JP2005260087A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理液の消費量を抑制しつつ、基板上への処理液の液盛りをすみやかに行うことができる基板処理装置および基板処理方法を提供する。
【解決手段】この基板処理装置は、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転させるスピンチャック２と、このスピンチャック２によって保持されて回転されているウエハＷの上面に処理液（ＳＰＭ液）を供給するノズル３とを備えている。ノズル３は、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上面に対して、その法線に対して傾斜した処理液供給方向に沿って処理液を供給する。ノズル３は、ノズルアーム３２に支持されており、ノズルアーム３２が揺動されることによって、ウエハＷの上面に沿って移動する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、処理液を用いて基板を処理する基板処理装置に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などが含まれる。

半導体装置や液晶表示装置の製造工程では、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板などの基板に対して、複数種の薬液などの混合液を処理液として用いた処理が行われることがある。たとえば、基板の表面から不要になったレジスト膜を剥離するために、硫酸と過酸化水素水との混合液であるＳＰＭ（sulfuric acid／hydrogen peroxide mixture：硫酸過酸化水素水）液を用いたレジスト剥離処理が行われる。このレジスト剥離処理の方式としては、複数枚の基板を一括して処理するバッチ式が従来の主流であったが、最近では、処理対象の基板の大型化に伴って、基板の表面にレジスト剥離液を供給して、基板を１枚ずつ処理する枚葉式が注目されてきている。

ＳＰＭ液をレジスト剥離処理液として用いた枚葉式のレジスト剥離処理は、たとえば、下記特許文献１に開示されている装置で実施することができる。下記特許文献１に開示されている装置は、基板（半導体ウエハ）を水平に保持して回転させるチャックと、このチャックに保持された基板の表面に処理液を供給するためのノズルとを備えている。ノズルには、タンクに貯留されている処理液が処理液配管を通して供給されるようになっている。したがって、処理液としてＳＰＭ液を用いる場合には、タンクにＳＰＭ液を貯留しておけば、そのタンクに貯留されているＳＰＭ液が処理液配管を通してノズルに供給されるから、チャックに保持された基板の表面にＳＰＭ液を供給することができる。
特開昭６１−１２９８２９号公報

しかし、高価なＳＰＭ液を基板に供給し続けては、ＳＰＭ液の消費量が多く、ランニングコストが高くなる。また、硫酸と過酸化水素水との混合時には、発熱反応が生じるため、この反応熱を利用して基板上のＳＰＭ液をレジスト剥離に適した高温に保持できれば、好ましい。
そこで、基板を水平姿勢で保持して低速回転させつつ、基板上にＳＰＭ液を供給し、基板上にＳＰＭ液が液盛りされた状態でレジスト剥離処理を進行させることが提案されている。

ところが、ＳＰＭ液を液盛り状態とするために基板の回転を低速とすると、ＳＰＭに働く遠心力が小さいから、基板の全域にＳＰＭ液が広がるまでに時間がかかり、そのために、基板の回転中心付近と外周部付近とで基板温度に差が生じる。その結果、レジスト剥離処理の均一性が損なわれたり、基板の全域のレジストの剥離を完了するまでの処理時間が長くなったりするという問題がある。この問題は、ＳＰＭ液の吐出流量を増やすことによって緩和されるが、この場合には、ＳＰＭ液の消費量が多くなり、結局、ランニングコスト高くなってしまう。

そこで、この発明の目的は、処理液の消費量を抑制しつつ、基板上への処理液の液盛りをすみやかに行うことができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。

上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）をほぼ水平に保持して回転させる基板保持回転手段（２）と、この基板保持回転手段によって保持されて回転されている基板の上面に対して、この基板の上面の法線に対して傾斜した処理液供給方向に沿って処理液を供給し、この基板の上面に処理液を液盛りする処理液供給手段（３）とを含むことを特徴とする基板処理装置である。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。

この発明によれば、処理液供給手段から基板への処理液の供給方向が、基板上面の法線に対して傾斜しているので、基板の上面に到達した処理液は、すみやかに基板の上面に沿う移動を開始する。これにより、基板の全域へとすみやかに処理液が拡がり、基板の全域を処理液で覆った液盛り状態とすることができる。
したがって、処理液の流量を多くしなくても、基板の全域にすみやかに処理液を行き渡らせることができ、その結果、ランニングコストを抑えながらも、基板の各部における処理状態を均一化でき、処理時間の短縮に寄与できる。

請求項２記載の発明は、上記処理液供給手段から供給された処理液の上記基板の上面における着液点を、上記基板の回転中心に対して相対移動させる着液点移動機構（３１，３２，３３）をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。この構成によれば、回転状態の基板上において、基板の回転中心に対して処理液の着液点が移動するから、基板の全域に対して、よりすみやかに処理液を行き渡らせることができる。

