JP6028929B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板に、フォトレジスト液、リンス液や洗浄液などの処理液を供給して、基板を処理する基板処理装置に関するものである。

従来の基板処理装置として特許文献１には、基板を保持して回転駆動する回転駆動手段と、前記基板に対して処理液を供給する処理液供給手段と、前記基板の周囲を囲って処理液の飛散を防止する飛散防止カップと、前記回転駆動手段と前記処理液供給手段と前記飛散防止カップとを覆い、上方から下方へ向かう気流を連通可能に構成され、前記飛散防止カップ内を排気するカップ内排気口を形成されている外容器とを備え、前記外容器には、前記飛散防止カップの周囲のダウンフローを排気するカップ外排気口が形成されている回転式基板処理装置が開示されている。

特開平９−１４８２３１号公報

しかしながら、特許文献１の発明に係る回転式基板処理装置では、チャンバ（外容器）は、回転駆動手段、処理液供給手段、飛散防止カップ及びドレインタンク（薬液回収タンク）とを収容しているため、チャンバがかなり大きい容積を有するものになる。このように、チャンバの容積が大きくなると、チャンバ自体のコストがアップして、しかも、チャンバ内の空調性能（排気能力）も高くする必要がある。さらに、薬液が腐食性の場合、チャンバ内全域に耐食性処理を施す必要があり、さらなるコストアップが懸念される。また、チャンバの内部には上述したような様々な構成部材が収容されているために、メンテナンスも容易ではなく、薬液に触れる可能性もあり、好ましくない。さらに、薬液は有害な場合が多く、チャンバ内の残留蒸気は製品品質に悪影響をもたらす懸念もあり、しかも、従来の基板処理装置では、チャンバ内から排気口へ均一の気流（ダウンフロー）が得られていない、すなわち、チャンバ内における排気口への排気量分布を均一にすることができない、という問題を有していた。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、チャンバを小型化して、さらに、チャンバ内から効果的に排液及び排気することのできる基板処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の基板処理装置は、基板を支持して回転駆動する回転支持体と、該回転支持体上の前記基板に対して処理液を供給する処理液供給ノズルと、前記基板を囲むように配置され、飛散した処理液を回収する回収カップと、前記回転支持体、前記処理液供給ノズル及び前記回収カップを収容するチャンバと、該チャンバの下方の開口を閉塞するように配置され、前記回収カップからの排液及び前記チャンバ内からの排気を収集する、板部材で構成される収集トレーと、を備え、前記収集トレーは、その上面を凹設して形成した、前記回収カップからの排液を収集する排液収集凹部と、その上面を凹設して形成した、前記チャンバ内からの排気を収集する排気収集凹部と、前記排液収集凹部に連通して、前記収集トレーの側面から外方に突設される排液ポートと、前記排気収集凹部に連通して、前記収集トレーの側面から外方に突設され、前記排液ポートと同じ方向に指向する排気ポートと、を備えることを特徴としている。
これにより、チャンバを小型化することができ、チャンバ内から効果的に排液及び排気を行うことができる。

なお、本発明の基板処理装置の各種態様およびそれらの作用については、以下の発明の態様の項において詳しく説明する。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。なお、各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付して、必要に応じて他の項を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施の形態等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要件を付加した態様も、また、各項の態様から構成要件を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。

