JP6080291B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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Description
このような基板処理装置を用いた基板処理では、たとえば、回転状態の基板の表面に薬液および純水が順次供給され、薬液処理およびリンス処理が順次行われる。その後、基板の表面にイソプロピルアルコール(isopropyl alcohol:IPA)液が供給される。IPA液の供給が行われた後、その基板上にIPA液が液膜を形成して滞留した状態(パドル状態)が維持される。そして、パドル状態から、基板の回転速度が上昇されて、その基板上のIPA液を振り切るスピンドライ処理が行われる。
この発明の方法によれば、水と有機溶媒とを基板の表面に供給しつつ、基板の回転速度をリンス工程時よりも遅い混合液パドル速度に減速する。有機溶媒が低い表面張力を有するため、水と有機溶媒との混合液も比較的低い表面張力を有している。そのため、基板の表面に供給された水と有機溶媒との混合液は、基板の表面上を良好に広がり、基板の周縁部上も水を含むパドル状の液膜で覆われる。これにより、基板の表面の全域を、水を含む状態の液膜で短時間で覆うことができる。また、使用する水を省液することもできる。
このDIW/IPA混合液は、DIWの60〜70%程度の表面張力しか有していないため基板Wの表面上を良好に広がり、基板Wの周縁部上もDIW/IPA混合液でカバレッジされるようになる。よって、基板Wを急減速させても基板W表面で液膜に亀裂(液切れ)が生じて気液界面が露出することがない。したがって、基板Wの全面を覆う液膜を短時間で形成することができる。
請求項4に記載の発明は、前記混合液液膜形成工程において、水および有機溶媒の供給は、前記リンス速度からの基板の減速開始に先立って開始される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理方法である。
また、請求項5に記載のように、前記混合液液膜形成工程は、前記基板保持手段によって保持されている基板の回転速度を、3段階以上の複数段階で減速させる工程を含んでいてもよい。
液膜中の有機溶媒液膜の濃度が高くなれば表面張力が増すため基板を高速で回転させても液膜に亀裂は生じにくい。有機溶媒液膜形成工程時には液膜に有機溶媒が加えられて有機溶媒の濃度が高くなっているため、この方法のように、有機溶媒液膜形成工程時の基板を混合液液膜形成工程時よりも高速で回転させても、液膜に亀裂を生じさせることなくパドル状の液膜を維持することができる。
この発明の方法によれば、基板の表面が疎水性を示していると、基板表面に対する液の接触角が大きくなる。その結果、基板の表面に処理液で覆われない部分が生じるおそれがある。しかしながら、水と表面張力の低い有機溶媒との混合液とを用いて基板の表面に液膜を形成するので、基板の表面が疎水性を示す場合であっても、基板の表面に、その表面の全域を覆うパドル状の液膜を形成することができる。
請求項9記載の発明は、前記水/有機溶媒供給手段は、前記基板保持手段に保持されている基板の表面に、水と前記有機溶媒との混合液を吐出するための混合液ノズル(4)を含む、請求項8に記載の基板処理装置である。
請求項10記載の発明は、前記水/有機溶媒供給手段は、前記基板保持手段に保持されている基板の表面に水を吐出するための水ノズル(5)と、前記基板保持手段に保持されている基板の表面に有機溶媒を吐出するための有機溶媒ノズル(6)とを含む、請求項8に記載の基板処理装置である。
図1は、本発明の一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、半導体ウエハ等の基板Wの表面に対して、洗浄処理を施すための枚葉型の装置である。
混合液ノズル4は、たとえば、連続流の状態でDIW/IPA混合液を吐出するストレートノズルである。混合液ノズル4は、その吐出口を下方に向けた状態で、ほぼ水平に延びる第1液アーム11の先端に取り付けられている。
水ノズル5には、DIW供給源からのDIWが供給される第2水供給管24が接続されている。第2水供給管24の途中部には、水ノズル5からのDIWの供給/供給停止を切り換えるための第2水バルブ25が介装されている。
