JP2016066740A - 基板液処理方法、基板液処理装置、及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】より少ない処理液の使用量で、基板の被処理領域を処理液の液膜で覆うことができる技術を提供する。
【解決手段】基板Ｗを水平姿勢で鉛直軸線周りに回転させながら、第１ノズル４００から、基板Ｗの表面の中央部に、第１処理液を第１流量にて供給し、第１処理液の液膜Ｌが少なくとも被処理領域に形成された状態で、第２ノズル６００から、基板Ｗの中央部に、第２処理液を供給する。その後、基板Ｗ周縁部に、第２処理液の供給を行いながら、基板の中央部に、第１処理液を第１流量よりも少ない第２流量にて供給する。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板に処理液を供給して基板の液処理を行う技術に関する。

半導体ウエハなどの基板（以下、ウエハという）に薬液処理、リンス処理などの液処理を施す際に採用される最も一般的な手法は、基板を水平姿勢で鉛直軸線周りに回転させた状態で基板の中央部に処理液を供給することである（例えば特許文献１）。この場合、基板の中央部に供給された処理液は遠心力により拡散し、処理液によって液処理が行われる領域である被処理領域を含む、基板の表面全体が処理液の液膜により覆われる。

この液処理の際に処理液によって覆われていない部位が基板の表面に存在すると、様々な問題が生じる。例えば薬液処理の場合には処理が不均一になる。また、例えばパターンが形成された基板をＤＩＷ（DeIonized Water）などの純水でリンス処理する場合には、パターン内に前工程の処理液（例えば薬液）が残留し、リンス処理が不十分になる。

処理液によって基板表面を覆うためには、基板の回転速度と処理液の流量に影響を受ける。基板の回転速度が高いほど、処理液の液膜は広がりやすいが、処理液の飛散（例えばカップの外側への飛散）の問題があるため好ましくない。また、処理液の流量が大きいほど、処理液の液膜は基板の表面全体に広がりやすいが、処理液の使用量の増加の問題がある。処理液の使用量を増やすことなく基板表面を液膜で覆うことが求められている。

特開２００９−５９８９５号公報：段落００６０〜００７１

本発明は、より少ない処理液の使用量で、基板の被処理領域を処理液の液膜で覆うことができる技術を提供するものである。

本発明の基板液処理方法は、基板を水平姿勢で鉛直軸線周りに回転させながら、前記基板の中央部に、第１処理液を第１流量にて供給する第１処理液供給工程と、
前記第１処理液の液膜が基板の少なくとも被処理領域に形成された状態で、前記第１処理液供給工程を行いながら、前記基板の周縁部に第２処理液を供給する第２処理液供給工程と、
その後、前記基板の周縁部に、第２処理液の供給を行いながら、基板の中央部に、第１処理液を第１流量よりも少ない第２流量にて供給する第３処理液供給工程と、を含むことを特徴とする。

前記基板液処理方法は、下記の構成を備えていてもよい。
（ａ）前記第２処理液供給工程では、前記第１処理液の液膜の周縁部に、第２処理液を供給すること。
（ｂ）前記第２処理液は、前記第１処理液と混合可能であること。この場合、例えば、前記第１処理液及び第２処理液は、純水であること。または、前記第２処理液は、前記第１処理液よりも表面張力が低いこと。この場合、前記第１処理液は純水であり、前記第２処理液はイソプロピルアルコールであること。
（ｃ）前記第２流量と、第２処理液の供給流量との合計の流量は、前記第１流量よりも少ないこと。
（ｄ）前記第２処理液は、前記鉛直軸線周りに基板と同方向に回転する回転円の上流側から下流側へ向けて、前記回転円の接線方向に沿って、または前記回転円の径方向内側から外側へ向けて供給され、上面から見た前記第２処理液の供給方向と、前記接線方向との成す角度θ_１が０°以上、４５°以下の範囲内、側面側から見た前記供給方向と、基板の表面とが成す角度θ_２が５°以上、１５°以下の範囲内となるように、前記基板に供給されること。

本発明は、第１処理液によって基板の被処理領域に液膜を形成した後に、基板の周縁部に第２処理液を供給することにより、表面張力によって液膜が小さくなろうとする作用が抑えられる。この結果、第１処理液単独で被処理領域に液膜を形成可能な第１流量よりも少ない第２流量にまで第１処理液の供給流量を低減しても、前記液膜が被処理領域を覆った状態を維持して基板の液処理を行い、基板の表面のパーティクルを減らすことができる。

