JP2020077735A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】処理液による外周縁部に対する追加の処理を狭い範囲に限定して行う。【解決手段】基板処理装置のノズル移動機構は、基板9の上面91の外周縁部93に対向する最外位置から径方向の内側において、ノズル部31を上面91に近接させつつ上面91に沿って移動可能である。基板処理では、回転する基板9の上面91に沿ってノズル部31を移動しつつ、上面91に対してノズル部31から処理液を吐出する第1吐出動作と、回転する基板9の上面91に対して、最外位置で停止したノズル部31から処理液を吐出する第2吐出動作とが行われる。第2吐出動作における基板9の回転速度が、第1吐出動作における回転速度よりも高い、または/および、第2吐出動作における処理液の吐出流量が、第1吐出動作における吐出流量よりも低い。これにより、処理液による外周縁部93に対する追加の処理を狭い範囲に限定して行うことができる。【選択図】図3
Description
本発明は、基板処理方法および基板処理装置に関する。
従来、半導体デバイスの製造では、半導体基板(以下、単に「基板」という。)に対して、様々な種類の処理液を利用して処理を行う基板処理装置が用いられている。例えば、表面上にレジストのパターンが形成された基板に処理液を供給することにより、基板の表面に対してエッチング等の処理が行われる。特許文献1では、ノズル体が半導体ウエハの周辺部から中心部に向かうときに移動速度を次第に増加させ、中心部から周辺部に向かうときには移動速度を次第に低下させることにより、均一にエッチング処理する手法が開示されている。
ところで、基板に対する成膜方法等によっては、基板上に形成される膜の厚さが、中央部から外周縁部に向かって次第に大きくなることがある。この場合、膜の厚さを均一化する(膜を平坦化)ために、エッチング処理において、外周縁部に向かうに従ってエッチング量を大きくすることが求められる。基板の中央部に対向する中央位置で停止したノズル部からエッチング液を吐出する場合には、基板の中央部でエッチング量が大きくなってしまう。基板の外周縁部に対向する位置と中央位置との間でノズル部を一定の移動速度で移動しつつノズル部からエッチング液を吐出する場合も、基板の中央部でエッチング量が大きくなる。
一方、ノズル部の位置が中央位置から離れるに従って、ノズル部の移動速度を低くすることにより、外周縁部に向かうに従ってエッチング量をおよそ大きくすることが可能となる。しかしながら、実際には、基板の外周縁部およびその内側近傍では、エッチング量がほぼ一定となってしまう。ノズル部から基板の外周端面(ベベル部)付近にエッチング液を供給して、外周縁部のみに対してエッチングを行うことも考えられるが、この場合、基板の外周端面に衝突したエッチング液が跳ね上がり、周囲のカップを介する等して、基板に再付着する可能性がある。カップの存在により、ノズル部を基板の外周端面の上方に配置することができない場合もある。
また、基板の全体に亘って膜のエッチング量を均等にすることが求められる場合に、基板の外周縁部におけるエッチング量が外周縁部の内側近傍に比べて不足することもある。さらに、エッチング液以外の処理液を用いる場合に、基板の外周縁部における処理の程度が、外周縁部の内側近傍に比べて不足することもある。したがって、基板の外周端面における処理液の跳ね上がりを抑制するとともに、処理液による外周縁部に対する追加の処理を狭い範囲に限定して行う手法が求められている。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板の外周端面における処理液の跳ね上がりを抑制するとともに、処理液による外周縁部に対する追加の処理を狭い範囲に限定して行うことを目的としている。
請求項1に記載の発明は、基板処理装置における基板処理方法であって、前記基板処理装置が、円板状の基板を水平状態で保持する基板保持部と、前記基板保持部を回転する基板回転機構と、前記基板の上面に向けてノズル部から処理液を吐出する処理液供給部と、前記上面の外周縁部に対向する最外位置から径方向の内側において、前記ノズル部を前記上面に近接させつつ前記上面に沿って移動可能であるノズル移動機構とを備え、前記基板処理方法が、a)回転する前記基板の前記上面に沿って前記ノズル部を移動しつつ、前記上面に対して前記ノズル部から前記処理液を吐出する、または、回転する前記基板の前記上面に対して、前記上面の中央部に対向する中央位置で停止した前記ノズル部から前記処理液を吐出する工程と、b)回転する前記基板の前記上面に対して、前記最外位置で停止した前記ノズル部から前記処理液を吐出する工程とを備え、前記最外位置に配置された前記ノズル部により、前記基板の外周端面よりも内側の領域に対して前記処理液が吐出され、前記b)工程における前記基板の回転速度が、前記a)工程における前記回転速度よりも高い、または/および、前記b)工程における前記処理液の吐出流量が、前記a)工程における前記吐出流量よりも低い。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の基板処理方法であって、前記a)工程において、前記ノズル部が前記中央位置と前記最外位置との間で移動し、前記ノズル部の位置が前記最外位置に近いほど、前記ノズル部の移動速度が低い。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の基板処理方法であって、前記a)工程において、前記ノズル部が前記中央位置と前記最外位置との間で移動し、前記ノズル部の位置が前記最外位置に近いほど、前記基板の回転速度が低く、または、前記処理液の吐出流量が高く、前記b)工程における前記基板の回転速度が、前記a)工程において前記最外位置の内側近傍に前記ノズル部が配置される際の前記回転速度よりも高い、または/および、前記b)工程における前記処理液の吐出流量が、前記a)工程において前記最外位置の内側近傍に前記ノズル部が配置される際の前記吐出流量よりも低い。
請求項4に記載の発明は、請求項2または3に記載の基板処理方法であって、前記処理液が、前記上面に設けられた膜をエッチングするエッチング液であり、前記上面の前記中央部を除く領域において、前記a)およびb)工程による前記膜のエッチング量が、前記外周縁部に向かうに従って漸次増大する。
