JP6945314B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板に対して処理液を用いた処理を実行する基板処理装置に関する。基板処理装置で処理の対象となる基板には、たとえば、半導体基板、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、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、フォトマスク用基板などが含まれる。
半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ等の基板の表面に処理液を供給して、その基板の表面が処理液を用いて処理される。
たとえば、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置は、基板をほぼ水平に保持しつつ、その基板を回転させるスピンチャックと、このスピンチャックによって回転される基板の上面に処理液を供給するためのノズルとを備えている。スピンチャックに保持された基板に対して薬液が供給され、その後にリンス液が供給されることにより、基板上の薬液がリンス液に置換される。その後、基板上のリンス液を排除するためのスピン乾燥処理が行われる。スピン乾燥処理では、基板が高速回転されることにより、基板に付着しているリンス液が振り切られて除去（乾燥）される。このような乾燥処理の手法では、基板の表面に形成されているパターンの間隙に入り込んだリンス液が振り切られず、パターンの間隙にリンス液が残留するおそれがある。
そのため、リンス処理後の基板の上面に、イソプロピルアルコール（isopropyl alcohol：ＩＰＡ）液等の常温の有機溶剤を供給して、基板の上面の微細パターンの間隙に入り込んだリンス液を有機溶剤に置換して、基板の表面を乾燥させる手法が知られている。
下記特許文献１には、基板表面の乾燥時におけるパターンの倒壊をより確実に防止する技術が開示されている。すなわち、本技術では、基板の上面に有機溶剤の液膜をパドル状に保持する（液膜保持工程）。この状態で基板の下面をヒータで加熱（基板加熱工程）して、基板の上面と有機溶剤の液膜との間に有機溶剤の気相を生じさせて液膜を基板の上面から浮上させる（液膜浮上工程）。その後、液膜の中心に乾燥領域を形成し、この乾燥領域を基板から周縁に向けて順次拡大させることにより液膜を液塊状態に維持しつつ基板の上面から排除する（液膜排除工程）。
特開２０１４−１１２６５２号公報 特開２０１５−１８５９０３号公報
特許文献１に記載された手法によればパターンの間隙に処理液を残存させることなく基板を乾燥することができるので、基板乾燥時におけるパターンの倒壊をより確実に防止することができる。ところで、上記手法では基板加熱工程において基板の下面にヒータを接触させている。このとき基板が凹状に（すなわち基板の中心部が周縁部よりも下方になるように）湾曲することが考えられる。この場合、基板の周縁部がヒータの上面から離隔して基板の加熱が不十分になり、周縁部において液膜が基板上面から浮上しなくなる。また、液膜排除工程時において液膜を周縁部からスムーズに排除できなくなる、といった問題が発生する。
そこで本発明は、基板加熱工程における基板の湾曲を防止し、基板の全面を均一に加熱することが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、基板の周縁を保持するチャック部材が設置された基板保持部と、基板保持部を回転軸回りに回転させる回転手段と、前記チャック部材に保持された基板の上面にリンス液を供給するリンス液供給手段と、前記リンス液を置換する低表面張力液体を前記基板の上面に供給する低表面張力液体供給手段と、前記基板の下面から前記基板を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を前記基板の下面に接触する接触位置と前記基板の下面から離隔する離隔位置との間で前記加熱手段を相対的に昇降させる加熱手段昇降手段と、前記基板を吸着するために前記加熱手段の上面に設けられた複数のノズルと、前記複数のノズルを介して前記加熱手段の上方の雰囲気を吸引する吸引手段と、前記複数のノズルを介して加熱手段の上方に向けて不活性ガスを供給する給気手段と、前記複数のノズルによる前記吸引と前記不活性ガスの供給とを選択的に実行する制御手段と、を備え、前記複数のノズルは、各々が平面視で円形を有し、ほぼ同じ直径であり、前記基板の裏面の中央部および周縁部を含む基板裏面全体に対向するように前記加熱手段の上面に等間隔で配列されている基板処理装置である。
請求項２に記載の発明は、基板の周縁を保持するチャック部材が設置された基板保持部と、基板保持部を回転軸回りに回転させる回転手段と、前記チャック部材に保持された基板の上面にリンス液を供給するリンス液供給手段と、前記リンス液を置換する低表面張力液体を前記基板の上面に供給する低表面張力液体供給手段と、前記基板の下面から前記基板を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を前記基板の下面に接触する接触位置と前記基板の下面から離隔する離隔位置との間で前記加熱手段を相対的に昇降させる加熱手段昇降手段と、前記基板を吸着するために前記加熱手段の上面に設けられた給気ノズルと、前記給気ノズルを介して前記加熱手段の上方の雰囲気を吸引する吸引手段と、前記給気ノズルを介して加熱手段の上方に向けて不活性ガスを供給する給気手段と、前記基板の上面に吐出された前記低表面張力液体の液膜に向けて不活性ガスを吐出する不活性ガス吐出ノズルと、前記給気ノズルによる前記吸引と前記不活性ガスの供給とを選択的に実行するとともに、前記加熱手段昇降手段による前記加熱手段の昇降を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記リンス液供給手段による前記リンス液の供給、または前記低表面張力液体供給手段による低表面張力液体の供給の際に、前記加熱手段を前記離隔位置に配置して前記加熱手段によって前記基板の下面を加熱しつつ前記給気ノズルによる前記不活性ガスの供給を行い、前記不活性ガス吐出ノズルによる前記基板上面の前記低表面張力液体の液膜に向けた不活性ガスの吐出の際に、前記加熱手段を前記接触位置に上昇させて前記加熱手段によって前記基板の下面を加熱しつつ前記給気ノズルによる前記吸引を行う基板処理装置である。
