JP6064875B2 - 液処理装置、液処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、基板保持部に保持された基板を回転させながらノズルから処理液を供給して基板に対して液処理を行う技術に関する。

半導体基板に対する液処理として、エッチング液を供給してエッチングする処理、洗浄液を供給して洗浄する処理、メッキ液や絶縁膜の前駆体を含む液を供給して塗布膜を形成する処理などが知られている。このような液処理を行う手法の一つとして、基板保持部に基板を保持して回転させ、ノズルから基板の中心部に処理液を供給し、基板の遠心力により処理液を基板の表面全体に広げる手法が知られている。

そして液処理の種別によっては、基板の表面の温度分布により処理結果が左右され、例えばエッチング処理の場合には、基板の表面のエッチング速度が温度分布により面内で不均一になり、デバイスの歩留まりの低下の一因になる懸念がある。このため、ノズルから基板に処理液を供給するにあたって、基板の面内の温度分布の均一性を高める技術が望まれている。

特許文献１には、回転している基板にメッキ液を供給する手法において、第１ノズルと第１ノズルよりも基板の中心部に近い位置を通る第２ノズルとを用い、第１のノズルから吐出されるメッキ液の温度が第２のノズルから吐出されるメッキ液の温度よりも高く設定されている手法が記載されている。しかしこの手法では、基板の面内温度分布についてかなり高い均一性が要求される場合には十分な手法とは言い難い。

特開２０１３−１０９９４号公報（段落００１０、０１１２及び図１７）

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、回転している基板にノズルから処理液を供給して液処理を行うときに、基板の中央側と周縁側との間の温度差を抑え、基板の面内で均一性の高い処理を行うことができる技術を提供することにある。

第１の発明に係る液処理装置は、基板を水平に保持するための基板保持部と、
この基板保持部を鉛直軸周りに回転させるための回転機構と、
前記基板保持部に保持された基板の表面に処理液を供給するための主ノズルと、
前記主ノズルを、吐出した処理液が基板の中心を通る第１位置とこの第１位置よりも基板の周縁側の第２位置との間で往復移動させると共に基板の上方と待機位置との間で移動させるためのノズル移動機構と、
前記第１位置よりも基板の周縁側の第３位置に処理液を吐出する副ノズルと、を備え、
前記副ノズルの処理液の吐出流量は、主ノズルの処理液の吐出流量よりも多く設定されていることと、
前記第３位置は、基板の中心から見て、前記主ノズルにおける基板上の処理液の吐出位置から回転方向に１８０度よりも大きく、２７０度以下の開き角度だけ離れた位置に設定されていること、を特徴とする。
また、第２の発明に係る液処理装置は、基板を水平に保持するための基板保持部と、
この基板保持部を鉛直軸周りに回転させるための回転機構と、
前記基板保持部に保持された基板の表面に処理液を連続流れの状態で供給するための主ノズルと、
前記主ノズルを、吐出した処理液が基板の中心を通る第１位置とこの第１位置よりも基板の周縁側の第２位置との間で往復移動させると共に基板の上方と待機位置との間で移動させるためのノズル移動機構と、
前記第１位置よりも基板の周縁側の予め設定された固定位置である第３位置に処理液を連続流れの状態で吐出する副ノズルと、を備え、
前記副ノズルの処理液の吐出流量は、主ノズルの処理液の吐出流量よりも多く設定されていることと、
前記第２位置は、基板の中心からの距離が前記第３位置と同一か、当該第３位置よりも基板の中心からの距離が短くなる位置に設定されていることと、を特徴とする。

前記液処理装置は、下記の構成を備えていてもよい。
（ａ）第１の発明において、前記第３位置の基板の中心からの距離は、前記第２位置の基板の中心からの距離と同一であること。
（ｂ）前記基板の中心部から周縁部に至るまでの基板の温度の最大値と最小値との差が１．５℃以内であること。また、前記基板の中心部から周縁部に至るまでの基板の温度の最大値をＭａｘ、最小値をＭｉｎとすると、
[(Ｍａｘ−Ｍｉｎ)／{(Ｍａｘ＋Ｍｉｎ)／２}]×１００≦５．０％であること。
（ｃ）前記第２位置は、基板の周縁から４５ｍｍ中心側に寄った位置よりも中心側に位置していること。

本発明によれば、基板の中央側と周縁側との間の温度差が抑えられ、基板の面内で均一性の高い処理を行うことができる。

本発明の実施の形態に係る処理ユニットを備えた基板処理システムの概要を示す平面図である。 前記処理ユニットの概要を示す縦断側面図である。 保持部に保持されたウエハの近傍領域の拡大図である。 前記処理ユニットの平面図である。 エッチング液の吐出位置の違いによるウエハの面内温度分布の変化を示す説明図である。 主ノズル及び副ノズルから吐出される処理液の流れを示す説明図である。 主ノズルの移動範囲と副ノズルの配置位置との関係を示す平面図である。 主ノズルの移動経路の変形例と副ノズルの配置位置との関係を示す平面図である。 エッチング液の吐出方法とウエハの温度分布との関係を示す説明図である。 主ノズルの移動範囲とウエハの温度分布との関係を示す説明図である。

