JP4334452B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板に種々の処理を行う基板処理方法および基板処理装置に関する。

従来より、半導体ウェハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示装置用ガラス基板、光ディスク用ガラス基板等の基板に種々の処理を行うために、基板処理装置が用いられている。例えば、半導体デバイスの製造プロセスでは、生産効率を高めるために一連の処理の各々をユニット化し、複数の処理ユニットを統合した基板処理装置が用いられている。

この基板処理装置の処理ユニットとして、基板の洗浄を行う洗浄処理部がある。洗浄処理部においては、回転する基板の表面に薬液または純水等の洗浄液が供給され、純水等のリンス液が供給される。その後、リンス液の供給が停止され、基板が高速回転される。それにより、リンス液が遠心力により振り切られ、基板表面が乾燥する。この洗浄処理に対して、従来より以下の点が指摘されている。

上記のリンス液の供給および乾燥時において、処理対象となる基板表面が疎水性である場合、基板の洗浄不良（乾燥不良）が発生する。

例えば、極めて小さい液滴が遠心力の働く方向に沿って基板表面に残留する場合がある。この場合、パーティクルカウンタによれば、残留したリンス液がパーティクル（異物）として検出されたり、残留した液滴に起因して発生するウォーターマークがパーティクルとして検出される場合がある。

これらの課題に対して、疎水性の基板を良好に乾燥させることができる基板乾燥方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この基板乾燥方法においては、基板表面の乾燥時に基板の回転速度を段階的に増加させる。これにより、基板表面の液滴が段階的に排除され、基板が乾燥される。
特開２００３−９２２８０号公報

しかしながら、上記の基板乾燥方法においても、疎水性の基板の乾燥時において、基板表面のリンス液は基板の回転による遠心力が最も大きい基板の外縁部（基板の回転中心から最も離れた箇所）から先に外方へ飛散する。それにより、先に基板の外縁部のリンス液が除去され、最後に中心部のリンス液が外縁部に向かって移動する。

それにより、基板表面のリンス液が概ね振り切られた状態では、極めて小さい液滴が基板の回転中心から外縁部に向かって液膜の存在しない基板表面を移動する。このように、極めて小さい液滴が液膜の存在しない基板表面を移動すると、基板の回転速度を段階的に増加させても、移動経路に沿って液滴が残留する場合がある。また、このように残留した液滴は、基板の回転速度が変化しても取り除くことは困難である。

ここで、回路の高速動作のために層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ（低誘電率）膜を有する基板が用いられる。このＬｏｗ−ｋ膜を有する基板の表面は、細かな凹凸を有する。このように、表面に細かな凹凸を有する基板を回転させて乾燥させる場合、表面の凹凸により微細な液滴がトラップされやすい。したがって、Ｌｏｗ−ｋ膜からなる基板に残留する液滴を完全に除去することは非常に困難である。

本発明の目的は、基板表面を十分な清浄度で完全に乾燥させることができる基板処理方法および基板処理装置を提供することである。

第１の発明に係る基板処理方法は、基板に所定の処理を行う基板処理方法であって、略水平に配置された基板の中心を含む基板上の部分的な領域に液膜を形成する工程と、基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させることにより液膜を基板の中心の領域を取り囲む領域に移動させる工程と、基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させることにより液膜を基板の外縁部から外方へ順次排除する工程とを備え、液膜を形成する工程は、基板の全面に液膜を形成した後、基板の全面に形成された液膜の一部を吸引することにより基板の全面に形成された液膜の一部を除去する工程を含むものである。

その基板処理方法においては、略水平に配置された基板の中心を含む基板上の部分的な領域に液膜が形成され、液膜が基板の中心の領域を取り囲む領域に移動するように基板がその基板に垂直な軸の周りで回転される。これにより、基板の中心近傍が清浄となる。

その後、液膜が基板の外縁部から外方へ順次排除されるように基板がその基板に垂直な軸の周りで回転される。これにより、液膜が基板の全面を移動するので、基板の全面が清浄となる。

この場合、基板上の液膜が、分散されることなく、基板の中心の領域を取り囲んだ状態で外方へ徐々に拡がりつつ基板の外縁部から排除されるので、基板上に細やかな液滴が残留しない。その結果、十分な清浄度で完全に基板全面を乾燥させることができる。

液膜を形成する工程においては、基板の全面に液膜が形成された後、基板の前面に形成された液膜の一部が吸引されることにより除去される。これにより、液膜の一部が容易に除去され、基板の中心を含む基板上の部分的な領域に液膜を形成することができる。

第２の発明に係る基板処理方法は、基板に所定の処理を行う基板処理方法であって、略水平に配置された基板の中心を含む基板上の部分的な領域に液膜を形成する工程と、基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させることにより液膜を基板の中心の領域を取り囲む領域に移動させる工程と、基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させることにより液膜を基板の外縁部から外方へ順次排除する工程とを備え、液膜を形成する工程は、基板の全面に液膜を形成した後、基板の全面に形成された液膜の一部に接触部材を接触させることにより基板の全面に形成された液膜の一部を除去する工程を含むものである。
その基板処理方法においては、略水平に配置された基板の中心を含む基板上の部分的な領域に液膜が形成され、液膜が基板の中心の領域を取り囲む領域に移動するように基板がその基板に垂直な軸の周りで回転される。これにより、基板の中心近傍が清浄となる。
その後、液膜が基板の外縁部から外方へ順次排除されるように基板がその基板に垂直な軸の周りで回転される。これにより、液膜が基板の全面を移動するので、基板の全面が清浄となる。
この場合、基板上の液膜が、分散されることなく、基板の中心の領域を取り囲んだ状態で外方へ徐々に拡がりつつ基板の外縁部から排除されるので、基板上に細やかな液滴が残留しない。その結果、十分な清浄度で完全に基板全面を乾燥させることができる。
液膜を形成する工程においては、基板の全面に液膜が形成された後、基板の全面に形成された液膜の一部に接触部材が接触される。これにより、基板上に形成された液膜の一部が接触部材を伝って外部に流出し、液膜の一部が容易に除去される。それにより、基板の中心を含む基板上の部分的な領域に液膜を形成することができる。なお、接触部材は親水性の部材であることが好ましく、少なくとも基板の表面に比べて親水性が高いことが好ましい。

