JP6649146B2 - 基板処理装置、基板処理システムおよび基板処理方法 - Google Patents

基板処理装置、基板処理システムおよび基板処理方法 Download PDF

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Description

この発明は、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(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などの各種基板(以下、「基板」と記載する)を乾燥させる基板処理技術に関するものである。
半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程においては、基板の表面を液体により処理した後、基板表面から液体を除去して基板表面を乾燥させることが一般的に実施されている。特に、主に基板表面に形成された微細パターンが液体の表面張力によって倒壊するのを防止することを目的として、昇華性物質をパターン間に充填しておき、液体成分を蒸発させた後で昇華性物質を昇華させる技術がある。
例えば特許文献1に記載の技術においては、基板表面に昇華性物質を含む溶液が供給され、まず溶液中の溶媒成分を蒸発させることでパターン凹部が昇華性物質で満たされた後に、基板が昇華性物質の昇華温度よりも高温に昇温されることで、昇華性物質が基板から除去される。
特開2012−243869号公報
上記特許文献に記載の従来技術においては、基板にリンス液を供給するリンス工程から、昇華性物質を含む溶液から溶媒を蒸発させる溶媒乾燥工程までが単一の処理ユニットで行われる。また変形例として、さらに昇華性物質を昇華させる昇華性物質除去工程までを同じ処理ユニットで行うことが特許文献1には記載されている。
しかしながら、このような処理では、比較的低温の液体による処理の後、基板の温度を上昇させて溶媒を蒸発させるという工程が基板ごとに発生し、このような温度上昇、低下のサイクルに起因するタクトタイムの悪化やエネルギー効率の低下が問題となる。特に溶媒乾燥と昇華性物質除去とを別ユニットで処理する場合、ユニット間を移動させる際に基板温度が低下するため、上記した問題がさらに顕著になってしまう。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板表面で昇華性物質を含む溶液から溶媒成分を蒸発させた後に昇華性物質を昇華させる基板処理技術において、短いタクトタイムで、かつ優れたエネルギー効率で処理を行うことのできる技術を提供することを目的とする。
本発明にかかる基板処理装置の一の態様は、上記目的を達成するため、第1チャンバーと、第1チャンバー内で基板の表面に昇華性を有する昇華性物質を含む溶液の液膜を形成する液膜形成部と、液膜が形成された基板を受け入れる第2チャンバーと、第2チャンバー内に設けられ上面に基板を載置可能なプレート部と、プレート部の上面を所定温度に昇温制御する温度制御部と、基板上昇華性物質を加熱して昇華させる加熱部とを備え、昇温されたプレート部に基板が載置されることで基板上の液膜から昇華性物質を析出させた後に、加熱部が基板上で析出した昇華性物質を加熱する。
このような構成によれば、基板に溶液の液膜を形成する、したがって加熱を要しない処理が第1チャンバー内で、液膜から溶媒を蒸発させ昇華性物質を昇華させる、つまり加熱を要する処理が第2チャンバー内で実行される。そのため、第1チャンバー内では基板を昇温させる必要がない。また、第2チャンバー内では、液膜を有する基板が昇温されたプレート部に載置されることで溶液中の溶媒の蒸発が進行するので、プレート部は溶媒を蒸発させるのに必要十分な温度を維持していればよく、処理プロセスの進行のためにプレート部の温度を上下させる必要がない。
そして、加熱部は、溶媒の蒸発後に、既に溶媒が蒸発する程度に温められた基板から析出した昇華性物質を昇華させるだけの熱エネルギーを供給すれば足りる。このとき基板を加熱する必要は必ずしもない。このため、加熱部が供給すべき熱量も加熱期間も少なくて済む。また、プレート部からの熱エネルギーが基板を介して昇華性物質に伝えられる構成に対し、基板の温度上昇を抑えることができるので、熱による基板へのダメージも回避される。
このように、本発明では、基板への液膜形成処理と、液膜から溶媒を蒸発させ析出した昇華性物質を昇華させる加熱処理とが異なるチャンバー内で実行される。さらに本発明では、液膜を構成する溶液から溶媒を蒸発させるための加熱と、析出した昇華性物質を昇華させるための加熱とが異なる主体によってなされる。そのため、プレート部の温度を上げ下げするサイクルが本質的に不要であり、温度変更のための待ち時間が発生せず、熱エネルギーの損失も少ない。さらに、溶媒を蒸発させてから昇華性物質を昇華させるまでの間にも基板の温度低下が発生しないので、与えられた熱エネルギーをより効率的に処理に利用することが可能である。すなわち、優れたエネルギー効率で処理を実行することが可能である。
また、本発明にかかる基板処理装置の他の態様は、上記目的を達成するため、昇華性を有する昇華性物質を含む溶液の液膜が表面に形成された基板を受け入れるチャンバーと、チャンバー内に設けられ上面に基板を載置可能なプレート部と、プレート部の上面を所定温度に昇温制御する温度制御部と、基板上昇華性物質を加熱して昇華させる加熱部と
を備え、昇温されたプレート部に基板が載置されることで基板上の液膜から昇華性物質を析出させた後に、加熱部が基板上で析出した昇華性物質を加熱する。
基板表面に各種の液体で液膜を形成する技術、および形成された液膜を維持したまま基板を搬送する技術は既に実用化されている。この点から、本発明は、例えば既存の技術により昇華性物質を含む溶液の液膜が形成された基板を処理対象とする態様で実施することも可能である。このような構成によっても、上記発明と同様、短いタクトタイムで、かつ優れたエネルギー効率で処理を行うことが可能である。
