JP2022174633A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の下面のパーティクルの削減【解決手段】基板処理装置は、円盤状のベース部材と、ベース部材の周縁部に設けられ、基板がベース部材から上方に離間するように基板を保持する複数の保持部材と、を具備し、基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、基板保持部を鉛直軸線周りに回転駆動する回転駆動部と、基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液ノズルと、基板保持部に保持された基板の下面とベース部材の上面との間に形成された基板下方空間内にパージガスを吐出するパージガスノズルと、パージガスノズルから吐出されるパージガスの流量を制御するパージガス流量制御機器と、制御部とを備える。制御部は、基板を保持した基板保持部の回転に伴い基板下方空間内に生じる負圧を相殺するような流量でパージガスノズルから基板下方空間内にパージガスが吐出されるようにガス流量制御機器の動作を制御する。【選択図】図２

Description

本開示は、基板処理装置および基板処理方法に関する。

半導体装置の製造において、水平姿勢に保持された基板を鉛直軸回りに回転させつつ、基板の上面および／または下面に洗浄処理を施す基板処理装置が用いられる。特許文献１には、そのような基板処理装置の一例が記載されている。この基板処理装置は、円盤状のスピンベースと、スピンベースの周縁部付近に設けられた３つ以上の基板保持部材が設けられている。スピンベースの中央部には、洗浄液供給部と気体噴出口が設けられている。基板を回転させながら洗浄液供給部により基板の下面中央部に洗浄液を供給することにより、基板の下面を洗浄する洗浄処理が行われる。その後に、洗浄液の供給を停止して基板の回転を継続することにより基板を乾燥させる乾燥処理が行われる。

乾燥処理時には、乾燥の促進のため気体噴出口から基板の下方の空間にガス（不活性ガスまたはドライエア）が供給される。洗浄処理時に洗浄液が気体噴出口に入り込むと、入り込んだ洗浄液がガスの吐出開始時にミスト状に吹き出し、基板を汚染する。これを防止するために、洗浄処理時にも、乾燥処理時よりも小さい流量でガスを気体噴出口から吹き出している。

特開平１０－１３５１７８号公報

本開示は、基板の下面のパーティクルを削減できる技術を提供するものである。

本開示の一実施形態によれば、基板処理装置であって、円盤状のベース部材と、前記ベース部材の周縁部に設けられ、基板が前記ベース部材から上方に離間するように前記基板を保持する複数の保持部材と、を具備し、前記基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、前記基板保持部を鉛直軸線周りに回転駆動する回転駆動部と、前記基板保持部に保持された前記基板に処理液を供給する処理液ノズルと、前記基板保持部の周囲に設けられ、前記基板保持部により保持されて回転する基板から飛散する処理液を受け止める液受けカップと、一端が液受けカップの排気口に接続されるとともに他端が負圧発生源に接続された、前記液受けカップ内の雰囲気を吸引するカップ排気路と、前記基板保持部に保持された基板の下面と前記ベース部材の上面との間に形成された基板下方空間内にパージガスを吐出するパージガスノズルと、前記パージガスノズルから吐出されるパージガスの流量を制御するパージガス流量制御機器と、少なくとも前記パージガス流量制御機器の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記基板を保持した基板保持部の回転に伴い前記基板下方空間内に生じる負圧を相殺するような流量で前記パージガスノズルから前記基板下方空間内にパージガスが吐出されるように前記パージガス流量制御機器の動作を制御する、基板処理装置が提供される。

本開示によれば、基板の下面のパーティクルを削減することができる。

一実施形態に係る基板処理装置の縦断側面図である。 基板処理装置に含まれる処理ユニットの縦方向概略断面図である。 ウエハ回転速度に対応するカップ排気路内の圧力Ｐ３の設定を説明するグラフである。 パージガス吐出流量とパーティクル増分の関係を調べた実験結果を示すグラフである。 パージガス吐出流量とカップ排気路内の圧力Ｐ３との関係を示すグラフである。 ウエハ下方空間に圧力センサを設けた実施形態を示す概略図である。

基板処理装置の一実施形態を、添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。

図１に示すように、基板処理システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２と処理ステーション３とは隣接して設けられる。

搬入出ステーション２は、キャリア載置部１１と、搬送部１２とを備える。キャリア載置部１１には、複数枚の基板、本実施形態では半導体ウエハ（以下ウエハＷ）を水平状態で収容する複数のキャリアＣが載置される。

搬送部１２は、キャリア載置部１１に隣接して設けられ、内部に基板搬送装置１３と、受渡部１４とを備える。基板搬送装置１３は、ウエハＷを保持するウエハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１３は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウエハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウエハＷの搬送を行う。

処理ステーション３は、搬送部１２に隣接して設けられる。処理ステーション３は、搬送部１５と、複数の処理ユニット１６とを備える。複数の処理ユニット１６は、搬送部１５の両側に並べて設けられる。

搬送部１５は、内部に基板搬送装置１７を備える。基板搬送装置１７は、ウエハＷを保持するウエハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１７は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウエハ保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間でウエハＷの搬送を行う。

処理ユニット１６は、基板搬送装置１７によって搬送されるウエハＷに対して所定の基板処理を行う。

また、基板処理システム１は、制御装置４を備える。制御装置４は、たとえばコンピュータであり、制御部１８と記憶部１９とを備える。記憶部１９には、基板処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１８は、記憶部１９に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム１の動作を制御する。

なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置４の記憶部１９にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。

上記のように構成された基板処理システム１では、まず、搬入出ステーション２の基板搬送装置１３が、キャリア載置部１１に載置されたキャリアＣからウエハＷを取り出し、取り出したウエハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウエハＷは、処理ステーション３の基板搬送装置１７によって受渡部１４から取り出されて、処理ユニット１６へ搬入される。

