JPH11283899A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ミストの付着による基板裏面の汚染が防止ま
たは軽減された基板処理装置を提供する。 【解決手段】 回転保持部２０の下方に円板状のカップ
ベース３０が配置され、カップベース３０に環状の中カ
ップ６が取り付けられている。カップベース３０の中央
部には貫通孔３０ａが形成され、モータ１の回転軸２が
貫通孔３０ａを貫通して配設され、その先端に回転保持
部２０が取り付けられている。カップベース３０には貫
通孔３０ａに沿って複数の通気孔３１が形成されてい
る。通気孔３１は回転保持部２０の外周部よりも内側に
相当する位置に配置されている。回転保持部２０に保持
された基板Ｗが高速回転すると、通気孔３１を通り基板
Ｗの裏面側に空気が供給され、基板Ｗの裏面側の空間が
負圧となることが防止され、それにより基板Ｗの裏面側
へのミストの回り込みが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板を保持して回
転させつつ基板に所定の処理を行う基板処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基
板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用ガラス基
板等の基板に塗布処理、現像処理、洗浄処理等の種々の
処理を行うために基板処理装置が用いられている。

【０００３】例えば、回転式の塗布装置では、基板を水
平に保持して回転させ、基板上に処理液としてフォトレ
ジスト等の塗布液を塗布する。また、回転式の現像装置
では、基板を水平に保持しつつ回転させ、基板上に処理
液として現像液を供給する。

【０００４】図５は従来の基板処理装置の一例を示す概
略断面図である。図５の基板処理装置は回転式の塗布装
置である。図５において、基板処理装置は、基板Ｗを真
空吸引により吸着保持する回転保持部（スピンチャッ
ク）２０を備える。回転保持部２０はモータ１の回転軸
２の先端に取り付けられ、鉛直軸の回りで回転駆動され
る。回転軸２の周囲には中空のスリーブ３が配設されて
いる。

【０００５】回転保持部２０に保持された基板Ｗの周囲
を取り囲むように飛散防止用カップ４が設けられてい
る。このカップ４は、上カップ４ａと下カップ４ｂとか
ら構成され、上カップ４ａは下カップ４ｂに着脱可能に
取り付けられている。上カップ４ａには開口部１３が設
けられ、下カップ４ｂの下部には複数の排気口７および
排液口８が設けられている。排気口７は工場内の排気設
備に接続される。

【０００６】回転保持部２０の下方には、中カップ６お
よび円板状のカップベース３０が配置されている。中カ
ップ６は、外周部に向かって斜め下方に傾斜する傾斜面
を有する。また、カップベース３０は基板Ｗの下方側に
配置され、その中央部に回転軸２およびスリーブ３が貫
通する孔が形成されている。この中カップ６およびカッ
プベース３０により基板Ｗの裏面側に空間Ａが形成され
ている。

【０００７】回転保持部２０の上方には、基板Ｗ上にレ
ジスト液を吐出するレジストノズル９が上下動可能かつ
基板Ｗの上方位置とカップ４外の待機位置との間で移動
可能に設けられている。また、基板Ｗの下方には、基板
Ｗの裏面を洗浄するためのリンス液を吐出する複数の裏
面洗浄ノズル１１が配置されている。

【０００８】レジスト液の塗布処理時には、上方から清
浄な空気流が上カップ４ａの開口部１３を通して基板Ｗ
の表面に供給される。レジストノズル９から回転保持部
２０に保持された基板Ｗ上にレジスト液が吐出され、基
板Ｗが回転することにより基板Ｗの表面の全体にレジス
ト液が塗り広げられる。

【０００９】このとき、余剰なレジスト液が基板Ｗの回
転による遠心力で基板Ｗの外方へ飛散してカップ４の内
壁に付着する。カップ４の内壁に付着したレジスト液の
一部は付着したまま残り、さらに残りはカップ４の内壁
を伝って流れ落ち、排液口８から外部へ排出される。

【００１０】また、一部のレジスト液は、カップ４の内
壁の衝突した際の衝撃でミスト（液状粒子）となる。こ
のミストは、上方から供給される清浄な空気流（図示せ
ず）とともに基板Ｗの外周部から中カップ６の傾斜面に
沿って下降し、中カップ６の下面側から排気口７に吸い
込まれて外部の排気設備により排出される。

