JP6742124B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

発明は、基板に対して処理液を用いた処理を実行する基板処理装置に関する。基板処理装置で処理の対象となる基板には、たとえば、半導体基板、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、半導体ウエハなどの基板を処理液によって処理する基板処理装置が用いられる。基板を１枚ずつ処理する枚葉型の基板処理装置は、たとえば、基板を水平に保持して回転させるスピンチャックと、このスピンチャックに保持された基板に向けて処理液を吐出する処理液供給部とを備えている。
枚葉型の基板処理装置では、基板を水平状態に保持した状態で、基板の上面、下面あるいは端面（以下では適宜、必要に応じて基板の「表面」と総称することがある）に向けて、処理液を供給することにより基板処理を実行する。基板の加熱により基板に付着した処理液を活性化して処理効率を向上させる技術が知られている。あるいは、基板の加熱により基板の乾燥効率を向上させる技術が知られている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。
特開２０１４−１１２６５２号公報 特開２０１３−１５７４８０号公報 特表２０１４−５２８１６３号公報 特開２００８−０３４５５３号公報
特許文献４の基板処理装置は、基板保持手段に保持された基板を下から加熱する赤外線ヒータを備えている。赤外線ヒータは基板加熱時に表面が高温になる。したがって、基板加熱時に基板から赤外線ヒータに処理液が落下すると、落下した処理液が赤外線ヒータの表面で加熱されてミスト化し、雰囲気を汚染するおそれがある。
そこで本発明の目的は、基板から落下した処理液が付着しても処理液のミスト化が抑制または防止することが可能な基板加熱装置および基板加熱装置を利用した基板処理装置を提供することである。
この発明は、基板の周縁を保持するチャック部材が設置されたスピンベースと、前記スピンベースを回転させるモータと、前記チャック部材に保持された基板と前記スピンベースの上面との間に位置するヒータユニットと、前記チャック部材に保持された基板の表面に向けて処理液を供給する処理液供給手段と、を含む基板処理装置において、前記基板の下面に向けてマイクロ波を発生させるマイクロ波発生部材を前記ヒータユニットに設置したことを特徴とする基板処理装置である。
この構成によれば、処理液供給手段から基板の表面に向けて処理液を供給することにより基板処理を実行する。また、基板の下方に位置するヒータユニットに設置されたマイクロ波発生部材からマイクロ波を発生することにより基板を下方から加熱できる。
この発明の一実施形態は、前記マイクロ波発生部材は前記ヒータユニットに設置された導波管と、前記ヒータユニットの外部に設けられたマイクロ波発振器と、前記導波管と前記マイクロ波発振器とを接続する同軸ケーブルとを含む、基板処理装置である。
この構成によれば、ヒータユニットの外部にマイクロ波発振器を配置するためヒータユニットのサイズをコンパクトにすることができる。
この発明の一実施形態は、前記基板に向けて、光電効果によって前記基板の抵抗率を低下させるための光を照射する光源を含むことを特徴とする、基板処理装置である。
この発明の一実施形態は、前記導波管の上面は保護部材で保護されていることを特徴とする、基板処理装置である。
この構成によれば、導波管を保護部材で保護することができる。
この発明の一実施形態は、前記処理液は基板の上面に供給される有機溶剤であり、前記ヒータユニットは前記有機溶剤による基板処理時に基板を加熱することを特徴とする基板処理装置である。
この構成によれば、有機溶剤による基板処理時に基板を加熱することにより基板処理を促進することができる。
この発明の一実施形態は、前記処理液供給手段は前記基板の上面に前記有機溶剤の液膜を形成し、前記ヒータユニットは少なくとも前記有機溶剤の液膜が形成された時点で前記基板の下面を加熱することにより、前記有機溶剤の液膜と基板の上面との間に気膜層を形成させ、以て前記有機溶剤の液膜を前記基板の上面から浮上させることを特徴とする、基板処理装置である。
この構成によれば、ヒータユニットは基板の下面を加熱するため、基板の上面に形成された有機溶剤の液膜と前記基板の上面との間に気相層を形成させることができる。
この発明の一実施形態は、前記処理液供給手段は、前記基板の上面に向けて前記処理液を供給することにより、前記基板の上面に前記処理液の液膜を形成し、前記マイクロ波発生部材は、前記基板の下面に向けてマイクロ波を発生させることにより、前記処理液の液膜と前記基板の上面との間に気相層を形成させ、前記気相層によって前記処理液の液膜を液塊状態で前記基板の上方に浮上させ、前記基板処理装置は、前記気相層によって液塊状態で浮上させられた前記処理液の液膜に穴を空け、その穴を広げることによって、液塊状態の前記処理液の液膜を前記基板外へと排出する液膜排除手段を含むことを特徴とする、基板処理装置である。
