JP2019033153A - 基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の下面を乾燥させる際に、乾燥領域の外側にある液膜が千切れて液滴が生じることを防止すること、かつ、チャック部材及びその周辺の基板の下面にパーティクルが付着することを防止する。【解決手段】基板処理方法は、基板（Ｗ）を回転させながら基板の下面に対して処理液を供給して液処理を行う液処理工程と、この液処理工程の後、基板の下面に対して不活性ガスを供給しながら基板の乾燥処理を行う乾燥工程とを備える。乾燥工程において、乾燥処理を開始した後であって基板の下面中央部に液膜が存在する状態において（時点Ｔ２〜Ｔ３）、第１の供給流量（ＦＲ２）で不活性ガスを供給し、基板の下面中央部に液膜が存在しなくなった後（時点Ｔ３〜Ｔ４）、第１の供給流量よりも少ない第２の供給流量（ＦＲ３）で不活性ガスを供給する。【選択図】図６

Description

本発明は、基板の下面に処理液を供給して液処理を行った後に基板の下面を乾燥させるための技術に関する。

半導体装置の製造に用いられる基板処理装置において、半導体ウエハ等の基板を水平姿勢で鉛直軸線周りに回転させながら当該基板の下面にリンス液例えば純水を供給して、当該下面にリンス処理を行うことがある。このような液処理を行う場合、円盤状のベース部材と、ベース部材の周縁部に設けられた基板の周縁部をチャックする複数のチャック部材を備えたスピンチャック（基板回転保持機構）により基板が保持される。なお、「基板の下面」とは処理時に下方を向いている面であり、それがデバイス形成面である表面である場合、デバイス非形成面である裏面である場合の両方の場合がありうる。

下面のリンス処理が終了した後に、基板を高速回転させることにより振り切り乾燥が行われる。基板を良好に乾燥させるには、まず、基板の中心部に小さな円形の乾燥領域（乾燥コア）を形成し、この乾燥領域の外周縁を同心円状に徐々に拡げてゆくことが好ましい。そうすることにより、仮に液中にパーティクルが存在していたとしても、パーティクルが液と一緒に基板の外方に追いやられるため、乾燥した基板上にパーティクルが残留することを防止することができる。

振り切り乾燥が行われるとき、乾燥促進及びウオーターマーク発生防止のために、基板の下面側に低湿度であって好ましくは低酸素濃度のガス、例えば窒素ガスが供給される（例えば特許文献１を参照）。窒素ガスの供給量は乾燥コアの形成及び拡張に影響を及ぼすため、好適な範囲内に制御しなければならない。窒素ガスの供給量が過大の場合、乾燥コアの広がる速度が過大となり、乾燥コアの外側にある液膜の千切れ（液膜から分離した液滴が生じること）が生じるおそれがある。千切れた液滴中にパーティクルが存在していると、そのパーティクルは当該液滴の乾燥後、基板に再付着する。

また、上述した基板下面に対する液処理と並行して、基板の上面に液処理、例えばスクラブ洗浄処理あるいはＡＳ（アトマイズスプレー）洗浄処理を行う場合がある。この場合、洗浄処理により基板表面から除去された物質からなるパーティクルが処理液と一緒に基板の周縁部に向かって流れ、最終的に基板の外方に飛散する。このパーティクルを含む処理液が基板の下面に回り込み、チャック部材及びその周辺の基板の下面に付着するおそれがある。

特開２０１５−２３１０３０号公報

本発明は、基板の下面を乾燥させる際に、乾燥領域の外側にある液膜が千切れて液滴が生じることを防止すること、かつ、チャック部材及びその周辺の基板の下面にパーティクルが付着することを防止することを両立できる技術を提供することを目的としている。

本発明の一実施形態によれば、基板の周縁部を保持する基板保持部材と、前記基板保持部材が設けられたプレートを有し、前記プレートを回転させることで前記基板を回転させる回転部と、前記回転部の中央に配置され、前記基板保持部に保持された前記基板の下面に対して処理液及び不活性ガスを供給する流体供給部と、前記基板を回転させながら前記基板の下面に対して処理液を供給して液処理を行い、前記液処理の後、前記基板の下面に対して前記不活性ガスを供給しながら前記基板の乾燥処理を行うよう制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記乾燥処理を開始した後であって前記基板の下面中央部に液膜が存在する状態において、第１の供給流量で前記不活性ガスを供給し、前記下面中央部に液膜が存在しなくなった後、前記第１の供給流量よりも少ない第２の供給流量で前記不活性ガスを供給するように制御する基板処理装置が提供される