液膜を形成する工程は、撮像手段により液膜の形成される基板の上面を撮像し、基板上に形成される液膜の面積が基板の面積に対して所定の割合になるように、撮像手段により得られる画像に基づいて液膜の形成を停止することを含んでもよい。これにより、基板上に基板の面積に対して所定の割合になるような面積で、基板上の部分的な領域に液膜を正確に形成することができる。

基板が円形状である場合に、液膜を移動させる工程は、基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させることにより液膜を基板の中心の領域を除く環状領域に移動させることを含み、環状領域の内径は基板の直径の１／４以下であってもよい。

これにより、基板上に形成される液膜がより分散されにくくなる。それにより、基板上における細やかな液滴の残留を確実に防止することができる。

液膜を移動させる工程における基板の回転数は、液膜を排除する工程における基板の回転数よりも小さくてもよい。この場合、液膜を移動させる工程において、基板上から液膜が排除されることなく液膜を移動させることができる。

液膜を基板上で移動させる工程における基板の回転数は、２０ｒｐｍ以下であってもよい。これにより、液膜が基板上で移動されやすく、かつ液膜が基板上から排除されにくくなる。それにより、容易に液膜を基板の中心の領域を取り囲む領域に移動させることができる。

液膜を排除する工程における基板の回転数は、２０ｒｐｍから１００ｒｐｍまで連続的または段階的に増加されることを含んでもよい。これにより、基板上に形成される液膜が、分散されることなく連続的または段階的に基板の全面を基板の中央部を取り囲んだ状態で拡がり、基板の外縁部から外方へ順次排除される。それにより、基板上における細やかな液滴の残留を確実に防止することができる。

基板は表面に低誘電率膜を有してもよい。この場合、基板は疎水性の表面を有する。また、基板の表面には細やかな凹凸が形成されている。ここで、液膜を移動させる工程および液膜を排除する工程において、基板上の液膜が分散されることなく基板の全面を基板の中央部を取り囲んだ状態で拡がり、順次移動してゆく。これにより、細やかな液滴が基板の表面の凹凸にトラップされることが防止される。

第３の発明に係る基板処理装置は、基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、基板を略水平に保持する基板保持手段と、基板保持手段により保持された基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させる回転駆動手段と、基板上に液膜を形成する液膜形成手段と、回転駆動手段および液膜形成手段を制御する制御手段とを備え、液膜形成手段は、基板の全面に液膜が形成されるように基板上に液体を供給する液体供給手段と、この液体供給手段によって基板上に形成された液膜の一部を除去する液膜除去手段とを含み、制御手段は、基板保持手段により略水平に保持された基板の中心を含む基板上の部分的な領域に液膜を形成するように液膜形成手段を制御し、基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させることにより液膜を基板の中心の領域を取り囲む領域に移動させるように回転駆動手段を制御した後、基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させることにより液膜を基板の外縁部から外方へ順次排除させるように回転駆動手段を制御するものである。

その基板処理装置においては、基板保持手段により基板が略平行に保持され、回転駆動手段により基板がその基板に垂直な軸の周りで回転される。また、液膜形成手段により基板上に液体が供給され、制御手段により回転駆動手段および液膜形成手段が制御される。

制御手段が液膜形成手段を制御することにより、略水平に配置された基板の中心を含む基板上の部分的な領域に液膜が形成される。また、制御手段が回転駆動手段を制御することにより、液膜が基板の中心の領域を取り囲む領域に移動するように基板がその基板に垂直な軸の周りで回転される。これにより、基板の中心が清浄となる。

さらに、制御手段が回転駆動手段を制御することにより、液膜が基板の外縁部から外方へ順次排除されるように基板がその基板に垂直な軸の周りで回転される。これにより、液膜が基板の全面を移動するので、基板の全面が清浄となる。

この場合、基板上の液膜が、分散されることなく、基板の中心の領域を取り囲んだ状態で外方へ徐々に拡がりつつ基板の外縁部から排除されるので、基板上に細やかな液滴が残留しない。その結果、十分な清浄度で完全に基板全面を乾燥させることができる。

液膜形成手段は、基板の全面に液膜が形成されるように基板上に液体を供給する液体供給手段と、この液体供給手段によって基板上に形成された液膜の一部を除去する液膜除去手段とを含む。これにより、基板の全面に液膜を形成した後、形成された液膜の一部を除去することができる。それにより、基板の中心を含む基板上の部分的な領域に液膜を形成することができる。

本発明に係る基板処理方法および基板処理装置によれば、洗浄処理後の基板表面を十分な清浄度で完全に乾燥させることができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る基板処理方法および基板処理装置について図１〜図７に基づき説明する。

以下の説明において、基板とは、半導体ウェハ、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等をいう。この基板には、表面がＳｉＯＣまたはＳｉＣＮ等からなるＬｏｗ−ｋ（低誘電率）膜により被覆された基板ならびに表面が疎水性の基板およびフッ化水素等により表面が疎水性に処理されたシリコンウェハ等が含まれる。以下の説明における基板は、表面が疎水性の基板をいうものとする。

