JP6198840B2 - 基板支持装置 - Google Patents

Description

本発明は基板処理装置に関し、特に、ベルヌーイの法則を利用して、洗浄、エッチング、現像、フォトレジストの塗布及び剥離処理中の半導体ウェハのような基板を支持する基板支持装置に関する。

半導体装置の製造プロセスにおいて、洗浄、エッチング、現像、フォトレジストの塗布及び剥離などの半導体装置を製造するために使用されるほとんどの処理工程では、基板の表面側とも言われる基板の装置側に焦点があてられる。しかしながら、同時に、洗浄やエッチングのような基板の裏面（装置の無い側）工程も重要である。基板の裏面が汚染されると、例えばフォトリソグラフィー工程において、基板の表面側に形成されるパターンの焦点ズレを引き起こす可能性がある。また、基板処理装置が汚染されることで、同じ装置で処理される他の基板を汚染する可能性もある。その中でも、裏面の金属汚染は、基板を介して拡散し、基板の表面を汚染する可能性がある。そして、この汚染が半導体装置の電気的故障を誘発する。

半導体装置の品質を確保するためには、基板の裏面洗浄が必須である。基板の裏面を洗浄するためには、基板を支持する装置が必要となる。そのような装置は、米国特許第５４９２５６６号明細書から知られている。その装置は、装置の円形の表面に環状ノズルを備えている。ノズルには、装置と基板の間にガスのクッションを形成するための圧縮ガスが送り込まれている。基板はベルヌーイの法則により装置の上面に吸引され、浮遊状態を維持する。装置上面の少なくとも１つの突出部は、処理中の基板の架台となっている。この装置では、装置と対向する基板の下面を突出部と接触したままにする必要がある。基板の裏面処理を行うためには、基板の装置側（表面側）が装置の上面と対向する必要がある。この突出部は装置側のパターンを破壊する可能性がある。さらに、基板と装置上面との間のギャップの高さを簡単に調整することができない。

基板を支持する他の装置は、米国特許第６６６９８０８号明細書に開示されている。この装置は、基板を支持する支持部材を有する回転ベース部材の上方に、近接吸着部材を有している。この近接吸着部材は、近接吸着部材の支持面から支持部材によって支持された基板の上面の周縁部全体へ向かって、下向きかつ外向きにガスを噴射する。近接吸着部材の下面にある支持面は、回転ベース部材の基板と略平行な平面に位置している。処理液供給部は、回転ベース部材上に支持されて回転する基板の下面に、処理液を供給する。この装置でも、基板の下面と回転ベース部材の上面とのギャップの高さを簡単に調整することができない。加えて、処理液供給手段が原因で、洗浄の効率があまり良くない。

従って、本発明の主題は、回転自在チャックと、第１マスフローコントローラと、第２マスフローコントローラと、複数の位置決めピン及びガイド柱と、モータと、を有する基板支持装置を提供することである。基板を支持する回転自在チャックは、複数の第１噴出口及び第２噴出口を有する。第１噴出口は、第１ガス流路に接続され、基板にガスを供給すると共にベルヌーイ効果により基板を吸引する。第２噴射口は、第２ガス流路に接続され、基板にガスを供給すると共に基板を上昇させる。第１マスフローコントローラは、第１ガス流路に接続され、第１噴出口に供給されるガスの流量を制御する。第２マスフローコントローラは、第２ガス流路に接続され、第２噴出口に供給されるガスの流量を制御する。複数の位置決めピンは、回転自在チャックの上面に配置され、基板が所定の工程にあるときに、基板の水平方向の動きを制限する。複数のガイド柱は回転自在チャックの上面に配置され、各ガイド柱は基板を保持する保持部を形成するように突出している。モータは回転自在チャックを回転させるために使用される。

また、全ての上記位置決めピンは、上記基板の周縁部と係合するとともに、上記基板の下面と上記回転自在チャックの上面との間にギャップが形成された状態で、上記基板の水平方向の動きを防止するように構成されている。さらに、全ての上記位置決めピンは、交互に配置される２つのグループに分割されて、交互に上記基板の位置決めをするように構成されている。複数のガイド柱の保持部は、基板の下面と回転自在チャックの上面との間に隙間が形成されるように、上記基板を保持する。

