KR101996763B1 - 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 스크러버 - Google Patents

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히로유키 가와사키
겐이치 나가오카
겐야 이토
마사코 고데라
히로시 도미타
다케시 니시오카
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명의 과제는, 기판의 표면 및/또는 이면에 부착된 이물질을 높은 제거율로 효율적으로 제거할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
기판 처리 장치는, 스크럽 부재(61)를 기판(W)의 제1 면에 미끄럼 접촉시켜 상기 기판(W)의 표면 처리를 행하는 스크러버(50)와, 제1 면과는 반대측인 기판(W)의 제2 면을 유체압에 의해 비접촉으로 지지하는 정압 지지 기구(90)와, 스크러버(50)에 의해 표면 처리된 기판(W)을 세정하는 세정부(27)와, 세정된 기판(W)을 건조시키는 건조부(100)를 구비한다. 스크러버(50)는, 그 축심 주위로 스크럽 부재(61)를 회전시키면서 상기 스크럽 부재(61)를 기판(W)의 제1 면에 미끄럼 접촉시킨다.

Description

기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 스크러버{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING METHOD, AND SCRUBBER}
본 발명은, 높은 청정도를 필요로 하는 웨이퍼 등의 기판의 표면 및/또는 이면을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 메모리 회로, 로직 회로, 이미지 센서(예를 들어, CMOS 센서) 등의 디바이스는 보다 고집적화되고 있다. 이들 디바이스를 형성하는 공정에 있어서는, 미립자나 진애 등의 이물질이 디바이스에 부착되는 경우가 있다. 디바이스에 부착된 이물질은, 배선간의 단락이나 회로의 문제를 일으켜 버린다. 따라서, 디바이스의 신뢰성을 향상시키기 위해, 디바이스가 형성된 웨이퍼를 세정하여, 웨이퍼 상의 이물질을 제거하는 것이 필요해진다.
웨이퍼의 이면(베어 실리콘면)에도, 상술한 바와 같은 미립자나 분진 등의 이물질이 부착되는 경우가 있다. 이러한 이물질이 웨이퍼의 이면에 부착되면, 웨이퍼가 노광 장치의 스테이지 기준면으로부터 이격되거나 웨이퍼 표면이 스테이지 기준면에 대해 기울어져, 결과적으로, 패터닝의 어긋남이나 초점 거리의 어긋남이 발생하게 된다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 웨이퍼의 이면에 부착된 이물질을 제거하는 것이 필요해진다.
최근에는, 광학식 노광 기술 외에, 나노 임프린트 기술을 사용한 패터닝 장치가 개발되고 있다. 이 나노 임프린트 기술은, 패터닝용 압형을 웨이퍼에 도포된 수지 재료에 압박함으로써 배선 패턴을 전사하는 기술이다. 나노 임프린트 기술에서는, 압형과 웨이퍼 사이 및 웨이퍼와 웨이퍼 사이에서의 오염의 전사를 피하기 위해, 웨이퍼의 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 것이 필요해진다.
종래에는, 웨이퍼를 회전시키면서 펜형의 브러시나 롤 스펀지로 웨이퍼를 스크럽 세정하는 것이 행해지고 있다. 그러나 이러한 세정 기술에서는, 이물질의 제거율이 나쁘고, 특히 100㎚ 이상의 사이즈의 이물질을 제거하는 것이 어려웠다.
일본 특허 출원 공개 평9-92633호 공보
본 발명은, 상술한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 웨이퍼 등의 기판의 표면 및/또는 이면에 부착된 이물질을 높은 제거율로 제거할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 기판으로부터 이물질을 제거한 후에, 기판을 세정하고, 또한 건조시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태는, 스크럽 부재를 기판의 제1 면에 미끄럼 접촉시켜 상기 기판의 표면 처리를 행하는 스크러버와, 상기 제1 면과는 반대측인 상기 기판의 제2 면을 유체압에 의해 비접촉으로 지지하는 기판 지지면을 갖는 정압 지지 기구와, 상기 스크러버에 의해 표면 처리된 상기 기판을 세정하는 세정부와, 세정된 상기 기판을 건조시키는 건조부를 구비하고, 상기 스크러버는, 상기 스크러버의 축심 주위로 상기 스크럽 부재를 회전시키면서 상기 스크럽 부재를 상기 기판의 제1 면에 미끄럼 접촉시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치이다.
본 발명의 다른 형태는, 기판의 제1 면에 스크럽 부재를 미끄럼 접촉시켜 상기 기판의 표면 처리를 행하는 공정과, 상기 표면 처리가 행해진 상기 기판을 세정하는 공정과, 세정된 상기 기판을 건조시키는 공정을 포함하고, 상기 표면 처리 공정 중에, 상기 제1 면과는 반대측인 상기 기판의 제2 면을 유체압에 의해 비접촉으로 지지하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법이다.
본 발명에 따르면, 기판의 제2 면(예를 들어, 기판의 표면)이 정압 지지 기구에 의해 지지되므로, 스크러버는 보다 강한 하중을 기판의 제1 면(예를 들어, 기판의 이면)에 대해 가할 수 있다. 즉, 스크러버의 스크럽 부재는 기판의 제1 면에 미끄럼 접촉하여, 상기 제1 면을 약간 깎아낼 수 있다. 따라서, 기판에 고착되어 있는 이물질을 제거하는 것이 가능해진다. 특히, 100nm 이상의 사이즈의 이물질의 제거율을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 기판의 제2 면은 정압 지지 기구에 의해 비접촉으로 지지되므로, 제2 면에 형성되어 있는 디바이스에 손상을 주지 않고, 제1 면의 이물질을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판으로부터 이물질을 제거하고, 기판을 세정하고, 나아가서는 기판을 건조시킬 수 있으므로, 각 처리를 위해 기판을 이동시킬 필요가 없다. 이로 인해, 동일한 처리실 내에서 이들 처리를 연속해서 행할 수 있어, 칩이나 미스트(처리액, 세정액 등)의 확산을 방지할 수 있다. 따라서, 기판 처리 장치를 클린룸 내에 설치할 수 있다.
도 1의 (a) 내지 도 1의 (c)는 본 발명의 기판 처리 장치의 개요를 도시하는 모식도.
도 2는 정압 지지 기구를 사용하여 기판의 표면 처리를 행하는 공정을 나타내는 공정 흐름도.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 정압 지지 기구를 구비한 기판 처리 장치의 보다 구체적인 예를 도시하는 모식도.
도 4는 기판 처리 장치의 일 실시 형태를 도시하는 측면도.
도 5는 기판 회전 기구의 상세한 구조를 도시하는 단면도.
도 6은 회전 커버와 척을 상부로부터 본 도면.
도 7은 웨이퍼가 상승 위치에 있는 상태를 도시하는 도면.
도 8은 스크러버 및 요동 아암의 내부 구조를 도시하는 도면.
도 9는 스크러버를 하방으로부터 본 도면.
도 10은 스크러버에 구비된 테이프 카트리지를 도시하는 단면도.
도 11은 스크러버의 다른 예를 도시하는 도면.
도 12는 스크러버의 퇴피 위치에서 세정 테이프가 권취되는 모습을 도시하는 도면.
도 13은 테이프 카트리지의 다른 예를 도시하는 사시도.
도 14는 도 13에 도시하는 테이프 카트리지의 측면도.
도 15는 도 13에 도시하는 테이프 카트리지의 정면도.
도 16은 도 13에 도시하는 테이프 카트리지의 평면도.
도 17은 도 15에 도시하는 D-D선 단면도.
도 18은 도 15에 도시하는 E-E선 단면도.
도 19는 도 15에 도시하는 F-F선 단면도.
도 20은 도 15에 도시하는 G-G선 단면도.
도 21은 정압 지지 기구의 단면도.
도 22는 지지 스테이지를 상부로부터 본 도면을 도시하는 도면.
도 23은 2유체 제트 노즐의 동작을 설명하기 위한 평면도.
도 24는 건조액 공급 노즐을 구비한 기판 처리 장치의 예를 도시하는 도면.
도 25는 건조 기체 공급 노즐을 구비한 기판 처리 장치의 예를 도시하는 도면.
도 26의 (a)는 척의 클램프를 도시하는 평면도, 도 26의 (b)는 클램프의 측면도.
도 27의 (a)는 클램프가 웨이퍼를 파지한 상태를 도시하는 평면도, 도 27의 (b)는 클램프가 웨이퍼를 해방한 상태를 도시하는 평면도.
도 28의 (a)는 도 6의 A-A선 단면도, 도 28의 (b)는 도 28의 (a)의 B-B선 단면도.
도 29는 제2 자석과 제3 자석의 배치를 설명하기 위한 모식도로, 척의 축 방향으로부터 본 도면.
도 30의 (a)는 리프트 기구에 의해 척을 상승시켰을 때의 도 6의 A-A선 단면도, 도 30의 (b)는 도 30의 (a)의 C-C선 단면도.
도 31은 기판 회전 기구의 다른 구성예를 도시하는 단면도.
도 32는 기판 회전 기구의 또 다른 구성예를 도시하는 단면도.
도 33은 스크러버의 다른 예를 도시하는 측면도.
도 34는 스크러버 및 웨이퍼를 상부로부터 본 도면.
도 35는 기판 처리 장치를 구비한 기판 처리 시스템을 도시하는 평면도.
도 36은 기판 처리 시스템의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 37은 상하 2단으로 배열된 기판 처리 장치를 도시하는 측면도.
도 38은 웨이퍼의 세정 라인을 설명하기 위한 도면.
도 39는 웨이퍼의 세정 라인을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명에 관한 기판 처리 장치의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1 내지 도 39에 있어서, 동일 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 번호를 부여하여 중복한 설명을 생략한다.
도 1의 (a) 내지 도 1의 (c)는, 본 발명의 기판 처리 장치의 개요를 도시하는 모식도이다. 기판(W)의 한쪽 면에는 도시하지 않은 처리 헤드의 하중이 가해지고 있고, 그 반대측의 면에 대향하여 정압 지지 기구(90)가 배치되어 있다. 액체 또는 기체로 이루어지는 압력 유체(1)를 도입하기 위한 유체 공급로(92)가 지지 스테이지(91)에 설치되어 있다. 도 1의 (a)에 도시하는 예에서는, 유체 공급로(92)는, 압력 유체(1)를 유지하는 포켓(오목부)(91b)에 연결되어 있다. 기판(W)에 인가된 하중은, 포켓(91b) 중의 압력 유체와, 포켓(91b)으로부터 지지 스테이지(91)의 지지면(91a)으로 오버플로우된 압력 유체에 의해 수용된다.
도 1의 (b)의 예에서는, 상기 포켓(91b)은 설치되어 있지 않다. 이 예에서는, 유체 공급로(92)로부터 도입된 압력 유체(1)는 지지 스테이지(91)의 지지면(91a)의 전체에 확산되어, 기판(W)에 인가된 하중을 받는다. 도 1의 (c)의 예에서는, 지지 스테이지(91)의 지지면(91a)에는, 다수의 관통 구멍(91c)이 형성되어 있고, 이들 관통 구멍(91c)을 통해 압력 유체(1)가 유체 공급로(92)로부터 지지 스테이지(91)의 지지면(91a)의 전체에 공급된다. 이러한 정압 지지 기구(90)를 사용하면, 기판(W)에 인가된 하중은 압력 유체(1)를 통해 정압 지지 기구(90)에 의해 받을 수 있다. 기판(W)의 하면에 제조 도중의 미세 LSI 구조가 있는 경우라도, 하면에는 압력 유체밖에 접촉하지 않으므로, 기판 보유 지지용 구조물이 기판(W)에 직접 접촉하는 일이 없다. 따라서, LSI 구조에의 손상이 없는 처리가 가능해진다. 유체 공급로(92)로부터 도입되는 압력 유체(1)는, 물, 오일 등의 액체 외에, 고압 공기 등의 기체가 사용 가능하다. LSI 제조 공정의 경우에는, 기판 오염 방지의 관점에서 초순수(超純水)나 청정한 고압 공기 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 정압 지지 기구(90)를 사용하여 기판의 표면 처리를 행하는 공정을, 도 2의 공정 플로우를 사용하여 설명한다. 우선, 반송 로봇에 의해 피처리 기판을 지지 스테이지(91)로 반송한다. 기판의 한쪽 면에 제조 도중의 미세 LSI 구조가 있는 경우에는, 그 면을 반송 로봇에 의해 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어, 기판의 주연부를 반송 로봇의 핸드로 파지하거나, 또는 미세 구조가 없는 기판면을 진공 척 등을 이용한 핸드로 보유 지지한다. 계속해서 지지 스테이지(91) 상에서 기판을 반송 로봇의 핸드로부터 해방하고, 피처리면과 반대측의 면을 정압 지지 기구(90)에 의해 지지한다. 지지 스테이지(91)에 기판을 두고 나서, 지지 스테이지(91)에 압력 유체를 도입할 때까지의 동안, 기판을 보유 지지하기 위해 보조적인 보유 지지 기구를 설치해도 지장없다. 예를 들어, 기판의 주연부를 파지하는 척 등이 적합하다.
