JP5222110B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、光ディスク用基板などの各種基板を冷却流体によって処理する基板処理装置に関するものである。

この種の基板処理装置として、例えば基板表面に付着したパーティクル等の汚染物質を除去する凍結洗浄装置が知られている。例えば特許文献１に記載の基板処理装置では、処理チャンバ内で基板が略水平状態で保持された状態で以下の処理が実行される。まず、基板表面に純水またはＤＩＷ（脱イオン水：deionized water）による液膜が形成される。そして、基板に冷却媒体としての液体窒素または極低温の窒素ガスが走査移動するノズルから供給されて液膜凍結が実行される。さらに純水またはＤＩＷが基板表面に供給される。これによって、凍結膜とともにパーティクルが基板表面から除去される。

この基板処理装置においては、基板を洗浄する処理チャンバの外部で極低温まで冷却した冷却ガスを生成し、これを装置内に導入し、ノズルから吐出するという構成を採っている。このような構成では、冷却設備から処理チャンバまで配管を通して冷却ガスが輸送される間にガスの温度が上昇してしまうのを防止するため、二重管構造を有する配管が採用されている。つまり、冷却ガスを供給するための内管がそれよりも大きな内径を有する外管中に挿通されている。また、処理チャンバの側壁に開口部が設けられ、当該開口部を介して配管が処理チャンバの外部から内部に延設されており、当該開口部付近で外管が処理チャンバの側壁に固定されるとともに、内管の先端部がノズルに接続されている（後の図９中の「比較例」の欄参照）。このため、外管により内管を流れる冷却ガスの温度上昇を抑制しながら、冷却ガスが内管を通じてノズルに供給されて処理チャンバ内で所定の処理、つまり液膜凍結処理が実行される。

特開２００８−０７１８７５号公報

ところで、この種の基板処理装置では、ノズルはスキャンアームの先端部に取り付けられており、モータによりスキャンアームを駆動することによってノズルを走査移動することが可能となっている。そして、処理チャンバの内部に延設された配管は図９中の「比較例」の欄に示すようにノズル走査移動に伴って大きく湾曲するが、配管の内管中を冷却ガスが流れることで当該内管は冷却されて硬化するため、次のような問題が発生することがあった。すなわち、常温状態では内管はノズルの走査移動に追随して柔軟に湾曲変形するが、冷却ガスにより内管が硬化すると、湾曲変形させるためには比較的大きな力が必要となり、ノズル走査移動時にモータにかかるトルクが増大してしまう。したがって、内管の硬化による負荷増大を考慮してモータのパワーを上げておく必要があった。その結果、装置の大型化や高コスト化を招くという問題が発生していた。

また、モータにかるトルクを低減するために、湾曲変形の容易化を図るために比較的長い配管を使用したり、内管と外管の間にスペーサを設けずに外管中で内管を比較的自由に変形させるという対策が考えられる。しかしながら、配管の長尺化によって管内への熱の流入量が増大するため、ノズルから吐出される冷却ガスの到達温度（吐出ガス温度）が目標値に達しない場合、あるいは吐出ガス温度が目標値に到達するものの冷却ガスの供給開始から目標到達までの時間、いわゆる立ち上がり時間が長くなる場合が発生していた。また、スペーサを設けないことにより、ノズルを走査移動させている最中に外管と内管が接触して内管を流れている冷却ガスの温度が大きく変動してしまうことがあった。これらのように従来装置では、低い温度に保たれた冷却流体を安定的に基板に供給することが困難であった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、配管を介して供給される冷却流体によって基板を処理する基板処理装置において、低い温度に保たれた冷却流体を安定的に基板に供給することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するために、処理チャンバと、処理チャンバに対して移動自在に設けられた可動部と、可動部を貫通して処理チャンバ外部から処理チャンバ内部に延設され、可動部に保持された配管と、処理チャンバ外部側の配管端部に接続されて配管に冷却流体を供給する冷却流体供給部と、処理チャンバ内部で、配管を介して処理チャンバ内部に供給される冷却流体によって基板を処理する処理部とを備え、処理チャンバは、配管の外形よりも大きな内径を有して、配管が挿通される開口部を有し、可動部は、処理チャンバの外側に設けられて配管を保持する保持部材と、一端が保持部材に取り付けられるとともに他端が処理チャンバに取り付けられて、保持部材を処理チャンバに対して変位自在に連結する連結部材とを有し、保持部材と連結部材で開口部が塞がれるように処理チャンバに取り付けられて、処理チャンバ内部の雰囲気が開口部から流出するのを防止することを特徴としている。

