JP2018107292A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】パターンの上下方向におけるエッチング量の均一性を向上させること。【解決手段】実施形態に係る基板処理方法は、エッチング工程と、温度差形成工程と、リンス工程とを含む。エッチング工程は、第１の面にパターンが形成された基板の第１の面に対してエッチング液を供給してパターンをエッチングする。温度差形成工程は、エッチング工程と並行して行われ、パターンの下部における温度をパターンの上部における温度よりも低くする。リンス工程は、エッチング工程後の第１の面に対してリンス液を供給することにより、パターンに残存するエッチング液をリンス液に置換する。【選択図】図１Ｂ

Description

開示の実施形態は、基板処理方法および基板処理装置に関する。
従来、半導体ウェハ等の基板にエッチング液を供給することにより、基板上のパターンを加工するエッチング工程が知られている（特許文献１参照）。エッチング工程後には、基板にリンス液を供給することにより、基板上に残存するエッチング液をリンス液に置換するリンス工程が行われる。
特開２０１０−１７７６５２号公報
しかしながら、パターン間の隙間に深く入り込んだエッチング液はリンス液に置換されにくく、パターン上部と比較して置換が完了するまでに時間を要する。このため、パターン上部と比べて、パターン下部が過剰にエッチングされてしまうおそれがある。すなわち、パターンの上下方向におけるエッチング量が不均一となるおそれがある。
実施形態の一態様は、パターンの上下方向におけるエッチング量の均一性を向上させることが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を目的とする。
実施形態の一態様に係る基板処理方法は、エッチング工程と、温度差形成工程と、リンス工程とを含む。エッチング工程は、第１の面にパターンが形成された基板の第１の面に対してエッチング液を供給してパターンをエッチングする。温度差形成工程は、エッチング工程と並行して行われ、パターンの下部における温度をパターンの上部における温度よりも低くする。リンス工程は、エッチング工程後の第１の面に対してリンス液を供給することにより、パターンに残存するエッチング液をリンス液に置換する。
実施形態の一態様によれば、パターンの上下方向におけるエッチング量の均一性を向上させることができる。
図１Ａは、従来の基板処理方法の説明図である。 図１Ｂは、本実施形態に係る基板処理方法の説明図である。 図２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３は、処理ユニットの構成を示す模式図である。 図４は、処理ユニットの具体的な構成例を示す模式図である。 図５は、処理ユニットが実行する処理の手順を示すフローチャートである。 図６は、エッチング処理の説明図である。 図７は、リンス処理の説明図である。 図８は、第１変形例に係る温度差形成処理の説明図である。 図９は、第２変形例に係るエッチング処理における吐出流量の時間変化の一例を示す図である。 図１０Ａは、吐出流量が多いときのＴＭＡＨの流れを示す図である。 図１０Ｂは、吐出流量が少ないときのＴＭＡＨの流れを示す図である。 図１１は、第３変形例に係るエッチング処理におけるウェハの回転数およびＴＭＡＨの吐出位置の時間変化の一例を示す図である。 図１２は、第４変形例に係るリンス処理におけるウェハの回転数およびＣＤＩＷの吐出流量の時間変化の一例を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する基板処理方法および基板処理装置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）
まず、本実施形態に係る基板処理方法について図１Ａおよび図１Ｂを参照して説明する。図１Ａは、従来の基板処理方法の説明図であり、図１Ｂは、本実施形態に係る基板処理方法の説明図である。
なお、本明細書において、「パターン」とは、半導体ウェハ等の基板Ｗ（ウェハＷと記載する）の表面に凸状に形成される回路のことをいう。また、本明細書では、パターンの突出方向における両端部のうち、ウェハＷの表面に近い方を「パターンの下部」と呼び、ウェハＷの表面から遠い方を「パターンの上部」と呼ぶこととする。つまり、仮に、ウェハＷのパターン形成面が下方を向いている場合であっても、パターン形成面に近い方を「パターンの下部」と呼び、パターン形成面から遠い方を「パターンの上部」と呼ぶ。
