JP2015005567A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハなどの基板を回転させるときに、基板面が大きく振動することを防ぎ、洗浄や乾燥などの基板処理効果を安定させることができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置は、基板Ｗを保持して回転させる基板保持部７１，７２，７３，７４，７５と、基板Ｗの固有振動数を決定する固有振動数決定部４１と、基板Ｗの固有振動数に基づいて、基板Ｗの回転速度を制御する処理制御部４３とを備えたことを特徴とする。固有振動数決定部４１は、所定の式を用いて算出されるか、または基板Ｗの振動を測定することによって決定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、円形状、矩形状の基板を回転させて該基板を処理する基板処理装置に関し、特に、半導体デバイスの製造に使われるウェーハなどの基板を回転させることで該基板を洗浄および／または乾燥させる基板処理装置に関する。

半導体デバイスを製造する工程では、ウェーハを洗浄および／または乾燥するためにウェーハを回転させる基板処理装置が使用される。複数のウェーハについて同じ処理結果を得るためには、同一のプロセス条件下でこれらウェーハが処理される。例えば、ウェーハの洗浄工程では、各ウェーハを同一の速度で回転させながら、同一の流量の洗浄液がウェーハに供給され、この状態でスポンジまたはブラシなどの洗浄具でウェーハが洗浄される。

ウェーハの厚みや積層構造はウェーハ毎に異なる。このようなウェーハの構造の違いは、ウェーハを回転させたときのウェーハ表面の振動の仕方に影響し、結果として、得られる処理結果にばらつきが発生していることがある。つまり、ウェーハ表面の振動に起因して、スポンジやブラシなどの洗浄具のウェーハ表面との接触状態が変化し、均一な洗浄処理が行われないことがあった。

特に、ウェーハの大口径化が進むとウェーハの固有振動数が下がり、ウェーハ処理時のウェーハの回転周波数がウェーハの固有振動数に近づく。結果として、ウェーハの回転速度に起因してウェーハ表面の振動が増大することがありうる。したがって、同一条件でウェーハ処理を行うと、ウェーハの構造や形状に依存して処理結果に大きなばらつきが発生することがあり、最終製品の歩留まりを低下させるおそれがある。これは、同一処理結果を得るには同一プロセス条件で処理するという原則が通用しない場合があることを意味している。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ウェーハなどの基板を回転させるときに、基板面が大きく振動することを防ぎ、洗浄や乾燥などの基板処理の効果を安定させることができる基板処理装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を保持して回転させる基板保持部と、前記基板の固有振動数を決定する固有振動数決定部と、前記基板の固有振動数に基づいて、前記基板の回転速度を制御する処理制御部とを備えたことを特徴とする基板処理装置である。

本発明の好ましい態様は、前記処理制御部は、前記基板の固有振動数に対応する回転速度とは異なる回転速度で前記基板が回転するように、前記基板の回転速度を制御することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記固有振動数決定部は、前記基板に固有の諸元から該基板の固有振動数を算出することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板に固有の諸元は、前記基板の厚さ、直径、密度、ヤング率、ポアソン比を少なくとも含むことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記固有振動数決定部は、前記基板保持部に保持された前記基板の固有振動数を測定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記固有振動数決定部は、音波の周波数を変えながら前記基板に前記音波を当て、前記基板から反射した音波の振幅を計測し、前記振幅が最も大きくなるときの音波の周波数から前記基板の固有振動数を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記固有振動数決定部は、音波の周波数を変えながら前記基板に前記音波を当てて前記基板を振動させ、前記基板の振動の振幅を計測し、前記振幅が最も大きくなるときの音波の周波数から前記基板の固有振動数を決定することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、回転している前記基板の表面の振動周波数を計測する振動周波数計測器をさらに備え、前記処理制御部は、前記基板の固有振動数および前記振動周波数に対応する回転速度とは異なる回転速度で前記基板が回転するように、前記基板の回転速度を制御することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記振動周波数計測器は、前記基板の表面の変位を測定する変位センサを備えており、前記変位の変動から前記振動周波数を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記振動周波数計測器は、前記基板の表面に光を照射し、該基板からの反射光を受光し、該反射光の強度の変動から前記振動周波数を決定することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記処理制御部は、前記基板の回転速度に従って前記基板の処理時間を変化させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板の表面に流体を供給する流体供給機構と、前記流体の流量を調整する流量調整弁とをさらに備え、前記処理制御部は、前記基板の回転速度に従って前記流量調整弁を介して前記流体の流量を制御することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記固有振動数決定部は、回転している前記基板の振動の振幅を測定し、前記処理制御部は、前記基板の振動の振幅が所定のしきい値よりも大きいときには、前記基板の回転を停止させることを特徴とする。

