JP2008243935A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体で濡れた基板の被処理面を乾燥させる際に乾燥不良の発生を防止して基板の被処理面を良好に乾燥させる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】ガイド部材３の下面３１と基板表面Ｗｆとに挟まれた間隙空間ＳＰにリンス液が液密に満たされた状態から間隙空間ＳＰに乾燥ガスが導入される。これにより、間隙空間ＳＰの中心部に気泡２１が発生するとともに、気泡２１が拡大することで気液界面が径方向に広がる。ここで、ガイド部材３の下面３１が基板Ｗの中心軸Ｊ回りに略対称形状に形成されるとともに、その周縁に向かうにしたがって基板Ｗに近接するように構成されている。このため、間隙空間ＳＰに発生させた気泡２１に対して自動調心作用をはたらかせつつ、気泡２１を径方向に沿って拡大させることができ、気液界面を径方向に沿ってほぼ同心円状に広げていくことができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、液体で濡れた、半導体ウエハ等の略円盤状基板の被処理面を乾燥させる基板処理装置および基板処理方法に関するものである。

処理液を用いた洗浄処理などの湿式処理が行われた後、基板表面に付着する液体を除去すべく、数多くの乾燥方法が従来より提案されている。そのうちのひとつとして、例えば特許文献１に記載された乾燥方法が知られている。この乾燥方法を実行する基板処理装置では、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）が水平に保持されており、ウエハのの表面（被処理面）が乾燥用流体をウエハ表面に導く乾燥用ガイド（ガイド部材）で覆われる。乾燥用ガイドの中央部には乾燥用流体をウエハ表面に供給するための供給口が設けられている。この装置では、ウエハおよび乾燥用ガイドを回転させながら供給口から純水をウエハ表面に供給し、ウエハ表面と乾燥用ガイドとの間を純水で満たした後、供給口からＩＰＡ蒸気を供給する。これにより、純水が押しのけられ、ウエハ外周より排出される。このとき、ウエハが回転しているため、遠心力の作用でＩＰＡ蒸気と純水の界面（気液界面）が径方向に沿ってウエハの回転中心を中心とした同心円状に広がり、ウエハ表面から純水が振り切られる。

特開平９−２９３７０２号公報（図１）

ところで、上記従来装置では、遠心力の作用で気液界面をウエハの回転中心を中心とした同心円状に広げているが、実際には遠心力の作用のみで気液界面を同心円状に広げていくことは困難である。すなわち、ウエハ表面に付着する純水には遠心力の他にＩＰＡ蒸気からの押圧力なども作用していることから、界面部分に作用する力のバランスを制御することが困難であり、気液界面を同心円状に広げていくことが事実上出来なかった。その結果、ウエハ表面に乾燥むら等の乾燥不良が発生することがあった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、液体で濡れた基板の被処理面を乾燥させる際に乾燥不良の発生を防止して基板の被処理面を良好に乾燥させる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を目的とする。

この発明にかかる基板処理装置は、液体で濡れた略円盤状基板の被処理面を乾燥させる基板処理装置であって、上記目的を達成するため、基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、基板の被処理面に対向するとともにその中心部にガス導入口が設けられた基板対向面を有し、該基板対向面と基板の被処理面とに挟まれた間隙空間に液体が液密に満たされた状態で基板対向面が基板の被処理面から離間配置されたガイド部材と、基板の被処理面を乾燥させるための乾燥ガスをガス導入口から間隙空間に導入して乾燥ガスにより間隙空間に存在する液体を押し出して基板から除去する乾燥ガス導入手段とを備え、基板対向面は基板の被処理面の中心を通り該被処理面の法線方向に延びる軸回りに略対称形状に形成されるとともに、その周縁に向かうにしたがって基板に近接していることを特徴としている。

また、この発明にかかる基板処理方法は、液体で濡れた略円盤状基板の被処理面を乾燥させる基板処理方法であって、上記目的を達成するため、基板を略水平姿勢で保持する基板保持工程と、基板の被処理面に対向するとともにその中心部にガス導入口が設けられた基板対向面を有するガイド部材を基板の被処理面から離間配置する配置工程と、基板対向面と基板の被処理面とに挟まれた間隙空間に液体を液密に満たす液密形成工程と、液密形成工程後に、基板の被処理面を乾燥させるための乾燥ガスをガス導入口から間隙空間に導入して乾燥ガスにより間隙空間に存在する前記液体を押し出して基板から除去する除去工程とを備え、基板対向面は基板の被処理面の中心を通り該被処理面の法線方向に延びる軸回りに略対称形状に形成されるとともに、その周縁に向かうにしたがって基板に近接していることを特徴としている。

