(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹部が形成された基板を準備する工程と、
前記基板の表面に第１処理液を供給して、前記凹部の内部を含む前記基板の表面を覆う前記第１処理液の液膜を形成する工程と、
前記凹部の内部を含む前記基板の表面に存在する前記第１処理液を第２処理液に置換する置換工程と、を備え、
前記置換工程は、
前記基板を鉛直軸線周りに回転させながら第１回転数で回転させながら前記第１処理液の液膜により覆われた前記基板の表面に第２処理液を供給し、前記第１処理液を含む前記第２処理液の液膜を前記基板の表面に形成する液膜形成段階と、
その後、前記基板の回転数を前記第１回転数よりも低い第２回転数に減じた状態で、前記液膜形成段階により形成された前記第１処理液を含む前記第２処理液の液膜に対して前記第２処理液を供給して、前記第２処理液による置換を促進する置換促進段階と、
を含み、
前記置換促進段階において、前記液膜を形成する前記第１処理液を含む前記第２処理液の流れが前記基板の回転に伴って生じ、かつ、前記第２処理液の前記基板の表面上への着液点が前記基板の中心部と周縁部との間で移動し、かつ、ノズルが前記基板の表面に対して斜め下方に向けて前記第２処理液を供給し、前記ノズルからの前記第２処理液の吐出方向が、前記基板の回転中心を向いた方向の成分を有している、基板液処理方法。
【請求項２】
前記第２回転数は０ｒｐｍより大きくかつ１００ｒｐｍ以下である、請求項１記載の基板液処理方法。
【請求項３】
表面に凹部が形成された基板を準備する工程と、
前記基板の表面に第１処理液を供給して、前記凹部の内部を含む前記基板の表面を覆う前記第１処理液の液膜を形成する工程と、
前記凹部の内部を含む前記基板の表面に存在する前記第１処理液を第２処理液に置換する置換工程と、を備え、
前記置換工程は、
前記第１処理液の液膜により覆われた前記基板の表面に前記第２処理液を供給し、前記第１処理液を含む前記第２処理液の液膜を前記基板の表面に形成する液膜形成段階と、
その後、前記液膜形成段階により形成された前記第１処理液を含む前記第２処理液の液膜に対して、前記第２処理液の着液点を前記基板の周縁部から中心部へ向けて移動させながら前記第２処理液を供給する置換促進段階と、を含み、
前記置換促進段階を実行しているときに、前記液膜を形成する前記第２処理液の流れが前記基板の表面に沿って形成されており、かつ、前記第２処理液が、前記基板の表面上への着液点において、前記液膜を形成する前記第１処理液を含む前記第２処理液の流れに逆らう方向の成分を持つ力を前記液膜に対して与えるように供給され、
前記置換促進段階は、前記基板を鉛直軸線周りに回転させながら実行され、前記液膜を形成する前記第１処理液を含む前記第２処理液の前記流れが前記基板の回転に伴って生じ、
前記置換促進段階において、第１ノズルが前記基板の表面に対して斜め下方に向けて前記第２処理液を供給し、前記第１ノズルからの前記第２処理液の吐出方向が、前記基板の回転中心を向いた方向の成分を有している、基板液処理方法。
【請求項４】
前記置換促進段階は、回転する前記基板の中心部に第２ノズルから前記第２処理液を供給しながら実行される、請求項３記載の基板液処理方法。
【請求項５】
前記液膜形成段階は、前記基板を回転させながら、前記基板の表面に前記第２処理液を供給することにより行われる、請求項３または４記載の基板液処理方法。
【請求項６】
前記液膜形成段階の後に、前記基板の回転速度を変化させることにより、前記凹部の内部の少なくとも上部に侵入した前記第２処理液と、前記凹部の底部に残留する前記第１処理液との混合を促進する撹拌段階を含む、請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の基板液処理方法。
【請求項７】
基板液処理装置の動作を制御するためのコンピュータにより実行されたときに、前記コンピュータが前記基板液処理装置を制御して請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の基板液処理方法を実行させるプログラムが記録された記憶媒体。
【請求項８】
基板を保持して回転させる基板保持部と、
前記基板保持部により保持された基板に第１処理液および第２処理液を供給する処理液供給部と、
少なくとも前記処理液供給部を制御して、請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の基板液処理方法を実行させる制御部と、
