JP2014157901A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の上面に対して均一な処理を行う。
【解決手段】基板処理装置１は、密閉された内部空間１６０を形成するチャンバ１２およびカップ部１６１、チャンバ１２内にて水平状態で基板９を保持する基板保持部１４、基板９の上面９１に薬液を供給する薬液供給部、内部空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部、並びに、内部空間内のガスを排出する排気部を有する。排気部により内部空間内のガスを排出しつつ、不活性ガス供給部により内部空間に不活性ガスを供給して、密閉された内部空間が不活性ガス充填状態とされる。不活性ガス充填状態において薬液供給部により基板９に薬液を供給する際に、内部空間への不活性ガスの供給、および、内部空間内のガスの排出が停止される。これにより、内部空間を加湿した状態に保って、薬液の気化による基板９の温度分布の均一性の低下を抑制し、基板９の上面に対して薬液による均一な処理を行うことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板を処理する技術に関する。

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、特許文献１では、レジスト膜をマスクとしたドライエッチングによりその表面に形成された薄膜をパターン化した基板に対し、当該基板の表面に生成された反応生成物を除去液により除去する基板処理装置が開示されている。特許文献１の装置では、回転する基板から飛散する除去液を捕獲するためのカップが設けられており、除去液による反応生成物の除去処理時に、当該カップ内の雰囲気の排気を弱めることにより、除去液からの水分の気化等に起因する反応生成物の除去能力の低下が有効に防止される。

特開２００２−３０５１７７号公報

ところで、特許文献１のように、カップ内にて処理を行う装置では、薬液成分を含むガスが当該カップの外部に拡散した場合に、当該カップの周辺に設置された機器等に影響を与える可能性があるため、カップ内の雰囲気を排気することが必須となる。したがって、排気を弱めることによる薬液の気化の抑制には限界がある。実際には、特に基板の外縁部にて温度低下が生じて、薬液による処理の均一性を向上することができない。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板の上面に対して均一な処理を行う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密閉空間形成部と、前記密閉空間形成部の一部である可動部を他の部位に対して移動することにより、前記密閉空間形成部を開閉する密閉空間開閉機構と、前記密閉空間形成部内に配置され、水平状態で基板を保持する基板保持部と、前記基板の上面に薬液を供給する薬液供給部と、前記内部空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、前記内部空間内のガスを排出する排気部と、前記排気部により前記内部空間内のガスを排出しつつ、前記不活性ガス供給部により前記内部空間に前記不活性ガスを供給して、密閉された前記内部空間を不活性ガス充填状態とし、前記不活性ガス充填状態において前記薬液供給部により前記基板に前記薬液を供給する際に、前記内部空間への前記不活性ガスの供給、および、前記内部空間内のガスの排出を停止する制御部とを備える。

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、前記基板の上方において、前記基板を覆うように前記上面に沿って広がり、前記薬液供給部により前記基板に前記薬液が供給される際に、前記上面に近接するトッププレートと、前記薬液供給部からの前記薬液を前記トッププレートと前記上面との間に供給するノズルとをさらに備える。

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、前記制御部が、前記基板への前記薬液の供給の開始よりも前に、前記内部空間への前記不活性ガスの供給、および、前記内部空間内のガスの排出を停止する。

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、前記薬液供給部による前記基板への前記薬液の供給の終了後に、前記基板の前記上面にリンス液を供給するリンス液供給部をさらに備える。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の基板処理装置であって、前記制御部が、前記基板への前記薬液の供給の終了後、前記基板への前記リンス液の供給の開始前に、前記排気部により前記内部空間内のガスを排出する。

