JP5355179B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板に対して処理液を用いた処理を施すための基板処理装置および基板処理方法に関する。処理対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ(Field Emission Display)用基板、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等が含まれる。

半導体装置や液晶表示装置の製造工程では、半導体ウエハや液晶表示パネル用ガラス基板などの基板に対して処理液を用いた処理が行われる。たとえば、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置は、基板を水平な姿勢に保持して回転させるスピンチャックと、基板の表面（処理対象面）に処理液を供給するためのノズルとを備えている。基板は、その表面を上方に向けた状態でスピンチャックに保持される。そして、スピンチャックにより基板が回転されつつ、その基板の表面の中央部にノズルから処理液が供給される。基板の表面に供給された処理液は、基板の回転による遠心力を受けて、基板の表面上を中央部から周縁部に向けて拡がる。

特開平８−７８３６８号公報

基板の上面の全域が処理液によって確実に覆われるようにするためには、基板に供給される処理液の流量をある程度多くしておかなければならない。そのため、１枚の処理に要する処理液量が多くなり、それに応じて処理コストが高くつく。
そこで、前記特許文献１に開示されている実施形態のように、基板の上面に処理液を供給する一方で、当該上面の全域を覆う対向板を基板上面に近接して対向配置させ、この対向部材と基板表面との間に、処理液の液膜を保持することが考えられる。この場合、液膜を形成している処理液が対向板および基板の間を伝って回転半径方向の外方に拡がる。これにより、基板の上面の全域に処理液が行き渡り、当該上面の全域で薄い処理液の液膜を保持することができる。

基板に供給される処理液の流量を抑制するためには、基板の上面に形成される処理液の液膜ができるだけ薄いことが望ましい。すなわち、対向板と基板の上面との間隔は、できるだけ微小であることが望ましい。
しかしながら、基板の回転時には基板が上下方向に振れるおそれがあるので、対向板を近接させるとしても、対向板と基板との間の間隔には限界値がある。すなわち、基板の上面に保持される処理液の液膜の厚みにも限界がある。具体的には、コンマ数ミリ台の間隙を維持しようとしても、基板が上下に振れることによって、その間隙を維持することができない。また、間隙が変化する結果として、対向板と基板上面との間の薄い液膜に破れが生じ、基板上面を覆った状態を維持できなくなるおそれがある。

そこで、この発明の目的は、基板の上面に処理液の薄い液膜を確実に保持することができ、これにより、処理液消費量を低減しつつ高品質な基板処理を実現できる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）を水平姿勢に保持するための基板保持手段（２）と、前記基板保持手段に保持された基板を鉛直軸線まわりに回転させる回転手段（４）と、前記基板保持手段により保持された基板の上面に処理液を供給する処理液供給手段（３）と、前記基板保持手段により保持された基板の上面に形成される前記処理液の液膜に接して当該液膜から揚力を受け得るように当該上面から間隔（Ｓ）を隔てて対向配置される対向部材（１４）と、前記対向部材を支持するための支持部材（２０）と、前記対向部材を、鉛直方向に沿う相対変位が可能な状態で前記支持部材に保持させる対向部材保持機構（４４）とを含み、前記対向部材が、前記基板保持手段に保持された基板の回転半径方向に沿って延びる棒状の基板対向領域（４３）を有し、前記基板対向領域が、前記基板保持手段に保持された基板の上面と対向し、当該基板の回転方向の上流側に向かうに従って当該基板の上面から離反する傾斜面を有する、基板処理装置（１；１００）である。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、基板の上面に処理液が供給され、当該上面に処理液の液膜が形成される。この処理液の液膜は、基板の回転に伴って回転する。したがって、対向部材が処理液の液膜に接した状態では、対向部材は、当該液膜を形成する処理液の相対的な流れに接し、当該液膜を形成する処理液を押し退ける。その反作用として、対向部材は処理液の液膜から揚力、すなわち基板の上面から離反する方向の力（離反方向力）を受ける。