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。

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。

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。

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。

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。

処理流体供給部４０は、ウエハＷに対して処理流体を供給する。処理流体供給部４０は、処理流体供給源７０に接続される。

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。

以上に概略構成を説明した処理ユニット１６は、本実施の形態の液処理装置に相当する。当該処理ユニット１６は、ウエハＷの表面に処理液を供給したとき、ウエハＷ面内の温度の最大値と最小値との差ΔＴを１．５℃以内の例えば１℃以内に抑えるため、２種類のノズル部４０ａ、４０ｂ（図２に示した処理流体供給部４０に相当する）を用いて液処理を行う構成となっている。
以下、図３〜図７を参照しながら、前記処理ユニット１６を、例えば半導体装置の配線工程にてウエハＷ表面に形成されたメタル膜に有機系のエッチング液を供給して不要なメタルの剥離及び異物の除去を行うエッチングユニットとして構成した場合を例に挙げて説明する。

図３は、図２に示した処理ユニット１６の保持部３１に保持されたウエハＷの近傍領域を拡大して模式的に示した図である。この図に示すように処理ユニット１６には、ウエハＷの全面にエッチング液を供給する主ノズル部４０ａと、主ノズル部４０ａから供給されたエッチング液によってウエハＷの面内に形成される温度分布を調整するための副ノズル部４０ｂと、を備えている。

主ノズル部４０ａは、共通のノズルヘッド４１Ａに、ウエハＷに対してエッチング液を供給するエッチングノズル４１１Ａと、ＤＩＷ（DeIonized Water）などのリンス液を供給するリンスノズル４１２Ａとを設けた構造となっている。図３、図６に示すようにこれらのノズル４１１Ａ、４１２Ａは、下方側へ向けて各処理液（エッチング液、リンス液）を直線状に吐出する（副ノズル部４０ｂにおいても同じ）。

図４に示すように、主ノズル部４０ａのノズルヘッド４１Ａは、保持部３１に保持されたウエハＷに沿って伸びるノズルアーム４２Ａの先端部に設けられ、ウエハＷの上面（被処理面）の上方側に配置される。このノズルアーム４２Ａの基端部は、ガイドレール４４上を走行自在なスライダー４３によって支持され、スライダー４３をガイドレール４４上で移動させることにより、当該ウエハＷの中央側から周縁側にかけての領域にて、ウエハＷの半径方向に沿って、主ノズル部４０ａを横方向に自由に移動させることができる。また、主ノズル部４０ａは、ウエハＷの上方から側方へと退避した待機位置にも移動することができる。ガイドレール４４やスライダー４３、ノズルアーム４２Ａやノズルヘッド４１Ａは、主ノズル部４０ａに設けられたエッチングノズル４１１Ａのノズル移動機構に相当する。なお、後述の図８のように、スライダー４３を曲線状に動かすためにガイドレール４４を縦方向に可動できるように構成してもよい。

一方、副ノズル部４０ｂについても、共通のノズルヘッド４１Ｂに、ウエハＷに対してエッチング液を供給するエッチングノズル４１１Ｂと、リンス液を供給するリンスノズル４１２Ｂとを設けた構造となっている点は、主ノズル部４０ａと同様である。

副ノズル部４０ｂのノズルヘッド４１Ｂは、保持部３１に保持されたウエハＷに沿って伸びるノズルアーム４２Ｂの先端部に設けられ、当該ウエハＷの上方側に配置される。図４に示すように、ノズルアーム４２Ｂの基端部は駆動部４６にて回転自在な回転軸４５にて支持され、ウエハＷの周縁側の予め設定された処理位置（図４中、実線で示してある）と、ウエハＷの上方から側方へと退避した待機位置（同図中、破線で示してある）との間を移動することができる。駆動部４６やノズルアーム４２Ｂ、ノズルヘッド４１Ｂは、副ノズル部４０ｂに設けられたエッチングノズル４１１Ｂの、主ノズル部４０ａ側とは別個のノズル移動機構に相当する。

主ノズル部４０ａ及び副ノズル部４０ｂのエッチングノズル４１１Ａ，Ｂは、ノズルヘッド４１Ａ，Ｂやノズルアーム４２Ａ，Ｂを介してエッチング液供給源７０１（図２の処理液流体供給源７０に相当する）に接続されている。エッチング液供給源７０１には、エッチング液を貯留する貯留部（不図示）及び貯留部内のエッチング液の温度調整を行うヒーターなどの温度調整部（不図示）が設けられ、温度が２０〜７０℃の範囲の例えば５０℃に調整されたエッチング液を各エッチングノズル４１１Ａ，Ｂへ供給することができる。エッチング液供給源７０１の出口部には、各エッチングノズル４１１Ａ，Ｂへ送液されるエッチング液の流量調整を行う流量調整部７１ａ、７１ｂが設けられている。

また、主ノズル部４０ａ及び副ノズル部４０ｂのリンスノズル４１２についてもリンス液を貯留する貯留部（不図示）などを備えたリンス液供給源７０２（図２の処理液流体供給源７０に相当する）に接続されている。リンス液供給源７０２からは各流量調整部７１ｃ、７１ｄにて流量調整されたリンス液を供給することができる。
これらエッチング液やリンス液の流量調整、エッチング液の温度調整や主ノズル部４０ａ、副ノズル部４０ｂの移動動作の制御は、既述の制御装置４によって制御される。