図１Ａに示すように、パターンＰをエッチングするエッチング工程は、ウェハＷのパターン形成面（ここでは、上面）にエッチング液を供給することにより行われる（図１Ａ上図）。図１Ａには、一例として、第１膜Ｌ１（たとえば絶縁膜）と第２膜Ｌ２（たとえばポリシリコン膜）とが交互に積層されたパターンＰの第２膜Ｌ２のみをエッチングする場合の例を示しているが、パターンＰは、少なくともウェハＷのパターン形成面に対して凸状に形成されたものであればよく、必ずしも複数の膜が積層されたものであることを要しない。また、エッチング工程は、パターンＰの一部のみをエッチングするものに限らず、パターンＰを全体的にエッチングするものであってもよい。
つづいて、ウェハＷの上面にリンス液を供給することにより、ウェハＷの上面に残存するエッチング液をリンス液に置換するリンス工程が行われる。かかるリンス工程において、ウェハＷ上に残存するエッチング液がリンス液に全て置換されることで、パターンＰのエッチングが終了する。
しかしながら、パターンＰの上部に残存するエッチング液をリンス液へ置換するのに比べ、パターンＰ間の隙間に深く入り込んだエッチング液をリンス液に置換するのには時間を要する。このため、パターンＰ上部のエッチング液がリンス液に置換された後も、パターンＰの下部にはエッチング液が暫くの間残存し続けることとなる（図１Ａ中図）。これにより、パターンＰの下部が、パターンＰの上部に比べて過剰にエッチングされてしまい、パターンＰの上下方向におけるエッチング量の均一性が低下することとなる。具体的には、図１Ａ下図に示すように、エッチング工程後のパターンＰの形状は、パターンＰの上部から下部へ向かうにつれて第２膜Ｌ２の幅が徐々に減少する形状となる。
一方、エッチング液は、温度が高くなるほど反応性が高まる性質を有する。そこで、本実施形態に係る基板処理方法では、図１Ｂに示すように、エッチング工程と並行して、パターンＰの下部における温度をパターンＰの上部における温度よりも低くする温度差形成工程を行うこととした（図１Ｂ上図）。
パターンＰの下部における温度をパターンＰの上部の温度よりも低くし、パターンＰの下部におけるエッチング液の反応性をパターンＰの上部におけるエッチング液の反応性よりも低下させることで、エッチング工程におけるパターンＰの下部のエッチング量をパターンＰの上部におけるエッチング量よりも少なくすることができる。
その後、リンス工程において、ウェハＷの上面にリンス液を供給することにより、ウェハＷの上面に残存するエッチング液をリンス液に置換する。上述したように、リンス工程では、パターンＰの上部のエッチング液がリンス液に置換された後も暫くの間、パターンＰの下部にエッチング液が残存し続ける。この間、パターンＰの下部のみがエッチングされることで（図１Ｂ中図）、パターンＰの下部におけるエッチング量をパターンＰの上部におけるエッチング量に近づけることができる（図１Ｂ下図）。
このように、本実施形態に係る基板処理方法では、リンス工程においてパターンＰの下部が過剰にエッチングされることを予め見越して、エッチング工程におけるパターンＰ下部のエッチング量をパターンＰの上部のエッチング量よりも少なくしておくこととした。これにより、パターンＰの上下方向におけるエッチング量の均一性を高めることができる。
以下、上述した基板処理方法を実行する基板処理システムについて説明する。まず、本実施形態に係る基板処理システムの構成について図２を参照して説明する。図２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、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２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の概略構成について図３を参照して説明する。図３は、処理ユニット１６の構成を示す模式図である。
図３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の具体的な構成例について図４を参照して説明する。図４は、処理ユニット１６の具体的な構成例を示す模式図である。
図４に示すように、基板保持機構３０が備える保持部３１の上面には、ウェハＷを側面から保持する保持部材３１１が設けられる。ウェハＷは、かかる保持部材３１１によって保持部３１の上面からわずかに離間した状態で水平保持される。なお、ウェハＷは、パターンが形成された面を上方に向けた状態で保持部３１に保持される。
