JP5153296B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、基板を略水平に保持した状態で所定の処理を行う基板処理装置および基板処理方法に関するものである。ここで、処理対象となる基板には、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ：Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板および光磁気ディスク用基板等が含まれる。また、基板に施す処理には、現像処理、エッチング処理、洗浄処理、リンス処理および乾燥処理等が含まれる。

基板を略水平に保持した状態で処理を行う基板処理装置および基板処理方法では、基板の上面にゴミやミストが落下付着したり、基板表面が空気に曝されるのを防止するために、基板の上方近接位置に、基板と略同じ大きさまたはこれより若干大きい遮断部材を配置して基板を覆うことがある。例えば、特許文献１に記載の技術では、スピンチャックにより水平保持される基板の直上に、基板と対向配置される遮断板を設けている。この遮断板は、スピンチャックと同じ回転方向、回転速度で回転駆動される。こうすることにより、従来技術では、ゴミやミスト、外気等から基板を遮断する遮断効果を得ている。

特開２００６−１７９５５０号公報（例えば段落００２１、図１）

この種の基板処理装置および基板処理方法においては、処理のスループット、すなわち単位時間当たりの基板処理枚数のさらなる向上が求められている。これを可能にする手法の１つとして、基板に処理を施すための処理ユニットを同じ設置容積内により多く設置して多数の基板を並列的に処理することが考えられる。このためには、各処理ユニットのさらなる小型化が求められる。しかしながら、上記従来技術は、装置の小型化を図る上での限界があった。その理由は、基板の搬入・搬出等のために遮断板を一時的に退避させるためのスペースを必要とすること、遮断板を回転させたり退避させたりするための駆動機構を設ける必要があることなどである。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板を略水平に保持した状態で所定の処理を行う基板処理装置および基板処理方法において、遮断板を用いた処理技術と同様の遮断効果を得ながらも、より装置の小型化に適した技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる基板処理装置は、処理チャンバ内で基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、上記目的を達成するため、処理チャンバ内で基板を略水平に保持する基板保持手段と、基板保持手段に保持された基板の略中央部の上方に配置されて放射状に気体を噴射する気体噴射手段とを備え、気体噴射手段は、外周部に前記気体を噴射するための噴射口が設けられ、上下方向における該噴射口からの気体の噴射範囲の中心線が、水平線と、前記噴射口および基板周縁を結ぶ直線との間になるように構成されて、上下方向には気体の噴射方向を所定の範囲に規制する一方、水平方向には略等方的に気体を噴射して、基板上方に、基板中央部から周縁部に向けて流れ基板表面と処理チャンバ内雰囲気との間を遮断する気流を生成することを特徴としている。

このように構成された発明では、基板の上方から、基板の略中央から周縁部に向けて上下方向には厚みが薄く、かつ水平方向には略等方的な気流が形成された状態で基板に対する処理を行うことができる。そのため、基板の上方から落下してきたゴミや、処理に伴って基板の周囲に飛散するミスト等はこの気流により基板の周縁部よりも外側に押し流される。つまり、この発明では、基板の上方でその略中央から周縁部に向けて、該基板上面を覆うように形成された気流が従来技術における遮断板と同様の役割を果たす。そして、基板の略中央上方から周囲に向けて気体を噴射させるので、気体噴射手段を基板よりも小型に構成することができ、さらに気体噴射手段を回転させる必要がないので、回転する遮断板を有する構成に比べて処理装置を大幅に簡素化、小型化することが可能となる。

より具体的には、例えば、気体噴射手段の外周部には気体を噴射するための噴射口を設ける一方、上下方向における該噴射口からの気体の噴射範囲の中心線が、水平線と、噴射口および基板周縁を結ぶ直線との間になるように構成する。このようにすれば、気流に乗ったゴミやミスト等が舞い上がることなく、かつ基板上面に付着することもなく基板周縁部よりも外側へ送り出されるので、基板へのゴミやミスト等の付着を効果的に抑制することができる。

また、気体噴射手段は、加圧された気体を一時的に貯留するバッファ空間を内部に有するとともに、略水平方向に延びるスリット状に形成された噴射口を通して、バッファ空間に貯留された気体を噴射するように構成されてもよい。このようにすれば、スリット状の噴射口から、上下方向には噴射方向が絞られ水平方向には等方的で、かつ高速に気体を噴射することができる。

例えば、気体噴射手段は、下方に向けて開口するキャビティを有する上部部材と、上部部材の開口を覆うとともにその開口端面と対向する対向面を有する下部部材とを備え、上部部材の開口端面と、下部部材の対向面とが所定のギャップを隔てて対向配置されることにより噴射口が形成されるようにすることができる。こうすることで、上部部材と下部部材とにより囲まれたキャビティ内をバッファ空間として作用させる一方、上部部材と下部部材との間のギャップをスリット状の噴射口として作用させることができる。

また、上記のように構成された基板処理装置においては、気体噴射手段の外径は、基板の外径よりも小さいことが望ましい。上述したように、本発明においては基板の略中央上方から周囲に向けて気体を噴射させることにより遮断効果を得ているので、気体噴射手段を小型に構成することが可能である。特に、気体噴射手段の外径を基板の外径よりも小さくすることができ、こうすることで、基板全体を覆う遮断板を設けた場合よりも装置を小型化することができる。気体噴射手段の外径を基板の外径の２分の１以下とすることがより好ましい。

また、気体噴射手段は、基板保持手段により保持された基板の上面略中央に向けて処理流体を吐出する流体吐出部をさらに備えてもよい。こうすることで、気流を形成するための気体噴射手段に、基板に処理流体を供給するための機能を兼備させることとなり、装置のさらなる小型化を図ることができる。

