JP6057886B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板を処理する基板処理装置に関する。

従来より、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の製造工程では、多種類の基板処理装置を用いて基板に対して様々な処理が施される。例えば、表面上にレジストのパターンが形成された基板に薬液を供給することにより、基板の表面に対してエッチング等の処理が行われる。また、エッチング処理の終了後、基板上のレジストを除去したり基板を洗浄する処理も行われる。処理によっては、密閉された空間内での処理が求められる場合がある。

特許文献１の基板処理装置では、チャンバ本体と蓋部材とから構成される密閉チャンバを有する。チャンバ本体と蓋部材とは非接触であり、これらの間には液体シール構造が設けられる。蓋部材はチャンバ本体に対して回転可能であり、蓋部材の回転により、密閉空間の容積を小さくしつつ基板上の気流を安定させることができる。

特開２０１１−２１６６０７号公報

ところで、特許文献１の装置では、蓋部材とチャンバ本体との間の境界が基板側から見える状態となっている。そのため、この境界に処理液がが入り込み、固化した処理液がパーティクルの発生源になる虞がある。また、チャンバの高さを低く抑えようとすると、蓋部材とチャンバ本体との境界の位置が低くなり、境界がさらに処理液を浴びる状態となる。さらに、特許文献１の装置では処理液が全てチャンバ内を同様に流れ落ちるため、使用済み処理液の回収に適していない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、チャンバを小さくしつつ、パーティクルの発生の抑制および処理液の回収を実現することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板を処理する基板処理装置であって、チャンバ本体およびチャンバ蓋部を有し、前記チャンバ蓋部が前記チャンバ本体の上部開口に近接または前記上部開口に接するチャンバ閉状態においてチャンバ空間を形成するチャンバと、前記チャンバ蓋部を前記チャンバ本体に対して上下方向に相対的に移動するチャンバ開閉機構と、前記チャンバ閉状態において前記チャンバ空間に位置し、水平状態で基板を保持する基板保持部と、上下方向を向く中心軸を中心として前記基板を前記基板保持部と共に回転する基板回転機構と、前記基板上に処理液を供給する処理液吐出部と、前記チャンバの外側に全周に亘って位置し、前記チャンバの外周に側方空間を形成し、前記チャンバ蓋部が前記チャンバ本体から離間することにより前記基板の周囲に形成される環状開口を介して、回転する前記基板から飛散する処理液を受けるカップ部とを備え、前記チャンバ蓋部の下部が、全周に亘って下方に突出する下方突出部を含み、前記チャンバ閉状態において、前記下方突出部の下端が前記基板保持部に保持される基板よりも下に位置し、かつ、前記下方突出部が前記チャンバ蓋部と前記チャンバ本体との間の隙間または境界の径方向内側を覆い、前記環状開口が形成された状態で、前記カップ部が前記チャンバ蓋部に接することにより、前記チャンバ本体、前記チャンバ蓋部および前記カップ部を含む部位が１つの拡大密閉空間を形成する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置であって、前記チャンバ蓋部が、前記下方突出部の上側に径方向外方に向かって窪む環状凹部を含み、前記チャンバ閉状態において、前記環状凹部が前記基板保持部に保持される基板の側方に位置する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の基板処理装置であって、前記チャンバ本体が、前記下方突出部の径方向外側において全周に亘って上方に突出する上方突出部を含み、前記上方突出部の上端が、上方に向かって尖っている。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記カップ部内の気体を排出する第１排出路と、前記チャンバ内の気体を排出する第２排出路とをさらに備え、前記チャンバ閉状態において前記チャンバ本体と前記チャンバ蓋部とが非接触にて近接し、回転する基板上に処理液が供給される際に、前記第１排出路からの排気が停止される。

請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の基板処理装置であって、前記チャンバ本体が、前記下方突出部の径方向外側において上方に突出する上方突出部を含み、前記チャンバ閉状態において、前記上方突出部の上端が前記チャンバ蓋部に接し、前記上方突出部の上部、または、前記チャンバ蓋部の前記上方突出部の上端と接する部位が、弾性シール部材を含む。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５に記載の基板処理装置であって、前記カップ部を上下方向に移動するカップ部移動機構をさらに備え、前記チャンバ本体の位置が固定されており、基板が前記チャンバ本体と前記チャンバ蓋部との間に搬入される際の前記カップ部の位置が、前記拡大密閉空間が形成される状態の前記カップ部の位置よりも低い。

本発明では、チャンバを小さくしつつ、パーティクルの発生の抑制および処理液の回収が可能である。

基板処理装置の断面図である。 基板処理装置における処理の流れを示す図である。 オープン状態の基板処理装置の断面図である。 第１閉状態の基板処理装置の断面図である。 第２閉状態の基板処理装置の断面図である。 基板処理装置の一部の断面図である。 基板処理装置の一部の他の例の断面図である。 基板処理装置の一部のさらに他の例の断面図である。 基板処理装置の一部のさらに他の例の断面図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る基板処理装置１を示す断面図である。基板処理装置１は、略円板状の半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）に処理液を供給して基板９を１枚ずつ処理する枚葉式の装置である。図１では、基板処理装置１の一部の構成の断面には、平行斜線の付与を省略している（他の断面図においても同様）。

