図1は、本発明の第1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は、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、トッププレート移動機構126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の上面と対向する。
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。チャンバ蓋部122の中央には、上方へと窪む略有蓋円筒状の収容部221が設けられる。
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120(図7および図8参照)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を中心軸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。
チャンバ蓋部122の下面には、トッププレート123を保持する複数のプレート保持部222が、中心軸J1を中心とする周方向に配列される。トッププレート123の上面には、複数のプレート保持部222に対向する位置に、複数の凸部236が周方向に配列される。複数の凸部236が複数のプレート保持部222により保持されることにより、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により支持される。
トッププレート123の上面には、トッププレート軸部235が固定される。トッププレート123およびトッププレート軸部235は非磁性体により形成される。トッププレート軸部235は、中心軸J1を中心とする略円柱状である。トッププレート軸部235の少なくとも一部(本実施の形態では、下端部を除く大部分)は、チャンバ蓋部122の収容部221に収容される。トッププレート軸部235およびチャンバ蓋部122には、トッププレート移動機構126が配置される。トッププレート移動機構126は、磁力を利用してトッププレート123をチャンバ蓋部122対して上下方向に相対的に移動する。
図2は、トッププレート軸部235近傍を拡大して示す断面図である。図2に示すように、トッププレート移動機構126は、第1磁石261と、第2磁石262と、磁石移動機構263とを備える。第1磁石261は、トッププレート軸部235の内部において、トッププレート軸部235の外周面に沿って周方向に配置される。第1磁石261は、トッププレート軸部235に対して固定される。第2磁石262は、チャンバ蓋部122において収容部221の周囲に形成された環状孔264内にて、収容部221の周囲に周方向に配置される。本実施の形態では、第1磁石261および第2磁石262はそれぞれ、中心軸J1を中心とする略円環状である。第1磁石261の上部はN極であり、下部はS極である。第2磁石262の上部はS極であり、下部はN極である。環状孔264の上下方向の高さは、第2磁石262の上下方向の高さよりも大きい。第2磁石262は、磁石移動機構263により、環状孔264内において上下方向に移動する。
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120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120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、トッププレート軸部235の中央に形成された貫通孔に挿入され、トッププレート123の中央の開口に挿入される。チャンバ底部210の中央部211の中央には、下部ノズル182が取り付けられる。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。
カバー17は、チャンバ12の上方および側方を覆う。カバー17の上部には、多孔部171が配置される。多孔部171に形成された多数の孔からエアが流出することにより、カバー17内にダウンフローが発生する。これにより、液受け部16やチャンバ底部210から基板9へとパーティクルが上昇することが防止される。
図3は、基板処理装置1が備える処理液供給部18と、液回収部19とを示すブロック図である。処理液供給部18は、上述の上部ノズル181および下部ノズル182に加えて、第1処理液供給部183と、第2処理液供給部184と、第3処理液供給部185とを備える。第1処理液供給部183、第2処理液供給部184および第3処理液供給部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、それぞれ弁を介して第1処理液供給部183および第2処理液供給部184に接続される。上部ノズル181は、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の一部は基板9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。
チャンバ12には、チャンバ12が密閉された際にチャンバ12の内部空間120を加圧する加圧部187が接続される。加圧部187により内部空間120が大気圧よりも高い加圧雰囲気となる。なお、ガス供給部186が加圧部を兼ねてもよい。加圧処理が不要な場合は、加圧部187は省略されてよい。
