JP6163315B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、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、特許文献１では、基板に付着した有機物を除去液によって除去する基板処理装置が開示されている。当該基板処理装置では、除去液ノズルから基板に対して除去液を供給する前に、裏面側ガスノズルから基板の裏面に対して温調済の窒素ガスを供給することにより、基板の温度が除去液の温度に近づけられる。これにより、基板の表面を流れる除去液の温度を基板の全面においてほぼ均一とし、有機物の除去処理の面内均一性を向上させることができる。

特開２００４−１５８５８８号公報

ところで、吸着面を有するバキュームチャックにより基板を吸着して保持する特許文献１の基板処理装置では、基板の下面全体に対して処理液による処理を行うことができない。また、基板の下面に対向するガス噴出ノズルを設けつつ下面に処理液を供給する構成では、ガス噴出ノズルへの処理液の流入によるガス噴出ノズルの不具合を避けるため、ガス噴出ノズルへの処理液の流入を抑制する手法も求められる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ガス噴出ノズルから噴出する加熱したガスにより基板を加熱しつつ処理液により基板の上面を処理する基板処理装置において、基板の下面に対して処理液による処理を行うとともに、当該処理の際に、ガス噴出ノズルに当該処理液が流入すること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、上下方向を向く中心軸を中心とする環状であり、水平状態の基板の外縁部を下側から支持する環状支持部と、前記環状支持部の内側にて前記基板の下面の全体に亘って対向する対向面を有する下面対向部と、前記環状支持部を前記基板と共に前記中心軸を中心として前記下面対向部に対して相対的に回転する回転機構と、前記基板の上面に第１処理液を供給する第１処理液供給部と、前記下面対向部に設けられた処理液ノズルから前記基板の前記下面の中央部に第２処理液を供給する第２処理液供給部と、前記下面対向部において前記中心軸から離れた位置に配置され、前記対向面から突出し、前記基板の前記下面に向けて加熱したガスを噴出する少なくとも１つのガス噴出ノズルとを備え、前記対向面が前記中心軸から離れるに従って前記基板から離れる傾斜面であり、前記少なくとも１つのガス噴出ノズルが、前記中心軸とは反対側に向けて前記加熱したガスを噴出するように、前記中心軸に対して傾斜するガス噴出ノズルを含む。

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、前記中心軸の方向において、前記少なくとも１つのガス噴出ノズルと前記基板の前記下面との間の距離が、８ｍｍ以下である。

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、前記少なくとも１つのガス噴出ノズルが、複数のガス噴出ノズルであり、前記複数のガス噴出ノズルのうち一のガス噴出ノズルの噴出口と前記中心軸との間の距離が、他の一のガス噴出ノズルの噴出口と前記中心軸との間の距離と相違する。

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、前記第１処理液および前記第２処理液による前記基板に対する処理が行われる、密閉された内部空間を形成する密閉空間形成部をさらに備える。
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、前記下面対向部の位置が固定され、前記回転機構が、前記環状支持部を前記中心軸を中心として回転する。

本発明によれば、ガス噴出ノズルから噴出する加熱したガスにより基板を加熱しつつ第１処理液により基板の上面を処理する基板処理装置において、基板の下面に対して第２処理液による処理を行うとともに、当該処理の際に、ガス噴出ノズルに第２処理液が流入することを抑制することができる。また、第２処理液を対向面の外側へと容易に導くことができる。

また、請求項３の発明では、基板の広範囲を加熱することができる。

基板処理装置を示す断面図である。 気液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。 下面対向部におけるガス噴出ノズルの配置を示す図である。 基板処理装置における処理の流れを示す図である。 エッチング処理の実験結果を示す図である。 下面対向部におけるガス噴出ノズルの配置の他の例を示す図である。 下面対向部におけるガス噴出ノズルの配置のさらに他の例を示す図である。

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２１１ａと対向する。以下の説明では、チャンバ底部２１０の中央部２１１を「下面対向部２１１」と呼び、中央部２１１の上面２１１ａを「対向面２１１ａ」という。下面対向部２１１の詳細については後述する。

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が中心軸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。

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の下面対向部２１１の中央には、下部ノズル１８２が取り付けられる。下面対向部２１１には、複数のガス噴出ノズル１８０がさらに取り付けられる。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。複数のガス噴出ノズル１８０の配置については後述する。

図２は、基板処理装置１が備える気液供給部１８および気液排出部１９を示すブロック図である。気液供給部１８は、上述のガス噴出ノズル１８０、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、不活性ガス供給部１８６と、加熱ガス供給部１８７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。複数のガス噴出ノズル１８０は、弁を介して加熱ガス供給部１８７に接続される。