また、本発明にかかる基板処理システムの一の態様は、上記目的を達成するため、第1チャンバー内で基板の表面に昇華性を有する昇華性物質を含む溶液の液膜を形成する液膜形成ユニットと、第2チャンバー内で液膜から溶媒を蒸発させ残留する昇華性物質を昇華させる乾燥ユニットと、第1チャンバーから第2チャンバーへ、液膜が形成された基板を搬送する搬送手段とを備え、乾燥ユニットは、第2チャンバー内に設けられ上面に基板を載置可能なプレート部と、プレート部の上面を所定温度に昇温制御する温度制御部と、基板上昇華性物質を加熱して昇華させる加熱部とを有し、昇温されたプレート部に基板が載置されることで基板上の液膜から昇華性物質を析出させた後に、加熱部が基板上で析出した昇華性物質を加熱する。
また、本発明にかかる基板処理方法の一の態様は、上記目的を達成するため、第1チャンバー内で基板の表面に昇華性を有する昇華性物質を含む溶液を供給して液膜を形成する工程と、液膜が形成された基板を第2チャンバーへ搬送して、第2チャンバー内に設けられ上面が所定温度に昇温制御されたプレート部に載置する工程と、第2チャンバー内で、昇温されたプレート部に載置された基板上の液膜から溶媒を蒸発させて昇華性物質を析出させる工程と、昇華性物質が析出した後に、第2チャンバー内で、基板上で析出した昇華性物質を加熱して昇華させる工程とを備えている。
これらの構成によっても、上記発明と同様に、短いタクトタイムで、かつ優れたエネルギー効率で処理を行うことが可能である。
以上のように、本発明によれば、基板への液膜形成と、液膜から溶媒を蒸発させ析出した昇華性物質を昇華させる加熱とが異なるチャンバー内で実行され、さらに液膜を構成する溶液から溶媒を蒸発させるための加熱主体と析出した昇華性物質を昇華させるための加熱主体とが異なる。そのため、温度変更のためのタクトタイムの悪化やエネルギー効率の低下を回避することが可能である。
本発明にかかる基板処理システムの一実施形態のレイアウトを示す平面図である。 湿式処理ユニットの構成を示す図である。 湿式処理ユニットによる湿式処理の概略を示すフローチャートである。 乾燥ユニットの構成を示す図である。 第1の乾燥ユニットによる乾燥処理の概要を示すフローチャートである。 湿式処理ユニットおよび乾燥ユニットが協働する処理を示すタイミングチャートである。 乾燥ユニットの他の構成を示す図である。 第2の乾燥ユニットによる乾燥処理の概要を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態を、半導体基板の処理に用いられる基板処理装置を例にとって図面を参照して説明する。なお、本発明は、半導体基板の処理に限らず、液晶表示器用のガラス基板などの各種の基板の処理にも適用することができる。以下の説明において、基板とは、半導体基板、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(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などの各種基板をいう。
図1は本発明にかかる基板処理システムの一実施形態のレイアウトを示す平面図である。この基板処理システム1は、半導体デバイスの材料となる半導体基板(以下、単に「基板」という)Wを処理液により湿式処理した後、基板を乾燥させるための処理システムであり、例えば基板Wの現像処理過程に用いられる。基板処理システム1は、湿式処理ユニット2、乾燥ユニット3、搬送ユニット4および基板ステーション5を備えている。なお、これらの各ユニットは複数設けられてもよく、この場合、例えば湿式処理ユニット2と乾燥ユニット3とが同数である必要は必ずしもない。
基板ステーション5は、処理対象となる基板Wを収容するカセット51を複数個(この例では3個)載置可能となっている。そして、各カセット51から基板Wが搬送ユニット4により取り出され、湿式処理ユニット2および乾燥ユニット3に順次搬送されて所定の処理を受けた後、最後にカセット51に収容される。
搬送ユニット4では、2本の伸縮アーム41a,41bの基端部がユニット本体42に対して鉛直軸周りに回動自在に取り付けられている。図1において鉛直軸は紙面に垂直な軸である。伸縮アーム41aの先端部には基板Wを下方から支持可能なハンド43aが、また伸縮アーム41bの先端部には基板Wを下方から支持可能なハンド43bが、それぞれ鉛直軸周りに回動自在に設けられている。そして、図示を省略する駆動機構が、ユニット本体42に対して伸縮アーム41a,41bを互いに独立して伸縮および旋回移動させ、またハンド43a,43bを伸縮アーム41a,41bに対して回動させる。このように、搬送ユニット4は、2つの基板搬送手段を互いに独立に駆動して、同時に2枚の基板Wを搬送可能となっている。
図2は湿式処理ユニットの構成を示す図である。具体的には、図2(a)は湿式処理ユニット2の内部構造を示す側面断面図であり、図2(b)は湿式処理ユニット2の主要部の動作を示す図である。湿式処理ユニット2は、搬送ユニット4によりカセット51から取り出された基板Wに対して薬液処理やリンス処理等の湿式処理を行う。このような各種の処理液を用いた湿式処理およびその処理装置としては多くの技術が公知であり、本実施形態においてもそれらの公知技術から適宜のものを適用可能である。そこで、本明細書ではユニットの構成およびその動作について簡単に説明し、詳しい処理内容についての説明を省略する。
図2(a)に示すように、湿式処理ユニット2は、湿式処理チャンバー20内に設けられた基板保持部21、スプラッシュガード22および液供給部23と、制御部25とを備えている。基板保持部21は、基板Wとほぼ同等の直径を有する円板状のスピンチャック211を有し、スピンチャック211の周縁部には複数のチャックピン212が設けられている。チャックピン212が基板Wの周縁部に当接して基板Wを支持することにより、スピンチャック211はその上面から離間させた状態で基板Wを水平姿勢に保持することができる。
スピンチャック211はその下面中央部から下向きに延びる回転支軸213により上面が水平となるように支持されている。回転支軸213は湿式処理チャンバー20の底部に取り付けられた回転機構214により回転自在に支持されている。回転機構214は図示しない回転モータを内蔵しており、回転モータは制御部25の回転制御部251により制御されている。回転制御部251からの制御指令に応じて回転モータが回転することで、回転支軸213に直結されたスピンチャック211が1点鎖線で示す鉛直軸周りに回転する。図2においては上下方向が鉛直方向である。これにより、基板Wが水平姿勢のまま鉛直軸周りに回転される。
