JP6554414B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、処理対象の基板に対して処理液を用いた処理を施すための装置に関する。処理対象の基板には、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、フォトマスク用基板、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などの各種の基板が含まれる。これら基板を以下、ウエハと総称する。

半導体装置や液晶表示装置の製造工程では、半導体ウエハ等のウエハに対して処理液を用いた処理を施す基板処理装置が用いられる。このような基板処理装置には、複数枚のウエハＷに対して一括して処理を施すバッチ型のものと、１枚ずつのウエハに対して処理を施す枚葉型のものとがある。
こうした基板処理装置は、ウエハ周囲の雰囲気制御や外からの汚染導入を回避する等の目的で、隔壁等で区画された処理室ごとにＦＦＵ、処理液ノズル、基板保持回転装置等を備える構成をとることがある。基板処理装置が複数の処理室を有するいわゆるマルチチャンバ―方式においては、通常、処理室ごとにＦＦＵ、処理液ノズル、基板保持回転装置等が設けられる。

こうした処理室（処理チャンバ―）では、処理室の上方にＦＦＵが設けられ、汚染除去などの所定の処理がなされた気体がダウンフローにて処理室下方へと導入される。ＦＦＵ
ＦＦＵ下方には基板保持機構が設けられるが、ＦＦＵと基板保持装置等を直接対向させた場合、基板保持装置、ひいては処理時のウエハに当たる気体の流れの方向や強さにばらつきが出る場合があり、処理の品質上問題がある。そのため、ＦＦＵからのダウンフローの方向や強さのばらつきを調整する等の目的で、ＦＦＵ直下に、略板状の形状を有し、複数の鉛直に通貫した開口を有するいわゆる整流板を配置することが行われる。

整流板を備えた基板処理装置については特許文献１などに記載がある。

特開２００６−６６５０１号公報

こうした整流板を使用した場合、当該整流板はＦＦＵ直下にあるため、その上面にＦＦＵからの気体が凝結し、開口から落ちていくいわゆるボタ落ちが生じる場合がある。整流板の開口から垂れ落ちた液が、直下の基板保持機構に保持されたウエハ上に落ちると、ウエハ汚染等の問題が生じるおそれがある。
また、基板保持機構に回転機構が接続されたいわゆるスピンチャックに保持したウエハに、処理液ノズルから処理液を適用した処理を行う場合に、ウエハから上方の整流板にまで処理液が飛散するときがある。整流板の下面へと飛散した処理液は整流板の開口を通じて整流板の上面に達し、汚染や液だれの原因となる。このような汚染や液だれの危険性を減少させる必要がある。

そこで、この発明の目的は、汚染や液だれが生じにくい構造の整流板を備えた基板処理装置を提供することである。また、この発明の別の目的は、こうした構造の整流板を容易に洗浄しうる機能を備えた基板処理装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ＦＦＵ（２０）と、前記ＦＦＵの下方に設置されており、鉛直方向に通貫する複数の流路（４５）を有する整流板（４０）と、前記整流板の下方に設置され、その上面に基板（Ｗ）を保持し鉛直回転軸（６５）を中心に水平面内で回転する基板保持回転機構（６０）と、を備える基板処理装置（１）であって、前記整流板（４０）の上面（４１）が少なくともその一部に上面傾斜部（４２）を有しており、前記上面傾斜部（４０）は、前記鉛直回転軸（６５）と交叉する交叉位置（６６）が最も上方となり、前記交叉位置から外方に向かい斜め下方向に傾斜することを特徴とする、基板処理装置（１）である。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態に例示される対応構成要素等を表すものであり、上記発明の内容を制限するものではない。以下、この項において同じ。

この発明によれば、上面傾斜部の存在により、整流板の上面に生じた液滴は、整流板の周縁へと排除される。基板処理装置においては、ウエハの中央への液だれが汚染防止や品質管理上もっとも問題となるが、この発明により、特にウエハ中央への液だれを低減することが可能となる。

