TW201351541A - 基板處理裝置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本發明可儘量抑制將內周面作為引導基板之外周端面，進行基板定位之引導面的引導部高度，而在由引導部之引導面構成的開口(前口)內確實收納基板。【解決手段】將基板周緣部放置於基板放置部32時引導基板外周端面，進行該基板之定位的夾盤本體之引導部34b的引導面36b具有：第一引導面52a，其係在基板放置部32上放置保持基板時，引導以本身重量下降之基板的外周端面；及第二引導面52b，其係使夾盤爪在向內側關閉之方向轉動，在與基板放置部之間夾持基板周緣部時，引導接觸於該夾盤爪而移動之基板的外周端面。

Description

基板處理裝置
本發明係關於一種用於例如作為半導體晶圓處理裝置而使用之旋轉型乾燥機(SRD)、筆刷(Pencil scrub)洗淨機、IPA(異丙醇)乾燥機等的基板處理裝置。
半導體製造工序，係以各種處理工序處理半導體晶圓之後，在半導體晶圓表面供給洗淨液來洗淨表面。研磨處理半導體晶圓之研磨工序，係在研磨結束後之半導體晶圓表面供給洗淨液，而除去附著於半導體晶圓表面之漿液等研磨液及切削屑。而後，使洗淨結束後之半導體晶圓以高速旋轉，使附著於半導體晶圓表面之液滴飛散，而使半導體晶圓乾燥。
第一圖顯示作為在半導體晶圓等基板表面供給洗淨液而洗淨該表面之基板洗淨裝置所熟知的一種筆刷洗淨機。如第一圖所示，筆刷洗淨機10具備：自由旋轉之基板載台14，其係具有朝向半徑方向外側而放射狀延伸之複數支(本例為4支)支臂12；複數個基板夾盤機構16，其係分別固定於各支臂12之前端，而把持基板W之周緣部；以及上部洗淨液供給噴嘴18及下部洗淨液供給噴嘴20，其係分別在以基板夾盤機構16把持周緣部之基板W表面及背面供給藥劑或純水等洗淨液。
位於基板載台14之側方豎立設置自由上下移動及旋轉之支撐軸22，在該支撐軸22之上端連結延伸於水平方向之搖動支臂24的基端， 在該搖動支臂24之自由端安裝有在垂直方向垂下之例如由PVA海綿構成的筆型洗淨工具26。
藉由該筆刷洗淨機10，在以基板夾盤機構16把持周緣部並以指定轉速旋轉之基板W表面，從上部洗淨液供給噴嘴18供給洗淨液，同時，藉由以指定之按壓力將筆型洗淨工具26按壓於基板W表面，使其移動於一個方向，進行基板W表面之摩擦洗淨。此時，依需要從下部洗淨液供給噴嘴20供給洗淨液至基板W背面。而後，停止洗淨液之供給後，使基板W高速旋轉，使附著於基板W表面之液滴飛散而使基板W乾燥。
第二圖顯示基板夾盤機構16之剖面圖。如第二圖所示，基板夾盤機構16具有夾盤本體30，其係在支臂12之前端連結下端並延伸於上方，在沿著該夾盤本體30之高度方向的指定位置安裝有放置保持基板W之周緣部的基板放置部32。從夾盤本體30之基板放置部32延伸於上方的引導部34之內周面，朝向基板載台之半徑方向內方而傾斜於下方。引導部34之內周面成為在基板放置部32上放置基板W時引導基板W之外周端面，進行該基板W之定位，而具有一定傾斜角之引導面36。該傾斜角係60±5°。
在夾盤本體30中，在向內側關閉之方向轉動，並在與基板放置部32之間夾持基板W周緣部之夾盤爪40，經由支軸42自由旋轉地支撐。夾盤爪40之下部經由連結銷46而連結於自由上下移動之圓柱狀的開放銷48上端，開放銷48以線圈彈簧50之彈性力施力於下方。
藉此，使開放銷48以線圈彈簧50之彈性力移動於下方，並使夾盤爪40在向內側關閉之方向轉動，可在基板放置部32與夾盤爪40之間把持基板W之周緣部。此外，藉由使開放銷48抵抗線圈彈簧50之彈性力而上 升，使夾盤爪40在向外側打開之方向轉動，可解除基板W之周緣部在基板放置部32與夾盤爪40之間的把持。
在此種筆刷洗淨機10中，考慮基板W之搬運安全性等，例如處理(洗淨)直徑為300mm之基板W時，基板夾盤機構16通常使用以圓弧狀結合其引導部34之引導面36上端而形成的開口(前口)之內徑D1為308.559mm程度者。此時，引導部34從基板放置部32上面起之高度H1為8.5mm程度。
