JP2016063193A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下地膜の除去を抑えつつ、上層の膜を除去すること。
【解決手段】実施形態に係る基板処理装置は、保持部と、供給部と、冷却機構とを備える。保持部は、下地膜であるＳｉＯ_２膜と、ＳｉＯ_２膜を覆う上層膜であるポリシリコン膜とが形成された基板を保持する。供給部は、保持部に保持された基板に対してフッ硝酸を供給する。冷却機構は、保持部に保持された基板を冷却する。
【選択図】図３

Description

開示の実施形態は、基板処理装置および基板処理方法に関する。

従来、シリコンウェハや化合物半導体ウェハなどの基板に薬液を供給することにより、基板上の膜を除去するエッチング処理が知られている。たとえば、特許文献１には、基板の周縁部に形成された膜をエッチング除去するベベルエッチング装置が開示されている。

特開２００８−４７６２９号公報

しかしながら、エッチング処理を行う場合、除去すべきでない下地膜まで薬液によって除去されてしまうおそれがある。

たとえば、表面にポリシリコン膜が形成されたポリシリコンウェハに対してベベルエッチング等のエッチング処理が行われることがある。この処理には、薬液としてフッ硝酸が用いられるが、フッ硝酸に含まれるフッ酸によって下地膜であるＳｉＯ_２膜が除去されてしまうおそれがある。このため、ポリシリコンウェハに対してエッチング処理を行う場合、下地膜であるＳｉＯ_２膜の除去を如何にして抑えるかが大きな課題となる。

実施形態の一態様は、下地膜の除去を抑えつつ、上層の膜を除去することのできる基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る基板処理装置は、保持部と、供給部と、冷却機構とを備える。保持部は、ＳｉＯ_２膜と、ＳｉＯ_２膜を覆うポリシリコン膜とが形成された基板を保持する。供給部は、保持部に保持された基板に対してフッ硝酸を供給する。冷却機構は、保持部に保持された基板を冷却する。

実施形態の一態様によれば、下地膜の除去を抑えつつ、上層の膜を除去することができる。

図１は、本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。 図２は、処理ユニットの概略構成を示す図である。 図３は、処理ユニットの具体的構成を示す図である。 図４は、エッチング選択比の温度依存性を示す図である。 図５は、基板処理の処理手順を示すフローチャートである。 図６は、フッ硝酸供給処理および冷却処理の実行タイミングの一例を示す図である。 図７は、第２の実施形態に係る処理ユニットの具体的構成を示す図である。 図８は、支持機構の配置を示す図である。 図９は、第２の実施形態に係るエッチング処理の動作例を示す図である。 図１０は、第２の実施形態に係るエッチング処理の動作例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する基板処理装置および基板処理方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。

図１に示すように、基板処理システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２と処理ステーション３とは隣接して設けられる。

搬入出ステーション２は、キャリア載置部１１と、搬送部１２とを備える。キャリア載置部１１には、複数枚の基板、本実施形態では半導体ウェハ（以下ウェハＷ）を水平状態で収容する複数のキャリアＣが載置される。

搬送部１２は、キャリア載置部１１に隣接して設けられ、内部に基板搬送装置１３と、受渡部１４とを備える。基板搬送装置１３は、ウェハＷを保持するウェハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１３は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウェハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウェハＷの搬送を行う。

処理ステーション３は、搬送部１２に隣接して設けられる。処理ステーション３は、搬送部１５と、複数の処理ユニット１６とを備える。複数の処理ユニット１６は、搬送部１５の両側に並べて設けられる。

搬送部１５は、内部に基板搬送装置１７を備える。基板搬送装置１７は、ウェハＷを保持するウェハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１７は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウェハ保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間でウェハＷの搬送を行う。

処理ユニット１６は、基板搬送装置１７によって搬送されるウェハＷに対して所定の基板処理を行う。

また、基板処理システム１は、制御装置４を備える。制御装置４は、たとえばコンピュータであり、制御部１８と記憶部１９とを備える。記憶部１９には、基板処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１８は、記憶部１９に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム１の動作を制御する。

なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置４の記憶部１９にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。

上記のように構成された基板処理システム１では、まず、搬入出ステーション２の基板搬送装置１３が、キャリア載置部１１に載置されたキャリアＣからウェハＷを取り出し、取り出したウェハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウェハＷは、処理ステーション３の基板搬送装置１７によって受渡部１４から取り出されて、処理ユニット１６へ搬入される。

処理ユニット１６へ搬入されたウェハＷは、処理ユニット１６によって処理された後、基板搬送装置１７によって処理ユニット１６から搬出されて、受渡部１４に載置される。そして、受渡部１４に載置された処理済のウェハＷは、基板搬送装置１３によってキャリア載置部１１のキャリアＣへ戻される。

次に、処理ユニット１６の構成について図２を参照して説明する。図２は、処理ユニット１６の概略構成を示す図である。

図２に示すように、処理ユニット１６は、チャンバ２０と、基板保持機構３０と、処理流体供給部４０と、回収カップ５０とを備える。

チャンバ２０は、基板保持機構３０と処理流体供給部４０と回収カップ５０とを収容する。チャンバ２０の天井部には、ＦＦＵ（Fan Filter Unit）２１が設けられる。ＦＦＵ２１は、チャンバ２０内にダウンフローを形成する。