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、第1回収部194に接続される。チャンバ底部210に接続される第2排出路192は、第2回収部195に接続される。第1回収部194および第2回収部195は、減圧部196に接続される。減圧部196が駆動されることにより、第1回収部194および第2回収部195にて処理液が回収される。また、チャンバ12が密閉されている場合は、減圧部196により内部空間120が減圧され、大気圧よりも低い減圧雰囲気となる。第1回収部194および第2回収部195は、廃液路にも接続され、第1排出路191および第2排出路192から廃液も可能である。
第1処理液供給部183、第2処理液供給部184、第3処理液供給部185、ガス供給部186、加圧部187、第1回収部194、第2回収部195、減圧部196および各種弁は、制御部10により制御される。チャンバ開閉機構131、基板保持部14、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、第1処理液供給部183から基板9上に供給される第1処理液は、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。第2処理液供給部184から供給される第2処理液は、純水(DIW:Deionized Water)である。第3処理液供給部185から供給される第3処理液は、イソプロピルアルコール(IPA)である。また、ガス供給部186は、チャンバ12内に窒素(N2)ガスを供給する。
図4は、チャンバ12および液受け部16の一部を拡大して示す図である。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4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。チャンバ蓋部122が下降し、カップ部161が上昇すると、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。チャンバ蓋部122がチャンバ側壁部214まで下降すると、リップシール232とチャンバ側壁部214の上端部とが接する。
図5は、トッププレート123の底面図である。図6は、基板支持部141の平面図である。図5および図6では、基板9を二点鎖線にて描いている。図4ないし図6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。
図7に示すように、チャンバ蓋部122がチャンバ側壁部214まで下降すると、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。トッププレート123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、第1係合部241および第2係合部242により、トッププレート123と基板支持部141との上下方向における相対位置は固定されない。
図7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おり、トッププレート123はチャンバ蓋部122から離間して基板9に近接する。トッププレート123の上下方向の位置は、トッププレート移動機構126の第1磁石261と第2磁石262との間に働く磁力(引力)により決定される。具体的には、第1磁石261の上下方向の中央部と第2磁石262の上下方向の中央部とが、上下方向においてほぼ同じ位置に位置するように、第1磁石261と第2磁石262とが径方向に対向する。これにより、トッププレート123のチャンバ蓋部122に対する上下方向の相対位置が固定される。なお、トッププレート123の水平方向における位置は、第1係合部241と第2係合部242とにより決定されているため、トッププレート軸部235と収容部221の内側面とは接しない。
以下の説明では、図7に示すトッププレート123の位置を「第1近接位置」という。トッププレート123が第1近接位置に位置する状態では、基板保持部14の基板押さえ部142は基板9に接しておらず、基板9の外縁部を押さえていない。この状態で、基板回転機構15により基板支持部141が回転すると、トッププレート123は、基板支持部141、基板支持部141に水平状態にて支持された基板9、および、基板押さえ部142と共に回転する。トッププレート123は、基板支持部141と共に回転する上側回転部材である。
図6に示すように、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、図5に示すように、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、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8に示すように、トッププレート移動機構126において、第2磁石262が磁石移動機構263により下方に移動すると、第1磁石261と第2磁石262との間に働く磁力(引力)により、トッププレート軸部235およびトッププレート123が下方に移動する。これにより、トッププレート123は基板9にさらに近接する。以下の説明では、図8に示すトッププレート123の位置を「第2近接位置」という。本実施の形態では、第2近接位置におけるトッププレート123の下面と基板9の上面91との間の上下方向の距離は、約2mmである。また、第1近接位置におけるトッププレート123の下面と基板9の上面91との間の上下方向の距離は、約10mmである。
