特開 2024-52540 基板処理装置及び基板処理方法

(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】P2024052540

(43)【公開日】2024-04-11

(54)【発明の名称】基板処理装置及び基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/306 20060101AFI20240404BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20240404BHJP

【ＦＩ】

H01L21/306 R

H01L21/304 643A

H01L21/304 651L

H01L21/304 651M

H01L21/304 648L

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023130354

(22)【出願日】2023-08-09

(31)【優先権主張番号】P 2022158339

(32)【優先日】2022-09-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000002428

【氏名又は名称】芝浦メカトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(74)【代理人】

【識別番号】100112564

【弁理士】

【氏名又は名称】大熊 考一

(74)【代理人】

【識別番号】100163500

【弁理士】

【氏名又は名称】片桐 貞典

(74)【代理人】

【識別番号】230115598

【弁護士】

【氏名又は名称】木内 加奈子

(72)【発明者】

【氏名】土持 鷹彬

【テーマコード（参考）】

5F043

5F157

【Ｆターム（参考）】

5F043BB23

5F043DD13

5F043EE07

5F043EE08

5F043EE10

5F043EE12

5F043EE37

5F157AA43

5F157AB02

5F157AB14

5F157AB33

5F157AB90

5F157AC01

5F157AC13

5F157BB22

5F157BH18

5F157CE61

5F157CF14

5F157CF16

5F157CF22

5F157CF42

5F157CF44

5F157CF60

5F157CF99

5F157DB02

5F157DB37

(57)【要約】      （修正有）

【課題】処理液の温度を測定し、測定温度に応じて加熱部の温度を制御することにより、処理液を所望の温度に維持して、所望のエッチングレートで基板を処理できる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
【解決手段】実施形態の基板処理装置１は、基板Ｗを回転させる回転体１０、処理液Ｌを供給する供給部４０、基板Ｗに接離する方向に移動可能なプレート５０、処理液Ｌを加熱する加熱部６０、プレート５０の設置孔５１に収容され、基板Ｗの被処理面に供給された処理液Ｌの温度を非接触で測定する温度計７０、設置孔５１の内側壁における温度計７０よりも下側に開口し、温度計７０の下方に不活性ガスＧを供給する給気口５２、温度計７０よりも下側に開口し、給気口５２から供給された不活性ガスＧを排出する排気口５５及び温度計７０により測定された温度に応じて、加熱部６０を制御する制御部９０を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

保持部により保持された基板を回転させる回転体と、
前記基板の被処理面に、加熱された処理液を供給する供給部と、
前記被処理面に対向する位置に設けられ、前記基板に接離する方向に移動可能なプレートと、
前記プレートを前記基板に対して進退させる駆動部と、
前記プレートに設けられ、前記基板の前記被処理面に供給された前記処理液を加熱する加熱部と、
前記プレートに形成されて前記被処理面側に開口した設置孔に収容され、前記基板の前記被処理面に供給された前記処理液の温度を非接触で測定する温度計と、
前記設置孔の内側壁における前記温度計よりも下側に開口し、前記温度計の下方に不活性ガスを供給する給気口と、
前記設置孔の前記内側壁における前記給気口と異なる位置であって、前記温度計よりも下側に開口し、前記給気口から供給された前記不活性ガスを排出する排気口と、
前記温度計により測定された温度に応じて、前記加熱部を制御する制御部と、
を有することを特徴とする基板処理装置。

【請求項2】

前記加熱部は、前記プレートの径方向の異なる位置に複数設けられ、
前記温度計は、前記プレートの径方向の異なる位置に複数設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記排気口は、前記給気口よりも下方に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記給気口は、前記温度計と上下方向に間隔を空けて設けられていることを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記不活性ガスは、水蒸気より軽いガスであることを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記給気口に接続され、前記温度計の周囲を、隙間を空けて覆う筒状の給気路を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記給気口に前記不活性ガスを供給する給気部と、
前記排気口から前記不活性ガスを排気する排気部と、
前記給気部に設けられ、前記不活性ガスの流量を所定量とするバルブと、
前記不活性ガスの供給流量を測定する測定部と、
前記排気部に設けられ、前記不活性ガスの排気流量を調整する調整部と、
を有し、
前記制御部が、前記測定部による測定結果に応じて、前記排気流量を調整するように前記調整部を制御することを特徴とする請求項１または請求項２記載の基板処理装置。

【請求項8】

回転体が、保持部により保持された基板を回転させ、
前記基板の被処理面に対向する位置に設けられ、前記基板に接離する方向に移動可能なプレートに形成され、前記被処理面側に開口した設置孔に設けられた給気口から不活性ガスを供給し、
前記設置孔に設けられた排気口から前記不活性ガスを排出し、
前記プレートを前記基板に接近させて、供給部が前記基板の前記被処理面に加熱された処理液を供給し、
前記プレートに設けられた加熱部によって前記処理液を加熱し、
前記設置孔内に収容され、前記給気口及び前記排気口よりも上に設けられた温度計によって、前記処理液の温度を非接触で測定し、
制御部が、前記温度計により測定された温度に応じて、前記加熱部を制御する、
ことを特徴とする基板処理方法。