このように構成された発明（基板処理装置および方法）によれば、ガイド部材の基板対向面と基板の被処理面とに挟まれた間隙空間に液体が液密に満たされる。そして、ガイド部材の中心部に形成された導入口から間隙空間に乾燥ガスが導入されると、乾燥ガスによる気泡が発生し、気泡と液体との界面部分にメニスカスが形成される。また、間隙空間へのガス供給により気泡が拡大することで気液界面が径方向に広がり、液体が押し出され基板から除去される。このとき、界面部分に作用する力のバランスによっては、気泡が基板の中心軸（つまり基板の被処理面の中心を通り該被処理面の法線方向に延びる軸）に対して偏りながら拡大し、気液界面が同心円状に広がらない場合がある。これに対し、この発明によれば、ガイド部材の基板対向面を基板の中心軸回りに略対称形状に形成するとともに、その周縁に向かうにしたがって基板に近接するように構成している。つまり、基板の被処理面と基板対向面との間隔が中心部ほど大きく、周縁部ほど小さくなるように構成されている。このため、以下に説明するように、気泡を基板の中心軸に対して偏りなく径方向に拡大させていくことが可能となっている。

このように偏りを防止する作用は、後で詳述するように、気泡の内外の圧力差（ラプラス圧）によって気泡を中心側に向けて押圧する力（以下、単に「押圧力」という）に基づいている。すなわち、この押圧力は界面部分に形成されたメニスカスの平均曲率半径に反比例することから、メニスカスの平均曲率半径が小さくなるほど押圧力が大きくなる。つまり、気泡と液体との界面である気液界面が基板の周縁側に位置するほど界面部分において押圧力は大きくなる。そして、気泡が基板の中心軸に対して偏った場合には、基板の中心軸から気液界面までの距離が周方向において互いに異なり、界面部分に形成されたメニスカスの平均曲率半径は基板の中心軸から離れるほど小さくなる。このため、基板の中心軸から遠い位置に存在する気液界面における押圧力が基板の中心軸から近い位置に存在する気液界面における押圧力よりも大きくなる。したがって、気泡に作用するこれらの押圧力が合成される結果、気泡には偏りを防止する方向、つまり気泡に対して自動的に中心側に戻す方向に力が作用する（以下「自動調心作用」という）。その結果、気泡が中心側に向けて移動する。したがって、気液界面を同心円状に広げながら基板の被処理面を乾燥させることが可能となっている。これにより、乾燥不良の発生を防止して基板の被処理面を良好に乾燥させることができる。

ここで、基板の被処理面として基板の一方主面を乾燥させる基板処理装置においては、基板の他方主面に対向しながら離間配置された対向部材と、対向部材と前記基板の他方主面とに挟まれた空間領域にガスを供給して該空間領域から外に向かう気流を形成する気流形成手段とをさらに備えるのが好ましい。このように構成された装置では、空間領域から外に向かう気流が基板の他方主面に飛散しようとする液体の抵抗となって他方主面への液体の回り込みを効果的に防止することができる。

また、基板対向面が、基板の中心軸から径方向に延びる方向に沿って径方向に対する傾斜角が互いに異なる複数の傾斜面を有し、複数の傾斜面のうち周縁側に位置する傾斜面の径方向に対する傾斜角が中心側に位置する傾斜面の径方向に対する傾斜角に対して大きくなっているものを採用するのが好ましい。気泡は周縁側に拡大していくにつれて偏りが大きくなる傾向にあることから、周縁側に位置する傾斜面（以下「周縁側傾斜面」という）の径方向に対する傾斜角を中心側に位置する傾斜面（以下「中心側傾斜面」という）の径方向に対する傾斜角に対して大きくすることで周縁側において界面部分に形成されたメニスカスの平均曲率半径の差（周方向におけるメニスカスの平均曲率半径の差）が生じ易くなる。その結果、周縁側において気泡が偏った場合でも、気泡に対して偏りを防止する方向に押圧力を効果的に作用させることができる。したがって、中心側に比較して周縁側における自動調心作用を高めることができる。これにより、周縁側における気泡の偏りを効果的に抑制することができる。しかも、中心側傾斜面の径方向に対する傾斜角を比較的小さく設定することで、間隙空間の容積を小さくすることが可能となっている。このため、間隙空間に液体を安定して液密に満たすことができる。つまり、間隙空間の容積を増大させることなく、周縁側における自動調心作用を高めることが可能となっている。

また、基板対向面を曲面で形成し、該曲面がその周縁に向かうにしたがって曲率が大きくなるように構成してもよい。このように構成しても、間隙空間の容積を増大させることなく、周縁側における自動調心作用を高めることができる。

また、乾燥ガスとして凝縮性の溶剤蒸気を不活性ガスに混合させた混合ガスを用いる基板処理装置においては、ガイド部材の中心部に排気口を形成し、間隙空間に存在する混合ガスを排気口から排気する排気手段をさらに備えるのが好ましい。このように構成された装置では、排気手段が間隙空間に存在する混合ガスを排気するため、間隙空間における混合ガス中の溶剤蒸気の濃度（以下、単に「溶剤濃度」という）を一定に保つことができる。すなわち、間隙空間に導入された混合ガスのうち溶剤蒸気はガイド部材の基板対向面または気液界面または基板の被処理面で凝縮するが、不活性ガスは間隙空間に留まるため、溶剤濃度は次第に低下していく。その結果、乾燥むら等の乾燥不良を発生させる一因となる。そこで、間隙空間に存在する混合ガスを排気手段により排気することで、間隙空間に溶剤濃度が低下した混合ガスが滞留するのを防止して間隙空間に存在する混合ガスの溶剤濃度を一定に保つことができる。したがって、乾燥不良の発生を防止して基板の被処理面を良好に乾燥させることができる。

