JP5043406B2

JP5043406B2 - 基板乾燥方法および基板乾燥装置

Info

Publication number: JP5043406B2
Application number: JP2006314567A
Authority: JP
Inventors: 健一横内; 孝志原
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2026-11-21
Also published as: JP2008128567A

Description

この発明は、表面にリンス液が残留している基板を乾燥するための基板乾燥方法および基板乾燥装置に関する。乾燥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。

半導体装置の製造工程では、半導体ウエハの表面に微細なパターンが形成される。その結果、半導体ウエハの表面には、ホール（穴）、ライン（溝）、シリンダ（円筒形溝）などの様々な形状の微細な凹部が形成される。トランジスタやキャパシタ等のデバイスが作り込まれた半導体ウエハの表面に多層配線層を形成するバックエンドプロセス（ＢＥＯＬ：Back End of the Line）では、前述のような微細な凹部が表面に形成された半導体ウエハに対して、表面の異物を取り除くための基板洗浄処理が繰り返し実行される。より具体的にはたとえば、多孔質のＬｏｗ−ｋ（低誘電率）膜が形成された半導体ウエハを処理する工程を例に挙げれば、Ｌｏｗ−ｋ膜が形成された半導体ウエハをドライエッチングして半導体表面にパターンを形成した後、ポリマー除去液を用いてウエハ表面のポリマー残渣を除去するポリマー除去工程を行った後に、リンス液（一般的には脱イオン水）を用いてウエハ表面に残留するポリマー除去液を洗い流すリンス工程を行う。また、その後に、半導体ウエハを高速回転させて半導体ウエハ表面の水分を残らず振り切って排除するためのスピン乾燥工程が行われる。

このスピン乾燥工程では、半導体ウエハの表面の水分を十分に除去する必要がある。しかし、Ｌｏｗ−ｋ膜の微細な凹部に入り込んだ水分は容易には除去することができない。そこで、下記特許文献１の先行技術では、電熱線を内蔵した加熱プレートを収容器に収容し、この収容器内を減圧雰囲気とすることにより、減圧雰囲気中で加熱プレートによって基板を乾燥することが提案されている。特許文献１では、さらに、減圧雰囲気中で基板に有機溶剤蒸気を供給することによって、基板表面の水分を有機溶剤に置換し、これにより、半導体ウエハの微細構造内に入り込んでいる水分の排除を図ることも提案されている。
特開２００４−２０７４８４号公報

しかし、特許文献１に記載された先行技術は、微細構造内に入り込んでいる水分を十分に排除するには、長時間を要し、そのため、生産性の点で問題があった。
そこで、この発明の目的は、基板表面に残留しているリンス液を短時間で排除することができ、これにより、基板処理の生産性の向上に寄与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。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、凹部が形成された表面にリンス液が残留している基板（Ｗ）を前記表面を上向きにして基板保持手段（２）で水平に保持する工程と、前記基板保持手段に保持されている前記基板の前記表面に向けて、閃光を照射して前記基板の前記表面を加熱し、当該基板の前記表面近傍の液を沸騰させる光照射工程と、前記光照射工程と並行して、前記基板保持手段に保持された基板を回転させる基板回転工程と、前記光照射工程の前に、前記リンス液よりも沸点が低く、前記リンス液よりも比重の大きな液体を前記基板の前記表面に供給する工程とを含み、前記閃光を発生する光照射手段に前記基板の前記表面を接近させて前記光照射工程を行う、基板乾燥方法である。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。

この方法によれば、基板保持手段に保持された基板に向けて閃光が照射されることにより、基板の表面が加熱される。これにより、基板の表面に接している液が瞬間的に沸騰して、基板の表面から排除される。とくに、基板表面に微細な凹部が形成されている場合に、この凹部に入り込んだ液は、その底部部分が加熱されて沸騰し、その体積が爆発的に膨張する。すなわち、凹部の底面付近で気泡が発生して、この気泡の体積が爆発的に膨張する。この気泡の膨張とともに、凹部内のリンス液は、凹部外へと排出される。こうして、基板表面に微細な凹部が形成されている場合であっても、基板表面のリンス液を短時間で排除することができる。

また、この発明では、基板の表面にリンス液よりも沸点の低い液体が供給されることによって、閃光を照射したときに、基板表面で容易に沸騰を起こさせることができる。たとえば、リンス液として純水（脱イオン水）を用いている場合に、これよりも低沸点の有機溶剤（たとえばイソプロピルアルコールその他のアルコール類、ハイドロフルオロエーテル（フッ素系溶剤）その他のエーテル類）を基板に供給することにより、基板表面での沸騰を促進でき、より効率的にリンス液を排除することができる。有機溶剤として、リンス液と混和するものを用いれば、混和後のリンス液の沸点が低くなるため、閃光またはレーザ光照射時に、容易にリンス液を沸騰させることができる。

ただし、この発明では、低沸点の液体のうち、リンス液よりも比重の大きいものが用いられる。そのため、この低沸点の液体はリンス液よりも基板表面に近い位置（凹部の内部側）に配置されることになる。この状態で、閃光を基板に照射すると、基板表面の加熱に伴って、低沸点の液体が容易に沸騰し、その上のリンス液を基板外に排出することになる。こうして、基板上のリンス液を短時間で排除することができる。

たとえば、リンス液として、純水やイソプロピルアルコールと混和した純水を用いる場合に、ハイドロフルオロエーテル（フッ素系溶剤）をリンス液よりも比重の大きな低沸点の液体として用いることができる。ハイドロフルオロエーテルは水と混ざり合わず、水よりも比重が大きいので、基板表面に形成された凹部の底部へと沈む。そして、閃光が照射されて基板表面が瞬間的に加熱されると、その熱を受けて容易に沸騰する。これにより、いわば蒸気爆発が生じ、これによって、ハイドロフルオロエーテルの上に位置しているリンス液が基板外へと吹き飛ばされる。
また、この発明においては、前記光照射工程と並行して、前記基板保持手段に保持された基板を回転させる基板回転工程が含まれているので、基板の表面に閃光を均一に照射できる。これにより、基板表面の全域に対して均一な乾燥処理を行える。