基板保持機構３０は、保持部３１と、支柱部３２と、駆動部３３とを備える。保持部３１は、ウェハＷを水平に保持する。支柱部３２は、鉛直方向に延在する部材であり、基端部が駆動部３３によって回転可能に支持され、先端部において保持部３１を水平に支持する。駆動部３３は、支柱部３２を鉛直軸まわりに回転させる。かかる基板保持機構３０は、駆動部３３を用いて支柱部３２を回転させることによって支柱部３２に支持された保持部３１を回転させ、これにより、保持部３１に保持されたウェハＷを回転させる。

処理流体供給部４０は、ウェハＷに対して処理流体を供給する。処理流体供給部４０は、処理流体供給源７０に接続される。

回収カップ５０は、保持部３１を取り囲むように配置され、保持部３１の回転によってウェハＷから飛散する処理液を捕集する。回収カップ５０の底部には、排液口５１が形成されており、回収カップ５０によって捕集された処理液は、かかる排液口５１から処理ユニット１６の外部へ排出される。また、回収カップ５０の底部には、ＦＦＵ２１から供給される気体を処理ユニット１６の外部へ排出する排気口５２が形成される。

次に、処理ユニット１６の具体的な構成について図３を参照して説明する。図３は、処理ユニット１６の具体的構成を示す図である。図３では、処理ユニット１６の特徴を説明するために必要な構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

なお、本実施形態では、処理ユニット１６が、ウェハＷの周縁部に形成された膜をエッチング除去するベベルエッチング装置である場合の例について説明するが、処理ユニットは、必ずしもベベルエッチング装置であることを要しない。

図３に示すように、処理ユニット１６は、第１冷却機構６０と、第２冷却機構８０とを備える。第１冷却機構６０は、ウェハＷの周縁部を表面側から冷却し、第２冷却機構８０は、ウェハＷの周縁部を裏面側から冷却する。なお、ここでは、ウェハＷの板面のうち、処理流体供給部４０によって処理流体が供給される側の面すなわち被処理面をウェハＷの表面とする。

第１冷却機構６０は、本体部６１と、冷却部６２とを備える。本体部６１は、ウェハＷの上方においてウェハＷとわずかな間隔を隔てて配置される。

本体部６１は、ウェハＷの表面（被処理面）の略全面と対向する対向面６１１と、本体部６１の内部に形成される内部空間６１２とを備える。また、本体部６１は、たとえばＦＦＵ２１から供給されるドライエアやＮ２（窒素）といった気体を内部空間６１２内へ流入させる流入部６１３と、内部空間６１２内に流入した気体をウェハＷの周縁部の表面側へ向けて吐出する複数の吐出部６１４とを備える。複数の吐出部６１４は、たとえば対向面６１１の外周部に対して円周状に並べて配置される。

本体部６１には、図示しない昇降機構が接続される。かかる昇降機構は、たとえばウェハＷを基板保持機構３０に保持させたり基板保持機構３０から取り外したりする場合に、本体部６１を上方に移動させる。

なお、ここでは、ＦＦＵ２１からの気体を流入部６１３から内部空間６１２へ流入させる場合の例を示したが、流入部６１３に配管を接続し、図示しない気体供給源から供給される気体を上記配管を介して内部空間６１２へ供給してもよい。

冷却部６２は、本体部６１の内部空間６１２内に配置される。冷却部６２は、たとえば内部空間６１２の天井面に対して略円環状に配設された流路６２１と、この流路６２１に対して突設されたフィン部６２２とを備える。流路６２１は、バルブ６３および流量調整器６４を介して冷却水供給源６５に接続される。冷却水供給源６５は、たとえば常温の水を冷却する冷却機構を備え、かかる冷却機構によって所定の温度に冷却された水（以下、「冷却水」と記載する）を流路６２１へ供給する。

かかる冷却部６２は、冷却水供給源６５から供給される冷却水を流路６２１に流すことで、流路６２１に突設されたフィン部６２２を冷却する。これにより、流入部６１３から内部空間６１２内に流入した気体は、フィン部６２２によって所定の温度に冷却される。そして、フィン部６２２によって冷却された気体（以下、「冷却気体」と記載する）は、吐出部６１４からウェハＷの周縁部の表面側へ吐出される。

このように、第１冷却機構６０は、ウェハＷの周縁部の表面側に対して冷却気体を供給することによって、ウェハＷの周縁部を表面側から冷却する。

第２冷却機構８０は、本体部８１と、冷却部８２とを備える。本体部８１は、ウェハＷの下方においてウェハＷとわずかな間隔を隔てて配置される。

本体部８１は、ウェハＷの裏面の中心部以外の領域と対向する略円環状の対向面８１１と、本体部８１の内部に形成される内部空間８１２とを備える。本体部８１は、内部空間８１２に連通し、気体供給源８５から供給されるドライエアやＮ_２といった気体を流量調整器８４およびバルブ８３を介して内部空間８１２内へ流入させる流入部８１３と、内部空間８１２内に流入した気体をウェハＷの周縁部の裏面側へ向けて吐出する複数の吐出部８１４とを備える。

