JP2023048696A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】エッチング処理後の露出部分を酸化膜で保護することにより、製品不良を抑制できる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。【解決手段】基板処理装置１は、シリコンウェーハ１００を保持して回転させる回転体１０と、回転体１０により回転するシリコンウェーハの被処理面に対して、エッチング処理用の第１の処理液を供給することによりエッチング処理を行う第１の処理液供給部４０と、第１の処理液の供給によるエッチング処理に連続して、回転体１０により回転するシリコンウェーハの被処理面に対して、酸化処理用の第２の処理液を供給することにより酸化膜形成処理を行う第２の処理液供給部５０と、を有する。【選択図】図３
Description
本発明は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
半導体ウェーハなどの基板に積層された膜を、処理液によりエッチングするウェットエッチングの装置として、複数枚の基板を一括して処理液に浸漬させるバッチ式の基板処理装置が存在する。このようなバッチ式の基板処理装置は、複数枚を一括して処理できるので、生産性が高い。
但し、バッチ式の基板処理装置は、複数枚の基板を共通の条件の処理液内に浸漬させるので、各基板に形成された膜厚等の相違に応じて、基板ごとにエッチングの深さ等を細かく調整することが難しい。そこで、基板を回転させながら、基板の回転中心付近にエッチング用の処理液を供給して、基板の表面に処理液を展延させることにより、基板を一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置が使用されている。
エッチング用の処理液としては、フッ酸やリン酸、硫酸などの酸系の液体が用いられる。例えば、シリコンウェーハにおけるポリシリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）上に、大気との接触により自然酸化膜（ＳｉＯ２）が形成され、さらに窒化膜（ＳｉＮ）が積層された部分を有する基板において、ターゲット膜として窒化膜をエッチングする場合、処理液としてリン酸を利用する基板処理装置がある。
このように、リン酸を含む処理液によりエッチングする基板処理装置では、酸化膜と窒化膜とのエッチングの選択比をとる、つまり窒化膜をエッチングしつつ、その下の酸化膜のエッチングを抑える必要がある。これに対処するために、処理液中に、所定量のコロイダルシリカを混入させる方法がある。この方法によると、全体のエッチングレートが低下するため、酸化膜がエッチングされ難くなる。
しかし、このように全体のエッチングレートを低下させる方法によっても、酸化膜は多少エッチングされてしまう。特に、窒化膜の下の酸化膜が薄くなっている部分については、酸化膜が全て除去されてしまう場合があり、酸化膜の下のポリシリコンが露出することになる。また、そもそも窒化膜の下に酸化膜が形成されていない部分については、窒化膜のエッチングにより、ポリシリコンが露出する。
エッチングの後には、温純水によるリンスやアルカリの溶液であるＡＰＭ処理液（アンモニア水と過酸化水素水の混合液）によるＡＰＭ処理を行い、リン酸を含む処理液を除去する洗浄処理が行われるが、このようにポリシリコンが露出した状態で洗浄処理を行うと、露出したポリシリコンが、温純水による熱の作用やＡＰＭ処理液によってエッチングされてしまう。つまり、エッチング対象となるターゲット膜以外のものまでエッチングされてしまうことになるため、製品不良につながる。
本発明の実施形態は、上述のような課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、エッチング処理後の露出部分を酸化膜で保護することにより、製品不良を抑制できる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
本発明の実施形態の基板処理装置は、基板を保持して回転させる回転体と、前記回転体により回転する前記基板の被処理面に対して、エッチング処理用の第１の処理液を供給することによりエッチング処理を行う第１の処理液供給部と、前記第１の処理液の供給によるエッチング処理後、前記回転体により回転する前記基板の被処理面に対して、酸化処理用の第２の処理液を供給することにより酸化膜形成処理を行う第２の処理液供給部と、を有する。
本発明の実施形態の基板処理方法は、回転体により基板を保持して回転させ、前記回転体により回転する前記基板の被処理面に対して、エッチング処理用の第１の処理液を供給し、前記回転体により回転する前記基板の被処理面に対して、酸化処理用の第２の処理液を供給する。
本発明の実施形態は、エッチング処理後の露出部分を酸化膜で保護することにより、製品不良を抑制できる基板処理装置及び基板処理方法を提供できる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
[概要］
図１に示すように、本実施形態の基板処理装置１は、各種の処理を行う装置を収容した複数のチャンバ１ａを備え、前工程でカセット（ＦＯＵＰ）１ｂに複数枚収容されて搬送されてきた基板Ｗに対して、各チャンバ１ａ内で１枚ずつ処理を行う枚葉処理の装置である。未処理の基板Ｗは、カセット１ｂから搬送ロボット１ｃによって１枚ずつ取り出され、バッファユニット１ｄに一時的に載置された後、以下に説明する各種装置により、各チャンバ１ａへの搬送及び処理が行われる。