【００１１】レジスト液の塗布処理後、裏面洗浄ノズル
１１から基板Ｗの裏面にリンス液が吐出され、基板Ｗ裏
面が洗浄される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記の構造を有する従
来の基板処理装置では、レジスト液の塗布処理が行われ
た基板Ｗの裏面にレジスト液のミストが付着して基板Ｗ
の裏面が汚染されることがあった。基板Ｗの裏面が汚染
されると、後工程の露光処理の際にフォーカス異常が発
生する。

【００１３】基板Ｗの裏面は、裏面洗浄ノズル１１から
吐出されるリンス液により洗浄されるが、リンス液が回
転保持部２０に侵入することを防止するために、リンス
液を回転保持部２０の外周部近傍に吐出することができ
ない。そのため、回転保持部２０の外周部近傍の基板Ｗ
の裏面にミストが残存する。

【００１４】本発明の目的は、ミストの付着による基板
裏面の汚染が防止または軽減された基板処理装置を提供
することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
者らは、発明の過程において基板Ｗの裏面の汚染の発生
原因について検討を行った。その結果、以下のことが判
明した。

【００１６】図６は塗布処理時における基板処理装置の
断面模式図である。図６（ａ）に示すように、回転保持
部２０に保持された基板Ｗが高速回転すると、基板Ｗの
表面近傍の空気が粘性流効果により基板Ｗの回転による
遠心力を受けて基板Ｗの外方へ引き出される。このよう
な空気の粘性流効果は基板Ｗの表面から厚み約１０ｍｍ
の領域で生じることが解析により判明した。空気の粘性
流効果により、基板Ｗの表面側では基板Ｗの表面近傍の
空気が外方へ引き出されるが、上方から常に清浄な空気
流４１が供給されるため、基板の上方から下降して基板
Ｗの表面に沿って基板Ｗの外方へ移動する空気の流れが
形成され、基板Ｗの表面近傍はほぼ常圧に保持される。

【００１７】これに対し、基板Ｗの裏面側では空気の粘
性流効果により空間Ａ内の空気が矢印Ｅのように空間Ａ
の外方へ引き出される。この空間Ａは基板Ｗ、カップベ
ース３０および中カップ６によりほぼ閉鎖された空間と
なっている。このため、矢印Ｅに示す空気流により空間
Ａ内の空気が外方へ引き出されると、空間Ａ内の圧力が
低下して負圧が発生する。基板Ｗの回転数が大きい程、
負圧の度合いも増大する。また、基板Ｗの外方では基板
Ｗから振り切られた処理液がミスト４０となって浮遊し
ている。基板Ｗの回転数が大きくなるに従ってミスト４
０の量が増大する。

【００１８】さらに、図６（ｂ）に示すように、空間Ａ
内の圧力（負圧）と空間Ａの外部の圧力との差が大きく
なると、矢印Ｆに示すように基板Ｗと中カップ６との隙
間を通りミスト４０を多量に含む空気が空間Ａ内に侵入
する。この現象は基板Ｗの通常の回転時においても発生
するが、基板Ｗの回転数が急激に減少したような場合に
は矢印Ｆで示した空気流がより顕著に発生する。空間Ａ
内に侵入したミスト４０は基板Ｗの裏面に付着する。ま
た、回転保持部２０と基板Ｗとの吸着面から微小な空気
の漏れ（リーク）が生じている場合には、ミスト４０が
回転式保持部２０の周囲の基板Ｗの裏面に集中的に付着
する。

【００１９】このように、基板Ｗの裏面汚染は基板Ｗの
下面の空間Ａ内の負圧が原因であることが判明した。そ
こで、本発明者らは、これらの知見に基づいて以下の発
明を創出したものである。

【００２０】第１の発明に係る基板処理装置は、基板を
保持して回転させつつ基板に所定の処理を行う基板処理
装置であって、基板を保持する基板保持手段と、基板保
持手段を回転駆動する駆動手段と、基板保持手段に保持
された基板の裏面に対向するように配置された平板状の
ベース部材と、基板保持手段に保持された基板とベース
部材との間の空間の周囲を取り囲む整流部材とを備え、
ベース部材には通気孔が形成されたものである。

