JP3544618B2

JP3544618B2 - 基板乾燥方法および基板乾燥装置

Info

Publication number: JP3544618B2
Application number: JP09186298A
Authority: JP
Inventors: 勝彦宮; 昭泉
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2018-04-03
Also published as: JPH11288915A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板、液晶表示装置用基板等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用基板、フォトマスク用ガラス基板などの基板を回転させて、基板の主面に付着している処理液を除去して基板を乾燥させるための基板乾燥方法および基板乾燥装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、必要に応じて半導体ウエハ（以下単に「ウエハ」という。）の洗浄が行われる。この洗浄後の基板には、洗浄のために用いられた洗浄液（一般的には純水）が付着しているので、この洗浄液を振り切るための乾燥処理が行われる。この乾燥処理のために用いられる典型的な基板乾燥装置は、ウエハを水平に保持した状態で回転するスピンチャックと、このスピンチャックを高速回転させるための回転駆動機構とを備えている。この構成により、回転に伴って洗浄液に働く遠心力を利用して洗浄液を振り切り、基板の乾燥を達成している。また、基板から飛散する洗浄液が周囲に飛散することを防止するために、スピンチャックは、通常、筒状の処理カップ内に収容されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ウエハの主面の大部分がシリコンやポリシリコンからなる場合には、このような領域は、水との接触角が９０度以上の疎水性表面をなしている。このような場合に、基板を高速回転させて振り切り乾燥を行おうとすると、ウエハの回転の加速に伴って洗浄液がウエハ外に飛び出し、処理カップの内壁面に勢い良く衝突し、その跳ね返りがウエハに再付着してウエハを汚染する。また、回転軸線上の洗浄液には遠心力がほとんど作用しないから、ウエハの主面の中心付近に洗浄液が残留してしまう場合があり、ウエハを十分に乾燥させることができない場合がある。また、ウエハの乾燥を十分に行うには、スピンチャックの回転時間を長くすればよいが、それでは、処理効率が悪くなり、結果として、生産性の劣化を招く。
【０００４】
同様な問題は、疎水性領域を有しない基板の乾燥処理においても生じる場合があった。
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、基板に付着した処理液を、処理液の再付着を生じさせることなく除去することができる基板乾燥方法および基板乾燥装置を提供することである。
【０００５】
また、この発明の他の目的は、基板に付着した処理液を効率的に除去することができる基板乾燥方法および基板乾燥装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板を水平に支持しつつ、この基板の主面と直交する回転軸線まわりに当該基板を液処理速度で回転するとともに、この回転中の基板に処理液を供給して基板を処理した後に、この基板の主面から処理液を除去して基板を乾燥させるための基板乾燥方法において、基板を水平に支持しつつ、この基板の主面と直交する上記回転軸線まわりに当該基板を上記液処理速度から減速した第１の回転速度で回転させる低速回転工程と、この低速回転工程中の初期において上記基板の主面に処理液を供給し、上記低速回転工程が終了するよりも早く、その処理液の供給を停止することにより、上記基板の主面上において処理液の液滴を成長させ、この成長した液滴を基板外に移動させて排除する液滴成長・排除工程と、上記低速回転工程の後、基板を水平に支持しつつ、この基板を上記回転軸線まわりに上記第１の回転速度よりも高速な第２の回転速度で回転させる高速回転工程とを含むことを特徴とする基板乾燥方法である。
【０００７】
この発明によれば、低速回転工程の初期において基板の主面に処理液が供給されることによって、基板上で液滴が成長させられる。そして、基板の低速回転により、成長した大きな液滴が、遠心力の働きによって、基板の周縁から排除される。このとき、表面張力の働きにより、回転軸線上の処理液も大きな液滴とともに排除されることになる。基板の回転速度が低速であるので、液滴が勢い良く飛び出すことがないから、周囲からの処理液の跳ね返りが基板に再付着するおそれはない。
【０００８】