対向部材は支持部材に昇降可能に保持されている。処理液の液膜と対向部材との接触による離反方向力を受けて、対向部材は、支持部材に対して、上方に向けて相対変位しようとする。対向部材に作用する離反方向力、すなわち対向部材が処理液の液膜から受ける揚力は、対向部材が基板の上面に近づくほど大きくなる。したがって、対向部材に作用する重力などの基板の上面に接近する方向の力（接近方向力）と、対向部材に作用する離反方向力とが釣り合う位置に対向部材が保持される。このため、対向部材と基板の上面とを極めて微小な間隔を隔てて対向配置させることができる。しかも、基板の反り等の変形により、基板の上面が上下に振れれば、それに応じて対向部材も上下動するから、基板の上面と対向部材との間隙は、基板上面の上下変位によらずに保持される。そのため、当該間隙に処理液の液膜が確実に保持されるから、当該液膜によって基板の上面を確実に覆うことができる。したがって、基板の上面に処理液の薄い液膜を確実に保持することができるから、小流量で処理液を供給しつつ、基板の上面の広範囲に処理液を行き渡らせることができる。
また、対向部材の基板対向領域が、基板回転半径方向に沿って延びている。一方、基板の上面に供給された処理液は、基板の回転に伴って、基板の回転方向に沿いつつも、基板の外方に向けて移動する。そのため、対向部材の基板対向領域の延びる方向は、処理液の流れの向きと交差しており、処理液の流れによって生じる力のベクトル成分のうち、対向部材の基板対向領域の延びる方向に直交する力のベクトル成分は、所定の値を有している（ゼロではない）。したがって、対向部材の長手方向の広範囲で、対向部材が処理液の液膜から揚力を受ける。これにより、対向部材に安定した離反方向力を作用させることができる。
また、基板の回転に伴って、対向部材は基板の上面の液膜に対してその回転方向の上流側へ移動する。したがって、基板対向領域に、基板の回転方向の上流側に向かうに従って基板の上面から離反する傾斜面を形成することにより、処理液の液膜を対向部材と基板の上面との間にスムーズに入り込ませることができる。
また、傾斜面が、基板の回転方向の上流側に向かうに従って基板の上面から離反している。そのため、対向部材と処理液の液膜との接触時に、対向部材が当該処理液の液膜から安定した揚力を受ける。したがって、対向部材に作用する離反作用力を安定化できるから、対向部材と基板との間の間隙をより一層安定化できる。なお、前記傾斜面は平面であってもよいし、凸状の曲面であってもよい。

請求項２記載の発明は、前記対向部材保持機構が、前記支持部材と前記対向部材との間に介装された弾性体（４５；１０１）を含む、請求項１記載の基板処理装置である。
この発明によれば、弾性体の変形によって、支持部材に対する対向部材の相対変位が許容される。そして、対向部材が支持部材に対して上方に向けて相対変位し、弾性体が変形すると、この弾性体の変形に伴う復元力が接近方向力となって対向部材に作用するようになる。このようにして、弾性体の使用により、対向部材保持機構の構成を簡単にすることができる。

弾性体としては、ベローズ、コイルばね、板ばねおよび皿ばねなどのばね部材を用いることができる。「ベローズ」とは、弾性的に伸縮可能な蛇腹状の筒体のことをいう。

請求項３記載の発明は、前記基板対向領域が、前記基板保持手段に保持された基板の回転中心から当該基板の周縁部まで延びている、請求項１または２に記載の基板処理装置である。
この発明によれば、対向部材の基板対向領域が、基板の回転中心から基板の周縁部まで延びている。このため、基板の回転により、基板の上面の全域に極めて薄い処理液の液膜を保持することができる。

請求項４記載の発明は、前記処理液供給手段が、前記基板保持手段に保持される基板の上面において前記対向部材が対向する領域の上流側に向けて処理液を吐出するノズル（３）を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理装置である。
この発明によれば、基板の上面には、対向部材が対向する領域よりも上流側に、ノズルからの処理液が供給される。これにより、基板の上面に供給された処理液が、その供給直後に対向部材と基板との間に液膜を形成することになる。その結果、効率的な基板処理が可能となる。

請求項５記載の発明は、基板（Ｗ）を水平姿勢に保持して回転させる基板保持回転工程と、基板の上面に処理液を供給する処理液供給工程（Ｓ６）と、鉛直方向に沿う相対変位が可能な状態で支持部材に保持された対向部材（１４）の、傾斜面を有する基板対向領域（４３）を、当該基板対向領域が基板の回転半径方向に沿って延びるように、前記傾斜面が基板の回転方向の上流側に向かうに従って基板の上面から離反するように、かつ当該基板対向領域が基板の上面に形成される前記処理液の液膜に接して当該液膜から揚力を受け得るように当該上面から間隔を隔てて対向配置させる対向部材配置工程（Ｓ５）とを含む、基板処理方法である。

この発明によれば、請求項１の発明に関連して述べた作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す図である。 図１に示す基板処理装置の概略構成を示す平面図である。 図１に示すアームの先端部および対向棒の構成を示す断面図である。 図３の切断面線IV−IVから見た断面図である。 図３の切断面線V−Vから見た断面図である。 図１に示す基板処理装置における薬液処理時の様子を図解した図である。 図１に示す対向棒が近接位置にあるときの様子を示す、ウエハの上方から見た図解的な平面図である。 図１に示す基板処理装置の処理例を示す工程図である。 図８の処理の様子を説明するための側面図である。 本発明の第２実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図解的な断面図である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態（第１実施形態）に係る基板処理装置１の構成を図解的に示す図である。図２は、基板処理装置１の概略構成を示す平面図である。
基板処理装置１は、たとえば基板の一例としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）Ｗの表面に処理液（薬液および純水（脱イオン水））による処理を施すための枚葉式の装置である。

基板処理装置１は、隔壁（図示せず）により区画された処理室８０内に、ウエハＷを水平姿勢に保持して、回転させるスピンチャック（基板保持手段）２と、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上面（表面）に処理液を供給するためのノズル３とを備えている。
スピンチャック２は、モータ（回転手段）４と、このモータ４の駆動軸と一体化されたスピン軸５と、スピン軸５の上端にほぼ水平に取り付けられた円板状のスピンベース６と、スピンベース６の周縁部の複数箇所にほぼ等間隔で設けられた複数個の挟持部材７とを備えている。

