基板処理装置および基板処理方法
【課題】処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる基板処理装置および基板処理方法を提供すること。
【解決手段】二流体ノズルからの薬液の液滴の噴流が導かれるウエハの表面上の供給位置が、ウエハの回転中心からウエハの周縁部に至る範囲を円弧状の軌跡を描きつつ移動する。薬液の供給位置がウエハの回転中心から離れるにつれて、二流体ノズルからウエハに供給される薬効成分の濃度が高くされている。その一方で、回転中心から離れているほど、ウエハの表面位置は高速に移動している。その結果、単位面積あたりの薬液の薬効成分の量がウエハの全域においてほぼ等しくなる。
【解決手段】二流体ノズルからの薬液の液滴の噴流が導かれるウエハの表面上の供給位置が、ウエハの回転中心からウエハの周縁部に至る範囲を円弧状の軌跡を描きつつ移動する。薬液の供給位置がウエハの回転中心から離れるにつれて、二流体ノズルからウエハに供給される薬効成分の濃度が高くされている。その一方で、回転中心から離れているほど、ウエハの表面位置は高速に移動している。その結果、単位面積あたりの薬液の薬効成分の量がウエハの全域においてほぼ等しくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板に処理液を供給して当該基板を処理する基板処理装置および基板処理方法に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、ＦＥＤ(Field Emission Display)用基板、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等が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程などでは、基板に処理液を供給する基板処理装置が用いられる。基板を１枚ずつ処理する枚葉型の基板処理装置は、たとえば基板を保持して回転するスピンチャックと、このスピンチャックの表面に、処理液を供給する処理液ノズルと、この処理液ノズルを基板上で移動させるノズル移動機構とを備えている。
ノズル移動機構によって処理液ノズルが移動されることによって、基板の表面における処理液の供給位置（処理液が当たる位置）が、基板の回転中心を通る経路に沿って移動される。回転中の基板の中央領域から周縁領域に向けて基板の表面の供給位置が移動されることで、基板の全域に処理液が供給される。
【特許文献１】特開平１１−１０２８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、基板の表面位置は回転中心から離れているほど高速に移動しているので、処理液供給量が一定ならば、処理液の供給位置が回転中心から離れるほど、単位面積あたりの処理液の供給量が少なくなる。処理液ノズルから基板の表面に供給された処理液は、供給位置において最も高い処理力を発揮する。このため、基板の中央領域と周縁領域とで処理効率が異なり、基板の表面内に処理の不均一が生じる。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）を回転させる基板回転手段（１）と、前記基板回転手段によって回転される基板の表面に処理液を供給する処理液供給手段（２）と、前記処理液供給手段から基板の表面に供給される処理液の供給位置を移動させるための供給位置移動手段（３２，３３）と、前記処理液供給手段から供給される処理液の活性度を変更するための活性度変更手段（２２：２５）と、前記供給位置移動手段によって移動させられる処理液の供給位置に基づいて、前記活性度変更手段を制御する制御手段（３５）とを含む、基板処理装置である。
【０００６】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この構成によれば、基板の表面に供給される処理液の活性度が、処理液の供給位置に基づいて変更される。このとき、単位面積あたりの処理量が基板の全域においてほぼ等しくなるように、供給位置ごとの処理液の活性度が変更されれば、基板の全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。これにより、処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記制御手段は、前記処理液の供給位置が基板の回転中心から離れるにつれて、前記処理液の活性度が高くなるように、前記活性度変更手段を制御する、請求項１記載の基板処理装置である。
この構成によれば、基板の回転中心から離れた位置ほど、基板の表面に供給される処理液の活性度は高い。一方で、回転中心から離れているほど、基板の表面位置は高速に移動している。その結果、単位面積あたりの処理量を基板の全域においてほぼ等しくすることができる。これにより、基板の全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。ゆえに、処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、前記活性度変更手段は、前記処理液供給手段から供給される処理液の活性成分の濃度を変更する活性成分濃度変更手段（２２）を含む、請求項１または２記載の基板処理装置である。
処理液の活性度は、処理液の活性成分の濃度を含む。請求項３記載の構成によれば、基板の表面に供給される処理液の活性成分の濃度が、処理液の供給位置に基づいて変更される。基板の表面に供給される処理液の活性成分の濃度が変更されると、基板の表面と処理液の活性成分との接触確率が変わる。このため、基板の表面の単位面積あたりの処理液の活性成分の量が等しくなるように、供給位置ごとの処理液の活性成分の濃度が変更されれば、基板の全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。これにより、処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる。
【０００９】
請求項４記載の発明は、前記活性度変更手段は、前記処理液供給手段から供給される処理液の温度を変更する処理液温度変更手段（２５）を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置である。
処理液の活性度は、処理液の活性成分の濃度を含む。請求項４記載の構成によれば、基板の表面に供給される処理液の温度が、基板の表面の処理液の供給位置に基づいて変更される。そのため、基板の全域で処理液の温度分布を均一とすることが望ましい。
【００１０】
基板の表面の単位面積あたりの処理液の供給熱量が等しくなるように、供給位置ごとの処理液の温度が変更されれば、基板の全域で処理液の温度分布を均一とすることができる。これにより、基板の全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。ゆえに、処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる。
請求項５記載の発明は、前記処理液供給手段は、前記基板回転手段によって回転される基板の表面に、処理液の液滴の噴流を供給する液滴噴流ノズル（２）を備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置である。
【００１１】
この構成によれば、処理液の液滴の噴流が基板の表面に処理液の液滴の噴流が供給される。処理液の液滴の噴流は基板の表面に所定の衝撃力で衝突するため、基板の表面に供給された処理液は、基板の表面のうち供給位置において特に高い処理力を発揮する。その反面、その他の位置においては処理液の処理力が低く抑えられる。
この液滴噴流ノズルによって基板に処理液が供給される場合であっても、単位面積あたりの処理液の活性度が基板の全域においてほぼ等しくなるように、供給位置ごとの処理液の活性度が変更されれば、基板の全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。これにより、基板の全域において、高い処理効率でかつ均一に、処理液による処理を施すことができる。
【００１２】
請求項６記載の発明は、基板を回転させる回転ステップ（Ｓ２）と、この回転ステップ中に、基板の表面に処理液を供給する処理液供給ステップ（Ｓ４）と、前記処理液供給ステップと並行して、基板の表面に供給される処理液の供給位置を移動させる供給位置移動ステップ（Ｓ５）と、前記処理液供給ステップおよび前記供給位置移動ステップと並行して、処理液の供給位置に基づいて、前記基板に供給される処理液の活性度を変更する活性度変更ステップ（Ｓ５）とを含む、基板処理方法である。
【００１３】
この方法によれば、請求項１に関連した効果と同様の効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の基本的な構成を説明するための斜視図である。この基板処理装置は、基板の一例である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗにおけるデバイス形成領域側の表面（上面）に対して薬液による処理を施すための枝葉型の装置である。薬液としては、洗浄液、エッチング液、レジスト剥離液、ポリマー除去液を例示することができる。このうち、洗浄液として、ウエハＷの表面に付着したパーティクルを除去するためのＳＣ−１（アンモニア過酸化水素水）を例示することができる。