계속해서 피처리면으로부터 이물질이나 흠집 등을 제거하는 표면 처리를 행한다. 피처리면에 처리 헤드를 미끄럼 접촉시켜, 처리 헤드를 통해 하중을 피처리면에 인가한다. 처리 헤드의 기판 접촉면은, 스펀지, 부직포, 발포 폴리우레탄 등의 연질 재료나, 지립을 함유하는 이들 재료, 또는 연마 테이프 등으로 구성할 수 있다. 사용되는 연질 재료는, 기판의 피처리면을 구성하는 재료보다도 연질인 것이 바람직하다. 기판의 피처리면을 구성하는 재료로서는, 실리콘, 실리콘 화합물, 갈륨, 갈륨 화합물, 금속, 금속 화합물 및 유기 화합물을 들 수 있다. 상기 지립은, 이산화규소, 탄화규소, 질화규소, 산화알루미늄, 다이아몬드 중 어느 1종 또는 그 혼합물이다.
처리 헤드를 기판의 피처리면에 미끄럼 접촉하여 상기 표면 처리(제거 처리)를 행할 때에, 연마액이나 순수 등의 처리액을 피처리면에 공급하는 것이 바람직하다. 제거된 이물질이나 막편 등의 칩이나 처리시의 반응 생성물이, 처리액에 의해 기판 외부로 배출 가능해진다. 처리액은, 기판의 피처리면을 구성하는 막을 용해시키는 작용을 갖는 성분, 상기 막이나 반응 생성물을 제거하기 위한 지립, 제거한 이물질이나 반응 생성물의 재부착을 방지하는 성분을 함유해도 된다. 처리액은, 중성 혹은 알칼리성이어도 되고, 또는 산성이어도 된다. 처리 헤드의 크기나 수에 특별히 한정은 없지만, 정압 지지 기구(90)에 의해 기판을 확실하게 지지하기 위해서는, 처리 헤드의 크기는, 정압 지지 기구(90)가 그 유체 압력을 지지할 수 있는 영역과 동일한 정도인 것이 바람직하다. 표면 처리 중에는 기판을 그 축심 주위로 회전시켜도 된다.
표면 처리 후에는, 제거한 이물질이나 반응 생성물 등의 칩을 확실하게 기판 외부로 배출하기 위해, 기판의 세정을 행한다. 기판의 세정은, 처리 장치 내의 다른 스테이지에서 행해도 되지만, 칩의 확산을 방지하기 위해서는, 동일한 지지 스테이지(91)에서 기판을 세정하는 것이 바람직하다. 지지 스테이지(91)에서 기판 세정을 행하는 경우에는, 표면 처리의 경우와 마찬가지로 정압 지지 기구(90)를 사용하여 피처리면의 반대측의 면을 유체압에 의해 비접촉으로 지지한다. 처리 헤드는 사용하지 않고, 세정액을 피처리면에 공급한다. 동시에, 2유체 제트 세정, 메가소닉 세정 등의 방법을 병용하면, 단순히 세정액으로 기판을 린스하는 것보다도 양호한 세정 결과가 얻어진다. 세정 방법으로서는, 브러시나 스펀지 등을 기판에 문질러 세정을 행하는 접촉식 세정보다도, 상술한 바와 같은 2유체 제트 세정 등과 같은 비접촉식 세정의 쪽이 바람직하다. 접촉식 세정의 경우에는, 브러시나 스펀지 등의 세정구가 기판에 직접 접촉하므로, 세정구로부터의 역오염이 발생하기 때문이다. 세정액으로서 순수를 사용해도 되지만, 제거한 이물질이나 반응 생성물 등의 칩의 재부착을 방지하기 위해 계면 활성제를 세정액에 첨가하거나, 세정액의 pH를 제어하면, 세정 성능이 보다 향상된다.
계속해서, 기판의 건조를 실시한다. 제거 칩이나 미스트(세정액, 연마액 등)의 확산을 방지하기 위해서는, 기판을 다른 처리 스테이지로 이동시키지 않고 기판의 건조를 실시하는 것이 바람직하다. 건조 방법으로서는, 기판을 고속 회전시켜 원심력으로 세정액을 기판으로부터 제거하거나, 청정한 기체를 기판면에 공급하여 세정액이나 그 액적을 기판으로부터 제거하거나, 저증기압 용매를 기판면에 공급하여 세정액으로 치환시킨 후에 저증기압 용매를 증발시키는 것과 같은 방법을 들 수 있다. 마지막으로, 건조 처리가 완료된 기판을 반송 로봇에 의해 기판 처리 장치로부터 반출한다. 반송 로봇의 핸드의 구조는, 상술한 바와 같다.
(1) 제1 실시예
정압 지지 기구(90)를 구비한 기판 처리 장치의 보다 구체적인 예에 대해 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)를 사용하여 설명한다. 도 3의 (a)는 정압 지지 기구(90)를 기판(W)의 하방에 배치한 기판 처리 장치의 개념도이다. 정압 지지 기구(90)에는 압력 유체(1)의 유체 공급로(92)가 설치되고, 압력 유체(1)가 공급 배관(도시하지 않음)을 경유하여 유체 공급로(92)에 공급되고 있다. 기판 처리시에는, 정압 지지 기구(90)의 지지 스테이지(91)가 기판(W)을 향해 상승하고, 기판 처리가 종료되면 지지 스테이지(91)는 하강한다. 혹은, 기판(W)의 승강 기구를 설치해도 된다. 도 3의 (a)에 도시하는 정압 지지 기구(90)는, 도 1의 (a)에 도시하는 구조를 갖고 있지만, 도 1의 (b) 또는 도 1의 (c)에 도시하는 구조, 혹은 다른 구조라도 지장없다.
정압 지지 기구(90)와 반대측의 기판면에 대향하여, 처리 헤드(50)가 설치되어 있다. 처리 헤드(50)는, 기판(W)의 표면 처리를 하기 위한 스펀지, 부직포, 발포 폴리우레탄 등의 연질 재료 또는 연마 테이프 등으로 이루어지는 스크럽 부재(61)와, 스크럽 부재(61)를 보유 지지하는 홀더(59)를 구비하고 있다. 홀더(59)는 없어도 상관없다. 처리 헤드(50)는 지지체(도시하지 않음)에 의해 지지되어 있고, 자전, 공전, 요동, 상하 이동 등의 동작을 할 수 있도록 되어 있다. 또한 처리 헤드(50)는 지지체를 통해 인가되는 하중에 의해, 스크럽 부재(61)를 기판(W)에 접촉시킬 수 있다. 스크럽 부재(61)를 사용한 표면 처리는, 기판(W)의 표면을 약간 깎아냄으로써, 기판(W)의 표면으로부터 이물질을 제거하거나 및/또는 기판(W)의 표면을 구성하는 재료의 적어도 일부를 제거하는 처리이다. 이하의 설명에서는, 스크럽 부재(61)를 사용한 기판의 표면 처리를, 적절하게, 스크럽(문질러 세정) 처리라 한다.
스크럽 처리를 행할 때에는, 처리액 공급관(4)으로부터 처리액을 공급한다. 처리액은 도 2의 설명에서 기재한 연마액 또는 순수 등이다. 또한, 기판(W)의 세정을 위해, 세정액 공급관(5)으로부터 세정액을 기판(W)에 공급한다. 세정액 공급관(5)의 선단에 2유체 제트 노즐이나 메가소닉 세정 노즐 등을 배치해도 된다. 혹은, 이들 노즐을 별도로 설치해도 상관없다. 세정액 공급관(5)으로부터 공급되는 세정액으로서는, 순수, 계면 활성제 첨가액, pH를 제어한 세정액 등을 사용한다. 세정액은 1종류라도 좋지만, 2종류 이상을 순차 공급하거나 병용해도 상관없다. 처리액 공급관(4)과 세정액 공급관(5)은, 동일한 관이어도 지장없다.
기판을 고속 회전에 의해 건조시킬 수 있도록, 기판의 주연부를 보유 지지할 수 있는 척(11)이 설치된다. 저증기압 용매나 기체를 기판 상에 공급하는 경우에는, 용매나 기체의 공급관(도시하지 않음)을 설치해도 된다. 도 3의 (a)의 예에서는, 스크럽 처리, 세정 처리, 건조 처리를 동일한 스테이지에서 행하는 예를 나타냈지만, 이들 처리는 각각의 스테이지에서 행해도 된다. 또한 이들 스테이지와 기판의 로드 언로드부 사이에서 기판의 반송을 행하는 로봇을 배치하는 것이 바람직하다.
이 기판 처리 장치에는 격벽(6)과 배기 기구(8)가 설치되어 있고, 격벽(6)의 내부에 처리실(7)이 형성된다. 격벽(6)의 상부에는, 클린 에어 도입구(6a)가 형성되어 있고, 격벽(6)의 하부에는 배기 덕트(9)가 설치되어 있다. 배기 기구(8)는 격벽(6)의 상부에 설치되어 있고, 청정한 공기를 클린 에어 도입구(6a)를 통해 처리실(7)로 송입하고, 처리실(7) 내의 기체를 배기 덕트(9)로부터 배출시킨다. 상술한 기판의 각 처리(스크럽 처리, 세정, 건조)는, 이 처리실(7) 내에서 실시되어, 처리중에 발생하는 칩, 세정 미스트 등의 부생성물의 장치 외부로의 확산이 방지되어 있다. 이와 같이, 기판의 세정 및 건조를, 스크럽 처리를 행하는 동일한 처리실(7) 내에서 실시함으로써, 기판면 표면을 보다 청정한 상태에서 건조시켜 장치 외부로 반출할 수 있다. 즉, 종래 장치에서는, 세정 및 건조를 동일 장치 내에서 실시할 수 없었기 때문에, 당해 장치를 클린룸 등의 청정한 환경에 설치하는 것은 불가능하였지만, 본 발명의 기판 처리 장치는 클린룸에 설치해도, 제거 칩 등을 장치 외부로 확산시킬 우려는 없으므로, LSI 제조 장치로서 충분히 사용 가능하다.
(2) 제2 실시예
도 3의 (b)는 정압 지지 기구(90)를 기판(W)의 상방에 배치한 기판 처리 장치의 개념도이다. 기판 처리 장치의 기본 기능은 도 3의 (a)에 도시한 예와 동일하다.
(3) 제3 실시예
본 발명의 기판 처리 장치를 사용하여 기판의 표면 처리를 행하는 방법의 실시예를 설명한다. 기판, 예를 들어 LSI 제조 도중의 기판의 한쪽 면을 정압 지지 기구(90)를 향하게 하고, 반대측의 면을 처리 헤드(50)를 향하게 하여, 본 발명의 기판 처리 장치에 배치한다. 기판의 주연부를 척(11)으로 보유 지지하고, 디바이스면을 정압 지지 기구(90)로 지지하면서, 기판을 회전시킨다. 이 상태에서, 기판의 이면(디바이스가 형성되어 있지 않은 면)에 처리 헤드(50)를 압박 접촉시켜 이면의 흠집이나 파티클 등의 제거를 행한다. 이때, 척(11)에 의한 기판 보유 지지는 처리중 계속 행하지 않아도 된다.