なお、本発明に用いられる「乾燥ガス」としては、窒素ガスなどの不活性ガスのほか、アルコール系溶剤の蒸気を用いることができる。アルコール系溶剤としては、安全性、価格等の観点からイソプロピルアルコール、エチルアルコールまたはメチルアルコールを用いることができるが、特にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が好適である。また、乾燥ガスは、このようなアルコール系溶剤の蒸気そのものであってもよいし、窒素ガスなどの不活性ガスをキャリアガスとして用いてキャリアガスに溶剤蒸気を混合させた混合ガスであってもよい。

また、本発明における「被処理面」とは、乾燥処理を施すべき面を意味しており、基板の両主面のうちデバイスパターンなどが形成された一方主面に対して乾燥処理を施す必要がある場合には、該一方主面が本発明の「被処理面」に相当する。また、他方主面に対して乾燥処理を施す必要がある場合には、該他方主面が本発明の「被処理面」に相当する。もちろん、両面実装基板のように両主面に対して乾燥処理を施す必要がある場合には、両主面が本発明の「被処理面」に相当する。

この発明によれば、ガイド部材の基板対向面が基板の中心軸回りに略対称形状に形成されるとともに、その周縁に向かうにしたがって基板に近接するように構成されている。このため、乾燥ガスにより間隙空間に形成された気泡が基板中心に対して偏った場合には、気泡に対して自動的に中心側に戻す方向に力が作用して、気泡が中心側に向けて移動する。したがって、気液界面を同心円状に広げながら基板の被処理面を良好に乾燥させることができる。

＜第１実施形態＞
図１はこの発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。この基板処理装置は半導体ウエハ等の略円盤状基板Ｗの表面Ｗｆ（本発明の「被処理面」に相当）に付着した汚染物質を除去するための洗浄処理に用いられる枚葉式の基板処理装置である。より具体的には、微細パターンが形成された基板表面Ｗｆに対して薬液による薬液処理およびＤＩＷ（deionized water）などのリンス液によるリンス処理を施した後、リンス処理を受けた基板Ｗに対して乾燥処理を行う装置である。以下、薬液およびリンス液を総称する場合は「処理液」という。

この基板処理装置は、基板Ｗをその表面Ｗｆを上方に向けた状態で水平に保持する保持基台１と、保持基台１に保持された基板Ｗと対向しながら離間配置されるガイド部材３とを備えている。保持基台１の周縁部付近には、基板Ｗの周縁部を把持するための複数個のチャックピン１１が立設されている。チャックピン１１は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３個以上設けてあればよく、保持基台１の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。チャックピン１１のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板保持部とを備えている。各チャックピン１１は、基板保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。

保持基台１に対して基板Ｗが受渡しされる際には、複数個のチャックピン１１を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際には、複数個のチャックピン１１を押圧状態とする。押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン１１は基板Ｗの周縁部を把持してその基板Ｗを保持基台１から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持することができる。基板Ｗは、その表面（パターン形成面）Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で保持される。このように、この実施形態ではチャックピン１１が本発明の「基板保持手段」として機能する。

保持基台１の上方には、中心部に開口を有する円錐形状のガイド部材３が基板Ｗに近接しながら配置されている。ガイド部材３は、その下面（内底面）３１が基板表面Ｗｆと対向する基板対向面となっており、その平面サイズは基板Ｗの直径と同等以上の大きさに形成されている。ガイド部材３の下面３１は基板表面Ｗｆの中心を通り該表面Ｗｆの法線方向に延びる軸（基板Ｗの中心軸）Ｊ回りに略対称形状に形成されており、その周縁に向かうにしたがって基板Ｗに近接する傾斜面となっている。この実施形態では、基板Ｗに近接配置されたガイド部材３の下面３１と基板表面Ｗｆとの間隔が、中央部において１ｍｍ以下、周縁部において０．５ｍｍ以下となるように設定される。つまり、ガイド部材３と基板Ｗの周縁部との間には全周にわたって隙間が形成されており、該隙間から後述するように間隙空間ＳＰに供給された処理液および乾燥ガスを排出することが可能となっている。

ガイド部材３の中心部には上方に向けて管状に延びる導入管３２が形成されている。導入管３２の下端部、つまりガイド部材３の下面３１の中心部には導入口３３が設けられており、導入口３３からガイド部材３の下面３１と基板表面Ｗｆとに挟まれた間隙空間ＳＰに薬液、リンス液および乾燥ガスを選択的に導入可能となっている。すなわち、導入管３２の基端部（上端部）は、バルブ３４を介して薬液を供給する薬液供給源と、バルブ３５を介してＤＩＷなどのリンス液を供給するリンス液供給源と、バルブ３６を介して基板Ｗを乾燥させるための乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給源とに接続されており、装置全体を制御する制御ユニット４からの開閉指令に応じてバルブ３４〜３６を開閉することによって導入口３３から間隙空間ＳＰに薬液、リンス液および乾燥ガスを選択的に導入可能となっている。