請求項２記載の発明は、前記請求項１に記載の基板処理装置（１）であって、前記上面傾斜部（４２）の傾斜角度が、前記交叉位置（６６）から外方に向かうにつれて小さくなることを特徴とする基板処理装置（１）である。

整流板の傾斜角度を大きくするほど、整流板の上面に生じた液滴は効率的に排除できる。その一方で、整流板の傾斜角度をあまり大きくすると、整流板による整流作用が損なわれる恐れがある。
この発明によれば、液だれ防止の必要性が高い交叉位置近傍について整流板の傾斜角度を最大とし、その外方に向けて傾斜角度を小さくしているため、整流板全体としての整流作用はそれほど損なわれずに済む。

請求項３記載の発明は、前記請求項１乃至２に記載の基板処理装置（１）であって、前記複数の流路（４５）各々について、前記整流板（４０）の上面（４１）側の開口の直径が、前記ＦＦＵ（２０）から供給される流体が前記上面（４１）部上に凝結した際の平均的な液滴の直径よりも小さいことを特徴とする基板処理装置（１）である。

整流板上の開口の大きさが液滴の直径よりも小さい場合、液滴は自身の表面張力のため、当該開口に通過しにくくなる。こうした液滴は、開口への通過を阻まれる一方で、整流板の有する傾斜により整流板の周縁へと移動することとなる。その一方でＦＦＵからの流体のうち、凝結せず気相を保っているものは、開口を通過しうる。このように、この発明によれば、整流板の機能を維持しつつ、開口からのボタ落ちを更に抑止することが可能である。

請求項４記載の発明は、前記請求項１乃至３に記載の基板処理装置（１）であって、前記上面傾斜部（４２）の表面が撥水性であることを特徴とする基板処理装置（１）である。

この発明によれば、上面傾斜部の表面が撥水性であるため、整流板の上面傾斜部に生じた液滴が、より効果的に整流板の周縁へと移動される。

請求項５記載の発明は、前記請求項１乃至４に記載の基板処理装置（１）であって、前記整流板（４０）の上方または下方に、補助整流板（５０）を設けることを特徴とする基板処理装置である。

整流板が上面傾斜部を有することにより、整流板による流体の整流作用の均一性が損なわれる場合がある。この発明によれば、補助整流板をさらに設けることにより、上面傾斜部の存在等に起因した整流作用の乱れを補正することが可能となる。

請求項６記載の発明は、前記請求項１乃至５に記載の基板処理装置（１）であって、前記整流板（４０）の上面（４１）を洗浄するための処理液ノズル（８０）を更に備えていることを特徴とする基板処理装置（１）である。

この発明によれば、処理液ノズルにより、整流板の上面を洗浄できるため、整流板からウエハへの液だれや汚染転移のリスクを低減することが可能となる。

請求項７記載の発明は、前記請求項１乃至６に記載の基板処理装置（１）であって、前記整流板（４０）が前記下面（４４）から上面（４１）へと通貫する第二の流路（４６）を更に備えており、前記第二の流路（４６）が、前記下面の開口から鉛直上方に向かう部分と、前記鉛直回転軸から外方に向かい前記上面の開口へと向かう部分とを有することを特徴とする基板処理装置（１）である。

処理液ノズルにより、整流板の下面に向けて処理液を供給した場合、第二の流路に入った処理液は、整流板の下面から入った後、鉛直回転軸から外方に向けて噴出する。これにより、ＦＦＵに処理液がかからないように整流板の上面に処理液を供給することが可能となる。