各請求項に記載の発明によれば、処理液発生手段から供給された処理液がヒータユニットに落下してもヒータユニットで該処理液が蒸発してミスト化することを確実に防止することができる。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の内部のレイアウを説明するための図解的な平面図である。 図２は、前記基板処理装置に備えられた処理ユニットの構成例を説明するための図解的な断面図である。 図３は、前記処理ユニットに備えられたスピンチャックおよびヒータユニットの平面図である。 図４は、前記スピンチャックに備えられたチャックピンの構造例を説明するための斜視図である。 図５Ａおよび図５Ｂはチャックピンの平面図であり、図５Ａは閉状態を示し、図５Ｂは開状態を示す。 図６は、基板処理装置の主要部の電気的構成を説明するためのブロック図である。 図７は、基板処理装置による基板処理の一例を説明するための流れ図である。 図８Ａおよび図８Ｂは、基板の上面における気相層の形成を説明するための図解的な断面図であり、図８Ｃは、液膜の分裂を説明するための断面図である。 図９は、マイクロ波を導波管６２とアースとに選択的に出力する同軸切替器６９を説明するための模式図である。 図１０はマイクロ波の周波数とマイクロ波の基板への侵入長とを対応付けたグラフである。
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、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の内部のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。基板処理装置１は、シリコンウエハなどの基板Ｗを一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。この実施形態では、基板Ｗは、円板状の基板である。基板処理装置１は、処理液で基板Ｗを処理する複数の処理ユニット２と、処理ユニット２で処理される複数枚の基板Ｗを収容するキャリヤＣが載置されるロードポートＬＰと、ロードポートＬＰと処理ユニット２との間で基板Ｗを搬送する搬送ロボットＩＲおよびＣＲと、基板処理装置１を制御する制御ユニット３とを含む。搬送ロボットＩＲは、キャリヤＣと搬送ロボットＣＲとの間で基板Ｗを搬送する。搬送ロボットＣＲは、搬送ロボットＩＲと処理ユニット２との間で基板Ｗを搬送する。複数の処理ユニット２は、たとえば、同様の構成を有している。
図２は、処理ユニット２の構成例を説明するための図解的な断面図である。処理ユニット２は、１枚の基板Ｗを水平な姿勢で保持しながら、基板Ｗの中心部を通る鉛直な回転軸線Ａ１まわりに基板Ｗを回転させるスピンチャック５と、基板Ｗを下面側から加熱するヒータユニット６と、スピンチャック５を取り囲む筒状のカップ８と、基板Ｗの下面に処理流体を供給する下面ノズル９と、基板Ｗの上面にリンス液としての脱イオン水（ＤＩＷ）を供給するＤＩＷノズル１０と、基板Ｗの上方で移動可能な第１移動ノズル１１と、基板Ｗの上方で移動可能な第２移動ノズル１２とを含む。処理ユニット２は、さらに、カップ８を収容するチャンバ１３（図１参照）を含む。図示は省略するが、チャンバ１３には、基板Ｗを搬入／搬出するための搬入／搬出口が形成されており、この搬入／搬出口を開閉するシャッタユニットが備えられている。
スピンチャック５は、チャックピン２０と、スピンベース２１と、スピンベース２１の下面中央に結合された回転軸２２と、回転軸２２に回転力を与える電動モータ２３とを含む。回転軸２２は回転軸線Ａ１に沿って鉛直方向に延びており、この実施形態では中空軸である。回転軸２２の上端にはスピンベース２１が結合されている。スピンベース２１は、水平方向に沿う円盤形状を有している。スピンベース２１の上面の周縁部に、複数のチャックピン２０が周方向に間隔を空けて配置されている。複数のチャックピン２０は、基板Ｗの周端に接触して基板Ｗを把持（保持）する閉状態と、基板Ｗの周端から退避した開状態との間で開閉可能である。また、複数のチャックピン２０は、開状態において、基板Ｗの周縁部の下面に接触して、基板Ｗを下方から支持することができる。
チャックピン２０を開閉駆動するために、チャックピン駆動ユニット２５が備えられている。チャックピン駆動ユニット２５は、たとえば、スピンベース２１に内蔵されたリンク機構２６と、スピンベース２１外に配置された駆動源２７とを含む。駆動源２７は、たとえば、ボールねじ機構と、それに駆動力を与える電動モータとを含む。チャックピン駆動ユニット２５の具体的な構成例は、特許文献４などに記載がある。
ヒータユニット６は、スピンベース２１の上方とチャックピン２０に保持された基板Ｗとの間に配置されている。ヒータユニット６の下面には、回転軸線Ａ１に沿って鉛直方向に延びる支持軸３０が結合されている。支持軸３０は、スピンベース２１の中央部に形成された貫通孔２４と、中空の回転軸２２とに、挿通している。支持軸３０の下端は、回転軸２２の下端よりもさらに下方にまで延びている。
ヒータ本体６０には複数の導波管６２（マイクロ波発生部材）が埋設状態で設置されている。また、支持軸３０の下方にはマイクロ波発振器６３が配設されている。各導波管６２は支持軸３０を挿通する同軸ケーブル６４でマイクロ波発振器６３と接続されている。導波管６２はマイクロ波発振器６３から同軸ケーブル６４を介して供給されるマイクロ波をチャックピン２０に保持された基板Ｗの下面に向けて照射してこれを加熱することができる。導波管６２は、赤外線ヒータ等とは異なり、作動時に高温に昇温することがない。したがって、基板Ｗから処理液（後述するリンス液及び薬液）がヒータユニット６に落下しても該処理液がヒータユニット６の表面で加熱されてミスト化することが抑制または防止することができる。したがって、ミスト化した処理液によるカップ８内の雰囲気の汚染が抑制または防止されている。
