JP6569574B2 - 基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、処理液による処理が行われた後の基板を、乾燥液を用いて乾燥する技術に関する。
回転する基板（例えば半導体ウエハ（以下、ウエハという））の表面に、薬液やリンス液などの処理液を順次、切り替えて供給し、基板の処理を行う技術が知られている。各種の処理液を用いた処理が完了すると、回転する基板に対して、ＩＰＡ（Isopropyl Alcohol）などの揮発性の高い乾燥液を供給し、基板表面に残存する処理液を乾燥液と置換した後、基板外へ乾燥液を排出することによる基板の乾燥が行われる。
例えば特許文献１には、回転する基板に向けて供給された第二流体（上述の乾燥液に相当する）の供給位置を基板の中心側から周縁部側へ移動させることにより、基板の上面の液膜を押し流して基板を乾燥させる技術が記載されている。
特開２００７−３６１８０号公報：請求項１、段落００４８
ところが半導体装置の高集積化や高アスペクト比化に伴い、乾燥時におけるパターンの倒壊などの欠陥が発生するようになってきた。特許文献１に記載の手法であっても、欠陥が発生する場合がある。
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、欠陥の発生を抑えつつ、乾燥液を用いて基板表面を乾燥させることが可能な基板処理装置、基板処理方法、及びこの方法を記憶した記憶媒体を提供することにある。
本発明の基板処理装置は、基板の表面に処理液を供給した後に乾燥液を供給する処理を行う基板処理装置において、
基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された基板を回転させる回転機構と、
前記処理液による処理が行われた後の回転する基板の表面に対し、基板を乾燥させるための乾燥液を供給する乾燥液供給ノズルと、
前記基板保持部に保持された基板と乾燥液供給ノズルとを相対的に移動させる移動機構と、
前記乾燥液供給ノズルから供給される乾燥液の供給流量を制御する流量制御機構と、
前記乾燥液供給ノズルから供給された乾燥液が基板へ到達する位置である着液点を、基板の中心部側から周縁部側に向けて移動させる際に、前記着液点を基点にして形成される乾燥液の流線における、前記着液点の中心から、基板の回転中心側の端部までの距離Ｌが、予め設定した上限距離Ｍ以下となるように制御を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、下記式に基づいて基板の中心部側への乾燥液の流入量を特定し、前記着液点が描く軌道円の単位区間から、基板の中心部側への乾燥液の流入量が予め設定した値となるようにすることにより、前記距離Ｌを制御することを特徴とする。
乾燥液の流入量＝｛（Ｑ／２）*ｔ｝／Ｃ （但し、ｔ＝Ｄ／ｖ）
ここで、Ｄは乾燥液供給ノズルの開口直径［ｍｍ］、Ｑは乾燥液の供給流量［ｍｌ／ｓ］、ｖは着液点の移動速度［ｍｍ／ｓ］、Ｃは着液点が描く軌道円の周長［ｍｍ］である。
前記基板処理装置は、以下の構成を備えていてもよい。
（ａ）前記制御部は、前記乾燥液の供給流量を変化させること、または前記乾燥液供給ノズルの移動速度を変化させることにより、前記距離Ｌが上限距離Ｍ以下となるように制御を行うこと。
本発明は、欠陥の発生を抑えつつ、乾燥液を用いて基板表面を乾燥させることができる。
本発明の実施の形態に係る処理ユニットを備えた基板処理システムの概要を示す平面図である。 前記処理ユニットの概要を示す縦断側面図である。 前記処理ユニットの平面図である。 前記処理ユニットに設けられたＩＰＡノズル、及びＮ２ノズルによるウエハ処理の様子を示す斜視図である。 前記ＩＰＡノズルから吐出されるＩＰＡの着液点付近を側面から見た模式図である。 前記ＩＰＡの着液点付近を上面から見た模式図である。 実施形態に係る処理ユニットによるＩＰＡ供給の作用説明図である。 比較形態に係る処理ユニットによるＩＰＡ供給の作用説明図である。 第２実施形態に係る処理ユニットによるＩＰＡ供給の作用説明図である。 第２比較形態に係る処理ユニットによるＩＰＡ供給の作用説明図である。 第３実施形態に係るＩＰＡノズルから吐出されるＩＰＡの着液点付近を側面から見た模式図である。 第３実施形態に係るＩＰＡの着液点付近を上面から見た模式図である。
図１は、本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。
図１に示すように、基板処理システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２と処理ステーション３とは隣接して設けられる。
搬入出ステーション２は、キャリア載置部１１と、搬送部１２とを備える。キャリア載置部１１には、複数枚の基板、本実施形態では半導体ウエハ（以下ウエハＷ）を水平状態で収容する複数のキャリアＣが載置される。
搬送部１２は、キャリア載置部１１に隣接して設けられ、内部に基板搬送装置１３と、受渡部１４とを備える。基板搬送装置１３は、ウエハＷを保持するウエハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１３は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウエハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウエハＷの搬送を行う。
処理ステーション３は、搬送部１２に隣接して設けられる。処理ステーション３は、搬送部１５と、複数の処理ユニット１６とを備える。複数の処理ユニット１６は、搬送部１５の両側に並べて設けられる。
