JP6080291B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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Description

この発明は、基板処理方法および基板処理装置に関する。処理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、セラミック基板、太陽電池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、基板を1枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置は、基板をほぼ水平に保持しつつ、その基板を回転させるスピンチャックと、このスピンチャックによって回転される基板の表面に処理液を供給するためのノズルとを備えている。
このような基板処理装置を用いた基板処理では、たとえば、回転状態の基板の表面に薬液および純水が順次供給され、薬液処理およびリンス処理が順次行われる。その後、基板の表面にイソプロピルアルコール(isopropyl alcohol:IPA)液が供給される。IPA液の供給が行われた後、その基板上にIPA液が液膜を形成して滞留した状態(パドル状態)が維持される。そして、パドル状態から、基板の回転速度が上昇されて、その基板上のIPA液を振り切るスピンドライ処理が行われる。
このような一連の処理において、たとえば特許文献1では、リンス処理の実行後IPA液の液膜の形成に先立って、基板の表面全域を覆う純水の液膜を形成する手法が提案されている。
特開2009−212408号公報
特許文献1に記載された手法によると、リンス処理の実行後に、ノズルから純水吐出を吐出させつつ、基板の回転速度をリンス時の回転速度から零または低速まで減速させる。ノズルから基板の表面中央部に供給された純水には零または小さな遠心力しか作用しなくなるため、基板の表面に純水が滞留してパドル状態の液膜が形成される。次に、この純水の液膜に含まれる純水をIPA液で置換することにより、基板の表面にパドル状態のIPA液の液膜を形成する。IPA液の液膜を純水の液膜から形成するため、IPA液を省液することができる。
しかし、基板の表面特性や大きさ等によっては、基板の全面をパドル状態の純水の液膜で覆うことが困難なことがある。たとえば基板の表面が疎水性を示していると、基板表面に対する純水の接触角が大きくなるため、基板の表面に純水で覆われない部分が生じるおそれがある。とくに、基板の周縁部上では純水で覆われない部分が生じやすい。大型基板(たとえば、外径450mmの円形基板)の場合、この傾向が顕著になる。
基板の表面にパドル状態の純水液膜を形成する作業は、基板の回転速度を高速度から低速度まで減速させる工程を伴うが、上記のように疎水性が高い基板や大径の基板を使用する場合、減速に時間をかけないと基板表面の液膜に亀裂が生じて基板表面が露出するおそれがある。基板の回転速度を長時間かけて減速させるため、パドル状態の液膜の完成までに長い時間がかかるという問題があった。本作業が長くなると全体の処理時間も長くなるため、装置のスループットが低下する。
そこで、この発明の目的は、水を含む液膜で基板の表面の全域をパドル状に覆うことができるとともに、当該パドル状の液膜を短時間で完成することができる、基板処理方法および基板処理装置を提供することである。
前記の目的を達成するための請求項1に記載の発明は、基板保持手段(3)によって保持されている基板(W)をリンス速度で回転させつつ、当該基板の表面にリンス液を供給し、前記基板の表面の全域にリンス液を行き渡らせるリンス工程(S4)と、前記リンス工程の後に実行され、前記基板保持手段によって保持されている基板の回転速度を前記リンス速度から当該リンス速度よりも遅い混合液パドル速度に減速させつつ、水と、水よりも低い表面張力を有する有機溶媒とを当該基板の表面に供給することにより、当該基板の表面の全域を覆う、水と前記有機溶媒との混合液の液膜(50)をパドル状に形成する混合液液膜形成工程(S5)と、前記基板保持手段によって保持されている基板の表面に前記有機溶媒を供給することにより、前記混合液の液膜に含まれる水と前記有機溶媒との混合液を、前記有機溶媒に置換させる有機溶媒置換工程(S6)とを含む、基板処理方法である。
なお、この項において、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の参照符合を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。
この発明の方法によれば、水と有機溶媒とを基板の表面に供給しつつ、基板の回転速度をリンス工程時よりも遅い混合液パドル速度に減速する。有機溶媒が低い表面張力を有するため、水と有機溶媒との混合液も比較的低い表面張力を有している。そのため、基板の表面に供給された水と有機溶媒との混合液は、基板の表面上を良好に広がり、基板の周縁部上も水を含むパドル状の液膜で覆われる。これにより、基板の表面の全域を、水を含む状態の液膜で短時間で覆うことができる。また、使用する水を省液することもできる。
