JPH10323633A - 基板処理装置および飛散防止カップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転型の基板処理装置において、処理液のカ
ップ外への飛散による漏電や、処理液の跳ね返りによる
基板の汚染を防止すること。 【解決手段】 チャック５０によって保持されて回転す
る基板Ｗの上面にノズルから純水などの洗浄液を供給
し、基板Ｗを回転洗浄する。回転遠心力により基板Ｗ上
から飛び出した洗浄液は上部カップ１０の内壁面１１に
衝突して跳ね返る。この内壁面１１が基板Ｗに対する傾
斜角度θは３０°〜６０°の範囲にされており、この角
度範囲は実測によって決定されている。この角度範囲を
採用することにより、使用済洗浄液はカップ外部へのミ
ストや基板Ｗ上への跳ね返り液滴とはならずに、カップ
内の下方に向けて落下し、カップの下部で捕集される。
このため、カップ外での電気系の漏電や基板の汚染が防
止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板や液
晶基板などの精密電子装置用基板等（以下「基板」と称
する）に処理液を供給して、基板表面に洗浄などの諸処
理を施す基板処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板を回転させつつ洗浄液（典型的には
純水）を基板に供給して洗浄を行う装置においては、洗
浄に使用された後の洗浄液（以下「使用済洗浄液」）が
基板回転に伴う遠心力によって基板上から基板の外周側
へと排出される。そして、この使用済洗浄液が基板の周
囲へ広く飛散してしまうことを防止する目的で飛散防止
カップが用いられている。

【０００３】図９は従来の飛散防止カップＣ0を示す部
分断面図であり、このカップＣ0はその壁面が略鉛直方
向に伸びた円筒形とされている。チャック５によって基
板Ｗが略水平に保持されて水平回転し、使用後洗浄液Ｆ
AはカップＣ0の内壁面に衝突して下方に落下する。そし
て、この使用後洗浄液ＦAはこのカップＣ0の下部で捕集
されて排出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、使用後洗浄
液ＦAの中には、カップＣ0の内壁面に衝突した後に下方
に落下せず、カップＣ0の内外に飛散する部分がある。
このうちカップＣ0の外部に飛散した使用後洗浄液はミ
ストＦMとなって装置の電気系にまで到達し、漏電の原
因になる場合がある。

【０００５】また、使用済洗浄液ＦAのうち、基板Ｗの
中心側に向けて跳ね返った部分は液滴ＦDとして基板Ｗ
上に落下する。このような液滴ＦDは使用済洗浄液の飛
沫であるとともに、カップＣ0への衝突によってその内
壁面の汚れをも拾っているために、その内部にパーティ
クルがかなり含まれている。このため、このような液滴
ＦDは基板Ｗの汚染原因となる。

【０００６】そして、このような問題は純水を洗浄液と
して使用した基板の回転洗浄装置だけではなく、基板を
回転しつつ処理液を供給する基板処理装置一般に生じる
問題である。

【０００７】

【発明の目的】この発明は従来技術における上記の問題
の克服を意図しており、処理液の飛沫やミストがカップ
の外および基板上に跳ね返らず、漏電や基板汚染を有効
に防止できる基板処理装置、およびそのための飛散防止
カップを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明では、基板を回転させつつ前記基板
に処理液を供給して所定の処理を行う基板処理装置にお
いて、a) 基板を略水平に保持した状態で基板を回転さ
せる回転保持手段と、b) 前記基板回転保持手段に保持
された基板を囲み、その上部が開口した飛散防止カップ
と、c) 基板の表面に処理液を供給する処理液供給手段
とを備える。

【０００９】そして、前記飛散防止カップの内壁面の少
なくとも一部と、前記回転保持手段によって保持された
状態での基板とが形成する角度が、３０°〜６０°の範
囲内の角度とされている。

【００１０】また、請求項２の発明では、請求項１の基
板処理装置において、前記飛散防止カップが、b-1) 内
向きに傾斜した中空の円錐台状とされ、少なくとも基板
への前記処理液の供給時には前記基板の周囲を囲む傾斜
側壁部と、b-2) 前記傾斜側壁部の下に連設され、基板
に供給された後の処理液を捕集する捕集部とを有し、前
記傾斜側壁部の内面と前記基板とが形成する角度が、３
０°〜６０°の範囲内の角度とされている。