스크럽 처리시에는, 기판 이면에 순수, 계면 활성제 수용액, 알칼리성 또는 산성의 세정액을 기판 이면에 공급한다. 세정액은 처리 헤드(50)가 기판에 접촉되어 있지 않을 때에 기판 이면에 공급해도 지장없다. 또한 정압 지지 기구(90)는 기판의 디바이스면을 향하고 있으므로, 정압 지지 기구(90)로부터 공급되는 압력 유체로서는 액체보다도 기체인 것이 바람직하다. 액체인 경우는 디바이스의 제조 도중의 미세 패턴의 부식을 일으킬 우려가 있기 때문이다. 또한 액체에 접촉한 디바이스면을 건조시킬 때, 워터마크의 형성이나 미세 패턴의 변형 등의 결함을 발생시킬 우려도 있다.
스크럽 처리가 종료된 후, 2유체 제트 세정 등에 의한 비접촉 세정을 행하여, 칩을 기판 외부로 제거한다. 2유체 제트 노즐(도시하지 않음)은, 기판면의 모든 영역에 유체를 분사하도록, 회전하는 기판의 중심과 외주의 사이를 이동하면서 세정을 행한다. 2유체 제트 세정에서는 순수 등의 액체와 고압 기체의 혼합 유체를 분출시켜 기판을 세정한다. 순수 대신에 탄산 가스 용해수나, 그 밖의 세정액을 사용해도 상관없다. 고압 기체에는 미세 파티클을 최대한 포함하지 않는 청정한 기체를 사용한다. 사용하는 기체로서는, 대기, 질소 등 안전상 문제없는 기체이면 종류는 상관없다. 2유체 제트 세정에서 사용하는 액체의 유량은, 수 mL/min으로부터 수백 mL/min이 적합하고, 기체의 유량은 수십 L/min으로부터 수백 L/min이 적합하다. 세정 처리 후에는, 기판의 주연부에 접촉하는 척(11)에 의해 기판을 보유 지지하여 고속 회전시키면서 기판을 건조시킨다. 스핀 건조 대신에, 또는 스핀 건조에 더하여, 이소프로필알코올 등의 저증기압 용매에 의해 기판 상의 액체를 치환시켜 건조시켜도 된다.
처리 대상이 되는 기판으로서는, 디바이스 웨이퍼나 글래스 기판을 들 수 있다. 본 발명에 따르면, 기판을 유체압에 의해 지지할 수 있으므로, 기판을 휘게 하는 일 없이 상기 기판을 처리할 수 있다. 따라서, 다양한 사이즈의 기판을 처리할 수 있다. 예를 들어, 직경 100㎜, 150㎜, 200㎜, 300㎜, 450㎜의 웨이퍼를 처리하는 것이 가능하다. 또한, 사이즈가 큰 글래스 기판을 처리하는 것도 가능하다.
다음에, 상술한 기판 처리 장치의 보다 구체적인 예에 대해 설명한다. 도 4는, 기판 처리 장치의 일 실시 형태를 도시하는 측면도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 기판 처리 장치는, 웨이퍼(기판)(W)를 수평으로 유지하고, 그 축심을 중심으로 하여 회전시키는 중공 형상의 기판 회전 기구(10)와, 이 기판 회전 기구(10)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 상면을 스크럽(문질러 세정)하여 웨이퍼(W)의 상면으로부터 이물질이나 흠집을 제거하는 스크러버(처리 헤드)(50)와, 웨이퍼(W)의 하면을 유체압에 의해 비접촉으로 지지하는 정압 지지 기구(90)를 구비하고 있다. 스크러버(50)는, 기판 회전 기구(10)에 보유 지지되어 있는 웨이퍼(W)의 상방에 배치되어 있고, 정압 지지 기구(90)는, 기판 회전 기구(10)에 보유 지지되어 있는 웨이퍼(W)의 하방에 배치되어 있다. 또한, 정압 지지 기구(90)는, 기판 회전 기구(10)의 내측 공간 내에 배치되어 있다. 이들, 기판 회전 기구(10), 스크러버(50) 및 정압 지지 기구(90)는, 격벽(6)에 의해 둘러싸여 있다. 격벽(6)의 내부 공간은 처리실(7)을 구성하고 있다. 격벽(6)의 상부에는, 클린 에어 도입구(6a)가 형성되어 있고, 격벽(6)의 하부에는 배기 덕트(9)가 형성되어 있다. 배기 기구(8)는 격벽(6)의 상면에 설치되어 있다. 이 배기 기구(8)는, 팬(8A)과, 이 팬(8A)으로부터 보내진 공기 중의 파티클이나 분진을 제거하는 필터(8B)를 구비하고 있다. 배기 기구(8)는, 청정한 공기를 클린 에어 도입구(6a)를 통해 처리실(7)로 송입하고, 처리실(7) 내의 기체를 배기 덕트(9)로부터 배출시킨다. 이하에 설명하는 기판의 표면 처리(스크럽 처리), 세정, 건조는, 이 처리실(7) 내에서 연속해서 실시된다.
기판 회전 기구(10)는, 웨이퍼(W)의 주연부를 파지하는 복수의 척(11)과, 이들 척(11)을 통해 웨이퍼(W)를 회전시키는 중공 모터(12)를 구비하고 있다. 기판 회전 기구(10)는, 전체적으로 원통 형상을 갖고 있고, 그 중앙부에는 공간이 형성되어 있다. 웨이퍼(W)의 하면에 큰 공간이 없는 경우, 웨이퍼(W)를 고속으로 회전시켰을 때에, 웨이퍼(W)의 하방에서 부압(負壓)이 발생하는 경우가 있다. 이 부압은 공기중에 부유하는 진애를 끌어당겨 버려, 이들 진애가 웨이퍼(W)의 하면에 부착되는 경우가 있다. 본 실시 형태에서는, 중공 모터(12)가 채용되어 있으므로, 원통 형상을 갖는 기판 회전 기구(10)를 구성할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 하방에 큰 공간을 형성할 수 있어, 상술한 바와 같은 문제의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 기판 회전 기구(10)의 내측의 공간에, 상술한 정압 지지 기구(90)를 배치할 수 있다.
도 5는 기판 회전 기구(10)의 상세한 구조를 도시하는 단면도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 중공 모터(12)는, 그 중앙부에 공간이 형성된 형상을 갖고 있다. 중공 모터(12)는, 원통형의 회전자(12A)와, 이 회전자(12A)를 둘러싸도록 배치된 고정자(12B)를 구비하고 있다. 회전자(12A)의 내주면은, 웨이퍼(W)의 직경보다도 큰 직경을 갖고 있다. 이러한 중공 모터(12)를 채용함으로써, 기판 회전 기구(10)는 그 내측에 큰 공간이 형성된 원통 형상을 가질 수 있다. 회전자(12A)에는 복수의 영구 자석(12a)이 매설되어 있다. 이 중공 모터(12)는, 센서리스형 IPM 모터(Interior Permanent Magnet Motor)로, 광학식의 위치 센서는 불필요하다. 따라서, 중공 모터(12)를 저렴하게 제작할 수 있는 동시에, 액체가 중공 모터(12) 내에 침입해도, 위치 센서의 고장에 기인하는 오동작이 발생하기 어렵다.
고정자(12B)는, 원통형의 정지 부재(14)에 고정되어 있다. 이 정지 부재(14)의 반경 방향 내측에는, 원통형의 회전 베이스(16)가 배치되어 있다. 정지 부재(14)와 회전 베이스(16) 사이에는, 앵귤러 콘택트 볼 베어링(20, 20)이 배치되어 있고, 회전 베이스(16)는 2개의 앵귤러 콘택트 볼 베어링(20, 20)의 조합에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 이 앵귤러 콘택트 볼 베어링(20, 20)은, 레이디얼 방향의 하중 및 액시얼 방향의 하중의 양쪽을 받을 수 있는 베어링이다. 또한, 레이디얼 방향의 하중 및 액시얼 방향의 하중의 양쪽을 받을 수 있으면, 다른 타입의 베어링을 사용해도 된다. 중공 모터(12)의 고정자(12B)는 정지 부재(14)에 고정되어 있다. 중공 모터(12)의 회전자(12A)는 회전 베이스(16)에 고정되어 있고, 회전자(12A)와 회전 베이스(16)는 일체로 회전하도록 되어 있다.
회전 베이스(16)의 상부에는, 상술한 척(11)이 상하 이동 가능하게 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 회전 베이스(16)의 상부에는, 반경 방향 내측으로 돌출된 환 형상의 돌출부(16a)가 형성되어 있고, 이 돌출부(16a)에 형성된 관통 구멍에 각각 척(11)이 삽입되어 있다. 각 척(11)의 하부를 둘러싸도록 스프링(18)이 배치되어 있고, 이 스프링(18)의 상단부는 돌출부(16a)를 하방으로부터 압박하고, 스프링(18)의 하단부는 척(11)에 고정된 스프링 스토퍼(11a)에 접촉하고 있다. 이 스프링(18)에 의해 각 척(11)은 하방으로 가압되고 있다. 척(11)은, 중공 모터(12)에 의해 회전 베이스(16)와 일체로 회전하도록 되어 있다.
척(11)의 외측에는, 척(11)에 보유 지지된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 환 형상의 회전 커버(25)가 배치되어 있다. 이 회전 커버(25)는 회전 베이스(16)의 상면에 고정되어 있어, 웨이퍼(W)와 회전 커버(25)는 일체로 회전하도록 되어 있다. 도 6은 회전 커버(25)와 척(11)을 상부로부터 본 도면이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 회전 커버(25)는 웨이퍼(W)의 전체 둘레를 둘러싸도록 배치되어 있다. 회전 커버(25)의 상단부의 내경은, 웨이퍼(W)의 직경보다 약간 크게 설정되어 있다. 회전 커버(25)의 상단부에는, 척(11)의 외주면을 따른 형상을 갖는 절결부(25a)가 각 척(11)에 대응한 위치에 형성되어 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 회전 커버(25)의 내주면의 종단면 형상은 반경 방향 내측으로 경사져 있다. 또한, 회전 커버(25)의 내주면의 종단면은 매끄러운 곡선으로 구성되어 있다. 회전 커버(25)의 상단부는 웨이퍼(W)에 근접하고 있고, 회전 커버(25)의 하부에는, 비스듬히 연장되는 액체 배출 구멍(25b)이 형성되어 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 상방에는, 웨이퍼(W)의 상면에 세정액으로서 순수를 공급하는 세정액 공급 노즐(27)이 배치되어 있다. 이 세정액 공급 노즐(27)은, 도시하지 않은 세정액 공급원에 접속되고, 세정액 공급 노즐(27)을 통해 웨이퍼(W)의 상면에 순수가 공급되도록 되어 있다. 웨이퍼(W)에 공급된 순수는, 회전하는 웨이퍼(W)로부터 원심력에 의해 떨쳐 내어지고, 또한 회전 커버(25)의 내주면에 포착되어, 액체 배출 구멍(25b)으로 유입된다.
척(11)의 하방에는, 척(11)을 상승시키는 리프트 기구(30)가 설치되어 있다. 이 리프트 기구(30)는, 척(11)의 하방에 배치된 링 스테이지(31)와, 이 링 스테이지(31)를 지지하는 복수의 로드(32)와, 이들 로드(32)를 상승시키는 액추에이터로서의 에어 실린더(33)를 구비하고 있다. 리프트 기구(30)는, 회전 베이스(16)로부터는 분리되어 있어, 리프트 기구(30)는 회전하지 않는 구성으로 되어 있다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 에어 실린더(33)는 복수의 로드(32)를 통해 링 스테이지(31)를 상승시킨다. 링 스테이지(31)의 상방향의 이동에 의해 모든 척(11)이 동시에 상승한다. 에어 실린더(33)의 동작을 정지시키면, 척(11)에 고정된 스프링(18)에 의해 척(11)이 하강한다. 도 5는 척(11)이 하강 위치에 있는 상태를 도시하고 있다. 이와 같이, 리프트 기구(30)와 스프링(18)에 의해, 척(11)을 상하 이동시키는 상하 이동 기구가 구성된다.