基板処理装置１は、チャンバ１２と、トッププレート１２３と、チャンバ開閉機構１３１と、基板保持部１４と、基板回転機構１５と、液受け部１６と、カバー１７とを備える。カバー１７は、チャンバ１２の上方および側方を覆う。

チャンバ１２は、チャンバ本体１２１と、チャンバ蓋部１２２とを備える。チャンバ１２の内周面は、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心とする略円筒面である。チャンバ本体１２１は、チャンバ底部２１０と、チャンバ側壁部２１４とを備える。チャンバ底部２１０は、略円板状の中央部２１１と、中央部２１１の外縁部から下方へと広がる略円筒状の内側壁部２１２と、内側壁部２１２の下端から径方向外方へと広がる略円環板状の環状底部２１３と、環状底部２１３の外縁部から上方へと広がる略円筒状の外側壁部２１５と、外側壁部２１５の上端部から径方向外方へと広がる略円環板状のベース部２１６とを備える。

チャンバ側壁部２１４は、中心軸Ｊ１を中心とする環状である。チャンバ側壁部２１４は、ベース部２１６上に配置され、チャンバ本体１２１の内周面の一部を形成する。チャンバ側壁部２１４を形成する部材は、後述するように、液受け部１６の一部を兼ねる。以下の説明では、チャンバ側壁部２１４と外側壁部２１５と環状底部２１３と内側壁部２１２と中央部２１１の外縁部とに囲まれた空間を下部環状空間２１７という。

基板保持部１４に基板９が支持された場合、基板９の下面９２は、チャンバ底部２１０の中央部２１１の上面と対向する。以下の説明では、チャンバ底部２１０の中央部２１１を「下面対向部２１１」と呼ぶ。

チャンバ蓋部１２２は中心軸Ｊ１に垂直な略円板状であり、チャンバ１２の上部を含む。チャンバ蓋部１２２は、チャンバ本体１２１の上部開口を閉塞する。図１では、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１から離間した状態を示す。チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１の上部開口を閉じる際には、チャンバ蓋部１２２の外縁部がチャンバ側壁部２１４の上部に近接する。

チャンバ開閉機構１３１は、チャンバ１２の可動部であるチャンバ蓋部１２２を、チャンバ１２の他の部位であるチャンバ本体１２１に対して上下方向に相対的に移動する。本実施の形態では、チャンバ本体１２１の位置は固定されており、チャンバ開閉機構１３１は、チャンバ蓋部１２２を昇降する蓋部昇降機構である。チャンバ蓋部１２２が上下方向に移動する際には、トッププレート１２３もチャンバ蓋部１２２と共に上下方向に移動する。チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１に近接して上部開口が閉じられることにより、チャンバ１２内にチャンバ空間１２０（図５参照）が形成される。換言すれば、チャンバ蓋部１２２とチャンバ本体１２１とが近接することより、チャンバ空間１２０が実質的に閉じられた状態となる。

なお、後述するように、チャンバ蓋部１２２とチャンバ本体１２１とが接することにより上部開口が閉じられてもよい。この場合、チャンバ蓋部１２２によりチャンバ本体１２１の上部開口が閉じられることより、チャンバ空間１２０は密閉状態となる。以下、チャンバ蓋部１２２が上部開口に近接または接してチャンバ空間１２０が形成される状態を「チャンバ閉状態」という。

基板保持部１４は、基板９を水平状態で保持する。すなわち、基板９は、上面９１を中心軸Ｊ１に垂直に上側を向く状態で基板保持部１４により保持される。チャンバ閉状態においては、基板９はチャンバ空間１２０に位置する。基板保持部１４は、基板９の外縁部（すなわち、外周縁を含む外周縁近傍の部位）を下側から支持する上述の基板支持部１４１と、基板支持部１４１に支持された基板９の外縁部を上側から押さえる基板押さえ部１４２とを備える。基板支持部１４１は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環板状の支持部ベース４１３と、支持部ベース４１３の上面に固定される複数の第１接触部４１１とを備える。基板押さえ部１４２は、トッププレート１２３の下面に固定される複数の第２接触部４２１を備える。複数の第２接触部４２１の周方向の位置は、実際には、複数の第１接触部４１１の周方向の位置と異なる。

トッププレート１２３は、中心軸Ｊ１に垂直な略円板状である。トッププレート１２３は、チャンバ蓋部１２２の下方、かつ、基板支持部１４１の上方に配置される。トッププレート１２３は中央に開口を有する。基板９が基板支持部１４１に支持されると、基板９の上面９１は、中心軸Ｊ１に垂直なトッププレート１２３の下面と対向する。トッププレート１２３の直径は、基板９の直径よりも大きく、トッププレート１２３の外周縁は、基板９の外周縁よりも全周に亘って径方向外側に位置する。

