特許 7592500 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-22

(45)【発行日】2024-12-02

(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 20060101AFI20241125BHJP

   H01L 21/306 20060101ALI20241125BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 648G

H01L21/304 643A

H01L21/304 651B

H01L21/304 648F

H01L21/304 648K

H01L21/304 643Z

H01L21/306 R

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021005966

(22)【出願日】2021-01-18

(65)【公開番号】P2022110505

(43)【公開日】2022-07-29

【審査請求日】2023-10-23

(73)【特許権者】

【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】上村 史洋

(72)【発明者】

【氏名】南 輝臣

【審査官】佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１６８６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０４２５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５６２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０３５９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０４８９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を回転させながら清浄液を前記基板に供給し、前記基板の表面に前記清浄液の液膜を形成する清浄液膜形成工程と、
前記清浄液膜形成工程の後に、前記基板を第１の回転速度で回転させながら、薬液を第１の供給流量で前記基板に供給し、前記基板の表面に第１の厚さの薬液の液膜を形成しながら前記基板を前記薬液により処理する第１薬液処理工程と、
前記第１薬液処理工程の後に、前記基板を第２の回転速度で回転させながら、前記第１薬液処理工程で用いた薬液と同じ薬液を第２の供給流量で前記基板に供給し、前記基板の表面に第２の厚さの前記薬液の液膜を形成しながら前記基板を前記薬液により処理する第２薬液処理工程と、
を備え、
前記清浄液は、前記第１および第２薬液処理工程で用いた前記薬液よりも清浄度が高い前記薬液とは異なる液であり、
前記第１の供給流量は前記第２の供給流量よりも大きく、かつ、前記第１の厚さは前記第２の厚さより厚く、
前記基板への前記薬液の供給は、前記薬液を吐出する薬液ノズルと、前記薬液が循環する循環ラインから分岐して前記薬液ノズルに前記薬液を供給するディスペンスラインと、前記ディスペンスラインに設けられ、前記循環ラインから前記薬液ノズルへの前記薬液の供給を遮断する開閉弁とを有する薬液供給部を用いて実施され、
前記第１薬液処理工程の開始前に、前記開閉弁を開き、少なくとも前記ディスペンスラインの前記開閉弁から前記薬液ノズルに至るまでの区間に滞留していた前記薬液を予め定められた排出場所に排出するダミーディスペンス工程をさらに備えた、基板処理方法。

【請求項2】

基板を回転させながら清浄液を前記基板に供給し、前記基板の表面に前記清浄液の液膜を形成する清浄液膜形成工程と、
前記清浄液膜形成工程の後に、前記基板を第１の回転速度で回転させながら、薬液を第１の供給流量で前記基板に供給し、前記基板の表面に第１の厚さの薬液の液膜を形成しながら前記基板を前記薬液により処理する第１薬液処理工程と、
前記第１薬液処理工程の後に、前記基板を第２の回転速度で回転させながら、前記第１薬液処理工程で用いた薬液と同じ薬液を第２の供給流量で前記基板に供給し、前記基板の表面に第２の厚さの前記薬液の液膜を形成しながら前記基板を前記薬液により処理する第２薬液処理工程と、
を備え、
前記清浄液は、前記第１および第２薬液処理工程で用いた前記薬液よりも清浄度が高い前記薬液とは異なる液であり、
前記第１の供給流量は前記第２の供給流量よりも大きく、かつ、前記第１の厚さは前記第２の厚さより厚く、
前記基板への前記薬液の供給は、前記薬液を吐出する薬液ノズルと、前記薬液が循環する循環ラインから分岐して前記薬液ノズルに前記薬液を供給するディスペンスラインと、前記ディスペンスラインに設けられ、前記循環ラインから前記薬液ノズルへの前記薬液の供給を遮断する開閉弁とを有する薬液供給部を用いて実施され、
前記第１薬液処理工程は、少なくとも、前記開閉弁を開いて前記薬液ノズルから前記基板に前記薬液が吐出され始めた時点における少なくとも前記ディスペンスラインの前記開閉弁から前記薬液ノズルに至るまでの区間に存在していた前記薬液の全てが前記薬液ノズルから吐出され終わるまで実行される、基板処理方法。