図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図式的な断面図である。 図２は、整流板の上面傾斜部の作用を説明するための図式的な断面図である。 図３は、整流板の上面傾斜部の形態例を示す図式的な断面図である。 図４は、整流板の上面傾斜部の形態例を示す図式的な断面図である。 図５は、整流板の上面傾斜部の形態例を示す図式的な断面図である。 図６は、整流板の上面傾斜部の形態例を示す図式的な断面図である。 図７は、第二の流路を有する整流板の構造を説明するための図式的な断面図である。 図８は、補助整流板の配置例を説明するための図式的な断面図である。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置１の構成を説明するための図式的な断面図である。
基板処理装置１は、隔壁１５で区画された処理室１０の内部に配置されている。
基板処理装置１は、処理室１０の上部に配置されたＦＦＵ２０、ＦＦＵ２０の下方に配置
された整流板４０、整流板４０の下方に設置された基板保持回転機構６０を備えている。基板処理装置１は、さらに、図示しない処理液タンクからの処理液を処理液配管８１を通じてウエハＷなどへ供給するための処理液ノズル８０を備えていても良い。
処理室１０の隔壁１５には、整流板４０から伝った流体を受け、排液ライン１７へと導くための排液ガイド１６を設ける。

ＦＦＵ２０は、上面および下面が略平面状態の略平板構造を有しており、その下面に図示しない複数の供給口を有する。ＦＦＵ２０は、その下面が略水平となるように、図示しない固定器具により、隔壁１５に固定される。このようにＦＦＵ２０を配置することで、上記複数の供給口から供給される気体が、ＦＦＵ２０の略下方に向けて供給され、いわゆるダウンフロー状態を実現する。

整流板４０は、ＦＦＵ２０からのダウンフローの流れを調整し、その下方の基板保持回転機構６０に保持されたウエハＷに、処理に適切な方向および強さで気流が適用されることを担保する機能を有する。ウエハＷに適用されるダウンフローの方向および強さに対する要求は、基板処理装置や基板に適用される工程により異なるが、一般的にいって、ウエハＷの主面全面にわたり、同じ方向および強さにて気流が供給されることが望ましいとされる。

整流板４０は、上面４１および下面４４を有しており、上面４１は、上方に突出した凸形状の上面傾斜部４２と、上面傾斜部４２を取り囲む略平面状の上面平坦部４３とを有する。上面傾斜部４２は、後述する基板保持回転機構６０の鉛直回転軸６５と交叉する交叉位置６６が最も上方となるように形成されている。
整流板４０の下面４４は、略平面状に形成されている。
整流板４０には、上面４１から下面４４へと略鉛直方向に通貫する複数の流路４５が形成されている。ＦＦＵ２０からのダウンフロー気流は、これら流路４５を通じて整流板４０の下方へと供給される。
整流板４０は、その下面４４が略水平となるように、図示しない固定器具により、隔壁１５に固定される。隔壁１５には、整流板４０の当該固定位置よりやや下方に、排液ガイド１６が設置されている。排液ガイド１６は、整流板４０から伝わった液を受けとめた後、処理室１０の下方にある図示しない廃液ラインへと液を導く機能を有する。

整流板４０の下方には、ウエハＷを略水平に保持し回転させるための基板保持回転機構６０が設置されている。基板保持回転機構６０は、処理室１０の床に固設された回転駆動機構台座６３と、回転駆動機構台座６３の上に配置され、内部に図示しない回転駆動モータを格納する回転駆動機構６２と、回転駆動機構６２による回転力を基板保持部６１に伝達する機能を有し、回転駆動機構６２と基板保持部６１とを連結する回転駆動シャフト６４と、回転駆動シャフト６４の上端に連結された基板保持部６１とを備える。基板保持部６１は略円柱形状でありその上面の周縁部にウエハＷを水平に保持するための複数の支持ピン６８および図示しない支持ピン６８の移動機構を備える。

