JP4571515B2

JP4571515B2 - スピン処理装置

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Publication number: JP4571515B2
Application number: JP2005014391A
Authority: JP
Inventors: 禎明黒川
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-01-21
Also published as: JP2005244196A

Description

この発明は基板を回転テーブルに保持してこの回転テーブルとともに回転させながら処理する基板のスピン処理装置に関する。

たとえば、半導体装置の製造工程においては、円盤状の半導体ウエハ等の基板に回路パター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スピン処理装置を用いて基板を薬液であるエッチング液などの処理液で処理した後、同じく処理液としての純水などの洗浄液で洗浄処理し、ついで回転テーブルを高速度で回転させることで、上記基板に付着残留した洗浄液を除去する乾燥処理が行なわれる。

上記スピン処理装置は、周知のように処理槽を有し、この処理槽内にはカップ体が設けられている。このカップ体内には駆動源によって回転駆動される回転テーブルが設けられている。この回転テーブルには上記基板の外周部を保持する保持部材が周方向に沿って所定間隔で設けられ、これらの保持部材によって上記基板が回転テーブルに対して着脱可能に保持される。

したがって、回転テーブルに基板を保持し、この回転テーブルを回転させて基板に処理液を供給すれば、この基板を処理することができ、また処理後に回転テーブルを高速回転させれば、上記基板を乾燥処理することができる。

上記基板には、その板面だけでなく、外周面にも不純物が付着残留している。そのため、上記基板を処理液としてのエッチング液を用いて処理し、この基板に付着残留する不純物をエッチング作用によって除去するということが行なわれている。その場合、不純物は基板の板面だけでなく、外周面にも付着している。そのため、基板の上面側と下面側とに設けられたノズルによって基板の上下面にそれぞれ処理液を供給するとともに、上面に供給された処理液を回転する基板の遠心力によって外周縁から外周面に沿って流すことで、その外周面も処理するようにしている。

ところで、上記基板は上述したように外周面が上記回転テーブルに設けられた保持部材によって保持されている。そのため、基板の外周面の保持部材によって保持された個所には、処理液が入り込み難いため、その箇所が処理液によって十分に処理されず、不純物が残留してしまうということがある。その結果、基板の外周面に残留した不純物が基板の汚染原因になったり、その基板に転移して他の基板を汚染するなどのことがある。

一方、処理液によって処理された基板は、回転テーブルとともに高速度で回転させられて乾燥処理される。処理液による処理時に基板の外周面の保持部材によって保持された箇所には処理液が入り込んでいることがあり、そのような場合、回転テーブルを高速回転させても、基板の外周面と保持部材との間に入り込んだ処理液は他の部分に比べて除去され難いということがある。それによって、基板の外周面が均一に乾燥処理されなかったり、残留した処理液が乾燥後の基板の汚染原因になるなどのことがある。

この発明は、回転テーブルに保持された基板の外周面を他の部分と同じように処理することができるようにした基板のスピン処理装置を提供することにある。

この発明は、円盤状の基板を回転させながら処理するスピン処理装置であって、
回転テーブルと、
この回転テーブルに周方向に沿って所定間隔で設けられそれぞれに上記基板の外周面を保持する保持ローラが回転可能に設けられた複数の保持手段と、
上記回転テーブルを回転駆動する駆動手段と、
上記基板を処理しているときに上記駆動手段の駆動を制御して上記回転テーブルの回転速度を加速或いは減速の少なくとも一方によって変化させる制御手段を具備し、
上記保持手段は上記回転テーブルに回転駆動可能に設けられた保持部材を有し、この保持部材の上端には上記保持ローラが上記保持部材の回転軸芯から偏心した位置に回転可能に設けられ、
上記保持部材に回転可能に設けられた上記保持ローラの正転方向或いは逆転方向の少なくとも一方の回転方向への回転角度を所定の範囲に制限する回転角度制限手段が設けられていることを特徴とする基板のスピン処理装置にある。

