JP3971282B2 - 基板保持機構、基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
基板保持機構、基板処理装置および基板処理方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板処理中に基板を保持するための処理用チャックに適用される基板保持機構、ならびに基板を保持して処理する基板処理装置および基板処理方法に関する。保持対象の基板には、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイパネル用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板およびフォトマスク用基板等の各種の基板が含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の表面および周端面（場合によってはさらに裏面）の全域に銅薄膜などの金属薄膜を形成した後、この金属薄膜の不要部分をエッチング除去する処理が行われる場合がある。たとえば、配線形成のための銅薄膜は、ウエハの表面のデバイス形成領域に形成されていればよいから、ウエハの表面の周縁部（たとえば、ウエハの周端から幅５mm程度の部分）、裏面および周端面に形成された銅薄膜は不要となる。そればかりでなく、周縁部、裏面および周端面の銅または銅イオンは、基板処理装置に備えられた基板搬送ロボットのハンドを汚染し、さらにこの汚染が当該ハンドによって保持される別の基板へと転移するという問題を引き起こす。
【０００３】
同様の理由から、基板周縁に形成された金属膜以外の膜（酸化膜や窒化膜など）を薄くエッチングすることによって、その表面の金属汚染物（金属イオンを含む）を除去するための処理が行われることがある。
ウエハの周縁部および周端部の薄膜を選択的にエッチングするための基板周縁処理装置は、たとえば、ウエハを水平に保持して回転するスピンチャックと、このスピンチャックの上方においてウエハ上の空間を制限する遮断板と、ウエハの下面にエッチング液を供給するエッチング液供給ノズルとを含む。ウエハの下面に供給されたエッチング液は、遠心力によってウエハの下面を伝わってその回転半径方向外方へと向かい、ウエハの周端面を伝ってその上面に回り込み、このウエハの上面の周縁部の不要物をエッチングする。このとき、遮断板は、ウエハの上面に近接して配置され、この遮断板とウエハとの間には、窒素ガス等の不活性ガスが供給される。
【０００４】
この不活性ガスの流量、遮断板とウエハとの距離およびスピンチャックの回転数を適切に調整することによって、エッチング液の回り込み量を調整できるので、ウエハ上面の周縁部の所定幅（たとえば１〜７ｍｍ）の領域を選択的にエッチング処理することができる（いわゆるベベルエッチング処理）。
ウエハの下面からエッチング液を供給する関係で、スピンチャックには、複数の挟持ピンでウエハの周縁部を挟持する構成のメカニカルチャックが用いられる。しかし、挟持ピンがウエハの周縁部の同一箇所に終始接触していると、挟持ピンの陰になる箇所についてはウエハの周縁部の処理を行うことができない。
【０００５】
そこで、下記特許文献１に開示されているように、スピンチャックを回転している途中で挟持ピンによる挟持を一時的に緩和または解除し、スピンチャックとウエハとの相対回転を生じさせることにより、挟持ピンによる挟持位置をずらす構成が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１１８８２４号公報
【特許文献２】
特開平１１−２６５４０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような構成では、スピンチャックに対してウエハを相対回転させるときに、挟持ピンとウエハの周端面とが擦れ合うから、挟持ピンの摩耗が生じるという問題がある。
また、処理中に挟持ピンによるウエハの挟持を解除すると、ウエハと遮断板との間の微小な間隙を一定に保持することができず、これにより、ウエハの裏面からのエッチング液の回り込み量を正確に制御することができなくなる。
【０００８】
さらに、デバイス形成領域へのエッチング液の跳ね返りを防止する目的と、エッチング液の回り込みの制御の目的とのために、ウエハの上面に窒素ガスを供給し続ける構成であるため、窒素ガスの消費量が多いという問題もある。
そこで、この発明の目的は、部品の摩耗の問題を軽減でき、基板を安定に保持することができる基板保持装置、基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
また、この発明の他の目的は、基板の周縁部に対する処理を良好に行うことができるように基板を保持できる基板保持機構、基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
【０００９】
この発明のさらに他の目的は、基板の処理中、基板を終始安定に保持することができる基板保持機構、基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、中央部にデバイス形成領域が形成されたデバイス形成面を一主面とする基板の上記デバイス形成領域の外側の領域である周縁部を処理流体で処理する基板処理装置において用いられる基板保持機構であって、液体を静止させた状態で保持しつつ、この液体と基板（Ｗ）の上記一主面とを密着させた状態で当該基板を保持する基板保持部材（１１，４０）と、この基板保持部材に保持されている基板の移動（とくに上記一主面に沿う方向の移動）を規制する規制部材（２５，５５）と、上記基板保持部材を回転させることによって基板を（たとえば、その中心を通る軸線まわりに）回転させる基板回転機構（１３，５３）とを含み、上記基板保持部材は、上記基板回転機構によって基板を回転させつつ当該基板の周縁部に対して処理流体を用いた処理を施している期間中（とくに処理液または処理ガスによる処理中）に、当該基板保持部材に対して静止させた状態で保持した液体に上記基板の一主面を密着させた状態で当該基板を保持するものであることを特徴とする基板保持機構である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【００１１】
より具体的には、上記基板保持部材は、静止状態の液体が形成する液膜（５，５８）を介在させた状態で上記基板の一主面を大気圧等の作用により密着保持するものである。すなわち、液膜を介在させた状態で基板の一主面を基板保持部材に密接させると、基板の上記一主面とは反対側の主面に作用する大気圧（処理チャンバ内の減圧雰囲気または加圧雰囲気からの気圧を含む）の作用によって、基板保持部材上に基板が強力に保持される。基板と基板保持部材との間の液膜は、液膜の表面張力の作用によって保持され、液膜を構成する液体がこぼれおちることはないから、基板は基板保持部材上に安定に保持されることになる。
大気圧の作用による基板保持部材への基板の密着保持は、十分に強力であるので、基板を回転させても、基板保持部材から基板が脱落したりするおそれはない。すなわち、基板を保持して回転するスピンチャックに対して、この発明の基板保持機構を適用することができる。
【００１２】
このような構成によって、基板が基板保持部材上に保持され、かつ、その基板の移動（とくに上記基板の一主面に沿う方向の移動。基板保持部材に対する相対的な平行移動）が規制部材によって規制されるから、基板を確実に保持できる。
また、規制部材は、基板の周端面に隙間なく接触して基板を挟持するようになっていてもよいが、必ずしも基板の周端面に終始接触している必要がなく、基板の飛び出しを防止できればよいので、基板の周端面に対して微小な間隔を有する状態で設けることができる。したがって、基板の周端面がいずれかの部材によって陰になったりすることのない状態で基板を保持できるから、基板の周端面を全周に渡って処理流体で良好に処理することが可能であり、基板を挟持する挟持ピンを基板の回転中に開閉させたりするための複雑な機構は、必ずしも設ける必要がない。
さらに、基板の上記一主面はデバイス形成面であるので、デバイス形成面に処理流体が侵入してデバイス形成面が処理されてしまうのを効果的に防止することができる。
【００１３】
また、挟持ピンによる挟持を緩和または解除して基板の挟持位置を変更したりする必要もない。たとえば、規制部材を、基板の周端面に対して間隙を有する状態で配置する場合、規制部材は、基板の周端面の同一位置に終始対向していても差し支えないから、基板の挟持位置を変更する場合における部品の摩耗の問題を回避または抑制できる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、上記基板保持部材と基板との間に液体を導入する液体導入手段（１５，１６，１７，１８）をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の基板保持機構である。
上記液体導入手段は、基板保持部材の基板保持面に液体を介して基板が保持されている状態で、基板と基板保持面との間にさらに液体を導入するものであってもよい。この場合、基板が基板保持面に保持されている状態で、基板と基板保持面との間に液体（多量の液体）を導入することにより、基板保持面上で基板を浮遊状態とすることができ、基板保持部材による基板の保持を解除することができる。この場合には、液体導入手段は、基板保持面に形成された液体導入口（１５）から液体を供給するものであることが好ましい。
【００１５】
また、基板の一主面を基板保持面に接触させる前に、液体導入手段によって基板保持面上に液体を供給すれば、この供給された液体によって、基板と基板保持面との間の液膜を形成することができる。あるいは、基板の一主面を一時的に基板保持面に接触させた後に、液体導入手段によって基板保持面上に液体を供給しても同様に、この供給された液体によって、基板と基板保持面との間の液膜を形成することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、上記基板保持部材と基板との間に気体を導入する気体導入手段（１５，１６，１７，１９）をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板保持機構である。
気体導入手段は、基板保持部材の基板保持面に形成された気体導入口（１５）から気体を供給するものであることが好ましい。
この構成によれば、基板保持部材の基板保持面に液体を介して基板が保持されている状態で、基板保持部材の基板保持面と基板との間に気体を導入することにより、基板の両面に等しく大気圧を作用させることができるから、基板保持部材における基板の保持を解除することができる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、上記基板保持部材に保持された上記基板の上記一主面に対して進退可能に設けられ、上記基板の一主面に向かって進出することによって、上記基板を上記基板保持部材から離間させる基板保持解除部材（３５）をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板保持機構である。
この構成によれば、基板保持解除部材によって、基板を基板保持部材から剥離して、その保持を確実に解除できる。とくに、請求項２の液体導入手段または請求項３の気体導入手段と組み合わせることで、さらに確実に基板の保持を解除することができる。
【００１８】
請求項５記載の発明は、上記基板保持部材と基板との間の液体の液面の大きさが、基板の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板保持機構である。
より具体的には、たとえば、保持対象の基板が半導体ウエハ等の円形基板の場合には、液面の直径が基板の直径よりも小さくされていればよい。