処理ユニット１６へ搬入されたウエハＷは、処理ユニット１６によって処理された後、基板搬送装置１７によって処理ユニット１６から搬出されて、受渡部１４に載置される。そして、受渡部１４に載置された処理済のウエハＷは、基板搬送装置１３によってキャリア載置部１１のキャリアＣへ戻される。

次に処理ユニット１６の構成について図２を参照して説明する。

図２に示すように、処理ユニット１６は、チャンバ２０と、基板保持回転機構３０と、処理流体供給部４０と、液受けカップ５０と、回転カップ６０とを備える。

チャンバ２０は、基板保持回転機構３０と処理流体供給部４０と液受けカップ５０とを収容する。チャンバ２０の天井部には、ＦＦＵ（Fan Filter Unit）２１が設けられる。ＦＦＵ２１は、チャンバ２０内にダウンフローを形成する。

基板保持回転機構３０は、基板保持部３１と、回転駆動部３３とを有している。基板保持部３１は、ウエハＷよりもやや大きい直径を有する円盤状のベース板３１１と、ベース板３１１の周縁部に設けられた複数のチャック部（保持部材）３１２と、ベース板３１１の下面中央部から下方に延びる中空の回転軸３１３とを有している。チャック部３１２によりウエハＷを把持させることにより、ウエハＷが水平姿勢で基板保持部３１に保持される。回転駆動部３３は、例えば電気回転モータからなり、回転軸３１３を鉛直軸線周りに回転させることができる。

基板保持部３１は、さらに基板昇降部３１４を有している。基板昇降部３１４は、基板保持部３１のベース板３１１の上面に形成された円形の窪みに嵌合する円盤体３１５と、円盤体３１５の上面から突出する複数の支持ピン３１６と、円盤体３１５の下面中央部から下方に延びる中空の軸３１７とを有している。基板昇降部３１４の軸３１７は、基板保持部３１の回転軸３１３の内部に収容されている。

基板昇降部３１４を昇降させるために、昇降機構３１８が設けられている。昇降機構３１８は、例えばエアシリンダまたはボールネジ等のリニアアクチュエータ３１９と、リニアアクチュエータ３１９により上下方向に移動して軸３１７の下端を押し上げるリフト部材３２０とを有する。昇降機構３１８により、円盤体３１５を下降位置（図２に示す位置）と、上昇位置（ベース板３１１から上方に離れた位置）との間で移動させることができる。

基板保持部３１のチャック部３１２は、ベース板３１１に付設されたチャック操作機構により、ウエハＷの周縁部を把持する把持位置と、ウエハＷから離れる解放位置との間で移動させることができる。チャック操作機構は、例えば、下降位置に移動している円盤体３１５により押されることにより動作するリンク機構からなる。チャック操作機構は、円盤体３１５が下降位置に位置しているときにはチャック部３１２を把持位置に位置させ、円盤体３１５が上昇位置に位置しているときにはチャック部３１２を解放位置に位置させるように構成されている。このようなチャック操作機構は公知であり、図示および説明は省略する。

少なくとも円盤体３１５が下降位置に位置しているときには、ベース板３１１と円盤体３１５とが相補的な凹凸（例えば円盤体３１５の上面およびベース板３１１の下面の一方に設けられた突起と、他方に設けられた窪み）からなる適当なインターロック構造により、ベース板３１１と円盤体３１５とが一体的に回転するようになっている。

つまり、ベース板３１１と円盤体３１５とは相対的に昇降可能であるが、少なくとも円盤体３１５が下降位置に位置しているとき、あるいは常時、ベース板３１１と円盤体３１５とは相対回転不能である。ベース板３１１の回転軸３１３と円盤体３１５の軸３１７とを相対的に昇降可能かつ相対回転不能に係合させてもよい。

ウエハＷを処理ユニット１６に搬入するときには、基板昇降部３１４の円盤体３１５を上昇位置に位置させる。この状態で、チャンバ２０の側壁に設けられた搬出入口（図示せず）を通ってチャンバ２０内に侵入してきた基板搬送装置１７のアームが、基板昇降部３１４の支持ピン３１６にウエハＷを渡す。その後、円盤体３１５を下降位置まで下降させる。この動きに伴い把持位置に移動したチャック部３１２によりウエハＷが把持されるとともに、ウエハＷが支持ピン３１６からわずかに離れる。また、円盤体３１５が基板保持部３１のベース板３１１と相対回転不能に係合する。これにより、ウエハＷが、基板保持部３１によりしっかりと保持された状態となる。ウエハＷを処理ユニット１６から搬出するときには上記と逆の手順を実行すればよい。

基板昇降部３１４の軸３１７の内部に、パージガス供給管９１（パージガスノズル）が設けられている。パージガス供給管９１の内部がパージガス供給路となる。パージガス供給管９１の上端部に、ベース板３１１と円盤体３１５との間の空間にパージガスを噴射する１つ以上のパージガス噴射穴９２が設けられている。

１つ以上のパージガス噴射穴９２には、真上に向けてパージガスを噴射するパージガス噴射穴、水平方向パージガスを噴射するパージガス噴射穴、および斜め上方に向けてパージガスを噴射するパージガス噴射穴のうちの少なくともいずれか１つを含めることができる。このように複数のパージガス噴射穴を設ける場合、パージガス供給管９１の上端に複数のパージガス噴射穴が形成されたキャップを取り付けてもよい。

パージガス供給管９１は、基板保持部３１の回転軸３１３および基板昇降部３１４の軸３１７が回転しているときも、非回転状態を維持できるように設けられている。パージガス供給管９１は、基板昇降部３１４の軸３１７を昇降させたときも上下方向に移動しないように設けられている。

パージガス供給管９１を軸３１７内に設けることに代えて、軸３１７内の空洞をパージガス供給路として設けてもよい。この場合、軸３１７がパージガスノズルとしての役割を持つ。またこの場合、例えば、軸３１７の下端部に接続したロータリージョイントを介して、パージガス供給路内にパージガスを供給することもできる。

