JP2011045814A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板乾燥時間を短縮することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置において、基板Ｗを保持する保持テーブル４と、その保持テーブル４を回転させるテーブル回転機構と、基板Ｗの表面に対向して離間する位置からその表面を覆うように設けられ、基板Ｗ側の表面Ｍ２に複数の窪み８ａを有する平板８とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、基板を乾燥処理する基板処理装置に関する。

基板処理装置は、半導体装置や液晶表示装置などの製造工程において、半導体ウェーハやガラス基板などの基板の表面に対して処理液を供給し、その基板表面を処理する装置である。この基板処理装置としては、例えば、基板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装置や基板表面を洗浄する洗浄装置などが挙げられる。

このような基板処理装置の中には、基板を一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置がある。この枚葉式の基板処理装置は、基板を水平面内で回転させながら、その基板表面の中央付近に処理液を供給する（例えば、特許文献１参照）。これにより、その処理液は基板の回転による遠心力により基板の周縁に向けて広がって流れ、基板表面が処理される。

処理後、基板処理装置は、基板回転を維持しながら処理液の供給を停止する一方、基板の回転数を上げて、基板に付着した処理液を遠心力により振り切って基板を乾燥させる（基板乾燥処理）。なお、基板処理装置には、回転する基板上から飛散する処理液を受け取るカップが設けられている。

特開２００４−５５９１６号公報

しかしながら、前述の基板処理装置では、基板乾燥のために基板の回転数（回転速度）が上昇すると、基板表面上で気流剥離が発生してしまう。また、基板の回転数の上昇に伴い、基板から排出される気流がカップの内面を滑走することになる。このカップ内面でも気流剥離が発生してしまう。

流体は粘性を有しているため、基板やカップなどの物体の表面近くでは、必ず境界層が発生する。この境界層は物体表面に働く空気抵抗に影響をもつだけではなく、気流剥離が起こるか否かなど、気流の性質及び性能に大きく影響する。したがって、気流の性能改善、すなわち気流の剥離抑制のために境界層制御を行う必要がある。

ここで、境界層について詳しく説明すると、流体が物体の表面に沿って流れるとき、実在の流体には粘度があるため、物体の表面から離れるにしたがって流速は変化し、ある距離だけ離れたところで流体の速度と等しくなる。物体の表面のごく近く、その流体の速度が変化している薄い層が境界層である。この境界層が物体表面から剥がれることが気流剥離（境界層剥離）である。

通常、基板が回転することにより気流が発生し、その気流は基板外周方向に流れる。このとき、基板に供給した処理液も飛散する。前述のように気流剥離が生じることにより空気抵抗が大きくなると、気流の流れは悪くなる。この気流の流れの悪化により、基板表面からカップに排出される処理液（ミスト）の排出効率が悪くなり、基板表面上に処理液（ミスト）が滞在することがある。このため、基板乾燥時間が長くなるなどの不具合が発生してしまう。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板乾燥時間を短縮することができる基板処理装置を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、基板処理装置において、基板を保持して回転させる回転機構と、基板の表面に対向して離間する位置からその表面を覆うように設けられ、基板側の表面に複数の窪みを有する平板とを備えることである。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、基板処理装置において、基板を保持して回転させる回転機構と、基板を周囲から囲むように設けられ、基板側の表面に複数の窪みを有するカップとを備えることである。

本発明によれば、基板乾燥時間を短縮することができる。

本発明の実施の一形態に係る基板処理装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示す基板処理装置の一部を拡大して示す断面図である。

本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る基板処理装置１は、処理ボックス２と、その処理ボックス２内に設けられたカップ３と、そのカップ３内に設けられ、基板Ｗを水平状態で保持する保持テーブル４と、その保持テーブル４を水平面内で回転させるテーブル回転機構５と、保持テーブル４上の基板Ｗに対して上方から処理液を供給する供給ノズル６と、その供給ノズル６を基板Ｗの表面である被処理面に沿って移動させるノズル移動機構７と、保持テーブル４上の基板Ｗに対向する平板８と、その平板８を上下方向であるＺ軸方向（図１中）に移動させる平板移動機構９と、供給ノズル６に処理液を供給する液体供給部１０と、供給ノズル６に気体を供給する気体供給部１１と、各部を制御する制御部１２とを備えている。

処理ボックス２は、カップ３や保持テーブル４などを収容する処理室である。この処理ボックス２の上部には、ダウンフロー用のフィルタ付きファン２ａが設けられている。このファン２ａは制御部１２に電気的に接続されており、その駆動が制御部１２により制御される。