冷却部８２は、本体部８１の内部空間８１２内に配置される。冷却部８２は、たとえば内部空間８１２の底面に対して略円環状に配設された流路８２１と、この流路８２１に対して突設されたフィン部８２２とを備える。流路８２１は、バルブ８６および流量調整器８７を介して冷却水供給源８８に接続される。冷却水供給源８８は、たとえば常温の水を冷却する冷却機構を備え、かかる冷却機構によって所定の温度に冷却された水（冷却水）を流路８２１へ供給する。

かかる冷却部８２は、冷却水供給源８８から供給される冷却水を流路８２１に流すことで、流路８２１に突設されたフィン部８２２を冷却する。これにより、流入部８１３から内部空間８１２内に流入した気体は、フィン部８２２によって所定の温度に冷却される。そして、フィン部８２２によって冷却された気体（冷却気体）は、吐出部８１４からウェハＷの周縁部の裏面側へ吐出される。

このように、第２冷却機構８０は、ウェハＷの周縁部の裏面側に対して冷却気体を供給することによって、ウェハＷの周縁部を裏面側から冷却する。

なお、第１冷却機構６０および第２冷却機構８０の対向面６１１，８１１は、導熱性を有する材料、たとえば銅やアルミニウムといった金属で形成されてもよい。これらの対向面６１１，８１１は、内部空間６１２，８１２を介して冷却部６２，８２によって冷却されるため、かかる対向面６１１，８１１からの輻射によりウェハＷを冷却することができる。かかる場合、第１冷却機構６０および第２冷却機構８０は、流入部６１３，８１３および吐出部６１４，８１４を備えない構成、すなわち、ウェハＷに対して冷却気体を供給しない構成としてもよい。

基板保持機構３０は、ウェハＷよりも小径な保持部３１を備える。保持部３１は、たとえばバキュームチャックであり、ウェハＷの裏面の中心部を吸着保持する。なお、第２冷却機構８０は、かかる保持部３１の外周を取り囲むように配置される。

処理流体供給部４０は、吐出部４１を備える。吐出部４１は、たとえば第１冷却機構６０が備える本体部６１の外周部に設けられており、後述する薬液供給源７３からの薬液やＤＩＷ供給源７６からのＤＩＷ（常温の純水）をウェハＷの表面側の周縁部に対して供給する。なお、吐出部４１は、本体部６１と別体に設けられてもよい。

吐出部４１には、配管４２の一端が接続される。配管４２の他端は複数に分岐しており、分岐した各他端には、それぞれ薬液供給源７３およびＤＩＷ供給源７６が接続される。吐出部４１と薬液供給源７３との間には、バルブ７１および流量調整器７２が設けられ、吐出部４１とＤＩＷ供給源７６との間には、バルブ７４および流量調整器７５が設けられる。

かかる処理流体供給部４０は、薬液供給源７３から供給される薬液またはＤＩＷ供給源７６から供給されるＤＩＷを吐出部４１からウェハＷの表面（被処理面）に対して吐出する。薬液およびＤＩＷの流量は、流量調整器７２，７５によって調整される。

ここで、基板保持機構３０によって保持されるウェハＷは、ＳｉＯ_２膜が下地膜として形成され、かかるＳｉＯ_２膜上に、ＳｉＯ_２膜を覆うポリシリコン膜が上層膜として形成された基板（ポリシリコンウェハ）である。なお、ＳｉＯ_２膜とは、ＳｉＯ_２を主成分とする膜であって、後述するエッチング選択比に影響を与えない程度の不純物や添加物を含有するものであってもよい。同様に、ポリシリコン膜とは、ポリシリコンを主成分とする膜であって、後述するエッチング選択比に影響を与えない程度の不純物や添加物を含有するものであってもよい。

また、本実施形態において、処理流体供給部４０の吐出部４１からウェハＷの周縁部に対して供給される薬液は、フッ硝酸である。フッ硝酸とは、フッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ_３）との混合液である。

本実施形態に係る処理ユニット１６は、ウェハＷの周縁部に対してフッ硝酸を供給することにより、ウェハＷの周縁部に形成されたポリシリコン膜を除去する処理を行う。このようなベベルエッチング処理を行う場合、フッ硝酸に含まれるフッ酸によって下地膜であるＳｉＯ_２膜が除去されてしまうおそれがある。このため、フッ硝酸を用いてポリシリコン膜を除去する場合、下地膜であるＳｉＯ_２膜の除去を如何に抑えるかが大きな課題となる。

ここで、フッ硝酸を用いてポリシリコン膜の除去を行う場合における、ＳｉＯ_２膜のエッチングレートに対するポリシリコン膜のエッチングレートの比（以下、「エッチング選択比」と記載する）は、温度が低いほど大きくなる。

そこで、かかる特性に着目し、本実施形態に係る処理ユニット１６では、第１冷却機構６０および第２冷却機構８０によりウェハＷの周縁部を冷却しながら、ウェハＷに対してフッ硝酸を供給することとした。これにより、ＳｉＯ_２膜の除去を抑えつつ、ポリシリコン膜を選択的に除去することができる。

以下では、この点について具体的に説明する。まず、上述したエッチング選択比の温度依存性について図４を参照して説明する。図４は、エッチング選択比の温度依存性を示す図である。