도시는 하지 않았지만, 에어 실린더(33) 대신에, 척(11)을 각각 동시에 상승시키는 복수의 전동 실린더를 사용해도 된다. 예를 들어, 4개의 척(11)에 대해 4개의 전동 실린더가 설치된다. 이 경우는, 링 스테이지(31)는 사용되지 않는다. 웨이퍼(W)의 회전이 정지할 때에는, 각 척(11)이 각 전동 실린더의 상방에 위치하도록 척(11)의 정지 위치가 제어된다. 이들 전동 실린더의 동작을 동기시키기 위해, 공통의 드라이버에 의해 전동 실린더의 동작이 제어된다.
척(11)의 상단부에는 웨이퍼(W)의 주연 단부를 보유 지지하는 클램프(40)가 각각 설치되어 있다. 이들 클램프(40)는, 척(11)이 도 5에 도시하는 하강 위치에 있을 때에는, 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉하여 상기 주연부를 보유 지지하고, 척(11)이 도 7에 도시하는 상승 위치에 있을 때에는, 웨이퍼(W)의 주연부로부터 이격되어 상기 주연부를 릴리스한다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 스크러버(50)는, 웨이퍼(W)의 상측에 배치되어 있다. 스크러버(50)는 스크러버 샤프트(51)를 통해 요동 아암(53)의 일단부에 연결되어 있고, 요동 아암(53)의 타단부는 요동축(54)에 고정되어 있다. 요동축(54)은 축 회전 기구(55)에 연결되어 있다. 이 축 회전 기구(55)에 의해 요동축(54)이 구동되면, 스크러버(50)가 도 4에 도시하는 처리 위치와 웨이퍼(W)의 반경 방향 외측에 있는 퇴피 위치 사이를 이동하도록 되어 있다. 요동축(54)에는, 스크러버(50)를 상하 방향으로 이동시키는 스크러버 승강 기구(56)가 또한 연결되어 있다. 이 스크러버 승강 기구(56)는, 요동축(54) 및 스크러버 샤프트(51)를 통해 스크러버(50)를 승강시킨다. 스크러버(50)는, 스크러버 승강 기구(56)에 의해 웨이퍼(W)의 상면에 접촉할 때까지 하강된다. 스크러버 승강 기구(56)로서는, 에어 실린더, 또는 서보 모터와 볼 나사의 조합 등이 사용된다.
도 8은 스크러버(50) 및 요동 아암(53)의 내부 구조를 도시하는 도면이다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 요동 아암(53)에는, 스크러버(50)를 그 축심을 중심으로 하여 회전시키는 스크러버 회전 기구(58)가 배치되어 있다. 이 스크러버 회전 기구(58)는, 스크러버 샤프트(51)에 고정된 풀리 p1과, 요동 아암(53)에 설치된 모터 M1과, 모터 M1의 회전축에 고정된 풀리 p2와, 풀리 p1, p2에 걸쳐진 벨트 b1을 구비하고 있다. 모터 M1의 회전은, 풀리 p1, p2 및 벨트 b1에 의해 스크러버 샤프트(51)에 전달되고, 스크러버 샤프트(51)와 함께 스크러버(50)가 회전한다.
도 9는 스크러버(50)를 하방으로부터 본 도면이다. 스크러버(50)의 하면은, 기판 회전 기구(10)에 보유 지지되어 있는 웨이퍼(W)의 상면[웨이퍼(W)의 표면 또는 이면]을 스크럽하는 원형의 스크럽면을 구성한다. 스크러버(50)는, 웨이퍼(W)의 상면에 대향하여 배치된 복수의 스크럽 부재로서의 세정 테이프(61)를 구비하고 있다. 스크러버(50)는, 복수의(도 9에서는 3개의) 테이프 카트리지(60)를 구비하고 있고, 각 테이프 카트리지(60)에 세정 테이프(61)가 수용되어 있다. 이들 테이프 카트리지(60)는, 착탈 가능하게 스크러버(50)의 내부에 설치되어 있다.
웨이퍼(W)의 스크럽 처리를 할 때에는, 스크러버 회전 기구(58)에 의해 스크러버(50)가 그 축심을 중심으로 하여 회전하고, 세정 테이프(61)가 스크러버(50)의 중심축 주위로 회전한다. 이에 의해 세정 테이프(61)가 웨이퍼(W)의 상면에 미끄럼 접촉된다. 이와 같이, 스크러버(50)의 스크럽면은, 회전하는 복수의 세정 테이프(61)에 의해 형성된다. 웨이퍼(W)의 하면은, 유체압에 의해 지지되어 있으므로, 웨이퍼(W)를 휘게 하는 일 없이 큰 하중으로 웨이퍼(W)의 상면에 대해 세정 테이프(61)를 압박할 수 있다. 웨이퍼(W)의 상면을 구성하는 재료는, 세정 테이프(61)와의 미끄럼 접촉에 의해 약간 깎아 내어져, 이에 의해 웨이퍼(W)에 부착되어 있는 이물질이나 웨이퍼(W)의 표면 흠집을 제거할 수 있다. 스크러버(50)에 의해 깎아내어지는 웨이퍼(W)의 양은 50㎚ 이하인 것이 바람직하고, 웨이퍼(W)의 스크럽 처리를 행한 후의 표면 거칠기는 5㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이, 웨이퍼(W)의 표면을 약간 깎아냄으로써, 웨이퍼(W)에 파고들어가 있는 100㎚ 이상의 사이즈의 이물질을 100％ 제거할 수 있다.
도 10은 스크러버(50)에 구비된 테이프 카트리지(60)를 도시하는 단면도이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 테이프 카트리지(60)는, 세정 테이프(61)와, 이 세정 테이프(61)를 웨이퍼(W)에 대해 압박하는 압박 부재(62)와, 이 압박 부재(62)를 웨이퍼를 향해 가압하는 가압 기구(63)와, 세정 테이프(61)를 조출하는 테이프 조출 릴(64)과, 처리에 사용된 세정 테이프(61)를 권취하는 테이프 권취 릴(65)을 구비하고 있다. 세정 테이프(61)는, 테이프 조출 릴(64)로부터, 압박 부재(62)를 경유하여, 테이프 권취 릴(65)로 보내진다. 복수의 압박 부재(62)는, 스크러버(50)의 반경 방향을 따라 연장되어 있고, 또한 스크러버(50)의 주위 방향에 있어서 등간격으로 배치되어 있다. 따라서, 각 세정 테이프(61)의 웨이퍼 접촉면(기판 접촉면)은, 스크러버(50)의 반경 방향으로 연장되어 있다. 도 10에 도시하는 예에서는, 가압 기구(63)로서 스프링이 사용되어 있다.
테이프 권취 릴(65)은, 도 8 및 도 9에 도시하는 테이프 권취축(67)의 일단부에 연결되어 있다. 테이프 권취축(67)의 타단부에는, 베벨 기어(69)가 고정되어 있다. 복수의 테이프 카트리지(60)에 연결된 이들 베벨 기어(69)는, 모터 M2에 연결된 베벨 기어(70)와 맞물려 있다. 따라서, 테이프 카트리지(60)의 테이프 권취 릴(65)은, 모터 M2에 의해 구동되어 세정 테이프(61)를 권취하도록 되어 있다. 모터 M2, 베벨 기어(69, 70) 및 테이프 권취축(67)은, 세정 테이프(61)를 테이프 조출 릴(64)로부터 테이프 권취 릴(65)로 보내는 테이프 이송 기구를 구성한다.
세정 테이프(61)는, 10㎜ 내지 60㎜의 폭을 갖고, 20m 내지 100m의 길이를 갖는다. 세정 테이프(61)에 사용되는 재료로서는, 부직포, 직포, 편직물을 들 수 있다. 바람직하게는, PVA 스펀지보다도 단단한 부직포가 사용된다. 이러한 부직포를 사용함으로써, 웨이퍼(W)에 부착되어 있는 이물질, 특히 웨이퍼(W)의 표면에 파고들어간 이물질을 제거할 수 있다. 세정 테이프(61) 대신에, 지립을 포함하는 연마층이 한쪽 면에 형성된 연마 테이프를 스크럽 부재로서 사용해도 된다.
웨이퍼(W)의 스크럽 처리중에는, 세정 테이프(61)는, 테이프 조출 릴(64)로부터 테이프 권취 릴(65)로 소정의 속도로 보내진다. 따라서, 항상 새로운(미사용) 세정 테이프(61)의 면이 웨이퍼(W)에 접촉한다. 세정 테이프(61)는, 그 종단부의 근방에 엔드마크(도시하지 않음)를 갖고 있다. 이 엔드마크는, 세정 테이프(61)에 근접하여 배치된 엔드마크 검지 센서(71)에 의해 검지되도록 되어 있다. 엔드마크 검지 센서(71)가 세정 테이프(61)의 엔드마크를 검지하면, 엔드마크 검지 센서(71)로부터 검지 신호가 동작 제어부(도시하지 않음)로 보내진다. 검지 신호를 수취한 동작 제어부는, 세정 테이프(61)의 교환을 재촉하는 신호(경보등)를 발하도록 되어 있다. 테이프 카트리지(60)는, 따로따로 제거가 가능하게 되어 있어, 간단한 조작으로 테이프 카트리지(60)를 교환하는 것이 가능하게 되어 있다.
스크러버(50)의 퇴피 위치는 기판 회전 기구(10)의 외측에 있고, 스크러버(50)는 퇴피 위치와 처리 위치 사이를 이동한다. 스크러버(50)의 퇴피 위치에는, 순수가 저류된 버스(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 스크러버(50)가 퇴피 위치에 있을 때에는, 세정 테이프(61)의 건조를 방지하기 위해, 스크러버(50)의 하면(스크럽면)이 침수된다. 버스의 순수는, 스크러버(50)가 웨이퍼(W)의 표면 처리를 행할 때마다 교체할 수 있어, 항상 청정한 상태로 유지된다.
도 11은 스크러버(50)의 다른 예를 도시하는 도면이다. 이 예에서는, 스크러버(50) 내에는 세정 테이프(61)를 보내기 위한 모터 M2는 설치되어 있지 않다. 대신에, 도 12에 도시하는 바와 같이, 스크러버(50)의 퇴피 위치에 모터 M2 및 베벨 기어(70)가 배치되어 있다. 스크러버(50)가 퇴피 위치에서 하강하였을 때, 상기 베벨 기어(69)가 베벨 기어(70)에 맞물리도록 되어 있다. 이 상태에서, 모터 M2를 구동함으로써, 세정 테이프(61)가 테이프 조출 릴(64)로부터 테이프 권취 릴(65)로 소정의 거리만큼 보내진다. 이 예에 따르면, 스크러버(50)의 구성이 간소해지는 동시에, 세정 테이프(61)를 간헐적으로 보내므로 세정 테이프(61)의 사용량을 삭감할 수 있다.
도 13 내지 도 20은 테이프 카트리지(60)의 다른 예를 도시하는 도면이다. 이 예에 있어서도, 스크러버(50) 내에는 세정 테이프(61)를 보내기 위한 모터 M2는 설치되어 있지 않다. 테이프 조출 릴(64) 및 테이프 권취 릴(65)은, 각각 릴축(75A, 75B)에 장착되어 있다. 릴축(75A, 75B)은, 베어링(76A, 76B)에 의해 각각 회전 가능하게 지지되어 있다. 이들 베어링(76A, 76B)은 릴 하우징(77)에 고정되어 있다. 릴 하우징(77)은 볼 스플라인 너트(78)에 고정되어 있고, 릴 하우징(77)과 볼 스플라인 너트(78)는 스플라인 샤프트(79)에 대해 상하 방향으로 상대 이동 가능하게 되어 있다.
