JP5698487B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、処理液の液膜は、基板の周縁部までほぼ円形のまま拡がらず、基板の表面周縁部に達する前に放射状に拡がることがある。処理液の液膜の拡がりを図9に示す。基板の表面上を拡がるほぼ円形の処理液の液膜には、その外延から径方向に延びる複数の処理液の筋Lが形成される。これは、基板の表面の親水度の高い部分に沿って処理液の液膜の外延が押し拡げられることに起因している。
そこで、この発明の目的は、処理液消費量の低減を実現できるとともに、基板の広範囲に処理液を行き渡らせることができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
請求項2に記載のように、前記対向面(23)が、前記基板回転手段によって保持された基板の表面と平行な平坦面を含むものであってもよい。
この発明の一実施形態に係る基板処理方法は、請求項5に記載されているように、前記液溜まり形成工程は、前記基板の表面と前記対向面との間に水を供給して、前記空間に水の液溜まり(DL)を形成する水溜まり形成工程を含み、前記処理液吐出工程は、前記吐出口から薬液を吐出する薬液吐出工程を含むものであってもよい。
請求項6記載の発明は、前記回転工程と並行して実行され、前記水溜まり形成工程後前記薬液吐出工程に先立って、前記吐出口から水を吐出する水吐出工程を含み、前記薬液吐出工程における薬液の吐出は、前記水吐出工程における水の供給に連続して実行される、請求項5記載の基板処理方法である。
ノズルの吐出口から水が吐出されると、液溜まりを形成していた水は当該空間の側方に押し出され、基板の回転による遠心力を受けて基板の表面の周縁部に向けて拡がっていく。液溜まりにおける基板の表面との接触面の周縁各部には回転方向に沿う接線方向力が作用しているので、液溜まりを形成していた水は、その周長が最短状態になるような形状で、すなわちほぼ円形のまま周縁部に向けて拡がる。そして、後続の水の液膜は先行の水に引っ張られて、基板の表面をほぼ円形のまま周縁部に向けて拡がる。これにより、水の液膜によって基板の表面が覆われる。
また、この発明の一実施形態に係る基板処理方法は、請求項8に記載されているように、前記処理液吐出工程は、前記吐出口から薬液を吐出する薬液吐出工程を含み、前記液溜まり形成工程は、前記基板の表面と前記対向面との間に、前記薬液吐出工程において吐出される薬液と同じ薬液を供給して、前記空間に当該薬液の液溜まり(CL)を形成する薬液溜まり形成工程を含むものであってもよい。
図1は、本発明の一実施形態(第1実施形態)に係る基板処理装置1の構成を図解的に示す断面図である。この基板処理装置1は、基板の一例としての円形の半導体ウエハW(以下、単に「ウエハW」という。)の表面(処理対象面)に処理液(薬液およびリンス液(この実施形態では、リンス液の一例としてDIW(脱イオン水)を用いる。))による処理を施すための枚葉式の装置である。
スピンチャック2は、スピンモータ4と、このスピンモータ4の駆動軸と一体化されたスピン軸5と、スピン軸5の上端にほぼ水平に取り付けられた円板状のスピンベース6と、スピンベース6の周縁部の複数箇所にほぼ等間隔で設けられた複数個の挟持部材7とを備えている。これにより、スピンチャック2は、複数個の挟持部材7によってウエハWを挟持した状態で、スピンモータ4の回転駆動力によってスピンベース6を回転させることにより、そのウエハWを、ほぼ水平な姿勢を保った状態で、スピンベース6とともに回転軸線Cまわりに回転させることができる。
ノズル3には、薬液供給管8およびDIW供給管9が接続されている。薬液供給管8の途中部には、薬液供給管8を開閉するための薬液バルブ11が介装されている。DIW供給管9の途中部には、DIW供給管9を開閉するためのDIWバルブ13が介装されている。
ノズル3はアーム14の先端部に取り付けられている。アーム14はスピンチャック2の上方で水平に延びている。アーム14にはモータなどを含むノズル移動機構12が結合されている。ノズル移動機構12により、アーム14をスピンチャック2の側方に設定された鉛直な回動軸線を中心に水平面内で揺動させることができる。アーム14の揺動に伴って、ノズル3がスピンチャック2の上方で水平移動する。また、ノズル移動機構12により、アーム14を昇降させることができる。アーム14の昇降に伴ってノズル3が昇降する。このように、ノズル移動機構12は、ノズル3をウエハWに接近/離反させるための接離駆動機構を構成している。
図2はノズル3の断面図である。図1および図2を参照してノズル3の構成について説明する。
管状部20および円板部21は、塩化ビニル、PCTFE(ポリクロロトリフルエチレン)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などの樹脂材料を用いて形成されている。
