JP6771347B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、基板処理装置に関する。

従来、回転する基板の表面に処理液を供給し、遠心力によって基板上に処理液を拡散させることによって、レジスト塗布や洗浄などの処理を行う基板処理装置が知られている。

基板処理装置は、処理室の天井部に設けられた給気部から清浄気体を処理室内の基板へ給気しつつ、処理カップの下部に形成された排気部から排気を行うことにより、処理室内にダウンフローを形成して処理室内の雰囲気を清浄に保った状態で基板を処理している。

特開２０１５−８８７３４号公報

しかしながら、ダウンフローは、基板や基板を保持する保持部が回転することにより発生する旋回流によって乱れるという問題があった。ダウンフローの乱れは、処理室内の雰囲気を清浄に保つことを困難にし、基板に汚染物質が付着する等基板処理に影響を与える可能性がある。このため、旋回流を抑制することが望ましい。

実施形態の一態様は、旋回流によるダウンフローの乱れを抑制することができる基板処理装置を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る基板処理装置は、保持部と、駆動部と、気流形成部と、カップと、気流制御機構とを備える。保持部は、基板を保持する。駆動部は、保持部を回転させる。気流形成部は、保持部に保持された基板の上方に配置されて下降気流を形成する。カップは、保持部に保持された基板の側方を取り囲むように配置され、基板の上方に設けられる開口と、開口から流入する気流を排出する排気口とを有する。気流制御機構は、保持部に保持された基板の下方に配置され、基板を含む回転体の回転により発生する、基板の外側へ向かう旋回流の向きを変える気流を発生させる。

実施形態の一態様によれば、旋回流によるダウンフローの乱れを抑制することができる。

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。 図２は、処理ユニットの構成を示す模式平面図である。 図３は、処理ユニットの模式側面図である。 図４は、気流制御機構の模式拡大図である。 図５は、気流制御機構の模式平面図である。 図６は、第１の変形例に係る処理ユニットの模式側面図である。 図７は、第２の変形例に係る処理ユニットの模式側面図である。 図８は、第３の変形例に係る処理ユニットの模式側面図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する基板処理装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

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ェハ（以下ウェハ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、ウェハＷを保持するウェ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、ウェハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウェハ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、ウェハＷを保持するウェ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、ウェハ保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間でウェハ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ェハ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からウェハＷを取り出し、取り出したウェハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウェハ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へ搬入されたウェハ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ェハ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の概略構成について図２を参照して説明する。図２は、処理ユニット１６の構成を示す模式平面図である。

図２に示すように、処理ユニット１６は、チャンバ２０と、基板保持機構３０と、処理流体供給部４０と、回収カップ５０とを備える。

チャンバ２０は、基板保持機構３０と処理流体供給部４０と回収カップ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。

基板保持機構３０は、保持部３１と、支柱部３２と、駆動部３３とを備える。保持部３１は、ウェハＷを水平に保持する。支柱部３２は、鉛直方向に延在する部材であり、基端部が駆動部３３によって回転可能に支持され、先端部において保持部３１を水平に支持する。駆動部３３は、支柱部３２を鉛直軸まわりに回転させる。かかる基板保持機構３０は、駆動部３３を用いて支柱部３２を回転させることによって支柱部３２に支持された保持部３１を回転させ、これにより、保持部３１に保持されたウェハＷを回転させる。

処理流体供給部４０は、ウェハＷに対して処理流体を供給する。処理流体供給部４０は、処理流体供給源７０に接続される。

回収カップ５０は、保持部３１を取り囲むように配置され、保持部３１の回転によってウェハＷから飛散する処理液を捕集する。回収カップ５０の底部には、排液口５１が形成されており、回収カップ５０によって捕集された処理液は、かかる排液口５１から処理ユニット１６の外部へ排出される。また、回収カップ５０の底部には、ＦＦＵ２１から供給される気体を処理ユニット１６の外部へ排出する排気口５２が形成される。

次に、処理ユニット１６の具体的な構成例について図３を参照して説明する。図３は、処理ユニット１６の模式側面図である。

図３に示すように、処理ユニット１６の基板保持機構３０は、たとえばバキュームチャックである。具体的には、基板保持機構３０は、ウェハＷよりも小径の保持部３１を備える。保持部３１は、図示しない吸気装置に接続されており、かかる吸気装置の吸気によって発生する負圧を利用してウェハＷの裏面を吸着することによって、ウェハＷの裏面中央部を保持する。

回収カップ５０は、保持部３１に保持されたウェハＷの側方を取り囲むように配置され、ウェハＷの上方には開口５３を有する。ＦＦＵ２１から供給される気体、具体的には、ドライエア等の清浄気体は、回収カップ５０の開口５３から回収カップ５０の内部へ流入し、回収カップ５０の底部に形成された排気口５２から外部へ排出される。

