JP2014038943A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板への処理液の跳ね返りを抑制する。
【解決手段】基板処理装置１は、基板保持部２と、基板回転機構５と、チャンバ７とを備える。基板回転機構５は、チャンバ７の内部空間７０に配置される環状のロータ部５２と、チャンバ７外においてロータ部５２の周囲に配置されるステータ部５１とを備える。基板保持部２は、ロータ部５２の下側に取り付けられる。ロータ部５２は、基板９および基板保持部２と共に、中心軸Ｊ１を中心として浮遊状態にて回転する。基板処理装置１では、基板保持部２に保持される基板９の上面９１が、ロータ部５２の下端よりも下側に位置する。これにより、基板９上から飛散する処理液が、ロータ部５２に衝突することを抑制することができる。その結果、ロータ部５２から基板９への処理液の跳ね返りを抑制しつつ処理液をチャンバ７外に容易に排出することができる。
【選択図】図１

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、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。

特許文献１の装置では、リンス液によりウエハ上の現像液等を洗い流した後、ウエハの乾燥が行われる。具体的には、リンス処理部にウエハが搬入されてウェハ吸着部により吸着され、リンス処理部の開口がシャッタにて閉塞された後、リンス処理部の内部空間の排気が行われる。そして、減圧雰囲気となった内部空間において、ウエハをウエハ吸着部と共に低速回転させつつリンス液が供給されることによりリンス処理が行われ、その後、ウエハを高速回転させることによりウエハの乾燥が行われる。

特開平９−２４６１５６号公報

ところで、特許文献１のような装置では、ウエハ吸着部を回転するサーボモータ等の駆動部は、リンス処理部の外部に設けられ、リンス処理部の外壁を貫通する回転軸により、ウエハ吸着部と機械的に接続されている。このため、回転軸がリンス処理部の外部から内部空間に貫通する部位に、処理液の流出やパーティクルの進入を防止するためのシールを設ける必要がある。また、特許文献１のように、リンス処理部の内部空間を減圧雰囲気とする場合には、当該シールにより雰囲気の流入および流出も防止する必要がある。しかしながら、このようなシールは非常に複雑な構造を有するため、装置が複雑化したり大型化してしまうおそれがある上に、シールを用いても内部空間を完全に密閉することは容易ではない。

一方、チャンバ等の密閉された内部空間において基板の処理を行う場合、基板から飛散した処理液が、内部空間に配置された構造に衝突して基板へと跳ね返り、基板に付着してしまうおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板への処理液の跳ね返り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、基板を処理する基板処理装置であって、密閉された内部空間を形成するチャンバと、前記チャンバの前記内部空間に配置され、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、前記基板上に供給された処理液を前記チャンバ外に排出する処理液排出部とを備え、前記基板回転機構が、前記チャンバの前記内部空間に配置され、前記基板保持部が取り付けられる環状のロータ部と、前記チャンバ外において前記ロータ部の周囲に配置され、前記ロータ部との間に回転力を発生するステータ部とを備え、前記基板の上面が、前記ロータ部の下端よりも下側に位置する。

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、前記チャンバの前記内部空間が、前記ステータ部の下側に広がり、前記チャンバの前記内部空間において前記ステータ部の下方に位置し、前記基板の周囲から下側へと広がる環状であり、前記基板から飛散する処理液を受ける液受部をさらに備え、前記処理液排出部が、前記液受部に接続され、前記液受部にて受けられた前記処理液を前記チャンバ外に排出する。

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、前記液受部の内部において、前記基板の周囲から下側へと広がる環状であり、前記基板から飛散する処理液を受ける他の液受部と、前記他の液受部に接続され、前記他の液受部にて受けられた前記処理液を前記チャンバ外に排出する他の処理液排出部と、前記他の液受部を上下方向に移動することにより、前記液受部による処理液の受液と、前記他の液受部による処理液の受液とを選択的に切り替える液受部昇降機構とをさらに備える。

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、前記チャンバが、チャンバ本体と、前記チャンバ本体の上部開口を閉塞することにより前記内部空間を形成するチャンバ蓋部とを備え、前記チャンバ蓋部が、下方に突出する蓋突出部を備え、前記蓋突出部が、前記中心軸を中心とする筒状の外周面を有し、前記チャンバの前記内部空間が形成された状態において、前記蓋突出部が、前記ロータ部の内周面よりも径方向内側に位置し、前記蓋突出部の前記外周面が、前記ロータ部の前記内周面と対向する。

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、前記ロータ部が、前記ステータ部との間に働く磁力により、前記内部空間において浮遊状態にて回転する。

本発明では、基板への処理液の跳ね返りを抑制することができる。

一の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。 制御部の機能を示すブロック図である。 基板処理装置の断面図である。 基板処理装置の断面図である。 基板処理の流れを示す図である。 基板処理装置の断面図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る基板処理装置１の構成を示す図である。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。

