JP7197376B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。

半導体装置の製造において、基板に薬液洗浄、ウエットエッチング等の液処理が行われる。液処理では複数種類の処理液、例えば、薬液（例えばＤＨＦ）、リンス液（例えばＤＩＷ）、乾燥用液体（例えばＩＰＡ）が順次基板に供給される（例えば特許文献１を参照）。特許文献１では、リンスノズルがＤＩＷを供給している期間の終期と、乾燥用液体ノズルがＩＰＡを供給している期間の始期を時間的にオーバーラップさせることが記載されている。

特開２０１７－１０８１９０号公報

本開示は、別々のノズルから第１処理液と第２処理液とが同時に基板上に供給されているときに、第１処理液及び第２処理液の相互干渉に起因する液跳ね及び／又は基板上に形成される処理液の液膜厚さの不均一を防止または少なくとも大幅に抑制することができる技術を提供する。

基板処理方法の一実施形態は、基板を水平姿勢で鉛直軸線周りに回転させることと、 第１供給期間に第１ノズルから第１処理液を回転する前記基板の表面に供給することと、第２供給期間に第２ノズルから第２処理液を回転する前記基板の表面に供給することと、を備え、前記第１供給期間と前記第２供給期間とが少なくとも部分的にオーバーラップしており、このオーバーラップ期間内において、第１ノズルから吐出される第１処理液により第１液柱が形成されるとともに第２ノズルから吐出される第２処理液により第２液柱が形成され、前記オーバーラップ期間中に、前記第２ノズルからの前記第２処理液の吐出を停止したと仮定したときの前記第１液柱の形状及び配置、並びに前記第１ノズルからの前記第１処理液の吐出を停止したと仮定したときの前記第２液柱の形状及び配置が、下記の条件、前記第１液柱の中心軸線である第１中心軸線及び前記第２液柱の中心軸線である第２中心軸線のうちの少なくとも前記第２中心軸線が、前記回転軸線に対して傾斜していること、前記回転軸線の方向で見たときに、前記第１液柱及び前記第２液柱を前記基板の表面を含む水平平面で切断することにより得られた第１切断面及び第２切断面が少なくとも部分的に重なっていること、及び、前記回転軸線の方向で見たときに、前記第１中心軸線上の任意の点が、前記第２中心軸線上に位置していること、を満足していることを特徴とする基板処理方法が提供される。

本開示によれば、別々のノズルから第１処理液と第２処理液とが同時に基板上に供給されているときに、第１処理液及び第２処理液の相互干渉に起因する液跳ね及び／又は基板上に形成される処理液の液膜厚さの不均一を防止または少なくとも大幅に抑制することができる。

一実施形態に係る基板処理装置の縦断側面図である。 図１の基板処理装置に含まれる処理ユニットの概略縦断面図である。 ノズルの配置を説明する断面図である。 第１ノズルの配置及び処理液の吐出について説明する図である。 第２ノズルの配置及び処理液の吐出について説明する図である。 第３ノズルの配置及び処理液の吐出について説明する図である。 図１の基板処理装置で実行される液処理の一例を示すタイムチャートである。 従来技術を説明する図である。 ２つのノズルから吐出される処理液同士の関係について説明する図である。 ２つのノズルから吐出される処理液同士の関係について説明する図である。 ２つのノズルから吐出される処理液同士の関係について説明する図である。 ２つのノズルから吐出される処理液同士の関係について説明する図である。 ２つのノズルから吐出される処理液同士の関係について説明する図である。 ２つのノズルから吐出される処理液同士の関係について説明する図である。 ２つのノズルから吐出される処理液同士の関係について説明する図である。 ２つのノズルから吐出される処理液同士の干渉により生じる不具合を説明する概略平面図である。

以下に添付図面を参照して、基板処理装置の一実施形態に係る基板処理システムについて説明する。図１は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。

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。

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（以下ウエハ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。

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、ウエハＷを保持するウエハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１３は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウエハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウエハＷの搬送を行う。

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。

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、ウエハＷを保持するウエハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１７は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウエハ保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間でウエハＷの搬送を行う。

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

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。

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。

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からウエハＷを取り出し、取り出したウエハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウエハ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。

処理ユニット１６へ搬入されたウエハ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ウエハ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。

次に、処理ユニット１６の構成について説明する。

図２に示すように、処理ユニット１６は、チャンバ（ユニットケーシング）２０を有する。チャンバ２０の天井部には、ＦＦＵ（Fan Filter Unit）２１が設けられる。ＦＦＵ２１は、チャンバ２０内にダウンフローを形成する。

チャンバ２０内には、スピンチャックなどと呼ばれる基板保持回転部３０が設けられている。基板保持回転部３０は、チャック３１（基板保持要素）と、チャック３１を回転させる回転モータ３２とを有しており、被処理基板であるウエハＷを水平姿勢で保持して、鉛直軸線周りに回転させることができる。チャック３１は、ウエハＷの下面を吸着するバキュームチャックであってもよいし、複数の把持爪によりウエハＷの周縁部を保持するメカニカルチャックであってもよい。基板保持回転部３０は、図示しない昇降機構を備えており、この昇降機構によりチャック３１を昇降させることができる。

