(57)【要約】【課題】この発明は半導体ウエハが乾燥処理されたか否かを検出し、その検出と同時に乾燥処理を終了させることができるスピン処理装置を提供することにある。【解決手段】処理液によって処理された半導体ウエハＷを回転させて乾燥させるスピン処理装置において、上記半導体ウエハを保持して回転駆動される回転テーブル１６と、この回転テーブルによって回転させられることで乾燥処理される上記半導体ウエハの乾燥状態を検出する温度センサ４７と、この温度センサの検出に基づいて上記基板の乾燥処理を終了させる制御装置７とを具備する。【選択図】　　図１
2004134461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理液によって処理された基板を回転させて乾燥させるスピン処理装置において、
上記基板を保持して回転駆動される回転テーブルと、
この回転テーブルによって回転させられることで乾燥処理される上記基板の乾燥状態を検出する検出手段と、
この検出手段の検出に基づいて上記基板の乾燥処理を終了させる制御手段と、
を具備したことを特徴とするスピン処理装置。
【請求項２】
上記検出手段は、上記基板の温度を検出する温度センサであることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。
【請求項３】
上記検出手段は、上記基板の上面の液滴の有無を撮像検出する撮像装置であることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。
【請求項４】
上記検出手段は、回転する基板から液滴の飛散の有無を検出する飛散物検出センサであることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。
【請求項５】
上記回転テーブルはカップ体内に収容され、上記検出手段は、上記カップ体から排出される処理液の有無を検出する流量検出センサであることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。
【請求項６】
処理液によって処理された基板を回転させて乾燥させるスピン処理方法において、
処理液によって処理された基板を回転させる工程と、
回転されることで乾燥処理される上記基板の乾燥状態を検出する工程と、
乾燥状態の検出に基づいて上記基板の乾燥処理を終了させる工程と、
を具備したことを特徴とするスピン処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は基板を回転させながら処理液によって洗浄処理してから乾燥処理するスピン処理装置及び乾燥処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば液晶表示装置や半導体装置の製造工程においては、矩形状のガラス基板や半導体ウエハなどの基板に回路パタ−ンを形成するための成膜プロセスやフォトプロセスがある。これらのプロセスでは、スピン処理装置を用いて基板を薬液で処理した後、処理液としての洗浄液で洗浄処理し、ついで洗浄液を除去する乾燥処理が繰り返して行われる。
【０００３】
上記スピン処理装置は、周知のように処理槽を有し、この処理槽内にはカップ体が設けられ、このカップ体には駆動源によって回転駆動される回転テーブルが設けられている。この回転テーブルには上記基板が着脱可能に保持される。
【０００４】
上記基板は板面に洗浄液が供給されながら毎分数百回転の速度で回転させられることで洗浄処理される。洗浄処理を所定時間行った後、基板は毎分千回転以上の高速度で回転させられる。それによって、基板に付着残留した洗浄液が遠心力によって除去されるから、基板が乾燥処理されることになる。
【０００５】
従来、上記基板の乾燥処理時間は、基板が乾燥するであろう時間を予め設定しておき、その設定時間にしたがって乾燥処理するということが行われていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板の乾燥処理時間を予め設定しておくと、その乾燥処理時間（設定時間）が必要以上に長くなったり、短くなるということがある。乾燥処理時間が長く設定された場合には、基板１枚を乾燥処理するために要する時間が長くなるから、生産性の低下を招くことになり、処理時間が短く設定された場合には、基板の乾燥状態が不十分となり、パーティクルが付着し易くなったり、残留する液滴によってウオータマークが形成されるなどして汚れの発生原因となる。
