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TWI832954B - 基板處理方法及基板處理裝置 - Google Patents

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TWI832954B
TWI832954B TW109100602A TW109100602A TWI832954B TW I832954 B TWI832954 B TW I832954B TW 109100602 A TW109100602 A TW 109100602A TW 109100602 A TW109100602 A TW 109100602A TW I832954 B TWI832954 B TW I832954B
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liquid
nozzle
substrate
central axis
processing
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TW109100602A
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小杉仁
梅翔太
立花康三
山本諒
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

[課題]在第1處理液與第2處理液從不同噴嘴同時被供給至基板上時，可防止或至少大幅抑制因第1處理液及第2處理液之相互干涉而引起的液體飛濺及/或被形成於基板上之處理液之液膜厚度的不均勻。 [解決手段]藉由從第1噴嘴所吐出之第1處理液而形成的第1液柱及藉由從第2噴嘴所吐出之第2處理液而形成的第2液柱會滿足下述關係。第1液柱之中心軸線即第1中心軸線及第2液柱之中心軸線即第2中心軸線中的至少第2中心軸線相對於基板之旋轉軸線傾斜。在旋轉軸線之方向上觀看時，藉由以包含基板之表面的水平平面切斷第1液柱及第2液柱而獲得的第1切斷面及第2切斷面至少部分地重疊。在旋轉軸線之方向上觀看時，第1中心軸線上的任意點位於第2中心軸線上。

Description

基板處理方法及基板處理裝置
本揭示，係關於基板處理方法及基板處理裝置。
在半導體裝置之製造中，係對基板進行藥液洗淨、溼蝕刻等的液處理。在液處理中，係將複數個種類的處理液例如藥液(例如DHF)、沖洗液(例如DIW)、乾燥用液體(例如IPA)依序供給至基板(例如參閱專利文獻1)。在專利文獻1中，係記載有如下述內容:使以沖洗噴嘴供給DIW之期間的結束與以乾燥用液體噴嘴供給IPA之期間的開始在時間上重疊。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2017-108190號公報
[本發明所欲解決之課題]
本揭示，係提供如下述技術：在第1處理液與第2處理液從不同噴嘴同時被供給至基板上時，可防止或至少大幅抑制因第1處理液及第2處理液之相互干涉而引起的液體飛濺及/或被形成於基板上之處理液之液膜厚度的不均勻。 [用以解決課題之手段]
基板處理方法之一實施形態，係提供一種基板處理方法，其特徵係，具備有：使基板以水平姿勢繞垂直軸線旋轉；在第1供給期間，從第1噴嘴供給至旋轉第1處理液之前述基板的表面；及在第2供給期間，從第2噴嘴供給至旋轉第2處理液之前述基板的表面，前述第1供給期間與前述第2供給期間至少部分地重疊，在該重疊期間內，藉由從第1噴嘴所吐出的第1處理液形成第1液柱，並且藉由從第2噴嘴所吐出的第2處理液形成第2液柱，在前述重疊期間中，「假定停止了來自前述第2噴嘴之前述第2處理液的吐出」時之前述第1液柱的形狀及配置和「假定停止了來自前述第1噴嘴之前述第1處理液的吐出」時之前述第2液柱的形狀及配置會滿足下述條件：前述第1液柱之中心軸線即第1中心軸線及前述第2液柱之中心軸線即第2中心軸線中的至少前述第2中心軸線相對於前述旋轉軸線傾斜；在前述旋轉軸線之方向上觀看時，藉由以包含前述基板之表面的水平平面切斷前述第1液柱及前述第2液柱而獲得的第1切斷面及第2切斷面至少部分地重疊；及在前述旋轉軸線之方向上觀看時，前述第1中心軸線上的任意點位於前述第2中心軸線上。 [發明之效果]
根據本揭示，在第1處理液與第2處理液從不同噴嘴同時被供給至基板上時，可防止或至少大幅抑制因第1處理液及第2處理液之相互干涉而引起的液體飛濺及/或被形成於基板上之處理液之液膜厚度的不均勻。
在以下中，參閱附加圖面，說明關於基板處理裝置之一實施形態的基板處理系統。圖1，係表示基板處理系統之概略構成的圖。在以下中，係為了明確位置關係而規定相互正交之X軸、Y軸及Z軸，並將Z軸正方向設成為垂直向上方向。