ウエハＷには、処理液供給部４０により様々な処理液が供給される。処理液供給部４０は、複数（図示された実施形態では３本）のノズル４１と、ノズルホルダ４２と、ノズルアーム４３と、アーム駆動機構４４とを有する。ノズルホルダ４２には３本のノズル４１が固定されている。ノズルホルダ４２はノズルアーム４３の先端に固定されている。アーム駆動機構４４は、ノズルアーム４３を鉛直方向に昇降させることができ、かつ、鉛直軸線４５周りに旋回させることができる。従って、ノズル４１は、ウエハＷの中心部の真上に位置する処理位置と、ウエハＷの上方から外れた退避位置との間で移動させることができる。３本のノズル４１には、後に説明する処理液供給機構５０により必要な処理液が供給される。

チャンバ２０内には、基板保持回転部３０のチャック３１の周囲を取り囲むように、液受けカップ６０が設けられている。液受けカップ６０は、回転するウエハＷから飛散する処理液を捕集する。

液受けカップ６０の底部には排液口６１及び排気口６２が設けられている。液受けカップ６０によって捕捉された処理液は、排液口６１を通って処理ユニット１６の外部へと流れ、回収して再利用されるか、あるいは工場排液系に廃棄される。液受けカップ６０の内部空間の雰囲気は、排気口６２及び排気管路６３を介して減圧雰囲気の工場排気系に排出される。排気管路６３には、排気を促進するための図示しないエゼクタ、排気流量を制御するための弁（例えばバタフライ弁）を設けることができる。

図２では液受けカップ６０の内部構造が大幅に簡略化されて表記されている。液受けカップ６０は、異なる種類の処理液（例えば酸性薬液、アルカリ性薬液、有機薬液）が切替可能な異なる経路を通って液受けカップ６０内を流れ、異なる排気口６２及び排気管路６３を介して処理ユニット１６の外部へと排出されるように構成されていてもよい。このような構成は半導体製造装置の技術分野において周知であり、説明は省略する。

チャンバ２０内には、液受けカップ６０の上部開口６５を閉塞しうる天板（トッププレート）７０が設けられている。天板７０は、昇降機構７１により、処理位置（図２に示す位置）と、処理位置の上方の退避位置（図示せず）との間で昇降することができる。処理位置にある天板７０は、液受けカップ６０の上面のうちの上部開口６５の周縁の領域に接触して、液受けカップ６０の上部開口６５を閉塞する。天板７０と液受けカップ６０との間の隙間をシールするシール部材（図示せず）を設けてもよい。

天板７０が上昇して退避位置に退避すると、チャック３１を上昇させてウエハＷを液受けカップ６０の上端よりも上方に位置させることができる。この状態で、基板搬出入口２２を通って、図１に示した基板搬送装置１７のアームがチャンバ２０内に入り、チャック３１との間でウエハＷの受け渡しを行うことができる。なお、天板７０を昇降させる時には、アーム駆動機構４４によりノズルホルダ４２及びノズルアーム４３を旋回させて、天板７０の上方の位置から退避させる。

天板７０の中央部には、貫通穴７２が設けられている。アーム駆動機構４４によりノズルホルダ４２を昇降させることにより、処理位置にある天板７０の貫通穴７２にノズルホルダ４２を挿入すること、及び、貫通穴７２からノズルホルダ４２を取り除くことができる。ノズルホルダ４２が貫通穴７２に挿入されたときに、ノズルホルダ４２が貫通穴７２を閉塞する。ノズルホルダ４２と天板７０との間の隙間をシールするシール部材（図示せず）を設けてもよい。

天板７０の中央部には、処理位置にある天板７０の下面とチャック３１に保持されたウエハＷの上面との間の空間Ｓ（処理空間）に不活性ガス（ここでは窒素ガス）を供給するガスノズル７３が設けられている。空間Ｓに不活性ガスを供給できるのであれば、ガスノズル７３は図示された位置とは異なる位置に設けてもよい。

次に、図３を参照して、３本のノズル４１、ノズルホルダ４２及び処理液供給機構５０について説明する。以下、３本のノズル４１のうちの第１ノズルに参照符号「Ｎ１」を付け、第２ノズルに参照符号「Ｎ２」を付け、第３ノズルに参照符号「Ｎ３」を付けることにより、これらを互いに区別することとする。

第１ノズルＮ１には、ＤＨＦ供給部５１Ａ及びＤＩＷ供給部５１Ｂが接続されている。第１ノズルＮ１からは、ＤＨＦ（希フッ酸）またはＤＩＷ（純水）のいずれか一方を制御された流量で吐出することができる。第２ノズルＮ２には、ＳＣ１供給部５２Ａ、クエン酸供給部５２Ｂ及びＤＩＷ供給部５２Ｃが接続されている。第２ノズルＮ２からは、処理液として、ＳＣ１、クエン酸及びＤＩＷのうちのいずれか一つを制御された流量で吐出することができる。第３ノズルＮ３には、ＩＰＡ供給部５３Ａが接続されている。第３ノズルＮ３からは、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を制御された流量で吐出することができる。

各供給部（５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５３Ａ）において、図３中において二重丸で示した要素は各液の供給源（例えば工場用力、タンク等）であり、図３中において「Ｘ」が記入された白抜き四角で示される要素は流量制御機器である。流量制御機器には、例えば、開閉弁、流量計、流量制御弁などが含まれる。図３中に記載されたその他の参照符号については後述する。

