JP2009071327A - スピン処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は回転テーブルの回転数を増大させても、処理槽内の圧力が上昇するのを防止できるようにしたスピン処理装置を提供することにある。
【解決手段】 半導体ウエハ１０を回転させて処理するスピン処理装置において、
処理チャンバ１と、この処理チャンバ内に設けられたカップ体２と、このカップ体内に設けられ上記半導体ウエハを保持して駆動モータ８により回転駆動される回転テーブル５と、この回転テーブルの回転速度に応じて変化する上記処理チャンバ内の圧力を制御する制御装置３５とを具備したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は回転テ−ブルによって基板を回転させて処理するスピン処理装置及びスピン処理方法に関する。

たとえば半導体装置や液晶表示装置の製造過程においては、半導体ウエハやガラス基板などの基板に回路パタ−ンを形成するための成膜プロセスやフォトプロセスがある。これらのプロセスでは、上記基板に対してパターン形成と洗浄処理とが繰り返し行われる。基板を洗浄したり、洗浄した基板を乾燥するためには、上記基板を回転テ−ブルに保持してこの回転テ−ブルとともに回転させるスピン処理装置が用いられている。

一般に、スピン処理装置は処理チャンバを有し、この処理チャンバ内にカップ体が配置されている。このカップ体は上面が開口した容器状をなしていて、その内部には上記回転テーブルが設けられ、この回転テーブル上に上記基板が保持される。

上記カップ体の底部には排出管が接続され、この排出管は上記処理チャンバの底壁を貫通して外部に導出され、気液分離器に接続されている。したがって、この気液分離器では液体と気体とを分離して排出するようになっている。

上記処理チャンバ内には、その上部からフィルタを介してクリーンルーム内の外気が導入されるようになっており、処理チャンバ内に導入された外気は底部に接続された排気管から排出される。それによって、処理チャンバ内には上部から下部に向う気流が生じるから、その気流によって基板から飛散する処理液が処理チャンバ内で浮遊して上記基板に再付着するのを防止している。

ところで、基板を処理するために回転テーブルを高速度で回転させると、その回転によって処理チャンバ内の圧力が上昇することが確認された。処理チャンバ内の圧力上昇は、回転テーブルの回転によってカップ体の下面側の開口部から処理チャンバ内に外気が吸引されるためであると考えられる。

このように、回転テーブルの回転によって処理チャンバ内の圧力が上昇すると、その処理チャンバ内の雰囲気が外部に漏れ出るということがある。そのため、基板の処理に薬液などを用いる場合には、その薬液を含む雰囲気が外部に漏れることになるから、作業者に悪影響を与える虞があるばかりか、その漏れによってクリーンルームを汚染するという虞もある。

一方、上記カップ体は上カップと下カップとに分割されている。そして、回転テーブルに対して基板を着脱する場合には、上記下カップを下降させ、処理チャンバに形成された出し入れ口から基板を上記回転テーブルに対して着脱するようにしている。

しかしながら、カップ体を上カップと下カップとに分割し、上カップを上下動させる構成によると、構造の複雑化を招くということがあった。

この発明は、回転テーブルを高速回転させた場合に、処理チャンバ内の圧力が上昇するのを防止したスピン処理装置及びスピン処理方法を提供することにある。

請求項１の発明は、基板を回転させて処理するスピン処理装置において、
処理チャンバと、
この処理チャンバ内に設けられたカップ体と、
このカップ体内に設けられ上記基板を保持して駆動源により回転駆動される回転テーブルと、
この回転テーブルの回転速度に応じて変化する上記処理チャンバ内の圧力を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記処理チャンバには、フィルタ及び送風機を有しこの送風機の回転によって上記フィルタを通じて外気を導入する外気導入手段と、上記処理チャンバに接続された排気路及びこの排気路に設けられたダンパを有しこのダンパの開度によって上記処理チャンバからの排気量を制御する排気手段とが設けられ、
上記制御手段は、上記回転テーブルの回転数の変化に応じて上記外気導入手段による外気の導入量または上記排気手段による排気量の少なくともいずれか一方を制御することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、上記回転テーブルの回転数を検出する回転数検出手段が設けられ、
上記制御手段は、上記回転数検出手段からの検出信号によって上記処理チャンバ内の圧力を制御することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、上記処理チャンバには、この内部圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、
上記制御手段は、上記圧力検出手段からの検出信号に応じて上記処理チャンバ内の圧力を制御することを特徴とする。