如圖1所示般，基板處理系統1，係具備有：搬入搬出站2；及處理站3。搬入搬出站2與處理站3，係鄰接設置。
搬入搬出站2，係具備有：載體載置部11；及搬送部12。在載體載置部11，係載置有以水平狀態收容複數片基板，本實施形態為半導體晶圓(以下稱為晶圓W)的複數個載體C。
搬送部12，係鄰接設置於載體載置部11，在內部具備有基板搬送裝置13與收授部14。基板搬送裝置13，係具備有保持晶圓W的晶圓保持機構。又，基板搬送裝置13，係可朝水平方向及垂直方向移動和以垂直軸為中心旋轉，並使用晶圓保持機構，在載體C與收授部14之間進行晶圓W之搬送。
處理站3，係鄰接設置於搬送部12。處理站3，係具備有：搬送部15；及複數個處理單元16。複數個處理單元16，係被排列設置於搬送部15的兩側。
搬送部15，係在內部具備有基板搬送裝置17。基板搬送裝置17，係具備有保持晶圓W的晶圓保持機構。又，基板搬送裝置17，係可朝水平方向及垂直方向移動和以垂直軸為中心旋轉，並使用晶圓保持機構，在收授部14與處理單元16之間進行晶圓W之搬送。
處理單元16，係對藉由基板搬送裝置17所搬送的晶圓W進行預定之基板處理。
又，基板處理系統1，係具備有控制裝置4。控制裝置4，係例如電腦，具備有控制部18與記憶部19。在記憶部19，係儲存有程式，該程式，係控制基板處理系統1中所執行的各種處理。控制部18，係藉由讀出並執行被記憶於記憶部19之程式的方式，控制基板處理系統1的動作。
另外，該程式，係被記錄於可藉由電腦而讀取的記憶媒體者，且亦可為從該記憶媒體被安裝於控制裝置4的記憶部19者。作為可藉由電腦讀取之記憶媒體，係例如有硬碟(HD)、軟碟片(FD)、光碟(CD)、磁光碟(MO)、記憶卡等。
在如上述般所構成之基板處理系統1中，係首先，搬入搬出站2之基板搬送裝置13從被載置於載體載置部11的載體C取出晶圓W，並將取出之晶圓W載置於收授部14。載置於收授部14之晶圓W，係藉由處理站3的基板搬送裝置17，從收授部14被取出且搬入至處理單元16。
搬入至處理單元16之晶圓W，係在藉由處理單元16予以處理後，藉由基板搬送裝置17，從處理單元16被搬出且載置於收授部14。而且，載置於收授部14之處理完畢的晶圓W，係藉由基板搬送裝置13而返回到載體載置部11的載體C。
其次，說明關於處理單元16之構成。
如圖2所示般，處理單元16，係具有腔室(單元殼體)20。在腔室20之頂部，係設置有FFU(Fan Filter Unit)21。FFU21，係在腔室20內形成下降流。
在腔室20內，係設置有被稱為旋轉卡盤等的基板保持旋轉部30。基板保持旋轉部30，係具有卡盤31(基板保持要素)與使卡盤31旋轉的旋轉馬達32，且以水平姿勢保持被處理基板即晶圓W並可使其繞垂直軸線旋轉。卡盤31，係亦可為吸附晶圓W之下面的真空卡盤，或亦可為藉由複數個把持爪來保持晶圓W之周緣部的機械卡盤。基板保持旋轉部30，係具備有未圖示之升降機構，且可藉由該升降機構來使卡盤31升降。
藉由處理液供給部40，將各種處理液供給至晶圓W。處理液供給部40，係具有：複數個(在所圖示之實施形態中，係3根)噴嘴41；噴嘴夾持器42；噴嘴臂43；及臂驅動機構44。在噴嘴夾持器42，係固定有3根噴嘴41。噴嘴夾持器42，係被固定於噴嘴臂43的前端。臂驅動機構44，係可使噴嘴臂43沿垂直方向升降，且可使其繞垂直軸線45旋轉。因此，噴嘴41，係可在位於晶圓W之中心部之正上方的處理位置與遠離晶圓W之上方的退避位置之間移動。藉由後述所說明之處理液供給機構50，將所需的處理液供給至3根噴嘴41。
在腔室20內，係以包圍基板保持旋轉部30之卡盤31之周圍的方式，設置有液承接杯60。液承接杯60，係捕集從旋轉之晶圓W飛散的處理液。
在液承接杯60之底部，係設置有排液口61及排氣口62。藉由液承接杯60所補獲之處理液，係通過排液口61流向處理單元16的外部並回收而再利用，或被廢棄至工廠排液系統。液承接杯60之內部空間的氛圍，係經由排氣口62及排氣管路63被排出至減壓氛圍的工廠排氣系統。在排氣管路63，係設置有：未圖示之噴射器，用以促進排氣；及閥(例如蝶形閥)，用以控制排氣流量。
在圖2中，係表示為大幅簡化液承接杯60的內部構造。液承接杯60，係亦可被構成為通過可切換不同種類之處理液(例如酸性藥液、鹼性藥液、有機藥液)的不同路徑而流通於液承接杯60內，並經由不同之排氣口62及排氣管路63被排出至處理單元16的外部。在半導體製造裝置之發明所屬之技術領域中，像這樣的構成係屬公知而省略說明。