上記着液点移動機構は、上記処理液供給手段を、基板の回転中心に対して、上記基板の上面に沿う方向に相対移動させる相対移動機構（３１，３２，３３）を含んでいてもよい。
請求項３記載の発明は、上記着液点移動機構は、上記着液点を、上記基板の回転中心と基板の外周部（回転状態の基板の軌跡が形成する円の外周部）との間で移動させるものであることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置である。この構成によれば、基板の回転中心と外周部との間で着液点が移動することにより、基板の全域に処理液をよりすみやかに行き渡らせることができる。

上記着液点移動機構は、上記着液点を、基板の回転中心から外周部へ向かって移動（一方向移動）させるものであってもよいし、上記着液点を、基板の回転中心と外周との間の半径に沿って往復移動させるものであってもよい。また、上記着液点移動機構は、上記着液点を、基板の第１の外周位置から、基板の回転中心を通り、第１位置に対して基板回転中心に関してほぼ対称な第２の外周位置に至る直径範囲に渡って移動（片道の移動または往復移動）させるものであってもよい。

請求項４記載の発明は、上記処理液供給方向は、少なくとも基板の回転中心付近において、基板の回転中心から外周部へと向かう成分を有する方向である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装置である。この構成によれば、基板の回転中心付近に着液した処理液は、基板の回転中心から外周へと向かう。これにより、基板上における処理液の拡がりを促進できる。

請求項５記載の発明は、上記処理液供給方向を調整する処理液供給方向調整手段（３２３，３２５，３４９，３５０，３５３，３５４）をさらに含む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装置である。この構成によれば、処理液供給方向を調整することができるので、処理液の種類（主として処理液の粘度）や基板の表面状態（疎水性、親水性など）のような基板処理条件に応じて、処理液供給方向を調整することにより、基板上における処理液の拡がり具合（主に速度）を調整でき、良好な液盛り処理を実現できる。

請求項６記載の発明は、上記処理液供給手段によって基板の上面に処理液を供給している期間に、上記処理液供給方向を変化させる処理液供給方向変更機構（１２３）をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置である。この構成によれば、処理液の供給中に処理液供給方向を変更させることができるので、たとえば、処理液の着液点が基板上で変動する場合に、着液点に応じた処理液供給方向を設定することができる。その結果、基板上の個々の位置（主として半径方向位置）に応じた適切な処理液供給方向を設定できるので、基板上への処理液の液盛りを良好に行える。

上記処理液供給方向変更機構は、上記着液点移動機構による着液点の移動と同期して上記処理液供給方向を変化させるものであってもよい。これにより、処理液の着液点の位置に応じて、上記処理液供給方向を変化させることができる。この場合に、着液点が基板の回転中心付近にあるときほど、処理液供給方向を基板の上面の法線方向に対して大きく傾斜した方向とし、着液点が基板の外周部に近づくほど、基板の法線方向に沿うように、上記処理液供給方向を変化させることとしてもよい。

請求項７記載の発明は、基板（Ｗ）をほぼ水平な姿勢で回転させる基板回転工程と、この基板回転工程と並行して、上記基板の上面の法線に対して傾斜した処理液供給方向に沿って、上記基板の上面に処理液を供給し、この基板の上面に当該処理液を液盛りする液盛り工程とを含むことを特徴とする基板処理方法である。この方法により、請求項１の発明と同様な効果を実現できる。この方法についても、上記基板処理装置に関連して説明したような改良を施すことができる。

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は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す図である。この基板処理装置は、基板の一例であるシリコン半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）の表面（上面）にＳＰＭ（sulfuric acid／hydrogen peroxide mixture：硫酸過酸化水素水）液を処理液（混合処理液）として供給して、そのウエハＷの表面から不要になったレジスト膜を剥離するレジスト剥離処理を行う枚葉式の装置であり、隔壁で区画された処理室１内に、ウエハＷをほぼ水平に保持して低速回転（たとえば１００ｒｐｍ以下）させるためのスピンチャック２と、このスピンチャック２に保持されて回転されているウエハＷの表面にＳＰＭ液を供給して液盛りするためのノズル３と、ウエハＷから流下または飛散するＳＰＭ液などを受け取るためのカップ４とを備えている。カップ４の底面には、カップ４内の雰囲気を排気するための耐熱性ポリ塩化ビニルまたはＰＦＡ製の排気配管７１と、カップ４に受け取られたＳＰＭ液などの廃液（ウエハＷの処理に用いられた後に廃棄されるべき処理液）を排出するためのＰＦＡ製の廃液配管７２とが接続されている。

スピンチャック２は、たとえば、複数個の挟持部材２１でウエハＷを挟持することにより、ウエハＷをほぼ水平な姿勢で保持することができ、さらにその状態でほぼ鉛直な軸線まわりに回転することによって、その保持したウエハＷをほぼ水平な姿勢を保ったまま回転させることができる。
スピンチャック２の側方には、旋回軸３１が鉛直方向にほぼ沿って配置されており、ノズル３は、その旋回軸３１の上端部からほぼ水平に延びたノズルアーム３２の先端部に取り付けられている。旋回軸３１は、その中心軸線まわりに回転可能に設けられていて、旋回軸３１を回転させることにより、ノズル３をスピンチャック２に保持されたウエハＷの上方に配置したり、カップ４の外側に設定された待機位置に配置したりすることができる。また、旋回軸３１を所定の角度範囲内で往復回転させることにより、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方でノズルアーム３２を揺動させることができ、これに伴って、スピンチャック２に保持されたウエハＷの表面上で、ノズル３からのＳＰＭ液の供給位置である着液点をスキャン（移動）させることができる。すなわち、着液点をウエハＷの回転中心に対して相対的に移動させることができ、これにより、ウエハＷの上面全体をＳＰＭ液ですみやかに覆うことができる。その結果、基板処理の面内均一性を向上できることになる。

