JP6131162B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウエハ等の基板を処理する基板処理方法および基板処理装置に関する。

半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ等の基板の表面に処理液を供給して、その基板の表面が処理液を用いて処理される。
たとえば、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置は、基板をほぼ水平に保持しつつ、その基板を回転させるスピンチャックと、このスピンチャックによって回転される基板の表面に処理液を供給するためのノズルとを備えている。スピンチャックに保持された基板に対して薬液が供給され、その後に純水が供給されることにより、基板上の薬液が純水に置換される。その後に、基板上の純水を排除するためのスピン乾燥処理が行われる。スピン乾燥処理では、基板が高速回転されることにより、基板に付着している純水が振り切られて除去（乾燥）される。このような乾燥処理の手法では、ウエハの表面に形成されているパターンの間隙に入り込んだ純水が振り切られず、パターンの間隙に純水が残留するおそれがある。

そのため、純水によるリンス処理が行われた後の基板の表面に常温のイソプロピルアルコール（isopropyl alcohol：ＩＰＡ）液等の有機溶媒を供給して、基板の表面の微細パターンの間隙に入り込んだ純水を有機溶媒と置換して、基板の表面を乾燥させる手法が提案されている。

特開平９−３８５９５号公報

ところで、スピンドライ時には、隣接するパターン同士が引きつけ合って接触し、パターン倒壊に至ることがある。この原因の一つは、隣接するパターン間に存在する液による表面張力にあると推測される。特許文献１のように、スピンドライ前に有機溶媒を基板に供給する場合には、パターン間に存在するのが有機溶媒であり、その表面張力が低いので、隣接するパターン同士の引き付け合う力を弱めることにより、パターン倒壊を防止することができると考えられている。

しかしながら、近年、半導体基板の表面には、高集積化のために、微細でかつアスペクト比の高い微細パターン（凸状パターン、ライン状のパターンなど）が形成されている。微細で高アスペクト比の微細パターンは倒壊し易いため、このような基板を洗浄するときにはスピンドライ前に有機溶媒を基板の表面に供給するだけではスピンドライ時のパターン倒壊を十分に抑制することが困難な場合がある。

そこで、本発明の目的は、微細で高アスペクト比の微細パターンが形成された基板を洗浄する場合であっても、パターンの倒壊を抑制または防止しつつ、基板の上面を良好に乾燥させることができる、基板処理方法および基板処理装置を提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、微細パターン（１０１）が形成され、基板保持手段（４）に水平姿勢に保持されている基板（Ｗ）の上面に、リンス液を供給するリンス工程（Ｓ３）と、前記微細パターンの間隙を含む基板の上面に付着したリンス液を、リンス液よりも表面張力の低い液体の有機溶媒で置換させるために、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に前記有機溶媒を供給することにより当該上面に有機溶媒の液膜を形成する有機溶媒供給工程（Ｓ４）と、前記有機溶媒供給工程の開始の後に実行されて、前記基板保持手段に保持されている基板の上面を有機溶媒の沸点よりも高い所定の高温に保持することにより、前記微細パターンの間隙を含む前記基板の上面全面において有機溶媒の気相膜（８５）を形成すると共に当該気相膜の上方に有機溶媒の液膜（８０）を形成する高温保持工程（Ｓ５）と、前記基板保持手段に保持されている基板の上面から、有機溶媒を排除する有機溶媒排除工程（Ｓ６）とを含む、基板処理方法である。

なお、この項において、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の参照符合を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。
この発明の方法によれば、基板の上面に有機溶媒を供給することにより、微細パターンの間隙に存在するリンス液が有機溶媒によって置換される。これにより、基板の上面からリンス液が良好に除去される。

そして、基板上面への有機溶媒の供給が開始された後、基板の上面を有機溶媒の沸点よりも高い所定の温度に保つ。これにより、微細パターンの上方と微細パターンの間隙とに有機溶媒の気相膜が形成される。また、有機溶媒の気相膜の上方に有機溶媒の液膜が形成される。この状態では、微細パターンの間隙における表面張力が小さくなるため、この表面張力に起因するパターン倒壊が生じにくくなる。以上から、微細で高アスペクト比の微細パターンが形成された基板を洗浄する場合であっても、パターンの倒壊を抑制または防止しつつ、基板の上面を良好に乾燥させることができる。

請求項２は、前記有機溶媒排除工程は、前記高温保持工程の終了に先立って実行開始される、請求項１に記載の基板処理方法である。
高温保持工程時には、有機溶媒の液膜は、気相膜を介して基板の上面から上方に分離されている。そのため、有機溶媒の液膜と基板の上面との間にほとんど摩擦力が生じず、有機溶媒の液膜は基板の上面に沿って移動し易い状態にある。

高温保持工程の終了に先立って有機溶媒排除工程が実行されるので、有機溶媒の液膜を基板の上面に沿って移動させて有機溶媒の液膜を比較的容易に基板の上面から排除することができる。これにより、パターンの倒壊を生じさせることなく、基板の上面から有機溶媒の液膜を良好に排除することができる。
請求項３に記載のように、高温保持工程における基板温度は、高温保持工程において有機溶媒の沸騰が防止できる温度に設定してもよい。これにより有機溶媒の液膜の亀裂の発生を有効に防止することができる。

請求項４に記載のように、前記所定の高温は、有機溶媒の沸点よりも１０〜５０℃高くてもよい。
請求項５に記載のように、前記高温保持工程における基板温度、および前記高温保持工程の実行時間の少なくとも一方は、有機溶媒の気相膜に含まれる気相の有機溶媒が、前記有機溶媒の液膜を突き破って当該液膜上に出ないような温度および実行時間にそれぞれ設定されていてもよい。

請求項６に記載のように、高温保持工程における有機溶媒の膜厚は、高温保持工程において有機溶媒の液膜が分裂しない厚みに設定してもよい。これにより、有機溶媒の液膜の亀裂の発生を有効に防止することができる。
請求項７に記載のように、前記高温保持工程における前記有機溶媒の液膜の膜厚は、基板の中心において１〜５ｍｍに設定されてもよい。これにより、有機溶媒の液膜の亀裂の発生を有効に防止することができる。

請求項８に記載のように、前記高温保持工程は、前記記基板保持手段に保持されている基板を回転させながらその基板の上面を前記所定の高温に保持するものであり、前記高温保持工程における前記基板の回転速度は、１０〜５００ｒｐｍに設定されていてもよい。これにより、有機溶媒の液膜の亀裂の発生を有効に防止することができる。
請求項９に記載のように、高温保持工程において前記有機溶媒の液膜に有機溶媒を追加してもよい。これにより、有機溶媒の液膜の亀裂の発生を有効に防止することができる。

請求項１０に記載の発明は、前記有機溶媒供給工程は、前記基板保持手段に保持されている基板の上面の温度が有機溶媒の沸点未満であるときに実行される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の基板処理方法である。
この発明の方法によれば、有機溶媒が液相のまま基板の上面に供給される。そして、微細パターンの間隙に液相の有機溶媒が入り込む。有機溶媒が液相であるので、微細パターンの間隙に存在しているリンス液を、有機溶媒によって良好に置換することができる。これにより、基板の上面からリンス液を確実に除去することができる。

そして、有機溶媒供給工程の開始の後に実行される高温保持工程において、微細パターンの間隙は気相の有機溶媒で満たされる。これにより、微細で高アスペクト比の微細パターンが形成された基板を洗浄する場合であっても、パターンの倒壊を抑制または防止しつつ、基板の上面を良好に乾燥させることができる。
請求項１１に記載のように、前記高温保持工程は、前記基板保持手段に保持されている基板を、当該基板の下方に配置されたヒータ（５；３０３；４０３；５０３；６０３：７０３）によって加熱する工程を含んでいてもよい。

請求項１２に記載の発明は、前記有機溶媒排除工程の後に、前記基板保持手段に保持されている基板を回転させて当該基板を乾燥させるスピンドライ工程（７）をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の基板処理方法である。
この発明の方法によれば、スピンドライ工程の実行に先立って、基板の上面から有機溶媒が排除される。有機溶媒が基板の上面に有機溶媒が存在しない状態でスピンドライ工程が実行されるので、スピンドライ工程時にパターン倒れが生じるのを確実に防止することができる。

請求項１３に記載のように、前記有機溶媒排除工程は、前記基板保持手段に保持されている基板を回転させつつ、当該基板の上面の回転中心に向けて気体を吐出する工程（Ｓ６）を含んでいてもよい。
また、請求項１４に記載のように、前記有機溶媒排除工程は、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に向けて帯状の気体を吹き付けるとともに、当該基板の上面における当該気体の吹付け領域を移動させる工程を含んでいてもよい。

さらに、請求項１５に記載のように、前記有機溶媒排除工程は、前記基板保持手段に保持されている基板を、水平に対して傾ける工程を含んでいてもよい。
さらにまた、請求項１６に記載のように、前記有機溶媒排除工程は、前記基板保持手段に保持されている基板を、その中央領域から周縁部に向けて順に加熱する工程を含んでいてもよい。

