特開 2022-189496 基板処理方法および基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022189496

(43)【公開日】2022-12-22

(54)【発明の名称】基板処理方法および基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20221215BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 651B

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021098106

(22)【出願日】2021-06-11

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100106655

【弁理士】

【氏名又は名称】森 秀行

(72)【発明者】

【氏名】竹口 博史

(72)【発明者】

【氏名】篠原 和義

(72)【発明者】

【氏名】福田 孝佑

【テーマコード（参考）】

5F157

【Ｆターム（参考）】

5F157AB02

5F157AB14

5F157AB16

5F157AB33

5F157AB48

5F157AB62

5F157AC04

5F157CB14

(57)【要約】

【課題】パーティクルの発生を防止しつつ低表面張力液の使用量を削減する。
【解決手段】基板処理方法は、回転する基板表面に第１処理液を供給して基板表面を第１処理液の液膜で覆う第１処理工程と、第１処理工程の後に基板表面に第１処理液よりも表面張力が小さい第２処理液を供給して、基板表面上にある第１処理液を第２処理液で置換する第２処理工程とを備え、第２処理工程は、基板表面に第２処理液に加えて第１処理液を同時に供給する第１段階と、第１段階の後に第１処理液の供給をせずに基板表面の中心部に第２処理液を供給する第２段階とを含み、第１段階の少なくとも第１の期間において、基板表面上における基板回転中心から第１処理液の着液点までの距離である第１半径方向距離が、第２処理液の着液点までの距離である第２半径方向距離よりも大きいという条件を維持しつつ、第１および第２半径方向距離の両方を大きくしてゆく。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転する基板の表面に第１処理液を供給して前記基板の表面を前記第１処理液の液膜で覆う第１処理工程と、
前記第１処理工程の後に、回転する前記基板の表面に、前記第１処理液よりも表面張力が小さい第２処理液を供給して、前記基板上にある前記第１処理液を前記第２処理液により置換することにより前記基板の表面を前記第２処理液の液膜で覆う第２処理工程と、
を備え、
前記第２処理工程は、
回転する前記基板の表面に前記第２処理液に加えて前記第１処理液を同時に供給する第１段階と、
前記第１段階の後に、前記第１処理液の供給をせずに、回転する前記基板の表面の中心部に前記第２処理液を供給する第２段階と、
を含み、
前記第１段階の少なくとも第１の期間において、前記基板の表面上における前記基板の回転中心から前記第１処理液の着液点までの距離である第１半径方向距離が、前記基板の回転中心から前記第２処理液の着液点までの距離である第２半径方向距離よりも大きいという条件を維持しつつ、前記第１半径方向距離および前記第２半径方向距離の両方を大きくしてゆく、基板処理方法。

【請求項2】

前記第１の期間において、前記第１半径方向距離と前記第２半径方向距離との差が、４０ｍｍ～９０ｍｍの範囲内に維持される、請求項１記載の基板処理方法。

【請求項3】

前記第１の期間において、前記第１半径方向距離と前記第２半径方向距離との差が一定に維持される、請求項１または２記載の基板処理方法。

【請求項4】

前記第１の期間の第１の時点における前記第２処理液の着液点の位置である第１位置は、前記基板の回転中心に位置しているか、あるいは前記基板の回転中心が前記第２処理液により覆われる程度に前記基板の回転中心の近傍に位置している、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項5】

前記第１段階の開始時点は、前記第１の時点より前の第２の時点であり、
前記第１の時点は前記第１の期間の開始時点であり、
前記第１段階は、当該第１段階の最初の期間である前記第２の時点から前記第１の時点までの間の第２の期間を有し、
前記第２の時点における前記基板の表面上における前記第１処理液の着液点および前記第２処理液の着液点はともに前記基板の回転中心から離れており、その後、前記第２処理液の着液点は前記第１の時点までに前記第１位置に移動する、
請求項４記載の基板処理方法。

【請求項6】

前記第１処理工程の少なくとも終期において前記基板の表面上における前記第１処理液の着液点の位置である第２位置は、前記基板の回転中心に位置しているか、あるいは前記基板の回転中心が前記第１処理液により覆われる程度に前記基板の回転中心の近傍に位置しており、
前記第１処理工程から前記第２処理工程の前記第１段階に移行するときに、前記基板上への前記第１処理液の着液点が前記第２位置から離れる、
請求項５記載の基板処理方法。

【請求項7】

前記第２処理工程の前記第１段階における前記第１処理液の供給流量は、前記第１処理工程における前記第１処理液の供給流量より小さい、請求項６記載の基板処理方法。

【請求項8】

前記第２処理工程の前記第２段階において、前記第２処理液は、前記基板の表面の中心部に継続的に供給される、請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項9】

前記第２処理工程の前記第１段階における前記第２処理液の供給流量は、前記第２処理工程の前記第２段階における前記第２処理液の供給流量よりも少ない、請求項１から８のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項10】

前記第２処理工程の前記第１段階から前記第２段階に移行するときに、前記第２処理液の着液点を、前記基板の回転中心に、あるいは前記基板の回転中心が前記第２処理液により覆われる程度に前記基板の回転中心の近傍の位置に移動させる、請求項１から９のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項11】

