(57)【要約】【課題】  簡単な制御系で基板の処理の均一性を容易に制御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】  スピンチャック４０１に保持された基板Ｗの外周部上方に二流体ノズル５０が設けられている。二流体ノズル５０の上端部は、基板Ｗの外周部上方に位置する支点軸を中心として基板Ｗの半径方向を通る垂直な面内で回動可動に支持されている。二流体ノズル５０の中央部は、基板Ｗの半径方向に平行な方向に移動可能に往復棒に取り付けられている。二流体ノズル５０が基板Ｗ半径方向を通る垂直な面内で揺動し、基板Ｗ上の外周部から中心部の領域に洗浄液を吐出する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に処理液を用いた処理を行う基板処理装置であって、
基板を保持しつつ回転させる基板回転保持手段と、
前記基板回転保持手段により保持された基板上に処理液を吐出する処理液吐出手段と、
前記基板回転保持手段により回転する基板上の外周部から中心部の領域に前記処理液吐出手段から処理液が吐出されるように前記基板の外周部上方の位置を支点として前記基板の表面に対して垂直な面内で前記処理液吐出手段を揺動させる揺動手段とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記処理液吐出手段は、基板の中心部までの距離が基板の外周部までの距離よりも長くなるように設けられたことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記処理液吐出手段は、処理液を吐出する吐出口を有する処理液吐出ノズルを含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記処理液は基板を洗浄するための洗浄液であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記処理液吐出ノズルは、液体が流通する液体流路と、気体が流通する気体流路と、前記液体流路および前記気体流路に連通して液体および気体を混合させて混合流体を生成する混合部とを有する二流体ノズルを含み、前記混合部により生成された混合流体を処理液として前記吐出口から基板上に吐出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
基板に処理液を用いた処理を行う基板処理方法であって、
基板を保持しつつ回転させるステップと、
前記基板の表面に対して垂直な面内で処理液吐出手段を揺動させることにより、回転する基板上の外周部から中心部の領域に前記処理液吐出手段から処理液を吐出させるステップとを備えたことを特徴とする基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に所定の処理を行う基板処理装置および基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、液晶ディスプレイ等の製造工程では、半導体ウエハ、ガラス基板等の基板に対して洗浄、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、イオン注入、レジスト剥離、層間絶縁膜の形成、熱処理等の各種処理が行われる。
【０００３】
上記の処理のうち、基板の洗浄処理においては、回転保持部により基板を保持しながら回転させ、この基板上にノズルにより洗浄液が供給されることによって基板の洗浄処理が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記ノズルは、基板の一方の外周部から基板の中心部を通って基板の他方の外周部まで移動しながら基板上に洗浄液を供給する。この場合、例えば、ノズルの移動速度を基板の中心部から外周部に向かって減少させる。それにより、ノズルによる基板表面の単位面積当りの処理時間を等しくしている。
【特許文献１】特開平９−１４８２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の洗浄処理においては、ノズルの移動速度を変化させる必要があるため、ノズルの動作を制御するための制御系が複雑化していた。
【０００６】
本発明の目的は、簡単な制御系で基板の処理の均一性を容易に制御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である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る基板処理装置は、基板に処理液を用いた処理を行う基板処理装置であって、基板を保持しつつ回転させる基板回転保持手段と、基板回転保持手段により保持された基板上に処理液を吐出する処理液吐出手段と、基板回転保持手段により回転する基板上の外周部から中心部の領域に処理液吐出手段から処理液が吐出されるように基板の表面に対して垂直な面内で処理液吐出手段を揺動させる揺動手段とを備えたものである。