を備えた基板液処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板に液処理を施すにあたって、基板表面の凹部内にある処理液を他の処理液に置換する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程には、薬液洗浄処理またはウエットエッチング処理等の液処理が含まれる。このような液処理は、薬液を半導体ウエハ等の基板に薬液を供給する薬液処理工程と、薬液処理工程の後に純水等のリンス液を用いて基板上に残留する薬液および反応生成物を洗い流すリンス工程と、リンス工程の後に基板上に残留するリンス液をＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等の乾燥補助用有機溶剤により置換する置換工程と、置換工程の後に基板を乾燥させる乾燥工程とが含まれる。
【０００３】
上記液処理において、薬液処理工程からリンス工程に移行する際、並びに、リンス工程から置換工程に移行する際には、前工程で基板に供給されて基板上に残留する第１処理液が、後工程で基板に供給される第２処理液に置換される（例えば特許文献１を参照）。例えば、純水からＩＰＡへの置換を行う際に、置換が完全に行われず、基板表面に形成されたパターンの凹部の底部に純水が残ってしまうと、乾燥工程において純水が凹部から出て行くときに純水の表面張力によりパターンの倒壊が生じるおそれがある。また例えば、薬液から純水への置換を行う際に、置換が完全に行われずに凹部内に薬液が残留すると、薬液成分により腐食が生じるおそれもある。
【０００４】
従って、第１処理液が凹部内に残留することがないように第２処理液への完全な液置換が行われることが望ましい。しかも、基板液処理装置のスループットを損なわないように、液置換が効率良く短時間で行われることも望まれている。さらに、近年のパターンのさらなる微細化に伴い、パターンの凹部内に入り混んだ第１処理液を第２処理液に置換することはより困難となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許５０１６５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、基板表面に形成された凹部内に存在する第１の処理液を、第２の処理液に効率良く置換することができる技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、  表面に凹部が形成された基板を準備する工程と、前記基板の表面に第１処理液を供給して、前記凹部の内部を含む前記基板の表面を覆う前記第１処理液の液膜を形成する工程と、前記凹部の内部を含む前記基板の表面に存在する前記第１処理液を第２処理液に置換する置換工程と、を備え、前記置換工程は、
前記基板を第１回転数で回転させながら前記第１処理液の液膜により覆われた前記基板の表面に第２処理液を供給し、前記第１処理液を含む前記第２処理液の液膜を前記基板の表面に形成する液膜形成段階と、その後、前記基板の回転数を前記第１回転数よりも低い第２回転数に減じた状態で、前記液膜形成段階により形成された前記第１処理液を含む前記第２処理液の液膜に対して前記第２処理液を供給して、前記第２処理液による置換を促進する置換促進段階と、を含み、前記置換促進段階において、前記第２処理液の前記基板の表面上への着液点が前記基板の中心部と周縁部との間で移動する基板液処理方法が提供される。
【０００８】
本発明の他の実施形態によれば、表面に凹部が形成された基板を準備する工程と、前記基板の表面に第１処理液を供給して、前記凹部の内部を含む前記基板の表面を覆う前記第１処理液の液膜を形成する工程と、前記凹部の内部を含む前記基板の表面に存在する前記第１処理液を第２処理液に置換する置換工程と、を備え、前記置換工程は、前記第１処理液の液膜により覆われた前記基板の表面に前記第２処理液を供給し、前記第１処理液を含む前記第２処理液の液膜を前記基板の表面に形成する液膜形成段階と、その後、前記液膜形成段階により形成された前記第１処理液を含む前記第２処理液の液膜に対して、前記第２処理液の着液点を前記基板の周縁部から中心部へ向けて移動させながら前記第２処理液を供給する置換促進段階と、を含み、前記置換促進段階を実行しているときに、前記液膜を形成する前記第２処理液の流れが前記基板の表面に沿って形成されており、かつ、前記第２処理液が、前記基板の表面上への着液点において、前記液膜を形成する前記第１処理液を含む前記第２処理液の流れに逆らう方向の成分を持つ力を前記液膜に対して与えるように、前記基板の表面に対して斜めに供給される、基板液処理方法が提供される。
【０００９】
本発明のさらに他の実施形態によれば、基板液処理装置の動作を制御するためのコンピュータにより実行されたときに、前記コンピュータが前記基板液処理装置を制御して上記の基板液処理方法を実行させるプログラムが記録された記憶媒体が提供される。
【００１０】
本発明のさらに他の実施形態によれば、基板を保持して回転させる基板保持部と、前記基板保持部により保持された基板に第１処理液および第２処理液を供給する処理液供給部と、少なくとも前記処理液供給部を制御して、上記の基板液処理方法を実行させる制御部と、を備えた基板液処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
