JP6101228B2 - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板処理のための処理液を供給する技術に関する。
基板に対して処理液を吐出することにより基板を処理する基板処理装置が知られている。その一例として、基板の周縁部に付着した不要物を除去するための処理液供給機構を備えた基板処理装置が知られている(特許文献1参照)。処理液供給機構は、口径が小さい吐出部とこの吐出部に処理液を供給する処理液供給管を有している。また、この種の装置は、処理液を吐出する際に基板の周縁部の加熱処理を行うことで液処理の洗浄効果を高めている。
特開2009−172459号公報
しかしながら、従来の基板処理装置では、処理液供給機構が加熱処理の影響を受けることにより処理液供給管内に残存する処理液の温度までも上昇してしまうことがある。温度が上昇した処理液は気体化して細かな気泡となり処理液供給管内に付着する。また、常温であっても時間経過に伴い処理液に溶存していたガスが集合して細かな気泡となり処理液供給管内に付着することもある。この状態で次の液処理を行うと付着していた気泡の一部が供給管から剥がれて処理液に混入し、そのまま吐出口に向かい排出されることになる。そして吐出口では気泡の排出によって処理液の飛散が生じ、基板中心部等の周縁部以外の箇所が汚染されてしまうという問題が生じる。
本発明は、上述した問題点を解決するためのものであり、処理液供給管内に気泡が付着しても良好な液処理が行えるようにする。
上述した課題を解決するために、本発明の基板処理装置は、基板に対して処理液を吐出する吐出口と、前記吐出口に対して処理液を供給する処理液供給管と、前記処理液供給管に接続された気体供給管と、前記処理液供給管に設けられた処理液を供給するための処理液供給バルブと、前記気体供給管に設けられた気体を供給するための気体供給バルブと、を備え、前記処理液供給管に処理液が残留している状態で前記処理液供給バルブを閉じるとともに前記気体供給バルブを開いて前記気体供給管から前記処理液供給管へ気体を注入することにより前記処理液の中に気体領域を形成させ、前記気体供給バルブを閉じるとともに前記処理液供給バルブを開いて前記形成された気体領域を処理液とともに前記吐出口へと移動させ、前記吐出口から前記移動された気体領域を排出させる。
本発明によれば、処理液供給管内に気泡が付着しても基板を処理する際には処理液が飛散することが無くなり、良好な液処理を行うことができる。
本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図 本実施形態に係る処理ユニットの構成を示す図 本実施形態の処理流体供給部40の詳細を示す図 気泡発生の状態を示す図 本実施形態における処理液排出処理の流れを示すフローチャート 処理流体供給部40の気泡除去の際の動作を示す図1 処理流体供給部40の気泡除去の際の動作を示す図2
以下に、本発明に係る基板処理システムの具体的な構成について図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸を規定し、Z軸正方向を鉛直上向き方向とする。
図1に示すように、基板処理システム1は、搬入出ステーション2と、処理ステーション3とを備える。搬入出ステーション2と処理ステーション3とは隣接して設けられる。
搬入出ステーション2は、キャリア載置部11と、搬送部12とを備える。キャリア載置部11には、複数枚の基板、本実施形態では半導体ウェハ(以下ウェハW)を水平状態で収容する複数のキャリアCが載置される。
搬送部12は、キャリア載置部11に隣接して設けられ、内部に基板搬送装置13と、受渡部14とを備える。基板搬送装置13は、ウェハWを保持するウェハ保持機構を備える。また、基板搬送装置13は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウェハ保持機構を用いてキャリアCと受渡部14との間でウェハWの搬送を行う。
処理ステーション3は、搬送部12に隣接して設けられる。処理ステーション3は、搬送部15と、複数の処理ユニット16とを備える。複数の処理ユニット16は、搬送部15の両側に並べて設けられる。