【０００８】
本発明に係る基板処理装置においては、基板回転保持手段により回転する基板上の外周部から中心部の領域に、揺動手段により基板の表面に対して垂直な面内で処理液吐出手段が揺動されつつ、処理液吐出手段により処理液が吐出される。
【０００９】
この場合、処理液吐出手段を揺動させることにより処理液吐出手段から基板までの距離を変化させることができる。それにより、基板上の位置により処理液による処理の強さを制御することができる。したがって、単位時間当たりの処理液による処理程度を制御することができる。その結果、基板の処理の均一性を容易に制御することができる。
【００１０】
また、基板の処理の均一性を制御するために、処理液吐出手段の移動速度を変化させる必要がないので、制御系が簡単になる。
【００１１】
処理液の吐出手段は、基板の中心部での距離が基板の外周部までの距離よりも長くなるように設けられてもよい。
【００１２】
この場合、基板の中心部での処理液による処理の強さが基板の外周部での処理液による処理の強さよりも小さくなる。
【００１３】
一方、基板の中心部近傍の周速は基板の外周部の周速よりも小さい。これにより、基板の中心部での単位時間当たりの処理液による処理程度が、基板の外周部での単位時間当たりの処理液による処理程度と等しくなる。したがって、基板の中心部に対して過度に処理を行うことが防止される。その結果、基板に損傷を与えることなく均一な処理を行うことができる。
【００１４】
また、基板表面の単位面積当りの処理程度を等しくするために処理液吐出手段の移動速度を変化させる必要がないので、制御系が簡単になる。
【００１５】
処理液吐出手段は、処理液を吐出する吐出口を有する処理液吐出ノズルを含んでもよい。この場合、処理液吐出ノズルを揺動させることにより処理液吐出ノズルから基板までの距離を変化させることができる。それにより、基板上の位置により処理液による処理の強さを制御することができる。したがって、単位時間当たりの処理液による処理程度を制御することができる。その結果、基板の処理の均一性を容易に制御することができる。
【００１６】
また、基板の処理の均一性を制御するために、処理液吐出ノズルの移動速度を変化させる必要がないので、制御系が簡単になる。
【００１７】
処理液は基板を洗浄するための洗浄液であってもよい。この場合、簡単な制御系で基板の洗浄処理の均一性を容易に制御することができる。
【００１８】
処理液吐出ノズルは、液体が流通する液体流路と、気体が流通する気体流路と、液体流路および気体流路に連通して液体および気体を混合させて混合流体を生成する混合部とを有する二流体ノズルを含み、混合部により生成された混合流体を処理液として吐出口から基板上に吐出してもよい。
【００１９】
この場合、液体と気体とを混合させて生成される混合流体を用いることにより基板上の不純物を短時間で除去することができるとともに、簡単な制御系で基板の洗浄処理の均一性を容易に制御することができる。
【００２０】
第２の発明に係る基板処理方法は、基板に処理液を用いた処理を行う基板処理方法であって、基板を保持しつつ回転させるステップと、基板の表面に対して垂直な面内で処理液吐出手段を揺動させることにより、回転する基板上の外周部から中心部の領域に処理液吐出手段から処理液を吐出させるステップとを備えたものである。
【００２１】
本発明に係る基板処理方法においては、回転する基板上の外周部から中心部の領域に、基板の外周部上方の位置を支点として基板の表面に対して垂直な面内で処理液吐出手段が揺動されつつ、処理液吐出手段により処理液が吐出される。
【００２２】
この場合、処理液吐出手段を揺動させることにより処理液吐出手段から基板までの距離を変化させることができる。それにより、基板上の位置により処理液による処理の強さを制御することができる。したがって、単位時間当たりの処理液による処理程度を制御することができる。その結果、基板の処理の均一性を容易に制御することができる。
【００２３】
また、基板の処理の均一性を制御するために、処理液吐出手段の移動速度を変化させる必要がないので、制御系が簡単になる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、基板上の位置により処理液による処理の強さを制御することができる。したがって、単位時間当たりの処理液による処理程度を制御することができる。その結果、基板の処理の均一性を容易に制御することができる。
【００２５】
また、基板の処理の均一性を制御するために、処理液吐出手段の移動速度を変化させる必要がないので、制御系が簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