この発明は、円盤状の基板を回転させながら処理するスピン処理装置であって、
回転テーブルと、
この回転テーブルに周方向に沿って所定間隔で設けられそれぞれに上記基板の外周面を保持する保持ローラが回転可能に設けられた複数の保持手段と、
上記回転テーブルを回転駆動する駆動手段と、
上記基板を処理しているときに上記駆動手段の駆動を制御して上記回転テーブルの回転速度を加減速する制御手段を具備し、
上記保持手段は上記回転テーブルに回転駆動可能に設けられた保持部材を有し、この保持部材の上端には上記保持ローラが上記保持部材の回転軸芯から偏心した位置に回転可能に設けられ、
上記保持部材に回転可能に設けられた上記保持ローラの正転方向及び逆転方向への回転角度を所定の範囲に制限する回転角度制限手段が設けられていて、
上記保持ローラは上記保持部材に回転可能に支持された取り付け軸の上端部に設けられ、
上記回転角度制限手段は、上記取り付け軸の下端部に設けられた第１の歯車と、上記保持部材に上記第１の歯車と噛合して設けられた第２の歯車と、この第２の歯車が上記第１の歯車の回転に応じて回転したときに、第２の歯車の正転方向と逆転方向との回転角度を制限する規制部材とによって構成されていることを特徴とする基板のスピン処理装置にある。

この発明によれば、回転テーブルを回転させて基板を処理しているときに、回転テーブルに対して基板を相対的に回転させ、回転テーブルに対する基板の保持位置を変化させることができるから、基板の外周面を均一に処理することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１乃至図４はこの発明の一実施の形態を示すスピン処理装置であって、このスピン処理装置は同図に鎖線で示すカップ体１を有する。このカップ体１の底部の径方向中心部には通孔２が穿設され、周辺部には複数の排出管１ａが周方向に所定間隔で接続されている。

上記通孔２には円筒状の動力伝達体３が設けられている。この動力伝達体３は駆動手段である制御モータ４によって回転駆動される。この制御モータ４は筒状の固定子５と、この固定子５内に回転可能に挿入された同じく筒状の回転子６とを有する。

上記動力伝達体３は下端を上記回転子６の上端面に接触させ、その部分がねじ７によって固定されている。したがって、上記動力伝達体３は上記回転子６と一体的に回転するようになっている。なお、上記制御モータ４は制御装置８によって回転速度が後述するように制御される。

上記動力伝達体３のカップ体１内に突出した上端部には回転テーブル１１が取付けられている。この回転テーブル１１は円盤状をなした下板１２と上板１３とを重合させてなり、これら下板１２と上板１３との中心部分には上記動力伝達体３の内部空間に連通する通孔１４が形成されている。

上記回転テーブル１１の上板１３の周辺部には周方向に所定間隔、たとえば９０度間隔で４つの支持筒部１５が一体形成されている。上記下板１２の上記支持筒部１５と対応する部分には通孔１６が形成されている。

上記支持筒部１５と通孔１６には、各々ブッシュ１７ａ，１７ｂが嵌着され、このブッシュ１７ａ，１７ｂには保持部材１８が回転可能に支持されている。この保持部材１８は、上記ブッシュ１７ａ，１７ｂに支持された軸部１９と、この軸部１９の上端部に一体形成された上記軸部１９よりも大径な頭部２０とを有する。

上記頭部２０の上端面には、保持部材１８の回転軸心から図２にｅで示す偏心量で偏心した位置に支軸２１が突設されている。この支軸２１は大径部２１ａと、この大径部２１ａの上端に設けられた小径部２１ｂとからなり、この小径部２１ｂには保持ローラ２２が設けられている。つまり、保持ローラ２２は、上記小径部２１ｂに嵌着固定された内輪２２ａと、この内輪２２ａに球体２２ｂを介して回転可能に設けられた外輪２２ｃとを有し、この外輪２２ｃの外周面にはたとえば断面凹曲面状の保持溝２２ｄが周方向全長にわたって形成されている。

