JP2014157934A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチングレートを高めることができ、エッチング選択比の低下を抑制できる基板処理装置を提供すること。
【解決手段】基板処理装置は、基板Ｗを水平に保持するスピンチャック５と、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面にリン酸水溶液を供給することにより、基板Ｗの上面全域を覆うリン酸水溶液の液膜を形成するリン酸供給装置と、リン酸水溶液の液膜が基板Ｗ上に保持されている状態で基板Ｗを加熱する加熱装置１０と、リン酸水溶液の液膜に純水を供給する純水供給装置３６とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板を処理する基板処理装置に関する。処理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、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。

半導体装置や液晶表示装置などの製造工程では、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜とが形成された基板の表面にエッチング液としての高温のリン酸水溶液を供給して、シリコン窒化膜を選択的に除去するエッチング処理が必要に応じて行われる。特許文献１には、沸点付近のリン酸水溶液をスピンチャックに保持されている基板に供給する枚葉式の基板処理装置が開示されている。

特開２０１２―０７４６０１号公報

特許文献１の基板処理装置では、１００℃以上の高温のリン酸水溶液が基板に供給される。基板上に供給されたリン酸水溶液からは水分が徐々に蒸発する。その際、リン酸水溶液中で２Ｈ_３ＰＯ_４→Ｈ_４Ｐ_２Ｏ_７＋Ｈ_２Ｏの反応が起こり、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）からピロリン酸（pyrophosphoric acid：Ｈ_４Ｐ_２Ｏ_７）が生成される。ピロリン酸はシリコン酸化膜をエッチングする能力を有している。本来は、シリコン窒化膜のみをエッチングし、シリコン酸化膜はエッチングせずできるだけ多く残存させることが望ましい。シリコン酸化膜のエッチング量を抑制しつつシリコン窒化膜のエッチング量を向上させると、エッチング選択比（シリコン窒化膜のエッチング量／シリコン酸化膜のエッチング量）の値を高くすることができる。しかし、前記のピロリン酸が発生すると本来は残存させたいシリコン酸化膜もエッチングされてしまうため、エッチング選択比が低下してしまう。

そこで、本発明の目的の一つは、エッチングレート（単位時間あたりのシリコン窒化膜のエッチング量）を高めつつ、同時に、エッチング選択比の低下を抑制することができる基板処理装置を提供することである。

前記目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板を水平に保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に保持されている基板の上面にリン酸水溶液を供給することにより、前記基板の上面全域を覆うリン酸水溶液の液膜を形成するリン酸供給手段と、前記リン酸水溶液の液膜が前記基板上に保持されている状態で前記基板を加熱する加熱手段と、前記リン酸水溶液の液膜に水を供給する水供給手段とを含む、基板処理装置である。

この構成によれば、リン酸供給手段が、基板保持手段によって水平に保持されている基板の上面にエッチング液としてのリン酸水溶液を供給する。これにより、基板の上面全域を覆うリン酸水溶液の液膜が形成される。そして、リン酸水溶液の液膜が基板上に保持されている状態で、基板が加熱手段によって加熱される。これにより、リン酸水溶液が加熱され、エッチングレートが高められる。さらに、水供給手段が、基板上のリン酸水溶液の液膜に水（たとえば、純水）を供給するので、Ｈ_４Ｐ_２Ｏ_７＋Ｈ_２Ｏ→２Ｈ_３ＰＯ_４の反応によって、リン酸水溶液中のピロリン酸（Ｈ_４Ｐ_２Ｏ_７）が減少する。エッチング選択比を低下させる要因であるピロリン酸のリン酸水溶液中の存在量を抑制することができるため、エッチング選択比の低下を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、前記水供給手段は、リン酸水溶液が前記基板から排出されない流量で前記リン酸水溶液の液膜に水を供給し、前記基板上にパドル状のリン酸水溶液の液膜を維持する、請求項１に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、基板への水の供給流量は、リン酸水溶液が基板から排出されない値に設定され、基板上にパドル状のリン酸水溶液の液膜が維持される。そのため、十分な活性を有するリン酸水溶液が基板から排出されることを防止できる。これにより、リン酸水溶液を効率的に使用できる。さらに、基板上のリン酸水溶液に供給される水が少ないので、水の供給に伴うリン酸水溶液の濃度および温度の変化を抑制できる。これにより、エッチング選択比の低下を抑制しながら、水の供給に伴うエッチングレートの変動を抑制できる。

請求項３に記載の発明は、前記水供給手段は、前記加熱手段による加熱よって前記リン酸水溶液の液膜から蒸発する水の量に相当する量の水を前記リン酸水溶液の液膜に供給する、請求項２に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、リン酸水溶液の液膜から蒸発する水の量に相当する量の水が、リン酸水溶液の液膜に供給される。つまり、蒸発した分だけ水がリン酸水溶液の液膜に補充される。したがって、リン酸水溶液中のピロリン酸が減少すると共に、水の供給によるリン酸水溶液の濃度変化が実質的に防止される。さらに、基板上のリン酸水溶液に供給される水が少ないので、リン酸水溶液の濃度および温度の変化を抑制できる。これにより、エッチング選択比の低下を抑制しながら、エッチングレートの変動を抑制できる。

請求項４に記載の発明は、前記水供給手段は、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に向けて水を間欠的に吐出する水吐出口を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理装置である。
連続的に吐出する場合には微量の水を高い精度で供給することが困難であるが、請求項４の発明のように間欠的に吐出して供給する場合には微量の水を比較的高い精度で供給することができる。微量の水を高い精度で供給できるためリン酸水溶液の濃度および温度の変化をより確実に抑制することができる。これにより、エッチング選択比の低下を抑制しながら、エッチングレートの変動を抑制できる。

請求項５に記載の発明は、前記水供給手段は、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に向けて前記水吐出口から水滴を一つずつ吐出する、請求項４に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、基板上のリン酸水溶液に着液した水滴は、基板の上面に向かってリン酸水溶液中を固まって移動するため、リン酸水溶液中で拡散することが少ない。したがって、基板とリン酸水溶液との界面に到達する水の量が増加し、基板とリン酸水溶液との界面に存在するピロリン酸が減少する。これにより、エッチング選択比の低下が抑制または防止される。

請求項６に記載の発明は、前記基板保持手段を回転させる基板回転手段と、前記基板に対する水供給位置を基板半径方向に移動させる水供給位置移動手段と、前記水供給手段、基板回転手段、および前記水供給位置移動手段を制御する制御手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記基板回転手段により前記基板保持手段に保持された基板が回転されつつ前記水供給手段から前記リン酸水溶液の液膜に水が供給される場合に、当該水供給手段から供給される水供給量が前記基板の周縁部よりも前記基板の中心部で多くなるように、当該水供給手段を制御する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理装置である。

この構成によれば、基板の上面中心部に向けてより多くの単位面積あたりの水を供給することができる。したがって、多くの水が基板の周縁部に移動したとしても基板上のリン酸水溶液の液膜の濃度の基板の半径方向についてのばらつきを低減でき、その結果、エッチングレートの基板の半径方向についてのばらつきを抑制または防止できる。
請求項７に記載の発明は、前記基板保持手段を回転させる基板回転手段と、前記基板に対する水供給位置を基板中心部と基板周縁部との間で移動させる水供給位置移動手段と、前記水供給位置移動手段を制御する制御手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記基板回転手段により前記基板保持手段に保持された基板が回転されつつ前記水供給手段から前記リン酸水溶液の液膜に水が供給される場合に、当該水供給手段からの水供給位置の移動速度が前記基板の周縁部よりも前記基板の中心部で遅くなるように、前記水供給位置移動手段を制御する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理装置である。

この構成によれば、基板の上面中心部に向けてより多くの単位面積あたりの水を供給することができる。したがって、多くの水が基板の周縁部に移動したとしても基板上のリン酸水溶液の液膜の濃度の基板の半径方向についてのばらつきを低減でき、その結果、エッチングレートの基板の半径方向についてのばらつきを抑制または防止できる。
請求項８に記載の発明は、前記加熱手段は、前記リン酸供給手段がリン酸水溶液を前記基板の上面に供給する前から前記基板を加熱する手段である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板処理装置である。

この構成によれば、リン酸供給手段がリン酸水溶液を基板の上面に供給する前から、加熱手段が基板の加熱を開始する。したがって、リン酸水溶液は、加熱された基板の上面に供給される。そのため、加熱手段がリン酸水溶液の温度を所定温度まで上昇させる時間を短縮できる。これにより、エッチング時間を短縮できる。
請求項９に記載の発明は、前記加熱手段は、赤外線を前記基板に照射する赤外線ヒータを含み、前記赤外線ヒータの少なくとも一部が前記リン酸水溶液の液膜に接触している状態で前記赤外線ヒータから赤外線を放出させる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の基板処理装置である。

この構成によれば、赤外線ヒータから放出された赤外線が、基板に照射され、輻射熱が、赤外線ヒータから基板に伝達される。これにより、基板が加熱される。そのため、基板上のリン酸水溶液が加熱される。あるいは前記赤外線により基板上のリン酸水溶液が直接加熱される。赤外線ヒータは、赤外線ヒータの少なくとも一部がリン酸水溶液の液膜に接触している状態で赤外線を放出する。したがって、リン酸水溶液からの水の蒸発が赤外線ヒータによって抑制される。これにより、リン酸水溶液の濃度変化を抑制し、エッチングレートを安定させることができる。さらに、リン酸水溶液中のピロリン酸の発生を抑制でき、エッチング選択比の低下を防止することができる。

請求項１０に記載の発明は、前記加熱手段は、前記基板を加熱することにより、前記リン酸水溶液の液膜をリン酸水溶液の沸点まで加熱する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、基板上のリン酸水溶液が、加熱手段によって沸点まで加熱される。これにより、エッチングレートを高めることができる。また、リン酸水溶液が沸点まで加熱されることによりリン酸水溶液からの水の蒸発量が増加するものの、水供給手段が基板上のリン酸水溶液に水を補充するので、リン酸水溶液の濃度変化を抑制できる。さらに、水の補充によってリン酸水溶液中のピロリン酸を減少させることができる。これにより、エッチングレートの変動を抑制しつつ、エッチング選択比の低下を抑制できる。

請求項１１に記載の発明は、前記加熱手段は、前記基板の温度をリン酸水溶液の沸点以上の温度まで上昇させる、請求項１０に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、リン酸水溶液の沸点以上の温度まで基板が加熱される。したがって、リン酸水溶液に接する基板の上面の温度が、リン酸水溶液の沸点以上の温度まで上昇する。そのため、基板とリン酸水溶液との界面においてリン酸水溶液を沸騰状態に維持できる。これにより、エッチングレートを高めることができる。

請求項１２に記載の発明は、前記基板保持手段を収容するチャンバーと、前記チャンバー内の湿度よりも高湿度の加湿ガスを前記チャンバー内に供給する加湿手段とをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、チャンバー内の湿度よりも高湿度の加湿ガスが、チャンバー内に供給される。これにより、チャンバー内の湿度が高まり、チャンバー内の水蒸気圧が飽和水蒸気圧以下の値まで上昇する。したがって、基板上のリン酸水溶液からの水の蒸発が抑制される。そのため、リン酸水溶液中のピロリン酸を減少させることができる。これにより、エッチング選択比の低下を抑制できる。

請求項１３に記載の発明は、前記加湿手段は、前記チャンバー内の雰囲気温度よりも高温の前記加湿ガスを前記チャンバー内に供給する、請求項１２に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、チャンバー内の湿度よりも高湿度で、かつ、チャンバー内の雰囲気温度よりも高温の加湿ガスが、チャンバー内に供給される。これにより、チャンバー内の湿度が高まると共に、チャンバー内の気温が高まる。したがって、基板上のリン酸水溶液からの水の蒸発がさらに抑制されると共に、基板上のリン酸水溶液の温度低下を抑制できる。そのため、エッチングレートおよびエッチング選択比の低下を抑制できる。

