JP2008244115A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遮断部材と基板上面との間に形成される間隙空間に発生する気流によって中心軸部材に設けられた処理液吐出口から残留処理液が落下するのを防止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。
【解決手段】中心軸部材６の下端面６ａが遮断部材５の下面５ａに対して上方位置に配置されるとともに、混合液吐出口６２ａが中心軸部材６の下端面６ａに対して上方に退避した位置に配置されている。このため、混合液吐出口６２ａの近傍に混合液が残留付着している場合であっても、残留混合液に対する間隙空間ＳＰ１に発生する気流の影響を低減することができる。このため、混合液吐出口６２ａからの混合液の吐出が停止している間に混合液吐出口６２ａから残留混合液が基板表面Ｗｆに落下するのを防止することができる。
【選択図】図３

Description

この発明は、基板上面に処理液を供給して該基板上面に対して所定の湿式処理を施す基板処理装置および基板処理方法に関するものである。なお、湿式処理対象となる基板には、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等が含まれる。

従来、この種の基板処理装置として、半導体ウエハ等の基板をスピンチャック（基板保持手段）により略水平姿勢に保持しつつ基板を回転させながら処理液を基板に供給して該基板に対して所定の湿式処理を施す基板処理装置がある（特許文献１参照）。

この基板処理装置においては、スピンチャックにより保持された基板の上面に円盤状の遮断部材が対向して配置されている。遮断部材は内部が中空に形成された回転支持筒の下端に接続され、回転支持筒の中空部には、円柱状の内挿軸（中心軸部材）が挿通されている。内挿軸には薬液や純水などの処理液の通路となる処理液供給路が形成されており、処理液供給路の基板上面と対向する下端（先端）が処理液吐出口となっている。また、内挿軸には処理液供給路の側方に並んで窒素ガスなどのガスの通路となるガス供給路が形成されており、ガス供給路の下端がガス吐出口となっている。さらに、内挿軸の外周面と回転支持筒の内周面との間に形成される空間部分が外側ガス供給路を構成し、外側ガス供給路の下端が環状の外側ガス吐出口となっている。そして、基板の薬液処理およびリンス処理後であってスピン乾燥処理前に、ガス吐出口および外側ガス吐出口からそれぞれガスを遮断部材と基板上面との間に形成される空間（間隙空間）に向けて吐出させることにより、基板上面に残っている水滴を基板から排除している。

特開２００４−１４６７８４号公報（図１）

しかしながら、上記従来装置では、薬液処理やリンス処理などの湿式処理を停止している間に次のような問題が発生する場合があった。すなわち、上記従来装置では、処理液供給路の先端（処理液吐出口の近傍）に処理液が残っていると、このような処理液（以下「残留処理液」という）が湿式処理を停止している間にガス吐出口および外側ガス吐出口から間隙空間に向けて吐出されたガスによって発生する気流の影響を受けて処理液吐出口から基板上面に落下することがあった。その結果、基板上面に残留処理液が付着してパーティクルの発生源となって基板を汚染してしまうことがあった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、遮断部材と基板上面との間に形成される間隙空間に発生する気流によって中心軸部材に設けられた処理液吐出口から残留処理液が落下するのを防止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を目的とする。

この発明は、基板を回転させながら前記基板の上面に処理液を供給して該基板上面に対して所定の湿式処理を施す基板処理装置であって、上記目的を達成するため、基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、基板保持手段に保持された基板を回転させる回転手段と、基板保持手段に保持された基板の上面中央部の上方に伸びるように配置され、その下端側に設けられた処理液吐出口から基板の上面中央部に向けて処理液を吐出可能な中心軸部材と、中心軸部材の径方向外側で中心軸部材を取り囲むように基板上面に対向する対向面を有し、該対向面を基板上面に対向させながら基板上面から離間配置された遮断部材と、遮断部材の対向面と基板上面との間に形成される間隙空間にガスを供給するガス供給手段と、ガス供給手段を制御して処理液吐出口からの処理液の吐出を停止している間にガスを間隙空間に供給する制御手段とを備え、中心軸部材の下端面は遮断部材の対向面に対して同一高さ位置または上方位置に配置されるとともに、処理液吐出口は中心軸部材の下端面に対して上方に退避した位置に配置されていることを特徴としている。

また、この発明は、基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、基板保持手段に保持された基板を回転させる回転手段と、基板保持手段に保持された基板の上面中央部の上方に伸びるように配置され、その下端側に設けられた処理液吐出口から基板の上面中央部に向けて処理液を吐出可能な中心軸部材と、中心軸部材の径方向外側で中心軸部材を取り囲むように基板上面に対向する対向面を有し、該対向面を基板上面に対向させながら基板上面から離間配置された遮断部材と、遮断部材の対向面と基板上面との間に形成される間隙空間にガスを供給するガス供給手段とを備えた基板処理装置を用いて、基板を回転させながら基板の上面に処理液を供給して該基板上面に対して所定の湿式処理を施す基板処理方法であって、上記目的を達成するため、中心軸部材の下端面は遮断部材の対向面に対して同一高さ位置または上方位置に配置されるとともに、処理液吐出口は中心軸部材の下端面に対して上方に退避した位置に配置されており、処理液吐出口からの処理液の吐出を停止している間にガス供給手段によりガスを間隙空間に供給することを特徴としている。

このように構成された発明では、基板を回転させながら遮断部材と基板上面との間に形成される間隙空間にガスが供給され、間隙空間にガスによる気流が発生する。そして、この間隙空間を中心軸部材の下端面が臨むように中心軸部材が配置されている。このため、中心軸部材の下端面は間隙空間で発生する気流の影響を受ける可能性がある。しかしながら、この発明では、中心軸部材の下端面が遮断部材の対向面に対して同一高さ位置または上方位置に配置されるとともに、処理液吐出口が中心軸部材の下端面に対して上方に退避した位置に配置されている。このため、処理液吐出口の近傍に残留処理液が付着している場合であっても、残留処理液に対する間隙空間に発生する気流の影響を低減することができる。したがって、処理液吐出口からの処理液の吐出が停止している間に処理液吐出口から残留処理液が基板上面に落下するのを防止することができる。