在腔室20內，係設置有可封閉液承接杯60之上部開口65的頂板(top plate)70。頂板70，係藉由升降機構71，可在處理位置(圖2所示之位置)與處理位置之上方的退避位置(未圖示)之間升降。位於處理位置之頂板70，係與液承接杯60的上面中之上部開口65之周緣的區域接觸，封閉液承接杯60的上部開口65。亦可設置將頂板70與液承接杯60之間的間隙密封之密封構件(未圖示)。
當頂板70上升而退避至退避位置時，則可使卡盤31上升，且使晶圓W位於比液承接杯60之上端更上方。在該狀態下，圖1所示之基板搬送裝置17的臂體通過基板搬入搬出口22進入腔室20內，可在與卡盤31之間進行晶圓W的收授。另外，在使頂板70升降時，係藉由臂驅動機構44使噴嘴夾持器42及噴嘴臂43旋轉，且從頂板70之上方的位置退避。
在頂板70之中央部，係設置有貫通孔72。藉由臂驅動機構44使噴嘴夾持器42升降，藉此，可將噴嘴夾持器42插入位於處理位置之頂板70的貫通孔72及可從貫通孔72去除噴嘴夾持器42。在貫通孔72被插入噴嘴夾持器42時，噴嘴夾持器42封閉貫通孔72。亦可設置將噴嘴夾持器42與頂板70之間的間隙密封之密封構件(未圖示)。
在頂板70之中央部，係設置有氣體噴嘴73，該氣體噴嘴73，係將惰性氣體(在此為氮氣)供給至位於處理位置之頂板70的下面與卡盤31所保持之晶圓W的上面之間的空間S(處理空間)。只要可將惰性氣體供給至空間S，則氣體噴嘴73亦可設置於與圖示之位置不同的位置。
其次，參閱圖3，說明關於3根噴嘴41、噴嘴夾持器42及處理液供給機構50。以下，對3根噴嘴41中之第1噴嘴賦予參考符號「N1」，對第2噴嘴賦予參考符號「N2」，對第3噴嘴賦予參考符號「N3」，藉此，將該些進行彼此區分。
在第1噴嘴N1，係連接有DHF供給部51A及DIW供給部51B。可從第1噴嘴N1將DHF(稀氫氟酸)或DIW(純水)之任一者以所控制的流量吐出。在第2噴嘴N2，係連接有SC1供給部52A、檸檬酸供給部52B及DIW供給部52C。可從第2噴嘴N2將作為處理液之SC1、檸檬酸及DIW中之任一者以所控制的流量吐出。在第3噴嘴N3，係連接有IPA供給部53A。可從第3噴嘴N3將IPA(異丙醇)以所控制的流量吐出。
在各供給部(51A，51B，52A，52B，52C，53A)中，圖3中以雙重圓所示的元件，係各液體的供給源(例如工廠設施、儲槽等)，圖3中以填入了「X」之空心四 方形所示的元件，係流量控制機器。流量控制機器，係例如包含開關閥、流量計、流量控制閥等。關於圖3中所記載之其他的參考符號，係如後述般。
其次，說明關於在處理單元16所進行之晶圓W的處理。保持了未處理之晶圓W之基板搬送裝置17的臂體通過基板搬入搬出口22進入處理單元16。此時，噴嘴41位於退避位置，頂板70亦位於退避位置，基板保持旋轉部30之卡盤31上升至收授位置。基板搬送裝置17之臂體，係將晶圓W傳遞至卡盤31，並從處理單元16退出。其次，頂板70下降至處理位置(圖2所示之位置)，封閉液承接杯60的上部開口65。其次，噴嘴41移動至處理位置(圖2所示之位置)，伴隨於此，噴嘴夾持器42封閉頂板70的貫通孔72。藉此，液承接杯60之內部空間實質上被密封。
其次，從氣體噴嘴73吐出氮氣。又，液承接杯60內之空間，係經由排氣口62被常時吸引。因此，液承接杯60內之空氣被氮氣所置換，液承接杯60之內部空間，係成為氮氣氛圍。其次，藉由基板保持旋轉部30使晶圓W旋轉。晶圓W之旋轉，係持續直至對1片晶圓W的處理結束為止。藉由像這樣地使晶圓W旋轉的方式，供給至空間S內之晶圓W的中央部之上方的區域之氮氣，係均勻地流向晶圓W之周緣部的上方。
其後，將各種處理液被供給至晶圓W。參閱圖7所示之時序圖，說明關於處理液的供給。第1~第3噴嘴N1，N2，N3，係朝向晶圓W之中心WC(旋轉中心)或其附近吐出處理液(詳細如後述)。DHF，SC1、檸檬酸，係用以去除存在於晶圓W之表面WS上的去除對象物之洗淨用藥液。DIW，係作為沖洗液所供給，該沖洗液，係從晶圓W之表面WS去除在DIW供給之前所供給的藥液(DHF、SC1、檸檬酸)及由與該藥液之反應產生的副生成物等。IPA，係置換存在於晶圓W之表面WS上的DIW。IPA，係揮發性高於DIW且表面張力低之有機溶劑，發揮促進乾燥(均勻且迅速乾燥)及抑制圖案倒塌等的作用。在將從一個噴嘴(N1，N2)所供給之處理液自第1處理液(例如DHF)切換成第2處理液(例如DIW)時，第1處理液及第2處理液，係實質上不間斷且連續地供給。
首先，一開始，於時間點T1開始從第1噴嘴N1吐出DHF。一到時間點T2，則將從第1噴嘴N1所吐出之處理液自DHF切換成DIW。來自第1噴嘴N1之DIW的吐出，係於時間點T5結束。
於比時間點T5之前的時間點T3，開始來自第2噴嘴N2之DIW的吐出。於比時間點T3之後且比時間點T5之前的時間點T4，將從第2噴嘴N2所吐出之處理液自DIW切換成SC1。
