JP2006344907A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薬液による基板処理の面内均一性を向上することができる基板処理方法および基板処理装置を提供する。
【解決手段】この基板処理装置１００は、基板Ｗを保持して回転させる基板保持回転機構１と、この基板保持回転機構１によって保持されて回転されている基板Ｗの表面の全域に行き渡るように、室温よりも高温の高温水２を供給する高温水供給機構４，５と、前記基板保持回転機構１によって保持されて回転されている基板Ｗの表面の全域に、室温よりも高温の高温薬液３を供給する高温薬液供給機構４，５とを備えている。基板保持回転機構１によって保持されて回転されており、高温薬液よりも低温の基板Ｗに、室温よりも高温の高温水２が供給され、それに引き続いて室温よりも高温の高温薬液３が供給される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、基板に処理液（薬液または純水）を供給して当該基板を処理する基板処理方法および基板処理装置に関する。処理の対象となる基板には、例えば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などが含まれる。

半導体装置や液晶表示装置の製造工程では、半導体ウエハや液晶表示パネル用基板などの基板の表面の薄膜をエッチングするための処理（エッチング処理）が必要に応じて行われる。このエッチング処理の方式としては、複数枚の基板を一括して処理するバッチ式が従来の主流であったが、最近では、処理対象の基板の大型化に伴って、基板の表面にエッチング液を供給して、基板を１枚ずつ処理する枚葉式が注目されてきている。

枚葉式のエッチング処理を実施する従来装置は、基板をほぼ水平に保持して回転させるスピンチャックと、このスピンチャックに保持された基板の表面（上面）にエッチング液を供給するためのノズルとを備えている。スピンチャックによって基板が回転されつつ、その回転している基板の表面中央にノズルからエッチング液が供給されることにより、基板の表面の全域にエッチング液が行き渡って、基板の表面の薄膜がエッチングされる。

エッチング反応を活性化してエッチング速度を上げるために、エッチング液は、所定の高温（例えば、８０℃以上）に昇温されて基板に供給される。
特開平８−２７９４８５号公報

ところが、このようなエッチング処理では、基板の表面内における処理の不均一が生じるという問題があった。より具体的には、基板に供給された高温のエッチング液は、基板の表面に行き渡っていく過程で、エッチング液よりも低温（例えば、室温程度）の基板に熱を奪われ、基板の周縁に向かうにつれて温度が低下する。これにより、温度が低下したエッチング液は処理能力が低下し、その結果、基板の中心部と周縁部とでエッチング速度に差が生じ、同一基板面内で処理の不均一が生じる。

同様の問題は、エッチング処理だけでなく、室温よりも高温の薬液を用いた基板処理において共通に生じ、基板処理の面内不均一の原因となっている。
この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、薬液による基板処理の面内均一性を向上することができる基板処理方法および基板処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）を回転させる基板回転工程（Ｐ１）と、この基板回転工程と並行して、回転状態の基板の表面の全域に室温よりも高温の高温水（２）を供給する高温水供給工程（Ｐ２）と、この高温水供給工程に引き続いて、前記基板回転工程と並行して、前記基板の表面の全域に室温よりも高温の高温薬液（３）を供給する高温薬液供給工程（Ｐ３）とを含むことを特徴とする基板処理方法である。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この方法によれば、基板回転工程において回転させられている基板に向けて薬液を供給する以前に、室温よりも高温の高温水が基板の表面に供給される。これにより、室温程度の基板は、高温水の供給によって温度が上昇する。その結果、高温水の供給に引き続いて基板の表面に供給される薬液の温度の低下を抑制することができ、薬液による基板処理の面内均一性を向上することができる。

前記高温水供給工程および高温薬液供給工程では、例えば、基板の回転中心に向けて、高温水および高温薬液がそれぞれ供給される。これにより、高温水および高温薬液は、基板の回転による遠心力を受け、基板の中心から周縁に向けて広がり、基板の表面の全域に行き渡る。
前記高温水供給工程における、高温水の供給は、基板の片面に対してのみ行われてもよく、基板の両面に対して行われてもよい。具体的には、例えば、前記基板回転工程が基板をほぼ水平に保持して回転させる工程である場合に、基板の上面および下面のいずれか一方または両方に高温水を供給することとしてもよい。基板の両面に高温水を供給する方が、基板を短時間で昇温させることができる点で好ましい。

