JP2007266302A - 液処理装置および液処理方法ならびにコンピュータ読取可能な記憶媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板上に形成された膜を基板の端面においても精度よく溶解することができ、しかも処理液のはね返りによる溶解の不均一が生じ難く、さらに処理液の使用量を低減することができる液処理装置および液処理方法を提供すること。
【解決手段】膜が形成されたウエハＷを回転しつつ膜上にその膜を溶解する処理液を供給して膜を平坦化する液処理装置は、ウエハＷを水平にかつ回転可能に保持するウエハ保持部１と、ウエハ保持部１を回転させる回転機構２と、ウエハＷの表面に処理液を供給する液供給機構４とを具備し、液供給機構４は、同一の処理液を吐出する第１の液吐出ノズル２１および第２の液吐出ノズル２２を有し、第１の液吐出ノズル２１は第２の液吐出ノズル２２よりも小径で相対的に吐出流量が小さく、かつウエハＷの回転方向に処理液が吐出されるように傾斜しており、さらにウエハＷの中心と周縁との間を移動可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば半導体ウエハ等の基板に形成された膜を処理液により平坦化する液処理装置および液処理方法、ならびにそのような液処理方法を実行させるための制御プログラムを記憶したコンピュータ読取可能な記憶媒体に関する。
一般に、半導体デバイスの製造工程においては、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）の表面に絶縁膜として酸化膜や窒化膜等の薄膜が形成される。このような薄膜を形成する方法として、化学蒸着法（ＣＶＤ）等が適用されているが、縦型炉によるバッチ式の成膜のように原料ガスがウエハの外側から供給される場合には、ウエハの周縁部が中心部よりも厚い凹状（すり鉢状）となりやすい。また、バッチ式のＣＶＤ以外の方法による成膜処理においては、中央部が厚い凸状（山状）となる場合もある。このように膜厚が不均一な状態でコンタクトホールを形成すると、所定の膜厚より厚い部分はコンタクトホールの孔径が小さくなり、また逆に膜厚が薄い部分ではコンタクトホールの孔径が大きくなってしまい、コンタクトホールの孔径のバラツキが生じ、製品歩留まりの低下をきたすという問題がある。
このような問題点を解決する技術として、特許文献１には、酸化膜等の膜が形成されたウエハについて、その膜の膜厚を少なくとも外周部と中心部とで検出し、その検出信号に基づいて、半導体ウエハを回転させるとともに処理液供給ノズルをウエハの外周部から中心部へ移動させながら膜を溶解（エッチング）する処理液（例えばフッ酸系液）を当該ウエハに供給して膜を平坦化する技術が開示されている。
しかしながら、この特許文献１に開示された技術では、ウエハを保持するためのウエハチャックに近いウエハ外周部で液はねが発生し、ウエハ上の膜の内側部分に処理液がまばらに供給され、エッチングの不均一が生じてしまうおそれがある。また、ウエハチャックに近いウエハ外周部においては、液供給がウエハチャックに妨げられて均一にエッチングされ難く、その部分で膜厚精度が悪くなる。さらに、処理液供給ノズルをスキャンしながら処理液を流し続けるため、処理液の使用量が多く、処理液消費量の低減が求められる。
特許第３１９４０３７号公報
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、基板上に形成された膜を基板の端面においても精度よく溶解することができ、しかも処理液のはね返りによる溶解の不均一が生じ難く、さらに処理液の使用量を低減することができる液処理装置および液処理方法を提供することを目的とする。
また、そのような方法を実施するためのコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、膜が形成された基板を回転しつつ膜上にその膜を溶解する処理液を供給して膜を平坦化する液処理装置であって、基板を水平にかつ回転可能に保持する基板保持部と、前記基板保持部を回転させる回転機構と、基板の表面に処理液を供給する液供給機構とを具備し、前記液供給機構は、同一の処理液を吐出する第１の液吐出ノズルおよび第２の液吐出ノズルを有し、前記第１の液吐出ノズルは前記第２の液吐出ノズルよりも小径で相対的に吐出流量が小さく、かつ基板の回転方向に処理液が吐出されるように傾斜しており、さらに基板の中心と周縁との間を移動可能であることを特徴とする液処理装置を提供する。