一方、低速回転工程に続く高速回転工程では、基板が高速に回転させられ、その表面の処理液が振り切られるが、基板上の処理液の大部分は低速回転工程において排除されているので、短時間の高速回転により基板の乾燥を完了でき、また、周囲からの処理液の跳ね返りによる基板の再汚染のおそれはない。
このようにして、基板の乾燥を、その回転軸線上における液滴の残留を生じることなく、効率的にかつ良好に行える。
【０００９】
請求項２記載の発明は、上記低速回転工程における上記第１の回転速度は、基板の回転数で１５０ｒｐｍ以下の範囲内とされており、上記高速回転工程における上記第２の回転速度は、基板の回転数で１５００ｒｐｍ以上２５００ｒｐｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１記載の基板乾燥方法である。
この発明によれば、低速回転工程における液滴の成長および排除、ならびに高速回転工程における振り切り乾燥を良好に行うことができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、上記低速回転工程は、上記基板の表面に液滴を成長させるための液滴成長速度で上記基板を回転させる液滴成長工程と、上記処理液の供給が停止された後に、上記液滴成長速度よりも速い液滴排除速度で上記基板を回転させることにより、上記液滴成長工程で成長させられた液滴を基板の周縁から排除する液滴排除工程とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板乾燥方法である。
この場合に、液滴成長工程における基板の回転速度は、５０ｒｐｍ以下とされることが好ましく、零（すなわち、回転停止）とされてもよい。また、液滴排除工程における基板の回転速度は、５０ｒｐｍ以上１５０ｒｐｍ以下とされることが好ましい。
【００１１】
請求項４記載の発明は、上記基板は疎水性領域を有しており、この疎水性領域の水との接触角は９０度以上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乾燥方法である。
このように基板が疎水性領域を有する場合に、低速回転工程とそれに引き続く高速回転工程とによって基板の乾燥を行うことにより、基板の乾燥処理の効率を従来に比較して格段に向上できる。
【００１２】
請求項５記載の発明は、基板支持手段によって基板を水平に支持しつつ、この基板の主面と直交する回転軸線まわりに当該基板を液処理速度で回転するとともに、この回転中の基板に処理液を供給して基板を処理した後に、この基板の主面から処理液を除去して基板を乾燥させるための基板乾燥装置において、基板を水平に支持するための上記基板支持手段と、この基板支持手段によって支持された基板の主面に処理液を供給するための処理液供給手段と、上記基板支持手段によって支持された基板の主面に直交する上記回転軸線まわりに、上記基板支持手段を回転させるための回転駆動手段と、上記基板支持手段に支持された基板を上記液処理速度から減速した第１の回転速度で回転させて低速回転工程を実行した後、この第１の回転速度よりも大きな第２の回転速度で回転させるように、上記回転駆動手段を制御する回転制御手段と、上記基板支持手段に支持された基板が上記第１の回転速度で回転されている期間の初期において、上記基板の主面に処理液を供給し、上記基板が上記第２の回転速度で回転されるよりも早く、上記基板の主面への処理液の供給を停止することにより、上記基板の主面上において処理液の液滴を成長させ、この成長した液滴が基板外に移動して排除されるように、上記処理液供給手段を制御する処理液供給制御手段とを含むことを特徴とする基板乾燥装置である。
【００１３】
この構成により、請求項１記載の発明と同様な効果を達成できる。
請求項６記載の発明は、上記第１の回転速度は、基板の回転数で１５０ｒｐｍ以下の範囲内とされており、上記第２の回転速度は、基板の回転数で１５００ｒｐｍ以上２５００ｒｐｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項５記載の基板乾燥装置である。
【００１４】
この構成により、請求項２記載の発明と同様な効果を達成できる。
請求項７記載の発明は、上記回転制御手段は、上記低速回転工程中に、上記基板の表面に液滴を成長させるための液滴成長速度で上記基板を回転させる液滴成長工程と、上記処理液の供給が停止された後に、上記液滴成長速度よりも速い液滴排除速度で上記基板を回転させることにより、上記液滴成長工程で成長させられた液滴を基板の周縁から排除する液滴排除工程とを実行するものであることを特徴とする請求項５または６に記載の基板乾燥装置である。