薬液ノズル7は、たとえば、連続流の状態で薬液を吐出するストレートノズルであり、スピンチャック3の上方で、その吐出口を基板Wの回転中心付近に向けて固定的に配置されている。薬液ノズル7には、薬液供給源からの薬液が供給される薬液供給管28が接続されている。薬液供給管28の途中部には、薬液ノズル7からの薬液の供給/供給停止を切り換えるための薬液バルブ29が介装されている。
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40を備えている。制御装置40は、予め定められたプログラムに従って、スピンモータ8、第1液アーム揺動機構13、第2液アーム揺動機構16などの動作を制御する。さらに、制御装置40は、第1水バルブ21、第1有機溶媒バルブ22、第2水バルブ25、第2有機溶媒バルブ27、薬液バルブ29等の開閉動作を制御するとともに、流量調節バルブ23の開度を制御する。
以下、図1〜図5Dを参照しつつ、洗浄処理の処理例について説明する。
次に、制御装置40は、薬液バルブ29を開いて、薬液ノズル7から基板Wの回転中心付近に向けて薬液を供給する(ステップS3:薬液処理工程)。薬液としては例えばふっ酸(HF)、ふっ硝酸(ふっ酸と硝酸(HNO3)との混合液)、またはフッ化アンモニウムなどが用いられる。このような薬液が使用される場合、薬液処理後の基板Wの表面は疎水性を示すようになる。
薬液の吐出開始から、予め定める薬液処理時間(たとえば約30秒間)が経過すると、制御装置40は、薬液バルブ29を閉じて、薬液ノズル7からの薬液の吐出を停止する。この薬液処理により基板Wの表面が疎水性を示すようになる。
基板Wの回転速度がリンス速度に到達後、制御装置40はリンス工程S4を開始する。制御装置40は第1液アーム揺動機構13を制御して、混合液ノズル4および水ノズル5を基板Wの上方位置に移動させ、図5Aに示すように、水ノズル5を基板Wの回転中心(回転軸線C)上に配置させる。次に、制御装置40は第2水バルブ25を開いて、水ノズル5からのDIWの吐出を開始する。このとき、水ノズル5からのDIWの供給流量はたとえば2.0(リットル/分)に設定されている。基板Wの表面の中心部付近に供給されたDIWは、基板Wの回転による遠心力を受けて、基板Wの表面上を基板Wの周縁部に向けて流れ、これにより、基板Wの表面の全域にDIWが行き渡り、基板Wの表面に付着していた薬液が洗い流される。このリンス工程4では、水ノズル5からDIWが予め定めるリンス時間(たとえば約30秒間)の間、基板Wの回転中心に向けて吐出される。リンス時間が経過すると、制御装置40は、第2水バルブ25を閉じて、水ノズル5からのDIWの吐出を停止する。
また、制御装置40は、基板Wの回転速度をIPA液パドル速度(有機溶剤パドル速度)に設定する。このIPA液パドル速度は、DIW/IPA混合液液膜形成工程S5での混合液パドル速度(約10rpm)とほぼ同一の速度である。
このとき、有機溶媒ノズル6からのIPA液の供給流量は0.1(リットル/分)に設定されている。これにより、図5Dに示すように、基板Wの表面のDIW/IPA混合液の液膜50に含まれるDIW/IPA混合液がIPA液に置換される。これにより、基板Wの表面にパドル状態のIPA液膜60が形成される。
次に、制御装置40は、スピンドライ工程S7を開始する。すなわち、スピンモータ8を制御して、基板Wの回転速度を1000rpmから所定の乾燥回転速度(たとえば1500rpm)に上げていく。これにより、基板Wに付着しているIPA液が振り切られて乾燥・除去される。
以上のように、本実施形態によれば、リンス処理が行われた基板Wの表面に対して、DIW/IPA混合液を供給しつつ、基板Wの回転速度をリンス速度よりも遅い混合液パドル速度に減速する。IPA液が低い表面張力を有するため、DIW/IPA混合液も比較的低い表面張力を有している。そのため、基板Wの表面に供給されたDIW/IPA混合液は、基板Wの表面上を良好に広がる。これにより、表面が疎水性を示す基板Wや大径の基板Wの処理する場合であっても、基板Wの表面の全域を覆うパドル状の液膜50を短時間で完成することができる。その結果、DIWの省液を図ることもできる。
例を実行した。図3のステップS5の混合液液膜形成工程において以下の実施例1〜4および比較例1,2の条件で実行した。なお、表面に酸化膜が形成されたシリコンウエハW(外径450mm)を試料として用い、洗浄のための薬液としてふっ酸を採用した。
