JP4187540B2

JP4187540B2 - 基板処理方法

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Publication number: JP4187540B2
Application number: JP2003024505A
Authority: JP
Inventors: 伸康平岡
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004235559A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば、基板の表面の不要物をいわゆる気相エッチング処理によって除去する場合などに適用可能な基板処理方法に関する。処理対象の基板には、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板等の各種の基板が含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程では、ゲート電極の埋め込み、キャパシタ絶縁膜の埋め込みおよび素子分離領域の形成などの目的のために、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という。）の表面にトレンチ（溝）が形成される場合がある。トレンチの形成は、一般に、ドライエッチング工程によって行われるが、ドライエッチング工程では、トレンチが形成されるとともにトレンチ形成領域外を覆うレジストが腐食され、その残渣（ポリマー残渣）がウエハの表面およびトレンチの内壁に残留することになる。むろん、その他のパーティクルもウエハ表面およびトレンチ内に存在することになる。したがって、トレンチ形成後のウエハには、次工程に移る前に、その表面からポリマー残渣およびパーティクルを除去する処理が必要になる。
【０００３】
この目的のために、ウエハを所定の温度に加熱しておくとともに、このウエハの表面にふっ酸蒸気等を導いて行われる気相エッチング処理が適用可能である。気相エッチング処理では、エッチャントを含む蒸気が微細なトレンチの内部にまで導かれるので、ウエハの表面およびトレンチの内壁面からポリマー残渣およびパーティクルを分離させることができる。
同様の理由で、トレンチの内壁面に形成された保護膜（酸化膜）を除去する場合にも、気相エッチング処理が適用される。
【０００４】
気相エッチング処理の後には、スピンチャックにウエハを保持して回転させるとともにウエハの表面に純水を供給することによってスピン洗浄処理が行われ、その後、純水の供給を停止してスピンチャックを高速回転させることによって水分を振り切るスピン乾燥処理が行われる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−７５９５４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、スピン洗浄処理時にウエハに供給される純水は、微細なトレンチ内に入り込むことができないので、トレンチ内にポリマー残渣、パーティクルおよび薬液（ふっ酸）が残留して洗浄不良となったり、トレンチ内に保護膜が残留したりして保護膜除去処理が不良となったりする。この問題は、トレンチの幅が１μｍ程度でその深さが３０μｍ程度であるようなアスペクト比の大きなトレンチの場合に顕著に現れる。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、基板表面に形成されている凹部の内壁面を含めて、基板の表面全域を良好に処理することができる基板処理方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、表面に凹部が形成された基板（Ｗ）の当該表面に薬液を含む蒸気またはケミカルガスを含む蒸気を供給することにより上記凹部の内壁面に当該蒸気を供給する蒸気供給工程と、この蒸気供給工程の後に、気体と液体とが混合されて生成された液滴を上記基板の表面に向けて噴射することにより上記凹部の内壁面に当該液滴を供給する液滴噴射工程と、この液滴噴射工程の後に、上記基板を乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする基板処理方法である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【０００９】
上記液滴噴射工程と乾燥工程との間に、上記基板の表面に洗浄液を供給して基板を洗浄する洗浄工程を行うことが好ましい。
この発明によれば、蒸気供給工程では、基板の表面に薬液を含む蒸気またはケミカルガスを含む蒸気が供給されることにより、基板上に形成されている凹部（トレンチやリセスなど）の内壁面にまで当該蒸気が供給され、その内壁面にまで当該蒸気による処理を施すことができる。
【００１０】
この蒸気供給工程の後の液滴噴射工程では、基板の表面に液滴が噴射されるから、噴射された液滴は、基板上に形成された凹部の内壁面にまで至る。したがって、凹部の内壁面にまで当該液滴による作用を及ぼすことができる。また、液滴の噴射を十分な時間だけ継続すれば、この凹部内に残った液滴が液体となって凹部の開口から溢れ出ることになる。これにより、凹部内の不要物が凹部内から除去されていく。
【００１１】
そして、その後に乾燥工程を行うことにより、基板の表面や凹部内から液成分が排除されて、処理が完了する。
液滴噴射工程の後に、乾燥工程に先だって、基板の表面を洗浄液で洗浄する洗浄工程を行えば、基板表面に液滴が残留することを防止できる。
また、液滴噴射工程と同時に、基板の表面を洗浄液で洗浄する洗浄工程を行ってもよく、特に基板表面が疎水性であるような場合に、液滴が噴射されていない部分にパーティクルが付着することを防止できる。
【００１２】
上記蒸気供給工程は、基板の表面から不要物を除去するためのエッチング処理または洗浄処理のための気相エッチング工程であってもよい。この場合に、上記液滴噴射工程では、気相エッチング工程によって基板の表面（凹部の内壁面を含む）から分離された不要物を基板外に排除するための洗浄液（薬液または純水）の液滴が基板に向けて噴射されることが好ましい。これにより、基板上の凹部内の不要物を基板外に良好に排除できる。
【００１３】
処理対象の基板は、キャパシタの形成、ゲート電極の埋め込みまたは素子分離のためなどのトレンチやリセス（凹部の一例）が形成されたものであってもよい。とくに、トレンチが、幅０．５μｍ〜１５μｍ、深さ１０μｍ〜７０μｍのようなアスペクト比の大きなものの場合に、この発明の適用によって、トレンチ内の不要物を効果的に除去できる。
基板表面（凹部の内壁面を含む）から除去すべき不要物は、たとえば、凹部内の不要な保護膜（凹部内の酸化膜を選択的に除去したい場合など）、ポリマー残渣（ドライエッチング処理後の残渣）、パーティクルなどである。
【００１４】
上記蒸気供給工程で用いられる薬液は、ふっ酸、硝酸、酢酸、塩酸、硫酸、蓚酸、クエン酸などの酸を含む薬液であってもよいし、アンモニア等のアルカリを含む薬液であってもよい。さらに、これらの酸またはアルカリに、過酸化水素水、オゾン等の酸化剤、またはメタノール等の有機溶剤を加えた混合液であってもよい。
また、蒸気供給工程で用いられるケミカルガスは、無水ふっ酸ガス、アンモニアガス、塩化水素ガス、二酸化窒素ガス、およびＳＯ₃ガスのうちのいずれか１つを含むガス、あるいはこれらのうちの２以上のガスの混合ガスであってもよい。なお、ケミカルガスを含む蒸気とは、ケミカルガスと水蒸気とが混合されたものであってもよいし、ケミカルガスとメタノールなどの有機溶剤の蒸気とが混合されたものであってもよく、また、これらをさらに不活性ガスなどのキャリアガス中に混合させたものであってもよい。
【００１５】
また、液滴噴射工程で用いる液体は、薬液（たとえば、アンモニアと過酸化水素水の混合液）であってもよいし純水であってもよい。また、液滴噴射工程の途中で、気体と液体とを混合するための二流体ノズル（６８，１４０，２３０）へ供給する液体を薬液から純水へと切り換えることにより、薬液の液滴を基板に噴射する薬液液滴噴射工程から、純水の液滴を基板に噴射する純水液滴噴射工程へと切り換えるようにしてもよい。
【００１６】
二流体ノズルは、液体導入口および気体導入口ならびに吐出口を有するケーシングを持つ。このような二流体ノズルには、気体と液体との混合がケーシング内の混合室で生じて吐出口から液滴が噴射される内部混合型のものと、気体と液体との混合が吐出口の近傍のケーシング外で生じることによりケーシング外で液滴が形成される外部混合型のものとがあるが、いずれの形式の二流体ノズルが用いられてもよい。
【００１７】
