JP5615650B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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Description
この枚葉式の基板処理装置は、基板をほぼ水平に保持しつつ回転させるスピンチャックと、スピンチャックによって回転される基板の表面に薬液を供給する薬液ノズルと、スピンチャックによって回転される基板の表面の中央部に純水を供給する純水ノズルとを備えている。
高温の薬液が基板の表面に供給される高温薬液供給工程では、基板の表面の中央部では薬液による処理が相対的に速く進むのに対して、基板の表面における中央部以外の領域では薬液による処理が相対的に遅くなる。そのため、基板の表面内に、薬液による処理の不均一が生じる。
この発明の方法によれば、前記リンス液供給工程の少なくとも開始時には高回転工程が実行され、高回転工程後に低回転工程が実行される。高回転工程では、基板の表面上に供給されたリンス液は、基板の回転により生じる遠心力を受けて、基板の表面上を拡がる。高回転工程後に実行される低回転工程では基板の回転速度が下げられて、基板の表面を流れるリンス液に作用する遠心力が小さくなるかあるいはほとんどなくなる。そして、リンス液が基板の表面の中央部全域を覆ったタイミングで低回転工程を実行することにより、基板表面の周縁部にのみ薬液を残留させることができる。これにより、基板表面の周縁部のみを選択的に薬液により処理することができる。
この発明の方法によれば、周縁部処理工程におけるリンス液の供給流量が高温薬液供給工程における薬液の供給流量よりも少ない。そのため、基板の表面に供給されたリンス液はほとんど拡がらず、基板の表面の中央部に留まる。これにより、リンス液供給工程の初期において基板の表面の中央部にリンス液を選択的に供給することができる。
リンス液供給工程において基板に常温のリンス液が供給される場合には、リンス液供給工程の開始時には基板の表面上の薬液が、基板の表面に供給されるリンス液によって熱を奪われ、急激に温度低下するおそれがある。この場合、基板の周縁部に残留する薬液の液温が低下し、その薬液が発揮する処理能力が低くなるおそれがある。
請求項5記載の発明は、処理室(3)と、前記処理室内で基板(W)を回転するための回転手段(8)と、前記処理室の温度よりも高温の薬液を基板の表面に供給するための高温薬液供給手段(5,14,15)と、基板の表面に、薬液を洗い流すためのリンス液を供給するためのリンス液供給手段(6,16,17,202,203)と、前記回転手段の回転動作、前記高温薬液供給手段の薬液供給動作および前記リンス液供給手段のリンス液供給動作を制御するための制御手段(20)とを含み、前記制御手段が、前記処理室の温度よりも高温の薬液を、前記基板の表面に供給する高温薬液供給工程(S1;S11)と、前記高温薬液供給工程後、前記基板の表面に前記リンス液を供給するリンス液供給工程(S3;S13)と、前記高温薬液供給工程と並行して実行され、前記基板を所定の第1回転速度で回転させる薬液処理回転工程(S1;S11)とを実行し、さらに、前記制御手段が、前記リンス液供給工程の初期に、前記第1回転速度よりも遅い第2回転速度で前記基板を回転させながら当該基板の表面の中央部にリンス液を選択的に供給することにより、前記基板表面の周縁部に残留する薬液を用いて当該周縁部を選択的に処理させる周縁部処理工程を実行する、基板処理装置(1;101;201)である。
請求項6に記載の発明は、前記制御手段は、前記リンス液供給工程の少なくとも開始時において前記第1回転速度と同等の速度で前記基板を回転させる高回転工程と、前記高回転工程後に前記第2回転速度で基板を回転させる低回転工程とを、前記周縁部処理工程として実行する、請求項5記載の基板処理装置である。
この構成によれば、請求項2に関連して述べた作用効果と同様な作用効果を達成することができる。
請求項7に記載の発明は、前記制御手段は、前記周縁部処理工程において前記基板の表面に供給されるリンス液の供給流量が、前記高温薬液供給工程において当該基板の表面に供給される薬液の供給流量よりも少なくなるように、前記リンス液供給手段および前記前記高温薬液供給手段を制御する、請求項5または6に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、請求項3に関連して述べた作用効果と同様な作用効果を達成することができる。
請求項8に記載の発明は、前記制御手段は、前記リンス液供給工程において前記基板の表面に供給されるリンス液が前記処理室の温度よりも高温になるように、前記リンス液供給手段を制御する、請求項5〜7のいずれか一項に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、請求項4に関連して述べた作用効果と同様な作用効果を達成することができる。