パージガス供給管９１には、パージガス供給機構９４が接続されている。パージガス供給機構９４は、パージガス供給源９４１（例えば工場用力としての窒素ガス供給源）と、パージガス供給管９１に接続されたガス供給路９４２と、ガス供給路９４２に介設された開閉弁、流量制御弁、流量計等の流量制御機器９４３とを有する。パージガスとしてドライエアを用いることもできる。

処理流体供給部４０は、ウエハＷに対して処理流体（処理液、処理ガス等）を供給する。処理流体供給部４０は、基板保持部３１に保持されて回転するウエハＷに向けて処理液を吐出（供給）する複数の処理液ノズル４１，４２，４３を備えている。例えば処理液ノズル４１から洗浄用薬液（例えばＤＨＦ（希フッ酸））が吐出され、処理液ノズル４２からはリンス液としてのＤＩＷ（脱イオン水つまり純水）が吐出され、処理液ノズル４３からは高揮発性かつ低表面張力の乾燥補助用の有機溶剤例えばＩＰＡ（イソプロピルアルコール）が吐出される。処理液としてＳＣ－１等のアルカリ性薬液を含めてもよい。処理流体には、ウエハＷの表面の乾燥を促進させるためにウエハＷの表面に吹き付けられる窒素ガスのような乾燥補助用のガスを含めてもよい。

各処理液ノズル（４１～４３）には、処理液供給源に接続されるとともに開閉弁及び流量調整弁等の流量調整器が介設された処理液供給路を備えた図示しない処理液供給機構から、それぞれの処理液（処理流体）が供給される。

処理液ノズル４１～４３は、１つ以上（図示例では１つ）のノズルアーム４４に取り付けられている。ノズルアーム４４は、アーム駆動機構４５により昇降および旋回することができ、これにより、処理位置（ウエハＷの中心部の真上とウエハ周縁部の真上との間の任意の位置）と、液受けカップ５０の外方の待機位置との間で移動することができる。

液受けカップ５０は、複数のカップ体、図示例では２つのカップ体（５１，５２）を有しており、そのうちの１つのカップ体（５２）が流路切り替えのために可動である。詳細には、液受けカップ５０は、外側に位置する不動の環状の第１カップ体５１と、その内側に位置する昇降可能な環状の第２カップ体５２と、さらにその内側に位置する不動の内壁５４とを有している。

なお、本明細書において、「半径方向（径方向）」及び「円周方向（周方向）」と記載する場合、特に断り書きが無い限り、全体として概ね回転体（幾何学用語における回転体）として形成された液受けカップにおける中心軸線（これは基板保持部３１の回転中心軸線と同じである）を中心とする半径（または直径）方向及び円周の方向を意味している。

図２の左側には上昇位置にある第２カップ体５２が示され、図２の右側には下降位置にある第２カップ体５２が示されている。第１、第２カップ体５１、５２及び内壁５４は回転しない。第１カップ体５１と第２カップ体５２との間には第１流路５０１が形成されており、第２カップ体５２と内壁５４との間には第２流路５０２が形成されている。

第２カップ体５２は、図２に概略的に示された昇降機構５２ＥＶにより昇降させることができる。第２カップ体５２が下降位置にあるときに、第１カップ体５１の張出部５１０２と第２カップ体５２の張出部５２０２とが互いに離間して第１流路５０１がウエハＷの周縁の近傍に向けて開口する（図２の右半分を参照）。第２カップ体５２が上昇位置にあるときに、張出部５１０２と張出部５２０２とが互いに近接して第２流路５０２がウエハＷの周縁の近傍に向けて開口する（図２の左半分を参照）。

第１流路５０１および第２流路５０２の各々の途中に屈曲部が設けられており、屈曲部で急激に向きを変えられることにより各流路を流れる気液混合流体から液体成分が分離される。分離された液体成分は第１流路５０１に対応する液受け５１１、および第２流路５０２に対応する液受け５１２内に落下する。液受け５１１、５１２は、それぞれに対応する排液口５２１、５２２を介して、薬液の種類（酸性、アルカリ性、有機（本例では酸性および有機））に応じた工場の液体排液系に（単純化して矢印で示した）に接続されている。

液受けカップ５０の底部には、第１流路５０１及び第２流路５０２に連通するカップ排気口５５が形成されている。カップ排気口５５には、カップ排気路５６が接続されている。

チャンバ２０（処理ユニット１６のハウジング）の下部であって、かつ、液受けカップ５０の外部には、チャンバ２０内の雰囲気を排気するためのチャンバ排気口５７が設けられている。チャンバ排気口５７にはチャンバ排気路５８が接続されている。チャンバ排気路５８には、例えばバタフライ弁５９からなる流量制御弁が介設されている。

カップ排気路５６にチャンバ排気路５８が合流する。合流部の下流側においてカップ排気路５６に切替弁５３が設けられている。切替弁５３を切り替えることにより、排気の種類に応じた工場排気系（酸排気系、アルカリ排気系、有機排気系等）にカップ排気口５５を連通させることができる。工場排気系は負圧（負圧のレベルは概ね一定に維持されている）となっているため、工場排気系に連通する空間（液受けカップ５０内の空間、カップ排気路５６、チャンバ排気路５８等）内の雰囲気が吸引される。

チャンバ排気路５８のバタフライ弁５９の開度を調節することにより、カップ排気路５６とチャンバ排気路５８との排気流量比を調節することができる。バタフライ弁５９の開度を小さくすると、カップ排気路５６の排気流量が増し、その結果、液受けカップ５０内がより強く吸引されることになる。

バタフライ弁５９をカップ排気路５６のみに設けてもよく、カップ排気路５６およびチャンバ排気路５８の両方にバタフライ弁５９を設けてもよい。

回転カップ６０は、基板保持部３１のベース板３１１に取り付けられており、ベース板３１１と一緒に回転する。回転カップ６０は上カップ体６１と下カップ体６２とを有している。上カップ体６１および下カップ体６２は、円周方向に沿って間隔を開けてベース板３１１の外周部に取り付けられた複数の固定部材６３（図２には１つだけ示す）により、ベース板３１１に固定されている。