請求項６に記載の発明は、基板処理装置において基板を処理する基板処理方法であって、前記基板処理装置が、密閉された内部空間を形成する密閉空間形成部と、前記密閉空間形成部の一部である可動部を他の部位に対して移動することにより、前記密閉空間形成部を開閉する密閉空間開閉機構と、前記密閉空間形成部内に配置され、水平状態で基板を保持する基板保持部と、前記基板の上面に薬液を供給する薬液供給部と、前記内部空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、前記内部空間内のガスを排出する排気部とを備え、前記基板処理方法が、ａ）前記排気部により前記内部空間内のガスを排出しつつ、前記不活性ガス供給部により前記内部空間に前記不活性ガスを供給して、密閉された前記内部空間を不活性ガス充填状態とする工程と、ｂ）前記不活性ガス充填状態において前記薬液供給部により前記基板に前記薬液を供給する工程とを備え、前記ｂ）工程において前記基板に前記薬液を供給する際に、前記内部空間への前記不活性ガスの供給、および、前記内部空間内のガスの排出が停止される。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の基板処理方法であって、前記ｂ）工程において、前記基板への前記薬液の供給の開始よりも前に、前記内部空間への前記不活性ガスの供給、および、前記内部空間内のガスの排出が停止される。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の基板処理方法であって、ｃ）前記ｂ）工程の終了後に、リンス液供給部により前記基板の前記上面にリンス液を供給する工程をさらに備える。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の基板処理方法であって、前記ｂ）工程と前記ｃ）工程との間に、前記排気部により前記内部空間内のガスを排出する工程をさらに備える。

本発明によれば、基板の上面に対して均一な処理を行うことができる。

請求項２の発明では、基板の上面に対してより均一な処理を行うことができ、請求項３の発明では、基板への薬液の供給を開始する際に、内部空間に対するガスの流入および流出の遮断をより確実に行うことができ、請求項５の発明では、リンス液に薬液成分が混ざって薬液処理の均一性に影響を及ぼすことを抑制することができる。

基板処理装置を示す断面図である。 処理液供給部、不活性ガス供給部および気液排出部を示すブロック図である。 基板処理装置の一部を示す断面図である。 基板処理装置の一部を示す断面図である。 基板処理装置における処理の流れを示す図である。 基板処理装置における各構成の動作タイミングを示す図である。 エッチング処理の実験結果を示す図である。

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対する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。

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。チャンバ本体１２１およびチャンバ蓋部１２２は非磁性体により形成される。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の外縁部から下方に延びる筒状の内側壁部２１２と、内側壁部２１２から径方向外方へと広がるベース部２１３とを備える。チャンバ側壁部２１４は、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心とする環状であり、ベース部２１３の径方向中央部から上方へと突出する。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と内側壁部２１２とベース部２１３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の基板支持部１４１（後述）に基板９が支持された場合、基板９の下面９２は、中央部２１１の上面と対向する。

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の上部開口を閉塞する際には、チャンバ蓋部１２２の外縁部がチャンバ側壁部２１４の上部と接する。

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。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。チャンバ開閉機構１３１によりチャンバ蓋部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と共に上下方向に一定の範囲にて移動する。チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１と接して上部開口を閉塞し、さらに、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１に向かって押圧されることにより、チャンバ１２内に密閉された内部空間（後述の図４参照）が形成される。

基板保持部１４は、チャンバ１２内に配置され、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。基板保持部１４は、基板９の外縁部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。このように、トッププレート１２３は、基板９の上方において、基板９を覆うように上面９１に沿って広がる。

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により支持される。詳細には、チャンバ蓋部１２２の下面には、環状のプレート保持部２２２が設けられる。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。筒部２２３は、チャンバ蓋部１２２の下面から下方に広がる。フランジ部２２４は、筒部２２３の下端から径方向外方へと広がる。

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の上端から径方向内方へと広がる。筒部２３８は、プレート保持部２２２の筒部２２３の径方向外側に位置し、筒部２２３と径方向に対向する。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。

図１に示す基板回転機構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、チャンバ１２の内部空間において下部環状空間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の上方に配置される。

ステータ部１５１は、チャンバ１２外（すなわち、内部空間の外側）においてロータ部１５２の周囲、すなわち、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、ベース部２１３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、カップ移動機構１６２とを備える。既述のように、チャンバ側壁部２１４を形成する部材の一部は液受け部１６に含まれる。カップ部１６１は中心軸Ｊ１を中心とする環状であり、チャンバ側壁部２１４の径方向外側に位置する。カップ移動機構１６２はカップ部１６１を上下方向に移動する。