ノズル３は、たとえば、耐薬液性および耐熱性に優れたＰＦＡ（perfluoro−alkylvinyl−ether−tetrafluoro−ethlene−copolymer）製のチューブからなる。このノズル３には、同じくＰＦＡ製の処理液配管５から、硫酸と過酸化水素水との混合液が供給されるようになっている。処理液配管５は、処理室１外へ延びており、処理室１に隣接して設けられた流体ボックス６内に配置されたミキシングバルブ６１に接続されている。

ミキシングバルブ６１は、硫酸ポート６１１、過酸化水素水ポート６１２および窒素ガスポート６１３の３つの流入ポートを有している。これらの硫酸ポート６１１、過酸化水素水ポート６１２および窒素ガスポート６１３には、それぞれ、硫酸供給源からの一定温度（たとえば、８０℃）に温度調節された硫酸を供給するための硫酸配管６２、過酸化水素水供給源からの過酸化水素水を供給するための過酸化水素水配管６３および窒素ガス供給源からの窒素ガスを供給するための窒素ガス配管６４が接続されている。

硫酸配管６２の途中部には、ミキシングバルブ６１への硫酸の供給／停止を切り換えるための硫酸バルブ６２１と、硫酸配管６２を流れる硫酸の流量を検出するための硫酸流量計６２２とが、硫酸の流通方向上流側からこの順に介装されている。また、硫酸配管６２には、硫酸の流通方向に関して硫酸バルブ６２１よりも上流側の分岐点において、硫酸帰還路６５が分岐接続されており、硫酸バルブ６２１が閉じられている期間は、硫酸配管６２を流れてくる硫酸が硫酸帰還路６５を通って硫酸供給源に戻されるようになっている。これにより、硫酸バルブ６２１が閉じられている期間には、硫酸供給源、硫酸配管６２および硫酸帰還路６５からなる硫酸循環路を一定温度に温度調節された硫酸が循環し、硫酸配管６２の硫酸バルブ６２１の下流側の部分に硫酸が滞ることがないので、硫酸バルブ６２１の開成直後から一定温度に温度調節された硫酸をミキシングバルブ６１に供給することができる。

過酸化水素水配管６３の途中部には、ミキシングバルブ６１への過酸化水素水の供給／停止を切り換えるための過酸化水素水バルブ６３１と、過酸化水素水配管６３を流れる過酸化水素水の流量を検出するための過酸化水素水流量計６３２とが、過酸化水素水の流通方向上流側からこの順に介装されている。また、過酸化水素水配管６３には、過酸化水素水の流通方向に関して過酸化水素水バルブ６３１よりも上流側の分岐点において、過酸化水素水帰還路６６が分岐接続されており、過酸化水素水バルブ６３１が閉じられている期間は、過酸化水素水配管６３を流れてくる過酸化水素水が過酸化水素水帰還路６６を通って過酸化水素水供給源に戻されるようになっている。これにより、過酸化水素水バルブ６３１が閉じられている期間には、過酸化水素水供給源、過酸化水素水配管６３および過酸化水素水帰還路６６からなる過酸化水素水循環路を過酸化水素水が循環し、過酸化水素水配管６３の過酸化水素水バルブ６３１の下流側の部分に過酸化水素水が滞ることが防止されている。なお、この実施形態では、過酸化水素水は温度調節されておらず、過酸化水素水配管６３には室温（約２５℃）程度の過酸化水素水が流れる。

窒素ガス配管６４の途中部には、ミキシングバルブ６１への窒素ガスの供給／停止を切り換えるための窒素ガスバルブ６４１が介装されている。ＳＰＭ液のウエハＷへの供給を停止する際、バルブ６２１，６３１を閉じた後に、窒素ガスバルブ６４１が一定時間だけ、開成される。これにより、ミキシングバルブ６１からノズル３の吐出口に至る経路内における硫酸と過酸化水素水との混合液が、ノズル３からウエハＷ上へと出し尽くされる。

硫酸バルブ６２１および過酸化水素水バルブ６３１が開かれるとともに、ミキシングバルブ６１の硫酸ポート６１１および過酸化水素水ポート６１２が開かれると、硫酸配管６２および過酸化水素水配管６３からそれぞれ硫酸および過酸化水素水がミキシングバルブ６１に流入し、このミキシングバルブ６１で硫酸と過酸化水素水とが合流することによって、硫酸および過酸化水素水の混合液が作成される。この作成された硫酸および過酸化水素水の混合液は、ミキシングバルブ６１から処理液配管５に流出し、処理液配管５をノズル３に向けて流れる。