高温薬液供給工程における、高温薬液の供給は、基板の片面に対してのみ行われてもよく、基板の両面に対して行われてもよい。具体的には、例えば、前記基板回転工程が基板をほぼ水平に保持して回転させる工程である場合に、基板の上面および下面のいずれか一方または両方に薬液を供給することとしてもよい。
前記高温薬液供給工程で供給される薬液は、エッチング液または洗浄液であってもよい。この場合、基板表面に対して均一なエッチング処理または洗浄処理を施すことができる。

前記高温薬液供給工程は、高温水供給工程によって昇温された基板の降温が生じるよりも早く実行されることが好ましい。これにより、昇温された状態の基板に薬液を供給することができるので、基板上での薬液の温度の低下を抑制することができ、薬液による基板処理の面内均一性を向上することができる。
また、前記高温水供給工程は、基板温度が上昇して飽和するのに充分な（好ましくは必要充分な）時間にわたって継続されることが好ましい。

請求項２記載の発明は、前記高温水供給工程および高温薬液供給工程を同一チャンバ（６）内で実行することを特徴とする請求項１記載の基板処理方法である。
この発明によれば、前記高温水供給工程および高温薬液供給工程を同一チャンバ内で実行するので、高温水供給工程によって昇温された基板の実質的な降温が生じる前に高温薬液供給工程を開始できる。これにより、基板の表面に供給される薬液の温度の低下を抑制することができ、薬液による基板処理の面内不均一を抑制することができる。

請求項３記載の発明は、前記高温水供給工程は、前記高温薬液供給工程で基板に供給される高温薬液とほぼ等しい温度の高温水を基板に供給する工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置である。
この発明によれば、高温薬液とほぼ等しい温度の高温水を基板に供給することによって、基板を高温薬液とほぼ等しい温度に昇温することができる。これにより、高温水供給工程で基板の表面に供給される薬液の温度の低下を抑制することができ、薬液による基板処理の面内不均一を抑制することができる。

高温水の温度は、高温薬液よりも高く定められていてもよい。この場合にも、基板表面における薬液の温度低下を抑制できる。
請求項４記載の発明は、基板を保持して回転させる基板保持回転機構（１）と、この基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板の表面の全域に行き渡るように、室温よりも高温の高温水を供給する高温水供給機構（４，５）と、前記基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板の表面の全域に、室温よりも高温の高温薬液を供給する高温薬液供給機構（４，５）とを含むことを特徴とする基板処理装置である。

この構成により、基板の表面に供給される薬液の温度の低下を抑制することができ、薬液による基板処理の面内不均一を抑制することができる。
請求項５記載の発明は、前記高温水供給機構による基板表面への高温水の供給に引き続いて、前記高温薬液供給機構による基板表面への高温薬液の供給を行わせるように、前記高温水供給機構および高温薬液供給機構を制御する処理液供給制御手段（２７）をさらに含むことを特徴とする請求項４記載の基板処理装置である。

この構成により、基板の表面に供給される薬液の温度の低下を抑制することができ、薬液による基板処理の面内不均一を抑制することができる。
なお、前記高温水供給機構は、基板の回転中心に向けて高温水を供給するものであることが好ましい。同様に前記高温薬液供給機構は、基板の回転中心に向けて高温薬液を供給するものであることが好ましい。

さらに、前記高温水供給機構による、高温水の供給は、基板の片面に対してのみ行われてもよく、基板の両面に対して行われてもよい。同様に、高温薬液供給機構による、高温薬液の供給は、基板の片面に対してのみ行われてもよく、基板の両面に対して行われてもよい。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す概念図である。この基板処理装置１００は、基板Ｗを１枚ずつ処理する枚葉型の基板処理装置であり、基板Ｗをほぼ水平に保持して鉛直軸線まわりに回転させるスピンチャック１と、このスピンチャック１に保持されて回転されている基板Ｗの上面から、基板Ｗの回転中心に向けて高温水２または薬液３を供給する上面ノズル４と、スピンチャック１に保持されて回転されている基板Ｗの下面から、基板Ｗの回転中心に向けて高温水２または薬液３を供給する下面ノズル５を備えている。さらに、この基板処理装置１００は、前記スピンチャック１、前記上面ノズル４および前記下面ノズル５を内部に収容する空間を有する処理チャンバ６を備えている。

