JP6577385B2 - 基板保持モジュール、基板処理装置、および基板処理方法 - Google Patents

基板保持モジュール、基板処理装置、および基板処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板保持モジュール、基板処理装置、および基板処理方法に関する。
基板処理装置として、半導体ウェハの表面を平坦化する半導体研磨装置が知られている。また、半導体ウェハの裏面を研磨する裏面研磨装置が知られている（たとえば、特許文献１）。これらの基板処理装置では、基板の研磨処理および研磨後の洗浄処理の途中で、基板を一時的に保持する仮置台（基板保持モジュール）が使用されることがある。また、基板を搬送する複数のロボットの間で基板を受け渡しする際に、一時的に基板を仮置台に配置して、異なるロボットの間で基板の受け渡しをすることがある。
特開２０１４−１５０１７８号公報 特開２００４−３２７５１９号公報 特開２０００−２９４６１６号公報
従来の基板仮置台として、周囲をハウジングにより囲いユニット化された基板仮置台がある（たとえば、特許文献２、特許文献３）。このような基板仮置台では、ハウジングの特定の場所に基板の出し入れ用に開口部が形成されている。そのため、基板を出し入れするための搬送ロボットのハンドの進入経路が一定の方向に限定される。また、基板仮置台のハウジングの開口部を開閉するためのシャッターが設けられることもある。基板仮置台に基板を出し入れするための開口部が複数ある場合、開口部ごとにシャッターが設けられることになる。そのため、基板仮置台の構造が複雑になり、またサイズが大きくなる。
本発明は上述の課題の少なくとも一部を少なくとも部分的に解決する。
第１の実施形態によれば、搬送ロボットにより搬送される基板を受け入れ可能な基板保持モジュールが提供される。かかる基板保持モジュールは、基板を保持するための保持機構を有する台座と、前記台座を覆うためのカバーと、前記カバーを前記台座から離れるように移動させる移動機構と、を有する。
第２の実施形態によれば、第１の実施形態による基板保持モジュールにおいて、前記台座を回転させるためのロータリ機構を有する。
第３の実施形態によれば、第１または第２の実施形態による基板保持モジュールにおいて、前記保持機構は基板保持ピンを有する。
第４の実施形態によれば、第１から第３のいずれかの実施形態による基板保持モジュールにおいて、前記保持機構に基板が保持された状態で基板の一方の面または両面に液体を供給するためのノズルを有する。
第５の実施形態によれば、第４の実施形態による基板保持モジュールにおいて、前記基板保持モジュールは、液体を排出するための排液機構を有する。
第６の実施形態によれば、基板処理装置が提供される。かかる基板処理装置は、第１から第５のいずれかの実施形態のよる基板保持モジュールと、前記基板保持モジュールに基板を搬送するための複数のロボットと、を有する。
第７の実施形態によれば、基板処理方法が提供される。かかる基板処理方法は、基板保持モジュールのカバーを開く工程と、前記カバー内に配置される基板保持ピン上に基板を置き、前記カバーを閉じる工程と、前記カバーを開き、前記基板保持ピン上に配置された基板を次工程へと搬送する工程と、を有する。
第８の実施形態によれば、第７の実施形態による基板処理方法において、前記基板保持モジュール内に基板があるかどうかを検知する工程と、基板が前記基板保持モジュール内にあることが検知された場合に、前記基板の表面および／または裏面に液体を供給する工程と、を有する。
一実施形態による基板処理装置の概略平面図である。 一実施形態による基板保持モジュールの構成を示す図である。
以下に、本発明に係る基板保持モジュールを備える基板処理装置の実施形態を添付図面とともに説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。
＜基板処理装置＞
図１は、基板処理装置の一例としての裏面研磨装置１０００の平面図である。裏面研磨装置１０００は、半導体基板ＷＦの裏面を研磨する装置である。なお、本明細書において、基板の裏面とは、デバイスおよび配線（回路）が形成される表面の反対側の面をいう。裏面研磨装置１０００は、ロード／アンロードユニット２００と、エッジ研磨ユニット３００と、裏面研磨ユニット３５０と、裏面洗浄ユニット４００と、表面洗浄ユニット４５０と、を備える。また、裏面研磨装置１０００は、これらユニットの各種動作の動力源となる電源を供給する電源盤６００と、これらユニットの各種動作を制御するための制御ユニット（不図示）を備える。以下、裏面研磨装置１０００内での基板の流れに沿って、ロード／アンロードユニット２００、エッジ研磨ユニット３００、裏面研磨ユニット３５０、裏面洗浄ユニット４００、および表面洗浄ユニット４５０について説明する。
