JP2003203897A

JP2003203897A - ノズル、基板処理装置、基板処理方法、及び基板処理プログラム

Info

Publication number: JP2003203897A
Application number: JP2002001399A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Uozumi; 宜弘魚住; Soichi Nadahara; 壮一灘原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2003-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上の膜の膜厚を面内で均一に形成可能な
基板処理装置を提供する。【解決手段】基板の表面の一部に流体を供給する。そ
して、この流体を基板の表面のその一部から回収する。
この流体を供給することと同時に、基板の表面の一部に
おける基板上に設けられた膜の膜厚を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板や液晶
用基板、磁気ディスクなどの基板の表面の一部を処理す
るために使用するノズル及び基板処理装置に関する。さ
らに、基板上に均一に膜を堆積及びエッチングする処理
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板や液晶用基板、磁気ディスク
などの加工には、これら基板上の膜のエッチング技術が
よく用いられる。このエッチング技術には、薬液を用い
てエッチングを行うウェットエッチングと、ケミカルド
ライエッチング（ＣＤＥ）や反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）のようなガスを用いてエッチングを行うドラ
イエッチングとがある。ドライエッチングは、基本的に
１枚ずつ処理を行う枚葉式である。ウェットエッチング
では、複数枚の基板を同時に処理するバッチ式も多く用
いられている。

【０００３】現在これら各種エッチング方法において重
要視されていることは、エッチングされた膜厚の面内均
一性と、基板間のエッチング処理の再現性である。ただ
し、現実には膜を基板に堆積する際の、膜厚の面内バラ
ツキや基板間バラツキが存在し、バッチ式の堆積方法で
は、膜厚の処理間バラツキも存在する。また、堆積処理
に限らず、その他の様々な処理にも同様なバラツキが存
在する。これら膜厚のバラツキを持った膜に対してエッ
チング処理を行う際には、エッチング量の面内均一性や
エッチング処理の再現性を重視すると、エッチング後の
残り膜厚として、膜厚のバラツキがなくなることはな
い。

【０００４】以上のような問題を解決するためには、エ
ッチングされつつある膜の膜厚をin-situでモニタする
ことが考えられる。

【０００５】エッチングされつつある膜の膜厚をin-sit
uでモニタしながらエッチング処理を行う方法に関して
は、例えば特許公開公報の特開２０００−７７３７１号
に提案されているように、ＣＭＰ装置の研磨パッドや研
磨盤に窓を設けてモニタする方法や、特許公開公報の特
開平１１−３５４４８９号に提案されているように、薬
液ノズル内に光ケーブルを配してモニタする方法があ
る。

【０００６】しかしながら、前述したような膜厚バラツ
キは基板間のみならず、基板面内にも存在している。い
かにin-situで膜厚がモニタでき、基板間バラツキが抑
えられるようになったとしても、面内バラツキは補正す
ることはできず、そのまま次工程に受け継がれることと
なる。

【０００７】すなわち、in-situで膜厚をモニタしなが
ら、膜厚の面内バラツキを補正して均一にできるような
エッチング処理を行うことができなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題に
鑑みて為されたものであり、その目的とするところ
は、基板上の膜の膜厚を面内で均一に形成可能な基板処
理装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の特徴は、基板を保持可能なホルダーと、こ
の基板の表面の上方に配置されることが可能でありこの
基板の表面に平行に配置されることが可能な第１の開口
面を有する第１の管と、内側にこの第１の管を配置し基
板の表面の上方に配置されることが可能であり基板の表
面に平行に配置されることが可能な第２の開口面を有す
る第２の管と、内側にこの第２の管を配置し基板の表面
の上方に配置されることが可能であり基板の表面に平行
に配置されることが可能な第３の開口面を有する第３の
管とを有し、第１の管の内側の空間を介して第１の流体
を基板に供給することが可能であり、第１の管の外側で
第２の管の内側の空間を介して第１の流体を前記基板か
ら回収することが可能である第１のノズルと、この第１
のノズルを基板の表面と平行に移動させる移動部を有す
る基板処理装置にある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一
又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異
なることに留意すべきである。また図面相互間において
も互いの寸法の関係や比率の異なる部分が含まれるのは
もちろんである。

【００１１】（第１のノズル）実施の形態に係る第１の
ノズル２６は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、基板の
表面の設定面６の上方に配置されることが可能である。
図１（ａ）は、図１（ｂ）のＩＩ−ＩＩ方向の断面図で
ある。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ方向の断面図
である。第１の管１は、基板の表面６に平行に配置され
ることが可能な第１の開口面を有する。第２の管２は、
内側に第１の管を配置し、基板の表面６の上方に配置さ
れることが可能である。第２の管２は、基板の表面６に
平行に配置されることが可能な第２の開口面を有する。
第３の管３は、内側に第２の管２を配置し、基板の表面
６の上方に配置されることが可能である。第３の管３
は、基板の表面６に平行に配置されることが可能な第３
の開口面を有する。実施の形態に係る第１のノズル２６
は、第１の管、第２の管と第３の管による三重管の構造
を有している。第１の管、第２の管と第３の管は、マニ
ホールド７に接続され、固定されている。

【００１２】エッチャント等の第１の流体は、第１の管
１の内側の空間を介して、基板の表面６に供給されるこ
とが可能である。第１の管１の内側は、マニホールド７
内に設けられた第１の流体の供給ライン１１に接続して
いる。供給ライン１１は、マニホールド７に接続された
第１の流体の供給ライン８に接続されている。

