JP6034081B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、枚葉スピン方式により基板を処理する技術に関する。

半導体製造工程における、基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の洗浄は、処理液（脱イオン水、イソプロピルアルコールなど）を使用したウェット洗浄と、プラズマなどを用いたドライ洗浄がある。現状、ウエハを低コスト、大量に処理するため、一般的には、ウェット洗浄が主に行われている。

ウェット洗浄では、１枚のウエハを処理液で処理する枚葉洗浄と、複数のウエハを同時に処理液に浸漬させて処理するバッチ洗浄と知られている。今日、ウエハに形成される配線が微細化しておいるため、基板が大型化する中でウエハ面を任意に処理可能な枚葉洗浄が主流となっている。

枚葉洗浄の方式としては、大きく２種類知られている。１つは、回転させたウエハに処理液を供給し、処理を行う枚葉スピン方式であり、もう１つは、ウエハを処理液に浸漬させる枚葉ディップ方式である。現状では、ウエハ裏面からの汚染の転写が無く、ウエハ表面に対して、洗浄状態の制御が容易な枚葉スピン方式が主流である。

この枚葉スピン方式では、例えば、回転させたウエハの中央（もしくは中央付近）に処理液が供給され、処理液が遠心力によってウエハ全面に拡げられることにより、ウエハが処理される（例えば、特許文献１）。

特開平２０１２−７４５８９号公報

ところが、枚葉スピン方式では、ウエハの中心部に（回転中心）に近い領域において、ウエハ回転により処理液に作用する遠心力が弱い。そこで、特許文献１に記載の基板処理装置では、ウエハの回転中心部に、ウエハの半径の１／１０〜１／８程度の半径を有する対向面が配置される。そして、処理にあたっては、まず、ウエハ表面と対向面との間に処理液の液溜まりが形成され、その後、遠心力の作用により処理液を拡げるように構成されている。

しかしながら、特許文献１の基板処理装置の場合、処理液の液溜まりを形成する時間が必要となり、高速に処理液を拡げることが困難である。また、ウエハに対して対向面が小さいため、その直ぐ外側の領域において作用する遠心力は、必ずしも十分な大きさでない。このため、ウエハ上における、遠心力の弱い領域と、遠心力が強い領域（周端部付近など）との間で、処理液の流速が異なり、処理にバラツキが発生する虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板の表面における、処理液の流速を向上することで、基板上で処理液を高速に拡げるとともに、基板を良好に処理する技術を提供すること目的とする。

上記課題を解決するため、第１の態様は、基板を処理液により処理する基板処理装置であって、基板を水平姿勢に保持しつつ回転させる基板回転部と、前記基板回転部に保持された基板の表面と間隔を隔てて対向するとともに、前記基板が前記処理液により処理される際に、前記基板上に形成された液膜に接する対向面を有する対向部と、前記対向部の周縁部よりも内側の位置に吐出口が形成されており、前記基板回転部に保持された基板に向けて前記吐出口から前記処理液を吐出する吐出部と、を備え、前記対向部が無い状態で、前記吐出口から前記処理液を供給することで、前記基板回転部により回転する前記基板に形成される液膜の厚さ成分を水平距離で微分したときに、その微分値が、前記基板の回転中心から前記基板の周端部に向かって、増大から減少に転じる位置を第一変曲位置とすると、前記対向面が、前記基板のうち、前記基板の回転中心付近から、少なくとも、前記第一変曲位置まで延びており、前記対向面の半径が、前記基板の半径の１／８よりも大きく、１／２よりも小さい。

また、第２の態様は、第１の態様に係る基板処理装置において、前記対向面は、前記対向部が無い状態で、前記吐出口から前記処理液を供給しつつ、前記基板回転部により前記基板を回転させることで該基板上を移動する前記処理液の流速が、所定の基準流速よりも小さくなる領域において、前記基板と対向する。

第１及び第２の態様に係る基板処理装置によると、対向部が無い場合において、基板の吐出部に対向する対向位置から第一変曲位置までの位置で発生する処理液の滞留を、対向部を設けることによって軽減することができる。これにより、基板の回転中心から第一変曲位置までにおける、処理液の流速を向上することができる。したがって、基板の表面上において、処理液が拡がり易くなる。また、基板に形成されているホールなどの凹部に対して、内部の処理液を別の処理液に置換する際、流速を高速に維持することで、置換を高効率で行うことができる。したがって、基板を良好に処理することができる。
また、処理液の流速が遅いことにより、処理液が滞留し易い領域を、対向面で覆うことができる。また、対向面の大きさを制限することによって、ウエハ表面と対向面との間の距離が制御しやすくなる。これにより、対向面が基板に接触する事故などを抑制できる。