請求項３に記載の発明は、前記加熱手段には前記加熱手段の上面に吸着した前記基板を押し上げる押し上げピンユニットが設けられている、請求項１または請求項２記載の基板処理装置である。
本願明細書に記載の発明によれば、加熱手段に設けられた給気ノズルから加熱手段の上方に向けて不活性ガスを供給することができる。したがって、基板の上面にリンス液あるいは低表面張力液体を供給する段階では前記給気ノズルから不活性ガスを吐出させることができる。これにより、仮にリンス液あるいは低表面張力液体が基板から加熱手段に落液しても当該液体が給気ノズルに進入することを防止することができる。また、基板の表面に低表面張力液体が付着した状態で基板を加熱手段で加熱する段階では給気ノズルを介して基板を加熱手段の上面に吸着させることができる。これにより、加熱による基板の湾曲を防止できるので基板を均一に加熱することが可能になる。
請求項３に記載の発明によれば、加熱手段の上面に吸着された基板を確実に取り外すことが可能になる。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の内部のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。 図２は、前記基板処理装置に備えられた処理ユニットの構成例を説明するための図解的な断面図である。 図３は、前記処理ユニットに備えられたスピンチャックおよびヒータユニットの平面図である。 図４は、前記スピンチャックに備えられたチャックピンの構造例を説明するための斜視図である。 図５Ａおよび図５Ｂはチャックピンの平面図であり、図５Ａは閉状態を示し、図５Ｂは開状態を示す。 図６は、基板処理装置の主要部の電気的構成を説明するためのブロック図である。 図７は、基板処理装置による基板処理の一例を説明するための流れ図である。 図８Ａおよび図８Ｂは、基板の上面における気相層の形成を説明するための図解的な断面図であり、図８Ｃは、液膜の分裂を説明するための断面図である。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の内部のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。基板処理装置１は、シリコンウエハなどの基板Ｗを一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。この実施形態では、基板Ｗは、円板状の基板である。基板処理装置１は、処理液で基板Ｗを処理する複数の処理ユニット２と、処理ユニット２で処理される複数枚の基板Ｗを収容するキャリヤＣが載置されるロードポートＬＰと、ロードポートＬＰと処理ユニット２との間で基板Ｗを搬送する搬送ロボットＩＲおよびＣＲと、基板処理装置１を制御する制御ユニット３とを含む。搬送ロボットＩＲは、キャリヤＣと搬送ロボットＣＲとの間で基板Ｗを搬送する。搬送ロボットＣＲは、搬送ロボットＩＲと処理ユニット２との間で基板Ｗを搬送する。複数の処理ユニット２は、たとえば、同様の構成を有している。
図２は、処理ユニット２の構成例を説明するための図解的な断面図である。処理ユニット２は、１枚の基板Ｗを水平な姿勢で保持しながら、基板Ｗの中心部を通る鉛直な回転軸線Ａ１まわりに基板Ｗを回転させるスピンチャック５と、基板Ｗを下面側から加熱するヒータユニット６と、スピンチャック５を取り囲む筒状のカップ８と、基板Ｗの下面に処理流体を供給する下面ノズル９と、基板Ｗの上面にリンス液としての脱イオン水（ＤＩＷ）を供給するＤＩＷノズル１０と、基板Ｗの上方で移動可能な第１移動ノズル１１と、基板Ｗの上方で移動可能な第２移動ノズル１２とを含む。処理ユニット２は、さらに、カップ８を収容するチャンバ１３（図１参照）を含む。図示は省略するが、チャンバ１３には、基板Ｗを搬入／搬出するための搬入／搬出口が形成されており、この搬入／搬出口を開閉するシャッタユニットが備えられている。
スピンチャック５は、チャックピン２０と、スピンベース２１と、スピンベース２１の下面中央に結合された回転軸２２と、回転軸２２に回転力を与える電動モータ２３とを含む。回転軸２２は回転軸線Ａ１に沿って鉛直方向に延びており、この実施形態では中空軸である。回転軸２２の上端にはスピンベース２１が結合されている。スピンベース２１は、水平方向に沿う円板形状を有している。スピンベース２１の上面の周縁部に、複数のチャックピン２０が周方向に間隔を空けて配置されている。複数のチャックピン２０は、基板Ｗの周端に接触して基板Ｗを把持（保持）する閉状態と、基板Ｗの周端から退避した開状態との間で開閉可能である。また、複数のチャックピン２０は、閉状態において、基板Ｗの周縁部の下面に接触して、基板Ｗを下方から支持することができる。
チャックピン２０を開閉駆動するために、チャックピン駆動ユニット２５が備えられている。チャックピン駆動ユニット２５は、たとえば、スピンベース２１に内蔵されたリンク機構２６と、スピンベース２１外に配置された駆動源２７とを含む。駆動源２７は、たとえば、ボールねじ機構と、それに駆動力を与える電動モータとを含む。チャックピン駆動ユニット２５の具体的な構成例は、特許文献２などに記載がある。