【００１３】第１の管１の外側で第２の管２の内側の空
間を介して、第１の流体を基板の表面から回収すること
が可能である。第１の管１の外側で第２の管２の内側の
空間は、マニホールド７内に設けられた第１の流体の回
収ライン１２に接続している。回収ライン１２は、マニ
ホールド７に接続された第１の流体の回収ライン９に接
続されている。

【００１４】第２の管２の外側で第３の管３の内側の空
間を介して、不活性な流体を基板の表面６に供給するこ
とが可能である。第２の管２の外側で第３の管３の内側
の空間は、マニホールド７内に設けられた不活性流体の
供給ライン１３に接続している。不活性流体の供給ライ
ン１３は、マニホールド７に接続された不活性流体の供
給ライン１０に接続されている。

【００１５】光ケーブル４は、第１の管１の内側に設け
られ、基板の表面６に結像する光を導くことが可能であ
る。光ケーブル４は、基板の表面６の上方に配置される
ことが可能である。光ケーブル４の先端には、光軸が基
板の表面６に垂直に配置されることが可能なレンズが設
けられている。

【００１６】（基板処理装置）実施の形態に係る基板処
理装置は、図２に示すように、第１のノズル２６を有す
る。基板ホルダー２２は、基板２１を保持可能である。
移動部２８は、アーム２７を介して、第１のノズル２６
を基板２１の表面と平行に移動させる。基板ホルダー回
転部２３は、基板ホルダー２２を回転させ、基板２１を
回転させる。第２のノズル２４は、リンス用の純水等の
第２の流体を基板２１の回転の中心に供給することが可
能である。

【００１７】基板処理装置は、図２と図３に示すよう
に、制御部３２を有している。制御部３２は、第１のノ
ズル２６の基板２１上の配置位置を決定するノズル配
置部４１、第１の流体の供給時間を計測する供給時間計
測部４２、基板２１上の膜の膜厚を測定する膜厚測定部
４３、基板２１上に形成された膜厚測定可能なパターン
を識別可能な画像識別部４４、第１のノズル２６の基板
２１上の移動量を計算するノズル移動量計算部４５、基
板２１上の膜の第１の流体によるエッチング処理速度を
測定する処理速度測定部４６、基板２１上の膜を所望の
膜厚にまでエッチングするのに要するエッチング処理時
間を計算する処理時間計算部４７、特に、第１の流体の
供給の開始と停止を指示する供給開始停止部４８と、基
板２１上の測定された膜厚から、基板２１上の未測定地
点の膜厚を計算する未測定地点の膜厚計算部４９を有し
ている。

【００１８】特に、膜厚測定部４３は、光ケーブル４に
より導かれた光により、基板２１上に設けられた膜の膜
厚を測定する。膜厚測定部４３は、光を発生させ光ケー
ブル４に光を入れる発生部３３と、基板２１で反射した
光ケーブル４から出される光を検出する検出部３４と、
検出されたこの光を光学特性に変換しこの光学特性の基
づいて膜の膜厚を計算する膜厚計算部とを有する。さら
に、画像識別部４４では、検出部３４で検出された光か
ら基板２１の画像を得て、得られた画像から基板２１の
パターンを認識し、膜厚測定用のパターンを識別する。
移動量計算部４５では、第１のノズル２６の膜厚測定用
のパターンへの移動量を計算する。

【００１９】第１流体供給部３０は、制御部３２の指示
に基づいて、ライン８に第１の流体を供給する。回収部
２９は、制御部３２の指示に基づいて、ライン９から第
１の流体を回収する。不活性流体供給部３１は、制御部
３２の指示に基づいて、ライン１０に窒素、アルゴン、
空気等の不活性流体を供給する。第２流体供給部２５
は、制御部３２の指示に基づいて、第２流体の供給ライ
ン３６に第２の流体を供給する。

【００２０】実施の形態は、基板２１を回転させる回転
部２３と、基板２１に薬液を吐出することができる第２
のノズル２４と、基板２１上の膜の膜厚のエッチング処
理中のin-situのモニタを行う膜厚測定部４３と薬液を
供給する第１流体供給部３０と薬液を回収する回収部２
９とに接続され、移動部２８とアーム２７により、基板
２１上を任意にスキャンすることができる第１のノズル
２６により構成されている。これにより、基板２１上に
堆積されている膜の膜厚をエッチング処理中のin-situ
にモニタリングしながらスキャンした部分のみエッチン
グすることが可能になる。基板２１上の膜の膜厚の面内
均一性を精度良く補正することができる。

【００２１】（基板処理プログラム）実施の形態に係る
基板処理プログラムは、基板処理装置に基板処理させる
ためにコンピュータを、制御部３２として機能させるた
めのプログラムである。

【００２２】実施の形態に係る基板処理プログラムは、
図４に示すように、基板２１を回転させる段Ｓ３と、第
２の流体を供給する手段Ｓ２とを有する。

【００２３】基板処理プログラムは、第１のノズル２６
を基板２１の表面６の一部の上方に配置する手段Ｓ３
と、基板２１の表面６の一部に第１の流体を供給し、供
給する時間を計測する手段Ｓ４とを有する。基板処理プ
ログラムは、第１のノズル２６により基板２１の表面６
のその一部から第１の流体を回収する手段Ｓ５とを有す
る。

【００２４】基板処理プログラムは、基板２１の表面６
の一部における基板２１上に設けられた膜の膜厚を測定
する手段Ｓ６を有する。基板処理プログラムは、膜厚に
基づいて処理速度を測定する手段Ｓ７と、膜厚と処理速
度に基づいて処理時間を計算する手段Ｓ１３と、流体を
供給する期間が計算された処理時間に達したら、基板２
１の表面６の一部に流体を供給することを停止する手段
Ｓ１４とを有する。