（１）基板を支持して回転駆動する回転支持体と、該回転支持体上の前記基板に対して処理液を供給する処理液供給ノズルと、前記基板を囲むように配置され、飛散した処理液を回収する回収カップと、前記回転支持体、前記処理液供給ノズル及び前記回収カップを収容するチャンバと、該チャンバの下方の開口を閉塞するように配置され、前記回収カップからの排液及び前記チャンバ内からの排気を収集する、板部材で構成される収集トレーと、を備え、前記収集トレーは、その上面を凹設して形成した、前記回収カップからの排液を収集する排液収集凹部と、その上面を凹設して形成した、前記チャンバ内からの排気を収集する排気収集凹部と、前記排液収集凹部に連通して、前記収集トレーの側面から外方に突設される排液ポートと、前記排気収集凹部に連通して、前記収集トレーの側面から外方に突設され、前記排液ポートと同じ方向に指向する排気ポートと、を備えることを特徴とする基板処理装置（請求項１の発明に相当）。
（１）項の基板処理装置では、チャンバ内に配置する構成部材を、回転支持体、処理液供給ノズル及び回収カップの最小限として、回転支持体を回転させるモータ、処理液供給ノズルを所定の位置に移動させるモータ、回収カップを上下方向に移動させるカップ上下方向移動機構及び排液タンク等をチャンバ外に配置して、且つチャンバの下方の開口を閉塞する収集トレーにより回収カップ内の排液及びチャンバ内の排気を収集するようにしたので、チャンバの容積を最小限にすることができる。
また、（１）項の基板処理装置では、排液収集凹部に連通して、収集トレーの側面から外方に突設される排液ポートと、排気収集凹部に連通して、収集トレーの側面から外方に突設され、排液ポートと同じ方向に指向する排気ポートとを備えているので、装置全体を小型化することができ、専有スペースを小さくすることができる。

（２）前記排液収集凹部の底部には排液を案内する案内溝が形成されることを特徴とする（１）項に記載の基板処理装置（請求項２の発明に相当）。
（２）項の基板処理装置では、収集トレーの排液収集凹部内に収集された排液は案内溝に沿ってスムーズに案内されて、排液収集凹部の一箇所に収集される。

（３）前記案内溝は平面視Ｃ字状に延びることを特徴とする（２）項に記載の基板処理装置。
（３）項の基板処理装置では、回収カップ内からの排液の収集効率を向上させることができる。

（４）前記排気収集凹部は２箇所設けられることを特徴とする（１）項〜（３）項のいずれかに記載の基板処理装置。
（４）項の基板処理装置では、チャンバ内における収集トレーの各排気収集凹部への排気量分布を略均一にすることができる。

（５）前記回収カップと前記収集トレーの排液収集凹部とは複数のカップ用排液ポートにより連通されることを特徴とする（１）項〜（４）項のいずれかに記載の基板処理装置。
（５）項の基板処理装置では、複数のカップ用排液ポートにより回収カップ内の排液がスムーズに収集トレーの排液収集凹部に流れ込むようになる。

（６）前記収集トレーの上面は、複数の排気用孔を有したカバーにより覆われていることを特徴とする（１）項〜（５）項のいずれかに記載の基板処理装置（請求項３の発明に相当）。
（６）項の基板処理装置では、チャンバ内の気流は、カバーの各排気用孔を経由して収集トレーの排気収集凹部内に収集されるので、チャンバ内における排気収集凹部への排気量分布を略均一にすることができる。

（７）前記各排気用孔は、前記収集トレーの排気収集凹部との距離によりその内径の大きさが相違することを特徴とする（６）項に記載の基板処理装置（請求項４の発明に相当）。
（８）前記各排気用孔の内径の大きさは、前記排気収集用凹部との距離が短くなるにつれて小さく形成されることを特徴とする（７）項に記載の基板処理装置。
（７）項及び（８）項の基板処理装置では、特に、チャンバ内からの排気量が少ない場合、チャンバ内における収集トレーの排気収集凹部への排気量分布を略均一にすることができる。

（９）前記回収カップの側方に、前記収集トレーの前記排液収集凹部に連通する管状部材が立設され、前記処理液供給ノズルは前記管状部材の上方に移動可能であることを特徴とする（１）項〜（８）項のいずれかに記載の基板処理装置（請求項５の発明に相当）。
（９）項の基板処理装置では、処理液供給ノズルから模擬的に噴射された処理液を、管状部材を経由して収集トレーの排液収集凹部内に収集することができる。