請求項５の発明は、基板を回転させて処理するスピン処理方法において、
上記基板を処理チャンバ内に設けられた回転テーブルに保持してこの回転テーブルを回転させる工程と、
上記回転テーブルの回転数に応じて変化する上記処理チャンバ内の圧力を制御する工程と
を具備したことを特徴とする。

請求項６の発明は、基板を回転させて処理するスピン処理装置において、
処理チャンバと、
この処理チャンバ内に設けられたカップ体と、
このカップ体内に設けられ上記基板を保持して駆動源により回転駆動される回転テーブルと、
上記処理チャンバの側壁に形成された第１の出し入れ口を開閉する第１のシャッタと、
上記カップ体の上記第１の出し入れ口と対向する位置に形成された第２の出し入れ口を開閉する第２のシャッタと、
上記第１、第２のシャッタを駆動して上記第１、第２の出し入れ口を開閉する駆動手段と
を具備したことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６の発明において、上記第１のシャッタと第２のシャッタとは連動する構成であることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項６の発明において、上記処理チャンバとカップ体とが一体となっていることを特徴とする。

請求項１乃至請求項５の発明によれば、回転テーブルの回転数が高速度になったときに処理チャンバ内の圧力が上昇するのを防止するようにした。

そのため、処理チャンバ内の雰囲気が外部に漏れ出るのを防止することができる。

請求項６乃至請求項８の発明によれば、処理チャンバとこの処理チャンバ内に設けられたカップ体との対応する部分に、それぞれシャッタによって開閉される出し入れ口を形成した。

そのため、上記カップ体を２つに分割し上側のカップ体を上下駆動するということをせずに上記カップ体内の回転テーブルに基板を着脱することができるから、構成の簡略化を計ることができる。

以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１に示すこの発明のスピン処理装置は処理チャンバ１を備えている。この処理チャンバ１はクリーンルームに設置され、その内底部にはスピンカップ２が配設されている。このスピンカップ２は筒状をなしていて、その周壁３の上端部は径方向内方に向って傾斜した傾斜部４に形成されている。

上記スピンカップ２の内部には回転テーブル５が配置されている。この回転テーブル５の下面には軸受体６が設けられ、この軸受体６に上記回転テーブル５が回転自在に支持されている。

上記軸受体６は下端部を上記処理チャンバ１の底部に形成された通孔７から外部に突出させている。上記軸受体６の下方には駆動源としての駆動モータ８が設けられ、この駆動モータ８によって上記回転テーブル５が回転駆動されるようになっている。

上記回転テーブル５の上面側には周方向に所定間隔で複数の支持ピン９が突設され、この支持ピン９によって基板としての半導体ウエハ１０が着脱自在に保持されるようになっている。

上記処理チャンバ１の側壁の上記スピンカップ２と対向する部位には第１の出し入れ口１１が形成されている。上記スピンカップ２の上記第１の出し入れ口１１と対向する部分、つまり回転テーブル５に保持された半導体ウエハ１０の高さ位置と対向する部分には第２の出し入れ口１２が形成されている。

上記第１の出し入れ口１１は第１のシャッタ１３によって開閉され、第２の出し入れ口１２は第２のシャッタ１４によって開閉されるようになっている。つまり、第１のシャッタ１３と第２シャッタ１４とはＬ字状の駆動軸１５の一端部に連結されている。

上記駆動軸１５の他端部は上記処理チャンバ１の外部にほぼ垂直な状態で突出しており、その下端部はシリンダ１６のロッド１７に連結されている。このシリンダ１６のロッド１７が突出方向に付勢された状態では、上記第１のシャッタ１３が第１の出し入れ口１１を気密に閉塞し、第２のシャッタ１４が第２の出し入れ口１２を気密に閉塞している。

