JP6843606B2 - Substrate processing equipment, substrate processing method and storage medium - Google Patents
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Description
本発明は、基板の下面に処理液を供給して液処理を行う基板液処理装置において、基板の下面を乾燥させるための技術に関する。 The present invention relates to a technique for drying the lower surface of a substrate in a substrate liquid processing apparatus that supplies a processing liquid to the lower surface of the substrate to perform liquid treatment.
半導体装置の製造に用いられる基板処理装置において、半導体ウエハ等の基板を水平姿勢で鉛直軸線周りに回転させながら当該基板の下面にリンス液例えば純水を供給して、当該下面にリンス処理を行うことがある。なお、「基板の下面」とは処理時に下方を向いている面であり、それがデバイス形成面である表面である場合、デバイス非形成面である裏面である場合の両方の場合がありうる。 In a substrate processing apparatus used for manufacturing a semiconductor device, a rinsing solution such as pure water is supplied to the lower surface of the substrate while rotating a substrate such as a semiconductor wafer in a horizontal position around the vertical axis, and the lower surface is rinsed. Sometimes. The "lower surface of the substrate" is a surface facing downward during processing, and may be both a front surface that is a device forming surface and a back surface that is a non-device forming surface.
下面のリンス処理が終了した後に、基板を高速回転させることにより振り切り乾燥が行われる。このとき、乾燥促進及びウオーターマーク発生防止のために、基板の下面側に低湿度であって好ましくは低酸素濃度であるガス、例えば窒素ガスが供給される。上記の処理を実行するための基板液処理装置が、例えば特許文献1に記載されている。 After the rinsing treatment of the lower surface is completed, the substrate is rotated at high speed to shake off and dry. At this time, in order to promote drying and prevent the generation of water marks, a gas having a low humidity and preferably a low oxygen concentration, for example, nitrogen gas is supplied to the lower surface side of the substrate. A substrate liquid processing apparatus for performing the above processing is described in, for example, Patent Document 1.
基板を良好に乾燥させるには、まず、基板の中心部に小さな円形の乾燥領域(乾燥コア)を形成し、この乾燥領域の外周縁を同心円状に徐々に拡げてゆくことが好ましい。そうすることにより、仮に液中にパーティクルが存在していたとしても、パーティクルが液と一緒に基板の外方に追いやられるため、乾燥した基板上にパーティクルが残留することを防止することができる。 In order to dry the substrate satisfactorily, it is preferable to first form a small circular drying region (drying core) in the center of the substrate, and gradually expand the outer peripheral edge of this drying region concentrically. By doing so, even if the particles are present in the liquid, the particles are driven to the outside of the substrate together with the liquid, so that it is possible to prevent the particles from remaining on the dried substrate.
特許文献1の装置に限らず、基板の下面の処理を行う場合、装置構成上の制約及びスペースの制約から、基板の下面に供給される液及びガスを吐出するノズルは、通常は、基板の中心部の真下の位置から吐出される。このため、乾燥領域を同心円状に制御された速度で安定的に拡げてゆくことが比較的困難である。乾燥領域の広がる速度の制御が適切でないと、乾燥領域の外側にある液膜の千切れ(液膜から分離した液滴が生じること)が生じるおそれがある。千切れた液滴中にパーティクルが存在していると、そのパーティクルは当該液滴の乾燥後、基板に再付着する。 Not limited to the device of Patent Document 1, when processing the lower surface of the substrate, the nozzle for discharging the liquid and gas supplied to the lower surface of the substrate is usually of the substrate due to restrictions on the device configuration and space. It is discharged from a position directly below the center. For this reason, it is relatively difficult to stably expand the dry region at a concentricly controlled speed. If the rate at which the dry area spreads is not properly controlled, the liquid film outside the dry area may be torn (droplets separated from the liquid film may be generated). If particles are present in the torn droplets, the particles reattach to the substrate after the droplets have dried.
本発明は、基板の下面を乾燥させる際に、乾燥領域の外側にある液膜が千切れて液滴が生じることを防止できる技術を提供することを目的にしている。 An object of the present invention is to provide a technique capable of preventing the liquid film on the outside of the drying region from being torn to generate droplets when the lower surface of the substrate is dried.