【０００７】
この発明は、基板が乾燥処理されたか否かを検出し、その検出に基づいて乾燥処理を終了させるようにしたスピン処理装置及び乾燥処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、処理液によって処理された基板を回転させて乾燥させるスピン処理装置において、
上記基板を保持して回転駆動される回転テーブルと、
この回転テーブルによって回転させられることで乾燥処理される上記基板の乾燥状態を検出する検出手段と、
この検出手段の検出に基づいて上記基板の乾燥処理を終了させる制御手段と、
を具備したことを特徴とするスピン処理装置にある。
【０００９】
請求項２の発明は、上記検出手段は、上記基板の温度を検出する温度センサであることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置にある。
【００１０】
請求項３の発明は、上記検出手段は、上記基板の上面の液滴の有無を撮像検出する撮像装置であることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置にある。
【００１１】
請求項４の発明は、上記検出手段は、回転する基板から液滴の飛散の有無を検出する飛散物検出センサであることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置にある。
【００１２】
請求項５の発明は、上記回転テーブルはカップ体内に収容され、上記検出手段は、上記カップ体から排出される処理液の有無を検出する流量検出センサであることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置にある。
【００１３】
請求項６の発明は、処理液によって処理された基板を回転させて乾燥させるスピン処理方法において、
処理液によって処理された基板を回転させる工程と、
回転されることで乾燥処理される上記基板の乾燥状態を検出する工程と、
乾燥状態の検出に基づいて上記基板の乾燥処理を終了させる工程と、
を具備したことを特徴とするスピン処理方法にある。
【００１４】
この発明によれば、回転させることで乾燥処理される基板の乾燥状態を検出し、その検出結果に基づいて乾燥処理を終了させるため、基板の乾燥処理に要する時間を過不足なくすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１乃至図３はこの発明の第１の実施の形態を示す。図１はスピン処理装置を示し、このスピン処理装置は処理槽１を備えている。この処理槽１内にはカップ体２が配置されている。このカップ体２は、上記処理槽１の底板上に設けられた下カップ３と、この下カップ３に対して図示しない上下駆動機構により上下動可能に設けられた上カップ４とからなる。
【００１７】
上記下カップ３の底壁には周方向に所定間隔で複数の排出管５が接続されている。これら排出管５は排気ポンプ６に連通している。この排気ポンプ６は制御装置７によって発停及び回転数が制御されるようになっている。
【００１８】
上記カップ体７の下面側にはベース板８が配置されている。このベース板８には、上記下カップ３と対応する位置に取付け孔９が形成されている。この取付け孔９には駆動手段を構成する制御モータ１１の固定子１２の上端部が嵌入固定されている。制御モータ１１は上記制御装置７によって発停及び回転数が制御されるようになっている。
【００１９】
上記固定子１２は筒状をなしていて、その内部には同じく筒状の回転子１３が回転自在に嵌挿されている。この回転子１３の上端面には筒状の連結体１４が下端面を接触させて一体的に固定されている。この連結体１４の下端には上記固定子１２の内径寸法よりも大径な鍔部１５が形成されている。この鍔部１５は上記固定子１２の上端面に摺動自在に接触しており、それによって回転子１３の回転を阻止することなくこの回転子１３が固定子１２から抜け落ちるのを防止している。
【００２０】
上記下カップ３には上記回転子１３と対応する部分に通孔３ａが形成され、上記連結体１４は上記通孔３ａからカップ体２内に突出している。この連結体１４の上端には回転テーブル１６が取付けられている。この回転テーブル１６の周辺部には周方向に所定間隔、この実施の形態では６０度間隔で６本（２本のみ図示）の円柱状の保持部材１７が図示しない駆動機構によって回転可能に設けられている。
