JPH11288915A - 基板乾燥方法および基板乾燥装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】基板に付着した処理液を、処理液の再付着を生
じさせることなく効率的に除去する。 【解決手段】スピンチャック１により、ウエハＷが水平
に保持されて回転される。ウエハＷの乾燥に際しては、
表面ノズルＮ１からリンス液を供給している状態で、ス
ピンチャック１を低速回転させる。これにより、ウエハ
Ｗの主面Ｗａ上において、大きな液滴５０が成長させら
れる。次に、表面ノズルＮ１からのリンス液の供給を停
止すると、スピンチャック１の低速回転により、液滴５
０がゆっくりとウエハＷの周縁に向かって移動し、その
外方に排除される。その後、スピンチャック１を高速回
転することにより、ウエハＷの表面の水分の振り切り乾
燥が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板、液
晶表示装置用基板等のフラットパネルディスプレイ（Ｆ
ＰＤ）用基板、フォトマスク用ガラス基板などの基板を
回転させて、基板の主面に付着している処理液を除去し
て基板を乾燥させるための基板乾燥方法および基板乾燥
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、必要
に応じて半導体ウエハ（以下単に「ウエハ」という。）
の洗浄が行われる。この洗浄後の基板には、洗浄のため
に用いられた洗浄液（一般的には純水）が付着している
ので、この洗浄液を振り切るための乾燥処理が行われ
る。この乾燥処理のために用いられる典型的な基板乾燥
装置は、ウエハを水平に保持した状態で回転するスピン
チャックと、このスピンチャックを高速回転させるため
の回転駆動機構とを備えている。この構成により、回転
に伴って洗浄液に働く遠心力を利用して洗浄液を振り切
り、基板の乾燥を達成している。また、基板から飛散す
る洗浄液が周囲に飛散することを防止するために、スピ
ンチャックは、通常、筒状の処理カップ内に収容されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ウエハの主
面の大部分がシリコンやポリシリコンからなる場合に
は、このような領域は、水との接触角が９０度以上の疎
水性表面をなしている。このような場合に、基板を高速
回転させて振り切り乾燥を行おうとすると、ウエハの回
転の加速に伴って洗浄液がウエハ外に飛び出し、処理カ
ップの内壁面に勢い良く衝突し、その跳ね返りがウエハ
に再付着してウエハを汚染する。また、回転軸線上の洗
浄液には遠心力がほとんど作用しないから、ウエハの主
面の中心付近に洗浄液が残留してしまう場合があり、ウ
エハを十分に乾燥させることができない場合がある。ま
た、ウエハの乾燥を十分に行うには、スピンチャックの
回転時間を長くすればよいが、それでは、処理効率が悪
くなり、結果として、生産性の劣化を招く。

【０００４】同様な問題は、疎水性領域を有しない基板
の乾燥処理においても生じる場合があった。そこで、こ
の発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、基板に付
着した処理液を、処理液の再付着を生じさせることなく
除去することができる基板乾燥方法および基板乾燥装置
を提供することである。

【０００５】また、この発明の他の目的は、基板に付着
した処理液を効率的に除去することができる基板乾燥方
法および基板乾燥装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板の主
面から処理液を除去して基板を乾燥させるための基板乾
燥方法において、基板を水平に支持しつつ、この基板の
主面と直交する回転軸線まわりに当該基板を第１の回転
速度で回転させる低速回転工程と、この低速回転工程中
の初期において上記基板の主面に処理液を供給し、上記
低速回転工程が終了するよりも早く、その処理液の供給
を停止することにより、上記基板の主面上において処理
液の液滴を成長させる液滴成長工程と、上記低速回転工
程の後、基板を水平に支持しつつ、この基板を上記回転
軸線まわりに上記第１の回転速度よりも高速な第２の回
転速度で回転させる高速回転工程とを含むことを特徴と
する基板乾燥方法である。

【０００７】この発明によれば、低速回転工程の初期に
おいて行われる液滴成長工程では、基板上で液滴が成長
させられる。そして、基板の低速回転により、成長した
大きな液滴が、遠心力の働きによって、基板の周縁から
排除される。このとき、表面張力の働きにより、回転軸
線上の処理液も大きな液滴とともに排除されることにな
る。基板の回転速度が低速であるので、液滴が勢い良く
飛び出すことがないから、周囲からの処理液の跳ね返り
が基板に再付着するおそれはない。