請求項１４に記載の発明は、前記加湿手段は、前記加湿ガスを前記基板の上面と平行な方向に放射状に吐出する環状吐出口を含み、前記リン酸水溶液の液膜の上方で前記環状吐出口に前記加湿ガスを吐出させることにより、前記環状吐出口から放射状に広がる前記加湿ガスの気流を前記リン酸水溶液の液膜の上方に形成する、請求項１２または１３に記載の基板処理装置である。

この構成によれば、加湿ガスが、環状吐出口から基板の上面と平行な方向に放射状に吐出される。これにより、環状吐出口から放射状に広がる加湿ガスの気流が、リン酸水溶液の液膜の上方に形成され、リン酸水溶液の液膜が、加湿ガスの気流によって覆われる。したがって、リン酸水溶液の液膜の上方の湿度が確実に高まる。これにより、基板上のリン酸水溶液からの水の蒸発が抑制される。そのため、リン酸水溶液中のピロリン酸を減少させることができ、エッチング選択比の低下を抑制できる。

請求項１５に記載の発明は、前記加熱手段は、前記基板の上面に赤外線を照射する赤外線ヒータと、前記基板よりも高温の加熱流体を前記基板の下面全域に供給する流体ノズルとを含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の基板処理装置である。加熱流体は、液体（加熱液）であってもよいし、気体（加熱ガス）であってもよい。加熱流体が気体である場合、基板よりも高温の加湿ガスが、加熱流体として用いられてもよい。

この構成によれば、赤外線ヒータから放出された赤外線が、基板の上面に照射され、基板が加熱される。さらに、流体ノズルから吐出された加熱流体が、基板の下面全域に供給され、基板の全域が加熱される。このように、基板よりも高温の加熱流体が基板の下面全域に供給されるので、基板の温度の均一性を高めることができる。したがって、リン酸水溶液の液膜の温度の均一性を高めることができる。そのため、エッチングの均一性を高めることができる。

請求項１６に記載の発明は、前記流体ノズルは、過熱水蒸気を前記基板の下面に向けて吐出する、請求項１５に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、加熱流体としての１００℃以上の過熱水蒸気が、加熱ノズルから吐出され、基板の下面全域に供給される。これにより、基板が均一に加熱されると共に、リン酸水溶液の液膜が均一に加熱される。さらに、過熱水蒸気が基板に供給されるので、基板周辺の湿度が高まる。したがって、基板上のリン酸水溶液からの水の蒸発が抑制される。そのため、リン酸水溶液中のピロリン酸を減少させることができ、エッチング選択比の低下を抑制できる。

本発明の第１実施形態に係る基板処理装置に備えられた処理ユニットの内部を水平に見た模式図である。 スピンチャック、赤外線ヒータ、および純水ノズルを水平に見た模式図である。 スピンチャック、赤外線ヒータ、および純水ノズルを示す模式的な平面図である。 処理ユニットによって行われる基板の処理の一例について説明するための工程図である。 リン酸供給工程が行われているときの基板を示す模式図である。 パドル工程が行われているときの基板を示す模式図である。 パドル工程、加熱工程、および純水供給工程が行われているときの基板を示す模式図である。 基板の中心から純水の着液位置までの半径方向への距離と着液位置の移動速度および純水の供給量との関係の一例を示すグラフである。 基板の中心から純水の着液位置までの半径方向への距離と着液位置の移動速度および純水の供給量との関係の他の例を示すグラフである。 基板に供給されるリン酸水溶液の温度とエッチングレートおよびエッチング選択比との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る赤外線ヒータおよびスピンチャックを水平に見た模式図である。 本発明の第２実施形態に係る赤外線ヒータの縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る加熱ノズルおよびスピンチャックを水平に見た模式図である。 本発明の第４実施形態に係る赤外線ヒータおよび純水ノズルの縦断面および底面を示す模式図である。 本発明の第５実施形態に係る純水供給装置の模式図である。

以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
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の内部を水平に見た模式図である。図２は、スピンチャック５、赤外線ヒータ３１、および純水ノズル３８を水平に見た模式図である。図３は、スピンチャック５、赤外線ヒータ３１、および純水ノズル３８を示す模式的な平面図である。

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、処理液や処理ガスなどの処理流体を用いて基板Ｗを処理する複数の処理ユニット２（図１には１つの処理ユニット２のみを図示）と、基板処理装置１に備えられた装置の動作やバルブの開閉を制御する制御装置３とを含む。なお、基板処理装置１が有する処理ユニット２は単数でもよい。

処理ユニット２は、内部空間を有する箱形のチャンバー４と、チャンバー４内で基板Ｗを水平に保持して基板Ｗの中心を通る鉛直な回転軸線Ａ１まわりに基板Ｗを回転させるスピンチャック５と、基板Ｗに処理液を供給する処理液供給装置（リン酸供給装置６、ＳＣ１供給装置７、リンス液供給装置８、純水供給装置３６）と、スピンチャック５を取り囲む筒状のカップ９と、基板Ｗを加熱する加熱装置１０とを含む。

図１に示すように、チャンバー４は、スピンチャック５等を収容する箱形の隔壁１１と、隔壁１１の上部から隔壁１１内に清浄空気（フィルターによってろ過された空気）を送る送風ユニットとしてのＦＦＵ１２（ファン・フィルタ・ユニット１２）と、隔壁１１の下部からチャンバー４内の気体を排出する排気ダクト１３とを含む。ＦＦＵ１２は、隔壁１１の上方に配置されている。ＦＦＵ１２は、隔壁１１の天井からチャンバー４内に下向きに清浄空気を送る。排気ダクト１３は、カップ９の底部に接続されており、基板処理装置１が設置される工場に設けられた排気設備に向けてチャンバー４内の気体を案内する。したがって、チャンバー４内を上方から下方に流れるダウンフロー（下降流）が、ＦＦＵ１２および排気ダクト１３によって形成される。基板Ｗの処理は、チャンバー４内にダウンフローが形成されている状態で行われる。

図１に示すように、スピンチャック５は、水平な姿勢で保持された円板状のスピンベース１４と、スピンベース１４の上方で基板Ｗを水平な姿勢で保持する複数のチャックピン１５と、スピンベース１４の中央部から下方に延びる回転軸１６と、回転軸１６を回転させることにより基板Ｗおよびスピンベース１４を回転軸線Ａ１まわりに回転させる基板回転手段としてのスピンモータ１７とを含む。スピンチャック５は、複数のチャックピン１５を基板Ｗの周端面に接触させる挟持式のチャックに限らず、非デバイス形成面である基板Ｗの裏面（下面）をスピンベース１４の上面に吸着させることにより基板Ｗを水平に保持するバキューム式のチャックであってもよい。

図１に示すように、カップ９は、スピンチャック５に保持されている基板Ｗよりも外方（回転軸線Ａ１から離れる方向）に配置されている。カップ９は、スピンベース１４を取り囲んでいる。スピンチャック５が基板Ｗを回転させている状態で、処理液が基板Ｗに供給されると、基板Ｗに供給された処理液が基板Ｗの周囲に振り切られる。処理液が基板Ｗに供給されるとき、上向きに開いたカップ９の上端部９ａは、スピンベース１４よりも上方に配置される。したがって、基板Ｗの周囲に排出された薬液やリンス液などの処理液は、カップ９によって受け止められる。そして、カップ９に受け止められた処理液は、図示しない回収装置または廃液装置に送られる。

図１に示すように、リン酸供給装置６は、スピンチャック５に保持されている基板Ｗに向けてリン酸水溶液を吐出するリン酸ノズル１８と、リン酸ノズル１８にリン酸水溶液を供給するリン酸配管１９と、リン酸配管１９からリン酸ノズル１８へのリン酸水溶液の供給および供給停止を切り替えるリン酸バルブ２０と、リン酸ノズル１８に供給されるリン酸水溶液の温度を室温（２０℃〜３０℃の範囲内の所定温度）よりも高い温度まで上昇させるリン酸温度調節装置２１とを含む。

リン酸バルブ２０が開かれると、リン酸温度調節装置２１によって温度調節されたリン酸水溶液が、リン酸配管１９からリン酸ノズル１８に供給され、リン酸ノズル１８から吐出される。リン酸温度調節装置２１は、リン酸水溶液の温度をたとえば８０〜２１５℃の範囲内の一定温度に維持している。リン酸温度調節装置２１によって調節されるリン酸水溶液の温度は、その濃度における沸点であってもよいし、沸点未満の温度であってもよい。リン酸水溶液は、リン酸を主成分とする水溶液であり、その濃度は、たとえば、５０％〜１００％の範囲、好ましくは８０％前後である。

図１に示すように、リン酸供給装置６は、さらに、リン酸ノズル１８が先端部に取り付けられたノズルアーム２２と、スピンチャック５の周囲で上下方向に延びる回動軸線Ａ２まわりにノズルアーム２２を回動させると共に回動軸線Ａ２に沿って鉛直方向にノズルアーム２２を上下動させることにより、リン酸ノズル１８を水平および鉛直に移動させるリン酸ノズル移動装置２３とを含む。リン酸ノズル移動装置２３は、リン酸ノズル１８から吐出されたリン酸水溶液が基板Ｗの上面に供給される処理位置と、リン酸ノズル１８が平面視で基板Ｗの周囲に退避した退避位置との間で、リン酸ノズル１８を水平に移動させる。

図１に示すように、ＳＣ１供給装置７は、スピンチャック５に保持されている基板Ｗに向けてＳＣ１（ＮＨ_４ＯＨとＨ_２Ｏ_２とを含む混合液）を吐出するＳＣ１ノズル２４と、ＳＣ１ノズル２４にＳＣ１を供給するＳＣ１配管２５と、ＳＣ１配管２５からＳＣ１ノズル２４へのＳＣ１の供給および供給停止を切り替えるＳＣ１バルブ２６と、ＳＣ１ノズル２４を水平および鉛直に移動させるＳＣ１ノズル移動装置２７とを含む。ＳＣ１バルブ２６が開かれると、ＳＣ１配管２５からＳＣ１ノズル２４に供給されたＳＣ１が、ＳＣ１ノズル２４から吐出される。ＳＣ１ノズル移動装置２７は、ＳＣ１ノズル２４から吐出されたＳＣ１が基板Ｗの上面に供給される処理位置と、ＳＣ１ノズル２４が平面視で基板Ｗの周囲に退避した退避位置との間で、ＳＣ１ノズル２４を水平に移動させる。

図１に示すように、リンス液供給装置８は、スピンチャック５に保持されている基板Ｗに向けてリンス液を吐出するリンス液ノズル２８と、リンス液ノズル２８にリンス液を供給するリンス液配管２９と、リンス液配管２９からリンス液ノズル２８へのリンス液の供給および供給停止を切り替えるリンス液バルブ３０とを含む。リンス液ノズル２８は、リンス液ノズル２８の吐出口が静止された状態でリンス液を吐出する固定ノズルである。リンス液供給装置８は、リンス液ノズル２８を移動させることにより、基板Ｗの上面に対するリンス液の着液位置を移動させるリンス液ノズル移動装置を備えていてもよい。

リンス液バルブ３０が開かれると、リンス液配管２９からリンス液ノズル２８に供給されたリンス液が、リンス液ノズル２８から基板Ｗの上面中央部に向けて吐出される。リンス液は、たとえば、純水（脱イオン水：Ｄeionzied Ｗater）である。リンス液は、純水に限らず、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、および希釈濃度（たとえば、１０〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水のいずれかであってもよい。

図１に示すように、加熱装置１０は、輻射によって基板Ｗを加熱する輻射加熱装置を含む。輻射加熱装置は、赤外線を基板Ｗに照射する赤外線ヒータ３１と、赤外線ヒータ３１が先端部に取り付けられたヒータアーム３２と、ヒータアーム３２を移動させるヒータ移動装置３３とを含む。
図２に示すように、赤外線ヒータ３１は、赤外線を発する赤外線ランプ３４と、赤外線ランプ３４を収容するランプハウジング３５とを含む。赤外線ランプ３４は、ランプハウジング３５内に配置されている。図３に示すように、ランプハウジング３５は、平面視で基板Ｗよりも小さい。したがって、このランプハウジング４３５内に配置されている赤外線ヒータ３１は、平面視で基板Ｗよりも小さくなる。赤外線ランプ３４およびランプハウジング３５は、ヒータアーム３２に取り付けられている。したがって、赤外線ランプ３４およびランプハウジング３５は、ヒータアーム３２と共に移動する。

