JP2007165366A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膜の種類に適した処理方法を迅速に判断してエッチング、洗浄等の処理を行える基板処理方法および基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置は、基板の上面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種を登録できかつ基板の下面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種を登録でき、また処理される前記基板の上面の少なくとも一層の被膜の処理液に対する接触角を登録できかつ処理される基板の下面の少なくとも一層の被膜の処理液に対する接触角を登録できる登録部１１と、前記登録部に登録された膜種及び接触角の情報に基づいて前記処理液供給機構及び前記基板回転機構の動作を制御する制御部１３とを備え、前記登録された被膜の処理液に対する接触角に基づいて処理を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスの製造工程において、基板、例えばウエハの表面に形成された膜のエッチング、洗浄等の処理を行う基板処理方法及び基板処理装置に関し、より詳細にはウエハのような基板の一方の面に形成された膜の外周部及び他方の面に形成された膜の全面のエッチング、洗浄等の処理を行う基板処理方法及び基板処理装置に関する。

半導体産業ではウエハの外周部をエッチングする工程が従来より存在しているが、その工程では、ウエハを回転させて外周部に処理液を供給することによってエッチングを行なっている。しかしながら、ウエハ上に積層されていて被エッチングされる膜（被エッチング膜）は多岐にわたるため、従来の方法では積層されている膜が変わるたびに、その膜にあった処理を試行錯誤で行う必要があった。また、ウエハ上に積層されている膜は、同じ膜種であってもその膜の処理液に対する接触角（又は膜に対する処理液の接触角とも言え、膜を構成する素材が親水性か或いは疎水性かに起因する）が必ずしも同じとは限らず、歩留まりよく、所望のエッチング形状を得ることは困難であった。

特開２００２−１１０６２６号公報 特開２００４−５５９２７号公報

本発明の目的は、ウエハ等の基板に形成される被処理膜の種類が多岐に亘る場合でも、その膜の種類に適した処理方法を迅速に判断して膜のエッチング、洗浄等の処理を行える基板処理方法及び基板処理装置を提供することである。
本発明の他の目的は、基板に形成されている被処理膜の種類及びその膜のエッチング液、洗浄液等の処理液に対する接触角（又は膜に対する処理液の接触角とも言える）を予め取得して登録しておき、その登録されている情報に基づいて処理液の種類、供給量、基板上への供給位置、基板の回転速度、処理時間等の少なくとも一つの項目を制御して処理する基板処理方法及び基板処理装置を提供することである。
本発明の別の目的は、基板の処理開始直前に基板に形成されている被処理膜のエッチング液、洗浄液等の処理液に対する接触角を測定し、膜の種類、膜に対して使用する処理液の種類及びその測定した接触角に関する情報に基づいて処理液種類、供給量、基板上への供給位置、基板の回転速度、処理時間等の少なくとも一つの項目を制御して処理する基板処理方法及び基板処理装置を提供することである。

本願の請求項１に記載の発明によれば、基板の下面に処理液を供給すると共に前記基板を回転させ、それによって前記処理液を前記基板の下面全面に拡散させると共に前記処理液を前記基板の上面周辺部に拡散させ、前記処理液により基板の下面の被膜全面及び上面の被膜の周辺部の処理を行う基板処理方法において、
基板の上面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種及び基板の下面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種を登録しておき、
処理される前記基板の上面の少なくとも一層の被膜の処理液に対する接触角及び処理される基板の下面の少なくとも一層の被膜の処理液に対する接触角を登録しておき、
前記登録された膜種に関する情報及び前記登録された接触角に関する情報基づいて前記処理液の供給量及び前記基板の回転速度を制御して処理を行うことを特徴とする基板処理方法が提供される。
上記基板処理方法において、前記上面及び下面の処理する被膜の処理液に対する接触角の情報に基づいて処理時間を制御してもよい。
また、上記基板処理方法において、前記基板の上面及び下面の少なくとも一方の面の処理する被膜の処理液に対する接触角を測定し、測定により得た最新の接触角情報を前記登録されている接触角情報に代えて使用して処理を行っても、或いは、前記基板の上面にガスを供給し、ガスにより前記基板の上面の被膜の処理を行ってもよい。
更に、上記基板処理方法において、前記処理液がエッチング液であり、前記基板の下面の被膜全面と上面の被膜周辺部とを同時にエッチング処理しても、或いは、前記基板の上面に送られる処理液がエッチング液であり、基板の下面に供給される処理液が洗浄液であり、前記上面のエッチング処理と前記下面の洗浄処理とを同時に行ってもよい。
更にまた、請求項１ないし８のいずれかに記載の基板処理方法において、前記基板の上面の外側の被膜の処理液に対する接触角と、前記外側の被膜に隣接する内側の被膜の処理液に対する接触角とを比較し、前記被膜の処理幅及び処理形状の少なくとも一方を制御する基板処理方法。
更にまた、上記基板処理方法において、基板上面の外周部の処理幅、処理後の段差形状、処理厚さ、基板下面の処理厚さの少なくとも一つを処理開始前に登録してもよい。