本発明の第２の観点では、膜が形成された基板を回転しつつ膜上にその膜を溶解する処理液を供給して膜を平坦化する液処理装置であって、基板を水平にかつ回転可能に保持する基板保持部と、前記基板保持部を回転させる回転機構と、
基板の表面に処理液および純水を供給する液供給機構とを具備し、前記液供給機構は、同一の処理液とリンス液を切り替えて吐出可能な第１の液吐出ノズルおよび第２の液吐出ノズルを有し、前記第１の液吐出ノズルは前記第２の液吐出ノズルよりも小径で、相対的に吐出流量が小さく、かつ基板の回転方向に液が吐出されるように傾斜しており、さらに基板の中心と周縁との間を移動可能であることを特徴とする液処理装置を提供する。
上記第１または第２の観点において、前記膜の膜厚を検出する膜厚センサと、前記膜厚センサが検出した膜厚に基づいて前記第１の液吐出ノズルまたは前記第２の液吐出ノズルの移動を制御する制御機構とをさらに具備してもよい。
また、前記第１の液吐出ノズルの傾斜角度は１５〜７５°であることが好ましい。さらに、前記第１の液吐出ノズルの径は０．２〜２ｍｍであり、液吐出量は２０〜２００ｍＬ／ｍｉｎであることが好ましく、前記第２の液吐出ノズルの径は３〜５ｍｍであり、液吐出量は３００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎであることが好ましい。前記第１の液吐出ノズルと前記第２の液吐出ノズルとは一体的に設けることができる。
本発明の第３の観点では、基板を回転させながら、相対的に小径で吐出流量が小さく、かつ基板の回転方向に処理液が吐出されるように傾斜している第１の液吐出ノズルと、相対的に大径で吐出流量が大きい第２の液吐出ノズルとを用いて所定の処理液により基板に形成された膜を溶解する液処理方法であって、前記第１のノズルを基板の径方向に移動させながら前記処理液を吐出して前記膜の厚さを均一化する工程と、その後、第２の液吐出ノズルから前記膜に前記処理液を供給して膜厚の均一性を保ったまま、前記膜を所定の厚さになるまでさらに溶解する工程とを有することを特徴とする液処理方法を提供する。
上記第３の観点において、前記基板の径方向の複数点において前記膜の膜厚を検出する工程をさらに有し、それにより検出された前記膜の膜厚プロファイルに応じて前記第１のノズルを移動させるようにしてもよい。
本発明の第４の観点では、基板を回転させながら、相対的に小径で吐出流量が小さく、かつ基板の回転方向に処理液が吐出されるように傾斜している第１の液吐出ノズルと、相対的に大径で吐出流量が大きい第２の液吐出ノズルとを用いて所定の処理液により基板に形成された、中心部で薄く周縁部で厚いプロファイルを有する膜を溶解する液処理方法であって、前記膜のプロファイルに応じて前記第１のノズルを膜の周縁から中心または中心から周縁に移動させながら前記処理液を吐出して前記膜の厚さを均一化する工程と、その後、第２の液吐出ノズルから前記膜に前記処理液を供給して膜厚の均一性を保ったまま、前記膜を所定の厚さになるまでさらに溶解する工程と、その後、前記第２の液吐出ノズルから前記膜にリンス液を供給して前記処理液による溶解を停止する工程とを有することを特徴とする液処理方法を提供する。
本発明の第５の観点では、基板を回転させながら、相対的に小径で吐出流量が小さく、かつ基板の回転方向に処理液が吐出されるように傾斜している第１の液吐出ノズルと、相対的に大径で吐出流量が大きい第２の液吐出ノズルとを用いて所定の処理液により基板に形成された、中心部で厚く周縁部で薄いプロファイルを有する膜を溶解する液処理方法であって、前記第２の液吐出ノズルを前記膜の中心に位置させ、そこから前記処理液を吐出して前記膜の全体を同程度の厚さ溶解する工程と、前記膜のプロファイルに応じて前記第１の液吐出ノズルを前記膜の周縁から中心に移動させながらリンス液を吐出して順次溶解を停止し、前記膜の厚さを均一化する工程とを有することを特徴とする液処理方法を提供する。
上記第５の観点において、前記均一化工程の後、前記第２の液吐出を基板の中心に位置させてリンス液を供給するリンス工程をさらに有することが好ましい。
上記第３〜第５の観点において、前記第１の液吐出ノズルの傾斜角度は１５〜７５°であることが好ましい。さらに、前記第１の液吐出ノズルの径は０．２〜２ｍｍであり、液吐出量は２０〜２００ｍＬ／ｍｉｎであることが好ましく、前記第２の液吐出ノズルの径は３〜５ｍｍであり、液吐出量は３００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎであることが好ましい。さらに、基板の回転数は１００〜１０００ｒｐｍであることが好ましい。