【００２１】第１の発明に係る基板処理装置において
は、基板保持手段によって基板が保持され、駆動手段に
よって基板保持手段が回転駆動されつつ基板に所定の処
理が行われる。基板の裏面に対向するように配置された
ベース部材には通気孔が形成されているので、基板とベ
ース部材との間の空間内の空気が基板の回転によって空
間の外方へ引き出された場合に、外部の空気をその通気
孔を通して当該空間内に導き入れることができる。これ
により、基板とベース部材との間の空間の圧力が負圧に
なることが防止される。したがって、基板とベース部材
との間の空間と当該空間の外部との圧力差によりミスト
を含む空気が基板の裏面側の空間内に侵入して基板の裏
面を汚染することが防止される。

【００２２】第２の発明に係る基板処理装置は、第１の
発明に係る基板処理装置の構成において、ベース部材の
中央部には貫通孔が形成され、駆動手段は、ベース部材
の貫通孔を貫通して上下方向に延びかつ先端に基板保持
手段が取り付けられた回転軸を有し、通気孔はベース部
材の貫通孔の周囲に複数個形成されたものである。

【００２３】この場合、通気孔が貫通孔の周囲に複数個
形成されているので、基板とベース部材との間の空間内
に、回転軸の周囲から基板の外周側に向かう空気の流れ
が形成される。このため、基板の外周部側から基板とベ
ース部材との間の空間内にミストを含む空気が侵入し難
くなり、それによって基板の裏面側へのミストの回り込
みが防止される。

【００２４】第３の発明に係る基板処理装置は、第１ま
たは第２の発明に係る基板処理装置の構成において、基
板保持手段は基板の裏面の中央部を支持する支持部を備
え、通気孔は支持部の外周部よりも内側に相当する位置
に形成されたものである。

【００２５】この場合、通気孔を通り基板とベース部材
との間の空間内に侵入する空気は基板保持手段の支持部
に向かって流動する。このため、駆動手段の発熱により
加熱される支持部が冷却され、支持部に支持された基板
の温度上昇が抑制される。これにより、基板の温度分布
が均一となり、基板の処理状態を均一化させることがで
きる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例における
基板処理装置の概略断面図である。本実施例では、基板
処理装置の一例として回転式の塗布装置について説明す
る。

【００２７】図１において、基板処理装置は、基板Ｗを
水平姿勢で吸着保持する真空吸引式の回転保持部（スピ
ンチャック）２０を備える。回転保持部２０はモータ１
の回転軸２の先端に取り付けられ、鉛直軸の周りで回転
駆動される。モータ１の回転軸２は中空構造を有し、下
端が真空ポンプ等の真空吸引源１２に連結される。ま
た、回転軸２の周囲には中空のスリーブ３が配設されて
いる。

【００２８】真空吸引源１２は、回転軸２の内部の空間
を通して回転保持部２０上の基板Ｗを吸引する。これに
より、基板Ｗが回転保持部２０上に吸着保持される。

【００２９】図２は回転保持部の平面図（ａ）および断
面図（ｂ）である。回転保持部２０は、円板状支持部２
１および筒状嵌合部２２を有する。筒状嵌合部２２には
モータ１の回転軸２が嵌合する。回転保持部２０には連
通路２５および吸引口２６が形成されている。回転保持
部２０の連通路２５はモータ１の回転軸２内の通路２ａ
に連通している。吸引口２６は円板状支持部２１の中心
から偏心した位置に開口を有する。これにより、レジス
ト液等の処理液が吸引口２６から内部に侵入した場合で
も、処理液が回転軸２の通路２ａを通りモータ１に容易
に到達することを防止することができる。

【００３０】円板状支持部２１の上面の外周部には、基
板Ｗの裏面を支持する環状壁部２３が形成されている。
また、円板状支持部２１の上面の環状壁部２３より内側
の領域には、複数の突起部２４が設けられている。これ
ら複数の突起部２４は基板Ｗの裏面を支持する。

【００３１】図１において、回転保持部２０に保持され
た基板Ｗの周囲を取り囲むように飛散防止用カップ４が
設けられている。このカップ４は、上カップ４ａと下カ
ップ４ｂとから構成され、上カップ４ａは下カップ４ｂ
に着脱自在に取り付けられている。上カップ４ａには開
口部１３が設けられ、下カップ４ｂの下部には排液口８
および複数の排気口７が設けられている。排気口７は工
場内の排気設備に接続される。

【００３２】回転保持部２０の下方には、環状の中カッ
プ６および円板状部材のカップベース３０が配設されて
いる。中カップ６は外周部に向かって斜め下方に傾斜す
る環状の傾斜面を有する。カップベース３０は基板Ｗの
裏面に対向するように配設され、中カップ６および下カ
ップ４ｂを支持する。