搬送部15は、内部に基板搬送装置17を備える。基板搬送装置17は、ウェハWを保持するウェハ保持機構を備える。また、基板搬送装置17は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウェハ保持機構を用いて受渡部14と処理ユニット16との間でウェハWの搬送を行う。
処理ユニット16は、基板搬送装置17によって搬送されるウェハWに対して所定の基板処理を行う。
また、基板処理システム1は、制御装置4を備える。制御装置4は、たとえばコンピュータであり、制御部18と記憶部19とを備える。記憶部19には、基板処理システム1において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部18は、記憶部19に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム1の動作を制御する。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置4の記憶部19にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク(HD)、フレキシブルディスク(FD)、コンパクトディスク(CD)、マグネットオプティカルディスク(MO)、メモリカードなどがある。
上記のように構成された基板処理システム1では、まず、搬入出ステーション2の基板搬送装置13が、キャリア載置部11に載置されたキャリアCからウェハWを取り出し、取り出したウェハWを受渡部14に載置する。受渡部14に載置されたウェハWは、処理ステーション3の基板搬送装置17によって受渡部14から取り出されて、処理ユニット16へ搬入される。
処理ユニット16へ搬入されたウェハWは、処理ユニット16によって処理された後、基板搬送装置17によって処理ユニット16から搬出されて、受渡部14に載置される。そして、受渡部14に載置された処理済のウェハWは、基板搬送装置13によってキャリア載置部11のキャリアCへ戻される。
図2に示すように、処理ユニット16は、チャンバ20と、基板保持機構30と、処理流体供給部40と、回収カップ50とを備える。
チャンバ20は、基板保持機構30と処理流体供給部40と回収カップ50とを収容する。チャンバ20の天井部には、FFU(Fan Filter Unit)21が設けられる。FFU21は、チャンバ20内にダウンフローを形成する。
基板保持機構30は、保持部31と、支柱部32と、駆動部33とを備える。保持部31は、ウェハWを水平に保持する。支柱部32は、鉛直方向に延在する部材であり、基端部が駆動部33によって回転可能に支持され、先端部において保持部31を水平に支持する。駆動部33は、支柱部32を鉛直軸まわりに回転させる。かかる基板保持機構30は、駆動部33を用いて支柱部32を回転させることによって支柱部32に支持された保持部31を回転させ、これにより、保持部31に保持されたウェハWを回転させる。
処理流体供給部40は、ウェハWに対して処理流体を供給する。処理流体供給部40は、処理流体供給源70に接続される。
回収カップ50は、保持部31を取り囲むように配置され、保持部31の回転によってウェハWから飛散する処理液を捕集する。回収カップ50の底部には、排液口51が形成されており、回収カップ50によって捕集された処理液は、かかる排液口51から処理ユニット16の外部へ排出される。また、回収カップ50の底部には、FFU21から供給される気体を処理ユニット16の外部へ排出する排気口52が形成される。
本実施形態における基板処理装置である処理ユニット16の構成及び液処理の詳細について説明する。
図3は、処理ユニット16が備える処理流体供給部40の詳細を示す図である。本実施形態の処理流体供給部40は、ウェハWの周縁部に付着した不要物を除去するためのものである。なお、処理流体供給部40は、リンス処理用や基板乾燥用の供給機構も備えているが、ここでは図示せず省略している。
図3において、処理液供給部301は、ウェハWを処理するための処理液を供給するためのものであり、本実施形態で用いられる処理液は純水で希釈されたアンモニア水である。処理液供給部301は、図2の処理流体供給源70の1つである処理液供給源からの処理液を所望な流量で流入させるよう調整することができる。気体供給部302は、処理液へ注入するための気体を供給するためのものであり、本実施形態で用いられる気体は不活性ガスであるNガスである。本実施形態では、気体供給部302は、図2の処理流体供給源70の1つである処理液供給源からの気体を圧力可変により所望な流量で供給することができるポンプとしている。ただし、この構成に限らず、気体供給部302は、他の処理と共通のNラインから分岐してN気体を供給するようにしてもよい。