【請求項9】

前記給気口に前記不活性ガスを供給する給気部に設けられたバルブによって、前記不活性ガスの流量を所定量とし、
測定部によって、前記給気部の前記不活性ガスの供給流量を測定し、
前記制御部が、前記測定部による測定結果に応じて、前記排気口から前記不活性ガスを排気する排気路に設けられた調整部によって、前記不活性ガスの排気流量を制御する、
ことを特徴とする請求項８記載の基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウェーハなどの基板に積層された膜を、処理液によりエッチングするウェットエッチングの装置として、複数枚の基板を一括して処理液に浸漬させるバッチ式の基板処理装置が存在する。このようなバッチ式の基板処理装置は、複数枚を一括して処理できるので、生産性が高い。

【0003】

但し、バッチ式の基板処理装置は、複数枚の基板を共通の条件の処理液内に浸漬させるので、各基板に形成された膜厚等の相違に応じて、基板ごとにエッチングの深さ等を細かく調整することが難しい。そこで、基板を回転させながら、基板の回転中心付近にエッチング用の処理液を供給して、基板の表面に処理液を広げることにより、基板を一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置が使用されている。

【0004】

エッチング用の処理液としては、フッ酸やリン酸、硫酸などの酸系の液体が用いられる。例えば、酸化膜と窒化膜が積層された基板において、窒化膜をエッチングする場合、処理液としてリン酸の水溶液（リン酸溶液）を利用する基板処理装置がある。リン酸溶液は、温度が高いほどエッチング性能が高く、リン酸溶液の温度が下がるとエッチング性能が低下してしまう。このため、所望のエッチングレートを得るには、リン酸溶液を高温に維持しなければならない。例えば、リン酸溶液を１５０℃～１６０℃に加熱して基板に供給することにより、窒化膜をエッチングしている。

【0005】

しかしながら、シリコンウェーハ等の基板は、熱伝導率が高い。すると、基板の表面に供給されたリン酸溶液は、その熱が基板を介して逃げてしまい、温度が低下しやすい。つまり、基板の回転中心付近に供給されたリン酸溶液は、回転中心付近では高温になっているが、基板の外周に向かって移動するに従って、放熱により温度が低下していくことになる。

【0006】

このように基板の表面上の位置によって、リン酸溶液の温度が相違すると、基板の表面上の位置によってエッチングレートに差が生じるため、基板の全体を均一に処理することが難しくなる。これに対処するため、基板の表面上のリン酸溶液の温度を維持しながら、エッチング処理する基板処理装置がある（特許文献１参照）。

【0007】

この基板処理装置は、基板表面の上方に、基板の表面を覆う程度の大きさのヒータプレートを設け、ヒータプレートを基板の表面に接近させて、ヒータプレートの中心付近に設けられた吐出口から高温のリン酸溶液を供給する。基板とヒータプレートとの間の距離は、数ミリ程度であり、リン酸溶液は加熱されながら基板表面上を流れることになる。これにより、リン酸溶液のエッチング性能を維持できるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第５８４１４３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

以上のようなヒータプレートを用いた基板処理装置においては、所望のエッチングレートを得るために、処理中の処理液の温度を、所望の温度に維持する必要がある。そこで、従来は、ヒータプレートの温度を測定することで、測定温度に応じてヒータプレートの温度を制御して、処理液の温度を維持していた。しかしながら、ヒータプレートの温度を測定しても、処理液の温度を測定しているわけではないので、処理液が所望の温度を維持できているかどうかは正確にはわからない。

【0010】

処理液の温度を測定するための温度計としては、例えば、赤外線を用いて非接触で温度を測定する放射温度計がある。但し、処理中の基板は、ヒータプレートに覆われているので、処理液の温度を遠隔から測定することは難しい。これに対処するため、ヒータプレートの基板に対向する面に、温度計を設けることが考えられる。しかし、かかる温度計は、処理液に近接することになるので、温度計に高温の処理液の蒸気がかかることにより、温度計が破損する。すると、測定される温度が不正確になることや、温度測定ができなくなるため、処理液を所望の温度とすることが困難となる。

【0011】

本発明の実施形態は、上述のような課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、処理液の温度を測定し、測定温度に応じて加熱部の温度を制御することにより、処理液を所望の温度に維持して、所望のエッチングレートで基板を処理できる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の実施形態の基板処理装置は、保持部により保持された基板を回転させる回転体と、前記基板の被処理面に、加熱された処理液を供給する供給部と、前記被処理面に対向する位置に設けられ、前記基板に接離する方向に移動可能なプレートと、前記プレートを前記基板に対して進退させる駆動部と、前記プレートに設けられ、前記基板の前記被処理面に供給された前記処理液を加熱する加熱部と、前記プレートに形成されて前記被処理面側に開口した設置孔に収容され、前記基板の前記被処理面に供給された前記処理液の温度を非接触で測定する温度計と、前記設置孔の内側壁における前記温度計よりも下側に開口し、前記温度計の下方に不活性ガスを供給する給気口と、前記設置孔の前記内側壁における前記給気口と異なる位置であって、前記温度計よりも下側に開口し、前記給気口から供給された前記不活性ガスを排出する排気口と、前記温度計により測定された温度に応じて、前記加熱部を制御する制御部と、を有する。

