JP2013172080A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板処理装置1では、液膜形成工程、液膜形成工程および液膜除去拡大工程が、この順で実行される。液膜形成工程では、ガス供給管21のガス吐出口22から小流量の窒素ガスが吐出されるとともに、スピンモータ7によりウエハWが低回転数で回転されることにより、ウエハWの上面に、DIWの液膜が除去された穴50が形成される。その後、穴形成工程において、スピンチャック3により、ウエハWを低回転数と同じかあるいはそれ以上の回転数で回転されつつ、ガス吐出口22から大流量の乾燥用ガスを吐出されるにより穴50が拡大される。
【選択図】図6C
Description
基板の上面中心部には、基板の回転による遠心力が作用し難いので、乾燥のためにスピンチャックにより基板が高速回転させられても、基板の上面中心部に捕獲された処理液の液滴は容易には排除できない。したがって、乾燥処理後に処理液の液滴が基板の上面中心部に残存し、基板の上面中心部に乾燥不良が発生するおそれがある。
この構成によれば、液膜除去領域の形成の際には、処理液の吐出が停止され、基板保持手段に保持されている基板が第1回転速度で回転されるとともに、乾燥用ガス吐出口から第1流量の乾燥用ガスが吐出される。このとき、基板の回転による遠心力、および基板の上面中心部への乾燥用ガスの吹き付けによって、基板の上面中心部に液膜除去領域が形成される。その後、基板の上面中心部への乾燥用ガスの吐出流量が第1流量から第2流量に上げられることにより、液膜除去領域が拡大される。次いで、基板の回転速度が第2回転速度まで上げられることにより、基板の回転による遠心力によって基板の上面の処理液の液膜が振り切られて基板が乾燥される。
請求項2記載の発明は、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に対向する対向面(15)、および前記対向面に開口する開口部(32)を有する基板対向部材(6)をさらに含み、前記処理液ノズルおよび前記乾燥用ガスノズルは、前記開口部に挿通されて設けられている、請求項1記載の基板処理装置である。
請求項3に記載のように、前記制御手段は、前記液膜除去領域を拡大させる際に、前記回転手段を制御して、当該液膜除去領域の拡大開始時には前記基板保持手段に保持されている基板を前記第1回転速度で回転させ、当該液膜除去領域の拡大の進行に伴って、当該基板の回転速度を当該第1回転速度より大きくかつ前記第2回転速度よりも小さい第3回転速度にまで増大させるようにしてもよい。
請求項4に記載のように、前記制御手段は、前記液膜除去領域を拡大させる際に、前記回転手段を制御して、前記基板保持手段に保持されている基板を前記第1回転速度より大きくかつ前記第2回転速度よりも小さい第3回転速度で回転させてもよい。
請求項5記載の発明は、前記制御手段は、前記液膜の形成に先立って、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に前記処理液吐出口から処理液を吐出するとともに、前記回転手段を制御して、前記基板を前記第1回転速度よりも大きくかつ前記第2回転速度よりも小さい液処理回転速度で回転させる液処理工程を実行し、前記液処理工程の後に連続して前記液膜の形成を実行する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板処理装置である。
また、液膜除去領域の形成の際には、乾燥用ガス吐出口が基板の上面に近づけられているので、乾燥用ガス吐出口からの乾燥用ガスが、基板の回転中心を含む小面積の領域に向けて吹き付けられる。換言すると、乾燥用ガス吐出口からの乾燥用ガスが吹き付けられる処理液の液膜の領域(処理液の液膜における乾燥用ガスを受ける領域)を小面積化することができる。これにより、処理液の液滴の跳ね上がりをより効果的に抑制することができる。
