JP2006245022A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に処理を施す基板処理装置において基板上の処理のむらを抑制する。
【解決手段】基板処理装置１では、基板９を保持しつつ回転する回転部５１の環状面５１ａに対向して環状のカバー部６１が設けられ、カバー部６１の外周に沿ってカバー部６１に接続されるダクト本体６３により、カバー部６１の外周に沿ってカバー部６１と環状面５１ａとの間の間隙６２に連通する排気路６４が形成される。排気路６４の断面積は回転部５１の回転方向に沿って漸次増大し、これにより、基板処理装置１では、間隙６２における空気の流入速度のばらつきを緩和することができ、基板９上の処理のむらを抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に処理を施す基板処理装置に関する。

従来より、半導体基板やガラス基板（以下、「基板」という。）を回転させながら基板に様々な処理液を供給して基板に処理を施す基板処理装置が使用されている。例えば、円環状の固定部と円環状の回転部とを有する環状のモータを設け、保持部である回転部と共に基板を回転しつつ基板に処理を施す薄型化された基板処理装置が提案されている（このような基板処理装置として、例えば特許文献１参照。）。

なお、特許文献２の基板処理装置では、基板保持部が内部に配置されるとともに底面に排気口が形成される排気カップを設け、排気カップの内側面に基板の回転方向に向かって下方に傾斜しつつ下端部にて排気口を覆うカバーを形成することにより、排気カップ内の排気効率を向上する技術が開示されている。また、特許文献３の基板処理装置では、第１排気経路へと接続するとともに基板保持部が内部に配置される排気カップを設け、排気カップの周囲に、第２排気経路へと接続する環状の開口部をさらに設けることにより、基板処理装置における排気能力を向上する技術が開示されている。
特開２００３−１１１３５２号公報 特開２０００−１５０４５２号公報 特開平１０−１５１４０１号公報

ところで、近年、処理される基板の大型化が進められているが、大型の基板では、基板上に施される処理のむらも大きくなる。基板上において洗浄や乾燥等の処理の均一化を図るには、基板処理装置において基板の外周からおよそ均一に排気を行う必要がある。基板に処理液を付与する処理では、基板の中心からおよそ放射状に均一に処理液を除去（排液）するとともに均一な排気が極めて重要となる。しかしながら、大型の基板の場合には、底面に排気口が形成されたカップからの排気では排気の周方向の均一性が低下してしまう。また、大型の基板を処理する装置にカップを設けると装置が水平方向および下方向に大きくなってしまう。特に、特許文献１に記載の環状のモータを有する装置にカップを設けると環状のモータによる装置の小型化が無意味なものとなってしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板処理装置において基板の外周からの排気のばらつきを緩和して基板上の処理のむらを抑制することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板処理装置であって、基板を保持する保持部と、前記保持部に保持される基板の主面に垂直な所定の中心軸を中心に前記保持部を回転する回転機構と、前記回転機構により回転する前記保持部および基板を含む回転体の外縁部において、前記中心軸に垂直であって前記中心軸を中心とする前記回転体上の環状の領域と対向する環状のカバー部と、前記カバー部の外周に沿って前記カバー部と前記環状の領域との間の間隙に連通するとともに、前記保持部の回転方向に沿って断面積が漸次増大する排気路とを備える。

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、前記保持部の外縁部が前記保持部に保持される基板の外側に位置し、前記環状の領域が前記保持部上の領域である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の基板処理装置であって、前記保持部が、環状のモータにおいて環状固定部に組み合わされる環状回転部の一部であり、前記回転機構が前記モータの駆動機構である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の基板処理装置であって、前記環状固定部に対する前記環状回転部の回転をガイドするガイド機構が、前記環状固定部と前記環状回転部との間にガスを供給する供給路を備え、前記環状固定部と前記環状回転部との間の間隙から噴出するガスの補助流路が、前記モータの外周に沿って前記排気路と平行に設けられ、前記モータの外周に沿って設けられたダクトを仕切ることにより、前記排気路および前記補助流路が形成されている。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記回転体の外周に沿って前記保持部の回転方向へと前記排気路の始点から前記外周上の他の位置に向かう距離と、前記他の位置における前記排気路の断面積とが比例する。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記排気路において、前記保持部の回転方向に沿って流路の幅および高さが漸次増大する。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の基板処理装置であって、前記排気路の断面の外周が外側に向かって凸であり、前記断面の最も広い幅が最も狭い幅の２倍以下である。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記カバー部が、前記回転体側の面から突出するとともに前記中心軸側から前記回転体の外周に向かって前記保持部の回転方向に傾斜して伸びる複数の整流構造を備える。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記排気路が前記回転体の外周全体に沿って１つのみ設けられる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記保持部に保持される基板の前記カバー部側の主面に処理液を供給する処理液供給部をさらに備え、前記基板の前記主面が前記中心軸方向に関して前記カバー部と前記環状の領域との間に位置し、前記排気路に処理後の処理液が流入する。