二流体ノズルは、少なくとも基板の中央部から周端部に至る範囲で移動可能なスキャンノズルとして構成されることが好ましい。あるいは、スキャンノズルの移動範囲は、基板の周端部から中央部を通過してもう一方の周端部に至る範囲（基板のほぼ直径範囲）としてもよい。この場合に、二流体ノズルを少なくとも基板の中央部から周端部に移動させる過程で液滴を基板表面に噴射することにより、蒸気供給工程によって基板表面から分離した不要物を、基板表面外へと効果的に排除することができる。さらには、基板の周端部から中央部に移動させる過程においても液滴を基板表面に噴射するようにしてもよい。
【００１８】
液滴噴射工程では、凹部の深さ方向に沿って基板表面に液滴が噴射されることが好ましい（請求項６）。一般に、トレンチ等の凹部は基板表面にほぼ垂直に形成されるので、液滴噴射工程では、基板の表面に対してほぼ垂直に液滴を噴射すればよい。
さらに、上記乾燥工程は、基板保持手段で基板を保持して回転（高速回転）させ、遠心力によって基板上の水分を基板外に排除する回転乾燥工程を含んでいてもよい。また、上記乾燥工程は、基板の表面に高圧ガス（たとえば窒素ガスなどの不活性ガス）を吹き付ける工程を含んでいてもよい。
【００１９】
請求項２記載の発明は、上記液滴噴射工程と並行して、上記液滴が噴射される表面とは反対側の裏面から上記基板に超音波振動を付与（好ましくは、液滴噴射位置に対応する裏面位置）する超音波振動付与工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法である。
この方法によれば、基板に超音波振動を与えながら液滴を噴射することによって、基板の表面からの不要物の除去をさらに効率的に行うことができる。
【００２０】
上記超音波振動付与工程は、超音波振動が付与された液体（たとえば純水）を基板の裏面に接触させる超音波振動液接触工程を含んでいてもよい。この超音波振動液接触工程は、液体の流入口および吐出口が形成されたケーシング内に超音波振動子を備え、ケーシング内の液体に超音波振動子からの超音波振動を与えて吐出口から超音波振動が付与された液体を吐出する超音波振動液供給ノズルを用いて行われてもよい。この場合に、上記液滴噴射工程のための二流体ノズルがスキャンノズルで構成される場合には、超音波振動ノズルもまた同様なスキャンノズルで構成し、二流体ノズルおよび超音波振動ノズルが基板の表裏面の対向位置に液滴および超音波振動液をそれぞれ供給するように、両ノズルを同期して作動させることが好ましい。
【００２１】
また、上記超音波振動液接触工程は、基板の裏面側に基板の裏面のほぼ全域に対応する範囲に渡って超音波振動子を設け、この超音波振動子の振動面と基板の裏面との間に、両者に接液する液膜（たとえば、純水の液膜）を形成して、超音波振動子からの振動を液膜を介して基板の裏面へと伝搬させる構成によって実現することもできる。
請求項３記載の発明は、上記乾燥工程は、基板を加熱して基板表面の水分を蒸発させる加熱工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法である。
【００２２】
この方法によれば、基板上に形成されている凹部内の水分を確実に除去できる。
加熱工程は、ホットプレート（１２２）によって行ってもよいし、赤外線ランプやセラミックヒータ等の遠赤外線発生熱源を用いて行ってもよい。また、高温のガス（窒素ガス等の不活性ガス）を基板に供給することによって加熱工程を行うこともできる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、上記乾燥工程は、基板の周辺の雰囲気を減圧（たとえば、基板が置かれたチャンバ内を減圧）して基板表面の水分を蒸発させる減圧工程を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理方法である。
この方法によれば、基板の周辺の雰囲気の減圧によって、基板上の凹部内の水分を確実に蒸発させて除去できる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、上記乾燥工程は、基板の表面に有機溶剤（たとえばイソプロピルアルコール等のアルコール類）の蒸気を供給する有機溶剤蒸気供給工程を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理方法である。
この方法によれば、基板上に形成されている凹部内に残留する水分中に有機溶剤が溶け込むことによって、その水分が蒸発するので、凹部内の水分を確実に除去できる。
【００２５】
この発明の方法を実施するための基板処理装置は、処理対象の基板（Ｗ）を保持する基板保持機構（４５）と、この基板保持機構に保持された基板の表面に薬液を含む蒸気またはケミカルガスを含む蒸気を供給する蒸気供給手段（３６，４３）とを有する気相処理部（２０）、および処理対象の基板を保持して回転させる基板保持回転機構（６１，Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃ，Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ，Ｒ２ｃ，２１２，２１６）と、気体と液体とが混合されて生成された液滴を上記基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板の表面に向けて噴射する液滴噴射ノズル（６８，１４０，２３０）とを有する液処理部（３０，３０Ａ，３０Ｂ）を含むものであってもよい。
【００２６】
上記液処理部は、さらに、上記基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズル（８６ａ，１６０，２１７）を有していることが好ましい。
この構成によれば、気相処理部において、基板の表面に薬液を含む蒸気またはケミカルガスを含む蒸気を供給できるので、基板上に凹部が形成されている場合でも、当該蒸気の作用を凹部の内部にまで及ばせることができる。そして、液処理部では、基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板に対して液滴を噴射することにより、基板上に凹部が形成されている場合であっても、当該液滴を凹部内に至らせ、その作用を凹部内にまで及ぼすことができる。
【００２７】
なお、上記気相処理部は、上記基板保持機構に保持された基板を所定の温度に加熱する加熱手段をさらに有することが好ましい。これにより、薬液を含む蒸気またはケミカルガスを含む蒸気による基板処理を効果的に行わせることができる。たとえば、蒸気を用いた気相エッチング処理を行う場合には、基板の温度を適切に制御することによって、エッチングレート（エッチング選択比）を制御でき、基板材料や基板上に形成された薄膜材料やその他基板上の不要物に対して、効果的な気相エッチング処理を行うことができる。
【００２８】
上記液滴噴射ノズル（たとえば二流体ノズル）は、少なくとも基板の中央部から周端部まで液滴の噴射位置を変更可能なスキャンノズルで構成されていてもよい。
また、上記基板保持回転機構は、基板を回転（高速回転）させることによって、基板表面の水分を遠心力によって基板外に排除するスピン乾燥工程の実行が可能なスピンチャックであってもよい。
【００２９】
さらに、上記気相処理部から処理済みの基板を搬出して、液処理部へと搬入する第１基板搬送手段が備えられていることが好ましい。
上記液処理部は、上記基板保持回転機構に保持されて回転されている基板の裏面側に超音波振動を付与する超音波振動付与手段（１５３，２１４）をさらに有するものであってもよい。
【００３０】
この構成によれば、基板に超音波振動を付与しつつ、基板表面に液滴を供給することができ、それらの相乗効果によって基板を良好に処理できる。
上記超音波振動付与手段は、超音波振動が付与された液体（たとえば純水）を基板の裏面に向けて供給する超音波振動液供給ノズル（１５３）であってもよい。
また、上記超音波振動付与手段は、基板の裏面側に設けられ、基板の裏面に接液する液膜に対して超音波振動を付与可能な超音波振動子（２１４）を含むものであってもよい。
【００３１】
上記基板処理装置は、処理対象の基板を乾燥させるための乾燥処理部（４０）をさらに含むことが好ましい。
この構成によれば、たとえば、液処理部によって処理された後の基板を乾燥させることができる。したがって、この構成の場合には、液処理部から乾燥処理部へと基板を搬送する第２の基板搬送手段がさらに備えられていることが好ましい。第２の基板搬送手段は、上記第１の基板搬送手段と兼用のものであってもよい。
【００３２】
