JP2003203893A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波振動子等の振動発生機器を追加して設
置することなく，処理液に微振動を与えることができる
基板処理装置及び基板処理方法を提供する。 【解決手段】 基板Ｗに処理液を供給し，基板Ｗを回転
させて処理する基板処理装置において，基板Ｗを保持す
るスピンチャック７１と，前記スピンチャック７１の回
転を司るサーボ機構９０を備え，前記サーボ機構９０の
制御系の安定度を低下させ，又は制御系を不安定にする
ことにより，基板Ｗに供給した処理液に振動を与えて処
理することとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，例えば半導体ウェ
ハやＬＣＤ基板用ガラス等の基板を洗浄処理などする基
板処理装置及び基板処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体デバイスの製造プロセスに
おいては，半導体ウェハ（以下，「ウェハ」という。）
に対して処理液を供給し，現像，塗布，洗浄等の処理を
行う処理システムが使用されている。かような処理シス
テムに備えられる枚葉式の基板処理装置は，略水平に保
持したウェハに対して，処理液の供給機構からノズル等
により処理液を供給し，処理液によって所定の処理を施
すものである。この基板処理装置には，ウェハを保持す
ると共に水平面内で回転させることができるスピンチャ
ックが備えられ，これによりウェハを回転保持し，処理
面上に供給された処理液を遠心力により処理面全体に拡
散させて処理する。スピンチャックは例えばサーボモー
タによって回転駆動される。即ち，例えばスピンチャッ
クに巻回したベルトをサーボモータによって周動させる
ことにより，スピンチャック及びウェハを回転させる構
成となっている。サーボモータの回転は，回転速度を制
御量として目標値の変化に追従するサーボ機構によって
制御される。また，処理レシピ等を記憶したコンピュー
タがサーボ機構に接続され，このコンピュータの命令に
従って，処理に応じた回転速度の目標値が設定されるよ
うになっている。

【０００３】さらに，かかる枚葉式基板処理装置にあっ
ては，ウェハの処理面上に供給される処理液に微小振動
を与え，処理液による処理を促進させる方法が用いられ
る。即ち，例えばウェハを洗浄処理する場合は洗浄性能
が向上し，薬液処理を行う場合は薬液の化学反応を促進
させることができる。これにより，ウェハの処理効率の
向上を図るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，従来の
基板処理装置においては，処理液に微小振動を与えるた
めには，上記の構成装置の他に振動を発生させる機器を
追加して設置する必要があった。例えば，ウェハに微小
振動を与える微小振動発生装置や超音波振動子等を備え
たり，あるいは，処理液の供給機構にメガソニック器等
を設け，微小振動を与えた処理液をウェハに供給するよ
うにしていた。

【０００５】従って，本発明の目的は，超音波振動子等
の振動発生機器を追加して設置することなく，処理液に
微小振動を与えることができる基板処理装置及び基板処
理方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，本発明によれば，基板に処理液を供給し，基板を回
転させて処理する基板処理装置であって，基板を保持す
るスピンチャックと，前記スピンチャックの回転を司る
サーボ機構を備え，前記サーボ機構の制御系の安定度を
低下させ，又は制御系を不安定にすることにより，基板
に供給した処理液に振動を与えて処理することを特徴と
する，基板処理装置が提供される。かかる基板処理装置
にあっては，振動発生機器を追加して設置しなくても，
処理液による処理を促進させ，振動発生機器によって振
動を与えた場合と同様の効果を得ることができる。

【０００７】また，前記制御系のゲイン余裕を変化させ
る機能を備え，前記ゲイン余裕を安定状態でなくなる値
に変更することにより，前記制御系の安定度を低下さ
せ，又は制御系を不安定にすることが好ましい。さら
に，前記サーボ機構はサーボモータとエンコーダを備え
ることが好ましい。

【０００８】また，本発明によれば，基板に処理液を供
給し，基板を回転させて処理する基板処理方法であっ
て，前記基板の回転速度に遅速を与えることにより，基
板に供給した処理液に振動を与えて処理することを特徴
とする，基板処理方法が提供される。さらに，基板に処
理液を供給して処理する基板処理方法であって，前記基
板の回転速度に遅速を与えることにより，基板に供給し
た処理液に振動を与えて処理することを特徴とする，基
板処理方法が提供される。かかる基板処理方法にあって
は，振動発生機器を追加して設置する必要がない。

【０００９】さらに，基板を保持するスピンチャックの
回転を司るサーボ機構の制御系の安定度を低下させ，又
は不安定にすることにより，基板に供給した処理液に振
動を与えることが好ましい。また，前記制御系のゲイン
余裕を変化させることにより，前記制御系の安定度を低
下させ，又は制御系を不安定にすることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下，本発明の好ましい実施の形
態を，基板の一例としてウェハの表面を洗浄する基板処
理装置としての基板洗浄ユニットに基づいて説明する。
図１は，本実施の形態にかかる基板洗浄ユニット１２，
１３，１４，１５を組み込んだ洗浄処理システム１の平
面図である。図２は，その側面図である。この洗浄処理
システム１は，ウェハＷに洗浄処理及び洗浄処理後の熱
的処理を施す洗浄処理部２と，洗浄処理部２に対してウ
ェハＷを搬入出する搬入出部３から構成されている。

【００１１】搬入出部３は，複数枚，例えば２５枚のウ
ェハＷが所定の間隔で略水平に収容可能な容器（キャリ
アＣ）を載置するための載置台６が設けられたイン・ア
ウトポート４と，載置台６に載置されたキャリアＣと洗
浄処理部２との間でウェハの受け渡しを行うウェハ搬送
装置７が備えられたウェハ搬送部５と，から構成されて
いる。

【００１２】ウェハＷはキャリアＣの一側面を通して搬
入出され，キャリアＣの側面には開閉可能な蓋体が設け
られている。また，ウェハＷを所定間隔で保持するため
の棚板が内壁に設けられており，ウェハＷを収容する２
５個のスロットが形成されている。ウェハＷは表面（半
導体デバイスを形成する面）が上面（ウェハＷを水平に
保持した場合に上側となっている面）となっている状態
で各スロットに１枚ずつ収容される。

