JP5305792B2 - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理装置及び基板処理方法に関し、特に、基板表面に処理液を供給して基板を処理する基板処理装置及び基板処理方法に関する。

基板処理装置は、半導体装置や液晶表示装置などの製造工程において、半導体ウエハやガラス基板などの基板の表面に対して処理液を供給し、その基板表面を処理する装置である。この基板処理装置としては、例えば、基板表面から不要になったレジスト膜を剥離するレジスト剥離装置や基板表面に付着したパーティクル（粒子）を除去して洗浄する洗浄装置などが挙げられる。

このような基板処理装置の中には、複数の基板を一括して処理するバッチ式の基板処理装置や基板を一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置がある。この枚葉式の基板処理装置は、基板を水平面内で回転させながら、基板表面に沿って供給ノズルを移動させて基板表面に処理液を供給する（例えば、特許文献１参照）。なお、基板表面に供給された処理液は、基板の回転による遠心力によりその供給位置から基板の周縁に向けて拡がって流れる。
特開２００５−２６８３０７号公報

しかしながら、前述の基板処理装置では、基板処理は供給ノズルが供給を行う供給位置毎に所定時間行われるため、ある供給位置で基板処理が完了しても、その供給位置での基板処理は所定時間続けられることになる。このため、基板処理時間が長くなるので、基板処理効率が低下してしまう。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板処理効率を向上させることができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、基板処理装置において、
被処理面を有する基板を保持して回転させる回転機構と、
前記回転機構により回転する前記基板の前記被処理面に対して処理液を供給する供給ノズルと、
前記供給ノズルを前記基板の周縁に向かって並ぶ複数の供給位置に順次移動させる移動機構と、
前記被処理面における前記供給ノズルにより前記処理液が供給されている箇所の表面状態の時間的変化を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記表面状態の時間的変化が許容値以下になった場合、前記供給ノズルが次の供給位置に移動するように前記移動機構を制御する手段と、
を備えることである。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、基板処理方法において、
被処理面を有する基板を保持して回転させる工程と、
前記被処理面に対して処理液を供給する供給ノズルを前記基板の周縁に向かって並ぶ複数の供給位置に順次移動させ、回転する前記基板の前記被処理面に対して前記処理液を供給する工程と、
を有し、
前記供給する工程では、前記被処理面における前記供給ノズルにより前記処理液が供給されている箇所の表面状態の時間的変化を検出し、検出した前記表面状態の時間的変化が許容値以下になった場合、前記供給ノズルを次の供給位置に移動させることである。

本発明によれば、基板処理時間を短縮し、基板処理効率を向上させることができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１及び図２を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置１は、処理室となる処理ボックス２と、その処理ボックス２内に設けられたカップ３と、そのカップ３内に設けられ基板Ｗを水平状態で保持する保持テーブル４と、その保持テーブル４を水平面内で回転させる回転機構５と、保持テーブル４上の基板Ｗに対して処理液を供給する供給ノズル６と、その供給ノズル６を基板Ｗの表面である被処理面に沿って移動させる移動機構７と、保持テーブル４上の基板Ｗの表面状態変化を検出する検出部８と、供給ノズル６に処理液を供給する液体供給部９と、供給ノズル６に気体を供給する気体供給部１０と、各部を制御する制御部１１とを備えている。

処理ボックス２は、カップ３や保持テーブル４、供給ノズル６、検出部８などを収容している。この処理ボックス２の上部には、ダウンフロー用のフィルタ付きファン２ａが設けられている。このファン２ａは制御部１１に電気的に接続されており、その駆動が制御部１１により制御される。

カップ３は、円筒形状に形成されており、その内部に保持テーブル４を収容する。このカップ３の周壁の上部は径方向の内側に向かって傾斜している。また、保持テーブル４は、カップ３の内部であってその上部側に水平面内で回転可能に設けられており、挟持部材４ａにより基板Ｗを着脱可能に保持する。

回転機構５は、保持テーブル４に連結された回転軸５ａと、その回転軸５ａを回転させる駆動源となるモータ５ｂとを有している。このモータ５ｂは制御部１１に電気的に接続されており、その駆動が制御部１１により制御される。回転機構５は、モータ５ｂにより回転軸５ａをＲ方向（図１中）に回転させ、保持テーブル４を基板Ｗの被処理面に交差する回転軸５ａまわりに回転させる。