複数個の挟持部材７により、ウエハＷをほぼ水平な姿勢で挟持することができる。この状態で、モータ４が駆動されると、その駆動力によって、そのスピンベース６とともに、ウエハＷがほぼ水平な姿勢を保った状態でスピン軸５の中心軸線まわりに回転される。
ノズル３には、薬液供給管８および純水供給管９が接続されている。薬液供給管８の途中部には、薬液流量調節バルブ１０および薬液バルブ１１が、ノズル３側からこの順に介装されている。薬液供給管８に供給される薬液として、ＳＣ１（アンモニア過酸化水素水混合液）、ＳＣ２（塩酸過酸化水素水混合液）、ＳＰＭ（sulfuric acid／hydrogen peroxide mixture：硫酸過酸化水素水混合液）、フッ酸、バファードフッ酸（Buffered HF：フッ酸とフッ化アンモニウムとの混合液）、塩酸、リン酸、酢酸、アンモニア、過酸化水素水、クエン酸、蓚酸およびＴＭＡＨなどを例示することができる。純水供給管９の途中部には、純水流量調節バルブ１２および純水バルブ１３が、ノズル３側からこの順に介装されている。

これにより、純水バルブ１３を閉じて、薬液バルブ１１を開くことによって、薬液供給源からの薬液を、薬液供給管８を通してノズル３に供給することができる。また、薬液バルブ１１を閉じて、純水バルブ１３を開くことにより、純水供給源からの純水を、純水供給管９を通してノズル３に供給することができる。
また、スピンチャック２の上方には、対向部材の一例としての棒状の対向棒１４が設けられている。対向棒１４は、ウエハＷの径の半分の長さを有しており、スピンチャック２の上方で水平に延びるアーム１５の先端部に取り付けられている。アーム１５の先端部には、また、ノズル３が取り付けられている。アーム１５は、スピンチャック２の側方でほぼ鉛直に延びたアーム支持軸１９に支持されている。アーム支持軸１９には、サーボモータやボールねじ機構などを含むアーム昇降駆動機構（図１参照）１６およびモータなどを含むアーム揺動駆動機構（図１参照）１７が結合されている。アーム揺動駆動機構１７により、アーム１５をスピンチャック２の側方に設定された軸線を中心に水平面内で揺動させることができる。アーム１５の揺動に伴って、対向棒１４およびノズル３がスピンチャック２の上方で水平移動する。また、アーム昇降駆動機構１６により、アーム１５を昇降させることができる。アーム１５の昇降に伴って、対向棒１４およびノズル３が昇降する。このように、アーム昇降駆動機構１６は、対向棒１４およびノズル３をウエハＷに接近／離反させるための接離駆動機構を構成している。

ウエハＷに対する処理時には、アーム１５の揺動により、対向棒１４がウエハＷの上面に対向する所定の対向位置（上位置および近接位置。図２に太い破線で図示）に配置される。この対向位置では、対向棒１４はウエハＷの回転中心Ｃから周縁部まで、ウエハＷの回転半径方向に沿って延びる。言い換えれば、対向棒１４は、ウエハＷの回転半径方向に隣接するとともに、当該回転半径方向と平行に延びている。また、対向棒１４が対向位置にあるとき、ノズル３はウエハＷの中央部の上方に配置される。

ウエハＷへの処理を行わないときは、対向棒１４およびノズル３は、対向棒１４は、ウエハＷの回転範囲外にある退避位置（図２に二点鎖線で図示）に配置される。
また、基板処理装置１は、マイクロコンピュータで構成される制御部１８を備えている。制御部１８は、予め定められたプログラムに従って、モータ４、アーム揺動駆動機構１７およびアーム昇降駆動機構１６の駆動を制御する。また、薬液バルブ１１の開閉および純水バルブ１３の開閉、ならびに薬液流量調節バルブ１０および純水流量調節バルブ１２の開度を制御する。

図３は、アーム１５の先端部および対向棒１４の構成を示す断面図である。図４は、図３の切断面線IV−IVから見た断面図である。図５は、図３の切断面線V−Vから見た断面図である。
アーム１５は、水平方向に延びるアーム本体７０と、アーム本体７０の先端部に取り付けられて、対向棒１４を支持するためのＬ字状の支持ブラケット（支持部材）２０とを備えている。支持ブラケット２０は、鉛直姿勢をなす垂直板２２と、垂直板２２の下端から水平方向に延びる水平板２３とを備えている。垂直板２２の上端部は、アーム本体７０に固定されている。水平板２３の下面には、平面視略正方形状の第１上固定板２４がボルト２５により固定されている。第１上固定板２４の中央部には、上下方向に貫通する上貫通孔２６が形成されている。

アーム本体７０には、ノズル３（この実施形態では２本のノズル３Ａ，３Ｂを採用した場合を例示）を支持するための薄板状のノズル支持板２７が取り付けられている。このノズル支持板２７は、鉛直姿勢をなし、支持ブラケット２０の側端面に固定されている。
対向棒１４は、本体部材３０と、本体部材３０の下部に取り付けられて、ウエハＷの上面に保持された処理液の液膜と接触する接液部材３１とを備えている。本体部材３０は、水平方向に沿って延びる長尺の棒部材３２と、棒部材３２の長手方向の中央部から上方に延びるヘッド部３３とを備え、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）を用いて一体的に形成されている。

