JP4347765B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

この発明は、基板を1枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、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、フォトマスク用基板などが含まれる。
半導体装置や液晶表示装置の製造工程では、たとえば、半導体ウエハや液晶表示パネル用ガラス基板等の基板の表面に対する洗浄処理のために、基板を1枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置が用いられることがある。
この種の基板処理装置は、基板を水平に保持して回転させるスピンチャックと、スピンチャックに保持された基板の表面に薬液を供給するための薬液ノズルと、スピンチャックに保持された基板の表面に純水を供給するための純水ノズルとを備えている。薬液ノズルは、スキャンノズルとしての基本形態を有しており、スピンチャックによって回転されている基板の表面において、薬液の供給位置を基板の回転中心から基板の周縁部に至る範囲内で円弧状の軌跡を描くように移動させる。これによって、基板の表面全域に薬液をむらなく供給することができ、基板の表面に対して均一な薬液処理を行うことができる。一方、純水ノズルは、スピンチャックの斜め上方に固定配置された固定ノズルであり、その位置からスピンチャックによって回転されている基板の表面の回転中心に向けて純水を吐出する。薬液処理の終了後、純水ノズルから基板の表面に純水を供給することによって、基板の表面に付着している薬液や薬液による除去物(たとえば、ポリマ)を純水で洗い流すことができる。
特開平10−125641号公報
ところが、基板の表面に対して斜め上方から入射する純水は、その基板の表面に平行な方向の速度成分を有しているため、基板の表面において、回転中心から同心円状には拡がらず、回転中心から周縁に向かいつつ、基板の回転につられて、回転方向下流側に向かって流れる。すなわち、基板の表面を流れる純水は、基板の半径方向の速度成分と周方向の速度成分とを有する。この結果、基板の表面上において、純水ノズルと基板の回転中心を通る直線の基板への投影直線よりも回転方向下流側の領域に純水が多く流れ、その反対側(回転方向上流側)に、純水の供給量が少ない三日月状の領域を生じるおそれがあった。このような三日月状の領域が生じると、その領域に対応したドーナツ状の領域で、薬液による除去物が十分に洗い流されずに残るおそれがある。
基板の表面に純水をむらなく供給するために、純水ノズルを薬液ノズルと同様なスキャンノズルで構成することが考えられる。しかし、この場合、薬液ノズルと純水ノズルとの干渉を避けるために、薬液ノズルを基板上から退避させた後に、純水ノズルを基板上に移動させて、純水ノズルから基板の表面への純水の供給を開始しなければならない。そのため、薬液の供給が終了してから純水の供給を開始するまでの間に、基板の表面が乾いてしまい、基板の表面に薬液の乾燥跡などを生じるおそれがある。
そこで、この発明の目的は、薬液の乾燥跡などの不具合を生じることなく、基板の表面の全域にリンス液をむらなく供給することができる基板処理装置を提供することである。
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(W)をほぼ水平に保持して、当該基板をほぼ鉛直な軸線まわりに回転させる基板回転手段(3,10)と、上記基板回転手段によって回転されている基板の表面に薬液を供給する薬液供給手段(6)と、この薬液供給手段を移動させて、上記基板回転手段によって回転されている基板の表面における薬液供給位置をスキャンさせるスキャン手段(22,23,24)と、上記基板回転手段によって回転されている基板の表面における回転中心(O)に対して、その回転中心を通る傾斜直線上の一定の位置からリンス液を供給する第1リンス液供給手段(8)と、上記基板回転手段によって回転されている基板の表面において、上記傾斜直線の当該基板の表面への投影直線(L)に直交し、かつ、当該基板の表面に平行な直線(D)に関して上記第1リンス液供給手段側の領域内であって、上記投影直線よりも上記基板回転手段による基板の回転方向下流側の領域(B)に、上記第1リンス液供給手段の位置に隣接する一定の位置からリンス液を供給する第2リンス液供給手段(9)とを含むことを特徴とする基板処理装置である。
