(57)【要約】【課題】ウォータマークが発生する原因となる反応を抑制し、ウォータマークの発生を防止することができる基板処理方法を提供する。【解決手段】ウエハＷに対する薬液処理工程の終了後、遮断板３が離間位置から近接位置に下降される。そして、窒素ガス流通路３５からウエハＷの表面に向けて窒素ガスが供給されるとともに、表面側リンスノズル３４からウエハＷの表面の中央に向けて酸性液が供給される。ウエハＷの表面上に供給された酸性液は、ウエハＷの回転による遠心力を受けて、ウエハＷの表面上を中央から周縁に向けて流れる。これにより、ウエハＷの表面の全域に酸性液が速やかに行き渡り、ウエハＷの表面に付着している薬液が酸性液により洗い流される。このリンス処理工程において、脱酸素処理された酸性液が用いられることにより、ウォータマークが発生する原因となる反応を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に薬液を供給して、前記基板の表面の少なくとも一部にシリコンを露出させる薬液処理工程と、
この薬液処理工程後に、前記基板の表面に不活性ガスを供給しつつ、前記基板の表面に脱酸素処理された酸性液を供給して、その酸性液により前記基板の表面から薬液を洗い流すリンス処理工程と、
このリンス処理工程後に、前記基板の表面に不活性ガスを供給しつつ、前記基板を回転させて、前記基板の表面を乾燥させる乾燥処理工程とを含むことを特徴とする、基板処理方法。
【請求項２】
前記脱酸素処理された酸性液は、不活性ガスが溶存する酸性液であることを特徴とする、請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記リンス処理工程は、前記基板とほぼ同じ平面サイズを有する遮断板を前記基板の表面に近接させて対向配置して、前記遮断板から前記基板の表面に向けて不活性ガスを供給し、前記遮断板と前記基板の表面との間を不活性ガス雰囲気としつつ、前記基板の表面に脱酸素処理された酸性液を供給する工程であることを特徴とする、請求項１または２記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記リンス処理工程と並行して、前記基板を回転させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記乾燥処理工程は、前記基板とほぼ同じ平面サイズを有する遮断板を前記基板の表面に近接させて対向配置して、前記遮断板から前記基板の表面に向けて不活性ガスを供給し、前記遮断板と前記基板の表面との間を不活性ガス雰囲気としつつ、前記基板を回転させる工程であることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シリコン半導体ウエハなどの基板を処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、シリコン半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の表面に薬液を供給する処理が行われる。この処理の後には、ウエハの表面に純水が供給されて、その純水で薬液を洗い流すためのリンス処理が行われる。また、リンス処理後のウエハの表面には純水が付着しているので、ウエハが高速回転されて、その純水を振り切って乾燥させるための乾燥処理が行われる。
【０００３】
リンス処理および乾燥処理時には、ウエハが水平面内で回転されつつ、そのウエハの表面（上面）に遮断板が近接して配置される。遮断板は、ウエハの表面に純水を供給するための純水ノズルと、ウエハの表面に向けて窒素ガスを供給するための窒素ガス供給路とを備えている。そして、リンス処理時には、純水ノズルからウエハの表面に純水が供給されつつ、窒素ガス供給路を通る窒素ガスがウエハに向けて供給され、遮断板とウエハの表面上に形成される純水の液膜との間が窒素ガス雰囲気とされる。また、乾燥処理時には、ウエハを高速回転させつつ、そのウエハの表面に向けて窒素ガスが供給され、遮断板とウエハの表面との間が窒素ガス雰囲気とされる。これにより、リンス処理時および乾燥処理時において、ウォータマークの発生の原因となる酸素を含む雰囲気が遮断板とウエハとの間に進入するのを阻止することができる。
【特許文献１】特開平１０−４１２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、遮断板とウエハとの間に窒素ガス雰囲気として、それらの間への酸素を含む雰囲気の進入を阻止しても、ウエハの表面上から酸素を完全に排除することができないため、その残存する酸素と純水とシリコンとの反応が生じ、乾燥処理後のウエハの表面にウォータマークを発生することがあった。