基板処理装置１は、基板保持部２と、第１処理液供給部３１と、第２処理液供給部３２と、第３処理液供給部３３と、基板回転機構５と、ガス供給部６１と、吸引部６２と、チャンバ７と、加熱部７９と、液回収部８と、これらの構成を制御する制御部１１（図２参照）とを備える。液回収部８は、後述するように、それぞれが処理液を一時的に貯溜可能な第１液受部８１、第２液受部８２および第３液受部８３等を備える。図１では、これらの液受部、基板回転機構５およびチャンバ７等を断面にて示している。

チャンバ７は、チャンバ本体７１と、チャンバ蓋部７３とを備える。チャンバ本体７１およびチャンバ蓋部７３は非磁性体により形成される。チャンバ本体７１は、チャンバ底部７１１と、チャンバ側壁部７１２とを備える。チャンバ蓋部７３は、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心とする略円盤状であり、チャンバ本体７１の上部開口を閉塞する。チャンバ蓋部７３は、下方に突出する蓋突出部７３１を備える。蓋突出部７３１は、中心軸Ｊ１を中心とする略円柱状であり、中心軸Ｊ１を中心とする筒状の外周面７３３を有する。蓋突出部７３１は、基板９の微細パターンが形成された一方の主面９１（以下、「上面９１」という。）と上下方向に対向する。

チャンバ底部７１１は、基板９の他方の主面である下面９２に上下方向に対向する略円板状の中央部７１１ａと、中央部７１１ａの周囲にて中央部７１１ａよりも下方に位置する筒状の段差部７１１ｂとを備える。チャンバ側壁部７１２は、中心軸Ｊ１を中心とする筒状であり、チャンバ底部７１１の段差部７１１ｂの外周縁から上方に広がる。チャンバ底部７１１の中央部７１１ａの内部には、加熱部７９であるヒータが設けられる。

基板処理装置１では、図示省略の蓋部移動機構により、チャンバ蓋部７３が上下方向に移動する。そして、チャンバ蓋部７３が上方に移動してチャンバ本体７１から離間した状態にて、基板９のチャンバ７内への搬出入が行われる。また、チャンバ蓋部７３がチャンバ側壁部７１２の上部に付勢されてチャンバ本体７１の上部開口が閉塞されることにより、密閉された内部空間７０が形成される。

チャンバ蓋部７３の中央には第１上部ノズル７５が取り付けられる。第１上部ノズル７５には、上部切替部７５１を介して、第１処理液供給部３１、第２処理液供給部３２および第３処理液供給部３３が接続される。

チャンバ底部７１１の中央部７１１ａの中央には、第１下部ノズル７６が取り付けられる。第１下部ノズル７６には、下部切替部７６１を介して、第１処理液供給部３１および第２処理液供給部３２が接続される。チャンバ底部７１１の中央部７１１ａの外周部には、複数の下部排出部７７が、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に等ピッチにて設けられる。複数の下部排出部７７には吸引部６２が接続される。第１下部ノズル７６の周囲には、断面が円環状の第２下部ノズル７８が設けられる。第２下部ノズル７８は、ガス供給部６１に接続される。

図２は、制御部１１の機能を示すブロック図である。図２では、制御部１１に接続される各構成についても併せて描いている。図２に示すように、制御部１１は、液供給制御部１１１と、圧力制御部１１２と、回転制御部１１３と、温度制御部１１４とを備える。

基板処理装置１では、液供給制御部１１１により第１処理液供給部３１、上部切替部７５１および下部切替部７６１が制御されることにより、図１に示す第１上部ノズル７５から基板９の上面９１の中央部に向けて第１処理液が供給され、第１下部ノズル７６から基板９の下面９２の中央部に向けて第１処理液が供給される。また、液供給制御部１１１により第２処理液供給部３２、上部切替部７５１および下部切替部７６１が制御されることにより、第１上部ノズル７５から基板９の上面９１の中央部に向けて第２処理液が供給され、第１下部ノズル７６から基板９の下面９２の中央部に向けて第２処理液が供給される。

さらに、液供給制御部１１１により第３処理液供給部３３および上部切替部７５１が制御されることにより、第１上部ノズル７５から基板９の上面９１の中央部に向けて第３処理液が供給される。本実施の形態では、第１処理液は、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り、第２処理液は、純水（ＤＩＷ：Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ）である。また、第３処理液は、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）である。なお、第１上部ノズル７５および第１下部ノズル７６からの処理液の供給を停止する際にも、上部切替部７５１および下部切替部７６１が制御される。

基板処理装置１では、図２に示す圧力制御部１１２によりガス供給部６１が制御されることにより、図１に示す第２下部ノズル７８からチャンバ７の内部空間７０にガスが供給される。本実施の形態では、ガス供給部６１により、窒素（Ｎ_２）ガスがチャンバ７内に供給される。吸引部６２は、複数の下部排出部７７を介して吸引を行うことにより、チャンバ７の内部空間７０のガスをチャンバ７外に排出する。このように、吸引部６２および下部排出部７７は、ガス排出部としての役割を果たす。