【００１５】
以下では、このＳＣ−１（アンモニア過酸化水素水）を薬液として用いて、ウエハＷに洗浄処理を施す基板処理装置を例にとって説明する。
この基板処理装置は、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転するスピンチャック１と、このスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面（上面）に薬液の液滴の噴流を供給するための二流体ノズル２と、スピンチャック１に保持されたウエハＷの表面の回転中心３６に純水を供給するための純水ノズル３とを備えている。
【００１６】
スピンチャック１は、チャック回転駆動機構１１によって回転される回転軸１２の上端に固定されていて、ほぼ円板形状のスピンベース１３と、このスピンベース１３の周縁部の複数箇所にほぼ等間隔で設けられ、ウエハＷをほぼ水平な姿勢で挟持するための複数個の挟持部材１４とを備えている。スピンチャック１は、複数個の挟持部材１４によってウエハＷを挟持した状態で、チャック回転駆動機構１１によって回転軸１２を回転させることにより、そのウエハＷを、ほぼ水平な姿勢を保った状態で、スピンベース１３とともに回転軸１２の中心軸線まわりに回転させることができる。
【００１７】
二流体ノズル２には、ミキシングバルブ１６から延びる第１薬液供給管１７と、窒素ガス供給源からの高圧の窒素ガスが供給される窒素ガス供給管１８とが接続されている。
ミキシングバルブ１６には、薬液供給源からの薬液が供給される第２薬液供給管１９と、純水供給源からの純水（脱イオン化された純水）が供給される純水供給管２０とが接続されている。第２薬液供給管１９の途中部には、薬液バルブ２１と、第２薬液供給管１９を流通する薬液の流量を調節するための流量調節バルブ２２とが、薬液供給源側からこの順に介装されている。また、純水供給管２０の途中部には、第１純水バルブ２３が介装されている。第２薬液供給管１９に供給されてミキシングバルブ１６でミキシングされ、希釈された後の薬液の薬効成分の濃度は、たとえば４．０ｗｔ％である。その第２薬液供給管１９に供給される薬液と、純水供給管２０に供給される純水とは、ともに室温（約２５℃）程度の液温を有している。
【００１８】
第１薬液供給管１７の途中部には、攪拌流通管２４と、第１薬液供給管１７を流通する薬液を加熱するためのヒータ２５とが、ミキシングバルブ１６側からこの順に介装されている。攪拌流通管２４は、管部材内に、それぞれ液体流通方向を軸にほぼ１８０度のねじれを加えた長方形板状体からなる複数の撹拌フィンを、液体流通方向に沿う管中心軸まわりの回転角度を９０度ずつ交互に異ならせて配置した構成のものであり、たとえば、株式会社ノリタケカンパニーリミテド・アドバンス電気工業株式会社製の商品名「ＭＸシリーズ：インラインミキサー」を用いることができる。また、窒素ガス供給路１８の途中部には、窒素ガスバルブ２６が介装されている。
【００１９】
薬液バルブ２１および第１純水バルブ２３が開かれると、薬液および純水が、それぞれ第２薬液供給管１９および純水供給管２０を通ってミキシングバルブ１６に流入し、それらがミキシングバルブ１６から二流体ノズル２に向けて第１薬液供給管１７を流通する。薬液および純水は、第１薬液供給管１７を流通する途中で、攪拌流通管２４を通過することにより十分に攪拌されて、薬液が純水によって希釈される。このときの濃度は、たとえば４．０ｗｔ％である。この希釈された薬液は、ヒータ２５によって予め定める制御温度に昇温された後、二流体ノズル２に供給される。
【００２０】
また、窒素ガスバルブ２６が開かれると、窒素ガスが二流体ノズル２に供給される。
二流体ノズル２に薬液と窒素ガスとが供給されて混合されることにより、薬液の微細な液滴が形成され、この薬液の液滴が噴流となって、二流体ノズル２からスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面に供給される。
さらに、二流体ノズル２は、ウエハＷの表面における薬液の供給位置を変更できるスキャンノズルとしての基本形態を有している。具体的には、スピンチャック１の側方には、アーム支持軸３１が鉛直方向にほぼ沿って配置されている。二流体ノズル２は、アーム支持軸３１の上端部から略水平に延びたアーム３２の先端部に取り付けられている。アーム支持軸３１には、アーム支持軸３１を中心軸線周りに所定の角度範囲で回動させるアーム揺動駆動機構３３が結合されている。アーム支持軸３１には、アーム支持軸３１の回動角度を検出するための回動角度センサ３４が近接して配置されている。アーム揺動駆動機構３３からアーム支持軸３１に駆動力を入力して、アーム支持軸３１を所定の角度範囲内で回動させることにより、スピンチャック１に保持されたウエハＷの上方でアーム３２を揺動させることができ、これに伴って、スピンチャック１に保持されたウエハＷの表面上で、二流体ノズル２からの薬液の液滴の噴流の供給位置をスキャン（移動）させることができる。
【００２１】
また、純水ノズル３には、第２純水バルブ２８を介して純水が供給されるようになっている。
この基板処理装置はさらに、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置３５を備えている。
制御装置３５には、チャック回転駆動機構１１、アーム揺動駆動機構３３、ヒータ２５、薬液バルブ２１、第１純水バルブ２３、窒素ガスバルブ２６、第２純水バルブ２８および流量調節バルブ２２などが制御対象として接続されている。
【００２２】
制御装置３５は、予め定められたプログラムに従って、チャック回転駆動機構１１およびアーム揺動駆動機構３３の動作を制御する。また、制御装置３５は、薬液バルブ２１、第１純水バルブ２３、窒素ガスバルブ２６および第２純水バルブ２８の開閉を制御する。
さらに、制御装置３５は、流量調節バルブ２２の開度を制御する。流量調節バルブ２２の開度が制御されて、二流体ノズル２から吐出される薬液の薬効成分（ＮＨ4ＯＨおよびＨ2Ｏ2）の濃度を、たとえば０〜４．０ｗｔ％の範囲で変更することができる。
【００２３】
また、制御装置３５は、第１薬液供給管１７を流通する薬液（希釈された薬液）を所定の制御温度に昇温させるように、ヒータ２５を駆動する。ヒータ２５の制御温度が変更されることによって、二流体ノズル２から吐出される薬液の温度が変更される。
さらにまた、制御装置３５には、回動角度センサ３４が接続されており、回動角度センサ３４から出力された計測値が制御装置３５に入力されるようになっている。
【００２４】
図２は、二流体ノズル２の構成を示す図解的な断面図である。二流体ノズル２は、たとえば、いわゆる外部混合型二流体ノズルの構成を有している。
すなわち、二流体ノズル２は、ケーシング４２を備え、このケーシング４２の先端に、薬液を外部空間４３に向けて吐出するための薬液吐出口４４と、この薬液吐出口４４を取り囲む環状に形成され、窒素ガスを外部空間４３に向けて吐出するための窒素ガス吐出口４５とを有している。
【００２５】
より具体的に説明すると、ケーシング４２は、内側流通管４６と、内側流通管４６の周囲を取り囲み、その内側流通管４６を内挿状態で同軸に保持する外側保持体４７とによって構成されている。
内側流通管４６は、その内部に薬液流路４８を有している。この薬液流路４８の先端（下端）が、薬液吐出口４４として開口し、その反対側の上端は、流体を導入するための薬液導入ポート４９を形成している。また、内側流通管４６は、先端部（下端部）５０およびその反対側の上端部５１がそれぞれ外方に張り出した鍔形状に形成されており、これらの鍔形状の先端部５０および上端部５１が外側保持体４７の内面に当接して、先端部５０および上端部５１の間において、内側流通管４６の外面と外側保持体４７の内面との間に空間５２が形成されている。そして、内側流通管４６の先端部５０には、空間５２と外部空間４３とを連通させる窒素ガス流路５３が形成され、この窒素ガス流路５３の先端が窒素ガス吐出口４５として開口している。窒素ガス流路５３は、先端側ほど内側流通管４６の中心軸線に近づくように傾斜する断面形状を有している。
【００２６】
外側保持体４７は、その側面に窒素ガス導入ポート５４を有している。この窒素ガス導入ポート５４は、内側流通管４６の外面と外側保持体４７の内面との間に形成された空間５２に連通している。
薬液導入ポート４９に第１薬液供給管１７が接続され、窒素ガス導入ポート５４に窒素ガス供給管１８が接続される。そして、第１薬液供給管１７から薬液流路４８に薬液が供給されるとともに、窒素ガス供給管１８から空間５２に窒素ガスが供給されると、薬液吐出口４４から外部空間４３に薬液が吐出されるとともに、窒素ガス吐出口４５から外部空間４３に窒素ガスが吐出される。すると、外部空間４３において、薬液と窒素ガスとが衝突して混合され、薬液の微細な液滴の噴流が形成される。
【００２７】
なお、二流体ノズル２は、外部混合型二流体ノズルの構成に限らず、いわゆる内部混合型二流体ノズルの構成を有していてもよい。
図３は、二流体ノズル２の配置を説明するための図解的な平面図である。二流体ノズル２は、アーム３２の揺動に伴って、アーム支持軸３１を中心として円弧軌道に沿って等速で移動する。それに伴い、二流体ノズル２からウエハＷの表面に供給される薬液の供給位置が、ウエハＷの回転中心３６を通る円弧状のスキャン経路３７に沿って移動するように、二流体ノズル２がアーム３２に取り付けられている。