カップ部１６１の下部は、チャンバ側壁部２１４の外側に位置する環状の液受け凹部１６５内に位置する。液受け凹部１６５の外周を囲む略円筒状の外壁部１６８の上端部には、中心軸Ｊ１を中心とする略円環板状の外シール部１６９が固定される。外シール部１６９は、外壁部１６８の上端部から径方向内方へと広がり、液受け凹部１６５の上部開口の外周部を全周に亘って覆う。

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。チャンバ底部２１０の中央部２１１の中央には、下部ノズル１８２が取り付けられる。液受け凹部１６５の底部は、第１排出路１９１に接続される。内側壁部２１２とチャンバ側壁部２１４との間の下部環状空間２１７の底部は、第２排出路１９２に接続される。なお、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の周縁部に対向する位置であってもよい。

図２は、基板処理装置１が備える処理液供給部１８、不活性ガス供給部１８６および気液排出部１９を示すブロック図である。処理液供給部１８は、上述の上部ノズル１８１および下部ノズル１８２に加えて、薬液供給部１８３と、純水供給部１８４と、ＩＰＡ供給部１８５とを備える。薬液供給部１８３、純水供給部１８４およびＩＰＡ供給部１８５は、それぞれ弁を介して上部ノズル１８１に接続される。下部ノズル１８２は、弁を介して純水供給部１８４に接続される。上部ノズル１８１は、弁を介して不活性ガス供給部１８６にも接続される。上部ノズル１８１は中央に液吐出口を有し、その周囲にガス噴出口を有する。したがって、正確には、上部ノズル１８１の一部はチャンバ１２の内部にガスを供給する広義のガス供給部の一部である。下部ノズル１８２は中央に液吐出口を有する。

液受け部１６の液受け凹部１６５に接続される第１排出路１９１は、気液分離部１９３に接続される。気液分離部１９３は、外側排気部１９４、薬液回収部１９５および排液部１９６にそれぞれ弁を介して接続される。チャンバ底部２１０に接続される第２排出路１９２は、気液分離部１９７に接続される。気液分離部１９７は、内側排気部１９８および排液部１９９にそれぞれ弁を介して接続される。処理液供給部１８、不活性ガス供給部１８６および気液排出部１９の各構成は、制御部１０により制御される。チャンバ開閉機構１３１、基板保持部１４、基板回転機構１５およびカップ移動機構１６２（図１参照）も制御部１０により制御される。

本実施の形態では、薬液供給部１８３から上部ノズル１８１を介して基板９上に供給される薬液は、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る。純水供給部１８４は、上部ノズル１８１または下部ノズル１８２を介して基板９に純水（ＤＩＷ：Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ）を供給する。ＩＰＡ供給部１８５は、上部ノズル１８１を介して基板９上にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を供給する。基板処理装置１では、上記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。また、不活性ガス供給部１８６は、上部ノズル１８１を介してチャンバ１２内に不活性ガスを供給する。本実施の形態では、当該不活性ガスは窒素（Ｎ_２）ガスである。もちろん、不活性ガスは窒素ガス以外であってもよい。

図１に示すように、カップ部１６１は、側壁部６１１と、上面部６１２と、下面部６１３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へと広がる。下面部６１３は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環板状であり、側壁部６１１の下端部から径方向外方へ広がる。上面部６１２および下面部６１３は、中心軸Ｊ１に略垂直である。図１に示す状態では、カップ部１６１の側壁部６１１のほぼ全体および下面部６１３は、液受け凹部１６５内に位置する。

チャンバ蓋部１２２の外縁部の下面には、環状のリップシール２３１，２３２が設けられる。リップシール２３１は、チャンバ側壁部２１４の上端部の上方に位置する。リップシール２３２は、カップ部１６１の上面部６１２の内縁部の上方に位置する。図１に示すチャンバ蓋部１２２が下降し、カップ部１６１が上昇すると、図３に示すように、リップシール２３２とカップ部１６１の上面部６１２の内縁部とが上下方向に関して接する。また、チャンバ蓋部１２２がチャンバ側壁部２１４まで下降すると、図４に示すように、リップシール２３１とチャンバ側壁部２１４の上端部とが接する。

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。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。

チャンバ蓋部１２２が下降すると、図３および図４に示すように、第１係合部２４１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規制する（すなわち、周方向における相対位置を固定する）位置規制部材である。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。なお、図３および図４に示す状態では、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。