このように構成された発明では、処理チャンバの外部側から内部側に配管を設け、当該配管を介して冷却流体を処理チャンバ内に供給して基板の処理を行っている。また、可動部が処理チャンバに対して移動自在に設けられ、さらに当該可動部に対して配管が貫通して保持されている。そして、この配管を介して処理チャンバ外部から処理チャンバ内部に冷却流体が供給され、当該冷却流体による基板処理が実行される。したがって、処理を行っている最中に処理チャンバ内で配管を移動させたとしても、その移動に応じて可動部が処理チャンバに対して移動して配管の湾曲変形が抑えられ、配管移動による負荷が抑制される。

ここで、可動部としては、例えば配管を保持する保持部材と、保持部材を処理チャンバに対して変位自在に連結する連結部材とを有するものを採用してもよく、この場合、配管が確実に保持されるとともに、配管移動を円滑なものとすることができる。また、配管を挿通するために処理チャンバに設けられた開口部を保持部材と連結部材で塞ぐように可動部を処理チャンバに取り付けるのが望ましい。このような構成を採用することで、処理チャンバの内部雰囲気が開口部から流出するのを確実に防止することができる。

また、可動部として弾性部材が開口部を塞ぐように処理チャンバに設けてもよく、弾性部材の中心部で配管を保持するとともに、その外周部を処理チャンバに取り付けることで、配管を確実に保持し、配管移動を円滑なものとし、さらに処理チャンバの内部雰囲気が開口部から流出するのを確実に防止することができる。

また、上記のように構成された可動部については、処理チャンバに対して処理部の反対側に設けるのが好適である。というのも、このような構成を採用することで可動部において発生するゴミや埃などが処理チャンバ内に飛散するのを確実に防止することができる。

さらに、処理部が、処理チャンバ内部側の配管端部に接続されて基板表面に向けて冷却流体を吐出するノズルと、基板表面に対しノズルを旋回移動させるノズル駆動機構とを有するように構成してもよい。このような構成では、基板表面にノズルを旋回移動させることにより、基板表面全体を凍結させることができる。また、ノズルの吐出範囲が基板全面をカバーする必要がないので、ノズルを小型に構成することができる。

この発明によれば、配管が処理チャンバに対して移動自在な可動部に保持されており、処理中に処理チャンバ内で配管が移動した際には、その移動に応じて可動部が処理チャンバに対して移動して配管の湾曲変形が抑えられる。このため、配管移動により発生する負荷が抑制され、低い温度に保たれた冷却流体を安定的に基板に供給することが可能となっている。

図１はこの発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。また、図２は図１の基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。この装置は半導体ウエハ等の基板Ｗの表面Ｗｆに付着しているパーティクル等の汚染物質を除去するための基板洗浄処理を実行可能な枚葉式の基板処理装置である。より具体的には、微細パターンが形成された基板表面Ｗｆについて、その表面Ｗｆに液膜を形成してそれを凍結させ、該凍結膜を除去することで凍結膜とともにパーティクル等を基板表面から除去する凍結洗浄処理を実行する基板処理装置である。凍結洗浄技術については上記特許文献１を始めとして多くの公知文献があるので、この明細書では詳しい説明を省略する。

この基板処理装置１０は処理チャンバ１を有しており、当該処理チャンバ１内部において基板Ｗの表面Ｗｆを上方に向けて略水平姿勢に保持した状態で、基板Ｗを回転させるためのスピンチャック２を有している。このスピンチャック２の中心軸２１の上端部には、円板状のスピンベース２３がネジなどの締結部品によって固定されている。この中心軸２１はモータを含むチャック回転機構２２の回転軸に連結されている。そして、装置全体を制御する制御ユニット４からの動作指令に応じてチャック回転機構２２が駆動されると、中心軸２１に固定されたスピンベース２３が回転中心ＡＯを中心に回転する。

また、スピンベース２３の周縁部付近には、基板Ｗの周縁部を把持するための複数個のチャックピン２４が立設されている。チャックピン２４は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３個以上設けてあればよく、スピンベース２３の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。各チャックピン２４のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板保持部とを備えている。また、各チャックピン２４は、基板保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。

そして、スピンベース２３に対して基板Ｗが受渡しされる際には、各チャックピン２４を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際には、各チャックピン２４を押圧状態とする。各チャックピン２４を押圧状態とすると、各チャックピン２４は基板Ｗの周縁部を把持して、基板Ｗがスピンベース２３から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持されることとなる。これにより、基板Ｗは、その表面Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で保持される。

また、上記のように構成されたスピンチャック２の上方には遮断部材９が配置されている。この遮断部材９は、中心部に開口を有する円板状に形成されている。また、遮断部材９の下面は、基板Ｗの表面Ｗｆと略平行に対向する基板対向面となっており、基板Ｗの直径と同等以上の大きさに形成されている。この遮断部材９は略円筒形状を有する支持軸９１の下端部に略水平に取り付けられている。この支持軸９１は、水平方向に延びるアーム９２により、基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転可能に保持されている。また、アーム９２には、遮断部材回転機構９３と遮断部材昇降機構９４とが接続されている。

