特許 6100487 基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6100487

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/306 20060101AFI20170313BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20170313BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/306 J

   H01L21/306 R

   H01L21/304 643A

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-181540(P2012-181540)

(22)【出願日】2012年8月20日

(65)【公開番号】特開2014-38978(P2014-38978A)

(43)【公開日】2014年2月27日

【審査請求日】2015年6月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】柴山 宣之

【審査官】 溝本 安展

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０８４８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１１１６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０７７０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２７７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８６８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００３２５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

温度が高いほど反応速度が速くなる処理液を用いて基板の化学処理を行う基板処理装置であって、
基板を略水平姿勢にて保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された前記基板を略水平面内にて回転させる回転部と、
前記基板の下面の中央部分に加熱用の水蒸気を噴射して前記基板を全体的に加熱する加熱部と、
前記加熱部によって加熱された前記基板の周縁部に上方から処理液を供給して前記周縁部の化学処理を行う処理液供給ノズルと、
前記処理液供給ノズルよりも前記基板の回転軸側に設けられ、前記処理液供給ノズルによって前記処理液を供給された前記基板の前記周縁部に上方からリンス液を供給して前記周縁部のリンス処理を行うリンス液供給ノズルと、
を備えた基板処理装置。

【請求項2】

請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記処理液供給ノズルと前記リンス液供給ノズルとを一体的に位置調整可能に保持する保持部、
をさらに備える基板処理装置。

【請求項3】

請求項２に記載の基板処理装置であって、
前記処理液供給ノズルよりも前記基板の回転軸側に設けられ、前記基板の上面のうち前記基板の前記周縁部の回転軌跡で囲まれた範囲における前記周縁部側の部分に規定された所定の噴射目標領域に当たるように前記噴射目標領域の上方から気体を噴射することにより、前記噴射目標領域から前記基板の前記周縁部に向かって流れる気体流を基板上に生成させる気体噴射ノズル、
をさらに備え、
前記保持部は、前記処理液供給ノズルと前記リンス液供給ノズルと前記気体噴射ノズルとを一体的に位置調整可能に保持する基板処理装置。

【請求項4】

請求項３に記載の基板処理装置であって、
前記気体噴射ノズルは、
前記基板の内側から外側に向かう斜め下向き方向の噴射経路に沿って前記気体を噴射する基板処理装置。

【請求項5】

請求項３または請求項４に記載の基板処理装置であって、
前記気体噴射ノズルは、
前記基板の周方向に沿って細長い円弧状の開口から前記気体を噴射する基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板を回転させつつ、その基板に処理液を供給してエッチング処理などの化学処理を行う基板処理装置に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、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、太陽電池用基板などの基板が含まれる。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエハ等の基板の一連の処理工程においては、基板の表面（「上面」）に金属やフォトレジスト等の薄膜を形成するための成膜工程を複数工程有しているが、この成膜工程では基板の裏面（「下面」）あるいは基板表面の周縁部にも成膜されることがある。しかしながら、一般的には基板において成膜が必要なのは基板表面の中央部の回路形成領域のみであり、基板の裏面あるいは基板表面の周縁部に成膜されてしまうと、成膜工程の後工程において、他の装置との接触により基板表面の周縁部に形成された薄膜が剥がれたりすることがあり、これが原因となって歩留まりの低下や基板処理装置自体のトラブルが起こることがある。

【0003】

そこで、略水平状態に保持した基板を回転させながら基板の周縁部に予め温度調整された処理液を供給して基板表面の周縁部に形成された薄膜を除去する、いわゆるベベルエッチング処理を行う装置が提案されている。

【0004】

例えば、特許文献１に記載された装置は、略水平状態に保持した基板を回転させながら、基板の下面のうち中央部分に対向する形状のノズルから基板下面にエッチング液を供給し、遠心力の作用により周縁部に広がったエッチング液を基板の上面の周縁部に回り込ませることで基板上面のうち周縁部のエッチング処理を行う。

【0005】

また、特許文献２に記載された装置は、基板の上方に基板表面と対向する遮断部材を有し、基板を略水平面内にて回転させながら遮断部材の周縁部に配置されたノズルから、基板上面の周縁部に向けて処理液を供給して基板上面のうち周縁部のエッチング処理を行う。

【0006】

この種の技術においては、基板上のできるだけ広い面積をデバイスとして有効に活用するために、基板上面の周縁部（「端部」）におけるエッチング幅をできるだけ小さく、かつ均一にすることが求められる。特に半導体デバイス製造の技術分野においては、半導体ウエハの大口径化に伴って増加するウエハ周縁部のロスを抑えるため、従来２〜３ｍｍであったエッチング幅を、例えば、１ｍｍ以下にまで減少させることが望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００４−６６７２号公報

【特許文献2】特開２００８−４７６２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１の装置によりエッチング幅を小さくするための手法としては、基板上面への処理液の回り込み量を少なくするために処理液の供給量を少なくし基板の回転速度を高めることが考えられる。この手法によれば、平均的なエッチング幅を小さくすることはできるものの、周縁部への処理液の回り込み量の制御が困難となって局所的に大きくエッチングされる部分が出現するなど、エッチング幅の均一性が悪化する。また、周縁部と、周縁部における処理液との温度が低下してエッチングレートが低下するといった問題も生ずる。

【0009】

特許文献２の装置によりエッチング幅を小さくするためには、基板の周縁部に供給する処理液の供給量を少なくする必要がある。しかしながら、処理液の液量の減少と、該減少による配管中での処理液の温度の低下とによって、基板の周縁部におけるエッチングレートが低下するといった問題がある。