各導波管６２の上面は保護部材６５で覆われている。保護部材６５の上面はプレート本体６０の上面６０ａと同じ高さに位置している。保護部材６５はマイクロ波透過材料で構成されている。このため、導波管６２から照射されるマイクロ波は保護部材６５を良好に透過することができる。なお、保護部材６５は耐薬性能を有していることが望ましい。保護部材６５は例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）で構成することができる。
複数の導波管６２の間には光源６６が埋設状態で設置されている。光源６６は可視光および近赤外線光をチャックピン２０に保持された基板Ｗの下面に向けて照射することができる。光源６６は光電効果により基板Ｗの抵抗率を低下させるために使用される。詳細は後述する。支持軸３０の下方には電源６７が配設されている。各光源６６は支持軸３０を挿通する送電ケーブル６８で電源６７と接続されている。各光源６６は送電ケーブル６８から電力が供給されると発光する。
ヒータ本体６０の上面６０ａは導波管６２からのマイクロ波が減衰しない限度で基板Ｗの下面から離隔して配置される。基板Ｗの下面の汚染を防止するため、ヒータ本体６０の上面６０ａは基板Ｗの下面と直接接触しない高さ位置に配置されることが望ましい。
第１移動ノズル１１（処理液供給手段）は、第１ノズル移動ユニット１５によって、水平方向および鉛直方向に移動される。第１移動ノズル１１は、水平方向への移動によって、基板Ｗの上面の回転中心に対向する処理位置と、基板Ｗの上面に対向しないホーム位置（退避位置）との間で移動させることができる。基板Ｗの上面の回転中心とは、基板Ｗの上面における回転軸線Ａ１との交差位置である。基板Ｗの上面に対向しないホーム位置とは、平面視において、スピンベース２１の外方の位置であり、より具体的には、カップ８の外方の位置であってもよい。第１移動ノズル１１は、鉛直方向への移動によって、基板Ｗの上面に接近させたり、基板Ｗの上面から上方に退避させたりすることができる。第１ノズル移動ユニット１５は、たとえば、鉛直方向に沿う回動軸と、回動軸に結合されて水平に延びるアームと、アームを駆動するアーム駆動機構とを含む。アーム駆動機構は、回動軸を鉛直な回動軸線まわりに回動させることによってアームを揺動させ、回動軸を鉛直方向に沿って昇降することにより、アームを上下動させる。第１移動ノズル１１はアームに固定される。アームの揺動および昇降に応じて、第１移動ノズル１１が水平方向および垂直方向に移動する。
第２移動ノズル１２（処理液供給手段）は、第２ノズル移動ユニット１６によって、水平方向および垂直方向に移動される。第２移動ノズル１２は、水平方向への移動によって、基板Ｗの上面の回転中心に対向する位置と、基板Ｗの上面に対向しないホーム位置（退避位置）との間で移動させることができる。ホーム位置は、平面視において、スピンベース２１の外方の位置であり、より具体的には、カップ８の外方の位置であってもよい。第２移動ノズル１２は、鉛直方向への移動によって、基板Ｗの上面に接近させたり、基板Ｗの上面から上方に退避させたりすることができる。第２ノズル移動ユニット１６は、たとえば、鉛直方向に沿う回動軸と、回動軸に結合されて水平に延びるアームと、アームを駆動するアーム駆動機構とを含む。アーム駆動機構は、回動軸を鉛直な回動軸線まわりに回動させることによってアームを揺動させ、回動軸を鉛直方向に沿って昇降することにより、アームを上下動させる。第２移動ノズル１２はアームに固定される。アームの揺動および昇降に応じて、第２移動ノズル１２が水平方向および垂直方向に移動する。
第１移動ノズル１１は、この実施形態では、有機溶剤を吐出する有機溶剤ノズルとしての機能と、窒素ガス等の不活性ガスを吐出するガスノズルとしての機能とを有している。第１移動ノズル１１には、有機溶剤供給管３５および不活性ガス供給管３６が結合されている。有機溶剤供給管３５には、その流路を開閉する有機溶剤バルブ３７が介装されている。不活性ガス供給管３６には、その流路を開閉する不活性ガスバルブ３８が介装されている。有機溶剤供給管３５には、有機溶剤供給源から、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の有機溶剤が供給されている。不活性ガス供給管３６には、不活性ガス供給源から、窒素ガス（Ｎ２）等の不活性ガスが供給されている。
第２移動ノズル１２は、この実施形態では、酸、アルカリ等の薬液を供給する薬液ノズルとしての機能と、窒素ガス等の不活性ガスを吐出するガスノズルとしての機能とを有している。より具体的には、第２移動ノズル１２は、液体と気体とを混合して吐出することができる二流体ノズルの形態を有していてもよい。二流体ノズルは、気体の供給を停止して液体を吐出すれば液体ノズルとして使用でき、液体の供給を停止して気体を吐出すればガスノズルとして使用できる。第２移動ノズル１２には、薬液供給管４１および不活性ガス供給管４２が結合されている。薬液供給管４１には、その流路を開閉する薬液バルブ４３が介装されている。不活性ガス供給管４２には、その流路を開閉する不活性ガスバルブ４４と、不活性ガスの流量を可変する流量可変バルブ４５とが介装されている。薬液供給管４１には、薬液供給源から、酸、アルカリ等の薬液が供給されている。不活性ガス供給管４２には、不活性ガス供給源から、窒素ガス（Ｎ２）等の不活性ガスが供給されている。