また、基板保持手段は、基板を略鉛直方向の回転軸中心に回転可能に構成されてもよい。こうすることで、基板を回転させながら処理を行うことができ、基板表面を均一に処理することができる。また基板に付着した処理流体を遠心力により基板表面から除去することも可能となる。この場合、基板の回転とともに気体噴射手段を回転させる必要がないので、気体噴射手段を設けたことが装置を大型化させることにはならない。

また、気体噴射手段は、気体として不活性ガスを噴射するようにしてもよい。このようにすれば、基板の上面近傍に不活性ガスが供給されて、基板表面が外気に触れるのを抑制することができる。

また、この発明にかかる基板処理方法は、上記目的を達成するため、処理チャンバ内で基板を略水平に保持する基板保持工程と、前記基板の略中央部上方に、外周部に気体を噴射するための噴射口を有するとともに上下方向における該噴射口からの気体の噴射範囲の中心線が、水平線と、前記噴射口および基板周縁を結ぶ直線との間になるように構成した気体噴射手段を配置し、前記噴射口から、上下方向には噴射方向を所定の範囲に規制する一方、水平方向には略等方的に気体を噴射して、基板上方に、基板中央部から周縁部に向けて流れ基板表面と処理チャンバ内雰囲気との間を遮断する気流を生成しながら、前記基板に対し所定の処理を行う処理工程とを備えることを特徴としている。このように構成された発明では、上記した基板処理装置と同様に、基板の上方から放射状に噴射した気体により気流が形成されて、基板表面へのゴミやミスト等の付着を防止することができる。また、基板上面を遮断板で覆ったり、該遮断板を回転させる必要がないので、この基板処理方法を実施するための装置を小型に構成することができる。

ここで、所定の処理が、湿式処理後に基板を乾燥させる乾燥処理を含む場合には、処理工程では、乾燥処理が完了するまでの間、気体の噴射を継続することが望ましい。こうすることで、基板表面から除去された処理液が基板に戻るのを防止することができる。またこのとき噴射する気体を不活性ガスとすると、乾燥された基板が外気に触れ酸化するのを防止することができる。

この発明によれば、基板の略中央上方から外側に向けて上下方向に薄く水平方向に略等方的に流れる気流を形成し、該気流により基板の上面を覆うようにしているので、基板上方から落下するゴミや基板周辺に飛散するミスト等が基板に付着するのを防止することができる。また、基板全体を覆う遮断板に比べて、気体を噴射するための手段（気体噴射手段）を小型に構成することができ、かつそれを回転させる等の必要がないため、装置を小型に構成することが可能となる。

図１はこの発明を好適に適用することのできる基板処理システムを示す図である。より詳しくは、図１（ａ）は基板処理システムの上面図であり、図１（ｂ）は基板処理システムの側面図である。この基板処理システムは、半導体ウエハ等の基板Ｗに対して処理液や処理ガスなどによる処理を施すための枚葉式の基板処理装置としての基板処理ユニットを複数備える処理システムである。この基板処理システムは、基板Ｗに対して処理を施す基板処理部ＰＰと、この基板処理部ＰＰに結合されたインデクサ部ＩＤ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１１，１２とを備えている。

インデクサ部ＩＤは、基板Ｗを収容するためのカセットＣ（複数の基板Ｗを密閉した状態で収容するＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）、ＳＭＩＦ（Standard Mechanical Interface）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２１と、このカセット保持部２１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２２とを備えている。

各カセットＣには、複数枚の基板Ｗが「ロット」という一単位で収容されている。複数枚の基板Ｗはロット単位で種々の基板処理システムの間に搬送され、各基板処理システムでロットを構成する各基板Ｗに対して同一種類の処理が施される。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（図示省略）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。各段の棚は、基板Ｗの下面の周縁部に接触し、基板Ｗを下方から保持する構成となっており、基板Ｗは表面（パターン形成面）を上方に向け、裏面を下方に向けたほぼ水平な姿勢でカセットＣに収容されている。

基板処理部ＰＰ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（基板搬送装置）１３と、この基板搬送ロボット１３が取付けられたフレーム３０とを有している。このフレーム３０には、図１（ａ）に示すように、水平方向に複数個（この実施形態では４個）の処理ユニット１，２，３，４が基板搬送ロボット１３を取り囲むように搭載されている。この実施形態では、処理ユニット１〜４として例えば半導体ウエハのようなほぼ円形の基板Ｗに対して所定の処理を施す処理ユニットがフレーム３０に搭載されている。また、図１（ｂ）に示すように、各処理ユニットの下段にはそれぞれもう１つの処理ユニットが設置されている。図１（ｂ）では、処理ユニット３の下段に設けられた処理ユニット３Ｂおよび処理ユニット４の下段に設けられた処理ユニット４Ｂを図示しているが、処理ユニット１および２の下段にも同様にもう１つずつの処理ユニット１Ｂおよび２Ｂが設けられ、この基板処理システムでは計８個の処理ユニットが４個ずつ２段に積層されてフレーム３０に搭載されている。

処理ユニットとしては、例えば、基板Ｗに対して薬液による薬液処理および純水などのリンス液によるリンス処理を施す薬液処理ユニットを採用することができる。以下、薬液およびリンス液を総称する場合は「処理液」という。処理ユニット１，２，３，４はそれぞれ、内部に基板Ｗに対して処理を施すための処理空間が形成された処理チャンバー１ａ，２ａ，３ａ，４ａを有する。そして、各処理チャンバー１ａ〜４ａ内で基板Ｗに処理液が供給され該基板Ｗに対して湿式処理が施される。下段に設けられた処理ユニットについても同様である。このように、この実施形態では、複数の処理ユニットの全てにおいて互いに同一種類の処理を施すようにしている。