吐出口303は、ウェハWに対して処理液を吐出するためのものであり、ウェハWの周縁部を向いている。吐出口303の直径は、ウェハWの表面全体を処理する他の処理流体供給機構が備える吐出口と比べて小さく、単位時間当たりの吐出量も少ない。処理液供給管304は、処理液供給部301から流入する処理液を吐出口303に供給するためのものである。処理液供給管304の直径も、他の処理液供給機構が備える処理液供給管と比較すると小さくなっている。
気体供給管306は処理液供給管304に接続部307で接続し、気体供給部302から供給される気体を処理液供給管304へと注入する。処理液供給バルブ308は処理液供給管304の接続部307よりも処理液供給部301側に設けられており、バルブの開閉により処理液供給部301から吐出口303への処理液の供給を調整する。気体供給バルブ309は気体供給管306に設けられており、バルブの開閉により処理液への気体の注入を調整する。ヒーター310はウェハWの上方に設けられ、周縁部の液処理を実行している間、ウェハWの周辺部を加熱するために用いる。
図3において、処理液供給管304のうち、吐出口303に近い部分の配管は、ノズルアーム305と一体に構成されている。処理液供給管304のうち、一点鎖線311から吐出口303側の配管は、チャンバ20の内部に設けられており、一点鎖線311から処理液供給部301側の配管はチャンバ20の外部に設けられている。
以上のように構成された処理ユニット16において、ウェハWの周縁部に付着した不要物を除去する液処理について説明する。ここでの液処理は、制御装置4が記憶部19に記憶された液処理プログラムを読み出して実行することにより、達成される。
まず、基板搬送装置17が処理対象のウェハWを処理ユニット16に搬入する。本実施形態において保持部31はバキュームチャックであり、保持部31は搬入されたウェハWを下面から保持する。なお、この間、ノズルアーム305及び吐出口303は、ウェハWの搬入及び保持動作の妨げにならない位置に待機している。
次に、ノズルアーム305及び吐出口303がウェハWの周縁部の上方まで移動する。そして、駆動部33が動作を開始して保持部31に保持されたウェハWを回転させる。
そして、FFU21が動作を開始してチャンバ20内にダウンフローを形成するとともに、ヒーター310が加熱処理を開始する。ヒーター310はウェハWをその上方から直接加熱するのみでなく、ウェハWに到達する前のダウンフローも加熱する。表面に到達した高温のダウンフローは中心から外向きの高温の気流となり、ウェハWの外縁まで到達した高温の気流はウェハWの周縁部を加熱する。
加熱処理によりウェハWの周縁部の温度が上昇したら、処理液供給バルブ308が開き、処理液供給部301からの処理液が処理液供給管304へと流入する。流入した処理液は吐出口303へと供給される。
吐出口303は、加熱されたウェハWの周縁部へと処理液を吐出し、周縁部の不要物を除去する。予め決められた時間が経過したら処理液供給バルブ308が閉鎖し、処理液の吐出が停止される。その後、不図示のリンス液供給機構の吐出口より純水を吐出してリンス処理を行う。さらに、純水の吐出が停止し、不図示の乾燥ガス供給機構を用いて所定の乾燥処理が行われ、ヒーター310及びFFU21が動作を停止する。
その後、ノズルアーム305を待機位置に移動させ、液処理後のウェハWを保持部31から基板搬送装置17に渡し、一連の周縁部の不要物を除去するための液処理が終了する。
以上のようにヒーター310の加熱処理によりウェハWの周縁部の温度が上昇することで不要物の除去効率が向上する。ただしその一方で、ヒーター310は、ノズルアーム305、吐出口303、及び処理液供給管304も加熱してしまう。また、液処理が終了してウェハWが外部に搬送された後においても、チャンバ20の内部の雰囲気は、しばらくの間チャンバ20の外部よりも高い温度に保たれることがある。