赤外線ランプ３４は、フィラメントと、フィラメントを収容する石英管とを含む。加熱装置１０における赤外線ランプ３４（例えば、ハロゲンランプ）は、カーボンヒータであってもよいし、これら以外の発熱体であってもよい。ランプハウジング３５の少なくとも一部は、石英などの光透過性および耐熱性を有する材料で形成されている。
赤外線ランプ３４が発光すると、当該赤外線ランプ３４からは赤外線を含む光が放出される。この赤外線を含む光はランプハウジング３５を透過してランプハウジング３５の外表面から放射され、あるいは、ランプハウジング３５を加熱してその外表面から輻射光を放射させる。基板Ｗおよびその上面に保持されたリン酸水溶液の液膜はランプハウジング３５の外表面からの透過光と輻射光とにより加熱される。上記のようにランプハウジング３５の外表面からは赤外線を含む光が透過または輻射により放射されているが、以下ではランプハウジング３５の外表面を透過する赤外線に着目して赤外線ランプ３４に関する説明を行う。

図２に示すように、ランプハウジング３５は、基板Ｗの上面と平行な底壁を有している。赤外線ランプ３４は、底壁の上方に配置されている。底壁の下面は、基板Ｗの上面と平行でかつ平坦な基板対向面を含む。赤外線ヒータ３１が基板Ｗの上方に配置されている状態では、ランプハウジング３５の基板対向面が、間隔を空けて基板Ｗの上面に上下方向に対向する。この状態で赤外線ランプ３４が赤外線を発すると、赤外線が、ランプハウジング３５の基板対向面を透過して基板Ｗの上面に照射される。基板対向面は、たとえば、直径が基板Ｗの半径よりも小さい円形である。基板対向面は、円形に限らず、長手方向の長さが基板Ｗの半径以上である矩形状であってもよいし、円形および矩形以外の形状であってもよい。

図１に示すように、ヒータ移動装置３３は、赤外線ヒータ３１を所定の高さで保持している。ヒータ移動装置３３は、赤外線ヒータ３１を鉛直に移動させる。さらに、ヒータ移動装置３３は、スピンチャック５の周囲で上下方向に延びる回動軸線Ａ３まわりにヒータアーム３２を回動させることにより、赤外線ヒータ３１を水平に移動させる。これにより、赤外線等の光が照射され加熱される加熱領域（基板Ｗの上面内の一部の領域）が基板Ｗの上面内で移動する。図２に示すように、ヒータ移動装置３３は、平面視で基板Ｗの中心を通る円弧状の軌跡Ｘ１に沿ってヒータアーム３２の先端部を水平に移動させる。したがって、赤外線ヒータ３１は、スピンチャック５の上方を含む水平面内で移動する。

赤外線ヒータ３１からの赤外線は、基板Ｗの上面内の加熱領域に照射される。制御装置３は、赤外線ヒータ３１が発光している状態で、スピンチャック５によって基板Ｗを回転させながら、ヒータ移動装置３３によって赤外線ヒータ３１を回動軸線Ａ３まわりに回動させる。これにより、基板Ｗの上面が、赤外線ヒータ３１の加熱領域によって走査される。したがって、赤外線等の光が基板Ｗの上面および当該基板Ｗの上面に保持されている処理液の液膜の少なくとも一方に吸収され、輻射熱が赤外線ランプ３４から基板Ｗに伝達される。そのため、処理液などの液体が基板Ｗ上に保持されている状態で赤外線ランプ３４が発光すると、基板Ｗの温度が上昇し、それに伴って、基板Ｗ上の液体の温度も上昇する。あるいは基板Ｗ上の液体自体が加熱され昇温する。

図１に示すように、処理ユニット２は、基板Ｗに向けて純水を吐出する純水供給装置３６を含む。純水供給装置３６は、純水吐出口３７から純水を基板Ｗに向けて吐出する純水ノズル３８と、純水ノズル３８に純水を供給する純水配管３９と、純水配管３９から純水ノズル３８への純水の供給および供給停止を切り替える純水バルブ４０と、純水配管３９から純水ノズル３８に供給される純水の流量を調整する純水流量調整バルブ４１とを含む。

純水ノズル３８は、純水を間欠的に、好ましくは純水の液滴を一つずつ吐出する単一の純水吐出口３７を含む。純水ノズル３８は、複数の純水吐出口３７を備えていてもよい。純水は、液滴吐出口としての純水吐出口３７から鉛直下方に滴下される。したがって、純水吐出口３７が基板Ｗの上面に上下方向に対向している状態では、純水の液滴が基板Ｗの上面に向かって鉛直下方に落下する。液滴の吐出および吐出停止は、純水バルブ４０によって切り替えられ、液滴の粒径は、純水流量調整バルブ４１の開度によって調節される。

図１に示すように、純水ノズル３８は、ヒータアーム３２に取り付けられている。したがって、純水ノズル３８は、赤外線ヒータ３１と共に水平方向および鉛直方向に移動する。赤外線ヒータ３１は、純水ノズル３８よりもヒータアーム３２の根元側でヒータアーム３２に取り付けられている。これにより、回動軸線Ａ３から純水ノズル３８までの水平方向の距離は、回動軸線Ａ３から赤外線ヒータ３１までの水平方向の距離よりも長くなる。

図３に示すように、ヒータ移動手段３３によりヒータアーム３２が回動すると、純水ノズル３８からの純水は基板Ｗの中心を通る円弧状の軌跡Ｘ１に沿って基板Ｗの上面に着液する。一方、赤外線ヒータ３１は軌跡Ｘ１よりも小さい回転半径で基板Ｗの上面を移動する。ヒータ移動手段３３は赤外線ヒータ３１だけでなく純水ノズル３８も基板Ｗの上面に沿って移動させる。このため、ヒータ移動手段３３は純水供給位置移動手段としても機能する。

図３に示すように、制御装置３は、スピンチャック５によって基板Ｗを一定の回転方向Ｄｒに回転させる。
後述する加熱工程及び純水供給工程（図４のステップＳ４）を実行する際には、制御装置３は純水ノズル３８から吐出される純水の着液位置が図３中の矢印で示す範囲内で往復移動するように、ヒータアーム３２を基板Ｗの上面中心部（図３に示す位置）と、基板Ｗの上面周縁部との間で往復回動させる。これにより、純水ノズル３８から吐出される純水は、赤外線ヒータ３１の赤外線照射領域よりも基板Ｗの回転方向Ｄｒに関して上流側のリン酸水溶液の領域に着液するようになる。

回転状態の基板Ｗの上面に落下した純水の液滴は、基板Ｗの回転方向Ｄｒに移動する。つまり、純水の液滴は、基板Ｗの回転方向Ｄｒにおける下流側に移動する。赤外線ヒータ３１は、純水の着液位置よりも下流領域に赤外線等の光を照射して加熱している。したがって、基板Ｗが回転しており、赤外線ヒータ３１が赤外線等の光を発している状態で、純水の液滴が基板Ｗの上面内の一部の領域に落下すると、この領域が即座に加熱領域に移動し加熱される。そのため、基板Ｗよりも低温の液滴が基板Ｗに供給されたとしても、基板Ｗの温度が元の温度（液滴が供給される前の温度）に近づけられる。

図４は、処理ユニット２によって行われる基板Ｗの処理の一例について説明するための工程図である。図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、処理中の基板Ｗを示す模式図である。以下では、図１を参照する。図４、図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃについては適宜参照する。
以下では、シリコン窒化膜の一例であるＬＰ−ＳｉＮ（Low Pressure -Silicon Nitride）の薄膜と、シリコン酸化膜の一例であるＬＰ−ＴＥＯＳ（Low Pressure -Tetraethyl orthosilicate）の薄膜とが表層に形成された基板Ｗ（シリコンウエハ）の表面にリン酸水溶液を供給して、ＬＰ−ＳｉＮの薄膜を選択的にエッチングする選択エッチングについて説明する。シリコン酸化膜は、ＴＥＯＳの薄膜に限らず、熱酸化膜であってもよいし、シリケートガラス（silicate glass）系の酸化膜であってもよい。

処理ユニット２によって基板Ｗが処理されるときには、チャンバー４内に基板Ｗを搬入する搬入工程（図４のステップＳ１）が行われる。具体的には、制御装置３は、全てのノズルがスピンチャック５の上方から退避している状態で、基板Ｗを保持している搬送ロボット（図示せず）のハンドをチャンバー４内に進入させる。そして、制御装置３は、搬送ロボットに基板Ｗをスピンチャック５上に載置させる。その後、制御装置３は、スピンチャック５に基板Ｗを保持させる。続いて、制御装置３は、スピンチャック５によって基板Ｗを低速（たとえば１〜３０ｒｐｍ）で回転させ始める。制御装置３は、基板Ｗがスピンチャック５上に置かれた後、搬送ロボットのハンドをチャンバー４内から退避させる。

次に、エッチング液の一例であるリン酸水溶液を基板Ｗに供給するエッチング工程としてのリン酸供給工程（図４のステップＳ２）が行われる。具体的には、制御装置３は、リン酸ノズル移動装置２３を制御することにより、リン酸ノズル１８を退避位置から処理位置に移動させる。これにより、リン酸ノズル１８が基板Ｗの上方の、基板Ｗの回転軸線Ａ１上に配置される。その後、制御装置３は、リン酸バルブ２０を開いて、リン酸温度調節装置２１によって温度が調節されたリン酸水溶液を回転状態の基板Ｗの上面に向けてリン酸ノズル１８から吐出させる。制御装置３は、この状態でリン酸ノズル移動装置２３を制御することにより、基板Ｗの上面に対するリン酸水溶液の着液位置を中央部と周縁部との間で移動させる。

図５Ａに示すように、リン酸ノズル１８から吐出されたリン酸水溶液は、基板Ｗの上面に着液した後、遠心力によって基板Ｗの上面に沿って外方に流れる。そのため、リン酸水溶液が基板Ｗの上面全域に供給され、基板Ｗの上面全域を覆うリン酸水溶液の液膜が基板Ｗ上に形成される。これにより、基板Ｗの上面がエッチングされ、シリコン窒化膜が選択的に除去される。さらに、制御装置３は、基板Ｗが回転している状態で、基板Ｗの上面に対するリン酸水溶液の着液位置を中央部と周縁部との間で移動させるので、リン酸水溶液の着液位置が、基板Ｗの上面全域を通過し、基板Ｗの上面全域が走査される。そのため、リン酸ノズル１８から吐出されたリン酸水溶液が、基板Ｗの上面全域に直接供給され、基板Ｗの上面全域が均一に処理される。

次に、基板Ｗへのリン酸水溶液の供給を停止させた状態でリン酸水溶液の液膜を基板Ｗ上に保持するパドル工程（図４のステップＳ３）が行われる。具体的には、制御装置３は、スピンチャック５を制御することにより、基板Ｗの上面全域がリン酸水溶液の液膜に覆われている状態で、基板Ｗを静止させる、もしくは、リン酸供給工程での基板Ｗの回転速度よりも遅い低回転速度（たとえば１０ｒｐｍ未満）まで基板Ｗの回転速度を低下させる。そのため、基板Ｗ上のリン酸水溶液に作用する遠心力が弱まり、基板Ｗ上から排出されるリン酸水溶液の量が減少する。制御装置３は、基板Ｗが静止している状態もしくは基板Ｗが低回転速度で回転している状態で、リン酸バルブ２０を閉じて、リン酸ノズル１８からのリン酸水溶液の吐出を停止させる。これにより、図５Ｂに示すように、基板Ｗへのリン酸水溶液の供給が停止された状態で、基板Ｗの上面全域を覆うリン酸水溶液のパドル状の液膜が基板Ｗ上に保持される。制御装置３は、基板Ｗへのリン酸水溶液の供給を停止した後、リン酸ノズル移動装置２３を制御することにより、リン酸ノズル１８をスピンチャック５の上方から退避させる。