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。気液供給部１８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。加熱ガス供給部１８７は、複数のガス噴出ノズル１８０を介して基板９の下面９２に加熱したガス（例えば、１２０〜１３０℃に加熱した高温の不活性ガス）を供給する。本実施の形態では、不活性ガス供給部１８６および加熱ガス供給部１８７にて利用されるガスは窒素（Ｎ_２）ガスであるが、窒素ガス以外であってもよい。なお、加熱ガス供給部１８７において加熱した不活性ガスを利用する場合には、基板処理装置１における防爆対策は簡素化可能または不要である。

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、チャンバ底部２１０の下面対向部２１１における複数のガス噴出ノズル１８０の配置を示す図である。図５では、下面対向部２１１における各ガス噴出ノズル１８０の取付位置を符号１８０１を付す実線の丸にて示す（後述の図８および図９において同様）。

図５に示すように、下面対向部２１１には４個のガス噴出ノズル１８０が設けられる。詳細には、４個のガス噴出ノズル１８０は、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に等角度間隔（図５では、９０度間隔）にて配置される。中心軸Ｊ１を挟んで互いに対向する２つのガス噴出ノズル１８０、すなわち、周方向に１８０度間隔にて配置される２つのガス噴出ノズル１８０を「ノズル対」と呼ぶと、図５では、２つのノズル対が設けられる。各ノズル対の２つのガス噴出ノズル１８０における噴出口の中心軸Ｊ１からの距離（以下、「噴出口−中心軸間距離」という。）は互いに等しい。また、一方のノズル対の噴出口−中心軸間距離と、他方のノズル対の噴出口−中心軸間距離とは互いに相違する。例えば、半径が約１５０ｍｍ（ミリメートル）の基板９の処理に用いられる基板処理装置１では、一方のノズル対の噴出口−中心軸間距離は１１０ｍｍであり、他方のノズル対の噴出口−中心軸間距離は１４５ｍｍである。

既述のように、図１に示す基板支持部１４１にて基板９が支持された場合、下面対向部２１１の対向面２１１ａは、基板９の下面９２と対向する。対向面２１１ａは、中心軸Ｊ１からの距離が増大するに従って下方に位置する傾斜面であり、基板９の下面９２のおよそ全体に亘って広がる。対向面２１１ａと基板９の下面９２との間の距離は、下部ノズル１８２近傍において最小となり、例えば５ｍｍである。また、当該距離は、基板９の外縁部において最大となり、例えば３０ｍｍである。複数のガス噴出ノズル１８０は対向面２１１ａから突出し、噴出口１８０２が対向面２１１ａよりも上方に位置する。

図５中にて中心軸Ｊ１の左右に配置されるノズル対のガス噴出ノズル１８０（すなわち、矢印１８０３を付していないガス噴出ノズル１８０）は、その中心軸が取付位置１８０１における対向面２１１ａの法線におよそ沿うように下面対向部２１１に固定される。したがって、これらのガス噴出ノズル１８０は、噴出口１８０２が取付位置１８０１よりも僅かに外側に位置するように中心軸Ｊ１に対して傾斜する。また、図５中にて中心軸Ｊ１の上下に配置されるノズル対のガス噴出ノズル１８０は、取付位置１８０１における対向面２１１ａの法線に対して、噴出口１８０２が外側（中心軸Ｊ１とは反対側）に位置するように傾斜して（矢印１８０３参照）下面対向部２１１に固定される。このように、基板処理装置１におけるいずれのガス噴出ノズル１８０も、中心軸Ｊ１に対して傾斜し、噴出口１８０２が上方、かつ、僅かに外側を向く。

図１に示すように、ガス噴出ノズル１８０の噴出口１８０２は、基板９の下面９２に近接する。基板９を効率よく加熱するという観点では、中心軸Ｊ１の方向においてガス噴出ノズル１８０の上端と基板９の下面９２との間の距離は、好ましくは８ｍｍ以下であり、より好ましくは５ｍｍ以下である（後述の図８および図９のガス噴出ノズル１８０において同様）。また、ガス噴出ノズル１８０と基板９との接触を避けるため、ガス噴出ノズル１８０の上端と基板９の下面９２との間の距離は、２ｍｍ以上であることが好ましい。

図６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により下側から支持される（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。

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（図２参照）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。これにより、所定時間経過後に、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。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。

続いて、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Ｓ１２）。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。