請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の基板処理方法であって、前記a)工程において、前記ノズル部が前記中央位置と前記最外位置との間を繰り返し移動するとともに、前記ノズル部が前記最外位置に到達後、直ぐに前記中央位置に向かい、前記a)工程の完了後に、前記ノズル部が前記最外位置に配置され、前記b)工程が行われる。
請求項6に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の基板処理方法であって、前記a)工程において、前記ノズル部が前記中央位置と前記最外位置との間を繰り返し移動し、前記ノズル部が前記最外位置に到達する際に、前記ノズル部が一時的に前記最外位置で停止し、前記b)工程が行われる。
請求項7に記載の発明は、請求項1ないし6のいずれか1つに記載の基板処理方法であって、前記基板保持部が、前記基板の前記外周端面に当接する複数のチャックピンを備える。
請求項8に記載の発明は、請求項1ないし7のいずれか1つに記載の基板処理方法であって、前記基板処理装置が、前記基板保持部により保持される前記基板の周囲を囲むカップをさらに備え、前記最外位置に配置された前記ノズル部が、前記カップの上部に近接する。
請求項9に記載の発明は、請求項1ないし8のいずれか1つに記載の基板処理方法であって、前記処理液が、前記上面に設けられた膜をエッチングするエッチング液であり、上面に膜が設けられた複数の基板に対して、互いに異なる処理条件で前記a)およびb)工程を行うことにより得られる前記膜のエッチング結果と、前記a)およびb)工程を行う前の前記膜の厚さ情報とを取得することにより、前記複数の基板における前記膜の厚さ情報、前記処理条件および前記エッチング結果を示す教師データを準備する工程と、前記教師データを用いた学習により、判定部を構築する工程とをさらに備える。
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の基板処理方法であって、処理対象の基板に対して前記膜の厚さ情報を取得する工程と、前記基板の前記膜の厚さ情報を用いて、前記判定部により前記処理条件を取得する工程とをさらに備える。
請求項11に記載の発明は、基板処理装置であって、円板状の基板を水平状態で保持する基板保持部と、前記基板保持部を回転する基板回転機構と、前記基板の上面に向けてノズル部から処理液を吐出する処理液供給部と、前記上面の外周縁部に対向する最外位置から径方向の内側において、前記ノズル部を前記上面に近接させつつ前記上面に沿って移動可能であるノズル移動機構と、前記基板回転機構、前記処理液供給部および前記ノズル移動機構を制御することにより、回転する前記基板の前記上面に沿って前記ノズル部を移動しつつ、前記上面に対して前記ノズル部から前記処理液を吐出する、または、回転する前記基板の前記上面に対して、前記上面の中央部に対向する中央位置で停止した前記ノズル部から前記処理液を吐出する第1吐出動作と、回転する前記基板の前記上面に対して、前記最外位置で停止した前記ノズル部から前記処理液を吐出する第2吐出動作とを実行させる制御部とを備え、前記最外位置に配置された前記ノズル部により、前記基板の外周端面よりも内側の領域に対して前記処理液が吐出され、前記第2吐出動作における前記基板の回転速度が、前記第1吐出動作における前記回転速度よりも高い、または/および、前記第2吐出動作における前記処理液の吐出流量が、前記第1吐出動作における前記吐出流量よりも低い。
本発明によれば、基板の外周端面における処理液の跳ね上がりを抑制するとともに、処理液による外周縁部に対する追加の処理を狭い範囲に限定して行うことができる。
図1は、本発明の一の実施の形態に係る基板処理装置1の構成を示す図である。基板処理装置1は、円板状の基板9を1枚ずつ処理する枚葉式の装置である。基板処理装置1は、基板保持部21と、基板回転機構22と、カップ23と、処理液供給部3と、リンス液供給部4と、ノズル移動機構5と、制御部10とを備える。基板保持部21、基板回転機構22、カップ23、ノズル移動機構5および後述のノズル部31は、図示省略のチャンバ内に設けられる。基板処理装置1では、複数のチャンバが設けられてもよい。制御部10は、例えばCPU等を含むコンピュータであり、基板処理装置1の全体制御を担う。
基板保持部21は、上下方向を向く中心軸J1を中心とする円板状のベース部211を有する。ベース部211の上面には、複数のチャックピン212が設けられる。複数のチャックピン212は、中心軸J1を中心とする円周上において、周方向に等間隔に配置される。基板保持部21では、図示省略のアクチュエータ(モータ、エアシリンダ等)を利用して、複数のチャックピン212を駆動することが可能である。基板保持部21が基板9を保持する際には、複数のチャックピン212が、基板9の外周端面に当接する。これにより、基板9がベース部211の上方において水平状態で保持される。基板保持部21により保持された基板9の中心は、中心軸J1上に位置する。ベース部211の上面は、基板9の下方を向く主面と平行であり、両者は隙間を空けて互いに対向する。基板処理装置1の設計によっては、基板保持部21が、基板9の下方を向く主面に当接する吸着チャックまたは静電チャックを有してもよい。
ベース部211の下面の中央には、中心軸J1を中心とするシャフト部221の一端が固定される。モータを有する基板回転機構22が、シャフト部221の他端部を回転することにより、基板保持部21が基板9と共に中心軸J1を中心として回転する。カップ23は、略筒状であり、基板保持部21により保持される基板9の周囲を囲む。基板処理装置1では、図示省略のカップ昇降機構により、カップ23の上部であるカップ上部231が上下方向に昇降可能である。後述する基板9の処理では、回転する基板9の外周縁から飛散する処理液が、カップ上部231の内周面により受けられ、回収される。基板処理装置1への基板9の搬入搬出時には、カップ上部231が下降することにより、カップ23が外部の搬送機構と干渉することが防止される。カップ昇降機構は、モータまたはエアシリンダを動力源として含む。