また、第２の態様に係る基板処理装置によると、基板上における、対向面に覆われた領域において、処理液の流速を基準値以上とすることができる。

実施形態に係る基板処理装置の概略全体図である。 図１に示されるノズルの概略断面図である。 円板部が除去されたノズルから処理液を吐出したときに、回転するウエハの表面に形成される液膜を示す概略側面図である。 図３に示される液膜における、処理液の流速の平均値を示すグラフである。 図３に示される液膜の膜厚を示すグラフである。 ウエハに形成された凹部における、処理液の置換を説明するための図である。 ウエハに形成された凹部における、処理液の置換を説明するための図である。 処理液の流速（横軸）と、凹部における処理液の置換に必要な時間（縦軸）の関係を示すグラフである。 基板処理装置で行われる処理例を示す流れ図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。また、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数量などを誇張または簡略化して描かれている場合がある。

＜１． 実施形態＞
＜１．１． 基板処理装置の構成および機能＞
図１は、実施形態に係る基板処理装置１の概略全体図である。また、図２は、図１に示されるノズル３の概略断面図である。図１に示される基板処理装置１は、円形の半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）の表面（処理対象面）に、処理液（薬液またはリンス液）による処理を施す、枚葉スピン方式の処理装置である。ウエハＷは、基板の一例である。

基板処理装置１は、不図示の隔壁により区画された処理室内において、ウエハＷを水平姿勢に保持して、回転させるスピンチャック２（基板回転部）と、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上面（表面）に処理液を供給するためのノズル３とを備えている。なお、「水平姿勢」とは、ウエハＷが水平面に対して平行な状態をいう。

スピンチャック２は、スピンモータ４、スピンモータ４の駆動軸と一体化されたスピン軸５、スピン軸５の上端にほぼ水平に取り付けられた円板状のスピンベース６、および、スピンベース６の周縁部の複数箇所にほぼ等間隔で設けられた複数の挟持部材７、を備えている。スピンチャック２は、複数の挟持部材７によってウエハＷを挟持した状態で、スピンモータ４の回転駆動力によってスピンベース６を回転させることにより、そのウエハＷを、ほぼ水平な姿勢を保った状態で、スピンベース６とともに、鉛直方向に延びる回転軸Ｑ周りに回転させる。

なお、スピンチャック２としては、挟持式のものに限らず、例えば、ウエハＷの裏面を真空吸着することにより、ウエハＷを水平姿勢で保持する真空吸着式のもの（バキュームチャック）が採用されてもよい。

ノズル３には、薬液供給管８およびリンス液供給管９が接続されている。薬液供給管８の途中には、薬液供給管８を開閉するための薬液バルブ１１が設けられている。リンス液供給管９の途中には、リンス液供給管９を開閉するためのリンス液バルブ１３が設けられている。

なお、薬液としては、ウエハＷの表面に対する処理の内容に応じたものが用いられる。例えば、ウエハＷの表面からパーティクルを除去するための洗浄処理を行うときは、ＳＣ１（ammonia-hydrogen peroxide mixture：アンモニア過酸化水素水）などが用いられる。また、ウエハＷの表面から酸化膜などをエッチングするための洗浄処理を行うときは、フッ酸またはＢＨＦ（Bufferd HF）などが用いられ、ウエハＷの表面に形成されたレジスト膜を剥離するレジスト剥離処理や、レジスト剥離後のウエハＷの表面にポリマーとなって残留しているレジスト残渣を除去するためのポリマー除去処理を行うときは、ＳＰＭ（sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture：硫酸過酸化水素水）またはＳＣ１（ammonia-hydrogen peroxide mixture：アンモニア過酸化水素水）などのレジスト剥離液やポリマー除去液が用いられる。金属汚染物を除去する洗浄処理には、フッ酸、ＳＣ２（hydrochloric acid/hydrogen peroxide mixture：塩酸過酸化水素水）またはＳＰＭ（sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture：硫酸過酸化水素水）などが用いられる。また、リンス液としては、例えば、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）または脱イオン水（ＤＩＷ）などが用いられる。

基板処理装置１では、リンス液バルブ１３を閉じつつ、薬液バルブ１１を開くことによって、薬液供給源からの薬液が、薬液供給管８を通してノズル３に供給される。これにより、ノズル３の吐出口２６（図２参照）から、薬液が吐出される。また、薬液バルブ１１を閉じつつ、リンス液バルブ１３を開くことにより、リンス液供給源からのリンス液が、リンス液供給管９を通してノズル３に供給される。これにより、ノズル３の吐出口２６から、リンス液が吐出される。

また、基板処理装置１において実行される処理において、ノズル３から吐出される薬液またはリンス液は、例えば、０．１Ｌ／ｍｉｎ〜２Ｌ／ｍｉｎ程度とされるが、もちろんこの範囲に限定されるものではない。