そこで、この発明の目的は、ウォータマークが発生する原因となる反応を抑制し、ウォータマークの発生を防止することができる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）の表面に薬液を供給して、前記基板の表面の少なくとも一部にシリコンを露出させる薬液処理工程（Ｓ１）と、この薬液処理工程後に、前記基板の表面に不活性ガスを供給しつつ、前記基板の表面に脱酸素処理された酸性液を供給して、その酸性液により前記基板の表面から薬液を洗い流すリンス処理工程（Ｓ２〜Ｓ５）と、このリンス処理工程後に、前記基板の表面に不活性ガスを供給しつつ、前記基板を回転させて、前記基板の表面を乾燥させる乾燥処理工程（Ｓ６，Ｓ７）とを含むことを特徴とする、基板処理方法である。
【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。
この方法によれば、薬液処理工程後のリンス処理工程では、基板の表面に脱酸素処理された酸性液が供給されて、その酸性液により、基板の表面に付着している薬液が洗い流される。
【０００７】
リンス処理工程時には、基板の表面において、式（１）〜（３）の化学反応が生じ得る。また、式（１）の化学反応は、式（１−Ａ）および式（１−Ｂ）の酸化還元反応により生じるものである。
Ｓｉ＋Ｏ２→ＳｉＯ２      ・・・（１）
２Ｈ２Ｏ＋Ｓｉ→ＳｉＯ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−      ・・・（１−Ａ）
Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−      ・・・（１−Ｂ）
ＳｉＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＳｉＯ３      ・・・（２）
Ｈ２ＳｉＯ３→２Ｈ＋＋ＳｉＯ３−      ・・・（３）
前記式（２）の化学反応により生成されるＨ２ＳｉＯ３は、乾燥処理後の基板の表面にウォータマークを形成する成分の１種と考えられている。
【０００８】
酸性液中には、多量のＨ＋が存在している。そのため、基板の表面から薬液を洗い流すために酸性液が用いられることにより、前記式（１−Ａ）の化学反応を抑制して、前記式（１）の化学反応を抑制することができる。また、酸性液が脱酸素処理されているので、前記式（１−Ｂ）の化学反応を抑制して、前記式（１）の化学反応をさらに抑制することができる。その結果、Ｈ２ＳｉＯ３を生じる前記式（２）の化学反応を抑制することができるので、ウォータマークの発生を防止することができる。
【０００９】
また、リンス処理工程時および乾燥処理工程時に、基板の表面に不活性ガスが供給されることにより、基板の表面上から酸素を含む雰囲気を排除して、基板の表面付近を不活性ガス雰囲気に置換することができる。これにより、前記式（１）の化学反応を抑制することができ、前記式（２）の化学反応を抑制することができるので、ウォータマークの発生をより効果的に防止することができる。
【００１０】
なお、請求項２に記載のように、前記脱酸素処理された酸性液は、不活性ガスが溶存する酸性液であってもよい。
請求項３記載の発明は、前記リンス処理工程は、前記基板とほぼ同じ平面サイズを有する遮断板（３）を前記基板の表面に近接させて対向配置して、前記遮断板から前記基板の表面に向けて不活性ガスを供給し、前記遮断板と前記基板の表面との間を不活性ガス雰囲気としつつ、前記基板の表面に脱酸素処理された酸性液を供給する工程であることを特徴とする、請求項１または２記載の基板処理方法である。
【００１１】
この方法によれば、リンス処理工程時に、遮断板が基板の表面に近接配置されて、基板の表面上の空間が規制されるので、その空間（遮断板と基板の表面との間）に不活性ガスが供給されることにより、基板の表面付近を確実に不活性ガス雰囲気とすることができる。そのため、リンス処理工程時に、ウォータマークが発生する原因となる反応を一層抑制することができ、ウォータマークの発生を良好に防止することができる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、前記リンス処理工程と並行して、前記基板を回転させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理方法である。
この方法によれば、基板の表面に供給される酸性液を、基板の回転による遠心力で、基板の表面全域に速やかに行き渡らせることができる。そのため、基板の表面全域から薬液を良好に洗い流すことができ、基板の表面に対する良好なリンス処理を達成することができる。
【００１３】
請求項５記載の発明は、前記乾燥処理工程は、前記基板とほぼ同じ平面サイズを有する遮断板（３）を前記基板の表面に近接させて対向配置して、前記遮断板から前記基板の表面に向けて不活性ガスを供給し、前記遮断板と前記基板の表面との間を不活性ガス雰囲気としつつ、前記基板を回転させる工程であることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理方法である。