【００３３】図３は図１中のＸ−Ｘ線断面図である。カ
ップベース３０の中央には貫通孔３０ａが形成されてお
り、モータ１の回転軸２およびスリーブ３が貫通孔３０
ａを貫通し、回転軸２がカップベース３０の上方で回転
保持部２０を保持する。カップベース３０には、モータ
１の回転軸２と同心円上に配置された複数の通気孔３１
が形成されている。複数の通気孔３１は、カップベース
３０と中カップ６とにより形成される空間Ａ（図１参
照）とカップベース３０の下面側の空間とを連通させ
る。これらの通気孔３１は、回転保持部２０の外周部よ
りも内側に相当する位置に形成されている。この通気孔
３１の作用については後述する。また、カップベース３
０には、カップベース３０上に落下した処理液等を排液
口８に導くための排液口（図示せず）が形成されてい
る。

【００３４】図１において、基板Ｗの下方には、基板Ｗ
の裏面を洗浄するためのリンス液を吐出する複数の裏面
洗浄ノズル１１が配置されている。回転保持部２０の上
方には、基板Ｗ上にレジスト液を吐出するレジストノズ
ル９が上下動可能かつ基板Ｗの上方位置とカップ４外の
待機位置との間で移動可能に設けられている。

【００３５】レジスト液の塗布処理時には、上方から清
浄な空気流が上カップ４ａの開口部１３を通して基板Ｗ
の表面に供給される。レジストノズル９から回転保持部
２０に保持された基板Ｗ上にレジスト液が吐出され、基
板Ｗが回転することにより基板Ｗの表面の全体にレジス
ト液が塗り広げられる。

【００３６】本実施例においては、回転保持部２０が本
発明の基板保持手段に相当し、カップベース３０がベー
ス部材に相当し、中カップ６が整流部材に相当する。ま
た、回転保持部２０の円板状支持部２１が本発明の支持
部に相当する。

【００３７】図４は回転塗布時における塗布装置の断面
模式図である。回転塗布時には、基板Ｗの表面にレジス
トノズル９（図１参照）からレジスト液が吐出され、モ
ータ１により回転保持部２０に保持された基板Ｗが回転
駆動される。基板Ｗが高速で回転すると、基板Ｗの表面
および裏面と接する空気が粘性流効果により基板Ｗの外
方側へ引き出される。

【００３８】基板Ｗの表面側では、基板Ｗの上方から清
浄な空気流４１が常に供給されている。このため、空気
流４１は基板Ｗの表面に達した後、基板Ｗの回転に伴う
粘性流効果により矢印Ｂに示すように基板Ｗの外方側に
流動する。これにより、基板Ｗの上方に浮遊するミスト
は基板Ｗの外方側に流し去られる。また、基板Ｗの表面
に供給されたレジスト液の余剰分は基板Ｗの回転による
遠心力を受けて基板Ｗの外方へ飛散する。飛散したレジ
スト液の一部はカップ４ａの内壁に付着し、他の一部は
ミスト４０となって浮遊する。

【００３９】基板Ｗの裏面側の空間Ａでは、基板Ｗの回
転により、基板Ｗの裏面と接する空間Ａ内の空気が粘性
流効果により矢印Ｃに示すように空間Ａの外方へ引き出
される。空間Ａ内の空気が外方へ引き出されると、空間
Ａ内の圧力が低下する。そこで、カップベース３０の下
方の空気が矢印Ｄに示すように通気孔３１を通り空間Ａ
内に吸い込まれる。

【００４０】これにより、空間Ａ内の空気の圧力は空間
Ａの外方の空気の圧力とほぼ等しく維持される。このた
め、基板Ｗの通常の回転時や基板Ｗの回転が急激に減少
したような場合でも、中カップ６の外周部のミスト４０
を含む空気が基板Ｗと中カップ６の上端との隙間を通り
空間Ａ内に流れ込む現象が生じない。その結果、基板Ｗ
の外周部に浮遊する多量のミスト４０が空間Ａ内に侵入
することが防止され、基板Ｗの裏面がミスト４０により
汚染されることが防止される。

【００４１】このように、複数の通気孔３１は基板Ｗの
裏面側の空間Ａが負圧となることを防止し、それにより
ミスト４０を含む外気が空間Ａ内に侵入するとことが防
止される。この通気孔３１は以下のように形成されるこ
とが好ましい。