本発明の実施の形態に係る処理ユニットを備えた基板処理システムの概要を示す平面図である。 前記処理ユニットの概要を示す縦断側面図である。 前記処理ユニットの平面図である。 前記処理ユニットを第１、第２ノズルと共に示した縦断側面図である。 ウエハに対する前記第２ノズルの配置状態を示す平面図である。 ウエハに対する前記第２ノズルの配置状態を示す側面図である。 前記第１ノズルの構成を示す拡大図である。 前記第１、第２ノズルを用いた液処理の動作の流れを示す流れ図である。 前記液処理の動作を示す第１の説明図である。 前記液処理の動作を示す第２の説明図である。 前記液処理の動作を示す第３の説明図である。 ウエハの表面に形成された液膜の状態を示す説明図である。 第２ノズルから供給されたアシスト液の作用を示す説明図である。 他の例に係る液処理の動作を示す説明図である。 前記処理ユニットの他の構成例を示す縦断側面図である。 参考例１に係る第１の説明図である。 参考例１に係る第２の説明図である。 比較例１に係る説明図である。 比較例２に係る説明図である。

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。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エハ（以下ウエハ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、ウエハＷを保持するウエ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、ウエハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウエハ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、ウエハＷを保持するウエ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、ウエハ保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間でウエハ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エハ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からウエハＷを取り出し、取り出したウエハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウエハ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へ搬入されたウエハ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エハ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。

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、ウエハ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に保持されたウエハＷを回転させる。

処理流体供給部４０は、ウエハ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の回転によってウエハ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。

以上に概略構成を説明した処理ユニット１６は、本発明の基板液処理装置に相当する。例えば当該処理ユニット１６に設けられた既述の処理流体供給部４０は、処理流体として、ウエハＷの表面の自然酸化物を除去するためのＤＨＦ（Diluted HydroFluoric acid）を供給し、次いでリンス液であるＤＩＷ（第１処理液）を供給してウエハＷのリンス処理を行う。さらに処理ユニット１６は、リンス洗浄の際に、ウエハＷの全面にリンス液の液膜が形成された状態を維持するためのアシスト用の処理液（以下、「アシスト液」ともいう）であるＤＩＷ（第２処理液）の供給を行う第２処理液供給部６０を備える。
以下、これら処理流体供給部４０、第２処理液供給部６０の詳細な構成について図３〜図７を参照しながら説明する。

図３に示すように、処理ユニット１６は回収カップ５０が設けられたチャンバ２０内に処理流体供給部４０と第２処理液供給部６０とを備え、搬入出口２０１を介してチャンバ２０内に搬入されたウエハＷの処理を行う。搬入出口２０１はシャッタ２０２によって開閉される。
図１を用いて説明したように、搬送部１５の両側に並べて設けられた複数の処理ユニット１６は、各々、搬入出口２０１を搬送部１５側に向けて配置されている。図３〜図５には、新たにＸ’軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸を用いて各処理ユニット１６内の方向を示してある。これらの軸方向は、搬入出口２０１が設けられている方向をＹ’軸方向の前方側とし、このＹ’軸に直交するＹ’軸、Ｚ’軸を規定した。またＺ’軸正方向を鉛直上向き方向とした。

図３、図４に示すように、処理流体供給部４０は、第１ノズル４００を備えたノズルヘッド４１と、このノズルヘッド４１が先端部に取り付けられたノズルアーム４２と、ノズルアーム４２の基端部を支持し、当該基端部を回転軸としてノズルアーム４２を水平方向に回転させる回転駆動部４３と、を備えている。回転駆動部４３は、ウエハＷにＤＨＦやリンス液の供給を行うための、当該ウエハＷの中央部上方側に設定された処理位置（図４参照）と、回収カップ５０の側方に退避した退避位置（図３参照）との間で第１ノズル４００を移動させる。
また回転駆動部４３は、ノズルアーム４２を回転させるときの高さ位置と、ウエハＷに処理流体（ＤＨＦやリンス液）を供給するための下方側の高さ位置との間で、ノズルアーム４２を昇降させる。

ノズルアーム４２には、第１ノズル４００に接続された供給管（後述の先端側供給管４０１、基端側供給管４０３）が設けられ、この供給管４０１、４０３は、リンス液供給路７１１、ＤＨＦ供給路７１３に接続されている。各供給路７１１、７１３は、既述の処理流体供給源７０を構成するＤＩＷ供給源７０１及びＤＨＦ供給源７０２に接続されている。これらＤＩＷ供給源７０１、ＤＨＦ供給源７０２は、各々処理流体の貯留部やポンプ、流量調節バルブなどを備え、制御部１８からの制御信号に従って各処理流体を第１ノズル４００に供給する。

