JP2015220436A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板処理装置1は、スピンベース15と、複数のチャックピン16とを有するスピンチャック3と、スピンチャック3の周囲を取り囲み、スピンチャック3によって回転されている基板Wから飛散する処理液を捕獲する処理カップ8とを含む。基板処理装置1は、スピンベース15を回転させて基板Wを所定の液処理速度で回転させる一方、第1の流量の処理液を基板Wの下面に供給すると共に、第1の流量よりも多い第2の流量の処理液を基板Wの上面に供給する。
【選択図】図1
Description
スピンチャックに保持された状態の基板の上面だけでなく、基板の下面に対しても処理液を供給すべく、スピンチャックの回転軸に挿通された中心軸ノズルが用いられる。この中心軸ノズルの上端には吐出口が開口しており、この吐出口は、スピンチャックに保持された基板の下面中央部に対向している。
すなわち、上下同時処理を基板に施す際に、基板の周縁部から処理液が横方向に向けて飛散せず、処理液が斜め上方に跳ね上がることがある。このことは、基板の下面を伝って基板の周縁部に到達した処理液が、スピンチャックのチャックピンの傾斜面に沿って斜め上方に向けて飛散することに起因するものと考えられる。基板を高速回転させる場合、処理液に大きな遠心力が作用するため、処理液の跳ね上がり量が大きくなるおそれがある。
また、基板の周縁部から飛散する処理液は処理カップに衝突するのであるが、処理カップの内壁の姿勢によっては、基板の周縁部からの処理液の飛散方向が斜め上方であると、処理カップの内壁に衝突した処理液が、基板側に向けて跳ね返ることがある。この場合、基板の上面に処理液の液滴が降り注いで、基板が汚染されるおそれがある。
この方法によれば、基板の下面を周縁部まで移動した処理液は、回転している基板支持部材に当って、主に、斜め上方の外向きに飛散する。基板の上面を周縁部まで移動した処理液は、回転している基板支持部材に当って、主に、斜め下方の外向きに飛散する。基板の周縁部において、基板の下面を移動して基板の下面周縁部から飛散する処理液(以下、「基板の下面周縁部から飛散する処理液」という。)の流れと、基板の上面を移動して基板の上面周縁部から飛散する処理液(以下、「基板の上面周縁部から飛散する処理液」という。)の流れとが上下方向に交差している。そのため、基板の下面周縁部から飛散する処理液と、基板の上面周縁部から飛散する処理液とが基板の周縁部において干渉する。
以上により、処理液消費量を低減しつつ高品質な基板処理を実現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である。
請求項3に記載の発明は、前記第1の流量は1.0(リットル/分)以上である、請求項1または2に記載の基板処理方法である。
請求項4に記載の発明は、前記第1の流量に対する前記第2の流量の流量比は1.5以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、第1の流量に対する第2の流量の流量比が1.5以上である場合、基板の上面周縁部から飛散する処理液によって、基板の下面周縁部から飛散する処理液の飛散方向を低く抑え込むことができ、これにより、基板の周縁部から飛散する処理液の全体の飛散方向を確実に低く抑えることができる。
この方法によれば、基板の下面に、当該下面の全域を覆う処理液を保持することができ、かつ、処理カップ外への処理液の流出および基板への処理液の跳ね返りを抑制することもできる。
前記の目的を達成するための請求項6に記載の発明は、所定の鉛直軸線(A1)回りに回転可能なスピンベース(15)と、前記スピンベースと同伴回転可能に設けられ、基板の周端縁に当接して当該基板を支持する複数の基板支持部材(16)とを有し、前記基板を水平姿勢に保持しながら前記鉛直軸線回りに回転させるための基板保持回転手段(3)と、前記基板の上面に処理液を供給するための処理液上供給手段(4,5)と、前記基板の下面に処理液を供給するための処理液下供給手段(7)と、前記基板保持回転手段、前記処理液上供給手段および前記処理液下供給手段を制御して、前記基板を前記鉛直軸線回りに所定の液処理速度で回転させる基板回転工程(S2)と、前記基板回転工程に並行して、所定の第1の流量の処理液を前記基板の下面に供給すると共に、前記第1の流量よりも多い第2の流量の処理液を前記基板の上面に供給する処理液供給工程(S3,S4)とを実行する制御手段(9)とを含む、基板処理装置を提供する。
