JP2022146507A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】、回転軸まわりに回転する基板の一方主面の直下で、かつ基板の端面から回転軸側に離れた位置に配置される発光素子から射出される光により基板の周縁部を効率的に加熱して短時間で処理液による処理を実行可能とする。【解決手段】発光素子は、発光面が基板の周縁部を向くように水平面から傾斜して配置されている。このため、発光素子の発光面から射出される光は、基板の下面周縁部またはこれに近い領域に照射される。【選択図】図４Ａ

Description

この発明は、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、フォトマスク用ガラス基板、太陽電池用基板、等（以下、単に「基板」という）を非接触で加熱しながら当該基板に処理液を供給して処理する基板処理装置に関するものである。
回転軸まわりに回転する半導体ウエハなどの基板に加熱処理を加えつつ当該基板の被処理面に処理液を供給して薬液処理や洗浄処理などを施す基板処理装置として、例えば特許文献１に記載の装置が知れられている。この基板処理装置では、基板の上面（被処理面）とは反対側の下面（被加熱面）を加熱するために、発熱体を内蔵する環状のヒーターが基板の下面周縁部に沿って基板の周方向に延在している。
特開２０１７－１１０１５号公報
近年、非接触で基板を加熱するための加熱源として、発熱体の代わりに、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子を用いることが検討されている。例えば、日亜化学工業株式会社製の紫外発光ＬＥＤ（型番NVCUQ096A-D4）を加熱源として用いることができる。上記ＬＥＤでは、複数の発光部が素子基板の一方主面上において面状に配置され、発光面として機能する。このように構成されたＬＥＤにより加熱処理を施す場合、後で図７を参照しつつ説明するように、基板の下面周縁部またはその近傍の直下位置に配置するのが好適である。しかしながら、実際の基板処理装置では、基板の周囲に種々の構成が配設される。例えば基板処理中に基板から飛散する処理液等を受け止めるために、スプラッシュガードやそれを駆動する機構などが基板の周囲に配置される。このような装置各部のレイアウト制約から、ＬＥＤの配置が許される空間は、基板の下面直下で、かつ基板の端面から回転軸側に離れた位置に制限される。したがって、このような配置制限を受けながらも、基板の周縁部を迅速に加熱してタクトタイムを短縮することができる基板処理装置の提供が望まれている。
この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、回転軸まわりに回転する基板の一方主面の直下で、かつ基板の端面から回転軸側に離れた位置に配置される発光素子から射出される光により基板の周縁部を効率的に加熱して短時間で処理液による処理を実行可能とすることを目的とする。
この発明の一態様は、基板を略水平に保持し、所定の回転軸まわりに回転可能に設けられた基板保持部と、基板保持部を回転軸まわりに回転させる回転機構と、回転軸まわりに回転する基板の一方主面の直下で、かつ基板の端面から回転軸側に離れた位置に配置される発光素子の発光面から射出される光を基板の一方主面に照射して基板を加熱する加熱機構と、加熱機構により加熱される基板の他方主面に処理液を吐出する処理液吐出機構と、を備え、発光素子は、発光面が基板の周縁部を向くように水平面から傾斜して配置されることを特徴としている。
この発明の他の態様は、基板処理方法であって、回転軸まわりに回転する基板の一方主面の直下で、かつ基板の端面から回転軸側に離れた位置に配置される発光素子の発光面が基板の周縁部を向くように水平面から傾斜させたまま、発光面から基板の一方主面に光を照射して基板を加熱することを特徴としている。
このように構成された発明では、基板の周縁部を加熱する加熱源として発光素子が用いられるが、その配置は回転軸まわりに回転する基板の一方主面の直下で、かつ基板の端面から回転軸側に離れた位置に制限される。しかしながら、発光素子は、発光面が基板の周縁部を向くように水平面から傾斜して配置されている。このため、発光素子の発光面から射出される光は、基板の下面周縁部またはこれに近い領域に照射される。
この発明によれば、発光素子の配置が、回転軸まわりに回転する基板の一方主面の直下で、かつ基板の端面から回転軸側に離れた位置に制限されるものの、当該位置に配置された発光素子から射出される光により基板の周縁部を効率的に加熱することができる。その結果、短時間で処理液による処理が実行可能となる。
本発明に係る基板処理装置の第１実施形態を示す図である。 図１に示す基板処理装置を上方から見た平面図である。 加熱機構を鉛直方向から見た平面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。 加熱機構の一構成であるヒートシンクの構造を示す斜視図である。 図１に示す基板処理装置による基板処理動作の一例を示すフローチャートである。 加熱機構の比較例における発光素子の配置を示す図である。 図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。 基板の端面から発光面の中心位置までの距離が温度上昇特性に与える影響を示すグラフである。 本発明に係る基板処理装置の第２実施形態に装備される加熱機構を示す図である。 本発明に係る基板処理装置の第３実施形態に装備される加熱機構を示す図である。 本発明に係る基板処理装置の第４実施形態に装備される加熱機構を示す図である。 第４実施形態における加熱機構の動作の一例を示す図である。
