JP4787038B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、基板を蒸気によって処理する基板処理装置および基板処理方法に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ(Field Emission Display)用基板、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。

ふっ酸等の蒸気を用いた基板処理装置は、たとえば、下記特許文献１，２に開示されている。これらの基板処理装置は、基板を上面に保持して加熱するホットプレートと、このホットプレートに保持された基板に対向配置されたパンチングプレートを介してふっ酸蒸気を供給するふっ酸蒸気供給機構と、ホットプレートを取り囲む空間を形成するベローズと、このベローズ内の空間を排気する排気機構とを備えている。

ベローズは、上下に収縮するように配置されており、その上端がパンチングプレートに当接した伸張状態と、その上端がホットプレートの上面よりも下に下降した退避状態とに伸縮可能とされている。ベローズを伸張状態とすると、このベローズとパンチングプレートとによって囲まれた閉空間が形成される。そして、この閉空間内で基板表面にふっ酸蒸気が供給されることにより、このふっ酸蒸気による基板処理が進行する。一方、ベローズを退避状態とすることにより、基板搬送ロボットによって、ホットプレート上に未処理の基板を置いたり、ホットプレート上の処理済み基板を搬出したりすることができる。

ふっ酸蒸気による基板処理の例は、基板表面のレジスト残渣（ポリマー）を除去するポリマー除去処理（特許文献１）、基板上の薄膜のエッチング処理（特許文献２）などである。
特開２００３−１７４０１８号公報 特開２００３−１７４００９号公報

しかし、前述の特許文献１，２に開示された基板処理装置の構成では、ふっ酸蒸気による処理が行えるのみであり、同じ処理チャンバ（処理ユニット）内でリンス処理等の液処理や乾燥処理を行うことができない。したがって、ふっ酸蒸気による処理後の基板は、基板搬送ロボットによって他の処理チャンバ（処理ユニット）へと搬入して、リンス処理および乾燥処理を行う必要がある。そのため、スループットを高めることができない。たとえば、前述のようなふっ酸蒸気処理ユニットを２つ設け、水洗・乾燥処理ユニットを２つ設けて４チャンバ構成の基板処理装置を構成する場合、ふっ酸蒸気処理ユニットによる処理が全体の処理を律速し、スループットの向上を妨げる。この問題は、ふっ酸蒸気処理ユニットを増設すれば緩和されるが、この場合には、基板処理装置全体の占有面積（フットプリント）が大きくなるという新たな課題が生じる。

また、ふっ酸以外の種類の薬液を用いた連続処理、すなわち、２種類以上の薬液を用いた連続処理を行うこともできない。そのため、適用可能な処理の種類が極めて限定されるという問題もあり、汎用性の点で有利な構成とはなっていない。
そこで、この発明の目的は、蒸気による基板処理および処理液による基板処理を同一処理チャンバ（処理ユニット）内で行うことができるようにして、基板処理のスループットを高めたり、可能な処理の種類を増やしたりすることができる基板処理装置および基板処理方法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）を保持して回転させる基板保持回転機構（２１）と、この基板保持回転機構に保持された基板の表面に対向するとともに、前記基板対向面に複数の蒸気吹き出し孔（３７）が形成された基板対向面（３６）を有する遮断部材（３０）と、この遮断部材を前記基板保持回転機構に保持された基板に対して、相対的に接近／離反させる遮断部材位置変更機構（３１）と、前記遮断部材を前記基板保持回転機構に保持された基板の表面にほぼ直交する回転軸線まわりに回転させる遮断部材回転機構（３２）と、前記遮断部材に対して蒸気を供給し、前記蒸気吹き出し孔から吹き出させる蒸気供給機構（４０，９５）と、前記基板保持回転機構に保持された基板の表面に処理液を供給する処理液ノズル（３５，７５）と、前記遮断部材が前記基板保持回転機構による基板保持位置の近傍の所定の処理位置にあるときに、この遮断部材とともに当該基板を取り囲む実質的な閉空間を形成する包囲部材（６９）と、この包囲部材によって囲まれた空間を排気する排気手段（６０，６２，６５）とを含む、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。

この構成によれば、基板保持回転機構によって保持された基板に対して、相対的に接近／離反する遮断部材の基板対向面から基板に向けて蒸気を供給することができる。遮断部材は、基板に接近した所定の処理位置にあるときに、包囲部材とともに実質的な閉空間を形成し、この閉空間内で、基板の近傍から蒸気を供給することができる。これにより、遮断部材によって制限された基板表面付近の狭空間内において、蒸気によって基板を効率的に処理することができる。包囲部材によって囲まれた空間は、排気手段によって排気されるようになっているので、基板表面に対して次々と新しい活性な蒸気を供給することができる。蒸気を供給する際、基板保持回転機構によって基板を回転させれば、基板面内における処理の均一性を向上できる。また、この発明では、遮断部材が基板に沿って回転されるので、基板表面に対して均一に蒸気を供給でき、面内均一性の向上された基板処理が可能になる。

一方、基板保持回転機構に保持された基板に対して、処理液ノズルから処理液を供給することができる。これにより、１つの処理チャンバ（処理ユニット）内で、蒸気による処理だけでなく、処理液による処理をも行うことができる。この際、基板保持回転機構によって基板を回転させることにより、処理液を基板の全域に行き渡らせることができる。
そして、処理液によって基板を処理した後には、基板保持回転機構によって基板を所定の乾燥回転速度で回転させることにより、基板表面の液成分を振り切ることができる。

また、遮断部材を基板保持回転機構から相対的に離隔させることにより、遮断部材と基板との間の大きな空間を確保できるので、基板の搬入／搬出を行うことができ、さらには、その空間内で処理液ノズルを移動させることができる。
前記処理液ノズルは、遮断部材とともに保持されていてもよく、遮断部材とは別に保持されていてもよい。また、処理液ノズルの種類は、処理液を連続的に吐出するストレートノズルであってもよいし、処理液と気体とを混合して液滴噴流を形成し、この液滴噴流を基板に向けて供給する二流体スプレーノズルであってもよい。また、処理液ノズルは、基板に処理液を供給している期間中、処理液の基板上における着液位置が固定される固定ノズルであってもよいし、着液位置が基板上で変化する移動ノズルであってもよい。