本発明によれば、チャンバを小型化して、さらに、チャンバ内から効果的に排液及び排気することのできる基板処理装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置の斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置の斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置の部分的な断面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置に採用した収集トレーの斜視図である。 図５の（ａ）は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置に採用した収集トレーの平面図であり、（ｂ）は、収集トレーの側面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図１〜図５に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係る基板処理装置１は、図１〜図３に示すように、基板、例えば半導体ウエハ２に、フォトレジスト液、リンス液や洗浄液などの処理液を供給して、半導体ウエハ２を処理するものである。本基板処理装置１では、チャンバ３内に回転支持体４、処理液供給ノズル５及び回収カップ６を収容して構成される。チャンバ３は、下方を開放する略直方体に形成される。チャンバ３の下方の開口は収集トレー１０にて閉塞される。チャンバ３内にはその上部から気流が送り込まれる。なお、チャンバ３の側部には開口（図示略）が設けられ、該開口に半導体ウエハ２の出し入れやメンテナンス時に開閉する開閉自在カバー（図示略）が取り付けられている。

図１〜図３に示すように、回転支持体４の上面には半導体ウエハ２が吸引固定される。回転支持体４の下面には回転駆動手段１１が連結されている。該回転駆動手段１１は、回転支持体４に連結される回転軸１２と、回転軸１２に連結されるモータ１３と、該回転軸１２を上部ベアリング１４ａ及び下部ベアリング１４ｂを介して回転自在に支持するハウジング１５とから概略構成されている。なお、回転駆動手段１１のモータ１３は、チャンバ３外で収集トレー１０の下方に配置されている。ハウジング１５の上部はハウジング用カバー１６で覆われている。ハウジング１５は収集トレー１０の略中央部に設けた開口部４４に挿通されている。ハウジング用カバー１６の下部が収集トレー１０の支持面４５（図４参照）に固定される。

チャンバ３内において、回転支持体４に吸引固定された半導体ウエハ２の外周縁全域に回収カップ６が配置されている。回収カップ６は、カップ上下方向移動機構２０により上下方向に移動可能に構成される。なお、カップ上下方向移動機構２０は、チャンバ３外で収集トレー１０の下方に配置されている。回収カップ６は、円環状に延びるカップ本体２１と、カップ本体２１の内周部全域から上方に向けて延びる内側回収壁部２３と、カップ本体２１の外周部全域から上方に向けて延びる外側回収壁部２４とから構成される。カップ本体２１は、断面矩形状の回収溝部２２を有する上方を開放した断面コ字状に形成される。カップ本体２１の上部内周面には、内方に向かって環状壁部２５が一体的に延びている。内側回収壁部２３はカップ本体２１の内周壁部全域から内方に向かって斜め上方にく字状に屈曲して延びている。一方、外側回収壁部２４もカップ本体２１の外周壁部全域から内方に向かって斜め上方にく字状に屈曲して延びている。外側回収壁部２４は内側回収壁部２３の上方に間に間隔を置いて覆い被さるように配置される。そして、これら内側回収壁部２３の上部と外側回収壁部２４の上部との間に半導体ウエハ２の外周端部が位置するようになる。カップ本体２１の回収溝部２２の底部には、周方向に間隔を置いてカップ用排液ポート２６が複数接続され、回収溝部２２内と各カップ用排液ポート２６とが連通するようになる。

