JP2013038442A - エッジホイール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジホイールと基板との界面に付着した流体を効果的に除去できるエッジホイールの提供。
【解決手段】円板状基板を支持・回転するエッジホイール１４において、エッジホイール１４の外周面に基板１０の端部と係合する溝１３を形成し、該溝１３から内部に伸張する少なくとも一本の放射状チャネル１８を備え、該放射状チャネル１８に、真空源あるいは流体源と連通し、放射状チャネル１８を吸引することにより、基板１０とエッジホイール１４との間の界面に存在する液体を除去し、又逆に放射状チャネル１８に流体を供給することにより、基板１０の端部を濡らすことも可能にする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ウェハの洗浄等の処理に用いる基板用エッジホイールに関する。

集積回路製造に用いられるシリコンウェハ等の基板材は、非常に高い表面平坦度を要求され、この要件を満たすように、平坦化・研磨される。平坦化に通常用いられる手法の一つは、化学機械平坦化／研磨技術（ＣＭＰ）である。ＣＭＰは、本質的には、機械研磨であり、研磨に用いられるスラリーが、表面を研磨する腐食液としても作用する。ＣＭＰ処理を行った後、処理剤が残存する基板を洗浄する必要がある。洗浄処理では、洗浄溶液を流し、基板表面を磨く。次に、基板の端部を複数のエッジホイールで保持し、基板を回転することにより、乾燥する。基板をエッジホイールで保持し、他の方法で乾燥させることも可能である。基板を回転することにより、流体の大部分は基板上から飛ばされる。しかし、表面張力の作用より、流体の一部は、基板の端部に残ることが多い。さらに、エッジホイールと基板の界面に、メニスカスが形成されることもある。また、エッジホイールにも流体が一部残り、回転する過程で、再び流体が基板に付着することもありえる。

ウェハの端部あるいはエッジホイールの端部に付着した流体は、吸引することにより除去可能である。しかし、エッジホイールと基板の界面に付着した流体を効果的に除去する方法は提案されていなかった。

本発明は、前記の目的を達成するために、流体吸引および流体供給構造を備えるエッジホイールを提供する。

本発明の技術は、処理、装置、システム、機器、あるいは、方法等、様々な形態で実現可能である。本発明のいくつかの態様を以下に記載する。

本発明の一つの態様において、半導体基板等の、円板状基板を支持・回転するエッジホイールは、基板の端部を保持するように周縁溝が形成されたホイール体と、前記周縁溝から前記ホイール体内部に伸張する少なくとも一つの放射状チャネルと、を備える。

本発明の別の態様において、基板処理装置用のエッジホイール構造は、その外周部に溝が形成されたホイール体を有するエッジホイールを備える。前記溝は、基板の端部を係合するように形成される。さらに、前記エッジホイールの軸に貫通孔が形成され、前記貫通孔を貫通するシャフトを中心に、エッジホイールが回転する。前記溝からホイール体の内部に放射状チャネルが伸張する。前記エッジホイールが前記シャフトを中心に回転する際に、前記放射状チャネルが、少なくとも周期的に、流体の通過を可能にするように固定ポートに連通する。

本発明のさらに別の態様において、エッジホイール乾燥機は、複数のエッジホイールを備え、各エッジホイールは、基板の端部を係合するように形成された溝を有する。複数のエッジホイールの少なくとも一つは、前記溝から内部に伸張する放射状チャネルを備える。エッジホイール乾燥機は、さらに、真空源を備える。放射状チャネルは、流体の通過を可能にするように真空源に連通される。

本発明の別の態様において、基板の処理方法は、複数のエッジホイールを用いて基板を回転可能に支持し、基板を回転させ、基板と複数のエッジホイールの少なくとも一つの間の界面で湿潤処理および乾燥処理のいずれかを実行する。基板は、複数のエッジホイールにより回転可能に支持され、各エッジホイールの周縁部には、基板の端部に係合する溝が形成される。各エッジホイールは、軸を中心に回転し、その結果、軸を中心に基板を回転させる。複数のエッジホイールの少なくとも一つに回転力を与えることにより、エッジホイールを回転させ、その結果、基板を回転させる。湿潤処理は、少なくとも一つのエッジホイールに形成された放射状チャネルを介して、前記界面に流体を供給する。一方、乾燥処理は、放射状チャネルを介して、前記界面を減圧する。