【００１４】
この方法によれば、乾燥処理工程時に、遮断板が基板の表面に近接配置されて、基板の表面上の空間が規制されるので、その空間（遮断板と基板の表面との間）に不活性ガスが供給されることにより、基板の表面付近を確実に不活性ガス雰囲気とすることができる。そのため、乾燥処理工程時に、ウォータマークが発生する原因となる反応を一層抑制することができ、ウォータマークの発生を良好に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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および図２は、この発明の一実施形態に係る基板処理方法を実施するための装置の構成を示す図解的な断面図である。
図１および図２に示す装置は、ウエハＷを１枚ずつ処理する枚葉式の装置であり、ウエハＷをほぼ水平に保持するスピンチャック１と、スピンチャック１に保持されたウエハＷの表面（上面）に薬液を供給するための薬液ノズル２と、スピンチャック１に保持されたウエハＷの表面付近の雰囲気を制御するための遮断板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から回転力が入力される回転軸１２の上端に固定されている。この回転軸１２は、中空軸となっていて、回転軸１２の内部には、裏面側酸性液バルブ１３を介して脱酸素処理された酸性液が供給される裏面酸性液供給管１４が挿通されている。
ここで、酸性液としては、ｐＨ３以上７未満の塩酸、硝酸、炭酸水などを例示することができる。塩酸および硝酸は、それらに不活性ガス（窒素ガス）を多量に供給することにより脱酸素処理することができ、この場合、塩酸および硝酸に不活性ガスが溶存する。また、炭酸水は、純水に不活性ガス（窒素ガス）を多量に供給して、純水から酸素を除去した後、その酸素が除去された純水に炭酸ガスを溶け込ませることにより生成される。
【００１７】
裏面酸性液供給管１４は、スピンチャック１に保持されたウエハＷに近接する位置まで延びており、その先端には、ウエハＷの裏面（下面）の中央に向けて酸性液を吐出する裏面側リンスノズル１５が形成されている。
スピンチャック１によってウエハＷを保持した状態で、チャック回転駆動機構１１から回転軸１２に回転力が入力されると、その回転力によってスピンチャック１が鉛直軸線まわりに回転され、そのスピンチャック１とともに、ウエハＷがほぼ水平な姿勢を保った状態で鉛直軸線まわりに回転される。
【００１８】
薬液ノズル２は、スピンチャック１の上方でほぼ水平に延びるアーム２１の先端に取り付けられている。この薬液ノズル２には、薬液バルブ２２を介して薬液が供給されるようになっている。
薬液ノズル２に供給される薬液は、ウエハＷに対する処理の内容に応じて決定される。ウエハＷに対する処理は、ウエハＷの表面の少なくとも一部にシリコンが露出するような処理であり、たとえば、ウエハＷの表面から薬液によりシリコン窒化膜を除去する処理や、ウエハＷの表面から薬液によりシリコン酸化膜を除去する処理が例示される。シリコン酸化膜を除去する処理が行われる場合、薬液として、たとえば、そのシリコン酸化膜を溶解可能なフッ酸が用いられる。また、シリコン窒化膜を除去する処理が行われる場合、薬液として、たとえば、そのシリコン窒化膜を溶解可能なリン酸が用いられる。
【００１９】
アーム２１は、スピンチャック１の側方でほぼ鉛直に延びたアーム支持軸２３に支持されている。また、アーム支持軸２３には、アーム駆動機構２４が結合されており、このアーム駆動機構２４の駆動力によって、アーム支持軸２３を所定角度範囲内で回動させて、アーム２１を所定角度範囲内で揺動させることができるようになっている。
薬液ノズル２からウエハＷの表面に薬液が供給されつつ、アーム駆動機構２４からアーム支持軸２３に駆動力が入力されて、アーム２１が所定角度範囲内で揺動されることにより、ウエハＷの表面上における薬液の供給位置がスキャン（移動）される。
【００２０】
遮断板３は、ウエハＷとほぼ同じ径またはそれ以上の径を有する円板状に形成され、スピンチャック１の上方でほぼ水平に配置されている。この遮断板３の上面には、スピンチャック１の回転軸１２と共通の軸線に沿う回転軸３１が固定されている。回転軸３１は中空に形成されていて、その内部には、表面酸性液供給管３２が挿通されている。
表面酸性液供給管３２には、たとえば、裏面酸性液供給管１４に供給される酸性液と共通の酸性液供給源から、表面側酸性液バルブ３３を介して、脱酸素処理された酸性液が供給される。この表面酸性液供給管３２は、遮断板３の下面まで延びており、その先端には、ウエハＷの表面の中央に向けて酸性液を吐出する表面側リンスノズル３４が形成されている。