次に、基板Ｗ上のリン酸水溶液を加熱する加熱工程（図４のステップＳ４）と、基板Ｗ上のリン酸水溶液に純水の液滴を供給する純水供給工程（図４のステップＳ４）とが、パドル工程と並行して行われる。具体的には、制御装置３は、赤外線ヒータ３１からの発光を開始させる。その後、制御装置３は、ヒータ移動装置３３によって赤外線ヒータ３１および純水ノズル３８を退避位置から処理位置に移動させる。制御装置３は、赤外線ヒータ３１および純水ノズル３８が基板Ｗの上方に配置された後、基板Ｗの上面に対する赤外線の照射領域が図３中の矢印で示す領域において基板Ｗの中央部と周縁部との間で往復移動するように、ヒータ移動装置３３によって赤外線ヒータ３１および純水ノズル３８を水平に移動させる。このとき、制御装置３は、赤外線ヒータ３１の基板対向面が基板Ｗ上のリン酸水溶液の液膜に接触している状態で赤外線ヒータ３１を移動させてもよいし、赤外線ヒータ３１の下面が基板Ｗ上のリン酸水溶液の液膜から所定距離だけ離隔した状態で赤外線ヒータ３１を移動させてもよい。

制御装置３は、赤外線の照射位置が基板Ｗの上面中央部と基板Ｗの上面周縁部との間で往復移動している間に、純水バルブ４０を複数回開閉する。これにより、図５Ｃに示すように、純水の着液位置が基板Ｗの上面中央部と基板Ｗの上面周縁部との間で移動すると共に、複数の純水の液滴が純水ノズル３８の純水吐出口３７から一つずつ吐出される。したがって、基板Ｗからのリン酸水溶液の排出が停止されている状態で、複数の純水の液滴が基板Ｗの上面内の複数の位置に供給される。制御装置３は、赤外線ヒータ３１による基板Ｗの加熱が所定時間にわたって行われた後、純水ノズル３８からの液滴の吐出を停止させると共に、赤外線ヒータ３１および純水ノズル３８を基板Ｗの上方から退避させる。その後、制御装置３は、赤外線ヒータ３１の発光を停止させる。

このように、制御装置３は、基板Ｗを回転させている状態で、基板Ｗの上面に対する赤外線の照射位置を中央部および周縁部との間で往復移動させるので、基板Ｗが均一に加熱される。したがって、基板Ｗの上面全域を覆うリン酸水溶液の液膜も均一に加熱される。赤外線ヒータ３１による基板Ｗの加熱温度は、リン酸水溶液のその濃度における沸点以上の温度（１００℃以上。たとえば、１４０℃〜１６０℃内の所定温度）に設定されている。したがって、基板Ｗ上のリン酸水溶液が、その濃度における沸点まで加熱され、沸騰状態に維持される。特に、赤外線ヒータ３１による基板Ｗの加熱温度が、リン酸水溶液のその濃度における沸点よりも高温に設定されている場合には、基板Ｗとリン酸水溶液との界面の温度が、沸点よりも高温に維持され、基板Ｗのエッチングが促進される。

加熱工程（Ｓ４）ではリン酸水溶液が沸騰状態に維持されるためリン酸水溶液から多くの水分が蒸発する。当該蒸発に伴い、２Ｈ_３ＰＯ_４→Ｈ_４Ｐ_２Ｏ_７＋Ｈ_２Ｏの反応によって、シリコン酸化膜をエッチングするピロリン酸（Ｈ_４Ｐ_２Ｏ_７）が発生する。しかし、制御装置３は、リン酸水溶液からの水の蒸発量に相当する量の純水を基板Ｗ上のリン酸水溶液に供給するので、リン酸水溶液から蒸発した水分が補われ、リン酸水溶液の濃度変化が低減される。これにより、エッチングレートの変動が抑えられる。さらに、リン酸水溶液中で一旦発生したピロリン酸が、補充された純水との反応により減少するので、エッチング選択比の低下が抑制または防止される。

シリコン酸化膜のエッチングは、基板Ｗとリン酸水溶液との界面に存在するピロリン酸を減少させることにより効率的に抑制される。純水供給工程では、液滴の形態で純水が基板Ｗ上のリン酸水溶液に供給される。供給された純水の液滴は固まったままリン酸水溶液中を移動するため（図５Ｃ参照）、純水を基板Ｗとリン酸水溶液との界面に確実に到達させ、基板Ｗとリン酸水溶液との界面に存在するピロリン酸を確実に低減させることができる。これにより、エッチング選択比の低下が確実に抑制または防止される。

リン酸水溶液に補充される純水は、純水吐出口３７から噴霧されてもよい。しかし、霧状の純水ではその多くがリン酸水溶液の表層で吸収されるため、十分な量の純水を基板Ｗとリン酸水溶液との界面まで到達させることができないおそれがある。このため、純水吐出口３７から吐出される純水は液滴状であることが望ましい。また、基板Ｗ上のリン酸水溶液が１００℃以上に加熱されているので、蒸発し易い霧状の純水ではそもそもリン酸水溶液の表層に到達させること自体が難しい。この観点からも、純水吐出口３７から吐出される純水は液滴状であることが望ましい。

リン酸水溶液に補充される純水は、純水吐出口３７から連続的に吐出されてもよいし、純水吐出口３７から間欠的に吐出されてもよい。但し、微量の水を高い精度で連続的に供給することは困難である。これに対して、純水を間欠的に吐出する場合には微量の水を比較的高い精度で供給することができる。このため、純水吐出口３７から純水を間欠的に吐出させると、リン酸水溶液の濃度および温度の変化をより確実に抑制することができる。

なお、図５Ｃのように赤外線ヒータ３１の基板対向面が基板Ｗ上のリン酸水溶液の液膜に接触している状態でステップＳ４の基板加熱と純水供給とを行う場合には、供給された純水がリン酸水溶液の液膜と赤外線ヒータ３１の基板対向面との間に挟み込まれないようにすることが望ましい。純水はリン酸水溶液よりも沸点が低いため上記のように挟み込まれると赤外線ヒータ３１の加熱によって瞬時に気化するおそれがあるためである。

次に、基板Ｗ上のリン酸水溶液を排出するリン酸排出工程（図４のステップＳ５）が行われる。具体的には、制御装置３は、スピンチャック５を制御することにより、基板Ｗへの液体の供給が停止されている状態で、パドル工程での基板Ｗの回転速度よりも速い回転速度（例えば５００〜３０００ｒｐｍ）で基板Ｗを回転させる。これにより、パドル工程のときよりも大きな遠心力が基板Ｗ上のリン酸水溶液に加わり、基板Ｗ上のリン酸水溶液が基板Ｗの周囲に振り切られる。また、基板Ｗの周囲に飛散したリン酸水溶液は、カップ９によって受け止められ、カップ９を介して回収装置に案内される。そして、回収装置に案内されたリン酸水溶液は、再び基板Ｗに供給される。これにより、リン酸水溶液の使用量が低減される。

次に、リンス液の一例である純水を基板Ｗに供給する第１リンス液供給工程（図４のステップＳ６）が行われる。具体的には、制御装置３は、リンス液バルブ３０を開いて、基板Ｗを回転させながら、リンス液ノズル２８から基板Ｗの上面中央部に向けて純水を吐出させる。これにより、基板Ｗの上面全域を覆う純水の液膜が形成され、基板Ｗに残留しているリン酸水溶液が純水によって洗い流される。そして、リンス液バルブ３０が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置３は、リンス液バルブ３０を閉じて純水の吐出を停止させる。

次に、薬液の一例であるＳＣ１を基板Ｗに供給する薬液供給工程（図４のステップＳ７）が行われる。具体的には、制御装置３は、ＳＣ１ノズル移動装置２７を制御することにより、ＳＣ１ノズル２４を退避位置から処理位置に移動させる。制御装置３は、ＳＣ１ノズル２４が基板Ｗの上方に配置された後、ＳＣ１バルブ２６を開いて、回転状態の基板Ｗの上面に向けてＳＣ１をＳＣ１ノズル２４から吐出させる。制御装置３は、この状態でＳＣ１ノズル移動装置２７を制御することにより、基板Ｗの上面に対するＳＣ１の着液位置を中央部と周縁部との間で往復移動させる。そして、ＳＣ１バルブ２６が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置３は、ＳＣ１バルブ２６を閉じてＳＣ１の吐出を停止させる。その後、制御装置３は、ＳＣ１ノズル移動装置２７を制御することにより、ＳＣ１ノズル２４を基板Ｗの上方から退避させる。

ＳＣ１ノズル２４から吐出されたＳＣ１は、基板Ｗの上面に着液した後、遠心力によって基板Ｗの上面に沿って外方に流れる。そのため、基板Ｗ上の純水は、ＳＣ１によって外方に押し流され、基板Ｗの周囲に排出される。これにより、基板Ｗ上の純水の液膜が、基板Ｗの上面全域を覆うＳＣ１の液膜に置換される。さらに、制御装置３は、基板Ｗが回転している状態で、基板Ｗの上面に対するＳＣ１の着液位置を中央部と周縁部との間で移動させるので、ＳＣ１の着液位置が、基板Ｗの上面全域を通過し、基板Ｗの上面全域が走査される。そのため、ＳＣ１ノズル２４から吐出されたＳＣ１が、基板Ｗの上面全域に直接吹き付けられ、基板Ｗの上面全域が均一に処理される。

次に、リンス液の一例である純水を基板Ｗに供給する第２リンス液供給工程（図４のステップＳ８）が行われる。具体的には、制御装置３は、リンス液バルブ３０を開いて、基板Ｗを回転させながら、リンス液ノズル２８から基板Ｗの上面中央部に向けて純水を吐出させる。これにより、基板Ｗ上のＳＣ１が、純水によって外方に押し流され、基板Ｗの周囲に排出される。そのため、基板Ｗ上のＳＣ１の液膜が、基板Ｗの上面全域を覆う純水の液膜に置換される。そして、リンス液バルブ３０が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置３は、リンス液バルブ３０を閉じて純水の吐出を停止させる。

次に、基板Ｗを乾燥させる乾燥工程（図４のステップＳ９）が行われる。具体的には、制御装置３は、スピンチャック５によって基板Ｗの回転を加速させて、第２リンス液供給工程までの回転速度よりも速い高回転速度（たとえば５００〜３０００ｒｐｍ）で基板Ｗを回転させる。これにより、大きな遠心力が基板Ｗ上の液体に加わり、基板Ｗに付着している液体が基板Ｗの周囲に振り切られる。このようにして、基板Ｗから液体が除去され、基板Ｗが乾燥する。そして、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、制御装置３は、スピンチャック５による基板Ｗの回転を停止させる。

次に、基板Ｗをチャンバー４内から搬出する搬出工程（図４のステップＳ１０）が行われる。具体的には、制御装置３は、スピンチャック５による基板Ｗの保持を解除させる。その後、制御装置３は、全てのノズルがスピンチャック５の上方から退避している状態で、搬送ロボット（図示せず）のハンドをチャンバー４内に進入させる。そして、制御装置３は、搬送ロボットのハンドにスピンチャック５上の基板Ｗを保持させる。その後、制御装置３は、搬送ロボットのハンドをチャンバー４内から退避させる。これにより、処理済みの基板Ｗがチャンバー４から搬出される。

図６は、基板Ｗの中心から純水の着液位置までの半径方向への距離と着液位置の半径方向の移動速度および純水供給流量との関係の一例を示すグラフである。図７は、基板Ｗの中心から純水の着液位置までの半径方向への距離と着液位置の半径方向の移動速度および純水供給流量との関係の他の例を示すグラフである。
制御装置３は、ヒータ移動装置３３によって純水ノズル３８を水平に移動させることにより、基板Ｗの上面に対する純水の着液位置を移動させる。さらに、制御装置３は、純水流量調整バルブ４１の開度を制御することにより、純水ノズル３８から吐出される液滴の粒径（体積）を変更し、純水吐出口３７からの純水吐出流量を制御する。