【請求項3】

前記第１の回転速度は、前記第２の回転速度よりも高いか、あるいは前記第２の回転速度と等しい、請求項１または２に記載の基板処理方法。

【請求項4】

基板処理装置であって、
基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部を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基板に清浄液を供給する清浄液供給部と、
前記基板保持部により保持された基板に薬液を供給する薬液供給部と、
前記基板処理装置の動作を制御して、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】

半導体装置の製造工程には、基板にエッチング用あるいは洗浄用の薬液等の処理液を供給して、基板に所定の液処理を施す液処理工程が含まれる。液処理後に基板上に残留するパーティクルを減少させるために、基板に供給される処理液中に含まれるパーティクルを減少させることが求められている。処理液中に含まれるパーティクルには、液処理ユニットに供給される処理液の流量調節のための制御弁から発生するパーティクルが含まれ、このようなパーティクルを減少させるための手段を備えた基板処理装置が特許文献１に開示されている。

【0003】

特許文献１に開示された基板処理装置は、処理液供給源に接続された第１ラインと、処理液供給源から前記第１ラインに処理液を送るポンプと、第１ラインに接続され、第１ラインを流れる処理液が流入する複数の第２ラインと、各第２ライン上の分岐点に接続された分岐ラインと、各分岐ラインを介して供給される処理液により基板に処理を施す液処理ユニットと、各第２ライン上の前記分岐点よりも上流側に設けられたオリフィスと、各第２ライン上の前記分岐点よりも下流側に設けられた第１制御弁と、を備えている。第１制御弁は、第１制御弁よりも下流側に流す処理液の量を変化させることにより対応する第２ラインの前記オリフィスと第１制御弁との間の区間内の処理液の圧力を制御し、対応する分岐ラインを通って対応する液処理ユニットに供給される処理液の流量を制御する。上記構成によれば、分岐ラインに流量調整のための制御弁を介在させる必要がなくなるので、このような制御弁から発生し得るパーティクルが液処理ユニットに流れることがなくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－０４１７５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、薬液の消費量を減少させつつ液処理後に基板上に残留するパーティクルを減少させることができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態に係る基板処理方法は、基板を回転させながら清浄液を前記基板に供給し、前記基板の表面に前記清浄液の液膜を形成する清浄液膜形成工程と、前記清浄液膜形成工程の後に、前記基板を第１の回転速度で回転させながら、薬液を第１の供給流量で前記基板に供給し、前記基板の表面に第１の厚さの薬液の液膜を形成しながら前記基板を前記薬液により処理する第１薬液処理工程と、前記第１薬液処理工程の後に、前記基板を第２の回転速度で回転させながら、前記第１薬液処理工程で用いた薬液と同じ薬液を第２の供給流量で前記基板に供給し、前記基板の表面に第２の厚さの前記薬液の液膜を形成しながら前記基板を前記薬液により処理する第２薬液処理工程と、を備え、前記清浄液は、前記第１および第２薬液処理工程で用いた前記薬液よりも清浄度が高い前記薬液とは異なる液であり、前記第１の供給流量は前記第２の供給流量よりも大きく、かつ、前記第１の厚さは前記第２の厚さより厚い。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、薬液の消費量を減少させつつ液処理後に基板上に残留するパーティクルを減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】基板処理装置の一実施形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す横断面図である。

【図2】図１に示した基板処理装置の処理液供給機構の構成を概略的に示した配管系統図である。

【図3】図２に示した１つの処理ユニットに関連する処理液供給機構の構成を概略的に示した配管系統図である。

【図4】一実施形態における液処理の各工程における基板の回転速度および処理液の吐出流量を示すタイムチャートである。

【図5】液処理の各工程における処理液の吐出状況を説明するための概略図である。

【図6】初期厚膜形成工程の初期の状態を説明するための概略図でさる。

【図7】初期厚膜形成工程の終期の状態を説明するための概略図でさる。

【図8】薬液の液膜中における薬液の流速分布を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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

【0013】

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を保持する基板保持機構を備える。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、基板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。

【0014】

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。

【0015】

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を保持する基板保持機構を備える。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、基板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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