図１は本発明に係る基板処理装置の第１実施形態を示す図である。図２は図１に示す基板処理装置を上方から見た平面図である。なお、以下に参照する各図では、理解容易のため、各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。上下方向は鉛直方向であり、スピンチャックに対して基板側が上である。
基板処理装置１は、回転保持機構２、飛散防止部３、表面保護部４、処理部５、ノズル移動機構６、加熱機構７および制御部１０を備えている。これら各部２～７は、制御部１０と電気的に接続されており、制御部１０からの指示に応じて動作する。制御部１０としては、例えば、一般的なコンピュータと同様のものを採用できる。すなわち、制御部１０は、例えば、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ、制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスク、等を備えている。制御部１０においては、プログラムに記述された手順に従って主制御部としてのＣＰＵが演算処理を行うことにより、基板処理装置１の各部を制御する。
回転保持機構２は、基板Ｗを、その表面を上方に向けた状態で、略水平姿勢に保持しつつ回転可能な機構である。回転保持機構２は、基板Ｗを、主面の中心ｃ１を通る鉛直な回転軸ａ１のまわりに回転させる。回転保持機構２は、基板Ｗより小さい円板状の部材であるスピンチャック（「基板保持部」）２１を備える。スピンチャック２１は、その上面が略水平となり、その中心軸が回転軸ａ１に一致するように設けられている。スピンチャック２１の下面には、円筒状の回転軸部２２が連結されている。回転軸部２２は、その軸線を回転軸ａ１と一致させた状態で、鉛直方向に延設されている。また、回転軸部２２には、回転駆動部（例えば、モータ）２３が接続される。回転駆動部２３は、回転軸部２２をその軸線まわりに回転駆動する。従って、スピンチャック２１は、回転軸部２２とともに回転軸ａ１周りに回転可能である。回転駆動部２３と回転軸部２２とは、スピンチャック２１を、回転軸ａ１を中心に回転させる回転機構２３１である。回転軸部２２および回転駆動部２３は、筒状のケーシング２４内に収容されている。
スピンチャック２１の中央部には、図示省略の貫通孔が設けられており、回転軸部２２の内部空間と連通している。内部空間には、図示省略の配管、開閉弁を介して図示省略のポンプが接続されている。当該ポンプ、開閉弁は、制御部１０に電気的に接続される。制御部１０は、当該ポンプ、開閉弁の動作を制御する。当該ポンプは、制御部１０の制御に従って、負圧と正圧とを選択的に供給可能である。基板Ｗがスピンチャック２１の上面に略水平姿勢で置かれた状態でポンプが負圧を供給すると、スピンチャック２１は、上面Ｗｕを上方に向けた略水平姿勢の基板Ｗを下方から吸着保持する。ポンプが正圧を供給すると、基板Ｗは、スピンチャック２１の上面から取り外し可能となる。
この構成において、スピンチャック２１が基板Ｗを吸着保持した状態で、回転駆動部２３が回転軸部２２を回転すると、スピンチャック２１が鉛直方向に沿った軸線周りで回転される。これによって、スピンチャック２１上に保持された基板Ｗが、その面内の中心ｃ１を通る鉛直な回転軸ａ１を中心に矢印ＡＲ１方向に回転される。
なお、基板Ｗの保持方式は、これに限定されるものではなく、複数個（例えば６個）のチャックピンにより保持する、いわゆるメカチャック方式であってもよい。
飛散防止部３は、スピンチャック２１とともに回転される基板Ｗから飛散する処理液等を受け止める。飛散防止部３は、スプラッシュガード３１を備える。スプラッシュガード３１は、上端が開放された筒形状の部材であり、回転保持機構２を取り囲むように設けられる。スプラッシュガード３１には、これを昇降移動させるガード駆動機構が接続されており、制御部１０からの昇降指令に応じて駆動される。
表面保護部４は、スピンチャック２１上に保持されて回転している基板Ｗの上面Ｗｕの周縁部に当たるように不活性ガスのガス流を吐出するガス吐出機構を備えている。「不活性ガス」は、基板Ｗの材質およびその表面に形成された薄膜との反応性に乏しいガスであり、例えば、窒素（Ｎ２）ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどである。ガス吐出機構は、ガス吐出機構４１、４２を備えて構成されている。ガス吐出機構４１、４２は、不活性ガスを、例えば、ガス柱状のガス流として吐出する。ガス吐出機構４２は、ガス吐出機構４１が吐出するガス流が基板Ｗの周縁部に当たる位置よりも基板Ｗの回転方向の上流側の位置に当たるように不活性ガスのガス流を吐出する。
表面保護部４は、スピンチャック２１上に保持されて回転している基板Ｗの上面Ｗｕの中央付近に対して不活性ガスのガス流を吐出するガス吐出機構４３をさらに備える。表面保護部４は、ガス吐出機構４１～４３から基板Ｗの上面Ｗｕに不活性ガスのガス流を吐出することによって、基板Ｗの上面Ｗｕの周縁部に規定される環状の処理領域に当たるように吐出された処理液等から基板Ｗの上面Ｗｕの非処理領域を保護する。
ガス吐出機構４１、４２は、ノズルヘッド４４を備える。ガス吐出機構４３は、ノズルヘッド４５を備える。ノズルヘッド４４、４５は、それぞれ後述するノズル移動機構６のアーム６１、６２の先端に取り付けられている。アーム６１、６２は水平面に沿って延在する。ノズル移動機構６は、アーム６１、６２を移動させることによって、ノズルヘッド４４、４５をそれぞれの処理位置と退避位置との間で移動させる。