次に、処理ユニット１６で行われるウエハＷの処理について説明する。未処理のウエハＷを保持した基板搬送装置１７のアームが、基板搬出入口２２を通って処理ユニット１６に進入する。このとき、ノズル４１は退避位置にあり、天板７０も退避位置にあり、基板保持回転部３０のチャック３１が受け渡し位置まで上昇している。基板搬送装置１７のアームは、チャック３１にウエハＷを渡し、処理ユニット１６から退出する。次に、天板７０が処理位置（図２に示す位置）まで下降して液受けカップ６０の上部開口６５を閉塞する。次いで、ノズル４１が処理位置（図２に示す位置）に移動し、これに伴い、ノズルホルダ４２が天板７０の貫通穴７２を閉塞する。これにより液受けカップ６０の内部空間が実質的に密閉される。

次に、ガスノズル７３から窒素ガスが吐出される。また、液受けカップ６０内の空間は排気口６２を介して常時吸引されている。このため、液受けカップ６０内の空気が窒素ガスにより置換され、液受けカップ６０の内部空間は窒素ガス雰囲気となる。次に、基板保持回転部３０によりウエハＷが回転させられる。１枚のウエハＷに対する処理が終了するまで、ウエハＷの回転は継続する。このようにウエハＷを回転させることにより、空間Ｓ内のウエハＷの中央部の上方の領域に供給された窒素ガスは、ウエハＷの周縁部の上方に向かって均一に流れる。

その後、ウエハＷに様々な処理液が供給される。処理液の供給について、図７に示すタイムチャートを参照して説明する。第１～第３ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３は、ウエハＷの中心ＷＣ（回転中心）あるいはその付近に向けて処理液を吐出する（詳細後述）。ＤＨＦ，ＳＣ１、クエン酸は、ウエハＷの表面ＷＳ上に存在する除去対象物を除去するための洗浄用薬液である。ＤＩＷは、ＤＩＷ供給の直前までに供給されていた薬液（ＤＨＦ、ＳＣ１、クエン酸）及び当該薬液との反応により生じる副生成物等をウエハＷの表面ＷＳから除去するリンス液として供給される。ＩＰＡは、ウエハＷの表面ＷＳ上に存在するＤＩＷを置換する。ＩＰＡは、ＤＩＷよりも揮発性が高く表面張力が低い有機溶剤であり、乾燥促進（均一かつ迅速な乾燥）及びパターン倒壊抑制等の役割を果たす。一つのノズル（Ｎ１，Ｎ２）から供給される処理液が第１処理液（例えばＤＨＦ）から第２処理液(例えばＤＩＷ)に切り替わるときには、第１処理液及び第２処理液は実質的に切れ目無く連続的に供給される。

まず最初に、時点Ｔ１で第１ノズルＮ１からＤＨＦの吐出が開始される。時点Ｔ２になったら第１ノズルＮ１から吐出される処理液をＤＨＦからＤＩＷに切り替える。第１ノズルＮ１からのＤＩＷの吐出は時点Ｔ５で終了する。

時点Ｔ５よりも前の時点Ｔ３において、第２ノズルＮ２からのＤＩＷの吐出が開始される。時点Ｔ３よりも後であって時点Ｔ５よりも前の時点Ｔ４において、第２ノズルＮ２から吐出される処理液がＤＩＷからＳＣ１に切り替わる。

なお、第２ノズルＮ２及びこれに連なる配管内には当該ノズルＮ２から最後に吐出された処理液（時点Ｔ８～Ｔ１０で吐出されたＤＩＷ）が残っているため、タイムチャートに示すように時点Ｔ３の直後に第２ノズルＮ２から吐出される処理液はＤＩＷとなっている。しかしながら、第２ノズルＮ２及びこれに連なる配管に残留処理液のドレン機構（このような機構は公知である）が設けられている場合には、時点Ｔ３の直後から第２ノズルＮ２からＳＣ１を吐出してもよい。

時点Ｔ６になったら第２ノズルＮ２から吐出される処理液をＳＣ１からＤＩＷに切り替える。時点Ｔ７になったら第２ノズルＮ２から吐出される処理液をＤＩＷからクエン酸に切り替える。時点Ｔ８になったら第２ノズルＮ２から吐出される処理液をクエン酸からＤＩＷに切り替える。第２ノズルＮ２からのＤＩＷの吐出は時点Ｔ１０で終了する。

時点Ｔ１０よりも前の時点Ｔ９において、第１ノズルＮ１からのＤＩＷの吐出が開始される。第１ノズルＮ１からのＤＩＷの吐出は時点Ｔ１２で終了する。時点Ｔ１２よりも前の時点Ｔ１１において、第３ノズルＮ３からのＩＰＡの吐出が開始される。第３ノズルＮ３からのＩＰＡの吐出は時点Ｔ１３で終了する。

時点Ｔ１３の後、全てのノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３からの処理液の吐出が停止されるとともに引き続きウエハＷの回転が継続され（好ましくはウエハＷの回転速度を増し）、ウエハＷの乾燥が行われる。ウエハＷの乾燥が終了したら、ウエハＷの回転が停止される。その後、ウエハＷの搬入時と逆の手順でウエハＷが処理ユニット１６から搬出される。以上により、１枚のウエハＷに対する一連の処理が終了する。

図７のタイムチャートからわかるように、時点Ｔ３から時点Ｔ５までの期間ＯＬ１、時点Ｔ９から時点Ｔ１０までの期間ＯＬ２、及び時点Ｔ１１から時点Ｔ１２までの期間ＯＬ３では、２本のノズル（Ｎ１及びＮ２、またはＮ１及びＮ３）が同時に処理液を吐出している。期間ＯＬ１，ＯＬ２，ＯＬ３は「オーバーラップ期間」と呼ばれる。２本のノズルから同時に吐出されている処理液同士が適切な関係にないと、液跳ね、あるいはウエハＷの表面ＷＳ上に形成される液膜の不均一といった問題が生じ得る。以下、このことについて説明する。