本発明の第６の観点では、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第３〜第５の観点のいずれかの方法が行われるように、コンピュータに液処理装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。
本発明によれば、第１の液吐出ノズルは小径でかつ小流量で液を吐出することができるので、処理液を吐出してエッチングを行う際に、液供給ポイントの精度を高くすることができ、ウエハチャックの存在に拘わらず、基板の外周部における膜の膜厚精度を高めることができる。また、このような小径のノズルを用いるので、処理液である処理液の消費量を低減することができる。さらに、基板の回転方向に液が吐出されるように傾斜して設けられているので、相対的な液速度が小さくなり、液のはね返りや液の広がりを抑えることができ、不所望な溶解を極力防止することができる。一方、このように小径・小流量の液吐出ノズルを用いることにより、スループットの低下が懸念されるが、小径・小流量の第１の液吐出ノズルより膜厚を平坦化した後に、大径・大流量の第２の液吐出ノズルによりエッチングを進行させることにより、高速で膜を溶解することができ、スループットの低下を極力抑えることができる。
また、第１および第２の液吐出ノズルが処理液とリンス液とを両方切り替えて吐出することができるようにすることにより、種々のバリエーションで溶解処理を行うことができる。例えば、膜のプロファイルがすり鉢状の場合には、上述したように第１の液吐出ノズルによる溶解処理に続けて第２の液吐出ノズルによる溶解処理を行うことが好適である。また、膜のプロファイルが山状である場合に、第２の液吐出ノズルによって溶解処理を全面均等に行った後、第１の液吐出ノズルを基板の径方向に移動させながら第１の液吐出ノズルからリンス液を吐出することにより、精度良く溶解処理を停止してより厚さが均一な膜を得ることができる。また、リンス液のはね返りや広がり等による不所望な溶解停止が生じることを防止することができ、さらにリンス液の消費量を低減することができる。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について詳細に説明する。ここでは、本発明をウエハに形成された酸化膜をエッチング（溶解）する液処理装置に適用した場合について示す。
図１は本発明の一実施形態に係る液処理装置の概略構成を示す断面図、図２はその平面図である。この液処理装置１００は、被処理基板である、酸化膜が形成されたウエハＷを回転可能に保持するウエハ保持部１と、このウエハ保持部１を回転させる回転モータ２と、ウエハ保持部１に保持されたウエハＷを囲繞するように設けられたカップ３と、溶解液および純水をウエハＷの表面に供給する液供給機構４と、ウエハＷに形成された酸化膜の膜厚を測定する膜厚センサ５とを有している。
ウエハ保持部１は、回転モータ２の軸２ａに直結されて回転する回転プレート１１と、回転プレート１１の周縁部に取り付けられたウエハＷを支持する３つの支持ピン１２ａおよびウエハＷを保持する３つの保持ピン１２ｂとを備えている。ウエハ保持部１に対するウエハＷの搬入出は、この支持ピン１２ａを利用して行われる。また、保持ピン１２ｂは、搬送アーム（図示せず）とウエハ保持部１との間でのウエハＷの受け渡しを妨げないように、矢印Ａに沿って、回転プレート１１の外側の退避位置とウエハＷを保持する保持位置との間で回動可能となっている。すなわち、保持ピン１２ｂを退避した状態で支持ピン１２ａがウエハＷを受け取った後、保持ピン１２ｂを保持位置に回動させてウエハＷを保持する。なお、ウエハ保持部１は図示しない昇降機構により昇降可能となっている。
液供給機構４は、ウエハＷの中心と周縁との間をスキャン可能な第１の液吐出ノズル２１および第２の液吐出ノズル２２を有している。これら第１および第２の液吐出ノズル２１，２２は、いずれも溶解処理を行う処理液である希フッ酸（ＤＨＦ）とリンス液としての純水とを選択的に吐出することができるようになっている。具体的には、第１の液吐出ノズル２１には第１の液供給ライン２３が接続されている。第１の液供給ライン２３にはそれぞれバルブ２４および２５を介して希フッ酸供給ライン２６および純水供給ライン２７が接続されており、ウエハＷの表面に溶解液としての希フッ酸およびリンス液としての純水を吐出可能となっている。希フッ酸と純水との切替は、バルブ２４および２５のオン・オフにより実現される。また、第２の液吐出ノズル２２には第２の液供給ライン２８が接続されている。第２の液供給ライン２８にはそれぞれバルブ２９および３０を介して希フッ酸供給ライン３１および純水供給ライン３２が接続されており、第１の液吐出ノズル２１と同様、ウエハＷの表面に溶解液としての希フッ酸およびリンス液としての純水を吐出可能となっている。希フッ酸と純水との切替えは、バルブ２９および３０のオン・オフにより実現される。なお、希フッ酸供給ライン２６および３１、ならびに純水供給ライン２７および３２には、図示していないが、それぞれ液を送給するためのポンプおよび流量制御装置等が設けられている。