ギャップが基板の下面と回転自在チャックの上面との間に形成されるため、基板の下面が回転自在チャックの上面と接触するのを防ぎ、これによって、基板の下面が汚染されるのを回避する。ギャップの高さは第１噴出口と第２噴出口とに供給されるガスの流量を制御することにより調整可能であり、基板はベルヌーイの法則により安定した浮遊状態を維持することができる。

本発明は、添付の図面を参照して、以下の好ましい実施形態の記載を読み込むことで、当業者に明らかとなるであろう。
図１は、典型的な本発明に係る基板支持装置の断面図である。 図２は、基板支持装置の平面図である。 図３Ａは、図２に示す基板支持装置の横断面図である。 図３Ｂは、図２に示す基板支持装置の横断面図である。 図４は、基板支持装置の位置決めピンの透視図である。 図５は、基板支持装置上に基板を置いている／基板支持装置から基板を受け取っているエンドエフェクタを示す平面図である。 図６Ａは、基板支持装置上に基板を置く工程におけるエンドエフェクタの手順を示す図である。 図６Ｂは、基板支持装置上に基板を置く工程におけるエンドエフェクタの手順を示す図である。 図６Ｃは、基板支持装置上に基板を置く工程におけるエンドエフェクタの手順を示す図である。 図６Ｄは、基板支持装置上に基板を置く工程におけるエンドエフェクタの手順を示す図である。 図６Ｅは、基板支持装置上に基板を置く工程におけるエンドエフェクタの手順を示す図である。 図７Ａは、基板支持装置から基板を受け取るエンドエフェクタの手順を示す図である。 図７Ｂは、基板支持装置から基板を受け取るエンドエフェクタの手順を示す図である。 図７Ｃは、基板支持装置から基板を受け取るエンドエフェクタの手順を示す図である。 図７Ｄは、基板支持装置から基板を受け取るエンドエフェクタの手順を示す図である。 図７Ｅは、基板支持装置から基板を受け取るエンドエフェクタの手順を示す図である。 図７Ｆは、基板支持装置から基板を受け取るエンドエフェクタの手順を示す図である。

図１から４に、本発明の基板支持装置を示す。基板支持装置は、半導体ウェハ処理用の半導体ウェハなどの円板状の物品を支持する真円の回転自在チャック１０１を有する。中空のハウジング１０２は回転自在チャック１０１の下方に配列され、回転自在チャック１０１の下面に接続されている。回転軸１０３は、中空ハウジング１０２に接続されている。回転軸１０３は中空である。回転軸１０３の上端は、中空ハウジング１０２の底部に固定され、回転軸１０３の下端は、回転軸１０３を回転させるモータ１０４に固定されており、これによって、回転自在チャック１０１は垂直軸周りに回転する。

複数の、例えば６個の位置決めピン１０５は、回転自在チャック１０１の上面の外縁部に配列され、基板１０７が洗浄処理などの所定の工程にあるときに、基板１０７の水平方向の動きを一様に防止する。各位置決めピン１０５は、それらの上端に位置決め溝１０５１を形成している。基板１０７の周縁部は、基板１０７の水平方向の動きを制限する位置決め溝１０５１に係合される。各位置決めピン１０５は、基板１０７を位置決めするために内側方向へ動き、または基板１０７を解放するために外側方向へ動く、個々のシリンダ４０１によって駆動される。全ての位置決めピン１０５は、２つのグループ１０５ａ，１０５ｂに分けられて、交互に配列されている。基板１０７の洗浄処理の間、位置決めピンの２つのグループ１０５ａ，１０５ｂは、基板１０７の周縁部が完全に洗浄されるように、交互に基板１０７を位置決めする。すなわち、基板１０７の洗浄処理の間、先ず、第１グループである位置決めピン１０５ａが基板１０７を位置決めし、その間、第２グループである位置決めピン１０５ｂは基板１０７と非接触状態を維持する。基板１０７が一定時間洗浄された後、第１グループである位置決めピン１０５ａは基板１０７を解放し、第２グループである位置決めピン１０５ｂが基板１０７を位置決めする。基板１０７は、先ず、第２グループである位置決めピン１０５ｂによって位置決めされてもよいということは認識されよう。