図１は本発明の一実施の形態に係る基板処理装置の平面図である。図１に示すように、基板処理装置１００は、処理領域Ａ，Ｂを有し、処理領域Ａ，Ｂ間に搬送領域Ｃを有する。

処理領域Ａには、制御部４、流体ボックス部２ａ，２ｂおよび洗浄処理部５ａ，５ｂが配置されている。

図１の流体ボックス部２ａ，２ｂは、それぞれ洗浄処理部５ａ，５ｂへの洗浄液の供給および洗浄処理部５ａ，５ｂからの排液等に関する配管、継ぎ手、バルブ、流量計、レギュレータ、ポンプ、温度調節器、処理液貯留タンク等の流体関連機器を収納する。流体ボックス部２ａ，２ｂおよび洗浄処理部５ａ，５ｂの具体的な構成例については後述する。

洗浄処理部５ａ，５ｂでは、洗浄液を用いた洗浄処理およびリンス液を用いた乾燥処理が行われる。洗浄液としては、純水の他、フッ酸、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、シュウ酸およびアンモニア等の薬液が用いられる。リンス液としては、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等の有機溶剤または純水、炭酸水、水素水および電解イオン水のいずれかが用いられる。

処理領域Ｂには、流体ボックス部２ｃ，２ｄおよび洗浄処理部５ｃ，５ｄが配置されている。流体ボックス部２ｃ，２ｄおよび洗浄処理部５ｃ，５ｄの各々は、上記流体ボックス部２ａ，２ｂおよび洗浄処理部５ａ，５ｂと同様の構成を有し、洗浄処理部５ｃ，５ｄは洗浄処理部５ａ，５ｂと同様の処理を行う。

以下、洗浄処理部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを処理ユニットと総称する。搬送領域Ｃには、基板搬送ロボットＣＲが設けられている。

処理領域Ａ，Ｂの一端部側には、基板Ｗの搬入および搬出を行うインデクサＩＤが配置されており、インデクサロボットＩＲはインデクサＩＤの内部に設けられている。インデクサＩＤには、基板Ｗを収納するキャリア１が載置される。本実施の形態においては、キャリア１として、基板Ｗを密閉した状態で収納するＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を用いているが、これに限定されるものではなく、ＳＭＩＦ（Standard Mechanical Inter Face）ポッド、ＯＣ（Open Cassette）等を用いてもよい。

インデクサＩＤのインデクサロボットＩＲは、矢印Ｕの方向に移動し、キャリア１から基板Ｗを取り出して基板搬送ロボットＣＲに渡し、逆に、一連の処理が施された基板Ｗを基板搬送ロボットＣＲから受け取ってキャリア１に戻す。

基板搬送ロボットＣＲは、インデクサロボットＩＲから渡された基板Ｗを指定された処理ユニットに搬送し、または、処理ユニットから受け取った基板Ｗを他の処理ユニットまたはインデクサロボットＩＲに搬送する。

本実施の形態においては、洗浄処理部５ａ〜５ｄのいずれかにおいて基板Ｗに洗浄処理および乾燥処理が行われた後に、基板搬送ロボットＣＲにより基板Ｗが洗浄処理部５ａ〜５ｄから搬出され、インデクサロボットＩＲを介してキャリア１に搬入される。

制御部４は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）を含むコンピュータ等からなり、処理領域Ａ，Ｂの各処理ユニットの動作、搬送領域Ｃの基板搬送ロボットＣＲの動作およびインデクサＩＤのインデクサロボットＩＲの動作を制御する。制御部４の詳細については後述する。

図２は本発明の一実施の形態に係る基板処理装置１００の洗浄処理部５ａ〜５ｄの構成を説明するための図である。

図２の洗浄処理部５ａ〜５ｄは、流体ボックス部２ａ〜２ｄより供給される洗浄液を用いて基板Ｗの表面に付着した不純物を洗浄処理により除去し、清浄な基板Ｗの表面を乾燥させる。

図２に示すように、洗浄処理部５ａ〜５ｄは、基板Ｗを水平に保持するとともに基板Ｗの中心を通る鉛直な回転軸の周りで基板Ｗを回転させるためのスピンチャック２１を備える。スピンチャック２１は、チャック回転駆動機構３６によって回転される回転軸２５の上端に固定されている。

基板Ｗは、洗浄処理および乾燥処理を行う場合に、スピンチャック２１により水平に保持された状態で回転される。

スピンチャック２１の外方には、第１の回動モータ６０が設けられている。第１の回動モータ６０には、第１の回動軸６１が接続されている。また、第１の回動軸６１には、第１のアーム６２が水平方向に延びるように連結され、第１のアーム６２の先端に洗浄処理用ノズル５０が設けられている。

第１の回動モータ６０により第１の回動軸６１が回転するとともに第１のアーム６２が回動し、洗浄処理用ノズル５０がスピンチャック２１により保持された基板Ｗの上方に移動する。

第１の回動モータ６０、第１の回動軸６１および第１のアーム６２の内部を通るように洗浄処理用供給管６３が設けられている。洗浄処理用供給管６３は流体ボックス部２ａ〜２ｄに接続されている。

洗浄処理部５ａ〜５ｄの洗浄処理用ノズル５０には、洗浄液が、酸化処理用供給管６３を通して流体ボックス部２ａ〜２ｄから供給される。それにより、基板Ｗの表面へ洗浄液を供給することができる。

また、スピンチャック２１の外方に、第２の回動モータ７１が設けられている。第２の回動モータ７１には、第２の回動軸７２が接続されている。また、第２の回動軸７２には、第２のアーム７３が水平方向に延びるように連結され、第２のアーム７３の先端に液膜処理用ノズル７０が設けられている。

第２の回動モータ７１により第２の回動軸７２が回転するとともに第２のアーム７３が回動し、液膜処理用ノズル７０がスピンチャック２１により保持された基板Ｗの上方に移動する。

第２の回動モータ７１、第２の回動軸７２および第２のアーム７３の内部を通るように乾燥処理用供給管７４が設けられている。乾燥処理用供給管７４は流体ボックス部２ａ〜２ｄに接続されている。