換言之，基板W通常以機器人手臂保持，而搬運至基板載台14上方。此時，各基板夾盤機構16將夾盤爪40在向外側開放狀態下待機。而後，使機器人手臂下降，將基板從機器人手臂交接至筆刷洗淨機10。考慮基板在該機器人手臂內之偏差(搖動)及作業者的示教(Teaching)誤差等，將該開口內徑D1設定成比基板W之直徑大，以便可將基板W確實收納於圓弧狀結合引導面36之上端而形成的開口(前口)內。而後，以伴隨機器人手臂之下降，將引導部34之引導面36(內周面)作為引導，基板W以本身重量收納於指定位置之方式規定引導面36的傾斜角。因為該引導面36之傾斜角須為某種程度陡峭之角度，且如前述，需要設定開口內徑D1大達某種程度，所以引導部34從基板放置部32上面起之高度提高。
使用引導部34之大小變大者作為基板夾盤機構16時，以基板夾盤機構16把持基板W使其旋轉時，飛散之洗淨液(水)的液量增大，且產生大的氣流。因而，飛散之洗淨液返回基板表面而再度污染基板，或污染整個洗淨機之程度變大。特別是為了提高生產量而欲加快基板轉速時，此種現象顯著。
為了儘量抑制把持基板W使其旋轉時產生的氣流及飛散之洗淨液(水)的液量，如第三圖所示，係使用比第二圖所示之基板夾盤機構16，縮小將內周面作為引導面36a之引導部34a形狀的基板夾盤機構16a。圓弧狀結合該基板夾盤機構16a之引導部34a的引導面36a上端而形成的開口(前口)內徑D2，例如為303.2mm(最小值302.823mm)，且引導部34a從基板放置部32上面起之高度H2係2.5mm程度。
但是，如此縮小圓弧狀結合引導部34a之引導面36a上端而形成的開口內徑D2時，引導部34a對基板W之引導功能減弱，為了可將基板W確實收納於內徑D2的開口內，基板搬運用之示教容許度相當小。
此外，如第一圖所示，例如在4支支臂12之前端固定基板夾盤機構16時，彼此鄰接之基板夾盤機構16間的間隔寬，藉由筆型洗淨工具26對基板W之按壓力，可能造成基板W變形或破損。該現象在基板W之轉速愈快時愈顯著，成為為了提高生產量而加快基板速度時的弊端。因而需要採取對策。而且，基板本身亦因微細化等，強度亦減弱，基板容易受到筆型洗淨工具26對基板W之按壓力的影響。
上述情況在用作半導體晶圓處理裝置之旋轉型乾燥機(SRD)或IPA(異丙醇)乾燥機等，使用於基板處理之其他基板處理裝置亦同樣。
本案申請人提出一種可將旋轉部之重量抑制到最小限度，並可高速旋轉之基板把持裝置，以及在乾燥工序不致再度污染洗淨後之基板的基板洗淨裝置(參照專利文獻1,2)。並提出一種保持基板周緣部之保持部件，係使用具有與基板周緣部接觸之接觸部件、支撐基板下面周緣部之 階部、及壓緊基板上面側之突起狀壓緊部的機構之洗淨裝置(參照專利文獻3)。此外，提出一種具備本體為具有朝下擴口之比較長的傾斜面、及位於該傾斜面下側，由緩慢傾斜之階部所形成之錐角部的基板保持裝置(參照專利文獻4)。再者，提出一種支撐基板全周使其旋轉之基板處理裝置(參照專利文獻5)。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
[專利文獻1]日本特開平10-59540號公報
[專利文獻2]日本特開2004-356517號公報
[專利文獻3]日本特開平8-255776號公報
[專利文獻4]日本特開2003-303871號公報
[專利文獻5]專利第3512322號公報
但是，上述各先前技術並非儘量降低將內周面作為引導基板之外周端面，進行基板之定位的引導面之引導部高度，可將基板確實收納於以引導部之引導面構成的開口(前口)內者。
本發明係鑑於上述情形者，其目的為提供一種儘量降低將內周面作為引導基板之外周端面，進行基板之定位的引導面之引導部高度，可將基板確實收納於以引導部之引導面構成的開口(前口)內之基板處理裝置。