【0013】

本発明の実施形態の基板処理方法は、回転体が、保持部により保持された基板を回転させ、前記基板の被処理面に対向する位置に設けられ、前記基板に接離する方向に移動可能なプレートに形成され、前記被処理面側に開口した設置孔に設けられた給気口から不活性ガスを供給し、前記設置孔に設けられた排気口から前記不活性ガスを排出し、前記プレートを前記基板に接近させて、供給部が前記基板の前記被処理面に加熱された処理液を供給し、前記プレートに設けられた加熱部によって前記処理液を加熱し、前記設置孔内に収容され、前記給気口及び前記排気口よりも上に設けられた温度計によって、前記処理液の温度を非接触で測定し、制御部が、前記温度計により測定された温度に応じて、前記加熱部を制御する。

【発明の効果】

【0014】

本発明の実施形態は、処理液の温度を測定し、測定温度に応じて加熱部の温度を制御することにより、処理液を所望の温度に維持して、所望のエッチングレートで基板を処理できる基板処理装置及び基板処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態の基板処理装置の構成を示す図である。

【図2】図１の設置孔に温度計を収容したプレートの内部構造を示す軸方向の断面図である。

【図3】実施形態の基板処理装置の処理手順を示すフローチャートである。

【図4】温度計を収容したプレートの比較例を示す断面図である。

【図5】設置孔に温度計を収容したプレートの変形例を示す断面図である。

【図6】不活性ガスの給排気制御の変形例を示す説明図である。

【0016】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
[概要］
本実施形態の基板処理装置１は、図１に示すように、基板Ｗを回転体１０とともに回転させながら、供給部４０において加熱された処理液Ｌを、基板Ｗの一方の面（以下、被処理面とする）に供給することにより、被処理面を処理する。このとき、図２に示すように、駆動部８０が、加熱部６０（ヒータ６１）を有するプレート５０を基板Ｗの被処理面に接近させて、プレート５０と基板Ｗとの間の空間を狭めることにより、熱を逃げ難くするとともに加熱して、処理液Ｌの温度低下を抑制する。プレート５０は、基板Ｗに非接触で、且つ基板Ｗに対して進退可能である。

【0017】

なお、本実施形態により処理される基板Ｗは、例えば、窒化膜が形成されたシリコンウェーハであり、処理液Ｌとしては、窒化膜をエッチングするためのリン酸溶液を用いる。

【0018】

[構成］
基板処理装置１は、図１及び図２に示すように、回転体１０、回転機構２０、保持部３０、供給部４０、プレート５０、加熱部６０、温度計７０、駆動部８０、制御部９０を有する。

【0019】

（回転体）
回転体１０は、保持部３０に保持された基板Ｗを回転させる。回転体１０は、保持部３０に保持された基板Ｗに間隔を空けて対向するテーブル１１を有する。回転体１０は、一端がテーブル１１によって塞がれた円筒形状である。テーブル１１は、基板Ｗよりも大きな径の円形の面である。

【0020】

回転体１０は、処理液Ｌに対して耐性を有する材料で形成されている。例えば、ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥなどのフッ素系の樹脂により、回転体１０を構成することが好ましい。なお、このような回転体１０は、図示はしないが、設置面又は設置面に設置された架台に固定された固定ベース上に、後述する回転機構２０によって回転可能に設けられている。

【0021】

なお、回転体１０の周囲には、セパレータ１２、カップ１３が設けられている。セパレータ１２、カップ１３は、上部の径が窄まるように屈曲された筒状体であり、セパレータ１２は内側、カップ１３は外側となるように同心円状に配置されている。セパレータ１２及びカップ１３の底面には、それぞれ処理液Ｌを排液するための排液口１２ａ、１３ａが設けられている。セパレータ１２、カップ１３は、回転する基板Ｗから飛散する各種の処理液Ｌを、基板Ｗの周囲から受ける。セパレータ１２が受けた処理液Ｌは、排液口１２ａを介して図示しない回収経路に排出され、カップ１３が受けた処理液Ｌは、排液口１３ａを介して図示しない排液経路に排出される。

【0022】

（回転機構）
回転機構２０は、回転体１０を回転させる機構である。回転機構２０は、駆動源２１を有する。駆動源２１、固定ベースに固定され、中空の回転子とこれを回転させる固定子を有する中空モータである。駆動源２１は、固定子のコイルに通電することにより、回転子とともに回転体１０を回転させる。

【0023】

（保持部）
保持部３０は、テーブル１１と平行に且つ間隔を空けて、基板Ｗを保持する。保持部３０は、保持ピン３１を有する。保持ピン３１は、図示しない駆動機構によって回転体１０の軸と平行な軸を中心に、偏心回転することにより、基板Ｗの縁部に接して基板Ｗを保持する保持位置と、基板Ｗの縁部から離れることにより基板Ｗを解放する解放位置との間を移動する。

【0024】

（供給部）
供給部４０は、図１に示すように、基板Ｗの被処理面、つまり保持部３０に保持された基板Ｗのテーブル１１と反対側の面に、処理液Ｌを供給する。供給部４０は、２種の処理液Ｌを供給する処理液供給機構４１１、４１２を有する。

【0025】

処理液供給機構４１１は、処理液Ｌとしてリン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）を含む水溶液（以下、リン酸溶液とする）を供給する。処理液供給機構４１２は、処理液Ｌとして純水（Ｈ_２О）を供給する。処理液供給機構４１１、４１２は、それぞれの処理液Ｌを貯留する処理液槽４１ａを有している。