【００２８】
この実施形態では、二流体ノズル２がウエハＷの上方を回転中心３６から周縁部まで移動するときにだけ、二流体ノズル２からウエハＷの表面に薬液が供給される。つまり、スピンチャック１１に保持されたウエハＷの表面上で、薬液の供給位置の一方向スキャン（移動）が実現される。このとき、薬液の供給位置がウエハＷの回転中心３６からウエハＷの周縁部まで移動するのにたとえば約８秒間要する。図３では、ウエハＷの半径をＬ、薬液の供給位置のウエハＷの回転中心からの距離をｒで表している。
【００２９】
図４は、基板処理装置におけるウエハＷの処理の一例を示すフローチャートである。
ウエハＷの処理に際して、まず、図示しない搬送ロボットによって未処理のウエハＷがスピンチャック１に受け渡される（ステップＳ１）。このとき、二流体ノズル２は、スピンチャック１の側方の退避位置に退避させられている。また、薬液バルブ２１および第１純水バルブ２３は、いずれも閉状態に制御されている。
【００３０】
ウエハＷがスピンチャック１へ受け渡された後、制御装置３５は、チャック回転駆動機構１１を駆動して、スピンチャック１を所定の液処理回転速度で等速回転させる（ステップＳ２）。また、制御装置３５は、アーム揺動駆動機構３３を駆動し、アーム３２を揺動させて、二流体バルブ２を、回転状態にあるウエハＷの回転中心３６の上方へと導く（ステップＳ３）。
【００３１】
その後、制御装置３５は、薬液バルブ２１、第１純水バルブ２３および窒素ガスバルブ２６を開いて、二流体ノズル２から薬液と窒素ガスとが混合されて生成された液滴の噴流を吐出する（ステップＳ４）。
一方で、制御装置３５は、アーム揺動駆動機構３３を制御し、アーム３２を等速で揺動させて、二流体バルブ２をウエハＷの周縁部に向けて導く（ステップＳ５）。このため、二流体ノズル２からの薬液の液滴の噴流が導かれるウエハＷの表面上の供給位置が、等速回転中のウエハＷの回転中心からウエハＷの周縁部に至る範囲を、円弧状の軌跡を描きつつ等速で移動する。これによって、ウエハＷの表面の全域に薬液の液滴の噴流が供給される。
【００３２】
アーム３２の揺動によって、薬液の供給位置がウエハＷの周縁部に到達すると（ステップＳ６でＹＥＳ）、制御装置３５は、薬液バルブ２１、第１純水バルブ２３および窒素ガスバルブ２６を閉じるとともに、アーム揺動駆動機構３３を駆動し、アーム３２を揺動させて、二流体バルブ２をウエハＷの回転中心３６の上方へと導く。
その後、処理時間が経過するまで（ステップＳ９でＹＥＳ）、薬液の供給位置の一方向スキャンが繰り返し行われる。あるいは、薬液の供給位置がウエハＷの周縁部に到達した後、薬液バルブ２１、第１純水バルブ２３および窒素ガスバルブ２６を開けた状態を継続しつつ、アーム３２をウエハＷの回転中心３６方向にリターンさせて、二流体バルブ２からの薬液の供給位置をウエハＷの回転中心３６へと戻す往復スキャンを行ってもよい。
【００３３】
この薬液の供給位置のスキャンでは、制御装置３５は、薬液の供給位置がウエハＷの回転中心３６から離れるにつれて、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の濃度が高くなるように、流量調整バルブ２２の開度を制御する（ステップＳ５）。
以下、具体的に説明する。
制御装置３５は、回動角度センサ３４からの計測値に基づいて、ウエハＷ上における二流体ノズル２の位置を把握することができ、そのため、ウエハＷの表面上における薬液の供給位置を把握することができる。
【００３４】
図５は、ウエハＷ上の薬液の供給位置の変化に伴う薬液濃度の変化を示すグラフである。横軸は、回転中心３６からの距離ｒ（図３参照）を示している。
図５に示すように、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の濃度（ｘ）は次の（１）式で表すことができる。
ｘ＝ｘ0＋（ｘs−ｘ0）・ｒ／Ｌ （ｘ0：ウエハの中央部に供給される薬液の濃度、ｘs：ウエハの周縁部に供給される薬液の濃度、ｒ：ウエハの回転中心から供給位置までの距離、Ｌ：ウエハの半径） ・・・（１）
二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の薬効成分の濃度は、薬液の供給位置のウエハＷの回転中心３６からの距離に比例して高くなる。ウエハＷの回転中心に供給される薬液（ＳＣ−１）は、その濃度が１．０ｗｔ％（ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：ＤＩＷ＝１：１：２００）であり、ウエハＷの周縁部において二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の濃度はたとえば約４．０ｗｔ％（ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：ＤＩＷ＝１：１：５０）とされる。このように、薬液の薬効成分の濃度が低い範囲で変更されるので、薬液の供給位置のスキャンの過程で、二流体ノズル２から吐出される薬液の吐出量は実質上一定である。
【００３５】
このように、ウエハＷの回転中心３６から離れた位置ほど、ウエハＷの表面に供給される薬液の薬効成分の濃度が高い。その一方で、回転中心３６から離れているほど、ウエハＷの表面位置は高速に移動している。その結果、単位面積あたりの薬液の薬効成分の量がウエハＷの全域においてほぼ等しくなる。
薬液による処理を所定時間だけ行った後（ステップＳ９でＹＥＳ）、制御装置３５は、薬液バルブ２１および第１純水バルブ２３を閉じ、二流体ノズル２からの薬液の吐出を停止させる。また、制御装置３５は、アーム揺動駆動機構３３を駆動して、アーム３２を揺動させ、二流体ノズル２をスピンチャック１の側方の退避位置に退避させる（ステップＳ１０）。
【００３６】
次に、制御装置３５は、第２純水バルブ２８を開いて、純水ノズル３から、回転状態のウエハＷの表面の回転中心３６に純水を供給する（ステップＳ１１）。これにより、ウエハＷ上の薬液が洗い流されて、ウエハＷにリンス処理が施される。
このリンス処理を所定時間行った後に（ステップＳ１２でＹＥＳ）、制御装置３５は、第２純水バルブ２８を閉じてリンス処理を終了させる（ステップＳ１３）。制御装置３５は、さらにチャック回転駆動機構１１を制御して、スピンチャック１の回転速度を所定の乾燥回転速度に加速する。これによって、ウエハＷの表面の水分が遠心力によって振り切られ、ウエハＷが乾燥処理される（ステップＳ１４）。
【００３７】
乾燥処理を所定時間行った後（ステップＳ１５でＹＥＳ）、制御装置３５は、チャック回転駆動機構１１を制御して、スピンチャックの回転を停止させる（ステップＳ１６）。その後、処理済みのウエハＷが基板搬送ロボットによって搬送される（ステップＳ１７）。
以上により、この実施形態によれば、ウエハＷの回転中心３６から離れた位置ほど、ウエハＷの表面に供給される薬液の薬効成分の濃度が高い。一方で、回転中心３６から離れているほど、ウエハＷの表面位置は高速に移動している。その結果、単位面積あたりの薬液の薬効成分の量がウエハＷの全域においてほぼ等しくなる。これにより、ウエハＷの全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。ゆえに、ウエハ処理の面内均一性を向上させることができる。
【００３８】
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、前述した形態以外の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、薬液の供給位置に応じて二流体ノズル２から吐出される薬液の薬効成分の濃度が変更される構成としたが、これに代えて、薬液の供給位置に応じて二流体ノズル２から供給される薬液の温度が変更される構成であってもよい。
【００３９】
図６は、ウエハＷ上の薬液の供給位置の変化に伴う薬液温度の変化を示すグラフである。横軸は、回転中心３６からの距離ｒ（図３参照）を示している。
薬液の供給位置のスキャンにおいては、制御装置３５は、薬液の供給位置がウエハＷの回転中心３６から離れるにつれて、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の温度が高くなるように、ヒータ２５の制御温度を変更する。このとき、薬液の供給位置のスキャンの過程で、二流体ノズル２から吐出される薬液の吐出量は一定とする。
【００４０】
図６に示すように、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の温度（Ｔ）は次の（２）式で表すことができる。
Ｔ＝Ｔ0+（Ｔs−Ｔ0）・ｒ／Ｌ（Ｔ0：ウエハの中央部の温度、Ｔs：ウエハの周縁部に供給される薬液の温度、ｒ：ウエハの回転中心から供給位置までの距離、Ｌ：ウエハの半径） ・・・（２）
このように、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の温度は、薬液の供給位置のウエハＷの回転中心３６からの距離に比例して高くなる。ウエハＷの回転中心に供給される薬液（ＳＣ−１）の温度は、たとえば室温（約２５℃）であり、ウエハＷの周縁部に供給される薬液の温度は約４０℃とされる。
【００４１】