ウェハWの不要物の除去を終了して処理液の吐出を停止し、次のウェハWに対して処理液の吐出を開始するまでの間、図3に示すように、処理液供給管304には処理液が残存している。このため、処理液供給管304に残存する処理液は、加熱処理の影響で温度が上昇したノズルアーム305や処理液供給管303、チャンバ20内の雰囲気等が持つ余熱によって加熱され、温度が上昇する。その結果、温度が上昇した処理液の一部は気体化して細かな気泡となり、図4に示すように処理液供給管304内に付着してしまう。
この状態で次のウェハWをチャンバ20内に搬送して液処理を行うと、付着していた気泡の一部が剥がれ処理液に混じって排出されることで吐出口303にて処理液が飛散してしまう。飛散した処理液は、周縁部以外の箇所、例えば、ウェハWの周縁部よりも内側に到達し、ウェハWのパターン形成部分を汚染してしまう。
処理液供給管304内に残留する処理液が液処理の条件を満たさない場合に有効な処理として、ダミーディスペンス処理が知られている。しかし、上述のように、周縁部処理用の吐出口303や処理液供給管304は、他の処理液のための配管よりも直径が小さく、小流量でしか液を排出することができない。このため、ダミーディスペンスを行ったとしても液流の勢いが弱く、処理液が排出されても、処理液供給管304の内壁に付着した気泡を全て引き剥がすことができない。
そこで、本実施形態では、以下の処理液排出処理を行うことにより処理液供給管304の内部にある気泡を除去することにした。図5は、本実施形態における処理液排出処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートに示す処理液排出処理は、制御装置4が記憶部19に記憶された液処理プログラムを読み出して実行することにより、達成される。
図5のフローチャートは、ウェハWの液処理が終了し、チャンバ20からウェハWが搬出された後に開始される。まず、気体供給バルブ309が開き、気体供給部302が気体の供給を開始する(S501)。気体供給部302が気体の供給を継続することにより、気体供給管306が気体で満たされ、その後、接続部307から処理液供給管304の処理液の中へと気体が注入されていく。この間、処理液供給バルブ308は閉じられているので、図6(a)に示すように、注入された気体は吐出口303側に向けて拡大していき、処理液供給管304の処理液の中に気体の領域(気体領域601)が形成される(S502)。この気体領域601は、少なくとも処理液供給管304の中空断面を埋める大きさの容積を有する気泡である。
この気体の領域が形成された後、気体供給部302は気体の供給を停止して、気体供給バルブ306が閉じる(S503)。そして、処理液供給バルブ308が開き、処理液供給部301が処理液の供給を開始する(S504)。図6(b)に示すように、処理液供給部301が処理液の供給を継続すると、形成された気体領域601は残留していた処理液とともに、供給された処理液によって吐出口303側へと押し流されていく。押されていく過程において、処理液供給管304内に付着している細かい気泡は、気体領域601に吸収される。したがって、気体領域601よりも後方、すなわち、処理液供給部301側は気泡が存在しない。また、液処理を行った際に、一点鎖線311よりも処理液供給部301側にあった処理液は、チャンバ20の外側であってヒーター310の影響を受けていないので気泡は存在せず、吐出口303側へ流入しても、気泡が発生することもない。なお、気体領域601を移動させるために処理液を供給する場合に、ウェハWの処理のために処理液を供給する場合と比べて低い流速で処理液を供給して、残存する気泡が気体領域601に吸収されやすくしてもよい。
さらに処理液の供給を継続すると、図6(c)に示すように、気体領域601は、吐出口303の先端まで移動し、吐出口303から排出される(S505)。全ての気体領域が排出されたら、処理液供給部301は処理液の供給を停止し、処理液供給バルブ308が閉じる(S506)。以上で、気泡除去のための処理は終了し、処理液供給管304の内部は、図6(d)に示す状態になる。
ここで、図6(d)に示すように、気体供給路306のうち、接続部307から気体供給バルブ309の間(気体供給管306の気体供給バルブ309よりも下流側)には、供給された気体の残留領域602が生じてしまう。残留領域602は、次回のウェハWの液処理において処理液を供給する際に、その一部が切り離され気泡となって吐出口303に向けて移動するおそれがあり、処理液の飛散の原因となりうる。本実施形態では、残留領域602が生じないように、ステップS506の後、以下の動作を行わせる。