請求項2に記載のように、前記水と前記有機溶媒との混合液は、水1に対し0.05以上の流量の前記有機溶媒を混合して生成されていてもよい。
このDIW/IPA混合液は、DIWの60〜70%程度の表面張力しか有していないため基板Wの表面上を良好に広がり、基板Wの周縁部上もDIW/IPA混合液でカバレッジされるようになる。よって、基板Wを急減速させても基板W表面で液膜に亀裂(液切れ)が生じて気液界面が露出することがない。したがって、基板Wの全面を覆う液膜を短時間で形成することができる。
前記リンス液は、請求項3に記載のように水であってもよい。また、前記リンス液は、水および有機溶媒であってもよい。
請求項4に記載の発明は、前記混合液液膜形成工程において、水および有機溶媒の供給は、前記リンス速度からの基板の減速開始に先立って開始される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理方法である。
この発明の方法によれば、減速開始から液膜が形成されるまでの時間を短縮することができる。また、基板上の液膜に対してリンス工程時から混合液液膜形成工程時にかけて液が途切れなく供給されることになるため、減速時において液膜に亀裂がより生じにくくなる。
また、請求項5に記載のように、前記混合液液膜形成工程は、前記基板保持手段によって保持されている基板の回転速度を、3段階以上の複数段階で減速させる工程を含んでいてもよい。
請求項6に記載のように、前記有機溶媒液膜形成工程は、前記基板保持手段によって保持されている基板を有機溶剤パドル速度で回転させる工程を含み、前記混合液パドル速度は前記有機溶剤パドル速度よりも速くてもよい。
液膜中の有機溶媒液膜の濃度が高くなれば表面張力が増すため基板を高速で回転させても液膜に亀裂は生じにくい。有機溶媒液膜形成工程時には液膜に有機溶媒が加えられて有機溶媒の濃度が高くなっているため、この方法のように、有機溶媒液膜形成工程時の基板を混合液液膜形成工程時よりも高速で回転させても、液膜に亀裂を生じさせることなくパドル状の液膜を維持することができる。
また、請求項7に記載のように、前記基板保持手段に保持される基板は、その表面に疎水性面が形成されていてもよい。
この発明の方法によれば、基板の表面が疎水性を示していると、基板表面に対する液の接触角が大きくなる。その結果、基板の表面に処理液で覆われない部分が生じるおそれがある。しかしながら、水と表面張力の低い有機溶媒との混合液とを用いて基板の表面に液膜を形成するので、基板の表面が疎水性を示す場合であっても、基板の表面に、その表面の全域を覆うパドル状の液膜を形成することができる。
前記の目的を達成するための請求項8に記載の発明は、基板(W)を保持する基板保持手段(3)と、前記基板保持手段によって保持されている基板を回転させるための基板回転手段(8)と、前記基板保持手段によって保持されている基板の表面にリンス液を供給するためのリンス液供給手段(5)と、前記基板保持手段によって保持されている基板の表面に、水と、水よりも低い表面張力とを有する有機溶媒とを供給するための水/有機溶媒供給手段(4)と、前記基板保持手段によって保持されている基板の表面に前記有機溶媒を供給するための有機溶媒供給手段(6)と、前記基板回転手段、前記リンス液供給手段、前記水/有機溶媒供給手段および前記有機溶媒供給手段を制御して、前記基板保持手段によって保持されている基板をリンス速度で回転させつつ、当該基板の表面にリンス液を供給し、前記基板の表面の全域にリンス液を行き渡らせるリンス工程と、前記基板保持手段によって保持されている基板の回転速度を前記リンス速度から当該リンス速度よりも遅い混合液パドル速度に減速させつつ、水および前記有機溶媒を当該基板の表面に供給することにより、当該基板の表面の全域を覆う、水と前記有機溶媒との混合液の液膜(50)をパドル状に形成する混合液液膜形成工程と、前記基板保持手段によって保持されている基板の表面に前記有機溶媒を供給することにより、前記混合液の液膜に含まれる水と前記有機溶媒との混合液を有機溶媒に置換させる有機溶媒置換工程とを実行する制御手段(40)とを含む、基板処理装置である。
この構成によれば、請求項1に関連して説明した作用効果と同等の作用効果を奏することができる。
請求項9記載の発明は、前記水/有機溶媒供給手段は、前記基板保持手段に保持されている基板の表面に、水と前記有機溶媒との混合液を吐出するための混合液ノズル(4)を含む、請求項8に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、水と有機溶媒との混合液が、混合液ノズルから基板の表面に供給される。また、基板の回転速度が混合液パドル速度に減速される。これにより、基板の表面に、水と有機溶媒との混合液の液膜を良好に形成することができる。