この構成によれば、保持対象の基板の上記一主面において、周縁部が液面に接触していないため、この周縁部に対して処理流体（とくにエッチング液など）による処理を施すことができる。すなわち、たとえば、半導体ウエハ等のデバイス形成面を上記液体に接触させて保持した状態で、その周縁部に対する処理を施すことができる。
【００１９】
また、基板の少なくとも一部（たとえば周縁部）に、液面に接していない部分が存在するので、基板保持部材から基板を引き離しやすいという利点もある。
【００２１】
請求項６記載の発明は、上記規制部材は、基板を挟持する挟持状態と、基板の挟持を解除した解除状態とに切り換え可能なものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板保持機構である。
【００２２】
上記基板保持機構は、たとえば、基板を回転させる場合に、回転の加減速時において、上記規制部材を上記挟持状態に制御する制御手段（３０）をさらに含むことが好ましい。基板保持部材が等速回転しているときには、基板保持部材と基板との相対回転はほとんど生じないが、基板の回転が加速または減速されるときには、基板に働く慣性力のため、基板は基板保持部材に対して相対回転しようとし、基板保持部材に対する基板の保持が不安定になるおそれがある。そこで、このようなときに、規制部材を基板の周端面に接触させて基板を挟持するようにすれば、基板が飛び出したりすることを確実に防止できる。
【００２３】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の基板保持機構と、この基板保持機構によって保持された基板の周縁部に対して処理流体（処理液または処理ガス）を供給する処理流体供給手段（２，７１）とを含むことを特徴とする基板処理装置である。
【００２４】
この発明の基板保持機構では、基板に処理流体を供給して基板表面の処理を行うときに、基板を挟持することなく基板を保持することができるから、基板の周縁部の全周に対する処理を良好に行うことができる。
処理流体供給手段は、たとえば、基板保持部材の基板保持面に対向する上記一主面とは異なる他の主面に向けて処理流体（主に液体）を供給するものであってもよい。この場合、処理流体は、その粘性により、基板の周端面を回り込んで上記一主面の周縁部に達し、この領域に対して処理を施すことになる。
【００２５】
請求項８記載の発明は、中央部にデバイス形成領域が形成されたデバイス形成面を一主面とする基板の上記デバイス形成領域の外側の領域である周縁部を処理流体で処理する基板処理方法であって、基板保持部材（１１，４０）によって液体を静止させた状態で保持しつつ、この液体と基板（Ｗ）の上記一主面とを密着させた状態で当該基板を保持する基板保持工程と、この基板保持工程と並行して、上記基板保持部材を回転させることによって基板を回転させる基板回転工程と、この基板回転工程と並行して、上記基板保持部材に保持されている基板の上記周縁部に処理流体を用いた処理を施す基板処理工程と、上記基板保持部材に保持されている基板の移動を規制する移動規制工程とを含むことを特徴とする基板処理方法である。
【００２６】
この発明により、請求項１記載の発明と同様な効果を奏することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板保持機構を適用した基板処理装置の構成を説明するための図解的な断面図である。この基板処理装置は、円形の基板の一例である半導体ウエハ（以下単に「ウエハ」という。）Ｗの一主面であるデバイス形成面の周縁部の不要物（薄膜、パーティクル、金属イオンなど）を除去するための、いわゆるベベルエッチング処理またはベベル洗浄処理を行うための装置である。
【００２８】
この基板処理装置は、基板保持機構としてのスピンチャック１と、このスピンチャック１に保持されたウエハＷにエッチング液または純水（リンス液）等の処理液（薬液または純水）を供給する処理液供給ノズル２とを備えている。
スピンチャック１は、ウエハＷをほぼ水平に保持し、その中心を通る鉛直な回転軸線まわりに回転するものであり、上面に基板保持面１１ａを備えたスピンベース１１と、このスピンベース１１の下面に鉛直方向に沿って設けられた中空の回転軸１２と、この回転軸１２を鉛直な回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動機構１３とを備えている。
【００２９】
スピンベース１１は、円盤状に形成されており、基板保持面１１ａは、スピンベース１１の上面の中央領域において扁平な円柱状に突出した突出部の頂面をなしている。基板保持面１１ａは、この実施形態では、ほぼ水平であり、ウエハＷよりも半径の小さな円形に形成されている。この基板保持面１１ａ上に、静止状態（スピンベース１１に対して静止状態）の純水が形成する水膜５を挟んで、ウエハＷが保持される。水膜５の水面は、ウエハＷのよりも半径の小さな円形となる。そのため、ウエハＷの下面の周縁部は、水膜５に覆われることなく露出する。ウエハＷは、そのデバイス形成面（活性面）が基板保持面１１ａに対向するようにされ、デバイス形成面とは反対側の非活性面が、上方に向けられる。したがって、ウエハＷの活性面は、デバイス形成面側の中央部のデバイス形成領域が水膜５に覆われ、デバイス形成領域の外側の周縁部は露出した状態となる。
【００３０】
水膜５を挟んで基板保持面１１ａ上に置かれたウエハＷは、その活性面（下面）の中央領域には大気圧を受けないのに対して、非活性面（上面）には、大気圧を受ける。これにより、ウエハＷは、水膜５を介して基板保持面１１ａに強固に密着保持される。
一方、水膜５の周縁部において、ウエハＷと基板保持面１１ａとの間の水面には、表面張力が働き、この表面張力の作用によって、水膜５はウエハＷと基板保持面１１ａとの間に保持される。その結果、ウエハＷは、基板保持面１１ａ上に水膜５を挟んで安定に保持されることになる。
【００３１】
基板保持面１１ａの中央には、液体／気体導入口１５が形成されている。この液体／気体導入口１５には、回転軸１２内を挿通する液体／気体供給管１６と、スピンベース１１を貫通して形成され、液体／気体導入口１５と連通した液体／気体供給路１７とを介して、液体の一例である純水または窒素ガスや空気などの不活性ガスを供給できるようになっている。純水は、純水供給源から純水供給バルブ１８を介して液体／気体供給管１６に供給され、不活性ガスは、不活性ガス供給源から、不活性ガス供給バルブ１９を介して液体／気体供給管１６に供給されるようになっている。
【００３２】
スピンベース１１において、基板保持面１１ａの周囲のドーナツ状の領域は、基板保持面１１ａよりも若干低い座繰り部１１ｂをなしており、この座繰り部１１ｂには、周方向に間隔を開けて複数本（たとえば、等角度間隔で３本）の規制ピン２５が鉛直上方（スピンベース１１と垂直な方向）に向けて立設されている。この規制ピン２５は、ウエハＷの水平方向移動（基板保持面１１ａに平行な方向の移動）を規制するための規制部材であり、ほぼ円柱形状を有しており、その軸線とは偏心した鉛直方向に沿う回転軸線２５ａまわりに回転可能に設けられている。
【００３３】
規制ピン２５を回転軸線２５ａまわりに回転させるために、規制ピン駆動機構２０が設けられている。規制ピン駆動機構２０は、たとえば、スピンベース１１の内部空間に収容されたリンク機構２１と、このリンク機構２１を駆動する駆動機構２２とを含む。この駆動機構２２は、回転軸１２とともに回転する回転側駆動力伝達部材２３と、この回転側駆動力伝達部材２３の外周側に軸受け２４を介して結合された固定側駆動力伝達部材２６と、この固定側駆動力伝達部材２６を昇降させるための規制ピン駆動用昇降駆動機構２７とを備えている。
【００３４】
規制ピン駆動用昇降駆動機構２７によって固定側駆動力伝達部材２６を昇降させると、これとともに回転側駆動力伝達部材２３が昇降し、この昇降運動がリンク機構２１に伝達されて、規制ピン２５の回転軸線２５ａまわりの回転動作（一定角度範囲内での回転）に変換される。
回転軸線２５ａは、規制ピン２５の中心軸から偏心しているため、規制ピン駆動用昇降駆動機構２７を作動させることによって、規制ピン２５の表面をウエハＷの周端面に当接させてウエハＷを挟持させたり、規制ピン２５の表面をウエハＷの周端面から微小距離だけ退避させて、ウエハＷの水平方向への飛び出しを規制する状態としたりすることができる。固定側駆動力伝達部材２６と回転側駆動力伝達部材２３とが軸受け２４を介して結合されているので、スピンチャック１の回転中であっても、規制ピン２５によるウエハＷの挟持／解放を切り換えることができる。
【００３５】
処理液供給ノズル２は、スピンチャック１に保持されたウエハＷの上面（非活性面）のほぼ中央に向けて処理液を供給できるように設けられている。この処理液供給ノズル２には、エッチング液供給源からエッチング液供給バルブ３１を介してエッチング液を供給することができ、純水供給源から純水供給バルブ３２を介して純水を供給することができる。
バルブ３１，３２，１８，１９の開閉、ならびに回転駆動機構１３および規制ピン駆動用昇降駆動機構２７の動作は、制御部３０によって制御される。
【００３６】
未処理のウエハＷは、搬送ロボット（図示せず）によって搬送され、スピンチャック１の基板保持面１１ａ上へと受け渡される。このウエハＷの搬入に先だって、基板保持面１１ａ上には、全面に行き渡るように純水が供給される。この純水の供給は、制御部３０の制御により、純水供給バルブ１８を開いて、液体／気体導入口１５から行ってもよいし、純水供給バルブ３２を開いて、処理液供給ノズル２から行ってもよい。このとき、バルブ１９，３１は閉成状態である。
【００３７】
基板保持面１１ａ上に水膜５を形成するための純水の供給は、液体／気体導入口１５および処理液供給ノズル２以外のノズルから行ってもよい。
基板保持面１１ａの全面に行き渡るように純水が供給された後、制御部３０の制御によって、バルブ１８，３２を閉じて、純水の供給を停止する。この状態で、搬送ロボットは、基板保持面１１ａ上にウエハＷを載置する。これにより、ウエハＷは、基板保持面１１ａ上に、水膜５を挟んで保持される。ウエハＷの活性面は、基板保持面１１ａに対向するように下向きとされる。
【００３８】
次に、制御部３０の制御によって、規制ピン駆動用昇降駆動機構２７が作動させられ、規制ピン２５によって、ウエハＷが挟持される。この状態で、制御部３０の制御により、回転駆動機構１３がスピンチャック１の回転を始動する。
スピンチャック１の回転が加速され、所定の等速回転状態に至ると、制御部３０の制御により、規制ピン駆動用昇降駆動機構２７が作動させられ、規制ピン２５によるウエハＷの挟持が解放される。これにより、ウエハＷの周端面は、全周に渡って露出し、いずれの部分もいずれかの部材の陰になったりしていない状態となる。しかも、ウエハＷは、基板保持面１１ａ上に強固に保持されており、水平方向への移動は、ウエハＷの周端面から微小距離だけ退避した規制ピン２５によって規制されるから、ウエハＷが飛び出したりすることもない。
【００３９】
このような状態で、制御部３０の制御により、エッチング液供給バルブ３１が開成され、処理液供給ノズル２からエッチング液Ｅが吐出される。回転中のウエハＷの上面中央に供給されたエッチング液Ｅは、遠心力を受けることにより、ウエハＷの上面を伝って、その回転半径方向外方側へと広がる。このエッチング液Ｅは、ウエハＷの周端面に達した後、さらに、その下面（活性面）へと回り込む。このようにして、ウエハＷの上面（非活性面）および周端面の不要物をエッチング除去することができるとともに、ウエハＷの下面（活性面）周縁部の不要物をエッチング除去することができる。
【００４０】
ウエハＷの下面へのエッチング液Ｅの回り込み量は、ウエハＷの回転速度を制御することによって、制御することができる。この回り込み量は、たとえば、ウエハＷの下面に回り込んだエッチング液が、ウエハＷと基板保持面１１ａとの間の水膜５に達しないように制御されることが好ましい。すなわち、このような回り込み量が達成されるように、制御部３０によって、回転駆動機構１３を制御すればよい。