基板処理装置１では、圧力制御部１１２によりガス供給部６１および吸引部６２が制御されることにより、チャンバ７の内部空間７０の圧力が制御される。具体的には、吸引部６２による吸引が停止された状態で、ガス供給部６１からチャンバ７内にガスが供給されることにより、チャンバ７の内部空間７０の圧力が増大して常圧（大気圧）よりも高くなり、内部空間７０が加圧雰囲気となる。また、ガス供給部６１からのガスの供給が停止された状態で、吸引部６２によりチャンバ７内のガスがチャンバ７外に排出されることにより、内部空間７０の圧力が減少して常圧よりも低くなり、内部空間７０が減圧雰囲気となる。

吸引部６２は、また、複数の下部排出部７７を介して吸引を行うことにより、第１処理液供給部３１および第２処理液供給部３２から基板９の下面９２に供給された処理液をチャンバ７外に排出する。このように、吸引部６２および下部排出部７７は、処理液排出部としての役割も果たす。

基板回転機構５は、いわゆる中空モータである。基板回転機構５は、環状のステータ部５１と、環状のロータ部５２とを備える。ロータ部５２は、略円環状の永久磁石５２１を備える。永久磁石５２１の表面は、フッ素樹脂にてコーティングされている。チャンバ蓋部７３によりチャンバ本体７１の上部開口が閉塞されて内部空間７０が形成された状態では、ロータ部５２は、内部空間７０において、チャンバ蓋部７３の蓋突出部７３１とチャンバ側壁部７１２との間の環状の空間に配置される。換言すれば、蓋突出部７３１は、ロータ部５２の略円筒状の内周面５２２よりも径方向内側に位置する。また、蓋突出部７３１の外周面７３３は、ロータ部５２の内周面５２２と近接した状態で径方向に対向する。

ステータ部５１は、チャンバ７外（すなわち、内部空間７０の外側）においてロータ部５２の周囲に配置される。本実施の形態では、ステータ部５１は、チャンバ側壁部７１２の外周面に接触した状態で固定される。ステータ部５１は、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に配列される複数のコイル部を備える。

基板回転機構５では、ステータ部５１に電流が供給されることにより、ステータ部５１とロータ部５２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５２が、中心軸Ｊ１を中心として水平状態で回転する。基板処理装置１では、ステータ部５１に供給された電流によりステータ部５１とロータ部５２との間に働く磁力により、ロータ部５２が、内部空間７０において直接的にも間接的にもチャンバ７に接触することなく浮遊し、浮遊状態にて回転する。

ステータ部５１への電流の供給が停止されると、ロータ部５２は、永久磁石５２１とステータ部５１のコア等の磁性体との間に働く磁力により、チャンバ側壁部７１２に向かって引き寄せられる。そして、ロータ部５２の外周面の一部がチャンバ側壁部７１２の内周面７１３に接触し、チャンバ側壁部７１２を介してステータ部５１により支持される。ロータ部５２は、チャンバ底部７１１やチャンバ蓋部７３に接触することなく静止する。

基板保持部２は、基板９の外縁部を上下から挟持する複数のチャック部２１を備える。複数のチャック部２１は、ロータ部５２の下側に取り付けられてチャンバ７の内部空間７０に配置される。複数のチャック部２１は、周方向に等角度間隔にて配列される。基板９は、上面９１を中心軸Ｊ１に略垂直に上側に向けた状態で複数のチャック部２１により保持される。換言すれば、基板保持部２は、水平状態にて基板９を保持する。基板９は、ロータ部５２の下方に配置され、基板９の上面９１は、ロータ部５２の下端よりも下側に位置する。

基板９、基板保持部２およびロータ部５２は、チャンバ７の内部空間７０において、チャンバ底部７１１の中央部７１１ａの上方に位置する。基板処理装置１では、上述のように、基板回転機構５が駆動されることにより、基板９が、チャンバ底部７１１の中央部７１１ａの上方において、基板保持部２およびロータ部５２と共に中心軸Ｊ１を中心として水平状態にて回転する。一方、ステータ部５１は、チャンバ７外において、チャンバ底部７１１の段差部７１１ｂの上方に位置する。換言すれば、段差部７１１ｂは、基板回転機構５のステータ部５１の下方に位置し、チャンバ７の内部空間７０がステータ部５１の下部に広がる。

基板処理装置１では、チャンバ底部７１１の段差部７１１ｂとチャンバ側壁部７１２とにより、基板９から飛散する処理液を受ける環状の第１液受部８１が形成される。第１液受部８１は、内部空間７０においてステータ部５１の下方に位置し、少なくとも処理時における基板９の側方（すなわち、基板９と同じ高さ）の空間を含み、基板９の周囲から下側へと広がる。第１液受部８１は、基板９の周囲に位置する環状の開口（以下、「液受開口８０」という）を有する。図１に示す状態（以下、「第１液受状態」という。）では、基板９から飛散した処理液は、液受開口８０を介して第１液受部８１内へと移動し、第１液受部８１により受けられて一時的に貯溜される。