搬送部１５は、内部に基板搬送装置１７を備える。基板搬送装置１７は、ウエハＷを保持するウエハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１７は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウエハ保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間でウエハＷの搬送を行う。
処理ユニット１６は、基板搬送装置１７によって搬送されるウエハＷに対して所定の基板処理を行う。
また、基板処理システム１は、制御装置４を備える。制御装置４は、たとえばコンピュータであり、制御部１８と記憶部１９とを備える。記憶部１９には、基板処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１８は、記憶部１９に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム１の動作を制御する。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置４の記憶部１９にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
上記のように構成された基板処理システム１では、まず、搬入出ステーション２の基板搬送装置１３が、キャリア載置部１１に載置されたキャリアＣからウエハＷを取り出し、取り出したウエハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウエハＷは、処理ステーション３の基板搬送装置１７によって受渡部１４から取り出されて、処理ユニット１６へ搬入される。
処理ユニット１６へ搬入されたウエハＷは、処理ユニット１６によって処理された後、基板搬送装置１７によって処理ユニット１６から搬出されて、受渡部１４に載置される。そして、受渡部１４に載置された処理済のウエハＷは、基板搬送装置１３によってキャリア載置部１１のキャリアＣへ戻される。
図２に示すように、処理ユニット１６は、チャンバ２０と、基板保持機構３０と、処理流体供給部４０と、回収カップ５０とを備える。
チャンバ２０は、基板保持機構３０と処理流体供給部４０と回収カップ５０とを収容する。チャンバ２０の天井部には、ＦＦＵ（Fan Filter Unit）２１が設けられる。ＦＦＵ２１は、チャンバ２０内にダウンフローを形成する。
基板保持機構３０は、保持部３１と、支柱部３２と、駆動部３３とを備える。保持部３１は、ウエハＷを水平に保持する。支柱部３２は、鉛直方向に延在する部材であり、基端部が駆動部３３によって回転可能に支持され、先端部において保持部３１を水平に支持する。駆動部３３は、支柱部３２を鉛直軸まわりに回転させる。かかる基板保持機構３０は、駆動部３３を用いて支柱部３２を回転させることによって支柱部３２に支持された保持部３１を回転させ、これにより、保持部３１に保持されたウエハＷを回転させる。
処理流体供給部４０は、ウエハＷに対して処理流体を供給する。処理流体供給部４０は、処理流体供給源７０に接続される。
回収カップ５０は、保持部３１を取り囲むように配置され、保持部３１の回転によってウエハＷから飛散する処理液を捕集する。回収カップ５０の底部には、排液口５１が形成されており、回収カップ５０によって捕集された処理液は、かかる排液口５１から処理ユニット１６の外部へ排出される。また、回収カップ５０の底部には、ＦＦＵ２１から供給される気体を処理ユニット１６の外部へ排出する排気口５２が形成される。
上述の基板処理システム１に設けられている処理ユニット１６は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置に相当する。処理ユニット１６は、処理流体（処理液）である薬液やリンス液による処理が行われた後の回転するウエハＷに対し、乾燥液を供給すると共に、当該乾燥液の着液点をウエハＷの中心部側から周縁部側へと移動させてウエハＷを乾燥させるための構成を備えている。乾燥液とは、リンス液よりも揮発性が高く、リンス液と混合可能な液体のことであり、本実施形態では、リンス液にＤＩＷ（Deionized Water）、乾燥液としてＩＰＡを用いる。
以下、図３を参照しながら、当該構成について説明する。
本例の処理ユニット１６において既述の処理流体供給部４０は、基板保持機構３０に保持されたウエハＷに対して、薬液の供給を行う薬液ノズル４１３と、リンス液であるＤＩＷの供給を行うＤＩＷノズル４１２と、ＩＰＡの供給を行うＩＰＡノズル４１１とを備えている。
本例において上述の各ノズル４１１〜４１３は共通の第１ノズルアーム４１の先端部に設けられている。第１ノズルアーム４１の基端部側は、保持部（基板保持部）３１に保持されたウエハＷの中央部の上方側の位置と、当該ウエハＷの上方位置から側方へと退避した位置との間でこれらのノズル４１１〜４１３を移動させるためのガイドレール４２に接続されている。ガイドレール４２には、第１ノズルアーム４１を移動させるための駆動部４２１が設けられている。第１ノズルアーム４１、ガイドレール４２、駆動部４２１は、保持部３に保持されたウエハＷに対してＩＰＡノズル４１１を相対的に移動させる移動機構に相当する。また、図３中、側方へと退避した第１ノズルアーム４１を実線で示し、ウエハＷの中央部の上方側へ進入した第１ノズルアーム４１を破線で示してある。