請求項１７に記載の発明は、上面に微細パターン（１０１）が形成された基板（Ｗ）を水平姿勢に保持する基板保持手段（４）と、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に、水よりも表面張力の低い有機溶媒を供給するための有機溶媒供給手段（４３）と、前記基板保持手段に保持されている基板の下方に配置されて、当該基板を加熱するためのヒータ（５；３０３；４０３；５０３；６０３；７０３）と、前記有機溶媒供給手段を制御して、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に有機溶媒を供給する有機溶媒供給制御手段と、前記ヒータを制御して、前記基板保持手段に保持されている基板を、前記有機溶媒の沸点よりも高い所定の高温に保持することにより、前記微細パターンの間隙を含む前記基板の上面全面において有機溶媒の気相膜を形成すると共に当該気相膜の上方に有機溶媒の液膜を形成する高温保持制御手段（４０）と、前記基板保持手段に保持されている基板の上面から、有機溶媒を排除する有機溶媒排除制御手段（４０）とを含む、基板処理装置（１）である。

この構成によれば、請求項１に関連して記載した作用効果と、同等の作用効果を奏する。
請求項１８に記載の発明は、開口（９）を有するカップ本体（８）、および前記開口を閉塞する蓋部材（１０）を有し、内部空間が外部から密閉された密閉カップをさらに含み、前記基板保持手段が、前記内部空間に収容されている、請求項１７に記載の基板処理装置である。

この構成によれば、基板保持手段が、密閉カップの内部空間に収容される。高温環境下で有機溶媒を扱うので、基板上で激しい反応が生じるおそれがある。しかしながら、この基板が基板保持手段ごと密閉カップの内部空間に収容されているので、激しい反応は密閉カップ内に留まる。これにより、基板処理装置における密閉カップ外の領域が損傷することを防止することができる。

請求項１９に記載の発明は、前記ヒータは、前記基板保持手段に保持されている基板を、当該基板の下方から離隔された状態で加熱するためのものであり、前記ヒータと前記基板保持手段に保持されている基板とが接近／離反するように、前記ヒータおよび前記基板保持手段の少なくとも一方を昇降させる昇降手段（１９）をさらに含む、請求項１７または１８に記載の基板処理装置である。

この構成によれば、ヒータと、基板保持手段に保持されている基板との間隔を変化させることができる。そして、ヒータと基板との間隔が狭い状態では、ヒータにより基板が高温に加熱される。この状態から、ヒータと基板との間隔を大きく広げることにより、基板への加熱量を低減させることができ、これにより、基板を直ちに冷却することができる。

本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の構成を模式的に示す断面図である。 図１に示す基板保持回転機構の平面図である。 図１に示す内蓋の底面図である。 図１に示す上および下当接ピンによるウエハの支持を説明する図である。 図１に示す基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。 図１に示す基板処理装置によって実行されるエッチング処理の一例について説明するための工程図である。 図６の処理例を説明するための模式図である。 図７Ｂに続く工程を説明するための模式図である。 図７Ｄに続く工程を説明するための模式図である。 図７Ｆに続く工程を説明するための模式図である。 図７Ｈに続く工程を説明するための模式図である。 図６の処理例におけるウエハ上面の状態を説明するための模式的な断面図である。 本発明の第２実施形態に係る基板処理装置を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る基板処理装置を用いたＩＰＡ排除工程を示す側面図である。 ＩＰＡ排除処理の一例を説明する図面である。 ＩＰＡ排除処理の一例を説明する図面である。 ＩＰＡ排除処理の一例を説明する図面である。 ＩＰＡ排除処理の一例を説明する図面である。 ＩＰＡ排除処理の一例を説明する図面である。

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、本発明の第１実施形態に係る基板処理装置１の構成を模式的に示す断面図である。
この基板処理装置１は、円形の半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という）のデバイス形成領域側の表面に対して洗浄処理の一例としてのエッチング処理を施すための枚葉型の装置である。自然酸化膜を除去するためのエッチング処理を実行する場合には、エッチング液としてたとえば希ふっ酸が採用される。また、犠牲膜を除去するためのエッチング処理を実行する場合には、エッチング液としてたとえば濃ふっ酸やＴＭＡＨ(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）などが採用される。

基板処理装置１はウエハＷを処理するための処理モジュールＭ１を有している。処理モジュールＭ１は隔壁２により区画された処理室３内に、ウエハＷを水平に保持して回転させる基板保持回転機構（基板保持手段）４と、基板保持回転機構４に保持されているウエハＷの下面に対向配置されウエハＷを下方から加熱するためのヒータ５と、基板保持回転機構４に保持されているウエハＷの表面（上面）にエッチング液を吐出するためのエッチング液ノズル６と、基板保持回転機構４に保持されているウエハＷの表面にリンス液としてのＤＩＷ（脱イオン水）吐出するためのリンス液ノズル７と、基板保持回転機構４を収容する下カップ（カップ本体）８と、下カップ８の開口９を閉塞するための蓋部材１０とを備えている。蓋部材１０が下カップ８の開口９を閉塞することで内部に密閉空間を有する密閉カップが形成される。

基板保持回転機構４は、ウエハＷの回転軸線（鉛直軸線）Ｃと同心の回転中心を有する、水平支持された円環板状の回転リング１１と、回転リング１１の上面に鉛直に立設された複数本（たとえば６本）の下当接ピン１２とを備えている。各下当接ピン１２は円柱状をなしウエハＷを下方から支持する。回転リング１１には、回転リング１１を回転軸線Ｃ回りに回転させるためのリング回転機構１３が結合されている。リング回転機構１３は例えばモータとそれに付随する伝達機構等によって構成されている。

ヒータ５は、たとえばセラミックや炭化ケイ素（ＳｉＣ）製の本体部に、抵抗１６が埋設された抵抗式のヒータである。ヒータ５は、ヒータ支持台１７によって支持されている。
ヒータ５は、水平平坦な円形の上面１８を有し、円板状をなしている。ヒータ５の上面１８は、基板保持回転機構４に保持されたウエハＷの下面の周縁部を除く領域と対向している。抵抗１６に給電して発熱させると上面１８を含むヒータ５全体が発熱する。ヒータ５の上面１８の全域において、ヒータ５のオン状態における上面１８の単位面積当たりの発熱量は均一に設定されている。

ヒータ５は回転可能な構成ではなく、したがって、抵抗１６への給電のために回転電気接点が不要である。そのため、ヒータ５を回転させる場合と比較して、ヒータ５への給電量が制限されない。これにより、ウエハＷを所望の高温まで加熱することが可能である。
ヒータ支持台１７には、ヒータ支持台１７ごとヒータ５を昇降させるためのヒータ昇降機構（昇降手段）１９が結合されている。ヒータ５は、ヒータ昇降機構１９により水平姿勢を維持したまま昇降される。ヒータ昇降機構１９は、たとえばボールねじやモータによって構成されている。ヒータ昇降機構１９を駆動することにより、ヒータ５は、その上面１８がウエハＷの下面から下方に離反する下位置（離反位置。図７Ａ等参照）と、ヒータ５の上面１８がウエハＷの下面に微小間隔Ｗ１を隔てて対向配置される上位置（近接位置。図７Ｆ等参照）との間で昇降させられる。このようにヒータ５とウエハＷの下面との間隔を変更することによりヒータ５がウエハＷに与える熱量を調整することができる。

エッチング液ノズル６は、たとえば、連続流の状態でエッチング液を下方に向けて吐出するストレートノズルである。エッチング液ノズル６には、エッチング液供給源からのエッチング液供給通路となるエッチング液供給管２１が接続されている。エッチング液供給管２１には、エッチング液の供給を開閉するためのエッチング液バルブ２２が介装されている。エッチング液バルブ２２が開かれると、エッチング液供給管２１からエッチング液ノズル６にエッチング液が供給され、また、エッチング液バルブ２２が閉じられると、エッチング液供給管２１からエッチング液ノズル６へのエッチング液の供給が停止される。エッチング液ノズル６には、エッチング液ノズル移動機構２３が結合されている。エッチング液ノズル移動機構２３は、基板保持回転機構４の上方と、基板保持回転機構４の側方（下カップ８の外方）に設けられたホームポジションとの間でエッチング液ノズル６を移動させる。

リンス液ノズル７は、たとえば、連続流の状態でリンス液を下方に向けて吐出するストレートノズルである。リンス液ノズル７には、ＤＩＷ供給源からのＤＩＷ供給通路となるリンス液供給管２６が接続されている。リンス液供給管２６には、リンス液の供給を開閉するためのリンス液バルブ２７が介装されている。リンス液バルブ２７が開かれると、リンス液供給管２６からリンス液ノズル７にＤＩＷが供給され、また、リンス液バルブ２７が閉じられると、リンス液供給管２６からリンス液ノズル７へのＤＩＷの供給が停止される。リンス液ノズル７には、リンス液ノズル移動機構２８が結合されている。リンス液ノズル移動機構２８は、基板保持回転機構４の上方と、基板保持回転機構４の側方（下カップ８の外方）に設けられたホームポジションとの間でリンス液ノズル７を移動させる。

