JP6231328B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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Description
この発明の方法によれば、液密ステップにおいて、基板の下面と第1対向面との間に処理液が供給される。これにより、基板の下面と第1対向面との間の空間が液密状態にされる。前記空間の液密状態は、小流量の処理液によって実現できる。その結果、処理液の消費量の低減を図ることができる。
また、高速回転処理ステップにおいて基板の下面に処理液処理が施され、次いで、液密ステップにおいて基板の下面に処理液処理が施される。そのため、基板の下面を、より一層良好に処理できる。
この発明の方法によれば、第1対向面の外周端が、基板の下面周端よりも外側に位置しているので、基板の下面と第1対向面との間の処理液の液密状態を、基板の下面全域で形成できる。そのため、基板の下面全域に処理液を接液させることができるから、基板の下面を、処理液を用いて良好かつ均一に処理できる。
この発明の方法によれば、液密ステップにおいて、下面ノズルの第2対向面が基板の下面と対向して配置され、かつ第2対向面に形成された処理液吐出口から処理液が吐出される。そのため、下面ノズルの第2対向面と基板の下面との間に外郭筒状の処理液の液柱が形成される。そして、第1対向面と第2対向面とが同一平面上に配置されているために、第2対向面と基板の下面との間の液柱は、基板の下面および第1対向面を伝いながら、基板の下面および第1対向面の間の空間を拡がる。これにより、基板の下面と第1対向面との間の空間において、処理液の液密状態を、比較的容易に形成できる。
この発明の方法によれば、基板の上面に対する処理液処理と、基板の下面に対する処理液処理とを並行して行うので、基板の上面および下面の双方に処理液処理を施す場合の処理時間を短縮できる。
請求項7に記載の発明は、前記洗浄液は、前記処理液を含み、前記液密ステップは、前記洗浄ステップの終了に連続して実行開始するものであり、前記洗浄ステップから前記液密ステップへの移行と同期して、前記基板に供給する処理液の流量をそれまでよりも低減させる、請求項6に記載の基板処理方法である。
エッチング液を用いて基板を処理する場合には、所期のエッチング処理時間の経過後にも基板の下面に処理液の液膜が保持されることがあり、基板の下面におけるエッチング処理が進行するという問題がある。
しかしながら、この発明の方法では、液密解除ステップにおいて基板の下面と第1対向面とを離反させることにより、液密解除ステップ後には、基板の下面にエッチング液が接液しない。その結果、基板の下面におけるエッチング処理の進行を阻止できる。
請求項10に記載の発明は、前記第1対向面は円板状をなし、その外周端が、前記基板の下面における基板周端よりも外側に位置しており、前記基板保持回転手段は、前記鉛直軸線を中心に回転可能なベース(4)と、前記ベースに立設されて、前記基板を保持する複数の保持部材(5)とを有し、前記基板対向板には、前記保持部材を挿通するための複数の挿通用凹所(20)が、当該基板対向板の厚み方向に貫通して形成されている、請求項9に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、基板対向板の周縁部は、各挿通孔から外側に向けて張り出しており、各挿通孔と基板対向板の外周端との間に肉厚が設けられている。この肉厚部分により、基板の下面全域に処理液による液密状態を確実に形成できる
請求項12に記載の発明は、前記下面ノズルを昇降させるノズル昇降機構(72)をさらに含む、請求項9〜11のいずれか一項に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、下面ノズルを上昇させる場合、処理液の吐出位置を基板の下面に接近させることができるので、基板の下面と第1対向面との間の空間における液密状態の形成を促進することができる。また、液密ステップの実行終了時には、ノズル昇降機構を用いて、基板対向板とともに下面ノズルを基板の下面から、容易に離反できる。
請求項13に記載の発明は、前記下面ノズルは、前記基板の下面に間隔を隔てて対向し、前記処理液吐出口を有する第2対向面(16a)を有する、請求項9〜12のいずれか一項に記載の基板処理装置である。
請求項15に記載の発明は、前記第1対向面は親水面を含む、請求項9〜14のいずれか一項に記載の基板処理装置である。