【００２１】
また、回転軸３１の内壁面と表面酸性液供給管３２との間は、不活性ガスとしての窒素ガスが流通する窒素ガス流通路３５を形成している。この窒素ガス流通路３５には、窒素ガスバルブ３６を介して窒素ガスが供給されるようになっている。
回転軸３１は、ほぼ水平に延びて設けられたアーム３７の先端付近から垂下した状態に取り付けられている。そして、このアーム３７には、スピンチャック１の上方に大きく離間した離間位置（図１参照）と、遮断板３をスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面に近接する近接位置（図２参照）との間で昇降させるための遮断板昇降駆動機構３８が結合されている。
【００２２】
図３は、図１および図２に示す装置において行われる処理について説明するための工程図である。
図示しない搬送ロボットにより、ウエハＷがスピンチャック１に受け渡されると、まず、薬液処理工程が行われる（ステップＳ１）。この薬液処理工程では、スピンチャック１に保持されたウエハＷが所定の回転速度で回転されつつ、薬液ノズル２からウエハＷの表面に薬液が供給される。このとき、薬液ノズル２がウエハＷの回転中心上と周縁部上との間で往復移動するように、アーム２１がウエハＷの上方で揺動される。これにより、ウエハＷの表面上における薬液の供給位置がウエハＷの回転中心からウエハＷの周縁部に至る範囲内を円弧状の軌跡を描きつつ往復移動し、ウエハＷの表面の全域に薬液がむらなく供給される。
【００２３】
薬液処理工程が終了すると、次に、リンス処理工程が行われる。このリンス処理工程では、図２に示すように、薬液ノズル２がウエハＷの上方から外れた位置に退避された後、遮断板３が離間位置から近接位置に下降される（ステップＳ２）。そして、窒素ガスバルブ３６が開かれて、窒素ガス流通路３５からウエハＷの表面に向けて窒素ガスが供給される（ステップＳ３）。また、表面側酸性液バルブ３３が開かれて、表面側リンスノズル３４からウエハＷの表面の中央に向けて酸性液が供給される（ステップＳ４）。
【００２４】
薬液処理工程から引き続き、スピンチャック１によるウエハＷの回転が継続されており、ウエハＷの表面上に供給された酸性液は、ウエハＷの回転による遠心力を受けて、ウエハＷの表面上を中央から周縁に向けて流れる。これにより、ウエハＷの表面の全域に酸性液が速やかに行き渡り、ウエハＷの表面に付着している薬液が酸性液により洗い流されていく。このとき、窒素ガス流通路３５から窒素ガスが供給されていることにより、ウエハＷ（ウエハＷの表面上を流れる酸性液による液膜）と遮断板３との間を窒素ガス雰囲気に置換することができ、それらの間へのウエハＷの周囲の雰囲気（酸素が含まれる雰囲気）の進入を防止することができる。
【００２５】
また、リンス処理工程では、裏面側酸性液バルブ１３が開かれて、ウエハＷの表面に対する酸性液の供給と並行して、裏面側リンスノズル１５からウエハＷの裏面の中央に酸性液が供給される。裏面側リンスノズル１５からウエハＷの裏面に供給される酸性液は、ウエハＷの回転による遠心力を受けて、ウエハＷの裏面を伝って、その中央から周縁に向けて拡がる。これにより、ウエハＷの裏面の全域に酸性液が行き渡り、ウエハＷの裏面が酸性液によりリンスされる。
【００２６】
表面側リンスノズル３４および裏面側リンスノズル１５からの酸性液の供給が一定時間にわたって続けられると、表面側酸性液バルブ３３および裏面側酸性液バルブ１３が閉じられて、その酸性液の供給が停止される（ステップＳ５）。
その後は、ウエハＷを乾燥させる乾燥処理工程が行われる。この乾燥処理工程では、遮断板３の窒素ガス流通路３５からの窒素ガスの供給が続けられたまま、スピンチャック１によるウエハＷの回転速度がリンス処理工程時よりも上昇（たとえば、３０００ｒｐｍまで上昇）される（ステップＳ６）。これにより、ウエハＷに付着している酸性液がウエハＷの高速回転による強い遠心力で振り切られ、ウエハＷが乾燥される。このとき、窒素ガス流通路３５からの窒素ガスの供給が続けられていることにより、ウエハＷと遮断板３との間に窒素ガスが充満し、それらの間へのウエハＷの周囲の雰囲気（酸素が含まれる雰囲気）の進入を防止することができる。
【００２７】
ウエハＷの回転速度が上昇されてから一定時間が経過すると、窒素ガスバルブ３６が閉じられて、窒素ガス流通路３５からの窒素ガスの供給が停止される（ステップＳ７）。その後、スピンチャック１によるウエハＷの回転が停止され（ステップＳ８）、遮断板３が近接位置から離間位置に上昇される（ステップＳ９）。そして、図示しない搬送ロボットによって、処理済みのウエハＷがスピンチャック１から搬出されていく。
【００２８】