ここで図７に示すように、ノズルアーム４２に配設される供給管４０１、４０３は、中央部の継手部４０２を挟んで、先端側の先端側供給管４０１と基端側の基端側供給管４０３との間で配管径が異なっている。基端側の基端側供給管４０３は、相対的に配管径が細く、例えばその内径φ２が４ｍｍとなっている。これに対して、第１ノズル４００が設けられている先端側供給管４０１は、相対的に配管径が太く、例えばその内径φ１は６ｍｍである。

ウエハＷの中央に供給された処理流体（ＤＨＦやリンス液）は、ウエハＷの表面に着液する際に液跳ねが発生しやすい。液跳ねの発生を抑えるためには、処理流体の供給管の配管径を太くして、処理流体の流速を下げ、ウエハＷへの着液時の衝突力を低減することが好ましい。しかしながら、第１ノズル４００に接続された供給管全体の配管径を太くしてしまうと、供給管内に保持される処理流体の液量が増大する。この結果、図示しない開閉弁により処理流体の供給を停止した際に、開閉弁より下流側に残留する処理流体に働く慣性力が大きくなって、意図しない位置にて第１ノズル４００から処理流体が滴下する現象（いわゆる「ボタ落ち」）が発生しやすくなる。

そこで本例においては、第１ノズル４００に近い、先端側供給管４０１から第１ノズル４００の先端までの配管径を太くして処理流体のウエハＷへの着液時の衝突力を低減する一方、基端側の基端側供給管４０３の配管径を細くすることにより、供給管４０１、４０３内に保持される処理流体の液量の増大を抑えている。この結果、ウエハＷへ処理流体を供給する際の液跳ねの発生を抑えつつ、第１ノズル４００からのボタ落ちの発生を抑制している。

ここで、処理流体が吐出される際の流速を下げるためには、先端部の第１ノズル４００の内径のみを太くすればよいようにも思われる。しかしながら、この場合内径が変化した箇所で処理液の流れが乱れ、乱れた状態で処理液が吐出されるため、ウエハの着液時に液跳ねが発生しやすくなる。液跳ねの発生を抑えるためには、図７に示すように第１ノズル４００の上流側の水平部分において配管径を太くすることが好ましい。
なお、図４には第１ノズル４００を１つだけ示してあるが、ノズルヘッド４１には、ＤＨＦ、リンス液を別々に供給する２つの第１ノズル４００を設けて各第１ノズル４００とリンス液供給路７１１、ＤＨＦ供給路７１３との間を先端側供給管４０１、基端側供給管４０３を介して接続してもよい。

図３、図４に示すように、アシスト液の供給を行う第２処理液供給部６０は、例えばチャンバ２０に対するウエハＷの搬入出が行われる搬入出口２０１から見て、回収カップ５０を挟んで処理流体供給部４０と対向する位置に配置されている。
第２処理液供給部６０は、第２ノズル６００を備えたノズルヘッド６１と、このノズルヘッド６１が先端部に取り付けられたノズルアーム６２と、ノズルアーム６２の基端部を支持し、当該基端部を回転軸としてノズルアーム６２に水平方向の回転動作、及び上下方向の昇降動作を実行する回転駆動部６３と、を備えている。

前記回転駆動部６３は、リンス処理が行われているウエハＷの周縁部にアシスト液を供給するための、当該ウエハＷの周縁部上方側に設定された処理位置（図４参照）と、回収カップ５０の側方に退避した退避位置（図３参照）との間で第１ノズル４００を移動させる。また回転駆動部６３は、処理位置に移動してきた第２ノズル６００を、ノズルアーム６２の昇降動作によって、回転移動時の高さ位置から、ウエハＷにアシスト液を供給する際の高さ位置まで降下させる。

図５、図６は、ノズルヘッド６１に取り付けられた第２ノズル６００の配置状態、即ち、第２ノズル６００からアシスト液が吐出、供給される方向を示している。第２ノズル６００は、鉛直軸線周りに回転する円形のウエハＷ（回転円）の上流側から下流側へ向けて、ウエハＷの接線方向に沿って（図５中に実線で示した第２ノズル６００参照）、またはウエハＷの径方向内側から外側へ（図５中に破線で示した第２ノズル６００参照）アシスト液を吐出するように配置されている。
また図５に示すように、ウエハＷを上面から見たときのアシスト液の吐出方向と、ウエハＷの接線方向との成す角度θ_１は、０°以上、４５°以下の範囲内となるように設定される。

さらに図６に示すように、ウエハＷを側面側から見たとき（図５には第２処理液供給部６０の配置位置側から第２ノズル６００を見た状態を示してある）のアシスト液の吐出方向と、ウエハＷの表面とが成す角度θ_２は５°以上、１５°以下の範囲内となるように設定されている。