前記蒸気は、薬液を含む蒸気や、ケミカルガスを含む蒸気であってもよい。上記薬液は、ふっ酸、硝酸、酢酸、塩酸および硫酸などの酸を含む薬液であってもよい。また、前記薬液はアンモニア等のアルカリを含む薬液であってもよい。さらに、前記薬液は、これらの酸またはアルカリに、過酸化水素水やオゾン等の酸化剤、またはメタノール等の有機溶剤を加えた混合液であってもよい。さらに、前記薬液は、ポリマー除去用有機溶剤混合液（ポリマー除去液）であってもよい。なお、薬液を含む蒸気とは、薬液そのものの蒸気（薬液蒸気）であってもよいし、この薬液蒸気を不活性ガスなどのキャリアガス中に混合させたものであってもよい。

また、前記ケミカルガスは、無水ふっ酸ガス、アンモニアガス、塩化水素ガス、二酸化窒素ガス、およびＳＯ_３ガスのうちのいずれか１つを含むガス、あるいはこれらのうちの２以上のガスの混合ガスであってもよい。なお、ケミカルガスを含む蒸気とは、ケミカルガスと水蒸気とが混合されたものであってもよいし、ケミカルガスとメタノール、イソプロピルアルコールその他の有機溶剤の蒸気とが混合されたものであってもよく、また、これらをさらに不活性ガスなどのキャリアガス中に混合させたものであってもよい。

蒸気を用いたプロセスでは、薬液またはケミカルガスの消費量が少ないので、コストを著しく抑制することができる。
請求項２記載の発明は、前記遮断部材位置変更機構に取り付けられており、前記遮断部材の側方および上方を覆う密閉部材（８０）をさらに含む、請求項１記載の基板処理装置である。

請求項３に記載されているように、蒸気供給機構から供給される蒸気は、ふっ酸、イソプロピルアルコールまたはオゾンを含む蒸気であってもよい。たとえば、ふっ酸を含む蒸気を用いることによって、洗浄処理、エッチング処理またはポリマー除去処理を行うことができる。また、イソプロピルアルコールを含む蒸気を乾燥工程において用いることによって、基板表面の液成分を速やかに排除できる。さらに、オゾンを含む蒸気を用いることによって、酸化処理を行うことができ、たとえば、基板の表面に酸化膜を形成することができる。

請求項４記載の発明は、前記基板保持回転機構は、この基板保持回転機構に保持される基板の前記遮断部材とは反対側の表面に対向し、当該基板を加熱するホットプレート（２２，２３）を含むものである、請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置である。
この構成によれば、ホットプレートによって基板を加熱（室温以上の温度に加熱）することができるので、基板の温度を蒸気による処理や処理液による処理に適した温度に制御することができる。これにより、基板処理を良好な温度条件下で進行させることができる。

請求項５記載の発明は、前記包囲部材は、前記基板保持回転機構に保持された基板から、その回転に伴って外方向へ飛び出す処理液を受け止める飛散防止部材（７０）を含むものである、請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理装置である。
この構成によれば、遠心力によって回転半径外方側に振り切られる処理液が飛散防止部材によって受け止められるので、基板処理装置内（処理チャンバ内）の各部が処理液で汚染されることを抑制または防止できる。また、処理液が飛散防止部材（包囲部材）に受け止められて流下した際に、包囲部材の内壁に付着している蒸気成分を洗い流すことができる。

請求項６記載の発明は、前記基板保持回転機構に保持された基板から流下する処理液を排液する排液機構（６０，６１，６４）をさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置である。
この構成によれば、基板から流下したり飛散したりした処理液を包囲部材外に排液することができるので、清浄な環境中で基板を処理できる。排液された処理液は、回収して再利用するようにしてもよいし、廃棄することとしてもよい。

請求項７記載の発明は、前記遮断部材回転機構によって前記遮断部材を回転させた状態で、前記蒸気供給機構によって前記蒸気吹き出し口から蒸気を吹き出させる制御手段（９１）をさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の基板処理装置である。
請求項８記載の発明は、基板保持回転機構（２１）によって基板（Ｗ）を保持して回転させる基板保持回転工程と、前記基板保持回転機構に保持された基板の表面に対向する基板対向面（３６）を有する遮断部材（３０）を、前記基板に接近した所定の処理位置に配置し、前記基板保持回転機構を取り囲む包囲部材（６９）とともに、当該基板を取り囲む実質的な閉空間を形成する工程と、前記基板保持回転工程と並行して、前記閉空間が形成された状態で、前記遮断部材の前記基板対向面に形成された複数の蒸気吹き出し孔（３７）から前記基板の表面に向けて蒸気を吹き出させる蒸気吹き出し工程と、前記蒸気吹き出し工程と並行して、前記基板保持回転機構に保持された基板の表面にほぼ直交する回転軸線まわりに前記遮断部材を回転させる工程と、前記蒸気吹き出し工程と並行して、前記閉空間を排気する排気工程と、前記基板保持回転機構に保持された基板に処理液を供給する処理液供給工程とを含む、基板処理方法である。この方法により、請求項１の発明に関連して説明した効果を奏することができる。むろん、この方法の発明に関しても、基板処理装置の発明の場合と同様の変形を施すことができる。
たとえば、請求項９に記載されているように、前記閉空間を形成する工程は、前記遮断部材を前記基板保持回転機構に保持された基板に対して相対的に接近／離反させる遮断部材位置変更機構に取り付けられた密閉部材によって前記遮断部材の側方および上方を覆う工程を含む工程であってもよい。

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説明するための図解的な平面図である。この基板処理装置は、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板に代表される基板Ｗに対して蒸気や処理液などによる処理を施すための枚葉式の装置である。
この基板処理装置は、基板Ｗに対して処理を施す基板処理部１と、この基板処理部１に結合されたインデクサ部２と、処理流体（液体または気体）の供給／排出のための構成を収容した処理流体ボックス３，４とを備えている。