処理流体供給部４０は、複数（ここでは２つ）のノズル４１ｂ，４１ｃと、ノズル４１ｂ，４１ｃを水平に支持するアーム４２と、アーム４２を旋回および昇降させる旋回昇降機構４３とを備える。
ノズル４１ｂは、バルブ４４ｂおよび流量調整器４５ｂを介してＣＤＩＷ供給源４６ｂに接続される。ＣＤＩＷは、加熱されていない常温（たとえば２０〜２５℃）の純水である。ノズル４１ｃは、バルブ４４ｃ、加熱部４７および流量調整器４５ｃを介してＴＭＡＨ供給源４６ｃに接続される。
ノズル４１ｂからは、ＣＤＩＷ供給源４６ｂから供給されるＣＤＩＷが吐出される。ノズル４１ｃからは、ＴＭＡＨ供給源４６ｃから供給されるＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）が吐出される。ＴＭＡＨ供給源４６ｃから供給されるＴＭＡＨは、加熱部４７によってＣＤＩＷよりも高い温度に加熱された状態でノズル４１ｃに供給される。本実施形態では、３５〜４０℃のＴＭＡＨがノズル４１ｃに供給される。
処理ユニット１６は、下面供給部６０をさらに備える。下面供給部６０は、保持部３１および支柱部３２の中空部３２１に挿通される。下面供給部６０の内部には上下方向に延在する流路６１が形成されており、かかる流路６１には、流量調整器６３、加熱部６８およびバルブ６２を介してＣＤＩＷ供給源６４が接続される。ＣＤＩＷ供給源６４から供給されるＣＤＩＷは、加熱部６８によってＣＤＩＷよりも高い温度に加熱されて流路６１に供給される。以下、ＣＤＩＷ供給源６４から供給され、加熱部６８によって加熱されたＣＤＩＷをＨＤＩＷと記載する。ＨＤＩＷの温度は、ノズル４１ｃから吐出されるＴＭＡＨと同じく３５〜４０℃である。
また、流路６１には、バルブ６６および流量調整器６５を介してＣＤＩＷ供給源６７が接続される。このように、下面供給部６０からは、ＣＤＩＷ供給源６４から供給され、加熱部６８によって加熱された純水であるＨＤＩＷまたはＣＤＩＷ供給源６７から供給されるＣＤＩＷが吐出される。
次に、処理ユニット１６が実行する処理の内容について図５〜図７を参照して説明する。図５は、処理ユニット１６が実行する処理の手順を示すフローチャートである。また、図６はエッチング処理の説明図であり、図７はリンス処理の説明図である。
図５に示すように、処理ユニット１６では、まず、搬入処理が行われる（ステップＳ１０１）。搬入処理では、基板搬送装置１７（図２参照）が、処理ユニット１６のチャンバ２０内にウェハＷを搬入する。ウェハＷは、パターン形成面を上方に向けた状態で保持部材３１１（図４参照）に保持される。その後、制御部１８は、駆動部３３を制御して基板保持機構３０を所定の回転速度で回転させる。
つづいて、処理ユニット１６では、エッチング処理が行われる（ステップＳ１０２）。ここで、本実施形態に係るエッチング処理は、第１エッチング処理と第２エッチング処理とを含む。第１エッチング処理は、ウェハＷの下面に対して加熱流体としてのＨＤＩＷを供給しつつ、ウェハＷの上面に対してエッチング液としてのＴＭＡＨを供給する。第２エッチング処理は、ウェハＷの下面へのＨＤＩＷの供給を停止し、ウェハＷの下面に対し、ＴＭＡＨよりも低温の流体であるＣＤＩＷを供給しつつ、ウェハＷの上面にＴＭＡＨを供給する。本実施形態に係る温度差形成処理は、第２エッチング処理に相当する。
まず、処理ユニット１６では、第１エッチング処理が行われる。第１エッチング処理では、処理流体供給部４０のノズル４１ｃがウェハＷの中央上方に位置する。その後、バルブ４４ｃが所定時間開放されることにより、ウェハＷの上面に対してエッチング液であるＴＭＡＨが供給される。また、バルブ６２が所定時間開放されることにより、ウェハＷの下面に対してＨＤＩＷ（加熱流体の一例）が供給される。バルブ４４ｃおよびバルブ６２の開放タイミングは、同時またはほぼ同時である。また、バルブ６２の開放時間は、バルブ４４ｃの開放時間よりも短く設定される。
図６上図に示すように、ウェハＷの上面に供給されたＴＭＡＨは、ウェハＷの回転に伴う遠心力によってウェハＷの上面全体に広がる。同様に、ウェハＷの下面に供給されたＨＤＩＷは、ウェハＷの回転に伴う遠心力によってウェハＷの下面全体に広がる。これにより、上面に形成されたパターンＰの第２膜がＴＭＡＨによってエッチングされる。また、ウェハＷの全面がＨＤＩＷによって均一に加熱されることで、パターンＰの面内方向におけるエッチング量の均一性を向上させることができる。