上記本発明の実施形態によれば、基板表面の凹部の底部にある第１処理液を第２処理液に効率良く置換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】処理ユニットの概略構成を示す図である。
【図３】第１実施形態で用いる処理ユニットの処理液供給部の概略構成を示す図である。
【図４】第１実施形態の溶剤置換工程および乾燥工程を説明するためのタイムチャートである。
【図５】第１実施形態の溶剤置換工程を説明するためのウエハの概略断面図である。
【図６】第１実施形態の乾燥工程を説明するためのウエハの概略側面図である。
【図７】第２実施形態で用いる処理ユニットの処理液供給部の概略構成を示す図である。
【図８】第２実施形態の溶剤置換工程および乾燥工程を説明するためのタイムチャートである。
【図９】第２実施形態の溶剤置換工程を説明するためのウエハの概略断面図である。
【図１０】第２実施形態の溶剤置換工程を説明するためのウエハの概略拡大断面図である。
【図１１】ウエハ表面上の液の流れとノズルの向きについて説明するための概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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との間でウエハＷの搬送を行う。
【００１８】
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。
【００１９】
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との間でウエハＷの搬送を行う。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
次に、処理ユニット１６の概略構成について図２を参照して説明する。図２は、処理ユニット１６の概略構成を示す図である。
【００２６】
図２に示すように、処理ユニット１６は、チャンバ２０と、基板保持機構３０と、処理流体供給部４０と、回収カップ５０とを備える。
【００２７】
チャンバ２０は、基板保持機構３０と処理流体供給部４０と回収カップ５０とを収容する。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。
【００２８】
基板保持機構３０は、保持部３１と、支柱部３２と、駆動部３３とを備える。保持部３１は、ウエハＷを水平に保持する。支柱部３２は、鉛直方向に延在する部材であり、基端部が駆動部３３によって回転可能に支持され、先端部において保持部３１を水平に支持する。駆動部３３は、支柱部３２を鉛直軸まわりに回転させる。かかる基板保持機構３０は、駆動部３３を用いて支柱部３２を回転させることによって支柱部３２に支持された保持部３１を回転させ、これにより、保持部３１に保持されたウエハＷを回転させる。
【００２９】
回収カップ５０は、保持部３１を取り囲むように配置され、保持部３１の回転によってウエハＷから飛散する処理液を捕集する。回収カップ５０の底部には、排液口５１が形成されており、回収カップ５０によって捕集された処理液は、かかる排液口５１から処理ユニット１６の外部へ排出される。また、回収カップ５０の底部には、ＦＦＵ２１から供給される気体を処理ユニット１６の外部へ排出する排気口５２が形成される。
【００３０】
＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態で用いる処理流体供給部４０について説明する。処理流体供給部４０は、薬液ノズル４１、リンスノズル４２、溶剤ノズル４３、乾燥ガスノズル４４を有する。
【００３１】
薬液ノズル４１は、ウエハＷに薬液として例えばＤＨＦ（希フッ酸）を供給する。リンスノズル４２は、ウエハＷにリンス液として例えばＤＩＷ（純水（脱イオン水））を供給する。溶剤ノズル４３は、ウエハＷに、リンス液であるＤＩＷよりも揮発性が高くかつ表面張力が低い乾燥補助流体としての有機溶剤としてＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を供給する。乾燥ガスノズル４４は、空気より湿度および酸素濃度が低い乾燥ガスである窒素（Ｎ２）ガスを供給する。このような乾燥ガスを供給することにより、ウエハＷの乾燥時にウオーターマークが生じ難くなる。薬液は、ＤＨＦに限定されるものではなく、例えば、ＳＣ−１、ＳＣ−２、バッファードフッ酸等、半導体装置製造の分野で使用される任意のものであってよい。
【００３２】
上記のノズル４１〜４４には、各々に対応する図示しない処理流体供給源（タンク、ガスボンベ等）から、各々に対応する図示しない処理流体供給機構を介して対応する処理流体すなわち、ＤＨＦ、ＤＩＷ、ＩＰＡ、Ｎ２が供給される。各処理流体供給機構は、配管等からなる処理流体供給ラインと、ポンプ、開閉弁、流量調整弁等の流れ制御機器とを含んでいる。