【0010】

そしてこれらは、エッチング液を用いたエッチング処理に限らず、温度が高いほど反応速度が速くなる処理液を用いて基板の化学処理を行う処理一般に生じる問題である。

【0011】

本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、略水平状態に保持した基板を回転させながら基板の周縁部に、温度が高いほど反応速度が速くなる処理液を供給して周縁部の化学処理（エッチング処理など）を行う装置において、化学処理幅（エッチング幅など）の均一性と化学処理効率（エッチングレートなど）とのそれぞれの悪化を抑制しつつ化学処理幅を細くできる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記の課題を解決するために、第１の態様に係る基板処理装置は、温度が高いほど反応速度が速くなる処理液を用いて基板の化学処理を行う基板処理装置であって、基板を略水平姿勢にて保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された前記基板を略水平面内にて回転させる回転部と、前記基板の下面の中央部分に加熱用の水蒸気を噴射して前記基板を全体的に加熱する加熱部と、前記加熱部によって加熱された前記基板の周縁部に上方から処理液を供給して前記周縁部の化学処理を行う処理液供給ノズルと、前記処理液供給ノズルよりも前記基板の回転軸側に設けられ、前記処理液供給ノズルによって前記処理液を供給された前記基板の前記周縁部に上方からリンス液を供給して前記周縁部のリンス処理を行うリンス液供給ノズルとを備える。

【0013】

第２の態様に係る基板処理装置は、第１の態様に係る基板処理装置であって、前記処理液供給ノズルと前記リンス液供給ノズルとを一体的に位置調整可能に保持する保持部、をさらに備える。

【0014】

第３の態様に係る基板処理装置は、第２の態様に係る基板処理装置であって、前記処理液供給ノズルよりも前記基板の回転軸側に設けられ、前記基板の上面のうち前記基板の前記周縁部の回転軌跡で囲まれた範囲における前記周縁部側の部分に規定された所定の噴射目標領域に当たるように前記噴射目標領域の上方から気体を噴射することにより、前記噴射目標領域から前記基板の前記周縁部に向かって流れる気体流を基板上に生成させる気体噴射ノズル、をさらに備え、前記保持部は、前記処理液供給ノズルと前記リンス液供給ノズルと前記気体噴射ノズルとを一体的に位置調整可能に保持する。

【0015】

第４の態様に係る基板処理装置は、第３の態様に係る基板処理装置であって、前記気体噴射ノズルは、前記基板の内側から外側に向かう斜め下向き方向の噴射経路に沿って前記気体を噴射する。
第５の態様に係る基板処理装置は、第３または第４の態様に係る基板処理装置であって、前記気体噴射ノズルは、前記基板の周方向に沿って細長い円弧状の開口から前記気体を噴射する。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、基板の下面の中央部分に加熱用の水蒸気が噴射されて基板が全体的に加熱されて、周縁部に上方から処理液が供給されるので、供給される処理液の液量が少ないとしても周縁部を十分に加熱して周縁部における処理液の反応性を高めることができる。従って、周縁部のうち基板端部側の所望の細い幅の領域に上方から処理液が供給されれば、化学処理幅（エッチング幅など）の均一性と化学処理効率（エッチングレートなど）とのそれぞれの悪化を抑制しつつ化学処理幅を細くできる。また、基板の下面に加熱用の水蒸気が噴射されるので、下面において水蒸気が凝縮した水滴が生成されたとしても、水滴の基板上面への回り込みを抑制できる。従って、該水滴等の基板上面の被処理領域への付着による非処理領域の劣化を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態に係る基板処理装置の概略構成の一例を模式的に示す図である。

【図2】基板の表面に対するノズルユニットの配置を模式的に示す上面図である。

【図3】ノズルユニットの構成の一例を示す側面図である。

【図4】ノズルユニットの構成の一例を示す側面図である。

【図5】水蒸気噴射ノズルの有無による基板上の温度分布の違いをグラフで例示する図である。

【図6】水蒸気噴射ノズルの有無による基板上のエッチング幅の違いを例示する図である。

【図7】基板の断面図の一例を示す図である。

【図8】図７の基板のエッチング処理後の断面図の一例を示す図である。

【図9】比較技術を示す図である。

【図10】実施形態における基板処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図11】実施形態における基板処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、下記説明では重複説明が省略される。また、各図面は模式的に示されたものであり、例えば、各図面における表示物のサイズおよび位置関係等は必ずしも正確に図示されたものではない。

【0020】

＜実施形態について＞
＜１．基板処理装置の構成＞
図１は実施形態に係る基板処理装置１００の概略構成の一例を模式的に示す図である。この基板処理装置１００は、温度が高いほど反応速度が速くなる処理液を用いて基板の化学処理を行う。具体的には、基板処理装置１００は、化学処理用の処理液としてエッチング液を用いて半導体ウエハ等の基板Ｗの表面（「上面」とも称する）Ｓ１のうち基板の周縁部（「表面周縁部」とも称する）Ｓ３のエッチング処理を行って、表面周縁部Ｓ３に形成されている薄膜（不要物）の除去を行う。表面周縁部Ｓ３は、基板Ｗの表面Ｓ１のうち基板Ｗの周端縁から、例えば、幅０．５〜３．０ｍｍの環状の領域である。なお、表面Ｓ１と反対側の裏面Ｓ２は、「下面」とも称される。基板Ｗの表面形状は略円形であり、基板Ｗの表面Ｓ１とはデバイスパターンが形成されるデバイス形成面を意味している。

【0021】

なお、エッチング処理に用いられるエッチング液に限らず、化学的な処理液の多くは、温度が上昇するに伴って反応速度が速くなるという一般的なアレニウスの式に従う。つまり、多くの処理液が、「温度が高いほど反応速度が速くなる処理液」に属する。