カップ３は、円筒形状に形成されており、保持テーブル４を周囲から囲んで内部に収容する。カップ３の周壁の上部は径方向の内側に向かって傾斜しており、保持テーブル４上の基板Ｗが露出するように開口している。このカップ３は、回転する基板Ｗ上から飛散する処理液を受け取る。なお、カップ３の底部には、受け取った処理液を排出するための排出管（図示せず）が設けられている。

また、図２に示すように、カップ３は、その内面Ｍ１の全面にわたって複数の窪み３ａを有している。この窪み３ａは通常ディンプルと呼ばれる。窪み３ａは湾曲形状の凹部であり、乱流の発生のためにランダムにあるいは規則的に設けられている。これらの窪み３ａにより境界層が乱流となり、カップ３の内面Ｍ１での気流剥離が抑えられ、その内面Ｍ１の空気抵抗は小さくなる。

図１に戻り、保持テーブル４は、カップ３の内部でその上部側に水平面内で回転可能に設けられている。この保持テーブル４は、チャックピンなどの挟持部材４ａにより、ウェーハやガラス基板などの基板Ｗを着脱可能に保持する。ここで、基板Ｗの上面（図１中）は被処理面であり、その下面（図１中）が裏面である。

テーブル回転機構５は、保持テーブル４に連結された回転軸５ａと、その回転軸５ａを回転させる駆動源となるモータ５ｂとを有している。このモータ５ｂは処理ボックス２外に設けられ制御部１２に電気的に接続されており、その駆動が制御部１２により制御される。テーブル回転機構５は、モータ５ｂにより回転軸５ａをＲ方向（図１中）に回転させる。なお、このテーブル回転機構５と前述の保持テーブル４が基板Ｗを保持して回転させる回転機構を構成する。

供給ノズル６は、保持テーブル４の上方に移動可能に配置されており、保持テーブル４上の基板Ｗの被処理面に対して処理液を供給する。例えば、供給ノズル６は二流体を使用する二流体ノズルである。この供給ノズル６は、第一流体として処理液が供給される中央流路となる内筒やその内筒を収容して第二流体として気体が供給されるリング状の流路となる外筒などを有しており、外筒のノズル孔から排出される気体により内筒のノズル孔から処理液を液滴化（霧化）して噴射する。なお、供給ノズル６としては、二流体を使用する二流体ノズルが用いられているが、これに限るものではなく、例えば、液体だけを供給する一流体ノズルが用いられてもよい。

ノズル移動機構７は、供給ノズル６を支持するアーム７ａと、そのアーム７ａに連結された回転軸７ｂと、その回転軸７ｂを回転させる駆動源となるモータ７ｃとを有している。このモータ７ｃは処理ボックス２外に設けられ制御部１２に電気的に接続されており、その駆動が制御部１２により制御される。ノズル移動機構７は、モータ７ｃにより回転軸７ｂを回転させ、アーム７ａを介して供給ノズル６を基板Ｗの被処理面に沿って基板Ｗの半径方向であるＸ軸方向（図１中）に移動させる。また、ノズル移動機構７は供給ノズル６を上下方向であるＺ軸方向（図１中）に移動させる機構も有している。

平板８は、保持テーブル４上の基板Ｗの被処理面にほぼ平行になるように設けられ、Ｚ軸方向（図１中）に移動可能に形成されている。この平板８は、基板Ｗを乾燥させる際に、回転する基板Ｗからの処理液の飛散を防止する。なお、平板８と保持テーブル４上の基板Ｗの被処理面とのギャップ（離間距離）は、基板Ｗの乾燥や処理液の飛散防止などを考慮して例えば数十ｍｍ〜１ｃｍ程度に設定されている。

また、図２に示すように、平板８は、保持テーブル４側の表面である内面Ｍ２の全面にわたって複数の窪み８ａを有している。この窪み８ａは通常ディンプルと呼ばれる。窪み８ａは湾曲形状の凹部であり、乱流の発生のためにランダムにあるいは規則的に設けられている。これらの窪み８ａにより乱流が発生し、保持テーブル上の基板Ｗとその基板Ｗに離間して対向する平板８との間の空気抵抗は小さくなる。