請求項８記載の発明は、上記基板は疎水性領域を有しており、この疎水性領域の水との接触角は９０度以上であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の基板乾燥装置である。この構成により、請求項４記載の発明と同様な効果を達成できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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示す図解的な断面図である。この基板処理装置は、ウエハＷを１枚ずつ洗浄液（処理液）によって洗浄し、この洗浄後のウエハＷの主面Ｗａ（図１における上面）に付着している洗浄液を遠心力を利用して振り切ることにより、このウエハＷを乾燥させるための洗浄・乾燥装置である。ウエハＷの主面Ｗａのほぼ全域は疎水性領域となっていて、この疎水性領域における水との接触角は９０度以上である。
【００１６】
具体的構成について説明すると、この基板処理装置は、ウエハＷを水平に支持し、この支持したウエハＷのほぼ中心を通る鉛直軸線を回転軸線とし、この回転軸線まわりに回転するスピンチャック１（基板支持手段）と、このスピンチャック１を収容した有底筒状の処理カップ２と、スピンチャック１を回転駆動するための回転駆動機構３（回転駆動手段）と、この回転駆動機構３の動作を制御する制御装置４（回転制御手段、処理液供給制御手段）とを備えている。スピンチャック１の上方には、ウエハＷの主面Ｗａに向けて洗浄液を供給するための表面ノズルＮ１（処理液供給手段）が備えられており、またスピンチャック２の下方には、ウエハＷの裏面Ｗｂに向けて洗浄液を供給するための裏面ノズルＮ２，Ｎ３が、処理カップ２の底面部２Ａに備えられている。この処理カップ２の側面部２Ｂは、ウエハＷの回転に伴って飛散する洗浄液を受け止め、周囲への洗浄液の飛散を防止する飛散防止部材として機能している。
【００１７】
スピンチャック１は、鉛直方向に沿って配置され、処理カップ２の底面部２Ａのほぼ中央を貫通して設けられた回転軸１１と、この回転軸１１の上端に水平に固定されたスピンベース１２と、このスピンベース１２に立設された複数本のチャックピン１３とを有している。スピンベース１２は、たとえば、平面視において放射状に延びた複数本のアームを有しており、各アームの先端にチャックピン１３が取り付けられている。隣接するアームの間には、裏面ノズルＮ２，Ｎ３からの洗浄液をウエハＷの裏面Ｗｂに導くための洗浄液経路が確保されている。
【００１８】
表面ノズルＮ１および裏面ノズルＮ２，Ｎ３には、薬液タンク２１からの洗浄用薬液（フッ酸やアンモニアなど）またはリンス液タンク２２からのリンス液（純水、オゾン水、電解イオン水、温水など）が、洗浄液として選択的に供給されるようになっている。薬液タンク２１からの薬液が導かれる薬液配管２３と、リンス液タンク２２からのリンス液が導かれるリンス液配管２４とは、途中で洗浄液配管２５に合流しており、この洗浄液配管２５が、ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３に結合されている。薬液配管２３およびリンス液配管２４の途中部には、薬液用バルブ３１およびリンス液用バルブ３２がそれぞれ介装されており、これらのバルブ３１，３２の開閉は制御装置４によって制御されるようになっている。なお、表面ノズルＮ１と裏面ノズルＮ２，Ｎ３とに、個別の薬液用バルブおよびリンス液用バルブを設けてもよい。
【００１９】
図２は、この基板処理装置の動作を説明するための図である。図２（ａ）は、スピンチャック１の回転速度の時間変化を示しており、図２（ｂ）は、薬液用バルブ３１の開閉状態を示しており、図２（ｃ）はリンス液用バルブ３２の開閉状態を示している。
ウエハＷに対する処理を施す前の期間には、制御装置４は、スピンチャック１を停止状態に保持し、また、薬液用バルブ３１およびリンス液用バルブ３２を閉成状態に保持する。基板搬送ロボット（図示せず）から未処理のウエハＷがスピンチャック１に受け渡された後、制御装置４は、回転駆動機構３を制御して、スピンチャック１の回転を開始させる。そして、時刻ｔ１に液処理速度（たとえば、ウエハＷの回転数で３００〜１０００ｒｐｍ）に達すると、制御装置４は、薬液用バルブ３１を開成する。これにより、回転中のウエハＷにノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３からの洗浄用薬液が供給され、薬液洗浄工程が行われる。時刻ｔ２からの期間には、薬液用バルブ３１が閉成され、代わってリンス液用バルブ３２が開成される。これにより、ウエハＷの表裏面の薬液を洗い流すためのリンス工程が行われる。
【００２０】