ノズルアーム６２には、第２ノズル６００に接続された不図示の供給管が設けられ、その基端側はアシスト液供給路７１２に接続されている（図４）。このアシスト液供給路７１２は、既述のＤＩＷ供給源７０１に接続され、制御部１８からの制御信号に従ってアシスト液であるＤＩＷが第２ノズル６００に供給される。

以上に説明した構成を備える処理ユニット１６の作用について図８の流れ図、図９〜図１１の作用図、及び図１２、図１３の概念図を用いて説明する。
処理対象の例えば直径３００ｍｍのウエハＷは、基板搬送装置１７によって搬送部１５内を搬送され、搬入出口２０１を介して当該ウエハＷの処理を行う処理ユニット１６内に搬入された後、保持部３１上の保持ピン３１１に受け渡される。ウエハＷを受け渡した基板搬送装置１７が処理ユニット１６から退避すると、シャッタ２０２によって搬入出口２０１が閉じられる。

次いで、退避位置に退避している第１ノズル４００をウエハＷの中央部上方の処理位置まで移動させると共に、ウエハＷを鉛直軸線周りに回転させる。ウエハＷが所定の回転速度に到達したら、当該ウエハＷに対して第１ノズル４００から所定量のＤＨＦを供給する。ウエハＷの表面に着液したＤＨＦは、遠心力の作用によりその表面に広がり、ウエハＷの表面全体を覆う。この結果、被処理領域（例えば半導体装置の形成領域）を含むウエハＷの全面にＤＨＦが供給され、ウエハＷの表面の自然酸化物を除去する液処理が実行される。そして、所定時間だけＤＨＦの供給を行ったら、第１ノズル４００からのＤＨＦの供給を停止する。

次いで、第１ノズル４００から供給する処理流体をリンス液（ＤＩＷ）に切り替えて、ウエハＷのリンス処理を行う。本例の処理ユニット１６は、このリンス処理の際に第２ノズル６００からアシスト液（ＤＩＷ）を供給することにより、第１ノズル４００からのリンス液の供給量を低減しつつ、ウエハＷの全面にリンス液の液膜が形成された状態を維持する。

図８及び図９〜図１１を参照しながらリンス処理の動作説明を行うと、ＤＨＦによる液処理の終了時、第２処理液供給部６０はアシスト液の供給を行うウエハＷの周縁部の上方位置へ向けて第２ノズル６００移動させる。また、基板保持機構３０（基板保持部）は、ウエハＷの回転速度をリンス処理時の回転速度、例えば５００〜１５００ｒｐｍに調節する（スタート）。

第２ノズル６００の移動、ウエハＷの回転速度調整を終えたら、第１ノズル４００からウエハＷの中央部に、第１流量、例えば２．０〜２．５Ｌ／分のリンス液を供給する（図８のステップＳ１０１、図９）。ここで第１流量は第１ノズル４００から単独でリンス液を供給したときにウエハＷの全面に液膜Ｌを形成可能な流量に設定されている。従って、ウエハＷは被処理領域を含む表面全体にリンス液の液膜Ｌが形成された状態となる。なお図９に示した例では、この時点では第１ノズル４００からのアシスト液の供給は行っていない。

次いで、第１ノズル４００から第１流量でリンス液の供給を行いながら、第２ノズル６００からウエハＷの周縁部に対し、例えば０．１〜０．５Ｌ／分の流量でアシスト液の供給を開始する（図８のステップＳ１０２、図１０）。第２ノズル６００から供給されたアシスト液は、ウエハＷの周縁部にてリンス液の液膜Ｌに合流し、リンス液とともにウエハＷを覆う液膜Ｌの一部を形成する。

ここで図５、図６を用いて説明したように、ウエハＷの回転方向の上流側から下流側へ向けて第２ノズル６００を傾けて配置することにより、アシスト液の使用量を低減することができる。さらに、ウエハＷの表面に形成されたリンス液の液膜Ｌにアシスト液が合流する際、液跳ねの発生を抑えることもできる。その結果、液跳ねによって生じたリンス液のミストが乾燥時にウエハＷに付着することによるパーティクルの発生を抑制することができる。
なお、図８のステップＳ１０１、１０２、図９、図１０では、第１ノズル４００、第２ノズル６００の作用を明確にするために、第１ノズル４００からのリンス液の供給開始後、第２ノズル６００からのアシスト液の供給を開始する例を示したが、これらのリンス液とアシスト液の供給動作は同時に行開始してもよい。また、アシスト液の供給を先に開始しておき、その後、リンス液の供給を行う順序で各液の供給を開始する場合も排除されない。