説明に先立ち、図３～図６を参照して、各ノズル４１（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）の配置及びノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３から吐出される処理液の方向を定義する様々な用語について説明する。

ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３の軸線（詳細には吐出口近傍の吐出流路の軸線）が、それぞれＡ１，Ａ２，Ａ３で示されている。ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３から吐出される処理液によって形成される液柱がそれぞれＰ１，Ｐ２，Ｐ３で示されている。なお、ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３から吐出された処理液には重力が作用するため、傾斜したノズル（図示例ではＮ２，Ｎ３）から吐出された処理液は厳密には放物線を描く。しかしながら、本明細書では、ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３とウエハＷの表面ＷＳとの間の距離が十分に小さく（例えば２０～３０ｍｍ程度）、かつ、十分に大きな流量（液勢）でノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３から処理液が吐出され、処理液に作用する重力が無視できるものとする。従って、ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３の吐出口の軸線と、液柱Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の中心軸線は一致しているものと見なして構わない。

図４、図５及び図６は、ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３がそれぞれ単独で処理液を吐出している状態を示している。ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３からそれぞれ吐出された処理液の液柱Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３をウエハＷの表面ＷＳの平面で切断した切断面（円形または楕円形である）がそれぞれ参照符号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３で示されている。また、切断面Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の中心がそれぞれ参照符号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３で示されている。なお、中心Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、軸線とＡ１，Ａ２，Ａ３と表面ＷＳの交点でもある。

図８は従来技術を示す概略図である。２本のノズルＮ１，Ｎ２から回転しているウエハＷの表面ＷＳの中心（回転中心）付近に表面ＷＳに対して垂直な方向に処理液が吐出されており（液柱Ｐ１，Ｐ２を参照）、かつ、吐出された処理液のウエハＷの表面ＷＳ上での着液位置が離れている。この場合、表面ＷＳ上に着液した後に主に遠心力により広がろうとする液同士が衝突し、衝突部付近で液膜が大きく盛り上がっている。また、衝突部付近では、微小液滴が飛散している（液跳ねの発生）。

飛散した液滴は、処理ユニット１６の構成部材の表面（液受けカップの外面、天板の下面）に付着するおそれがある。付着した液滴が乾燥することにより、あるいは異なる種類の処理液の液滴が反応して反応生成物が形成されることにより、パーティクル原因物質が形成されるおそれがある。特に、図２に示した処理ユニット１６のように天板７０の下面がウエハＷの上面に近接している場合、特に天板７０の下面の汚染が問題となる可能性がある。

また、衝突部付近で生じた液膜の盛り上がり、つまり液膜厚さの不均一は、処理液によりウエハＷの表面ＷＳに形成される液膜厚さの不均一をもたらす。液膜厚さの不均一により、処理の面内均一性が損なわれる可能性がある。

本実施形態では、２本のノズル（Ｎ１及びＮ２、またはＮ１及びＮ３）が同時に処理液を吐出しているときに、上記の問題が生じないように３本のノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３を配置している。具体的には例えば、図３に示すように、３本のノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３は、軸線Ａ１，Ａ２，Ａ３がウエハＷの表面ＷＳの中心（回転中心）ＷＣで交わるような位置関係で配置されている。また、軸線Ａ１と軸線Ａ２とが成す角度θ１２は３０度以下（図示例では２０度）となっており、軸線Ａ１と軸線Ａ３とが成す角度θ１３も３０度以下（図示例では２０度）となっている。なお、図７のタイムチャートに示されるようにノズルＮ２及びＮ３が同時に処理液を吐出することは無いため、ノズルＮ２とノズルＮ３との位置関係は本実施形態では問題としない。

図３に示す実施形態によれば、液跳ね及び液膜厚さの不均一の問題を防止すること、あるいは少なくとも大幅に抑制することができる。

なお、同時に処理液を供給するノズルから吐出される処理液の液柱の位置関係には許容範囲がある。以下、これについて、第１液柱Ｐ１及び第２液柱Ｐ２を例にとって、図９～図１５を参照して説明する。なお、この許容範囲は、第１ノズルＮ１からのみ処理液を吐出させたときの第１液柱Ｐ１の形状及び配置と、第２ノズルＮ２からのみ処理液を吐出させたときの第２液柱Ｐ２の形状及び配置との間の相互関係で説明されることが判明している。図９～図１５において、上側の図は液柱Ｐ１，Ｐ２をウエハＷの回転軸線ＷＡ（すなわち鉛直軸線）の方向から（真上から）見た図であり、下側の図は液柱Ｐ１，Ｐ２を側方から見た図である。詳細には、下側の図は、第１液柱Ｐ１の中心軸線である第１中心軸線Ａ１及び第２液柱Ｐ２の中心軸線である第２中心軸線Ａ２を含む平面の法線方向から見た図である。