【００１１】さらに、請求項３の発明は、請求項２の基
板処理装置において、前記飛散防止カップが、b-3) 前
記傾斜側壁部の上端部に連設されて、前記カップの上開
口の内側に向けて張り出した環状の天板部をさらに有す
る。

【００１２】これらの基板処理装置の典型例は純水を使
用した基板洗浄装置である（請求項４の発明）。

【００１３】また、請求項５および請求項６の発明で
は、これらの基板処理装置に使用可能な飛散防止カップ
を提供する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつこの発明
の実施の形態について詳細に説明する。

【００１５】＜A.基板処理装置の概略構成＞まず、この
発明の実施形態である基板処理装置の概略構成を、その
概略断面図である図１を参照して説明する。この実施形
態における基板処理装置１は半導体基板（ウエハ）Ｗの
回転洗浄装置として構成されており、純水を洗浄液とし
て使用する。この装置１の中心部には、基板Ｗを略水平
状態で真空吸着して保持するためのスピンチャック５０
が配置され、このスピンチャック５０の回転軸５１をモ
ータＭで回転駆動することによって、スピンチャック５
０とともに基板Ｗがこの軸５１のまわりに水平面内で回
転する。

【００１６】また、基板Ｗの中心付近に向けて純水など
の洗浄液を供給するための洗浄供給ノズル４１が配置さ
れるとともに、そのような洗浄液の供給を行いつつ基板
表面を走査して洗浄する回転洗浄ブラシ４２が設けられ
ている。回転洗浄の際にはこの回転洗浄ブラシ４２が図
１の仮想線の高さまで下降する。

【００１７】一方、使用済洗浄液の周辺への飛散を防止
し、かつその使用済洗浄液を捕集して所定の洗浄液回収
経路へと導くために樹脂製の飛散防止カップＣが設けら
れており、この飛散防止カップＣの中にスピンチャック
５０と基板Ｗとが収容される。ただし、基板Ｗをスピン
チャック５０上に搬出入する際には、回転洗浄ブラシ４
２は水平旋回してカップＣ上の領域よりも外へと待避し
ているとともに、昇降駆動機構６０によって飛散防止カ
ップＣが下降し、スピンチャック５０が相対的にカップ
Ｃの上部開口Ｓから露出した状態になる。スピンチャッ
ク５０への基板Ｗの搬出入は搬送ロボット（図示せず）
によって行われる。

【００１８】飛散防止カップＣは、上部カップ１０と下
部カップ（捕集部）２０とに大別されるが、上部カップ
１０の下端が下部カップ２０に連設されて一体化されて
いる。さらに上部カップ１０の上端には、上部開口Ｓの
内側に向けて張り出した水平円環状の天板部３０が一体
化されて設けられている。

【００１９】このうち上部カップ１０は中空円錐台の側
面に相当する形状の内壁面１１を有している。回転洗浄
の際においては、基板Ｗの相対的な高さが内壁面１１の
上下範囲Ｈの中に含まれるうようにされる。

【００２０】下部カップ２０はドレイン孔２１などを有
する有底の容器状であり、その中央部は中空のカップ支
持管Ｔに連結されている。このカップ支持管Ｔの中を、
既述した回転軸５１が貫通している。カップＣおよび支
持管Ｔはスピンチャック５０とは非連結であり、スピン
チャック５０が回転してもカップＣは回転しない。

【００２１】＜B.カップＣの詳細構成と作用＞図２は図
１のカップＣのうち上部カップ１０の付近を拡大して基
板Ｗの一部とともに示した部分拡大図である。上部カッ
プ１０の内壁面１１は、鉛直方向から内向きに傾斜した
傾斜側壁部の内面となっており、この内壁面１１が水平
状態の基板Ｗの主面となす角度θは、３０゜〜６０゜の
範囲から選択された角度値を有している。この実施形態
の装置１では、θ＝４５゜である。