本発明には数多くの利点があり、これら利点は、本発明の原理を例示するための添付の図面に基づく、以下の詳細な説明により明らかになるであろう。

以下、本発明を理解するために、図面に基づいて詳細に説明する。同一の参照数字は、同一の構造要素を示す。

実施例の基板洗浄システムを示す平面図である。

基板とエッジホイールとの界面を示す拡大図である。

エッジホイール構造を示す断面図である。

図３のエッジホイール構造を示す上面図である。

別のエッジホイール構造を示す断面図である。

図１に基板処理装置５の構成例を示す。基板１０は、円板状で、４つのエッジホイール１２、１４により支持されている。４つのエッジホイールには、２つの固定エッジホイール１２と２つの可動エッジホイール１４とが含まれる。エッジホイール１４は、支持アーム１６により、装置５内部に設置された基板１０を軸係合する。（図示しない）ロボットを用いて、装置５内で基板１０を位置決めした後、可動エッジホイール１４で基板１０を係合するようにしてもよい。

エッジホイール１２、１４により、基板１０の平面に垂直な対称軸を中心として基板１０を回転することができる。（図１に示してはいないが）摩擦車、ベルト駆動機構等、当業者に周知の駆動手段で、固定エッジホイール１２のいずれか、あるいは、両方に、何らかの回転力を与えるようにしてもよい。エッジホイール１２、１４は、基板１０の位置を保持する一方で、その端部のみで基板１０を支持しているため、基板１０は軸を中心として回転可能である。

図２に基板１０とエッジホイール１４の界面１５の拡大図を示す。エッジホイール１４は、その外周面に形成された溝１３により、基板１０の端部１１を係合する。基板１０とエッジホイール１４の両方が親水性の場合には、図示されるように、液体のメニスカス１７が、基板１０とエッジホイール１４の界面に形成される。ただし、基板１０とエッジホイール１４のいずれか一つ、あるいは、両方とも親水性ではない、という場合もありえる。ここで、液体は、例えば、洗浄液、洗浄剤等、基板処理に用いられる化学薬品である。

エッジホイール１４には、溝１３から内部に伸張する複数の放射状チャネル１８が形成されている。放射状チャネル１８は、真空源あるいは流体源（図２には示さず）と、流体の通過を可能にするように連通される。放射状チャネル１８を吸引することにより、基板１０とエッジホイール１４との間の界面に存在する液体が除去される。４つのエッジホイール１２および１４のすべてに放射状チャネル１８を形成するようにしてもよい。また、逆に、放射状チャネル１８に流体を供給することにより、基板１０の端部１１を濡らすこともできる。

図３に、エッジホイールの構造３０を示す。エッジホイール１４は、自在に回転可能なように、シャフト２０により、支持アーム１６に取り付けられている。内部構造がわかるように、エッジホイール１４とシャフト２０の断面を図３に示している。シャフト２０の上端３２から軸方向のチャネルが伸張し、横方向チャネル２７に接続する。横方向チャネル２７は、エッジホイール１４内部に放射状に形成された放射状チャネル１８の各々と、周期的に、一直線上の配置になる。強度を大きく減少させるのでない限り、エッジホイール１４並びにシャフト２０に形成される放射状チャネル１８や横方向チャネル２７の数は特に限定されない。例えば、シャフト２０に一本の横方向チャネル２７を形成し、図４に点線で示すように、エッジホイールには６本の放射状チャネル１８を形成するようにしてもよい。「放射状チャネル」という表現は、必ずしも、溝１３からエッジホイール１４のホイール体内部に伸張するチャネルに限定するものではない。

シャフト２０は、エッジホイール１４を軸方向に貫通し、また、エッジホイール１４がシャフト２０を中心に回転するように、軸受２４により固定される。例えば、ポリテトラフルオロエテン（ＰＴＦＥ）やナイロンのように低摩擦の自己湿潤性樹脂から軸受２４を形成するようにしてもよい。あるいは、カリフォルニア州ガーデングローブのSaint-Gobain Performance Plastics Microelectronics製の商品名ＲＵＬＯＮ等の複合材料を用いることもできる。エッジホイール１４とシャフト２０との間の界面からの漏出を防ぐように、軸受２４は、シャフト２０にしっかりとはめ込まれる。

横方向チャネル２７と放射状チャネル１８との接合面には、溝２９が、シャフト２０の外周部に沿って形成され、すべての放射状チャネル１８から連続的に吸引可能なように構成されている。あるいは、エッジホイール１４の内径部に同様な溝を形成するようにしてもよい。溝２９を形成する代わりに、シャフト２０とエッジホイール１４との間に、減圧可能なように、充分な大きさの空隙（図示しない）を形成するようにしてもよい。また、界面１５と一直線上の配置にない放射状チャネル１８からの減圧を不可能にするような構成も望ましい。この場合、溝２９は形成せず、図示するように、基板１０とエッジホイール１４との間の界面１５に対して直線上に位置する放射状チャネル１８からのみ流体を吸引可能なように、一本の横方向チャネル２７を配置すればよい。