請求項7に記載の発明は、前記基板支持部材は、前記基板の下面周縁に当接するための第1の当接面(53)と、前記基板の上面周縁に当接するための第2の当接面(54)とによって区画された挟持部を有し、前記第1の当接面は、水平面に対し、前記基板の回転半径方向外方に向かうに従って上向きに傾斜しており、前記第2の当接面は、水平面に対し、前記基板の回転半径方向外方に向かうに従って下向きに傾斜している、請求項5に記載の基板処理装置である。
一方、基板の上面から基板支持部材に当って飛散する処理液の飛散方向は、基板支持部材の第2の当接面の延長面に概ね沿うようになる。すなわち、基板の上面周縁部から飛散する処理液の飛散方向は、径方向外方に向かうに従って水平面に対して下向きに傾斜している。
図1は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置1の構成を模式的に示す図である。
この基板処理装置1は、円形の半導体ウエハ等の基板Wのデバイス形成領域側の表面および裏面に対して、洗浄処理やエッチング処理などの液処理を施すための枚葉型の装置である。
薬液供給ユニット4は、薬液ノズル26を含む。薬液ノズル26は、たとえば、連続流の状態で液を吐出するストレートノズルであり、スピンチャック3の上方で、その吐出口を基板Wの上面中央部に向けて固定的に配置されている。薬液ノズル26には、薬液供給源からの薬液が供給される薬液供給管27が接続されている。薬液供給管27の途中部には、薬液ノズル26からの薬液の供給/供給停止を切り換えるための薬液バルブ28と、薬液供給管27の開度を調節して、薬液ノズル26から吐出される薬液の流量を調整するための薬液流量調整バルブ29とが、薬液ノズル26側からこの順で介装されている。薬液供給管27に供給される薬液として、たとえば希フッ酸(DHF)、濃フッ酸(concHF)、フッ硝酸(フッ酸と硝酸(HNO3)との混合液)、またはフッ化アンモニウム等を例示できる。図示はしないが、薬液流量調整バルブ29は、弁座が内部に設けられたバルブボディと、弁座を開閉する弁体と、開位置と閉位置との間で弁体を移動させるアクチュエータとを含む。他の流量調整バルブについても同様である。
エッチング処理に際しては、搬送ロボット(図示しない)が制御されて、処理室2(図1参照)内に未処理の基板Wが搬入される(ステップS1)。基板Wは、その表面を上方に向けた状態でスピンチャック3に受け渡される。なお、この基板Wの搬入前は、その搬入の妨げにならないように、第1〜第4ガード41〜44が下位置(最も下方位置)に下げられ、第1〜第4ガード41〜44の上端がいずれも、スピンチャック3による基板Wの保持位置よりも下方に配置されている。基板Wの一例として表面(デバイスが形成されるべき面)に酸化膜が形成されたシリコンウエハ(ベアシリコン)を挙げることができる。基板Wは大型基板(たとえば、外径300(mm)の円形基板)であってもよい。
また、制御装置9は、ガード昇降ユニット45を制御して、第1および第2のガード41,42を下位置(最も下方の位置)のまま、第3および第4のガード43,44を上位置(最も上方の位置)まで上昇させて、第3のガード43を基板Wの周端面に対向させる。
また、制御装置9は、ガード昇降ユニット45を制御して、第1および第2のガード41,42を上位置(最も下方の位置)まで移動させ、第1のガード41を基板Wの周端面に対向させる。この状態で第1〜第4のガード41〜44の全てが上位置に配置される。
基板Wの回転速度がパドル速度(10rpm)まで落とされてから、予め定めるパドルリンス期間(たとえば6秒間)が経過すると、制御装置9は、リンス液バルブ32およびリンス液下バルブ24を閉じて、リンス液ノズル30および下面ノズル17からのリンス液の吐出を停止する。
乾燥工程(S6)が予め定める乾燥時間に亘って行われると、制御装置9は、スピンモータ13を駆動して、スピンチャック3の回転(基板Wの回転)を停止させる(ステップS7)。これにより、1枚の基板Wに対する洗浄処理が終了し、搬送ロボットによって、処理済みの基板Wが処理室2から搬出される(ステップS8)。
