JP6168273B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
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Description
たとえば、基板を1枚ずつ処理する枚葉式の洗浄処理を実施する基板処理装置は、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。
このような枚葉式の基板処理装置として、たとえば、スピンチャックのスピンベースにヒータを内蔵させ、スピンベースに載置された基板をヒータによって高温に加熱するものが知られている。そのため、基板の表面に接する部分の薬液が昇温して、当該薬液の処理能力を高めることができ、その結果、薬液処理の処理レートを向上させることができる。
また、本発明の他の目的は、ヒータを用いて基板を所望の高温まで加熱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。
この構成によれば、ヒータと、基板保持手段に保持されている基板との間隔を変更することができる。ヒータと基板との間隔が狭い状態では、ヒータにより基板が高温に加熱される。そして、この状態から、ヒータと基板との間隔を大きく広げることにより、基板に与える熱量を低減させることができ、これにより、基板を冷却することができる。すなわち、ヒータを用いた高温処理後、短時間のうちに、低温処理を実行することができる。
請求項2に記載の発明は、前記ヒータは、前記基板保持手段に保持されている基板と平行に対向する対向面(29;129;239)を有し、その対向面の輻射熱により当該基板を加熱するものであり、前記対向面は、単位面積当たりの発熱量を互いに異ならせることが可能な複数の対向領域(29A,29B,29C;104;201)に区分けされている、請求項1に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、ヒータの対向面を複数の対向領域に分割し、対向領域を個別に温度調節する。そのため、例えば複数の対向領域を互いに均一な温度に調整することにより、対向面の全域を均一温度に保つことができる。
たとえば、処理液供給手段から基板の表面の中央部に、高温の処理液が供給される場合、処理液は基板の表面の中央部に供給された直後は高温であるが、基板の中央部から基板の周縁部に向けて流れる過程で、その液温が低下してしまう。
この場合、請求項4に記載のように、前記複数の対向領域は、前記回転軸線を中心とする円形領域(29A)と、円形領域の外周を取り囲む一または複数の環状領域(29B,29C;29B,104)と含んでいてもよい。
ヒータの対向面が大面積化する場合、対向面の周方向に関し、ヒータの温度を均一に維持することは困難になる。
請求項6に記載のように、前記基板保持手段は、板状のベース部(12)と、前記ベース部に取り付けられ、前記ベース部から離隔した状態で基板を支持する基板支持部(13)とを有し、前記ヒータは、前記ベース部と、前記基板支持部に支持されている基板とによって区画される空間(39)内に収容配置されていてもよい。
この構成によれば、支持ロッドが、ベース部と接することなく、当該ベース部を厚み方向に挿通している。そのため、ベース部と基板との間の空間に収容配置されたヒータを、基板保持手段から独立した状態で支持することができる。これにより、このようなヒータの支持を比較的簡単な構成で実現することができる。
また、請求項8に記載のように、前記制御部は、前記ヒータを、前記基板に供給される処理液の種類に対応する出力に制御していてもよい。
前記の目的を達成するための請求項9記載の発明は、基板保持手段(2;301)に保持されている基板(W)を回転させる基板回転工程と、前記基板回転工程に並行して、前記基板の表面に第1の処理液を供給する第1の処理液供給工程と、前記基板回転工程に並行して、前記基板の表面に、前記第1の処理液とは液種の異なる第2の処理液を供給する第2の処理液供給工程と、前記第1の処理液供給工程に並行して、前記基板と、前記基板を加熱するためのヒータ(3;103;203;311)との相対位置を、第1の処理液に対応して定められた第1の位置に配置する第1の配置工程と、前記第2の処理液供給工程に並行して、前記基板と前記ヒータとの相対位置を、前記第2の処理液に対応して定められ、かつ前記基板および前記ヒータの間隔が前記第1の位置に比べて狭い第2の位置に配置する第2の配置工程とを含む、基板処理方法である。
図1は、本発明の第1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。基板処理装置1は、たとえば基板の一例としてのシリコンウエハ(以下、「ウエハ」という)Wの表面(主面)に不純物を注入するイオン注入処理やドライエッチング処理の後に、そのウエハWの表面から不要になったレジストを除去するための処理に用いられる枚葉式の装置である。