薬液の具体例は、エッチング液および洗浄液である。さらに具体的には、薬液は、フッ酸、ＳＣ１（アンモニア過酸化水素水混合液）、ＳＣ２（塩酸過酸化水素水混合液）、バッファードフッ酸（フッ酸とフッ化アンモニウムとの混合液）、ＳＰＭなどであってもよい。
ＤＩＷノズル１０は、この実施形態では、基板Ｗの上面の回転中心に向けてＤＩＷを吐出するように配置された固定ノズルである。ＤＩＷノズル１０には、ＤＩＷ供給源から、ＤＩＷ供給管４６を介して、ＤＩＷが供給される。ＤＩＷ供給管４６には、その流路を開閉するためのＤＩＷバルブ４７が介装されている。ＤＩＷノズル１０は固定ノズルである必要はなく、少なくとも水平方向に移動する移動ノズルであってもよい。
下面ノズル９（処理液供給手段）は、中空の支持軸３０を挿通し、さらに、ヒータユニット６を貫通している。下面ノズル９は、基板Ｗの下面中央に臨む吐出口９ａを上端に有している。下面ノズル９には、流体供給源から流体供給管４８を介して処理流体が供給されている。供給される処理流体は、液体であってもよいし、気体であってもよい。流体供給管４８には、その流路を開閉するための流体バルブ４９が介装されている。
図３は、スピンチャック５およびヒータユニット６の平面図である。スピンチャック５のスピンベース２１は、平面視において、回転軸線Ａ１を中心とする円形であり、その直径は基板Ｗの直径よりも大きい。スピンベース２１の周縁部には、間隔を空けて複数個（この実施形態では６個）のチャックピン２０が配置されている。
ヒータユニット６は、円板状の形態を有している。既述したように、ヒータユニット６はプレート本体６０と、導波管６２、保護部材６５、光源６６とを含んでいる。プレート本体６０は、平面視において、基板Ｗの外形とほぼ同形同大で、回転軸線Ａ１を中心とする円形に構成されている。より正確には、プレート本体６０は、基板Ｗの直径よりも僅かに小さい直径の円形の平面形状を有している。たとえば、基板Ｗの直径が３００ｍｍであり、プレート本体６０の直径（とくにプレート本体６０の上面６０ａの直径）がそれよりも６ｍｍだけ小さい２９４ｍｍであってもよい。この場合、プレート本体６０の半径は基板Ｗの半径よりも３ｍｍ小さい。
プレート本体６０の上面６０ａは、水平面に沿う平面である。したがって、プレート本体６０の上面６０ａと、チャックピン２０に水平に保持される基板Ｗとの距離を均一に保つことが可能になる。これにより、基板Ｗを効率的かつ均一に加熱することができる。
複数の導波管６２は、プレート本体６０に同心円状に配列されている。各導波管６２の開口は矩形である。複数の導波管６２は、各導波管６２から照射されるマイクロ波が基板Ｗの下面で互いに重なり合うように、かつ、基板Ｗの下面全体に均一にマイクロ波が照射できるように、ヒータ本体６０における複数の導波管６２の個数や間隔、ヒータ本体の上面６０ａと基板Ｗとの距離が設定されていることが望ましい。
プレート本体６０には複数の導波管６２の間に位置するように複数の光源６６が配列されている。
図４は、チャックピン２０の構造例を説明するための斜視図である。また、図５Ａおよび図５Ｂはチャックピン２０の平面図であり、図５Ａは閉状態を示し、図５Ｂは開状態を示す。
チャックピン２０は、鉛直方向に延びたシャフト部５３と、シャフト部５３の上端に設けられたベース部５０と、シャフト部５３の下端に設けられた回動支持部５４とを含む。ベース部５０は、把持部５１と、支持部５２とを含む。回動支持部５４は、鉛直方向に沿うチャック回動軸線５５まわりに回動可能にスピンベース２１に結合されている。シャフト部５３は、チャック回動軸線５５から離れた位置にオフセットされて、回動支持部５４に結合されている。より具体的には、シャフト部５３はチャック回動軸線５５よりも、回転軸線Ａ１から離れた位置に配置されている。したがって、チャックピン２０がチャック回動軸線５５まわりに回動されると、ベース部５０は、その全体が基板Ｗの周端面に沿って移動しながら、チャック回動軸線５５まわりに回動する。回動支持部５４は、スピンベース２１の内部に設けられたリンク機構２６（図２参照）に結合されている。このリンク機構２６からの駆動力によって、回動支持部５４は、チャック回動軸線５５まわりに所定角度範囲で往復回動する。
ベース部５０は、平面視において、くさび形に形成されている。ベース部５０の上面には、チャックピン２０の開状態で基板Ｗの周縁部下面に当接して基板Ｗを下方から支持する支持面５２ａが設けられている。換言すれば、ベース部５０は支持面５２ａを上面とする支持部５２を有している。把持部５１は、ベース部５０の上面において、支持部５２とは別の位置で上方に突出している。把持部５１は、基板Ｗの周端面に対向するようにＶ字状に開いた保持溝５１ａを有している。
回動支持部５４が図５Ｂに示す開状態からチャック回動軸線５５まわりに時計方向に回動されるとき、把持部５１は基板Ｗの周端面に接近し、支持部５２は基板Ｗの回転中心から離反する。また、回動支持部５４が図５Ａに示す閉状態からチャック回動軸線５５まわりに反時計方向に回動されるとき、把持部５１は基板Ｗの周端面から離反し、支持部５２は基板Ｗの回転中心に接近する。