以上に説明した構成を備える主ノズル部４０ａ及び副ノズル部４０ｂは、ウエハＷに対して互いに異なる位置にてエッチングノズル４１１Ａ，Ｂからのエッチング液の吐出を行うことにより、エッチング処理時のウエハＷの面内温度分布を均一に調整することができる。以下、図５を参照しながら、ウエハＷの面内温度分布を均一にするため、各エッチングノズル４１１Ａ，Ｂからのエッチング液の吐出位置を設定する手法について説明する。
また説明の便宜上、以下の説明では、主ノズル部４０ａ、副ノズル部４０ｂの各エッチングノズル４１１Ａ，Ｂからのエッチング液の吐出を「主ノズル部４０ａ、副ノズル部４０ｂからのエッチング液の吐出」ともいう。

図５は、エッチング液の吐出位置を変化させたときのウエハＷの面内温度分布の変化の様子を模式的に示している。図５の横軸は、中心（Ｃ）から周縁（Ｅ）までのウエハＷ表面の半径方向の位置を示し、縦軸は各位置におけるウエハＷの温度を示している。
図５において、（１）の番号を付した曲線（細い実線で示してある）は、１つのエッチングノズル４１１Ａから、前記中心Ｃを含むウエハＷの中央領域に、予め決められた温度（例えば図４のエッチング液供給源７０１の例においては５０℃）に調整されたエッチング液を吐出した場合のウエハＷの面内温度分を示している。

（１）の面内温度分布に示すように、エッチング液をウエハＷの中央領域のみに吐出した場合には、回転するウエハＷの表面を広がるに連れてエッチング液の温度が低下するため、ウエハＷの温度は、中央側から周縁側へ向けて次第に低くなる。この温度変化が大きいと、エッチング処理の結果が面内で不均一になってしまう。

このようにウエハＷの周縁側の温度が低くなってしまう（１）の面内温度分布を改善するためには、エッチングノズル４１１ＡをウエハＷの中央よりも周縁方向に移動させ、温度調整されたエッチング液を前記中央領域よりも周縁側の領域に直接供給する手法がある。一方、エッチングノズル４１１ＡをウエハＷの中央から移動させたままの状態とすると、ウエハＷの中央領域にエッチング液が行き渡らず、当該領域のエッチング処理を行うことができない。

そこで、ウエハＷの中央領域のエッチング処理を行いつつ、ウエハＷの面内温度分布を均一にするため、吐出されたエッチング液がウエハＷの中心を通る中央側の位置（以下、「第１位置」という）と、この中央側の位置よりもウエハＷの周縁側の位置（以下、「第２位置」という）との間でエッチングノズル４１１Ａを繰り返し往復させながらエッチング液を吐出するとよい。

例えば、ウエハＷの中央側の第１位置と、周縁側の第２位置との距離をゼロの状態から次第に大きくし、各条件において面内温度分布を計測したとする。この場合には、第１位置と第２位置との距離が大きくなるに連れて、ウエハＷの中央側の温度が低くなる一方、中央側と周縁側の温度差が小さくなって面内温度分布の傾きがなだらかになっていく。

しかしながら、第１位置と第２位置との距離をさらに大きくしても、中央側と周縁側の温度差の縮小幅は徐々に小さくなり、やがて、中央部の温度が低下し過ぎて温度差が大きくなるおそれがある。図５にはこの状態の面内温度分布を（２）の番号を付した曲線（細い破線）で示してある。

図５に示すように、エッチングノズル４１１Ａからのエッチング液の吐出位置を中央側の第１位置と周縁側の第２位置との間で移動させ、これらの位置を適切に設定することにより、中央側のみにエッチング液を供給する場合に比べてウエハＷの面内温度分布の均一性を改善することができる。一方で、さらに均一な面内温度分布が要求される場合には、第１位置と第２位置との間でエッチングノズル４１１Ａを往復移動させるだけではなく、他の手法も必要となる。

そこで本実施の形態の処理ユニット１６においては、第１位置と第２位置との間を往復移動するエッチングノズル４１１Ａ（主ノズル）を備えた主ノズル部４０ａに加え、前記第１位置よりもウエハＷの周縁側の予め設定された位置（第３位置）に直接エッチング液を吐出するエッチングノズル４１１Ｂ（副ノズル）を備えた副ノズル部４０ｂを設け、ウエハＷの面内温度分布を調整している。

図５に（３）の番号を付した面内温度分布（太い破線で示してある）は、第１位置よりもウエハＷの周縁側の所定の位置（第３位置）に、副ノズル部４０ｂのみからエッチング液を吐出した場合の例を示している。ウエハＷの周縁側の位置にエッチング液を直接供給すれば、エッチング液がウエハＷに到達する位置の温度が最も高くなり、この到達位置よりも中央側及び周縁側の温度が低下する山型の面内温度分布がウエハＷの周方向に沿って円環状に広がるように形成される。

そこで、（２）の面内温度分布にて中央側との温度差が大きくなる領域に向けてエッチング液を吐出するように副ノズル部４０ｂを設ければ、（２）、（３）の面内温度分布が合成されて、ウエハＷの温度の最大値と最小値との差がより小さく均一化された（４）の番号を付した面内温度分布（太い破線で示してある）を形成することができる。

ここで、副ノズル部４０ｂからエッチング液を吐出する位置は、例えばウエハＷの温度の最大値と最小値との差ΔＴを、予め設定した目標温度差、例えば１．０℃以内の値とすることができる位置に設定される。
また、ウエハＷの温度の面内均一性に着目し、ウエハＷの中心部から周縁部に至るまでのウエハＷの温度の最大値をＭａｘ、最小値をＭｉｎとしたとき、温度の面内均一性を表す指標である下記式を満たす位置に設定してもよい。
[(Ｍａｘ−Ｍｉｎ)／{(Ｍａｘ＋Ｍｉｎ)／２}]×１００≦２．０％