第1ヒータプレート3Aは、円板状をなしており、セラミック製の本体に第1抵抗28A(図1参照)が内蔵されている。第1ヒータプレート3Aの上面には、水平平坦な円形の第1対向面(円形領域)29Aが形成されている。
第3ヒータプレート3Cは、円環板状をなしており、セラミック製の本体に第3抵抗28C(図1参照)が内蔵されている。第3ヒータプレート3Cの上面には、水平平坦な円環状の第3対向面(環状領域)29Cが形成されている。
これに対し、基板処理装置1では、抵抗28A,28B,28Cへの給電を、回転電気接点を介さずに行うので、給電量が制限されない。これにより、ウエハWを所望の高温まで加熱することが可能である。
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部40を備えている。制御部40は、スピンモータ14ならびに第1および第2ノズル移動機構18,21などの動作を制御する。また、制御部40は、ヒータ3の発熱量を制御する。さらに、制御部40は、SPM液バルブ17、SC1バルブ20、常温リンス液バルブ32、高温リンス液バルブ37の開閉動作を制御する。
なお、この実施形態では、オン状態におけるヒータ3の第1、第2および第3ヒータプレート3A,3B,3Cに関し、第3対向面29Cの単位面積当たりの発熱量を、第2対向面29Bの単位面積当たりの発熱量よりも多く設定し、また、第2対向面29Bの単位面積当たりの発熱量を、第1対向面29Aの単位面積当たりの発熱量よりも多く設定している。換言すると、第1〜第3対向面29A,29B,29Cの単位面積当たりの発熱量は、回転軸線A1から離れるに従って高くなるように設定されている。また、別の観点からみると、第3対向面29Cの温度TC1を第2対向面29Bの表面温度TB1よりも高く設定するとともに、また第2対向面29Bの表面温度TB1を第1対向面29Aの表面温度TA1よりも高く設定している(TC1>TB1>TA1)。
レジスト除去処理に際しては、搬送ロボット(図示しない)が制御されて、処理室6(図1参照)内に未処理のウエハWが搬入される(ステップS1)。図6Aに示すように、ウエハWは、その表面を上方に向けた状態でスピンチャック2に受け渡される。このとき、ヒータ3は、すでにオン(駆動状態)にされており、また、ヒータ3の高さ位置は、第0高さレベルHL0である。さらに、ウエハWの搬入の妨げにならないように、第1および第2薬液ノズル4,5は、それぞれホームポジションに配置されている。また、第1処理例では、レジスト除去処理中において、第1〜第3対向面29A,29B,29Cの単位面積当たりの発熱量は、それぞれ予め定める値のまま変化しない。換言すると、ヒータ3の出力レベルが変化しない。
ヒータ3の上昇が完了すると、図6Cに示すように、制御部40はスピンモータ14を制御して、ウエハWを回転開始させる(ステップS2)。ウエハWは所定の液処理速度(たとえば、500−1000rpm)まで加速され、その後、その液処理速度に維持される。
しかしながら、ヒータ3はオンからオフにされた後も直ぐには降温しない。そのため、ヒータ3を第3高さレベルHL3に配置させていると、ヒータ3がオフにされた後も暫くは、ヒータ3は大きな熱量でウエハWを加熱し続ける。そのため、ヒータ3の温度が十分に降温するのにかなりの長期間を要し、その結果、レジスト除去処理全体の処理時間が長くなるおそれがある。
なお、ステップS4の中間リンス工程やステップS6の最終リンス工程において、リンス液として、DIWに限らず、炭酸水、電解イオン水、オゾン水、還元水(水素水)、磁気水などを採用することもできる。
ヒータ3が第1高さレベルHL1に配置された後、図6Jに示すように、制御部40は、スピンモータ14を駆動して、ウエハWの回転速度を所定の高回転速度(たとえば1500−2500rpm)に上げて、ウエハWに付着しているDIWを振り切って乾燥されるスピンドライを行う(ステップS7)。このスピンドライによって、ウエハWに付着しているDIWが除去される。
スピンドライが予め定めるスピンドライ時間にわたって行われると、制御部40は、スピンモータ14を駆動して、スピンチャック2の回転を停止させる。また、制御部40は、ヒータ3をオフ(非駆動状態)とするとともに、ヒータ昇降機構23を制御して、ヒータ3を第0高さレベルHL0に下降させる。これにより、1枚のウエハWに対するレジスト除去処理が終了し、搬送ロボットによって、処理済みのウエハWが処理室6から搬出される(ステップS8)。
このように、ウエハWへの非加熱時においてヒータ3の出力レベルを最小限に落とすことにより、ヒータ3をオン状態に維持しつつ、ウエハWへの加熱を停止することができる。ヒータ3が一旦オフになると、ウエハWを再加熱する際にヒータ3を高温に昇温させるのに長期間を要するおそれがある。これに対し、この場合にはヒータ3をオフにしないので、その後、ウエハWを再加熱する際の昇温のために要する時間を短縮することができる。