ヘッド部３３は、平坦な水平面からなる上端面３４を有している。ヘッド部３３の上端面３４には、長手方向の中央部に、後述するガイド３５の下端部を収容するための凹所３６が形成されている。凹所３６は、鉛直方向に延び、所定深さに形成されている。凹所３６には、円筒状の直線運動軸受としてのボールブッシュ３７が内嵌されている。ヘッド部３３の側端面（図３で示す左側の端面）には、水平方向に延びる横向きのボルト収容凹所３８が形成されている。このボルト収容凹所３８の底部には、凹所３６に連通するボルト孔３９が形成されている。このボルト孔３９にねじ込まれるボルト４９によりボールブッシュ３７の外筒がヘッド部３３（対向棒１４）に押し付けられて固定される。ボルト４９の頭部は、ボルト収容凹所３８に収容される。

ヘッド部３３の上面には、平面視略正方形状の下固定板４０が固定されている。下固定板４０の中央部には、上下方向に貫通する下貫通孔４１が形成されている。下固定板４０は、ヘッド部３３にボルト４２を用いて固定されている。
接液部材３１は、その断面形状が略長方形をなし、本体部材３０の長手方向に沿って、当該本体部材３０の一端から他端まで延びている。接液部材３１は、本体部材３０と比較して、長手方向と直交する幅方向の寸法が小さく形成されている。接液部材３１の下面には、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上面と対向するための対向面（基板対向領域）４３が形成されている。この対向面４３は、長手方向と直交する水平方向の一方（図４で示す左方向）に向かうに従って上方に向かうテーパ面が形成されている。接液部材３１は、耐薬液性を付与するために、石英、カーボン、フッ素系樹脂（ＰＣＴＥＦ（三フッ化塩化エチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＴＦＴ（ポリテトラフルオロエチレン））等を用いて形成されている。

対向棒１４は、対向棒保持機構（対向部材保持機構）４４を介して、支持ブラケット２０に保持されている。対向棒保持機構４４は、鉛直方向に延びる棒状のガイド３５と、ガイド３５の周囲を取り囲む弾性体の一例としてのベローズ４５とを備えている。
ガイド３５は、その上端が水平板２３の下面に固定されている。このガイド３５の上端部は、ボルト４６によって水平板２３に固定されている。ガイド３５の下端部はボールブッシュ３７に内挿されている。ガイド３５の下端部は、ボールブッシュ３７により上下動自在に保持されている。このため、対向棒１４は、ガイド３５によって、水平方向への移動が規制されつつ、上下動のみが許容される。ボルト４６の頭部は、水平板２３の上面に固定される第２上固定板４７の下面の中央部に形成された収容凹所４８内に収容されている。なお、ガイド４６の下端部を対向棒１４に対して相対的に上下動自在に保持する構成として、ガイド３５およびボールブッシュ３７に代えて、ボールスプラインを用いることもできる。

ベローズ４５は、たとえばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂材料を用いて形成されており、ガイド３５の周囲を取り囲んでいる。第１上固定板２４の下面には、ベローズ４５の上端が上貫通孔２６の周囲を取り囲むように固定されている。また、下固定板４０の上面には、ベローズ４５の下端が、下貫通孔４１の周囲を取り囲むように固定されている。

ウエハＷへの処理を行わない際、すなわち、対向棒１４がウエハＷに近接していない状態の時には、ベローズ４５は、対向棒１４に作用する重力によって、鉛直方向に伸長された伸長状態となっている。このため対向棒１４が、支持ブラケット２０に対して相対的に上昇することにより、ベローズ４５が伸張状態から圧縮されて、対向棒１４に作用するばね力が減少する。このように、対向棒保持機構４４であるガイド３５とベローズ４５とによって、対向棒１４が支持ブラケット２０に昇降自在に保持されている。

対向棒１４と水平板２３との間の間隔は、その上限が間隔規制機構５０によって規制される。間隔規制機構５０は、側面視コ字形状の規制ブラケット５１（図４参照）を備えている。規制ブラケット５１は、鉛直方向に延びる鉛直板５２と、鉛直板５２の上端縁で屈曲して水平方向に延びる上面板５３と、鉛直板５２の下端縁で屈曲して水平方向に延びる下面板５４とを備えている。下面板５４は、下固定板４０の上面にボルト５５によって固定されている。上面板５３には、その上下面を貫通するねじ孔（図示しない）が形成されており、このねじ孔に上方からボルト５６がねじ込まれている。このボルト５６の先端が第２上固定板４７の上面に当接することにより、対向棒１４と水平板２３との間の最大間隔が規制されるようになっている。