本発明によれば、基板の固有振動数から逸れた回転速度で基板が回転される。したがって、基板の共振が回避され、基板の表面が大きく振動することが防止できる。結果として、洗浄具および／または処理液（例えば、洗浄液やリンス液）は基板の表面に均一に接触し、均一な基板処理が実現される。

本発明の実施形態に係る基板処理装置を備えた研磨装置の全体構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す斜視図である。 直径３００ｍｍのウェーハと直径４００ｍｍのウェーハの固有振動数の算出値を示すグラフである。 ウェーハの厚さによって固有振動数の算出値が変わることを示すグラフである。 ウェーハの結晶方位によって固有振動数の算出値が変わることを示すグラフである。 ウェーハの結晶方位と保持ローラとの位置関係を示す平面図である。 基板処理装置の他の実施形態を示す模式図である。 図７に示す固有振動数決定部を示す模式図である。 固有振動数決定部の他の実施形態を示す模式図である。 複数の保持ローラで保持されているウェーハのうねりを示す模式図である。 ウェーハを回転速度１２００〜２０００ｍｉｎ^−１の範囲内で変化させたときの、振動周波数と、ウェーハ１回転あたりのうねり数との関係を示すグラフである。 基板処理装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。 図１２に示す振動周波数計測器の一例を示す模式図である。 図１２に示す振動周波数計測器の他の例を示す模式図である。 基板処理装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。 図１５に示す基板処理装置の他の実施形態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置を備えた研磨装置の全体構成を示す平面図である。図１に示すように、研磨装置は、略矩形状のハウジング１０と、多数の半導体ウェーハ等の基板をストックする基板カセットが載置されるロードポート１２を備えている。ロードポート１２は、ハウジング１０に隣接して配置されている。ロードポート１２には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができる。ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部に基板カセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。

ハウジング１０の内部には、複数（この実施形態では４つ）の研磨ユニット１４ａ〜１４ｄと、研磨後の基板を洗浄する第１洗浄ユニット１６及び第２洗浄ユニット１８と、洗浄後の基板を乾燥させる乾燥ユニット２０が収容されている。研磨ユニット１４ａ〜１４ｄは、研磨装置の長手方向に沿って配列され、洗浄ユニット１６，１８及び乾燥ユニット２０も研磨装置の長手方向に沿って配列されている。

ロードポート１２、研磨ユニット１４ａ、及び乾燥ユニット２０に囲まれた領域には、第１基板搬送ロボット２２が配置され、また研磨ユニット１４ａ〜１４ｄと平行に、基板搬送ユニット２４が配置されている。第１基板搬送ロボット２２は、研磨前の基板をロードポート１２から受け取って基板搬送ユニット２４に渡すとともに、乾燥後の基板を乾燥ユニット２０から受け取ってロードポート１２に戻す。基板搬送ユニット２４は、第１基板搬送ロボット２２から受け取った基板を搬送して、各研磨ユニット１４ａ〜１４ｄとの間で基板の受け渡しを行う。各研磨ユニットは、研磨面に研磨液（スラリー）を供給しながら、ウェーハなどの基板を研磨面に摺接させることで、基板の表面を研磨する。

第１洗浄ユニット１６と第２洗浄ユニット１８の間に位置して、これらの各ユニット１６，１８の間で基板を搬送する第２基板搬送ロボット２６が配置され、第２洗浄ユニット１８と乾燥ユニット２０との間に位置して、これらの各ユニット１８，２０の間で基板を搬送する第３基板搬送ロボット２８が配置されている。更に、ハウジング１０の内部に位置して、研磨装置の各ユニットの動きを制御する動作制御部３０が配置されている。