第２ノズル６００からアシスト液の供給を行い、ウエハＷの表面の液体の流れが安定した状態となったら、第２ノズル６００からのアシスト液の供給を継続しながら、第１ノズル４００から供給されるリンス液の流量を既述の第１流量よりも少ない第２流量、例えば１．０〜１．５Ｌ／分に調節する（図８のステップＳ１０３、図１１）。ここで、第２流量は第２ノズル６００からアシスト液が供給されている条件下にて、ウエハＷの全面に液膜Ｌを形成した状態を維持可能な流量に設定されている。またこの第２流量は、第２ノズル６００からアシスト液が供給されていない条件下では、リンス液に働く表面張力の影響により、ウエハＷの全面に液膜Ｌを形成した状態を維持できない流量でもある。

ここで図１２、図１３を参照しながらアシスト液の作用について説明する。図１２は、アシスト液の供給を行っていない条件下で、第１ノズル４００から第２流量Ｆ_２のリンス液を供給した場合のリンス液の液膜Ｌの状態を示している。液膜Ｌの外周端位置のＰ点にておいては、回転するウエハＷ遠心力や、ウエハＷの中央部側のリンス液が周縁部側のリンス液を押し流そうとする力などが作用する（図１２中、「ｆ」と記してある）。これらの力は、ウエハＷの径方向外側へ向けて働き、液膜Ｌを外側へ向けて広げようとする。

一方で、Ｐ点においてリンス液とウエハＷの表面との間に働く表面張力γ_１、及びリンス液と周囲の雰囲気（空気）との間に働く表面張力γ_２の水平成分が、ウエハＷの径方向内側へ向けて作用する。これらの力は、ウエハＷの径方向内側へ向けて働き、液膜ＬはウエハＷの中央部に小さく集まろうとする。
ウエハＷの表面においては、これらの力のバランスにより、液膜Ｌの直径が決定される。また、余剰なリンス液は液膜Ｌから千切れて液滴となり、ウエハＷの外周側へ流れた後、ウエハＷから振り切られる。

図１２に示した例のように、ウエハＷの表面がリンス液の液膜Ｌで覆われていない領域が生じると、ウエハＷ面内の被処理領域において十分なリンス処理が行われない。その結果、ウエハＷの表面にＤＨＦの成分が残存し、パーティクルが発生する原因となる。

そこで図１２の状態から、第１ノズル４００のみを用いてウエハＷの全面にリンス液の液膜Ｌを形成しようとすると、ウエハＷの回転速度を高くしたり、リンス液の供給流量を増やしたりして、液膜Ｌを押し広げなければならない。しかしながら、ウエハＷの回転速度を高くするとリンス液の飛散のおそれが生じ、リンス液の供給流量を増やすとリンス液の使用量が増大する。

そこで本例の処理ユニット１６は、第２ノズル６００からウエハＷの周縁部にアシスト液を供給することにより、Ｐ点を液膜Ｌで覆って表面張力が働かない状態とすることができる。この結果、第１ノズル４００単独でウエハＷの全面に液膜Ｌを形成することが可能な第１流量Ｆ_１よりも少ない、第２流量Ｆ_２のリンス液にてウエハＷの全面を液膜Ｌで覆うことが可能となる。

ここでアシスト液として用いられる液体は、リンス液と混合可能であることが望ましい。アシスト液としてＤＩＷを用いる場合には、ＤＩＷ同士は混合可能であるので、この要求を満たす。

またアシスト液の供給流量Ｆ_Ａについては、第１ノズル４００から供給するリンス液の流量を第１流量Ｆ_１から第２流量Ｆ_２に減らしたとき、ウエハＷの全面に液膜Ｌを形成した状態を維持できる流量であれば特段の限定はない。但し、ＤＩＷの使用量を削減する観点からは、アシスト液と第２流量との合計の流量が、第１流量よりも少ないこと（Ｆ_Ａ＋Ｆ_２＜Ｆ_１）が好ましい。

また、先に例示したリンス液、アシスト液の供給流量の範囲（ウエハＷの回転速度５００〜１５００ｒｐｍにて第１流量Ｆ_１＝２．０〜２．５Ｌ／分、第２流量Ｆ_２＝１．０〜１．５Ｌ／分、アシスト液の供給流量Ｆ_Ａ＝０．１〜０．５Ｌ／分）のように、実際においても「Ｆ_Ａ＋Ｆ_２＜Ｆ_１」の要件を満たしつつ、さらに第２流量よりも少ないアシスト液の供給流量にて、ウエハＷの全面に液膜Ｌが形成された状態を維持できることを実験的に確認している（後述の実験結果参照）。