図1は、本発明の一実施形態(第1実施形態)に係る基板処理装置1の構成を模式的に示す断面図である。この基板処理装置1は、基板の一例としての円形の半導体ウエハW(以下、単に「ウエハW」という。)におけるデバイス形成領域側の表面に対して、洗浄処理の一例としてのエッチング処理(たとえば、酸化膜エッチング処理)を施すための枚葉型の装置である。このエッチング処理では、薬液としてエッチング液が用いられる。このエッチング液として希ふっ酸を例示することができる。
薬液ノズル5は、たとえば、連続流の状態で高温(たとえば60℃)に加熱されたエッチング液を吐出するストレートノズルであり、その吐出口を下方に向けた状態で、ほぼ水平に延びるアーム11の先端部に取り付けられている。アーム11の基端部は、カップ7の側方においてほぼ鉛直に延びる支持軸12の上端部に支持されている。支持軸12には、モータ(図示しない)を含むノズル駆動機構13が結合されている。ノズル駆動機構13から支持軸12に回転力を入力して支持軸12を回動させることにより、スピンチャック4の上方でアーム11を揺動させ、薬液ノズル5を移動させることができる。
スピンチャック4にウエハWが保持され、そのウエハWの上方に薬液ノズル5が配置された状態で、薬液ノズル5からエッチング液を供給させることにより、ウエハWの表面にエッチング液を供給することができる。そして、この薬液ノズル5からウエハWの表面へのエッチング液の供給時に、アーム11を所定の角度範囲内で揺動させることにより、ウエハWの表面におけるエッチング液の供給位置を、ウエハWの回転中心(ウエハWにおける回転軸線C上の点)からウエハWの周縁に至る範囲内を円弧状の軌跡を描きつつ移動させることができる。
図2は、基板処理装置1の電気的構成を示すブロック図である。
基板処理装置1は、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置20を備えている。この制御装置20には、スピンモータ8、ノズル駆動機構13、エッチング液バルブ15、DIWバルブ18などが制御対象として接続されている。
処理対象のウエハWは、搬送ロボット(図示しない)によって処理室3内に搬入され、その表面を上方に向けた状態でスピンチャック4に受け渡される。このとき、ウエハWの搬入の妨げにならないように、薬液ノズル5は、カップ7の側方のホームポジションに配置されている。
薬液ノズル5の移動が完了すると、制御装置20は、エッチング液バルブ15を開いて、薬液ノズル5から高温(たとえば60℃)のエッチング液を供給する(ステップS1:高温エッチング液供給工程)。この高温エッチング液供給工程中、薬液ノズル5からのエッチング液の供給流量はたとえば2.0L/minで一定である。また、この高温エッチング液供給工程中、制御装置20はノズル駆動機構13を制御して、アーム11を所定の角度範囲内で揺動する。アーム11の揺動は等速である。このアーム11の揺動により、薬液ノズル5を、ウエハWの回転軸線C上と、ウエハWの周縁部の上方との間との間を往復移動させる。これによって、薬液ノズル5からのエッチング液が導かれるウエハWの表面上の供給位置は、ウエハWの回転中心からウエハWの周縁部に至る範囲内を、ウエハWの回転方向と交差する円弧状の軌跡を描きつつ往復移動する(図5(a)参照)。この高温エッチング液供給工程中、ウエハの回転速度はたとえば300rpmで一定である(図4参照)。なお、ウエハWの周縁部とは、たとえば、ウエハWの回転中心を中心とし、ウエハWの半径の2/3程度の半径を有する円(外径200mmのウエハWで、ウエハWの回転中心を中心とする半径70mm程度の円、外径300mmのウエハWで、ウエハWの回転中心を中心とする半径100mm程度の円)の外側の環状領域をいう。
薬液ノズル5からのエッチング液の供給開始から所定時間(たとえば35秒間)が経過すると、制御装置20は、エッチング液バルブ15を閉じて、ウエハWへのエッチング液の供給を停止する(ステップS2:高温エッチング液停止)。また、制御装置20は、スピンモータ8を制御して、ウエハWの回転速度を所定の低回転速度(第2回転速度。たとえば10rpm)まで減速させる。そして、アーム11の旋回により、薬液ノズル5がウエハWの回転軸線C上からホームポジションに戻される。