本願の請求項２に記載の発明によれば、基板の下面に処理液を供給しかつ前記基板の上面の周辺部に処理液を供給すると共に前記基板を回転させ、それによって前記処理液を前記基板の下面全面及び上面周辺部に拡散させ、前記処理液により基板の下面の被膜全面及び上面の被膜の周辺部の処理を行う基板処理方法において、
基板の上面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種及び基板の下面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種を登録しておき、
処理される前記基板の上面の少なくとも一層の被膜の処理液に対する接触角及び処理される基板の下面の少なくとも一層の被膜の処理液に対する接触角を登録しておき、
前記登録された膜種に関する情報及び前記登録された接触角に関する情報基づいて前記処理液の供給量及び前記基板の回転速度を制御して処理を行うことを特徴とする基板処理方法が提供される。
上記基板処理方法において、前記上面の周辺部に供給する処理液の基板の半径方向の供給位置を前記上面の処理する被膜の処理液に対する接触角の情報に基づいて制御してもよく、或いは、前記上面及び下面の処理する被膜の処理液に対する接触角の情報に基づいて処理時間を制御してもよい。
また、上記基板処理方法において、前記基板の上面及び下面の少なくとも一方の面の処理する被膜の処理液に対する接触角を測定し、測定により得た最新の接触角情報を前記登録されている接触角情報に代えて使用して処理を行なってもよく、或いは、前記基板の上面にガスを供給し、ガスにより前記基板の上面の被膜の処理を行ってもよい。
更に、上記基板処理方法において、前記処理液がエッチング液であり、前記基板の下面の被膜全面と上面の被膜周辺部とを同時にエッチング処理してもよく、或いは、前記基板の上面に送られる処理液がエッチング液であり、基板の下面に供給される処理液が洗浄液であり、前記上面のエッチング処理と前記下面の洗浄処理とを同時に行ってもよい。
更にまた、上記基板処理方法において、前記基板の上面の外側の被膜の処理液に対する接触角と、前記外側の被膜に隣接する内側の被膜の処理液に対する接触角とを比較し、前記被膜の処理幅及び処理形状の少なくとも一方を制御してもよく、或いは、基板上面の外周部の処理幅、処理後の段差形状、処理厚さ、基板下面の処理厚さの少なくとも一つを処理開始前に登録するようにしてもよい。

本願の請求項１１に記載のは発明によれば、基板の下面に処理液を供給しかつ前記基板の上面の周辺部に処理液を供給すると共に前記基板を回転させ、それによって前記処理液を前記基板の下面全面及び上面周辺部に拡散させ、前記処理液により基板の下面の被膜全面及び上面の被膜の周辺部の処理を行う基板処理方法において、
基板の上面の処理される被膜の膜種及び基板の下面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種を登録しておき、
前記基板の上面及び下面の少なくとも一方の面の処理する被膜の処理液に対する接触角を測定し、
前記登録された膜種の情報及び測定により得た接触角の情報に基づいて前記処理液の供給量及び前記基板の回転速度を制御して処理を行うことを特徴とする基板処理方法が提供される。

本願の請求項１２に記載の発明によれば、基板を保持し回転させる基板回転機構と、前記基板の下面に処理液を供給する下部処理液供給機構と、前記処理液供給機構により前記基板の下面に処理液を供給して前記基板の処理を行う基板処理装置において、
基板の上面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種を登録できかつ基板の下面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種を登録でき、また処理される前記基板の上面の少なくとも一層の被膜の処理液に対する接触角を登録できかつ処理される基板の下面の少なくとも一層の被膜の処理液に対する接触角を登録できる登録部と、
前記登録部に登録された膜種及び接触角の情報に基づいて前記処理液供給機構及び前記基板回転機構の動作を制御する制御部とを備え、
前記登録された被膜の処理液に対する接触角に基づいて処理を制御する基板処理装置が提供される。
上記基板処理装置において、前記基板の膜に対する処理液の接触角を測定する装置を更に備えても、或いは前記基板の上面の外周部に処理液を供給する上部処理液供給機構を有していても、更にまた、前記基板の表面にガスを供給するガス供給機構を更に備えていていてもよい。
また、上記基板処理装置において、前記処理液がエッチング液であり、前記基板の下面の全面と上面の周辺部とを同時にエッチング処理を行ってもよく、前記基板の上面に処理液供給機から送られる処理液がエッチング液であり、基板の下面に供給される処理液が洗浄液であり、前記上面のエッチング処理と前記下面の洗浄処理とを同時に行ってもよい。
更に、上記基板処理装置において、前記基板回転機構が、前記基板の周縁と周方向に隔てた複数の位置で係合して前記基板を回転させる複数の回転支持ローラを備えていても、或いは、前記基板回転機構が、前記基板の回転中心を中心として回転する支持部材と、前記支持部材の周縁部に回動可能に配置されていて前記基板の周縁と周方向に隔てた位置で係合して前記基板を保持する複数の保持部材からなる少なくとも２組の保持部材とを備えていてもよい。

（１）請求項１、２、１１及び１２に記載の本発明によれば、基板のエッチング或いは洗浄等の処理を効率良く確実に行うことができる。
（２）基板に積層された膜は多岐に渡り、また、その膜は同種であっても必ずしも同様の接触角を持つとは限らない。そこで、請求項１、２、及び１１に記載の発明によれば、そのような膜も一枚ごとに処理前に接触角を測定することができ、得られた結果から最適な制御を行うので結果として、処理された基板全てにおいて均一なエッチング形状を得ることができる。
（３）請求項１、２、９、１１及び１２に記載の本発明によれば、被エッチング膜とその下層に存在する膜との接触角を比較し、適した処理を行うので、正確なエッチング形状を得ることができる。
（４）請求項２及び３に記載の本発明によれば、被処理膜の接触角を基に上面の周辺部に供給する処理液の基板の半径方向に関する供給位置を制御できるので、周縁部の処理幅を正確に得ることができる。