ウエハＷの処理の説明に戻ると、第１ノズル４００から供給されるリンス液の流量を第２流量に調節した後、所定の時間が経過してウエハＷの全面のリンス処理が完了したら、第１、第２ノズル４００、６００からのリンス液及びアシスト液の供給を停止する。そして、ウエハＷの回転を継続し、ウエハＷの表面に残存する液体を振り切って、ウエハＷを乾燥させる（図８のステップＳ１０４）。このとき、ウエハＷの表面に液的が残らないようにするために、例えばＩＰＡ（IsoPropyl Alcohol）などの液体溶剤を乾燥処理用の液体として供給してもよい。
ウエハＷを乾燥させたら、ウエハＷの回転を停止し、搬入出口２０１から基板搬送装置１７を進入させて、基板保持機構３０からウエハＷを受け取り、処理を終えたウエハＷを処理ユニット１６から搬出する（エンド）。

本実施の形態に係る処理ユニット１６によれば以下の効果がある。第１ノズル４００から供給されたリンス液（第１処理液）によって形成された液膜Ｌの周縁部に、第２ノズル６００からアシスト液（第２処理液）を供給することにより、表面張力によって液膜Ｌが小さくなろうとする作用が抑えられる。この結果、第１ノズル４００からのリンス液単独でウエハＷの全面に液膜Ｌを形成可能な第１流量よりも少ない第２流量にまでリンス液の供給流量を低減しても、液膜ＬがウエハＷの全面を覆った状態を維持することができる。その結果、十分なリンス処理が行われないことによるパーティクルの発生を抑制することができる。
第２流量にリンス液とアシスト液との合計の供給量は、第１流量よりも少ない供給量であるので、リンス液の飛散（例えばカップの外側への飛散）を抑制することもできる。

ここでアシスト液を用いて、ウエハＷの全面に液膜Ｌを形成するに必要な流量を第１流量から第２流量に低減する本発明が適用される液処理に用いられる処理液（第１処理液）は、リンス液に限定されない。例えば既述のＤＨＦの他、ウエハＷ表面のパーティクルや有機性の汚染物質を除去するためのアルカリ性の薬液であるＳＣ１液（アンモニアと過酸化水素水の混合液）や、金属汚染の除去を行うＳＣ２（塩酸、過酸化水素水及び純水の混合溶液）など、各種の薬液を第１処理液とする液処理に対しても、本発明は適用できる。また、リンス液はＤＩＷに限定されない。例えばアンモニア水、オゾン水、炭酸水であってもよい。

また、アシスト液として用いられる第２処理液についてもＤＩＷ以外の液体を用いてもよい。例えば図１４には、第１ノズル４００から供給される第１処理液がＤＩＷであるとき、第２ノズル６００からは、第２処理液としてＩＰＡを供給する例が記載されている。ＩＰＡはＤＩＷと混合可能であり、さらに、ＩＰＡは、ＤＩＷよりも表面張力が小さい。このため、第２ノズル６００の供給位置を中央部へ近づけても、液膜ＬがウエハＷの全面を覆った状態を維持することができる。第１ノズル４００から供給されるリンス液の流量を第２流量よりも少なくしても、液膜ＬがウエハＷの全面を覆った状態を維持することができる。したがって、アシスト液がＤＩＷの時よりも少ない処理液の使用量で、基板の被処理領域を処理液の液膜で覆うことができる。

さらにアシスト液の供給を行う第２ノズル６００は、回転移動するノズルアーム６２の先端部に設けて処理位置と退避位置との間を移動自在に構成する場合に限定されない。例えば図１５に示すように、処理ユニット１６内に第２ノズル６００ａを固定して配置してもよい。図１５の例では、回収カップ５０の上面側の開口部近傍位置に第２ノズル６００ａを固定してある。

この他、第２ノズル６００、６００ｂは、ウエハＷの周縁部の１箇所のみにアシスト液の供給を行う場合に限定されるものではなく、例えばウエハＷの周方向に向けて間隔を開けて複数の第２ノズル６００、６００ｂを配置してもよい。さらには、図８のステップＳ１０２においてアシスト液の供給を開始するときと、続くステップＳ１０３において、第１ノズル４００から供給される第１処理液の流量を低減するときとで、別の第２ノズル６００、６００ｂを用い、アシスト液の供給位置を変更してもよい。

そして、アシスト液の供給開始後に調整を行うパラメータは、第１処理液の供給流量（第１流量→第２流量）のみには限られない。前記流量調整に加え、ウエハＷの回転速度を低くして、処理液の飛散の発生を抑えてもよい。

これらに加え、第１ノズル４００から供給される第１処理液によって液膜Ｌが形成される範囲は、ウエハＷの全面でなくてもよい。例えば第１処理液による被処理領域がウエハＷの外周端よりも内側に離れた位置に形成されている場合には、被処理領域よりも外方側の領域は必ずしも液膜Ｌで覆われた状態とならなくてもよい。この場合には、第２ノズル６００、６００ｂは、第１流量で供給され、被処理領域を覆った液膜Ｌの周縁部にアシスト液を供給するように、アシスト液の供給位置が設定される。