図１に示す状態において、トッププレート１２３は、チャンバ蓋部１２２により吊り下げられるように支持される。チャンバ蓋部１２２は、中央部に略環状のプレート保持部２２２を有する。プレート保持部２２２は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状の筒部２２３と、中心軸Ｊ１を中心とする略円板状のフランジ部２２４とを備える。フランジ部２２４は、筒部２２３の下端から径方向内方へと広がる。

トッププレート１２３は、環状の被保持部２３７を備える。被保持部２３７は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状の筒部２３８と、中心軸Ｊ１を中心とする略円板状のフランジ部２３９とを備える。筒部２３８は、トッププレート１２３の上面から上方に広がる。フランジ部２３９は、筒部２３８の上端から径方向外方へと広がる。筒部２３８は、プレート保持部２２２の筒部２２３の径方向内側に位置する。フランジ部２３９は、プレート保持部２２２のフランジ部２２４の上方に位置し、フランジ部２２４と上下方向に対向する。被保持部２３７のフランジ部２３９の下面が、プレート保持部２２２のフランジ部２２４の上面に接することにより、トッププレート１２３が、チャンバ蓋部１２２から吊り下がるようにチャンバ蓋部１２２に取り付けられる。

基板回転機構１５は、いわゆる中空モータである。基板回転機構１５は、中心軸Ｊ１を中心とする環状のステータ部１５１と、環状のロータ部１５２とを備える。ロータ部１５２は、略円環状の永久磁石を含む。永久磁石の表面は、ＰＴＦＥ樹脂にてモールドされる。ロータ部１５２は下部環状空間２１７内に配置される。ロータ部１５２の上部には、接続部材を介して基板支持部１４１の支持部ベース４１３が取り付けられる。支持部ベース４１３は、ロータ部１５２の上方に位置する。

ステータ部１５１は、チャンバ１２外においてロータ部１５２の径方向外側に配置される。本実施の形態では、ステータ部１５１は、チャンバ底部２１０の外側壁部２１５およびベース部２１６に固定され、液受け部１６の下方に位置する。ステータ部１５１は、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に配列された複数のコイルを含む。

ステータ部１５１に電流が供給されることにより、ステータ部１５１とロータ部１５２との間に、中心軸Ｊ１を中心とする回転力が発生する。これにより、ロータ部１５２が、中心軸Ｊ１を中心として水平状態で回転する。ステータ部１５１とロータ部１５２との間に働く磁力により、ロータ部１５２は、チャンバ１２内において直接的にも間接的にもチャンバ１２に接触することなく浮遊し、中心軸Ｊ１を中心として基板９を基板支持部１４１と共に浮遊状態にて回転する。

液受け部１６は、カップ部１６１と、カップ部移動機構１６２と、カップ対向部１６３とを備える。カップ部１６１は中心軸Ｊ１を中心とする環状であり、チャンバ１２の径方向外側に全周に亘って位置する。カップ部移動機構１６２はカップ部１６１を上下方向に移動する。カップ部移動機構１６２は、カップ部１６１の径方向外側に配置される。カップ部移動機構１６２は、上述のチャンバ開閉機構１３１と周方向に異なる位置に位置する。カップ対向部１６３は、カップ部１６１の下方に位置し、カップ部１６１と上下方向に対向する。カップ対向部１６３は、チャンバ側壁部２１４を形成する部材の一部である。カップ対向部１６３は、チャンバ側壁部２１４の径方向外側に位置する環状の液受け凹部１６５を有する。

カップ部１６１は、側壁部６１１と、上面部６１２と、ベローズ６１７とを備える。側壁部６１１は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状である。上面部６１２は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環板状であり、側壁部６１１の上端部から径方向内方および径方向外方へと広がる。カップ部１６１が下降すると、側壁部６１１の下部は液受け凹部１６５内に位置する。

ベローズ６１７は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状であり、上下方向に伸縮可能である。ベローズ６１７は、側壁部６１１の径方向外側において全周に亘って設けられる。ベローズ６１７は、気体や液体を通過させない材料にて形成される。ベローズ６１７の上端部は、上面部６１２の外縁部の下面に全周に亘って接続される。換言すれば、ベローズ６１７の上端部は、上面部６１２を介して側壁部６１１に間接的に接続される。ベローズ６１７と上面部６１２との接続部はシールされており、気体や液体の通過が防止される。ベローズ６１７の下端部は、カップ対向部１６３を介してチャンバ本体１２１に間接的に接続される。ベローズ６１７の下端部とカップ対向部１６３との接続部でも、気体や液体の通過が防止される。