図２と図３とを参照してヒータユニット６について説明する。ヒータユニット６は、スピンベース２１の上方とチャックピン２０に保持された基板Ｗとの間に配置された円板形状を有するヒータ本体６０と、ヒータ本体６０の内部に埋設された発熱体（不図示）と、ヒータ本体６０の上面（ヒータ上面６０ａ）に配置された複数の気体ノズル６１と、ヒータ上面６０ａに埋設された複数（本実施形態では４個）の押し上げピンユニット６２と、回転軸線Ａ１に沿って鉛直方向に延びヒータ本体６０の下面に結合された中空の支持軸６３と、支持軸６３に連結され、チャックピン２０に保持された基板Ｗに下方から密着する上位置と、同基板Ｗから下方に離隔した下位置と、上位置と下位置との間の位置（より具体的には基板Ｗの下面に近接する近接位置）との間でヒータ本体６０を昇降させる昇降機構６４と、前記気体ノズル６１に連通し前記支持軸６３の内部に配置された配管６５と、配管６５の下端側開口にて分岐した給気分岐管６６と、同吸引分岐管６７と、給気分岐管６６に連通し同給気分岐管６６および配管６５を介して対して前記複数の気体ノズル６１に窒素ガス等の不活性ガスを給気する不活性ガス供給手段６８と、吸引分岐管６７に連通し配管６５および吸引分岐管６７を介して前記気体ノズル６１上方の雰囲気を吸引する吸引手段６９と、給気分岐管６６および吸引分岐管６７のそれぞれに介装されその流路を開閉する給気バルブ６６ａ、吸引バルブ６７ａとを有している。
第１移動ノズル１１（処理液供給手段）は、第１ノズル移動ユニット１５によって、水平方向および鉛直方向に移動される。第１移動ノズル１１は、水平方向への移動によって、基板Ｗの上面の回転中心に対向する処理位置と、基板Ｗの上面に対向しないホーム位置（退避位置）との間で移動させることができる。基板Ｗの上面の回転中心とは、基板Ｗの上面における回転軸線Ａ１との交差位置である。基板Ｗの上面に対向しないホーム位置とは、平面視において、スピンベース２１の外方の位置であり、より具体的には、カップ８の外方の位置であってもよい。第１移動ノズル１１は、鉛直方向への移動によって、基板Ｗの上面に接近させたり、基板Ｗの上面から上方に退避させたりすることができる。第１ノズル移動ユニット１５は、たとえば、鉛直方向に沿う回動軸と、回動軸に結合されて水平に延びるアームと、アームを駆動するアーム駆動機構とを含む。アーム駆動機構は、回動軸を鉛直な回動軸線まわりに回動させることによってアームを揺動させ、回動軸を鉛直方向に沿って昇降することにより、アームを上下動させる。第１移動ノズル１１はアームに固定される。アームの揺動および昇降に応じて、第１移動ノズル１１が水平方向および垂直方向に移動する。
第２移動ノズル１２（処理液供給手段）は、第２ノズル移動ユニット１６によって、水平方向および垂直方向に移動される。第２移動ノズル１２は、水平方向への移動によって、基板Ｗの上面の回転中心に対向する位置と、基板Ｗの上面に対向しないホーム位置（退避位置）との間で移動させることができる。ホーム位置は、平面視において、スピンベース２１の外方の位置であり、より具体的には、カップ８の外方の位置であってもよい。第２移動ノズル１２は、鉛直方向への移動によって、基板Ｗの上面に接近させたり、基板Ｗの上面から上方に退避させたりすることができる。第２ノズル移動ユニット１６は、たとえば、鉛直方向に沿う回動軸と、回動軸に結合されて水平に延びるアームと、アームを駆動するアーム駆動機構とを含む。アーム駆動機構は、回動軸を鉛直な回動軸線まわりに回動させることによってアームを揺動させ、回動軸を鉛直方向に沿って昇降することにより、アームを上下動させる。第２移動ノズル１２はアームに固定される。アームの揺動および昇降に応じて、第２移動ノズル１２が水平方向および垂直方向に移動する。
第１移動ノズル１１は、この実施形態では、図示しない吐出口から有機溶剤を吐出する有機溶剤ノズルとしての機能と、窒素ガス等の不活性ガスを吐出するガスノズルとしての機能とを有している。第１移動ノズル１１には、有機溶剤供給管３５および不活性ガス供給管３６が結合されている。有機溶剤供給管３５には、その流路を開閉する有機溶剤バルブ３７が介装されている。不活性ガス供給管３６には、その流路を開閉する不活性ガスバルブ３８が介装されている。有機溶剤供給管３５には、有機溶剤供給源から、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の有機溶剤が供給されている。不活性ガス供給管３６には、不活性ガス供給源から、窒素ガス（Ｎ２）等の不活性ガスが供給されている。
第２移動ノズル１２は、この実施形態では、酸、アルカリ等の薬液を供給する薬液ノズルとしての機能と、窒素ガス等の不活性ガスを吐出するガスノズルとしての機能とを有している。より具体的には、第２移動ノズル１２は、液体と気体とを混合して吐出することができる二流体ノズルの形態を有していてもよい。二流体ノズルは、気体の供給を停止して液体を吐出すれば液体ノズルとして使用でき、液体の供給を停止して気体を吐出すればガスノズルとして使用できる。第２移動ノズル１２には、薬液供給管４１および不活性ガス供給管４２が結合されている。薬液供給管４１には、その流路を開閉する薬液バルブ４３が介装されている。不活性ガス供給管４２には、その流路を開閉する不活性ガスバルブ４４と、不活性ガスの流量を可変する流量可変バルブ４５とが介装されている。薬液供給管４１には、薬液供給源から、酸、アルカリ等の薬液が供給されている。不活性ガス供給管４２には、不活性ガス供給源から、窒素ガス（Ｎ２）等の不活性ガスが供給されている。