【００４１】
ウエハＷに対してエッチング液Ｅによる処理を行った後には、制御部３０の制御によって、エッチング液供給バルブ３１が閉成され、代わって、純水供給バルブ３２が開成されて、リンス処理が行われる。すなわち、ウエハＷの上面の中央に向けて純水が供給され、ウエハＷの上面、周端面および下面の周縁部が、純水によってリンスされる。
このリンス工程の後、スピンチャック１の回転を停止する。この回転停止に先だって、制御部３０は、規制ピン駆動用昇降駆動機構２７を作動させ、規制ピン２５を、ウエハＷの周端面に接触した挟持状態とする。規制ピン２５を挟持状態とした後に、制御部３０は、回転駆動機構１３を制御し、等速回転しているスピンチャック１を減速させて、停止状態に導く。その後、制御部３０は、規制ピン駆動用昇降駆動機構２７を作動させて規制ピン２５を解除状態とする。
【００４２】
この状態で、搬送ロボットによって、基板保持面１１ａ上のウエハＷが搬出されることになる。このウエハＷの搬出に先だって、制御部３０の制御により、純水供給バルブ１８が開成されることにより、液体／気体導入口１５から、ウエハＷの下面と基板保持面１１ａとの間に純水が供給される。これにより、ウエハＷは基板保持面１１ａ上で浮遊状態となって、保持力が弱められるから、搬送ロボットは、基板保持面１１ａ上のウエハＷを搬出することができる。
【００４３】
ウエハＷの搬出時には、液体／気体導入口１５から純水を供給する代わりに、不活性ガスを供給してもよい。すなわち、純水供給バルブ１８ではなく、不活性ガス供給バルブ１９を開成することにより、ウエハＷの下面と基板保持面１１ａとの間に、不活性ガスを供給してもよい。これにより、ウエハＷは上下面のいずれからも大気圧を受ける状態となるから、保持力が弱められ、搬送ロボットによるウエハＷの搬出が可能になる。基板保持面１１ａにおけるウエハＷの保持を解除する目的のためには、液体／気体導入口１５から、純水または不活性ガスのいずれかが、ウエハＷと基板保持面１１ａとの間に導入されればよいから、純水または不活性ガスのいずれか一方を液体／気体導入口１５に供給できるように構成して足りる。
【００４４】
以上のようにこの実施形態の構成によれば、ウエハＷは、水膜５を介して基板保持面１１ａ上に保持された状態で回転され、この状態で、ウエハＷの活性面の周縁部に対してエッチング処理または洗浄処理（ベベルエッチング処理またはベベル洗浄処理）を施すことができる。
ウエハＷの活性面のデバイス形成領域は、薄い水膜５によって保護されているから、この領域にエッチング液の跳ね返りやミストが到達することがない。しかも、ウエハＷを等速回転させて処理している期間中は、ウエハＷの周端面は全周に渡って露出しているから、ウエハＷの全周に渡って良好な処理を施すことができ、エッチング処理中に、ウエハＷの挟持位置を変更したりする必要がない。したがって、ウエハをスピンベースに対して相対回転させてウエハの挟持位置を変更する必要のあった上述の先行技術に比較して、部品の摩耗を少なくすることができる。
【００４５】
スピンチャック１の回転を加速または減速するときには、規制ピン２５によってウエハＷが挟持されるが、規制ピン２５は、スピンチャック１を等速回転させているときに挟持状態と解放状態とで切り換えられ。したがって、規制ピン２５とウエハＷの周端面との間の擦れはほとんど生じないから、これに伴う摩耗は少ない。
さらに、ウエハＷの周縁部の処理幅（エッチング液の回り込み量）は、スピンチャック１の回転速度を制御することによって制御できるから、スピンチャックの回転速度に加えて、遮断板とウエハとの距離および不活性ガスの流量の制御が必要であった上述の先行技術に比較して、処理幅を正確に制御することができる。
【００４６】
しかも、上述の先行技術では、ウエハの挟持位置の変更時に遮断板とウエハとの距離が変動し、これに伴ってウエハの周縁部の処理幅が不安定になっていたのに対して、この実施形態の構成では、このような問題がなく、ウエハＷの周縁部の処理幅を、処理期間中、終始、正確に制御できる。
また、ウエハのデバイス形成領域へのエッチング液の跳ね返りを防止したり、エッチング液の回り込み量の制御のためにウエハの活性面に不活性ガスを常時供給し続けることが必要な上述の先行技術と比較して不活性ガスの消費量を格段に低減できるから、基板処理装置のランニングコストを低減できる。
【００４７】
図２は、この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解的な断面図である。この図２において、図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、スピンベース１１において、ドーナツ状の座繰り部１１ｂには、上下方向（基板保持面１１ａにほぼ垂直な方向）に貫通した貫通孔３４が形成されており、この貫通孔３４を挿通して、その軸方向に進退可能なロッド状の昇降ピン３５が設けられている。この昇降ピン３５は、たとえば、座繰り部１１ｂの周方向に沿って間隔を開けて複数本（少なくとも３本。たとえば、等角度間隔で３本。）設けられている。各昇降ピン３５は、他の昇降ピン３５から独立して昇降可能であり、個々の昇降ピン３５毎に昇降ピン駆動機構３６が設けられていて、これらが制御部３０によって制御されるようになっている。
【００４８】
搬送ロボットがスピンチャック１にウエハＷを受け渡すときには、制御部３０が昇降ピン駆動機構３６を制御することによって、少なくとも３本の昇降ピン３５が、スピンベース１１を貫通し、基板保持面１１ａよりも高い位置に頭部が位置した上昇位置に制御される。そして、基板保持面１１ａに水膜５を形成するための純水が形成された後に、搬送ロボットは、上昇位置にある昇降ピン３５上にウエハＷをほぼ水平に載置する。
【００４９】
次いで、制御部３０が昇降ピン駆動機構３６を制御することにより、ウエハＷを支持している複数本の昇降ピン３５が同時に下降され、全ての昇降ピン３５は、それら頭部がスピンベース１１の下面よりも下方の退避位置（スピンベース１１の回転時に干渉しない位置）に導かれる。この過程で、ウエハＷは基板保持面１１ａ上に載置され、基板保持面１１ａ上に水膜５を介して強固に密着保持されることになる。
【００５０】
その後は、上述の第１の実施形態の場合と同様にして、スピンベース１１が回転されて、ベベルエッチングまたはベベル洗浄処理工程およびリンス工程が行われる。
リンス工程を終えると、制御部３０による回転駆動機構１３の制御によって、スピンチャック１の回転が停止されるが、このときの回転停止位置は、スピンベース１１の座繰り部１１ｂに形成された貫通孔３４と昇降ピン３５とが平面視において重なり合うように制御される。
【００５１】
この状態で、制御部３０は、昇降ピン駆動機構３６を制御して、少なくとも３本の昇降ピン３５を上昇させる。このとき、上昇させられる全ての昇降ピン３５を完全に同期して上昇させるのではなく、たとえば、ウエハＷの下面の周縁部に当接する時間に差が生じるように、昇降ピン３５の上昇が制御される。これにより、ウエハＷは、周縁部の一部が先に水膜５から上昇させられ、水膜５からのウエハＷの剥離が一方向から生じる。こうして、ウエハＷに過大な力を加えることなく、水膜５から剥離し、この剥離されたウエハＷを基板保持面１１ａの上方の位置に導くことができる。その後は、搬送ロボットによって、処理済みのウエハＷが搬出される。
【００５２】
その後、次のウエハＷを処理するときには、基板保持面１１ａに水膜５を形成するための純水を供給した後に、搬送ロボットによって、上昇位置にある昇降ピン３５に対して、未処理のウエハＷが受け渡されることになる。
このように、この実施形態では、基板保持面１１ａからのウエハＷの剥離を、昇降ピン３５を進退させることによって行っているから、スピンベース１１には、液体／気体導入口１５を設ける必要がなく、スピンベース１１の構成を簡単にすることができる。この場合、基板保持面１１ａへの純水の供給は、処理液供給ノズル２から行えばよい。
【００５３】
この他の構成および動作は、規制ピン駆動機構２０の構成やその動作も含めて、上述の第１の実施形態の場合と同様である。
図３は、この発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解的な断面図である。この基板処理装置は、上述の第１および第２の実施形態の場合と同じく、水膜を介して基板保持面上にウエハＷを保持した状態でウエハＷの非活性面側からエッチング液を供給し、このエッチング液をウエハＷの周端面から活性面側に回り込ませて、ウエハＷの周縁部の不要物を除去するベベルエッチングまたはベベル洗浄処理を行うものであるが、ウエハＷを活性面を上向きにして保持する点が大きく異なる。
【００５４】
具体的に説明すると、この基板処理装置は、スピンチャック５０と、このスピンチャック５０によって保持可能な基板保持板４０とを備えている。スピンチャック５０は、ほぼ水平に配置された円盤状のスピンベース５１と、このスピンベース５１の下面から鉛直下方に延びるように設けられた中空の回転軸５２と、この回転軸５２を鉛直軸線まわりに回転駆動する回転駆動機構５３とを備えている。
【００５５】
スピンベース５１の周縁部には、周方向に間隔を開けて複数本（たとえば、等角度間隔で３本）のチャックピン５５が鉛直上方に向けて立設されている。チャックピン５５は、丸棒状の軸部５５Ａと、この軸部５５Ａの上端に設けられた挟持部５５Ｂとを有し、この挟持部５５Ｂによって、基板保持板４０を保持する構成となっている。
チャックピン５５は、軸部５５Ａの中心軸を通る回転軸線５５ａまわりに回転可能である。このチャックピン５５を、回転軸線５５ａまわりに回転させるために、チャックピン駆動機構６０が設けられている。このチャックピン駆動機構６０の構成は、上述の図１に示された規制ピン駆動機構２０の構成と同様である。すなわち、チャックピン駆動機構６０は、たとえば、スピンベース５１の内部空間に収容されたリンク機構６１と、このリンク機構６１を駆動する駆動機構６２とを含む。駆動機構６２は、回転軸５２とともに回転する回転側駆動力伝達部材６３と、この回転側駆動力伝達部材６３の外周側に軸受け６４を介して結合された固定側駆動力伝達部材６６と、この固定側駆動力伝達部材６６を昇降させるためのチャックピン駆動用昇降駆動機構６７とを備えている。
【００５６】
チャックピン駆動用昇降駆動機構６７によって固定側駆動力伝達部材６６を昇降させると、これとともに回転側駆動力伝達部材６３が昇降し、この昇降運動がリンク機構６１に伝達されて、チャックピン５５の回転軸線５５ａまわりの回転動作（一定角度範囲内での回転）に変換される。これによって、チャックピン５５の頭部の挟持部５５Ｂが基板保持板４０を挟持した状態と、この挟持を解除した状態とで切り換えることができる。
【００５７】
基板保持板４０は、図４に示すように、円盤状に形成されており、その一方表面の中央領域において扁平な円柱状に突出した突出部の頂面が基板保持面４０ａをなしている。この基板保持面４０ａは、ウエハＷよりも半径の小さな円形に形成されている。基板保持面４０ａの周囲のドーナツ状の領域は、基板保持面４０ａよりも後退した座繰り部４０ｂとなっている。
基板保持面４０ａには、ウエハＷを保持させるよりも前に、純水が供給される。その状態で、ウエハＷを基板保持面４０ａと密着させると、ウエハＷは、静止状態（基板保持板４０に対して静止状態）の純水が形成する水膜５８（図３参照）を挟んで基板保持面４０ａに密着保持される。このとき、ウエハＷの活性面は、基板保持面４０ａに対向させられる。
【００５８】