処理室１０内には、基板保持回転機構６０により保持されたウエハＷに対して、薬液、洗浄液、純水などの処理液を供給するための処理液ノズル８０が設けられる。処理液ノズル８０は、処理室１０の外部にある図示しない処理液タンクから処理液配管８１を通じて運ばれた処理液を、図示しないポンプ、処理液バルブを制御することにより供給する。ウエハＷに対してウエハ上の異なる位置へと処理液を供給する必要がある場合は、処理液ノズル８０を移動させる移動機構が更に備えられる。
処理液ノズル８０は、基本的にはその下方にあり基板保持回転機構６０に保持されているウエハＷに向けて、鉛直下方または鉛直やや斜め下方に向けて処理液を供給するが、ウエハＷの処理時以外において、整流板４０を洗浄するために、鉛直上方」または鉛直やや斜め上方に向けて処理液を供給することもできるように、処理液供給方向を反転させる機構を有する形態としても良い。
また、処理液ノズル８０は、通常、鉛直方向または鉛直やや斜め方向に向けて処理液を供給するように供給するように構成されているが、処理液ノズル８０から略水平方向に向けて処理液を噴射できるような機能を付加する、または略水平方向に向けて処理液を噴射するための専用ノズルを設けても良い。このように水平方向に向けて処理液を噴射しうる処理液ノズル８０がある場合、当該処理液ノズル８０をＦＦＵ２０と整流板４０の上面４１との間に配置し、処理液を整流板４０の上面傾斜部４２に当たるように供給することにより、ＦＦＵ２０に処理液が直接にかからないように整流板４０の上面４１を洗浄することが可能となる。

図２は、整流板４０の上面傾斜部４２の作用を説明するための図式的な断面図である。
以下、図２を参照して、整流板４０の構成および上面傾斜部４２の作用について説明する。

整流板４０は、上面４１および下面４４を有しており、上面４１は、上方に突出した凸形状の上面傾斜部４２と、上面傾斜部４２を取り囲む略平面状の上面平坦部４３とを有する。上面傾斜部４２は、後述する基板保持回転機構６０の鉛直回転軸６５と交叉する交叉位置６６が最も上方となるように形成されている。
ＦＦＵ２０からのダウンフロー気流は、整流板４０の上面４１に衝突し、その一部は凝結し液滴となる。整流板４０の上面４１にはこうしてできた液滴のほか、ウエハＷから飛散した液が整流板４０の下面４４の開口を通じて上面４１に着地した液滴も付着する。これら液滴は、上面傾斜部４２の傾斜により、鉛直回転軸６５より外方に向けて転がり落ちるように移動する。上面傾斜部４２の表面が疎水性となるように、上面傾斜部４２の素材を疎水性の材質とするか、または上面傾斜部４２の表面を疎水性の物質でコーティングすることにより、上面傾斜部４２による液滴排除の効果をより高めても良い。

こうして移動した液滴は、上面傾斜部４２を取り囲む略平面状の上面平坦部４３に達するころには、その一部が揮発し、仮に上面平坦部４３における流路４５の開口部より落下したとしてもウエハＷに大きなダメージを与えない程度に小さな液滴となっている。

整流板４０の上面４１における上面傾斜部４２と上面平坦部４３の比率は、液だれのリスク回避と、ダウンフロー気流制御の要求などを総合的に考慮して決定される。上面傾斜部４２は、上面４１に生じた液滴を効率的に排除する機能を有するが、その形状故にＦＦＵ２０からのダウンフロー気流を乱すというデメリットを有する。一般的にいって、ウエハＷへの液だれリスクは、ウエハＷの中央部付近において最も排除すべきものであるため、上面傾斜部４２は、平面視においてウエハＷの中央部近傍、例えばウエハＷの中心から半径の３分の１前後までに重なるように設計される。

以下、図３から図７は上面傾斜部４２の形態のバリエーション例である。図３から図７においては、簡単のために流路４５の図示を省略する。
図３は、整流板４０の上面傾斜部４２の形態例を示す図式的な断面図である。
以下、図３を参照して、上面傾斜部４２の形態のバリエーションの一例について説明する。