既述のように、図１の支持部ベース４１３の上面には、基板支持部１４１の複数の第１接触部４１１が周方向に配列される。複数の第１接触部４１１は、複数の第２係合部２４２よりも径方向内側に配置される。また、トッププレート１２３の外縁部の下面には、基板押さえ部１４２の複数の第２接触部４２１が周方向に配列される。複数の第２接触部４２１は、複数の第１係合部２４１よりも径方向内側に配置される。上述のように、複数の第２接触部４２１の周方向の位置は、複数の第１接触部４１１の周方向の位置と異なる。本実施の形態では、４つの第１接触部４１１が周方向に等角度間隔にて配置される。また、周方向に関して各第１接触部４１１の両側に２つの第２接触部４２１が隣接して配置されており、１つの第１接触部４１１に隣接する２つの第２接触部４２１を１組として、４組の第２接触部４２１が周方向に等角度間隔に配置される。図３および図４に示すように、チャンバ蓋部１２２が下降した状態では、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。これにより、基板押さえ部１４２が基板９を基板支持部１４１へと押圧する。

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。図３および図４に示す状態では、プレート保持部２２２と被保持部２３７とは接触しておらず、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。

図５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り、図６は、制御部１０の制御による基板処理装置１の各構成の動作タイミングを示す図である。図６では、最上段から下方に向かって順に基板回転機構１５、薬液供給部１８３、純水供給部１８４、外側排気部１９４、内側排気部１９８および不活性ガス供給部１８６の動作タイミングを示す。なお、図５中にて破線にて囲む処理は、後述の処理例にて行われる。

基板処理装置１では、まず、チャンバ蓋部１２２が図１に示すように上方に位置する状態で、基板９が外部の搬送機構によりチャンバ１２の内部空間に搬入されて基板支持部１４１により下方から支持される（ステップＳ１１）。続いて、チャンバ蓋部１２２が図３に示す位置まで下降することにより、基板９が基板押さえ部１４２および基板支持部１４１により保持される。このとき、チャンバ蓋部１２２とチャンバ側壁部２１４とは離間しており、基板９の周囲（すなわち、径方向外側）において、チャンバ蓋部１２２とチャンバ側壁部２１４との間に環状開口８１が形成される。以下、環状開口８１が形成されるチャンバ１２の状態を「半オープン状態」と呼ぶ。また、図１の状態を「オープン状態」と呼ぶ。

カップ部１６１は、図１に示す位置から上昇し、図３に示すように、環状開口８１の径方向外側に全周に亘って位置する。このように、カップ移動機構１６２（図１参照）は、カップ部１６１を、環状開口８１の径方向外側の第１位置と、第１位置よりも下方の第２位置（図１参照）との間で上下方向に移動する。第１位置に位置するカップ部１６１では、側壁部６１１は、環状開口８１と径方向に対向する。

第１位置に位置するカップ部１６１では、上面部６１２の内縁部の上面が、チャンバ蓋部１２２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、気体や液体の通過を防止する第１シール６１５が形成される。また、カップ部１６１の下面部６１３の上面が、チャンバ本体１２１の外シール部１６９の下面に全周に亘って接する。これにより、チャンバ本体１２１とカップ部１６１の下面部６１３との間に、気体や液体の通過を防止する第２シール６１６が形成される。

基板処理装置１では、カップ部１６１の上面部６１２は、第１位置において第１シール６１５を形成する第１シール部であり、下面部６１３は、第１位置において第２シール６１６を形成する第２シール部である。そして、半オープン状態のチャンバ１２（すなわち、環状開口８１が形成される状態のチャンバ本体１２１およびチャンバ蓋部１２２）、並びに、第１位置に位置するカップ部１６１により、密閉された内部空間１６０（以下、「密閉空間１６０」という。）が形成される。このように、基板処理装置１では、密閉空間１６０を形成する密閉空間形成部が、チャンバ１２およびカップ部１６１により実現される。