前記第２処理工程の前記第１段階から前記第２段階に移行するときにおける前記第２処理液の着液点の移動は、前記基板の回転中心付近に液膜により覆われていない乾燥領域が生じる前に行われる、請求項１０記載の基板処理方法。

【請求項12】

前記第２処理工程の前記第１段階において、前記第１処理液は、第１ノズルアームに担持された第１ノズルから供給され、前記第２処理液は、第２ノズルアームに担持された第２ノズルから供給される、請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項13】

前記第１処理液はリンス液であり、前記第２処理液は前記リンス液よりも表面張力が低い有機溶剤である、請求項１から１２のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項14】

前記リンス液は、純水、または純水に微量の電解質成分を溶解させた機能水からなる、請求項１３記載の基板処理方法。

【請求項15】

回転する前記基板の表面に薬液を供給する薬液処理工程をさらに備え、前記第１処理工程は、前記薬液処理工程が施された前記基板に前記第１処理液としてのリンス液を供給することにより前記薬液を洗い流すリンス工程である、請求項１から１４のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項16】

基板処理装置であって、
基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、
前記基板を保持した前記基板保持部を鉛直軸線周りに回転させる回転駆動部と、
前記基板保持部により保持された前記基板に処理液を供給すること、前記基板保持部により保持された前記基板にリンス液を供給すること、前記基板保持部により保持された前記基板に低表面張力液を供給すること、前記基板保持部により保持された前記基板にリンス液および低表面張力液を同時に供給すること、ができるように設けられた少なくとも２つのノズルと、
前記少なくとも２つのノズルを移動させる少なくとも１つのノズルアームと、
前記基板処理装置の動作を制御して、前記基板処理装置に請求項１から１５のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法を実行させる制御部と、
を備えた基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板処理方法および基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造においては、基板をスピンチャックにより水平姿勢で保持して鉛直軸線周りに回転させた状態で、基板に各種処理液を供給することにより所定の液処理が施される。特許文献１には、リンス処理から置換処理への移行に関して以下のことが記載されている。リンス処理の後半において、リンス液を基板の中心部に供給することに加えてリンス液を基板の外周部にも供給する。その後、基板の外周部へのリンス液の供給を継続しつつ基板の中心部へのリンス液の供給を停止し、これと同時に、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を基板の中心部に供給する。その後、ＩＰＡを基板の中心部に供給し続けたまま基板の外周部へのリンス液の供給を停止する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６１１８７５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、パーティクル等の欠陥の発生を防止しつつ低表面張力液の使用量を削減し得る技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一実施形態において、回転する基板の表面に第１処理液を供給して前記基板の表面を前記第１処理液の液膜で覆う第１処理工程と、前記第１処理工程の後に、回転する前記基板の表面に、前記第１処理液よりも表面張力が小さい第２処理液を供給して、前記基板上にある前記第１処理液を前記第２処理液により置換することにより前記基板の表面を前記第２処理液の液膜で覆う第２処理工程と、を備え、前記第２処理工程は、 回転する前記基板の表面に前記第２処理液に加えて前記第１処理液を同時に供給する第１段階と、前記第１段階の後に、前記第１処理液の供給をせずに、回転する前記基板の表面の中心部に前記第２処理液を供給する第２段階と、を含み、前記第１段階の少なくとも第１の期間において、前記基板の表面上における前記基板の回転中心から前記第１処理液の着液点までの距離である第１半径方向距離が、前記基板の回転中心から前記第２処理液の着液点までの距離である第２半径方向距離よりも大きいという条件を維持しつつ、前記第１半径方向距離および前記第２半径方向距離の両方を大きくしてゆく、基板処理方法が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、パーティクル等の欠陥の発生を防止しつつ低表面張力液の使用量を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態に係る基板処理装置の横断面図である。

【図2】図１の基板処理装置に含まれる処理ユニットの一例を示す縦断面図である。

【図3】図２の処理ユニットから液受けカップ、ノズル、ノズルアーム等の一部の部品を取り出して示した概略平面図である。

【図4】ＩＰＡ置換工程における乾燥液ノズルおよびリンスノズルの動作の一例を説明するための概略側面図である。

【図5】ＩＰＡ置換工程における処理ユニットの動作の一例を説明するためのグラフである。

【図6】ＩＰＡ置換工程における乾燥液ノズルおよびリンスノズルの動作の他の例を説明するための概略側面図である。

【図7】図２および図３の処理ユニットに補助ノズルを追加した実施形態の一部の部品を取り出して示した概略縦断面図である。

【図8】図７の処理ユニットの一部の部品を取り出して示した概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

基板処理装置の一実施形態を、添付図面を参照して説明する。

【0009】

図１は、本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。

【0010】

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。

【0011】

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Ｗ、本実施形態では半導体ウエハを水平状態で収容する複数のキャリアＣが載置される。

【0012】

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、基板Ｗを保持するウエハ保持機構を備える。また、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、ウエハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間で基板Ｗの搬送を行う。

【0013】

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。

【0014】

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、基板Ｗを保持するウエ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、ウエハ保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間で基板Ｗの搬送を行う。

【0015】

処理ユニット１６は、基板搬送装置１７によって搬送される基板Ｗに対して所定の基板処理を行う。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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から基板Ｗを取り出し、取り出した基板Ｗを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置された基板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。