吸引ライン５２は、糸３０あるいは、締付具、摩擦歯、ニップル等の流体ライン係合手段によって、シャフト２０の上端３２に接続され、軸方向のチャネル２６に真空源５０を連通させる。

ある処理工程では、基板１０を回転させて、乾燥する。回転することにより、基板１０の中心部から端部１１に向かって流体が吹き飛ばされる。一部の流体が端部１１に付着している場合、吸引ライン５２から、付着した流体を吸引して、除去する。この場合、吸引ライン５２は、少なくとも周期的に、各放射状チャネル１８、さらには、それと直線上に位置する界面１５と、流体の通過を可能にするように連通する。基板１０とエッジホイール１４とを回転させる一方で、界面１５に存在する流体を吸引により引っ張って、エッジホイール１４を乾燥させる。

別の処理工程では、基板１０を湿潤状態にし、エッジホイール１４の動作により基板１０が乾燥しないようにする。この場合には、基板１０の端部１１が乾燥しないように、流体をエッジホイール構造３０に供給し、基板１０の端部１１を湿らせる。これにより、所定の流体により湿潤した状態で基板１０を保つことができる。この場合には、流体を噴射するほどの圧力は必ずしも必要ではなく、基板１０の端部１１を均一に湿らせるのに充分な圧力を供給すればよい。

図５に固定エッジホイール１２の断面を示す。固定エッジホイール１２は、ホイール体を貫通するシャフト４０を備える。シャフト４０は、軸方向の貫通孔４６を貫通するピン５８を中心として、エッジホイール１２と共に回転する。エッジホイール１２とＴ字型断面を持つカバー４５との間の空隙に環状空間５４が形成されている。固定器具４８により、カバー４５は、エッジホイール１２に固定される。相対的に回転可能なように、（図示しない）低摩擦ワッシャを固定器具４８とカバー４５の間に挟んでもよい。例えば、ナット等を固定器具４８として用いることができる。Ｏリング４７により、カバー４５とエッジホイール１２との間を密閉する。シャフト４０の下方に形成された溝４２にベルト４４を係合させる。

エッジホイールを操作する場合には、（図示しない）駆動源により、溝４２に係合するベルト４４を駆動し、貫通孔４６を貫通するピン（図示しない）を中心として、シャフト４０を回転させる。シャフト４６は、機械的手段、接着剤等、適当な手段で、エッジホイール１２に固定される。あるいは、シャフト４６とエッジホイール１２を同一の材質で、一体に形成するようにしてもよい。Ｔ字型のカバー５０は静止したまま動かない。ポート５６から減圧し、環状空間５４を減圧状態にする。あるいは、ポート５６を介して、環状空間５４に流体を供給する。環状空間５４は、図３に示すように、エッジホイール１４に対して上述したように動作する放射状チャネル１８に、流体の通過を可能にするように連通する。

本実施例では、ベルト駆動機構を示したが、エッジホイール１２に回転を伝達するものは、ベルト駆動機構に限られず、他の周知の駆動手段を用いてもよいことは自明である。また、可動エッジホイール１４にも駆動手段を設けてもよい。

以上、本発明の理解のために詳細に説明してきたが、本発明の請求の範囲内で、様々に変更、変化、修正可能である。上記実施例は、単なる例示であり、限定的なものではない。すなわち、本発明をその詳細に何ら限定するものではなく、発明の技術分野の範囲内で変形・変更可能である。

Claims (15)

