JP6379400B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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Description
このような基板処理装置を用いた基板処理では、たとえば、回転状態の基板の表面に薬液が供給される薬液処理、および回転状態の基板の表面にリンス液が供給されるリンス処理が順次行われる。その後、基板の表面にイソプロピルアルコール(isopropyl alcohol:IPA)液が供給される。IPA液の供給は、基板の回転速度が零または低速の状態で行われており、IPA液に零または小さな遠心力しか作用しないので、基板の表面にIPA液が滞留して液膜を形成する状態(このような液の状態を、以下「パドル状」という。)が維持される。基板の表面のリンス液がIPA液に置換された後、基板の回転が加速されることによりIPA液の液膜が基板の表面から振り切られ、基板が乾燥される。
この方法によれば、高速リンス工程後に実行される急減速工程では、高速リンス工程実施期間の最大供給流量よりも大流量のリンス液が基板の表面に供給される。当該大流量のリンス液は基板中央部から基板周縁部に押し出され基板周縁部まで行き渡る。これにより、基板の表面状態によらずに、基板の表面の全域を覆うパドル状のリンス液の液膜を基板の表面に形成することができる。
また、基板の回転速度を減少させる減速リンス工程に、基板の回転速度を急勾配で減速させる工程が含まれるため、パドル状の液膜が形成される速度まで基板の回転速度を減速させるのに要する時間を短縮することができる。
この方法によれば、パドル状のリンス液の液膜を一層確実に形成することができる。
請求項3に記載の発明は、前記液盛り工程では、11.0(rpm/秒)以下の減速勾配で前記基板の回転速度を減速させる、基板処理方法である。
この方法によれば、急減速工程において基板の回転速度を200rpm以下まで減少させるので、その後の液盛り工程において緩やかな減速勾配で基板を減速させることができる。これにより、減速リンス工程全体の実行時間を短縮できる。
また、この発明の他の実施形態では、請求項8に記載のように、前記急減速工程におけるリンス液の供給流量は、前記液盛り工程におけるリンス液の供給流量と略同流量に設定されていてもよい。
前記の目的を達成するための請求項10に記載の発明は、基板(W)を保持する基板保持手段(3)と、前記基板保持手段に保持された前記基板を回転させるための基板回転手段(7)と、前記基板回転手段により回転させられる基板の表面に薬液を供給するための薬液供給手段(4)と、前記基板回転手段により回転させられる基板の表面にリンス液を供給するためのリンス液供給手段(5)と、前記基板回転手段、前記薬液供給手段および前記リンス液供給手段を制御する制御手段(20)とを含み、前記制御手段が、前記基板回転手段によって回転している基板の表面に前記薬液供給手段によって薬液を供給して、前記基板の表面を薬液処理する薬液工程(S3)と、前記薬液工程に引き続いて、前記基板回転手段によって回転している前記基板の表面に前記リンス液供給手段によってリンス液を供給することにより、前記基板の表面に付着した薬液を前記リンス液で洗い流し当該リンス液の液膜を形成するリンス工程(S4)とを実行し、前記制御手段が、前記リンス工程において、前記基板回転手段によって前記基板を所定の第1回転速度で回転させながら、前記リンス液供給手段によって前記基板の表面にリンス液を供給して、前記基板の表面に付着した薬液を洗い流すために基板の表面の全域をリンス液の液膜で覆う高速リンス工程(S41)と、前記高速リンス工程の後に実行され、前記基板の表面の全域をリンス液の液膜で覆った状態を維持するために、前記高速リンス工程時の最大供給流量と同流量または当該最大供給流量よりも多い流量で前記リンス液供給手段によって前記基板の表面にリンス液を供給しながら、前記基板回転手段によって前記基板の回転速度を、前記第1回転速度から、前記第1回転速度よりも低い第2回転速度まで所定の減速勾配で減少させる急減速工程(S421)と、前記急減速工程の後に実行され、前記基板の表面の全域をリンス液の液膜で覆った状態を維持するために前記基板の表面にリンス液を供給しながら、前記基板回転手段によって、前記基板の回転速度を前記急減速工程のときよりも緩やかな減速勾配で減少させることにより、前記基板の表面にパドル状のリンス液の液膜を形成する液盛り工程(S422)とを実行し、前記制御手段が、前記液盛り工程において、前記リンス液供給手段によって、前記高速リンス工程時の最大供給流量よりも多い流量で前記基板の表面にリンス液を供給する工程を実行する、基板処理装置を提供する。