まず、気体供給部302が気体の圧力を処理液供給管304内の処理液と釣り合う程度に調整して、その後、気体供給バルブ309を開く(S507)。そして気体供給バルブ309を開いたまま気体の圧力を低くしていく(S508)。これにより、図7(a)に示すように、処理液供給管304の処理液は気体供給管306側に引き込まれ、しばらくすると、気体供給管306の気体供給バルブ309の位置まで移動する。ここで、圧力差を利用した引き込みが十分でない場合は、必要に応じて処理液供給バルブ308を一時的に開放して処理液を供給しても良い。
気体供給バルブ309までの領域が処理液で満たされたら、気体供給バルブ309が閉じる(S509)。以上の動作を行うことにより、接続部307から気体供給バルブ309の間には気体が存在しなくなり、液処理の際に、供給された気体自体が気泡として悪影響を与えてしまうことを未然に防止することができる。
ステップS509までの動作が終了したら、次のウェハWを処理ユニット16に搬入して液処理を行う動作に移行する。そして、次の液処理が終了したら、再度、ステップS501からの処理を開始する。
以上が実施形態における処理液排出処理であり、本処理は、ウェハWが処理されるごとに実行される。しかし、本発明はこれに限らず、レシピ設定等に応じてヒーター310の稼動状況が異なる場合には、ヒーター310による影響を受けやすいときにのみ、図5のフローチャートの処理を実行させても良い。また、気泡が生じる要因としてはヒーター310による加熱には限定されない。例えば、液処理を比較的長く停止している間に、処理液に溶存していたガスが集合して気泡となることもある。この場合、例えば、ウェハWの処理を開始する前のみに、図5のフローチャートの処理を実行させても良い。
以上説明したように、本実施形態によれば、処理液供給管304に処理液が残留している状態で気体供給管306から処理液供給管304へ気体を注入することにより処理液の中に気体領域601を形成させ、気体領域601を処理液とともに吐出口303へと移動させ、吐出口303から気体領域601を排出させるようにした。これにより、処理液供給管304内に気泡が付着してもウェハWを処理する際には処理液が飛散することが無くなり、良好な周縁部の不要物除去処理を行うことができる。
また、本実施形態では、気体領域601が吐出口303から排出された後、気体供給バルブ309を開いたまま気体供給管304側に処理液を引き込み、気体供給管306の気体供給バルブ309までの領域を処理液で満たすようにした。これにより、次の液処理の際に、供給された気体自体が気泡として悪影響を与えてしまうことを未然に防止することができる。
本実施形態においては、本発明を周縁部の不要物除去処理に適用した例について説明したが、本発明は、これに限らず、配管内に気泡が生じうる基板処理及び装置の機構を有していれば、他の基板処理及び装置に適用することができる。
16 処理ユニット
40 処理流体供給部
303 吐出口
304 処理液供給管
305 ノズルアーム
306 気体供給管

Claims (10)

  1. 基板に対して処理液を吐出する吐出口と、
    前記吐出口に対して処理液を供給する処理液供給管と、
    前記処理液供給管に接続された気体供給管と、
    前記処理液供給管に設けられた処理液を供給するための処理液供給バルブと、
    前記気体供給管に設けられた気体を供給するための気体供給バルブと、
    を備え、
    前記処理液供給管に処理液が残留している状態で前記処理液供給バルブを閉じるとともに前記気体供給バルブを開いて前記気体供給管から前記処理液供給管へ気体を注入することにより前記処理液の中に気体領域を形成させ、前記気体供給バルブを閉じるとともに前記処理液供給バルブを開いて前記形成された気体領域を処理液とともに前記吐出口へと移動させ、前記吐出口から前記移動された気体領域を排出させ