親水面を含む第1対向面の例としては、第1対向面に多数の凹所を形成したものや、所定の表面粗さを用いて濡れ性を向上させたものを挙げることができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る基板処理装置1の概略構成を示す図である。図2は、図1の基板処理装置1の概略構成を示す平面図である。なお、図1は、図2に示す矢印Iの方向に見た切断線に沿う断面を示す図である。
基板処理装置1は、基板Wを一枚ずつ処理する枚葉型の装置である。基板Wとして半導体基板を採用する場合を例に挙げて、以下説明する。基板処理装置1は、隔壁で区画された処理室2と、処理室2内で基板Wを水平に保持して回転させるスピンチャック3とを備えている。
回転軸6は、円筒状の中空軸である。回転軸6の内部には、基板Wの下面側から処理液を供給する処理液供給管13と、基板Wの下面側から不活性ガスを供給する不活性ガス供給管14とが挿通されている。不活性ガス供給管14は、処理液供給管13の外周を取り囲んでいる。
下面ノズル15は、スピンベース4の上面と基板Wの下面との間に配置された第2基板対向板16を備えている。第2基板対向板16は、ほぼ円板状に形成されており、基板Wの下面と対向する第2基板対向面16aを有している。第2基板対向板16の中央部には、処理液供給管13の上端を露出させるための開口が形成されている。この開口が、基板Wの下面側で処理液を吐出する処理液吐出口17である。処理液吐出口17は、スピンベース4上に配置される基板Wの下面の回転中心と対向している。第2基板対向板16の周縁部には外向きにフランジ18が形成されている。
第1基板対向板8の周縁部には、保持部材5に対応する位置に、複数の挿通用凹所20が形成されている。挿通用凹所20は、第1基板対向板8の厚み方向に貫通する挿通孔である。各挿通用凹所20には、対応する保持部材5が挿通している。第1基板対向板8の中央部には、処理液供給管13の外周面および不活性ガス供給管14を取り囲むように、開口21が形成されている。つまり、第1基板対向面8aは、平面視で、第2基板対向板16の第2基板対向面16aの周囲を取り囲む環状をなしている。第1基板対向板8の開口21には、段差部19が形成されている。段差部19は、第2基板対向板16のフランジ18と整合するようになっている。
案内機構25は、第1基板対向板8の下面に取り付けられ、回転軸線10と平行に鉛直方向に延びたガイド軸30と、ガイド軸30と結合されたリニア軸受け31とを備えている。ガイド軸30は、回転軸6と保持部材5との間の位置に配置されている。より具体的には、ガイド軸30は、図2に示すように、回転軸線10から見て、第1基板対向板8の周方向に等間隔を空けた3箇所に配置されている。ガイド軸30は、スピンベース4の対応箇所に設けられたリニア軸受け31と結合されており、このリニア軸受け31によって案内されながら、鉛直方向に昇降可能である。これにより、第1基板対向板8は、ガイド軸30およびリニア軸受け31により、回転軸線10に平行な上下方向に沿って案内される。
磁石保持部材26は、たとえば、図2に示すように、周方向に等間隔を空けて6箇所に設けられている。より具体的には、回転軸線10から見て、隣り合う保持部材5の間(この実施形態では中間)に対応する角度位置に、各磁石保持部材26が配置されている。さらに、回転軸線10から見て6個の磁石保持部材26によって分割(この実施形態では等分)される6個の角度領域のうち、一つおきの角度領域内(この実施形態では当該角度領域の中央位置)に、3本のガイド軸30がそれぞれ配置されている。
不活性ガス供給機構64は、不活性ガス供給配管65と、不活性ガスバルブ66と、不活性ガス流量調節バルブ67とを備えている。不活性ガス供給管14は、回転軸6に挿通された不活性ガス供給管14に接続されている。不活性ガスバルブ66および不活性ガス流量調節バルブ67は、不活性ガス供給配管65に介装されている。不活性ガスバルブ66が開かれると、不活性ガス供給配管65から不活性ガス供給管14に不活性ガスが供給される。また、不活性ガスバルブ66が閉じられると、不活性ガス供給配管65から不活性ガス供給管14への不活性ガスの供給が停止される。不活性ガス流量調節バルブ67は、不活性ガス供給配管65の開度を調節することにより、不活性ガス供給管14の上端から吐出されるリンス液の吐出流量を調整する。
図3の処理例に際して、まず、図示しない基板搬送ロボットにより未処理の基板Wが処理室2内に搬入されて、図5Aに示すように、基板Wがそのデバイス形成面を上方に向けた状態でスピンチャック3に保持される(S1:基板搬入工程)。基板Wの搬入時には、第1基板対向板8は、図4および図5Aに示すように、下位置に配置されている。