請求項２記載の発明は、前記リンス液よりも沸点が低く、前記リンス液よりも比重の大きな液体が、揮発性の液体（水よりも蒸気圧の高い液体）である、請求項１記載の基板乾燥方法である。この方法により、閃光の照射後に基板表面に低沸点の液体が残留しても、この液体は、容易に揮発して基板上から除去できる。これにより、より効率的に、かつ、確実に、基板を乾燥することができる。

請求項３記載の発明は、前記光照射工程前および／または前記光照射工程中に、基板を回転させて当該基板表面の液成分を振り切る振り切り乾燥工程をさらに含む、請求項１または２記載の基板乾燥方法である。この方法によれば、振り切り乾燥を併用するので、より短時間に基板表面からリンス液を排除できる。また、閃光の照射によって基板表面の微細な凹部から排出された液体を速やかに基板外に導くことができる。

請求項４記載の発明は、凹部が形成された表面にリンス液が残留している基板（Ｗ）を前記表面を上向きにして水平に保持する基板保持手段（２）と、前記基板保持手段に対向配置され、前記基板の前記表面に向けて閃光を照射して前記基板の前記表面を加熱し、当該基板の前記表面近傍の液を沸騰させる光照射手段（７，８１）と、前記基板保持手段に保持されている基板の前記表面に、前記リンス液よりも沸点が低く、前記リンス液よりも比重の大きな液体を供給する低沸点液体供給手段（３，１８，１９，２３）と、前記基板保持手段に保持された基板を回転させる基板回転手段（１３）と、前記光照射手段から前記基板の前記表面に閃光を照射させるときに、前記基板保持手段を前記光照射手段に近づけて、前記光照射手段に前記基板の前記表面を接近させる手段とを含む、基板乾燥装置である。
この構成により、基板保持手段に保持された基板に向けて閃光が照射されることにより、基板の表面が加熱され、基板の表面に接している液が瞬間的に沸騰して、基板の表面から排除される。これにより、たとえ基板表面に微細な凹部が形成されている場合であっても、基板表面のリンス液を短時間で排除することができる。

また、この発明では、基板の表面にリンス液よりも沸点の低い液体が供給されることによって、閃光を照射したときに、基板表面で容易に沸騰を起こさせることができる。

さらにこの発明では、低沸点の液体がリンス液よりも比重の大きいものであるため、この低沸点の液体はリンス液よりも基板表面に近い位置に配置される。したがって、閃光を基板に照射すると、基板表面の加熱に伴って、低沸点の液体が容易に沸騰し、その上のリンス液を基板外に排出することになる。こうして、基板上のリンス液を短時間で排除することができる。

請求項５記載の発明は、前記低沸点液体供給手段は、揮発性の液体を前記基板保持手段に保持されている基板に供給するものである、請求項４記載の基板乾燥装置である。この構成により、閃光の照射後に基板表面に低沸点の液体が残留しても、この液体は、容易に揮発して基板上から除去できる。これにより、より効率的に、かつ、確実に、基板を乾燥することができる。

請求項６記載の発明は、前記基板保持手段に保持された基板に対して前記光照射手段から閃光を照射させているときに、前記基板回転手段によって基板を回転させる制御手段（３３）をさらに含む、請求項４または５記載の基板乾燥装置である。

この構成により、基板の表面に閃光を均一に照射できるので、基板表面の全域に対して均一な乾燥処理を行える。
請求項７記載の発明は、前記基板保持手段に保持された基板の前記表面に対して前記光照射手段から閃光を照射させる前および／またはその照射中に、前記基板回転手段によって、基板表面の液成分を振り切ることができる回転速度で基板を回転させる制御手段（１１）をさらに含む、請求項４または５記載の基板乾燥装置である。この構成により、振り切り乾燥を併用するので、より短時間に基板表面からリンス液を排除できる。また、閃光の照射によって基板表面の微細な凹部から排出された液体を速やかに基板外に導くことができる。

請求項８記載の発明は、第１処理室（６１）と、この第１処理室に配置され、基板を保持して回転させることにより基板表面の液成分を振り切る基板保持回転手段（６６）と、前記基板保持手段が配置された第２処理室（６２）と、前記第１処理室内の前記基板保持回転手段から前記第２処理室内の前記基板保持手段へと基板を搬送する基板搬送手段（６３）とをさらに含む、請求項４〜７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、基板の回転によって液成分を振り切る振り切り乾燥と、閃光の照射による基板乾燥とを別の処理室で行える。これにより、それぞれの乾燥処理に対して個別に適切な処理条件を設定できる。

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、この発明の第１の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図である。この基板処理装置は、半導体ウエハや液晶表示パネル用ガラス基板等の基板Ｗを処理するための装置である。この実施形態では、処理対象の基板Ｗは、トランジスタやキャパシタ等のデバイスが作り込まれた半導体ウエハ等の基板である。より具体的には、キャパシタ形成のためのシリンダ作製後の基板に対して薬液およびリンス液（一般的には脱イオン水）を用いたシリンダ作製後洗浄工程を行ったり、Ｌｏｗ−ｋ膜のパターンが形成された基板に対してポリマー除去液およびリンス液を用いたポリマー除去工程を行うとともに、その後に、基板Ｗの表面のリンス液の水分を残らず排除するための乾燥工程を行うために、この基板処理装置が適用される。

この基板処理装置は、処理室１と、この処理室１内に配置され、表面に凹部が形成された基板Ｗを当該表面を上向きとしてほぼ水平に保持してそのほぼ中心を通る鉛直軸線回りに回転させる基板保持回転機構２と、この基板保持回転機構２に保持された基板Ｗの表面に対して処理液を供給する処理液供給機構３と、基板保持回転機構２に保持された基板Ｗの表面に対して薬液を供給する薬液供給機構４とを備えている。この基板処理装置は、さらに、処理室１の上部に配置され、基板保持回転機構２に保持された基板Ｗの表面に向けて閃光を照射する光照射部７を備えている。