ノズル３は、アーム１４の先端部に取り付けられている。アーム１４は、スピンチャック２の上方において水平に延びている。アーム１４には、モータなどを含むノズル移動機構１２が、連結されている。ノズル移動機構１２の駆動力により、アーム１４は、スピンチャック２の側方に設定された鉛直な回動軸線を中心に水平面内で揺動する。このアーム１４の揺動に伴い、ノズル３が、スピンチャック２の上方で水平移動する。また、アーム１４は、ノズル移動機構１２の駆動力により、上下に昇降する。このアーム１４の昇降に伴い、ノズル３は、上下に昇降する。このように、ノズル移動機構１２は、ノズル３をウエハＷに対して、接近または離反させる駆動機構を構成している。

ウエハＷの処理時には、アーム１４の揺動および昇降により、ノズル３が、上下方向においてウエハＷに近接する近接位置に配置される。この近接位置は、ノズル３がウエハＷに対向する位置であって、ウエハＷの中央部付近である。ウエハＷの処理が行われないときは、ノズル３は、ウエハＷの回転範囲外にある退避位置に配置される。

図１または図２に示されるように、ノズル３は、中空筒状の管状部２０と、該管状部２０の下端において、管状部２０と同心に固定された円板部２１とを備えている。管状部及び円板部２１は、例えば、塩化ビニル、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの、樹脂材料により形成されている。

管状部２０には、鉛直方向に延びる流通路２４が形成されている。流通路２４は、管状部２０の基端側で導入口２５として開口するとともに、対向面２３の中心に、吐出口２６としてほぼ円形状に開口している。導入口２５を介して流通路２４に導入された薬液またはリンス液が、流通路２４を流通した後、吐出口２６から吐出される。本実施形態では、処理時において、ウエハＷにおける、吐出口２６と対向する部分の位置Ｐ１１（吐出口対向位置）は、ウエハＷの回転軸Ｑの位置と一致している。

円板部２１は、ウエハ処理時において、ウエハＷとの間に所定の間隔ＧＡ１を隔てて配置される。この間隔ＧＡ１は、処理液が吐出口２６から吐出されたときに、ウエハＷと円板部２１との間が液密状態（液体で充填された状態）となるように設定される。具体的に、間隔ＧＡ１は、主に、吐出口２６から単位時間当たりに吐出される処理液の量（換言すると、管状部２０における処理液の流量）、および吐出口２６の開口の大きさなどによって、決定される。

円板部２１は、水平方向に広がるように延びており、その下面には、スピンチャック２に保持されたウエハＷに対向する円形の水平平坦面（対向面２３）を有している。円板部２１は、対向部の一例である。円板部２１の対向面２３は、親液化処理が施されている。このため、処理液がウエハＷに供給されたときに、ウエハＷと円板部２１との間が、液密状態になり易くなっている。

対向面２３の半径Ｒ１０は、スピンチャック２に保持されるウエハＷの半径（回転半径）より小径とされている。具体的には、対向面２３の半径Ｒ１０は、ウエハＷの半径に対して、１／８〜１／２（より好ましくは、１／５〜１／２）程度とされている。なお、対向面２３の半径Ｒ１０は、円板部２１が無い状態で、吐出口２６から処理液（薬液またはリンス液）を供給することで、スピンチャック２により回転するウエハＷ上に形成される液膜ＬＦ１の厚さ成分に基づき、決定される。あるいは、この液膜ＬＦ１における、処理液の流速に基づき、決定される。これらの詳細については、後述する。

図１に示されるように、基板処理装置１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えたマイクロコンピュータで構成される制御部１８を備えている。制御部１８は、予め定められたプログラムに従って、スピンモータ４およびノズル移動機構１２の駆動を制御する。また、制御部１８は、薬液バルブ１１、または、リンス液バルブ１３の開閉を制御する。

以上が、基板処理装置１の構成についての説明である。次に、対向面２３の半径Ｒ１０の決定方法について説明する。

＜１．２． 対向面２３の半径Ｒ１０＞
図３は、円板部２１が除去されたノズル３ａから処理液を吐出したときに、回転するウエハＷの表面に形成される液膜ＬＦ１を示す概略側面図である。図３に示されるノズル３ａは、ノズル３のうちの、円板部２１が除去された管状部２０のみで構成されている。スピンチャック２によって回転するウエハＷに、ノズル３ａの吐出口２６から一定の吐出量で処理液が供給されることにより、液膜ＬＦ１が形成される。

