JP2006351805A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面にポリシリコンが形成された基板を、フッ硝酸を含む処理液によって処理する場合において、基板処理の面内均一性を向上させることができる基板処理方法および基板処理装置を提供する。
【解決手段】この基板処理装置１００は、基板Ｗを１枚ずつ処理する枚葉型の基板処理装置であり、基板Ｗをほぼ水平に保持して鉛直軸線まわりに回転させるスピンチャック１と、このスピンチャック１に保持されて回転されている基板Ｗの上面から、基板Ｗに向けてフッ硝酸を含む処理液２を供給する処理液ノズル３と、この処理液ノズル３を移動させるためのノズル移動機構４を備えている。処理液ノズル３を、基板Ｗの表面における処理液２の着液点２０を、基板Ｗの回転中心２１から所定距離２２離隔した位置に保持する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、基板に処理液（薬液または純水）を供給して当該基板を処理（例えば、エッチングまたは洗浄）する基板処理方法および基板処理装置に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板などが含まれる。

半導体装置や液晶表示装置の製造工程では、半導体ウエハや液晶表示パネル用基板などの基板の表面の薄膜をエッチングするための処理（エッチング処理）が必要に応じて行われる。このエッチング処理の方式としては、複数枚の基板を一括して処理するバッチ式が従来の主流であったが、最近では、処理対象の基板の大型化に伴って、基板の表面にエッチング液を供給して、基板を１枚ずつ処理する枚葉式が注目されてきている。

枚葉式のエッチング処理を実施するための従来装置は、基板をほぼ水平に保持して回転させるスピンチャックと、このスピンチャックに保持された基板の表面（上面）にエッチング液を供給するためのノズルとを備えている。スピンチャックによって基板が回転されつつ、その回転している基板の回転中心にノズルからエッチング液が供給されることにより、基板の表面の全域にエッチング液が行き渡って、基板の表面の薄膜がエッチングされる。
特開２００３−３１８１５４号公報

ところが、このようなエッチング処理では、基板の表面内における処理の不均一が生じるという問題があった。より具体的には、表面にポリシリコンが形成された基板を処理する場合、回転されている基板の回転中心にフッ硝酸を含む処理液が供給される。
基板に供給された処理液は、基板の回転中心以外の部分では、基板の回転による遠心力を受けて絶えず置換されている。しかし、回転中心では、処理液は回転中心以外の部分と異なる置換状態になっており、十分に置換が行われていない。そのため、処理液の処理能力が低下し、基板の回転中心に処理残りが生じ、基板の表面内に処理の不均一が生じてしまう。

同様の問題は、表面にポリシリコンが形成された基板に、フッ硝酸を含む処理液で洗浄その他の処理を施す場合において共通に生じ、基板処理の面内不均一の原因となっている。
この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、フッ硝酸を含む処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる基板処理方法および基板処理装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための請求項１記載の発明は、表面にポリシリコンが形成された基板（Ｗ）を処理する基板処理方法（例えば、エッチング方法または洗浄方法）であって、基板の表面にほぼ垂直な所定の回転軸線まわりに基板を回転させる基板回転工程（Ｐ１）と、この基板回転工程で回転されている基板の表面にフッ硝酸を含む処理液を供給し、前記基板の表面における前記処理液の着液点（２０）を、前記基板の回転中心（２１）から所定距離（２２）離隔した位置に保持する処理液供給工程（Ｐ２）とを含むことを特徴とする基板処理方法である。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この方法によれば、基板回転工程で回転されている基板の表面に、フッ硝酸を含む処理液が、基板の回転中心から所定距離離隔した位置に着液するように供給される。これにより、基板の回転中心を含む基板表面全域において、処理液を絶えず置換することができる。その結果、フッ硝酸とポリシリコンとの反応によって生じるＨ₂Ｏによる硝酸の解離を抑制でき、処理液の処理能力が低下することを抑制できる。したがって、基板のいずれかの部分に処理残りが生じることを抑制し、処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる。

前記処理液供給工程で供給された処理液は、基板の回転による遠心力を受け、基板の周縁に向けて広がる。これにより、基板の表面に処理液を行き渡らせることができる。
また、前記処理液供給工程における処理液の供給は、基板の一方表面に対してのみ行われてもよいし、基板の両面に対して行われてもよい。具体的には、例えば、前記基板回転工程が基板をほぼ水平に保持して回転させるものである場合に、基板の上面のみ、下面のみ、または上面および下面の両方に処理液を供給することとしてもよい。