チャンバ蓋部１２２の中央には上部ノズル１８１が固定される。上部ノズル１８１は、トッププレート１２３の中央の開口に挿入可能である。上部ノズル１８１は中央に複数の液吐出口を有し、その周囲にガス噴出口を有する。複数の液吐出口からは互いに異なる種類の処理液が吐出される。上部ノズル１８１は、基板９上に処理液を供給する処理液吐出部でもあり、基板９上にガスを供給するガス噴出部でもある。なお、チャンバ１２内において、処理液を基板９上に吐出する吐出ヘッドがスキャンするスキャンノズルが設けられてもよい。チャンバ底部２１０の下面対向部２１１の中央には、下部ノズル１８２が取り付けられる。上部ノズル１８１および下部ノズル１８２の設置位置は必ずしも中央部分に限らず、例えば基板９の外縁部に対向する位置であってもよい。

液受け部１６の液受け凹部１６５には第１排出路１９１が接続される。第１排出路１９１は、気液分離部に接続される。チャンバ底部２１０の下部環状空間２１７には第２排出路１９２が接続される。第２排出路１９２は他の気液分離部に接続される。チャンバ開閉機構１３１、基板回転機構１５およびカップ部移動機構１６２の動作、並びに、ノズルや排出路における液体や気体の流れは、図示省略の制御部により制御される。

上部ノズル１８１は、弁を介して薬液供給部に接続される。上部ノズル１８１を介して基板９上に供給される薬液は、例えば、フッ酸や水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液等のエッチング液である。上部ノズル１８１は、弁を介してＩＰＡ供給部および純水供給部にも接続される。上部ノズル１８１は、基板９に純水（ＤＩＷ：deionized water）およびイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を供給する。下部ノズル１８２は弁を介して純水供給部に接続される。下部ノズル１８２により、基板９の下面に純水が供給される。基板処理装置１では、処理液である上記薬液、純水およびＩＰＡ以外の処理液を供給する処理液供給部が設けられてもよい。

上部ノズル１８１は弁を介して不活性ガス供給部にも接続される。上部ノズル１８１を介してチャンバ１２内に不活性ガスが供給される。本実施の形態では、不活性ガスとして窒素（Ｎ_２）ガスが利用されるが、窒素ガス以外のガスが利用されてもよい。

図１に示すように、トッププレート１２３の外縁部の下面には、複数の第１係合部２４１が周方向に配列され、支持部ベース４１３の上面には、複数の第２係合部２４２が周方向に配列される。実際には、第１係合部２４１および第２係合部２４２は、基板支持部１４１の複数の第１接触部４１１、および、基板押さえ部１４２の複数の第２接触部４２１とは、周方向において異なる位置に配置される。これらの係合部は３組以上設けられることが好ましく、本実施の形態では４組設けられる。第１係合部２４１の下部には上方に向かって窪む凹部が設けられる。第２係合部２４２は支持部ベース４１３から上方に向かって突出する。

図２は、基板処理装置１における基板９の処理の流れを示す図である。基板処理装置１では、図３に示すように、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１から離間して上方に位置し、カップ部１６１がチャンバ蓋部１２２から離間して下方に位置する状態にて、基板９が外部の搬送機構によりチャンバ１２内に搬入され、基板支持部１４１により下側から支持される（ステップＳ１１）。以下、図３に示すチャンバ１２およびカップ部１６１の状態を「オープン状態」と呼ぶ。チャンバ蓋部１２２とチャンバ側壁部２１４との間の開口は、中心軸Ｊ１を中心とする環状であり、以下、「環状開口８１」という。換言すれば、基板処理装置１では、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１から離間することにより、基板９の周囲（すなわち、径方向外側）に環状開口８１が形成される。ステップＳ１１では、基板９は環状開口８１を介して搬入される。

基板９が搬入されると、カップ部移動機構１６２により、カップ部１６１が、図３に示す位置から図４に示す位置まで上昇し、環状開口８１の径方向外側に全周に亘って位置する。以下の説明では、図４に示すチャンバ１２およびカップ部１６１の状態を「第１閉状態」という（図１の状態も同様）。また、図４に示すカップ部１６１の位置を「液受け位置」といい、図３に示すカップ部１６１の位置を「退避位置」という。カップ部移動機構１６２は、カップ部１６１を、環状開口８１の径方向外側の液受け位置と、液受け位置よりも下方の退避位置との間で上下方向に移動する。

液受け位置に位置するカップ部１６１では、側壁部６１１が、環状開口８１と径方向に対向する。また、上面部６１２の内縁部の上面が、チャンバ蓋部１２２の外縁部下端のリップシール２３２に全周に亘って接する。これにより、チャンバ蓋部１２２とカップ部１６１の上面部６１２との間には、気体や液体の通過を防止するシール部が形成される。環状開口８１が形成された状態でカップ部１６１が液受け位置に位置することにより、チャンバ本体１２１、チャンバ蓋部１２２、カップ部１６１およびカップ対向部１６３により囲まれる密閉された空間（以下、「拡大密閉空間１００」という。）が形成される。拡大密閉空間１００は、チャンバ蓋部１２２とチャンバ本体１２１との間の空間、すなわち、上下方向に拡大されたチャンバ空間１２０と、カップ部１６１とカップ対向部１６３とに囲まれる側方空間１６０とが、環状開口８１を介して連通することにより形成された１つの空間である。拡大密閉空間１００は、チャンバ本体１２１、チャンバ蓋部１２２およびカップ部１６１を含む部位により形成されるのであれば、他の部位も利用して形成されてよい。