【０００８】一方、低速回転工程に続く高速回転工程で
は、基板が高速に回転させられ、その表面の処理液が振
り切られるが、基板上の処理液の大部分は低速回転工程
において排除されているので、短時間の高速回転により
基板の乾燥を完了でき、また、周囲からの処理液の跳ね
返りによる基板の再汚染のおそれはない。このようにし
て、基板の乾燥を、その回転軸線上における液滴の残留
を生じることなく、効率的にかつ良好に行える。

【０００９】請求項２記載の発明は、上記低速回転工程
における上記第１の回転速度は、基板の回転数で１５０
ｒｐｍ以下の範囲内とされており、上記高速回転工程に
おける上記第２の回転速度は、基板の回転数で１５００
ｒｐｍ以上２５００ｒｐｍ以下の範囲内とされているこ
とを特徴とする請求項１記載の基板乾燥方法である。こ
の発明によれば、低速回転工程における液滴の成長およ
び排除、ならびに高速回転工程における振り切り乾燥を
良好に行うことができる。

【００１０】なお、低速回転工程中には、極低速で基板
を回転させつつ液滴を成長させる液滴成長工程と、この
液滴成長工程よりも速い回転速度で基板を回転させるこ
とにより、液滴成長工程で成長させられた大きな液滴を
基板の周縁から排除する液滴排除工程とが行われてもよ
い。この場合に、液滴成長工程における基板の回転速度
は、５０ｒｐｍ以下とされることが好ましく、零（すな
わち、回転停止）とされてもよい。また、液滴排除工程
における基板の回転速度は、５０ｒｐｍ以上１５０ｒｐ
ｍ以下とされることが好ましい。

【００１１】請求項３記載の発明は、上記基板は疎水性
領域を有しており、この疎水性領域の水との接触角は９
０度以上であることを特徴とする請求項１または２記載
の基板乾燥方法である。このように基板が疎水性領域を
有する場合に、低速回転工程とそれに引き続く高速回転
工程とによって基板の乾燥を行うことにより、基板の乾
燥処理の効率を従来に比較して格段に向上できる。

【００１２】請求項４記載の発明は、基板を乾燥させる
ための基板乾燥装置において、基板を水平に支持するた
めの基板支持手段と、この基板支持手段によって支持さ
れた基板の主面に処理液を供給するための処理液供給手
段と、上記基板支持手段によって支持された基板の主面
に直交する回転軸線まわりに、上記基板支持手段を回転
させるための回転駆動手段と、上記基板支持手段に支持
された基板を第１の回転速度で回転させた後、この第１
の回転速度よりも大きな第２の回転速度で回転させるよ
うに、上記回転駆動手段を制御する回転制御手段と、上
記基板支持手段に支持された基板が上記第１の回転速度
で回転されている期間の初期において、上記基板の主面
に処理液を供給し、上記基板が上記第２の回転速度で回
転されるよりも早く、上記基板の主面への処理液の供給
を停止するように、上記処理液供給手段を制御する処理
液供給制御手段とを含むことを特徴とする基板乾燥装置
である。

【００１３】この構成により、請求項１記載の発明と同
様な効果を達成できる。請求項５記載の発明は、上記第
１の回転速度は、基板の回転数で１５０ｒｐｍ以下の範
囲内とされており、上記第２の回転速度は、基板の回転
数で１５００ｒｐｍ以上２５００ｒｐｍ以下の範囲内と
されていることを特徴とする請求項４記載の基板乾燥装
置である。

【００１４】この構成により、請求項２記載の発明と同
様な効果を達成できる。請求項６記載の発明は、上記基
板は疎水性領域を有しており、この疎水性領域の水との
接触角は９０度以上であることを特徴とする請求項４ま
たは５記載の基板乾燥装置である。この構成により、請
求項３記載の発明と同様な効果を達成できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】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構成を示す図解
的な断面図である。この基板処理装置は、ウエハＷを１
枚ずつ洗浄液（処理液）によって洗浄し、この洗浄後の
ウエハＷの主面Ｗａ（図１における上面）に付着してい
る洗浄液を遠心力を利用して振り切ることにより、この
ウエハＷを乾燥させるための洗浄・乾燥装置である。ウ
エハＷの主面Ｗａのほぼ全域は疎水性領域となってい
て、この疎水性領域における水との接触角は９０度以上
である。