基板保持部21を側方から取り囲むように、スプラッシュガード22が設けられる。スプラッシュガード22は、スピンチャック211の周縁部を覆うように設けられた概略筒状のカップ221と、カップ221の外周部の下方に設けられた液受け部222とを有している。カップ221は制御部25に設けられたカップ昇降部252により昇降駆動される。カップ昇降部252は、図2(a)に示すようにカップ221の上端部がスピンチャック211に保持された基板Wの周縁部よりも下方まで下降した下方位置と、図2(b)に示すようにカップ221の上端部が基板Wの周縁部よりも上方に位置する上方位置との間でカップ221を昇降駆動する。
カップ221が下方位置にあるときには、図2(a)に示すように、スピンチャック211に保持される基板Wがカップ221外に露出した状態になっている。このため、例えばスピンチャック211への基板Wの搬入および搬出時にカップ221が障害となることが防止される。
また、カップ221が上方位置にあるときには、図2(b)に示すように、スピンチャック211に保持される基板Wの周縁部を取り囲むことになる。これにより、後述する湿式処理において基板Wの周縁部から振り切られる処理液がチャンバー20内に飛散することが防止され、処理液を確実に回収することが可能となる。すなわち、基板Wが回転することで基板Wの周縁部から振り切られる処理液の液滴はカップ221の内壁に付着して下方へ流下し、カップ221の下方に配置された液受け部222により集められて回収される。複数の処理液を個別に回収するために、複数段のカップが同心に設けられてもよい。
液供給部23は、湿式処理チャンバー20に固定されたベース231に対し回動自在に設けられた回動支軸232から水平に伸びるアーム233の先端にノズル234が取り付けられた構造を有している。回動支軸232は制御部25に設けられたアーム駆動部254により制御されている。アーム駆動部254からの制御指令に応じて回動支軸232が回動することによりアーム233が揺動し、アーム233先端のノズル234が、図2(a)に示すように基板Wの上方から側方へ退避した退避位置と、図2(b)に示すように基板W上方の処理位置との間を移動する。
ノズル234は制御部25に設けられた処理液供給部255に接続されている。処理液供給部255は、エッチング液のような薬液、リンス液、純水等の各種の液体を処理液としてノズル234に供給する。図2(b)に示すように、ノズル234が基板W上方の処理位置にある状態で処理液供給部255から処理液Lqが供給されることで、ノズル234から基板Wに向け処理液Lqが吐出される。特に、基板Wを適当な回転速度で回転させながらその回転中心の上方に位置決めされたノズル234から処理液Lqを吐出させることで、基板Wの上面Wa全体を液膜で覆うことができる。複数種の処理液に対応するために、液供給部23が湿式処理チャンバー20内に複数組設けられてもよい。
この他、制御部25には、湿式処理チャンバー20の側面に設けられて基板Wの出し入れに使用される図示しないシャッターを開閉するためのシャッター制御部253、湿式処理チャンバー20内に適宜の気体を導入したり湿式処理チャンバー20内の気体を排出したりすることでチャンバー内の雰囲気を制御する雰囲気制御部256などが設けられる。これらの構成としては基板処理装置において一般的なものを用いることができるので、詳しい説明を省略する。
図3は湿式処理ユニットによる湿式処理の概略を示すフローチャートである。この処理は、制御部25が予め準備された処理レシピを実行し、湿式処理ユニット2の各部を制御して所定の動作を行わせることにより実現される。最初に、基板Wが湿式処理ユニット2に受け入れられる(ステップS101)。具体的には、シャッター制御部253により、湿式処理チャンバー20の図示しないシャッターが開かれ、搬送ユニット4が、カセット51から取り出した1枚の基板Wを湿式処理チャンバー20内に搬入し、スピンチャック211に載置する。チャックピン212が基板Wの周縁部を保持し、搬送ユニット4が退避した後、シャッターが閉じられることで、基板Wの受け入れが完了する。
続いて、カップ制御部252が、スプラッシュガード22のカップ221を下位置から上位置へ移動位置決めし(ステップS102)、回転制御部251がスピンチャック211を処理レシピで定められた所定の回転速度で回転させる(ステップS103)。これにより、基板Wが湿式処理の目的に応じた回転速度で回転する。
そして、アーム駆動部254によりノズル234が処理位置に移動位置決めされ(ステップS104)、処理液供給部255から供給される処理液が所定時間だけノズル234から吐出される(ステップS105)。これにより基板Wに処理液が供給されて基板Wが湿式処理される。処理液供給の停止後、ノズル234は退避位置に移動される(ステップS106)。
他の湿式処理をさらに実行すべきときには(ステップS107においてYES)、ステップS103に戻って、必要に応じ基板Wの回転速度や処理液の種類が変更されて新たな湿式処理が実行される。次の処理がなければ(ステップS107においてNO)、基板Wの回転が停止され(ステップS108)、スプラッシュガード22のカップ221が下位置に戻された後に(ステップS109)、基板Wが払い出される(ステップS110)。具体的には、シャッター制御部253によりシャッターが開かれ、搬送ユニット4がスピンチャック211上の基板Wを保持してチャンバー外へ搬出する。これにより、湿式処理ユニット2による湿式処理が終了する。
搬出される基板Wは処理液により濡れた状態である。例えば処理時に基板Wの回転速度が適宜に設定されていれば、基板Wの上面Wa全体が液膜に覆われた状態となっている。既に知られているように、処理液の表面張力の大きさに応じて回転速度により液膜の厚さを調整することが可能である。液膜の厚さを適切に設定し、水平姿勢を保ったまま基板Wを搬送することで、基板上面Waを液膜で覆ったまま搬送することも可能である。搬送ユニット4のハンド43a,43bは基板Wの下面を支持するため、上面Waに形成された液膜に触れることなく基板Wを搬送することができる。後述するように、湿式処理ユニット2から搬出される基板Wは、その上面Waが昇華性物質を含む溶液の液膜によって覆われた状態となったものである。