次に、図２および図３を参照して、複数の処理ユニット１６に処理液を供給する処理液供給系について説明する。処理液供給系は薬液供給系を含み、薬液供給系の配管系統が図２に示されている。

【0022】

薬液供給系３０は、薬液を貯留するタンク３２と、タンク３２から出てタンク３２に戻る循環ライン３４とを有している。循環ライン３４にはポンプ３６が設けられている。ポンプ３６は、タンク３２から出て循環ライン３４を通りタンク３２に戻る循環流を形成する。循環ライン３４には、薬液に含まれるパーティクル等の汚染物質を除去するフィルタ３８と、薬液を所定の温度に温調するための温調器４０とが設けられている。薬液が基板Ｗに常温で供給される場合には、温調器４０として、ペルチェ素子を用いて冷却・加熱を行う形式のものを用いることができる。

【0023】

循環ライン３４に設定された接続領域４２に、複数の分岐ライン（「ディスペンスライン」とも呼ぶ）４４が並列に接続されている。各分岐ライン４４は、循環ライン３４を流れる薬液を対応する処理ユニット１６に供給する。循環ライン３４の接続領域４２の圧力を安定化させるために、接続領域４２の下流側に定圧弁４３が設けられている。

【0024】

薬液供給系３０は、タンク３２に薬液または薬液構成成分を補充するタンク液補充部４６をさらに有する。タンク３２には、タンク３２内の薬液を廃棄するためのドレン部４８が設けられている。

【0025】

図３に示すように、１つの分岐ライン４４には、上流側から順に、流量計５０、流量制御弁としての定圧弁５２および開閉弁５４が設けられている。分岐ライン４４の下流端には薬液ノズル５６が設けられている。開閉弁５４と薬液ノズル５６との間において、分岐ライン４４からドレンライン５８が分岐している。ドレンライン５８には開閉弁６０が設けられている。

【0026】

流量計５０および定圧弁５２は、分岐ライン４４を流れる薬液の流量を調整する流量調整部を構成する。定圧弁５２は、図示しない電空レギュレータから定圧弁５２のパイロットポートに供給された操作圧力（空気圧）に応じた二次側圧力が実現されるように動作する。定圧弁５２のパイロットポートに供給される操作圧力は、流量計５０の検出流量が所望の値（設定値）となるように制御装置（図１の制御装置４またはその下位コントローラ）よりフィードバック制御される。

【0027】

薬液ノズル５６は、図３に概略的に示したノズルアーム６２の先端部に担持されている。ノズルアーム６２の先端部には、リンスノズル６４およびＩＰＡノズル６６も担持されている。リンスノズル６４およびＩＰＡノズル６６の少なくとも一方を、ノズルアーム６２以外のノズルアーム（図示せず）により担持させてもよい。

【0028】

リンスノズル６４には、リンス液供給源６５Ａから、リンス液供給制御部６５Ｂが介設されたリンス液ライン６５Ｃを介して、リンス液（例えばＤＩＷ）を制御された流量で供給することができる。リンス液供給制御部６５Ｂは、リンス液の供給／供給停止の切り替えおよびリンス液の供給流量を制御するために開閉弁、流量制御弁等（図示せず）を備えている。

【0029】

ＩＰＡノズル６６には、ＩＰＡ供給源６７Ａから、ＩＰＡ供給制御部６７Ｂが介設されたＩＰＡライン６７Ｃを介して、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を制御された流量で供給することができる。ＩＰＡ供給制御部６７Ｂは、ＩＰＡの供給／供給停止の切り替えおよびＩＰＡの供給流量を制御するために開閉弁、流量制御弁等（図示せず）を備えている。

【0030】

処理ユニット１６は、スピンチャック（基板保持回転機構）７０を有している。スピンチャック７０は、基板Ｗを水平姿勢で保持する基板保持部（チャック部）７２と、基板保持部７２およびこれに保持された基板Ｗを鉛直軸線周りに回転させる回転駆動部７４とを有している。

【0031】

基板保持部７２は、基板Ｗの周縁部を把持爪等の保持部材により機械的に保持するメカニカルチャックと呼ばれるタイプのものであってもよく、基板Ｗの裏面中央部を真空吸着するバキュームチャックと呼ばれるタイプのものであってもよい。回転駆動部７４は、例えば電気モータにより構成することができる。