[概要］
図１に示すように、本実施形態の基板処理装置１は、各種の処理を行う装置を収容した複数のチャンバ１ａを備え、前工程でカセット（ＦＯＵＰ）１ｂに複数枚収容されて搬送されてきた基板Ｗに対して、各チャンバ１ａ内で１枚ずつ処理を行う枚葉処理の装置である。未処理の基板Ｗは、カセット１ｂから搬送ロボット１ｃによって１枚ずつ取り出され、バッファユニット１ｄに一時的に載置された後、以下に説明する各種装置により、各チャンバ１ａへの搬送及び処理が行われる。
基板処理装置１は、エッチング装置１１０、洗浄装置１２０、搬送装置２００、乾燥装置３００、制御装置４００を含む。エッチング装置１１０は、回転する基板Ｗの被処理面に、エッチング処理用の処理液を供給することによって、ターゲット膜の一部を除去して、必要な膜を残す装置である。洗浄装置１２０は、エッチング装置１１０でエッチング処理された基板Ｗの処理面に、洗浄処理用の処理液を供給することにより洗浄する。なお、後述するように、エッチング装置１１０においても、洗浄液の供給による洗浄処理が行われるが、これは、エッチング装置１１０のチャンバ（第１のチャンバ）１ａとは別のチャンバ（第２のチャンバ）１ａで行われる洗浄装置１２０の洗浄とは別の洗浄処理である。
搬送装置２００は、バッファユニット１ｄと各チャンバ１ａとの間、各チャンバ１ａの間で基板Ｗを搬送する。例えば、搬送装置２００は、エッチング装置１１０において処理済の基板Ｗを洗浄装置１２０に搬送し、洗浄装置１２０において洗浄された基板Ｗを乾燥装置３００に搬送する。搬送装置２００も、基板Ｗを把持するロボットハンド２１０と、ロボットハンド２１０を移動させる搬送ロボット２２０を有する。乾燥装置３００は、洗浄された基板Ｗを回転させながら加熱することにより、乾燥処理を行う。制御装置４００は、上記の各装置を制御する。
なお、本実施形態により処理される基板Ｗは、例えば、半導体ウェーハである。以下、基板Ｗのパターン等が形成された面を被処理面とする。被処理面は、図２（Ａ）に示すように、シリコンウェーハ１００上にポリシリコン１０１、シリコン酸化膜１０２、シリコン窒化膜１０３の順に重なっている部分を有する。以下、シリコン酸化膜１０２は、単に酸化膜１０２、シリコン窒化膜１０３、単に窒化膜１０３とする。
エッチング対象のターゲット膜は、窒化膜１０３である。酸化膜１０２は大気との接触により自然に形成された膜であり、ポリシリコン１０１を保護する保護膜として機能するが、酸化膜１０２が形成されていない箇所も存在する。エッチングは、窒化膜１０３の一部に対して行い、酸化膜１０２のエッチングはなるべく抑えて、温存された酸化膜１０２によって洗浄時にポリシリコン１０１を保護することが望ましい。但し、上記のように、エッチング時に酸化膜１０２は除去され易い（図２（Ｂ）参照）。なお、保護対象となる層は、ポリシリコン１０１には限定されず、エピシリコン等の場合もあり、シリコンウェーハ１００であれば、シリコン全般が対象となる。
エッチング処理用の処理液（第１の処理液）は、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）を含む水溶液（以下、リン酸溶液とする）を使用する。本実施形態では、エッチング処理後、酸化膜形成処理用の処理液（第２の処理液）を、回転する基板Ｗの被処理面に供給することにより、被処理面を敢えて酸化させる。これは、除去された酸化膜１０２を補って保護膜としての機能を維持するとともに（図２（Ｃ）参照）、存在しなかった酸化膜１０２を形成して保護膜としての機能を増強する役割を果たす。酸化膜形成処理用の第２の処理液としては、過酸化水素水（Ｈ２О２）又はオゾン（Ｏ３）水を用いる。
洗浄装置１２０においては、洗浄（リンス）処理のための処理液として、アルカリ洗浄液（ＡＰＭ）、超純水（ＤＩＷ）、揮発性溶剤（ＩＰＡ）を使用する。АＰＭは、アンモニア水と過酸化水素水を混合した薬液であり、残留有機物を除去するために使用する。ＤＩＷは、ＡＰＭ処理後、基板Ｗの被処理面上に残留するＡＰＭを洗い流すために使用する。ＩＰＡは、表面張力がＤＩＷよりも小さく、揮発性が高いため、ＤＩＷを置換して表面張力によるパターン倒壊を低減するために使用する。なお、本実施形態のエッチング装置１１０は、エッチング処理前の洗浄のために、炭酸水（ＣО２Ｗ）を使用し、酸化膜形成後の洗浄のために温純水（Ｈоｔ ＤＩＷ）を使用する。
本実施形態の各処理部は、基板Ｗを回転体１０とともに回転させながら、基板Ｗの被処理面に処理液を供給することにより、被処理面を処理する。以下、主にエッチング装置１１０について説明する。
[エッチング装置］
エッチング装置１１０は、図３～図５に示すように、回転体１０、回転機構２０、保持部３０、第１の処理液供給部４０、第２の処理液供給部５０、制御部６０を有する。なお、図３では、回転体１０、回転機構２０、保持部３０を収容し、エッチング処理及び酸化膜形成処理が行われるチャンバ１ａ（第１のチャンバ）については、図示を省略している。
エッチング装置１１０は、図３～図５に示すように、回転体１０、回転機構２０、保持部３０、第１の処理液供給部４０、第２の処理液供給部５０、制御部６０を有する。なお、図３では、回転体１０、回転機構２０、保持部３０を収容し、エッチング処理及び酸化膜形成処理が行われるチャンバ１ａ（第１のチャンバ）については、図示を省略している。
（回転体）