基板搬送ロボット１３は、インデクサロボット２２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２２に受け渡すことができる。より具体的には、例えば、基板搬送ロボット１３は、当該基板処理部ＰＰのフレーム３０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回りの回転が可能であるように取付けられた回転ベースと、この回転ベースに取付けられた一対の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／離間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１３は、インデクサロボット２２および処理ユニット１〜４、１Ｂ〜４Ｂ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２２は、次に説明する制御部により指定されたカセットＣから未処理の基板Ｗを取り出して基板搬送ロボット１３に受け渡すとともに、基板搬送ロボット１３から処理済の基板Ｗを受け取ってカセットＣに収容する。処理済の基板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。また、未処理の基板Ｗを収容するカセットＣと処理済の基板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に処理済の基板Ｗが収容されるように構成してもよい。

次に、上記した基板処理システムに搭載される処理ユニットの２つの実施形態について説明する。なお、図１の基板処理システムでは、８個の処理ユニットが搭載されているが、これらの処理ユニットはいずれも以下に説明する処理ユニット１００と同一の構造とすることができる。

＜第１実施形態＞
図２は本発明にかかる基板処理装置としての処理ユニットの第１実施形態を示す図である。この処理ユニット１００は、半導体ウエハ等の基板Ｗの表面Ｗfに付着している不要物を除去するための洗浄処理に用いられる枚葉式の処理ユニットである。より具体的には、基板表面Ｗfに対してフッ酸などの薬液による薬液処理および純水やＤＩＷ（脱イオン水：deionized water）などのリンス液によるリンス処理を施した後、リンス液で濡れた基板表面Ｗfを乾燥させる装置である。なお、この実施形態では、基板表面Ｗfとはｐｏｌｙ−Ｓｉ等からなるデバイスパターンが形成されたパターン形成面をいう。

第１実施形態の処理ユニット１００は、基板表面Ｗfを上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック１０１を備えている。スピンチャック１０１は、回転支軸１１１がモータを含むチャック回転機構１５４の回転軸に連結されており、チャック回転機構１５４の駆動により回転軸Ｊ（鉛直軸）回りに回転可能となっている。回転支軸１１１の上端部には、円盤状のスピンベース１１５が一体的にネジなどの締結部品によって連結されている。したがって、装置全体を制御する制御ユニット１５１からの動作指令に応じてチャック回転機構１５４が作動することによりスピンベース１１５が回転軸Ｊ回りに回転する。また、制御ユニット１５１はチャック回転機構１５４を制御して回転速度を調整する。

スピンベース１１５の周縁部付近には、基板Ｗの周縁部を把持するための複数個のチャックピン１１７が立設されている。チャックピン１１７は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３個以上設けてあればよく、スピンベース１１５の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。チャックピン１１７のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板保持部とを備えている。各チャックピン１１７は、基板保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。

スピンベース１１５に対して基板Ｗが受渡しされる際には、複数個のチャックピン１１７を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際には、複数個のチャックピン１１７を押圧状態とする。押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン１１７は基板Ｗの周縁部を把持してその基板Ｗをスピンベース１１５から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持することができる。これにより、基板Ｗはその表面（パターン形成面）Ｗfを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で支持される。なお、基板を保持する手段としてはチャックピンによるものに限らず、基板裏面Ｗｂを吸引して基板Ｗを支持する真空チャックを用いてもよい。

このように基板Ｗを保持したスピンチャック１０１をチャック回転機構１５４により回転駆動することで基板Ｗを所定の回転速度で回転させながら、下記の処理液供給ノズルから基板表面Ｗｆに対し処理液が供給されて、所定の湿式処理（薬液処理およびリンス処理）が施される。

また、スピンチャック１０１の側方には処理液供給手段１２０が設けられている。処理液供給手段１２０は、供給ノズル１２１と、基板Ｗの中心に対向する位置とスピンチャック１０１側方の待機位置との間で供給ノズル１２１を旋回移動させる図示しない旋回機構とを備えている。そして、供給ノズル１２１は、図示しない処理液供給源に配管接続されることで、リンス液と薬液とを処理液として切り替えて供給することができる。

また、基板Ｗの略中央部の上方には、ガス噴射ヘッド２００が設けられている。ガス噴射ヘッド２００の上部には、外部の窒素ガス供給源ＧＳから圧送されてくる窒素ガスを取り込むためのガス導入口２８１および２９１が設けられている。より詳しくは、ガス導入口２８１には、外部の窒素ガス供給源ＧＳと接続され開閉バルブ１７１を介挿された配管１７２が接続されている。また、ガス導入口２９１には、窒素ガス供給源ＧＳと接続され開閉バルブ１７３を介挿された配管１７４が接続されている。開閉バルブ１７１、１７３は制御ユニット１５１により制御されたバルブ制御機構１５２によって開閉制御されており、必要に応じてバルブを開くことにより、ガス供給源ＧＳから供給される窒素ガスをガス噴射ヘッド２００へ送り込む。

ガス導入口２８１は、ガス噴射ヘッド２００の下面（基板表面Ｗｆと対向する面）で基板Ｗの略中央に向けて開口するガス吐出口２８３とガス供給路２８２により連通されている。また、ガス導入口２９１は、噴射ヘッド２００の内部に形成されたバッファ空間ＢＦに連通されている。さらに、ガス噴射ヘッド２００の側面外周部には、バッファ空間ＢＦに連通されたガス噴射口２９３が設けられている。なお、ガス噴射ヘッド２００のより詳細な構造については後で説明する。