薬液の具体例は、エッチング液および洗浄液である。さらに具体的には、薬液は、フッ酸、ＳＣ１（アンモニア過酸化水素水混合液）、ＳＣ２（塩酸過酸化水素水混合液）、バッファードフッ酸（フッ酸とフッ化アンモニウムとの混合液）、ＳＰＭなどであってもよい。
ＤＩＷノズル１０は、この実施形態では、基板Ｗの上面の回転中心に向けてＤＩＷを吐出するように配置された固定ノズルである。ＤＩＷノズル１０には、ＤＩＷ供給源から、ＤＩＷ供給管４６を介して、ＤＩＷが供給される。ＤＩＷ供給管４６には、その流路を開閉するためのＤＩＷバルブ４７が介装されている。ＤＩＷノズル１０は固定ノズルである必要はなく、少なくとも水平方向に移動する移動ノズルであってもよい。
下面ノズル９（処理液供給手段）は、中空の支持軸３０を挿通し、さらに、ヒータユニット６を貫通している。下面ノズル９は、基板Ｗの下面中央に臨む吐出口９ａを上端に有している。下面ノズル９には、流体供給源から流体供給管４８を介して処理流体が供給されている。供給される処理流体は、液体であってもよいし、気体であってもよい。流体供給管４８には、その流路を開閉するための流体バルブ４９が介装されている。
図３は、スピンチャック５およびヒータユニット６の平面図である。スピンチャック５のスピンベース２１は、平面視において、回転軸線Ａ１を中心とする円形であり、その直径は基板Ｗの直径よりも大きい。スピンベース２１の周縁部には、間隔を空けて複数個（この実施形態では６個）のチャックピン２０が配置されている。
ヒータユニット６は、円板状の形態を有している。既述したように、ヒータユニット６はヒータ本体６０と、複数の気体ノズル６１と、複数の押し上げピンユニット６２とを含んでいる。ヒータ本体６０は、平面視において、基板Ｗの外形とほぼ同形同大で、回転軸線Ａ１を中心とする円形に構成されている。より正確には、ヒータ本体６０は、基板Ｗの直径よりも僅かに小さい直径の円形の平面形状を有している。たとえば、基板Ｗの直径が３００ｍｍであり、ヒータ本体６０の直径（とくにプレート上面６０ａの直径）がそれよりも６ｍｍだけ小さい２９４ｍｍであってもよい。この場合、ヒータ本体６０の半径は基板Ｗの半径よりも３ｍｍ小さい。
ヒータ上面６０ａは、水平面に沿う平面である。したがって、ヒータ上面６０ａと、チャックピン２０に水平に保持される基板Ｗとの距離を均一に保つことが可能になる。これにより、基板Ｗを効率的かつ均一に加熱することができる。
複数の気体ノズル６１は平面視で円形を有し、直径は例えば、１ｍｍ程度である。複数の気体ノズル６１は、ヒータ上面６０ａに等間隔で配列されている。複数の気体ノズル６１は、基板Ｗの下面全体に均一に不活性ガスを吐出できるように、ヒータ上面６０ａにおける複数の気体ノズル６１の個数や間隔、ヒータ上面６０ａと基板Ｗとの距離が設定されていることが望ましい。
複数の押し上げピンユニット６２はスピンチャック２０に保持された基板Ｗを下方から押し上げるピン６２ａとピン６２ａを上下動させるシリンダ６２ｂとをそれぞれ有している。シリンダ６２ｂはピン６２ａの上端をヒータ本体６０の上面６０ａから突出させる突出位置とピン６２ａの上端を上面６０ａと同一面に位置させる後退位置との間でピン６２ａを上下動させる。
図４は、チャックピン２０の構造例を説明するための斜視図である。また、図５Ａおよび図５Ｂはチャックピン２０の平面図であり、図５Ａは閉状態を示し、図５Ｂは開状態を示す。
チャックピン２０は、鉛直方向に延びたシャフト部５３と、シャフト部５３の上端に設けられたベース部５０と、シャフト部５３の下端に設けられた回動支持部５４とを含む。ベース部５０は、把持部５１と、支持部５２とを含む。回動支持部５４は、鉛直方向に沿うチャック回動軸線５５まわりに回動可能にスピンベース２１に結合されている。シャフト部５３は、チャック回動軸線５５から離れた位置にオフセットされて、回動支持部５４に結合されている。より具体的には、シャフト部５３はチャック回動軸線５５よりも、回転軸線Ａ１から離れた位置に配置されている。したがって、チャックピン２０がチャック回動軸線５５まわりに回動されると、ベース部５０は、その全体が基板Ｗの周端面に沿って移動しながら、チャック回動軸線５５まわりに回動する。回動支持部５４は、スピンベース２１の内部に設けられたリンク機構２６（図２参照）に結合されている。このリンク機構２６からの駆動力によって、回動支持部５４は、チャック回動軸線５５まわりに所定角度範囲で往復回動する。
ベース部５０は、平面視において、くさび形に形成されている。ベース部５０の上面には、チャックピン２０の開状態で基板Ｗの周縁部下面に当接して基板Ｗを下方から支持する支持面５２ａが設けられている。換言すれば、ベース部５０は支持面５２ａを上面とする支持部５２を有している。把持部５１は、ベース部５０の上面において、支持部５２とは別の位置で上方に突出している。把持部５１は、基板Ｗの周端面に対向するようにＶ字状に開いた保持溝５１ａを有している。
回動支持部５４が図５Ｂに示す開状態からチャック回動軸線５５まわりに時計方向に回動されるとき、把持部５１は基板Ｗの周端面に接近し、支持部５２は基板Ｗの回転中心から離反する。また、回動支持部５４が図５Ａに示す閉状態からチャック回動軸線５５まわりに反時計方向に回動されるとき、把持部５１は基板Ｗの周端面から離反し、支持部５２は基板Ｗの回転中心に接近する。
図５Ａに示すチャックピン２０の閉状態では、保持溝５１ａに基板Ｗの周端面が入り込む。このとき、基板Ｗの下面は、支持面５２ａから微小距離だけ上方に離間した高さに位置する。図５Ｂに示すチャックピン２０の開状態では、保持溝５１ａから基板Ｗの周端面が脱していて、平面視において、把持部５１は基板Ｗの周端面よりも外方に位置する。チャックピン２０の開状態および閉状態のいずれにおいても、支持面５２ａは、少なくとも一部が基板Ｗの周縁部下面の下方に位置している。