【００２５】基板処理プログラムは、これらの手段を用
いることにより、基板２１の表面６の一部に設けられた
膜の膜厚を所望の膜厚にエッチングすることができる。

【００２６】さらに、基板処理プログラムは、第１のノ
ズル２６が基板全面を移動したかを判断する手段Ｓ１５
と、手段Ｓ１５において第１のノズル２６が基板全面を
移動していないと判断した場合に、第１のノズル２６を
基板２１上の他の領域に移動させる手段Ｓ１６とを有す
る。このことにより、基板処理プログラムは、基板２１
の表面６の全面を処理することが可能である。

【００２７】基板処理プログラムは、膜厚と時間を測定
して処理速度を測定する手段Ｓ７と、測定地点の第１の
流体の供給を停止する手段Ｓ８と、測定した膜厚に基づ
いて基板２１の表面６の未測定地点の膜厚を計算する手
段Ｓ９と、第１のノズル２６の未測定地点への移動量を
計算する手段Ｓ１０と、第１のノズル２６を未測定地点
へ移動させる手段Ｓ１１と、未測定地点へ第１の流体を
供給し、供給する時間を計測する手段Ｓ１２と、未測定
地点の膜厚と処理速度に基づいて処理時間を計算する手
段Ｓ１３と、供給する期間が処理時間に達したら基板２
１の表面６の未測定地点に流体を供給すること停止する
手段Ｓ１４とを有する。基板処理プログラムは、これら
の手段を用いることにより、膜厚の測定ができない地点
であっても、上記の未測定地点として所望の膜厚にエッ
チングすることができる。

【００２８】基板処理プログラムの膜厚を測定する手段
Ｓ６は、図５に示すように、基板２１の画像を入力し、
その画像から基板２１のパターンを認識し、膜厚測定用
のパターンを識別する手段Ｓ２１と、第１のノズル２６
の膜厚測定用のパターンへの移動量を計算する手段Ｓ２
２とを有する。膜厚を測定する手段Ｓ６は、第１のノズ
ル２６を膜厚測定用のパターンへ移動させる手段Ｓ２３
を有する。

【００２９】膜厚を測定する手段Ｓ６は、基板２１で反
射した光を検出する手段Ｓ２４と、検出した光を光学特
性に変換し、光学特性を生成する手段Ｓ２５と、光学特
性の基づいて膜の膜厚を計算する手段Ｓ２６を有する。

【００３０】（基板処理方法）実施の形態に係る基板処
理方法は、図４に示すように、まず、ステップＳ１にお
いて、基板２１の表面６に垂直な軸を中心に基板２１を
回転させる。ステップＳ２において、第２の流体を基板
２１の回転の中心に供給する。ステップＳ３において、
基板２１の表面６の一部に第１のノズル２６を配置す
る。ステップＳ４において、基板２１の表面６の一部に
第１の流体を供給する。ステップＳ５において、第１の
流体を基板２１の表面６のその同じ一部から回収する。
なお、第１と第２の流体は、種類や濃度、温度を変化さ
せることができる。但し、ステップＳ１において、基板
２１を必ずしも回転させる必要はない。また、ステップ
Ｓ２において、基板２１の回転中心に第２の流体を供給
しなくてもよい。

【００３１】ステップＳ６は、第１の流体を供給するス
テップＳ４と同時に、基板２１の表面６のその同じ一部
における基板２１上に設けられた膜の膜厚を測定する。
ステップＳ７において、測定した膜厚に基づいて、処理
速度を測定する。ステップＳ１３において、その膜厚と
処理速度に基づいて、処理時間を計算する。ステップＳ
１４において、基板２１の表面６のその同じ一部に第１
の流体を供給することを処理時間に基づいて停止する。

【００３２】基板処理方法は、これらのステップを用い
ることにより、基板２１の表面６の一部に設けられた膜
の膜厚を所望の膜厚にエッチングすることができる。

【００３３】基板２１の表面６の一部に第１の流体を供
給した後に、その一部と異なる基板２１の表面６の他の
一部に第１の流体を供給する。そして、第１の流体を基
板２１の表面６のその他の一部から回収する。これらの
ことは、第１のノズル２６が基板全面を移動したかを判
断するステップＳ１５と、ステップＳ１５において第１
のノズル２６が基板全面を移動していないと判断した場
合に、第１のノズル２６を基板２１上の他の領域に移動
させるステップＳ１６により可能になる。そして、基板
２１の表面６の全面を処理することが可能になる。ただ
し、基板２１に表面６の一部が始めから目標膜厚のスペ
ック内に入っていた場合は、基板全面を移動する必要は
ない。

【００３４】さらに、ステップＳ９において、測定した
膜厚に基づいて、基板２１の表面６の未測定地点の膜厚
を計算する。ステップＳ１０において、未測定地点への
移動量を計算する。ステップＳ１１において、第１のノ
ズル２６をその未測定地点へ移動させる。ステップＳ７
において、測定した膜厚に基づいて、処理速度を測定す
る。ステップＳ１３において、計算した未測定地点の膜
厚と処理速度に基づいて、処理時間を計算する。ステッ
プＳ１４において、基板２１の表面６の未測定地点に第
１の流体を供給することを計算した処理時間に基づいて
停止する。この時、第１のノズル２６が処理中の地点の
膜厚が目標膜厚に達していなくても、他の地点へ第１の
ノズル２６を移動させてもよい。但し、その際は、後ほ
ど再び同じ地点へ第１のノズル２６を移動させて目標膜
厚に達するまで繰り返す必要がある。つまり、第１のノ
ズル２６は、基板２１の表面６の全ての地点で目標膜厚
のスペック内に入りさえすれば、どのように移動させて
もよい。