ガス噴射ヘッド２００は図示を省略するアームによってスピンベース１１５の上方に保持される一方、該アームは制御ユニット１５１により制御されるヘッド昇降機構１５３に接続されて昇降可能に構成されている。かかる構成により、スピンチャック１０１に保持される基板Ｗの表面Ｗｆに対してガス噴射ヘッド２００が所定の間隔（例えば２〜１０ｍｍ程度）で対向位置決めされる。また、ガス噴射ヘッド２００、スピンチャック１０１、ヘッド昇降機構１５３およびチャック回転機構１５４は処理チャンバー１００ａ内に収容されている。

図３はガス噴射ヘッドを上面から見た図である。また、図４は図３のＡ−Ａ切断線から見たガス噴射ヘッドの断面図である。ガス噴射ヘッド２００は、図４に示すように、下方に向けて開口するキャビティを有するカップ状の上部部材２０１と、下部にフランジ２０２ａを設けた下部部材２０２とを組み付けて固定用ビス２１１ないし２１３によって固定した構造となっている。これらの上部部材２０１および下部部材２０２は、ステンレスやアルミニウムなどの金属によって形成され、上部部材２０１の上面にガス導入口２９１を設けるための孔が穿設される点を除けば、スピンチャック１０１の回転軸Ｊについて略回転対称な形状を有している。

上部部材２０１の開口端面２０１ａと、下部部材２０２のフランジ２０２ａの周縁部２０２ｂとは互いに対向するように形成されており、固定用ビス２１１等による上部部材２０１と下部部材２０２との結合部に例えばステンレス製のシム２２１が挟み込まれることによって、上部部材２０１の開口端面２０１ａと、下部部材２０２の周縁部２０２ｂとの間に所定のギャップが形成される。このギャップにより、ガス噴射ヘッド２００の外周面にはスリット状のガス噴射口２９３が形成される。ギャップの大きさはシム２２１の厚さによって調節することができ、例えば０．１ｍｍ程度に設定される。

また、上部部材２０１に設けられたキャビティの下向き開口部は下部部材２０２のフランジ２０２ａによりほぼ覆われる。このため、ガス噴射ヘッド２００の内部には、上部部材２０１および下部部材２０２によって囲まれたバッファ空間ＢＦが形成されている。

ガス供給源ＧＳから圧送されガス導入口２８１から導入された窒素ガスは、スピンチャック１０１の回転軸Ｊと略同軸に上部部材２０１の中心軸に穿設されたガス供給路２８２を通って上部部材２０１の下面に設けられたガス吐出口２８３から吐出される。

一方、ガス供給源ＧＳから圧送されガス導入口２９１から導入された窒素ガスは、ガス噴射ヘッド２００内に形成されたバッファ空間ＢＦに送り込まれた後、上下部材間のギャップを通って外部に向け噴射される。このとき、窒素ガスは略水平方向に延びるスリット状のガス噴射口２９３を通して押し出されるため、噴射された窒素ガスの広がりは、上下方向にはその範囲が規制される一方、水平方向（周方向）にはほぼ等方的となる。つまり、ガス噴射口２９３から窒素ガスが噴射されることにより、基板Ｗの上部には、その略中央部から周縁部に向かう薄層状の気流が形成される。特にこの実施形態では、圧送されてきたガスをいったんバッファ空間ＢＦに案内し、そこからガス噴射口２９３を通して噴射しているので、周方向において均一な噴射量が得られる。また、加圧された窒素ガスが小さなギャップを通って噴出されることにより流速が速くなり、窒素ガスは周囲に向けて勢いよく噴射される。

図５はガス噴射ヘッドから噴射されるガス流を模式的に示す図である。上記したように、ガスは水平方向には略等方的に噴射される一方、上下方向にはその噴射方向が規制される。具体的には、図５のハッチング部分に示すように、ガス噴射口２９３から噴射されたガス流は、噴射口から遠ざかるにつれて上下方向に少しずつ広がりながら周方向へ流れてゆく。以下では、この広がり角を符号θで表す一方、広がりの中心線、すなわち広がり角θの二等分線が示す方向を符号Ｄgにより表す。

こうして基板Ｗの上部をその中央付近から外側に向かって流れる気流が形成されることにより、基板Ｗの上方から落下してくるゴミＤや、処理の進行に伴って基板Ｗの周囲で発生するミストＭなどは、図５においてそれぞれ矢印で示すように、ガス流に捕捉されて外方へ押し流され、基板表面Ｗｆに付着することが防止される。

なお、基板の上方に気流を生成させてゴミやミスト等の付着を抑制するという技術に関しては、例えば特開２００６−１２０８１７号公報、特開平１１−３４５７６３号公報および特開平９−９７７５７号公報などに開示がある。しかしながら、これらの公報に記載の技術はいずれも、基板とは遠く離れた位置でガスを噴出するまたは吸引することで間接的に基板上方に気流を作り出すものであり、その効果は極めて限定的である。また、他の場所で発生したゴミやミスト等を基板の近傍に搬送してしまうおそれもある。これに対し、この実施形態では、基板Ｗの直上に配置されたガス噴射ヘッド２００に設けられたスリット状のガス噴射口２９３から加圧された窒素ガスを周囲に向け噴射させているため、基板Ｗｆの表面付近に強い外向きのガス流が形成されてミスト等を吹き飛ばすので、このような問題が生じない。

また、この実施形態では、基板Ｗの表面上方に強いガス流が形成されるため、基板表面Ｗｆに外部の雰囲気が流れ込んでくることが抑制される。つまり、ガス流は基板表面Ｗｆを外部雰囲気から遮断する作用をも有している。特に、ガス噴射ヘッド２００の下面中央に設けたガス吐出口２８３から窒素ガスなどの不活性ガスを吐出するようにすれば（図において破線矢印で示す）、基板表面Ｗｆ近傍の雰囲気はパージされて不活性ガスに置換され、基板Ｗが空気に触れて酸化するなどの問題が抑制される。

