JP6418694B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
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Description
そこで、本発明の目的の一つは、基板の帯電を利用してエッチングの均一性を高めることである。
複数の電極は、基板に対向する第1電極および第2電極を含む。基板の回転軸線から第1電極までの径方向(回転軸線に直交する方向)の距離は、基板の回転軸線から第2電極までの径方向の距離よりも小さい。つまり、第2電極は、第1電極よりも外方で基板に対向している。
前記制御装置は、前記エッチング工程における基板の処理条件を確認する条件確認工程と、前記エッチング帯電工程において前記複数の電極に印加される電圧の絶対値を前記処理条件に基づいて決定する電圧決定工程とをさらに実行してもよい。「基板の処理条件」は、たとえば、エッチング液の種類、エッチング液の流量、エッチング液の温度、エッチング液の濃度、エッチング液の供給時間、およびエッチング液供給時の基板の回転速度の少なくとも一つを含む。
アルカリ性の液体が基板の主面に供給されると、当該液体中のパーティクルが負に帯電する。酸性の液体が基板の主面に供給されると、pHによっては、当該液体中のパーティクルが正に帯電する。酸性のエッチング液が基板に供給される場合、制御装置は、基板の主面を正に帯電させる。これとは反対に、アルカリ性のエッチング液が基板に供給される場合、制御装置は、基板の主面を負に帯電させる。すなわち、制御装置は、パーティクルと基板の主面との間に電気的な反発力が働くように、各電極に印加される電圧の極性を制御する。これにより、基板の主面からパーティクルを除去できると共に、パーティクルの再付着を抑制または防止できる。
パターンが形成された基板を帯電させると、電気的な偏りがパターンに発生する。そのため、図8に示すように、同じ極性の電荷が、各パターンの先端に集まり、各パターンの先端が、同じまたは略同じ帯電量で同じ極性に帯電する。これにより、斥力(クーロン力)が、隣接する2つのパターンに働く。
この構成によれば、複数の電極が、基板の主面(一方の主面)側に配置されており、基板の主面に形成されたパターンの先端に対向している。したがって、基板の他方の主面(一方の主面とは反対の面)側に複数の電極が配置されている場合よりも、複数の電極からパターンの先端までの距離を減少させることができ、パターン倒れの発生を低減できる。
この構成によれば、誘電体を介して複数の電極が基板に対向する。絶縁材料で作成された誘電体が基板と複数の電極との間にあるので、電荷が誘電体を介して基板と複数の電極との間で移動しないまたはし難い。そのため、基板が帯電した状態を確実に維持できると共に、基板の帯電量を安定させることができる。これにより、エッチングの均一性をより確実に高めることができる。
「基板から前記複数の電極までの距離」は、前記基板の主面に直交する直交方向における前記基板から前記複数の電極までの最短距離を意味する。基板が水平に保持されている場合、前記直交方向は、鉛直方向を意味する。「前記誘電体の厚み」は、前記複数の電極のいずれかを通る位置における前記直交方向の前記誘電体の長さの最小値を意味する。前記誘電体が水平に保持された板状である場合、前記誘電体の厚みは、前記誘電体の上面から前記誘電体の下面までの鉛直方向の距離を意味する。
請求項8に記載の発明は、前記基板処理方法は、前記エッチング工程において前記基板の主面に供給されるエッチング液の種類を含む基板の処理条件を確認する条件確認工程をさらに含み、前記エッチング帯電工程は、エッチング液が酸性の場合、前記基板の主面を正に帯電させ、エッチング液がアルカリ性の場合、前記基板の主面を負に帯電させる工程である、請求項7に記載の基板処理方法である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る基板処理装置1に備えられた処理ユニット2の内部を水平方向から見た模式図である。
基板処理装置1は、半導体ウエハなどの円板状の基板Wを一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。基板処理装置1は、処理液で基板Wを処理する処理ユニット2と、処理ユニット2に基板Wを搬送する搬送ロボット(図示せず)と、基板処理装置1を制御する制御装置3とを含む。