処理液供給部3は、ノズル部31と、処理液供給源32とを備える。ノズル部31は、例えば上下方向に延びるストレートノズルである。ノズル部31は、他の形状であってもよい。ノズル部31は、基板9の上方を向く主面91(以下、「上面91」という。)側に位置する。後述するように、ノズル部31は、ノズル移動機構5により上面91に沿って移動可能である。ノズル部31の下端面は、上面91に直接的に対向する。ノズル部31の上端には、処理液供給源32が流量制御弁33および開閉弁34を介して接続され、処理液供給源32からノズル部31にエッチング液が供給される。エッチング液は、ノズル部31の下部の吐出口から下方に吐出される。すなわち、ノズル部31から、基板9の上面91に向けてエッチング液が吐出される。ノズル部31と上面91との間では、エッチング液の液柱が形成される。エッチング液は、基板9の上面91に設けられた後述の膜をエッチング可能な処理液であり、例えば、クエン酸と過酸化水素(H2O2)との混合液である。エッチング液としては、基板9上の膜がエッチング可能であるならば、酸、アルカリ等、様々な種類の処理液が利用可能である。
リンス液供給部4は、ノズル部31と、リンス液供給源42とを備える。ノズル部31は、処理液供給部3およびリンス液供給部4により共有される。ノズル部31には、リンス液供給源42が開閉弁44を介して接続される。リンス液供給源42からノズル部31にリンス液が供給されることにより、ノズル部31から、基板9の上面91に向けてリンス液が吐出される。リンス液は、例えば純水(DeIonized Water)である。純水以外のリンス液が用いられてもよい。リンス液供給部4において、処理液供給部3とは個別のノズル部が設けられてもよい。
ノズル部31には、アーム51の一端が固定される。アーム51は、中心軸J1に垂直な方向に延びる。アーム51の他端は、ノズル移動機構5に支持される。ノズル移動機構5は、モータを有する。ノズル移動機構5が、中心軸J1に平行な回動軸J2を中心として、アーム51を回動することにより、ノズル部31が基板9の上面91に沿って移動する。ノズル移動機構5は、後述する中央位置と最外位置との間において、移動速度(スキャン速度)を任意に変更しつつノズル部31を連続的に移動することが可能である。ノズル移動機構5は、アーム51を中心軸J1の方向に昇降することも可能である。ノズル移動機構5の構成は適宜変更されてよく、例えば、ノズル部31を一方向に直進させる機構が用いられてもよい。
図2は、ノズル移動機構5の動作を説明するための図である。図2では、上側から下方を向いて見た基板9、ノズル部31およびノズル移動機構5を示している。基板処理装置1では、ノズル部31を使用しない期間には、図2中に一点鎖線で示すように、ノズル部31が基板9の上方から外れた位置(以下、「待機位置」という。)に配置される。中心軸J1に沿って見た場合に、待機位置は、ノズル部31が基板9と重ならない位置である。実際には、基板保持部21の周囲にはカップ23が設けられており(図1参照)、待機位置は、カップ23よりも外側(中心軸J1とは反対側)の位置である。
また、ノズル部31を使用する際には、ノズル移動機構5により、ノズル部31が基板9の上面91に近接した状態で、基板9の上方に配置される。本実施の形態では、ノズル部31は、上面91の外周縁部93に対向する位置(図2中に実線で示すノズル部31の位置であり、以下、「最外位置」という。)と、上面91の中央部に対向する位置(図2中に二点鎖線で示すノズル部31の位置であり、以下、「中央位置」という。)との間における、いずれかの位置に配置される。
既述のように、基板9の周囲にはカップ23が設けられており、ノズル部31が上面91に近接した状態では、ノズル部31の下端は、カップ上部231の上端よりも下方に位置する(後述の図3参照)。また、最外位置に配置されたノズル部31は、カップ上部231に近接する。したがって、ノズル移動機構5は、中心軸J1を中心とする径方向に関して最外位置から内側(中心軸J1側)において、ノズル部31を上面91に近接させつつ上面91に沿って移動可能である。なお、待機位置に位置するノズル部31を、基板9の上方に配置する際には、ノズル移動機構5によるノズル部31の昇降も行われる。また、カップ上部231の上端が基板9よりも下方に下降した状態で、ノズル部31が待機位置から基板9の上方へと移動し、その後、カップ上部231が上昇してもよい。
図3は、基板9の外周縁部93近傍を示す図であり、中心軸J1を含む面における基板9の断面を示している。図3では、最外位置に配置されたノズル部31も示している。基板9の上面91には、膜911が設けられる。膜911は、所定の材料(例えば、コバルト(Co)、窒化チタン(TiN)またはタングステン(W)等の金属を含む材料)により形成され、基板9の上面91の全体を覆う。本実施の形態では、膜911の厚さが、上面91の中央部を除く領域(すなわち、中央部よりも外側の領域)において、外周縁部93に向かうに従って漸次増大する。図3では、膜911の厚さの変化を強調している。
ここで、基板9の外周縁部93は、上面91において外周端面(ベベル部)94に隣接する環状領域であり、外周端面94よりも内側に位置する。外周端面94では、法線方向が上下方向に対して傾斜するのに対し、外周縁部93では、法線方向が上下方向に対して平行である。直径300mmの基板9が用いられる場合、外周縁部93の幅は、例えば5〜15mmである。既述のように、最外位置に配置されたノズル部31は、上下方向において外周縁部93に対向し、外周縁部93に向けてエッチング液を吐出する。ノズル部31から吐出されたエッチング液は、外周縁部93に衝突する。このとき、エッチング液の液柱は、外周端面94には当たらない、すなわち、エッチング液が、外周端面94に直接衝突することはない。
図4は、基板処理装置1が基板9を処理する流れを示す図である。図1の基板処理装置1では、事前に、外部の搬送機構により処理対象の基板9が搬入され、基板保持部21により保持されている。基板9の処理では、まず、基板回転機構22により基板9の回転が開始される(ステップS11)。基板9は、予め設定された一定の回転速度(例えば、500〜2500rpm)にて水平状態で回転する。
続いて、待機位置に位置するノズル部31が、ノズル移動機構5により中央位置に配置される。そして、ノズル部31からのエッチング液の吐出、および、中央位置と最外位置との間におけるノズル部31の移動(揺動)が開始される。これにより、基板9の上面91に沿ってノズル部31を移動しつつ、上面91に対してノズル部31からエッチング液を吐出する第1吐出動作が実行される(ステップS12)。第1吐出動作では、ノズル部31におけるエッチング液の吐出流量は一定である。また、ノズル部31は、最外位置に到達後、直ぐに中央位置に向かい、また、中央位置に到達後、直ぐに最外位置に向かう。このように、ノズル部31は、中央位置と最外位置との間を繰り返し移動する。