ガスの噴射方向としては、その中心線の方向Ｄgが水平方向Ｄ1と同じまたはこれより下向きで、かつ、ガス噴射口２９３と基板Ｗの周縁部とを結んだ直線の方向Ｄ2よりも上向きであることが望ましい。噴射方向が水平より上向きであると、落下してきたゴミやミスト等を舞い上げてしまい効果が薄れるおそれがある。また、方向Ｄgがガス噴射口２９３と基板Ｗの周縁部とを結んだ直線の方向Ｄ2よりも下向きであると、強いガス流が基板表面Ｗｆに吹き付けられることになり、捕捉されたミスト等を基板に付着させたり、基板表面Ｗｆに供給された処理液が吹き飛ばされて飛散したり処理の均一性が損なわれるおそれがある。

なお、ガス噴射口２９３から噴射されるガス流が基板表面Ｗｆにかかることがないようにガス噴射方向を設定した場合には、該ガス流は必ずしも不活性ガスである必要はない。そこで、例えばガス噴射方向を水平方向とし、窒素ガスに代えて乾燥空気を噴射するようにしてもよい。この実施形態では、ガス噴射ヘッド２００の周囲に設けたガス噴射口２９３およびその下部に設けたガス吐出口２８３のそれぞれから吐出されるガスをいずれも共通の窒素ガス供給源ＧＳから供給される窒素ガスとすることにより、装置構成の簡素化を図りつつ、基板Ｗを酸素やミスト等が含まれる周囲雰囲気から遮断するようにしている。

このように、本実施形態においてガス噴射ヘッド２００の周囲から噴射されるガス流は、前記した従来技術の基板処理装置において基板に対向させて設けた遮断部材と同様に、基板表面Ｗｆに向け落下してくるゴミやミスト等および外部雰囲気を基板表面から遮断する遮断機能をするものである。しかしながら、この実施形態では、基板Ｗの略中央上方に設けたガス噴射ヘッド２００から周囲に向けてガスを噴射することによって遮断機能を実現しているため、遮断部材のように基板表面全体を機械的に覆う必要はなく、ガス噴射ヘッド２００は基板Ｗの寸法より小さく形成することができる。すなわち、ガス噴射ヘッド２００の直径Ｄh（図３）を基板Ｗの直径より小さくすることができる。例えば、ガス流の流量および流速を適宜に設定すれば、ガス噴射ヘッド２００の直径Ｄhを基板Ｗの直径の半分以下としても十分な遮断機能が得られる。

このため、基板Ｗをスピンチャック１０１に対し搬入・搬出する際や、基板表面Ｗｆに処理液を供給する際にもガス噴射ヘッド２００を大きく退避させる必要がない。また、基板を回転させる際にガス噴射ヘッド２００を共に回転させる必要がない。このように、ガス噴射ヘッド２００を小型にすることができることに加えて、ガス噴射ヘッド２００を上方に退避させるためのスペースや回転させるための機構を要しないので、この実施形態では処理ユニット１００を小型に構成することができ、特にその高さを抑えることができる。また、可動部分を少なくすることができるので、処理チャンバー１００ａ内でのゴミの発生を抑えることができる。

その結果、図１（ｂ）に示すように、処理ユニットを高さ方向に多段に積み重ねて設置することが可能となり、同じ設置面積内により多くの処理ユニットを設置して並列的に処理を行うことができる。こうすることにより、この実施形態の処理ユニットを備えた基板処理システムでは、高い基板処理のスループットを得ることができる。また、処理ユニット１つ当たりの装置のフットプリントを小さくすることができる。

図６は第１実施形態における基板処理の流れを示すフローチャートである。処理の開始前には、開閉バルブ１７１および１７３はいずれも閉じられており、スピンチャック１０１は静止している。まず、基板搬送ロボット１３により１枚の基板Ｗが処理ユニット１００内に搬入されスピンチャック１０１に載置されチャックピン１１７により保持される（ステップＳ１０１；基板保持工程）。このとき、必要に応じてヘッド昇降機構１５３を作動させてガス噴射ヘッド２００をスピンチャック１０１から離間位置に移動させれば基板の搬入をよりスムーズに行うことができるが、基板とガス噴射ヘッド２００との間に十分な距離が確保されていればガス噴射ヘッド２００の移動は不要である。後述する基板搬出時においても同様である。また、この時点で供給ノズル１２１も待機位置に移動している。

まず、スピンチャック１０１を回転させながら基板表面Ｗｆに処理液供給手段１２０を用いて所定の処理液を供給して湿式処理を実行する（ステップＳ１０２、Ｓ１０３）。湿式処理の処理内容としては公知のものを適用することができるのでここでは説明を省略する。湿式処理としては、薬液処理の次にリンス処理が行われる。リンス処理では純水（または脱イオン水）を回転する基板表面Ｗｆに供給することで処理液である薬液を洗い流す。その後、基板表面Ｗｆに残る純水を除去する乾燥処理を行う（処理工程）。すなわち、供給ノズル１２１を待機位置に移動させ、基板Ｗを回転させたまま、開閉バルブ１７３を開き、ガス噴射ヘッド２００の周囲に設けられたガス噴射口２９３からのガス噴射を開始する（ステップＳ１０４）。続いて、開閉バルブ１７１を開き、ガス噴射ヘッド２００の下面に設けられたガス吐出口２８３から窒素ガスを基板表面Ｗｆに向け供給開始する（ステップＳ１０５）。