処理ユニット2は、支軸12を介して遮断板11に連結された遮断板昇降ユニット13を含む。処理ユニット2は、遮断板11の中心線まわりに遮断板11を回転させる遮断板回転ユニットを備えていてもよい。遮断板昇降ユニット13は、遮断板11の下面が基板Wの上面に近接する近接位置(図2に示す位置)と、近接位置の上方に設けられた退避位置(図1に示す位置)との間で遮断板11を昇降させる。
中心ノズル14は、処理液を下方に吐出する複数のインナーチューブ(第1チューブ15および第2チューブ16)と、複数のインナーチューブを取り囲む筒状のケーシング17とを含む。第1チューブ15、第2チューブ16、およびケーシング17は、回転軸線A1に沿って上下方向に延びている。遮断板11の内周面は、径方向(回転軸線A1に直交する方向)に間隔を空けてケーシング17の外周面を取り囲んでいる。
薬液ノズルとしての第1チューブ15に供給される薬液は、たとえば、エッチング液である。エッチング液は、酸性であってもよいし、アルカリ性であってもよい。エッチング液の具体例は、DHF(希釈されたフッ酸)、TMAH(Tetramethylammonium Hydroxide:水酸化テトラメチルアンモニウム)、dNH4OH(希釈された水酸化アンモニウム)、およびSC−1(NH4OHとH2O2とを含む混合液)である。エッチングされる対象の具体例は、シリコン、およびシリコン酸化膜である。エッチング対象は、TiN(チタンナイトライド)膜であってもよい。この場合、エッチング液は、過酸化水素水を含む溶液が用いられる。過酸化水素水を含む溶液の代表例は、SC−1およびSC−2(HClとH2O2とを含む混合液)である。
同じ大きさの電圧指令値が制御装置3から各電源装置37に入力されると、同じ大きさの電圧が、第1電極31、第2電極32、および第3電極33のそれぞれに印加される。異なる大きさの電圧指令値が制御装置3から各電源装置37に入力されると、異なる大きさの電圧が、第1電極31、第2電極32、および第3電極33に印加される。
処理される基板Wの一例は、シリコンウエハである。シリコンウエハは、パターンが表面で露出したウエハであってもよいし、最表面が平坦なウエハであってもよい。パターンは、ライン状のパターンでもよいし、シリンダ状のパターンでもよい。デバイス形成面である表面でパターンが露出している場合、「基板Wの上面(表面)」は、基板W自体(母材)の上面(表面)およびパターンの表面を含む。
具体的には、遮断板11が退避位置に位置している状態で、搬送ロボット(図示せず)が、ハンドをチャンバー内に進入させる。その後、搬送ロボットは、ハンド上の基板Wを複数のチャックピン6の上に置く。その後、複数のチャックピン6が基板Wの周縁部に押し付けられ、基板Wが複数のチャックピン6に把持される。スピンモータ9は、基板Wが把持された後、基板Wの回転を開始させる。搬送ロボットは、基板Wが複数のチャックピン6の上に置かれた後、ハンドをチャンバーの内部から退避させる。
具体的には、遮断板昇降ユニット13が遮断板11を退避位置から近接位置に下降させる。その後、遮断板11が近接位置に位置している状態で、薬液バルブ19が開かれる(図6のステップS12)。これにより、回転している基板Wの上面中央部に向けて中心ノズル14からエッチング液が吐出される。薬液バルブ19が開かれてから所定時間が経過すると、薬液バルブ19が閉じられ、中心ノズル14からのエッチング液の吐出が停止される(図6のステップS13)。
具体的には、遮断板11が近接位置に位置している状態で、リンス液バルブ22が開かれる(図6のステップS14)。これにより、回転している基板Wの上面中央部に向けて中心ノズル14から純水が吐出される。中心ノズル14から吐出された純水は、基板Wの上面に沿って外方に流れる。基板Wの上面周縁部に達した純水は、基板Wの周囲に排出される。このようにして、基板W上のエッチング液が純水によって洗い流され、基板Wの上面全域が純水の液膜で覆われる。リンス液バルブ22が開かれてから所定時間が経過すると、リンス液バルブ22が閉じられ、中心ノズル14からの純水の吐出が停止される(図6のステップS15)。
具体的には、遮断板11が近接位置に位置している状態で、溶剤バルブ24が開かれる(図6のステップS16)。これにより、回転している基板Wの上面中央部に向けて中心ノズル14からIPAが吐出される。中心ノズル14から吐出されたIPAは、基板Wの上面に沿って外方に流れる。基板Wの上面周縁部に達したIPAは、基板Wの周囲に排出される。このようにして、基板W上の純水がIPAに置換され、基板Wの上面全域がIPAの液膜で覆われる。溶剤バルブ24が開かれてから所定時間が経過すると、溶剤バルブ24が閉じられ、中心ノズル14からのIPAの吐出が停止される(図6のステップS17)。