図1は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置1の構成を模式的に示す図である。
この基板処理装置1は、半導体ウエハ等の基板Wの表面(処理対象面)に対して、洗浄処理を施すための枚葉型の装置である。
基板処理装置1は、隔壁(図示しない)により区画された処理室2内に、基板Wを保持して回転させるスピンチャック(基板保持手段)3と、スピンチャック3に保持されている基板Wの表面(上面)に薬液を供給するための薬液ノズル4と、スピンチャック3に保持されている基板Wの表面に、リンス液の一例としてのDIW(脱イオン水)を供給するためのリンス液ノズル(リンス液供給手段)5と、低表面張力液の一例としてイソプロピルアルコール(isopropyl alcohol:IPA)液等の有機溶媒を供給するための有機溶媒ノズル(有機溶媒供給手段)6とを含む。
薬液ノズル4は、たとえば、連続流の状態で薬液を吐出するストレートノズルであり、スピンチャック3の上方で、その吐出口を基板Wの上面の回転中心付近に向けて固定的に配置されている。薬液ノズル4には、薬液供給源からの薬液が供給される薬液供給管10が接続されている。薬液供給管10の途中部には、薬液ノズル4からの薬液の供給/供給停止を切り換えるための薬液バルブ11が介装されている。薬液としては、たとえば希ふっ酸(DHF)、濃ふっ酸(concHF)、ふっ硝酸(ふっ酸と硝酸(HNO3)との混合液)、またはフッ化アンモニウム等が用いられる。
基板処理装置1は、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置(制御手段)20を備えている。制御装置20は、予め定められたプログラムに従って、スピンモータ7等の動作を制御する。さらに、制御装置20は、薬液バルブ11、リンス液バルブ13、有機溶媒バルブ16等の開閉動作を制御し、かつ流量調整バルブ14の開度を制御する。
洗浄処理に際しては、搬送ロボット(図示しない)が制御されて、処理室2(図1参照)内に未処理の基板Wが搬入される(ステップS1)。この基板Wの一例として表面(デバイスが形成されるべき面)に酸化膜が形成されたシリコンウエハを挙げることができる。基板Wは大型基板(たとえば、外径450mmの円形基板)であってもよい。基板Wは、その表面を上方に向けた状態でスピンチャック3に受け渡される。
基板Wの回転速度が薬液処理速度に達すると、次いで、制御装置20は、薬液工程(ステップS3)の実行を開始する。具体的には、制御装置20は、薬液バルブ11を開いて、薬液ノズル4から薬液を吐出する。このときの薬液ノズル4からの薬液の吐出流量は、たとえば2.0(リットル/分)に設定されている。薬液ノズル4から吐出された薬液は、基板の上面の中央部に供給され、基板Wの回転による遠心力を受けて、基板Wの上面上を基板Wの周縁に向けて流れる。これにより、基板Wの上面の全域に薬液が供給され、基板Wに薬液を用いた薬液処理が施される。
次いで、制御装置20はリンス工程(ステップS4)の実行を開始する。図4に示すように、リンス工程(S4)は、薬液工程(S3)に引き続いて、基板Wを前記の液処理速度(リンス処理速度)で回転させながら基板Wの上面にリンス液を供給する高速リンス工程(回転リンス工程。ステップS41)と、基板Wの回転速度を、前記の液処理速度(たとえば1200pm)からパドル速度(0〜20rpm)の範囲内で、たとえば図4に示すように10rpm)まで減少させていく減速リンス工程(ステップS42)と、基板Wの上面の全域にDIWの液膜をパドル状に保持するパドルリンス工程(ステップS43)とを含む。また、図5に示すように、減速リンス工程(S42)は、基板Wの回転速度を急な減速勾配で減速させる急減速工程(ステップS421)と、急減速後の基板Wを、緩やかな減速勾配で減速させる液盛り工程(ステップS422)とを含む。以下、リンス工程(ステップS4)について具体的に説明する。