ガス噴射口２９３から供給される窒素ガスの流速は速く、しかも上下方向の噴射方向が絞られており、基板Ｗの上部において中央部から周囲に向かって放射状に流れるガスのカーテンを形成している。一方、ガス吐出口２８３から供給される窒素ガスの流速はこれより遅く、かつ基板表面Ｗｆに向けて強く吹き付ける流れとならないように流量が制限される。このため、ガス吐出口２８３から供給される窒素ガスは、ガス噴射口２９３から噴射されるカーテン状のガス層と基板表面Ｗｆとにより囲まれる空間に残存する空気をパージし該空間を窒素雰囲気に保つように作用する。そこで、ここでは、ガス噴射口２９３から供給されるガスを「カーテン用ガス」と称する一方、ガス吐出口２８３から吐出されるガスを「パージ用ガス」と称している。

こうして基板Ｗの上方にガスのカーテンを形成するとともに基板表面Ｗｆを窒素雰囲気に保った状態で、スピンチャック１０１の回転数を上げて基板Ｗを高速回転させ（ステップＳ１０６）、基板表面Ｗｆの純水を振り切ることによって基板を乾燥させる。乾燥処理の実行中においてはカーテン用ガスおよびパージ用ガスを供給し続けることによって、乾燥した基板表面Ｗｆへのミスト等の付着や酸化が防止される。乾燥処理が終了するとスピンチャック１０１の回転を停止し（ステップＳ１０７）、パージ用ガスおよびカーテン用ガスの供給を順次停止する（ステップＳ１０８、Ｓ１０９）。そして、基板搬送ロボット１３が乾燥された基板Ｗをスピンチャックから取り出しユニット外へ搬出することで（ステップＳ１１０）、１枚の基板に対する処理が完了する。また上記処理を繰り返すことにより、複数の基板を順次処理することができる。

以上のように、この実施形態では、略水平に保持した基板を回転させながら処理する処理ユニットにおいて、基板Ｗの略中央上方にガス噴射ヘッド２００を設け、基板上方に中央から外側に向かうカーテン状の強いガス流を形成している。このため、基板Ｗの近傍に飛来したゴミやミスト等はガス流に乗って基板上方から排除され基板に付着することがない。また、ガス噴射ヘッド２００は基板Ｗよりも小径とすることができ、しかも大きく退避させたり回転させる必要がないので処理ユニットを小型に構成することができる。また、カーテン状のガス流により周囲雰囲気から遮断された基板表面Ｗｆにさらに窒素ガスを供給しているので、基板表面が窒素ガス雰囲気に保たれて基板の酸化が防止される。

また、ガス噴射ヘッド２００は、窒素ガス供給源ＧＳから供給される加圧された窒素ガスをバッファ空間ＢＦに貯留し、水平方向に延びるスリット状のガス噴射口２９３から噴射する構成となっている。このような構成とすることにより、上下方向に噴射方向が規制され、かつ水平方向には等方的なガス流を比較的簡単な装置構成により実現することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明にかかる基板処理装置としての処理ユニットの第２実施形態について説明する。この実施形態は、ガス噴射ヘッドに処理液を供給するためのノズルを付加している点において第１実施形態と相違しており、この点を除けば基本的な装置構成は上記した第１実施形態と同じである。そこで、以下の説明においては、第１実施形態における構成と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴部分を重点的に説明する。

図７は本発明にかかる処理ユニットの第２実施形態を示す図である。この実施形態では、スピンチャック１０１に保持された基板Ｗの略中央上方にガス噴射ヘッド３００が設けられる。ガス噴射ヘッド３００において、符号３８２、３８３、３９２および３９３で示した部分は、それぞれ上記第１実施形態におけるガス供給路２８２、ガス吐出口２８３、ガス供給路２８３およびガス噴射口２９３に相当する構成であり、その構造や機能も第１実施形態において対応する構成のものと同等である。

ガス噴射ヘッド３００を上下方向に貫通して、さらに供給路３６１および３６３が設けられている。より詳しくは、供給路３６１の上端には、バルブ制御機構１５２により開閉制御される開閉バルブ１６１を介挿された配管１６２によってイソプロピルアルコール（isopropyl alcohol；ＩＰＡ）を液状として供給する外部のＩＰＡ供給源ＡＳに接続されている。供給路３６１の下端はガス噴射ヘッド３００の下面で基板表面Ｗｆに向けて開口し、ＩＰＡを吐出する吐出ノズル３６２を形成している。また、供給路３６３の上端には、バルブ制御機構１５２により開閉制御される開閉バルブ１６３を介挿された配管１６４によって外部の脱イオン水（deionized water；ＤＩＷ）供給源ＷＳに接続されている。供給路３６３の下端はガス噴射ヘッド３００の下面で基板表面Ｗｆに向けて開口し、ＤＩＷを吐出する吐出ノズル３６４を形成している。このように構成された第２実施形態の処理ユニットでは、薬液処理後のリンス処理に用いるリンス液およびリンス液を置換して乾燥を促進するための置換液としてのＩＰＡがガス噴射ヘッド３００から基板表面Ｗｆに供給される。

図８は第２実施形態における基板処理の流れを示すフローチャートである。基板をユニット内に搬入し、スピンチャックを回転させるところまでは上記した第１実施形態と同じである（ステップＳ２０１〜Ｓ２０２）。次いで、処理液供給手段１２０ａに設けた処理液供給ノズル１２１ａから薬液を供給して所定の薬液処理を基板に施す（ステップＳ２０３）。そして、薬液の供給を停止して供給ノズル１２１ａを待機位置に移動させるとともに開閉バルブ１６３を開くことにより、吐出ノズル２６４からＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給する（ステップＳ２０４）。これにより基板表面の薬液がＤＩＷにより洗い流される（リンス処理）。