このように濡れた状態で搬出される基板Wは乾燥ユニット3により乾燥される。すなわち乾燥ユニット3は、水平姿勢で搬入される基板Wに残留付着する処理液を除去して基板Wを乾燥させる機能を有する。本明細書は乾燥ユニット3の2つの態様を開示するが、ここでは第1の実施形態にかかる乾燥ユニット3aの構成および動作について説明する。
図4は乾燥ユニットの構成を示す図である。具体的には、図4(a)は第1の乾燥ユニット3aの内部構造を示す側面断面図であり、図4(b)は乾燥ユニット3aの主要部の動作を示す図である。図4(a)に示すように、第1の態様の乾燥ユニット3aは、乾燥チャンバー30内に設けられた基板保持部31およびランプ加熱部32と、制御部33とを備えている。
基板保持部31は、基板Wより一回り小さい直径を有する円板状の支持プレート311を有しており、支持プレート311の上面311aが搬入される基板Wの下面に密着することにより、基板Wを水平姿勢に保持することができる。図示を省略しているが、支持プレート311の上面311aには吸着孔または吸着溝が設けられており、制御部33の吸着制御部334からの負圧が供給される。これにより、基板保持部31は基板Wの下面Wbを支持プレート311の上面311aに密着させた状態でしっかりと水平姿勢に保持することができる。
支持プレート311にはヒーター312が内蔵されており、ヒーター312は制御部33の温度制御部335により制御される。これにより、温度制御部335は、ヒーターを発熱させて支持プレート331を昇温させ、その上面温度を所定温度に維持する。したがって、基板Wが支持プレート311に載置されると支持プレート311の熱が基板Wに移動し、基板Wが温められる。なお、支持プレートを昇温させるための構成については、ヒーターを内蔵させるものに限定されず任意である。例えば支持プレート自体が抵抗体により形成された構成や、誘導加熱により支持プレートが発熱するような構成であってもよい。また支持プレートの上面が所定温度に維持されれば足り、支持プレート全体が同じ温度であることを要するものではない。
支持プレート311はその下面中央部から下向きに延びる回転支軸313により上面311aが水平となるように支持されている。回転支軸213は乾燥チャンバー30の底部に取り付けられた回転機構314により回転自在に支持されている。回転機構314は図示しない回転モータを内蔵しており、回転モータは制御部33の回転制御部331により制御されている。回転制御部331からの制御指令に応じて回転モータが回転することで、回転支軸313に直結された支持プレート311が1点鎖線で示す鉛直軸周りに回転する。図3においては上下方向が鉛直方向である。これにより、基板Wが水平姿勢のまま鉛直軸周りに回転される。
基板支持部31に支持される基板Wの上方に、ランプ加熱部32が配置される。具体的には、例えば石英ガラス製の透明隔壁321により、チャンバー内の上部空間S1が下部空間S2から隔離されており、上部空間S1に加熱用ランプ322としての例えばキセノンランプが水平方向に複数配列されている。加熱用ランプ322の上方には反射板323が配置される。加熱用ランプ322は制御部33のランプ制御部332により制御される。ランプ制御部332からの制御指令に応じて各ランプ322が一斉に点灯すると、図4(b)に示すように、ランプ322から出射された赤外線成分を多く含む光が直接、あるいは反射板323により反射されて基板Wの上面Waに向けて照射される。このような構成により、基板Wの上面Waを短時間で急激に昇温させることができる。
また、乾燥チャンバー30の側面には気体導入口301が設けられており、気体導入口301は、制御部33に設けられた雰囲気制御部336に連通している。雰囲気制御部336は必要に応じ気体導入口301を介して、基板Wの乾燥を促進させる乾燥促進流体としての乾燥ガスを乾燥チャンバー30内に供給する。乾燥ガスとしては例えば適宜の温度に昇温された高温窒素ガスを用いることができる。昇温された乾燥ガスを用いることで、基板W周辺を高温環境に維持して溶媒や昇華性物質の蒸発を促進することができ、また気化したこれらの成分を基板Wの周辺から素早く除去することにより、さらに乾燥が促進される。
乾燥チャンバー30の側面のうち、基板保持部31を挟んで気体導入口301とは反対側に排気口302が設けられている。排気口302は雰囲気制御部336に連通しており、雰囲気制御部336は必要に応じて排気口302から乾燥チャンバー30内の雰囲気を排気する。気体導入口301から導入された乾燥ガスが基板保持部31に保持される基板Wの上面Waに沿って流れ排気口302から排出されるように、気体導入口301および排気口302の配設位置が定められる。
この他、制御部33には、乾燥チャンバー30の側面に設けられて基板Wの出し入れに使用される図示しないシャッターを開閉するためのシャッター制御部333が設けられている。このような構成としては基板処理装置において一般的なものを用いることができるので、詳しい説明を省略する。
上記のように構成された乾燥ユニット3aは、基板Wの表面に昇華性物質を付着させた状態で液体成分を除去した後、昇華性物質を昇華させて基板W表面から除去する、いわゆる昇華乾燥処理を実施するのに好適なものである。昇華乾燥技術は、例えば表面に微細な凹凸パターンが形成された基板から液体成分を除去し乾燥させる際に、液体の表面張力に起因するパターン倒壊を防止することのできる乾燥方法である。
この乾燥ユニット3aは、昇華性物質を含む溶液による液膜Pが上面Waに形成された基板Wを受け入れて乾燥させるものである。具体的には、受け入れた基板Wの上面Waに形成されている液膜Pからまず溶媒成分を蒸発させることで昇華性物質を基板Wの上面Waに析出させ、次いで析出した昇華性物質を昇華させて除去する。パターンの凹部に昇華性物質が充填されることで、液体成分が蒸発する際のパターン倒壊を防止することができる。このような昇華乾燥技術の原理については既に知られているので説明を省略するが、例えば特許文献1の記載を参考にすることができる。この実施形態では、基板Wの主面のうちパターン形成面が上面Waとなるように基板Wが取り扱われるものとする。