【0026】

各処理液槽４１ａは、それぞれ処理液供給管４１ｂに接続されている。処理液供給管４１ｂは、その先端部が保持部３０に保持された基板Ｗに対向している。これにより、各処理液槽４１ａからの処理液Ｌは、処理液供給管４１ｂを介して、基板Ｗの表面に供給される。

【0027】

各処理液供給管４１ｂには、それぞれバルブ４１ｃ、流量計４１ｄが設けられている。バルブ４１ｃは、流量の調節機能とОＮ／ＯＦＦ機能を有している。各バルブ４１ｃが、対応する処理液槽４１ａから処理液供給管４１ｂに流れ込む処理液Ｌの量を調整する。各処理液供給管４１ｂを流れる処理液Ｌの量は、対応する流量計４１ｄにより検出される。なお、各処理液槽４１ａに貯留される処理液Ｌの生成設備及び生成方法は特定のものには限定されない。

【0028】

（プレート）
プレート５０は、基板Ｗの被処理面に対向する位置に設けられ、基板Ｗに接離する方向に移動可能な部材である。プレート５０は、基板Ｗよりも大径の円形である。プレート５０の上部の周縁には、外方に拡径したフランジ５０ｂが形成されている。プレート５０は、石英により形成されている。なお、プレート５０は、耐熱性と耐液性を両立させるため、二重構造となっていてもよい。つまり、耐熱性を有する材料によって基体が形成され、その周囲が処理液Ｌに対して耐性のある材料で覆われている。例えば、石英を基体として、その周囲にＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥなどのフッ素系の樹脂のカバーを形成することにより、プレート５０が構成されていてもよい。

【0029】

プレート５０には、２つの処理液供給管４１ｂの先端が挿通されて、基板Ｗ側に露出する２つの吐出口５０ａが形成されている。２つの吐出口５０ａは、回転体１０の回転の軸からずれている。これは、基板Ｗの回転に伴って、基板Ｗにおける吐出口５０ａとの対向部分が逐次変化することにより、処理液Ｌの温度の均一化に寄与するためである。さらに、プレート５０には、後述するように、設置孔５１、給気口５２、排気口５５が設けられている。

【0030】

（加熱部）
加熱部６０は、プレート５０に設けられ、基板Ｗの被処理面に供給された処理液Ｌを加熱する。本実施形態の加熱部６０は、通電により発熱するヒータ６１である。ヒータ６１は、プレート５０の水平方向の異なる位置に複数設けられている。例えば、ヒータ６１は、発熱量を個別に制御可能な、例えば、３つのヒータ片によって構成されている。つまり、円形状のヒータ片の外側に、円環状の２つのヒータ片が同心で配置されている。このようなヒータ６１によれば、同心で配置された３つのヒータ片の発熱量を個別に制御することで、同心状の部分毎に処理液Ｌの温度を変えることができる。なお、加熱部６０の径は、基板Ｗの外周側の温度低下を抑制するために、基板Ｗの径以上、つまり同等かより大きな径であることが好ましい。

【0031】

（温度計）
温度計７０は、基板Ｗの被処理面に供給された処理液Ｌの温度を非接触で測定する。温度計７０は、プレート５０に形成された設置孔５１に収容されている。設置孔５１は、円柱形状の貫通孔である。設置孔５１は、プレート５０の厚み方向（上下方向）に貫通している。温度計７０は、設置孔５１の上端に挿入されている。設置孔５１の被処理面側の端部は開口５１ａとなっている。温度計７０としては、例えば、測定対象の発する赤外線の放射量に基づいて、温度を測定する放射温度計を用いる。温度計７０は、設置孔５１の開口５１ａを介して赤外線を感知できるように、検出面が被処理面に向かっている。

【0032】

温度計７０は、プレート５０の径方向の異なる位置に複数設けられている。つまり、設置孔５１は、プレート５０の径方向の異なる位置に複数設けられ、温度計７０は、それぞれの設置孔５１に設置されている。例えば、設置孔５１が、３つのヒータ片に対応して３か所設けられ、それぞれの上端に温度計７０が挿入されている。設置孔５１内の温度計７０の下方には、不活性ガスＧを溜めるための空間５１ｂが形成される。

【0033】

各設置孔５１の内側壁には、給気口５２及び排気口５５が設けられている。給気口５２は、温度計７０よりも下側に開口し、温度計７０の下方の空間５１ｂに不活性ガスＧを供給する。プレート５０には、給気口５２に不活性ガスＧを供給する給気路５３が設けられている。給気路５３には、給気部５４が接続されている。給気部５４は、給気装置５４ａ、マスフローコントローラ（以下、ＭＦＣとする）５４ｂを含み、図示しない配管を介して給気路５３に接続されている。

【0034】

給気装置５４ａは、不活性ガスＧの供給源である。不活性ガスＧとしては、Ｈｅを用いることが好ましい。Ｈｅの比重は水蒸気（Ｈ_２）よりも軽いため、Ｈｅは、開口５１ａから侵入して温度計７０の方に上昇する水蒸気（以下、蒸気Ｖとする）よりも上方に位置する。このため、処理液Ｌから上昇して来る蒸気Ｖと温度計７０との間に、Ｈｅが介在することになり、温度計７０が保護される。但し、不活性ガスＧとして、Ｎ_２を用いてもよい。

【0035】

ＭＦＣ５４ｂは、給気装置５４ａと給気路５３との間に接続された配管に設けられ、不活性ガスＧの単位時間当たりの供給流量を調整する調整部である。ＭＦＣ５４ｂは、流体の流量を計測する質量流量計と流量を制御する電磁弁を有する。