ノズル３は、管状の第１ノズル３Ａと管状の第２ノズル３Ｂとを備えている。第１ノズル３Ａは鉛直方向に延び、その先端（下端）に吐出口を有している。第１ノズル３Ａの先端は接液部材３１の近傍まで達している。ウエハＷへの処理時には、第１ノズル３Ａの吐出口からの処理液は、ウエハＷの上面における回転中心近傍の供給位置（図７参照）に向けて鉛直下方に吐出される。この供給位置は、ウエハＷの上面における接液部材３１の対向領域よりも上流側に位置している。

第２ノズル３Ｂは、側面視で略「く」の字に屈曲する屈曲部５７を有し、その屈曲部５７の下端に吐出口を有している。第２ノズル３Ｂの先端（下端）は接液部材３１の近傍まで達している。ウエハＷへの処理時には、第２ノズル３Ｂからの処理液は、前述の供給位置（図７参照）に向けて、そのウエハＷの回転方向の上流側から吐出される。第２ノズル３Ｂは、ノズル支持板２７に取り付けられたノズルブラケット５８（図５参照）に固定されている。

図６は、基板処理装置１における薬液処理時の様子（対向棒１４が薬液の液膜に接触しているときの様子）を示す図解的な断面図である。
ウエハＷに対する処理中は、スピンチャック２の回転によりウエハＷが水平姿勢に保持されつつ回転する。
ウエハＷへの薬液処理時には、対向棒１４の接液部材３１の対向面４３が、ウエハＷの表面に近接する近接位置に対向配置される。この状態では、対向面４３はウエハＷの回転方向の上流側に向かうに従って、そのウエハＷの上面から離反するように傾斜している。

ノズル３からの薬液は、ウエハＷの上面における対向棒１４の対向領域よりも上流側にある吐出位置（図７参照）に向けて吐出される。ウエハＷの上面に供給された薬液は、ウエハＷの回転による遠心力を受けて、ウエハＷの周縁部に向けて拡がる。
ウエハＷの上面に近接して配置された対向棒１４は、ウエハＷ上に供給された薬液に接する。ウエハＷ上の薬液の液膜の表面張力により、液膜を形成している薬液が対向棒１４を伝って回転半径方向の外方に拡がる。これにより、ウエハＷの上面の全域に薬液対向面４３がウエハＷの回転方向の上流側に向かうに従って、そのウエハＷの上面から離反しているので、この対向面４３によって、薬液の液膜を対向棒１４とウエハＷの上面との間にスムーズに入り込ませることができる。

ウエハＷの上面に保持される薬液の液膜は、ウエハＷの回転に伴って回転する。このため、対向棒１４が薬液の液膜に接した状態では、対向棒１４は、当該液膜に対して相対的に移動し、当該液膜を押し退けるようになる。そのため、対向棒１４は薬液の液膜から揚力を受ける。これにより、対向棒１４にウエハＷの上面から離反する方向の力（離反方向力）が作用する。

対向面４３がウエハＷの回転方向の上流側に向かうに従って、そのウエハＷの上面から離反しているので、対向棒１４が液膜から大きな揚力を受ける。したがって、対向棒１４に大きな離反作用力を作用させることができる。
この離反方向力によって、対向棒１４は、支持ブラケット２０に対して鉛直上向きに相対変位する。対向棒１４の相対変位によりベローズ４５（図３および図４参照）が上下方向に収縮し、対向棒１４等に働く重力（接近方向力）に対する抗力は、ベローズ４５だけでなく、対向棒１４が薬液の液膜から受ける揚力によっても与えられる状態となる。一方、対向棒１４に鉛直上向きに作用する離反方向力は、対向棒１４の対向面４３とウエハＷの上面との間の間隔が狭くなればなるほど大きくなる。これは、対向棒１４とウエハＷの上面との間の間隔が狭いほど、対向棒１４が薬液の液膜から受ける揚力が大きくなるからである。そして、対向棒１４は、離反方向力と接近方向力とが釣り合う位置に保持される。ベローズ４５の材質は、対向棒１４とウエハＷの上面との間隔Ｓが微小となるように選定されている。これにより、対向棒１４とウエハＷの上面との間に、微小な間隔（たとえば、０．１ｍｍ程度）を確実に確保することができ、このような微小な間隔Ｓを隔てて対向棒１４とウエハＷの上面とを対向配置させることができる。

図７は、対向棒１４が近接位置にあるときの様子を示す、ウエハＷの上方から見た図解的な平面図である。
対向棒１４が近接位置にあるときは、対向棒１４の対向面４３が、ウエハＷの回転中心ＣからウエハＷの周縁部まで、当該ウエハＷの回転半径方向に沿って延びている。
ウエハＷの上面に供給された薬液は、ウエハＷの回転に伴って、ウエハＷの回転方向に沿いつつも、ウエハＷの外方に向かって移動する。このため、対向面４３の延びる方向は、薬液の流れの向きと交差する。そのため、対向棒１４は、その長手方向の全域で、薬液の液膜から揚力を受ける。これにより、対向棒１４に大きな離反作用力を作用させることができる。