回転体１０は、保持部３０に保持された基板Ｗに間隔を空けて対向する対向面１１１を有し、保持部３０とともに回転可能に設けられている。回転体１０は、テーブル１１、ベース１２を有する。テーブル１１は、一端が対向面１１１によって塞がれた円筒形状である。対向面１１１は、基板Ｗよりも大きな径の円形の面である。対向面１１１の中央には、円形の貫通孔１１ａが形成されている（図４参照）。テーブル１１の側面１１２には、処理液を排出する貫通孔である排出口１１ｂが形成されている。
回転体１０は、保持部３０に保持された基板Ｗに間隔を空けて対向する対向面１１１を有し、保持部３０とともに回転可能に設けられている。回転体１０は、テーブル１１、ベース１２を有する。テーブル１１は、一端が対向面１１１によって塞がれた円筒形状である。対向面１１１は、基板Ｗよりも大きな径の円形の面である。対向面１１１の中央には、円形の貫通孔１１ａが形成されている（図４参照）。テーブル１１の側面１１２には、処理液を排出する貫通孔である排出口１１ｂが形成されている。
ベース１２は、テーブル１１と同径で、対向面１１１と反対側に接続された円筒形状の部材である。ベース１２は、テーブル１１を支持する構造を有する部材である。回転体１０を構成するテーブル１１及びベース１２は、処理液に対して耐性を有する材料で形成されている。例えば、ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥなどのフッ素系の樹脂により、回転体１０を構成することが好ましい。
なお、このような回転体１０は、図示しない設置面又は設置面に設置された架台に固定された固定ベース１３上に、後述する回転機構２０によって回転可能に設けられている。固定ベース１３には、防護壁１３ａが設けられている。防護壁１３ａは、ベース１２と同心であって、固定ベース１３上に立ち上げられた二重の円筒形の壁であり、ベース１２の下縁を非接触で挟むように覆っている。これにより、防護壁１３ａとベース１２との間に、屈曲した経路であるラビリンス構造が形成され、ベース１２の外壁に沿って流れ落ちる処理液が、ベース１２の内部に流入し難い構成となっている。
さらに、チャンバ１ａ内の回転体１０の周囲には、回転する基板Ｗから飛散する各種の処理液を、基板Ｗの周囲から受けるカップ１４が設けられている。
（回転機構）
回転機構２０は、回転体１０を回転させる機構である。回転機構２０は、固定軸２１、駆動源２２を有する。固定軸２１は、回転体１０と同軸に配置された円筒形状の部材である。固定軸２１の下端部は、後述する駆動源２２とともに、固定ベース１３に固定されている。
回転機構２０は、回転体１０を回転させる機構である。回転機構２０は、固定軸２１、駆動源２２を有する。固定軸２１は、回転体１０と同軸に配置された円筒形状の部材である。固定軸２１の下端部は、後述する駆動源２２とともに、固定ベース１３に固定されている。
駆動源２２は、中空の回転子とこれを回転させる固定子を有する中空モータである。駆動源２２は、固定軸２１とともに、固定ベース１３に固定されている。駆動源２２は、固定子のコイルに通電することにより、回転子が回転することにより、ベース１２とともにテーブル１１を回転させる。
（保持部）
保持部３０は、対向面１１１と平行に且つ間隔を空けて、基板Ｗを保持する。保持部３０は、図４に示すように、回動部材３１、保持ピン３２、駆動機構３３を有する。回動部材３１は、基板Ｗの周囲に沿って、等間隔で複数配置された円柱形状の部材である。回動部材３１は、固定軸２１と平行な軸を中心に回動可能に設けられている。回動部材３１の天面は、対向面１１１から露出している。
保持部３０は、対向面１１１と平行に且つ間隔を空けて、基板Ｗを保持する。保持部３０は、図４に示すように、回動部材３１、保持ピン３２、駆動機構３３を有する。回動部材３１は、基板Ｗの周囲に沿って、等間隔で複数配置された円柱形状の部材である。回動部材３１は、固定軸２１と平行な軸を中心に回動可能に設けられている。回動部材３１の天面は、対向面１１１から露出している。
保持ピン３２は、回動部材３１の天面の回動の中心から偏心した位置に立設されている。保持ピン３２は円柱形状であり、基板Ｗの縁部が嵌る縊れを有する。保持ピン３２は、回動部材３１の回動に従って、基板Ｗの縁部に接することにより基板Ｗを保持する保持位置（図４（Ａ）参照）と、基板Ｗの縁部から離れることにより基板Ｗを解放する解放位置（図４（Ｂ）参照）との間を移動する。
駆動機構３３は、回動部材３１を回動させることにより、保持ピン３２を保持位置と解放位置との間で移動させる。駆動機構３３は、駆動軸３３１、小ギヤ３３２、大ギヤ３３３を有する。
駆動軸３３１は、回動部材３１の天面と反対側に、回動部材３１の回動の軸と同軸に設けられた円柱形状の部材である。小ギヤ３３２は、駆動軸３３１の回動部材３１と反対側の端部に設けられたセクタギヤである。大ギヤ３３３は、小ギヤ３３２に対応して、ギヤ溝が間欠的に形成されたギヤである。大ギヤ３３３は、ベース１２内に軸受（図示せず）によって回転自在に設けられている。大ギヤ３３３は、小ギヤ３３２と対応する間隔で、６つの凸部が周方向に所定間隔で形成されてなり、各凸部の先端外周面に、小ギヤ３３２に噛合するギヤ溝が形成されている。
大ギヤ３３３は、図示しないバネ等の付勢部材によって、図４（Ａ）に矢印αで示す回転方向（反時計方向）に付勢されている。これにより、小ギヤ３３２は、矢印β１で示す時計方向に付勢されるため、小ギヤ３３２の回動に回動部材３１が連動し、保持ピン３２が回転体１０の中心方向へ移動して、基板Ｗに当接する保持位置に維持される。なお、基板処理時には、この保持位置を維持した状態で、回動部材３１、駆動軸３３１、保持ピン３２、小ギヤ３３２、大ギヤ３３３は、回転体１０とともに回転する。