供給ノズル６は、保持テーブル４の上方に移動可能に配置されており、保持テーブル４上の基板Ｗに対して処理液を供給する。例えば、供給ノズル６は二流体を使用する二流体ノズルである。この供給ノズル６は、第一流体として処理液が供給される中央流路となる内筒やその内筒を収容して第二流体として気体が供給されるリング状の流路となる外筒などを有しており、外筒のノズル孔から排出される気体により内筒のノズル孔から処理液を液滴化（霧化）して噴射する。なお、供給ノズル６としては、二流体を使用する二流体ノズルが用いられているが、これに限るものではなく、例えば、液体だけを供給する一流体ノズルが用いられてもよい。

移動機構７は、供給ノズル６を支持するアーム７ａと、そのアーム７ａに連結された回転軸７ｂと、その回転軸７ｂを回転させる駆動源となるモータ７ｃとを有している。このモータ７ｃは制御部１１に電気的に接続されており、その駆動が制御部１１により制御される。移動機構７は、モータ７ｃにより回転軸７ｂをＲ方向（図１中）に回転させ、アーム７ａを介して供給ノズル６を基板Ｗの被処理面に沿って基板Ｗの半径方向であるＸ方向（図１中）に移動させる。なお、移動機構７は供給ノズル６を上下方向であるＺ軸方向（図１中）に移動させる機構も有している。

検出部８は、供給ノズル６と共に移動可能に供給ノズル６の側面に固定されて設けられており、保持テーブル４上の基板Ｗの被処理面、すなわち処理液が供給されている箇所の被処理面の表面状態変化を検出する。この検出部８は制御部１１に電気的に接続されており、検出した表面状態変化を検出信号として制御部１１に送信する。なお、検出部８としては、例えば、レーザ変位センサが用いられる。この検出部８は、基板Ｗの被処理面上のレジスト膜の膜厚変化を検出したり、あるいは、基板Ｗの被処理面の反射率変化を検出したりする。

なお、被処理面の表面状態変化を検出する際には、被処理面において処理液が直接供給されている範囲内、すなわち供給ノズル６から噴射された処理液が直接当たる衝突範囲内を検出することが望ましいが、そのように検出部８を設置することが困難である場合などには、その範囲に隣接する箇所を検出するようにしてもよい。

液体供給部９は、液体供給流路となる配管９ａとその配管９ａの流路途中に設けられたバルブ９ｂとを介して供給ノズル６に接続されており、その供給ノズル６に液体を供給する。バルブ９ｂは制御部１１に電気的に接続されており、その駆動が制御部１１により制御される。ここで、基板Ｗに対する処理がレジスト膜を除去するレジスト剥離処理である場合には、液体として例えば硫酸などのレジスト剥離液が供給ノズル６に供給され、その処理がパーティクルを除去する洗浄処理である場合には、液体として例えば純水などの洗浄液が供給ノズル６に供給される。

気体供給部１０は、気体供給流路となる配管１０ａとその流路途中に設けられたバルブ１０ｂとを介して供給ノズル６に接続されており、その供給ノズル６に気体を供給する。バルブ１０ｂは制御部１１に電気的に接続されており、その駆動が制御部１１により制御される。ここで、基板Ｗに対する処理がレジスト膜を除去するレジスト剥離処理である場合には、気体として例えばオゾンガスや窒素ガス、空気などのガスが供給ノズル６に供給され、その処理がパーティクルを除去する洗浄処理である場合には、気体として例えば窒素ガスなどの不活性ガスが供給ノズル６に供給される。

制御部１１は、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータと、基板処理に関する基板処理情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部とを備えている。この制御部１１は、基板処理情報や各種プログラムに基づいて、回転機構５により保持テーブル４を回転させ、その状態で移動機構７により供給ノズル６を基板Ｗの周縁（外縁）に向かって並ぶ複数の供給位置に順次移動させながら、その供給ノズル６から処理液を回転する基板Ｗの被処理面上に供給し、基板処理を行う。なお、各供給位置は基板Ｗの回転半径方向にほぼ沿って並んでいる。