【0019】

処理ユニット１６へ搬入された基板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基板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。

【0020】

次に処理ユニット１６の構成について図２を参照して説明する。

【0021】

図２に示すように、処理ユニット１６は、チャンバ２０と、基板保持回転機構３０と、処理流体供給部４０と、液受けカップ６０とを備える。

【0022】

チャンバ２０は、基板保持回転機構３０と処理流体供給部４０と液受けカップ６０とを収容する。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。

【0023】

基板保持回転機構３０は、基板Ｗを水平姿勢で保持する基板保持部（チャック部）３１と、基板Ｗを保持した基板保持部３１を鉛直軸線周りに回転させる回転駆動部３２とを有している。基板保持部３１は、基板Ｗの周縁部を把持爪により保持するメカニカルチャックと呼ばれる形式のものであってもよく、基板Ｗの裏面を真空吸着するバキュームチャックと呼ばれる形式のものであってもよい。回転駆動部３２は駆動力発生源としての電気モータを備え、基板保持部３１を任意の速度で回転させることができる。

【0024】

処理流体供給部４０は、複数の処理流体ノズルと、１つ以上のノズルアームを有する。図示された実施形態において、複数の処理流体ノズルには、薬液／リンスノズル４１と、乾燥液ノズル４２と、リンスノズル４３と、ガスノズル４４とが少なくとも含まれる。薬液／リンス液ノズル４１は、酸性薬液であるＤＨＦ（希フッ酸）とリンス液としてのＤＩＷ（純水）とを選択的に吐出する。乾燥液ノズル４２は、リンス液よりも表面張力が低く、好ましくはリンス液よりも揮発性が高く、好ましくはリンス液と容易に置換できる特性（例えば相溶性など）を有する液体、例えばＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を吐出する。リンスノズル４３は、リンス液としてのＤＩＷを吐出する。ガスノズル４４は、低湿度かつ低酸素濃度のガス、例えば窒素ガス等の乾燥用ガスを吐出する。リンス液としては、ＤＩＷの他には、ＤＩＷに微量の電解質成分を溶解させた機能水であってもよい。

【0025】

各処理流体ノズルには、処理流体供給機構（図２において二重丸で概略的に示す）を介して処理流体が供給される。処理流体供給機構は、当該技術分野において広く知られているように、タンク、工場用力等の処理流体供給源と、処理流体供給源から処理流体ノズルに処理流体を供給する供給ラインと、供給ラインに設けられた流量計、開閉弁、流量制御弁等の流量調節機器およびフィルタ、ヒーター等の補器類とから構成することができる。各処理流体供給機構は、対応する処理流体ノズルからの処理流体の吐出のオンオフ、対応する処理流体ノズルからの処理流体の吐出流量を制御することができる。

【0026】

薬液／リンスノズル４１には、処理流体供給機構としての薬液供給機構およびリンス液供給機構が接続されており、これにより、薬液／リンスノズル４１から薬液（ＤＨＦ）またはリンス液（ＤＩＷ）を択一的に吐出することができる。

【0027】

例示された実施形態においては、処理流体供給部４０は、上述した１つ以上のノズルアームとして、２つのノズルアーム、すなわち第１ノズルアーム５１および第２ノズルアーム５２を有している。図示された実施形態においては、第１ノズルアーム５１および第２ノズルアーム５２は、各々の基端部に設けられたアーム駆動機構５３、５４により、鉛直方向に延びる旋回軸線を中心として揺動する形式のものである。第１ノズルアーム５１の先端部には、薬液／リンスノズル４１および乾燥液ノズル４２が担持されている。第２アーム５２の先端にはリンスノズル４３およびガスノズル４４が担持されている。

【0028】

例示された実施形態においては、第１ノズルアーム５１および第２ノズルアーム５２は、それぞれの先端部（すなわちそこに担持された処理流体ノズル（４１～４４）も）が、平面視で、ほぼ同じ円弧状の軌跡を描いて動くことができるように設置されている。例示された実施形態においては、両ノズルアーム５１，５２の先端の軌跡は、ともに基板Ｗの回転中心Ｗｃの真上を通過する。例示された実施形態においては、両ノズルアーム５１，５２の旋回中心（５３，５４の位置）の位置がやや異なるため、両ノズルアーム５１，５２の先端の移動軌跡は完全には一致しないが、ほぼ同じと見なしても構わない。なお、図２の第１ノズルアーム５１および第２ノズルアーム５２の配置は、図３の配置と一致していないが、これは図面の見やすさを重視したためであり、図３の配置が正しい。

【0029】

処理ユニット１６は、さらに別のノズルアームを備えていてよい。ノズルアームは、図示されたような旋回アームタイプものに限らず、ガイドレールに沿って並進運動するリニアモーションタイプのものであってもよい。また、旋回アームタイプのノズルアームが２つ設けられる場合、平面視で、両ノズルアームの先端が基板Ｗの回転中心Ｗｃに対して点対称な移動軌跡を描くように両ノズルアームを設けてもよい。

【0030】

液受けカップ６０は、基板保持部３１を包囲するように設けられており、回転する基板Ｗから飛散する処理液を捕集する。液受けカップ６０により捕集された処理液は、液受けカップ６０の底部に設けられた排液口６１から処理ユニット１６の外部に排出される。液受けカップ６０の底部には排気口６２も設けられており、排気口６２を介して液受けカップ６０の内部が吸引されている。