遮断部材回転機構９３は、制御ユニット４からの動作指令に応じて、支持軸９１を基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転させる。また、制御ユニット４は、遮断部材回転機構９３の動作を制御して、スピンチャック２に保持された基板Ｗの回転に応じて基板Ｗと同じ回転方向でかつ略同じ回転速度で遮断部材９を回転させる。

遮断部材昇降機構９４は、制御ユニット４からの動作指令に応じて、遮断部材９をスピンベース２３に近接させたり、逆に離間させる。具体的には、制御ユニット４は、遮断部材昇降機構９４の動作を制御して、基板処理装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には遮断部材９をスピンチャック２の上方の離間位置（図１に示す位置）に上昇させる一方、基板Ｗに対して所定の処理を施す際には遮断部材９をスピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆのごく近傍に設定された対向位置まで下降させる。

図３は遮断部材およびスピンベースの内部構造を示す図である。遮断部材９の支持軸９１は中空になっており、その内部に、遮断部材９の下面（基板対向面）で開口するガス供給管９５が挿通されている。このガス供給管９５は乾燥ガス供給部６５に接続されている。この乾燥ガス供給部６５は、窒素ガス供給ユニット（図示省略）から供給される窒素ガスを基板Ｗに供給するもので、適当なタイミングで遮断部材９と基板Ｗの表面Ｗｆとの間に形成される空間に向けてガス供給管９５から窒素ガスを供給する。なお、この実施形態では、乾燥ガス供給部６５から乾燥ガスとして窒素ガスを供給しているが、空気や他の不活性ガスなどを供給するようにしてもよい。

ガス供給管９５の内部には、液体供給管９６が挿通されている。この液体供給管９６の下方端部は遮断部材９の下面で開口しており、その先端に液体吐出ノズル９７が設けられている。一方、液体供給管９６の他方端部は液体供給ユニット６２に接続されている。この液体供給ユニット６２は、凍結洗浄処理において基板表面Ｗｆに液膜を構成する液体やリンス液を供給するものであり、本実施形態では液膜を構成する液体とリンス液としてＤＩＷを用いている。

また、スピンチャック２の中心軸２１は円筒状の空洞を有する中空になっており、中心軸２１の内部には、基板Ｗの裏面Ｗｂに液体を供給するための円筒状の液供給管２５が挿通されている。液供給管２５は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの下面側である裏面Ｗｂに近接する位置まで延びており、その先端に基板Ｗの下面の中央部に向けて液体を吐出する液吐出ノズル２７が設けられている。液供給管２５は、上記した液体供給ユニット６２に接続されており、基板Ｗの裏面Ｗｂに向けてＤＩＷをリンス液として供給する。

また、中心軸２１の内壁面と液供給管２５の外壁面との隙間は、横断面リング状のガス供給路２９になっている。このガス供給路２９は乾燥ガス供給部６５に接続されており、乾燥ガス供給部６５からガス供給路２９を介してスピンベース２３と基板Ｗの裏面Ｗｂとの間に形成される空間に窒素ガスが供給される。

また、図１に示すように、この実施形態では、スピンチャック２の周囲に受け部材５１が固定的に取り付けられている。この受け部材５１には、円筒状の仕切り部材が３個立設されて３つの空間が排液槽として形成されている。また、これらの排液槽の上方にはスプラッシュガード５２がスピンチャック２に水平姿勢で保持されている基板Ｗの周囲を包囲するようにスピンチャック２の回転軸に対して昇降自在に設けられている。このスプラッシュガード５２は回転軸に対して略回転対称な形状を有している。そして、ガード昇降機構（図示省略）の駆動によりスプラッシュガード５２を段階的に昇降させることで、回転する基板Ｗから飛散する液膜形成用ＤＩＷ、リンス液やその他の用途のために基板Ｗに供給される処理液などを分別して図示を省略する排液処理ユニットへ排出することが可能となっている。

この基板処理装置では、冷却ガス吐出ノズル３がスピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液膜凍結用冷却ガスを吐出可能に設けられている。また、このノズル３を駆動するためにノズル駆動機構３１が設けられている。このノズル駆動機構３１では、回転モータ３２がスピンチャック２の周方向外側かつスピンチャック２に保持される基板Ｗよりも下方に設けられている。この回転モータ３２は、ベース部材３５に回転自在に取り付けられた回転軸３３に結合されており、回転軸３３を回転中心軸Ｊ周りに回転させる。回転軸３３にはアーム３４が水平方向に延びるように接続され、さらに当該アーム３４の先端に上記冷却ガス吐出ノズル３が取り付けられている。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転モータ３２が駆動されると、アーム３４が略鉛直方向の回転中心軸Ｊ回りに揺動し、冷却ガス吐出ノズル３が以下のように移動する。