まず、主に液跳ね防止の観点からは、少なくとも２つの液柱Ｐ１、Ｐ２が、ウエハＷの表面ＷＳに着液する前に少なくとも部分的に合流することが必要である。
このためには、
第１液柱Ｐ１の中心軸線である第１中心軸線Ａ１及び第２液柱Ｐ２の中心軸線である第２中心軸線Ａ２のうちの少なくとも一方（ここでは第２中心軸線Ａ２）が、ウエハＷの回転軸線ＷＡに対して傾斜していること（条件１）、及び、
回転軸線ＷＡの方向で見たときに、第１液柱Ｐ１及び第２液柱Ｐ２をウエハＷの表面ＷＳを含む水平平面で切断することにより得られた第１切断面Ｂ１及び第２切断面Ｂ２が少なくとも部分的に重なっていること（条件２）
が必要である。

図８の例は条件１、２を満足しておらず、この場合には前述した問題が生じる。液跳ねは、一旦別々にウエハＷの表面ＷＳ上に着液した処理液同士が着液した後に衝突することに起因して生じるため、条件１、２を満足することにより、液跳ねを防止、または少なくとも大幅に抑制することができる。

また、主に液膜厚さの不均一防止の観点からは、ウエハＷの回転軸線ＷＡの方向で見たときに、第１中心軸線Ａ１上の任意の点（つまり第１中心軸線Ａ１上の全ての点）が、第２中心軸線Ａ２上に位置していること（条件３）が必要である。

以下に条件３について、条件３を満たしていない例を示す図９、図１０、図１１を参照して説明する。前述した条件１により、第２中心軸線Ａ２がウエハＷの回転軸線ＷＡに対して傾斜しているので、回転軸線ＷＡの方向で見ると第２中心軸線Ａ２は直線である。第１中心軸線Ａ１が回転軸線ＷＡと平行である場合には、回転軸線ＷＡの方向で見ると第１中心軸線Ａ１は単一の点に見える（図９の上側を参照）。つまりこの場合、条件３は、回転軸線ＷＡの方向で見て前述した単一の点（第１中心軸線Ａ１）が前述した直線（第２中心軸線Ａ２）上に位置していることを意味している。図９の例は、明らかに条件３を満たしていない。

また、第１中心軸線Ａ１及び第２中心軸線Ａ２の両方が回転軸線ＷＡに対して傾斜している場合には、回転軸線ＷＡの方向で見ると第１中心軸線Ａ１及び第２中心軸線Ａ２の両方は直線に見える（図１０及び図１１の上側を参照）。つまりこの場合、条件３は、上記２つの直線が同一直線上に位置していることを意味している。なお、ここで用いている用語「直線」とは無限長さを有するものであり、「線分」及び「半直線」とも異なることは言うまでもない。

図１０の例では、回転軸線ＷＡの方向で見て２つの直線は一点でのみ交わっている。この配置は、『ウエハＷの回転軸線ＷＡの方向で見たときに、第１中心軸線Ａ１上の「任意の点」が、第２中心軸線Ａ２上に位置している』には該当しない。図１１の例では２つの直線は互いに平行であり、交わっていない。

図１０及び図１１の上側に示すように、回転軸線ＷＡの方向で見て液柱Ｐ１，Ｐ２を形成する処理液の速度ベクトルの水平方向成分Ｖ１，Ｖ２が同一直線上になくかつ互いに異なる方向を向いているときには、液柱Ｐ１，Ｐ２が合流したときに渦が形成される。この渦は、処理液がウエハＷの表面ＷＳに着液した後に液膜を形成しながら表面ＷＳを周縁部に向けて広がってゆくときにも残り、ウエハＷの表面ＷＳ上に不均一な渦状の膜厚分布を形成する。このような状況下では、処理結果の面内均一性が低下するおそれがある。図９の例でも同様の問題がある。但し、その程度は図１０及び図１１の場合より軽い。上述した条件３を満足することにより、上記の不具合を防止または抑制することができ、処理結果の面内均一性を高めることができる。条件３は、液跳ねの有無に対する影響は小さい。

なお、後述する図１２～図１５の例は、条件３を満足している。

上記条件３に加えて、回転軸線ＷＡの方向で見て速度ベクトルの水平方向成分Ｖ１，Ｖ２が同一直線上にあったとしても、同じ方向を向いていないことが好ましい（条件３ａ）。同じ方向を向いていると、合流した液のウエハＷの表面ＷＳ上における断面形状が、図中の左右方向に長軸を有する扁平率の大きな楕円形状となる。すると、ウエハＷの表面ＷＳ上で処理液が均一に広がらず、液膜のムラが生じる。従って、第１中心軸線Ａ１及び第２中心軸線Ａ２の両方が回転軸線ＷＡに対して傾斜している場合には、図１２に示すように、回転軸線ＷＡの方向で見て水平方向成分Ｖ１，Ｖ２が異なる方向を向いていることが好ましい。第１中心軸線Ａ１及び第２中心軸線Ａ２の一方が回転軸線ＷＡと平行であってもよい。

以下、図１２～図１５を参照して、液跳ね及び液膜厚分布の不均一の防止または抑制の観点から採用することが好ましい他の条件について述べる。

第１中心軸線Ａ１と第２中心軸線Ａ２との成す角度θ１２が３０度以下であることが好ましい（条件４）。第１中心軸線Ａ１がウエハＷの回転軸線ＷＡと平行である場合（図１３～図１５を参照）、あるいは第２中心軸線Ａ２と同じ方向に傾いている場合（図示せず）、角度θ１２が３０度を越えて大きくなると、合流した液のウエハＷの表面ＷＳ上における断面形状が、図１２～図１５の左右方向に長軸を有する扁平率の大きな楕円形状となる。すると、ウエハＷの表面ＷＳ上で処理液が均一に広がらず、液膜厚さの不均一が生じる。具体的には例えば、図１６に示すような卍形状の渦巻き模様が発生し、この部分では液膜厚さが大きく、その他の部分では液膜厚さが小さいという液膜厚さの不均一が生じる。このような状況下では、処理結果の面内均一性が低下するおそれがある。