なお、ここでは、加熱流体の一例としてＨＤＩＷを用いることとしたが、加熱流体は、ＨＤＩＷ以外の加熱された液体（たとえば、ＴＭＡＨ）であってもよい。また、加熱流体は、加熱された気体（ドライエアやＮ２等）であってもよい。
つづいて、処理ユニット１６では、第２エッチング処理が行われる。第２エッチング処理では、バルブ４４ｃおよびバルブ６２のうち、バルブ６２が閉鎖され、ウェハＷの下面へのＨＤＩＷの供給が停止されるとともにバルブ６６が所定時間開放され、ウェハＷの下面に対してＣＤＩＷが供給される。
ウェハＷの下面に供給されたＣＤＩＷは、ウェハＷの回転に伴う遠心力によってウェハＷの下面全体に広がる（図６下図）。
ＣＤＩＷはＴＭＡＨよりも低温であるため、ウェハＷは下面側から冷却される。これにより、パターンＰの下部における温度をパターンＰの上部における温度よりも低くすることができる。パターンＰの下部における温度が低下することで、パターンＰの下部におけるＴＭＡＨの反応性がパターンＰの上部におけるＴＭＡＨの反応性と比べて低くなる。これにより、エッチング処理におけるパターンＰ下部のエッチング量をパターンＰの上部のエッチング量よりも少なくすることができる。したがって、図６下図に示すように、エッチング処理後のパターンＰの形状は、図１Ａ下図に示す形状とは逆に、パターンＰの上部から下部へ向かうにつれて第２膜Ｌ２の幅が徐々に増加する形状となる。
つづいて、処理ユニット１６では、リンス処理が行われる（ステップＳ１０３）。リンス処理では、まず、処理流体供給部４０のノズル４１ｂがウェハＷの中央上方に位置し、バルブ４４ｂが所定時間開放されることにより、ウェハＷの上面にＣＤＩＷが供給される。ウェハＷの上面に供給されたＣＤＩＷは、ウェハＷの回転に伴う遠心力によってウェハＷの上面全体に広がる。これにより、ウェハＷの上面に残存するＴＭＡＨがＣＤＩＷに置換される。
図７上図に示すように、パターンＰ上部のＴＭＡＨがＣＤＩＷに置換された後も、パターンＰの下部にはＴＭＡＨが暫くの間残存し続ける。言い換えれば、パターンＰの下部には、エッチング液がパターンＰの上部よりも高い濃度で残存する。このため、リンス処理において、パターンＰの下部は、パターンＰの上部よりも多くエッチングされることとなる。なお、パターンＰ下部のＴＭＡＨの濃度は時間の経過とともに徐々に低下し、ＣＤＩＷに完全に置換されることで、パターンＰ下部のエッチングが終了する（図７下図）。
このように、リンス処理では、エッチング処理後の上面に対してＣＤＩＷが供給されて、ウェハＷの上面に残存するＴＭＡＨがＣＤＩＷに置換される。パターンＰの下部に残存するＴＭＡＨによりパターンＰの下部がパターンＰの上部よりも多くエッチングされることで（図７上図）、パターンＰ下部のエッチング量がパターンＰ上部のエッチング量に近づくことになる（図７下図）。すなわち、パターンＰの形状は、図７上図に示すように、パターンＰの上部から下部に向かうにつれて第２膜Ｌ２の幅が徐々に増加する形状から、図７下図に示すように、第２膜Ｌ２の幅が上下間で揃った形状に近づくこととなる。これにより、パターンＰの上下方向におけるエッチング量を揃えることができる。
なお、リンス処理では、ウェハＷの上面にＣＤＩＷが供給されている間、ウェハＷの下面にＣＤＩＷを供給し続けることで、パターンＰの面内方向におけるエッチング量の均一性を高めることができる。
ここでは、温度差形成処理において、ウェハＷの下面にＣＤＩＷを供給することとしたが、温度差形成処理においてウェハＷの下面に供給される液体は、エッチング液であるＴＭＡＨよりも低温の液体または気体であればよく、必ずしもＣＤＩＷであることを要しない。
つづいて、処理ユニット１６では、ウェハＷを乾燥させる乾燥処理が行われる（ステップＳ１０４）。