次に、前述の基板処理装置１が行う基板処理動作（基板処理方法）について説明する。

図２に示すように、まず、制御部１１は、移動機構７により基板Ｗの中央付近に対向する供給開始位置まで供給ノズル６を移動させ（ステップＳ１）、回転機構５により保持テーブル４の回転を開始し、保持テーブル４上の基板Ｗを回転させる（ステップＳ２）。

その後、制御部１１は、バルブ９ｂ及びバルブ１０ｂを開け、回転する基板Ｗの被処理面に対して供給ノズル６により処理液を噴射して供給し、基板Ｗに対する処理液の供給を開始する（ステップＳ３）。

次いで、制御部１１は、検出部８により基板Ｗの表面状態変化、すなわち基板Ｗの被処理面において処理液が供給されている箇所の被処理面の表面状態変化を検出し（ステップＳ４）、その表面状態変化が許容値以下になったか否かを判断する（ステップＳ５）。ここで、許容値としては、例えば、表面状態変化が無くなった状態を示すゼロや表面状態変化が許容できる程度に微小になった状態を示す所定値が設定されている。

表面状態変化が許容値以下になっていないと判断した場合には（ステップＳ５のＮＯ）、処理をステップＳ４に戻す。これにより、供給ノズル６の真下付近の基板表面状態が変化しなくなるまで、同じ供給位置に処理液の供給が続けられる。

一方、表面状態変化が許容値以下になったと判断した場合には（ステップＳ５のＹＥＳ）、供給ノズル６を現在の供給位置から次の供給位置に移動させ（ステップＳ６）、全ての供給位置での基板処理が完了したか否かを判断する（ステップＳ７）。

全ての供給位置での基板処理が完了していないと判断した場合には（ステップＳ７のＮＯ）、処理をステップＳ４に戻し、ステップＳ４〜ステップＳ６を繰り返す。これにより、各供給位置での基板処理の終了タイミングに応じて、供給ノズル６は現在の供給位置から次の供給位置に移動する。

一方、全ての供給位置での基板処理が完了したと判断した場合には（ステップＳ７のＹＥＳ）、バルブ９ｂ及びバルブ１０ｂを閉じ、供給ノズル６による基板Ｗに対する処理液の供給を停止し（ステップＳ８）、さらに、回転機構５による基板Ｗの回転を停止する（ステップＳ９）。

このようにして、基板処理中には、供給位置での表面状態変化が検出され、その表面状態変化が許容値以下になった場合、その供給位置での基板処理が終了したと判断される。これにより、各供給位置での基板処理の終了タイミング（エンドポイント）を認識することが可能になるので、各供給位置での基板処理の完了に応じて供給ノズル６を次の供給位置に移動させることができる。したがって、ある供給位置での基板処理が完了しているのに関わらず、その供給位置での基板処理を継続するようなことが無くなり、基板処理時間が短縮されるので、基板処理効率を向上させることができる。

特に、基板Ｗの被処理面の中央付近に供給された処理液は遠心力作用によりその周縁に流れるため、被処理面の全面で処理は進行することから、供給ノズル６が移動して基板Ｗの周縁に近づくほど、その供給位置での基板処理時間は短くて済むことになる。このとき、前述のように各供給位置での基板処理の終了タイミングが認識されるので、各供給位置での基板処理を必要最小限の時間で行うことができる。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、供給ノズル６により処理液が供給されている箇所の被処理面の表面状態変化を検出し、検出した表面状態変化が許容値以下になった場合、供給ノズルを次の供給位置に移動させることによって、各供給位置での基板処理の終了タイミングを認識し、その終了タイミングに応じて供給ノズル６を次の供給位置に移動させることが可能となる。これにより、供給ノズル６は各供給位置での基板処理の完了に応じて次の供給位置に移動することになる。

したがって、ある供給位置での基板処理完了後も、その供給位置での基板処理を継続するようなことが無くなり、基板処理時間を短縮することが可能となるので、基板処理効率を向上させることができる。さらに、基板処理時間の短縮により、使用する液体や気体などの量を低減することが可能になるので、製造コストを抑えることもできる。加えて、表面状態変化を検出すればよく、表面状態を判断するために絶対値を用いる場合に比べ、被処理面の表面状態を容易にかつ正確に判断することができる。