ここで、中心軸部材と遮断部材とに挟まれた環状空間を外側ガス供給路として該外側ガス供給路を介して間隙空間にガスを供給する場合、中心軸部材の先端に形成されたガス吐出口から間隙空間にガスを供給する場合または両方（外側ガス供給路とガス吐出口）からガスを供給する場合のいずれであっても、間隙空間に発生する気流の影響を低減して処理液吐出口からの残留処理液の落下を防止することができる。

また、中心軸部材には基板の上面中央部に向けて第１液体を吐出する第１液体吐出口を形成し、処理液吐出口から第１液体よりも表面張力が低い第２液体を処理液として基板の上面中央部に向けて吐出させてもよい。この構成によれば、間隙空間をガス雰囲気としながら基板の上面中央部に２種類の液体、つまり第１液体と該第１液体よりも表面張力が低い第２液体とを供給可能となっている。ここで、第２液体は第１液体に比較して表面張力が低いため、中心軸部材に対する付着力が小さい。このため、第２液体は第１液体に比較して吐出口から落下し易い状態となっている。これに対し、この発明では、第２液体を吐出する処理液吐出口を第１液体吐出口が形成された中心軸部材の下端面に対して上方に退避した位置に配置しているので、第１液体に比較して表面張力が低い第２液体が吐出口近傍に残留付着している場合であっても、第２液体の落下を有効に防止することができる。

また、処理液吐出口の口径は、第１液体吐出口の口径より小さくすることが好ましい。これにより、第１液体吐出用に形成された口径と同一口径の処理液吐出口から第２液体を吐出する場合に比較して第２液体の落下をさらに効果的に防止することができる。

また、処理液吐出口が中心軸部材と遮断部材とに挟まれた環状空間に隣接して設けられる基板処理装置においては、中心軸部材は、処理液吐出口の直下に位置する下方空間と環状空間とを分離する隔壁を有するように構成してもよい。この構成によれば、処理液吐出口の直下に位置する下方空間が隔壁によって環状空間と分離されるので、環状空間から下方空間へのガスの流入を抑制することができる。このため、処理液吐出口の近傍に残留処理液が付着している場合であっても、残留処理液に対する気流の影響を抑制して処理液吐出口からの残留処理液の落下を有効に防止することができる。

この発明によれば、中心軸部材の下端面が遮断部材の対向面に対して同一高さ位置または上方位置に配置されるとともに、処理液吐出口が中心軸部材の下端面に対して上方に退避した位置に配置されているので、処理液吐出口の近傍に残留処理液が付着している場合であっても、残留処理液に対する間隙空間に発生する気流の影響を低減することができる。このため、処理液吐出口からの処理液の吐出が停止している間に処理液吐出口から残留処理液が基板上面に落下するのを防止することができる。

＜第１実施形態＞
図１はこの発明の第１実施形態にかかる基板処理装置の構成を示す図である。また、図２は図１の基板処理装置の主要な制御構成を示すブロック図である。この基板処理装置は半導体ウエハ等の基板Ｗの表面Ｗｆに付着している不要物を除去するための洗浄処理に用いられる枚葉式の基板処理装置である。より具体的には、基板表面Ｗｆに対してフッ酸などの薬液による薬液処理および純水やＤＩＷ（deionized water）などのリンス液によるリンス処理を施した後、リンス液で濡れた基板表面Ｗｆを乾燥させる装置である。なお、この実施形態では、基板表面Ｗｆとはデバイスパターンが形成されたパターン形成面をいう。

この基板処理装置は、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック１と、スピンチャック１に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて薬液を吐出する薬液吐出ノズル３と、スピンチャック１の上方位置に配置に配置された遮断部材５とを備えている。

スピンチャック１は、回転支軸１１がモータを含むチャック回転機構１３の回転軸に連結されており、チャック回転機構１３の駆動により回転軸Ｊ（鉛直軸）回りに回転可能となっている。回転支軸１１の上端部には、円盤状のスピンベース１５が一体的にネジなどの締結部品によって連結されている。したがって、装置全体を制御する制御ユニット４（本発明の「制御手段」に相当）からの動作指令に応じてチャック回転機構１３を駆動させることによりスピンベース１５が回転軸Ｊ回りに回転する。このように、この実施形態では、チャック回転機構１３が本発明の「回転手段」として機能する。

スピンベース１５の周縁部付近には、基板Ｗの周縁部を把持するための複数個のチャックピン１７が立設されている。チャックピン１７は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３個以上設けてあればよく、スピンベース１５の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。チャックピン１７のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板保持部とを備えている。各チャックピン１７は、基板保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。

スピンベース１５に対して基板Ｗが受渡しされる際には、複数個のチャックピン１７を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際には、複数個のチャックピン１７を押圧状態とする。押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン１７は基板Ｗの周縁部を把持してその基板Ｗをスピンベース１５から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持することができる。これにより、基板Ｗはその表面（パターン形成面）Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で保持される。このように、この実施形態では、チャックピン１７が本発明の「基板保持手段」として機能する。なお、基板保持手段としてはチャックピン１７に限らず、基板裏面Ｗｂを吸引して基板Ｗを保持する真空チャックを用いてもよい。