このように、ウエハＷの回転中心３６から離れた位置ほど、ウエハＷの表面に供給される薬液の温度が高い。一方で、回転中心３６から離れているほど、ウエハＷの表面位置は高速に移動している。その結果、単位面積あたりの薬液の供給熱量がウエハＷの全域においてほぼ等しくなり、ウエハの全域で薬液の温度分布が均一となる。これにより、ウエハＷの全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。ゆえに、薬液によるウエハＷの処理の面内均一性を向上させることができる。
【００４２】
以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。
前述の説明では、薬液としてＳＣ−１が用いられる場合を例にとって説明したが、薬液としてＳＣ−２（塩酸過酸化水素水）が用いられていてもよい。この場合、第１実施形態のように薬液の薬効成分（ＨＣＬおよびＨ2Ｏ2）の濃度を変更するときのウエハＷの周縁部に供給される薬液の濃度ｘsは、たとえば約１１ｗｔ％（ＨＣＬ：Ｈ2Ｏ2：ＤＩＷ＝１：１：１０）である。また、第２実施形態のように薬液の温度を変更するとき、ウエハＷの周縁部に供給される薬液の温度Ｔsはたとえば約５０℃であり、ウエハＷの回転中心３６に供給される薬液の温度Ｔ0はたとえば約２５℃である。
【００４３】
また、薬液としてＨＦが用いられる場合には、第１実施形態のように薬液の濃度を変更するときのウエハＷの周縁部に供給される薬液の薬効成分の濃度ｘsは、約１．０ｗｔ％（ＨＦ：ＤＩＷ＝１：１００）である。また、第２実施形態のように薬液の温度を変更するとき、ウエハＷの周縁部に供給される薬液の温度Ｔsはたとえば約３０℃であり、ウエハＷの回転中心３６に供給される薬液の温度Ｔ0はたとえば約２５℃である。
【００４４】
さらに、薬液として、ＳＰＭ（硫酸過酸化水素水）が用いられる場合には、ウエハＷの周縁部に供給されるＳＰＭの温度Ｔsはたとえば約１１０℃であり、ウエハＷの回転中心３６に供給されるＳＰＭの温度Ｔ0はたとえば約９０℃である。
前述の第２の実施形態では、第１薬液供給管１７を流通する過程で薬液が昇温される構成について説明したが、二流体ノズル２において高温の窒素ガスを薬液に混合することによって、二流体ノズル２から吐出される薬液の温度を昇温させることもできる。この場合、窒素ガス供給管１８にヒータが介装されていることが好ましい。
【００４５】
前述の２つの実施形態では、薬液の供給位置のスキャンの過程で、二流体ノズル２から吐出される薬液の吐出量は、実質上一定であると説明したが、ウエハＷの周縁部に近づくにつれて、二流体ノズル２から吐出される薬液の吐出量を減少させてもよい。逆に、ウエハＷの周縁部に近づくにつれて、二流体ノズル２から吐出される薬液の吐出量を増加させてもよい。
【００４６】
薬液の供給位置がウエハＷの周縁部に近づくにつれて、二流体ノズル２から吐出される薬液の吐出量を減少させる場合であっても、薬液の濃度を、薬液の供給位置がウエハＷの周縁部に近づくにつれて高くすれば、薬液の処理力をウエハＷの周縁部に近づくにつれて高くすることも可能である。すなわち、薬液の吐出量と濃度の両方を同時に変化させることで、ウエハＷの全域で処理効率をほぼ均一とすることもできる。
【００４７】
また、前述の２つの実施形態では、薬液の供給位置のスキャンの際に、二流体ノズル２を一定の移動速度で移動させるとして説明したが、二流体ノズル２の移動速度を薬液の供給位置に基づいて変更させてもよい。この場合、二流体ノズル２の移動速度を変更させることによって、ウエハＷの表面に供給される薬液の量が増減される。このため、単位面積あたりの薬液の薬効成分の量または単位面積あたりの薬液の供給熱量が、ウエハＷの全域においてほぼ等しくなるように、二流体ノズル２の移動速度を変更されてもよい。
【００４８】
さらに、二流体ノズル２から吐出される薬液の薬効成分の濃度または薬液の温度は、薬液の供給位置に基づいて、連続的に変化せずに不連続的に変更させる構成であってもよい。
前述の説明では、アーム支持軸３１の回動角度を検出する回動角度センサ３４によって二流体ノズル２の位置が検出される構成を説明したが、アーム揺動駆動機構３３がステッピングモータを含むときには、そのステッピングモータのステップ数に基づいて、二流体ノズル２の位置が検出されていてもよい。
【００４９】
また、前述の２つの実施形態では、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の薬効成分の濃度と、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の温度とのうちいずれか一方を変更する構成について説明したが、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の濃度と温度との双方が変更される構成であってもよい。
さらに、二流体ノズル２から吐出される薬液の薬効成分の濃度や薬液の温度を変更させる構成に代えて、二流体ノズル２から吐出される薬液の液滴の噴流の速度を変更させてもよい。この場合、単位面積あたりの薬液の衝撃力がウエハＷの全域においてほぼ等しくなるように、薬液の液滴の噴流の速度が変更されれば、ウエハＷの全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。
【００５０】
さらにまた、ＳＰＭが薬液として用いられる場合、ＳＰＭの供給位置に基づいて、二流体ノズル２から吐出されるＳＰＭの攪拌率（硫酸と過酸化水素水との攪拌率）を変更させ、ＳＰＭの活性度を変化させてもよい。この場合、供給位置がウエハＷの中央部であるときには、二流体ノズル２に攪拌流通管２４を通っていないＳＰＭが供給され、供給位置がウエハＷの周縁部であるときには、二流体ノズル２に攪拌流通管２４を通ったＳＰＭが供給されるようにすると、ウエハＷの中央部には比較的攪拌率の低いＳＰＭが供給され、ウエハＷの周縁部には比較的攪拌率の高いＳＰＭが供給される。また、ＳＰＭの活性度を連続的に変化させたい場合には、ＳＰＭの供給位置に基づいて攪拌流通管２４の長さを変更させてもよい。
【００５１】
また、ウエハＷの処理に、薬液以外のたとえばオゾン水その他の電解イオン水が用いられる場合には、ウエハＷに供給されるオゾン水（電解イオン水）の供給位置に基づいて、そのオゾン濃度（イオン濃度）が変更されてもよい。
また、前述の実施形態では、二流体ノズル２を例にとって説明したが、ストレートノズルであってもよい。さらに、そのノズルに超音波振動子が設けられていて、ノズルから超音波振動が付与された薬液が供給されるようになっていてもよい。
【００５２】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板処理装置の基本的な構成を説明するための斜視図である。
【図２】二流体ノズルの構成を示す図解的な断面図である。
【図３】二流体ノズルの配置を説明するための図解的な平面図である。
【図４】基板処理装置におけるウエハの処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】ウエハ上の薬液の供給位置の変化に伴う薬液濃度の変化を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態にかかる基板処理装置におけるウエハの薬液の供給位置の変化に伴う薬液濃度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１ スピンチャック（基板回転手段）
２ 二流体ノズル（液滴噴流ノズル）
２２ 流量調節バルブ（活性成分濃度変更手段）
２５ ヒータ（処理液温度変更手段）
３２ アーム（供給位置移動手段）
３３ アーム揺動駆動機構（供給位置移動手段）
３５ 制御装置
Ｗ ウエハ（基板）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板に処理液を供給して当該基板を処理する基板処理装置および基板処理方法に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、ＦＥＤ(Field Emission Display)用基板、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等が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程などでは、基板に処理液を供給する基板処理装置が用いられる。基板を１枚ずつ処理する枚葉型の基板処理装置は、たとえば基板を保持して回転するスピンチャックと、このスピンチャックの表面に、処理液を供給する処理液ノズルと、この処理液ノズルを基板上で移動させるノズル移動機構とを備えている。
ノズル移動機構によって処理液ノズルが移動されることによって、基板の表面における処理液の供給位置（処理液が当たる位置）が、基板の回転中心を通る経路に沿って移動される。回転中の基板の中央領域から周縁領域に向けて基板の表面の供給位置が移動されることで、基板の全域に処理液が供給される。