図６中の時刻Ｔ１において密閉空間１６０が形成されると、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。また、不活性ガス供給部１８６から密閉空間１６０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、外側排気部１９４による密閉空間１６０内のガスの排出が開始される。密閉空間１６０への上部ノズル１８１を介した不活性ガスの供給、および、密閉空間１６０からの第１排出路１９１を介したガスの排出は一定時間以上継続される。これにより、密閉空間１６０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（ステップＳ１２）。なお、密閉空間１６０への不活性ガスの供給、および、密閉空間１６０内のガスの排出は、図１に示すオープン状態から行われていてもよい。

図６に示すように、密閉空間１６０の形成から所定時間（例えば、２０秒）経過した時刻Ｔ２になると、不活性ガス供給部１８６による密閉空間１６０への不活性ガスの供給、および、外側排気部１９４による密閉空間１６０内のガスの排出が停止される。また、これらの動作とほぼ同時に（例えば、前後数秒以内に）、薬液供給部１８３による基板９の上面９１への薬液の供給が開始される（ステップＳ１３）。薬液供給部１８３からの薬液は、図３に示すように、上部ノズル１８１からトッププレート１２３の中央の開口を介して基板９の上面９１の中央部に緩やかに、かつ、連続的に供給される。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。

既述のように、基板９の上面９１への薬液の供給は、密閉空間１６０への不活性ガスの供給、および、密閉空間１６０内のガスの排出を停止した状態で行われる。したがって、ガスの流入および流出を遮断し、かつ、不活性ガス充填状態である密閉空間１６０において、薬液による上面９１に対するエッチングが行われる。実際には、トッププレート１２３の下面は基板９の上面９１に近接するため、基板９に対するエッチングは、トッププレート１２３の下面と上面９１との間の極めて狭い空間において行われる。

密閉空間１６０では、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、図２に示す第１排出路１９１を介して気液分離部１９３に流入する。薬液回収部１９５では、気液分離部１９３から薬液が回収され、フィルタ等を介して薬液から不純物等が除去された後、再利用される。

図６に示すように、薬液の供給開始から所定時間（例えば、６０〜１２０秒）経過した時刻Ｔ３になると、薬液供給部１８３からの薬液の供給が停止される。そして、基板回転機構１５により、時刻Ｔ４までの所定時間（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。このとき、トッププレート１２３は基板支持部１４１と共に回転するため、トッププレート１２３の下面に薬液はほとんど残存せず、トッププレート１２３から薬液が落下することはない。

時刻Ｔ４になると、基板９の回転数が定常回転数に戻される。また、図４に示すように、チャンバ蓋部１２２およびカップ部１６１が下方へと移動する。そして、チャンバ蓋部１２２のリップシール２３１が、チャンバ側壁部２１４の上部と接することにより、チャンバ１２が密閉された内部空間１２０（以下、「密閉空間１２０」という。）を形成する。チャンバ１２が密閉された状態では、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。また、不活性ガス供給部１８６から密閉空間１２０への不活性ガスの供給が再開されるとともに、内側排気部１９８による密閉空間１２０内のガスの排出が開始される。さらに、リンス液である純水の基板９への供給が、リンス液供給部である純水供給部１８４により開始される（ステップＳ１４）。

純水供給部１８４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１２の内壁（すなわち、チャンバ蓋部１２２およびチャンバ側壁部２１４の内壁）にて受けられ、図２に示す第２排出路１９２、気液分離部１９７および排液部１９９を介して廃棄される（後述する基板９の乾燥において同様）。これにより、チャンバ１２内の洗浄も実質的に行われる。実際には、基板９の回転数が定常回転数に戻された後、チャンバ蓋部１２２およびカップ部１６１を移動して図４に示す密閉空間１２０を形成し、続いて、純水供給部１８４からの純水の供給を開始するため、これらの動作には僅かな時間差が生じるが、図６では、図の簡素化のため、当該時間差を無視している。

純水の供給開始から所定時間経過した時刻Ｔ５になると、純水供給部１８４からの純水の供給が停止される。そして、密閉空間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の乾燥が行われる（ステップＳ１５）。基板９の乾燥開始から所定時間経過した時刻Ｔ６になると、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１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Ｓ１５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の内部空間から搬出される（ステップＳ１６）。なお、純水供給部１８４による純水の供給後、基板９の乾燥前に、ＩＰＡ供給部１８５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。