第１の液吐出ノズル２１は、第２の液吐出ノズル２２よりも小径で相対的に吐出流量が小流量になるように設計されている。例えば、第２の液吐出ノズル２２は内径４ｍｍφで流量が５００ｍＬ／ｍｉｎであるのに対し、第１の液吐出ノズル２１は内径が０．５ｍｍφで流量が５０ｍＬ／ｍｉｎとなっている。第１の液吐出ノズル２１の径は０．２〜２ｍｍが好ましく、吐出流量は２０〜２００ｍＬ／ｍｉｎが好ましい。また、第２の液吐出ノズル２２の径は３〜５ｍｍが好ましく、液吐出量は３００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎが好ましい。また、第１の液吐出ノズル２１は、図３に示すように、ウエハＷの回転方向に処理液が吐出されるように傾斜している。傾斜角度は１５〜７５°が好ましく、例えば３０°に設定される。なお、第２の液吐出ノズル２２は通常のノズルと同様に垂直に配置されているが、傾斜させてもよい。
第１の液吐出ノズル２１がこのように小径で小流量で液を吐出するようになっているので、液供給ポイントの精度を高くすることができ、かつ液使用量を少なくすることができる。また、ウエハＷの回転方向に液が吐出されるように傾斜して設けられているので、相対的な液速度が小さくなり、液のはね返りや液の広がりを抑えることができる。
第１の液吐出ノズル２１は、第１のノズルアーム４１に取り付けられた第１のノズルホルダー２１ａに保持されている。第１のノズルアーム４１は、図２に示すように、ボールネジ機構４３によりウエハＷの中心と周縁との間をリニア移動可能となっている。ボールネジ機構４３は、第１のノズルアーム４１の移動方向に延びるボールネジ４５と、ボールネジ４５と平行に設けられたガイドレール４６と、ボールネジ４５に螺合されかつガイドレール４６にスライド可能に嵌合され、ノズルアーム４１が取り付けられた移動部材４７と、ボールネジ４５を回転させて移動部材４７をリニア移動させる駆動機構４８とを有している。
第２の液吐出ノズル２２は、第２のノズルアーム４２に取り付けられた第２のノズルホルダー２２ａに保持されている。第２のノズルアーム４２は図２に示すように、ボールネジ機構４４よりウエハＷの中心と周縁との間をリニア移動可能となっている。ボールネジ機構４４は、第２のノズルアーム４２の移動方向に延びるボールネジ４９と、ボールネジ４９と平行に設けられたガイドレール５０と、ボールネジ４９に螺合されかつガイドレール５０にスライド可能に嵌合され、ノズルアーム４２が取り付けられた移動部材５１と、ボールネジ４９を回転させて移動部材５１をリニア移動させる駆動機構５２とを有している。なお、第１および第２の液吐出ノズル２１，２２を移動させる機構は、ボールネジ機構に限らず、ベルト駆動機構や、シリンダ機構等の他の機構であってもよい。
カップ３は、処理時にウエハＷから遠心分離される処理液やリンス液を受け止め、外部へ排出するためのものであり、その底部には排気通路３ａおよび２つのドレイン管３ｂ，３ｃがそれぞれ設けられており、排気通路３ａは排気ポンプ（図示せず）の吸込み側に連通している。なお、カップ３は図示しない昇降機構により昇降可能となっている。
上記膜厚センサ５は、ウエハＷに非接触の状態でウエハＷに形成された酸化膜の膜厚を検出するためのものであり、例えば光学式膜厚計または楕円偏光計（elipsometer）を使用することができる。この膜厚センサ５は、アーム５５の先端に取り付けられており、アーム５５はシリンダ機構５６によりリニア移動され、膜厚センサ５をウエハＷの中心から周縁の任意の位置に位置させることが可能となっている。シリンダ機構５６は、シリンダ５７と、シリンダ５７に対して進出退避可能に設けられたピストン５８と、ピストン５８の先端に設けられた移動部材６０とを有し、アーム５５は移動部材６０に取り付けられている。