薬液ノズル４１３は、開閉バルブＶ３を介して薬液供給源７３に接続されている。薬液供給源７３からは、ウエハＷの処理の目的に応じて供給される１種または複数種の薬液が供給される。本実施形態においては、１種類の薬液で記載している。薬液ノズル４１３からは、薬液が開閉バルブＶ３を介して供給される。
ＤＩＷノズル４１２は、開閉バルブＶ２を介してＤＩＷ供給源７２に接続されている。ＤＩＷノズル４１２からは、ＤＩＷが開閉バルブＶ２を介して供給される。
上述の薬液やＤＩＷは、ウエハＷの処理を行う処理液に相当する。
ＩＰＡノズル４１１は、本例の乾燥液供給ノズルに相当し、開閉バルブＶ１を介してＩＰＡ供給源７１に接続されている。ＩＰＡ供給源７１からは、ウエハＷに対して最後に供給される処理液であるＤＩＷよりも揮発性が高く、ＤＩＷと混合可能な乾燥液であるＩＰＡが供給される。ＩＰＡ供給源７１は、液体ＩＰＡを貯溜するタンクと、タンクからＩＰＡノズル４１１へ向けてＩＰＡの送液を行うためのポンプなどの送液機構と、流量調節弁などを含みＩＰＡノズル４１１へ供給されるＩＰＡの供給流量を制御する流量制御機構とを備えている（いずれも不図示）。
さらに図３に示すように処理ユニット１６は、乾燥液が供給された後のウエハＷの表面に、乾燥用ガスとして不活性ガスである窒素（Ｎ２）ガスを供給するためのＮ２ノズル４３１を備えている。
本例のＮ２ノズル４３１は、ＩＰＡノズル４１１などが設けられた既述の第１ノズルアーム４１とは異なる第２ノズルアーム４３の先端部に設けられている。第２ノズルアーム４３の基端部側は、保持部３１に保持されたウエハＷの中央部の上方側の位置と、当該ウエハＷの上方位置から側方へと退避した位置との間でＮ２ノズル４３１を移動させるためのガイドレール４４に接続されている。ガイドレール４４には、第２ノズルアーム４３を移動させるための駆動部４４１が設けられている。図３中、側方へと退避した第２ノズルアーム４３を実線で示し、ウエハＷの中央部の上方側へ進入した第２ノズルアーム４３を破線（既述の第１ノズルアーム４１と共通の破線）で示してある。
Ｎ２ノズル４３１は、開閉バルブＶ４を介してＮ２供給源７４に接続されている。
図３を用いて説明した各ノズル４１１〜４１３、４３１のウエハＷの上方側の位置や当該上方側の位置から退避した位置への移動、各供給源７１〜７４からの流体の供給／停止や流量の制御は、既述の制御部１８によって実行される。
以上に説明した構成を備える処理ユニット１６を用いて実施される液処理の内容について図４〜図６を参照しながら説明する。
基板搬送機構１７により処理ユニット１６内に搬入されたウエハＷが、保持部３１に設けられた保持ピン３１１によって保持されると、側方へ退避していた第１ノズルアーム４１をウエハＷの上方側へ進入させ、薬液ノズル４１３、ＤＩＷノズル４１２をウエハＷの中心部ＰＯの上方位置に配置する。しかる後、回転機構である駆動部３３、支柱部３２を介してウエハＷを所定の回転速度で回転させて薬液ノズル４１３より薬液を供給し、薬液処理を行う。
所定の薬液による処理を終えたら、ウエハＷを回転させたまま、薬液ノズル４１３からの薬液の供給を停止すると共に、ＤＩＷノズル４１２からＤＩＷを供給し、リンス洗浄処理を実行する。所定時間、リンス洗浄処理を実行したら、ウエハＷを回転させたままＤＩＷノズル４１２からのＤＩＷの供給を停止すると共に、ＩＰＡノズル４１１からＩＰＡを供給してＤＩＷとの置換を行う。
このとき、ウエハＷの中心部ＰＯにＩＰＡを供給可能な位置にＩＰＡノズル４１１を配置し、前記中心部ＰＯに向かってＩＰＡを供給する。供給されたＩＰＡは、遠心力の作用によりウエハＷの表面を広がり、ウエハＷの表面全体にＩＰＡの液膜が形成される。このようにＩＰＡの液膜を形成することにより、リンス洗浄処理の際にウエハＷの表面に供給されたＤＩＷをＩＰＡに置換することができる。
ウエハＷの表面にＩＰＡの液膜が形成されたら、中心部ＰＯにＩＰＡが供給される位置よりも側方（例えばウエハＷの中心部ＰＯから半径方向に４０ｍｍ移動した位置）までＩＰＡノズル４１１を移動させる。この結果、ＩＰＡノズル４１１から供給されたＩＰＡが到達しないウエハＷの中心部ＰＯの周縁領域からは、遠心力の作用によりＩＰＡが流出し、液膜の存在しない領域（以下、「コア」ともいう）が形成される。
上述のＩＰＡノズル４１１の移動動作に合わせて、側方へと退避していた第２ノズルアーム４３をウエハＷの上方側へ進入させ、ウエハＷの中心部ＰＯの上方位置にＮ２ノズル４３１を配置する。そして、前述のコアが形成されたら、当該コアに向けてＮ２ガスを供給し、ウエハＷの表面の乾燥を促進させる。
なお図４の配置状態におけるＩＰＡノズル４１１からのＩＰＡの吐出位置と、Ｎ２ノズル４３１からのＮ２ガスの吐出位置との位置関係を分かり易くするため、図５にはＩＰＡノズル４１１と同じ方向にＮ２ノズル４３１を移動させたと仮定したときのＮ２ノズル４３１の配置位置、及びＮ２ガスの吐出位置を破線で示してある。
そして図４に示すように、ウエハＷの回転、ＩＰＡノズル４１１からのＩＰＡの供給、Ｎ２ノズル４３１からのＮ２ガスの供給を継続しつつ、これらのノズル４１１、４３１をウエハＷの中心部側から周縁部側へと移動させる（本例では２本のノズル４１１、４３１は反対方向に移動）。この結果、ＩＰＡの供給位置（図４中に一点鎖線で示してある）と、Ｎ２ガスの供給位置（同図中に破線で示してある）とがウエハＷの中央部側から周縁部側へ向けて、ウエハＷの全面をスキャンするように移動する。また、図４中の一点鎖線と破線との位置関係から分かるように、上述のスキャン動作において、Ｎ２ノズル４３１からのＮ２ガスの供給位置は、ＩＰＡノズル４１１からのＩＰＡの供給位置よりもウエハＷの径方向、中央部側に位置するように、各ノズルアーム４１、４３の移動動作が制御されている。