ここで、ステップＳ１３における薬液による基板９の処理の際に、密閉空間１６０への不活性ガスの供給、および、密閉空間１６０内のガスの排出を継続する比較例の基板処理装置について述べる。比較例の基板処理装置では、基板９上に供給された薬液（に含まれる水等）が気化する際に、密閉空間１６０においてガスの流入および流出が継続されるため、密閉空間１６０が、湿度が高い状態となりにくい。したがって、薬液の気化が連続的に生じ、気化熱による基板９の温度低下が生じる。基板９の温度低下は基板９の外縁部にて顕著となり、基板９の温度分布の均一性が低下する。その結果、薬液による基板９の処理の均一性が低下する。

一定の温度に加熱した薬液を大流量にて基板９に供給することにより、基板９の温度分布の均一性の低下を抑制することも考えられるが、薬液の消費量が増大してしまう。また、特開２００２−３０５１７７号公報（特許文献１）のように開放された処理空間にて基板を処理する基板処理装置では、薬液成分を含むガスが外部に拡散するのを防止するため、薬液による基板の処理の際に、当該処理空間内のガスを排気部にて排出することが必須となる。したがって、上記比較例の基板処理装置と同様に、薬液による基板の処理の均一性が低下する。実際には、このような基板処理装置では、基板へのパーティクルの付着を防止するために、ダウンフローを発生させることも行われ、この場合、薬液による基板の処理の均一性がさらに低下する。

これに対し、基板処理装置１では、密閉空間形成部であるチャンバ１２およびカップ部１６１により密閉空間１６０が形成され、薬液供給部１８３により基板９に薬液を供給する際に、密閉空間１６０への不活性ガスの供給、および、密閉空間１６０内のガスの排出が停止される。このように、ガスの流入および流出を遮断した密閉空間１６０において薬液を基板９に供給することにより、密閉空間１６０を、主として薬液に含まれる水分にて加湿した状態に保つことができる（もちろん、密閉空間１６０内の雰囲気に薬液成分が含まれてもよい。）。その結果、薬液の気化による基板９の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、薬液の消費量を低減しつつ基板９の上面９１に対して薬液による均一な処理を行うことができる。また、基板処理装置１のＣＯＯ（cost of ownership）も低減することができる。

図７は、エッチング処理の実験結果を示す図である。図７中にて「排気ＯＮ」は比較例の基板処理装置におけるエッチング処理の均一性を示し、「排気ＯＦＦ」は図１の基板処理装置１におけるエッチング処理の均一性を示す。ここでは、基板９上の複数の位置におけるエッチング量の最大値Ａ、最小値Ｂおよび平均値Ｃを用いて、（（（Ａ−Ｂ）／２Ｃ）×１００）にて得られる値を均一性を示す値（Etching Unif.）とする。比較例の基板処理装置におけるエッチング処理の均一性が８％であるのに対し、基板処理装置１におけるエッチング処理の均一性は３％であり、ガスの流入および流出を遮断した密閉空間１６０において薬液を基板９に供給することにより、エッチング処理の均一性が向上することが判る。

基板処理装置１では、外側排気部１９４により密閉空間１６０内のガスを排出しつつ、不活性ガス供給部１８６により密閉空間１６０に不活性ガスを供給して、密閉空間１６０が不活性ガス充填状態とされる。そして、不活性ガス充填状態（すなわち、低酸素雰囲気）において薬液による処理が行われる。これにより、基板９へのパーティクルの付着が防止されるとともに、可燃性の薬液等も使用可能となる。

また、基板処理装置１は、薬液供給部１８３により基板９に薬液が供給される際に、上面９１に近接するトッププレート１２３と、薬液供給部１８３からの薬液をトッププレート１２３と上面９１との間に供給する上部ノズル１８１とを備える。これにより、基板９の上面９１がトッププレート１２３との間の狭い空間に面しつつ上面９１に薬液を供給することが実現される。その結果、薬液の気化をさらに抑制することができ、基板９の上面９１に対してより均一な処理を行うことができる。また、トッププレート１２３の外周縁が、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ため、基板９の上面９１の外周部全体がトッププレート１２３により覆われる。その結果、基板９の外周縁から飛散した処理液がチャンバ１２の内壁等で跳ね返って基板９に付着することを抑制することができる。さらに、トッププレート１２３が基板９に近接した状態で処理を行うことにより、基板９の上面９１を薬液で覆う際に必要な薬液の量を削減することができる。