インデクサ部２は、基板Ｗを収容するためのカセットＣ（複数枚の基板Ｗを密閉した状態で収納するＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）、ＳＭＩＦ（Standard Mechanical Inter Face）ポッド、ＯＣ（Open Cassette）など）を複数個保持することができるカセット保持部６と、このカセット保持部６に保持されたカセットＣにアクセスして、未処理の基板ＷをカセットＣから取り出したり、処理済の基板ＷをカセットＣに収納したりするためのインデクサロボット７とを備えている。各カセットＣは、複数枚の基板Ｗを微小な間隔をあけて上下方向に積層して保持するための複数段の棚（図示せず）を備えており、各段の棚に１枚ずつ基板Ｗを保持することができるようになっている。

基板処理部１は、平面視においてほぼ中央に配置された基板搬送ロボット１０と、基板搬送ロボット１０を取り囲むように配置された複数個（この実施形態では４個）の処理ユニット（処理チャンバ）１１，１２，１３，１４とを備えている。
基板搬送ロボット１０は、インデクサロボット７から未処理の基板Ｗを受け取ることができ、かつ処理済の基板Ｗをインデクサロボット７に受け渡すことができる。また、基板搬送ロボット１０は、処理ユニット１１〜１４にアクセスすることができ、これらとの間で相互に基板Ｗの受け渡しを行うことができるようになっている。

より具体的には、たとえば、基板搬送ロボット１０は、当該基板処理装置のフレームに固定された基台部と、この基台部に対して昇降可能に取り付けられた昇降ベースと、この昇降ベースに対して鉛直軸線回りの回転が可能であるように取り付けられた回転ベースと、この回転ベースに取り付けられた一対の基板保持ハンドとを備えている。一対の基板保持ハンドは、それぞれ、上記回転ベースの回転軸線に対して近接／離反する方向に進退可能に構成されている。このような構成により、基板搬送ロボット１０は、インデクサロボット７、処理ユニット１１〜１４のいずれかに対して基板保持ハンドを向け、その状態で基板保持ハンドを進退させることができ、これによって、基板Ｗの受け渡しを行うことができる。

インデクサロボット７は、いずれかのカセットＣから未処理の基板Ｗを取り出して基板搬送ロボット１０に受け渡すとともに、基板搬送ロボット１０から処理済みの基板Ｗを受け取ってカセットＣに収容するように動作する。処理済みの基板Ｗは、当該基板Ｗが未処理の状態のときに収容されていたカセットＣに収容されてもよいし、未処理の基板Ｗを収容するカセットＣと処理済みの基板Ｗを収容するカセットＣとを分けておいて、未処理の状態のときに収容されていたカセットＣとは別のカセットＣに処理済みの基板Ｗが収容されるようにしてもよい。

複数の処理ユニット１１〜１４は、この実施形態では、共通の構成を有し、同じ処理を実行する。そこで、以下では、処理ユニット１１の構成について説明する。
図２は処理ユニット１１の図解的な断面図である。処理ユニット１１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基板保持回転機構としてのスピンチャック２１を備えている。スピンチャック２１は、チャック回転駆動機構（この実施形態では中空型モータ）２４によって回転される回転軸２５の上端に円盤状のスピンベース２２を固定して構成されている。このスピンベース２２上に、基板Ｗが、吸着方式または挟持部材による挟持方式によって保持されるようになっている。スピンベース２２の内部には、加熱手段としてのヒータ２３が埋設されている。このヒータ２３に通電することによって、スピンベース２２は、その上面に保持された基板Ｗを加熱するためのホットプレートとして機能する。

スピンチャック２１の上方には、中心部に開口を有する円盤状の遮断板３０が水平に設けられている。遮断板３０は、スピンチャック２１の上方に配置されたアーム２８の先端付近に鉛直下方向に設けられた中空の支持軸２９の下端に設けられている。アーム２８には、遮断板昇降駆動機構３１および遮断板回転駆動機構３２が接続されている。遮断板昇降駆動機構３１は、アーム２８を上下動させることにより、スピンチャック２１に保持された基板Ｗの上面に接近した処理位置と、この処理位置よりも上方に退避した退避位置との間で、遮断板３０を上下動させる。遮断板回転駆動機構３２は、支持軸２９に回転力を与え、これにより、遮断板３０を支持軸２９まわりに、すなわち、スピンチャック２１に保持された基板Ｗの表面にほぼ直交する回転軸線まわりに、回転させる。回転方向は、基板Ｗの回転方向と同方向であってもよいし、逆方向であってもよい。

支持軸２９内には、処理液供給管３５が非回転状態に設けられている。この処理液供給管３５には、処理液供給源からの処理液（薬液または純水その他のリンス液）が処理液バルブ３９を介して供給されるようになっている。処理液供給管３５の下端は、遮断板３０の中心部に形成された開口内に位置し、スピンチャック２１に保持された基板Ｗの上面中央に対向する処理液吐出口をなしている。

支持軸２９の内壁と処理液供給管３５との間の空間は、蒸気通路３４を形成している。この蒸気通路３４は、遮断板３０の内部に形成された蒸気室３３に連通している。すなわち、遮断板３０は、中空構造の円盤状体で構成されており、その内方の空間が蒸気室３３を形成している。遮断板３０の下面は、スピンチャック２１に保持された基板Ｗの上面に上方から対向する基板対向面３６を形成している。この基板対向面３６には、蒸気室３３と連通する複数（多数）の蒸気吹き出し孔３７が形成されている。すなわち、遮断板３０の下板部３８は、多数の蒸気吹き出し孔３７が形成されたパンチングプレートの形態を有している。