本発明によれば、基板処理装置においてカバー部と回転体上の環状の領域との間の間隙における気体の流入速度のばらつきを緩和することができ、基板上の処理のむらを抑制することができる。

また、請求項３の発明では、基板処理装置の小型化を図ることができ、請求項４の発明では、簡単な構造で排気路と補助流路とを設けることができる。

また、請求項５の発明では、カバー部と回転体上の環状の領域との間の間隙における気体の流入速度のばらつきをさらに緩和することができ、請求項６および７の発明では、排気路において気体を効率よく排気することができる。

また、請求項８の発明では、カバー部と回転体との間における気体の流れを安定させることができ、請求項１０の発明では、処理液を利用した基板の処理を適切に行うことができる。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る基板処理装置１の構成を示す図である。本実施の形態における基板処理装置１は、半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）の両主面を洗浄し、基板９に付着したパーティクル等の異物を除去する装置である。

図１に示すように、基板処理装置１は、円板状の基板９の外縁部を保持する基板保持機構２、基板保持機構２にて保持される基板９の一方の主面である下面側に配置され、基板９の下面にドライ物理洗浄を行う第１洗浄機構３、および、基板９を挟んで第１洗浄機構３とは反対側に配置され、基板９の他方の主面である上面に液体を用いるウェット洗浄を行う第２洗浄機構４を備える。ここで、ドライ物理洗浄とは、基板９上に液体（以下、「洗浄液」という。）を供給することなく洗浄するドライ洗浄のうち、化学反応を利用しないものを意味する。

基板保持機構２は、基板９の外縁部に下から当接する円環状の載置リング２１と、載置リング２１上にて基板９の側面に向けて僅かに進退可能な保持ピン２２とを有する。

基板処理装置１は、基板保持機構２を回転することにより基板９を下面および上面に平行な面内にて回転する略円環状のモータ５をさらに備え、モータ５の外縁部には、第２洗浄機構４によるウェット洗浄における使用済みの洗浄液（基板９の上面の洗浄に使用された処理後の洗浄液であり、以下、「洗浄廃液」という。）を基板９の外側から回収するとともに排気を行う排気部６が設けられる。図１中に簡略化して示すように、基板処理装置１は、基板保持機構２、第１洗浄機構３、第２洗浄機構４、モータ５および排気部６を内部に収納するチャンバ１１を備える。なお、チャンバ１１は気密構造とされる必要はない。

本実施の形態では、基板９は、微細なパターンが形成された表側の面を下方に向け、裏側の面を上方に向けて保持される。すなわち、以下の説明では、基板９の上面とは基板９の裏側の面を指し、下面とは基板９の表側の面を指す。

第２洗浄機構４は、基板９の上面に洗浄液を供給する洗浄液供給部４２、洗浄液が供給された基板９の上面に当接し、これをブラシ洗浄する洗浄ブラシ４１を備える。基板処理装置１では、基板保持機構２により基板９の上面が下面側から隔離されて保持されるため、基板９の上面に供給された洗浄液が基板９の下面に回り込むことが防止される。

第１洗浄機構３は、基板９の下面に向けて二酸化炭素（ＣＯ_２）の微粒子を噴出する微粒子噴出機構である噴射ノズル３１、並びに、窒素（Ｎ_２）ガスおよび液体の二酸化炭素を個別に噴射ノズル３１に供給する窒素ガス供給管３２，二酸化炭素供給管３３を備える。噴射ノズル３１の先端は液体二酸化炭素の吐出口とされ、吐出口の周囲には窒素ガスを噴出する噴出口が形成される。噴射ノズル３１に液体二酸化炭素および窒素ガスが供給されると、噴射ノズル３１の吐出口から液体二酸化炭素が吐出され、噴射口から窒素ガスが勢いよく噴射される。そして、吐出時の断熱膨張により凍結した二酸化炭素の微粒子が、キャリアガスである窒素ガスの気流と混合して加速される。このように噴射ノズル３１はいわゆる外部混合型の２流体ノズルとなっている。キャリアガスにて運ばれる固形の二酸化炭素の微粒子は、広がりながら基板９に衝突し、その結果、基板９の下面から有機物等の微小なパーティクルが効率良く除去される。噴射ノズル３１では、液体二酸化炭素および窒素ガスがそれぞれのノズル内の流路に沿って上方に導かれるため、二酸化炭素の微粒子の噴射ノズル３１からの噴射の指向性が高められ、微粒子が基板９に効率良く導かれる。

モータ５は、内側に中空部を有する中空モータであり、鉛直方向を向く中心軸５０を中心として回転するとともに基板９の外縁部に沿って設けられる略円環状の回転部５１、および、回転部５１に組み合わされて回転部５１との間でトルクを発生する略円環状の固定部５２を備える。回転部５１の上面は環状の面（以下、「環状面５１ａ」という。）となっており、基板保持機構２は回転部５１の上部に取り付けられて回転部５１の一部とされる。基板９の外縁部は環状面５１ａ上に位置し、基板９の両主面に垂直な中心軸は中心軸５０と一致する。

