JP2006186117A - 基板保持装置および基板回転式処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板を非接触で水平姿勢に保持する場合において、簡易な構成により、基板を浮上させるために基板下面に向けて噴出される気体の流量を均一化することができる装置を提供する。
【解決手段】 空気通路となる微細孔が全体にわたって均一に形成された円環状の多孔質部材２０と、多孔質部材２０が一体的に固設されて上面に多孔質部材の平坦な表面が露呈し多孔質部材の一部に連通する気体供給路２６が内部に形設されたステージ１８と、ステージ１８の気体供給路２６を通して多孔質部材２０へ気体を供給する気体供給手段とを備え、多孔質部材２０へ気体を供給して多孔質部材の表面から上向きに気体を噴出させ、ステージ１８の直上に基板Ｗを浮上させて非接触で保持する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、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、光ディスク用基板、電子部品などの基板を水平姿勢に保持して搬送したり、基板を水平姿勢に保持して鉛直軸回りに回転させつつ基板に対し所定の処理を行ったりする場合などにおいて、基板を非接触で水平姿勢に保持する基板保持装置、ならびに、基板を非接触で水平姿勢に保持して鉛直軸回りに回転させ、基板表面へ洗浄液、エッチング液、現像液、塗布液などを供給して基板に対し所定の処理を行ったり基板をスピン乾燥したりする基板回転式処理装置に関する。

例えば、半導体ウエハ等の基板を水平姿勢に保持して鉛直軸回りに回転させ、基板の上面へ処理液、例えば純水等の洗浄液を供給して基板を洗浄処理する場合において、基板の上面と共に基板の周縁端面および下面周縁部を同時に洗浄する必要があるときには、ベルヌーイの原理を応用して基板を非接触で保持することが行われている。すなわち、図４に概略断面図を示すように、支持体１の上面に環状ノズル２を形成するとともに、環状ノズル２の外側に環状排気口３を形成し、支持体１の内部に、環状ノズル２に連通する環状のガス流路４および環状排気口３に連通する環状のガス排出流路５を形成する。そして、ガス流路４へガス、例えば空気を供給して、環状ノズル２から基板Ｗの下面に向けて空気を噴射するとともに、ガス排出流路５を通して排気する。これにより、ベルヌーイの作用で基板Ｗが支持体１の直上に僅かに浮上する。そして、基板Ｗは、移動規制ピン６によって側方へ滑動するのを防止され、支持体１に非接触で保持される。この状態で、支持体１が鉛直軸回りに回転させられると、支持体１と一緒に基板Ｗも回転する。回転している基板Ｗの上面へノズル７から洗浄液８を供給すると、洗浄液は、遠心力によって基板Ｗの上面上を周辺に向かって流れ、洗浄液の一部が基板Ｗの上面周縁部から周縁端面を経て下面周縁部へ回り込む（例えば、特許文献１参照。）。

また、基板を非接触で保持する手段として、水平平板に多数の噴出口を設け、多数の噴出口から気体を噴出させたときに発生する押し上げ圧力により水平平板の直上に基板を浮上させる、といった構成のものがある。この構成の装置では、多数の噴出口を水平平板の全体にわたってそれぞれ等間隔で形成し、水平平板の中心位置にある噴出口から噴出させる気体の流量を、全噴出口の中で最小に設定し、中心位置から外側に向かって放射状に徐々に流量が増加するように、各噴出口から噴出させる気体の流量を設定し、また、中心位置から等距離の同心円上に位置する噴出口からの気体の流量が等しくなるように設定する。これにより、基板を常に一定の位置に安定して浮上させるようにしている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２０００−３４３０５４号公報（第４−５頁、図１、図２） 特開２００４−９５８８０号公報（第４−５頁、図２、図３）