このとき、図5に示すように、径方向におけるノズル部31の位置が最外位置P2に近いほど、ノズル部31の移動速度が低くなる。換言すると、ノズル部31の移動速度は、ノズル部31が中央位置P1から最外位置P2に向かうに従って漸次低くなり、最外位置P2から中央位置P1に向かうに従って漸次高くなる。ノズル部31の移動速度が低いほど、上面91におけるエッチング液の吐出位置(径方向の位置)に対するエッチング液の供給量が多くなる、または、単位面積当たりのエッチング時間が長くなると捉えられる。その結果、基板9の中央部から外周縁部93近傍に向かうに従って、エッチング液による膜911のエッチング量を大きくすることが可能となる。もちろん、ノズル部31の移動速度の変化は、線形には限定されず、非線形であってもよい。また、ノズル部31の移動速度は、図5中に二点鎖線で示すようにステップ状に変化してもよい。この場合も、ノズル部31の位置が最外位置P2に近いほど、ノズル部31の移動速度が低いといえる。
中央位置と最外位置との間におけるノズル部31の移動が所定時間(例えば、数秒)継続されると、ノズル部31が最外位置に配置される。これにより、基板9の上面91に対して、最外位置で停止したノズル部31からエッチング液を吐出する第2吐出動作が実行される(ステップS13)。第2吐出動作では、基板9の回転速度が、第1吐出動作時の回転速度よりも高い回転速度(例えば、第1吐出動作時の回転速度の数倍)に変更される。本処理例では、ノズル部31におけるエッチング液の吐出流量は、第1吐出動作と同じである。
ここで、第1吐出動作においてもノズル部31が最外位置を通過し、基板9の上面91の外周縁部93に対してエッチング液が吐出される。第1吐出動作では、基板9の回転による遠心力により、外周縁部93に付着したエッチング液が、上面91上において外側に広がる。このとき、基板9の回転速度が比較的低いため、図3中に二点鎖線で示すように、エッチング液81が上面91上において内側にも広がり、この状態が保たれやすくなる(広がったエッチング液81が残存しやすい。)。一方、第2吐出動作における基板9の回転速度は、第1吐出動作における回転速度よりも高い。したがって、図3中に実線で示すように、ノズル部31から吐出されたエッチング液81が、上面91に付着した後、直ぐに外側(すなわち、外周端面94側)へと広がり、エッチング液81の内側への広がりが第1吐出動作に比べて抑制される。好ましくは、エッチング液81は、内側にはほとんど広がらない。その結果、第2吐出動作では、外周縁部93の狭い範囲のみに対してエッチング液によるエッチングが行われる。
最外位置に配置されたノズル部31からのエッチング液の吐出が所定時間(例えば、5〜10秒)継続されると、エッチング液の吐出が停止される。また、基板9の回転速度が、例えば第1吐出動作時の回転速度まで下げられる。続いて、ノズル部31が中央位置で停止するとともに、リンス液供給部4によりノズル部31を介して上面91にリンス液が供給される(ステップS14)。上面91では、基板9の回転によりリンス液が基板9の外周に向かって広がり、上面91の全体にリンス液が供給される。リンス液の供給により、上面91に付着するエッチング液が除去される。リンス処理において、ノズル部31が中央位置と最外位置との間で移動してもよい。
リンス液の吐出が所定時間継続されると、リンス液の吐出が停止される。また、ノズル移動機構5によりノズル部31が待機位置へと移動する。そして、基板回転機構22が基板9の回転速度を高くすることにより、基板9の乾燥処理(スピンドライ)が行われる(ステップS15)。乾燥処理が完了すると、基板9の回転が停止される(ステップS16)。基板9は、外部の搬送機構により基板処理装置1から搬出される。以上により、基板処理装置1における基板9の処理が完了する。上記処理例では、第1吐出動作の完了後に、第2吐出動作が行われるが、第2吐出動作が先に行われ、第2吐出動作の完了後に、第1吐出動作が行われてもよい。また、リンス液の供給後、乾燥処理の前に、IPA(イソプロピルアルコール)等の有機溶剤が上面91に供給され、リンス液が有機溶剤に置換されてもよい。
ここで、図4の基板処理において第2吐出動作(ステップS13)を省略した比較例の基板処理について説明する。比較例の基板処理では、中央位置と最外位置との間でノズル部31を移動しつつノズル部31からエッチング液を吐出する第1吐出動作により、上面91の膜911がエッチングされる(ステップS12)。その後、第2吐出動作を省略してリンス処理および乾燥処理が行われ、基板9の処理が完了する(ステップS14〜S16)。
図6は、比較例の基板処理により得られるエッチング量のプロファイルを示す図である。以下の説明において、エッチング量のプロファイルは、膜911のエッチング量の径方向における変化を意味し、膜911の厚さのプロファイルは、膜911の厚さの径方向における変化を意味する。図6では、比較例の基板処理によるエッチング量のプロファイルを符号L2を付す破線で示し、理想的な(目標とする)エッチング量のプロファイルを符号L0を付す一点鎖線で示している。プロファイルL2が得られた際の第1吐出動作における基板9の回転速度は、400rpmである。理想的なプロファイルL0の形状は、例えば、エッチング前の基板9の膜911の厚さのプロファイルに近似する。なお、理想的なプロファイルL0では、0〜10mmの中央部近傍を除き、エッチング量が、外側に向かうに従って漸次増大する。
ここで、基板9の半径は150mmであり、比較例の基板処理によるプロファイルL2は、径方向における0〜130mmの範囲では、理想的なプロファイルL0に倣った形状となるが、130〜150mmの範囲では、理想的なプロファイルL0とは異なり、およそ一定のエッチング量となる。径方向における130〜150mmの範囲において、ノズル部31の移動速度を可能な範囲で低くして(または、最外位置においてノズル部31を一時的に停止して)ステップS12の処理を行っても、130〜150mmの範囲では、およそ一定のエッチング量となってしまう。既述のように、第1吐出動作では、図3中に二点鎖線で示すように、最外位置のノズル部31から吐出されたエッチング液81が上面91上において内側にも広がるため、径方向における130〜150mmの範囲、すなわち、外周縁部93の近傍における比較的広い範囲で、エッチング量が一定になると考えられる。