ＦＦＵ２１からチャンバ２０内に清浄気体を供給しつつ、回収カップ５０の下部に形成された排気口５２から排気を行うことにより、チャンバ２０内にダウンフローを形成してチャンバ２０内の雰囲気を清浄に保っている。

しかしながら、ダウンフローは、ウェハＷやウェハＷを保持する保持部３１が回転することにより発生する旋回流によって乱れるおそれがある。

具体的には、ウェハＷやウェハＷを保持する保持部３１が回転すると、ウェハＷの側方に、渦を巻きながらウェハＷの外側へ向かう旋回流が発生する。また、ウェハＷの裏面側にも、ウェハＷの中心部から外側に向かう旋回流が発生する。さらに、保持部３１の側方や裏面側においても同様の旋回流が発生する。これらの旋回流は、ウェハＷ側から回収カップ５０側へ向かって流れるため、回収カップ５０とウェハＷとの間を通って排気口５２へ向かうダウンフローを妨げるおそれがある。

そこで、本実施形態に係る処理ユニット１６は、旋回流の向きを変える気流を発生させる気流制御機構６０を備えることとした。気流制御機構６０を用いて旋回流の向きを変えることにより、旋回流によるダウンフローの乱れを抑制することができ、基板処理への影響を抑えることが可能である。

ここで、気流制御機構６０の具体的な構成について図４および図５を参照して説明する。図４は、気流制御機構６０の模式拡大図である。また、図５は、気流制御機構６０の模式平面図である。

図４および図５に示すように、気流制御機構６０は、環状の本体部６１を備える。本体部６１は、ウェハＷと同径または略同径である。かかる本体部６１の内周側には、本体部６１の内方側かつ下方側に向かって気体を噴出する噴出口６２が形成される。

具体的には、本体部６１の内部には、環状の内部通路６４が形成されており、かかる内部通路６４から本体部６１の外側へ通じる環状の細い隙間を噴出口６２としている。

本体部６１には、内部通路６４に連通する吸気口６５が形成されており、吸気口６５は、流量調整部８１を介して気体供給源８２に接続される。気体供給源８２は、たとえば、ＦＦＵ２１から供給される気体と同一の気体（たとえば、ドライエアや窒素）を気流制御機構６０へ供給する。流量調整部８１は、バルブや流量調整器等を含んで構成され、制御部１８によって制御される。

気体供給源８２から供給される気体は、吸気口６５から内部通路６４に送り込まれ、噴出口６２から本体部６１の外部へ送り出される。

また、本体部６１の内周側には、噴出口６２に連続してコアンダ面６３が形成される。コアンダ面６３は、噴出口６２から噴出される気体をコアンダ効果により引き寄せて下向きの気流を発生させる。

このコアンダ面６３に沿った気流は、本体部６１の内側の圧力を低下させる。これにより、本体部６１の周囲の気体が本体部６１の内側に引き込まれる。気流制御機構６０は、この引き込む力を利用して、ウェハＷを含む回転体の回転により発生する旋回流を本体部６１の内側に引き込むことで、ウェハＷの外側へ向かう旋回流の向きを変えることができる。

具体的には、本体部６１は、噴出口６２よりも上側に、ウェハＷの外周部における下面と対向する水平面６６と、水平面６６からコアンダ面６３に向かって下る下り面６７とを備えており、旋回流は、ウェハＷの下面と対向する水平面６６および下り面６７に沿って本体部６１の内側に引き込まれる。

なお、本実施形態においてコアンダ面６３は、噴出口６２に連続する湾曲面部分６３１と、湾曲面部分６３１に連続する垂直面部分６３２とを有する。また、下り面６７は、水平面６６に連続する湾曲面部分６７１と、湾曲面部分６７１および噴出口６２に連続する垂直面部分６７２とを有する。

このように、気流制御機構６０は、本体部６１の周囲の気体を本体部６１の内側に引き込むことで、旋回流の向きを変えることができる。

旋回流を本体部６１の内側に効率よく引き込むために、気流制御機構６０は、ウェハＷの下面に近接して配置されることが好ましい。

ところで、旋回流の強さは、ウェハＷ等の回転数に応じて変化する。具体的には、旋回流は、ウェハＷの回転数が上がるほど強さが増す。そこで、制御部１８は、ウェハＷの回転数に応じて気流制御機構６０の噴出口６２から噴出させる気体の流量を変化させることとしてもよい。

具体的には、制御部１８は、ウェハＷの回転数が第１の回転数である場合には、噴出口６２から噴出される気体の流量が第１の流量となり、ウェハＷの回転数が第１の回転数よりも多い第２の回転数である場合には、噴出口６２から噴出される気体の流量が第１の流量よりも多い第２の流量となるように流量調整部８１を制御する。