ノズルヘッド４４は、２つのノズル４６、４７を有し、アーム６１の先端に取り付けられている。ノズル４６、４７は、その先端部（下端部）をノズルヘッド４４の下面から下方に突出させ、その上端部を上面から上方に突出させている。一方のノズル４６の上端には、配管４１１の一端が接続されている。配管４１１の他端は、ガス供給源４１２に接続している。また、配管４１１の経路途中には、ガス供給源４１２側から順に流量制御器４１３、開閉弁４１４が設けられている。もう一方のノズル４７にも、配管４２１の一端が接続されている。配管４２１の他端は、ガス供給源４２２に接続している。また、配管４２１の経路途中には、ガス供給源４２２側から順に流量制御器４２３、開閉弁４２４が設けられている。
ここで、ノズル移動機構６がノズルヘッド４４を、その処理位置に配置すると、ノズル４６の吐出口は、回転保持機構２が回転させる基板Ｗの周縁部の回転軌跡の一部に対向し、ノズル４７の吐出口は、当該回転軌跡の他の一部に対向する。
ノズルヘッド４４が処理位置に配置されている状態において、ノズル４６、４７は、ガス供給源４１２、４２２から不活性ガス（図示の例では、窒素（Ｎ２）ガス）を供給される。ノズル４６は、供給された不活性ガスのガス流を基板Ｗの周縁部の回転軌跡に規定される位置に当たるように上方から吐出する。ノズル４６は、吐出したガス流が位置に達した後、位置から基板Ｗの周縁に向かって流れるように、ガス流を吐出口から定められた方向に吐出する。ノズル４７は、供給された不活性ガスのガス流が当該回転軌跡上に規定される位置に当たるように、ガス流を上方から吐出する。ノズル４７は、吐出したガス流が位置に達した後、位置から基板Ｗの周縁に向かって流れるように、ガス流を吐出口から定められた方向に吐出する。
ガス吐出機構４３のノズルヘッド４５は、アーム６２の先端部の下面に取り付けられた円柱部材９３と、円柱部材９３の下面に取り付けられた円板状の遮断板９０と、円筒状のノズル４８とを備えている。円柱部材９３の軸線と遮断板９０の軸線とは、一致しており、それぞれ鉛直方向に沿う。遮断板９０の下面は、水平面に沿う。ノズル４８は、その軸線が遮断板９０、円柱部材９３の軸線と一致するように、円柱部材９３、遮断板９０を鉛直方向に貫通している。ノズル４８の上端部は、さらにアーム６２の先端部も貫通して、アーム６２の上面に開口する。ノズル４８の上側の開口には、配管４３１の一端が接続されている。配管４３１の他端は、ガス供給源４３２に接続している。配管４３１の経路途中には、ガス供給源４３２側から順に流量制御器４３３、開閉弁４３４が設けられている。ノズル４８の下端は、遮断板９０の下面に開口している。当該開口は、ノズル４８の吐出口である。
ノズル移動機構６がノズルヘッド４５をその処理位置に配置すると、ノズル４８の吐出口は、基板Ｗの上面Ｗｕの中心付近に対向する。この状態において、ノズル４８は、配管４３１を介してガス供給源４３２から不活性ガス（図示の例では、窒素（Ｎ２）ガス）を供給される。ノズル４８は、供給された不活性ガスを基板Ｗの上面Ｗｕの中心付近に向けて不活性ガスのガス流として吐出する。ガス流は、基板Ｗの中央部分の上方から基板Ｗの周縁に向かって放射状に広がる。すなわち、ガス吐出機構４３は、基板Ｗの上面Ｗｕの中央部分の上方から不活性ガスを吐出して、当該中央部分の上方から基板Ｗの周縁に向かって広がるガス流を生成させる。
処理部５は、スピンチャック２１上に保持された基板Ｗの上面周縁部における処理領域に対する処理を行う。具体的には、処理部５は、スピンチャック２１上に保持された基板Ｗの処理領域に処理液を供給する。処理部５は、処理液吐出機構５１Ａを備える。処理液吐出機構５１Ａは、スピンチャック２１上に保持されて回転している基板Ｗの上面Ｗｕ（処理面）の周縁部の一部に当たるように処理液の液流を吐出する。液流は、液柱状である。処理液吐出機構５１Ａは、ノズルヘッド５０を備える。ノズルヘッド５０は、ノズル移動機構６が備える長尺のアーム６３の先端に取り付けられている。アーム６３は、水平面に沿って延在する。ノズル移動機構６は、アーム６３を移動させることによって、ノズルヘッド５０をその処理位置と退避位置との間で移動させる。
ノズルヘッド５０は、４本のノズル５３～５６を有し、アーム６３の先端に取り付けられている。ノズル５ａ～５ｄはアーム６３の延在方向に沿って一列に並んで配置されている。ノズルヘッド５０では、ノズル５ａ～５ｄの先端部（下端部）が下方に突出し、その基端部（上端部）が上方に突出している。ノズル５ａ～５ｄには、これらに処理液を供給する配管系である処理液供給部５１が接続されている。具体的には、ノズル５ａ～５ｄの上端には、処理液供給部５１の配管５１１ａ～５１１ｄの一端が接続している。ノズル５ａ～５ｄは、処理液供給部５１から処理液をそれぞれ供給され、供給された処理液を先端の吐出口からそれぞれ吐出する。処理液吐出機構５１Ａは、ノズル５ａ～５ｄのうち制御部１０に設定された制御情報によって定まる１つのノズルから、制御部１０の制御に従って処理液の液流を吐出する。
処理液供給部５１は、具体的には、ＳＣ－１供給源５２ａ、ＤＨＦ供給源５２ｂ、ＳＣ－２供給源５２ｃ、リンス液供給源５２ｄ、複数の配管５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ、および、複数の開閉弁５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄを、組み合わせて構成されている。ＳＣ－１、ＤＨＦ、ＳＣ－２は、薬液である。従って、処理液吐出機構５１Ａは、基板Ｗの周縁部に薬液を吐出する薬液吐出部である。