另外，由於在第2噴嘴N2及與其相連之配管內，係殘存有從該第2噴嘴N2最後所吐出的處理液(於時間點T8~T10所吐出之DIW)，因此，如時序圖所示般，於時間點T3後立即從第2噴嘴N2所吐出之處理液，係成為DIW。然而，在殘留處理液的排洩機構(像這樣的機構為習知)被設置於第2噴嘴N2及與其相連之配管的情況下，係亦可從時間點T3後立即自第2噴嘴N2吐出SC1。
一到時間點T6，則將從第2噴嘴N2所吐出之處理液自SC1切換成DIW。一到時間點T7，則將從第2噴嘴N2所吐出之處理液自DIW切換成檸檬酸。一到時間點T8，則將從第2噴嘴N2所吐出之處理液自檸檬酸切換成DIW。來自第2噴嘴N2之DIW的吐出，係於時間點T10結束。
於比時間點T10之前的時間點T9，開始來自第1噴嘴N1之DIW的吐出。來自第1噴嘴N1之DIW的吐出，係於時間點T12結束。於比時間點T12之前的時間點T11，開始來自第3噴嘴N3之IPA的吐出。來自第3噴嘴N3之IPA的吐出，係於時間點T13結束。
於時間點T13後，停止來自所有噴嘴N1，N2，N3之處理液的吐出，並且持續使晶圓W之旋轉繼續(較佳為增加晶圓W之旋轉速度)，進行晶圓W的乾燥。在晶圓W的乾燥後，便停止晶圓W之旋轉。其後，以與晶圓W之搬入時相反的步驟，從處理單元16搬出晶圓W。藉由以上，對1片晶圓W之一連串的處理便結束。
從圖7之時序圖可知，在從時間點T3起至時間點T5的期間OL1、從時間點T9起至時間點T10的期間OL2及從時間點T11起至時間點T12的期間OL3，係2根噴嘴(N1及N2或N1及N3)同時吐出處理液。期間OL1，OL2，OL3，係被稱為「重疊期間」。當從2根噴嘴所同時吐出之處理液彼此不處於適當的關係時，則可能產生液體飛濺或被形成於晶圓W的表面WS上之液膜不均勻這樣的問題。以下，對其進行說明。
在說明之前，參閱圖3~圖6，說明關於各噴嘴41(N1，N2，N3)的配置及定義從噴嘴N1，N2，N3所吐出的處理液之方向的各種用語。
噴嘴N1，N2，N3之軸線(詳細，係吐出口附近之吐出流路的軸線)分別由A1，A2，A3所表示。藉由從噴嘴N1，N2，N3所吐出之處理液而形成的液柱分別由P1，P2，P3所表示。另外，由於重力作用於從噴嘴N1，N2，N3所吐出之處理液，因此，從傾斜之噴嘴(在圖示例中，係N2，N3)所吐出的處理液，係嚴格來說，描繪出拋物線。然而，在本說明書中，係設定為噴嘴N1，N2，N3與晶圓W的表面WS之間的距離足夠小(例如20~30mm左右)且以足夠大之流量(液勢)從噴嘴N1，N2，N3吐出處理液，從而可無視作用於處理液的重力。因此，噴嘴N1，N2，N3之吐出口的軸線與液柱P1，P2，P3之中心軸線，係亦可視為一致者。
圖4、圖5、圖6，係表示噴嘴N1，N2，N3分別單獨地吐出處理液的狀態。以晶圓W之表面WS的平面切斷了從噴嘴N1，N2，N3分別吐出之處理液的液柱P1，P2，P3之切斷面(圓形或橢圓形)，係分別由參考符號B1，B2，B3所表示。又，切斷面B1，B2，B3之中心分別由參考符號C1，C2，C3所表示。另外，中心C1，C2，C3，係亦為軸線與A1，A2，A3與表面WS的交點。
圖8，係表示習知技術的概略圖。在旋轉之晶圓W之表面WS的中心(旋轉中心)附近，處理液從2根噴嘴N1，N2被吐出至垂直於表面WS的方向(參閱液柱P1，P2)，且所吐出之處理液之晶圓W的表面WS上之著液位置有差距。在該情況下，當著液於表面WS上後，主要欲藉由離心力擴散之液體彼此衝突，液膜在衝突部附近大幅凸起。又，微小液滴會在衝突部附近飛散(液體飛濺之發生)。
飛散之液滴，係有附著於處理單元16之構成構件的表面(液承接杯的外面、頂板的下面)之虞。因附著之液滴乾燥或因不同種類之處理液的液滴產生反應而形成反應生成物，從而有形成微粒原因物質之虞。特別是，如圖2所示之處理單元16般，在頂板70之下面接近晶圓W之上面的情況下，特別是存在有頂板70之下面之污染成為問題的可能性。
又，在衝突部附近產生之液膜的凸起亦即液膜厚度的不均勻，係造成藉由處理液而形成於晶圓W之表面WS之液膜厚度的不均勻。因液膜厚度不均勻，存在有損及處理之面內均勻性的可能性。
在本實施形態中，係當2根噴嘴(N1及N2或N1及N3)同時吐出處理液時，以不發生上述問題的方式，配置3根噴嘴N1，N2，N3。具體而言，例如如圖3所示般，3根噴嘴N1，N2，N3，係以如軸線A1，A2，A3於晶圓W之表面WS的中心(旋轉中心)WC相交般的位置關係來進行配置。又，軸線A1與軸線A2所成之角度θ12，係成為30度以下(在圖示例中為20度)，軸線A1與軸線A3所成之角度θ13亦成為30度以下(在圖示例中為20度)。另外，如圖7之時序圖所示般，由於噴嘴N2及N3不會同時吐出處理液，因此，在本實施形態，噴嘴N2與噴嘴N3之位置關係並不會成為問題。