【００３３】
薬液ノズル４１、リンスノズル４２、溶剤ノズル４３および乾燥ガスノズル４４は、共通のノズルアーム４５の先端部により支持されている。ノズルアーム４５は、アーム駆動機構４６により昇降可能であり、また、鉛直軸線周りに旋回可能である。従って、ノズル４１〜４４は、ウエハＷの中心部の真上の位置と周縁部の真上との位置の間を移動することができる。また、ウエハＷの真上から外れた待機位置（ホームポジション）にも移動することができる。
【００３４】
アーム駆動機構は、例えば、ノズルアームをガイドレールに沿って直線的に並進運動させる形式のものであってもよい。
【００３５】
薬液の種類によっては、薬液ノズル４１に薬液供給機構及びリンス液供給機構を連結し、薬液およびリンス液のいずれかを選択的に薬液ノズル４１から吐出できるようにしてもよい。この場合、リンスノズル４２を廃止することができる。
【００３６】
次に、処理ユニット１６にて行われる一連の工程について説明する。以下の各工程は前述したように、制御装置４の制御の下で自動的に実行される。
【００３７】
まず、未処理のウエハＷが、基板搬送装置１７のアーム（図1参照）により処理ユニット１６内に搬入し、このウエハＷは図３に示すように基板保持機構３０により保持される。
【００３８】
＜薬液処理工程＞
薬液ノズル４１がウエハＷの中心部の真上に位置する。ウエハＷが鉛直軸線周りに回転させられ、ウエハＷの中心部に薬液ノズル４１が薬液例えばＤＨＦを供給する。薬液は遠心力により広がり、ウエハＷの表面の全域が薬液の液膜により覆われ、これによりウエハＷの表面が薬液により処理される。反応生成物を含む薬液は、ウエハＷの外周縁から半径方向外側に飛散する。飛散した薬液は回収カップ５０（図２参照）により回収される。
＜リンス工程＞
薬液処理工程の終了後、引き続きウエハＷを回転させたまま、（薬液の供給は停止している）リンスノズル４２からリンス液としてＤＩＷリンスをウエハＷの中心部に供給して、ウエハＷの表面に残留した薬液および反応生成物を洗い流すリンス処理を行う。
【００３９】
＜溶剤置換工程＞
リンス工程の終了後（リンス液の供給は停止している）、溶剤ノズル４３からＩＰＡをウエハＷに供給して、ウエハＷの表面に存在するリンス液をＩＰＡで置換する溶剤置換処理を行う。
【００４０】
＜乾燥工程＞
ＩＰＡ置換工程の終了後、ウエハＷを乾燥させる乾燥工程を実行する。これにより一枚のウエハＷに対する一連の液処理が終了する。その後ウエハＷは処理ユニット１６外に搬出される。
【００４１】
なお、上記の溶剤置換工程および上記の乾燥工程をまとめて「乾燥工程」と呼ぶ場合もあるが、本明細書では、それまでウエハＷ上にあったＤＩＷすなわち第１処理液が完全に（実質的に完全に）ＩＰＡすなわち第２処理液に置換されるまでを（溶剤）置換工程と呼び、その後ウエハＷ上にあるＩＰＡをウエハ上から除去する工程を乾燥工程と呼ぶこととする。
【００４２】
次に、リンス工程の終期から乾燥工程までに実行される手順について図３〜図７を参照して詳細に説明する。図４のタイムチャートにおいて、横軸は時間であり、縦軸は、上から順に、ウエハ回転数（ｒｐｍ）、リンスノズル４２からのＤＩＷからの吐出（ＯＮ）／吐出停止（ＯＦＦ）、溶剤ノズル４３からのＩＰＡの吐出（ＯＮ）／吐出停止（ＯＦＦ）、乾燥ガスノズル４４からのＮ２ガスの吐出（ＯＮ）／吐出停止（ＯＦＦ）、ノズル４１〜４４の位置（ＮＰｏｓ：Ｃがウエハ中心；Ｅがウエハ周縁；Ｈがホームポジション）を示している。
【００４３】
＜リンス工程終期＞
リンス工程の終期、すなわち時点ｔ１より前の（第１期間）では、第１回転速度（例えば約１０００ｒｐｍ）でウエハＷを回転させながらリンスノズル４２からＤＩＷをウエハＷの中心部に供給している。このとき、図５（ａ）に示すように、ウエハＷの表面の全体はＤＩＷの液膜に覆われ、ウエハＷ表面に形成された凹部Ｒの内部もＤＩＷで満たされている。
【００４４】
時点ｔ１から時点ｔ２までの間（第２期間）に、ウエハＷの回転速度を第１回転速度から第２回転速度（例えば３００〜８００ｒｐｍ）に減速する。第２回転速度は、ウエハＷ周縁部におけるカバレッジ性（つまり、周縁部において液膜が切れることが無いこと）を考慮して決定されている。
【００４５】
次いで、溶剤置換工程が実施される。この溶剤置換工程は以下に説明する複数の段階からなる。
【００４６】
＜表面部置換段階（溶剤液膜形成段階）＞
時点ｔ２から時点ｔ３までの間（第３期間）は、ウエハＷの回転速度を第２回転速度に維持する。時点ｔ２において溶剤ノズル４３からのＩＰＡの吐出が開始される。溶剤ノズル４３からのＩＰＡの吐出は、時点ｔ９まで継続される。ＩＰＡの吐出開始後直ちにＤＩＷの吐出を停止すると、ＤＩＷとＩＰＡとの界面付近でマランゴニ効果によりウエハＷ表面が露出してしまうおそれがある。このため、リンスノズル４２からのＤＩＷの吐出は、時点ｔ２よりやや後に停止する。