そして、各保持部材１８に設けられた複数の保持ローラ２２には、半導体ウエハのような円盤状の基板Ｗが外周縁部を上記外輪２２ｃの保持溝２２ｄに係合させて保持される。つまり、基板Ｗが図示しないロボットなどによって回転テーブル１１に供給されると、各保持部材１８が所定方向、たとえば時計方向に回転する。それによって、上記支軸２１に設けられた保持ローラ２２が後述するように偏心回転するから、基板Ｗの周縁部が保持ローラ２２の保持溝２２ｄによって保持されることになる。つまり、基板Ｗは４つの保持部材１８に設けられた保持ローラ２２よって回転テーブル１１に対して相対的に回転可能に保持されることになる。

上記保持部材１８を先程と逆方向である、反時計方向に回転させると、上記保持ローラ２２が基板Ｗの外周面から離れる方向に偏心回転する。それによって、基板Ｗの４つの保持部材１８による保持状態が開放される。

図１に示すように、上記保持部材１８の軸部１９は下端が回転テーブル１１の下面側に突出し、その突出端部には子歯車２５が嵌着されている。各保持部材１８の軸部１９に嵌着された子歯車２５は親歯車２６に噛合している。この親歯車２６は上記動力伝達体３に軸受２７を介して回転可能に保持されている。

上記親歯車２６は上記動力伝達体３の外周面に設けられたばね２７によって所定の回転方向、たとえば反時計方向に付勢されている。それによって、子歯車２５が時計方向に回転し、その回転に保持部材１８が連動して図３に矢印で示す時計方向に回転するから、この保持部材１８に設けられた支軸２１が偏心回転する。

それによって、各保持部材１８の支軸２１に設けられた保持ローラ２２は図３に実線で示す位置から鎖線で示す位置に変位するから、基板Ｗは保持ローラ２２の保持溝２２ｄによって保持される。つまり、基板Ｗは、上記保持ローラ２２の保持溝２２ｄが形成された外輪２２ｃによって回転テーブル１１に対して相対的に回転可能に保持される。

基板Ｗの保持状態を解除するには、上記親歯車２６を図示しない解除機構によってばね２７の付勢力に抗して時計方向に回転させる。具体的には、上記解除機構によって親歯車２６が回転するのを阻止し、その状態で回転テーブル１１を制御モータ４によって時計方向に回転させる。それによって、保持部材１８は反時計方向に回転し、保持ローラは図３に鎖線で示す位置から実線で示す位置に変位するから、上記外輪２２ｃの保持溝２２ｄによる基板Ｗの保持状態が解除されることになる。

上記動力伝達体３の内部には保持筒３１が挿通されている。この保持筒３１の上端にはノズルヘッド３２が取着されている。このノズルヘッド３２には、回転テーブル１１に保持された基板Ｗの下面中心部に向けて処理液としての薬液を噴射する第１のノズル体３３と、同じく処理液としての純水を噴射する第２のノズル体３４及び図示しないが窒素ガスなどの気体を噴射する第３のノズル体とが設けられている。

上記回転テーブル１１の上面及び外周面は乱流防止カバー３５によって覆われている。この乱流防止カバー３５は、回転テーブル１１に保持される基板Ｗの下面に対向する対向壁部３６と、この対向壁部３６の周縁部に垂設された周壁部３７とを有する。

上記対向壁部３６には、第１、第２のノズル体３３，３４から噴射される処理液及び第３のノズル体から噴射される気体を基板Ｗの下面に到達させるための通孔３８が形成されている。

上記回転テーブル１１の上面に立設された４本の保持部材１８の上端部は、上記乱流防止カバー３５の対向壁部３６に穿設された通孔４１からその上面側に突出している。

また、回転テーブル１１の上方には、下面側と同様、基板Ｗに処理液としての薬液を噴射する第４のノズル体５２及び処理液としての純水を噴射する第５のノズル体５３が配置されている。

つぎに、上記構成のスピン処理装置によって基板Ｗを処理する際の作用について説明する。この実施の形態における基板Ｗの処理は、図４に示すようにエッチング工程、リンス工程及び乾燥工程からなる。