蒸気通路３４には、蒸気供給源４０からの蒸気が供給されるようになっている。蒸気通路３４および蒸気供給源４０は、遮断板３０に蒸気を供給して、蒸気吹き出し孔３７から吹き出させる蒸気供給機構を形成している。蒸気供給源４０は、薬液を密閉状態で貯留する薬液蒸気発生容器４１を備えている。薬液蒸気発生容器４１には、薬液（たとえばふっ酸水溶液）４２の液面の上方の空間４３に、キャリアガスとしての窒素ガス（不活性ガス）を供給する窒素ガス供給配管４４が接続されている。また、この空間４３は、蒸気バルブ４５を介して、蒸気通路３４へと薬液蒸気を導くための蒸気供給配管４６に接続することができるようになっている。蒸気供給配管４６には、窒素ガス供給源４７からの窒素ガスが、流量コントローラ（ＭＦＣ）４８および窒素ガスバルブ４９を介して供給されるようになっている。また、窒素ガス供給源４７からの窒素ガスは、流量コントローラ５０および窒素ガスバルブ５１を介して、窒素ガス供給配管４４に与えられるようになっている。

薬液蒸気発生容器４１内に貯留される薬液４２は、いわゆる擬似共弗組成となる濃度（たとえば、ふっ酸水溶液の場合、１気圧、室温（２０℃）のもとで、約３９．６％）に調製されている。たとえば、擬似共弗組成のふっ酸水溶液は、水とふっ化水素との蒸発速度が等しく、そのため、蒸気バルブ４５から蒸気供給配管４６等を介して遮断板３０に蒸気が導かれることによって薬液蒸気発生容器４１内の薬液４２が減少したとしても、遮断板３０に導かれる薬液蒸気の濃度は不変に保持される。

スピンチャック２１は、処理カップ５５内に収容されている。処理カップ５５の内側には、筒状の仕切壁５６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を排液するとともに処理カップ５５内の雰囲気を排気するための排液・排気空間５７が形成されている。さらに、排液・排気空間５７を取り囲むように、処理カップ５５と仕切壁５６との間には、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５８が形成されている。

排液・排気空間５７には、気液分離ボックス６０へ処理液および排気を導くための排液管６１および排気管６２が接続され、回収液空間５８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６３が接続されている。気液分離ボックス６０は、排液および排気を分離し、それらをそれぞれ排液管６４および排気管６５へと導く。排液管６４は、排液処理装置（図示せず）へ処理液を導く。排気管６５は、排気源６６へと排気を導く。排気源６６は、一般には、工場の排気ユーティリティである。

処理カップ５５の内側には、基板Ｗに向けて吐出された処理液が飛散することを防止する飛散防止部材としてのスプラッシュガード７０が上下動可能に設けられている。このスプラッシュガード７０は、回転軸２５に対して回転対称な略円筒形状の遮蔽壁であり、上部に開口部７０ｂを有する。処理カップ５５およびスプラッシュガード７０は、スピンチャック２１に保持された基板Ｗを取り囲む包囲部材としての処理容器６９を形成している。

スプラッシュガード７０の上端部の内側には、断面く字状の排液案内溝７１が環状に形成されている。また、スプラッシュガード７０の下端部の内側には、外側下方に傾斜する傾斜面からなる回収液案内部７２が形成されている。回収液案内部７２の上端付近には、処理カップ５５の仕切壁５６を受け入れるための仕切壁収納溝７３が形成されている。
このスプラッシュガード７０には、ボールねじ機構等で構成されたスプラッシュガード昇降駆動機構７４が接続されている。スプラッシュガード昇降駆動機構７４は、スプラッシュガード７０を、回収液案内部７２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（図示せず）と、排液案内溝７１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（図２に示す位置）との間で上下動させる。

たとえば、スプラッシュガード７０が回収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７２により回収液空間５８に導かれ、回収管６３を通して回収される。一方、スプラッシュガード７０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７１により排液・排気空間５７に導かれ、排液管６１を通して排液される。スプラッシュガード７０がいずれの位置にある場合でも、処理容器６９内の雰囲気は、排気管６２を通して排気される。

スピンチャック２１に保持された基板Ｗに処理液を供給するために、処理液ノズル７５が設けられている。この処理液ノズル７５は、ノズル移動機構７７によって、スプラッシュガード７０の上面７０ａおよび遮断板３０の基板対向面３６との間を通って、スピンチャック２１の上方の空間に対して、進退されるようになっている。より具体的には、遮断板３０がスピンチャック２１から上方に退避した退避位置にあるときに、処理液ノズル７５をスピンチャック２１の上方の空間へと進出させることができる。また、処理液ノズル７５をスピンチャック２１の上方の空間から退避させた状態のときに、スピンチャック２１に保持された基板Ｗに近接した処理位置まで、遮断板３０を下降させることができる。

処理液ノズル７５には、処理液供給源からの処理液（薬液またはリンス液（純水など））が、処理液バルブ７８を介して供給されるようになっている。処理液ノズル７５は、たとえば、処理液と気体とを混合することによって処理液の液滴噴流を形成し、これを基板Ｗ上面に吹き付ける二流体スプレーノズルである。この場合、処理液ノズル７５には、気体供給源からの気体（たとえば窒素等の不活性ガス）が気体バルブ７９を介して供給される。二流体スプレーノズルは、ケーシング内部で処理液および気体を混合する内部混合型のものであってもよいし、ケーシングから処理液および気体を吐出し、ケーシング外で処理液および気体を混合させる外部混合型のものであってもよい。

アーム２８には、遮断板３０を上方および側方から取り囲むスカート状の密閉部材８０が取り付けられている。この密閉部材８０は、中空円錐台形状に形成されており、その上端縁８０ａがアーム２８の下面に固定されているとともに、下縁部８０ｂはスプラッシュガード７０の上面７０ａに平行になっている。この下縁部８０ｂには、スプラッシュガード７０の上面７０ａに密接するシール部材８１（たとえばＯリング）が配置されている。