前記の目的を達成するための請求項7記載の発明は、基板保持手段(3)によって水平姿勢に保持されている基板(W)の上面に向けて、処理液ノズル(17;102)の処理液吐出口(18;106)から処理液を吐出することにより、基板の上面を覆う処理液の液膜(40)を形成させる液膜形成工程(S3)と、前記液膜形成工程の後実行され、前記処理液吐出口からの処理液の吐出を停止し、前記処理液吐出口よりも前記基板保持手段に近づけて配置された乾燥用ガスノズル(21;103)の乾燥用ガス吐出口(21;108)から第1流量の乾燥用ガスを吐出するとともに、回転手段(7)により、前記基板保持手段に保持されている基板を第1回転速度で回転させることにより、基板の上面に、処理液の液膜が除去された液膜除去領域(50)を形成させる液膜除去領域形成工程(S5)と、前記液膜除去領域形成工程の後実行され、前記回転手段により、前記基板保持手段に保持されている基板を、前記第1回転速度と同じかあるいはそれ以上の回転速度で回転させるとともに、前記乾燥用ガス吐出口から前記第1流量よりも多い第2流量の乾燥用ガスを吐出することにより、前記液膜除去領域を拡大させる液膜除去拡大工程(S6)と、前記液膜除去領域形成工程の後実行され、前記回転手段により、前記基板保持手段に保持されている基板を前記第1回転速度よりも大きい第2回転速度で回転させる乾燥工程(S7)とを含む、基板処理方法である。
図1は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置1の構成を模式的に示す図である。
この基板処理装置1は、基板の一例としての円形の半導体ウエハW(以下、単に「ウエハW」という。)におけるデバイス形成領域側の上面に対し、薬液およびDIWを用いて、汚染物質を除去するための洗浄処理を施すための枚葉型の装置である。この洗浄処理では、薬液として、SC1(アンモニア過酸化水素水混合液)、SC2(塩酸過酸化水素水混合液)、SPM(sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture:硫酸過酸化水素水混合液)、フッ酸、バファードフッ酸(Buffered HF:フッ酸とフッ化アンモニウムとの混合液)、アンモニア水およびポリマ除去液などが用いられる。
薬液ノズル4は、たとえば、連続流の状態で薬液を吐出するストレートノズルであり、その吐出口を下方に向けた状態で、ほぼ水平に延びる第1アーム11の先端部に取り付けられている。第1アーム11は所定の回転軸線まわりに旋回可能に設けられている。第1アーム11には、第1アーム11を所定角度範囲内で旋回させるためのアーム旋回機構12が結合されている。第1アーム11の旋回により、薬液ノズル4は、ウエハWの回転軸線C上の位置(ウエハWの回転中心に対向する位置)と、カップ5の側方に設定された位置(ホームポジション)とに移動される。
遮断板6は、ウエハWとほぼ同じ径またはそれ以上の径を有する円板状をなしている。そして、遮断板6は、スピンチャック3の上方に、ほぼ水平な姿勢で、その中心がウエハWの回転軸線C上に位置するように配置されている。遮断板6の下面には、スピンチャック3に保持されているウエハWの上面と対向する円形の対向面15が形成されている。対向面15は、ウエハWの上面の全域と対向している。
回転軸16は、カップ5の上方でほぼ水平に延びる第2アーム25に取り付けられ、その第2アーム25から垂下した状態に設けられている。第2アーム25には、第2アーム25を昇降させるためのアーム昇降機構26が結合されている。第2アーム25の昇降により、遮断板6は、スピンチャック3の上方に大きく離間した位置と、スピンチャック3に保持されたウエハWの上面に微小な間隔を隔てて近接する位置との間で昇降される。また、遮断板6には、遮断板6を回転させるための遮断板回転機構27が結合されている。
また、基板処理装置1は、マイクロコンピュータで構成される制御装置(制御手段)30を備えている。制御装置30は、予め定められたプログラムに従って、スピンモータ7、アーム旋回機構12、アーム昇降機構26および遮断板回転機構27の駆動を制御する。また、制御装置30は、予め定められたプログラムに従って、バルブ20,24の開閉を制御するとともに、流量調節バルブ31の開度を制御する。