薬液吐出ノズル３は薬液供給ユニット２１と接続されており、薬液供給ユニット２１から薬液吐出ノズル３にフッ酸またはＢＨＦ（バッファードフッ酸）などの薬液を供給可能となっている。このため、制御ユニット４からの制御指令に応じて薬液供給ユニット２１から薬液が薬液吐出ノズル３に向けて圧送されると、薬液吐出ノズル３から薬液が吐出される。また、薬液吐出ノズル３にはノズル移動機構３３が接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じてノズル移動機構３３が駆動されることで、薬液吐出ノズル３を基板Ｗの回転中心の上方の吐出位置と吐出位置から側方に退避した待機位置との間で往復移動させることができる。

遮断部材５は、板状部材５０と、板状部材５０を支持し内部が中空に仕上げられた回転支軸５１とを有している。板状部材５０は中央部に開口部を有する円盤状の部材であって、スピンチャック１に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに対向しながら離間配置されている。板状部材５０は、その下面（底面）５ａが基板表面Ｗｆと略平行に対向する基板対向面となっており、その平面サイズは基板Ｗの直径と同等以上の大きさに形成されている。板状部材５０は略円筒形状を有する回転支軸５１の下端部に略水平に取り付けられ、回転支軸５１は水平方向に延びるアーム５２により回転軸Ｊ回りに回転可能に保持されている。

遮断部材５の中空部には中心軸部材６が挿通されており、スピンチャック１に保持された基板Ｗの表面中央部（上面中央部）から上方に伸びるように配置されている。すなわち、中心軸部材６の径方向外側で中心軸部材６を取り囲むように遮断部材５がその下面５ａを基板表面Ｗｆに対向させながら配置されている。中心軸部材６の外周面と回転支軸５１の内周面との間にはベアリング（図示せず）が介在して取り付けられている。また、アーム５２には、遮断部材回転機構５３と遮断部材昇降機構５４が接続されている。

遮断部材回転機構５３は、制御ユニット４からの動作指令に応じて遮断部材５を回転軸Ｊ回りに回転させる。遮断部材回転機構５３は、スピンチャック１に保持された基板Ｗの回転に応じて基板Ｗと同じ回転方向でかつ略同じ回転速度で遮断部材５を回転させるように構成されている。

また、遮断部材昇降機構５４は、制御ユニット４からの動作指令に応じて遮断部材５と中心軸部材６とを一体的にスピンベース１５に対して近接して対向配置させたり、逆に離間させることが可能となっている。具体的には、制御ユニット４は遮断部材昇降機構５４を作動させることで、基板処理装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には、スピンチャック１の上方の離間位置に遮断部材５および中心軸部材６を上昇させる。その一方で、基板Ｗに対して所定の処理を施す際には、スピンチャック１に保持された基板Ｗの表面Ｗｆのごく近傍に設定された所定の近接位置（図１に示す位置）まで遮断部材５および中心軸部材６を下降させる。

図３は図１の基板処理装置の要部を示す断面図である。また、図４は図３のＡ―Ａ’線断面図（横断面図）である。中心軸部材６は、横断面が円形に形成されている。これは、中心軸部材６（非回転側部材）と回転支軸５１（回転側部材）との隙間の間隔を全周にわたって均等にするためであり、該隙間にシールガスを導入することで中心軸部材６と回転支軸５１との隙間を外部からシールされた状態としている。中心軸部材６には３本の流体供給路が鉛直軸方向に延びるように形成されている。すなわち、リンス液（本発明の「第１液体」に相当）の通路となるリンス液供給路６１、リンス液と該リンス液に溶解して表面張力を低下させる有機溶媒成分とが混合された混合液（本発明の「第２液体」に相当）の通路となる混合液供給路６２および窒素ガス等の不活性ガスの通路となるガス供給路６３が中心軸部材６に形成されている。リンス液供給路６１、混合液供給路６２およびガス供給路６３は円筒状の外管６４の内部にＰＦＡ（パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）製のチューブ６１１，６２１，６３１を軸方向に挿入することによって形成されており、各チューブ６１１，６２１，６３１は外管６４の下端側（先端側）の内部にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる埋栓部材６５が圧入されることで固定されている。

そして、リンス液供給路６１、混合液供給路６２およびガス供給路６３の下端がそれぞれ、リンス液吐出口６１ａ（本発明の「第１液体吐出口」に相当）、混合液吐出口６２ａ（本発明の「処理液吐出口」に相当）およびガス吐出口６３ａとなってスピンチャック１に保持された基板Ｗの表面Ｗｆと対向している。ここで、リンス液吐出口６１ａおよびガス吐出口６３ａは中心軸部材６の下端面６ａに配置される一方、混合液吐出口６２ａが中心軸部材６の下端面６ａに対して上方に退避した位置に配置されている。具体的には、中心軸部材６の下端側の一部分（混合液供給路６２の下側部分）が径方向内側に向けて一体的に切り欠かれることによって、混合液吐出口６２ａが上方に向けて段差状に凹んだ位置に配置されている。そして、外管６４の下端の一部が切り欠かれる結果、混合液吐出口６２ａが中心軸部材６と遮断部材５とに挟まれた環状空間ＳＰ２に隣接して配置される。すなわち、混合液吐出口６２ａの直下に位置する下方空間ＳＰ３が環状空間ＳＰ２と一体的に結合している。このように、この実施形態では、中心軸部材６の下端側を一体的に切り欠くことによって混合液吐出口６２ａを中心軸部材６の下端面６ａに対して上方に退避した位置に配置しているため、加工性に優れている。

このように混合液吐出口６２ａが中心軸部材６の下端面６ａに対して上方位置に配置されることで後述するように混合液吐出口６２ａの近傍（混合液供給路６２の下端部）に混合液が残留付着している場合であっても（以下、このように残留付着している混合液を「残留混合液」という）、遮断部材５の下面５ａと基板表面Ｗｆとの間に形成される間隙空間ＳＰ１に発生する気流の影響を低減することができる。これにより、混合液吐出口６２ａから残留混合液が落下するのを防止することができる。なお、残留混合液に対する間隙空間ＳＰ１に発生する気流の影響を避けるために、鉛直軸方向におけるガス吐出口６３ａ（中心軸部材６の下端面６ａ）から混合液吐出口６２ａまでの距離Ｌ１は１０ｍｍ以上に設定することが好ましい。