また、カバー22の内壁と管状部20の外壁との間は、ウエハWの表面に不活性ガスの一例としての窒素ガス(N2)を供給するための円筒状の窒素ガス流通路27を形成している。窒素ガス流通路27は、管状部20の外壁下端部に環状に開口する窒素ガス吐出口(気体吐出口)28を有している。カバー22には、その内外壁を貫通して形成される貫通孔29が形成されている。貫通孔29がカバー22の内壁に開口して導入口30が形成されている。導入口30には、継手31を介して窒素ガス供給管32が接続されている。窒素ガス供給管32の途中部には、窒素ガス供給管32を開閉するための窒素ガスバルブ33(図1参照)が介装されている。窒素ガスバルブ33が開かれると、窒素ガス吐出口28から円板部21の径方向外方横向きに窒素ガスが吐出される。
図3は、基板処理装置1で行われる処理例1を示す工程図である。図4A〜図4Fは、処理例1における薬液処理工程の開始時の様子を示す図解的な断面図である。以下、処理例1について、図1〜図4Fを参照しつつ説明する。
ウエハWがスピンチャック4に保持された後、制御部18はノズル移動機構12を制御してアーム14を揺動させる。このアーム14の揺動により、ノズル3が、退避位置からウエハWの回転軸線C上に移動される。また、制御部18はノズル移動機構12を制御してノズル3を近接位置まで下降させる。図4Aに示すように、この近接位置では、ノズル3の対向面23がウエハWの表面と、微小間隔S(たとえば5〜10mm程度)を隔てて対向している。また、この状態で、対向面23の中心がウエハWの回転軸線C上に位置している。
ウエハWの回転開始直後には、制御部18は、薬液バルブ11を閉じたままDIWバルブ13を開いて、ノズル3の吐出口26からDIWを吐出する。これにより、図4Bに示すように、対向面23と、ウエハWの表面における対向面23と対向する領域(以下、「対向領域」という。)A1との間の空間にDIWが供給されて、対向面23と対向領域A1との間の空間がDIWによって液密状態にされるとともに、当該空間から溢れたDIWが側方に押し出される。押し出されたDIWは、ウエハWの回転による遠心力を受けて、ウエハWの表面を周縁部に向けて拡がる。
また、液溜まりDLがDIWによって形成されているので、この液溜まりDLによっては対向領域A1に処理が施されない。したがって、ウエハWの表面における処理むらの発生を抑制または防止することができる。
処理例2が処理例1と相違する点は、ウエハWの対向領域A1とノズル3の対向面23との間にDIWの液溜まりDLを形成した後に、DIWを吐出口26から吐出させるのではなく、薬液を吐出口26から吐出させるようにした点にある。
その後、ウエハWの回転速度が所定の液処理速度(たとえば500rpm程度)に達した後に所定の供給開始タイミングになると、制御部18は、DIWバルブ13を閉じたまま薬液バルブ11を開いて、ノズル3の吐出口26から薬液を吐出する。そのため、DIWの液溜まりDLは、当該空間の側方に押し出されて、ウエハWの回転による遠心力を受けてウエハWの周縁部に向けて移動する。DIWの液溜まりDLの下面の外延の各部に、ウエハWの回転方向に沿う接線方向力が作用しているので、液溜まりDLを形成していたDIWは、その周長が最短状態になるような形状で、すなわちほぼ円形のまま周縁部に向けて拡がる。そして、後続の薬液の液膜は、液溜まりDLを形成していた先行のDIWに引っ張られて、ウエハWの表面を、ほぼ円形のまま周縁部に向けて拡がる(図6Bを参照)。そのため、図6Cに示すように、薬液の液膜がウエハWの表面のほぼ全域を覆う。
処理例3が処理例1と相違する主たる点は、DIWの液溜まりDLに代えて薬液の液溜まりCLを、対向面23と対向領域A1との間の空間に形成した点にある。
図8は、本発明の他の実施形態(第2実施形態)に係る基板処理装置のノズル100の断面図である。
この第2実施形態において、図2に示された各部に対応する部分には、図2と同一の参照符号を付して示し、説明を省略する。
凸湾曲面101は、対向面104の中心から径方向外方に向かうに従って下方に位置するような形状をなしている。また、流通路24は対向面104の中心に、吐出口(液吐出口)102としてほぼ円形状に開口している。対向面104の周縁部には、凸湾曲面101に連続する環状の水平平坦面103が形成されている。そのため、ノズル100を前述の近接位置に配置したとき、凸湾曲面101は、吐出口102から径方向外方に向かうに従って、ウエハWの表面に近づくような形状である。
以上、この発明の2つの実施形態について説明したが、この発明は他の形態でも実施することができる。
たとえば第1実施形態の各処理例では、液溜まりDL,CLを形成するための薬液またはDIWの吐出開始のタイミングを、ウエハWの回転開始後ではなく、ウエハWの回転開始前としてもよい。