図５Ａに示すチャックピン２０の閉状態では、保持溝５１ａに基板Ｗの周端面が入り込む。このとき、基板Ｗの下面は、支持面５２ａから微小距離だけ上方に離間した高さに位置する。図５Ｂに示すチャックピン２０の開状態では、保持溝５１ａから基板Ｗの周端面が脱していて、平面視において、把持部５１は基板Ｗの周端面よりも外方に位置する。チャックピン２０の開状態および閉状態のいずれにおいても、支持面５２ａは、少なくとも一部が基板Ｗの周縁部下面の下方に位置している。
チャックピン２０が開状態のとき、基板Ｗを支持部５２で支持できる。その開状態からチャックピン２０を閉状態に切り換えると、断面Ｖ字状の保持溝５１ａに案内されてせり上がりながら基板Ｗの周端面が保持溝５１ａ内へと案内され、保持溝５１ａの上下の傾斜面によって基板Ｗが挟持された状態に至る。その状態からチャックピン２０を開状態に切り換えると、基板Ｗの周端面が保持溝５１ａの下側傾斜面に案内されながら滑り降り、基板Ｗの周縁部下面が支持面５２ａに当接する。
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、ベース部５０は、平面視において、ヒータユニット６のプレート本体６０に対向する縁部が、プレート本体６０の周縁形状に倣っている。すなわち、支持部５２は、平面視において、プレート本体６０よりも回転中心に対して外方に位置する側面５２ｂを有している。それにより、基板Ｗよりも若干小さい円形の加熱面６ａを有するプレート本体６０は、ヒータユニット６が上下動するときに、チャックピン２０と干渉しない。この非干渉位置関係は、チャックピン２０が閉状態および開状態のいずれにおいても保たれる。すなわち、チャックピン２０が閉状態のときも開状態のときも、支持部５２の側面５２ｂは、平面視において、ヒータユニット６のヒータ本体の上面６０ａから外方に離隔している。
基板Ｗの直径は、たとえば３００ｍｍであり、プレート本体６０の上面の直径はたとえば２９４ｍｍである。したがって、プレート本体６０の上面６０ａは、基板Ｗの下面の中央領域および周縁領域を含むほぼ全域に対向している。チャックピン２０の閉状態および開状態のいずれにおいても、上面６０ａの外周縁の外側に所定の微小間隔（たとえば２ｍｍ）以上の間隔を確保した状態で、支持部５２が配置される。
把持部５１は、チャックピン２０の閉状態において、その内側縁が、プレート本体６０の外周縁の外側に所定の微小間隔（たとえば２ｍｍ）以上の間隔を確保した状態で位置するように構成されている。したがって、ヒータユニット６は、チャックピン２０の閉状態および開状態のいずれにおいても、加熱面６ａを把持部５１の内側で上下させて、基板Ｗの下面に接触するまで上昇させることができる。
チャック回動軸線５５は、平面視において、回転軸線Ａ１（図２および図３参照）を中心とし、加熱面６ａの半径よりも小さな半径の円周上に位置している。
図６は、基板処理装置１の主要部の電気的構成を説明するためのブロック図である。制御ユニット３は、マイクロコンピュータを備えており、所定の制御プログラムに従って、基板処理装置１に備えられた制御対象を制御する。とくに、制御ユニット３は、搬送ロボットＩ、ＣＲ、スピンチャック５を回転駆動する電動モータ２３、第１ノズル移動ユニット１５、第２ノズル移動ユニット１６、マイクロ波発振器６３、電源６７、チャックピン駆動ユニット２５、バルブ類３７、３８、４３、４４、４５、４７、４９などの動作を制御する。
図７は、基板処理装置１による基板処理の一例を説明するための流れ図である。未処理の基板Ｗは、搬送ロボットＩＲ、ＣＲによってキャリヤＣから処理ユニット２に搬入され、スピンチャック５に渡される（Ｓ１）。また、制御ユニット３は、チャックピン２０が開状態になるようにチャックピン駆動ユニット２５を制御する。その状態で、搬送ロボットＣＲは、基板Ｗをスピンチャック５に渡す。基板Ｗは、開状態のチャックピン２０の支持部５２（支持面５２ａ）に載置される。その後、制御ユニット３は、チャックピン駆動ユニット２５を制御して、チャックピン２０を閉状態とする。それにより、複数のチャックピン２０の把持部５１によって基板Ｗが把持される。
搬送ロボットＣＲが処理ユニット２外に退避した後、薬液処理（Ｓ２）が開始される。制御ユニット３は、電動モータ２３を駆動してスピンベース２１を所定の薬液回転速度で回転させる。その一方で、制御ユニット３は、第２ノズル移動ユニット１６を制御して、第２移動ノズル１２を基板Ｗの上方の薬液処理位置に配置する。薬液処理位置は、第２移動ノズル１２から吐出される薬液が基板Ｗの上面の回転中心に着液する位置であってもよい。そして、制御ユニット３は、薬液バルブ４３を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの上面に向けて、第２移動ノズル１２から薬液が供給される。供給された薬液は遠心力によって基板Ｗの全面に行き渡る。
一定時間の薬液処理の後、基板Ｗ上の薬液をＤＩＷに置換することにより、基板Ｗ上から薬液を排除するためのＤＩＷリンス処理（Ｓ３）が実行される。具体的には、制御ユニット３は、薬液バルブ４３を閉じ、代わって、ＤＩＷバルブ４７を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの上面に向けてＤＩＷノズル１０からＤＩＷが供給される。供給されたＤＩＷは遠心力によって基板Ｗの全面に行き渡る。このＤＩＷによって基板Ｗ上の薬液が洗い流される。この間に、制御ユニット３は、第２ノズル移動ユニット１６を制御して、第２移動ノズル１２を基板Ｗの上方からカップ８の側方へと退避させる。