複数の、例えば６個のガイド柱１０６は、回転自在チャック１０１の上面の外縁部に配置されている。各ガイド柱１０６は、対応する位置決めピン１０５に隣接している。ガイド柱１０６は、ガイド柱１０６の側面が基板１０７を確実に回転自在チャック１０１に載置するように案内するガイド面としての役割を果たすよう、円錐形になっている。ガイド柱１０６の底部は、基板１０７が回転自在チャック１０１に載置される際に、基板１０７を保持する保持部１０６１を形成するように、外側に出っ張っているため、基板１０７の下面と回転自在チャック１０１の上面との間にギャップ１１１が形成される。これにより、基板１０７の下面が回転自在チャック１０１の上面に接触して、基板１０７の下面が汚染されるのを回避している。

回転自在チャック１０１は、回転自在チャック１０１を貫通する複数の第１噴出口１０９及び第２噴出口１１０を形成する。第１噴出口１０９は、回転自在チャック１０１に円状かつ回転自在チャック１０１の中心から離れて形成されている。各第１噴出口１０９は傾いており、回転自在チャック１０１の底面に対して角度を成している。第２噴出口１１０は、回転自在チャック１０１に円状かつ回転自在チャック１０１の中心近傍に形成されている。各第２噴出口１１０は垂直であり、回転自在チャック１０１と直交している。各第１噴出口１０９は第１ガスパイプ１１２に接続され、各第２噴出口１１０は第２ガスパイプ１１３に接続されている。第１ガスパイプ１１２と第２ガスパイプ１１３とは、どちらも互いに中空ハウジング１０２に収容されている。第１ガスパイプ１１２及び第２ガスパイプ１１３は互いに中空ハウジング１０２を通り抜け、回転軸１０３に収容されている。第１フィルタ１１４は、第１ガスパイプ１１２内に配置され、第１噴出口１０９を通り基板１０７に供給されるガスを浄化する。第２フィルタ１１５は、第２ガスパイプ１１３内に配置され、第２噴出口１１０を通り基板１０７に供給されるガスを浄化する。第１ガスパイプ１１２は、基板支持装置の外側に配置された第１ガスチューブに接続され、ガス溜に接続される。第１ガスパイプ１１２及び第１ガスチューブは、第１噴出口１０９にガスを供給するための、第１噴出口１０９に接続された第１ガス流路を形成している。第１マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１１６は、第１ガス流路に取り付けられ、第１噴出口１０９に供給されるガスの流量を調整している。とりわけ、第１マスフローコントローラ１１６は、第１ガスチューブに取り付けられ、第１ガスパイプ１１２に供給されるガスの流量を調整している。第１ガスパイプ１１２と第１ガスチューブとの接続部は、ガス漏れ防止用の磁性流体によって封止されている。第２ガスパイプ１１３は、基板支持装置の外側に配置された第２ガスチューブに接続され、ガス溜に接続される。第２ガスパイプ１１３及び第２ガスチューブは、第２噴出口１１０にガスを供給するための、第２噴出口１１０に接続された第２ガス流路を形成している。第２マスフローコントローラ１１７は、第２ガス流路に取り付けられ、第２噴出口１１０に供給されるガスの流量を調整している。とりわけ、第２マスフローコントローラ１１７は、第２ガスチューブに取り付けられ、第２ガスパイプ１１３に供給されるガスの流量を調整している。第２ガスパイプ１１３と第２ガスチューブとの接続部は、ガス漏れ防止用の磁性流体によって封止されている。