本発明の他の実施形態によれば、基板の周縁部を保持する基板保持部材と、前記基板保持部材が設けられたプレートを有し、前記プレートを回転させることで前記基板を回転させる回転部と、前記回転部の中央に配置され、前記基板保持部材に保持された前記基板の下面に対して処理液及び不活性ガスを供給する流体供給部と、を備えた基板処理装置を用いて、前記基板を処理する基板処理方法において、前記基板を回転させながら前記基板の下面に対して処理液を供給して液処理を行う液処理工程と、前記液処理工程の後、前記基板の下面に対して前記不活性ガスを供給しながら前記基板の乾燥処理を行う乾燥工程と、を備え、前記乾燥処理を開始した後であって前記基板の下面中央部に液膜が存在する状態において、第１の供給流量で前記不活性ガスを供給し、前記下面中央部に液膜が存在しなくなった後、前記第１の供給流量よりも少ない第２の供給流量で前記不活性ガスを供給する基板処理方法が提供される。

本発明のさらに他の実施形態によれば、基板処理装置の動作を制御するための制御部をなすコンピュータにより実行されたときに、前記コンピュータが前記基板処理装置を制御して上記の基板処理方法を実行させるプログラムが記録された記憶媒体が提供される。

上記本発明の実施形態によれば、比較的厚い液膜が基板の下面の全面を覆っているうちに比較的大流量で不活性ガスを供給することにより基板保持部材に付着しているパーティクルを吹き飛ばすことができる。また、基板の下面中央に液膜が存在しなくなった後においては比較的小流量で不活性ガスを供給することにより、乾燥領域が広がる速度が過大にならないようにすることができ、これにより液千切れに起因するパーティクルの発生を防止することができる。

本発明の基板処理装置の一実施形態に係る基板処理システムの全体構成を示す概略平面図である。 図１の基板液処理システムに含まれる処理ユニットの概略縦断面図である。 図２の処理ユニットの処理液の吐出口及び乾燥用ガスの吐出口の付近を拡大して示す断面図である。 ウエハ下面の乾燥の進行について説明するための図である。 ウエハ下面の乾燥時に生じる欠陥について説明するための図である。 窒素ガスの供給量の推移について説明するグラフである。 改良された基板保持部材について説明する図であり、（Ａ）は改良後のものを示す側面図、（Ｂ）は改良前のものを示す側面図である。 図７の（Ａ）に示す改良後の基板保持部材の斜視図である。 図７の（Ａ）に示す改良後の基板保持部材、これに保持されたウエハ、及びブラシの位置関係を示す図である。 可動の仕切プレートを備えた基板保持回転機構の実施形態を示す概略縦断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

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、複数枚のウエハ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、ウエハＷを保持する基板保持機構を備える。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、基板保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウエハ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、ウエハＷを保持する基板保持機構を備える。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、基板保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間でウエハ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エハ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からウエハＷを取り出し、取り出したウエハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウエハ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へ搬入されたウエハ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エハ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。

次に、処理ユニット１６の概略構成について図２及び図３を参照して説明する。なお、特に説明の無い限り、図３に現れている全ての部材は、幾何学的用語としての回転体に実質的に該当する。

図２に示すように、処理ユニット１６は、チャンバ２０と、ウエハＷを保持して回転させる基板保持回転機構３０と、処理液供給ノズルを構成する液体吐出部４０と、ウエハＷに供給された後の処理液を回収する回収カップ５０とを備える。

チャンバ２０は、基板保持回転機構３０、液体吐出部４０及び回収カップ５０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。

基板保持回転機構３０は、機械的なクランプ機構によりウエハＷを保持するメカニカルチャックとして構成されている。基板保持回転機構３０は、基板保持部３１、回転軸３２及び回転モータ（回転駆動部）３３を有している。回転モータ３３の回転速度は、制御装置４の制御の下で、任意の値に連続的に変化させることができる。回転モータ３３は回転軸３２を回転駆動し、これにより、基板保持部３１により水平姿勢で保持されたウエハＷが鉛直軸線周りに回転する。

基板保持部３１は、円板形のベースプレート（板状体）３１ａと、ベースプレート３１ａの周縁部に設けられた複数の保持部材３１ｂ（チャック）を有している。保持部材３１ｂは、ウエハＷの周縁を保持する。一実施形態においては、複数の保持部材３１ｂのいくつかはウエハＷの周縁に対して進退してウエハＷの把持及び解放の切り換えを行う可動の支持部材であり、残りの保持部材３１ｂは不動の保持部材（例えば支持ピン）である。回転軸３２は鉛直方向に延びる中空の管状体からなる。

回転軸３２とベースプレート３１ａとは連結部３４により連結されている。連結部３４は、回転軸３２及びベースプレート３１ａと別体部品であってもよく、あるいは、回転軸３２またはベースプレート３１ａと一体の部品であってもよい。

液体吐出部４０は、全体として鉛直方向に延びる細長い軸状の部材として形成されている。液体吐出部４０は、鉛直方向に延びる中空円筒形の軸部４１と、頭部４２とを有している。軸部４１は、基板保持回転機構３０の回転軸３２の内部の円柱形の空洞３２ａ内に挿入されている。軸部４１と回転軸３２とは同心である。軸部４１の外周面と回転軸３２の内周面との間に円環状の断面を有する気体通路８０としての空間が形成されている。

