(57)【特許請求の範囲】
【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、
前記基板保持手段に保持された基板の裏面に対向するように配置され、中央部に貫通孔を有する平板状のベース部材と、
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、前記基板保持手段を回転駆動する駆動手段と、
前記回転軸の周囲を取り囲むように前記ベース部材の前記貫通孔に挿入された中空のスリーブと、
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、
前記中空のスリーブの外側において前記ベース部材に通気孔が形成されたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
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。
【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。
【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４０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、基板保持手段に保持された基板の裏面に対向するように配置され、中央部に貫通孔を有する平板状のベース部材と、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、基板保持手段を回転駆動する駆動手段と、回転軸の周囲を取り囲むようにベース部材の貫通孔に挿入された中空のスリーブと、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、中空のスリーブの外側においてベース部材に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中空のスリーブの外側において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、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２１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３０ａ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３０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４０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３１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
【図１】
0003549722.tif 000002
【図２】
0003549722.tif 000003
【図３】
0003549722.tif 000004
【図４】
0003549722.tif 000005
【図５】
0003549722.tif 000006
【図６】
0003549722.tif 000007