本発明の一実施形態によれば、基板を水平姿勢で保持して鉛直軸線周りに回転させる基板保持回転機構と、前記基板保持回転機構に保持された前記基板の下方から、前記基板の下面の中央部に向けてリンス液を供給する処理液供給部と、前記基板を回転させながら前記基板の下面の中央部にリンス液を供給し、その後、前記基板を引き続き回転させながらリンス液の供給を停止して、前記基板の下面を、中央部から周縁部に向けて徐々に乾燥させてゆくときに、前記基板の下面においてリンス液の液膜が存在している領域とリンス液の液膜が存在していない領域との境界の前記基板の中心からの半径方向距離をrとし前記基板の角速度をωとしたとき、少なくとも前記rがある閾値より大きいときに、前記rが大きくなるに従って前記ωが小さくなるように、前記基板保持回転機構により前記基板の回転速度を制御する制御部とを備えた基板処理装置が提供される According to one embodiment of the present invention, a substrate holding rotation mechanism that holds a substrate in a horizontal posture and rotates it around a vertical axis, and a substrate holding rotation mechanism that is held by the substrate holding rotation mechanism from below the substrate to the lower surface of the substrate. The treatment liquid supply unit that supplies the rinse liquid toward the central portion and the rinse liquid are supplied to the central portion of the lower surface of the substrate while rotating the substrate, and then the rinse liquid is supplied while the substrate is continuously rotated. When the substrate is stopped and the lower surface of the substrate is gradually dried from the central portion to the peripheral portion, the region where the rinse liquid film is present and the rinse liquid liquid film are formed on the lower surface of the substrate. When the radial distance from the center of the substrate at the boundary with the non-existing region is r and the angular velocity of the substrate is ω, at least when the r is larger than a certain threshold, the ω increases as the r increases. Provided is a substrate processing apparatus including a control unit that controls the rotation speed of the substrate by the substrate holding rotation mechanism so that
本発明の他の実施形態によれば、基板を水平姿勢で鉛直軸線周りに回転させながら前記基板の下面の中央部にリンス液を供給するリンス工程と、その後、前記基板を引き続き回転させながらリンス液の供給を停止して、前記基板の下面を、中央部から周縁部に向けて徐々に乾燥させてゆく乾燥工程と、を備え、前記乾燥工程を実行しているときに、前記基板の下面においてリンス液の液膜が存在している領域とリンス液の液膜が存在していない領域との境界の前記基板の中心からの半径方向距離をrとし前記基板の角速度をωとしたとき、少なくとも前記半径方向距離rがある閾値より大きいときに、前記半径方向距離rが大きくなるに従って前記ωが小さくなるように、前記基板の回転速度を制御する、基板処理方法が提供される。 According to another embodiment of the present invention, a rinsing step of supplying a rinsing liquid to the central portion of the lower surface of the substrate while rotating the substrate in a horizontal posture around the vertical axis, and then rinsing while continuously rotating the substrate. A drying step of stopping the supply of the liquid and gradually drying the lower surface of the substrate from the central portion to the peripheral portion is provided, and when the drying step is being executed, the lower surface of the substrate is provided. When the radial distance from the center of the substrate at the boundary between the region where the rinse liquid film is present and the region where the rinse liquid film is not present is r and the angular velocity of the substrate is ω, Provided is a substrate processing method for controlling the rotation speed of the substrate so that the ω decreases as the radial distance r increases at least when the radial distance r is larger than a certain threshold value.
本発明のさらに他の実施形態によれば、基板処理装置の動作を制御するための制御部をなすコンピュータにより実行されたときに、前記コンピュータが前記基板処理装置を制御して上記の基板処理方法を実行させるプログラムが記録された記憶媒体が提供される。 According to still another embodiment of the present invention, the substrate processing method controls the substrate processing apparatus when executed by a computer forming a control unit for controlling the operation of the substrate processing apparatus. A storage medium in which a program for executing the above is recorded is provided.
上記本発明の実施形態によれば、基板の周縁部付近で液膜を拡げようとする力を抑制されるので、液膜が千切れて液滴が生じることを防止することができる。 According to the above-described embodiment of the present invention, since the force for expanding the liquid film is suppressed in the vicinity of the peripheral edge of the substrate, it is possible to prevent the liquid film from being torn to generate droplets.
以下に添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