回転軸16の中空部分(回転軸16の内壁によって区画される部分)は、円筒状の管挿通路(開口部)32を形成している。管挿通路32の下端は、遮断板6の対向面15において円形に開口している。管挿通路32内には、液供給管17およびガス供給管21がそれぞれ鉛直方向に、かつ互いに左右方向に微小間隔(たとえば2mm)を空けて挿通されている。液供給管17およびガス供給管21は、管挿通路32内を回転軸16とほぼ同軸に延び、回転軸16とは別の静止部材に固定された円筒状のブロック体35に支持されている。液供給管17およびガス供給管21は、ブロック体35の内部を上下に貫通し、それらの下端部がブロック体35の下面から下方に突出している。ブロック体35の全周に関して、ブロック体35の外周面と管挿通路32の内壁との間には隙間が形成されており、換言すると、ブロック体35の外周面と管挿通路32の内壁との間には、ブロック体35の外周全周を取り囲む円筒空間29が形成されている。
また、乾燥用ガスバルブ24が開かれることにより、乾燥用ガス供給管23からガス供給管21に乾燥用ガス(不活性ガス)の一例としての窒素ガスが供給される。ガス供給管21に供給される窒素ガスはガス吐出口22から下方に向けて吐出される。ガス吐出口22が液吐出口18よりもスピンチャック3に近づけて配置されているので、ガス吐出口22から吐出される窒素ガスが、液吐出口18の側方を流通することはない。
薬液ノズル4からの薬液の吐出開始から所定時間が経過すると、制御装置30は薬液バルブ14を閉じて、薬液ノズル4からの薬液の供給を停止する。そして、第1アーム11の旋回により、薬液ノズル4がウエハWの回転軸線C上からホームポジションに戻される。
次いで、ステップS3のリンス処理工程が施される。
前述のように、第1処理例では、ステップS3のリンス処理工程の終了後ステップS7の乾燥工程に移る前に、ステップS4の液盛り工程、ステップS5の穴あけ工程およびステップS6の穴拡大工程がこの順で実行される。
ウエハWの減速(回転数低下)から予め定める液盛り期間(たとえば10秒間)が経過すると、図1、図5および図6Cに示すように、制御装置30はリンス液バルブ20を閉じて、液吐出口18からのDIWの吐出を停止する。また、制御装置30はアーム昇降機構26を制御して、液盛り位置にある遮断板6を穴あけ位置まで下降させる。穴あけ位置は、遮断板6の対向面15と、スピンチャック3に保持されているウエハWの上面との間隔がたとえば10mm程度になるような高さ位置である。このときのウエハWの回転による遠心力、およびウエハWの上面中心部への窒素ガスの吹き付けによって、ウエハWの上面中心部上のDIWの液膜40に、当該液膜40が部分的に除去されることにより、小径円形状の穴(液膜除去領域)50があけられる(形成される)(ステップS5:穴あけ工程)。
また、ガス吐出口22がウエハWの上面に近づけられて配置されていることにより、加えて、ガス吐出口22からの窒素ガスが吹き付けられるDIWの液膜40の領域(窒素ガスを受ける領域)を小面積化することができる。したがって、窒素ガスが吹き付けられるDIWの液膜40の領域の単位面積当たりの窒素ガスの吹き付け量が多くなる。そのため、ガス吐出口22からの窒素ガスの吐出流量が少ない場合であっても、DIWの液膜40に穴50を形成することが可能になる。これにより、DIWの液滴の跳ね上がりをより一層防止しつつ、DIWの液膜40に良好に穴50を形成することができる。
液吐出口18からのDIWの吐出停止から予め定める穴あけ期間(たとえば3〜10秒間)が経過すると、図1、図5および図6Dに示すように、制御装置30は流量調節バルブ31を制御して、ガス吐出口22からの窒素ガスの吐出流量を大流量(第2流量。たとえば100〜150L/min)まで上昇させる(ステップS6:穴拡大工程)。これにより、穴50が拡径(拡大)される。
また、ステップS6の穴拡大工程において、遮断板6は穴あけ位置に維持されている、このように、穴拡大工程において、ガス吐出口22がウエハWの上面に近づけて配置されるので、ガス吐出口22からの窒素ガスを、ウエハWの上面中心部に精度良く当てることができる。