トッププレート123が第2近接位置に位置する状態でも、第1係合部241と第2係合部242とが係合しているため、周方向におけるトッププレート123の基板支持部141の支持部ベース413に対する相対位置は固定されている。また、トッププレート軸部235と収容部221の内側面とは接しない。一方、トッププレート123が第2近接位置に位置する状態では、第1近接位置に位置する状態と異なり、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。
図9は、基板9を保持する基板保持部14の一部を拡大して示す平面図である。図9では、チャンバ蓋部122の図示を省略している。図9に示すように、基板支持部141の1つの第1接触部411の周方向における両側に、基板押さえ部142の2つの第2接触部421が隣接して配置される。第1接触部411と2つの第2接触部421とはそれぞれ、周方向に僅かな間隙をあけて離間して配置される。他の第1接触部411および第2接触部421においても同様である。各第1接触部411とこれに隣接する第2接触部421との間の周方向の距離は、当該第2接触部421と他の第1接触部411との間の周方向の距離よりも小さい。基板9の外縁部において、第1接触部411が接触する位置を「第1接触位置」と呼び、第2接触部421が接触する位置を「第2接触位置」と呼ぶと、複数の第2接触位置はそれぞれ、複数の第1接触位置と周方向に関して異なる。
図10は、1つの第1接触部411近傍を拡大して示す側面図である。他の第1接触部411の構造も、図10に示す第1接触部411と同様である。複数の第1接触部411はそれぞれ、径方向内方に向かうに従って下側へと向かう第1傾斜面412を有する。各第1接触部411は、第1傾斜面412にて基板9の外縁部に接する。
図11は、1つの第2接触部421近傍を拡大して示す側面図である。他の第2接触部421の構造も、図11に示す第2接触部421と同様である。複数の第2接触部421はそれぞれ、径方向内方に向かうに従って下側へと向かう第2傾斜面422を有する。各第2接触部421は、第2傾斜面422にて基板9の外縁部に接する。
図10では、第1接触部411に隣接して配置される第2接触部421を二点鎖線にて併せて描いている。また、図11では、第2接触部421に隣接して配置される第1接触部411を二点鎖線にて併せて描いている。図10および図11に示すように、第1接触部411の上端部は、基板9の上面91よりも上方に位置し、第2接触部421の下端部は、基板9の下面92よりも下方に位置する。このため、基板保持部14では、複数の第1接触部411のそれぞれの上端部は、複数の第2接触部421のそれぞれの下端部よりも上方に位置する。
次に、制御部10の制御による基板処理装置1における基板9の処理の流れを図12を参照しつつ説明する。図12の処理は、一例に過ぎず、基板処理装置1では、様々な処理を様々な順序で行うことができる。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が搬送されて基板保持部14により保持される(ステップS11)。チャンバ蓋部122は下方に移動し、図13に示すように、第1係合部241および第2係合部242により、周方向におけるトッププレート123の基板支持部141に対する相対位置が固定される。
続いて、図14に示すように、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、チャンバ蓋部122が上方に移動し、チャンバ蓋部122がトッププレート123から離間する。トッププレート123のチャンバ蓋部122および基板支持部141に対する上下方向の相対位置は、トッププレート移動機構126の第1磁石261および第2磁石262により固定される。トッププレート123は、上述の第1近接位置に位置し、基板押さえ部142は基板9に接していない。また、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14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、密閉された空間160(以下、「密閉空間160」という。)が形成される。密閉空間160が形成されると、上部ノズル181から窒素ガスが供給され、密閉空間160内が窒素雰囲気(すなわち、低酸素雰囲気)となる。
次に、基板回転機構15により、基板支持部141、基板9およびトッププレート123の回転が開始される。また、図示を省略するヒータにより、基板9が加熱される。第1処理液供給部183(図3参照)からの第1処理液が、トッププレート123の中央の開口に対向する上部ノズル181から基板9の上面91の中央部に供給される。第1処理液は、基板9の回転により外周部へと拡がり、上面91全体が第1処理液により被覆されてエッチングが窒素雰囲気において行われる(ステップS12)。
下部ノズル182からも基板9の下面92の中央部に第1処理液が供給され、基板9の回転により外周部へと拡がる。密閉空間160では、基板9の上面91および下面92から飛散する第1処理液が、環状開口81を介してカップ部161にて受けられ、第1回収部194(図3参照)により回収される。回収された第1処理液が再利用可能である場合は、フィルタ等を介して第1処理液から不純物等が除去された後、再利用される。