また、上記乾燥処理部は、基板を加熱する加熱手段（１２２）、基板の雰囲気を減圧する減圧手段（１２３，１２４）および基板の表面に有機溶剤の蒸気を供給する有機溶剤蒸気供給手段のうちのいずれか１つ、２つまたは全部を有するものであってもよい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る基板表面処理装置の構成を説明するための図解的な平面図である。この装置は、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗの表面に形成された不要物を除去するための装置である。
より具体的には、たとえば、処理対象のウエハＷは、メモリキャパシタ、ゲート電極または素子分離領域の形成のための微細な凹部（トレンチやリセスなど。以下、代表例としてトレンチの場合について説明する。）がドライエッチング等によって形成されており、このウエハＷの表面には、ドライエッチングによって生じたポリマー残渣やパーティクルなどが存在しており、これらは、トレンチ内にも存在している。この基板処理装置では、ふっ酸の蒸気をウエハＷの表面に供給することにより、ふっ酸の気相エッチング処理によって、ポリマー残渣やパーティクルの除去が行われる。
【００３４】
また、処理対象のウエハＷは、その表面およびトレンチの内壁面に渡って保護膜が形成されたものであってもよい。この場合に、この基板処理装置は、トレンチ内の不要な保護膜を除去するために用いることができる。
装置の構成について説明すると、この装置は、処理前のウエハＷを収容したカセットＣＬが置かれるローダ部１０と、ウエハＷに対してふっ酸蒸気による気相エッチング処理を行う気相エッチング処理部２０と、この気相エッチング処理後のウエハＷの表面を洗浄液（主として純水）を用いて洗浄し、その後、水切り乾燥を行う液処理部３０と、液処理部３０によって処理された後のウエハＷの表面に残留している水分を蒸発させるための乾燥処理部４０と、この乾燥処理部４０での乾燥処理後のウエハＷを収容するためのカセットＣＵが載置されるアンローダ部６０と備えている。
【００３５】
ローダ部１０およびアンローダ部６０は、この基板表面処理装置の前面パネル７７の背後に配置されている。気相エッチング処理部２０、液処理部３０および乾燥処理部４０は、ローダ部１０からアンローダ部６０に至る、平面視においてほぼＵ字形状の経路７８に沿って、この順に配列されている。
ローダ部１０と気相エッチング処理部２０との間には、ローダ部１０に置かれたカセットＣＬから処理前のウエハＷを１枚ずつ取り出して、気相エッチング処理部２０に搬入するローダ搬送ロボット７１が配置されている。また、気相エッチング処理部２０と液処理部３０との間には、気相エッチング処理部２０からウエハＷを取り出して液処理部３０に搬入する第１中間搬送ロボット８１が配置されている。同様に、液処理部３０と乾燥処理部４０との間には、液処理部３０から乾燥処理部４０へとウエハＷを移載する第２中間搬送ロボット８２が配置されている。そして、乾燥処理部４０とアンローダ部６０の間には、乾燥処理後のウエハＷを乾燥処理部４０から取り出してアンローダ部６０に置かれたカセットＣＵに収容するためのアンローダ搬送ロボット７２が配置されている。
【００３６】
ローダ搬送ロボット７１、第１および第２中間搬送ロボット８１，８２ならびにアンローダ搬送ロボット７２は、それぞれ、下アームＬＡと上アームＵＡとを有する屈伸式のロボットの形態を有している。下アームＬＡは、図示しない回転駆動機構によって水平面に沿って回動されるようになっている。この下アームＬＡの先端に、上アームＵＡが水平面に沿う回動が自在であるように設けられている。下アームＬＡが回動すると、上アームＵＡは、下アームＬＡの回動方向とは反対方向に、下アームＬＡの回動角度の２倍の角度だけ回動する。これによって、下アームＬＡと上アームＵＡとは、両アームが上下に重なり合った収縮状態と、両アームが経路７８に沿って一方側または他方側に向かって展開された伸長状態とをとることができる。
【００３７】
さらに、アンローダ搬送ロボット７２については、上記の構成の屈伸式ロボットを経路７８に沿って往復直線移動させるための直線搬送機構（図示せず）と、さらに、屈伸式ロボットを昇降させるための昇降機構（図示せず）とが備えられている。すなわち、上記のような屈伸式ロボット全体が、上記昇降機構に保持されており、この昇降機構が、上記直線搬送機構のキャリッジ（図示せず）に支持されている。直線搬送機構は、たとえば、ボールねじ機構であってもよい。
【００３８】
このようにして、ローダ搬送ロボット７１、第１および第２中間搬送ロボット８１，８２ならびにアンローダ搬送ロボット７２は、処理部間またはカセット−処理部間で、経路７８に沿ってウエハＷの受け渡し行うことができる。
図２は、気相エッチング処理部２０の構成を説明するための図解的な断面図である。気相エッチング処理部２０は、ハウジング４１内に、酸を含む水溶液の一例であるふっ酸水溶液４２を密閉状態で貯留するふっ酸蒸気発生容器４３を備えている。このふっ酸蒸気発生容器４３の下方には、ふっ酸蒸気を下方に向かって放出するための貫通孔が多数形成されたパンチングプレート４４が設けられている。
【００３９】
パンチングプレート４４の下方に、処理対象のウエハＷをパンチングプレート４４に対向させた状態で水平に保持するホットプレート４５が配置されている。このホットプレート４５は、モータ等を含む回転駆動機構４６によって鉛直軸線まわりに回転される回転軸４７の上端に固定されている。
ホットプレート４５の平面視における外方側には、ハウジング４１の底面４１ａに対して上下に収縮するベローズ４８が設けられている。このベローズ４８は、上端縁をパンチングプレート４４の周囲に当接させて、ホットプレート４５の周縁の空間を密閉して処理チャンバを形成する密閉位置（図２において実線で示す位置）と、その上端縁がホットプレート４５の上面４５ａによりも下方に退避した退避位置（図２において破線で示す位置）との間で、図示しない駆動機構によって伸長／収縮駆動されるようになっている。
【００４０】
ベローズ４８の内部空間は、ハウジング４１の底面４１ａに接続された排気配管４９を介して、排気手段５５により排気されるようになっている。この排気手段５５は、排気ブロワまたはエジェクタなどの強制排気機構であってもよいし、当該基板表面処理装置が設置されるクリーンルームに備えられた排気設備であってもよい。
ホットプレート４５の側方には、ウエハＷを搬入するための搬入用開口２１、およびウエハＷを排出するための搬出用開口２２が、ハウジング４１の側壁に形成されている。これらの開口２１，２２には、それぞれシャッタ３８，３９が配置されている。ウエハＷの搬入時には、ベローズ４８が退避位置（図２の破線の位置）に下降させられるとともに、シャッタ３８が開成され、ローダ搬送ロボット７１（図１参照）によって、ホットプレート４５にウエハＷが受け渡される。また、ウエハＷの搬出時には、ベローズ４８が退避位置とされるとともに、シャッタ３９が開成されて、ホットプレート４５上のウエハＷが第１中間搬送ロボット８１に受け渡されて搬出される。
【００４１】
ふっ酸蒸気発生容器４３には、ふっ酸水溶液４２の液面の上方の空間３５に、キャリアガスとしての窒素ガスを供給する窒素ガス供給配管５４が接続されている。また、この空間３５は、バルブ３７を介して、パンチングプレート４４へとふっ酸蒸気を導くためのふっ酸蒸気供給路３６に接続することができるようになっている。ふっ酸蒸気供給路３６には、窒素ガス供給源３１からの窒素ガスが、流量コントローラ（ＭＦＣ）３２、バルブ３３および窒素ガス供給配管３４を介して供給されるようになっている。
【００４２】
また、窒素ガス供給源３１からの窒素ガスは、流量コントローラ５２およびバルブ５３を介して、窒素ガス供給配管５４に与えられるようになっている。
ふっ酸蒸気発生容器４３内に貯留されるふっ酸水溶液４２は、いわゆる擬似共弗組成となる濃度（たとえば、１気圧、室温（２０℃）のもとで、約３９．６％）に調製されている。この擬似共弗組成のふっ酸水溶液４２は、水とふっ化水素との蒸発速度が等しく、そのため、バルブ３７からふっ酸蒸気供給路３６を介してパンチングプレート４４にふっ酸蒸気が導かれることによってふっ酸蒸気発生容器４３内のふっ酸水溶液４２が減少したとしても、ふっ酸蒸気供給路３６に導かれるふっ酸蒸気の濃度は不変に保持される。
【００４３】
ウエハＷの表面の不要物を除去する気相エッチング工程を行うときには、ベローズ４８はパンチングプレート４４の周縁に密着した密着位置（図２の実線の位置）まで上昇させられるとともに、バルブ３３，５３，３７が開かれる。これによって、ふっ酸蒸気発生容器４３内の空間３５において生成されたふっ酸蒸気は、窒素ガス供給配管５４からの窒素ガスによって、バルブ３７を介し、ふっ酸蒸気供給路３６へと押し出される。このふっ酸蒸気は、さらに、窒素ガス供給配管３４からの窒素ガスによって、パンチングプレート４４へと運ばれる。そして、このパンチングプレート４４に形成された貫通孔を介して、ウエハＷの表面へと供給される（蒸気供給工程、気相エッチング工程）。