    前記気体領域は、前記処理液供給管の中空断面を埋める大きさの気泡であることを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記気体領域が前記吐出口から排出された後、前記気体供給バルブを開いたまま前記気体供給管側に処理液を引き込み、前記気体供給管の前記気体供給バルブよりも下流側の領域を前記処理液で満たすことを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 前記吐出口が処理液を吐出する位置に前記基板が無いときに、前記吐出口から前記移動された気体領域の排出を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の基板処理装置。
  4. 基板に対して処理液を吐出する吐出口と、
    前記吐出口に対して処理液を供給する処理液供給管と、
    前記処理液供給管に接続された気体供給管と、
    前記処理液供給管に設けられた処理液を供給するための処理液供給バルブと、
    前記気体供給管に設けられた気体を供給するための気体供給バルブと、
    を備え、
    前記処理液供給管に処理液が残留している状態で前記処理液供給バルブを閉じるとともに前記気体供給バルブを開いて前記気体供給管から前記処理液供給管へ気体を注入することにより前記処理液の中に気体領域を形成させ、前記気体供給バルブを閉じるとともに前記処理液供給バルブを開いて前記形成された気体領域を処理液とともに前記吐出口へと移動させ、前記吐出口から前記移動された気体領域を排出させ、
    前記吐出口が処理液を吐出する位置に前記基板が無いときに、前記吐出口から前記移動された気体領域の排出を行うことを特徴とする基板処理装置。
  5. 所定枚数の前記基板が処理されるごとに、前記吐出口から前記移動された気体領域の排出を行うことを特徴とする請求項4に記載の基板処理装置。
  6. 前記基板の処理を開始する前に、前記吐出口から前記移動された気体領域の排出を行うことを特徴とする請求項4又は5に記載の基板処理装置。
  7. 前記基板の加熱を行うヒーターをさらに有し、前記ヒーターの稼動状況に応じて、前記吐出口から前記移動された気体領域の排出を行うことを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の基板処理装置。
  8. 前記基板の加熱を行うヒーターをさらに有し、前記処理液供給管に前記気体供給管が接続する位置は、前記ヒーターによる加熱処理の影響を受けない位置であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の基板処理装置。
  9. 基板に対して処理液を吐出する吐出口と、前記吐出口に対して処理液を供給する処理液供給管と、前記処理液供給管に接続された気体供給管と、を用いて基板を処理する基板処理方法であって、
    前記処理液供給管に処理液が残留している状態で前記気体供給管から前記処理液供給管へ気体を注入することにより前記処理液の中に気体領域を形成する形成工程と、
    前記形成工程において形成された気体領域を処理液とともに前記吐出口へと移動させ、前記吐出口から前記移動された気体領域を排出する排出工程と、
    前記排出工程において前記気体領域が排出された後に、前記吐出口から処理液を吐出させて前記基板を処理する基板処理工程と、
    を備え
    前記気体領域は、前記処理液供給管の中空断面を埋める大きさの気泡であることを特徴とする基板処理方法。
  10. 基板に対して処理液を吐出する吐出口と、前記吐出口に対して処理液を供給する処理液供給管と、前記処理液供給管に接続された気体供給管と、を用いて基板を処理する基板処理方法であって、
    前記処理液供給管に処理液が残留している状態で前記気体供給管から前記処理液供給管へ気体を注入することにより前記処理液の中に気体領域を形成する形成工程と、
    前記形成工程において形成された気体領域を処理液とともに前記吐出口へと移動させ、前記吐出口から前記移動された気体領域を排出する排出工程と、
    前記排出工程において前記気体領域が排出された後に、前記吐出口から処理液を吐出させて前記基板を処理する基板処理工程と、
    を備え、
    前記吐出口が処理液を吐出する位置に前記基板が無いときに、前記吐出口から前記移動された気体領域の排出を行うことを特徴とする基板処理方法。
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