乾燥ガスとしては、窒素ガス（キャリアガス）にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の溶剤蒸気を混合させた混合ガスが用いられる。このような混合ガスを用いることで溶剤蒸気の間隙空間ＳＰへの効率的な供給が可能となり、基板表面Ｗｆ上に付着する液体（ＤＩＷ）を溶剤成分により効率良く除去していくことができる。溶剤蒸気としては、ＩＰＡのほか、エチルアルコールまたはメチルアルコール等のアルコール系溶剤の蒸気を用いることができる。また、キャリアガスとして窒素ガス以外の不活性ガスも用いることができる。また、乾燥ガスとしてアルコール系溶剤の蒸気そのものを用いたり、窒素ガスなどの不活性ガスを単体で用いるようにしてもよい。

また、ガイド部材３にはガイド昇降機構３７が接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じてガイド昇降機構３７を作動させることで、ガイド部材３を保持基台１に近接して対向させたり、逆に離間させることが可能となっている。具体的には、制御ユニット４はガイド昇降機構３７を作動させることで、装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には、保持基台１の上方の離間位置にガイド部材３を上昇させる。その一方で、基板Ｗに対して洗浄処理を施す際には、保持基台１に保持された基板Ｗの表面Ｗｆのごく近傍に設定された近接位置（図１に示す位置）までガイド部材３を下降させる。

次に、上記のように構成された基板処理装置における乾燥動作について図２を参照しつつ説明する。図２は図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。基板搬送手段（図示せず）によって未処理の基板Ｗが装置内に搬入されると、制御ユニット４が装置各部を制御して基板Ｗの表面Ｗｆに対して洗浄処理（薬液処理＋リンス処理）および乾燥処理を実行する。ここで、基板表面Ｗfには微細パターンが形成されている。そこで、この実施形態では、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが装置内に搬入され、保持基台１に保持される（基板保持工程）。なお、ガイド部材３は離間位置にあり、基板Ｗとの干渉を防止している。また、バルブ３４〜３６は閉じられている。

保持基台１に未処理の基板Ｗが保持されると、ガイド部材３が近接位置まで降下され、基板表面Ｗｆに近接配置される（図２（ａ）；配置工程）。これにより、基板表面Ｗｆがガイド部材３の下面３１に近接した状態で覆われる。そして、バルブ３４を開いて間隙空間ＳＰに薬液を供給し、基板表面Ｗｆに対して薬液処理を実行する。具体的には、導入口３３から導入される薬液が間隙空間ＳＰを満たして基板表面Ｗｆに接液する薬液によって基板表面Ｗｆが洗浄される。続いて、バルブ３５が閉じられ、バルブ３５が開かれると、間隙空間ＳＰにリンス液（ＤＩＷ）が供給され、間隙空間ＳＰに存在する薬液がリンス液に置換される。すなわち、間隙空間ＳＰにリンス液が供給され続けることによって間隙空間ＳＰに存在する薬液がリンス液によって押し出され基板Ｗから除去されるとともに、間隙空間ＳＰがリンス液で液密に満たされる（液密形成工程）。これによって、基板表面Ｗｆに対してリンス処理が施される。

こうして、所定時間のリンス処理が終了すると、バルブ３５が閉じられる。そうすると、本発明の「液体」としてリンス液（ＤＩＷ）がその表面張力によって間隙空間ＳＰに液密に満たされた状態となる（図２（ｂ））。そして、この状態で乾燥処理を実行する。すなわち、バルブ３６が開かれると、導入口３３から間隙空間ＳＰに乾燥ガスが導入され、間隙空間ＳＰの中心部に乾燥ガスによる気泡２１が発生し、気泡２１とリンス液との界面部にメニスカス２２が形成される（図２（ｃ））。また、間隙空間ＳＰへの乾燥ガスの供給により気泡２１が拡大することで、気泡２１とリンス液との界面（気液界面）が径方向に広がり、リンス液が押し出され基板Ｗから除去される（除去工程）。このように、この実施形態では導入口３３が本発明の「ガス導入口」として、バルブ３６が本発明の「乾燥ガス導入手段」として機能する。

ここで、気液界面が径方向に拡大する途中においては、図２（ｄ）に示すように、界面部に作用する力のバランスによっては、気泡２１が基板Ｗの中心軸Ｊに対して偏りながら拡大し、気液界面が同心円状に広がらない場合がある。これに対し、この実施形態によれば、ガイド部材３の下面３１が基板Ｗの中心軸Ｊ回りに略対称形状に形成されるとともに、その周縁に向かうにしたがって基板Ｗに近接するように構成されている。すなわち、基板表面Ｗｆと下面３１との間隔が中心部ほど大きく、周縁部ほど小さくなるように構成されている。このため、気泡２１を基板Ｗの中心軸Ｊに対して偏りなく径方向に拡大させていくことが可能となっている。その理由を以下に説明する。