ＳＣ－１供給源５２ａは、ＳＣ－１を供給する供給源である。ＳＣ－１供給源５２ａは、開閉弁５４ａが介挿された配管５３ａを介して、ノズル５ａに接続されている。したがって、開閉弁５４ａが開放されると、ＳＣ－１供給源５２ａから供給されるＳＣ－１が、ノズル５ａから吐出される。
ＤＨＦ供給源５２ｂは、ＤＨＦを供給する供給源である。ＤＨＦ供給源５２ｂは、開閉弁５４ｂが介挿された配管５３ｂを介して、ノズル５ｂに接続されている。したがって、開閉弁５４ｂが開放されると、ＤＨＦ供給源５２ｂから供給されるＤＨＦが、ノズル５ｂから吐出される。
ＳＣ－２供給源５２ｃは、ＳＣ－２を供給する供給源である。ＳＣ－２供給源５２ｃは、開閉弁５４ｃが介挿された配管５３ｃを介して、ノズル５ｃに接続されている。したがって、開閉弁５４ｃが開放されると、ＳＣ－２供給源５２ｃから供給されるＳＣ－２が、ノズル５ｃから吐出される。
リンス液供給源５２ｄは、リンス液を供給する供給源である。ここでは、リンス液供給源５２ｄは、例えば、純水を、リンス液として供給する。リンス液供給源５２ｄは、開閉弁５４ｄが介挿された配管５３ｄを介して、ノズル５６に接続されている。したがって、開閉弁５４ｄが開放されると、リンス液供給源５２ｄから供給されるリンス液が、ノズル５６から吐出される。なお、リンス液として、純水、温水、オゾン水、磁気水、還元水（水素水）、各種の有機溶剤（イオン水、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、機能水（ＣＯ２水など）、などが用いられてもよい。
処理液供給部５１は、ＳＣ－１、ＤＨＦ、ＳＣ－２、および、リンス液を選択的に供給する。処理液供給部５１から処理液（ＳＣ－１、ＤＨＦ、ＳＣ－２、あるいは、リンス液）がノズル５ａ～５ｄのうち対応するノズルに供給されると、回転している基板Ｗの上面周縁部の処理領域に当たるように、当該ノズルは当該処理液の液流を吐出する。ただし、処理液供給部５１が備える開閉弁５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄの各々は、制御部１０と電気的に接続されている図示省略のバルブ開閉機構によって、制御部１０の制御下で開閉される。つまり、ノズルヘッド５０のノズルからの処理液の吐出態様（具体的には、吐出される処理液の種類、吐出開始タイミング、吐出終了タイミング、吐出流量、等）は、制御部１０によって制御される。すなわち、処理液吐出機構５１Ａは、制御部１０の制御によって、回転軸ａ１を中心に回転している基板Ｗの上面周縁部の回転軌跡のうち位置に当たるように処理液の液流を吐出する。
ノズル移動機構６は、ガス吐出機構４１～４３および処理液吐出機構５１Ａのノズルヘッド５０をそれぞれの処理位置と退避位置との間で移動させる機構である。ノズル移動機構６は、水平に延在するアーム６１～６３、ノズル基台６４～６６、駆動部６７～６９を備える。ノズルヘッド４４、４５、５０は、アーム６１～６３の先端部分に取り付けられている。
アーム６１～６３の基端部は、ノズル基台６４～６６の上端部分に連結されている。ノズル基台６４～６６は、その軸線を鉛直方向に沿わすような姿勢でケーシング２４の周りに分散して配置されている。ノズル基台６４～６６は、その軸線に沿って鉛直方向に延在し、軸線周りに回転可能な回転軸をそれぞれ備えている。ノズル基台６４～６６の軸線と各回転軸の軸線とは一致する。各回転軸の上端には、ノズル基台６４～６６の上端部分がそれぞれ取り付けられている。各回転軸が回転することにより、ノズル基台６４～６６の各上端部分は各回転軸の軸線、すなわちノズル基台６４～６６の軸線を中心に回転する。ノズル基台６４～６６には、それぞれの回転軸を軸線周りに回転させる駆動部６７～６９が設けられている。駆動部６７～６９は、例えば、ステッピングモータなどをそれぞれ備えて構成される。
駆動部６７～６９は、ノズル基台６４～６６の回転軸を介してノズル基台６４～６６の上端部分をそれぞれ回転させる。各上端部分の回転に伴って、ノズルヘッド４４、４５、５０もノズル基台６４～６６の軸線周りに回転する。これにより、駆動部６７～６９は、ノズルヘッド４４、４５、５０をそれぞれの処理位置と、退避位置との間で水平に移動させる。
ノズルヘッド４４が処理位置に配置されると、ノズル４６の吐出口は、回転保持機構２が回転させる基板Ｗの周縁部の回転軌跡の一部に対向し、ノズル４７の吐出口は、当該回転軌跡の他の一部に対向する。
ノズルヘッド４５が処理位置に配置されると、ノズル４８は、基板Ｗの中心ｃ１の上方に位置し、ノズル４８の軸線は、スピンチャック２１の回転軸ａ１に一致する。ノズル４８の吐出口（下側の開口）は、基板Ｗの中心部に対向する。また、遮断板９０の下面は、基板Ｗの上面Ｗｕと平行に対向する。遮断板９０は、基板Ｗの上面Ｗｕと非接触状態で近接する。
ノズルヘッド５０が処理位置に配置されると、ノズル５ａ～５ｄが処理位置に配置される。ノズルヘッド４４、４５、５０の各待避位置は、これらが基板Ｗの搬送経路と干渉せず、かつ、これらが相互に干渉しない各位置である。各退避位置は、例えば、スプラッシュガード３１の外側、かつ、上方の位置である。
スピンチャック２１により保持された基板Ｗの下面Ｗｄの下方には、加熱機構７が設けられている。以下、図３、図４Ａおよび図４Ｂを参照しつつ加熱機構７の構成および動作について詳述する。図３は加熱機構を鉛直方向から見た平面図である。図４Ａは図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。図４Ｂは加熱機構の一構成であるヒートシンクの構造を示す斜視図である。なお、加熱機構７の内部構造を明確するため、図３では加熱筐体７１および基板Ｗをそれぞれ破線および一点鎖線で図示している。