ミキシングバルブ６１では、硫酸配管６２からの硫酸と過酸化水素水配管６３からの過酸化水素水とが単に合流するだけであり、ミキシングバルブ６１から処理液配管５に流出する混合液は、硫酸と過酸化水素水とが十分に混ざり合ったＳＰＭ液にはなっていない。そこで、処理液配管５には、その処理液配管５を流れる硫酸および過酸化水素水の混合液を撹拌して、十分に混ざり合ったＳＰＭ液を生成するための撹拌フィン付流通管５１が介装されている。

撹拌フィン付流通管５１は、管部材内に、それぞれ液体流通方向を軸にほぼ１８０度のねじれを加えた長方形板状体からなる複数の撹拌フィンを、液体流通方向に沿う管中心軸まわりの回転角度を９０度ずつ交互に異ならせて配置した構成のものであり、たとえば、株式会社ノリタケカンパニーリミテド・アドバンス電気工業株式会社製の商品名「ＭＸシリーズ：インラインミキサー」を用いることができる。撹拌フィン付流通管５１では、硫酸および過酸化水素水の混合液が十分に撹拌されることにより、硫酸と過酸化水素水との化学反応（Ｈ₂ＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏ₂→Ｈ₂ＳＯ₅＋Ｈ₂Ｏ）が生じて、強い酸化力を有するＨ₂ＳＯ₅を含むＳＰＭ液が生成される。その際、化学反応による発熱（反応熱）を生じ、この発熱によって、ＳＰＭ液の液温は、ウエハＷの表面に形成されているレジスト膜を良好に剥離可能な高温度（たとえば、８０℃以上）まで確実に昇温する。

撹拌フィン付流通管５１は、ノズルアーム３２に取り付けられることによって処理室１内に設けられている。より具体的には、図２に示すように、ノズルアーム３２の上面には、取付台５１１が固定されており、撹拌フィン付流通管５１は、流体流通方向の下流側が上流側よりも低くなるように傾斜をつけた状態で取付台５１１に取り付けられている。また、ノズルアーム３２の先端部には、ブラケット３２５が固定されており、このブラケット３２５にノズル３が取り付けられている。撹拌フィン付流通管５１で生成される高温度のＳＰＭ液は、ノズル３に供給される。

図３(a)および図３(b)は、ノズル３のノズルアーム３２への取り付け構造を示す図である。図３(a)は、図２の矢印Ｒ１方向から見た正面図であり、図３(b)は、図３(a)の矢印Ｒ２方向から見た平面図である。ノズルアーム３２の先端には、ノズルブラケット３２３が固定されている。このノズルブラケット３２３は、スピンチャック２に保持されたウエハＷに垂直な平面に沿う板状の垂下部３２４を有している。この垂下部３２４に対して、平面視においてＬ字形のチューブブラケット３２５が取り付けられており、このチューブブラケット３２５に、チューブ押さえ部材３２６が取り付けられている。

チューブブラケット３２５は、ノズルブラケット３２３への固定部３２８と、チューブ押さえ３２６を受ける受け部３２９とを有している。受け部３２９は、上側受け面３４１と、この上側受け面３４１の下端に連設され、上側受け面に対して傾斜した下側受け面３４２とでノズル受け面３４０を形成している。このノズル受け面３４０に、ＰＦＡチューブで構成されたノズル３が受けられており、このノズル３がチューブ押さえ部材３２６によって押さえられて、チューブブラケット３２５に固定されている。

チューブ押さえ部材３２６は、上記ノズル受け面３４０に対向するチューブ押さえ面３４５が、上記ノズル受け面３４０に対応した形状に形成されており、このチューブ押さえ面３４５に、ノズル３を受け容れるノズル収容溝３４６が形成されている。このノズル収容溝３４６にノズル３を収容した状態で、チューブ押さえ部材３２６のチューブ押さえ面３４５をノズル受け面３４０に押し付け、チューブ押さえ部材３２６をボルト３４８によってチューブブラケット３２５に固定することにより、ノズル３がチューブブラケット３２５に固定されている。

この状態では、ノズル３は、ノズル受け面３４０の形状に従うことになり、上側受け面３４１と下側受け面３４２との間で屈曲させられることになる。そして、チューブブラケット３２５からウエハＷ側に突出するノズル３の先端部は、下側受け面３４２およびノズル収納溝３４６の方向によって規定される処理液供給方向に向けて、処理液としてのＳＰＭ液を吐出する吐出部３Ａをなす。

