JP7169865B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

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Description

本開示は、基板処理装置および基板処理方法に関する。
従来、半導体ウェハ等の基板を回転させつつ、回転する基板の中心部にエッチング液などの処理液を供給することにより、基板を処理する基板処理方法が知られている(特許文献1参照)。
特開2014-187253号公報
本開示は、基板処理の面内均一性を向上させることができる技術を提供する。
本開示の一態様による基板処理装置は、載置部と、供給部と、堰部と、移動機構とを備える。載置部は、基板が載置される。供給部は、載置部に載置された基板に対して処理液を供給する。堰部は、載置部に載置された基板を囲み、基板に供給された処理液の基板からの流出を堰き止める。移動機構は、堰部の高さを変更する。
本開示によれば、基板処理の面内均一性を向上させることができる。
図1は、第1実施形態に係る基板処理システムの構成を示す図である。 図2は、第1実施形態に係る処理ユニットの構成を示す図である。 図3は、第1実施形態に係る堰機構の構成を示す図である。 図4は、図3に示すIV-IV線矢視断面図の一例である。 図5は、第1実施形態に係る基板処理システムが実行する基板処理の手順を示すフローチャートである。 図6は、第1実施形態に係る基板処理の動作説明図である。 図7は、第1実施形態に係る基板処理の動作説明図である。 図8は、第1実施形態に係る基板処理の動作説明図である。 図9は、第1実施形態に係る基板処理の動作説明図である。 図10は、第1実施形態に係る基板処理の動作説明図である。 図11は、第1実施形態に係る基板処理の動作説明図である。 図12は、第2実施形態に係る基板処理システムが実行する基板処理の手順を示すフローチャートである。 図13は、外周部における膜厚が中心部における膜厚よりも厚いウェハに対する部分エッチング処理の動作説明図である。 図14は、外周部における膜厚が中心部における膜厚よりも厚いウェハに対する部分エッチング処理およびエッチング処理による膜厚の変化を示す図である。 図15は、中心部における膜厚が外周部における膜厚よりも厚いウェハに対する部分エッチング処理の動作説明図である。 図16は、中心部における膜厚が外周部における膜厚よりも厚いウェハに対する部分エッチング処理およびエッチング処理による膜厚の変化を示す図である。 図17は、第3実施形態に係る高さ調整処理の手順を示すフローチャートである。 図18は、第4実施形態における第1変形例に係る堰機構の構成を示す図である。 図19は、第4実施形態における第2変形例に係る堰機構の構成を示す図である。 図20は、第4実施形態における第3変形例に係る堰機構の構成を示す図である。
以下に、本開示による基板処理装置および基板処理方法を実施するための形態(以下、「実施形態」と記載する)について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示による基板処理装置および基板処理方法が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
また、以下参照する各図面では、説明を分かりやすくするために、互いに直交するX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向を規定し、Z軸正方向を鉛直上向き方向とする直交座標系を示す場合がある。
近年、半導体の製造工程において、ウェットエッチングのニーズが高まりつつある。ウェットエッチングのうち、基板を1枚ずつ処理する枚葉式のウェットエッチングは、基板を回転させつつ、回転する基板の中心部にエッチング液を供給することによって行われる。
枚葉式のウェットエッチングでは、たとえば処理の効率化等のために、所定の温度に加熱されたエッチング液が用いられる場合がある。しかしながら、加熱されたエッチング液は、基板の中心部に供給された後、基板の外周部に到達するまでの間に、基板等への吸熱や気化熱等による放熱によって温度が低下する。具体的には、エッチング液の温度は、基板の中央部よりも外周部の方が低くなる。このように、基板の面内においてエッチング液の温度が不均一となることで、エッチング処理の面内均一性が低下するおそれがある。
そこで、本開示による基板処理装置では、基板の面内におけるエッチング液の温度均一性を向上させることで、エッチング処理の面内均一性を向上させることとした。
(第1実施形態)
まず、第1実施形態に係る基板処理システムの構成について図1を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係る基板処理システムの構成を示す図である。
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ェハ(以下ウェハ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、ウェハWを保持するウェハ保持機構を備える。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、ウェハ保持機構を用いてキャリアCと受渡部14との間でウェハ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、ウェハWを保持するウェ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、ウェハ保持機構を用いて受渡部14と処理ユニット16との間でウェハ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ェハ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からウェハWを取り出し、取り出したウェハWを受渡部14に載置する。受渡部14に載置されたウェハ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へ搬入されたウェハ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ェハ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。