気泡２１の偏りを防止する作用は、気泡２１の内外の圧力差（ラプラス圧）によって気泡２１を中心側に向けて押圧する力（押圧力）に基づいている。すなわち、ラプラス圧をΔＰとすると、式（１）に示すように、ラプラス圧ΔＰはメニスカスの平均曲率半径に依存する。ここで、γは液体（この実施形態ではＤＩＷ）の表面張力、Ｒｍはメニスカスの平均曲率半径を表す。

ΔＰ＝２γ／Ｒｍ・・・（１）
したがって、式（１）によれば、メニスカスの平均曲率半径Ｒｍが小さいほど、ラプラス圧ΔＰによる押圧力が大きくなることが分かる。

ここで、気泡２１が基板Ｗの中心位置に位置している、つまり気泡２１に偏りが発生していない場合には、基板Ｗの中心軸Ｊからの気液界面までの距離は周方向において等しく、界面部分に形成されたメニスカスの平均曲率半径は周方向においてほぼ同一となる。したがって、気泡２１に作用する押圧力（中心側に向けて押圧する力）は周方向において等しくなる。その結果、気泡に作用する押圧力が相殺される結果、ラプラス圧によって気泡が移動することはない。

その一方で、気泡２１が基板Ｗの中心軸Ｊに対して偏った位置に位置している、つまり気泡２１に偏りが発生している場合には、基板Ｗの中心軸Ｊから気液界面までの距離は周方向において互いに異なり、界面部分に形成されたメニスカスの平均曲率半径は基板Ｗの中心軸Ｊから離れるほど小さくなる。このため、気泡２１に作用する押圧力は周方向において同一とならずに、基板Ｗの中心軸Ｊから遠い位置に位置する気液界面における押圧力が基板Ｗの中心軸Ｊから近い位置に位置する気液界面における押圧力よりも大きくなる。したがって、気泡２１に作用する押圧力が周方向において合成される結果、気泡２１に対して自動的に中心側に戻す方向、つまり気泡２１の偏りを防止する方向に力が作用する。その結果、気泡２１が中心側に向けて移動する。

例えば、図２（ｄ）に示すように気泡２１が基板Ｗの中心軸Ｊに対して偏っている場合には、界面部分に形成されたメニスカスの平均曲率半径は基板Ｗの中心軸Ｊから離れるほど小さくなり、同図左手側に形成されたメニスカス２２１の平均曲率半径ｒ１が同図右手側に形成されたメニスカス２２２の平均曲率半径ｒ２に比較して小さくなる。このため、メニスカス２２１が形成された界面部分における押圧力（同図左側から右側に向かう力）はメニスカス２２２が形成された界面部分における押圧力（同図右側から左側に向かう力）に比較して大きくなる。したがって、これら押圧力が合成される結果、気泡２１に対して自動的に中心側に戻す方向に力が作用（自動調心作用）して、気泡２１が中心側に向けて移動する。そして、気泡２１が中心位置まで移動すると、メニスカス２２１の平均曲率半径ｒ１とメニスカス２２２の平均曲率半径ｒ２とが等しくなり、メニスカス２２１が形成された界面部分における押圧力とメニスカス２２２が形成された界面部分における押圧力とが同一となる。その結果、気泡２１の移動が停止される（図２（ｅ））。つまり、気泡２１が基板Ｗの中心軸Ｊに対して偏ると、気泡２１に対して自動調心作用がはたらき、気泡２１の偏りが解消されるように気泡２１が自動的に移動する。また、このような自動調心作用をはたらかせつつ、気泡２１が径方向に沿って拡大していく。

その一方で、従来技術に示すようにガイド部材を平板状に形成した場合には、次のような問題が発生してしまう。図３は乾燥処理を実行する際の比較例を示す図である。図３（ａ）に示すように、ガイド部材を平板状に形成し、ガイド部材の下面と基板表面Ｗｆとを略平行に対向させた場合には、気泡２１が基板Ｗの中心軸Ｊに対して偏った場合であっても、気泡２１の自動調心作用がはたらくことがない。このため、図３（ｂ）に示すように、気泡２１の偏りによってガイド部材３と基板Ｗの周縁部との隙間の一部から乾燥ガスが噴き出してしまうと、気泡２１によってリンス液を押し出すことができず、気液界面を径方向に広げていくことができなくなってしまう。

これに対して、この実施形態によれば、気泡２１の自動調心作用により、図４の実施例に示すように、気泡２１を基板Ｗの中心軸Ｊに対して偏りなく拡大させていくことができ、気液界面を径方向に沿ってほぼ同心円状に広げていくことができる。

こうして基板Ｗの中心部から周縁部にかけて気泡２１が拡大し、該気泡２１を構成する乾燥ガスによって基板表面領域が乾燥する。しかも、乾燥むら等の乾燥不良が発生するのを防止しながら基板表面Ｗｆの全面を乾燥させることができる。基板Ｗの乾燥処理後、バルブ３６が閉じられ間隙空間ＳＰへの乾燥ガスの供給を停止する。その後、装置から処理済の基板Ｗが搬出される。