각각의 릴축(75A, 75B)에는 브레이크륜(80A, 80B)이 고정되어 있다. 테이프 조출 릴(64)과 브레이크륜(80A)은 일체로 회전하고, 테이프 권취 릴(65)과 브레이크륜(80B)은 일체로 회전하도록 되어 있다. 볼 스플라인 너트(78)는, 스프링(82)에 의해 하방으로 가압되어 있고, 브레이크륜(80A, 80B)은 스프링(82)에 의해 브레이크 패드(81)에 압박되어 있다. 브레이크 패드(81)가 브레이크륜(80A, 80B)에 접촉하고 있을 때에는, 브레이크륜(80A, 80B) 및 이것에 연결된 테이프 조출 릴(64) 및 테이프 권취 릴(65)은 자유롭게 회전할 수 없다. 릴 하우징(77)에는 하방으로 연장되는 핀(83, 83)이 고정되어 있다. 스크러버(50)의 퇴피 위치에는 이들 핀(83, 83)이 접촉하는 핀 스토퍼(도시하지 않음)가 배치되어 있다.
릴축(75A)에는 조출 기어(84A)가 장착되어 있고, 릴축(75B)에는 권취 기어(84B)가 장착되어 있다. 조출 기어(84A)는 권취 기어(84B)보다도 큰 직경을 갖고 있다. 조출 기어(84A) 및 권취 기어(84B)는, 원웨이 클러치(85A, 85B)를 통해 릴축(75A, 75B)에 각각 장착되어 있다. 테이프 조출 릴(64), 테이프 권취 릴(65), 브레이크륜(80A, 80B), 조출 기어(84A) 및 권취 기어(84B)는 일체적으로 스플라인 샤프트(79)에 대해 상하 방향으로 상대 이동 가능하게 되어 있다. 조출 기어(84A)와 권취 기어(84B) 사이에는 랙 기어(86A, 86B)가 설치되어 있다. 조출 기어(84A)는 한쪽의 랙 기어(86A)와 맞물리고, 권취 기어(84B)는 다른 쪽의 랙 기어(86B)와 맞물려 있다. 압박 부재(62), 브레이크 패드(81) 및 랙 기어(86A, 86B)는, 설치대(87)에 고정되어 있다.
스크러버(50)가 퇴피 위치에서 하강하면, 핀(83, 83)이 핀 스토퍼에 접촉하여, 핀(83, 83)에 연결된 테이프 조출 릴(64), 테이프 권취 릴(65), 브레이크륜(80A, 80B), 조출 기어(84A) 및 권취 기어(84B)의 하강이 정지하는 한편, 압박 부재(62), 브레이크 패드(81) 및 랙 기어(86A, 86B)는 하강을 계속한다. 그 결과, 스프링(82)이 압축되는 동시에 브레이크 패드(81)가 브레이크륜(80A, 80B)으로부터 이격되고, 이에 의해 테이프 조출 릴(64) 및 테이프 권취 릴(65)이 자유롭게 회전할 수 있는 상태로 된다. 랙 기어(86A, 86B)가 하강함에 따라, 랙 기어(86A, 86B)에 결합되는 조출 기어(84A) 및 권취 기어(84B)가 회전한다. 테이프 조출 릴(64)은 조출 기어(84A)와 함께 회전하고, 새로운 세정 테이프(61)를 소정의 길이만큼 조출한다. 한편, 테이프 권취 릴(65)은, 원웨이 클러치(85B)의 작용에 의해 회전하지 않는다.
스크러버(50)가 상승하면, 스프링(82)이 신장되는 동시에 랙 기어(86A, 86B)가 상승한다. 랙 기어(86A, 86B)의 상승에 의해 조출 기어(84A) 및 권취 기어(84B)가 회전한다. 테이프 권취 릴(65)은 권취 기어(84B)와 함께 회전하고, 사용 완료된 세정 테이프(61)를 권취한다. 한편, 테이프 조출 릴(64)은 원웨이 클러치(85A)의 작용에 의해 회전하지 않는다. 권취 기어(84B)는 조출 기어(84A)보다도 작은 직경을 갖고 있으므로, 테이프 권취 릴(65)은 테이프 조출 릴(64)보다도 많이 회전한다. 테이프 권취 릴(65)에는 토크 리미터(88)가 장착되어 있고, 세정 테이프(61)를 권취한 후에는 권취 기어(84B)가 공전하고, 세정 테이프(61)에 텐션이 가해진다. 브레이크 패드(81)가 브레이크륜(80A, 80B)에 접촉하면, 테이프 권취 릴(65)의 회전이 정지하고, 이에 의해 세정 테이프(61)의 갱신이 종료된다.
이 예의 테이프 카트리지(60)에서는 세정 테이프(61)를 보내기 위한 모터가 불필요하므로, 스크러버(50)의 구성을 간소화할 수 있다. 또한, 세정 테이프(61)를 간헐적으로 보내므로, 세정 테이프(61)의 사용량을 삭감할 수 있다. 도 15 및 도 16으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 예의 테이프 카트리지(60)는 대칭적인 구조를 갖고 있고, 1개의 테이프 카트리지(60)가 2개의 세정 테이프(61, 61)를 갖고 있다.
도 21은 정압 지지 기구(90)의 단면도이다. 도 21에 도시하는 바와 같이, 정압 지지 기구(90)는, 복수의 오목부(유체 저류부)(91b)가 형성된 원형의 기판 지지면(91a)을 갖는 지지 스테이지(91)와, 오목부(91b)에 각각 접속된 복수의 유체 공급로(92)와, 지지 스테이지(91)를 지지하는 지지축(93)을 구비하고 있다. 이들 유체 공급로(92)는 지지축(93) 내를 통과하고, 로터리 조인트(95)를 경유하여 유체 공급원(96)에 접속되어 있다.
도 22는 지지 스테이지(91)를 상부로부터 본 도면을 도시하는 도면이다. 도 22에 도시하는 바와 같이, 오목부(91b)는 지지 스테이지(91)의 주위 방향을 따라 등간격으로 배치되어 있다. 지지 스테이지(91)는, 기판 회전 기구(10)에 보유 지지되어 있는 웨이퍼(W)의 하방에 배치되고, 오목부(91b)는 웨이퍼(W)의 하면에 대향하여 배치되어 있다. 지지축(93)은, 직동 가이드(볼 스플라인)(97)에 의해 상하로 이동하도록 지지되어 있고, 또한 지지축(93)의 하부는, 스테이지 승강 기구(98)에 연결되어 있다. 이 스테이지 승강 기구(98)에 의해 지지 스테이지(91)는 그 기판 지지면(상면)(91a)이 웨이퍼(W)의 하면에 근접한 위치에 도달할 때까지 상승되도록 되어 있다.
정압 지지 기구(90)는, 스테이지 회전 기구(99)를 더 구비하고 있다. 이 스테이지 회전 기구(99)는, 직동 가이드(97)의 외주면에 장착된 풀리 p3과, 모터 M3과, 모터 M3의 회전축에 고정된 풀리 p4와, 풀리 p3, p4의 사이에 걸쳐진 벨트 b2를 구비하고 있다. 이 스테이지 회전 기구(99)는, 지지 스테이지(91)를 지지축(93)[즉, 기판 지지면(91a)의 중심]을 중심으로 하여 회전시킨다.
유체는, 유체 공급원(96)으로부터 유체 공급로(92)를 통해 오목부(91b)에 연속적으로 공급된다. 유체는, 오목부(91b)로부터 오버플로우되고, 또한 웨이퍼(W)의 하면과 지지 스테이지(91)의 기판 지지면(91a)의 간극을 흐른다. 웨이퍼(W)와 지지 스테이지(91) 사이의 간극은 유체로 채워지고, 웨이퍼(W)는 유체의 압력에 의해 지지된다. 웨이퍼(W)와 지지 스테이지(91)는 비접촉으로 유지되고, 그 간극은 50㎛ 내지 500㎛로 된다. 이와 같이, 정압 지지 기구(90)는, 유체압에 의해 웨이퍼(W)를 비접촉으로 지지할 수 있으므로, 웨이퍼(W)에 형성된 디바이스의 파괴를 방지할 수 있다. 정압 지지 기구(90)에 사용되는 유체로서는, 순수 등의 액체가 바람직하게 사용된다. 도 22에 도시하는 예에서는, 3개의 오목부(91b)가 형성되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 1개의 오목부, 또는 4개 이상의 오목부를 형성해도 된다. 바람직하게는, 3 내지 6개의 오목부가 형성된다.
사용되는 유체로서는, 비압축성 유체인 액체 외에, 공기나 질소 등의 압축성 유체인 기체를 사용해도 된다. 압축성 유체를 사용하는 경우, 상술한 오목부(91b)는 생략할 수 있다. 이 경우는, 복수의 유체 공급로(92)는 평탄한 기판 지지면(91a) 상에서 개방되고, 기판 지지면(91a)과 웨이퍼(W) 사이의 공간에 공급되는 기체의 압력에 의해 웨이퍼(W)가 비접촉으로 지지된다. 유체 공급로(92)의 개구부는, 기판 지지면(91a) 전체에 걸쳐 다수 형성되는 것이 바람직하다.
스크러버(50)의 스크럽면과 정압 지지 기구(90)의 기판 지지면(91a)은, 웨이퍼(W)에 관하여 대칭적으로 배치된다. 즉, 스크러버(50)의 스크럽면과 정압 지지 기구(90)의 기판 지지면(91a)은 웨이퍼(W)를 사이에 끼우도록 배치되어 있고, 스크러버(50)로부터 웨이퍼(W)에 가해지는 하중은, 스크러버(50)의 바로 아래(반대측)로부터 정압 지지 기구(90)에 의해 지지된다. 따라서, 스크러버(50)는, 큰 하중을 웨이퍼(W)의 상면에 가할 수 있다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 스크럽면과 기판 지지면(91a)은 동심 형상으로 배치된다. 스크러버(50)는, 스크럽면의 단부가 웨이퍼(W)의 중심상에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 스크럽면의 직경은, 웨이퍼(W)의 반경과 동일하거나, 약간 작은 것이 바람직하다. 스크럽면의 직경과 기판 지지면(91a)의 직경은 거의 동일하다. 본 실시 형태에서는, 기판 지지면(91a)의 직경은 스크럽면의 직경보다 약간 작지만, 기판 지지면(91a)의 직경은 스크럽면의 직경과 동일해도 되고, 혹은 스크럽면의 직경보다도 커도 된다.
다음에, 본 실시 형태의 기판 처리 장치의 동작에 대해 설명한다. 스크러버(50)는, 기판 회전 기구(10)의 외측의 퇴피 위치로 이동된다. 이 상태에서, 웨이퍼(W)는, 도시하지 않은 반송기에 의해 기판 회전 기구(10)의 상방으로 반송된다. 상기 리프트 기구(30)에 의해 척(11)이 상승하고, 웨이퍼(W)가 척(11)의 상단부에 적재된다. 척(11)이 하강하면, 척(11)의 클램프(40)에 의해 웨이퍼(W)가 파지된다. 웨이퍼(W)는, 디바이스가 형성되어 있지 않은 면이 위를 향하고, 디바이스가 형성되어 있는 면이 아래를 향하도록, 기판 회전 기구(10)에 보유 지지된다. 처리 목적에 따라서는, 디바이스가 형성되어 있는 면이 위를 향하고, 디바이스가 형성되어 있지 않은 면이 아래를 향하도록, 웨이퍼(W)를 기판 회전 기구(10)에 보유 지지시켜도 된다.
스크러버(50)는 퇴피 위치로부터 처리 위치로 이동된다. 웨이퍼(W)는, 기판 회전 기구(10)에 의해 소정의 속도로 회전된다. 스크러버(50)에 의한 표면 처리시의 웨이퍼(W)의 바람직한 회전 속도는, 300 내지 600min- 1이다. 지지 스테이지(91)는, 그 기판 지지면(91a)이 웨이퍼(W)의 하면에 근접할 때까지 스테이지 승강 기구(98)에 의해 상승된다. 이 상태에서, 유체(바람직하게는, 순수)가 오목부(91b)에 연속적으로 공급되고, 유체압에 의해 웨이퍼(W)가 지지된다. 웨이퍼(W)를 지지하고 있는 동안, 지지 스테이지(91)는 스테이지 회전 기구(99)에 의해 회전된다. 지지 스테이지(91)의 바람직한 회전 속도는, 20 내지 100min-1이다.