【００４７】
時点ｔ３までに、ウエハＷ表面にあるＤＩＷはＩＰＡに置換される。すなわち、凹部Ｒの外側におけるウエハＷ表面の全面は、ＩＰＡの液膜により覆われる。しかしながら、ウエハ表面の凹部Ｒの底部には、ＤＩＷが残留している。詳細には、ウエハＷ表面は、ＤＩＷとＩＰＡとを含む液膜により覆われ、この液膜は、ＤＩＷ濃度が高い下層と、ＩＰＡ濃度が高い上層とを有している。この状態が、図５（ｂ）に示されている。この凹部の底部にあるＤＩＷを完全かつ速やかに置換するための手順が引き続き実行される。
【００４８】
＜撹拌段階＞
時点ｔ３から時点ｔ４までの間（第４期間）に、ウエハＷの回転速度を第２回転速度から第３回転速度（例えば０〜５０ｒｐｍ）に減速する。この減速時の減速度（負の加速度）により、凹部Ｒ内にある液体（ＤＩＷとＩＰＡ）の撹拌が促進される。この第４期間には、ウエハＷの回転の加速を行ってもよく、加速と減速を組み合わせてもよい。撹拌促進の観点から、加減速の加（減）速度の絶対値は大きい方がよい（急加速、急減速）。どのように加減速を行ったかに関わらず、時点ｔ４にウエハＷの回転速度が第３回転速度となるようにする。
【００４９】
＜置換促進段階＞
時点ｔ４から時点ｔ５までの間（第５期間）は、ウエハＷの回転速度を第３回転速度、例えば１００ｒｐｍ以下、好ましくは３０〜５０ｒｐｍ程度に維持する。このようにウエハＷを極低速で回転させると、ウエハＷの表面にウエハ中心部から周縁部に向かう緩やかなＩＰＡの流れが生じる。しかしながら、ウエハＷの表面上にあるＩＰＡに作用する力は、重力が支配的であり、遠心力等のウエハＷの回転に起因する力は非常に小さい。つまり、ＩＰＡには作用する水平方向の力は非常に小さく、ほぼ鉛直方向下向きの力が作用することになる。この鉛直方向下向きの力により、凹部Ｒ内にあるＤＩＷとＩＰＡの混合（相互拡散）が促進される。
【００５０】
しかしながら、ＩＰＡの比重はＤＩＷよりも小さいため、ＤＩＷとＩＰＡの混合をさらに促進するには、ＩＰＡに鉛直方向下向きの力をさらに積極的に負荷することが好ましい。そこで、この第５期間では、鉛直方向下方に向けてＩＰＡを吐出している溶剤ノズル４３により凹部Ｒの中に向けてＩＰＡを押し込む操作を行う。ウエハＷの表面にある凹部Ｒの全てに対してＩＰＡの押し込みを行うため、前述したようにウエハＷを極低速で回転させた状態で、図５（ｃ）に示すように、ＩＰＡを吐出している溶剤ノズル４３をウエハＷ中心部とウエハ周縁部との間で移動させる（溶剤ノズル４３のスキャン動作）。これにより、図５（ｄ）に示すように、全ての凹部内において、ＤＩＷがＩＰＡに置換される。以上により、溶剤置換工程が終了する。
【００５１】
より確実な置換を達成するため、鉛直方向下方に向けてＩＰＡを吐出している溶剤ノズル４３を、ウエハＷ中心部とウエハ周縁部との間で、一回または複数回往復移動させてもよい。図４には、溶剤ノズル４３を一往復させた例を示した。しかしながら、凹部内にある全てのＤＩＷがＩＰＡに置換されるのであるなら（凹部Ｒの幅および深さ、ウエハ表面の状態等に依存する）、ＩＰＡを吐出している溶剤ノズル４３を、ウエハＷ中心部からウエハ周縁部に至るまで（あるいはウエハＷ周縁部からウエハ中心部に至るまで）一回だけ移動させてもよい（片道の移動）。
【００５２】
全ての凹部Ｒに対してもれなくＩＰＡの押し込みが行われることを保証するため、溶剤ノズル４３の移動速度を比較的小さくすることが好ましい。ＩＰＡの押し込みを行うために、溶剤ノズル４３とは別のウエハＷ半径方向に延びる吐出口を有するスリットノズル、あるいは、複数の吐出口を有する溶剤ノズルを設けてもよい。
【００５３】
第５期間の間（例えば第５期間の初期）、ＩＰＡを吐出している溶剤ノズル４３がスキャン動作をしていないときに、一時的にウエハＷの回転速度をゼロにしてもよい。そうすることにより、ウエハＷの表面上にあるＩＰＡには鉛直方向下向きの力だけが働くようになり、凹部Ｒ内にあるＤＩＷとＩＰＡの混合が促進される。
【００５４】
第５期間の間、ウエハＷの回転速度（第３回転速度）をずっとゼロ（０ｒｐｍ）に維持してもよい。この場合、ウエハＷの表面にはＩＰＡのパドルが形成される。そうすることにより、ウエハＷの表面上にあるＩＰＡには鉛直方向下向きの力だけが働くようになり、凹部内にあるＤＩＷとＩＰＡの混合が促進される。この場合、スキャン動作を行う溶剤ノズルとして、溶剤ノズル４３とは別に、ウエハの直径に相当する長さの吐出口を有するスリットノズルを設ける等の対策を行うことによりさらに混合が促進される。
【００５５】
溶剤置換工程を構成する表面部置換段階、撹拌段階及び置換促進段階を繰り返し複数回実行してもよい。
【００５６】
溶剤置換工程が終了したら、ウエハＷ表面上にあるＩＰＡを除去してウエハＷ表面を乾燥させる乾燥工程に移行する。この乾燥工程は以下に説明する複数の段階からなる。
【００５７】