上述の目標温度差や目標面内均一性を実現可能なエッチング液の吐出位置は、例えば主ノズル部４０ａ及び副ノズル部４０ｂからエッチング液を吐出して実際にウエハＷの温度を測定する実験を行い、このとき第１位置から周縁側へ向けて次第に副ノズル４０ｂの吐出位置を移動させることにより、上述の目標値を実現する位置の探索を行ってもよい。また、流体解析ソフトなどを用いたシミュレーションにより、前記目標値を実現可能な副ノズル部４０ｂからのエッチング液の吐出位置を求めてもよい。
また、このようにエッチング液の吐出位置の厳密な探索を行わない場合であっても、ウエハＷの中心（Ｃ）と周縁（Ｅ）との間の中央位置よりも周縁側の領域へ向けてエッチング液を吐出すれば、この領域への吐出を行わない場合に比べて、少なくともウエハＷ面内の温度の最大値と最小値との差ΔＴを低減できる。

ここで図５の（１）、（４）の面内温度分布に係る各処理においては、ウエハＷに供給される熱量が揃うように、これらの処理で供給される処理液の温度は一致している。また（１）に係る処理でウエハＷの中央領域に向けて吐出されるエッチング液の吐出流量Ｆ１と、主ノズル部４０ａ及び副ノズル部４０ｂからのエッチング液の吐出流量の合計値Ｆ２と、は互いに一致しているものとする（Ｆ１＝Ｆ２）。従って、（１）に係る処理と同じ吐出流量Ｆ１のエッチング液を主ノズル部４０ａから吐出した場合のウエハＷの面内温度分布は、（２）の面内温度分布場合よりも全体的に高温側に移動する。

次に主ノズル部４０ａと副ノズル部４０ｂとの間のエッチング液の吐出流量の関係について説明する。例えば、予め決定された吐出位置に副ノズル部４０ｂを配置し、主ノズル部４０ａからの吐出流量ｆ１と、副ノズル部４０ｂからの吐出流量ｆ２との合計値ｆ１＋ｆ２＝Ｆ２が一定となるようにして、ｆ２＝０の状態から次第に主ノズル部４０ｂの吐出流量を増やしていく場合について考える。

副ノズル部４０ｂからエッチング液が吐出されていない場合には、面内温度分布を調整する作用は働かない。次に、副ノズル部４０ｂからの吐出流量を増加させていくと、主ノズル部４０ａからの吐出流量が減少する作用と相俟って、副ノズル部４０ｂにより面内温度分布を調整する効果が大きくなる。さらに、副ノズル部４０ｂの吐出流量を増やし、当該吐出流量が主ノズル部４０ａの吐出流量よりも多くなれば（ｆ２＞ｆ１）、副ノズル部４０ｂからの処理液が面内温度分布に与える影響が相対的に大きくなり、周縁側のウエハＷの温度が大幅に上がる。この結果、図５の（４）に示すように、ウエハＷの温度の最大値と最小値との差ΔＴがより小さい面内温度分布を実現することができる。従って本実施の形態では、主ノズル部４０ａ、副ノズル部４０ｂからのエッチング液の吐出流量の関係は、副ノズル部４０ｂの吐出流量が主ノズル部４０ａの吐出流量よりも多く、且つ、既述の目標温度差や目標面内均一性を実現可能な吐出流量が選択される。

以上に説明したように、第１位置と第２位置との間を往復移動する主ノズル部４０ａと、予め設定された位置に配置（第３位置）される副ノズル部４０ｂとを用いてエッチング液を吐出することにより、面内温度分布をより均一にした状態でエッチング処理を行うことが可能となり、エッチング処理の面内均一性の向上に寄与する。
一方、ウエハＷに対して複数のエッチングノズル４１１Ａ，Ｂを用いてエッチング液を吐出すると、ウエハＷの表面でエッチング液の流れ同士がぶつかり合い、スプラッシュが発生してしまい、飛び散ったミストがウエハＷの汚染源となる場合もある。

例えば図６には、主ノズル部４０ａからウエハＷの表面に吐出されたエッチング液の流れを破線の矢印で示し、副ノズル部４０ｂからウエハＷの表面に吐出されたエッチング液の流れを実線の矢印で示してある。ウエハＷの中央側の第１位置と周縁側の第２位置との間を往復移動する主ノズル部４０ａにおいて、主ノズル部４０ａが周縁側に移動したときに供給されるエッチング液の流れは、中央側で供給される場合に比べてエッチング液の厚みが増大する。また、中央側よりも周縁側のほうがエッチング液に加わる遠心力が大きい。したがって、大きい遠心力が加わり、且つ、厚くなったエッチング液の流れが、副ノズル部４０ｂから供給されるエッチング液の流れと合流する位置（図６中にＳ１、Ｓ２の符号を付してある）では、大きなスプラッシュが発生しやすい。