リンス工程の末期、すなわち、リンス液用バルブ３２が閉成される直前の期間においては、制御装置４は、回転駆動機構３を制御して、スピンチャック１の回転速度を極低速の液滴成長速度（ウエハＷの回転数で５０ｒｐｍ以下）にまで減速し、その速度を一定時間（たとえば、２〜１０秒間）維持する。これにより、ウエハＷの主面Ｗａにリンス液が供給された状態で、スピンチャック１が極低速で回転するので、ウエハＷの主面Ｗａ上には比較的大きな液滴が形成されることになる。こうして、液滴成長工程が行われる。
【００２１】
時刻ｔ３に、制御装置４は、リンス液用バルブ３２を閉成して、液滴成長工程を終了する。その後、制御装置４は、スピンチャック１の回転速度を液滴排除速度（ウエハＷの回転数で５０〜１５０ｒｐｍ）にまで加速し、その速度を一定時間（たとえば、２〜１０秒間）維持する。これにより、ウエハＷの表面の液滴に働く遠心力によって、この液滴をウエハＷの周縁から排除する液滴排除工程が行われる。ただし、液滴成長工程においても、ウエハＷが回転している限りは、ウエハＷ上の液滴に遠心力が働き、液滴の排除が行われるので、実際には、液滴成長工程と液滴排除工程との境界は明確ではない。
【００２２】
この液滴排除工程の後は、制御装置４は、スピンチャック１の回転速度を乾燥速度（たとえば、ウエハＷの回転数で２５００ｒｐｍ）にまで加速し、この乾燥速度を一定時間（たとえば、１０〜６０秒間）維持した後に、スピンチャック１の回転を停止させる。こうして、ウエハＷを高速回転させてその表面の液滴を振り切るための振り切り乾燥工程が行われる。
【００２３】
この乾燥処理後のウエハＷは、上記の基板搬送ロボットによって搬出されることになる。
なお、リンス工程の末期と振り切り乾燥工程の間において、ウエハＷの回転速度が、ウエハＷの回転数で１５０ｒｐｍ以下となっている期間が低速回転工程として把握され、このような期間において、ウエハＷ上で液滴の成長およびその排除が行われる。
【００２４】
また、ウエハＷの回転速度が、ウエハＷの回転数で、１５００ｒｐｍ以上となっている期間が高速回転工程として把握され、この期間において、ウエハＷ上の液滴を振り切って乾燥するための振り切り乾燥が行われる。
なお、表面ノズルＮ１と裏面ノズルＮ２，Ｎ３とに、個別にリンス液供給バルブが設けられる場合には、裏面ノズルＮ２，Ｎ３に対応したリンス液供給バルブは、低速回転工程よりも前に閉成されることが好ましく、これにより、リンス液を節約できる。
【００２５】
図３は、液滴排除工程における作用を説明するためのウエハＷの平面図である。液滴排除工程の前の液滴成長工程において大きく成長した液滴５０には、ゆっくりとした回転であっても、比較的大きな遠心力ＣＦが作用する。したがって、液滴排除工程におけるスピンチャック１の低速回転により、大きな液滴５０は、ウエハＷの周縁に向かってゆっくりと移動していき、図１に示すように、ウエハＷの周縁から落下することになる。このとき、スピンチャック１の回転が低速であるので、液滴５０の各部に働く遠心力の差は、この液滴５０の表面張力Ｔに打ち勝つほど大きくないので、液滴５０が分解することがない。そのため、ウエハＷの中心に小さな液滴が残留するおそれはなく、ウエハＷの中心付近の水分も、大きな液滴５０とともに、ウエハＷの周縁からウエハＷ外に除去される。こうして、液滴排除工程によって、ウエハＷの主面Ｗａの液滴のほぼ全てを除去することができる。
【００２６】
また、液滴排除工程では、液滴５０が高速に半径方向外方に移動することがないので、ウエハＷの周縁から出た液滴５０が処理カップ２の側面部２Ｂに勢い良く達することがない。そのため、側面部２Ｂからの跳ね返った洗浄液飛沫がウエハＷの主面Ｗａに再付着するおそれはない。
以上のようにこの実施形態によれば、リンス工程の末期において、スピンチャック１の回転速度を極低速にすることによって、ウエハＷ上で液滴を成長させ、この成長した液滴を、スピンチャック１を低速回転させることによって排除するようにしている。そのため、ウエハＷ上の水分の大部分は大きな液滴となって、ゆっくりとウエハＷの周縁から排除されて落下することになるから、処理カップ２の側面部２Ｂから跳ね返った飛沫がウエハＷに再付着することがない。しかも、液滴を大きく成長させてから排除するようにしているので、ウエハＷの回転軸線上の水分は、表面張力の働きにより、その大きな液滴とともに排除されることになる。そのため、ウエハＷの中心付近に液滴が残留することがない。これにより、その後の振り切り乾燥工程を長時間行わなくても、ウエハＷを良好に乾燥させることができる。
【００２７】
この発明の一実施形態について説明したが、この発明は上記の実施形態以外の形態で実施することも可能である。たとえば、上記の実施形態では、液滴成長工程と液滴排除工程とでスピンチャック１の回転速度を変えているが、一定速度の回転によって液滴の成長および排除を行ってもよい。また、処理対象の基板は、ウエハに限らず、液晶表示装置用ガラス基板などの他の種類の基板であってもよい。
【００２８】