【0031】

次に、処理ユニット１６により行われる液処理の一連の工程について説明する。以下の工程は、制御装置４の制御の下で実行される。一実施形態において、制御装置４の記憶部１９にはプロセスレシピおよび制御プログラムが格納されており、制御装置４が制御プログラムを実行して処理ユニット１６の各部品の動作を制御することにより後述する工程が実行される。

【0032】

図示された実施形態では、処理液を吐出するためのノズル（４１～４３）は、真下に向けて処理液を吐出するようにアーム５１，５２に取り付けられている。従って、以下の説明において、各ノズル（４１～４３）それ自体の位置（詳細にはノズル吐出口の位置）と、各ノズル（４１～４３）から吐出された処理液の基板Ｗの表面への「着液点」の位置とは同じことを意味している。なお、処理ガスを供給するためのノズルは斜め下方に（基板Ｗの周縁に向けて）処理ガスを噴射する。

【0033】

以下の説明において、用語「着液点」は、ノズル（４１～４３）から円柱状に吐出される液体（液柱）の中心（円柱の中心軸）と基板Ｗの表面との交点を意味する。ノズルが真下に液体を吐出する場合、ノズルの位置（厳密にはノズル吐出口の中心軸の位置）と、着液点の位置とは同じである（高さ方向位置を除く水平方向位置に関して）。また、ノズルから円柱状に吐出された液体は、基板Ｗの表面に着液した瞬間に衝突の勢いで基板Ｗの表面上に広がる。従って、ノズルから吐出された液体の着液点が基板Ｗの回転中心Ｗｃから半径方向外側に僅かに外れた位置にあったとしても、上記のように衝突の勢いで広がることにより、液体は基板Ｗの回転中心Ｗｃを覆うことになる。つまり、この場合も、ノズルから吐出された液体は、基板の中心部（基板の回転中心Ｗｃを包含する回転中心Ｗｃ近傍の領域）に液体が供給されていることになる。

【0034】

説明の便宜上、ノズルそれ自体の位置および着液点の位置を定義するために、基板Ｗの表面を、２つの領域Ｉ，IIに分割することとする。図３に示すように、平面視においてノズルの移動軌跡（２つの円弧状の矢印で示す）の回転中心Ｗｃにおける法線Ｎよりも第１ノズルアーム５１側の領域を領域Ｉとし、法線Ｎよりも第２ノズルアーム５２側の領域を領域IIとする。ノズルの位置（着液点の位置）はＲ値で表記する。ノズルの位置（着液点の位置）が領域Ｉ内にある場合には、Ｒ値は、ノズルの位置（着液点の位置）の基板Ｗの回転中心Ｗｃからの半径方向距離×（＋１）で表される。ノズルの位置（着液点の位置）が領域II内にある場合には、Ｒ値は、ノズルの位置（着液点の位置）の基板Ｗの回転中心Ｗｃからの半径方向距離×（－１）で表される。

【0035】

以下の一連の工程が開始されてから終了するまでの間、基板Ｗは停止することなく回転し続けている。基板Ｗの回転速度は、必要に応じて変化させている。

【0036】

［薬液処理工程］
まず、第１ノズルアーム５１に担持された薬液／リンスノズル４１から、回転する基板Ｗの回転中心Ｗｃ（Ｒ＝０ｍｍ）に着液するように薬液としてのＤＨＦを所定流量で吐出する。基板Ｗの中心に着液したＤＨＦは遠心力により基板Ｗの周縁に向けて広がりながら流れ、基板Ｗの表面の全体がＤＨＦの液膜により覆われる。この状態を所定時間継続することにより、基板Ｗの表面に薬液処理が施される。

【0037】

［リンス工程］
次に、薬液／リンスノズル４１から吐出する液体をＤＨＦからＤＩＷに切り替える。すなわち、基板Ｗの中心にＤＩＷが着液するように、薬液／リンスノズル４１からリンス液としてのＤＩＷを所定流量で吐出する。

【0038】

次に、薬液／リンスノズル４１からのＤＨＦの着液点を回転中心Ｗｃ（Ｒ＝０ｍｍ）に維持したまま、第２ノズルアーム５２に担持されたリンスノズル４３からも、回転中心Ｗｃからやや離れた位置（例えばＲ＝－４２ｍｍ）に着液するようにＤＩＷを吐出する。

【0039】

薬液／リンスノズル４１およびリンスノズル４３からのＤＩＷの吐出を継続しつつ、第１ノズルアーム５１および第２ノズルアーム５２を同時に移動させ、薬液／リンスノズル４１からのＤＩＷの着液点を回転中心Ｗｃからやや離れた位置（例えばＲ＝＋４２ｍｍ）に移動させるとともに、リンスノズル４３からのＤＩＷの着液点を回転中心Ｗｃ（Ｒ＝０ｍｍ）まで移動させる。その後、薬液／リンスノズル４１からのＤＩＷの吐出を停止する。