＜溶剤排出段階＞
時点ｔ５では、凹部Ｒ内にある全てのＤＩＷがＩＰＡに置換されている。その後、時点ｔ５から時点ｔ６までの間（第６期間）に、ウエハＷの回転速度を第３回転速度から第４回転速度（例えば３００〜８００ｒｐｍ）に増速し、その後、時点ｔ６から時点ｔ７までの間（第７期間）に、ウエハＷの回転速度を第４回転速度に維持する。これにより、ウエハＷの表面上で液膜（これは比較的厚い）を形成していたＩＰＡが遠心力によりウエハＷの周縁部に向けて流れ、ウエハＷ上にあるＩＰＡのかなりの部分がウエハＷ上から除去される。つまり、ウエハＷのウエハＷの表面上にあるＩＰＡの液膜が薄くなる。この溶剤排出段階では、ウエハＷ表面の大気雰囲気への露出が生じないのであれば、溶剤ノズル４３からのＩＰＡの吐出を停止してもよい。
【００５８】
＜露出段階＞
その後、次に、時点ｔ７から時点ｔ８までの間（第８期間）に、ウエハＷの回転速度を第４回転速度から第５回転速度（例えば５００〜１０００ｒｐｍ）に増速し、その後、時点ｔ８から時点ｔ９までの間（第９期間）に、ウエハＷの回転速度を第５回転速度に維持する。時点ｔ８から、ウエハＷ中心部の真上に位置する溶剤ノズル４３および乾燥ガスノズル４４からそれぞれＩＰＡおよびＮ２ガスを吐出しながら、溶剤ノズル４３および乾燥ガスノズル４４をウエハＷの周縁部に向けて移動させてゆく。溶剤ノズル４３及び乾燥ガスノズル４４は、時点ｔ８においてウエハＷ周縁部に向けて移動を開始し、時点ｔ９において乾燥ガスノズル４４が概ねウエハＷ周縁部の真上に位置するように移動する。このとき、図６に示すように、乾燥ガスノズル４４から吐出されたＮ２ガスがウエハＷ表面に衝突する位置が、溶剤ノズル４３から吐出されたＩＰＡがウエハＷ表面に衝突する位置よりも、半径方向に関してやや内側に位置するように維持する。乾燥ガスノズル４４は、ガスの噴射方向を示すベクトルが半径方向外向きの成分を持つように、斜め下方に向けてＮ２ガスを噴射するように、ノズルアーム４５に取り付けられていることが好ましい。上記操作により、ウエハＷの表面にあるＩＰＡがＮ２ガスにより吹き飛ばされて半径方向外側に追いやられてゆき、最終的にウエハＷの表面の全体からＩＰＡが除去される。
【００５９】
乾燥工程を上述したようにＩＰＡおよびＮ２ガスの同時供給により行わなくてもよい。例えば、時点ｔ５でウエハＷへのＩＰＡの供給を停止して、ウエハＷの回転速度を第５回転速度まで一気に上昇させて振り切り乾燥を行うこともできる。
【００６０】
時点ｔ９で乾燥工程が終了したらウエハの回転を停止する（時点ｔ１０）。以上により乾燥工程が終了する。
【００６１】
＜第２実施形態＞
次に第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る処理流体供給部４０は、薬液ノズル４１、リンスノズル４２、２つの溶剤ノズル４３及び乾燥ガスノズル４４を有する。つまり、第２実施形態は、ＩＰＡを供給する溶剤ノズル４３が２つ設けられている点において第１実施形態と異なる。以下、２つの溶剤ノズルを区別するために、第１溶剤ノズル４３、第２溶剤ノズル４３Ａと呼ぶこととする。ここで溶剤ノズルに付けられた「第１」、「第２」の序数は特許請求の範囲の記述と必ずしも一致していない点に注意されたい。
【００６２】
薬液ノズル４１、リンスノズル４２、第１溶剤ノズル４３および乾燥ガスノズル４４は、第１実施形態と同様に共通のノズルアーム４５により支持されている。第２溶剤ノズル４３Ａは、別のノズルアーム４５Ａにより支持されている。ノズルアーム４５Ａは、アーム駆動機構４６Ａにより昇降可能であり、また、鉛直軸線周りに旋回可能である。第２溶剤ノズル４３Ａは、この第２溶剤ノズル４３Ａから吐出されるＩＰＡの吐出方向を示すベクトルが、平面視で、ウエハＷの半径方向内向きの成分を有するように（例えばウエハの中心部を向くように）、吐出口の軸線が斜め下方を向いた状態でノズルアーム４５Ａに取り付けられる。
【００６３】
次に、第２実施形態において、リンス工程の終期から乾燥工程までに実行される手順について図７〜図１１を参照して説明する。なお、図８のタイムチャートは図４と同様に記載されているが、溶剤ノズルが２つに増えたため、項目が増えている。ＩＰＡ−１は第１溶剤ノズル４３の動作、ＩＰＡ−２は第２溶剤ノズル４３Ａの動作を示している。また、Ｎ１Ｐｏｓは第１溶剤ノズル４３（ノズル４１〜４４）の位置、Ｎ２Ｐｏｓは第２溶剤ノズル４３Ａの位置を示している。
【００６４】
第２実施形態においても、時点ｔ１から時点ｔ３までの間に、第１実施形態と同様の表面部置換段階が実行される。つまり、時点ｔ３の時点でウエハＷの表面は、図９（ａ）に示した状態（これは図５（ｂ）に示した状態と同じである）となっている。第１実施形態と同様に、表面部置換段階の後に、ウエハＷの回転速度の増減による撹拌段階を設けてもよい。
【００６５】
＜置換促進段階＞