ＩＰＡの供給位置のスキャン動作に伴って、ＩＰＡの液膜がウエハＷの周縁部側へ押し流され、液膜の形成されていない領域が広がる。またＮ２ガスの供給位置のスキャン動作に伴って、ＩＰＡの液膜が押し流された後のウエハＷの表面にＮ２ガスが吹き付けられ、当該領域の乾燥が完了する。
ＩＰＡの供給位置がウエハＷの周縁に到達したら、ＩＰＡノズル４１１からのＩＰＡの供給を停止する。続いてＮ２ガスの供給位置がウエハＷの周縁に到達したら、Ｎ２ノズル４３１からのＮ２ガスの供給を停止する。
上述の動作により、ウエハＷの全面からＤＩＷがＩＰＡによって置換、除去され、乾燥したウエハＷを得ることができる。
ウエハＷの乾燥終了後、ウエハＷの回転を停止させ、処理ユニット１６内に基板搬送装置１７を進入させて、保持部３１から基板搬送装置１７へウエハＷを受け渡し、処理が完了したウエハＷを処理ユニット１６から取り出す。こうして、処理ユニット１６におけるウエハＷに対する一連の処理が終了する。
以上、薬液やＤＩＷなどの処理液を供給して処理を行った後のウエハＷに対し、さらにＩＰＡ（乾燥液）を供給して処理液と置換し、ＩＰＡの供給位置をウエハＷの中央部側から周縁部側へと移動させることにより、ウエハＷを乾燥する手法について説明した。
ここで本願の発明者は、当該手法によりウエハＷの乾燥を行うと、ウエハＷの表面の一部に、円環状の欠陥（パターン倒壊やパーティクル付着、洗浄残渣）が発生する場合があることを確認した。そこで、このような事象が発生する要因について検討したところ、ＩＰＡノズル４１１から供給されたＩＰＡがウエハＷに到達する位置である着液点におけるＩＰＡの挙動が、欠陥の発生に影響を及ぼしていることを見出した。
以下、図５〜図８を参照しながら、パターン倒壊などの欠陥が発生する仕組み、及びその対策である実施の形態に係るＩＰＡの供給手法について、従来の手法と比較しながら説明する。
図５は、ＩＰＡノズル４１１から吐出されたＩＰＡがウエハＷに到達する位置である着液点ＰＡの近傍領域を観察した結果を側面側から模式的に示した図であり、図６は同領域を上面側から示した模式図である。
前記領域の観察結果によると、ＩＰＡノズル４１１から吐出され、着液点ＰＡに到達したＩＰＡは、ＩＰＡ液膜７１１の液膜内を等方に広がろうとする。一方で、当該ＩＰＡに対しては、回転するウエハＷからの遠心力が作用するため、ＩＰＡは、図６中に示す旋回流状のＩＰＡ流線７１０を形成しつつ、やがてＩＰＡ液膜７１１へと吸収されていく。このとき、ウエハＷに供給されたＩＰＡは、ウエハＷの表面に形成されているパターン７００内に入り込み、ＤＩＷと置換される。なお、図５においては、着液点ＰＡの近傍領域に形成されているパターン７００を模式的に示してある。
そして、ＩＰＡノズル４１１のスキャン動作を実行すると、ＩＰＡノズル４１１の移動に伴って着液点ＰＡの位置、及びＩＰＡ流線７１０の形成領域も移動する。このとき、ＩＰＡ流線７１０の内側領域には、ＩＰＡノズル４１１の移動に追随し切れないＩＰＡが薄い液膜（以下、中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａという）が残存する現象が観察される（図５、図６）。
ＩＰＡノズル４１１の移動に追随できなかった中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａは、ＩＰＡの蒸発によってウエハＷの表面から除去される。このとき、中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａの面内でＩＰＡが均一に除去されないと、ＩＰＡの表面張力がパターン７００に対して不均一に作用し、パターン倒壊を引き起こす要因となる。また、ＩＰＡが均一に除去されない領域では、パーティクルの付着や洗浄残渣も発生しやすいことを把握している。
さらにパターン倒壊をはじめとする上述の欠陥は、中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａの幅（中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａの形成領域）が広がる程、発生しやすくなる一方、中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａの幅を狭い範囲に限定すると、欠陥の発生を抑えられることが分かった。
発明者は、中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａの幅に影響を与える因子について検討を行った結果、ウエハＷに対してＩＰＡが供給される着液点ＰＡから、ウエハＷの中心部側へ流入するＩＰＡ量の影響が大きいことが分かった。そして、ウエハＷの中心部側へ流入するＩＰＡ量は、着液点ＰＡの中心と、ウエハＷの回転中心側におけるＩＰＡ流線７１０の端部７１３（ＩＰＡ流線７１０−中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａ間の界面）との距離Ｌにて把握することが可能であることを見出した。
即ち、距離Ｌが長くなると、ウエハＷの中心側へ流入するＩＰＡの量が多くなり、ＩＰＡノズル４１１の移動に追随し切れないＩＰＡが多くなって中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａの幅が広がる。一方、距離Ｌを短くすると、ウエハＷの中心側へ流入するＩＰＡの量が少なくなり、中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａの幅を狭くすることができる。