回転部５１は、固定部５２の内側面（すなわち、中心軸５０側の側面）、上面および下面を覆うように固定部５２に組み合わされており、固定部５２の上面および下面にそれぞれ対向する２つの環状の導電板５１１を備える。固定部５２は、中心軸５０を中心として略円環状に所定の間隙を設けて多数配置される磁気コア５２１、および、磁気コア５２１の複数の部位にそれぞれ設けられるコイル５２２を備える。磁気コア５２１およびコイル５２２は、導電板５１１と対向して配置されて電機子５２０を構成する。磁気コア５２１は、板状の珪素鋼板チップを多数重ねて形成され、コイル５２２は、エナメル線を磁気コア５２１に巻き付けて形成される。

固定部５２の内部には、ガス（本実施の形態では、窒素ガス）が流れる円環状のガス流路５２３、および、冷却水が流れる円環状の複数の冷却水流路５２４が形成される。ガス流路５２３には、固定部５２の内側面と回転部５１との間の微小な間隙に向けてガスを供給するための多数の微小な開口５２３ａが形成されており、外部のガス供給装置からガス流路５２３に供給されたガスが開口５２３ａから噴射されることにより、固定部５２と回転部５１とが互いに離れるように力が作用する。すなわち、回転部５１がガスを介して固定部５２に支持されて静圧気体軸受機構が構成される。また、固定部５２は環状部材１１２に嵌め込まれて外周側から支持され、環状部材１１２はモータ支持部１１１を介してチャンバ１１の内壁に固定される。なお、基板保持機構２に基板９が保持された状態では、基板９、基板保持機構２、モータ５、環状部材１１２およびモータ支持部１１１により、チャンバ１１の内部空間が基板９の上面側と下面側とに分割される。

モータ５では、複数のコイル５２２に多相交流（例えば、２相交流や３相交流）が順に与えられ、電機子５２０に沿って固定部５２の上面側および下面側に進行磁界が発生する。その結果、電機子５２０の上下に設けられた回転部５１の導電板５１１に渦電流が発生し、リニアモータと同様の原理により回転部５１にトルクが与えられる。すなわち、モータ５では、電機子５２０および導電板５１１によりモータ５の駆動機構が構成される。また、上述のように、固定部５２の内側面と回転部５１との間にガス流路５２３によりガスが供給されて固定部５２に対する回転部５１の回転がガイドされ、回転部５１、基板保持機構２および基板９が１つの回転体として基板９の主面に垂直な中心軸５０を中心に滑らかに回転する。固定部５２では、外部の冷却水供給装置から冷却水流路５２４に冷却水が供給されることにより、複数のコイル５２２にて発生した熱の除去が行われる。

図１に示すように、排気部６は回転部５１の環状面５１ａの上方に配置される同心の環状のカバー部６１を有し、カバー部６１の内側面は下方に向かって径が漸次増大する傾斜面６１０とされる。カバー部６１と環状面５１ａとの間には、全周に亘って一定の高さ（幅）の間隙６２が形成される。なお、図１では間隙６２の幅を実際より広く図示している。カバー部６１の外側には、カバー部６１の外周部に接続しつつ環状部材１１２を覆うようにしてダクト本体６３が設けられる。ダクト本体６３は外周側にて下方へと屈曲して環状部材１１２の外縁部に当接し、ダクト本体６３および環状部材１１２により、基板９の洗浄時に排気および廃液の排出が行われる流路であるダクトがモータ５の外周に沿って形成される。

ダクト本体６３の内部には、回転部５１に向かって突出する環状の仕切り板６３１が取り付けられる。また、回転部５１の上部には、外側に環状に突出する突出部５１２が形成され、仕切り板６３１の内周部および突出部５１２が互いにオーバラップしてラビリンス構造が形成され、ダクトが上側と下側とに仕切られる。これにより、ダクト内において、カバー部６１の外周に沿って間隙６２に連通する上側の排気路６４、および、モータ５の外周に沿って排気路６４と平行に設けられる下側の補助流路６５が簡単な構造にて形成される。補助流路６５は、モータ５の固定部５２と回転部５１との間の間隙から上側へと噴出するガスの排気に利用される。なお、仕切り板６３１および突出部５１２により、後述する洗浄時に排気路６４へと排出される洗浄廃液や空気がモータ５の内部へと流入することが防止される。

図２は回転部５１および排気部６を示す平面図である。また、図３．Ａないし図３．Ｄはそれぞれ図２中の矢印Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄにて示す位置における断面図である。なお、図３．Ａないし図３．Ｄでは、断面の平行斜線の図示を省略している。

ダクト本体６３は、図２中に符号６４１を付して示す排気路６４の始点から回転部５１の回転方向（図２中における時計回り）に沿って半径方向（すなわち、中心軸５０から離れる方向）の幅が漸次増大しており、始点６４１の直前にて最大となって、渦巻き状の排気路６４の終点である開口６４２が設けられる。