図7は、第1吐出動作および第2吐出動作を含む図4の基板処理により得られるエッチング量のプロファイルを示す図である。図7では、図4の基板処理によるエッチング量のプロファイルを符号L1を付す実線で示し、比較例の基板処理によるエッチング量のプロファイルを符号L2を付す破線で示している。プロファイルL1が得られた際の第1吐出動作における基板9の回転数は400rpmであり、第2吐出動作における回転数は1500rpmである。
図4の基板処理によるプロファイルL1は、0〜130mmの範囲では、比較例の基板処理によるプロファイルL2、および、図6の理想的なプロファイルL0に倣った形状となっている。また、130〜150mmの範囲においても、外側に向かうに従ってエッチング量が漸次増大している。したがって、プロファイルL1では、径方向の全体に亘って理想的なプロファイルL0に倣った形状が得られる。本実施の形態では、理想的なプロファイルL0に近似するプロファイルL1を得るための処理条件(例えば、第1吐出動作および第2吐出動作のそれぞれにおける基板9の回転速度および時間等)は、実験等により決定される。
以上に説明したように、基板処理装置1では、回転する基板9の上面91に沿ってノズル部31を移動しつつ、上面91に対してノズル部31からエッチング液を吐出する第1吐出動作(ステップS12)と、回転する基板9の上面91に対して、最外位置で停止したノズル部31からエッチング液を吐出する第2吐出動作(ステップS13)とが実行される。また、第2吐出動作における基板9の回転速度が、第1吐出動作における回転速度よりも高くされる。これにより、第2吐出動作において、基板9の外周縁部93に吐出されたエッチング液が内側に広がることを第1吐出動作と比較して抑制することができ、エッチング液による外周縁部93に対する追加の処理(ここでは、エッチング)を狭い範囲に限定して行うことができる。
また、基板処理装置1では、最外位置に配置されたノズル部31により、基板9の外周端面94よりも内側の領域に対してエッチング液が吐出される。これにより、ノズル部31から吐出されるエッチング液が、基板9の外周端面94およびチャックピン212に直接衝突することを防止して、外周端面94およびチャックピン212におけるエッチング液の跳ね上がり(液跳ね)を抑制することができる。その結果、跳ね上がったエッチング液が、カップ上部231の内周面を介して上面91に再付着し、上面91が汚染されること等を抑制することができる。なお、図1の基板処理装置1では、最外位置に配置されたノズル部31が、カップ上部231に近接するため、最外位置よりも外側にノズル部31を配置することも困難である。
上記基板処理では、第1吐出動作において、径方向におけるノズル部31の位置が最外位置に近いほど、ノズル部31の移動速度が低くされる。これにより、第1吐出動作では、基板9の上面91の中央部を除く領域において、処理液による処理の程度、すなわち、エッチング液によるエッチング量を、外周縁部93近傍に向かうに従って大きくすることができる。また、第2吐出動作では、外周縁部93の狭い範囲に限定してエッチングが行われるため、外周縁部93の近傍において、エッチング量を外側に向かうに従って大きくすることが可能である。その結果、上面91の中央部を除く領域において、第1吐出動作および第2吐出動作による膜911のエッチング量が、外周縁部93に向かうに従って漸次増大する好ましいプロファイルを実現することができる。
基板9上に形成される膜911の厚さのプロファイルによっては、上面91の全体において、膜911のエッチング量が、外周縁部93に向かうに従って漸次増大するプロファイルが実現されてもよい。また、第1吐出動作および第2吐出動作による膜911のエッチング量(処理液による処理の程度)が、径方向の全体に亘って均等となるように、第1吐出動作および第2吐出動作の処理条件が決定されてもよい。この場合に、第1吐出動作のみでは、外周縁部93におけるエッチング量が、外周縁部93の内側近傍に比べて不足するときでも、第2吐出動作を行うことにより、外周縁部93におけるエッチング量の不足を解消することができる。
上記処理例では、第2吐出動作における基板9の回転速度が、第1吐出動作における回転速度よりも高くされるが、第1吐出動作および第2吐出動作における基板9の回転速度を一定としつつ、第2吐出動作におけるエッチング液の吐出流量が、第1吐出動作における吐出流量よりも低くされてもよい。この場合も、第2吐出動作において、基板9の外周縁部93に吐出されたエッチング液が内側に広がることを第1吐出動作と比較して抑制することができ、エッチング液による外周縁部93に対する追加の処理を狭い範囲に限定して行うことができる。例えば、第1吐出動作における吐出流量は、1000〜2000mL/minであり、第2吐出動作における吐出流量は、第1吐出動作における吐出流量の0.3〜0.5倍である。
また、第2吐出動作における基板9の回転速度が、第1吐出動作における回転速度よりも高くされ、かつ、第2吐出動作におけるエッチング液の吐出流量が、第1吐出動作における吐出流量よりも低くされてもよい。以上のように、基板処理装置1では、第2吐出動作における基板9の回転速度が、第1吐出動作における回転速度よりも高い、または/および、第2吐出動作におけるエッチング液の吐出流量が、第1吐出動作における吐出流量よりも低いことが重要である。
基板処理装置1では、第1吐出動作および第2吐出動作の一方の完了後に他方を行う上述の処理例(以下、「全体逐次処理」という。)以外の処理が行われてもよい。次に、部分逐次処理について説明する。部分逐次処理における第1吐出動作では、上述の全体逐次処理と同様に、ノズル部31が中央位置と最外位置との間を繰り返し移動しつつ、ノズル部31からエッチング液が吐出される(図4:ステップS12)。第1吐出動作では、ノズル部31の位置が最外位置に近いほど、ノズル部31の移動速度が低くなる。また、ノズル部31が最外位置に到達する際に、ノズル部31が一時的に最外位置で停止し、第2吐出動作が行われる(ステップS13)。このとき、第2吐出動作における基板9の回転速度が、第1吐出動作における回転速度よりも高くされ、または/および、第2吐出動作におけるエッチング液の吐出流量が、第1吐出動作における吐出流量よりも低くされる。