【0036】

排気口５５は、温度計７０よりも下側に開口し、給気口５２と異なる位置に設けられ、給気口５２から供給された不活性ガスＧを排出する。異なる位置とは、平面視で重ならない位置及び高さ位置が異なる位置の一方又は双方を含む。本実施形態では、平面視で温度計７０を挟んで給気口５２と対向する位置に、排気口５５が設けられている。これにより、給気口５２から供給された不活性ガスＧが、温度計７０の検出面を覆うように通過して、排気口５５から排出される。また、排気口５５は、給気口５２よりも開口５１ａ側（給気口５２よりも下方）に設けられている。給気口５２は、温度計７０の下部に間隔を空けつつ近い位置に設置されることが好ましい。これにより、給気口５２から供給された不活性ガスＧが、開口５１ａ側に寄った排気口５５に向かって下方に流れるので、開口５１ａから蒸気Ｖがより侵入し難くなる。

【0037】

本実施形態においては、図１及び図２に示すように、温度計７０の下方に設けられた給気口５２が、温度計７０とは上下方向に間隔を空けて設けられている。これにより、給気口５２から比重の軽い不活性ガスＧを供給したときに、設置孔５１内の温度計７０の下方に不活性ガスＧが滞留する空間（滞留空間）が形成される。このように、温度計７０の下方に不活性ガスＧが滞留することで、温度計７０を蒸気Ｖから保護できる。図２の設置孔５１内における滞留空間を明確にするために、滞留空間の上下方向の間隔をＲＳで示す。

【0038】

また、本実施形態においては、図１及び図２に示すように、給気口５２と排気口５５とは、設置孔５１において、温度計７０に寄った位置に設けられている。つまり、給気口５２及び排気口５５は、上下方向において、温度計７０との距離よりも、開口５１ａとの距離の方が大きい。このように、給気口５２よりも排気口５５の方が下方に設けられ、排気口５５が、設置孔５１において温度計７０に寄った位置に設けられることで、排気口５５の下部から開口５１ａまでの空間が、排気口５５の下部から温度計７０までの空間よりも大きくなる。すると、給気口５２からの不活性ガスＧの供給と、排気口５５からの不活性ガスＧの排出とによって、排気口５５の下方の空間では気体の流れが僅かになる。これにより、開口５１ａから蒸気Ｖが侵入することを防止でき、温度計７０を蒸気から保護できる。図２における設置孔５１内の排気口５５を境界とする上下の空間を明確にするため、排気口５５の下部から開口５１ａまでの空間の上下方向の間隔をＬＳ、排気口５５の下部から温度計７０までの空間の上下方向の間隔をＵＳで示す。

【0039】

プレート５０には、排気口５５から不活性ガスＧを排気する排気路５６が設けられている。排気路５６には、排気部５７が接続されている。排気部５７は、排気装置５７ａ、マスフローコントローラ（以下、ＭＦＣとする）５７ｂを含み、図示しない配管を介して排気路５６に接続されている。

【0040】

排気装置５７ａは、不活性ガスＧを吸引する装置である。ＭＦＣ５７ｂは、排気装置５７ａと排気路５６との間に接続された配管に設けられ、排気装置５７ａによる単位時間当たりの排気流量を調整する調整部である。ＭＦＣ５７ｂは、流体の流量を計測する質量流量計と流量を制御する電磁弁を有する。

【0041】

駆動部８０は、プレート５０を、基板Ｗに対して進退させる機構である。駆動部８０は、支持部８１、アーム８２、昇降機構８３を有する。支持部８１は、リング状の部材であり、その内側にプレート５０が挿通され、上部にフランジ５０ｂが当接することにより、プレート５０を水平に支持する。アーム８２は、一端が支持部８１に固定された水平方向に延びた部材である。

【0042】

昇降機構８３は、架台に立設され、アーム８２を介してプレート５０を昇降させる機構である。昇降機構８３は、回転体１０の軸に平行な方向に移動する可動部を有し、可動部に支持部８１の他端が取り付けられている。昇降機構８３は、例えば、シリンダ、ボールねじ機構など、可動部を移動させる種々の機構を適用可能であるが、詳細は省略する。昇降機構８３は、プレート５０を、基板Ｗの表面との間に間隔ｄが形成される位置まで下降させる。この間隔ｄは、例えば、４ｍｍ以下であるが、処理液Ｌとの間に２ｍｍ程度の隙間が空くように維持される。

【0043】

なお、処理液Ｌは、供給部４０における図示しない加熱装置によって予め設定された温度まで加熱されており、基板Ｗに供給されて加熱部６０により加熱される。これにより、基板Ｗに供給された処理液Ｌを、予め設定された温度を維持したまま基板Ｗの全面に行き渡らせることができる。特に、外周側のヒータ６１を高温とすることにより、温度低下しやすい基板Ｗの外周側の温度を上げる効果が得られる。

【0044】

（制御部）
制御部９０は、基板処理装置１の各部を制御する。制御部９０は、基板処理装置１の各種の機能を実現するべく、プログラムを実行するプロセッサと、プログラムや動作条件などの各種情報を記憶するメモリ、各要素を駆動する駆動回路を有する。つまり、制御部９０は、回転機構２０、保持部３０、供給部４０、ＭＦＣ５４ｂ、５７ｂ、加熱部６０、駆動部８０などを制御する機構制御部９１を有する。