気体通路８０には、乾燥用ガス供給機構７４から乾燥用ガスが供給される。乾燥用ガスは、乾燥が促進されるように低湿度であることが好ましく、ウオーターマークの発生を防止するために低酸素濃度であることがより好ましい。本実施形態では、乾燥用ガスとして、低湿度かつ低酸素濃度のガスである窒素ガスが用いられる。乾燥用ガス供給機構７４の構成の図示及び詳細な説明は省略するが、例えば、ガス供給源に接続された供給ラインと、この供給ラインに介設された開閉弁及び流量制御弁などから構成される。

液体吐出部４０の内部には、鉛直方向に延びる円柱形の空洞がある。この空洞の内部には処理液供給管４３（図３にのみ示した）が設けられている。処理液供給管４３の上端は、液体吐出部４０の頭部４２の上面の中央部で開口し、基板保持回転機構３０に保持されたウエハＷの下面の中央部に向けて処理液を吐出する（図３の黒塗り矢印を参照）液体吐出口４３ａとなる。

処理液供給管４３には、ウエハＷの下面を洗浄するためのリンス液例えば純水（ＤＩＷ）が、処理液供給機構７２（図２参照）から供給される。処理液供給機構７２の構成の図示及び詳細な説明は省略するが、例えば、処理液供給源に接続された供給ラインと、この供給ラインに介設された開閉弁及び流量制御弁などから構成される。処理液供給機構７２は、リンス液と、リンス液以外の処理液例えばＤＨＦ等の薬液とを切り換えて供給することができるように構成されていてもよい。

連結部３４の上面中央部には、気体通路８０と連通する円柱形の凹部３４ｂが形成されている。頭部４２の下側の大部分は凹部３４ｂ内に収容されている。頭部４２は、凹部３４ｂの外周端よりも半径方向外側に張り出すフランジ部４２ａを有している。気体通路８０内を上向きに流れてきたガスは、凹部３４ａの内表面とこれと対向する頭部４２の表面との間に形成された空間８１を通って流れ、さらに、フランジ部４２ａの下面と連結部３４の上面３４ａとの間の隙間８２を通って流れ、半径方向外側に向けて概ね水平方向に、ウエハＷ下面とベースプレート３１ａとの間の空間８３に噴射される（図３の白抜き矢印を参照）。つまり、隙間８２の出口から噴射されるガスは、ウエハＷの下面に向けて直接吹き付けられることはない。隙間８２の出口はガス噴射部を構成する。

また、液体吐出口４３ａからウエハＷの下面に供給された処理液が落下してきたとしても、この処理液が空間８１を介して気体通路８０に侵入することをフランジ部４２ａにより防止することができる。

図２に示すように、回収カップ５０は、基板保持回転機構３０の基板保持部３１を取り囲むように配置され、回転するウエハＷから飛散する処理液を捕集する。回収カップ５０は、不動の下カップ体５１と、上昇位置（図２に示す位置）と下降位置との間で昇降可能な上カップ体５２とを有している。上カップ体５２は、昇降機構５３により昇降する。上カップ体５２が下降位置にあるときには、上カップ体５２の上端は、基板保持回転機構３０により保持されたウエハＷよりも低い位置に位置する。このため、上カップ体５２が下降位置にあるときに、チャンバ２０内に進入した図１に示した基板搬送装置１７の基板保持機構（アーム）と基板保持回転機構３０との間で、ウエハＷの受け渡しが可能となる。

下カップ体５１の底部には、排出口５４が形成されている。この排出口５４を介して、捕集された処理液及び回収カップ５０内の雰囲気が回収カップ５０から排出される。排出口５４には排出管５５が接続され、排出管５５は減圧雰囲気の工場排気系（図示せず）に接続されている。

ＦＦＵ２１からの清浄空気のダウンフローは、回収カップ５０（上カップ体５２）の上部開口を介して回収カップ５０内に引き込まれ、排出口５４から排気される。このため、回収カップ５０内には、矢印Ｆで示す気流が生じる。

処理ユニット１６は、基板保持回転機構３０により保持されたウエハＷの上面に、処理流体を供給する処理流体ノズル６１を備えていてもよい。処理流体ノズル６１は、図示ないノズルアームにより、ウエハＷの中心の真上の位置とウエハＷの周縁の真上の位置との間の任意の位置、並びにウエハＷの外方の待機位置（ホームポジション）に位置させることができる。処理流体ノズル６１は、薬液、リンス液または二流体（詳細後述）を供給するものとすることができる。