カップ排気路５６を介して液受けカップ５０内が吸引されているときには、液受けカップ５０の上部開口の上方の空間内にあるガス（ＦＦＵから吐出された清浄空気）が液受けカップ５０内に引き込まれる。液受けカップ５０内に引き込まれる空気の多くは、上カップ体６１と下カップ体６２との間の空間を通って、第１流路５０１または第２流路５０２に流入する（矢印Ｆ１を参照）。

また、基板保持部３１およびウエハＷが回転すると、円盤状の回転体（ウエハＷ、ベース板３１１、円盤体３１５など）の表面近傍にあるガス（清浄空気、窒素ガス等）が当該回転体の表面に引き摺られて回転体の外周縁部に向けて流れる。ウエハＷの上面（表面）側を流れるガス（矢印Ｆ２を参照）は、主に上カップ体６１と下カップ体６２との間の空間を通って、第１流路５０１または第２流路５０２に流入する。ウエハＷの下面（裏面）とベース板３１１および円盤体３１５との間の空間（以下、簡便のため「ウエハ下方空間Ｓ０」と呼ぶ）を流れるガス（矢印Ｆ３を参照）は、主に下カップ体６２とベース板３１１との間を通って第１流路５０１または第２流路５０２に流入する。

なお、本件出願においては概略的に示された液受けカップ５０および回転カップ６０の具体的な形状および構成の一例は、本件出願人による先行特許出願（特願２０１３－２０５４１８号）に係る特許公開公報（特開２０１４－１２３７１３号）に詳細に説明されているので、こちらも参照されたい。

次に、制御装置４による制御の下で自動的に行われる処理ユニット１６の動作について簡単に説明する。

基板搬送装置１７により未処理のウエハＷが処理ユニット１６に搬入され、基板保持部３１に保持される。すなわち、図２に示した状態となる。次いでウエハＷが回転を開始する。回転しているウエハＷの表面に、まず、薬液（例えばＤＨＦ等の酸性薬液）が供給されて薬液洗浄処理が施され（薬液洗浄工程）、次いで、リンス液（例えばＤＩＷ）が供給されてリンス処理が施される（リンス工程）。

その後、回転しているウエハＷの表面に、乾燥用液（例えばＩＰＡ）が供給され、ウエハＷ表面のリンス液が乾燥用液に置換される（乾燥用液置換工程）。次いで、乾燥用液の供給を停止して引き続きウエハＷを回転させることによりウエハＷが乾燥させられる（乾燥工程）。

上記の工程が実行されている間、ウエハＷの表面に供給された処理液（薬液、リンス液、乾燥用液等）は、遠心力によりウエハＷの外方に飛散する。飛散した液は微小液滴（ミスト）となり、ウエハＷの周囲（特にウエハＷの周縁部の近傍の空間）を漂う。このミストがウエハＷに再付着するとパーティクルの原因となる。

液受けカップ５０の内部空間はカップ排気路５６を介して常時吸引されているため、ＦＦＵ２１から下向きに流出した清浄ガス（クリーンエア、クリーンドライエア、あるいは窒素ガスが混合されたクリーンエアなど）は、液受けカップ５０内に引き込まれ、ウエハＷの周縁部の近傍を通過して第１流路５０１または第２流路５０２に流入し（矢印Ｆ１を参照）、カップ排気口５５を介して液受けカップ５０から排出される。ウエハＷの周縁部の近傍の空間内を漂うミストは、上記の清浄ガスの流れに乗って、第１流路５０１または第２流路５０２に流入する。第１流路５０１または第２流路５０２を流れる途中でミストは清浄ガスから分離され、排液口５２１または排液口５２２を介して液受けカップ５０から排出される。

ここでウエハ下方空間Ｓ０に着目する。ウエハＷが回転しているときには、前述したようにウエハ下方空間Ｓ０内のガスは、ウエハＷ、ベース板３１１および円盤体３１５の回転に引き摺られて、ウエハ下方空間Ｓ０の半径方向外側の空間に向けて流れる（矢印Ｆ３を参照）。このようにウエハ下方空間Ｓ０内のガスが外側に出て行くため、ウエハ下方空間Ｓ０内の圧力（以下、「圧力Ｐ０」と呼ぶ）は低下する。

第１流路５０１のうちの上カップ体６１と下カップ体６２との間の空間の出口近傍の領域を「領域Ｓ１」と呼び、領域Ｓ１内の圧力を「圧力Ｐ１」と呼ぶこととする。また、第２流路５０２のうちの上カップ体６１と下カップ体６２との間の空間の出口近傍の領域を「領域Ｓ２」と呼び、領域Ｓ２内の圧力を「圧力Ｐ２」と呼ぶこととする。また、カップ排気路５６のうちのチャンバ排気路５８との合流点よりやや上流側の領域を「領域Ｓ３」と呼び、領域Ｓ３内の圧力を「圧力Ｐ３」と呼ぶこととする。また、チャンバ２０内における液受けカップ５０の外側であってかつウエハＷの上面（表面）の上方の空間を「空間ＳＣ」と呼び、空間ＳＣ内の圧力を「圧力ＰＣ」と呼ぶこととする。

第１流路５０１の入口が開口しているときには、ウエハ下方空間Ｓ０内の圧力Ｐ０が、第１流路５０１の領域Ｓ１の圧力Ｐ１より低くなると、（例えば下カップ体６２の外周縁とベース板３１１の外周縁との隙間を通って）領域Ｓ１内に存在する処理液のミストを含むガスの一部がウエハ下方空間Ｓ０に流入する。ウエハ下方空間Ｓ０に流入したミストはウエハＷの下面（裏面）に付着し、パーティクルの原因となる。このため、ウエハＷの下面の汚染を防止するため、少なくとも領域Ｓ１を処理液のミストが浮遊している間は、圧力Ｐ０≧圧力Ｐ１（以下、「条件１」と呼ぶ）とすることが望ましい。