洗浄処理部５ａ〜５ｄの液膜処理用ノズル７０には、リンス液が、乾燥処理用供給管７４を通して流体ボックス部２ａ〜２ｄから供給される。それにより、基板Ｗの表面へリンス液を供給することができる。

洗浄処理時において洗浄処理用ノズル５０は基板Ｗの上方に位置し、乾燥処理時において洗浄処理用ノズル５０は所定の位置に退避される。

また、乾燥処理時において液膜処理用ノズル７０は基板Ｗの上方に位置し、洗浄処理時において液膜処理用ノズル７０は所定の位置に退避される。

スピンチャック２１は、処理カップ２３内に収容されている。処理カップ２３の内側には、筒状の仕切壁３３が設けられている。また、スピンチャック２１の周囲を取り囲むように、基板Ｗの処理に用いられた処理液（洗浄液またはリンス液）を排液するための排液空間３１が形成されている。さらに、排液空間３１を取り囲むように、処理カップ２３と仕切壁３３の間に基板Ｗの処理に用いられた処理液を回収するための回収液空間３２が形成されている。

排液空間３１には、排液処理装置（図示せず）へ処理液を導くための排液管３４が接続され、回収液空間３２には、回収処理装置（図示せず）へ処理液を導くための回収管３５が接続されている。

処理カップ２３の上方には、基板Ｗからの処理液が外方へ飛散することを防止するためのガード２４が設けられている。このガード２４は、回転軸２５に対して回転対称な形状からなっている。ガード２４の上端部の内面には、断面く字状の排液案内溝４１が環状に形成されている。

また、ガード２４の下端部の内面には、外側下方に傾斜する傾斜面からなる回収液案内部４２が形成されている。回収液案内部４２の上端付近には、処理カップ２３の仕切壁３３を受け入れるための仕切壁収納溝４３が形成されている。

このガード２４には、ボールねじ機構等で構成されたガード昇降駆動機構（図示せず）が設けられている。ガード昇降駆動機構は、ガード２４を、回収液案内部４２がスピンチャック２１に保持された基板Ｗの外周端面に対向する回収位置と、排液案内溝４１がスピンチャック２１に保持された基板Ｗの外周端面に対向する排液位置との間で上下動させる。ガード２４が回収位置（図２に示すガードの位置）にある場合には、基板Ｗから外方へ飛散した処理液が回収液案内部４２により回収液空間３２に導かれ、回収管３５を通して回収される。一方、ガード２４が排液位置にある場合には、基板Ｗから外方へ飛散した処理液が排液案内溝４１により排液空間３１に導かれ、排液管３４を通して排液される。以上の構成により、処理液の排液および回収が行われる。

本実施の形態において、図２の洗浄処理部５ａ〜５ｄはＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ８０をさらに備える。図２では、スピンチャック２１の上方でかつスピンチャック２１の回転中心軸と略同軸上に位置するようにＣＣＤカメラ８０が配置されている。ＣＣＤカメラ８０は、乾燥処理時に基板Ｗ上面に形成される液膜を撮像する。詳細は後述する。

図２の洗浄処理部５ａ〜５ｄにおける洗浄処理および乾燥処理について図３に基づき説明する。

図３は、図２の洗浄処理部５ａ〜５ｄにおける洗浄処理時および乾燥処理時の基板Ｗの回転数を示すタイムチャートである。図３では、縦軸が基板Ｗの回転数を表し、横軸が時間を表す。

図３の時間軸に示すように、洗浄処理部５ａ〜５ｄにおいては、基板Ｗに対する処理工程として、基板搬入期間ａ、洗浄処理期間ｂ、液膜処理期間ｃ、基板乾燥期間ｄおよび基板搬出期間ｅが設定されている。液膜処理期間ｃは、液膜形成期間ｃ１および液膜除去期間ｃ２を含む。

図３（ａ）に示すように、基板Ｗが洗浄処理部５ａ〜５ｄに搬入される基板搬入期間ａにおいて、基板Ｗの回転数は０ｒｐｍである。

洗浄処理期間ｂにおいて、基板Ｗの回転数は所定の回転数Ｒ１まで急激に上昇され、所定時間が経過するまで一定に維持される。その後、回転数Ｒ１より小さい回転数Ｒ２まで急激に下降される。

ここで、洗浄処理期間ｂでは、洗浄処理用ノズル５０から基板Ｗに洗浄液が供給される。それにより、基板Ｗ表面の洗浄が行われる。

液膜処理期間ｃにおいて、基板Ｗの回転数は回転数Ｒ２のまま液膜形成期間ｃ１維持された後、液膜除去期間ｃ２の間で連続的かつ比例的に回転数Ｒ３まで上昇される。

ここで、液膜形成期間ｃ１では、液膜処理用ノズル７０から基板Ｗ上にリンス液が供給される。それにより、基板Ｗ上に部分的な液膜が形成される。基板Ｗへのリンス液の供給は基板Ｗに部分的な液膜が形成されることにより停止される。このリンス液の供給の停止は、例えば次のように行われる。

液膜形成期間ｃ１において、ＣＣＤカメラ８０が基板Ｗ上に形成される液膜を撮像する。そこで、制御部４は、ＣＣＤカメラ８０により撮像された液膜の面積が基板Ｗの面積に対する所定の割合に達したか否かを判別する。制御部４は液膜の面積が基板Ｗの面積に対して所定の割合に達した場合に、液膜処理用ノズル７０から基板Ｗへのリンス液の供給を停止させる。

これにより、基板Ｗ上の部分的な領域に液膜を正確に形成することができる。なお、所定の割合とは、例えば８０％である。

なお、制御部４はＣＣＤカメラ８０を用いない場合であっても、予め液膜の面積が基板Ｗの面積に対して所定の割合に達するようにリンス液の供給量を設定することにより、基板Ｗへのリンス液の供給を制御してもよい。これにより、簡単な構成でかつ容易に基板Ｗ上の部分的な領域に液膜を形成することができる。