詳述すると、保持テーブル４上の基板Ｗの被処理面（表面）は処理液で濡れた状態である。そこで、その基板Ｗの被処理面上の洗浄液を効率良く排出させるためには、基板Ｗ上部の気流速度を速めることが有効である。まず、基板Ｗに対して狭い間隔で平板８を対向配置させることによって、それらの間の空間体積が小さくなるので、排出される気体の流速を速めることができる。さらに、平板８の表面形状を工夫することによって空気抵抗を少なくすることができる。すなわち、平板８の内面Ｍ２の全面にわたって各窪み８ａを設けることによって、平板８の内面Ｍ２側に乱流が発生し、平板８の表面を通過する空気抵抗を小さくすることが可能となる。これにより、気流剥離も発生せず、基板Ｗと平板８間を流れる気流を速めることができ、その結果、基板Ｗと平板８間からミスト状の処理液が迅速に排出されるので、基板Ｗの乾燥時間を短縮することができる。

図１に戻り、平板移動機構９は、平板８を支持するアーム９ａと、そのアーム９ａをＺ軸方向（図１中）に移動可能に支持する支柱９ｂと、その支柱９ｂに沿ってアーム９ａを移動させる駆動源となるモータ９ｃとを有している。このモータ９ｃは処理ボックス２外に設けられ制御部１２に電気的に接続されており、その駆動が制御部１２により制御される。平板移動機構９は、モータ９ｃによりアーム９ａをＺ軸方向（図１中）に移動させ、そのアーム９ａを介して平板８をＺ軸方向に移動させる。

液体供給部１０は、液体供給流路となる配管１０ａとその配管１０ａの流路途中に設けられたバルブ１０ｂとを介して供給ノズル６に接続されており、その供給ノズル６に液体を供給する。バルブ１０ｂは制御部１２に電気的に接続されており、その駆動が制御部１２により制御される。ここで、基板Ｗに対する処理がレジスト膜を除去するレジスト剥離処理である場合には、液体として例えば硫酸などのレジスト剥離液が供給ノズル６に供給され、その処理がパーティクルを除去する洗浄処理である場合には、液体として例えば純水などの洗浄液が供給ノズル６に供給される。

気体供給部１１は、気体供給流路となる配管１１ａとその配管１１ａの流路途中に設けられたバルブ１１ｂとを介して供給ノズル６に接続されており、その供給ノズル６に気体を供給する。バルブ１１ｂは制御部１２に電気的に接続されており、その駆動が制御部１２により制御される。ここで、基板Ｗに対する処理がレジスト膜を除去するレジスト剥離処理である場合には、気体として例えばオゾンガスや窒素ガス、空気などのガスが供給ノズル６に供給され、その処理がパーティクルを除去する洗浄処理である場合には、気体として例えば窒素ガスなどの不活性ガスが供給ノズル６に供給される。

制御部１２は、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータと、基板処理に関する基板処理情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部とを備えている。この制御部１２は、基板処理情報や各種プログラムに基づいて、ノズル移動機構７により供給ノズル６をＸ軸方向に移動させて基板Ｗの中央付近に位置付け、その状態でテーブル回転機構５により保持テーブル４を回転させながら供給ノズル６により処理液を回転中の基板Ｗの被処理面上に供給する基板処理を行う。

その後、制御部１２は、基板Ｗの回転を維持しながら処理液の供給を停止し、ノズル移動機構７により供給ノズル６をＸ軸方向に移動させて基板Ｗ上から退避させる。その一方で、制御部１２は、平板移動機構９により平板８を最上部の待機位置から所定ギャップの乾燥位置（図１中の位置）まで移動させ、さらに、基板Ｗの回転数を上げ、基板Ｗに付着した処理液を遠心力により振り切って基板Ｗを乾燥させるスピンドライ処理（基板乾燥処理）を行う。なお、待機位置は供給ノズル６が保持テーブル４上の基板Ｗの被処理面に処理液を供給することを妨げない位置であり、乾燥位置は保持テーブル４上の基板Ｗの被処理面と平板８とのギャップが例えば数十ｍｍ〜１ｃｍの所定値となる位置である。