具体的には、遮断板11が近接位置に位置している状態で、気体バルブ26が開かれる。これにより、回転している基板Wの上面中央部に向けて遮断板11の中央吐出口11aから窒素ガスが吐出される。さらに、スピンモータ9が基板Wの回転速度を高回転速度(たとえば数千rpm)まで増加させる。これにより、大きな遠心力が基板Wに付着しているIPAに加わり、IPAが基板Wからその周囲に振り切られる。そのため、IPAが基板Wから除去され、基板Wが乾燥する。基板Wの高速回転が開始されてから所定時間が経過すると、スピンモータ9が基板Wの回転を停止させ、気体バルブ26が閉じられる。
具体的には、遮断板昇降ユニット13が遮断板11を近接位置から退避位置に上昇させる。その後、複数のチャックピン6が基板Wの周端面から離れ、基板Wの把持が解除される。その後、遮断板11が退避位置に位置している状態で、搬送ロボットが、ハンドをチャンバーの内部に進入させる。その後、搬送ロボットは、スピンチャック4上の基板Wをハンドで取り、ハンドをチャンバーの内部から退避させる。
基板Wの回転軸線A1から第1電極31までの径方向(回転軸線A1に直交する方向)の距離は、基板Wの回転軸線A1から第2電極32までの径方向の距離よりも小さい。基板Wの回転軸線A1から第2電極32までの径方向の距離は、基板Wの回転軸線A1から第3電極33までの径方向の距離よりも小さい。つまり、第2電極32は、第1電極31よりも外方で基板Wに対向しており、第3電極33は、第2電極32よりも外方で基板Wに対向している。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。以下の図9〜図10において、図1〜図8に示された各部と同等の構成部分については、図1等と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
第2実施形態では、第1実施形態に係る対向部材27が省略されており、第1実施形態に係る遮断板11に代えて、第2実施形態に係る対向部材に相当する遮断板211が設けられている。
複数の電極231〜233は、回転軸線A1の径方向外方に配置された第1電極231と、第1電極231の径方向外方に配置された第2電極232と、第2電極232の径方向外方に配置された第3電極233とを含む。各電極231〜233は、回転軸線A1からの距離が一定で、回転軸線A1を取り囲むO字状である。複数の電極231〜233は、同心円状に配置されている。
本発明の実施形態の説明は以上であるが、本発明は、前述の実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、前記実施形態における基板Wの処理例では、複数の電極に対する電圧の印加を一時的に停止する場合について説明したが、薬液の供給開始前から基板Wの乾燥終了後まで電圧の印加を継続してもよい。また、基板Wに薬液を供給するときだけ、もしくは、基板Wを乾燥させるときだけに、複数の電極に電圧を印加してもよい。つまり、エッチング帯電工程および乾燥帯電工程の一方を省略してもよい。
すなわち、制御装置3は、実際に基板Wに供給される薬液の温度を測定する温度センサーから薬液の実測温度を取得する。そして、制御装置3は、薬液の実測温度と、その時に使用するレシピR1〜R3に規定されている薬液の温度c1〜c3(設定温度)との差分を計算する。制御装置3は、差分温度に基づいて、たとえば以下のように、レシピR1〜R3に規定されている電圧群V1〜V3を補正する。
図11に示すように、薬液の一例であるdNH4OHの温度(x)と、アモルファスシリコン(a−Si)のエッチングレート(y)との間には式1に示す相関関係が存在する。
制御装置3は、レシピR1〜R3に規定された薬液の温度c1〜c3と薬液の実測温度との差分を式1に適用することによって、差分温度に起因するエッチングレートの変動量の近似値を求めることができる。例えば、式1によると、基板Wに実際に供給される薬液の温度(x)が設定温度よりも1℃高いと、エッチングレート(y)が約1.27倍になると予測される。
図12に示すように、印加電圧(x)と、エッチングレート(y)との間には式2に示す相関関係が存在する。
制御装置3は、式1で求められたエッチングレート(y)を式2に適用することにより、エッチングレートの変動を補償する印加電圧の近似値を求める。そして、算出された印加電圧だけ、レシピR1〜R3に規定されている電圧群V1〜V3を補正する。例えば、レシピR1〜R3に規定されている薬液温度c1〜c3が実測された薬液温度よりも1℃低いときにはエッチングレートが−1.27倍になると予測される。この場合、制御装置3は、レシピR1〜R3に規定されている電圧群V1〜V3を1.27kv増加させる。これによって、実際のエッチングレートを所望のエッチングレートに一致させることができる。