上記したように、噴出口から気体を噴出させて基板を非接触で保持する構成では、空気の噴出口となる環状ノズル２や空気の通路となるスリット状の環状ガス流路４を支持体１に形成したり、ピンホール状の浮上用気体噴出口を多数、水平平板に設けたりする必要があり、その製作が困難で、製作に手間もかかる、といった問題点がある。また、環状ノズル２やスリット状の環状ガス流路４の幅寸法を全周にわたって高精度に均一化したり、ピンホール状の噴出口の孔径寸法を全て均一としたりする必要があるが、それらの寸法のばらつきを生じる懸念があり、その寸法のばらつきによって噴出口からの気体の噴出流量が均一にならない恐れがある。この結果、例えば基板の洗浄処理においては、基板の下面周縁部への洗浄液の回り込み具合いが位置によって変化し、洗浄が不均一になる、といった問題点がある。

この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、基板を非接触で水平姿勢に保持する場合において、簡易な構成により、基板を浮上させるために基板下面に向けて噴出される気体の流量を均一化することができる基板保持装置を提供すること、ならびに、そのような基板保持装置を備えた基板回転式処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、基板を水平姿勢に保持する基板保持装置において、円環状もしくは円板状をなし、空気通路となる微細孔が全体にわたって均一に形成された多孔質部材と、この多孔質部材が一体的に固設されて、上面に多孔質部材の平坦な表面が露呈するとともに、前記多孔質部材の一部に連通する気体供給路が内部に形設され、水平姿勢に支持されるステージと、このステージの前記気体供給路を通して前記多孔質部材へ気体を供給する気体供給手段とを備えて構成され、前記気体供給手段によって前記多孔質部材へ気体を供給し、多孔質部材の表面から上向きに気体を噴出させて前記ステージの直上に基板を浮上させ、基板をステージ上に非接触で保持することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、基板を水平姿勢に保持して鉛直軸回りに回転させ、基板に対して処理を行う基板回転式処理装置において、請求項１に記載された基板保持装置と、この基板保持装置の前記ステージを鉛直軸回りに回転させる回転手段と、前記基板保持装置の前記ステージの直上に浮上した基板が水平方向へ移動するのを規制する移動規制手段とを備えたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の基板回転式処理装置において、前記ステージ上に非接触で保持された基板の上面へ処理液を供給する処理液供給手段をさらに備えたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の基板回転式処理装置において、前記処理液供給手段が、基板の上面へ洗浄液を供給する洗浄液供給手段であり、その洗浄液供給手段によって供給される洗浄液により、前記ステージ上に非接触で保持された基板の上面および周縁端面を同時に洗浄することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項３または請求項４に記載の基板回転式処理装置において、前記ステージの平面形状が基板の平面形状より小さくされ、基板の直径より大きい直径寸法を有し前記ステージの周面を囲うように配設された円環部、および、この円環部の上端縁から前記ステージの方へ基板の周縁位置を越えてステージの周縁近くまで延設された水平リング部から形成され、前記ステージと一体的に回転し、前記ステージ上に非接触で保持された基板の上面周縁部から前記水平リング部上に流下する処理液を前記円環部の外方側および内方側へそれぞれ流して、円環部の内方側へ回り込んだ処理液により基板の下面周縁部を処理する液流調整部材と、この液流調整部材の前記円環部と前記ステージの周面との間に形成される空間を排気する排気手段とをさらに備えたことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の基板回転式処理装置において、前記液流調整部材の前記水平リング部の、基板の周縁位置を越えて前記ステージの方へ張り出す寸法を調整して、前記円環部の内方側へ回り込んだ処理液が基板の下面周縁部と接触する領域を調節することを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項５または請求項６に記載の基板回転式処理装置において、前記排気手段による排気流量を調整して、前記円環部の内方側へ回り込む処理液の流量の割合を調節することを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の基板回転式処理装置において、前記液流調整部材の前記水平リング部に、前記基板保持装置の前記ステージの直上に浮上した基板が水平方向へ移動するのを規制する複数本の移動規制ピンが植設されたことを特徴とする。

請求項１に係る発明の基板保持装置においては、気体供給手段により気体供給路を通して多孔質部材へ気体が供給され、ステージに一体的に固設されてステージ上面の一部をなす多孔質部材の平坦な表面から上向きに気体が噴出して、その噴出気体によりステージの直上に基板が浮上させられ、水平姿勢に支持されたステージ上に非接触で基板が水平姿勢に保持される。この場合において、多孔質部材には、空気通路となる微細孔が円環もしくは円板の全体にわたって均一に形成されているので、多孔質部材へ供給された気体は、流路抵抗によって全体へ均等に分散し、多孔質部材の表面から均一な圧力・流量で噴出する。
したがって、請求項１に係る発明の基板保持装置を使用すると、基板を浮上させるために基板下面に向けて噴出される気体の流量を均一化することができる。そして、装置の構成が簡易であり、その製作が容易である。