【0022】

図７は、基板Ｗの断面図の一例を示す図である。図７に示されるように基板Ｗの中心層１１は、シリコン（Ｓｉ）により構成されている。中心層１１の上に熱酸化膜（Ｔｈ−ＳｉＯ_２）、もしくはＨｆ（ハフニューム）または酸化Ｈｆなどの電気を通さない絶縁膜が、下膜１２として成膜されている。そして、下膜１２の上に、ＴｉＮ膜またはＴａＮ膜などのバリアメタル膜、もしくはＡｌ膜、Ｗ膜、ＮｉＳｉ膜、またはＣｕ膜などのメタル膜が、上膜１３として成膜されている。基板Ｗにおいては、表面周縁部Ｓ３のうち周端縁側の領域（処理領域）における上膜１３がエッチング処理により除去される。基板Ｗとして、例えば、中心層１１の上に下膜１２のみが成膜された基板が採用され、表面周縁部の処理領域における下膜１２が除去されてもよい。

【0023】

図１に示されるように、基板処理装置１００は、表面Ｓ１を上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック（「基板保持部」）１１１を備えている。スピンチャック１１１は、円筒状の回転支軸１１３がモータを含むチャック回転機構（「回転部」）１５４の回転軸に連結されており、チャック回転機構１５４の駆動により回転軸ａ１（鉛直軸）回りに、すなわち略水平面内にて回転可能となっている。

【0024】

回転支軸１１３の上端部には、円盤状のスピンベース１１５がネジなどの締結部品によって一体的に連結されている。したがって、装置全体を制御する制御部１５１からの動作指令に応じてチャック回転機構１５４が作動することによりスピンベース１１５が回転軸ａ１回りに回転する。また、制御部１５１はチャック回転機構１５４を制御して回転速度を調整する。制御部１５１は、例えば、ＣＰＵがメモリに記憶されたプログラムを実行することなどにより実現される。

【0025】

スピンベース１１５の周縁部付近には、基板Ｗの周縁部を把持するための複数個のチャックピン１１７が立設されている。チャックピン１１７は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３個以上設けてあればよく、スピンベース１１５の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。チャックピン１１７のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板保持部とを備えている。各チャックピン１１７は、基板保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。

【0026】

スピンベース１１５に対して基板Ｗが受渡しされる際には、複数個のチャックピン１１７を解放状態とし、基板Ｗに対してエッチング処理を行う際には、複数個のチャックピン１１７を押圧状態とする。押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン１１７は基板Ｗの周縁部を把持してその基板Ｗをスピンベース１１５から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持することができる。これにより、基板Ｗはその表面（パターン形成面）Ｓ１を上方に向け、裏面Ｓ２を下方に向けた状態で支持される。

【0027】

このように基板Ｗを保持したスピンチャック１１１をチャック回転機構１５４により回転駆動することで基板Ｗを所定の回転速度で回転させながら、ノズルユニット１２０と、下ノズル１４１から基板の表面Ｓ１の表面周縁部Ｓ３と裏面Ｓ２とに対し処理液をそれぞれ供給することにより、所定の化学処理（エッチング処理）が施される。

【0028】

図２は、基板Ｗの表面Ｓ１に対するノズルユニット１２０の配置を模式的に示す上面図である。図示の都合上、ノズルユニット１２０のサイズは、基板Ｗに対して実際よりも大きく表示されている。図３、図４は、ノズルユニット１２０の構成の一例を示す側面図である。

【0029】

図１、図２に示されるように、スピンチャック１１１に保持された基板Ｗの側方には、モータを備えたノズル回転機構１５５が設けられており、ノズル回転機構１５５の動作は、制御部１５１により制御される。ノズル回転機構１５５には、剛性のある管状の配管アーム１８０がノズル回転機構１５５を回転中心として略水平面内にて旋回可能に取付けられている。

【0030】

配管アーム１８０の一端は、ノズル回転機構１５５を貫通してその下面に達しており、他端は、配管アーム１８０がノズル回転機構１５５により旋回されることによって基板Ｗの表面周縁部Ｓ３の上方に位置決め可能である。該他端には、ノズルユニット１２０が取付けられている。スピンベース１１５に対する基板Ｗの受渡しなどの際には、配管アーム１８０が旋回されてノズルユニット１２０が基板Ｗの搬入経路上から退避される。また、エッチング処理やリンス処理などを行う際のノズルユニット１２０の位置（処理位置）がサーボ制御により正確に調整されることにより、表面周縁部Ｓ３のエッチング幅が調整される。ここで、当該サーボ制御は、制御部１５１により制御される。従って、制御部１５１からの指令により表面周縁部Ｓ３のエッチング幅を調整することが可能となる。

【0031】

図２〜図４に示されるように、ノズルユニット１２０は、処理液供給ノズル１２６およびリンス液供給ノズル１２７を有する処理液吐出部（「周縁処理部」）１２２と、窒素ガス噴射ノズル１２８を有する窒素ガス噴出部１２４とを備えて構成されている。処理液供給ノズル１２６、リンス液供給ノズル１２７および窒素ガス噴射ノズル１２８には、配管１８２〜１８４がそれぞれ接続されている。配管１８２〜１８４は、それぞれ、ノズルユニット１２０の内部を経て、配管アーム１８０の内部を通され、ノズル回転機構１５５の下面の下方まで配設されている。

【0032】

また、図１に示されるように、基板処理装置１００には、貯留されたエッチング液（処理液）を供給する処理液供給源１３２と、貯留されたリンス液を供給するリンス液供給源１３３も設けられている。エッチング液としては、例えば、ＳＣ１（ammonia-hydrogen peroxide mixture：アンモニア過酸化水素水）、ＳＣ２（hydrochloric acid/hydrogen peroxide mixture：塩酸過酸化水素水）、またはＨＦ（フッ酸）などが採用される。なお、他の製造装置内部や搬送系におけるウエハとの接触部分、あるいはウエハを保持するＦＯＵＰ／ＦＯＳＢの内側などに、ＭｏやＣｏなどのメタル成分が付着すると、汚染原因となる。このため、付着したメタル成分を除去することを目的として、例えば、ＳＣ２が、ウエハのベベル部や裏面の洗浄に用いられる。このように、処理液供給源１３２に貯留される処理液が、エッチング以外の目的のためにウエハに供給される場合もある。