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。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a substrate processing system according to the present embodiment. In the following, in order to clarify the positional relationship, the X-axis, Y-axis, and Z-axis that are orthogonal to each other are defined, and the positive direction of the Z-axis is defined as the vertically upward direction.
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。
As shown in FIG. 1, the substrate processing system 1 includes a loading /
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。
The loading /
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を保持する基板保持機構を備える。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、基板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。
The
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。
The
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を保持する基板保持機構を備える。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、基板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。
The
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。
The
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。
Further, the substrate processing system 1 includes a control device 4. The control device 4 is, for example, a computer, and includes a
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。
The program may be recorded on a storage medium readable by a computer, and may be installed from the storage medium in the
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。
In the substrate processing system 1 configured as described above, first, the
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。
The wafer W carried into the
Then, the processed wafer W mounted on the
次に、処理ユニット16の概略構成について図2及び図3を参照して説明する。なお、特に説明の無い限り、図3に現れている全ての部材は、幾何学的用語としての回転体に該当する。
Next, the schematic configuration of the
図2に示すように、処理ユニット16は、チャンバ20と、ウエハWを保持して回転させる基板保持回転機構30と、処理液供給ノズルを構成する液体吐出部40と、ウエハWに供給された後の処理液を回収する回収カップ50とを備える。
As shown in FIG. 2, the
チャンバ20は、基板保持回転機構30、液体吐出部40及び回収カップ50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。
The
基板保持回転機構30は、機械的なクランプ機構によりウエハWを保持するメカニカルチャックとして構成されている。基板保持回転機構30は、基板保持部31、回転軸32及び回転モータ(回転駆動部)33を有している。回転モータ33の回転速度は、制御装置4の制御の下で、任意の値に連続的に変化させることができる。回転モータ33は回転軸32を回転駆動し、これにより、基板保持部31により水平姿勢で保持されたウエハWが鉛直軸線周りに回転する。
The substrate
基板保持部31は、円板形のベースプレート(板状体)31aと、ベースプレート31aの周縁部に設けられた複数の保持部材31bを有している。保持部材31bは、ウエハWの周縁を保持する。一実施形態においては、複数の保持部材31bのいくつかはウエハWの周縁に対して進退してウエハWの把持及び解放の切り換えを行う可動の支持部材であり、残りの保持部材31bは不動の保持部材(例えば支持ピン)である。回転軸32は鉛直方向に延びる中空の管状体からなる。
The
回転軸32とベースプレート31aとは連結部34により連結されている。連結部34は、回転軸32及びベースプレート31aと別体部品であってもよく、あるいは、回転軸32またはベースプレート31aと一体の部品であってもよい。
The rotating
液体吐出部40は、全体として鉛直方向に延びる細長い軸状の部材として形成されている。液体吐出部40は、鉛直方向に延びる中空円筒形の軸部41と、頭部42とを有している。軸部41は、基板保持回転機構30の回転軸32の内部の円柱形の空洞32a内に挿入されている。軸部41と回転軸32とは同心である。軸部41の外周面と回転軸32の内周面との間に円環状の断面を有する気体通路80としての空間が形成されている。
The
気体通路80には、乾燥用ガス供給機構74から乾燥用ガスが供給される。乾燥用ガスは、乾燥が促進されるように低湿度であることが好ましく、ウオーターマークの発生を防止するために低酸素濃度であることがより好ましい。本実施形態では、乾燥用ガスとして、低湿度かつ低酸素濃度のガスである窒素ガスが用いられる。乾燥用ガス供給機構74の構成の図示及び詳細な説明は省略するが、例えば、ガス供給源に接続された供給ラインと、この供給ラインに介設された開閉弁及び流量制御弁などから構成される。
Drying gas is supplied to the
液体吐出部40の内部には、鉛直方向に延びる円柱形の空洞がある。この空洞の内部には処理液供給管43(図3にのみ示した)が設けられている。処理液供給管43の上端は、液体吐出部40の頭部42の上面の中央部で開口し、基板保持回転機構30に保持されたウエハWの下面の中央部に向けて処理液を吐出する(図3の黒塗り矢印を参照)液体吐出口43aとなる。
Inside the
処理液供給管43には、ウエハWの下面を洗浄するためのリンス液例えば純水(DIW)が、処理液供給機構72(図2参照)から供給される。処理液供給機構72の構成の図示及び詳細な説明は省略するが、例えば、処理液供給源に接続された供給ラインと、この供給ラインに介設された開閉弁及び流量制御弁などから構成される。処理液供給機構72は、リンス液と、リンス液以外の処理液例えばDHF等の薬液とを切り換えて供給することができるように構成されていてもよい。
A rinse liquid such as pure water (DIW) for cleaning the lower surface of the wafer W is supplied to the treatment
連結部34の上面中央部には、気体通路80と連通する円柱形の凹部34bが形成されている。頭部42の下側の大部分は凹部34b内に収容されている。頭部42は、凹部34aの外周端よりも半径方向外側に張り出すフランジ部42aを有している。気体通路80内を上向きに流れてきたガスは、凹部34aの内表面とこれと対向する頭部42の表面との間に形成された空間81を通って流れ、さらに、フランジ部42aの下面と連結部34の上面34aとの間の隙間82を通って流れ、半径方向外側に向けて概ね水平方向に、ウエハW下面とベースプレート31aとの間の空間83に噴射される(図3の白抜き矢印を参照)。つまり、隙間82の出口から噴射されるガスは、ウエハWの下面に向けて直接吹き付けられることはない。隙間82の出口はガス噴射部を構成する。
A
また、液体吐出口43aからウエハWの下面に供給された処理液が落下してきたとしても、この処理液が空間81を介して気体通路80に侵入することをフランジ部42aにより防止することができる。
Further, even if the processing liquid supplied to the lower surface of the wafer W falls from the