また、大ギヤ３３３は、図示しないストッパ機構によって、回転が阻止される。大ギヤ３３３の回転が阻止された状態で、図４（Ｂ）に示すように、回転体１０を矢印γ方向へ回転させると、回転が阻止された大ギヤ３３３に噛合している小ギヤ３３２が、矢印β２で示す反時計方向に回動する。これにより、回動部材３１が回動するので、保持ピン３２が基板Ｗの縁部から離れる方向に移動して、解除位置に来る。
（第１の処理液供給部）
第１の処理液供給部４０は、図３に示すように、基板Ｗの被処理面、つまり保持部３０に保持された基板Ｗの対向面１１１と反対側の面に、エッチング処理用の第１の処理液を供給することによりエッチング処理を行う。第１の処理液供給部４０は、処理液供給機構４１、処理液保持部４２、昇降機構４３、加熱部４４を有する。
第１の処理液供給部４０は、図３に示すように、基板Ｗの被処理面、つまり保持部３０に保持された基板Ｗの対向面１１１と反対側の面に、エッチング処理用の第１の処理液を供給することによりエッチング処理を行う。第１の処理液供給部４０は、処理液供給機構４１、処理液保持部４２、昇降機構４３、加熱部４４を有する。
処理液供給機構４１は、３種の処理液を供給する供給部４１１、４１２、４１３を有する。供給部４１１は、処理液として炭酸水を供給する。供給部４１２は、処理液としてリン酸溶液を供給する。このリン酸溶液が、エッチング処理用の第１の処理液である。供給部４１３は、温純水を供給する。供給部４１１、４１２、４１３は、それぞれの処理液を貯留する処理液槽４１ａを有している。なお、炭酸水及び温純水は、洗浄（リンス）処理のための洗浄液である。このため、本実施形態の第１の処理液供給部４０の一部は、洗浄液供給部として構成されている。
各処理液槽４１ａからは、個別送通管４１ｂが並列的に処理液供給管４１ｃに結合されている。処理液供給管４１ｃは、その先端部が保持部３０に保持された基板Ｗに対向している。これにより、各処理液槽４１ａからの処理液は、個別送通管４１ｂ及び処理液供給管４１ｃを介して、基板Ｗの表面に供給される。
各個別送通管４１ｂには、それぞれ流量調整バルブ４１ｄ、流量計４１ｅが設けられている。各流量調整バルブ４１ｄを調整することにより、対応する処理液槽４１ａから処理液供給管４１ｃに流れ込む処理液の量を調整する。各個別送通管４１ｂを流れる処理液の量は、対応する流量計４１ｅにより検出される。なお、各処理液槽４１ａに貯留される処理液の生成設備及び生成方法は特定のものには限定されない。
処理液保持部４２は、基板Ｗに接近して基板Ｗとの間に処理液を保持する。処理液保持部４２は、基板Ｗよりも大径の円形であり、周縁部に回転体１０と反対側に立ち上がった壁が形成されることにより、盆形状をなしている。処理液保持部４２は、耐熱性と耐液性を両立させるため、二重構造となっている。つまり、耐熱性を有する材料によって基体が形成され、その周囲が処理液に対して耐性のある材料で覆われている。例えば、石英を基体として、その周囲にＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥなどのフッ素系の樹脂のカバーを形成することにより、処理液保持部４２が構成されていることが好ましい。処理液保持部４２の外底面は、基板Ｗに対向している。
処理液保持部４２には、処理液供給管４１ｃの先端が挿通されて、基板Ｗ側に露出する吐出口４２ａが形成されている。吐出口４２ａは、図５に示すように、回転体１０の回転の軸からずれている。これは、基板Ｗの回転に伴って、基板Ｗにおける吐出口４２ａとの対向部分を逐次変化させることにより、処理液の温度の均一化に寄与するためである。
昇降機構４３は、処理液保持部４２を、基板Ｗに対して接離する方向に移動させる機構である。昇降機構４３としては、例えば、シリンダ、ボールねじ機構など、回転体１０の軸に平行な方向に処理液保持部４２を移動させる種々の機構を適用可能であるが、詳細は省略する。
上方に待機している処理液保持部４２と対向面１１１との間には、ロボットハンド２１０に支持された基板Ｗが搬入可能となるとともに、後述する第２の処理液供給部５０による第２の処理液の噴出の妨げとならない間隔Ｄ１が設けられる。昇降機構４３は、処理液保持部４２を、基板Ｗの表面との間に間隔Ｄ２が形成される位置まで下降させる。この間隔Ｄ２は、例えば、４ｍｍ以下であるが、処理液が流れるように、処理液保持部４２と基板Ｗとは非接触が維持される。
加熱部４４は、第１の処理液供給部４０により基板Ｗの被処理面上に供給された処理液を加熱する。加熱部４４は、処理液保持部４２の基板Ｗに対向する面と反対側の面に設けられたヒータ４４１を有する。これにより、加熱部４４は、処理液保持部４２とともに昇降機構４３によって、基板Ｗに対して昇降する。ヒータ４４１は、円形のシート状である。ヒータ４４１は、発熱量を個別に制御可能な、例えば、３つのヒータ片によって構成されている。つまり、円形状のヒータ片の外側に、円環状の２つのヒータ片が同心で配置されている。このようなヒータ４４１によれば、同心で配置された３つのヒータ片の発熱量を個別に制御することで、同心状の部分毎に処理液の温度を変えることができる。なお、加熱部４４の径は、基板Ｗの外周側の温度低下を抑制するために、基板Ｗの径以上、つまり同等かより大きな径であることが好ましい。