図４は、図３に示される液膜ＬＦ１における、処理液の流速の平均値を示すグラフである。図４に示されるグラフにおいて、横軸は、回転中心からの水平距離Ｄを示しており、縦軸は、処理液の流速の平均値Ｖを示している。図４に示されるグラフは、１０００ｒｐｍで回転する半径１５０ｍｍのウエハＷ対して、ノズル３ａからリンス液であるＤＩＷが２Ｌ／ｍｉｎで吐出されたときの、膜厚Ｈを示している。また、処理液の流速の平均値は、流体解析に基づいて算出されたものであり、具体的には、ウエハＷの表面から所定の高さ（ここでは、０．１ｍｍ）における、複数の時点で算出される処理液の流速の絶対値を、平均したものである。

ここで、ウエハＷの表面上における、処理液の流速は、処理液の供給量（ノズル３からの吐出量）に依存した速度成分と、ウエハＷの回転に依存する速度成分とを合成した速度となっている。このうち、処理液の供給量に依存した速度成分は、吐出口に最も近い位置（すなわち、ウエハＷの回転中心）で最も大きく、ウエハＷの回転中心から周端部にかけて、吐出口対向部（＝回転中心）からの距離の２乗に略反比例して減少していく。一方、ウエハＷの回転に依存する速度成分は、回転中心からの距離の２乗に略比例して増加し、ウエハＷの周端部において最大となる。このため、図４に示されるように、処理液の流速の平均値Ｖは、処理液の供給を受けるウエハＷの回転中心付近で大きいものの、ウエハＷの周端部に向かうに連れて、大きく減少する。そして、ウエハＷの回転中心から離れる（すなわち、ウエハＷの周端部に近づく）に連れて、流速が増加する。

処理液の流速が相対的に小さい領域（区間ＳＣ１１）では、ウエハＷの表面上における処理液の移動量が相対的に小さいため、処理液が滞留し易い。このため、この領域において、次に説明するように、膜厚Ｈが、他の領域よりも厚くなり易くなっている。

図５は、図３に示される液膜ＬＦ１の膜厚Ｈを示すグラフである。図５に示されるグラフにおいて、横軸は、回転中心（回転軸Ｑ）からの水平距離Ｄを示しており、縦軸は、ＬＦ１の膜厚を示している。なお、図５に示されるグラフは、図４に示される流速測定時と同様の条件で得られる膜厚Ｈである。つまり、図５に示されるグラフは、１０００ｒｐｍで回転する半径１５０ｍｍのウエハＷ対して、ノズル３ａからリンス液であるＤＩＷが２Ｌ／ｍｉｎで吐出されたときの、膜厚Ｈを示している。

図５に示される膜厚Ｈは、実測により取得することもできるし、あるいは、シミュレーションにより算出することも可能である。また、誤差を減らすために、測定位置毎に、異なる時点で複数回測定した測定結果の平均値を、膜厚Ｈとしてもよい。また、液膜ＬＦ１は、必ずしもウエハＷの全面に形成されている必要は無い。特に、ウエハＷの周端部付近においては、人の目で膜と認識できたとしても、高速カメラにより撮影を行うと、粒状に処理液が拡がっている場合がある。このような場合においては、ウエハＷ上において、液膜ＬＦ１が形成されている（すなわち、膜厚Ｈが計測可能である）領域のみを、膜厚Ｈの測定対象領域とすればよい。

図５に示される膜厚Ｈのグラフによると、回転中心に近いほど、液膜ＬＦ１の膜厚Ｈは、厚くなっており、ウエハＷの中心部から周端部（水平距離がＤ１０の位置）に向かうに連れて、膜厚Ｈが、薄くなる。ただし、膜厚Ｈは、ウエハＷの回転中心から周端部にかけて、一様に減少するのでは無く、部分的に不均一に減少する区間ＳＣ１１が存在する。この区間ＳＣ１１において、液膜ＬＦ１が上側凸状に盛り上がる理由は、図４において説明したように、処理液の流速が相対的に低くなっているためと考えられる。

区間ＳＣ１１では、ウエハＷの周端部に近づくにつれて、膜厚Ｈが減少しているものの、その減少する割合が他の区間よりも小さくなっている。特に、この区間ＳＣ１１に含まれる領域であって、ウエハＷの回転中心からの距離が、ウエハＷの半径の１／８〜１／３である、ドーナツ状の領域（区間ＳＣ１１０）において、膜厚Ｈの減少が、他の領域に比べて大きく抑えられている。換言すると、膜厚Ｈを回転中心からの水平距離Ｄで微分（一階微分）したとき、その微分値が、回転中心から、水平距離がＤ１１の位置までの区間ＳＣ１３において増加している（二階微分が正）。また、水平距離がＤ１１の位置からＤ１２の位置までの区間ＳＣ１４においては、微分値が減少している（二階微分が負）。さらに、水平距離がＤ１２の位置からウエハＷの周端部までの区間ＳＣ１５においては、その微分値が再び増加している（二階微分が正）。