【００２１】
上記保持部材１７の上端面には、この保持部材１７の回転中心から偏心した位置にテーパ面を有する支持ピン１８が設けられている。回転テーブル１６には、基板としての半導体ウエハＷが周縁部の下面を上記支持ピン１８のテーパ面に当接するよう供給される。その状態で上記保持部材１７を回転させれば、支持ピン１８が偏心回転するから、回転テーブル１６に供給された半導体ウエハＷは、上記支持ピン１８によって保持される。
【００２２】
上記回転テーブル１６は乱流防止カバー２１によって覆われている。この乱流防止カバー２１は上記回転テーブル１６の外周面を覆う外周壁２２と、上面を覆う上面壁２３とを有し、上記外周壁は上側が小径部２２ａ、下側が大径部２２ｂに形成されている。回転テーブル１６を回転させたときに、この乱流防止カバー２１によって回転テーブル１６の上面で乱流が発生するのが防止される。上記上カップ４の上面は開口していて、その内周面にはリング状部材２５が設けられている。
【００２３】
上記回転テーブル１６に未処理の半導体ウエハＷを供給したり、乾燥処理された半導体ウエハＷを取り出すときには、上記上カップ４が後述するごとく下降させられる。
【００２４】
上記処理槽１の上部壁には開口部３１が形成されている。この開口部３１にはＵＬＰＡやＨＥＰＡなどのファン・フィルタユニット３２が設けられている。このファン・フィルタユニット３２はクリーンルーム内の空気をさらに清浄化して処理槽１内に導入するもので、その清浄空気の導入量は上記ファン・フィルタユニット３２の駆動部３３を上記制御装置７によって制御して行うようになっている。つまり、上記駆動部３３により、ファン・フィルタユニット３２のファン（図示せず）の回転数を制御することで、処理槽１内への清浄空気の供給量を制御できるようになっている。
【００２５】
上記処理槽１の一側には出し入れ口３４が開口形成されている。この出し入れ口３４は、処理槽１の一側に上下方向にスライド可能に設けられたシャッタ３５によって開閉される。このシャッタ３５は圧縮空気で作動するシリンダ３６によって駆動される。つまり、上記シリンダ３６には圧縮空気の流れを制御する制御弁３７が設けられ、この制御弁３７を上記制御装置７によって切換え制御することで、上記シャッタ３５を上下動させることができるようになっている。
【００２６】
上記制御モータ１１の回転子１３内には筒状の固定軸４１が挿通されている。この固定軸４１の上端には、上記回転テーブル１６に形成された通孔４２から上記回転テーブル１６の上面側に突出したノズルヘッド４３が設けられている。このノズルヘッド４３には上記回転テーブル１６に保持された半導体ウエハＷの下面に向けて処理液としての薬液及び純水を噴射する一対のノズル４４が設けられている。
【００２７】
上記乱流防止カバー２１の上面壁２３には上記ノズルヘッド４３と対向して開口部４５が形成され、この開口部４５によって上記ノズルから噴射された処理液が半導体ウエハＷの下面に到達可能となっている。
【００２８】
回転テーブル１６に保持された半導体ウエハＷの上方には、洗浄処理時に半導体ウエハＷの上面に処理液を供給する上部ノズル体４６及び乾燥処理時に半導体ウエハＷの表面温度を検出する検出手段としての温度センサ４７が配置されている。温度センサ４７としては放射温度計などが用いられている。
【００２９】
乾燥処理時に半導体ウエハＷの表面温度を検出した上記温度センサ４７からの検出信号は上記制御装置７に入力される。この制御装置７は温度センサ４７が検出する半導体ウエハＷの表面の温度変化によって後述するごとく半導体ウエハＷの乾燥処理が終了したか否かを判定し、終了したと判定したならば回転テーブル１６の回転を直ちに停止するようになっている。
【００３０】
つぎに、上記構成のスピン処理装置によって半導体ウエハＷを洗浄処理してから乾燥処理する手順を図２と図３を参照して説明する。
【００３１】
図２は半導体ウエハＷを洗浄処理してから乾燥処理するフローチャートで、未洗浄の半導体ウエハＷを回転テーブル１６に供給した後、洗浄処理を開始すると、Ｓ１では回転テーブル１６が毎分数百の回転速度で回転駆動され、ついでＳ２では半導体ウエハＷに上部ノズル体４６から洗浄液が供給される。
【００３２】
回転する半導体ウエハＷに洗浄液が供給されることで、基板Ｗの上面が洗浄処理される。Ｓ３では洗浄液による洗浄処理時間が予め設定された時間に到達したか否かが判定される。洗浄処理時間が予め設定された時間に到達すると、Ｓ４では洗浄液の供給が停止され、洗浄処理が終了する。