図2に示すように、回収カップ50は、基板保持回転機構30の基板保持部31を取り囲むように配置され、回転するウエハWから飛散する処理液を捕集する。回収カップ50は、不動の下カップ体51と、上昇位置(図2に示す位置)と下降位置との間で昇降可能な上カップ体52とを有している。上カップ体52は、昇降機構53により昇降する。上カップ体52が下降位置にあるときには、上カップ体52の上端は、基板保持回転機構30により保持されたウエハWよりも低い位置に位置する。このため、上カップ体52が下降位置にあるときに、チャンバ20内に進入した図1に示した基板搬送装置17の基板保持機構(アーム)と基板保持回転機構30との間で、ウエハWの受け渡しが可能となる。
As shown in FIG. 2, the
下カップ体51の底部には、排出口54が形成されている。この排出口54を介して、捕集された処理液及び回収カップ50内の雰囲気が回収カップ50から排出される。排出口54には排出管55が接続され、排出管55は減圧雰囲気の工場排気系(図示せず)に接続されている。
A
FFU21からの清浄空気のダウンフローは、回収カップ50(上カップ体52)の上部開口を介して回収カップ50内に引き込まれ、排出口54から排気される。このため、回収カップ50内には、矢印Fで示す気流が生じる。
The downflow of clean air from the
処理ユニット16は、基板保持回転機構30により保持されたウエハWの上面に、リンス液のミストとガス(例えば窒素ガス)との混合流体である二流体を供給する二流体ノズル61を備えていてもよい。二流体ノズル61は、図示ないノズルアームにより、ウエハWの中心の真上の位置とウエハWの周縁の真上の位置との間の任意の位置、並びにウエハWの外方の待機位置(ホームポジション)に位置させることができる。
The
処理ユニット16は、基板保持回転機構30により保持されたウエハWの上面をスクラブ洗浄するブラシ62を備えていてもよい。ブラシ62は、図示ないノズルアームにより、ウエハWの中心部とウエハWの周縁部との間の任意の位置、並びにウエハWの外方の待機位置(ホームポジション)に位置させることができる。
The
次に、処理ユニット16にて行われる処理の一例について説明する。ここでは、露光処理に先立ち、ウエハWの裏面(デバイスが形成されていない面)のパーティクル除去(露光時のデフォーカス防止を目的とする)のための洗浄処理について説明する。この場合、処理液として純水(DIW)のみが用いられ、薬液は使用されない。また、図1において12台設けられている処理ユニット16の一つが、ウエハを裏返すリバーサー(図示せず)に置換される。
Next, an example of the processing performed by the
処理ユニット16に搬入される前に、図示しないリバーサーにより裏返されたウエハWを保持した基板搬送装置17がチャンバ20内に進入し、ウエハWを基板保持回転機構30の基板保持部31に渡す。基板保持回転機構30に保持されたウエハWの上面はデバイスが形成されていない裏面であり、ウエハWの下面はデバイスが形成されている表面である。その後、基板保持機構(アーム)がチャンバ20から退出し、上カップ体52が上昇位置に上昇する。
Before being carried into the
次に、基板保持回転機構30が、ウエハWを回転させる。ウエハWに対する一連の処理が終了するまでウエハWは回転し続ける。この状態で、二流体ノズル61に純水と窒素ガスが供給され、窒素ガスによりミスト化された純水の液滴と窒素ガスとの混合流体とからなる二流体が二流体ノズル61からウエハWに向けて噴射される。二流体ノズル61は、二流体を噴射しながら、図示しないノズルアームによりウエハWの中心部と周縁部との間を往復移動する。これにより、二流体のエネルギーによってウエハW上面に付着しているパーティクルを除去する二流体洗浄が行われる。
Next, the substrate
二流体洗浄工程の終了後、二流体ノズル61への純水の供給を継続したままで窒素ガスの供給を停止することにより、二流体ノズル61からウエハWの上面中央部にミスト化されていない純水を供給することにより、ウエハWの上面のリンス処理が行われる。このリンス処理の終了後、ウエハWの上面への純水の供給を停止し、ウエハWの振り切り乾燥が行われる。 After the completion of the two-fluid cleaning step, the supply of nitrogen gas is stopped while the supply of pure water to the two-fluid nozzle 61 is continued, so that the two-fluid nozzle 61 is not misted in the center of the upper surface of the wafer W. By supplying pure water, the upper surface of the wafer W is rinsed. After the completion of this rinsing treatment, the supply of pure water to the upper surface of the wafer W is stopped, and the wafer W is shaken off and dried.
なお、デバイス非形成面である裏面を上にして処理を行う場合には、二流体ノズル61に代えてブラシ62を用いて裏面の洗浄を行ってもよい。 When the treatment is performed with the back surface, which is the device non-forming surface, facing up, the back surface may be cleaned using a brush 62 instead of the two-fluid nozzle 61.
上記のウエハWの上面(デバイスが形成されていない裏面)の処理中、特にウエハWの表面に二流体または純水が供給されている二流体洗浄及びリンス処理の実行中に、ウエハWの下面(デバイスが形成されていない裏面)の汚染を防止するために、ウエハWのリンス処理が行われる。 During the treatment of the upper surface of the wafer W (the back surface on which the device is not formed), particularly during the two-fluid cleaning and rinsing treatment in which bifluid or pure water is supplied to the surface of the wafer W, the lower surface of the wafer W. The wafer W is rinsed in order to prevent contamination (the back surface on which the device is not formed).
リンス処理は、液体吐出部40の液体吐出口43aから、回転しているウエハWの下面中央部にリンス液としての純水を供給することにより行われる。ウエハWの下面中央部に供給された純水は遠心力により半径方向外側に広がりながら流れ、ウエハWの周縁から外方に飛散する。このとき、ウエハWの下面全域が純水の液膜により覆われる。この純水の液膜は、ウエハWの上面から下面に周り込もうとするパーティクルを含む純水をブロックする。
The rinsing treatment is performed by supplying pure water as a rinsing liquid from the
ウエハWの上面から下面へ、あるいは下面から上面へのリンス液の回り込みを防止するため、ウエハWの上面のリンス処理と、ウエハの下面のリンス処理は同時またはほぼ同時に終了させることが好ましい。つまり、ウエハWの上面のリンス液の供給停止と、ウエハWの下面のリンス液の供給停止はほぼ同時に行うことが好ましい。 In order to prevent the rinsing liquid from wrapping around from the upper surface to the lower surface of the wafer W or from the lower surface to the upper surface, it is preferable to finish the rinsing treatment on the upper surface of the wafer W and the rinsing treatment on the lower surface of the wafer at the same time or substantially at the same time. That is, it is preferable to stop the supply of the rinse liquid on the upper surface of the wafer W and stop the supply of the rinse liquid on the lower surface of the wafer W almost at the same time.