また例えば図１２に示すように、第１中心軸線Ａ１が第２中心軸線Ａ２とは逆の方向に傾いている場合には、角度θ１２が３０度より大きくなると、処理液同士が激しくぶつかり合うため、液跳ねまたは液膜厚さの不均一が生じるおそれがある。従って、この場合も、上記条件４を満足していることが好ましい。

なお、上記条件４に加えて、回転軸線ＷＡと第１中心軸線Ａ１とが成す角度θＷ１（定義は図１２を参照）及び回転軸線ＷＡと第２中心軸線Ａ２とが成す角度θＷ２（定義は図１２を参照）は、いずれも３０度以下とすることがより好ましい（条件４ａ）。角度θＷ１，θＷ２が大きくなると、第１液柱Ｐ１あるいは第２液柱Ｐ２が単独でウエハＷの表面に着液した場合においても、前述した切断面Ｂ１，Ｂ２が扁平率の大きな楕円形状となるため、液膜厚さの不均一が生じ易くなるからである。

また、上記条件２に加えて、例えば図１２～図１５に示すように、切断面Ｂ１の中心Ｃ１が切断面Ｂ２内にあり、かつ、切断面Ｂ２の中心Ｃ２が切断面Ｂ１内にあることが好ましい（条件２ａ）。つまり、切断面Ｂ１と切断面Ｂ２との重なり代が十分に大きいこと、言い換えれば中心Ｃ１と中心Ｃ２との距離Ｄ１２が十分に小さいことが好ましい。そうすることにより、より確実に液跳ねを防止することができる。また、切断面Ｂ１と切断面Ｂ２との重なり代が小さい場合に生じ得る合流後の処理液の流れの乱れを抑制することができ、ウエハＷの表面ＷＳ上に形成される液膜の厚さの均一性を高めることもできる。

図１３及び図１５において、大文字のアルファベットに付けられた２桁の数字「１２」は、ノズルＮ「１」とノズルＮ「２」との相対位置関係に基づき決定される位置または距離であることを意味している。Ｅ１２は、軸線Ａ１と軸線Ａ２との交点である。Ｈ１２は、ウエハＷの表面ＷＳから交点Ｅ１２までの距離（鉛直方向距離）である。交点Ｅ１２が表面ＷＳより低い位置にある場合にはＨ１２は負の値をとり、交点Ｅ１２が表面ＷＳより高い位置にある場合にはＨ１２は正の値をとる。Ｃ１は、軸線Ａ１とウエハＷの表面ＷＳとの交点である。Ｃ２は、軸線Ａ２とウエハＷの表面ＷＳとの交点である。Ｄ１２は、交点Ｃ１と交点Ｃ２との間の距離（水平方向距離）である。図１３の例では距離Ｈ１２及び距離Ｄ１２がともに負であり、図１４の例では距離Ｈ１２及び距離Ｄ１２（ともにゼロであるため図示されていない）がともにゼロであり、図１５の例では距離Ｈ１２及び距離Ｄ１２がともに正の値である。

中心Ｃ１と中心Ｃ２との距離Ｄ１２は、－２ｍｍ～＋２ｍｍの範囲内にあることが好ましく、－１ｍｍ～＋１ｍｍの範囲内にあることがより好ましく、０ｍｍであること（すなわち中心Ｃ１と中心Ｃ２とが一致すること（図３及び図１４を参照））が最も好ましい（条件２ｂ）。そうすることにより、より確実に液跳ねを防止することができ、合流後の処理液の流れの乱れを抑制することができる。なお、好ましい距離Ｄ１２の最大値は液柱Ｐ１及び液柱Ｐ２の直径にも依存するが、液柱Ｐ１及び液柱Ｐ２の直径が例えば４．３～４．４ｍｍ程度のとき、距離Ｄ１２が２ｍｍ以下であれば、良好な結果が得られることが確認されている。

距離Ｈ１２は、－３ｍｍ～＋３ｍｍの範囲内にあることが好ましく、－２ｍｍ～＋２ｍｍの範囲内にあることがより好ましく、０ｍｍであること（すなわち中心Ｃ１と中心Ｃ２とが一致すること（図３及び図１４を参照））が最も好ましい（条件５）。なお、Ｈ１２は、前述したθ１２及びＤ１２に応じて一意的に定まる値である。

距離Ｈ１２が大きな正の値をとった場合、合流した液のウエハＷの表面ＷＳ上における断面形状が、図１１の左右方向に長軸を有する扁平率の大きな楕円形状となる。すると、ウエハＷの表面ＷＳ上で処理液が均一に広がらず、液膜のムラが生じる。具体的には例えば、図１６に示すような卍形状の渦巻き模様が発生し、この部分では液膜厚さが大きく、その他の部分では液膜厚さが小さいという液膜厚さの不均一が生じる。このような状況下では、処理結果の面内均一性が低下するおそれがある。条件５を満足することにより、このような事象が生じることを防止し、処理結果の面内均一性を高めることができる。条件５は、液跳ねの有無に対する影響は小さい。