第1基板対向板8の第1接近位置への上昇から、予め定める時間(たとえば、5sec)が経過すると、制御装置69は、図3、図4および図5Dに示すように、薬液流量調節バルブ59を制御して、下面ノズル15からの薬液の吐出流量を、たとえば0.4L/minから1.0L/minに増加させる。
次いで、下面ノズル15からの薬液の吐出流量を増加させてから予め定める時間(たとえば、20sec)が経過すると、制御装置69は、図3、図4および図5Eに示すように、上面薬液バルブ46および下面薬液バルブ58を閉じ、基板Wへの薬液の供給を停止させる。また、制御装置69は、昇降アクチュエータ29を制御して、第1基板対向板8を第1接近位置(図5D参照)から下位置(図5E参照)に下降させる。これにより、第1基板対向板8の第1基板対向面8aが基板Wの下面から離反して、基板Wの下面と第1基板対向板8の第1基板対向面8aとの間における薬液の液密状態が瞬時に解除される(S4:薬液液密解除工程)。
その結果、空間38に供給されるリンス液の流量が増加するので、基板Wの下面全域において、空間38をリンス液の液密状態にすることができる。これにより、基板Wの下面全域にリンス液を接液させることができるから、基板Wの下面の全域を、良好かつ均一にリンス液処理できる。また、基板Wの上面に対するリンス液処理および基板Wの下面に対するリンス液処理が並行して実行されるので、基板Wの上面および基板Wの下面の双方にリンス液処理を施す場合の処理時間を短縮できる。
次いで、下面ノズル15からのリンス液の吐出流量を増加させてから予め定める時間(たとえば、15sec)が経過すると、制御装置69は、図3、図4および図5Jに示すように、上面リンス液バルブ51および下面リンス液バルブ62を閉じ、基板Wへのリンス液の供給を停止させる。また、制御装置69は、昇降アクチュエータ29を制御して、第1基板対向板8を第1接近位置(図5I参照)から下位置(図5J参照)に下降させる。これにより、第1基板対向板8の第1基板対向面8aが基板Wの下面から離反して、基板Wの下面と第1基板対向板8の第1基板対向面8aとの間におけるリンス液の液密状態が瞬時に解除される(S8:リンス液液密解除工程)。
基板Wの加速から予め定める乾燥時間(たとえば、2sec)が経過すると、制御装置69は、回転駆動機構7を制御して、基板Wの回転を停止させる。その後、基板搬送ロボットによって、処理済みの基板Wが処理室2内から搬出される(S10:基板搬出工程)。
第2実施形態に係る基板処理装置71が前述の第1実施形態の基板処理装置1と異なる点は、下面ノズル昇降機構72を備えている点である。その他の構成は、前述の第1実施形態に係る基板処理装置1と同様の構成である。図6、図7および図10A〜図10Lにおいて、前述の第1実施形態に示された各部と対応する部分には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図8の処理例に際して、まず、図示しない基板搬送ロボットにより未処理の基板Wが処理室2内に搬入されて、図10Aに示すように、基板Wがそのデバイス形成面を上方に向けた状態でスピンチャック3に保持される(S11:基板搬入工程)。基板Wの搬入時には、第1基板対向板8は、図9および図10Aに示すように、下位置に配置されている。また、第2基板対向板16は、第1接近位置に配置されている。
ステップS12の高速回転薬液処理工程において、上面薬液ノズル44から吐出された薬液は、基板Wの上面中央部に着液した後、基板Wの回転遠心力によって基板Wの上面周縁部にまで拡がる。これにより、基板Wの上面全域が薬液処理される。また、下面ノズル15から吐出された薬液は、基板Wの下面中央部に着液した後、基板Wの回転遠心力を受けて基板Wの下面を伝って下面周縁部にまで拡がる。これにより、基板Wの下面全域が薬液処理される。
次いで、第2接近位置において、予め定める時間(たとえば、5sec)が経過すると、制御装置69は、図8、図9および図10Eに示すように、昇降アクチュエータ29および下面ノズル昇降機構72を制御して、第1基板対向板8と第2基板対向板16とを、第2接近位置(図10D参照)から第1接近位置(図10E参照)まで一体的に下降させる。第1基板対向板8および第2基板対向板16は、液密状態を維持したまま、第2接近位置から第1接近位置まで下降する。