続いて、基板回転機構１５により一定の回転数（比較的低い回転数であり、以下、「定常回転数」という。）での基板９の回転が開始される。さらに、上部ノズル１８１から拡大密閉空間１００への不活性ガス（ここでは、窒素ガス）の供給が開始されるとともに、第１排出路１９１からの拡大密閉空間１００内のガスの排出が開始される。これにより、所定時間経過後に、拡大密閉空間１００が、不活性ガスが充填された不活性ガス充填状態（すなわち、酸素濃度が低い低酸素雰囲気）となる。なお、拡大密閉空間１００への不活性ガスの供給、および、拡大密閉空間１００内のガスの排出は、図３に示すオープン状態から行われていてもよい。

次に、薬液供給部から上部ノズル１８１に薬液が供給され、基板９の上面９１に向かって薬液が吐出される（ステップＳ１２）。薬液は、基板９の回転により外周部へと拡がり、上面９１全体が薬液により被覆される。上面９１には薬液によるエッチングが行われる。なお、チャンバ１２にヒータを設け、薬液供給時に基板９が加熱されてもよい。

拡大密閉空間１００では、回転する基板９の上面９１から飛散する薬液が、環状開口８１を介してカップ部１６１にて受けられ、液受け凹部１６５へと導かれる。液受け凹部１６５へと導かれた薬液は、第１排出路１９１を介して気液分離部に流入する。気液分離部にて回収された薬液は、フィルタ等を介して不純物等が除去された後、再利用される。

薬液の供給開始から所定時間（例えば、６０〜１２０秒）経過すると、薬液の供給が停止される。続いて、基板回転機構１５により、所定時間（例えば、１〜３秒）だけ基板９の回転数が定常回転数よりも高くされ、基板９から薬液が除去される。

チャンバ蓋部１２２およびカップ部１６１は、接した状態を維持しつつ下方へと移動する。そして、図５に示すように、チャンバ蓋部１２２の外縁部下端とチャンバ側壁部２１４の上部とが僅かな隙間を空けて近接する。これにより、環状開口８１は実質的に閉じられ、チャンバ空間１２０が、側方空間１６０と隔絶される。カップ部１６１は、図３と同様に、退避位置に位置する。以下、図５に示すチャンバ１２およびカップ部１６１の状態を「第２閉状態」という。第２閉状態では、基板９は、チャンバ１２の内壁と直接対向し、これらの間に他の液受け部は存在しない。第２閉状態では、チャンバ１２はチャンバ閉状態である。

第２閉状態では、基板押さえ部１４２の複数の第２接触部４２１が基板９の外縁部に接触する。トッププレート１２３の下面、および、基板支持部１４１の支持部ベース４１３上には、上下方向にて対向する複数対の磁石（図示省略）が設けられる。以下、各対の磁石を「磁石対」ともいう。基板処理装置１では、複数の磁石対が、周方向において第１接触部４１１、第２接触部４２１、第１係合部２４１および第２係合部２４２とは異なる位置に、等角度間隔にて配置される。基板押さえ部１４２が基板９に接触している状態では、磁石対の間に働く磁力（引力）により、トッププレート１２３に下向きの力が働く。

基板処理装置１では、基板押さえ部１４２が、トッププレート１２３の自重、および、磁石対の磁力により基板９を基板支持部１４１へと押圧することにより、基板９を基板押さえ部１４２と基板支持部１４１とで上下から挟んで強固に保持することができる。

第２閉状態では、被保持部２３７のフランジ部２３９が、プレート保持部２２２のフランジ部２２４の上方に離間しており、プレート保持部２２２と被保持部２３７とは接触しない。換言すれば、プレート保持部２２２によるトッププレート１２３の保持が解除されている。このため、トッププレート１２３は、チャンバ蓋部１２２から独立して、基板保持部１４および基板保持部１４に保持された基板９と共に、基板回転機構１５により回転する。

また、第２閉状態では、第１係合部２４１の下部の凹部に第２係合部２４２が嵌る。これにより、トッププレート１２３は、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において基板支持部１４１の支持部ベース４１３と係合する。換言すれば、第１係合部２４１および第２係合部２４２は、トッププレート１２３の基板支持部１４１に対する回転方向における相対位置を固定する位置固定部材である。チャンバ蓋部１２２が下降する際には、第１係合部２４１と第２係合部２４２とが嵌り合うように、基板回転機構１５により支持部ベース４１３の回転位置が制御される。

チャンバ空間１２０および側方空間１６０がそれぞれ独立すると、第１排出路１９１からのガスの排出が停止されるとともに、第２排出路１９２からのチャンバ空間１２０内のガスの排出が開始される。そして、リンス液または洗浄液である純水の基板９への供給が、純水供給部により開始される（ステップＳ１３）。