【0040】

なお、薬液／リンスノズル４１およびリンスノズル４３の両方が同時にＤＩＷを吐出している間におけるノズル１つあたりの吐出流量は、薬液／リンスノズル４１およびリンスノズル４３の一方のみがＤＩＷを吐出している間におけるノズル１つあたりの吐出流量より小さくすることが好ましい。２つのノズルを近接させて同時に大流量で液体を基板Ｗの表面に供給すると、液体同士の干渉により液跳ねが生じるおそれがある。

【0041】

上記のリンス工程において、基板Ｗの中心（または中心付近）に着液したＤＩＷは遠心力により基板Ｗの周縁に向けて広がりながら流れ、基板Ｗの表面の全体がＤＩＷの液膜により覆われる。これに伴い、基板Ｗの表面に残留していたＤＨＦおよび反応生成物が、ＤＩＷにより洗い流される。

【0042】

なお、上記実施形態では、リンス工程の途中でリンス液を吐出するノズルを薬液／リンスノズル４１からリンスノズル４３に変更しているが、そうする理由は薬液／リンスノズル４１と乾燥液ノズル４２が同じノズルアームに担持されているからである。例えば、乾燥液ノズル４２が別のノズルアーム（例えば第３のノズルアーム）に担持されているのなら、上記の変更操作を行う必要は無く、リンス液を吐出するノズルは薬液／リンスノズル４１のみで構わない。

【0043】

［ＩＰＡ置換工程］
次に、基板Ｗの表面上（パターンの凹部内も含む）にあるＤＩＷをＩＰＡにより置換するＩＰＡ置換工程について説明する。ＩＰＡ置換工程の説明では、図４および図５も参照する。

【0044】

図４は、図３の矢印Ａ方向から見た乾燥液ノズル４２（第１ノズルアーム５１に担持されている）およびリンスノズル４３（第２ノズルアーム５２に担持されている）の動きを示している。図４の左側が領域Ｉに相当し（Ｒ値がプラス）、図４の右側が領域IIに相当する（Ｒ値がマイナス）。図４では、図面の簡略化のためノズル４２，４３以外のノズルは表示していない。

【0045】

図５のグラフにおいて、上段が基板Ｗの回転速度、中段が乾燥液ノズル４２からのＩＰＡの吐出流量（細実線）およびリンスノズル４３からのＤＩＷの吐出流量（太実線）、そして下段が基板Ｗの表面における乾燥液ノズル４２からのＩＰＡの着液点の回転中心Ｗｃからの距離(細実線）およびリンスノズル４３からのＤＩＷの着液点の回転中心Ｗｃからの距離（太実線）、をそれぞれ示している。下段では、前述したＲ値の絶対値が表示されている（ノズル４２，４３からの液の着液点が、領域Ｉ，IIのいずれにあるかは問題としていない）。図５のグラフにおいて、横軸は、ＩＰＡ置換工程開始時点から起算した経過時間を示しており、単位は「秒」である。

【0046】

リンスノズル４３が基板Ｗの回転中心Ｗｃに向けて所定時間ＤＩＷを吐出してリンス工程が終了したら、リンスノズル４３の位置およびＤＩＷの吐出状態を維持したまま、乾燥液ノズル４２をリンスノズル４３に近接させる。このときの乾燥液ノズル４２のＲ値は例えば－４２ｍｍ、リンスノズル４３のＲ値は０ｍｍである。なお、リンス工程の後期からこの時点に至るまで、リンスノズル４３からは比較的大きな吐出流量（例えば１５００ｍｌ／min）でＤＩＷが継続的に吐出されている（以上、図４の（Ａ）および図５の経過時間０秒の時点を参照）。リンス工程の後期にリンスノズル４３からＤＩＷが吐出されている間に、乾燥液ノズル４２をリンスノズル４３に近接させても構わない。

【0047】

次いで、乾燥液ノズル４２およびリンスノズル４３を同時に（好ましくは同じ移動速度、例えば２２ｍｍ／sec程度で）負方向に移動させ、乾燥液ノズル４２を基板Ｗの回転中心の真上（Ｒ値が０ｍｍの位置）まで移動させるとともに、リンスノズル４３を基板Ｗの回転中心からやや離れた位置（例えばＲ値が－４３ｍｍの位置）に移動させる（以上、図４の（Ｂ），（Ｃ）および図５の経過時間０秒～２秒までの期間を参照）。

【0048】

この移動過程において、乾燥液ノズル４２からのＩＰＡの着液点の回転中心Ｗｃからの距離と、リンスノズル４３からのＤＩＷの着液点の回転中心Ｗｃからの距離とが概ね等しくなったときに（例えばＩＰＡの着液点のＲ値が＋２２ｍｍ、ＤＩＷの着液点のＲ値が－２０ｍｍとなったときに）、リンスノズル４３からのＤＩＷ吐出流量を第１ＤＩＷ吐出流量（例えば１５００ｍｌ／min）からそれより小さい第２ＤＩＷ吐出流量（例えば１０００ｍｌ／min）に低下させるとともに、乾燥液ノズル４２から第１ＩＰＡ吐出流量（例えば３０ｍｌ／min）でＩＰＡの吐出を開始する（図４の（Ｂ）および図５の経過時間１秒の時点を参照）。