一方、基板Wの上面から挟持部材16に当って飛散する処理液の飛散方向は、挟持部材16の第2の上側当接面54の延長面に概ね沿うようになる。すなわち、基板Wの上面周縁部から飛散する処理液の飛散方向は、径方向外方に向かうに従って水平面に対して下向きに傾斜している。そのため、基板Wの下面周縁部から飛散する処理液と、基板Wの上面周縁部から飛散する処理液とが基板Wの周縁部において干渉する。
そのため、基板Wの周縁部から飛散する処理液を処理カップ8によって確実に捕獲でき、これにより、処理カップ8外への処理液の流出を抑制または防止できる。
これに対し、本実施形態では、基板Wの周縁部から飛散する処理液の全体の飛散方向が低いので、処理カップ8との衝突によって処理液の液滴が基板W側に跳ね返ることを抑制でき、これにより、処理液の液滴が基板Wに付着することに起因する基板W汚染を抑制または防止できる。
したがって、薬液消費量およびリンス液消費量を低減しつつ、高品質な基板処理を実現できる基板処理装置1を提供できる。
また、前述の処理例の薬液工程(S3)および高速リンス工程(S41)において、基板Wの周縁部から飛散する処理液の全体の飛散方向D1を低く抑えるためには、基板Wの下面への処理液の供給流量に対する、基板Wの上面への処理液の供給流量の流量比が、1.5以上であることが望ましい。但し、基板Wの下面への処理液の供給流量に対する、基板Wの上面への処理液の供給流量の流量比は、1.0を超えていれば1.5未満であってもよい。
次に、第1の試験〜第7の試験について説明する。図10は、第1の試験の試験結果を示す図である。図11は、第2の試験の試験結果を示す図である。図12は、第2の試験において、傾斜部46への試験紙の配置位置を説明するための平面図である。図13は、第3の試験の試験結果を示す図である。図14は、第4の試験の試験結果を示す図である。図15は、第5の試験の試験結果を示す図である。図16は、第6の試験の試験結果を示す図である。図17は、第7の試験の試験結果を示す図である。第1〜第7の試験のうち第1〜第5の試験は、次に述べる実施例および比較例に係るエッチング処理を試料に施す。
<第1の試験>
第1の試験では、実施例および比較例において、エッチング処理後の基板Wの表面における26(nm)以上の大きさのパーティクル数を計測した。
比較例では、薬液工程(S3)および高速リンス工程(S41)における基板Wの回転速度を1200(rpm)とした。
図10に示すように、薬液工程(S3)および高速リンス工程(S41)の基板Wの回転速度が800(rpm)、1000(rpm)および1200(rpm)である実施例では、エッチング処理後のパーティクル数が少なかった。
図10から、実施例において、エッチング処理後のパーティクルの発生を抑制できることがわかる。また、基板Wの回転速度が800(rpm)未満では、実施例であっても、エッチング処理後のパーティクルの発生を十分に抑制できないことがわかる。これは、薬液工程(S3)および高速リンス工程(S41)における基板Wの回転速度が800(rpm)未満であると、薬液工程(S3)や高速リンス工程(S41)おいて基板Wの上面の液膜61,71に亀裂等が生じ、基板Wの上面(表面)が部分的に露出する結果、基板Wの上面の周辺で浮遊しているパーティクルが基板Wの上面に付着したものと推察できる。
<第2の試験>
第2の試験では、実施例および比較例において、薬液工程(S3)における基板Wの回転速度を、それぞれ、800(rpm)、1000(rpm)および1200(rpm)の間で変化させ、そのときに基板Wの周縁部から飛散する薬液(希フッ酸(DHF))の飛散方向を計測した。
図11に示すように、基板Wの回転速度が、800(rpm)および1000(rpm)である実施例において、基板Wの周縁部から飛散する薬液の飛散方向は水平に近かった。また、基板Wの回転速度が1200(rpm)である実施例では、基板Wの周縁部から飛散する薬液の飛散方向は、斜め上方であるが水平面に対する角度は小さく抑えられていた。
図11から、実施例では、比較例と比較して、基板Wの周縁部から飛散する薬液の飛散方向を低く抑えることができることがわかる。とくに、基板Wの回転速度が800〜1000(rpm)である場合に、比較例と比較して、基板Wの周縁部から飛散する薬液の飛散方向を低く大幅に抑えることができることがわかる。