第1処理液によるエッチングが完了すると、第1処理液の供給が停止される。そして、上部ノズル181が窒素ガスを噴出し、基板9の回転により、基板9から第1処理液が除去される。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の下面に第1処理液はほとんど残存せず、トッププレート123から第1処理液が落下することはない。
次に、図15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は密閉された内部空間120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。内部空間120は、密閉空間160と同様に、窒素雰囲気(すなわち、低酸素雰囲気)である。
チャンバ蓋部122の移動の際には、第1磁石261の上下方向の位置が変化しないように、すなわち、トッププレート123の基板支持部141および基板9に対する上下方向の相対位置が変化しないように、第2磁石262の位置が磁石移動機構263により調整される。このため、トッププレート123は第1近接位置から移動せず、基板押さえ部142は基板9に接しない。
内部空間120が形成されると、上部ノズル181が、純水である第2処理液を連続的に吐出することにより、回転中の基板9の上面91の中央部に第2処理液が供給される。第2処理液は、基板9の回転により外周部へと拡がり、基板9の外周縁から外側へと飛散する。下部ノズル182からは基板9の下面92の中央部に第2処理液が供給され、基板9の回転により外周部へと拡がる。基板9から飛散する第2処理液である使用後の水は、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、第2回収部195(図3参照)を介して廃棄される(ステップS13)。これにより、チャンバ12内の洗浄も行われる。
純水によるリンスが所定の時間だけ行われると、第2処理液の供給が停止され、図16に示すように、トッププレート移動機構126によりトッププレート123が下方へと移動し、トッププレート123が上述の第2近接位置に位置する。トッププレート123が第2近接位置に位置する状態では、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。基板押さえ部142は、トッププレート123の自重により、基板9を基板支持部141へと押圧する。基板9は、基板支持部141と基板押さえ部142とに上下から挟まれて強固に保持される。
続いて、第3処理液供給部185から供給されるIPAである第3処理液が、上部ノズル181を介してトッププレート123の中央の開口から吐出される。そして、トッププレート123と基板9との間が第3処理液により満たされると、第3処理液の供給が停止する。これにより、基板9上において純水がIPAに置換される(ステップS14)。なお、ステップS13では、トッププレート123と基板9との間は、第2処理液により満たされることはない。
次に、内部空間120内において、基板9が、基板支持部141、基板押さえ部142およびトッププレート123と共に高速回転するとともに上部ノズル181から窒素ガスが噴出され、第3処理液が基板9上から除去される。基板9は、ステップS12,S13における回転速度よりも高い回転速度にて回転する。基板9から飛散する第3処理液は、チャンバ12の内壁にて受けられ、第2回収部195にて回収される。このとき、減圧部196によりチャンバ12の内部空間120が減圧され、基板9の乾燥が促進される(ステップS15)。第2回収部195にて回収された第3処理液を再利用する場合は、第3処理液から不純物等の除去が行われる。基板9の乾燥が完了すると、基板9の回転が停止する。なお、乾燥時に基板9が加熱されてもよい。
その後、内部空間120が常圧に戻される。また、トッププレート移動機構126によりトッププレート123が上方に移動し、図13に示すように、チャンバ蓋部122によりトッププレート123が保持される。そして、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S15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搬出される(ステップS16)。
基板処理装置1の処理液供給部18には、図17に示すように、スキャンノズル188が追加されてもよい。スキャンノズル188が利用される際には、チャンバ蓋部122はチャンバ本体121から上方に大きく離間し、トッププレート123が基板支持部141から離間するオープン状態となる。したがって、トッププレート123は回転しない。チャンバ蓋部122とチャンバ本体121との間に、チャンバ12外部からスキャンノズル188が挿入され、基板9上へと移動する。スキャンノズル188は、二流体ノズルであり、例えば、SC1処理後の純水洗浄を行う。スキャンノズル188は二流体ノズル以外のタイプのノズルであってもよい。スキャンノズル188が水平方向に揺動しつつ基板9の上面91に処理液が供給される。スキャンノズル188は他の処理用の他の種類のノズルであってもよい。スキャンノズル188からの処理液は、第1位置に位置するカップ部161により受けられて回収され、必要に応じて再利用される。スキャンノズル188として二流体ノズルを用いる際には、カバー17内に図示しない排気設備を接続して、発生する処理液ミストを充分排出できるようにすることが望ましい。