【0032】

基板保持部の周囲には、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７６が設けられている。液受けカップ７６により捕集された処理液は、液受けカップ７６の底部に設けられた排液口７８から処理ユニット１６の外部に排出される。液受けカップ７６の底部には排気口８０も設けられており、排気口８０を介して液受けカップ７６の内部が吸引されている。

【0033】

ノズルアーム６２により、薬液ノズル５６、リンスノズル６４およびＩＰＡノズル６６を、スピンチャック７０により保持された基板Ｗの中心部の真上の位置（処理位置）と、液受けカップ７６の外側（半径方向に関して外側）の位置（退避位置）との間で移動させることができる。薬液ノズル５６、リンスノズル６４およびＩＰＡノズル６６の下方には退避位置にあるノズル５６，６４，６６から吐出された液を受けるダミーディスペンスポート８２が設けられている。

【0034】

次に、図４のタイムチャートおよび図５の模式図を参照して、処理ユニット１６にて基板Ｗに対して実行される液処理の一連の工程について説明する。一例として、基板Ｗは半導体ウエハであり、液処理はＢＥＯＬ（配線工程）にて行われる薬液処理であり、薬液処理で用いる薬液としてはＢＨＦ（バッファードフッ酸）、ＤＨＦ（希フッ酸）、ＮＨ_４Ｆ（フッ化アンモニウム）などを含む有機系薬液とすることができる。以下の液処理において用いる処理液（プリウエット液、薬液等）は全て常温である。なお、上述した液処理の種類、使用する薬液、処理液の温度等は例示であり、上述したものに限定されるものではない。

【0035】

図４のタイムチャートにおいて、上段は基板Ｗの回転速度を表示し、下段は処理液の吐出流量（破線が薬液、実線がプリウエット液およびリンス液、一点鎖線がＩＰＡを示す）を表示している。

【0036】

なお、本実施形態では、従来から削減が求められていたサイズのパーティクルだけではなく、それよりも小さいサイズ（以下、本明細書において「微小サイズ」と呼ぶ）のパーティクル（例えば１３ｎｍ程度のサイズのパーティクル）が基板Ｗに付着することを防止または抑制することを課題としていることに留意されたい。このような微小サイズのパーティクルは、例えば、開閉弁（５４）において、弁体が弁座から離れるときあるいは弁体が弁座に着座するときに、弁体と弁座との干渉（例えば擦れ）による発塵の結果として生じ得る。分岐ライン４４上に設けられた可動部を有するその他の弁（例えば流量制御弁（５２））においても理論上は発塵が生じる可能性があるが、半導体製造装置の処理液供給系で用いられる流量制御弁（５２）における発塵の可能性は、開閉弁（５４）に比べるとずっと低いため、本明細書では流量制御弁（５２）については考慮しないこととする。

【0037】

［薬液ダミーディスペンス工程（ステップＳ１）］
基板Ｗが処理ユニット１６に搬入され、スピンチャック７０により保持される。基板Ｗが処理ユニット１６に搬入されるときには、薬液ノズル５６は退避位置、すなわちダミーディスペンスポート８２の真上にある。この状態から、まず、開閉弁５４を開いて、薬液ノズル５６からダミーディスペンスポート８２に向けて所定時間薬液を吐出するダミーディスペンスを行う（図５の（ａ）を参照）。

【0038】

ダミーディスペンスは、少なくとも分岐ライン４４の開閉弁５４から薬液ノズル５６に至るまでの区間に滞留していた薬液の全てが薬液ノズル５６から吐出されるまで行われる。具体的には例えば、ダミーディスペンスは、薬液ノズル５６からの薬液の吐出流量を２００ｍＬ／minとして３０秒間行われる。薬液の吐出流量を増やして、吐出時間を短くしてもよい。

【0039】

ダミーディスペンスは、少なくとも分岐ライン４４の全域（つまり循環ライン３４との接続点から薬液ノズル５６に至る区間）に滞留していた薬液の全てが薬液ノズル５６から吐出されるまで行ってもよい。