図４は冷却ガス吐出ノズルの動きを示す図である。制御ユニット４からの動作指令に基づき回転モータ３２が駆動されてアーム３４が回転中心軸Ｊ周りに揺動すると、冷却ガス吐出ノズル３は、スピンベース２３の回転中心上に相当する回転中心位置Ｐｃと基板Ｗの対向位置から側方に退避した待機位置Ｐｓとの間を移動軌跡Ｔに沿って水平移動する。すなわち、回転モータ３２は、冷却ガス吐出ノズル３を基板Ｗの表面Ｗｆに沿って基板Ｗに対して相対移動させる。

冷却ガス吐出ノズル３は配管機構７の二重配管７１を介して冷却流体供給部６４に接続されている。この冷却流体供給部６４は、制御ユニット４からの動作指令に応じて冷却ガスを冷却ガス吐出ノズル３に供給するものである。冷却流体供給部６４は、処理チャンバ１の外部にガス冷却ユニット６４０を備えている。後に詳述するように、ガス冷却ユニット６４０には窒素ガス供給ユニット（図示省略）から送出される窒素ガスおよび液体窒素供給ユニット（図示省略）から送出される液体窒素が導入されており、液体窒素によって冷却した窒素ガスを本発明の「冷却流体」として冷却ガス吐出ノズル３に送出する。また、ノズル駆動機構３１は、冷却ガス吐出ノズル３が冷却ガスを吐出する際にアーム３４を回転中心軸Ｊ周りに揺動させることにより、該ノズル３を基板表面Ｗｆに対し走査移動させて基板表面Ｗｆ全体に冷却ガスを行き渡らせる。そして、表面Ｗｆに液膜を形成され所定の回転速度で回転する基板Ｗに対し、冷却ガス吐出ノズル３が冷却ガスを吐出しながら基板表面Ｗｆに対し走査移動することによって、基板表面Ｗｆに形成された液膜全体を凍結させることができる。このように本実施形態では、冷却ガス吐出ノズル３とノズル駆動機構３１で本発明の「処理部」が構成されており、当該処理部によって基板洗浄のための液膜凍結処理を本発明の「処理」として実行する。

基板Ｗの表面Ｗｆからの冷却ガス吐出ノズル３の高さは、冷却ガスの供給量によっても異なるが、例えば５０ｍｍ以下、好ましくは数ｍｍ程度に設定される。このような基板Ｗの表面Ｗｆからの冷却ガス吐出ノズル３の高さおよび冷却ガスの供給量は、(1)冷却ガスが有する冷熱を液膜に効率的に付与する観点、(2)冷却ガスにより液膜の液面が乱れることがないように液膜を安定して凍結する観点などから実験的に定められる。なお、ノズル駆動機構３１の下部には例えばボールねじを用いたアーム昇降機構３６が設けられており、アーム３４および冷却ガス吐出ノズル３を一体的に昇降させることができる。これにより、冷却ガス吐出ノズル３の高さを調節することが可能である。

冷却ガスは、基板Ｗの表面Ｗｆに形成された液膜を構成する液体の凝固点、すなわちこの実施形態では０°Ｃより低い温度を有する。この冷却ガスは、以下に説明するように、ガス冷却ユニット６４０内に貯留されている液体窒素内を通るパイプに窒素ガスを流すことにより生成され、この実施形態では例えば−１００°Ｃに冷却されている。そして、二重管構造の配管、各種コネクタおよびＯリング等を備えた配管機構７によって、冷却ガスがガス冷却ユニット６４０から冷却ガス吐出ノズル３に供給される。

図５はガス冷却ユニットおよび配管機構を示す図である。ガス冷却ユニット６４０では、容器６４１は内部に液体窒素を貯留するタンク状となっており、液体窒素温度に耐えうる材料、例えば、ガラス、石英またはＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン：High Density Polyethylene）により形成されている。なお、容器６４１を断熱容器で覆う二重構造を採用してもよい。この場合、外部容器は、処理チャンバ外部の雰囲気と容器６４１との間での熱移動を抑制するために、断熱性の高い材料、例えば発泡性樹脂やＰＶＣ（ポリ塩化ビニル樹脂：polyvinyl chloride）などにより形成するのが好適である。

容器６４１には、液体窒素を取り入れる液体窒素導入口６４３が設けられている。そして、該導入口６４３を介して液体窒素供給ユニットから液体窒素が容器６４１内に導入される。また、容器６４１内には液面センサ（図示省略）が設けられて、容器内の液体窒素の量を一定に保っている。