次に、処理ユニット16の構成について図2~図4を参照して説明する。図2は、第1実施形態に係る処理ユニット16の構成を示す図である。図3は、第1実施形態に係る堰機構60の構成を示す図である。図4は、図3に示すIV-IV線矢視断面図の一例である。
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、供給部40と、回収カップ50と、堰機構60と、温度検出部70とを備える。
チャンバ20は、基板保持機構30、供給部40、回収カップ50、堰機構60および温度検出部70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、回転プレート31と、支柱部32と、駆動部33とを備える。回転プレート31は、チャンバ20の略中央に設けられる。回転プレート31の上面には、ウェハWの外周部を下方から支持する複数の支持部材311が設けられる。ウェハWは、複数の支持部材311に支持されることにより、回転プレート31に対してわずかに離間した状態で水平に載置される。なお、これに限らず、複数の支持部材311は、ウェハWを側方から把持する構成であってもよい。
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、先端部において回転プレート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に支持された回転プレート31を回転させ、これにより、回転プレート31に載置されたウェハWを回転させる。ウェハWは、回転によって生じる負圧により回転プレート31に保持される。
供給部40は、基板保持機構30に保持されたウェハWに対して各種の処理液を供給する。かかる供給部40は、ノズル41と、ノズル41を水平に支持するアーム42と、アーム42を旋回および昇降させる旋回昇降機構43とを備える。
ノズル41は、流量調整器44a、加熱部45およびバルブ46aを介してエッチング液供給源47aに接続される。エッチング液供給源47aから供給されるエッチング液は、加熱部45によって所定の温度に加熱されて、ノズル41からウェハWの上面に吐出される。エッチング液としては、たとえば、HF(フッ酸)やTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)等が用いられる。
また、ノズル41は、流量調整器44bおよびバルブ46bを介してリンス液供給源47bに接続される。リンス液供給源47bからは、リンス液として、たとえばDIW(脱イオン水)が供給される。
回収カップ50は、回転プレート31を取り囲むように配置され、回転プレート31の回転によってウェハ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。
堰機構60は、堰部61と、支持部62と、支柱部63と、移動機構64とを備える。図2および図3に示すように、堰部61は、円筒状の部材であり、回収カップ50の内部において回転プレート31に載置されたウェハWを囲むように回転プレート31の外周に配置され、ウェハWに供給されたエッチング液のウェハWからの流出を堰き止める。なお、堰部61と回転プレート31との干渉を防ぐため、両者の間には隙間が設けられる。
図4に示すように、堰部61は、第1部材611および第2部材612による二層構造を有する。第1部材611は、堰部61の内周側に配置され、ウェハWに対してエッチング液が供給された際に、ウェハWに供給されたエッチング液に接する部材である。第2部材612は、堰部61の外周側に配置され、大気に接する部材である。
第1部材611としては、第2部材612と比較して熱伝導率が高い材質のものが用いられることが好ましい。第1部材611として熱伝導率が高いものを使用することで、エッチング液に接する第1部材611の温度をエッチング液の温度に早期に馴染ませることができる。したがって、たとえば、第1部材611の温度がエッチング液の温度よりも低い状態が長く続くことによって、ウェハWの外周部と中央部とでエッチング液の温度に差が生じることを、抑制することができる。
また、第2部材612としては、断熱材等の断熱性能が高い材質のものを用いることが好ましい。第2部材612として断熱性能が高いものを使用することで、エッチング液によって温められた堰部61の熱が大気に放出されにくくなるため、堰部61の温度をエッチング液の温度に維持し易くなる。したがって、たとえば、堰部61の温度低下によって、ウェハWの外周部と中央部とでエッチング液の温度に差が生じることを抑制することができる。
なお、堰部61は、少なくとも第1部材611と第2部材612とを含んで構成されればよく、必ずしも2層構造であることを要しない。すなわち、堰部61は、第1部材611および第2部材612を含む多層構造であればよい。
支持部62は、堰部61を支持する。具体的には、支持部62は、たとえば、水平方向に延在する第1支持部材62aと、鉛直方向に延在し、堰部61と第1支持部材62aとを接続する第2支持部材62bとを備える。ここでは、第1支持部材62aが回転プレート31よりも下方に設けられる場合の例を示したが、第1支持部材62aは回転プレート31よりも上方に設けられてもよい。すなわち、支持部62は、回転プレート31を上方から支持する構成であってもよい。
支柱部63は、鉛直方向に延在する部材であり、先端部において支持部62の第1支持部材62aを水平に支持する。移動機構64は、支柱部63を鉛直方向に沿って移動させる。ここでは、支柱部63が中空状の部材であり、内部に支柱部32が挿通されるものとするが、支柱部63は、必ずしも支柱部32を挿通させる構成であることを要しない。支柱部63は、たとえば、第1支持部材62aの中央部以外の場所を支持する構成であってもよい。