遮断板昇降駆動機構３１によって遮断板３０を下降させることにより、シール部材８１を介して密閉部材８０をスプラッシュガード７０の上面７０ａに押し付けることができる。この状態では、スピンチャック２１、基板Ｗおよび遮断板３０は、処理容器６９および密閉部材８０によって包囲された密閉空間に置かれる。これにより、基板Ｗは、遮断板３０の基板対向面３６から供給される蒸気によって、効率的に処理されることになる。むろん、このときには、処理液ノズル７５は、密閉部材８０の外方に退避させられている。

図３は、前述の基板処理装置の制御系の構成を説明するためのブロック図である。基板処理装置においては、メイン制御部９０が、インデクサロボット７、基板搬送ロボット１０および複数の処理ユニット１１〜１４と接続されている。メイン制御部９０は、インデクサロボット７および基板搬送ロボット１０による基板搬送動作を制御するとともに、処理ユニット１１〜１４との間で、処理条件や基板処理の進行状況等を表す各種のデータを授受する。

処理ユニット１１には、ローカル制御部９１が設けられている。ローカル制御部９１は、ヒータ２３、チャック回転駆動機構２４、遮断板昇降駆動機構３１、遮断板回転駆動機構３２、スプラッシュガード昇降駆動機構７４およびノズル移動機構７７の動作を制御し、バルブ３９，４５，４９，５１，７８，７９の開閉を制御し、流量コントローラ４８，５０の動作を制御する。

他の処理ユニット１２〜１４の制御系の構成も同様である。
インデクサロボット７は、メイン制御部９０によって制御されることにより、未処理の１枚の基板ＷをカセットＣから搬出して基板搬送ロボット１０に受け渡すとともに、処理済みの基板Ｗを基板搬送ロボット１０から受け取ってカセットＣに搬入するように動作する。基板搬送ロボット１０は、メイン制御部９０によって制御されることにより、インデクサロボット７から受け取った未処理の基板Ｗを処理ユニット１１〜１４に搬入するとともに、処理済みの基板Ｗを処理ユニット１１〜１４から受け取ってインデクサロボット７に受け渡すように動作する。メイン制御部９０は、処理ユニット１１〜１４のローカル制御部９１との通信を介して、各処理ユニット１１〜１４における基板処理状況を監視する。そして、メイン制御部９０は、未処理の新たな基板Ｗを処理可能な状態にあるいずれかの処理ユニット１１〜１４を特定し、その処理ユニットに対して未処理基板Ｗが搬入されるように、基板搬送ロボット１０の動作を制御し、処理ユニット１１〜１４における基板待機時間を最短化して、最大効率での基板処理を図る。

図４は、処理ユニット１１〜１４における処理の一例を説明するためのフローチャートであり、ポリマー除去処理を行う場合の例が示されている。この場合の処理対象の基板Ｗは、ドライエッチングやアッシング後のレジスト残渣（ポリマー）が表面に残留している状態の基板である。この場合、たとえば、薬液蒸気発生容器４１内には、擬似共弗組成のふっ酸水溶液が薬液４２として貯留される。また、処理液ノズル７５には、たとえば、前述の二流体スプレーノズルが用いられる。この場合、たとえば、処理液としては純水（脱イオン水）を用い、気体としては窒素等の不活性ガスを用いればよい。

まず、基板搬送ロボット１０によって未処理の基板Ｗが搬入され、スピンチャック２１に保持される（ステップＳ１）。この際には、遮断板３０はスピンチャック２１の上方に遠く離隔した退避位置にある。また、このとき、処理液ノズル７５はスプラッシュガード７０外に待機させられている。また、スプラッシュガード７０は、排液案内溝７１を基板Ｗの周端面に対向させた排液位置（図２の位置）よりもさらに下方にあり、スプラッシュガード７０の上面７０ａよりも上方にスピンチャック２１の基板保持位置が位置している。これにより、基板搬送ロボット１０とスピンチャック２１との間での基板Ｗの受け渡しをスムーズに行える。

この状態から、ローカル制御部９１は、ヒータ２３への通電を行い、スピンベース２２を昇温させ、これにより、基板Ｗを所定の設定温度（たとえば約６０℃）に加熱する（ステップＳ２）。また、ローカル制御部９１は、スプラッシュガード昇降駆動機構７４を制御し、スプラッシュガード７０を排液位置（図２の位置）に導く（ステップＳ３）。さらに、ローカル制御部９１は、遮断板昇降駆動機構３１を制御して、遮断板３０を基板Ｗの上面に接近した処理位置まで下降させる（ステップＳ４）。これにより、密閉部材８０の下縁部８０ｂがスプラッシュガード７０の上面７０ａに密接し、基板Ｗを包囲する密閉空間が形成される。

次に、ローカル制御部９１は、チャック回転駆動機構２４および遮断板回転駆動機構３２を制御して、スピンチャック２１および遮断板３０を同方向または逆方向に回転させる（ステップＳ５）。好ましい回転速度は、たとえば、スピンチャック２１が１００〜１５０ｒｐｍ程度、遮断板３０が１００ｒｐｍ以下である。また、ローカル制御部９１は、窒素ガスバルブ４９，５１および蒸気バルブ４５を開く。これにより、蒸気供給配管４６および蒸気通路３４を通って、遮断板３０内の蒸気室３３へとふっ酸蒸気が供給され、このふっ酸蒸気が、基板対向面３６に形成された多数の蒸気吹き出し孔３７から基板Ｗに向けて吹き出される（ステップＳ６）。処理位置にある遮断板３０の基板対向面３６と基板Ｗとの間は、たとえば、間隔が２〜３０mm、たとえば１０mm程度の狭空間であり、しかも、前述のとおり、基板Ｗは密閉空間に置かれているため、基板Ｗ上ではふっ酸蒸気によるポリマー除去処理が効率的に進行する。さらに、ホットプレートとして機能するスピンベース２２によって基板Ｗが所定温度に保たれることによって、より効率的な処理が可能となり、また、ポリマーの選択比も高くなる。また、基板Ｗおよび遮断板３０が回転しているため、基板Ｗ表面の各部に対して均一な処理を施すことができる。