なお、図４には、ウェハＷ上の反応ポイントにおける温度として横軸に「温度（℃）」を取り、縦軸に「エッチングレート（Ａ／ｍｉｎ）」および「エッチング選択比」を取ったグラフを示している。また、図４には、ＳｉＯ_２膜のエッチングレートを白抜きの丸で、ポリシリコン膜のエッチングレートを白抜きの四角で、エッチング選択比を白抜きの三角でそれぞれ示している。なお、エッチング選択比は、「ポリシリコン膜のエッチングレート（Ａ／ｍｉｎ）／ＳｉＯ_２膜のエッチングレート（Ａ／ｍｉｎ）」で表される。

図４に示すように、温度が６０℃から２５℃に低下した場合、ＳｉＯ_２膜のエッチングレートは、約４０００（Ａ／ｍｉｎ）から約５５０（Ａ／ｍｉｎ）に低下し、ポリシリコン膜のエッチングレートは、約３６０００（Ａ／ｍｉｎ）から約１６５００（Ａ／ｍｉｎ）に低下する。また、温度が２５℃から５℃に低下した場合、ＳｉＯ_２膜のエッチングレートは、約５５０（Ａ／ｍｉｎ）から約２００（Ａ／ｍｉｎ）に低下し、ポリシリコン膜のエッチングレートは、約１６５００（Ａ／ｍｉｎ）から約１３０００（Ａ／ｍｉｎ）に低下する。

したがって、エッチング選択比は、ウェハＷ上の反応ポイントにおける温度が６０℃から２５℃に低下した場合には、約９から約３０に上昇し、さらに２５℃から５℃に低下した場合には、約３０から約６５に上昇する。この結果より、温度が低いほどエッチング選択比が大きくなることがわかる。

なお、本実施形態では、下地膜としてＳｉＯ_２膜が形成され、上層膜としてポリシリコン膜が形成された基板に対し、薬液としてフッ硝酸を供給する場合の例について説明するが、下地膜、上層膜および薬液の組合せは、上記の例に限定されない。すなわち、下地膜、上層膜および薬液の組合せは、下地膜のエッチングレートに対する上層膜のエッチングレートの比が、温度が低いほど大きくなる組合せであればよい。

なお、図４に示すように、ポリシリコン膜／ＳｉＯ_２膜のエッチング選択比は、温度が６０℃から５℃に低下することで約７倍に上昇している。したがって、本願に開示する基板処理は、少なくとも、温度低下に伴うエッチング選択比の平均上昇率が７倍以上となる下地膜、上層膜および薬液の組合せに対して適用することが可能である。

次に、処理ユニット１６が実行する基板処理の処理手順について図５を参照して説明する。図５は、基板処理の処理手順を示すフローチャートである。

なお、処理ユニット１６は、制御装置４が備える制御部１８によって制御される。制御部１８は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、記憶部１９に記憶された図示しないプログラムを読み出して実行することによって処理ユニット１６の動作を制御する。なお、制御部１８は、プログラムを用いずにハードウェアのみで構成されてもよい。

図５に示すように、処理ユニット１６では、まず、ウェハＷの搬入処理が行われる（ステップＳ１０１）。かかる搬入処理では、基板搬送装置１７（図１参照）が保持部３１の上方にウェハＷを搬送し、保持部３１がウェハＷを吸着保持する。

つづいて、処理ユニット１６では、ベベルエッチング処理が行われる（ステップＳ１０２）。かかるベベルエッチング処理では、まず、駆動部３３が保持部３１を回転させることにより、保持部３１に保持されたウェハＷを所定の回転数で回転させる。その後、ベベルエッチング処理では、「フッ硝酸供給処理」および「冷却処理」が行われる。フッ硝酸供給処理は、バルブ７１を所定時間開放することにより、薬液供給源７３から供給されるフッ硝酸を吐出部４１からウェハＷの表面側の周縁部へ供給する処理である。なお、吐出部４１からは、たとえば常温のフッ硝酸が供給されるものとする。また、ここでは、「フッ硝酸供給処理」および「冷却処理」が同時に開始される場合について例示するが、後述のように、「フッ硝酸供給処理」および「冷却処理」の実行タイミングは異ならせても良い。

また、冷却処理は、第１冷却機構６０からウェハＷの表面側の周縁部に対して冷却気体を供給するとともに、第２冷却機構８０からウェハＷの裏面側の周縁部に対して冷却気体を供給する処理である。具体的には、バルブ８３を所定時間開放することにより、気体供給源８５から供給される気体を第２冷却機構８０の内部空間８１２へ供給する。また、バルブ６３およびバルブ８６を所定時間開放することにより、第１冷却機構６０の冷却部６２が備える流路６２１および第２冷却機構８０の冷却部８２が備える流路８２１に冷却水供給源６５，８８からの冷却水を流通させる。なお、冷却気体の温度は、たとえば１０℃である。

なお、冷却機構による基板処理の態様は、ウェハＷ上の反応ポイントにおける温度をフッ硝酸のみを供給した場合における温度よりも下げることができれば、本実施形態で説明したものに限定されない。例えば、供給されるフッ硝酸の温度に対応して、冷却処理のための冷却気体の温度や冷却水の流量も異なる設定値にできる。