以上に説明したように、基板処理装置1では、チャンバ12を密閉した状態で内部空間120において基板9に処理を行うことができるとともに、チャンバ12を半オープン状態としてチャンバ12とカップ部161により形成された密閉空間160において基板9に処理を行うことができる。また、チャンバ12をオープン状態として基板9に処理を行うこともできる。すなわち、基板処理装置1では、従来に比べて様々な処理を1つの装置で行うことができる。
以下の説明では、チャンバ12の内部空間120における処理を「第1密閉処理」と呼び、密閉空間160における処理を「第2密閉処理」と呼び、オープン状態における処理を「オープン処理」と呼ぶ。基板処理装置1では、減圧雰囲気や加圧雰囲気にて処理が可能な第1密閉処理と、液受け部16を使用する第2密閉処理と、オープン処理とを連続して行うことができる。スキャンノズル188が設けられる場合は、スキャンノズル188を用いる処理も第1密閉処理や第2密閉処理と連続して行うことができる。なお、基板処理装置1では、密閉空間160を減圧雰囲気や加圧雰囲気にすることはない。
第2密閉処理では、カップ部161とチャンバ蓋部122との間に第1シール615が形成され、カップ部161とチャンバ本体121との間に第2シール616が形成されることにより、チャンバ12およびカップ部161により密閉空間160が形成される。これにより、チャンバ12の外部に配置されたカップ部161により、密閉空間160において処理液を受けることができる。上述のように、密閉空間160を低酸素雰囲気として基板9の処理を行うことにより、基板9上の膜の酸化を防止または抑制することができる。このような低酸素雰囲気での処理は、例えば、銅配線が形成された基板のポリマー除去処理などにおいて銅配線の酸化を防止したい場合などに有用である。また、カップ部161がチャンバ12の外部に配置されるため、チャンバ12を小型化することができる。これにより、第1密閉処理の際に、チャンバ12の内部空間120に充填されるガスの量を削減することができ、内部空間120における減圧や加圧を伴う処理に要する時間を短くすることができる。
さらに、第1密閉処理では、第2回収部195により処理液を回収し、第2密閉処理では、第1回収部194により処理液を回収することにより、複数種類の処理液による処理を連続して行いつつ当該複数種類の処理液を分離して回収することができる。これにより、チャンバの内壁のみで複数種類の処理液を受けて多連バルブで分離回収する場合に比べて、処理液の回収効率を高めることができ、処理液のライフタイムを延ばすことができる。さらに、異種の処理液が混ざることによる、パーティクルの発生、発熱、発煙等も容易に防止することができる。
上述のように、カップ部161は、側壁部611の上端部から径方向内方に広がる略円環板状の上面部612を備え、上面部612がチャンバ蓋部122に接する。また、カップ部161は、側壁部611の下端部から径方向外方に広がる略円環板状の下面部613を備え、下面部613がチャンバ本体121に接する。このように、基板処理装置1では、簡単な構造で、チャンバ蓋部122とカップ部161との間に第1シール615を容易に形成し、チャンバ本体121とカップ部161との間に第2シール616を容易に形成することができる。
基板処理装置1では、トッププレート123により、簡単な構造で、チャンバ内部に付着した液体の基板9への落下を防止することができる。また、トッププレート123の外周縁が、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ため、基板9の上面91の外周部全体がトッププレート123により覆われる。その結果、基板9の外周縁から飛散した処理液がチャンバ12の内壁等で跳ね返って基板9に付着することを抑制することができる。さらに、トッププレート123が第2近接位置に位置する状態で処理を行うことにより、基板9の上面91を処理液で覆う際に必要な処理液の量を削減することができる。トッププレート123と基板9との間に供給するガスの量も削減することができる。
上述のように、トッププレート123はチャンバ蓋部122に対して上下方向に移動可能であるため、第1密閉処理および第2密閉処理の双方において、トッププレート123を基板支持部141と共に回転することができる。また、チャンバ蓋部122によりトッププレート123を保持した状態でチャンバ蓋部122を上昇させることにより、トッププレート123と基板支持部141との係合を容易に解除することができる。このようなオープン状態で上部ノズル181から処理液を吐出して処理を行うことも可能である。
基板保持部14では、基板支持部141の複数の第1接触部411が、複数の第1接触位置にて基板9の外縁部に接する。そして、トッププレート123が第2近接位置に位置する状態において、基板押さえ部142の複数の第2接触部421が、複数の第1接触位置とは異なる複数の第2接触位置にて基板9の外縁部に接する。このように、基板9を下側から支持する構造と基板9を上側から押さえる構造とが、周方向の異なる位置にて基板9に接するため、基板9の中央部から外縁部へと向かって移動する処理液が、基板9の外縁部を保持する保持構造の近傍において残留することを抑制することができる。また、当該保持構造による処理液の跳ね返りも抑制することができる。