加熱機構７は、図１ないし図３に示すように、基板Ｗの下面Ｗｄの下方で、かつ基板Ｗの端面Ｗｅ（図４）よりも回転軸ａ１側に設けられている。加熱機構７は、上方からの平面視で円環形状を有する樹脂製の加熱筐体７１を有している。加熱筐体７１の外径は基板Ｗの外径よりも狭い。加熱筐体７１の回転対称軸ａ７１がスピンチャック２１の回転軸ａ１に一致している。このため、鉛直下方から見ると、加熱筐体７１はスピンチャック２１に保持された基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐの内側（回転軸ａ１側）で基板Ｗと同心状に配置されている。
加熱筐体７１は、図４に示すように、上方の開口したボックス部材７１１と、ボックス部材７１１の円環開口を上方から塞ぐように配置された透明部材７１２とを有している。これらボックス部材７１１および透明部材７１２により形成される略トーラス（ドーナツ型）の収納空間７１３に対し、加熱源として機能する発光素子７２、ヒートシンク７３およびベース部材７４が収納されている。後述するように発光素子７２は点灯すると、発光素子７２からの光が透明部材７１２を介して基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐに向けて照射される。このように第１実施形態では、透明部材７１２全体が透過窓として機能しているが、発光素子７２からの光が透過する光透過領域を除き、透明部材７１２の上面または下面を遮光性部材で覆うことで、透過窓の範囲を制限してもよい。また、ボックス部材７１１の円環開口を上方から塞ぐように遮光性部材で覆うとともに、当該遮光性部材のうち光透過領域に相当する領域に開口を設けるとともに、当該開口に透明部材を嵌め込み、これを透過窓として機能させてもよい。
収納空間７１３の内底部には、加熱筐体７１に対応して円環形状のベース部材７４が配置されている。ベース部材７４はアルミニウム板で構成されている。このベース部材７４上に金属製のヒートシンク７３が配置される。ヒートシンク７３は、発光素子７２の前記発光面７２２ａの反対面である底面７２２ｂに密着して当該発光素子７２を支持しつつこれを冷却する機能を担っている。より具体的には、ヒートシンク７３は、図４Ｂに示すように、ベース部材７４と同一の平面形状、つまり円環形状の底面７３１を有している。ヒートシンク７３の側面は傾斜面７３２であり、回転対称軸７３３から周方向に進むにしたがって下り傾斜に仕上げられている。本実施形態では、その傾斜角度θは１０゜ないし２０゜に設定されている。このような外観形状を有するヒートシンク７３は、回転対称軸７３３が加熱筐体７１の回転対称軸ａ７１とほぼ一致するようにベース部材７４に固定されている。また、ヒートシンク７３の内部では、図示を省略する冷却水循環供給部により冷却水が循環される。これによって、発光素子７２が冷却される。ヒートシンク７３は発光素子７２の底面７２２ｂに密着した状態で発光素子７２を冷却するので発光素子７２を効率よく冷却することができる。
ヒートシンク７３の傾斜面７３２には、既述の紫外発光ＬＥＤなどの発光素子７２が、透明部材（透過窓）７１２を介して基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐと対向するように、配置されている。第１実施形態では、基板周縁部を予め設定された加熱条件（例えば１０秒で、８０℃まで昇温）で加熱するために、６個の発光素子７２がヒートシンク７３の回転対称軸７３３を中心に等角度間隔（６０゜間隔）で放射状にヒートシンク７３の傾斜面７３２に配列されている。各発光素子７２は、素子基板７２１と、光（紫外線）を射出する発光部７２２と、発光部７２２の制御信号や温度検出信号を制御部１０との間で授受するためのコネクタ７２３とを有している。発光部７２２およびコネクタ７２３は素子基板７２１の一方主面上で隣接して取り付けられている。そして、発光部７２２およびコネクタ７２３を基板Ｗに向けた状態で発光素子７２はヒートシンク７３の傾斜面７３２に固定されている。このため、６個の発光素子７２はすべて発光面７２２ａが基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐを向くように水平面から上記傾斜角度θだけ傾斜して配置される。
このように構成された発光素子７２では、制御部１０からの点灯信号をコネクタ７２３を介して受け取ると、発光部７２２が点灯し、紫外光Ｌを基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐに向けて射出する。紫外光Ｌは透明部材７１２を介して回転軸ａ１まわりに回転している基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐおよびその近傍に照射される。これによって、基板周縁部が加熱されて所望温度に到達する。
図５は図１に示す基板処理装置による基板処理動作の一例を示すフローチャートである。上記のように構成された基板処理装置１では、制御部１０がプログラムに記述された手順に従って装置各部を以下のように制御する。未処理の基板Ｗが、図示を省略する搬送ロボットなどにより装置外部から基板処理装置１に搬入されてスピンチャック２１の上面に載置されると、スピンチャック２１が当該基板Ｗを保持する（ステップＳ１：基板のローディング）。また、搬送ロボットが基板処理装置１から退避する。それに続いて、ノズルヘッド４４、４５、５０はノズル移動機構６によって処理位置に配置されるとともに、スプラッシュガード３１はガード駆動機構によって上方位置に配置される。