【００１６】具体的構成について説明すると、この基板
処理装置は、ウエハＷを水平に支持し、この支持したウ
エハＷのほぼ中心を通る鉛直軸線を回転軸線とし、この
回転軸線まわりに回転するスピンチャック１（基板支持
手段）と、このスピンチャック１を収容した有底筒状の
処理カップ２と、スピンチャック１を回転駆動するため
の回転駆動機構３（回転駆動手段）と、この回転駆動機
構３の動作を制御する制御装置４（回転制御手段、処理
液供給制御手段）とを備えている。スピンチャック１の
上方には、ウエハＷの主面Ｗａに向けて洗浄液を供給す
るための表面ノズルＮ１（処理液供給手段）が備えられ
ており、またスピンチャック２の下方には、ウエハＷの
裏面Ｗｂに向けて洗浄液を供給するための裏面ノズルＮ
２，Ｎ３が、処理カップ２の底面部２Ａに備えられてい
る。この処理カップ２の側面部２Ｂは、ウエハＷの回転
に伴って飛散する洗浄液を受け止め、周囲への洗浄液の
飛散を防止する飛散防止部材として機能している。

【００１７】スピンチャック１は、鉛直方向に沿って配
置され、処理カップ２の底面部２Ａのほぼ中央を貫通し
て設けられた回転軸１１と、この回転軸１１の上端に水
平に固定されたスピンベース１２と、このスピンベース
１２に立設された複数本のチャックピン１３とを有して
いる。スピンベース１２は、たとえば、平面視において
放射状に延びた複数本のアームを有しており、各アーム
の先端にチャックピン１３が取り付けられている。隣接
するアームの間には、裏面ノズルＮ２，Ｎ３からの洗浄
液をウエハＷの裏面Ｗｂに導くための洗浄液経路が確保
されている。

【００１８】表面ノズルＮ１および裏面ノズルＮ２，Ｎ
３には、薬液タンク２１からの洗浄用薬液（フッ酸やア
ンモニアなど）またはリンス液タンク２２からのリンス
液（純水、オゾン水、電解イオン水、温水など）が、洗
浄液として選択的に供給されるようになっている。薬液
タンク２１からの薬液が導かれる薬液配管２３と、リン
ス液タンク２２からのリンス液が導かれるリンス液配管
２４とは、途中で洗浄液配管２５に合流しており、この
洗浄液配管２５が、ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３に結合され
ている。薬液配管２３およびリンス液配管２４の途中部
には、薬液用バルブ３１およびリンス液用バルブ３２が
それぞれ介装されており、これらのバルブ３１，３２の
開閉は制御装置４によって制御されるようになってい
る。なお、表面ノズルＮ１と裏面ノズルＮ２，Ｎ３と
に、個別の薬液用バルブおよびリンス液用バルブを設け
てもよい。

【００１９】図２は、この基板処理装置の動作を説明す
るための図である。図２(a) は、スピンチャック１の回
転速度の時間変化を示しており、図２(b) は、薬液用バ
ルブ３１の開閉状態を示しており、図２(c) はリンス液
用バルブ３２の開閉状態を示している。ウエハＷに対す
る処理を施す前の期間には、制御装置４は、スピンチャ
ック１を停止状態に保持し、また、薬液用バルブ３１お
よびリンス液用バルブ３２を閉成状態に保持する。基板
搬送ロボット（図示せず）から未処理のウエハＷがスピ
ンチャック１に受け渡された後、制御装置４は、回転駆
動機構３を制御して、スピンチャック１の回転を開始さ
せる。そして、時刻ｔ１に液処理速度（たとえば、ウエ
ハＷの回転数で３００〜１０００ｒｐｍ）に達すると、
制御装置４は、薬液用バルブ３１を開成する。これによ
り、回転中のウエハＷにノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３からの
洗浄用薬液が供給され、薬液洗浄工程が行われる。時刻
ｔ２からの期間には、薬液用バルブ３１が閉成され、代
わってリンス液用バルブ３２が開成される。これによ
り、ウエハＷの表裏面の薬液を洗い流すためのリンス工
程が行われる。

【００２０】リンス工程の末期、すなわち、リンス液用
バルブ３２が閉成される直前の期間においては、制御装
置４は、回転駆動機構３を制御して、スピンチャック１
の回転速度を極低速の液滴成長速度（ウエハＷの回転数
で５０ｒｐｍ以下）にまで減速し、その速度を一定時間
（たとえば、２〜１０秒間）維持する。これにより、ウ
エハＷの主面Ｗａにリンス液が供給された状態で、スピ
ンチャック１が極低速で回転するので、ウエハＷの主面
Ｗａ上には比較的大きな液滴が形成されることになる。
こうして、液滴成長工程が行われる。

