）を用いてプロセス処理を行う装置であり、例えば半導体ウェット装置である。

図１の基板処理装置１０は、基板保持部１１と、上部ノズル１２と、上部ノズルの移動操作部１３と、ダウンフロー用のフィルタ付きファン１４と、カップ１５と、揺動ノズル装置４０と、複数種類の液体（処理液）を供給するための液体供給ノズル装置７０と、処理室１６を有する。

図１に示す基板保持部１１は、ベース部材１７と、モータ１８を有している。ベース部材１７の上には半導体ウェーハである基板Ｗが着脱可能に固定される。モータ１８は、ステータ１９とロータ２０を有している。ロータ２０は、中空の回転軸であり、駆動用のマグネットを備えている。

ステータ１９は、駆動用コイルを備えており、制御部１００からの制御信号によりモータ１８のステータ１９の駆動用コイルに通電されることにより、駆動用コイルの発生する磁界とマグネットの磁界の相互作用により、ロータ２０とともにベース部材１７と基板ＷがＲ方向に連続回転するようになっている。

図１に示す処理室１６内には、上部ノズルヘッド１２と、上部ノズルの移動操作部１３と、カップ１５が収容されている。ファン１４は、制御部１００の指令により動作する。

図１に示す上部ノズル１２は、ベース部材１７に保持された基板Ｗの表面Ｓに対して液体（処理液）３１を供給するためのノズルである。

液体（処理液）３１は、供給部３２からバルブ３３を介して上部ノズル１２に供給される。上部ノズルの移動操作部１３は、上部ノズル１２を基板Ｗの半径方向ＸとＺ方向に沿って移動することができる。カップ１５は排液管１５Ｍを有しており、上部ノズル１２から基板Ｗの表面Ｓに供給された後の排液は、上部ノズル１２から基板Ｗの表面Ｓに供給された後に、排液管１５Ｍからの排液は排液回収部１５Ｓに回収されるようになっている。バルブ３３の開閉制御は、制御部１００の指令により行う。液体（処理液）３１は、例えば、エッチング液、純水、洗浄液等である。

次に、図１〜図４を参照して、揺動ノズル装置４０と、複数の種類の液体（処理液）を供給するための液体供給ノズル装置７０の構造について説明する。

図２は、揺動ノズル装置４０と、複数の種類の液体（処理液）を供給するための液体供給ノズル装置７０の構造例を詳しく示しており、図３は、図２に示す揺動ノズル装置４０と、複数の種類の液体（処理液）を供給するための液体供給ノズル装置７０をＭ方向から見た平面図である。図４は、図２に示す揺動ノズル装置４０をＮ方向から見た側面図である。

まず、図１と図２を参照して、液体（処理液）供給ノズル装置７０の構造を説明する。

液体（処理液）供給ノズル装置７０は、円板７７と、６本の液体（処理液）供給用の配管７１〜７６と、２本の排液管７８，７９と、中空軸管８０を有している。

図２と図３に示す例では、円板７７は、６個の液体（処理液）吐出用のノズル８１〜８６と、２個の排液口８７，８８と、中央の貫通穴８９を備えている。図３に示すように、６個の液体（処理液）吐出用のノズル８１〜８６は、円板７７において円板７７の直径方向Ｈに沿って直線状に配列されている。

図２に示すように、液体（処理液）吐出用のノズル８１は、液体（処理液）供給用の配管７１とバルブ７１Ｂを介して液体（処理液）供給部７１Ｃに接続されている。液体（処理液）吐出用のノズル８２は、液体（処理液）供給用の配管７２とバルブ７２Ｂを介して液体（処理液）供給部７２Ｃに接続されている。液体（処理液）吐出用のノズル８３は、液体（処理液）供給用の配管７３とバルブ７３Ｂを介して液体（処理液）供給部７３Ｃに接続されている。