【００３５】また、ステップＳ６の膜厚を測定すること
は、図５のようなステップＳ２１乃至Ｓ２６を含んでい
る。まず、光を発生させ、基板２１の表面６の一部に光
を入れる。そして、ステップＳ２４において、基板２１
で反射した光を検出する。ステップＳ２５において、検
出された光を光学特性に変換する。ステップＳ２６にお
いて、光学特性に基づいて膜の膜厚を計算する。

【００３６】さらに、ステップＳ６の膜厚を測定するこ
とは、ステップＳ２１の検出された光から基板２１の画
像を得て、この画像から基板２１のパターンを認識し、
膜厚測定用のパターンを識別してもよい。ステップＳ２
２において、第１のノズル２６の膜厚測定用のパターン
への移動量を計算する。ステップＳ２３において、計算
した移動量に基づいて第１のノズルを移動させる。ステ
ップＳ２４の光を検出することは、膜厚測定用のパター
ンで反射した光を検出することである。

【００３７】（実施例１）実施例１の第１のノズル２６
は、図６に示すように、in-situ膜厚モニタ機構と薬液
吐出機構とを有し、基板２１上を任意にスキャンするこ
とができる。実施例１の基板処理装置は、図７に示すよ
うに、基板２１を回転させる機構と、第１のノズルと、
基板２１に薬液を吐出することができる第２のノズル２
４を有している。ただし、第２のノズル２４は必ずしも
使用する必要はない。基板２１も必ずしも回転させなく
てよい。

【００３８】実施例１の第１のノズル２６は、in-situ
膜厚モニタ機構と薬液吐出・回収機構とを有する。第１
のノズル２６は光学系の機構を持つことで、基板２１上
に堆積された膜の膜厚をエリプソメトリー法などにより
求めることが可能である。また、第１のノズル２６は同
時に薬液を吐出することが可能である。もちろん、ここ
での光学系は耐薬性の材料で構成されている。第１のノ
ズル２６では、薬液吐出経路が第１の管の内側に設けら
れる。薬品回収経路が、第１の管の外側で第２の管の内
側に設けられる。不活性ガスの経路が、第２の管の外側
で第３の管の内側に設けられる。光ファイバなどの光を
伝える機構４が接続されている。これにより、外部で発
生された光５５が第１のノズル２６を通って基板２１に
焦点をあわせて入射される。基板２１から放射される光
５５も第１のノズル２６から光ファイバなどを通じてCC
Dカメラやディテクターなどに入射される。ここで、CCD
カメラなどから得られる画像により基板２６上の回路パ
ターンを認識し、あらかじめ定められた測定ポイントを
判断する。また、ディテクターに入射された光の特性に
よりエッチングしている膜の膜厚をフィッティングによ
り算出する。

【００３９】今、基板２１に第１のノズル２６の方向５
３より薬液５２を吐出する。吐出された薬液５２は、第
１の管１又は第２の管２の側壁と、基板２１とに囲まれ
た部分に液溜りを作る。これらの側壁は基板２１表面に
欠陥を生じさせないように、できることならば基板２１
に接触しないことが好ましい。そのためには、薬液５２
の表面張力と不活性ガスの供給方向５６の圧力を利用し
て、第２の管２の管壁の下の基板２１との隙間に薬液５
２の表面を保持することが望ましい。しかしながら、基
板２１上には様々なパターンが形成されているため、そ
の保持が困難な場合には、第２の管２の管壁の下に非常
に柔らかい耐薬性のスポンジのような物を用いてもよ
い。

【００４０】第２の管２の管壁の外側には、薬液５２の
染み出しを抑制するためにガスを方向５６に吐出する。
これにより、第２の管２の開口面内の領域のみエッチン
グ処理を行うことが可能となる。さらに、吐出した薬液
５２を回収する。第１の管１の外側で第２の管２の内側
の空間を回収ラインに利用する。そして、この空間を、
例えば、減圧にすることにより、基板２１上に供給され
た薬液５２を、第１の管１の外側で第２の管２の内側の
空間に吸い上げるように移動させる。これにより薬液５
２の供給停止後に、液溜りの薬液５２が基板２１上に残
留しない。そして、望まないエッチングが進行すること
を防止できる。薬液の再利用も可能になる。また、第２
のノズル２４から吐出されるリンス用の薬液５７は、ガ
スの噴出により薬液５２と混ざることはない。

【００４１】次に、実施例１に係る基板処理方法のエッ
チングを行う方法について説明する。まず、第１のノズ
ル２６から薬液もしくは純水５２を吐出し、イニシャル
の膜厚を測定する。第１のノズル２６は基板２１上を任
意にスキャンすることができる。図８（ａ）に示すよう
に、基板２１面内を複数点の×の地点を測定する。基板
２１上には、パターンの単位５８が格子状に配置されて
いる。パターンの単位５８が、半導体装置やその一部に
なる。パターン単位５８の位置を行Ｌ１乃至Ｌ１３と列
Ｒ１乃至Ｒ１３等で特定したり、座標Ｘ−Ｙで特定する
ことで、第１のノズル２６の配置位置を決定することが
できる。パターンの単位５８は、図８（ｂ）に示すよう
に、複数のパターンＰ１１乃至Ｐ１３等を有している。
パターン単位５８が、座標ｘ−ｙを有することで、第１
のノズル２６の配置位置を決定することができる。

【００４２】図９（ａ）に示すように、○の位置の膜厚
が１３個測定されている。これで、面内分布が測定でき
る。そして、図９（ｂ）（ｃ）に示すように、測定点
（×点）に基づいて、未測定点（●点）をフィッティン
グにより補完する。この補完を２次元的に実施すること
で図９（ａ）のような膜厚分布が得られる。