スピンチャック１は、円板状のスピンベース７と、このスピンベース７に立設され、基板Ｗを狭持するための複数のチャックピン８と、スピンベース７をほぼ水平に支持する回転軸９と、この回転軸９に回転力を与える回転駆動機構１０（例えばモータを含むもの）とを備えている。回転軸９は、鉛直方向に沿って配置された中空軸からなり、その内部には、供給管１１が挿通されている。この供給管１１の先端部は、スピンベース７を貫通してスピンチャック１に保持された基板Ｗの下面中央に対向する前記下面ノズル５を形成している。

上面ノズル４には、高温水２または薬液３が供給されるようになっている。上面ノズル４には高温水供給路１２を介して高温水供給源１３が接続されている。高温水供給路１２には、高温水２の供給／停止を切り替える高温水バルブ１４が介装されている。さらに、上面ノズル４には薬液供給路１５を介して薬液供給源１６が接続されている。薬液供給路１５には、供給／停止を切り替える薬液バルブ１７が介装されている。高温水供給源１３は、室温（例えば２３℃）よりも高温の所定の温度（例えば８０℃）に加熱された高温水２を貯留する高温水タンク１８と、この高温水タンク１８から高温水２を汲みだして高温水供給路１２へと送出するポンプ１９と、送出される高温水２中の異物を取り除くフィルタ２０とを備えている。また、薬液供給源１６は、室温（例えば２３℃）よりも高温の所定の温度（例えば８０℃）に加熱された高温の薬液３を貯留する薬液３タンクと、この薬液３タンクから薬液３を汲みだして薬液供給路１５へと送出するポンプ２２と、送出される薬液３中の異物を取り除くフィルタ２０とを備えている。

一方、下面ノズル５には、高温水２または薬液３が供給されるようになっている。下面ノズル５には高温水供給路２３を介して高温水供給源１３が接続されている。高温水供給路２３には、高温水２の供給／停止を切り替える高温水バルブ２４が介装されている。さらに、下面ノズル５には薬液供給路２５を介して薬液供給源１６が接続されている。薬液供給路２５には、供給／停止を切り替える薬液バルブ２６が介装されている。

そして、上記回転駆動機構１０およびポンプ１９、２２の動作、並びに高温水バルブ１４、２４および薬液バルブ１７、２６の開閉が、制御装置２７によって制御されるようになっている。
図２は、基板処理の流れを示すフローチャートである。まず、基板搬送ロボット（図示せず）によって、スピンチャック１に未処理の基板Ｗが受け渡される（Ｓ１）。その後、制御装置２７は、回転駆動機構１０を制御し、スピンチャック１を回転させ（Ｓ２）、基板回転工程Ｐ１を開始する。基板Ｗが一定の回転速度まで加速された後、制御装置２７は、高温水バルブ１４、２４を開いて、回転させられている基板Ｗの上面および下面に、上面ノズル４、下面ノズル５から高温水２を供給させ（Ｓ３）、高温水供給工程Ｐ２が開始される。ここで、基板Ｗに供給される高温水２の温度は、後述の高温薬液供給工程Ｐ３で供給される薬液３と等しい温度に保持されている。

制御装置２７は、基板温度が上昇して飽和するのに充分な（好ましくは必要充分な）長さに定めされた所定の時間が経過すると高温水バルブ１４、２４を閉じ、それによって、高温水供給工程Ｐ２が終了する。
こうして、室温よりも高温の高温水２が、基板Ｗの回転中心に供給され、回転による遠心力を受け、基板Ｗの中心から周縁に向けて広がり、基板Ｗの表面の全面に行き渡る。その結果、室温程度の基板Ｗは、高温水２によって熱を与えられ、高温水２とほぼ等しい温度に昇温させられる。