まず、基板Ｗを回転テーブル１１に保持し、この回転テーブル１１を数十〜数百ｒ．ｐ．ｍの低速度で回転させながら、基板Ｗの上面と下面とにたとえばエッチング液などの薬液を供給する。エッチング液による処理は、基板Ｗの上面と下面だけでなく、上面に供給されたエッチング液が遠心力で径方向周縁から外周面に沿って流れることで、外周面に対しても行なわれる。

基板Ｗの外周面は保持ローラ２２の保持溝２２ｄに保持されている。そのため、保持ローラ２２によって保持された個所にはエッチング液が十分に入り込まず、エッチング処理が行なわれない虞がある。

そこで、エッチング液を基板Ｗに供給して処理するとき、制御装置８による回転テーブル１１の回転速度を加減速する。すなわち、図４に示すように回転テーブル１１の回転数の増減を繰り返す。それによって、回転テーブル１１に保持ローラ２２によって回転可能に保持された基板Ｗには、上記加減速に応じて回転テーブル１１の回転方向と逆方向の加速度が交互に作用するから、その加速度の変化によって基板Ｗは回転テーブル１１に対して相対的に所定の角度で回転することになる。

基板Ｗが回転テーブル１１に対して相対的に回転すれば、基板Ｗの保持ローラ２２によって保持された位置も変化する。それによって、基板Ｗの外周面は全体にわたってエッチング液によりむらなくほぼ均一にエッチング処理されることになるから、上下面と同様、不純物が残留するのを防止することができる。

基板Ｗをエッチング液によってエッチング処理したならば、エッチング液の供給を停止して純水を供給するリンス処理を行なう。それによって、基板Ｗの上下面に残留するエッチング液を洗浄除去する。

リンス処理時には、エッチング処理時のように基板Ｗに対する処理が不均一になるということがほとんどないから、回転テーブル１１の回転速度を加減速していない。しかしながら、リンス処理時にも、エッチング処理時と同様、回転テーブル１１の回転速度を加減速すれば、保持ローラ２２による基板Ｗの外周面の保持位置が変化するから、基板Ｗの外周面のリンス処理をより一層、均一に行なうことができる。

このようにしてリンス工程が終了したならば、回転テーブル１１の回転速度を数千ｒ．ｐ．ｍの高速回転に加速して乾燥処理工程を行う。基板Ｗを高速度で回転させると、基板Ｗの上下面や外周面に付着残留した純水が基板Ｗの回転に伴い発生する遠心力によって除去されることになる。つまり、基板Ｗを乾燥処理することができる。

基板Ｗを乾燥処理するとき、回転テーブル１１の回転速度は、リンス工程時の低速度から高速度に加速されるから、そのときの速度変化によって基板Ｗは回転テーブル１１に対して相対的に回転する。

したがって、保持ローラ２による基板Ｗの外周面の保持位置が変化するから、基板Ｗの外周面と保持ローラ２２との間に純水が残留することなく、基板Ｗの乾燥処理を行なうことができる。

なお、乾燥処理時には、回転テーブル１１を加速するだけで、減速していないが、加速することで、基板Ｗの保持位置が変化するから、基板Ｗの外周面に純水が残留するのを防止することができる。

このように、基板Ｗに対してエッチング工程、リンス工程及び乾燥工程を順次連続的に行なう場合、回転テーブル１１に対して基板Ｗが相対的に回転可能に支持されていることで、エッチング工程では基板Ｗの上下面だけでなく、外周面に対してもむらなく均一なエッチングを行なうことができ、乾燥工程では基板Ｗの外周面と保持ローラ２２との間にリンス液が残留するのを防止できるから、基板Ｗ全体をむらなく均一に乾燥処理することができる。

リンス工程時にも、エッチング工程時と同様、基板Ｗを回転テーブル１１に対して加減速すれば、エッチング液を基板Ｗの外周面と保持ローラ２２との間に残留させることなく、基板Ｗ全体をリンス処理することができる。

この発明は上記一実施の形態に限定されるものでなく、種々変形可能である。たとえば、基板を回転テーブルに対して相対的に回転させるために、エッチング工程では回転テーブルの回転速度を加減速したが、乾燥工程と同じように加速だけ、又は減速だけを行なうことで、基板を回転テーブルに対して相対的に回転させるようにしてもよい。