図３は、整流板４０の上面傾斜部４２の形態例を示す図式的な断面図である。
以下、図３を参照して、上面傾斜部４２の形態のバリエーションの一例について説明する。
図３に示す上面傾斜部４２は、水平方向に延びる略長方形状の頂部４８と、頂部４８に連結する略平面状の２つの傾斜面を有する。上面傾斜部４２には、複数の流路４５が略均等間隔にて形成されている。図４に示す上面傾斜部４２は、表面の全てが平面で構成されているため、加工が容易である。また、傾斜がダウンフロー変動に及ぼす影響の予測も比較的容易である。なお、上面傾斜部４２の形状については、頂部４８を稜線状とし、実質的に２つの傾斜面が当該稜線で結合する形状としても良い。

図４は、整流板４０の上面傾斜部４２の形態例を示す図式的な断面図である。
以下、図５を参照して、上面傾斜部４２の形態のバリエーションの一例について説明する。

図４に示す上面傾斜部４２と、図３に示した上面傾斜部４２との違いは、図４では頂部４８にて連結される傾斜面が下方に凹な曲面状となっている点である。このように形成した上面傾斜部４２では、鉛直回転軸６５から外方に向かうほどに上面傾斜部４２の傾斜角度が緩やかとなる。従って、液だれのリスクを特に排除すべきウエハＷ中央付近の上方の流路４５からの液だれについては、上面傾斜部４２の傾斜角度が急峻であるため、液滴が上面傾斜部４２の周辺へと排除される一方、液だれリスクが小さなウエハＷ周縁に対応する流路４５に向かうに従って、液滴排除機能は低下するもののダウンフローの乱れへの影響を抑止することが可能となる。

図５は、整流板４０の上面傾斜部４２の形態例を示す図式的な断面図である。
以下、図５を参照して、上面傾斜部４２の形態のバリエーションの一例について説明する。

図５に示す上面傾斜部４２と、図４に示した上面傾斜部４２は、いずれも、鉛直回転軸６５から外方に向かうほどに上面傾斜部４２の傾斜角度が緩やかとなっていることである。図４の上面傾斜部４２では傾斜面を曲面で形成していたのに対して、図５では、上面傾斜部４２の裾野に、上面傾斜部４２よりも傾斜角度の小さな第２の上面傾斜部が接続されている。

図６は、整流板４０の上面傾斜部４２の形態例を示す図式的な断面図である。
以下、図６を参照して、上面傾斜部４２の形態のバリエーションの一例について説明する。
図６に示す上面傾斜部４２では、上面傾斜部４２の上面全体が、鉛直回転軸６５との交叉位置６６を頂点とし、上方に凸となる曲面となるように形成されている。

図７は、図７は、第二の流路４６を有する整流板４０の構造を説明するための図式的な断面図である。
以下、図７を参照して、第二の流路４６を有する整流板４０について説明する。
図７では、簡単のために流路４５の図示は省略する。

整流板４０は、上記説明してきた複数の流路４５に加えて、またはこれら複数の流路の一部の代替として、以下に説明する第二の流路４６を有する構成としても良い。
流路４５と第二の流路４６の主な違いは、整流板４０の上面４１における開口近傍の流路の向きにある。
流路４５は、整流板４０の上面４１と下面４４とを鉛直方向に通貫するように形成される。その一方で、第二の流路４６では、下面４４における開口から略鉛直上方へと流路が形成され、上面４１に至るまでに流路の形成方向が変化し、鉛直回転軸６５から外方に向かい上面４１の開口に至る。

このような第二の流路４６を設けておくことで、整流板４０の上面４１を容易に洗浄することができる。すなわち、整流板４０の下方から下面４４に向けて処理液ノズル８０から処理液を供給した場合、第二の流路４６を通った処理液が、上面４１の開口から、鉛直回
転軸から外方に向かうように吹き出るため、ＦＦＵ２０に処理液が殆どかからないように、整流板４０の上面４１を洗浄することが可能となる。
こうした第二の流路４６は、整流板４０の上面傾斜部４２において、鉛直回転軸６５近傍にのみ形成しても良いし、上面傾斜部４２全体にわたり複数個形成しても良い。