<第3の試験>
第3の試験では、実施例および比較例において、薬液工程(S3)時に処理カップ8外に流出する薬液(希フッ酸)の量を計測した。
第3の試験では、基板Wの下面への薬液の供給流量を1.5(リットル/分)とし、かつ基板Wの上面への薬液の供給流量を2.5(リットル/分)とすると共に、薬液工程(S3)における基板Wの回転速度を、それぞれ、400(rpm)、600(rpm)、800(rpm)および1200(rpm)の間で変化させた。
図13に示すように、基板Wの回転速度が、400(rpm)、600(rpm)および800(rpm)である場合には、実施例および比較例の別を問わず、処理カップ8外に流出する薬液は少量であった。
図13から、実施例では、基板Wの回転速度の如何によらずに、処理カップ8外に流出する薬液の量を低減できることがわかる。とくに、基板Wの回転速度が高速である場合に、比較例と比較して、処理カップ8外への薬液の流出を大幅に抑制できることがわかる。
<第4の試験>
第4の試験では、実施例および比較例において、1枚の基板Wに対してエッチング処理を施した後(initial)、および30枚の基板Wに連続してエッチング処理を施した後(after 30run)の基板Wの表面におけるパーティクル数およびパーティクルの大きさを計測した。
第4の試験の試験結果を図14に示す。図14では、基板Wの表面のパーティクル数を、26(nm)以上、32(nm)以上および45(nm)以上に分けて示す。
一方、比較例では、30枚の基板Wへの連続処理後においては、1枚の基板Wに対する処理後と比較して、基板Wの表面におけるパーティクル数は増加しており、とくに小さなパーティクルの数が増加していた。
<第5の試験>
第5の試験では、実施例および比較例において、エッチング処理後のエッチング量とエッチング均一性とを計測した。
比較例では、薬液工程(S3)および高速リンス工程(S41)における基板Wの回転速度を1200(rpm)とした。
第5の試験の試験結果を図15に示す。図15には、実施例および比較例における、エッチング量(Etching amount(nm))と、17点でのエッチング均一性(17pt Uniformity(%))とを示す。
図15から、実施例において、比較例の場合と同様、エッチング量の増減はなく、または、エッチング均一性が悪化することもないことがわかる。
<第6の試験>
第6の試験では、表面に酸化膜が形成されたシリコンウエハ(外径300(mm))を試料として採用し、薬液として希フッ酸を採用した。スピンチャック3に保持されて回転状態にあるこの試料に対し、基板処理装置1を用いて前述のエッチング処理の薬液工程(S3)を実行した。そして、基板Wの上面および基板Wの下面への薬液の供給流量の組合せを、「2.5(リットル/分)および1.0(リットル/分)」、「2.25(リットル/分)および1.0(リットル/分)」、「2.5(リットル/分)および1.5(リットル/分)」、「2.25(リットル/分)および1.5(リットル/分)」ならびに「2.0(リットル/分)および2.0(リットル/分)」の間で変化させた。
図16から、図16においてハッチングを付している領域に含まれる処理条件でエッチング処理を実行すると、処理後の基板Wが高品質になることがわかる。
<第7の試験>
第7の試験では、シリコンウエハ(外径300(mm))を試料として採用し、スピンチャック3に保持されて回転状態にあるこの試料に対し、基板処理装置1を用いて基板Wの下面のみに薬液(希フッ酸)を供給すると共に、そのときの薬液の供給流量を、1.0(リットル/分)、1.5(リットル/分)および2.0(リットル/分)の間で変化させた。薬液として希フッ酸を採用した。また、薬液工程(S3)における基板Wの回転速度を、400(rpm)、500(rpm)、600(rpm)、800(rpm)および1200(rpm)の間で変化させた。
図17からは、基板Wの下面への薬液の流量が1.0(リットル/分)以上であり、かつ基板Wの回転速度が500(rpm)以上であれば、基板Wの下面に、当該下面の全域を覆う薬液の液膜72を形成できることがわかる。