以下にウエハWの下面の乾燥について説明する。ウエハWの下面にウオーターマーク(これはパーティクルの原因となり得る)が生じないように、ウエハWと基板保持部31のベースプレート31aとの間の空間の酸素濃度を下げておくことが好ましい。このため、当該空間に、頭部42のフランジ部42aの下面と連結部34の上面34aとの間の隙間82の出口から窒素ガスを噴射する。
The drying of the lower surface of the wafer W will be described below. It is preferable to reduce the oxygen concentration in the space between the wafer W and the
なお、特に窒素ガスの噴射開始直後に、ベースプレート31aに付着していたパーティクルが舞い上がる可能性があるため、窒素ガスの噴射はウエハWの下面が純水の液膜により覆われているうちに開始することが好ましい。
Since the particles adhering to the
ウエハWの下面の乾燥にあたっては、まず、ウエハWを回転させたまま、液体吐出部40の液体吐出口43aからの純水の吐出を停止する。ウエハWの下面上に存在している純水は遠心力によりウエハWの周縁に向かって流れているため、まず最初に、ウエハWの中心部において、純水の液膜LFが消失しウエハWの表面(下面)が露出する。すなわち、ウエハW中心部に小さな円形の乾燥領域DA(乾燥コアとも呼ぶ)が形成される(図4も参照)。
In drying the lower surface of the wafer W, first, the discharge of pure water from the
その後、時間経過とともに乾燥領域DAが広がってゆき、最終的にウエハWの下面の全体が乾燥する。ウエハWの下面の中心部に形成された乾燥領域DAが半径方向外側に向けて滑らかに広がってゆくことが好ましい。より具体的には、液膜LFと乾燥領域DAとの境界Bがほぼ円形を維持しながら、半径方向に滑らかに移動してゆくことが好ましい。 After that, the drying region DA expands with the passage of time, and finally the entire lower surface of the wafer W is dried. It is preferable that the dry region DA formed in the central portion of the lower surface of the wafer W smoothly spreads outward in the radial direction. More specifically, it is preferable that the boundary B between the liquid film LF and the dry region DA moves smoothly in the radial direction while maintaining a substantially circular shape.
境界Bの移動速度が不適切だと、液膜LFが千切れて液膜LFから液滴LDが分離する可能性がある。この現象が生じたときの状況を図5に模式的に示した。液滴の千切れは、ウエハの表面が疎水性である場合、及びウエハの表面に疎水性領域と親水性領域が混在している場合に生じやすく、特に後者の場合に生じやすい。具体的な例としては、マトリックス状に四角形の回路パターンがウエハWの表面に多数形成いる状況下で、回路パターンの表面に疎水性部分が多く存在し、かつ、四角形の間の領域が親水性である場合がある。この場合、回路パターン上に液滴が残り、その後液滴が乾燥するという事象が生じる。 If the moving speed of the boundary B is inappropriate, the liquid film LF may be torn and the droplet LD may be separated from the liquid film LF. The situation when this phenomenon occurs is schematically shown in FIG. Droplet shredding is likely to occur when the surface of the wafer is hydrophobic and when the surface of the wafer is a mixture of hydrophobic and hydrophilic regions, especially in the latter case. As a specific example, in a situation where a large number of quadrangular circuit patterns are formed on the surface of the wafer W in a matrix, many hydrophobic portions are present on the surface of the circuit pattern, and the region between the quadrangles is hydrophilic. May be. In this case, an event occurs in which droplets remain on the circuit pattern and then the droplets dry.
液膜中にはパーティクルが存在しうる。パーティクルは、元々ウエハWに付着していたものかもしれないし、あるいは前述したように隙間82の出口から噴射された窒素ガスにより巻き上げられた後に液膜LF中に取り込まれたものであるかもしれない。パーティクルを含有する液滴が乾燥すると、そのパーティクルはウエハWの表面に付着する。回路パターンの部分にパーティクル入りの液滴が残り、これが乾燥すると、歩留まりに悪影響を及ぼす。
Particles can be present in the liquid film. The particles may have originally adhered to the wafer W, or may have been taken up into the liquid film LF after being wound up by the nitrogen gas injected from the outlet of the
一方、液膜中にパーティクルが存在していたとしても、上述したように、液膜LFと乾燥領域DAとの境界Bがほぼ円形を維持しながら、半径方向に滑らかに移動してゆくのであれば、そのような問題は生じない。つまりこの場合、液膜中のパーティクルは液膜と一緒に半径方向外側に移動し、液膜と一緒にウエハWの外側に排出され、ウエハWの表面には残留しない。 On the other hand, even if the particles are present in the liquid film, as described above, the boundary B between the liquid film LF and the dry region DA keeps a substantially circular shape and moves smoothly in the radial direction. If so, such a problem does not occur. That is, in this case, the particles in the liquid film move outward in the radial direction together with the liquid film, are discharged to the outside of the wafer W together with the liquid film, and do not remain on the surface of the wafer W.
液膜LFの千切れは、境界BがウエハWの周縁WEに近い位置にある場合に生じやすい。境界Bが周縁WEに近づくに従って液膜LFが薄くなり、かつ液膜LFを拡げようとする力が大きくなるからである。液膜の千切れが生じやすい領域では、ウエハWの回転速度を低めに抑えて液膜LFを拡げようとする力を抑制することが好ましい。 Shredding of the liquid film LF is likely to occur when the boundary B is located near the peripheral edge WE of the wafer W. This is because the liquid film LF becomes thinner as the boundary B approaches the peripheral edge WE, and the force for expanding the liquid film LF increases. In a region where the liquid film is likely to be torn, it is preferable to suppress the rotation speed of the wafer W to be low to suppress the force for expanding the liquid film LF.