＜ロード／アンロードユニット＞
ロード／アンロードユニット２００は、ＦＯＵＰとプロセスユニット間で基板ＷＦの搬送を行うユニットである。ロード／アンロードユニット２００は、複数（本実施形態では４台）のフロントロード部２２０を備える。フロントロード部２２０にはそれぞれ、基板ＷＦをストックするためのカセットが搭載される。
ロード／アンロードユニット２００は搬送ロボット１０２を備える。搬送ロボット１０２は、研磨及び洗浄などの処理が行われる前の基板ＷＦをフロントロード部２２０のカセットから取り出して仮置台７０２へ置く。
＜エッジ研磨ユニット＞
仮置台７０２に置かれた基板ＷＦは、搬送ロボット１０４により移載機３０２を介してエッジ研磨ユニット３００へ渡される。エッジ研磨ユニット３００は、基板ＷＦの周縁部（
外周エッジ領域を含む）を研磨する装置である。エッジ研磨ユニット３００は、研磨テープを用いて基板ＷＦの周縁部を研磨する。なお、図１の裏面研磨装置１０００は、２台のエッジ研磨ユニット３００を備えているが、他の実施形態として任意の数のエッジ研磨ユニット３００を備えることができる。
エッジ研磨ユニット３００により基板周縁部の研磨がされた基板ＷＦは、再び搬送ロボット１０４により受けとられ、搬送ロボット１０４により仮置台（基板保持モジュール）５００に配置される。仮置台５００の詳細な構造は後述する。
＜裏面研磨ユニット＞
仮置台５００に置かれた基板ＷＦは、搬送ロボット１０６により基板ＷＦを反転させた後に裏面研磨ユニット３５０へ渡される。裏面研磨ユニット３５０は、基板ＷＦの裏面を研磨するユニットである。裏面研磨ユニット３５０は、ステージに保持された基板ＷＦを、研磨テープを保持する裏面研磨ヘッド３５２を用いて基板ＷＦの裏面を研磨する。なお、図１の裏面研磨装置１０００は、２台の裏面研磨ユニット３５０を備えているが、他の実施形態として任意の数の裏面研磨ユニット３５０を備えることができる。
＜裏面洗浄ユニット＞
裏面研磨が終了すると、搬送ロボット１０６は再び裏面研磨ユニット３５０から基板ＷＦを受け取る。搬送ロボット１０６は受け取った基板ＷＦを図示しない仮置台に配置し、搬送ロボット１０８が基板ＷＦを受け取り、２台の裏面洗浄ユニット４００のいずれかに基板ＷＦを受け渡す。裏面洗浄ユニット４００は、基板の裏面を洗浄するユニットである。一実施形態として、裏面洗浄ユニット４００は、回転するペンシルスポンジ４０２を基板の裏面に押し付けて基板ＷＦの半径方向に揺動させることによって基板ＷＦを洗浄するペン洗浄ユニットとすることができる。さらに、裏面洗浄ユニット４００には、基板の裏面に向けて液体（たとえば純水）と気体の混合流体からなる二流体噴流を噴射して、基板ＷＦを洗浄する、二流体ジェットノズルが設けられる。なお、図１の裏面研磨装置１０００は、２台の裏面洗浄ユニット４００を備えているが、他の実施形態として任意の数の裏面洗浄ユニット４００を備えることができる。
＜表面洗浄ユニット＞
基板ＷＦの裏面洗浄が終了すると、搬送ロボット１０８は再び裏面洗浄ユニット４００から基板ＷＦを受け取り、図示しない仮置台に基板ＷＦを配置する。その後、搬送ロボット１０６が仮置台から基板ＷＦを受け取り、基板ＷＦの面を反転させた後に、この基板ＷＦを仮置台７０４に配置する。仮置台７０４は、仮置台５００の下側に配置されている。なお、仮置台５００と、仮置台７０４とは、互いに独立して設置されている。仮置台７０４に配置された基板ＷＦは、搬送ロボット１１０により受け取られ、さらに搬送ロボット１１２に基板ＷＦが受け渡され、その後、第１表面洗浄ユニット４５０ａに基板ＷＦが受け渡される。第１表面洗浄ユニット４５０ａは、洗浄液を基板ＷＦの表面に供給しながら、回転するロールスポンジ４５２を基板ＷＦの表面に押し付けることにより基板ＷＦの表面を洗浄するロール洗浄ユニットとすることができる。第１表面洗浄ユニット４５０ａで洗浄された基板ＷＦは、搬送ロボット１１２により第２表面洗浄ユニット４５０ｂへ受け渡される。第２表面洗浄ユニット４５０ｂは、第１表面洗浄ユニット４５０ａと同様にロール洗浄ユニットとすることができる。第２表面洗浄ユニット４５０ｂで洗浄された基板ＷＦは、搬送ロボット１１０により第３表面洗浄ユニット４５０ｃへ受け渡される。第３表面洗浄ユニット４５０ｃは、裏面洗浄ユニット４００と類似のペン洗浄ユニットとすることができる。