そして、ベベルエッチング処理では、第１冷却機構６０および第２冷却機構８０によりウェハＷの周縁部を冷却しながら（冷却処理）、処理流体供給部４０からフッ硝酸を供給することによって（フッ硝酸供給処理）、ウェハＷの周縁部に形成されたポリシリコン膜を除去する処理が行われる。

上述したように、フッ硝酸を用いてポリシリコン膜の除去を行う場合、ポリシリコン膜／ＳｉＯ_２膜のエッチング選択比は、温度が低いほど大きくなる。したがって、本実施形態に係る処理ユニット１６のように、ウェハＷを冷却しながらフッ硝酸によるポリシリコン膜の除去を行うことで、下地膜であるＳｉＯ_２膜の除去を抑えつつ、ポリシリコン膜を除去することができる。

また、本実施形態に係る処理ユニット１６では、第１冷却機構６０が、ウェハＷの表面側の周縁部に対して冷却気体を供給し、第２冷却機構８０が、ウェハＷの裏面側の周縁部に対して冷却気体を供給することとした。このように、ウェハＷの周縁部を両面から冷却することにより、ウェハＷの周縁部を短期間で所望の温度に冷却することができる。また、両面から冷却することで、ウェハＷに反りを生じさせ難くすることができる。

なお、本実施形態に係る処理ユニット１６のように冷却機構を用いてウェハＷを冷却する手法に代えて、所定の温度に冷却されたフッ硝酸をウェハＷへ供給する手法も考えられる。しかしながら、ベベルエッチング処理を行う場合、所定の温度に低下させたフッ硝酸をウェハＷの周縁部に供給しても、ウェハＷに対して接触するフッ硝酸の量が少ないためウェハＷの温度は低下し難い。すなわち、反応ポイントにおける温度を低下させることが難しい。このため、フッ硝酸を冷却させる手法では、ポリシリコン膜／ＳｉＯ_２膜のエッチング選択比を上昇させることが困難である。

これに対し、本実施形態に係る処理ユニット１６によれば、第１冷却機構６０および第２冷却機構８０を用いてウェハＷの周縁部を直接冷却することとしたため、ウェハＷ上の反応ポイントにおける温度を効率的に低下させることができる。したがって、ポリシリコン膜／ＳｉＯ_２膜のエッチング選択比を上昇させることが容易である。

つづいて、フッ硝酸供給処理および冷却処理の実行タイミングについて図６を参照して説明する。図６は、フッ硝酸供給処理および冷却処理の実行タイミングの一例を示す図である。

図６に示すように、フッ硝酸供給処理が開始されるタイミングをｔ１とし、終了するタイミングをｔ３とした場合、冷却処理は、タイミングｔ１よりも遅いタイミングｔ２で開始されてもよい。第１冷却機構６０および第２冷却機構８０を用いてウェハＷを冷却することで、ポリシリコン膜のエッチングレートは低下する。そこで、フッ硝酸供給処理が開始されてから予め決められた時間が経過した後で冷却処理を開始させることで、冷却処理が開始されるまでの期間（ｔ１〜ｔ２）において、ポリシリコン膜を高いエッチングレートで除去することができる。したがって、ＳｉＯ_２膜の除去を抑えつつ、ベベルエッチング処理に要する時間を短縮させることができる。なお、より高いエッチングレートを達成したければ、期間（ｔ１〜ｔ２）において、不図示のヒーターによりウェハＷの温度を高くしてもよい。

なお、上記の例に限らず、冷却処理は、フッ硝酸供給処理と同時に開始されてもよいし、フッ硝酸供給処理に先だって開始されてもよい。

また、図６に示すように、冷却処理は、フッ硝酸供給処理の終了タイミングｔ３よりも遅いタイミングで終了してもよい。たとえば、冷却処理は、後述するリンス処理が開始されるタイミングｔ４で終了してもよい。

フッ硝酸供給処理が終了した後も、ウェハＷの周縁部にはフッ硝酸が残存する。このため、フッ硝酸供給処理の終了後も冷却処理を継続させることで、フッ硝酸によるＳｉＯ_２膜の除去をより確実に抑制することができる。なお、冷却処理は、リンス処理の開始タイミングｔ４まで継続させることが好ましいが、フッ硝酸供給処理の終了タイミングｔ３よりも遅く、リンス処理の開始タイミングｔ４よりも早いタイミングで終了させてもよい。また、上記の例に限らず、冷却処理は、フッ硝酸供給処理と同時に終了してもよいし、フッ硝酸供給処理に先だって終了してもよい。このように、処理ユニット１６は、フッ硝酸供給処理を停止させてから予め決められた時間が経過した後で冷却処理を停止させてもよい。

また、ウェハＷの表面側は、処理流体供給部４０から供給されるフッ硝酸により、ウェハＷの裏面側と比較して温度が低下し難い。このため、第１冷却機構６０から供給される冷却気体の温度は、第２冷却機構８０から供給される冷却気体の温度よりも低く設定されてもよい。これにより、ウェハＷの表面側の冷却温度を裏面側の冷却温度に近付けることができる。