具体的には、所定のタイミングになって以降、制御装置20によるスピンモータ8の制御により、ウエハWの回転速度は、第3液処理速度(たとえば280rpm。たとえば5秒間)、第2液処理速度(たとえば1秒間)、第4液処理速度(たとえば30rpm。たとえば5秒間)、第5液処理速度(たとえば15rpm。たとえば3秒間)、第6液処理速度(たとえば10rpm。たとえば5秒間)の順で変化する。このウエハWの回転速度の変化に伴ってウエハWの周縁からのDIWの飛散方向が変化し、カップ7上壁やスピンベース9の上面などに付着しているエッチング液などが洗い流される。
その後、制御装置20はスピンモータ8を制御して、ウエハWの回転速度を所定の高回転速度(たとえば3000rpm)まで加速させる。これにより、ウエハWに付着しているDIWが振り切られて除去される(ステップS5:スピンドライ)。
以上により処理例1では、高温エッチング液供給工程に次いで実行されるDIW供給工程の開始時においてウエハWの回転速度が低回転速度(たとえば10rpm)に低下される。そのため、ウエハW表面に供給されたDIWに、ウエハWの回転による遠心力はほとんど作用しない。したがって、ウエハW表面の中央部に供給されたDIWは当該中央部に留まる。これにより、DIW供給工程の初期においてウエハW表面の中央部にDIWが選択的に供給される。このDIWの供給により、ウエハW表面の中央部のエッチング液は速やかにDIWに置換されるが、ウエハW表面の周縁部ではDIWへの置換効率が低く、そのため、ウエハW表面の周縁部にエッチング液が残留する。この残留エッチング液によって、ウエハWの周縁部が選択的にエッチング処理される。すなわち、ウエハW表面の中央部にDIWを選択的に供給することにより、ウエハW表面の周縁部におけるエッチング処理の遅れを補うことができる。これにより、ウエハW表面の全域に対して均一なエッチング処理を施すことができる。
図6は、処理例2におけるウエハWの回転速度の変化を示す図である。図7は、処理例2を説明するための図である。処理例2を、図3、図6および図7を参照しつつ説明する。
そして、DIWノズル6からのDIWの供給開始から遅延期間T2が経過すると、制御装置20はスピンモータ8を制御して、ウエハWの回転速度を低回転速度(たとえば10rpm)まで減速させる。このウエハWの減速により、ウエハW表面を流れるDIWにウエハWの回転による遠心力がほとんど作用しなくなる。そして、ウエハWの表面上のDIWの拡大が停止し、ウエハWの表面の中央部に比較的大きなDIWの液溜りができる。したがって、遅延期間T2を、DIWノズル6から供給されたDIWが、ウエハWの表面の中央部全域を覆うまでに要する時間に設定すれば、ウエハW表面の周縁部のみにエッチング液を残留させることができる(図7参照)。これにより、ウエハWの周縁部のみをエッチング処理することができる。
処理例3が処理例1や処理例2と相違する点は、ウエハWの表面の中央部にDIWを選択的に供給するために、DIW供給工程の初期におけるDIWの供給流量を、高温エッチング液供給工程におけるエッチング液の供給流量よりも少なくした点である。
以下、処理例3について、図3、図4および図8〜図10を参照しつつ説明する。
ウエハWがスピンチャック4に保持された後、制御装置20はスピンモータ8を制御して、ウエハWを所定の液処理速度(たとえば300rpm)で回転させる。また、アーム11が旋回されて、薬液ノズル5がホームポジションからウエハWの回転軸線C上に移動される。
そのため、ウエハWの表面に供給されたDIWは、ウエハWの回転による遠心力を受けてウエハWの表面上を周縁に向けて流れ、ウエハWの表面の全域に拡がる(図10(c)参照)。これにより、ウエハWの表面に付着しているエッチング液がDIWにより洗い流される。
その後、制御装置20はスピンモータ8を制御して、ウエハWの回転速度を所定の高回転速度(たとえば3000rpm)まで加速させる。これにより、ウエハWに付着しているDIWが振り切られて除去される(ステップS5:スピンドライ)。
以上により第2実施形態(処理例3)によれば、DIW供給工程の初期におけるDIWの供給流量が、高温エッチング液供給工程におけるエッチング液の供給流量よりも低流量である。そのため、ウエハW表面に供給されたDIWはほとんど拡がらず、ウエハW表面の中央部に留まる。
図11は、本発明の第3実施形態に係る基板処理装置201の構成を模式的に示す断面図である。図11において、図1に示す各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号を付している。図11に示す基板処理装置101が図1に示す基板処理装置1と相違する点は、DIW供給管16に代えて、高温DIW供給源からの約60℃に加熱されたDIW(高温DIW)が供給される高温DIW供給管202がDIWノズル6に接続されている点である。高温DIW供給管202の途中部には、DIWノズル6からの高温DIWの供給/供給停止を切り換えるための高温DIWバルブ203が介装されている。高温DIWバルブ203は制御装置20(図2参照)に、制御対象として接続されている。