ＤＩＷの供給を所定時間継続した後、開閉バルブ１６３を閉じることでこれを停止し（ステップＳ２０５）、替わって開閉バルブ１６１を開いて吐出ノズル３６２からＩＰＡを吐出させる（ステップＳ２０６）。ＩＰＡは基板表面Ｗｆに残留するＤＩＷに溶け込むことによってＤＩＷを置換して表面張力を低下させ、基板表面における液切れを向上させる。その後ＩＰＡの供給を停止する（ステップＳ２０７）。そして、第１実施形態と同様に、カーテン用ガスおよびパージ用ガスを順次供給開始する（ステップＳ２０８、Ｓ２０９）。基板表面に残る液体は基板の回転によって振り切られ基板表面Ｗｆが乾燥される。このとき基板表面近傍は窒素雰囲気に保たれているので、残留液が除去され露出した基板表面Ｗｆの酸化が防止される。基板表面の乾燥が終了すると、第１実施形態と同様に、基板を高速回転させた後にその回転を停止するとともに（ステップＳ２１０、Ｓ２１１）、パージ用ガス、カーテン用ガスの供給を停止し（ステップＳ２１２，Ｓ２１３）、基板を処理ユニット外に搬出して処理を終了する（ステップＳ２１４）。

以上のように、第２実施形態の処理ユニットでは、第１実施形態と同様に、基板の上方に中央部から外側に向けて放射状のガス流を形成しているので、処理中に基板表面Ｗｆに飛来してくるゴミやミスト等の基板表面への付着を防止することができる。その他、第１実施形態の説明において述べた作用効果については、この実施形態においても同様に得ることができる。また、ＤＩＷやＩＰＡを供給するためのノズルをガス噴射ヘッド３００に設けているので、処理ユニット全体をより小型に構成することができる。また、ガス噴射ヘッド３００を基板Ｗの直上に配置した状態のまま、基板Ｗの略中央にＤＩＷやＩＰＡを供給することができる。

＜その他＞
以上説明したように、上記各実施形態においては、スピンチャック１０１が本発明の「基板保持手段」として機能する一方、ガス噴射ヘッド２００、３００がそれぞれ本発明の「気体噴射手段」として機能している。また、第１実施形態におけるガス吐出口２８３、第２実施形態におけるガス吐出口３８３、吐出ノズル３６２および３６３が本発明の「流体吐出部」として機能している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記した第１実施形態のガス噴射ヘッド２００では、上部部材２０１と下部部材２０２との間にシム２２１を挟むことによって上部部材２０１の開口端面２０１ａと下部部材２０２のフランジ周縁部２０２ｂとの間にギャップを設け、スリット状のガス噴射口２９３としている。しかしながら、ガス噴射口を形成するためには例えば次のようにしてもよい。

図９はガス噴射口を形成するための構造の他の例を示す図である。より具体的には、図９（ａ）および図９（ｂ）はスリット状のガス噴射口を形成するための下部部材の形状の他の例を示す図である。図９（ａ）に示す下部部材５０１では、フランジ５０１ａの周縁部５０１ｂに放射状に複数のリブ５０２を設けている。このような形状の下部部材５０１を、第１実施形態における下部部材２０２に代えて上部部材２０１に取り付け、リブ５０２の上端を上部部材２０１の開口端面２０１ａに当接させることにより、上下部材の間にはリブ高さに相当するギャップが生まれる。このようにすれば、シムを用いることなく無調整にて所望のギャップを形成することができ、このギャップから放射状にガスを噴射させることができる。また、図９（ｂ）に示す下部部材６０１では、リブに代えて複数の突起６０２をフランジ６０１ａの周縁部６０１ｂに設けている。このようにしても同様の効果が得られる。この突起については、複数の突起の間で周方向に位置を異ならせた、いわゆる千鳥状に配置してもよい。また、これらのリブや突起については、上部部材の開口端面側に形成してもよい。

また、上記各実施形態では、ガス噴射ヘッド２００、３００をステンレスやアルミニウム等の金属により形成しているが、ガス噴射ヘッド、特に下部部材を樹脂によって形成してもよい。こうすることによって、ガス噴射ヘッドの軽量化や、耐薬品性の向上を図ることができる。このような用途に適合する樹脂材料としては、ポリエーテルエーテルケトン（polyether ether ketone；ＰＥＥＫ）、塩化ビニル（polyvinyl chloride；ＰＶＣ）およびポリクロロトリフルオロエチレン（polychlorotrifluoroethylene；ＰＣＴＦＥ）などがある。

また、上記各実施形態では、ガス噴射ヘッド下面から窒素ガスを吐出することによって基板表面近傍を窒素ガス雰囲気に保つようにしているが、基板表面近傍と外部雰囲気や飛散ミスト等とをガス流によって遮断するという本発明の基本思想を実現するにあたってこの構成は必須のものというわけではない、したがって例えば処理チャンバー内全体が不活性ガス雰囲気に制御されているような場合には、ガス噴射ヘッド下面からの窒素ガス吐出を省いたり、他の気体を吐出するようにしてもよい。

また、上記第２実施形態では、ＤＩＷおよびＩＰＡを基板に供給するための吐出ノズルをガス噴射ヘッド３００に設けているが、ガス噴射ヘッドに設けた吐出ノズルから吐出させる流体はこれらに限定されるものではない。例えば、薬液処理のための薬液を基板に供給するためのノズルをさらにガス噴射ヘッドに設けたり、これらの吐出ノズルのうち一部のみを設けるようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、ガス噴射ヘッドの側面に設けたガス噴射口および下面に設けたガス吐出口のそれぞれから、単一の窒素ガス供給源ＧＳから供給される窒素ガスを吐出するようにしているが、このような構成に限定されるものではない。例えば、ガス供給源を互いに異なるものとしてもよい。また例えば、吐出するガスを窒素ガス以外のものとしてもよいが、基板に悪影響を及ぼさないようにするためには不活性ガスであることが望ましい。ただし、前記したように、ガス噴射ヘッドの側面に設けたガス噴射口から噴射されるガスが基板表面に触れないように構成されている場合には、ガス噴射口から噴射するガスについては例えば乾燥空気など不活性ガス以外の気体を用いることが可能である。