【００４３】図１０（ａ）に示すように、基板２１上に
パターン５８及びＰ１１乃至Ｐ１３等が形成されている
場合は、形成されたバターン５８及びＰ１１乃至Ｐ１３
等を第１のノズル２６から光ファイバ４等を介して接続
されたCCDカメラなどの画像識別部４４で判断し、その
パターン５８及びＰ１１乃至Ｐ１３等を基準にして予め
定められた膜厚測定用のパターンＰ１３、Ｐ２３、Ｐ３
３、Ｐ４３を認知する。次に、その膜厚測定用のパター
ンＰ１３、Ｐ２３、Ｐ３３、Ｐ４３の光学特性を測定
し、図１０（ｂ）の×点に示すように膜厚を測定する。
光学特性にフィッティングすることによりエッチング対
象膜の膜厚を算出することで、膜厚を測定している。こ
こで用いるパターンを認識する画像処理技術や、得られ
た光学特性をフィッティングすることにより膜厚を測定
する技術は、目的を達しさえすればどのようなものを用
いてもよい。さらに、膜厚測定できないパターンＰ２
１、Ｐ３１等の地点Ｎ１乃至Ｎ６の膜厚を、図１０
（ｂ）に示すように、測定点（×点）に基づいて、フィ
ッティングにより補完する。

【００４４】最初に純水を吐出した場合には、第１のノ
ズル２６から薬液を吐出する。これにより第１のノズル
２６の部分のみ薬液処理が開始され、エッチングが進行
する。薬液処理中も第１のノズル２６から得られた信号
よりパターンを認識し、膜厚を測定し続けることができ
る。但し、仕上げ膜厚に対して初期の膜厚が厚い場合
は、基板２１を回転させながら第２のノズル２４からも
第１のノズル２６と同じ薬液を吐出する。第１のノズル
２６をスキャンすることにより面内の膜厚変化をモニタ
リングしながら全体をエッチングできる。ある程度全体
がエッチングされたところで、第２のノズル２４からは
純水を吐出し、全面のエッチングをストップし、第１の
ノズル２６をスキャンしながらエッチングすることによ
って面内均一性を補正する。もちろん、逆に先に面内で
膜厚を補正してから、第２のノズル２４から薬液を吐出
して全面を均一にエッチングしても良い。

【００４５】また、第１のノズル２６のみでエッチング
を行う場合も、基板２１を回転させながら第２のノズル
２４からは純水を吐出するのが望ましい。なぜなら、特
にパターンが形成されているような基板を用いると、処
理後に第１のノズル２６が他の地点へ移動した時にパタ
ーン内などに薬液残りが生じる可能性がある。その薬液
の影響を抑えるために、第２のノズル２４からは純水を
吐出することで、純水によるリンスを行う。純水は、第
２のノズル２４から基板２１の中央付近(回転中心付近)
に吐出され、基板２１外周方向へと基板２１上を移動
し、基板２１外周部から排出される。したがって、純水
によって希釈されたごく希薄な薬液が基板２１外周方向
へ流され、膜を再度エッチングする可能性がある。この
ため、第１のノズル２６による膜厚補正エッチングは基
板２１中央から外周へ向って処理を行う方が望ましい。

【００４６】薬液処理中は、ある一定の時間間隔あるい
はエッチングレートの変化に追随可能な時間間隔で、膜
厚を測定する。このことで、時々刻々の、そしてごく最
近のエッチングレートを算出できる。目標膜厚までの処
理時間を算出することができ、目標膜厚の到達時刻を予
測することができる。この方法を用いると、エッチング
レートが時間的に、もしくは膜の深さ方向に変化するよ
うな場合にも、その変化に追従することができる。

【００４７】また、パターンが形成された基板２１の場
合は、まず、膜厚が測定できるパターンでのイニシャル
膜厚とエッチングレートを測定する。膜厚が測定できな
いパターンのエッチングは、まず、測定できるパターン
でのイニシャル膜厚から補完されたその地点の膜厚を算
出する。そして、測定できるパターンでのエッチングレ
ートを利用して、補完された膜厚が所定の仕上げ膜厚に
なる処理時間を計算する。この処理時間に基づいて処理
をストップする。

【００４８】そして目標膜厚に達した瞬間に第１のノズ
ル２６から薬液の吐出をストップする。その時、第１の
ノズル２６から純水を吐出してもよい。第１のノズル２
６を基板２１外へ搬送し、エッチングをストップさせ
る。この時、第２のノズル２４から純水を吐出して基板
２１をリンスする。その後基板２１を乾燥させ、処理を
終了する。

【００４９】実施例１の基板処理方法では、これまで困
難であった、in-situで膜厚をモニタしながら基板面内
の膜厚のバラツキを補正するようにウェットエッチング
を行うことを可能にした。

【００５０】例えば基板２１上に半導体装置を製造する
場合には、基板２１上に膜を堆積する工程とエッチング
する工程の連続と言ってもよいくらい、これらの工程は
数多い。これらの工程を経る度に基板２１間、基板２１
内のバラツキは大きくなっていき、最終的に出来上がっ
た半導体装置はそのバラツキを反映した特性を示すこと
になる。そこで、本発明の方法で膜を堆積する度にその
バラツキを補正していくと、最終的にできあがった半導
体装置の特性は従来の方法に比較して非常にバラツキが
少なく、設計した特性により近い物が得られるという効
果がある。