図５と上記基板支持装置を使用した基板１０７の裏面洗浄の手順を示した図６Ａから６Ｅとについて説明する。エンドエフェクタ５０１は、回転自在チャック１０１上に基板１０７を搬送するために使用される。エンドエフェクタ５０１は、ベース部６０１を有する。ベース部６０１の底面の外縁部は、エンドエフェクタ５０１が基板１０７を搬送する際に、基板１０７がベース部６０１の底面と接触すること、さらに、これによって基板１０７を汚染すること、を防止するための円形の傾斜部６０２を形成するために、下方に突出している。傾斜部６０２の一部は、エンドエフェクタ５０１内での基板の動きを制限するための停止部６０５を形成するように、さらに下方に突出している。傾斜部６０２の底面には、傾斜部６０２に基板１０７が接触しているかを検知するための接触センサ６０４が配置されている。基板１０７が傾斜部６０２に接触している場合、基板１０７を押し出して、停止部６０５に寄りかからせるために、押圧部６０３が駆動され、基板１０７はエンドエフェクタ５０１内に安全に配置される。押圧部６０３はシリンダによって駆動され得る。

図６Ａに示すように、エンドエフェクタ５０１は、回転自在チャック１０１上に基板１０７を搬送する。そのとき、第１ガスチューブ及び第２ガスチューブは閉じられており、第１噴出口１０９及び第２噴出口１１０にガスを供給する必要はない。それから、エンドエフェクタ５０１は、基板１０７をガイド柱１０６に近づけるために下降する。このとき、第２ガスチューブが開放され、第２ガスパイプ及び第２噴出口１１０を通って、ガスが基板１０７の表面に供給される。基板１０７の裏面を洗浄するため、基板１０７の表面は、回転自在チャック１０１の上面と対向するように並んでいる。基板１０７の表面の汚染を回避するため、基板１０７の表面に供給されているガスは、第２フィルタ１１５により浄化されている。第２噴出口１１０から噴出されたガスは、所定の高さに基板１０７を上昇させ、それから、図６Ｂに示すように、押圧部６０３は基板１０７を解放するために外側へと引っ込む。それから、第２ガスチューブが閉鎖されて、ガスは基板１０７に供給されなくなる。基板１０７は、自重によって、ガイド柱１０６の側面に沿って保持部１０６１へと下降し、保持部１０６１により保持される。この様子が図６Ｃに示してある。第２ガスチューブが再び開放され、第２噴出口１１０から供給されたガスが基板１０７を上昇させると、図６Ｄに示すように、第２マスフローコントローラ１１７を介して第２噴出口１１０に供給されるガスの流量を調整することにより、ギャップ１１１が回転自在チャック１０１の上面と基板１０７の表面との間に形成される。エンドエフェクタ５０１が退避すると、少なくとも１つのノズル１０８が、基板１０７の裏面を洗浄するための洗浄液を噴射するために、基板１０７の裏面の上方まで移動する。基板１０７の裏面が洗浄されているとき、第１ガスチューブが開放され、ベルヌーイ効果によって基板１０７を吸引するために、ガスが第１噴出口１０９を通って噴出される。これにより、基板１０７は、裏面洗浄のための安定した浮遊状態に維持される。第１グループである位置決めピン１０５ａは、モータ１０４が回転自在チャック１０１を回転させ、ノズル１０８が基板１０７の裏面を洗浄するための洗浄液を噴射している間は、基板１０７を位置決めしている。回転自在チャック１０１が回転し、ガスが第１噴出口１０９から外側へ向かって噴出されているため、基板１０７の裏面に噴射された洗浄液が、ガスの流れによって、基板１０７の表面に到達することはない。一定時間の洗浄の後、第２グループである位置決めピン１０５ｂが、第１グループである位置決めピン１０５ａに代わって、基板１０７を位置決めする。これにより、基板１０７の周縁部が完全に洗浄される。