上記ロッド１７が没入方向に付勢されて駆動軸１５が連動すると、第１のシャッタ１３と第２のシャッタ１４とが下降するから、第１の出し入れ口１１と第２の出し入れ口１２とが開放される。したがって、図示しないロボットによって、処理チャンバ１の外部から上記第１の出し入れ口１１と第２の出し入れ口１２を介して上記回転テーブル５に未処理の半導体ウエハ１０を供給したり、処理された半導体ウエハ１０を取り出すことができるようになっている。

処理チャンバ１に供給された未処理の半導体ウエハ１０は、回転テーブル５の上方に配置されたノズル２０から噴射される処理液によって洗浄処理などが行われるようになっている。つまり、半導体ウエハ１０は、回転テーブル５を低速度で回転して洗浄処理された後、高速度で回転させることで乾燥処理されるようになっている。

上記処理チャンバ１の天井部には導入孔２１が形成されている。この導入孔２１には外気導入手段を構成するウルパなどのフィルタ２２を収容したフィルタボックス２３が設けられている。このフィルタボックス２３内には送風モータ２４によって回転駆動されるファン２５が収容されている。

したがって、上記ファン２５が上記送風モータ２４によって回転駆動されると、外気（クリーンルーム内の気体）が上記フィルタ２２で浄化されて洗浄槽１内に導入されるようになっている。

上記処理チャンバ１の底部には、カップ体２の内部に連通する複数の排出管２６及びカップ体２の外部に連通する排気路を形成する複数の排気管２７がそれぞれ設けられている。上記排出管２６はカップ体２内の処理液を含む雰囲気を排出するようになっており、その雰囲気は気液分離器２８に導入されて気体と液体とに分離される。

上記気液分離器２８で分離された液体は排液管２９を通じて排出され、気体は上記排気管２７へ排出される。この排気管２７には排気ポンプ３１が接続されており、気液分離器２８からの気体及び上記フィルタ２２で浄化されて上記導入孔２１から処理チャンバ１内に供給された清浄な空気が上記排気管２７を通じて排出されるようになっている。

上記導入孔２１から処理チャンバ１内に供給された清浄な空気が処理チャンバ１の底部に接続された排気管２７から排出されることで、処理チャンバ１内にはその上部から下方に向う空気流が生じる。それによって、回転テーブル５を回転させて半導体ウエハ１０を、たとえば乾燥処理する際に生じるミスト等が円滑に排出される。つまり、上記ミストが処理チャンバ１内で舞い上がり、半導体ウエハ１０に再付着するのを防止することができるようになっている。

排気管２７の処理チャンバ１に接続された部分にはそれぞれダンパ３２が設けられている。各ダンパ３２は角度制御モータ３３によって角度（開度）が制御されるようになっている。それによって、上記排気ポンプ３１による処理チャンバ１からの排気量を制御できるようになっている。

上記駆動モータ８には回転数検出手段としてのエンコーダ３４が設けられ、この駆動モータ８の回転数、つまり回転テーブル５の回転数を検出するようになっている。エンコーダ３４による検出信号は制御装置３５に入力される。また、制御装置３５には上記処理チャンバ１内の圧力を検出する圧力検出手段としての圧力検出センサ３６からの検出信号が入力されるようになっている。

上記制御装置３５は、上記駆動モータ８、上記送風機モータ２４、上記角度制御モータ３３の回転速度及び上記角度制御モータ３３によるダンパ３２の角度を上記エンコーダ３４が検出する回転テーブル５の回転数あるいは上記圧力検出センサ３６が検出する処理チャンバ１内の圧力のいずれかの信号によって制御する。なお、排気ポンプ３１は上記制御装置３５によって発停制御だけが行われるようになっているが、他のモータと同様に回転数を変え、排気量を制御するようにしてもよい。

また、排気ポンプ３１を使用せず、向上などの一括排気システムを利用する場合には、送風機モータ２４または排気用のダンパ３２の制御のみとしてもよい。

つぎに、上記構成のスピン処理装置の動作について説明する。

まず、シリンダ１６を作動させて駆動軸１５によって第１のシャッタ１３と第２のシャッタ１４とを下降させ、処理チャンバ１の第１の出し入れ口１１とカップ体２の第２の出し入れ口１２とを開放し、これらの出し入れ口１１，１２を介して回転テーブル５上に未処理の半導体ウエハ１０を図示しないロボットによって供給する。