本基板処理装置１には処理液供給手段３０が複数備えられている。本実施の形態では、本基板処理装置１に処理液供給手段３０が２セット備えられている。該処理液供給手段３０は、複数の処理液供給ノズル５（本実施形態では２本）と、複数の処理液供給ノズル５が一端部に備えられるアーム３１と、該アーム３１の他端部を支持する柱状体３２と、該柱状体３２を回動させるモータ３３と、処理液供給ノズル５（柱状体３２）を上下方向に移動させるノズル上下方向移動機構３４とから概略構成される。各処理液供給ノズル５はその先端が下方を向くようにアーム３１の一端部に連結されている。柱状体３２は支持部材３５を介して収集トレー１０に回動自在に、また上下方向に移動自在に支持される。各処理液供給手段３０のうち、各処理液供給ノズル５、アーム３１及び柱状体３２はチャンバ３内に配置されている。一方、モータ３３及びノズル上下方向移動機構３４は、チャンバ３外で収集トレー１０の下方に配置されている。本基板処理装置１に備えた各処理液供給手段３０の各柱状体３２は、収集トレー１０の４隅のうち互いに隣接する第１角部３６及び第２角部３７にそれぞれ配置されている。

収集トレー１０は、チャンバ３の下方の開口を塞ぐように略矩形状の所定厚の板部材で構成される。また、収集トレー１０は複数の支柱４０により支持本体４１により支持される。図４及び図５も参照して、収集トレー１０の上面には、排液収集凹部４２と各排気収集凹部４３、４３とが形成されている。収集トレー１０の略中央部には、回転駆動手段１１のハウジング１５が挿通される開口部４４が形成される。開口部４４の周りに、回転駆動手段１１を支持する支持面４５が十字状に形成される。排液収集凹部４２は、支持面４５の周りで図５における斜線で示す範囲に形成される。排液収集凹部４２の底部には排液を案内する案内溝４６が形成される。案内溝４６は平面視略Ｃ字状に延びている。排気収集凹部４３、４３は、第１角部３６と第２角部３７との間に間隔をおいて２箇所（図５において斜線で示す範囲）形成されている。なお、排液収集凹部４２は、その一部が各排気収集凹部４３と４３との間に入り込むように形成されており、この部分に排液収集凹部４２の案内溝４６内の排液が流れ込むようになっている。各排気収集凹部４３、４３と排液収集凹部４２とは各仕切壁４７、４７により区画されている。収集トレー１０の一側面には、第１角部３６側に排気用第１孔４９と、第２角部３７側に排気用第２孔５０と、排気用第１孔４９と排気用第２孔５０との間に排液用孔５１とが形成されている。排気用第１孔４９及び排気用第２孔５０がそれぞれ各排気収集凹部４３、４３に連通している。排液用孔５１が排液収集凹部４２に連通している。排気用第１孔４９及び排気用第２孔５０に排気ポート５２、５２（図２参照）がそれぞれ接続されている。排液用孔５１に排液ポート５３（図２参照）が接続されている。その結果、各排気ポート５２、５２の出口の向きと排液ポート５３の出口の向きとが同じ方向を向くようになる。各排気ポート５２、５２はチャンバ３外に設置される吸引ポンプ（図示略）に連通される。また、排液ポート５３はチャンバ３外に設置される排液タンク（図示略）に連通される。

図１〜図３に示すように、収集トレー１０の上面で第１角部３６及び第２角部３７を除く範囲がカバー５５により閉塞されている。カバー５５には、回転駆動手段１１が挿通される開口部５６と、複数の排気用孔５７と、各カップ用排液ポート２６が挿通される複数の挿通孔５８とが形成されている。開口部５６は略中央に形成される。開口部５６の周りの全域に互いに間隔を置いて複数の排気用孔５７が形成される。各排気用孔５７は、収集トレー１０の各排気収集凹部４３、４３との距離によりその内径の大きさが相違している。好ましくは、各排気用孔５７の大きさは、収集トレー１０の各排気収集凹部４３との距離が短くなるにつれて小さく形成される。各挿通孔５８は、回収カップ６から垂設された複数のカップ用排液ポート２６と対応する位置に形成される。各挿通孔５８の下方には収集トレー１０の排液収集凹部４２が位置している。その結果、回収カップ６の回収溝部２２内に回収された排液は各カップ用排液ポート２６を経由して収集トレー１０の排液収集凹部４２に導かれるようになる。