【0045】

また、本実施形態の制御部９０は、加熱制御部９２、流量制御部９３を有する。加熱制御部９２は、温度計７０により測定された温度に応じて、加熱部６０の温度を制御する。つまり、加熱制御部９２は、処理液Ｌの温度に応じてヒータ６１の出力を制御するフィードバック制御を行う。例えば、温度計７０により測定された温度が所定の温度よりも低い場合に、当該温度計７０に対応するヒータ６１の温度を上昇させる。例えば、各温度計７０に対して、プレート５０の中心側に隣接するヒータ６１が対応している。

【0046】

流量制御部９３は、設置孔５１内に不活性ガスＧが満たされつつ、開口５１ａから流出しないように、ＭＦＣ５４ｂ、５７ｂによって、設置孔５１に対する不活性ガスＧの供給流量及び排気流量を制御する。不活性ガスＧの供給流量が多すぎると、設置孔５１から漏れて処理液Ｌの温度が低下する。不活性ガスＧの排気流量が多すぎると、蒸気Ｖを吸ってしまうので、温度計７０に影響を与えるとともに、基板Ｗの被処理面上の処理液Ｌの周囲の雰囲気を吸うことにより、処理液Ｌの温度が低下する。このため、基本的には、不活性ガスＧの供給流量と排気流量が同等になるように制御することが好ましい。

【0047】

［動作］
以上のような本実施形態の基板処理装置１の動作を、上記の図１及び図２に加えて、図３のフローチャートを参照して説明する。なお、以下のような手順により基板Ｗを処理する基板処理方法、処理基板製造方法も、本実施形態の一態様である。

【0048】

まず、図１に示すように、プレート５０は上方の待機位置にある。このとき、プレート５０とテーブル１１との間には、図示しない搬送ロボットのハンドに支持された基板Ｗが搬入可能となる間隔が設けられている。

【0049】

また、予め加熱部６０のヒータ６１に通電することにより、プレート５０の基板Ｗに対向する面が加熱され、所定温度（例えば、温度範囲１８０℃～２２５℃内の温度）に保持されている。なお、例えば、基板Ｗの外周領域は放熱により最も温度が低下するため、外周領域のヒータ６１が、他の領域よりも高温となるように加熱してもよい。

【0050】

この状態で、搬送ロボットのハンドに搭載された基板Ｗが、プレート５０と回転体１０との間に搬入され、その周縁が複数の保持ピン３１に支持されることにより、回転体１０のテーブル１１上に保持される（ステップＳ０１）。このとき、基板Ｗの中心と回転体１０の回転の軸とが合致するように位置決めされる。

【0051】

給気部５４が、給気口５２から設置孔５１への不活性ガスＧの供給を開始することにより、空間５１ｂに不活性ガスＧを充満させる（ステップＳ０２）。次いで、排気部５７によって、排気口５５からの不活性ガスＧの排気を開始する（ステップＳ０３）。空間５１ｂに不活性ガスＧが常に存在するとともに、開口５１ａから不活性ガスＧが漏れ出すことがないように、ＭＦＣ５４ｂ、５７ｂは、不活性ガスＧの供給流量と排気流量を調整する。

【0052】

回転体１０が、比較的低速な所定速度（例えば、５０ｒｐｍ程度）にて回転する。これにより、基板Ｗが保持部３０とともに前記所定速度にて回転する（ステップＳ０４）。そして、プレート５０が、基板Ｗの被処理面との間に所定の間隔ｄ（例えば、４ｍｍ以下）が形成される位置まで下降する（ステップＳ０５）

【0053】

処理液供給機構４１１がリン酸溶液を基板Ｗの被処理面に供給するとともに、温度計７０によるリン酸溶液の温度測定が開始する（ステップＳ０６）。リン酸溶液を供給している間は、常時温度測定が行われる。上記のように、リン酸溶液は、予め供給部４０において加熱されている。リン酸溶液は、回転する基板Ｗの外周に向けて順次移動することにより、基板Ｗの表面の純水がリン酸溶液によって置換されつつ、エッチングにより窒化膜が除去される。

【0054】

基板Ｗの中心付近に供給されたリン酸溶液は、基板Ｗの外周へ移動するに従って熱が逃げ易くなるが、本実施形態においては、プレート５０が基板Ｗへ間隔ｄにまで接近しているため、ヒータ６１によりリン酸溶液が加熱され、温度低下による処理レートの低下が抑制される。例えば、リン酸溶液の温度は、１５０～１６０℃程度に維持されることが好ましい。

【0055】

処理中のリン酸溶液の温度は、上記のように温度計７０によって測定される。測定された温度に応じて、加熱制御部９２が、ヒータ６１の温度を制御する。つまり、温度が低下している領域に対応するヒータ６１の温度を上げる。設置孔５１の空間５１ｂに不活性ガスＧが満たされていることにより、温度計７０の検出面が不活性ガスＧで覆われるため、加熱されたリン酸溶液からの蒸気Ｖが検出面に付着することが防止できる。これにより、温度計７０の性能を維持しつつ、正常に液温を測定できる。また、不活性ガスＧが開口５１ａから漏れ出すことが無いので、不活性ガスＧによってリン酸溶液の温度が低下することが防止される。