また、環状空間ＳＰ２が外側ガス供給路６６を構成しており、外側ガス供給路６６の下端が環状の外側ガス吐出口６６ａとなっている。つまり、リンス液吐出口６１ａ、混合液吐出口６２ａおよびガス吐出口６３ａに対して径方向外側に、しかもリンス液吐出口６１ａ、混合液吐出口６２ａおよびガス吐出口６３ａを取り囲むようにして外側ガス吐出口６６ａが設けられている。この外側ガス吐出口６６ａの開口面積はガス吐出口６３ａの開口面積に比較して遥かに大きく形成されている。このため、２種類のガス吐出口からそれぞれ互いに流量および流速が異なる窒素ガスを吐出させることができる。例えば(1)基板表面Ｗｆの周囲雰囲気を不活性ガス雰囲気に保つには、基板表面Ｗｆ上の液体を吹き飛ばすことのないように比較的大流量かつ低速で窒素ガスを供給することが望まれる。その一方で、(2)後述するようにして基板表面Ｗｆ上に形成された混合液による混合液層を基板表面Ｗｆから除去する際には、基板Ｗの表面中央部に比較的小流量かつ高速で窒素ガスを供給することが望まれる。したがって、上記(1)の場合には、主として外側ガス吐出口６６ａから窒素ガスを吐出させることにより、上記(2)の場合には、主としてガス吐出口６３ａから窒素ガスを吐出させることにより、窒素ガスの用途に応じて適切な流量および流速で窒素ガスを基板表面Ｗｆに向けて供給することができる。

中心軸部材６の下端面６ａは遮断部材５の下面５ａに対して上方位置に配置されている。このような構成によれば、間隙空間ＳＰ１に発生する気流の影響をさらに効果的に低減することができ、混合液吐出口６２ａからの残留混合液の落下防止に有効である。また、ガス吐出口６３ａから吐出された窒素ガスが基板表面Ｗｆに到達するまでに該窒素ガスを拡散させ、窒素ガスの流速をある程度減少させることができる。すなわち、ガス吐出口６３ａからの窒素ガスの流速が速すぎると、外側ガス吐出口６６ａからの窒素ガスと互いに干渉して基板表面Ｗｆ上の混合液による混合液層を基板Ｗから排出することが困難となる。その結果、基板表面Ｗｆ上に液滴が残ってしまう。これに対して、上記構成によれば、ガス吐出口６３ａからの窒素ガスの流速が緩和され、基板表面Ｗｆ上の混合液による混合液層を確実に基板Ｗから排出することができる。

また、この実施形態では、中心軸部材６の直径が１６ｍｍ程度に形成され、リンス液吐出口６１ａ、混合液吐出口６２ａおよびガス吐出口６３ａの口径がそれぞれ、４ｍｍ、２〜３ｍｍ、４ｍｍに形成されている。このように、この実施形態では、混合液吐出口６２ａの口径がリンス液吐出口６１ａの口径よりも小さくなっている。これにより、リンス液吐出用に形成された口径と同一口径の混合液吐出口から混合液を吐出する場合に比較して混合液の落下をさらに効果的に防止することができる。また、混合液吐出用に形成された口径と同一口径のリンス液吐出口からリンス液を吐出させた場合に比較してリンス液吐出口からのリンス液の吐出速度が速くなるのを抑えることができる。これによって、電気的絶縁体であるリンス液（ＤＩＷ）が基板表面Ｗｆに比較的高速で衝突するのを防止し、リンス液が直接に供給される供給部位が帯電により酸化するのを抑制することができる。

また、この実施形態では、リンス液吐出口６１ａが遮断部材５の中心軸、つまり基板Ｗの回転軸Ｊから径方向外側にずれた位置に設けられている。これにより、リンス液吐出口６１ａから吐出されたリンス液が基板表面Ｗｆの一点（基板Ｗの回転中心）に集中して供給されるのが回避される。その結果、基板表面Ｗｆの帯電部位を分散させることができ、基板Ｗの帯電による酸化を低減することができる。その一方で、リンス液吐出口６１ａが回転軸Ｊから離れ過ぎると、基板Ｗの回転中心にリンス液を到達させることが困難となってしまう。そこで、この実施形態では、水平方向における回転軸Ｊからリンス液吐出口６１ａ（吐出口中心）までの距離Ｌ２を４ｍｍ程度に設定している。ここで、基板表面Ｗｆ上の回転中心にリンス液（ＤＩＷ）を供給し得る距離Ｌ２の上限値としては、以下に示す条件で２０ｍｍとなっている。

ＤＩＷの流量：２Ｌ／ｍｉｎ
基板回転数：１５００ｒｐｍ
基板表面の状態：表面中央部が疎水面
また、回転軸Ｊから混合液吐出口６２ａ（吐出口中心）までの距離の上限値についても、基板回転数を１５００ｒｐｍに設定する限り、上記した回転軸Ｊからリンス液吐出口６１ａ（吐出口中心）までの距離Ｌ２の上限値（２０ｍｍ）と基本的に同じである。さらに、混合液吐出口６２ａの水平位置については、吐出した混合液が中心軸部材６（埋栓部材６５）に接触するのを回避した位置に配置される。

一方で、回転軸Ｊからガス吐出口６３ａ（吐出口中心）までの距離については、間隙空間ＳＰ１に向けて窒素ガスを吐出し得る限り、特に限定されず任意である。しかしながら、混合液層に窒素ガスを吹付けて該混合液層を基板Ｗから排出させる観点からは、ガス吐出口６３ａは回転軸Ｊ上あるいはその近傍位置に設けることが好ましい。