処理室１には、処理室１内の雰囲気を排気するための排気配管４６が接続されている。そして、処理室１内に基板Ｗを搬入／搬出するために、処理室１の側壁の所定部には開口４９が形成されており、この開口４９を開閉するためのシャッタ５０が備えられている。
基板保持回転機構２は、円板形状の回転ベース１１と、この回転ベース１１をほぼ水平な姿勢に支持する回転軸１２と、この回転軸１２に回転力を与える回転駆動機構１３とを備えている。さらに、回転軸１２を上下動させることによって回転ベース１１を上下させる昇降機構１４が設けられている。回転ベース１１には、基板Ｗの周縁部に当接して当該基板Ｗを把持する複数個の基板保持部材１５が備えられている。この基板保持部材１５によって基板Ｗを保持させた状態で、回転駆動機構１３により回転軸１２を鉛直軸線回りに回転させることにより、水平姿勢の基板Ｗを鉛直軸線回りに回転させることができる。また、昇降機構１４によって回転軸１２を上下動させることによって、基板Ｗを上下動させることができる。

処理液供給機構３は、処理液を吐出する処理液ノズル１８と、この処理液ノズル１８に処理液を供給する処理液供給管１９と、この処理液供給管１９にリンス液としての純水（脱イオン水）を供給する純水供給管２１と、処理液供給管１９に低沸点液体としてのイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を供給するＩＰＡ供給管２２と、処理液供給管１９に低沸点液体としてのハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）を供給するＨＦＥ供給管２３と、純水供給管２１に介装された純水バルブ２４と、ＩＰＡ供給管２２に介装されたＩＰＡバルブ２５と、ＨＦＥ供給管２３に介装されたＨＦＥバルブ２６とを備えている。

この構成により、純水バルブ２４を開き、他のバルブ２５，２６を閉じることによって、処理液ノズル１８から基板Ｗに純水を供給できる。また、ＩＰＡバルブ２５を開き、他のバルブ２４，２６を閉じることによって、処理液ノズル１８から基板ＷにＩＰＡを供給できる。さらに、ＨＦＥバルブ２６を開き、他のバルブ２４，２５を閉じることによって、処理液ノズル１８から基板ＷにＨＦＥを供給することができる。

ＩＰＡは、純水よりも沸点が低く、かつ、室温での蒸気圧が純水よりも高い揮発性の有機溶剤であり、その比重は純水よりも小さく、純水と混和する（任意の混合比で自由に混ざり合う）性質を有する。ＨＦＥは、純水よりも沸点が低く、かつ、室温での蒸気圧が純水よりも高い揮発性の有機溶剤であり、その比重は純水よりも大きく、純水とは混和しない。

リンス液としては、純水の他に、炭酸水、電解イオン水、水素水、磁気水などの機能水、または希薄濃度（たとえば１ｐｐｍ程度）のアンモニア水等を用いることができる。
また、薬液供給機構４は、薬液を吐出する薬液ノズル４２と、この薬液ノズル４２に薬液を供給する薬液供給管４３と、薬液供給管４３に介装された薬液バルブ４４とを備えている。この構成により、薬液バルブ４４を開くことによって、薬液ノズル４２から基板Ｗに薬液を供給できる。たとえば、薬液ノズル４２から供給される薬液としては、シリンダ作製後洗浄工程を行う場合においては、弗酸、フッ化アンモニウム、またはフッ素イオンを含む溶液等が用いられ、上述のポリマー除去工程を行う場合においては、フッ化アンモニウムまたはヒドロキシルアミンを含む溶液等が用いられる。

薬液ノズル４２からの薬液や処理液ノズル１８からの処理液は、基板保持回転機構２に保持されて回転されている基板Ｗの表面に向けて吐出される。基板Ｗの表面に達した処理液は、遠心力を受けて基板Ｗ表面の全域に広がる。薬液ノズル４２や処理液ノズル１８は、図示しないノズル移動機構によって、基板保持回転機構２の上方の処理位置と、基板保持回転機構２の上方から退避した退避位置との間で移動可能とされている。

光照射部７は、処理室１の上方に配置された複数本の棒状のキセノンフラッシュランプ３５（以下単に「フラッシュランプ３５」という。）を備えている。この複数本のフラッシュランプ３５は、水平面に沿って互いに平行に配置されており、これらには、駆動回路３６を介して、閃光発光のための電力が供給されるようになっている。隣り合うフラッシュランプ３５の間には、発生した閃光の向きを基板保持回転機構２に保持された基板Ｗの表面に垂直な向きに調整するためのルーバー３８が配置されている。フラッシュランプ３５の上方には、フラッシュランプ３５から上方へと向かう光を下方へと反射するためのリフレクタ３７が備えられている。一方、処理室１の天面は、フラッシュランプ３５との間に配置された透光板４０で構成されている。この透光板４０は、たとえば、石英等の可視光および赤外線透過性を有する材料で構成されている。そして、フラッシュランプ３５と透光板４０との間には、光拡散板４１が配設されている。この光拡散板４１は、可視光および赤外線透過材料としての石英ガラスの表面に光拡散加工を施したものである。

キセノンフラッシュランプ３５は、内部にキセノンガスが封入された直管状のガラス管と、このガラス管の両端部に配置された陽極および陰極と、ガラス管の外周部に巻回されたトリガ電極とを備えている。陽極および陰極は、駆動回路３６に備えられたコンデンサに接続されている。駆動回路３６から、トリガ電極に高電圧を加え、ガラス管内の絶縁を破壊すると、コンデンサに蓄えられた電気が陰極および陽極管で流れ、このときのジュール熱によりキセノンガスが加熱されることによって、光が放出される。コンデンサに蓄えられていた静電気エネルギーは、１ミリセカンド〜１０ミリセカンドという極めて短い時間に放出され、これにより、極めて強い光がパルス状に発生され、これが閃光となる。

