(57)【要約】【課題】  簡便な手法で、表面処理後の基板主面の平面性を向上させる。【解決手段】  基板Ｗを回転ステージ７１上に水平状態に保持した状態で回転させながら処理液滴下ノズル８１から基板Ｗの主面に処理液Ｔを滴下し、基板Ｗ主面全体を表面処理する方法に関する。本発明では、処理液Ｔを滴下する前に予め基板Ｗを基板温度制御機構６によって予熱し、基板Ｗ主面温度を所定の温度に制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を水平状態に保持した状態で回転させながら前記基板の主面に処理液を滴下し、基板主面全体を表面処理する方法であって、前記処理液を滴下する前に予め前記基板主面温度を所定の温度に制御することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記所定の温度は、室温より高い温度である、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
基板の主面温度を所定の温度に制御するように構成される基板温度制御機構と、
前記基板を、前記主面の中心が回転中心に一致され、かつ前記主面が上を向くように水平状態に保持して所定の回転速度で回転させるように構成される基板保持・回転機構と、
前記基板の主面に処理液を所定の流量で滴下するように構成される処理液供給機構と、
を備える基板処理装置。
【請求項４】
前記所定の温度は、室温より高い温度である、請求項３に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理方法および基板処理装置に関し、特に、基板を水平状態に保持した状態で回転させながら処理液を供給し、基板主面全体を表面処理する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図４に示すように、シリコン基板の表面処理などの目的で、基板Ｗを水平状態に保持した状態で回転させながら処理液滴下ノズル８１から処理液Ｔを供給し、基板主面全体を蝕刻によって表面処理することが広く実施されている。
【０００３】
基板が回転することで、周速度が外周に行くにつれ速くなることで、基板主面が接触する空気の相対流量は、中心から離れるにしたがって増す。このため、基板主面は、中心から離れるに従って冷やされやすくなり、その温度は中心部が高く、外周部が低くなる。
【０００４】
蝕刻は処理液中の薬品が基板材料と化学反応することである。蝕刻が発熱を伴わない（或いは、発熱が小さい）場合、中心滴下では常に中心部に新液が供給されているため、蝕刻の速度は、基板の中心側が速く、外側が遅くなる。そのため、表面処理後の基板Ｗの主面を径方向に観察すると、図５に示すように、外周部が盛り上がった形であり、破線で示す表面処理前に比べて主面の平面性が低下する。その結果、半導体製造の工程で支障が出る虞があった。
【０００５】
この問題を改善するために、図８に示すように、処理液Ｔの供給を開始してから適当な時間が経過したときに処理液滴下ノズル８１を基板Ｗの外周部に移動させることにより、盛り上がり部分を削るようにして平面性を向上させる提案も行われていた。しかしながら、そのための機構が複雑であり、コスト上昇につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１５６２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、蝕刻に使用される薬品の種類と基板材料との組み合わせによっては、前記の化学反応が急激な発熱を伴う場合がある。蝕刻は、処理液が供給される基板の中心部から外側へ向かって進行する。また、処理液は基板の中心部に供給され、中心部から外側に向かって流れる。このように表面処理の進行方向と処理液の流れ方向とが一致していることにより、流れに従って処理液には化学反応の熱が蓄積される。その結果として、基板主面上に存在する処理液の温度は、基板の中心部が低くて、外周部が高くなる。
【０００８】
この処理液の温度勾配は、前記基板の温度勾配とは逆であるが、処理液の温度勾配の方がかなり大きいので、基板の温度勾配に打ち勝ってしまうこれにより、蝕刻の速度は、前記とは逆になり、基板の中心側が遅く、外側が速くなる。そのため、表面処理後の基板Ｗの主面を径方向に観察すると、図６に示すように、中心部が盛り上がった形であり、破線で示す表面処理前に比べて主面の平面性が低下する。その結果、半導体製造の工程で支障が出る虞があった。
【０００９】