かかる堰機構60は、移動機構64を用いて支柱部63を鉛直方向に沿って移動させることにより、支柱部63に支持された支持部62を鉛直方向に沿って移動させる。これにより、堰機構60は、堰部61の高さを変更することができる。たとえば、堰機構60は、ウェハWを囲む位置とウェハWを囲まない位置との間で堰部61を移動させることができる。「ウェハWを囲む位置」とは、たとえば、堰部61の上端面がウェハWの上面よりも高い位置に配置される堰部61の位置のことである。また、「ウェハWを囲まない位置」とは、堰部61の上端面がウェハWの上面よりも低い位置に配置される堰部61の位置のことである。
温度検出部70は、チャンバ20内において、回転プレート31に載置されたウェハWよりも上方に配置され、ウェハWの上面の温度を検出し、検出結果を制御部18に出力する。
温度検出部70は、たとえば、赤外線センサである。具体的には、温度検出部70は、赤外線を受光する受光素子を備えており、対象領域内の物体から放射される赤外線を受光素子にて受光することによって対象領域内の物体の温度を非接触で検出する。ここでは、回転プレート31に載置されたウェハWの上面全体を対象領域とするが、対象領域は、少なくともウェハWの中心部および外周部を含んでいればよい。
次に、基板処理システム1の具体的動作について図5~図11を参照して説明する。図5は、第1実施形態に係る基板処理システム1が実行する基板処理の手順を示すフローチャートである。基板処理システム1が備える各装置は、制御部18の制御に従って図5に示す各処理手順を実行する。また、図6~図11は、第1実施形態に係る基板処理の動作説明図である。
図5に示すように、基板処理システム1では、まず、ウェハWを処理ユニット16に搬入する搬入処理が行われる(ステップS101)。具体的には、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からウェハWを取り出し、取り出したウェハWを受渡部14に載置する。その後、処理ステーション3の基板搬送装置17が、受渡部14に載置されたウェハWを受渡部14から取り出して、処理ユニット16の回転プレート31に載置する。
図6に示すように、搬入処理時において、堰部61の上端面は、支持部材311に支持されるウェハWの上面よりも低い位置に配置される。これにより、ウェハWの搬入出が堰部61によって阻害されることを防止することができる。
つづいて、基板処理システム1では、制御部18が、移動機構64を制御して堰部61を上昇させる(ステップS102)。これにより、図7に示すように、ウェハWは、堰部61に囲まれた状態となる。また、図7に示すように、制御部18は、旋回昇降機構43を制御してノズル41をウェハWの中央上方に位置させる。
つづいて、基板処理システム1では、エッチング処理が行われる(ステップS103)。具体的には、制御部18は、駆動部33を制御して回転プレート31を回転させることにより、回転プレート31に載置されたウェハWを回転させる。また、制御部18は、バルブ46aを所定時間開放することにより、エッチング液供給源47aから供給されるエッチング液をノズル41から回転するウェハWの上面に向けて吐出する。エッチング液は、加熱部45によって加熱された状態でノズル41から吐出される。
ウェハWに供給されたエッチング液は、ウェハWの回転に伴う遠心力によってウェハWの全面に広がる。その後、エッチング液は、ウェハWの上面から流出しようとするが、堰部61によって堰き止められることにより、ウェハW上に貯留される。これにより、図8に示すように、堰部61が設けられない場合と比較して、ウェハW上に形成されるエッチング液の液膜を厚くすることができる。なお、エッチング液は、堰部61の上端または堰部61と回転プレート31との隙間から少しずつ流出し、排液口51から処理ユニット16の外部へ排出される。
上述したように、エッチング液の温度は、ウェハW等への吸熱、または、蒸発による気化熱によって低下する。このうち、吸熱による温度低下は、ウェハWの中心部と比較してウェハWの外周部の方が大きくなる。これは、たとえば、ウェハWの回転や表面張力等の影響によってウェハWの外周部におけるエッチング液の液膜が中心部における液膜と比較して薄くなることで、外周部における液膜の蓄熱量が、中心部における液膜の蓄熱量と比較して少なくなるためである。
そこで、第1実施形態に係る処理ユニット16では、ウェハWからのエッチング液の流出を堰部61により堰き止めることで、ウェハW上に形成されるエッチング液の液膜を厚くすることとした。
エッチング液の液膜を厚くすることで、液膜の持つ蓄熱量が多くなるため、仮に、ウェハWの中心部と外周部とで液膜の厚さに差がある場合であっても、この差がエッチング液の温度に与える影響は少なくなる。つまり、ウェハWの中心部と外周部とでエッチング液の温度に差が生じ難くなる。
このように、第1実施形態に係る処理ユニット16によれば、ウェハWの面内におけるエッチング液の温度均一性を向上させることができることから、エッチング処理の面内均一性を向上させることができる。
つづいて、エッチング処理が終了すると、基板処理システム1では、制御部18が、移動機構64を制御して堰部61を下降させる(ステップS104)。これにより、図9に示すように、堰部61は、ウェハWを囲まない位置、具体的には、上端面がウェハWの上面よりも低くなる位置に配置された状態となる。
このように、エッチング処理の終了後に堰部61を下降させることで、堰部61によってウェハWからの流出が堰き止められていた多量のエッチング液を短時間でウェハWから流出させることができる。したがって、リンス処理に早期に移行することができる。
つづいて、基板処理システム1では、リンス処理が行われる(ステップS105)。具体的には、制御部18は、バルブ46bを所定時間開放することにより、リンス液供給源47bから供給されるリンス液をノズル41から回転するウェハWの中心部に向けて吐出する。ウェハWの上面に吐出されたリンス液は、ウェハWの回転に伴う遠心力によってウェハWの中心部から外周部に広がる。これにより、図10に示すように、ウェハWの上面に残存するエッチング液がリンス液によって洗い流される。