純水供給部からの純水は、上部ノズル１８１および下部ノズル１８２から吐出されて基板９の上面９１および下面９２の中央部に連続的に供給される。純水は、基板９の回転により上面９１および下面９２の外周部へと拡がり、基板９の外周縁から外側へと飛散する。基板９から飛散する純水は、チャンバ蓋部１２２の内壁にて受けられ、第２排出路１９２および気液分離部を介して廃棄される（後述する基板９の乾燥処理においても同様）。これにより、基板９の上面９１のリンス処理および下面９２の洗浄処理と共に、チャンバ１２内の洗浄も実質的に行われる。

純水の供給開始から所定時間経過すると、純水の供給が停止される。そして、チャンバ空間１２０内において、基板９の回転数が定常回転数よりも十分に高くされる。これにより、純水が基板９上から除去され、基板９の乾燥処理が行われる（ステップＳ１４）。基板９の乾燥開始から所定時間経過すると、基板９の回転が停止する。

その後、チャンバ蓋部１２２とトッププレート１２３が上昇して、図３に示すように、チャンバ１２がオープン状態となる。ステップＳ１４では、トッププレート１２３が基板支持部１４１と共に回転するため、トッププレート１２３の下面に液体はほとんど残存せず、チャンバ蓋部１２２の上昇時にトッププレート１２３から液体が基板９上に落下することはない。基板９は外部の搬送機構によりチャンバ１２から搬出される（ステップＳ１５）。なお、純水の基板９への供給後、基板９の乾燥前に、ＩＰＡ供給部から基板９上にＩＰＡを供給して基板９上において純水がＩＰＡに置換されてもよい。

図４に示すように、基板処理装置１では、チャンバ１２の外周に側方空間１６０を形成するカップ部１６１が設けられ、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１から離間した状態、すなわち、環状開口８１が形成された状態で、カップ部１６１がチャンバ蓋部１２２に接することにより、拡大されたチャンバ空間１２０および側方空間１６０が１つの拡大密閉空間１００となる。さらに、図４に示す第１閉状態から図５に示す第２閉状態へと変更する際に、チャンバ蓋部１２２とカップ部１６１とが接したまま下降する。これにより、基板９の処理中に内部空間を開放することなく、チャンバ空間１２０と側方空間１６０を分離することができる。

図６は、第２閉状態におけるチャンバ本体１２１とチャンバ蓋部１２２との間の境界近傍を示す図である。チャンバ蓋部１２２の内周部の下部は、下方に向かって突出する下方突出部３１を有する。下方突出部３１は、全周に亘って存在する環状である。下方突出部３１は、およそ下方に突出するのであれば、重力方向に対して傾斜してもよい。また、チャンバ蓋部１２２における下方突出部３１の位置は、チャンバ蓋部１２２の内周部には限定されない。チャンバ閉状態において、下方突出部３１の下端は、基板保持部１４に保持される基板９よりも下に位置する。

チャンバ蓋部１２２の内周面は、下方突出部３１の上側に、径方向外方に向かって窪む環状凹部３３を含む。チャンバ閉状態では、環状凹部３３は、基板保持部１４に保持される基板９の側方に位置する。そのため、基板９から飛散する処理液は、環状凹部３３にて受けられ、その後、チャンバ蓋部１２２の内周面を下方へと流れて下方突出部３１の先端から落下する。環状凹部３３が設けられることにより、基板９から飛散する処理液の飛翔距離を大きくすることができ、飛沫の基板９への跳ね返りを抑制することができる。液体が滑らかに流れるように、環状凹部３３は曲面であることが好ましい。

基板処理装置１では、チャンバ蓋部１２２の内周面にて飛散する処理液を受けるため、チャンバ蓋部１２２の位置を基板９に対して低くすることができ、上下方向に関してチャンバ１２を小さくすることができる。加えて、既述のように、チャンバ１２の外に位置するカップ部１６１を利用することにより、チャンバ１２の小型化と共に処理液の分離回収が実現される。なお、チャンバ閉状態でチャンバ１２内を流れ落ちる処理液が回収され、第２閉状態でカップ部１６１にて受けられる処理液が廃棄されてもよい。双方の処理液が回収されてもよい。

基板処理装置１では、基板９がチャンバ本体１２１とチャンバ蓋部１２２との間に搬入される際の図３に示すカップ部１６１の位置は、拡大密閉空間１００が形成される状態の図４に示すカップ部１６１の位置よりも低い。そのため、基板９を搬入する際に、チャンバ蓋部１２２の上昇を最小限に抑えることができる。その結果、基板処理装置１の設置に必要な空間の上下方向の大きさを小さく抑えることができる。

図６に示すように、チャンバ本体１２１は、上方に向かって突出する上方突出部３２を含む。上方突出部３２は、チャンバ側壁部２１４の上端に設けられ、下方突出部３１の径方向外側において全周に亘って存在する。上方突出部３２の上端は、上方に向かって尖っている。上方突出部３２の上端の位置は、下方突出部３１の下端の位置よりも上に位置する。既述のように、チャンバ閉状態では、チャンバ本体１２１とチャンバ蓋部１２２とは非接触にて近接する。下方突出部３１と上方突出部３２との間には、僅かな隙間８２が形成される。隙間８２は、径方向外方に向かって上方へと向かう。