さらに、図7に実線に示すように、ヒータ3の高さ位置の変更を、ヒータ3の出力レベルの変更と同時に行うこともできるが、図7に破線で示すように、ヒータ3の出力レベルの変更に先立って変更してもよい。
基板処理装置100が、第1実施形態に係る基板処理装置1と相違する点は、ヒータ3に代えてヒータ103を設けた点である。ヒータ103は、ヒータ3と同様、ウエハWとほぼ同径またはウエハWよりもやや小径を有する円板状を有し、水平姿勢をなしている。ヒータ103は、第3ヒータプレート3Aに代えて、複数(図8ではたとえば4つ)の分割体102からなるヒータプレート101を備えている。各分割体102は円弧板状をなし、互いに同じ諸元を有している。複数(4つ)の分割体102が組み合わされることにより、円環状のヒータプレート101が形成されている。各分割体102は、第1ヒータプレート3Aと同様、セラミック製の本体に抵抗が内蔵された抵抗方式のセラミックヒータである。各分割体102の表面には、スピンチャック2に保持されたウエハWの下面と対向する対向領域(分割領域)104が形成されている。複数の対向領域104により、対向面129が構成される。
第2実施形態によれば、ヒータ103の対向面129を、周方向に、複数の対向領域104に分割し、各対向領域104を個別に温度調節する。これにより、ヒータ103のように、対向面129が大面積化している場合であっても、対向面129を、周方向に関して均一温度に保つことができる。ゆえに、対向面129の全域を均一温度に保つことができる。
図9は、本発明の第3実施形態に係る基板処理装置200の構成を模式的に示す平面図である。
ところで、このような構成を採用しても、対向面229の各所に微小の温度のずれが生じるおそれがある。しかしながら、ウエハWに対する加熱が行われるSPM液供給工程(S3)、中間リンス工程(S4)、SC1供給工程(S5)およびスピンドライ(S7)では、ヒータ203に対してウエハWが回転し、ウエハWの表面の所定位置と対向するヒータ部201が次々に変化する。そのため、各ヒータ部201が大まかに温度均一されていれば、ウエハWの表面温度の均一性を保つことができる。また、前述のような理由から、各ヒータ部201の発熱量(ウエハWに付与する熱量)が厳密に揃っている必要がないから、各ヒータ部201の温度制御を簡素化することができる。
図10は、本発明の第4実施形態に係る基板処理装置300の構成を模式的に示す断面図である。
基板処理装置300が、第1実施形態に係る基板処理装置1と主として相違する点は、基板保持手段として、スピンベースを有さないスピンチャック(基板保持手段)301を備えた点である。また、スピンチャック301が、密閉された内部空間を有する密閉チャンバ302内に収容されている点も基板処理装置1と大きく相違している。
スピンチャック301は、各挟持部材304をウエハWの周端面に接触させることにより、ウエハWを周囲から挟んで保持することができる。そして、ウエハWが複数個の挟持部材304に保持された状態で、モータロータ303およびモータステータ305に図示しない電源から電力が供給されることにより、モータロータ303ごとウエハWが、ウエハWの中心を通る鉛直な回転軸線A1まわりに回転する。
基板処理装置300は、スピンチャック301に保持されているウエハWの下面に対向配置され、ウエハWを下方から加熱するためのヒータ311と、ヒータ311を下方から支持するためのヒータ台313と、ヒータ311を水平姿勢のまま昇降させるためのヒータ昇降機構(移動手段)312とを備えている。ヒータ311は、平面視でモータロータ303の内側の領域に配置されており、第1実施形態のヒータ3と同等の構成である。ヒータ昇降機構312は、たとえばボールねじやモータによって構成されている。ヒータ昇降機構312は、ヒータ台313に結合されて、ヒータ311をヒータ台313ごと昇降させる。
たとえば、第4実施形態を、第2実施形態や第3実施形態に組み合わせることができる。すなわち、第4実施形態のヒータ311に代えて、第2実施形態のヒータ103や第3実施形態のヒータ203を採用することができる。
また、第2実施形態において、第3対向面29Cが分割されている構成を例に挙げたが、第1対向面29Aや第2対向面29Bが分割されていてもよい。
また、ヒータ3,103,203,311として、抵抗方式のセラミックヒータを例に挙げて説明したが、その他、ハロゲンランプ等の赤外線ヒータを、ヒータとして採用することができる。
また、第1および第2処理例のステップS3のSPM液供給工程において、第1薬液ノズル4が、ウエハWの回転中心上と周縁部上との間で往復移動され、これによって、第1薬液ノズル4からのSPM液が導かれるウエハWの表面上の供給位置が、ウエハWの回転中心からウエハWの周縁部に至る範囲内を、ウエハWの回転方向と交差する円弧状の軌跡を描きつつ往復移動するようになっていてもよい。この場合、ウエハWの表面の全域に、SPM液をより均一に供給することができる。