チャックピン２０が開状態のとき、基板Ｗを支持部５２で支持できる。その開状態からチャックピン２０を閉状態に切り換えると、断面Ｖ字状の保持溝５１ａに案内されてせり上がりながら基板Ｗの周端面が保持溝５１ａ内へと案内され、保持溝５１ａの上下の傾斜面によって基板Ｗが挟持された状態に至る。その状態からチャックピン２０を開状態に切り換えると、基板Ｗの周端面が保持溝５１ａの下側傾斜面に案内されながら滑り降り、基板Ｗの周縁部下面が支持面５２ａに当接する。
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、ベース部５０は、平面視において、ヒータユニット６のヒータ本体６０に対向する縁部が、ヒータ本体６０の周縁形状に倣っている。すなわち、支持部５２は、平面視において、ヒータ本体６０よりも回転中心に対して外方に位置する側面５２ｂを有している。それにより、基板Ｗよりも若干小さい円形の加熱面６ａを有するヒータ本体６０は、ヒータユニット６が上下動するときに、チャックピン２０と干渉しない。この非干渉位置関係は、チャックピン２０が閉状態および開状態のいずれにおいても保たれる。すなわち、チャックピン２０が閉状態のときも開状態のときも、支持部５２の側面５２ｂは、平面視において、ヒータユニット６のヒータ本体の上面６０ａから外方に離隔している。
基板Ｗの直径は、たとえば３００ｍｍであり、ヒータ上面６０ａの直径はたとえば２９４ｍｍである。したがって、ヒータ上面６０ａは、基板Ｗの下面の中央領域および周縁領域を含むほぼ全域に対向している。チャックピン２０の閉状態および開状態のいずれにおいても、上面６０ａの外周縁の外側に所定の微小間隔（たとえば２ｍｍ）以上の間隔を確保した状態で、支持部５２が配置される。
把持部５１は、チャックピン２０の閉状態において、その内側縁が、ヒータ本体６０の外周縁の外側に所定の微小間隔（たとえば２ｍｍ）以上の間隔を確保した状態で位置するように構成されている。したがって、ヒータユニット６は、チャックピン２０の閉状態および開状態のいずれにおいても、加熱面６ａを把持部５１の内側で上下させて、基板Ｗの下面に接触するまで上昇させることができる。
チャック回動軸線５５は、平面視において、回転軸線Ａ１（図２および図３参照）を中心とし、ヒータ上面６０ａの半径よりも小さな半径の円周上に位置している。
図６は、基板処理装置１の主要部の電気的構成を説明するためのブロック図である。制御ユニット３は、マイクロコンピュータを備えており、所定の制御プログラムに従って、基板処理装置１に備えられた制御対象を制御する。とくに、制御ユニット３は、搬送ロボットＩＲ，ＣＲ、スピンチャック５を回転駆動する電動モータ２３、第１ノズル移動ユニット１５、第２ノズル移動ユニット１６、チャックピン駆動ユニット２５、バルブ類３７，３８，４３，４４，４５，４７，４９、６６ａ、６７ａ、押し上げピンユニット６２のシリンダ６２ｂ、不活性ガス供給手段６８、吸引手段６９、ヒータ本体６０内部の発熱体などの動作を制御する。
図７は、基板処理装置１による基板処理の一例を説明するための流れ図である。未処理の基板Ｗは、搬送ロボットＩＲ，ＣＲによってキャリヤＣから処理ユニット２に搬入され、スピンチャック５に渡される（Ｓ１）。また、制御ユニット３は、チャックピン２０が開状態になるようにチャックピン駆動ユニット２５を制御する。その状態で、搬送ロボットＣＲは、基板Ｗをスピンチャック５に渡す。基板Ｗは、開状態のチャックピン２０の支持部５２（支持面５２ａ）に載置される。その後、制御ユニット３は、チャックピン駆動ユニット２５を制御して、チャックピン２０を閉状態とする。これにより、複数のチャックピン２０の把持部５１によって基板Ｗが把持される。
搬送ロボットＣＲが処理ユニット２の外に退避した後、薬液処理（Ｓ２）が開始される。このとき、ヒータ本体６０は下位置にあり基板Ｗの下方に離隔しているものとする。また、ピン６２ａは後退位置にあるものとする。
制御ユニット３は、まずヒータ本体６０内部の発熱体（不図示）を発熱させる。次に、制御ユニット３は、電動モータ２３を駆動してスピンベース２１を所定の薬液回転速度で回転させる。制御ユニット３は、不活性ガス供給手段６８から給気分岐管６６に不活性ガスを供給するとともに、給気バルブ６６ａを開放する。これによって、不活性ガス供給手段６８から供給された不活性ガスが、給気分岐管６６および配管６５を介して複数の気体ノズル６１から基板Ｗの下面に向けて吐出する。吐出された不活性ガスは、基板Ｗとヒータ本体６０の間の空間を満たすとともに、基板Ｗとスピンベース２１との隙間から周囲に流れる不活性ガスの気体流を形成する。
その一方で、制御ユニット３は、第２ノズル移動ユニット１６を制御して、第２移動ノズル１２を基板Ｗの上方の薬液処理位置に配置する。薬液処理位置は、第２移動ノズル１２から吐出される薬液が基板Ｗの上面の回転中心に着液する位置であってもよい。そして、制御ユニット３は、薬液バルブ４３を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの上面に向けて、第２移動ノズル１２から薬液が供給される。供給された薬液は遠心力によって基板Ｗの全面に行き渡る。基板Ｗに供給された薬液の一部は基板Ｗの周縁から下方に落液する。落液した薬液の一部はミスト化する。この時点でヒータ上面６０ａは加熱状態にあるため、ヒータ上面６０ａに薬液が付着すると薬液が蒸発してチャンバ１３の内部を汚染するおそれがある。しかし、前述の通り、気体ノズル６１によって基板Ｗとスピンベース２１の隙間から周囲に流れる不活性ガスの気流が形成されている。したがって、基板Ｗの周縁から落液する薬液等は前記不活性ガスの気流に阻害されて前記隙間に進入することがない。よって、ヒータ上面６０ａに薬液等が付着することが効果的に抑制できる。また、薬液等が気体ノズル６１に進入することも防止できる。