【００４４】
ウエハＷの表面では、ウエハＷの近傍の水分子の関与の下に、エッチング反応が生じ、これにより、不要物がウエハＷから分離される。
ふっ酸蒸気によるエッチングレートは、ウエハＷの温度に大きく依存する。そこで、そこで、ホットプレート４５は、ウエハＷを所定の温度に保持するように、その内部のヒータへの通電が行われる。
ウエハＷの面内での処理を均一に行うために、ホットプレート４５は、回転軸４７を介して、回転駆動機構４６によって、一定速度で鉛直軸線まわりに回転される。
【００４５】
図３は、液処理部３０の構成例を説明するための図解的な断面図である。液処理部３０は、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転するスピンチャック６１と、スピンチャック６１に保持されたウエハＷに処理液の液滴を供給する二流体ノズル６８と、スピンチャック６１に保持されたウエハＷの上面近傍に配置可能な円板状の遮断板６２と、スピンチャック６１に保持されて回転するウエハＷから振り切られた処理液を受けるためのスプラッシュガード５０とを含んでいる。
【００４６】
スピンチャック６１は、円板状のスピンベース６３の周縁部にウエハＷの周端面に当接する複数本（たとえば、６本）のチャックピン６４を立設して構成されている。チャックピン６４は、スピンベース６３の周縁部に沿ってスピンベース６３の中心に対して等角度間隔（たとえば、６０°）で配置されている。チャックピン６４は、それぞれ、ウエハＷの周縁部を下方から支持する基板支持部６４ａと、基板支持部６４ａに支持されたウエハＷの外周端面に当接してウエハＷを保持する基板保持部６４ｂとを備えている。各チャックピン６４は、基板保持部６４ｂがウエハＷの外周端面に当接し、他のチャックピン６４と協働してウエハＷを挟持する挟持状態と、基板保持部６４ｂがウエハＷの外周端面から離間した解除状態との間で切り換え可能に構成されている。
【００４７】
スピンベース６３の下面中心部には、円筒状の回転軸２３が垂設されている。回転軸２３は下方に延びて、水平に配された板状のベース部材２４を貫通している。回転軸２３には、ベルト駆動機構６７を介して、ベース部材２４に取り付けられたモータ２６からの回転力が伝達されるようになっている。
ベルト駆動機構６７は、回転軸２３に取り付けられた従動プーリ６７ａ、モータ２６の回転軸に取り付けられた駆動プーリ６７ｂ、および従動プーリ６７ａと駆動プーリ６７ｂとの間に張設されたベルト６７ｃを含んでいる。これにより、回転軸２３は、モータ２６から回転駆動力を得て、鉛直方向に沿った軸Ｊのまわりに回転できるようになっている。回転軸２３が回転すると、スピンチャック６１およびスピンチャック６１に保持されたウエハＷが軸Ｊのまわりに回転する。
【００４８】
回転軸２３の一部、ベルト駆動機構６７、およびモータ２６は、ベース部材２４上に設けられた有蓋円筒状のケーシング２５内に収容されている。また、ベース部材２４上でケーシング２５の周囲を取り囲むように円筒状の仕切部材２７ａが立設されており、さらに仕切部材２７ａの周囲を取り囲むように円筒状の仕切部材２７ｂが立設されている。ケーシング２５および仕切部材２７ａを側壁として、第１排液槽２８が形成されており、仕切部材２７ａおよび仕切部材２７ｂを側壁として、第２排液槽２９が形成されている。第１排液槽２８の底部にはＶ溝が形成されており、さらのこのＶ溝の底部には廃棄ドレイン２８ｂに連通接続された排出口２８ａが設けられている。同様に、第２排液槽２９の底部にはＶ溝が形成されており、さらにこのＶ溝の底部には回収ドレイン２９ｂに連通接続された排出口２９ａが設けられている。回収ドレイン２９ｂは、たとえば、薬液供給源の薬液タンクへと循環させる循環配管に接続されていて、薬液の再利用が可能とされていてもよい。
【００４９】
第２排液槽２９の上方には、平面視において環状のスプラッシュガード５０が設けられている。スプラッシュガード５０の内面上部には、断面くの字形で内方に開いた溝状の第１案内部５１Ａが形成されている。また、スプラッシュガード５０の下部には、内方および下方に開いた断面４分の１円弧状の第２案内部５１Ｂと、第２案内部５１Ｂの内方に鉛直方向に刻設され円環状の溝５１Ｃとが形成されている。スプラッシュガード５０は、リンク部材５６を介してガード昇降機構５７と連結されており、ガード昇降機構５７の駆動力によって昇降自在とされている。
【００５０】
スプラッシュガード５０が図３に示す上位置にあるとき、遠心力を受けてウエハＷから振り切られる処理液は、第２案内部５１Ｂから第２排液槽２９へと導かれる。したがって、処理液として回収・再利用を要する薬液を用いるときには、スプラッシュガード５０を上位置に制御すれば、この薬液を回収できる。
一方、スプラッシュガード５０を下降させて、溝５１Ｃを仕切部材２７ａの上部に遊嵌した下位置に導くと、ウエハＷから振り切られる処理液は、第１案内部５１Ａによって受け止められ、第１排液槽２８へと導かれる。したがって、処理液として純水を用いるときや、回収・再利用を要しない薬液を用いるときには、スプラッシュガード５０を下位置に制御すれば、これらの処理液を廃棄することができる。
【００５１】
遮断板６２の上面中央部には、管状の回転軸８５が垂直に固定されており、この回転軸８５には、処理液配管８６が挿通している。遮断板６２の中心部には、回転軸８５の内径にほぼ等しい開口（貫通孔）が形成されている。回転軸８５は、支持アーム８８にベアリングを介して回転自在に支持されているとともに、支持アーム８８内に収容されたベルト駆動機構８９を介して、支持アーム８８に取り付けられたモータ９１に結合されている。ベルト駆動機構８９は、回転軸８５に取り付けられた従動プーリ８９ａ、モータ９１の回転軸に取り付けられた駆動プーリ８９ｂ、および従動プーリ８９ａと駆動プーリ８９ｂとの間に張設されたベルト８９ｃを含んでいる。
【００５２】
これにより、回転軸８５は、モータ９１からの回転駆動力を得て、遮断板６２とともに鉛直方向に沿った軸Ｊのまわりに回転できるようになっている。すなわち、遮断板６２は、スピンチャック６１と同軸の中心軸まわりに回転可能である。
支持アーム８８はアーム昇降機構９２に接続され、昇降できるようになっている。これにより、遮断板６２は、スピンチャック６１に保持されたウエハＷの上面に近接した近接位置と、スピンチャック６１から上方に離間して退避した退避位置（図３に示す位置）との間で移動可能になっている。
【００５３】
処理液配管８６の下端は、遮断板６２の中央において開口して処理液吐出口８６ａとなっている。処理液配管８６の上端部は、処理液供給配管８７に連通接続されている。この処理液供給配管８７には、薬液供給源からの薬液を薬液供給バルブ９３ａを介して供給することができ、純水供給源からの純水を純水供給バルブ９３ｂを介して供給することができる。
回転軸８５の内面と処理液配管８６との間には隙間が存在し、この隙間が気体供給路９５となっている。気体供給路９５の下端は気体吐出口９５ａとなっている。気体供給路９５の上端部は、ガス配管９６の一端に連通接続されている。ガス配管９６には、不活性ガス供給源からの不活性ガス（たとえば窒素ガス）を、不活性ガス供給バルブ９４を介して供給できるようになっている。
【００５４】
二流体ノズル６８は、スピンチャック６１と退避位置にある遮断板６２との間との間を通って、スピンチャック６１に保持されたウエハＷ上を移動可能とされている。より具体的には、二流体ノズル６８は、揺動アーム６６を介してノズル移動機構６５と連結されている。さらに、ノズル移動機構６５はノズル昇降機構６９に結合されており、ノズル移動機構６５とともに二流体ノズル６８を昇降できるようになっている。
【００５５】
ノズル移動機構６５は、鉛直方向に沿った回転軸Ｐを有するモータ６５ａを備えており、その回転軸Ｐのまわりに揺動アーム６６を回動させることができる。これにより、二流体ノズル６８は、スピンチャック６１に保持されたウエハＷの中央位置（実線位置参照）からウエハＷの周端部（破線位置参照）までの範囲で、ウエハＷの表面をスキャンしながら、このウエハＷの表面に液滴を噴射することができる。揺動アーム６６を回動させることにより、二流体ノズル６８をウエハＷの上方から側方に退避した退避位置へと導くことができる。
【００５６】
二流体ノズル６８には、気体導入ポート６８ａおよび液体導入ポート６８ｂが設けられている。気体導入ポート６８ａには、不活性ガス供給源からの不活性ガスを不活性ガス供給バルブ９７を介して供給できるようになっている。また、液体導入ポート６８ｂには、薬液供給源からの薬液（たとえば、アンモニアと過酸化水素水の混合液）を薬液供給バルブ９８ａを介して供給することができるとともに、純水供給源からの純水を純水供給バルブ９８ｂを介して供給できるようになっている。