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
第1リンス液供給手段からのリンス液は、基板回転手段によって回転されている基板の表面の回転中心に対して、その回転中心を通る傾斜直線に沿う方向から供給される。この回転中心に供給されるリンス液は、基板の表面に平行な速度成分を有しているため、基板の表面上において、回転中心から周縁に向かいつつ、基板の回転につられて、その回転方向下流側に向かって流れる。このため、第1リンス液供給手段からのリンス液の供給のみでは、傾斜直線の基板の表面への投影直線よりも回転方向下流側にリンス液が多く流れ、その反対側(回転方向上流側)に、リンス液の供給量が少ない三日月状の領域(A)を生じるおそれがある。
この発明によれば、第2リンス液供給手段からのリンス液を、投影直線に直交し、かつ、基板の表面に平行な直線に対して、第1リンス液供給手段側の半円形領域内であって、投影直線よりも基板の回転方向下流側の領域に供給することができる。そのため、第1リンス液供給手段からのリンス液が供給されにくい三日月状領域に、第2リンス液供給手段からリンス液を供給することができ、基板の表面の全域に十分な量のリンス液を供給することができる。また、第1リンス液供給手段および第2リンス液供給手段は、それぞれ一定位置から基板の表面にリンス液を供給するものであり、スキャン手段によって移動される薬液供給手段との干渉を生じないので、たとえば、薬液供給手段から基板の表面への薬液供給の停止後、薬液供給手段が移動中であっても、第1リンス液供給手段および第2リンス液供給手段からのリンス液の供給を開始することができる。そのため、基板の表面に薬液の乾燥跡などを生じることなく、基板の表面の全域から薬液および薬液による除去物をリンス液によって洗い流すことができる。
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横断面図である。また、図2は、図1に示す基板処理装置の縦断面図である。
この基板処理装置は、基板の一例としての半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」という。)Wの表面(デバイス形成面)を薬液によって処理した後、その基板の表面に付着している薬液および薬液による除去物(薬液によってウエハWの表面から除去されたポリマ等の異物)をリンス液によって洗い流すリンス処理を行う装置であり、隔壁1によって区画された処理室2内に、ウエハWをほぼ水平に保持して回転するスピンチャック3と、このスピンチャック3を収容した処理カップ4と、処理カップ4に対して昇降可能に設けられたスプラッシュガード5と、スピンチャック3に保持されたウエハWの表面(上面)に薬液を供給するための薬液ノズル6と、スピンチャック3に保持されたウエハWの表面にリンス液を供給するための二流体ノズル7、第1リンス液固定ノズル8および第2リンス液固定ノズル9とを備えている。
スピンチャック3としては、たとえば、ウエハWの表面を上方に向けた状態で、そのウエハWの裏面(非デバイス形成面)を真空吸着することにより、ウエハWをほぼ水平に保持することができる真空吸着式チャックが用いられている。このスピンチャック3には、モータなどを含むチャック回転駆動機構10が結合されており、ウエハWを吸着して保持した状態で、チャック回転駆動機構10から駆動力を入力することにより、ウエハWをほぼ水平な姿勢でほぼ鉛直な軸線まわりに回転させることができる。
なお、スピンチャック3としては、このような真空吸着式チャックに限らず、たとえば、ウエハWの端面を複数個の挟持部材で挟持することにより、ウエハWをほぼ水平な姿勢で保持し、さらにその状態でほぼ鉛直な軸線まわりに回転することにより、その保持したウエハWを回転させることができる構成のものが採用されてもよい。