図２に示すように、液体（処理液）吐出用のノズル８４は、液体（処理液）供給用の配管７４とバルブ７１Ｂを介して液体（処理液）供給部７１Ｃに接続されている。液体（処理液）吐出用のノズル８５は、液体（処理液）供給用の配管７５とバルブ７２Ｂを介して液体（処理液）供給部７２Ｃに接続されている。液体（処理液）吐出用のノズル８６は、液体（処理液）供給用の配管７６とバルブ７３Ｂを介して液体（処理液）供給部７３Ｃに接続されている。各バルブ７１Ｂ〜７３Ｂの開閉制御は、制御部１００の指令により行う。

図３に示すように、液体（処理液）吐出用のノズル８１，８４は、円板７７の円周方向に沿って１８０度ごとに等間隔で配列されており、図1に示す第１液体（処理液）１０１を供給する。液体（処理液）吐出用のノズル８２，８５は、円板７７の円周方向に沿って１８０度ごとに等間隔で配列されており、図1に示す第２液体（処理液）１０２を供給する。液体（処理液）吐出用のノズル８３，８６は、円板７７の円周方向に沿って１８０度ごとに等間隔で配列されており、図1に示す第３液体（処理液）１０３を供給する。なお、各液体（処理液）吐出用のノズルは等間隔だけでなく、異なる間隔で配列しても良い。

図２に示すように、液体（処理液）吐出用のノズル８１，８４は、中心軸ＣＬと直交する水平方向Ｘに対して、傾斜角度θ１で傾斜されている。同様にして、吐出用のノズル８２，８５は、中心軸ＣＬと直交する水平方向Ｘに対して、傾斜角度θ２で傾斜されている。吐出用のノズル８３，８６は、中心軸ＣＬと直交する水平方向Ｘに対して、傾斜角度θ３で傾斜されている。傾斜角度θ１〜θ３は、同じ角度であっても良いし、異なる角度であっても良い。各液体（処理液）吐出用のノズル８１，８4，８２，８５，８３，８６は、例えばウェーハの中心部または中心部の周辺に吐出することができる。また、各ノズルはウェーハの任意の部分に液体を吐出することができるようにしても良い。さらに、対向した液体（処理液）吐出用のノズル８１，８４、対向した吐出用のノズル８２，８５、対向した吐出用のノズル８３，８６は、それぞれ吐出する液体が交差するか、または交差させないようにすることができる。これにより、ウェーハが大型化しても、液体をウェーハの任意の部分に吐出すことができ、ウェーハの大型化に対応できる。

一例として、液体（処理液）吐出用のノズル８１，８４の組は、第１液体（処理液）１０１を基板Ｗの裏面Ｂに供給でき、ノズル８２，８５の組は、第２液体（処理液）１０２を基板Ｗの裏面Ｂに供給でき、さらに、ノズル８３，８６の組は、第３液体（処理液）１０３を基板Ｗの裏面Ｂに供給できる。図３に示すように、一例として、ノズル８１，８４の組は、中心軸ＣＬから距離Ｋ１の位置に形成され、ノズル８２，８５の組は、中心軸ＣＬから距離Ｋ２の位置に形成され、ノズル８３，８６の組は、中心軸ＣＬから距離Ｋ３の位置に形成されている。

第１液体（処理液）１０１としては、例えば洗浄液であり、第２液体（処理液）１０２としては、例えばエッチング液であり、第３液体（処理液）１０３としては、例えば純水である。

図２に示すように、排液口８７は、排液管７８とバルブ７８Ｂを介して液体（処理液）回収部７８Ｃに接続されている。排液口８８は、排液管７９とバルブ７８Ｂを介して液体（処理液）回収部７８Ｃに接続されている。これにより、基板Ｗの裏面Ｂ側に供給された液体（処理液）の排液は、排液口８７、８８と排液管７８、７９とバルブ７８Ｂを介して排液回収部７８Ｃに回収されるようになっている。バルブ７８Ｂの開閉制御は、制御部１００の指令により行う。