リンス液ノズル5のDIWの吐出開始から予め定める高速リンス期間(たとえば4.5秒間)が経過すると、制御装置20は、急減速工程(S421)の実行を開始する。具体的には、制御装置20は、リンス液ノズル5からのDIWの吐出流量を2.0(リットル/分)に維持しながら、スピンモータ7を制御して液処理速度(1200rpm)で回転している基板Wを約100rpmまで急減速させる。急減速工程(S421)の実行期間(次に述べる急減速期間)は、たとえば1.0秒間に設定されており、急減速工程(S421)における減速勾配は、たとえば、約1000(rpm/分)である。なお、急減速工程(S421)の実行期間は、1.0秒間以下に設定することもできる。また、基板Wの急減速工程(S421)後の基板Wの回転速度は200rpm程度でもよい。
液盛り工程(S422)では、基板Wの回転の減速勾配が緩やかであるので、DIWの液膜に作用する遠心力が緩やかに低減する結果、基板Wの周縁部のDIWに作用する、基板中央部に向かう力が低減する。基板Wの周縁部のDIWが基板Wの中央部に向かう強い力を受ける急減速工程(S421)に引き続いて、基板Wの周縁部のDIWが受ける力が低減された液盛り工程(S422)が実行されるので、急減速工程(S421)において促進されていた、基板Wの中央部に向かうDIWの液膜の移動が、液盛り工程(S422)中において抑制される。
前記のように高速リンス工程(S41)の初期段階では、基板Wの表面から確実に薬液を除去するために比較的大流量のDIWを供給している。液盛り工程(S422)では、高速リンス工程(S41)における最大流量のDIWよりもさらに大流量のDIWを基板Wに供給しているため、液盛り工程(S422)の全期間に亘って基板Wの表面全域でDIWの液膜を維持することが可能になっている。
基板Wの回転速度がそのパドル速度(約0〜20rpm)まで減少すると、制御装置20は、スピンモータ7を制御して、基板Wの回転速度をそのパドル速度に維持する。これにより、基板Wの上面の全域にDIWの液膜がパドル状に保持されるパドルリンス工程(S43)が実行される。
次いで、制御装置20はIPA液置換工程(ステップS5)の実行を開始する。具体的には、制御装置20は、基板Wの回転速度をパドル速度に維持しつつ、有機溶媒バルブ16を開いて、有機溶媒ノズル6から基板Wの回転中心付近に向けてIPA液を吐出する。このときの有機溶媒ノズル6からのIPA液の吐出流量は、たとえば0.1(リットル/分)に設定されている。基板Wの上面にIPA液が供給され、これにより基板Wの上面のDIWの液膜に含まれるDIWがIPA液に順次置換されていく。これにより、基板Wの上面に、基板Wの上面全域を覆うIPA液の液膜がパドル状に保持される。
乾燥工程(S6)が予め定める乾燥時間に亘って行われると、制御装置20は、スピンモータ7を駆動して、スピンチャック3の回転(基板Wの回転)を停止させる(ステップS7)。これにより、1枚の基板Wに対する洗浄処理が終了し、搬送ロボットによって、処理済みの基板Wが処理室2から搬出される(ステップS8)。
第1のパドル試験は、急減速工程(S421)の最適条件を調べるための試験である。第1のパドル試験では、基板Wの中央部に2.0(リットル/分)の供給流量でDIWを供給する高速リンス工程(S41)を実行し基板Wの表面にDIWの液膜を形成した後、基板Wの中央部に2.0(リットル/分)の供給流量でDIWを供給しながら、基板Wの回転速度を1200rpmから100rpmまで減速させた。なお、試料としての基板Wに、表面に酸化膜が形成されたシリコンウエハ(外径450mm)を用い、薬液として希ふっ酸を採用した。急減速工程(S421)の実行期間を1.0秒間(1s)、5.0秒間(5s)および10.0秒間(10s)の間で変化させ、急減速工程(S421)中における、基板Wの表面におけるDIWの液膜の状態を目視で観察した。その結果を図6に示す。
一方、急減速工程(S421)の実行期間を5.0秒間とした場合には、基板Wの上面において周縁部を除くほぼ全域がDIWの液膜で覆われているが、基板Wの周縁部では、上面(表面)が部分的に露出している。つまり、基板Wの上面がDIWの液膜で完全に覆われているわけではない。
基板Wに対する供給流量を4.0(リットル/分)としたときには、液盛り工程(S422)の実行期間が18.0秒間以上である場合に、基板Wの上面の全域がDIWの液膜で覆われた状態に維持されている。
このように、液盛り工程(S422)における基板Wに対する供給流量が高速リンス工程(S41)時の最大供給流量と同程度の2.0(リットル/分)である場合には、減速時間を比較的長く(例えば18秒間)設定しても基板W上のDIWの液膜の亀裂が発生する。一方、液盛り工程(S422)における基板Wに対する供給流量を高速リンス工程(S41)時の最大供給流量2.0(リットル/分)よりも多い4.0(リットル/分)に設定した場合には、基板WのDIWの液膜の亀裂を回避することができる。