処理カップ4は、スピンチャック3の下方に配置された底壁11と、この底壁11から鉛直上方に立ち上がる2つの円筒状壁12,13とを備えている。円筒状壁12,13は、スピンチャック3によるウエハWの回転軸線を中心軸線とする二重円筒状に配置されていて、内側の円筒状壁12と外側の円筒状壁13との間には、ウエハWの処理に用いた薬液を回収するための回収溝14が形成されている。また、スピンチャック3の周囲には、ウエハWの処理に用いたリンス液を廃液するための廃液溝15が、内側の円筒状壁12に囲まれて形成されている。
スプラッシュガード5は、スピンチャック3を取り囲む環状筒であり、その上方部には、スピンチャック3に対向する内壁面に、下方ほど外側に傾斜した廃液捕獲面16が形成されている。この廃液捕獲面16は、その下端において、廃液溝15へと垂下した円筒状のガイド面17に連続している。また、スプラッシュガード5の下方部であって、廃液捕獲面16よりも外側に位置する内壁面には、内方および下方に開放した湾曲面からなる薬液捕獲面18が形成されている。この薬液捕獲面18は、その下端において、回収溝14へと垂下した円筒状のガイド面19に連続している。
スプラッシュガード5は、ガード昇降駆動機構20によって昇降(上下動)されるようになっている。これにより、スプラッシュガード5は、その上端がスピンチャック3に保持されたウエハWよりも下方に位置する退避位置と、廃液捕獲面16がスピンチャック3に保持されたウエハWの周端面に対向する廃液位置と、薬液捕獲面18がスピンチャック3に保持されたウエハWの周端面に対向する回収位置との間で上下動される。
薬液ノズル6は、ウエハWの表面に対して薬液を連続流の状態で供給するものであり、薬液供給管21から薬液が供給されるようになっている。また、薬液ノズル6は、ウエハWの表面における薬液の供給位置を変更できるスキャンノズルとしての基本形態を有している。具体的には、処理カップ4の外側には、回動軸22が鉛直方向に沿って配置されており、薬液ノズル6は、その回動軸22の上端部からほぼ水平に延びたアーム23の先端部に取り付けられている。回動軸22には、この回動軸22を中心軸線まわりに所定の角度範囲内で回動させる薬液ノズル駆動機構24が結合されている。薬液ノズル駆動機構24から回動軸22に駆動力を入力して、回動軸22を所定の角度範囲内で回動させることにより、スピンチャック3に保持されたウエハWの上方でアーム23を揺動させることができ、これに伴って、スピンチャック3に保持されたウエハWの表面上で、薬液ノズル6からの薬液の供給位置をスキャン(移動)させることができる。
薬液としては、ウエハWの表面に対する処理の内容に応じたものが用いられる。たとえば、ウエハWの表面から不要なレジスト膜を剥離するためのレジスト剥離処理であれば、SPM(sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture:硫酸過酸化水素水)などのレジスト剥離液が用いられる。また、レジスト剥離処理後に、ウエハWの表面にポリマとなって残留したレジスト残渣を除去するためのポリマ除去処理であれば、APM(ammonia−hydrogen peroxide mixture:アンモニア過酸化水素水)などのポリマ除去液が用いられる。
二流体ノズル7は、ウエハWの表面に対してリンス液を液滴の噴流の状態で供給するものであり、リンス液供給管25からリンス液が供給されるとともに、窒素ガス供給管26から高圧の窒素ガスが供給されるようになっている。
この二流体ノズル7は、図3に示すように、内部混合型の二流体ノズルであり、気体導入部27、液体導入部28および液滴形成吐出部29を有している。気体導入部27、液体導入部28および液滴形成吐出部29はいずれも管形状を有していて、これらが直列に連結されて二流体ノズル7が構成されている。
液滴形成吐出部29は、液体導入部28の下方端に連結されており、下方に向かうに従って内径が小さくなるテーパ部30と、このテーパ部30の下端に連なり、内径が一様な直管形状のストレート部31とを有している。
気体導入部27は、液体導入部28の上側部に係合する大径部と、この大径部の下方に連なって液滴形成吐出部29のテーパ部30の内部空間にまで達する小径部とを有し、その内部には先細り形状の気体導入路32が形成されており、その入り口が気体導入ポート33を形成している。この気体導入ポート33には、窒素ガス供給管26が接続されている。