【００１３】イン・アウトポート４の載置台６上には，
例えば，３個のキャリアを水平面のＹ方向に並べて所定
位置に載置することができるようになっている。キャリ
アＣは蓋体が設けられた側面をイン・アウトポート４と
ウェハ搬送部５との境界壁８側に向けて載置される。境
界壁８においてキャリアＣの載置場所に対応する位置に
は窓部９が形成されており，窓部９のウェハ搬送部５側
には，窓部９をシャッター等により開閉する窓部開閉機
構１０が設けられている。

【００１４】この窓部開閉機構１０は，キャリアＣに設
けられた蓋体もまた開閉可能であり，窓部９の開閉と同
時にキャリアＣの蓋体も開閉する。窓部９を開口してキ
ャリアＣのウェハ搬入出口とウェハ搬送部５とを連通さ
せると，ウェハ搬送部５に配設されたウエハ搬送装置７
のキャリアＣへのアクセスが可能となり，ウェハＷの搬
送を行うことが可能な状態となる。

【００１５】ウェハ搬送部５に配設されたウエハ搬送装
置７は，Ｙ方向とＺ方向に移動可能であり，かつ，Ｘ―
Ｙ平面内（θ方向）で回転自在に構成されている。ま
た，ウェハ搬送装置７は，ウェハＷを把持する取出収納
アーム１１を有し，この取出収納アーム１１はＸ方向に
スライド自在となっている。こうして，ウェハ搬送装置
７は，載置台６に載置された全てのキャリアＣの任意の
高さのスロットにアクセスし，また，洗浄処理部２に配
設された上下２台のウェハ受け渡しユニット１６，１７
にアクセスして，イン・アウトポート４側から洗浄処理
部２側へ，逆に洗浄処理部２側からイン・アウトポート
４側へウェハＷを搬送することができるようになってい
る。

【００１６】洗浄処理部２は，主ウェハ搬送装置１８
と，ウェハ搬送部５との間でウェハＷの受け渡しを行う
ためにウェハＷを一時的に載置するウェハ受け渡しユニ
ット１６，１７と，本実施の形態にかかる４台の基板洗
浄ユニット１２，１３，１４，１５と，洗浄処理後のウ
ェハＷを加熱処理する３台の加熱ユニット及び加熱され
たウェハＷを冷却する冷却ユニットからなる加熱・冷却
部１９とを備えている。主ウェハ搬送装置１８は，ウェ
ハ受け渡しユニット１６，１７，基板洗浄ユニット１
２，１３，１４，１５，加熱・冷却部１９の全てのユニ
ットにアクセス可能に配設されている。

【００１７】また，洗浄処理部２は，洗浄処理システム
１全体を稼働させるための電源である電装ユニット２３
と，洗浄処理システム１内に配設された各種装置及び洗
浄処理システム１全体の動作制御を行う機械制御ユニッ
ト２４と，基板洗浄ユニット１２，１３，１４，１５に
送液する所定の処理液を貯蔵する薬液貯蔵ユニット２５
とが配設されている。電装ユニット２３は図示しない主
電源と接続される。洗浄処理部２の天井部には，各ユニ
ット及び主ウェハ搬送装置１８に，清浄な空気をダウン
フローするためのファンフィルターユニット（ＦＦＵ）
２６が配設されている。

【００１８】電装ユニット２３と薬液貯蔵ユニット２５
と機械制御ユニット２４を洗浄処理部２の外側に設置す
ることによって，又は外部に引き出すことによって，こ
の面（Ｙ方向）からウェハ受け渡しユニット１６，１
７，主ウェハ搬送装置１８，加熱・冷却部１９のメンテ
ナンスを容易に行うことが可能である。

【００１９】ウェハ受け渡しユニット１６，１７は，い
ずれもウェハ搬送部５との間でウェハＷの受け渡しを行
うためにウェハＷを一時的に載置するものであり，これ
らウェハ受け渡しユニット１６，１７は上下２段に積み
重ねられて配置されている。例えば，下段のウェハ受け
渡しユニット１７は，イン・アウトポート４側から洗浄
処理部２側へ搬送するウェハＷを載置するために用い，
上段のウェハ受け渡しユニット１６は，洗浄処理部２側
からイン・アウトポート４側へ搬送するウェハＷを載置
するために用いることができる。

【００２０】ファンフィルターユニット（ＦＦＵ）２６
からのダウンフローの一部は，ウェハ受け渡しユニット
１６，１７と，その上部の空間を通ってウェハ搬送部５
に向けて流出する構造となっている。これにより，ウェ
ハ搬送部５から洗浄処理部２へのパーティクル等の侵入
が防止され，洗浄処理部２の清浄度が保持されるように
なっている。

【００２１】主ウェハ搬送装置１８は，図示しないモー
タの回転駆動力によって回転可能な筒状支持体３０と，
筒状支持体３０の内側に沿ってＺ方向に昇降自在に設け
られたウェハ搬送体３１とを有している。ウェハ搬送体
３１は，筒状支持体３０の回転に伴って一体的に回転さ
れるようになっており，それぞれ独立して進退移動する
ことが可能な多段に配置された３本の搬送アーム３４，
３５，３６を備えている。

【００２２】基板洗浄ユニット１２，１３，１４，１５
は，図２に示すように，上下２段で各段に２台ずつ配設
されている。図１に示すように，基板洗浄ユニット１
２，１３と基板洗浄ユニット１４，１５とは，その境界
をなしている壁面４１に対して対称な構造を有している
が，対称であることを除けば，各基板洗浄ユニット１
２，１３，１４，１５は概ね同様の構成を備えている。
そこで，基板洗浄ユニット１２を例として，その構造に
ついて詳細に以下に説明することとする。

【００２３】図３は，基板洗浄ユニット１２の平面図で
ある。基板洗浄ユニット１２のユニットチャンバー４５
内には，ウェハＷを収納して処理液によって処理する基
板処理部としてのアウターチャンバー４６と，薬液アー
ム格納部４７と，リンス乾燥アーム格納部４８とを備え
ている。ユニットチャンバー４５には開口５０が形成さ
れ，開口５０を図示しない開閉機構によって開閉するユ
ニットチャンバー用メカシャッター５１が設けられてお
り，例えば搬送アーム３４によって基板洗浄ユニット１
２に対して開口５０からウェハＷが搬入出される際に
は，このユニットチャンバー用メカシャッター５１が開
くようになっている。ユニットチャンバー用メカシャッ
ター５１はユニットチャンバー４５の内部から開口５０
を開閉するようになっており，ユニットチャンバー４５
内が陽圧になったような場合でも，ユニットチャンバー
４５内部の雰囲気が外部に漏れ出ない。