上述のように、基板保持部14では、基板支持部141の各第1接触部411の周方向の両側に、基板押さえ部142の2つの第2接触部421が隣接して配置される。これにより、基板支持部141と基板押さえ部142とにより基板9を挟んで保持する際に、各第1接触部411近傍において基板9に応力が生じるため、基板保持部14により基板9を強固に保持することができる。なお、各第2接触部421の周方向における両側に、2つの第1接触部411が隣接して配置されてもよい。この場合であっても、各第2接触部421近傍において基板9に応力が生じるため、基板保持部14により基板9を強固に保持することができる。
上述のように、基板支持部141の各第1接触部411の上端部は、基板押さえ部142の各第2接触部421の下端部よりも上方に位置する。すなわち、上下方向に関して、第1接触部411と第2接触部421とは部分的に重なる。これにより、基板支持部141と基板押さえ部142とにより基板9をより強く挟み込み、基板9をさらに強固に保持することができる。また、基板押さえ部142が、トッププレート123の自重により基板9を基板支持部141へと押圧することにより、基板9をより一層強固に保持することができる。
基板支持部141では、各第1接触部411が、径方向内方に向かうに従って下側へと向かう第1傾斜面412にて基板9の外縁部に接する。これにより、第1接触部411と基板9との接触面積を小さくし、基板9が基板支持部141との接触により汚染される可能性を低減することができる。基板押さえ部142では、各第2接触部421が、径方向内方に向かって上側へと向かう第2傾斜面422にて基板9の外縁部に接する。これにより、第2接触部421と基板9との接触面積を小さくし、基板9が基板押さえ部142との接触により汚染される可能性を低減することができる。
トッププレート移動機構126は、磁力を利用してトッププレート123をチャンバ蓋部122に対して相対的に移動する。これにより、トッププレート123に直接的に接続された移動機構を設けることなく、トッププレート123と基板9との間の上下方向の距離を容易に変更することができる。その結果、第1密閉処理や第2密閉処理の際に、密閉された内部空間120や密閉空間160内においても、トッププレート123と基板9との間の距離を容易に変更することができる。
トッププレート移動機構126は、トッププレート軸部235に設けられる第1磁石261と、チャンバ蓋部122に設けられる第2磁石262と、第2磁石262を上下方向に移動する磁石移動機構263とを備える。基板処理装置1では、このように、簡単な構造で、トッププレート123の上下方向の移動を容易に実現することができる。
上述のように、基板押さえ部142はトッププレート123の下面に固定され、チャンバ12が密閉状態とされてトッププレート123が第2近接位置に位置した状態で、基板9を上側から押さえる。また、基板押さえ部142は、トッププレート123が第1近接位置に位置した状態では、基板9から離間する。このように、トッププレート移動機構126によりトッププレート123の位置を変更することにより、基板9に対する処理内容に合わせて基板保持部14による基板9の保持状態を容易に切り替えることができる。
基板処理装置1では、トッププレート123が第2近接位置に位置した状態で、上部ノズル181を介してトッププレート123の中央から処理液を吐出することにより、トッププレート123と基板9との間が処理液により満たされる。その結果、処理液の使用量を低減することができる。また、基板9の上面91上の処理液が、周囲のガスに触れることを抑制することができるため、周囲のガスに酸素が含まれている場合に、処理液の酸化を抑制することができる。
基板処理装置1では、ロータ部152がチャンバ12の内部空間120に配置され、ステータ部151がチャンバ12の外部に配置される。これにより、高い密閉性を有する内部空間120を容易に形成することができる。その結果、密閉された内部空間120における基板9の枚葉処理を容易に実現することができる。また、モータをチャンバ底部の下方に設ける装置に比べて、チャンバ底部210に下部ノズル182等の様々な構造を容易に設けることができる。
基板回転機構15では、ロータ部152が内部空間120において浮遊状態にて回転する。このため、ロータ部152を支持する構造を内部空間120に設ける必要がなく、基板処理装置1の小型化および装置構造の簡素化が実現される。ロータ部152と支持構造との摩擦により粉塵等が発生することがないため、内部空間120の清浄性を向上することができる。さらに、支持構造による摩擦抵抗がロータ部152に作用しないため、ロータ部152の高速回転を容易に実現することができる。
図18は、第2の実施の形態に係る基板処理装置1aを示す断面図である。基板処理装置1aでは、図1に示すカップ部161とは形状が異なるカップ部161aが液受け部16に設けられ、チャンバ本体121が、液受け凹部165の外側に配置される環状の液体貯溜部166を備える。その他の構成は、図1に示す基板処理装置1と同様であり、以下の説明では、対応する構成に同符号を付す。
図18に示すように、液体貯溜部166は、チャンバ側壁部214および液受け凹部165を構成する部材により構成される。液体貯溜部166は、液受け凹部165の外周を囲む外壁部168の外側にて、周方向の全周に亘って液受け凹部165を囲んで設けられる。液体貯溜部166には、シール用液体167が貯溜される。シール用液体167としては、例えば、純水が利用される。