一定時間のＤＩＷリンス処理の後、基板Ｗ上のＤＩＷを、より表面張力の低い処理液（低表面張力液）である有機溶剤に置換する有機溶剤処理（Ｓ４）が実行される。制御ユニット３は、第１ノズル移動ユニット１５を制御して、第１移動ノズル１１を基板Ｗの上方の有機溶剤リンス位置に移動させる。有機溶剤リンス位置は、第１移動ノズル１１に備えられた有機溶剤ノズル７１から吐出される有機溶剤（たとえばＩＰＡ）が基板Ｗの上面の回転中心に着液する位置であってもよい。そして、制御ユニット３は、ＤＩＷバルブ４７を閉じて、有機溶剤バルブ３７を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの上面に向けて、第１移動ノズル１１（有機溶剤ノズル７１）から有機溶剤（液体）が供給される。供給された有機溶剤は遠心力によって基板Ｗの全面に行き渡り、基板Ｗ上のＤＩＷを置換する。
有機溶剤によるＤＩＷの置換が完了すると、制御ユニット３は、マイクロ波発振器６３を作動させる。マイクロ波発振器６３から発生したマイクロ波は同軸ケーブル６４を介して導波管６２に供給され、基板Ｗの下面から照射される。それにより基板Ｗが加熱される。また、制御ユニット３は、スピンチャック５の回転を減速して基板Ｗの回転を停止しまたは低速回転（例えば１００ｒｐｍ未満）とし、かつ有機溶剤バルブ３７を閉じて有機溶剤の供給を停止する。それにより、静止状態の基板Ｗ上に有機溶剤液膜が支持されたパドル状態とされる。基板Ｗの加熱によって、基板Ｗの上面に接している有機溶剤の一部が蒸発し、それにより、有機溶剤液膜と基板Ｗの上面との間に気相層が形成される。これにより有機溶剤液膜は基板Ｗの上方に浮上した状態となる。
有機溶剤処理工程Ｓ４では有機溶剤液膜は基板Ｗを介して加熱されている。すなわち、マイクロ波は基板Ｗの下面に照射されており、有機溶剤液膜に直接照射されていない。仮に、マイクロ波が有機溶剤液膜に直接照射されると、有機溶剤液膜全体が沸騰してしまい、有機溶剤液膜と基板Ｗの上面との間に気相層を形成することができなくなる。これに対し、本実施形態では基板Ｗを介して有機溶剤液膜を加熱しているため、有機溶剤液膜と基板Ｗの上面との間に気相層を形成することができる。その結果、有機溶剤液膜を液塊状態で基板Ｗの上方に浮上させることが可能になる。
次に、有機溶剤液膜の排除が行われる。有機溶剤液膜の排除に際して、制御ユニット３は、第１ノズル移動ユニット１５を制御して、第１移動ノズル１１を基板Ｗの上方からカップ８の側方へと退避させる。そして、制御ユニット３は、第２ノズル移動ユニット１６を制御して、第２移動ノズル１２を基板Ｗの上方の気体吐出位置に配置する。気体吐出位置は、第２移動ノズル１２から吐出される不活性ガス流が基板Ｗの上面の回転中心に向けられる位置であってもよい。そして、制御ユニット３は、不活性ガスバルブ４４を開いて、基板Ｗ上の有機溶剤液膜に向けて不活性ガスを吐出する。これにより、不活性ガスの吐出を受ける位置、すなわち、基板Ｗの中央において、有機溶剤液膜が不活性ガスによって排除され、有機溶剤液膜の中央に、基板Ｗの上面を露出させる穴が空けられる。この穴を広げることによって、基板Ｗ上の有機溶剤が基板Ｗ外へと排出される。
有機溶剤液膜が基板Ｗ上から排除される過程でヒータユニット６に有機溶剤が落下することが考えられる。この実施形態ではヒータユニット６は高温に発熱しないため、有機溶剤が落下してもヒータユニット６上で有機溶剤が蒸発して多量のミストが発生することがない。したがって、有機溶剤のミストで基板処理雰囲気を汚染することがない。
こうして、有機溶剤処理を終えた後、制御ユニット３は、不活性ガスバルブ４４を閉じ、第２移動ノズル１２を退避させた後、電動モータ２３を制御して、基板Ｗを乾燥回転速度で高速回転させる。それにより、基板Ｗ上の液成分を遠心力によって振り切るための乾燥処理（Ｓ５：スピンドライ）が行われる。
その後、制御ユニット３は、電動モータ２３を制御してスピンチャック５の回転を停止させる。また、マイクロ波発振器６３を制御して、マイクロ波の発振を停止させる。さらに、制御ユニット３は、チャックピン駆動ユニット２５を制御して、チャックピン２０を開位置に制御する。これにより、基板Ｗは、チャックピン２０の把持部５１に把持された状態から、支持部５２に載置された状態となる。その後、搬送ロボットＣＲが、処理ユニット２に進入して、スピンチャック５から処理済みの基板Ｗをすくい取って、処理ユニット２外へと搬出する（Ｓ６）。その基板Ｗは、搬送ロボットＣＲから搬送ロボットＩＲへと渡され、搬送ロボットＩＲによって、キャリヤＣに収納される。
図８Ａおよび図８Ｂは、基板Ｗの上面における気相層の形成を説明するための図解的な断面図である。基板Ｗの表面には、微細なパターン１０１が形成されている。パターン１０１は、基板Ｗの表面に形成された微細な凸状の構造体１０２を含む。構造体１０２は、絶縁体膜を含んでいてもよいし、導体膜を含んでいてもよい。また、構造体１０２は、複数の膜を積層した積層膜であってもよい。ライン状の構造体１０２が隣接する場合には、それらの間に溝（溝）が形成される。この場合、構造体１０２の幅Ｗ１は１０ｎｍ〜４５ｎｍ程度、構造体１０２同士の間隔Ｗ２は１０ｎｍ〜数μｍ程度であってもよい。構造体１０２の高さＴは、たとえば５０ｎｍ〜５μｍ程度であってもよい。構造体１０２が筒状である場合には、その内方に孔が形成されることになる。