回転中心からの水平距離がＤ１１の位置では、膜厚Ｈの微分値が、増加（二階微分が正）から減少（二階微分が負）に転じており、二階微分がゼロとなる第一変曲位置となっている。また、その先の水平距離がＤ１２である位置では、膜厚Ｈの微分値が、減少（二階微分が負）から増加（二階微分が正）に転じており、二階微分がゼロとなる第二変曲位置となっている。

このように上記区間ＳＣ１１には、微分値が増加する区間ＳＣ１３，ＳＣ１５の間に挟まれた、膜厚Ｈの微分値が減少する区間ＳＣ１４が、含まれている。このため、区間ＳＣ１１において、液膜ＬＦ１の表面が上側凸状に盛り上がるように、変化することとなる。

このような処理液の滞留が起こると、ウエハＷの表面において、処理液を高速に拡げることが困難となってしまう。また、処理液の流速が遅い場合、ウエハＷに一般的な半導体構造であるホールなどの凹部が形成されている場合において、凹部内の処理液を高速に置換することが困難となる。この処理液の置換が処理液の流速に依存する点について、図６〜図８を参照しつつ説明する。

図６および図７は、ウエハＷに形成された凹部１００における、処理液の置換を説明するための図である。また、図８は、処理液の流速（横軸）と、凹部１００における処理液の置換に必要な時間（縦軸）の関係を示すグラフである。

図６に示されるように、凹部１００の内部には、先の処理で用いられた別の処理液Ｌ１０が残留している。この状態のウエハＷに、処理液Ｌ１１が供給されると、処理液Ｌ１１が凹部１００へ侵入し、再び凹部１００から出ていく。このとき、図７に示されるように、凹部１００の開口部の直径が狭いほど、あるいは、その深さが深くなるほど、処理液Ｌ１１が、凹部１００の底まで侵入することが困難となり、底に到達する前に凹部１００から出て行き易くなる。このため、凹部１００の内部は、主に処理液Ｌ１１が侵入する上層部１００Ａと、主に先の処理液Ｌ１０が残留する下層部１００Ｂとに分離される。

上層部１００Ａおよび下層部１００Ｂの境界部分では、処理液Ｌ１０および処理液Ｌ１１の間での拡散が起こる。これにより、下層部１００Ｂの処理液Ｌ１０は、時間の経過とともに、上層部１００Ａの処理液Ｌ１１へ置換されていくこととなる。このとき、処理液Ｌ１１の流速が遅いと、上層部１００Ａにおける処理液Ｌ１１の入れ替わりが遅くなる。このため、下層部１００Ｂにおける、処理液Ｌ１０から処理液Ｌ１１への置換も遅くなってしまう。したがって、凹部１００の上層部１００Ａに対して、新鮮な処理液Ｌ１１を常に供給するため、処理液の流速を高く維持することが必要となる。

実際に、図８に示されるように、凹部１００の内部において残留した処理液Ｌ１０を処理液Ｌ１１に置換するのに必要な時間は、処理液Ｌ１１の流速が大きくなるほど、短縮される。なお、或る一定以上の流速（＝Ｖ１）を超えると、置換に要する時間は変化しなくなる。

このように、ウエハＷに形成されている凹部において、処理液の置換を効率的に行うためには、処理液の流速を、置換に要する時間が飽和する流速Ｖ１を超える流速とすることが望ましい。また、上述したように、処理液をウエハＷに対して効率的に拡げるためにも、ウエハＷの各領域において、処理液の移動速度は高く維持されていることが要求される。

そこで、本実施形態では、ウエハＷにおける、処理液の流速が遅い領域について、ウエハＷを対向面２３で覆うこととしている。ウエハＷを対向面２３で覆うことにより、ウエハＷ上における、処理液の移動空間を、高さ方向に関して制限することができる。つまり、対向面２３が配置されることにより、処理液が水平方向に拡がり易くなり、水平方向における処理液の流速が低下することを抑制することができる。

より具体的に、ウエハＷにおける、対向面２３が覆う領域は、例えば、図５に示される、処理液が滞留する区間ＳＣ１１（特に、区間ＳＣ１１０）に及ぶものとされる。より具体的には、対向面２３が、少なくとも、ウエハＷの回転中心付近から、その回転中心からの水平距離がＤ１１の位置（第一変曲位置）まで延びるように、円板部２１が形成される。より好ましくは、さらにその第一変曲位置よりも先にある、回転中心からの水平距離がＤ１２の位置（第二変曲位置）まで、対向面２３が延びるように円板部２１が形成される。さらに好ましくは、回転中心からの水平距離がＤ１２を超える位置まで、対向面２３が延びるように円板部２１が形成される。