下カップ８は、略円筒容器状をなし、上面に円形の開口９を有している。下カップ８は略円板状の底壁部３１と、底壁部３１から上方に立ち上がる周壁部３２とを一体的に備えている。周壁部３２は、回転軸線Ｃを中心とする円筒状に形成されている。周壁部３２は円環状の上端面３３を有している。底壁部３１の上面には、回転リング１１の下方に位置する領域に、ウエハＷの周縁から飛散するエッチング液やリンス液、ＩＰＡ液を溜めるための環状溝３４が形成されている。環状溝３４には、廃液路（図示しない）の一端が接続されている。廃液路の他端は、機外の図示しない廃液設備に接続されている。

周壁部３２の周囲には下当接ピン１２に保持されたウエハＷから飛び散るエッチング液を捕獲するためのカップ（図示せず）が配設され、当該カップは機外の図示しない廃液設備に接続されている。
また、ヒータ支持台１７は、底壁部３１の中心部を貫通して下方に延びている。ヒータ支持台１７の軸部と底壁部３１の中心部との間は、円環状のシール部材３５によってシールされている。

蓋部材１０は、基板保持回転機構４の上方において、ほぼ水平な姿勢で配置されている。蓋部材１０は、略円板状の外蓋４１と略円盤状の内蓋６１とを上下に重ねた状態で有する二重蓋構造である。外蓋４１の下面には、その中心部と周縁部とを除く領域に、外蓋４１と同心の円筒状の上環状溝４２が形成され、内蓋６１はこの上環状溝４２に収容された状態で外蓋４１に対して回転可能に保持されている。

外蓋４１は、ほぼ水平な姿勢で、かつその中心がウエハＷの回転軸線Ｃ上に位置するように配置されている。外蓋４１の中心部には、有機溶媒流通管（有機溶媒供給手段）４３および窒素ガス流通管４４が鉛直方向に延びて隣接して挿通している。
外蓋４１の中心部下面４５は円形を有する水平平坦面である。中心部下面４５は、基板保持回転機構４に保持されるウエハＷの表面（上面）の中心部に対向している。

有機溶媒流通管４３の下端は外蓋４１の中心部下面４５で開口し、有機溶媒吐出口４６を形成している。有機溶媒流通管４３には、有機溶媒供給管４７が接続されている。有機溶媒供給管４７には、ＤＩＷ（水。リンス液）よりも低い表面張力を有する有機溶媒の一例としてのイソプロピルアルコール（isopropyl alcohol：ＩＰＡ）液がＩＰＡ供給源から供給される。有機溶媒供給管４７には、有機溶媒の供給を開閉するための有機溶媒バルブ４８が介装されている。

また、窒素ガス流通管４４の下端も外蓋４１の中心部下面４５で開口し、不活性ガスの一例としての窒素ガス（Ｎ_２）を吐出するための窒素ガス吐出口５１を形成している。窒素ガス流通管４４には、窒素ガス供給源からの窒素ガス供給通路となる窒素ガス供給管５２が接続されている。窒素ガス供給管５２には、窒素ガスの供給を開閉するための窒素ガスバルブ５３、および窒素ガス供給管５２の開度を調節して窒素ガス吐出口５１からのガス吐出流量を調節するための流量調節バルブ５５が介装されている。

外蓋４１の周縁部下面４９の径方向途中部には、シール環５０が周縁部下面４９の周方向全域に渡って取り付けられている。シール環５０は、たとえば樹脂製の弾性材料を用いて形成されている。
内蓋６１は、外蓋４１の中心部下面４５を取り囲む略円盤状をなしている。内蓋６１は、ウエハＷよりもやや大径をなしており、ほぼ水平な姿勢で、かつその中心がウエハＷの回転軸線Ｃ上に位置している。内蓋６１の内周縁には短筒の内周筒６１Ａが接続されている。当該内周筒６１Ａは鉛直上方に延伸する部分と当該延伸部分の上端から径方向外方に向けて水平円盤状に突出する部分とからなっている。内周筒６１Ａは外蓋４１の中心部下面４５に対して独立して回転できるように連結されている。

また、内蓋６１の下面は、基板保持回転機構４に保持されたウエハＷの上面の中心部を除く領域と対向する基板対向面６２を形成している。基板対向面６２は、外蓋４１の中心部下面４５を取り囲む円盤状の水平平坦面からなる。基板対向面６２の周縁部には、たとえば６本の上当接ピン６４が等間隔に配設されている。各上当接ピン６４は円筒状をなし、鉛直に垂下している。

内蓋６１は後述するウエハＷと一体的に内蓋６１の中心を通る鉛直軸線（ウエハＷの回転軸線Ｃと一致する軸線）まわりに回転する。
また、蓋部材１０には外蓋４１および内蓋６１を一体的に昇降させるための蓋昇降機構５４が結合されている。蓋昇降機構５４の駆動により、蓋部材１０は、下カップ８よりも上方に退避して下カップ８の開口９を開放する開位置と、下カップ８の開口９を閉塞する閉位置との間で昇降される。

蓋部材１０が閉位置にある状態では、外蓋４１の周縁部の下面に配置されたシール環５０が、その周方向全域で下カップ８の上端面３３に当接し、外蓋４１と下カップ８との間がシールされる。また、この状態で内蓋６１の基板対向面６２および外蓋４１の中心部下面４５は微小間隔Ｗ２（図７Ｅ参照。例えば約４ｍｍ）を隔ててウエハＷの上面に近接して対向配置される。

図２は、基板保持回転機構４の平面図である。
回転リング１１の上面には、たとえば６本の下当接ピン１２がウエハＷの回転軸線Ｃ（図１参照）を中心とする円周上に等間隔に配置されている。各下当接ピン１２の上端は水平面と回転軸線Ｃに向いて下方向に傾斜した下当接面１２Ａとを有している。６本の下当接ピン１２の上にウエハＷを載置すると、ウエハＷの下面（裏面）周端縁が下当接ピン１２の下当接面１２Ａと当接しウエハＷを基板保持回転機構４に良好に保持することができ、ウエハＷを各基板処理工程での処理速度（たとえば１０〜３０００rpm）で回転させることができる。

図３は内蓋６１の底面図である。内蓋６１の基板対向面６２には、たとえば６本の上当接ピン６４が内蓋６１の中心を通る鉛直軸線（ウエハＷの回転軸線Ｃ（図１参照）と一致する軸線）を中心とする円周上に等間隔に配置されている。各上当接ピン６４の下端は水平面と、内蓋６１の中心を通る鉛直軸線に向いて上方向に傾斜した下当接面６４Ａとを有している。各上当接ピン６４と内蓋６１の中心を通る鉛直軸線との間の距離は、各上当接ピン６４と回転軸線Ｃとの間の距離と等しくなる。各上当接ピン６４の上当接面６４ＡはウエハＷの上面周縁に当接することによりウエハＷを良好に支持することができる。

図４は下当接ピン１２と上当接ピン６４とによるウエハＷの支持を説明する図である。
図１〜図４に示すように、基板保持回転機構４および内蓋６１がそれぞれ所定の基準姿勢にある状態では、６本の下当接ピン１２の周方向位置は、６本の上当接ピン６４の周方向位置とそれぞれ揃っている。すなわち、基板保持回転機構４および内蓋６１がそれぞれ所定の基準姿勢にある状態では、各下当接ピン１２に対応してその鉛直方向上側に上当接ピン６４が一つずつ配置されることになる。

基板保持回転機構４および内蓋６１がそれぞれ基準姿勢にあり、かつ基板保持回転機構４にウエハＷが保持された状態で、蓋昇降機構５４が駆動されて蓋部材１０が閉位置まで下げられる。これにより、内蓋６１の各上当接ピン６４が基板保持回転機構４に保持されているウエハＷの上面周端縁と当接し、当該ウエハＷを下当接ピン１２に向けて押し付けるようになる。そして、各上および下当接ピン６４，１２がウエハＷの周縁部を上下から挟持する。複数対（たとえば６対）の上および下当接ピン６４，１２によってウエハＷが挟持されることにより、ウエハＷが基板保持回転機構４および内蓋６１に強固に保持される。そして、基板保持回転機構４の回転リング１１と内蓋６１とを同一方向に同期して回転させることにより、ウエハＷを回転させることができる。このとき、基板保持回転機構４および内蓋６１はウエハＷを保持しつつ最大３０００ｒｐｍの回転速度で回転させることができる。

図５は、基板処理装置１の電気的構成を示すブロック図である。
基板処理装置１は、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置７０を備えている。制御装置７０は、リング回転機構１３、蓋昇降機構５４、ヒータ昇降機構１９、エッチング液ノズル移動機構２３、リンス液ノズル移動機構２８などの動作を制御する。
また、制御装置７０は、予め定められたプログラムに従って、エッチング液バルブ２２、リンス液バルブ２７、有機溶媒バルブ４８、窒素ガスバルブ５３の開閉動作を制御するとともに、流量調節バルブ５５の開度を制御する。また、制御装置７０は、抵抗１６（図１参照）への通電／切断の切換えにより、ヒータ５のオン／オフを制御する。

図６は、基板処理装置１によって実行されるエッチング処理の一例を説明する工程図である。図７Ａ〜図７Ｉはこの処理例を段階ごとに説明する模式図である。図８Ａ〜図８Ｄはこの処理例におけるウエハＷ上面の状態を説明する模式的な断面図である。
以下では、図１〜図６、図７Ａ〜図７Ｉ、および図８Ａ〜図８Ｄを参照して、エッチング処理の処理例について説明する。