以下図面を参照して本発明による基板処理方法及び基板処理装置の実施形態について説明する。
図１において本発明の基板処理装置の一実施形態が概略的に示されている。この実施形態の基板処理装置１は、ウエハ等の基板Wを所定の姿勢（本実施形態では水平の姿勢）を保って回転させる基板回転機構２と、基板Ｗの下面に処理液を供給する第１のすなわち下部処理液供給機構３とを備えている。基板処理装置１は、更に、基板の上面の周辺部に処理液を供給する第２のすなわち上部処理液供給機構４、基板Ｗの表面に形成された被膜の処理液に対する接触角（処理液の被膜に対する接触角とも言える）を測定できる接触角測定装置５及び基板Ｗの上面に処理ガスを供給するガス供給機構６の少なくとも一つを備えていてもよい。

基板回転機構２は、図１に示されるように、基板Ｗの回転中心Ｏ−Ｏ（この実施形態では鉛直軸線）を中心とする半径Ｒの円周上に円周方向に等間隔に配置されかつ自身の軸心を鉛直にして配置された複数（この実施形態では４個）の円筒状の軸受け部材２１と、各軸受け部材２１に公知の方法で回転可能に支持された回転軸２２と、各軸受け部材２１の上方で各回転軸２２の上端部に固定された回転支持ローラ２３と、各回転軸２２の下端に公知の方法で取り外し可能に取りつけられた（図１では簡略化のため直結した状態で示されている）駆動装置２４とを備えている。各回転支持ローラ２３には一対の対向する円錐面２３１及び２３２によって画定される先広がり（半径方向外側に向かって広がる）の環状の溝２３３が形成され、その溝内に基板Ｗの外周部を受けて基板を支持するとともに、自身の矢印Ｘ方向の回転により基板を矢印Ｙ方向に回転させる。駆動装置２４は、複数（この実施形態では４個）の回転軸が同じ速度で回転できるように、同期モータとすることができるが、単一のモータにより回転される歯車とその歯車とかみ合っていて各回転軸に固定された歯車とすることもできる。なお、複数の軸受け部材２１は図示しない公知の支持構造体により固定保持されているが、そのうちの少なくとも一つは、回転中心Ｏ−Ｏを中心として半径方向外側（半径Ｒの円より外側）に移動可能になっていて、回転支持ローラの環状溝２３３内への基板Ｗの配置或いは回転支持ローラの環状溝からの基板の取り出しができるようになっている。

第１のすなわち下部処理液供給機構３は、基板保持回転機構２の回転支持ローラ２１に基板Ｗが支持されている状態で、基板Ｗの下側になるようにして回転中心Ｏ−Ｏを中心として半径方向に伸長するように配置されたノズル部材３１を備えている。このノズル部材の上面には複数（この実施形態では７個）のノズル孔３２がノズル部材の軸方向（したがって回転中心Ｏ−Ｏから見て半径方向）に所定の間隔で形成されている。各ノズル孔３２は、ノズル部材の中心に形成されていて軸方向に伸びる通路３３に連通している。通路３３は導管３４及び流量制御弁３５を介して処理液の供給源３６に接続されている。この第１の処理液供給機構３は供給源３６から送られた処理液をノズル孔３２を介して基板の下面の複数箇所に噴射できるようになっている。ノズル部材３１は図示しない公知の方法により固定保持されている。処理液の供給源３６は、処理液としてエッチング液及び洗浄液を供給する必要がある場合は、基板の下面の被膜の膜種に合わせた少なくとも１種以上のエッチング液を収容する各エッチング液毎の収容タンクと、洗浄液毎の収容タンクと純水用の純水ラインとを備えており、必要に応じて所望の処理液を選択的に通路３３内に供給できるようになっている。

第２のすなわち上部処理液供給機構４は、図示しない公知の構造の機構により基板Ｗ上方においてその基板の半径方向に移動可能に配置されたキャリヤ４７に取りつけられたノズル部材４１を備えている。キャリア４７は、例えば基板の半径方向に伸びるねじ軸に螺合されていてそのねじ軸をステップモータ４８で回転することにより半径方向に移動可能になっていて、ノズル部材の半径方向の位置を精密に制御できるようになっている。ノズル部材４１に形成されたノズル孔は導管４４及び流量制御弁４５を介して処理液の供給源に４６に接続されている。この処理液の供給源も、処理液としてエッチング液及び洗浄液を供給する必要がある場合は、基板の上面の被膜の膜種に合わせた少なくとも１種以上のエッチング液を収容する各エッチング液毎の収容タンクと、洗浄液用の収容タンクと純水用の純水ラインとを備えており、必要に応じて所望の処理液を選択的にノズル孔内に供給できるようになっている。

