(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージ上に被処理基板を保持し、前記ステージを回転させてウェット処理を行うウェット処理装置であって、
前記被処理基板は、その中心が前記ステージの回転中心からずらされ、かつ該被処理基板の裏面にガスを流すベルヌイチャックを少なくとも用いて前記ステージに保持されることにより、前記ステージの回転とともに前記被処理基板が偏心回転するように構成され、
前記ステージ内の回転軸部分に前記ベルヌイチャックに用いる第一のガス供給路が設けられ、前記ステージにはまた前記第一のガス供給路に連通し前記被処理基板の裏面ヘガスを導入するための第二のガス供給路が前記被処理基板の中心軸に対して軸対称に設けられていることを特徴とするウェット処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のウェット処理装置であって、前記ベルヌイチャックは、前記ステージの上面であって保持状態にある前記被処理基板の裏面の中央部を含む領域に対応する領域に、凹んだ部分を持つことを特徴とするウェット処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載のウェット処理装置であって、前記凹んだ部分は前記ステージの上面に設けられたリング状突起により形成され、該リング状突起は、保持状態にある前記被処理基板と該リング状突起の上面との間の距離が前記被処理基板の内側から外側に向うにつれて徐々に小さくなるような断面形状を持つことを特徴とするウェット処理装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のウェット処理装置であって、前記第一のガス供給路は前記ステージの中心に対して軸対称に形成されていることを特徴とするウェット処理装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のウェット処理装置であって、前記ステージの上面における前記被処理基板の周辺に対応する箇所に複数の固定ピンが設けられ、これら複数の固定ピンによって前記被処理基板が前記ステージ上の所定の位置に保持されていることを特徴とするウェット処理装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のウェット処理装置であって、前記ステージの回転中心と前記被処理基板の中心との間の距離Ａと、前記被処理基板の直径Ｂとが、Ｃ＝０．０３７５±０．００４５としてＡ＝Ｃ×Ｂの関係を満たすことを特徴とするウェット処理装置。
【請求項７】
被処理基板を保持するための回転ステージ内の中央部に、前記回転ステージの回転軸部分に設けた第一のガス供給路を通してベルヌイチャック用のガスを導入し、
導入されたガスを、前記第一のガス供給路に連通し、かつ前記被処理基板の中心軸に対して軸対称に設けた第二のガス供給路を通して前記被処理基板の裏面側に供給することにより前記被処理基板を保持し、
前記回転ステージを回転させることにより、前記被処理基板を、その中心が前記回転ステージの回転中心からずれた状態で偏心回転させ、
前記偏心回転させた状態で前記被処理基板のウェット処理を行なうことを特徴とするウェット処理方法。
【請求項８】
請求項７に記載のウェット処理方法であって、前記ステージの上面であって保持状態にある前記被処理基板の裏面の中央部を含む領域に対応する領域にリング状突起を形成し、該リング状突起の断面形状を、保持状態にある前記被処理基板と該リング状突起の上面との間の距離が前記被処理基板の内側から外側に向うにつれて徐々に小さくなるようにしたことにより、前記被処理基板の裏面側に供給したガスの流速が前記被処理基板の内側よりも前記被処理基板の外側の方が大きくなるようにしたことを特徴とするウェット処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等をウェット洗浄したりウェット薬液によりエッチングしたりするウェット処理装置及びウェット処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等の精密基板の製造において、洗浄やエッチング等のウェット処理は欠くことのできない工程である。洗浄液の節約、洗浄装置の省占有面積を実現するために、近年、枚葉式ウェット処理装置の開発が進められている。多くの枚葉式ウェット処理装置では、被処理基板を水平状態で保持し、回転可能な回転保持手段を有している。被処理基板の保持方法としては、特許文献１に開示されているように、回転ステージと非接触で被処理基板を保持可能なベルヌイの定理を利用したベルヌイチャックが有効である。【０００３】