エッチング処理に際しては図示しない搬送ロボットが制御されて処理室３内に未処理のウエハＷが搬入される（ステップＳ１）。
図８Ａ〜図８Ｄに示すように、処理室３内に搬入されるウエハＷは、たとえば、シリコンウエハの表面に微細パターン１０１を形成したものである。微細パターン１０１は凸状の構造体１０２を互いに同方向に沿って配列して形成される。各構造体１０２のパターン幅Ｗ０（図８Ａ参照）は通常１０nm〜４５nm程度、微細パターン１０１の間隙Ｗ３（図８Ａ参照）は１０nm〜数μｍ程度に形成されている。なお、微細パターン１０１はライン状の構造体のパターンであってもよく、この場合の微細パターン１０１には溝（トレンチ）状の間隙が形成されることになる。あるいは、微細パターン１０１は所定の薄膜に複数の小さな空隙（ボイド）（又は微細孔（ポア））状の間隙を形成したものであってもよい。

微細パターン１０１は、通常、絶縁膜を含んでいる。また、微細パターン１０１は、導体膜を含んでいてもよい。より具体的には、微細パターン１０１は、複数の膜を積層した積層膜により形成されており、さらには、絶縁膜と導体膜とを含んでいてもよい。微細パターン１０１は、単層膜で構成されるパターンであってもよい。絶縁膜は、ＳｉＯ_２膜や窒化膜であってもよい。また、導体膜は、低抵抗化のための不純物を導入したアモルファスシリコン膜であってもよいし、金属膜（たとえば金属配線膜）であってもよい。さらには、積層膜を構成する各膜として、ポリシリコン膜、ＳｉＮ膜、ＢＳＧ膜（ホウ素を含むＳｉＯ_２膜）、およびＴＥＯＳ膜（ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いてＣＶＤ法で形成されたＳｉＯ_２膜）などを例示することができる。

また、微細パターン１０１の膜厚Ｔ（図８Ａ参照）は、たとえば、50nm〜5μm程度である。また、微細パターン１０１は、たとえば、アスペクト比（線幅Ｗ０に対する膜厚Ｔの比）が、たとえば、5〜500程度であってもよい（典型的には5〜50程度である）。
このような微細パターン１０１が形成されたウエハＷを乾燥させる場合に、ウエハＷが乾燥していく過程で隣接する構造体１０２同士を引き付ける力が加わって微細パターン１０１がパターン倒壊を起こすおそれがある。

次に図６の工程図と図７Ａ〜図７Ｉの模式図とを用いて基板処理装置１によって実行されるエッチング処理について説明する。
まず、図７Ａに示すようにウエハＷは図示しないロボットにより処理室３内に搬入された後、回転リング１１の複数本の下当接ピン１２に引き渡され、これらの下当接ピン１２によって保持される（Ｓ１：ウエハＷ搬入）。これにより、搬入されたウエハＷは、その表面（微細パターン１０１の形成面）を上方に向けた状態で基板保持回転機構４に保持される。

ウエハＷの搬入時には、ウエハＷの搬入の妨げにならないように、蓋部材１０は、開位置にある。また、ヒータ５はオン（駆動状態）で下位置に位置している。さらに、エッチング液ノズル６とリンス液ノズル７とはそれぞれホームポジションに配置されている（図７Ａでは図示しない）。
ウエハＷが基板保持回転機構４に保持されると、図７Ｂに示すように、制御装置７０はリング回転機構１３を制御して、ウエハＷの回転を開始させる。ウエハＷは予め定める基板処理速度（たとえば３００〜１５００rpm程度）まで上昇される。

また、制御装置７０は、エッチング液ノズル移動機構２３（図１等参照）を制御して、エッチング液ノズル６をウエハＷの上方位置に移動させ、図７Ｂに示すように、エッチング液ノズル６をウエハＷの回転軸線Ｃ上に配置させる。
エッチング液ノズル６がウエハＷの回転軸線Ｃ上に配置されると、図７Ｂに示すように、制御装置７０は、エッチング液バルブ２２（図１等参照）を開いて、エッチング液ノズル６からエッチング液を吐出する。ウエハＷの上面中心部付近に供給されたエッチング液は、ウエハＷの回転による遠心力を受けて、ウエハＷの上面上をウエハＷの周縁部に向けて流れる。これにより、ウエハＷの上面の全域にエッチング液が行き渡り、ウエハＷの上面がエッチングされる（Ｓ２：エッチング処理）。

また、ウエハＷの周縁部から飛散するエッチング液は、下カップ８の周壁部３２の内壁に受け止められ、この内壁を伝って環状溝３４に溜められる。環状溝３４に溜められたエッチング液は、廃液路（図示しない）を介して、機外の廃液設備（図示しない）に送られ、そこで処理される。
エッチング液の吐出開始から、予め定めるエッチング時間が経過すると、制御装置７０は、エッチング液バルブ２２を閉じて、エッチング液ノズル６からのエッチング液の吐出を停止するとともに、エッチング液ノズル移動機構２３を制御して、エッチング液の吐出停止後のエッチング液ノズル６を、そのホームポジションに戻す。

次いで、制御装置７０は、リンス液ノズル移動機構２８（図１等参照）を制御して、リンス液ノズル７をウエハＷの上方位置に移動させ、図７Ｃに示すように、リンス液ノズル７をウエハＷの回転軸線Ｃ上に配置させる。
リンス液ノズル７がウエハＷの回転軸線Ｃ上に配置されると、図７Ｃに示すように、制御装置７０は、リンス液バルブ２７（図１等参照）を開いて、リンス液ノズル７からＤＩＷを吐出する。ウエハＷの上面の中心部付近に供給されたＤＩＷは、ウエハＷの回転による遠心力を受けて、ウエハＷの上面上をウエハＷの周縁部に向けて流れ、これにより、ウエハＷの上面の全域にＤＩＷが行き渡り、ウエハＷの上面に付着したエッチング液が洗い流される（ステップＳ３：リンス処理）。このリンス処理により、図８Ａに示すように、ウエハＷの上面１００に形成された微細パターン１０１の間隙の底部（当該空間におけるウエハＷ自体の上面１００に極めて近い位置）までＤＩＷが行き渡る。

また、ウエハＷの周縁部から飛散するＤＩＷ（エッチング液を含むＤＩＷ）は、下カップ８の周壁部３２の内壁に受け止められ、この内壁を伝って環状溝３４に溜められる。環状溝３４に溜められたＤＩＷは、廃液路（図示しない）を介して、機外の廃液設備（図示しない）に送られ、そこで処理される。
ＤＩＷの吐出開始から、予め定めるリンス時間が経過すると、制御装置７０は、リンス液バルブ２７を閉じて、リンス液ノズル７からのＤＩＷの吐出を停止するとともに、リンス液ノズル移動機構２８を制御して、ＤＩＷの吐出停止後のリンス液ノズル７を、そのホームポジションに戻す。

次いで制御装置７０はＩＰＡ液供給工程（Ｓ４）を開始する。制御装置７０はまず図７Ｄに示すようにリング回転機構１３を制御して、ウエハＷの回転を停止させる。ウエハＷの回転停止後、制御装置７０は、リング回転機構１３を制御して、基板保持回転機構４および内蓋６１を基準姿勢まで回転させた後、蓋昇降機構５４を制御して、蓋部材１０を閉位置まで下降させる。蓋部材１０を閉位置まで下降すると、下カップ８の開口９が蓋部材１０により閉塞される。この状態で、図示しないロック部材により蓋部材１０と下カップ８とを結合させると、外蓋４１の周縁部下面４９に配置されたシール環５０が、その周方向全域で下カップ８の上端面３３に当接し、外蓋４１と下カップ８との間がシールされる。これにより、下カップ８および蓋部材１０の内部空間が密閉される。

また、蓋部材１０が閉位置にある状態では、内蓋６１の基板対向面６２と、ウエハＷの上面とは、微小間隔Ｗ２で離隔している。
蓋部材１０が閉位置まで下降し蓋部材１０と下カップ８とが結合すると、図７Ｅに示すように、制御装置７０はリング回転機構１３を制御して回転リング１１の回転を開始させる。これにより、回転リング１１の回転速度でウエハＷおよび内蓋６１が同一方向に回転される。

また、ウエハＷが所定の回転速度（例えば１０〜１０００ｒｐｍの範囲。望ましくは１０００ｒｐｍ）に達すると、図７Ｅに示すように、制御装置７０は、有機溶媒バルブ４８を開いて、有機溶媒流通管４３の有機溶媒吐出口４６からＩＰＡ液を吐出する。このとき、ヒータ５が下位置にあるので、ウエハＷはヒータ５によって近接加熱されていない。そのため、ウエハＷの上面の温度はたとえば常温（たとえば２５℃）である。また、ウエハＷに供給されるＩＰＡ液も常温のＩＰＡ液である。したがって、ウエハＷの上面とウエハＷの上面に供給されるＩＰＡ液とはいずれもＩＰＡの沸点以下の温度とされている。