この問題を改善するために、発熱を伴う場合も、発熱を伴わない場合と同様で、図８に示している従来の方法で改善をしようとしていた。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡便な手法で、表面処理後の基板主面の平面性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、化学反応が急激な発熱を伴う場合において、基板を水平状態に保持した状態で、回転させながら処理液を供給し、基板主面全体を表面処理する方法に関する。本発明は、このような基板処理方法において、前記処理液を滴下する前に予め前記基板主面温度を所定の温度に制御することを特徴としている。
【００１２】
本発明方法によると、基板主面温度が均一な温度に制御されている。つまり、化学反応の反応場である基板と処理液との界面の温度が一定に保たれる。この結果、蝕刻の反応速度が基板主面全体で均一となる。
【００１３】
なお、前記所定の温度は、室温より高い温度にするのが好ましい。
【００１４】
また本発明は、このような方法を実現する基板処理装置を提案する。本発明の基板処理装置は、基板温度制御機構、基板保持・回転機構、および処理液供給機構を備える。基板温度制御機構は、基板の主面温度を所定の温度に制御するように構成される。基板保持・回転機構は、基板を、前記主面の中心が回転中心に一致され、かつ前記主面が上を向くように水平状態に保持して所定の回転速度で回転させるように構成される。処理液供給機構は、前記基板の主面に処理液を所定の流量で滴下するように構成される。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、基板主面全体を蝕刻によって表面処理するにあたり、簡便な手法で、表面処理後の基板の平面性を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の係る基板処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】上記基板処理装置の液処理室の概略構成図である。
【図３】本発明に係る基板処理方法を説明するフローチャートである。
【図４】従来の基板処理方法の一例を模式的に示す断面図である。
【図５】上記従来方法による表面処理後の基板形状の一例を模式的に示す断面図である。
【図６】上記従来方法による表面処理後の基板形状の他の例を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明に係る基板処理方法によって表面処理された基板における、基板中心からの距離と蝕刻量との関係を、従来技術との比較において説明するグラフである。
【図８】上記従来方法の問題を改善した基板処理方法の手順を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を説明する。
【００１８】
図１に示すように、基板処理装置１は、筐体２内に仕切られた３つの部屋を有する。すなわち、搬送室２Ａ、温度制御室２Ｂ、液処理室２Ｃである。搬送室２Ａと温度制御室２Ｂ、搬送室２Ａと液処理室２Ｃは互いに連絡しており、シリコン基板（ウェーハ）Ｗの行き来が可能になっている。搬送室２Ａ、温度制御室２Ｂ、液処理室２Ｃの天井部にはクリーンエア装置９（図２参照。）が設置され、基板処理装置１の動作中は、筐体２内がクリーン環境に維持されるようになっている。
【００１９】
搬送室２Ａには搬送ロボット３が配設される。搬送ロボット３は、昇降機構、多関節ロボットアームおよびフィンガーなどを備えた公知の構成のロボットが好適に用いられる。基板Ｗはフィンガー上に支持されて部屋間を搬送される。
【００２０】
基板処理装置１は、筐体２の外側に施設されるロード室４およびリロード室５を備える。搬送室２Ａとロード室４、搬送室２Ａとリロード室５は互いに連絡している。ロード室４には未処理基板が待機される。未処理基板は搬送ロボット３によってロード室４から搬送室２Ａへロードされる。リロード室５には処理済み基板が搬送される。処理済み基板は搬送ロボット３によって搬送室２Ａからリロード室５へリロードされる。
【００２１】
温度制御室２Ｂには、基板温度制御機構６が配設される。基板温度制御機構６は、基板Ｗの主面温度を所定の温度に制御するように構成される。所定の温度は、特に限定されるものではないが、処理液によっては１００℃前後で使用するものもあるので、処理液温度よりも高い所定の温度に設定するのが好ましい。
【００２２】