前記実施形態における基板Wの処理例では、有機溶剤の一例であるIPA(液体)を基板Wの上面に供給する溶剤供給工程が行われる場合について説明したが、溶剤供給工程を省略してもよい。
前述の全ての実施形態のうちの二つ以上が組み合わされてもよい。
2 :処理ユニット
3 :制御装置
4 :スピンチャック(基板保持手段)
14 :中心ノズル(エッチング液供給手段)
15 :第1チューブ(エッチング液供給手段)
16 :第2チューブ
18 :薬液配管(エッチング液供給手段)
19 :薬液バルブ(エッチング液供給手段)
20 :温度調節器
21 :リンス液配管
22 :リンス液バルブ
23 :溶剤配管
24 :溶剤バルブ
27 :対向部材
28 :支持部
29 :対向部
30 :誘電体
30a :対向面
31 :第1電極
32 :第2電極
33 :第3電極
34 :陽極
35 :陰極
36 :配線
37 :電源装置
41 :レシピ記憶部
42 :処理実行部
211 :遮断板(対向部材)
231 :第1電極
232 :第2電極
233 :第3電極
A1 :回転軸線
D1 :距離
D2 :厚み
D3 :距離
D4 :距離
W :基板
Claims (9)
- 基板を保持しながら前記基板の中央部を通る回転軸線まわりに前記基板を回転させる基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板の主面にエッチング液を供給するエッチング液供給手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板に対向する第1電極と、前記回転軸線に対して前記第1電極よりも遠くに配置されており前記基板保持手段に保持されている基板に対向する第2電極と、を含む複数の電極と、
前記基板保持手段、エッチング液供給手段、および複数の電極を制御する制御装置とを含み、
前記制御装置は、
前記回転軸線まわりに基板を回転させながら、前記基板の主面にエッチング液を供給するエッチング工程と、
前記第1電極および第2電極の順番で印加電圧の絶対値が増加するように、前記複数の電極に電圧を印加することにより、前記エッチング工程と並行して前記基板の主面を帯電させるエッチング帯電工程とを実行する、基板処理装置。 - 前記エッチング帯電工程は、エッチング液が酸性の場合、前記基板の主面が正に帯電するように前記複数の電極に電圧を印加し、エッチング液がアルカリ性の場合、前記基板の主面が負に帯電するように前記複数の電極に電圧を印加する工程である、請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記基板は、前記主面でパターンが露出した基板であり、
前記制御装置は、
前記基板から液体を除去することにより、前記エッチング工程の後に前記基板を乾燥させる乾燥工程と、
前記複数の電極に電圧を印加することにより、前記乾燥工程と並行して前記基板の主面を帯電させる乾燥帯電工程とをさらに実行する、請求項1または2に記載の基板処理装置。 - 前記複数の電極は、前記基板の主面に対向する、請求項3に記載の基板処理装置。
- 前記複数の電極が埋め込まれており、前記基板保持手段に保持されている基板と前記複数の電極との間に介在する誘電体をさらに含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記基板保持手段に保持されている基板から前記複数の電極までの距離は、前記誘電体の厚みよりも小さい、請求項5に記載の基板処理装置。
- 基板の中央部を通る回転軸線まわりに前記基板を回転させながら、前記基板の主面にエッチング液を供給するエッチング工程と、
前記エッチング工程と並行して、前記基板の主面中央部から離れるにしたがって帯電量が増加するように前記基板の主面を帯電させるエッチング帯電工程とを含む、基板処理方法。 - 前記エッチング帯電工程は、エッチング液が酸性の場合、前記基板の主面を正に帯電させ、エッチング液がアルカリ性の場合、前記基板の主面を負に帯電させる工程である、請求項7に記載の基板処理方法。
- 前記基板は、前記主面でパターンが露出した基板であり、
前記基板処理方法は、
前記基板から液体を除去することにより、前記エッチング工程の後に前記基板を乾燥させる乾燥工程と、
前記乾燥工程と並行して前記基板の主面を帯電させる乾燥帯電工程とをさらに含む、請求項7または8に記載の基板処理方法。
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