また、表面状態変化として被処理面に積層されたレジスト膜の膜厚変化を検出したり、あるいは、表面状態変化として被処理面の反射率変化を検出したりすることによって、表面状態変化の検出を容易にかつ正確に行うことができ、さらに、検出部８としてレーザ変位計を用いることが可能となるので、検出部８として複雑な構成を用いる必要がなく、基板処理装置１の構成を簡略化することができる。また、レジスト膜の膜厚の絶対値あるいは反射率の絶対値を測定する場合に比べ、あくまでも膜厚変化や反射率変化を検出すればよいので、被処理面の表面状態を容易にかつ正確に判断することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図３を参照して説明する。本発明の第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第２の実施の形態においては、第１の実施の形態で説明した部分と同じ部分の説明を省略する。

図３に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る検出部８は、保持テーブル４上の基板Ｗの被処理面を撮像する撮像部である。この検出部８は処理ボックス２の天井面に設けられており、保持テーブル４上の基板Ｗの表面状態を撮像することが可能である。なお、撮像部としては、例えば、ＣＣＤカメラが用いられる。

ここで、被処理面の表面状態変化は、撮像部により撮像された画像を画像処理して画像変化（例えば、色変化あるいは輝度変化）として検出される。この画像変化は、例えばレジスト膜の膜厚変化や被処理面の反射率変化などの変化を示す。例えば、画像変化の一つである干渉縞の色変化は、レジスト膜の膜厚変化を示す。画像変化が許容値以下になった場合、制御部１１は移動機構７により供給ノズル６を次の供給位置に移動させる。なお、撮像画像は画像処理されて前回の画像と比較され、画像変化が許容値以下であるか否かが判断される。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。特に、表面状態変化として被処理面の画像変化を検出することから、表面状態を判断するために絶対値を用いる場合に比べ、被処理面の表面状態を容易にかつ正確に判断することができる。さらに、検出部８として撮像部を用いることが可能となるので、検出部８として複雑な構成を用いる必要がなく、基板処理装置１の構成を簡略化することができる。

（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前述の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示す基板処理装置が行う基板処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置の概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 基板処理装置
５ 回転機構
５ａ 回転軸
６ 供給ノズル
７ 移動機構
８ 検出部
Ｗ 基板

Claims (8)

1. 被処理面を有する基板を保持して回転させる回転機構と、
   前記回転機構により回転する前記基板の前記被処理面に対して処理液を供給する供給ノズルと、
   前記供給ノズルを前記基板の周縁に向かって並ぶ複数の供給位置に順次移動させる移動機構と、
   前記被処理面における前記供給ノズルにより前記処理液が供給されている箇所の表面状態の時間的変化を検出する検出部と、
   前記検出部により検出された前記表面状態の時間的変化が許容値以下になった場合、前記供給ノズルが次の供給位置に移動するように前記移動機構を制御する手段と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記検出部は、前記表面状態の時間的変化として前記被処理面に積層されたレジスト膜の膜厚変化を検出することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記検出部は、前記表面状態の時間的変化として前記被処理面の反射率変化を検出することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
4. 前記検出部は、前記表面状態の時間的変化として前記被処理面の画像変化を検出することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
5. 被処理面を有する基板を保持して回転させる工程と、
   前記被処理面に対して処理液を供給する供給ノズルを前記基板の周縁に向かって並ぶ複数の供給位置に順次移動させ、回転する前記基板の前記被処理面に対して前記処理液を供給する工程と、
   を有し、
   前記供給する工程では、前記被処理面における前記供給ノズルにより前記処理液が供給されている箇所の表面状態の時間的変化を検出し、検出した前記表面状態の時間的変化が許容値以下になった場合、前記供給ノズルを次の供給位置に移動させることを特徴とする基板処理方法。
6. 前記供給する工程では、前記表面状態の時間的変化として前記被処理面に積層されたレジスト膜の膜厚変化を検出することを特徴とする請求項５記載の基板処理方法。
7. 前記供給する工程では、前記表面状態の時間的変化として前記被処理面の反射率変化を検出することを特徴とする請求項５記載の基板処理方法。
8. 前記供給する工程では、前記表面状態の時間的変化として前記被処理面の画像変化を検出することを特徴とする請求項５記載の基板処理方法。

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