また、対向棒１４の対向面が、ウエハＷの回転中心からウエハＷの周縁部まで延びているので、ウエハＷの回転により、ウエハＷの上面全域に液膜を保持することができる。
図８は、基板処理装置１の処理例を示す工程図であり、図９は、図８の処理の様子を説明するための側面図である。
処理対象のウエハＷは、搬送ロボット（図示しない）によって処理室８０に搬入されて（ステップＳ１）、その表面を上方に向けた状態でスピンチャック２に保持される。また、制御部１８は、アーム揺動駆動機構１７を制御してアーム１５を揺動させる（ステップＳ２）。このアーム１５の揺動により、ノズル３および対向棒１４が、退避位置（図２に二点鎖線で図示）から、ウエハＷの上面に対向しつつ、かつ当該上面から上面に離間する所定の上位置（図２に実線で図示。図９（ａ）に示す位置）まで移動される。

ウエハＷがスピンチャック２に保持された後、制御部１８は、モータ４を制御して、ウエハＷを回転開始させる（ステップＳ３）。ウエハＷの回転速度が所定の液処理速度（たとえば１５００ｒｐｍ）に達すると、制御部１８は薬液バルブ１１を開いてノズル３から薬液を吐出する。この薬液の吐出に先立って、制御部１８は、薬液流量調節バルブ１０の開度を予め定める大開度に設定しており、このため薬液供給管８から大流量（たとえば２Ｌ／ｍｉｎ）の薬液がノズル３に送られる。この大流量の薬液がノズル３から吐出される（ステップＳ４）。ノズル３から吐出された薬液は、ウエハＷの上面（表面）の中央部に供給され、ウエハＷの回転による遠心力を受けて、ウエハＷの上面を周縁部に向けて拡がる。そのため、ウエハＷの上面の全域が薬液によって覆われる（図９（ａ）参照）。

薬液の吐出開始から所定の大流量期間（たとえば３ｓｅｃ）が経過すると、制御部１８は、アーム昇降駆動機構１６を制御して、対向棒１４を近接位置（図６参照）まで下降させる（ステップＳ５）。また、制御部１８は、薬液流量調節バルブ１０の開度を予め定める小開度に切り換える。これにより、ノズル３から吐出される薬液の吐出流量が小流量（たとえば０．５Ｌ／ｍｉｎ）になる（ステップＳ６。図９（ｂ）参照）。また、これと同時に、制御部１８は、モータ４を制御して、ウエハＷの回転速度を所定の速度（たとえば５００ｒｐｍ）に減速する。

この状態では、前述のように対向棒１４は、離反方向力と近接方向力とが釣り合う位置に保持される。これにより、ウエハＷの上面と対向棒１４との間の間隔Ｓが微小に保持される。この間隔Ｓは、対向棒１４が薬液の液膜から受ける揚力によって確保されるので、間隔Ｓが微小であっても、ウエハＷと対向棒１４とが接触することはない。
また、薬液の吐出流量が前記小流量であっても、また、ウエハＷの回転速度が低速であっても、ウエハＷの上面に保持される薬液の液膜の厚みが極めて微小なので、ウエハＷの上面の全域に薬液を行き渡らせることができる。その結果、ウエハＷの上面に付着しているパーティクル等の異物がウエハＷの上面全域から物理的に除去される。

なお、ここでは、薬液処理の途中に、ウエハＷの回転速度を高速（たとえば１５００ｒｐｍ）から低速（たとえば５００ｒｐｍ）に減速することとしたが、ウエハＷの回転速度を途中で変更せずに、所定の回転速度（たとえば、５００〜１５００ｒｐｍの所定の速度、好ましくは５００ｒｐｍ程度）のままとしてもよい。ただし、薬液処理の途中で減速する場合には、ウエハＷから飛散する薬液の飛散速度が小さくなるので、ウエハＷ周囲への薬液の飛散を抑制し、ウエハＷの周囲部材からウエハＷ表面への薬液の跳ね返りを抑制することができる。

ノズル３からの薬液の吐出開始から所定の薬液処理時間が経過すると、制御部１８は。薬液バルブ１１を閉じて、ノズル３からの薬液の吐出を停止させる（ステップＳ７）。また、制御部１８は、純水バルブ１３を開いて、ノズル３からウエハＷの上面の中心部に向けて純水を吐出する。この純水の吐出に先立って、制御部１８は、純水流量調節バルブ１２の開度を予め定める小開度にしており、このため純水供給管９から小流量（たとえば０．５Ｌ／ｍｉｎ）の純水がノズル３に送られる。したがって、ノズル３から小流量の純水が吐出される（ステップＳ８）。これにより、ウエハＷの上面に保持される液膜が、薬液から純水へと置換される。そして、この純水によって、対向棒１４に付着した薬液が洗い流される。

純水の吐出開始から所定の小流量処理時間（たとえば３０ｓｅｃ）が経過すると、制御部１８は、アーム昇降駆動機構１６を制御して、アーム１５を上昇させる（ステップＳ９）。このアーム１５の上昇により、対向棒１４およびノズル３が前記上位置（図９（ａ）参照）まで上昇させられる。
また、制御部１８は、純水流量調節バルブ１２の開度を大きくなるように制御して、ノズル３からの純水量の吐出流量を大流量（たとえば２Ｌ／ｍｉｎ）とする（ステップＳ１０）。ウエハＷの上面に供給された純水が、ウエハＷの回転による遠心力を受けてウエハＷの周縁に向けて流れ、この純水によってウエハＷの上面に付着している薬液が洗い流される。