同様に、第２流路５０２の入口が開口しているときには、圧力Ｐ０≧圧力Ｐ２（以下、「条件１’」と呼ぶ）とすることが望ましい。

また、ウエハ下方空間Ｓ０内の圧力Ｐ０が、ウエハ周縁部の上方の領域ＳＣの圧力ＰＣよりも低くなると、例えば下カップ体６２の外周縁とウエハＷの外周縁との隙間を通って）領域ＳＣに存在する処理液のミストを含むガスの一部がウエハ下方空間Ｓ０に流入する。従って、ウエハＷの下面の汚染を防止するため、少なくとも領域ＳＣを処理液のミストが浮遊している間は、圧力Ｐ０≧圧力ＰＣ（以下、「条件２」と呼ぶ）とすることが望ましい。

但し、条件１、２を満足するために圧力Ｐ１，ＰＣを低下させることは好ましくない。ウエハＷの周縁部の近傍におけるガスの流れ（流速、乱流発生状況等）は、主に、空間ＳＣ内の圧力ＰＣと領域Ｓ１内の圧力Ｐ１との差により定まる。領域Ｓ１内におけるガスの流れが不適切だと、例えばウエハＷから離脱した処理液のミストがウエハＷの表面に再付着して、最も重要なウエハＷの表面が汚染される可能性がある。そのような可能性を最小化するために、カップ排気流量（これにより圧力Ｐ１が定まる）が制御されている。また、空間ＳＣ内の圧力ＰＣはＦＦＵのガス（クリーンエア）供給流量およびチャンバ排気流量により決定されるが、これら２つの流量は通常は大きく変化させるものではなく、概ね一定に維持されるものである。つまり、圧力Ｐ１、ＰＣは、ウエハＷの下面の汚染を防止するためだけのために大きく変化させるべき値ではない。

なお、実際の装置の運用の一態様においては、液処理の内容およびウエハＷの回転速度に応じて、特にウエハＷの近傍において最適な気流が形成されるようにチャンバ排気路５８のバタフライ弁５９の開度を制御することにより、カップ排気流量が制御されている。工場排気系の負圧は概ね一定に維持されており、バタフライ弁５９の開度を大きくするとチャンバ排気路５８の排気流量が増す一方でカップ排気路５６の排気流量が減少し、バタフライ弁５９の開度を小さくするとその逆になる。カップ排気流量を小さくするとカップ排気路５６の領域Ｓ３の圧力Ｐ３が高くなり、カップ排気流量を大きくするとカップ排気路５６の領域Ｓ３の圧力Ｐ３が低くなる。

図３のグラフは実際の装置の運用の一例を示している。図３のグラフにおいて、横軸はウエハＷの回転速度（rpm））であり、縦軸はカップ排気路５６の領域Ｓ３の圧力Ｐ３である。下側の線は液受けカップ５０内に第１流路５０１が形成されているときの制御を、そして上側の線は液受けカップ５０内に第２流路５０２が形成されているときの制御を示している。第１流路５０１の形状と第２流路５０２の形状とが互いに異なっているため、それぞれに対して最適なウエハＷ周縁部近傍の気流が形成されるように、ウエハ回転速度と圧力Ｐ３（つまりバタフライ弁５９の開度）との関係を変えている。

なお、使用する処理液が薬液である場合とリンス液である場合とで圧力Ｐ３（すなわちカップ排気流量）を変更してもよい。薬液のミストがウエハＷに再付着した場合の悪影響の方が、リンス液のミストがウエハＷに再付着した場合の悪影響よりも大きいからである。

図３のグラフに示された関係は、パージガス供給管９１からのガス吐出が無い状態での関係である。なお、ウエハＷを回転させると、前述した気流Ｆ２、Ｆ３の影響でガスが第１流路５０１または第２流路５０２に押し込まれるため、ウエハＷ回転数が増大するとカップ排気路５６の領域Ｓ３の圧力Ｐ３は増大する。図３のグラフに示された圧力Ｐ３の値は、その影響も含めた値である。

バタフライ弁５９の開度を一定とした場合には、カップ排気路５６の領域Ｓ３の圧力Ｐ３が上昇（低下）すると、第１流路５０１の領域Ｓ１の圧力Ｐ１も上昇し（正の相関がある）、圧力Ｐ３および圧力Ｐ１の変化の傾向も類似しており、圧力Ｐ３は圧力Ｐ１より高い、という関係があるということが既に確認されている。液受けカップ５０の構成上の理由により、圧力Ｐ１を直接測定することは困難である。このため、以下の説明では、カップ排気路５６に設けた圧力センサにより測定した圧力Ｐ３を圧力Ｐ１の指標（第１流路５０１からウエハ下方空間Ｓ０にガスが流入するか否かの指標）として用いることとする。なお、第２流路５０２が開口している場合も、圧力Ｐ３および圧力Ｐ２の関係について同じことが言える。

ここで、処理液のミストを含むガスがウエハ下方空間Ｓ０に防止することの説明に戻る。前述したように条件１（あるいは条件１’）および条件２を満足するために圧力Ｐ１（あるいは圧力Ｐ２），ＰＣを低下（変化）させることは好ましくないのであるから、従って、ウエハ下方空間Ｓ０内の圧力Ｐ０を増大させることにより上記条件１（あるいは条件１’）、２を満足させることが好ましい。そのためには、パージガス供給管９１からウエハ下方空間Ｓ０内に吐出されるガスの流量を増大させればよい。

但し、パージガス供給管９１からのガスの吐出流量を過度に増大させると、ガスが衝突する部分のウエハＷの温度が低下して、ウエハＷの温度の面内均一性が損なわれるおそれがあることも考慮される。