なお、対向面２３が大きくし過ぎた場合、ウエハＷの表面と対向面２３の間の間隔ＧＡ１を制御することが困難となり、対向面２３をウエハＷに近接させたときに、対向面２３がウエハＷに接触してしまう事故などが発生する虞がある。このため、好ましくは、対向面２３の半径Ｒ１０は、ウエハＷの半径の１／２以下とされる。

また、図５に示される膜厚Ｈのグラフを取得する際、ウエハＷの処理条件は、好ましくは、円板部２１を有するノズル３を用いてウエハＷを処理するときの処理条件に合わせられる。具体的には、処理液の吐出条件（例えば、ノズル３からの単位時間当たりの吐出量、吐出口２６のウエハＷからの距離など）、および、ウエハＷの回転速度の条件が同一とされることが好ましい。さらに、同一の処理液、または、使用される処理液に近い性質（ウエハＷに対する接触角（濡れ性）、粘性など）を有する液体が用いられることが好ましい。

なお、対向面２３の半径Ｒ１０の別の決定方法として、図４に示されるように、解析によって取得される平均流速が、所定の基準流速よりも小さい領域を、対向面２３で覆うようにすることも考えられる。例えば、上述した処理液の置換に要する時間が飽和する流速Ｖ１を、を所定の基準流速とし、少なくとも、処理液の流速が、この所定の基準流速を下回る領域を、対向面２３で覆うようにすることが考えられる。この場合、対向面２３が、少なくとも、図４に示される平均流速が基準流速となる位置（ウエハＷの回転中心から水平距離Ｄ１３の位置）まで延びるように、円板板２１が形成される。

より具体的に、基板処理装置１において、ウエハＷの処理条件として、ウエハＷの半径が１５０ｍｍ、ノズル３から供給される処理液（ＤＩＷ）の供給量が２．０Ｌ／ｓ、ウエハＷの回転速度が１０００ｒｐｍであったとする。このとき、上記基準流速を０．１ｍ／ｓとすると、水平距離Ｄ１３は、およそ４０ｍｍとなる。したがって、対向面２３の半径Ｒ１０を４０ｍｍ以上とすることで、ウエハＷの表面における処理液の流速を、基準流速（０．１ｍ／ｓ）以上とすることができる。また、ウエハＷと対向面２３との間の間隔ＧＡ１は、例えば、１．３ｍｍ程度とされる。

また、上記と同条件において、対向面２３の半径Ｒ１０を６０ｍｍ（ウエハＷの半径の２／５）以上とした場合、処理液の平均流速は、いずれの領域においても、図８に示される流速Ｖ１（具体的には０．１ｍ／ｓ）以上となる。したがって、これよりも対向面２３が大きい場合、対向面２３を設けることによる、置換に要する時間の短縮効果はほとんど得られない。また、対向面２３が大き過ぎると、対向面２３とウエハＷとの間の距離を精密に制御することが難しくなる。このため、対向面２３の半径Ｒ１０は、上記処理条件の場合、好ましくは、６０ｍｍ以下とされる。

また、上記説明は、対向面２３の半径Ｒ１０が、処理液をＤＩＷとしたときの膜厚Ｈまたは流速に基づいて決定されている。もちろん、ＤＩＷをその他の処理液（薬液またはリンス液）として、対向面２３の半径Ｒ１０が決定されもよい。また、基板処理装置１において、複数の処理液毎に、回転数などの処理条件を変更して基板処理が行われる場合も想定される。このような場合、上記区間ＳＣ１１のように、流速が遅くなる領域の位置を、処理液毎に分析し、それらのうち、最も回転中心から遠い位置に合わせて、対向面２３が延びるよう、円板部２１を形成することが考えられる。

＜１．３ 基板処理装置１の動作＞
図９は、基板処理装置１で行われる処理例を示す流れ図である。処理対象のウエハＷは、不図示の搬送ロボットによって、不図示の処理室に搬入される（図９：ステップＳ１）。そして、ウエハＷの表面が上方に向けた状態で、ウエハＷがスピンチャック２に保持される。このとき、ノズル３は、ウエハＷの搬入の妨げにならないように、ウエハＷの回転範囲外の位置（退避位置）に配置される。