水膜５８を挟んで基板保持面４０ａに密接させられたウエハＷは、その活性面には大気圧を受けないのに対して、非活性面には、大気圧を受ける。これにより、ウエハＷは、水膜５８を介して基板保持面４０ａに強固に密着保持される。その一方、水膜５８の周縁部において、ウエハＷと基板保持面４０ａとの間の水面には表面張力が働き、この表面張力の作用によって、水膜５８は、ウエハＷと基板保持面１１ａとの間に保持される。その結果、ウエハＷは、基板保持面４０ａ上に水膜５８を挟んで安定に保持されることになる。
【００５９】
基板保持面４０ａはウエハＷよりも半径が小さい円形なので、水膜５８がウエハＷに接している水面は、ウエハＷよりも半径の小さい円形となっており、ウエハＷの活性面の周縁部は水膜５８に覆われることなく露出した状態となる。
このようにして基板保持面４０ａにウエハＷが保持された状態で、基板保持板４０は、搬送ロボット（図示せず）によって、スピンチャック５０に受け渡され、チャックピン５５によってほぼ水平に保持されることになる。この状態が図３に示されている。
【００６０】
基板保持板４０がスピンチャック５０に保持された状態では、ウエハＷは、ほぼ水平な姿勢となり、その活性面が上向きとなり、非活性面はその下方のスピンベース５１の上面に対向することになる。また、ウエハＷの周端面は、チャックピン５５の軸部５５Ａとの間に微小な間隙を有する状態となる。したがって、軸部５５Ａは、ウエハＷが基板保持面４０ａ上で水平方向に相対移動したときに、このような水平移動を規制する規制部材として作用する。
【００６１】
スピンベース５１の回転軸線上には、上下に貫通する貫通孔５６が形成されており、この貫通孔５６と回転軸５２の内部を挿通して、処理液供給管７０が配置されている。この処理液供給管７０の先端は、ウエハＷの下面（非活性面）の中央（ほぼ回転軸線上に位置する）に向けて、エッチング液または純水を供給する処理液供給ノズル７１となっている。また、処理液供給管７０には、エッチング液供給源からのエッチング液をエッチング液供給バルブ７２を介して供給することができ、純水供給源からの純水を純水供給バルブ７３を介して供給することができるようになっている。
【００６２】
このような構成によって、ウエハＷを基板保持板４０を介してスピンチャック５０に保持させた状態で、このスピンチャック５０が回転駆動される。その一方で、エッチング液供給バルブ７２が開かれて、ウエハＷの下面に対して、処理液供給ノズル７１からエッチング液Ｅが供給される。このエッチング液Ｅは、遠心力を受けて、ウエハＷの下面に沿ってその半径方向外方側に向かい、周端面を回り込んで、ウエハＷの上面（活性面）の周縁部に至る。このようにして、ウエハＷの周端面および周縁部の不要物を除去するベベルエッチング処理またはベベル洗浄処理が行われる。
【００６３】
エッチング液Ｅの回り込み量は、スピンチャック５０の回転速度を制御することによって、最適に制御することができる。たとえば、ウエハＷの上面に回り込んだエッチング液Ｅが、水膜５８に達することがないように、エッチング液Ｅの回り込み量が制御されることが好ましい。
ベベルエッチング処理またはベベル洗浄処理が終了した後には、エッチング液供給バルブ７２が閉成され、代わって、純水供給バルブ７３が開かれる。これにより、ウエハＷの下面、周端面および上面の周縁部に純水が供給されて、それらの表面のエッチング液を洗い流すためのリンス処理が行われる。
【００６４】
こうして、ウエハＷに対する処理が終了すると、搬送ロボットによって、水膜５８を介してウエハＷを密着保持した状態の基板保持板４０が搬出される。
このように、この実施形態においても、ウエハＷを水膜５８を介して基板保持面４０ａ上に保持した状態でウエハＷに対するベベルエッチング処理またはベベル洗浄処理を行うことができ、上述の第１または第２の実施形態の場合と同様な効果を奏することができる。
【００６５】
図５は、参考例に係る基板搬送ハンドの構成を説明するための図である。この基板搬送ハンド８０は、ウエハＷを保持して搬送するためのものであり、水膜を介してウエハＷを保持する基板保持面８０ａを有している。ウエハＷは、必要により、活性面を基板保持面８０ａに対向させて保持されてもよいし、非活性面を基板保持面８０ａに対向させて保持されてもよい。
基板保持面８０ａは、この例では、平坦面であり、ウエハＷの半径よりも小さな半径の円形に形成されていて、ハンド本体８１の一方表面上にわずかに突出した円柱状の突出部８２の頂面をなしている。
【００６６】
基板保持面８０ａの周囲には、ウエハＷの周端面に対向する複数の位置（たとえば等角度間隔で３カ所）に、基板保持面８０ａに沿うウエハＷの移動を規制するための規制部材８３が設けられている。規制部材８３は、たとえば、丸棒状のピンをハンド本体８１の基板保持面８０ａ側の表面に立設したものであってもよい。
ウエハＷと基板保持面８０ａとの間に静止した純水からなる水膜を形成するための純水の供給は、基板保持面８０ａにおいて開口した液体／気体導入口８５を介して行ってもよいし、基板搬送ハンド８０とは別に設けた純水供給ノズルから、基板保持面８０ａに純水を供給するようにして行ってもよい。
【００６７】
液体／気体導入口８５は、ハンド本体８１の内部に形成された液体／気体導入路８６に連通している。この液体／気体導入路８６には、純水供給源からの純水を純水供給バルブ８７を介して供給でき、また、不活性ガス供給源からの不活性ガス（たとえば、窒素ガスまたは空気）を不活性ガス供給バルブ８８を介して供給することができる。
静止した水膜を介して保持されたウエハＷを基板保持面８０ａから引き離すときには、ウエハＷと基板保持面８０ａとの間に、液体／気体導入口８５から純水または不活性ガスを供給すればよい。純水の供給によってウエハＷの保持を解除するのであれば、不活性ガスを供給するための構成は不要である。
【００６８】
この参考例の構成によれば、静止した水膜を利用したウエハＷの保持は安定しているので、ウエハＷの搬送を確実に行うことができる。
以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することも可能である。たとえば、上記の構成では、ウエハＷと基板保持面１１ａ，４０ａ，８０ａとの間に静止した純水の膜を形成するようにしているが、純水の代わりに、アルコール系溶剤（たとえば、イソプロピルアルコール）等の有機溶剤の液膜や、アンモニア水の液膜など、ウエハＷに対する影響の少ない他の種類の液体の液膜を用いてもよい。また、ウエハＷに密着する液体の形態は必ずしも液膜状態である必要はなく、所定の凹部や槽に貯留されるような比較的多量の液体であってもよい。この場合、貯留された液体の液面（上面）にウエハＷを密着保持させることができる。
【００６９】
また、上記の第１ないし第３の実施形態では、ベベルエッチング処理またはベベル洗浄処理が行われる基板処理装置の例について説明したが、この発明は、基板の全面に対してエッチング処理または洗浄処理を行うエッチング処理装置や洗浄処理装置、レジストなどの塗布膜を基板上に形成するコータ処理装置、露光後基板上の感光性膜（レジスト膜など）に対して現像処理を施す現像処理装置、ドライエッチング後などの基板上に残留する残渣物（ポリマー）を除去するポリマー除去装置などにも適用することができる。これらの装置にこの発明が適用される場合には、処理対象の基板は、処理対象面（主としてデバイス等が形成された活性面）とは反対の面を基板保持面に対向させた状態で保持されることが好ましい。
【００７０】
さらに、上記の第１および第２の実施形態において、規制ピン２５を挟持状態と解放状態とで切り換えるための駆動機構は、スピンベース１１内に、エアシリンダと、このエアシリンダからの駆動力を得て作動し、規制ピン２５を回転軸線２５ａまわりに回転させるリンク機構とを含む構成によって実現することもできる（たとえば、上記特許文献１参照）。
また、上記の参考例では、基板保持面８０ａからウエハＷを剥離させるために、基板保持面８０ａに純水または不活性ガスを供給するようにしているが、これに代えて、第２の実施形態で示したような進退ピンによって、基板保持面８０ａによるウエハＷの保持を解除させる構成を採用することもできる。
【００７１】
さらに、上記の実施形態では、ウエハに対する処理を行う構成について説明したが、処理対象または搬送対象の基板は、ウエハ以外の円形基板であってもよいし、液晶表示装置用ガラス基板等の角形基板であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板保持機構を適用した基板処理装置の構成を説明するための図解的な断面図である。
【図２】この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解的な断面図である。
【図３】この発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解的な断面図である。
【図４】基板保持板の構成を説明するための斜視図である。
【図５】参考例に係る基板搬送ハンドの構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１ スピンチャック
２ 処理液供給ノズル
５ 水膜
１１ スピンベース
１１ａ 基板保持面
１１ｂ 座繰り部
１２ 回転軸
１３ 回転駆動機構
１５ 液体／気体導入口
１６ 液体／気体供給管
１７ 液体／気体供給路
１８ 純水供給バルブ
１９ 不活性ガス供給バルブ
２０ 規制ピン駆動機構
２１ リンク機構
２２ 駆動機構
２３ 回転側駆動力伝達部材
２４ 軸受け
２５ 規制ピン
２５ａ 回転軸線
２６ 固定側駆動力伝達部材
２７ 規制ピン駆動用昇降駆動機構
３０ 制御部
３１ エッチング液供給バルブ
３２ 純水供給バルブ
３４ 貫通孔
３５ 昇降ピン
３６ 昇降ピン駆動機構
４０ 基板保持板
４０ａ 基板保持面
４０ｂ 座繰り部
５０ スピンチャック
５１ スピンベース
５２ 回転軸
５３ 回転駆動機構
５５ チャックピン
５５ａ 回転軸線
５５Ａ 軸部
５５Ｂ 挟持部
５６ 貫通孔
５８ 水膜
６０ チャックピン駆動機構
６１ リンク機構
６２ 駆動機構
６３ 回転側駆動力伝達部材
６４ 軸受け
６６ 固定側駆動力伝達部材
６７ チャックピン駆動用昇降駆動機構
７０ 処理液供給管
７１ 処理液供給ノズル
７２ エッチング液供給バルブ
７３ 純水供給バルブ
８０ 基板搬送ハンド
８０ａ 基板保持面
８１ ハンド本体
８２ 突出部
８３ 規制部材
８５ 液体／気体導入口
８６ 液体／気体導入路
８７ 純水供給バルブ
８８ 不活性ガス供給バルブ
Ｅ エッチング液
Ｗ ウエハ
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板処理中に基板を保持するための処理用チャックに適用される基板保持機構、ならびに基板を保持して処理する基板処理装置および基板処理方法に関する。保持対象の基板には、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイパネル用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板およびフォトマスク用基板等の各種の基板が含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の表面および周端面（場合によってはさらに裏面）の全域に銅薄膜などの金属薄膜を形成した後、この金属薄膜の不要部分をエッチング除去する処理が行われる場合がある。たとえば、配線形成のための銅薄膜は、ウエハの表面のデバイス形成領域に形成されていればよいから、ウエハの表面の周縁部（たとえば、ウエハの周端から幅５mm程度の部分）、裏面および周端面に形成された銅薄膜は不要となる。そればかりでなく、周縁部、裏面および周端面の銅または銅イオンは、基板処理装置に備えられた基板搬送ロボットのハンドを汚染し、さらにこの汚染が当該ハンドによって保持される別の基板へと転移するという問題を引き起こす。
【０００３】