このとき、回転する基板９の下面９２に向けて、複数のガス噴出ノズル１８０から加熱したガスが噴出される。これにより、各ノズル対の噴出口−中心軸間距離に対応する基板９の半径位置近傍を全周に亘って均一に加熱しつつ、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。

薬液の供給開始から所定時間（例えば、６０〜１２０秒）経過すると、薬液供給部１８３からの薬液の供給、および、加熱ガス供給部１８７からの加熱したガスの供給が停止される。続いて、基板回転機構１５により、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。

基板９の回転数が定常回転数に戻された後、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。その後、外側排気部１９４によるガスの排出が停止されるとともに、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。そして、リンス液または洗浄液である純水の基板９への供給が、純水供給部１８４により開始される（ステップＳ１３）。

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、基板９の上面９１のリンス処理および下面９２の洗浄処理と共に、チャンバ１２内の洗浄も実質的に行われる。

純水の供給開始から所定時間経過すると、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Ｓ１４）。基板９の乾燥開始から所定時間経過すると、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Ｓ１４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Ｓ１５）。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。

以上に説明したように、基板処理装置１では、環状支持部である基板支持部１４１により、水平状態の基板９の外縁部が下側から支持され、基板９の下面９２に対向する対向面２１１ａを有する下面対向部２１１が基板支持部１４１の内側に設けられる。そして、基板９の下面９２に向けて加熱したガスを噴出するガス噴出ノズル１８０が下面対向部２１１に設けられる。

ここで、ガス噴出ノズル１８０による基板９の下面９２の加熱の有無による基板９の処理の均一性の相違について述べる。図７は、エッチング処理の実験結果を示す図である。図７の横軸は径方向における基板９上の位置を示し、縦軸はエッチング量を示す。また、図７では、基板９の下面９２を加熱しない場合（ガス噴出ノズル１８０を省略する場合と捉えることができる。）の各位置のエッチング量を符号Ｌ１を付す破線にて示し、基板９の下面９２を加熱する場合の各位置のエッチング量を符号Ｌ２を付す一点鎖線にて示す。なお、符号Ｌ３を付す実線は、後述の図８の例におけるエッチング量の変化を示す。

図７に示すように、下面９２を加熱しない場合には基板９の外縁部においてエッチング量が低くなるのに対し、下面９２を加熱する場合には基板９の外縁部におけるエッチング量の低下が抑制される。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）により均一性を示す値を求めると、下面９２を加熱しない場合におけるエッチング処理の均一性は７％である。これに対し、下面９２を加熱する場合におけるエッチング処理の均一性は３％であり、均一性が向上する。

このように、基板処理装置１では、上部ノズル１８１から吐出する処理液により基板９の上面９１を処理する際に、ガス噴出ノズル１８０から噴出する加熱したガスにより基板９を加熱する（好ましくは、温度が比較的低くなる、中心軸Ｊ１から離れた部位を加熱する）ことにより、基板９の温度分布の均一性を向上することができる。その結果、上部ノズル１８１からの処理液による基板９の上面９１に対する処理の均一性を向上することができる。

また、純水を処理液として吐出する下部ノズル１８２が、処理液ノズルとして下面対向部２１１に設けられることにより、基板９の下面９２に対して当該処理液による処理を行うことが実現される。さらに、ガス噴出ノズル１８０が、下面対向部２１１の対向面２１１ａから突出することにより、基板９の下面９２の処理の際に、噴出口１８０２からガス噴出ノズル１８０内に処理液が流入することを抑制することができる。

基板処理装置１では、ガス噴出ノズル１８０が中心軸Ｊ１に対して傾斜することにより、ガス噴出ノズル１８０に処理液が流入することをさらに抑制することができる。また、中心軸Ｊ１の方向においてガス噴出ノズル１８０と基板９の下面９２との間の距離が８ｍｍ以下であることにより、基板９を効率よく加熱することができる。さらに、複数のガス噴出ノズル１８０のうち一のガス噴出ノズル１８０の噴出口１８０２と中心軸Ｊ１との間の距離が、他の一のガス噴出ノズル１８０の噴出口１８０２と中心軸Ｊ１との間の距離と相違することにより、基板９の広範囲を加熱することができる。

また、対向面２１１ａが中心軸Ｊ１から離れるに従って基板９から離れる傾斜面であることにより、基板９の下面９２の処理に利用される処理液を対向面２１１ａの外側へと容易に導くことができる。その結果、対向面２１１ａ上に当該処理液が溜まることを防止することができる。なお、基板処理装置１の設計によっては、対向面２１１ａが基板９の下面９２に平行な面であってもよい。