【００２１】時刻ｔ３に、制御装置４は、リンス液用バ
ルブ３２を閉成して、液滴成長工程を終了する。その
後、制御装置４は、スピンチャック１の回転速度を液滴
排除速度（ウエハＷの回転数で５０〜１５０ｒｐｍ）に
まで加速し、その速度を一定時間（たとえば、２〜１０
秒間）維持する。これにより、ウエハＷの表面の液滴に
働く遠心力によって、この液滴をウエハＷの周縁から排
除する液滴排除工程が行われる。ただし、液滴成長工程
においても、ウエハＷが回転している限りは、ウエハＷ
上の液滴に遠心力が働き、液滴の排除が行われるので、
実際には、液滴成長工程と液滴排除工程との境界は明確
ではない。

【００２２】この液滴排除工程の後は、制御装置４は、
スピンチャック１の回転速度を乾燥速度（たとえば、ウ
エハＷの回転数で２５００ｒｐｍ）にまで加速し、この
乾燥速度を一定時間（たとえば、１０〜６０秒間）維持
した後に、スピンチャック１の回転を停止させる。こう
して、ウエハＷを高速回転させてその表面の液滴を振り
切るための振り切り乾燥工程が行われる。

【００２３】この乾燥処理後のウエハＷは、上記の基板
搬送ロボットによって搬出されることになる。なお、リ
ンス工程の末期と振り切り乾燥工程の間において、ウエ
ハＷの回転速度が、ウエハＷの回転数で１５０ｒｐｍ以
下となっている期間が低速回転工程として把握され、こ
のような期間において、ウエハＷ上で液滴の成長および
その排除が行われる。

【００２４】また、ウエハＷの回転速度が、ウエハＷの
回転数で、１５００ｒｐｍ以上となっている期間が高速
回転工程として把握され、この期間において、ウエハＷ
上の液滴を振り切って乾燥するための振り切り乾燥が行
われる。なお、表面ノズルＮ１と裏面ノズルＮ２，Ｎ３
とに、個別にリンス液供給バルブが設けられる場合に
は、裏面ノズルＮ２，Ｎ３に対応したリンス液供給バル
ブは、低速回転工程よりも前に閉成されることが好まし
く、これにより、リンス液を節約できる。

【００２５】図３は、液滴排除工程における作用を説明
するためのウエハＷの平面図である。液滴排除工程の前
の液滴成長工程において大きく成長した液滴５０には、
ゆっくりとした回転であっても、比較的大きな遠心力Ｃ
Ｆが作用する。したがって、液滴排除工程におけるスピ
ンチャック１の低速回転により、大きな液滴５０は、ウ
エハＷの周縁に向かってゆっくりと移動していき、図１
に示すように、ウエハＷの周縁から落下することにな
る。このとき、スピンチャック１の回転が低速であるの
で、液滴５０の各部に働く遠心力の差は、この液滴５０
の表面張力Ｔに打ち勝つほど大きくないので、液滴５０
が分解することがない。そのため、ウエハＷの中心に小
さな液滴が残留するおそれはなく、ウエハＷの中心付近
の水分も、大きな液滴５０とともに、ウエハＷの周縁か
らウエハＷ外に除去される。こうして、液滴排除工程に
よって、ウエハＷの主面Ｗａの液滴のほぼ全てを除去す
ることができる。

【００２６】また、液滴排除工程では、液滴５０が高速
に半径方向外方に移動することがないので、ウエハＷの
周縁から出た液滴５０が処理カップ２の側面部２Ｂに勢
い良く達することがない。そのため、側面部２Ｂからの
跳ね返った洗浄液飛沫がウエハＷの主面Ｗａに再付着す
るおそれはない。以上のようにこの実施形態によれば、
リンス工程の末期において、スピンチャック１の回転速
度を極低速にすることによって、ウエハＷ上で液滴を成
長させ、この成長した液滴を、スピンチャック１を低速
回転させることによって排除するようにしている。その
ため、ウエハＷ上の水分の大部分は大きな液滴となっ
て、ゆっくりとウエハＷの周縁から排除されて落下する
ことになるから、処理カップ２の側面部２Ｂから跳ね返
った飛沫がウエハＷに再付着することがない。しかも、
液滴を大きく成長させてから排除するようにしているの
で、ウエハＷの回転軸線上の水分は、表面張力の働きに
より、その大きな液滴とともに排除されることになる。
そのため、ウエハＷの中心付近に液滴が残留することが
ない。これにより、その後の振り切り乾燥工程を長時間
行わなくても、ウエハＷを良好に乾燥させることができ
る。