この基板処理装置には、マイクロコンピュータ等を有するコントローラ３３が備えられている。コントローラ３３は、回転駆動機構１３、昇降機構１４、純水バルブ２４、ＩＰＡバルブ２５、ＨＦＥバルブ２６、駆動回路３６、シャッタ５０などの動作を制御することにより、基板Ｗに対する一連の処理を実現する。
図２は、前記基板処理装置による基板処理の流れを説明するための図である。処理対象の基板Ｗは、基板搬送ロボット（図示せず）によって、開口４９を通して処理室１内に搬入され、基板保持回転機構２に渡される（ステップＳ１）。基板保持回転機構２は、その基板を基板保持部材１５により保持する。このとき、昇降機構１４は、回転ベース１１を開口４９よりも低い位置（図１において実線で示す位置）に保持している。また、回転駆動機構１３は、回転ベース１１を回転停止状態に保持しており、バルブ２４，２５，２６，４４はいずれも閉じられている。

次に、コントローラ３３は、シャッタ５０により開口４９を閉じ、回転駆動機構１３を制御することにより、回転ベース１１を所定の回転速度で回転させる（ステップＳ２）。さらに、コントローラ３３は、ノズル４２を基板Ｗ上に位置させ、薬液バルブ４４を開く（ステップＳ３）。これにより、基板Ｗの表面に薬液が供給され、この薬液は遠心力によって基板Ｗ全域に行き渡る。所定時間に渡って薬液を供給した後、コントローラ３３は、薬液バルブ４４を閉じて薬液の供給を停止させる（ステップＳ４）。
このステップＳ４とほぼ同時またはその直後に、コントローラ３３は、ノズル１８を基板Ｗ上に位置させ、純水バルブ２４を開く（ステップＳ５）。これにより、基板Ｗの表面に純水が供給され、この純水は遠心力によって基板Ｗ全域に行き渡る。所定時間に渡って純水を供給した後、コントローラ３３は、純水バルブ２４を閉じて純水の供給を停止させる（ステップＳ６）。

次いで、コントローラ３３は、ＩＰＡバルブ２５を開く（ステップＳ７）。これにより、基板Ｗ上にＩＰＡが供給され、このＩＰＡは遠心力によって基板Ｗの全域に行き渡る。これにより、基板Ｗ上のリンス液はＩＰＡ液に置換される。さらに、基板Ｗ表面の凹部に純水が残留する場合には、この純水は供給されたＩＰＡと混和する。こうして、基板Ｗの表面は、ＩＰＡまたは純水とＩＰＡとの混合液からなるリンス液で覆われた状態となる。この混合液からなるリンス液は、純水よりも沸点が低い液体となっている。所定時間に渡ってＩＰＡが供給された後、コントローラ３３は、ＩＰＡバルブ２５を閉じる（ステップＳ８）。

次に、コントローラ３３は、ＨＦＥバルブ２６を開く（ステップＳ９）。これにより、基板Ｗ上にＨＦＥが供給され、このＨＦＥは遠心力によって基板Ｗの全域に行き渡る。こうして、基板Ｗの表面において、ＩＰＡがＨＦＥへと置換されていく。また、ＨＦＥは、純水およびＩＰＡのいずれよりも比重が大きく、また、純水と混和しないので、基板Ｗ表面の凹部内においては、リンス液（純水およびＩＰＡの混合液）よりも下側、すなわち、基板Ｗ表面に近い側に沈む。すなわち、凹部内においては、その凹部の底部にＨＦＥが配置され、そのＨＦＥの上にリンス液が位置することになる。基板Ｗ表面の全域にＨＦＥを行き渡らせることができる所定時間の経過後には、コントローラ３３は、ＨＦＥバルブ２６を閉じて、処理液ノズル１８からのＨＦＥの吐出を停止させる（ステップＳ１０）。

続いて、コントローラ３３は、回転駆動機構１３を制御することにより、回転ベース１１の回転速度を所定の乾燥回転速度（たとえば２５００ｒｐｍ）まで加速する（ステップＳ１１）。これにより、基板Ｗ表面のＨＦＥは、その大部分が遠心力によって振り切られる。ただし、この時点では、基板Ｗ表面の微細な凹部内の液成分までは振り切ることができない。特にＬｏｗ−ｋ膜などの多孔質膜やシリンダが形成されている基板Ｗにおいては、その微細凹部において液が残留しやすい。また、上述の乾燥回転速度を高くしすぎると、シリンダやラインの倒壊が発生しやすくなる。

次に、コントローラ３３は、回転駆動機構１３を制御することにより、回転ベース１１の回転速度を所定の光照射処理速度（たとえば、１０００ｒｐｍ）まで減速する（ステップＳ１２）。ただし、この光照射処理速度は、基板Ｗ上の液体を遠心力によって基板Ｗ外に振り切ることができる速度であればよく、乾燥回転速度に等しくてもよい（この場合には減速は不要である）。さらに、コントローラ３３は、昇降機構１４を制御して、回転ベース１１を上昇させ、基板Ｗを透光板４０の下面に接近した閃光照射位置（図１において二点鎖線で示す位置）へと導く（ステップＳ１３）。この状態で、コントローラ３３は、駆動回路３６を制御することにより、フラッシュランプ３５から閃光を発生させる（ステップＳ１４）。

これにより、基板Ｗは、閃光照射位置において、鉛直軸線回りに回転された状態でフラッシュランプ３５からの閃光照射を受ける。基板Ｗに対するフラッシュランプ３５からの閃光の照射は、１回だけ行われてもよいし、複数回に分けて行われてもよい。この閃光の照射によって、基板Ｗの表面部分が瞬間的に加熱され、この表面に接している液成分の沸騰が起こる。その結果、基板Ｗの表面の微細な凹部内では、底部に配置されているＨＦＥが沸騰して蒸気爆発を起こし、その上のリンス液（純水およびＩＰＡの混合液）を凹部外へと吹き飛ばす。この吹き飛ばされたリンス液は、遠心力によって速やかに基板Ｗ外へと排除される。こうして基板Ｗの表面の全域の液成分が速やかに排除され、基板Ｗの乾燥が達成される。