下方突出部３１の下端と、チャンバ側壁部２１４の内周面とは、径方向に十分に離れている。これにより、環状凹部３３から下方突出部３１の下端に到達した処理液は、隙間８２に入り込むことなく落下する。好ましくは、下方突出部３１は、チャンバ本体１２１の内周面よりも径方向内方に迫り出している。

また、下方突出部３１は、チャンバ閉状態において、隙間８２の径方向内側を覆う。これによっても、飛散する処理液が直接的に隙間８２に到達して入り込むことが防止される。処理液の隙間８２への進入を防止することにより、固化した処理液がパーティクルの発生原になることが防止される。なお、下方突出部３１は、基板９から見て隙間８２の径方向内側を覆えばよく、中心軸Ｊ１に垂直な方向から見た場合に、隙間８２の開口は露出していてもよい。

隙間８２が存在するため、チャンバ閉状態では、回転する基板９上に処理液が供給される際に、図５に示す第１排出路１９１からのカップ部１６１内の気体の排出が停止される。第２排出路１９２からのチャンバ本体１２１内の気体および処理液の排出は、原則として行われる。これにより、処理液の隙間８２への進入をより確実に抑制することができる。なお、下方突出部３１の上端が、上方に向かって尖っているため、万一、隙間８２に処理液が進入したとしても、処理液の付着量を低減することができる。

チャンバ蓋部１２２とカップ部１６１とがリップシール２３２を介して接する状態では、上面部６１２の内周部の下面の位置は、下方突出部３１の下端の位置よりも上である。これにより、図４に示す第１閉状態では、薬液がチャンバ蓋部１２２とカップ部１６１の間に付着する可能性を低減することができる。

図７は、チャンバ蓋部１２２の下部の他の例を示す図である。図７では、チャンバ蓋部１２２の下部は、もう１つの下方突出部３１ａを有する。以下、この下方突出部３１ａを「追加下方突出部３１ａ」を呼ぶ。チャンバ蓋部１２２の他の部位の構造は図６と同様である。追加下方突出部３１ａは、上方突出部３２の径方向外側に位置し、全周に亘って下方へと突出する。追加下方突出部３１ａの下端の位置は、上方突出部３２の上端の位置よりも下である。下方突出部３１、上方突出部３２および追加下方突出部３１ａにより、隙間８２は形成される。これにより、隙間８２は、径方向外方に向かって一旦上方に向かった後、下方へと向かう。

隙間８２がより複雑なラビリンス構造となることにより、処理液の非常に微細な液滴がチャンバ空間１２０の外部へと移動することがより抑制される。

図８は、上方突出部３２の他の例を示す図である。図８の上方突出部３２の上端は、チャンバ閉状態において、チャンバ蓋部１２２の下部に接する。換言すれば、チャンバ閉状態においてチャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１の上部開口に接する。これにより、チャンバ空間１２０は密閉空間となる。したがって、基板９の処理中にチャンバ空間１２０を減圧することが可能である。例えば、基板９の乾燥処理は、大気圧よりも低い減圧雰囲気にて行われてもよい。

チャンバ空間１２０の密閉を実現するために、上方突出部３２の上部は、樹脂により成形された弾性シール部材３５を含む。図９に示すように、チャンバ蓋部１２２の上方突出部３２の上端と接する部位が、弾性シール部材３５を含んでもよい。

図８および図９において、チャンバ本体１２１およびチャンバ蓋部１２２の他の部位の構造は、図６と同様である。チャンバ閉状態において、下方突出部３１は、チャンバ蓋部１２２とチャンバ本体１２１との間の境界８３の径方向内側を覆う。これにより、チャンバ１２を小さくしつつ、パーティクルの発生の抑制および処理液の回収を実現することができる。

上記基板処理装置１では、様々な変更が可能である。

例えば、環状凹部３３は省かれてもよい。上方突出部３２も存在しなくてもよい。下方突出部３１および上方突出部３２等により形成されるラビリンス構造は、より複雑なものであってもよい。

基板処理装置１により実行される処理は、上記実施の形態に示したものには限定されない。基板処理装置１では、チャンバ空間１２０が密閉可能な場合、チャンバ空間１２０にガスを供給して加圧する加圧部が設けられてもよい。

チャンバ開閉機構１３１は、必ずしもチャンバ蓋部１２２を上下方向に移動する必要はなく、チャンバ蓋部１２２が固定された状態で、チャンバ本体１２１を上下方向に移動してもよい。チャンバ１２は、必ずしも略円筒状には限定されず、様々な形状であってよい。