第１処理液によって処理される基板の種類についても円形の半導体ウエハに限定されるものではない。例えばフラットパネルディスプレイ用の角型のガラス基板の液処理を行う処理ユニット１６に対しても本発明は適用することができる。この場合には、中心から端部までの径方向の寸法が変化する角型基板の全面に第１処理液の液膜Ｌを形成するため、例えば角型基板の形状に対応した凹部を備えた円板形状のホルダーに角型基板を収容し、図９〜図１１に示した手法を用いて液処理を行ってもよい。

（実験）鉛直線軸周りに回転するウエハＷの表面にＤＩＷを供給して、ウエハＷの表面に広がる液膜Ｌの状態を観察した。なお具体的なパラメータの開示を避ける趣旨で、実験条件は所定の範囲内の値として示してある。
Ａ．実験条件
（参考例１）直径３００ｍｍのウエハＷを５００〜１５００ｒｐｍの範囲の回転速度Ｎ［ｒｐｍ］で回転させ、第１ノズル４００から１．０〜１．５Ｌ／分の範囲内の第２流量Ｆ_２にて第１処理液であるＤＩＷを供給した。しかる後、ウエハＷの表面に形成された液膜Ｌの周縁部に、第２ノズル６００から０．１〜０．５Ｌ／分の範囲内の流量Ｆ_Ａにてアシスト液（第２処理液）であるＤＩＷを供給した。そして、第１ノズル４００、第２ノズル６００からのＤＩＷの供給を継続しながら、第２ノズル６００からアシスト液が供給される位置を、ウエハＷの周縁部まで径方向に移動させた。ウエハＷとＤＩＷとの接触角は９０°である。
（比較例１）参考例１において、第２ノズル６００からのアシスト液の供給を行わなかった。
（比較例２）回転速度及びＤＩＷの接触角が参考例１と同様の条件のウエハＷに対し、ウエハＷの中央部、周縁部、及びこれら中央部と周縁部との間の位置の３箇所に向けて、３本の第１ノズル４００から、流量Ｆ_２／３ずつの（合計流量は第２流量Ｆ_２に等しい）ＤＩＷを供給した。

Ｂ．実験結果
参考例１の結果を図１６、図１７に示し、比較例１、２の結果を各々図１８、図１９に示す。これらの図は、ウエハＷにＤＩＷを供給したときに液膜Ｌが形成される領域を模式的に示している。
第１ノズル４００から単独で第２流量Ｆ_２のＤＩＷを供給したとき、ウエハＷには中央部側の領域にのみ液膜Ｌが形成された。この液膜Ｌの周縁部に第２ノズル６００から流量Ｆ_ＡのＤＩＷをアシスト液として供給し（図１６）、第２ノズル６００をウエハＷの径方向外側へ向けて移動させたところ、第１ノズル４００からのＤＩＷの供給量を増やさなくても、ウエハＷの全面が液膜Ｌによって覆われた状態となった（図１７）。

図１６、図１７に示した参考例１の結果によれば、ウエハＷの全面にＤＩＷの液膜Ｌを形成するのに十分な第１流量Ｆ_１のＤＩＷを第１ノズル４００単独で供給した後、ウエハＷの周縁部（液膜Ｌの周縁部）に第２ノズル６００からアシスト液を供給することにより、第１ノズル４００から供給されるＤＩＷを第２流量Ｆ_２まで低減しても、ウエハＷの全面に液膜Ｌが形成された状態を維持できることが分かる。

これに対して図１８の比較例１に示すように、第１ノズル４００から第２流量Ｆ_２のＤＩＷを供給するだけでは、ウエハＷの全面は液膜Ｌで覆われた状態とはならなかった。また、図１９の比較例２に示すように、ＤＩＷの供給開始当初から、ウエハＷの径方向の離れた位置に分散して供給しても、外方側に供給されたＤＩＷが内側の液膜Ｌを引き寄せる作用は見られず、外方側の２本の第１ノズル４００から供給されたＤＩＷは、ウエハＷの回転方向に沿って筋状に伸びる線を描くだけであった。

これら比較例１、２の結果から、液処理の開始当初からウエハＷの中央部に第２流量Ｆ_２の第１処理液を供給し、ウエハＷの周縁部に流量Ｆ_Ａのアシスト液（第２処理液）を供給しても、第１処理液の液膜ＬをウエハＷの全面に広げる作用は得られないことが分かる。第１流量Ｆ_１にて第１処理液を供給し、ウエハＷの全面に液膜Ｌを形成されているときにアシスト液を供給する図９〜図１１の操作を行うことにより、第１処理液の供給量を第２流量Ｆ_２に低減できるといえる。