同様の理由から、基板周縁に形成された金属膜以外の膜（酸化膜や窒化膜など）を薄くエッチングすることによって、その表面の金属汚染物（金属イオンを含む）を除去するための処理が行われることがある。
ウエハの周縁部および周端部の薄膜を選択的にエッチングするための基板周縁処理装置は、たとえば、ウエハを水平に保持して回転するスピンチャックと、このスピンチャックの上方においてウエハ上の空間を制限する遮断板と、ウエハの下面にエッチング液を供給するエッチング液供給ノズルとを含む。ウエハの下面に供給されたエッチング液は、遠心力によってウエハの下面を伝わってその回転半径方向外方へと向かい、ウエハの周端面を伝ってその上面に回り込み、このウエハの上面の周縁部の不要物をエッチングする。このとき、遮断板は、ウエハの上面に近接して配置され、この遮断板とウエハとの間には、窒素ガス等の不活性ガスが供給される。
【０００４】
この不活性ガスの流量、遮断板とウエハとの距離およびスピンチャックの回転数を適切に調整することによって、エッチング液の回り込み量を調整できるので、ウエハ上面の周縁部の所定幅（たとえば１〜７ｍｍ）の領域を選択的にエッチング処理することができる（いわゆるベベルエッチング処理）。
ウエハの下面からエッチング液を供給する関係で、スピンチャックには、複数の挟持ピンでウエハの周縁部を挟持する構成のメカニカルチャックが用いられる。しかし、挟持ピンがウエハの周縁部の同一箇所に終始接触していると、挟持ピンの陰になる箇所についてはウエハの周縁部の処理を行うことができない。
【０００５】
そこで、下記特許文献１に開示されているように、スピンチャックを回転している途中で挟持ピンによる挟持を一時的に緩和または解除し、スピンチャックとウエハとの相対回転を生じさせることにより、挟持ピンによる挟持位置をずらす構成が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１１８８２４号公報
【特許文献２】
特開平１１−２６５４０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような構成では、スピンチャックに対してウエハを相対回転させるときに、挟持ピンとウエハの周端面とが擦れ合うから、挟持ピンの摩耗が生じるという問題がある。
また、処理中に挟持ピンによるウエハの挟持を解除すると、ウエハと遮断板との間の微小な間隙を一定に保持することができず、これにより、ウエハの裏面からのエッチング液の回り込み量を正確に制御することができなくなる。
【０００８】
さらに、デバイス形成領域へのエッチング液の跳ね返りを防止する目的と、エッチング液の回り込みの制御の目的とのために、ウエハの上面に窒素ガスを供給し続ける構成であるため、窒素ガスの消費量が多いという問題もある。
そこで、この発明の目的は、部品の摩耗の問題を軽減でき、基板を安定に保持することができる基板保持装置、基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
また、この発明の他の目的は、基板の周縁部に対する処理を良好に行うことができるように基板を保持できる基板保持機構、基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
【０００９】
この発明のさらに他の目的は、基板の処理中、基板を終始安定に保持することができる基板保持機構、基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、中央部にデバイス形成領域が形成されたデバイス形成面を一主面とする基板の上記デバイス形成領域の外側の領域である周縁部を処理流体で処理する基板処理装置において用いられる基板保持機構であって、液体を静止させた状態で保持しつつ、この液体と基板（Ｗ）の上記一主面とを密着させた状態で当該基板を保持する基板保持部材（１１，４０）と、この基板保持部材に保持されている基板の移動（とくに上記一主面に沿う方向の移動）を規制する規制部材（２５，５５）と、上記基板保持部材を回転させることによって基板を（たとえば、その中心を通る軸線まわりに）回転させる基板回転機構（１３，５３）とを含み、上記基板保持部材は、上記基板回転機構によって基板を回転させつつ当該基板の周縁部に対して処理流体を用いた処理を施している期間中（とくに処理液または処理ガスによる処理中）に、当該基板保持部材に対して静止させた状態で保持した液体に上記基板の一主面を密着させた状態で当該基板を保持するものであることを特徴とする基板保持機構である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【００１１】
より具体的には、上記基板保持部材は、静止状態の液体が形成する液膜（５，５８）を介在させた状態で上記基板の一主面を大気圧等の作用により密着保持するものである。すなわち、液膜を介在させた状態で基板の一主面を基板保持部材に密接させると、基板の上記一主面とは反対側の主面に作用する大気圧（処理チャンバ内の減圧雰囲気または加圧雰囲気からの気圧を含む）の作用によって、基板保持部材上に基板が強力に保持される。基板と基板保持部材との間の液膜は、液膜の表面張力の作用によって保持され、液膜を構成する液体がこぼれおちることはないから、基板は基板保持部材上に安定に保持されることになる。
大気圧の作用による基板保持部材への基板の密着保持は、十分に強力であるので、基板を回転させても、基板保持部材から基板が脱落したりするおそれはない。すなわち、基板を保持して回転するスピンチャックに対して、この発明の基板保持機構を適用することができる。
【００１２】
このような構成によって、基板が基板保持部材上に保持され、かつ、その基板の移動（とくに上記基板の一主面に沿う方向の移動。基板保持部材に対する相対的な平行移動）が規制部材によって規制されるから、基板を確実に保持できる。
また、規制部材は、基板の周端面に隙間なく接触して基板を挟持するようになっていてもよいが、必ずしも基板の周端面に終始接触している必要がなく、基板の飛び出しを防止できればよいので、基板の周端面に対して微小な間隔を有する状態で設けることができる。したがって、基板の周端面がいずれかの部材によって陰になったりすることのない状態で基板を保持できるから、基板の周端面を全周に渡って処理流体で良好に処理することが可能であり、基板を挟持する挟持ピンを基板の回転中に開閉させたりするための複雑な機構は、必ずしも設ける必要がない。
さらに、基板の上記一主面はデバイス形成面であるので、デバイス形成面に処理流体が侵入してデバイス形成面が処理されてしまうのを効果的に防止することができる。
【００１３】
また、挟持ピンによる挟持を緩和または解除して基板の挟持位置を変更したりする必要もない。たとえば、規制部材を、基板の周端面に対して間隙を有する状態で配置する場合、規制部材は、基板の周端面の同一位置に終始対向していても差し支えないから、基板の挟持位置を変更する場合における部品の摩耗の問題を回避または抑制できる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、上記基板保持部材と基板との間に液体を導入する液体導入手段（１５，１６，１７，１８）をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の基板保持機構である。
上記液体導入手段は、基板保持部材の基板保持面に液体を介して基板が保持されている状態で、基板と基板保持面との間にさらに液体を導入するものであってもよい。この場合、基板が基板保持面に保持されている状態で、基板と基板保持面との間に液体（多量の液体）を導入することにより、基板保持面上で基板を浮遊状態とすることができ、基板保持部材による基板の保持を解除することができる。この場合には、液体導入手段は、基板保持面に形成された液体導入口（１５）から液体を供給するものであることが好ましい。
【００１５】
また、基板の一主面を基板保持面に接触させる前に、液体導入手段によって基板保持面上に液体を供給すれば、この供給された液体によって、基板と基板保持面との間の液膜を形成することができる。あるいは、基板の一主面を一時的に基板保持面に接触させた後に、液体導入手段によって基板保持面上に液体を供給しても同様に、この供給された液体によって、基板と基板保持面との間の液膜を形成することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、上記基板保持部材と基板との間に気体を導入する気体導入手段（１５，１６，１７，１９）をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板保持機構である。
気体導入手段は、基板保持部材の基板保持面に形成された気体導入口（１５）から気体を供給するものであることが好ましい。
この構成によれば、基板保持部材の基板保持面に液体を介して基板が保持されている状態で、基板保持部材の基板保持面と基板との間に気体を導入することにより、基板の両面に等しく大気圧を作用させることができるから、基板保持部材における基板の保持を解除することができる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、上記基板保持部材に保持された上記基板の上記一主面に対して進退可能に設けられ、上記基板の一主面に向かって進出することによって、上記基板を上記基板保持部材から離間させる基板保持解除部材（３５）をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板保持機構である。
この構成によれば、基板保持解除部材によって、基板を基板保持部材から剥離して、その保持を確実に解除できる。とくに、請求項２の液体導入手段または請求項３の気体導入手段と組み合わせることで、さらに確実に基板の保持を解除することができる。
【００１８】
請求項５記載の発明は、上記基板保持部材と基板との間の液体の液面の大きさが、基板の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板保持機構である。
より具体的には、たとえば、保持対象の基板が半導体ウエハ等の円形基板の場合には、液面の直径が基板の直径よりも小さくされていればよい。
この構成によれば、保持対象の基板の上記一主面において、周縁部が液面に接触していないため、この周縁部に対して処理流体（とくにエッチング液など）による処理を施すことができる。すなわち、たとえば、半導体ウエハ等のデバイス形成面を上記液体に接触させて保持した状態で、その周縁部に対する処理を施すことができる。
【００１９】
また、基板の少なくとも一部（たとえば周縁部）に、液面に接していない部分が存在するので、基板保持部材から基板を引き離しやすいという利点もある。
【００２１】
請求項６記載の発明は、上記規制部材は、基板を挟持する挟持状態と、基板の挟持を解除した解除状態とに切り換え可能なものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板保持機構である。
【００２２】
上記基板保持機構は、たとえば、基板を回転させる場合に、回転の加減速時において、上記規制部材を上記挟持状態に制御する制御手段（３０）をさらに含むことが好ましい。基板保持部材が等速回転しているときには、基板保持部材と基板との相対回転はほとんど生じないが、基板の回転が加速または減速されるときには、基板に働く慣性力のため、基板は基板保持部材に対して相対回転しようとし、基板保持部材に対する基板の保持が不安定になるおそれがある。そこで、このようなときに、規制部材を基板の周端面に接触させて基板を挟持するようにすれば、基板が飛び出したりすることを確実に防止できる。
【００２３】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の基板保持機構と、この基板保持機構によって保持された基板の周縁部に対して処理流体（処理液または処理ガス）を供給する処理流体供給手段（２，７１）とを含むことを特徴とする基板処理装置である。