処理例4が、第1実施形態の処理例1や処理例2と相違する点は、リンス処理に用いるリンス液として、常温のDIWに代えて高温(約60℃)のDIWを用いた点にある。
図12に示す高温エッチング液供給工程(ステップS11)、高温エッチング液停止工程(ステップS12)、高温DIW供給工程(ステップS13)、高温DIW停止工程(ステップS14)およびスピンドライ工程(ステップS15)は、それぞれ、高温エッチング液供給工程(図3に示すステップS1)、高温エッチング液停止工程(図3に示すステップS2)、DIW供給工程(図3に示すステップS3)、DIW停止工程(図3に示すステップS4)およびスピンドライ工程(図3に示すステップS5)と同様の処理である。
また、第3実施形態は、とくに第1実施形態の処理例2と組み合わされることが好ましい。DIW供給工程の開始時において、処理例2では処理例1と比べて、ウエハWの表面上に残留するエッチング液の量が少ないが、ウエハWの表面上に残留するエッチング液が高いエッチング力を発揮するので、ウエハWにエッチング処理を良好に施すことができる。
また、第1実施形態(処理例1または処理例2)と第2実施形態(処理例3)とを組み合わせることもできる。また、第1実施形態(処理例1または処理例2)と第2実施形態(処理例3)とを組み合わせたものに、さらに第3実施形態(処理例4)を組み合わせることもできる。
表面に酸化膜が形成されたシリコンウエハW(外径300mm)を試料として用い、基板処理装置1を用いて次に述べるエッチング処理を行った。
<実施例1>
処理例1のエッチング処理を試料に施した。低回転速度を10rpmとし、低回転期間T1を10秒間とした。
<実施例2>
処理例2のエッチング処理を試料に施した。低回転速度を10rpmとし、低回転期間T1を10秒間とした。また、遅延期間T2を0.7秒間とした。
<比較例1>
処理例1において、エッチング液の供給停止後も、ウエハWの回転速度を第1液処理速度のまま維持させた(図4に破線Aで示す)。DIWの供給開始からたとえば10秒間の経過後、ウエハWの回転速度を、処理例1と同様に切り換えた(図4参照)。
薬液ノズル5からのエッチング液の供給流量および液温は、それぞれ2.0L/minおよび60℃であった。エッチング液として希ふっ酸を用いた。DIWノズル6からのDIWの供給流量は2.0L/mであり、一定であった。また、DIWの液温は25℃であった。
次に、第2エッチング試験について説明する。
<実施例3>
基板処理装置1を用いて、処理例1のエッチング処理と同様の処理を試料に施した。低回転速度を10rpmとし、低回転期間T1を10秒間とした。また、DIWノズル6からのDIWの液温は25℃であった。この実施例3の処理が処理例1と相違する点は、エッチング液供給工程で、薬液ノズル5の吐出口をウエハWの表面の回転中心に向けた状態で停止させた点(いわゆる中心吐出方式)である。
<実施例4>
基板処理装置101を用いて、処理例3のエッチング処理と同様の処理を試料に施した。低流量期間T3におけるDIWノズル6からのDIWの供給流量は0.5L/minであった。また、DIWノズル6からのDIWの液温は25℃であった。この実施例4の処理が処理例1と相違する点は、エッチング液供給工程で、薬液ノズル5の吐出口をウエハWの表面の回転中心に向けた状態で停止させた点(いわゆる中心吐出方式)である。
<実施例5>
基板処理装置201を用いて、処理例1と処理例3と処理例4とを組み合わせた処理と同様の処理を試料に施した。低回転速度を10rpmとし、低回転期間T1および低流量期間T3をともに10秒間とした。低流量期間T3におけるDIWノズル6からのDIWの供給流量は0.5L/minであった。また、DIWノズル6からのDIWの液温は60℃であった。この実施例5の処理が処理例3および処理例4と相違する点は、エッチング液供給工程で、薬液ノズル5の吐出口をウエハWの表面の回転中心に向けた状態で停止させた点(いわゆる中心吐出方式)である。
<比較例2>
処理例1において、エッチング液の供給停止後も、ウエハWの回転速度を第1液処理速度のまま維持させた(図4に破線Aで示す)。DIWの供給開始からたとえば10秒間の経過後、ウエハWの回転速度を、処理例1と同様に切り換えた(図4参照)。
実施例3、実施例4、実施例5および比較例2において、第1液処理速度(エッチング液供給工程におけるウエハWの回転速度)を1000rpmとし、第2液処理速度(DIW供給工程および高温DIW供給工程におけるウエハWの回転速度)を1000rpmとした。