ウエハＷの上面の中心部付近に供給されたＩＰＡ液は、ウエハＷの回転による遠心力を受けて、ウエハＷの上面と、内蓋６１の基板対向面６２との間をウエハＷの周縁部に向けて流れる。これにより、ウエハＷの上面の全域にＩＰＡ液が行き渡り、ウエハＷの上面のＤＩＷがＩＰＡ液によって置換される。ウエハＷの上面に供給されるＩＰＡが液体（液相）であるので、図８Ｂに示すように、微細パターン１０１の間隙内部のＤＩＷをＩＰＡ液によって良好に置換することができる。これにより、ウエハＷの上面からＤＩＷを確実に除去することができる。

ＩＰＡ液の吐出開始から予め定めるＩＰＡ置換時間が経過すると、ウエハＷの上面全面に所定膜厚（例えば１ｍｍ程度）のＩＰＡの液膜８０が形成される。ＩＰＡ置換時間はウエハＷの上面のＤＩＷがＩＰＡ液によって置換されるに十分な時間に設定されている。
ＩＰＡ置換が完了すると、図７Ｆに示すように、制御装置７０はヒータ昇降機構１９を制御しヒータ５を上位置まで上昇させてウエハ加熱工程（Ｓ５）を実行する。

ヒータ５が上位置まで上昇すると、ヒータ５の上面１８はウエハＷの下面まで間隔Ｗ１（典型的には０．５〜３ｍｍ）まで近接する。ヒータ５の上位置においてヒータ５の上面１８とウエハＷの下面とが部分的にまたは全面的に接触していてもよい。ヒータ５が上位置に到達することにより、ウエハＷの下面は、ヒータ５からの熱輻射またはウエハＷの下面とヒータ５の上面１８との間の空間内流体熱伝導により加熱される。ヒータ５は上位置にある状態で、ヒータ５の上面１８とウエハＷの下面とが平行をなすように配置されている。このため、ヒータ５からウエハＷに与えられる単位面積当たりの熱量は、ウエハＷの全域においてほぼ均一となる。

ヒータ５がウエハＷの下面を加熱することにより、ウエハＷの上面全面（微細パターン１０１（図８等）の上面。より具体的には、各構造体１０２の上端面１０２Ａ）の温度が、予め定める加熱時上面温度まで昇温される。この加熱時上面温度は、ＩＰＡ液の沸点（８２．４℃）よりも１０〜５０℃高い範囲の所定の温度である。
本実施形態では、ウエハＷの上面全面がこの加熱時上面温度まで昇温されるように、ヒータ５の単位面積当たりの熱量および、ウエハＷの下面とヒータ５の上面１８との間隔Ｗ１が所定の大きさに設定されている。

ウエハＷ上面の温度が加熱時上面温度に到達して所定時間が経過すると、ウエハＷの上面のＩＰＡの液膜８０の一部が蒸発して気相化し微細パターン１０１の間隙を満たすとともにウエハＷの上面（各構造体１０２の上端面１０２Ａ）の上方空間にＩＰＡの蒸気膜８５を形成する。これにより、ウエハＷの上面（各構造体１０２の上端面１０２Ａ）からＩＰＡの液膜８０が浮上する（図８Ｃ参照）。

このとき、微細パターン１０１の間隙は気相の有機溶媒で満たされるため各構造体１０２の間には極めて小さな表面張力しか生じなくなる。このため、表面張力に起因する微細パターン１０１の倒壊を防ぐことができる。
ウエハＷの加熱は少なくともウエハＷの上面全面においてＩＰＡ液膜８０が浮上するとともに、微細パターン１０１の間隙の液相のＩＰＡが気相化するまで継続する。

つぎに、制御装置７０はＩＰＡ排除工程（Ｓ６）を実行し、ウエハＷの上方に浮上したＩＰＡの液膜８０を液塊状態のままウエハＷの上面から排除する。この段階でＩＰＡの液膜８０はウエハＷの上面に接触していないためＩＰＡの液膜８０はウエハＷの上面に沿って移動し易い状態にある。
なお、ウエハＷの上面に浮上しているＩＰＡ液膜８０に亀裂等（図８Ｄの符号８１参照）が生じることがある。亀裂等が生じた部分ではＩＰＡの液滴とウエハＷとの液固界面が生じた状態で乾燥するため、表面張力に起因してパターン倒壊が生じるおそれがある。また、ウエハＷの上面にウォータマーク等の欠陥が生じるおそれがある。

このため、後述するＩＰＡ排除工程（Ｓ６）によってＩＰＡの液膜８０をウエハＷの上面から排除するまで当該ＩＰＡの液膜８０には亀裂等を生じさせないことが望ましい。
ＩＰＡの液膜８０に亀裂等を生じさせる要因は２つ考えられる。
第１の要因はウエハＷの長時間の加熱による多量のＩＰＡ蒸気の発生またはＩＰＡの液膜８０の沸騰である。多量のＩＰＡ蒸気が発生しまたはＩＰＡの液膜８０が沸騰するとＩＰＡの蒸気膜８５がその上方のＩＰＡの液膜８０を突き破って当該液膜８０上に出て液膜８０に亀裂を生じさせるおそれがある。

第２の要因はウエハＷの高速回転に伴う遠心力によって生じるＩＰＡの液膜８０の分裂である。
第１の要因に関して、本実施形態ではウエハＷの加熱温度および加熱時間をこのような亀裂８１が生じない温度や時間に設定することで対応している。また、ウエハＷの加熱中に適宜のタイミングでＩＰＡ液をＩＰＡ液膜８０に補給することにより、ウエハ加熱工程（Ｓ５）およびＩＰＡ排除工程（Ｓ６）を通してＩＰＡの液膜８０に亀裂等が生じない厚み（例えば基板の回転中心において１〜５ｍｍ。望ましくは約３ｍｍ）を維持するようにしている。

第２の要因に関して、本実施形態では、ウエハ加熱工程（Ｓ５）でのウエハＷの回転速度をＩＰＡの液膜８０に亀裂が生じない程度の速度に設定することで対応している。例えば、ウエハＷを１０〜５００ｒｐｍで回転させた場合にはウエハＷの上面全面にＩＰＡの液膜８０を維持しつつ遠心力に起因する液膜８０の分裂を防止することができる。
ＩＰＡ排除工程（Ｓ６）の説明に戻る。制御装置７０は、図７Ｇに示すように、ウエハＷの回転速度を例えば１０〜５００ｒｐｍに設定すると共に窒素ガスバルブ５３を開く。このとき、流量調節バルブ５５（図１等参照）の開度は、窒素ガス吐出口５１からの窒素ガス（Ｎ_２）の吐出流量が小流量になるようにその開度が設定されている。これにより、窒素ガス吐出口５１からは小流量の窒素ガスが吐出しウエハＷの上面中心部に吹き付けられる。これにより、ウエハＷの上面中心部のＩＰＡの液膜８０が部分的に除去されて小径円形状の乾燥領域８２が形成される。

ＩＰＡの液膜８０は、ＩＰＡの蒸気膜８５（図８Ｃ等参照）を介して、ウエハＷの上面（微細パターン１０１の上面）から分離されており、ウエハＷの上面に沿って移動し易い状態にあるので前記乾燥領域８２はウエハＷの上面中心部に窒素ガスが吐出されるのに伴って拡大する。ウエハＷの回転による遠心力が、ＩＰＡの液膜８０に作用しているために、乾燥領域８２は一層より急速に拡大する。乾燥領域８２がウエハの上面の全域に広がることにより、ウエハＷの上面（微細パターン１０１の上面）からＩＰＡ液をその液塊状態を維持したままで（すなわち、多数の小滴に分裂させることなく）排除することができる。

ウエハＷの上面からＩＰＡの液膜８０がすべて排除された後、制御装置７０は、図７Ｈに示すように、ヒータ昇降機構１９を制御してヒータ５を下位置まで下降させる。ヒータ５が下位置まで下降するとヒータ５とウエハＷとの間隔が大きくなってヒータ５から十分な熱（輻射熱または空間内流体熱伝導）がウエハＷに届かなくなる。これにより、ヒータ５によるウエハＷの加熱が終了し、ウエハＷはほぼ常温まで温度低下する。

また、制御装置７０は流量調節バルブ５５（図１参照）を制御して、窒素ガス吐出口５１からの窒素ガスの吐出流量を大流量まで上昇させる。これにより、ウエハＷの上面と内蓋６１の基板対向面６２との間に生じていたウエハＷの中心部から周縁部に向かう窒素ガスの気流が強化・促進され、ウエハＷの上面と内蓋６１の基板対向面６２との間が窒素ガスで充満される。

制御装置７０は同時にリング回転機構１３を制御して、ウエハＷの回転速度を所定の乾燥時回転速度（たとえば２５００ｒｐｍ）まで加速させる。これにより、ウエハＷ上からＩＰＡ液が完全に振り切られて除去される（Ｓ７：スピンドライ）。このスピンドライ時においても、内蓋６１は引き続きウエハＷとの間隔Ｗ２を維持したままウエハＷの回転に同期して、ウエハＷの回転方向と同方向に回転されるので、ウエハＷの上面付近の雰囲気がその周囲から遮断され、ウエハＷの上面と内蓋６１の基板対向面６２との間に安定気流が形成される。