液処理装置１００の各構成部は、図１に示すように、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたコントローラ１０１に接続されて制御される構成となっている。コントローラ１０１には、工程管理者が液処理装置１００の各構成部を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、液処理装置１００の各構成部の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１０２、液処理装置１００で実行される各種処理をコントローラ１０１の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピ、その他制御に必要な情報が格納された記憶部１０３とが接続されている。
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１０２からの指示等を受けて、任意のレシピを記憶部１０３から呼び出してコントローラ１０１に実行させることで、コントローラ１０１の制御下で、液処理装置１００において所望の各種処理が行われる。レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、不揮発性メモリなどの読み出し可能な記憶媒体に格納された状態のものであってもよく、さらに、適宜の装置から例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
また、コントローラ１０１には、膜厚センサ５によって検出された検出情報（信号）が入力され、その検出情報と予め実験等によって得られた酸化膜のエッチングレート情報（設定エッチングレート）とが比較演算処理され、その結果に基づいてウエハＷの回転数や処理液が供給される際の各ノズルのスキャン速度、処理液やリンス液としての純水の流量等が制御されるようになっている。
次に、以上のように構成される液処理装置におけるエッチング処理（溶解処理）について説明する。
まず、記憶部１０３に、酸化膜１１０の種類、処理液の成分、および温度と、エッチングレートとの関係を予め設定しておく。そして、図示しない搬送アームにより、表面に酸化膜が形成されているウエハＷをウエハ保持部１の支持ピン１２ａに載置する。その後、保持ピン１２ｂによりウエハＷを保持する。この状態で、膜厚センサ５によりウエハＷの中心から周縁までの複数点の膜厚を測定しその膜厚プロファイルを求める。
その結果、図４に示すように、ウエハＷ上に形成された酸化膜１１０が、周縁のほうが中心よりも膜厚の大きいすり鉢状のプロファイルを有していることが検出された場合には、図５に示す手順でエッチング処理（溶解処理）を行う。
まず、図５の（ａ）に示すように、ウエハＷの端部から中心までの各膜厚検出ポイントＰ１〜Ｐｎごとにエッチング量Ｘ１〜Ｘｎでエッチングして平坦化するために、各ポイントの間の領域のノズルの移動速度（ｖ１，２〜ｖｎ−１，ｎ）を求める。この場合に、特許第３１９４０３７号公報の段落００３５〜００４０に開示された手法を用いる。
次に、図５の（ｂ）に示すように、第１の液吐出ノズル２１をウエハＷの端部に位置させ、ウエハＷを回転させて、図５の（ｃ）に示すように、上述のようにして求めた速度で、第１の液吐出ノズル２１を中心に向けてスキャンさせながら、希フッ酸溶液を吐出し、酸化膜をエッチング（溶解）し、酸化膜を平坦化する。このときのエッチング量は、平坦化に必要な最低限の量に設定することが好ましい。第１の液吐出ノズル２１が中心まで達した時点で希フッ酸の供給を停止する。この際のウエハＷの回転数は、１００〜１０００ｒｐｍであることが好ましい。なお、ウエハＷは、この後の一連の工程の間も回転し続けるようにする。
その後、図５の（ｄ）に示すように、第１の液吐出ノズル２１を退避させ、第２の液吐出ノズル２２をウエハＷの中心に位置させて、第２の液吐出ノズル２２から希フッ酸溶液をウエハＷの全体に亘って供給し、ウエハＷ全体を均一にエッチングして、酸化膜１１０を所定の均一な膜厚とする。
酸化膜１０１の膜厚が所定の値となった時点で第２の液吐出ノズル２１からの希フッ酸の供給を停止し、図５の（ｅ）に示すように、第２の液吐出ノズル２２からリンス液としての純水を供給してエッチングを停止する。
以上のような手順により、平坦化された所望の膜厚の酸化膜１１０を得ることができる。
この場合に、第１の液吐出ノズル２１は小径でかつ小流量で液を吐出することができるので、処理液である希フッ酸を吐出してエッチングを行う際に、液供給ポイントの精度を高くすることができ、ウエハチャックである支持ピン１２ａや保持ピン１２ｂの存在に拘わらず、ウエハＷの外周部における酸化膜１１０の膜厚精度を高めることができる。また、このような小径のノズルを用いるので、処理液である希フッ酸の消費量を低減することができる。さらに、ウエハＷの回転方向に液が吐出されるように傾斜して設けられているので、相対的な液速度が小さくなり、液のはね返りや液の広がりを抑えることができ、不所望なエッチングを極力防止することができる。