その後、上記シリンダ１６を逆方向に作動させ、上記第１、第２のシャッタ１４を上昇させて各出し入れ口１１，１２を気密に閉塞する。送風機モータ２４によるファン２５の運転と、排気ポンプ３１の運転とは常時行われ、処理チャンバ１内の雰囲気を常に排気している。

つぎに、回転テーブル５を低速度で回転させながらノズル２０から処理液を半導体ウエハ１０に向って噴射することで、半導体ウエハ１０を洗浄処理する。

フィルタ２２で浄化された清浄空気を処理チャンバ１の上部から下部に向って流すことで、処理チャンバ１内及びカップ体２内の雰囲気が上部から下部へ円滑に流れて排出されることになる。

そのため、処理チャンバ１内において、処理液を含む雰囲気が乱流となるのが防止されるから、ミスト状となった処理液が処理チャンバ１内に浮遊するのが防止される。

このようにして半導体ウエハ１０を洗浄処理したならば、回転テーブル５を高速度で回転させて乾燥処理する。回転テーブル５を高速回転させたときには、処理チャンバ１内の圧力が上昇してミストを含む雰囲気が外部に漏れ出る虞があるので、処理チャンバ１内の圧力が上昇するのが以下の手段によって抑制される。

まず、第１の手段としては、回転テーブル５の回転速度が所定の回転数に達したことがエンコーダ３４によって検出されたならば、その検出信号によって送風機モータ２４によるファン２５の回転数を下げ、処理チャンバ１内へ供給される送風量を減少させる。

それによって、処理チャンバ１内の圧力上昇が抑制されることになるから、処理チャンバ１内のミスト状の処理液を含む雰囲気が外部に漏れ出るのを防止することができる。

処理チャンバ１内の圧力は圧力検出センサ３６によって検出されている。したがって、この圧力検出センサ３６からの検出信号によって上記処理チャンバ１内の圧力がほぼゼロもしくはゼロに近い負圧になるよう上記ファン２５による送風量を制御することができるから、処理チャンバ１内の雰囲気が外部に漏れ出るのを確実に防止することができる。

上記第１の手段において、送風機モータ２４によるファン２５の回転数を制御する代わりに、排気管２７に設けられたダンパ３２の開度を制御して処理チャンバ１内の圧力上昇を制御するようにしてもよい。つまり、ダンパ３２の開度を大きくして排気管２７からの排気量を増大させれば、処理チャンバ１内の圧力上昇を抑制することができる。

また、送風機モータ２４の回転数を制御してから処理チャンバ１内の圧力変化の遅れなどを考慮して回転テーブル５が回転する前あるいは低速回転時に送風機モータ２４の回転を下げてもよい。

第２の手段としては、エンコーダ３４からの検出信号によらず、処理チャンバ１内の圧力を検出する圧力検出センサ３６からの検出信号によって処理チャンバ１内の圧力を制御することができる。

つまり、回転テーブル５の回転数が上昇して処理チャンバ１内の圧力が上昇し、そのことが圧力検出センサ３６によって検出されたならば、その検出信号に応じてファン２５による送風量を減少させたり、ダンパ３２の開度を大きくして排気量を増大させる。

それによって、処理チャンバ１内の圧力をゼロもしくはゼロに近い負圧に維持することが可能となるから、第１の手段と同様、処理チャンバ１内の雰囲気が外部に漏れ出るのを防止することができる。

このようにして半導体ウエハ１０の洗浄処理及び乾燥処理が終了したならば、回転テーブル５を停止してシリンダ１６を作動させ、第１のシャッタ１３と第２のシャッタ１４とを下降させる。

それによって、第１の出し入れ口１１と第２の出し入れ口１２とが開放されるから、これら出し入れ口１１，１２を通じて処理された半導体ウエハ１０を取り出した後、未処理の半導体ウエハ１０を供給して上述したごとく洗浄処理と乾燥処理とが繰り返して行われる。

上記カップ体２には、処理チャンバ１に形成された第１の出し入れ口１１と対向して第２の出し入れ口１２を形成した。そのため、一対の出し入れ口１１，１２を開閉することで、回転テーブル５に半導体ウエハ１０を供給したり、取り出すことができる。