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。
2,301 スピンチャック(基板保持手段)
3,103,203,311 ヒータ
4 第1薬液ノズル(処理液供給手段)
5 第2薬液ノズル(処理液供給手段)
12 スピンベース(ベース部)
13 挟持部材(基板支持部)
14 スピンモータ(基板回転手段)
23 ヒータ昇降機構(移動手段)
25 支持ロッド(ヒータ支持部材)
29;129;229 対向面
29A 第1対向面(円形領域)
29B 第2対向面(環状領域)
29C 第3対向面(環状領域)
30 常温リンス液ノズル(処理液供給手段)
35 高温リンス液ノズル(処理液供給手段)
39 空間
104 対向領域(分割領域)
303 モータロータ(基板回転手段)
305 モータステータ(基板回転手段)
309 処理液ノズル(処理液供給手段)
312 ヒータ昇降機構(移動手段)
313 ヒータ支持台(ヒータ支持部材)
A1 回転軸線
W ウエハ(基板)
Claims (9)
- 処理液を用いて基板を処理するための基板処理装置であって、
基板を保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板の表面に、複数種の処理液を選択的に供給するための処理液供給手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板を回転させる基板回転手段と、
前記基板を加熱するためのヒータを、前記基板保持手段から独立して支持するヒータ支持部材と、
前記ヒータと前記基板保持手段に保持されている基板とが接近/離反するように、前記基板保持手段および前記ヒータ支持部材の少なくとも一方を移動させる移動手段と、
前記移動手段を制御して、前記基板保持手段に保持されている基板と前記ヒータとの相対位置を、前記基板に供給される処理液の種類に対応して定められた位置に配置する制御部とを含む、基板処理装置。 - 前記ヒータは、前記基板保持手段に保持されている基板と平行に対向する対向面を有し、その対向面の輻射熱により当該基板を加熱するものであり、
前記対向面は、単位面積当たりの発熱量を互いに異ならせることが可能な複数の対向領域に区分けされている、請求項1に記載の基板処理装置。 - 前記複数の対向領域の単位面積当たりの発熱量は、前記基板回転手段による基板の回転による回転軸線から離れるに従って高くなるように設定されている、請求項2に記載の基板処理装置。
- 前記複数の対向領域は、前記基板回転手段による基板の回転による回転軸線を中心とする円形領域と、円形領域の外周を取り囲む一または複数の環状領域と含む、請求項2または3に記載の基板処理装置。
- 少なくとも1つの前記環状領域は、周方向に複数の分割領域に分割されており、
前記複数の分割領域は、前記対向面の単位面積当たりの発熱量を互いに異ならせることが可能に設けられている、請求項4に記載の基板処理装置。 - 前記基板保持手段は、板状のベース部と、前記ベース部に取り付けられ、前記ベース部から離隔した状態で基板を支持する基板支持部とを有し、
前記ヒータは、前記ベース部と、前記基板支持部に支持されている基板とによって区画される空間内に収容配置されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記ヒータ支持部材は、前記ベース部と接することなく当該ベース部を厚み方向に挿通し、一端が前記ヒータに連結された支持ロッドを含む、請求項6に記載の基板処理装置。
- 前記制御部は、前記ヒータの出力を、前記基板に供給される処理液の種類に対応する出力に制御する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 基板保持手段に保持されている基板を回転させる基板回転工程と、
前記基板回転工程に並行して、前記基板の表面に第1の処理液を供給する第1の処理液供給工程と、
前記基板回転工程に並行して、前記基板の表面に、前記第1の処理液とは液種の異なる第2の処理液を供給する第2の処理液供給工程と、
前記第1の処理液供給工程に並行して、前記基板と、前記基板を加熱するためのヒータとの相対位置を、第1の処理液に対応して定められた第1の位置に配置する第1の配置工程と、
前記第2の処理液供給工程に並行して、前記基板と前記ヒータとの相対位置を、前記第2の処理液に対応して定められ、かつ前記基板および前記ヒータの間隔が前記第1の位置に比べて狭い第2の位置に配置する第2の配置工程とを含む、基板処理方法。
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