液膜形成期間ｃ１においては、上記のように基板Ｗ上に部分的な液膜が形成されるとともに、形成された液膜が基板Ｗの回転（回転数Ｒ２）により移動する。その後、液膜除去期間ｃ２においては、基板Ｗ上に形成された液膜が、徐々に上昇する回転数（回転数Ｒ２〜Ｒ３）とともに、取り除かれる。詳細は後述する。

乾燥処理期間ｄにおいては、基板Ｗの回転数は回転数Ｒ３から非常に高い回転数Ｒ４まで急激に上昇され、所定時間が経過するまで一定に維持された後、回転数０ｒｐｍとなるまで急激に下降される。

ここで、乾燥処理期間ｄでは、洗浄処理用ノズル５０および液膜処理用ノズル７０のいずれからも洗浄液またはリンス液は供給されない。基板Ｗが非常に高い回転数Ｒ４で回転することにより、基板Ｗ表面が乾燥される。基板搬出期間ｅにおいては、基板Ｗの回転数は０ｒｐｍに維持される。

上記の回転数Ｒ１は例えば３００〜１０００ｒｐｍであり、回転数Ｒ２は例えば２０ｒｐｍである。また、回転数Ｒ３は例えば１００ｒｐｍであり、回転数Ｒ４は例えば２０００ｒｐｍ以上である。

図３（ｂ）に示すように、液膜形成期間ｃ１における基板Ｗの回転数は、部分的な液膜が形成されるまで０ｒｐｍに維持され、その後徐々に２０ｒｐｍまで上昇されてもよい。また、液膜除去期間ｃ２において、基板Ｗの回転数は、例えば約４秒間で２０ｒｐｍから１００ｒｐｍにかけて比例的に上昇されてもよい。

図４は、液膜形成期間ｃ１における基板Ｗ上の液膜の様子を示す図である。図４においては、基板Ｗの回転中心が符号ＷＣで表され、リンス液が符号ＤＩＷで表されている。なお、図４において、基板Ｗの回転中心ＷＣは、すなわち基板Ｗの中心であるものとする。

図４（ａ）は、図３（ｂ）の液膜形成期間ｃ１でかつ基板Ｗの回転数が０ｒｐｍの場合に基板Ｗ上に形成される液膜の上面図およびＺ−Ｚ線断面を示す。

基板Ｗの表面が疎水性である場合に基板Ｗ上にリンス液ＤＩＷが供給されると、リンス液ＤＩＷの表面張力により所定領域に液膜が形成される。ここで、本実施の形態においては、少なくとも基板Ｗの回転中心ＷＣ上にリンス液ＤＩＷの液膜が形成される。

図４（ｂ）は、図３（ｂ）の液膜形成期間ｃ１でかつ基板Ｗの回転数が回転数Ｒ２となる場合に基板Ｗ上に形成される液膜の上面図およびＺ−Ｚ線断面を示す。

上記のように、液膜形成期間ｃ１において、基板Ｗ上の液膜は基板Ｗの回転とともに変形する。具体的には、基板Ｗの回転方向に沿ってリンス液ＤＩＷも回転する。それにより、液膜を形成するリンス液ＤＩＷに遠心力が発生する。その結果、リンス液ＤＩＷの表面張力と遠心力とのバランスにより、液膜の非形成領域が基板Ｗの回転中心ＷＣに向かって延びる。

図４（ｃ）は、図３（ｂ）の液膜形成期間ｃ１でかつ基板Ｗの回転数が回転数Ｒ２で所定期間維持された場合に基板Ｗ上に形成される液膜の上面図およびＺ−Ｚ線断面を示す。

図３（ｂ）に示すように、基板Ｗは回転数Ｒ２で所定期間回転される。これにより、図４（ｃ）に示すように、基板Ｗ上の液膜は基板Ｗの回転中心ＷＣを取り囲むように環状で安定する。

なお、図４（ｃ）において、環状に形成された基板Ｗの回転中心ＷＣにおける液膜の非形成領域の直径ＬＤは、基板Ｗの直径ＬＷに対して１／４以下であることが好ましい。

その後、液膜除去期間ｃ２において、基板Ｗの回転数が上昇するとともに、基板Ｗ上の液膜は基板Ｗの外縁部から外部に向かって順次排除され、環状に形成された液膜の内径が大きくなる。その結果、基板Ｗの回転中心ＷＣから外部に向かってリンス液ＤＩＷの液膜が均等に移動し、基板Ｗ上のリンス液ＤＩＷが完全に除去される。

上記のように、液膜形成期間ｃ１において、制御部４は、洗浄処理期間ｂの経過後で基板Ｗ上にリンス液ＤＩＷを供給するまでの間、基板Ｗの回転数を０ｒｐｍとし、リンス液ＤＩＷの供給後に基板Ｗの回転数が低い回転数Ｒ２となるように制御してもよい。

図３の液膜除去期間ｃ２においては、基板Ｗの回転数が回転数Ｒ２から回転数Ｒ３まで連続的かつ比例的に上昇されている。しかしながら、液膜除去期間ｃ２における基板Ｗの回転数の上昇は、回転数Ｒ２から回転数Ｒ３まで段階的に上昇されてもよい。

本実施の形態では、液膜形成期間ｃ１において、基板Ｗの中心（回転中心ＷＣ）を含む基板Ｗ上の部分的な領域に液膜が形成され、液膜が基板Ｗの中心の領域を取り囲む領域に移動するように基板Ｗが回転される。それにより、基板Ｗの中心が清浄となる。

また、液膜除去期間ｃ２において、液膜が基板Ｗの外縁部から外方へ順次排除されるように基板Ｗが回転される。これにより、液膜が基板Ｗの全面を移動するので、基板Ｗの全面が清浄となる。