ウエハＷがスピンチャック２に保持された後、制御部１８は、ノズル移動機構１２を制御してアーム１４を揺動させる。このアーム１４の揺動により、ノズル３が、退避位置からウエハＷの回転軸Ｑ上に移動する。また、制御部１８は、ノズル移動機構１２を制御してノズル３を近接位置まで下降させる。これにより、円板部２１が、下降して、ウエハＷに近接する（図９：ステップＳ２）。この近接位置では、ノズル３の対向面２３は、ウエハＷの表面に対して、間隔ＧＡ１が１ｍｍ以上５ｍｍ未満（より好ましくは１ｍｍ以上２ｍｍ以下）となるように対向する。また、この状態では、対向面２３の中心がウエハＷの回転軸Ｑに位置している。

また、制御部１８は、スピンモータ４を制御して、ウエハＷを回転させる。ウエハＷの回転開始直後には、制御部１８は、薬液バルブ１１を閉じたままリンス液バルブ１３を開いて、ノズル３の吐出口２６からＤＩＷを吐出する。これにより、対向面２３と、ウエハＷの表面における対向面２３と対向する領域（対向領域）との間の空間にＤＩＷが供給されて、対向面２３とウエハＷとの間の空間がＤＩＷによって液密状態にされるとともに、当該空間から溢れたＤＩＷが側方に押し出される。押し出されたＤＩＷは、ウエハＷの回転による遠心力を受けて、ウエハＷの表面を周縁部に向けて拡がる。

吐出口２６からのＤＩＷの吐出開始から所定時間が経過すると、制御部１８は、リンス液バルブ１３を閉じて、吐出口２６からのＤＩＷの吐出を停止する。また、制御部１８は、リンス液バルブ１３を閉じ、同タイミングで薬液バルブ１１を開いて、吐出口２６から薬液を吐出する。これにより、ＤＩＷの吐出に連続して薬液が吐出口２６から吐出され、その薬液が、対向面２３とウエハＷの表面との間の空間に供給される。当該空間に供給された薬液は、ＤＩＷで液密状態にされた当該空間内を、ＤＩＷを押し退けながら拡がる。そして、当該空間が液密状態に維持されつつ、当該空間内のＤＩＷが薬液に置換されることで、ウエハＷが薬液処理される（図９：ステップＳ３）。

薬液の液膜は、その周長が最短状態になるような形状で、すなわちほぼ円形のまま周縁部に向けて拡がり、後続の薬液の液膜は、先行の薬液の液膜に引っ張られて、ウエハＷの表面をほぼ円形のまま周縁部に向けてウエハＷの周縁部に向けて拡がる。そして、薬液の液膜がウエハＷの表面のほぼ全域を覆う。すなわち、ウエハＷの表面を覆う液膜が、ＤＩＷから薬液へと置換される。なお、ステップＳ３の薬液処理において、ウエハＷにＤＩＷを供給した後、薬液を供給するのではなく、始めから薬液を供給するようにすることも考えられる。

吐出口２６からの薬液の吐出開始から所定時間が経過すると、制御部１８は薬液バルブ１１を閉じて、吐出口２６からの薬液の吐出を停止する。また、制御部１８は薬液バルブ１１を閉じた後、リンス液バルブ１３を開いて、吐出口２６からＤＩＷを吐出する。これにより、薬液に連続してＤＩＷが吐出口２６から吐出され、そのＤＩＷが、対向面２３とウエハＷの表面との間の空間に供給される。当該空間に供給されたＤＩＷは、ＤＩＷで液密状態にされた当該空間内を、薬液を押し退けながら拡がる。そして、当該空間が液密状態に維持されつつ、当該空間内の薬液がＤＩＷに置換されることで、ウエハＷがリンス処理される（図９：ステップＳ４）。

ＤＩＷの液膜は、その周長が最短状態になるような形状で、すなわちほぼ円形のまま周縁部に向けて拡がり、後続のＤＩＷの液膜は、先行のＤＩＷの液膜に引っ張られて、ウエハＷの表面をほぼ円形のまま周縁部に向けてウエハＷの周縁部に向けて拡がる。そして、ＤＩＷの液膜がウエハＷの表面のほぼ全域を覆う。すなわち、ウエハＷの表面を覆う液膜が、薬液からＤＩＷへと置換される。

ＤＩＷの吐出開始から所定時間が経過すると、制御部１８は、リンス液バルブ１３を閉じて、吐出口２６からのＤＩＷの吐出を停止する。また、制御部１８はノズル移動機構１２を制御して、アーム１４を上昇および揺動させ、ノズル３をスピンチャック２の側方の退避位置に戻す。これにより、円板部２１が、退避する（図９：ステップＳ５）。

さらに、制御部１８は、スピンチャック２を高回転速度（例えば２５００ｒｐｍ程度）まで加速する。これにより、ＤＩＷによるリンス後のウエハＷの上面に付着しているＤＩＷを遠心力で振り切って乾燥させるスピンドライが実施される（図９：ステップＳ６）。スピンドライが所定時間にわたって行われると、スピンチャック２の回転が停止される。その後、不図示の搬送ロボットによってウエハＷが搬出される（図９：ステップＳ７）。