【００２４】アウターチャンバー４６には開口５２が形
成され，開口５２を図示しないシリンダ駆動機構によっ
て開閉するアウターチャンバー用メカシャッター５３が
設けられており，例えば搬送アーム３４によってアウタ
ーチャンバー４６に対して開口５２からウェハＷが搬入
出される際には，このアウターチャンバー用メカシャッ
ター５３が開くようになっている。アウターチャンバー
用メカシャッター５３はアウターチャンバー４６の内部
から開口５２を開閉するようになっており，アウターチ
ャンバー４６内が陽圧になったような場合でも，アウタ
ーチャンバー４６内部の雰囲気が外部に漏れ出ない。ま
た，薬液アーム格納部４７には開口５４が形成され，開
口５４を図示しない駆動機構によってアウターチャンバ
ー４６の内部から開閉する薬液アーム格納部用シャッタ
ー５５が設けられている。薬液アーム格納部４７をアウ
ターチャンバー４６と雰囲気隔離するときは，この薬液
アーム格納部用シャッター５５を閉じる。リンス乾燥ア
ーム格納部４８には開口５６が形成され，開口５６を図
示しない駆動機構によってアウターチャンバー４６の内
部から開閉するリンス乾燥アーム格納部用シャッター５
７が設けられている。リンス乾燥アーム格納部４８をア
ウターチャンバー４６と雰囲気隔離するときは，このリ
ンス乾燥アーム格納部用シャッター５７を閉じる。

【００２５】薬液アーム格納部４７内には，薬液とＮ２
を吐出する薬液供給ノズル６１及びＩＰＡと純水を吐出
するリンスノズル６２を備えた薬液供給系アーム６０が
格納されている。薬液供給系アーム６０は，処理時以外
はアウターチャンバー４６内に収納されて待避し，処理
時は，アウターチャンバー４６内に収納されているウェ
ハＷの少なくとも中心から周縁部までをスキャンする。
また，薬液アーム格納部４７には薬液供給系アーム洗浄
装置６６が備えられ，待避中の薬液供給系アーム６０を
洗浄することができる。薬液アーム格納部４７は常時薬
液雰囲気となるため，耐食性の部品が使用されている。
なお，薬液供給系アーム６０に第２の薬液を吐出可能な
薬液供給ノズルを適宜備えても良い。

【００２６】リンス乾燥アーム格納部４８内には，Ｎ２
を吐出するＮ２供給ノズル６４及びＩＰＡと純水を吐出
するリンスノズル６５を備えたリンス乾燥アーム６３が
格納されている。リンス乾燥アーム６３は，処理時以外
はアウターチャンバー４６内に収納されて待避し，処理
時は，アウターチャンバー４６内に収納されているウェ
ハＷの少なくとも中心から周縁部までをスキャンする。
リンス乾燥アーム格納部４８は，薬液雰囲気ではない
が，耐食性の部品を使用しても良い。リンス乾燥アーム
格納部４８にはリンス乾燥アーム洗浄装置６７が備えら
れ，待避中のリンス乾燥アーム６３を洗浄することがで
きる。

【００２７】図４に示すように，アウターチャンバー４
６内には，ウェハＷを収納するインナーカップ７０と，
このインナーカップ７０内で，例えばウェハＷ表面を上
面にして，ウェハＷを回転自在に保持するスピンチャッ
ク７１と，スピンチャック７１により支持されたウェハ
Ｗ上面（ウェハＷ表面）に対して相対的に移動するトッ
ププレート７２を備えている。アウターチャンバー４６
には，スピンチャック７１により支持されたウェハＷが
位置する高さに傾斜部７３が形成され，ウェハＷは傾斜
部７３に包囲されるようになっている。また，アウター
チャンバー用メカシャッター５３の上部は傾斜部７３の
一部となっている。スピンチャック７１に対してウェハ
Ｗを授受させる際には，アウターチャンバー用メカシャ
ッター５３を開き，ウェハＷを水平に移動させる。

【００２８】スピンチャック７１は，ウエハＷを保持す
るチャック本体７５と，チャック本体７５の底部に接続
された回転筒体７６とを備える。チャック本体７５内に
は，スピンチャック７１により支持されたウェハＷ下面
（ウェハＷ裏面）に対して相対的に移動するアンダープ
レート７７が配置されている。

【００２９】チャック本体７５の上部には，ウェハＷの
周縁部を裏面から複数箇所において支持するための図示
しない支持ピンと，保持部材８０が装着されている。保
持部材８０は，ウェハＷの周縁に当接するようにチャッ
ク本体７５の上面に設置され，図３に示すように，ウェ
ハＷの周囲において中心角が１２０°となるように３箇
所に配置されており，それら３つの保持部材８０によ
り，ウェハＷを周縁から保持できるようになっている。
スピンチャック７１が回転するとき，３つの保持部材８
０は周縁からウェハＷを保持し，ウェハＷはスピンチャ
ック７１と共に回転する。

【００３０】回転筒体７６の外周面には，サーボモータ
８５の回転動作を回転筒体７６に伝達する伝達機構であ
るベルト８４が巻回されている。また，ベルト８４は，
サーボモータ８５のモータ軸８６に巻回されている。従
って，サーボモータ８５によってモータ軸８６を回転さ
せると，ベルト８４がモータ軸８６と回転筒体７６との
間を周動するので，これにより回転筒体７６が回転し，
ひいてはスピンチャック７１全体及びスピンチャック７
１に保持されたウェハＷが回転するようになっている。
サーボモータ８５は，サーボ機構９０の制御系（サーボ
系）によって回転を制御される。