【００３３】
つぎに、Ｓ５では回転テーブル１６が洗浄処理時に比べて高速度で回転駆動される。回転テーブル１６は、たとえば毎分千回転以上で高速回転させられる。それと同時に、Ｓ６では半導体ウエハＷの上面の温度が温度センサ４７によって検出される。温度センサ４７による検出信号は制御装置７に入力される。制御装置７では、温度センサ４７の検出信号によって半導体ウエハＷの上面が乾燥したか否かを図３に示す半導体ウエハＷの温度変化特性に応じて判定する。
【００３４】
図３は半導体ウエハＷを洗浄処理し、ついで乾燥処理するときの回転テーブル１６の回転速度と、半導体ウエハＷの上面の温度変化特性とを示している。同図において、曲線Ｘは回転テーブル１６の回転数の変化を示し、曲線Ｙは半導体ウエハＷの表面温度の温度変化特性を示す。
【００３５】
乾燥処理時に回転テーブル１６の回転数を上昇させると、半導体ウエハＷの上面から粒径の比較的大きな洗浄液が飛散し、ついで、半導体ウエハＷの上面に残留する粒径の小さな液滴やミスト状の洗浄液が半導体ウエハＷの回転によって生じる気流で蒸発するため、その蒸発による気化熱によって半導体ウエハＷは温度低下する。そのため、乾燥処理を開始してから所定の時間が経過するまで、つまり半導体ウエハＷに付着残留する洗浄液が気化し終わるまでは、半導体ウエハＷの温度は気化熱によって低下する。
【００３６】
半導体ウエハＷの上面に付着した洗浄液の蒸発が進むにつれて半導体ウエハＷの温度が上昇し始めて常温（室温）に近づき、蒸発が完了するＴ時間後には半導体ウエハＷの温度変化がなくなる。つまり、半導体ウエハＷの温度変化がなくなった時点を半導体ウエハＷの乾燥処理が終了したと見なすことができる。
【００３７】
したがって、Ｓ６では制御装置７によって温度センサ４７が検出した半導体ウエハＷの上面の温度が変化しているか否かが判定され、変化しているときには半導体ウエハＷの上面から洗浄液が気化しているため、未乾燥であると判定して乾燥処理が継続され、変化がなくなったならば半導体ウエハＷの上面からの処理液の気化が終了し、乾燥処理が終了したと判定される。
【００３８】
Ｓ７では、制御装置７が半導体ウエハＷの乾燥処理が終了したと判定したなら、直ちに回転テーブル１６の回転を停止する。それによって、半導体ウエハＷの乾燥処理が終了する。
【００３９】
このように、半導体ウエハＷの表面の温度変化を測定し、その温度変化によって半導体ウエハＷが乾燥処理されたか否かを判定し、その判定に基づいて即時に乾燥処理を終了させるようにしたため、半導体ウエハＷの乾燥処理を時間的に過不足なく行なうことができる。
【００４０】
したがって、半導体ウエハＷの乾燥処理時間を予め所定時間に設定して行なっていた従来のように、乾燥処理時間が長くなり過ぎて生産性の低下を招いたり、短過ぎて乾燥処理が不確実になるなどのことなく行なうことができる。
【００４１】
なお、この第１の実施の形態において、温度センサ４７として放射温度計を挙げたが、温度センサ４７としては半導体ウエハＷを支持する支持ピン１８に熱伝対を埋め込み、この支持ピン１８を介して半導体ウエハＷの温度を検出するようにしてもよい。
【００４２】
図４はこの発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態は、半導体ウエハＷの乾燥状態の検出を撮像装置５１によって行うようにした。すなわち、撮像装置５１は、回転テーブル１６に保持された半導体ウエハＷの上方に設置されたカメラ５２と、このカメラ５２が撮像した半導体ウエハＷの撮像信号が入力される画像処理装置５３とからなる。画像処理装置５３は撮像信号を処理し、半導体ウエハＷの上面に液滴が残留するか否かを検出する。
【００４３】
画像処理装置５３からの検出信号は制御装置７に入力される。半導体ウエハＷの上面に液滴が残留していることが上記画像処理装置５３によって検出されると、上記制御装置７はその検出信号に基いて回転テーブル１６の回転を停止させずに、乾燥処理を継続する。
【００４４】
上記画像処理装置５３によって半導体ウエハＷの上面に液滴が残留しないことが検出されると、上記制御装置７はその検出信号に基いて回転テーブル１６の回転を即時に停止する。つまり、乾燥処理を終了する。
【００４５】
したがって、この場合も、半導体ウエハＷの乾燥処理を時間的に過不足なく終了させることができる。