この例では、第１洗浄ユニット１６として、洗浄液の存在下で、基板の表裏両面にロールスポンジなどの洗浄具を擦り付けて基板を洗浄する本発明の実施形態に係る基板処理装置が使用されている。第２洗浄ユニット１８として、ペンスポンジタイプの基板洗浄装置が使用されている。また、乾燥ユニット２０として、基板を保持し、移動するノズルからＩＰＡ蒸気を噴出して基板を乾燥させ、更に高速で回転させ遠心力によって基板を乾燥させるスピン乾燥装置が使用されている。

図２は、第１洗浄ユニット（基板処理装置）１６を示す斜視図である。図２に示すように、第１洗浄ユニット１６は、ウェーハＷを水平に保持して回転させる４つの保持ローラ７１，７２，７３，７４と、ウェーハＷの上下面に接触する円柱状のロールスポンジ（洗浄具）７７，７８と、これらのロールスポンジ７７，７８を回転させる洗浄具回転機構８０，８１と、ウェーハＷの上面にリンス液（例えば純水）を供給する上側リンス液供給ノズル８５，８６と、ウェーハＷの上面に洗浄液（例えば薬液）を供給する上側洗浄液供給ノズル８７，８８とを備えている。図示しないが、ウェーハＷの下面にリンス液（例えば純水）を供給する下側リンス液供給ノズルと、ウェーハＷの下面に洗浄液（例えば薬液）を供給する下側洗浄液供給ノズルが設けられている。

上側洗浄液供給ノズル８７，８８には、流量調整弁６１，６２がそれぞれ接続されており、上側リンス液供給ノズル８５，８６には、流量調整弁６３，６４がそれぞれ接続されている。ウェーハＷに供給される洗浄液およびリンス液の流量は、対応する流量調整弁６１〜６４を操作することによって変更することが可能となっている。

保持ローラ７１，７２，７３，７４は図示しない駆動機構（例えばエアシリンダ）によって、ウェーハＷに近接および離間する方向に移動可能となっている。４つの保持ローラのうちの２つの保持ローラ７１，７４は、基板回転機構７５に連結されており、これら保持ローラ７１，７４は基板回転機構７５によって同じ方向に回転されるようになっている。４つの保持ローラ７１，７２，７３，７４がウェーハＷを保持した状態で、２つの保持ローラ７１，７４が回転することにより、ウェーハＷはその軸心まわりに回転する。本実施形態では、ウェーハＷを保持して回転させる基板保持部は、保持ローラ７１，７２，７３，７４と基板回転機構７５から構成される。

上側のロールスポンジ７７を回転させる洗浄具回転機構８０は、その上下方向の動きをガイドするガイドレール８９に取り付けられている。また、この洗浄具回転機構８０は昇降駆動機構８２に支持されており、洗浄具回転機構８０および上側のロールスポンジ７７は昇降駆動機構８２により上下方向に移動されるようになっている。なお、図示しないが、下側のロールスポンジ７８を回転させる洗浄具回転機構８１もガイドレールに支持されており、昇降駆動機構によって洗浄具回転機構８１および下側のロールスポンジ７８が上下動するようになっている。昇降駆動機構としては、例えばボールねじを用いたモータ駆動機構またはエアシリンダが使用される。ウェーハＷの洗浄時には、ロールスポンジ７７，７８は互いに近接する方向に移動してウェーハＷの上下面に接触する。洗浄具として、ロールスポンジに代えて、ロールブラシが使用されることもある。

次に、ウェーハＷを洗浄する工程について説明する。まず、保持ローラ７１，７２，７３，７４によりウェーハＷをその軸心まわりに回転させる。次いで、上側洗浄液供給ノズル８７，８８および図示しない下側洗浄液供給ノズルからウェーハＷの上面及び下面に洗浄液が供給される。この状態で、ロールスポンジ７７，７８がその水平に延びる軸心周りに回転しながらウェーハＷの上下面に摺接することによって、ウェーハＷの上下面をスクラブ洗浄する。