ヒータ４４１には、処理液供給管４１ｃが挿通された貫通孔４４１ａが形成されている。貫通孔４４１ａの位置は、処理液保持部４２の吐出口４２ａに重なって連続する位置であり、回転体１０の軸からずれている。なお、処理液は、第１の処理液供給部４０における図示しない加熱装置によって予め設定された温度まで加熱されており、基板Ｗに供給されて加熱部４４により加熱される。これにより、基板Ｗに供給された処理液を、予め設定された温度を維持したまま基板Ｗの全面に行き渡らせることができる。特に、外周側のヒータ４４１を高温とすることにより、温度低下しやすい基板Ｗの外周側の温度を上げる効果が得られる。
（第２の処理液供給部）
第２の処理液供給部５０は、基板Ｗの被処理面に、酸化処理用の第２の処理液を供給することにより、酸化膜形成処理を行う。この第２の処理液の供給は、上記のエッチング処理に連続して行われる。第２の処理液供給部５０は、供給ノズル５１、マスフローコントローラ（以下、ＭＦＣとする）５２を有する。供給ノズル５１は、第２の処理液として、第２の処理液である過酸化水素水を供給する。なお、第２の処理液としては、上記のようにオゾン水を用いることもできる。供給ノズル５１は、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、チャンバ１ａ内の回転体１０の外縁の近傍に、昇降する処理液保持部４２に干渉しない位置に設置されている。供給ノズル５１は、一対で設けられ、一方の先端が基板Ｗの中心に向かい、他方の先端が基板Ｗの外周に向かうように配置されている。
第２の処理液供給部５０は、基板Ｗの被処理面に、酸化処理用の第２の処理液を供給することにより、酸化膜形成処理を行う。この第２の処理液の供給は、上記のエッチング処理に連続して行われる。第２の処理液供給部５０は、供給ノズル５１、マスフローコントローラ（以下、ＭＦＣとする）５２を有する。供給ノズル５１は、第２の処理液として、第２の処理液である過酸化水素水を供給する。なお、第２の処理液としては、上記のようにオゾン水を用いることもできる。供給ノズル５１は、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、チャンバ１ａ内の回転体１０の外縁の近傍に、昇降する処理液保持部４２に干渉しない位置に設置されている。供給ノズル５１は、一対で設けられ、一方の先端が基板Ｗの中心に向かい、他方の先端が基板Ｗの外周に向かうように配置されている。
ＭＦＣ５２は、第２の処理液の供給装置と供給ノズル５１との間に接続された配管に、第２の処理液の単位時間当たりの供給量を、個別に調整する調整部である。ＭＦＣ５２は、流体の流量を計測する質量流量計と流量を制御する電磁弁を有する。
（制御部）
制御部６０は、基板処理装置１の各部を制御する。制御部６０は、基板処理装置１の各種の機能を実現するべく、プログラムを実行するプロセッサと、プログラムや動作条件などの各種情報を記憶するメモリ、各要素を駆動する駆動回路を有する。つまり、制御部６０は、回転機構２０、処理液供給機構４１、昇降機構４３、加熱部４４、ＭＦＣ５２などを制御する。
制御部６０は、基板処理装置１の各部を制御する。制御部６０は、基板処理装置１の各種の機能を実現するべく、プログラムを実行するプロセッサと、プログラムや動作条件などの各種情報を記憶するメモリ、各要素を駆動する駆動回路を有する。つまり、制御部６０は、回転機構２０、処理液供給機構４１、昇降機構４３、加熱部４４、ＭＦＣ５２などを制御する。
本実施形態の制御部６０は、回転機構２０により回転体１０とともに基板Ｗを回転させながら、基板Ｗの被処理面に対して、処理液供給機構４１により第１の処理液を供給させてエッチング処理を行い、図６（Ｂ）に示すように、エッチング処理に連続して、供給ノズル５１から回転する基板Ｗの中心及び外周に向けて、第２の処理液を噴出させることにより、酸化膜形成処理を行う。第２の処理液の供給量は、制御部６０がＭＦＣ５２を制御することにより行うことができる。つまり、制御部６０は、吐出口４２ａから第１の処理液を吐出させつつ、加熱部４４を基板Ｗに接近させることにより、第１の処理液を加熱してエッチング処理を行わせ、エッチング処理に連続して、加熱部４４を離隔させて、供給ノズル５１に、第２の処理液を基板Ｗの中心に向けて吐出させる。
［動作］
以上のような本実施形態の基板処理装置１の動作を、上記の図１～６に加えて、図７のフローチャートを参照して説明する。なお、以下のような手順により基板Ｗを処理する基板処理方法も、本実施形態の一態様である。
以上のような本実施形態の基板処理装置１の動作を、上記の図１～６に加えて、図７のフローチャートを参照して説明する。なお、以下のような手順により基板Ｗを処理する基板処理方法も、本実施形態の一態様である。
まず、図３に示すように、第１の処理液供給部４０の処理液保持部４２は上方の待機位置にある。このとき、処理液保持部４２と対向面１１１との間には、搬送装置２００のロボットハンド２１０（図１参照）に支持された基板Ｗが搬入可能となる間隔Ｄ１が設けられている。また、基板Ｗの裏面と対向面１１１との間には、基板Ｗを支持するロボットハンド２１０を挿入可能な間隔ｄ１が設けられている。つまり、基板Ｗの搬入時及び搬出時、ロボットハンド２１０が基板Ｗの裏面と回転体１０との間に挿入されるときに邪魔にならない。
また、あらかじめヒータ４４１に通電することにより、処理液保持部４２の基板Ｗに対向する面と逆側の面が加熱され、処理液保持部４２が所定温度（例えば、温度範囲１８０℃～２２５℃内の温度）に保持されている。