シリコン窒化膜のエッチング量は基板Ｗの上面全面に亘って均一であることが望ましい。そのためには、エッチングレートの面内均一性を高くする必要がある。換言すると、基板Ｗの上面周縁部と上面中心部とのシリコン窒化膜のエッチングレートを略同一にする必要がある。シリコン窒化膜のエッチングレートはリン酸水溶液の濃度に依存するため、当該濃度が基板Ｗの上面全面において一定となるように純水を補充する必要がある。基板Ｗが停止しているとき、または実質的に停止しているとき（数ｒｐｍで回転しているとき）には純水の着液位置が基板Ｗの上面を基板Ｗの半径方向に移動する速度（基板横行速度という。以下に同じ。）を一定にするとともに、純水吐出口３７からの純水の吐出流量を一定にすることが望ましい。こうすると基板Ｗの上面周縁部と上面中心部とには単位面積あたりで実質的に同量の純水が補給されるためリン酸水溶液の濃度を基板Ｗの上面に亘って均一にすることができる。よって、エッチングレートの面内均一性を高くすることができる。

ところが、前述の純水供給工程で基板Ｗを比較的高速度で回転させると、基板Ｗ上のリン酸水溶液には基板Ｗの半径方向に濃度むらが生じるほどの遠心力が作用する。リン酸水溶液は水よりも粘度が高いため、純水よりも基板Ｗの外方に移動し難いと考えられる。したがって、基板Ｗの上面中心部から多くの純水が基板Ｗの上面周縁部に移動し、基板Ｗの中心部でリン酸水溶液の濃度が相対的に高くなり、逆に基板Ｗの周縁部でリン酸水溶液の濃度が相対的に低くなると考えられる。

事実、本願発明者らは、基板横行速度が一定で、純水吐出口３７からの純水の吐出流量が一定である場合において、基板Ｗの回転速度をたとえば１０ｒｐｍ程度まで増加させると、基板Ｗの上面周縁部のシリコン窒化膜のエッチング量が基板Ｗの上面中央部のエッチング量よりも小さくなる現象を確認した。
これは、前記したメカニズムが基板Ｗ上の液膜に作用したためであると考えられる。すなわち、基板Ｗの回転速度が１０ｒｐｍ程度の場合、基板Ｗ上の液膜の厚みは概ね均一であるが、それにもかかわらず、エッチング量に差が生じているのは、多くの純水が基板Ｗの周縁部に移動し、その結果、基板Ｗの周縁部でのリン酸水溶液の濃度が低下したためであると考えられる。したがって、基板Ｗを比較的高速度（たとえば１０ｒｐｍ以上）で回転させながら基板Ｗ上のリン酸水溶液の液膜に純水を供給する際には基板Ｗの上面周縁部よりも基板Ｗの上面中心部において単位面積当たりの純水供給量を多くすれば、リン酸水溶液の濃度の基板Ｗの半径方向についてのばらつきを低減でき、その結果、エッチングレートの基板Ｗの半径方向についてのばらつきを抑制または防止できると考えられる。

単位面積あたりの純水供給量を基板Ｗの上面周縁部よりも上面中心部で多くするには、基板横行速度および純水吐出口３７からの純水の吐出流量の少なくとも一方を、純水着液位置に応じて制御すればよい。たとえば、制御装置３は、基板横行速度が基板Ｗの上面周縁部よりも基板Ｗの上面中心部で小さくなるようにヒータ移動手段３３を制御する。あるいは、純水吐出口３７からの純水吐出流量が基板Ｗの上面周縁部よりも基板Ｗの上面中心部で多くなるように純水供給装置３６を制御すればよい（図６参照）。

基板Ｗをさらに高速で回転させる場合には単位面積あたりの純水供給量を基板Ｗの上面中心部でさらに多くする必要がある。この場合、制御装置３は図７のように制御すればよい。すなわち、制御装置３が、純水の着液位置が基板Ｗの上面周縁部から上面中心部に近づくにつれて基板横行速度が低下するようにヒータ移動手段３３を制御するとともに、純水吐出口３７からの純水の吐出流量が増加するように純水供給装置３６を制御すると、両者の相乗作用で、基板Ｗの単位面積あたりに供給される純水の量は純水ノズル３８が基板Ｗの中心部に近づくにつれて急激に増加することになる。

また、制御装置３が、純水の着液位置が基板Ｗの上面中心部から遠ざかるにつれて基板横行速度が増加するようにヒータ移動手段３３を制御するとともに、純水吐出口３７からの純水の吐出流量が減少するように純水供給装置３６を制御すると、両者の相乗作用で、基板Ｗの単位面積あたりに供給される純水の量は純水ノズル３８が基板Ｗの中心部から遠ざかるに近づくにつれて急激に減少することになる。

図８は、基板Ｗに供給されるリン酸水溶液の温度とエッチングレートおよびエッチング選択比との関係を示すグラフである。
図８に示すように、シリコン窒化膜の一例であるＬＰ−ＳｉＮのエッチングレートは、リン酸水溶液の温度上昇に伴って加速度的に増加している。これに対して、シリコン酸化膜の一例であるＬＰ−ＴＥＯＳのエッチングレートは、リン酸水溶液の温度が１４０℃以下の範囲ではほぼ零である。ＬＰ−ＴＥＯＳのエッチングレートは、リン酸水溶液の温度が１４０℃から１７０℃までの範囲ではリン酸水溶液の温度上昇に伴って緩やかに増加しており、リン酸水溶液の温度が１７０℃以上の範囲ではリン酸水溶液の温度上昇に伴って加速度的に増加している。リン酸水溶液の温度を高めれば、それ伴ってシリコン窒化膜のエッチングレートが増加するものの、リン酸水溶液の温度が１４０℃以上の範囲ではシリコン酸化膜もエッチングされてしまう。そのため、エッチング選択比が低下してしまう。したがって、リン酸水溶液の温度を１２０℃〜１６０℃内の所定温度（好ましくは、１４０℃）に設定することにより、高いエッチング選択比を維持しつつ、エッチングレートを高めることができる。

第１実施形態では、少量の純水がリン酸水溶液の液膜に供給される。より具体的には、基板Ｗへの純水の供給流量は、純水流量調整バルブ４１によって、リン酸水溶液が基板Ｗから排出されない、換言すると基板Ｗ上にパドル状のリン酸水溶液の液膜が保持される値に設定されている。そのため、十分な活性を有するリン酸水溶液が基板Ｗから排出されることを防止できる。これにより、リン酸水溶液を効率的に使用できる。さらに、基板Ｗ上のリン酸水溶液に供給される純水が少ないので、リン酸水溶液の濃度および温度の変化を抑制できる。これにより、エッチングレートの変動を抑制できる。

また第１実施形態では、リン酸水溶液の液膜から蒸発する水の量に相当する量の純水が、リン酸水溶液の液膜に供給される。つまり、蒸発した分だけ純水がリン酸水溶液の液膜に補充される。したがって、供給された純水との反応によりリン酸水溶液中のピロリン酸が減少すると共に、純水の供給によるリン酸水溶液の濃度変化が実質的に防止される。さらに、基板Ｗ上のリン酸水溶液に供給される純水が少ないので、リン酸水溶液の濃度および温度の変化を抑制できる。これにより、エッチング選択比の低下を抑制しながら、エッチングレートの変動を抑制できる。

また第１実施形態では、霧状の形態でなく、純水の液滴が、純水吐出口３７から基板Ｗの上面に向けて一つずつ吐出される。すなわち、純水の液滴が、純水吐出口３７から間欠的に吐出される。基板Ｗ上のリン酸水溶液に着液した純水の液滴は、固まったまま基板Ｗとリン酸水溶液との界面に向かってリン酸水溶液中を移動する。純水は即座にリン酸水溶液中で拡散しないため比較的多くの純水を基板Ｗとリン酸水溶液との界面に到達させることができる。これにより、基板Ｗとリン酸水溶液との界面に存在するピロリン酸を減少させることができるため、エッチング選択比の低下を抑制または防止することができる。

また第１実施形態では、赤外線ヒータ３１から放出された赤外線が、基板Ｗに照射され、輻射熱が、赤外線ヒータ３１から基板Ｗに伝達される。これにより、基板Ｗが加熱される。そのため、基板Ｗ上のリン酸水溶液が加熱される。あるいは赤外線がリン酸水溶液を直接に加熱する。赤外線ヒータ３１は、赤外線ヒータ３１の少なくとも一部がリン酸水溶液の液膜に接触している状態で赤外線を放出する。したがって、リン酸水溶液からの水の蒸発が赤外線ヒータ３１によって抑制される。これにより、リン酸水溶液の濃度変化を抑制できる。さらに、リン酸水溶液中のピロリン酸の発生を抑制することができる。そのため、エッチングレートを安定させつつエッチング選択比の低下を防止することができる。

また第１実施形態では、基板Ｗ上のリン酸水溶液が、加熱装置１０によって沸点まで加熱される。これにより、シリコン窒化膜のエッチングレートを高めることができる。なお、リン酸水溶液からの水の蒸発量が増加するものの、純水供給装置３６が蒸発量に相当するだけの純水をリン酸水溶液に補充するので、リン酸水溶液の濃度が大きく変化することはない。そのため、エッチングレートを安定させることができる。

また第１実施形態では、リン酸水溶液の沸点以上の温度まで基板Ｗが加熱される。したがって、リン酸水溶液に接する基板Ｗの上面の温度が、リン酸水溶液の沸点以上の温度まで上昇する。そのため、基板Ｗとリン酸水溶液との界面においてリン酸水溶液を沸騰状態に維持できる。これにより、エッチングレートを高めることができる。
また第１実施形態では、ヒータ移動装置３３は、純水の着液位置と赤外線の照射位置との位置関係を一定に維持した状態で、赤外線ヒータ３１および純水ノズル３８を移動させる。このとき、ヒータ移動装置３３は、純水の着液位置に隣接する領域が赤外線ヒータ３１によって加熱されるように、赤外線ヒータ３１を移動させる。したがって、純水の着液位置の近傍が、赤外線ヒータ３１によって加熱される。そのため、純水の供給によって基板Ｗおよびリン酸水溶液の温度が変化したとしても、基板Ｗおよびリン酸水溶液が元の温度に戻る時間を短縮できる。これにより、エッチングの均一性の低下を抑制できる。

また第１実施形態では、ヒータ移動装置３３は、基板Ｗの回転方向Ｄｒに関して、基板Ｗの上面に対する純水の着液位置よりも下流の領域が加熱されるように赤外線ヒータ３１を移動させる。したがって、純水が着液した領域（基板Ｗの一部）は、基板Ｗの回転によって即座に加熱領域（赤外線の照射領域）に移動し、赤外線ヒータ３１によって加熱される。そのため、純水の供給によって基板Ｗおよびリン酸水溶液の温度が一時的に低下したとしても、基板Ｗおよびリン酸水溶液の温度を短時間のうちに元に戻すことができる。これにより、エッチングの均一性の低下を抑制できる。

また第１実施形態では、制御装置３は、基板Ｗの回転速度に応じて純水の着液位置が基板Ｗを横切って基板周縁部から中心部に向かう速度（あるいは基板Ｗを横切って基板中心部から基板周縁部に向かう速度。基板横行速度。）を変更する。具体的には、基板Ｗの回転速度が所定速度未満の場合、制御装置３は、着液位置を一定の基板横行速度で基板Ｗの上面中央部と基板Ｗの上面周縁部との間で移動させる。一方、基板Ｗの回転速度が前記所定速度以上の場合、制御装置３は、着液位置が基板Ｗの周縁部から上面中央部に近づくに従って、着液位置の基板横行速度を減少させ、あるいは着液位置が基板の上面中央部から遠ざかるに従って着液位置の基板横行速度を増加させる。したがって、基板Ｗの回転速度が前記所定速度以上の場合、基板Ｗの上面周縁部に供給される純水よりも多くの純水が、基板Ｗの上面中央部に供給される。