【0040】

ダミーディスペンスを行うことにより、薬液ノズル５６および分岐ライン４４の内部の流路内に滞留しているかあるいは接液面に付着しているパーティクル等の汚染物質を排出することができる。また、ダミーディスペンス時に少なくとも分岐ライン４４の開閉弁５４から薬液ノズル５６に至るまでの区間に滞留していた薬液の全てを薬液ノズル５６から吐出することにより、ダミーディスペンスの停止直後に分岐ライン４４内に一時的に滞留する薬液中に開閉弁５４で生じた塵（パーティクル）が残留することを防止することができる。また、ダミーディスペンスを行うことにより、薬液ノズル５６の周囲の雰囲気によりノズル内部が汚染されていたとしても、その汚染物質を排出することができる。

【0041】

薬液ノズル５６とリンスノズル６４とが別のノズルアームに担持されているのなら、薬液ダミーディスペンス工程を行っている期間の少なくとも一部が、後述のプリウエット工程を行っている期間と重複してもよい。

【0042】

［プリウエット工程（ステップＳ２）］
薬液ダミーディスペンス工程の終了後、リンスノズル６４を基板Ｗの中心部の真上の位置に位置させるとともに、基板Ｗを比較的低い回転速度（例えば１００～１５０ｒｐｍ）で回転させる。この状態で、リンスノズル６４から、プリウエット液として清浄液体、ここではＤＩＷ（純水）を大流量（例えば１５００ｍＬ／min）で吐出する（図５の（ｂ）を参照）。プリウエット工程は、例えば５秒間行われる。基板Ｗの中心部に着液したプリウエット液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、これにより、基板Ｗの表面の全体がプリウエット液の液膜により覆われる。

【0043】

なお、プリウエット液の吐出初期には、プリウエット液中に後述するような開閉弁の開放に伴う発塵に起因する塵が含まれ得るが、プリウエット液は大流量で供給されるため、塵（パーティクル原因物質）は基板Ｗの表面には殆ど付着しない。

【0044】

比較的厚いプリウエット液（ＤＩＷ）の液膜（つまり、振り切りにより容易に消失することがない液膜）が基板Ｗの表面の全体に均一に形成されるのであれば、プリウエット工程における基板Ｗの回転速度およびプリウエット液の吐出流量は上記のものに限定されない。一例として、基板Ｗの表面に疎水面と親水面とが混在している場合には、液膜の均一性の観点からは基板の回転速度を高めに設定した方が好ましい。この場合、比較的厚い液膜を形成するためにプリウエット液の吐出流量を増やしてもよい。

【0045】

プリウエット工程の効果を確認するため、本明細書で説明した実施形態に基づく条件での処理（プリウエット工程有り）と、これに対してプリウエット工程が無い点のみが異なる条件での処理とを実際に行ってみた。その結果、プリウエット工程有りのパーティクル数は、プリウエット工程無しの場合のパーティクル数の約５０％程度であった。

【0046】

また、プリウエット工程時における基板の回転速度を変更しながら（吐出流量は１５００ｍＬ／minに固定）、本明細書で説明した実施形態に基づく条件での処理を行ってみた。その結果として、回転速度が小さい方が（つまり膜厚が大きい方が）パーティクル数が少なくなる傾向が認められた。

【0047】

プリウエット液として、希アンモニア水を用いることもできる。また、希アンモニア水は、後述のリンス工程におけるリンス液としても用いることもできる。一般的には、アルカリ性の液中では固体表面（基板表面およびパーティクル表面の両方）のゼータ電位がマイナスになるため、パーティクルが付着し難くなることが知られている。パーティクルの付着抑制が求められる本実施形態においても、希アンモニア水をプリウエット液およびリンス液のうちの少なくとも一方として利用することは有益である。実際のところ、プリウエット液およびリンス液として希アンモニア水を用いたところ、ＤＩＷを用いた場合と比較してさらなるパーティクルの減少が確認された。

【0048】

なお、本明細書において、「ノズルが基板Ｗの中心部の真上に位置している」ということは、ノズルが基板Ｗの回転中心点の真上に位置していることには限定されない。ノズルから吐出されて基板Ｗの表面に着液した液が着液直後に基板Ｗの回転中心点を濡らすことができる程度に広がるのであれば、基板Ｗの回転中心点からずれていても構わない。