また、容器６４１の内部には、ステンレス、銅などの金属管で形成されたコイル状の熱交換パイプ６４７がガス通送路として設けられている。熱交換パイプ６４７は容器６４１に貯留された液体窒素に浸漬されており、その内部には窒素ガス供給ユニット（図示省略）から窒素ガスが供給されている。これにより、窒素ガスが液体窒素により冷やされて冷却ガスとして出力される。すなわち、この実施形態では、液体窒素を貯留する容器６４１およびその内部に設けられた熱交換パイプ６４７が熱交換器を構成している。

上記のよう構成されたガス冷却ユニット６４０は配管機構７の二重配管７１を介して冷却ガス吐出ノズル３と接続されている。この配管機構７は、図５に示すように、内部に冷却ガスを通送する１本の内管７１１と、断熱性樹脂により形成された２本の外管７１２Ａ、７１２Ｂとを有している。そして、ガス冷却ユニット６４０側の外管７１２Ａが内管７１１を取り囲んで冷却ガス供給管部７１Ａが形成されるとともに、ノズル３側の外管７１２Ｂが内管７１１を取り囲んで冷却ガス供給管部７１Ｂが形成されている。このように冷却ガス供給管部７１Ａ、７１Ｂはともに二重管構造になっており、冷却ガス吐出ノズル３に到達する前に冷却ガスの温度が上昇するのを防止する。より詳しくは、外管７１２Ａ、７１２ＢはＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂：polymer of tetrafluoroethylene and perfluoroalkylvinylether）製の蛇腹構造を有するフレキシブルキューブ構造を有しており、当該外管７１２Ａ，７１２Ｂ内にＰＦＡ製の内管７１１が遊挿されるとともに、図示を省略するスペーサにより内管７１１が外管７１２Ａ、７１２Ｂの中心部に位置して外管７１２Ａ、７１２Ｂと接触するのを防止している。また、これらの外管７１２Ａ、７１２ＢはＰＴＦＥ製のパネルマウントユニオン７２により直列的に接続されて２つの冷却ガス供給管部７１Ａ、７１Ｂにより二重配管７１を形成している。また、この二重配管７１の両開放端のうち冷却ユニット側開放端部（冷却ガス供給管部７１Ａの開放端部）はコネクタ７３、７５およびユニオン７４によりガス冷却ユニット６４０に接続される一方、ノズル側開放端部（冷却ガス供給管部７１Ｂの開放端）がＰＦＡ製のレデューシングユニオン７６、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：polytetrafluoroethylene）製のスリーブキャップ７７、ＰＦＡ製のコネクタ７８、７９により冷却ガス吐出ノズル３と接続されており、二重配管７１の両端部は封止されている。そして、次のようにして二重配管７１の内部、つまり外管７１２の内部が排気されて減圧され、これによって断熱性が高められている。このように、本実施形態では、二重配管７１が本発明の「配管」に相当する。

冷却ガス供給管部７１Ａの開放端側（冷却ガス供給管部７１Ｂとの接続側と反対側）では、図６に示すように、容器６４１の蓋６４１ａ上に中空フランジ６４８が取り付けられている。この中空フランジ６４８の側面から中空部に横穴部が形成されるとともに、当該横穴部にコネクタ６４９が取り付けられている。また、中空フランジ６４８の中空部には、熱交換パイプ６４７の一方端部が上方に延設されている。そして、熱交換パイプ６４７の上端部がボアード・スルーコネクタ７３により蓋６４１ａに支持されるとともに、パイプ上端がステンレス製ユニオン（管継手）７４を介して内管７１１と接続されて冷却ガスをノズル側に供給可能となっている。また、冷却ガス供給管部７１Ａの外管７１２ＡがＰＦＡ製のコネクタ７５により中空フランジ６４８の中空上端部と接続されて冷却ガス供給管部７１Ａの開放端側が封止されている。なお、後述するように冷却ガス供給管部７１Ｂの開放端側も封止されており、コネクタ６４９を介して接続されたポンプ（図示省略）を作動させることで外管７１２Ａ、７１２Ｂ内の空気が排気されて減圧され、これによって断熱性の向上が図られている。

また、冷却ガス供給管部７１Ａ、７１Ｂの外管７１２Ａ、７１２Ｂは、図７に示すように、パネルマウントユニオン７２により相互接続されている。また、この実施形態では、パネルマウントユニオン７２が可動部８により処理チャンバ１に対して接続されている。この可動部８は、パネルマウントユニオン７２に固定されて二重配管７１を保持するＰＶＣ製の円環プレート８１と、円環プレート８１を処理チャンバ１に連結するベローズ８２を有している。この実施形態では、冷却ガス供給管部７１Ｂを処理チャンバ１の内部に延設するために、処理チャンバ１の側壁に冷却ガス供給管部７１Ｂの外径よりも大きな内径を有する開口部１Ａが形成されている。そして、開口部１Ａに対して処理チャンバ１の外側（図５、図７の右手側）に円環プレート８１は配置されてＯリング８３を介してパネルマウントユニオン７２のフランジ部に固定されている。