また、回転テーブルの加速時或いは減速時以外に基板が回転するのを防止するため、電気的に駆動されるストッパ（図示せず）によって保持ローラの外輪を回転不能に保持できるようにしてもよい。

また、この発明における基板の処理は、上述したようにエッチング処理、リンス処理及び乾燥処理だけに限定されず、基板の外周面もむらなく均一に処理する必要がある処理工程であれば、他の処理工程にも適用することができる。

図５乃至図７はこの発明の他の実施の形態を示す。なお、上記第１の実施の形態と同一部分には同一記号を付して説明を省略する。この実施の形態は保持部材１８Ａの構成が上記一実施の形態の保持部材１８と相違している。すなわち、図５に示すように保持部材１８Ａは、軸部１９が設けられた第１の部分４１と、保持ローラ２２が設けられた第２の部分４２とに分割されている。

上記第１の部分４１の上部外周面には段部４１ａが形成され、第２の部分４２の下端部には上記段部４１ａに嵌合する鍔部４２ａが形成されている。そして、上記鍔部４２ａが上記段部４１ａに図示しないねじなどで固定され、第１の部分４１と第２の部分４２とが分解可能に連結固定されている。

上記第１の部分４１には下面に開放した円形状の凹部４３が偏心して形成されていて、この凹部４３の中心部、つまり第２の部分４２の偏心位置には一端を上面に開口し下端を上記凹部４３に開口した支持孔４４が穿設されている。この支持孔４４には取り付け軸４５が貫通して設けられ、複数の軸受４６によって回転可能に支持されている。

上記取り付け軸４５の上端部には上記保持ローラ２２が取り付けられ、上記凹部４３に突出した下端部には第１の歯車４７が嵌着固定されている。この第１の歯車４７には円弧状の第２の歯車４８が噛合している。この第２の歯車４８は上記凹部４３の上面から垂設された支軸４９に回転可能に取り付けられている。したがって、上記第１の歯車４７が取り付け軸４５とともに回転すれば、上記第２の歯車４８が連動するようになっている。

図６に示すように、上記凹部４３の上面には上記第２の歯車４８の正転方向と逆転方向への回転角度を制限する規制部材としての一対の制限ピン５１が設けられている。つまり、一対の制限ピン５１は円弧状の第２の歯車４８が正転方向或いは逆転方向に回転したとき、その側面に当接して上記第２の歯車４８の回転角度を所定の範囲内に制限するようになっている。

たとえば、図７に示すように基板Ｗの外周面が６つの保持ローラ２２（２つだけ図示）によって６０度間隔で保持されている場合、回転テーブル１１の回転速度を加減速したときに、保持ローラ２２を回転させながら回転する基板Ｗの回転角度が同図にα１とα２で示すように正転方向と逆転方向とにそれぞれ３０度、つまり基板Ｗが周方向に６０度の範囲で回転するよう、上記保持ローラ２２の回転角度である、第２の歯車４８の回転角度が一対の制限ピン５１によって規制されている。

すなわち、この実施の形態では、上記第１の歯車４７、第２の歯車４８及び制限ピン５１によって上記保持ローラ２２の回転角度を制限する回転角度制限手段を構成している。

このような構成によれば、回転テーブル１１の回転速度を加減速すると、基板Ｗが回転テーブル１１の回転方向と逆方向に相対的に回転するから、保持ローラ２２による基板Ｗの外周面の保持位置がずれる。それによって、上記一実施の形態と同様、基板Ｗの外周面を全体にわたってエッチング液によりむらなく均一にエッチング処理することが可能となる。

基板Ｗを保持した保持ローラ２２は制限ピン５１によって回転角度が制限されている。そのため、回転テーブル１１の加減速時に基板Ｗが相対的に回転しても、その基板Ｗは正転方向或いは逆転方向へそれぞれ３０度だけしか回転しないから、基板Ｗが慣性によって所定方向に回転し続けるのを防止することができる。
基板Ｗの慣性による回転を制限したことで、回転テーブル１１の回転方向を切り換えたとき、その切り換えに伴い基板Ｗを逆方向へ円滑に回転させることが可能となる。