図１および図２に戻って説明を続ける。リンス液供給路６１の上端部は工場のユーティリティ等で構成されるＤＩＷ供給ユニット２２に接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じてリンス液吐出口６１ａからリンス液としてＤＩＷを吐出可能となっている。

また、混合液供給路６２の上端部は混合液供給ユニット２３に接続されている。混合液供給ユニット２３は、混合液（有機溶媒成分＋ＤＩＷ）を生成するためのキャビネット部（図示せず）を備え、キャビネット部にて生成された混合液を混合液供給路６２に圧送可能となっている。有機溶媒成分としては、ＤＩＷ（表面張力：７２ｍＮ／ｍ）に溶解して表面張力を低下させる物質、例えばイソプロピルアルコール（表面張力：２１〜２３ｍＮ／ｍ）が用いられる。なお、有機溶媒成分はイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に限定されず、エチルアルコール、メチルアルコールの各種有機溶媒成分を用いるようにしてもよい。この実施形態では、混合液中のＩＰＡの体積百分率（以下「ＩＰＡ濃度」という）が５０％以下の範囲内に属する所定値、例えばＩＰＡ濃度が１０％以上〜１５％以下になるように設定されている。このようにＩＰＡ濃度を設定することで、ＩＰＡの消費量を抑制しつつ、混合液の表面張力を効果的に低下させることができる。

ガス供給路６３および外側ガス供給路６６の上端部はそれぞれ、ガス供給ユニット２４と接続されており、制御ユニット４の動作指令に応じてガス供給ユニット２４からガス供給路６３および外側ガス供給路６６に個別に窒素ガスを圧送可能となっている。これにより、ガス吐出口６３ａおよび外側ガス吐出口６６ａから間隙空間ＳＰ１に向けて窒素ガスを独立に供給することができる。このように、この実施形態では、ガス供給ユニット２４が本発明の「ガス供給手段」として機能する。

次に、上記のように構成された基板処理装置の動作について図５ないし図７を参照しつつ詳述する。図５は図１の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。また、図６は図１の基板処理装置の動作を示すタイミングチャートである。また、図７は図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。基板搬送手段（図示せず）によって未処理の基板Ｗが基板処理装置内に搬入されると（ステップＳ１）、制御ユニット４は装置各部を制御して基板Ｗに対して洗浄処理（薬液処理＋リンス処理＋置換処理＋乾燥前処理＋乾燥処理）を実行する。ここで、基板表面Ｗｆには例えばｐｏｌｙ−Ｓｉからなる微細パターンが形成されている。そこで、この実施形態では、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが装置内に搬入され、スピンチャック１に保持される。なお、遮断部材５および中心軸部材６はスピンチャック１の上方の離間位置にあり、基板Ｗとの干渉を防止している。

最初に、基板Ｗに対して薬液処理が実行される。すなわち、薬液吐出ノズル３を吐出位置に移動させるとともに、チャック回転機構１３の駆動によりスピンチャック１に保持された基板Ｗを所定の回転速度（例えば５００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ２）。そして、薬液吐出ノズル３から基板表面Ｗｆに薬液としてフッ酸が供給されると、フッ酸が遠心力により広げられ基板表面Ｗｆ全体がフッ酸により薬液処理される（ステップＳ３；薬液処理工程）。

この薬液処理が終了すると、薬液吐出ノズル３が待機位置に移動される。そして、基板Ｗに対してリンス処理が実行される。すなわち、離間位置に位置する中心軸部材６のリンス液吐出口６１ａからリンス液（ＤＩＷ）を吐出させる。また、リンス液の吐出と同時に遮断部材５および中心軸部材６を近接位置に向けて一体的に下降させ、該近接位置に位置決めする。このように、薬液処理後、すぐに基板表面Ｗｆにリンス液を供給することで基板表面Ｗｆを継続して濡れた状態としておく。これは次のような理由による。すなわち、薬液処理後、フッ酸が基板Ｗから振り切られると、基板表面Ｗｆの乾燥がはじまる。その結果、基板表面Ｗｆが部分的に乾燥し、基板表面Ｗｆにシミ等が発生することがある。したがって、このような基板表面Ｗｆの部分的な乾燥を防止するため、基板表面Ｗｆを濡れた状態としておくことが重要となっている。

また、ガス吐出口６３ａおよび外側ガス吐出口６６ａから窒素ガスを吐出させる。ここでは、主として外側ガス吐出口６６ａから窒素ガスを吐出させる。つまり、外側ガス吐出口６６ａから比較的大流量の窒素ガスを吐出させる一方、ガス吐出口６３ａから吐出させる窒素ガスの流量が微小量となるように、両吐出口から吐出させる窒素ガスの流量バランスを調整する。

リンス液吐出口６１ａから基板表面Ｗｆに供給されたリンス液は基板Ｗの回転に伴う遠心力により広げられ、基板表面Ｗｆ全体がリンス処理される（ステップＳ４；リンス工程）。つまり、基板表面Ｗｆに残留付着するフッ酸がリンス液によって洗い流され基板表面Ｗｆから除去される。また、間隙空間ＳＰ１に窒素ガスが供給されることで基板表面Ｗｆの周囲雰囲気が低酸素濃度雰囲気に保たれる。このため、リンス液の溶存酸素濃度の上昇を抑制することができる。なお、リンス処理時における基板Ｗの回転速度は例えば１００〜１０００ｒｐｍに設定される。

また、上記したリンス処理および後述の置換処理および乾燥処理を実行する際には、遮断部材５を基板Ｗと同じ回転方向でかつ略同じ回転速度で回転させる。これにより、遮断部材５の下面５ａと基板表面Ｗｆとの間に相対的な回転速度差が発生するのを防止して、間隙空間ＳＰ１に巻き込み気流が発生するのを抑制することができる。このため、ミスト状のリンス液および混合液が間隙空間ＳＰ１に侵入して基板表面Ｗｆに付着するのを防止できる。また、遮断部材５を回転させることで下面５ａに付着するリンス液や混合液を振り切り、下面５ａにリンス液や混合液が滞留するのを防止できる。