<実施例1>
基板Wの表面に供給するDIW/IPA混合液の供給流量を、2.0(リットル/分)とした。また、このDIW/IPA混合液のIPA混合比を5%(DIWとIPA液との混合比を20:1)とした。
<実施例2>
基板Wの表面に供給するDIW/IPA混合液の供給流量を、4.0(リットル/分)とした。また、このDIW/IPA混合液のIPA混合比を5%(DIWとIPA液との混合比を20:1)とした。
<実施例3>
基板Wの表面に供給するDIW/IPA混合液の供給流量を、2.0(リットル/分)とした。また、このDIW/IPA混合液のIPA混合比を10%(DIWとIPA液との混合比を10:1)とした。
<実施例4>
基板Wの表面に供給するDIW/IPA混合液の供給流量を、4.0(リットル/分)とした。また、このDIW/IPA混合液のIPA混合比を10%(DIWとIPA液との混合比を10:1)とした。
<比較例1>
基板Wの表面にDIW(IPA混合比を0%)を供給した。また、基板Wの表面に供給するDIWの供給流量を、2.0(リットル/分)とした。
<比較例2>
基板Wの表面にDIW(IPA混合比を0%)を供給した。また、基板Wの表面に供給するDIWの供給流量を、4.0(リットル/分)とした。
この場合、実施例1〜4では、基板Wの表面の全域にDIW/IPA混合液のパドル状態の液膜50を保持することができ、基板Wの表面に暴露(図6に示す気液界面暴露)は見られなかった。
図7は、DIW/IPA混合液の供給流量およびIPA混合比と、液膜形成時間(基板Wの減速終了時からパドル状態の液膜を完成させるために要する時間)との関係を示すグラグである。また、図7中の「◆」は、基板Wの表面にDIW(IPA混合比を0%)を供給した場合を示し、「□」は、基板Wの表面に供給するDIW/IPA混合液のIPA混合比を5%(DIWとIPA液との混合比を20:1)とした場合を示す。また、図7中の「△」は、基板Wの表面に供給するDIW/IPA混合液のIPA混合比を10%(DIWとIPA液との混合比を10:1)とした場合を示す。
図6および図7によれば、基板Wに供給されるDIW/IPA混合液のIPA混合比が5%以上であれば、基板Wの全域を覆うパドル状の液膜50(DIW/IPA混合液の液膜)を短時間で完成できることがわかる。
たとえば、前述の実施形態では、混合液ノズル4から吐出されるDIW/IPA混合液を用いて、DIW/IPA混合液の液膜50を基板Wの表面に形成する場合を例に挙げたが、水ノズル5から吐出されるDIWと有機溶媒ノズル6から吐出されるIPA液とを基板Wの表面上で混合して、DIW/IPA混合液を作成し、このDIW/IPA混合液を用いて、DIW/IPA混合液の液膜50を基板Wの表面に形成するようにしてもよい。
前述の実施形態では、水ノズル5からのDIWの吐出を終了した後に、混合液ノズル4からDIW/IPA混合液の吐出を開始したが、混合液ノズル4からのDIW/IPA混合液の吐出は水ノズル5からのDIWの吐出終了の前(たとえば3秒前)に開始してもよい。
また、IPA液膜形成のためのIPA液の供給と並行して、基板Wの表面と反対側の裏面(下面)に温水を供給するようにしてもよい。この場合、基板Wの裏面への温水の供給により、基板を加温することができ、基板Wを介して、基板Wの表面に形成されたIPA液の液膜60を加熱することができ、これにより、基板W表面上でのIPA液の温度を常温以上に上昇させることができ、その結果、基板Wの表面におけるDIWとIPA液との置換効率を向上させることができる。
液膜中のIPAの濃度が高くなれば表面張力が増すため基板Wを高速で回転させても液膜に亀裂は生じにくい。IPA液置換工程時には液膜にIPAが加えられてIPAの濃度が高くなっているため、上記のように、IPA液置換工程の基板をDIW/IPA混合液液膜形成工程よりも高速で回転させても、液膜に亀裂を生じさせることなくパドル状態の液膜を維持することができる。
また、水としてDIWを用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、水は、DIWに限らず、炭酸水、電解イオン水、オゾン水、希釈濃度(たとえば、10〜100ppm程度)の塩酸水、還元水(水素水)などを水として採用することもできる。
3 スピンチャック(基板保持手段)