請求項２に係る発明の基板回転式処理装置においては、基板保持装置により、上記したようにしてステージ上に非接触で基板が水平姿勢に保持され、回転手段により、基板保持装置のステージが鉛直軸回りに回転させられ、移動規制手段によって水平方向への移動を規制された基板が、ステージの直上に浮上した状態でステージと一緒に回転して、基板の処理が行われる。
したがって、請求項２に係る発明の基板回転式処理装置を使用すると、基板保持装置において基板を浮上させるために基板下面に向けて噴出される気体の流量を均一化することができ、このため、基板処理を均一化することができる。そして、基板保持装置の構成が簡易であり、その製作が容易である。

請求項３に係る発明の基板回転式処理装置では、処理液供給手段により、ステージ上に非接触で保持されて回転する基板の上面へ処理液が供給されて、処理液による基板の処理が行われる。そして、この処理液による基板処理を均一に行うことができる。

請求項４に係る発明の基板回転式処理装置では、洗浄液供給手段により、ステージ上に非接触で保持されて回転する基板の上面へ洗浄液が供給されて、その洗浄液により、基板の上面および周縁端面が同時に洗浄される。そして、基板の上面および周縁端面の洗浄を均一に行うことができる。

請求項５に係る発明の基板回転式処理装置では、基板の上面周縁部から周縁端面に沿うようにして液流調整部材の水平リング部上に流下した処理液は、円環部の外方側および内方側へそれぞれ分岐して流れ、円環部の内方側へ流れる処理液は、基板の下面周縁部と水平リング部上面との間の隙間へ排気手段による吸引力によって浸入し、その隙間内に表面張力によって保持される。そして、隙間内の処理液は、水平リング部の内周縁から飛散して排気手段による排出気体と共に排出される。このように基板の上面周縁部から周縁端面を経て下面周縁部へ回り込む処理液により、基板の下面周縁部が処理される。そして、基板の下面周縁部の処理を均一に行うことができる。

請求項６に係る発明の基板回転式処理装置では、液流調整部材の水平リング部の張り出し寸法を調整することにより、円環部の内方側へ回り込んだ処理液が基板の下面周縁部と接触する領域を調節することができる。

請求項７に係る発明の基板回転式処理装置では、排気手段による排気流量を調整することにより、円環部の内方側へ回り込んで基板の下面周縁部と接触する処理液の流量の割合を調節することができる。

請求項８に係る発明の基板回転式処理装置では、水平リング部に植設された複数本の移動規制ピンが、基板保持装置のステージの直上に浮上した基板の周縁端面にそれぞれ当接し係合して、基板が回転中に水平方向へ移動するのを防止し、基板をステージと一体的に回転させることができる。

以下、この発明の最良の実施形態について図１ないし図３を参照しながら説明する。
図１ないし図３は、この発明の実施形態の１例を示し、図１は、基板保持機構を備えた基板回転式処理装置、例えば基板回転式洗浄装置（スピンスクラバ）の概略構成を示す正面断面図であり、図２は、その基板回転式洗浄装置における基板保持機構の平面図であり、図３は、図１の一部を拡大した断面図である。

この基板回転式洗浄装置は、半導体ウエハ等の基板Ｗを非接触で水平姿勢に保持する基板保持機構１０を備えている。この基板保持機構１０は、その下部中心位置に垂設された回転軸部１２に連結された図示しないスピンモータによって鉛直軸回りに水平面内で回転させられる。そして、基板保持機構１０に保持された基板Ｗが、基板保持機構１０と一体的に回転するようになっている。基板保持機構１０の周囲には、基板保持機構１０の側方および下方を取り囲むような容器状に形成されたカップ１４が配設されており、このカップ１４により、基板Ｗ上から周囲へ飛散する洗浄液が捕集されて回収される。基板保持機構１０に保持された基板Ｗの上方には、基板Ｗの上面へ純水等の洗浄液８を供給する洗浄液供給ノズル１６が配設されており、この洗浄液供給ノズル１６は、図示した位置からカップ１４の外方へ退避させることができるようになっている。