第３表面洗浄ユニット４５０ｃで洗浄された基板ＷＦは、搬送ロボット１１４により乾燥ユニット８００へ受け渡される。乾燥ユニット８００は、洗浄された基板ＷＦを乾燥さ
せる。乾燥ユニット８００により乾燥された基板ＷＦは、搬送ロボット１０２により受け取られて、フロントロード部２２０へ戻される。
＜仮置き台の詳細構造＞
以下、仮置台５００（基板保持モジュール）の詳細な構造を説明する。以下で説明する仮置台５００は、図１に示される裏面研磨装置１０００において、エッジ研磨ユニット３００で周縁部の研磨が終了した基板ＷＦを搬送ロボット１０４で受け取った後に基板ＷＦが配置される仮置き台５００である。
図２は、一実施形態による仮置台５００の構造を概略的に示す斜視図である。図２に示されるように、仮置台５００は、底部材５０２を有する。底部材５０２は、底面５０４と底面５０４の外周を囲う側壁５０６とを有する。底面５０４の上側には、台座５０８が配置される。台座５０８はロータリ機構５１０により回転可能に支持される。ロータリ機構５１０は、モーターおよびシャフトなどにより構成することができる。台座５０８には、基板を保持するための保持機構として４本のピン５１２が取り付けられる。図２に示されるように、基板ＷＦは４本のピンにより基板ＷＦの外周部が支持される。図２に示される仮置台５００においては、ピンは４本であるが、３本以上のピンであれば任意の数のピンを使用することができる。あるいは、他の実施形態として、基板の保持機構としてピン以外の構造を使用することもできる。ピン５１２は樹脂製とすることができ、たとえばＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ＰＶＣなどから形成することができる。
図２に示される仮置台５００は、図１に示される搬送ロボット１０４、１０６からアクセス可能であり、これらの搬送ロボット１０４、１０６が仮置台５００に基板ＷＦを配置することができ、また、これらの搬送ロボット１０４、１０６が仮置台５００から基板を受け取ることができる。
図２に示される仮置台５００は、上側カバー５１４を有する。上側カバー５１４は、台座５０８を完全に覆うことができるように構成される。また、上側カバー５１４は、耐薬品性を有する材料、たとえば、ＰＶＣ樹脂等から構成することができる。上側カバー５１４は、移動機構５１６に連結されており、底部材５０２および台座５０８に対して移動可能である。移動機構５１６は、エアシリンダを用いた空圧式の移動機構とすることができる。上側カバー５１４は、台座５０８を完全に覆った状態において、底部材５０２の側壁５０６の内側で底面５０４に接触する。ただし、側壁５０６と底面５０４とで囲まれた部分に収容される液体に上側カバー５１４の下縁部が浸されるようにすることで、上側カバー５１４を完全に底部材５０２の底面５０４に接触させることなく、仮置台５００を水封するように構成することもできる。上側カバー５１４をこのように構成することで、基板ＷＦに対して薬液を供給する際などに、底部材５０２の側壁５０６と上側カバー５１４とで囲まれる空間がトラップとして機能し、仮置台５００内の底面に液体を貯留させることができる。底面に貯留された液体は、後述する排出機構より仮置台５００から排出させることができる。そのため、仮置台５００の内部で使用する液体を、仮置台５００の外部へと飛散させてしまうことを防止できる。また、基板ＷＦに供給する薬液をあまり系外へ排出させたくない等、仮置台５００の気密性を高める必要がある場合には、上側カバー５１４と底部材５０２とが接触する部分に、ゴムパッキン等のシール部材を設けて、上側カバー５１４で、仮置台５００の内部をシールするように構成することもできる。一方、上側カバー５１４は、移動機構５１６により上方向に移動された状態において、ピン５１２を完全に露出させ、搬送ロボット１０４、１０６が基板ＷＦにアクセスすることができる。上側カバー５１４は、図２に示されるような円筒形に限定されるものではなく、たとえば直方筒体などの他の形状であってもよい。
また、上側カバー５１４を仮置台５００内の底面付近へと移動させる際には、たとえば、基板ＷＦを仮置台５００の上に載置させてピン５１２にて保持した後、後述のように基