次に、パージガス供給管９１からのガスの吐出流量（以下、簡便のため、「パージガス吐出流量Ｂ」とも呼ぶ）を変えてウエハＷの表面に対して液処理を行ったときのウエハＷの裏面に生じたパーティクルの量を調べた実験結果について説明する。ウエハＷの回転速度（以下、簡便のため、「ウエハ回転速度Ｒ」とも呼ぶ）は、１０００rpmおよび１５００rpmとした。この実験では、パージガス吐出流量Ｂがゼロのときに、図３のグラフに示した排気路５６の領域Ｓ３の圧力Ｐ３が実現されるように、ウエハ回転速度Ｒが１０００rpmおよび１５００rpmにそれぞれ対応するバタフライ弁５９の開度を設定した。つまり、ウエハ回転速度Ｒが１０００rpmのときの圧力Ｐ３が５９ｋＰａ、ウエハ回転速度Ｒが１５００rpmのときの圧力Ｐ３が７１ｋＰａとなるようにした。なお、バタフライ弁５９の開度は、パージガス吐出流量Ｂがゼロのときの開度を維持した（つまり、バタフライ弁５９の開度は、パージガス吐出流量Ｂの変化に応じて変更はしていない）。

液受けカップ５０内に第２流路５０２が形成された状態で行った実験の結果を図４のグラフに示す。図４のグラフにおいて、横軸はパージガス吐出流量Ｂ（Ｌ／min）であり、縦軸は、液処理後における４０ｎｍ以上の大きさのパーティクルの数から液処理前における４０ｎｍ以上の大きさのパーティクルの数を減じた数値、つまりパーティクル数増分（ΔＮ）（Adder Particle Counts）である。○（白抜き丸）のプロットはウエハ回転速度が１０００rpm、●（黒丸）のプロットはウエハ回転速度が１５００rpmのときのデータを示している。

ウエハ回転速度Ｒが１０００rpmの場合、パージガス吐出流量Ｂの増大とともにパーティクル数増分（ΔＮ）が減少してゆき（ウエハ下方空間Ｓ０内の圧力Ｐ０が増大するため）、４０Ｌ／minでパーティクル数増分（ΔＮ）が問題無いレベルまで減少している。つまりこのとき、ウエハＷの回転によりウエハ下方空間Ｓ０に生じた負圧が、ウエハ下方空間Ｓ０に供給されたパージガスにより相殺されたものとみなすことができる。

なお、前述したようにウエハ回転速度Ｒが一定ならばパージガス吐出流量Ｂに関わらずバタフライ弁５９の開度を一定に維持しているため、パージガス供給管９１からのガスの吐出流量の増大による第１流路５０１へのガス流入量の増大に伴い、カップ排気路５６の領域Ｓ３の圧力Ｐ３も増大する。パージガス吐出流量Ｂが０Ｌ／min（吐出無し）のときの圧力Ｐ３は５９ｋＰａであり、パージガス吐出流量Ｂが４０Ｌ／minのときの圧力Ｐ３は６２ｋＰａであった。両者の差分（５９ｋＰａ－６２ｋＰａ＝－３ｋＰａ）を、ウエハ回転速度が１０００rpmの場合におけるウエハ下方空間Ｓ０内の減圧状態を表す指標（ΔＰ）として用いることができる。

図５には、液受けカップ５０内に第１流路５０１が形成されている場合、および第２流路５０２が形成されている場合のそれぞれにおいて上記と同様の実験を行ったときの、ウエハ回転速度Ｒが１０００rpmのときのパージガス吐出流量Ｂと圧力Ｐ３との関係を、示している。いずれの場合においても、パージガス吐出流量Ｂの増大に伴い圧力Ｐ３が概ねリニアに増大していることがわかる。

次に、ウエハ回転速度が１５００rpmの場合の場合について説明する。この場合も、パージガス吐出流量Ｂが０Ｌ／min（吐出無し）のときのカップ排気路５６の領域Ｓ３の圧力Ｐ３が図３のグラフに従った値（７１ｋＰａ）となるように、バタフライ弁５９の開度を制御した。また、液受けカップ５０内に第２流路５０２を形成した。この場合は、図４のグラフに示すように、ガス吐出流量が７０Ｌ／minに達するとパーティクル数増分が問題無いレベルまで減少し、そのときの圧力Ｐ３は７６ｋＰａであった。この結果から、ウエハ回転速度が１５００rpmの場合におけるウエハ下方空間Ｓ０内の減圧状態を表す指標（ΔＰ）の値は、７１ｋＰａ－７６ｋＰａ＝－５ｋＰａである。

上記の実験結果から、ウエハ回転速度Ｒが高い方が、ウエハ下方空間Ｓ０内の減圧度合いは大きく、減圧を解消するために（すなわち、処理液のミストがウエハ下方空間Ｓ０内に侵入することを防止するために）必要なパージガス吐出流量Ｂが大きいことがわかる。前述したように、パージガス吐出流量Ｂを過剰に大きくするとウエハＷの面内温度均一性が損なわれるおそれが高い。このため、ウエハ下方空間Ｓ０内の圧力を処理液のミストがウエハ下方空間Ｓ０内に侵入しない条件を満たす必要最小限のパージガス吐出流量Ｂ（それよりも多少大きい流量でも構わないが）でガスを吐出することが好ましい。

上記の説明を踏まえて、処理ユニット１６におけるパージガス吐出流量Ｂの制御方法のいくつかの具体例について説明する。以下に説明する制御は、例えば制御装置４（図１参照）による制御の下で行うことができる。制御プログラムおよび処理レシピなどは、記憶部１９に記憶させておくことができる。

＜第１の制御方法＞
処理レシピにおける各時間区間において、実験によりパージガス吐出流量Ｂを予め決定しておく。処理条件が異なる全ての時間区間において、先に図４を参照して説明した実験と同様の実験を行うことにより、パーティクル増分（ΔＮ）が問題とならないようなパージガス吐出流量Ｂ（好ましくはその最小値）を求める。そして、求められたパージガス吐出流量Ｂを処理レシピの各時間区間に記載しておく。制御装置４は記憶部１９に記憶された処理レシピに記載されたパージガス吐出流量Ｂが実現されるようにパージガス供給機構９４を制御する。