チューブブラケット３２５の固定部３２８は、ノズルブラケット３２３の垂下部３２４に沿う板状に形成されている。ノズルブラケット３２３の垂下部３２４には、ノズル３の吐出部３Ａよりも下方（すなわち、スピンチャック２側）に共通の中心を有する円弧形状の一対の長孔３４９，３５０が形成されている。チューブブラケット３２５の固定部３２８には、一対の長孔３４９，３５０の間隔と等しい間隔で一対のねじ孔３５１，３５２が形成されている。そして、一対の取り付けボルト３５３，３５４を上記一対の長孔３４９，３５０にそれぞれ挿通させ、さらに、一対のねじ孔３５１，３５２にそれぞれ螺着することによって、チューブブラケット３２５がノズルブラケット３２３に固定されている。

したがって、長孔３４９，３５０内で取り付けボルト３５３，３５４の取り付け位置を調整することにより、ノズルブラケット３２３に対するチューブブラケット３２５の取り付け角度を一定の範囲で調整することができ、これにより、ノズル３の吐出部３Ａの方向を調整して、この吐出部３Ａから吐出される処理液（ＳＰＭ液）の供給方向を角度範囲Δθ内で調整することができる。角度範囲Δθは、ウエハＷの上面の法線を含む角度範囲となっており、この実施形態では、ノズルアーム３２の揺動に伴ってノズル３の吐出部３Ａが描く円弧の接線（吐出部３Ａの位置における接線）を含む鉛直面における角度範囲となっている。

吐出部３Ａの取り付け角度（すなわち、処理液供給方向）は、供給する処理液（この実施形態ではＳＰＭ液）の種類やウエハＷの上面の状態（疎水性、親水性など）に応じて、ウエハＷの上面において処理液がすみやかに拡散し、かつ、ウエハＷ上における処理液の液盛り状態を良好に保持できるように定めればよい。
図４は、ノズルアーム３２を揺動させてスキャン動作を行ったときのＳＰＭ液の着液点の変動および処理液供給方向の変動を説明するための図解的な平面図である。スピンチャック２に保持されて回転されるウエハＷは、平面視において円形領域Ａを占める。ノズルアーム３２が、スピンチャック２の側方の旋回軸３１を中心に揺動されることにより、ノズル３の吐出部３Ａから吐出されたＳＰＭ液のウエハＷ上における着液点１０１は、円形領域Ａの中心（すなわち、ウエハＷの回転中心）Ｏとその外周部（ウエハＷの外周部に対応）との間の半径１１０に対応した範囲で往復移動する。この状態で、ＳＰＭ液が吐出されることによって、着液点１０１は、半径１１０の両端を結ぶ円弧形状の軌跡１０５を形成することになる。

この実施形態では、ノズル３の吐出部３Ａは、平面視において、ノズルアーム３２の長手方向に対してほぼ直交する方向に向けられている。そのため、処理液供給方向１０２は、着液点１０１における軌跡１０５の接線方向に沿い、円形領域Ａの中心から外周部に向かう方向となっている。
したがって、着液点１０１においてウエハＷに接したＳＰＭ液は、すみやかにウエハＷの外周部へと拡がり、その全域を被う。これにより、ウエハＷの上面に処理液をすみやかに液盛りすることができるから、ウエハＷの上面の全域に対して均一な処理を施すことができ、その結果、処理時間を短縮できる。また、ＳＰＭ液の供給流量を多くしなくても、ウエハＷの上面におけるＳＰＭ液の良好な拡がりを実現できるから、ＳＰＭ液の消費量を抑制でき、ランニングコストを抑えることができる。

図５は、この基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。この基板処理装置はさらに、マイクロコンピュータを含む構成の制御部８０を備えている。
制御部８０には、スピンチャック２に回転駆動力を入力するためのチャック駆動機構２２、旋回軸３１にノズルアーム３２の揺動駆動力を入力するためのアーム駆動機構３３、ミキシングバルブ６１、硫酸バルブ６２１、過酸化水素水バルブ６３１および窒素ガスバルブ６４１などが制御対象として接続されている。

制御部８０は、予め作成されたプログラムに従って、チャック駆動機構２２およびアーム駆動機構３３を制御し、また、ミキシングバルブ６１の各ポート６１１〜６１３、硫酸バルブ６２１、過酸化水素水バルブ６３１および窒素ガスバルブ６４１の開閉を制御する。これにより、ノズル３からＳＰＭを吐出させて、ウエハＷの表面に形成されているレジスト膜を剥離するＳＰＭ供給工程、ＳＰＭによるレジスト膜剥離後のウエハＷの表面に純水を供給して、ウエハＷに付着したＳＰＭを純水で洗い流すリンス工程、およびリンス工程後のウエハＷを高速回転させて乾燥させるスピンドライ工程など、レジスト剥離処理に含まれる各工程が実施される。

図６は、ＳＰＭ吐出工程について説明するためのフローチャートである。処理対象のウエハＷは、搬送ロボット（図示せず）によって搬入されてきて、その搬送ロボットからスピンチャック２に受け渡される。スピンチャック２にウエハＷが保持されると、スピンチャック２によってウエハＷが所定の回転速度（たとえば、１００ｒｐｍ以下）で低速回転される（ステップＳ１）。また、ノズルアーム３２が旋回されて、ノズル３がカップ４の外側に設定された待機位置からスピンチャック２に保持されたウエハＷの上方に配置される（ステップＳ２）。