接触角測定装置５は、基板の上面における被膜の処理液に対する接触角を測定する部分５ａと基板の下面における被膜の処理液に対する接触角を測定する部分５ｂとで構成されている。部分５ａ及び５ｂは同じ構造で、公知の構造のものを使用するので、部分５ａの構造及び機能について簡単に説明する。部分５ａは基板Ｗの被膜表面上に所望の大きさの処理液の液滴ｄを付ける液滴ノズル５１と、基板Ｗの回転中心Ｏ−Ｏを中心にして直径方向に対峙して配置された投光器５２及び受光器５３とを備えている。この接触角測定装置の部分５ａは、図２に示されるように基板Ｗの表面（この場合上面）の被膜ｍ上に滴下された液滴ｄに投光器５２から光を当て、その影を受光器５３に形成して、被膜ｍの上面と液滴の表面との交点Ｐにおいて液滴ｄに引いた接線と被膜表面とのなす角（以下接触角と呼ぶ）θを計測するものである。そして接触角θが図２（Ａ）に示されるように小さいと液滴ｄは被膜上で扁平に成り易く、液は被膜上で広がり易い（被膜が親水性を有する）。一方接触角が図２（Ｂ）に示されるように大きいと液的は被膜上で球状の状態を保ち易く、液は被膜上で広がりにくい（被膜が疎水性を有する）。本発明では被膜の処理液に対する接触角を予め測定してその情報に基づいて処理を制御するものである。
なお、基板の上面及び下面の被膜表面に液滴ｄを付着させるには、液滴ノズル５１の基板側先端に、図３に示されるように処理液の球状（正確には完全な球ではなく球の一部の形状）部分Ｌｂをつくり、供給ノズルを基板側に（上側の液滴ノズルは下側にかつ下側の液滴ノズルは上側に）に移動させてその部分球状の処理液を基板の表面に接触させて液滴ｄを基板の表面に付着させる。この場合、液滴ｄの大きさは、測定する接触角に液滴の自重の影響がでないようなものにする。

ガス供給機構６は、基板Ｗの上に基板から所定距離隔てて配置された円形のカバー板６１を備えている。このカバー板６１は図示しない公知の方法で固定保持され、その中心にはガス供給孔６２設けられている。このガス供給孔６２は供給管６４及び制御弁６５を介して処理ガスのガス供給源６６に接続されていて、処理ガスを基板Ｗの回転中心Ｏ−Ｏの近くで上面に供給できるようになっている。この作用板６１は基板の上面の処理すべき周辺領域を除いた区域を被うように配置されている。

基板処理装置１は更に制御装置１０も備えている。制御装置１０は登録部１１と、情報格納及び演算部１２と制御部１３とを備えている。登録部１１では基板に施される全ての被膜の膜種（基板に複数層の被膜が形成される場合には、その複数層の被膜の膜種）に関するデータ、各膜に対して使用される処理液、例えばエッチング液及び洗浄液のその膜に対する接触角に関するデータが登録され、情報格納及び演算部１２に格納、蓄積されるようになっている。この場合、処理液の接触角は上記接触角測定装置を使用して測定してもよいし、各膜種及びそれに使用される処理液について別個の接触角測定装置で予め測定してもよい。登録部には、更に、基板Ｗの下面の処理に必要な被膜の処理（エッチング）厚さ、洗浄方法に関する情報も登録される。また、基板の上面の処理に必要な処理（エッチング）幅、処理（エッチング）形状、処理（エッチング）厚さに関する情報も登録されるようになっている。例えば、登録部で所望のエッチング幅が登録された際、演算部では、被エッチング膜の接触角に適切なエッチング液の流量とウエハ外周部のエッチングノズル位置及び適切なウエハの回転速度を求め、基板処理部に伝える。
なお、図示されていないが、基板処理装置の基板が配置されている領域は処理液が外部に飛散しないように隔壁等によって隔てられている。

次に、上記基板処理装置を使用した処理方法について説明する。なお、この処理方法は、上記基板処理装置を使用して基板Ｗの上面の周辺部（リング状の部分）のエッチング処理と、基板の下面全体のエッチング処理を行う場合である。これらの処理を行うに先立って、基板Ｗに施される全ての被膜（被膜が複数層形成される場合はその複数層の被膜）の種類、それらの被膜の使用される処理液（例えば、エッチング液及び純水等の洗浄液）に対する接触角を予め測定しておき、その測定結果を登録部に格納しておく。
また、登録部１１には、被膜に対する処理液のエッチングレートが処理液の温度と濃度に依存するので、処理液の濃度、処理温度等の情報も登録しておく。
更にまた、基板上面の外周部のエッチング後の形状、すなわちエッチングされる幅とエッチング後の段差形状とエッチングされる層の厚さ、基板下面のエッチングされる量すなわちエッチングされる厚さをエッチング前に登録しておく。
なお基板には、図４に示されるように、下面に２層の種類の異なる被膜ｍ１、ｍ３が形成され、上面に２層の種類の異なる被膜ｍ２、ｍ４が形成されているものとして以下では説明する。したがって、登録部に登録される膜種は４種類であり、処理液は４種類の膜種に対するエッチング液の種類及び洗浄液の種類である。また接触角についても、４種類の被膜の処理液に対する接触角を測定しておくことになる。