以下の説明において、基板とは、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等をいう。
【００２８】
図１は本実施の形態に係る基板処理装置の模式的断面図である。図１の基板処理装置は後述の二流体ノズルを用いた回転式の基板洗浄装置である。
【００２９】
図１に示すように、基板処理装置１００は、基板Ｗを水平に保持するとともに基板Ｗの中心を通る鉛直な回転軸の周りで基板Ｗを回転させるためのスピンチャック４０１を備える。スピンチャック４０１は、チャック回転駆動機構４０８によって回転される回転軸４０３の上端に固定されている。基板Ｗは、洗浄処理または洗浄処理後の基板Ｗの乾燥処理を行う場合に、スピンチャック４０１により水平に保持された状態で回転する。
【００３０】
スピンチャック４０１の上方には、下端に吐出口を有する二流体ノズル５０が揺動可能に設けられている。二流体ノズル５０は、液体と気体とを混合することにより混合流体を生成し、この混合流体を洗浄液として基板Ｗ上に吐出する。二流体ノズル５０の詳細については後述する。なお、本実施の形態では、一つの二流体ノズル５０を設けているが、複数の二流体ノズル５０を設けてもよい。また、二流体ノズル５０は、洗浄液として液体（例えば、純水または薬液）のみを基板Ｗ上に吐出してもよい。
【００３１】
スピンチャック４０１の回転軸４０３は中空軸からなる。回転軸４０３の内部には、純水供給管４０４が挿通されている。純水供給管４０４には、基板Ｗの下面を洗浄するための純水が供給される。純水供給管４０４は、スピンチャック４０１に保持された基板Ｗの下面に近接する位置まで延びている。純水供給管４０４の先端には、基板Ｗの下面中央に向けて純水を吐出する下面ノズル４０５が設けられている。
【００３２】
スピンチャック４０１は、処理カップ４０２内に収容されている。処理カップ４０２の内側には、筒状の仕切壁４０９が設けられている。また、処理カップ４０２と仕切壁４０９の間に基板Ｗの処理に用いられた処理液を排液するための排液空間４０６が形成されている。排液空間４０６には、排液管４０７が接続されている。
【００３３】
図２は二流体ノズル５０を回動させるための構成の一例を示す模式図である。
【００３４】
図２（ａ）,（ｂ）に示すように、図１のスピンチャック４０１に保持された基板Ｗの外周部上方に二流体ノズル５０が設けられている。二流体ノズル５０の上端部は、基板Ｗの外周部上方に位置する支点軸２５を中心として基板Ｗの半径方向を通る垂直な面内で回動可動に支持されている。二流体ノズル５０の中央部は、基板Ｗの半径方向に平行な方向に移動可能に往復棒２４に取り付けられている。なお、支点軸２５は、図示しない支持部材に支持されている。
【００３５】
往復棒２４は、モータ２１、円板２２およびリンク機構２３ａ，２３ｂ，２３ｃにより往復運動する。それにより、二流体ノズル５０が基板Ｗの半径方向を通る垂直な面内で揺動し、図２（ａ）に示す状態と図２（ｂ）に示す状態とを繰り返して、基板Ｗ上の外周部から中心部の領域に洗浄液を吐出する。なお、本実施の形態では、二流体ノズル５０が設けられる位置（支点軸２５の位置）は基板Ｗの外周部上方に限らず、二流体ノズル５０の吐出口から基板Ｗの中心部までの距離が二流体ノズル５０の吐出口から基板Ｗの外周部までの距離よりも長くなれば、他の任意の位置に設定してもよい。例えば、基板Ｗの外周部上方よりも外側の位置に二流体ノズル５０を設けてもよい。
【００３６】
図３は二流体ノズル５０に液体および気体を供給する構成を示す模式図である。本実施の形態では、例えば、二流体ノズル５０に供給する液体として純水を用い、二流体ノズル５０に供給する気体として窒素ガスを用いる。
【００３７】
図３に示すように、二流体ノズル５０には、純水を供給するための純水供給系５２０および窒素ガスを供給するための窒素ガス供給系５３０が接続されている。
【００３８】
純水供給系５２０は、純水源５０１、ポンプ５０２、温度調節器（以下、温調器と呼ぶ）５０３、フィルタ５０４および第１の吐出弁５０５を含む。なお、本実施の形態においては、純水源５０１は、純水貯留タンクあるいは半導体製品生産工場の純水ユーティリティ等に相当する。
【００３９】
ポンプ５０２によって純水源５０１から吸引された純水は、温調器５０３により所定温度に加熱または冷却される。それにより、純水の温度が所定の温度（例えば室温２２〜２５℃程度）に調節される。その後、温度調節された純水がフィルタ５０４を通過することにより、純水から汚染物質が除去される。その後、純水は、第１の吐出弁５０５を通して二流体ノズル５０に供給される。
【００４０】