스크러버(50)는 스크러버 회전 기구(58)에 의해 회전되면서, 세정 테이프(61)가 웨이퍼(W)의 상면에 접촉할 때까지 스크러버 승강 기구(52)에 의해 하강된다. 웨이퍼(W)의 상면에 세정액 공급 노즐(27)로부터 처리액으로서 순수가 공급되면서, 웨이퍼(W)의 상면은, 회전하는 세정 테이프(61)로 구성되는 스크럽면에 의해 처리된다. 순수 대신에, 지립을 포함하는 연마액을 처리액으로서 사용해도 된다. 혹은, 표면에 지립이 부착된 세정 테이프를 사용해도 된다. 또한, 처리액을 사용하지 않고, 드라이한 상태에서 세정 테이프(61)를 웨이퍼(W)에 미끄럼 접촉해도 된다.
스크럽 처리중에는, 웨이퍼(W)는 그 하방으로부터 정압 지지 기구(90)에 의해 지지되어 있고, 이 상태에서 스크러버(50)는, 그 축심을 중심으로 하여 복수의 세정 테이프(61)를 회전시키면서, 상기 세정 테이프(61)를 웨이퍼(W)의 상면에 미끄럼 접촉시킨다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 상면에 부착되어 있는 이물질이나 웨이퍼면 상의 흠집을 제거할 수 있다. 웨이퍼(W)는 정압 지지 기구(90)에 의해 지지되어 있으므로, 스크러버(50)는 큰 하중으로 세정 테이프(61)를 웨이퍼(W)에 미끄럼 접촉시킬 수 있다. 따라서, 종래의 세정 장치에서는 제거할 수 없었던 비교적 큰 이물질이나, 웨이퍼(W)의 표면에 파고들어간 이물질을 제거할 수 있다.
스크러버(50)와 웨이퍼(W)는 동일한 방향으로 회전된다. 스크러버(50)의 회전 속도는, 웨이퍼(W)에 접촉하는 세정 테이프(61)의 모든 부위에 있어서 웨이퍼(W)와 세정 테이프(61)의 상대 속도가 동일해지도록 설정된다. 이러한 스크러버(50)의 회전 속도는, 웨이퍼(W)의 회전 속도에 의존하여 결정된다. 즉, 스크러버(50)의 회전 속도와 웨이퍼(W)의 회전 속도의 비는, 웨이퍼(W)에 접촉하는 세정 테이프(61)의 모든 부위에 있어서 웨이퍼(W)와 세정 테이프(61)의 상대 속도가 동일해지는 값으로 된다. 예를 들어, 웨이퍼(W)의 회전 속도가 500min-1이고, 스크러버(50)의 회전 속도가 150min-1일 때에, 웨이퍼(W)와 세정 테이프(61)의 상대 속도는 균일해진다. 이러한 속도비는, 공지의 계산 또는 시뮬레이션에 의해 구할 수 있다. 이러한 회전 속도비로 스크러버(50) 및 웨이퍼(W)를 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)의 상면의 전체를 균일하게 처리할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 기판 처리 장치는, 펜 브러시를 그 축심 주위로 회전시키는 종래의 펜 스펀지형 세정기나, 롤 스펀지를 그 축심 주위로 회전시키는 종래의 롤 스펀지형 세정기에 비해, 웨이퍼(W)의 표면 전체(그 중심부로부터 주연부까지)를 균일하게 처리할 수 있다.
웨이퍼(W)의 스크럽 처리 종료 후, 스크러버(50)는 퇴피 위치로 이동되는 동시에, 지지 스테이지(91)에의 유체 공급이 정지된다. 또한, 스테이지 승강 기구(98)에 의해 지지 스테이지(91)가 소정의 위치까지 하강한다. 이 소정의 하강 위치는, 웨이퍼(W)의 하면으로부터 30㎜ 내지 50㎜ 이격된 위치인 것이 바람직하다. 하강 위치에 있는 지지 스테이지(91)는 저속(예를 들어, 10 내지 50min- 1)으로 회전하고, 린스액 공급 노즐(도시하지 않음)로부터 린스액(예를 들어, 순수)이 지지 스테이지(91)의 기판 지지면(91a)에 공급된다. 이에 의해 기판 지지면(91a)이 린스액에 의해 세정된다.
지지 스테이지(91)의 하강 후, 웨이퍼(W)를 회전시키면서, 웨이퍼(W)의 상면에는 세정액으로서의 순수가 상기 세정액 공급 노즐(27)로부터 공급되어, 스크럽 처리에서 발생한 칩이 세정된다. 그 후, 필요에 따라서, 2유체 제트 노즐(100)로부터, 액체의 압축 기체와의 혼합 유체가 웨이퍼(W)의 상면에 공급되어, 스크러버(50)에 의해 제거되지 않은 미소한 이물질이나 칩이 제거된다. 2유체 제트 노즐(100)은, 웨이퍼(W)의 상방에 배치되어 있다. 웨이퍼(W)의 세정중에, 웨이퍼(W)를 정압 지지 기구(90)에 의해 지지해도 된다.
도 23은 상술한 2유체 제트 노즐(100)의 동작을 설명하기 위한 평면도이다. 도 23에 도시하는 바와 같이, 2유체 제트 노즐(100)은, 회전 아암(101)의 선단에 장착되어 있다. 회전 아암(101)의 타단부는 요동 아암(102)에 연결되어 있다. 이 요동 아암(102)에는, 회전 아암(101)을 수평면 내에서 회전시키는 회전 기구(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 따라서, 2유체 제트 노즐(100)은, 회전 아암(101)과 함께 웨이퍼(W)의 상방에서 회전한다. 2유체 제트 노즐(100)에는 액체와 기체가 공급되고, 2유체 제트 노즐(100)로부터는 액체와 기체의 혼합 유체가 웨이퍼(W)의 상면에 분사된다. 2유체 제트 노즐(100)의 회전 궤적(1점 쇄선으로 나타냄)의 직경은, 웨이퍼(W)의 반경보다 약간 크게 되어 있고, 웨이퍼(W)의 상면 전체가 혼합 유체의 분사에 의해 세정된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 세정액 공급 노즐(27) 및 2유체 제트 노즐(100)에 의해, 웨이퍼(W)를 세정하는 세정부가 구성된다. 이들 세정액 공급 노즐(27) 및 2유체 제트 노즐(100)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 처리실(7) 내에 배치되어 있다. 세정액 공급 노즐(27)은, 웨이퍼(W)의 스크럽 처리시에 처리액을 공급하는 처리액 공급 노즐로서도 기능하지만, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 처리액 공급 노즐을 세정액 공급 노즐(27)과는 별도로 설치해도 된다.
세정된 웨이퍼(W)는, 기판 회전 기구(10)에 의해 고속으로 회전되어, 웨이퍼(W)가 스핀 건조된다. 건조시의 웨이퍼(W)의 회전 속도는, 1500 내지 3000min- 1이다. 중공 형상의 기판 회전 기구(10)에서는 건조시의 웨이퍼(W)의 하방에는, 회전하는 부재가 존재하지 않으므로, 웨이퍼(W)에의 물 튐에 의한 워터마크나 이물질의 부착이 방지된다. 웨이퍼(W)의 건조 후, 리프트 기구(30)에 의해 척(11)이 상승하여, 웨이퍼(W)가 척(11)으로부터 릴리스된다. 그리고 도시하지 않은 반송기에 의해 웨이퍼(W)가 기판 처리 장치로부터 취출된다. 이와 같이, 본 실시 형태의 기판 처리 장치는, 웨이퍼(W)를 기판 회전 기구(10)에 보유 지지한 상태에서, 웨이퍼(W)의 스크럽, 세정(린스) 및 건조를 연속해서 행할 수 있다. 따라서, 반송중에 있어서의 웨이퍼(W)에의 이물질의 부착이나, 웨트 상태에서의 웨이퍼(W)로부터 반송 경로에의 오염 확산을 방지할 수 있다. 또한, 프로세스 택트타임을 단축할 수 있다.
상술한 바와 같이, 기판 회전 기구(10)는, 세정된 웨이퍼(W)를 건조시키는 건조부로서 기능한다. 기판 처리 장치는, 건조부로서, 저증기압 용매를 웨이퍼(W)에 공급함으로써 웨이퍼(W)를 건조시키는 기구를 더 구비해도 된다. 도 24는, 웨이퍼(W)의 상면에 저증기압 용매를 공급하는 건조액 공급 노즐(110)을 설치한 예를 도시하는 도면이다. 도 24에 도시하는 바와 같이, 기판 회전 기구(10)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 상방에는, 건조액 공급 노즐(110)이 배치되어 있다. 이 건조액 공급 노즐(110)은, 처리실(7) 내에 배치되어 있고, 웨이퍼(W)의 반경 방향을 따라 이동 가능하게 구성되어 있다. 건조액 공급 노즐(110)은, 웨이퍼(W)의 반경 방향을 따라 이동하면서, 저증기압 용매를 웨이퍼(W)의 상면에 공급하고, 웨이퍼(W) 상의 세정액을 저증기압 용매로 치환한 후에 저증기압 용매를 증발시킴으로써 웨이퍼(W)를 건조시킨다. 이러한 저증기압 용매로서는, 예를 들어 이소프로필알코올이 사용된다.
도 25는 건조액 공급 노즐 대신에, 건조 기체 공급 노즐(111)을 설치한 예를 도시하는 도면이다. 건조 기체 공급 노즐(111)은, 기판 회전 기구(10)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 상방에 배치되고, 웨이퍼(W)의 반경 방향을 따라 이동 가능하게 되어 있다. 건조 기체 공급 노즐(111)은, 웨이퍼(W)의 반경 방향을 따라 이동하면서, 건조 기체를 웨이퍼(W)의 상면을 향해 공급함으로써, 웨이퍼(W)를 건조시킨다. 이러한 건조 기체로서는, 고순도 질소, 클린 에어 등이 사용된다.
이하, 기판 회전 기구(10)의 구성에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 도 26의 (a)는, 척(11)의 클램프(40)를 도시하는 평면도이고, 도 26의 (b)는 클램프(40)의 측면도이다. 클램프(40)는, 척(11)의 상단부에 형성되어 있다. 이 클램프(40)는, 원통 형상을 갖고, 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉함으로써 웨이퍼(W)를 파지한다. 척(11)의 상단부에는, 클램프(40)로부터 척(11)의 축심을 향해 연장되는 위치 결정부(41)가 더 형성되어 있다. 위치 결정부(41)의 일단부는 클램프(40)의 측면에 일체적으로 접속되고, 타단부는 척(11)의 축심 상에 위치하고 있다. 이 위치 결정부(41)의 중심측의 단부는, 척(11)과 동심의 원을 따라 만곡된 측면(41a)을 갖고 있다. 척(11)의 상단부는, 하방으로 경사지는 테이퍼면으로 되어 있다.
도 27의 (a)는 클램프(40)가 웨이퍼(W)를 파지한 상태를 도시하는 평면도이고, 도 27의 (b)는 클램프(40)가 웨이퍼(W)를 해방한 상태를 도시하는 평면도이다. 웨이퍼(W)는, 척(11)의 상단부(테이퍼면) 상에 적재되고, 그리고 척(11)을 회전시킴으로써, 클램프(40)를 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉시킨다. 이에 의해, 도 27의 (a)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)가 클램프(40)에 파지된다. 척(11)을 반대 방향으로 회전시키면, 도 27의 (b)에 도시하는 바와 같이, 클램프(40)가 웨이퍼(W)로부터 이격되고, 이에 의해 웨이퍼(W)가 해방된다. 이때, 웨이퍼(W)의 주연부는, 위치 결정부(41)의 중심측 단부의 측면(41a)에 접촉한다. 따라서, 위치 결정부(41)의 측면(41a)에 의해, 척(11)의 회전에 수반되는 웨이퍼(W)의 변위를 제한할 수 있고, 그 후의 웨이퍼 반송의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 28의 (a)는 도 6의 A-A선 단면도이고, 도 28의 (b)는 도 28의 (a)의 B-B선 단면도이다. 회전 베이스(16)의 돌출부(16a)에는 상하로 연장되는 관통 구멍이 형성되어 있고, 이 관통 구멍에 척(11)이 삽입되어 있다. 관통 구멍의 직경은 척(11)의 직경보다도 약간 크고, 따라서 척(11)은 회전 베이스(16)에 대해 상하 방향으로 상대 이동 가능하게 되어 있고, 또한 척(11)은, 그 축심 주위로 회전 가능하게 되어 있다.