【００３１】図５は，サーボ機構９０の主な構成を示
す。サーボモータ８５の回転を制御し，ベルト８４を介
してスピンチャック７１の回転を制御するサーボ機構９
０は，サーボモータ８５，サーボモータ８５の回転速度
を検出する検出器としてのロータリエンコーダ９２，ド
ライバ９３を備えている。ドライバ９３は，サーボドラ
イバコンピュータ９５に配線接続されており，ディジタ
ル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１０１，加算器１０２，
サーボアンプ１０３，駆動回路１０４，周波数・電圧
（Ｆ／Ｖ）変換器１０６，および入出力部１０７を備え
ている。従って，サーボ機構９０によってサーボモータ
８５の回転速度を制御する制御系であるサーボ系は，サ
ーボモータ８５，ロータリエンコーダ９２，サーボドラ
イバコンピュータ９５，Ｄ／Ａ変換器１０１，加算器１
０２，サーボアンプ１０３，駆動回路１０４，Ｆ／Ｖ変
換器１０６，および入出力部１０７から構成されてい
る。サーボドライバコンピュータ９５は，装置コントロ
ーラコンピュータ９６に配線接続され，装置コントロー
ラコンピュータ９６から通常動作指令及びゲイン変更指
令を与えられる。

【００３２】Ｄ／Ａ変換器１０１には，入出力部１０７
を介してサーボドライバコンピュータ９５より回転速度
量目標値つまりスピンチャック７１又はサーボモータ８
５の回転すべき速度の指示が入力される。回転速度量目
標値はＤ／Ａ変換器１０１でアナログの回転速度信号に
変換され，この回転速度信号がサーボアンプ１０３で増
幅されたのち駆動回路１０４に入力され，回転速度信号
に対応した駆動回路１０４の出力電流によってサーボモ
ータ８５が回転動作し，モータ軸８６にベルト８４を介
して結合されたスピンチャック７１が所定の回転速度で
回転するようになっている。スピンチャック７１の回転
方向は，サーボモータ８５の回転方向に対応する。

【００３３】モータ軸８６にはロータリエンコーダ９２
も結合され，このロータリエンコーダ９２よりサーボモ
ータ８５の回転速度・回転量に応じた周波数・パルス数
のパルス信号ＥＰが発生される。このパルス信号ＥＰ
は，速度フィードバック信号としてＦ／Ｖ変換器１０６
を介してアナログ信号の形で加算器１０２に与えられ
る。

【００３４】サーボ機構９０の制御系においては，加算
器１０２で回転速度信号と速度フィードバック信号との
差分に応じた誤差信号が生成され，この誤差信号に応じ
てサーボモータ８５が駆動されることにより，サーボモ
ータ８５が所定の回転速度で回転し，ひいてはスピンチ
ャック７１が所定の回転速度で回転するようになってい
る。

【００３５】サーボドライバコンピュータ９５は，上記
のようにスピンチャック７１の回転速度の目標値を表す
指示を入出力部１０７に入力する外に，ロータリエンコ
ーダ９２よりパルス信号ＰＡを受け取る。ロータリエン
コーダ９２のパルス信号ＰＡの周波数は，サーボモータ
８５の実際の回転速度に対応し，ひいてはスピンチャッ
ク７１の実際の回転速度に対応している。サーボドライ
バコンピュータ９５は，このパルス信号ＰＡを受け取る
ことによって，サーボモータ８５及びスピンチャック７
１の実際の回転速度を監視する。

【００３６】装置コントローラコンピュータ９６は，サ
ーボモータ８５の回転の開始及び終了，回転速度等の通
常の回転動作に関する通常動作指令を，サーボ機構９０
に対して与える機能を備えている。例えば，装置コント
ローラコンピュータ９６からサーボドライバコンピュー
タ９５に対して回転速度量などの通常動作指令を与える
と，入出力部１０７に対してサーボドライバコンピュー
タ９５より回転速度量目標値が入力される。

【００３７】また，装置コントローラコンピュータ９６
は，サーボ系のゲイン余裕を変更するゲイン変更指令，
即ちスピンチャック７１の回転速度に遅速を生じさせる
指令を，サーボ機構９０に対して与える機能を備えてい
る。装置コントローラコンピュータ９６からサーボドラ
イバコンピュータ９５に対してサーボ系のゲイン余裕を
変更するゲイン変更指令を与えると，例えば図５に示す
ように，サーボドライバコンピュータ９５から，駆動回
路１０４が有する系の伝達関数を変化させる指令が，入
出力部１０７を介して駆動回路１０４に対して与えられ
るようにする。これによりサーボ系全体の伝達関数が変
化し，サーボ系のゲイン余裕が変更される。サーボ系の
ゲイン余裕を無くすとサーボ系は不安定となり，サーボ
モータ８５の実際の回転速度は目標値に対して微小振動
し，スピンチャック７１の回転速度に遅速が生じる。サ
ーボ系のゲイン余裕を小さな値にすると，サーボ系の安
定度は低下し，この場合も，サーボモータ８５の実際の
回転速度は目標値に対して微小振動し，スピンチャック
７１の回転速度に遅速が生じる。また，サーボ系のゲイ
ン余裕を大きな値にするとサーボ系の安定度は向上し，
サーボモータ８５の実際の回転速度は目標値に対して安
定して追従し，スピンチャック７１が安定した回転速度
で回転する。

【００３８】このように，装置コントローラコンピュー
タ９６は，サーボ系のゲイン余裕を変化させるゲイン変
更指令を与えることによりサーボ系の安定度を変化させ
る機能を有し，これにより，スピンチャック７１により
保持されたウェハＷの回転速度に遅速が生じる状態と，
回転速度に遅速が生じず安定した回転速度で回転する状
態とを切り替えることができる。スピンチャック７１の
回転速度に遅速が生じると，スピンチャック７１により
保持されたウェハＷに供給された処理液に微小振動が生
じる。処理液がウェハＷの処理面上において微小振動す
ることにより，例えば，処理液の化学反応が促進する。
また，処理液の処理の効果が向上する。従って，ウェハ
Ｗの処理効率の向上を図ることができる。即ち，超音波
振動子等の振動発生機器を用いて処理液に微小振動を与
えた場合と同様の効果が得られる。