このベローズ８２は、図７に示すように、処理チャンバ１の開口部１Ａに遊挿された冷却ガス供給管部７１Ｂを開口部１Ａと円環プレート８１の間で取り囲むように配置されている。そして、ベローズ８２の一方端部（図７中の右側端部）が円環プレート８１に取り付けられる一方、他方端部（図７中の左側端部）が円環プレート８４に固定されている。この円環プレート８４はＰＶＣ製で、処理チャンバ１の開口部外側周縁部に取り付けられている。こうして、円環プレート８１が処理チャンバ１に対して移動自在となっており、この円環プレート８１とベローズ８２により開口部１Ａが処理チャンバ１の外部で塞がれるように可動部８が構成されている。つまり、本実施形態では、円環プレート８１およびベローズ８２がそれぞれ本発明の「保持部材」および「連結部材」として機能しており、後述するように冷却ガス吐出ノズル３が走査移動されて冷却ガス供給管部７１Ｂが移動変位した際には、その移動に伴いプレート８１が移動して冷却ガス供給管部７１Ｂの湾曲変形を抑制することができる。また、円環プレート８１およびベローズ８２により開口部１Ａを処理チャンバ１の外部から覆って塞いでいるため、処理チャンバ１の内部雰囲気が処理チャンバ１の外部に及ぶのを確実に防止している。

冷却ガス供給管部７１Ｂの開放端部（図５、図８の左手側端部）では、外管７１２Ｂがレデューシングユニオン７６を介してスリーブキャップ７７に接続され、これによって封止されている。このスリーブキャップ７７の中央部には内管７１１を挿通するための開口（図示省略）が穿設されており、内管７１１は当該開口を通ってスリーブキャップ７７からノズル側に延設されている。そして、内管７１１の先端部はＰＦＡ製のスルーコネクタ７８およびＰＦＡ製のコネクタ７９を介して冷却ガス吐出ノズル３に接続されて冷却ガスを供給する。

このように構成された基板処理装置では、未処理の基板Ｗが装置内に搬入されると、制御ユニット４が装置各部を制御して該基板Ｗに対して一連の洗浄処理が実行される。ここで、基板がその表面Ｗｆに微細パターンを形成されたものである場合、該基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが処理チャンバー１内に搬入され、スピンチャック２に保持される。なお、遮断部材９は離間位置にあり、基板Ｗとの干渉を防止している。また、冷却ガス吐出ノズル３は図４の実線位置に待機している。

スピンチャック２に未処理の基板Ｗが保持されると、遮断部材９が対向位置まで降下され、基板表面Ｗｆに近接配置される。これにより、基板表面Ｗｆが遮断部材９の基板対向面に近接した状態で覆われ、基板Ｗの周辺雰囲気から遮断される。続いて液膜形成処理を実行する。すなわち、制御ユニット４はチャック回転機構２２を駆動させてスピンチャック２を回転させるとともに、ノズル９７から常温のＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給する。基板表面に供給されたＤＩＷには、基板Ｗの回転に伴う遠心力が作用し、基板Ｗの径方向外向きに均一に広げられ、その一部が基板外に振り切られる。これによって、基板表面Ｗｆの全面にわたって液膜の厚みを均一にコントロールして、基板表面Ｗｆの全体に所定の厚みを有する液膜（水膜）が形成される。なお、液膜形成に際して、上記のように基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷの一部を振り切ることは必須の要件ではない。例えば、基板Ｗの回転を停止させた状態あるいは基板Ｗを比較的低速で回転させた状態で基板ＷからＤＩＷを振り切ることなく基板表面Ｗｆに液膜を形成してもよい。

そして、遮断部材９を上方に退避させ、代わって冷却ガス吐出ノズル３を基板Ｗの回転中心ＡＯ上方の回転中心位置Ｐｃ（図４）へ移動させる。続いて液膜凍結処理を実行する。すなわち、ガス冷却ユニット６４０に窒素ガスを送り込んで冷却ガスを生成するとともに、液膜を形成された基板Ｗを回転させながら、冷却ガスを吐出する冷却ガス吐出ノズル３を基板Ｗの回転中心ＡＯから端部に向けて走査移動させる。これにより、基板表面Ｗｆ全面に冷却ガスを供給して液膜を凍結させる。基板Ｗの端部にまで到達した時点で冷却ガスの吐出を停止させる一方、冷却ガス吐出ノズル３をさらに外側へ移動させ、最終的に待機位置Ｐｓで停止させる。このように冷却ガス吐出ノズル３の走査移動に応じて冷却ガス供給管部７１Ｂも変位するが、図９中の「本実施形態」の欄に示すように、ノズル移動に伴い可動部８の円環プレート８１が２次元的あるいは３次元的に移動して冷却ガス吐出ノズル３との距離がほぼ一定値に保たれて冷却ガス供給管部７１Ｂはほぼ直線状態を維持したまま変位する。