척(11)의 하부에는, 스프링 스토퍼(11a)가 장착되어 있다. 척(11)의 주위에는 스프링(18)이 배치되어 있고, 스프링 스토퍼(11a)에 의해 스프링(18)이 지지되어 있다. 스프링(18)의 상단부는 회전 베이스(16)의 돌출부(16a)를 압박하고 있다. 따라서, 스프링(18)에 의해 척(11)에는 하향의 힘이 작용하고 있다. 척(11)의 외주면에는, 관통 구멍의 직경보다도 큰 직경을 갖는 척 스토퍼(11b)가 형성되어 있다. 따라서, 척(11)은, 도 28의 (a)에 도시하는 바와 같이, 하방으로의 이동이 척 스토퍼(11b)에 의해 제한된다.
회전 베이스(16)에는 제1 자석(43)이 매설되어 있고, 이 제1 자석(43)은 척(11)의 측면에 대향하여 배치되어 있다. 척(11)에는 제2 자석(44) 및 제3 자석(45)이 배치되어 있다. 이들 제2 자석(44) 및 제3 자석(45)은, 상하 방향으로 이격되어 배열되어 있다. 이들 제1 내지 제3 자석(43, 44, 45)으로서는, 네오디뮴 자석이 적절하게 사용된다.
도 29는 제2 자석(44)과 제3 자석(45)의 배치를 설명하기 위한 모식도로, 척(11)의 축 방향으로부터 본 도면이다. 도 29에 도시하는 바와 같이, 제2 자석(44)과 제3 자석(45)은, 척(11)의 주위 방향에 있어서 어긋나 배치되어 있다. 즉, 제2 자석(44)과 척(11)의 중심을 연결하는 선과, 제3 자석(45)과 척(11)의 중심을 연결하는 선은, 척(11)의 축 방향으로부터 보았을 때에 소정의 각도 α로 교차하고 있다.
척(11)이, 도 28의 (a)에 도시하는 하강 위치에 있을 때, 제1 자석(43)과 제2 자석(44)이 서로 대향한다. 이때, 제1 자석(43)과 제2 자석(44) 사이에는 서로 당기는 힘이 작용한다. 이 인력은, 척(11)에 그 축심 주위로 회전하는 힘을 부여하고, 그 회전 방향은, 클램프(40)가 웨이퍼(W)의 주위 단부를 압박하는 방향이다. 따라서, 도 28의 (a)에 도시하는 하강 위치는, 웨이퍼(W)를 파지하는 클램프 위치로 된다.
도 30의 (a)는, 리프트 기구(30)에 의해 척(11)을 상승시켰을 때의 도 6의 A-A선 단면도이고, 도 30의 (b)는 도 30의 (a)의 C-C선 단면도이다. 리프트 기구(30)에 의해 척(11)을 도 30의 (a)에 도시하는 상승 위치까지 상승시키면, 제1 자석(43)과 제3 자석(45)이 대향하고, 제2 자석(44)은 제1 자석(43)으로부터 이격된다. 이때, 제1 자석(43)과 제3 자석(45) 사이에는 서로 당기는 힘이 작용한다. 이 인력은 척(11)에 그 축심 주위로 회전하는 힘을 부여하고, 그 회전 방향은, 클램프(40)가 웨이퍼(W)로부터 이격되는 방향이다. 따라서, 도 30의 (a)에 도시하는 상승 위치는, 기판을 릴리스하는 언클램프 위치이다.
제2 자석(44)과 제3 자석(45)은 척(11)의 주위 방향에 있어서 어긋난 위치에 배치되어 있으므로, 척(11)의 상하 이동에 수반하여 척(11)에는 회전력이 작용한다. 이 회전력에 의해 클램프(40)에 웨이퍼(W)를 파지하는 힘과 웨이퍼(W)를 해방하는 힘이 부여된다. 따라서, 척(11)을 상하 이동시키는 것만으로, 웨이퍼(W)를 파지하고, 또한 해방할 수 있다. 이와 같이, 제1 자석(43), 제2 자석(44) 및 제3 자석(45)은, 척(11)을 그 축심 주위로 회전시켜 클램프(40)에 의해 웨이퍼(W)를 파지하는 파지 기구로서 기능한다. 이 파지 기구는, 척의 상하 이동에 의해 동작한다.
척(11)의 측면에는, 그 축심을 따라 연장되는 홈(46)이 형성되어 있다. 이 홈(46)은 원호 형상의 수평 단면을 갖고 있다. 회전 베이스(16)의 돌출부(16a)에는, 홈(46)을 향해 돌출되는 돌기부(47)가 형성되어 있다. 이 돌기부(47)의 선단은, 홈(46)의 내부에 위치하고 있고, 돌기부(47)는 홈(46)에 느슨하게 결합되어 있다. 이 홈(46) 및 돌기부(47)는, 척(11)의 회전 각도를 제한하기 위해 형성되어 있다.
도 31은 기판 회전 기구(10)의 다른 구성예를 도시하는 단면도이다. 이 예에서는, 도 5에 도시하는 앵귤러 콘택트 볼 베어링(20) 대신에, 자기 베어링(21, 22)이 채용되어 있다. 즉, 회전 베이스(16)는 레이디얼 자기 베어링(21)과, 액시얼 자기 베어링(22)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 레이디얼 자기 베어링(21)의 상방 및 액시얼 자기 베어링(22)의 하방에는, 터치다운 베어링(39, 39)이 배치되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 회전 베이스(16)는 비접촉으로 유지되므로, 웨이퍼의 회전시에 파티클이 발생하지 않는다. 따라서, 웨이퍼의 주위 분위기를 청정하게 유지할 수 있다.
도 32는 기판 회전 기구(10)의 또 다른 구성예를 도시하는 단면도이다. 이 예에서는, 도 5에 도시하는 앵귤러 콘택트 볼 베어링(20) 대신에, 비접촉식 기체 베어링(35, 36)이 채용되어 있다. 즉, 회전 베이스(16)는, 레이디얼 기체 베어링(35)과, 액시얼 기체 베어링(36)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 레이디얼 기체 베어링(35)의 상방 및 액시얼 기체 베어링(36)의 하방에는, 터치다운 베어링(39, 39)이 배치되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 회전 베이스(16)는 비접촉으로 유지되므로, 웨이퍼의 회전시에 파티클이 발생하지 않는다. 따라서, 웨이퍼의 주위 분위기를 청정하게 유지할 수 있다. 기체 베어링으로서는, 정압 기체 베어링 또는 동압 기체 베어링이 사용된다. 정지 부재(14)에는 도시하지 않은 배기구가 형성되어 있고, 기체 베어링(35, 36)에서 발생한 기체의 흐름은, 배기구를 통해 배출되도록 되어 있다. 따라서, 중공 모터(12)로부터 발생한 열을 외부로 달아나게 할 수 있어, 열에 의한 회전 베이스(16)나 그 밖의 부재의 변형을 없앨 수 있다. 결과적으로, 회전 정밀도가 향상되고, 회전 속도를 높여 웨이퍼의 건조 시간을 단축할 수 있다.
도 33은 스크러버(50)의 다른 예를 도시하는 측면도이다. 이 예에서는, 스크러버(50)는, 척부(연결부)(72)를 통해 요동 아암(53)에 연결되어 있다. 보다 구체적으로는, 스크러버 샤프트(51)에는 척부(72)가 설치되어 있고, 이 척부(72)를 통해 스크러버 샤프트(51)를 요동 아암(53)으로부터 분리시키는 것이 가능하게 되어 있다. 따라서, 테이프 카트리지(60)를 교환하기 위해, 스크러버(50) 전체를 요동 아암(53)으로부터 제거할 수 있다. 스크러버(50)의 제거는, 도 34에 도시하는 바와 같이, 스크러버(50)가 퇴피 위치에 있을 때에 행해진다.
지금까지 서술한 실시 형태에서는, 스크러버(50)는 웨이퍼의 상측에 배치되고, 정압 지지 기구(90)는 웨이퍼의 하측에 배치되어 있지만, 스크러버(50)를 웨이퍼의 하측에 배치하고, 정압 지지 기구(90)를 웨이퍼의 상측에 배치해도 된다. 이 경우는, 웨이퍼를 반전시킬 필요가 없어져, 처리량이 향상된다. 나아가서는, 2개의 스크러버(50)를 웨이퍼의 상측 및 하측에 배치하여, 웨이퍼의 양면을 동시에 처리하도록 해도 된다. 이 경우에는, 정압 지지 기구(90)는 설치되지 않는다. 기판 회전 기구(10)로서, 웨이퍼의 주연부를 파지하면서 회전하는 복수의 롤 척을 채용해도 된다. 이 경우에는, 웨이퍼를 스핀 건조시킬 수는 없으므로, 웨이퍼를 건조시키기 위한 건조기가 별도로 준비된다.
도 35는 상술한 기판 처리 장치를 구비한 기판 처리 시스템을 도시하는 평면도이다. 도 35에 도시하는 바와 같이, 기판 처리 시스템은, 다수의 웨이퍼를 스톡하는 웨이퍼 카세트가 적재되는 4개의 프론트 로드부(121)를 구비한 로드 언로드부(120)를 갖고 있다. 프론트 로드부(121)에는, 오픈 카세트, SMIF(Standard Manufacturing Interface) 포드, 또는 FOUP(Front Opening Unified Pod)를 탑재할 수 있도록 되어 있다. SMIF, FOUP는, 내부에 웨이퍼 카세트를 수납하고, 격벽으로 덮음으로써, 외부 공간과는 독립된 환경을 유지할 수 있는 밀폐 용기이다.
로드 언로드부(120)에는, 프론트 로드부(121)의 배열 방향을 따라 이동 가능한 제1 반송 로봇(로더)(123)이 설치되어 있다. 제1 반송 로봇(123)은 각 프론트 로드부(121)에 탑재된 웨이퍼 카세트에 액세스하여, 웨이퍼를 웨이퍼 카세트로부터 취출할 수 있도록 되어 있다. 제1 반송 로봇(123)에 인접하여 파티클 카운터(124)가 설치되어 있다. 이 파티클 카운터(124)는, 웨이퍼면에 부착되어 있는 이물질(파티클)의 수를 카운트하기 위한 장치이다. 또한, 이 파티클 카운터(124)는 생략할 수도 있다.
기판 처리 시스템은, 수평 방향으로 이동 가능한 제2 반송 로봇(126)과, 이 반송 로봇(126)의 이동 방향을 따라 배치된 복수의 기판 처리 장치(127)와, 제1 반송 로봇(123)과 제2 반송 로봇(126) 사이에서 웨이퍼의 전달을 가능하게 하기 위한 제1 웨이퍼 스테이션(131) 및 제2 웨이퍼 스테이션(132)과, 기판 처리 시스템 전체의 동작을 제어하는 동작 컨트롤러(133)를 더 구비하고 있다. 이 예에서는, 4대의 기판 처리 장치(127)가 설치되어 있고, 도 35에 도시하는 바와 같이, 제2 반송 로봇(126)의 양측에 각각 2대의 기판 처리 장치(127)가 배치되어 있다. 6대, 8대, 또는 그 이상의 기판 처리 장치(127)를 설치해도 된다. 예를 들어, 6대의 기판 처리 장치(127)를 설치하는 경우는, 제2 반송 로봇(126)의 양측에 각각 3대의 기판 처리 장치(127)가 배치되고, 8대의 기판 처리 장치(127)를 설치하는 경우는, 제2 반송 로봇(126)의 양측에 각각 4대의 기판 처리 장치(127)가 배치된다.