詳細には、回転部５１の回転方向に関して始点６４１の下流側極近傍の矢印Ａ−Ａにて示す位置では、図３．Ａに示すように、排気路６４の半径方向の幅は微小となっている。この位置から回転方向の下流側に向かって排気路６４の幅のみが漸次増大し、矢印Ｂ−Ｂにて示す位置では、図３．Ｂに示すように、排気路６４の断面がおよそ正方形となる。そして、この位置から回転方向に沿って排気路６４の幅および高さが同じ割合にて漸次増大し、矢印Ｃ−Ｃにて示す位置では、図３．Ｃに示すように排気路６４のおよそ正方形の断面が図３．Ｂに示すものよりも大きくなり、回転方向に関して開口６４２の上流側極近傍の矢印Ｄ−Ｄにて示す位置では、図３．Ｄに示すように排気路６４のおよそ正方形の断面がさらに大きくなる。正確には、矢印Ｂ−Ｂにて示す位置から回転方向の下流側において、回転部５１の外周に沿って回転方向へと排気路６４の始点６４１から回転部５１の外周上のいずれかの位置に向かう距離と、この位置における排気路６４の断面積とが比例するように回転方向に沿って排気路６４の断面積が漸次増大する。また、排気路６４の断面は、ほぼ正方形（すなわち、ほとんどの部分において断面がおよそ正方形）となっている。なお、実際には開口６４２（および、補助流路６５の開口）には、開口６４２の面積に比べて十分に大きい断面積の排気管（図示省略）が設けられ、排気路６４を介して排出される洗浄廃液や空気が回収される。

また、図３．Ａないし図３．Ｄに示すように、補助流路６５の幅も排気路６４と同様に、次第に大きくなっており、補助流路６５の断面積も回転方向に沿って漸次増大する。さらに、カバー部６１には回転部５１側の面から突出するとともに（図１参照）、図２に示すように中心軸５０側から回転部５１の外周に向かって回転方向に傾斜して伸びる複数の整流板６１１が放射状に設けられる。なお、図１の断面図では整流板６１１の全体を図示しており、図３．Ａないし図３．Ｄでは整流板６１１の図示を省略している。

図１の基板処理装置１により基板９が洗浄される際には、まず、基板９がチャンバ１１内に搬入されて基板保持機構２にて保持され、基板９の上面が中心軸５０に沿う方向に関してカバー部６１と環状面５１ａとの間に配置される。このとき、カバー部６１の内径が基板９の外径よりも大きいため、基板９が回転部５１上に容易に載置される（後述の基板９の取り出しの際においても同様。）。続いて、モータ５により基板９の回転が開始され、第１洗浄機構３において、基板９の下面に対する二酸化炭素の微粒子の噴射、および、噴射ノズル３１の揺動が開始される。第１洗浄機構３では、噴射ノズル３１が微粒子の噴射を継続しつつ基板９の下方にて中心と外周との間で往復移動を繰り返すことにより、基板９の下面（すなわち、基板９の表側の面）に対するドライ物理洗浄が行われる。

また、第２洗浄機構４では、第１洗浄機構３による基板９の下面の洗浄開始と同時に、洗浄液供給部４２による基板９の上面への洗浄液の供給、および、洗浄ブラシ４１による上面の摩擦が開始される。そして、第１洗浄機構３による基板９の下面の洗浄と並行して、洗浄ブラシ４１が基板９の上面のブラシ洗浄を継続しつつ基板９の上方で基板９の中心と外周との間で往復移動を繰り返すことにより、基板９の上面（すなわち、基板９の裏側の面）に対するウェット洗浄が行われる。

基板９の上面が洗浄される間、基板処理装置１では基板９の上面から洗浄廃液の除去が並行して行われる。具体的には、基板９および回転部５１の回転により、基板９の上面上の洗浄廃液が遠心力により基板９の外周へと移動し、カバー部６１と環状面５１ａとの間の間隙６２に流入する。このとき、カバー部６１の内側面が傾斜面６１０とされることにより、洗浄廃液は効率よく間隙６２内へと流れ込む。間隙６２に流入した洗浄廃液は、間隙６２から外側の排気路６４へと流出する。以下の説明において、環状のカバー部６１と環状面５１ａとの間の間隙６２を埋める環状の部材を仮想した場合における当該部材の内側面に相当する面を流入面と呼び、外側面に相当する面を流出面と呼ぶ。

また、基板９および回転部５１上の空気も基板表面の移動および洗浄液の流れに引きずられるように移動しつつ遠心力により外側へと移動し、流入面から間隙６２内へと吸い込まれるようにして流入する。そして、整流板６１１により外側へと滑らかに案内され、流出面から排気路６４へと流出して回収される。これにより、基板９の上方において、基板９の中心へと吹き下ろされた空気が、基板９の上面に沿って外周へと流れて間隙６２内へと吸い込まれることとなる。