これにより、ウエハWの表面と対向面15との間に、ウエハWの中心部から周縁部に向かう窒素ガスの気流が形成され、ウエハWの表面と対向面15との間が窒素ガスで充満される。なお、乾燥位置は、遮断板6の対向面15と、スピンチャック3に保持されているウエハWの上面との間隔がたとえば0.5〜2.5mm程度になるような高さ位置である。換言すると、遮断板6の乾燥位置は、遮断板6の対向面15がスピンチャック3に保持されたウエハWの上面に微小な間隔を隔てて近接する位置である。
図7は、第2処理例のリンス処理工程から乾燥工程に至る各工程における制御装置30による制御内容を説明するためのタイムチャートである。
処理例2が処理例1と相違する点は、ステップS6の穴拡大工程において、その開始時からウエハWが穴拡大回転数(第3回転速度)で回転されている点であり、それ以外の点については、処理例1と同様である。この場合、穴拡大工程の開始からウエハW上のDIWの液膜40にウエハWの回転による遠心力が作用するので、穴50を早期に拡大させることができる。これにより、穴50を良好に拡大させることができる。
この図8の実施形態において、図1〜図7の実施形態に示された各部に対応する部分には、図1〜図7と同一の参照符号を付して示し、説明を省略する。
図1〜図7に示す基板処理装置1では、リンス処理工程(ステップS3)、液盛り工程(ステップS4)、穴あけ工程(ステップS5)および穴拡大工程(ステップS6)の各処理におけるDIWの供給および窒素ガスの供給を、それぞれ遮断板6の対向面15に開口する管挿通路32に挿通された液供給管17およびガス供給管21を用いて行った。これに対し、基板処理装置101は、遮断板6とは別にそれぞれ設けられる処理液ノズル102および乾燥用ガスノズル103を有するノズルユニット104を備え、これら処理液ノズル102および乾燥用ガスノズル103を用いて、前記の各工程(ステップS3〜ステップS6)におけるDIWの供給および窒素ガスの供給を行う。
また、処理液を用いた液処理として、リンス処理を例示し、このリンス処理におけるリンス液としてDIWを用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、リンス液は、DIWに限らず、炭酸水、電解イオン水、オゾン水、還元水(水素水)、磁気水、などをリンス液として採用することもできる。
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。
3 スピンチャック(基板保持手段)
6 遮断板(基板対向部材)
7 スピンモータ(回転手段)
15 対向面
17 液供給管(処理液ノズル)
18 液吐出口(処理液吐出口)
21 ガス供給管(乾燥用ガスノズル)
22 ガス吐出口(乾燥用ガス吐出口)
26 アーム昇降機構(乾燥用ガスノズル昇降手段)
30 制御装置(制御手段)
32 管挿通路(開口部)
40 DIWの液膜(処理液の液膜)
50 穴(液膜除去領域)
102 処理液ノズル
103 乾燥用ガスノズル
106 液吐出口(処理液吐出口)
108 ガス吐出口(乾燥用ガス吐出口)
110 移動機構(乾燥用ガスノズル昇降手段)
C 回転軸線(鉛直軸線)
W ウエハ(基板)
Claims (7)
- 基板を水平姿勢に保持するための基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板を、所定の鉛直軸線まわりに回転させるための回転手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板の上面に対向する処理液吐出口を有し、前記処理液吐出口から当該基板の上面に向けて処理液を吐出するための処理液ノズルと、
前記基板保持手段に保持されている基板の上面に対向し、前記処理液吐出口よりも前記基板保持手段に近づけて配置された乾燥用ガス吐出口を有し、前記乾燥用ガス吐出口から当該基板の上面に向けて乾燥用ガスを吐出するための乾燥用ガスノズルと、