【0049】

なお、本実施形態において、「液膜」は、液の種類に関わらず、回転する基板Ｗの中心部に着液した液が遠心力により基板Ｗの周縁に向けて広がりながら流れることにより基板Ｗの表面に形成される。液膜の厚さは、基本的には、基板Ｗの回転速度およびノズルからの液の吐出流量により決定される。

【0050】

プリウエット液として用いられるＤＩＷおよび希アンモニア水は、薬液よりも清浄度が高い。清浄度が高いとは、パーティクル原因物質（塵等の粒子、析出等によりパーティクルを生じさせる物質を意味する）の含有量が少ないことを意味する。

【0051】

［初期厚膜形成工程（ステップＳ３）］
次に、リンスノズル６４からのプリウエット液（ＤＩＷ）の吐出を停止するとともにリンスノズル６４を基板Ｗの中心部の真上の位置から退避させ、薬液ノズル５６を基板Ｗの中心部の真上の位置に位置させる。そして開閉弁５４を開いて、薬液ノズル５６から、薬液を、次に行われる本処理工程よりも大きな吐出流量（例えば７００ｍＬ／min程度の中流量）で吐出する（図５の（ｃ）を参照）。液吐出をリンスノズル６４から薬液ノズル５６に切り替えるとほぼ同時に、基板Ｗの回転速度をプリウエット工程よりも低い値（例えば３０～５０ｒｐｍ程度の極低速）まで下げる。

【0052】

初期厚膜形成工程は、初期厚膜形成工程の開始直前までに少なくとも分岐ライン４４の開閉弁５４およびその下流側の区間に滞留していた薬液の全てが薬液ノズル５６から吐出されるまで行う。なお、初期厚膜形成工程における薬液の総吐出量を増やすことは省薬液の観点からは好ましくないため、分岐ライン４４の開閉弁５４およびその下流側の区間に滞留していた薬液の全てが丁度排出されるまで初期厚膜形成工程を行ってもよい。一例として、初期厚膜形成工程は約１０秒程度実施される。

【0053】

初期厚膜形成工程の前期においては、図６に概略的に示すように、プリウエット工程により形成された清浄度の高い（汚染物質を殆ど含んでいない）プリウエット液（ＤＩＷ）の液膜の上に、薬液ノズル５６から薬液が供給される。このとき、例えば、開閉弁５４を開くときに弁体が弁座に対して移動するため、前述した微小サイズのパーティクルの原因となり得る発塵が生じ得る。ここで発生した塵（パーティクル）は、薬液と一緒に基板Ｗに供給される。この塵を含んだ薬液は、保護膜として作用するプリウエット液の液膜の上に落ちる。薬液とプリウエット液とは相互拡散はするものの、薬液の塵が基板Ｗの表面まで到達することは困難であり、塵が基板Ｗの表面に付着することは殆ど無い。つまり、初期厚膜形成工程の前期においては、プリウエット液の液膜による保護効果により、基板表面への塵の付着が防止される。

【0054】

初期厚膜形成工程の開始からの時間経過とともに、プリウエット液は薬液に置換されてゆき、最後には、図７に概略的に示すように、基板Ｗの表面にほぼ薬液のみが存在するようになる。この時点において分岐ライン４４の開閉弁５４およびその下流側の区間に滞留していた薬液の全てが薬液ノズル５６から吐出され終わるような条件で、初期厚膜形成工程が実施されている。分岐ライン４４の開閉弁５４およびその下流側の区間に滞留していた薬液の全てが薬液ノズル５６から吐出され終わった時点では、薬液ノズル５６から吐出される薬液に、弁由来の塵は全く含まれていないか、殆ど含まれていない（図７を参照）。仮に、薬液ノズル５６から吐出される薬液に多少の塵が含まれていたとしても、初期厚膜形成工程では、比較的大きな流量（例えば７００ｍＬ／min）で薬液が供給されているため、初期厚膜形成工程の終期において基板Ｗの表面に形成されている薬液の膜厚は比較的厚い。このため、液膜中の塵が基板Ｗの表面と接触する確率は低く、塵が基板Ｗの表面に付着することは殆ど無い。