ここで、間隙６２を介して排気される空気について考えると、基板処理装置１では、図２の排気路６４の断面積が始点６４１から回転方向に沿って線形に増大するため、単位時間の間において間隙６２から排気路６４へと流出する空気の流出面における単位面積当たりの量（体積）は、始点６４１から終点である開口６４２まで回転方向に沿っておよそ一定となる。したがって、基板９上から間隙６２へと吸い込まれる空気の流入面における単位面積当たりの量もおよそ一定となる。すなわち、間隙６２における空気の流入速度の大きさが流入面の全周に亘ってほぼ一定となり、これにより、基板９上の洗浄廃液の排出における空気の流れの影響も周方向に均一化される。実際には、間隙６２における空気および洗浄廃液の流入には、洗浄ブラシ４１の影響等が生じるが、洗浄工程全体で捉えた場合は、流入面の全周にて排液がおよそ均一化されることとなり、洗浄液を利用した基板９の上面の洗浄処理が適切に行われる。

また、基板保持機構２により基板９の外縁部が保持されるとともに、カバー部６１が基板９の外側に位置する環状面５１ａの外縁部にのみ対向する（すなわち、カバー部６１が基板９に干渉しない）ため、基板９の上面および下面のおよそ全体の洗浄が同時にかつ容易に行われる。さらに、噴射ノズル３１からの微粒子を基板９の下面に衝突させることにより、基板９の下面に形成された微細なパターンを破壊することなく、付着したパーティクルが効率良く除去され、基板９の下面のドライ物理洗浄と並行して、洗浄ブラシ４１の摩擦による強力なウェット洗浄が基板９の上面に対して行われることにより、上面に強固に付着した異物も効率良く除去される。

基板９の上面および下面の洗浄が終了すると、噴射ノズル３１による微粒子の噴射、洗浄液供給部４２による洗浄液の供給、および、洗浄ブラシ４１による基板９の摩擦が停止されるとともに、噴射ノズル３１および洗浄ブラシ４１が基板９の外側へと退避する。

基板処理装置１では、さらに、基板９が継続して回転することにより、基板９の上面および下面が乾燥される。この場合においても、間隙６２への空気の流入速度の大きさが流入面の全周においてほぼ一定とされるため、基板９の上面から洗浄液が均一かつ迅速に除去され、さらに基板９の上面が均一にかつ迅速に乾燥される。

上述のように、基板洗浄装置１では、基板９の下面に対して液体を用いないドライ物理洗浄が行われ、基板９の上面側の洗浄廃液を回収する排気部６が設けられることにより、チャンバ１１の底部に洗浄廃液が溜まることが防止され、洗浄廃液からのミストの発生が防止される。また、チャンバ１１に設けられたフィルタを介してチャンバ１１内部には清浄な空気が供給されており、その結果、乾燥時における基板９への洗浄廃液のミストの付着や異物の再付着が防止され、基板９が清浄な状態を維持したまま乾燥される。そして、基板９の上面が乾燥すると、基板９が回転部５１の環状面５１ａ上から取り出されて、基板９の洗浄処理が終了する。

以上のように、図１の基板処理装置１では、基板９を保持しつつ回転する回転部５１の環状面５１ａに対向して環状のカバー部６１が設けられ、カバー部６１の外周に沿ってカバー部６１に接続されるダクト本体６３により、カバー部６１の外周に沿ってカバー部６１と環状面５１ａとの間の間隙６２に連通する排気路６４が形成される。これにより、遠心力を利用する排気ダクトが構成される。ここで、仮に、回転部５１の回転方向に沿って排気路６４の断面積が一定とされると、始点６４１近傍と開口６４２近傍とで間隙６２から外側への空気の流出量に大きな差が生じ、間隙６２における空気の流入速度がばらついてしまうが、基板処理装置１では回転部５１の回転方向に沿って排気路６４の断面積が漸次増大するため、間隙６２における空気の流入速度のばらつきを緩和することができ、基板９の上面上の洗浄処理のむらを抑制することができる。

また、基板処理装置１では、環状のダクトを設けることにより排気に関連する機構の小型化による装置の小型化が実現され、環状のモータ５を利用することにより基板処理装置１の一層の小型化が図られる。さらに、カバー部６１に複数の整流板６１１が設けられて間隙６２内の空気が排気路６４へと案内されることにより、間隙６２内にて気流の乱れが生じることを抑えて、間隙６２における空気の流れを安定させることができる。なお、基板処理装置１では、基板９の微細なパターンが形成された表側の面が上方を向くように配置されて、この面に対して洗浄液を利用した洗浄処理が行われてもよい。