第１液受部８１の底部には、第１液受排出部８１１が設けられ、第１回収部８１２が第１液受排出部８１１を介して第１液受部８１に接続される。第１液受部８１にて受けられた処理液は、第１液受部８１内に一時的に貯溜され、第１回収部８１２により吸引されることにより、チャンバ７外へと排出されて回収される。なお、基板９の下面９２に供給されてチャンバ底部７１１の中央部７１１ａに落下した処理液は、上述のように、下部排出部７７を介して吸引部６２により吸引される。

第１液受部８１の内部には、基板９から飛散する処理液を受ける他の液受部である第２液受部８２が設けられる。さらに、第２液受部８２の内部には、基板９から飛散する処理液を受ける他の液受部である第３液受部８３が設けられる。第２液受部８２および第３液受部８３はそれぞれ、内部空間７０においてステータ部５１の下方に位置する環状の部材である。第２液受部８２の上面は、基板９から飛散する処理液を受けて下方に誘導するための傾斜面（円錐面）となっており、第３液受部８３の上面も同様に、基板９から飛散する処理液を受けて下方に誘導するための傾斜面（円錐面）となっている。第２液受部８２および第３液受部８３の上記傾斜面は、上下方向に重なるように配置される。第２液受部８２の底部には、第２液受排出部８２１が設けられ、第２回収部８２２が第２液受排出部８２１を介して第２液受部８２に接続される。また、第３液受部８３の底部には、第３液受排出部８３１が設けられ、第３回収部８３２が第３液受排出部８３１を介して第３液受部８３に接続される。さらに、第２液受部８２には、液受部昇降機構８２３が接続され、第３液受部８３には、他の液受部昇降機構８３３が接続される。液受部昇降機構８２３，８３３により、第２液受部８２および第３液受部８３は、互いの上面が接触しないように上下方向に移動する。

液回収部８では、図１に示す状態（以下、「第１液受状態」という。）から、液受部昇降機構８２３が駆動されることにより、第３液受部８３が移動することなく、第２液受部８２が図３に示す位置まで上昇する。以下、図３に示す液回収部８の状態を「第２液受状態」という。図３では、第１処理液供給部３１、第２処理液供給部３２、第３処理液供給部３３、ガス供給部６１および吸引部６２等の図示を省略している（図４および図６においても同様）。第２液受状態では、第２液受部８２が、第１液受部８１の内部において基板９の周囲から下側へと広がっている。基板９から飛散した処理液は、液受開口８０を介して第２液受部８２内へと移動し、第２液受部８２により受けられて一時的に貯溜される。第２液受部８２にて受けられた処理液は、第２回収部８２２により吸引されることにより、チャンバ７外へと排出されて回収される。

また、液回収部８では、図３に示す第２液受状態から、液受部昇降機構８３３が駆動されることにより、第３液受部８３が図４に示す位置まで上昇する。以下、図４に示す液回収部８の状態を「第３液受状態」という。第３液受状態では、第３液受部８３が、第２液受部８２の内部において基板９の周囲から下側へと広がっている。基板９から飛散した処理液は、液受開口８０を介して第３液受部８３内へと移動し、第３液受部８３により受けられて一時的に貯溜される。第３液受部８３にて受けられた処理液は、第３回収部８３２により吸引されることにより、チャンバ７外へと排出されて回収される。

このように、基板処理装置１では、液受部昇降機構８２３，８３３により、第２液受部８２および第３液受部８３が上下方向に移動されることにより、第１液受部８１による処理液の受液と、第２液受部８２による処理液の受液と、第３液受部８３による処理液の受液とが選択的に切り替えられる。そして、第１液受部８１、第２液受部８２および第３液受部８３にてそれぞれ受けられた処理液は、処理液排出部である第１回収部８１２、第２回収部８２２および第３回収部８３２によりチャンバ７外に排出される。

次に、基板処理装置１における基板９の処理の流れを図５を参照しつつ説明する。基板処理装置１では、まず、チャンバ蓋部７３が開放された状態で基板保持部２により基板９が保持され、その後、チャンバ蓋部７３によりチャンバ本体７１の上部開口が閉塞されてチャンバ７の内部空間７０が形成される。内部空間７０が形成されると、ガス供給部６１および吸引部６２が駆動され、内部空間７０が常圧の窒素雰囲気となる。また、液回収部８は、図３に示す第２液受状態となっている。そして、制御部１１の回転制御部１１３（図２参照）により基板回転機構５が制御されることにより、図１に示すロータ部５２、基板保持部２および基板９の回転が開始される（ステップＳ１１）。