一定時間の薬液処理の後、基板Ｗ上の薬液をＤＩＷに置換することにより、基板Ｗ上から薬液を排除するＤＩＷリンス処理（Ｓ３）が実行される。具体的には、制御ユニット３は、薬液バルブ４３を閉じ、代わって、ＤＩＷバルブ４７を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの上面に向けてＤＩＷノズル１０からＤＩＷが供給される。供給されたＤＩＷは遠心力によって基板Ｗの全面に行き渡る。このＤＩＷによって基板Ｗ上の薬液が洗い流される。この間に、制御ユニット３は、第２ノズル移動ユニット１６を制御して、第２移動ノズル１２を基板Ｗの上方からカップ８の側方へと退避させる。前述した気体ノズル６１からの不活性ガスの吐出はＤＩＷリンス処理（Ｓ３）とも並行して実行される。
一定時間のＤＩＷリンス処理の後、基板ＷにＤＩＷよりも表面張力の低い処理液（低表面張力液）である有機溶剤を基板Ｗに供給して基板Ｗの上面ＤＩＷを有機溶剤に置換する有機溶剤供給処理（Ｓ４）が開始される。制御ユニット３は、第１ノズル移動ユニット１５を制御して、第１移動ノズル１１を基板Ｗの上方の有機溶剤リンス位置に移動させる。有機溶剤リンス位置は、第１移動ノズル１１から吐出される有機溶剤（たとえばＩＰＡ）が基板Ｗの上面の回転中心に着液する位置であってもよい。そして、制御ユニット３は、ＤＩＷバルブ４７を閉じて、有機溶剤バルブ３７を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの上面に向けて、第１移動ノズル１１から有機溶剤（液体）が供給される。供給された有機溶剤は遠心力によって基板Ｗの全面に行き渡り、基板Ｗ上のＤＩＷを置換する。前述した気体ノズル６１からの不活性ガスの吐出は有機溶剤供給処理（Ｓ４）とも並行して実行される。有機溶剤供給処理（Ｓ４）の最終段階において、制御ユニット３は、昇降機構６４を制御して、ヒータ本体６０を下位置から近接位置まで上昇させる。それによりヒータ上面６０ａが基板Ｗの下面に近接し、基板Ｗが下方から加熱される。なお、前述した気体ノズル６１からの不活性ガスの吐出は有機溶剤供給処理（Ｓ４）とも並行して実行される。
有機溶剤によるＤＩＷの置換が完了すると、また、制御ユニット３は、スピンチャック５の回転を減速して基板Ｗの回転を停止しまたは低速回転（例えば１００ｒｐｍ未満）とし、かつ有機溶剤バルブ３７を閉じて有機溶剤の供給を停止する。それにより、静止状態の基板Ｗ上に有機溶剤液膜が表面張力により支持されたパドル状態とされる。また、基板Ｗの加熱によって、基板Ｗの上面に接している有機溶剤の一部が蒸発し、それにより、有機溶剤液膜と基板Ｗの上面との間に気相層が形成される。これにより有機溶剤液膜は液塊状態で基板Ｗの上方に浮上する（気相形成処理（Ｓ５））。前述した気体ノズル６１からの不活性ガスの吐出は気相形成処理（Ｓ５）とも並行して実行される。
次に、有機溶剤液膜の排除が行われる。まず、制御ユニット３は、チャックピン駆動ユニット２５を制御して、チャックピン２０を開状態とする。これにより、複数のチャックピン２０の把持部５１による基板Ｗの把持が解除される。次に、制御ユニット３は、制御ユニット３は給気バルブ６６ａを閉止すると共に不活性ガス供給手段６８を停止させる。これにより気体ノズル６１からの不活性ガスの吐出が停止する。また、制御手段３は吸引手段６９を作動させ、同時に吸引バルブ６７ａを開放する。
制御ユニット３は、この状態で、昇降機構６４を制御してヒータ本体６０を上位置まで上昇させて上面６０ａを基板Ｗの下面に接触させる。これにより気体ノズル６１に吸引力が発生し、基板Ｗの下面がヒータ上面６０ａに密着する。
このような気体ノズル６１による基板Ｗの密着と並行して、制御ユニット３は、第１ノズル移動ユニット１５を制御して、第１移動ノズル１１を基板Ｗの上方からカップ８の側方へと退避させる。また、制御ユニット３は、第２ノズル移動ユニット１６を制御して、第２移動ノズル１２を基板Ｗの上方の気体吐出位置に配置する。気体吐出位置は、第２移動ノズル１２から吐出される不活性ガス流が基板Ｗの上面の回転中心に向けられる位置であってもよい。そして、制御ユニット３は、不活性ガスバルブ４４を開いて、基板Ｗ上の有機溶剤液膜に向けて不活性ガスを吐出する。これにより、不活性ガスの吐出を受ける位置、すなわち、基板Ｗの中央において、有機溶剤液膜が不活性ガスによって排除され、有機溶剤液膜の中央に、基板Ｗの上面を露出させる穴が空けられる。この穴を広げることによって、基板Ｗ上の有機溶剤が基板Ｗ外へと排出される（液膜排除処理（Ｓ６））。
仮に基板Ｗを単にヒータ上面６０ａに接触させるだけでは基板Ｗが周縁部が凸になるように（すなわち基板直径方向において凹状に湾曲するように）熱変形することが考えられる。こうなると基板Ｗの周縁部がヒータ上面６０ａと接触しなくなりヒータ本体６０による加熱が不十分となる。こうなると有機溶剤の液膜が基板周縁部において浮上しなくなるおそれがある。また、液膜排除処理（Ｓ６）において、有機溶剤の液膜が基板Ｗの中心から周縁にスムーズに移動しなくなるおそれもある。
このため、本実施形態では、液膜排除処理（Ｓ６）において基板Ｗを気体ノズル６１からの吸引力を利用してヒータ上面６０ａに密着させている。これにより、基板Ｗはヒータ上面６０ａに倣って平坦性を維持する。したがって、液膜排除処理（Ｓ６）を通して基板Ｗの周縁部を十分に加熱できる。また、有機溶剤の液膜を基板Ｗの中心から周縁にスムーズに移動させることができる。さらに、本実施形態では、液膜排除処理（Ｓ６）において基板Ｗをヒータ上面６０ａに吸引力を発生させる気体ノズル６１と同じノズルから、薬液処理（Ｓ２）、ＤＩＷリンス処理（Ｓ３）および有機溶剤供給処理（Ｓ４）において基板Ｗの下面に向けて不活性ガスを吐出している。このように、吸引力発生部材と不活性ガス吐出部材とを一部共通化できるため比較的安価に本発明を実現することができる。