そこで本例の処理ユニット１６では、周縁側に移動した主ノズル部４０ａから供給されるエッチング液の流れに対し、ウエハＷの回転方向の下流側のできるだけ遠い位置に副ノズル部４０ｂが配置されるように、ウエハＷの周方向に見たこれらのノズル部４０ａ、４０ｂの配置が設定されている。即ち、副ノズル部４０ｂにおけるウエハＷ上のエッチング液の吐出位置は、ウエハＷの中心から見て、主ノズル部４０ａにおけるウエハＷ上のエッチング液の吐出位置から回転方向に１８０度よりも大きく、２７０度以下の開き角度だけ離れた位置に設定されている。なお、本実施の形態では、副ノズル部４０ｂの位置（第３位置）の基板中心からの距離は、第２の位置の基板中心からの距離と同一である。

図７に副ノズル部４０ｂの吐出位置の設定可能範囲６を示す。往復移動する主ノズル部４０ａから供給されるエッチング液の流れはより大きなエネルギーを持っている場合があるので、好ましくは前記開き角度は、１８５度以上、２７０度以下の範囲とするとよい。前記開き角度が２７０度よりも大きくなると、副ノズル部４０ｂが外縁側に移動した主ノズル部４０ａに近くなり、Ｓ２の位置のスプラッシュが大きくなるおそれがある。

また、スプラッシュの発生は、往復移動する主ノズル部４０ａにおける第２位置の設定位置の影響も受ける。即ち、第２位置の設定位置をウエハＷの周縁側へ向けて移動させるほど、スプラッシュが大きくなることが実験的に確認されている（後述の（実験２）参照）。一方、第２位置をウエハＷの中央側に近づけるほど、（２）の面内温度分布が（１）の面内温度分布に近くなり、（４）の面内温度分布における最高温度−最低温度間の温度差ΔＴが大きくなってしまう。

そこで、スプラッシュの発生を抑えるため、既述の目標温度差や目標面内均一性を満足する範囲で主ノズル部４０ａの第２位置を中央側へ移動させてもよい。後述の実験結果（実験２）に示すように、スプラッシュを低減する観点からは、前記第２位置はウエハＷの周縁から４５ｍｍ中心側に寄った位置よりも中心側に位置させるように設定することが好ましい。なお、副ノズル部４０ｂの位置（第３位置）の基板中心からの距離は、第２の位置と同一距離に限らず、スプラッシュの影響をより減少させるためにより周縁側に位置させる等、適宜調整しても良い。

以上に説明した構成を備えた処理ユニット１６の作用について説明する。基板搬送装置１７によって各処理ユニット１６に搬送されてきたウエハＷは、不図示の搬入出口を介してチャンバ２０内に搬入される。基板保持機構３０（基板保持部）は、不図示の昇降ピンなどを介して、基板搬送装置１７のウエハ保持機構から処理対象のウエハＷを保持部３１の保持面３１１上に受け渡した後、チャンバ２０内から退避する。

保持部３１にウエハＷが載置されたら、駆動部３３（回転機構）により保持部３１を回転させると共に、主ノズル部４０ａを待機位置から第１位置まで進入させ、また副ノズル部４０ｂを待機位置から予め設定された吐出位置まで移動させる。

そしてウエハＷの回転速度が所定の設定速度に到達したら、主ノズル部４０ａ、副ノズル部４０ｂからエッチング液の吐出を開始すると共に、主ノズル部４０ａを往復移動させる。主ノズル部４０ａの移動速度は、例えば第１位置と第２位置との間を１分間に数回から数十回程度移動できるように設定されている。

この結果、図６に示すように各ノズル部４０ａ、４０ｂから吐出されたエッチング液が回転するウエハＷの表面に広がってウエハＷのエッチング処理が行われる。このとき、ウエハＷの中央側と周縁側を往復移動する主ノズル部４０ａと、面内温度分布調整用の副ノズル部４０ｂとを用いてエッチング液を供給することにより、図５の（４）に示す均一な面内温度分布を形成しつつエッチング処理が行われる。また、図６、図７に示すように主ノズル部４０ａ、副ノズル部４０ｂの吐出位置間の開き角度を１８０度よりも大きく、２７０度以下の範囲とし、主ノズル部４０ａが往復移動する範囲を規定する第２位置をウエハＷの周縁から４５ｍｍ中心側に寄った位置よりも中心側に設定することにより、スプラッシュの発生を抑え、ウエハＷの汚染を抑制できる。

こうして所定時間だけウエハＷのエッチング処理を行ったら、主ノズル部４０ａ、副ノズル部４０ｂからのエッチング液の吐出を停止し、各ノズル部４０ａ、４０ｂのリンスノズル４１２Ａ，Ｂからリンス液を吐出する。ここで、ホットリンス処理等、リンス液によるリンス洗浄時のウエハＷの面内温度分布がエッチング処理の結果に影響を与える場合には、エッチング液の供給時と同様に第１位置と第２位置との間を往復移動する主ノズル部４０ａ及び面内温度分布調整用の副ノズル部４０ｂの双方を用いてリンス液を供給する。このとき、図５を用いて説明した例と同様の検討を行い、主ノズル部４０ａの第１位置や第２位置、副ノズル部４０ｂの吐出位置をエッチング液の吐出時とは異なる位置に設定しておいてもよい。

また、リンス洗浄時におけるウエハＷの面内温度分布がエッチング処理の結果に与える影響が小さい場合には、例えばウエハＷの中央部上方側で主ノズル部４０ａを停止させ、当該主ノズル部４０ａのみからリンス液供給を行って副ノズル部４０ｂによる面内温度分布の調整は行わないようにしてもよい。
こうしてリンス洗浄を実行し、振り切り乾燥を行ったら、保持部３１の回転を止める。そしてチャンバ２０内に進入してきたウエハ保持機構に、搬入時とは反対の手順でウエハＷを受け渡し、処理ユニット１６からウエハＷを搬出する。