ところで、開放された処理空間にて基板を処理する比較例の基板処理装置を想定した場合、比較例の基板処理装置では、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大流量にて排出することが行われる。また、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る。したがって、基板の周囲にて上方から下方へと向かう気流が発生し、当該気流により基板の温度が低下しやすくなる。基板の温度低下は基板の外縁部にて顕著となり、基板の温度分布の均一性が低下する。その結果、薬液による基板の処理の均一性が低下する（すなわち、均一性を示すパーセント値が高くなる。）。一定の温度に加熱した薬液を大流量にて基板に供給することにより、基板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。

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、比較例の基板処理装置における処理空間に比べて小さな密閉空間１６０が形成されることにより、基板９からの熱の拡散を抑制することができる。実際には、薬液供給部１８３により基板９に薬液が供給される際に、トッププレート１２３が基板９の上面９１に近接する。また、下面対向部２１１が、基板９の下面９２に近接する。これにより、基板９からの熱の拡散をさらに抑制することが可能となる。

密閉空間１６０が形成される基板処理装置１では、薬液成分を含むガスが外部に拡散することもなく、基板へのパーティクルの付着を防止するためのダウンフローの必要性も低いため、密閉空間１６０に流入するガスおよび密閉空間１６０から流出するガスの流量を低く設定することが可能である。したがって、基板９の温度低下をさらに低減することができる。その結果、ガス噴出ノズル１８０からの加熱したガスの流量を比較的低く設定しつつ、基板の温度分布の均一性を向上することができる。また、一定の温度に加熱した薬液を大流量にて基板９に供給する必要もない（すなわち、薬液の消費量を低減することが可能である）ため、基板処理装置１のＣＯＯ（cost of ownership）も低減することができる。

図１の基板処理装置１では、薬液による処理の際に、密閉空間１６０が不活性ガス充填状態（すなわち、低酸素雰囲気）とされ、さらに、ガス噴出ノズル１８０から加熱した不活性ガスが噴出される。これにより、無機薬液のみならず、可燃性の有機薬液等も使用可能となり、防爆対策も容易となる。

図８は、下面対向部２１１における複数のガス噴出ノズル１８０の配置の他の例を示す図である。図８に示す下面対向部２１１には、それぞれが対向面２１１ａから突出する６個のガス噴出ノズル１８０が設けられる。詳細には、６個のガス噴出ノズル１８０のうち４個のガス噴出ノズル１８０は、図５の４個のガス噴出ノズル１８０と同様にして配置される。残りの２個のガス噴出ノズル１８０は、周方向に１８０度間隔にて中心軸Ｊ１の近傍に配置される。このように、図８では、３つのノズル対が設けられ、当該３つのノズル対における噴出口−中心軸間距離は互いに相違する。例えば、半径が約１５０ｍｍの基板９の処理に用いられる基板処理装置１では、一のノズル対の噴出口−中心軸間距離は１１０ｍｍであり、他の一のノズル対の噴出口−中心軸間距離は１４５ｍｍであり、残りのノズル対の噴出口−中心軸間距離は１１０ｍｍよりも小さい。

対向面２１１ａは、中心軸Ｊ１からの距離が増大するに従って下方に位置する傾斜面であり、また、全てのガス噴出ノズル１８０が中心軸Ｊ１に対して傾斜する（後述の図９の例において同様）。図７中に符号Ｌ３を付す実線にて示すように、図８の例では、図５の例に比べて基板９の外縁部におけるエッチング量の低下がさらに抑制され、エッチング処理の均一性は１％である。

図９は、下面対向部２１１における複数のガス噴出ノズル１８０の配置のさらに他の例を示す図である。図９では、３つのノズル対が設けられ、当該３つのノズル対における噴出口−中心軸間距離は互いに相違する。例えば、半径が約１５０ｍｍの基板９の処理に用いられる基板処理装置１では、一のノズル対の噴出口−中心軸間距離は６５ｍｍであり、他の一のノズル対の噴出口−中心軸間距離は９０ｍｍであり、残りのノズル対の噴出口−中心軸間距離は１４５ｍｍである。

実際には、噴出口−中心軸間距離が最小となるノズル対のガス噴出ノズル１８０は、噴出口１８０２が取付位置１８０１よりも内側に配置されるように傾斜して（矢印１８０３参照）下面対向部２１１に固定される。当該ガス噴出ノズル１８０では、噴出口１８０２が上方、かつ、僅かに内側を向く。残りのガス噴出ノズル１８０は、傾斜面である対向面２１１ａの法線におよそ沿うように下面対向部２１１に固定される。図９の例でも、基板９の上面９１に対する処理の均一性を向上することができる。