図８は、補助整流板５０の配置例を説明するための図式的な断面図である。
図１と違う点は、図８においては補助整流板５０が配置されている点である。
以下、図８を参照して、補助整流板５０と整流板４０との関係等について説明する。

これまでにも説明したように、整流板４０の上面傾斜部４２の存在により、液だれのリスクは軽減されるが、その一方で上面傾斜部４２の有する凸形状によりＦＦＵ２０からのダウンフローが乱れるおそれがある。そこで、こうしたダウンフローの乱れを相殺するために、整流板４０の上方または下方に補助整流板５０を配置する構成としても良い。
補助整流板５０は、略平板状の形状であり、鉛直方向に通貫する複数の流路５１を有する。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の実施態様は、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。

例えば、本発明の実施形態の上記説明においては、整流板４０の上面４１は、上面傾斜部４２と、これを取り囲む上面平坦部４３を有するものとした。しかし、整流板４０の上面４１の全面が上面傾斜部４２である構成としても良い。

また、本発明に係る基板処理装置１においては、整流板４０を洗浄するための専用のノズル機構を具備する構成としても良い。

その他、特許請求の範囲による限定の範囲内において、願書に添付された明細書、請求の範囲、図面に開示された本発明の開示内容を超えない範囲内において、実施態様の種々の変更が可能である。

Ｗ ウエハ
１ 基板処理装置
１０ 処理室
１５ 隔壁
１６ 排液ガイド
１７ 排液ライン
２０ ＦＦＵ
４０ 整流板
４１ 上面
４２ 上面傾斜部
４３ 上面平坦部
４４ 下面
４５ 流路
４６ 第二の流路
４８ 頂部
５０ 補助整流板
５１ 流路
６０ 基板保持回転機構
６１ 基板保持部
６２ 回転駆動機構
６３ 回転駆動機構台座
６４ 回転駆動シャフト
６５ 鉛直回転軸
６６ 交叉位置
６８ 支持ピン
８０ 処理液ノズル
８１ 処理液配管

Claims (7)

1. ＦＦＵと、
   前記ＦＦＵの下方に設置されており、鉛直方向に通貫する複数の流路を有する整流板と、
   前記整流板の下方に設置され、その上面に基板を保持し鉛直回転軸を中心に水平面内で回転する基板保持回転機構と、を備える基板処理装置であって、
   前記整流板の上面が少なくともその一部に上面傾斜部を有しており、
   前記上面傾斜部は、前記鉛直回転軸と交叉する交叉位置が最も上方となり、前記交叉位置から外方に向かい斜め下方向に傾斜することを特徴とする、基板処理装置。
2. 前記請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記上面傾斜部の傾斜角度が、前記交叉位置から外方に向かうにつれて小さくなることを特徴とする基板処理装置。
3. 前記請求項１乃至２に記載の基板処理装置であって、
   前記複数の流路各々について、前記整流板の上面側の開口の直径が、前記ＦＦＵから供給される流体が前記上面部上に凝結した際の平均的な液滴の直径よりも小さいことを特徴とする基板処理装置。
4. 前記請求項１乃至３に記載の基板処理装置であって、
   前記上面傾斜部の表面が撥水性であることを特徴とする基板処理装置。
5. 前記請求項１乃至４に記載の基板処理装置であって、
   前記整流板の上方または下方に、補助整流板を設けることを特徴とする基板処理装置。
6. 前記請求項１乃至５に記載の基板処理装置であって、
   前記整流板の上面を洗浄するための処理液ノズルを更に備えていることを特徴とする基板処理装置。
7. 前記請求項１乃至６に記載の基板処理装置であって、
   前記整流板が前記下面から上面へと通貫する第二の流路を更に備えており、
   前記第二の流路が、前記下面の開口から鉛直上方に向かう部分と、前記鉛直回転軸から外方に向かい前記上面の開口へと向かう部分とを有することを特徴とする基板処理装置。

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