次いで、第1接近位置において、予め定める薬液液密時間(たとえば、20sec)が経過すると、制御装置69は、図8、図9および図10Fに示すように、上面薬液バルブ46および下面薬液バルブ58を閉じ、基板Wへの薬液の供給を停止させる。また、制御装置69は、昇降アクチュエータ29を制御して、第1基板対向板8を第1接近位置(図10E参照)から下位置(図10F参照)に下降させる。これにより、第1基板対向板8の第1基板対向面8aが基板Wの下面から離反して、基板Wの下面と第1基板対向板8の第1基板対向面8aとの間における薬液の液密状態が瞬時に解除される(S14:薬液液密解除工程)。
基板Wの加速から予め定める乾燥時間(たとえば、2sec)が経過すると、制御装置69は、回転駆動機構7を制御して、基板Wの回転を停止させる。その後、基板搬送ロボットによって、処理済みの基板Wが処理室2内から搬出される(S20:基板搬出工程)。
以上、この発明の実施形態について説明してきたが、この発明はさらに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、第1基板対向面8aを有する第1基板対向板8について説明したが、図11A〜図11Cに示す第1基板対向板81,82,83の構成例を採用してもよい。
図11Aでは、第1基板対向板81を示している。第1基板対向板81が前述の実施形態の第1基板対向板8と異なる点は、挿通用凹所20としての挿通孔に替えて、挿通用凹所20としての切り欠き部20aが形成されている点である。切り欠き部20aは、前述の第1および第2実施形態と同様に、保持部材5に対応する位置に形成されている。切り欠き部20aは、基板Wの外周端から回転軸線10側に向けて凹状に形成されているため、前述の実施形態と異なり、挿通用凹所20と基板Wの外周端との間に肉厚部が設けられていない。
また、図11Bでは、第1基板対向板82を示している。第1基板対向板82が、前述の実施形態の第1基板対向板8と異なる点は、第1基板対向板82の第1基板対向面82aが親水面を含む点である。
このように、第1基板対向面82aが親水面を含む場合、ステップS3,S13の薬液機密工程では、基板Wの下面と第1基板対向面82aとの間の距離は、複数の切り欠き82bにより形成された凹部によって、部分的に近接したり離間したりしている。これにより、基板Wの下面と第1基板対向面82aとの間の空間38に供給された薬液の濡れ性を向上させることができる。その結果、基板Wの下面と第1基板対向面8aとの間の空間38を薬液によって液密状態にし易くなる。また、ステップS7,S17のリンス液機密工程でも、同様に、基板Wの下面と第1基板対向面82aとの間の空間38に供給されたリンス液の濡れ性を向上させることができる。その結果、基板Wの下面と第1基板対向面8aとの間の空間38をリンス液によって液密状態にし易くなる。
また、前述の実施形態では、基板Wの上面および基板Wの下面に供給される薬液の薬液温度について言及しないが、基板Wの上面および基板Wの下面には、高温に加熱された薬液(エッチング液)が供給されてもよい。
また、前述の第2実施形態では、第2基板対向板16を、第1接近位置と第2接近位置との間を昇降させる例について説明したが、第2基板対向板16を、下位置と第2接近位置との間で昇降させてもよい。
3 スピンチャック
4 スピンベース
5 保持部材
6 回転軸
8 第1基板対向板
8a 第1基板対向面
10 回転軸線
15 下面ノズル
16 第2基板対向板
16a 第2基板対向面
17 処理液吐出口
20 挿通用凹所
38 空間
42 上面薬液供給機構
43 上面リンス液供給機構
54 下面薬液供給機構
55 下面リンス液供給機構
69 制御装置
71 基板処理装置
72 下面ノズル昇降機構
81 第1基板対向板
82 第1基板対向板
82a 第1基板対向面
83 第1基板対向板
83a 第1基板対向面
W 基板
ω1〜ω5 回転速度
Claims (15)
- 基板を、所定の鉛直軸線まわりに第1回転速度で回転させる基板回転ステップと、
前記基板回転ステップと並行して実行され、回転中の前記基板の下面に所定の第1間隔を隔てて第1対向面を対向させつつ、前記基板の下面に対向する下面ノズルの処理液吐出口から処理液を吐出させて、前記基板の下面と前記第1対向面との間の空間を処理液で液密状態にする液密ステップと、
前記液密ステップの後、前記基板の下面と前記第1対向面とを離反させることにより、前記基板の下面と前記第1対向面との間の空間の液密状態を解除する液密解除ステップと、
前記液密ステップに先立って実行され、前記第1回転速度よりも速い第2回転速度で前記基板を回転させながら当該基板の下面に処理液を供給する高速回転処理ステップとを含み、
前記液密ステップは、前記高速回転処理ステップの終了に連続して実行開始する、基板処理方法。 - 前記第1対向面は円板状をなし、その外周端が、前記基板の下面における基板周端よりも外側に位置している、請求項1に記載の基板処理方法。