前述のスピンドライ処理中、平板８の内面Ｍ２の各窪み８ａにより境界層が乱流となるので、その平板８の内面Ｍ２での気流剥離が抑えられる。これにより、保持テーブル４上の基板Ｗとその基板Ｗに離間して対向する平板８との間の空気抵抗が小さくなるので、基板Ｗの表面での気流剥離も抑えられる。すなわち、保持テーブル４上の基板Ｗとその基板Ｗに離間して対向する平板８との間の空間において、各窪み８ａにより平板８側に積極的に乱流を発生させ、その空間の空気抵抗を小さくすることで、気流剥離も発生せず、基板Ｗと平板８間を流れる気流を速めることができ、その結果、基板Ｗと平板８間からミスト状の処理液が迅速に排出されるので、基板Ｗの乾燥時間を短縮することができる。したがって、気流の剥離現象が発生した場合に比べ、乾燥の高速化及び低ダメージ処理を実現することができ、さらに、簡略な構造で気流の剥離現象を抑えることができる。

また、基板Ｗの高速回転に伴い基板Ｗから排出される気流（排出気流）は、カップ３の内面Ｍ１を滑走する。このとき、カップ３の内面Ｍ１の各窪み３ａにより境界層が乱流となるので、そのカップ３の内面Ｍ１での気流剥離が抑えられ、カップ３の内面Ｍ１の空気抵抗が小さくなる。すなわち、各窪み３ａにより積極的に乱流を発生させることで、カップ３の内面Ｍ１での気流剥離を抑えることが可能となり、カップ３の内面Ｍ１の空気抵抗を小さくすることができる。したがって、排出気流は効率よく流れて排出効率が向上するので、基板Ｗの乾燥時間を短縮することができ、さらに、カップ３上方へのミスト飛散などを防止することができる。その結果、基板Ｗの回転数を上げてさらなる乾燥の高速化を実現することができ、加えて、簡略な構造で気流の剥離現象を抑えることができる。

このような窪み３ａが存在しない場合には、カップ３の内面Ｍ１の上部付近の気流は流速が極端に遅く、気流の剥離を引き起こしてしまう。また、カップ３の内面Ｍ１の空気抵抗が大きいと、排出効率が低下するため、カップ３の上部にミストとなって上昇気流が発生する。これが基板Ｗに再付着することで基板の再汚染が発生する。この再汚染もカップ３の内面Ｍ１に窪み３ａを設けることによって防止される。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、平板８の内面Ｍ２に複数の窪み８ａを設けることによって、それらの窪み８ａにより境界層を積極的に乱流にし、保持テーブル４上の基板Ｗとその基板Ｗに離間して対向する平板８との間の空気抵抗を小さくすることから、気流剥離も発生せず、基板Ｗと平板８間を流れる気流を速めることができ、その結果、基板Ｗと平板８間からミスト状の処理液が迅速に排出されるので、基板Ｗの乾燥時間を短縮することができる。また、簡略な構造で基板Ｗの乾燥時間を短縮することが可能となる。

加えて、カップ３の内面Ｍ１に複数の窪み３ａを設けることによって、各窪み３ａにより境界層を積極的に乱流にし、カップ３の内面Ｍ１での気流剥離を抑止してカップ３の内面Ｍ１の空気抵抗を小さくすることが可能となるので、ミスト状の処理液が迅速に排出されて排出効率が向上するので、基板Ｗの乾燥時間を短縮することができる。さらに、上昇気流の発生を抑え、基板Ｗの再汚染を防止することができる。加えて、簡略な構造で基板Ｗの乾燥時間を短縮することが可能となる。

ここで、平板８の中央から外周に向かって周速が速くなるため気流の流速も速くなることから、各窪み８ａはその密度が平板８の内面Ｍ２の中央から外周に向かって増加するように設けられてもよい。この場合には、各窪み８ａが気流の流速に応じて設けられるので、平板８の内面Ｍ２での気流剥離、ひいては基板Ｗの表面での気流剥離を確実に抑止することができ、その結果、基板Ｗの乾燥時間を確実に短縮することができる。

なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前述の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。

１ 基板処理装置
３ カップ
３ａ 窪み
４ 保持テーブル
５ テーブル回転機構
８ 平板
８ａ 窪み
Ｍ１ 内面（表面）
Ｍ２ 内面（表面）
Ｗ 基板

Claims (4)

1. 基板を保持して回転させる回転機構と、
   前記基板の表面に対向して離間する位置からその表面を覆うように設けられ、前記基板側の表面に複数の窪みを有する平板と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記複数の窪みは、その密度が前記基板の回転中心から外周に向かって増加するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記基板を周囲から囲むように設けられ、前記基板側の表面に複数の窪みを有するカップをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理装置。
4. 基板を保持して回転させる回転機構と、
   前記基板を周囲から囲むように設けられ、前記基板側の表面に複数の窪みを有するカップと、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。

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