【特許文献１】特開平１１−１０２８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、基板の表面位置は回転中心から離れているほど高速に移動しているので、処理液供給量が一定ならば、処理液の供給位置が回転中心から離れるほど、単位面積あたりの処理液の供給量が少なくなる。処理液ノズルから基板の表面に供給された処理液は、供給位置において最も高い処理力を発揮する。このため、基板の中央領域と周縁領域とで処理効率が異なり、基板の表面内に処理の不均一が生じる。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）を回転させる基板回転手段（１）と、前記基板回転手段によって回転される基板の表面に処理液を供給する処理液供給手段（２）と、前記処理液供給手段から基板の表面に供給される処理液の供給位置を移動させるための供給位置移動手段（３２，３３）と、前記処理液供給手段から供給される処理液の活性度を変更するための活性度変更手段（２２：２５）と、前記供給位置移動手段によって移動させられる処理液の供給位置に基づいて、前記活性度変更手段を制御する制御手段（３５）とを含む、基板処理装置である。
【０００６】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この構成によれば、基板の表面に供給される処理液の活性度が、処理液の供給位置に基づいて変更される。このとき、単位面積あたりの処理量が基板の全域においてほぼ等しくなるように、供給位置ごとの処理液の活性度が変更されれば、基板の全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。これにより、処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記制御手段は、前記処理液の供給位置が基板の回転中心から離れるにつれて、前記処理液の活性度が高くなるように、前記活性度変更手段を制御する、請求項１記載の基板処理装置である。
この構成によれば、基板の回転中心から離れた位置ほど、基板の表面に供給される処理液の活性度は高い。一方で、回転中心から離れているほど、基板の表面位置は高速に移動している。その結果、単位面積あたりの処理量を基板の全域においてほぼ等しくすることができる。これにより、基板の全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。ゆえに、処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、前記活性度変更手段は、前記処理液供給手段から供給される処理液の活性成分の濃度を変更する活性成分濃度変更手段（２２）を含む、請求項１または２記載の基板処理装置である。
処理液の活性度は、処理液の活性成分の濃度を含む。請求項３記載の構成によれば、基板の表面に供給される処理液の活性成分の濃度が、処理液の供給位置に基づいて変更される。基板の表面に供給される処理液の活性成分の濃度が変更されると、基板の表面と処理液の活性成分との接触確率が変わる。このため、基板の表面の単位面積あたりの処理液の活性成分の量が等しくなるように、供給位置ごとの処理液の活性成分の濃度が変更されれば、基板の全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。これにより、処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる。
【０００９】
請求項４記載の発明は、前記活性度変更手段は、前記処理液供給手段から供給される処理液の温度を変更する処理液温度変更手段（２５）を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置である。
処理液の活性度は、処理液の活性成分の濃度を含む。請求項４記載の構成によれば、基板の表面に供給される処理液の温度が、基板の表面の処理液の供給位置に基づいて変更される。そのため、基板の全域で処理液の温度分布を均一とすることが望ましい。
【００１０】
基板の表面の単位面積あたりの処理液の供給熱量が等しくなるように、供給位置ごとの処理液の温度が変更されれば、基板の全域で処理液の温度分布を均一とすることができる。これにより、基板の全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。ゆえに、処理液による基板処理の面内均一性を向上させることができる。
請求項５記載の発明は、前記処理液供給手段は、前記基板回転手段によって回転される基板の表面に、処理液の液滴の噴流を供給する液滴噴流ノズル（２）を備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置である。
【００１１】
この構成によれば、処理液の液滴の噴流が基板の表面に処理液の液滴の噴流が供給される。処理液の液滴の噴流は基板の表面に所定の衝撃力で衝突するため、基板の表面に供給された処理液は、基板の表面のうち供給位置において特に高い処理力を発揮する。その反面、その他の位置においては処理液の処理力が低く抑えられる。
この液滴噴流ノズルによって基板に処理液が供給される場合であっても、単位面積あたりの処理液の活性度が基板の全域においてほぼ等しくなるように、供給位置ごとの処理液の活性度が変更されれば、基板の全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。これにより、基板の全域において、高い処理効率でかつ均一に、処理液による処理を施すことができる。
【００１２】
請求項６記載の発明は、基板を回転させる回転ステップ（Ｓ２）と、この回転ステップ中に、基板の表面に処理液を供給する処理液供給ステップ（Ｓ４）と、前記処理液供給ステップと並行して、基板の表面に供給される処理液の供給位置を移動させる供給位置移動ステップ（Ｓ５）と、前記処理液供給ステップおよび前記供給位置移動ステップと並行して、処理液の供給位置に基づいて、前記基板に供給される処理液の活性度を変更する活性度変更ステップ（Ｓ５）とを含む、基板処理方法である。
【００１３】
この方法によれば、請求項１に関連した効果と同様の効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の基本的な構成を説明するための斜視図である。この基板処理装置は、基板の一例である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗにおけるデバイス形成領域側の表面（上面）に対して薬液による処理を施すための枝葉型の装置である。薬液としては、洗浄液、エッチング液、レジスト剥離液、ポリマー除去液を例示することができる。このうち、洗浄液として、ウエハＷの表面に付着したパーティクルを除去するためのＳＣ−１（アンモニア過酸化水素水）を例示することができる。
【００１５】
以下では、このＳＣ−１（アンモニア過酸化水素水）を薬液として用いて、ウエハＷに洗浄処理を施す基板処理装置を例にとって説明する。
この基板処理装置は、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転するスピンチャック１と、このスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面（上面）に薬液の液滴の噴流を供給するための二流体ノズル２と、スピンチャック１に保持されたウエハＷの表面の回転中心３６に純水を供給するための純水ノズル３とを備えている。
【００１６】
スピンチャック１は、チャック回転駆動機構１１によって回転される回転軸１２の上端に固定されていて、ほぼ円板形状のスピンベース１３と、このスピンベース１３の周縁部の複数箇所にほぼ等間隔で設けられ、ウエハＷをほぼ水平な姿勢で挟持するための複数個の挟持部材１４とを備えている。スピンチャック１は、複数個の挟持部材１４によってウエハＷを挟持した状態で、チャック回転駆動機構１１によって回転軸１２を回転させることにより、そのウエハＷを、ほぼ水平な姿勢を保った状態で、スピンベース１３とともに回転軸１２の中心軸線まわりに回転させることができる。
【００１７】
二流体ノズル２には、ミキシングバルブ１６から延びる第１薬液供給管１７と、窒素ガス供給源からの高圧の窒素ガスが供給される窒素ガス供給管１８とが接続されている。
ミキシングバルブ１６には、薬液供給源からの薬液が供給される第２薬液供給管１９と、純水供給源からの純水（脱イオン化された純水）が供給される純水供給管２０とが接続されている。第２薬液供給管１９の途中部には、薬液バルブ２１と、第２薬液供給管１９を流通する薬液の流量を調節するための流量調節バルブ２２とが、薬液供給源側からこの順に介装されている。また、純水供給管２０の途中部には、第１純水バルブ２３が介装されている。第２薬液供給管１９に供給されてミキシングバルブ１６でミキシングされ、希釈された後の薬液の薬効成分の濃度は、たとえば４．０ｗｔ％である。その第２薬液供給管１９に供給される薬液と、純水供給管２０に供給される純水とは、ともに室温（約２５℃）程度の液温を有している。
【００１８】
第１薬液供給管１７の途中部には、攪拌流通管２４と、第１薬液供給管１７を流通する薬液を加熱するためのヒータ２５とが、ミキシングバルブ１６側からこの順に介装されている。攪拌流通管２４は、管部材内に、それぞれ液体流通方向を軸にほぼ１８０度のねじれを加えた長方形板状体からなる複数の撹拌フィンを、液体流通方向に沿う管中心軸まわりの回転角度を９０度ずつ交互に異ならせて配置した構成のものであり、たとえば、株式会社ノリタケカンパニーリミテド・アドバンス電気工業株式会社製の商品名「ＭＸシリーズ：インラインミキサー」を用いることができる。また、窒素ガス供給路１８の途中部には、窒素ガスバルブ２６が介装されている。