【００２７】この発明の一実施形態について説明した
が、この発明は上記の実施形態以外の形態で実施するこ
とも可能である。たとえば、上記の実施形態では、液滴
成長工程と液滴排除工程とでスピンチャック１の回転速
度を変えているが、一定速度の回転によって液滴の成長
および排除を行ってもよい。また、上記の実施形態で
は、ウエハＷの洗浄および乾燥を行う装置を例にとった
が、この発明は、ウエハＷの振り切り乾燥のみを行う乾
燥装置に適用されてもよい。さらに、処理対象の基板
は、ウエハに限らず、液晶表示装置用ガラス基板などの
他の種類の基板であってもよい。

【００２８】その他、特許請求の範囲に記載された技術
的事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構
成を示す図解的な断面図である。

【図２】この基板処理装置の動作を説明するための図で
ある。

【図３】液滴排除工程における作用を説明するためのウ
エハの平面図である。

【符号の説明】

１ スピンチャック ２ 処理カップ ３ 回転駆動機構 ４ 制御装置 Ｎ１ 表面ノズル Ｎ２，Ｎ３ 裏面ノズル ２１ 薬液タンク ２２ リンス液タンク ３１ 薬液用バルブ ３２ リンス液用バルブ ５０ 液滴

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の主面から処理液を除去して基板を乾
   燥させるための基板乾燥方法において、 基板を水平に支持しつつ、この基板の主面と直交する回
   転軸線まわりに当該基板を第１の回転速度で回転させる
   低速回転工程と、 この低速回転工程中の初期において上記基板の主面に処
   理液を供給し、上記低速回転工程が終了するよりも早
   く、その処理液の供給を停止することにより、上記基板
   の主面上において処理液の液滴を成長させる液滴成長工
   程と、 上記低速回転工程の後、基板を水平に支持しつつ、この
   基板を上記回転軸線まわりに上記第１の回転速度よりも
   高速な第２の回転速度で回転させる高速回転工程とを含
   むことを特徴とする基板乾燥方法。
2. 【請求項２】上記低速回転工程における上記第１の回転
   速度は、基板の回転数で１５０ｒｐｍ以下の範囲内とさ
   れており、 上記高速回転工程における上記第２の回転速度は、基板
   の回転数で１５００ｒｐｍ以上２５００ｒｐｍ以下の範
   囲内とされていることを特徴とする請求項１記載の基板
   乾燥方法。
3. 【請求項３】上記基板は疎水性領域を有しており、この
   疎水性領域の水との接触角は９０度以上であることを特
   徴とする請求項１または２記載の基板乾燥方法。
4. 【請求項４】基板を乾燥させるための基板乾燥装置にお
   いて、 基板を水平に支持するための基板支持手段と、 この基板支持手段によって支持された基板の主面に処理
   液を供給するための処理液供給手段と、 上記基板支持手段によって支持された基板の主面に直交
   する回転軸線まわりに、上記基板支持手段を回転させる
   ための回転駆動手段と、 上記基板支持手段に支持された基板を第１の回転速度で
   回転させた後、この第１の回転速度よりも大きな第２の
   回転速度で回転させるように、上記回転駆動手段を制御
   する回転制御手段と、 上記基板支持手段に支持された基板が上記第１の回転速
   度で回転されている期間の初期において、上記基板の主
   面に処理液を供給し、上記基板が上記第２の回転速度で
   回転されるよりも早く、上記基板の主面への処理液の供
   給を停止するように、上記処理液供給手段を制御する処
   理液供給制御手段とを含むことを特徴とする基板乾燥装
   置。
5. 【請求項５】上記第１の回転速度は、基板の回転数で１
   ５０ｒｐｍ以下の範囲内とされており、上記第２の回転
   速度は、基板の回転数で１５００ｒｐｍ以上２５００ｒ
   ｐｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項
   ４記載の基板乾燥装置。
6. 【請求項６】上記基板は疎水性領域を有しており、この
   疎水性領域の水との接触角は９０度以上であることを特
   徴とする請求項４または５記載の基板乾燥装置。