たとえば、一連の基板処理において、処理流体供給部４０から回転するウェハＷに対して処理液を供給する液処理時におけるウェハＷの回転数が第１の回転数であり、その後、ウェハＷを高速で回転させることによりウェハＷを乾燥させる乾燥処理時におけるウェハＷの回転数が第２の回転数であるとする。この場合、制御部１８は、噴出口６２から噴出される気体の流量が、処理液供給処理時には第１の流量となり、乾燥処理時には第２の流量となるように流量調整部８１を制御する。

このように、ウェハＷの回転数に応じて噴出口６２から噴出させる気体の流量を変化させることにより、旋回流によるダウンフローの乱れをより適切に抑制することができる。また、チャンバ２０内の環境を一定に保つことができる。

図３に示すように、回収カップ５０の底部には隔壁５４が設けられる。隔壁５４は、平面視円周状を有し、隔壁５４の上端部は、気流制御機構６０の下面に近接して配置される。上述した排液口５１および排気口５２は、隔壁５４の外側に形成される。

そして、隔壁５４の内側における回収カップ５０の底部には、気流制御機構６０から噴出された気体を処理ユニット１６の外部へ排気する排気口５５が形成される。

このように、回収カップ５０の底部に隔壁５４および排気口５５を設けることにより、気流制御機構６０から噴出された気体がダウンフローに与える影響を少なくすることができる。

上述してきたように、本実施形態に係る処理ユニット１６（基板処理装置の一例）は、保持部３１と、駆動部３３と、ＦＦＵ２１（気流形成部の一例）と、回収カップ５０（カップの一例）と、気流制御機構６０とを備える。保持部３１は、ウェハＷ（基板の一例）を保持する。駆動部３３は、保持部３１を回転させる。ＦＦＵ２１は、保持部３１に保持されたウェハＷの上方に配置されてダウンフロー（下降気流）を形成する。回収カップ５０は、保持部３１に保持されたウェハＷの側方を取り囲むように配置され、ウェハＷの上方に設けられる開口５３と、開口５３から流入する気流を排出する排気口５２とを有する。気流制御機構６０は、保持部３１に保持されたウェハＷの下方に配置され、ウェハＷの回転により発生する、ウェハＷの外側へ向かう旋回流の向きを変える気流を発生させる。

したがって、本実施形態に係る処理ユニット１６によれば、旋回流によるダウンフローの乱れを抑制することができる。

次に、本実施形態に係る処理ユニット１６の変形例について説明する。まず、第１の変形例について図６を参照して説明する。図６は、第１の変形例に係る処理ユニットの模式側面図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図６に示すように、第１の変形例に係る処理ユニット１６Ａでは、排気口５５に、排気管８３が接続され、排気管８３は、圧縮部８４を介してタンク８５に接続される。圧縮部８４は、たとえばコンプレッサであり、排気口５５に流入した気体を圧縮する。また、タンク８５は、圧縮部８４によって圧縮された気体を貯留する。さらに、タンク８５には、供給管８６が接続され、供給管８６は、流量調整部８１を介して吸気口６５に接続される。

このように、第１の変形例に係る処理ユニット１６Ａでは、気流制御機構６０から噴出される気体やＦＦＵ２１から供給される気体を圧縮部８４により圧縮してタンク８５に貯留することで、使用済みの気体を再利用することができる。したがって、第１の変形例に係る処理ユニット１６Ａによれば、気体の使用量を抑えつつ、旋回流を抑制することができる。

なお、処理ユニット１６Ａでは、気流制御機構６０の非使用時、具体的には、ウェハＷが回転していないウェハＷの搬入時や搬出時に、ＦＦＵ２１から供給される気体をタンク８５に貯留しておくことで、気流制御機構６０の使用時において、気流制御機構６０から気体を途切れることなく噴出させることができる。

次に、第２の変形例について図７を参照して説明する。図７は、第２の変形例に係る処理ユニットの模式側面図である。

図７に示すように、第２の変形例に係る処理ユニット１６Ｂは、基板保持機構３０Ｂを備える。基板保持機構３０Ｂは、いわゆるメカチャックであり、ウェハＷと略同径の保持部３１Ｂを備える。保持部３１Ｂの上面には、ウェハＷの周縁部を把持する把持部３１１が設けられており、ウェハＷは、かかる把持部３１１によって保持部３１Ｂの上面からわずかに離間した状態で水平に保持される。

かかる処理ユニット１６Ｂにおいて、気流制御機構６０は、ウェハＷではなく保持部３１Ｂの下方に配置される。具体的には、気流制御機構６０の本体部６１が有する水平面６６は、保持部３１Ｂの外周部における下面と対向する位置に、保持部３１Ｂの外周部における下面に近接して配置される。