【００３９】アンダープレート７７は，回転筒体７６内
からチャック本体７５へ貫挿するアンダープレートシャ
フト１１０上に接続されている。アンダープレートシャ
フト１１０は，水平板１１１の上面に固着されており，
この水平板１１１は，アンダープレートシャフト１１０
と一体的に，エアシリンダー等からなる昇降機構１１２
により鉛直方向に昇降させられる。また，アンダープレ
ート７７は，下降してウェハＷ下面から離れる位置（退
避位置）と，上昇してウェハＷ下面に近接する位置（処
理位置）とに上下に移動自在である。なお，アンダープ
レート７７を所定高さに固定する一方で，回転筒体７６
に図示しない昇降機構を接続させて，スピンチャック７
１全体を鉛直方向に昇降させることにより，アンダープ
レート７７をウェハＷ下面に対して相対的に上下に移動
自在にしても良い。また，アンダープレート７７には，
例えば洗浄薬液や純水などの処理液や乾燥ガス（Ｎ２ガ
ス）等の処理流体を供給する下面供給路１１５が，アン
ダープレートシャフト１１０内を貫通して設けられてい
る。

【００４０】インナーカップ７０は，下降してスピンチ
ャック７１をインナーカップ７０の上端よりも上方に突
出させてウェハＷを授受させる状態と，スピンチャック
７１及びウェハＷを包囲し，ウェハＷ両面に供給した洗
浄薬液や処理流体等が周囲に飛び散ることを防止する状
態とに上下に移動自在である。インナーカップ７０を下
降させてスピンチャック７１に対してウェハＷを授受さ
せる場合，アンダープレート７７を待機位置に位置さ
せ，トッププレート７２を退避位置に位置させる。そう
すれば，アンダープレート７７とトッププレート７２と
の間には，スピンチャック７１に対するウェハＷの授受
に十分な隙間が形成される。インナーカップ７０の底部
には，インナーカップ７０内の液滴を排液する図示しな
いインナーカップ排出管が接続されている。

【００４１】トッププレート７２は，トッププレート回
転軸１２０の下端に接続されており，水平板１２１に設
置された回転軸モータ１２２によって回転する。トップ
プレート回転軸１２０は，水平板１２１の下面に回転自
在に保持され，この水平板１２１は，アウターチャンバ
ー４６上部に固着されたエアシリンダー等からなる回転
軸昇降機構１２３により鉛直方向に昇降する。従って，
トッププレート７２は，回転軸昇降機構１２３の稼動に
より，スピンチャック７１により保持されたウェハＷ上
面から離れた位置（退避位置）と，ウェハＷ上面に形成
された薬液の液膜に接触しない位置であってこのウェハ
Ｗ上面に対して近接した位置（処理位置）とに上下に移
動自在である。また，トッププレート７２には，例えば
Ｎ２ガス，薬液等を供給する上面供給路１２５が，トッ
ププレート回転軸１２０内を貫通して設けられている。
アウターチャンバー４６上部には，アウターチャンバー
４６内部にＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給手段１２６
が備えられている。

【００４２】なお，洗浄処理システム１に備えられた他
の基板洗浄ユニット１３，１４，１５も，基板洗浄ユニ
ット１２と同様の構成を有し，処理液によりウェハＷを
洗浄することができる。

【００４３】さて，この洗浄処理システム１において，
先ず図示しない搬送ロボットにより未だ洗浄されていな
いウェハＷを例えば２５枚ずつ収納したキャリアＣがイ
ン・アウトポート４に載置される。そして，このイン・
アウトポート４に載置されたキャリアＣから取出収納ア
ーム１１によって一枚ずつウェハＷが取り出され，取出
収納アーム１１から主ウェハ搬送装置１８にウェハＷが
受け渡される。そして，例えば搬送アーム３４によって
ウェハＷは各基板洗浄ユニット１２，１３，１４，１５
に適宜搬入され，ウェハＷに付着しているパーティクル
などの汚染物質が洗浄，除去される。こうして所定の洗
浄処理が終了したウェハＷは，再び主ウェハ搬送装置１
８によって各基板洗浄ユニット１２，１３，１４，１５
から適宜搬出され，取出収納アーム１１に受け渡され
て，再びキャリアＣに収納される。

【００４４】ここで，代表して基板洗浄ユニット１２で
の洗浄について説明する。図４に示すように，先ず基板
洗浄ユニット１２のユニットチャンバー用メカシャッタ
ー５１が開き，また，アウターチャンバー４６のアウタ
ーチャンバー用メカシャッター５３が開く。そして，ウ
ェハＷを保持した搬送アーム３４を開口５０，５２から
アウターチャンバー４６内に進入させる。インナーカッ
プ７０は下降してチャック本体７５を上方に相対的に突
出させる。トッププレート７２は予め上昇して退避位置
に位置している。アンダープレート７７は予め下降して
退避位置に位置している。また，薬液アーム格納部用シ
ャッター５５とリンス乾燥アーム格納部用シャッター５
７は閉じている。

【００４５】主ウェハ搬送装置１８は，搬送アーム３４
を移動させてスピンチャック７１の支持ピンの上にウェ
ハＷを載置し，スピンチャック７１は，半導体デバイス
が形成されるウェハＷ表面を上面にしてウェハＷを支持
する。ウェハＷをスピンチャック７１に受け渡した後，
搬送アーム３４はアウターチャンバー４６及びユニット
チャンバー用メカシャッター５１の内部から退出し，退
出後，ユニットチャンバー用メカシャッター５１とアウ
ターチャンバー用メカシャッター５３が閉じられる。ま
た，インナーカップ７０は上昇し，チャック本体７５及
びウェハＷを囲んだ状態となる。

【００４６】次いでアンダープレート７７は，チャック
本体７５内の処理位置に上昇する。図４に示すように，
処理位置に移動したアンダープレート７７とスピンチャ
ック７１により支持されたウェハＷ下面（ウェハＷ裏
面）の間には，例えば０．５〜３ｍｍ程度の隙間が形成
される。一方，下面供給路７５により薬液をアンダープ
レート７７とウェハＷ下面の間に供給し，狭い隙間にお
いて薬液をウェハＷ下面の全体に押し広げ，ウェハＷ下
面全体に均一に接触する薬液の液膜を形成する。隙間全
体に薬液の液膜を形成すると，薬液の供給を停止してウ
ェハＷ下面を洗浄処理する。