この場合、基板Ｗ上に形成される液膜が、分散されることなく基板Ｗの中心の領域を取り囲んだ状態で、外方へ徐々に拡がりつつ基板Ｗの外縁部から排除されるので、基板Ｗ上に細やかな液滴が残留しない。その結果、十分な清浄度で完全に基板Ｗ全面を乾燥させることができる。

上記のように、図４（ｃ）に示される液膜の非形成領域の直径ＬＤが、基板Ｗの直径ＬＷに対して１／４以下である場合、基板Ｗ上に形成される液膜がより分散されにくくなる。それにより、基板Ｗ上における細やかな液滴の残留を確実に防止することができる。

また、上記では液膜形成期間ｃ１における回転数Ｒ２は例えば２０ｒｐｍであるとしているが、回転数Ｒ２は２０ｒｐｍ以下であることが好ましい。この場合、液膜が基板Ｗ上で移動されやすく、かつ液膜が基板Ｗ上から排除されにくくなる。それにより、容易に液膜を基板Ｗの中心の領域を取り囲む領域に移動させることができる。

さらに、上記では液膜除去期間ｃ２において、基板Ｗの回転数は、２０ｒｐｍから１００ｒｐｍまで連続的または段階的に増加されるとしている。この場合、基板Ｗ上に形成される液膜が、分散されることなく連続的または段階的に基板Ｗの全面を基板Ｗの中央部を取り囲んだ状態で拡がり、基板Ｗの外縁部から外方へ順次排除される。それにより、基板Ｗ上における細やかな液滴の残留を確実に防止することができる。

本実施の形態においては、表面が疎水性の基板Ｗに対する処理を説明したが、処理対象となる基板ＷがＬｏｗ−ｋ膜により被覆された基板である場合には、次の特有の効果を得ることができる。

基板ＷがＬｏｗ−ｋ膜により被覆された基板である場合、その基板Ｗは疎水性の表面を有する。また、基板Ｗの表面には細やかな凹凸が形成されている。ここで、液膜形成期間ｃ１および液膜除去期間ｃ２においては、基板Ｗ上の液膜が分散されることなく基板Ｗの全面を基板Ｗの中央部を取り囲んだ状態で拡がり、順次移動してゆく。これにより、細やかな液滴が基板Ｗの表面の凹凸にトラップされることが防止される。それにより、基板ＷがＬｏｗ−ｋ膜により被覆された基板である場合でも、十分な清浄度で完全に基板Ｗ全面を乾燥させることが可能となる。

なお、本説明において基板Ｗは表面が疎水性の基板Ｗをいうとしている。しかしながら、本実施の形態において処理対象となる基板Ｗは、表面が親水性であっても上記と同様の効果を得ることができる。

例えば、表面に自然酸化膜の形成されたシリコンウェハ（ベアシリコン）は親水性の表面を有する。この基板Ｗに対しても、上記の各種処理が行われることにより、十分な清浄度で完全に基板Ｗ全面を乾燥させることが可能となる。

図５は、図１の基板処理装置１００の制御系の構成を示すブロック図である。

制御部４は、図１のインデクサロボットＩＲおよび基板搬送ロボットＣＲの動作を制御するとともに、洗浄処理部５ａ〜５ｄおよび流体ボックス部２ａ〜２ｄの各構成部を制御する。

特に、制御部４は、洗浄処理部５ａ〜５ｄの回転駆動機構３６、洗浄処理用ノズル５０、第１の回動モータ６０、液膜処理用ノズル７０、第２の回動モータ７１およびＣＣＤカメラ８０の動作を制御する。

例えば、制御部４は図３の基板搬入期間ａにインデクサロボットＩＲおよび基板搬送ロボットＣＲを制御し、洗浄処理部５ａ〜５ｄ内部に基板Ｗを搬入させる。

また、制御部４は洗浄処理期間ｂに基板Ｗへ洗浄液を供給するように流体ボックス部２ａ〜２ｄ、洗浄処理用ノズル５０および第１の回動モータ６０を制御するとともに、回転駆動機構３６を基板Ｗの回転数が回転数Ｒ１となるように制御する。

制御部４は、液膜形成期間ｃ１に基板Ｗへリンス液を供給するように流体ボックス部２ａ〜２ｄ、液膜処理用ノズル７０および第２の回動モータ７１を制御する。また、制御部４は液膜形成期間ｃ１に、基板Ｗ上に形成される液膜を撮像するようにＣＣＤカメラ８０を制御する。

制御部４は、液膜形成期間ｃ１にＣＣＤカメラ８０により得られる液膜の画像に基づいて、基板Ｗへのリンス液の供給を停止するように流体ボックス部２ａ〜２ｄ、液膜処理用ノズル７０および第２の回動モータ７１を制御し、回転駆動機構３６を基板Ｗの回転数が回転数Ｒ２となるように制御する。

制御部４は、液膜除去期間ｃ２に回転駆動機構３６を制御することにより基板Ｗの回転数を回転数Ｒ２から回転数Ｒ３へ徐々に上昇させる。制御部４は基板乾燥期間ｄに基板Ｗの回転数を回転数Ｒ４となるように制御する。

さらに、制御部４は、基板搬出期間ｅにインデクサロボットＩＲおよび基板搬送ロボットＣＲを制御し、洗浄処理部５ａ〜５ｄ内部の基板Ｗを搬出させる。

（他の構成例）
本実施の形態において、液膜形成期間ｃ１の基板Ｗ上への部分的な液膜の形成は下記の構成により実現してもよい。

図６および図７は、基板Ｗ上へ部分的な液膜を形成するための他の構成例を示す図である。

図６（ａ）に示すように、他の構成例においては、初めに液膜処理用ノズル７０から基板Ｗの全面にリンス液ＤＩＷを供給する。そして、基板Ｗの全面に形成された液膜の一部を除去することにより、基板Ｗ上に部分的な液膜を形成する。