本願発明者らは、基板Ｗの回転速度が大きい場合、基板Ｗの上面中央部でのエッチング量が、基板Ｗの上面周縁部でのエッチング量よりも大きくなる現象を確認した。このエッチング量の差は、基板Ｗの上面中央部でのリン酸水溶液の濃度が基板Ｗの上面周縁部でのリン酸水溶液の濃度よりも高いためであると考えられる。したがって、制御装置３は、基板Ｗの上面周縁部に供給される純水よりも多くの純水を基板Ｗの上面中央部に供給することにより、基板Ｗの上面中央部でのリン酸水溶液の濃度を低下させることができる。これにより、制御装置３は、基板Ｗの上面中央部でのエッチング量の増加を防止することができ、これによって、エッチングの面内均一性を高めることができる。

第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態と第１実施形態との主要な相違点は、処理ユニット２が、加湿装置２４２をさらに備えていることである。以下の図９および図１０において、前述の図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。

図９は、本発明の第２実施形態に係る赤外線ヒータ２３１およびスピンチャック５を水平に見た模式図である。図１０は、本発明の第２実施形態に係る赤外線ヒータ２３１の縦断面図である。
第２実施形態に係る処理ユニット２は、チャンバー４内の湿度よりも高湿度の加湿ガスを基板Ｗの上方で吐出する加湿装置２４２をさらに含む。加湿装置２４２は、加湿ガスを基板Ｗの上方で吐出する加湿ノズル２５０を含む。加湿ノズル２５０は、赤外線ヒータ３１と一体のノズルあってもよいし、赤外線ヒータ３１とは別のノズルであってもよい。図９および図１０は、加湿ノズル２５０が赤外線ヒータ３１と一体である例を示している。

加熱装置１０は、第１実施形態に係る赤外線ヒータ３１に代えて、赤外線ヒータ２３１を含む。赤外線ヒータ２３１は、赤外線を発する赤外線ランプ２３４と、赤外線ランプ２３４を収容するランプハウジング２３５とを含む。赤外線ランプ２３４は、ランプハウジング２３５内に配置されている。ランプハウジング２３５は、平面視で基板Ｗよりも小さい。したがって、このランプハウジング４３５内に配置されている赤外線ヒータ２３１も、平面視で基板Ｗよりも小さくなる。赤外線ランプ２３４およびランプハウジング２３５は、ヒータアーム３２に取り付けられている。したがって、赤外線ランプ２３４およびランプハウジング２３５は、ヒータアーム３２と共に回動軸線Ａ３（図１参照）まわりに回動する。

赤外線ランプ２３４は、フィラメントと、フィラメントを収容する石英管とを含む。図１０示すように、赤外線ランプ２３４は、水平面に沿って配置された有端の円環部２４３ａと、円環部２４３ａの一端部および他端部から上方に延びる一対の鉛直部２４３ｂとを含む。赤外線ランプ２３４（例えばハロゲンランプ）は、カーボンヒータであってもよいし、これら以外の発熱体であってもよい。ランプハウジング２３５の少なくとも一部は、石英などの光透過性および耐熱性を有する材料で形成されている。

赤外線ランプ２３４が発光すると、当該赤外線ランプ２３４からは赤外線を含む光が放出される。この赤外線を含む光はランプハウジング２３５を透過してランプハウジング２３５の外表面から放射され、あるいは、ランプハウジング２３５を加熱しその外表面から輻射光を放射させる。基板Ｗおよびその上面に保持されたリン酸水溶液の液膜はランプハウジング２３５の外表面からの透過光と輻射光とにより加熱される。上記のようにランプハウジング２３５の外表面からは赤外線を含む光が透過または輻射により放射されているが、以下ではランプハウジング２３５の外表面を透過する赤外線に着目して赤外線ランプ２３４に関する説明を行う。

ランプハウジング２３５は、赤外線を透過させる透過部材を含む。図１０示すように、透過部材は、上下方向に延びる筒状の収容部２４４と、収容部２４４の下端を塞ぐ円板状の底板部２４５と、収容部２４４の中心線に沿って上下方向に延びており、底板部２４５の下面から下方に突出する中心管２４６と、底板部２４５の下方に配置されており、中心管２４６の下端によって支持された円板状の対向板２４７とを含む。ランプハウジング２３５は、さらに、収容部２４４の上端を塞ぐ蓋部材２４８と、赤外線ランプ２３４の一対の鉛直部２４３ｂを支持する支持部材２４９とを含む。赤外線ランプ２３４は、支持部材２４９を介して蓋部材２４８に支持されている。

図１０示すように、赤外線ランプ２３４の円環部２４３ａは、収容部２４４と底板部２４５と中心管２４６とによって区画された筒状の空間に配置されている。赤外線ランプ２３４の円環部２４３ａは、収容部２４４の内側で中心管２４６を取り囲んでいる。底板部２４５は、赤外線ランプ２３４の下方に配置されており、間隔を空けて赤外線ランプ２３４に上下方向に対向している。同様に、対向板２４７は、底板部２４５の下方に配置されており、間隔を空けて底板部２４５に上下方向に対向している。底板部２４５および対向板２４７は、互いに等しい外径を有している。底板部２４５の下面と対向板２４７の上面とは、平行であり、間隔を空けて上下方向に対向している。

赤外線ランプ２３４からの赤外線は、石英で形成された底板部２４５および対向板２４７を下向きに透過して、対向板２４７の下面から下向きに放出される。対向板２４７の下面は、基板Ｗの上面と平行でかつ平坦な照射面を含む。赤外線ヒータ２３１が基板Ｗの上方に配置されている状態では、ランプハウジング２３５の照射面が、間隔を空けて基板Ｗの上面に上下方向に対向する。この状態で赤外線ランプ２３４が赤外線を発すると、ランプハウジング２３５を透過した赤外線が、ランプハウジング２３５の照射面から基板Ｗの上面に向かい、基板Ｗの上面に照射される。これにより、輻射熱が赤外線ランプ２３４から基板Ｗに伝達され、基板Ｗが加熱される。

図１０示すように、加湿装置２４２は、底板部２４５と対向板２４７とによって構成された加湿ノズル２５０と、中心管２４６に加湿ガスを供給する加湿ガス配管２５１と、加湿ガス配管２５１から中心管２４６への加湿ガスの供給および供給停止を切り替える加湿ガスバルブ２５２とを含む。中心管２４６の下端は、対向板２４７によって塞がれている。中心管２４６は、底板部２４５の下面と対向板２４７の上面との間の高さに配置された複数（たとえば、８つ）の貫通孔２５３を含む。複数の貫通孔２５３は、中心管２４６の内周面から中心管２４６の外周面まで延びており、中心管２４６の外周面で開口している。複数の貫通孔２５３は、周方向に間隔を空けて配置されている。加湿ノズル２５０は、底板部２４５の外周部と対向板２４７の外周部とによって構成された環状吐出口２５４を含む。環状吐出口２５４は、全周にわたって連続しており、複数の貫通孔２５３の周囲に配置されている。

加湿ガスバルブ２５２が開かれると、加湿ガス配管２５１から中心管２４６に供給された加湿ガスが、複数の貫通孔２５３から中心管２４６の周囲に吐出され、底板部２４５の下面と対向板２４７の上面との間を基板Ｗの径方向外方に流れる。そして、底板部２４５および対向板２４７の外周部に達した加湿ガスは、環状吐出口２５４から水平に吐出される。これにより、環状吐出口２５４から放射状に広がる加湿ガスの気流が形成される。加湿ガスは、１００℃未満の水蒸気である。加湿ガスは、水蒸気に限らず、純水のミスト（室温の純水を霧状にしたもの）であってもよいし、１００℃以上の過熱水蒸気であってもよい。

基板Ｗが処理ユニット２によって処理されるとき、制御装置３（図１参照）は、加湿ガスの一例である水蒸気をチャンバー４内で吐出する加湿工程を、前述の輻射加熱工程、純水供給工程、およびパドル工程と並行して行う。具体的には、制御装置３は、赤外線ヒータ２３１および純水ノズル３８を基板Ｗの上方に移動させる前に、加湿ガスバルブ２５２を開いて、加湿ノズル２５０からの水蒸気の吐出を開始させる。これにより、チャンバー４内の湿度が高まり、水蒸気圧が飽和水蒸気圧に近づいていく。また、当該加湿ノズル２５０からの水蒸気の吐出は制御装置３が赤外線ヒータ２３１および純水ノズル３８を基板の上方に移動させた後も継続するため、基板Ｗの上方の雰囲気を飽和水蒸気圧に近づけることができる。なお、本実施形態では加湿ノズル２５０からの水蒸気の吐出を赤外線ヒータ２３１からの赤外線の開始前から行っているが、赤外線ヒータ２３１からの赤外線照射の開始後に加湿ノズル２５０からの水蒸気の吐出を開始するようにしてもよい。

制御装置３は、赤外線ヒータ２３１および純水ノズル３８が基板Ｗの上方に配置された後、基板Ｗの上面に対する赤外線の照射位置が中央部および周縁部の一方から他方に移動するように、ヒータ移動装置３３によって赤外線ヒータ２３１および純水ノズル３８を水平に移動させる。このとき、制御装置３は、対向板２４７の下面が基板Ｗ上のリン酸水溶液の液膜に接触している状態で、赤外線ヒータ２３１を移動させてもよいし、赤外線ヒータ２３１の下面が基板Ｗ上のリン酸水溶液の液膜から所定距離だけ離隔した状態で、赤外線ヒータ２３１を移動させてもよい。

制御装置３は、赤外線の照射位置が基板Ｗの上面中央部と基板Ｗの上面周縁部との間で移動している間に、純水バルブ４０を複数回開閉する。これにより、純水の着液位置が基板Ｗの上面中央部と基板Ｗの上面周縁部との間で移動すると共に、純水ノズル３８の純水吐出口３７から純水が間欠的に、好ましくは純水の液滴が一つずつ複数滴分、吐出される。したがって、基板Ｗからのリン酸水溶液の排出が停止されている状態で、複数の純水の液滴が基板Ｗの上面内の複数の位置に供給される。制御装置３は、赤外線ヒータ２３１による基板Ｗの加熱が所定時間にわたって行われた後、純水ノズル３８からの液滴の吐出を停止させると共に、赤外線ヒータ２３１および純水ノズル３８を基板Ｗの上方から退避させる。その後、制御装置３は、赤外線ヒータ２３１の発光と、加湿ノズル２５０からの水蒸気の吐出とを停止させる。加湿ノズル２５０からの水蒸気の吐出は、赤外線ヒータ２３１が赤外線の放出を停止する前に停止されてもよいし、赤外線ヒータ２３１が赤外線の放出を停止した後に停止されてもよい。

このように、制御装置３は、基板Ｗ上のリン酸水溶液が加熱されている状態で、チャンバー４内の湿度よりも高湿度の加湿ガスを加湿ノズル２５０から吐出させるので、チャンバー４内の湿度が高まる。したがって、リン酸水溶液からの水の蒸発量が低減される。特に、第２実施形態では、加湿ガスが環状吐出口２５４から放射状に吐出され、基板Ｗの上面に沿って流れる加湿ガスの気流が形成されるので、液膜の上面全域が、加湿ガスの気流によって覆われる。そのため、基板Ｗから離れた位置で加湿ガスが吐出される場合よりも、基板Ｗの近傍での湿度を確実に高めることができ、リン酸水溶液からの水の蒸発を効率的に抑制できる。これにより、ピロリン酸の発生を効率的に抑制でき、エッチング選択比の低下を抑制することができる。

以上のように第２実施形態では、チャンバー４内の湿度よりも高湿度の加湿ガスが、チャンバー４内に供給される。これにより、チャンバー４内の湿度が高まり、チャンバー４内の水蒸気圧が飽和水蒸気圧以下の値まで上昇する。したがって、基板Ｗ上のリン酸水溶液からの水の蒸発が抑制される。そのため、リン酸水溶液中のピロリン酸の発生を効率的に抑制でき、エッチング選択比の低下を抑制することができる。