急減速工程(S421)では、基板Wの回転の減速勾配が急であるので、DIWの液膜に作用する遠心力が急激に低下する結果、基板Wの周縁部のDIWに基板Wの中央部に向かう強い力が作用する。しかしながら、急減速工程(S421)の実行期間が1.0秒間以下と短期間に設定されているので、基板Wの周縁部から中央部にDIWがほとんど移動せず、そのため、基板Wの急減速時に基板Wの周縁部で基板Wの上面(表面)が露出しない。これにより、基板Wの上面の全域をDIWの液膜で覆った状態を維持しながら、基板Wの回転速度をパドル速度(10rpm)まで落とすことができる。
したがって、基板Wの表面が疎水性を示しかつ基板Wが大型基板である場合であっても、減速リンス工程(S42)の全期間に亘って、基板Wの上面(表面)をほとんど露出させずに、その全域をDIWの液膜で覆うことができる。すなわち、板Wの上面の全域を覆うDIWの液膜を維持しながら基板の回転速度をパドル速度まで減速させることができる。ゆえに、基板Wの上面の全域を覆うDIWの液膜をパドル状に保持することができる。
たとえば、前述の実施形態では、リンス液ノズル5からの吐出流量を異ならせることにより、液盛り工程(S422)の実行中において基板WへのDIWの供給流量の増大を実現させたが、リンス液ノズル5とは別のノズルからDIWを吐出することにより、液盛り工程(S422)の実行中において基板WへのDIWの供給流量を増大させてもよい。
図9Aの変形例が図8Aと相違する点は、基板Wの周縁部にDIWを供給するためのノズル71を設けた点である。ノズル71は、たとえば、リンス液としてのDIWを連続流の状態で吐出するストレートノズルであり、スピンチャック3(図1参照)の上方で、その吐出口を基板Wの周縁部に向けて固定的に配置されている。ノズル71には、DIW供給源からのDIWが供給されるようになっている。液盛り工程(S422)の実行中においては、リンス液ノズル5からのDIWが基板Wの中央部に供給されるだけでなく、ノズル71からのDIWが、基板Wの周縁部に供給される。ゆえに、液盛り工程(S422)の実行中において基板WへのDIWの供給流量の増大が実現される。
また、急減速工程(S421)における、基板WへのDIWの供給流量は、高速リンス工程時と同流量に設定されていると説明したが、急減速工程(S421)における、リンス液の供給流量が、液盛り工程(S422)と同流量に設定されていてもよい。
また、リンス液として、DIWを用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、リンス液は、DIWに限らず、炭酸水、電解イオン水、オゾン水、希釈濃度(たとえば、10〜100ppm程度)の塩酸水、還元水(水素水)等をリンス液として採用することもできる。
また、本発明に係る基板処理装置1は、基板Wの表面からシリコン酸化膜を除去する洗浄処理中のリンス後の処理に限らず、リンス後の処理に広く使用できる。ただし、本発明の効果は、基板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Wに対する処理としては、シリコン酸化膜を除去する処理以外に、レジストを除去する処理を例示できる。
3 スピンチャック(基板保持手段)
5 リンス液ノズル(リンス液供給手段)
7 スピンモータ(基板回転手段)
20 制御装置(制御手段)
51 ノズル(リンス液供給手段)
61 天井ノズル(リンス液供給手段)
71 ノズル(リンス液供給手段)
81 リンス液ノズル(リンス液供給手段)
82 ノズル(リンス液供給手段)
91 ノズル(リンス液供給手段)
W 基板
Claims (10)
- 回転する基板の表面に薬液を供給して、前記基板の表面を薬液処理する薬液工程と、
前記薬液工程に引き続いて、回転する前記基板の表面にリンス液を供給することにより、前記基板の表面に付着した薬液をリンス液で洗い流し当該リンス液の液膜を形成するリンス工程と、を備えた基板処理方法であって、
前記リンス工程が、
前記基板を所定の第1回転速度で回転させながら前記基板の表面にリンス液を供給して、前記基板の表面に付着した薬液を洗い流すために基板の表面の全域をリンス液の液膜で覆う高速リンス工程と、
前記高速リンス工程の後に実行され、前記基板の表面の全域をリンス液の液膜で覆った状態を維持するために、前記高速リンス工程時の最大供給流量と同流量または当該最大供給流量よりも多い流量で前記基板の表面にリンス液を供給しながら、前記基板の回転速度を、前記第1回転速度から、前記第1回転速度よりも低い第2回転速度まで所定の減速勾配で減少させる急減速工程と、