【００５１】なお、実施例１で最近のエッチングレート
を測定しながら終点を計算する場合を述べた。エッチン
グ対象膜のエッチングレートが非常に遅い場合や、エッ
チング量が多い場合などは、処理に時間がかかる。特
に、枚葉処理で行われる場合に、処理時間が長いことは
問題である。従って、基板処理装置に薬液の濃度を上げ
る機構を同時に設け、エッチングレートが遅い場合は、
濃度の濃い薬液を用いる。逆に、濃度の濃い薬液を純水
で薄める機構を設けてもよい。このことで、薬液の濃度
を調節し、エッチングレートを調整する。

【００５２】例えば、まず薄い濃度でエッチング処理を
開始し、目的とするエッチング量に対してレートが遅い
場合は濃度を上げてレートを上げる。この間もin-situ
で膜厚をモニタしつづけ、目的膜厚に近づいたところで
濃度を下げ、レートを下げることでより精度良く残膜の
膜厚を制御する。薬液の濃度が濃いエッチングでは、濃
い薬液を第２のノズル２４から吐出し、最終的に薄い薬
液を第１のノズル２６から吐出して、膜厚を補正すると
いった処理方法を用いることが可能となる。もちろん、
第１のノズル２６のみから濃度の異なる薬液を吐出させ
てもよい。このように処理の途中で薬液の濃度を変更す
るような処理はin-situで膜厚をモニタすることを特徴
とする実施例１のような基板処理装置でないと実施する
ことは非常に難しい。なぜなら、時間指定の従来の方法
では、オーバーエッチングもしくはアンダーエッチング
が発生する場合があるからである。このことにより、膜
厚のバラツキはさらに大きくなってしまう。

【００５３】エッチングレートを変化させるために薬液
の濃度を変化させる方法について述べたが、薬液の温度
を変化させることで、エッチングレートを変える方法も
ある。この場合には、薬液を希釈するために用いている
純水を温水にすることで対応する。

【００５４】さらに薬液の種類自体を変化させること
で、エッチングレートを変える方法もある。この場合に
は、薬液を切り替える機構を有している必要がある。

【００５５】（実施例２）実施例２の基板処理装置は、
図１１に示すように、第１のノズル２６が、基板２１の
半径方向に運動する。基板２１上の第１のノズル２６の
位置は、回転角θと距離Ｒで特定できる。基板２１を回
転させる基板回転部２３に同期して、第２のノズル２４
を回転軸にして、第１のノズル２６も回転することがで
きる。このことにより、第１のノズル２６により基板上
の任意の場所を任意の時間エッチングすることができ
る。そして、このエッチングと同時に、第２のノズルに
よるリンスを行うことができる。

【００５６】第２のノズル２４は、基板２１の回転中心
を通る垂線にノズルの中心線が一致するように配置され
る。第２のノズル２４がこの垂線を回転軸に回転しても
よい。スライダー６１は、第２のノズル２４上を上下し
て、第１のノズル２６の半径方向の位置を変える。この
時、連動して、アーム６２の角度φが変化し、基板２１
と第１のノズル２６との間隔を一定に保つ。ノズルホル
ダー６３は、基板２１と第１のノズル２６との間隔が均
一になるように保つ。

【００５７】（実施例３）実施例３の基板処理装置も、
図１１に示すように、第１のノズル２６が、基板２１の
半径方向に運動する。実施例２の基板処理装置と同様
に、基板２１上の第１のノズル２６の位置は、回転角θ
と距離Ｒで特定できる。基板２１を回転させる基板回転
部２３に同期して、第２のノズル２４を回転軸にして、
第１のノズル２６も回転することができる。このことに
より、第１のノズル２６により基板上の任意の場所を任
意の時間エッチングすることができる。そして、このエ
ッチングと同時に、第２のノズルによるリンスを行うこ
とができる。

【００５８】第２のノズル２４は、基板２１の回転中心
を通る垂線にノズルの中心線が一致するように配置され
る。第２のノズル２４がこの垂線を回転軸に回転しても
よい。蛇腹６４は、基板２１の半径方向に伸縮して、第
１のノズル２６の半径方向の位置を変える。

【００５９】（実施例４）実施例４の基板処理装置は、
図１３に示すように、第１のノズル２６が、基板２１の
全面の任意の場所に移動が可能である。このことによ
り、回転している基板２１上の特定の地点を、第１のノ
ズル２６は追尾することができる。たとえていえば、蒸
気機関車の車輪とピストンのような動きをする。このこ
とにより、第１のノズル２６により基板上の任意の場所
を任意の時間エッチングすることができる。そして、こ
のエッチングと同時に、第２のノズルによるリンスを行
うことができる。アーム２７とアーム移動部２８は、前
後方向と一定の範囲で方向を変える。

【００６０】なお、実施例１乃至４においては、薬液を
用いたウェットエッチングについて説明した。膜がシリ
コン酸化膜であれば、薬液として、フッ酸（ＨＦ）、バ
ッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いればよい。膜が、シ
リコン窒化膜であれば、熱リン酸やフッ酸を用いればよ
い。膜がアルミニウム（Ａｌ）、チタニウム（Ｔｉ）、
チタンナイトライド（ＴｉＮ）であれば、塩酸（ＨＣ
ｌ）あるいは塩酸と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）の混合液を
用いればよい。膜がタングステン（Ｗ）、チタンナイト
ライド（ＴｉＮ）であれば、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を
用いればよい。膜がアルミニウム（Ａｌ）であれば、ア
ンモニア（ＮＨ３）あるいはアンモニアと過酸化水素の
混合液を用いればよい。