続いて、温度制御部１１４（図２参照）により加熱部７９が制御されることにより、常圧の内部空間７０において、基板９の加熱が所定の時間だけ行われる（ステップＳ１２）。基板９の加熱が終了すると、液供給制御部１１１により第１処理液供給部３１が制御されることにより、回転中の基板９の上面９１上に、第１上部ノズル７５からエッチング液である第１処理液が連続的に供給される。基板９の上面９１の中央部に供給された第１処理液は、基板９の回転により外周部へと拡がり、上面９１全体が第１処理液により被覆される（ステップＳ１３）。また、第１下部ノズル７６から基板９の下面９２の中央部にも第１処理液が供給され、基板９の回転により外周部へと拡がる。基板９の上面９１上から流れ出る第１処理液、および、基板９の下面９２から流れ出る第１処理液は、吸引部６２により吸引され、下部排出部７７を介してチャンバ７外へと排出される。

第１処理液による基板９の上面９１の被覆が終了すると、圧力制御部１１２によりガス供給部６１および吸引部６２が制御されることにより、チャンバ７の内部空間７０の圧力が増大し、常圧よりも高い所定の圧力（好ましくは、常圧よりも高く、かつ、常圧よりも約０．１ＭＰａ高い圧力以下）となる。また、第１処理液供給部３１および基板回転機構５が制御され、第１処理液供給部３１からの第１処理液の単位時間当たりの供給量（以下、「流量」という。）が減少するとともに基板９の回転数が減少する。チャンバ７の内部空間７０が所定の加圧雰囲気となると、ステップＳ１３よりも低い回転数にて回転中の基板９の上面９１上に、第１処理液が、ステップＳ１３よりも少ない流量にて連続的に供給され、所定の時間だけエッチング処理が行われる（ステップＳ１４）。

ステップＳ１４では、基板９の上面９１が第１処理液にて被覆された後に、チャンバ７の内部空間７０の圧力を増大させて加圧雰囲気とすることにより、第１処理液が、基板９上の微細パターンの間隙（以下、「パターン間隙」という。）に押し込まれる。その結果、第１処理液をパターン間隙に容易に進入させることができる。これにより、パターン間隙内のエッチング処理を適切に行うことができる。また、常圧下に比べて基板９上の第１処理液が気化することを抑制し、基板９の中央部から外周部へと向かうに従って基板９の温度が気化熱により低くなることを抑制することができる。その結果、第１処理液によるエッチング処理中の基板９の上面９１の温度の均一性を向上することができ、基板９の上面９１全体におけるエッチング処理の均一性を向上することができる。また、基板９の下面９２全体におけるエッチング処理の均一性も向上することができる。

上述のように、ステップＳ１４において基板９に対してエッチング処理を行う際の基板９の回転数は、ステップＳ１３において基板９の上面９１を第１処理液にて被覆する際の基板９の回転数よりも小さい。これにより、基板９からの第１処理液の気化がより抑制され、エッチング処理中の基板９の上面９１の温度の均一性をさらに向上することができる。その結果、基板９の上面９１全体におけるエッチング処理の均一性をより一層向上することができる。

エッチング処理が終了すると、圧力制御部１１２によりガス供給部６１および吸引部６２が制御されることにより、チャンバ７の内部空間７０の圧力が常圧に戻される。また、第１処理液供給部３１からの第１処理液の供給が停止されるとともに、加熱部７９による基板９の加熱も停止される。そして、基板回転機構５が制御されて基板９の回転数が増大する。これにより、第１処理液が基板９上から飛散し、第２液受部８２により受けられて第２回収部８２２により回収される（ステップＳ１５）。第２回収部８２２により回収された第１処理液は、不純物の除去等が行われた後、基板処理装置１における基板処理等に再利用される。

第１処理液の回収が終了すると、液受部昇降機構８３３が駆動されて第３液受部８３が上昇し、液回収部８が図４に示す第３液受状態とされる（ステップＳ１６）。続いて、液供給制御部１１１により第２処理液供給部３２が制御されることにより、回転中の基板９の上面９１上に、第１上部ノズル７５から純水である第２処理液が連続的に供給される。基板９の上面９１の中央部に供給された第２処理液は、基板９の回転により外周部へと拡がり、基板９の外周縁から外側へと飛散する。また、第１下部ノズル７６から基板９の下面９２の中央部に第２処理液が供給され、基板９の回転により外周部へと拡がる。そして、第１上部ノズル７５および第１下部ノズル７６からの第２処理液の供給が継続されることにより、基板９の上面９１および下面９２のリンス処理が所定の時間だけ行われる（ステップＳ１７）。

ステップＳ１７のリンス処理では、基板９の上面９１から飛散した第２処理液は、第３液受部８３により受けられ、第３回収部８３２により回収される。基板９上に第１処理液が僅かに残っている場合、当該第１処理液も第２処理液と共に基板９上から飛散し、第３回収部８３２により回収される。第３回収部８３２により回収された処理液は、廃棄される。