【0033】

リンス液供給源１３３が供給するリンス液としては、純水（ＤＩＷ：脱イオン水）などが採用される。リンス液として機能水や温水が採用されてもよい。

【0034】

処理液吐出部１２２の処理液供給ノズル１２６と接続された配管１８２は、処理液供給源１３２から配設された配管３８３と連通接続されており、配管３８３の途中部には開閉バルブ１７３が設けられている。処理液吐出部１２２のリンス液供給ノズル１２７と接続された配管１８３は、リンス液供給源１３３から配設された配管３８４と連通接続されている。配管３８４の途中部には、開閉バルブ１７４が設けられている。

【0035】

開閉バルブ１７３、１７４は、制御部１５１により制御されたバルブ制御機構１５２によって開閉制御されており、バルブ制御機構１５２が、必要に応じて開閉バルブ１７３と開閉バルブ１７４とを選択的に開く。

【0036】

開閉バルブ１７３が開かれれば、処理液供給源１３２から供給された処理液５２（図３）が、処理液吐出部１２２の処理液供給ノズル１２６から吐出されて表面周縁部Ｓ３に供給される。なお、処理液吐出部１２２は、後述する下ノズル１４１によって加熱された基板Ｗの周縁部に上方から処理液５２を供給して周縁部の化学処理（エッチング処理）を行う。表面周縁部Ｓ３に供給される処理液の流量は、例えば、毎分１０ｍｌ〜１００ｍｌ程度の少流量に設定される。また、既述したように、ノズルユニット１２０に接続された配管アーム１８０の回転角度が、ノズル回転機構１５５によって正確に調整されることにより、処理液吐出部１２２は、吐出する処理液が基板Ｗの表面周縁部Ｓ３に当たる部分の基板Ｗの径方向の幅を正確に調節可能である。

【0037】

温度が高いほど反応速度が速くなるエッチング液（処理液）が用いられる場合には、表面Ｓ１の全体が加熱された基板Ｗの表面周縁部Ｓ３の周端縁側の所望の細幅領域に処理液を供給することによってエッチング幅（化学処理幅）を狭くすることが出来る。具体的には、エッチング幅を、例えば、０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度にまで狭くすることができる。

【0038】

また、処理液吐出部１２２は、好ましくは、基板Ｗの内側から外側に向かう斜め下向き方向の経路に沿って処理液を基板Ｗの表面周縁部Ｓ３に供給する。これにより、供給された処理液が、基板Ｗの非処理領域に付着することが抑制され得る。

【0039】

また、開閉バルブ１７４が開かれればリンス液供給源１３３から供給されたリンス液５３（図４）が、処理液吐出部１２２のリンス液供給ノズル１２７から吐出されて表面周縁部Ｓ３に供給される。これにより、基板Ｗの周縁部のリンス処理が行われる。

【0040】

図１に示されるように、スピンベース１１５の中央部には、回転支軸１１３の貫通孔に接続された貫通孔が形成されている。これらの貫通孔には、円筒部１４３が挿通されている。円筒部１４３の上端には、略円盤状の下ノズル１４１が固定されている。回転するスピンベース１１５に立設されたチャックピン１１７と下ノズル１４１とが干渉しないように、下ノズル１４１の径は、チャックピン１１７の回転軌跡の径よりも小さく設定されている。

【0041】

下ノズル１４１の処理液吐出口１４８に接続された供給管１４７には、配管３８６を介して処理液供給源１３２から処理液が供給されるとともに、配管３８８を介してリンス液供給源１３３からリンス液が供給される。配管３８６、３８８のそれぞれの途中部には、開閉バルブ１７６、１７８がそれぞれ設けられている。開閉バルブ１７６、１７８は、バルブ制御機構１５２によって開閉制御される。バルブ制御機構１５２が、開閉バルブ１７６と開閉バルブ１７８とを選択的に開くことにより、処理液とリンス液とが供給管１４７に選択的に供給されて、下ノズル１４１の上面１４５における処理液吐出口１４８から基板Ｗの裏面Ｓ２に向けて選択的に吐出される。吐出された処理液、およびリンス液は、基板Ｗの回転による遠心力の作用により裏面Ｓ２の全域に広がる。これにより、下ノズル１４１は、裏面Ｓ２のエッチング処理およびリンス処理を行う。

【0042】

また、下ノズル１４１には、上面１４５の中央部に開口を有し、下ノズル１４１を貫通する処理液吐出口１４８が形成されている。処理液吐出口１４８は、円筒部１４３の内壁がなす貫通孔である供給管１４７に連通接続されている。

【0043】

また、供給管１４７および処理液吐出口１４８には、供給管１４７および処理液吐出口１４８を貫通する供給管１８１が挿通されている。すなわち、供給管１８１は、スピンベース１１５を支持してスピンベース１１５と一体的に回転する回転支軸１１３の内部を通されている。下ノズル１４１の上面１４５に突出された供給管１８１の上端には、水蒸気噴射ノズル１２５（「加熱部」とも称される）が供給管１８１に連通接続されている。また、供給管１８１の下端は、配管３８５によって基板処理装置１００の外部の水蒸気供給源１３１と接続されている。水蒸気供給源１３１から供給される加熱用の水蒸気は、配管３８５、供給管１８１を通して水蒸気噴射ノズル１２５に供給される。そして、水蒸気噴射ノズル１２５は、供給された加熱用の水蒸気５１を基板Ｗの裏面Ｓ２の中央部分に噴射して基板Ｗを全体的に加熱する。