こうして、基板処理の準備が完了すると、基板処理装置１の回転機構２３１が、基板Ｗを保持するスピンチャック２１の回転を開始する（ステップＳ２）。基板Ｗの回転速度は、例えば、１８００回転／分に設定される。また、制御部１０からの点灯信号を受け、全発光部７２２が点灯する（ステップＳ３）。これにより、各発光部７２２の発光面７２２ａから紫外光Ｌが射出され、透明部材７１２を介して回転している基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐに照射される。こうして、基板Ｗの周縁部の加熱が開始される。
次に、ガス吐出機構４１、４２がノズルヘッド４４のノズル４６、４７から不活性ガスのガス流の吐出を開始するとともに、ガス吐出機構４３が、ノズルヘッド４５のノズル４８から不活性ガスのガス流の吐出を開始する（ステップＳ４）。
時間の経過によって基板Ｗの周縁部の温度が上昇して安定した後、処理液吐出機構５１Ａは、基板Ｗの上面周縁部に当たるように処理液（薬液）の液流を吐出して上面周縁部の処理を行う（ステップＳ５）。制御部１０が、基板Ｗの処理に要する処理時間の経過などを検出すると、処理液吐出機構５１Ａは、処理液の吐出を停止する。
それに続いて、制御部１０からの消灯信号を受け、発光部７２２が消灯し、基板Ｗの周縁部の加熱が停止される（ステップＳ６）。また、ガス流の吐出も停止される（ステップＳ７）。さらに、スピンチャック２１の回転が停止される（ステップＳ８）。その後で、図示を省略する搬送ロボットのハンドが基板処理装置１に進入し、処理済の基板Ｗを受け取ると、スピンチャック２１による基板Ｗの保持が解除される。そして、搬送ロボットは受け取った基板Ｗを次の基板処理装置に搬出する（ステップＳ９：アンローディング）。
以上のように、本実施形態によれば、６個の発光素子７２がすべて水平面から傾斜して配置され、発光面７２２ａが基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐに向いている。このため、発光素子７２の発光面７２２ａから射出される紫外光Ｌは基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐまたはその近傍に照射される。したがって、基板Ｗの周縁部を効率的に加熱することができる。その結果、基板Ｗの周縁部が所定の温度に達して安定するまでに要する時間、つまりガス流の吐出開始（ステップＳ４）から処理液の吐出開始（ステップＳ５）までの時間を短縮することができる。その結果、基板処理に要するタクトタイムを短くすることができる。
ここで、本実施形態の作用効果をより明確にするために、図６および図７に示す比較例（発光面７２２ａを水平に設定した装置）における基板周縁部の温度上昇を調べた。その結果、図８に示す温度上昇特性がわかった。図６は加熱機構の比較例における発光素子の配置を示す図である。図７は図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。図８は、基板の端面から発光面の中心位置までの距離が温度上昇特性に与える影響を示すグラフである。
比較例に係る加熱機構７０が第１実施形態に装備された加熱機構７と大きく相違する点は、大きく２点である。すなわち、発光素子７２の個数が加熱機構７よりも１個少ない５個である点と、円環平板状のヒートシンク７３０が用いられている点とである。比較例では、ヒートシンク７３０の上面に発光素子７２が配置されており、発光面７２２ａの傾斜角度θはゼロである。つまり、発光面７２２ａは水平面と平行に配置されている。なお、使用している発光素子７２が第１実施形態と同一のものである。したがって、発光素子７２の１個当たりの光量は１４４Ｗであり、加熱機構７０全体では７２０Ｗである。そして、基板Ｗの端面Ｗｅから発光素子７２（発光面７２２ａ）の中心位置までの距離Ｄを１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍに設定しつつ、１８００ｒｐｍで回転する基板Ｗに向けて紫外光Ｌを照射した。そして、加熱開始から１０秒経過した時点での基板周縁部の温度を計測し、距離Ｄごとの計測温度をプロットしたものが図８に示すグラフである。
同図からわかるように、距離Ｄが長くなる、つまり基板Ｗの端面Ｗｅから離れるにしたがって、基板周縁部の到達温度は低く、基板周縁部を処理液による基板処理に適した温度まで上昇させるために要する時間が長くなってしまう。逆に言うと、発光素子７２を基板Ｗの端面Ｗｅ側に近づけることで加熱時間の短縮を図ることができる。しかしながら、装置各部のレイアウト制約から、発光素子７２の配置が許される空間は、基板Ｗの下面直下で、かつ基板Ｗの端面Ｗｅから回転軸ａ１側に離れた範囲に制限される。そのため、加熱時間を短縮するという観点では、距離Ｄ＝１０ｍｍで発光素子７２を配置する、つまり基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐの直下位置に配置するのが望ましい。しかしながら、実際にはＤ＝２０ｍｍ～３０ｍｍ、あるいはそれ以上の位置に発光素子７２を配置する必要がある。これに対し、第１実施形態の加熱機構７では、発光面７２２ａを傾けて基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐに向けているため、発光素子７２が基板Ｗの端面Ｗｅから多少離れていたとしても、紫外光Ｌを基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐまたはその近傍に照射することができ、発光素子７２を水平配置した比較例よりも短時間で加熱することができる。また、第１実施形態と同一の位置に比較例に示す態様で発光素子７２を配置しつつ所望の加熱性能を得るためには、設計上、第１実施形態の加熱機構７（発光素子６個）よりも多い９個の発光素子７２を設ける必要がある。このように、第１実施形態によれば、発光素子７２の個数を削減することができ、装置サイズおよびランニングコストの面で比較例よりも有利である。