つづいて、処理ユニット１６では、ウェハＷの周縁部をＤＩＷですすぐリンス処理が行われる（ステップＳ１０３）。かかるリンス処理では、バルブ７４が所定時間開放されることによって、ＤＩＷ供給源７６から供給されるＤＩＷが吐出部４１からウェハＷの被処理面へ供給され、ウェハＷに残存するエッチング液が洗い流される。なお、ＤＩＷ供給源７６から供給されるＤＩＷの流量は、流量調整器７５によって調整される。

つづいて、処理ユニット１６では、乾燥処理が行われる（ステップＳ１０４）。かかる乾燥処理では、ウェハＷの回転速度を増速させることによってウェハＷ上のＤＩＷを振り切ってウェハＷを乾燥させる。

その後、処理ユニット１６では、搬出処理が行われる（ステップＳ１０５）。かかる搬出処理では、駆動部３３によるウェハＷの回転が停止した後、ウェハＷが基板搬送装置１７（図１参照）によって処理ユニット１６から搬出される。かかる搬出処理が完了すると、１枚のウェハＷについての一連の基板処理が完了する。

上述してきたように、本実施形態に係る処理ユニット１６は、保持部３１と、駆動部３３（「回転機構」の一例に相当）と、処理流体供給部４０（「供給部」の一例に相当）と、第１冷却機構６０および第２冷却機構８０（「冷却機構」の一例に相当）とを備える。保持部３１は、ＳｉＯ_２膜と、ＳｉＯ_２膜を覆うポリシリコン膜とが形成されたウェハＷを保持する。駆動部３３は、保持部３１を回転させる。処理流体供給部４０は、保持部３１に保持されたウェハＷの表面側の周縁部に対してフッ硝酸を供給する。第１冷却機構６０および第２冷却機構８０は、保持部３１に保持されたウェハＷの周縁部を両面から冷却する。

したがって、本実施形態に係る処理ユニット１６によれば、下地膜であるＳｉＯ_２膜の除去を抑えつつ、上層膜であるポリシリコン膜を除去することができる。

なお、上述した第１の実施形態では、処理ユニット１６が、第１冷却機構６０および第２冷却機構８０を用いてウェハＷの周縁部を両面から冷却する場合の例について説明したが、処理ユニット１６は、第１冷却機構６０および第２冷却機構８０のうち何れか一方を備える構成であってもよい。

たとえば、上述したように、ウェハＷの表面側は、処理流体供給部４０から供給されるフッ硝酸により、ウェハＷの裏面側と比較して温度が低下し難い。このため、処理ユニット１６は、ウェハＷを裏面側から冷却する第２冷却機構８０のみ備える構成であってもよい。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、処理ユニット１６が、ウェハＷの周縁部に形成されたポリシリコン膜を除去するベベルエッチング処理を行う場合の例について説明したが、処理ユニットが実行する処理は、ベベルエッチング処理に限定されない。以下では、第２の実施形態として、ウェハＷの裏面の全面をエッチング処理する場合の例について説明する。

まず、第２の実施形態に係る処理ユニットの構成について図７を参照して説明する。図７は、第２の実施形態に係る処理ユニットの具体的構成を示す図である。また、図８は、支持機構の配置を示す図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図７に示すように、第２の実施形態に係る処理ユニット１６Ａは、ウェハＷの全面を表面側から冷却する冷却機構６０Ａを備える。

冷却機構６０Ａは、本体部６１Ａと、冷却部６２Ａとを備える。本体部６１Ａは、ウェハＷの上方においてウェハＷとわずかな間隔を隔てて配置される。

本体部６１Ａは、ウェハＷの表面の略全面と対向する対向面６１１Ａと、本体部６１Ａの内部に形成される内部空間６１２Ａとを備える。また、本体部６１Ａは、たとえばＦＦＵ２１から供給されるドライエアやＮ_２といった気体を内部空間６１２Ａ内へ流入させる流入部６１３Ａと、内部空間６１２Ａ内に流入した気体をウェハＷの表面側の中心部へ向けて吐出する吐出部６１４Ａとを備える。

冷却部６２Ａは、本体部６１Ａの内部空間６１２Ａ内に配置される。冷却部６２Ａは、たとえば内部空間６１２Ａの底面に対して略円環状に配設された流路６２１Ａと、この流路６２１Ａに対して突設されたフィン部６２２Ａとを備える。流路６２１Ａは、バルブ６３および流量調整器６４を介して冷却水供給源６５に接続される。かかる冷却部６２Ａは、冷却水供給源６５から供給される冷却水を流路６２１Ａに流すことで、流路６２１Ａに突設されたフィン部６２２Ａを冷却する。

内部空間６１２Ａには、仕切板６６が設けられる。仕切板６６は、内部空間６１２Ａを上側の空間と下側の空間とに仕切る部材であり、外周部には複数の流路６６１が形成されている。

ＦＦＵ２１から供給される気体は、流入部６１３Ａから内部空間６１２Ａの上側の空間へ流入した後、仕切板６６の流路６６１から内部空間６１２Ａの下側の空間へ流入する。そして、下側の空間へ流入した気体は、下側の空間の外周部から中心部へ移動する間に冷却部６２Ａによって冷却されて、吐出部６１４ＡからウェハＷの表面側の中心部へ供給される。その後、冷却気体は、ウェハＷと対向面６１１Ａとの間の隙間を通って、ウェハＷの中心部から周縁部へ向かって流れる。これにより、ウェハＷの全面が冷却される。