次に、基板処理装置１における空気の排気量について考察しつつカバー部６１、ダクト本体６３等に関連する具体的設計例を示す。図４は、間隙６２における空気の流入速度について説明するための概念図であり、図４ではダクト本体６３が設けられない場合を想定している。ここで、モータ５の駆動により回転部５１が一定の回転速度に達して平衡状態となる場合に、回転部５１の外縁部にて回転部５１の外側へと振り飛ばされる空気の速度（すなわち、間隙６２の外側面である流出面における流出速度）の大きさが、空気の粘性の影響（いわゆる、引きずり効果）により回転部５１の外周における線速度（の大きさ）と同じとなり、流出速度は回転部５１の外周全体に亘っておよそ一定になると仮定する。また、空気の圧縮の影響を無視し、図４中に符号７１を付す矢印にて示すように、空気が流入面におよそ垂直な方向にて間隙６２内へと流入し、この位置における空気の流入速度が、流体の連続性から間隙６２からの流出速度に近似するものとする。

この場合に、回転部５１の外周の直径をＤ［ｍｍ］、モータ５の（１分当たりの）回転数をＡ［ｒｐｍ］、円周率をπとすると、回転部５１の外周における線速度ｖ［ｍｍ／ｓ］は、（ｖ＝πＤ×Ａ／６０）として求められる。また、間隙６２の高さ（中心軸５０に沿う方向の幅）をＨ［ｍｍ］、カバー部６１の内周の半径をＲ［ｍｍ］とすると、流入面において中心軸５０を中心として微小角度ｄθに相当する範囲から１秒当たりに間隙６２内へと流入する（吸い込まれる）空気の量ｄＶは、（ｄＶ＝Ｒｄθ×Ｈ×ｖ）として表すことができる。したがって、間隙６２からの１秒当たりの総排気量Ｖは、流入面の全周に相当する範囲から間隙６２内へと流入する空気の量に等しく、数１として求められる。

回転部５１の外周の直径Ｄが５４８ｍｍ、モータ５の回転数Ａが２４００ｒｐｍ、間隙６２の高さＨが１０ｍｍ、カバー部６１の内周の半径Ｒが１７５ｍｍである場合には、間隙６２における１分当たりの総排気量は数１より４５ｍ^３と概算される。実際には、カバー部６１の外側にはダクト本体６３が設けられるが、排気路６４の断面積が回転方向に沿って数１に基づく割合にて線形に十分に増大するものとすれば、ダクト本体６３を不必要に大型化することなく、間隙６２における空気の流入速度のばらつきを抑制しつつ上記排気量にて排気することが実現される。なお、本実施の形態におけるダクト本体６３は、設計上の理由により、開口６４２における幅および高さが共に１００ｍｍとされる。この場合、図２に示す中心軸５０を中心として始点６４１から回転方向にγ［度］だけ回転した位置における排気路６４の断面積Ｓ［ｍｍ^２］は、（Ｓ＝１００００×γ／３６０）として求められる。なお、中心軸５０を中心として始点６４１から回転方向にγだけ回転した位置における排気路６４の断面の幅（または高さ）Ｋは、γの増加に伴って増加量が漸次減少する単調増加関数ｆ（γ）、並びに、所定の定数Ｋ１および係数ａ（ただし、（ａ＞０））を用いて、一般的には、Ｋ＝Ｋ１＋ａｆ（γ）と表すことができる。

図５は、排気部の他の例を示す図である。また、図６．Ａないし図６．Ｃは、図５中の矢印Ｅ−Ｅ，Ｆ−Ｆ，Ｇ−Ｇにて示す位置における断面図である。なお、図６．Ａないし図６．Ｃでは整流板６１１の図示、並びに、断面の平行斜線の図示を省略している。

他の例に係る排気部６ａでは、回転方向に関して始点６４１の下流側極近傍の位置（図２中の矢印Ａ−Ａの位置に相当する位置）において図３．Ａと同様に、排気路６４の半径方向の幅が微小となっている。ダクト本体６３ａは、回転方向の下流側に向かって排気路６４の幅のみが漸次増大し、図５中の矢印Ｅ−Ｅにて示す位置では、図６．Ａに示すように、排気路６４の断面の幅と高さとが同じになる。さらに、この位置から回転方向の下流側に向かって排気路６４の幅のみが漸次増大し、図５中の矢印Ｆ−Ｆにて示す位置では、排気路６４の断面が図６．Ｂに示すように横に長い長方形となり、回転方向に関して開口６４２の上流側極近傍の図５中の矢印Ｇ−Ｇにて示す位置では、図６．Ｃに示すように排気路６４の断面の幅のみがさらに長くなっている。

ダクト本体６３ａを有する基板処理装置１において、モータ５の回転数が１３３０ｒｐｍ、間隙６２の高さが１０ｍｍ、カバー部６１の内周の半径が１７５ｍｍである場合に、熱線風速計にて開口６４２での風速を測定すると毎秒９ｍとなり、開口６４２の断面積は０．００１ｍ^２であるため排気路６４からの総排気量は毎分０．５４ｍ^３となることが確認されている。また、この場合において間隙６２における流入速度を測定すると、図５中の矢印８１〜８４を付す位置でそれぞれ毎秒２ｍ，２ｍ，１ｍ，１ｍとなり、平均では毎秒１．５ｍとなる。カバー部６１の内周側における間隙６２の開口面積（すなわち、流入面の面積）は約０．０１ｍ^２であるため、毎分の流入量は約１ｍ^３となり、間隙６２における空気の流入量と排気路６４からの空気の排気量とのバランスはおよそではあるがとれているといえる（２倍以上の差は生じるていない。）。