【0049】

つまり、経過時間１秒の時点において、ＩＰＡおよびＤＩＷの両方が基板Ｗに供給されるＩＰＡ置換工程の第１段階が開始される。このとき、乾燥液ノズル４２が基板の回転中心Ｗｃの真上に到達する前からＩＰＡの吐出を開始することにより、基板Ｗの回転中心付近の領域に液が存在しなくなることをより確実に防止することができる。この効果は、リンスノズル４３が基板の回転中心Ｗｃの真上の位置を外れてから乾燥液ノズル４２が基板の回転中心Ｗｃの真上に到達するまでＩＰＡの吐出を開始しなかった場合と比較しての効果である。

【0050】

乾燥液ノズル４２からのＩＰＡの着液点が回転中心Ｗｃに一致し、かつ、リンスノズル４３からのＤＩＷの着液点が回転中心Ｗｃからやや離れた位置（例えばＲ値が－４２ｍｍの位置）に到達したら、リンスノズル４３を引き続き負方向に移動させる一方で、乾燥液ノズル４２の移動方向を逆にして正方向に移動させる（図４の（Ｃ）および図５の経過時間２秒の時点を参照）。つまりリンスノズル４３と乾燥液ノズル４２とを反対方向に移動させてゆく。また、乾燥液ノズル４２が回転中心Ｗｃから周縁に向けて正方向に移動を開始すると同時またはほぼ同時に、基板Ｗの回転数を低下させる（１０００rpm→７００rpm）。基板Ｗの回転数を低下させることにより、基板Ｗの表面の回転中心Ｗｃ付近に乾燥領域が形成され始めるタイミングを遅らせることができる。

【0051】

このとき、リンスノズル４３からのＤＩＷの着液点の回転中心Ｗｃからの距離（Ｒ値の絶対値）が乾燥液ノズル４２からのＩＰＡの着液点の回転中心Ｗｃからの距離（Ｒ値の絶対値）よりも大きいという条件を常時満足するように、リンスノズル４３と乾燥液ノズル４２とを反対方向に移動させてゆく（図４の（Ｃ）～（Ｅ）および図５の下段の経過時間２秒～５．３秒の期間を参照）。

【0052】

またこのとき、図４のグラフの下段に示すように、ＤＩＷの着液点のＲ値の絶対値とＩＰＡの着液点のＲ値の絶対値との差が一定に維持されるように、リンスノズル４３の移動速度と乾燥液ノズル４２との移動速度を同じに維持してもよい。このときのリンスノズル４３および乾燥液ノズル４２の移動速度は、例えば２０～５０ｍｍ／secの範囲に設定することができる。また、ＤＩＷの着液点のＲ値の絶対値とＩＰＡの着液点のＲ値の絶対値との差は、ＤＩＷおよびＩＰＡの吐出流量にもよるが、４０ｍｍ～９０ｍｍ程度の範囲内にあることが好ましい。上記の差が大きすぎると、後述する液跳ね防止効果が低下する恐れがある。また、上記の差が小さすぎると、着液後のＤＩＷと着液後のＩＰＡとが衝突することにより液跳ねが生じるおそれがある。

【0053】

リンスノズル４３が基板Ｗの周縁部近傍の位置（例えばＤＩＷの着液点のＲ値が－１４０ｍｍとなる位置）に到達したら（図４の（Ｅ）を参照）、リンスノズル４３の移動を停止し、リンスノズル４３からのＤＩＷの吐出も停止する。これと同時またはほぼ同時に、乾燥液ノズル４２からのＩＰＡの吐出を継続したまま、乾燥液ノズル４２を回転中心Ｗｃの真上の位置（Ｒ＝０ｍｍ）まで移動させる。また、乾燥液ノズル４２が回転中心Ｗｃの真上の位置に到達するのと同時またはほぼ同時に、乾燥液ノズル４２からのＩＰＡの吐出流量を第２吐出流量（例えば７５ｍｌ／min）まで増大させる（図４の（Ｅ）～（Ｆ）および図５の経過時間５．３秒以降を参照）。

【0054】

つまり、経過時間５．３秒の時点において、ＩＰＡおよびＤＩＷの両方が基板Ｗに供給されるＩＰＡ置換工程の第１段階が終了し、ＩＰＡのみが基板Ｗに供給されるＩＰＡ置換工程の第２段階が開始される。その後、基板の回転中心ＷｃへのＩＰＡの供給を所定時間継続することにより、ＩＰＡ置換工程の第２段階が終了する。

【0055】

なお、ＩＰＡ置換工程の第１段階では、基板Ｗの中心側領域にＩＰＡの液膜が形成され、周縁側（外周側）領域にＩＰＡとＤＩＷとの混合液の液膜が形成される。厳密に言うと、図４の（Ｂ）の状態（経過時間１秒の時点）では、基板Ｗの回転中心Ｗｃは、回転中心Ｗｃからやや半径方向外側に着液した後に着液の勢いで回転中心Ｗｃまで広がったＤＩＷのみにより覆われており、ＩＰＡの着液点より半径方向外側の領域がＩＰＡとＤＩＷとの混合液により覆われている。その後、図４の（Ｃ）～（Ｅ）に示すように、時間の経過とともに内側のＩＰＡの液膜が存在する領域が広がってゆき、外側の混合液の液膜が存在する領域が狭まってゆく。そしてＩＰＡ置換工程の第２段階では、基板Ｗの表面の全域がＩＰＡの液膜に覆われるようになる。