昇華乾燥を実現させるための液膜の材料としては、例えば以下のようなものを用いることができるが、これらに限定されるものではなく任意である。例えば昇華性物質としては、ナフタレン、ケイフッ化アンモニウム、各種の熱分解性ポリマーなどを用いることができる。また、昇華性物質を溶解させる溶媒としては、常温で液体の純水、DIW(De-ionized Water;脱イオン水)、IPA(イソプロピルアルコール)またはこれらの混合物等であって昇華性物質を高い溶解度で溶解することのできるものを適宜選択して使用可能である。本実施形態の技術思想は使用される材料の種類に依存するものではなく、温度や時間などの処理条件を調整することで種々の材料を使用可能である。
図5は第1の乾燥ユニットによる乾燥処理の概要を示すフローチャートである。この処理は、制御部33が予め準備された処理レシピを実行し、第1の乾燥ユニット3aの各部を制御して所定の動作を行わせることにより実現される。乾燥ユニット3aは、上面Waに昇華性物質を含む溶液の液膜Pが形成され搬送ユニット4により水平姿勢で搬送される基板Wを受け入れるが(ステップS202)、受け入れに先立って、温度制御部335による支持プレート312の温度制御が開始されている(ステップS201)。
支持プレート312の制御目標温度は昇華性物質及び溶媒の種類に応じて定められる。上記例の材料が用いられる場合、例えば180℃とすることができる。
基板Wを受け入れるに際して、シャッター制御部333により、乾燥チャンバー30の図示しないシャッターが開かれ、搬送ユニット4が、湿式処理チャンバー20から搬出した基板Wを乾燥チャンバー30内に搬入し、支持プレート311に載置する。このとき支持プレート311の上面温度が所定温度に達していることが望ましい。吸着制御部334が支持プレート311の上面311aに設けられた吸着孔または吸着溝に負圧を供給することで基板Wが支持プレート311により吸着保持され、搬送ユニット4が退避した後、シャッターが閉じられることで、基板Wの受け入れが完了する。
続いて、雰囲気制御部336から乾燥チャンバー30内へ乾燥ガスの供給が開始され(ステップS203)、また回転制御部331が支持プレート311を回転させることで、基板Wを所定の回転速度で回転させる(ステップS204)。支持プレート311が予め昇温されているため、基板Wが支持プレート311に載置されると支持プレート311によって基板Wが温められ、基板Wの上面Waに形成された液膜Pからの溶媒成分の蒸発が促進される。すなわち、昇温された支持プレート311に基板Wを載置すること自体が溶媒を蒸発させる工程を開始させることに該当する。溶媒の蒸発に伴い析出する昇華性物質はパターンの凹部を埋め、溶媒の表面張力に起因するパターン倒壊が防止される。
溶媒成分がほぼ完全に蒸発するのに必要な所定時間の経過後、加熱用ランプ322が点灯される(ステップS205)。このとき基板Wの上面Waは析出した昇華性物質により覆われており、加熱用ランプ322から照射される光は昇華性物質を加熱しその昇華を促進させる。なお、ランプ加熱では基板Wの上面温度を厳密に管理することは難しいが、処理の目的からは昇華性物質を昇華させるのに十分な熱量が与えられれば足り、特に温度制御を必要とするものではない。
基板Wに残留する昇華性物質がほぼ全て除去されるタイミングでランプは消灯される(ステップS206)。そして、基板Wの回転および乾燥ガスの供給が停止されて(ステップS207)、一の基板Wについての乾燥処理が終了する。処理後の基板Wは外部へ払い出される(ステップS208)。具体的には、シャッター制御部333によりシャッターが開かれ、搬送ユニット4が吸着保持が解除された支持プレート311上の基板Wを保持してチャンバー外へ搬出する。
処理すべき次の基板がある場合には(ステップS209においてYES)、ステップS202に戻って上記と同様の処理が繰り返される。さらに処理すべき基板がなければ(ステップS209においてNO)、支持プレート311の温度制御が停止されて(ステップS210)、乾燥処理は終了する。
図6は湿式処理ユニットおよび乾燥ユニットが協働することにより実現される一連の処理を示すタイミングチャートである。時刻Taにおいて搬送ユニット4がカセット51から1枚の基板Wを取り出すと、当該基板Wは湿式処理ユニット2に搬送され、湿式処理チャンバー20に受け入れられる(「受入」工程)。その後、スプラッシュガード22のカップ221が下位置から上位置に移動し、スピンチャック211が回転を開始し、処理位置に位置決めされたノズル234から適宜の処理液が連続的にまたは断続的に供給されて湿式処理が実行される(「湿式処理」工程)。この間、スピンチャック211の回転速度が変更されてもよく、また処理液の種類が切り替えられてもよい。
最終的に、湿式処理ユニット2では、昇華性物質を含む溶液による液膜Pが基板Wの上面Waに形成される(「液膜形成」工程)。液膜Pが形成されると、スピンチャック211の回転が停止され、スプラッシュガード22のカップ221が下位置に戻されてから、搬送ユニット4により基板Wが湿式処理チャンバー20から搬出される(「払出」工程)。基板Wが搬出された湿式処理ユニット2では、各部が初期状態に戻っており、新たな基板Wを受け入れて処理を継続することができる(新たな「受入」工程)。
湿式処理ユニット2から搬出された、上面Waに液膜Pが形成された基板Wは乾燥ユニット3に搬送され、乾燥チャンバー30に受け入れられるが(「受入」工程)、それに先立つ時刻Tbにおいて、支持プレート311の温度制御が開始されている。したがって、基板Wが乾燥チャンバー30に搬入され支持プレート311に載置される時点では、支持プレート311は既に昇温された状態となっている。このため、基板Wが支持プレート311に載置された時には液膜P中の溶媒成分の蒸発が開始されている(「蒸発」工程)。このとき乾燥ガスの供給および支持プレート311の回転が実行されることで、基板W上において均一に蒸発を進行させることができる。
溶媒が十分に蒸発するように、この状態がしばらく維持された後、加熱用ランプ322が所定時間点灯される。これにより、溶媒の蒸発により基板Wの上面Waに析出した昇華性物質が熱せられて気化し昇華する(「昇華」工程)。ランプが消灯し乾燥ガスの供給および支持プレート311の回転が停止されると、基板Wは搬送ユニット4により乾燥チャンバー30から取り出されカセット51に収容される(「払出」工程)。