本実施の形態に係る処理ユニットによれば以下の効果がある。回転している基板に対して、主ノズル部４０ａのエッチングノズル４１１Ａ（主ノズル）をエッチング液がウエハＷの中心を通る位置とこの位置よりも周縁側の位置との間で移動させながらエッチング液を吐出すると共に、ウエハＷの周縁側の温度の低下を抑えるために、副ノズル部４０ｂのエッチングノズル４１１Ｂ（副ノズル）から主ノズル部４０ａ側よりも多い吐出流量でエッチング液を吐出している。このためウエハＷの中央側と周縁側との間の温度差が抑えられ、ウエハＷの面内で均一性の高い処理を行うことができる。

ここでウエハＷの中央側の第１位置と外周側の第２位置との間を往復移動する主ノズル部４０ａの移動経路は、ウエハＷの半径方向に向けて直線状に移動する場合に限定されない。例えば図８に示すように、中央側の第１位置からウエハＷの回転方向に飛び出してから、前記第１位置よりも周縁側の第２位置に戻る曲線状の軌道を描くように主ノズル４０ａを移動させてもよい。この場合には、主ノズル部４０ａの吐出位置と副ノズル部４０ｂの吐出位置との開き角度は、図８に示すように副ノズル部４０ｂが配置されている位置を通るウエハＷと同心の円６１上に主ノズル部４０ａが移動した時点を基準として、前記開き角度が１８０度よもよりも大きく、２７０度以下となるようにするとよい。

また、ウエハＷの面内温度分布を調整するために設けられる副ノズル４１１Ｂの位置（第３位置）は、副ノズル部４０ｂのように固定された位置に限られない。例えばエッチング液の吐出中に、第１位置よりも周縁側の領域にて、中央側から周縁側へ向け、または周縁側から中央側へ向けて副ノズル４１１Ｂを移動させたり、これらの領域間を往復移動させたりしてもよい。
この他、副ノズル４１１Ｂを配置する位置（第３位置）は、ウエハＷの上方側に限られるものではなく、例えば保持部３１に保持されたウエハＷの側方に副ノズル４１１Ｂを配置し、ウエハＷが配置されている方向へ向けて斜め下方側に処理液を吐出して、ウエハＷ上の予め設定された位置に処理液を供給してもよい。

また、本実施の形態の主ノズル４１１Ａ及び副ノズル４１１Ｂを用いてウエハＷの面内温度分布を調整することが可能な処理液の種類はエッチング液に限られるものではない。塗布、現像装置にてウエハＷに供給されるレジスト液やレジスト液をウエハＷの表面に広げるためのシンナー、反射防止膜の原料液や現像後のレジスト膜に供給される現像液であってもよい。またウエハＷの洗浄処理を行う洗浄装置にて供給される酸性やアルカリ性の薬液、ウエハＷにメタル膜を形成するためのメッキ装置にて供給されるメッキ液など、各種の処理液の供給にも本発明は適用することができる。これらの場合、各種処理液は処理液供給時のウエハＷの温度よりも高い温度で供給される場合だけでなく、ウエハＷよりも低い温度で供給してもよく、この場合にも副ノズル４１１Ｂを設けることによってウエハＷの面内温度分布を調整することができる。

そして、本実施の形態の処理ユニット（液処理装置）を用いて処理することが可能な基板の種類は、半導体ウエハに限定されるものではない。例えばフラットパネルディスプレイ用のガラス基板の液処理を行う処理ユニットに対しても本発明は適用することができる。

（実験１）
吐出法を変えながら、回転するウエハＷの表面に模擬用の処理液であるＤＩＷを供給してウエハＷの表面の面内温度分布を計測した。
Ａ．実験条件
（実施例１）直径３００ｍｍのウエハＷを１５０ｒｐｍの回転速度で回転させ、図３、図４に示す主ノズル部４０ａ、副ノズル部４０ｂから５０℃に温度調整された処理液を供給した。処理液の合計の吐出流量はＦ２＝１．５Ｌ／分（主ノズル部４０ａからの吐出流量ｆ１＝０．６Ｌ／分、副ノズル部４０ｂからの吐出流量ｆ２＝０．９Ｌ／分）とした。主ノズル部４０ａの移動範囲はウエハＷの中心から３０ｍｍ外縁側の位置（第１位置）〜１２０ｍｍ外縁側の位置（第２位置）とし、副ノズル部４０ｂの配置位置はウエハＷの中心から９０ｍｍ外縁側の位置とした。第１位置を３０ｍｍとしても上記の吐出流量であれば、処理液は基板中心に到達することができる。また、第１位置を０ｍｍ（中心位置）とするよりも、中心位置に他の位置と同等の流量の処理液を供給することができるので、面内均一性の観点から好ましい。主ノズル部４０ａの移動速度は１５０ｍｍ／秒であり、２分間処理液の吐出を行った。なお簡単のため、以下の説明では第１位置、第２位置が「ウエハＷの中心からＸｍｍ外縁側の位置にあること」を単に「Ｘｍｍ」と記載する。
（比較例１−１）ウエハＷの中央部上方に固定配置したエッチングノズル４１１Ａのみを用いて吐出流量１．５Ｌ／分で処理液を吐出した他は、（実施例１）と同様の条件で実験を行った。
（比較例１−２）第１位置と第２位置との間往復移動する主ノズル部４０ａのみを用いて吐出流量１．５Ｌ／分で処理液を吐出した他は、（実施例１）と同様の条件で実験を行った。