一方、距離Ｈ１２が、絶対値の大きな負の値をとった場合、距離Ｄ１２が大きくなった場合と同じ問題が生じる。

実際の運用で用いたノズルの配置及び各種プロセス条件の具体例について図３を参照して説明する。この具体例では、３本のノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３は、第１軸線Ａ１、第２軸線Ａ２及び第３軸線Ａ３がウエハＷの表面ＷＳの中心（回転中心）ＷＣで交わるような位置関係で配置されている。第１軸線Ａ１は鉛直方向、すなわちウエハＷの回転軸線ＷＡと平行に延びている。第１軸線Ａ１と第２軸線Ａ２とが成す角度θ１２は２０度となっており、第１軸線Ａ１と第３軸線Ａ３とが成す角度θ１３も２０度である。ノズルＮ１，Ｎ２の直径はともに６．４ｍｍであり、ノズルＮ３の直径は３．２ｍｍである。従って第１液柱Ｐ１の直径と第２液柱Ｐ２の直径はほぼ同一であり、第３液柱Ｐ３の直径は第１液柱Ｐ１及び第２液柱Ｐ２の直径よりも小さい。ノズルＮ１から吐出されるＤＨＦ及びＤＩＷの流量はともに１０００～１５００ｍＬ／minの範囲内である。ノズルＮ２から吐出されるＳＣＩ、クエン酸及びＤＩＷの流量はともに１０００～１５００ｍＬ／minの範囲内である。ノズルＮ３から吐出されるＩＰＡの流量は７５～３５０ｍＬ／minの範囲内である。ウエハＷの回転数は１０００～１５００rpmである。上記条件下においては、ノズルＮ１，Ｎ２からの処理液の同時吐出、ノズルＮ１，Ｎ３からの処理液の同時吐出を行っても、問題となる液跳ねの発生及び液膜の不均一は発生しないことが確認されている。

単独でウエハＷに供給されたときにカバレッジ性（液膜の表面被覆性）が問題となりやすいＤＨＦは、最も均一な液膜形成が可能となるノズルＮ１（第１軸線Ａ１が鉛直方向に延びているため）から吐出することが好ましい。ＳＣＩ、クエン酸及びＩＰＡはいずれのノズルから吐出してもカバレッジ性に関する問題はない。このことを考慮して、ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３から吐出される処理液の種類が決定されている。

なお、最大流量で処理液を吐出するノズル（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）が、軸線（Ａ１，Ａ２，Ａ３）が鉛直方向を向いたノズルでなくてもよい。軸線が傾斜したノズルが、軸線が鉛直方向を向いたノズルよりも大流量で処理液を吐出しても、上述した条件が満足されていれば、液跳ね、液膜不均一の問題は生じない。

上記の実施形態によれば、２つのノズルから同時に処理液を吐出したとしても、液はね、液膜厚さ不均一の問題を生じさせることはない。このため、ウエハＷの付近にある部材（例えば天板）が液跳ねにより生じたミストにより汚染されることはない。また、均一な厚さの液膜が形成されるため、面内均一性の高い液処理を行うことができる。

上記の実施形態では、ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３はウエハＷの中心部の上方で静止した状態で処理液を供給しているが、これには限定されない。例えば基板処理装置が天板を有していない場合には、ウエハＷの中心部の上方の位置と周縁部の上方の位置との間で移動させながら（スキャンさせながら）処理液を吐出しても構わない。この場合も、２つのノズルから同時に処理液を吐出させるときには、ノズルはウエハＷの中心部の上方で静止させておくことが好ましい。

上記の実施形態では、２つのノズルＮ１，Ｎ２は、共通のノズルホルダ及びアームにより保持されていたが、これには限定されない。第１ノズルＮ１を第１ノズルホルダ及び第１ノズルアームにより保持し、第２ノズルＮ２を第２ノズルホルダ及び第２ノズルアームにより保持してもよい。この場合、第１ノズルＮ１及び第２ノズルＮ２から同時に処理液を吐出するときに、第１及び第２ノズルアームをそれぞれ移動させて第１ノズルＮ１及び第２ノズルＮ２を上述した実施形態と同じような位置関係となるように配置してもよい。

上記の実施形態では、処理対象の基板は半導体ウエハであったが、これには限定されない。基板は、ガラス基板、セラミック基板等、半導体装置製造の分野で用いられている任意の種類の基板であってよい。

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。

Ｗ 基板（ウエハ）
ＷＡ 鉛直軸線（ウエハの回転軸線）
Ｎ１ 第１ノズル
Ｎ２ 第２ノズル
Ｐ１ 第１液柱
Ｐ２ 第２液柱
Ａ１ 第１中心軸線
Ａ２ 第２中心軸線
Ｂ１ 第１切断面
Ｂ２ 第２切断面

Claims (14)