図６（ｂ）の構成例について説明する。この場合、洗浄処理部５ａ〜５ｄはガス供給ノズル９１およびガス供給機構９２を備える。

図６（ｂ）に示すように、ガス供給ノズル９１の先端は基板Ｗの周縁部上方に位置する。ガス供給機構９２は、例えばＮ₂ ガス等の不活性ガスを基板Ｗ表面に供給する。それにより、基板Ｗ全面に形成された液膜の一部が外部に飛散される。制御部４はガス供給機構９２の動作を制御する。

ここで、上記実施の形態と同様に、ＣＣＤカメラ８０が基板Ｗ上に形成される液膜を撮像してもよい。この場合、制御部４は、ＣＣＤカメラ８０により撮像された液膜の面積が基板Ｗの面積に対する所定の割合（例えば約８０％）となったか否かを判別する。制御部４は液膜の面積が基板Ｗの面積に対して所定の割合に達した場合に、ガス供給ノズル９１から基板Ｗへの不活性ガスの供給を停止させる。

これにより、基板Ｗの面積に対する液膜の面積が約８０％の割合となるように液膜が基板Ｗ上に残留する。このように、図６（ｂ）の構成例によれば、液膜の一部を容易に除去することができる。

図６（ｃ）の構成例について説明する。この場合、洗浄処理部５ａ〜５ｄは吸引ノズル９３および液膜吸引機構９４を備える。

図６（ｃ）に示すように、吸引ノズル９３の先端は基板Ｗの周縁部に位置する。液膜吸引機構９４は、例えば、エジェクタ等を備える。液膜吸引機構９４は、吸引ノズル９３を介して基板Ｗ上の液膜の一部を吸引する。制御部４は液膜吸引機構９４の動作を制御する。

ここで、上記実施の形態と同様に、ＣＣＤカメラ８０が基板Ｗ上に形成される液膜を撮像してもよい。この場合、制御部４は、ＣＣＤカメラ８０により撮像された液膜の面積が基板Ｗの面積に対する所定の割合（例えば約８０％）となったか否かを判別する。制御部４は液膜の面積が基板Ｗの面積に対して所定の割合に達した場合に、吸引ノズル９３による液膜の吸引動作を停止させる。

これにより、基板Ｗの面積に対する液膜の面積が約８０％の割合となるように液膜が基板Ｗ上に残留する。

なお、図６（ｃ）においては、基板Ｗ上に形成された液膜の一部を吸引することにより除去しているが、図６（ｃ）の吸引ノズル９３および液膜吸引機構９４に代えて、液膜の吸引は例えばスポンジ等により行ってもよい。このように、図６（ｃ）の構成例によれば、液膜の一部を容易に除去することができる。

図７（ｄ）の構成例について説明する。この場合、洗浄処理部５ａ〜５ｄは傾斜部材９５および基板傾斜機構９６を備える。

図７（ｄ）に示すように、基板傾斜機構９６は傾斜部材９５により液膜が全面に形成された基板Ｗを傾斜させる。基板Ｗが傾斜されることにより、基板Ｗ上の液膜の一部が外部に流出する。制御部４は、基板傾斜機構９６の動作を制御する。

ここで、上記実施の形態と同様に、ＣＣＤカメラ８０が基板Ｗ上に形成される液膜を撮像してもよい。この場合、制御部４は、ＣＣＤカメラ８０により撮像された液膜の面積が基板Ｗの面積に対する所定の割合（例えば約８０％）となったか否かを判別する。制御部４は液膜の面積が基板Ｗの面積に対して所定の割合に達した場合に、基板傾斜機構９６の動作を制御し、基板Ｗを水平姿勢に戻す。

これにより、基板Ｗの面積に対する液膜の面積が約８０％の割合となるように液膜が基板Ｗ上に残留する。このように、図７（ｄ）の構成例によれば、液膜の一部を容易に除去することができる。

図７（ｅ）の構成例について説明する。この場合、洗浄処理部５ａ〜５ｄは親水性部材９７および親水性部材移動機構９８を備える。

図７（ｅ）に示すように、親水性部材９７は、例えば基板Ｗに対して略垂直に設けられた親水性の棒状部材である。親水性部材移動機構９８は、親水性部材９７を液膜の形成された基板Ｗの周縁部に接触させる。これにより、疎水性の基板Ｗ上に形成された液膜の一部が親水性部材９７に接触され、液膜の一部（リンス液ＤＩＷ）が親水性部材９７に沿うように外部に流出される。制御部４は、親水性部材移動機構９８の動作を制御する。

ここで、上記実施の形態と同様に、ＣＣＤカメラ８０が基板Ｗ上に形成される液膜を撮像してもよい。この場合、制御部４は、ＣＣＤカメラ８０により撮像された液膜の面積が基板Ｗの面積に対する所定の割合（例えば約８０％）となったか否かを判別する。制御部４は液膜の面積が基板Ｗの面積に対して所定の割合に達した場合に、親水性部材移動機構９８の動作を制御し、基板Ｗの周縁部から親水性部材９７を離間させる。
これにより、基板Ｗの面積に対する液膜の面積が約８０％の割合となるように液膜が基板Ｗ上に残留する。このように、図７（ｅ）の構成例によれば、液膜の一部を容易に除去することができる。

本実施の形態において、図３の液膜形成期間ｃ１に基板Ｗ上に液膜を形成する工程が液膜を形成する工程に相当し、図３の液膜形成期間ｃ１に図６および図７の構成により基板Ｗ上の液膜の一部を除去する工程が液膜の一部を除去する工程に相当し、図３の液膜形成期間ｃ１にＣＣＤカメラ８０を用いることによりまたは予め所定のリンス液の供給量を設定することにより基板Ｗへのリンス液の供給を制御する工程が基板上の部分的な領域に液体を供給する工程に相当する。