【0044】

水蒸気供給源１３１と供給管１８１とを接続する配管３８５のうち基板処理装置１００における配管の途中部には、ヒーター１３９と開閉バルブ１７５とが設けられている。

【0045】

ヒーター１３９は、制御部１５１の制御に応じて水蒸気供給源１３１から供給される水蒸気を加熱する。水蒸気供給源１３１においては、純水などが加熱されることにより基板Ｗを全体的に加熱するための水蒸気が生成されている。生成された加熱用の水蒸気は、ヒーター１３９によって加熱され、例えば、１００℃よりも高温の過熱水蒸気として供給される。

【0046】

開閉バルブ１７５は、制御部１５１により制御されたバルブ制御機構１５２によって開閉制御される。バルブ制御機構１５２が、必要に応じて開閉バルブ１７５を開くことにより、水蒸気供給源１３１から供給された加熱用の水蒸気５１が、下ノズル１４１の供給管１８１から基板Ｗの裏面Ｓ２の中央部分に噴射される。

【0047】

水蒸気噴射ノズル１２５から裏面Ｓ２の中央部分に噴射された水蒸気５１は、基板Ｗの裏面Ｓ２に対して相対的に、基板Ｗの回転方向と逆の回転方向に回転しつつ、基板Ｗの回転による遠心力と供給圧とによって裏面Ｓ２の周縁部に広がっていく。これにより、裏面Ｓ２の全域が加熱されるとともに、裏面Ｓ２から表面Ｓ１への熱伝導により表面Ｓ１の全域も加熱される。

【0048】

裏面Ｓ２の中央部分に噴射された水蒸気５１は、裏面Ｓ２の周縁部に広がっていく過程で、基板Ｗに熱を奪われることなどによって冷却される。このため、水蒸気５１が、裏面Ｓ２において凝縮されて水滴が生成される場合がある。生成された水滴は、基板Ｗの高速回転による遠心力の作用により裏面Ｓ２の周縁部から基板Ｗの外部に振り払われ、非処理領域である表面Ｓ１に付着することはない。

【0049】

水蒸気供給源１３１からは、例えば、１１０℃の過熱水蒸気がヒーター１３９に供給され、ヒーター１３９により加熱された直後の過熱水蒸気の温度は、好ましくは、例えば、１４０℃〜１６０℃などに設定される。このような高温の過熱水蒸気は、回転する基板Ｗの裏面Ｓ２の中央部分に噴射されて基板Ｗを加熱しつつ裏面Ｓ２に沿って周縁部に到達した後においてもなお高温に保たれ得る。従って、水蒸気５１が凝縮した水滴等による基板Ｗの表面Ｓ１の非処理領域への付着がさらに抑制される。また、該高温の過熱水蒸気が用いられれば、例えば、１００℃までの温度の飽和水蒸気が下ノズル１４１から吐出される場合に比べて基板Ｗの表面周縁部Ｓ３をより高温にすることができ、エッチングレートをより上げることができる。

【0050】

図５は、基板Ｗの裏面Ｓ２を加熱する水蒸気噴射ノズル１２５の有無による基板Ｗ上の温度分布の違いをグラフで例示する図である。グラフ８３は、基板Ｗの裏面Ｓ２側に設けられた下ノズル１４１から、所定の回転速度で回転している基板Ｗの裏面Ｓ２に向けて処理液が吐出された場合の基板Ｗの表面Ｓ１上の温度分布の一例を示している。水蒸気噴射ノズル１２５による裏面Ｓ２の加熱は行われていない。裏面Ｓ２に吐出される処理液は、予め、例えば、７０℃などに温度調整されており、遠心力の作用によって基板Ｗの周縁部にまで供給される。表面Ｓ１は、裏面Ｓ２に供給された処理液によって加熱されている。また、グラフ８４は、水蒸気噴射ノズル１２５から裏面Ｓ２に加熱用の水蒸気が噴射された場合の基板Ｗの表面Ｓ１上の温度分布の一例を示している。

【0051】

図５の各グラフに示されるように、基板Ｗの中心部から離れるにつれて基板Ｗの回転によって処理液や水蒸気の温度が低下し、表面Ｓ１上の温度も低下する。しかし、水蒸気噴射ノズル１２５による基板Ｗの裏面Ｓ２の加熱が行われた場合には、グラフ８４に示されるように、水蒸気噴射ノズル１２５による加熱が行われない場合に比べて表面周縁部Ｓ３部分の温度を高くすることが出来る。また、裏面Ｓ２のエッチングを行う場合には、処理液と水蒸気を同時に供給することにより、基板Ｗの温度が高い（すなわち、エッチングレートが高い）状態で処理を行うことが出来る。

【0052】

図６は、水蒸気噴射ノズル１２５による加熱用の水蒸気の供給動作の有無による図７に例示された基板Ｗの表面Ｓ１上のエッチング幅の違いを示す図である。図示の都合上、各エッチング幅は実際よりも大きく記載されている。

【0053】

略円形の境界４１は、水蒸気噴射ノズル１２５による裏面Ｓ２の加熱が行われつつ、処理液供給ノズル１２６から表面周縁部Ｓ３に処理液が供給された場合において、エッチングされた領域と、回転軸ａ１側のエッチングされなかった非処理領域との境界の一例を示している。また、図８は、この場合のエッチング処理後の基板Ｗの断面図の一例を示す図である。幅２１（図６、図８）は、境界４１上の一つの点におけるエッチング幅を示している。エッチング幅２１は、例えば、０．５〜１．０ｍｍ程度になり、そのばらつきは、例えば、エッチング幅２１の平均値の１／１０以下程度に抑えられる。