【００１９】
薬液バルブ２１および第１純水バルブ２３が開かれると、薬液および純水が、それぞれ第２薬液供給管１９および純水供給管２０を通ってミキシングバルブ１６に流入し、それらがミキシングバルブ１６から二流体ノズル２に向けて第１薬液供給管１７を流通する。薬液および純水は、第１薬液供給管１７を流通する途中で、攪拌流通管２４を通過することにより十分に攪拌されて、薬液が純水によって希釈される。このときの濃度は、たとえば４．０ｗｔ％である。この希釈された薬液は、ヒータ２５によって予め定める制御温度に昇温された後、二流体ノズル２に供給される。
【００２０】
また、窒素ガスバルブ２６が開かれると、窒素ガスが二流体ノズル２に供給される。
二流体ノズル２に薬液と窒素ガスとが供給されて混合されることにより、薬液の微細な液滴が形成され、この薬液の液滴が噴流となって、二流体ノズル２からスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面に供給される。
さらに、二流体ノズル２は、ウエハＷの表面における薬液の供給位置を変更できるスキャンノズルとしての基本形態を有している。具体的には、スピンチャック１の側方には、アーム支持軸３１が鉛直方向にほぼ沿って配置されている。二流体ノズル２は、アーム支持軸３１の上端部から略水平に延びたアーム３２の先端部に取り付けられている。アーム支持軸３１には、アーム支持軸３１を中心軸線周りに所定の角度範囲で回動させるアーム揺動駆動機構３３が結合されている。アーム支持軸３１には、アーム支持軸３１の回動角度を検出するための回動角度センサ３４が近接して配置されている。アーム揺動駆動機構３３からアーム支持軸３１に駆動力を入力して、アーム支持軸３１を所定の角度範囲内で回動させることにより、スピンチャック１に保持されたウエハＷの上方でアーム３２を揺動させることができ、これに伴って、スピンチャック１に保持されたウエハＷの表面上で、二流体ノズル２からの薬液の液滴の噴流の供給位置をスキャン（移動）させることができる。
【００２１】
また、純水ノズル３には、第２純水バルブ２８を介して純水が供給されるようになっている。
この基板処理装置はさらに、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置３５を備えている。
制御装置３５には、チャック回転駆動機構１１、アーム揺動駆動機構３３、ヒータ２５、薬液バルブ２１、第１純水バルブ２３、窒素ガスバルブ２６、第２純水バルブ２８および流量調節バルブ２２などが制御対象として接続されている。
【００２２】
制御装置３５は、予め定められたプログラムに従って、チャック回転駆動機構１１およびアーム揺動駆動機構３３の動作を制御する。また、制御装置３５は、薬液バルブ２１、第１純水バルブ２３、窒素ガスバルブ２６および第２純水バルブ２８の開閉を制御する。
さらに、制御装置３５は、流量調節バルブ２２の開度を制御する。流量調節バルブ２２の開度が制御されて、二流体ノズル２から吐出される薬液の薬効成分（ＮＨ4ＯＨおよびＨ2Ｏ2）の濃度を、たとえば０〜４．０ｗｔ％の範囲で変更することができる。
【００２３】
また、制御装置３５は、第１薬液供給管１７を流通する薬液（希釈された薬液）を所定の制御温度に昇温させるように、ヒータ２５を駆動する。ヒータ２５の制御温度が変更されることによって、二流体ノズル２から吐出される薬液の温度が変更される。
さらにまた、制御装置３５には、回動角度センサ３４が接続されており、回動角度センサ３４から出力された計測値が制御装置３５に入力されるようになっている。
【００２４】
図２は、二流体ノズル２の構成を示す図解的な断面図である。二流体ノズル２は、たとえば、いわゆる外部混合型二流体ノズルの構成を有している。
すなわち、二流体ノズル２は、ケーシング４２を備え、このケーシング４２の先端に、薬液を外部空間４３に向けて吐出するための薬液吐出口４４と、この薬液吐出口４４を取り囲む環状に形成され、窒素ガスを外部空間４３に向けて吐出するための窒素ガス吐出口４５とを有している。
【００２５】
より具体的に説明すると、ケーシング４２は、内側流通管４６と、内側流通管４６の周囲を取り囲み、その内側流通管４６を内挿状態で同軸に保持する外側保持体４７とによって構成されている。
内側流通管４６は、その内部に薬液流路４８を有している。この薬液流路４８の先端（下端）が、薬液吐出口４４として開口し、その反対側の上端は、流体を導入するための薬液導入ポート４９を形成している。また、内側流通管４６は、先端部（下端部）５０およびその反対側の上端部５１がそれぞれ外方に張り出した鍔形状に形成されており、これらの鍔形状の先端部５０および上端部５１が外側保持体４７の内面に当接して、先端部５０および上端部５１の間において、内側流通管４６の外面と外側保持体４７の内面との間に空間５２が形成されている。そして、内側流通管４６の先端部５０には、空間５２と外部空間４３とを連通させる窒素ガス流路５３が形成され、この窒素ガス流路５３の先端が窒素ガス吐出口４５として開口している。窒素ガス流路５３は、先端側ほど内側流通管４６の中心軸線に近づくように傾斜する断面形状を有している。
【００２６】
外側保持体４７は、その側面に窒素ガス導入ポート５４を有している。この窒素ガス導入ポート５４は、内側流通管４６の外面と外側保持体４７の内面との間に形成された空間５２に連通している。
薬液導入ポート４９に第１薬液供給管１７が接続され、窒素ガス導入ポート５４に窒素ガス供給管１８が接続される。そして、第１薬液供給管１７から薬液流路４８に薬液が供給されるとともに、窒素ガス供給管１８から空間５２に窒素ガスが供給されると、薬液吐出口４４から外部空間４３に薬液が吐出されるとともに、窒素ガス吐出口４５から外部空間４３に窒素ガスが吐出される。すると、外部空間４３において、薬液と窒素ガスとが衝突して混合され、薬液の微細な液滴の噴流が形成される。
【００２７】
なお、二流体ノズル２は、外部混合型二流体ノズルの構成に限らず、いわゆる内部混合型二流体ノズルの構成を有していてもよい。
図３は、二流体ノズル２の配置を説明するための図解的な平面図である。二流体ノズル２は、アーム３２の揺動に伴って、アーム支持軸３１を中心として円弧軌道に沿って等速で移動する。それに伴い、二流体ノズル２からウエハＷの表面に供給される薬液の供給位置が、ウエハＷの回転中心３６を通る円弧状のスキャン経路３７に沿って移動するように、二流体ノズル２がアーム３２に取り付けられている。
【００２８】
この実施形態では、二流体ノズル２がウエハＷの上方を回転中心３６から周縁部まで移動するときにだけ、二流体ノズル２からウエハＷの表面に薬液が供給される。つまり、スピンチャック１１に保持されたウエハＷの表面上で、薬液の供給位置の一方向スキャン（移動）が実現される。このとき、薬液の供給位置がウエハＷの回転中心３６からウエハＷの周縁部まで移動するのにたとえば約８秒間要する。図３では、ウエハＷの半径をＬ、薬液の供給位置のウエハＷの回転中心からの距離をｒで表している。
【００２９】
図４は、基板処理装置におけるウエハＷの処理の一例を示すフローチャートである。
ウエハＷの処理に際して、まず、図示しない搬送ロボットによって未処理のウエハＷがスピンチャック１に受け渡される（ステップＳ１）。このとき、二流体ノズル２は、スピンチャック１の側方の退避位置に退避させられている。また、薬液バルブ２１および第１純水バルブ２３は、いずれも閉状態に制御されている。
【００３０】
ウエハＷがスピンチャック１へ受け渡された後、制御装置３５は、チャック回転駆動機構１１を駆動して、スピンチャック１を所定の液処理回転速度で等速回転させる（ステップＳ２）。また、制御装置３５は、アーム揺動駆動機構３３を駆動し、アーム３２を揺動させて、二流体バルブ２を、回転状態にあるウエハＷの回転中心３６の上方へと導く（ステップＳ３）。
【００３１】
その後、制御装置３５は、薬液バルブ２１、第１純水バルブ２３および窒素ガスバルブ２６を開いて、二流体ノズル２から薬液と窒素ガスとが混合されて生成された液滴の噴流を吐出する（ステップＳ４）。
一方で、制御装置３５は、アーム揺動駆動機構３３を制御し、アーム３２を等速で揺動させて、二流体バルブ２をウエハＷの周縁部に向けて導く（ステップＳ５）。このため、二流体ノズル２からの薬液の液滴の噴流が導かれるウエハＷの表面上の供給位置が、等速回転中のウエハＷの回転中心からウエハＷの周縁部に至る範囲を、円弧状の軌跡を描きつつ等速で移動する。これによって、ウエハＷの表面の全域に薬液の液滴の噴流が供給される。
【００３２】
アーム３２の揺動によって、薬液の供給位置がウエハＷの周縁部に到達すると（ステップＳ６でＹＥＳ）、制御装置３５は、薬液バルブ２１、第１純水バルブ２３および窒素ガスバルブ２６を閉じるとともに、アーム揺動駆動機構３３を駆動し、アーム３２を揺動させて、二流体バルブ２をウエハＷの回転中心３６の上方へと導く。
その後、処理時間が経過するまで（ステップＳ９でＹＥＳ）、薬液の供給位置の一方向スキャンが繰り返し行われる。あるいは、薬液の供給位置がウエハＷの周縁部に到達した後、薬液バルブ２１、第１純水バルブ２３および窒素ガスバルブ２６を開けた状態を継続しつつ、アーム３２をウエハＷの回転中心３６方向にリターンさせて、二流体バルブ２からの薬液の供給位置をウエハＷの回転中心３６へと戻す往復スキャンを行ってもよい。
【００３３】