図７Ａから７Ｆを参照すると、基板１０７の裏面が洗浄された後、ノズル１０８は退避する。エンドエフェクタ５０１は基板１０７の裏面の上方へと移動し、第１ガスチューブは、ガスは第１噴出口１０９を通って基板１０７に供給されないように、閉鎖されている。図７Ｂに示すように、第２ガスチューブは、基板１０７を上昇させるためのガスを供給するために、開放されたままである。エンドエフェクタ５０１は、基板１０７に近づくために下降する。それから、図７Ｃに示すように、第２噴出口１１０を通って基板１０７に供給されるガスの流量が、第２マスフローコントローラ１０７によって増加され、基板１０７は傾斜部６０２に到達するまで上昇する。図７Ｄに示すように、エンドエフェクタ５０１は上昇し、基板１０７もガスによって傾斜部６０２の底面と接触しながら上昇する。図７Ｅに示すように、接触センサ６０４は、基板１０７、即ち押圧部６０３が基板１０７を停止部６０５に寄りかからせるために押し出し、基板１０７がエンドエフェクタ５０１内に安全に位置していることを検出する。最後に、図７Ｆに示すように、第２ガスチューブが閉鎖され、基板１０７はエンドエフェクタ５０１によって退避される。

上記の説明において、ガスは、窒素ガスなどの不活性ガスである。ガスの選択は処理の内容に依存する。加えて、基板１０７の下面と回転自在チャック１０１との間のギャップ１１１の高さは、第１噴出口１０９及び第２噴出口１１０に供給されるガスの流量を制御することにより調整可能で有り、基板１０７は、ベルヌーイの法則により安定した浮遊状態に維持される。さらに、洗浄液が基板１０７の裏面洗浄のために供給されているときに、第１ガスチューブのみを開放すれば、基板１０７の裏面洗浄のコストを削減することができる。基板支持装置は、裏面洗浄のみに適合したものではなく、エッチング処理などにも適合しているということも認識されよう。

本発明についての以上の説明は、例示及び説明の目的で提示されている。それは、網羅すること又は本発明を開示された形態と寸分違わない形態に限定することを意図するものではなく、多くの変形や変更が上記の教示により可能であることは明らかである。当業者にとって明らかなこのような変形や変更は、添付の特許請求の範囲で規定された本発明の範囲に含まれることを意味する。

Claims (15)