このような状態の下で、基板の下面のエッチング処理される被膜（通常そのときの最外側の被膜）ｍ３の膜種及びその被膜に対して使用される処理液すなわちエッチング液を図示しない操作ボードを介して制御装置に指示し、また基板の上面のエッチング処理される被膜（通常そとのきの最外側の被膜）ｍ４の膜種及びその被膜に対して使用される処理液すなわちエッチング液も同様に指示する。更に、基板の上面の被膜の外周部のエッチング幅の値、上面の被膜の直ぐ下側の被膜ｍ２の種類、及び被膜ｍ４のエッチングされずに残った外周部の形状を指示する。このような指示に基づいて制御装置の格納及び演算部１２では下部処理液供給機構３のノズル孔３２から基板Ｗの下面に吹き付けるエッチング液の流量、上部処理液供給機構４のノズル部材４１から基板Ｗの上面に流すエッチング液の流量、基板の回転速度、処理時間等を決定する。それに基づいて、制御部から基板回転機構２の駆動装置２４に、下部処理液供給機構３の供給源３６及び流量制御弁３５に、上部処理液供給機構４の供給源４６及び流量制御弁４５に信号が送られてエッチング液の種類、流量が決められ、更に、基板が決められた速度で回転され、所定の流量のエッチング液が基板の下面及び上面に送られてエッチング処理が行われる。
上部処理液供給機構４により基板の上面外周部にエッチング液を供給する場合には、更に、ノズル部材４１の半径方向位置（被膜ｍ４に対してエッチング液を流す位置）が決定され、その決定に基づいて、ステップモータ４８に信号が送られてノズル部材４１の半径方向位置決めされる。
基板の上面のエッチング処理が外周部のみである場合、その幅（リング状のエッチング部の幅）が小さいときは、下側に吹き付けた処理液が上面の周辺部に回り込む可能性があるため、上部処理液供給機構により処理液を供給する必要がない場合があるが、幅が広くて処理液が必要な領域全体に回り込むことが困難な場合、或いは下面の処理と上面の処理が異なるため使用する処理液が異なる場合（例えば、下面は洗浄処理を行い上面はエッチング処理を行う場合）には上部処理液供給機構により下部処理液供給機構とは別個に処理液を供給する必要がある。

接触角測定装置５により、被膜ｍ３及びｍ４に対するエッチング液の接触角をエッチング処理開始前に測定することもできる。このような測定を必要とするのは、被膜の処理液に対する接触角が、被膜の種類及び処理液の種類が同じでも時間の経過（被膜が形成されてからの経過時間）により変わるため、最新の測定値を用いて処理動作を制御するためである。この場合、測定結果は制御装置の格納及び演算部１２内に送られ、そこで登録済みの値に代えて使用されて前記のようなエッチング液の流量、ノズル部材４１の半径方向位置（被膜ｍ４に対してエッチング液を流す位置）、基板の回転速度、処理時間等を決定する。
接触角測定装置によりエッチング処理を行おうとする被膜に対するエッチング液の接触角の最新情報を得た場合には、その最新情報を登録部に予め登録されている情報に代えて使用し、エッチング処理の最適化を図る。
なお、登録部に基板に形成されている被膜に対する接触角に関する情報が予め登録されていない場合には、上記の測定した値を使用することによってエッチング液の流量、ノズル部材４１の半径方向位置（被膜ｍ４に対してエッチング液を流す位置）、基板の回転速度、処理時間等を決定することもできる。

上記により決定された所定時間のエッチング処理を行う際に、基板の上面には、ガス供給源６６から弁６５、導管６４を介してカバー板に形成された通路６２からガスが基板Ｗの上面に供給され、ガスがカバー板６１と基板Ｗとの間の隙間を半径方向外側に流れる。ガスの流れにより基板表面は清浄に保たれ、またエッチング液から揮発するガスが基板の中心方向に移動することを防止する。エッチング処理が完了したとき、下部処理液供給機構及び上部処理液供給機構によるエッチング液の供給は停止し、その後図には示さないウエハ乾燥機構によりウエハは乾燥され、基板のエッチング処理は終了する。エッチング液の代わりに洗浄液で処理すれば基板の洗浄処理が行われる。

処理しようとする被膜ｍ４の処理液に対する接触角が図２（Ａ）に示されるように小さいときは処理液は被膜上で広がろうとするので、図４（Ｂ）に示されるように処理を行う範囲内で基板の外周部に付着させた場合でも、処理液は基板の回転中心Ｏ−Ｏ側すなわち半径方向内側に広がろうとする。したがって、基板の回転速度を大きくして処理液に作用する遠心力を大きくさせ、半径方向内側に処理液が広がるのを抑制する。またノズル部材４１の位置も境界線ＢＬより半径方向外側に離れた位置にする。
一方処理しようとする被膜ｍ４の処理液に対する接触角が図２（Ｂ）に示されるように大きいときは処理液は被膜上で広がりにくい（移動しにくい）ので、図４（Ａ）に示されるように処理を行う範囲内で基板の外周部に付着させた場合でも半径方向内側に広がろうとしにくい。したがって、基板の回転速度を小さくして処理液に作用する遠心力を小さくしてもよい。また、ノズル部材４１の位置も前記の場合より境界線ＢＬ側に近づけることができる。
したがって、上記のエッチング処理の場合には処理される被膜の膜種、その被膜に対して使用するエッチング液の種類、被膜に対するエッチング液の接触角、エッチング液の濃度、処理温度等に基づいて上部処理液供給機構の液滴ノズルの位置、基板の回転速度、供給量、処理時間が決定されてエッチング処理が行われる。