こうして、有機溶剤処理を終えた後、制御ユニット３は、不活性ガスバルブ４４を閉じ、第２移動ノズル１２を退避させる。その後、吸引手段６９を停止するとともに吸引バルブ６７ａを閉止して、気体ノズル６１の吸引力を停止させる。次に、制御ユニット３は押し上げピンユニット６２のシリンダ６２ｂを制御してピン６２ａを突出状態に遷移させる。この結果、基板Ｗが下面から持ち上げられてヒータ上面６０ａから離隔する。
次に、制御ユニット３は、昇降機構６４を制御してヒータ本体６０を下位置に向けて下降させる。ヒータ本体６０の下降の過程で、基板Ｗの周縁がチャックピン２０の支持部５２に載置される。基板Ｗの周縁がチャックピン２０に載置されると制御ユニット３はチャックピン駆動ユニット２５を制御して、チャックピン２０を閉状態に制御する。これにより、基板Ｗはチャックピン２０の把持部５１に把持される。こうして液膜排除処理（Ｓ６）が完了する。
制御ユニット３は、次に、電動モータ２３を制御して、基板Ｗを乾燥回転速度で高速回転させる。それにより、基板Ｗ上の液成分を遠心力によって振り切るための乾燥処理（Ｓ７：スピンドライ）が行われる。
その後、制御ユニット３は、電動モータ２３を制御してスピンチャック５の回転を停止させる。さらに、制御ユニット３は、チャックピン駆動ユニット２５を制御して、チャックピン２０を開位置に制御する。これにより、基板Ｗは、チャックピン２０の把持部５１に把持された状態から、支持部５２に載置された状態となる。その後、搬送ロボットＣＲが、処理ユニット２に進入して、スピンチャック５から処理済みの基板Ｗをすくい取って、処理ユニット２外へと搬出する（Ｓ６）。その基板Ｗは、搬送ロボットＣＲから搬送ロボットＩＲへと渡され、搬送ロボットＩＲによって、キャリヤＣに収納される。
図８Ａおよび図８Ｂは、基板Ｗの上面における気相層の形成を説明するための図解的な断面図である。基板Ｗの表面には、微細なパターン１０１が形成されている。パターン１０１は、基板Ｗの表面に形成された微細な凸状の構造体１０２を含む。構造体１０２は、絶縁体膜を含んでいてもよいし、導体膜を含んでいてもよい。また、構造体１０２は、複数の膜を積層した積層膜であってもよい。ライン状の構造体１０２が隣接する場合には、それらの間に溝（溝）が形成される。この場合、構造体１０２の幅Ｗ１は１０ｎｍ〜４５ｎｍ程度、構造体１０２同士の間隔Ｗ２は１０ｎｍ〜数μｍ程度であってもよい。構造体１０２の高さＴは、たとえば５０ｎｍ〜５μｍ程度であってもよい。構造体１０２が筒状である場合には、その内方に孔が形成されることになる。
有機溶剤供給処理（Ｓ４）の初期段階では、図８Ａに示すように、基板Ｗの表面に形成された有機溶剤液膜９０は、パターン１０１の内部（隣接する構造体１０２の間の空間または筒状の構造体１０２の内部空間）を満たしている。
有機溶剤液膜が浮上する過程では、基板Ｗが加熱され、有機溶剤の沸点（ＩＰＡの場合は８２．４℃）よりも所定温度（たとえば、１０〜５０℃）だけ高い温度となる。それにより、基板Ｗの表面に接している有機溶剤が蒸発し、有機溶剤の気体が発生して、図８Ｂに示すように、気相層９２が形成される。気相層９２は、パターン１０１の内部を満たし、さらに、パターン１０１の外側に至り、構造体１０２の上面１０２Ａよりも上方に有機溶剤液膜９０との界面９５を形成している。この界面９５上に有機溶剤液膜９０が支持されている。この状態では、有機溶剤の液面がパターン１０１に接していないので、有機溶剤液膜９０の表面張力に起因するパターン倒壊が起こらない。
気相形成処理（Ｓ５）の過程で基板Ｗがヒータ本体６０によって加熱されると、基板Ｗ上面の昇温によって有機溶剤が蒸発する。この結果、液相の有機溶剤はパターン１０１内から瞬時に排出される。そして、形成された気相層９２上に液相の有機溶剤が支持され、パターン１０１から離隔させられる。こうして、有機溶剤の気相層９２は、パターン１０１の上面（構造体１０２の上面１０２Ａ）と有機溶剤液膜９０との間に介在して、有機溶剤液膜９０を支持する。
図８Ｃに示すように、基板Ｗの上面から浮上している有機溶剤液膜９０に亀裂９３が生じると、乾燥後にウォータマーク等の欠陥の原因となる。そこで、この実施形態では、基板Ｗの回転を停止した後に有機溶剤の供給を停止して、基板Ｗ上に厚い有機溶剤液膜９０を形成して、亀裂の発生を回避している。有機溶剤処理工程Ｓ４では基板Ｗが高速（例えば１００ｒｐｍ）で回転しておらず、基板Ｗの回転を停止しまたは低速（例えば１００ｒｐｍ未満）で回転しているので、液膜９０が遠心力によって分裂することがない。したがって、液膜９０に亀裂が生じることを回避できる。さらに、ヒータユニット６内の発熱体の出力および基板加熱時間を適宜調節して、有機溶剤の蒸気が液膜９０を突き破って吹き出さないようにし、それによって、亀裂の発生を回避している。
気相層９２上に有機溶剤液膜９０が支持されている状態では、有機溶剤液膜９０に働く摩擦抵抗は、零とみなせるほど小さい。そのため、基板Ｗの上面に平行な方向の力が有機溶剤液膜９０に加わると、有機溶剤液膜９０は簡単に移動する。この実施形態では、有機溶剤液膜９０の中央に開口を形成し、それによって、開口の縁部での温度差によって有機溶剤の流れを生じさせて、気相層９２上に支持された有機溶剤液膜９０を移動させて排除している。
本実施形態では、液膜排除処理（Ｓ６）においてヒータ上面６０ａに基板Ｗを密着させた状態で基板Ｗを加熱している。このため、基板Ｗをヒータ上面６０ａに倣わせたまま平坦性を維持した状態で加熱することができる。