また、上記各実施形態ではヘッド昇降機構１５３を設け、ガス噴射ヘッド２００または３００を上下動させることにより基板の搬入・搬出の利便性を高めるようにしているが、本発明の思想においてこのような機構は必須の構成ではない。例えば基板の搬入・搬出の際に搬基板送ロボット１３とガス噴射ヘッドとの干渉がなければ、ヘッド昇降機構を省いてガス噴射ヘッドを固定してもよい。このようにすることができれば、処理ユニットのさらなる小型化が可能となる。

また、上記第２実施形態ではＩＰＡの供給停止後にカーテン用ガスの供給を開始しているが、これに代えて、ＤＩＷまたはＩＰＡをガス噴射ヘッド３００から基板Ｗに供給する際にカーテン用ガスを供給開始し、ＩＰＡの供給を停止した後にパージ用ガスを供給するようにしてもよい。こうすることで、乾燥処理を行う前から基板上の空間へのゴミ等の進入を防止することができる。

この発明は、上記実施形態に限定されず、基板を略水平に保持した状態で所定の処理を行う基板処理装置および基板処理方法全般に適用することが可能である。ここで、処理対象となる基板には、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ：Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板および光磁気ディスク用基板等が含まれる。また、基板に施す処理には、現像処理、エッチング処理、洗浄処理、リンス処理および乾燥処理等が含まれる。また、上記実施形態のように複数の処理ユニットを有する基板処理システムに限らず、１組の基板保持手段およびガス噴射手段のみを備える基板処理装置に対しても、本発明を好適に適用することができる。

この発明を好適に適用することのできる基板処理システムを示す図である。 本発明にかかる処理ユニットの第１実施形態を示す図である。 ガス噴射ヘッドを上面から見た図である。 図３のＡ−Ａ切断線から見たガス噴射ヘッドの断面図である。 ガス噴射ヘッドから噴射されるガス流を模式的に示す図である。 第１実施形態における基板処理の流れを示すフローチャートである。 本発明にかかる処理ユニットの第２実施形態を示す図である。 第２実施形態における基板処理の流れを示すフローチャートである。 ガス噴射口を形成するための構造の他の例を示す図である。

符号の説明

１，２，３，４，１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，１００…処理ユニット
１ａ，２ａ，３ａ，４ａ，１００ａ…処理チャンバー
１０１…スピンチャック（基板保持手段）
２００，３００…ガス噴射ヘッド（気体噴射手段）
２０１…上部部材
２０２，５０１，６０１…下部部材
２９３…ガス噴射口
２８３，３８３…ガス吐出口（流体吐出部）
３６２，３６４…吐出ノズル（流体吐出部）
ＢＦ…バッファ空間

Claims (9)

1. 処理チャンバ内で基板に所定の処理を行う基板処理装置において、
   前記処理チャンバ内で前記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保持された基板の略中央部の上方に配置されて放射状に気体を噴射する気体噴射手段と
   を備え、
   前記気体噴射手段は、外周部に前記気体を噴射するための噴射口が設けられ、上下方向における該噴射口からの気体の噴射範囲の中心線が、水平線と、前記噴射口および基板周縁を結ぶ直線との間になるように構成されて、上下方向には気体の噴射方向を所定の範囲に規制する一方、水平方向には略等方的に気体を噴射して、前記基板上方に、基板中央部から周縁部に向けて流れ前記基板表面と前記処理チャンバ内雰囲気との間を遮断する気流を生成する
   ことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記気体噴射手段は、加圧された気体を一時的に貯留するバッファ空間を内部に有するとともに、略水平方向に延びるスリット状に形成された噴射口を通して、前記バッファ空間に貯留された気体を噴射する請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記気体噴射手段は、下方に向けて開口するキャビティを有する上部部材と、前記上部部材の開口を覆うとともに前記上部部材の開口端面と対向する対向面を有する下部部材とを備え、前記上部部材の開口端面と、前記下部部材の対向面とが所定のギャップを隔てて対向配置されることにより前記噴射口を形成する請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記気体噴射手段の外径は、前記基板の外径よりも小さい請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 前記気体噴射手段は、前記基板保持手段により保持された基板の上面略中央に向けて処理流体を吐出する流体吐出部をさらに備える請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記基板保持手段は、基板を略鉛直方向の回転軸中心に回転可能に構成された請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 前記気体噴射手段は、前記気体として不活性ガスを噴射する請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理装置。
8. 処理チャンバ内で基板を略水平に保持する基板保持工程と、
   前記基板の略中央部上方に、外周部に気体を噴射するための噴射口を有するとともに上下方向における該噴射口からの気体の噴射範囲の中心線が、水平線と、前記噴射口および基板周縁を結ぶ直線との間になるように構成した気体噴射手段を配置し、前記噴射口から、上下方向には噴射方向を所定の範囲に規制する一方、水平方向には略等方的に気体を噴射して、前記基板上方に、基板中央部から周縁部に向けて流れ前記基板表面と前記処理チャンバ内雰囲気との間を遮断する気流を生成しながら、前記基板に対し所定の処理を行う処理工程と
   を備えることを特徴とする基板処理方法。
9. 前記所定の処理は、湿式処理後に基板を乾燥させる乾燥処理を含み、前記処理工程では、前記乾燥処理が完了するまでの間、前記気体の噴射を継続する請求項８に記載の基板処理方法。

Images