その他、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図解的な断面図である。
【図２】この基板処理装置の動作を説明するための図である。
【図３】液滴排除工程における作用を説明するためのウエハの平面図である。
【符号の説明】
１スピンチャック
２処理カップ
３回転駆動機構
４制御装置
Ｎ１表面ノズル
Ｎ２，Ｎ３裏面ノズル
２１薬液タンク
２２リンス液タンク
３１薬液用バルブ
３２リンス液用バルブ
５０液滴

Claims

基板を水平に支持しつつ、この基板の主面と直交する回転軸線まわりに当該基板を液処理速度で回転するとともに、この回転中の基板に処理液を供給して基板を処理した後に、この基板の主面から処理液を除去して基板を乾燥させるための基板乾燥方法において、
基板を水平に支持しつつ、この基板の主面と直交する上記回転軸線まわりに当該基板を上記液処理速度から減速した第１の回転速度で回転させる低速回転工程と、
この低速回転工程中の初期において上記基板の主面に処理液を供給し、上記低速回転工程が終了するよりも早く、その処理液の供給を停止することにより、上記基板の主面上において処理液の液滴を成長させ、この成長した液滴を基板外に移動させて排除する液滴成長・排除工程と、
上記低速回転工程の後、基板を水平に支持しつつ、この基板を上記回転軸線まわりに上記第１の回転速度よりも高速な第２の回転速度で回転させる高速回転工程とを含むことを特徴とする基板乾燥方法。
上記低速回転工程における上記第１の回転速度は、基板の回転数で１５０ｒｐｍ以下の範囲内とされており、
上記高速回転工程における上記第２の回転速度は、基板の回転数で１５００ｒｐｍ以上２５００ｒｐｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１記載の基板乾燥方法。
上記低速回転工程は、
上記基板の表面に液滴を成長させるための液滴成長速度で上記基板を回転させる液滴成長工程と、
上記処理液の供給が停止された後に、上記液滴成長速度よりも速い液滴排除速度で上記基板を回転させることにより、上記液滴成長工程で成長させられた液滴を基板の周縁から排除する液滴排除工程とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板乾燥方法。
上記基板は疎水性領域を有しており、この疎水性領域の水との接触角は９０度以上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乾燥方法。
基板支持手段によって基板を水平に支持しつつ、この基板の主面と直交する回転軸線まわりに当該基板を液処理速度で回転するとともに、この回転中の基板に処理液を供給して基板を処理した後に、この基板の主面から処理液を除去して基板を乾燥させるための基板乾燥装置において、
基板を水平に支持するための上記基板支持手段と、
この基板支持手段によって支持された基板の主面に処理液を供給するための処理液供給手段と、
上記基板支持手段によって支持された基板の主面に直交する上記回転軸線まわりに、上記基板支持手段を回転させるための回転駆動手段と、
上記基板支持手段に支持された基板を上記液処理速度から減速した第１の回転速度で回転させて低速回転工程を実行した後、この第１の回転速度よりも大きな第２の回転速度で回転させるように、上記回転駆動手段を制御する回転制御手段と、
上記基板支持手段に支持された基板が上記第１の回転速度で回転されている期間の初期において、上記基板の主面に処理液を供給し、上記基板が上記第２の回転速度で回転されるよりも早く、上記基板の主面への処理液の供給を停止することにより、上記基板の主面上において処理液の液滴を成長させ、この成長した液滴が基板外に移動して排除されるように、上記処理液供給手段を制御する処理液供給制御手段とを含むことを特徴とする基板乾燥装置。
上記第１の回転速度は、基板の回転数で１５０ｒｐｍ以下の範囲内とされており、上記第２の回転速度は、基板の回転数で１５００ｒｐｍ以上２５００ｒｐｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項５記載の基板乾燥装置。
上記回転制御手段は、上記低速回転工程中に、上記基板の表面に液滴を成長させるための液滴成長速度で上記基板を回転させる液滴成長工程と、上記処理液の供給が停止された後に、上記液滴成長速度よりも速い液滴排除速度で上記基板を回転させることにより、上記液滴成長工程で成長させられた液滴を基板の周縁から排除する液滴排除工程とを実行するものであることを特徴とする請求項５または６に記載の基板乾燥装置。
上記基板は疎水性領域を有しており、この疎水性領域の水との接触角は９０度以上であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の基板乾燥装置。