【００５７】
上記のモータ２６、ガード昇降機構５７、モータ６５ａ、ノズル昇降機構６９、モータ９１、アーム昇降機構９２およびバルブ９３ａ，９３ｂ，９４，９７，９８ａ，９８ｂは、マイクロコンピュータ等を含む制御部９０によって各動作が制御されるようになっている。
図４(a)(b)は、二流体ノズル６８の構成例を示す図解的な断面図である。図４(a)にはいわゆる外部混合型の二流体ノズルの構成が示されており、図４(b)にはいわゆる内部混合型の二流体ノズルの構成が示されている。
【００５８】
図４(a)に示す外部混合型二流体ノズルは、液体導入部１０１と、この液体導入部１０１よりも大径の気体導入部１０２とを同軸に嵌合して、そのケーシングが構成されている。
液体導入部１０１は、気体導入部１０２をほぼ貫通していて、その内部に形成された液体供給路１０１ａは、ノズル先端近傍の外部空間に連通していて、その入り口部が液体導入ポート６８ｂを形成している。
【００５９】
一方、気体導入部１０２は、側面に気体導入ポート６８ａを有していて、この気体導入ポート６８ａは、気体導入部１０２の内部において、その内壁と液体導入部１０１の外壁との間に形成された空間１０３に連通している。液体導入部１０１の先端部は、外方に広がった鍔形状に形成されていて、この鍔形状部には、上記の空間１０３と当該二流体ノズルの先端近傍の外部空間との間を連通させる気体通路１０４が形成されている。
【００６０】
この構成によって、液体供給路１０１ａに液体を供給するとともに、気体導入口１０２ａから気体を供給すると、ノズル先端付近の外部空間１０５において、液体と気体とがケーシング外の空中で混合され、液滴が形成されることになる。この液滴は、液体および気体の吹き出し方向、すなわち液体導入部１０１の軸方向に沿って噴射される。
気体導入ポート６８ａに導入される気体は、ドライエア（空気）や窒素ガスなどの不活性ガスであることが好ましい。この場合に、気体導入ポート６８ａに供給される気体の圧力は、０．０５ｋｇ／cm²〜８．０ｋｇ／cm²とし、気体の流量は、２０ＮＬ（ノルマルリッター）／分〜１００ＮＬ／分とすることが好ましい。たとえば、圧力が２．０ｋｇ／cm²のときに、約９０ＮＬ／分とすることが好ましい。
【００６１】
一方、図４(b)に示す内部混合型の二流体ノズルは、気体導入部１１１と、液体導入部１１０と、液滴形成吐出部１１２とを連結したケーシングを有し、これらが連結されて構成されている。気体導入部１１１、液体導入部１１０および液滴形成吐出部１１２はいずれも管形状を有していて、これらが直列に連結されて二流体ノズル６８が構成されている。
液滴形成吐出部１１２は、液体導入部１１０の下方端に連結されており、下方に向かうに従って内径が小さくなるテーパ部１１２ａと、このテーパ部１１２ａの下端に連なり、内径が一様な直管形状のストレート部１１２ｂとを有している。
【００６２】
気体導入部１１１は、液体導入部１１０の上側部に係合する大径部と、この大径部の下方に連なって液滴形成吐出部１１２のテーパ部１１２ａの内部空間にまで達する小径部とを有し、その内部には先細り形状の気体導入路１１１ａが形成されており、その入り口部が気体導入ポート６８ａを形成している。
液体導入部１１０には、液体を導入するための液体導入ポート６８ｂが側方に開口して形成されており、この液体導入ポート６８ｂは、気体導入部１１１の小径部と液体導入部１１０の内壁との間のリング状の空間ＳＰ１に連通している。この空間ＳＰ１は、気体導入部１１１の小径部と液滴形成吐出部１１２の内壁との間のリング状の空間ＳＰ２を介して、液滴形成吐出部１１２のテーパ部１１２ａの内部空間ＳＰ３（混合室）と連通している。
【００６３】
この内部混合型の二流体ノズル６８では、気体導入ポート６８ａから供給される気体と、液体導入ポート６８ｂから空間ＳＰ１，ＳＰ２を介して供給される液体とが、空間ＳＰ３において混合され、その結果、液滴が形成されることになる。この液滴は、テーパ部１１２ａで加速され、ストレート部１１２ｂを介して、ウエハＷに向けて噴射される。この液滴の噴流は、ストレート部１１２ｂの働きにより、極めて良好な直進性を有する。
【００６４】
この内部混合型二流体ノズル６８に供給される気体（窒素ガス）の流量は、５０リットル／分〜１００リットル／分であることが好ましく、また、内部混合型二流体ノズル６８に供給される液体（薬液液または純水）の流量は、１００ミリリットル／分〜１５０ミリリットル／分であることが好ましい。
外部混合型二流体ノズルと内部混合型二流体ノズルとを比較すると、外部混合型二流体ノズルでは、内部混合型二流体ノズルに比較して、液滴の直進性があまり良くなく、液滴の噴流は、傘状に広がる。一方、外部混合ノズルでは、液体と気体との混合物が内部に存在しないから、気体の圧力が液体側に戻らず、気体の流量を変化させても液体の流量値がほとんど変化しないという利点がある。
【００６５】
液体導入ポート６８ｂに導入される液体は純水または薬液であるが、純水を供給する場合には、帯電防止のために炭酸ガスを混入した純水を用いることが好ましい。また、ポリマー残渣やパーティクルの除去に有効な薬液はたとえばアンモニアと過酸化水素水の混合液である。薬液の液滴をウエハＷに供給する場合（薬液液滴噴射工程）には、その後に、純水の液滴をウエハＷへと供給して（純水液滴噴射工程）、ウエハＷの表面から薬液を排除しておくようにすればよい。
【００６６】
また、気体と液体との混合によって得られる液滴は、その粒径が、ウエハＷ上に形成されたトレンチの幅未満であれば好ましい。さらに、液滴の噴射方向は、ウエハＷ上に形成されたトレンチの深さ方向に沿っていることが好ましい。トレンチは、通常は、ウエハＷに垂直に形成されるから、液滴の噴射方向は、ウエハＷの表面に対して９０度の角度をなす方向であればよい。
二流体ノズル６８によるウエハＷの処理時（液滴噴射工程）には、スピンチャック６１が回転駆動される。このとき、ウエハＷの回転速度（スピンチャック６１の回転速度）は、１０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍが適当である。一方、薬液供給バルブ９８ａまたは純水供給バルブ９８ｂが開かれ、さらに不活性ガス供給バルブ９７が開かれる。それとともに、ノズル昇降機構６９の働きにより、二流体ノズル６８の吐出部がウエハＷの近傍に配置されるとともに、ノズル移動機構６５（旋回駆動機構）の働きによって、揺動アーム６６が揺動させられる。これによって、二流体ノズル６８からの液滴の噴流が導かれるウエハＷ表面の処理位置は、ウエハＷの回転中心からその回転半径外方端まで繰り返し移動することになる。
【００６７】
二流体ノズル６８からの液滴の噴射は、この二流体ノズル６８が、ウエハＷの回転中心から回転半径方向外方端に至る過程においてのみ行われ、ウエハＷの周端部から中央部に戻る過程では、バルブ９７，９８ａ，９８ｂが閉成されて、液滴の噴射が停止されるようにしてもよいし、二流体ノズル６８がウエハＷの周端部から中央部に戻る過程においても液滴を噴射するようにしてもよい。さらに、二流体ノズル６８を、ウエハＷの周端部から中央部を通過してもう一方の周端部に至る範囲（ほぼ直径範囲）に渡って往復移動可能としておき、当該範囲を移動中に、二流体ノズル６８からウエハＷに向けて液滴を噴射するようにしてもよい。
【００６８】
二流体ノズル６８から液滴を噴射するとき、必要に応じて回転軸２３に挿通された裏面中心軸ノズル７９（図３参照）から、処理液（薬液または純水）がウエハＷの裏面（下面）中央に向けて供給される。この処理液は、遠心力を受けてウエハＷの回転半径方向外方へと広がって、ウエハＷの裏面の全域を処理することになる。
二流体ノズル６８の移動速度は、ウエハＷ上に噴射されてトレンチ内に至った液滴が液体となって当該トレンチから溢れ出るように定められることが好ましい。これにより、トレンチ内の不要物がトレンチ内から除去されていくことになる。
【００６９】
一方、二流体ノズル６８から、液滴を噴射するときに、処理液配管８６からウエハＷの表面に純水を供給するようにしてもよい。液滴の噴流は純水の膜を貫通するから、ウエハＷの表面を純水で覆いながら、液滴の噴射による処理を行うことができる。このような処理によって、とくに、ウエハＷの表面が疎水性表面である場合に、ウエハＷの表面の乾燥を防止できる。
二流体ノズル６８から噴射される液滴によるウエハＷの処理が完了すると、この液滴の噴射が停止されるとともに、処理液配管８６から純水が供給されて、スピン洗浄処理（純水リンス処理、洗浄工程）が行われる。これにより、ウエハＷ上の液滴が洗い流される。