この薬液の供給位置のスキャンでは、制御装置３５は、薬液の供給位置がウエハＷの回転中心３６から離れるにつれて、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の濃度が高くなるように、流量調整バルブ２２の開度を制御する（ステップＳ５）。
以下、具体的に説明する。
制御装置３５は、回動角度センサ３４からの計測値に基づいて、ウエハＷ上における二流体ノズル２の位置を把握することができ、そのため、ウエハＷの表面上における薬液の供給位置を把握することができる。
【００３４】
図５は、ウエハＷ上の薬液の供給位置の変化に伴う薬液濃度の変化を示すグラフである。横軸は、回転中心３６からの距離ｒ（図３参照）を示している。
図５に示すように、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の濃度（ｘ）は次の（１）式で表すことができる。
ｘ＝ｘ0＋（ｘs−ｘ0）・ｒ／Ｌ （ｘ0：ウエハの中央部に供給される薬液の濃度、ｘs：ウエハの周縁部に供給される薬液の濃度、ｒ：ウエハの回転中心から供給位置までの距離、Ｌ：ウエハの半径） ・・・（１）
二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の薬効成分の濃度は、薬液の供給位置のウエハＷの回転中心３６からの距離に比例して高くなる。ウエハＷの回転中心に供給される薬液（ＳＣ−１）は、その濃度が１．０ｗｔ％（ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：ＤＩＷ＝１：１：２００）であり、ウエハＷの周縁部において二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の濃度はたとえば約４．０ｗｔ％（ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：ＤＩＷ＝１：１：５０）とされる。このように、薬液の薬効成分の濃度が低い範囲で変更されるので、薬液の供給位置のスキャンの過程で、二流体ノズル２から吐出される薬液の吐出量は実質上一定である。
【００３５】
このように、ウエハＷの回転中心３６から離れた位置ほど、ウエハＷの表面に供給される薬液の薬効成分の濃度が高い。その一方で、回転中心３６から離れているほど、ウエハＷの表面位置は高速に移動している。その結果、単位面積あたりの薬液の薬効成分の量がウエハＷの全域においてほぼ等しくなる。
薬液による処理を所定時間だけ行った後（ステップＳ９でＹＥＳ）、制御装置３５は、薬液バルブ２１および第１純水バルブ２３を閉じ、二流体ノズル２からの薬液の吐出を停止させる。また、制御装置３５は、アーム揺動駆動機構３３を駆動して、アーム３２を揺動させ、二流体ノズル２をスピンチャック１の側方の退避位置に退避させる（ステップＳ１０）。
【００３６】
次に、制御装置３５は、第２純水バルブ２８を開いて、純水ノズル３から、回転状態のウエハＷの表面の回転中心３６に純水を供給する（ステップＳ１１）。これにより、ウエハＷ上の薬液が洗い流されて、ウエハＷにリンス処理が施される。
このリンス処理を所定時間行った後に（ステップＳ１２でＹＥＳ）、制御装置３５は、第２純水バルブ２８を閉じてリンス処理を終了させる（ステップＳ１３）。制御装置３５は、さらにチャック回転駆動機構１１を制御して、スピンチャック１の回転速度を所定の乾燥回転速度に加速する。これによって、ウエハＷの表面の水分が遠心力によって振り切られ、ウエハＷが乾燥処理される（ステップＳ１４）。
【００３７】
乾燥処理を所定時間行った後（ステップＳ１５でＹＥＳ）、制御装置３５は、チャック回転駆動機構１１を制御して、スピンチャックの回転を停止させる（ステップＳ１６）。その後、処理済みのウエハＷが基板搬送ロボットによって搬送される（ステップＳ１７）。
以上により、この実施形態によれば、ウエハＷの回転中心３６から離れた位置ほど、ウエハＷの表面に供給される薬液の薬効成分の濃度が高い。一方で、回転中心３６から離れているほど、ウエハＷの表面位置は高速に移動している。その結果、単位面積あたりの薬液の薬効成分の量がウエハＷの全域においてほぼ等しくなる。これにより、ウエハＷの全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。ゆえに、ウエハ処理の面内均一性を向上させることができる。
【００３８】
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、前述した形態以外の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、薬液の供給位置に応じて二流体ノズル２から吐出される薬液の薬効成分の濃度が変更される構成としたが、これに代えて、薬液の供給位置に応じて二流体ノズル２から供給される薬液の温度が変更される構成であってもよい。
【００３９】
図６は、ウエハＷ上の薬液の供給位置の変化に伴う薬液温度の変化を示すグラフである。横軸は、回転中心３６からの距離ｒ（図３参照）を示している。
薬液の供給位置のスキャンにおいては、制御装置３５は、薬液の供給位置がウエハＷの回転中心３６から離れるにつれて、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の温度が高くなるように、ヒータ２５の制御温度を変更する。このとき、薬液の供給位置のスキャンの過程で、二流体ノズル２から吐出される薬液の吐出量は一定とする。
【００４０】
図６に示すように、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の温度（Ｔ）は次の（２）式で表すことができる。
Ｔ＝Ｔ0+（Ｔs−Ｔ0）・ｒ／Ｌ（Ｔ0：ウエハの中央部の温度、Ｔs：ウエハの周縁部に供給される薬液の温度、ｒ：ウエハの回転中心から供給位置までの距離、Ｌ：ウエハの半径） ・・・（２）
このように、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の温度は、薬液の供給位置のウエハＷの回転中心３６からの距離に比例して高くなる。ウエハＷの回転中心に供給される薬液（ＳＣ−１）の温度は、たとえば室温（約２５℃）であり、ウエハＷの周縁部に供給される薬液の温度は約４０℃とされる。
【００４１】
このように、ウエハＷの回転中心３６から離れた位置ほど、ウエハＷの表面に供給される薬液の温度が高い。一方で、回転中心３６から離れているほど、ウエハＷの表面位置は高速に移動している。その結果、単位面積あたりの薬液の供給熱量がウエハＷの全域においてほぼ等しくなり、ウエハの全域で薬液の温度分布が均一となる。これにより、ウエハＷの全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。ゆえに、薬液によるウエハＷの処理の面内均一性を向上させることができる。
【００４２】
以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。
前述の説明では、薬液としてＳＣ−１が用いられる場合を例にとって説明したが、薬液としてＳＣ−２（塩酸過酸化水素水）が用いられていてもよい。この場合、第１実施形態のように薬液の薬効成分（ＨＣＬおよびＨ2Ｏ2）の濃度を変更するときのウエハＷの周縁部に供給される薬液の濃度ｘsは、たとえば約１１ｗｔ％（ＨＣＬ：Ｈ2Ｏ2：ＤＩＷ＝１：１：１０）である。また、第２実施形態のように薬液の温度を変更するとき、ウエハＷの周縁部に供給される薬液の温度Ｔsはたとえば約５０℃であり、ウエハＷの回転中心３６に供給される薬液の温度Ｔ0はたとえば約２５℃である。
【００４３】
また、薬液としてＨＦが用いられる場合には、第１実施形態のように薬液の濃度を変更するときのウエハＷの周縁部に供給される薬液の薬効成分の濃度ｘsは、約１．０ｗｔ％（ＨＦ：ＤＩＷ＝１：１００）である。また、第２実施形態のように薬液の温度を変更するとき、ウエハＷの周縁部に供給される薬液の温度Ｔsはたとえば約３０℃であり、ウエハＷの回転中心３６に供給される薬液の温度Ｔ0はたとえば約２５℃である。
【００４４】
さらに、薬液として、ＳＰＭ（硫酸過酸化水素水）が用いられる場合には、ウエハＷの周縁部に供給されるＳＰＭの温度Ｔsはたとえば約１１０℃であり、ウエハＷの回転中心３６に供給されるＳＰＭの温度Ｔ0はたとえば約９０℃である。
前述の第２の実施形態では、第１薬液供給管１７を流通する過程で薬液が昇温される構成について説明したが、二流体ノズル２において高温の窒素ガスを薬液に混合することによって、二流体ノズル２から吐出される薬液の温度を昇温させることもできる。この場合、窒素ガス供給管１８にヒータが介装されていることが好ましい。
【００４５】
前述の２つの実施形態では、薬液の供給位置のスキャンの過程で、二流体ノズル２から吐出される薬液の吐出量は、実質上一定であると説明したが、ウエハＷの周縁部に近づくにつれて、二流体ノズル２から吐出される薬液の吐出量を減少させてもよい。逆に、ウエハＷの周縁部に近づくにつれて、二流体ノズル２から吐出される薬液の吐出量を増加させてもよい。
【００４６】
薬液の供給位置がウエハＷの周縁部に近づくにつれて、二流体ノズル２から吐出される薬液の吐出量を減少させる場合であっても、薬液の濃度を、薬液の供給位置がウエハＷの周縁部に近づくにつれて高くすれば、薬液の処理力をウエハＷの周縁部に近づくにつれて高くすることも可能である。すなわち、薬液の吐出量と濃度の両方を同時に変化させることで、ウエハＷの全域で処理効率をほぼ均一とすることもできる。