【００４７】このようにウェハＷの下面に薬液を供給す
る一方で，薬液アーム格納部用シャッター５５が開き，
薬液供給系アーム６０がウェハＷの上方に回動する。薬
液供給系アーム６０は，スピンチャック７１で保持され
たウェハＷの少なくとも中心から周縁部までをスキャン
し，薬液を供給する。また，ウェハＷをスピンチャック
７１により回転させ，ウェハＷ上面に薬液を液盛りして
薬液の液膜を均一に形成する。

【００４８】ウェハＷ上面にも薬液の液膜が形成される
と，薬液供給系アーム６０は薬液アーム格納部４７内に
移動し，薬液アーム格納部用シャッター５５が閉じる。
トッププレート７２は処理位置まで下降し，ウェハＷ上
面に形成された薬液の液膜の間に隙間が形成される。こ
のようにウェハＷの上方をトッププレート７２によって
覆うことにより，薬液の液膜から薬液が蒸発することを
防ぐようになっている。また，トッププレート７２と薬
液の液膜を接触させてもよい。この場合，トッププレー
ト７２とウェハＷ上面との間に薬液の液膜を確実に形成
することができる。

【００４９】図６は，ウェハＷの各処理に要する時間と
各処理におけるスピンチャック７１の回転数との関係の
概要を表すグラフであり，縦軸はスピンチャック７１の
回転速度を，横軸は時間を示している。図６に示すよう
に，薬液処理中は，スピンチャック７１は，薬液の液膜
の形状が崩れない程度の比較的低速の回転速度（例えば
１０〜３０ｒｐｍ程度）にて例えば２〜５分間，ウェハ
Ｗを回転させる。ウェハＷの回転により薬液の液膜内に
液流が発生し，この液流により，薬液の液膜内の淀みを
防止すると共に洗浄効率が向上する。

【００５０】サーボドライバコンピュータ９５は，スピ
ンチャック７１の回転速度の目標値を表す指示を，入出
力部１０７へ入力する。一方，薬液処理中に適宜，装置
コントローラコンピュータ９６よりサーボドライバコン
ピュータ９５及び入出力部１０７を介してサーボ系のゲ
イン余裕を小さくするゲイン変更指令を与えてサーボ系
の安定度を低下させる。又は，ゲイン余裕を無くすゲイ
ン変更指令を与えてサーボ系を不安定にする。すると，
スピンチャック７１及びウェハＷの回転速度に遅速が生
じる。これにより，ウェハＷ下面においては，アンダー
プレート７７に対するウェハＷ下面の相対的な回転速度
に遅速が与えられ，ウェハＷ下面とアンダープレート７
７との間の隙間に供給された薬液の液膜中に液流が発生
すると共に微小振動が生じる。一方，ウェハＷ上面にお
いては，ウェハＷ上面の回転速度に遅速が生じることに
より，ウェハＷ上面に形成された薬液の液膜は慣性力を
受け，液膜中に液流が発生すると共に微小振動が生じ
る。このように，供給された薬液がウェハＷの処理面上
で微小振動することにより，薬液の化学反応が促進され
る。従って，ウェハＷの処理効率の向上を図ることがで
きる。スピンチャック７１が安定した回転速度で回転す
る安定状態に戻すときは，サーボ系のゲイン余裕を大き
な値にするゲイン変更指令を与えて，サーボ系の安定度
を向上させる。

【００５１】また，ウェハＷの回転を間欠的に行っても
良い。例えば所定時間，所定の回転速度でウェハＷを回
転させた後，スピンチャック７１の回転稼働を所定時間
停止させてウェハＷを静止させ，その後に再びウェハＷ
を回転させる。このようにウェハＷの回転と回転停止を
繰り返すと，薬液をウェハＷ下面全体に容易に拡散させ
ることができる。この場合も，適宜，サーボ系のゲイン
余裕を小さくするゲイン変更指令を与えてサーボ系の安
定度を低下させ，又はゲイン余裕を無くすゲイン変更指
令を与えてサーボ系を不安定にし，スピンチャック７１
及びウェハＷの回転速度に遅速を与えて薬液を微小振動
させる。もちろん，ウェハＷを全く回転させずに静止し
た状態に保って洗浄処理を施すことも可能である。

【００５２】薬液の液膜の形状が崩れそうになった場合
等には，下面供給路７５及び上面供給路１２５から新液
を供給して薬液の液膜の形状を適宜修復する。ウェハＷ
の薬液処理は既に供給された薬液により行い，液膜形成
後は新液の供給を控えて薬液の消費量を節約する。な
お，ウェハＷの回転により薬液の液膜の液滴をアンダー
プレート７７の周縁から滴り落とす一方で，下面供給路
７５及び上面供給路１２５から薬液を継続的に供給する
ことにより，薬液の液膜内を常に真新しい薬液に置換し
て好適な薬液処理を実施することも可能である。この場
合も，新液をなるべく静かに供給して薬液の省液化を図
ると良い。また，適宜，サーボ系のゲイン余裕を小さく
するゲイン変更する指令を与えてサーボ系の安定度を低
下させ，又はゲイン余裕を無くすゲイン変更指令を与え
てサーボ系を不安定にし，スピンチャック７１及びウェ
ハＷの回転速度に遅速を与えて，常に新しい薬液に微小
振動させる。

【００５３】薬液処理中は，アウターチャンバー４６上
部に備えられたＮ２供給手段１２６より，トッププレー
ト７２の上部にＮ２を供給し，ダウンフローを形成す
る。トッププレート７２上面とアウターチャンバー４６
の間の空間をＮ２によって満たされるので，薬液の液膜
から蒸発してトッププレート７２の周囲から上昇する薬
液雰囲気が，トッププレート７２の上部の空間に回り込
まない。従って，薬液処理後，アウターチャンバー４６
内の上部に薬液が残留することを防ぐことができる。ま
た，ウェハＷの表面にウォーターマークができにくい効
果がある。

【００５４】ウェハＷの薬液処理が終了すると，トップ
プレート７２は回転しながら上昇する。即ち，回転させ
ることによりトッププレート７２に付着した薬液を振り
落とす。液滴はインナーカップ排出管へ排液される。ま
た，スピンチャック７１を例えば２０００ｒｐｍにて５
秒間回転させる。そして，ウェハＷに液盛りされた薬液
が振り落とされて，インナーカップ排出管へ排液され
る。薬液の液滴はインナーカップ排出管によって排液さ
れた後，図示しない薬液循環手段によって回収，再利用
される。これにより，省薬液が達成される。さらに，薬
液を振り落とす際にサーボ系のゲイン余裕を変化させ，
スピンチャック７１及びウェハＷの回転速度に遅速を与
えても良い。これにより，ウェハＷから薬液が効果的に
振り落とされ，処理効率の向上を図ることができる。