このように、冷却機構６０Ａは、ウェハＷの表面側の中心部に対して冷却気体を供給することで、ウェハＷの全面を冷却する。

また、処理ユニット１６Ａは、基板保持機構３０Ａを備える。基板保持機構３０Ａは、ウェハＷの径よりも僅かに小径な保持部３１Ａと、保持部３１Ａを支持する支柱部３２Ａと、支柱部３２Ａを回転させる駆動部３３Ａとを備える。

かかる基板保持機構３０Ａは、保持部３１Ａおよび支柱部３２Ａの中心部を鉛直方向に貫通する中空部３２１を備える。

また、処理ユニット１６Ａは、処理流体供給部４０Ａを備える。処理流体供給部４０Ａは、基板保持機構３０Ａの中空部３２１に挿通される。処理流体供給部４０Ａの内部には、吐出部４１Ａが形成される。吐出部４１Ａには、配管４２の一端が接続される。配管４２の他端は複数に分岐しており、分岐した各他端には、それぞれ薬液供給源７３およびＤＩＷ供給源７６が接続される。吐出部４１Ａと薬液供給源７３との間には、バルブ７１および流量調整器７２が設けられ、吐出部４１ＡとＤＩＷ供給源７６との間には、バルブ７４および流量調整器７５が設けられる。

かかる処理流体供給部４０Ａは、薬液供給源７３からのフッ硝酸またはＤＩＷ供給源７６からのＤＩＷをウェハＷの裏面側の中心部に対して供給する。

また、処理ユニット１６Ａは、支持機構１００と、複数の弾性部材１１０と、回転カップ１２０とを備える。

支持機構１００は、ウェハＷの裏面を支持する。かかる支持機構１００は、ウェハＷの裏面に向かって突出する複数の支持ピン１０１と、保持部３１Ａの周面に形成された挿入口３１１（図１０参照）に対して水平方向に進退可能に設けられ、各支持ピン１０１を先端部において支持する複数の支持部材１０２とを備える。図８に示すように、複数の支持ピン１０１は、円周状に並べて配置される。

これら複数の支持ピン１０１により、ウェハＷは、保持部３１Ａの上面からわずかに離間した状態で水平に保持される。なお、支持ピン１０１の個数は、図示のものに限定されない。

弾性部材１１０は、たとえばコイルバネであり、支持ピン１０１の各々に対応して設けられ、支持ピン１０１の水平方向外方への移動を弾性的に規制する。かかる弾性部材１１０は、一端が支持ピン１０１に固定され、他端が回転カップ１２０の後述する固定部材１２１に固定される。

回転カップ１２０は、保持部３１Ａを取り囲むように配置される。かかる回転カップ１２０は、たとえば図示しない支持部材によって保持部３１Ａに支持されることにより、保持部３１Ａと共に回転しながら、ウェハＷから飛散するフッ硝酸を捕集する。回転カップ１２０の内側には固定部材１２１が設けられており、かかる固定部材１２１に弾性部材１１０の他端が固定される。

次に、上記のように構成された処理ユニット１６Ａが実行するエッチング処理の動作例について図９および図１０を参照して説明する。図９および図１０は、第２の実施形態に係るエッチング処理の動作例を示す図である。なお、図９は、ウェハＷを第１の回転数で回転させた状態を示し、図１０は、ウェハＷを第１の回転数よりも高い第２の回転数で回転させた状態を示している。

第２の実施形態に係るエッチング処理では、まず、駆動部３３Ａが保持部３１Ａを回転させることにより、保持部３１Ａに保持されたウェハＷを第１の回転数で回転させる。第１の回転数は、たとえば１６００ｒｐｍである。これにより、支持機構１００は、保持部３１Ａの回転に伴う遠心力によって水平方向外方へ移動するとともに、弾性部材１１０から受ける付勢力と上記遠心力とが釣り合う位置で停止する。

つづいて、エッチング処理では、「フッ硝酸供給処理」と「冷却処理」とが行われる。フッ硝酸供給処理は、バルブ７１を所定時間開放することにより、薬液供給源７３から供給されるフッ硝酸を吐出部４１ＡからウェハＷの裏面側の中心部へ供給する処理である。ウェハＷの裏面側の中心部へ供給されたフッ硝酸は、ウェハＷの回転に伴う遠心力によってウェハＷの裏面の全面に広がる。これにより、ウェハＷの裏面の全面に形成されたポリシリコン膜が除去される。また、フッ硝酸は、ウェハＷの回転に伴う遠心力によってウェハＷの表面側の周縁部に回り込む。これにより、ウェハＷの周縁部に形成されたポリシリコン膜も除去される。

また、冷却処理は、冷却機構６０ＡからウェハＷの表面側の中心部に対して冷却気体を供給することによってウェハＷの全面を冷却する処理である。具体的には、バルブ６３を所定時間開放することにより、冷却部６２Ａが備える流路６２１Ａに冷却水供給源６５からの冷却水を流通させる。