リンス処理が終了すると、第２処理液供給部３２からの第２処理液の供給が停止され、液供給制御部１１１により第３処理液供給部３３が制御されることにより、回転中の基板９の上面９１上に、第１上部ノズル７５からＩＰＡである第３処理液が供給される。第２処理液にて被覆された上面９１の中央部に供給された第３処理液は、第２処理液の液膜と基板９の上面９１との間にて基板９の回転により外周部へと拡がり、基板９の上面９１を被覆する。第２処理液の液膜は、基板９の上面９１から離間し、第３処理液の液膜上に位置する。換言すれば、基板９の上面９１上においてＩＰＡ置換処理が行われる（ステップＳ１８）。

続いて、圧力制御部１１２によりガス供給部６１および吸引部６２が制御されることにより、チャンバ７の内部空間７０が所定の加圧雰囲気となる（ステップＳ１９）。内部空間７０の圧力は、好ましくは、常圧よりも高く、かつ、常圧よりも約０．１ＭＰａ高い圧力以下である。これにより、第３処理液をパターン間隙に容易に進入させることができ、パターン間隙内の第２処理液を効率良く第３処理液に置換することができる。

第３処理液の液膜上の第２処理液は、ステップＳ１８，Ｓ１９が行われている間に、基板９の回転により径方向外側へと移動し、基板９の外周縁から外側へと飛散する。基板９上から飛散した第２処理液は、第３液受部８３により受けられ、第３回収部８３２により回収される。

第２処理液の回収が終了すると、液受部昇降機構８２３，８３３が駆動されて第２液受部８２および第３液受部８３が下降し、液回収部８が図１に示す第１液受状態とされる（ステップＳ２０）。また、内部空間７０が加圧雰囲気となって所定の時間が経過すると、ガス供給部６１および吸引部６２が制御されることにより、チャンバ７の内部空間７０の圧力が減少し、常圧よりも低い所定の圧力（好ましくは、常圧よりも低く、かつ、約１５ｋＰａ以上の圧力）となる（ステップＳ２１）。さらに、加熱部７９が制御されることにより、基板９が加熱される。

そして、内部空間７０が所定の減圧雰囲気となった状態で、基板回転機構５が制御されることにより、基板９の回転数が増大し、基板９が高速にて回転する。これにより、基板９の上面９１の第３処理液が径方向外側へと移動し、基板９の外周縁から外側へと飛散する。基板９上から飛散した第３処理液は、第１液受部８１により受けられ、第１回収部８１２により回収される。第１回収部８１２により回収された第３処理液は、不純物の除去等が行われた後、基板処理装置１における基板処理等に再利用される。基板処理装置１では、基板９上から第３処理液が除去され、基板９の乾燥処理が終了する（ステップＳ２２）。

ステップＳ２２では、チャンバ７の内部空間７０を減圧雰囲気とした状態で、基板９を回転して基板９の乾燥が行われるため、基板９の乾燥を常圧下に比べて短時間で行うことができる。また、基板９の減圧乾燥が行われている間、加熱部７９による基板９の加熱が並行して行われることにより、基板９の乾燥を促進することができる。

基板９の乾燥が終了すると、基板９の回転が停止され（ステップＳ２３）、チャンバ７の内部空間７０が常圧に戻される。そして、チャンバ蓋部７３が上昇してチャンバ本体７１から離間した後、基板９が搬出される。

以上に説明したように、基板処理装置１では、基板９を保持する基板保持部２、および、基板保持部２が取り付けられたロータ部５２が、密閉空間であるチャンバ７の内部空間７０に配置され、ロータ部５２との間に回転力を発生するステータ部５１が、チャンバ７外においてロータ部５２の周囲に配置される。これにより、チャンバ外に基板を回転させるためのサーボモータ等を設ける装置に比べて、高い密閉性を有する内部空間７０を容易に構成し、当該内部空間７０内にて基板９を容易に回転させることができる。その結果、密閉された内部空間７０における基板９の枚葉処理を容易に実現することができる。また、上記サーボモータ等をチャンバ底部の下方に設ける装置に比べて、チャンバ底部７１１に第１下部ノズル７６等の様々な構造を容易に設けることができる。

基板処理装置１では、内部空間７０にガスを供給するガス供給部６１、内部空間７０からガスを排出する吸引部６２、および、内部空間７０の圧力を制御する圧力制御部１１２が設けられることにより、様々な雰囲気（例えば、低酸素雰囲気）や様々な圧力下において基板９に対する処理を行うことができる。これにより、基板９の処理に要する時間を短くすることができるとともに、基板９に様々な種類の処理を行うことが可能となる。

上述のように、基板回転機構５では、ロータ部５２が内部空間７０において浮遊状態にて回転する。このため、ロータ部５２を支持する構造を内部空間７０に設ける必要がなく、基板処理装置１を小型化することができるとともに装置構造を簡素化することもできる。また、ロータ部５２と支持構造との摩擦により粉塵等が発生することがないため、内部空間７０の清浄性を向上することができる。さらに、支持構造による摩擦抵抗がロータ部５２に作用しないため、ロータ部５２の高速回転を容易に実現することができる。