【００２４】
この発明の基板保持機構では、基板に処理流体を供給して基板表面の処理を行うときに、基板を挟持することなく基板を保持することができるから、基板の周縁部の全周に対する処理を良好に行うことができる。
処理流体供給手段は、たとえば、基板保持部材の基板保持面に対向する上記一主面とは異なる他の主面に向けて処理流体（主に液体）を供給するものであってもよい。この場合、処理流体は、その粘性により、基板の周端面を回り込んで上記一主面の周縁部に達し、この領域に対して処理を施すことになる。
【００２５】
請求項８記載の発明は、中央部にデバイス形成領域が形成されたデバイス形成面を一主面とする基板の上記デバイス形成領域の外側の領域である周縁部を処理流体で処理する基板処理方法であって、基板保持部材（１１，４０）によって液体を静止させた状態で保持しつつ、この液体と基板（Ｗ）の上記一主面とを密着させた状態で当該基板を保持する基板保持工程と、この基板保持工程と並行して、上記基板保持部材を回転させることによって基板を回転させる基板回転工程と、この基板回転工程と並行して、上記基板保持部材に保持されている基板の上記周縁部に処理流体を用いた処理を施す基板処理工程と、上記基板保持部材に保持されている基板の移動を規制する移動規制工程とを含むことを特徴とする基板処理方法である。
【００２６】
この発明により、請求項１記載の発明と同様な効果を奏することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板保持機構を適用した基板処理装置の構成を説明するための図解的な断面図である。この基板処理装置は、円形の基板の一例である半導体ウエハ（以下単に「ウエハ」という。）Ｗの一主面であるデバイス形成面の周縁部の不要物（薄膜、パーティクル、金属イオンなど）を除去するための、いわゆるベベルエッチング処理またはベベル洗浄処理を行うための装置である。
【００２８】
この基板処理装置は、基板保持機構としてのスピンチャック１と、このスピンチャック１に保持されたウエハＷにエッチング液または純水（リンス液）等の処理液（薬液または純水）を供給する処理液供給ノズル２とを備えている。
スピンチャック１は、ウエハＷをほぼ水平に保持し、その中心を通る鉛直な回転軸線まわりに回転するものであり、上面に基板保持面１１ａを備えたスピンベース１１と、このスピンベース１１の下面に鉛直方向に沿って設けられた中空の回転軸１２と、この回転軸１２を鉛直な回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動機構１３とを備えている。
【００２９】
スピンベース１１は、円盤状に形成されており、基板保持面１１ａは、スピンベース１１の上面の中央領域において扁平な円柱状に突出した突出部の頂面をなしている。基板保持面１１ａは、この実施形態では、ほぼ水平であり、ウエハＷよりも半径の小さな円形に形成されている。この基板保持面１１ａ上に、静止状態（スピンベース１１に対して静止状態）の純水が形成する水膜５を挟んで、ウエハＷが保持される。水膜５の水面は、ウエハＷのよりも半径の小さな円形となる。そのため、ウエハＷの下面の周縁部は、水膜５に覆われることなく露出する。ウエハＷは、そのデバイス形成面（活性面）が基板保持面１１ａに対向するようにされ、デバイス形成面とは反対側の非活性面が、上方に向けられる。したがって、ウエハＷの活性面は、デバイス形成面側の中央部のデバイス形成領域が水膜５に覆われ、デバイス形成領域の外側の周縁部は露出した状態となる。
【００３０】
水膜５を挟んで基板保持面１１ａ上に置かれたウエハＷは、その活性面（下面）の中央領域には大気圧を受けないのに対して、非活性面（上面）には、大気圧を受ける。これにより、ウエハＷは、水膜５を介して基板保持面１１ａに強固に密着保持される。
一方、水膜５の周縁部において、ウエハＷと基板保持面１１ａとの間の水面には、表面張力が働き、この表面張力の作用によって、水膜５はウエハＷと基板保持面１１ａとの間に保持される。その結果、ウエハＷは、基板保持面１１ａ上に水膜５を挟んで安定に保持されることになる。
【００３１】
基板保持面１１ａの中央には、液体／気体導入口１５が形成されている。この液体／気体導入口１５には、回転軸１２内を挿通する液体／気体供給管１６と、スピンベース１１を貫通して形成され、液体／気体導入口１５と連通した液体／気体供給路１７とを介して、液体の一例である純水または窒素ガスや空気などの不活性ガスを供給できるようになっている。純水は、純水供給源から純水供給バルブ１８を介して液体／気体供給管１６に供給され、不活性ガスは、不活性ガス供給源から、不活性ガス供給バルブ１９を介して液体／気体供給管１６に供給されるようになっている。
【００３２】
スピンベース１１において、基板保持面１１ａの周囲のドーナツ状の領域は、基板保持面１１ａよりも若干低い座繰り部１１ｂをなしており、この座繰り部１１ｂには、周方向に間隔を開けて複数本（たとえば、等角度間隔で３本）の規制ピン２５が鉛直上方（スピンベース１１と垂直な方向）に向けて立設されている。この規制ピン２５は、ウエハＷの水平方向移動（基板保持面１１ａに平行な方向の移動）を規制するための規制部材であり、ほぼ円柱形状を有しており、その軸線とは偏心した鉛直方向に沿う回転軸線２５ａまわりに回転可能に設けられている。
【００３３】
規制ピン２５を回転軸線２５ａまわりに回転させるために、規制ピン駆動機構２０が設けられている。規制ピン駆動機構２０は、たとえば、スピンベース１１の内部空間に収容されたリンク機構２１と、このリンク機構２１を駆動する駆動機構２２とを含む。この駆動機構２２は、回転軸１２とともに回転する回転側駆動力伝達部材２３と、この回転側駆動力伝達部材２３の外周側に軸受け２４を介して結合された固定側駆動力伝達部材２６と、この固定側駆動力伝達部材２６を昇降させるための規制ピン駆動用昇降駆動機構２７とを備えている。
【００３４】
規制ピン駆動用昇降駆動機構２７によって固定側駆動力伝達部材２６を昇降させると、これとともに回転側駆動力伝達部材２３が昇降し、この昇降運動がリンク機構２１に伝達されて、規制ピン２５の回転軸線２５ａまわりの回転動作（一定角度範囲内での回転）に変換される。
回転軸線２５ａは、規制ピン２５の中心軸から偏心しているため、規制ピン駆動用昇降駆動機構２７を作動させることによって、規制ピン２５の表面をウエハＷの周端面に当接させてウエハＷを挟持させたり、規制ピン２５の表面をウエハＷの周端面から微小距離だけ退避させて、ウエハＷの水平方向への飛び出しを規制する状態としたりすることができる。固定側駆動力伝達部材２６と回転側駆動力伝達部材２３とが軸受け２４を介して結合されているので、スピンチャック１の回転中であっても、規制ピン２５によるウエハＷの挟持／解放を切り換えることができる。
【００３５】
処理液供給ノズル２は、スピンチャック１に保持されたウエハＷの上面（非活性面）のほぼ中央に向けて処理液を供給できるように設けられている。この処理液供給ノズル２には、エッチング液供給源からエッチング液供給バルブ３１を介してエッチング液を供給することができ、純水供給源から純水供給バルブ３２を介して純水を供給することができる。
バルブ３１，３２，１８，１９の開閉、ならびに回転駆動機構１３および規制ピン駆動用昇降駆動機構２７の動作は、制御部３０によって制御される。
【００３６】
未処理のウエハＷは、搬送ロボット（図示せず）によって搬送され、スピンチャック１の基板保持面１１ａ上へと受け渡される。このウエハＷの搬入に先だって、基板保持面１１ａ上には、全面に行き渡るように純水が供給される。この純水の供給は、制御部３０の制御により、純水供給バルブ１８を開いて、液体／気体導入口１５から行ってもよいし、純水供給バルブ３２を開いて、処理液供給ノズル２から行ってもよい。このとき、バルブ１９，３１は閉成状態である。
【００３７】
基板保持面１１ａ上に水膜５を形成するための純水の供給は、液体／気体導入口１５および処理液供給ノズル２以外のノズルから行ってもよい。
基板保持面１１ａの全面に行き渡るように純水が供給された後、制御部３０の制御によって、バルブ１８，３２を閉じて、純水の供給を停止する。この状態で、搬送ロボットは、基板保持面１１ａ上にウエハＷを載置する。これにより、ウエハＷは、基板保持面１１ａ上に、水膜５を挟んで保持される。ウエハＷの活性面は、基板保持面１１ａに対向するように下向きとされる。
【００３８】
次に、制御部３０の制御によって、規制ピン駆動用昇降駆動機構２７が作動させられ、規制ピン２５によって、ウエハＷが挟持される。この状態で、制御部３０の制御により、回転駆動機構１３がスピンチャック１の回転を始動する。
スピンチャック１の回転が加速され、所定の等速回転状態に至ると、制御部３０の制御により、規制ピン駆動用昇降駆動機構２７が作動させられ、規制ピン２５によるウエハＷの挟持が解放される。これにより、ウエハＷの周端面は、全周に渡って露出し、いずれの部分もいずれかの部材の陰になったりしていない状態となる。しかも、ウエハＷは、基板保持面１１ａ上に強固に保持されており、水平方向への移動は、ウエハＷの周端面から微小距離だけ退避した規制ピン２５によって規制されるから、ウエハＷが飛び出したりすることもない。
【００３９】
このような状態で、制御部３０の制御により、エッチング液供給バルブ３１が開成され、処理液供給ノズル２からエッチング液Ｅが吐出される。回転中のウエハＷの上面中央に供給されたエッチング液Ｅは、遠心力を受けることにより、ウエハＷの上面を伝って、その回転半径方向外方側へと広がる。このエッチング液Ｅは、ウエハＷの周端面に達した後、さらに、その下面（活性面）へと回り込む。このようにして、ウエハＷの上面（非活性面）および周端面の不要物をエッチング除去することができるとともに、ウエハＷの下面（活性面）周縁部の不要物をエッチング除去することができる。
【００４０】
ウエハＷの下面へのエッチング液Ｅの回り込み量は、ウエハＷの回転速度を制御することによって、制御することができる。この回り込み量は、たとえば、ウエハＷの下面に回り込んだエッチング液が、ウエハＷと基板保持面１１ａとの間の水膜５に達しないように制御されることが好ましい。すなわち、このような回り込み量が達成されるように、制御部３０によって、回転駆動機構１３を制御すればよい。
【００４１】
ウエハＷに対してエッチング液Ｅによる処理を行った後には、制御部３０の制御によって、エッチング液供給バルブ３１が閉成され、代わって、純水供給バルブ３２が開成されて、リンス処理が行われる。すなわち、ウエハＷの上面の中央に向けて純水が供給され、ウエハＷの上面、周端面および下面の周縁部が、純水によってリンスされる。
このリンス工程の後、スピンチャック１の回転を停止する。この回転停止に先だって、制御部３０は、規制ピン駆動用昇降駆動機構２７を作動させ、規制ピン２５を、ウエハＷの周端面に接触した挟持状態とする。規制ピン２５を挟持状態とした後に、制御部３０は、回転駆動機構１３を制御し、等速回転しているスピンチャック１を減速させて、停止状態に導く。その後、制御部３０は、規制ピン駆動用昇降駆動機構２７を作動させて規制ピン２５を解除状態とする。
【００４２】
この状態で、搬送ロボットによって、基板保持面１１ａ上のウエハＷが搬出されることになる。このウエハＷの搬出に先だって、制御部３０の制御により、純水供給バルブ１８が開成されることにより、液体／気体導入口１５から、ウエハＷの下面と基板保持面１１ａとの間に純水が供給される。これにより、ウエハＷは基板保持面１１ａ上で浮遊状態となって、保持力が弱められるから、搬送ロボットは、基板保持面１１ａ上のウエハＷを搬出することができる。
【００４３】