このように、第２の実施形態に係るエッチング処理では、冷却機構６０ＡによりウェハＷの全面を冷却しながら、処理流体供給部４０Ａから供給されるフッ硝酸によってウェハＷの裏面および周縁部に形成されたポリシリコン膜を除去する処理が行われる（図９参照）。したがって、第１の実施形態に係るベベルエッチング処理と同様、ＳｉＯ_２膜の除去を抑えつつ、ポリシリコン膜を除去することができる。

また、第２の実施形態に係るエッチング処理では、吐出部４１Ａと冷却機構６０Ａとが両方ともウェハＷの回転中心にあるので、フッ硝酸が即座に冷却されるという効果も有する。さらに、冷却機構６０Ａに第１の実施形態で示した周縁位置の吐出部を設け、ウェハＷの全体に対して、均一な冷却が可能なように構成してもよい。

ここで、図９に示すように、ウェハＷの裏面のうち支持ピン１０１と接触する部分には、フッ硝酸が十分に行き渡らずにポリシリコン膜が残存するおそれがある。

そこで、第２の実施形態に係るエッチング処理では、フッ硝酸供給処理が行われる間に、ウェハＷの回転数を第１の回転数から第１の回転数よりも高い第２の回転数へ変更する処理が行われる。第２の回転数は、たとえば２２００ｒｐｍである。これにより、保持部３１Ａの回転に伴う遠心力が増すため、弾性部材１１０からの付勢力と上記遠心力とが釣り合う位置が水平方向外方にずれる。すなわち、支持ピン１０１の位置が水平方向外方にずれる。この結果、図１０に示すように、支持ピン１０１の存在によりウェハＷの裏面に残存していたポリシリコン膜をフッ硝酸によって除去することができる。

このように、第２の実施形態に係る処理ユニット１６Ａは、フッ硝酸供給処理中に保持部３１Ａの回転数を変更して支持ピン１０１の位置をずらすことによって、エッチング処理を中断させることなく、ウェハＷの裏面に膜残りが生じることを防止することができる。また、たとえば、ウェハＷに加減速を加えてウェハＷをスリップさせる手法や２種類のチャックでウェハＷを持ち替える手法と比べて、パーツが擦れて劣化したり、構成が複雑化したりすることを抑制することができる。

なお、ここでは、保持部３１Ａの回転数を低速から高速へ変化させることとしたが、保持部３１Ａの回転数は、高速から低速へ変化させてもよい。また、保持部３１Ａの回転数を第１の回転数から第２の回転数まで多段階で変化させてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

Ｗ ウェハ
１ 基板処理システム
４ 制御装置
１６ 処理ユニット
１８ 制御部
１９ 記憶部
３０ 基板保持機構
３１ 保持部
３３ 駆動部
４０ 処理流体供給部
４１ 吐出部
６０ 第１冷却機構
６２ 冷却部
８０ 第２冷却機構
８２ 冷却部
１００ 支持機構
１０１ 支持ピン
１０２ 支持部材
１１０ 弾性部材
１２０ 回転カップ
６１１，８１１ 対向面
６１２，８１２ 内部空間
６１３，８１３ 流入部
６１４，８１４ 吐出部
６２１，８２１ 流路
６２２，８２２ フィン部

Claims (8)

1. ＳｉＯ_２膜と、前記ＳｉＯ_２膜を覆うポリシリコン膜とが形成された基板を保持する保持部と、
   前記保持部に保持された基板に対してフッ硝酸を供給する供給部と、
   前記保持部に保持された基板を冷却する冷却機構と
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記冷却機構により前記基板を冷却しながら、前記供給部から供給されるフッ硝酸によって前記ポリシリコン膜を除去する処理を実行させる制御部
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記制御部は、
   前記供給部から前記基板へのフッ硝酸の供給を開始させ、予め決められた時間が経過した後、前記冷却機構による前記基板の冷却を開始させること
   を特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記制御部は、
   前記供給部から前記基板へのフッ硝酸の供給を停止させ、予め決められた時間が経過した後、前記冷却機構による前記基板の冷却を停止させること
   を特徴とする請求項２または３に記載の基板処理装置。
5. 前記供給部は、
   前記基板の一方の面に対してフッ硝酸を供給し、
   前記冷却機構は、
   前記基板の他方の面に対して冷却気体を供給することによって前記基板を冷却すること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
6. 前記冷却機構は、
   前記基板の一方の面に対して冷却気体を供給することによって前記基板を冷却する第１冷却機構と、
   前記基板の他方の面に対して冷却気体を供給することによって前記基板を冷却する第２冷却機構と
   を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
7. 前記保持部を回転させる回転機構をさらに備え、
   前記供給部は、
   前記回転される基板の周縁部に対してフッ硝酸を供給し、
   前記冷却機構は、
   前記基板の周縁部を冷却すること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の基板処理装置。
8. ＳｉＯ_２膜と、前記ＳｉＯ_２膜を覆うポリシリコン膜とが形成された基板を保持部により保持する保持工程と、
   前記保持工程において保持された基板を冷却機構により冷却する冷却工程と、
   前記冷却工程と重複して行われ、前記保持工程において保持された基板に対して供給部によりフッ硝酸を供給することによって前記基板に形成されたポリシリコン膜を除去する除去工程と
   を含むことを特徴とする基板処理方法。

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