表面部置換段階の後に、置換促進段階が実行される。第２実施形態の置換促進段階は、第１実施形態とは異なる。第２実施形態では時点ｔ３以降も、ウエハの回転速度が第２回転速度（例えば３００〜８００ｒｐｍ）に維持される。そして、ウエハＷの中心部に第１溶剤ノズル４３からＩＰＡを供給し続けた状態で、ウエハＷの周縁近傍に位置させた第２溶剤ノズル４３ＡからウエハＷの周縁部に向けてＩＰＡの供給を開始する。その後、ウエハＷの中心部に第１溶剤ノズル４３からＩＰＡを供給し続けながら、ノズルアーム４５Ａを駆動することにより第２溶剤ノズル４３Ａから吐出されるＩＰＡのウエハＷ上への着液点がウエハＷの中心部に徐々に近づいてゆくようにする（図９（ｂ）を参照）。
【００６６】
第２溶剤ノズル４３Ａから吐出されるＩＰＡの着液点がウエハＷの中心部に到達したら（図９（ｃ）を参照）、第２溶剤ノズル４３ＡからのＩＰＡの吐出を停止し、第２溶剤ノズル４３Ａを平面視でウエハＷの外方にあるホームポジションＨ（待機位置）に戻す。第２溶剤ノズル４３ＡからＩＰＡを吐出させたまま、ＩＰＡの着液点がウエハＷの周縁部と中心部との間を１回または複数回往復するように、第２溶剤ノズル４３Ａを移動させてもよい。
【００６７】
第２溶剤ノズル４３ＡをウエハＷの周縁部側に向けて移動させているときは、ＩＰＡの節約を優先して、第２溶剤ノズル４３ＡからのＩＰＡの吐出を停止させていてもよい。後の説明より理解できるように、第２溶剤ノズル４３ＡをウエハＷの中心部側に向けて移動させているときは、第２溶剤ノズル４３Ａの運動エネルギが、後述の第２溶剤ノズル４３Ａから吐出されるＩＰＡの吐出エネルギの水平方向成分に加算されることになるが、ウエハＷの周縁部側に向けて移動させているときは減算されることになるからである。
【００６８】
図９（ｂ）の状態について、図１０を参照してさらに詳細に説明する。ウエハＷの表
面は、第１溶剤ノズル４３から回転するウエハＷの中心部に供給されて遠心力により外方に広がりながら流れるＩＰＡの液膜で覆われている。第２溶剤ノズル４３Ａから吐出されたＩＰＡの着液点Ｐ（Ｐは図１０のみに示す）に存在するＩＰＡの液膜の液膜に作用する主な力は（第２溶剤ノズル４３Ａから吐出されたＩＰＡによるものを除く）遠心力Ｆｃと重力Ｆｇである。遠心力ＦｃはＦｃ＝ｍｒω２（但し、「ｍ」は着液点Ｐに存在するＩＰＡの重量、「ｒ」は着液点ＰのウエハＷ中心からの距離、「ω」はウエハＷの回転角速度）で表される。重力ＦｇはＦｇ＝ｍｇ（但しｇは重力加速度）である。ウエハＷ回転速度が比較的高い場合（例えば上記の第２回転速度の場合）、遠心力Ｆｃが重力Ｆｇより大幅に大きくなるので（Ｆｃ≫Ｆｇ）、ＦｃとＦｇの合成力の向きは概ね水平である。このため、ＩＰＡが凹部Ｒ内に入り難くなる。この傾向は、遠心力Ｆｃがより大きくなるウエハＷの周縁に近づくほど強くなる。
【００６９】
第２溶剤ノズル４３Ａから吐出されたＩＰＡは、着液点ＰにあるＩＰＡに斜め下向きの力Ｆｊを与える。力Ｆｊは、水平方向成分Ｆｊｒと鉛直方向成分Ｆｊｖとに分解することができる。力Ｆｊの水平方向成分Ｆｊｒが概ねウエハＷの中心部を向くように第２溶剤ノズル４３Ａが配置されているので、力Ｆｊの水平方向成分Ｆｊｒにより遠心力Ｆｃの少なくとも一部が相殺される。相殺の度合いは、力Ｆｊの大きさ（第２溶剤ノズル４３ＡからのＩＰＡの吐出流量に依存）および向きに（吐出角度に依存）依存するが、遠心力Ｆｃのほぼ全てが相殺されることが好ましい。このようにして遠心力が打ち消されることにより、着液点Ｐに存在するＩＰＡに働く力は鉛直方向下方の力が支配的になり、ＩＰＡが凹部Ｒ内に入り易くなる。このため、凹部Ｒの底部に存在しているＤＩＷがＩＰＡと混合されやすくなり、凹部Ｒ内におけるＤＩＷからＩＰＡへの置換が促進される。
【００７０】
別の言い方をすれば、第２溶剤ノズル４３Ａから吐出されたＩＰＡは、着液点ＰにあるＩＰＡに対して、着液点ＰにおけるウエハＷ表面に沿ったＩＰＡの流れに逆らう方向の成分の力を与えていればよい。そうすれば、着液点ＰにおけるウエハＷ表面に沿う方向のＩＰＡの流速は小さくなり、ＩＰＡが凹部Ｒ内に入り易くなる。例えば、上記のようにウエハＷを鉛直方向軸線周りに回転させている場合に限らず、水平面に対して傾斜したウエハＷに置換液（例えばＩＰＡ）を供給したときにも、ウエハＷの表面に沿って低い側に向かう置換液の流れが生じる。また、ウエハＷの表面に対して斜めに置換液を吹き付けたときにも、ウエハＷの表面に沿った置換液の流れが生じる。この場合も、既にある置換液の流れに逆らう方向の成分を持つ力を与えるように別の置換液供給手段（ノズルなど）から、ウエハＷの表面に置換液を供給することにより、ウエハＷの表面に形成された凹部内にある被置換液（例えばＤＩＷ）の置換液による置換が促進される。
【００７１】