つづいて、ミキシングバルブ６１の硫酸ポート６１１および過酸化水素水ポート６１２が開かれるとともに、硫酸バルブ６２１および過酸化水素水バルブ６３１が開かれる（ステップＳ３）。硫酸配管６２および過酸化水素水配管６３からミキシングバルブ６１にそれぞれ流入する硫酸および過酸化水素水は、ミキシングバルブ６１で合流して、硫酸および過酸化水素水の混合液となって処理液配管５を流れる。そして、撹拌フィン付流通管５１を通過する際に十分に撹拌されることによって、強い酸化力を有するＨ₂ＳＯ₅を含む高温のＳＰＭ液となってノズル３に供給され、たとえば、１リットル／ｍｉｎの流量でノズル３からスピンチャック２によって回転されているウエハＷの表面に供給される。

その一方で、ノズルアーム３２の揺動が開始されて（ステップＳ４）、ノズルアーム３２が所定の角度範囲内で繰り返し揺動される。このノズルアーム３２の揺動によって、ノズル３からの高温のＳＰＭ液が導かれるウエハＷの表面上の着液点が、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繰り返しスキャンされる。また、ウエハＷの表面に供給されたＳＰＭ液は、ウエハＷの回転による遠心力を受けて、その供給位置からウエハＷの周縁に向けて、ウエハＷの表面上を拡がりつつ流れる。このとき、ノズル３の吐出部３Ａからの処理液供給方向が、ウエハＷの回転中心から外周に向かう成分を有しているから、ウエハＷ上において、ＳＰＭ液がすみやかに拡がる。これによって、ウエハＷの表面全域にＳＰＭ液が、すみやかに、むらなく行き渡り、ウエハＷの表面に形成されているレジスト膜がＳＰＭ液に含まれるＨ₂ＳＯ₅の強い酸化力によって剥離される。

ミキシングバルブ６１の硫酸ポート６１１および過酸化水素水ポート６１２、硫酸バルブ６２１ならびに過酸化水素水バルブ６３１が開かれてから所定のＳＰＭ供給時間（たとえば、１５秒間）が経過すると（ステップＳ５のＹＥＳ）、ミキシングバルブ６１の硫酸ポート６１１および過酸化水素水ポート６１２が閉じられるとともに、硫酸バルブ６２１および過酸化水素水バルブ６３１が閉じられて（ステップＳ６）、ミキシングバルブ６１への硫酸および過酸化水素水の供給が停止される。ミキシングバルブ６１への硫酸および過酸化水素水の供給停止に応答して、処理液配管５内の硫酸および過酸化水素水の混合液の流通が停止し、硫酸および過酸化水素水の供給停止後のミキシングバルブ６１および処理液配管５内に硫酸および過酸化水素水の混合液が滞留した状態となる。

ミキシングバルブ６１への硫酸および過酸化水素水の供給停止後、ミキシングバルブ６１の窒素ガスポート６１３が開かれるとともに、窒素ガスバルブ６４１が開かれて（ステップＳ７）、窒素ガス配管６４からミキシングバルブ６１に窒素ガスが供給される。ミキシングバルブ６１に供給される窒素ガスは、ミキシングバルブ６１から処理液配管５へと流れて、ミキシングバルブ６１および処理液配管５内に滞留している硫酸および過酸化水素水の混合液をノズル３に向けて圧送する。こうして処理液配管５内を流れる硫酸および過酸化水素水の混合液は、撹拌フィン付流通管５１を通過することによって高温のＳＰＭ液となり、ウエハＷの上方で往復揺動しているノズルアーム３２の先端のノズル３から吐出される。

ミキシングバルブ６１への窒素ガスの供給が所定のガス圧送時間（ミキシングバルブ６４１に供給された窒素ガスがノズル３から吐出されるまでの時間、すなわち、ミキシングバルブ６１および処理液配管５内に滞留している混合液をすべてノズル３から吐出させるのに十分な時間）にわたって行われると（ステップＳ８のＹＥＳ）、ミキシングバルブ６１の窒素ガスポート６１３および窒素ガスバルブ６４１が閉じられる（ステップＳ９）。そして、ノズルアーム３２が旋回されて、ノズル３がウエハＷの上方からカップ４の外側に設定された待機位置へと戻される（ステップＳ１０）。

このように、ミキシングバルブ６１への硫酸および過酸化水素水の供給停止後、ミキシングバルブ６１に窒素ガスが供給されて、ミキシングバルブ６１および処理液配管５内に滞留している硫酸および過酸化水素水の混合液がＳＰＭ液となってノズル３から押し出される。これにより、ミキシングバルブ６１および処理液配管５内に硫酸および過酸化水素水の混合液が滞留したまま放置されることがない。よって、ウエハＷに劣化（処理能力が低下）したＳＰＭ液が供給されることがない。また、ＳＰＭ吐出工程の全期間を通して、ウエハＷに対してほぼ一定の処理能力を有するＳＰＭ液を供給することができるから、ウエハＷ間における処理のばらつきやウエハＷの処理不良を生じるおそれがない。さらに、ノズル３から押し出されるＳＰＭ液は、ウエハＷの表面に供給されて、ウエハＷの表面のレジスト膜の剥離に寄与するから、高価なＳＰＭが無駄になることがない。