つづいて、基板処理システム1では、乾燥処理が行われる(ステップS106)。具体的には、制御部18は、駆動部33を制御することによってウェハWの回転数を増加させる。これにより、図11に示すように、ウェハW上に残存するリンス液が除去されてウェハWが乾燥する。その後、制御部18は、駆動部33を制御することによりウェハWの回転を停止させる。
つづいて、基板処理システム1では、搬出処理が行われる(ステップS107)。搬出処理では、乾燥処理後のウェハWが基板搬送装置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。その後、受渡部14に載置された処理済のウェハ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。これにより、1枚のウェハWについての一連の基板処理が修了する。
ところで、堰部61の高さは、ウェハW上に形成されるエッチング液の液膜の厚さが、吸熱や気化熱による影響を受けない厚さとなる高さに設定されることが好ましい。しかしながら、気化熱によるエッチング液の温度への影響の度合は、エッチング液の性質によって異なる。たとえば、気化熱によるエッチング液の温度への影響の度合は、沸点が低いエッチング液ほど高くなる。
そこで、制御部18は、ステップS102において、堰部61の高さをエッチング液の種類に応じた高さに調整してもよい。この場合、制御装置4は、たとえば、エッチング液の種類と堰部61の高さとを関連付けた高さ設定情報を記憶部19に予め記憶しておく。そして、制御部18は、基板処理の内容を示すレシピ情報からエッチング液の種類を特定し、特定したエッチング液の種類に関連付けられた堰部61の高さを記憶部19に記憶された高さ設定情報から特定する。そして、制御部18は、特定した堰部61の高さとなるように移動機構64を制御して堰部61を上昇させる。
このように、エッチング液の種類に応じて堰部61の高さを調整してもよい。具体的には、たとえば、沸点が高いエッチング液ほど堰部61の高さを高くしてもよい。このようにすることで、気化熱によるエッチング液の温度低下を好適に抑制することができる。
また、気化熱によるエッチング液の温度への影響の度合は、エッチング液の加熱温度によっても異なる。たとえば、気化熱によるエッチング液の温度への影響の度合は、エッチング液の加熱温度が高くなるほど高くなる。
そこで、制御部18は、ステップS102において、堰部61の高さをエッチング液の加熱温度に応じた高さに調整してもよい。この場合、制御装置4は、たとえば、エッチング液の加熱温度と堰部61の高さとを関連付けた高さ設定情報を記憶部19に予め記憶しておく。そして、制御部18は、基板処理の内容を示すレシピ情報からエッチング液の加熱温度を特定し、特定したエッチング液の加熱温度に関連付けられた堰部61の高さを記憶部19に記憶された高さ設定情報から特定する。そして、制御部18は、特定した堰部61の高さとなるように移動機構64を制御して堰部61を上昇させる。
このように、エッチング液の加熱温度に応じて堰部61の高さを調整してもよい。具体的には、エッチング液の加熱温度が高い場合に、エッチング液の加熱温度が低い場合に比べて堰部61の高さを高くしてもよい。このようにすることで、気化熱によるエッチング液の温度低下を好適に抑制することができる。
また、制御部18は、ステップS104において堰部61を下降させてウェハWの上面からエッチング液を流出させた後、ステップS105においてリンス処理を開始する前に、堰部61を上昇させてもよい。すなわち、制御部18は、堰部61によってウェハWを囲んだ状態でリンス処理を行ってもよい。これにより、堰部61に付着したエッチング液をリンス液により洗い流すことができる。
また、ここでは、エッチング液を堰部61の上端からオーバーフローさせる場合の例について説明した。これに限らず、制御部18は、たとえばエッチング液が貯留された後、堰部61と回転プレート31との間から流出するエッチング液の流量と同じ流量となるように、流量調整器44aを制御してノズル41から吐出されるエッチング液の流量を少なくしてもよい。これにより、エッチング液の消費量を抑えることができる。
また、制御部18は、エッチング処理が終了するよりも前に、バルブ46aを閉じることによってノズル41からのエッチング液の供給を停止してもよい。エッチング処理の終了前にエッチング液の供給を停止したとしても、ウェハW上に貯留されたエッチング液によりウェハWをエッチングすることができる。これにより、エッチング液の消費量を抑えることができる。
(第2実施形態)
ところで、ウェハWによっては、エッチング処理により除去する膜の膜厚が均一でない場合がある。たとえば、外周部における膜厚が中心部における膜厚よりも厚いウェハWや、中心部における膜厚が外周部における膜厚よりも厚いウェハWが存在することがある。
そこで、基板処理システム1では、エッチング処理を行う前に、ウェハWの上面に形成されている膜の膜厚を均一化させる部分エッチング処理を行ってもよい。
かかる点について図12~図16を参照して説明する。図12は、第2実施形態に係る基板処理システム1が実行する基板処理の手順を示すフローチャートである。また、図13は、外周部における膜厚が中心部における膜厚よりも厚いウェハWに対する部分エッチング処理の動作説明図であり、図14は、同ウェハWに対する部分エッチング処理およびエッチング処理による膜厚の変化を示す図である。また、図15は、中心部における膜厚が外周部における膜厚よりも厚いウェハWに対する部分エッチング処理の動作説明図であり、図16は、同ウェハWに対する部分エッチング処理およびエッチング処理による膜厚の変化を示す図である。
図12に示すステップS201,S203~S208の処理は、上述した図5に示すS101~S107の処理と同様である。第2実施形態に係る基板処理システム1では、ステップS201においてウェハWを処理ユニット16に搬入した後、ステップS203において堰部61を上昇させる前に、部分エッチング処理が行われる(ステップS202)。