液体導入部28には、リンス液供給管25が接続される液体導入ポート34が側方に開口して形成されており、この液体導入ポート34は、気体導入部27の小径部と液体導入部28の内壁との間のリング状の空間SP1に連通している。この空間SP1は、気体導入部27の小径部と液滴形成吐出部29の内壁との間のリング状の空間SP2を介して、液滴形成吐出部29のテーパ部30の内部空間SP3(混合室)と連通している。
この内部混合型の二流体ノズル7では、気体導入ポート33から供給される窒素ガスと、液体導入ポート34から空間SP1,SP2を介して供給されるリンス液とが、空間SP3において混合され、その結果、液滴が形成されることになる。この液滴は、テーパ部30で加速され、ストレート部31の先端から勢いよく噴射される。この液滴の噴流は、ストレート部31の働きにより、極めて良好な直進性を有する。
図1および図2を再び参照して、処理カップ4の外側には、回動軸35が鉛直方向にほぼ沿って配置されており、二流体ノズル7は、その回動軸35の上端部からほぼ水平に延びたアーム36の先端部に取り付けられている。回動軸35には、この回動軸35を中心軸線まわりに所定の角度範囲内で回動させる二流体ノズル駆動機構37が結合されている。二流体ノズル駆動機構37から回動軸35に駆動力を入力して、回動軸35を所定の角度範囲内で回動させることにより、スピンチャック3に保持されたウエハWの上方でアーム36を揺動させることができ、これに伴って、スピンチャック3に保持されたウエハWの表面上で、二流体ノズル7からのリンス液の液滴の噴流の供給位置をスキャン(移動)させることができる。
第1リンス液固定ノズル8および第2リンス液固定ノズル9は、スプラッシュガード5の上面に取り付けられたノズル保持部材38に保持されて、それぞれ吐出口をスプラッシュガード5内に向けて斜めに下げた状態で横並びに設けられている。第1リンス液固定ノズル8および第2リンス液固定ノズル9には、それぞれリンス液供給管39,40からリンス液が供給されるようになっている。
また、この基板処理装置は、スピンチャック3に保持されたウエハWの裏面の周縁部にリンス液を供給するための複数のバックリンスノズル41を備えている。これらのバックリンスノズル41は、たとえば、スピンチャック3の上端部に配置されていて、各バックリンスノズル41には、図示しないリンス液供給管からリンス液が供給されるようになっている。
なお、リンス液としては、DIW(脱イオン化された純水)などの純水を用いてもよいし、炭酸水、イオン水、オゾン水、還元水(水素水)または磁気水などの機能水を用いてもよい。
処理対象のウエハWが搬入される前は、スプラッシュガード5が退避位置に位置し、スピンチャック3がウエハWを保持可能な状態で停止している。また、薬液ノズル6および二流体ノズル7は、それぞれ処理カップ4の側方の待機位置に位置している。
処理対象のウエハWが搬入されてきて、そのウエハWが表面を上方に向けた状態でスピンチャック3に保持されると、スプラッシュガード5が退避位置から回収位置に上昇され、スプラッシュガード5の薬液捕獲面18がスピンチャック3に保持されたウエハWの周端面に対向される。そして、スピンチャック3によるウエハWの回転が開始される。
その後、薬液ノズル6が、処理カップ4の側方の待機位置から、スピンチャック3に保持されたウエハWの上方に移動される。そして、薬液ノズル6から回転中のウエハWの表面に薬液が供給される。この一方で、アーム23が所定の角度範囲内で揺動されることによって、ウエハWの表面における薬液の供給位置(薬液供給位置)が、ウエハWの回転中心からウエハWの周縁部に至る範囲内を円弧状の軌跡を描きつつ往復スキャンし、ウエハWの表面の全域に薬液がむらなく供給される。これにより、ウエハWの表面の全域を薬液で処理することができ、たとえば、ウエハWの表面に付着しているポリマ等の異物を除去(剥離)することができる。
ウエハWの表面に供給された薬液は、ウエハWの回転による遠心力を受けて、ウエハWの表面を周縁に向けて流れ、その周縁から振り切られて側方に飛散する。このとき、スプラッシュガード5の薬液捕獲面18がウエハWの周端面に対向しているので、ウエハWの周縁から側方に飛散する薬液は、その薬液捕獲面18に捕獲され、薬液捕獲面18からガイド面19を伝って、ガイド面19の下端から処理カップ4の回収溝14に流下して集められる。そして、回収溝14から図示しない回収ラインを通して、薬液をウエハWの処理に再利用するために処理する回収液処理設備へ回収される。