昇華工程の終了後も支持プレート311の温度制御は継続されているため、直ちに新たな基板Wを受け入れて処理を行うことが可能である(新たな「受入」工程)。このように、乾燥ユニット3では、基板Wが載置される支持プレート331が予め昇温されているため、基板W搬入後に遅滞なく蒸発工程を実行することができる。そして、蒸発工程の最終段階で加熱用ランプ322が追加点灯されることによって、直ちに蒸発工程から昇華工程に移行する。
このように、処理の途中で制御目標温度を変更するようなプロセスがなく、温度変更に伴う待ち時間が発生しないため、乾燥ユニット3では基板の受け入れ後、乾燥処理を遅滞なく開始することができ、しかもその所要時間も短い。このため、基板Wの乾燥処理を短いタクトタイムで、また優れたエネルギー効率で実行することが可能である。湿式処理ユニット2による湿式処理と乾燥ユニット3による乾燥処理との間でタクトタイムに差がある場合には、基板処理システム1中に組み込む湿式処理ユニット2および乾燥ユニット3の個数を異ならせることにより、各ユニットの稼働率を高めて処理効率を向上させることが可能である。
図7は乾燥ユニットの他の構成を示す図である。具体的には、図7(a)は第2の乾燥ユニット3bの内部構造を示す側面断面図であり、図7(b)は乾燥ユニット3bの主要部の動作を示す図である。図7(a)に示すように、第2の態様の乾燥ユニット3bは、乾燥チャンバー35内に設けられた基板保持部36および上プレート部37と、制御部38とを備えている。なお、図7においては、図4に示した第1の態様の乾燥ユニット3aと同一の構成については同一符号を付し、詳しい説明を省略する。
乾燥ユニット3bにおける乾燥チャンバー35および基板保持部36は、それぞれ乾燥ユニット3aにおける乾燥チャンバー30および基板保持部31と同一の構成を有している。また、制御部38のうち回転制御部381、シャッター制御部383、吸着制御部384および雰囲気制御部386の機能も、乾燥ユニット3aにおいて対応する構成と同じである。
一方、乾燥ユニット3bでは、乾燥ユニット3aのランプ加熱部32に代えて上プレート部37が乾燥チャンバー35内に設けられている。上プレート部37は、ヒーター372を内蔵した上プレート371と、上プレート371を昇降させる昇降機構373とを備えている。昇降機構373は制御部38に設けられた昇降制御部382により制御されており、昇降制御部382からの制御指令に応じて、上プレート371を図7(a)に示す支持プレート311から上方に離間した離間位置と、図7(b)に示す支持プレート371直上に近接する近接位置との間で移動させる。
また、制御部38に設けられた温度制御部385は、前述の乾燥ユニット3aと同様に支持プレート311の内蔵ヒーター312を制御して支持プレート311の上面を所定温度に制御するとともに、上プレート371に内蔵されたヒーター372を制御して、上プレート371の下面を支持プレート311の上面より高い温度に維持する。図7(b)に示すように、上プレート371が支持プレート311に近接対向する近接位置に位置決めされた状態では、支持プレート311に載置された基板Wの上面Waが上プレート371からの輻射によって急激に加熱される。これにより、乾燥ユニット3aにおけるランプ加熱と同様に、基板Wの上面Waに付着する昇華性物質を短時間で昇華させることができる。
図8は第2の乾燥ユニットによる乾燥処理の概要を示すフローチャートである。この処理は、制御部38が予め準備された処理レシピを実行し、第2の乾燥ユニット3bの各部を制御して所定の動作を行わせることにより実現される。なお、処理内容の大部分は第1の乾燥ユニット3aにおける処理と共通である。そこで、図5のフローチャートに示される処理と共通の処理には同一ステップ番号を付して説明を省略し、両者の相違点について主に説明する。
第2の乾燥ユニット3bでは、図5のステップS201に代わるステップS201bにおいて、基板Wの受け入れに先立って上下のプレート、すなわち上プレート371および支持プレート311の温度制御が開始される。前記したように、上プレート371は支持プレート311よりも高温に制御される。例えば450℃とすることができる。
また、図5のステップS205に代わるステップS205bでは、昇降制御部382に制御される昇降機構373が、予め離間位置に位置決めしていた上プレート371を基板W直上の近接位置に移動させる。これにより、加熱された上プレート371が放射する赤外線が基板Wの上面Waに集中的に照射され、上面Waに付着している昇華性物質が急激に熱せられて昇華する。すなわち、第2の乾燥ユニット3bにおける上プレート371の近接位置への移動は、第1の乾燥ユニット3aにおける加熱用ランプ722の点灯の代替手段となっている。
さらに、図5のステップS206に代わるステップS206bでは、昇降機構373により、上プレート371が近接位置から離間位置に戻される。これは、上プレート371を遠ざけることで基板Wに対する加熱を弱めるものであり、第1の乾燥ユニット3aにおける加熱用ランプ722の消灯に相当する。また、処理の終了時には、支持プレート311とともに上プレート371の温度制御も停止される(ステップS210に代わるステップS210b)。
このように、第2の乾燥ユニット3bでは、第1の乾燥ユニット3aにおける加熱用ランプ722の点灯に代えて、予め加熱された上プレート371を基板Wの上面Waに近接させることで、基板W上の昇華性物質を昇華させる。すなわち、第1の乾燥ユニット3aと第2の乾燥ユニット3bとでは、基板W上に付着する昇華性物質を加熱し昇華させるための熱源が異なるものの、乾燥処理の基本原理は同じである。
具体的には、これらの乾燥処理では、昇華性物質を含む液膜Pが形成された基板Wを受け入れて予め昇温された支持プレート311に載置することで、昇華性物質を析出させながら液膜P中の溶媒成分を蒸発させる。これによりパターン倒壊を防止しつつ液体成分を除去することができる。また、支持プレート371が予め昇温されており、基板Wが載置された状態で昇温が開始される方法に比べて、支持プレートが温まるまでの待ち時間を短縮することができる。