ベルヌイチャックは、被処理基板の裏面（下面）においてガスを基板中心から基板周辺に向かって流すことで、ベルヌイの定理により被処理基板の裏面を負圧にして被処理基板をチャックする。このようなベルヌイチャックにおいて安定なチャックを実現するには、被処理基板の中心軸から軸対称にガスを流すことが必要である。しかし、この場合、被処理基板は裏面が負圧になるため、被処理基板は表面と裏面の圧力差により下方へ撓んで凹むようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８５２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ベルヌイチャックにより中央部が若干凹んでいる被処理基板へウェット処理液を供給すると、ウェット処理液が被処理基板の中央部に停留し、特に被処理基板中央部のプロセス均一性が劣化してしまうという問題点があった。【０００６】
そこで、本発明の課題は、ベルヌイチャックの使用に起因する被処理基板のプロセス均一性の劣化を防止できるウェット処理装置及びウェット処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、ステージ上に被処理基板を保持し、前記ステージを回転させてウェット処理を行うウェット処理装置が提供される。本ウェット処理装置においては、前記被処理基板は、その中心が前記ステージの回転中心からずらされ、かつ該被処理基板裏面にガスを流すベルヌイチャックを少なくとも用いて前記ステージに保持されることにより、前記ステージの回転とともに前記被処理基板が偏心回転するように構成され、前記ステージ内の回転軸部分に前記ベルヌイチャックに用いる第一のガス供給路が設けられ、前記ステージにはまた前記第一のガス供給路に連通し前記被処理基板の裏面ヘガスを導入するための第二のガス供給路が前記被処理基板の中心軸に対して軸対称に設けられている。【０００８】
上記の態様によるウェット処理装置において望ましい形態は以下の通りである。【０００９】
前記ベルヌイチャックは、前記ステージの上面であって保持状態にある前記被処理基板の裏面の中央部を含む領域に対応する領域に、凹んだ部分を持つこと。【００１０】
前記凹んだ部分は前記ステージの上面に設けられたリング状突起により形成され、該リング状突起は、保持状態にある前記被処理基板と該リング状突起の上面との間の距離が前記被処理基板の内側から外側に向うにつれて徐々に小さくなるような断面形状を持つこと。【００１１】
前記第一のガス供給路は前記ステージ中心に対して軸対称に形成されること。【００１２】
前記ステージにおける前記被処理基板の周辺に対応する箇所に複数の固定ピンが設けられ、これら複数の固定ピンによって前記被処理基板が前記ステージ上の所定の位置に保持されること。【００１３】
前記ステージの回転中心と前記被処理基板の中心との間の距離Ａと、前記被処理基板の直径Ｂとが、Ｃ＝０．０３７５±０．００４５としてＡ＝Ｃ×Ｂの関係を満たすこと。【００１４】
本発明の別の態様によれば、被処理基板を保持するための回転ステージ内の中央部に、前記回転ステージの回転軸部分に設けた第一のガス供給路を通して、ベルヌイチャック用のガスを導入し、導入されたガスを、前記第一のガス供給路に連通し、かつ前記被処理基板の中心軸に対して軸対称に設けた第二のガス供給路を通して前記被処理基板の裏面側に供給することにより前記被処理基板を保持し、前記回転ステージを回転させることにより、前記被処理基板を、その中心が前記回転ステージの回転中心からずれた状態で偏心回転させ、前記偏心回転させた状態で前記被処理基板のウェット処理を行なうことを特徴とするウェット処理方法が提供される。【００１５】
上記の別の態様によるウェット処理方法において望ましい形態は以下の通りである。【００１６】
前記ステージの上面であって保持状態にある前記被処理基板の裏面の中央部を含む領域に対応する領域にリング状突起を形成し、該リング状突起の断面形状を、保持状態にある前記被処理基板と該リング状突起の上面との間の距離が前記被処理基板の内側から外側に向うにつれて徐々に小さくなるようにし、前記被処理基板の裏面側に供給したガスの流速が前記被処理基板の内側よりも前記被処理基板の外側の方が大きくなるようにする。【００１７】
本発明によれば、枚葉式の基板ウェット処理装置においてプロセス均一性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用したウェット処理装置のステージ周辺部分の縦断面図（図１ａ）及び上面図（図１ｂ）である。
【図２】図１に示すステージを内蔵したウェット処理装置の縦断面図（図２ａ）及び上面図（図２ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
(実施例)