その後、コントローラ３３は、昇降機構１４を制御して、回転ベース１１を基板受け渡し位置（図１において実線で示す位置）へと下降させる（ステップＳ１５）。さらに、コントローラ３３は、回転駆動機構１３を制御することにより、回転ベース１１の回転を停止させる（ステップＳ１６）。その後、シャッタ５０が開かれ、搬送ロボットによって処理済の基板Ｗが処理室１から搬出される（ステップＳ１７）。

フラッシュランプ３５から基板Ｗ表面に閃光を照射する際、基板Ｗを回転停止状態としてもよいが、前述のように回転状態としておくことにより、より均一に基板Ｗ表面に閃光を照射でき、乾燥処理の均一性を向上できる。さらにまた、基板Ｗ上の液成分を遠心力によって振り切ることができる回転速度で基板Ｗを回転させておくことにより、より速やかに基板Ｗを乾燥させることができる。

図３は、フラッシュランプ３５が発生する閃光による乾燥処理を説明するための図解図である。基板Ｗの表面には薄膜５５（たとえば酸化膜）の微細パターンが形成されている。この薄膜５５には、円柱状の凹部であるホール、溝状の凹部であるライン、円筒状の凹部であるシリンダなどの微細な凹部５６が多数形成されている。凹部５６内では、その底部にＨＦＥ５７が位置し、その上にリンス液（純水およびＩＰＡの混合液）５８が位置している。

フラッシュランプ３５からの閃光の主成分は可視光であるため、凹部５６内のＨＦＥ５７またはリンス液５８によってはほとんど吸収されず、基板Ｗによって吸収される。そして、フラッシュランプ３５の発光は短時間であるため、基板Ｗの表面のみが昇温することになる。とくに、閃光が垂直に入射することになる凹部５６の底面の温度が相対的に高くなる。この昇温した基板Ｗ表面からの熱によって凹部５６内のＨＦＥ５７が瞬間的に加熱されて沸騰し、気泡となって、その体積が爆発的に増加する。すなわち、いわゆる蒸気爆発が生じる。これにより、凹部５６内の液成分（ＨＦＥ５７およびリンス液５８）が瞬間的に押し出されて、凹部５６外へと排出される。とくに、ＨＦＥ５７は、沸点が低く、かつ、凹部５６の底部（基板Ｗの表面に近い位置）に配置されているので、閃光の照射によって確実に沸騰させることができ、その結果、凹部５６内の液成分を確実に排出できる。

さらに、ＨＦＥ５７の上に位置しているリンス液５８は、ＩＰＡと純水との混合液となっていて、その沸点が純水よりも低い。そのため、これらも同時に沸騰させて蒸気化することができるので、より一層確実に基板Ｗ表面の液成分を除去することができる。
ホットプレート、ヒータ、ハロゲンランプ、赤外線ランプ、ＲＴＰ（ラピッド・サーマル・プロセッサ）等による熱処理を適用する場合には、効果を上げようとして大きなエネルギーを投入すると、それに伴って基板Ｗの温度上昇が生じ、基板Ｗ（シリコン基板やその表面に形成された酸化膜その他の機能膜）にダメージを与えたりすることがある。それだけでなく、加熱に時間を要する。

これに対して、フラッシュランプ３５による閃光照射を用いれば、基板Ｗや薄膜５５にダメージを与えることなく、短時間で、効果的に基板Ｗ表面の液成分を除去することができる。
フラッシュランプ３５の照射パワーとしては、照射する閃光が強すぎると薄膜５５等の機能膜に影響を及ぼしたりするおそれがある。その一方で、照射する閃光が弱すぎれば、乾燥不良になるおそれがある。したがって、適切な強度で閃光を照射する必要がある。その照射強度は、たとえば、０．１〜３０Ｊ／ｃｍ²、好ましくは０．５〜２０Ｊ／ｃｍ²、さらに好ましくは１〜１５Ｊ／ｃｍ²とすればよい。

閃光の照射時間は長すぎないことが好ましく、照射時間を短くすることにより、基板Ｗをあまり加熱せずにＨＦＥ５７やリンス液５８のみを蒸気化することができる。特に、閃光の照射時間を０．１秒以下、好ましくは０．０１秒以下（通常は１ミリ秒）とすることにより、基板Ｗや薄膜５５に対するダメージを抑制できる。前述のとおり、フラッシュランプ３５からの閃光の照射は、１回だけ行ってもよいし、複数回行ってもよい。

図４は、この発明の第２の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図である。この図４において、前述の図１に示された各部に対応する部分には、同一の参照符号を付して示す。この第２の実施形態では、基板Ｗに対して薬液、純水、ＩＰＡおよびＨＦＥを供給する処理（液処理）を行うための第１処理室６１と、フラッシュランプ３５によって基板Ｗに閃光を照射するための第２処理室６２と、第１処理室６１から第２処理室６２へと基板Ｗを搬送する基板搬送機構６３とが備えられている。

第２処理室６２の天面壁は透光板４０で構成されており、この透光板４０上に光拡散板４１が配置されている。そして、この光拡散板４１の上方にフラッシュランプ３５が配置され、さらにその上方にリフレクタ３７が配置されている。
一方、第２処理室６２の内部には、基板保持回転機構２が配置されており、この基板保持回転機構２は、前述の第１の実施形態の場合と同様に、回転駆動機構１３および昇降機構１４によって回転および昇降される回転ベース１１を備えている。

第２処理室６２内の雰囲気は排気配管４６を介して排気されるようになっている。また、第２処理室６２は、基板搬送機構６３に対向する位置に開口４９が形成されており、この開口４９に関して、シャッタ５０が設けられている。
第１処理室６１には、別の基板保持回転機構６５が備えられている。この基板保持回転機構６５は、基板Ｗをほぼ水平に保持して鉛直軸線回りに回転させるためのものである。基板保持回転機構６５は、水平面に沿って配置された円板状の回転ベース６６と、鉛直方向に沿って配置され、その上端に回転ベース６６が固定された回転軸６７と、回転ベース６６の外周縁に沿って配置された複数の基板保持部材６８とを備えている。回転軸６７には、この回転軸６７に回転力を与える回転駆動機構６９が結合されている。