また、窒素ガス供給系５３０は、第２の吐出弁５０６および窒素ガス源５０７を含む。窒素ガス源５０７からの加圧された窒素ガスは、第２の吐出弁５０６を通して二流体ノズル５０に供給される。なお、本実施の形態においては、窒素ガス源５０７は、窒素ガスボンベあるいは半導体製品生産工場の窒素ガスユーティリティ等に相当する。
【００４１】
図４は図１の基板処理装置１００の制御系の構成を示すブロック図である。図４に示すように、基板処理装置１００には制御部１が設けられている。
【００４２】
制御部１は、チャック回転駆動機構４０８の駆動動作を制御する。また、制御部１は、ポンプ５０２の吸引動作および温調器５０３の温度調節動作を制御する。さらに、制御部１は、第１の吐出弁５０５および第２の吐出弁５０６の開閉動作ならびにモータ２１の回転動作を制御する。
【００４３】
ここで、二流体ノズル５０の構造について図５を用いて説明する。図５（ａ）は外部混合型と呼ばれる二流体ノズル５０の一例の縦断面図であり、図５（ｂ）は内部混合型と呼ばれる二流体ノズル５０の一例の縦断面図である。これら２つのノズル形態の最も大きな相違点は、二流体（液体および気体）の混合すなわち混合流体の生成が、ノズル本体の内部でされるか外部でされるかという点である。
【００４４】
図５（ａ）に示す外部混合型二流体ノズル５０は、内部本体部５１および外部本体部５２により構成される。内部本体部５１は、例えば石英からなり、外部本体部５２は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂からなる。
【００４５】
内部本体部５１の中心軸に沿って液体導入部５１ｂが形成されている。内部本体部５１の下端には、液体導入部５１ｂに連通する液体吐出口５１ａが形成されている。内部本体部５１は、外部本体部５２内に挿入されている。なお、内部本体部５１および外部本体部５２の上端部は互いに接合されており、下端は接合されていない。
【００４６】
内部本体部５１と外部本体部５２との間には円筒状の気体通過部５２ｂが形成されている。外部本体部５２の下端には、気体通過部５２ｂに連通する気体吐出口５２ａが形成されている。外部本体部５２の周壁には、気体通過部５２ｂに連通する気体導入口５２ｃが設けられている。
【００４７】
気体通過部５２ｂは、気体吐出口５２ａ近傍において、下方に向かうにつれて径小となっている。その結果、窒素ガスの流速が加速され、気体吐出口５２ａより吐出される。
【００４８】
図５（ａ）の外部混合型二流体ノズル５０では、液体吐出口５１ａから吐出された純水と気体吐出口５２ａから吐出された窒素ガスとが二流体ノズル５０Ａの下端近傍の外部で混合され、純水の微細な液滴を含む霧状の混合流体が生成される。霧状の混合流体が洗浄液として基板Ｗ上に吐出されることにより、基板Ｗ上に付着した不純物が効果的に除去される。
【００４９】
この場合、霧状の混合流体は、液体吐出口５１ａおよび気体吐出口５２ａから吐出された後に生成されるため、純水および窒素ガスの流量および流速は、それぞれ液体吐出口５１ａ内および気体吐出口５２ａ内で互いに独立した状態を維持する。これにより、純水および窒素ガスの流量および流速を所望の値に制御することにより、所望の混合流体を得ることができる。例えば、窒素ガスの流量を調整することにより、混合流体による基板Ｗへの衝撃を緩和することができる。
【００５０】
図５（ｂ）に示す内部混合型二流体ノズル５０は、気体導入管５３および本体部５４により構成される。本体部５４は、例えば石英からなり、気体導入管５３は、例えばＰＴＦＥからなる。
【００５１】
気体導入管５３には、上端から下端まで連通する気体導入部５３ａが形成されている。本体部５４は、径大な上部筒５４ａ、テーパ部５４ｂおよび径小な下部筒５４ｃからなる。
【００５２】
上部筒５４ａのテーパ部５４ｂ内に混合室５４ｄが形成され、下部筒５４ｃ内に直流部５４ｅが形成されている。下部筒５４ｃの下端には、直流部５４ｅに連通する混合流体吐出口５４ｆが形成されている。
【００５３】
本体部５４の上部筒５４ａには、混合室５４ｄに連通する液体導入部５４ｇが設けられている。気体導入管５３の下端部は、本体部５４の上部筒５４ａの混合室５４ｄ内に挿入されている。
【００５４】
図５（ｂ）の内部混合型二流体ノズル５０では、気体導入部５３ａから加圧された窒素ガスが供給され、液体導入部５４ｇから純水が供給されると、混合室５４ｄで窒素ガスと純水とが混合され、純水の微細な液滴を含む霧状の混合流体が生成される。
【００５５】
混合室５４ｄで生成された混合流体は、テーパ部５４ｂに沿って直流部５４ｅを通過することにより加速される。加速された混合流体は、混合流体吐出口５４ｆから吐出され、基板Ｗ上に洗浄液として吐出される。これにより、基板Ｗ上に付着した不純物が効果的に除去される。
【００５６】
図５（ｂ）の内部混合型二流体ノズル５０では、例えば、窒素ガスの流量を調整することにより、混合流体による基板Ｗへの衝撃を緩和することができる。