【００４７】
また、前述の２つの実施形態では、薬液の供給位置のスキャンの際に、二流体ノズル２を一定の移動速度で移動させるとして説明したが、二流体ノズル２の移動速度を薬液の供給位置に基づいて変更させてもよい。この場合、二流体ノズル２の移動速度を変更させることによって、ウエハＷの表面に供給される薬液の量が増減される。このため、単位面積あたりの薬液の薬効成分の量または単位面積あたりの薬液の供給熱量が、ウエハＷの全域においてほぼ等しくなるように、二流体ノズル２の移動速度を変更されてもよい。
【００４８】
さらに、二流体ノズル２から吐出される薬液の薬効成分の濃度または薬液の温度は、薬液の供給位置に基づいて、連続的に変化せずに不連続的に変更させる構成であってもよい。
前述の説明では、アーム支持軸３１の回動角度を検出する回動角度センサ３４によって二流体ノズル２の位置が検出される構成を説明したが、アーム揺動駆動機構３３がステッピングモータを含むときには、そのステッピングモータのステップ数に基づいて、二流体ノズル２の位置が検出されていてもよい。
【００４９】
また、前述の２つの実施形態では、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の薬効成分の濃度と、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の温度とのうちいずれか一方を変更する構成について説明したが、二流体ノズル２からウエハＷに供給される薬液の濃度と温度との双方が変更される構成であってもよい。
さらに、二流体ノズル２から吐出される薬液の薬効成分の濃度や薬液の温度を変更させる構成に代えて、二流体ノズル２から吐出される薬液の液滴の噴流の速度を変更させてもよい。この場合、単位面積あたりの薬液の衝撃力がウエハＷの全域においてほぼ等しくなるように、薬液の液滴の噴流の速度が変更されれば、ウエハＷの全域で処理効率をほぼ均一とすることができる。
【００５０】
さらにまた、ＳＰＭが薬液として用いられる場合、ＳＰＭの供給位置に基づいて、二流体ノズル２から吐出されるＳＰＭの攪拌率（硫酸と過酸化水素水との攪拌率）を変更させ、ＳＰＭの活性度を変化させてもよい。この場合、供給位置がウエハＷの中央部であるときには、二流体ノズル２に攪拌流通管２４を通っていないＳＰＭが供給され、供給位置がウエハＷの周縁部であるときには、二流体ノズル２に攪拌流通管２４を通ったＳＰＭが供給されるようにすると、ウエハＷの中央部には比較的攪拌率の低いＳＰＭが供給され、ウエハＷの周縁部には比較的攪拌率の高いＳＰＭが供給される。また、ＳＰＭの活性度を連続的に変化させたい場合には、ＳＰＭの供給位置に基づいて攪拌流通管２４の長さを変更させてもよい。
【００５１】
また、ウエハＷの処理に、薬液以外のたとえばオゾン水その他の電解イオン水が用いられる場合には、ウエハＷに供給されるオゾン水（電解イオン水）の供給位置に基づいて、そのオゾン濃度（イオン濃度）が変更されてもよい。
また、前述の実施形態では、二流体ノズル２を例にとって説明したが、ストレートノズルであってもよい。さらに、そのノズルに超音波振動子が設けられていて、ノズルから超音波振動が付与された薬液が供給されるようになっていてもよい。
【００５２】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板処理装置の基本的な構成を説明するための斜視図である。
【図２】二流体ノズルの構成を示す図解的な断面図である。
【図３】二流体ノズルの配置を説明するための図解的な平面図である。
【図４】基板処理装置におけるウエハの処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】ウエハ上の薬液の供給位置の変化に伴う薬液濃度の変化を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態にかかる基板処理装置におけるウエハの薬液の供給位置の変化に伴う薬液濃度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１ スピンチャック（基板回転手段）
２ 二流体ノズル（液滴噴流ノズル）
２２ 流量調節バルブ（活性成分濃度変更手段）
２５ ヒータ（処理液温度変更手段）
３２ アーム（供給位置移動手段）
３３ アーム揺動駆動機構（供給位置移動手段）
３５ 制御装置
Ｗ ウエハ（基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を回転させる基板回転手段と、
前記基板回転手段によって回転される基板の表面に処理液を供給する処理液供給手段と、
前記処理液供給手段から基板の表面に供給される処理液の供給位置を移動させるための供給位置移動手段と、
前記処理液供給手段から供給される処理液の活性度を変更するための活性度変更手段と、
前記供給位置移動手段によって移動させられる処理液の供給位置に基づいて、前記活性度変更手段を制御する制御手段とを含む、基板処理装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記処理液の供給位置が基板の回転中心から離れるにつれて、前記処理液の活性度が高くなるように、前記活性度変更手段を制御する、請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記活性度変更手段は、前記処理液供給手段から供給される処理液の活性成分の濃度を変更する活性成分濃度変更手段を含む、請求項１または２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記活性度変更手段は、前記処理液供給手段から供給される処理液の温度を変更する処理液温度変更手段を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記処理液供給手段は、前記基板回転手段によって回転される基板の表面に、処理液の液滴の噴流を供給する液滴噴流ノズルを備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
基板を回転させる回転ステップと、
この回転ステップ中に、基板の表面に処理液を供給する処理液供給ステップと、
前記処理液供給ステップと並行して、基板の表面に供給される処理液の供給位置を移動させる供給位置移動ステップと、
前記処理液供給ステップおよび前記供給位置移動ステップと並行して、処理液の供給位置に基づいて、前記基板に供給される処理液の活性度を変更する活性度変更ステップとを含む、基板処理方法。
【請求項１】
基板を回転させる基板回転手段と、
前記基板回転手段によって回転される基板の表面に処理液を供給する処理液供給手段と、
前記処理液供給手段から基板の表面に供給される処理液の供給位置を移動させるための供給位置移動手段と、
前記処理液供給手段から供給される処理液の活性度を変更するための活性度変更手段と、
前記供給位置移動手段によって移動させられる処理液の供給位置に基づいて、前記活性度変更手段を制御する制御手段とを含む、基板処理装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記処理液の供給位置が基板の回転中心から離れるにつれて、前記処理液の活性度が高くなるように、前記活性度変更手段を制御する、請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記活性度変更手段は、前記処理液供給手段から供給される処理液の活性成分の濃度を変更する活性成分濃度変更手段を含む、請求項１または２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記活性度変更手段は、前記処理液供給手段から供給される処理液の温度を変更する処理液温度変更手段を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記処理液供給手段は、前記基板回転手段によって回転される基板の表面に、処理液の液滴の噴流を供給する液滴噴流ノズルを備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
基板を回転させる回転ステップと、
この回転ステップ中に、基板の表面に処理液を供給する処理液供給ステップと、
前記処理液供給ステップと並行して、基板の表面に供給される処理液の供給位置を移動させる供給位置移動ステップと、
前記処理液供給ステップおよび前記供給位置移動ステップと並行して、処理液の供給位置に基づいて、前記基板に供給される処理液の活性度を変更する活性度変更ステップとを含む、基板処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２４６３１９（Ｐ２００８−２４６３１９Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８８７３１（Ｐ２００７−８８７３１）
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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