なおここで、前記ステップＳ９とステップＳ１０とを入れ替えてもよい。すなわち、先に純水の吐出量を大流量にした後に、アーム１５を上昇させるようにしてもよい。この場合、ウエハＷ上の純水の液膜が（ステップＳ９とステップＳ１０との間で）途切れてしまうことを確実に防止できる。
純水の吐出開始から所定の純水処理時間が経過すると、制御部１８は、純水バルブ１３を閉じて、ウエハＷへの純水の供給を停止する（ステップＳ１１）。また、制御部１８は、スピンチャック２をスピンドライ回転速度（たとえば２５００ｒｐｍ程度）まで加速する。これにより、純水によるリンス後のウエハＷの上面に付着している純水を遠心力で振り切って乾燥させるスピンドライが実施される（ステップＳ１２）。スピンドライが所定のスピンドライ時間にわたって行われると、スピンチャック２の回転が停止される（ステップＳ１３）。また、アーム１５が揺動されて、ノズル３および対向棒１４がスピンチャック２の側方の退避位置に戻される（ステップＳ１４）。その後、搬送ロボット（図示しない）によってウエハＷが搬出される（ステップＳ１５）。

以上によりこの実施形態によれば、ウエハＷの上面に薬液が供給され、当該上面に薬液の液膜が保持される。この薬液の液膜は、ウエハＷの回転に伴って回転する。したがって、対向棒１４が薬液の液膜に接した状態では、対向棒１４が当該液膜に対して相対的に移動し、当該液膜を押し退けるようになる。そのため、対向棒１４は薬液の液膜から揚力を受ける。これにより、対向棒１４にウエハＷの上面から離反する方向の力（離反方向力）が作用する。

対向棒１４は支持ブラケット２０に昇降可能に保持されている。薬液の液膜と対向棒１４との接触による離反方向力を受けて、対向棒１４は、支持ブラケット２０に対して、上方に向けて相対変位しようとする。このため、対向棒１４が薬液の液膜から受ける揚力は、対向棒１４がウエハＷの上面に近づけば近づくほど大きくなる。このため、対向棒１４に作用する離反方向力も対向棒１４がウエハＷの上面に近づけば近づくほど大きくなる。すなわち。したがって、対向棒１４に作用する重力などのウエハＷの上面に接近する方向の力（接近方向力）と、対向棒１４に作用する離反方向力とが釣り合う位置に対向棒１４が保持される。このため、対向棒１４とウエハＷの上面とを極めて微小な間隔Ｓを隔てて対向配置させることができる。したがって、ウエハＷの上面に対向棒１４をより一層近接配置させた状態で、ウエハＷに薬液処理を施すことができる。この場合、ウエハＷの上面に保持される薬液の液膜が極めて薄い。これにより、ウエハＷに供給される薬液の流量を増大させることなく、ウエハＷの上面の全域に薬液を行き渡らせることができる。

回転によってウエハＷが上下に振れてもそれに追従して対向棒１４が上下動する。そのため、対向棒１４とウエハＷとの間隙は常に安定しており、この安定した間隙に薬液の安定した液膜を保持できる。つまり、液膜が破れたりすることがない。そのため、ウエハＷの上面に安定した薄い液膜を形成し、この液膜を構成する薬液によってウエハＷを高品質に処理できる。

図１０は、本発明の他の実施形態（第２実施形態）に係る基板処理装置１００の構成を示す図解的な断面図である。この図１０において、前述の第１実施形態に示された各部に対応する部分には、図１〜図９の場合と同一の参照符号を付して示し、説明を省略する。
この図１０の実施形態が、第１実施形態と相違するのは、弾性体としてベローズ４５に代えて、複数個のコイルばね（引張コイルばね）１０１を用いた点にある。

コイルばね１０１は、ガイド３５を中心とする円周上を等間隔に配置されている。各コイルばね１０１は、その一端部（上端部）１０２が支持ブラケット２０に固定されており、他端部（下端部）１０３が対向棒１４に固定されている。各コイルばね１０１は、対向棒１４に作用する重力によって伸長された伸長状態となっている。対向棒１４が、支持ブラケット２０に対して相対的に上昇すると、コイルばね１０１が伸長状態から圧縮される。それに伴って対向棒１４に作用するばね力が減少する。その結果、対向棒１４に作用する重力に対する抗力は、コイルばね１０１のばね力によって一部が与えられるようになる。

以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、ウエハＷの上面に処理液を供給するためのノズル３は、対向棒１４を支持するアーム１５に支持されている必要はない。したがって、アーム１５とは異なる他のアームに支持されていてもよい。また、ノズル３は、いわゆるスキャンノズルの形態である必要はなく、スピンチャック２に対して固定的に配置された構成であってもよい。