その後、遮断部材９を再び基板表面Ｗｆに近接させる。この状態で、基板Ｗの両面にリンス液としてのＤＩＷを供給してリンス処理を行う。これにより、基板表面Ｗｆの凍結膜が除去され、これとともに凍結膜に取り込まれたパーティクル等も基板表面Ｗｆから取り去られる。続いて、基板Ｗを乾燥させる乾燥処理を行う。すなわち、遮断部材９およびスピンベース２３から基板両面に窒素ガスを供給しながら基板Ｗを高速度で回転させることにより、基板Ｗに残留するＤＩＷを振り切り基板Ｗを乾燥させる。こうして乾燥処理が終了すると、処理済みの基板Ｗを搬出することによって１枚の基板Ｗに対する処理が完了する。

以上のように、本発明の第１実施形態によれば、冷却ガス供給管部７１Ａ、７１Ｂからなる二重配管７１を処理チャンバ１の外部側から内部側に設け、当該二重配管７１を介して冷却ガスを処理チャンバ１内の冷却ガス吐出ノズル３に供給して液膜凍結処理を実行している。その液膜凍結処理中に冷却ガス吐出ノズル３が走査移動するのに伴い二重配管７１、特にノズル側の却ガス供給管部７１Ｂが大きく変位するが、上記したように円環プレート８１が処理チャンバ１に対して移動して冷却ガス供給管部７１Ｂ、特に凍結もしくは低温により硬化した内管７１１が湾曲変形するを抑制し、冷却ガス供給管部７１Ｂの移動により発生する負荷が抑制される。

ここで、従来装置で採用している構成（図９中の「比較例」）と対比しながら本実施形態の作用効果について説明する。図９の「比較例」の欄に示すように従来装置では冷却ガス供給管部７１Ｂの一方端は処理チャンバ１の所定位置１Ｂに固定配置されるとともに他方端が冷却ガス吐出ノズル３に接続されているため、ノズル３の走査移動に伴い固定位置１Ｂとノズル３の距離が大きく変化し、その距離変化に応じて冷却ガス供給管部７１Ｂは湾曲変形せざるを得ず、その結果、ノズル走査移動に伴い大きな負荷が発生して回転モータ３２にかかるトルクが増大していた。これに対し、本実施形態によれば、上記したようにノズル３の走査移動に伴い冷却ガス供給管部７１Ｂがほぼ直線形状を維持したまま移動変位するため、負荷発生を抑制することができ、トルク増大を防止することができる。その結果、回転モータ３２の大型化を防止することができる。また、冷却ガス供給管部７１Ｂの長さを比較例に比べて大幅に短くすることができるとともに、内管７１１と外管７１２が接触するのを確実に防止することができる。その結果、冷却ガス吐出ノズル３に供給する冷却ガスの温度上昇を抑え、低い温度に保たれた冷却ガスを安定的に基板Ｗに供給することのできる。また、上記したように冷却ガス供給管部７１Ｂの湾曲変形が抑制されることから比較例に比べて内管７１１の管壁を厚肉化することができ、断熱性能を高めることができ、この点においても冷却ガスの安定供給の面で有利である。さらに、冷却ガス供給管部７１Ｂの湾曲変形を抑制することができるため、冷却ガス供給管部７１Ｂに付着する水滴や霜の基板Ｗ上への落下を抑制することができる。

また、上記第１実施形態では、二重配管７１を保持している円環プレート８１と、当該円環プレート８１と処理チャンバ１を連結するベローズ８２とで開口部１Ａを処理チャンバ１の外部側から覆って塞いでいる。したがって、処理チャンバ１の内部雰囲気が開口部１Ａから流出するのを確実に防止することができる。また、円環プレート８１およびベローズ８２は処理チャンバ１の外部側に設けているため、仮に可動部８でゴミや埃などが発生したとしても、それらが処理チャンバ１内に飛散するのを確実に防止することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば可動部８の構成は上記第１実施形態に限定されるものではなく、例えば図１０に示すように、開口部１Ａの内径よりも大きな外径を有する円環状の弾性部材８５により可動部８を構成してもよい。この第２実施形態では、弾性部材８５は伸縮性に優れたゴムなどの弾性シートにより構成されており、中央部に形成された開口に二重配管７１（冷却ガス供給管部７１Ａ、７１Ｂ）が挿通されるとともに弾性部材８５に保持されている。また、このように二重配管７１を保持した弾性部材８５が開口部１Ａを塞ぐように処理チャンバ１の外部側（図１０の右側）から処理チャンバ１の側壁に取り付けられている。そして、ノズル移動に伴い弾性部材（弾性シート）８５が伸縮して二重配管７１を保持している保持箇所と冷却ガス吐出ノズル３との距離がほぼ一定値に保たれて冷却ガス供給管部７１Ｂはほぼ直線状態を維持したまま変位する。その結果、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