以上が、基板処理装置１における、ウエハＷの処理の流れである。本実施形態に係る基板処理装置１では、ウエハＷのＤＩＷが遠心力を十分に受けることができないために、流速が低下する虞のある領域を、対向面２３で覆うように、円板部２１が設けられている。このため、ステップＳ３，Ｓ４において、十分に遠心力を受けることができない領域においても、ウエハＷ上におけるＤＩＷまたは薬液の流速を高めることができる。このため、ＤＩＷまたは薬液を、ウエハＷ上において、短時間で拡げることができる。また、ステップＳ３において、先にＤＩＷでプリウェット処理した後、薬液に置換する際に、ホールなどの凹部構造の内部に残留するＤＩＷを薬液に高効率で置換することができる。同様に、ステップＳ４において、ウエハＷの薬液をＤＩＷに置換するリンス処理する際にも、ホールなどの凹部構造の内部に残留する薬液をＤＩＷに高効率で置換することができる。

＜２． 変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、円板部２１がノズル３の一部を構成している。しかしながら、ノズル３から円板部２１を除いて、円板部２１を別体として設けることも考えられる。

また、円板部２１の対向面２３は、必ずしも円形である必要はない。ただし、処理条件の均一化するためには、対向面２３が、平面視において円形状に形成されていることが望ましい。

また、対向面２３は、必ずしも水平平坦面である必要はない。例えば、対向面２３が、その中央部から周端部にかけて、次第に、ウエハＷへ接近するように、あるいは、ウエハＷから離反するように、テーパー面を形成していてもよい。

また、ノズル３は、スピンチャック２に保持されたウエハＷの中央部に向けて、処理液を供給しているが、例えば中央部から水平方向に１５ｍｍ以内の範囲でずらした位置（偏心位置）に処理液を供給するようにしてもよい。この場合、処理液の流速が低下する領域が、中心部に処理液を供給する場合とは異なることとなる。ただし、吐出位置を１５ｍｍずらした程度では、流速が低下する領域は、ほとんど変化しないことから、そのまま円板部２１を流用することも可能である。もちろん、吐出位置をずらした条件下において、円板部２１が無い状態での液膜の膜厚Ｈまたは、流速の平均値Ｖを取得することで、流速が低下する領域を特定し、その領域が適切に覆われるように、対向面２３の半径Ｒ１０を決定してもよい。

さらに、上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせることができる。

１ 基板処理装置
１１ 薬液バルブ
１２ ノズル移動機構
１３ リンス液バルブ
１４ アーム
１８ 制御部
１００ 凹部
１００Ａ 上層部
１００Ｂ 下層部
２ スピンチャック
２１ 円板部（対向部）
２３ 対向面
２６ 吐出口
３，３ａ ノズル
４ スピンモータ
Ｄ 水平距離
ＧＡ１ 間隔
Ｈ 膜厚
Ｌ１０，Ｌ１１ 処理液
ＬＦ１ 液膜
Ｑ 回転軸
Ｒ１０ 対向面２３の半径
ＳＣ１１，ＳＣ１１０，ＳＣ１３〜ＳＣ１５ 区間
Ｖ 流速（平均値）
Ｖ１ 基準流速
Ｗ ウエハ（基板）

Claims (2)

1. 基板を処理液により処理する基板処理装置であって、
   基板を水平姿勢に保持しつつ回転させる基板回転部と、
   前記基板回転部に保持された基板の表面と間隔を隔てて対向するとともに、前記基板が前記処理液により処理される際に、前記基板上に形成された液膜に接する対向面を有する対向部と、
   前記対向部の周縁部よりも内側の位置に吐出口が形成されており、前記基板回転部に保持された基板に向けて前記吐出口から前記処理液を吐出する吐出部と、
   を備え、
   前記対向部が無い状態で、前記吐出口から前記処理液を供給することで、前記基板回転部により回転する前記基板に形成される液膜の厚さ成分を水平距離で微分したときに、その微分値が、前記基板の回転中心から前記基板の周端部に向かって、増大から減少に転じる位置を第一変曲位置とすると、
   前記対向面が、前記基板のうち、前記基板の回転中心付近から、少なくとも、前記第一変曲位置まで延びており、
   前記対向面の半径が、前記基板の半径の１／８よりも大きく、１／２よりも小さい、基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記対向面は、
   前記対向部が無い状態で、前記吐出口から前記処理液を供給しつつ、前記基板回転部により前記基板を回転させることで該基板上を移動する前記処理液の流速が、所定の基準流速よりも小さくなる領域において、前記基板と対向する、基板処理装置。

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