最外位置におけるエッチング液の吐出が所定時間継続されると、ノズル部31が中央位置に向かって移動を開始し、第1吐出動作が再開される。そして、ノズル部31が最外位置に再度到達すると、第2吐出動作が行われる。このように、上記部分逐次処理では、ノズル部31が最外位置に到達する度に、第1吐出動作を中断して、第2吐出動作が行われる。第2吐出動作は、必ずしもノズル部31が最外位置に到達する度に行われる必要はなく、第1吐出動作の途中においてノズル部31が最外位置に到達する少なくとも一度のタイミングにおいて行われればよい。
以上のように、部分逐次処理では、第1吐出動作においてノズル部31が最外位置に到達する際に、ノズル部31が一時的に最外位置で停止される。そして、基板9の回転速度を高くする、または/および、エッチング液の吐出流量を低くすることにより、第2吐出動作が行われる。この場合も、第2吐出動作において、外周縁部93に吐出されたエッチング液が内側に広がることを抑制することができ、エッチング液による外周縁部93に対する追加の処理を狭い範囲に限定して行うことができる。
全体逐次処理および部分逐次処理のいずれの場合も、第1吐出動作において、ノズル部31の移動速度を一定としつつ、基板9の回転速度、または、エッチング液の吐出流量が、径方向におけるノズル部31の位置に応じて変更されてもよい。
基板9の回転速度を変更する場合、図8に示すように、径方向におけるノズル部31の位置が最外位置P2に近いほど、基板9の回転速度が低くなる。換言すると、基板9の回転速度は、ノズル部31が中央位置P1から最外位置P2に向かうに従って漸次低くなり、最外位置P2から中央位置P1に向かうに従って漸次高くなる。基板9の回転速度が低いほど、ノズル部31から吐出されたエッチング液は、その吐出位置に留まりやすくなると考えられる。その結果、エッチング液による膜911のエッチング量(すなわち、処理液による処理の程度)を、基板9の中央部近傍から外周縁部93近傍に向かうに従って大きくする、または、均等にすることが可能となる。もちろん、基板9の回転速度の変化は、線形には限定されず、非線形であってもよい。また、基板9の回転速度は、図8中に二点鎖線で示すようにステップ状に変化してもよい。この場合も、ノズル部31の位置が最外位置P2に近いほど、基板9の回転速度が低いといえる。
第1吐出動作において基板9の回転速度を変更する場合、第2吐出動作における基板9の回転速度は、第1吐出動作において最外位置の内側近傍にノズル部31が配置される際の回転速度よりも高くされる。これにより、第2吐出動作において、外周縁部93に吐出されたエッチング液が内側に広がることを抑制することができる。その結果、基板9の外周縁部93の近傍においても、エッチング量を外側に向かうに従って大きくする、または、均等にする等、エッチング量の好ましいプロファイルを実現することができる。
エッチング液の吐出流量を変更する場合、図9に示すように、径方向におけるノズル部31の位置が最外位置P2に近いほど、エッチング液の吐出流量が高くなる。換言すると、エッチング液の吐出流量は、ノズル部31が中央位置P1から最外位置P2に向かうに従って漸次高くなり、最外位置P2から中央位置P1に向かうに従って漸次低くなる。エッチング液の吐出流量が高いほど、上面91におけるエッチング液の吐出位置(径方向の位置)に対するエッチング液の供給量が多くなる。その結果、エッチング液による膜911のエッチング量(すなわち、処理液による処理の程度)を、基板9の中央部近傍から外周縁部93近傍に向かうに従って大きくする、または、均等にすることが可能となる。もちろん、エッチング液の吐出流量の変化は、線形には限定されず、非線形であってもよい。また、エッチング液の吐出流量は、図9中に二点鎖線で示すようにステップ状に変化してもよい。この場合も、ノズル部31の位置が最外位置P2に近いほど、エッチング液の吐出流量が高いといえる。
第1吐出動作においてエッチング液の吐出流量を変更する場合、第2吐出動作におけるエッチング液の吐出流量は、第1吐出動作において最外位置の内側近傍にノズル部31が配置される際の吐出流量よりも低くされる。これにより、第2吐出動作において、外周縁部93に吐出されたエッチング液が内側に広がることを抑制することができる。その結果、基板9の外周縁部93の近傍においても、エッチング量を外側に向かうに従って大きくする、または、均等にする等、エッチング量の好ましいプロファイルを実現することができる。第1吐出動作では、ノズル部31の移動速度、基板9の回転速度、および、エッチング液の吐出流量のうち2つ以上が、径方向におけるノズル部31の位置に応じて変更されてもよい。
図10は、基板処理装置1に付加される処理条件取得部7の構成を示す図である。処理条件取得部7は、例えばCPU等を含むコンピュータであり、特徴ベクトル算出部71と、判定部72と、学習部(機械学習部)73と、(記憶部に記憶された)データベース74とを備える。処理条件取得部7では、処理対象の基板9における後述の厚さ情報を入力することにより、エッチング量の好ましいプロファイルを得るための、第1吐出動作および第2吐出動作の処理条件が自動的に取得される。特徴ベクトル算出部71、判定部72および学習部73は、例えば、所定のプログラムの実行により実現される。処理条件取得部7の全部または一部が、専用の電気的回路により実現されてもよい。また、処理条件取得部7が、制御部10と同じコンピュータにより実現されてもよい。
図11は、判定部72を構築する処理の流れを示す図である。処理条件取得部7では、処理条件の取得の事前準備として判定部72が構築される。判定部72の構築では、まず、上面91に膜911が設けられた複数の基板9(後述の処理対象の基板9と区別するため、以下、「参照基板9」という。)が準備される。続いて、複数の参照基板9のそれぞれに対して、外部の膜厚測定装置を用いて膜911の厚さのプロファイルが取得される。以下の説明では、膜911の厚さのプロファイルを、「厚さ情報」という。なお、膜厚測定装置が、基板処理装置1に設けられてもよい。
厚さ情報が取得されると、複数の参照基板9に対して図4の基板処理が行われる。このとき、複数の参照基板9は、互いに異なる処理条件で第1吐出動作および第2吐出動作が行われる。処理条件は、例えば、チャンバ内の温度および湿度、全体逐次処理または部分逐次処理の選択、第1吐出動作における参照基板9の回転速度、時間、吐出流量およびノズル部31の移動速度、並びに、第2吐出動作における参照基板9の回転速度、時間、吐出流量およびノズル部31の位置(最外位置)等を含む。基板処理装置1が複数のチャンバを含む場合には、チャンバの識別番号が処理条件に含まれてもよい。