根據圖3所示之實施形態，可防止或至少大幅抑制液體飛濺及液膜厚度不均勻的問題。
另外，從同時供給處理液的噴嘴所吐出之處理液之液柱的位置關係，係有容許範圍。以下，以第1液柱P1及第2液柱P2為例，參閱圖9~圖15，對其進行說明。另外發現到，該容許範圍，係以「使處理液僅從第1噴嘴N1吐出時之第1液柱P1的形狀及配置與以使處理液僅從第2噴嘴N2吐出時之第2液柱P2的形狀及配置」之間的相互關係來進行說明。在圖9~圖15中，上側之圖，係從晶圓W之旋轉軸線WA(亦即垂直軸線)的方向(從正上方)觀看液柱P1，P2的圖，下側之圖，係從側方觀看液柱P1，P2的圖。詳細而言，下側之圖，係從包含第1液柱P1之中心軸線即第1中心軸線A1及第2液柱P2之中心軸線即第2中心軸線A2的平面之法線方向觀看的圖。
首先，主要從防止液體飛濺的觀點來看，係至少2個液柱P1、P2必需在著液於晶圓W的表面WS之前至少部分地匯流。 為此，必需進行如下述： 第1液柱P1之中心軸線即第1中心軸線A1及第2液柱P2之中心軸線即第2中心軸線A2中的至少一者(在此，係第2中心軸線A2)相對於晶圓W之旋轉軸線WA傾斜(條件1)；及 在旋轉軸線WA之方向上觀看時，藉由以包含晶圓W之表面WS的水平平面切斷第1液柱P1及第2液柱P2而獲得的第1切斷面B1及第2切斷面B2至少部分地重疊(條件2)。
圖8之例子滿足條件1、2，在該情況下，係產生前述的問題。由於液體飛濺，係起因於一旦分別著液於晶圓W之表面WS上的處理液彼此著液後發生衝突而產生，因此，藉由滿足條件1、2，可防止或至少大幅抑制液體飛濺的情形。
又，從主要防止液膜厚度不均勻的觀點來看，係在晶圓W之旋轉軸線WA的方向上觀看時，第1中心軸線A1上的任意點(亦即第1中心軸線A1上的所有點)必需位於第2中心軸線A2上(條件3)。
以下，參閱表示未滿足條件3之圖9、圖10、圖11，說明關於條件3。藉由前述條件1，由於第2中心軸線A2相對於晶圓W的旋轉軸線WA傾斜，因此，當在旋轉軸線WA的方向上觀看時，第2中心軸線A2為直線。在第1中心軸線A1與旋轉軸線WA平行的情況下，當在旋轉軸線WA的方向上觀看時，第1中心軸線A1，係看起來像是單個點(參閱圖9之上側)。亦即，在該情況下，條件3，係意味著在旋轉軸線WA的方向上觀看，前述之單個點(第1中心軸線A1)位於前述的直線(第2中心軸線A2)上。圖9之例子，係明顯未滿足條件3。
又，在第1中心軸線A1及第2中心軸線A2兩者相對於旋轉軸線WA傾斜的情況下，當在旋轉軸線WA的方向上觀看時，第1中心軸線A1及第2中心軸線A2兩者，係看起來像是直線(參閱圖10及圖11之上側)。亦即，在該情況下，條件3，係意味著上述2條直線位於同一直線上。另外，此處所使用之用語「直線」，係具有無限長度者，與「線段」及「半直線」均不同，係無須贅言。
在圖10之例子中，在旋轉軸線WA的方式上觀看，2條直線，係僅於一點相交。該配置，係不相當於『在晶圓W之旋轉軸線WA的方向上觀看時，第1中心軸線A1上之「任意點」位於第2中心軸線A2上』。在圖11之例子中，2條直線，係彼此平行且不相交。
如圖10及圖11之上側所示般，在旋轉軸線WA的方向上觀看，當形成液柱P1，P2之處理液的速度向量之水平方向成分V1，V2不在同一直線上且朝向彼此不同的方向時，係在液柱P1，P2匯流時形成漩渦。在處理液著液於晶圓W之表面WS後一面形成液膜，一面在表面WS朝向周緣部擴散時，亦殘留有該漩渦，並在晶圓W的表面WS上形成不均勻之螺旋狀的膜厚分布。在像這樣的狀況下，係有處理結果的面內均勻性下降之虞。在圖9之例子中，亦存在有相同的問題。但是，其程度，係比圖10及圖11的情形輕微。藉由滿足上述條件3的方式，可防止或抑制上述之不良情形，並可提高處理結果的面內均勻性。條件3，係對於液體飛濺之有無的影響較小。
另外，後述之圖12~圖15之例子，係滿足條件3。
除了上述條件3以外，另在旋轉軸線WA的方向上觀察，即便速度向量之水平方向成分V1，V2位於同一直線上，亦未朝向相同方向為較佳(條件3a)。當朝向相同方向時，則經匯流之液體在晶圓W的表面WS上之剖面形狀會成為圖中左右方向具有長軸之扁平率較大的楕圓形狀。如此一來，處理液無法在晶圓W之表面WS上均勻地擴散，從而產生液膜的不均。因此，在第1中心軸線A1及第2中心軸線A2兩者相對於旋轉軸線WA傾斜的情況下，係如圖12所示般，在旋轉軸線WA的方向上觀察，水平方向成分V1，V2朝向不同方向為較佳。第1中心軸線A1及第2中心軸線A2之一者亦可為與旋轉軸線WA平行。
以下，參閱圖12~圖15，敍述關於較佳為從防止或抑制液體飛濺及膜厚分布之不均勻的觀點來看所採用之其他條件。