そして、ウエハWの酸化膜のエッチング量の面内分布(半径方向位置とエッチング量との関係)を求めた。このエッチング試験の結果を図14に示す。図14は、第2エッチング試験におけるエッチング量の面内分布を示すグラフであり、横軸はウエハWの半径を示しており、縦軸はエッチング量を示している。
以上、本発明の3つの実施形態について説明したが、本発明は他の形態でも実施するこができる。
また、DIW供給工程(図3に示すステップS3)または高温DIW供給工程(図12に示すステップS13)では、エッチング液の供給停止に連続して、DIW(高温DIW)が供給開始されてもよい。
また、第2実施形態の処理例3において、DIW供給工程(図3に示すステップS3)または高温DIW供給工程(図12に示すステップS13)の期間を通じて、DIWノズル6からのDIWの供給流量を、小流量(たとえば0.5L/min)としてもよい。
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。
3 処理室
5 薬液ノズル
6 DIWノズル
8 スピンモータ
14 エッチング液供給管
15 エッチング液バルブ
16 DIW供給管
17 流量調節バルブ
18 DIWバルブ
202 高温DIW供給管
203 高温DIWバルブ
Claims (8)
- 処理室内で、前記処理室の温度よりも高温の薬液を基板の表面に供給する高温薬液供給工程と、
前記高温薬液供給工程後、前記基板の表面に、薬液を洗い流すためのリンス液を供給するリンス液供給工程と、
前記高温薬液供給工程と並行して実行され、前記基板を所定の第1回転速度で回転させる薬液処理回転工程とを含み、
前記リンス液供給工程は、その初期において、前記第1回転速度よりも遅い第2回転速度で前記基板を回転させながら当該基板の表面の中央部にリンス液を選択的に供給することにより、前記基板表面の周縁部に残留する薬液を用いて当該周縁部を選択的に処理させる周縁部処理工程を含む、基板処理方法。 - 前記周縁部処理工程は、前記リンス液供給工程の少なくとも開始時において前記第1回転速度と同等の速度で前記基板を回転させる高回転工程と、前記高回転工程後に前記第2回転速度で基板を回転させる低回転工程とを含む、請求項1記載の基板処理方法。
- 前記周縁部処理工程におけるリンス液の供給流量は、前記高温薬液供給工程における薬液の供給流量よりも少ない、請求項1または2に記載の基板処理方法。
- 前記リンス液供給工程において前記基板の表面に供給されるリンス液が、前記処理室の温度よりも高温である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 処理室と、
前記処理室内で基板を回転するための回転手段と、
前記処理室の温度よりも高温の薬液を基板の表面に供給するための高温薬液供給手段と、
基板の表面に、薬液を洗い流すためのリンス液を供給するためのリンス液供給手段と、
前記回転手段の回転動作、前記高温薬液供給手段の薬液供給動作および前記リンス液供給手段のリンス液供給動作を制御するための制御手段とを含み、
前記制御手段が、前記処理室の温度よりも高温の薬液を、前記基板の表面に供給する高温薬液供給工程と、前記高温薬液供給工程後、前記基板の表面に前記リンス液を供給するリンス液供給工程と、前記高温薬液供給工程と並行して実行され、前記基板を所定の第1回転速度で回転させる薬液処理回転工程とを実行し、
さらに、前記制御手段が、前記リンス液供給工程の初期に、前記第1回転速度よりも遅い第2回転速度で前記基板を回転させながら当該基板の表面の中央部にリンス液を選択的に供給することにより、前記基板表面の周縁部に残留する薬液を用いて当該周縁部を選択的に処理させる周縁部処理工程を実行する、基板処理装置。 - 前記制御手段は、前記リンス液供給工程の少なくとも開始時において前記第1回転速度と同等の速度で前記基板を回転させる高回転工程と、前記高回転工程後に前記第2回転速度で基板を回転させる低回転工程とを、前記周縁部処理工程として実行する、請求項5記載の基板処理装置。
- 前記制御手段は、前記周縁部処理工程において前記基板の表面に供給されるリンス液の供給流量が、前記高温薬液供給工程において当該基板の表面に供給される薬液の供給流量よりも少なくなるように、前記リンス液供給手段および前記前記高温薬液供給手段を制御する、請求項5または6に記載の基板処理装置。
- 前記制御手段は、前記リンス液供給工程において前記基板の表面に供給されるリンス液が前記処理室の温度よりも高温になるように、前記リンス液供給手段を制御する、請求項5〜7のいずれか一項に記載の基板処理装置。
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