図２に示すように、６本の液体（処理液）供給用の配管７１〜７６と２本の排液管７８，７９は、中空軸管８０の内部に収容されており、中空軸管８０の上端部８０Ｔは円板７７の下面７７Ｒに固定されている。

図１に示すように、中空軸管８０とロータ２０は、中心軸ＣＬを中心として同軸状に配置されている。中空軸管８０の外径は、ロータ２０の内径よりも小さく設定されており、中空軸管８０の外周面とロータ２０の内周面との間には、ベアリング９０が配置されている。これにより、回転側部材であるロータ２０は、固定側部材である中空軸管８０に対して回転可能に支持されている。

次に、図２〜図４を参照して、揺動ノズル装置４０の構造例を説明する。

揺動ノズル装置４０は、円板７７の中央の貫通穴８９に配置されており、揺動ノズル装置４０の揺動ノズル４１が回転（揺動）することにより、図１に示すように、揺動ノズル４１が基板Ｗの裏面Ｂに対して液体（処理液）を吐出す位置を可変するようになっている。

図２と図４に示すように、揺動ノズル装置４０は、揺動ノズル４１を有する回転部材４２と、ロッド４３と、上下操作用のカム４４と、モータ４５を有している。モータ４５は例えばサーボモータである。

揺動部材４２は、支持ピン５３，５３を有している。支持ピン５３，５３は、円板７７の貫通穴８９の内周壁の凹部５４，５４にそれぞれはめ込まれている。モータ４５の駆動軸４６は、例えば楕円形のカム４４に連結されており、カム４４は、ロッド４３の下端部４８にピン４９を用いて連結されている。ロッド４３の上端部５０は、揺動部材４２の連結部５１にピン５２を介して連結されている。

図４に示すモータ４５が駆動して、駆動軸４６とともにカム４４が回転することにより、ロッド４３がＺ方向に沿って上下動作する。このロッド４３の上下動作により、揺動ノズル４１を有する揺動部材４２は、支持ピン５３，５３を中心にして、Ｆ方向に揺動できるようになっている。揺動ノズル４１は、液体（処理液）供給用の配管５５とバルブ５５Ｂを介して液体（処理液）供給部５５Ｃに接続されている。図4に示す揺動ノズル４１が供給する第４液体（処理液）１０４は、例えば純水である。

次に、上述した基板処理装置１０を用いて基板Ｗの表面Ｓと裏面Ｂをプロセス処理する基板処理方法を説明する。

図１に示す制御部１００がモータ１８を駆動すると、基板ＷはＲ方向に連続回転される。

図１に示す上部ノズル１２は、回転している基板Ｗの表面Ｓに対して液体（処理液）３１を供給する。この液体（処理液）３１は、液体（処理液）供給部３２からバルブ３３を介して上部ノズル１２に供給される。上部ノズルの移動操作部１３は、上部ノズル１２を基板Ｗの半径方向ＸとＺ方向に沿って移動することで、液体（処理液）３１は、基板Ｗの表面Ｓの中心部分（内周部分）から外周部の周縁部分までむらなく供給し処理することができる。上部ノズル１２から基板Ｗの表面Ｓに供給された後の排液は、排液管１５Ｍから排液回収部１５Ｓに回収される。このようにして、基板Ｗの表面Ｓには、液体（処理液）が供給されて基板Ｗの表面Ｓの中心部分（内周部分）から外周部の周縁部分までむらなく均一な処理がされる。

一方、基板Ｗの表面Ｓの処理と同時に基板Ｗの裏面Ｂは、次のようにして液体（処理液）を供給して処理することができる。

まず、制御部１００の薬液の吐出シーケンスに従って、液体（処理液）吐出用のノズル８３，８６の組が、第３液体（処理液）１０３を基板Ｗの裏面Ｂに例えばｔ秒間供給し、次にノズル８２，８５の組は、第２液体（処理液）１０２を基板Ｗの裏面Ｂに例えばｔ秒間供給し、さらに、ノズル８１，８４の組は、第１液体（処理液）１０１を基板Ｗの裏面Ｂに例えばｔ秒間供給する。この供給の順番は、逆であっても良い。各液体の供給時間は同じであっても良いし、それぞれ異なる時間に変更しても良く、各供給時間は自由に設定できる。各ノズルは、液体を吐出する時間ｔ秒間を経過したら吐出動作を止める。また。吐出する液体が同種類であれば、各ノズルから時間ｔ秒間経過ごとに吐出動作を止めないで、吐出動作を継続させても良い。