本実施形態では、ウエハWの中心Oから境界Bまでの半径方向距離をrとし、ウエハWの回転の角速度をωとしたときに、少なくとも半径方向距離rがある閾値より大きいときに、半径方向距離rが大きくなるに従って角速度ωが小さくなるようにウエハWの角速度ωを制御し、これにより液膜の千切れが生じやすい領域において液膜LFを拡げようとする力を抑制している。なお、半径方向距離rが比較的小さいときには角速度ωが比較的高くても液膜の千切れは生じ難い。このため、乾燥時間の短縮のために、液膜の千切れが生じ難い領域においては、液膜の千切れが生じない範囲で角速度ωを大きくしている。 In the present embodiment, when the radial distance from the center O of the wafer W to the boundary B is r and the angular velocity of rotation of the wafer W is ω, at least the radial distance r is larger than a certain threshold value in the radial direction. The angular velocity ω of the wafer W is controlled so that the angular velocity ω decreases as the distance r increases, thereby suppressing the force for expanding the liquid film LF in the region where the liquid film is likely to be torn. When the radial distance r is relatively small, the liquid film is unlikely to be torn even if the angular velocity ω is relatively high. Therefore, in order to shorten the drying time, the angular velocity ω is increased in the region where the liquid film is unlikely to be torn, within the range where the liquid film is not torn.
なお、ウエハWの回転速度(単位時間当たりの回転数を意味し、例えば単位rpm(回転数/分)等により表示される)は角速度ωの定数倍である。従って、半径方向距離rが大きくなるに従って角速度ωを小さくするというのは、半径方向距離rが大きくなるに従ってウエハWの回転速度が小さくということと同じことである。 The rotation speed of the wafer W (meaning the number of rotations per unit time, represented by, for example, the unit rpm (rotation speed / minute)) is a constant multiple of the angular velocity ω. Therefore, decreasing the angular velocity ω as the radial distance r increases is the same as decreasing the rotational speed of the wafer W as the radial distance r increases.
具体的な制御方法について以下に説明する。 A specific control method will be described below.
[第1の制御方法]
第1の制御方法では、半径方向距離rがある閾値rT1より大きいときに、半径方向距離rと角速度をωの積rωが一定となるように制御を行う。この場合、境界Bの半径方向位置に関わらず、境界Bの半径方向位置におけるウエハWの周速度が同一になる。これによりウエハWの周縁部付近でも液膜LFを拡げようとする力が小さくなるため、液千切れの発生が生じ難くなる。第1の制御方法を採用したときの、半径方向距離rとウエハWの回転速度(rpm)(回転速度は60ω/2πに等しい:但しωの単位はラジアン)との関係の一例を、図6のグラフにおいて白抜き四角で示した。
[First control method]
In the first control method, when the radial distance r is larger than a certain threshold value r T1 , the radial distance r and the angular velocity are controlled so that the product rω of ω becomes constant. In this case, the peripheral speed of the wafer W at the radial position of the boundary B is the same regardless of the radial position of the boundary B. As a result, the force for expanding the liquid film LF is reduced even in the vicinity of the peripheral edge of the wafer W, so that the liquid breakage is less likely to occur. FIG. 6 shows an example of the relationship between the radial distance r and the rotation speed (rpm) of the wafer W (the rotation speed is equal to 60ω / 2π: the unit of ω is radians) when the first control method is adopted. It is shown by a white square in the graph of.
半径方向距離置rが小さい場合にまで積rωを一定に維持しようとすると、そのときのウエハWの角速度ω(回転速度)が過大となり、ウエハWの振動が生じ、所望のプロセスが実行できなる恐れがある。また、半径方向距離置rが小さい場合には、つまり乾燥領域DAがあまり広がっていないときには、境界B付近での液膜LFの厚さが比較的厚いため、液千切れが生じる可能性は低い。このため、半径方向距離置rが閾値rT1以下のときの積rωを、閾値rT1より大きいときの積rωよりも小さくしている。 If an attempt is made to keep the product rω constant even when the radial distance setting r is small, the angular velocity ω (rotational speed) of the wafer W at that time becomes excessive, the wafer W vibrates, and the desired process cannot be executed. There is a fear. Further, when the radial distance setting r is small, that is, when the dry region DA is not so widened, the thickness of the liquid film LF near the boundary B is relatively thick, so that the possibility of liquid tearing is low. .. Therefore, the product rω when radial distance location r is equal to or smaller than the threshold r T1, is smaller than the product rω when greater than the threshold value r T1.
実際の運用では、半径方向距離置rが閾値rT1未満のときの角速度ωを、半径方向距離置rが閾値rT1に等しいときの角速度ωと同一の一定値にしている。これにより回転数制御が容易となる。なお、閾値rT1は、ウエハWの振動が生じず安定して回転させることができるウエハWの上限角速度ωmax(または上限回転速度)及び液膜LFの厚さを考慮して決定することができる。図6のグラフでは、上限角速度ωmaxに相当するウエハ回転速度を2500rpmとしている。 In actual practice, the angular velocity ω when the radial distance location r is less than the threshold r T1, has the same constant value and the angular velocity ω when the radial distance location r is equal to the threshold r T1. This facilitates rotation speed control. The threshold value r T1 can be determined in consideration of the upper limit angular velocity ωmax (or upper limit rotation speed) of the wafer W and the thickness of the liquid film LF, which can be stably rotated without causing vibration of the wafer W. .. In the graph of FIG. 6, the wafer rotation speed corresponding to the upper limit angular velocity ωmax is set to 2500 rpm.