本發明之基板處理裝置係把持基板之周緣部，使基板旋轉而處理，其具備：自由旋轉之基板載台，其係具有放射狀延伸之複數個支臂；及基板夾盤機構，其係分別固定於前述支臂之前端，而把持基板之周緣部。前述基板夾盤機構具有：夾盤本體，其係具有：基板放置部，其係放置基板之周緣部；及引導面，其係在該基板放置部中放置基板時，引導基板之外周端面進行該基板之定位；及夾盤爪，其係自由轉動地支撐前述夾盤本體，在向內側關閉之方向轉動，而在與前述基板放置部之間夾持基板之周緣部。前述引導面具有：第一引導面，其係在前述基板放置部中放置保持基板時，引導以本身重量下降之基板的外周端面；及第二引導面，其係使夾盤爪在向內側關閉之方向轉動，而在與前述基板放置部之間夾持基板周緣部時，引導與該夾盤爪接觸而移動之基板的外周端面。
採用本發明時，可使引導部之第二引導面的傾斜比第一引導面之傾斜緩和，降低引導部之高度，且以基板可確實收納於圓弧狀結合第一引導面上端而形成之開口(前口)內的方式，設定該開口內徑比基板之直徑大。
圓弧狀結合前述第一引導面上端而形成之開口內徑，宜設定成處理之基板外徑加上依據以機器人手臂保持基板而搬運之機器人的定位誤差最大值、在機器人手臂內基板偏差範圍之最大值、及作業者之示教誤差最大值構成的3個最大值而計算之值，再加上容許值之值。
處理直徑為300mm之基板時，圓弧狀結合第一引導面上端而形成之開口(前口)內徑，例如係305.785mm。
前述引導部從前述基板放置部上面起的高度宜係 2.0mm~5.0mm。
處理直徑為300mm之基板時，引導部從基板放置部上面起之高度例如係2.5mm。
前述支臂數量宜為8個以上。藉此，增加支撐基板之部位，更縮短彼此鄰接之基板夾盤裝置間的間隔，可防止因筆形海綿等按壓而造成基板變形或破損。
亦可使前述基板放置部連續成環狀。藉此，環狀連續支撐基板之周緣部，可防止因筆形海綿等按壓造成基板之變形或破損。
宜在前述環狀連續之基板放置部的一部分設置供機器人手臂通過之缺口。藉此，機器人手臂不致干擾基板放置部，可將機器人手臂所保持之基板交接至基板處理裝置。
採用本發明時，可將引導部之第二引導面的傾斜比第一引導面之傾斜緩和，藉此，可以降低引導部之高度，並使基板確實收納於圓弧狀結合第一引導面上端而形成的開口(前口)內之方式，設定該開口內徑比基板直徑大，而確保充分之引導寬度。
10‧‧‧筆刷洗淨機(基板處理裝置)
12‧‧‧支臂
14,14a‧‧‧基板載台
16,16a,16b‧‧‧基板夾盤機構
18‧‧‧上部洗淨液供給噴嘴
20‧‧‧下部洗淨液供給噴嘴
22‧‧‧支撐軸
24‧‧‧搖動支臂
26‧‧‧筆型洗淨工具
30‧‧‧夾盤本體
32‧‧‧基板放置部
34,34a,34b‧‧‧引導部
36,36a,36b‧‧‧引導面
40‧‧‧夾盤爪
42‧‧‧支軸
46‧‧‧連結銷
48‧‧‧開放銷
50‧‧‧線圈彈簧
52a‧‧‧第一引導面
52b‧‧‧第二引導面
54‧‧‧機器人手臂
56‧‧‧基板放置部
58‧‧‧缺口
W‧‧‧基板
D1,D2,D3‧‧‧開口內徑(內徑)
H1,H2,H3‧‧‧高度
T‧‧‧曲線
d‧‧‧直徑
θ1,θ2‧‧‧傾斜角度
第一圖係顯示先前筆刷洗淨機之概要的斜視圖。
第二圖係顯示第一圖所示之筆刷洗淨機的基板夾盤機構之剖面圖。
第三圖係顯示基板夾盤機構之其他例的剖面圖。
第四圖係顯示適用於第一圖所示之筆刷洗淨裝置之本發明實施形態的基板處理裝置概要之平面圖。
第五圖係顯示第四圖之筆刷洗淨機(基板處理裝置)的基板夾盤機構之剖面圖。
第六(a)圖係將第五圖所示之基板夾盤機構的重要部分，與第二圖所示之基板夾盤機構的內周面作為引導面之引導部、及第三圖所示之基板夾盤機構的內周面作為引導面之引導部共同顯示的重要部分放大剖面圖。第六(b)圖係顯示由第一引導面52a及第二引導面52b構成之引導面36b的概略剖面圖。
第七圖係顯示機器人手臂、基板之直徑d、及圓弧狀結合引導部之第一引導面上端而形成的開口(前口)內徑D3之關係圖。
第八圖係顯示本發明其他實施形態之基板處理裝置概要的平面圖。
第九圖係顯示本發明又其他實施形態之基板處理裝置概要的平面圖。
以下，參照第四圖至第九圖說明本發明之實施形態。以下之例係顯示在第一圖所示之筆刷洗淨裝置10中適用本發明之基板處理裝置的例。另外，第一圖至第九圖中，對同一或相當之構成要素註記同一符號，並省略重複之說明。