処理ユニット１６は、基板保持回転機構３０により保持されたウエハＷの上面をスクラブ洗浄するブラシ６２を備えていてもよい。ブラシ６２は、図示ないノズルアームにより、ウエハＷの中心部とウエハＷの周縁部との間の任意の位置、並びにウエハＷの外方の待機位置（ホームポジション）に位置させることができる。

次に、処理ユニット１６にて行われる処理の一例について図６も参照して説明する。ここでは、ウエハＷの上面（本例ではパターンが形成されていない裏面）にスクラブ洗浄を施しつつ、下面（本例ではパターンが形成されている表面）に純水リンス処理を施すものとする。この処理は、例えば、ウエハＷの露光時のデフォーカス防止のためにウエハＷの裏面からパーティクルを十分に除去することを目的として行われる。この処理においては、処理液として純水（ＤＩＷ）のみが用いられ、薬液は使用されない。また、図１において１２台設けられている処理ユニット１６の一つが、ウエハを裏返すリバーサー（図示せず）に置換される。

処理ユニット１６に搬入される前に、図示しないリバーサーにより裏面が上面となるように裏返されたウエハＷを保持した基板搬送装置１７がチャンバ２０内に進入し、ウエハＷを基板保持回転機構３０の基板保持部３１に渡す。その後、基板保持機構（アーム）がチャンバ２０から退出し、上カップ体５２が上昇位置に上昇する。

次に、基板保持回転機構３０が、ウエハＷを回転させる。ウエハＷに対する一連の処理が終了するまでウエハＷは回転し続ける。この状態で、ウエハＷの上面に純水を供給しつつ、回転するブラシ６２をウエハの上面の中央部に接触させ、ブラシ６２をウエハＷの周縁部まで移動させてゆくことにより、ウエハＷの上面の全体にスクラブ洗浄処理が施される（図６の時点Ｔ０〜Ｔ１）。

なお、ブラシ６２はブラシ回転機構を内蔵した図示しないアームにより保持され、ウエハＷの中心部と周縁部との間を移動することができる。ウエハＷの上面への純水の供給は、ブラシ６２に内蔵されるか一体化された純水吐出部により行ってもよいし、ブラシ６２とは別個に設けられた処理流体ノズル６１により行っても良い。

スクラブ洗浄処理の終了後、ブラシ６２はウエハＷの上面から離れ、ウエハＷの外方の待機位置に移動する。ウエハＷの上面の中央部に流体供給ノズル６１から純水が供給され、ウエハＷの上面にリンス処理が施される（図６の時点Ｔ１〜Ｔ２）。このリンス処理の終了後、ウエハＷの上面への純水の供給が停止され、ウエハＷの振り切り乾燥が行われる（図６の時点Ｔ２〜Ｔ４）。

上記のウエハＷの上面に対するスクラブ洗浄処理及びリンス処理の実行中に、ウエハＷの下面（デバイス形成面）の汚染を防止するために、ウエハＷのリンス処理が行われる（図６の時点Ｔ０〜Ｔ２）。

リンス処理は、液体吐出部４０の液体吐出口４３ａから、回転しているウエハＷの下面中央部にリンス液としての純水を供給することにより行われる。ウエハＷの下面中央部に供給された純水は遠心力により半径方向外側に広がりながら流れ、ウエハＷの周縁から外方に飛散する。このとき、ウエハＷの下面全域が純水の液膜により覆われる。この純水の液膜は、ウエハＷの上面から下面に周り込もうとするパーティクルを含む純水をブロックする。

ウエハＷの上面から下面へ、あるいは下面から上面へのリンス液の回り込みを防止するため、ウエハＷの上面のリンス処理と、ウエハの下面のリンス処理は同時またはほぼ同時に終了させることが好ましい。つまり、ウエハＷの上面のリンス液の供給停止と、ウエハＷの下面のリンス液の供給停止はほぼ同時に行うことが好ましい（図６の時点Ｔ２）。

以上が液処理工程である。次に、乾燥工程、つまり、図６の時点Ｔ２移行の操作について説明する。乾燥工程は、リンス液の供給を停止したときに始まる。

乾燥工程においては、ウエハＷの下面にウオーターマーク（これはパーティクルの原因となり得る）が生じないように、ウエハＷと基板保持部３１のベースプレート３１ａとの間の空間の酸素濃度を下げておくことが好ましい。このため、当該空間に、頭部４２のフランジ部４２ａの下面と連結部３４の上面３４ａとの間の隙間８２の出口から窒素ガスを噴射する。

なお、図６の例では、時点Ｔ２以前から流量ＦＲ１（例えば２０Ｌ／min）で隙間８２の出口（ガス噴射部）からずっと窒素ガスが噴射されているが、これに限定されるものではなく、時点Ｔ２以前には窒素ガスを噴射しなくてもよい。