【0056】

所定の処理時間が経過すると（ステップＳ０７）、処理液供給機構４１１がリン酸溶液の供給を停止するとともに、温度計７０による温度測定も停止する（ステップＳ０８）。

【0057】

次に、処理液供給機構４１２は、純水を基板Ｗの表面に供給する（ステップＳ０９）。回転する基板Ｗの表面に純水が供給されると、その純水が基板Ｗの外周に向けて順次移動することにより、基板Ｗの表面のリン酸溶液が洗い流される。そして、所定の洗浄時間が経過すると（ステップＳ１０）、処理液供給機構４１２は、純水の供給を停止する（ステップＳ１１）。

【0058】

基板Ｗが回転を停止して（ステップＳ１２）、プレート５０が上昇する（ステップＳ１３）。その後、給気部５４による不活性ガスＧの供給、排気部５７による排気を停止する。（ステップＳ１４）そして、搬送ロボットのハンドが基板Ｗの下に挿入され、保持部３０による基板Ｗの保持が解放され、搬送ロボットのハンドによって基板Ｗが搬出される（ステップＳ１５）。

【0059】

［効果］
（１）以上のような本実施形態の基板処理装置１は、保持部３０により保持された基板Ｗを回転させる回転体１０と、基板Ｗの被処理面に、加熱された処理液Ｌを供給する供給部４０と、被処理面に対向する位置に設けられ、基板Ｗに接離する方向に移動可能なプレート５０と、プレート５０を基板Ｗに対して進退させる駆動部８０と、プレート５０に設けられ、基板Ｗの被処理面に供給された処理液Ｌを加熱する加熱部６０と、プレート５０に形成されて被処理面側に開口した設置孔５１に収容され、基板Ｗの被処理面に供給された処理液Ｌの温度を非接触で測定する温度計７０と、設置孔５１の内側壁における温度計７０よりも下側に開口し、温度計７０の下方に不活性ガスＧを供給する給気口５２と、設置孔５１の内側壁における給気口５２と異なる位置であって、温度計７０よりも下側に開口し、給気口５２から供給された不活性ガスＧを排出する排気口５５と、温度計７０により測定された温度に応じて、加熱部６０を制御する制御部９０と、を有する。

【0060】

本実施形態の基板処理方法は、回転体１０が、保持部３０により保持された基板Ｗを回転させ、基板Ｗの被処理面に対向する位置に設けられ、基板Ｗに接離する方向に移動可能なプレート５０に形成され、被処理面側に開口した設置孔５１に設けられた給気口５２から不活性ガスＧを供給し、設置孔５１に設けられた排気口５５から不活性ガスＧを排出し、プレート５０を基板Ｗに接近させて、給気部５４が基板Ｗの被処理面に加熱された処理液Ｌを供給し、プレート５０に設けられた加熱部６０によって処理液Ｌを加熱し、設置孔５１内に収容され、給気口５２及び排気口５５よりも上に設けられた温度計７０によって、処理液Ｌの温度を非接触で測定し、制御部９０が、温度計７０により測定された温度に応じて、加熱部６０を制御する。

【0061】

このため、プレート５０の設置孔５１に設けられた温度計７０によって、処理液Ｌの温度を測定し、測定温度に応じて加熱部６０の温度を制御することにより、処理液Ｌを所望の温度に維持して、所望のエッチングレートで基板Ｗを処理できる。特に、設置孔５１内の不活性ガスＧが温度計７０を蒸気Ｖから保護することにより、処理液Ｌの温度を測定する温度計７０の性能を維持できるとともに、設置孔５１内の不活性ガスＧが排気されるので、設置孔５１からの不活性ガスＧの流出を防いで、処理液Ｌの温度低下を抑制できる。

【0062】

ここで、例えば、図４（Ａ）に示すように、プレート５０に形成した設置孔５１に、単に温度計７０を収容した場合、処理液Ｌからの蒸気Ｖが、設置孔５１の開口５１ａから侵入する。このため、温度計７０が高温の蒸気雰囲気に晒されることになり、変形や破損、測定精度の低下などを招く。また、図４（Ｂ）に示すように、温度計７０の周囲に隙間を設けた設置孔５１に、不活性ガスＧを供給して温度計７０を保護したとしても、開口５１ａから漏れ出す不活性ガスＧによって、処理液Ｌの温度が低下して、処理性能が低下する。

【0063】

一方、本実施形態は、設置孔５１への高温の処理液Ｌの蒸気Ｖの侵入や、設置孔５１から不活性ガスＧが漏れだすことを防いで、処理液Ｌの温度を測定できる。つまり、不活性ガスＧの供給によって、処理液Ｌの蒸気Ｖから温度計７０を保護することにより、温度計７０の変形や破損、測定性能の低下を防止して性能を維持できる。また、不活性ガスＧの排気によって、不活性ガスＧの漏れによる処理液Ｌの温度低下を防止して、基板Ｗの処理レートの低下を抑制し、高いプロセス性能と再現性を実現できる。