ウエハＷの搬出時には、液体／気体導入口１５から純水を供給する代わりに、不活性ガスを供給してもよい。すなわち、純水供給バルブ１８ではなく、不活性ガス供給バルブ１９を開成することにより、ウエハＷの下面と基板保持面１１ａとの間に、不活性ガスを供給してもよい。これにより、ウエハＷは上下面のいずれからも大気圧を受ける状態となるから、保持力が弱められ、搬送ロボットによるウエハＷの搬出が可能になる。基板保持面１１ａにおけるウエハＷの保持を解除する目的のためには、液体／気体導入口１５から、純水または不活性ガスのいずれかが、ウエハＷと基板保持面１１ａとの間に導入されればよいから、純水または不活性ガスのいずれか一方を液体／気体導入口１５に供給できるように構成して足りる。
【００４４】
以上のようにこの実施形態の構成によれば、ウエハＷは、水膜５を介して基板保持面１１ａ上に保持された状態で回転され、この状態で、ウエハＷの活性面の周縁部に対してエッチング処理または洗浄処理（ベベルエッチング処理またはベベル洗浄処理）を施すことができる。
ウエハＷの活性面のデバイス形成領域は、薄い水膜５によって保護されているから、この領域にエッチング液の跳ね返りやミストが到達することがない。しかも、ウエハＷを等速回転させて処理している期間中は、ウエハＷの周端面は全周に渡って露出しているから、ウエハＷの全周に渡って良好な処理を施すことができ、エッチング処理中に、ウエハＷの挟持位置を変更したりする必要がない。したがって、ウエハをスピンベースに対して相対回転させてウエハの挟持位置を変更する必要のあった上述の先行技術に比較して、部品の摩耗を少なくすることができる。
【００４５】
スピンチャック１の回転を加速または減速するときには、規制ピン２５によってウエハＷが挟持されるが、規制ピン２５は、スピンチャック１を等速回転させているときに挟持状態と解放状態とで切り換えられ。したがって、規制ピン２５とウエハＷの周端面との間の擦れはほとんど生じないから、これに伴う摩耗は少ない。
さらに、ウエハＷの周縁部の処理幅（エッチング液の回り込み量）は、スピンチャック１の回転速度を制御することによって制御できるから、スピンチャックの回転速度に加えて、遮断板とウエハとの距離および不活性ガスの流量の制御が必要であった上述の先行技術に比較して、処理幅を正確に制御することができる。
【００４６】
しかも、上述の先行技術では、ウエハの挟持位置の変更時に遮断板とウエハとの距離が変動し、これに伴ってウエハの周縁部の処理幅が不安定になっていたのに対して、この実施形態の構成では、このような問題がなく、ウエハＷの周縁部の処理幅を、処理期間中、終始、正確に制御できる。
また、ウエハのデバイス形成領域へのエッチング液の跳ね返りを防止したり、エッチング液の回り込み量の制御のためにウエハの活性面に不活性ガスを常時供給し続けることが必要な上述の先行技術と比較して不活性ガスの消費量を格段に低減できるから、基板処理装置のランニングコストを低減できる。
【００４７】
図２は、この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解的な断面図である。この図２において、図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、スピンベース１１において、ドーナツ状の座繰り部１１ｂには、上下方向（基板保持面１１ａにほぼ垂直な方向）に貫通した貫通孔３４が形成されており、この貫通孔３４を挿通して、その軸方向に進退可能なロッド状の昇降ピン３５が設けられている。この昇降ピン３５は、たとえば、座繰り部１１ｂの周方向に沿って間隔を開けて複数本（少なくとも３本。たとえば、等角度間隔で３本。）設けられている。各昇降ピン３５は、他の昇降ピン３５から独立して昇降可能であり、個々の昇降ピン３５毎に昇降ピン駆動機構３６が設けられていて、これらが制御部３０によって制御されるようになっている。
【００４８】
搬送ロボットがスピンチャック１にウエハＷを受け渡すときには、制御部３０が昇降ピン駆動機構３６を制御することによって、少なくとも３本の昇降ピン３５が、スピンベース１１を貫通し、基板保持面１１ａよりも高い位置に頭部が位置した上昇位置に制御される。そして、基板保持面１１ａに水膜５を形成するための純水が形成された後に、搬送ロボットは、上昇位置にある昇降ピン３５上にウエハＷをほぼ水平に載置する。
【００４９】
次いで、制御部３０が昇降ピン駆動機構３６を制御することにより、ウエハＷを支持している複数本の昇降ピン３５が同時に下降され、全ての昇降ピン３５は、それら頭部がスピンベース１１の下面よりも下方の退避位置（スピンベース１１の回転時に干渉しない位置）に導かれる。この過程で、ウエハＷは基板保持面１１ａ上に載置され、基板保持面１１ａ上に水膜５を介して強固に密着保持されることになる。
【００５０】
その後は、上述の第１の実施形態の場合と同様にして、スピンベース１１が回転されて、ベベルエッチングまたはベベル洗浄処理工程およびリンス工程が行われる。
リンス工程を終えると、制御部３０による回転駆動機構１３の制御によって、スピンチャック１の回転が停止されるが、このときの回転停止位置は、スピンベース１１の座繰り部１１ｂに形成された貫通孔３４と昇降ピン３５とが平面視において重なり合うように制御される。
【００５１】
この状態で、制御部３０は、昇降ピン駆動機構３６を制御して、少なくとも３本の昇降ピン３５を上昇させる。このとき、上昇させられる全ての昇降ピン３５を完全に同期して上昇させるのではなく、たとえば、ウエハＷの下面の周縁部に当接する時間に差が生じるように、昇降ピン３５の上昇が制御される。これにより、ウエハＷは、周縁部の一部が先に水膜５から上昇させられ、水膜５からのウエハＷの剥離が一方向から生じる。こうして、ウエハＷに過大な力を加えることなく、水膜５から剥離し、この剥離されたウエハＷを基板保持面１１ａの上方の位置に導くことができる。その後は、搬送ロボットによって、処理済みのウエハＷが搬出される。
【００５２】
その後、次のウエハＷを処理するときには、基板保持面１１ａに水膜５を形成するための純水を供給した後に、搬送ロボットによって、上昇位置にある昇降ピン３５に対して、未処理のウエハＷが受け渡されることになる。
このように、この実施形態では、基板保持面１１ａからのウエハＷの剥離を、昇降ピン３５を進退させることによって行っているから、スピンベース１１には、液体／気体導入口１５を設ける必要がなく、スピンベース１１の構成を簡単にすることができる。この場合、基板保持面１１ａへの純水の供給は、処理液供給ノズル２から行えばよい。
【００５３】
この他の構成および動作は、規制ピン駆動機構２０の構成やその動作も含めて、上述の第１の実施形態の場合と同様である。
図３は、この発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解的な断面図である。この基板処理装置は、上述の第１および第２の実施形態の場合と同じく、水膜を介して基板保持面上にウエハＷを保持した状態でウエハＷの非活性面側からエッチング液を供給し、このエッチング液をウエハＷの周端面から活性面側に回り込ませて、ウエハＷの周縁部の不要物を除去するベベルエッチングまたはベベル洗浄処理を行うものであるが、ウエハＷを活性面を上向きにして保持する点が大きく異なる。
【００５４】
具体的に説明すると、この基板処理装置は、スピンチャック５０と、このスピンチャック５０によって保持可能な基板保持板４０とを備えている。スピンチャック５０は、ほぼ水平に配置された円盤状のスピンベース５１と、このスピンベース５１の下面から鉛直下方に延びるように設けられた中空の回転軸５２と、この回転軸５２を鉛直軸線まわりに回転駆動する回転駆動機構５３とを備えている。
【００５５】
スピンベース５１の周縁部には、周方向に間隔を開けて複数本（たとえば、等角度間隔で３本）のチャックピン５５が鉛直上方に向けて立設されている。チャックピン５５は、丸棒状の軸部５５Ａと、この軸部５５Ａの上端に設けられた挟持部５５Ｂとを有し、この挟持部５５Ｂによって、基板保持板４０を保持する構成となっている。
チャックピン５５は、軸部５５Ａの中心軸を通る回転軸線５５ａまわりに回転可能である。このチャックピン５５を、回転軸線５５ａまわりに回転させるために、チャックピン駆動機構６０が設けられている。このチャックピン駆動機構６０の構成は、上述の図１に示された規制ピン駆動機構２０の構成と同様である。すなわち、チャックピン駆動機構６０は、たとえば、スピンベース５１の内部空間に収容されたリンク機構６１と、このリンク機構６１を駆動する駆動機構６２とを含む。駆動機構６２は、回転軸５２とともに回転する回転側駆動力伝達部材６３と、この回転側駆動力伝達部材６３の外周側に軸受け６４を介して結合された固定側駆動力伝達部材６６と、この固定側駆動力伝達部材６６を昇降させるためのチャックピン駆動用昇降駆動機構６７とを備えている。
【００５６】
チャックピン駆動用昇降駆動機構６７によって固定側駆動力伝達部材６６を昇降させると、これとともに回転側駆動力伝達部材６３が昇降し、この昇降運動がリンク機構６１に伝達されて、チャックピン５５の回転軸線５５ａまわりの回転動作（一定角度範囲内での回転）に変換される。これによって、チャックピン５５の頭部の挟持部５５Ｂが基板保持板４０を挟持した状態と、この挟持を解除した状態とで切り換えることができる。
【００５７】
基板保持板４０は、図４に示すように、円盤状に形成されており、その一方表面の中央領域において扁平な円柱状に突出した突出部の頂面が基板保持面４０ａをなしている。この基板保持面４０ａは、ウエハＷよりも半径の小さな円形に形成されている。基板保持面４０ａの周囲のドーナツ状の領域は、基板保持面４０ａよりも後退した座繰り部４０ｂとなっている。
基板保持面４０ａには、ウエハＷを保持させるよりも前に、純水が供給される。その状態で、ウエハＷを基板保持面４０ａと密着させると、ウエハＷは、静止状態（基板保持板４０に対して静止状態）の純水が形成する水膜５８（図３参照）を挟んで基板保持面４０ａに密着保持される。このとき、ウエハＷの活性面は、基板保持面４０ａに対向させられる。
【００５８】
水膜５８を挟んで基板保持面４０ａに密接させられたウエハＷは、その活性面には大気圧を受けないのに対して、非活性面には、大気圧を受ける。これにより、ウエハＷは、水膜５８を介して基板保持面４０ａに強固に密着保持される。その一方、水膜５８の周縁部において、ウエハＷと基板保持面４０ａとの間の水面には表面張力が働き、この表面張力の作用によって、水膜５８は、ウエハＷと基板保持面１１ａとの間に保持される。その結果、ウエハＷは、基板保持面４０ａ上に水膜５８を挟んで安定に保持されることになる。
【００５９】
基板保持面４０ａはウエハＷよりも半径が小さい円形なので、水膜５８がウエハＷに接している水面は、ウエハＷよりも半径の小さい円形となっており、ウエハＷの活性面の周縁部は水膜５８に覆われることなく露出した状態となる。
このようにして基板保持面４０ａにウエハＷが保持された状態で、基板保持板４０は、搬送ロボット（図示せず）によって、スピンチャック５０に受け渡され、チャックピン５５によってほぼ水平に保持されることになる。この状態が図３に示されている。
【００６０】
基板保持板４０がスピンチャック５０に保持された状態では、ウエハＷは、ほぼ水平な姿勢となり、その活性面が上向きとなり、非活性面はその下方のスピンベース５１の上面に対向することになる。また、ウエハＷの周端面は、チャックピン５５の軸部５５Ａとの間に微小な間隙を有する状態となる。したがって、軸部５５Ａは、ウエハＷが基板保持面４０ａ上で水平方向に相対移動したときに、このような水平移動を規制する規制部材として作用する。
【００６１】
スピンベース５１の回転軸線上には、上下に貫通する貫通孔５６が形成されており、この貫通孔５６と回転軸５２の内部を挿通して、処理液供給管７０が配置されている。この処理液供給管７０の先端は、ウエハＷの下面（非活性面）の中央（ほぼ回転軸線上に位置する）に向けて、エッチング液または純水を供給する処理液供給ノズル７１となっている。また、処理液供給管７０には、エッチング液供給源からのエッチング液をエッチング液供給バルブ７２を介して供給することができ、純水供給源からの純水を純水供給バルブ７３を介して供給することができるようになっている。