以上のように、この実施形態によれば、ガイド部材３の下面３１が基板Ｗの中心軸Ｊ回りに略対称形状に形成されるとともに、その周縁に向かうにしたがって基板Ｗに近接するように構成されている。このため、間隙空間ＳＰに発生させた乾燥ガスによる気泡２１に対して自動調心作用をはたらかせつつ、気泡２１を径方向に沿って拡大させることができ、気液界面を径方向に沿ってほぼ同心円状に広げていくことができる。したがって、乾燥不良の発生を防止して基板表面Ｗｆを良好に乾燥させることができる。

＜第２実施形態＞
図５はこの発明にかかる基板処理装置の第２実施形態を示す図である。この第２実施形態では、第１実施形態と同様にして基板表面Ｗｆ（本発明の「一方主面」に相当）を上方に向けた状態で基板Ｗを保持基台１に保持させるとともに、基板表面Ｗｆにガイド部材３を近接配置して基板表面Ｗｆに対して洗浄処理および乾燥処理を実行する。その一方で、この第２実施形態にかかる基板処理装置が第１実施形態と大きく相違する点は、保持基台１（本発明の「対向部材」に相当）と基板Ｗの裏面Ｗｂ（本発明の「他方主面」に相当）とに挟まれた空間領域ＳＲに窒素ガスを供給している点である。なお、その他の構成および動作は基本的に第１実施形態と同様であるため、ここでは同一符号を付して説明を省略する。

この実施形態では、保持基台１の中心部に鉛直方向に伸びるガス供給路１２が形成されており、ガス供給路１２の先端部が基板裏面Ｗｂと対向する対向面１３の中央部にガス吐出口１４として開口している。ガス供給路１２の基端部（後端部）は工場のユーティリティ等で構成されるガス供給源（図示せず）に接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じてガス供給源からの窒素ガスがガス供給路１２を介して空間領域ＳＲの略中央部に供給される。その結果、空間領域ＳＲから外に向かう気流が形成される。すなわち、保持基台１と基板裏面Ｗｂの周縁部との隙間の全周にわたって窒素ガスが噴出する。このため、洗浄処理および乾燥処理中に空間領域ＳＲから外に向かう気流が基板裏面Ｗｂに飛散しようとする処理液の抵抗となって基板裏面Ｗｂへの処理液の回り込みを効果的に防止することができる。このように、この実施形態ではガス供給路１２によって本発明の「気流形成手段」が構成されている。なお、ガス吐出口１４は対向面１３の中央部に限らず、周縁部に設けてもよい。また、ガス吐出口１４は１個に限らず、対向面１３に複数個設けるようにしてもよい。さらに、この実施形態では、ガス供給源から窒素ガスを供給しているが、窒素ガスに代えて空気や他の不活性ガスなどを供給してもよい。

＜第３実施形態＞
図６はこの発明にかかる基板処理装置の第３実施形態を示す図である。この第３実施形態にかかる基板処理装置が第１実施形態と大きく相違する点は、基板Ｗの中心軸Ｊにガイド部材３の下面３１の径方向（水平方向）に対する傾斜角が段階的に変更されている点である。なお、その他の構成および動作は基本的に第１実施形態と同様である。

この実施形態では、ガイド部材３Ａの下面３１Ａは、基板Ｗの中心部と対向しながら周縁に向かうにしたがって基板Ｗに近接する中心側傾斜面３１１と基板Ｗの周縁部と対向しながら周縁に向かうにしたがって基板Ｗに近接する周縁側傾斜面３１２とを有しており、周縁側傾斜面３１２の径方向に対する傾斜角θ２が中心側傾斜面の径方向に対する傾斜角θ１に対して大きくなるように構成されている。このような構成によれば、次のような有利な作用効果を奏することができる。すなわち、気泡２１は周縁側に拡大していくにつれて中心軸Ｊに対する偏りが大きくなる傾向にあることから、周縁側傾斜面３１２の径方向に対する傾斜角を中心側傾斜面３１１の径方向に対する傾斜角に対して大きくすることで、周縁側において界面部分に形成されたメニスカスの平均曲率半径の差（周方向におけるメニスカスの平均曲率半径の差）が生じ易くなる。その結果、周縁側において気泡２１が偏った場合でも、気泡２１に対して偏りを防止する方向に押圧力を効果的に作用させることができる。したがって、中心側に比較して周縁側における自動調心作用を高めることができる。

その一方で、ガイド部材３Ａの下面３１Ａ（傾斜面）の径方向に対する傾斜角を段階的に変更することなく傾斜面の径方向に対する傾斜角を大きくする（傾斜角をθ２に設定する）ことも考えられる。しかしながら、このような構成を採用した場合には間隙空間ＳＰの容積が大きくなってしまい、間隙空間ＳＰに処理液を液密に満たすことが困難となってしまう。また、間隙空間ＳＰの容積が大きくなると、洗浄処理時における薬液の使用量が増大してしまう。