4 混合液ノズル(水/有機溶媒供給手段)
5 水ノズル(リンス液供給手段)
6 有機溶媒ノズル(有機溶媒供給手段)
8 スピンモータ(基板回転手段)
40 制御装置
W 基板
Claims (10)
- 基板保持手段によって保持されている基板をリンス速度で回転させつつ、当該基板の表面にリンス液を供給し、前記基板の表面の全域にリンス液を行き渡らせるリンス工程と、
前記リンス工程の後に実行され、前記基板保持手段によって保持されている基板の回転速度を前記リンス速度から当該リンス速度よりも遅い混合液パドル速度に減速させつつ、水と、水よりも低い表面張力を有する有機溶媒とを当該基板の表面に供給することにより、当該基板の表面の全域を覆う、水と前記有機溶媒との混合液の液膜をパドル状に形成する混合液液膜形成工程と、
前記基板保持手段によって保持されている基板の表面に前記有機溶媒を供給することにより、前記混合液の液膜に含まれる水と前記有機溶媒との混合液を、前記有機溶媒に置換させる有機溶媒置換工程とを含む、基板処理方法。 - 前記水と前記有機溶媒との混合液は、水1に対し0.05以上の流量の前記有機溶媒を混合して生成されている、請求項1に記載の基板処理方法。
- 前記リンス液は水である、請求項1または2に記載の基板処理方法。
- 前記混合液液膜形成工程において、水および有機溶媒の供給は、前記リンス速度からの基板の減速開始に先立って開始される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理
方法。 - 前記混合液液膜形成工程は、前記基板保持手段によって保持されている基板の回転速度を、3段階以上の複数段階で減速させる工程を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記有機溶媒液膜形成工程は、前記基板保持手段によって保持されている基板を有機溶剤パドル速度で回転させる工程を含み、前記混合液パドル速度は前記有機溶剤パドル速度よりも速い、請求項1〜5のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記基板保持手段に保持される基板は、その表面に疎水性面が形成されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 基板を保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段によって保持されている基板を回転させるための基板回転手段と、
前記基板保持手段によって保持されている基板の表面にリンス液を供給するためのリンス液供給手段と、
前記基板保持手段によって保持されている基板の表面に、水と、水よりも低い表面張力とを有する有機溶媒とを供給するための水/有機溶媒供給手段と、
前記基板保持手段によって保持されている基板の表面に前記有機溶媒を供給するための有機溶媒供給手段と、
前記基板回転手段、前記リンス液供給手段、前記水/有機溶媒供給手段および前記有機溶媒供給手段を制御して、前記基板保持手段によって保持されている基板をリンス速度で回転させつつ、当該基板の表面にリンス液を供給し、前記基板の表面の全域にリンス液を行き渡らせるリンス工程と、前記基板保持手段によって保持されている基板の回転速度を前記リンス速度から当該リンス速度よりも遅い混合液パドル速度に減速させつつ、水および前記有機溶媒を当該基板の表面に供給することにより、当該基板の表面の全域を覆う、水と前記有機溶媒との混合液の液膜をパドル状に形成する混合液液膜形成工程と、前記基板保持手段によって保持されている基板の表面に前記有機溶媒を供給することにより、前記混合液の液膜に含まれる水と前記有機溶媒との混合液を有機溶媒に置換させる有機溶媒置換工程とを実行する制御手段とを含む、基板処理装置。 - 前記水/有機溶媒供給手段は、前記基板保持手段に保持されている基板の表面に、水と前記有機溶媒との混合液を吐出するための混合液ノズルを含む、請求項8に記載の基板処理装置。
- 前記水/有機溶媒供給手段は、
前記基板保持手段に保持されている基板の表面に水を吐出するための水ノズルと、
前記基板保持手段に保持されている基板の表面に前記有機溶媒を吐出するための有機溶媒ノズルとを含む、請求項8に記載の基板処理装置。
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