さらに、前記処理液供給工程における処理液の供給は、基板に対して垂直な方向から行ってもよいし、斜め方向から行ってもよい。
請求項２記載の発明は、前記処理液供給工程は、前記基板の回転中心に対する前記着液点の相対位置を所定の固定位置に保持する工程（Ｓ３）を含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法である。

この方法によれば、処理液が基板の回転中心から所定距離離隔した位置に着液するように着液点が定点に保持される。これにより、基板の回転中心を含む基板表面全域において、処理液を絶えず置換することができる。その結果、基板表面のいずれの領域でも、処理液の処理能力が低下することを抑制できる。したがって、基板のいずれかの部分に処理残りが生じることを抑制し、処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる。

請求項３記載の発明は、前記処理液供給工程は、前記基板の回転中心に対する前記着液点の相対位置を、前記基板の表面に供給された処理液によって前記回転中心が覆われる位置に保持する工程（Ｓ３）を含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法である。
この方法によれば、処理液が基板の回転中心から所定距離離隔し、基板の回転中心が覆われる位置に着液するように着液点が保持される。これにより、基板の回転中心を含む基板表面全域に処理液を供給することができる。

請求項４記載の発明は、表面にポリシリコンが形成された基板を処理するための基板処理装置（１００）であって、基板を保持して回転させる基板保持回転機構（１）と、この基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板の表面に向けてフッ硝酸を含む処理液を供給する処理液ノズル（３）を備え、前記基板の表面における前記処理液の着液点を前記基板の回転中心から所定距離離隔した位置に保持する処理液供給機構とを含むことを特徴とする基板処理装置である。

この構成により、基板の回転中心から所定距離離隔した位置に、処理液を着液させることができる。これにより、基板の回転中心を含む基板表面全域において、処理液を絶えず置換することができる。その結果、フッ硝酸を含む処理液とポリシリコンとの反応によって生じるＨ₂Ｏの滞留を抑制できるから、処理液中の硝酸が解離して、処理液の処理能力が低下することを抑制できる。したがって、基板上のいずれかの部分に処理残りが生じることを抑制し、処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる。

請求項５記載の発明は、前記処理液ノズルは、前記基板保持回転機構に保持された基板の回転中心に対する相対位置を変更可能なものであり、前記処理液供給機構は、前記処理液ノズルの位置を、前記基板の表面における前記処理液の着液点が前記基板の回転中心から所定距離離隔した位置に保持されるように制御する位置制御手段（１９）を含むものであることを特徴とする請求項４記載の基板処理装置である。

この構成により、処理液ノズルの位置を制御することによって、容易に、処理液ノズルから吐出される処理液を基板の回転中心から所定距離離隔した位置に着液させることができる。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す概念図である。この基板処理装置１００は、表面にポリシリコン膜が形成された基板Ｗを１枚ずつ処理する枚葉型の基板処理装置であり、基板Ｗをほぼ水平に保持して鉛直軸線まわりに回転させるスピンチャック１と、このスピンチャック１に保持されて回転されている基板Ｗの上面から、基板Ｗに向けて処理液を供給する処理液ノズル３と、この処理液ノズル３を移動させるためのノズル移動機構４を備えている。

スピンチャック１は、円板状のスピンベース５と、このスピンベース５に立設され、基板Ｗを挟持するための複数のチャックピン６と、スピンベース５をほぼ水平に支持する回転軸７と、この回転軸７に回転力を与える回転駆動機構８（例えばモータを含むもの）とを備えている。
処理液ノズル３には、フッ硝酸を含む薬液またはリンス液としての純水が供給されるようになっている。処理液ノズル３には薬液供給路１０を介して薬液供給源１１が接続されている。薬液供給路１０には、薬液の供給／停止を切り替える薬液バルブ１２が介装されている。さらに、処理液ノズル３には純水供給路１３を介して純水供給源１４が接続されている。純水供給路１３には、供給／停止を切り替える純水バルブ１５が介装されている。