【0054】

境界４２は、基板Ｗの裏面Ｓ２側に設けられた下ノズル１４１から、回転している基板Ｗの裏面Ｓ２に吐出された処理液によって表面周縁部Ｓ３のエッチング処理が行われた場合の基板Ｗの表面Ｓ１におけるエッチングされた領域と、非処理領域との境界の一例を示している。図９は、この場合のエッチング処理後の基板Ｗの断面図の一例を示す図である。表面周縁部Ｓ３は、裏面Ｓ２に吐出された処理液に遠心力が作用することで、処理液が基板Ｗの周縁部に広がり、さらに表面周縁部Ｓ３にまで回り込むことによってエッチングされている。基板Ｗの回転速度は、処理液が裏面Ｓ２から表面周縁部Ｓ３に回り込める回転速度に調整されている。水蒸気噴射ノズル１２５による裏面Ｓ２の加熱と、処理液吐出部１２２による表面周縁部Ｓ３への処理液の供給とは行われていない。

【0055】

幅２２は、境界４２上の一つの点におけるエッチング幅を示している。遠心力の作用によって処理液が表面周縁部Ｓ３に回り込む量の制御が困難であるために、境界４２の形状は、略円形の境界４１に比べて大きく波打っており、エッチング幅２２は、例えば、２〜３ｍｍ程度であり、エッチング幅２１に比べて大きくなる。また、エッチング幅２２のばらつきも、エッチング幅２１のばらつきに比べて大きくなる。

【0056】

図６、図８、および図９に示されるように、水蒸気噴射ノズル１２５による基板Ｗの裏面Ｓ２の加熱と、処理液吐出部１２２による表面周縁部Ｓ３の周端縁側の細幅の領域への処理液の供給とが行われた場合には、裏面Ｓ２側からの処理液の回り込みによるエッチング処理が行われる場合に比べて、表面周縁部Ｓ３におけるエッチング幅は小さく、また、エッチング幅のばらつきも小さくなる。

【0057】

図１に戻って、基板処理装置１００の外部には窒素ガス供給源１３４が設けられている。そして、図３、図４に示されるように、基板処理装置１００の窒素ガス噴出部１２４に接続された配管１８４には、窒素ガス供給源１３４から配管３８１を介して窒素ガスが供給される。基板処理装置１００における配管３８１の途中部にはバルブ制御機構１５２により開閉制御される開閉バルブ１７１が設けられている。

【0058】

制御部１５１がバルブ制御機構１５２を介して開閉バルブ１７１を開くことにより、窒素ガス供給源１３４から窒素ガス噴出部１２４に窒素ガスが供給される。

【0059】

窒素ガス噴出部１２４は、例えば、基板Ｗの周方向に沿って細長い円弧状の断面形状を有して構成される。窒素ガス噴射ノズル１２８は、窒素ガス噴出部１２４の下面において基板Ｗの周方向に細長い円弧状の開口を有する噴射ノズル、若しくは、窒素ガス噴出部１２４の下面において所定の間隔で設けられた円筒状の複数の噴射ノズルなどによって構成される。窒素ガス噴出部１２４に供給された窒素ガスは、窒素ガス噴射ノズル１２８から窒素ガスＧ１（パージ用ガス）として回転している基板Ｗの表面Ｓ１に噴出される。

【0060】

より詳細には、窒素ガスＧ１は、基板Ｗの表面Ｓ１のうち表面周縁部Ｓ３の回転軌跡で囲まれた範囲内に規定された所定の噴射目標領域に向けて基板Ｗの上方の窒素ガス噴射ノズル１２８から噴射される。そして、表面Ｓ１に噴射された窒素ガスＧ１は、噴射目標領域から基板Ｗの表面周縁部Ｓ３に向かって流れる気体流となる。窒素ガスＧ１による当該気体流によって、水蒸気噴射ノズル１２５から裏面Ｓ２に噴射された水蒸気５１が凝縮したミストや、処理液吐出部１２２の処理液供給ノズル１２６から吐出された処理液５２などが基板Ｗの表面Ｓ１のうちエッチング処理が行われない非処理領域に付着することが抑制される。

【0061】

また、リンス処理が終了した後の基板Ｗの表面Ｓ１の乾燥処理においても、窒素ガス噴射ノズル１２８から供給される窒素ガスＧ１によって、基板Ｗの乾燥が促進されるとともに、基板Ｗの高速回転により作用する遠心力によって表面周縁部Ｓ３から基板外に振り切られたリンス液が基板Ｗに戻って表面Ｓ１の非処理領域に付着することも抑制される。

【0062】

また、図１に示されるように、下ノズル１４１に接続する供給管１４７には、窒素ガス供給源１３４から配管３８７を介して窒素ガスが供給される。配管３８７の途中部にはバルブ制御機構１５２により開閉制御される開閉バルブ１７７が設けられている。裏面Ｓ２のリンス処理が終了した後に制御部１５１がバルブ制御機構１５２を介して開閉バルブ１７７を開くことにより、下ノズル１４１の処理液吐出口１４８から回転している基板Ｗの裏面Ｓ２に窒素ガスが供給される。

【0063】

裏面Ｓ２に付着しているリンス液には、基板の高速回転により大きな遠心力が作用して、リンス液は基板Ｗの周囲に振り切られ、裏面Ｓ２の乾燥処理が行われる。また、下ノズル１４１から裏面Ｓ２に供給される窒素ガスによっても裏面Ｓ２の乾燥が促進される。

【0064】

なお、基板処理装置１００が窒素ガス供給源１３４、窒素ガス噴出部１２４を備えていないとしても、エッチング幅の均一性とエッチングレートとのそれぞれの悪化を抑制しつつエッチング幅を細くできるので、本発明の有用性を損なうものではない。