上記基板処理装置１は様々な変形が可能である。基板９の上面９１に供給される処理液を第１処理液とすると、上記基板処理装置１では、第１処理液供給部である薬液供給部１８３から第１処理液として薬液が上面９１に供給されるが、第１処理液は、薬液以外の処理液であってもよい。同様に、基板９の下面９２に供給される処理液を第２処理液とすると、上記基板処理装置１では、第２処理液供給部である純水供給部１８４から第２処理液として純水が下面９２に供給されるが、第２処理液は、他の処理液であってもよい。

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、第１処理液および第２処理液による基板９に対する処理が行われる、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。

図１の基板処理装置１において、チャンバ蓋部１２２が省略され、開放された処理空間にて基板９が処理されてもよい。また、水平状態の基板９の外縁部を下側から支持する環状支持部は、様々な態様にて実現可能である。例えば、上記のようにチャンバ蓋部１２２を省略する場合、基板支持部１４１に基板９を把持する機構が設けられる。

上記基板処理装置１において、中心軸Ｊ１を中心とする環状の基板支持部１４１を基板９と共に中心軸Ｊ１を中心として回転する基板回転機構は、環状のステータ部１５１および環状のロータ部１５２を有する中空モータ以外の構成（例えば、環状の基板支持部１４１に設けられた環状のギアと、当該ギアと係合するギアを回転するモータとの組合せ）により実現されてもよい。また、基板処理装置１の設計によっては、回転機構により下面対向部２１１が基板９に対して回転してもよい。すなわち、基板処理装置１では、基板支持部１４１を基板９と共に中心軸Ｊ１を中心として下面対向部２１１に対して相対的に回転する回転機構が設けられる。

また、下面対向部２１１において１つのガス噴出ノズル１８０のみが設けられてもよい。すなわち、基板処理装置１では、少なくとも１つのガス噴出ノズル１８０が下面対向部２１１に設けられることにより、基板９の下面９２を加熱することが可能となる。

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
１２ チャンバ
１５ 基板回転機構
９１ 上面
９２ 下面
１２０，１６０ 内部空間
１４１ 基板支持部
１６１ カップ部
１８０ ガス噴出ノズル
１８２ 下部ノズル
１８３ 薬液供給部
１８４ 純水供給部
２１１ 下面対向部
２１１ａ 対向面
１８０２ 噴出口
Ｊ１ 中心軸

Claims (5)

1. 基板を処理する基板処理装置であって、
   上下方向を向く中心軸を中心とする環状であり、水平状態の基板の外縁部を下側から支持する環状支持部と、
   前記環状支持部の内側にて前記基板の下面の全体に亘って対向する対向面を有する下面対向部と、
   前記環状支持部を前記基板と共に前記中心軸を中心として前記下面対向部に対して相対的に回転する回転機構と、
   前記基板の上面に第１処理液を供給する第１処理液供給部と、
   前記下面対向部に設けられた処理液ノズルから前記基板の前記下面の中央部に第２処理液を供給する第２処理液供給部と、
   前記下面対向部において前記中心軸から離れた位置に配置され、前記対向面から突出し、前記基板の前記下面に向けて加熱したガスを噴出する少なくとも１つのガス噴出ノズルと、
   を備え、
   前記対向面が前記中心軸から離れるに従って前記基板から離れる傾斜面であり、
   前記少なくとも１つのガス噴出ノズルが、前記中心軸とは反対側に向けて前記加熱したガスを噴出するように、前記中心軸に対して傾斜するガス噴出ノズルを含む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、
   前記中心軸の方向において、前記少なくとも１つのガス噴出ノズルと前記基板の前記下面との間の距離が、８ｍｍ以下であ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、
   前記少なくとも１つのガス噴出ノズルが、複数のガス噴出ノズルであり、
   前記複数のガス噴出ノズルのうち一のガス噴出ノズルの噴出口と前記中心軸との間の距離が、他の一のガス噴出ノズルの噴出口と前記中心軸との間の距離と相違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、
   前記第１処理液および前記第２処理液による前記基板に対する処理が行われる、密閉された内部空間を形成する密閉空間形成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、
   前記下面対向部の位置が固定され、
   前記回転機構が、前記環状支持部を前記中心軸を中心として回転することを特徴とする基板処理装置。

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