そして、ウエハＷの乾燥時回転速度での回転が所定時間にわたって続けられると、図７Ｈに示すように、制御装置７０はリング回転機構１３を制御して、ウエハＷの回転を停止するとともに、窒素ガスバルブ５３を閉じる。また、制御装置７０は、蓋昇降機構５４を駆動して、蓋部材１０を開位置まで上昇させる。これにより、１枚のウエハＷに対するエッチング処理が終了し、搬送ロボットによって、処理済みのウエハＷが処理室３（図１等参照）から搬出される（ステップＳ８）。

本実施形態では、ＩＰＡ排除工程Ｓ６において、まずウエハＷの中央部に乾燥領域８２を形成し、続いてこの乾燥領域８２を遠心力により徐々に拡大するようにしてＩＰＡ液を排除している。このため、ＩＰＡ液を比較的大きな液塊のままウエハＷの上面から排除することが可能である。これによりウエハＷの上面にＩＰＡ液が小滴状に残留することがなくなるため、ＩＰＡ液が小摘状態でウエハＷの上面で乾燥・消失することを確実に防止することができる。

ウエハＷの上面１００の微細パターン１０１のアスペクト比が高い場合、液相のＩＰＡと微細パターン１０１内の各構造体１０２との接触面積が大きくなり隣り合う構造体１０２間の空間にある液相のＩＰＡを蒸発させるために要する時間が長くなると考えられる。この場合には、ウエハＷの上面近傍のＩＰＡの液膜８０を蒸発させるのに必要な熱量も多くなる。従って、処理対象のウエハＷの微細パターン１０１のアスペクト比の大きさに応じてウエハ加熱温度を高くあるいは加熱時間を長く設定することが望ましいと考えられる。

また、エッチング処理の処理例では、ウエハＷを基板保持回転機構４ごと、下カップおよび蓋部材１０で構成される密閉カップ内の内部空間内に収容された状態で、ＩＰＡ液を用いた工程Ｓ５〜Ｓ７が実行される。ＩＰＡ液を高温環境下で扱うこのような工程では、ウエハＷ上で激しい反応が生じるおそれがある。しかしながら、密閉カップ内にウエハＷを収容しておくことにより、基板処理装置１における密閉カップ外の領域が損傷することを防止することができる。

次に本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態においても第１実施形態とほぼ同様のエッチング処理が実行されるがＩＰＡ排除工程Ｓ６のみが異なるため、本工程に関連する箇所を中心に説明する。
図９は本発明の第２実施形態に係る基板処理装置２０１の平面図であり、図１０は本装置２０１を用いたＩＰＡ排除工程を示す側面図である。図９および図１０において、第１実施形態に示された各部に対応する部分には、図１〜図７の場合と同一の参照符号を付して示し、説明を省略する。

第１実施形態に係る基板処理装置１ではウエハＷの上面に対向配置された窒素ガス吐出口５１から窒素ガスを吐出したが、この第２実施形態では、図９に示すように直線帯状のガス吹付けノズル２０２を用いて直線帯状にウエハＷの上面に向けて不活性ガスを吐出している。このガス吹付けノズル２０２は所定のＹ方向に沿う直線状に開口する線状に開口するスリット吐出口２０３を有する。スリット吐出口２０３は、基板保持回転機構４に保持されたウエハＷの上面に対向している。ガス吹付けノズル２０２は、保持レール（図示せず）によって、Ｙ方向に直交するＸ方向に沿って往復移動可能に保持されている。Ｘ方向およびＹ方向は、ともに、ウエハＷの上面に沿う方向（水平方向）である。ガス吹付けノズル２０２には、窒素ガス供給源からの窒素ガスが供給されるようになっている。

図１０に示すように、スリット吐出口２０３からウエハＷの上面に吹き付けられる窒素ガスの吹付け方向θは所定の鋭角（たとえば４５°）を例示することができる。
この手法では、ステップＳ６（図６参照）のＩＰＡ排除工程において、ガス吹付けノズル２０２からウエハＷの上面に直線状（帯状）の窒素ガスを吹き付ける。これにより、ウエハＷの上面に、Ｙ方向に沿う直線状の窒素ガス吹付け領域２０５が形成される。また、窒素ガスの吹付けと並行して、ガス吹付けノズル２０２は、ウエハＷの上方領域外にある移動開始位置（図９において二点鎖線で図示）から、この移動開始位置とウエハＷの回転中心を挟んだ反対側でウエハＷの上方領域外にあるリターン位置（図９において一点鎖線で図示）までの間をＸ方向に沿って移動（一方向スキャン）させる。これに伴い、窒素ガス吹付け領域２０５が、Ｘ方向に沿って移動する。

このガス吹付けノズル２０２は、スリット吐出口２０３がウエハＷの回転中心の上方（回転軸線Ｃ上）にある状態で、スリット吐出口２０３のＹ方向の一方端および他方端がウエハＷの上方領域外にある。そのため、ガス吹付けノズル２０２を、移動開始位置からリターン位置まで一方向移動させることにより、ウエハＷの上面の全域に窒素ガス吹き付け領域２０５を走査させることができる。

ステップＳ５のウエハＷ加熱（図６参照）の状態では、前述のように、ＩＰＡの液膜８０とウエハＷの上面との間にほとんど摩擦力が生じず、ＩＰＡの液膜８０（図８Ｃ等参照）はウエハＷの上面に沿って移動し易い状態にある。そのため、窒素ガス吹き付け領域を移動させることにより、ＩＰＡの液膜８０を窒素ガス吹き付け領域２０５の進行方向側に移動させることができ、これにより、パターンの倒壊を生じさせることなく、ウエハＷの上面からＩＰＡの液膜８０を良好に排除することができる。

前述した第１および第２実施形態ではウエハＷの上面に対向配置された窒素吐出口から窒素を吐出することにより、蒸気膜８５によってウエハＷの上方に浮上したＩＰＡ液膜８０をウエハＷの上面から排除していた。
しかし、第１実施形態において説明したエッチング処理・リンス処理・ＩＰＡ液処理・ウエハＷ加熱処理の後に実施されるＩＰＡ液膜の排除方法はこれに限られるものではない。図１１Ａ乃至図１５Ｃに示す各手法によりウエハＷ上のＩＰＡ液膜を排除してもよい。

図１１Ａ〜図１１Ｃに示す手法ではウエハＷの上方に浮上したＩＰＡ液膜をその自重により滑り落とすことによりウエハＷの上面から排除している。図１１Ａに示すウエハＷはウエハ保持手段３０２内のヒータ３０３によりＩＰＡの沸点以上に加熱されその上面にＩＰＡの蒸気膜８５を形成している。また、この蒸気膜８５はＩＰＡ液膜８０をウエハＷの上方に浮上させている（図８Ｃ参照）。この状態から図１１Ｂに示すようにウエハ保持手段３０２を回転軸３０４回りに回転させることによりウエハ保持手段３０２を傾斜させ、ＩＰＡの液膜８０をその自重によってウエハＷの上面から滑り落とすようにしてウエハＷの上面から排除している（図１１Ｃ参照）。

また、ウエハＷの上方に浮上したＩＰＡ液膜８０を図１２Ａ〜図１２Ｃに示す手法によりウエハＷの上面から排除してもよい。図１２Ａに示すウエハＷはウエハ保持手段４０２内のヒータ４０３によりＩＰＡの沸点以上に加熱されその上面にＩＰＡの蒸気膜８５を形成している。この蒸気膜８５はＩＰＡ液膜８０をウエハＷの上方に浮上させている（図８Ｃ参照）。この手法では吸引ノズル４０４を使用する。吸引ノズル４０４の一端は開口して吸引口４０５を形成している。吸引ノズル４０４は、真空発生装置（図示しない）に接続されている。

ＩＰＡ排除工程において吸引ノズル４０４は、その吸引口４０５がウエハＷの上面中心部に近接して対向するように配置される。そして、真空発生装置が駆動され、吸引口４０５内が吸引される。これにより、ウエハＷの上面の中心部にあるＩＰＡの液膜８０が吸引口４０５に吸引される。同時に、図１２Ｂに示すように、ウエハＷの上面の他の領域にあるＩＰＡの液膜８０が、中心部にあるＩＰＡの液膜８０に引っ張られてウエハＷの上面の中心部に順次移動し、吸引口４０５に吸引されて、ウエハＷの上面から除去される。

図１２Ａ〜図１２Ｃで説明した吸引ノズル４０４の代わりに図１３Ａ〜図１３Ｃに示すようなスポンジワイプ５０４を用いてＩＰＡの液膜８０を排除してもよい。
図１３Ａに示すウエハＷはウエハ保持手段５０２内のヒータ５０３によりＩＰＡの沸点以上に加熱されその上面にＩＰＡの蒸気膜８５を形成している。この蒸気膜８５はＩＰＡの液膜８０をウエハＷの上方に浮上させている（図８Ｃ参照）。このスポンジワイプ５０４は、ウエハＷと同様円板状をなしており、吸水性を有している。スポンジワイプ５０４は、ホルダ５０５によって上方から支持されている。ＩＰＡ排除工程では図１３Ａに示すように、スポンジワイプ５０４を下降させて、ウエハＷの上面に近接配置させる。これにより、ウエハＷの上面のＩＰＡの液膜８０がスポンジワイプ５０４に吸収される（図１３Ｂ参照）。その状態で、図１３Ｃに示すように、スポンジワイプ５０４が引き上げることによりＩＰＡの液膜８０が、ウエハＷの上面から排除される。ゆえに、パターンの倒壊を生じさせることなく、ウエハＷの上面からＩＰＡの液膜８０を良好に排除することができる。