【0055】

基板Ｗの中心部から周縁に向けて流れる液の流速は、図８に示すように、基板Ｗの表面に近いほど低く、液膜表面に近いほど高い（符号Ｖが付けられた矢印の長さが速度を示している）。流速が低い基板表面付近においては、薬液中に含まれる塵（パーティクル原因物質）は基板Ｗの表面に付着しやすい。薬液の膜厚が薄い場合、薬液中に含まれる塵の多くは、基板Ｗの表面近傍を低速で移動するため、基板Ｗの表面に付着しやすい。また、塵（特に前述した微小サイズのもの）は、一旦基板Ｗの表面に付着すると、低流速の液流れに晒されても基板Ｗの表面から離れ難い。薬液の膜厚が厚い場合には、薬液中に含まれる塵の多くは比較的基板の表面から離れた位置を基板Ｗの周縁に向けて比較的高速で流れるため、基板Ｗの表面に付着する塵の量は少なくなる。つまり、ある程度の量の塵が含まれている薬液を基板Ｗに供給する場合、大流量かつ厚い膜厚が形成されるような基板Ｗの回転速度とした方が、塵（パーティクル）の付着を抑制することができる。このことを考慮して、初期厚膜形成工程における薬液の吐出流量および基板Ｗの回転速度が決定されている。

【0056】

初期厚膜形成工程の条件について考察するための実験を行ってみた。基板の回転速度を５０ｒｐｍに固定して、薬液の吐出流量を２００～７００ｍＬ／min変化させたところ、薬液の吐出流量が大きいほど、基板に付着したパーティクルレベルが低下することが確認できた。また、薬液の吐出流量を２００ｍＬ／minに固定して基板の回転速度を５０～３００ｒｐｍの間で変化させたところ、基板の回転速度が小さいほど基板に付着したパーティクルレベルが低下することが確認できた。このことから初期厚膜形成工程で形成する液膜の厚さは大きいほどパーティクルレベルが低下するといえる。

【0057】

［本処理工程（薬液処理）（ステップＳ４）］
次に、基板Ｗの回転速度を極低速（例えば初期厚膜形成工程と同じ速度）に維持したまま、薬液ノズル５６からの薬液の吐出流量を小流量（例えば２００ｍＬ／min）まで下げて、本処理工程を実行する（図５の（ｄ）を参照）。このとき、薬液の吐出流量が減少したことにより、基板Ｗの表面の液膜の厚さが薄くなる。もちろん、薬液の吐出流量は、基板Ｗの表面全域が切れ目無く薬液の液膜で覆われることが保証される値以上に維持される。一例として、本処理工程は７０～８０秒程度実施される。

【0058】

本処理工程を開始する時点では、弁由来の塵（パーティクル）のほぼ全てが薬液ノズルから吐出されているので、初期厚膜形成工程の時と比較して基板Ｗに供給される薬液の清浄度は高い。このため、液膜の厚さが薄くなっても、基板Ｗの表面への塵の付着は防止されるかあるいは十分に抑制される。本処理工程は、基板Ｗの表面に対して所望の薬液処理が完了するまで（例えば所望のエッチング量が得られるまで）行われる。本処理工程では薬液の吐出流量を低く抑えているため、特に高価な薬液を使用する場合の処理コストを低減することができる。

【0059】

［切り替え工程（本処理工程からリンス工程への移行）（ステップＳ５）］
次に、薬液ノズル５６からの薬液の吐出流量を維持したまま、リンスノズル６４を基板Ｗの中心部の真上の位置に位置させるとともに、リンスノズル６４からリンス液としてのＤＩＷ（純水）を中流量（例えば７００ｍＬ／min）で吐出し、基板の回転速度を低速（例えば２００ｒｐｍ）に増加させる（図５の（ｅ）を参照）。このとき、リンス液の吐出流量を上記のように低めに押さえることにより、液跳ねを防止することができる。２つのノズル（５６，６４）から同時に液を供給する場合、基板Ｗの表面での異なる液流れが干渉することにより液跳ねが生じ得る。跳ねた液はカップで跳ね返り基板Ｗの表面に再付着し、パーティクルの原因となり得るが、個々のノズル（５６，６４）からの吐出流量を低めに抑えることにより液跳ねを防止することができる。また、２つのノズル（５６，６４）から同時に液を供給することにより、個々のノズルからの液の吐出流量を低めに抑えても、液膜が千切れて基板Ｗの表面が露出することはない。薬液ノズル５６およびリンスノズル６４からの液の吐出が同時に行われている期間は例えば１０秒程度とすることができる。