所定時間のリンス処理が終了すると、置換処理を実行する。すなわち、制御ユニット４はリンス液吐出口６１ａからのリンス液の吐出を停止させるとともに、基板Ｗの回転速度を５００〜１０００ｒｐｍに設定する。続いて、混合液吐出口６２ａから混合液（ＩＰＡ＋ＤＩＷ）を吐出させる。ここでは、混合液供給ユニット２３においてＩＰＡ濃度が例えば１０％以上〜１５％以下に調整された混合液が予め生成されており、該混合液が混合液吐出口６２ａから基板表面Ｗｆに向けて吐出される。基板表面Ｗｆに供給された混合液は該混合液に作用する遠心力によって流動して、基板表面Ｗｆに形成された微細パターンの間隙内部にまで混合液が入り込む。これにより、微細パターンの間隙に付着するリンス液（ＤＩＷ）が混合液に置換される（ステップＳ５；置換工程）。

続いて、この実施形態では、次に示す乾燥前処理工程を実行して基板表面Ｗｆ上の混合液を基板Ｗから排出させる（ステップＳ６）。先ず、制御ユニット４は混合液吐出口６２ａから混合液を吐出させたまま、基板Ｗの回転を停止または基板Ｗの回転速度を１００ｒｐｍ以下に設定する。このように、基板Ｗを静止または比較的低速に回転させた状態で基板表面Ｗｆに混合液を供給することで、図７（ａ）に示すようにパドル状の混合液による混合液層４１が基板表面Ｗｆの全体に形成される。このようなパドル状の混合液層４１を基板表面Ｗｆに形成（パドル処理）することによって、基板表面Ｗｆへのパーティクル付着を抑制できる。次に、混合液の供給を停止するとともに基板Ｗの表面中央部に向けてガス吐出口６３ａから窒素ガスを吹きつける。つまり、ガス吐出口６３ａから吐出させる窒素ガスの流量を外側ガス吐出口６６ａから吐出させる窒素ガスの流量に比較して相対的に高めるように両吐出口から吐出させる窒素ガスの流量バランスを調整する。そうすると、図７（ｂ）に示すように、ガス吐出口６３ａから基板表面Ｗｆに吹き付けられる窒素ガスによって混合液層４１の中央部の混合液が基板Ｗの径方向外側に押し退けられて混合液層４１の中央部にホール４２が形成され、その表面部分が乾燥される。そして、引き続き、窒素ガスを基板Ｗの表面中央部に吹き付けていくことで、図７（ｃ）に示すように、先に形成されたホール４２が基板Ｗの端縁方向（同図の左右方向）に拡大していき、混合液層４１の中央側の混合液が中央側から基板端縁側に徐々に押し遣られて乾燥領域が広がっていく。これにより、基板Ｗの表面中央部に混合液を残すことなく、基板Ｗの表面中央部に付着する混合液を除去することができる。

上記したような乾燥前処理工程を実行することで、後述する乾燥工程（スピンドライ）の間に基板Ｗの表面中央部に混合液が液滴状に残り、筋状パーティクルとなって基板表面Ｗｆにウォーターマークが形成されるのを防止できる。すなわち、基板Ｗを回転させて基板表面Ｗｆに付着する混合液を除去して乾燥（スピンドライ）させる際には、混合液に作用する遠心力は基板Ｗの表面中央部に位置する混合液ほど小さく、基板Ｗの表面端縁部から乾燥されていく。このとき、基板Ｗの表面中央部からその周囲にかけて液滴が残って、該液滴が基板Ｗの端縁方向に走り、この液滴の移動跡にウォータマークが形成されてしまうことがあった。これに対して、この実施形態によれば、乾燥工程前に予め基板表面Ｗｆに形成したパドル状の混合液層４１の中央部にホール４２を形成して該ホール４２を拡大させていくことにより基板Ｗの表面中央部に位置する混合液を排除しているので、ウォーターマークの発生を確実に防止できる。

ここで、混合液の供給停止後に混合液吐出口６２ａの近傍（混合液供給路６２の下端）に混合液が残留付着している場合がある。そして、このように残留付着した混合液（残留混合液）が間隙空間ＳＰ１に発生する気流の影響を受けると、残留混合液が基板表面Ｗｆに落下するおそれがある。特に、混合液はＤＩＷに対して表面張力が低いため、中心軸部材６に対する付着力が小さく、気流の影響を受けることにより混合液はＤＩＷに比較して吐出口から落下し易い状態となっている。しかしながら、この実施形態では、中心軸部材６の下端面６ａが遮断部材５の下面５ａに対して上方に配置されるとともに、混合液吐出口６２ａが中心軸部材６の下端面６ａに対して上方に退避した位置に配置されている。このため、間隙空間ＳＰ１に発生する気流の影響を受けにくく、混合液吐出口６２ａからの残留混合液の落下を防止することができる。

こうして、乾燥前処理工程が完了すると、制御ユニット４はチャック回転機構１３の回転速度を高めて基板Ｗを高速回転（例えば２０００〜３０００ｒｐｍ）させる。これにより、基板表面Ｗｆに付着する混合液が振り切られ、基板Ｗの乾燥処理（スピンドライ）が実行される（ステップＳ７；乾燥工程）。このとき、パターンの間隙には混合液が入り込んでいるのでパターン倒壊を防止できる。また、間隙空間ＳＰ１は窒素ガスで満たされていることから乾燥時間を短縮するとともに基板Ｗに付着する液体成分（混合液）への被酸化物質の溶出を低減してウォーターマークの発生を抑制することができる。しかも、混合液吐出口６２ａの近傍に混合液が残留付着している場合であっても、残留混合液が間隙空間ＳＰ１に発生する気流の影響を受けるのが低減され、乾燥処理中に混合液吐出口６２ａから残留混合液が落下するのを防止することができる。特に、乾燥後の基板表面領域（乾燥領域）に残留混合液が落下した場合にはパーティクル発生の原因となってしまうが、このような基板表面Ｗｆの汚染を防止することができる。