基板回転機構１５のステータ部１５１およびロータ部１５２の形状および構造は、様々に変更されてよい。ロータ部１５２は、必ずしも浮遊状態にて回転する必要はなく、チャンバ１２内にロータ部１５２を機械的に支持するガイド等の構造が設けられ、当該ガイドに沿ってロータ部１５２が回転してもよい。基板回転機構１５は、必ずしも中空モータである必要はなく、軸回転型のモータが基板回転機構として利用されてもよい。

基板処理装置１では、カップ部１６１の上面部６１２以外の部位、例えば、側壁部６１１が、チャンバ蓋部１２２に接することにより、拡大密閉空間１００が形成されてもよい。液受け部１６の構造は適宜変更されてよい。例えば、カップ部１６１の内側に他のカップ部が設けられてもよい。

上部ノズル１８１、下部ノズル１８２の形状は、突出する形状には限定されない。処理液を吐出する吐出口を有する部位であれば全て本実施の形態の吐出部の概念に含まれる。

基板処理装置１では、半導体基板以外に、液晶表示装置、プラズマディスプレイ、ＦＥＤ（field emission display）等の表示装置に使用されるガラス基板の処理に利用されてもよい。あるいは、基板処理装置１は、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、セラミック基板および太陽電池用基板等の処理に利用されてもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ 基板処理装置
９ 基板
１２ チャンバ
１４ 基板保持部
１５ 基板回転機構
３１ 下方突出部
３２ 上方突出部
３３ 環状凹部
３５ 弾性シール部材
８１ 環状開口
８２ 隙間
８３ 境界
１００ 拡大密閉空間
１２０ チャンバ空間
１２１ チャンバ本体
１２２ チャンバ蓋部
１３１ チャンバ開閉機構
１６０ 側方空間
１６１ カップ部
１６２ カップ部移動機構
１８１ 上部ノズル（処理液吐出部）
１９１ 第１排出路
１９２ 第２排出路
Ｊ１ 中心軸

Claims (6)

1. 基板を処理する基板処理装置であって、
   チャンバ本体およびチャンバ蓋部を有し、前記チャンバ蓋部が前記チャンバ本体の上部開口に近接または前記上部開口に接するチャンバ閉状態においてチャンバ空間を形成するチャンバと、
   前記チャンバ蓋部を前記チャンバ本体に対して上下方向に相対的に移動するチャンバ開閉機構と、
   前記チャンバ閉状態において前記チャンバ空間に位置し、水平状態で基板を保持する基板保持部と、
   上下方向を向く中心軸を中心として前記基板を前記基板保持部と共に回転する基板回転機構と、
   前記基板上に処理液を供給する処理液吐出部と、
   前記チャンバの外側に全周に亘って位置し、前記チャンバの外周に側方空間を形成し、前記チャンバ蓋部が前記チャンバ本体から離間することにより前記基板の周囲に形成される環状開口を介して、回転する前記基板から飛散する処理液を受けるカップ部と、
   を備え、
   前記チャンバ蓋部の下部が、全周に亘って下方に突出する下方突出部を含み、
   前記チャンバ閉状態において、前記下方突出部の下端が前記基板保持部に保持される基板よりも下に位置し、かつ、前記下方突出部が前記チャンバ蓋部と前記チャンバ本体との間の隙間または境界の径方向内側を覆い、
   前記環状開口が形成された状態で、前記カップ部が前記チャンバ蓋部に接することにより、前記チャンバ本体、前記チャンバ蓋部および前記カップ部を含む部位が１つの拡大密閉空間を形成することを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記チャンバ蓋部が、前記下方突出部の上側に径方向外方に向かって窪む環状凹部を含み、
   前記チャンバ閉状態において、前記環状凹部が前記基板保持部に保持される基板の側方に位置することを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または２に記載の基板処理装置であって、
   前記チャンバ本体が、前記下方突出部の径方向外側において全周に亘って上方に突出する上方突出部を含み、
   前記上方突出部の上端が、上方に向かって尖っていることを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記カップ部内の気体を排出する第１排出路と、
   前記チャンバ内の気体を排出する第２排出路と、
   をさらに備え、
   前記チャンバ閉状態において前記チャンバ本体と前記チャンバ蓋部とが非接触にて近接し、回転する基板上に処理液が供給される際に、前記第１排出路からの排気が停止されることを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項１または２に記載の基板処理装置であって、
   前記チャンバ本体が、前記下方突出部の径方向外側において上方に突出する上方突出部を含み、
   前記チャンバ閉状態において、前記上方突出部の上端が前記チャンバ蓋部に接し、
   前記上方突出部の上部、または、前記チャンバ蓋部の前記上方突出部の上端と接する部位が、弾性シール部材を含むことを特徴とする基板処理装置。
6. 請求項１ないし５に記載の基板処理装置であって、
   前記カップ部を上下方向に移動するカップ部移動機構をさらに備え、
   前記チャンバ本体の位置が固定されており、
   基板が前記チャンバ本体と前記チャンバ蓋部との間に搬入される際の前記カップ部の位置が、前記拡大密閉空間が形成される状態の前記カップ部の位置よりも低いことを特徴とする基板処理装置。

Images