また、前述の各実施形態では、液溜まりDLを形成する水の一例として、DIWを用いる場合を例にとって説明したが、DIWに限らず、炭酸水、電解イオン水、オゾン水、還元水(水素水)、磁気水などを採用することもできる。
また、図1に一点鎖線で示すように、ノズル3とは別のDIWノズル110を設け、このDIWノズル110によってウエハWの表面の回転中心にリンス処理用のDIWを供給するようにしてもよい。
また、本発明の効果は、基板(ウエハW)の表面が疎水性を示す場合にとくに顕著に発揮される。表面が疎水性を示す基板に対する処理としては、酸化膜(シリコン酸化膜)を除去する処理やレジストを除去する処理を例示することができる。
2 スピンチャック(基板回転手段)
3 ノズル
8 薬液供給管
9 DIW供給管
11 薬液バルブ
13 DIWバルブ
18 制御部
23 対向面
26 吐出口
100 ノズル
101 凸湾曲面(曲面)
102 吐出口
104 対向面
A1 対向領域(領域)
CL 薬液の液溜まり
DL DIWの液溜まり
S 間隔
W ウエハ(基板)
Claims (7)
- 基板に処理液による処理を施す基板処理装置であって、
基板を水平姿勢に保持しつつ回転させるための基板回転手段と、
前記基板回転手段により回転される基板の表面における回転中心を含む領域と間隔を隔てて対向し、かつ外周端が基板周端よりも内側に位置する対向面を有する対向板部と、前記対向面に形成され、前記回転中心と対向する液吐出口と、前記対向板部の周端に形成され、基板の径方向の外方に向けて不活性ガスを吐出するための気体吐出口とを有するノズルと、
前記処理液を前記液吐出口に供給するための処理液供給手段と、
前記基板の表面と前記対向面との間に、前記処理液および水のいずれか一方である液を供給するための液供給手段と、
前記不活性ガスを前記気体吐出口に供給するための気体供給手段と、
前記基板および前記対向面を互いに相対回転させる基板回転制御手段と、
前記基板回転制御手段による前記基板と前記対向面との回転に並行して、前記領域と前記対向面との間の空間を液密状態にするとともにその後前記液の供給を停止して当該空間に液溜まりを形成するように、前記液供給手段を制御する液供給制御手段と、
前記液溜まりの形成後、前記処理液供給手段を制御して、前記液吐出口から処理液を吐出させる処理液供給制御手段と、
前記処理液供給制御手段による処理液の供給に並行して前記気体吐出口に不活性ガスを供給させることにより、前記基板の表面上を流れる処理液の上方を覆い、かつ前記対向面に沿って径方向外方に向かう不活性ガスの気流を形成する気流制御手段とを含む基板処理装置。 - 前記対向面が、前記基板回転手段によって保持された基板の表面と平行な平坦面を含む、請求項1記載の基板処理装置。
- 前記対向面は、前記液吐出口から離反するに従って前記基板の表面に近づく曲面を含む、請求項1記載の基板処理装置。
- 吐出口が形成されたノズルの対向面を、水平姿勢の基板の表面に間隔を隔てて、外周端が基板周端よりも内側に位置するように対向配置する対向面配置工程と、
基板および前記対向面を、鉛直軸線まわりに相対回転させる回転工程と、
前記回転工程と並行して実行され、基板の表面と前記対向面との間に、処理液および水のいずれか一方である液を供給して、基板の表面における前記対向面と対向する領域と前記対向面との間の空間を液密状態とするとともにその後前記液の供給を停止して、当該空間に液溜まりを形成する液溜まり形成工程と、
前記回転工程と並行して実行され、前記液溜まり形成工程後に、前記吐出口から処理液を吐出する処理液吐出工程と、
前記処理液吐出工程と並行して、前記基板の表面上を流れる処理液の上方を覆い、かつ前記対向面に沿って径方向外方に向かう不活性ガスの気流を形成する気流形成工程とを含む基板処理方法。 - 前記液溜まり形成工程は、前記基板の表面と前記対向面との間に水を供給して、前記空間に水の液溜まりを形成する水溜まり形成工程を含み、
前記処理液吐出工程は、前記吐出口から薬液を吐出する薬液吐出工程を含む、請求項4記載の基板処理方法。 - 前記回転工程と並行して実行され、前記水溜まり形成工程後前記薬液吐出工程に先立って、前記吐出口から水を吐出する水吐出工程を含み、
前記薬液吐出工程における薬液の吐出は、前記水吐出工程における水の供給に連続して実行される、請求項5記載の基板処理方法。 - 前記処理液吐出工程は、前記吐出口から薬液を吐出する薬液吐出工程を含み、
前記液溜まり形成工程は、前記基板の表面と前記対向面との間に、前記薬液吐出工程において吐出される薬液と同じ薬液を供給して、前記空間に当該薬液の液溜まりを形成する薬液溜まり形成工程を含む、請求項4記載の基板処理方法。
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