基板の外周面は６つの保持ローラ２２によって外周面が６０度間隔で保持されている。各保持ローラ２２は基板Ｗの正転方向と逆転方向へそれぞれ３０度ずつ回転可能となっている。そのため、回転テーブル１１の加減速時に回転する基板Ｗの外周面の全体にわたって保持ローラ２２が接触することになるから、基板Ｗの外周面全体をほぼ同じ条件下でエッチング処理することが可能となる。

なお、この実施の形態では回転角度制限手段として第２の歯車の回転角度を一対の制限ピンで制限したが、他の手段で行うようにしてもよい。たとえば、取り付け軸の下端に第１の歯車に代わり円盤を設け、この円盤の外周面に周方向に所定の間隔で一対の位置決めピンを突設するとともに、凹部の上面から係止ピンを垂設する。そして、上記取り付け軸が回転したならば、上記位置決めピンを係止ピンに係合させる。それによって、上記取り付け軸の上端に設けられた保持ローラの回転角度を制限するようにしてもよい。

また、基板の正転方向と逆転方向への回転をそれぞれ３０度に制限したが、３０度以上であっても差し支えない。

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。保持体の保持ローラの部分を拡大した断面図。保持ローラによる基板の保持と解除を説明するための図。基板を処理する工程を示す図。この発明のほかの実施の形態を示す保持部材の一部省略した断面図。図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図。６０度間隔で設けられた６つの保持ローラの内の２つを示す説明図。

符号の説明

４…制御モータ（駆動手段）、８…制御装置、１１…回転テーブル、１８…保持部材（保持手段）、２２…保持ローラ。

Claims

円盤状の基板を回転させながら処理するスピン処理装置であって、
回転テーブルと、
この回転テーブルに周方向に沿って所定間隔で設けられそれぞれに上記基板の外周面を保持する保持ローラが回転可能に設けられた複数の保持手段と、
上記回転テーブルを回転駆動する駆動手段と、
上記基板を処理しているときに上記駆動手段の駆動を制御して上記回転テーブルの回転速度を加速或いは減速の少なくとも一方によって変化させる制御手段を具備し、
上記保持手段は上記回転テーブルに回転駆動可能に設けられた保持部材を有し、この保持部材の上端には上記保持ローラが上記保持部材の回転軸芯から偏心した位置に回転可能に設けられ、
上記保持部材に回転可能に設けられた上記保持ローラの正転方向或いは逆転方向の少なくとも一方の回転方向への回転角度を所定の範囲に制限する回転角度制限手段が設けられていることを特徴とする基板のスピン処理装置。
円盤状の基板を回転させながら処理するスピン処理装置であって、
回転テーブルと、
この回転テーブルに周方向に沿って所定間隔で設けられそれぞれに上記基板の外周面を保持する保持ローラが回転可能に設けられた複数の保持手段と、
上記回転テーブルを回転駆動する駆動手段と、
上記基板を処理しているときに上記駆動手段の駆動を制御して上記回転テーブルの回転速度を加減速する制御手段を具備し、
上記保持手段は上記回転テーブルに回転駆動可能に設けられた保持部材を有し、この保持部材の上端には上記保持ローラが上記保持部材の回転軸芯から偏心した位置に回転可能に設けられ、
上記保持部材に回転可能に設けられた上記保持ローラの正転方向及び逆転方向への回転角度を所定の範囲に制限する回転角度制限手段が設けられていて、
上記保持ローラは上記保持部材に回転可能に支持された取り付け軸の上端部に設けられ、
上記回転角度制限手段は、上記取り付け軸の下端部に設けられた第１の歯車と、上記保持部材に上記第１の歯車と噛合して設けられた第２の歯車と、この第２の歯車が上記第１の歯車の回転に応じて回転したときに、第２の歯車の正転方向と逆転方向との回転角度を制限する規制部材とによって構成されていることを特徴とする基板のスピン処理装置。