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）。搬出処理では、ウェハＷの回転を停止した後、ウェハＷを基板搬送装置１７（図２参照）によって処理ユニット１６から搬出する。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（基板処理装置の一例）は、基板保持機構３０（保持部の一例）と、処理流体供給部４０（エッチング液供給部およびリンス液供給部の一例）と、下面供給部６０（温度差形成部の一例）とを備える。基板保持機構３０は、上面（第１の面の一例）にパターンＰが形成されたウェハＷ（基板の一例）を保持する。処理流体供給部４０は、基板保持機構３０に保持されたウェハＷの上面に対してＴＭＡＨ（エッチング液の一例）を供給してパターンＰをエッチングする。下面供給部６０は、処理流体供給部４０によるＴＭＡＨの供給と並行してウェハＷの下面にＣＤＩＷを供給することにより、パターンＰの下部における温度をパターンＰの上部における温度よりも低くする。処理流体供給部４０は、ＴＭＡＨが供給された後のウェハＷの上面に対してＣＤＩＷ（リンス液の一例）を供給することにより、パターンＰの下部に残存するＴＭＡＨをＣＤＩＷに置換する。
パターンＰのエッチング処理と並行して、パターンＰの下部における温度をパターンＰの上部における温度よりも低くする温度差形成処理を行うことで、エッチング処理後のパターンＰの形状は、パターンＰの上部から下部へ向かうにつれて第２膜Ｌ２の幅が徐々に増加する形状となる（図６下図参照）。その後、パターンＰの下部に残存するＴＭＡＨをＣＤＩＷに置換するリンス処理において、パターンＰの下部に残存するＴＭＡＨによってパターンＰの下部がパターンＰの上部よりも多くエッチングされることにより、パターンＰの形状は、第２膜Ｌ２の幅が上下間で揃った形状に近づくこととなる（図７下図）。
したがって、本実施形態に係る処理ユニット１６によれば、パターンＰの上下方向におけるエッチング量の均一性を向上させることができる。
（第１変形例）
上述した実施形態では、ウェハＷを裏面側から冷却することによりパターンＰに温度差を与えることとしたが、ウェハＷを上面側から加熱することにより、パターンＰに温度差を与えてもよい。図８は、第１変形例に係る温度差形成処理の説明図である。
図８に示すように、第１変形例に係る処理ユニット１６は、加熱部８０をさらに備える。加熱部８０は、たとえば電熱ヒータであり、ウェハＷの上面を輻射熱によってＴＭＡＨの温度よりも高い温度に加熱する。ウェハＷの上面を加熱することで、パターンＰの上部における温度がパターンＰの下部における温度よりも高くなる。これにより、パターンＰの下部におけるエッチング量をパターンＰの上部におけるエッチング量よりも少なくすることが可能である。
なお、加熱部８０は、輻射熱を用いるものに限定されない。加熱部８０は、ウェハＷの上面に熱風を供給することにより、ウェハＷの上面を加熱するものであってもよい。
また、図８に示すように、温度差形成処理は、ウェハＷの下面にＣＤＩＷを供給することによりウェハＷの下面を冷却しつつ、ウェハＷの上面を加熱部８０により加熱するものであってもよい。
（第２変形例）
エッチング処理においては、リンス処理において供給されたＣＤＩＷがパターンＰの下部に残存することで、パターンＰ下部のエッチングが阻害されるおそれがある。また、ＣＤＩＷがＴＭＡＨに置換された後においても、パターンＰ下部のＴＭＡＨは新たに吐出されたＴＭＡＨに置換されにくいため、ＴＭＡＨ中の水酸化物イオン（エッチングに必要なイオン）の濃度がパターンＰの下部において上部よりも低くなり、パターンＰの上部と下部とでエッチング量に差が生じるおそれがある。
そこで、第２変形例に係るエッチング処理では、ＴＭＡＨの吐出流量を変化させることで、パターンＰ内のＣＤＩＷまたはＴＭＡＨの置換効率を高めて、パターンＰの上下方向におけるエッチング量の均一性を向上させることとした。
かかる第２変形例に係るエッチング処理の内容ついて図９、図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して説明する。図９は、第２変形例に係るエッチング処理における吐出流量の時間変化の一例を示す図である。また、図１０Ａは、吐出流量が多いときのＴＭＡＨの流れを示す図であり、図１０Ｂは、吐出流量が少ないときのＴＭＡＨの流れを示す図である。
図９に示すように、第２変形例に係るエッチング処理（第１エッチング処理および第２エッチング処理）では、ノズル４１ｃから吐出するＴＭＡＨの流量をＤ１（Ｌ／ｍｉｎ）と、Ｄ１よりも多いＤ２（Ｌ／ｍｉｎ）との間で交互に変化させる。
流量Ｄ２は、第１の実施形態におけるウェハＷに吐出されるＴＭＡＨの流量と同じ流量であり、流量Ｄ１は、流量Ｄ２よりも少ない流量である。このように設定することで、処理ユニット１６における排液量の上限を超えないようにすることができ、さらに、液はねの発生を防止することができる。