前記急減速工程の後に実行され、前記基板の表面の全域をリンス液の液膜で覆った状態を維持するために前記基板の表面にリンス液を供給しながら、前記基板の回転速度を、前記急減速工程のときよりも緩やかな減速勾配で減少させることにより、前記基板の表面にパドル状のリンス液の液膜を形成する液盛り工程とを含み、
前記液盛り工程が、前記高速リンス工程時の最大供給流量よりも多い流量で前記基板の表面にリンス液を供給する工程を含む、基板処理方法。 - 前記液盛り工程におけるリンス液の供給流量は、4.0(リットル/分)以上に設定されている、請求項1に記載の基板処理方法。
- 前記液盛り工程では、11.0(rpm/秒)以下の減速勾配で前記基板の回転速度を減少させる、請求項1または2に記載の基板処理方法。
- 前記急減速工程の実行期間は、1.0秒以下である、請求項3に記載の基板処理方法。
- 前記急減速工程は、前記基板の回転速度を200rpm以下まで減少させる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記急減速工程におけるリンス液の供給流量は、4.0(リットル/分)以上に設定されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記急減速工程におけるリンス液の供給流量は、前記高速リンス工程時と略同流量に設定されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記急減速工程におけるリンス液の供給流量は、前記液盛り工程時と略同流量に設定されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記液盛り工程により形成されたパドル状のリンス液の液膜を低表面張力液で置換する低表面張力液置換工程をさらに含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 基板を保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板を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せられる基板の表面に薬液を供給するための薬液供給手段と、
前記基板回転手段により回転させられる基板の表面にリンス液を供給するためのリンス液供給手段と、
前記基板回転手段、前記薬液供給手段および前記リンス液供給手段を制御する制御手段とを含み、
前記制御手段が、前記基板回転手段によって回転している基板の表面に前記薬液供給手段によって薬液を供給して、前記基板の表面を薬液処理する薬液工程と、 前記薬液工程に引き続いて、前記基板回転手段によって回転している前記基板の表面に前記リンス液供給手段によってリンス液を供給することにより、前記基板の表面に付着した薬液をリンス液で洗い流し当該リンス液の液膜を形成するリンス工程とを実行し、
前記制御手段が、前記リンス工程において、前記基板回転手段によって前記基板を所定の第1回転速度で回転させながら、前記リンス液供給手段によって前記基板の表面にリンス液を供給して、前記基板の表面に付着した薬液を洗い流すために基板の表面の全域をリンス液の液膜で覆う高速リンス工程と、前記高速リンス工程の後に実行され、前記基板の表面の全域をリンス液の液膜で覆った状態を維持するために、前記高速リンス工程時の最大供給流量と同流量または当該最大供給流量よりも多い流量で前記リンス液供給手段によって前記基板の表面にリンス液を供給しながら、前記基板回転手段によって前記基板の回転速度を、前記第1回転速度から、前記第1回転速度よりも低い第2回転速度まで所定の減速勾配で減少させる急減速工程と、前記急減速工程の後に実行され、前記基板の表面の全域をリンス液の液膜で覆った状態を維持するために前記基板の表面にリンス液を供給しながら、前記基板回転手段によって、前記基板の回転速度を前記急減速工程のときよりも緩やかな減速勾配で減少させることにより、前記基板の表面にパドル状のリンス液の液膜を形成する液盛り工程とを実行し、
前記制御手段が、前記液盛り工程において、前記リンス液供給手段によって、前記高速リンス工程時の最大供給流量よりも多い流量で前記基板の表面にリンス液を供給する工程を実行する、基板処理装置。
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