また第２実施形態では、チャンバー４内の湿度よりも高湿度で、かつ、チャンバー４内の雰囲気温度（室温）よりも高温の加湿ガスが、チャンバー４内に供給される。これにより、チャンバー４内の湿度が高まると共に、チャンバー４内の雰囲気温度が高まる。したがって、エッチングレートの低下を抑制できる。
また第２実施形態では、加湿ガスが、環状吐出口２５４から基板Ｗの上面と平行な方向に放射状に吐出される。これにより、環状吐出口２５４から放射状に広がる加湿ガスの気流が、リン酸水溶液の液膜の上方に形成され、リン酸水溶液の液膜が、加湿ガスの気流によって覆われる。したがって、リン酸水溶液の液膜の上方の湿度が確実に高まる。これにより、基板Ｗ上のリン酸水溶液からの水の蒸発が抑制される。そのため、リン酸水溶液中のピロリン酸の発生を抑制することができ、エッチング選択比の低下を抑制できる。

第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態と第１実施形態との主要な相違点は、加熱装置１０が、第１実施形態に係る輻射加熱装置に加えて、基板Ｗの下面に加熱流体を供給して基板Ｗを加熱する加熱流体供給装置を備えていることである。以下の図１１において、前述の図１〜図１０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。

図１１は、本発明の第３実施形態に係る流体ノズル３５６およびスピンチャック５を水平に見た模式図である。
第３実施形態に係る加熱装置１０は、加熱流体を基板Ｗに吐出することによって基板Ｗを加熱すると共に、チャンバー４内の湿度を上昇させる加熱流体供給装置をさらに含む。加熱流体供給装置は、基板Ｗよりも高温の加熱流体を流体吐出口３５５から基板Ｗの下面に向けて吐出する流体ノズル３５６と、加熱流体を流体ノズル３５６に供給する流体配管３５７と、流体配管３５７から流体ノズル３５６への加熱流体の供給および供給停止を切り替える流体バルブ３５８とを含む。流体ノズル３５６は、上向きに加熱流体を吐出する流体吐出口３５５を含む。

流体ノズル３５６の流体吐出口３５５は、基板Ｗの下面とスピンベース１４の上面との間に配置されている。流体ノズル３５６の流体吐出口３５５は、間隔を空けて基板Ｗの下面中央部に上下方向に対向している。加熱流体は、過熱水蒸気である。加熱流体は、過熱水蒸気に限らず、高温純水（基板Ｗよりも高温の純水）であってもよいし、高温ガス（基板Ｗよりも高温の不活性ガスまたは清浄空気）であってもよい。すなわち、加熱流体は、液体（加熱液）であってもよいし、気体（加熱ガス）であってもよい。

流体バルブ３５８が開かれると、加熱流体が、基板Ｗの下面中央部に向けて流体ノズル３５６の流体吐出口３５５から吐出される。加熱流体が加熱液である場合、基板Ｗが回転している状態で加熱液が流体ノズル３５６の流体吐出口３５５から吐出されると、吐出された加熱流体は、基板Ｗの下面中央部に衝突した後、遠心力によって、基板Ｗの下面中央部から基板Ｗの下面周縁部まで基板Ｗの下面に沿って放射状に広がる。また、加熱流体が加熱ガスである場合、流体ノズル３５６から吐出された加熱流体は、基板Ｗの下面中央部に衝突した後、基板Ｗの下面とスピンベース１４の上面との間に放射状に広がり、基板Ｗとスピンベース１４との間の空間に拡散する。したがって、加熱流体が加熱液および加熱ガスのいずれの場合でも、加熱流体が基板Ｗの下面全域に供給され、基板Ｗが全面にわたって均一に加熱される。

基板Ｗが処理ユニット２によって処理されるとき、制御装置３（図１参照）は、前述のリン酸供給工程が開始される前に、加熱流体の一例である過熱水蒸気を基板Ｗの下面に向けて吐出する加熱流体供給工程を開始する。具体的には、制御装置３は、流体バルブ３５８を開いて、基板Ｗの下面中央部に向けて過熱水蒸気を流体ノズル３５６から吐出させる。過熱水蒸気の吐出は、基板Ｗが回転している状態で開始されてもよいし、基板Ｗが回転していない状態で開始されてもよい。

流体ノズル３５６から吐出された過熱水蒸気は、基板Ｗの下面中央部に衝突した後、基板Ｗの下面とスピンベース１４の上面との間に放射状に広がり、基板Ｗとスピンベース１４との間の空間に拡散する。これにより、過熱水蒸気が、基板Ｗの下面全域および基板Ｗの周端面に接触し、過熱水蒸気の熱が、基板Ｗの下面全域に伝達される。これにより、基板Ｗが均一に加熱される。

制御装置３は、流体ノズル３５６が過熱水蒸気を吐出している状態で、前述のリン酸供給工程を行う。同様に、制御装置３は、流体ノズル３５６が過熱水蒸気を吐出している状態で、前述の輻射加熱工程、純水供給工程、およびパドル工程を行う。そして、制御装置３は、赤外線ヒータ３１および純水ノズル３８を基板Ｗの上方から退避させた後、流体バルブ３５８を閉じて、流体ノズル３５６からの過熱水蒸気の吐出を停止させる。流体ノズル３５６からの過熱水蒸気の吐出は、赤外線ヒータ３１が赤外線の放出を停止する前に停止されてもよいし、赤外線ヒータ３１が赤外線の放出を停止した後に停止されてもよい。

以上のように第３実施形態では、赤外線ヒータ３１から放出された赤外線が、基板Ｗの上面に照射され、基板Ｗが加熱される。さらに、流体ノズル３５６から吐出された加熱流体が、基板Ｗの下面全域に供給され、基板Ｗの全域が加熱される。このように、基板Ｗよりも高温の加熱流体が基板Ｗの下面全域に供給されるので、基板Ｗの全面にわたって処理温度の均一性を高めることができる。したがって、リン酸水溶液の液膜の温度の均一性を高めることができる。そのため、エッチングの均一性を高めることができる。

特に、加熱流体および加湿ガスとしての１００℃以上の過熱水蒸気が、加熱装置としての流体ノズル３５６から吐出され、基板Ｗの下面全域に供給された場合には、基板Ｗおよび当該基板Ｗの上のリン酸水溶液の液膜を効率的に加熱することができる。さらに、基板Ｗの下面の過熱水蒸気は基板Ｗの周端面から基板Ｗの上面に回り込み、あるいは基板Ｗを保持するスピンチャック５の周囲に拡散し、チャンバー４内を加湿状態にすることができる。したがって、基板Ｗ上のリン酸水溶液からの水の蒸発が抑制される。そのため、リン酸水溶液中のピロリン酸を減少させることができ、エッチング選択比の低下を抑制できる。

第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態と第１実施形態との主要な相違点は、純水を吐出する純水吐出口３７が、赤外線ヒータ４３１の下面中央部に設けられていることである。以下の図１２において、前述の図１〜図１１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。

図１２は、本発明の第４実施形態に係る赤外線ヒータ４３１および純水ノズル３８の縦断面および底面を示す模式図である。
第４実施形態に係る加熱装置１０は、第１実施形態に係る赤外線ヒータ３１に代えて、赤外線ヒータ４３１を含む。赤外線ヒータ４３１は、赤外線を発する赤外線ランプ２３４と、赤外線ランプ２３４を収容するランプハウジング４３５とを含む。赤外線ランプ２３４は、ランプハウジング４３５内に配置されている。ランプハウジング４３５は、平面視で基板Ｗよりも小さい。したがって、このランプハウジング４３５内に配置されている赤外線ヒータ４３１は、平面視で基板Ｗよりも小さくなる。赤外線ランプ２３４およびランプハウジング４３５は、ヒータアーム３２（図１参照）に取り付けられている。したがって、赤外線ランプ２３４およびランプハウジング４３５は、ヒータアーム３２と共に回動軸線Ａ３（図１参照）まわりに回動する。なお、第１実施形態の加熱及び純水供給工程Ｓ４では、純水着液位置が基板Ｗの上面中心位置と基板Ｗの一方周縁位置との間（図３中の矢印で示す範囲）だけで移動するようにヒータアーム３２を回動させていた。しかし、第４実施形態では基板Ｗの２つの周縁位置の間で純水着液位置が移動するように、加熱及び純水供給工程Ｓ４におけるヒータアーム３２の回動範囲を拡大させている。

赤外線ランプ２３４は、フィラメントと、フィラメントを収容する石英管とを含む。赤外線ランプ２３４は、水平面に沿って配置された有端の円環部２４３ａと、円環部２４３ａの一端部および他端部から上方に延びる一対の鉛直部２４３ｂとを含む。加熱手段としての赤外線ランプ２３４は、（例えば、ハロゲンランプ）はカーボンヒータであってもよいし、これら以外の発熱体であってもよい。ランプハウジング４３５の少なくとも一部は、石英などの光透過性および耐熱性を有する材料で形成されている。

赤外線ランプ２３４が発光すると、当該赤外線ランプ２３４からは赤外線を含む光が放出される。この赤外線を含む光は、ランプハウジング４３５を透過してランプハウジング４３５の外表面から放射され、あるいは、ランプハウジング４３５を加熱しその外表面から輻射光を放射させる。 基板Ｗおよび その上面に保持されたリン酸水溶液の液膜はランプハウジング４３５の外表面からの透過光と輻射光とにより加熱される。上記のようにランプハウジング４３５の外表面からは赤外線を含む光が透過または輻射により放射されているが、以下ではランプハウジング４３５の外表面を透過する赤外線に着目して赤外線ランプ２３４に関する説明を行う。 ランプハウジング４３５は、赤外線を透過させる透過部材を含む。透過部材は、上下方向に延びる筒状の収容部２４４と、収容部２４４の下端を塞ぐ円板状の底板部２４５と、収容部２４４の中心線に沿って上下方向に延びており、底板部２４５の下面中央部で開口する中心管２４６とを含む。ランプハウジング４３５は、さらに、収容部２４４の上端を塞ぐ蓋部材２４８と、赤外線ランプ２３４の一対の鉛直部２４３ｂを支持する支持部材２４９とを含む。赤外線ランプ２３４は、支持部材２４９を介して蓋部材２４８に支持されている。

赤外線ランプ２３４の円環部２４３ａは、収容部２４４と底板部２４５と中心管２４６とによって区画された筒状の空間に配置されている。赤外線ランプ２３４の円環部２４３ａは、収容部２４４の内側で中心管２４６を取り囲んでいる。底板部２４５は、赤外線ランプ２３４の下方に配置されており、間隔を空けて赤外線ランプ２３４に上下方向に対向している。純水ノズル３８は、中心管２４６内に挿入されている。純水ノズル３８の純水吐出口３７は、中心管２４６内に配置されている。図１２の下側に示すように、赤外線ヒータ４３１を下から見ると、純水吐出口３７は、照射面としての底板部２４５の下面によって取り囲まれている。したがって、純水ノズル３８から吐出された純水の液滴は、底板部２４５の下面から吐出される。

この構成によれば、純水の液滴が、赤外線ヒータ４３１の照射面から吐出されるので、純水の着液位置が、赤外線の照射位置によって取り囲まれる。そのため、基板Ｗが回転しており、赤外線ヒータ４３１が赤外線を発している状態で、純水吐出口３７が純水の液滴を吐出すると、純水の液滴が着液した領域が、基板Ｗの上面内のいずれの領域であったとしても、この領域は、即座に照射位置に移動し加熱される。したがって、純水の液滴が基板Ｗの上面周縁部に着液する２つの位置の間で、赤外線ヒータ４３１および純水ノズル３８が移動したとしても、純水の液滴が着液した領域が即座に加熱される。これにより、基板Ｗの温度の変動を抑制できる。

第５実施形態
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態と第１実施形態との主要な相違点は、純水供給装置３６が、純水ノズル３８から吐出される純水の温度を調節する純水温度調節装置５５９をさらに備えていることである。以下の図１３において、前述の図１〜図１２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。

図１３は、本発明の第５実施形態に係る純水供給装置３６の模式図である。
純水供給装置３６は、純水ノズル３８、純水配管３９、純水バルブ４０、および純水流量調整バルブ４１に加えて、純水配管３９から純水ノズル３８に供給される純水の温度を調節する純水温度調節装置５５９をさらに含む。純水温度調節装置５５９は、純水配管３９内を流れる純水の温度を調節する温度調節器５６０（ヒータおよびクーラの少なくとも一方）を含む。図１３は、ヒータおよびクーラの両方が純水温度調節装置５５９に設けられている例を示している。純水温度調節装置５５９は、温度調節器５６０によって温度調節された純水の温度を検出する温度センサー５６１をさらに含んでいてもよい。