これに対し、この実施形態によれば、中心側傾斜面３１１の径方向に対する傾斜角θ１を比較的小さく設定することで、間隙空間ＳＰの容積を小さくすることが可能となっている。このため、間隙空間ＳＰに安定して処理液を液密に満たすことができる。また、洗浄処理時における薬液の使用量の増大を抑制することができる。

以上のように、この実施形態によれば、周縁側傾斜面３１２の径方向に対する傾斜角θ２を中心側傾斜面３１１の径方向に対する傾斜角θ１に対して大きくなるように構成しているので、間隙空間ＳＰの容積を増大させることなく、周縁側における自動調心作用を高めることが可能となっている。

＜第４実施形態＞
図７はこの発明にかかる基板処理装置の第４実施形態を示す図である。この第４実施形態にかかる基板処理装置が第１実施形態と大きく相違する点は、乾燥ガスとしてＩＰＡ等の溶剤蒸気と窒素ガスなどのキャリアガスとの混合ガスを用いる場合において、乾燥処理時に間隙空間ＳＰに導入された混合ガスを排気している点である。なお、その他の構成および動作は基本的に第１実施形態と同様である。

この実施形態では、ガイド部材３Ｂの中心部に導入管３２のほかに、上方に向けて管状に延びる排気管３８が形成されている。排気管３８の下端部、つまりガイド部材３Ｂの下面３１の中心部には排気口３９が設けられており、間隙空間ＳＰに導入された混合ガスを排気口３９から排気可能となっている。具体的には、排気管３８の基端部（上端部）は、排気部４０と接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて排気部４０を作動させることで間隙空間ＳＰに導入された混合ガスを排気口３９から排気することができる。このように、この実施形態では排気部４０が本発明の「排気手段」として機能する。

このように構成された装置では、第１実施形態と同様にして、リンス処理後にリンス液（ＤＩＷ）によって液密に満たされた間隙空間ＳＰに導入管３２から混合ガスが導入されると、間隙空間ＳＰの中心部に混合ガスによる気泡２１が発生する。そして、間隙空間ＳＰへの混合ガスの導入により気泡２１が拡大していく。ここで、間隙空間ＳＰに導入された混合ガスのうちＩＰＡ蒸気はガイド部材３Ｂの下面３１または気液界面または基板表面Ｗｆで凝縮するが、窒素ガスは間隙空間ＳＰに留まるため、混合ガス中のＩＰＡ蒸気の濃度（以下、単に「ＩＰＡ濃度」という）は次第に低下していく。その結果、乾燥むら等の乾燥不良を発生させる一因となる。そこで、導入管３２からの間隙空間ＳＰへの混合ガスの導入とともに、排気口３９から間隙空間ＳＰに導入された混合ガスの排気を行う。これにより、ＩＰＡ濃度が低下した混合ガスが間隙空間ＳＰに滞留するのを防止して、間隙空間ＳＰに存在する混合ガスのＩＰＡ濃度を一定に保つことができる。したがって、乾燥不良の発生を防止して基板表面Ｗｆを良好に乾燥させることができる。

＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、基板表面Ｗｆを本発明の「被処理面」として表面Ｗｆ側にガイド部材を近接配置して基板表面Ｗｆに対して洗浄処理および乾燥処理を施しているが、これに限定されない。例えば上記第１実施形態では、図８に示すように、裏面Ｗｂ側にもガイド部材３を配置して基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂに対して洗浄処理および乾燥処理を同時に施すようにしてもよい。また、裏面Ｗｂ側にのみガイド部材を近接配置して基板裏面Ｗｂに対して洗浄処理および乾燥処理を施すようにしてもよい。

また、上記実施形態では、基板Ｗを静止させた状態で基板Ｗに対して乾燥処理を施しているが、保持基台１を鉛直軸回りに回転可能に構成して乾燥処理時に基板Ｗを回転させてもよい。例えば、基板Ｗを静止させた状態で間隙空間ＳＰ内で気泡２１を周縁側まで拡大させた後、基板Ｗの周縁部に残留付着するリンス液を振り切るために基板Ｗを回転させてもよい。この場合、基板Ｗの回転は気泡２１によるリンス液の押出しをアシストするだけであることから基板Ｗを高速回転させる必要はなく、比較的低速に基板Ｗを回転させることができればよい。したがって、基板Ｗを回転させる回転機構の構成の小型化および簡素化を図ることができる。

また、上記第３実施形態では、ガイド部材３Ａの下面３１Ａ（基板対向面）を中心側傾斜面３１１と周縁側傾斜面３１２とにより構成して下面３１Ａ（傾斜面）の径方向に対する傾斜角を２段階に変更しているが、これに限定されない。例えば基板Ｗの中心軸Ｊから径方向に延びる方向に沿って配置される、径方向に対する傾斜角が互いに異なる３つ以上の傾斜面によりガイド部材の下面（基板対向面）を形成するとともに、３つ以上の傾斜面のうち周縁側に位置する傾斜面の径方向に対する傾斜角が中心側に位置する傾斜面の径方向に対する傾斜角に対して大きくなるように構成してもよい。つまり、下面（傾斜面）の径方向に対する傾斜角を３段階以上に変更するようにガイド部材を構成するようにしてもよい。