前記基板保持手段に保持されている基板の上面に前記処理液吐出口から処理液を吐出することにより、当該基板の上面を覆う処理液の液膜を形成させ、前記処理液吐出口からの処理液の吐出を停止し、前記回転手段を制御して、前記基板保持手段に保持されている基板を第1回転速度で回転させるとともに、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に前記乾燥用ガス吐出口から第1流量の乾燥用ガスを吐出することにより、当該基板の上面中心部に、処理液の液膜が除去された液膜除去領域を形成させ、前記乾燥用ガス吐出口から前記第1流量よりも多い第2流量の乾燥用ガスを吐出することにより、前記液膜除去領域を拡大させ、前記回転手段を制御して、前記基板保持手段に保持されている基板を前記第1回転速度よりも大きい第2回転速度で回転させる制御手段とを含む、基板処理装置。 - 前記基板保持手段に保持されている基板の上面に対向する対向面、および前記対向面に開口する開口部を有する基板対向部材をさらに含み、
前記処理液ノズルおよび前記乾燥用ガスノズルは、前記開口部に挿通されて設けられている、請求項1記載の基板処理装置。 - 前記制御手段は、前記液膜除去領域を拡大させる際に、前記回転手段を制御して、当該液膜除去領域の拡大開始時には前記基板保持手段に保持されている基板を前記第1回転速度で回転させ、当該液膜除去領域の拡大の進行に伴って、当該基板の回転速度を当該第1回転速度より大きくかつ前記第2回転速度よりも小さい第3回転速度にまで増大させる、請求項1または2記載の基板処理装置。
- 前記制御手段は、前記液膜除去領域を拡大させる際に、前記回転手段を制御して、前記基板保持手段に保持されている基板を前記第1回転速度より大きくかつ前記第2回転速度よりも小さい第3回転速度で回転させる、請求項1または2記載の基板処理装置。
- 前記制御手段は、前記液膜の形成に先立って、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に前記処理液吐出口から処理液を吐出するとともに、前記回転手段を制御して、前記基板を前記第1回転速度よりも大きくかつ前記第2回転速度よりも小さい液処理回転速度で回転させる液処理工程を実行し、前記液処理工程の後に連続して前記液膜の形成を実行する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記乾燥用ガスノズルを昇降させる乾燥用ガスノズル昇降手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記乾燥用ガスノズル昇降手段を制御して、前記液膜除去領域を形成させる際における前記乾燥用ガス吐出口を、前記液膜を形成させる際における前記乾燥用ガス吐出口の配置位置よりも前記基板保持手段に近づけて配置する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 基板保持手段によって水平姿勢に保持されている基板の上面に向けて、処理液ノズルの処理液吐出口から処理液を吐出することにより、基板の上面を覆う処理液の液膜を形成させる液膜形成工程と、
前記液膜形成工程の後実行され、前記処理液吐出口からの処理液の吐出を停止し、前記処理液吐出口よりも前記基板保持手段に近づけて配置された乾燥用ガスノズルの乾燥用ガス吐出口から第1流量の乾燥用ガスを吐出するとともに、回転手段により、前記基板保持手段に保持されている基板を第1回転速度で回転させることにより、基板の上面に、処理液の液膜が除去された液膜除去領域を形成させる液膜除去領域形成工程と、
前記液膜除去領域形成工程の後実行され、前記回転手段により、前記基板保持手段に保持されている基板を、前記第1回転速度と同じかあるいはそれ以上の回転速度で回転させるとともに、前記乾燥用ガス吐出口から前記第1流量よりも多い第2流量の乾燥用ガスを吐出することにより、前記液膜除去領域を拡大させる液膜除去拡大工程と、
前記液膜除去領域形成工程の後実行され、前記回転手段により、前記基板保持手段に保持されている基板を前記第1回転速度よりも大きい第2回転速度で回転させる乾燥工程とを含む、基板処理方法。
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