一方、このように小径・小流量の液吐出ノズルを用いることにより、スループットの低下が懸念されるが、小径・小流量の第１の液吐出ノズル２１により膜厚を平坦化した後は、大径・大流量の第２の液吐出ノズル２２をウエハＷの中心に位置させて、処理液をウエハＷ全体に広げてエッチングを進行させるので、高速で酸化膜をエッチングすることができ、スループットの低下を極力抑えることができる。
なお、上記例では、ウエハＷを回転させた状態で第１の液吐出ノズル２１をウエハＷの周縁から中心に向かってスキャンしながら処理液を吐出したが、逆にウエハＷの中心から周縁に向かってスキャンしながら処理液を吐出するようにしてもよい。この場合にも、各ポイントの間の領域のノズルの移動速度を求めるが、その時の手法としては、特許第３１９４０３７号公報の段落００５４〜００６０に開示された手法を用いる。これによっても上記例と同様な効果を得ることができる。
次に、上述のようにして膜厚センサ５によりウエハＷの中心からエッジまでの複数点の酸化膜の膜厚を測定しその膜厚プロファイルを求めた結果、図６に示すような中央のほうが膜厚の厚い山状のプロファイルを有していることが検出された場合のエッチング処理について、図７を参照して説明する。
まず、図７の（ａ）に示すように、ウエハＷの端部から中心までの各膜厚検出ポイントＰ１′〜Ｐｎ′ごとにエッチング量Ｘ１′〜Ｘｎ′でエッチングして平坦化するために、ここでは全体を均一にエッチングした後、リンス液である純水の供給タイミングのずれを利用してエッチングを行うために、後述するように純水リンスの際の第１の液吐出ノズルの各ポイントの間の領域のノズルの移動速度（ｖ１，２′〜ｖｎ−１，ｎ′）を求める。この場合にも上述したような、特許第３１９４０３７号公報に開示された手法に準じた手法を用いることができる。
次に、図７の（ｂ）に示すように、第２の液吐出ノズル２２をウエハＷの中心に位置させ、ウエハＷを回転させて、図７の（ｃ）に示すように、ウエハＷに向けて第２の液吐出ノズル２２から希フッ酸溶液を吐出し、酸化膜１１０を均等にエッチングする。所定量エッチングした後、第２の液吐出ノズル２２を退避させて、図７の（ｄ）に示すように、第１の液吐出ノズル２１をウエハＷの端部に位置させ、予め求めた速度でウエハＷの中心に向けてスキャンさせながら、リンス液である純水を吐出し、順次エッチングを停止していく。これにより、端部が先にエッチングが停止し、順次停止位置が内側へ進行するので、ウエハＷの中心部が最もエッチングが進行し、この際の第１の液吐出ノズル２１のスキャン速度が適切に制御されることにより、酸化膜を平坦化することができ、膜厚が均一な酸化膜１１０が得られる。このとき、第１の液吐出ノズル２１の純水スキャンにより、酸化膜１１０について所望の位置でエッチングが停止されるようにする。
その後、第１の液吐出ノズル２１の純水吐出を停止して退避させ、図７の（ｅ）に示すように、第２の液吐出ノズル２２をウエハＷの中心上に位置させて、リンス液である純水を吐出し、ウエハＷの全面に亘って完全にエッチングを停止させる。
以上のような手順により、平坦化された所望の膜厚の酸化膜１１０を得ることができる。
この例の場合には、大径・大流量の第２の液吐出ノズル２２により、酸化膜１１０の山状のプロファイルを保ったままある深さまでエッチングしてから、小径・小流量の第１の液吐出ノズル２１でウエハＷの端部からエッチングを停止して行くので、液供給ポイントの精度を高くすることができ、ウエハチャックである支持ピン１２ａや保持ピン１２ｂの存在に拘わらず、ウエハＷの外周部における酸化膜１１０の膜厚精度を高めることができる。また、このような小径のノズルを用いるので、純水の消費量を低減することができる。さらに、ウエハＷの回転方向に液が吐出されるように傾斜して設けられているので、相対的な液速度が小さくなり、純水のはね返りや広がりを抑えることができ、エッチング停止にムラができてエッチングが不均一になることを極力防止することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、第１の液吐出ノズル２１と第２の液吐出ノズル２２とを別個に設けた場合について示したが、図８に示すように、一つのノズルホルダー８０にこれらを一体的に設けるようにしてもよい。また、膜を溶解する処理液とリンス液以外の液やガスを吐出するノズルを設けてもよい。さらに、溶解処理（エッチング）する膜として酸化膜を用いた場合について示したが、酸化膜に限らず、窒化膜や金属膜等他の膜であっても同様に適用可能である。