図１を参照して、本発明によるウェット処理装置の第１の実施例について説明する。図１はベルヌイチャックを備えたウェット処理装置のステージ周辺部分の縦断面図（図１ａ）及び上面図（図１ｂ）である。
【００２０】
ウェット処理装置は、円形のステージ１０１上に直径３００ｍｍの円形の被処理基板１０７を保持し、ステージ１０１を回転させてウェット処理を行う。ステージ１０１は、固定中心軸１０２を中心にして回転する。１１２で示す被処理基板１０７の中心と、１１１で示すステージ１０１の中心は、１１．２５ｍｍ離れている。すなわち、ステージ１０１の中心１１１と、被処理基板１０７の中心１１２との距離、すなわち偏心量Ａと、被処理基板１０７の直径Ｂが、Ｃ＝０．０３７５として、Ａ＝Ｃ×Ｂの関係を満たしている。１０３はベルヌイチャックに用いる不活性ガス導入口である。１１０はベルヌイチャックに用いる不活性ガス、ここでは窒素ガスの第一のガス供給路であり、ステージ下部の円筒内壁と、固定中心軸１０２の外壁とで囲まれ、ステージ１０１の中心１１１に対して軸対称な円筒状空間を形成している。
【００２１】
円筒状の第１のガス供給路１１０は、ステージ１０１内の中央部に形成された空間１０４に連通している。空間１０４を形成しているステージ１０１の上面壁には第二のガス供給路１０５が形成されている。第二のガス供給路１０５は、ステージ１０１に載せられている被処理基板１０７の裏面ヘベルヌイチャック用の不活性ガスを導入するためのものである。ここでは直径３ｍｍの多数の孔が、被処理基板１０７の中心１１２に対して略軸対称に配置、形成されている。
【００２２】
被処理基板１０７はベルヌイチャックで保持されると同時に、ステージ１０１の上面の外周寄りに固定された複数の固定ピン１０６によっても保持される。すなわち、ステージ１０１の上面の外周近辺には略垂直方向に突出した複数のピン１０６が円形状に配列されて被処理基板１０７の周囲を支持する。複数のピン１０６により形成される円形の中心は、支持すべき被処理基板１０７の中心１１２に合わされる。また、複数のピン１０６による円形の内側のステージ上面にリング状突起１１３が配置されている。リング状突起１１３の少なくとも内径は、被処理基板１０７の外径よりも小さい。リング状突起１１３の断面形状は任意であるが、被処理基板１０７の内側から外側に向かうにつれて徐々にリング状突起上面と被処理基板１０７の間隙が小さくなることが好ましい。ステージ１０１は、上面に被処理基板１０７を載せた状態でモーター（図示省略）により回転する。
【００２３】
このウェット処理装置は、ステージ１０１の回転中心１１１と被処理基板１０７の中心１１２とをずらして配置することにより、ステージ１０１の回転とともに、被処理基板１０７が偏心回転することを特徴としている。ステージ１０１の上面に被処理基板１０７を載置し、ステージ１０１を回転させる。この状態で不活性ガス導入口１０３より不活性ガスを導入し、第一のガス供給路１１０、及び空間１０４を経て、第二のガス供給路１０５から不活性ガスを所定の流量で被処理基板１０７の裏面（下面）へ噴射する。すると、被処理基板１０７はステージ１０１の上面およびリング状突起１１３から離れて浮き上がり、不活性ガスは被処理基板１０７の裏面を第二のガス供給路１０５からステージ１０１と被処理基板１０７との間隙１１４を流れる。さらに、被処理基板１０７の外周付近においては、不活性ガスはリング状突起１１３の上面と被処理基板１０７との間隙を経て被処理基板１０７の周囲に流れ出る。このとき、不活性ガスは、被処理基板１０７とステージ１０１の間の間隙が比較的狭いために、流速が比較的速くなり、特にリング状突起１１３の位置において、被処理基板１０７との間隙が非常に小さくなるので流速は、非常に大きくなる。
【００２４】
一方、不活性ガスは、被処理基板１０７の外に流れ出た後は、被処理基板１０７の外方に拡散するので流速は小さくなる。したがって、ベルヌイの定理により被処理基板１０７の裏面側（下面側）の圧力は、被処理基板１０７の表面側（上面側）と比べて負圧になる。その結果、被処理基板１０７は下方に吸引され、回転しているステージ１０１の上面に沿って非接触でチャックされる。特に、リング状突起１１３があると、リング状突起の無い場合に比べてリング状突起１１３の部分でのガス流速が大きくなるので被処理基板１０７の裏面側と表面側の圧力差も大きくなり、被処理基板１０７を保持する力が大きくなる。
【００２５】
不活性ガスの流量は、被処理基板１０７がベルヌイの定理による負圧を生成することが可能な流量であり、被処理基板１０７の大きさや重量により異なるが、被処理基板１０７が直径２００ｍｍから３００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのシリコンウェーハである場合は、５０リットル／分程度が好ましい。
【００２６】
次に、図２を用いて、洗浄液を被処理基板へ供給する方法について詳細に説明する。
【００２７】