本実施形態では、基板温度制御機構６の一例としてホットプレートが設置されている。ホットプレートは内蔵するヒータによって表面が規定の温度に維持されており、その上に載置された基板Ｗの主面全体が液処理に適した温度に均一に保たれるようにしている。その他、基板温度制御機構（フィードバック制御）を実現するためには、設定部、制御部、検出部などが必要である。これらについては周知であるので図示と説明を省略する。
【００２３】
次に、液処理室２Ｃの構成について図３を参照して説明する。液処理室２Ｃ内には、基板保持・回転機構７、処理液供給機構８が配設されている。
【００２４】
基板保持・回転機構７は、基板Ｗを、主面の中心が回転中心に一致され、主面が上を向くように水平状態に保持して所定の回転速度で回転させるように構成される。
【００２５】
本実施形態では、基板保持・回転機構７は、回転ステージ７１、回転軸７２、軸受７３、回転駆動源（不図示）、および複数のクランプピン７４を備える。回転ステージ７１は平面形状が円形であって水平に配置される。回転軸７２は軸受７３によって回転自在に支持される垂直軸であり、回転ステージ７１は、回転軸７２の上端に同心に固定される。不図示の回転駆動源は、回転軸７２を所定の回転速度で回転駆動するように構成される。回転ステージ７１は上面が平滑な水平面に設定され、その上面に円盤型の基板Ｗが同心に載置される。回転駆動源の動作によって、回転ステージ７１は、回転軸７２の回りに水平面内で所定の回転速度で回転される。
【００２６】
複数のクランプピン７４は、回転ステージ７１上に立設され、基板Ｗの外径に対応した直径を有する円周上に配置される。この円の中心は、回転ステージ７１の回転中心に一致している。したがって、基板Ｗを回転ステージ７１上に載置すると、基板Ｗの周面が複数のクランプピン７４の側面に当接されることにおり、基板Ｗの中心と回転ステージ７１の回転中心が一致された状態で基板Ｗが回転ステージ７１上に水平状態に安定保持される。なお、基板Ｗにオリフラやノッチが形成されている場合には、複数のクランプピン７４のうち少なくとも１つをオリフラやノッチに係合させるようにすることで、回転ステージ７１上で基板Ｗの配向を固定することが出来る。
【００２７】
なお、基板を水平状態に安定保持するための構成は、本実施形態のような構成に限定されず、例えば、スピンチャック上に吸着保持する構成であっても良い。
【００２８】
処理液供給機構８は、基板Ｗの主面に処理液Ｔを所定の流量で滴下するように構成される。
【００２９】
本実施形態では、処理液供給機構８は、処理液滴下ノズル８１、処理液供給アーム８２、処理液供給部８３、ノズル昇降機構部８４およびノズル旋回機構部８５を備える。
【００３０】
処理液供給アーム８２は、平面で見たときにその一端側が回転ステージ７１の内側に位置し、他端側が回転ステージ７１の外側に位置するように、回転ステージ７１の上方に水平状態で配設される。処理液滴下ノズル８１は処理液供給アーム８２の一端部に保持される。処理液供給アーム８２の他端部には、ノズル旋回機構部８５の駆動軸８５Ａが固定される。ノズル旋回機構部８５の動作によって、処理液供給アーム８２は回転ステージ７１の上方で処理液滴下ノズル８１を旋回移動させ、処理液の滴下位置を基板Ｗの中心から径方向の任意の位置に適宜変更することが可能となっている。
【００３１】
処理液供給アーム８２の内部には輸送路８２Ａが長手方向に形成される。この輸送路８２Ａの一端に前記処理液滴下ノズル８１が接続される。輸送路８２Ａの他端には処理液供給部８３が接続される。
【００３２】
処理液供給部８３は輸送パイプ８３Ａを介して処理液供給アーム８２の輸送路８２Ａに処理液を供給するように構成される。輸送路８２Ａに供給された処理液は、輸送路８２Ａを通って処理液滴下ノズル８１に流入し、ノズル下端の吐出口から回転ステージ７１上で保持・回転される基板Ｗの主面に滴下される。その他、処理液供給部８３を実現するためには、処理液タンク、ポンプ、配管、各種のバルブが必要である。これらについては周知であるので図示と説明を省略する。
【００３３】
ノズル昇降機構部８４は、処理液滴下ノズル８１を昇降させるように構成させる。具体的には、ノズル昇降機構８４は、ノズル旋回駆動部８５の駆動軸８５Ａを昇降させることによって処理液供給アーム８２を昇降させて処理液滴下ノズル８１を昇降させるようになっている。このような軸を昇降させる昇降機構部は周知であるので詳細な説明は省略する。
【００３４】
処理液は、基板表面の不要な膜やパーティクルの除去を目的としているので、基板材料であるシリコンを蝕刻する性質を有する酸やアルカリの水溶液が好適に選ばれる。
【００３５】
次に、上記のように構成される基板処理装置１を用いた基板処理方法を図３のフローチャートを用いて説明する。
【００３６】