기판 처리 시스템의 동작은 다음과 같다. 웨이퍼는, 제1 반송 로봇(123)에 의해 웨이퍼 카세트로부터 취출되어, 파티클 카운터(124)로 반송된다. 파티클 카운터(124)는, 웨이퍼의 표면에 부착되어 있는 파티클(이물질)의 수를 카운트하고, 그 파티클의 수를 동작 컨트롤러(133)로 송신한다. 동작 컨트롤러(133)는, 파티클의 수에 따라 기판 처리 장치(127)에서의 처리 레시피를 변경해도 된다. 예를 들어, 파티클의 수가 소정의 기준값을 상회하였을 때에는, 스크럽 처리의 시간을 길게 해도 된다.
웨이퍼는, 제1 반송 로봇(123)에 의해 파티클 카운터(124)로부터 취출되고, 다시 제1 웨이퍼 스테이션(131) 상에 적재된다. 제2 반송 로봇(126)은, 제1 웨이퍼 스테이션(131) 상의 웨이퍼를 수취하여, 4대의 기판 처리 장치(127) 중 어느 하나에 웨이퍼를 반입한다.
기판 처리 장치(127)는, 상술한 동작 시퀀스에 따라서 웨이퍼의 표면 또는 이면을 처리한다. 필요에 따라서, 처리된 웨이퍼를 다른 기판 처리 장치(127)에서 2차 세정해도 된다. 처리된 웨이퍼는, 제2 반송 로봇(126)에 의해 기판 처리 장치(127)로부터 제2 웨이퍼 스테이션(132)으로 반송된다. 또한, 웨이퍼는, 제1 반송 로봇(123)에 의해 웨이퍼 카세트로 운반되어, 웨이퍼 카세트 내의 원래의 위치로 복귀된다.
상술한 기판 처리 시스템은, 1매의 웨이퍼를 복수의 기판 처리 장치(127)에서 연속적으로 처리하는 시리얼 처리와, 복수매의 웨이퍼를 1대의 기판 처리 장치(127)에서 병행하여 처리하는 패럴렐 처리와, 복수매의 웨이퍼를 복수대의 기판 처리 장치(127)에서 처리하는 시리얼 처리와 패럴렐 처리의 조합 중 어느 하나를 선택적으로 실행할 수 있다.
도 36은 기판 처리 시스템의 다른 예를 도시하는 평면도이다. 도 36에 도시하는 기판 처리 시스템에서는, 제2 웨이퍼 스테이션(132)은 웨이퍼를 반전시키는 반전 기구(134)를 갖고 있다. 웨이퍼는, 제1 반송 로봇(123)에 의해 제2 웨이퍼 스테이션(132)으로 반송되어, 제2 웨이퍼 스테이션(132)의 반전 기구(134)에 의해 반전된다. 반전된 웨이퍼는, 제2 반송 로봇(126)에 의해 기판 처리 장치(127)로 반송되어, 기판 처리 장치(127)에 의해 처리된다. 처리된 웨이퍼는, 다시 제2 웨이퍼 스테이션(132)으로 반송되어, 반전 기구(134)에 의해 반전된다. 그 후, 웨이퍼는, 제1 반송 로봇(123)에 의해 웨이퍼 카세트로 복귀된다.
도 35 및 도 36에 도시하는 기판 처리 시스템에서는, 기판 처리 장치(127)는 동일 평면상에 배열되어 있지만, 복수의 기판 처리 장치(127)를 종방향으로 배열할 수도 있다. 도 37은, 상하 2단으로 배열된 기판 처리 장치를 도시하는 측면도이다. 이 기판 처리 시스템은, 제1 상단 기판 처리 장치(127A)와, 제1 하단 기판 처리 장치(127B)와, 제2 상단 기판 처리 장치(127C)와, 제2 하단 기판 처리 장치(127D)를 구비하고 있다. 제1 상단 기판 처리 장치(127A)는 제1 하단 기판 처리 장치(127B) 상에 배치되고, 제2 상단 기판 처리 장치(127C)는 제2 하단 기판 처리 장치(127D) 상에 배치되어 있다. 제2 반송 로봇(126)은, 수평 방향뿐만 아니라, 종방향으로도 이동할 수 있도록 구성되어 있고, 제1 기판 처리 장치(127A, 127B), 제2 기판 처리 장치(127C, 127D) 및 제2 웨이퍼 스테이션(132)의 사이에서 웨이퍼를 반송할 수 있도록 되어 있다.
도 37에 도시하는 기판 처리 시스템은, 웨이퍼의 다양한 처리 라인을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 38에 도시하는 바와 같이, 2매의 웨이퍼를 상단 기판 처리 장치(127A, 127C)(제1 처리 라인)와 하단 기판 처리 장치(127B, 127D)(제2 처리 라인)로 반송하여 2매의 웨이퍼를 병렬로 처리할 수 있다. 또는, 도 39에 도시하는 바와 같이, 4매의 웨이퍼를 4대의 기판 처리 장치(127A, 127B, 127C, 127D)(제1 내지 제4 처리 라인)에서 처리할 수도 있다. 도 37 내지 도 39는, 상하 2단으로 배열된 기판 처리 장치를 도시하지만, 종방향으로 3단 이상의 기판 처리 장치를 배열해도 된다.
지금까지 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 기술 사상의 범위 내에 있어서, 다양한 다른 형태로 실시되어도 되는 것은 물론이다.
6 : 격벽
7 : 처리실
8 : 배기 기구
9 : 배기 덕트
10 : 기판 회전 기구
11 : 척
12 : 중공 모터
14 : 정지 부재
16 : 회전 베이스
18 : 스프링
20 : 앵귤러 콘택트 볼 베어링
21, 22 : 자기 베어링
25 : 회전 커버
27 : 세정액 공급 노즐/처리액 공급 노즐
30 : 리프트 기구
31 : 링 스테이지
32 : 로드
33 : 에어 실린더
35, 36 : 기체 베어링
39 : 터치다운 베어링
40 : 클램프
41 : 위치 결정부
43, 44, 45 : 자석
46 : 홈
47 : 돌기부
50 : 스크러버
51 : 스크러버 샤프트
53 : 요동 아암
54 : 요동축
55 : 축 회전 기구
56 : 스크러버 승강 기구
58 : 스크러버 회전 기구
60 : 테이프 카트리지
61 : 세정 테이프
62 : 압박 부재
63 : 가압 기구
64 : 테이프 조출 릴
65 : 테이프 권취 릴
67 : 테이프 권취축
69, 70 : 베벨 기어
71 : 엔드마크 검지 센서
72 : 척부
75A, 75B : 릴축
76A, 76B : 베어링
77 : 릴 하우징
78 : 볼 스플라인 너트
79 : 볼 스플라인 샤프트
80A, 80B : 브레이크륜
81 : 브레이크 패드
82 : 스프링
83 : 핀
84A : 조출 기어
84B : 권취 기어
85A, 85B : 원웨이 클러치
86A, 86B : 랙 기어
87 : 설치대
88 : 토크 리미터
90 : 정압 지지 기구
91 : 지지 스테이지
92 : 유체 공급로
93 : 지지축
95 : 로터리 조인트
96 : 유체 공급원
97 : 직동 가이드
98 : 스테이지 승강 기구
99 : 스테이지 회전 기구
100 : 2유체 제트 노즐
101 : 회전 아암
102 : 요동 아암
110 : 건조액 공급 노즐
111 : 건조 기체 공급 노즐
120 : 로드 언로드부
121 : 프론트 로드부
123 : 제1 반송 로봇
124 : 파티클 카운터
126 : 제2 반송 로봇
127 : 기판 처리 장치
131, 132 : 웨이퍼 스테이션
133 : 동작 컨트롤러
134 : 반전 기구

Claims (10)

  1. 테이프 카트리지이며,
    테이프 모양의 스크랩 부재를 조출하는 테이프 조출 릴과,
    상기 스크랩 부재를 권취하는 테이프 권취 릴과,
    상기 스크랩 부재를 압박하는 압박 부재와,
    상기 테이프 조출 릴에 장착된 제1 릴 축과,
    상기 테이프 권취 릴에 장착된 제2 릴 축과,
    제1 베어링 및 제2 베어링과,
    상기 제1 베어링 및 상기 제2 베어링을 고정하는 릴 하우징과,
    상기 릴 하우징을 고정하는 볼 스플라인 너트와,
    스플라인 샤프트를 포함하고,
    상기 제1 릴 축 및 상기 제2 릴 축은, 상기 제1 베어링 및 상기 제2 베어링에 의해 각각 회전 자재로 지지되고,
    상기 릴 하우징 및 상기 볼 스플라인 너트는 상기 스플라인 샤프트에 대해 상하 방향으로 상대 이동 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는, 테이프 카트리지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 릴 축에 고정된 제1 브레이크륜과,
    상기 제2 릴 축에 고정된 제2 브레이크륜을 더 포함하고,
    상기 테이프 조출 릴과 상기 제1 브레이크륜은 일체로 회전하는 동시에, 상기 테이프 권취 릴과 상기 제2 브레이크륜은 일체로 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 테이프 카트리지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 브레이크륜 및 상기 제2 브레이크륜에 접촉 가능하고, 상기 테이프 조출 릴 및 상기 테이프 권취 릴의 회전을 제한하는 브레이크 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 테이프 카트리지.
  4. 테이프 카트리지이며,
    테이프 모양의 스크랩 부재를 조출하는 테이프 조출 릴과,
    상기 스크랩 부재를 권취하는 테이프 권취 릴과,
    상기 스크랩 부재를 압박하는 압박 부재와,
    상기 테이프 조출 릴에 장착된 제1 릴 축과,
    상기 테이프 권취 릴에 장착된 제2 릴 축과,
    상기 제 1 릴 축에 장착된 조출 기어와,
    상기 제2 릴 축에 장착된 권취 기어를 포함하고,
    상기 제1 릴 축 및 상기 제2 릴 축은, 제1 베어링 및 제2 베어링에 의해 각각 회전 자재로 지지되고,
    상기 조출 기어의 직경은, 상기 권취 기어의 지름보다 크고,
    상기 조출 기어는 제1 원웨이 클러치를 통해 상기 제1 릴 축에 장착되고, 상기 권취 기어는 제2 원웨이 클러치를 통해 상기 제2 릴 축에 장착되는 것을 특징으로 하는, 테이프 카트리지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조출 기어와 상기 권취 기어 사이에는, 제1 랙 기어 및 제2 랙 기어가 설치되고,
    상기 조출 기어는 상기 제1 랙 기어와 서로 맞물리고, 상기 권취 기어는 상기 제2 랙 기어와 서로 맞물리는 것을 특징으로 하는, 테이프 카트리지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압박 부재, 상기 제1 랙 기어, 및 상기 제2 랙 기어를 고정하는 설치대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 테이프 카트리지.
  7. 테이프 카트리지이며,
    2개의 테이프 모양의 스크럽 부재를 각각 조출하는 2개의 테이프 조출 릴과,
    상기 2개의 스크럽 부재를 각각 권취하는 2개의 테이프 권취 릴과,
    상기 2개의 스크럽 부재를 각각 압박하는 2개의 압박 부재와,
    상기 2개의 테이프 조출 릴에 각각 장착된 2개의 제1 릴 축과,
    상기 2개의 테이프 권취 릴에 각각 장착된 2개의 제2 릴 축과,
    상기 2개의 제1 릴 축 및 상기 2개의 제2 릴 축을 각각 회전 가능하게 지지하는 2개의 제1 베어링 및 제2 베어링을 포함하고,
    상기 테이프 카트리지는 대칭적인 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 테이프 카트리지.
  8. 기판의 표면 처리를 하는 스크러버이며,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 테이프 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스크러버.
  9. 기판의 표면 처리를 하는 기판 처리 장치이며,
    기판을 보유 지지하는 기판 회전 기구와,
    제8항에 기재된 스크러버를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  10. 삭제
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