さらに、第１処理室６１には、基板保持回転機構６５に保持された基板Ｗに対して処理液を供給する処理液供給機構３、および基板保持回転機構６５に保持された基板Ｗに対して薬液を供給する薬液供給機構４が備えられている。これらの構成は、第１の実施形態の場合と同様であるので説明を省略する。
第１処理室６１には、基板搬送機構６３に対向する位置に基板Ｗを搬入／搬出するための開口７１が形成されている。この開口７１に関連して、開口７１を開閉するシャッタ７２が設けられている。第１処理室６１の上部には、当該基板処理装置が配置されるクリーンルーム内の清浄空気をさらに清浄化して取り込むためのファンフィルタユニット（ＦＦＵ）７４が備えられている。そして、第１処理室６１の底部には、当該第１処理室６１内の雰囲気を排気するための排気配管７５が結合されている。この構成により、基板保持回転機構６５の周囲、すなわち処理中の基板Ｗの周囲には、第１処理室６１の上方から取り入れられて排気配管７５に向かって下降するダウンフローが形成されている。

このような構成により、処理対象の基板Ｗは、基板搬送機構６３またはその他の搬送機構によって、まず第１処理室６１に搬入され、基板保持回転機構６５に保持される。コントローラ３３は、次に、回転駆動機構６９を制御して、回転ベース６６の回転を開始させる。
さらに、コントローラ３３は、薬液バルブ４４を開き、他のバルブ２４，２５，２６は閉成状態に保つ。これにより、回転状態の基板Ｗの表面に向けて薬液ノズル４２から薬液が吐出される。この薬液は、基板Ｗ上で遠心力を受けてその全域に広がる。

所定時間にわたって薬液ノズル４２から薬液を供給した後に、コントローラ３３は、薬液バルブ４４を閉成状態とするとともに純水バルブ２４を開き、他のバルブ２５，２６は閉成状態に保つ。これにより、回転状態の基板Ｗの表面に向けて処理液ノズル１８から純水が吐出される。この純水は、基板Ｗ上で遠心力を受けてその全域に広がる。
所定時間にわたって処理液ノズル１８から純水を供給した後に、コントローラ３３は、純水バルブ２４を閉じ、ＩＰＡバルブ２５を開き、ＨＦＥバルブ２６および薬液バルブ４２は閉成状態に保持する。これにより、基板Ｗ表面の全域にＩＰＡが供給される。

さらに、所定時間の経過後には、コントローラ３３は、ＩＰＡバルブ２５を閉じ、純水バルブ２４および薬液バルブ４２を閉成状態に保持し、ＨＦＥバルブ２６を開く。これにより、基板Ｗ表面の全域にＨＦＥが供給される。
次に、コントローラ３３は、所定時間にわたって処理液ノズル１８からＨＦＥを供給した後に、コントローラ３３は、ＨＦＥバルブ２４を閉じてＨＦＥの供給を停止させるとともに、回転駆動機構６９を制御し、回転ベース６６の回転速度、すなわち基板Ｗの回転速度を所定の乾燥回転速度まで加速する。これによって、基板Ｗの表面の液成分が、遠心力によって振り切られる。ただし、この時点では、基板Ｗ表面の微細な凹部内に入り込んだ液成分までは排除されていない。そして、基板Ｗ表面の凹部内では、その底部にＨＦＥが配置され、その上にリンス液（純水およびＩＰＡの混合液）が配置された状態となっている。

次に、コントローラ３３は、シャッタ７２を開き、基板搬送機構６３を制御して、第１処理室６１から基板Ｗを搬出させる。そして、基板搬送機構６３は、第２処理室６２の基板保持回転機構２へと当該基板Ｗを受け渡す。
このとき、コントローラ３３は、昇降機構１４を制御することにより、回転ベース１１を開口４９よりも下方の基板受け渡し位置（図４に実線で示す位置）に制御している。基板Ｗが基板保持回転機構２に受け渡されると、コントローラ３３は、昇降機構１４を制御して回転ベース１１を上昇させる。これにより、基板保持部材１５によって保持された基板Ｗは、透光板４０の下面に接近した閃光照射位置（図４に二点鎖線で示す位置）に導かれる。この状態で、コントローラ３３は、駆動回路３６を制御し、フラッシュランプ３５から閃光を発生させる。こうして、基板Ｗの表面（とくに凹部内）では、ＨＦＥおよびリンス液が沸騰して蒸気化し、液成分が排除される。

次に、コントローラ３３は、昇降機構１４を制御して、回転ベース１１を基板受け渡し位置（図４に実線で示す位置）へと下降させる。フラッシュランプ３５によって基板Ｗを閃光照射する際、コントローラ３３は、回転駆動機構１３を制御して回転ベース１１を回転させていてもよい。特に、フラッシュランプ３５から、複数回にわたって閃光を発生させる場合には、基板Ｗを回転させておくことにより、基板Ｗの表面の各部に対して均一に閃光を照射させることができる。その結果、基板Ｗの表面の乾燥処理を均一に行うことができる。さらにまた、基板Ｗ表面の液成分を振り切ることができる速度で基板Ｗを回転させておけば、微細な凹部から排出された液体を遠心力によって速やかに基板Ｗ外へと排除でき、より効率的な乾燥処理が可能になる。

乾燥処理の後には、コントローラ３３はシャッタ５０を開き、基板搬送機構６３その他の搬送機構によって、処理済みの基板Ｗを搬出させる。
図５は、参考形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。この図５において、前述の図１に示された構成に対応する部分には同一の参照符号を付して示す。

この基板処理装置は、処理室８０内に基板保持回転機構２を備え、さらに、基板保持回転機構２に保持された基板Ｗに対して処理液を供給する処理液供給機構３と、基板保持回転機構２に保持された基板Ｗに対して薬液を供給する薬液供給機構４と、基板保持回転機構２に保持された基板Ｗの表面に対してレーザ光を照射する光照射部８１とを備えている。処理室８０の側壁には、基板Ｗを搬入／搬出するための開口８２が形成されており、さらにこの開口８２を開閉するシャッタ８３が設けられている。処理室８０の上部には、当該基板処理装置が配置されるクリーンルーム内の清浄空気をさらに清浄化して内部に取り込むためのファンフィルタユニット（ＦＦＵ）８４が配置されている。また、処理室８０の底部には、処理室８０内の雰囲気を排気するための排気配管８５が結合されている。