また、前述の第１実施形態では、弾性体の一例として樹脂製のベローズ４５を例に挙げて説明したが、ウエハＷに供給する処理液が金属腐食性のない液体（純水やイオン水、水素水、および磁気水などの機能水）の場合には、これに代えて、金属材料を用いて形成されたいわゆる金属ベローズを採用することもできる。
さらに、弾性体として板ばねや皿ばねなど板材を用いた構成とすることもできる。この場合、第２実施形態のコイルばね１０１に代えて、これら板ばねや皿ばねが介装される。対向棒１４が軽量である場合は弾性体を用いない構成とすることもできる。

また、前述の各実施形態では、ガイド３５の上端部が支持ブラケット２０に固定され、ガイド３５の下端部が対向棒１４に鉛直方向への変位が許容された状態で挿通された構成を例に挙げて説明したが、ガイド３５の下端部が対向棒１４に固定されて、すなわちガイド３５の上端部が支持ブラケット２０の挿通溝（または挿通孔）に挿通される構成とすることもできる。

また、対向棒１４の形状も前述の構成に限られない。たとえば、ヘッド部３３が長手方向の中央部ではなく、長手方向の一端部に設けられた構成であってよい。また、接液部材３１の対向面（下面）４３がテーパ状のものを例に挙げて説明したが、接液部材３１の下面が、円筒面や楕円筒面などの凸状曲面とすることもできる。かかる場合であっても、対向棒１４は、処理液の液膜からの揚力を良好に受けることができる。

さらに、接液部材３１の断面形状が、下に凸の先尖状に形成されていてもよい。すなわち、接液部材３１の対向面４３が、ウエハＷの回転方向の上流側に向かうに従ってウエハＷの上面に接近する第１傾斜面と、この第１傾斜面に連続し、ウエハＷの回転方向の上流側に向かうに従ってウエハＷの上面から離反する第２傾斜面とを有していてもよい。
また、接液部材３１の対向面４３（下面）を水平面とすることもできるが、この場合、対向棒１４が薬液の液膜からの揚力を受けることができるように、当該対向面４３にスリットや溝、孔などの凹部が形成されていることが望ましい。

また、対向棒１４が支持ブラケット２０を介してアーム本体７０に支持される構成としたが、対向棒１４が、アーム本体７０に直接支持される構成であってもよい。
また、対向棒１４とは別に、ウエハＷ上に処理液を供給するノズル３を設ける構成としたが、対向棒１４の内部にノズルが挿通し、対向棒１４の対向面４３から処理液が吐出される構成であってもよい。

また、対向部材として、棒状の対向棒１４を例にとって説明したが、棒状以外の円盤状、半円状または矩形状のものとすることができる。
また、上記２つの実施形態においては、ウエハＷに対して薬液および純水を順に供給しウエハＷに洗浄処理を施す基板処理装置１，１０１を例に挙げたが、ウエハＷに対して純水のみを供給してウエハＷに洗浄処理を施す基板処理装置にも適用可能である。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 基板処理装置
２ スピンチャック（基板保持手段）
３ ノズル
４ モータ（回転手段）
１４ 対向部材
２０ 支持ブラケット（支持部材）
４３ 対向面（基板対向領域）
４４ 対向棒保持機構（対向部材保持機構）
４５ ベローズ
１００ 基板処理装置
１０１ コイルばね
Ｓ 間隔
Ｗ ウエハ（基板）

Claims (5)

1. 基板を水平姿勢に保持するための基板保持手段と、
   前記基板保持手段に保持された基板を鉛直軸線まわりに回転させる回転手段と、
   前記基板保持手段により保持された基板の上面に処理液を供給する処理液供給手段と、
   前記基板保持手段により保持された基板の上面に形成される前記処理液の液膜に接して当該液膜から揚力を受け得るように当該上面から間隔を隔てて対向配置される対向部材と、
   前記対向部材を支持するための支持部材と、
   前記対向部材を、鉛直方向に沿う相対変位が可能な状態で前記支持部材に保持させる対向部材保持機構とを含み、
   前記対向部材が、前記基板保持手段に保持された基板の回転半径方向に沿って延びる棒状の基板対向領域を有し、
   前記基板対向領域が、前記基板保持手段に保持された基板の上面と対向し、当該基板の回転方向の上流側に向かうに従って当該基板の上面から離反する傾斜面を有する、基板処理装置。
2. 前記対向部材保持機構が、前記支持部材と前記対向部材との間に介装された弾性体を含む、請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記基板対向領域が、前記基板保持手段に保持された基板の回転中心から当該基板の周縁部まで延びている、請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記処理液供給手段が、前記基板保持手段に保持される基板の上面において前記対向部材が対向する領域の上流側に向けて処理液を吐出するノズルを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. 基板を水平姿勢に保持して回転させる基板保持回転工程と、
   基板の上面に処理液を供給する処理液供給工程と、
   鉛直方向に沿う相対変位が可能な状態で支持部材に保持された対向部材の、傾斜面を有する基板対向領域を、当該基板対向領域が基板の回転半径方向に沿って延びるように、前記傾斜面が基板の回転方向の上流側に向かうに従って基板の上面から離反するように、かつ当該基板対向領域が基板の上面に形成される前記処理液の液膜に接して当該液膜から揚力を受け得るように、対向配置させる対向部材配置工程とを含む、基板処理方法。

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