板ＷＦがあることを検知した上で、底部材５０２および台座５０８に対して移動を開始し、第１の位置（たとえば、台座５０８より下の位置で、底面５０４から約１ｃｍ〜３ｃｍ程度上にある位置）まで移動させて一旦停止させて（実質的に停止させることも含む）、その後に、底面付近の位置である第２の位置まで上側カバー５１４を移動させるようにすることができる。このようにすることで、上側カバー５１４が底面５０４付近に移動する際に、底面５０４に溜まっている液体を飛び散らせないようにすることができる。あるいは、第１の位置において上側カバー５１４を停止させることなく、第１の位置までは比較的に大きい速度である第１の速度で上側カバー５１４を移動させた後、第１の速度よりも小さい速度である第２の速度で第２の位置まで上側カバー５１４を移動させるようにして、底面５０４にある液体を飛び散らせないようにすることもできる。
図２に示される仮置台５００は、基板ＷＦの有無を検知するための検知機構５１８を備えることができる。検知機構５１８は光学式の検知機構など任意のものを採用することができる。また、仮置台５００は、保持された基板ＷＦの表面および／または裏面に液体を供給するためのノズル５２０を備える。図示されたノズル５２０は、基板ＷＦをチャックする位置よりも上方と、基板ＷＦをチャックする位置よりも下方とにそれぞれ１個ずつ設けられている。しかし、他の実施形態として、基板をチャックする位置よりも上方と下方とにそれぞれ複数個のノズルを設けてもよく、上方および下方のいずれか一方のみにノズルを設けてもよい。また、上方および下方のノズルの数が異なるようにしてもよい。ノズル５２０には、純水および薬液のような各種液体を供給するための配管が接続される。仮置台５００に配置されたノズル５２０により基板ＷＦに液体を供給することができるので、処理中の基板ＷＦが乾燥することを防止することができる。なお、仮置台５００は、図示しない排液機構および排気機構が設けられる。排液機構として、底面５０４に排水口（不図示）を設けることで、ノズル５２０から基板ＷＦの面上へ供給された液体を外へ排出できる。さらに、一実施形態として、ノズル５２０を移動可能にし、また、ノズル５２０から噴射される液体の流量を制御可能にすることができる。このようにした場合、仮置台５００内に基板ＷＦがないときに、上側カバー５１４およびピン５１２を含めて仮置台５００の内部全体を洗浄して、底面５０４の排水口から洗浄後の排液を排出するようにすることができる。また、仮置台５００に排気機構を設けることで、仮置台５００上にある基板の汚染をより有効に防止することができる。
上述した実施形態による仮置台５００は、上側カバー５１４により、配置された基板ＷＦを完全に露出させることができる。そのため、ハウジングの特定の場所に基板の出し入れ用の開口部が形成された仮置台とは異なり、あらゆる方向から搬送ロボットのハンドが基板にアクセス可能になる。搬送ロボットのハンドのアクセス方向に自由度があるので、複数のロボットハンドが仮置台にアクセスすることができ、ロボットハンドのアクセス方向を考慮して搬送ロボットごとに対応する仮置台を設ける必要がなく、基板処理装置の全体のスペースを有効に活用することができる。また、基板ＷＦを保持するピン５１２を配置する台座５０８が回転可能であるから、ピン５１２を搬送ロボット１０４、１０６のハンドに干渉しない位置に回転させることができる。そのため、さらに搬送ロボットの基板ＷＦへのアクセス方向に自由度が増加する。また、上側カバー５１４により完全に基板ＷＦを覆うことができるので、基板ＷＦをチャックする位置よりも上方にあるノズル５２０から供給された液体が飛散することを防止できる。また、基板ＷＦに液体を供給するためのノズル５２０を仮置台に設けることで、仮置台におかれた基板の乾燥をより有効に防止することができる。
他の実施形態として、上述の実施形態の仮置台５００からロータリ機構を省略した仮置台とすることもできる。搬送ロボットからのアクセス方向が仮置台のピンに干渉しないならば、必ずしもロータリ機構は必要ないからである。また、他の実施形態として、基板ＷＦをウェット状態に保持する必要がなければ、上述の実施形態の仮置台５００から、液体
を供給するノズル５２０を省略した仮置台とすることもできる。
上述した仮置台５００は、図１に示される裏面研磨装置１０００のうちの１つの仮置台５００であるが、他の仮置台７０２、７０４の仮置台も同様の構成としてもよい。他の仮置台７０２、７０４は上述した仮置台５００と異なるものとしてもよく、従来から使用されている任意の仮置台としてもよい。
また、上述した仮置台５００は、必ずしも裏面研磨装置において使用されなくてもよく、べベル研磨装置、ＣＭＰ装置、基板めっき装置のような他の基板処理装置において使用することもできる。
１０４ 搬送ロボット
１０６ 搬送ロボット
５００ 仮置台（基板保持モジュール）
５０２ 底部材
５０４ 底面
５０６ 側壁
５０８ 台座
５１０ ロータリ機構
５１２ ピン