第1中心軸線A1與第2中心軸線A2所成之角度θ12為30度以下為較佳(條件4)。在第1中心軸線A1與晶圓W之旋轉軸線WA平行的情況下(參閱圖13~圖15)或傾斜於與第2中心軸線A2相同方向的情況下(未圖示)，當角度θ12超過30度而變大時，則經匯流之液體在晶圓W的表面WS上之剖面形狀會成為圖12~圖15之左右方向具有長軸之扁平率較大的楕圓形狀。如此一來，處理液無法在晶圓W之表面WS上均勻地擴散，從而產生液膜厚度的不均勻。具體而言，係例如產生如圖16般之卍形狀的螺旋圖案，並產生「液膜厚度在該部分較大且液膜厚度在其他部分較小」這樣的液膜厚度之不均勻。在像這樣的狀況下，係有處理結果的面內均勻性下降之虞。
又，例如如圖12所示般，在第1中心軸線A1傾斜於與第2中心軸線A2相反之方向的情況下，當角度θ12大於30度時，則由於處理液彼此猛烈地相互碰撞，因此，有產生液體飛濺或液膜厚度的不均勻之虞。因此，在該情況下，亦滿足上述條件4為較佳。
另外，除了上述條件4以外，旋轉軸線WA與第1中心軸線A1所成之角度θW1(定義請參閱圖12)及旋轉軸線WA與第2中心軸線A2所成之角度θW2(定義請參閱圖12)，係皆設成為30度以下為更佳(條件4a)。這是因為，當角度θW1，θW2變大時，由於即便在第1液柱P1或第2液柱P2單獨地著液於晶圓W之表面的情況下，前述切斷面B1，B2亦成為扁平率較大的楕圓形狀，故變得容易產生液膜厚度的不均勻。
又，除了上述條件2以外，例如如圖12~圖15所示般，切斷面B1之中心C1位於切斷面B2內且切斷面B2之中心C2位於切斷面B1內為較佳(條件2a)。亦即，切斷面B1與切斷面B2之重疊足夠大，換言之，中心C1與中心C2之距離D12足夠小為較佳。藉由像那樣地進行，可確實地防止液體飛濺。又，可在切斷面B1與切斷面B2之重疊較小的情況下，抑制可能產生之匯流後的處理液之流動的擾動，並亦可提高被形成於晶圓W之表面WS上的液膜之厚度的不均勻。
在圖13及圖15中，賦予至大寫字母之2位數字 「12」，係意味著基於噴嘴N「1」與噴嘴N「2」之相對位置關係所決定的位置或距離。E12，係軸線A1與軸線A2的交點。H12，係從晶圓W之表面WS至交點E12的距離(垂直方向距離)。在交點E12位於比表面WS低之位置的情況下，H12為負值，在交點E12位於比表面WS高之位置的情況下，H12為正值。C1，係軸線A1與晶圓W之表面WS的交點。C2，係軸線A2與晶圓W之表面WS的交點。D12，係交點C1與交點C2之間的距離(水平方向距離)。在圖13之例子中，係距離H12及距離D12皆為負，在圖14之例子中，係距離H12及距離D12(由於皆為0，故未圖示)皆為0，在圖15之例子中，係距離H12及距離D12皆為正值。
中心C1與中心C2之距離D12，係處於-2mm ~+2mm的範圍內為較佳，且處於-1mm~+1mm的範圍內為更佳而0mm(亦即中心C1與中心C2一致(參閱圖3及圖14)為最佳(條件2b)。藉由像那樣地進行，可更確實地防止液體飛濺，並可抑制匯流後的處理液之流動的擾動。另外確認到，雖然較佳之距離D12的最大值亦取決於液柱P1及液柱P2的直徑，但當液柱P1及液柱P2之直徑為例如4.3~4.4mm左右時，只要距離D12為2mm以下，則可獲得良好的結果。
距離H12，係處於-3mm~+3mm的範圍內為較佳，且處於-2mm~+2mm的範圍內為更佳而0mm(亦即中心C1與中心C2一致(參閱圖3及圖14)為最佳(條件5)。另外，H12，係因應前述θ12及D12所唯一決定的值。
在距離H12為較大之正值的情況下，經匯流之液體在晶圓W的表面WS上之剖面形狀會成為圖11之左右方向具有長軸之扁平率較大的惰圓形狀。如此一來，處理液無法在晶圓W之表面WS上均勻地擴散，從而產生液膜的不均。具體而言，係例如產生如圖16般之卍形狀的螺旋圖案，並產生「液膜厚度在該部分較大且液膜厚度在其他部分較小」這樣的液膜厚度之不均勻。在像這樣的狀況下，係有處理結果的面內均勻性下降之虞。藉由滿足條件5的方式，可防止產生像這樣的現象，並可提高處理結果的面內均勻性。條件5，係對於液體飛濺之有無的影響較小。
另一方面，在距離H12為絕對值較大之負值的情況下，產生與距離D12變大之情形相同的問題。
參閱圖3，說明關於實際運用中所使用之噴嘴的配置及各種製程條件的具體例。在該具體例中，3根噴嘴N1，N2，N3，係以如第1軸線A1、第2軸線A2及第3軸線A3於晶圓W之表面WS的中心(旋轉中心)WC相交般的位置關係來進行配置。第1軸線A1，係與垂直方向亦即晶圓W之旋轉軸線WA平行地延伸。第1軸線A1與第2軸線A2所成之角度θ12為20度，第1軸線A1與第3軸線A3所成之角 度θ13亦為20度。噴嘴N1，N2之直徑皆為6.4mm噴嘴N3之直徑為3.2mm。因此，第1液柱P1之直徑與第2液柱P2之直徑大致相同，第3液柱P3之直徑，係小於第1液柱P1及第2液柱P2之直徑。從噴嘴N1所吐出之DHF及DIW的流量，係皆為1000~1500mL/min的範圍內。從噴嘴N2所吐出之SCI、檸檬酸及DIW的流量，係皆為1000~1500mL/min的範圍。從噴嘴N3所吐出之IPA的流量，係皆為75~350mL/min的範圍內。晶圓W之旋轉數，係1000~1500rpm。在上述條件下，係確認到即便進行來自噴嘴N1，N2之處理液的同時吐出、來自噴嘴N1，N3之處理液的同時吐出，亦不會發生成為問題之液體飛濺的產生及液膜的不均勻。