光照射部８１は、レーザ光源８６と、このレーザ光源８６によって発生された光を集光する集光光学系８７と、この集光光学系８７に結合された光伝送路８８と、この光伝送路８８の他端に結合された照射ヘッド８９とを備えている。
レーザ光源８６は、たとえば、レーザ媒体９０と、このレーザ媒体９０を光励起させるための光源としてのフラッシュランプ９１と、レーザ媒体９０の一端側に配置された全反射ミラー９２と、レーザ媒体９０の集光光学系８７側に配置された一部透過ミラー９３とを備えている。この一部透過ミラー９３から取り出されたレーザ光が集光光学系８７によって集光されて光伝送路８８に結合されるようになっている。光伝送路８８は、光ファイバ等を含むものであり、集光光学系８７からのレーザ光を照射ヘッド８９へと導くライトガイドとしての機能を有している。９４は、フラッシュランプ９１が発生した光をレーザ媒体９０に効率的に入射させるための反射部材である。また、７８は、フラッシュランプ９１に電力を供給する駆動回路である。

照射ヘッド８９は、処理室８０内に配置され、光伝送路８８から伝搬されてくるレーザ光を集光して、基板Ｗの上面に照射する。この照射ヘッド８９は、スキャン機構９５に結合されている。スキャン機構９５は、先端に照射ヘッド８９を保持し、水平姿勢で配置された揺動アーム９６と、この揺動アーム９６の他端に結合され、鉛直方向に沿って設けられた回転軸９７と、この回転軸９７を回動させることによって揺動アーム９６を水平面に沿って揺動させる揺動駆動機構９８とを備えている。揺動駆動機構９８により揺動アーム９６を揺動させることにより、照射ヘッド８９から照射されるレーザ光の集光スポットを基板Ｗの回転中心と基板Ｗの周縁部との間で移動させることができる。このような集光スポットの移動と共に、回転駆動機構１３により基板Ｗを回転させることによって、基板Ｗの上面の全域に対して、レーザ光による走査を行うことができる。

レーザ光源としては、図５の例ではＹＡＧレーザが用いられているが、他にも、ＣＯ₂レーザや半導体レーザ、エキシマレーザ等の他の種類のレーザ光源を用いることができる。
照射ヘッド８９に関連して、この照射ヘッド８９の先端部にガスを供給するガスノズル９９が設けられている。このガスノズル９９には、ガス供給源からのガスがガスバルブ１００を介して供給されるようになっている。ガス供給源から供給されるガスの種類としては、窒素ガス、アルゴンガスおよびヘリウムガス等の不活性ガスを挙げることができる。ガスノズル９９から照射ヘッド８９の先端部に対して上記のようなガスを供給することにより、照射ヘッド８９の先端部の雰囲気をパージすることができ、雰囲気から照射ヘッド８９を保護することができ、かつ、レーザ光により基板Ｗ表面を加熱する効率を向上することができる。

前記駆動回路７８および揺動駆動機構９８の動作およびシャッタ８３の開閉は、コントローラ３３によって制御されるようになっている。
この基板処理装置では、上述の実施形態と同様に、基板保持回転機構２によって基板Ｗを保持して回転させる一方で、薬液供給機構４から基板Ｗに薬液を供給させた後、処理液供給機構３から純水、ＩＰＡおよびリンス液を順に供給させる。その後、処理液供給機構３および薬液供給機構４から基板Ｗに薬液および処理液が供給されていない状態とし、基板保持回転機構２で基板Ｗをより高速な回転速度（たとえば２５００ｒｐｍ）で回転させた状態で、レーザ光源８６からのレーザ光を照射ヘッド８９に導いて基板Ｗに照射させ、かつ、スキャン機構９５により照射ヘッド８９を基板Ｗの上面に沿ってスキャンさせる。これにより、基板Ｗの表面に対して、レーザ光照射処理を施すことができる。その結果、基板Ｗ表面の温度が瞬間的に上昇し、これに接しているＨＦＥおよびリンス液が沸騰する。こうして、前述の第１および第２の実施形態の場合と同様に、基板Ｗ表面の液成分を短時間で排除することができる。

レーザ光照射処理の際の基板Ｗの回転速度は、基板Ｗ上の液体を遠心力によって基板Ｗ外に振り切ることができる速度とすることが好ましく、またさらに、基板Ｗに薬液や処理液を供給している際の基板Ｗの回転速度よりも高いことがより好ましい。これにより、より効率的な乾燥処理が可能になる。
以上、この発明の２つの実施形態および参考形態について説明したが、さらに他の形態も考えられる。たとえば、前述の参考形態では、１つの処理室８０内で基板Ｗに対する薬液および処理液供給処理およびレーザ照射処理を行うようにしているが、前述の第２の実施形態の例に倣って、薬液および処理液供給処理とレーザ照射処理とを別の処理室で行うようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、薬液、純水、ＩＰＡおよびＨＦＥを基板Ｗ表面に順に供給するようにしているが、フラッシュランプ３５からの閃光の照射によって基板Ｗ表面のリンス液を沸騰させて蒸気化することができるので、ＨＦＥの供給は必ずしも必要ではない。ＨＦＥを供給しない場合には、閃光の照射により、凹部５６の底部付近からリンス液が沸騰して気泡が発生し、これにより、凹部５６内のリンス液が外部に排出される。
この場合に、リンス液が、ＩＰＡのみ、純水とＩＰＡ液との混合液、またはＩＰＡとＨＦＥとの混合液であれば、これらの液は純水よりも沸点が低いので、効率的に沸騰を起こさせることができるから、凹部５６内のリンス液を確実に蒸気化して排除できる。ただし、閃光の照射によって基板Ｗ表面の純水を沸騰させて蒸気化することも可能であるので、基板ＷへのＩＰＡその他の低沸点液の供給は省かれて、純水のみをリンス液としてもよい。さらにまた、純水を基板Ｗの表面に供給した後に、ＩＰＡを供給せずにＨＦＥを供給しても差し支えない。また、純水の供給を省き、ＩＰＡをリンス液として基板Ｗの表面に供給し、その後にＨＦＥを基板Ｗに供給してもよい。さらにまた、純水およびＨＦＥの供給を省いて、ＩＰＡを基板Ｗの表面に供給した後に、閃光またはレーザ光の照射による乾燥処理を行ってもよい。