部分エッチング処理では、堰部61を下降させた状態、すなわち、エッチング液のウェハWからの流出を堰き止めない状態で、ウェハWの一部、具体的には、膜厚が相対的に厚い部分にエッチング液を供給する。
たとえば、図14の上図に示すように、外周部における膜厚が中心部における膜厚よりも厚い膜がウェハWに形成されている場合、図13に示すように、制御部18は、旋回昇降機構43を制御してノズル41をウェハWの外周部の上方に位置させる。その後、制御部18は、バルブ46aを開くことによってノズル41からウェハWの外周部に対してエッチング液を供給する。ウェハWの外周部に供給されたエッチング液は、ウェハWの回転に伴う遠心力によってウェハWの外方へ向かう。このため、ウェハWの中心部にはエッチング液は供給されない。このように、ウェハWの外周部にのみエッチング液が供給されることで、ウェハWの外周部に形成された膜のみが除去される。これにより、図14の中図に示すように、部分エッチング処理の開始前と比較して、ウェハWの上面に形成された膜の膜厚を均一化させることができる。その後、基板処理システム1では、堰部61を上昇させた状態でエッチング処理が行われる(ステップS204)。これにより、図14の下図に示すように、ウェハWの上面に形成された膜は、均一に除去される。
また、たとえば、図16の上図に示すように、中心部における膜厚が外周部における膜厚よりも厚い膜がウェハWに形成されている場合、図15に示すように、制御部18は、旋回昇降機構43を制御してノズル41をウェハWの中心部の上方に位置させる。その後、制御部18は、バルブ46aを開くことによってノズル41からウェハWの中心部に対してエッチング液を供給する。ウェハWの中心部に供給されたエッチング液は、ウェハWの回転に伴う遠心力によってウェハWの全面に広がる。ここで、上述したように、堰部61を上昇させていない状態では、ウェハWの中心部と比較して外周部のエッチング量は低下する。このため、ウェハWの中心部に形成された膜が外周部に形成された膜よりも多く除去されることとなる。これにより、図16の中図に示すように、部分エッチング処理の開始前と比較して、ウェハWの上面に形成された膜の膜厚を均一化させることができる。その後、基板処理システム1では、堰部61を上昇させた状態でエッチング処理が行われる(ステップS204)。これにより、図16の下図に示すように、ウェハWの上面に形成された膜は、均一に除去される。
このように、搬入処理後、堰部61を上昇させる前に、ウェハWの一部にエッチング液を供給する部分エッチング処理が行われてもよい。これにより、基板処理の面内均一性を向上させつつ、基板処理後の膜厚均一性も向上させることができる。
なお、制御部18は、たとえばウェハWに形成された膜の膜厚情報を予め取得しておき、膜厚情報に応じて旋回昇降機構43を制御することにより、ウェハWの上面のうち、他の部分と比較して厚い膜が形成されている部分の上方にノズル41を移動させてもよい。ウェハWに形成された膜の膜厚を測定する膜厚測定部は、基板処理システム1に配置されてもよいし、基板処理システム1の外部に配置されてもよい。
(第3実施形態)
たとえば、堰部61の高さが不十分な場合、ウェハW面内におけるエッチング液の温度にバラツキが生じるおそれがある。そこで、制御部18は、エッチング処理中におけるウェハW面内の温度分布に基づいて堰部61の高さを調整してもよい。この点について図17を参照して説明する。図17は、第3実施形態に係る高さ調整処理の手順を示すフローチャートである。なお、図17に示す高さ調整処理は、たとえばエッチング処理が開始された場合に開始されるものとする。
図17に示すように、制御部18は、まず、温度検出部70(図2参照)の検出結果を取得する(ステップS301)。上述したように、温度検出部70は、ウェハWの上面全体の温度を検出する。したがって、温度検出部70の検出結果は、ウェハW面内の温度分布を示す。つづいて、制御部18は、温度検出部70の検出結果に基づき、ウェハW面内における温度差が閾値未満であるか否かを判定する(ステップS302)。
ステップS302において、ウェハW面内の温度差が閾値を超えていると判定した場合(ステップS302,No)、制御部18は、移動機構64を制御して堰部61を上昇させる(ステップS303)。このときの堰部61の上昇量は、予め決められた量であってもよい。また、ウェハW面内の温度差と堰部61の上昇量とを関連付けた高さ調整情報が記憶部19に予め記憶されていてもよく、制御部18は、かかる高さ調整情報を用いて堰部61の上昇量を決定してもよい。
ステップS303の処理を終えた場合、または、ステップS302において、ウェハW面内の温度差が閾値未満であると判定した場合(ステップS302,Yes)、制御部18は、エッチング処理が終了したか否かを判定する(ステップS304)。この処理において、エッチング処理が終了していない場合(ステップS304,No)、制御部18は、処理をステップS301へ戻す。一方、エッチング処理が終了した場合(ステップS304,Yes)、制御部18は、高さ調整処理を終了する。
このように、制御部18は、温度検出部70によって検出されたウェハW板の面内温度の分布に応じて移動機構64を制御して堰部61の高さを調整してもよい。これにより、たとえば、ウェハWの面内温度の分布にバラツキがある場合には、堰部61の高さを高くすることで、かかるバラツキを低減することができる。すなわち、エッチング液の温度の面内均一性を向上させることができる。したがって、基板処理の面内均一性を向上させることができる。
(第4実施形態)
第4実施形態では、堰機構の変形例について説明する。図18は、第4実施形態における第1変形例に係る堰機構の構成を示す図である。
図18に示すように、第1変形例に係る堰機構60Aは、堰部61Aの内部に加熱部613を備える。加熱部613は、堰部61Aの全周に亘って設けられており、堰部61Aを全周に亘って加熱する。制御部18は、エッチング処理において、たとえば、堰部61Aの温度がウェハWに供給されるエッチング液の温度と同一となるように加熱部613を制御して堰部61Aを加熱する。これにより、エッチング液の温度が堰部61Aへの吸熱によって低下することが抑制されるため、エッチング液の温度の面内均一性を向上させることができる。したがって、基板処理の面内均一性を向上させることができる。