基板Ｗの乾燥処理が終了すると、制御ユニット４はチャック回転機構１３を制御して基板Ｗの回転を停止させる（ステップＳ８）。その後、基板搬送手段が処理済の基板Ｗを装置から搬出して、１枚の基板Ｗに対する一連の洗浄処理が終了する（ステップＳ９）。

以上のように、この実施形態によれば、間隙空間ＳＰ１に窒素ガスによる気流が発生するが、中心軸部材６の下端面６ａが遮断部材５の下面５ａに対して上方位置に配置されるとともに、混合液吐出口６２ａが中心軸部材６の下端面６ａに対して上方に退避した位置に配置されている。このため、混合液吐出口６２ａの近傍に残留混合液が付着している場合であっても、残留混合液に対する間隙空間ＳＰ１に発生する気流の影響を低減することができる。このため、混合液吐出口６２ａからの混合液の吐出が停止している間に混合液吐出口６２ａから残留混合液が基板表面Ｗｆに落下するのを防止することができる。

また、この実施形態によれば、間隙空間ＳＰ１を不活性ガス雰囲気としながら基板Ｗの表面中央部に２種類の液体、つまりリンス液（ＤＩＷ）とリンス液よりも表面張力が低い混合液とを供給可能となっている。このため、リンス液を混合液に置換する際に基板表面Ｗｆの周囲雰囲気から混合液への酸素の溶解を低減することができ、基板表面Ｗｆにウォーターマークが発生するのを確実に防止できる。ここで、混合液はリンス液に比較して表面張力が低いため、中心軸部材６に対する付着力が小さい。このため、混合液はリンス液に比較して吐出口から落下し易い状態となっている。これに対し、この実施形態では、混合液を吐出する混合液吐出口６２ａをリンス液吐出口６１ａが形成された中心軸部材６の下端面６ａに対して上方に退避した位置に配置しているので、リンス液に比較して表面張力が低い混合液が吐出口近傍に残留付着している場合であっても、混合液の落下を有効に防止することができる。

＜第２実施形態＞
図８はこの発明の第２実施形態にかかる基板処理装置の要部を示す断面図である。また、図９は図８のＢ―Ｂ’線断面図（横断面図）である。この第２実施形態にかかる基板処理装置が第１実施形態と大きく相違する点は、混合液吐出口６２ａの直下に位置する下方空間ＳＰ３が隔壁６４１によって中心軸部材６と遮断部材５とに挟まれた環状空間ＳＰ２と分離されている点である。なお、その他の構成および動作は第１実施形態と同様であるため、ここでは同一符号を付して説明を省略する。

この実施形態では、外管６４Ａが全周にわたって中心軸部材６の下端面６ａまで伸びており、下方空間ＳＰ３が外管６４Ａの一部を構成する隔壁６４１によって環状空間ＳＰ２と分離されている。すなわち、下方空間ＳＰ３は隔壁６４１と埋栓部材６５とによって取り囲まれている。この構成によれば、混合液吐出口６２ａを中心軸部材６の下端面６ａに対して上方に退避した位置に配置しながらも、環状空間ＳＰ２から下方空間ＳＰ３への窒素ガスの流入を抑制することができる。このため、混合液吐出口６２ａの近傍に残留混合液が付着している場合であっても、残留混合液に対する気流の影響をさらに低減することができる。したがって、混合液吐出口６２ａから残留混合液が基板表面Ｗｆに落下するのを効果的に防止することができる。

＜その他＞
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では、本発明の「第１液体」としてＤＩＷを用いているが、炭酸水、水素水、希薄濃度（例えば１ｐｐｍ程度）のアンモニア水、希薄濃度の塩酸などを用いてもよい。また、上記実施形態では、本発明の「第２液体」として混合液（有機溶媒成分＋ＤＩＷ）を用いているが、１００％の有機溶媒成分あるいは界面活性剤を含む液体を用いてもよい。

また、上記実施形態では、中心軸部材６に２つの液体吐出口、つまり第１液体を吐出する液体吐出口と、第２液体を吐出する液体吐出口を形成しているが、液体吐出口の個数は任意である。例えば、中心軸部材６の下端面６ａに液体吐出口を形成することなく、中心軸部材６の下端面６ａに対して上方に退避した位置にのみ液体吐出口を形成するようにしてもよい。また、中心軸部材６の下端面６ａに対して上方に退避した位置に液体吐出口を２つ設けるようにしてもよい。具体的には、回転軸Ｊを中心として混合液吐出口６２ａの反対位置に混合液吐出口をもう１つ追加して設けるようにしてもよい。この構成によれば、混合液の落下防止のために各混合液吐出口の口径を小さく形成しながらも、中心軸部材６に形成されたトータル（２個分）の吐出口の開口面積を大きくすることができる。その結果、単位時間当たりの混合液の供給量を増加させることができる。したがって、基板表面Ｗｆ上に混合液層を形成する際に、比較的短時間で混合液層を形成することができ、装置のスループットを向上させることができる。

また、上記実施形態では、第１液体を吐出する液体吐出口（第１液体吐出口）を中心軸部材６の下端面６ａに形成しているが、第１液体吐出口も必要に応じて中心軸部材６の下端面６ａに対して上方に退避した位置に形成してもよい。