つまり、従来のようにカップ体２を上下２つに分割し、上のカップを上下駆動して半導体ウエハ１０を出し入れするということをせずにすむから、カップ体２の構成を簡略化することができる。

上記第１の出し入れ口１１を開閉する第１のシャッタ１３と、第２の出し入れ口１２を開閉する第２のシャッタ１４とを同一の駆動軸１５によって駆動するようにしたことでシリンダ１６が１つですむから、そのことによっても構成の簡略化を計ることができる。

この発明は上記一実施の形態に限定されず、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。たとえば、制御装置３５に処理チャンバ１内の圧力を設定しておき、その設定圧力と圧力検出センサ３６が検出する検出信号とを比較し、その比較に基づいて送風モータ２４によるファン２５の回転数や角度制御モータ３３によるダンパ３２の開度を制御するようにしてもよい。

そのような制御を行うようにすれば、処理チャンバ１内の圧力を常に一定に維持することができるばかりか、処理チャンバ１内の圧力が高い場合だけでなく、低い場合にも設定圧力になるよう制御することが可能である。

この発明の一実施の形態を示すスピン処理装置の概略的構成を示す断面図。

符号の説明

１…処理チャンバ、２…カップ体、５…回転テーブル、８…駆動モータ、１０…半導体ウエハ（基板）、１１…第１の出し入れ口、１２…第２の出し入れ口、１３…第１のシャッタ、１４…第２のシャッタ、２４…送風機モータ、２５…ファン、２７…排気管、３２…ダンパ、３３…角度制御モータ、３４…エンコーダ、３５…制御装置、３６…圧力検出センサ（圧力検出手段）。

Claims (8)

1. 基板を回転させて処理するスピン処理装置において、
   処理チャンバと、
   この処理チャンバ内に設けられたカップ体と、
   このカップ体内に設けられ上記基板を保持して駆動源により回転駆動される回転テーブルと、
   この回転テーブルの回転速度に応じて変化する上記処理チャンバ内の圧力を制御する制御手段と
   を具備したことを特徴とするスピン処理装置。
2. 上記処理チャンバには、フィルタ及び送風機を有しこの送風機の回転によって上記フィルタを通じて外気を導入する外気導入手段と、上記処理チャンバに接続された排気路及びこの排気路に設けられたダンパを有しこのダンパの開度によって上記処理チャンバからの排気量を制御する排気手段とが設けられ、
   上記制御手段は、上記回転テーブルの回転数の変化に応じて上記外気導入手段による外気の導入量または上記排気手段による排気量の少なくともいずれか一方を制御することを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。
3. 上記回転テーブルの回転数を検出する回転数検出手段が設けられ、
   上記制御手段は、上記回転数検出手段からの検出信号によって上記処理チャンバ内の圧力を制御することを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。
4. 上記処理チャンバには、この内部圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、
   上記制御手段は、上記圧力検出手段からの検出信号に応じて上記処理チャンバ内の圧力を制御することを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。
5. 基板を回転させて処理するスピン処理方法において、
   上記基板を処理チャンバ内に設けられた回転テーブルに保持してこの回転テーブルを回転させる工程と、
   上記回転テーブルの回転数に応じて変化する上記処理チャンバ内の圧力を制御する工程と
   を具備したことを特徴とするスピン処理方法。
6. 基板を回転させて処理するスピン処理装置において、
   処理チャンバと、
   この処理チャンバ内に設けられたカップ体と、
   このカップ体内に設けられ上記基板を保持して駆動源により回転駆動される回転テーブルと、
   上記処理チャンバの側壁に形成された第１の出し入れ口を開閉する第１のシャッタと、
   上記カップ体の上記第１の出し入れ口と対向する位置に形成された第２の出し入れ口を開閉する第２のシャッタと、
   上記第１、第２のシャッタを駆動して上記第１、第２の出し入れ口を開閉する駆動手段と
   を具備したことを特徴とするスピン処理装置。
7. 上記第１のシャッタと第２のシャッタとは連動する構成であることを特徴とする請求項６記載のスピン処理装置。
8. 上記処理チャンバとカップ体とが一体となっていることを特徴とする請求項６記載のスピン処理装置。

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