在單獨被供給至晶圓W時，覆蓋性(液膜之表面被覆性)容易成為問題之DHF，係從可形成最均勻之液膜的噴嘴N1(由於第1軸線A1延伸於垂直方向)吐出為較佳。SC1、檸檬酸及IPA，係即便從任一個噴嘴吐出，亦不存在關於覆蓋性的問題。考慮此點，決定從噴嘴N1，N2，N3所吐出之處理液的種類。
另外，以最大流量吐出處理液之噴嘴(N1，N2，N3)亦可不為軸線(A1，A2，A3)朝向垂直方向的噴嘴。即便軸線傾斜之噴嘴比軸線朝向垂直方向的噴嘴以更大流量吐出處理液，亦只要滿足上述條件，則不會產生液體飛濺、液膜不均勻的問題。
根據上述之實施形態，即便從2個噴嘴同時吐出處理液，亦不會產生液體飛濺、液膜厚度不均勻的問題。因此，位於晶圓W附近之構件(例如頂板)不會被由液體飛濺而產生的霧氣所污染。又，由於形成有均勻厚度之液膜，因此，可進行面內均勻性高的液處理。
在上述實施形態中，噴嘴N1，N2，N3，雖係以在晶圓W之中心部的上方靜止的狀態來供給處理液，但並不限定於此。例如，在基板處理裝置不具有頂板的情況下，係亦可一面使其在晶圓W之中心部之上方的位置與周緣部之上方的位置之間移動(掃描)，一面吐出處理液。在該情況下，亦當使處理液同時從2個噴嘴吐出時，噴嘴，係在晶圓W之中心部的上方靜止為較佳。
在上述實施形態中，2個噴嘴N1，N2，雖係藉由共用的噴嘴夾持器及臂體所保持，但並不限定於此。亦可藉由第1噴嘴夾持器及第1噴嘴臂來保持第1噴嘴N1，並藉由第2噴嘴夾持器及第2噴嘴臂來保持第2噴嘴N2。在該情況下，在從第1噴嘴N1及第2噴嘴N2同時吐出處理液時，亦可配置為使第1及第2噴嘴臂分別移動，且使第1噴嘴N1及第2噴嘴N2成為如與上述實施形態相同般的位置關係。
在上述之實施形態中，處理對象之基板雖係半導體晶圓，但並不限定於此。基板，係亦可為玻璃基板、陶瓷基板等、半導體裝置製造的領域中所使用之任意種類的基板。
本次所揭示之實施形態，係在所有方面皆為例示，吾人應瞭解該等例示並非用以限制本發明。上述之實施形態，係亦可在不脫離添附之申請專利範圍及其主旨的情況下，以各種形態進行省略、置換、變更。
W:基板(晶圓) WA:垂直軸線(晶圓之旋轉軸線) N1:第1噴嘴 N2:第2噴嘴 P1:第1液柱 P2:第2液柱 A1:第1中心軸線 A2:第2中心軸線 B1:第1切斷面 B2:第2切斷面
[圖1]一實施形態之基板處理裝置的縱剖側視圖。 [圖2]圖1之基板處理裝置所包含之處理單元的概略縱剖面圖。 [圖3]說明噴嘴之配置的剖面圖。 [圖4]說明關於第1噴嘴之配置及處理液之吐出的圖。 [圖5]說明關於第2噴嘴之配置及處理液之吐出的圖。 [圖6]說明關於第3噴嘴之配置及處理液之吐出的圖。 [圖7]表示由圖1之基板處理裝置所執行之液處理之一例的時序圖。 [圖8]說明習知技術的圖。 [圖9]說明關於從2個噴嘴所吐出之處理液彼此之關係的圖。 [圖10]說明關於從2個噴嘴所吐出之處理液彼此之關係的圖。 [圖11]說明關於從2個噴嘴所吐出之處理液彼此之關係的圖。 [圖12]說明關於從2個噴嘴所吐出之處理液彼此之關係的圖。 [圖13]說明關於從2個噴嘴所吐出之處理液彼此之關係的圖。 [圖14]說明關於從2個噴嘴所吐出之處理液彼此之關係的圖。 [圖15]說明關於從2個噴嘴所吐出之處理液彼此之關係的圖。 [圖16]說明因從2個噴嘴所吐出之處理液彼此的干涉而產生之不良情形的概略平面圖。
41:噴嘴
42:噴嘴夾持器
50:處理液供給機構
51A:DHF供給部
51B:DIW供給部
52A:SC1供給部
52B:檸檬酸供給部
52C:DIW供給部
53A:IPA供給部
70:頂板
72:貫通孔
A1:軸線
A2:軸線
A3:軸線
N1:第1噴嘴
N2:第2噴嘴
N3:第3噴嘴
W:晶圓
WC:中心
WS:表面
S:空間

Claims (14)