【００４２】（１）種々の検討の結果、通気孔３１の総
開口面積が大きくなるに従って基板Ｗの裏面に付着する
ミスト４０の量を低減できることが判明した。したがっ
て、空間Ａの負圧の発生を十分に防止するためには、通
気孔３１の開口面積を可能な限り大きく設定する。

【００４３】（２）基板Ｗの回転中心に近い位置に通気
孔３１を配置するほど基板Ｗの裏面に付着するミスト４
０の量が低減することが判明した。したがって、通気孔
３１は基板Ｗの回転中心に近い位置に配置する。この場
合、空間Ａ内において、基板Ｗの中心側から外方へ向か
う空気の流れが形成され、それによって空間Ａ内へのミ
ストを含む空気の侵入が困難となる。例えば、通気孔３
１は円形の基板Ｗに対しては、基板Ｗの直径の２分の１
の直径の円内に配置し、角形基板の場合にはその基板の
短辺の２分の１の直径の円内に配置することが好まし
い。

【００４４】（３）特に、通気孔３１を回転部材２０の
外周部の内側に相当する位置に配置すると、基板Ｗ上の
レジスト膜の膜厚の均一性が向上するという効果をさら
に得ることができる。

【００４５】この場合、通気孔３１を通り空間Ａ内に流
入する空気は、矢印Ｄで示すように回転部材２０の下面
に衝突する。モータ１の回転時には、モータ１で生じた
熱が回転軸２を通り回転保持部２０に伝えられる。この
ため、回転保持部２０に接する基板Ｗの中央部は外周部
に比べて温度が高くなり、基板Ｗに不均一な温度分布が
生じる。レジスト膜の膜厚は基板Ｗの温度に依存するた
め、基板Ｗの温度分布が不均一になると、レジスト膜の
膜厚が不均一となる。そこで、通気孔３１を通り流入す
る空気が回転保持部２０に衝突すると、回転保持部２０
を冷却する効果が得られ、これにより基板Ｗの中央部の
温度上昇が抑制され、基板Ｗの温度分布が均一化する。
その結果、レジスト膜の膜厚の均一性が向上する。

【００４６】なお、通気孔３１の断面形状は、円形に限
定されるものではなく、楕円形等任意の形状に形成する
ことができる。また、通気孔３１は１個でもよく、複数
個設けてもよい。

【００４７】さらに、上記実施例では、回転式の塗布装
置を例に説明したが、回転式の現像装置あるいは回転式
の洗浄装置等の他の回転式の基板処理装置に対しても本
発明を適用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における基板処理装置におけ
る概略断面図である。

【図２】図１の基板処理装置における回転保持部の平面
図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図３】図１の基板処理装置におけるＸ−Ｘ線断面図で
ある。

【図４】回転塗布時における基板処理装置の断面模式図
である。

【図５】従来の基板処理装置の概略断面図である。

【図６】回転塗布時における従来の基板処理装置の断面
模式図である。

【符号の説明】

１ モータ ２ 回転軸 ４ カップ ６ 中カップ １１ 裏面洗浄ノズル １２ 真空吸引源 ２０ 回転保持部 ３０ カップベース ３１ 通気孔 ４０ ミスト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｐ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を保持して回転させつつ基板に所定
   の処理を行う基板処理装置であって、 基板を保持する基板保持手段と、 前記基板保持手段を回転駆動する駆動手段と、 前記基板保持手段に保持された基板の裏面に対向するよ
   うに配置された平板状のベース部材と、 前記基板保持手段に保持された基板と前記ベース部材と
   の間の空間の周囲を取り囲む整流部材とを備え、 前記ベース部材には通気孔が形成されたことを特徴とす
   る基板処理装置。
2. 【請求項２】 前記ベース部材の中央部には貫通孔が形
   成され、 前記駆動手段は、前記ベース部材の前記貫通孔を貫通し
   て上下方向に延びかつ先端に前記基板保持手段が取り付
   けられた回転軸を有し、 前記通気孔は前記ベース部材の前記貫通孔の周囲に複数
   個形成されたことを特徴とする請求項１記載の基板処理
   装置。
3. 【請求項３】 前記基板保持手段は基板の裏面の中央部
   を支持する支持部を備え、 前記通気孔は前記支持部の外周部よりも内側に相当する
   位置に形成されたことを特徴とする請求項１または２記
   載の基板処理装置。