ＴＭＡＨの吐出流量を変化させると、ウェハＷの上面を流れるＴＭＡＨの流速および液膜の厚さ（膜厚）が変化する。具体的には、ＴＭＡＨの吐出流量が多くなるほど、ＴＭＡＨの流速は高くなり、膜厚は小さくなる。図１０Ａに示すように、ＴＭＡＨの膜厚が小さくなると、パターンＰ下部のＴＭＡＨに対して重力方向（上下方向）に働く力が弱まるため、パターンＰ下部のＴＭＡＨがパターンＰの上部に移動し易くなる。また、ＴＭＡＨの流速が速くなると、パターンＰ上部のＴＭＡＨに対して水平方向（横方向）に働く力が強まるため、パターンＰ上部のＴＭＡＨがウェハＷから排出され易くなる。
一方、ＴＭＡＨの吐出流量が少なくなるほど、ＴＭＡＨの流速は低くなり、膜厚は大きくなる。図１０Ｂに示すように、ＴＭＡＨの流速が遅くなると、パターンＰ上部のＴＭＡＨに対して水平方向に働く力が弱まる。また、ＴＭＡＨの膜厚が大きくなると、パターンＰ下部のＴＭＡＨに対して重力方向に働く力が強まる。これにより、パターンＰの上部に存在する新鮮なＴＭＡＨがパターンＰの内部に入り込みやすくなる。
このように、ＴＭＡＨの流量を増加させる増加処理と、増加処理によって増加したＴＭＡＨの流量を減少させる減少処理とを交互に繰り返しながら、ウェハＷの上面に対してＴＭＡＨを供給することで、パターンＰ内における液体の置換効率を高めることができる。これにより、パターンＰの上下方向におけるエッチング量の均一性を向上させることが可能である。
（第３変形例）
上述した第２変形例では、ＴＭＡＨの吐出流量を変化させることにより、パターンＰ内の液体の置換効率を高めることとしたが、ウェハＷの回転数を変化させることによっても、パターンＰ内における液体の置換効率を高めることが可能である。かかる点について図１１を参照して説明する。図１１は、第３変形例に係るエッチング処理におけるウェハＷの回転数およびＴＭＡＨの吐出位置の時間変化の一例を示す図である。
図１１に示すように、第３変形例に係るエッチング処理（第１エッチング処理および第２エッチング処理）では、ウェハＷの回転数をＶ０（ｒｐｍ）と、Ｖ０よりも遅いＶ１（ｒｐｍ）との間で交互に変化させる。
ウェハＷの回転数を変化させると、ウェハＷの上面を流れるＴＭＡＨの流速および膜厚が変化する。具体的には、ウェハＷの回転数が増えるほど、ＴＭＡＨの流速は速くなり、膜厚は小さくなる。ＴＭＡＨの膜厚が小さくなると、パターンＰ下部のＴＭＡＨに対して重力方向に働く力が弱まるため、パターンＰ下部のＴＭＡＨがパターンＰの上部に移動し易くなる。また、ＴＭＡＨの流速が速くなると、パターンＰ上部のＴＭＡＨに対して水平方向に働く力が強まるため、パターンＰ上部のＴＭＡＨがウェハＷから排出され易くなる。
一方、ウェハＷの回転数が減るほど、ＴＭＡＨの流速は遅くなり、膜厚は大きくなる。ＴＭＡＨの流速が遅くなると、パターンＰ上部のＴＭＡＨに対して水平方向に働く力が弱まる。また、ＴＭＡＨの膜厚が大きくなると、パターンＰ下部のＴＭＡＨに対して重力方向に働く力が強まる。したがって、パターンＰの上部に存在する新鮮なＴＭＡＨがパターンＰの内部に入り込みやすくなる。
また、ウェハＷの回転数が変化すると、遠心加速度が変化する。遠心加速度が変化すると、ウェハＷに対して水平な方向の力が変化する。この力が大きくなるほど、パターンＰ内の液体はパターンＰから排出され易くなり、小さくなるほど、新鮮なＴＭＡＨがパターンＰ内に入り込み易くなる。
このように、ウェハＷの回転速度を増加させる増速処理と、ウェハＷの回転速度を減少させる減速処理とを交互に繰り返しながら、ウェハＷの上面に対してＴＭＡＨを供給することで、パターンＰ内における液体の置換効率を高めることができる。これにより、パターンＰの上下方向におけるエッチング量の均一性を向上させることが可能である。
また、図１１に示すように、第３変形例に係るエッチング処理では、上記の処理に加えて、ＴＭＡＨの吐出位置をＸ０（たとえばウェハＷの中心部）と、Ｘ０よりもウェハＷの外周側に位置するＸ１（たとえばウェハＷの外周部）との間で交互に変化させる処理が行われる。このように、吐出位置を変化させることにより、パターンＰの面内方向におけるエッチング量の均一性を向上させることができる。
ＴＭＡＨの吐出位置は、ウェハＷの回転数が減少する方向に変化している場合には、ウェハＷの外周部側に向かって移動し、ウェハＷの回転数が増加する方向に変化している場合には、ウェハＷの中心部側に向かって移動するように、制御部１８によって制御される。このように、第３変形例に係るエッチング処理では、ＴＭＡＨの吐出位置をウェハＷの中心部から外周部へ移動させる第１移動処理と並行して上記減速処理を行い、ＴＭＡＨの吐出位置をウェハＷの外周部から中心部へ移動させる第２移動処理と並行して上記増速処理を行うこととした。これにより、ＴＭＡＨを吐出しながら吐出位置を変化させる場合に生じうる液はねを防止しつつ、パターンＰの面内方向におけるエッチング量の均一性を向上させることができる。