【００５７】
なお、図５（ａ）の外部混合型二流体ノズル５０および図５（ｂ）の内部混合型二流体ノズル５０は、用途等に応じて選択的に使用することができる。
【００５８】
本実施の形態においては、スピンチャック４０１により回転する基板Ｗ上の外周部から中心部の領域に、二流体ノズル５０が基板Ｗの外周部上方の位置を支点として基板Ｗの表面に対して垂直な面内で揺動しつつ洗浄液を吐出する。
【００５９】
この場合、二流体ノズル５０の吐出口から基板Ｗの中心部までの距離は、二流体ノズル５０の吐出口から基板Ｗの外周部までの距離よりも大きくなる。それにより、基板Ｗの中心部での洗浄液による洗浄の強さが基板Ｗの外周部Ｗの外周部での洗浄液による洗浄の強さよりも小さくなる。一方、基板Ｗの中心部近傍の周速は基板Ｗの外周部の周速よりも小さい。したがって、基板Ｗの中心部での単位時間当たりの洗浄液による洗浄程度が、基板Ｗの外周部での単位時間当たりの洗浄液による洗浄程度と等しくなる。その結果、基板Ｗの中心部に対して過度に洗浄を行うことが防止される。それにより、基板Ｗに損傷を与えることなく均一な洗浄処理を行うことができる。
【００６０】
また、基板Ｗ表面の単位面積当りの洗浄程度を等しくするために二流体ノズル５０の移動速度を変化させる必要がないので、制御系が簡単になる。
【００６１】
さらに、本実施の形態においては、純水と窒素ガスとの混合流体を吐出する二流体ノズル５０を用いて基板Ｗを洗浄することにより、基板Ｗ上の不純物を短時間で除去することができるとともに、基板Ｗに損傷を与えることなく均一な洗浄処理を行うことができる。
【００６２】
本実施の形態においては、スピンチャック４０１が基板回転保持手段に相当し、二流体ノズル５０が処理液吐出手段に相当し、モータ２１、リンク機構２３および往復棒２４が揺動手段に相当し、混合流体吐出口５４ｆが吐出口に相当し、液体導入部５１ｂ，５４ｇが液体流路に相当し、気体通過部５２ｂ、気体導入口５２ｃおよび気体導入部５３ａが気体流路に相当し、混合室５４ｄが混合部に相当する。
【００６３】
なお、本実施の形態においては、二流体ノズル５０を揺動させる構成として、モータ２１による回動力を利用することとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、シリンダ等を用いた構成を利用することにより二流体ノズル５０を揺動させてもよい。
【００６４】
本実施の形態では、基板Ｗに対して均一な洗浄処理を行うことができるように、二流体ノズル５０が配置されているが、基板Ｗに対して意図的に不均一な処理を行うことができるように二流体ノズル５０を配置することもできる。
【００６５】
また、本発明は、二流体ノズル５０を用いた基板洗浄装置に限らず、高圧噴射式基板洗浄装置、超音波式基板洗浄装置等にも適用することができる。
【００６６】
さらに、本発明は、回転式の基板洗浄装置に限らず、基板に処理液としてレジスト液を塗布する塗布処理を行う回転式の塗布装置、処理液として現像液を用いて現像処理を行う回転式の現像装置等の他の回転式の基板処理装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に係る基板処理装置および基板処理方法は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の種々の基板に処理を行うため等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本実施の形態に係る基板処理装置の模式的断面図である。
【図２】二流体ノズルを回動させるための構成の一例を示す模式図である。
【図３】二流体ノズルに液体および気体を供給する構成を示す模式図である。
【図４】図１の基板処理装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図５】（ａ）は外部混合型と呼ばれる二流体ノズルの一例の縦断面図であり、（ｂ）は内部混合型と呼ばれる二流体ノズルの他の一例の縦断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
２１  モータ
２３  リンク機構
２４  往復棒
５０  二流体ノズル
５１ｂ，５４ｇ  液体導入部
５２ｂ  気体通過部
５２ｃ  気体導入口
５３ａ  気体導入部
５４ｄ  混合室
１００  基板処理装置
４０１  スピンチャック
４０８  チャック回転駆動機構
Ｗ  基板
【図１】
2005203713.tif 000003
【図２】
2005203713.tif 000004
【図３】
2005203713.tif 000005
【図４】
2005203713.tif 000006
【図５】
2005203713.tif 000007