図２は、図１に示すステージ１０１を内蔵したウェット処理装置の縦断面図（図２ａ）及び上面図（図２ｂ）である。本実施例においては、ステージ１０１は処理容器２０１内に収容されている。処理容器２０１はその上方にシャワープレート２０９を備えている。このウェット処理装置は、大気を遮断した処理容器２０１内にシャワープレート２０９から高純度の窒素等を供給することで、雰囲気を精密に制御することが可能である。これにより、例えばシリコンウェーハ洗浄の際にウェーハ表面への自然酸化膜形成を防止することが可能となる。
【００２８】
処理容器２０１内には、洗浄液供給管２０２、２０３が配置されている。洗浄液供給管２０２、２０３は、回転支持部２０４により処理容器２０１内で回動可能にされた洗浄液噴射アーム２０５の上側に固定され、被処理基板１０７の上方に位置するように上部ノズル２０６、２０７にそれぞれ連結されている。回転支持部２０４の下方には駆動モーター２０８が配置されており、駆動モーター２０８を駆動させることにより、回転支持部２０４を中心にして洗浄液噴射アーム２０５が被処理基板１０７の上方を円弧運動するようになっている。そして、洗浄液供給管２０２、２０３から洗浄液を供給すれば、上部ノズル２０６、２０７から、被処理基板１０７の被洗浄面に向けてそれぞれ所望の洗浄液を噴射できるようになっている。
【００２９】
本実施例においては、シリコンウェーハの高速エッチングを行った。使用したエッチング液は、フッ硝酢酸溶液（ＨＦ：３０重量％、ＨＮＯ３：２１重量％、ＣＨ３ＣＯＯＨ：１０重量％、Ｈ２Ｏ：３９重量％）である。ステージ１０１を２００回転/分で回転させ、上部ノズル２０６をシリコンウェーハから９０ｍｍの位置（高さ）に設定し、５０°／秒で円弧運動させた。エッチング液の温度は３０℃とした。ベルヌイチャックによりステージ１０１に保持されたシリコンウェーハは、ステージ１０１の回転とともに、偏心回転する。偏心回転することで、シリコンウェーハの中心点は、偏心量（ステージ１０１の中心とシリコンウェーハの中心との距離）Ａ＝１１．２５ｍｍを回転（旋回）半径として、常に回転（旋回）運動している。偏心回転しているシリコンウェーハに上部ノズル２０６を円弧運動させながらエッチング液を供給した。
【００３０】
本発明者らはこのようなシリコンウェーハを偏心回転させたときに、以下に説明するように、エッチングレートの均一性が劇的に向上することを見出した。
【００３１】
偏心量Ａ＝０ｍｍ、すなわちシリコンウェーハを偏心させずに回転させた場合のシリコンウェーハ内のエッチングレート平均値、及び面内均一性［（エッチング最大値−エッチング最小値）/（エッチング平均値）で定義］は、それぞれ１９２．８μｍ／分及び１２８．１％であった。特に、シリコンウェーハ中心点でエッチングレートが非常に高く、面内均一性を劣化させていた。これは、ベルヌイチャックでシリコンウェーハ裏面が負圧になっていることから、シリコンウェーハが若干撓み、シリコンウェーハ表面から見ると中央部が凹むためにエッチング液がシリコンウェーハ中央部に停留してしまい中央部のエッチングレートが周辺部に比べて上昇してしまうことに起因していた。
【００３２】
一方、偏心量Ａ＝１１．２５ｍｍとしてシリコンウェーハの偏心回転を行った場合には、エッチングレート平均値、及び面内均一性がそれぞれ１８８．０μｍ／分、４７．１％となり、エッチングレートをそれほど落とさずに面内均一性を向上させることができた。
【００３３】
また、本発明者らは、偏心量Ａと、シリコンウェーハの直径Ｂが、Ｃ＝０．０３７５±０．００４５として、Ａ＝Ｃ×Ｂの関係を満たしている時に、面内均―性向上の効果が大きいことを見出した。つまり、シリコンウェーハ裏面へガスを導入するための第二のガス供給路１０５（図１）はシリコンウェーハ中心軸に対して軸対称としてシリコンウェーハの撓みはシリコンウェーハ中心を中心として凹むようにし、かつステージ回転中心からずらすことにより、シリコンウェーハ中心（凹みの中心）と回転中心をずらすことによりエッチングレートの均―性を向上させることができた。一方、ステージ回転機構を複雑化することなく簡便にベルヌイチャック用の不活性ガスをステージ１０１の上面に供給するためには、第一のガス供給路１１０はステージ１０１の中心１１１に対して軸対称とすることが好ましい。
【００３４】
以上、シリコンウェーハを偏心回転させることでエッチングレートの均一性が向上する実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。本発明の構成や詳細には、請求項に記載された本発明の精神や範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【図１】
0005544642.tif 000002
【図２】
0005544642.tif 000003