請求項10記載の発明は、前記水/有機溶媒供給手段は、前記基板保持手段に保持されている基板の表面に水を吐出するための水ノズル(5)と、前記基板保持手段に保持されている基板の表面に有機溶媒を吐出するための有機溶媒ノズル(6)とを含む、請求項8に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、水ノズルから基板の表面に水が供給される。また、有機溶媒ノズルから基板の表面に有機溶媒が吐出される。また、基板の回転速度が混合液パドル速度に減速される。これにより、基板の表面に、水と有機溶媒との混合液の液膜を良好に形成することができる。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を模式的に示す図である。 図1に示す基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。 図1に示す基板処理装置によって実行される洗浄処理の処理例を示す工程図である。 図3の処理例における基板の回転数の変化を示す図である。 図3の処理例を説明するための模式的な図である。 図5Cに続く工程を説明するための模式的な図である。 パドル試験の結果を示す図である。 DIW/IPA混合液の供給流量およびIPA混合比と、液膜形成時間との関係を示すグラグである。
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、本発明の一実施形態に係る基板処理装置1の構成を模式的に示す断面図である。
この基板処理装置1は、半導体ウエハ等の基板Wの表面に対して、洗浄処理を施すための枚葉型の装置である。
基板処理装置1は、隔壁(図示しない)により区画された処理室2内に、基板Wを保持して回転させるスピンチャック3と、スピンチャック3に保持されている基板Wの表面(上面)に薬液を供給するための薬液ノズル7と、スピンチャック3に保持されている基板Wの表面(上面)に、低表面張力を有する有機溶媒の一例としてのイソプロピルアルコール(isopropyl alcohol:IPA)液と水の一例としてのDIW(脱イオン水)との混合液(以下、単に「IPA/DIW混合液」という場合がある)を供給するための混合液ノズル(水/有機溶媒供給手段)4と、スピンチャック3に保持されている基板Wの表面(上面)に、DIWを供給するための水ノズル(リンス液供給手段)5と、スピンチャック3に保持されている基板Wの表面(上面)に、IPA液を供給するための有機溶媒ノズル(有機溶媒供給手段)6とを備えている。
スピンチャック3として、たとえば挟持式のものが採用されている。具体的には、スピンチャック3は、スピンモータ(基板回転手段)8と、このスピンモータ8の駆動軸と一体化されたスピン軸(図示しない)と、スピン軸の上端にほぼ水平に取り付けられた円板状のスピンベース9と、スピンベース9の周縁部の複数箇所にほぼ等角度間隔で設けられた複数個の挟持部材10とを備えている。そして、複数個の挟持部材10は、基板Wをほぼ水平な姿勢で挟持する。この状態で、スピンモータ8が駆動されると、その駆動力によってスピンベース9が所定の回転軸線(鉛直軸線)Cまわりに回転され、そのスピンベース9とともに、基板Wがほぼ水平な姿勢を保った状態で回転軸線Cまわりに回転される。
なお、スピンチャック3としては、挟持式のものに限らず、たとえば、基板Wの裏面を真空吸着することにより、基板Wを水平な姿勢で保持し、さらにその状態で回転軸線Cまわりに回転することにより、その保持した基板Wを回転させる真空吸着式のものが採用されてもよい。
混合液ノズル4は、たとえば、連続流の状態でDIW/IPA混合液を吐出するストレートノズルである。混合液ノズル4は、その吐出口を下方に向けた状態で、ほぼ水平に延びる第1液アーム11の先端に取り付けられている。
混合液ノズル4にDIW/IPA混合液を供給するための混合液供給機構30は、DIWと/IPA液とを混合させるための混合部18と、混合部18と混合液ノズル4との間に接続された混合液供給管17とを備えている。混合部18には、第1水供給管19および第1有機溶媒供給管20が接続されている。第1水供給管19にはDIW供給源(図示しない)から、DIWが供給される。一方、第1有機溶媒供給管20には、IPA供給源(図示しない)から、IPA液が供給される。第1水供給管19の途中部には、第1水バルブ21が介装されている。また、第1有機溶媒供給管20の途中部には、第1有機溶媒バルブ22および流量調節バルブ23が介装されている。
第1水バルブ21および第1有機溶媒バルブ22が開かれると、第1水供給管19からのDIWおよび第1有機溶媒供給管20からのIPA液が混合部18に流入し、それらが混合部18から混合液供給管17へと流出する。DIWおよびIPA液は、混合液供給管17を流通する過程で混合され、十分に混合されたDIW/IPA混合液が混合液供給管17を通して混合液ノズル4に供給される。
水ノズル5は、たとえば、連続流の状態でDIWを吐出するストレートノズルである。水ノズル5は、その吐出口を下方に向けた状態で、ほぼ水平に延びる第1液アーム11の先端に取り付けられている。水ノズル5は、混合液ノズル4と近接した状態で第1液アーム11に取り付けられている。