まず、ロード室４に待機される未処理基板Ｗを搬送ロボット３によって温度制御室２Ｂに搬送し、基板温度制御機構６を用いて基板Ｗの主面温度を全面均一に所定の温度に制御する（ステップＳ１）。
【００３７】
その後、再び搬送ロボット３によって基板Ｗを温度制御室２Ｂから液処理室２Ｃに搬送し、基板保持・回転機構７を動作させて、円盤型の基板Ｗを回転ステージ７１上で所定の回転速度で回転させる（ステップＳ２）。
【００３８】
その後、処理液供給機構８を用いて基板Ｗの主面に処理液を所定の流量で滴下する（ステップＳ３）。
【００３９】
基板Ｗの表面処理（蝕刻）は、処理液Ｔが基板Ｗと化学反応することを利用しており、この化学反応は基板Ｗと処理液Ｔとの界面で起こる。上述のステップＳ１で、基板Ｗの主面の温度は、処理液Ｔを滴下する前に予め全面均一な温度に制御されているため、基板Ｗの主面全体で均一な速度で蝕刻が進行する。したがって、表面処理後の基板Ｗの平面性が向上する。
【００４０】
なお、本発明は、蝕刻が発熱を伴わない（或いは、発熱の小さい）化学反応でも適用可能である。
【００４１】
また、上記実施形態では、基板温度制御機構６と基板保持・回転機構７を別々の部屋に配置したが、例えば、回転ステージ７１にホットプレートと同様の構成を設けて、基板温度制御機構６と基板保持・回転機構７とを共通化しても良い。これによると、基板処理装置１の小型化や搬送ロボットの簡素化が図られる。
【００４２】
次に、具体的な実施例を挙げて、本発明に係る基板処理方法によって得られる特有な効果を説明する。
【００４３】
［実施例］
直径300 mmのｐ型Ｓｉ基板（表面抵抗値0.01 Ωcm、面方位100）を用意する。蝕刻量の計測のため、基板主面は、中心から10mm、30mm、50mm、75mm、100mm、125mm、145mmの７箇所にレジスト塗布によるマスクを形成し、それ以外の部分が蝕刻されるようにした。
【００４４】
表面温度を100℃に設定したホットプレート上に、上記基板を、主面を上に向けて30分間載せて予熱した。次に、回転ステージ上にこの予熱した基板を保持し、200 rpmの回転速度で回転させながら、処理液ノズルから基板材料と処理液を１分間滴下して基板主面の表面処理を行った。処理液には、基板材料であるSiと反応する薬液として、フッ化水素酸（ＨＦ）、濃硝酸（ＨＮＯ３）および酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）の１：３：８の混合物を用いた。１分後、処理液の滴下を止め、回転ステージの回転速度を750 rpmに高め、基板主面に純水を滴下して30秒間洗浄した。その後、回転ステージの回転速度を1250 rpmにさらに高め、清浄な空気中で30秒間回転させて基板主面に残留する水分を切って乾燥させた。その後、レジストを除去して段差計により各スポットの蝕刻量を計測した。
【００４５】
［比較例］
実施例と同一の基板を用い、ホットプレートでの予熱を行わずに、室温に基板を放置したこと以外は、実施例と同一の条件で基板を表面処理した。
【００４６】
＜結果＞
各スポットの蝕刻量をプロットし、実施例と比較例とで比較したグラフを図７に示す。処理液による処理前に基板の予熱をした実施例では、実線で示すように、蝕刻量は、基板中心に近い位置から最も離れた位置に至るまでほぼ均一であり、その誤差は1 nm以内に収まっている。
【００４７】
これに対して、予熱をしなかった比較例では、破線で示すように、蝕刻量は、基板中心部で極端に小さくなり、基板の中心から遠くなるほど大きくなる傾向が見られ（図６参照。）、その差が2 nm以上に拡大した。
【００４８】
以上より、本発明方法によると、簡便な手法で、表面処理後の基板主面の平明性を向上させることが出来ることが実験により裏付けられた。
【００４９】
上述の実施形態の説明は、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。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５０】
１…基板処理装置
２…筐体
２Ａ…搬送室
２Ｂ…温度制御室
２Ｃ…液処理室
３…搬送ロボット
４…ロード室
５…リロード室
６…基板温度制御機構
７…基板保持・回転機構
８…処理液供給機構
９…クリーンエア装置
７１…回転ステージ
７４…クランプピン
８１…処理液滴下ノズル
８２…処理液供給アーム
８３…処理液供給部
Ｔ…処理液
Ｗ…基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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