基板保持機構１０は、基板Ｗの平面形状より小さい円板状をなし水平姿勢に支持されるステージ１８、このステージ１８に一体的に固設された円環状の多孔質部材２０、ステージ１８の側方を取り囲むように配設された環状の液流調整部材２２、および、ステージ１８の下方を取り囲むように液流調整部材２２の下端縁から延設された底板部材２４を備えて構成されている。そして、ステージ１８と液流調整部材２２および底板部材２４とは一体化して、回転軸部１２に連接している。

多孔質部材２０は、円周方向に対し直交する断面の形状が鉤形となっている。一方、ステージ１８は、図３に示すように２つのブロック１８ａ、１８ｂにより形成されており、両ブロック１８ａ、１８ｂで鉤形の多孔質部材２０を挟持して、多孔質部材２０の平坦な表面がステージ１８の上面に露呈するように、多孔質部材２０がステージ１８に固定されている。このように、多孔質部材２０は、２つのブロック１８ａ、１８ｂにより挟み込まれるようにして固定されるので、エアー圧がかかってもステージ１８から脱落することがない。多孔質部材２０は、例えばポリエチレン等のプラスチック材料、セラミックス、ステンレス鋼等の金属材料などで形成されており、それらに空気通路となる微細孔が全体にわたって均一に形成されている。

ステージ１８のブロック１８ａには、放射状に気体供給路２６が形成されている。また、ステージ１８のブロック１８ｂには、ブロック１８との接合面に、気体供給路２６が連通する環状溝２８が形成されるとともに、多孔質部材２０との接合面に、多孔質部材２０の一部に連通する環状溝３０が形成され、両環状溝２８、３０同士を接続する環状のスリット孔３２が形成されている。ステージ１８の気体供給路２６は、回転軸部１２の軸心位置に設けられた気体供給管３４に連通接続されている。そして、図示しないエアー供給源から気体供給管３４を通して気体供給路２６へエアーが送給され、気体供給路２６、環状溝２８、スリット孔３２および環状溝３０を通って多孔質部材２０へエアーが供給されるように構成されている。

液流調整部材２２は、基板Ｗの直径より大きい直径寸法を有しステージ１８の周面を囲うように配設された円環部３６、および、この円環部３６の上端縁からステージ１８の方へ基板Ｗの周縁位置を越えてステージ１８の周縁近くまで延設された水平リング部３８から形成されている。この液流調整部材２２は、後述するようにステージ１８上に非接触で保持される基板Ｗの上面周縁部から水平リング部３８上に流下する洗浄液を円環部３６の外方側および内方側へそれぞれ流して、円環部３６の内方側へ回り込んだ洗浄液により基板Ｗの下面周縁部が洗浄されるように作用する。この液流調整部材２２において、水平リング部３８の、基板Ｗの周縁位置を越えてステージ１８の方へ張り出す寸法、換言すると水平リング部３８の内周縁の位置を調整することにより、円環部３６の内方側へ回り込んだ洗浄液が基板Ｗの下面周縁部と接触する領域を調節して、基板Ｗの下面周縁部の所望個所だけを洗浄することができる。

液流調整部材２２の水平リング部３８上には、複数本、例えば６本の移動規制ピン４０が植設されている。これら複数本の移動規制ピン４０が、ステージ１８の直上に浮上した基板Ｗの周縁端面にそれぞれ当接して係合することにより、基板Ｗが回転中に水平方向へ移動するのを防止して、基板Ｗをステージ１８と一体的に回転させることができるようになっている。