複数の参照基板9に対する基板処理が完了すると、各参照基板9に対する膜911のエッチング結果が取得される。エッチング結果は、例えば、エッチング後の膜911の厚さのプロファイル(または、エッチング量のプロファイル)、および、作業者が当該プロファイルに対して判定した良否のラベルを含む。以上の処理により、複数の参照基板における膜911の厚さ情報(エッチング前の膜911の厚さ情報)、処理条件およびエッチング結果を示す教師データが準備される(ステップS21)。
教師データは、学習部73に入力される。学習部73は、教師データに含まれる各参照基板9に対する膜911の厚さ情報から複数の特徴量を算出する。例えば、複数の特徴量は、エッチング前の膜911の厚さのプロファイルにおける、径方向の複数の位置での傾きである。複数の特徴量の算出は特徴ベクトル算出部71において行われてもよい。学習部73では、複数の特徴量の集合が、特徴ベクトルとして扱われる。続いて、学習部73が、複数の参照基板9における特徴ベクトル、処理条件およびエッチング結果(すなわち、教師データ)を用いて、ニューラルネットワーク等を利用する分類器(人工知能(AI)を含む。)を学習させることにより、判定部72が構築される(ステップS22)。ここで、判定部72の構築は、ニューラルネットワーク等におけるパラメータの値の決定を含む。判定部72は、特徴ベクトルの入力により、良と判定されるエッチング後の厚さのプロファイルが得られる予定の処理条件を出力する。教師データは、データベース74に含められ、記憶される。
図12は、処理対象の基板9に対して処理条件を取得する処理の流れを示す図である。処理条件を取得する際には、まず、処理対象の基板9に対して、膜厚測定装置を用いて膜911の厚さ情報が取得される(ステップS31)。既述のように、膜厚測定装置が、基板処理装置1に設けられてもよい。膜911の厚さ情報は、特徴ベクトル算出部71に入力され、判定部72の構築時と同様にして特徴ベクトルが取得される。そして、当該特徴ベクトルが判定部72に入力されることにより、処理対象の基板9に対する処理条件が出力される。このように、判定部72では、膜911の厚さ情報を用いて処理条件が取得される(ステップS32)。処理条件の一例は、使用すべきチャンバの識別番号、全体逐次処理または部分逐次処理の選択、第2吐出動作における基板9の回転速度およびノズル部31の位置(最外位置)等を示す。基板処理装置1では、取得された処理条件に従って、図4の基板処理が行われる。当該基板処理が行われた基板9では、良と判定されるエッチング後の厚さのプロファイル(または、エッチング量のプロファイル)が得られる。
処理条件取得部7により取得される処理条件が、例えば、第2吐出動作における基板9の回転速度および時間、または、第2吐出動作における吐出流量および時間のみを含み、他の条件は予め定められた固定値であってもよい。好ましくは、処理条件取得部7により取得される処理条件は、第1吐出動作および第2吐出動作のそれぞれにおける基板9の回転速度および時間、または、第1吐出動作および第2吐出動作のそれぞれにおける吐出流量および時間を含む。
なお、基板処理装置1のチャンバ内に撮像部が設けられ、基板9の撮像画像から求められる特徴量が特徴ベクトルに含められてもよい(教師データにおいて同様)。また、判定部72、学習部73およびデータベース74(図10中で破線で囲む構成)が、外部のサーバにおいて実現されてもよい。この場合、複数の参照基板9における膜911の厚さ情報(または特徴ベクトル)、処理条件およびエッチング結果を示す教師データが通信部を介して、当該サーバへと送信され、判定部72が構築される。処理対象の基板9に対して処理条件を取得する際には、特徴ベクトル算出部71にて求められた特徴ベクトル(または膜911の厚さ情報)が通信部を介して、当該サーバへと送信される。判定部72では、特徴ベクトルを用いて処理条件が取得され、通信部を介して制御部10に入力される。これにより、当該処理条件に従った基板9の処理が行われる。上記の場合において、当該サーバが基板処理装置1の一部として捉えられてもよい。また、処理対象の基板9に対して取得されたデータが、教師データに追加され、判定部72が更新されてもよい。さらに、膜911の種類や、基板9のサイズ毎に、判定部72およびデータベース74等が準備されてもよい。
上記基板処理装置1では様々な変形が可能である。
基板9に対して求められる処理の精度によっては、第1吐出動作において、必ずしもノズル部31が中央位置と最外位置との間で移動する必要はなく、例えば、ノズル部31が中央位置と、最外位置よりも内側の位置との間で移動してもよい。また、第1吐出動作において、回転する基板9の上面91に対して、中央位置で停止したノズル部31からエッチング液が吐出されてもよい。
基板処理装置1では、エッチング液以外に、膜911を変質させる薬液等、他の種類の処理液が用いられてもよい。この場合も、第2吐出動作における基板9の回転速度が、第1吐出動作における回転速度よりも高い、または/および、第2吐出動作における処理液の吐出流量が、第1吐出動作における吐出流量よりも低いことにより、処理液による外周縁部93に対する追加の処理を、狭い範囲に限定して行うことが可能となる。また、最外位置に配置されたノズル部31により、基板9の外周端面94よりも内側の領域に対して処理液が吐出されることにより、基板9の外周端面94における処理液の跳ね上がりを抑制することができる。
ノズル移動機構5の設計によっては、ノズル部31が、図13中に実線で示す最外位置から中央位置を通過して、二点鎖線で示す最外位置(実線の最外位置と同じ径方向の位置である。)まで移動可能であってもよい。この場合も、図2の例と同様に、ノズル部31が中央位置と最外位置との間で移動していると捉えることが可能である。
基板処理装置1において処理が行われる基板は半導体基板には限定されず、ガラス基板や他の基板であってもよい。
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
1 基板処理装置
3 処理液供給部
5 ノズル移動機構
9 基板
10 制御部
21 基板保持部
22 基板回転機構
23 カップ
31 ノズル部
72 判定部
81 エッチング液
91 (基板の)上面
93 (基板の)外周縁部
94 (基板の)外周端面
212 チャックピン
231 カップ上部
911 膜
P1 中央位置
P2 最外位置
S11〜S16,S21,S22,S31,S32 ステップ
3 処理液供給部
5 ノズル移動機構