図１２Ａ〜図１２Ｃで説明した吸引ノズル４０３あるいは図１３Ａ〜図１３Ｃで説明したスポンジワイプ５０４の代わりに図１４Ａ〜図１４Ｃに示すような、鉛直方向に延びる多数の短い毛細管６０６を束ねて形成した毛細管ヘッド６０４を使用してもよい。図１４Ａに示すウエハＷはウエハ保持手段６０２内のヒータ６０３によりＩＰＡの沸点以上に加熱されその上面にその上面にＩＰＡの蒸気膜８５を形成している。この蒸気膜８５はＩＰＡの液膜８０をウエハＷの上方に浮上させている（図８Ｃ参照）。毛細管ヘッド６０４は、ウエハＷの上面に対向配置されており、ウエハＷと同様略円板状に形成されている。毛細管ヘッド６０４は、ホルダ６０５によって上方から支持されている。

ＩＰＡ排除工程では、図１４Ａに示すように、毛細管ヘッド６０４を下降させて、ウエハＷの上面に近接配置させる。このとき、毛細管ヘッド６０４の各毛細管６０６における毛細管現象により、ウエハＷの上面のＩＰＡの液膜８０が毛細管ヘッド６０４に吸収される（図１４Ｂ参照）。その状態で、図１４Ｃに示すように、毛細管ヘッド６０４が引き上げられるとＩＰＡの液膜８０がウエハＷの上面から排除される。ゆえに、パターンの倒壊を生じさせることなく、ウエハＷの上面からＩＰＡの液膜８０を良好に排除することができる。

あるいは、ウエハＷの表面に温度勾配を設けることによりウエハＷの表面からＩＰＡの液膜８０を排除してもよい。
図１５Ａに示すウエハＷは内部にヒータ７０３が配置されたウエハ保持手段７０２に載置されている。このヒータ７０３上面は多数のエリアに分けられており、各エリアにおいて発熱状態と非発熱状態とを切り換えることができるようになっている。つまり、エリアごとにオン／オフを制御できるようになっている。

ウエハ保持手段７０２上のウエハＷはすべてのエリアが発熱状態となったヒータ７０３からの伝熱により加熱される。ヒータ７０３の加熱によりＩＰＡの液膜８０とウエハＷの上面との間にＩＰＡの蒸気膜８５が形成されてＩＰＡの液膜８０がウエハＷの上面から浮上する（図８Ｃ参照）。この状態ではＩＰＡの液膜８０とウエハＷの上面との間にほとんど摩擦力が生じないためＩＰＡの液膜８０はウエハＷの上面に沿って移動し易い状態にある。

図１５Ａに示すようにＩＰＡ排除工程ではヒータ７０３の上面の中心部のみを発熱状態とし、ヒータ７０３の上面の他の領域は非発熱状態とする。これにより、ウエハＷの上面の中心部が高温とされ、ウエハＷの上面の他の領域は低温とされる。ＩＰＡ液は、温度の高い所から低い所へと移動する性質を有している。そのため、ウエハＷの上面の中心部に位置するＩＰＡの液膜８０が、ウエハＷの周縁部に向けて移動する。

その後、図１５Ｂに示すように、ヒータ７０３の上面における発熱領域を、周縁部に向けて順に広げ、やがて、ヒータ７０３の上面全域を発熱させる（図１５Ｃ参照）。これにより、ウエハＷの上面において、高温の領域が中心部から周縁部に向けて順に広がる。これにより、ＩＰＡの液膜８０がウエハＷの周縁部に移動し、さらにウエハＷ外へと排出される。ゆえに、パターンの倒壊を生じさせることなく、ウエハＷの上面からＩＰＡの液膜８０を良好に排除することができる。

なお、本発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の第１実施形態では、ＩＰＡ液供給工程（図６のＳ４）の開始からＩＰＡ排除工程（図６のＳ６）の終了までの期間に亘って、ウエハＷを回転させ続けるとして説明したが、ＩＰＡ液供給工程（図６のＳ４）の一部期間または全期間において、ウエハＷの回転速度を零または零に近い低速（例えば２０ｒｐｍ未満の回転速度）に保ってもよい。また、ウエハ加熱工程（図６のＳ５）の一部期間または全期間において、ウエハＷの回転速度を零または零に近い低速（例えば２０ｒｐｍ未満の回転速度）に保ってもよい。

以下に一例を示す。ＩＰＡ液供給工程（図６のＳ４）の開始時には、前述の第１実施形態の場合と同様、ウエハＷが前記所定の回転速度（例えば１０〜１０００ｒｐｍの範囲。望ましくは１０００ｒｐｍ）で回転される。ウエハＷの上面の中心部付近に供給されたＩＰＡ液は、ウエハＷの回転による遠心力を受けて、ウエハＷの上面と、内蓋６１の基板対向面６２との間をウエハＷの周縁部に向けて流れる。これにより、ウエハＷの上面の全域にＩＰＡ液が行き渡り、ウエハＷの上面のＤＩＷがＩＰＡ液によって置換される。

ＩＰＡ液供給工程（図６のＳ４）開始後所定時間が経過すると、ウエハＷの回転の減速が開始され、ＩＰＡ置換時間の経過までに、ウエハＷの回転速度が零または零に近い低速まで落とされる。そのため、ＩＰＡ液供給工程（図６のＳ４）の終了段階において、ウエハＷ上のＩＰＡ液に零または小さな遠心力しか作用しなくなりＩＰＡ液がウエハＷの周縁部から排出されずウエハＷの表面に滞留するようになる。この結果、ウエハＷの表面にパドル状態のＩＰＡ液の液膜８０が形成される。

そして、ウエハＷの回転速度が零または零に近い低速に維持された状態で、ウエハ加熱工程（図６のＳ５）が実行される。すなわち、ウエハＷ上にパドル状態のＩＰＡ液の液膜が保持された状態で、ヒータ５を上位置（図７Ｆ等参照）まで上昇させてウエハＷを加熱する。このとき、ウエハ加熱工程（図６のＳ５）の全期間に亘って、ウエハＷの回転速度が零または零に近い低速に維持されていてもよい。

この場合、ウエハ加熱工程（図６のＳ５）において、ＩＰＡ液の液膜８０（図８Ｃ参照）に零または小さな遠心力しか作用しなくなるため、ＩＰＡの液膜８０における亀裂の発生をより確実に防止することができる。
また、第１実施形態において、ステップＳ４のＩＰＡ液の供給後ステップＳ５のウエハＷの加熱開始までの間、ウエハＷの上面の温度を、常温よりも高く、かつ加熱時上面温度よりも低い所定の温度に保持しておいてもよい。この場合、ウエハＷの上面に供給されるＩＰＡ液の置換効率を高めることができ、これにより、ＩＰＡ置換時間を短縮することができる。この場合、ヒータ５を、下位置（図７Ａ等参照）と上位置（図７Ｆ等参照）との間の所定の中間位置に配置することによりウエハＷを加熱してもよい。

ＩＰＡ置換を良好に行うためにはＩＰＡは液相であることが望ましい。そのため、ステップＳ４のＩＰＡ液の供給後ステップＳ５のウエハＷの加熱開始までの間に、ウエハＷの上面の温度を常温よりも高くする場合であっても、その温度は、ＩＰＡ液の沸点（８２．４℃）未満であることが望ましい。しかしながら、この期間に、ウエハＷの上面をＩＰＡ液の沸点以上に上げることもできる。とくに、ＩＰＡ液の供給の開始直後では、ウエハＷの上面でＩＰＡ置換が十分に行われていないから、ウエハＷの上面はＩＰＡ液とＤＩＷとが混在した状態になる。この状態ではウエハＷのＩＰＡ液の沸点に達しても、ＩＰＡ液が沸騰しない。そのため、ＩＰＡ液によるＤＩＷの置換を行うことが可能である。

また、第１実施形態において、エッチング処理（図６のステップＳ２）の実行時に、ヒータ５を上位置（図７Ｆ等参照）や前述の中間位置に配置することによりウエハＷを加熱してもよい。しかしながら、エッチング処理時にウエハＷを加熱することにより、ＩＰＡ液供給（ステップＳ４）時等における温度制御に影響を及ぼすような場合には、ウエハＷの加熱は行わない方が望ましい。

また、第１実施形態ではリンス処理（図６のステップＳ３）の実行時にヒータ５を下位置（図７Ａ等参照）させているためウエハＷは大きな熱量で加熱されていない。しかし、ヒータ５を上位置（図７Ｆ等参照）に配置してウエハＷを加熱させるようにしてもよい。この場合、リンス処理に次いで実行されるＩＰＡ置換の置換効率を高めるために、リンス処理時にヒータ５を下位置とすることが考えられる。しかしながら、エッチング処理時にウエハＷを加熱することにより、ＩＰＡ液供給（ステップＳ４）時等における温度制御に影響を及ぼすような場合には、ウエハＷの加熱は行わない方が望ましい。