また、図３の液膜形成期間ｃ１に基板Ｗが回転数Ｒ２で所定期間回転され、基板Ｗ上の液膜が基板Ｗの回転中心ＷＣを取り囲むように環状で安定する工程が液膜を移動させる工程に相当し、図３の液膜除去期間ｃ２に基板Ｗ上に形成された液膜が徐々に上昇する回転数（回転数Ｒ２〜Ｒ３）とともに、取り除かれる工程が液膜を排除する工程に相当する。

さらに、親水性部材９７が接触部材に相当し、ＣＣＤカメラ８０が撮像手段に相当し、図４（ｃ）で示される液膜の非形成領域の直径ＬＤが環状領域の内径に相当し、図４（ｃ）で示される基板Ｗの直径ＬＷが基板の直径に相当する。

回転数Ｒ２が液膜を移動させる工程における基板の回転数に相当し、回転数Ｒ２よりも大きく回転数Ｒ３以下の回転数が液膜を排除する工程における基板の回転数に相当する。

スピンチャック２１が基板保持手段に相当し、チャック回転駆動機構３６が回転駆動機構に相当し、液膜処理用ノズル７０が液膜形成手段および液体供給手段に相当し、制御部４が制御部に相当する。

また、ガス供給ノズル９１およびガス供給機構９２、吸引ノズル９３および液膜吸引機構９４、傾斜部材９５および基板傾斜機構９６または親水性部材９７および親水性部材移動機構９８が液膜除去手段に相当する。

本発明に係る基板処理方法および基板処理装置は、半導体ウェハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示装置用ガラス基板、光ディスク用ガラス基板等の基板への酸化膜の形成等のために利用可能である。

本発明の一実施の形態に係る基板処理装置の平面図である。 本発明の一実施の形態に係る基板処理装置の洗浄処理部の構成を説明するための図である。 図２の洗浄処理部における洗浄処理時、液膜処理時、および乾燥処理時の基板の回転数を示すタイムチャートである。 液膜形成期間における基板上の液膜の様子を示す図である。 図１の基板処理装置の制御系の構成を示すブロック図である。 基板上へ部分的な液膜を形成するための他の構成例を示す図である。 基板上へ部分的な液膜を形成するための他の構成例を示す図である。

符号の説明

４ 制御部
２１ スピンチャック
３６ チャック回転駆動機構
７０ 液膜処理用ノズル
８０ ＣＣＤカメラ
９７ 親水性部材
１００ 基板処理装置
ａ 基板搬入期間
ｂ 洗浄処理期間
ｃ 液膜処理期間
ｄ 基板乾燥期間
ｃ１ 液膜形成期間
ｃ２ 液膜除去期間
ｅ 基板搬出期間
ＤＩＷ リンス液
ＬＤ 液膜の非形成領域の直径
ＬＷ 基板の直径
Ｒ１〜Ｒ４ 回転数
Ｗ 基板
ＷＣ 基板の回転中心

Claims (9)

1. 基板に所定の処理を行う基板処理方法であって、
   略水平に配置された基板の中心を含む基板上の部分的な領域に液膜を形成する工程と、
   基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させることにより液膜を基板の中心の領域を取り囲む領域に移動させる工程と、
   基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させることにより液膜を基板の外縁部から外方へ順次排除する工程とを備え、
   前記液膜を形成する工程は、基板の全面に液膜を形成した後、基板の全面に形成された液膜の一部を吸引することにより前記基板の全面に形成された液膜の一部を除去する工程を含むことを特徴とする基板処理方法。
2. 基板に所定の処理を行う基板処理方法であって、
   略水平に配置された基板の中心を含む基板上の部分的な領域に液膜を形成する工程と、
   基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させることにより液膜を基板の中心の領域を取り囲む領域に移動させる工程と、
   基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させることにより液膜を基板の外縁部から外方へ順次排除する工程とを備え、
   前記液膜を形成する工程は、基板の全面に液膜を形成した後、基板の全面に形成された液膜の一部に接触部材を接触させることにより前記基板の全面に形成された液膜の一部を除去する工程を含むことを特徴とする基板処理方法。
3. 前記液膜を形成する工程は、撮像手段により液膜の形成される基板の上面を撮像し、基板上に形成される液膜の面積が基板の面積に対して所定の割合になるように、撮像手段により得られる画像に基づいて液膜の形成を停止することを含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法。
4. 基板が円形状である場合に、前記液膜を移動させる工程は、基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させることにより液膜を基板の中心の領域を除く環状領域に移動させることを含み、前記環状領域の内径は基板の直径の１／４以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理方法。
5. 前記液膜を移動させる工程における基板の回転数は、前記液膜を排除する工程における基板の回転数よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理方法。
6. 前記液膜を基板上で移動させる工程における基板の回転数は、２０ｒｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理方法。
7. 前記液膜を排除する工程における基板の回転数は、２０ｒｐｍから１００ｒｐｍまで連続的または段階的に増加されることを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の基板処理方法。
8. 基板は表面に低誘電率膜を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の基板処理方法。
9. 基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、
   基板を略水平に保持する基板保持手段と、
   前記基板保持手段により保持された基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させる回転駆動手段と、
   基板上に液膜を形成する液膜形成手段と、
   前記回転駆動手段および前記液膜形成手段を制御する制御手段とを備え、
   前記液膜形成手段は、基板の全面に液膜が形成されるように基板上に液体を供給する液体供給手段と、この液体供給手段によって基板上に形成された液膜の一部を除去する液膜除去手段とを含み、
   前記制御手段は、
   前記基板保持手段により略水平に保持された基板の中心を含む基板上の部分的な領域に液膜を形成するように前記液膜形成手段を制御し、
   基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させることにより前記液膜を基板の中心の領域を取り囲む領域に移動させるように前記回転駆動手段を制御した後、
   基板をその基板に垂直な軸の周りで回転させることにより前記液膜を基板の外縁部から外方へ順次排除させるように前記回転駆動手段を制御することを特徴とする基板処理装置。

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