[第2の制御方法]
第2の制御方法では半径方向距離rがある閾値rT2より大きいときに、半径方向距離rと角速度ωの二乗の積rω2が一定になるように制御を行う。この場合、境界Bの半径方向位置に関わらず、境界Bの半径方向位置におけるウエハW上の物体つまり液膜を構成する水が受ける遠心力(=mrω2)が同一になる。これによりウエハWの周縁部付近でも液膜LFを拡げようとする力が小さくなるため、液千切れの発生が生じ難くなる。第2の制御方法を採用したときの、半径方向距離rとウエハWの回転速度(rpm)(回転速度は60ω/2πに等しい:但しωの単位はラジアン)との関係の一例を、図6のグラフにおいて黒丸で示した。半径方向距離置rが閾値rT2以下のときの角速度ωは、第1の制御方法の場合と同様に設定すればよい。
[Second control method]
In the second control method, when the radial distance r is larger than a certain threshold value r T2 , the product rω 2 of the square of the radial distance r and the angular velocity ω is controlled to be constant. In this case, regardless of the radial position of the boundary B, the centrifugal force (= mrω 2 ) received by the object on the wafer W, that is, the water forming the liquid film at the radial position of the boundary B is the same. As a result, the force for expanding the liquid film LF is reduced even in the vicinity of the peripheral edge of the wafer W, so that the liquid breakage is less likely to occur. FIG. 6 shows an example of the relationship between the radial distance r and the rotation speed (rpm) of the wafer W (the rotation speed is equal to 60ω / 2π: the unit of ω is radians) when the second control method is adopted. It is indicated by a black circle in the graph of. The angular velocity ω when the radial distance setting r is equal to or less than the threshold value r T2 may be set in the same manner as in the case of the first control method.
本実施形態では、ウエハWの回転速度(角速度ω)の制御は、乾燥を開始してからの経過時間と半径方向距離rとの関係を予め把握しておき、乾燥を開始してからの経過時間に応じてウエハWの回転速度を制御する。乾燥を開始してからの経過時間と半径方向距離rとの関係は、ウエハと同形の透明円形基板を用いた実験により予め把握しておくか、あるいはシミュレーションで把握することができる。なお、装置構造上、ウエハWの下面側に撮像センサ等を設けるスペースがあるのであれば、洗浄処理を実行しているときにリアルタイムで境界Bの半径方向位置つまり半径方向距離rをセンサに検出することも可能である。 In the present embodiment, the control of the rotation speed (angular velocity ω) of the wafer W is such that the relationship between the elapsed time from the start of drying and the radial distance r is grasped in advance, and the elapsed time from the start of drying. The rotation speed of the wafer W is controlled according to the time. The relationship between the elapsed time from the start of drying and the radial distance r can be grasped in advance by an experiment using a transparent circular substrate having the same shape as the wafer, or can be grasped by a simulation. If there is a space for providing an image pickup sensor or the like on the lower surface side of the wafer W due to the device structure, the sensor detects the radial position of the boundary B, that is, the radial distance r in real time during the cleaning process. It is also possible to do.
ウエハWの上面の乾燥については本明細書では詳細には説明しない。例えば、回転するウエハWにリンスノズル(図示せず)からリンス液を供給しながら乾燥用ガスノズル(図示せず)から窒素ガス等の乾燥用ガスを供給し、窒素ガスがウエハWに衝突する半径方向位置PNをリンス液がウエハWに衝突する半径方向位置PRよりも半径方向内側に維持しつつ、半径方向位置PN及び半径方向位置PRの両方を半径方向外側に移動させてゆくといった公知の手法を用いることにより、乾燥領域と液膜との境界の移動速度を制御しながら、良好な乾燥を行うことができる。つまり、ウエハWの上面については、公知の方法により、液膜の千切れを防止し、パーティクルの残留が生じない乾燥を行うことができる。 Drying of the upper surface of the wafer W is not described in detail herein. For example, while supplying a rinse liquid from a rinse nozzle (not shown) to a rotating wafer W, a drying gas such as nitrogen gas is supplied from a drying gas nozzle (not shown), and the radius at which the nitrogen gas collides with the wafer W. A known method of moving both the radial position PN and the radial position PR to the outside in the radial direction while maintaining the directional position PN radially inside the radial position PR where the rinse liquid collides with the wafer W. By using the above, good drying can be performed while controlling the moving speed of the boundary between the dry region and the liquid film. That is, the upper surface of the wafer W can be dried by a known method to prevent the liquid film from being torn and to prevent particles from remaining.
上記の実施形態では、ウエハWの裏面(デバイス非形成面)を上向きとし、ウエハWの表面(デバイス形成面)を下向きとした状態で洗浄処理を行ったが、これに限定されるものではなくウエハWの表面を上向きとし、ウエハWの裏面を下向きとした状態で洗浄処理を行ってもよい。また、ウエハWの上向きの面に対しては洗浄処理を行わず、ウエハWの下向きの面のみに対して洗浄処理を行ってもよい。 In the above embodiment, the cleaning treatment is performed with the back surface (device non-forming surface) of the wafer W facing upward and the front surface (device forming surface) of the wafer W facing downward, but the cleaning treatment is not limited to this. The cleaning treatment may be performed with the front surface of the wafer W facing upward and the back surface of the wafer W facing downward. Further, the upward surface of the wafer W may not be cleaned, and only the downward surface of the wafer W may be cleaned.