【００６１】また、薬液に代えて、気体であるガスを使
用することができる。膜がシリコン（Ｓｉ）やアルミニ
ウムであれば、塩酸（ＨＣｌ）ガスを用いればよい。膜
がシリコン（Ｓｉ）であれば、臭酸（ＨＢｒ）ガスを用
いればよい。膜がシリコン酸化膜であれば、フッ酸等の
弗素系のガスを用いればよい。もちろんエッチングされ
る物質は基板上に堆積されていれば何でもよいし、エッ
チングする薬液やガスは対象膜がエッチングされれば何
を用いてもよい。さらに、エッチングに代えて、堆積さ
せることも可能であると考える。

【００６２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、基
板上の膜の膜厚を面内で均一に形成可能な基板処理装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係るノズルの断面図である。

【図２】実施の形態に係る基板処理装置の構成図であ
る。

【図３】実施の形態に係る半導体装置の制御部の構成図
である。

【図４】実施の形態に係る基板処理方法のフローチャー
トである。

【図５】実施の形態に係る基板処理方法の膜厚をするこ
とのフローチャートである。

【図６】実施例１に係るノズルの先端付近の断面図であ
る。

【図７】実施例１に係る基板処理装置の鳥瞰図である。

【図８】実施例１に係る基板処理方法に使用した基板の
上面図である。

【図９】実施例１に係る基板処理方法に使用した基板上
の膜の膜厚の分布図（その１）である。

【図１０】実施例１に係る基板処理方法に使用した基板
上の膜の膜厚の分布図（その２）である。

【図１１】実施例２に係る基板処理装置の鳥瞰図であ
る。

【図１２】実施例３に係る基板処理装置の鳥瞰図であ
る。

【図１３】実施例４に係る基板処理装置の鳥瞰図であ
る。

【符号の説明】

１第１の管２第２の管３第３の管４光ケーブル５集光レンズ６基板表面の設定面７マニホールド８、１１第１の流体の供給ライン９、１２第１の流体の回収ライン１０、１３不活性流体の供給ライン１４スペース２１基板２２ホルダー２３基板回転部２４第２のノズル２５第２の流体供給部２６第１のノズル２７アーム２８アーム移動部２９第１流体回収部３０第１流体供給部３１不活性流体供給部３２制御部３３測定光発生部３４光検出部３５膜厚計算部３６第２の流体の供給ライン４１ノズル配置部４２供給時間計測部４３膜厚測定部４４画像識別部４５ノズル移動量計算部４６処理速度測定部４７処理時間計算部４８供給開始停止部４９未測定地点の膜厚計算部５１光の伝搬方向５２第１の流体５３第１の流体の供給方向５４第１の流体の回収方向５５光路５６不活性流体の供給方向５７第２の流体５８基板上のパターンの単位６１スライダー６２アーム６３ノズルホルダー６４蛇腹