さらにまた、処理液として希フッ酸を用いたが、溶解処理が可能な液であればこれに限るものではない。さらにまた、膜厚センサを装置内に設けた例について示したが、別の場所で膜厚を測定しておいてその膜厚を記憶部１０３に記憶させておくようにしてもよい。さらにまた、膜厚センサは必須ではなく、従来の経験値等に基づいて溶解処理を行うようにしてもよい。さらにまた、上記実施形態では被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、液晶表示装置（ＬＣＤ）用のガラス基板に代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の基板等、他の基板に適用可能であることは言うまでもない。
本発明は、半導体基板に形成された酸化膜等の膜の平坦化ないしは膜厚均一化に有効である。
本発明の一実施形態に係る液処理装置の概略構成を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る液処理装置の概略構成を示す平面図。 図１の液処理装置に用いられる第１の液吐出ノズルの配置状態を示す模式図。 ウエハ上に周縁のほうが中心よりも膜厚の大きいすり鉢状のプロファイルを有する酸化膜が形成された状態を示す図。 酸化膜がすり鉢状のプロファイルを有する場合の溶解処理の手順を説明するための図。 ウエハ上に周縁のほうが中心よりも膜厚の小さい山状のプロファイルを有する酸化膜が形成された状態を示す図。 酸化膜が山状のプロファイルを有する場合の溶解処理の手順を説明するための図。 第１の液吐出ノズルと第２の液吐出ノズルを一体化した例を示す模式図。
符号の説明
１；ウエハ保持部
２；回転モータ
３；カップ
４；液供給機構
５；膜厚センサ
１１；回転プレート
１２ａ；支持ピン
１２ｂ；保持ピン
２１；第１の液吐出ノズル
２２；第２の液吐出ノズル
２３；第１の液供給ライン
２４，２５，２９，３０；バルブ
２６，３１；希フッ酸供給ライン
２７，３２；純水供給ライン
２８；第２の液供給ライン
４１；第１のノズルアーム
４２；第２のノズルアーム
４３，４４；ボールネジ機構
４８，５２；駆動機構
１００；液処理装置
１０１；コントローラ
１０２；ユーザーインターフェース
１０３；記憶部
１１０；酸化膜
Ｗ；半導体ウエハ（基板）

Claims (17)

  1. 膜が形成された基板を回転しつつ膜上にその膜を溶解する処理液を供給して膜を平坦化する液処理装置であって、
    基板を水平にかつ回転可能に保持する基板保持部と、
    前記基板保持部を回転させる回転機構と、
    基板の表面に処理液を供給する液供給機構と
    を具備し、
    前記液供給機構は、同一の処理液を吐出する第１の液吐出ノズルおよび第２の液吐出ノズルを有し、
    前記第１の液吐出ノズルは前記第２の液吐出ノズルよりも小径で相対的に吐出流量が小さく、かつ基板の回転方向に処理液が吐出されるように傾斜しており、さらに基板の中心と周縁との間を移動可能であることを特徴とする液処理装置。
  2. 膜が形成された基板を回転しつつ膜上にその膜を溶解する処理液を供給して膜を平坦化する液処理装置であって、
    基板を水平にかつ回転可能に保持する基板保持部と、
    前記基板保持部を回転させる回転機構と、
    基板の表面に処理液および純水を供給する液供給機構と
    を具備し、
    前記液供給機構は、同一の処理液とリンス液を切り替えて吐出可能な第１の液吐出ノズルおよび第２の液吐出ノズルを有し、
    前記第１の液吐出ノズルは前記第２の液吐出ノズルよりも小径で、相対的に吐出流量が小さく、かつ基板の回転方向に液が吐出されるように傾斜しており、さらに基板の中心と周縁との間を移動可能であることを特徴とする液処理装置。
  3. 前記膜の膜厚を検出する膜厚センサと、前記膜厚センサが検出した膜厚に基づいて前記第１の液吐出ノズルまたは前記第２の液吐出ノズルの移動を制御する制御機構とをさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液処理装置。
  4. 前記第１の液吐出ノズルの傾斜角度は１５〜７５°であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液処理装置。
  5. 前記第１の液吐出ノズルの径は０．２〜２ｍｍであり、液吐出量は２０〜２００ｍＬ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液処理装置。