Ｂ．実験結果
（実施例１、比較例１−１、１−２）の結果を図９に示す。図９の横軸は、ウエハＷの中心（Ｃ）からの半径方向の位置、縦軸は各測定位置におけるウエハＷの温度を示している。（実施例１）の結果を四角のプロットで示し各プロットを太線で結んだ（図５の面内温度分布（４）に相当している）。（比較例１−１）の結果をひし形のプロットで示し各プロットを細線で結んだ（図５の面内温度分布（１）に相当している）。また、（比較例１−２）の結果をバツ印のプロットで示し各プロットを細い破線で結んだ（図５の面内温度分布（２）に相当している）。

（実施例１）の結果によれば、ウエハＷ面内の温度の最大値（Ｍａｘ＝５４．５℃）と最小値（Ｍｉｎ＝５３．８℃）との差ΔＴが０．７℃であった。また、温度分布の面内均一性は１．３％であった。これに対して中央部のみから処理液を供給した（比較例１−１）では、（実施例１）と比較して中央側の温度が大幅に上昇し、温度差ΔＴは２．２℃と最大となり、面内均一性は４．０％となった。一方、往復移動する主ノズル部４０ａのみで処理液を吐出した（比較例１−１）では、（実施例１）と比較してウエハＷの周縁側の温度が低下し、温度差ΔＴは１．２℃と増大し、面内均一性も２．２％になった。

これらの実験結果から、往復移動する主ノズル部４０ａと面内温度分布調整用の副ノズル部４０ｂとを組み合わせて処理液を吐出することで、より均一な面内温度分布を実現できることが分かる。

（実験２）
主ノズル部４０ａの第２位置を種々変化させて、（実施例１）と同様の実験を行い、スプラッシュの発生状況を調べた。
Ａ．実験条件
（実施例２−１）主ノズル部４０ａの第２位置を６０ｍｍとした他は、（実施例１）と同様の条件で処理液を吐出した。主ノズル部４０ａに対する副ノズル部４０ｂの開き角度は２１０度である。このときのウエハＷの表面をスピードカメラで撮影し、スプラッシュの発生状況を観察した。
（実施例２−２）主ノズル部４０ａの第２位置を７５ｍｍとした他は、（実施例２−１）と同様の条件でスプラッシュの発生状況を観察した。また、主ノズル部４０ａの第１位置を１５ｍｍ、第２位置を７５ｍｍとした点以外は（実施例２−１）と同様の条件でウエハＷの面内温度分布を測定した。
（実施例２−３）主ノズル部４０ａの第２位置を９０ｍｍとした他は、（実施例２−１）と同様の条件でスプラッシュの発生状況を観察した。また、主ノズル部４０ａの第１位置を１５ｍｍ、第２位置を９０ｍｍとした点以外は（実施例２−１）と同様の条件でウエハＷの面内温度分布を測定した。
（実施例２−４）主ノズル部４０ａの第２位置を１０５ｍｍとした他は、（実施例２−１）と同様の条件でスプラッシュの発生状況を観察した。
（実施例２−５）（実施例２−１）と同様の条件でスプラッシュの発生状況を観察した。また、主ノズル部４０ａの第１位置を１５ｍｍとした点以外は（実施例２−１）と同様の条件でウエハＷの面内温度分布を測定した。

Ｂ．実験結果
（実施例２−１〜２−５）のスプラッシュの発生状況の評価を（表１）に示す。また、（実施例２−２、２−３、２−５）におけるウエハＷの面内温度分布を図１０に示す。図１０の横軸及び縦軸は図９と同様である。（実施例２−２）の結果をひし形のプロット、（実施例２−３）の結果を四角のプロット、（実施例２−５）の結果を三角のプロットで各々示している。
（表１）

（表１）に示したスプラッシュの観察結果によれば、主ノズル部４０ａの第２位置が９０ｍｍよりも小さい、即ち、ウエハＷの周縁から６０ｍｍ以上中心側に寄っている（実施例２−１〜２−３）ではスプラッシュは観察されなかった。また、前記第２位置が１０５ｍｍ（ウエハＷの周縁から４５ｍｍ中心側に寄っている）の（実施例２−４）では、少量のスプラッシュが確認された。そして前記第２位置が１２０ｍｍ（ウエハＷの周縁から３０ｍｍ中心側に寄っている）の（実施例２−５）では、比較的大きなスプラッシュが発生した。

一方、図１０に示したウエハＷの面内温度分布の測定結果によれば、（実施例１）とほぼ同様の条件で実験を行った（実施例２−５）と比較して、第２位置をウエハＷの中心側へ向けて移動させた（実施例２−２、２−３）では、ウエハＷの中央側の温度がやや上昇した。しかしながら（実施例２−２、２−３、２−５）のいずれにおいても温度差ΔＴの値は１℃以内に調整されており、良好な面内温度分布が形成されている。