処理対象の基板は半導体ウエハ(ウエハW)に限定されるものではなく、回転状態で処理が施される円形の基板であるならば、ガラス基板、セラミック基板等の他の種類の基板であってもよい。 The substrate to be processed is not limited to the semiconductor wafer (wafer W), and if it is a circular substrate to be processed in a rotating state, it may be another type of substrate such as a glass substrate or a ceramic substrate. May be good.
W 基板(半導体ウエハ)
4 制御部(制御装置)
30 基板保持回転機構
31a ベースプレート
43a 処理液供給部
82 ガス噴射部
W substrate (semiconductor wafer)
4 Control unit (control device)
30 Substrate
Claims (12)
前記基板保持回転機構に保持された前記基板の下方から、前記基板の下面の中央部のみに向けてリンス液を供給するように構成された処理液供給部と、
前記基板を回転させながら前記基板の下面の中央部にリンス液を供給し、その後、前記基板を引き続き回転させながら、リンス液が前記基板の下面の中央部に向けて吐出されている状態から当該リンス液の供給を停止して、前記基板の下面を、中央部から周縁部に向けて徐々に乾燥させてゆくときに、前記基板の下面においてリンス液の液膜が存在している領域とリンス液の液膜が存在していない領域との境界の前記基板の中心からの半径方向距離をrとし前記基板の角速度をωとしたとき、少なくとも前記半径方向距離rがある閾値より大きいときに、前記半径方向距離rが大きくなるに従って前記角速度ωが小さくなるように、かつ、前記境界より外側のリンス液の液膜が千切れて液滴が生じることが無いように、前記基板保持回転機構により前記基板の回転速度を制御する制御部と
を備えた基板処理装置。 A board holding rotation mechanism that holds the board in a horizontal position and rotates it around the vertical axis,
A processing liquid supply unit configured to supply the rinse liquid only to the central portion of the lower surface of the substrate from below the substrate held by the substrate holding rotation mechanism.
The rinse liquid is supplied to the central portion of the lower surface of the substrate while rotating the substrate, and then the rinse liquid is discharged toward the central portion of the lower surface of the substrate while continuously rotating the substrate. When the supply of the rinse liquid is stopped and the lower surface of the substrate is gradually dried from the central portion to the peripheral portion, the region where the liquid film of the rinse liquid exists and the rinse on the lower surface of the substrate. When the radial distance from the center of the substrate at the boundary with the region where the liquid film does not exist is r and the angular velocity of the substrate is ω, at least when the radial distance r is larger than a certain threshold. By the substrate holding rotation mechanism , the angular velocity ω becomes smaller as the radial distance r becomes larger , and the liquid film of the rinse liquid outside the boundary is not torn to generate droplets. A substrate processing device including a control unit that controls the rotation speed of the substrate.
前記基板処理装置は、前記基板保持回転機構により保持された基板と前記ベースプレートとの間の空間に、当該基板の中央部の下方から、当該基板の面と実質的に平行な向きであってかつ半径方向外向きに乾燥用ガスを噴射するガス噴射部をさらに備えている、請求項1から7のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。 The substrate holding rotation mechanism has a base plate facing the substrate below the substrate held by the substrate holding rotation mechanism.
The substrate processing apparatus is oriented in a space between the substrate held by the substrate holding rotation mechanism and the base plate from below the central portion of the substrate in a direction substantially parallel to the surface of the substrate. The substrate processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a gas injection unit that injects a drying gas outward in the radial direction.
その後、前記基板を引き続き回転させながら、リンス液が前記基板の下面の中央部に向けて吐出されている状態から当該リンス液の供給を停止して、前記基板の下面を、中央部から周縁部に向けて徐々に乾燥させてゆく乾燥工程と、を備え、
前記乾燥工程を実行しているときに、前記基板の下面においてリンス液の液膜が存在している領域とリンス液の液膜が存在していない領域との境界の前記基板の中心からの半径方向距離をrとし前記基板の角速度をωとしたとき、少なくとも前記半径方向距離rがある閾値より大きいときに、前記半径方向距離rが大きくなるに従って前記角速度ωが小さくなるように、かつ、前記境界より外側のリンス液の液膜が千切れて液滴が生じることが無いように、前記基板の回転速度を制御する、基板処理方法。 A rinsing process in which the rinsing liquid is supplied only to the central portion of the lower surface of the substrate while rotating the substrate in a horizontal position around the vertical axis.
After that, while continuing to rotate the substrate, the supply of the rinse liquid is stopped from the state where the rinse liquid is discharged toward the central portion of the lower surface of the substrate, and the lower surface of the substrate is moved from the central portion to the peripheral portion. With a drying process that gradually dries toward
When the drying step is being performed, the radius from the center of the substrate at the boundary between the region where the rinse liquid film is present and the region where the rinse liquid film is not present on the lower surface of the substrate. When the directional distance is r and the angular velocity of the substrate is ω, at least when the radial distance r is larger than a certain threshold value, the angular velocity ω decreases as the radial distance r increases, and the angular velocity ω decreases. A substrate processing method for controlling the rotation speed of the substrate so that the liquid film of the rinse liquid outside the boundary is not torn and droplets are not generated.
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