1. 基板を水平姿勢で鉛直軸線周りに回転させることと、
   第１供給期間に第１ノズルから第１処理液を回転する前記基板の表面に供給することと、
   第２供給期間に第２ノズルから第２処理液を回転する前記基板の表面に供給することと、
   を備えた基板処理方法であって、
   前記第１供給期間と前記第２供給期間とが少なくとも部分的にオーバーラップしており、このオーバーラップ期間内において、第１ノズルから吐出される第１処理液により第１液柱が形成されるとともに第２ノズルから吐出される第２処理液により第２液柱が形成され、
   前記オーバーラップ期間中に、前記第２ノズルからの前記第２処理液の吐出を停止したと仮定したときの前記第１液柱の形状及び配置、並びに前記第１ノズルからの前記第１処理液の吐出を停止したと仮定したときの前記第２液柱の形状及び配置が、下記の条件、
   － 前記第１液柱の中心軸線である第１中心軸線及び前記第２液柱の中心軸線である第２中心軸線のうちの少なくとも前記第２中心軸線が、前記鉛直軸線に対して傾斜していること、
   － 前記鉛直軸線の方向で見たときに、前記第１液柱及び前記第２液柱を前記基板の表面を含む水平平面で切断することにより得られた第１切断面及び第２切断面が少なくとも部分的に重なっていること、及び、
   － 前記鉛直軸線の方向で見たときに、前記第１中心軸線上の任意の点が、前記第２中心軸線上に位置していること、
   を満足しており、
   前記基板処理方法は、回転する前記基板の周囲に液受けカップを配置し、前記液受けカップにより前記基板から飛散する処理液を受け止ながら、かつ、前記液受けカップの上部開口部を天板で覆い、前記第１供給期間及び前記第２供給期間のうちの少なくとも一部の期間に前記天板と前記基板との間の空間に不活性ガスを供給しながら実行されることを特徴とする基板処理方法。
2. 前記第１ノズル及び前記第２ノズルが相対移動不能に前記天板に固定されているか、
   あるいは、前記第１ノズル及び前記第２ノズルが相対移動不能にノズルホルダに固定されるとともに前記ノズルホルダが前記天板の中心部に設けられた開口部に挿入されている、請求項１記載の基板処理方法。
3. 前記第１ノズル及び前記第２ノズルは相対移動不能にノズルホルダに固定され、前記ノズルホルダは、前記天板の中心部に設けられた貫通穴の形態の開口部に挿入することができ、このときに前記ノズルホルダが前記液受けカップの上部開口部を閉塞するようになっており、
   前記基板処理方法は、前記液受けカップの前記上部開口部を覆う前記天板により前記上部開口部を閉塞し、かつ、前記ノズルホルダにより前記天板の前記開口部を閉塞した状態で実行される、請求項１記載の基板処理方法。
4. 前記第１中心軸線が前記鉛直軸線に対して傾斜している、請求項１記載の基板処理方法。
5. 前記第１中心軸線が前記鉛直軸線と平行である、請求項１記載の基板処理方法。
6. 前記第１中心軸線と前記第２中心軸線とが３０度以下の角度を成して交差している、請求項１記載の基板処理方法。
7. 前記第１切断面の中心が前記第２切断面内にあり、かつ、前記第２切断面の中心が前記第１切断面内にある、請求項１記載の基板処理方法。
8. 前記第１切断面の中心と前記第２切断面の中心との間の距離が２ｍｍ以下である、請求項１記載の基板処理方法。
9. 前記第１中心軸線と前記第２中心軸線との交点から前記基板の表面までの鉛直方向距離が３ｍｍ以下である、請求項１記載の基板処理方法。
10. 前記第１ノズル及び前記第２ノズルは相対移動不能に共通の１つのノズルホルダに固定されている、請求項１記載の基板処理方法。
11. 前記第１処理液及び前記第２処理液は同じ種類の処理液であるか、あるいは異なる種類の処理液であり、前記第１供給期間は前記第２供給期間よりも時間的に前の期間であるか、あるいは後の期間である、請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法。
12. 基板を水平姿勢で保持して鉛直軸線周りに回転させる基板保持回転部と、
    前記基板に第１処理液を供給する第１ノズルと、
    前記基板に第２処理液を供給する第２ノズルと、
    前記第１ノズル及び前記第２ノズルが相対移動不能に固定されているノズルホルダと、
    前記基板を囲むように設けられ、回転する前記基板から飛散する前記第１処理液及び前記第２処理液を受け止める液受けカップと、
    前記液受けカップの上部開口部を覆うことができる天板と、
    前記液受けカップの上部開口部を覆っている前記天板と、前記基板保持回転部により保持されている前記基板の表面との間の空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
    を備え、
    前記ノズルホルダは、第１ノズルから吐出される第１処理液により形成される第１液柱及び第２ノズルから吐出される第２処理液により形成される第２液柱の形状及び配置が、下記の条件、
    － 前記第１液柱の中心軸線である第１中心軸線及び前記第２液柱の中心軸線である第２中心軸線のうちの少なくとも前記第２中心軸線が、前記鉛直軸線に対して傾斜していること、
    － 前記鉛直軸線の方向で見たときに、前記第１液柱及び前記第２液柱を前記基板の表面を含む水平平面で切断することにより得られた第１切断面及び第２切断面が少なくとも部分的に重なっていること、及び、
    － 前記鉛直軸線の方向で見たときに、前記第１中心軸線上の任意の点が、前記第２中心軸線上に位置していること、
    を満足することが可能となるように、前記第１ノズル及び前記第２ノズルを保持していることを特徴とする、基板処理装置。
13. 前記ノズルホルダが前記天板に固定されているか、あるいは、前記ノズルホルダを支持しているノズルアームにより前記ノズルホルダが前記天板の中心部に設けられた開口部に挿入可能である、請求項１２記載の基板処理装置。
14. 前記第１ノズル及び前記第２ノズルは相対移動不能にノズルホルダに固定され、前記ノズルホルダは、前記天板の中心部に設けられた貫通穴の形態の開口部に挿入することができ、このときに前記ノズルホルダが前記液受けカップの上部開口部を閉塞するようになっている、請求項１２記載の基板処理装置。

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