なお、ここでは、ＴＭＡＨの吐出位置を変化させることとしたが、ＴＭＡＨの吐出位置は、固定であってもよい。
（第４変形例）
ウェハＷの回転数を変化させる処理は、リンス処理において行ってもよい。かかる点について図１２を参照して説明する。図１２は、第４変形例に係るリンス処理におけるウェハＷの回転数およびＣＤＩＷの吐出流量の時間変化の一例を示す図である。
図１２に示すように、第４変形例に係るリンス処理では、ウェハＷの回転数をＶ２（ｒｐｍ）と、Ｖ２よりも速いＶ３（ｒｐｍ）との間で交互に変化させる。これにより、高回転時においては、より多くのＣＤＩＷおよびＣＤＩＷに含まれる異物をウェハＷから排出することができる。また、低回転時においては、ＣＤＩＷがウェハＷから排出されにくくなり、ＣＤＩＷの液膜は高回転時よりも厚くなることで、液膜中の異物濃度を低下させることができ、異物濃度が低下することによって、異物のウェハＷへの再付着を防止することができる。
このように、第４変形例に係るリンス処理では、ウェハＷの回転速度を増加させる増速処理と、ウェハＷの回転速度を減少させる減速処理とを交互に繰り返しながら、ウェハＷの上面に対してＣＤＩＷを供給することとした。これにより、異物のウェハＷへの再付着を抑制しつつ、ＣＤＩＷの流動により異物を効率的に排出することができる。
ところで、ＣＤＩＷの液膜内には、ＣＤＩＷが比較的流動し易い領域と、ＣＤＩＷが流動しにくい領域とが存在する。具体的には、ＣＤＩＷが比較的流動し易い領域は、液膜の上側の領域であり、主にこの領域に存在する異物がウェハＷから排出される。一方、ＣＤＩＷが流動しにくい領域は、液膜の下側の領域、具体的にはウェハＷの上面との境界層であり、この領域に存在する異物はウェハＷから排出されにくい。このように、異物の排出は、ＣＤＩＷが流動し易い領域において行われることから、高回転時におけるウェハＷの回転数は、少なくとも液膜中のＣＤＩＷが流動性を保てる範囲、言い換えれば、ＣＤＩＷが流動する領域が存在し得る程度の膜厚を保てる範囲で設定されることが好ましい。
また、第４変形例に係るリンス処理では、図１２において一点鎖線で示すように、高回転時（Ｖ３）にＣＤＩＷの吐出を停止させてもよい。ＣＤＩＷの吐出を停止することで、ＣＤＩＷの膜厚が薄くなる。また、ＣＤＩＷの膜厚が薄くなるほど、ＣＤＩＷが流動しにくい領域が少なくなる。したがって、高回転時にＣＤＩＷの吐出を停止することにより、
より短時間に且つ少量のＣＤＩＷで異物を排出することが可能である。ただし、上述したように、ＣＤＩＷの膜厚は、液膜中にＣＤＩＷが流動する領域が存在し得る程度の厚さに保たれることが好ましい。
（その他の変形例）
上述してきた実施形態および変形例では、ウェハＷの上面を第１の面、下面を第２の面としたが、ウェハＷの下面をパターン形成面である第１の面とし、上面を第２の面としてもよい。
また、上述してきた実施形態および変形例では、エッチング液の一例としてＴＭＡＨを用いることとしたが、エッチング液はＴＭＡＨに限定されない。ＴＭＡＨ以外のエッチング液としては、たとえばＨＦ（フッ酸）等を用いることができる。また、上述してきた実施形態および変形例では、リンス液の一例としてＣＤＩＷを用いることとしたが、リンス液はＣＤＩＷに限定されない。ＣＤＩＷ以外のリンス液としては、たとえばＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等を用いることができる。
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
Ｐ パターン
１６ 処理ユニット
１８ 制御部
３０ 基板保持機構
４０ 処理流体供給部
４６ａ ＤＨＦ供給源
４６ｂ ＣＤＩＷ供給源
４６ｃ ＴＭＡＨ供給源
６４ ＨＤＩＷ供給源
６７ ＣＤＩＷ供給源

Claims (11)

  1. 第１の面にパターンが形成された基板の前記第１の面に対してエッチング液を供給して前記パターンをエッチングするエッチング工程と、
    前記エッチング工程と並行して行われ、前記パターンの下部における温度を前記パターンの上部における温度よりも低くする温度差形成工程と、