また、図９に示すように、ガイド部材の下面３１（基板対向面）を曲面３１３で形成し、該曲面３１３がその周縁に向かうにしたがって曲率が大きくなるように構成してもよい。このように構成しても、間隙空間ＳＰの容積を増大させることなく、周縁側における自動調心作用を高めることができる。

また、上記実施形態では、リンス液で濡れた基板表面Ｗｆを乾燥させているが、リンス液以外の処理液で濡れた基板表面Ｗｆを乾燥させる基板処理装置および基板処理方法に対しても本発明を適用することができる。

この発明は、半導体ウエハ等の略円盤状基板に対して乾燥処理を施す基板処理装置および基板処理方法に適用することができる。

この発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。 図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。 乾燥処理を実行する際の比較例を示す図である。 乾燥処理を実行する際の実施例を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第２実施形態を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第３実施形態を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第４実施形態を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の変形形態を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の変形形態を示す図である。

符号の説明

１…保持基台（対向部材）
３，３Ａ，３Ｂ…ガイド部材
１１…チャックピン（基板保持手段）
１２…ガス供給路（気流形成手段）
３１，３１Ａ…（ガイド部材の）下面（基板対向面）
３３…導入口（ガス導入口）
３６…バルブ（乾燥ガス導入手段）
３９…排気口
４０…排気部（排気手段）
３１１…中心側傾斜面（中心側に位置する傾斜面）
３１２…周縁側傾斜面（周縁側に位置する傾斜面）
３１３…曲面
Ｊ…（基板の）中心軸
ＳＰ…間隙空間
ＳＲ…空間領域
Ｗ…基板
Ｗｂ…基板裏面（他方主面）
Ｗｆ…基板表面（一方主面）

Claims (6)

1. 液体で濡れた略円盤状基板の被処理面を乾燥させる基板処理装置において、
   前記基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、
   前記基板の被処理面に対向するとともにその中心部にガス導入口が設けられた基板対向面を有し、該基板対向面と前記基板の被処理面とに挟まれた間隙空間に前記液体が液密に満たされた状態で前記基板対向面が前記基板の被処理面から離間配置されたガイド部材と、
   前記基板の被処理面を乾燥させるための乾燥ガスを前記ガス導入口から前記間隙空間に導入して前記乾燥ガスにより前記間隙空間に存在する前記液体を押し出して前記基板から除去する乾燥ガス導入手段と
   を備え、
   前記基板対向面は前記基板の被処理面の中心を通り該被処理面の法線方向に延びる軸回りに略対称形状に形成されるとともに、その周縁に向かうにしたがって前記基板に近接していることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記基板の被処理面として前記基板の一方主面を乾燥させる請求項１記載の基板処理装置であって、
   前記基板の他方主面に対向しながら離間配置された対向部材と、
   前記対向部材と前記基板の他方主面とに挟まれた空間領域にガスを供給して該空間領域から外に向かう気流を形成する気流形成手段と
   をさらに備える基板処理装置。
3. 前記基板対向面は、前記基板の被処理面の中心を通り該被処理面の法線方向に延びる軸から径方向に延びる方向に沿って径方向に対する傾斜角が互いに異なる複数の傾斜面を有し、前記複数の傾斜面のうち周縁側に位置する傾斜面の径方向に対する傾斜角が中心側に位置する傾斜面の径方向に対する傾斜角に対して大きい請求項１または２記載の基板処理装置。
4. 前記基板対向面は曲面で形成され、該曲面はその周縁に向かうにしたがって曲率が大きくなっている請求項１または２記載の基板処理装置。
5. 前記乾燥ガスとして不活性ガスに凝縮性の溶剤蒸気を混合させた混合ガスを用いる請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記ガイド部材にはその中心部に排気口が形成されており、
   前記間隙空間に存在する前記混合ガスを前記排気口から排気する排気手段をさらに備える基板処理装置。
6. 液体で濡れた略円盤状基板の被処理面を乾燥させる基板処理方法において、
   前記基板を略水平姿勢で保持する基板保持工程と、
   前記基板の被処理面に対向するとともにその中心部にガス導入口が設けられた基板対向面を有するガイド部材を前記基板の被処理面から離間配置する配置工程と、
   前記基板対向面と前記基板の被処理面とに挟まれた間隙空間に前記液体を液密に満たす液密形成工程と、
   前記液密形成工程後に、前記基板の被処理面を乾燥させるための乾燥ガスを前記ガス導入口から前記間隙空間に導入して前記乾燥ガスにより前記間隙空間に存在する前記液体を押し出して前記基板から除去する除去工程と
   を備え、
   前記基板対向面は前記基板の被処理面の中心を通り該被処理面の法線方向に延びる軸回りに略対称形状に形成されるとともに、その周縁に向かうにしたがって前記基板に近接していることを特徴とする基板処理方法。

Images