この状態で、図３に示すように、ロボットハンド２１０に搭載された基板Ｗが、処理液保持部４２と回転体１０との間に搬入され、図４（Ａ）に示すように、その周縁が複数の保持ピン３２に支持されることにより、回転体１０の対向面１１１上に保持される（ステップＳ０１）。このとき、基板Ｗの中心と回転体１０回転の軸とが合致するように位置決めされる。
次いで、回転体１０が、比較的高速な所定速度（例えば、２００～３００ｒｐｍ程度）にて回転する。これにより、基板Ｗが保持部３０とともに前記所定速度にて回転する（ステップＳ０２）。そして、処理液保持部４２の吐出口４２ａから、炭酸水が基板Ｗの表面に供給される（ステップＳ０３）。回転する基板Ｗの表面に炭酸水が供給されると、その炭酸水が基板Ｗの外周に向けて順次移動するため、基板Ｗの表面が洗浄される。所定の処理時間が経過すると、処理液保持部４２は、炭酸水の供給を停止する（ステップＳ０４）。
処理液保持部４２が、図６（Ａ）に示すように、基板Ｗの表面との間に所定の間隔Ｄ２（例えば、４ｍｍ以下）が形成される位置まで下降する（ステップＳ０５）。回転体１０が比較的低速な所定速度（５０ｒｐｍ程度）にて回転することにより、基板Ｗを低速で回転させながら、処理液保持部４２の吐出口４２ａからリン酸溶液を、処理液保持部４２と基板Ｗの表面との間の隙間に供給する（ステップＳ０６）。このように、処理液保持部４２と基板Ｗの表面との間に供給されるリン酸溶液は、ヒータ４４１によって加熱される処理液保持部４２によって加熱されて高温となっている。
この状態で、リン酸溶液が処理液保持部４２の吐出口４２ａから連続的に供給されると、基板Ｗの表面に、リン酸溶液が基板Ｗの外周に向けて順次移動することにより、基板Ｗの表面の炭酸水がリン酸によって置換されつつ、図２（Ｂ）に示すように、窒化膜１０３の一部がエッチングされて除去される。所定の処理時間が経過すると、処理液保持部４２は、リン酸溶液の供給を停止する（ステップＳ０７）。
次に、図６（Ｂ）に示すように、処理液保持部４２が、基板Ｗの表面との間に所定の間隔Ｄ１が形成される位置まで上昇する（ステップＳ０８）。そして、第２の処理液供給部５０は、供給ノズル５１から、過酸化水素水を、回転する基板Ｗの中心及び外周に向けて噴出する（ステップＳ０９）。基板Ｗの中心に向けて噴出された過酸化水素水は、基板Ｗの外周に向けて順次移動することにより、基板Ｗの表面のリン酸溶液を過酸化水素水によって置換しつつ、酸化膜１０２を形成する。つまり、図２（Ｃ）に示すように、エッチングにより酸化膜１０２が除去された部分に、酸化膜１０２が形成される。なお、酸化膜１０２が存在しなかった部分についても、酸化膜１０２が形成される。所定の処理時間が経過すると、供給ノズル５１は、過酸化水素水の供給を停止する（ステップＳ１０）。
次に、回転体１０が、比較的高速な所定速度（例えば、２００～３００ｒｐｍ程度）にて回転し、処理液保持部４２が、温純水を吐出口４２ａから基板Ｗの表面に供給する（ステップＳ１１）。回転する基板Ｗの表面に温純水が供給されると、その温純水が基板Ｗの外周に向けて順次移動することにより、基板Ｗの表面の過酸化水素水、リン酸が置換される。そして、所定の洗浄時間が経過すると、処理液保持部４２は、温純水の供給を停止する（ステップＳ１２）。
基板Ｗが回転を停止して（ステップＳ１３）、ロボットハンド２１０が基板Ｗの下に挿入され、図４（Ｂ）に示すように、保持部３０による基板Ｗの保持が解放され、ロボットハンド２１０によって基板Ｗが搬出される（ステップＳ１４）。
その後、搬送装置２００は、エッチング処理済の基板Ｗを洗浄装置１２０に搬入し、チャンバ１ａ内において、回転する基板Ｗに、ＡＰＭ、ＤＩＷ、ＩＰＡを順次供給することにより、洗浄処理を行う（ステップＳ１５）。さらに、搬送装置２００は、洗浄処理済の基板Ｗを、洗浄装置１２０から搬出し、乾燥装置３００に搬入する。乾燥装置３００は、洗浄された基板Ｗを回転させながら加熱することにより、乾燥処理を行う（ステップＳ１６）。
［効果］
（１）以上のような本実施形態の基板処理装置１は、基板Ｗを保持して回転させる回転体１０と、回転体１０により回転する基板Ｗの被処理面に対して、エッチング処理用の第１の処理液を供給することによりエッチング処理を行う第１の処理液供給部４０と、第１の処理液の供給によるエッチング処理に連続して、回転体１０により回転する基板Ｗの被処理面に対して、酸化処理用の第２の処理液を供給することにより酸化膜形成処理を行う第２の処理液供給部５０と、を有する。
（１）以上のような本実施形態の基板処理装置１は、基板Ｗを保持して回転させる回転体１０と、回転体１０により回転する基板Ｗの被処理面に対して、エッチング処理用の第１の処理液を供給することによりエッチング処理を行う第１の処理液供給部４０と、第１の処理液の供給によるエッチング処理に連続して、回転体１０により回転する基板Ｗの被処理面に対して、酸化処理用の第２の処理液を供給することにより酸化膜形成処理を行う第２の処理液供給部５０と、を有する。
本実施形態の基板処理方法は、回転体１０により基板Ｗを保持して回転させ、回転体１０により回転する基板Ｗの被処理面に対して、エッチング処理用の第１の処理液を供給し、回転体１０により回転する基板Ｗの被処理面に対して、酸化膜形成処理用の第２の処理液を供給する。
このため、エッチング処理によって酸化膜１０２が除去されてしまった部分、元々酸化膜１０２が無い部分に、酸化膜１０２を形成することができるので、保護対象となる層が露出することを防止できる。このため、その後の各種処理において、保護対象となる層が酸化膜１０２によって保護される。従って、製品不良の発生を低減することができる。