さらに、欠陥の発生数が十分に少ない乾燥結果が得られる距離Ｌの状態から、次第に距離Ｌが長くなるように条件を変えてウエハＷの乾燥を行ったとき、生産効率などの観点から欠陥の発生数が無視できなくなる臨界的な距離が存在する。そこで、この臨界距離よりも短い距離Ｍを上限として（以下、「上限距離Ｍ」という）、ウエハＷの表面に形成されるＩＰＡ流線７１０における前記距離Ｌを制御すれば、欠陥の発生を所定数以下に低減できる。
ここで、ＩＰＡノズル４１１からウエハＷにＩＰＡを供給する際、ＩＰＡ流線７１０は明瞭に形成されるので、距離Ｌは明確に把握することができる。一方で、欠陥はウエハＷの表面に形成されているパターン７００の構造に依存する点も多く、上限距離Ｍを一概に特定することはできない。例えば、ある世代の半導体装置の生産時に欠陥を十分に抑制できていた上限距離Ｍが、当該世代よりもパターン７００の線幅が細い後継世代の半導体装置の生産時には、多くの欠陥を引き起こす距離Ｌを含んでしまう場合もある。
但し、ＩＰＡ流線７１０における前記距離Ｌを短くする効果は、欠陥数の低減として明確に把握することができる。この点に着目すれば、パターン７００の構造に依存せず、上限距離Ｍを定義することができる。
そこで、予備実験などにより、パターン７００を撮像して得られたパターン画像のうち、生産管理上、欠陥数が許容値以下であるウエハＷの理想的なパターン画像（必ずしも欠陥数がゼロでなくてもよい）を基準値として設定しておく。次いで前記距離Ｌが予め設定した値となるように、例えばＩＰＡの供給流量を制御してウエハＷを乾燥させる処理を行った後、当該処理後のウエハＷのパターン画像を取得し、前記理想のパターン画像と比較して、理想のパターン画像に対するパターン画像の変化箇所を１つの欠陥として検出し、欠陥数をカウントする。そして、前記距離Ｌが次第に小さくなるように制御条件を変えた複数の条件下で、ＩＰＡを用いたウエハＷの乾燥と、乾燥後のウエハＷにおける欠陥のカウントとを実行する。この結果、ウエハＷの表面の１ｃｍ２あたりの範囲内に発生する平均の欠陥の増加数が５個以下となる距離Ｌを、既述の上限距離Ｍとする。
次に、ＩＰＡ流線７１０における距離Ｌ（着液点ＰＡの中心と、ウエハＷの回転中心側におけるＩＰＡ流線７１０の端部７１３との距離Ｌ）を制御する手法について説明する。
ＩＰＡが着液点ＰＡから等方的に広がる場合、距離Ｌは、着液点ＰＡよりもウエハＷの中心部側へと流入するＩＰＡの流量（以下、「ＩＰＡ中心流入量」という）の影響を受ける。即ち、ＩＰＡ中心流入量が多くなると距離Ｌは長くなり、ＩＰＡ中心流入量が少なくなると距離Ｌは短くなる。また、ウエハＷの中心部側と周縁部側とでは、着液点Ｐ Ａが描く軌道円の周長が異なるので、当該軌道円への単位区間あたりのＩＰＡ中心流入量が変化する。即ち、ＩＰＡノズル４１１からのＩＰＡの吐出量を一定としたとき、着液点Ｐ Ａが描く軌道円の周長が短い中心部側では、単位区間あたりのＩＰＡ中心流入量は多くなる。一方、軌道円の周長が長い周縁部側では、単位区間あたりのＩＰＡ中心流入量は少なくなる。
上述の関係を踏まえ、着液点Ｐ Ａが描く軌道円への単位区間あたりのＩＰＡ中心流入量を、着液点Ｐ Ａのスキャン速度（移動速度）、ＩＰＡの供給流量との関係で表現しておく。
着液点ＰＡが十分に小さく（例えばＩＰＡノズル４１１の開口直径と同じ）、等方的に広がるＩＰＡの半量がウエハＷの中心部側へ流入すると考えたとき、上述のＩＰＡ中心流入量は下記（１）式で表現することができる。
ＩＰＡ中心流入量［ｍｌ／ｍｍ］
＝｛（Ｑ／２）*ｔ｝／Ｃ （但し、ｔ＝Ｄ／ｖ） …（１）
ここで、ＤはＩＰＡノズル４１１の開口直径［ｍｍ］、ＱはＩＰＡの供給流量［ｍｌ／ｓ］、ｖは着液点ＰＡのスキャン速度［ｍｍ／ｓ］、Ｃは着液点ＰＡが描く軌道円の周長［ｍｍ］である。ＩＰＡの供給流量は、例えば１〜３００ｍｌ／ｍｉｎ（０．０１７〜５ｍｌ／ｓ）の範囲が想定される。
次に、ＩＰＡ流線７１０における距離Ｌ以外の欠陥の発生要因についても検討する。
既述のように厚さが不安定な中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａに対して、ウエハＷの回転に起因する大きな遠心加速度（遠心力）が加わると、当該領域のＩＰＡが不均一に乾燥したり、中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａから千切れたＩＰＡがウエハＷの表面に取り残される事象がさらに発生しやすくなるおそれもある。
図８は、円環状の欠陥が確認された比較形態に係る着液点ＰＡのスキャン速度（図８（ａ））、ＩＰＡ中心流入量（図８（ｂ））、ウエハＷの単位時間当たりの回転数（図８（ｃ））、着液点ＰＡに供給されたＩＰＡに働く遠心加速度（図８（ｄ）の値を、ウエハＷの中心部ＰＯから着液点ＰＡまでの半径方向の距離に対応させて表示したグラフである。
この比較形態において、ＩＰＡノズル４１１の開口直径はＤ＝２ｍｍ、ＩＰＡの供給流量はＱ＝０．５４ｍｌ／ｓで一定である。
図８（ａ）によれば、ウエハＷの中心部ＰＯにてＩＰＡノズル４１１からＩＰＡを供給し、ウエハＷの全面にＩＰＡ液膜７１１を形成した後、コアを形成するため中心部ＰＯから４０ｍｍの位置まで４０ｍｍ／ｓのスキャン速度で着液点ＰＡを移動させ、しかる後、一旦、着液点ＰＡのスキャンを停止している。そして、コアが形成された後のタイミングで中心部ＰＯから４０〜５０ｍｍの領域は約７ｍｍ／ｓのスキャン速度で着液点ＰＡを移動させた後、徐々にスキャン速度を低下させ、６０ｍｍよりも周縁部側の領域は約５ｍｍ／ｓの一定のスキャン速度で着液点ＰＡを移動させている。