スクラブ洗浄後、回転するウェーハＷにリンス液として純水を供給することによってウェーハＷの濯ぎ（リンス）が行われる。ウェーハＷのリンスは、ロールスポンジ７７，７８をウェーハＷの上下面に摺接させながら行なってもよいし、ロールスポンジ７７，７８をウェーハＷの上下面から離間させた状態で行なってもよい。

第１洗浄ユニット（基板処理装置）１６は、ウェーハＷの固有振動数を決定する固有振動数決定部４１と、ウェーハＷの固有振動数に基づいてウェーハＷの回転速度を制御する処理制御部４３とをさらに備えている。固有振動数決定部４１には入力装置４４が接続されており、この入力装置４４を介してウェーハＷに固有の諸元（要素）が固有振動数決定部４１に入力可能となっている。固有振動数決定部４１は、ウェーハＷの諸元に基づいてウェーハＷの固有振動数を算出するように構成されている。ウェーハＷの諸元としては、ウェーハＷの厚さ、直径、密度、ヤング率、ポアソン比などが挙げられる。

固有振動数決定部４１は、次の式（１）および式（２）を使用してウェーハＷの固有振動数ｆｉ［Ｈｚ］を算出する。

ただし、ｄはウェーハＷの直径、ＥはウェーハＷのヤング率、ｔはウェーハＷの厚さ、νはウェーハＷのポアソン比、ρはウェーハＷの密度、λｉはウェーハＷの無次元化した固有振動数（振動モードから決まる係数）、ｉは振動モードの次数（ｉ＝１，２，３，…）である。

図３は、直径３００ｍｍのウェーハと直径４００ｍｍのウェーハの固有振動数の算出値を示すグラフである。図３から、ウェーハの直径が１．５倍大きくなると、固有振動数が約２分の１に低下することが分かる。図４は、ウェーハの厚さによって固有振動数の算出値が変わることを示すグラフである。図４から、ウェーハの固有振動数は、ウェーハの厚さの減少に従って低下することが分かる。

図５は、ウェーハの結晶方位によって固有振動数の算出値が変わることを示すグラフである。図５において、ウェーハの結晶方位は、ミラー指数で表されている。ヤング率およびポアソン比は、ウェーハの結晶方位に依存して変わる。したがって、図５に示すように、ウェーハの結晶方位に依存してウェーハの固有振動数が変化する。そこで、保持ローラ７１，７２，７３，７４の位置とウェーハＷの結晶方位との相対角度に従って、固有振動数の算出に使用されるヤング率およびポアソン比を変えることが好ましい。

通常、ウェーハＷの結晶方位は、ウェーハＷに形成されているノッチの位置によって示される。図６に示すように、保持ローラ７１，７２，７３，７４のうちの１つとウェーハＷの中心とを結ぶ線と、ノッチとウェーハＷの中心とを結ぶ線とがなす角度αを上記相対角度と定義すると、固有振動数決定部４１は、相対角度αとデータベースから、ヤング率およびポアソン比を決定し、上記式（１）および式（２）を用いて固有振動数を算出する。データベースは、相対角度と、対応するヤング率およびポアソン比のデータから構成されており、固有振動数決定部４１に予め格納されている。上記相対角度αは、ウェーハＷの上方に配置されたカメラ（図示せず）によりウェーハＷおよび保持ローラ７１，７２，７３，７４の画像を取得し、その画像から算出することができる。

固有振動数決定部４１によって算出された固有振動数は、処理制御部４３に送られる。処理制御部４３は、算出された固有振動数に対応する回転速度とは異なる回転速度でウェーハＷが回転するように、上記基板回転機構７５を介してウェーハＷの回転速度を制御する。より具体的には、処理制御部４３は、算出された固有振動数［Ｈｚ］に対応する回転速度［ｒｐｍまたはｍｉｎ^−１］を算出し、この算出された回転速度とは異なる回転速度でウェーハＷが回転するように、基板回転機構７５の動作を制御する。