（２）本実施形態は、酸化膜形成処理に連続して、被処理面に洗浄液を供給する洗浄液供給部を有する。エッチング処理に連続して酸化膜形成処理が行われているので、洗浄処理を行っても、酸化膜１０２が保護膜となって、保護対象となる層が保護される。例えば、エッチング処理後に、共通のチャンバ１ａ内において温純水によって洗浄を行う場合に、洗浄前に形成された酸化膜１０２によって、洗浄によるポリシリコン１０１の削れが防止される。
（３）回転体１０を収容し、エッチング処理及び酸化膜形成処理が行われるチャンバ１ａ（第１のチャンバ）を有し、これとは別のチャンバ１ａ（第２のチャンバ）において、第２の処理液の供給により形成された酸化膜１０２を有する被処理面を洗浄する洗浄装置１２０を有する。エッチング処理に連続して酸化膜形成処理が行われているので、洗浄装置１２０による洗浄処理を行っても、酸化膜１０２が保護膜となって、保護対象となる層が保護される。例えば、エッチング装置１１０から搬出され、別チャンバ１ａにおいて洗浄装置１２０においてＡＰＭ等により洗浄を行う場合にも、既に形成された酸化膜１０２によって、洗浄によるポリシリコン１０１の削れが防止される。
（４）第１の処理液供給部４０は、第１の処理液を基板Ｗに吐出する吐出口４２ａと、基板Ｗの被処理面上に供給された第１の処理液を加熱する加熱部４４と、加熱部４４を基板Ｗに対して昇降させる昇降機構４３と、を有し、第２の処理液供給部５０は、第２の処理液を、被処理面の中心に向けて供給する供給ノズル５１を有し、第１の処理液供給部４０及び第２の処理液供給部５０を制御する制御部６０が、吐出口４２ａから第１の処理液を吐出させつつ、加熱部４４を基板Ｗに接近させることにより、第１の処理液を加熱してエッチング処理を行わせ、エッチング処理に連続して、加熱部４４を離隔させて、供給ノズル５１に、第２の処理液を基板Ｗの被処理面の中心に向けて吐出させる、
このように、加熱された第１の処理液の供給によるエッチング処理に連続して、回転する基板Ｗの中心に向けて第２の処理液を供給することにより、第２の処理液を被処理面の全体に効率良く行き渡らせて、酸化膜形成処理を高速に行うことができる。なお、本実施形態では、さらに基板Ｗの外周に供給する供給ノズル５１を有しているが、これにより、中心から外周に達する前に第２の処理液を外周に供給でき、より高速に酸化膜形成処理を行うことができる。
（変形例）
（１）第２の処理液を、被処理面への供給前に加熱する加熱部を設けてもよい。加熱部としては、例えば、第２の処理液の供給装置の供給タンク又は配管を加熱するヒータ等を設ける。これにより、第２の処理液の供給量が同等であっても、酸化膜１０２の形成速度を速めることができる。また、上記の処理液供給機構４１に、第２の処理液を供給する供給部を、個別送通管４１ｂを介して処理液供給管４１ｃに接続することにより、処理液保持部４２の吐出口４２ａから、第２の処理液を供給する構成としてもよい。この場合にも、加熱部４４によって、加熱された第２の処理液を基板Ｗに供給することができる。なお、加熱部４４による加熱が不十分な場合には、供給部側に加熱部を設けて、あらかじめ加熱してもよい。
（１）第２の処理液を、被処理面への供給前に加熱する加熱部を設けてもよい。加熱部としては、例えば、第２の処理液の供給装置の供給タンク又は配管を加熱するヒータ等を設ける。これにより、第２の処理液の供給量が同等であっても、酸化膜１０２の形成速度を速めることができる。また、上記の処理液供給機構４１に、第２の処理液を供給する供給部を、個別送通管４１ｂを介して処理液供給管４１ｃに接続することにより、処理液保持部４２の吐出口４２ａから、第２の処理液を供給する構成としてもよい。この場合にも、加熱部４４によって、加熱された第２の処理液を基板Ｗに供給することができる。なお、加熱部４４による加熱が不十分な場合には、供給部側に加熱部を設けて、あらかじめ加熱してもよい。
（２）第２の処理液供給部５０の態様は、上記のような供給ノズル５１には限定されない。非処理面の外周に供給する供給ノズル５１を省略してもよい。また、例えば、図８に示すように、先端に供給ノズル５１がそれぞれ設けられた一対の揺動アーム５３を、基板Ｗの被処理面の中心及び外周付近に対向する供給位置と、その供給位置から退避して基板Ｗの搬入や搬出を可能とする退避位置とに移動させる揺動機構５４を設けてもよい。この場合にも、中心に第２の処理液を供給する揺動アーム５３のみとすることもできる。
（３）基板処理装置１の処理の内容及び処理液は、上記で例示したものには限定されない。処理対象となる基板Ｗ及び膜についても、上記で例示したものには限定されない。
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態及び各部の変形例を説明したが、この実施形態や各部の変形例は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述したこれら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明に含まれる。
以上、本発明の実施形態及び各部の変形例を説明したが、この実施形態や各部の変形例は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述したこれら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明に含まれる。
１ 基板処理装置
１ａ チャンバ