【0056】

つまり、ＩＰＡ置換工程においては、基板Ｗの表面の部位毎に見ると、まず当該部位にあるＤＩＷがＩＰＡとＤＩＷとの混合液により置換され、その後にＩＰＡに置換されていることになる。

【0057】

ＩＰＡ置換工程においては、乾燥液ノズル４２からのＩＰＡの着液点が回転中心Ｗｃを離れて基板Ｗの周縁部に向けて移動し、再びＩＰＡの着液点が回転中心Ｗｃに戻るまでに、基板Ｗの表面の回転中心Ｗｃ付近に乾燥領域が形成されてはならない。意図しない乾燥領域が生じるとそこにパーティクル等の欠陥が生じるおそれがあるからである。実際の装置の運用において、図４および図５に例示された処理条件においては、基板Ｗの表面が疎水性であったとしても、基板表面の回転中心Ｗｃ付近に乾燥領域が生じることなく問題無く処理ができたことが確認されている。なお、回転中心Ｗｃ付近に乾燥が生じる場合には、乾燥液ノズル４２からのＩＰＡの吐出流量を増加させること、基板Ｗの回転速度を低下させること、ＩＰＡの着液点が回転中心Ｗｃを離れてから再び回転中心Ｗｃに戻るまでの時間を短くすること、等を適宜組み合わせることにより、対処することができる。

【0058】

上述したＩＰＡ置換工程では、リンスノズル４３からのＤＩＷの着液点の回転中心Ｗｃからの距離が乾燥液ノズル４２からのＩＰＡの着液点の回転中心Ｗｃからの距離よりも大きいという条件を常時満足するように、リンスノズル４３および乾燥液ノズル４２の着液点を半径方向外側に移動させている。このため、ＩＰＡの消費量を削減することができ、かつ、基板Ｗの表面が疎水性であったとしても液跳ねを防止または大幅に抑制することができる。なお、液跳ねが生じると、液受けカップで跳ね返った液滴が基板Ｗに付着すること、基板Ｗの周囲を浮遊する微小液滴が基板Ｗに付着することなどにより、基板Ｗが汚染されるおそれがある。

【0059】

以下に、上記の効果が得られる理由について説明する。リンスノズルから基板の中心部に向けてＤＩＷを供給している状態から、リンスノズルからのＤＩＷの吐出を停止し、その直後に乾燥液ノズルから基板の中心部に向けてＩＰＡの吐出を開始したとする。この場合、ＩＰＡの液膜が基板の周縁部に広がる前に基板Ｗの周縁部でＤＩＷの液膜が切れて当該周縁部が空気に晒されるおそれある。この事象は、基板Ｗの表面が疎水性である場合に特に生じ易い。乾燥液ノズルからのＩＰＡの吐出流量を増大させて基板の表面の全域にＩＰＡの液膜を速やかに広げることにより、上記の事象が生じることを抑制することができる。しかしながら、高価なＩＰＡの使用量が増大してしまう。

【0060】

乾燥液ノズルから基板の中心部に向けてＩＰＡを吐出し続ける一方で、リンスノズルから吐出されたＤＩＷの着液点を徐々に基板の周縁に近づけてゆくことにより、基板の外側領域における液膜切れを防止しつつ、ＩＰＡ液膜により被覆されている領域を基板の周縁に向けて広げてゆくことができる。

【0061】

乾燥液ノズルから吐出されたＩＰＡの着液点を基板の回転中心に維持し続けた状態で、リンスノズルから吐出されたＤＩＷの着液点を徐々に基板Ｗの周縁に近づけてゆく場合には、ＩＰＡの吐出流量を比較的高く維持しておく必要があることが発明者の実験により確認された。具体的には、一つの実験例において、ＩＰＡの吐出流量をある閾値（５０ｍｌ／min）より低下させると、ＤＩＷの着液点がある半径方向位置（回転中心からの距離が８５ｍｍ程度の位置）よりも外側に位置しているときに液跳ねが生じることが確認された。

【0062】

ＩＰＡの表面張力はＤＩＷより大幅に低く、かつ、ＩＰＡとＤＩＷとの相溶性も高いため、十分な膜厚のＩＰＡの液膜が存在する基板の表面は、高い親水性を有する表面と同等であると見なすことができる。乾燥液ノズルから吐出されて基板の回転中心に着液したＩＰＡにより基板上に形成される液膜の厚さは、半径方向外側にゆくに従って薄くなる。ＩＰＡの液膜が薄い場所にリンスノズルから比較的大吐出流量で吐出されたＤＩＷが衝突すると、衝突点付近でＩＰＡの液膜が破壊され、ＤＩＷが直接疎水性表面に衝突することにより液跳ねが生じるようになる。乾燥液ノズルからのＩＰＡの吐出流量を増やせば液跳ねを防止することができるが、この場合も、高価なＩＰＡの使用量が増大してしまう。

【0063】

上記の実施形態では、リンスノズル４３からのＤＩＷの着液点の回転中心Ｗｃからの距離が乾燥液ノズル４２からのＩＰＡの着液点の回転中心Ｗｃからの距離よりも大きいという条件を常時満足するように、両着液点を一緒に半径方向外側に移動させている。このため、ＤＩＷの着液点の半径方向位置に関わらず、ＤＩＷの着液点におけるＩＰＡの液膜の厚さが十分な厚さに維持されるので、液跳ねの発生を防止することができる。