水ノズル5には、DIW供給源からのDIWが供給される第2水供給管24が接続されている。第2水供給管24の途中部には、水ノズル5からのDIWの供給/供給停止を切り換えるための第2水バルブ25が介装されている。
混合液ノズル4および水ノズル5が取り付けられた第1液アーム11は、スピンチャック3の側方でほぼ鉛直に延びた第1液アーム支持軸12に支持されている。第1液アーム支持軸12には、第1液アーム揺動機構13が結合されており、第1液アーム揺動機構13の駆動力によって、第1液アーム支持軸12を回転させて、混合液ノズル4が基板Wの回転中心(回転軸線C)上に配置された位置、水ノズル5が基板Wの回転中心(回転軸線C)上に配置された位置、および混合液ノズル4および水ノズル5が基板Wに対向しない所定位置(ホームポジション)間で、第1液アーム11を揺動させることができるようになっている。
有機溶媒ノズル6は、たとえば、連続流の状態でIPA液を吐出するストレートノズルである。有機溶媒ノズル6は、その吐出口を下方に向けた状態で、ほぼ水平に延びる第2液アーム14の先端に取り付けられている。第2液アーム14は、スピンチャック3の側方でほぼ鉛直に延びた第2液アーム支持軸15に支持されている。第2液アーム支持軸15には、第2液アーム揺動機構16が結合されており、第2液アーム揺動機構16の駆動力によって、第2液アーム支持軸15を回転させて、有機溶媒ノズル6が基板Wの回転中心(回転軸線C)上に配置された位置と当該有機溶媒ノズル6が基板Wに対向しない所定(ホームポジション)との間で、第2液アーム14を揺動させることができるようになっている。
有機溶媒ノズル6には、IPA液供給源からのIPA液が供給される第2有機溶媒供給管26が接続されている。第2有機溶媒供給管26の途中部には、有機溶媒ノズル6からのIPA液の供給/供給停止を切り換えるための第2有機溶媒バルブ27が介装されている。
薬液ノズル7は、たとえば、連続流の状態で薬液を吐出するストレートノズルであり、スピンチャック3の上方で、その吐出口を基板Wの回転中心付近に向けて固定的に配置されている。薬液ノズル7には、薬液供給源からの薬液が供給される薬液供給管28が接続されている。薬液供給管28の途中部には、薬液ノズル7からの薬液の供給/供給停止を切り換えるための薬液バルブ29が介装されている。
また、薬液ノズル7は、スピンチャック3に対して固定的に配置されている必要はなく、たとえば、スピンチャック3の上方において水平面内で揺動可能なアームに取り付けられて、このアームの揺動により基板Wの表面における薬液の着液位置がスキャンされる、いわゆるスキャンノズルの形態が採用されてもよい。あるいは、上述の有機溶媒ノズル6等のように、基板Wの回転中心(回転軸線C)上に配置された位置と基板Wに対向しない位置(ホームポジション)との間で、薬液ノズル7を揺動させるようにしてもよい。
図2は、基板処理装置1の電気的構成を示すブロック図である。
基板処理装置1は、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置40を備えている。制御装置40は、予め定められたプログラムに従って、スピンモータ8、第1液アーム揺動機構13、第2液アーム揺動機構16などの動作を制御する。さらに、制御装置40は、第1水バルブ21、第1有機溶媒バルブ22、第2水バルブ25、第2有機溶媒バルブ27、薬液バルブ29等の開閉動作を制御するとともに、流量調節バルブ23の開度を制御する。
図3は、基板処理装置1によって実行される洗浄処理の処理例を示す工程図である。図4は、薬液処理工程からスピンドライに至る各工程における基板Wの回転数の変化を示す図である。また、図5A〜図5Dは、リンス工程からスピンドライに至る各工程を説明するための図解的な図である。
以下、図1〜図5Dを参照しつつ、洗浄処理の処理例について説明する。
洗浄処理に際しては、搬送ロボット(図示しない)が制御されて、処理室2(図1参照)内に未処理の基板Wが搬入される(ステップS1)。この基板Wは大型基板(たとえば、外径450mmの円形基板)であってもよい。基板Wは、その表面を上方に向けた状態でスピンチャック3に受け渡される。このとき、基板Wの搬入の妨げにならないように、混合液ノズル4、水ノズル5および有機溶媒ノズル6は、それぞれホームポジションに配置されている。
スピンチャック3に基板Wが保持されると、制御装置40はスピンモータ8を制御して、基板Wを回転開始させる(ステップS2)。基板Wは予め定める薬液処理速度(たとえば300〜1000rpm。典型的には500rpm)まで上昇され、その薬液処理速度に維持される。
次に、制御装置40は、薬液バルブ29を開いて、薬液ノズル7から基板Wの回転中心付近に向けて薬液を供給する(ステップS3:薬液処理工程)。薬液としては例えばふっ酸(HF)、ふっ硝酸(ふっ酸と硝酸(HNO)との混合液)、またはフッ化アンモニウムなどが用いられる。このような薬液が使用される場合、薬液処理後の基板Wの表面は疎水性を示すようになる。