１ｂ カセット
１ｃ 搬送ロボット
１ｄ バッファユニット
１０ 回転体
１１ テーブル
１１ａ 貫通孔
１１ｂ 排出口
１２ ベース
１３ 固定ベース
１３ａ 防護壁
１４ カップ
２０ 回転機構
２１ 固定軸
２２ 駆動源
３０ 保持部
３１ 回動部材
３２ 保持ピン
３３ 駆動機構
４０ 第１の処理液供給部
４１ 処理液供給機構
４１ａ 処理液槽
４１ｂ 個別送通管
４１ｃ 処理液供給管
４１ｄ 流量調整バルブ
４１ｅ 流量計
４２ 処理液保持部
４２ａ 吐出口
４３ 昇降機構
４４ 加熱部
５０ 第２の処理液供給部
５１ 供給ノズル
５３ 揺動アーム
５４ 揺動機構
６０ 制御部
１００ シリコンウェーハ
１０１ ポリシリコン
１０２ 酸化膜
１０３ 窒化膜
１１０ エッチング装置
１１１ 対向面
１１２ 側面
１２０ 洗浄装置
２００ 搬送装置
２１０ ロボットハンド
２２０ 搬送ロボット
３００ 乾燥装置
３３１ 駆動軸
３３２ 小ギヤ
３３３ 大ギヤ
４００ 制御装置
４１１、４１２、４１３ 供給部
４４１ ヒータ
４４１ａ 貫通孔
１ａ チャンバ
１ｂ カセット
１ｃ 搬送ロボット
１ｄ バッファユニット
１０ 回転体
１１ テーブル
１１ａ 貫通孔
１１ｂ 排出口
１２ ベース
１３ 固定ベース
１３ａ 防護壁
１４ カップ
２０ 回転機構
２１ 固定軸
２２ 駆動源
３０ 保持部
３１ 回動部材
３２ 保持ピン
３３ 駆動機構
４０ 第１の処理液供給部
４１ 処理液供給機構
４１ａ 処理液槽
４１ｂ 個別送通管
４１ｃ 処理液供給管
４１ｄ 流量調整バルブ
４１ｅ 流量計
４２ 処理液保持部
４２ａ 吐出口
４３ 昇降機構
４４ 加熱部
５０ 第２の処理液供給部
５１ 供給ノズル
５３ 揺動アーム
５４ 揺動機構
６０ 制御部
１００ シリコンウェーハ
１０１ ポリシリコン
１０２ 酸化膜
１０３ 窒化膜
１１０ エッチング装置
１１１ 対向面
１１２ 側面
１２０ 洗浄装置
２００ 搬送装置
２１０ ロボットハンド
２２０ 搬送ロボット
３００ 乾燥装置
３３１ 駆動軸
３３２ 小ギヤ
３３３ 大ギヤ
４００ 制御装置
４１１、４１２、４１３ 供給部
４４１ ヒータ
４４１ａ 貫通孔
Claims (9)
- 基板を保持して回転させる回転体と、
前記回転体により回転する前記基板の被処理面に対して、エッチング処理用の第１の処理液を供給することによりエッチング処理を行う第１の処理液供給部と、
前記第１の処理液の供給によるエッチング処理に連続して、前記回転体により回転する前記基板の被処理面に対して、酸化処理用の第２の処理液を供給することにより酸化膜形成処理を行う第２の処理液供給部と、
を有することを特徴とする基板処理装置。 - 前記酸化膜形成処理に連続して、前記被処理面に洗浄液を供給する洗浄液供給部を有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
- 前記回転体を収容し、前記エッチング処理及び前記酸化膜形成処理が行われる第１のチャンバを有し、
前記第１のチャンバとは別の第２のチャンバにおいて、前記第２の処理液の供給により形成された酸化膜を有する前記被処理面を洗浄する洗浄装置を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の基板処理装置。 - 前記第１の処理液は、リン酸を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置。
- 前記基板の被処理面は、窒化膜及び酸化膜を含み、
前記エッチング処理は、前記窒化膜を対象とすることを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。 - 前記第２の処理液は、過酸化水素水又はオゾン水を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理装置。
- 前記第２の処理液を、前記被処理面への供給前に加熱する加熱部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板処理装置。
- 前記第１の処理液供給部は、
前記第１の処理液を基板に吐出する吐出口と、
基板の被処理面上に供給された第１の処理液を加熱する加熱部と、
前記加熱部を基板に対して昇降させる昇降機構と、
を有し、
前記第２の処理液供給部は、前記第２の処理液を、前記被処理面の中心に向けて供給する供給ノズルを有し、
前記第１の処理液供給部及び前記第２の処理液供給部を制御する制御部が、
前記吐出口から前記第１の処理液を吐出させつつ、前記加熱部を前記基板に接近させることにより、前記第１の処理液を加熱してエッチング処理を行わせ、
エッチング処理に連続して、前記加熱部を離隔させて、前記供給ノズルに、前記第２の処理液を前記基板の被処理面の中心に向けて吐出させる、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の基板処理装置。 - 回転体により基板を保持して回転させ、
前記回転体により回転する前記基板の被処理面に対して、エッチング処理用の第１の処理液を供給することによりエッチング処理を行い、
前記エッチング処理に連続して、前記回転体により回転する前記基板の被処理面に対して、酸化膜形成処理用の第２の処理液を供給する、
ことを特徴とする基板処理方法。
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