図19は、基板処理装置1aの一部を示す断面図である。カップ部161aは、側壁部611と、上面部612と、外筒部614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および径方向外方へと広がる。外筒部614は、中心軸J1を中心とする略円筒状であり、上面部612の外縁部から下方に広がる。外筒部614は、側壁部611の周囲に側壁部611から離間して配置される。外筒部614の内周面は、側壁部611の外周面と径方向に対向する。図19に示す状態では、側壁部611の上部を除く大部分が液受け凹部165内に位置し、外筒部614の上部を除く大部分が液体貯溜部166に貯溜されたシール用液体167内に位置する。
図20は、密閉空間160において第2密閉処理が行われる状態の基板処理装置1aの一部を示す断面図である。図20に示すように、チャンバ12は半オープン状態であり、チャンバ本体121とチャンバ蓋部122との間に環状開口81が形成される。カップ部161aは、環状開口81の径方向外側の第1位置に位置しており、側壁部611が環状開口81と径方向に対向する。
第1位置に位置するカップ部161aでは、基板処理装置1と同様に、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161a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161aの外筒部614の下端部は、チャンバ本体121の液体貯溜部166に貯溜されたシール用液体167内に全周に亘って位置する。これにより、チャンバ本体121とカップ部161aの外筒部614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。
カップ部161a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、外筒部614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。半オープン状態のチャンバ12と第1位置に位置するカップ部161aとにより、密閉空間160が形成される。
このように、基板処理装置1aでは、簡単な構造で、チャンバ蓋部122とカップ部161aとの間に第1シール615を容易に形成し、チャンバ本体121とカップ部161aとの間に第2シール616を容易に形成することができる。また、第2シール616は、カップ部161aの外筒部614の下端部をシール用液体167内に位置させることにより形成されるため、第2シール616からの気体や液体の漏出をより確実に防止することができる。
図21は、第3の実施の形態に係る基板処理装置1bの一部を示す断面図である。基板処理装置1bでは、図1に示すカップ部161とは形状および構造が異なるカップ部161bが液受け部16に設けられる。その他の構成は、図1に示す基板処理装置1と同様であり、以下の説明では、対応する構成に同符号を付す。
図21に示すように、カップ部161bは、側壁部611と、上面部612と、ベローズ617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および径方向外方へと広がる。ベローズ617は、中心軸J1を中心とする略円筒状であり、上下方向に伸縮可能である。ベローズ617は、気体や液体を通過させない材料にて形成される。
ベローズ617は、側壁部611の周囲に全周に亘って設けられる。ベローズ617の上端部は、上面部612の外縁部の下面に全周に亘って接続される。換言すれば、ベローズ617の上端部は、上面部612を介して側壁部611に間接的に接続される。ベローズ617と上面部612との接続部では、気体や液体の通過が防止される。ベローズ617の下端部は、チャンバ側壁部214および液受け凹部165を構成する部材を介してチャンバ本体121に間接的に接続される。ベローズ617の下端部とチャンバ側壁部214および液受け凹部165を構成する部材との接続部でも、気体や液体の通過が防止される。
図22は、密閉空間160において第2密閉処理が行われる状態の基板処理装置1bの一部を示す断面図である。図22に示すように、チャンバ12は半オープン状態であり、チャンバ本体121とチャンバ蓋部122との間に環状開口81が形成される。カップ部161bは、環状開口81の径方向外側の第1位置に位置しており、側壁部611が環状開口81と径方向に対向する。
第1位置に位置するカップ部161bでは、基板処理装置1と同様に、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161b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、側壁部611の周囲において、ベローズ617の上端部が上面部612に接続され、ベローズ617の下端部がチャンバ本体121に間接的に接続される。これにより、チャンバ本体121とカップ部161b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。
カップ部161b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、ベローズ617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。半オープン状態のチャンバ12と第1位置に位置するカップ部161bとにより、密閉空間160が形成される。