処理液ノズル３を移動させるためのノズル移動機構４は、処理液ノズル３を基板Ｗに対して垂直に支持する揺動アーム１６と、この揺動アーム１６をほぼ水平に支持する支持軸１７と、この支持軸１７を鉛直軸線まわりに回動させることにより揺動アーム１６を揺動させる揺動駆動機構１８（例えばモータを含むもの）とを備えている。処理液ノズル３は揺動アーム１６の先端において、吐出口を基板Ｗに対向する下方に向けて取り付けられている。この処理液ノズル３は、揺動アーム１６が揺動されることにより、基板Ｗの上方で水平方向に移動して、基板Ｗの回転中心付近に設定される処理位置と、スピンチャック１の側方の退避位置との間で位置を変えることができる。

そして、上記回転駆動機構８および揺動駆動機構１８並びに薬液バルブ１２および純水バルブ１５の開閉が、制御装置１９によって制御されるようになっている。
図２は、基板処理の流れを示すフローチャートである。まず、基板搬送ロボット（図示せず）によって、スピンチャック１に未処理の基板Ｗが受け渡される（Ｓ１）。このとき、処理液ノズル３は退避位置にある。その後、制御装置１９は、揺動駆動機構１８を制御することにより、処理液ノズル３を処理位置まで移動させ（Ｓ２）、当該処理位置で処理ノズル３を位置固定する（Ｓ３）。

一方、制御装置１９は、回転駆動機構８を制御し、スピンチャック１を回転させ（Ｓ４）、基板回転工程Ｐ１を開始させる。基板Ｗが一定の回転速度まで加速された後、制御装置１９は、薬液バルブ１２を開いて、回転させられている基板Ｗの上面に、処理液ノズル３から、基板Ｗに対して垂直に薬液（フッ硝酸を含む処理液）を供給させる（Ｓ５）。
前記ステップＳ２，Ｓ３、Ｓ５の処理が、フッ硝酸を含む処理液を基板Ｗに供給する処理液供給工程Ｐ２に該当する。

こうして、薬液が一定時間だけ供給された後、制御装置１９は、薬液バルブ１２を閉じて、処理液供給工程Ｐ２を終了させた後、純水バルブ１５を開いて、回転させられている基板Ｗの上面に、処理液ノズル３から、基板Ｗに対して垂直に純水を供給させる（Ｓ６）。
一定時間の後、制御装置１９は、純水バルブ１５を閉じて、回転駆動機構８を制御して、スピンチャック１の回転速度を加速し、基板Ｗの回転速度を乾燥回転速度に加速する（Ｓ７）。これにより、基板Ｗ上の水分が遠心力によって振り切られ、基板Ｗ表面が乾燥されることになる。基板Ｗの乾燥が終了した後、制御装置１９は、スピンチャック１の回転を停止させ（Ｓ８）、基板回転工程Ｐ１が終了する。

基板Ｗの回転が停止した後、制御装置１９は、揺動駆動機構１８を制御し、基板Ｗ上から処理液ノズル３を退避させる（Ｓ９）。その後、基板Ｗは、基板搬送ロボット（図示せず）によって、スピンチャック１から搬出され（Ｓ１０）、この処理が終了される。
図３は、処理液供給中の処理液ノズルの位置を示す図解的な平面図であり、図４は、その図解的な側面図である。

ノズル移動機構４は、薬液供給時および純水供給時において、処理液２（薬液または純水）の着液点２０が基板Ｗの回転中心２１から所定距離２２離隔した定位置に着液するように、処理液ノズル３を保持する。所定距離２２は、着液時の広がりによって回転中心２１が処理液２に覆われるように定められている。
基板Ｗに供給された薬液は、基板Ｗの回転中心２１以外の部分では、基板Ｗの回転による遠心力を受けて絶えず置換される。回転中心２１では、処理液２によって回転中心２１が覆われる位置に処理液ノズル３が固定されているので、随時供給される処理液２により置換される。これにより、基板Ｗの回転中心２１および回転中心２１以外の部分、すなわち基板Ｗの表面全域で、十分に処理液２の置換を行うことができる。

具体的には、例えば、基板Ｗはスピンチャック１に保持され、５００〜１５００ｒｐｍで回転させられる。ノズル移動機構４は、基板Ｗの回転中心２１から１０〜２０ｍｍ離隔した位置に処理液２が着液するように、処理液ノズル３の位置を保持する。薬液としてのフッ硝酸水溶液は、例えば、毎分１．０〜２．０リットルの流量で処理液ノズル３から吐出される。