図７は、この発明の他の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図である。この図７において、上述の図１に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。この実施形態では、ノズルアーム３２の揺動位置をノズル位置検出部１２０によって検出することにより、ノズル３の吐出部３Ａの位置（すなわち、着液点の位置）が検出される。また、ノズルの吐出部３Ａの方向を、ノズルアーム３２の長手方向（ノズルアーム３２の旋回半径方向）に直交する平面内で変更（回転）させるためのロータリアクチュエータ１２３が備えられている。ノズル位置検出部１２０の出力信号は、制御部８０に入力されており、この制御部８０は、ロータリアクチュエータ１２３を駆動制御するようになっている。

ノズル位置検出部１２０は、たとえば、アーム駆動機構３３の回転駆動源としてのモータや旋回軸３１の回転角を検出するロータリエンコーダによって構成されてもよい。また、アーム駆動機構３３の回転駆動源としてのモータがステッピングモータからなる場合には、このステッピングモータに与えられるパルス数を計数することによって、ノズルアーム３２の角度位置を検出するものであってもよい。また、アーム駆動機構３３の回転駆動源としてサーボモータを用いる場合には、このサーボモータに対する指令値に基づいてノズルアーム３２の角度位置を求めるものであってもよい。

制御部８０は、ＳＰＭ液の着液点の移動と同期して、ロータリアクチュエータ１２３を制御し、これによって、処理液供給方向を変化させる。より具体的には、たとえば、図８に示されているように、ＳＰＭ液の着液点１０１がウエハＷの回転中心Ｏ付近であるときには、処理液供給方向１０２を、ウエハＷの法線方向に対して、ウエハＷの回転中心Ｏから外周部へと向かうように大きく傾斜させる。そして、着液点１０１がウエハＷの外周部へと向かうに従って、ウエハＷの法線方向に対する処理液供給方向１０２の角度を徐々に小さくしていき、ウエハＷの外周部において、処理液供給方向をウエハＷの法線方向に沿う方向とする。

このように、着液点１０１の位置に応じて、処理液供給方向１０２を変動させることによって、ウエハＷの回転中心Ｏ付近に供給されたＳＰＭ液をウエハＷの外周部へ向けてすみやかに拡がらせることができるとともに、ウエハＷの外周部に供給されたＳＰＭ液は、ウエハＷの上面に留まらせることができる。こうして、ウエハＷの上面に対するＳＰＭ液の液盛り処理を良好に行える。

図９は、この発明のさらに他の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。この図９において、上述の図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、ノズル３の吐出部３Ａは、平面視において、ノズルアーム３２の長手方向（旋回半径方向）に沿って配置されている。より具体的には、処理液供給方向は、着液点がウエハＷの回転中心付近にある状態で、ウエハＷの法線方向に対して、ノズルアーム３２の旋回半径を含む鉛直な平面内で傾斜している。

この場合、図１０の図解的な平面図に示すように、ノズルアーム３２の揺動に伴って、回転状態のウエハＷが占める円形領域Ａ内において、着液点１０１がウエハＷの回転中心Ｏと外周部との間の円弧形状の軌跡１３０を描くとすると、処理液供給方向１０２は、当該円弧形状の半径方向に沿う成分を有することになる（図１０では円弧の外方側に向けられているが、円弧の内方側に向けられていてもよい）。したがって、処理液供給方向１０２は、ウエハＷの回転中心Ｏ付近では、ウエハＷの回転中心Ｏから外周部へと向けられるが、ウエハＷの外周部付近では、ウエハＷの回転方向（すなわち、ウエハＷの周方向）に向けられるようになる。これにより、ウエハＷの回転中心付近に供給されたＳＰＭ液をすみやかにウエハＷの上面の全域に広がらせることができ、かつ、ウエハＷの外周部ではウエハＷからのＳＰＭ液の落下を抑制して、ＳＰＭ液の消費量を抑制できる。

以上、この発明の３つの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、上記の実施形態では、ウエハＷの回転中心Ｏと外周部との間の半径範囲で着液点１０１を往復移動させることとしたが、ウエハＷの回転中心Ｏを挟んでほぼ対称位置にある一対の外周部間の直径範囲で着液点１０１を往復移動させるようにノズルアーム３２を駆動してもよい。この場合には、上記図７に示された第２の実施形態の構成を採用して、少なくともウエハＷの回転中心Ｏ付近で処理液供給方向１０２がウエハＷの回転中心Ｏから外周方向に向かう方向となるようにノズル３の吐出部３Ａの角度を着液点１０１の位置に応じて変動させることが好ましい。