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。
また、前述のIPA置換工程(S5)のような有機溶剤置換工程は、省略することもできる。
また、本発明は、基板Wの表面からシリコン酸化膜を除去するエッチング処理に限らず、他のエッチング処理や洗浄処理等に広く適用できる。ただし、本発明の効果は、基板Wの表面が疎水性を示す場合にとくに顕著に発揮される。表面が疎水性を示す基板Wに対する処理としては、シリコン酸化膜を除去する処理以外に、レジストを除去する処理を例示できる。
3 スピンチャック(基板保持回転手段)
4 薬液供給ユニット(処理液上供給手段)
5 リンス液供給ユニット(処理液上供給手段)
7 下面処理液供給ユニット(処理液下供給手段)
8 処理カップ
9 制御装置(制御手段、設定手段)
15 スピンベース
16 チャックピン(基板支持部材)
53 下側当接面(第1の当接面)
54 上側当接面(第2の当接面)
A1 鉛直軸線
Claims (8)
- 所定の鉛直軸線回りに回転可能なスピンベースと、前記スピンベースと同伴回転可能に設けられ、基板の周端縁に当接して当該基板を支持する複数の基板支持部材とを有し、前記基板を水平姿勢に保持しながら前記鉛直軸線回りに回転させるための基板保持回転手段と、前記基板保持回転手段の周囲を取り囲み、当該基板保持回転手段によって回転されている基板から飛散する処理液を捕獲する処理カップとを含む基板処理装置において実行される基板処理方法であって、
前記スピンベースを回転させて、前記基板を前記鉛直軸線回りに所定の液処理速度で回転させる基板回転工程と、
前記基板回転工程に並行して、所定の第1の流量の処理液を前記基板の下面に供給すると共に、前記第1の流量よりも多い第2の流量の処理液を前記基板の上面に供給する処理液供給工程とを含む、基板処理方法。 - 前記液回転速度および前記第2の流量は、前記基板下面の全域を処理液の液膜で覆うことが可能な回転速度および流量に設定されている、請求項1に記載の基板処理方法。
- 前記第1の流量は1.0(リットル/分)以上である、請求項1または2に記載の基板処理方法。
- 前記第1の流量に対する前記第2の流量の流量比は1.5以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記液処理速度は、800(rpm)以上1200(rpm)以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 所定の鉛直軸線回りに回転可能なスピンベースと、前記スピンベースと同伴回転可能に設けられ、基板の周端縁に当接して当該基板を支持する複数の基板支持部材とを有し、前記基板を水平姿勢に保持しながら前記鉛直軸線回りに回転させるための基板保持回転手段と、
前記基板の上面に処理液を供給するための処理液上供給手段と、
前記基板の下面に処理液を供給するための処理液下供給手段と、
前記基板保持回転手段の周囲を取り囲み、当該基板保持回転手段によって回転されている基板から飛散する処理液を捕獲する処理カップと、
前記基板保持回転手段、前記処理液上供給手段および前記処理液下供給手段を制御して、前記基板を前記鉛直軸線回りに所定の液処理速度で回転させる基板回転工程と、前記基板回転工程に並行して、所定の第1の流量の処理液を前記基板の下面に供給すると共に、前記第1の流量よりも多い第2の流量の処理液を前記基板の上面に供給する処理液供給工程とを実行する制御手段とを含む、基板処理装置。 - 前記基板支持部材は、前記基板の下面周縁に当接するための第1の当接面と、前記基板の上面周縁に当接するための第2の当接面とによって区画された挟持部を有し、
前記第1の当接面は、水平面に対し、前記基板の回転半径方向外方に向かうに従って上向きに傾斜しており、
前記第2の当接面は、水平面に対し、前記基板の回転半径方向外方に向かうに従って下向きに傾斜している、請求項6に記載の基板処理装置。 - 前記液回転速度および前記第2の流量を、前記基板下面の全域を処理液の液膜で覆うことが可能な回転速度および流量に設定する設定手段をさらに含む、請求項6または7に記載の基板処理装置。
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