処理容器６９内の空間は、排気管６２等を介して常時排気されている。したがって、処理容器６９内では、基板Ｗ付近から排気管６２へと向かう気流が形成されていて、基板Ｗの上面に対しては、遮断板３０からの新たな（活性な）ふっ酸蒸気が常時供給される。
こうして、所定時間に渡ってふっ酸蒸気による基板Ｗの処理が行われると（ステップＳ７）、次に、ローカル制御部９１は、窒素ガスバルブ４９，５１および蒸気バルブ４５を閉じて、蒸気の供給を停止する（ステップＳ８）。さらに、ローカル制御部９１は、遮断板回転駆動機構３２を制御して遮断板３０の回転を停止させ、遮断板昇降駆動機構３１を制御して、遮断板３０を基板Ｗから上方に離隔した退避位置へと退避させる（ステップＳ９）。これにより、遮断板３０および密閉部材８０が上昇し、遮断板３０と基板Ｗとの間に、処理液ノズル７５が入り込むことができる空間が確保される。

次に、ローカル制御部９１は、ノズル移動機構７７を制御して処理液ノズル７５（二流体スプレーノズル）を基板Ｗ上に移動させるとともに、処理液バルブ７８および気体バルブ７９を開き、液滴噴流の供給を開始させる（ステップＳ１０）。ローカル制御部９１は、処理液ノズル７５から供給される液滴噴流の基板Ｗ上における到達位置（着液位置）が基板Ｗの回転中心から周縁部に至る範囲で変化するようにノズル移動機構７７を制御する。これにより、基板Ｗの上面の全域が、液滴噴流によって走査され、基板Ｗ上に残留しているポリマーが、液滴噴流による物理的洗浄によって取り除かれる。また、このステップＳ１０において、基板Ｗの上面に供給された処理液（液滴噴流）は、基板Ｗの遠心力によって回転半径外方側に振り切られてスプラッシュガード７０によって受け止められるとともに、その際にスプラッシュガード７０を流下する処理液によって、スプラッシュガード７０の内壁に付着しているふっ酸蒸気が洗い流される。

二流体スプレーノズルによる所定時間の洗浄処理の後（ステップＳ１１）、ローカル制御部９１は、処理液バルブ７８および気体バルブ７９を閉じて処理液ノズル７５からの液滴噴流の吐出を停止させ、さらに、ノズル移動機構７７を制御して、処理液ノズル７５をスプラッシュガード７０よりも外方の退避位置に導く（ステップＳ１２）。
さらに、ローカル制御部９１は、処理液バルブ３９を開いて、遮断板３０に挿通された処理液供給管３５から、基板Ｗ上面の回転中心にむけてリンス液（脱イオン水）を供給させる（ステップＳ１３）。また、ローカル制御部９１は、遮断板昇降駆動機構３１を制御して遮断板３０を基板Ｗ上面に接近した処理位置に導くとともに、遮断板回転駆動機構３２を制御して、遮断板３０を基板Ｗと同方向または逆方向に回転させる（ステップＳ１４）。また、ローカル制御部９１は、窒素ガスバルブ４９を開くことにより、遮断板３０の蒸気吹き出し孔３７から、基板Ｗの上面に向けて不活性ガスとしての窒素ガスを吹き出させる（ステップＳ１５）。こうして、窒素ガス雰囲気中で、基板Ｗ表面のリンス処理が行われる。

所定時間のリンス期間が終了すると（ステップＳ１６）、ローカル制御部９１は、処理液バルブ３９を閉じて、リンス液の供給を停止する（ステップＳ１７）。さらに、ローカル制御部９１は、チャック回転駆動機構２４を制御することにより、基板Ｗの回転速度を所定の乾燥回転速度（たとえば、１５００〜３０００ｒｐｍ）まで加速する。これにより、基板Ｗ表面の液成分を遠心力によって振り切る乾燥処理が行われる（ステップＳ１８）。

所定時間の乾燥処理の後（ステップＳ１９）、ローカル制御部９１は、チャック回転駆動機構２４および遮断板回転駆動機構３２を制御して、スピンチャック２１および遮断板３０の回転を停止させ（ステップＳ２０）、さらに、遮断板昇降駆動機構３１を制御して、遮断板３０を上方の退避位置まで上昇させる（ステップＳ２１）。さらに、ローカル制御部９１は、スプラッシュガード昇降駆動機構７４を制御することにより、スプラッシュガード７０を下降させ、その上面７０ａが基板よりも下方に位置する状態とする。この状態で、基板搬送ロボット１０により、処理済みの基板Ｗがスピンチャック２１から払い出される（ステップＳ２２）。

このようにして、ふっ酸蒸気を用いたポリマー除去処理、二流体スプレーノズルを用いた物理洗浄処理、リンス液によるリンス処理、および高速回転による振り切り乾燥処理を１つの処理ユニット内（すなわち、１つの処理チャンバ内）で完結させることができる。
以上のように、この実施形態によれば、処理容器６９内に配置されたスピンチャック２１の上方に上下動可能に設けられた遮断板３０から蒸気を供給する構成により、遮断板３０を基板Ｗに接近させて蒸気による基板処理を行うことができるとともに、遮断板３０を基板Ｗの上面から上方に離隔した位置に退避させて、処理液ノズル７５からの処理液によって基板Ｗを処理できる。こうして、１つの処理ユニットで、蒸気による処理、処理液による処理およびスピンチャック２１の高速回転による振り切り乾燥処理を行うことができる。これにより、図１に示すように、蒸気処理を行う処理ユニット１１〜１４のほかに、水洗・乾燥処理のための別の処理ユニットを設ける必要がなくなる。その結果、処理ユニット間での基板Ｗの搬送回数を少なくできるから、複数枚の基板Ｗを効率よく処理することができ、生産性を高めることができる。

一方、水洗・乾燥処理に比較して蒸気処理の方が長時間を要するため、蒸気処理が全体の基板処理工程を律速する。そのため、２つの蒸気処理ユニットと２つの水洗・乾燥処理ユニットとを備える従来技術の基板処理装置では、蒸気処理を２つの処理ユニットで並行して行うことができるにすぎないから、水洗・乾燥処理ユニットでの待ち時間が生じ、生産効率が悪くなる。