【００７０】
その後、処理液配管８６からの純水の供給を停止するとともに、スピンチャック６１を高速回転（たとえば、１５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ）させることにより、ウエハＷの表面の水分を遠心力によって振り切るためのスピン乾燥処理が行われる。このとき、遮断板６２は、ウエハＷの表面に近接した位置まで下降させられ、これにより、ウエハＷの上面近傍の空間が制限されるとともに、この制限された空間に、気体供給路９５から不活性ガスが供給される。これにより、ウォーターマークなどを生じさせることなく、ウエハＷの表面からすみやかに水分を排除でき、かつ、遮断板６２の働きによって、処理液のミストがウエハＷの表面に再付着することを防止できる。
【００７１】
図５は、乾燥処理部４０の構成を説明するための図解的な断面図である。乾燥処理部４０は、処理チャンバ１２１内にホットプレート１２２を配置して構成されている。
処理チャンバ１２１は、密閉チャンバであって、排気バルブ１２３を介して真空ポンプ１２４に接続されている。また、処理チャンバ１２１には、ウエハＷの搬入／搬出のための開口１２５が形成されており、この開口１２５を密閉状態で閉塞することができるシャッタ部材１２６が設けられている。
【００７２】
ホットプレート１２２は、内部にヒータ１２７を内蔵したものであって、その上面であるウエハ載置面１２８に載置されたウエハＷを所定温度（たとえば１００℃〜１５０℃）に加熱することができるようになっている。ホットプレート１２２は、表面に吸着口が形成された真空吸着式のものであってもよいし、いわゆるプロキシミティピンによって、ウエハ載置面１２８との間に微小な間隙を保持した状態でウエハＷを保持しつつ、このウエハＷを加熱するものであってもよい。
【００７３】
この乾燥処理部４０では、処理対象のウエハＷがホットプレート１２２上に載置された後、排気バルブ１２３が開かれて、処理チャンバ１２１内が減圧される。これにより、ウエハＷ上の水分は、加熱および減圧により、効率的に蒸発することになる（乾燥工程、加熱工程、減圧工程）。
図６(a)(b)は、ウエハＷの表面における処理の様子を説明するための図解的な断面図である。ウエハＷの表面には、たとえば、幅ＷＤが０．５μｍ〜１５μｍ、深さＤＰが１０〜７０μｍのようなアスペクトの大きいトレンチ１３０が形成されている。そして、図６(a)の例では、ウエハＷの表面およびトレンチ１３０の内部には、ポリマー残渣１３１やパーティクル１３２が存在している。また、図６(b)の例では、ウエハＷの表面およびトレンチ１３０を覆う保護膜１３５が形成されているが、保護膜１３５はウエハＷの上面においてのみ必要であり、トレンチ１３０の内壁面の保護膜１３５は不要物として除去しなければならない。
【００７４】
このようなアスペクト比の大きなトレンチ１３０内の不要物（ポリマー残渣、パーティクルまたは保護膜）の除去に際して、この実施形態に係る基板処理装置を好適に用いることができる。
すなわち、ウェットエッチングプロセスにおけるエッチング液は、アスペクト比の大きなトレンチ１３０の内部にまで到達できないが、気相エッチング処理部２０においてウエハＷに供給されるふっ酸蒸気は、トレンチ１３０の内部にまで至り、トレンチ１３０の内部の不要物をエッチングして、トレンチ１３０の内壁面から分離させることができる。
【００７５】
また、ウエハＷをスピンチャックで回転させつつ、このウエハＷの表面に液体状の純水を流す通常のスピン水洗処理では、アスペクトの大きなトレンチ１３０の内部に純水を至らせることができないが、二流体ノズル６８からウエハＷに向けて吹き出される液滴は、トレンチ１３０内に入り込み、トレンチ１３０の内部空間を薬液または純水で良好に置換することができる。これにより、気相エッチング処理部２０によってトレンチ１３０の内壁面から分離された不要物を確実に除去することができる。
【００７６】
さらに、ウエハＷをスピンチャックで高速回転させ、遠心力によって水分をウエハＷから振り切る通常のスピン乾燥処理では、アスペクト比の大きなトレンチ１３０内の水分を排除することができないが、乾燥処理部４０による加熱および減圧による乾燥処理では、トレンチ１３０の内部に水分をも良好に蒸発させ、ウエハＷの全域から水分を排除できる。
図７は、この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置のレイアウトを示す図解的な平面図である。この図７において、上述の図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を伏して示す。
【００７７】
この実施形態では、上述の第１の実施形態の液処理部３０に代えて、ウエハＷの表面（上面）に対して処理液の液滴を供給しつつ、このウエハＷの裏面（下面）には超音波振動を付与する構成の液処理部３０Ａが設けられている。さらに、このような液処理部３０Ａと乾燥処理部４０との間に、ウエハＷを高速回転させてその表面の水分を振り切るためのスピン乾燥処理部７０が配置されている。これに伴い、乾燥処理部４０は、経路７８上においてアンローダ部６０側に移設されていて、この乾燥処理部４０とアンローダ部６０との間には、ローダ搬送ロボット７１と同様な構成のアンローダ搬送ロボット７２Ａが配置されている。また、スピン乾燥処理部７０は、第２中間搬送ロボット８２からスピン乾燥処理前のウエハＷを受け渡される。そして、スピン乾燥処理後のウエハＷは、第３中間搬送ロボット８３によって、スピン乾燥処理部７０から搬出されて、乾燥処理部４０に搬入されるようになっている。第３中間搬送ロボット８３の構成は、第１および第２中間搬送ロボット８１，８２と同様である。
【００７８】
図８は、液処理部３０Ａの構成を説明するための図解図である。この液処理部３０Ａは、第１中間搬送ロボット８１によって搬入されたウエハＷを水平に保持し、かつ、水平面内で回転させるための複数本（この実施例では６本）の保持ローラＲ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃ；Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ，Ｒ２ｃを有しており、これらが基板回転保持機構を構成している。保持ローラＲ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃ；Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ，Ｒ２ｃによって水平に保持されたウエハＷを上下から挟むように、二流体ノズル１４０および超音波ノズル１５０が設けられており、これらは、それぞれ揺動アーム１４１，１５１に結合されている。
【００７９】
二流体ノズル１４０は、上述の第１の実施形態における二流体ノズル６８と同様の構成を有していて、薬液供給源から薬液供給バルブ１４３を介して供給される薬液または純水供給源から純水供給バルブ１４４を介して供給される純水と、不活性ガス供給源から不活性ガス供給バルブ１４５を介して供給される不活性ガスとを混合することによって液滴の噴流を形成し、これをウエハＷの表面に垂直に供給する。一方、超音波ノズル１５０は、液体の流入口および吐出口が形成されたケーシング内に超音波振動子１５３を備えている。この超音波ノズル１５０は、純水供給源から純水供給バルブ１５４を介してケーシング内に導入された純水に対して、超音波振動子１５３による振動を付与し、この超音波振動が付与された純水（超音波振動水）をウエハＷの裏面に供給する。超音波振動子１５３は、ドライバ回路１５５によって駆動されるようになっている。
【００８０】
揺動アーム１４１，１５１は、二流体ノズル揺動機構１４２および超音波ノズル揺動機構１５２によってそれぞれ揺動されるようになっている。これにより、二流体ノズル１４０および超音波ノズル１５０は、ウエハＷの中心から周端部に至る範囲でウエハＷの表面および裏面をそれぞれスキャンできるようになっている。さらに、二流体ノズル揺動機構１４２および超音波ノズル揺動機構１５２は、制御部１４８によって共通に制御されるようになっている。
【００８１】
制御部１４８は、二流体ノズル１４０および超音波ノズル１５０が同期して作動し、二流体ノズル１４０からウエハＷの表面に噴射される液滴の供給位置と、超音波ノズル１５０からウエハＷの裏面に供給される超音波振動水の供給位置とが、平面視において一致するように、二流体ノズル揺動機構１４２および超音波ノズル揺動機構１５２を制御する。また、制御部１４８は、バルブ１４３，１４４，１４５，１５４の開閉、およびドライバ回路１５５の動作を制御する。
【００８２】