なお、加熱部613は、必ずしも堰部61Aの全周に亘って設けられることを要しない。たとえば、堰部61Aは、堰部61Aの周方向に沿って間隔をあけて配置された複数の加熱部を内蔵する構成であってもよい。また、制御部18は、必ずしも堰部61Aの温度をエッチング液の温度に合わせることを要しない。たとえば、制御部18は、堰部61Aの温度がエッチング液の温度よりも高くなるように加熱部613を制御してもよい。この場合、ウェハWの外周部におけるエッチング液の温度を中心部におけるエッチング液の温度よりも高くすることができる。これにより、第2実施形態に係る部分エッチング処理を行うことなく、外周部における膜厚が中心部における膜厚よりも厚いウェハWの膜厚を均一化させることができる。
図19は、第4実施形態における第2変形例に係る堰機構の構成を示す図である。図19に示すように、第2変形例に係る堰機構60Bの堰部61Bは、エッチング液を吐出する複数の吐出口615を内周面に備える。複数の吐出口615は、堰部61Bの周方向に沿って間隔をあけて並べて配置される。また、堰部61Bは、複数の吐出口615にエッチング液を供給する供給路616を内部に備える。供給路616は、たとえば、堰部61Bの全周に亘って設けられる。供給路616には、流量調整器65、加熱部66およびバルブ67を介してエッチング液供給源47aが接続される。
エッチング液供給源47aから供給されるエッチング液は、加熱部66によって、たとえば、ノズル41から供給されるエッチング液と同一の温度に加熱されて、複数の吐出口615からウェハWの外周部に供給される。
制御部18は、エッチング処理において、バルブ46aおよびバルブ67を開くことにより、ノズル41からウェハWの中心部へのエッチング液の供給と、複数の吐出口615からウェハWの外周部へのエッチング液の供給とを行う。
エッチング処理において、ノズル41からウェハWの中心部に供給されたエッチング液がウェハWの外周部に到達するまでにはタイムラグが生じる。このため、このタイムラグによって、ウェハWの中心部と外周部とでエッチング量に差が生じるおそれがある。
これに対し、第2変形例のように、ノズル41と併せて堰部61Bからもエッチング液を供給するようにすることで、ノズル41からの供給のみを行う場合と比較して、エッチング液をウェハW上により短時間で溜めることができる。したがって、ウェハW上にエッチング液が溜まるまでの間に生じる基板処理の面内均一性の低下を抑制することができる。また、ウェハWの中心部へのエッチング液の供給と、ウェハWの外周部へのエッチング液の供給とを行うことで、ウェハWの中心部と外周部とでエッチング量に差が生じにくくすることができる。
また、加熱されたエッチング液が供給路616を流れることで、堰部61Bを加熱することができる。これにより、第1変形例に係る堰部61Aと同様に、堰部61Bへの吸熱によってエッチング液の温度が低下することを抑制することができる。
なお、制御部18は、エッチング処理の開始後、所定時間が経過した場合に、バルブ67を閉じることにより堰部61Bからのエッチング液の供給のみを停止させてもよい。たとえば、制御部18は、エッチング処理の開始後、エッチング液が堰部61Bの上端からオーバーフローするよりも前に、堰部61Bからのエッチング液の供給を停止させてもよい。
ウェハW上にエッチング液を短時間で溜める手法は、上記の例に限定されない。たとえば、制御部18は、エッチング処理の開始後、エッチング液がオーバーフローするよりも前の間、ノズル41からエッチング液を第1の流量で吐出させ、その後、第1の流量よりも少ない第2の流量でノズル41からエッチング液を吐出させてもよい。ウェハW上にエッチング液が溜まるまでの間、ノズル41からエッチング液を大流量で吐出することで、ウェハW上にエッチング液を短時間で溜めることができる。
また、制御部18は、エッチング処理の開始後、エッチング液がオーバーフローするよりも前の間、旋回昇降機構43を制御してノズル41をウェハWの中心部と外周部との間で移動させ続けてもよい。これにより、ウェハWの中心部と外周部とのエッチング量のバラツキを抑制することができる。
また、ウェハWの径方向に沿って複数の吐出口が設けられたノズル(バーノズル)をアーム42に設け、ウェハWの中心部および外周部を含む複数箇所に同時にエッチング液を吐出してもよい。これにより、ウェハW上にエッチング液を早期に溜めることができ、且つ、ウェハWの中心部と外周部とのエッチング量のバラツキを抑制することができる。複数の供給部40を設け、各供給部40のノズル41からウェハWの中心部および外周部を含む複数箇所に同時にエッチング液を吐出した場合も同様である。
また、制御部18は、エッチング処理の開始後、たとえばエッチング液がウェハWの全面に広がるまでの間、駆動部33を制御してウェハWを第1回転数で回転させ、その後、駆動部33を制御してウェハWを第1回転数よりも遅い第2回転数で回転させてもよい。このように、ウェハWを高速で回転させることにより、エッチング液をウェハWの全面に早期に広げることができる。これにより、ウェハWの中心部と外周部とのエッチング量のバラツキを抑制することができる。
図20は、第4実施形態における第3変形例に係る堰機構の構成を示す図である。図20に示すように、第3変形例に係る堰機構60Cの堰部61Cは、複数(ここでは、2つ)の分割体61C1,61C2を備える。各分割体61C1,61C2は、平面視半円形状を有する。また、堰機構60Cは、分割体61C1を移動させる分割体移動機構661と、分割体61C2を移動させる分割体移動機構662とを備える。分割体移動機構661,662は、分割体61C1,61C2同士が合体して円筒状の堰部61Cが形成された状態と、堰部61Cが複数の分割体61C1,61C2に分割された状態との間で分割体61C1,61C2を移動させる。堰部61Cが複数の分割体61C1,61C2に分割された状態において、複数の分割体61C1,61C2は、たとえば搬入処理時や搬出処理時においてウェハWと干渉しない位置に配置される。これにより、ウェハWの搬入出が堰部61によって阻害されることを防止することができる。