ところで、不活性ガス供給部１８６から密閉空間１６０に至る配管や、密閉空間１６０から外側排気部１９４に至る配管の設計によっては、不活性ガス供給部１８６による密閉空間１６０への不活性ガスの供給、および、外側排気部１９４による密閉空間１６０内のガスの排出を停止した直後においても、密閉空間１６０内にて少しの間ガスの流れが生じることがある。このような場合には、図６中にて太い破線Ｌ１，Ｌ２にて示すように、時刻Ｔ２における基板９への薬液の供給の開始よりも前に（例えば、１〜３秒前に）、不活性ガス供給部１８６による密閉空間１６０への不活性ガスの供給、および、外側排気部１９４による密閉空間１６０内のガスの排出が停止されてもよい。これにより、基板９への薬液の供給を開始する際に、密閉空間１６０に対するガスの流入および流出の遮断をより確実に行うことができる。その結果、基板９の上面９１に対してより均一な処理を行うことができる。

基板処理装置１における好ましい動作例では、図５中のステップＳ１３における基板９への薬液の供給の終了後、ステップＳ１４における基板９への純水の供給の開始前に、すなわち、図６中の時刻Ｔ３と時刻Ｔ４との間に、太い破線Ｌ３にて示すように、外側排気部１９４により密閉空間１６０内のガスが排出される（ステップＳ１３ａ）。これにより、リンス液である純水に、雰囲気中の薬液成分が混ざって薬液処理の均一性に影響を及ぼすことを抑制することができる。この場合、基板９への薬液の供給時以外は、常時、外側排気部１９４または内側排気部１９８により、チャンバ１２の内部空間のガスが排出されることとなる。

上記基板処理装置１は様々な変形が可能である。図１の基板処理装置１では、薬液の供給時にチャンバ１２およびカップ部１６１により密閉空間１６０が形成され、純水の供給時にチャンバ１２のみにより密閉空間１２０が形成されるが、基板処理装置の設計によっては、カップ部１６１が省略され、薬液の供給時および純水の供給時の双方において、チャンバ１２のみにより密閉された内部空間が形成されてもよい。以上のように、密閉された内部空間を形成する密閉空間形成部は様々な態様にて実現可能である。

密閉空間開閉機構であるチャンバ開閉機構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を上下方向に移動することにより、チャンバ１２の状態が、オープン状態、半オープン状態および密閉状態の間で切り換えられてもよい。また、上記のようにカップ部１６１が省略される基板処理装置では、密閉空間形成部であるチャンバの側部に搬出入口が形成されてもよい。この場合、密閉空間開閉機構が、搬出入口を閉塞する可動部を、他の部位に対して移動することにより、チャンバが開閉される。このように、基板処理装置では、基板９の搬入および搬出の際に、密閉空間開閉機構が、密閉空間形成部の一部である可動部を他の部位に対して移動することにより、密閉空間形成部の開閉が行われる。

基板保持部１４は、必ずしも、基板支持部１４１と基板押さえ部１４２とに分割されて設けられる必要はない。例えば、それぞれが径方向外方へと凹む凹部を有する複数の保持構造が支持部ベース４１３上に設けられ、各保持構造の凹部に基板９の外縁部が挿入されることにより、各保持構造が、基板９の下側、側方および上側から接して基板９を保持してもよい。

基板処理装置では、基板９に対して様々な薬液（例えば、ＳＰＭ（硫酸・過酸化水素水混合液））が供給され、上記処理例以外の様々な処理が行われてよい。また、基板９への薬液の供給の終了後に、基板９の上面９１に供給されるリンス液は純水以外であってもよい。

基板処理装置１では、外側排気部１９４および内側排気部１９８により密閉空間形成部の内部空間内のガスを排出する排気部が実現されるが、基板処理装置の設計によっては、１つの排気部のみが設けられてもよい。