【００６２】
このような構成によって、ウエハＷを基板保持板４０を介してスピンチャック５０に保持させた状態で、このスピンチャック５０が回転駆動される。その一方で、エッチング液供給バルブ７２が開かれて、ウエハＷの下面に対して、処理液供給ノズル７１からエッチング液Ｅが供給される。このエッチング液Ｅは、遠心力を受けて、ウエハＷの下面に沿ってその半径方向外方側に向かい、周端面を回り込んで、ウエハＷの上面（活性面）の周縁部に至る。このようにして、ウエハＷの周端面および周縁部の不要物を除去するベベルエッチング処理またはベベル洗浄処理が行われる。
【００６３】
エッチング液Ｅの回り込み量は、スピンチャック５０の回転速度を制御することによって、最適に制御することができる。たとえば、ウエハＷの上面に回り込んだエッチング液Ｅが、水膜５８に達することがないように、エッチング液Ｅの回り込み量が制御されることが好ましい。
ベベルエッチング処理またはベベル洗浄処理が終了した後には、エッチング液供給バルブ７２が閉成され、代わって、純水供給バルブ７３が開かれる。これにより、ウエハＷの下面、周端面および上面の周縁部に純水が供給されて、それらの表面のエッチング液を洗い流すためのリンス処理が行われる。
【００６４】
こうして、ウエハＷに対する処理が終了すると、搬送ロボットによって、水膜５８を介してウエハＷを密着保持した状態の基板保持板４０が搬出される。
このように、この実施形態においても、ウエハＷを水膜５８を介して基板保持面４０ａ上に保持した状態でウエハＷに対するベベルエッチング処理またはベベル洗浄処理を行うことができ、上述の第１または第２の実施形態の場合と同様な効果を奏することができる。
【００６５】
図５は、参考例に係る基板搬送ハンドの構成を説明するための図である。この基板搬送ハンド８０は、ウエハＷを保持して搬送するためのものであり、水膜を介してウエハＷを保持する基板保持面８０ａを有している。ウエハＷは、必要により、活性面を基板保持面８０ａに対向させて保持されてもよいし、非活性面を基板保持面８０ａに対向させて保持されてもよい。
基板保持面８０ａは、この例では、平坦面であり、ウエハＷの半径よりも小さな半径の円形に形成されていて、ハンド本体８１の一方表面上にわずかに突出した円柱状の突出部８２の頂面をなしている。
【００６６】
基板保持面８０ａの周囲には、ウエハＷの周端面に対向する複数の位置（たとえば等角度間隔で３カ所）に、基板保持面８０ａに沿うウエハＷの移動を規制するための規制部材８３が設けられている。規制部材８３は、たとえば、丸棒状のピンをハンド本体８１の基板保持面８０ａ側の表面に立設したものであってもよい。
ウエハＷと基板保持面８０ａとの間に静止した純水からなる水膜を形成するための純水の供給は、基板保持面８０ａにおいて開口した液体／気体導入口８５を介して行ってもよいし、基板搬送ハンド８０とは別に設けた純水供給ノズルから、基板保持面８０ａに純水を供給するようにして行ってもよい。
【００６７】
液体／気体導入口８５は、ハンド本体８１の内部に形成された液体／気体導入路８６に連通している。この液体／気体導入路８６には、純水供給源からの純水を純水供給バルブ８７を介して供給でき、また、不活性ガス供給源からの不活性ガス（たとえば、窒素ガスまたは空気）を不活性ガス供給バルブ８８を介して供給することができる。
静止した水膜を介して保持されたウエハＷを基板保持面８０ａから引き離すときには、ウエハＷと基板保持面８０ａとの間に、液体／気体導入口８５から純水または不活性ガスを供給すればよい。純水の供給によってウエハＷの保持を解除するのであれば、不活性ガスを供給するための構成は不要である。
【００６８】
この参考例の構成によれば、静止した水膜を利用したウエハＷの保持は安定しているので、ウエハＷの搬送を確実に行うことができる。
以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することも可能である。たとえば、上記の構成では、ウエハＷと基板保持面１１ａ，４０ａ，８０ａとの間に静止した純水の膜を形成するようにしているが、純水の代わりに、アルコール系溶剤（たとえば、イソプロピルアルコール）等の有機溶剤の液膜や、アンモニア水の液膜など、ウエハＷに対する影響の少ない他の種類の液体の液膜を用いてもよい。また、ウエハＷに密着する液体の形態は必ずしも液膜状態である必要はなく、所定の凹部や槽に貯留されるような比較的多量の液体であってもよい。この場合、貯留された液体の液面（上面）にウエハＷを密着保持させることができる。
【００６９】
また、上記の第１ないし第３の実施形態では、ベベルエッチング処理またはベベル洗浄処理が行われる基板処理装置の例について説明したが、この発明は、基板の全面に対してエッチング処理または洗浄処理を行うエッチング処理装置や洗浄処理装置、レジストなどの塗布膜を基板上に形成するコータ処理装置、露光後基板上の感光性膜（レジスト膜など）に対して現像処理を施す現像処理装置、ドライエッチング後などの基板上に残留する残渣物（ポリマー）を除去するポリマー除去装置などにも適用することができる。これらの装置にこの発明が適用される場合には、処理対象の基板は、処理対象面（主としてデバイス等が形成された活性面）とは反対の面を基板保持面に対向させた状態で保持されることが好ましい。
【００７０】
さらに、上記の第１および第２の実施形態において、規制ピン２５を挟持状態と解放状態とで切り換えるための駆動機構は、スピンベース１１内に、エアシリンダと、このエアシリンダからの駆動力を得て作動し、規制ピン２５を回転軸線２５ａまわりに回転させるリンク機構とを含む構成によって実現することもできる（たとえば、上記特許文献１参照）。
また、上記の参考例では、基板保持面８０ａからウエハＷを剥離させるために、基板保持面８０ａに純水または不活性ガスを供給するようにしているが、これに代えて、第２の実施形態で示したような進退ピンによって、基板保持面８０ａによるウエハＷの保持を解除させる構成を採用することもできる。
【００７１】
さらに、上記の実施形態では、ウエハに対する処理を行う構成について説明したが、処理対象または搬送対象の基板は、ウエハ以外の円形基板であってもよいし、液晶表示装置用ガラス基板等の角形基板であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板保持機構を適用した基板処理装置の構成を説明するための図解的な断面図である。
【図２】この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解的な断面図である。
【図３】この発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解的な断面図である。
【図４】基板保持板の構成を説明するための斜視図である。
【図５】参考例に係る基板搬送ハンドの構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１ スピンチャック
２ 処理液供給ノズル
５ 水膜
１１ スピンベース
１１ａ 基板保持面
１１ｂ 座繰り部
１２ 回転軸
１３ 回転駆動機構
１５ 液体／気体導入口
１６ 液体／気体供給管
１７ 液体／気体供給路
１８ 純水供給バルブ
１９ 不活性ガス供給バルブ
２０ 規制ピン駆動機構
２１ リンク機構
２２ 駆動機構
２３ 回転側駆動力伝達部材
２４ 軸受け
２５ 規制ピン
２５ａ 回転軸線
２６ 固定側駆動力伝達部材
２７ 規制ピン駆動用昇降駆動機構
３０ 制御部
３１ エッチング液供給バルブ
３２ 純水供給バルブ
３４ 貫通孔
３５ 昇降ピン
３６ 昇降ピン駆動機構
４０ 基板保持板
４０ａ 基板保持面
４０ｂ 座繰り部
５０ スピンチャック
５１ スピンベース
５２ 回転軸
５３ 回転駆動機構
５５ チャックピン
５５ａ 回転軸線
５５Ａ 軸部
５５Ｂ 挟持部
５６ 貫通孔
５８ 水膜
６０ チャックピン駆動機構
６１ リンク機構
６２ 駆動機構
６３ 回転側駆動力伝達部材
６４ 軸受け
６６ 固定側駆動力伝達部材
６７ チャックピン駆動用昇降駆動機構
７０ 処理液供給管
７１ 処理液供給ノズル
７２ エッチング液供給バルブ
７３ 純水供給バルブ
８０ 基板搬送ハンド
８０ａ 基板保持面
８１ ハンド本体
８２ 突出部
８３ 規制部材
８５ 液体／気体導入口
８６ 液体／気体導入路
８７ 純水供給バルブ
８８ 不活性ガス供給バルブ
Ｅ エッチング液
Ｗ ウエハ
Claims (8)
- 中央部にデバイス形成領域が形成されたデバイス形成面を一主面とする基板の上記デバイス形成領域の外側の領域である周縁部を処理流体で処理する基板処理装置において用いられる基板保持機構であって、
液体を静止させた状態で保持しつつ、この液体と基板の上記一主面とを密着させた状態で当該基板を保持する基板保持部材と、
この基板保持部材に保持されている基板の移動を規制する規制部材と、
上記基板保持部材を回転させることによって基板を回転させる基板回転機構とを含み、
上記基板保持部材は、上記基板回転機構によって基板を回転させつつ当該基板の周縁部に対して処理流体を用いた処理を施している期間中に、当該基板保持部材に対して静止させた状態で保持した液体に上記基板の一主面を密着させた状態で当該基板を保持するものである
ことを特徴とする基板保持機構。 - 上記基板保持部材と基板との間に液体を導入する液体導入手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の基板保持機構。
- 上記基板保持部材と基板との間に気体を導入する気体導入手段をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板保持機構。
- 上記基板保持部材に保持された上記基板の上記一主面に対して進退可能に設けられ、上記基板の一主面に向かって進出することによって、上記基板を上記基板保持部材から離間させる基板保持解除部材をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板保持機構。
- 上記基板保持部材と基板との間の液体の液面の大きさが、基板の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板保持機構。
- 上記規制部材は、基板を挟持する挟持状態と、基板の挟持を解除した解除状態とに切り換え可能なものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板保持機構。
- 請求項１ないし６のいずれかに記載の基板保持機構と、
この基板保持機構によって保持された基板の周縁部に対して処理流体を供給する処理流体供給手段とを含むことを特徴とする基板処理装置。 - 中央部にデバイス形成領域が形成されたデバイス形成面を一主面とする基板の上記デバイス形成領域の外側の領域である周縁部を処理流体で処理する基板処理方法であって、
基板保持部材によって液体を静止させた状態で保持しつつ、この液体と基板の上記一主面とを密着させた状態で当該基板を保持する基板保持工程と、
この基板保持工程と並行して、上記基板保持部材を回転させることによって基板を回転させる基板回転工程と、
この基板回転工程と並行して、上記基板保持部材に保持されている基板の上記周縁部に処理流体を用いた処理を施す基板処理工程と、
上記基板保持部材に保持されている基板の移動を規制する移動規制工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。
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