薬液供給位置の往復スキャンが所定回数行われると、薬液ノズル6からウエハWへの薬液の供給が停止されて、薬液ノズル6が処理カップ4の側方の退避位置に戻される。また、薬液ノズル6の退避位置への移動に並行して、スプラッシュガード5が退避位置から回収位置に上昇され、スプラッシュガード5の廃液捕獲面16がスピンチャック3に保持されているウエハWの周端面に対向される。そして、第1リンス液固定ノズル8および第2リンス液固定ノズル9からウエハWの表面へのリンス液の供給が開始される。また、バックリンスノズル41からウエハWの裏面へのリンス液の供給が開始される。
図4に示すように、第1リンス液固定ノズル8からのリンス液は、スピンチャック3によって回転されているウエハWの表面に対して、斜め上方からその回転中心Oに供給される。この回転中心Oに供給されるリンス液は、ウエハWの表面に平行な速度成分を有しているため、回転中心OからウエハWの周縁に向かいつつ、ウエハWの回転につられて、その回転方向下流側に向かって流れる。このため、第1リンス液固定ノズル8からのリンス液の供給のみでは、「発明が解決しようとする課題」の項で説明したように、ウエハWの表面上において、第1リンス液固定ノズル8の吐出口とウエハWの回転中心Oを通る直線のウエハWの表面への投影直線Lよりも回転方向下流側(図4における右側)にリンス液が多く流れ、その反対側(図4における左側)に、リンス液の供給量が少ない三日月状の領域Aを生じるおそれがある。
そこで、この基板処理装置では、第2リンス液固定ノズル9が備えられており、第1リンス液固定ノズル8からのリンス液の供給と同時に、第2リンス液固定ノズル9からウエハWの表面へのリンス液の供給が行われる。この第2リンス液固定ノズル9からのリンス液は、平面視において、投影直線Lに直交し、かつ、ウエハWの表面に平行な直線Dに対して、第1リンス液固定ノズル8側(第2リンス液固定ノズル9側)の半円形領域内であって、投影直線LよりもウエハWの回転方向下流側の1/4円形(扇形)領域(図4においてハッチングを付した領域)Bに供給される。これにより、第1リンス液固定ノズル8からのリンス液が供給されにくい三日月状領域Aに、第2リンス液固定ノズル9からのリンス液を供給することができ、ウエハWの表面の全域に十分な量のリンス液を供給することができる。そのため、ウエハWの表面の全域から薬液および薬液による除去物を洗い流すことができる。
第1リンス液固定ノズル8および第2リンス液固定ノズル9からウエハWの表面にリンス液が供給されている間に、薬液ノズル6の退避位置への移動が完了し、つづいて、二流体ノズル7が処理カップ4の側方の待機位置からウエハWの上方に移動されて、二流体ノズル7からウエハWの表面にリンス液の液滴の噴流が供給される。この後、第1リンス液固定ノズル8および第2リンス液固定ノズル9からのリンス液の供給が停止される。このように、薬液ノズル6からの薬液の供給停止後、二流体ノズル7からのリンス液の供給が開始されるまでの間、第1リンス液固定ノズル8および第2リンス液固定ノズル9からのリンス液の供給が行われることにより、ウエハWの表面の乾燥を防止することができ、ウエハWの表面に薬液の乾燥跡などを生じるのを防止することができる。
二流体ノズル7からリンス液の液滴の噴流が供給される一方で、アーム36が所定の角度範囲内で揺動される。これによって、二流体ノズル7からの液滴の噴流が導かれるウエハWの表面上の供給位置が、ウエハWの回転中心からウエハWの周縁部に至る範囲内を円弧状の軌跡を描きつつ移動し、ウエハWの表面の全域にリンス液の液滴の噴流がむらなく供給される。リンス液の液滴の噴流がウエハWの表面に入射するときの衝撃によって、ウエハWの表面に残留している除去物を除去することができ、また、ウエハWの表面を流れるリンス液によって、ウエハWの表面に付着している薬液および除去物を洗い流すことができる。