Ｗ ウエハ
Ｌ、Ｌ’ 液膜
１ 基板処理システム
１６ 処理ユニット
１８ 制御部
３０ 基板保持機構
３１ 保持部
４０ 処理流体供給部
４００ 第１ノズル
６０ 第２処理液供給部
６００、６００ａ
第２ノズル

Claims (17)

1. 基板を水平姿勢で鉛直軸線周りに回転させながら、前記基板の中央部に、第１処理液を第１流量にて供給する第１処理液供給工程と、
   前記第１処理液の液膜が基板の少なくとも被処理領域に形成された状態で、前記第１処理液供給工程を行いながら、前記基板の周縁部に第２処理液を供給する第２処理液供給工程と、
   その後、前記基板の周縁部に、第２処理液の供給を行いながら、基板の中央部に、第１処理液を第１流量よりも少ない第２流量にて供給する第３処理液供給工程と、を含むことを特徴とする基板液処理方法。
2. 前記第２処理液供給工程では、前記第１処理液の液膜の周縁部に、第２処理液を供給することを特徴とする請求項１に記載の基板液処理方法。
3. 前記第２処理液は、前記第１処理液と混合可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板液処理方法。
4. 前記第１処理液及び第２処理液は、純水であることを特徴とする請求項３に記載の基板液処理方法。
5. 前記第２処理液は、前記第１処理液よりも表面張力が低いことを特徴とする請求項１ないし３記載の基板液処理方法。
6. 前記第１処理液は純水であり、前記第２処理液はイソプロピルアルコールであることを特徴とする請求項５に記載の基板液処理方法。
7. 前記第２流量と、第２処理液の供給流量との合計の流量は、前記第１流量よりも少ないことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の基板液処理方法。
8. 前記第２処理液は、前記鉛直軸線周りに基板と同方向に回転する回転円の上流側から下流側へ向けて、前記回転円の接線方向に沿って、または前記回転円の径方向内側から外側へ向けて供給され、上面から見た前記第２処理液の供給方向と、前記接線方向との成す角度θ_１が０°以上、４５°以下の範囲内、側面側から見た前記供給方向と、基板の表面とが成す角度θ_２が５°以上、１５°以下の範囲内となるように、前記基板に供給されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の基板液処理方法。
9. 基板を水平姿勢で保持し、鉛直軸線周りに回転させる基板保持部と、
   前記基板保持部に保持された基板の中央部に第１処理液を供給する第１ノズルと、
   前記基板の周縁部に、第２処理液を供給する第２ノズルと、
   前記第１ノズルから、回転する基板の中央部に、前記第１処理液を第１流量にて供給することと、前記第１処理液の液膜が基板の少なくとも被処理領域に形成された状態で、前記第２ノズルから、前記第２処理液を供給することと、その後、前記第２処理液の供給を行いながら、前記第１ノズルから基板の中央部への第１処理液の供給流量を第１流量よりも少ない第２流量とすることと、を実行させる制御部と、を備えたことを特徴とする基板液処理装置。
10. 前記第２ノズルは、前記第１処理液の液膜の周縁部に、第２処理液を供給することを特徴とする請求項９に記載の基板液処理方法。
11. 前記第２処理液は、前記第１処理液と混合可能であることを特徴とする請求項９または１０に記載の基板液処理装置。
12. 前記第１処理液及び第２処理液は、純水であることを特徴とする請求項１１に記載の基板液処理装置。
13. 前記第２処理液は、前記第１処理液よりも表面張力が低いことを特徴とする請求項９ないし１１記載の基板液処理装置。
14. 前記第１処理液は純水であり、前記第２処理液はイソプロピルアルコールであることを特徴とする請求項１３に記載の基板液処理装置。
15. 前記第２流量と、第２ノズルからの第２処理液の供給流量との合計の流量は、前記第１流量よりも少ないことを特徴とする９ないし１２のいずれか一つに記載の基板液処理装置。
16. 前記第２ノズルは、前記鉛直軸線周りに基板と同方向に回転する回転円の上流側から下流側へ向けて、前記回転円の接線方向に沿って、または前記回転円の径方向内側から外側へ第２処理液を吐出し、上面から見た前記第２処理液の吐出方向と、前記接線方向との成す角度θ１が０°以上、４５°以下の範囲内、側面側から見た前記吐出方向と、基板の表面とが成す角度θ２が５°以上、１５°以下の範囲内となるように配置されていることを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか一つに記載の基板液処理装置。
17. 水平姿勢で鉛直軸線周りに回転する基板に第１処理液を供給して基板の液処理を行う基板液処理装置に用いられるコンピュータプログラムを格納したコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし８のいずれか一つに記載された基板液処理方法を実行させるようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。

Images