排気路６４において空気を損失無く効率よく排気するという観点では、排気路６４の断面は図３．Ｂないし図３．Ｄに示す正方形や円形、あるいは、図７に示すような形状（略半円形）とされることが好ましい。しかしながら、設計によっては高さ方向が制限される場合もあり、この場合には、図５に示すように排気路６４の断面が扁平な形状とされるダクト本体６３ａであっても、排気路６４の流路の断面積を下流に向かって増大させることにより、周方向における排気の均一化をある程度図ることができる。

なお、排気路６４における空気の流れの抵抗を緩和しつつ設計を容易に行うという観点からは、図３．Ａないし図３．Ｄに示す断面形状が好ましく、空気の流れの抵抗を最も少なくするという観点からは断面は円形とされることが好ましい。また、排気路６４の断面形状は上記例には限定されず、排気路の断面が、断面の中心から外縁までの距離がおよそ均一な形状とされることより、具体的には、断面の外周が外側に向かって凸であり、断面の最も広い幅が最も狭い幅の２倍以下とされることにより、間隙６２における気体の流入速度のばらつきをさらに緩和することが実現される。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

上記実施の形態では、基板９を保持する保持部が、回転部５１の一部である環状面５１ａおよび基板保持機構２とされるが、保持部はモータ５とは別の部材として設けられてもよい。また、上記実施の形態では、回転部５１の環状面５１ａに対向してカバー部６１が設けられるが、例えば、基板９の下面の中心が保持部により保持され、モータのシャフトを介して保持部が回転する基板処理装置の場合は、回転する基板９の外縁部における環状の領域に対向してカバー部６１が設けられてもよい。すなわち、基板処理装置ではモータ５により回転する保持部および基板９を含む回転体の外縁部において、中心軸５０に垂直であって中心軸５０を中心とする回転体上の環状の領域に対向してカバー部６１が設けられることにより、環状の領域における引きずり効果および遠心力を利用した排気路への排気が実現される。

基板９の形状は円板状以外のものであってもよく、また、基板９は半導体基板以外に、プリント配線基板やフラットパネル表示装置に使用されるガラス基板等であってもよい。例えば、矩形の板状のガラス基板が基板処理装置にて処理される際には、ガラス基板よりも大きい円板状の補助部材が準備され、この補助部材上にガラス基板が載置されて保持された上で、回転する補助部材の外縁部、または、補助部材を保持する保持部の外縁部における環状の領域に対向してカバー部が設けられてガラス基板に対する処理が行われる。

上記実施の形態では、カバー部６１の内側面が傾斜面６１０とされることにより、中心軸５０方向に関してカバー部６１と環状面５１ａとの間に配置される基板９上の空気および洗浄廃液が効率よく間隙６２内へと吸い込まれるが、例えば、ドライ洗浄等の液体を用いない処理が行われる場合は回転部５１の内側面に基板保持機構が設けられて径方向および上下方向に関して基板９が回転部５１の内側に保持されてもよい（基板９が環状面５１ａよりも下方に位置する）。また、このような保持方法においてウェット洗浄等の液体を用いる処理が行われる場合は、回転部５１の内側面に、基板９の上面の高さから上方に向かって径が漸次増大する傾斜面が設けられ、基板９上の洗浄廃液が間隙６２内へと効率よく案内されてもよい。

また、間隙６２内において気流の乱れを抑制する整流構造は整流板６１１以外に、例えば、断面が三角形となる部材にて実現されてもよい。

基板処理装置１では、必ずしも排気路が回転部５１の外周全体に沿って１つのみ設けられる必要はなく、回転部５１の外周に沿って複数の排気路が重なることなく設けられてもよい。ただし、基板処理装置１の部品点数を減少するという観点では、排気路が回転部５１の外周全体に沿って１つのみ設けられることが最も好ましい。

また、間隙６２における気体の流入速度のばらつきをさらに緩和するためには排気路の断面積を始点６４１から回転方向に沿って線形に増大させることが好ましいが、排気路の断面積を始点６４１から回転方向に沿って段階的に増大させるのみであってもある程度の排気の均一化を図ることができる。

モータ５は、基板処理装置の小型化という観点からは中空モータであることが好ましいが、それ以外の他の構成とされてもよい。例えば、既述のように円板状の保持部にシャフトを介してモータが接続され、保持部が基板の下面の中心を保持してもよい。また、駆動機構が外部に別途設けられた中空の回転機構にて基板が保持されてもよい。