液流調整部材２２の下端縁から延設された底板部材２４とステージ１８の下面との間の空間は、排気通路４２となっており、排気通路４２は、回転軸部１２の気体供給管３４の外周面側に形成された排気路４４に連通接続されている。この排気路４４に流路接続された図示しない排気ポンプにより、排気路４４および排気通路４２を通して、液流調整部材２２の円環部３６とステージ１８の周面との間に形成される空間が排気される。そして、排気ポンプによる排気流量を調整することにより、液流調整部材２２の水平リング部３８と基板Ｗの下面周縁部との間に作用する吸引力を調節して、円環部３６の内方側へ回り込んで基板Ｗの下面周縁部と接触する洗浄液の流量の割合を調節することができるようになっている。また、排気ポンプによる排気流量と多孔質部材１８の表面からのエアー噴出流量とを制御することにより、基板Ｗの浮上量を所望値とする。

上記構成を備えた基板保持機構１０において、エアー供給源から回転軸部１２の気体供給管３４ならびにステージ１８の気体供給路２６、環状溝２８、スリット孔３２および環状溝３０を通って多孔質部材２０へエアーが供給されると、多孔質部材２０の表面から上向きにエアーが噴出し、そのエアーの噴出圧力によってステージ１８の直上に基板Ｗが浮上させられる。このとき、多孔質部材２０の圧損が大きいので、環状溝２８、スリット孔３２および環状溝３０内の圧力は、全周方向において均一化する。また、多孔質部材２０には、空気通路となる微細孔が円環全体にわたって均一に形成されているので、多孔質部材２０へ供給されたエアーは、流路抵抗によって全体へ均等に分散し、多孔質部材２０の表面から均一な圧力・流量で噴出する。このため、基板Ｗは、水平姿勢に支持されたステージ１８上に非接触で安定して水平姿勢に保持されることとなる。この状態で、スピンモータによって基板保持機構１０を回転させると、基板保持機構１０に非接触で保持された基板Ｗは、移動規制ピン４０により移動が規制されて、ステージ１８の直上に浮上したままでステージ１８と一緒に回転する。

上記したようにステージ１８の直上に浮上したままで回転する基板Ｗの上面へ、洗浄液供給ノズル１６から洗浄液８を供給すると、洗浄液８は、遠心力によって基板Ｗの上面上を周辺に向かって流れ、洗浄液８によって基板Ｗの上面が洗浄される。また、基板Ｗの上面周縁部から流れ落ちた洗浄液８の一部は、図３に示すように、基板Ｗの周縁端面に沿うようにして液流調整部材２２の水平リング部３８上に流下し、円環部３６の外方側および内方側へそれぞれ分岐して流れ、洗浄液８によって基板Ｗの周縁端面が洗浄される。さらに、円環部３６の内方側へ流れた洗浄液８は、基板Ｗの下面周縁部と水平リング部３８の上面との間の隙間へ排気ポンプによる吸引力によって浸入するように流れ、その隙間内に表面張力によって保持され、洗浄液８によって基板Ｗの下面周縁部が洗浄される。そして、基板Ｗの下面周縁部と水平リング部３８の上面との間の隙間へ流入した洗浄液８は、水平リング部３８の内周縁から円環部３６とステージ１８の周面との間の空間内へ飛散して、排出気体と共に排気通路４２および排気路４４を通って排出される。

上記した実施形態では、円環状の多孔質部材２０をステージ１８に固設したが、多孔質部材の形状は円板状であってもよいし、また、無端状の円環でなく複数の円弧を円周上に連設して円環状の多孔質部材を形成するようにしてもよい。
また、上記した実施形態では、この発明を基板回転式洗浄装置に適用する場合について説明したが、この発明は、それ以外の基板回転式処理装置、例えばエッチング装置、現像装置、塗布装置やスピン乾燥装置などについても同様に適用し得るものである。
さらに、基板搬送装置において、基板を搬送するときに基板を非接触で水平姿勢に保持する基板保持装置としても、この発明は適用可能である。
また、ベルヌーイチャックと称される保持装置、すなわち、保持する基板と保持平板との間の周縁から外方へ気体を排出することで、中心部に負圧を発生し基板を非接触で吸着保持する保持装置としても、この発明は適用可能である。