ところで、上記第１実施形態では、発光面７２２ａを傾けて配置していることから、図４に示すように、基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐに対する紫外光Ｌの入射角は比較的大きくなり、下面周縁部Ｗｄｐで反射される反射光ＲＬの反射角も大きくなる。このため、反射光ＲＬが装置内部に深く進入する可能性がある。そこで、図９に示すように、加熱機構７の周囲を遮光性を有する耐熱遮光部材７５で囲ってもよい（第２実施形態）。
図９は本発明に係る基板処理装置の第２実施形態に装備される加熱機構を示す図である。第２実施形態では、同図に示すように、スプラッシュガード３１の一部に耐熱性を有する遮光部材７５が取り付けられている。遮光部材７５としては、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製のカバー部材を用いることができる。このように回転軸ａ１の反対側から加熱機構７を遮光部材７５により覆うことで反射光ＲＬによる影響が装置内部に及ぶのを効果的に防止することができる。
また、比較例との対比説明から明らかなように、発光素子７２の個数削減が可能であることから、例えば図１０に示すように発光素子７２の配列態様を変更してもよい（第３実施形態）。
図１０は本発明に係る基板処理装置の第３実施形態に装備される加熱機構を示す図である。第３実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、上方からの平面視での加熱筐体７１、ヒートシンク７３およびベース部材７４の形状が略扇形状であり、ヒートシンク７３の傾斜面７３２上に６個の発光素子７２が配置されている点である。つまり、第１実施形態では、発光素子７２を回転軸ａ１を中心に等角度間隔で全体的に分散して配置しているのに対し、第３実施形態では、上方からの平面視で６個の発光素子７２が略扇形状の領域に集中的に配置されている。したがって、第３実施形態では、基板処理装置１内での加熱機構７の占有率が低下し、装置の設計自由度を高めることができる。
また、上記第１実施形態ないし第３実施形態では、発光面７２２ａの傾斜角度θは固定されているが、傾斜角度θを調整可能に構成してもよい（第４実施形態）。
図１１は本発明に係る基板処理装置の第４実施形態に装備される加熱機構を示す図である。図１２は第４実施形態における加熱機構の動作の一例を示す図である。この第４実施形態では、図１１に示すように、発光素子７２と同一個数の加熱筐体７１が回転軸ａ１を中心に等角度間隔で全体的に分散して配置されている。各加熱筐体７１には、１個の発光素子７２が収容されている。つまり、加熱筐体７１の内底部上に、ベース部材７４、ヒートシンク７３が積層して配置されている。ヒートシンク７３は回転軸ａ１から周方向に進むにしたがって下り傾斜を有する、いわゆる片流れ屋根状の傾斜面７３４を有するブロック体である。そして、傾斜面７３４上に発光素子７２が固定されている。このため、第４実施形態においても、各発光素子７２では、発光面７２２ａが基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐに向いている。
また、各加熱筐体７１は、発光面７２２ａを中央部を通過しながら、発光面７２２ａの傾斜方向と直交するとともに発光面７２２ａの平行な幅方向に延びる回転軸ａ２まわりに回転自在に支持されている。各加熱筐体７１には、傾斜角調整部７６が接続されている。このため、制御部１０からの回転指令に応じて傾斜角調整部７６が加熱筐体７１を回転軸ａ２まわりに回転させることで、水平面に対する発光面７２２ａの傾斜を任意に設定可能となっている。第４実施形態では、基板Ｗのローディング時（ステップＳ１）およびアンローディング時（ステップＳ９）においては、発光面７２２ａが水平面とほぼ平行となるように傾斜角調整部７６が加熱筐体７１を位置決めする。一方、それ以外の時、つまり基板処理時には、発光面７２２ａがスピンチャック２１に保持された基板Ｗの下面周縁部Ｗｄｐを向くように傾斜角調整部７６が加熱筐体７１を位置決めする。
このように構成された第４実施形態では、基板処理時には、図１２（ｂ）に示すように、発光面７２２ａから射出された紫外光Ｌが下面周縁部Ｗｄｐおよびその近傍に照射され、基板Ｗの周縁部を効率的に加熱することができる。一方、基板Ｗのローディング／アンローディング時には、図１２（ａ）に示すように、鉛直方向におけるスピンチャック２１上の基板Ｗと加熱筐体７１との間隔Ｈａが基板処理時の間隔Ｈｂよりも広がる。このため、ローディング／アンローディング時における搬送ロボットのハンドの可動スペースが広がり、スピンチャック２１に対する基板Ｗの受渡し作業を安定して行うことができる。
また、発光面７２２ａから射出された紫外光Ｌを一定方向に照射し続けると、紫外光Ｌが直接照射される基板領域の温度上昇が急激となり、それに隣接する基板領域との温度差が大きくなることがある。この温度差によって基板Ｗが反る可能性がある。このような反りが顕著となる基板Ｗを処理する場合には、発光面７２２ａから紫外光Ｌが連続的に射出されている間に、傾斜角調整部７６が作動することで傾斜角度θを連続的または断続的に変化させる、つまり発光素子７２をスイングさせてもよい。これによって、基板Ｗの反りを抑制することができ、基板処理の品質を高めることができる。