高温水供給工程Ｐ２が終了した後、制御装置２７は、薬液バルブ１７、２６を開いて、回転させられている基板Ｗの上面および下面に、上面ノズル４、下面ノズル５から薬液３を供給させ（Ｓ４）、高温薬液供給工程Ｐ３が開始される。ここで、基板Ｗに供給される薬液３は、エッチング液であってもよいし、洗浄液であってもよい。
高温の薬液３は、基板Ｗの回転中心に供給され、回転による遠心力を受け、基板Ｗの中心から周縁に向けて広がり、基板Ｗの表面の全面に行き渡る。このとき、高温水供給工程Ｐ２において予め基板Ｗが昇温されているので、薬液３は基板Ｗの表面に行き渡っていく過程で、殆ど基板Ｗに熱を奪われることがない。これにより、薬液３が基板Ｗの周縁に向かうにつれて温度が低下することを抑制できる。その結果、薬液３の温度の低下による処理能力の低下を抑制し、薬液３による基板処理の面内均一性を向上することができる。

また、高温薬液供給工程Ｐ３は、昇温された状態の基板Ｗの降温が生じないように、高温水供給工程Ｐ２の終了に引き続いて同一処理チャンバ６内ですみやかに開始される。これにより、昇温された状態の基板Ｗに薬液３を供給することができるので、基板Ｗ上での薬液３の温度の低下を効果的に抑制することができ、薬液３による基板処理の面内均一性を向上することができる。

一定時間にわたり基板Ｗに薬液３が供給された後、制御装置２７は、薬液供給バルブ１７，２６を閉じる。これにより、高温薬液供給工程Ｐ３が完了する。その後、制御装置２７は、再度高温水バルブ１４、２４を開いて、上面ノズル４、下面ノズル５から回転させられている基板Ｗの上面および下面に高温水２を供給させる（Ｓ５）。これにより、基板Ｗ上の薬液３が高温水２によって置換され、いわゆるリンス処理が行われることになる。

その後、制御装置２７は、高温水バルブ１４，２４を閉じて、回転駆動機構１０を制御して、スピンチャック１の回転速度を加速し、基板Ｗの回転速度を乾燥回転速度にする（Ｓ６）。これにより、基板Ｗ上の水分が遠心力によって振り切られ、基板Ｗ表面が乾燥されることになる。基板Ｗの乾燥が終了した後、制御装置２７は、スピンチャック１の回転を停止させ（Ｓ７）、基板回転工程Ｐ１が終了する。

その後、基板Ｗは、基板搬送ロボット（図示せず）によって、スピンチャック１から搬出され（Ｓ８）、この処理が終了される。
なお、前記高温水供給工程Ｐ２、高温薬液供給工程Ｐ３およびその他の工程は、同一の処理チャンバ６内で実行される。これにより、高温水供給工程Ｐ２によって昇温された基板Ｗの実質的な降温が生じる前に高温薬液供給工程Ｐ３を開始できる。その結果、基板Ｗの表面に供給される薬液３の温度の低下を抑制することができ、薬液３による基板処理の面内不均一を抑制することができる
図３は、エッチング処理がされた基板における回転中心からの距離に対するエッチング量の測定結果を示す図である。

曲線Ｌ１は、図２に示す工程を経て得られた結果である。高温水供給工程Ｐ２では、高温水２として８０℃の純水を用い、基板Ｗの回転数を３００ｒｐｍにし、高温水２を基板Ｗに１８０秒間供給した。高温薬液供給工程Ｐ３では、薬液３として８０℃のエッチング液（フッ化アンモニウム水溶液（濃度４０％））を用い、基板Ｗの回転数を３００ｒｐｍにし、薬液３を毎分２．５リットルの流量で、基板Ｗの上面に１２０秒間供給した。

曲線Ｌ２は、図２に示す工程から高温水供給工程Ｐ２を除いた工程を経て得られた結果である。高温薬液供給工程Ｐ３およびその他の工程は、曲線Ｌ１と同一の条件にて行った。
図３より、高温水供給工程Ｐ２において基板Ｗを予め昇温した場合（曲線Ｌ１）の方が、高温水供給工程Ｐ２を経ていない場合（曲線Ｌ２）よりも、基板Ｗの径方向のエッチング量のばらつきが少なくなっており、薬液３による基板Ｗ処理の面内均一性が向上していることがわかる。具体的には、均一性は約４３％（曲線Ｌ２）から約１２％（曲線Ｌ１）に向上した。