図１及び図２に示すように、チャンバ３内において、回収カップ６の側方の位置に複数の管状部材６０が立設されている（本実施の形態では４本）。詳細には、各管状部材６０は、各処理液供給手段３０の各アーム３１が収集トレー１０の一辺と平行になるようにそれぞれ回動した際各処理液供給ノズル５に対向する位置にそれぞれ立設されている。各管状部材６０は、カバー５５を挿通して、その下端開口が収集トレー１０の排液収集凹部４２に臨むようになっている。

次に、本発明の実施の形態に係る基板処理装置１の作用を説明する。
まず、チャンバ３内の回転支持体４の上面に半導体ウエハ２が搬送されて、半導体ウエハ２は回転支持体４の上面に吸引固定される。回収カップ６がカップ上下方向移動機構２０を作動させることにより所定高さに配置される。各処理液供給手段３０のうちいずれか一方の処理液供給手段３０の柱状体３２を回動させることによりアーム３１を回動させて、各処理液供給ノズル５の先端が半導体ウエハ２表面の中心部の上方に位置するようにして、且つ各処理液供給ノズル５はノズル上下方向移動機構３４を作動させることにより所定高さに配置される。

ところで、処理液供給手段３０の各処理液供給ノズル５から処理液を模擬的に噴射する際には、処理液供給手段３０の柱状体３２を回動させることによりアーム３１を回動させて、各処理液供給ノズル５の先端が各管状部材６０の上方に位置するようにする。続いて、処理液供給手段３０の各処理液供給ノズル５の先端から処理液を模擬的に噴射させる。すると、その処理液は、各管状部材６０を経て収集トレー１０の排液収集凹部４２に導かれ、最終的に排液収集凹部４２に設けた案内溝４６に沿って排液ポート５３に至り、該排液ポート５３から排液タンクに排出される。

次に、回転駆動手段１１を駆動させることにより、回転軸１２が回転すると共に回転支持体４が回転して、その結果、半導体ウエハ２が回転する。続いて、処理液供給手段３０の各処理液供給ノズル５から半導体ウエハ２の中心部に向かって処理液が噴射される。これと同時に、チャンバ３の上部から、温度、湿度及び風量が調節された気流がチャンバ３内に送り込まれる。

次に、半導体ウエハ２を処理した後の排液は、回収カップ６の外側回収壁部２４と内側回収壁部２３との間からカップ本体２１の回収溝部２２内に回収される。続いて、カップ本体２１の回収溝部２２内に回収された排液は各カップ用排液ポート２６を経て収集トレー１０の排液収集凹部４２に導かれる。そして、排液は、最終的に収集トレー１０の排液収集凹部４２に設けた案内溝４６に沿って排液ポート５３に至り、該排液ポート５３から排液タンクに排出される。一方、処理中は吸引ポンプが駆動された状態となる。その結果、チャンバ３内の気流はダウンフローして、カバー５５の各排気用孔５７から収集トレー１０の各排気収集凹部４３、４３に導かれて、各排気ポート５２、５２からチャンバ３外に排気される。この時、チャンバ３内における収集トレー１０の各排気収集凹部４３、４３への排気量分布が略均一になる。また、収集トレー１０の排液収集凹部４２と各排気収集凹部４３、４３とは各仕切壁４７、４７にて区画されているので、チャンバ３内からの排気と回収カップ６内からの排液とが混合されることはない。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る基板処理装置１では、チャンバ３内に、半導体ウエハ２を支持して回転駆動する回転支持体４、該回転支持体４上の半導体ウエハ２に対して処理液を供給する処理液供給ノズル５及び半導体ウエハ２を囲むように配置される回収カップ６の必要最小限を収容するようにして、回収カップ６からの排液及びチャンバ３内からの排気を収集する収集トレー１０をチャンバ３の下方の開口を閉塞するように配置したので、チャンバ３の容積を最小限にできると共に効果的にチャンバ３内の排液及び排気を行うことができる。具体的には、チャンバ３内へ収容する構成部材を、回転支持体４、処理液供給ノズル５及び回収カップ６の必要最小限として、一方、回転支持体４を回転させるモータ１３、各処理液供給ノズル５をアーム３１を介して回動させるモータ３３、ノズル上下方向移動機構３４、カップ上下方向移動機構２０及び排液タンク等をチャンバ３外に配置するようにしたので、チャンバ３の容積を最小限にすることが可能になり、コスト削減を達成することができる。