エッチング液を使用して外側の被膜ｍ４の周縁部のエッチング処理を行うと、外側の被膜ｍ４は基板の外周でリング状に除去されることになる。しかしながら、被膜ｍ４が完全に除去されるわけではなく、被膜ｍ４が除去されたリング状の部分においては、被膜ｍ２の表面に被膜ｍ４が部分的に残っている場合がある。このため、残留している被膜ｍ４を除去するため、エッチング処理時間を所定時間より長くする場合がある。この場合、エッチング液の滴下位置に続けてエッチング液を滴下することになるが、被膜ｍ２の大部分は露出しているため、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、被膜ｍ４の外周縁の部分にエッチング液を滴下した場合、エッチング液は被膜ｍ４に接すると共に被膜ｍ４が除去されて露出した被膜２の表面にも接触することになる。このようにエッチング液が質の異なる被膜に接する場合には、そのエッチング液の異なる被膜に対する接触角が異なるため、その接触角の相違を考慮する必要がある。
更に、基板の上面の外周部のエッチング処理ではエッチング範囲の内周の境界線ＢＬ部分の処理形状すなわちエッチング形状が問題となる。すなわち、図５において、基板Wの上に積層された被膜ｍ４及びｍ２の処理液すなわちエッチング液に対する接触角を比べ、被膜ｍ２に対する接触角の方が被膜ｍ４に対する接触角より大きい場合、基板が回転している状態で被膜ｍ４と被膜ｍ２の境界上にエッチング液が存在すると、液体には接触角が小さい方向に移動する力と基板が回転しているために働く基板外周方向への遠心力が作用することとなる。ここでエッチング液Ｌの接触角の差から表せる力と遠心力を比べて遠心力の方が小さい場合、液体は基板中心方向に移動しやすくなり、制御を行なわないと、実際のエッチング幅が所望のエッチング幅より大きくなり、また段差形状も、図５（Ａ）に示されるように、なだらかとなる。そこで本発明では、被エッチング膜である被膜ｍ４に対するエッチング液Ｌの接触角が下層エッチング膜である被膜ｍ２に対するエッチング液の接触角よりも小さい場合、ウエハの回転速度を大きくする。その場合、結果は図５（Ｂ）に示すように、所望のエッチング幅が得られまた、段差形状が急峻となる。

また、被エッチング膜である被膜に対するエッチング液の接触角が大きい場合、供給された液は基板上で球になり易く、積層された膜上に均一に広がらない場合がある。その状態で所望の膜の厚さをエッチングするのに必要なエッチングレートで処理を行なうと、部分的にエッチングが行なわれない部分ができることがある。このような部分が残らないように、被エッチング膜の接触角が大きい場合は理論上必要な処理時間より長めの処理時間をもって処理を行なう。
図２から明らかなように、大きい接触角を示す被膜と小さい接触角を示す被膜に同量の水滴をたらした場合、小さい接触角を示す被膜の上にできた水滴の径の方が大きい接触角を示す被膜の上にできたそれよりも大きい。ここから分かるように、基板の外周部に対するノズル部材の位置は被エッチング膜の接触角により位置を移動しなければ所望のエッチング幅を得ることは難しい。すなわち基板外周部におけるノズル部材の位置は、接触角が大きい基板ではより基板中心方向に、接触角が小さい基板ではより基板外周方向に移動することとなる。
また、同一処理液に対する膜の接触角が小さいと膜上で液体は大きく広がる。必要以上に液体を広がらせない方法として、本発明では処理液の流量を変化させることで液体の広がりを制御する。

ウエハのような基板の上面と下面では被膜の種類は必ずしも同じではない。基板上面の被膜と下面の被膜のエッチング又は洗浄を同時に終了させるためには、それぞれ被膜に対する処理液のエッチングレート（或いはエッチング速度）をもとにする必要がある。また、被膜に対する処理液のエッチングレートは処理液の温度と濃度に依存するが、基板処理前に膜の情報を登録すれば最短の時間で基板の処理を行なうことができる。
基板外周部の処理すなわちエッチング後の形状、すなわちエッチングされる幅とエッチング後の段差形状とエッチングされる層の厚さをエッチング前に登録でき、基板の下面のエッチングされる量すなわちエッチングされる厚さをエッチング前に登録できる。
また、基板を処理する前に基板上面及び下面、又は上面のみ、又は下面のみの接触角を測定し、その基板処理に反映させることができる。

基板を処理する前に処理する基板上面の単一又は複数層の処理薬液又は水に対するそれぞれの接触角、処理する基板下面の単一又は複数層の処理薬液又は水に対する接触角を装置に登録でき、その値を請求項8〜12に示した方法で基板処理に反映することができる。
接触角測定機構により測定された値に基づいて、装置演算部で計算を行ない、それを元にして基板処理に反映できる値は基板の回転速度、処理薬液の流量、処理薬液の濃度、基板外周部におけるノズル部材の位置、処理時間、処理薬液の温度、処理ガスの流量等である。
また、登録された値から、情報格納及び演算部１２で計算を行ない、登録したエッチング形状、エッチング幅、エッチング厚さを得ることができる。
更に、本基板処理装置では、基板の回転速度、処理薬液の流量、処理薬液の濃度、基板外周部におけるノズル材料の位置、処理時間、処理薬液の温度、処理ガスの流量等のうちすくなくとも一つを任意の値に予め設定することもでき、その場合は、その他のエッチングに必要な値を装置演算部から得ることができる。