  6. 前記第２の液吐出ノズルの径は３〜５ｍｍであり、液吐出量は３００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液処理装置。
  7. 前記第１の液吐出ノズルと前記第２の液吐出ノズルとは一体的に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の液処理装置。
  8. 基板を回転させながら、相対的に小径で吐出流量が小さく、かつ基板の回転方向に処理液が吐出されるように傾斜している第１の液吐出ノズルと、相対的に大径で吐出流量が大きい第２の液吐出ノズルとを用いて所定の処理液により基板に形成された膜を溶解する液処理方法であって、
    前記第１のノズルを基板の径方向に移動させながら前記処理液を吐出して前記膜の厚さを均一化する工程と、
    その後、第２の液吐出ノズルから前記膜に前記処理液を供給して膜厚の均一性を保ったまま、前記膜を所定の厚さになるまでさらに溶解する工程と
    を有することを特徴とする液処理方法。
  9. 前記基板の径方向の複数点において前記膜の膜厚を検出する工程をさらに有し、それにより検出された前記膜の膜厚プロファイルに応じて前記第１のノズルを移動させることを特徴とする請求項８に記載の液処理方法。
  10. 基板を回転させながら、相対的に小径で吐出流量が小さく、かつ基板の回転方向に処理液が吐出されるように傾斜している第１の液吐出ノズルと、相対的に大径で吐出流量が大きい第２の液吐出ノズルとを用いて所定の処理液により基板に形成された、中心部で薄く周縁部で厚いプロファイルを有する膜を溶解する液処理方法であって、
    前記膜のプロファイルに応じて前記第１のノズルを膜の周縁から中心または中心から周縁に移動させながら前記処理液を吐出して前記膜の厚さを均一化する工程と、
    その後、第２の液吐出ノズルから前記膜に前記処理液を供給して膜厚の均一性を保ったまま、前記膜を所定の厚さになるまでさらに溶解する工程と
    その後、前記第２の液吐出ノズルから前記膜にリンス液を供給して前記処理液による溶解を停止する工程と
    を有することを特徴とする液処理方法。
  11. 基板を回転させながら、相対的に小径で吐出流量が小さく、かつ基板の回転方向に処理液が吐出されるように傾斜している第１の液吐出ノズルと、相対的に大径で吐出流量が大きい第２の液吐出ノズルとを用いて所定の処理液により基板に形成された、中心部で厚く周縁部で薄いプロファイルを有する膜を溶解する液処理方法であって、
    前記第２の液吐出ノズルを前記膜の中心に位置させ、そこから前記処理液を吐出して前記膜の全体を同程度の厚さ溶解する工程と、
    前記膜のプロファイルに応じて前記第１の液吐出ノズルを前記膜の周縁から中心に移動させながらリンス液を吐出して順次溶解を停止し、前記膜の厚さを均一化する工程と
    を有することを特徴とする液処理方法。
  12. 前記均一化工程の後、前記第２の液吐出ノズルを基板の中心に位置させてリンス液を供給するリンス工程をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の液処理方法。
  13. 前記第１の液吐出ノズルの傾斜角度は１５〜７５°であることを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の液処理方法。
  14. 前記第１の液吐出ノズルの径は０．２〜２ｍｍであり、液吐出量は２０〜２００ｍＬ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載の液処理方法。
  15. 前記第２の液吐出ノズルの径は３〜５ｍｍであり、液吐出量は３００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項８から請求項１４のいずれか１項に記載の液処理方法。
  16. 基板の回転数が１００〜１０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項８から請求項１５のいずれか１項に記載の液処理方法。
  17. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
    前記制御プログラムは、実行時に、請求項８から請求項１６のいずれか１項に記載の方法が行われるように、コンピュータに液処理装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
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