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面の上方に配置されることが可
能であり、前記基板の前記表面に平行に配置されること
が可能な第１の開口面を有する第１の管と、内側に前記第１の管を配置し、前記基板の前記表面の上
方に配置されることが可能であり、前記基板の前記表面
に平行に配置されることが可能な第２の開口面を有する
第２の管と、内側に前記第２の管を配置し、前記基板の前記表面の上
方に配置されることが可能であり、前記基板の前記表面
に平行に配置されることが可能な第３の開口面を有する
第３の管とを有することを特徴とするノズル。
【請求項２】前記第１の管、前記第２の管と前記第３
の管は、三重管であることを特徴とする請求項１に記載
のノズル。
【請求項３】前記第１の管の内側の空間を介して、流
体を前記基板に供給することが可能であり、前記第１の管の外側で前記第２の管の内側の空間を介し
て、前記流体を前記基板から回収することが可能である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のノズ
ル。
【請求項４】前記第２の管の外側で前記第３の管の内
側の空間を介して、不活性な流体を前記基板に供給する
ことが可能であることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれか１つに記載のノズル。
【請求項５】前記第１の管の内側に設けられ、前記基
板の前記表面に結像する光を導くことが可能な光ケーブ
ルをさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれか１つに記載のノズル。
【請求項６】前記光ケーブルが、基板の表面の上方に
配置されることが可能であり、光軸が前記基板の前記表
面に垂直に配置されることが可能なレンズを先端に有す
ることを特徴とする請求項５に記載のノズル。
【請求項７】基板を保持可能なホルダーと、前記基板の表面の上方に配置されることが可能であり前
記基板の前記表面に平行に配置されることが可能な第１
の開口面を有する第１の管と、内側に前記第１の管を配
置し前記基板の前記表面の上方に配置されることが可能
であり前記基板の前記表面に平行に配置されることが可
能な第２の開口面を有する第２の管と、内側に前記第２
の管を配置し前記基板の前記表面の上方に配置されるこ
とが可能であり前記基板の前記表面に平行に配置される
ことが可能な第３の開口面を有する第３の管とを有し、
前記第１の管の内側の空間を介して第１の流体を前記基
板に供給することが可能であり、前記第１の管の外側で
前記第２の管の内側の空間を介して前記第１の流体を前
記基板から回収することが可能である第１のノズルと、前記第１のノズルを前記基板の前記表面と平行に移動さ
せる移動部とを有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項８】前記第１のノズルが、前記第１の管の内
側に設けられ前記基板の前記表面に結像する光を導くこ
とが可能な光ケーブルをさらに有することを特徴とする
請求項７に記載の基板処理装置。
【請求項９】前記光により、前記基板上に設けられた
膜の膜厚を測定することが可能な膜厚測定部を有するこ
とを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
【請求項１０】前記基板を回転させる回転部を有する
ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１つに記載
の基板処理装置。
【請求項１１】第２の流体を前記基板の前記回転の中
心に供給することが可能な第２のノズルを有することを
特徴とする請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１２】前記膜厚測定部は、前記光を発生させ、前記光ケーブルに前記光を入れる発
生部と、前記基板で反射し前記光ケーブルから出される前記光を
検出する検出部と、検出された前記光を光学特性に変換し、前記光学特性に
基づいて前記膜の膜厚を計算する膜厚計算部とを有する
ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１つに記
載の基板処理装置。
【請求項１３】前記基板の画像を入力し、得られた前
記画像から前記基板のパターンを認識し、膜厚測定用の
パターンを識別する画像識別部と、第１のノズルの膜厚測定用のパターンへの移動量を計算
する移動量計算部とをさらに有することを特徴とする請
求項９乃至１２のいずれか１つに記載の基板処理装置。
【請求項１４】基板の表面の一部に流体を供給するこ
とと、前記流体を前記基板の前記表面の前記一部から回収する
こととを有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項１５】前記流体を前記供給することと同時
に、前記基板の前記表面の前記一部における前記基板上
に設けられた膜の膜厚を測定することをさらに有するこ
とを特徴とする請求項１４に記載の基板処理方法。
【請求項１６】前記流体の種類や濃度、温度を変化さ
せることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載
の基板処理方法。
【請求項１７】前記基板の前記表面の前記一部に前記
流体を前記供給することの後に、前記一部と異なる前記
基板の前記表面の他の一部に前記流体を供給すること
と、前記流体を前記基板の前記表面の前記他の一部から回収
することとを有することを特徴とする請求項１４乃至１
６のいずれか１つに記載の基板処理方法。
【請求項１８】前記基板の前記表面に垂直な軸を中心
に前記基板を回転させることをさらに有することを特徴
とする請求項１４乃至１７のいずれか１つに記載の基板
処理方法。
【請求項１９】第２の流体を前記基板の前記回転の中
心に供給することをさらに有することを特徴とする請求
項１８に記載の基板処理方法。
【請求項２０】前記膜厚を前記測定することが、光を発生させ、前記基板の前記表面の前記一部に前記光
を入れることと、前記基板で反射した前記光を検出することと、検出された前記光を光学特性に変換し、前記光学特性の
基づいて前記膜の膜厚を計算することとを有することを
特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか１つに記載の
基板処理方法。
【請求項２１】前記基板の画像を入力し、前記画像か
ら前記基板のパターンを認識し、膜厚測定用のパターン
を識別することをさらに有し、前記光を前記検出することは、前記膜厚測定用のパター
ンで反射した前記光を検出することであることを特徴と
する請求項２０に記載の基板処理方法。
【請求項２２】前記膜厚に基づいて、処理速度を測定
することと、前記膜厚と前記処理速度に基づいて、処理時間を計算す
ることと、前記基板の前記表面の前記一部に前記流体を前記供給す
ることを前記処理時間に基づいて停止することとを有す
ることを特徴とする請求項１５乃至２１のいずれか１つ
に記載の基板処理方法。
【請求項２３】前記膜厚に基づいて、前記基板の前記
表面の未測定地点の膜厚を計算することと、前記膜厚に基づいて、処理速度を測定することと、前記未測定地点の前記膜厚と前記処理速度に基づいて、
処理時間を計算することと、前記基板の前記表面の前記未測定地点に前記流体を供給
することを前記処理時間に基づいて停止することとを有
することを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれか１
つに記載の基板処理方法。
【請求項２４】基板処理装置に基板処理させるために
コンピュータを、ノズルを基板の表面の一部の上方に配置する手段と、前記基板の前記表面の前記一部に流体を供給する時間を
計測する手段として機能させるための基板処理プログラ
ム。
【請求項２５】基板処理装置に基板処理させるために
コンピュータを、前記基板の前記表面の前記一部における前記基板上に設
けられた膜の膜厚を測定する手段として機能させるため
の請求項２４に記載の基板処理プログラム。
【請求項２６】基板処理装置に基板処理させるために
コンピュータを、前記基板の画像を入力し、前記画像から前記基板のパタ
ーンを認識し、膜厚測定用のパターンを識別する手段
と、前記ノズルの前記膜厚測定用のパターンへの移動量を計
算する手段として機能させるための請求項２５に記載の
基板処理プログラム。
【請求項２７】基板処理装置に基板処理させるために
コンピュータを、前記膜厚に基づいて、処理速度を測定する手段と、前記膜厚と前記処理速度に基づいて、処理時間を計算す
る手段と、前記供給する期間が前記処理時間に達したら、前記基板
の前記表面の前記一部に前記流体を前記供給することを
停止する手段として機能させるための請求項２５又は請
求項２６に記載の基板処理プログラム。
【請求項２８】基板処理装置に基板処理させるために
コンピュータを、前記膜厚に基づいて、処理速度を測定する手段と、前記膜厚に基づいて、前記基板の前記表面の未測定地点
の膜厚を計算する手段と、前記ノズルの前記未測定地点への移動量を計算する手段
と、前記未測定地点の前記膜厚と前記処理速度に基づいて、
処理時間を計算する手段と、前記供給する期間が前記処理時間に達したら、前記基板
の前記表面の前記未測定地点に前記流体を前記供給する
こと停止する手段として機能させるための請求項２５乃
至２７のいずれか１つに記載の基板処理プログラム。
【請求項２９】基板処理装置に基板処理させるために
コンピュータを、前記膜厚を前記測定する手段が、前記基板で反射した前記光を光学特性に変換し、前記光
学特性の基づいて前記膜の前記膜厚を計算する手段を有
することとして機能させるための請求項２５乃至２８の
いずれか１つに記載の基板処理プログラム。