【0064】

特に、給気口５２と排気口５５を異なる位置とすることにより、温度計７０の検出面を覆う流れが形成され易くなる。例えば、給気口５２と排気口５５を平面視で重ならない位置とすることにより、平面視で給気口５２から供給された不活性ガスＧが検出面の下部を通過して、排気口５５へと向かう流れが生じ、これにより検出面が不活性ガスＧにより覆われる。温度計７０を収容する設置孔５１は、比較的小さな径（例えば、１０ｍｍ程度）となるため、このように給気と排気を異なる位置とすることで、不活性ガスＧを温度計７０の検出面の全体に行き渡らせることができる。また、不活性ガスＧを設置孔５１に供給し、設置孔５１で不活性ガスＧを滞留させてから、排気することにより、不活性ガスＧによる保護層を形成できる。

【0065】

（２）加熱部６０は、プレート５０の径方向の異なる位置に複数設けられ、温度計７０は、プレート５０の径方向の異なる位置に複数設けられている。このため、被処理面上の処理液Ｌの温度分布の相違に応じて、制御部９０が加熱部６０の温度を調整して、処理レートの低下を防止できるので、良好な処理を行うことができる。なお、制御部９０は、被処理面内での位置に応じて、処理レートを変えることもできる。

【0066】

（３）排気口５５は、給気口５２よりも下方に設けられている。このため、給気口５２からの不活性ガスＧが下方に流れる気流が生じるため、蒸気Ｖが上昇し難くなり、蒸気Ｖの侵入を防止できる。

【0067】

（４）不活性ガスＧは、蒸気Ｖ（水蒸気）よりも比重が軽いガスである。このため、不活性ガスＧが蒸気Ｖの上方に来るので、基板Ｗの被処理面上の処理液Ｌから上昇して来る蒸気Ｖと温度計７０との間に、不活性ガスＧが介在して、温度計７０が保護される。

【0068】

（５）給気口５２は、温度計７０と上下方向に間隔ＲＳを空けて設けられている。このため、設置孔５１の温度計７０の下方に、不活性ガスＧが滞留する空間が形成される。従って、温度計７０の下方に滞留した不活性ガスＧの層によって、温度計７０が保護される。

【0069】

（変形例）
（１）図５に示すように、給気路５３は、温度計７０の周囲を隙間を空けて覆う筒状としてもよい。給気口５２を水平方向に長いスリット状にすることにより、温度計７０の検出面に不活性ガスＧが行き渡り易くしてもよい。また、図２に示した給気路５３の径に対して給気口５２の径を小さくする、図５に示した給気路５３及び給気口５２と温度計７０との隙間を、給気路５３の部分よりも給気口５２の部分を狭くすることにより、不活性ガスＧの流速を上げてもよい。

【0070】

（２）給気部５４に設けられ、不活性ガスＧの流量を所定量とするバルブと、給気部５４に設けられ、不活性ガスＧの供給流量を測定する測定部と、不活性ガスＧの流量を調整する調整部と、を有し、制御部９０が、測定部による測定結果に応じて、排気流量を調整するように調整部を制御してもよい。例えば、図６に示すように、給気装置５４ａのＭＦＣ５４ｂに代えて、流量計５４ｃ（測定部）と、ニードルバルブ５４ｄ（バルブ）を設けてもよい。この場合、ニードルバルブ５４ｄが不活性ガスＧの流量を予め設定した所定量として、これを流量計５４ｃで測定した値が制御部９０に入力される。流量制御部９３は、入力された測定値と同じ流量になるように、排気装置５７ａのＭＦＣ５７ｂによって排気流量を調整する。これにより、制御構成を簡略化できるとともに、装置コストを低減できる。

【0071】

（３）加熱部６０は、各ヒータ６１が均熱板を含む構造であってもよい。また、加熱部６０は、ハロゲンランプやＬＥＤ等の光によって基板Ｗや処理液Ｌを直接加熱するものを用いてもよい。上記の態様では、複数の加熱部６０に対応して、それぞれ温度計７０を設けることにより、温度を測定した領域と、加熱する領域とを近似させていたが、加熱部６０の数と、温度計７０の数は必ずしも対応していなくてもよい。

【0072】

（４）基板処理装置１の処理は、処理液Ｌ及び基板Ｗの温度が処理レートに影響を与える処理であれば、処理の内容及び処理液Ｌは、上記で例示したものには限定されない。処理対象となる基板Ｗ及び膜についても、上記で例示したものには限定されない。

【0073】

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態及び各部の変形例を説明したが、この実施形態や各部の変形例は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述したこれら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明に含まれる。

【符号の説明】

【0074】

１ 基板処理装置
１０ 回転体
１１ テーブル
１２ セパレータ
１２ａ、１３ａ 排液口
１３ カップ
２０ 回転機構
２２ 駆動源
３０ 保持部
３１ 保持ピン
４０ 供給部
４１ａ 処理液槽
４１ｂ 処理液供給管
４１ｃ バルブ
４１ｄ、５４ｃ 流量計
５０ プレート
５０ａ 吐出口
５０ｂ フランジ
５１ 設置孔
５１ａ 開口
５１ｂ 空間
５２ 給気口
５３ 給気路
５４ 給気部
５４ａ 給気装置
５４ｂ、５７ｂ ＭＦＣ
５４ｄ ニードルバルブ
５５ 排気口
５６ 排気路
５７ 排気部
５７ａ 排気装置
６０ 加熱部
６１ ヒータ
７０ 温度計
８０ 駆動部
８１ 支持部
８２ アーム
８３ 昇降機構
９０ 制御部
９１ 機構制御部
９２ 加熱制御部
９３ 流量制御部
４１１、４１２ 処理液供給機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】