さらに、モータ４５の駆動軸４６とともにカム４４が回転することにより、ロッド４３がＺ方向に沿って上下動作する。このロッド４３の上下動作により、揺動ノズル４１を有する揺動部材４２は、支持ピン５３，５３を中心にして、Ｆ方向に揺動する。このように揺動ノズル４１が揺動することにより、揺動ノズル４１が基板Ｗの裏面Ｓに対して第４液体（処理液）１０４を吐出す位置を可変することができる。揺動ノズル４１により基板Ｗの裏面Ｂに対して第４液体（処理液）１０４を吐出す動作は、ノズル８１〜ノズル８６により基板Ｗの裏面Ｂに対して液体（処理液）を吐出す動作と同時に、あるいは単独でも行うことができる。揺動ノズル４１の揺動範囲は、自由に設定しても良い。この揺動ノズル４１の揺動範囲は、例えば裏面Ｂの全体を処理することのできる範囲であっても、一部処理することができる範囲であっても良い。

揺動ノズル４１とノズル８１〜ノズル８６から液体（処理液）が基板Ｗの裏面Ｂを処理した後の排液は、排液用のノズル８７，８８と排液管７８，７９とバルブ７８Ｂを介して液体（処理液）回収部７８Ｃに回収される。

上述したようにして、基板Ｗの裏面Ｂの内周部分から外周部分の周縁部分は、図示例では、３組のノズル８１〜８６から吐出される３種類の液体（処理液）と、揺動ノズル装置４０の揺動ノズル４１から吐出される液体（処理液）により、均一な処理を行うことができる。基板Ｗが大口径化しても、基板Ｗの裏面Ｂの内周部分から外周部分の周縁部分に対してまんべんなく液体（処理液）を供給して均一な処理が行え、基板Ｗの周縁部分における液体（処理液）の被覆性が確保できる。これにより、基板Ｗの表面Ｓと裏面Ｂに対して、同等な処理が可能である。これにより、基板Ｗの裏面Ｂの液体（処理液）の被覆性が向上し、基板の大口径化にも対応できる。基板Ｗの裏面Ｂの清浄度やエッチング液を用いる場合にはエッチング処理の均一性が向上する。

本発明の基板処理装置は、回転する基板の表面と裏面に液体を供給して基板を処理する基板処理装置であって、基板の裏面に対して揺動させながら液体を供給する揺動ノズル装置と、複数の種類の液体を基板の裏面に対して供給する液体供給ノズル装置と、を備え、液体供給ノズル装置は、基板の裏面に対面して配置される円板を有し、円板には、複数の種類の液体を吐出すための複数のノズルが形成されており、複数のノズルは、円板の中心軸を中心とする直径の異なる複数の円周方向に配列されていることを特徴とする。これにより、基板の裏面の内周部から外周部の周縁部分に至る領域に対して均一に処理することができる。

本発明の基板処理装置では、液体を吐出す複数のノズルは、円板の同じ円周方向に配列されていることを特徴とする。これにより、基板の裏面に対して各種の液体を確実に供給することができる。

本発明の基板処理装置では、揺動ノズル装置は、基板の裏面に液体を吐出す揺動ノズルと、揺動ノズルを基板の裏面に対して揺動させる駆動部と、を有することを特徴とする。これにより、各ノズルからの液体の供給に加えて、揺動ノズルが基板の裏面に対して確実に液体を供給でき、基板の大型化にも対応できる。