（表１）及び図１０の実験結果によれば、第２位置を１２０ｍｍよりも内側に移動させてもウエハＷ面内の最大の温度差ΔＴの値を１℃以内に調整することが可能な条件が存在することが分かる。またウエハＷの面内温度分布を均一に保ちつつスプラッシュの発生を抑えたい場合には、当該面内温度分布が目標値を満たす範囲内で、例えば主ノズル部４０ａの第２位置を１０５ｍｍよりも小さい位置、即ち、ウエハＷの周縁から４５ｍｍ以上中心側に寄っている位置に設定するとよいことが分かる。

Ｗ ウエハ
４０ａ 主ノズル部
４０ｂ 副ノズル部
４１Ａ、４１Ｂ
ノズルヘッド
４１１Ａ、４１１Ｂ
エッチングノズル
４１２Ａ、４１２Ｂ
リンスノズル
４２Ａ、４２Ｂ
ノズルアーム
４３ スライダー
４４ ガイドレール
４５ 回転軸
４６ 駆動部
７０１ エッチング液供給源
７０２ リンス液供給源
７１ａ〜７１ｄ
流量調整部

Claims (9)

1. 基板を水平に保持するための基板保持部と、
   この基板保持部を鉛直軸周りに回転させるための回転機構と、
   前記基板保持部に保持された基板の表面に処理液を供給するための主ノズルと、
   前記主ノズルを、吐出した処理液が基板の中心を通る第１位置とこの第１位置よりも基板の周縁側の第２位置との間で往復移動させると共に基板の上方と待機位置との間で移動させるためのノズル移動機構と、
   前記第１位置よりも基板の周縁側の第３位置に処理液を吐出する副ノズルと、を備え、
   前記副ノズルの処理液の吐出流量は、主ノズルの処理液の吐出流量よりも多く設定されていることと、
   前記第３位置は、基板の中心から見て、前記主ノズルにおける基板上の処理液の吐出位置から回転方向に１８０度よりも大きく、２７０度以下の開き角度だけ離れた位置に設定されていること、を特徴とする液処理装置。
2. 基板を水平に保持するための基板保持部と、
   この基板保持部を鉛直軸周りに回転させるための回転機構と、
   前記基板保持部に保持された基板の表面に処理液を連続流れの状態で供給するための主ノズルと、
   前記主ノズルを、吐出した処理液が基板の中心を通る第１位置とこの第１位置よりも基板の周縁側の第２位置との間で往復移動させると共に基板の上方と待機位置との間で移動させるためのノズル移動機構と、
   前記第１位置よりも基板の周縁側の予め設定された固定位置である第３位置に処理液を連続流れの状態で吐出する副ノズルと、を備え、
   前記副ノズルの処理液の吐出流量は、主ノズルの処理液の吐出流量よりも多く設定されていることと、
   前記第２位置は、基板の中心からの距離が前記第３位置と同一か、当該第３位置よりも基板の中心からの距離が短くなる位置に設定されていることと、を特徴とする液処理装置。
3. 前記第３位置の基板の中心からの距離は、前記第２位置の基板の中心からの距離と同一であることを特徴とする請求項１に記載の液処理装置。
4. 前記基板の中心部から周縁部に至るまでの基板の温度の最大値と最小値との差が１．５℃以内であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の液処理装置。
5. 前記基板の中心部から周縁部に至るまでの基板の温度の最大値をＭａｘ、最小値をＭｉｎとすると、
   [(Ｍａｘ−Ｍｉｎ)／{(Ｍａｘ＋Ｍｉｎ)／２}]×１００≦５．０％であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の液処理装置。
6. 前記第２位置は、基板の周縁から４５ｍｍ中心側に寄った位置よりも中心側に位置していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の液処理装置。
7. 基板を基板保持部に水平に保持する工程と、
   この基板保持部を鉛直軸周りに回転させた状態で主ノズルから基板の表面に処理液を吐出しながら、主ノズルを、処理液が基板の中心を通る第１位置とこの第１位置よりも基板の周縁側の第２位置との間で往復移動させる工程と、
   前記主ノズルによる処理液の吐出が行われているときに、副ノズルから前記第１位置よりも基板の周縁側の第３位置に、主ノズルにおける処理液の吐出流量よりも多い吐出流量で処理液を吐出し、前記主ノズルから供給された処理液による基板の面内温度分布を調整する工程と、を含み、
   前記副ノズルにおける基板上の処理液の吐出位置は、基板の中心から見て、前記主ノズルにおける基板上の処理液の吐出位置から回転方向に１８０度よりも大きく、２７０度以下の開き角度だけ離れた位置に設定されていることを特徴とする液処理方法。
8. 基板を基板保持部に水平に保持する工程と、
   この基板保持部を鉛直軸周りに回転させた状態で主ノズルから基板の表面に処理液を連続流れの状態で吐出しながら、主ノズルを、処理液が基板の中心を通る第１位置とこの第１位置よりも基板の周縁側の第２位置との間で往復移動させる工程と、
   前記主ノズルによる処理液の吐出が行われているときに、副ノズルから前記第１位置よりも基板の周縁側の予め設定された固定位置である第３位置に、処理液を、主ノズルにおける処理液の吐出流量よりも多い吐出流量で連続流れの状態で吐出し、前記主ノズルから供給された処理液による基板の面内温度分布を調整する工程と、を含み、
   前記第２位置は、基板の中心からの距離が前記第３位置と同一か、当該第３位置よりも基板の中心からの距離が短くなる位置に設定されていることを特徴とする液処理方法。
9. 基板に処理液を供給して液処理を行う液処理装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、前記プログラムは請求項７または８に記載された液処理方法を実行するためにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。

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