【0064】

［乾燥工程］
ＩＰＡ置換工程の第２段階が終了したら（すなわちＩＰＡ置換工程が終了したら）、乾燥工程を実行する。まず、図４の（Ｆ）の状態から、乾燥液ノズル４２からのＩＰＡの吐出を継続しながら、ＩＰＡの着液点の位置を基板Ｗの回転中心Ｗｃから周縁に向けて正方向に移動させてゆく。乾燥液ノズル４２の移動と同時に、第２ノズルアーム５２に担持されたガスノズル４４から乾燥用ガスとしての窒素ガスを吐出しながら、ガスノズル４４も基板の周縁に向けて移動させてゆく。

【0065】

このとき、ＩＰＡの着液点の位置がガスノズル４４から吐出された窒素ガスの主流の基板Ｗの表面への衝突点の位置よりも半径方向外側にあるという条件を常時満足するように、乾燥液ノズル４２およびガスノズル４４を反対方向に移動させてゆく。これにより、基板Ｗの中心部に形成された円形の乾燥領域が徐々に半径方向に広がってゆき、最終的には基板Ｗの表面の全体が乾燥する。基板Ｗの表面のうちの乾燥領域と非乾燥領域（ＩＰＡ液膜が存在する領域）との間の境界よりもやや半径方向内側の位置にガスの主流が吹き付けられるように。乾燥液ノズル４２およびガスノズル４４を移動させることが好ましい。

【0066】

以上により１枚の基板Ｗに対する一連の処理が終了する。

【0067】

上記の実施形態によれば、基板Ｗの表面全体に液膜が存在し続けている状態を維持しつつ液跳ねの発生を防止することができる。

【0068】

上記の実施形態においては、ＩＰＡ置換工程において、乾燥液ノズル４２からのＩＰＡの着液点が回転中心Ｗｃに一致した後に、乾燥液ノズル４２の移動方向を逆にして正方向に移動させていたが（図４の（Ｃ）～（Ｅ）を参照）、これには限定されない。図６の（Ｃ）～（Ｅ）に示すように、乾燥液ノズル４２をリンスノズル４３と同様に負方向に（つまり領域IIに）移動させてもよい。

【0069】

ＩＰＡ置換工程においてＩＰＡとＤＩＷを同時に吐出する際に、ＤＩＷを吐出するノズルとして、図７および図８に記載した補助ノズル７０を用いることもできる。この場合、処理ユニット１６には、図２および図３に示した構成に加えてさらに補助ノズル７０が追加される。従って、通常のリンス処理時には、薬液／リンスノズル４１またはリンスノズル４３を用いることができる。

【0070】

補助ノズル７０は、例えば、液受けカップ６０の上部開口近傍の液受けカップ６０の上面に設けることができる。補助ノズル７０は、図７に示すように概ね放物線軌道を画くようにＤＩＷを吐出する。補助ノズル７０は矢印７１で示すように回動（首振り）動作が可能であり、これにより補助ノズル７０から吐出されたＤＩＷの基板Ｗ上への着液点（着液点の半径方向位置）を変化させることができる。補助ノズル７０の回動範囲は、平面視で、補助ノズル７０から吐出されたＤＩＷの示すベクトルがＤＩＷの着液点における基板Ｗの運動方向を示すベクトルに概ね沿うように（少なくとも両ベクトルが逆方向を向かないように）、基板Ｗの回転方向（矢印ω）を考慮して決定される。

【0071】

なお、ＩＰＡ置換工程において用いているＩＰＡは、ＤＩＷより表面張力が大幅に低いため、その後の乾燥工程において、表面張力によるパターン倒壊を効果的に抑制する。ＩＰＡは、ＤＩＷより表面張力が低いだけでなく、ＤＩＷより揮発性が高く、かつＤＩＷと置換容易であるため、半導体装置の製造において乾燥工程の直前において基板の表面を覆う用途に広く用いられている。ＩＰＡと同様の特性（特に低表面張力）を有しているのであれば、ＩＰＡ以外の液体をＩＰＡ置換工程においてＩＰＡの代わりに用いることが可能である。この場合、ＩＰＡ置換工程は乾燥用液体置換工程と呼ばれる。なお、乾燥工程は、上記実施形態において記載した乾燥方法に限らず、例えば超臨界乾燥方法を用いることもできる。

【0072】

また、上記実施形態においては、ＤＩＷをＩＰＡで置換する置換工程（ＩＰＡ置換工程）について記載したが、ＩＰＡ置換工程において用いた技術は、基板の表面を覆う第１処理液を、当該第１処理液より表面張力が小さい第２処理液に置換する工程において広く用いることができる。この場合も、第１処理液から第２処理液へと置換を行うにあたり、基板Ｗの表面全体に液膜が存在し続けている状態を維持しつつ液跳ねの発生を防止することができる。

【0073】

今回開示された実施形態はすべ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。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主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。

【0074】

基板は半導体ウエハに限定されるものではなく、ガラス基板、セラミック基板等の半導体装置の製造において用いられる他の種類の基板であってもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】