このように、処理中のウェーハＷの回転速度はウェーハＷの固有振動数に対応する回転速度に一致しないので、ウェーハＷの共振が起こらない。したがって、回転しているウェーハＷの表面は大きく振動せず、ロールスポンジはウェーハＷの表面に均一に接触して、ウェーハＷの表面を均一に処理することができる。ウェーハＷの共振を確実に避けるためには、ウェーハＷの回転速度と、その固有振動数に対応する回転速度との差異は、６０［ｍｉｎ^−１］以上であることが好ましい。

処理中のウェーハＷの回転速度を変えると、ウェーハＷの処理時間およびウェーハＷに供給される流体（例えば、洗浄液、リンス液）の量が不足するか、または過剰となることがある。そこで、処理制御部４３は、ウェーハＷの回転速度に基づいてウェーハＷの処理時間および／またはウェーハＷに供給される流体の流量を変えることが好ましい。例えば、ウェーハＷの回転速度を下げる場合は、ウェーハＷの処理時間を長くするか、またはウェーハＷに供給される流体の流量を増加させる。この場合、ウェーハＷの処理時間を長くし、かつウェーハＷに供給される流体の流量を増加させてもよい。

図２に示す基板処理装置では、処理制御部４３は、流量調整弁６１〜６４を操作することに洗浄液およびリンス液の流量を変えることができる。処理制御部４３は、ウェーハＷの回転速度とウェーハＷに供給すべき流体の流量との対応関係を示すデータベースを記憶しており、このデータベースに基づいてウェーハＷの回転速度に対応する流量を決定し、この決定された流量で流体がウェーハＷに供給されるように流量調整弁６１〜６４を操作する。図２に示す例においては、ウェーハＷに供給される流体は、ウェーハＷの上面および下面に供給される洗浄液およびリンス液である。

図７は、基板処理装置の他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない構成は図２に示す構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。この実施形態では、固有振動数決定部４１は、ウェーハＷの固有振動数を計算するのではなく、保持ローラ７１，７２，７３，７４に保持されたウェーハＷの固有振動数を測定するように構成されている。したがって、この実施形態では、入力装置４４は設けられていない。

図８は、図７に示す固有振動数決定部４１を示す模式図である。図８に示すように、固有振動数決定部４１は、音波をウェーハＷに向かって発生させる音波発生器４６と、ウェーハＷから反射した音波の振幅を計測する音波解析部４７とを備えている。音波発生器４６は、保持ローラ７１，７２，７３，７４に保持されたウェーハＷの上方に配置されており、音波の周波数を変えながら音波をウェーハＷの表面に当てるように構成されている。音波解析部４７はウェーハＷから反射した音波の振幅を計測し、振幅が最も大きくなるときの音波の周波数からウェーハＷの固有振動数を決定する。例えば、音波解析部４７は、ウェーハＷから反射した音波をＦＦＴ（高速フーリエ変換）により解析して音波の周波数と振幅との関係を取得し、振幅が最も大きいピーク周波数をウェーハＷの固有振動数に決定する。

このようにして決定された固有振動数は、処理制御部４３に送られる。処理制御部４３は、算出された固有振動数に対応する回転速度とは異なる回転速度でウェーハＷが回転するように、上記基板回転機構７５を介してウェーハＷの回転速度を制御する。

図９は、固有振動数決定部４１の他の実施形態を示す模式図である。本実施形態の固有振動数決定部４１は、ウェーハＷの表面に音波を当てる点で図７に示す固有振動数決定部４１と同じであるが、音波との衝突によって振動するウェーハＷの振幅が測定される点で異なっている。

図９に示すように、固有振動数決定部４１は、ウェーハＷに向かって音波を発生させる音波発生器４６と、振動するウェーハＷの振幅を計測する振動測定部４８とを備えている。音波発生器４６は、保持ローラ７１，７２，７３，７４に保持されたウェーハＷの上方に配置されており、音波の周波数を変えながら音波をウェーハＷの表面に当ててウェーハＷを振動させるように構成されている。振動測定部４８は、音波との衝突により振動しているウェーハＷの振幅を計測し、振幅が最も大きくなるときの音波の周波数からウェーハＷの固有振動数を決定するように構成されている。ウェーハＷの振動の振幅を計測する振動測定部４８としては、例えば、非接触型の振動計が使用される。