9 基板
10 制御部
21 基板保持部
22 基板回転機構
23 カップ
31 ノズル部
72 判定部
81 エッチング液
91 (基板の)上面
93 (基板の)外周縁部
94 (基板の)外周端面
212 チャックピン
231 カップ上部
911 膜
P1 中央位置
P2 最外位置
S11〜S16,S21,S22,S31,S32 ステップ
Claims (11)
- 基板処理装置における基板処理方法であって、
前記基板処理装置が、
円板状の基板を水平状態で保持する基板保持部と、
前記基板保持部を回転する基板回転機構と、
前記基板の上面に向けてノズル部から処理液を吐出する処理液供給部と、
前記上面の外周縁部に対向する最外位置から径方向の内側において、前記ノズル部を前記上面に近接させつつ前記上面に沿って移動可能であるノズル移動機構と、
を備え、
前記基板処理方法が、
a)回転する前記基板の前記上面に沿って前記ノズル部を移動しつつ、前記上面に対して前記ノズル部から前記処理液を吐出する、または、回転する前記基板の前記上面に対して、前記上面の中央部に対向する中央位置で停止した前記ノズル部から前記処理液を吐出する工程と、
b)回転する前記基板の前記上面に対して、前記最外位置で停止した前記ノズル部から前記処理液を吐出する工程と、
を備え、
前記最外位置に配置された前記ノズル部により、前記基板の外周端面よりも内側の領域に対して前記処理液が吐出され、
前記b)工程における前記基板の回転速度が、前記a)工程における前記回転速度よりも高い、または/および、前記b)工程における前記処理液の吐出流量が、前記a)工程における前記吐出流量よりも低いことを特徴とする基板処理方法。 - 請求項1に記載の基板処理方法であって、
前記a)工程において、前記ノズル部が前記中央位置と前記最外位置との間で移動し、前記ノズル部の位置が前記最外位置に近いほど、前記ノズル部の移動速度が低いことを特徴とする基板処理方法。 - 請求項1に記載の基板処理方法であって、
前記a)工程において、前記ノズル部が前記中央位置と前記最外位置との間で移動し、前記ノズル部の位置が前記最外位置に近いほど、前記基板の回転速度が低く、または、前記処理液の吐出流量が高く、
前記b)工程における前記基板の回転速度が、前記a)工程において前記最外位置の内側近傍に前記ノズル部が配置される際の前記回転速度よりも高い、または/および、前記b)工程における前記処理液の吐出流量が、前記a)工程において前記最外位置の内側近傍に前記ノズル部が配置される際の前記吐出流量よりも低いことを特徴とする基板処理方法。 - 請求項2または3に記載の基板処理方法であって、
前記処理液が、前記上面に設けられた膜をエッチングするエッチング液であり、
前記上面の前記中央部を除く領域において、前記a)およびb)工程による前記膜のエッチング量が、前記外周縁部に向かうに従って漸次増大することを特徴とする基板処理方法。 - 請求項1ないし4のいずれか1つに記載の基板処理方法であって、
前記a)工程において、前記ノズル部が前記中央位置と前記最外位置との間を繰り返し移動するとともに、前記ノズル部が前記最外位置に到達後、直ぐに前記中央位置に向かい、
前記a)工程の完了後に、前記ノズル部が前記最外位置に配置され、前記b)工程が行われることを特徴とする基板処理方法。 - 請求項1ないし4のいずれか1つに記載の基板処理方法であって、
前記a)工程において、前記ノズル部が前記中央位置と前記最外位置との間を繰り返し移動し、前記ノズル部が前記最外位置に到達する際に、前記ノズル部が一時的に前記最外位置で停止し、前記b)工程が行われることを特徴とする基板処理方法。 - 請求項1ないし6のいずれか1つに記載の基板処理方法であって、
前記基板保持部が、前記基板の前記外周端面に当接する複数のチャックピンを備えることを特徴とする基板処理方法。 - 請求項1ないし7のいずれか1つに記載の基板処理方法であって、
前記基板処理装置が、前記基板保持部により保持される前記基板の周囲を囲むカップをさらに備え、
前記最外位置に配置された前記ノズル部が、前記カップの上部に近接することを特徴とする基板処理方法。 - 請求項1ないし8のいずれか1つに記載の基板処理方法であって、
前記処理液が、前記上面に設けられた膜をエッチングするエッチング液であり、上面に膜が設けられた複数の基板に対して、互いに異なる処理条件で前記a)およびb)工程を行うことにより得られる前記膜のエッチング結果と、前記a)およびb)工程を行う前の前記膜の厚さ情報とを取得することにより、前記複数の基板における前記膜の厚さ情報、前記処理条件および前記エッチング結果を示す教師データを準備する工程と、
前記教師データを用いた学習により、判定部を構築する工程と、
をさらに備えることを特徴とする基板処理方法。 - 請求項9に記載の基板処理方法であって、
処理対象の基板に対して前記膜の厚さ情報を取得する工程と、
前記基板の前記膜の厚さ情報を用いて、前記判定部により前記処理条件を取得する工程と、
をさらに備えることを特徴とする基板処理方法。 - 基板処理装置であって、
円板状の基板を水平状態で保持する基板保持部と、
前記基板保持部を回転する基板回転機構と、
前記基板の上面に向けてノズル部から処理液を吐出する処理液供給部と、
前記上面の外周縁部に対向する最外位置から径方向の内側において、前記ノズル部を前記上面に近接させつつ前記上面に沿って移動可能であるノズル移動機構と、
前記基板回転機構、前記処理液供給部および前記ノズル移動機構を制御することにより、回転する前記基板の前記上面に沿って前記ノズル部を移動しつつ、前記上面に対して前記ノズル部から前記処理液を吐出する、または、回転する前記基板の前記上面に対して、前記上面の中央部に対向する中央位置で停止した前記ノズル部から前記処理液を吐出する第1吐出動作と、回転する前記基板の前記上面に対して、前記最外位置で停止した前記ノズル部から前記処理液を吐出する第2吐出動作とを実行させる制御部と、
を備え、
前記最外位置に配置された前記ノズル部により、前記基板の外周端面よりも内側の領域に対して前記処理液が吐出され、
前記第2吐出動作における前記基板の回転速度が、前記第1吐出動作における前記回転速度よりも高い、または/および、前記第2吐出動作における前記処理液の吐出流量が、前記第1吐出動作における前記吐出流量よりも低いことを特徴とする基板処理装置。
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