また、上記図９に示された第３の実施形態の構成を採用すれば、吐出部３Ａの角度を変化させなくても、ウエハＷの回転中心Ｏ付近においては、処理液供給方向１０２をウエハＷの外周に向かう方向とし、ウエハＷの外周部付近においては、処理液供給方向１０２をウエハＷの周方向に沿う方向とすることができる。
また、上記の実施形態では、ノズル３がウエハＷの回転中心Ｏから外周部へ向かうときと、その逆の移動をするときとの両方の期間にウエハＷにＳＰＭ液を供給するようにしているが、たとえば、ウエハＷの回転中心から外周部に向かってノズル３が移動する期間にのみ、ウエハＷへのＳＰＭ液の供給を行うこととしてもよい。

さらに、スピンチャック２としては、ウエハＷの下面を真空吸着することにより、ウエハＷをほぼ水平な姿勢で保持し、さらにその状態でほぼ鉛直な軸線まわりに回転することにより、その保持したウエハＷを回転させることができる真空吸着式のもの（バキュームチャック）が採用されてもよい。
さらに、ウエハＷの表面から不要になったレジスト膜を剥離するレジスト剥離処理を例にとったが、処理対象となる基板は、ウエハＷに限らず、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディプレイパネル用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板および磁気／光ディスク用基板などの他の種類の基板であってもよい。また、基板に対する処理は、処理液を基板上に液盛りして処理する形態のものであれば、レジスト剥離処理以外の処理であっても本発明の適用が可能である。

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。

この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す図である。 ノズルアームに対するノズルの取り付け構造等を示す図である。 (a)は図２の矢印Ｒ１方向から見た正面図であり、(b)は(a)の矢印Ｒ２方向から見た平面である。 ノズルアームを揺動させてスキャン動作を行ったときのＳＰＭ液の着液点の変動および処理液供給方向の変動を説明するための図解的な平面図である。 上記基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。 上記基板処理装置の動作を説明するためのフローチャートである。 この発明の他の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図である。 着液点の変動に伴う処理液供給方向の変化を説明するための図解図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。 着液点の変動に伴う処理液供給方向の変動を説明するための図解的な平面図である。

符号の説明

１ 処理室
２ スピンチャック
３ ノズル
３Ａ 吐出部
４ カップ
５ 処理液配管
２１ 挟持部材
２２ チャック駆動機構
３１ 旋回軸
３２ ノズルアーム
３３ アーム駆動機構
５１ 撹拌フィン付流通管
６１ ミキシングバルブ
６２ 硫酸配管
６３ 過酸化水素水配管
６４ 窒素ガス配管
６５ 硫酸帰還路
６６ 過酸化水素水帰還路
７１ 排気配管
７２ 廃液配管
８０ 制御部
１０１ 着液点
１０２ 処理液供給方向
１０５ 軌跡
１１０ 半径
１２０ ノズル位置検出部
１２３ ロータリアクチュエータ
１３０ 軌跡
３２３ ノズルブラケット
３２４ 垂下部
３２５ チューブブラケット
３２６ チューブ押さえ部材
３２８ 固定部
３２９ 受け部
３４０ ノズル受け面
３４１ 上側受け面
３４２ 下側受け面
３４５ チューブ押さえ面
３４６ ノズル収容溝
３４８ ボルト
３４９，３５０ 長孔
３５１，３５２ ねじ孔
３５３，３５４ ボルト
６１１ 硫酸ポート
６１２ 過酸化水素水ポート
６１３ 窒素ガスポート
６２１ 硫酸バルブ
６２２ 硫酸流量計
６３１ 過酸化水素水バルブ
６３２ 過酸化水素水流量計
６４１ 窒素ガスバルブ
Ａ 回転状態のウエハが形成する円形領域
Ｏ 回転中心
Ｗ ウエハ

Claims (7)

1. 基板をほぼ水平に保持して回転させる基板保持回転手段と、
   この基板保持回転手段によって保持されて回転されている基板の上面に対して、この基板の上面の法線に対して傾斜した処理液供給方向に沿って処理液を供給し、この基板の上面に処理液を液盛りする処理液供給手段とを含むことを特徴とする基板処理装置。
2. 上記処理液供給手段から供給された処理液の上記基板の上面における着液点を、上記基板の回転中心に対して相対移動させる着液点移動機構をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 上記着液点移動機構は、上記着液点を、上記基板の回転中心と基板の外周部との間で移動させるものであることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
4. 上記処理液供給方向は、少なくとも基板の回転中心付近において、基板の回転中心から外周部へと向かう成分を有する方向である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装置。
5. 上記処理液供給方向を調整する処理液供給方向調整手段をさらに含む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装置。
6. 上記処理液供給手段によって基板の上面に処理液を供給している期間に、上記処理液供給方向を変化させる処理液供給方向変更機構をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 基板をほぼ水平な姿勢で回転させる基板回転工程と、
   この基板回転工程と並行して、上記基板の上面の法線に対して傾斜した処理液供給方向に沿って、上記基板の上面に処理液を供給し、この基板の上面に当該処理液を液盛りする液盛り工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。

Images