【００２２】上部カップ１０は基板Ｗの回転軸に関して
実質的に回転対称の形状とされており、上記の角度関係
は基板Ｗの周囲において上部カップ１０の内壁面１１の
各部で成立している。また、この実施形態の上部カップ
１０は円錐台面状であるため、その断面は図２のごとく
直線状であり、上記の角度関係は図２の上下範囲Ｈの各
部にわたって成立している。

【００２３】基板Ｗの回転洗浄にあたっては、図１のノ
ズル４１から洗浄液Ｆが基板Ｗ上に供給されるととも
に、ブラシ４２によるブラシ洗浄が行われる。このと
き、図３に示すように、基板Ｗに衝突した後の洗浄液Ｆ
は基板Ｗの回転による遠心力によって、上部カップ１０
の内壁面１１に向かって使用済洗浄液ＦAとなって飛び
出し、この内壁面１１に衝突する。

【００２４】ところが、この内壁面１１は内側に傾斜し
た傾斜面となっているため、使用済洗浄液ＦAはカップ
Ｃの外部や基板Ｗの上に飛散することなく、内壁面１１
から基板Ｗの下方に向けて流下する。そして、図１の下
部カップ２０によって捕集され、ドレイン経路２１から
排出または回収される。

【００２５】したがって、使用済洗浄液ＦAはカップＣ
の外部へと飛び出してミストとなったり、飛散液滴とな
って基板Ｗの主面上に戻ることはない。その結果、カッ
プＣの外部における洗浄液ミストに起因して電気系に漏
電を起こすこともなく、また、汚れた使用済洗浄液が基
板Ｗの主面に付着して基板Ｗを再汚染することもない。

【００２６】また、この実施形態では天板部３０が設け
られていることにより、カップ外部へのミストの飛散防
止はさらに効果的になる。

【００２７】＜C.角度θの範囲条件と実験例＞ところ
で、傾斜角度θをどの程度の値にすれば、洗浄液がカッ
プＣの内壁面１１に衝突した際における十分な飛散防止
効果が得られるかについては、洗浄液が液体であるとい
う性質上、単純な力学的反射計算で予測できない。した
がって、実測によって角度θの妥当な範囲を知ることが
好ましいことになる。

【００２８】このような事情から、この発明の発明者は
角度θの種々の値について実測を行ったが、その結果は
以下の通りである（これらをグラフ化した図４および図
５も参照）。

【００２９】この実測は、 基板上の残留パーティクル個数ＮP； カップ外への飛散ミストの密度ＮM（単位：個数／Ｃ
Ｆ）； の２つの量について行っている。ただし、ＣＦは「立法
フィート」であり、図５中にはメートル法でのスケール
も示されている。

【００３０】その結果は、 θ＝９０°のとき： ＮP＝５０，ＮM＝１００００； θ＝７０°のとき： ＮP＝１０，ＮM＝ ４０００； θ＝６０°のとき： ＮP＝ ０，ＮM＝ １００； θ＝４５°のとき： ＮP＝ ０，ＮM＝ ９０； θ＝３０°のとき： ＮP＝ ０，ＮM＝ ９０； であり、このうちθ＝９０゜が図９の従来技術に相当す
る。

【００３１】これらの結果からわかるように、角度θの
減少に従って基板上の残留パーティクル個数ＮMおよび
カップ外飛散ミストの密度ＮPのいずれもが減少するこ
とがわかる。特に、θ＝６０゜付近から以下の角度での
ミストやパーティクルの数の減少は顕著である。

【００３２】そこで、このような実測結果に立脚して、
この発明ではまず「角度θを６０゜以下にする」という
第１条件を課している。

【００３３】ところで、図４および図５からわかるよう
に角度θはゼロに小さいほどよい結果を与える。したが
って、この実測だけからは角度θの下限値はゼロに近く
とることが好ましいことになろう。

【００３４】しかしながら、実際問題として、たとえば
角度θを０゜に近い値にしてしまうと、図６に示すよう
に基板Ｗの付近の周囲を囲むためには上部カップ１０
（したがってカップＣの全体）の平面サイズＤを極めて
大きくしなければならなくなる。