また、本発明の実施の形態に係る基板処理装置１では、収集トレー１０の排液収集凹部４２と各排気収集凹部４３、４３とが各仕切壁４７、４７により区画されているので、チャンバ３内からの排気と回収カップ６内からの排液とが混ざることはない。
さらに、本発明の実施の形態に係る基板処理装置１では、収集トレー１０の上面を塞ぐカバー５５に設けた複数の排気用孔５７は、収集トレー１０の各排気収集凹部４３、４３との距離によりその内径の大きさが相違しており、具体的には、各排気用孔５７の内径の大きさは、収集トレー１０の各排気収集凹部４３、４３との距離が短くなるにつれて小さく形成される。この結果、特に、チャンバ３内からの排気量が少ない場合、チャンバ３内における収集トレー１０の各排気収集凹部４３、４３への排気量分布を略均一にすることができる。

さらに、本発明の実施の形態に係る基板処理装置１では、チャンバ３内において、回収カップ６の側方に収集トレー１０の排液収集凹部４２に連通する各管状部材６０が立設されており、処理液を各処理液供給ノズル５から模擬的に噴射させる際（処理液を捨て打ちする際）には、各処理液供給ノズル５を各管状部材６０の上方に移動させた後、処理液を模擬的に噴射させれば、その処理液は、各管状部材６０を経て収集トレー１０の排液収集凹部４２の案内溝４６に沿って排液ポート５３から排液タンクに排出される。これにより、必要最小限の構成部材にて、処理液の捨て打ち工程を実施可能になり、本基板処理装置１のコストをさらに削減することができる。

１ 基板処理装置，２ 半導体ウエハ（基板），３ チャンバ，４ 回転支持体，５ 処理液供給ノズル，６ 回収カップ，１０ 収集トレー，１１ 回転駆動手段，３０ 処理液供給手段，４２ 排液収集凹部，４３ 排気収集凹部，４６ 案内溝，４７ 仕切壁，５５ カバー，５７ 排気用孔，６０ 管状部材

Claims (5)

1. 基板を支持して回転駆動する回転支持体と、
   該回転支持体上の前記基板に対して処理液を供給する処理液供給ノズルと、
   前記基板を囲むように配置され、飛散した処理液を回収する回収カップと、
   前記回転支持体、前記処理液供給ノズル及び前記回収カップを収容するチャンバと、
   該チャンバの下方の開口を閉塞するように配置され、前記回収カップからの排液及び前記チャンバ内からの排気を収集する、板部材で構成される収集トレーと、を備え、
   前記収集トレーは、
   その上面を凹設して形成した、前記回収カップからの排液を収集する排液収集凹部と、
   その上面を凹設して形成した、前記チャンバ内からの排気を収集する排気収集凹部と、
   前記排液収集凹部に連通して、前記収集トレーの側面から外方に突設される排液ポートと、
   前記排気収集凹部に連通して、前記収集トレーの側面から外方に突設され、前記排液ポートと同じ方向に指向する排気ポートと、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記排液収集凹部の底部には排液を案内する案内溝が形成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. 前記収集トレーの上面は、複数の排気用孔を有したカバーにより覆われてい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. 前記各排気用孔は、前記収集トレーの排気収集凹部との距離によりその内径の大きさが相違することを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記回収カップの側方に、前記収集トレーの前記排液収集凹部に連通する管状部材が立設され、
   前記処理液供給ノズルは前記管状部材の上方に移動可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理装置。

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