【0060】

［リンス工程（ステップＳ６）］
次に、薬液ノズル５６からの薬液の吐出を停止するとともに、リンスノズル６４からのリンス液の流量を大流量（例えば１５００ｍＬ／min）に増大させ、さらに基板の回転速度を高速（例えば１０００ｒｐｍ）に増加させる（図５の（ｆ）を参照）。リンス工程は、本処理工程で使用した薬液および生じた反応生成物が十分に除去される時間、例えば３０秒程度の間行うことができる。

【0061】

基板Ｗの表面に液で覆われていない領域が生じないことが保証されるのであれば、切り替え工程を行わずに、本処理工程からリンス工程へ直接移行してもよい。つまり、薬液ノズル５６からの薬液の吐出の停止と同時、あるいはほぼ同時に、リンスノズル６４からのＤＩＷの吐出を開始してもよい。

【0062】

［ＩＰＡ置換工程（ステップＳ７）］
基板Ｗの回転速度を高速（例えば１０００ｒｐｍ）に維持したまま、リンスノズル６４からのＤＩＷの吐出を停止し、かつ、ＩＰＡノズル６６を基板Ｗの中心部の真上の位置に位置させるとともに、ＩＰＡノズル６６からＩＰＡを例えば１００ｍＬ／min程度の小流量で０．５秒程度吐出する（図５の（ｇ）を参照）。その後、基板の回転速度を中速（例えば３００ｒｐｍ）に低下させ、ＩＰＡノズル６６からのＩＰＡ吐出流量を維持したまま、ＩＰＡノズル６６を基板Ｗの中心部の真上の位置と基板Ｗの周縁の真上の位置との間で往復させる（図５の（ｈ）を参照）。これにより、基板Ｗの表面（パターンの凹部内を含む）にあったＤＩＷがＩＰＡに置換される。

【0063】

［乾燥工程］
次に、基板Ｗの回転速度を維持するかあるいは増大させ、ＩＰＡノズル６６からのＩＰＡの吐出を停止する。これにより、ＩＰＡが基板Ｗの表面から除去され、基板Ｗが乾燥する。なお、この乾燥工程は図４のタイムチャートには記載されていない。基板Ｗが乾燥したら、基板Ｗの回転を停止する。以上により基板に対する一連の処理が終了する。その後、処理済みの基板Ｗは処理ユニット１６から搬出される。

【0064】

＜実施形態の効果＞
薬液処理時に薬液を比較的大流量で回転する基板に供給する場合には、厚い液膜が形成されるため、先に説明した理由により基板の表面にパーティクルが付着し難い。しかしながら、薬液が高価である場合には薬液の消費量の削減が求められる。薬液の消費量を削減する方法としては、基板への薬液供給量自体を減らす方法、あるいは、使用済み薬液を回収して再利用する方法がある。後者の場合、近年のパーティクル削減要求を満足しない場合がしばしばある。

【0065】

上記実施形態では、プリウエット工程および初期厚膜形成工程を実行することにより、微小サイズのパーティクルの原因物質が含まれている薬液が基板の表面上に吐出されたとしても、パーティクル原因物質が基板の表面に接触する（つまり付着する）機会を大幅に減少させている。本処理工程（薬液処理）においては含有するパーティクル原因物質の量が十分に低く抑制された薬液が基板に供給される。このため、液膜の厚さを薄くしても（つまり薬液の供給量を減少させても）基板に微小サイズのパーティクルが付着する恐れがない。上記実施形態によれば、薬液を常時大流量で吐出して薬液処理を行う場合と比較して、基板に付着するパーティクルレベルを同等以下に抑制しつつ、薬液の総消費量を削減することができる。

【0066】

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。

【0067】

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製造の技術分野で用いられる任意の種類の基板であってよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】