また、上記実施形態では、内管７１１および外管７１２Ａ、７１２ＢをＰＦＡチューブを用いているが、内管７１１および外管７１２Ａ、７１２Ｂの材質はこれに限定されるものではなく、断熱性を確保することができる樹脂材料であれば、それらの樹脂材料を用いることができる。

また、記実施形態では、本発明の液膜を形成する液体としてＤＩＷを用いているが、これに限られず、例えば純水、炭酸水、水素水、脱気水、溶存酸素や溶存窒素などの溶存気体成分を調整した純水、ＳＣ１溶液（アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液）等の薬液などを用いてもよい。

また、上記各実施形態では、冷却流体源として窒素ガスを、また冷媒として液体窒素を用いる熱交換器によって窒素ガスを冷却することにより冷却ガスを冷却流体として生成しているが、冷却流体の種類およびその冷却方法はこれに限定されるものではない。例えば、アルゴンガスなど他の不活性ガスや清浄な乾燥空気を冷却流体として用いてもよい。また、ガス冷却ユニットとしては、他の冷媒を用いる熱交換器を有するものやペルチェ効果など他の原理に基づきガスを冷却するものであっても、必要な温度までガスを冷却することが可能なものであれば利用可能である。

この発明は、処理チャンバの外部から内部に延設された配管を介して処理チャンバに冷却流体を供給し、当該冷却流体によって基板に対して所定の処理を施す基板処理装置全般に適用することができる。なお、基板としては、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、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などが含まれる。

この発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。 図１の基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。 遮断部材およびスピンベースの内部構造を示す図である。 冷却ガス吐出ノズルの動きを示す図である。 ガス冷却ユニットおよび配管機構を示す図である。 配管機構の部分拡大図である。 配管機構の部分拡大図である。 配管機構の部分拡大図である。 本実施形態と比較例での配管の湾曲変形状態を示す模式図である。 この発明にかかる基板処理装置の第２実施形態を示す図である。

符号の説明

１…処理チャンバ
１Ａ…開口部
３…冷却ガス吐出ノズル（処理部）
８…可動部
３１…ノズル駆動機構（処理部）
６４…冷却流体供給部
７１…二重配管
７１Ａ、７１Ｂ…冷却ガス供給管部
８１…円環プレート（保持部材）
８２…ベローズ（連結部材）
８５…弾性部材（可動部）
Ｗ…基板

Claims (4)

1. 処理チャンバと、
   前記処理チャンバに対して移動自在に設けられた可動部と、
   前記可動部を貫通して前記処理チャンバ外部から前記処理チャンバ内部に延設され、前記可動部に保持された配管と、
   前記処理チャンバ外部側の前記配管端部に接続されて前記配管に冷却流体を供給する冷却流体供給部と、
   前記処理チャンバ内部で、前記配管を介して前記処理チャンバ内部に供給される冷却流体によって基板を処理する処理部と
   を備え、
   前記処理チャンバは、前記配管の外形よりも大きな内径を有して、前記配管が挿通される開口部を有し、
   前記可動部は、
   前記処理チャンバの外側に設けられて前記配管を保持する保持部材と、
   一端が前記保持部材に取り付けられるとともに他端が前記処理チャンバに取り付けられて、前記保持部材を前記処理チャンバに対して変位自在に連結する連結部材と
   を有し、
   前記保持部材と前記連結部材で前記開口部が塞がれるように前記処理チャンバに取り付けられて、前記処理チャンバ内部の雰囲気が前記開口部から流出するのを防止することを特徴とする基板処理装置。
2. 前記配管は二重配管であり、
   前記保持部材に固定されたパネルマウントユニオンによって、前記二重配管の外管が相互に接続されている請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記可動部は前記処理チャンバに対して前記処理部の反対側に設けられている請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記処理部は、前記処理チャンバ内部側の前記配管端部に接続されて前記基板表面に向けて前記冷却流体を吐出するノズルと、前記基板表面に対し前記ノズルを旋回移動させるノズル駆動機構とを有する請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理装置。

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