この発明の実施形態の１例を示し、基板保持機構を備えた基板回転式処理装置の１つである基板回転式洗浄装置の概略構成を示す正面断面図である。 図１に示した基板回転式洗浄装置における基板保持機構の平面図である。 図１に示した基板回転式洗浄装置の一部拡大断面図である。 基板を非接触で保持する従来装置の構成例を示す概略断面図である。

符号の説明

１０ 基板保持機構
１２ 回転軸部
１４ カップ
１６ 洗浄液供給ノズル
１８ ステージ
２０ 多孔質部材
２２ 液流調整部材
２４ 底板部材
２６ 気体供給路
２８、３０ 環状溝
３２ スリット孔
３４ 気体供給管
３６ 液流調整部材の円環部
３８ 液流調整部材の水平リング部
４０ 移動規制ピン
４２ 排気通路
４４ 排気路
Ｗ 基板

Claims (8)

1. 基板を水平姿勢に保持する基板保持装置において、
   円環状もしくは円板状をなし、空気通路となる微細孔が全体にわたって均一に形成された多孔質部材と、
   この多孔質部材が一体的に固設されて、上面に多孔質部材の平坦な表面が露呈するとともに、前記多孔質部材の一部に連通する気体供給路が内部に形設され、水平姿勢に支持されるステージと、
   このステージの前記気体供給路を通して前記多孔質部材へ気体を供給する気体供給手段と、
   を備えて構成され、
   前記気体供給手段によって前記多孔質部材へ気体を供給し、多孔質部材の表面から上向きに気体を噴出させて前記ステージの直上に基板を浮上させ、基板をステージ上に非接触で保持することを特徴とする基板保持装置。
2. 基板を水平姿勢に保持して鉛直軸回りに回転させ、基板に対して処理を行う基板回転式処理装置において、
   請求項１に記載された基板保持装置と、
   この基板保持装置の前記ステージを鉛直軸回りに回転させる回転手段と、
   前記基板保持装置の前記ステージの直上に浮上した基板が水平方向へ移動するのを規制する移動規制手段と、
   を備えたことを特徴とする基板回転式処理装置。
3. 請求項２に記載の基板回転式処理装置において、
   前記ステージ上に非接触で保持された基板の上面へ処理液を供給する処理液供給手段をさらに備えたことを特徴とする基板回転式処理装置。
4. 請求項３に記載の基板回転式処理装置において、
   前記処理液供給手段が、基板の上面へ洗浄液を供給する洗浄液供給手段であり、その洗浄液供給手段によって供給される洗浄液により、前記ステージ上に非接触で保持された基板の上面および周縁端面を同時に洗浄することを特徴とする基板回転式処理装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の基板回転式処理装置において、
   前記ステージの平面形状が基板の平面形状より小さくされ、
   基板の直径より大きい直径寸法を有し前記ステージの周面を囲うように配設された円環部、および、この円環部の上端縁から前記ステージの方へ基板の周縁位置を越えてステージの周縁近くまで延設された水平リング部から形成され、前記ステージと一体的に回転し、前記ステージ上に非接触で保持された基板の上面周縁部から前記水平リング部上に流下する処理液を前記円環部の外方側および内方側へそれぞれ流して、円環部の内方側へ回り込んだ処理液により基板の下面周縁部を処理する液流調整部材と、
   この液流調整部材の前記円環部と前記ステージの周面との間に形成される空間を排気する排気手段と、
   をさらに備えたことを特徴とする基板回転式処理装置。
6. 請求項５に記載の基板回転式処理装置において、
   前記液流調整部材の前記水平リング部の、基板の周縁位置を越えて前記ステージの方へ張り出す寸法を調整して、前記円環部の内方側へ回り込んだ処理液が基板の下面周縁部と接触する領域を調節することを特徴とする基板回転式処理装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の基板回転式処理装置において、
   前記排気手段による排気流量を調整して、前記円環部の内方側へ回り込む処理液の流量の割合を調節することを特徴とする基板回転式処理装置。
8. 請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の基板回転式処理装置において、
   前記液流調整部材の前記水平リング部に、前記基板保持装置の前記ステージの直上に浮上した基板が水平方向へ移動するのを規制する複数本の移動規制ピンが植設されたことを特徴とする基板回転式処理装置。

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