ウエハWの表面に供給されたリンス液は、ウエハWの回転による遠心力を受けて、ウエハWの表面を周縁に向けて流れ、その周縁から振り切られて側方に飛散する。そして、ウエハWの周縁から側方に飛散するリンス液は、このときウエハWの周端面に対向している廃液捕獲面16に捕獲され、廃液捕獲面16からガイド面17を伝って、ガイド面17の下端から処理カップ4の廃液溝15に流下して集められる。廃液溝15に集められたリンス液(ウエハWの表面から洗い流した薬液を含むリンス液)は、図示しない回収ラインを通して廃液ドレンに廃液される。
アーム36の揺動が所定回数行われると、二流体ノズル7からウエハWへのリンス液の液滴の噴流の供給が停止されて、二流体ノズル7が処理カップ4の側方の退避位置に戻される。また、バックリンスノズル41からウエハWの裏面へのリンス液の供給が開始される。その後は、スピンチャック3によるウエハWの回転速度が上げられて、ウエハWの表面に付着しているリンス液を遠心力で振り切って乾燥させる処理が行われる。そして、この乾燥処理が終了すると、スピンチャック3によるウエハWの回転が停止され、スプラッシュガード5が廃液位置から退避位置まで下降されて、スピンチャック3に保持されている処理後のウエハWが搬出される。
以上のように、この実施形態によれば、第1リンス液固定ノズル8からウエハWの表面へのリンス液の供給と同時に、第2リンス液固定ノズル9からウエハWの表面にリンス液が供給されることにより、ウエハWの表面の全域に十分な量のリンス液をむらなく供給することができる。また、第1リンス液固定ノズル8および第2リンス液固定ノズル9は、スプラッシュガード5に固定された固定ノズルであり、薬液ノズル6との干渉を生じないので、薬液ノズル6からウエハWの表面への薬液の供給が停止された後、速やかに、第1リンス液固定ノズル8および第2リンス液固定ノズル9からのリンス液の供給を開始することができる。そのため、ウエハWの表面に薬液の乾燥跡などを生じることなく、ウエハWの表面の全域から薬液および薬液による除去物をリンス液によって洗い流すことができる。
なお、この実施形態では、第1リンス液固定ノズル8および第2リンス液固定ノズル9からのリンス液の供給後に、二流体ノズル7からウエハWの表面にリンス液の液滴の噴流を供給するとしたが、二流体ノズル7を省略して、第1リンス液固定ノズル8および第2リンス液固定ノズル9からのリンス液の供給のみによって、ウエハWの表面から薬液および薬液による除去物を洗い流すようにしてもよい。
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。
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横断面図である。 図1に示す基板処理装置の縦断面図である。 二流体ノズルの内部構成を示す縦断面図である。 第1リンス液固定ノズルおよび第2リンス液固定ノズルによるリンス液供給位置を説明するための平面図である。
符号の説明
3 スピンチャック
6 薬液ノズル
8 第1リンス液固定ノズル
9 第2リンス液固定ノズル
10 チャック回転駆動機構
22 回動軸
23 アーム
24 薬液ノズル駆動機構
B 1/4円形(扇形)領域
D 直線
L 投影直線
O 回転中心
W ウエハ

Claims (1)

  1. 基板をほぼ水平に保持して、当該基板をほぼ鉛直な軸線まわりに回転させる基板回転手段と、
    上記基板回転手段によって回転されている基板の表面に薬液を供給する薬液供給手段と、
    この薬液供給手段を移動させて、上記基板回転手段によって回転されている基板の表面における薬液供給位置をスキャンさせるスキャン手段と、
    上記基板回転手段によって回転されている基板の表面における回転中心に対して、その回転中心を通る傾斜直線上の一定の位置からリンス液を供給する第1リンス液供給手段と、
    上記基板回転手段によって回転されている基板の表面において、上記傾斜直線の当該基板の表面への投影直線に直交し、かつ、当該基板の表面に平行な直線に関して上記第1リンス液供給手段側の領域内であって、上記投影直線よりも上記基板回転手段による基板の回転方向下流側の領域に、上記第1リンス液供給手段の位置に隣接する一定の位置からリンス液を供給する第2リンス液供給手段とを含むことを特徴とする基板処理装置。

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