  1. 一種基板處理方法，係具備有：使基板以水平姿勢繞垂直軸線旋轉；在第1供給期間，從第1噴嘴供給至旋轉第1處理液之前述基板的表面；及在第2供給期間，從第2噴嘴供給至旋轉第2處理液之前述基板的表面，該基板處理方法，其特徵係，前述第1供給期間與前述第2供給期間至少部分地重疊，在重疊期間內，藉由從第1噴嘴所吐出的第1處理液形成第1液柱，並且藉由從第2噴嘴所吐出的第2處理液形成第2液柱，在前述重疊期間中，「假定停止了來自前述第2噴嘴之前述第2處理液的吐出」時之前述第1液柱的形狀及配置和「假定停止了來自前述第1噴嘴之前述第1處理液的吐出」時之前述第2液柱的形狀及配置會滿足下述條件：前述第1液柱之中心軸線即第1中心軸線及前述第2液柱之中心軸線即第2中心軸線中的至少前述第2中心軸線相對於前述垂直軸線傾斜；在前述垂直軸線之方向上觀看時，藉由以包含前述基板之表面的水平平面切斷前述第1液柱及前述第2液柱而獲得的第1切斷面及第2切斷面至少部分地重疊；及在前述垂直軸線之方向上觀看時，前述第1中心軸線上的任意點位於前述第2中心軸線上，前述基板處理方法，係一面在旋轉之前述基板之周圍配置液承接杯，並藉由前述液承接杯來接取從前述基板飛 散的處理液，且一面以頂板覆蓋前述液承接杯之上部開口部，並在前述第1供給期間及前述第2供給期間中之至少一部分的期間，將惰性氣體供給至前述頂板與前述基板之間的空間，一面執行。
  2. 如請求項1之基板處理方法，其中，前述第1噴嘴及前述第2噴嘴不能夠相對移動地被固定於前述頂板，或前述第1噴嘴及前述第2噴嘴不能夠相對移動地被固定於噴嘴夾持器，並且前述噴嘴夾持器被插入開口部，該開口部，係被設置於前述頂板的中心部。
  3. 如請求項1之基板處理方法，其中，前述第1噴嘴及前述第2噴嘴，係不能夠相對移動地被固定於噴嘴夾持器，前述噴嘴夾持器，係可插入被設置於前述頂板之中心部的貫通孔之形態的開口部，此時，前述噴嘴夾持器封閉前述液承接杯的上部開口部，前述基板處理方法，係在「藉由覆蓋前述液承接杯之前述上部開口部的前述頂板封閉前述上部開口部，且藉由前述噴嘴夾持器封閉前述頂板之前述開口部」的狀態下予以執行。
  4. 如請求項1之基板處理方法，其中，前述第1中心軸線相對於前述垂直軸線傾斜。
  5. 如請求項1之基板處理方法，其中，前述第1中心軸線與前述垂直軸線平行。
  6. 如請求項1之基板處理方法，其中，前述第1中心軸線與前述第2中心軸線形成30度以下的 角度而交叉。
  7. 如請求項1之基板處理方法，其中，前述第1切斷面的中心位於前述第2切斷面內，且前述第2切斷面的中心位於前述第1切斷面內。
  8. 如請求項1之基板處理方法，其中，前述第1切斷面的中心與前述第2切斷面的中心之間的距離為2mm以下。
  9. 如請求項1之基板處理方法，其中，從前述第1中心軸線與前述第2中心軸線之交點至前述基板表面的垂直方向距離為3mm以下。
  10. 如請求項1之基板處理方法，其中，前述第1噴嘴及前述第2噴嘴，係不能夠相對移動地被固定於共用的1個噴嘴夾持器。
  11. 如請求項1~10中任一項之基板處理方法，其中，前述第1處理液及前述第2處理液，係相同種類的處理液或不同種類的處理液，前述第1供給期間，係在時間上比前述第2供給期間更之前的期間或更之後的期間。
  12. 一種基板處理裝置，其特徵係，具備有：基板保持旋轉部，以水平姿勢保持基板且使其繞垂直軸線旋轉；第1噴嘴，對前述基板供給第1處理液；第2噴嘴，對前述基板供給第2處理液； 噴嘴夾持器，前述第1噴嘴及前述第2噴嘴被固定為不能夠相對移動；液承接杯，被設置為包圍前述基板，接取從旋轉之前述基板飛散的前述第1處理液及前述第2處理液；頂板，可覆蓋前述液承接杯之上部開口部；及惰性氣體供給部，將惰性氣體供給至覆蓋前述液承接杯之上部開口部的前述頂板與藉由前述基板保持旋轉部所保持之前述基板的表面之間的空間，前述噴嘴夾持器，係以使藉由從第1噴嘴所吐出之第1處理液而形成的第1液柱及藉由從第2噴嘴所吐出之第2處理液而形成的第2液柱之形狀及配置可滿足下述條件的方式，保持前述第1噴嘴及前述第2噴嘴，該條件，係包含：前述第1液柱之中心軸線即第1中心軸線及前述第2液柱之中心軸線即第2中心軸線中的至少前述第2中心軸線相對於前述垂直軸線傾斜；在前述垂直軸線之方向上觀看時，藉由以包含前述基板之表面的水平平面切斷前述第1液柱及前述第2液柱而獲得的第1切斷面及第2切斷面至少部分地重疊；及在前述垂直軸線之方向上觀看時，前述第1中心軸線上的任意點位於前述第2中心軸線上。
  13. 如請求項12之基板處理裝置，其中，前述噴嘴夾持器可被固定於前述頂板，或可藉由支撐前述噴嘴夾持器之噴嘴臂插入開口部，該開口部，係前述噴嘴夾持器被設置於前述頂板的中心部。
  14. 如請求項12之基板處理裝置，其中，前述第1噴嘴及前述第2噴嘴，係不能夠相對移動地被固定於噴嘴夾持器，前述噴嘴夾持器，係可插入被設置於前述頂板之中心部的貫通孔之形態的開口部，此時，前述噴嘴夾持器封閉前述液承接杯的上部開口部。
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