また、基板Ｗの種類に応じて傾斜角調整部７６が基板処理中における傾斜角度θを調整するように構成してもよい。これにより、種々の基板Ｗに対応することができ、基板処理装置１の汎用性を高めることができる。
上記したように、第１実施形態ないし第４実施形態において、基板Ｗの下面Ｗｄおよび上面Ｗｕがそれぞれ本発明の「基板の一方主面」および「基板の他方主面」に相当している。また、基板Ｗのローディングおよびアンローディングが本発明の「基板の搬入」および「基板の搬出」の一例に相当している。
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。例えば実施形態では、発光素子７２の個数を６に設定しているが、これに限定されるものではなく、基板処理に要求される基板周縁部の温度に応じた個数に設定すればよい。
また、上記実施形態では、紫外光Ｌを射出するＬＥＤを発光素子７２として用いているが、発光素子７２から射出される光の波長域はこれに限定されるものではない。ただし、基板Ｗの下面Ｗｄに光を照射して基板周縁部を加熱するため、当該光が基板Ｗの上面Ｗｕに形成されるデバイスに到達するのを回避するのが望ましい。そこで、例えば基板Ｗの厚みが７７５μｍであるとき、基板Ｗの上面Ｗｕへの透過率を０．０１％以下に設定するためには、光Ｌの侵入長を１００μｍ以下に抑える必要がある。ここで、Handbook of Optical Constants of Solidsに記載されたシリコンの場合の光の波長と侵入長の関係を参照すると、光Ｌの波長を９５０ｎｍ以下にすれば、透過率は０．０１％以下となり、デバイスに影響を与える可能性は小さい。一方、波長３００ｎｍ以下の光Ｌは基板Ｗを構成するシリコンの結合を切断する可能性がある。よって、基板Ｗがシリコン基板である場合、波長３００ｎｍないし９５０ｎｍの光を射出する発光素子を用いるのが好適である。
この発明は、基板の周縁部を非接触で加熱しながら当該基板に処理液を供給して処理する基板処理技術全般に適用することができる。
１…基板処理装置
７…加熱機構
２１…スピンチャック（基板保持部）
５１Ａ…処理液吐出機構
７１…加熱筐体
７２…発光素子
７３…ヒートシンク
７５…遮光部材
７６…傾斜角調整部
２３１…回転機構
７２２…発光部
７２２ａ…発光面
７２２ｂ…底面
７３２，７３４…傾斜面
ａ１…（基板の）回転軸
ａ２…（加熱筐体の）回転軸
Ｄ…距離
Ｌ…紫外光
Ｗ…基板
Ｗｄ…下面（基板の一方主面）
Ｗｄｐ…（基板の）下面周縁部
Ｗｅ…端面
Ｗｕ…上面（基板の他方主面）
θ…傾斜角度

Claims (8)

  1. 基板を略水平に保持し、所定の回転軸まわりに回転可能に設けられた基板保持部と、
    前記基板保持部を前記回転軸まわりに回転させる回転機構と、
    前記回転軸まわりに回転する前記基板の一方主面の直下で、かつ前記基板の端面から回転軸側に離れた位置に配置される発光素子の発光面から射出される光を前記基板の一方主面に照射して前記基板を加熱する加熱機構と、
    前記加熱機構により加熱される前記基板の他方主面に処理液を吐出する処理液吐出機構と、を備え、
    前記発光素子は、前記発光面が前記基板の周縁部を向くように水平面から傾斜して配置されることを特徴とする基板処理装置。
  2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
    前記加熱機構は前記水平面に対する前記発光面の傾斜角度を調整する傾斜角調整部を有する基板処理装置。
  3. 請求項２に記載の基板処理装置であって、
    前記傾斜角調整部は前記基板の種類に応じて前記傾斜角度を調整する基板処理装置。
  4. 請求項２に記載の基板処理装置であって、
    前記傾斜角調整部は、前記発光面から前記光が連続的に射出されている間、前記傾斜角度を連続的または断続的に変化させる基板処理装置。
  5. 請求項２ないし４のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
    前記傾斜角調整部は、装置外部と前記基板保持部との間で前記基板の搬入および搬出を行っている間、前記発光面が水平姿勢となるように前記傾斜角度を調整することで鉛直方向における前記加熱機構と前記基板保持部との間隔を前記発光面から前記光を射出している間の前記間隔よりも広げる基板処理装置。
  6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
    前記回転軸の反対側から前記加熱機構を囲って前記基板の一方主面で反射された反射光を遮光する遮光部材をさらに備える基板処理装置。
  7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
    前記発光素子は前記発光面の反対面である底面を有し、
    前記発光素子の前記底面と密着した状態で前記発光素子を支持するヒートシンクをさらに備える基板処理装置。
  8. 回転軸まわりに回転する基板の一方主面の直下で、かつ前記基板の端面から回転軸側に離れた位置に配置される発光素子の発光面が前記基板の周縁部を向くように水平面から傾斜させたまま、前記発光面から前記基板の一方主面に光を照射して前記基板を加熱することを特徴とする基板処理方法。
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