図６において、基板回転機構及び下部処理液要求機構の変形例が示されている。その他の構成は前記実施形態と同じとすることができるので、それらについての説明は省略する。この変形例の基板回転機構２ａは、軸受け部２１ａにより公知の方法で鉛直状態で回転可能に支持された中空の回転軸２２ａと、回転軸の一端部（図６において上端）に取りつけられた支持部材２３ａと、支持部材２３ａの外周部に配置された２組の保持部材２５ａ及び２６ａとを備えている。支持部材２３ａは円板状とすることができるが、保持部材の数に対応した半径方向に伸びる（回転軸２２ａの回転軸を中心として）そのフレーム部材とすることができる。この実施形態では円板状とし、外周部に複数（この実施形態では６個）の切欠きを円周方向に等間隔に形成し、その切欠き内には、保持部材２５ａ及び２６ａがそれぞれ一つづつ交互に配置され、それぞれ支持部材の上面に関して略直角に伸びている。保持部材２５ａ及び２６ａはそれぞれ回動自在に取りつけられていて、ばね等により先端（図６で上端）が基板Ｗの外周縁と接する方向に偏倚されている。各保持部材２５ａ及び２６ａは図示しないアクチュエータ、例えば流体シリンダ、電磁ソレノイド等により、先端が基板の外周から離れる方向に選択的に偏倚できるようになっている。回転軸２２ａは図示しない電動モータ及びプーリ等の公知の駆動手段により回転されるようになっている。
この基板回転機構は、図７に示されるように、基板の外周縁を３つの保持部材２５ａ及び３つの保持部材２６ａにより時間をずらして保持する（図７では保持部材２５ａで保持している状態を図示）ことにより、エッチング或いは洗浄等の処理動作中に処理液が保持されている部分に行きわたらずに処理できなくなるのを防止するようになっている。

下部処理液供給機構３ａは、中空軸の中を伸びる供給管３１ａと、回転軸の先端（図 において上端）から突出した供給管３１ａの先端に取りつけられていて基板回転機構の支持部材２２ａと基板回転機構により保持される基板Ｗとの間で半径方向に伸びるノズル部材３２ａとを備えている。ノズル部材３２ａの外周には基板側の面に複数のノズル孔がノズル部材の伸長方向に等間隔に隔てて形成されている。各ノズル孔はノズル部材の中心に形成されていて軸方向に伸びる通路及びその通路と連通する供給管３１ａの供給通路を介して、かつ前記実施例と同様に図示しない流量制御弁を介して処理液の供給源に接続されるようになっている。
この実施形態の処理動作は、基板を支持し回転させる構造が前記実施例と異なるだけでその他の点では共通するので説明は省略する。
なお、上記基板回転機構２ａによる場合は、基板を水平状態で回転させる場合に限らず鉛直状態にして（したがって基板の回転軸線が水平の状態）回転させることも可能となる。したがって、基板の処理も鉛直状態で回転させて行うことも可能となる。

半導体デバイスを製造するウエハ等の基板のエッチング、洗浄等の処理に適用できる。

本発明による基板処理装置の一実施形態の概略斜視図である。 基板表面の被膜の処理液に対する接触角を示す図であって、（Ａ）は接触角が小さい場合を示し、（Ｂ）は接触角が大きい場合を示す図である。 接触角測定装置の滴下ノズルと基板の関係を示す図である。 基板の上面のエッチング処理領域を示す拡大断面図であって、（Ａ）は接触角が大きい被膜を有する場合、（Ｂ）は接触角が小さい被膜を有する場合を示す図である。 基板の上部のエッチング形状を説明する図である。 本発明の基板処理装置の基板回転機構及び下部処理液供給機構の変形例を示す図である。 図６の上面図である。 本発明の基板処理方法を実施する場合の情報及び指示の流れを示す図である。

符号の説明

１ 基板処理装置 ２、２ａ 基板回転機構
３、３ａ 下部処理液供給機構 ４ 上部処理液供給機構
５ 接触角測定装置 ６ ガス供給機構
１０ 制御装置 １１ 登録部
１２ 情報格納及び演算部 １３ 制御部
２１、２１ａ 軸受け部 ２２、２２ａ 回転軸
２３ 回転支持ローラ ２３ａ 支持部材
２５ａ、２６ａ 保持部材

Claims (19)