上述の着液点ＰＡのスキャン速度の変化（図８（ａ））を踏まえ、既述の（１）式に基づいてＩＰＡ中心流入量を計算すると、図８（ｂ）に示すようにＩＰＡ中心流入量の値は、中心部ＰＯからの着液点ＰＡの距離（ウエハＷの半径方向の位置）に応じて大きく上下する。そして、ＩＰＡ中心流入量が多くなる領域では、既述の距離Ｌが長くなり、欠陥を引き起こす要因となる中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａが大きくなる。
またウエハＷの回転数に着目すると、図８（ｃ）に示すように、中心部ＰＯから着液点ＰＡまでの距離が４０ｍｍまでのコアの形成領域にて、ウエハＷの回転数を１０００ｒｐｍとし、着液点ＰＡがさらに周縁部側へ移動した後は、ウエハＷの回転数を６００ｒｐｍに低下させている。
上述の着液点ＰＡの位置に応じたウエハＷの回転数変化に伴って、着液点ＰＡに供給されたＩＰＡに働く遠心加速度も大きく変動する。そして、当該遠心加速度の変動の影響と、図８（ｂ）を用いて説明したＩＰＡ中心流入量の変化に起因するＩＰＡ流線７１０における距離Ｌの増大とが相俟って、円環状の欠陥が発生したものと考えられる。
以上、図８（ａ）〜（ｄ）を参照しながら考察した比較形態に係るＩＰＡの供給手法を踏まえ、本実施の形態に係る処理ユニット１６においては、コアを形成した後のＩＰＡ流線７１０における前記距離Ｌを所定の上限距離Ｍ以下とするため、着液点ＰＡのスキャン速度を制御することにより、ＩＰＡ中心流入量が、着液点ＰＡの移動方向に沿ってほぼ一定となるようにしている（図７（ｂ））。さらにコアを形成した後、着液点ＰＡに供給されたＩＰＡに働く遠心加速度が、着液点ＰＡの移動方向に沿ってほぼ一定となるように、ウエハＷの回転数の制御も行っている（図７（ｄ））。
比較形態にて検討したように、ＩＰＡ中心流入量の増大や、着液点ＰＡのＩＰＡに働く遠心加速度の変動が発生すると、中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａの不均一乾燥やウエハＷ表面のへのＩＰＡの取り残しが引き起こされやすい。そこで、実施形態では、ＩＰＡ中心流入量（ＩＰＡ流線７１０における距離Ｌ）を一定値以下に保ち、また着液点ＰＡのＩＰＡに働く遠心加速度を一定に保ちながらＩＰＡの着液点ＰＡを移動させてウエハＷの乾燥を行うことにより、欠陥の抑制を図っている。
ここで既述の比較形態において、ウエハＷの周縁部では、既述の円環状の欠陥は殆ど確認されなかった。従って、当該領域にて形成されるＩＰＡ流線７１０における距離Ｌは、上限距離Ｍ以下の値となっていると言える。そこで、実施形態に係る処理ユニット１６では、ＩＰＡ中心流入量やＩＰＡに働く遠心加速度の値が、前記比較形態の周縁部におけるＩＰＡ中心流入量や遠心加速度と一致するように、着液点ＰＡのスキャン速度やウエハＷの回転数を制御する手法を採用した。
例えば図８（ｂ）によると、ウエハＷの周縁部におけるＩＰＡ中心流入量は、約９．０×１０−４ｍｌ／ｍｍである。そこで、コアの形成領域以外のＩＰＡの中心流入量が上記の値となるように、既述の（１）式に基づき、各位置における着液点ＰＡのスキャン速度を決定する（図７（ａ））。また、ＩＰＡ中心流入量の急激な変動が発生しないように、コアの形成領域の外端部（本例では、中心部ＰＯから半径方向に４０ｍｍ移動した位置）における着液点ＰＡのスキャン停止は行わなかった。そして、コアの形成領域の外端部を通過した時点で（１）式に基づいて計算したスキャン速度が開始されるように、コアの形成領域内で着液点ＰＡのスキャン速度を次第に低下させた。
また、図８（ｄ）によると、ウエハＷの周縁部（但し、パターン７００の形成領域内）において着液点ＰＡのＩＰＡに働く遠心加速度は約５５０ｍ／ｓ２である。そこで、コアの形成領域以外の遠心加速度が上記の値となるように、遠心加速度の計算式Ｇ＝ｒω２（ここでＧは遠心加速度［ｍ／ｓ２］、ｒは中心部ＰＯからの着液点ＰＡまでの距離［ｍ］、ωはウエハＷの角速度［ｒａｄ／ｓ］）に基づき、ウエハＷの回転数を決定した（図７（ｃ））。なお、コアの形成領域においては、当該領域内のＩＰＡを確実に排出するため、例えば駆動部３３の使用範囲の上限である１０００ｒｐｍにてウエハＷを回転させた。
上述の考え方に基づき、着液点ＰＡのスキャン速度やウエハＷの回転数の設定（操作変数の設定）を行うことにより、着液点ＰＡの移動方向に沿って、ＩＰＡ中心流入量を一定値以下（ＩＰＡ流線７１０における距離Ｌを上限距離Ｍ以下）とし、ＩＰＡに働く遠心加速度の値を一定に保つことができる。
ここで、本実施の形態においてＩＰＡに働く遠心加速度を「一定に保つ」とは、この値が厳密に一定に保たれるように操作変数を制御する場合に加え、例えば制御の安定性や応答速度などに応じて、遠心加速度の変動範囲が例えば目標値の±５％程度の範囲内に収まるように制御を実行する場合も含んでいる。
ここで、上述のように着液点ＰＡを移動方向に沿ってＩＰＡ中心流入量の上限値やＩＰＡに働く遠心加速度の目標値を、比較形態におけるウエハＷの周縁部の値に一致させることは必須の要件ではない。既述のように、ＩＰＡ流線７１０における距離Ｌが上限距離Ｍ以下となるようにＩＰＡ中心流入量を調節し、またＩＰＡに働く遠心加速度を「着液点ＰＡを移動方向に沿って一定に保つ」ことにより、中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａの成長や縮小に伴う不均一乾燥、ＩＰＡの取り残しの発生を抑え、欠陥の発生を抑制する効果がある。