６本の保持ローラのうちの３本の保持ローラＲ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃの組と、残る３本の保持ローラＲ２ａ，Ｒ２ｂ，Ｒ２ｃの組とは、平面視において、ウエハＷを挟んでほぼ対向して配置されている。各保持ローラＲ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃ；Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ，Ｒ２ｃは、鉛直方向に沿って立設されており、かつ、それぞれウエハＷの端面に当接している。
一方の組を構成する３本の保持ローラＲ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃのうちの中央の保持ローラＲ１ｂには、制御部１４８によって制御されるモータＭ１からの回転力がベルトＢ１を介して伝達されている。そして、保持ローラＲ１ｂの回転が、ベルトＢ２およびＢ３を介して、保持ローラＲ１ａおよびＲ１ｃにそれぞれ伝達されるようになっている。
【００８３】
他方の組を構成する３本の保持ローラＲ２ａ，Ｒ２ｂ，Ｒ２ｃについても同様であり、中央の保持ローラＲ２ｂに、制御部１４８によって制御されるモータＭ２からの回転力がベルトＢ４を介して伝達され、保持ローラＲ２ｂの回転が、ベルトＢ５およびＢ６を介して他の２本の保持ローラＲ２ａおよびＲ２ｃに伝達されるようになっている。
一方の組を構成する３本の保持ローラＲ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃと、他方の組を構成する３本の保持ローラＲ２ａ，Ｒ２ｂ，Ｒ２ｃとは、それぞれ保持機構（図示せず）に保持されており、互いに近接したり離反したりすることができるようになっている。これにより、ウエハＷを保持した状態と、ウエハＷの保持を開放した状態とをとることができる。
【００８４】
モータＭ１，Ｍ２を駆動してウエハＷを回転させながら、二流体ノズル１４０および超音波ノズル１５０を同期させてスキャン動作させることにより、ウエハＷの表面に処理液の液滴噴流を供給するとともに（液滴噴射工程）、この液滴噴流の供給位置の裏面から超音波振動水を供給することができる（超音波振動付与工程、超音波振動液接触工程）。これにより、ウエハＷの表面およびトレンチの内部の不要物には超音波振動が与えられるから、その除去が容易な状態となる。それとともに、トレンチの内部にまで確実に到達する液滴噴流によって、トレンチの内外を問わず、ウエハＷ上の不要物を効果的に除去することができる。
【００８５】
なお、液滴噴流によってウエハＷを処理した後には、薬液供給バルブ１４３および不活性ガス供給バルブ１４５を閉成状態とするとともに純水供給バルブ１４４を開いて、ウエハＷの表面に純水を供給し、ウエハＷの表面の液滴を洗い流すための洗浄工程を行うことが好ましい。このような洗浄工程は、二流体ノズル１４０とは別に純水供給ノズル１６０を設けて、この純水供給ノズル１６０から、純水供給バルブ１６１からの純水をウエハＷの表面に供給することによって行ってもよい。
【００８６】
スピン乾燥処理部７０は、上述の図３に示された液処理部３０に類似した構成を有しているので説明を省略する。ただし、このスピン乾燥処理部７０には、二流体ノズル６８およびこれに関連する構成を設ける必要はない。
図９は、図８に示された液処理部３０Ａに代えて用いることができる液処理部３０Ｂの構成を説明するための図解的な断面図である。この液処理部３０Ａは、鉛直方向に沿って配置された回転軸２１１と、この回転軸２１１の上端にほぼ水平に固定されて処理対象のウエハＷに対向する円板状のベース部材２１２と、このベース部材２１２の周縁部に立設されたほぼ円筒形状の堰部材２１３と、この堰部材２１３の内方において、ベース部材２１２の表面に配置された超音波振動板２１４とを備えている。この超音波振動板２１４は、ウエハＷの裏面のほぼ全域に対向しており、たとえば、ウエハＷの裏面の全域に対応する範囲に渡って設けられた複数の超音波振動子を備えている。
【００８７】
回転軸２１１は中空軸であって、この回転軸２１１の内部を挿通するように、純水供給下ノズル２１５が配置されている。この純水供給下ノズル２１５は、ベース部材２１２および超音波振動板２１４にそれぞれ形成された貫通孔を貫通していて、超音波振動板２１４の上面中央から露出して上方（処理対象のウエハＷの下面中央）に向けられた吐出口２１５Ａを有している。
堰部材２１３の内方には、処理対象のウエハＷの下面の周縁部を支持するとともにその周端面を挟持して、このウエハＷを超音波振動板２１４の上面から一定距離だけ離隔した位置で挟持するための挟持部材２１６が設けられている。この挟持部材２１６は、たとえば、ウエハＷの周縁部に複数箇所で接触するように、堰部材２１３の周方向に間隔をあけて、複数箇所（たとえば３箇所）に設けられている。
【００８８】
純水供給下ノズル２１５には、純水供給源からの純水が、純水供給バルブ２１８を介して供給されるようになっている。また、ベース部材２１２上に保持されたウエハＷの上方から、当該ウエハＷのほぼ中央に向けて純水を供給できる純水供給ノズル２１７が設けられており、この純水供給ノズル２１７には、純水供給源からの純水が、純水供給バルブ２１９を介して供給されるようになっている。
また、回転軸２１１は、モータ等を含む回転駆動機構２０２に結合されている。この回転駆動機構２０２によって回転軸２１１を鉛直軸線まわりに回転駆動することによって、ベース部材２１２、堰部材２１３および超音波振動板２１４を、挟持部材２１６によって保持されたウエハＷとともに鉛直軸線まわりに回転することができる。超音波振動板２１４には、この超音波振動板２１４に給電して超音波振動を発生させるためのドライバ回路２０３が接続されていて、このドライバ回路２０３は制御部２４０によって制御されるようになっている。
【００８９】
この挟持部材２１６によって保持されることになるウエハＷの上方には、二流体ノズル２３０が配置されている。この二流体ノズル２３０は、上述の第１の実施形態における二流体ノズル６８と同様の構成を有しており、薬液供給源から薬液供給バルブ２３１を介して供給される薬液または純水供給源から純水供給バルブ２３２を介して供給される純水と、不活性ガス供給源から不活性ガス供給バルブ２３３を介して供給される不活性ガスとを混合することによって液滴の噴流を形成し、これをウエハＷの表面（上面）に垂直に供給する。
【００９０】
二流体ノズル２３０は、揺動アーム２３４に結合されている。この揺動アーム２３４は、二流体ノズル揺動機構２３５によって揺動されるようになっている。これにより、二流体ノズル２３０は、ウエハＷの中心から周端部に至る範囲でウエハＷの表面をスキャンできるようになっている。さらに、二流体ノズル揺動機構２３５は、制御部２４０によって共通に制御されるようになっている。この制御部２４０は、上述のバルブ２１８，２１９，２３１，２３２，２３３の開閉も制御する。
【００９１】
図１０は、堰部材２１３の構成を説明するための斜視図である。堰部材２１３は、処理対象のウエハＷを内部に収容することができる筒状に形成されている。この実施形態では、堰部材２１３は円形のウエハＷに対応した円筒状に形成されている。この円筒状の堰部材２１３の上端付近には、堰部材２１３内の処理液（純水）をオーバーフローさせるための切欠き２１３Ａが形成されている。この実施形態では、堰部材２１３の上端付近には、周方向に間隔をあけて複数個（図１０の例では等角度間隔で３個）の切欠き２１３Ａが形成されている。また、この切欠き２１３Ａの下端の高さは、挟持部材２１６に支持されたウエハＷの下面の高さより低くされている。
【００９２】
なお、これら３個の切欠き２１３Ａに入り込んでウエハＷを把持する基板把持部を有する基板搬送ハンドを備えた基板搬送ロボットを用いることによって、挟持部材２１６に対するウエハＷの受け渡しを行うことができる。
未処理のウエハＷがこの液処理部３０Ｂに搬入されて挟持部材２１６によって保持されると、制御部２４０は、純水供給バルブ２１８を開く。これにより、超音波振動板２１４の上面と、これに対向することになるウエハＷの下面との間には液層２２０が形成される。さらに、制御部２４０は、回転駆動機構２０２を制御して、回転軸２１１を回転させる。これにより、ベース部材２１２および超音波振動板２１４は、ウエハＷとともに鉛直軸線まわりに回転する。この状態で、制御部２４０はドライバ回路２０３を作動させて、超音波振動板２１４への給電を行わせる。その結果、ウエハＷと超音波振動板２１４の表面との間の液層２２０を介して、ウエハＷに超音波振動が付与される（超音波振動付与工程、超音波振動液接触工程）。
【００９３】