【００３５】これは好ましくない状況である。それは、
基板処理装置１が処理すべき基板Ｗのサイズは時代とと
もに増大傾向にあり、たとえば基板Ｗとしての半導体ウ
エハは、５インチ、８インチから１２インチ（３００m
m）ウエハへと、時代とともに大きくなっているという
ことに関係する。このような状況では、基板Ｗ自身が占
める平面スペースが大きくなるだけでなく、その搬送ス
ペースなども大きくなるため、装置全体の平面サイズす
なわちフットスペースの増大防止が重要な問題になる。
したがって、飛散防止カップにおいてもその平面サイズ
Ｄを著しく増大させることは可能な限り避ける必要があ
る。

【００３６】そこで、この発明では「角度θの下限値を
３０゜とする」という第２条件を課す。この程度の角度
であればカップＣの平面サイズの増大は許容範囲にあ
り、ミストなどの飛散防止と平面サイズ増大防止とのバ
ランスがとれたものとなる。

【００３７】既述したように図１および図２の実施形態
では、θ＝４５゜とされており、この発明における「略
水平状態の基板Ｗ（の主面）からの傾斜角度（テーパ
角）θを３０°〜６０°の範囲内にする」という条件を
満足していることになる。飛散防止を優先する場合には
できるだけ３０゜に近い角度を採用し、平面サイズ増大
の要請を重視しつつ飛散防止を図るのであれば、６０゜
に近い角度値にすればよい。４５゜という角度は、これ
らの中間的な選択に相当する。

【００３８】＜D.変形例＞図１および図２の実施形態で
は、上部カップ１０の内壁面は単一の円錐台面状であっ
たが、図７のように互いに異なる傾斜角度を持った円錐
台面が多段となっているような内壁面でもよい。この場
合、少なくとも一部の内壁面（たとえば図７の内壁面１
１ｂ）と基板Ｗの主面とのなす角度θが３０゜〜６０゜
の範囲にあればよい。

【００３９】また、図８のように上カップを曲面（たと
えばドーム状の切落し球面）で形成する場合には、いず
れか任意の位置での局所的傾斜角θが３０゜〜６０゜の
範囲にあればよい。図８の例では内壁面の部分１１ｃ付
近においてこの条件が満足されている。

【００４０】換言すれば、カップの内壁面のうち基板Ｗ
の周辺にある領域の少なくとも一部について、その部分
が基板Ｗの主面に対する傾斜角度θが３０゜〜６０゜の
範囲にあればよいことになる。

【００４１】さらに、上記実施形態では処理液として純
水を使用した基板洗浄装置を対象としているが、純水以
外についての洗浄液や処理液については以下の通りであ
る。

【００４２】すなわち、厳密に言えば、処理液の粘度な
どによってカップ内壁面での飛沫の散乱方向はある程度
異なってくるため、傾斜角度として好ましい臨界値の厳
密な値は処理液の種類ごとに異なる。しかしながら、以
下の理由によって３０゜〜６０゜という角度範囲は処理
液の多くの種類に適用可能である。

【００４３】まず、純水よりも粘度が高い処理液は一般
に飛散が少ない。それは上部カップの内壁面１１に衝突
した際に、この内壁面への付着性が比較的強いためであ
る。したがって、純水について得られた３０゜〜６０゜
という角度範囲は、これら高粘度の処理液について十分
な飛散防止効果がある。

【００４４】一方、純水よりも粘度が低い処理液につい
てはたとえばθ＝６０゜では飛散防止が十分ではない可
能性もあり得る。その場合は傾斜角度θを６０゜より小
さくして、たとえば３３０゜〜４５゜の範囲で定めるな
ど、低角度側への範囲制限を行えばよい。

【００４５】いずれにしても、純水についての実測から
得られた３０゜〜６０゜という角度範囲は、この純水に
限られるものではなく、多くの処理液に適用可能であ
る。このため、この発明は基板洗浄装置を含む基板処理
装置一般に適用可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明の
基板処理装置では、カップの内壁面の少なくとも一部と
基板とのなす角度を３０°〜６０°の範囲内で選択する
ことにより、使用済処理液がカップ外および基板表面上
に飛散することを防止でき、基板の汚染や電気系の漏電
を有効に防止することができる。