【００５５】回転によるウェハＷの薬液振り落とし時，
または，その後において，さらに薬液供給系アーム６０
からウェハＷに対してＮ２ガスを供給しても良い。つま
り，薬液アーム格納部用シャッター５５を開き，薬液供
給系アーム６０をウェハＷの上方に回動させ，ウェハＷ
の少なくとも中心から周縁までをスキャンさせながら，
薬液供給系アーム６０から例えば１０秒間，Ｎ２ガスを
供給する。このようなＮ２ガスの供給によって，薬液の
液滴をウェハＷの外周に排出し，ウェハＷの表面から薬
液の液滴を取り除くことができる。薬液の液滴はインナ
ーカップ排出管によって排液された後，図示しない薬液
循環手段によって回収，再利用される。これにより，省
薬液が達成される。薬液除去終了後は，薬液供給系アー
ム６０を薬液アーム格納部４７内に移動させ，薬液アー
ム格納部用シャッター５５を閉じる。

【００５６】次に，リンス乾燥アーム格納部用シャッタ
ー５７が開き，リンス乾燥アーム６３がウェハＷの上方
に回動する。薬液アーム格納部用シャッター５５は閉じ
たまま薬液アーム格納部４７の密閉状態を保ち，薬液供
給系アーム６０の薬液供給ノズル６１から発生する薬液
雰囲気がウェハＷとリンス乾燥アーム６３を汚染するこ
とを防止する。リンス乾燥アーム６３は，例えば１００
０ｒｐｍの回転速度にて回転しているウェハＷの少なく
とも中心から周縁までをスキャンしながら，例えば１分
間，ウェハＷの上面にＩＰＡを１ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎで
供給する。さらに，ＩＰＡ供給中にサーボ系のゲイン余
裕を変化させ，スピンチャック７１及びウェハＷの回転
速度に遅速を与えても良い。これにより，ＩＰＡの処理
性能が向上し，ウェハの処理効率の向上を図ることがで
きる。なお，以上のようなＩＰＡを使用した処理は，薬
液処理に使用した薬液の性質によっては省略しても良
い。

【００５７】次いでリンス乾燥アーム６３はウェハＷの
上面をスキャンしながら，例えば２分間，１ｌｉｔｅｒ
／ｍｉｎの純水を供給する。また，ウェハＷを薬液処理
するときよりも高速（例えば５００〜１０００ｒｐｍ程
度）に回転させる。高速回転しているウェハＷに純水を
供給することにより，供給した純水をウェハＷ上面全体
に均一に拡散させることができる。こうしてウェハＷを
純水によってリンス処理し，ウェハＷから薬液を洗い流
す。さらに，純水供給中にサーボ系のゲイン余裕を変化
させ，スピンチャック７１及びウェハＷの回転速度に遅
速を与えることにより，ウェハＷに供給した純水に微小
振動を与える。これにより，純水の洗浄性能が向上し，
ウェハの処理効率の向上を図ることができる。処理に供
された純水はアウターチャンバー排出管によって排液さ
れる。なお，以上のような純水を使用したリンス処理
は，薬液の性質によっては省略しても良い。

【００５８】リンス処理後，ウェハＷをリンス処理する
ときよりも高速（例えば１５００ｒｐｍ程度）に回転さ
せてウェハＷをスピン乾燥させる。また，必要に応じ
て，リンス乾燥アーム６３によりウェハＷ上面にＮ２ガ
スを供給しても良い。Ｎ２ガス供給後は，リンス乾燥ア
ーム６３をリンス乾燥アーム格納部４８内に移動させ，
リンス乾燥アーム格納部用シャッター５７を閉じる。さ
らに，スピン乾燥中にサーボ系のゲイン余裕を変化さ
せ，スピンチャック７１及びウェハＷの回転速度に遅速
を与えても良い。これにより，ウェハＷから純水を効果
的に振り切り，処理効率の向上を図ることができる。

【００５９】その後，基板洗浄ユニット１２内からウェ
ハＷを搬出する。ユニットチャンバー用メカシャッター
５１とアウターチャンバー用メカシャッター５３が開
き，ウェハ搬送装置１８が例えば搬送アーム３４を装置
内に進入させてウェハＷ下面を支持する。次いで，搬送
アーム３４がスピンチャック７１の支持ピンからウェハ
Ｗを離して受け取り，装置内から退出する。

【００６０】かかる基板洗浄ユニット１２によれば，処
理中に，ウェハＷの回転速度に遅速が生じる状態と，ウ
ェハＷの回転速度に遅速が生じず安定した回転速度で回
転する状態とを適宜切り替えることが可能である。つま
り，装置コントローラコンピュータ９６からゲイン変更
指令を与えて，サーボ系のゲイン余裕を小さくすること
によりサーボ系の安定度を低下させ，又はゲイン余裕を
無くしてサーボ系を不安定にすることにより，スピンチ
ャック７１及びスピンチャック７１により保持されたウ
ェハＷの回転速度に遅速を与えることができる。これに
より，薬液処理においては薬液がウェハＷの処理面にお
いて微小振動し，薬液の化学反応を促進させる。薬液振
り落とし，スピン乾燥処理においては，ウェハＷから処
理液が効果的に振り落とされる。ＩＰＡ処理において
は，ＩＰＡの処理性能が向上する。純水を供給する際に
は，純水がウェハＷの処理面において微小振動し，純水
の洗浄性能が向上する。従って，超音波振動子等の振動
発生機器を追加して設置することなく，薬液，純水等の
処理液に微小振動を与え，ウェハの処理効率の向上を図
ることができる。

【００６１】以上，本発明の好適な実施の形態の一例を
示したが，本発明はここで説明した形態に限定されな
い。例えば，基板洗浄ユニット１２にスクラバを備え，
ウェハＷをスクラブ洗浄するようにしても良い。