【0065】

＜２．基板処理装置の動作＞
図１０、図１１は、実施形態に係る基板処理装置１００による基板処理の流れの一例を示すフローチャートである。処理の開始前には、各開閉バルブは、いずれも閉じられており、スピンチャック１１１は静止している。また、ノズルユニット１２０は、基板Ｗの搬入経路上以外の待機位置に位置決めされている。まず、図示省略の基板搬送ロボットにより１枚の基板Ｗが、スピンチャック１１１が設置された図示省略の処理室（チャンバー）内に搬入されてスピンチャック１１１に載置され、チャックピン１１７により保持される（ステップＳ１１０）。

【0066】

続いて、ノズルユニット１２０が基板Ｗの表面周縁部Ｓ３の上方の所定位置に位置決めされる。そして、開閉バルブ１７１が開かれて、窒素ガス供給源１３４から、例えば、毎分３０Ｌ〜１００Ｌの流量で窒素ガスの供給が開始される。当該窒素ガスは、窒素ガス加熱ヒーター１３８によって、例えば、１２０℃〜１５０℃に加熱された後、窒素ガス噴出部１２４から窒素ガスＧ１（パージ用ガス）として基板Ｗの表面周縁部Ｓ３に向けて噴射される（ステップＳ１２０）。窒素ガス供給源１３４から供給される常温の窒素ガスが、加熱されることなく窒素ガス噴出部１２４からパージ用ガスとして噴射される場合には、基板Ｗでの温度低下を招き、エッチングレートが低下するが、窒素ガス加熱ヒーター１３８により加熱された窒素ガスがパージ用ガスとして基板Ｗの表面周縁部Ｓ３に供給されれば、エッチングレートの低下を抑制することが出来る。

【0067】

続いて、制御部１５１がチャック回転機構１５４を制御することにより、スピンチャック１１１の回転速度が、例えば、５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの所定の高速の回転速度になるように、スピンチャック１１１の回転が開始される（ステップＳ１３０）。その後、開閉バルブ１７５が開かれることにより、水蒸気供給源１３１で生成されてヒーター１３９により加熱された加熱用の水蒸気が、供給管１８１を経て水蒸気噴射ノズル１２５に供給される。そして、水蒸気噴射ノズル１２５は、基板Ｗの裏面Ｓ２の中央部分に向けて加熱用の水蒸気の噴射を開始することにより（ステップＳ１４０）、裏面Ｓ２の中央部分からの熱伝導による基板Ｗの全体的な加熱を開始する。

【0068】

続いて、基板Ｗの表面周縁部Ｓ３のエッチング処理が行われる（ステップＳ１５０）。具体的には、開閉バルブ１７３が開かれて処理液供給源１３２からノズルユニット１２０の処理液吐出部１２２に処理液が供給されて処理液供給ノズル１２６から加熱された表面周縁部Ｓ３の周端縁側の細幅領域に吐出される。そして、吐出された処理液によって基板Ｗの表面周縁部Ｓ３のエッチング処理が行われる。

【0069】

所定の時間が経過して表面周縁部Ｓ３のエッチング処理が完了すると、開閉バルブ１７５が閉じられて基板Ｗへの処理液の供給が停止される。

【0070】

続いて、基板Ｗの表面周縁部Ｓ３のリンス処理が行われる（ステップＳ１６０）。具体的には、開閉バルブ１７４が開かれてリンス液供給源１３３からリンス液の供給が開始される。そして、処理液吐出部１２２のリンス液供給ノズル１２７から表面周縁部Ｓ３にリンス液が吐出されて表面周縁部Ｓ３のリンス処理が行われる。所定時間が経過して表面周縁部Ｓ３のリンス処理が完了すると、開閉バルブ１７４が閉じられてリンス液の供給が停止される。

【0071】

続いて、基板Ｗの裏面Ｓ２のエッチング処理が行われる（ステップＳ１７０）。具体的には、開閉バルブ１７６が開かれて処理液供給源１３２から下ノズル１４１に処理液が供給されて加熱されている裏面Ｓ２に吐出される。そして、吐出された処理液によって基板Ｗの裏面Ｓ２のエッチング処理が行われる。なお、裏面Ｓ２のエッチング処理の際には、リンス液供給ノズル１２７から表面周縁部Ｓ３に上方から純水やＤＩＷを供給することにより、裏面Ｓ２から表面周縁部Ｓ３への処理液の回り込みを抑制することが好ましい。

【0072】

所定の時間が経過して裏面Ｓ２のエッチング処理が完了すると、開閉バルブ１７６が閉じられて裏面Ｓ２への処理液の供給が停止される。そして、開閉バルブ１７５が閉じられて、裏面Ｓ２への加熱用の水蒸気の噴射が停止される（ステップＳ１８０）。なお、裏面Ｓ２の加熱用の水蒸気の噴射は、例えば、ステップＳ１６０の開始前に一旦停止され、ステップＳ１７０の開始前に再開されてもよい。

【0073】

ステップＳ１８０の処理に続いて、基板Ｗの裏面Ｓ２のリンス処理が行われる（ステップＳ１９０）。具体的には、開閉バルブ１７８が開かれてリンス液供給源１３３からリンス液の供給が開始される。そして、下ノズル１４１の処理液吐出口１４８から基板Ｗの裏面Ｓ２にリンス液が吐出されて裏面Ｓ２のリンス処理が行われる。所定時間が経過して裏面Ｓ２のリンス処理が完了すると、開閉バルブ１７８が閉じられてリンス液の供給が停止される。