なお、ウエハＷの周縁に近づくほど遠心力Ｆｃが大きくなるので、遠心力Ｆｃを適当に打ち消すために、第２溶剤ノズル４３ＡからのＩＰＡの着液点Ｐが半径方向外側に移動するに従い第２溶剤ノズル４３Ａからの吐出流量を増大させること、あるいは、第２溶剤ノズル４３ＡのＩＰＡの吐出方向を水平方向に近づけること（この場合、第２溶剤ノズル４３Ａの向きを変更する機構をノズルアーム４５Ａに設ける必要がある）を行ってもよい。上記に代えて、第２溶剤ノズル４３ＡからのＩＰＡの着液点ＰとウエハＷの周縁との距離が小さくなるほど、ウエハＷの回転数を減少させてもよい。
【００７２】
なお、第２溶剤ノズル４３Ａは、鉛直軸線周りに旋回するノズルアーム４５Ａにより移動させられるので、図１１に示すように、溶剤ノズル４３ＡとウエハＷの中心との相対的位置関係に依存して、第２溶剤ノズル４３Ａから吐出されるＩＰＡの水平方向成分のベクトルの向きが変化する。一方、回転するウエハＷ上に存在するＩＰＡは、前述した遠心力Ｆｃに加えて、ウエハＷ表面により引きずられる力を受けることにより、矢印Ｆｓに示すように、ウエハＷの表面上を螺旋状に流れる。
【００７３】
上記のことを考慮して、図１１に示すように、平面視で、第２溶剤ノズル４３ＡからのＩＰＡの吐出方向を示すベクトルの水平方向成分が、第２溶剤ノズル４３ＡのウエハＷ上における半径方向位置に関わらず、ＩＰＡの螺旋状流れの方向と概ね逆方向を向いているように、ウエハＷの回転方向及びノズルアームの旋回方向が設定されていることが好ましい。こうすることにより、第２溶剤ノズル４３Ａから吐出されるＩＰＡにより、凹部Ｒの内部にＩＰＡが押し込まれる力を大きく維持することができる。
【００７４】
時点ｔ７’で置換促進段階が終了すると、その後は、第１実施形態と同様に、乾燥工程の露出段階が行われる。第２実施形態における時点ｔ７’、ｔ８’、ｔ９’、ｔ１０’は第１実施形態におけるｔ７、ｔ８、ｔ９、ｔ１０に対応し、各時点におけるウエハＷ表面の状態は第１実施形態と概ね同じである。なお、第２実施形態では、置換促進段階中のウエハの回転速度が比較的高く、ウエハＷ上のＩＰＡの液膜が比較的薄いので、溶剤排出段階を行う必要はない。
【００７５】
上記第１及び第２実施形態によれば、ＩＰＡの液膜に対して、ノズルから噴射されるＩＰＡにより、液膜を構成するＩＰＡをウエハＷ表面の凹部Ｒ内に押し込む力を与えている。このため、残留するＤＩＷをＩＰＡとの混合が促進され、凹部Ｒの底部に残留するＤＩＷをＩＰＡで効率良く置換することができる。しかも、一旦ウエハＷの表面にＩＰＡの液膜を形成した後に（つまり、少なくとも凹部Ｒの外側のウエハＷ表面上にあるＤＩＷのＩＰＡへの置換が完了した後に）、ＩＰＡの液膜に対してノズルから噴射されるＩＰＡにより、液膜を形成しているＩＰＡをウエハＷ表面の凹部Ｒ内に押し込む力を与えている。このため、凹部Ｒの底部に（ＤＩＷにより希釈されてしまったＩＰＡではなく）濃度の高いＩＰＡが押し込まれるようになるので、置換効率が大幅に向上する。このため、凹部Ｒの底部に残留した状態でウエハＷを乾燥させた場合にＤＩＷの高表面張力に起因して生じうる、パターンの倒壊を防止することができる。
【００７６】
第１実施形態では、ウエハＷの回転を停止するか或いはウエハＷを極低速で回転させた状態で置換促進段階が実行されるため、ＩＰＡの液膜に鉛直方向の力をより確実に与えることができるという利点がある。また、溶剤ノズルを追加する必要が無いため、装置コストの増大が抑制される。一方、第２実施形態では、ウエハＷの回転停止若しくは減速及び加速に必要な時間が必要無いため、より短時間で一連の処理を完了することができるという利点がある。
【００７７】
上記実施形態では、表面に凹部を有するウエハＷ上のＤＩＷをＩＰＡに置換した。しかしながら、置換対象となる処理液はＩＰＡ及びＤＩＷの組み合わせに限定されるものではなく、他の種類の処理液の組み合わせであってもよい。例えば、薬液からリンス液への置換を促進するために上記実施形態に係る方法を用いてもよい。
【００７８】
被処理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他の種類の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００７９】
Ｗ  基板（ウエハ）
Ｒ  凹部
４３  第１ノズル
４３  第２ノズル
４３Ａ  第１ノズル
４  制御装置
１９  記憶媒体（記憶部）
【図１】
0006301281.tif 000002
【図２】
0006301281.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006301281.tif 000006
【図６】
0006301281.tif 000007
【図７】
0006301281.tif 000008
【図８】
0006301281.tif 000009
【図９】
0006301281.tif 000010
【図１０】
0006301281.tif 000011
【図１１】
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