薬液ノズル7から供給された薬液は、基板Wの回転による遠心力を受けて、基板Wの表面上を基板Wの周縁に向けて流れる。これにより、基板Wの表面の全域に薬液が供給され、基板Wに薬液を用いた処理が施される。
薬液の吐出開始から、予め定める薬液処理時間(たとえば約30秒間)が経過すると、制御装置40は、薬液バルブ29を閉じて、薬液ノズル7からの薬液の吐出を停止する。この薬液処理により基板Wの表面が疎水性を示すようになる。
制御装置40は、スピンモータ8を制御して、基板Wを予め定めるリンス速度(たとえば1000rpm)まで加速させる。
基板Wの回転速度がリンス速度に到達後、制御装置40はリンス工程S4を開始する。制御装置40は第1液アーム揺動機構13を制御して、混合液ノズル4および水ノズル5を基板Wの上方位置に移動させ、図5Aに示すように、水ノズル5を基板Wの回転中心(回転軸線C)上に配置させる。次に、制御装置40は第2水バルブ25を開いて、水ノズル5からのDIWの吐出を開始する。このとき、水ノズル5からのDIWの供給流量はたとえば2.0(リットル/分)に設定されている。基板Wの表面の中心部付近に供給されたDIWは、基板Wの回転による遠心力を受けて、基板Wの表面上を基板Wの周縁部に向けて流れ、これにより、基板Wの表面の全域にDIWが行き渡り、基板Wの表面に付着していた薬液が洗い流される。このリンス工程4では、水ノズル5からDIWが予め定めるリンス時間(たとえば約30秒間)の間、基板Wの回転中心に向けて吐出される。リンス時間が経過すると、制御装置40は、第2水バルブ25を閉じて、水ノズル5からのDIWの吐出を停止する。
その後、制御装置40は、図5Bに示すように、第1液アーム11を小角度だけ揺動させて混合液ノズル4を基板Wの回転中心上に位置させ、その後、第1水バルブ21および第1有機溶媒バルブ22を開いて、混合液ノズル4からDIW/IPA混合液の吐出を開始する。これにより、混合液ノズル4からDIW/IPA混合液が基板Wの回転中心付近に供給される。DIW/IPA混合液の供給流量は、たとえば2.0(リットル/分)に設定されている。
混合液ノズル4からDIW/IPA混合液が、約5秒間、供給された後、制御装置40は、DIW/IPA混合液液膜形成工程S5を開始する。制御装置40は、混合液ノズル4からDIW/IPA混合液を吐出させつつ、スピンモータ8を制御して、約10秒間で、基板Wをリンス速度(たとえば1000rpm)から混合液パドル速度(たとえば約10rpm)まで急減速させる。後述する理由からこの急減速でDIW/IPA混合液の液膜に亀裂(液切れ)は発生しない。基板Wから飛散するDIW/IPA混合液の量が減少するため、基板Wの表面上には混合液ノズル4からの供給されるDIW/IPA混合液が溜められていく。そして、減速を開始してから所定時間(本実施形態では20秒間)が経過し、基板Wの表面の全域を覆うパドル状のDIW/IPA混合液の液膜が完成されると、制御装置40は、第1水バルブ21および第1有機溶媒バルブ22を閉じて、混合液ノズル4からのDIW/IPA混合液の吐出を停止する。また、制御装置40は、第1液アーム揺動機構13を制御して、混合液ノズル4および水ノズル5を、そのホームポジションに戻す。
リンス速度から混合液パドル速度までの急減速は、多段階で行ってもよい。本実施形態では、リンス速度から混合液パドル速度までの急減速を6段階で行っている。図4に示すように、リンス速度(たとえば約1000rpm程度)から第1段階(たとえば約300rpm程度)、第2段階(たとえば約100rpm程度)、第3段階(たとえば約50rpm程度)、第4段階(たとえば約30rpm程度)、第5段階(たとえば約20rpm程度)を順次に経て、約10秒間で混合液パドル速度(第6段階。たとえば約10rpm)に減速させる。
本実施形態では、DIWとIPA液との混合比(重量比)が20:1となるように、流量調節バルブ23の開度が設定されている。このため、混合液ノズル4から5%のIPA液の混合比(以下単に「IPA混合比」という場合がある)のDIW/IPA混合液が吐出される。なお、混合液ノズル4から吐出されるDIW/IPA混合液は、そのIPA混合が5%以上であることが望ましい。このDIW/IPA混合液は、DIWの60〜70%程度の表面張力しか有していないため基板Wの表面上を良好に広がり、基板Wの周縁部上もDIW/IPA混合液でカバレッジされるようになる。よって、基板Wを急減速させても基板W表面で液膜に亀裂(液切れ)が生じて気液界面が露出することがない。したがって、基板Wの全面を覆う液膜を短時間で形成することができる。本実施形態では、減速開始時から約20秒間(減速完了時から約10秒間)で、基板Wの表面の全面を覆うパドル状の液膜50の形成を完了することができる。
次に、制御装置40はIPA液置換工程S6を開始する。制御装置40は、まず、有機溶媒ノズル6を、図5Cに示すように基板Wの回転中心(回転軸線C)上まで移動させる。
また、制御装置40は、基板Wの回転速度をIPA液パドル速度(有機溶剤パドル速度)に設定する。このIPA液パドル速度は、DIW/IPA混合液液膜形成工程S5での混合液パドル速度(約10rpm)とほぼ同一の速度である。