ウエハＷの下面へのリンス液（純水）の供給が停止されたら直ちに（つまり時点Ｔ２になったら直ちに）、大流量ＦＲ２（例えば６０Ｌ／min）で窒素ガスを噴射する。窒素ガスの噴射開始のタイミングは、リンス液の供給停止と完全に同時である必要はなく、やや前後してもよい。

大流量で噴射された窒素ガスはウエハＷの周方向に関して概ね均等にウエハＷの周縁部に向けて流れ、保持部材３１ｂに付着しているパーティクルを含有する純水を吹き飛ばす。この純水中に含まれるパーティクルは、スクラブ洗浄によりウエハＷの上面から除去された物質に主に由来するものである。

時点Ｔ２及びそのやや後の時点（例えば図６の時点Ｔ３）においては、ウエハＷの下面に十分な厚さの液膜が存在しており、隙間８２の出口（ガス噴射部）から大流量で窒素ガスを噴射したとしても、噴射されたガスの影響によりウエハＷ下面の液膜が壊れることはない。

ウエハＷの下面へのリンス液の供給を停止してしばらくすると、ウエハＷの下面上に存在している純水は遠心力によりウエハＷの周縁に向かって流れているため、まず最初に、ウエハＷの中心部において、純水の液膜ＬＦが消失しウエハＷの表面(下面)が露出する。すなわち、ウエハＷ中心部に小さな円形の乾燥領域ＤＡ（乾燥コアとも呼ぶ）が形成される（図４も参照）。

その後、時間経過とともに乾燥領域ＤＡが広がってゆき、最終的にウエハＷの下面の全体が乾燥する。このとき、液膜ＬＦと乾燥領域ＤＡとの境界Ｂがほぼ円形を維持しながら、半径方向外側に滑らかに移動してゆくことが好ましい。

境界Ｂの移動速度が不適切だと、液膜ＬＦが千切れて液膜ＬＦから液滴ＬＤが分離する可能性がある。この現象が生じたときの状況を図５に模式的に示した。液滴の千切れは、ウエハの表面が疎水性である場合、及びウエハの表面に疎水性領域と親水性領域が混在している場合に生じやすく、特に後者の場合に生じやすい。具体的な例としては、マトリックス状に四角形の回路パターンがウエハＷの表面に多数形成されている状況下で、回路パターンの表面に疎水性部分が多く存在し、かつ、四角形の間の領域が親水性である場合がある。この場合、回路パターン上に液滴が残り、その後液滴が乾燥するという事象が生じる。

リンス液（純水）の液膜中にはパーティクルが存在しうる。パーティクルは、元々ウエハＷに付着していたものかもしれないし、あるいは隙間８２の出口から噴射された窒素ガスにより巻き上げられた後に液膜ＬＦ中に取り込まれたものであるかもしれない。パーティクルを含有する液滴が乾燥すると、そのパーティクルはウエハＷの表面に付着する。回路パターンの部分にパーティクル入りの液滴が残り、これが乾燥すると、歩留まりに悪影響を及ぼす。

一方、液膜中にパーティクルが存在していたとしても、上述したように、液膜ＬＦと乾燥領域ＤＡとの境界Ｂがほぼ円形を維持しながら、半径方向外側に滑らかに移動してゆくのであれば、そのような問題は生じない。つまりこの場合、液膜中のパーティクルは液膜と一緒に半径方向外側に移動し、液膜と一緒にウエハＷの外側に排出され、ウエハＷの表面には残留しない。

窒素ガスは低湿度ガスであるので（Ａｒガス等の不活性ガスも同様である）、窒素ガスがウエハＷの下面とベースプレート３１ａとの間の空間（ウエハ下方空間）を流れていると、ウエハ下方空間が低湿度に維持され、ウエハＷの下面の乾燥が促進されることになる。このため、隙間８２の出口（ガス噴射部）から大流量で窒素ガスを噴射し続けると、図５のような状況が生じやすくなる。

本実施形態では、時点Ｔ２の後の時点Ｔ３において、隙間８２の出口から噴射される窒素ガスの流量をＦＲ３（例えば１０Ｌ／min）に減少させている。これにより、ウエハの下面の乾燥が抑制され、図４に示したような好適な形態で乾燥が進行するようにんなる。

窒素ガスの流量を減少させる時点Ｔ３は、好ましくは、ウエハＷの下面中央部に液膜が存在しなくなった時点、つまり、ウエハＷの下面中央部に乾燥コアＤＡが形成された時点とすることができる。時点Ｔ３は、大流量ＦＲ２の流量や基板の接触角等に依存するものであり、実験により求められる数値である。なお、図５に示したような事象が生じるのは境界Ｂがある程度半径方向外側に移動した後であるため、時点Ｔ３は、ウエハＷの下面中央部に乾燥コアＤＡが形成されたわずかに後の時点でもよい。また、時点Ｔ３はウエハＷの下面中央部に乾燥コアＤＡが形成されるやや前の時点でもよい。