これに対して、前述の実施形態の構成では、４つの処理ユニットで並行して蒸気処理を行わせることができる。これにより、複数枚の基板を効率的に処理することができ、従来装置に比較して、生産性を著しく向上することができる。しかも、基板処理装置の専有面積を大きくする必要もない。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することも可能である。たとえば、前述の実施形態では、ふっ酸蒸気の供給に二流体スプレーノズルによる物理洗浄を併用して基板Ｗ上のポリマーを除去する処理を例にとったが、二流体スプレーノズルによる物理洗浄の併用は必ずしも必要ではない。この場合、ローカル制御部９１は、遮断板３０からふっ酸蒸気を吹き出させる工程の後、遮断板３０を処理位置に保持し、ふっ酸蒸気の供給を停止するとともに、窒素ガスを蒸気通路３４から基板Ｗに向けて供給させる。この状態で、ローカル制御部９１は、処理液バルブ３９を開いて、処理液供給管３５からリンス液を基板Ｗ上面の回転中心付近に向けて供給させてリンス工程を行い、その後に、リンス液の供給を停止させるとともにスピンチャック２１の回転速度を乾燥回転速度まで加速して乾燥工程を行う。

むろん、ポリマー除去処理以外の基板処理に対してもこの発明を適用することができる。たとえば、ふっ酸蒸気を用いて基板Ｗ表面の複数種の薄膜のうちの特定の薄膜のみを選択的にエッチングする処理は、前述のポリマー除去処理と同様にして行うことができる。
また、基板Ｗ（たとえばシリコン基板）の表面に酸化膜を形成し、この酸化膜をエッチングすることにより基板表面の異物を除去する洗浄処理にも、この発明を適用することができる。

この場合には、たとえば、図２に二点鎖線で示すように、ふっ酸蒸気を供給するための蒸気供給源４０の他に、オゾン蒸気（オゾンを含む蒸気）を供給するための第２の蒸気供給源９５を設け、この第２の蒸気供給源９５からの蒸気の供給をローカル制御部９１で制御する構成とすればよい。ローカル制御部９１は、遮断板３０を基板Ｗの表面に接近した処理位置に制御し、スピンチャック２１および遮断板３０を回転させた状態で、まず、第２の蒸気供給源９５からの蒸気を蒸気通路３４に供給する。これにより、遮断板３０の基板対向面３６に形成された多数の蒸気吹き出し孔３７からオゾン蒸気が基板Ｗの上面に供給される。これにより、基板Ｗの表面に酸化膜が形成される。この後に、ローカル制御部９１は、第２の蒸気供給源９５からの蒸気の供給を停止させ、代わって、第１の蒸気供給源４０からのふっ酸蒸気を蒸気通路３４に供給させる。これにより、遮断板３０から基板Ｗの上面にふっ酸蒸気が供給され、このふっ酸蒸気によって、基板Ｗ表面の酸化膜がエッチング除去される。このとき、酸化膜とともに、基板Ｗ上の異物がリフトオフされる。オゾン蒸気による酸化膜形成工程およびふっ酸蒸気による酸化膜エッチング工程は、各一回実行されてもよいし、必要に応じて、複数回繰り返し実行されてもよい。

その後は、ローカル制御部９１は、第１および第２の蒸気供給源４０，９５からの蒸気の供給を停止させるとともに、処理液バルブ３９を開いて、処理液供給管３５からリンス液を吐出させることにより、リンス工程を実行する。そして、一定時間のリンス処理後は、処理液バルブ３９を閉じてリンス液の供給を停止するとともに、スピンチャック２１を高速回転させて振り切り乾燥工程を実行する。

ヒータ２３は、オゾン蒸気供給工程では通電されて基板Ｗを加熱する一方で、ふっ酸蒸気供給工程では通電を停止して水分の蒸発を防ぐように、ローカル制御部９１によって制御されることが好ましい。
酸化膜形成工程は、オゾン蒸気の供給の代わりに、オゾン水の供給によって行うこともできる。この場合、オゾン水の供給は、たとえば、図２に示すように、オゾン水供給源からのオゾン水をオゾン水バルブ９６を介して処理液供給管３５に供給できるようにし、オゾン水バルブ９６の開閉をローカル制御部９１によって制御するようにすればよい。むろん、オゾン水の供給は、処理液ノズル７５から行うようにしてもよい。この場合、処理液ノズル７５は、通常のストレートノズルの形態のものであってもよい。

さらに、前述の実施形態の構成は、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）蒸気を用いた基板処理のために応用することもできる。ＩＰＡ蒸気を用いた基板処理工程は、たとえば、処理液ノズル７５から薬液を基板Ｗに供給する薬液処理工程と、その後に、処理液ノズル７５または処理液供給管３５から基板Ｗにリンス液を供給するリンス工程と、その後に、遮断板３０から基板ＷにＩＰＡ蒸気を供給しながらスピンチャック２１を高速回転させて基板Ｗを乾燥させるＩＰＡ蒸気併用乾燥工程とを含む。このような工程により、基板Ｗ上の液成分をＩＰＡとともに速やかに蒸発させることができるので、基板Ｗの表面にウォーターマークが形成されることを効果的に抑制できる。

また、前述の実施形態では、遮断板３０の側方および上方を覆う密閉部材８０が設けられているが、この密閉部材８０は、必ずしも設けなくてもよい。理由は次のとおりである。すなわち、図２に示されているとおり、スピンベース２２上に置かれた基板Ｗの周囲はスプラッシュガード７０で包囲されており、基板Ｗの上方は遮断板３０で覆われている。そのため、密閉部材８０が設けられていない場合であっても、基板Ｗが置かれた空間は、遮断板３０とスプラッシュガード７０との間のわずかな隙間９３を介して外部空間と連通しているのみであり、基板Ｗは実質的には閉空間に置かれている。しかも、処理位置にある遮断板３０の基板対向面３６は基板Ｗの表面に接近しているため、この遮断板３０から蒸気が供給されるときには、基板Ｗ表面の周囲はその蒸気で満たされるので、前述の隙間９３がプロセスに与える影響は少ない。