有機溶剤処理工程Ｓ４の初期段階では、図８Ａに示すように、基板Ｗの表面に形成された有機溶剤液膜９０は、パターン１０１の内部（隣接する構造体１０２の間の空間または筒状の構造体１０２の内部空間）を満たしている。
有機溶剤液膜が浮上する過程では、基板Ｗが加熱され、有機溶剤の沸点（ＩＰＡの場合は８２．４℃）よりも所定温度（たとえば、１０〜５０℃）だけ高い温度となる。それにより、基板Ｗの表面に接している有機溶剤が蒸発し、有機溶剤の気体が発生して、図８Ｂに示すように、気相層９２が形成される。気相層９２は、パターン１０１の内部を満たし、さらに、パターン１０１の外側に至り、構造体１０２の上面１０２Ａよりも上方に有機溶剤液膜９０との界面９５を形成している。この界面９５上に有機溶剤液膜９０が支持されている。この状態では、有機溶剤の液面がパターン１０１に接していないので、有機溶剤液膜９０の表面張力に起因するパターン倒壊が起こらない。
基板Ｗ上面の昇温によって有機溶剤が蒸発するとき、液相の有機溶剤はパターン１０１内から瞬時に排出される。そして、形成された気相層９２上に液相の有機溶剤が支持され、パターン１０１から離隔させられる。こうして、有機溶剤の気相層９２は、パターン１０１の上面（構造体１０２の上面１０２Ａ）と有機溶剤液膜９０との間に介在して、有機溶剤液膜９０を支持する。
図８Ｃに示すように、基板Ｗの上面から浮上している有機溶剤液膜９０に亀裂９３が生じると、乾燥後にウォータマーク等の欠陥の原因となる。そこで、この実施形態では、基板Ｗの回転を停止した後に有機溶剤の供給を停止して、基板Ｗ上に厚い有機溶剤液膜９０を形成して、亀裂の発生を回避している。有機溶剤処理工程Ｓ４では基板Ｗが高速（例えば１００ｒｐｍ）で回転しておらず、基板Ｗの回転を停止しまたは低速（例えば１００ｒｐｍ未満）で回転しているので、液膜９０が遠心力によって分裂することがない。したがって、液膜９０に亀裂が生じることを回避できる。さらに、マイクロ波発振器６３および電源６７の出力および基板加熱時間を適宜調節して、有機溶剤の蒸気が液膜９０を突き破って吹き出さないようにし、それによって、亀裂の発生を回避している。
気相層９２上に有機溶剤液膜９０が支持されている状態では、有機溶剤液膜９０に働く摩擦抵抗は、零とみなせるほど小さい。そのため、基板Ｗの上面に平行な方向の力が有機溶剤液膜９０に加わると、有機溶剤液膜９０は簡単に移動する。この実施形態では、有機溶剤液膜９０の中央に開口を形成し、それによって、開口の縁部での温度差によって有機溶剤の流れを生じさせて、気相層９２上に支持された有機溶剤液膜９０を移動させて排除している。
本実施形態ではヒータ本体６０に導波管６２に加えて、光源６６も埋設している。以下では、光源６６を埋設する理由について説明する。図１０はマイクロ波の周波数とマイクロ波の基板への侵入長とを対応付けたグラフである。この図に示すように、抵抗率が高い基板の場合、高周波数（例えば３０ＧＨＺ程度）のマイクロ波を基板に向けて照射しないと、マイクロ波が基板を透過してしまう。この場合、基板を十分に加熱することができない。また、高周波数（例えば３０ＧＨＺ程度）のマイクロ波は、同軸ケーブル６４内での伝送ロスが大きくなる。
光源６６は光電効果で基板Ｗの抵抗率を下げるために基板Ｗに可視光および近赤外線を照射する。基板Ｗの抵抗率を低くすると（例えば１．Ｅ０１から１．Ｅ０３に低減すると）、低周波数（例えば１ＧＨＺ程度）のマイクロ波を用いた場合でも、基板Ｗのマイクロ波吸収率が上昇し加熱されやすくなる。そこで、抵抗率が高い基板Ｗの場合には、光源６６から可視光および近赤外光を基板Ｗに照射して基板Ｗの抵抗率を引き下げて基板Ｗによるマイクロ波の吸収率を向上させる。
以上、この発明の一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。この発明の範囲に含まれるいくつかの形態を以下に例示的に列挙する。
１．使用可能な有機溶剤は、ＩＰＡのほかにも、メタノール、エタノール、アセトン、ＨＥＦ（ハイドルフルオロエーテル）を例示できる。これらは、いずれも水（ＤＩＷ）よりも表面張力が小さい有機溶剤である。この発明は、有機溶剤以外の処理液にも適用可能である。たとえば、水などのリンス液を基板外に排除するためにこの発明を適用してもよい。リンス液としては、水のほかにも、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）などを例示できる。
２．穴開け工程に使用可能な気体としては、窒素ガスのほかにも、清浄空気その他の不活性ガスを採用できる。
３．電源投入からマイクロ波発振を開始するまでの時間が長いマイクロ波発振器６３を使用する場合には、図９に示すように、マイクロ波発振器６３と導波管６２との間の同軸ケーブル６４に同軸切替器６９を介装し、マイクロ波発振器６３からのマイクロ波を導波管６２とアースとに選択的に出力してもよい。
この場合、マイクロ波発振器６３は常時ＯＮ状態にして、基板Ｗ加熱を開始する時点（例えば上述した有機溶剤処理工程Ｓ４の開始時点）にマイクロ波を導波管６２に出力し、それ以外の期間ではマイクロ波をアースに出力するように、制御ユニット３は同軸切替器６９を制御する。