1. 第１ガス流路に接続され、基板にガスを供給すると共にベルヌーイ効果により該基板を吸引する複数の第１噴出口と、第２ガス流路に接続され、上記基板にガスを供給すると共に上記基板を上昇させる複数の第２噴出口と、を形成し、上記基板を支持する回転自在チャックと、
   上記第１ガス流路に取り付けられ、上記第１噴出口に供給するガスの流量を制御する第１マスフローコントローラと、
   上記第２ガス流路に取り付けられ、上記第２噴出口に供給するガスの流量を制御する第２マスフローコントローラと、
   上記回転自在チャックの上面に配置され、上記基板が所定の工程にあるときに、上記基板の水平方向の動きを防止する複数の位置決めピンと、
   上記回転自在チャックの上面に配置され、上記基板を保持する保持部を形成するためにそれぞれ出っ張った複数のガイド柱と、
   上記回転自在チャックを回転させるモータと、を備え、
   全ての上記位置決めピンは、上記基板の周縁部と係合するとともに、上記基板の下面と上記回転自在チャックの上面との間にギャップが形成された状態で、上記基板の水平方向の動きを防止するように構成され、
   さらに、全ての上記位置決めピンは、交互に配置される２つのグループに分割されて、交互に上記基板の位置決めをするように構成され、
   上記複数のガイド柱の保持部は、上記基板の下面と上記回転自在チャックの上面との間にギャップが形成されるように、上記基板を保持する
   ことを特徴とする基板支持装置。
2. 請求項１に記載の基板支持装置において、
   上記第１噴出口は、上記回転自在チャックに円状かつ上記回転自在チャックの中心から離れて形成され、
   上記第２噴出口は、上記回転自在チャックに円状かつ上記回転自在チャックの中心近くに形成されている
   ことを特徴とする基板支持装置。
3. 請求項１に記載の基板支持装置において、
   各第１噴出口は、傾斜し、且つ上記回転自在チャックの底面に対して角度を成していることを特徴とする基板支持装置。
4. 請求項１に記載の基板支持装置において、
   各第２噴出口は、垂直であり、且つ上記回転自在チャックと直交している
   ことを特徴とする基板支持装置。
5. 請求項１に記載の基板支持装置において、
   上記第１ガス流路は第１ガスパイプと第１ガスチューブとを含み、該第１ガスパイプは上記第１噴出口に接続され、該第１ガスチューブは上記第１ガスパイプとガス溜とに接続されており、
   上記第２ガス流路は第２ガスパイプと第２ガスチューブとを含み、該第２ガスパイプは上記第２噴出口に接続され、該第２ガスチューブは上記第２ガスパイプとガス溜とに接続されている
   ことを特徴とする基板支持装置。
6. 請求項５に記載の基板支持装置において、
   上記回転自在チャックの底面は中空ハウジングに接続され、該中空ハウジングに接続するために回転軸が設けられ、該回転軸の上端部は上記中空ハウジングの底部に固定されかつ該回転軸の下端部は上記モータに固定され、
   上記第１ガスパイプ及び上記第２ガスパイプは、どちらも上記中空ハウジングに収容され、
   上記第１ガスパイプ及び上記第２ガスパイプは、それぞれ上記中空ハウジングを貫通して上記回転軸内に収容されている
   ことを特徴とする基板支持装置。
7. 請求項５に記載の基板支持装置において、
   上記第１噴出口を通って上記基板に供給されるガスを浄化するために、上記第１ガスパイプ内に配置された第１フィルタと、
   上記第２噴出口を通って上記基板に供給されるガスを浄化するために、上記第２ガスパイプ内に配置された第２フィルタと、をさらに含む
   ことを特徴とする基板支持装置。
8. 請求項５に記載の基板支持装置において、
   上記第１ガスパイプと上記第１ガスチューブとの接続部は、ガス漏れ防止用の磁性流体により封止され、
   上記第２ガスパイプと上記第２ガスチューブとの接続部は、ガス漏れ防止用の他の磁性流体により封止されている
   ことを特徴とする基板支持装置。
9. 請求項５に記載の基板支持装置において、
   上記第１マスフローコントローラは、上記第１ガスチューブに取り付けられ、
   上記第２マスフローコントローラは、上記第２ガスチューブに取り付けられている
   ことを特徴とする基板支持装置。
10. 請求項１に記載の基板支持装置において、
    各位置決めピンは、位置決め溝を形成し、
    上記基板の周縁部は、上記基板の水平方向の動きを制限するように上記位置決め溝と係合する
    ことを特徴とする基板支持装置。
11. 請求項１に記載の基板支持装置において、
    各位置決めピンは、上記基板を位置決めする際に内側方向に動き、または上記基板を解放する際に外側方向に動く、独立したシリンダによって駆動する
    ことを特徴とする基板支持装置。
12. 請求項１に記載の基板支持装置において、
    各ガイド柱の側面は、上記基板を保持部に正確に置くように案内するガイド面として機能する
    ことを特徴とする基板支持装置。
13. 請求項１に記載の基板支持装置において、
    上記基板を搬送するエンドエフェクタをさらに含む
    ことを特徴とする基板支持装置。
14. 請求項１３に記載の基板支持装置において、
    上記エンドエフェクタはベース部を有し、該ベース部の底面は傾斜部を形成するように下方に突出し、該傾斜部の一部は停止部を形成するようにさらに下方に突出しており、上記エンドエフェクタ内に上記基板を確実に配置するために、上記基板を上記停止部に寄りかからせるように押す又は上記基板を解放するために引っ込む押圧部が設けられている
    ことを特徴とする基板支持装置。
15. 請求項１４に記載の基板支持装置において、
    上記傾斜部の底面には、上記基板が上記傾斜部に接触しているか否かを探知する接触センサが配置されている
    ことを特徴とする基板支持装置。