乾燥工程の全体においてウエハＷの回転速度は一定とすることができる。但し、液膜ＬＦの千切れは、境界ＢがウエハＷの周縁ＷＥに近い位置にある場合に生じやすい。境界Ｂが周縁ＷＥに近づくに従って液膜ＬＦが薄くなり、かつ液膜ＬＦを拡げようとする力が大きくなるからである。境界Ｂが周縁ＷＥに近づいたら、ウエハＷの回転速度を低めに抑えて液膜ＬＦを拡げようとする力を抑制してもよい。

ウエハＷの上面の乾燥については本明細書では詳細には説明しない。例えば、回転するウエハＷに流体供給ノズル６１からリンス液を供給しながら乾燥用ガスノズル（図示せず）から窒素ガス等の乾燥用ガスを供給し、窒素ガスがウエハＷに衝突する半径方向位置（半径方向位置ＰＮと呼ぶ）をリンス液がウエハＷに衝突する半径方向位置（半径方向位置ＰＲと呼ぶ）よりも半径方向内側に維持しつつ、半径方向位置ＰＮ及び半径方向位置ＰＲの両方を半径方向外側に移動させてゆくといった公知の手法を用いることにより、乾燥領域と液膜との境界の移動速度を制御しながら、良好な乾燥を行うことができる。つまり、ウエハＷの上面については、公知の方法により、液膜の千切れを防止し、パーティクルの残留が生じない乾燥を行うことができる。

上記実施形態によれば、乾燥工程の初期にウエハ下方空間に相対的に大流量で窒素ガスを供給することにより、ウエハＷの下面の乾燥に悪影響を及ぼすことなく保持部材３１ｂ（及びその周辺のウエハＷの面）に付着したパーティクルを除去することができ、その後相対的に小流量で窒素ガスを供給することにより、液膜ＬＦと乾燥領域ＤＡとの境界Ｂをほぼ円形に維持しながら、半径方向外側に滑らかに移動させてゆくことができる。

上記の実施形態では、ウエハＷの裏面（デバイス非形成面）を上向きとし、ウエハＷの表面（デバイス形成面）を下向きとした状態で洗浄処理を行ったが、これに限定されるものではなくウエハＷの表面を上向きとし、ウエハＷの裏面を下向きとした状態で洗浄処理を行ってもよい。また、ウエハＷの上向きの面に対しては洗浄処理を行わず、ウエハＷの下向きの面のみに対して洗浄処理を行ってもよい。

ウエハＷの上面にスクラブ洗浄処理を施すことに代えて、二流体洗浄処理を行っても良い。二流体洗浄とは、二流体ノズルとして構成された流体供給ノズル６１内において、ガス（例えば窒素ガス）によりミスト化された処理液（ここでは純水）の液滴とガスとの混合流体からなる二流体をウエハＷに吹き付けることにより行われる洗浄である。このとき、流体供給ノズル６１は、二流体を噴射しながら、図示しないノズルアームによりウエハＷの中心部と周縁部との間を往復移動する。これにより、二流体のエネルギーによってウエハＷ上面に付着しているパーティクルが除去される。この場合、流体供給ノズル６１への純水の供給を継続したままで窒素ガスの供給を停止し、流体供給ノズル６１からウエハＷの上面中央部にミスト化されていない純水を供給することにより、ウエハＷの上面のリンス処理を行うことができる。

処理対象の基板は半導体ウエハ（ウエハＷ）に限定されるものではなく、回転状態で処理が施される円形の基板であるならば、ガラス基板、セラミック基板等の他の種類の基板であってもよい。

次に、図７〜図９を参照して、スクラブ洗浄を行う際に好適に用いることができる保持部材について説明する。図２に概略的に記載された保持部材３１ｂは、例えば図７〜図９に記載された形状を有している。すなわち、保持部材３１ｂは、一側にウエハＷの周縁に接触する保持部（ウエハ保持爪）３１１を有し、他側に被加圧部３１２を有する。保持部３１１は、穴３１３に挿入されたピン（図示せず）によりベースプレート３１ａ（図７〜図９には図示せず）に枢着されている。被加圧部３１２を図示しない加圧部材により下から押し上げると、保持部３１１が旋回してウエハＷから離れた解放位置に移動する。加圧部材が重い被加圧部３１２に作用する重力により、保持部３１１が旋回してウエハＷの周縁を保持する保持位置に移動する。上記機構の詳細については、特開平１０−０２０９２５４号（これは本件出願人による先願に係る公開公報である）とりわけその図５及び図８を参照されたい。

図７（Ａ）、図８及び図９に示す保持部材は特開平１０−０２０９２５４号の図５及び図８に記載された保持部材の一部を改良したものである。図７（Ｂ）は従来技術、図７（Ａ）は実施形態に係るものである。図７（Ａ）では、保持部（ウエハ保持爪）３１１の高さが低くなっている。なお、図７（Ａ）、（Ｂ）を横切って延びる２本の破線は、ウエハＷの厚さを示している。