- 前記液密ステップでは、前記第1対向面、および前記処理液吐出口を有する前記下面ノズルの第2対向面が、同一平面上に配置される、請求項1または2に記載の基板処理方法。
- 前記基板の上面に処理液を供給して、当該基板の上面を処理液で処理する上面処理ステップをさらに含み、
前記上面処理ステップに並行して前記液密ステップが実行される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理方法。 - 前記高速回転処理ステップから前記液密ステップに移行するタイミングで、前記基板に供給される処理液の流量を低減させる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記液密ステップに先立って実行され、前記基板の下面に、前記第1間隔よりも大きい第2間隔を隔てて前記第1対向面を対向させ、前記第1回転速度よりも速くかつ前記第2回転速度よりも遅い第3回転速度で前記基板を回転させながら、前記処理液吐出口から前記基板の下面と前記第1対向面との間の空間に洗浄液を供給させて、前記第1対向面を洗浄する洗浄ステップをさらに含む、請求項5に記載の基板処理方法。
- 前記洗浄液は、前記処理液を含み、
前記液密ステップは、前記洗浄ステップの終了に連続して実行開始するものであり、前記洗浄ステップから前記液密ステップへの移行と同期して、前記基板に供給する処理液の流量をそれまでよりも低減させる、請求項6に記載の基板処理方法。 - 前記処理液はエッチング液である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 基板を水平姿勢で保持しつつ、所定の鉛直軸線まわりに回転させる基板保持回転手段と、
前記基板保持回転手段により回転される前記基板の下面に対向する第1対向面を有する基板対向板と、
前記基板対向板を昇降させる対向板昇降手段と、
前記基板の下面に対向する処理液吐出口を有し、前記基板の下面と前記第1対向面との間の空間に処理液を供給するための下面ノズルと、
前記下面ノズルに処理液を供給する処理液供給手段と、
前記基板保持回転手段、前記対向板昇降手段および前記処理液供給手段を制御して、前記基板を所定の第1回転速度で回転させ、前記基板の下面に所定の第1間隔を隔てて前記第1対向面を対向させ、かつ前記処理液吐出口から処理液を吐出させて、前記基板の下面と前記第1対向面との間の空間を処理液で液密状態にする液密ステップを実行する液密制御手段と、
前記液密ステップの実行終了後、前記対向板昇降手段を制御して、前記液密ステップが実行されている状態から前記基板の下面と前記第1対向面とを離反させて、前記基板の下面と前記第1対向面との間の空間の液密状態を解除する液密解除制御手段と、
前記液密ステップに先立って、前記基板保持回転手段を制御して、前記第1回転速度よりも速い第2回転速度で前記基板を回転させながら当該基板の下面に処理液を供給する高速回転処理ステップを実行する高速回転制御手段とを含み、
前記液密解除制御手段は、前記高速回転処理ステップの終了に連続して、前記液密状態の解除を開始する、基板処理装置。 - 前記基板対向板は円板状をなし、その外周端が、前記基板の下面における基板周端よりも外側に位置しており、
前記基板保持回転手段は、前記鉛直軸線を中心に回転可能なベースと、前記ベースに立設されて、前記基板を保持する複数の保持部材とを有し、
前記基板対向板には、前記保持部材を挿通するための複数の挿通用凹所が、当該基板対向板の厚み方向に貫通して形成されている、請求項9に記載の基板処理装置。 - 各挿通用凹所は、挿通孔である、請求項10に記載の基板処理装置。
- 前記下面ノズルを昇降させるノズル昇降機構をさらに含む、請求項9〜11のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記下面ノズルは、前記基板の下面に間隔を隔てて対向し、前記処理液吐出口を有する第2対向面を有する、請求項9〜12のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記第2対向面は、前記基板保持回転手段による前記基板の回転中心を含む領域と対向しており、
前記第1対向面は、平面視で、前記第2対向面の周囲を取り囲む環状をなしている、請求項13に記載の基板処理装置。 - 前記第1対向面は親水面を含む、請求項9〜14のいずれか一項に記載の基板処理装置。
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