制御装置40は、IPA液パドル速度を維持した状態で、第2有機溶媒バルブ27を開いて、有機溶媒ノズル6からIPA液を吐出する。
このとき、有機溶媒ノズル6からのIPA液の供給流量は0.1(リットル/分)に設定されている。これにより、図5Dに示すように、基板Wの表面のDIW/IPA混合液の液膜50に含まれるDIW/IPA混合液がIPA液に置換される。これにより、基板Wの表面にパドル状態のIPA液膜60が形成される。
IPA液の吐出開始から予め定めるIPAパドル時間(たとえば約8秒間)が経過すると、制御装置40はIPA液の吐出を継続しつつ、スピンモータ8を制御して、基板WをIPA液パドル速度(有機溶剤パドル速度)から高回転速度(たとえば約1000rpm)まで、たとえば3段階で、急加速させる。すなわち、図4に示すように、約8秒間の期間に、IPA液パドル速度(たとえば約10rpm程度)から第1段階(たとえば約50rpm程度)および第2段階(たとえば約100rpm程度)を順次に経て高回転速度(たとえば約1000rpm)に加速させる。
制御装置40は、基板Wが高回転速度に到達後、第2有機溶媒バルブ27を閉じて、有機溶媒ノズル6からのIPA液の吐出を停止する。また、第2液アーム揺動機構16を制御して、DIW/IPA混合液の吐出停止後の有機溶媒ノズル6を、そのホームポジションに戻す。
次に、制御装置40は、スピンドライ工程S7を開始する。すなわち、スピンモータ8を制御して、基板Wの回転速度を1000rpmから所定の乾燥回転速度(たとえば1500rpm)に上げていく。これにより、基板Wに付着しているIPA液が振り切られて乾燥・除去される。
スピンドライが予め定める乾燥時間にわたって行われると、制御装置40は、スピンモータ8を駆動して、スピンチャック3の回転を停止させる(ステップS8)。これにより、1枚の基板Wに対する洗浄処理が終了し、搬送ロボットによって、処理済みの基板Wが処理室2から搬出される(ステップS9)。
以上のように、本実施形態によれば、リンス処理が行われた基板Wの表面に対して、DIW/IPA混合液を供給しつつ、基板Wの回転速度をリンス速度よりも遅い混合液パドル速度に減速する。IPA液が低い表面張力を有するため、DIW/IPA混合液も比較的低い表面張力を有している。そのため、基板Wの表面に供給されたDIW/IPA混合液は、基板Wの表面上を良好に広がる。これにより、表面が疎水性を示す基板Wや大径の基板Wの処理する場合であっても、基板Wの表面の全域を覆うパドル状の液膜50を短時間で完成することができる。その結果、DIWの省液を図ることもできる。
次に、パドル試験について説明する。基板処理装置1を用いて、前述の図3に示す処理
例を実行した。図3のステップS5の混合液液膜形成工程において以下の実施例1〜4および比較例1,2の条件で実行した。なお、表面に酸化膜が形成されたシリコンウエハW(外径450mm)を試料として用い、洗浄のための薬液としてふっ酸を採用した。
<実施例1>
基板Wの表面に供給するDIW/IPA混合液の供給流量を、2.0(リットル/分)とした。また、このDIW/IPA混合液のIPA混合比を5%(DIWとIPA液との混合比を20:1)とした。
<実施例2>
基板Wの表面に供給するDIW/IPA混合液の供給流量を、4.0(リットル/分)とした。また、このDIW/IPA混合液のIPA混合比を5%(DIWとIPA液との混合比を20:1)とした。
<実施例3>
基板Wの表面に供給するDIW/IPA混合液の供給流量を、2.0(リットル/分)とした。また、このDIW/IPA混合液のIPA混合比を10%(DIWとIPA液との混合比を10:1)とした。
<実施例4>
基板Wの表面に供給するDIW/IPA混合液の供給流量を、4.0(リットル/分)とした。また、このDIW/IPA混合液のIPA混合比を10%(DIWとIPA液との混合比を10:1)とした。
<比較例1>
基板Wの表面にDIW(IPA混合比を0%)を供給した。また、基板Wの表面に供給するDIWの供給流量を、2.0(リットル/分)とした。
<比較例2>
基板Wの表面にDIW(IPA混合比を0%)を供給した。また、基板Wの表面に供給するDIWの供給流量を、4.0(リットル/分)とした。
実施例1〜4、および比較例1,2におけるDIW/IPA混合液の形成状況を観察した。また、基板Wの減速開始から、基板Wの表面を露出させずに基板W全域を覆う液膜50(図5B等参照)を維持しつつ基板Wの減速を終了するのに要する時間(図6に示す減速所要時間)を計測した。
この場合、実施例1〜4では、基板Wの表面の全域にDIW/IPA混合液のパドル状態の液膜50を保持することができ、基板Wの表面に暴露(図6に示す気液界面暴露)は見られなかった。
また、実施例1〜4の全てで、基板Wの減速開始から液膜50に気液界面暴露を生じさせずに基板Wの減速を終了させるのに要する時間(図6に示す減速所要時間)が10秒以内であった。とくに、実施例4では基板Wの減速のために要する時間が短いことが理解される。