４．上述の実施形態ではヒータ本体６０の上面６０ａは基板Ｗの下面から離隔している。このため、薬液処理工程Ｓ２時等に発生するミストなどが上面６０ａと基板Ｗの下面との間の領域に進入する可能性がある。この場合、ミストが導波管６２から照射されたマイクロ波を吸収し、加熱効率を低下させるおそれがある。したがって、ヒータユニット６の作動時（例えば有機溶剤処理工程Ｓ４時）には、ヒータユニット６の中心の吐出口９ａなどから窒素ガスを発生させて、基板Ｗの下面とヒータ本体６０との間の雰囲気を窒素ガスで満たし、外部からのミスト等の進入を抑制または防止すればよい。
５．上述の実施形態では、有機溶剤処理工程時にマイクロ波を照射して基板Ｗを加熱したが、マイクロ波は本工程以外の工程で基板Ｗに照射してもよい。例えば、有機溶剤以外の処理液（例えば、薬液やＤＩＷ）を用いた工程の実行時、あるいは乾燥処理時にマイクロ波を基板Ｗに照射してもよい。
６．上述の実施形態では、ヒータユニット６が回転しない状態で基板Ｗを加熱した。しかし、ヒータユニット６は基板加熱時に回転してもよい。なお、ヒータユニット６は基板Ｗと同一方向に回転し、基板Ｗと同一または同程度で回転することが望ましい。
７．上述の実施形態では、基板Ｗの上面に向けて処理液を供給するときにヒータユニット６により基板Ｗを加熱した。しかし、基板Ｗの下面に向けて処理液を供給するときにヒータユニット６により基板Ｗを加熱する場合であっても本発明は適用可能である。例えば、下面ノズル９から基板Ｗの下面に向けてリンス液等の処理液を供給するときに基板Ｗを加熱してもよい。
Ｗ 基板
１ 基板処理装置
２ 処理ユニット
３ 制御ユニット
５ スピンチャック
６ ヒータユニット
８ カップ
９ 下面ノズル
９ａ 吐出口
１０ ＤＩＷノズル
１１ 第１移動ノズル
１２ 第２移動ノズル
１３ チャンバ
１５ 第１ノズル移動ユニット
１６ 第２ノズル移動ユニット
２０ チャックピン
２１ スピンベース
２２ 回転軸
２３ 電動モータ
２４ 貫通孔
２５ チャックピン駆動ユニット
２６ リンク機構
２７ 駆動源
３０ 支持軸
３５ 有機溶剤供給管
３７ 有機溶剤バルブ
３８ 不活性ガスバルブ
４１ 薬液供給管
４２ 不活性ガス供給管
４４ 不活性ガスバルブ
４５ 流量可変バルブ
４６ ＤＩＷ供給管
４７ ＤＩＷバルブ
４８ 流体供給管
４９ 流体バルブ
６０ ヒータユニット本体
６２ 導波管
６３ マイクロ波発振器
６４ 同軸ケーブル
６５ 保護部材
６６ 光源
６７ 電源
６８ 送電ケーブル
６９ 同軸切替器

Claims (6)

  1. 基板の周縁を保持するチャック部材が設置されたスピンベースと、
    前記スピンベースを回転させるモータと、
    前記チャック部材に保持された基板と前記スピンベースの上面との間に位置するヒータユニットと、
    前記チャック部材に保持された基板の表面に向けて処理液を供給する処理液供給手段と、を含む基板処理装置において、
    前記基板の下面に向けてマイクロ波を発生させるマイクロ波発生部材を前記ヒータユニットに設置し、
    前記マイクロ波発生部材は、前記ヒータユニットに設置された導波管と、前記ヒータユニットの外部に設けられたマイクロ波発振器と、前記導波管と前記マイクロ波発振器とを接続する同軸ケーブルとを含むことを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記導波管の上面は保護部材で保護されていることを特徴とする、請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記基板に向けて、光電効果によって前記基板の抵抗率を低下させるための光を照射する光源を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 前記処理液は基板の上面に供給される有機溶剤であり、前記ヒータユニットは前記有機溶剤による基板処理時に基板を加熱することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置。
  5. 前記処理液供給手段は前記基板の上面に前記有機溶剤の液膜を形成し、前記ヒータユニットは少なくとも前記有機溶剤の液膜が形成された時点で前記基板の下面を加熱することにより、前記有機溶剤の液膜と基板の上面との間に気膜層を形成させ、以て前記有機溶剤の液膜を前記基板の上面から浮上させることを特徴とする、請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 前記処理液供給手段は、前記基板の上面に向けて前記処理液を供給することにより、前記基板の上面に前記処理液の液膜を形成し、
    前記マイクロ波発生部材は、前記基板の下面に向けてマイクロ波を発生させることにより、前記処理液の液膜と前記基板の上面との間に気相層を形成させ、前記気相層によって前記処理液の液膜を液塊状態で前記基板の上方に浮上させ、
    前記基板処理装置は、前記気相層によって液塊状態で浮上させられた前記処理液の液膜に穴を空け、その穴を広げることによって、液塊状態の前記処理液の液膜を前記基板外へと排出する液膜排除手段を含むことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置。
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