以上のように、この実施形態によれば、基板回転工程Ｐ１において回転させられている基板Ｗに向けて薬液３を供給する以前に、室温よりも高温の高温水２が基板Ｗの表面に供給される。これにより、室温程度の基板Ｗは、高温水２の供給によって温度が上昇する。その結果、高温水２の供給に引き続いて基板Ｗの表面に供給される薬液３の温度の低下を抑制することができ、薬液３による基板処理の面内均一性を向上することができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。例えば、高温水供給工程Ｐ２における、高温水２の供給は、基板Ｗの片面に対してのみ行われてもよく、基板Ｗの両面に対して行われてもよい。基板Ｗの両面に高温水２を供給する方が、基板Ｗを短時間で昇温させることができる点で好ましい。
高温薬液供給工程Ｐ３における、高温薬液３の供給は、基板Ｗの片面に対してのみ行われてもよく、基板Ｗの両面に対して行われてもよい。
また、高温水供給工程Ｐ２で基板Ｗに供給される高温水２の温度は、高温薬液供給工程Ｐ３で基板Ｗに供給される薬液３の温度と等しい温度であってもよいが、薬液３の温度よりも高い温度であってもよい。この場合、基板Ｗを短時間で昇温させることができる点で好ましい。

また、基板Ｗの上面から高温水２または薬液３を供給する上面ノズルを、２つ設けて、それぞれの上面ノズルを、高温水２および薬液３のための各専用のノズルとしてもよい。
さらに、上記実施形態では、基板Ｗ上の薬液３を置換するリンス処理工程において、基板Ｗに高温水２を供給しているが、基板Ｗを室温にして降温させてから処理チャンバ６外に払い出すことが好ましい場合には、室温の純水その他のリンス液をノズル４，５または別のノズルから基板Ｗに供給すればよい。

また薬液３は、エッチング液および洗浄液に限らず、オゾン硫酸や硫酸過酸化水素水等のレジスト剥離液のように室温より高温の状態で基板に供給される薬液を用いる処理に、この発明を適用することにより、基板処理の面内均一性を向上できる。
この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す概念図である。 基板処理の流れを示すフローチャートである。 エッチング処理がされた基板における回転中心からの距離に対するエッチング量の測定結果を示す図である。

符号の説明

１ スピンチャック（基板保持回転機構）
２ 高温水
３ 薬液
４ 上面ノズル（高温水供給機構、高温薬液供給機構）
５ 下面ノズル（高温水供給機構、高温薬液供給機構）
６ 処理チャンバ（チャンバ）
２７ 制御装置（処理液供給制御手段）
１００ 基板処理装置
Ｐ１ 基板回転工程
Ｐ２ 高温水供給工程
Ｐ３ 高温薬液供給工程
Ｗ 基板

Claims (5)

1. 基板を回転させる基板回転工程と、
   この基板回転工程と並行して、回転状態の基板の表面の全域に室温よりも高温の高温水を供給する高温水供給工程と、
   この高温水供給工程に引き続いて、前記基板回転工程と並行して、前記基板の表面の全域に室温よりも高温の高温薬液を供給する高温薬液供給工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。
2. 前記高温水供給工程および高温薬液供給工程を同一チャンバ内で実行することを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
3. 前記高温水供給工程は、前記高温薬液供給工程で基板に供給される高温薬液とほぼ等しい温度の高温水を基板に供給する工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
4. 基板を保持して回転させる基板保持回転機構と、
   この基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板の表面の全域に行き渡るように、室温よりも高温の高温水を供給する高温水供給機構と、
   前記基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板の表面の全域に、室温よりも高温の高温薬液を供給する高温薬液供給機構とを含むことを特徴とする基板処理装置。
5. 前記高温水供給機構による基板表面への高温水の供給に引き続いて、前記高温薬液供給機構による基板表面への高温薬液の供給を行わせるように、前記高温水供給機構および高温薬液供給機構を制御する処理液供給制御手段をさらに含むことを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。

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