このようにして決定された固有振動数は、処理制御部４３に送られる。処理制御部４３は、算出された固有振動数に対応する回転速度とは異なる回転速度でウェーハＷが回転するように、上記基板回転機構７５を介してウェーハＷの回転速度を制御する。

振動測定部４８は、ウェーハＷの処理中に該ウェーハＷの振動の振幅を測定し、ウェーハＷの振動の振幅が所定のしきい値よりも大きいときには、処理制御部４３はウェーハＷの回転を停止させてもよい。このような制御により、ウェーハＷの破損を未然に防ぐことができる。

処理中のウェーハＷの表面は、完全に平坦であることが理想的である。しかしながら、積層工程、ウェーハＷの自重、保持ローラからの加えられる保持力などに起因して、ウェーハＷの表面がうねることがある。図１０は、複数の保持ローラで保持されているウェーハＷのうねりを示す模式図である。図１０には、３つ、４つ、５つ、６つの保持ローラで保持されているウェーハＷが示されている。ウェーハＷは、保持ローラとの接触部において大きくうねっている。図１０では、ウェーハＷがうねっている領域を点線で示している。図１０から分かるように、保持ローラの数（すなわち、ウェーハ支持点の数）が多くなると、ウェーハＷのうねりの程度は減少するが、ウェーハＷのうねりの数が増える。

うねりがあるウェーハＷを回転させると、ウェーハＷの表面は周期的に振動する。このうねりに起因するウェーハＷの表面の振動の周波数を、以下、振動周波数という。図１１は、ウェーハＷを回転速度１２００〜２０００ｍｉｎ^−１の範囲内で変化させたときの、振動周波数と、ウェーハ１回転あたりのうねり数との関係を示すグラフである。図１１のグラフにおいて、縦軸は振動周波数［Ｈｚ］を表し、横軸は、ウェーハ１回転あたりのうねり数、すなわちウェーハ支持点の数を表している。さらに、図１１のグラフ中には、振動モードが２，４，６のときの固有振動数ｆ２，ｆ４，ｆ６が表されている。

ウェーハＷが４点で支持されている場合、ウェーハＷを１７００ｍｉｎ^−１の回転速度で回転させると、ウェーハＷの振動周波数が固有振動数ｆ２に近くなることが図１１から分かる。振動周波数がウェーハＷの固有振動数に一致すると、ウェーハＷの振動が誘発されやすい。

そこで、さらに他の実施形態では、回転しているウェーハＷの表面の振動周波数が計測される。図１２は、基板処理装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない構成は図７に示す構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態に係る基板処理装置は、回転しているウェーハＷの表面の振動周波数を計測する振動周波数計測器４９をさらに備えている。図１２に示すように、振動周波数計測器４９は、保持ローラ７１，７２，７３，７４によって回転されるウェーハＷの表面の振動周波数を測定する。

図１３は、図１２に示す振動周波数計測器４９の一例を示す模式図である。この振動周波数計測器４９は、ウェーハＷの表面の変位を測定する変位センサ５１と、変位の測定値の変動からウェーハＷの表面の振動周波数を決定する振動解析部５２とを備えている。変位センサ５１は、ウェーハＷの周縁部に対向するように配置されており、回転しているウェーハＷの変位を測定し、その測定値を振動解析部５２に送る。振動解析部５２は、時間とともに周期的に変化する変位の測定値からウェーハＷの表面の振動周波数を決定するように構成されている。変位センサ５１としては、ウェーハＷの表面に接触することなく変位を測定することができるレーザ式変位計を用いることができる。

図１４は、図１２に示す振動周波数計測器４９の他の例を示す模式図である。この振動周波数計測器４９は、ウェーハＷの表面に光を照射する光照射部５３と、ウェーハＷからの反射光を受光し、該反射光の強度の変動から振動周波数を決定する振動解析部５４とを備えている。振動解析部５４は、時間とともに周期的に変化する反射光の強度からウェーハＷの表面の振動周波数を決定するように構成されている。

振動周波数計測器４９によって計測された振動周波数と、固有振動数決定部４１によって計測された固有振動数は、処理制御部４３に送信される。処理制御部４３は、ウェーハＷの固有振動数および振動周波数に対応する回転速度とは異なる回転速度でウェーハＷが回転するように、ウェーハＷの回転速度を制御する。