1. 基板の下面に処理液を供給すると共に前記基板を回転させ、それによって前記処理液を前記基板の下面全面に拡散させると共に前記処理液を前記基板の上面周辺部に拡散させ、前記処理液により基板の下面の被膜全面及び上面の被膜の周辺部の処理を行う基板処理方法において、
   基板の上面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種及び基板の下面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種を登録しておき、
   処理される前記基板の上面の少なくとも一層の被膜の処理液に対する接触角及び処理される基板の下面の少なくとも一層の被膜の処理液に対する接触角を登録しておき、
   前記登録された膜種に関する情報及び前記登録された接触角に関する情報基づいて前記処理液の供給量及び前記基板の回転速度を制御して処理を行うことを特徴とする基板処理方法。
2. 基板の下面に処理液を供給しかつ前記基板の上面の周辺部に処理液を供給すると共に前記基板を回転させ、それによって前記処理液を前記基板の下面全面及び上面周辺部に拡散させ、前記処理液により基板の下面の被膜全面及び上面の被膜の周辺部の処理を行う基板処理方法において、
   基板の上面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種及び基板の下面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種を登録しておき、
   処理される前記基板の上面の少なくとも一層の被膜の処理液に対する接触角及び処理される基板の下面の少なくとも一層の被膜の処理液に対する接触角を登録しておき、
   前記登録された膜種に関する情報及び前記登録された接触角に関する情報基づいて前記処理液の供給量及び前記基板の回転速度を制御して処理を行うことを特徴とする基板処理方法。
3. 請求項２に記載の基板処理方法において、前記上面の周辺部に供給する処理液の基板の半径方向の供給位置を前記上面の処理する被膜の処理液に対する接触角の情報に基づいて制御する基板処理方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理方法において、前記上面及び下面の処理する被膜の処理液に対する接触角の情報に基づいて処理時間を制御する基板処理方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理方法において、前記基板の上面及び下面の少なくとも一方の面の処理する被膜の処理液に対する接触角を測定し、測定により得た最新の接触角情報を前記登録されている接触角情報に代えて使用して処理を行う基板処理方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理方法において、前記基板の上面にガスを供給し、ガスにより前記基板の上面の被膜の保護を行う基板処理方法。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理方法において、前記処理液がエッチング液であり、前記基板の下面の被膜全面と上面の被膜周辺部とを同時にエッチング処理する基板処理方法。
8. 請求項２又は３に記載の基板処理装置において、前記基板の上面に送られる処理液がエッチング液であり、基板の下面に供給される処理液が洗浄液であり、前記上面のエッチング処理と前記下面の洗浄処理とを同時に行う基板処理方法。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の基板処理方法において、前記基板の上面の外側の被膜の処理液に対する接触角と、前記外側の被膜に隣接する内側の被膜の処理液に対する接触角とを比較し、前記被膜の処理幅及び処理形状の少なくとも一方を制御する基板処理方法。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の基板処理方法において、基板上面の外周部の処理幅、処理後の段差形状、処理厚さ、基板下面の処理厚さの少なくとも一つを処理開始前に登録する基板処理方法。
11. 基板の下面に処理液を供給しかつ前記基板の上面の周辺部に処理液を供給すると共に前記基板を回転させ、それによって前記処理液を前記基板の下面全面及び上面周辺部に拡散させ、前記処理液により基板の下面の被膜全面及び上面の被膜の周辺部の処理を行う基板処理方法において、
    基板の上面の処理される被膜の膜種及び基板の下面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種を登録しておき、
    前記基板の上面及び下面の少なくとも一方の面の処理する被膜の処理液に対する接触角を測定し、
    前記登録された膜種の情報及び測定により得た接触角の情報に基づいて前記処理液の供給量及び前記基板の回転速度を制御して処理を行うことを特徴とする基板処理方法。
12. 基板を保持し回転させる基板回転機構と、前記基板の下面に処理液を供給する下部処理液供給機構と、前記処理液供給機構により前記基板の下面に処理液を供給して前記基板の処理を行う基板処理装置において、
    基板の上面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種を登録できかつ基板の下面の処理される少なくとも一層の被膜の膜種を登録でき、また処理される前記基板の上面の少なくとも一層の被膜の処理液に対する接触角を登録できかつ処理される基板の下面の少なくとも一層の被膜の処理液に対する接触角を登録できる登録部と、
    前記登録部に登録された膜種及び接触角の情報に基づいて前記処理液供給機構及び前記基板回転機構の動作を制御する制御部とを備え、
    前記登録された被膜の処理液に対する接触角に基づいて処理を制御する基板処理装置。
13. 請求項１２に記載の基板処理装置において、前記基板の膜に対する処理液の接触角を測定する装置を更に備える基板処理装置。
14. 請求項１２又は１３に記載の基板処理装置において、前記基板の上面の外周部に処理液を供給する上部処理液供給機構を有する基板処理装置。
15. 請求項１２ないし１４のいずれかに記載の基板処理装置において、前記基板の表面にガスを供給するガス供給機構を更に備える基板処理装置。
16. 請求項１２ないし１５のいずれかに記載の基板処理装置において、前記処理液がエッチング液であり、前記基板の下面の全面と上面の周辺部とを同時にエッチング処理を行う基板処理装置。
17. 請求項１４に記載の基板処理装置において、前記基板の上面に処理液供給機から送られる処理液がエッチング液であり、基板の下面に供給される処理液が洗浄液であり、前記上面のエッチング処理と前記下面の洗浄処理とを同時に行う基板処理装置。
18. 請求項１２ないし１７に規制の基板処理装置において、前記基板回転機構が、前記基板の周縁と周方向に隔てた複数の位置で係合して前記基板を回転させる複数の回転支持ローラを備えている基板処理装置。
19. 請求項１２ないし１７に記載の基板処理装置において、前記基板回転機構が、前記基板の回転中心を中心として回転する支持部材と、前記支持部材の周縁部に回動可能に配置されていて前記基板の周縁と周方向に隔てた位置で係合して前記基板を保持する複数の保持部材からなる少なくとも２組の保持部材とを備えている基板処理装置。

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