支持プレート311は概ね一定温度に保たれていればよく、処理中に温度の上げ下げが不要である。そのため、例えば熱容量が大きく蓄熱性の高い材料により支持プレート371を構成することが可能であり、支持プレート311の温度を保つために必要な熱エネルギーを削減することができる。特に、基板Wを支持プレート371に密着させ熱伝導により基板Wを温めるので、空間中へ放出される熱による損失が少なく、エネルギー効率の点でも優れている。
そして、溶媒成分を蒸発させるための支持プレート311の加熱とは異なる熱源によって、昇華性物質が付着した基板Wの上面Wa付近を選択的に加熱することで、昇華性物質を急激に昇温させて昇華させる。上記例のように強力な輻射によって昇華性物質を加熱することで、例えば支持プレートの温度を上昇させて昇華性物質を昇華させる方法に比べ、支持プレート311および基板Wの熱容量に起因する時間遅れのない素早い加熱が可能であり、昇華性物質を短時間のうちに基板Wから除去することができる。また、基板Wを高温にすることにより生じ得るダメージを未然に防止することができる。さらに、基板Wや支持プレート371を昇温させる必要はなく、昇華性物質が基板Wから除去されるまでの短時間のみ熱エネルギーが与えられればよいので、熱エネルギーの消費をさらに低減しエネルギー効率を高めることが可能である。
また、液体の供給を伴う湿式処理と、加熱プロセスを含むが液体の供給を伴わない乾燥処理とが別のチャンバー内で実行されることにより、それぞれのチャンバーを処理内容に特化した構造とすることが可能である。例えば湿式処理チャンバー20内には耐熱性を有しない部品を使用することができる。また例えば、乾燥チャンバー30内に液供給のための配管や廃液処理のための部品を設ける必要がない。このように、処理内容に応じてチャンバー構造を最適化することで、処理効率の向上や装置コストの低減を図ることが可能となる。
以上説明したように、上記実施形態の基板処理システム1を本発明の「基板処理システム」とみたとき、湿式処理ユニット2が本発明の「液膜形成ユニット」に相当し、基板保持部21および液供給部23がそれぞれ本発明の「保持部」および「液供給部」として機能している。また湿式処理チャンバー20が本発明の「第1チャンバー」として機能している。また搬送ユニット4が本発明の「搬送手段」として機能している。
また、乾燥ユニット3a,3bが本発明の「乾燥ユニット」に相当し、支持プレート311が本発明の「プレート部」として、ヒーター312および温度制御部335が一体として本発明の「温度制御部」として機能している。また、乾燥ユニット3aでは乾燥チャンバー30および加熱用ランプ322が本発明の「第2チャンバー」および「加熱部」としてそれぞれ機能する一方、乾燥ユニット3bでは乾燥チャンバー35が本発明の「第2チャンバー」として機能し、上プレート371およびヒーター372が一体として本発明の「加熱部」として機能している。
一方、上記実施形態の基板処理システム1を本発明の「基板処理装置」とみたとき、基板保持部21および液供給部23が一体として本発明の「液膜形成部」として機能している。また、支持プレート311が本発明の「プレート部」として、ヒーター312および温度制御部335が一体として本発明の「温度制御部」として機能している。また、乾燥ユニット3aでは加熱用ランプ322が本発明の「加熱部」として機能する一方、乾燥ユニット3bでは上プレート371およびヒーター372が一体として本発明の「加熱部」として機能している。
また、乾燥ユニット3を本発明の「基板処理装置」とみたとき、乾燥チャンバー30,35が本発明の「チャンバー」として、支持プレート311が本発明の「プレート部」として、ヒーター312および温度制御部335が一体として本発明の「温度制御部」としてそれぞれ機能する。また、乾燥ユニット3aでは加熱用ランプ322が本発明の「加熱部」として機能する一方、乾燥ユニット3bでは上プレート371およびヒーター372が一体として本発明の「加熱部」として機能している。
また、上記実施形態では、雰囲気制御部336,386が本発明の「排出部」として機能している。また、回転機構314が本発明の「回転部」として機能している。また上記実施形態の乾燥ユニット3bにおいては、上プレート371が本発明の「熱輻射部材」として機能する一方、昇降機構373が本発明の「移動機構」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。例えば上記実施形態の基板処理システム1は、湿式処理ユニット2、乾燥ユニット3および搬送ユニット4が一体化されたものであるが、これらが独立した別装置として構成されて協働する態様であってもよい。また、搬送ユニットに代えて外部の搬送ロボットやマニピュレータなど適宜の搬送手段が利用されてもよい。
また例えば、上記実施形態の乾燥ユニット3a,3bは加熱用ランプ322または上プレート371からの輻射熱によって基板W上の昇華性物質を加熱するものである。すなわち、本発明の「加熱部」は「電磁波」としての赤外線を基板Wに照射するものである。これに代えて、例えば昇華性物質を直接発熱させるマイクロ波のような、他の波長の電磁波が用いられても構わない。例えば基板にダメージを与えない限りにおいてレーザー加熱が用いられてもよい。
また、上記実施形態における昇華性物質および溶媒の種類や処理温度等は本発明の一部の実施例を記載したものに過ぎず、使用される物質に応じて処理条件を最適化することにより、本発明の技術思想は昇華性物質および溶媒の種々の組み合わせに対し適用可能である。
以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明の基板処理装置において、例えば、加熱部は、プレート部の上方からプレート部に向けて、昇華性物質を昇温させる電磁波を照射するように構成されてもよい。このような構成によれば、基板表面または該表面に析出した昇華性物質を電磁波により直接加熱することが可能であり、基板全体を加熱する必要がない。そのため、基板の熱容量に起因する処理時間の増加を抑えることが可能となる。