図7は、DIW/IPA混合液の供給流量およびIPA混合比と、液膜形成時間(基板Wの減速終了時からパドル状態の液膜を完成させるために要する時間)との関係を示すグラグである。また、図7中の「◆」は、基板Wの表面にDIW(IPA混合比を0%)を供給した場合を示し、「□」は、基板Wの表面に供給するDIW/IPA混合液のIPA混合比を5%(DIWとIPA液との混合比を20:1)とした場合を示す。また、図7中の「△」は、基板Wの表面に供給するDIW/IPA混合液のIPA混合比を10%(DIWとIPA液との混合比を10:1)とした場合を示す。
図7からは、DIW/IPA混合液の供給流量が2.0(リットル/分)であっても、IPA混合比を5%以上とすれば、液膜形成時間を10秒強まで速めることができることが理解できる。
図6および図7によれば、基板Wに供給されるDIW/IPA混合液のIPA混合比が5%以上であれば、基板Wの全域を覆うパドル状の液膜50(DIW/IPA混合液の液膜)を短時間で完成できることがわかる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の実施形態では、混合液ノズル4から吐出されるDIW/IPA混合液を用いて、DIW/IPA混合液の液膜50を基板Wの表面に形成する場合を例に挙げたが、水ノズル5から吐出されるDIWと有機溶媒ノズル6から吐出されるIPA液とを基板Wの表面上で混合して、DIW/IPA混合液を作成し、このDIW/IPA混合液を用いて、DIW/IPA混合液の液膜50を基板Wの表面に形成するようにしてもよい。
この場合、リンス工程(図3に示すステップS4)の開始からDIW/IPA混合液液膜形成工程(図3に示すステップS5)の終了まで、水ノズル5からのDIWの供給が継続して実行される。
前述の実施形態では、水ノズル5からのDIWの吐出を終了した後に、混合液ノズル4からDIW/IPA混合液の吐出を開始したが、混合液ノズル4からのDIW/IPA混合液の吐出は水ノズル5からのDIWの吐出終了の前(たとえば3秒前)に開始してもよい。
前述の実施形態では、水ノズル5と混合液ノズル4とが別個に設けられていたが、水ノズル5を省略して混合液ノズル4のみとしてもよい。この場合には、第1有機溶媒バルブ22を閉鎖した状態で第1水バルブ21を開放し混合液供給管17にDIWのみを通すことにより混合液ノズル4からDIWを吐出することになる。
また、IPA液膜形成のためのIPA液の供給と並行して、基板Wの表面と反対側の裏面(下面)に温水を供給するようにしてもよい。この場合、基板Wの裏面への温水の供給により、基板を加温することができ、基板Wを介して、基板Wの表面に形成されたIPA液の液膜60を加熱することができ、これにより、基板W表面上でのIPA液の温度を常温以上に上昇させることができ、その結果、基板Wの表面におけるDIWとIPA液との置換効率を向上させることができる。
また、基板Wのリンス速度からパドル速度までの減速は、6段階としていたが、これに限られるものではない。たとえば2段階で基板Wのリンス速度からパドル速度まで減速させるようにしてもよい。この場合、たとえば、リンス速度(たとえば約1000rpm程度)から第1段階(たとえば約300rpm程度)を経て、パドル速度(第2段階。たとえば約10rpm)に減速させる。
また、前述の説明では、水(DIW)を用いて基板Wにリンスを施す場合を例に挙げて説明したが、DIW/IPA混合液を用いて基板Wにリンスを施すこともできる。この場合、混合液ノズル4からのDIW/IPA混合液をリンスに用いることができ、リンス工程(図3に示すステップS4)の開始から、DIW/IPA混合液液膜形成工程(図3に示すステップS5)の終了まで、混合液ノズル4からのDIW/IPA混合液の供給が継続して実行される。
また、前述の実施形態では、DIW/IPA混合液液膜形成工程(図3に示すステップS5)における基板Wを、IPA液置換工程(図3に示すステップS6)における基板Wの回転速度(混合液パドル速度)と同じ回転速度(IPA液パドル速度)で回転させたが、基板Wの回転速度よりも速い速度で回転させてもよい。
液膜中のIPAの濃度が高くなれば表面張力が増すため基板Wを高速で回転させても液膜に亀裂は生じにくい。IPA液置換工程時には液膜にIPAが加えられてIPAの濃度が高くなっているため、上記のように、IPA液置換工程の基板をDIW/IPA混合液液膜形成工程よりも高速で回転させても、液膜に亀裂を生じさせることなくパドル状態の液膜を維持することができる。
また、低表面張力を有する有機溶媒として、IPA液以外に、たとえば、メタノール、エタノール、アセトン、およびHFE(ハイドロフルオロエーテル)などを挙げることができる。
また、水としてDIWを用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、水は、DIWに限らず、炭酸水、電解イオン水、オゾン水、希釈濃度(たとえば、10〜100ppm程度)の塩酸水、還元水(水素水)などを水として採用することもできる。