【００４７】また、請求項２の発明では、カップの補集
部については格段の条件を課すことなく、請求項１と同
様の効果を得ることができる。

【００４８】さらに、請求項３の発明では、カップの上
開口の内側に向けて張り出した環状の天板部を設けるこ
とによって、処理液がカップ外に飛散することをさらに
有効に防止できる。

【００４９】請求項４の発明では、請求項１〜請求項３
の発明の典型的適用例としての純水洗浄につき、請求項
１〜請求項３の発明の効果を得ることができる。

【００５０】さらに、請求項５および請求項６の発明で
は、上記の特徴を有する基板処理装置に組み込まれるこ
とが可能な飛散防止カップを提供している。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態に係る基板処理装置の概略
図である。

【図２】図１の飛散防止カップの部分拡大図である。

【図３】図１の飛散防止カップおける使用済洗浄液の飛
散防止作用を説明する部分拡大図である。

【図４】カップの傾斜角とカップ外飛散ミスト数との関
係の実測値を示したグラフである。

【図５】カップの傾斜角と基板残留パーティクル数との
関係の実測値を示したグラフである。

【図６】飛散防止カップの平面サイズ増大の説明図であ
る。

【図７】この発明の飛散防止カップの他の例を示す図で
ある。

【図８】この発明の飛散防止カップのさらに他の例を示
す図である。

【図９】従来の飛散防止カップとその問題点を説明する
図である。

【符号の説明】

Ｃ 飛散防止カップ Ｗ 基板 θ 上部カップの内壁面と基板とがなす角度 Ｆ 洗浄液 ＦA 使用済洗浄液 Ｓ カップの上開口 １ 基板洗浄装置（基板処理装置） １０ 上部カップ １１ 内壁面 ２０ 下部カップ（捕集部） ３０ 環状の天板 ５０ スピンチャック

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を回転させつつ前記基板に処理液を
   供給して所定の処理を行う基板処理装置であって、 a) 基板を略水平に保持した状態で基板を回転させる回
   転保持手段と、 b) 前記基板回転保持手段に保持された基板を囲み、そ
   の上部が開口した飛散防止カップと、 c) 基板の表面に処理液を供給する処理液供給手段と、
   を備え、 前記飛散防止カップの内壁面の少なくとも一部と、前記
   回転保持手段によって保持された状態での基板とが形成
   する角度が、３０°〜６０°の範囲内の角度とされてい
   ることを特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１の基板処理装置において、 前記飛散防止カップが b-1) 内向きに傾斜した中空の円錐台状とされ、少なく
   とも基板への前記処理液の供給時には前記基板の周囲を
   囲む傾斜側壁部と、 b-2) 前記傾斜側壁部の下に連設され、基板に供給され
   た後の処理液を捕集する捕集部と、を有し、 前記傾斜側壁部の内面と前記基板とが形成する角度が、
   ３０°〜６０°の範囲内の角度とされていることを特徴
   とする基板処理装置。
3. 【請求項３】 請求項２の基板処理装置において、 前記飛散防止カップが b-3) 前記傾斜側壁部の上端部に連設されて、前記カッ
   プの上開口の内側に向けて張り出した環状の天板部、を
   さらに有することを特徴とする基板処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の基板処理装置において、 前記処理液が純水であることを特徴とする基板処理装
   置。
5. 【請求項５】 上部で開口するとともに、ほぼ水平に収
   容保持された基板を囲み、前記基板上に供給される処理
   液の飛散を防止する飛散防止カップであって、 a) 内向きに傾斜した中空の円錐台状とされ、基板を略
   水平状態で収容可能な傾斜側壁部と、 b) 前記傾斜側壁部の下に連設され、基板に供給された
   後の処理液を捕集する捕集部と、を備え、 前記基板を前記カップ中に略水平に収容したときに、前
   記傾斜側壁部の内面と前記基板とが形成する角度が、３
   ０°〜６０°の範囲内の角度となるようにされているこ
   とを特徴とする飛散防止カップ。
6. 【請求項６】 請求項５の飛散防止カップであって、さ
   らに、 c-3) 前記傾斜側壁部の上端部に連設されて、前記カッ
   プの上開口の内側に向けて張り出した環状の天板部、を
   備えることを特徴とする飛散防止カップ。