基板処理装置１では、基板保持部２に保持される基板９の上面９１が、ロータ部５２の下端よりも下側に位置する。これにより、基板９上から飛散する処理液が、ロータ部５２に衝突することを抑制することができる。その結果、ロータ部５２から基板９への処理液の跳ね返りを抑制しつつ処理液をチャンバ７外に容易に排出することができる。

上述のように、基板処理装置１では、チャンバ７の内部空間７０にてステータ部５１の下方に位置する第１液受部８１が設けられ、第１液受部８１にて受けられて一時的に貯溜された処理液が、第１回収部８１２によりチャンバ７外に排出される。これにより、チャンバ７が密閉された状態において多量の処理液を使用する処理が行われた場合であっても、基板９から飛散した処理液を基板９から離れた位置にて一時的に貯溜し、当該処理液が基板９に再付着することを防止しつつ処理液をチャンバ７外に容易に排出することができる。

また、液回収部８では、第１液受部８１の内部に第２液受部８２が設けられ、第２液受部８２を上下方向に移動することにより、第１液受部８１による処理液の受液と、第２液受部８２による処理液の受液とが、選択的に切り替えられる。これにより、複数種類の処理液を個別に回収することが可能となり、処理液の回収効率を向上することができる。さらに、第２液受部８２の内部に第３液受部８３が設けられ、第３液受部８３を第２液受部８２とは独立して上下方向に移動可能とすることにより、第１液受部８１による処理液の受液と、第２液受部８２による処理液の受液と、第３液受部８３による処理液の受液とが、選択的に切り替えられる。その結果、処理液の回収効率をより一層向上することができる。

基板処理装置１では、チャンバ蓋部７３の蓋突出部７３１がロータ部５２の内周面５２２よりも径方向内側に位置し、蓋突出部７３１の外周面７３３が、ロータ部５２の内周面５２２と径方向に対向する。これにより、仮に基板９が破損したとしても、基板９の破片が、広い範囲に飛散することを抑制することができる。なお、蓋突出部７３１は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状であってもよい。

基板処理装置１では、図６に示すように、チャンバ蓋部７３がチャンバ本体７１から上方に離間した状態で、チャンバ蓋部７３とチャンバ本体７１との間に挿入されたスキャンノズル３５から基板９の上面９１に処理液が供給されてもよい。スキャンノズル３５は、図示省略の処理液供給部に接続されて連続的に処理液を吐出しつつ、回転中の基板９の上方にて水平方向における往復移動を繰り返す。このように、基板処理装置１では、チャンバ７を開放した状態で、スキャンノズル３５を用いた基板処理を行うこともできる。この場合も、基板９から飛散した処理液が、ロータ部５２に衝突することを抑制することができる。その結果、ロータ部５２から基板９への処理液の跳ね返りを抑制しつつ処理液をチャンバ７外に容易に排出することができる。なお、スキャンノズル３５の上下方向の位置は、基板処理の種類等に応じて適宜変更されてよい。

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。

例えば、基板回転機構５のステータ部５１およびロータ部５２の形状および構造は、様々に変更されてよい。基板保持部２のチャック部２１の構造も、様々に変更されてよい。ロータ部５２は、必ずしも浮遊状態にて回転する必要はなく、チャンバ７の内部空間７０にロータ部５２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５２が回転してもよい。また、チャンバ蓋部７３では、蓋突出部７３１は必ずしも設けられなくてよい。

基板処理装置１では、複数種類の処理液を個別に回収する必要がない場合、第２液受部８２および第３液受部８３は省略されてもよい。また、チャンバ７が密閉された状態において多量の処理液を使用する処理が行われた場合であっても、基板９から飛散した処理液が基板９に再付着することを抑制しつつチャンバ７外に排出することができるのであれば、第１液受部８１も省略されてよい。

ステップＳ１１〜Ｓ２３の処理では、ステップＳ１２における加熱部７９による基板９の加熱は、チャンバ７の内部空間７０が減圧雰囲気となった状態で行われてもよい。これにより、基板９から周囲のガスへの熱の移動が抑制され、基板９を常圧下に比べて短時間で加熱することができる。また、加熱部７９はヒータには限定されない。例えば、チャンバ底部７１１およびチャンバ蓋部７３が、石英等の透光性を有する部材により形成され、チャンバ底部７１１およびチャンバ蓋部７３を介して光照射部から基板９に光が照射されることにより、基板９が加熱されてもよい。

ステップＳ１３における第１処理液による基板９の上面９１の被覆は、チャンバ７の内部空間７０が減圧雰囲気となった状態で行われてもよい。これにより、第１処理液が上面９１上にて中央部から外周部へと迅速に拡がるため、第１処理液による基板９の上面９１の被覆を常圧下に比べて短時間で行うことができる。また、基板９上のパターン間隙に存在するガスの量が常圧下に比べて減少するため、基板９の上面９１上に供給された第１処理液がパターン間隙に容易に進入する。これにより、パターン間隙内のエッチング処理をさらに適切に行うことができる。