たとえば、本発明に係る基板処理装置1は、基板Wの表面からシリコン酸化膜を除去する洗浄処理中のリンス後の処理に限らず、リンス後の処理に広く使用することができる。ただし、本発明の効果は、基板Wの表面が疎水性を示す場合にとくに顕著に発揮される。表面が疎水性を示す基板Wに対する処理としては、シリコン酸化膜を除去する処理以外に、レジストを除去する処理を例示することができる。
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。
1 基板処理装置
3 スピンチャック(基板保持手段)
4 混合液ノズル(水/有機溶媒供給手段)
5 水ノズル(リンス液供給手段)
6 有機溶媒ノズル(有機溶媒供給手段)
8 スピンモータ(基板回転手段)
40 制御装置
W 基板

Claims (10)

  1. 基板保持手段によって保持されている基板をリンス速度で回転させつつ、当該基板の表面にリンス液を供給し、前記基板の表面の全域にリンス液を行き渡らせるリンス工程と、
    前記リンス工程の後に実行され、前記基板保持手段によって保持されている基板の回転速度を前記リンス速度から当該リンス速度よりも遅い混合液パドル速度に減速させつつ、水と、水よりも低い表面張力を有する有機溶媒とを当該基板の表面に供給することにより、当該基板の表面の全域を覆う、水と前記有機溶媒との混合液の液膜をパドル状に形成する混合液液膜形成工程と、
    前記基板保持手段によって保持されている基板の表面に前記有機溶媒を供給することにより、前記混合液の液膜に含まれる水と前記有機溶媒との混合液を、前記有機溶媒に置換させる有機溶媒置換工程とを含む、基板処理方法。
  2. 前記水と前記有機溶媒との混合液は、水1に対し0.05以上の流量の前記有機溶媒を混合して生成されている、請求項1に記載の基板処理方法。
  3. 前記リンス液は水である、請求項1または2に記載の基板処理方法。
  4. 前記混合液液膜形成工程において、水および有機溶媒の供給は、前記リンス速度からの基板の減速開始に先立って開始される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理
    方法。
  5. 前記混合液液膜形成工程は、前記基板保持手段によって保持されている基板の回転速度を、3段階以上の複数段階で減速させる工程を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 前記有機溶媒液膜形成工程は、前記基板保持手段によって保持されている基板を有機溶剤パドル速度で回転させる工程を含み、前記混合液パドル速度は前記有機溶剤パドル速度よりも速い、請求項1〜5のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  7. 前記基板保持手段に保持される基板は、その表面に疎水性面が形成されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  8. 基板を保持する基板保持手段と、
    前記基板保持手段によって保持されている基板を回転させるための基板回転手段と、
    前記基板保持手段によって保持されている基板の表面にリンス液を供給するためのリンス液供給手段と、
    前記基板保持手段によって保持されている基板の表面に、水と、水よりも低い表面張力とを有する有機溶媒とを供給するための水/有機溶媒供給手段と、
    前記基板保持手段によって保持されている基板の表面に前記有機溶媒を供給するための有機溶媒供給手段と、
    前記基板回転手段、前記リンス液供給手段、前記水/有機溶媒供給手段および前記有機溶媒供給手段を制御して、前記基板保持手段によって保持されている基板をリンス速度で回転させつつ、当該基板の表面にリンス液を供給し、前記基板の表面の全域にリンス液を行き渡らせるリンス工程と、前記基板保持手段によって保持されている基板の回転速度を前記リンス速度から当該リンス速度よりも遅い混合液パドル速度に減速させつつ、水および前記有機溶媒を当該基板の表面に供給することにより、当該基板の表面の全域を覆う、水と前記有機溶媒との混合液の液膜をパドル状に形成する混合液液膜形成工程と、前記基板保持手段によって保持されている基板の表面に前記有機溶媒を供給することにより、前記混合液の液膜に含まれる水と前記有機溶媒との混合液を有機溶媒に置換させる有機溶媒置換工程とを実行する制御手段とを含む、基板処理装置。
  9. 前記水/有機溶媒供給手段は、前記基板保持手段に保持されている基板の表面に、水と前記有機溶媒との混合液を吐出するための混合液ノズルを含む、請求項8に記載の基板処理装置。
  10. 前記水/有機溶媒供給手段は、
    前記基板保持手段に保持されている基板の表面に水を吐出するための水ノズルと、
    前記基板保持手段に保持されている基板の表面に前記有機溶媒を吐出するための有機溶媒ノズルとを含む、請求項8に記載の基板処理装置。
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