【００６２】ウェハＷを回転させずに処理を施す場合
も，ウェハＷに回転方向の振動を与えることにより，ウ
ェハＷに供給した処理液に振動を与えて処理するように
しても良い。例えば，スピンチャック７１の回転を０ｒ
ｐｍに近い低速に行う回転速度の指示を，装置コントロ
ーラコンピュータ９６よりサーボドライバコンピュータ
９５へ入力する。一方，装置コントローラコンピュータ
９６よりサーボドライバコンピュータ９５に対してサー
ボ系のゲイン余裕を変化させるゲイン変更指令を与え，
サーボ系の安定度を低下させる。又はゲイン余裕を無く
すゲイン変更指令を与えてサーボ系を不安定にする。こ
れにより，スピンチャック７１及びウェハＷの回転速度
に遅速を生じさせ，ウェハＷに回転方向の振動を与える
ようにする。

【００６３】なお，ウェハＷを静止させて保持し，アン
ダープレート７７をウェハＷ下面に対して相対的に回転
速度に遅速を与えて回転させても良い。即ち，アンダー
プレート７７の回転を司るサーボ機構を備え，そのサー
ボ機構の制御系のゲイン余裕を小さくすることにより制
御系の安定度を低下させる。又はゲイン余裕を無くす指
令を与えて制御系を不安定にする。この場合も，ウェハ
Ｗ下面とアンダープレート７７との間の隙間全体に形成
された薬液の液膜に微小振動を与えることが可能であ
る。また，トッププレート７２と薬液の液膜を接触させ
た場合，トッププレート７２をウェハＷ上面に対して相
対的に回転速度に遅速を与えて回転させても良い。即
ち，トッププレート７２の回転を司るサーボ機構を備
え，そのサーボ機構の制御系のゲイン余裕を小さくする
ことにより制御系の安定度を低下させる。又はゲイン余
裕を無くす指令を与えて制御系を不安定にする。この場
合，ウェハＷ上面とトッププレート７２との間の隙間全
体に形成された薬液の液膜に微小振動を与えることが可
能である。

【００６４】本発明は処理液を供給して洗浄処理を施す
基板処理装置に限定されず，その他の種々の処理液など
を用いて他の処理を基板に対して施すものであっても良
い。また，基板は半導体ウェハに限らず，その他のＬＣ
Ｄ基板用ガラスやＣＤ基板，プリント基板，セラミック
基板などであっても良い。

【００６５】

【発明の効果】本発明の基板処理装置及び基板処理方法
によれば，サーボ機構の制御系のゲイン余裕を小さくす
ることにより制御系の安定度を低下させ，又はゲイン余
裕を無くす指令を与えて制御系を不安定にして，スピン
チャック及び基板の回転速度に遅速を与えることができ
る。これにより，超音波振動子等の振動発生機器を追加
して設置することなく，処理液に微小振動を与え，基板
の処理効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】洗浄処理システムの平面図である。

【図２】洗浄処理システムの側面図である。

【図３】本発明の実施の形態にかかる基板洗浄ユニット
の平面図である。

【図４】本発明の実施の形態にかかる基板洗浄ユニット
の断面図である。

【図５】サーボ機構の制御系を示すブロック図である。

【図６】ウェハの各処理に要する時間と各処理における
スピンチャックの回転速度との関係の概要を説明するグ
ラフである。

【符号の説明】

Ｃ キャリア Ｗ ウェハ １ 洗浄処理システム ２ 洗浄処理部 ３ 搬入出部 １２，１３，１４，１５ 基板洗浄ユニット ３４，３５，３６ 搬送アーム ４５ ユニットチャンバー ４６ アウターチャンバー ４７ 薬液アーム格納部 ４８ リンス乾燥アーム格納部 ６０ 薬液供給系アーム ６３ リンス乾燥アーム ７０ インナーカップ ７１ スピンチャック ７２ トッププレート ７６ 回転筒体 ７５ チャック本体 ７７ アンダープレート ８０ 保持部材 ８４ ベルト ８５ サーボモータ ８６ モータ軸 ９０ サーボ機構 ９２ ロータリエンコーダ ９３ ドライバ ９５ サーボドライバコンピュータ ９６ 装置コントローラコンピュータ １０１ ディジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器 １０２ 加算器 １０３ サーボアンプ １０４ 駆動回路 １０６ 周波数・電圧（Ｆ／Ｖ）変換器 １０７ 入出力部 １１０ アンダープレートシャフト

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に処理液を供給し，基板を回転させ
   て処理する基板処理装置であって，基板を保持するスピ
   ンチャックと，前記スピンチャックの回転を司るサーボ
   機構を備え，前記サーボ機構の制御系の安定度を低下さ
   せ，又は制御系を不安定にすることにより，基板に供給
   した処理液に振動を与えて処理することを特徴とする，
   基板処理装置。
2. 【請求項２】 前記制御系のゲイン余裕を変化させる機
   能を備え，前記ゲイン余裕を安定状態でなくなる値に変
   更することにより，前記制御系の安定度を低下させ又は
   制御系を不安定にすることを特徴とする，請求項１に記
   載の基板処理装置。
3. 【請求項３】 前記サーボ機構はサーボモータとエンコ
   ーダを備えることを特徴とする，請求項１又は２に記載
   の基板処理装置。
4. 【請求項４】 基板に処理液を供給し，基板を回転させ
   て処理する基板処理方法であって，前記基板の回転速度
   に遅速を与えることにより，基板に供給した処理液に振
   動を与えて処理することを特徴とする，基板処理方法。
5. 【請求項５】 基板に処理液を供給して処理する基板処
   理方法であって，前記基板に回転方向の振動を与えるこ
   とにより，基板に供給した処理液に振動を与えて処理す
   ることを特徴とする，基板処理方法。
6. 【請求項６】 基板を保持するスピンチャックの回転を
   司るサーボ機構の制御系の安定度を低下させ，又は制御
   系を不安定にすることにより，基板に供給した処理液に
   振動を与えることを特徴とする，請求項４又は５に記載
   の基板処理方法。
7. 【請求項７】 前記制御系のゲイン余裕を変化させるこ
   とにより，前記制御系の安定度を低下させ，又は制御系
   を不安定にすることを特徴とする，請求項６に記載の基
   板処理方法。