また、前述の実施形態では、フラッシュランプ３５からの閃光の照射または照射ヘッド８９からのレーザ光の照射を、基板Ｗの上方から行うようにしているが、基板Ｗのパターン形成面を下方に向けて保持することとし、フラッシュランプ３５からの閃光照射または照射ヘッド８９からのレーザ光の照射を基板Ｗの下方から行うようにしてもよい。このようにすれば、基板Ｗの表面の凹部内の液成分の排出を重力によって促進することができる。

さらにまた、前述の実施形態では、表面に微細な凹部が形成された基板Ｗを乾燥する場合について説明したが、表面に微細な凹部が形成された基板のみならず、基板の表面に残留している液成分を精密に除去したい場合（とくに分子レベルでの液成分の残留をも防ぎたい場合）にも同様の構成を好適に適用することができる。

この発明の第１の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図である。前記基板処理装置による基板処理の流れを説明するための図である。フラッシュランプからの閃光照射による乾燥処理を説明するための図解図である。この発明の第２の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図である。参考形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。

符号の説明

１処理室
２基板保持回転機構
３処理液供給機構
４薬液供給機構
７光照射部
１１回転ベース
１２回転軸
１３回転駆動機構
１４昇降機構
１５基板保持部材
１８処理液ノズル
１９処理液供給管
２１純水供給管
２２ＩＰＡ供給管
２３ＨＦＥ供給管
２４純水バルブ
２５ＩＰＡバルブ
２６ＨＦＥバルブ
３５フラッシュランプ
３６駆動回路
３７リフレクタ
３８ルーバー
４０透光板
４１光拡散板
４２薬液ノズル
４３薬液供給管
４４薬液バルブ
４６排気配管
４９開口
５０シャッタ
５５薄膜
５６凹部
５７ＨＦＥ
５８リンス液
６１第１処理室
６２第２処理室
６３基板搬送機構
６５基板保持回転機構
６６回転ベース
６７回転軸
６８基板保持部材
６９回転駆動機構
７１開口
７２シャッタ
７４ファンフィルタユニット
７５排気配管
７８駆動回路
８０処理室
８１光照射部
８２開口
８３シャッタ
８４ファンフィルタユニット
８５排気配管
８６レーザ光源
８７集光光学系
８８光伝送路
８９照射ヘッド
９０レーザ媒体
９１フラッシュランプ
９２全反射ミラー
９３一部透過ミラー
９４反射部材
９５スキャン機構
９６揺動アーム
９７回転軸
９８揺動駆動機構
９９ガスノズル
１００ガスバルブ
Ｗ基板

Claims

凹部が形成された表面にリンス液が残留している基板を前記表面を上向きにして基板保持手段で水平に保持する工程と、
前記基板保持手段に保持されている前記基板の前記表面に向けて、閃光を照射して前記基板の前記表面を加熱し、当該基板の前記表面近傍の液を沸騰させる光照射工程と、
前記光照射工程と並行して、前記基板保持手段に保持された基板を回転させる基板回転工程と、
前記光照射工程の前に、前記リンス液よりも沸点が低く、前記リンス液よりも比重の大きな液体を前記基板の前記表面に供給する工程と
を含み、
前記閃光を発生する光照射手段に前記基板の前記表面を接近させて前記光照射工程を行う、基板乾燥方法。
前記リンス液よりも沸点が低く、前記リンス液よりも比重の大きな液体が、揮発性の液体である、請求項１記載の基板乾燥方法。
前記光照射工程前および／または前記光照射工程中に、基板を回転させて当該基板表面の液成分を振り切る振り切り乾燥工程をさらに含む、請求項１または２記載の基板乾燥方法。
凹部が形成された表面にリンス液が残留している基板を前記表面を上向きにして水平に保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に対向配置され、前記基板の前記表面に向けて閃光を照射して前記基板の前記表面を加熱し、当該基板の前記表面近傍の液を沸騰させる光照射手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板の前記表面に、前記リンス液よりも沸点が低く、前記リンス液よりも比重の大きな液体を供給する低沸点液体供給手段と、
前記基板保持手段に保持された基板を回転させる基板回転手段と、
前記光照射手段から前記基板の前記表面に閃光を照射させるときに、前記基板保持手段を前記光照射手段に近づけて、前記光照射手段に前記基板の前記表面を接近させる手段と
を含む、基板乾燥装置。
前記低沸点液体供給手段は、揮発性の液体を前記基板保持手段に保持されている基板に供給するものである、請求項４記載の基板乾燥装置。
前記基板保持手段に保持された基板の前記表面に対して前記光照射手段から閃光を照射させているときに、前記基板回転手段によって基板を回転させる制御手段をさらに含む、請求項４または５記載の基板乾燥装置。
前記基板保持手段に保持された基板の前記表面に対して前記光照射手段から閃光を照射させる前および／またはその照射中に、前記基板回転手段によって、基板表面の液成分を振り切ることができる回転速度で基板を回転させる制御手段をさらに含む、請求項４または５記載の基板乾燥装置。
第１処理室と、
この第１処理室に配置され、基板を保持して回転させることにより基板表面の液成分を振り切る基板保持回転手段と、
前記基板保持手段が配置された第２処理室と、
前記第１処理室内の前記基板保持回転手段から前記第２処理室内の前記基板保持手段へと基板を搬送する基板搬送手段とをさらに含む、請求項４〜７のいずれかに記載の基板乾燥装置。