基板Ｗにフッ硝酸水溶液を供給した際に起こる反応は次のとおりである。
３Ｓｉ＋４ＨＮＯ₃→３ＳｉＯ₂＋４ＮＯ＋２Ｈ₂Ｏ ・・・（１）
ＳｉＯ₂＋６ＨＦ→Ｈ₂ＳｉＦ₆＋２Ｈ₂Ｏ ・・・（２）
基板Ｗ上のいずれかの位置で滞留が生じると、ＨＮＯ₃がＨ₂Ｏによって希釈され、次式で表される解離が進行する。

ＨＮＯ₃→Ｈ⁺＋ＮＯ₃ ^- ・・・（３）
この解離の進行によってＨＮＯ₃の濃度が低下すると、酸化力の低下により、前記（１）式の反応が進みにくくなり、エッチングレートの低下を招く。
そこで、この実施形態では、基板Ｗの表面において、回転中心２１からずれた位置に着液点２０を固定することにより、基板Ｗ上のいずれの位置においても処理液２の滞留が生じないようにしている。これにより、フッ硝酸水溶液の酸化力が保持されるから、基板Ｗ上のいずれの領域においてもエッチング反応を等しく進行させることができ、処理残りを効果的に抑制できる。こうして、処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる。

純水リンス時にも同様に、基板Ｗの表面の全域で純水の置換が良好に生じる結果、短時間で効果的なリンス処理が可能となる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。例えば、基板Ｗに処理液を供給する処理液ノズルは、２つ設けられてもよい。これにより、それぞれの処理液ノズルを、薬液および純水のための各専用のノズルとすることができる。

処理液の供給は、基板Ｗの一方表面に対してのみ行われてもよいし、基板Ｗの両面に対して行われてもよい。具体的には、例えば、基板回転工程Ｐ１で基板Ｗをほぼ水平に保持して回転させるものである場合に、基板Ｗの上面のみ、下面のみ、または上面および下面の両方に処理液を供給することとしてもよい。
また、処理液の供給は、基板Ｗに対して垂直な方向から行ってもよいし、斜め方向から行ってもよい。

さらに、処理液ノズル３は、基板処理装置内で位置固定された固定ノズルであってもよい。
この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す概念図である。 基板処理の流れを示すフローチャートである。 処理液供給中の処理液ノズルの位置を示す図解的な平面図である。 処理液供給中の処理液ノズルの位置を示す図解的な側面図である。

符号の説明

１ スピンチャック（基板保持回転機構）
２ 処理液
３ 処理液ノズル（処理液供給機構）
４ ノズル移動機構
１９ 制御装置（位置制御手段）
２０ 着液点
２１ 回転中心
１００ 基板処理装置
Ｗ 基板

Claims (5)

1. 表面にポリシリコンが形成された基板を処理する基板処理方法であって、
   基板の表面にほぼ垂直な所定の回転軸線まわりに基板を回転させる基板回転工程と、
   この基板回転工程で回転されている基板の表面にフッ硝酸を含む処理液を供給し、前記基板の表面における前記処理液の着液点を、前記基板の回転中心から所定距離離隔した位置に保持する処理液供給工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。
2. 前記処理液供給工程は、
   前記基板の回転中心に対する前記着液点の相対位置を所定の固定位置に保持する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
3. 前記処理液供給工程は、
   前記基板の回転中心に対する前記着液点の相対位置を、前記基板の表面に供給された処理液によって前記回転中心が覆われる位置に保持する工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法。
4. 表面にポリシリコンが形成された基板を処理するための基板処理装置であって、
   基板を保持して回転させる基板保持回転機構と、
   この基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板の表面に向けてフッ硝酸を含む処理液を供給する処理液ノズルを備え、前記基板の表面における前記処理液の着液点を前記基板の回転中心から所定距離離隔した位置に保持する処理液供給機構とを含むことを特徴とする基板処理装置。
5. 前記処理液ノズルは、前記基板保持回転機構に保持された基板の回転中心に対する相対位置を変更可能なものであり、
   前記処理液供給機構は、前記処理液ノズルの位置を、前記基板の表面における前記処理液の着液点が前記基板の回転中心から所定距離離隔した位置に保持されるように制御する位置制御手段を含むものであることを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。

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