変位センサ５１および振動解析部５４は、ウェーハＷの処理中に該ウェーハＷの振動の振幅を測定し、ウェーハＷの振動の振幅が所定のしきい値よりも大きいときには、処理制御部４３はウェーハＷの回転を停止させてもよい。このような制御により、ウェーハＷの破損を未然に防ぐことができる。

上述した実施形態の基板処理装置は、保持ローラでウェーハを保持しながら、ロールスポンジでウェーハをスクラブ洗浄するタイプであるが、本発明は他のタイプの基板処理装置にも適用することが可能である。例えば、本発明は図１５に示すようなペンスポンジタイプの基板処理装置に適用することも可能である。図１５に示すように、このタイプの基板処理装置は、ウェーハＷを保持して回転させる基板保持部９１と、ペンスポンジ９２と、ペンスポンジ９２を保持するアーム９４と、ウェーハＷの上面にリンス液としての純水を供給するリンス液供給ノズル９６と、ウェーハＷの上面に洗浄液（薬液）を供給する洗浄液供給ノズル９７とを備えている。ペンスポンジ９２は、アーム９４内に配置された回転機構（図示せず）に連結されており、ペンスポンジ９２は鉛直方向に延びる中心軸線まわりに回転されるようになっている。

基板保持部９１は、ウェーハＷの周縁部を保持する複数の（図１５では４つの）チャック９５と、チャック９５に連結されたモータ９とを備えている。チャック９５はウェーハＷを水平に保持し、この状態でウェーハＷはモータ９８によってその軸心まわりに回転される。

アーム９４はウェーハＷの上方に配置されている。アーム９４の一端にはペンスポンジ９２が連結され、アーム９４の他端には旋回軸１００が連結されている。この旋回軸１００にはアーム９４を旋回させるアーム回転機構としてのモータ１０１が連結されている。アーム回転機構は、モータ１０１に加えて、減速ギヤなどを備えてもよい。モータ１０１は、旋回軸１００を所定の角度だけ回転させることにより、アーム９４をウェーハＷと平行な平面内で旋回させるようになっている。アーム９４の旋回により、これに支持されたペンスポンジ９２がウェーハＷの半径方向外側に移動する。

ウェーハＷは次のようにして洗浄される。まず、ウェーハＷをその軸心まわりに回転させる。次いで、洗浄液供給ノズル９７からウェーハＷの上面に洗浄液が供給される。この状態で、ペンスポンジ９２が鉛直に延びるその軸心周りに回転しながらウェーハＷの上面に摺接し、さらにウェーハＷの半径方向に沿って揺動する。洗浄液の存在下でペンスポンジ９２がウェーハＷの上面に摺接することにより、ウェーハＷがスクラブ洗浄される。

スクラブ洗浄後、ウェーハＷから洗浄液を洗い流すために、リンス液供給ノズル９６から回転するウェーハＷの上面にリンス液としての純水を供給し、ウェーハＷをリンスする。次いで、ウェーハＷへの純水の供給を停止する。ウェーハＷのリンスは、ペンスポンジ９２をウェーハＷに摺接させながら行なってもよいし、ペンスポンジ９２をウェーハＷから離間させた状態で行なってもよい。

上述した実施形態では、ウェーハＷの固有振動数に基づいてウェーハＷの回転速度を調整しているが、ウェーハＷおよび基板保持部９１を含む回転体の固有振動数に基づいてウェーハＷの回転速度を調整してもよい。図１６は、図１５に示す基板処理装置の他の実施形態を示す図である。図１６に示すように、基板保持部９１には、振動計１０３が取り付けられている。この振動計１０３は、ウェーハＷの処理中の回転体（ウェーハＷおよび基板保持部９）の振動を波形信号として出力し、これを固有振動数決定部４１に送る。固有振動数決定部４１は波形信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）により解析して振動の周波数と振幅との関係を取得し、振幅が最も高いピーク周波数を回転体の固有振動数に決定する。固有振動数決定部４１によって計測された固有振動数は、処理制御部４３に送信される。処理制御部４３は、回転体の固有振動数に対応する回転速度とは異なる回転速度でウェーハＷが回転するように、ウェーハＷの回転速度を制御する。図１６に示す例では振動計１０３はモータ１０１に取り付けられているが、基板保持部９１に取り付けてもよい。