但し、より好適な欠陥の抑制効果が得られる範囲として、ＩＰＡ中心流入量の目標値を０．００１ｍｌ／ｍｍ以下の値に設定し、また着液点ＰＡのＩＰＡに働く遠心加速度の目標値を６０〜１３０００ｍ／ｓ２（ウエハＷの回転数で２００〜３０００ｒｐｍ相当）の範囲内の値に設定する場合を例示することができる。
図７（ａ）〜（ｄ）を用いて説明した実施形態に係るＩＰＡの供給手法によってウエハＷの乾燥を行ったところ、比較形態にて観察された円環状の欠陥の発生は観察されず、良好な欠陥の抑制効果が得られた。
以上に説明した本実施の形態に係る処理ユニット１６によれば以下の効果がある。薬液やＤＩＷなどの処理液による処理が行われたウエハＷについて、回転するウエハＷの表面に乾燥液であるＩＰＡを供給し、このＩＰＡの着液点ＰＡを基板の中心部側から周縁部側に向けて移動させることにより乾燥した基板を得る。このとき、ＩＰＡ流線７１０における距離Ｌ（着液点ＰＡの中心と、ウエハＷの回転中心側におけるＩＰＡ流線７１０の端部７１３との距離Ｌ）が、理想的なパターン画像に対して、ウエハＷの表面の１ｃｍ２あたりの範囲内に発生する平均の欠陥の増加数が５個以下となる上限距離Ｍ以下とするように、着液点ＰＡよりウエハＷの中心部側へ流入するＩＰＡの流入量を制御する。また、ＩＰＡに働く遠心加速度が、当該着液点ＰＡの移動方向に沿って一定となるように、着液点ＰＡの移動速度を変化させる。これらにより、着液点ＰＡより基板の中心部側での液残りや不均一乾燥の発生を抑えて、欠陥の発生を抑制することができる。
ここで図７（ｂ）を用いて説明したように、ＩＰＡ流線７１０における距離Ｌを調節する（ＩＰＡ中心流入量を調節する）ための操作変数は、当該着液点ＰＡのスキャン速度に限定されない。
例えば着液点ＰＡのスキャン速度を一定値に固定した条件下で、図１０（ａ）の第２比較形態に示すようにＩＰＡノズル４１１からのＩＰＡの供給流量を一定に保つと、ウエハＷの中央部側から周縁部側へと着液点ＰＡが移動するに連れてＩＰＡ中心流入量は低下する（図１０（ｂ））。
そこで、着液点ＰＡのスキャン速度を固定した条件下で、ＩＰＡ中心流入量が一定となるようにＩＰＡの供給流量を変化させることによっても、着液点ＰＡの移動方向に沿って、ＩＰＡ流線７１０における距離Ｌが上限距離Ｍ以下となるようにＩＰＡ中心流入量を調節する（例えば一定に保つ）ことができる。この場合のＩＰＡの供給流量も既述の（１）式を用いて算出することができる。
ＩＰＡ中心流入量の調節が可能であることの確認として、図９（ａ）、（ｂ）の第２実施形態には、図１０（ｂ）に示す第２比較形態の周縁部におけるＩＰＡ中心流入量と一致するように、着液点ＰＡの移動方向に沿ってＩＰＡの供給流量を変化させた例を示している。
ここで、ＩＰＡ中心流入量を調節するための操作変数は、ＩＰＡの着液点ＰＡのスキャン速度、またはＩＰＡの供給流量のいずれか一方を選択する場合に限られるものではなく、これらの操作変数の双方を変化させてもよい。
また、図９（ａ）、（ｂ）に示した第２実施形態においても、図７（ｃ）、（ｄ）を用いて説明した例と同様に、着液点ＰＡのＩＰＡに働く遠心加速度が、当該着地点ＰＡの移動方向に沿って一定となるように、ウエハＷの回転数を変化させてもよいことは勿論である。
図１１、図１２に示す側面図及び平面図は、ＩＰＡノズル４１１ａを傾斜させて配置することにより、距離Ｌを短くして中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａの形成領域の縮小を図った第３実施形態を示している。
当該実施形態においては、図１１に示すようにＩＰＡノズル４１１ａからのＩＰＡの吐出位置よりも、ウエハＷに対するＩＰＡ着液点ＰＡの方がウエハＷの回転中心から見て周縁部側に位置するように、ＩＰＡ液の吐出方向を傾斜させた状態で配置される。ウエハＷの中心部側から逃げる方向へ向けてＩＰＡを吐出することにより、距離Ｌを短くすることができる。この結果、欠陥の発生に影響を及ぼす中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａの幅を短くすることができる。
また図１２に示すように、ＩＰＡノズル４１１ａは、ウエハＷを平面視したとき、着液点ＰＡが描く軌道円に対して、ウエハＷが回転する向きに沿って伸ばした接線と、ＩＰＡの吐出方向との成す角度θが、０°＜θ＜９０°の範囲内の角度となるように配置することが好ましい。ウエハＷの表面に形成されるＩＰＡ流線７１０に沿ってＩＰＡを供給することにより、着液点ＰＡにおけるミストの発生を抑え、乾燥したウエハＷへのミストの付着を抑制することができる。
さらに、図４を用いて説明したように、ＩＰＡの供給を行うＩＰＡノズル４１１と、Ｎ２ガスの供給を行うＮ２ノズル４３１とを別々のノズルアーム４１、４３に設けて互いに反対方向へ移動させることは必須ではない。例えばＩＰＡノズル４１１、Ｎ２ノズル４３１を共通の第１ノズルアーム４１に設け、Ｎ２ガスの供給位置がＩＰＡの供給位置よりもウエハＷの径方向、中央部側に位置するように、これらのノズル４１１、４３１の配置を設定してもよい。
さらには、Ｎ２ノズル４３１からのＮ２ガスの供給を行うことも必須の要件ではなく、ＩＰＡノズル４１１からのＩＰＡの供給位置を移動させてＩＰＡの液膜を押し流す動作だけで、ウエハＷの乾燥を終了してもよい。
この他、着液点ＰＡからウエハＷの中心部側へと流入するＩＰＡの流量（ＩＰＡ中心流入量）を特定するため、着液点ＰＡのスキャン速度やＩＰＡノズル４１１からのＩＰＡの供給流量を決定する手法は既述の（１）式を用いる場合に限定されない。例えば、流体シミュレータを用いて、ウエハＷの表面を流れるＩＰＡの流動状態を再現し、当該シミュレーション結果に基づいて、着液点ＰＡのスキャン速度やＩＰＡの供給流量を決定してもよい。