この構成によれば、純水温度調節装置５５９によって温度が調節された純水の液滴が、前述の純水供給工程において基板Ｗに供給される。純水の温度が高すぎると、基板Ｗとリン酸水溶液との界面に到達する前に純水が蒸発してしまう場合がある。その一方で、純水の温度が低すぎると、基板Ｗ上のリン酸水溶液の温度が大幅に変化してしまう場合がある。したがって、純水温度調節装置５５９によって温度が調節された純水の液滴を純水ノズル３８から吐出させることにより、基板Ｗ上のリン酸水溶液の温度の変動を抑制しつつ、基板Ｗとリン酸水溶液との界面に純水を到達させることができる。また、温度センサー５６１が、純水温度調節装置５５９に設けられている場合には、制御装置３は、温度センサー５６１の検出値に基づいて温度調節器５６０の温度を調節できる。したがって、制御装置３は、基板Ｗに供給される純水の温度をより精密に制御できる。

他の実施形態
本発明の第１〜第５実施形態の説明は以上であるが、本発明は、前述の第１〜第５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。
たとえば、第１〜第５実施形態では、赤外線ランプ３４を備える赤外線ヒータ３１がヒータとして用いられている場合について説明したが、電熱線などの他の発熱体が、基板Ｗを加熱する加熱手段として赤外線ランプ３４の代わりに用いられてもよい。

また第１〜第５実施形態では、基板Ｗを水平に保持して回転させるスピンチャック５が、基板保持装置として用いられている場合について説明したが、処理ユニット２は、スピンチャック５の代わりに、基板Ｗを静止状態で水平に保持する基板保持装置を備えていてもよい。
また第１〜第５実施形態では、赤外線ヒータ３１および純水ノズル３８が、共通の可動アーム（ヒータアーム３２）に取り付けられている場合について説明したが、赤外線ヒータ３１および純水ノズル３８は、別々の可動アームに取り付けられていてもよい。すなわち、純水供給装置３６は、純水ノズルが先端部に取り付けられたノズルアーム（ヒータアーム３２とは異なる可動アーム）と、ノズルアームを移動させることにより、純水ノズルを移動させる純水ノズル移動装置とを備えていてもよい。この場合、赤外線の照射位置と純水の着液位置との位置関係は、一定でなくてもよい。また、リン酸ノズル１８、赤外線ヒータ３１、純水ノズル３８が、共通の可動アーム（たとえば、ヒータアーム３２）に取り付けられていてもよい。なお、第４実施形態においては純水ノズル３８が赤外線ヒータ４３１内に配置されているため、純水ノズル３８と赤外線ヒータ４３１とは同一の可動アーム（ヒータアーム３２）に取り付けられることになる。

また第１、第２、第３実施形態および第５実施形態では、制御装置３は、純水の着液位置が基板Ｗの上面中央部に位置するセンター位置と、純水の着液位置が基板Ｗの上面周縁部に位置するエッジ位置との間で、赤外線ヒータ３１および純水ノズル３８を回動させる場合について説明したが、制御装置３は、純水ノズル３８から吐出された純水の液滴が基板Ｗの上面周縁部に着液する２つのエッジ位置の間で、赤外線ヒータ３１および純水ノズル３８を移動させてもよい。

また第１、第２、第３実施形態および第５実施形態では、純水ノズル３８が、赤外線ヒータ３１よりもヒータアーム３２の先端側でヒータアーム３２に取り付けられている場合について説明したが、純水ノズル３８は、赤外線ヒータ３１よりもヒータアーム３２の根元側でヒータアーム３２に取り付けられていてもよい。また、赤外線ヒータ３１および純水ノズル３８は、平面視で回動軸線Ａ３からの距離が等しい位置に配置されており、ヒータアーム３２の回動方向に並んでいてもよい。

また第１〜第５実施形態では、純水バルブ４０の開閉によって純水の液滴が形成される場合について説明したが、純水ノズル３８は、純水バルブ４０が開かれている状態で純水吐出口３７から吐出される純水に振動を加えることにより、純水吐出口３７から吐出される純水を分断する圧電素子（piezo element）を備えていてもよい。
また第１〜第５実施形態では、純水供給工程が行われている期間中、基板Ｗの回転速度が一定に維持される場合について説明したが、純水供給工程が行われている期間中に、基板Ｗの回転速度が変更されてもよい。

具体的には、リン酸供給工程での基板Ｗの回転速度よりも遅い低回転速度（たとえば１〜３０ｒｐｍ）で基板Ｗを回転させる低速回転工程と、前記低回転速度よりも速い高回転速度（たとえば５０ｒｐｍ）で基板Ｗを回転させる高速回転工程とが、純水供給工程と並行して行われてもよい。この場合、基板Ｗに供給された純水の液滴に加わる遠心力が、高速回転工程において大きくなるので、基板Ｗの上面内のより広い範囲に純水を短時間で拡散させることができる。

また第１〜第５実施形態では、リン酸水溶液が基板Ｗに供給された後に、赤外線ヒータ３１による基板Ｗの加熱が開始される場合について説明したが、赤外線ヒータ３１による基板Ｗの加熱は、リン酸水溶液が基板Ｗに供給される前に開始されてもよい。この場合、基板Ｗが加熱されている状態で、リン酸水溶液が基板Ｗに供給されるので、リン酸水溶液の温度を所定温度まで上昇させる時間を短縮できる。

また第１〜第５実施形態では、基板Ｗへのリン酸水溶液の供給が停止されている状態で、赤外線ヒータ３１による基板Ｗの加熱と、純水ノズル３８からの純水の供給とが行われる場合について説明したが、リン酸ノズル１８がリン酸水溶液を吐出している状態で、赤外線ヒータ３１による基板Ｗの加熱と、純水ノズル３８からの純水の供給とが行われてもよい。すなわち、輻射加熱工程および純水供給工程は、リン酸供給工程と並行して行われてもよい。この場合、パドル工程は省略されてもよい。

また第３実施形態では、基板Ｗに向けて加熱流体を吐出する流体ノズル３５６が設けられている場合について説明したが、発熱体が内蔵されたホットプレートが、スピンベース１４の代わりに用いられる場合には、流体ノズル３５６が省略されてもよい。この場合、基板Ｗの下面全域がホットプレートの上面に接触している状態で、基板Ｗがホットプレートに水平に保持されるので、ホットプレートから常時放出される熱が基板Ｗの全域に均一に伝達される。これにより、基板Ｗが均一に加熱される。

また第１〜第５実施形態では、基板処理装置１が、円板状の基板Ｗを処理する装置である場合について説明したが、基板処理装置１は、液晶表示装置用基板などの多角形の基板Ｗを処理する装置であってもよい。
また、第１〜第５実施形態を含む全ての実施形態のうちの２つ以上が組み合わされてもよい。たとえば、第２実施形態に係る加湿工程と、第３実施形態に係る伝導加熱工程とが並行して行われてもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ ：基板処理装置
２ ：処理ユニット
３ ：制御装置（制御手段）
４ ：チャンバー
５ ：スピンチャック（基板保持手段）
６ ：リン酸供給装置（リン酸供給手段）
１０ ：加熱装置（加熱手段）
１７ ：スピンモータ（基板回転手段）
３１ ：赤外線ヒータ
３３ ：ヒータ移動装置
３４ ：赤外線ランプ
３５ ：ランプハウジング
３６ ：純水供給装置（水供給手段）
３７ ：純水吐出口
３８ ：純水ノズル
４１ ：純水流量調整バルブ
２３１ ：赤外線ヒータ
２３４ ：赤外線ランプ
２３５ ：ランプハウジング
２４２ ：加湿装置（加湿手段）
２５４ ：環状吐出口
３５６ ：流体ノズル（加湿手段）
４３１ ：赤外線ヒータ
４３５ ：ランプハウジング
Ｗ ：基板

Claims (16)

1. 基板を水平に保持する基板保持手段と、
   前記基板保持手段に保持されている基板の上面にリン酸水溶液を供給することにより、前記基板の上面全域を覆うリン酸水溶液の液膜を形成するリン酸供給手段と、
   前記リン酸水溶液の液膜が前記基板上に保持されている状態で前記基板を加熱する加熱手段と、
   前記リン酸水溶液の液膜に水を供給する水供給手段とを含む、基板処理装置。
2. 前記水供給手段は、リン酸水溶液が前記基板から排出されない流量で前記リン酸水溶液の液膜に水を供給し、前記基板上にパドル状のリン酸水溶液の液膜を維持する、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記水供給手段は、前記加熱手段による加熱よって前記リン酸水溶液の液膜から蒸発する水の量に相当する量の水を前記リン酸水溶液の液膜に供給する、請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記水供給手段は、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に向けて水を間欠的に吐出する水吐出口を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. 前記水供給手段は、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に向けて前記水吐出口から水滴を一つずつ吐出する、請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記基板処理装置は、
   前記基板保持手段を回転させる基板回転手段と、
   前記基板に対する水供給位置を基板半径方向に移動させる水供給位置移動手段と、
   前記水供給手段、基板回転手段、および水供給位置移動手段を制御する制御手段とをさらに備え、
   前記制御手段は、前記基板回転手段により前記基板保持手段に保持された基板が回転されつつ前記水供給手段から前記リン酸水溶液の液膜に水が供給される場合に、当該水供給手段から供給される水供給量が前記基板の周縁部よりも前記基板の中心部で多くなるように、当該水供給手段を制御する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
7. 前記基板処理装置は、
   前記基板保持手段を回転させる基板回転手段と、
   前記基板に対する水供給位置を基板中心部と基板周縁部との間で移動させる水供給位置移動手段と、
   前記水供給位置移動手段を制御する制御手段とをさらに備え、
   前記制御手段は、前記基板回転手段により前記基板保持手段に保持された基板が回転されつつ前記水供給手段から前記リン酸水溶液の液膜に水が供給される場合に、当該水供給手段からの水供給位置の移動速度が前記基板の周縁部よりも前記基板の中心部で遅くなるように、前記水供給位置移動手段を制御する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
8. 前記加熱手段は、前記リン酸供給手段がリン酸水溶液を前記基板の上面に供給する前から前記基板を加熱する手段である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
9. 前記加熱手段は、赤外線を前記基板に照射する赤外線ヒータを含み、前記赤外線ヒータの少なくとも一部が前記リン酸水溶液の液膜に接触している状態で前記赤外線ヒータから赤外線を放出させる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
10. 前記加熱手段は、前記基板を加熱することにより、前記リン酸水溶液の液膜をリン酸水溶液の沸点まで加熱する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の基板処理装置。
11. 前記加熱手段は、前記基板の温度をリン酸水溶液の沸点以上の温度まで上昇させる、請求項１０に記載の基板処理装置。
12. 前記基板保持手段を収容するチャンバーと、前記チャンバー内の湿度よりも高湿度の加湿ガスを前記チャンバー内に供給する加湿手段とをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の基板処理装置。
13. 前記加湿手段は、前記チャンバー内の雰囲気温度よりも高温の前記加湿ガスを前記チャンバー内に供給する、請求項１２に記載の基板処理装置。
14. 前記加湿手段は、前記加湿ガスを前記基板の上面と平行な方向に放射状に吐出する環状吐出口を含み、前記リン酸水溶液の液膜の上方で前記環状吐出口に前記加湿ガスを吐出させることにより、前記環状吐出口から放射状に広がる前記加湿ガスの気流を前記リン酸水溶液の液膜の上方に形成する、請求項１２または１３に記載の基板処理装置。
15. 前記加熱手段は、前記基板の上面に赤外線を照射する赤外線ヒータと、前記基板よりも高温の加熱流体を前記基板の下面全域に供給する流体ノズルとを含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
16. 前記流体ノズルは、過熱水蒸気を前記基板の下面に向けて吐出する、請求項１５に記載の基板処理装置。

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