基板処理装置にて処理される基板は半導体基板には限定されず、ガラス基板や他の基板であってもよい。

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
１０ 制御部
１２ チャンバ
１４ 基板保持部
９１ 上面
１２０，１６０ 内部空間
１２２ チャンバ蓋部
１２３ トッププレート
１３１ チャンバ開閉機構
１６１ カップ部
１８１ 上部ノズル
１８３ 薬液供給部
１８４ 純水供給部
１８６ 不活性ガス供給部
１９４ 外側排気部
１９８ 内側排気部
Ｓ１２〜Ｓ１４，Ｓ１３ａ ステップ

Claims (9)

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密閉空間形成部と、
   前記密閉空間形成部の一部である可動部を他の部位に対して移動することにより、前記密閉空間形成部を開閉する密閉空間開閉機構と、
   前記密閉空間形成部内に配置され、水平状態で基板を保持する基板保持部と、
   前記基板の上面に薬液を供給する薬液供給部と、
   前記内部空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
   前記内部空間内のガスを排出する排気部と、
   前記排気部により前記内部空間内のガスを排出しつつ、前記不活性ガス供給部により前記内部空間に前記不活性ガスを供給して、密閉された前記内部空間を不活性ガス充填状態とし、前記不活性ガス充填状態において前記薬液供給部により前記基板に前記薬液を供給する際に、前記内部空間への前記不活性ガスの供給、および、前記内部空間内のガスの排出を停止する制御部と、
   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、
   前記基板の上方において、前記基板を覆うように前記上面に沿って広がり、前記薬液供給部により前記基板に前記薬液が供給される際に、前記上面に近接するトッププレートと、
   前記薬液供給部からの前記薬液を前記トッププレートと前記上面との間に供給するノズルと、
   をさらに備え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、
   前記制御部が、前記基板への前記薬液の供給の開始よりも前に、前記内部空間への前記不活性ガスの供給、および、前記内部空間内のガスの排出を停止す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、
   前記薬液供給部による前記基板への前記薬液の供給の終了後に、前記基板の前記上面にリンス液を供給するリンス液供給部をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項４に記載の基板処理装置であって、
   前記制御部が、前記基板への前記薬液の供給の終了後、前記基板への前記リンス液の供給の開始前に、前記排気部により前記内部空間内のガスを排出することを特徴とする基板処理装置。
6. 基板処理装置において基板を処理する基板処理方法であって、
   前記基板処理装置が、
   密閉された内部空間を形成する密閉空間形成部と、
   前記密閉空間形成部の一部である可動部を他の部位に対して移動することにより、前記密閉空間形成部を開閉する密閉空間開閉機構と、
   前記密閉空間形成部内に配置され、水平状態で基板を保持する基板保持部と、
   前記基板の上面に薬液を供給する薬液供給部と、
   前記内部空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
   前記内部空間内のガスを排出する排気部と、
   を備え、
   前記基板処理方法が、
   ａ）前記排気部により前記内部空間内のガスを排出しつつ、前記不活性ガス供給部により前記内部空間に前記不活性ガスを供給して、密閉された前記内部空間を不活性ガス充填状態とする工程と、
   ｂ）前記不活性ガス充填状態において前記薬液供給部により前記基板に前記薬液を供給する工程と、
   を備え、
   前記ｂ）工程において前記基板に前記薬液を供給する際に、前記内部空間への前記不活性ガスの供給、および、前記内部空間内のガスの排出が停止されることを特徴とする基板処理方法。
7. 請求項６に記載の基板処理方法であって、
   前記ｂ）工程において、前記基板への前記薬液の供給の開始よりも前に、前記内部空間への前記不活性ガスの供給、および、前記内部空間内のガスの排出が停止されることを特徴とする基板処理方法。
8. 請求項６または７に記載の基板処理方法であって、
   ｃ）前記ｂ）工程の終了後に、リンス液供給部により前記基板の前記上面にリンス液を供給する工程をさらに備えることを特徴とする基板処理方法。
9. 請求項８に記載の基板処理方法であって、
   前記ｂ）工程と前記ｃ）工程との間に、前記排気部により前記内部空間内のガスを排出する工程をさらに備えることを特徴とする基板処理方法。

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