【００４６】
図５はこの発明の第３の実施の形態を示す。この実施の形態は、半導体ウエハＷの乾燥状態の検出を飛散物検出センサ５５によって行うようにした。すなわち、半導体ウエハＷの上方で、この半導体ウエハＷの外周面から外れた位置には、たとえば反射型レーザセンサなどの上記飛散物検出センサ５５が配設されている。この飛散物検出センサ５５は高速回転する半導体ウエハＷから液滴が飛散しているか否かを検出し、その検出信号を制御装置７に入力する。それによって、制御装置７は半導体ウエハＷが乾燥処理されたか否かを判定し、その判定に基づいて回転テーブル１６の回転を制御する。
【００４７】
つまり、半導体ウエハＷが未乾燥状態であれば、高速回転する半導体ウエハＷからは液滴が飛散する。したがって、飛散物検出センサ５５が液滴を検出している間は半導体ウエハＷは未乾燥状態であるから、回転テーブル１６を回転させ続けて乾燥処理が継続される。
【００４８】
回転する半導体ウエハＷから液滴が飛散しなくなり、飛散物検出センサ５５が液滴を検出しなくなったならば、半導体ウエハＷは乾燥処理されたことになる。したがって、その場合には制御装置７が回転テーブル１６の回転を即時に停止させ、乾燥処理が終了する。つまり、飛散物検出センサ５５を用いた場合であっても、半導体ウエハＷの乾燥処理を時間的に過不足なく終了させることができる。
【００４９】
図６はこの発明の第４の実施の形態を示す。この実施の形態は、半導体ウエハＷの乾燥状態の検出を流量検出センサ５８によって行うようにした。すなわち、カップ体２の下カップ３に接続された複数の排出管５の１つには、その排出管５を流れる洗浄液を検出する上記流量検出センサ５８が設けられている。この流量検出センサ５８の検出信号は制御装置７に入力される。制御装置７は流量検出センサ５８の検出信号によって半導体ウエハＷの乾燥処理が終了したか否かを判定し、その判定に基づいて回転テーブル１６の回転を制御する。
【００５０】
つまり、半導体ウエハＷが未乾燥状態であれば、回転テーブル１６とともに高速回転する半導体ウエハＷから液滴が飛散し、その液滴は上記排出管５を流れる。したがって、流量検出センサ５８が洗浄液を検出している間は半導体ウエハＷが未乾燥状態にあるから、乾燥処理が継続される。
【００５１】
排出管５に洗浄液が流れなくなり、流量検出センサ５８が洗浄液を検出しなくなったならば、半導体ウエハＷは乾燥処理されたことになる。したがって、その場合には制御装置７が回転テーブル１６の回転を即時に停止して乾燥処理を終了する。そのため、流量検出センサ５８を用いても、半導体ウエハＷが乾燥処理を時間的に過不足なく終了させることができる。
【００５２】
なお、図４乃至図６に示す上記第２乃至第４の実施の形態において、上記第１の実施の形態と同一部分には同一記号を付して説明を省略する。
【００５３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、回転させることで乾燥処理される基板の乾燥状態を検出し、その検出結果に基づいて乾燥処理を終了させるようにした。
【００５４】
そのため、基板が乾燥したならば、その時点で乾燥処理を終了することができるから、基板の乾燥処理を時間的に過不足なく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係るスピン処理装置の概略的構成の断面図。
【図２】半導体ウエハの処理工程を示したフローチャート。
【図３】乾燥処理時における半導体ウエハの温度変化特性を示すグラフ。
【図４】この発明の第２の実施の形態に係るスピン処理装置の概略的構成の断面図。
【図５】この発明の第３の実施の形態に係るスピン処理装置の概略的構成の断面図。
【図６】この発明の第４の実施の形態に係るスピン処理装置の概略的構成の断面図。
【符号の説明】
７…制御装置（制御手段）
１６…回転テーブル
４７…温度センサ（検出手段）
５１…撮像装置（検出手段）
５５…飛散物検出センサ（検出手段）
５８…流量検出センサ（検出手段）
【図１】
2004134461.tif 000003
【図２】
2004134461.tif 000004
【図３】
2004134461.tif 000005
【図４】
2004134461.tif 000006
【図５】
2004134461.tif 000007
【図６】
2004134461.tif 000008