なお、処理条件が異なる全ての時間区間においてパージガス吐出流量Ｂを実験により求めることに代えて、処理条件が若干異なっていても類似している複数の時間区間に対しては、代表する時間区間に対して行った実験に基づいて他の時間区間のパージガス吐出流量Ｂを決定してもよい。例えば、例えば、粘性等の特性（ミスト形成に関与する特性）があまり変わらない異なる２種類の薬液については、一方の薬液に関連して決定されたパージガス吐出流量Ｂを他方の薬液に流用してもよい。

＜第２の制御方法＞
予め実験により求めたテーブル（関係表）または関数に基づいて、パージガス吐出流量Ｂを計算により求め、計算により求められたパージガス吐出流量Ｂが実現されるように、制御装置４がパージガス供給機構９４を制御するようにしてもよい。つまり、この場合、処理レシピにはパージガス吐出流量Ｂは記載されない。

ウエハ下方空間Ｓ０へミストを含むガスが侵入しうるか否かを決定しうる処理ユニットの運転条件を定義するパラメータとして（パージガス吐出流量Ｂを除く）、下記のものが例示される。
（１）使用している液受けカップ５０内の流路（第１流路５０１または第２流路５０２）（これは、例えば、昇降可能な第２カップ体５２の高さ位置情報により表すことができる）
（２）ウエハＷ（基板保持部３１）の回転速度
（３）カップ排気流量（バタフライ弁５９の設定開度）
（４）ノズル４１～４３から吐出される処理液の種類（温度も含む）
（５）ノズル４１～４３から吐出される処理液のウエハＷ表面への着液点の位置（ノズルスキャンの場合も含む）（これは、例えばノズル位置情報により表すことができる）
（６）ノズルからの処理液の吐出流量
（７）ＦＦＵからのガス（例えば清浄空気）の供給流量
（８）チャンバ２０内の圧力ＳＣ（これを測定するために圧力センサを設けることができる）
（９）圧力Ｐ３
なお、上述したパラメータは完全に独立してはおらず相関関係を有するパラメータも存在するので、パラメータの一部を省略することもできる。例えば、チャンバ内圧力ＳＣは、ＦＦＵからのガス供給流量により実質的に決定されるため、（６）、（７）のいずれかを省略することができる。

制御装置４の記憶部１９に、上記パラメータ（１）～（９）のうちの少なくともいくつか（例えばパラメータ（１）～（４））と、採用すべきパージガス吐出流量Ｂとの関係を示したテーブルまたは関数を格納しておく。制御装置４は、記憶部１９に記憶されている処理レシピに記載されている上記パラメータの少なくともいくつかの値を読み出し、その値を上記テーブルまたは関数に適用することにより、パージガス吐出流量Ｂを求める。そして、求められたパージガス吐出流量Ｂが実現されるように、制御装置４がパージガス供給機構９４を制御する。

＜第３の制御方法＞
図６に概略的に示すように、ウエハ下方空間Ｓ０内に、ウエハ下方空間Ｓ０内の圧力Ｐ０を直接的に測定する圧力センサ９５を設けてもよい。圧力センサ９５の検出信号は、信号線９６に出力される。信号線９６は、パージガス供給管９１が挿入されている回転軸３１３の空洞内を通して引き出すことができる。信号線９６は例えば制御装置４に入力することができる。

圧力センサ９５および信号線９６を、回転軸３１３に直接接触しないように、かつ、ベース板３１１および円盤体３１５に接触しないように配置するために、信号線９６を十分に剛性の高い太い被覆電線で形成してもよい。あるいは、信号線９６を剛性の高いシース（図示せず）の内部に収容してもよい。このようなシースの内部空間を大気圧の空間と連通させて圧力センサ９５に基準大気圧を供給することにより、圧力センサ９５によりゲージ圧を測定してもよい。

ウエハ下方空間Ｓ０内に圧力センサ９５を設けた場合、例えば以下のような運用を行うことができる。

＜運用例１＞
処理レシピにおける各時間区間において、パージガス吐出流量Ｂを変化させつつ図４のグラフを得るために実行した実験と同様の実験を行い、圧力センサ９５の検出値とパーティクル増分（ΔＮ）との関係を求めておく。そしてこの関係に基づいて、処理条件ごとにパーティクル増分（ΔＮ）が問題とならないような圧力センサ９５の検出値（好ましくは最小値）を求める。そして、求められた圧力センサ９５の検出値を処理レシピの各時間区間に記載しておく。制御装置４は記憶部１９に記憶された処理レシピに記載された圧力センサ９５の検出値が実現されるようにパージガス供給機構９４をフィードバック制御する。

＜運用例２＞
図５のグラフに示したように、パージガス吐出流量Ｂと圧力Ｐ３との間には相関関係がある。パージガス吐出流量Ｂとウエハ下方空間Ｓ０内の圧力Ｐ０との間に正の相関関係があることは明らかであり、また、前述したように圧力Ｐ３と圧力Ｐ１（あるいは圧力Ｐ２）と間に正の相関関係がある。圧力Ｐ０≧圧力Ｐ１（条件１）がパーティクル増分（ΔＮ）が問題とならないようになるための一つの条件である。そこでまず、圧力Ｐ３と圧力Ｐ１との既知の関係に基づいて実際に測定した圧力Ｐ３から圧力Ｐ１の推定値を算出する。そしてこの圧力Ｐ１の推定値と圧力センサ９５により直接測定した圧力Ｐ０が上記の条件１を満たすように、パージガス供給機構９４をフィードバック制御してもよい。前述した条件２（圧力Ｐ０≧圧力ＰＣ）も満たす必要がある場合にも、同様の考え方でパージガス供給機構９４をフィードバック制御することができる。