また、図７や図９を用いて説明した各例では、ＩＰＡ流線７１０における距離Ｌを上限距離Ｍ以下とするために、ＩＰＡの中心流入量が所定値以下となるように、着液点ＰＡのスキャン速度やＩＰＡの供給流量を制御し、さらに着液点ＰＡに供給されたＩＰＡに働く遠心加速度を一定として、中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａの不安定嵌挿やウエハＷ表面のへのＩＰＡの取り残しの抑制を図った。
一方で、着液点ＰＡに供給されたＩＰＡに働く遠心加速度を一定とすること単独でも、比較形態に比べて中心部側ＩＰＡ液膜７１１ａの不安定乾燥などの発生を抑制することは可能である。
即ち、図８（ａ）、（ｂ）や図１０（ａ）、（ｂ）に示すＩＰＡ中心流入量が変動する場合について、着地点ＰＡの移動方向に沿って当該着液点ＰＡに供給されたＩＰＡに働く遠心加速度を一定に保つように、図７（ｃ）、（ｄ）に記載の技術を適用してもよい。
この他、乾燥液として利用可能な液体は、ＩＰＡに限定されるものではなく、アセトンやＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）、ＨＦＯ（メトキシパーフルオロヘプテン）、ＰＦＣ（パーフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）などを採用することができる。
Ｗ ウエハ
１６ 処理ユニット
３１ 保持部
３３ 駆動部
４１ 第１ノズルアーム
４１１、４１１ａ
ＩＰＡノズル
４２ ガイドレール
４２１ 駆動部
７１ ＩＰＡ供給源

Claims (7)

  1. 基板の表面に処理液を供給した後に乾燥液を供給する処理を行う基板処理装置において、
    基板を保持する基板保持部と、
    前記基板保持部に保持された基板を回転させる回転機構と、
    前記処理液による処理が行われた後の回転する基板の表面に対し、基板を乾燥させるための乾燥液を供給する乾燥液供給ノズルと、
    前記基板保持部に保持された基板と乾燥液供給ノズルとを相対的に移動させる移動機構と、
    前記乾燥液供給ノズルから供給される乾燥液の供給流量を制御する流量制御機構と、
    前記乾燥液供給ノズルから供給された乾燥液が基板へ到達する位置である着液点を、基板の中心部側から周縁部側に向けて移動させる際に、前記着液点を基点にして形成される乾燥液の流線における、前記着液点の中心から、基板の回転中心側の端部までの距離Ｌが、予め設定した上限距離Ｍ以下となるように制御を行う制御部と、を備え、
    前記制御部は、下記式に基づいて基板の中心部側への乾燥液の流入量を特定し、前記着液点が描く軌道円の単位区間から、基板の中心部側への乾燥液の流入量が予め設定した値となるようにすることにより、前記距離Ｌを制御することを特徴とする基板処理装置。
    乾燥液の流入量＝｛（Ｑ／２）*ｔ｝／Ｃ （但し、ｔ＝Ｄ／ｖ）
    ここで、Ｄは乾燥液供給ノズルの開口直径［ｍｍ］、Ｑは乾燥液の供給流量［ｍｌ／ｓ］、ｖは着液点の移動速度［ｍｍ／ｓ］、Ｃは着液点が描く軌道円の周長［ｍｍ］である。
  2. 前記制御部は、前記乾燥液の供給流量を変化させることにより、前記距離Ｌが上限距離Ｍ以下となるように制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記制御部は、前記乾燥液供給ノズルの移動速度を変化させることにより、前記距離Ｌが上限距離Ｍ以下となるように制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 基板の表面に処理液を供給する処理を行う基板処理方法において、
    処理液による処理が行われた後の回転する基板の表面に対し、当該処理液を除去して基板を乾燥させる乾燥液を供給する工程を含み、
    前記乾燥液を供給する工程は、
    前記乾燥液が基板へ到達する位置である着液点を、当該基板の中心部側から周縁部側に向けて移動させることと、
    基板の中心部を除き、前記着液点を基点にして形成される乾燥液の流線における、前記着液点の中心から、基板の回転中心側の端部までの距離Ｌを、予め設定した上限距離Ｍ以下とするため、下記式に基づいて基板の中心部側への乾燥液の流入量を特定し、前記着液点が描く軌道円の単位区間から、基板の中心部側への乾燥液の流入量が予め設定した値となるようにすることにより、前記距離Ｌを制御することと、を特徴とする基板処理方法。
    乾燥液の流入量＝｛（Ｑ／２）*ｔ｝／Ｃ （但し、ｔ＝Ｄ／ｖ）
    ここで、Ｄは乾燥液供給ノズルの開口直径［ｍｍ］、Ｑは乾燥液の供給流量［ｍｌ／ｓ］、ｖは着液点の移動速度［ｍｍ／ｓ］、Ｃは着液点が描く軌道円の周長［ｍｍ］である。
  5. 前記乾燥液の供給流量を変化させることにより、前記距離Ｌを上限距離Ｍ以下とすることを特徴とする請求項４に記載の基板処理方法。
  6. 前記乾燥液の着液点の移動速度を変化させることにより、前記距離Ｌを上限距離Ｍ以下とすることを特徴とする請求項４または５に記載の基板処理方法。
  7. 基板の表面に処理液を供給して処理する基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項４ないし６のいずれか一つに記載の基板処理方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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