このように、気流制御機構６０は、保持部３１Ｂの下方または保持部３１Ｂに保持されたウェハＷの下方に配置されればよい。

なお、第２の変形例に係る処理ユニット１６Ｂは、流量調整部８１および気体供給源８２に代えて、第１の変形例に係る処理ユニット１６Ａが備える排気管８３、圧縮部８４、タンク８５、供給管８６および流量調整部８１を備えてもよい。

次に、第３の変形例について図８を参照して説明する。図８は、第３の変形例に係る処理ユニットの模式側面図である。

上述してきた実施形態では、コアンダ効果を利用して周囲の気体を引き込むことで、旋回流の向きを変えることとしたが、気流制御機構は、必ずしもコアンダ効果を利用するものであることを要しない。

たとえば、図８に示すように、第３の変形例に係る処理ユニット１６Ｃは、気流制御機構６０Ｃを備える。気流制御機構６０Ｃは、基板保持機構３０の支柱部３２に取り付けられたプロペラである。かかる気流制御機構６０Ｃは、支柱部３２の回転に伴って回転し、これにより発生する下向きの気流によって旋回流の向きを変えることができる。

なお、気流制御機構６０Ｃは、少なくとも支柱部３２と同軸上に回転可能に配置されればよく、必ずしも支柱部３２に取り付けられることを要しない。たとえば、気流制御機構６０Ｃは、支柱部３２と同軸上に配置されるとともに駆動部３３とは別の駆動部によって回転する回転軸に取り付けられてもよい。このように構成することで、ウェハＷの回転と、気流制御機構６０Ｃの回転とを別々に制御することができる。また、第３の変形例において隔壁５４は、たとえばプロペラの先端部に上端部が近接する位置に配置される。かかる配置とすることで、気流制御機構６０から噴出された気体がダウンフローに与える影響を少なくすることができる。

なお、第３の変形例に係る処理ユニット１６Ｃは、流量調整部８１および気体供給源８２に代えて、第１の変形例に係る処理ユニット１６Ａが備える排気管８３、圧縮部８４、タンク８５、供給管８６および流量調整部８１を備えてもよい。また、第３の変形例に係る処理ユニット１６Ｃは、基板保持機構３０に代えて、第２の変形例に係る処理ユニット１６Ｂが備える基板保持機構３０Ｂを備えてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

Ｗ ウェハ
１ 基板処理システム
１６ 処理ユニット
１８ 制御部
３０ 基板保持機構
３１ 保持部
３２ 支柱部
３３ 駆動部
４０ 処理流体供給部
５０ 回収カップ
５２ 排気口
５３ 開口
６０ 気流制御機構
６１ 本体部
６２ 噴出口
６３ コアンダ面
６４ 内部通路
６５ 吸気口
６６ 水平面
６７ 下り面

Claims (5)

1. 基板を保持する保持部と、
   前記保持部を回転させる駆動部と、
   前記保持部に保持された基板の上方に配置されて下降気流を形成する気流形成部と、
   前記保持部に保持された基板の側方を取り囲むように配置され、該基板の上方に設けられる開口と、前記開口から流入する気流を排出する排気口とを有するカップと、
   前記保持部に保持された基板の下方に配置され、前記基板の回転により発生する、前記基板の外側へ向かう旋回流の向きを変える気流を発生させる気流制御機構と
   を備え、
   前記気流制御機構は、
   気体を噴出する噴出口と、前記噴出口に連続して形成され、前記噴出口から噴出される気体をコアンダ効果により引き寄せて下向きの気流を発生させるコアンダ面とを内周側に備える環状の本体部
   を備え、
   前記本体部は、
   前記基板の下面または前記保持部の下面と対向する水平面と、
   前記水平面から前記コアンダ面に向かって下る下り面と
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記水平面は、
   前記基板の下面または前記保持部の下面に近接して配置されること
   を特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記水平面は、
   前記基板の下面または前記保持部の外周部における下面と対向すること
   を特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記噴出口から噴出される気体の流量を調整する流量調整部と、
   前記基板の回転数が第１の回転数である場合には、前記噴出口から噴出される気体の流量が第１の流量となり、前記基板の回転数が前記第１の回転数よりも多い第２の回転数である場合には、前記噴出口から噴出される気体の流量が前記第１の流量よりも多い第２の流量となるように前記流量調整部を制御する制御部と
   を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の基板処理装置。
5. 前記排気口に流入した気体を圧縮する圧縮部と、
   前記圧縮部によって圧縮された気体を貯留するタンクと、
   前記タンクに貯留された気体を前記気流制御機構へ送る供給管と
   を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の基板処理装置。

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