さらに、前述の実施形態では、遮断板３０を上下動させることによって、スピンチャック２１に保持された基板Ｗに対して遮断板３０を接近／離隔させる構成としたが、遮断板３０の高さを固定し、スピンチャック２１を上下動させる構成としてもよいし、遮断板３０およびスピンチャック２１の両方を上下動させる構成としてもよい。
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説明するための図解的な平面図である。 前記基板処理装置に備えられた処理ユニットの図解的な断面図である。 前記基板処理装置の制御系の構成を説明するためのブロック図である。 処理ユニットにおける処理の一例を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 基板処理部
２ インデクサ部
３，４ 処理流体ボックス
６ カセット保持部
７ インデクサロボット
１０ 基板搬送ロボット
１１〜１４ 処理ユニット
２１ スピンチャック
２２ スピンベース
２３ ヒータ
２４ チャック回転駆動機構
２５ 回転軸
２８ アーム
２９ 支持軸
３０ 遮断板
３１ 遮断板昇降駆動機構
３２ 遮断板回転駆動機構
３３ 蒸気室
３４ 蒸気通路
３５ 処理液供給管
３６ 基板対向面
３７ 蒸気吹き出し孔
３８ 下板部
３９ 処理液バルブ
４０ 蒸気供給源
４１ 薬液蒸気発生容器
４２ 薬液
４３ 空間
４４ 窒素ガス供給配管
４５ 蒸気バルブ
４６ 蒸気供給配管
４７ 窒素ガス供給源
４８ 流量コントローラ
４９ 窒素ガスバルブ
５０ 流量コントローラ
５１ 窒素ガスバルブ
５５ 処理カップ
５６ 仕切壁
５７ 排液・排気空間
５８ 回収液空間
６０ 気液分離ボックス
６１ 排液管
６２ 排気管
６３ 回収管
６４ 排液管
６５ 排気管
６６ 排気源
６９ 処理容器
７０ スプラッシュガード
７０ａ 上面
７０ｂ 開口部
７１ 排液案内溝
７２ 回収液案内部
７３ 仕切壁収納溝
７４ スプラッシュガード昇降駆動機構
７５ 処理液ノズル
７７ ノズル移動機構
７８ 処理液バルブ
７９ 気体バルブ
８０ 密閉部材
８０ａ 上端縁
８０ｂ 下縁部
８１ シール部材
９０ メイン制御部
９１ ローカル制御部
９３ 隙間
９５ 蒸気供給源
９６ オゾン水バルブ
Ｃ カセット
Ｗ 基板

Claims (9)

1. 基板を保持して回転させる基板保持回転機構と、
   この基板保持回転機構に保持された基板の表面に対向するとともに、複数の蒸気吹き出し孔が形成された基板対向面を有する遮断部材と、
   この遮断部材を前記基板保持回転機構に保持された基板に対して、相対的に接近／離反させる遮断部材位置変更機構と、
   前記遮断部材を前記基板保持回転機構に保持された基板の表面にほぼ直交する回転軸線まわりに回転させる遮断部材回転機構と、
   前記遮断部材に対して蒸気を供給し、前記蒸気吹き出し孔から吹き出させる蒸気供給機構と、
   前記基板保持回転機構に保持された基板の表面に処理液を供給する処理液ノズルと、
   前記遮断部材が前記基板保持回転機構による基板保持位置の近傍の所定の処理位置にあるときに、この遮断部材とともに当該基板を取り囲む実質的な閉空間を形成する包囲部材と、
   この包囲部材によって囲まれた空間を排気する排気手段とを含む、基板処理装置。
2. 前記遮断部材位置変更機構に取り付けられており、前記遮断部材の側方および上方を覆う密閉部材をさらに含む、請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記蒸気供給機構は、ふっ酸、イソプロピルアルコールまたはオゾンを含む蒸気を前記遮断部材に供給するものである、請求項１または２記載の基板処理装置。
4. 前記基板保持回転機構は、この基板保持回転機構に保持される基板の前記遮断部材とは反対側の表面に対向し、当該基板を加熱するホットプレートを含むものである、請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 前記包囲部材は、前記基板保持回転機構に保持された基板から、その回転に伴って外方へ飛び出す処理液を受け止める飛散防止部材を含むものである、請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記基板保持回転機構に保持された基板から流下する処理液を排液する排液機構をさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 前記遮断部材回転機構によって前記遮断部材を回転させた状態で、前記蒸気供給機構によって前記蒸気吹き出し口から蒸気を吹き出させる制御手段をさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の基板処理装置。
8. 基板保持回転機構によって基板を保持して回転させる基板保持回転工程と、
   前記基板保持回転機構に保持された基板の表面に対向する基板対向面を有する遮断部材を、前記基板に接近した所定の処理位置に配置し、前記基板保持回転機構を取り囲む包囲部材とともに、当該基板を取り囲む実質的な閉空間を形成する工程と、
   前記基板保持回転工程と並行して、前記閉空間が形成された状態で、前記遮断部材の前記基板対向面に形成された複数の蒸気吹き出し孔から前記基板の表面に向けて蒸気を吹き出させる蒸気吹き出し工程と、
   前記蒸気吹き出し工程と並行して、前記基板保持回転機構に保持された基板の表面にほぼ直交する回転軸線まわりに前記遮断部材を回転させる工程と、
   前記蒸気吹き出し工程と並行して、前記閉空間を排気する排気工程と、
   前記基板保持回転機構に保持された基板に処理液を供給する処理液供給工程とを含む、基板処理方法。
9. 前記閉空間を形成する工程は、前記遮断部材を前記基板保持回転機構に保持された基板に対して相対的に接近／離反させる遮断部材位置変更機構に取り付けられた密閉部材によって前記遮断部材の側方および上方を覆う工程を含む、請求項８記載の基板処理方法。

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