このように保持部３１１の高さを低くすることにより、図９に示すように、ブラシ６２をウエハＷの上面の平坦部の最も半径方向外側の部分まで（すなわち、ベベル部よりも半径方向内側の全領域に）接触させることができるようになる。つまり、ウエハＷの上面の平坦部全域から確実にパーティクルを除去することができる。

また、保持部３１１の高さを低くすることにより、保持部３１１にウエハＷ中央部から周縁部に向けて流れてきた処理液が生じることに起因して生じる液跳ねを減少させることができる。

また、図８に示すように、保持部３１１は、第１部分３１１ａ及び第２部分３１１ｂを有し、両者の間に隙間３１１ｃが形成されている。さらに、第１部分３１１ａ及び第２部分３１１ｂは、ウエハＷの半径方向外側にゆくに従って細くなっている。このようにすることにより、処理液が保持部３１１を通過し易くなるため、液跳ねを一層減少させることができる。

また、図７（Ａ）に示すように保持部３１１の上面３１１ｄをウエハＷの半径方向外側にゆくに従って低くなるように（保持位置にあるときに）傾斜させている。これにより、処理液が保持部３１１を乗り越え易くなるため、液跳ねを一層減少させることができる。

次に、図１０を参照して、 基板保持部及びウエハ下方領域に窒素ガスを供給する機構の他の実施形態について説明する。図１０において、図２に示した部材と同一部材には同一符号を付す。

図１０の実施形態では、基板保持部のベースプレート３１ａに複数例えば３本の支柱１０４が設けられている。支柱１０４には、ウエハＷの下面とベースプレート３１ａの上面との間の空間を上下方向に分割する仕切プレート１０５が取り付けられている。仕切りプレート１０５は、仕切りプレート１０５の上方の空間と下方の空間との圧力差に応じて、支柱１０４に沿って、下限位置（図１０の（Ａ）〜（Ｃ）に示す位置）と上限位置（図１０の（Ｄ）に示す位置）との間で滑らかに昇降することができる。各支柱１０４の上部にはウエハ支持部材１０６が設けられている。

中空の回転軸３２の内側には２つの管状体１０７、１０８が回転軸３２と同軸に配置されている。中空の管状体１０８の内部は、リンス液通路となっており、リンス液通路の上端の出口はリンス液吐出口１０１となっている。リンス液吐出口１０１から真上に向けてリンス液が吐出される。

管状体１０７と管状体１０８の間に第１ガス通路が形成され、この第１ガス通路の上端の出口は第１ガス吐出口１０２となっている。第１ガス吐出口１０２からは半径方向外側（ウエハＷの半径方向外側）に向けて、不活性ガス例えば窒素ガスが供給される。

回転軸３２と管状体１０７の間に第２ガス通路が形成され、この第２ガス通路の上端の出口は第２ガス吐出口１０３となっている。第２ガス吐出口１０３からは半径方向外側に向けて、不活性ガス例えば窒素ガスが供給される。

次に図１０の基板処理装置を用いてウエハＷの上面にスクラブ洗浄処理、ウエハＷの下面に対してリンス処理を施す手順について説明する。なお、以下の一連の処理工程を行う間、ウエハＷはずっと回転させられている。

図１０（Ａ）は洗浄工程を示す。洗浄工程では、ウエハＷの上面に純水を供給しつつブラシ６２によりスクラブ洗浄を行いながら、リンス液吐出口１０１からウエハＷの下面中央部にリンス液（純水）を供給することによりリンス処理を行っている。ウエハＷの下面はリンス液の液膜により覆われている。このとき、第１ガス吐出口１０２から窒素ガスが供給される一方で、第２ガス吐出口１０３から窒素ガスは供給されていない。このため、仕切プレート１０５の上側の空間の圧力が高くなるため、仕切プレート１０５は下限位置に位置する。

図１０（Ｂ）は洗浄工程に続いて行われるリンス工程を示す。リンス工程では、ウエハＷの上面の中央部にリンス液（純水）を供給することによりリンス処理を行うと同時に、リンス液吐出口１０１からウエハＷの下面中央部にリンス液（純水）を供給することによりリンス処理を行っている。ウエハＷの下面はリンス液の液膜により覆われている。このときも、第１ガス吐出口１０２から窒素ガスが供給される一方で、第２ガス吐出口１０３から窒素ガスは供給されていない。このため、仕切プレート１０５の上側の空間の圧力が高くなるため、仕切プレート１０５は下限位置に位置する。