また例えば、加熱部は、プレート部よりも高温に温度制御された熱輻射部材と、熱輻射部材をプレート部の上面に近接対向する近接位置と近接位置よりもプレート部から離間した離間位置との間で移動させる移動機構とを有する構成であってもよい。このような構成によれば、予め加熱されている熱輻射部材からの輻射熱により、昇華性物質を急速に加熱して短時間で昇華させることができる。
また例えば、昇華した昇華性物質を基板表面の雰囲気から排出する排出部がさらに備えられてもよい。このような構成によれば、基板の周囲に気化した昇華性物質が滞留するのを防止して、昇華性物質の速やかな昇華を促進することができる。
また例えば、プレート部を鉛直軸周りに回転させる回転部がさらに備えられてもよい。このような構成によれば、基板表面に付着する昇華性物質をムラなく加熱して均一に基板を処理することが可能になる。
また、本発明にかかる基板処理システムにおいて例えば、液膜形成ユニットは、第1チャンバー内で基板を水平姿勢に保持する保持部と、基板の上面に溶液を供給して液膜を形成させる液供給部とを有する構成であってもよい。このような構成によれば、水平姿勢に保持された基板に適量の溶液を供給することで、基板上面に所望の厚みの液膜を形成することができる。
この発明は、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(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などを含む基板全般の表面を乾燥させる基板処理方法および装置に適用することができる。
1 基板処理システム(基板処理システム、基板処理装置)
2 湿式処理ユニット(液膜形成ユニット)
3,3a,3b 乾燥ユニット(基板処理装置、乾燥ユニット
4 搬送ユニット(搬送手段)
20 湿式処理チャンバー(第1チャンバー)
21 基板保持部(保持部)
23 液供給部(液供給部、液膜形成部)
30,35 乾燥チャンバー(第2チャンバー、チャンバー)
311 支持プレート(プレート部)
312 ヒーター(温度制御部)
314 回転機構(回転部)
322 加熱用ランプ(加熱部)
335 温度制御部
336,386 雰囲気制御部(排出部)
371 上プレート(加熱部、熱輻射部材)
372 ヒーター(加熱部)
373 昇降機構(移動機構)

Claims (9)

  1. 第1チャンバーと、
    前記第1チャンバー内で、基板の表面に昇華性を有する昇華性物質を含む溶液の液膜を形成する液膜形成部と、
    前記液膜が形成された前記基板を受け入れる第2チャンバーと、
    前記第2チャンバー内に設けられ上面に前記基板を載置可能なプレート部と、
    前記プレート部の上面を所定温度に昇温制御する温度制御部と、
    記基板上前記昇華性物質を加熱して昇華させる加熱部と
    を備え
    昇温された前記プレート部に前記基板が載置されることで前記基板上の前記液膜から前記昇華性物質を析出させた後に、前記加熱部が前記基板上で析出した前記昇華性物質を加熱する基板処理装置。
  2. 昇華性を有する昇華性物質を含む溶液の液膜が表面に形成された基板を受け入れるチャンバーと、
    前記チャンバー内に設けられ上面に前記基板を載置可能なプレート部と、
    前記プレート部の上面を所定温度に昇温制御する温度制御部と、
    記基板上前記昇華性物質を加熱して昇華させる加熱部と
    を備え
    昇温された前記プレート部に前記基板が載置されることで前記基板上の前記液膜から前記昇華性物質を析出させた後に、前記加熱部が前記基板上で析出した前記昇華性物質を加熱する基板処理装置。
  3. 前記加熱部は、前記プレート部の上方から前記プレート部に向けて、前記昇華性物質を昇温させる電磁波を照射する請求項1または2に記載の基板処理装置。
  4. 前記加熱部は、
    前記プレート部よりも高温に温度制御された熱輻射部材と、
    前記熱輻射部材を前記プレート部の上面に近接対向する近接位置と前記近接位置よりも前記プレート部から離間した離間位置との間で移動させる移動機構と
    を有する請求項1または2に記載の基板処理装置。
  5. 昇華した前記昇華性物質を前記基板表面の雰囲気から排出する排出部を備える請求項1ないし4のいずれかに記載の基板処理装置。
  6. 前記プレート部を鉛直軸周りに回転させる回転部を備える請求項1ないし5のいずれかに記載の基板処理装置。
  7. 第1チャンバー内で、基板の表面に昇華性を有する昇華性物質を含む溶液の液膜を形成する液膜形成ユニットと、
    第2チャンバー内で、前記液膜から溶媒を蒸発させ、残留する前記昇華性物質を昇華させる乾燥ユニットと、
    前記第1チャンバーから前記第2チャンバーへ、前記液膜が形成された前記基板を搬送する搬送手段と
    を備え、
    前記乾燥ユニットは、
    前記第2チャンバー内に設けられ上面に前記基板を載置可能なプレート部と、
    前記プレート部の上面を所定温度に昇温制御する温度制御部と、
    記基板上前記昇華性物質を加熱して昇華させる加熱部と
    を有し
    昇温された前記プレート部に前記基板が載置されることで前記基板上の前記液膜から前記昇華性物質を析出させた後に、前記加熱部が前記基板上で析出した前記昇華性物質を加熱する基板処理システム。
  8. 前記液膜形成ユニットは、
    前記第1チャンバー内で前記基板を水平姿勢に保持する保持部と、
    前記基板の上面に前記溶液を供給して前記液膜を形成させる液供給部と
    を有する請求項7に記載の基板処理システム。
  9. 第1チャンバー内で、基板の表面に昇華性を有する昇華性物質を含む溶液を供給して液膜を形成する工程と、
    前記液膜が形成された前記基板を第2チャンバーへ搬送して、前記第2チャンバー内に設けられ上面が所定温度に昇温制御されたプレート部に載置する工程と、
    前記第2チャンバー内で、昇温された前記プレート部に載置された前記基板上の前記液膜から溶媒を蒸発させて前記昇華性物質を析出させる工程と、
    前記昇華性物質が析出した後に、前記第2チャンバー内で、前記基板上で析出した前記昇華性物質を加熱して昇華させる工程と
    を備える基板処理方法。
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