    前記エッチング工程後の前記第１の面に対してリンス液を供給することにより、前記パターンに残存する前記エッチング液を前記リンス液に置換するリンス工程と
    を含むことを特徴とする基板処理方法。
  2. 前記リンス工程は、
    前記エッチング工程後の前記第１の面に対してリンス液を供給しつつ、前記パターンの下部に前記パターンの上部よりも高い濃度で残存する前記エッチング液により前記パターンの下部を前記パターンの上部よりも多くエッチングすること
    を特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記温度差形成工程は、
    前記基板における前記第１の面とは反対側の第２の面に対し、前記エッチング液よりも低温の流体を供給することにより、前記パターンの下部における温度を前記パターンの上部における温度よりも低くすること
    を特徴とする請求項１または２に記載の基板処理方法。
  4. 前記流体は、純水であること
    を特徴とする請求項３に記載の基板処理方法。
  5. 前記エッチング工程は、
    前記第２の面に対して加熱流体を供給しつつ、前記第１の面に対して前記エッチング液を供給する第１エッチング工程と、
    前記第２の面への前記加熱流体の供給を停止した状態で、前記第１の面に対して前記エッチング液を供給する第２エッチング工程と
    を含み、
    前記温度差形成工程は、
    前記第２エッチング工程と並行して行われること
    を特徴とする請求項３または４に記載の基板処理方法。
  6. 前記温度差形成工程は、
    前記基板の前記第１の面を輻射熱または熱風により加熱することにより、前記パターンの上部における温度を前記パターンの下部における温度よりも高くすること
    を特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の基板処理方法。
  7. 前記エッチング工程は、
    前記エッチング液の流量を増加させる増加工程と、前記増加工程によって増加した前記エッチング液の流量を減少させる減少工程とを交互に繰り返しながら、前記第１の面に対して前記エッチング液を供給すること
    を特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の基板処理方法。
  8. 前記エッチング工程は、
    前記基板の回転速度を増加させる増速工程と、前記基板の回転速度を減少させる減速工程とを交互に繰り返しながら、前記第１の面に対して前記エッチング液を供給すること
    を特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の基板処理方法。
  9. 前記エッチング工程は、
    前記エッチング液の吐出位置を前記基板の中心部から外周部へ移動させる第１移動工程と、
    前記エッチング液の吐出位置を前記基板の外周部から中心部へ移動させる第２移動工程と
    を含み、
    前記減速工程は、前記第１移動工程と並行して行われ、
    前記増速工程は、前記第２移動工程と並行して行われること
    を特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
  10. 前記リンス工程は、
    前記基板の回転速度を増加させる増速工程と、前記基板の回転速度を減少させる減速工程とを交互に繰り返しながら、前記第１の面に対して前記リンス液を供給すること
    を特徴とする請求項１〜９の何れか一つに記載の基板処理方法。
  11. 第１の面にパターン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前記基板の前記第１の面に対してエッチング液を供給して前記パターンをエッチングするエッチング液供給部と、
    前記エッチング液供給部による前記エッチング液の供給と並行して、前記パターンの下部における温度を前記パターンの上部における温度よりも低くする温度差形成部と、
    前記エッチング液が供給された後の前記第１の面に対してリンス液を供給することにより、前記パターンの下部に残存する前記エッチング液を前記リンス液に置換するリンス液供給部と
    を備えることを特徴とする基板処理装置。
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