また、第１実施形態において、リンス液ノズル７を用いてリンス液を吐出する構成を例に挙げたが、外蓋４１の中心部に、図１に二点鎖線で示すように、リンス液流通管８０２が鉛直方向に延びて挿通している。リンス液流通管８０２の下端は外蓋４１の中心部下面４５で開口して、リンス液吐出口８０３を形成していてもよい。このとき、リンス液流通管８０２には、リンス液供給源からのＤＩＷが供給されるリンス液供給管８００が接続されている。リンス液供給管８００には、リンス液供給管８００の開閉のためのリンス液バルブ８０１が介装されていてもよい。

また、第１実施形態において、ヒータ５を昇降させることによりヒータ５とウエハＷとの間隔を調整する構成を例に挙げた。しかしながら、ウエハＷを保持する基板保持回転機構４を昇降させることにより、またヒータ５と基板保持回転機構４との双方を昇降させることにより、ヒータ５とウエハＷとの間隔を調整してもよい。
また、ヒータ５をウエハＷの回転と同期して回転させるヒータ回転機構が備えられてい
てもよい。

また、ＩＰＡの液膜８０は、ウエハ加熱工5 程（Ｓ５）およびＩＰＡ排除工程（Ｓ６）中にウエハＷを回転させない態様において、ウエハＷの鉛直方向中心位置において１〜５ｍｍ程度の厚みで形成してもよい。
また、ＩＰＡ液の供給は、適宜のタイミングで停止すればよい。たとえば、ウエハ加熱工程（Ｓ５）の開始直前にＩＰＡ液の供給を停止してもよいし、ウエハ加熱工程（Ｓ５） の開始後、所定時間経過後にＩＰＡ液の供給を停止してもよい。前記したようにウエハ加熱工程（Ｓ５）の実施中にＩＰＡ液を液膜８０に適宜追加するものであってもよい。

また、低い表面張力を有する有機溶媒として、ＩＰＡ液以外に、たとえば、メタノール、エタノール、アセトン、およびＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）などを挙げることができる。
また、リンス液としてＤＩＷを用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、リンス液は、ＤＩＷに限らず、炭酸水、電解イオン水、オゾン水、希釈濃度（たとえば、１０〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水、還元水（水素水）などをリンス液として採用することもできる。

さらに、不活性ガスの一例として窒素ガスを挙げたが、清浄空気やその他の不活性ガスを採用することができる。
また、前述の各実施形態ではウエハＷにエッチング処理を行う場合を例に挙げたが、洗浄処理など他の処理においても本発明が適用される。このような洗浄処理においては、洗浄液として前述の希ふっ酸に加え、ＳＣ１（ammonia-hydrogen peroxide mixture：アンモニア過酸化水素水混合液）、ＳＣ２（hydrochloric acid/hydrogen peroxide mixture：塩酸過酸化水素水混合液）、バファードフッ酸（Buffered HF：ふっ酸とふっ化アンモニウムとの混合液）等を採用することができる。

なお、前述した各実施形態のエッチング処理や洗浄処理は大気圧の下で実行したが、処理雰囲気の圧力はこれに限られるものではない。例えば、蓋部材１０と下カップ８とで区画される密閉空間の雰囲気を所定の圧力調整手段を用いて加減圧することにより、大気圧よりも高い高圧雰囲気または大気圧よりも低い減圧雰囲気とした上で各実施形態のエッチング処理や洗浄処理を実行してもよい。

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。

１；２０１ 基板処理装置
４ 基板保持回転機構（基板保持手段）
５；３０３；４０３；５０３；６０３；７０３ ヒータ
８ 下カップ（カップ本体）
９ 開口
１０ 蓋部材
１９ ヒータ昇降機構（昇降手段）
４３ 有機溶媒溶媒流通管（有機溶媒供給手段）
７０ 制御装置
８０ ＩＰＡの液膜（有機溶媒の液膜）
８５ ＩＰＡの蒸気膜（有機溶媒の気相膜）
１０１ 微細パターン
１０２ 構造体
Ｗ ウエハ（基板）

Claims (19)

1. 微細パターンが形成され、基板保持手段に水平姿勢に保持されている基板の上面に、リンス液を供給するリンス工程と、
   前記微細パターンの間隙を含む基板の上面に付着したリンス液を、リンス液よりも表面張力の低い液体の有機溶媒で置換させるために、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に前記有機溶媒を供給することにより当該上面に有機溶媒の液膜を形成する有機溶媒供給工程と、
   前記有機溶媒供給工程の開始の後に実行されて、前記基板保持手段に保持されている基板の上面を有機溶媒の沸点よりも高い所定の高温に保持することにより、前記微細パターンの間隙を含む前記基板の上面全面において有機溶媒の気相膜を形成すると共に当該気相膜の上方に有機溶媒の液膜を形成する高温保持工程と、
   前記基板保持手段に保持されている基板の上面から、前記有機溶媒の液膜を排除する有機溶媒排除工程とを含む、基板処理方法。
2. 前記有機溶媒排除工程は、前記高温保持工程の終了に先立って実行開始される、請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記高温保持工程における基板の上面温度は、前記高温保持工程において前記有機溶媒の液膜の沸騰が防止できる温度に設定されている、請求項１または２に記載の基板処理方法。
4. 前記所定の高温は、有機溶媒の沸点よりも１０〜５０℃高い、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
5. 前記高温保持工程における基板温度、および前記高温保持工程の実行時間の少なくとも一方は、有機溶媒の気相膜に含まれる気相の有機溶媒が、前記有機溶媒の液膜を突き破って当該液膜上に出ないような温度および実行時間にそれぞれ設定されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
6. 前記高温保持工程における前記有機溶媒の液膜の膜厚は、前記高温保持工程において前記有機溶媒の液膜が分裂しない厚みに設定されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
7. 前記高温保持工程における前記有機溶媒の液膜の膜厚は、前記基板の中心において１〜５ｍｍに設定されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
8. 前記高温保持工程は、前記記基板保持手段に保持されている基板を回転させながらその基板の上面を前記所定の高温に保持するものであり、
   前記高温保持工程における前記基板の回転速度は、１０〜５００ｒｐｍに設定されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
9. 前記高温保持工程において前記有機溶媒の液膜に有機溶媒を追加する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の基板処理方法。
10. 前記有機溶媒供給工程は、前記基板保持手段に保持されている基板の上面の温度が有機溶媒の沸点未満であるときに実行される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の基板処理方法。
11. 前記高温保持工程は、前記基板保持手段に保持されている基板を、当該基板の下方に配置されたヒータによって加熱する工程を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の基板処理方法。
12. 前記有機溶媒排除工程の後に、前記基板保持手段に保持されている基板を回転させて当該基板を乾燥させるスピンドライ工程をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の基板処理方法。
13. 前記有機溶媒排除工程は、前記基板保持手段に保持されている基板を回転させつつ、当該基板の上面の回転中心に向けて気体を吐出する工程を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の基板処理方法。
14. 前記有機溶媒排除工程は、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に向けて帯状の気体を吹き付けるとともに、当該基板の上面における当該気体の吹付け領域を移動させる工程を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
15. 前記有機溶媒排除工程は、前記基板保持手段に保持されている基板を、水平に対して傾ける工程を含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
16. 前記有機溶媒排除工程は、前記基板保持手段に保持されている基板を、その中央領域から周縁部に向けて順に加熱する工程を含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
17. 上面に微細パターンが形成された基板を水平姿勢に保持する基板保持手段と、
    前記基板保持手段に保持されている基板の上面に、水よりも表面張力の低い有機溶媒を供給するための有機溶媒供給手段と、
    前記基板保持手段に保持されている基板の下方に配置されて、当該基板を加熱するためのヒータと、
    前記有機溶媒供給手段を制御して、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に有機溶媒を供給する有機溶媒供給制御手段と、
    前記ヒータを制御して、前記基板保持手段に保持されている基板を、前記有機溶媒の沸点よりも高い所定の高温に保持することにより、前記微細パターンの間隙を含む前記基板の上面全面において有機溶媒の気相膜を形成すると共に当該気相膜の上方に有機溶媒の液膜を形成する高温保持制御手段と、
    前記基板保持手段に保持されている基板の上面から、有機溶媒を排除する有機溶媒排除制御手段とを含む、基板処理装置。
18. 開口を有するカップ本体、および前記開口を閉塞する蓋部材を有し、内部空間が外部から密閉された密閉カップをさらに含み、
    前記基板保持手段が、前記内部空間に収容されている、請求項１７に記載の基板処理装置。
19. 前記ヒータは、前記基板保持手段に保持されている基板を、当該基板の下方から離隔された状態で加熱するためのものであり、
    前記ヒータと前記基板保持手段に保持されている基板とが接近／離反するように、前記ヒータおよび前記基板保持手段の少なくとも一方を昇降させる昇降手段をさらに含む、請求項１７または１８に記載の基板処理装置。

Images