以上のように、薬液処理工程後のリンス処理工程では、ウエハＷの表面および裏面に脱酸素処理された酸性液が供給されて、その酸性液により、ウエハＷの表面に付着している薬液が洗い流される。
酸性液中には、多量のＨ＋が存在している。そのため、基板の表面から薬液を洗い流すために酸性液が用いられることにより、前記式（１−Ａ）の化学反応を抑制して、前記式（１）の化学反応を抑制することができる。また、酸性液が脱酸素処理されているので、前記式（１）の化学反応をさらに抑制することができる。その結果、Ｈ２ＳｉＯ３を生じる前記式（２）の化学反応を抑制することができるので、ウォータマークの発生を防止することができる。
【００２９】
また、リンス処理工程時および乾燥処理工程時に、ウエハＷの表面に窒素ガスが供給されることにより、ウエハＷの表面上から酸素を含む雰囲気を排除して、ウエハＷの表面付近を窒素ガス雰囲気に置換することができる。これにより、前記式（１）の化学反応を抑制することができ、前記式（２）の化学反応を抑制することができるので、ウォータマークの発生をより効果的に防止することができる。
【００３０】
しかも、リンス処理工程時および乾燥処理工程時には、遮断板３がウエハＷの表面に近接配置されて、ウエハＷの表面上の空間が規制されるので、その空間に窒素ガスが供給されることにより、ウエハＷの表面付近を確実に窒素ガス雰囲気とすることができる。そのため、リンス処理工程時および乾燥処理工程時に、ウォータマークが発生する原因となる反応を一層抑制することができ、ウォータマークの発生を良好に防止することができる。
【００３１】
図４は、ウエハＷの表面から薬液を洗い流すためのリンス液のｐＨおよび脱酸素処理の有無と乾燥処理後のウエハＷの表面におけるウォータマークが発生した領域の総面積との関係を示すグラフである。
このグラフには、脱酸素処理されたｐＨ３の塩酸、脱酸素処理されていないｐＨ３の塩酸、脱酸素処理されたｐＨ４の塩酸、脱酸素処理されていないｐＨ４の塩酸、脱酸素処理されたｐＨ５の塩酸、脱酸素処理されていないｐＨ５の塩酸、脱酸素処理されたｐＨ６の塩酸、脱酸素処理されていないｐＨ６の塩酸、脱酸素処理されたｐＨ７の純水、脱酸素処理されていないｐＨ７の純水、脱酸素処理されたｐＨ９の水酸化アンモニウム水溶液および脱酸素処理されていない水酸化アンモニウム水溶液をそれぞれリンス液として用いて、薬液処理後のウエハＷにリンス処理を行った場合に、乾燥処理後のウエハＷの表面におけるウォータマークが発生した領域の総面積を計測した結果が示されている。
【００３２】
この結果から、脱酸素処理されていないｐＨ３、ｐＨ４、ｐＨ５およびｐＨ６の塩酸をリンス液として用いた場合、ｐＨ７の純水またはｐＨ９の水酸化アンモニウム水溶液をリンス液として用いた場合と比較して、ウォータマークの発生が抑制されていることが判る。また、脱酸素処理されたｐＨ３、ｐＨ４、ｐＨ５およびｐＨ６の塩酸がリンス液として用いられた場合には、乾燥処理後のウエハＷの表面にウォータマークを発生しないことが判る。
【００３３】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上述の実施形態では、ウエハＷに対する薬液処理に酸性の薬液が用いられる場合を想定して説明したが、ウエハＷに対してアルカリ性の薬液（たとえば、アンモニア）を用いた処理が行われてもよい。この場合、薬液処理後、ウエハＷに純水を供給して、ウエハＷに付着しているアルカリ性の薬液を洗い流した後、上述の実施形態の場合と同様なリンス処理工程および乾燥処理工程が行われることが好ましい。こうすることにより、アルカリ性の薬液とリンス処理工程で用いられる酸性液との混触を防止することができる。
【００３４】
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】
【００３５】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板処理方法を実施するための装置の構成を示す図解的な断面図であり、遮断板が離間位置に配置された状態を示している。
【図２】図１に示す装置の図解的な断面図であり、遮断板が近接位置に配置された状態を示している。
【図３】図１および図２に示す装置において行われる処理について説明するための工程図である。
【図４】ウエハの表面から薬液を洗い流すためのリンス液のｐＨおよび脱酸素処理の有無と乾燥処理後のウエハの表面におけるウォータマークが発生した領域の総面積との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
３      遮断板
Ｗ      ウエハ
【図１】
2007158121.tif 000003
【図２】
2007158121.tif 000004
【図３】
2007158121.tif 000005
【図４】
2007158121.tif 000006