(その他の実施形態)
堰機構60,60A~60Cは、支柱部63(図2参照)を回転させる回転機構を備えていてもよい。この場合、堰機構60,60A~60Cは、回転機構を用いて支柱部63を回転させることにより、ウェハWの回転軸と同一の回転軸まわりに堰部61,61A~61Cを回転させることができる。
また、この場合、制御部18は、エッチング処理において、たとえば、ウェハWの回転方向と同一の方向に堰部61,61A~61Cを回転させてもよい。これにより、たとえば、エッチング液の飛散を抑制することができる。また、エッチング処理において、制御部18は、たとえば、ウェハWの回転方向と逆方向に堰部61,61A~61Cを回転させてもよい。これにより、ウェハWの外周部付近におけるエッチング液の流れが乱れることで、ウェハWの中心部におけるエッチング量と比較して外周部におけるエッチング量を高めることができる。
上述した各実施形態では、処理液の一例としてエッチング液を挙げて説明したが、処理液は、エッチング液に限定されない。たとえば、処理液は、パーティクル除去に用いられるSC1(アンモニア/過酸化水素/水の混合液)やSC2(塩酸/過酸化水素/水の混合液)等の薬液であってもよい。また、処理液は、乾燥処理に用いられるIPA(イソプロピルアルコール)等の有機溶剤であってもよい。
上述してきたように、実施形態に係る基板処理装置(一例として、処理ユニット16)は、載置部(一例として、回転プレート31)と、供給部40と、堰部61,61A~61Cと、移動機構64とを備える。載置部は、基板(一例として、ウェハW)が載置される。供給部40は、載置部に載置された基板に対して処理液(一例として、エッチング液)を供給する。堰部61,61A~61Cは、載置部に載置された基板を囲み、基板に供給された処理液の基板からの流出を堰き止める。移動機構64は、堰部の高さを変更する。
基板に供給された処理液の基板からの流出を堰部61,61A~61Cにより堰き止めることで、基板上に形成される処理液の液膜を厚くすることができる。これにより、基板の中心部と外周部とで処理液の温度に差が生じ難くなるため、基板の面内における処理液の温度均一性を向上させることができる。したがって、実施形態に係る基板処理装置によれば、基板処理の面内均一性を向上させることができる。
また、堰部は、基板に供給された処理液に接する第1部材611と、第1部材611よりも外周側に設けられる第2部材612とを備えていてもよい。この場合、第1部材611は、第2部材612と比較して熱伝導率が高いものであってもよい。
第1部材611として熱伝導率が高いものを使用することで、処理液に接する第1部材611の温度を処理液の温度に早期に馴染ませることができる。したがって、たとえば、第1部材611の温度が処理液の温度よりも低い状態が長く続くことによって、基板の外周部と中央部とで処理液の温度に差が生じることを、抑制することができる。また、第2部材612として熱伝導率が低いものを使用することで、処理液によって温められた堰部61の熱が大気に放出されることを抑制することができる。したがって、たとえば、堰部61の温度低下によって、基板の外周部と中央部とで処理液の温度に差が生じることを抑制することができる。
また、実施形態に係る基板処理装置は、堰部61Aを加熱する加熱部613を備えていてもよい。これにより、堰部61Aへの吸熱によって処理液の温度が低下することが抑制されるため、処理液の温度の面内均一性を向上させることができる。したがって、基板処理の面内均一性の更なる向上を図ることができる。
また、堰部61Bは、処理液を吐出する複数の吐出口615を内周面に備える構成であってもよい。供給部40と併せて堰部61Bからも処理液を供給するようにすることで、供給部40からの供給のみを行う場合と比較して、処理液を基板上により短時間で溜めることができる。したがって、基板上に処理液が溜まるまでの間に生じる基板処理の面内均一性の低下を抑制することができる。
また、実施形態に係る基板処理装置は、移動機構64を制御する制御部18をさらに備えていてもよい。この場合、制御部18は、移動機構64を制御することにより、堰部61,61A~61Cの高さを処理液の種類に応じた高さに調整してもよい。これにより、気化熱による処理液の温度低下を好適に抑制することができる。
また、実施形態に係る基板処理装置は、移動機構64を制御する制御部18をさらに備えていてもよい。この場合、制御部18は、移動機構64を制御することにより、堰部61,61A~61Cの高さを処理液の温度に応じた高さに調整してもよい。具体的には、制御部18は、処理液の温度が高い場合に、処理液の温度が低い場合と比較して堰部61,61A~61Cの高さを高くしてもよい。これにより、気化熱による処理液の温度低下を好適に抑制することができる。
また、実施形態に係る基板処理装置は、移動機構64を制御する制御部18と、基板の面内温度を検出する温度検出部70とをさらに備えていてもよい。この場合、制御部18は、載置部に載置された基板に対して供給部40から処理液が供給される間、温度検出部70によって検出された基板の面内温度の分布に応じて移動機構64を制御して堰部61,61A~61Cの高さを調整してもよい。
これにより、たとえば、基板の面内温度の分布にバラツキがある場合には、堰部61,61A~61Cの高さを高くすることで、かかるバラツキを低減することができる。すなわち、処理液の温度の面内均一性を向上させることができる。したがって、基板処理の面内均一性を向上させることができる。
また、実施形態に係る基板処理装置では、部分供給工程(一例として、ステップS202の部分エッチング処理)が行われてもよい。部分供給工程は、載置工程(一例として、ステップS101,S201の搬入処理)後、囲み工程(一例として、ステップS102,S203における堰部61,61A~61Cを上昇させる処理)前に、基板の一部に処理液を供給する。れにより、基板処理の面内均一性を向上させつつ、基板処理後の膜厚均一性も向上させることができる。