上記の場合、圧力Ｐ３を実際に測定する圧力センサ（図示せず）と、圧力Ｐ０を実際に測定する圧力センサ（図示せず）とを設ける必要がある。なお、条件１と条件２とを同時に満たす必要があるならば、圧力Ｐ０が、圧力Ｐ１と圧力ＰＣとを比較して大きい方の圧力（Ｐ１またはＰＣ）以上であるという条件を満たすようにパージガス供給機構９４をフィードバック制御することができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

また、基板の下面（裏面）の周縁部が処理対象となる液処理においても、上記の実施形態で説明した技術を用いることにより基板の下面の中央部のパーティクルを低減することができる。このように基板の下面の少なくとも周縁部にノズルから処理液が供給される場合には、軸３１７内あるいはパージガス供給管９１内への処理液の侵入を防止するため、パージガス供給管９１常時少量のパージガスを吐出させておくことが好ましい。

基板は、半導体ウエハに限定されるものではなく、ガラス、セラミック等の他の材料からなる基板であってもよい。

Ｗ 基板（半導体ウエハ）
４ 制御部（制御装置）
３１ 基板保持部
３１１ ベース部材（ベース板）
３１２ 保持部材（チャック部）
３３ 回転駆動部
４１～４３ 処理液ノズル
５０ 液受けカップ
５５ 排気路（カップ排気路）
９１ パージガスノズル（パージガス供給管）
９４３ パージガス流量制御機器

Claims (7)

1. 基板処理装置であって、
   円盤状のベース部材と、前記ベース部材の周縁部に設けられ、基板が前記ベース部材から上方に離間するように前記基板を保持する複数の保持部材と、を具備し、前記基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、
   前記基板保持部を鉛直軸線周りに回転駆動する回転駆動部と、
   前記基板保持部に保持された前記基板に処理液を供給する処理液ノズルと、
   前記基板保持部の周囲に設けられ、前記基板保持部により保持されて回転する基板から飛散する処理液を受け止める液受けカップと、
   一端が液受けカップの排気口に接続されるとともに他端が負圧発生源に接続された、前記液受けカップ内の雰囲気を吸引するカップ排気路と、
   前記基板保持部に保持された基板の下面と前記ベース部材の上面との間に形成された基板下方空間内にパージガスを吐出するパージガスノズルと、
   前記パージガスノズルから吐出されるパージガスの流量を制御するパージガス流量制御機器と、
   少なくとも前記パージガス流量制御機器の動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記基板を保持した基板保持部の回転に伴い前記基板下方空間内に生じる負圧を相殺するような流量で前記パージガスノズルから前記基板下方空間内にパージガスが吐出されるように前記パージガス流量制御機器の動作を制御する、基板処理装置。
2. 前記制御部は、前記制御部に記憶された処理レシピに予め定義された流量で前記パージガスノズルからパージガスが吐出されるように前記パージガス流量制御機器を制御する、請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記制御部は、前記パージガスの流量以外の処理レシピに予め定義された少なくとも１つの処理パラメータと、前記負圧の相殺を実現するために必要なパージガスの流量との関係を示すテーブルまたは関数を記憶し、
   前記少なくとも１つの処理パラメータには、少なくとも前記基板保持部の回転速度が含まれ、
   前記制御部は、前記テーブルまたは前記関数に基づいて前記パージガスの流量を決定し、決定されたパージガスの流量で前記パージガスノズルからパージガスが吐出されるように前記パージガス流量制御機器を制御する、請求項１記載の基板処理装置。
4. 前記少なくとも１つの処理パラメータには、前記カップ排気路を介した排気の流量、前記カップ排気路内の圧力、および前記排気の流量を決定する弁の開度、のうちの少なくとも１つがさらに含まれている、請求項３記載の基板処理装置。
5. 前記液受けカップは、その内部に切り替え可能な少なくとも２系統の流路が形成されるように構成されており、
   前記少なくとも１つの処理パラメータには、使用されている流路を決定するパラメータがさらに含まれている、請求項３または４記載の基板処理装置。
6. 前記基板下方空間内の圧力を検出する圧力センサをさらに備え、前記制御部は、少なくとも前記圧力センサによる検出圧力に基づいて、前記基板下方空間内に生じる前記負圧を相殺しうる前記パージガスの流量を決定し、決定されたパージガスの流量で前記パージガスノズルからパージガスが吐出されるように前記パージガス流量制御機器を制御する、請求項１記載の基板処理装置。
7. 円盤状のベース部材と、前記ベース部材の周縁部に設けられ、基板が前記ベース部材から上方に離間するように前記基板を保持する複数の保持部材と、を具備し、前記基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、
   前記基板保持部を鉛直軸線周りに回転駆動する回転駆動部と、
   前記基板保持部に保持された前記基板に処理液を供給する処理液ノズルと、
   前記基板保持部の周囲に設けられ、前記基板保持部により保持されて回転する基板から飛散する処理液を受け止める液受けカップと、
   一端が液受けカップの排気口に接続されるとともに他端が負圧発生源に接続された、前記液受けカップ内の雰囲気を吸引するカップ排気路と、
   前記基板保持部に保持された基板の下面と前記ベース部材の上面との間に形成された基板下方空間内にパージガスを吐出するパージガスノズルと、
   前記パージガスノズルから吐出されるパージガスの流量を制御するパージガス流量制御機器と、
   を備えた基板処理装置おいて実行される基板処理方法であって、
   前記基板保持部により保持された基板を鉛直軸線周りに回転させることと、
   回転している基板に処理液を供給することと、
   前記カップ排気路を介して前記液受けカップ内を吸引して、これにより、前記基板の上方にあるガスを前記基板の周縁部の近傍を通過させて前記液受けカップ内に流入させることと、
   前記基板を保持した基板保持部の回転に伴い前記基板下方空間内に生じる負圧を相殺するような流量で前記パージガスノズルから前記基板下方空間内にパージガスを吐出することと、
   を備えた基板処理方法。

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