1. 円板状基板の処理装置用のエッジホイール構造であって、
   エッジホイールであって、前記基板の端部に係合するように外周部に溝が形成されたホイール体と、前記エッジホイールの軸に形成された貫通孔と、前記溝から前記ホイール体内部に伸張する放射状チャネルと、を備えるエッジホイールと、
   前記貫通孔を貫通するシャフトと、を備え、
   前記エッジホイールが前記シャフトを中心に回転する際に、前記放射状チャネルが、前記エッジホイールと前記シャフトのいずれかに形成された固定ポートに、少なくとも周期的に、流体の通過を可能にするように連通される、
   エッジホイール構造。
2. 前記シャフトが、前記ポートから伸張する軸方向チャネルと、前記軸方向チャネルから前記放射状チャネルに近接する前記シャフトの外周部まで伸張する、少なくとも一つの横方向チャネルと、を含む内部チャネルを備え、前記ポートは、前記シャフトの一端部の前記放射状チャネルに近接する位置に形成され、また、前記ポートが、前記一端部に、前記内部チャネルに流体の通過を可能にするように連通する流体ラインを接続するための手段を備える、請求項１記載のエッジホイール構造。
3. 前記エッジホイールが、軸受により前記シャフトに取り付けられ、前記軸受は、前記エッジホイールと前記シャフトの間の界面からの流体の漏出を最小にするように、前記シャフトと前記エッジホイールとを密封する、請求項２記載のエッジホイール構造。
4. さらに、前記基板が複数のエッジホイールの間に位置する場合に、前記基板に係合するように、選択的に前記エッジホイールを動かす可動アームを備える、請求項１記載のエッジホイール構造。
5. 前記エッジホイールが、前記エッジホイールと前記カバーとの間に形成される環状空間とカバーとを備え、少なくとも一本の前記放射状チャネルが、前記溝から前記環状空間に伸張し、前記カバーと前記エッジホイールとが互いに回転可能なように、前記カバーが前記エッジホイールを密閉し、前記ポートが流体ラインを取り付ける手段を前記カバー上に備える、請求項１記載のエッジホイール構造。
6. さらに、前記エッジホイールに固定される滑車を備える、請求項１記載のエッジホイール構造。
7. エッジホイール乾燥機であって、
   各エッジホイールが、基板の端部に係合するように形成された溝を備え、エッジホイールの少なくとも一つが、前記溝から内部に伸張する放射状チャネルを備える複数のエッジホイールと、
   真空源と、を備え、
   前記放射状チャネルが、前記真空源に、流体の通過が可能なように連通する、
   エッジホイール乾燥機。
8. 前記エッジホイールの一つあるいは複数が、力を入力することにより、前記一つあるいは複数のエッジホイールを回転させて、その結果、前記基板を回転する駆動手段を備える、請求項７記載のエッジホイール乾燥機。
9. 前記エッジホイールの一つあるいは複数が、可動アームに取り付けられ、前記基板が複数のエッジホイールの間に位置する場合に、前記可動アームの作用により、前記一つあるいは複数のエッジホイールを前記基板の端部に係合する、請求項７記載のエッジホイール乾燥機。
10. 円板状の基板を処理する方法であって、
    各エッジホイールが、前記基板の端部を係合する溝をその周縁部に備え、各エッジホイールが、軸を中心に回転することにより前記基板を回転させ、一つあるいは複数のエッジホイールが駆動ホイールであるような、複数のエッジホイールで、前記基板を回転可能に支持し、
    駆動ホイールによって回転力を与えることにより前記基板を回転させ、
    前記エッジホイールの少なくとも一つに形成された放射状チャネルを介して、前記基板と前記エッジホイールの少なくとも一つの間の界面を減圧することにより、前記界面を乾燥する乾燥処理と、あるいは、前記エッジホイールの少なくとも一つに形成された放射状チャネルを介して、前記基板と前記エッジホイールの少なくとも一つの間の界面に流体を供給することにより、前記界面を湿らせる湿潤処理と、のいずれかを実施する、
    処理方法。
11. 前記エッジホイールの少なくとも一つがシャフトを中心に回転し、前記シャフトが、流体の通過を可能にするように前記放射状チャネルに連通する内部チャネルと、一端に形成されたポートと、を備え、前記乾燥処理が、前記シャフトに形成されたポートから減圧し、前記湿潤処理が、前記シャフトに形成されたポートに流体を供給する、請求項１０記載の処理方法。
12. 前記駆動ホイールが、環状空間と、環状空間を囲むカバーとを備え、前記カバーがポートを備え、また、前記カバーが、前記エッジホイールの一つに対して密封されることによって、前記一つのエッジホイールに対して回転し、前記環状空間が、流体の通過を可能にするように前記放射状チャネルと前記ポートに連通し、前記乾燥処理が、前記カバーに備えられたポートから減圧する、請求項１０記載の処理方法。
13. 前記駆動ホイールに回転力を与えることにより、前記基板を回転させる、請求項１２記載の処理方法。
14. 前記駆動ホイールが滑車を備え、前記滑車に接続する伸縮ベルトに回転を与えることにより、前記駆動ホイールに回転力を与える、請求項１３記載の処理方法。
15. 前記複数のエッジホイールの内、２つの固定エッジホイールに対して、前記基板の端部の位置決めを行い、前記複数のエッジホイールの内、２つの可動エッジホイールを前記基板の端部に係合させる、請求項１０記載の処理方法。

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