また、上記実施形態では、混合液吐出口６２ａ（本発明の「処理液吐出口」に相当）から混合液を基板表面Ｗｆに向けて吐出して置換処理を実行し、混合液吐出口６２ａからの混合液の吐出を停止している間に混合液が混合液吐出口６２ａから落下するのを防止しているが、これに限定されない。例えば、中心軸部材６の下端面６ａに対して上方に退避した位置にリンス液吐出口を設けて該リンス液吐出口からリンス液を基板表面Ｗｆに向けて吐出してリンス処理を実行した場合には、リンス液吐出口からのリンス液の吐出を停止している間にリンス液がリンス液吐出口から落下するのを防止することができる。この場合、リンス液吐出口が本発明の「処理液吐出口」に相当する。要は、処理液吐出口から吐出される処理液によって所定の湿式処理を施す場合において、処理液吐出口からの処理液の吐出を停止している間に処理液吐出口から処理液が落下するのを防止することができる。

また、上記実施形態では、中心軸部材６の下端面６ａが遮断部材５の下面５ａに対して上方に配置されているが、中心軸部材６の下端面６ａが遮断部材５の下面５ａと同一高さ位置に配置されるように構成してもよい。この構成でも、処理液吐出口が中心軸部材の下端面に対して上方に退避した位置に配置されている限り、間隙空間ＳＰ１に発生する気流の影響を低減し、処理液吐出口から処理液（残留処理液）が落下するのを防止することができる。

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に処理液を供給して該基板に対して所定の湿式処理を施す基板処理装置および基板処理方法に適用することができる。

この発明の第１実施形態にかかる基板処理装置の構成を示す図である。 図１の基板処理装置の主要な制御構成を示すブロック図である。 図１の基板処理装置の要部を示す断面図である。 図３のＡ―Ａ’線断面図である。 図１の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。 図１の基板処理装置の動作を示すタイミングチャートである。 図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。 この発明の第２実施形態にかかる基板処理装置の要部を示す断面図である。 図８のＢ―Ｂ’線断面図である。

符号の説明

４…制御ユニット（制御手段）
５…遮断部材
５ａ…（遮断部材の）下面（対向面）
６…中心軸部材
６ａ…（中心軸部材の）下端面
１３…チャック回転機構（回転手段）
１７…チャックピン（基板保持手段）
２４…ガス供給ユニット（ガス供給手段）
６１ａ…リンス液吐出口（第１液体吐出口）
６２ａ…混合液吐出口（処理液吐出口）
６３ａ…ガス吐出口
６６…外側ガス供給路
６４１…隔壁
ＳＰ１…間隙空間
ＳＰ２…環状空間
ＳＰ３…下方空間
Ｗ…基板

Claims (7)

1. 基板を回転させながら前記基板の上面に処理液を供給して該基板上面に対して所定の湿式処理を施す基板処理装置において、
   基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、
   前記基板保持手段に保持された前記基板を回転させる回転手段と、
   前記基板保持手段に保持された前記基板の上面中央部の上方に伸びるように配置され、その下端側に設けられた処理液吐出口から前記基板の上面中央部に向けて処理液を吐出可能な中心軸部材と、
   前記中心軸部材の径方向外側で前記中心軸部材を取り囲むように前記基板上面に対向する対向面を有し、該対向面を前記基板上面に対向させながら前記基板上面から離間配置された遮断部材と、
   前記遮断部材の対向面と前記基板上面との間に形成される間隙空間にガスを供給するガス供給手段と、
   前記ガス供給手段を制御して前記処理液吐出口からの処理液の吐出を停止している間に前記ガスを前記間隙空間に供給する制御手段と
   を備え、
   前記中心軸部材の下端面は前記遮断部材の前記対向面に対して同一高さ位置または上方位置に配置されるとともに、前記処理液吐出口は前記中心軸部材の下端面に対して上方に退避した位置に配置されていることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記ガス供給手段は前記中心軸部材と前記遮断部材とに挟まれた環状空間を外側ガス供給路として該外側ガス供給路を介して前記間隙空間に前記ガスを供給する請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記ガス供給手段は前記中心軸部材の下端面に形成されたガス吐出口から前記間隙空間に前記ガスを供給する請求項１または２記載の基板処理装置。
4. 前記中心軸部材の下端面には前記基板の上面中央部に向けて第１液体を吐出する第１液体吐出口が形成され、
   前記処理液吐出口から前記第１液体よりも表面張力が低い第２液体を前記処理液として前記基板の上面中央部に向けて吐出させる請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 前記処理液吐出口の口径は前記第１液体吐出口の口径より小さい請求項４記載の基板処理装置。
6. 前記処理液吐出口が前記中心軸部材と前記遮断部材とに挟まれた環状空間に隣接して設けられる請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記中心軸部材は、前記処理液吐出口の直下に位置する下方空間と前記環状空間とを分離する隔壁を有する基板処理装置。
7. 基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に保持された前記基板を回転させる回転手段と、前記基板保持手段に保持された前記基板の上面中央部の上方に伸びるように配置され、その下端側に設けられた処理液吐出口から前記基板の上面中央部に向けて処理液を吐出可能な中心軸部材と、前記中心軸部材の径方向外側で前記中心軸部材を取り囲むように前記基板上面に対向する対向面を有し、該対向面を前記基板上面に対向させながら前記基板上面から離間配置された遮断部材と、前記遮断部材の対向面と前記基板上面との間に形成される間隙空間にガスを供給するガス供給手段とを備えた基板処理装置を用いて、前記基板を回転させながら前記基板の上面に処理液を供給して該基板上面に対して所定の湿式処理を施す基板処理方法であって、
   前記中心軸部材の下端面は前記遮断部材の前記対向面に対して同一高さ位置または上方位置に配置されるとともに、前記処理液吐出口は前記中心軸部材の下端面に対して上方に退避した位置に配置されており、前記処理液吐出口からの処理液の吐出を停止している間に前記ガス供給手段により前記ガスを前記間隙空間に供給することを特徴とする基板処理方法。
   

Images