図１０（Ｃ）、（Ｄ）はリンス工程に続いて行われる乾燥工程を示す。リンス工程から乾燥工程に移行するときに、ウエハＷの上面及び下面へのリンス液の供給が停止される。

図１０（Ｃ）は乾燥工程の初期の状態を示す。このときも第１ガス吐出口１０２から窒素ガスが供給される一方で、第２ガス吐出口１０３から窒素ガスは供給されていない。このため、仕切プレート１０５の上側の空間の圧力が高くなるため、仕切プレート１０５は下限位置に位置する。

図１０（Ｄ）は乾燥工程の後期の状態を示す。乾燥工程の後期とは、少なくともウエハＷの下面の一部からリンス液が除去されて当該下面の一部が露出し始めた後の時期を意味する。このとき、第１ガス吐出口１０２からの窒素ガスの供給を停止し、第２ガス吐出口１０３から窒素ガスの供給を行う。このため、仕切プレート１０５の下側の空間の圧力が高くなるため、仕切プレート１０５は上限位置に位置する。これにより、ウエハＷの下面が、当該下面に近接する仕切プレート１０５により覆われることになる。このため、ウエハＷの下方空間を漂う汚染されたミストがウエハＷの下面に付着することを防止することができる。

Ｗ 基板（半導体ウエハ）
４ 制御部（制御装置）
３１ａ プレート（ベースプレート）
３１ｂ 基板保持部材（保持部材）
３１ａ，３２，３３ 回転部（ベースプレート、回転軸、モータ）
４３ａ，７２，７４，８２， 流体供給部
６２ ブラシ
ＦＲ１ 第３の供給流量
ＦＲ２ 第１の供給流量
ＦＲ３ 第２の供給流量

Claims (9)

1. 基板の周縁部を保持する基板保持部材と、
   前記基板保持部材が設けられたプレートを有し、前記プレートを回転させることで前記基板を回転させる回転部と、
   前記回転部の中央に配置され、前記基板保持部材に保持された前記基板の下面に対して処理液及び不活性ガスを供給する流体供給部と、
   前記基板を回転させながら前記基板の下面に対して処理液を供給して液処理を行い、前記液処理の後、前記基板の下面に対して前記不活性ガスを供給しながら前記基板の乾燥処理を行うよう制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記乾燥処理を開始した後であって前記基板の下面中央部に液膜が存在する状態において、第１の供給流量で前記不活性ガスを供給し、前記下面中央部に液膜が存在しなくなった後、前記第１の供給流量よりも少ない第２の供給流量で前記不活性ガスを供給するように制御することを特徴とする基板処理装置。
2. 前記乾燥処理における前記第１の供給流量は、前記基板保持部材に付着した処理液を跳ね飛ばすだけの流量であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記制御部は、前記液処理において、前記流体供給部から第３の供給流量で不活性ガスを供給するよう制御し、
   前記乾燥処理における前記第２の供給流量は、前記第３の供給流量よりも小さい流量である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. 前記基板保持部に保持された前記基板の上面にスクラブ洗浄を施すためのブラシをさらに備え、
   前記制御部は、前記基板の下面に対して前記液処理を行っているときに前記基板の上面に対して前記ブラシを用いたスクラブ洗浄を行うように制御することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. 基板の周縁部を保持する基板保持部材と、
   前記基板保持部材が設けられたプレートを有し、前記プレートを回転させることで前記基板を回転させる回転部と、
   前記回転部の中央に配置され、前記基板保持部材に保持された前記基板の下面に対して処理液及び不活性ガスを供給する流体供給部と、
   を備えた基板処理装置を用いて、前記基板を処理する基板処理方法において、
   前記基板を回転させながら前記基板の下面に対して処理液を供給して液処理を行う液処理工程と、
   前記液処理工程の後、前記基板の下面に対して前記不活性ガスを供給しながら前記基板の乾燥処理を行う乾燥工程と、
   を備え、
   前記乾燥処理を開始した後であって前記基板の下面中央部に液膜が存在する状態において、第１の供給流量で前記不活性ガスを供給し、前記下面中央部に液膜が存在しなくなった後、前記第１の供給流量よりも少ない第２の供給流量で前記不活性ガスを供給することを特徴とする基板処理方法。
6. 前記乾燥工程における前記第１の供給流量は、前記基板保持部材に付着した処理液を跳ね飛ばすだけの流量であることを特徴とする請求項５に記載の基板処理方法。
7. 前記液処理工程において、前記流体供給部から第３の供給流量で不活性ガスを供給し、前記第２の供給流量は、前記第３の供給流量よりも小さい流量であることを特徴とする請求項５又は６に記載の基板処理方法。
8. 前記基板の下面に対して前記液処理工程を行っているときに前記基板の上面に対してブラシを用いたスクラブ洗浄を行うことを特徴とする請求項５から７のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法。
9. 基板処理装置の動作を制御するための制御部をなすコンピュータにより実行されたときに、前記コンピュータが前記基板処理装置を制御して請求項５から８のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法を実行させるプログラムが記録された記憶媒体。

Images