また、上記実施の形態では、基板処理装置１では回転部５１に１枚の基板９を保持して処理する装置としたが、２枚の基板を保持する構成としてもよい。図８に示すように、回転部５１の下面側にも保持機構を設け、上面側の基板は裏面を上に向け、下面側の基板は裏面を下に向け、両方ともブラシで裏面を洗浄する。そして、回転部５１の下面側にも対向して環状のカバー部と、カバー部に接続されるダクト本体とにより排気路を形成するようにしてもよい。これにより、２枚の基板の同時洗浄を行う小型な装置が提供される。

上記実施の形態では、基板処理装置１が基板を洗浄する基板洗浄装置であるものとして説明したが、基板処理装置は、基板表面へ各種処理液を供給して基板に処理を施す様々な用途に利用されてよい。また、基板処理装置は、各種処理ガスや微粒子を使用する基板の表面加工や表面処理、さらには乾燥等に利用することも可能であり、この場合においても、空気、処理ガス、微粒子等が均一に排気されて基板上の処理のむらが抑制される。

基板処理装置の構成を示す図である。 回転部および排気部を示す平面図である。 図２中の矢印Ａ−Ａにて示す位置での排気部の断面を示す図である。 図２中の矢印Ｂ−Ｂにて示す位置での排気部の断面を示す図である。 図２中の矢印Ｃ−Ｃにて示す位置での排気部の断面を示す図である。 図２中の矢印Ｄ−Ｄにて示す位置での排気部の断面を示す図である。 空気の流入速度について説明するための概念図である。 排気部の他の例を示す図である。 図５中の矢印Ｅ−Ｅにて示す位置での排気部の断面を示す図である。 図５中の矢印Ｆ−Ｆにて示す位置での排気部の断面を示す図である。 図５中の矢印Ｇ−Ｇにて示す位置での排気部の断面を示す図である。 排気部のさらに他の例を示す図である。 基板処理装置の他の例を示す図である。

符号の説明

１ 基板処理装置
２ 基板保持機構
５ モータ
９ 基板
４２ 洗浄液供給部
５０ 中心軸
５１ 回転部
５１ａ 環状面
５２ 固定部
６１ カバー部
６２ 間隙
６４ 排気路
６５ 補助流路
５１１ 導電板
５２０ 電機子
５２３ ガス流路
６１１ 整流板
６４１ 始点

Claims (10)

1. 基板処理装置であって、
   基板を保持する保持部と、
   前記保持部に保持される基板の主面に垂直な所定の中心軸を中心に前記保持部を回転する回転機構と、
   前記回転機構により回転する前記保持部および基板を含む回転体の外縁部において、前記中心軸に垂直であって前記中心軸を中心とする前記回転体上の環状の領域と対向する環状のカバー部と、
   前記カバー部の外周に沿って前記カバー部と前記環状の領域との間の間隙に連通するとともに、前記保持部の回転方向に沿って断面積が漸次増大する排気路と、
   を備え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、
   前記保持部の外縁部が前記保持部に保持される基板の外側に位置し、前記環状の領域が前記保持部上の領域であることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項２に記載の基板処理装置であって、
   前記保持部が、環状のモータにおいて環状固定部に組み合わされる環状回転部の一部であり、
   前記回転機構が前記モータの駆動機構であることを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項３に記載の基板処理装置であって、
   前記環状固定部に対する前記環状回転部の回転をガイドするガイド機構が、前記環状固定部と前記環状回転部との間にガスを供給する供給路を備え、
   前記環状固定部と前記環状回転部との間の間隙から噴出するガスの補助流路が、前記モータの外周に沿って前記排気路と平行に設けられ、
   前記モータの外周に沿って設けられたダクトを仕切ることにより、前記排気路および前記補助流路が形成されていることを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記回転体の外周に沿って前記保持部の回転方向へと前記排気路の始点から前記外周上の他の位置に向かう距離と、前記他の位置における前記排気路の断面積とが比例することを特徴とする基板処理装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記排気路において、前記保持部の回転方向に沿って流路の幅および高さが漸次増大することを特徴とする基板処理装置。
7. 請求項６に記載の基板処理装置であって、
   前記排気路の断面の外周が外側に向かって凸であり、前記断面の最も広い幅が最も狭い幅の２倍以下であることを特徴とする基板処理装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記カバー部が、前記回転体側の面から突出するとともに前記中心軸側から前記回転体の外周に向かって前記保持部の回転方向に傾斜して伸びる複数の整流構造を備えることを特徴とする基板処理装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記排気路が前記回転体の外周全体に沿って１つのみ設けられることを特徴とする基板処理装置。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の基板処理装置であって、
    前記保持部に保持される基板の前記カバー部側の主面に処理液を供給する処理液供給部をさらに備え、
    前記基板の前記主面が前記中心軸方向に関して前記カバー部と前記環状の領域との間に位置し、前記排気路に処理後の処理液が流入することを特徴とする基板処理装置。

Images