５１４ 上側カバー
５１６ 移動機構
５１８ 検知機構
５２０ ノズル
１０００ 裏面研磨装置

Claims (11)

  1. 搬送ロボットにより搬送される基板を受け入れ可能な基板保持モジュールであって、
    基板を保持するための保持機構を有する台座と、
    前記台座を覆うためのカバーと、
    前記カバーを前記台座から離れるようにおよび前記台座に近づけるように移動させる移動機構と、
    前記保持機構に基板が保持された状態で基板の一方の面または両面に液体を供給するためのノズルと、
    底面、および前記底面の外周を囲う側壁を備える底部材と、を有し、
    前記カバーは、前記台座を覆った状態で前記底部材の前記側壁の内側で前記底部材の前記底面に接触可能であり、
    前記移動機構は、前記カバーで前記台座を覆うときに、
    （１）前記カバーを第１の位置まで移動させて一旦停止させて、その後に、前記底面付近である第２の位置まで前記カバーを移動させる、または、
    （２）前記カバーを第１の速度で第１の位置まで移動させ、その後に、前記第１の速度よりも小さい速度である第２の速度で前記底面付近である第２の位置まで前記カバーを移動させる、
    ように構成されている、
    基板保持モジュール。
  2. 請求項１に記載の基板保持モジュールであって、
    前記台座を回転させるためのロータリ機構を有する、
    基板保持モジュール。
  3. 請求項１または２に記載の基板保持モジュールであって、
    前記保持機構は基板保持ピンを有する、
    基板保持モジュール。
  4. 請求項１に記載の基板保持モジュールであって、
    前記基板保持モジュールは、液体を排出するための排液機構を有する、
    基板保持モジュール。
  5. 請求項１に記載の基板保持モジュールであって、
    さらに、基板の有無を検知するための検知機構を有し、
    前記移動機構は、前記保持機構により基板が保持されていることを前記検知機構が検知した後に、前記カバーを前記第１の位置へ移動させる、ように構成されている、
    基板保持モジュール。
  6. 請求項１に記載の基板保持モジュールであって、
    前記第１の位置は、前記台座より下の位置であり、かつ、前記底面から上方に１ｃｍ〜３ｃｍ離れた位置である、
    基板保持モジュール。
  7. 基板処理装置であって、
    請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板保持モジュールと、
    前記基板保持モジュールに基板を搬送するための複数のロボットと、を有する、
    基板処理装置。
  8. 基板処理方法であって、
    底面、および前記底面の外周を囲う側壁を備える底部材を有する基板保持モジュールのカバーを開く工程と、
    前記カバー内に配置される基板保持ピン上に基板を置き、前記カバーを前記底部材の前記底面付近までまたは前記底面に接触する位置まで移動させることで、前記カバーを閉じる工程と、
    前記カバーを開き、前記基板保持ピン上に配置された基板を次工程へと搬送する工程と、
    を有し、
    前記カバーを閉じる工程は、
    （１）前記カバーを第１の位置まで移動させて一旦停止させて、その後に、前記底面付近である第２の位置まで前記カバーを移動させる工程、または、
    （２）前記カバーを第１の速度で第１の位置まで移動させ、その後に、前記第１の速度よりも小さい速度である第２の速度で前記底面付近である第２の位置まで前記カバーを移動させる工程、を有する、
    基板処理方法。
  9. 請求項８に記載の基板処理方法であって、
    前記基板保持モジュール内に基板があるかどうかを検知する工程と、
    前記基板保持モジュールのカバーが閉じられた後に、前記基板の表面および／または裏面に液体を供給する工程と、を有する、基板処理方法。
  10. 請求項８に記載の基板処理方法であって、
    前記基板保持ピン上に基板が保持されていることを検知した後に、前記カバーを閉じる工程を実行する、
    基板処理方法。
  11. 請求項８に記載の基板処理方法であって、
    前記基板保持モジュールは、前記基板保持ピンが取り付けられている台座を有し、
    前記第１の位置は、前記台座より下の位置であり、かつ、前記底面から上方に１ｃｍ〜３ｃｍ離れた位置である、
    基板処理方法。
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