一方、制御部２４０は、薬液供給バルブ２３１または純水供給バルブ２３２を開き、かつ、不活性ガス供給バルブ２３３を開くとともに、二流体ノズル揺動機構２３５を作動させて、二流体ノズル２３０をウエハＷの中央から周端部の範囲でスキャンさせる（液滴噴射工程）。これにより、二流体ノズル２３０から、薬液または純水の液滴がウエハＷの上面に吹き付けられ、ウエハＷの表面では、噴射される液滴の作用と超音波振動との相乗作用によって、不要物が除去されることになる。これによって、ウエハＷ上の微細なトレンチ内の不要物をも良好に除去することができる。
【００９４】
なお、薬液供給バルブ２３１を開いて薬液の液滴をウエハＷに供給した場合（薬液液滴噴射工程）には、その後に、薬液供給バルブ２３１を閉じて純水供給バルブ２３２を開き、純水の液滴をウエハＷに供給して（純水液滴噴射工程）、ウエハＷ上に残留する薬液を排除しておくようにすればよい。
また、二流体ノズル２３０から供給した液滴のウエハＷ上への残留が問題になるようであれば、二流体ノズル２３０への窒素ガスの供給を停止して、この二流体ノズル２３０からウエハＷ上に純水を供給し、液滴を洗い流す洗浄工程を行えばよい。この洗浄工程は、二流体ノズル２３０とは別に設けられた純水供給ノズル２１７からウエハＷ上に純水を供給することによっても行える。
【００９５】
以上、この発明のいくつかの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、上述の第１の実施形態の構成において、スピン乾燥処理時に、気体供給路９５から高温の不活性ガスをウエハＷの上面に供給することによってウエハＷを加熱し、トレンチの内部の水分の蒸発を促進するようにしてもよい。また、一定時間のスピン乾燥処理後に、遮断板６２を上方に退避させるとともに、二流体ノズル６８を再びウエハＷ上に導き、バルブ９８ａ，９８ｂは閉じたままで不活性ガス供給バルブ９７を開成し、高圧の不活性ガスをウエハＷに向けて吹き付けることによって、トレンチ内部の水分の排除を図ってもよい。このときに、高温の窒素ガスをウエハＷに吹き付けることとすれば、トレンチ内部の水分をさらに効果的に蒸発させて排除することができる。
【００９６】
また、液処理後のウエハＷの乾燥は、このウエハＷの表面にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等のアルコール類に代表される有機溶剤の蒸気を供給し（有機溶剤蒸気供給工程）、この有機溶剤の蒸気をウエハＷの表面やトレンチ内の水分にとけ込ませることによって、ウエハＷ上から水分を排除するようにして行われてもよい。
さらに、加熱によるウエハＷの乾燥には、赤外線ランプやセラミックヒータを熱源として用いて行うこともできる。これらの熱源が発生する遠赤外線の効果によって、ウエハＷはその内部まで加熱されるので、トレンチ内の水分を効果的に蒸発させることができる。
【００９７】
また、気相エッチング工程は、混合組成の薬液やケミカルガスを用いる代わりに、このような薬液やケミカルガスの各成分ごとの蒸気源を設け、各蒸気源からの蒸気をウエハＷの表面に導くようにして、ウエハＷ近傍において複数の蒸気を混合させてもよい。すなわち、たとえば、無水ふっ酸ガスと水蒸気とをウエハＷの表面に供給し、ウエハＷの近傍においてこれらを混合させるようにしてもよい。
【００９８】
上記の蒸気源には、薬液やケミカルガスを補充したり、薬液やケミカルガスの濃度を維持したりするために薬液やケミカルガスの供給機構が付設されることが好ましい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る基板表面処理装置の構成を説明するための図解的な平面図である。
【図２】気相エッチング処理部の構成を説明するための図解的な断面図である。
【図３】液処理部の構成例を説明するための図解的な断面図である。
【図４】二流体ノズルの構成例を示す図解的な断面図である。
【図５】乾燥処理部の構成を説明するための図解的な断面図である。
【図６】ウエハの表面における処理の様子を説明するための図解的な断面図である。
【図７】この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置のレイアウトを示す図解的な平面図である。
【図８】上記第２の実施形態における液処理部の構成を説明するための図解図である。
【図９】他の液処理部の構成例を説明するための図解的な断面図である。
【図１０】図９の液処理部に備えられた堰部材の構成を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１０ローダ部
２０気相エッチング処理部
２６モータ
３０液処理部
３０Ａ液処理部
３０Ｂ液処理部
３１窒素ガス供給源
３４窒素ガス供給配管
３６ふっ酸蒸気供給路
４０乾燥処理部
４２ふっ酸水溶液
４３ふっ酸蒸気発生容器
４５ホットプレート
４６回転駆動機構
５４窒素ガス供給配管
５５排気手段
５７ガード昇降機構
６０アンローダ部
６１スピンチャック
６２遮断板
６３スピンベース
６４チャックピン
６５ノズル移動機構
６５ａモータ
６６揺動アーム
６７ベルト駆動機構
６８二流体ノズル
６８ａ気体導入ポート
６８ｂ液体導入ポート
６９ノズル昇降機構
７０スピン乾燥処理部
７１ローダ搬送ロボット
７２アンローダ搬送ロボット
７２Ａアンローダ搬送ロボット
８１第１中間搬送ロボット
８２第２中間搬送ロボット
８３第３中間搬送ロボット
８６処理液配管
８６ａ処理液吐出口
８７処理液供給配管
８８支持アーム
８９ベルト駆動機構
９０制御部
９１モータ
９２アーム昇降機構
９３ａ薬液供給バルブ
９３ｂ純水供給バルブ
９４不活性ガス供給バルブ
９５気体供給路
９５ａ気体吐出口
９６ガス配管
９７不活性ガス供給バルブ
９８ａ薬液供給バルブ
９８ｂ純水供給バルブ
１０１液体導入部
１０１ａ液体供給路
１０２気体導入部
１０２ａ気体導入口
１０４気体通路
１０５外部空間
１１０液体導入部
１１１気体導入部
１１１ａ気体導入路
１１２液滴形成吐出部
１１２ａテーパ部
１１２ｂストレート部
１２１処理チャンバ
１２２ホットプレート
１２３排気バルブ
１２４真空ポンプ
１２７ヒータ
１２８ウエハ載置面
１３０トレンチ
１３１ポリマー残渣
１３２パーティクル
１３５保護膜
１４０二流体ノズル
１４１揺動アーム
１４２二流体ノズル揺動機構
１４３薬液供給バルブ
１４４純水供給バルブ
１４５不活性ガス供給バルブ
１４８制御部
１５０超音波ノズル
１５２超音波ノズル揺動機構
１５３超音波振動子
１５４純水供給バルブ
１５５ドライバ回路
１６０純水供給ノズル
１６１純水供給バルブ
２０２回転駆動機構
２０３ドライバ回路
２１１回転軸
２１２ベース部材
２１３堰部材
２１３Ａ切欠き
２１４超音波振動板
２１５純水供給下ノズル
２１５Ａ吐出口
２１６挟持部材
２１７純水供給ノズル
２１８純水供給バルブ
２１９純水供給バルブ
２２０液層
２３０二流体ノズル
２３１薬液供給バルブ
２３２純水供給バルブ
２３３不活性ガス供給バルブ
２３４揺動アーム
２３５二流体ノズル揺動機構
２４０制御部
ＣＬカセット
ＣＵカセット
Ｍ１モータ
Ｍ２モータ
Ｗウエハ

Claims

表面に凹部が形成された基板の当該表面に薬液を含む蒸気またはケミカルガスを含む蒸気を供給することにより上記凹部の内壁面に当該蒸気を供給する蒸気供給工程と、
この蒸気供給工程の後に、気体と液体とが混合されて生成された液滴を上記基板の表面に向けて噴射することにより上記凹部の内壁面に当該液滴を供給する液滴噴射工程と、
この液滴噴射工程の後に、上記基板を乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。
上記液滴噴射工程と並行して、上記液滴が噴射される表面とは反対側の裏面から上記基板に超音波振動を付与する超音波振動付与工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
上記乾燥工程は、基板を加熱して基板表面の水分を蒸発させる加熱工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法。
上記乾燥工程は、基板の周辺の雰囲気を減圧して基板表面の水分を蒸発させる減圧工程を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理方法。
上記乾燥工程は、基板の表面に有機溶剤の蒸気を供給する有機溶剤蒸気供給工程を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理方法。
前記液滴噴射工程において、上記凹部の深さ方向に沿って上記液滴が噴射されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理方法。