【0074】

続いて、スピンチャック１１１の回転速度が、１０００ｒｐｍ〜１５００ｒｐｍの高回転速度に設定された状態でスピンチャック１１１の回転が所定の時間継続される。これにより、表面周縁部Ｓ３に残留しているリンス液が遠心力の作用によって基板Ｗの外に振り切られて基板Ｗの表面Ｓ１の乾燥処理（スピン乾燥）が行われる（ステップＳ２００）。なお、スピン乾燥の際には、窒素ガス噴出部１２４の窒素ガス噴射ノズル１２８から表面周縁部Ｓ３への窒素ガスＧ１の供給は継続される。これにより、表面周縁部Ｓ３に付着しているリンス液の乾燥が促進されるとともに、振り切られたリンス液が基板Ｗ側に戻って表面Ｓ１の非処理領域に付着することが抑制される。また、下ノズル１４１の処理液吐出口１４８から裏面Ｓ２に向けて窒素ガスが噴射され裏面Ｓ２の乾燥が促進される。

【0075】

乾燥処理の開始から所定の時間が経過すると、スピンチャック１１１の回転が停止されて乾燥処理が終了される（ステップＳ２１０）。続いて、開閉バルブ１７１、開閉バルブ１７７が閉じられて窒素ガス噴出部１２４、下ノズル１４１からのパージ用の窒素ガスの噴射が停止される（ステップＳ２２０）。

【0076】

窒素ガス噴出部１２４、下ノズル１４１からのガスの噴射が停止されると、制御部１５１はノズル回転機構１５５を制御してノズルユニット１２０を待機位置に移動させる。その後、図示省略の搬送ロボットによって処理済みの基板Ｗがスピンチャック１１１から取り外されて処理室外へ搬出され（ステップＳ２３０）、基板処理装置１００による基板処理が終了する。

【0077】

以上のように構成された本実施形態に係る基板処理装置によれば、基板Ｗの裏面Ｓ２の中央部分に加熱用の水蒸気が噴射されて基板Ｗが全体的に加熱されて、周縁部に上方から処理液が供給される。これにより、供給される処理液の液量が少ない場合であっても、周縁部を十分に加熱して周縁部における処理液の反応性を高めることができる。従って、周縁部のうち基板端部側（周端縁側）の所望の細い幅の領域に上方から処理液が供給されれば、エッチング幅の均一性とエッチングレートとのそれぞれの悪化を抑制しつつエッチング幅を細くできる。また、基板Ｗの下面に加熱用の水蒸気が噴射されるので、水蒸気が凝縮した水滴が生成されたとしても、水滴の基板上面への回り込みを抑制できる。従って、水滴の基板上面の被処理領域への付着による非処理領域の劣化を抑制できる。また、加熱用の水蒸気の供給に起因した非処理領域の劣化が生じにくいことから、基板Ｗの表面周縁部Ｓ３の加熱に十分な量の水蒸気を裏面Ｓ２に供給することができる。

【0078】

また、以上のように構成された本実施形態に係る基板処理装置によれば、水蒸気噴射ノズル１２５は、スピンチャック１１１の回転支軸１１３の内部を通された供給管１８１を通して基板Ｗの裏面Ｓ２に加熱用の水蒸気を噴射する。これにより、簡単な構成で、回転するチャックピン１１７と水蒸気噴射ノズル１２５との接触を防止しつつ、裏面Ｓ２に加熱用の水蒸気を供給することが出来る。

【0079】

また、以上のように構成された本実施形態に係る基板処理装置によれば、加熱用の水蒸気として、高温の過熱水蒸気が用いられるので、例えば、１００℃までの温度の飽和水蒸気が加熱処理に用いられる場合に比べて基板Ｗの表面周縁部をより高温にすることができ、エッチングレートをより上げることができる。そして、処理液を節約することも出来る。

【0080】

また、以上のように構成された本実施形態に係る基板処理装置によれば、処理液吐出部１２２は、ノズル回転機構１５５による制御によって処理液が表面周縁部Ｓ３に当たる部分の基板Ｗの径方向の幅を調節可能である。これにより、表面Ｓ１が加熱された基板Ｗの表面周縁部Ｓ３の所望の細幅の領域に上方から処理液を供給できるので、基板Ｗの回転速度に拘わらずエッチング幅を高精度で制御することが出来る。

【0081】

本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての態様において例示であって限定的ではない。したがって、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、窒素ガス供給源１３４や水蒸気供給源１３１が基板処理装置１００内に設けられても良い。窒素ガス供給源１３４による窒素ガスの供給に代えて、乾燥空気などの乾燥気体や窒素ガス以外の不活性ガスが供給される構成が採用されてもよい。また、ノズルユニット１２０における各ノズル等は、基板Ｗに対して一体的に移動されるが、それぞれ個別に移動可能に構成されても良い。また、基板処理装置１００が裏面Ｓ２と表面周縁部Ｓ３とのうち表面周縁部Ｓ３のみに処理液を供給することにより、表面周縁部Ｓ３と裏面Ｓ２とのうち表面周縁部Ｓ３のみのエッチング処理を行うとしても本発明の有用性を損なうものではない。また、基板処理装置１００に窒素ガス加熱ヒーター１３８が設けられないとしても本発明の有用性を損なうものではない。

【符号の説明】

【0082】

１００ 基板処理装置
１１１ スピンチャック（基板保持部）
１２０ ノズルユニット
１２２ 処理液吐出部（周縁処理部）
１２５ 水蒸気噴射ノズル（加熱部）
１２６ 処理液供給ノズル
１２７ リンス液供給ノズル
１５４ チャック回転機構（回転部）
１５５ ノズル回転機構
５１ 水蒸気
５２ 処理液
５３ リンス液
Ｇ１ 窒素ガス
Ｓ１ 表面（上面）
Ｓ２ 裏面（下面）
Ｓ３ 表面周縁部
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】