ステップＳ１７では、チャンバ７の内部空間７０を減圧雰囲気とした状態で、第２処理液が基板９の上面９１に供給されてもよい。これにより、第２処理液が上面９１上にて中央部から外周部へと迅速に拡がる。また、第２処理液が基板９上にて拡がった後、内部空間７０の圧力が常圧に戻されてもよい。これにより、第２処理液をパターン間隙に容易に進入させることができる。その結果、パターン間隙に第１処理液が残っている場合、パターン間隙内の第１処理液の第２処理液への置換をより確実に行うことができる。

ステップＳ１７では、チャンバ７の内部空間７０を加圧雰囲気とした状態で、基板９のリンス処理が行われてもよい。これにより、常圧下に比べて基板９上の第２処理液が気化することを抑制し、基板９の中央部から外周部へと向かうに従って基板９の温度が気化熱により低くなることを抑制することができる。その結果、第２処理液によるリンス処理において、基板９の上面９１の温度の均一性を向上することができ、基板９の上面９１全体におけるリンス処理の均一性を向上することができる。また、基板９の下面９２全体におけるリンス処理の均一性も向上することができる。

ステップＳ１８における第３処理液による基板９の上面９１の被覆は、チャンバ７の内部空間７０が減圧雰囲気となった状態で行われてもよい。これにより、第３処理液が上面９１上にて中央部から外周部へと迅速に拡がるため、第３処理液による基板９の上面９１の被覆を常圧下に比べて短時間で行うことができる。

基板９に対する処理では、基板９の下面９２に対する処理液の供給は必ずしも行われなくてもよい。また、上述の基板処理装置では、基板９に対して様々な処理液が供給され、ステップＳ１１〜Ｓ２３に示す処理以外の様々な処理が行われてよい。また、チャンバ７の内部空間７０の雰囲気も様々に変更されてよい。

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
２ 基板保持部
５ 基板回転機構
７ チャンバ
９ 基板
５１ ステータ部
５２ ロータ部
６２ 吸引部
７０ 内部空間
７１ チャンバ本体
７３ チャンバ蓋部
８１ 第１液受部
８２ 第２液受部
８３ 第３液受部
５２２ （ロータ部の）内周面
７３１ 蓋突出部
７３３ （蓋突出部の）外周面
８１２ 第１回収部
８２２ 第２回収部
８２３，８３３ 液受部昇降機構
８３２ 第３回収部
Ｊ１ 中心軸
Ｓ１１〜Ｓ２３ ステップ

Claims (5)

1. 基板を処理する基板処理装置であって、
   密閉された内部空間を形成するチャンバと、
   前記チャンバの前記内部空間に配置され、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、
   前記基板上に供給された処理液を前記チャンバ外に排出する処理液排出部と、
   を備え、
   前記基板回転機構が、
   前記チャンバの前記内部空間に配置され、前記基板保持部が取り付けられる環状のロータ部と、
   前記チャンバ外において前記ロータ部の周囲に配置され、前記ロータ部との間に回転力を発生するステータ部と、
   を備え、
   前記基板の上面が、前記ロータ部の下端よりも下側に位置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、
   前記チャンバの前記内部空間が、前記ステータ部の下側に広がり、
   前記チャンバの前記内部空間において前記ステータ部の下方に位置し、前記基板の周囲から下側へと広がる環状であり、前記基板から飛散する処理液を受ける液受部をさらに備え、
   前記処理液排出部が、前記液受部に接続され、前記液受部にて受けられた前記処理液を前記チャンバ外に排出す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、
   前記液受部の内部において、前記基板の周囲から下側へと広がる環状であり、前記基板から飛散する処理液を受ける他の液受部と、
   前記他の液受部に接続され、前記他の液受部にて受けられた前記処理液を前記チャンバ外に排出する他の処理液排出部と、
   前記他の液受部を上下方向に移動することにより、前記液受部による処理液の受液と、前記他の液受部による処理液の受液とを選択的に切り替える液受部昇降機構と、
   をさらに備え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、
   前記チャンバが、
   チャンバ本体と、
   前記チャンバ本体の上部開口を閉塞することにより前記内部空間を形成するチャンバ蓋部と、
   を備え、
   前記チャンバ蓋部が、下方に突出する蓋突出部を備え、前記蓋突出部が、前記中心軸を中心とする筒状の外周面を有し、
   前記チャンバの前記内部空間が形成された状態において、前記蓋突出部が、前記ロータ部の内周面よりも径方向内側に位置し、前記蓋突出部の前記外周面が、前記ロータ部の前記内周面と対向す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、
   前記ロータ部が、前記ステータ部との間に働く磁力により、前記内部空間において浮遊状態にて回転することを特徴とする基板処理装置。

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