上述した実施形態では、本発明の基板処理装置を基板を洗浄するための装置に適用しているが、本発明の基板処理装置は基板を回転させて乾燥させる基板乾燥装置に適用することも可能である。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１０ ハウジング
１２ ロードポート
１４ａ〜１４ｄ 研磨ユニット
１６ 第１洗浄ユニット（基板洗浄装置）
１８ 第２洗浄ユニット
２０ 乾燥ユニット
２２ 第１基板搬送ロボット
２４ 基板搬送ユニット
２６ 第２基板搬送ロボット
２８ 第３基板搬送ロボット
３０ 動作制御部
４１ 固有振動数決定部
４３ 処理制御部
４４ 入力装置
４６ 音波発生器
４７ 音波解析部
４８ 振動測定部
４９ 振動周波数計測器
５１ 変位センサ
５２ 振動解析部
５３ 光照射部
５４ 振動解析部
６１〜６４ 流量調整弁
７１〜７４ 保持ローラ
７５ 基板回転機構
７７，７８ ロールスポンジ
８０，８１ 洗浄具回転機構
８２ 昇降駆動機構
８５，８６ リンス液供給ノズル
８７，８８ 洗浄液供給ノズル
８９ ガイドレール
９１ 基板保持部
９２ ペンスポンジ
９４ アーム
９５ チャック
９６ リンス液供給ノズル
９７ 洗浄液供給ノズル
９８ モータ
１００ 旋回軸
１０１ モータ
１０３ 振動計

Claims (13)

1. 基板を保持して回転させる基板保持部と、
   前記基板の固有振動数を決定する固有振動数決定部と、
   前記基板の固有振動数に基づいて、前記基板の回転速度を制御する処理制御部とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記処理制御部は、前記基板の固有振動数に対応する回転速度とは異なる回転速度で前記基板が回転するように、前記基板の回転速度を制御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. 前記固有振動数決定部は、前記基板に固有の諸元から該基板の固有振動数を算出することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
4. 前記基板に固有の諸元は、前記基板の厚さ、直径、密度、ヤング率、ポアソン比を少なくとも含むことを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記固有振動数決定部は、前記基板保持部に保持された前記基板の固有振動数を測定することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
6. 前記固有振動数決定部は、音波の周波数を変えながら前記基板に前記音波を当て、前記基板から反射した音波の振幅を計測し、前記振幅が最も大きくなるときの音波の周波数から前記基板の固有振動数を決定することを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記固有振動数決定部は、音波の周波数を変えながら前記基板に前記音波を当てて前記基板を振動させ、前記基板の振動の振幅を計測し、前記振幅が最も大きくなるときの音波の周波数から前記基板の固有振動数を決定することを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
8. 回転している前記基板の表面の振動周波数を計測する振動周波数計測器をさらに備え、
   前記処理制御部は、前記基板の固有振動数および前記振動周波数に対応する回転速度とは異なる回転速度で前記基板が回転するように、前記基板の回転速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
9. 前記振動周波数計測器は、前記基板の表面の変位を測定する変位センサを備えており、前記変位の変動から前記振動周波数を決定することを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
10. 前記振動周波数計測器は、前記基板の表面に光を照射し、該基板からの反射光を受光し、該反射光の強度の変動から前記振動周波数を決定することを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
11. 前記処理制御部は、前記基板の回転速度に従って前記基板の処理時間を変化させることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の基板処理装置。
12. 前記基板の表面に流体を供給する流体供給機構と、
    前記流体の流量を調整する流量調整弁とをさらに備え、
    前記処理制御部は、前記基板の回転速度に従って前記流量調整弁を介して前記流体の流量を制御することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の基板処理装置。
13. 前記固有振動数決定部は、回転している前記基板の振動の振幅を測定し、前記処理制御部は、前記基板の振動の振幅が所定のしきい値よりも大きいときには、前記基板の回転を停止させることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の基板処理装置。

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