このように、基板処理装置1bでは、簡単な構造で、チャンバ蓋部122とカップ部161bとの間に第1シール615を容易に形成し、チャンバ本体121とカップ部161bとの間に第2シール616を容易に形成することができる。また、第2シール616は、カップ部161bのベローズ617の下端部をチャンバ本体121に接続することにより形成されるため、第2シール616からの気体や液体の漏出をより確実に防止することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、チャンバ開閉機構131は、必ずしもチャンバ蓋部122を上下方向に移動する必要はなく、チャンバ蓋部122が固定された状態で、チャンバ本体121を上下方向に移動することにより、チャンバ12の状態が、オープン状態、半オープン状態および密閉状態の間で切り換えられてもよい。
基板回転機構15のステータ部151およびロータ部152の形状および構造は、様々に変更されてよい。ロータ部152は、必ずしも浮遊状態にて回転する必要はなく、チャンバ12内にロータ部152を機械的に支持するガイド等の構造が設けられ、当該ガイドに沿ってロータ部152が回転してもよい。
基板回転機構15は、必ずしも中空モータである必要はなく、図23に示すように、軸回転型のモータである基板回転機構15aが利用されてもよい。基板回転機構15aは、チャンバ12の外部においてチャンバ12の下方に配置される。基板支持部141には、略円環板状の支持部ベース413の下面に、略円板状の接続部414が固定される。基板回転機構15aの回転軸155は、接続部414の中央の開口に接続される。下部ノズル182は、基板回転機構15aの回転軸155の上端に設けられる。
上記実施の形態に係る基板処理装置では、液受け部16のカップ部161,161a,161bにて受けられた処理液は、廃液されてもよい。また、チャンバ12の内壁にて受けられた処理液も、廃液されても回収されてもよい。液受け部16には、複数のカップ部が設けられてもよい。複数のカップ部をそれぞれ独立して上下方向に移動するカップ部移動機構が設けられることにより、処理液を受けるカップ部を切り替えることができる。
カップ部161,161a,161bでは、上面部612以外の部位(例えば、側壁部611)がチャンバ蓋部122に接することにより、カップ部161,161a,161bとチャンバ蓋部122との間に第1シール615が形成されてもよい。カップ部161,161a,161bの形状は、適宜変更されてよい。
上部ノズル181や下部ノズル182の形状は、突出する形状には限定されない。処理液を吐出する吐出口を有する部位であれば全て本実施の形態のノズルの概念に含まれる。
トッププレート123と基板支持部141とを周方向において係合する機構として、第1係合部241および第2係合部242とは異なる構造が採用されてもよい。例えば、トッププレート123から下方に突出する突起と、基板支持部141の支持部ベース413から上方に突出する突起とが周方向に接するのみでもよい。
トッププレート移動機構126では、必ずしも磁石移動機構263が設けられる必要はない。例えば、チャンバ蓋部122の収容部221の周囲において、複数の環状の電磁石が上下方向に配列され、1つまたは2つの電磁石を選択的にONとすることにより、第1磁石261の上下方向の位置を制御し、これにより、トッププレート123を上下方向に移動してもよい。第2密閉処理が行われる密閉空間160においても、トッププレート移動機構126によるトッププレート123の位置変更が行われてもよい。
基板保持部14では、基板支持部141の各第1接触部411の周方向における両側に、基板押さえ部142の2つの第2接触部421が隣接して配置されるが、1つの第1接触部411の両側に隣接して配置される2つの第2接触部421が、1つの部材の周方向に離間した2つの部位であってもよい。また、各第2接触部421の周方向の両側に2つの第1接触部411が隣接して配置される場合、2つの第1接触部411が、1つの部材の周方向に離間した2つの部位であってもよい。なお、第1接触部411と第2接触部421とは、必ずしも隣接して配置される必要はなく、例えば、4つの第1接触部411および4つの第2接触部421が、交互に等角度間隔にて配列されてもよい。
基板保持部14は、必ずしも、基板支持部141と基板押さえ部142とに分割されて設けられる必要はない。例えば、それぞれが径方向外方へと凹む凹部を有する複数の保持構造が支持部ベース413上に設けられ、各保持構造の凹部に基板9の外縁部が挿入されることにより、各保持構造が、基板9の下側、側方および上側から接して基板9を保持してもよい。
上述のステップS11〜S16において、第3処理液を第1および第2処理液と分離回収したい場合、ステップS13とステップS14との間において、チャンバ12が半オープン状態から密閉状態とされる。また、基板9に対する処理では、基板9の下面92に対する処理液の供給は必ずしも行われなくてもよい。上述の基板処理装置では、基板9に対して様々な処理液(例えば、SPM(硫酸・ 過酸化水素水混合液))が供給され、ステップS11〜S16に示す処理以外の様々な処理が行われてよい。また、チャンバ12の内部空間120や密閉空間160の雰囲気も様々に変更されてよい。
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。