本発明の基板処理装置は、基板の裏面外周側の円周方向のノズルから、基板の内周側のノズルに順番に液体を供給されることを特徴とする。これにより、異なる種類の液体あるいは同種の液体を、基板の裏面に対して確実に供給でき、基板大型化にも対応できる。

本発明の基板処理装置では、液体は、基板の表面に対して液体を供給する上部ノズルを有することを特徴とする。これにより、基板の表面と裏面を同時に処理することができる。

本発明の基板処理方法は、回転する基板の表面と裏面に液体を供給して前記基板を処理する基板処理方法であって、揺動ノズル装置は、前記基板の裏面に対して揺動させながら前記液体を供給し、液体供給ノズル装置は、前記基板の裏面に対面して配置される円板を有し、前記円板には、複数の種類の前記液体を吐出すための複数のノズルが形成されており、前記複数ノズルは、前記円板の円周方向に配列され、前記液体供給ノズル装置は、複数の種類の前記液体を前記基板の裏面に対して供給することを特徴とする。これにより、基板の裏面の内周部から外周部の周縁部分に至る領域に対して均一に処理することが出来る。

本発明は、上記実施形態に限定されず、液体を吐出すノズルの数は、円板７７において同じ円周上に図示例では２個形成されているが、同じ円周上に３個以上であっても良い。また、各ノズルが異なる種類の液体（処理液）を供給する場合に限らず、同じ液体を供給することもできる。

さらに、本発明の実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、本発明の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の基板処理装置の好ましい実施形態を示す図である。図１に示す揺動ノズル装置と、複数の種類の液体（処理液）を供給するための液体供給ノズル装置の構造例を詳しく示す図である。図２に示す揺動ノズル装置と、複数の種類の液体（処理液）を供給するための液体供給ノズル装置をＭ方向から見た平面図である。図２に示す揺動ノズル装置をＮ方向から見た側面図である。

符号の説明

１０基板処理装置
１１基板保持部
１２上部ノズル
１３上部ノズルの移動操作部
１５カップ
１６処理室
１７ベース部材
１８モータ
２０ロータ
４０揺動ノズル装置
７０液体（処理液）供給ノズル装置
７７円板
７１〜７６液体供給用の配管
７８、７８排液管
８０中空軸管
８１〜８６液体（処理液）吐出用のノズル
Ｗ基板
Ｓ基板の表面
Ｂ基板の裏面

Claims

回転する基板の表面と裏面に液体を供給して前記基板を処理する基板処理装置であって、
前記基板の裏面に対して揺動させながら前記液体を供給する揺動ノズル装置と、
複数の種類の前記液体を前記基板の裏面に対して供給する液体供給ノズル装置と、を備え、
前記液体供給ノズル装置は、
前記基板の裏面に対面して配置される円板を有し、前記円板には、複数の種類の前記液体を吐出すための複数のノズルが形成されており、
前記複数のノズルは、前記円板の中心軸を中心とする直径の異なる複数の円周方向に配列されていることを特徴とする基板処理装置。
前記液体を吐出す複数の前記ノズルは、前記円板の同じ前記円周方向に配列さ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。
前記揺動ノズル装置は、
前記基板の裏面に前記液体を吐出す揺動ノズルと、
前記揺動ノズルを前記基板の裏面に対して揺動させる駆動部と、を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。
前記基板の裏面外周側の前記円周方向の前記ノズルから、前記基板の内周側の前記ノズルに順番に供給されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記液体は、前記基板の表面に対して液体を供給する上部ノズルを有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載の基板処理装置。
回転する基板の表面と裏面に液体を供給して前記基板を処理する基板処理方法であって、
揺動ノズル装置は、前記基板の裏面に対して揺動させながら前記液体を供給し、
液体供給ノズル装置は、前記基板の裏面に対面して配置される円板を有し、前記円板には、複数の種類の前記液体を吐出すための複数のノズルが形成されており、前記複数のノズルは、前記円板の円周方向に配列され、前記液体供給ノズル装置は、複数の種類の前記液体を前記基板の裏面に対して供給することを特徴とする基板処理方法。