以上、この発明の一実施形態について説明してきたが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。この発明の範囲に含まれるいくつかの形態を以下に例示的に列挙する。
１．使用可能な有機溶剤は、ＩＰＡのほかにも、メタノール、エタノール、アセトン、ＨＥＦ（ハイドルフルオロエーテル）を例示できる。これらは、いずれも水（ＤＩＷ）よりも表面張力が小さい有機溶剤である。この発明は、有機溶剤以外の処理液にも適用可能である。たとえば、水などのリンス液を基板外に排除するためにこの発明を適用してもよい。リンス液としては、水のほかにも、炭酸水、電界イオン水、オゾン水、希釈濃度（たとえば、１０〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水、還元水（水素水）などを例示できる。
２．液膜排除処理において第１移動ノズル１１から吐出する気体としては、窒素ガスのほかにも、清浄空気その他の不活性ガスを採用することができる。同様に、気体ノズル６２からは窒素ガス以外の不活性ガスを採用することができる。
３．本実施形態では、液膜排除処理（Ｓ６）の完了後、スピンドライ処理（Ｓ７）を実行したが、液膜排除処理（Ｓ６）により基板Ｗの上面から液相を完全に排除できるのであれば必ずしもスピンドライ処理（Ｓ７）を実行しなくてもよい。
Ｗ 基板
１ 基板処理装置
２ 処理ユニット
３ 制御ユニット
５ スピンチャック
６ ヒータユニット
８ カップ
９ 下面ノズル
９ａ 吐出口
１０ ＤＩＷノズル
１１ 第１移動ノズル
１２ 第２移動ノズル
１３ チャンバ
１５ 第１ノズル移動ユニット
１６ 第２ノズル移動ユニット
２０ チャックピン
２１ スピンベース
２２ 回転軸
２３ 電動モータ
２４ 貫通孔
２５ チャックピン駆動ユニット
２６ リンク機構
２７ 駆動源
３５ 有機溶剤供給管
３６ 不活性ガス供給管
３７ 有機溶剤バルブ
３８ 不活性ガスバルブ
４１ 薬液供給管
４２ 不活性ガス供給管
４３ 薬液バルブ
４４ 不活性ガスバルブ
４５ 流量可変バルブ
４６ ＤＩＷ供給管
４７ ＤＩＷバルブ
４８ 流体供給管
４９ 流体バルブ
６０ ヒータ本体
６１ 気体ノズル
６２ 押し上げピンユニット
６３ 支持軸
６４ 昇降機構
６５ 配管
６６ 給気分岐管
６７ 吸引分岐管
６８ 不活性ガス供給手段
６９ 吸引手段

Claims (3)

  1. 基板の周縁を保持するチャック部材が設置された基板保持部と、
    基板保持部を回転軸回りに回転させる回転手段と、
    前記チャック部材に保持された基板の上面にリンス液を供給するリンス液供給手段と、
    前記リンス液を置換する低表面張力液体を前記基板の上面に供給する低表面張力液体供給手段と、
    前記基板の下面から前記基板を加熱する加熱手段と、
    前記加熱手段を前記基板の下面に接触する接触位置と前記基板の下面から離隔する離隔位置との間で前記加熱手段を相対的に昇降させる加熱手段昇降手段と、
    前記基板を吸着するために前記加熱手段の上面に設けられた複数のノズルと、
    前記複数のノズルを介して前記加熱手段の上方の雰囲気を吸引する吸引手段と、
    前記複数のノズルを介して加熱手段の上方に向けて不活性ガスを供給する給気手段と、
    前記複数のノズルによる前記吸引と前記不活性ガスの供給とを選択的に実行する制御手段と、
    を備え、
    前記複数のノズルは、各々が平面視で円形を有し、ほぼ同じ直径であり、前記基板の裏面の中央部および周縁部を含む基板裏面全体に対向するように前記加熱手段の上面に等間隔で配列されている、基板処理装置。
  2. 基板の周縁を保持するチャック部材が設置された基板保持部と、
    基板保持部を回転軸回りに回転させる回転手段と、
    前記チャック部材に保持された基板の上面にリンス液を供給するリンス液供給手段と、
    前記リンス液を置換する低表面張力液体を前記基板の上面に供給する低表面張力液体供給手段と、
    前記基板の下面から前記基板を加熱する加熱手段と、
    前記加熱手段を前記基板の下面に接触する接触位置と前記基板の下面から離隔する離隔位置との間で前記加熱手段を相対的に昇降させる加熱手段昇降手段と、
    前記基板を吸着するために前記加熱手段の上面に設けられた給気ノズルと、
    前記給気ノズルを介して前記加熱手段の上方の雰囲気を吸引する吸引手段と、
    前記給気ノズルを介して加熱手段の上方に向けて不活性ガスを供給する給気手段と、
    前記基板の上面に吐出された前記低表面張力液体の液膜に向けて不活性ガスを吐出する不活性ガス吐出ノズルと、
    前記給気ノズルによる前記吸引と前記不活性ガスの供給とを選択的に実行するとともに、前記加熱手段昇降手段による前記加熱手段の昇降を行う制御手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、前記リンス液供給手段による前記リンス液の供給、または前記低表面張力液体供給手段による低表面張力液体の供給の際に、前記加熱手段を前記離隔位置に配置して前記加熱手段によって前記基板の下面を加熱しつつ前記給気ノズルによる前記不活性ガスの供給を行い、前記不活性ガス吐出ノズルによる前記基板上面の前記低表面張力液体の液膜に向けた不活性ガスの吐出の際に、前記加熱手段を前記接触位置に上昇させて前記加熱手段によって前記基板の下面を加熱しつつ前記給気ノズルによる前記吸引を行う、基板処理装置。
  3. 前記加熱手段には前記加熱手段の上面に吸着した前記基板を押し上げる押し上げピンユニットが設けられている、請求項１または請求項２記載の基板処理装置。
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