また、実施形態に係る基板処理装置では、流出工程(一例として、ステップS104,S205において堰部61,61A~61Cを下降させる処理)と、リンス工程(一例として、ステップS105,S206のリンス処理)が行われてもよい。流出工程は、供給工程(一例として、ステップS103,S204のエッチング処理)後、処理液の基板からの流出を堰き止めない位置に堰部61,61A~61Cを移動させることにより、処理液を基板から流出させる。リンス液は、流出工程後、載置部に載置された基板に対してリンス液を供給する。
このように、供給工程の終了後に堰部61を下降させることで、堰部61によって基板からの流出が堰き止められていた多量の処理液を短時間で基板から流出させることができる。したがって、リンス工程に早期に移行することができる。
また、実施形態に係る基板処理装置では、流出工程後、リンス工程前に、堰部61,61A~61Cを移動させて、載置部に載置された基板を堰部61,61A~61Cで囲む再囲み工程が行われてもよい。これにより、堰部61に付着した処理液をリンス液により洗い流すことができる。
また、上述した各実施形態では、処理液の一例として、加熱されたエッチング液を挙げて説明したが、処理液は、必ずしも加熱されることを要しない。すなわち、常温の処理液であってもよい。
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
W ウェハ
1 基板処理システム
16 処理ユニット
30 基板保持機構
31 回転プレート
40 供給部
41 ノズル
60 堰機構
61 堰部
64 移動機構

Claims (10)

  1. 基板が載置される載置部と、
    前記載置部に載置された前記基板に対して処理液を供給する供給部と、
    前記載置部に載置された前記基板を囲み、前記基板に供給された前記処理液の前記基板からの流出を堰き止める堰部と、
    前記堰部の高さを変更する移動機構と
    を備え
    前記堰部は、
    前記基板に供給された前記処理液に接する第1部材と、
    前記第1部材よりも外周側に設けられる第2部材と
    を備え、
    前記第1部材は、
    前記第2部材と比較して熱伝導率が高い、基板処理装置。
  2. 前記堰部を加熱する加熱部
    を備える、請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 基板が載置される載置部と、
    前記載置部に載置された前記基板に対して処理液を供給する供給部と、
    前記載置部に載置された前記基板を囲み、前記基板に供給された前記処理液の前記基板からの流出を堰き止める堰部と、
    前記堰部の高さを変更する移動機構と
    を備え、
    前記堰部は、
    前記処理液を吐出する複数の吐出口を内周面に備える、基板処理装置。
  4. 基板が載置される載置部と、
    前記載置部に載置された前記基板に対して処理液を供給する供給部と、
    前記載置部に載置された前記基板を囲み、前記基板に供給された前記処理液の前記基板からの流出を堰き止める堰部と、
    前記堰部の高さを変更する移動機構と、
    前記移動機構を制御する制御部
    備え、
    前記制御部は、
    前記移動機構を制御することにより、前記堰部の高さを前記処理液の種類に応じた高さに調整する、基板処理装置。
  5. 基板が載置される載置部と、
    前記載置部に載置された前記基板に対して処理液を供給する供給部と、
    前記載置部に載置された前記基板を囲み、前記基板に供給された前記処理液の前記基板からの流出を堰き止める堰部と、
    前記堰部の高さを変更する移動機構と、
    前記移動機構を制御する制御部
    備え、
    前記制御部は、
    前記移動機構を制御することにより、前記堰部の高さを前記処理液の温度に応じた高さに調整する、基板処理装置。
  6. 前記制御部は、
    前記処理液の温度が高い場合に、前記処理液の温度が低い場合と比較して前記堰部の高さを高くする、請求項に記載の基板処理装置。
  7. 基板が載置される載置部と、
    前記載置部に載置された前記基板に対して処理液を供給する供給部と、
    前記載置部に載置された前記基板を囲み、前記基板に供給された前記処理液の前記基板からの流出を堰き止める堰部と、
    前記堰部の高さを変更する移動機構と、
    前記移動機構を制御する制御部と、
    前記基板の面内温度を検出する温度検出部と
    を備え、
    前記制御部は、
    前記載置部に載置された前記基板に対して前記供給部から前記処理液が供給される間、前記温度検出部によって検出された前記基板の面内温度の分布に応じて前記移動機構を制御して前記堰部の高さを調整する、基板処理装置。
  8. 載置部に基板を載置する載置工程と、
    前記載置工程後、前記載置部に載置された前記基板を堰部で囲む囲み工程と、
    前記囲み工程後、前記載置部に載置された前記基板に対して処理液を供給し、前記基板に供給された前記処理液の前記基板からの流出を前記堰部により堰き止める供給工程と
    前記載置工程後、前記囲み工程前に、前記基板の一部に前記処理液を供給する部分供給工程と
    を含む、基板処理方法。
  9. 前記供給工程後、前記処理液の前記基板からの流出を堰き止めない位置に前記堰部を移動させることにより、前記処理液を前記基板から流出させる流出工程と、
    前記流出工程後、前記載置部に載置された前記基板に対してリンス液を供給するリンス工程と
    をさらに含む、請求項に記載の基板処理方法。
  10. 前記流出工程後、前記リンス工程前に、前記堰部を移動させて、前記載置部に載置された前記基板を前記堰部で囲む再囲み工程
    をさらに含む、請求項に記載の基板処理方法。
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