第四圖係顯示適用於第一圖所示之筆刷洗淨裝置10的本發明實施形態之基板處理裝置概要的平面圖。如第四圖所示，筆刷洗淨機(基板處理裝置)10具備：自由旋轉之基板載台14a，其係具有朝向半徑方向外側而放射狀延伸之複數支(本例為8支)支臂12；及複數個基板夾盤機構16b，其係分別固定於各支臂12之前端，並把持基板W之周緣部。另外，如第一圖所示，筆刷洗淨裝置10中還具備分別於基板W之表面及背面供給藥 劑或純水等洗淨液的上部洗淨液供給噴嘴18及下部洗淨液供給噴嘴20，不過第四圖中並無圖示。
位於基板載台14a之側方豎立設置自由上下移動及旋轉之支撐軸22，在該支撐軸22之上端連結延伸於水平方向之搖動支臂24的基端，在該搖動支臂24之自由端安裝有在垂直方向垂下之例如由PVA海綿構成的筆型洗淨工具26。
第五圖顯示基板夾盤機構16b之剖面圖。如第五圖所示，基板夾盤機構16b具有夾盤本體30，其係在支臂12之前端連結下端並延伸於上方；及夾盤爪40，其係向內側關閉之方向轉動，在與基板放置部32之間夾持基板W的周緣部。從夾盤本體30之基板放置部32伸出上方的引導部34b之內周面，在基板放置部32上放置基板W時，成為引導基板W之外周端面，進行該基板W之定位的引導面36b。
該引導部34b之引導面36b具有：第一引導面52a，其係在基板放置部32上放置保持基板W時，引導以本身重量下降之基板W的外周端面；及第二引導面52b，其係使夾盤爪40在向內側關閉之方向轉動，在與基板放置部32之間夾持基板W之周緣部時，引導與該夾盤爪40接觸並移動之基板W的外周端面。而後，第一引導面52a與第二引導面52b以不產生階差而平滑之曲面結合。
而後，本例之筆刷洗淨機10使用於處理(洗淨)直徑為300mm之基板，圓弧狀結合引導部34b之第一引導面52a上端而形成的開口(前口)內徑D3設定為305.785mm，引導部34b從基板放置部32上面起之高度H3設定為2.5mm。第四圖中，以一點鏈線顯示具有內徑D3之開口(前口)。
另外，引導部34b從基板放置部32上面起之高度H3宜為2.0mm~5.0mm。
第六(a)圖係放大基板夾盤機構16b之重要部分而顯示的重要部分放大圖。第六(a)圖中，曲線T表示夾盤爪40前端之軌跡。第六(a)圖為了比較第二圖所示之基板夾盤機構16的內周面作為引導面36之引導部34、及第三圖所示之基板夾盤機構16a的內周面作為引導面36a之引導部34a，而以假設線顯示。
基板W以機器人手臂保持，將夾盤爪40搬運至向外側開放狀態之基板載台14a的上方，藉由使機器人手臂下降，而從機器人手臂交接至筆刷洗淨機10。而後，使夾盤爪40在向內側關閉之方向轉動，而在夾盤爪40與基板放置部32之間把持基板W之周緣部。
此時，基板W伴隨機器人手臂之下降，首先在第一引導面52a引導外周端面並以本身重量下降，即使例如有作業者之示教誤差，仍可平滑降落第一引導面52a而定位。因而，第一引導面52a之傾斜角設定成大達某種程度。而後，使機器人手臂下降至指定位置，抽出機器人手臂後，使夾盤爪40向內側關閉的方向轉動。此時，若基板W未正確定位時，基板W以任何一個夾盤爪40壓緊而移動於內方，向該內方移動時，以第二引導面52b引導外周端面而定位。因而，第二引導面52b之傾斜角無須如此程度大，而可設定成比第一引導面52a之傾斜角相當小。第一引導面52a及第二引導面52b分別朝向基板載台14a之半徑方向內方而傾斜於下方。
第六(b)圖係顯示由第一引導面52a及第二引導面52b構成之引導面36b的概略剖面圖。如第六(b)圖所示，第一引導面52a之傾斜角度θ1 係60±5°，第二引導面52b之傾斜角度θ2係30±5°。第一引導面52a與第二引導面52b之邊界部以0.5~1.0R程度形成曲面，便於基板平滑地移動。
如第六(b)圖所示，第一引導面52a從引導部34b之內端部(開口內徑D3之部分)以θ1(60±5°)之角度延伸至(1/2)H3之高度，因此，第二引導面52b改變傾斜角度而以θ2(30±5°)之角度延伸至引導面36b的內端部。第一引導面52a與第二引導面52b之邊界位於從基板放置部32之上面起(1/2)H3的高度。
如此，藉由將引導部34b之第二引導面52b的傾斜比第一引導面52a之傾斜緩和，如第六(a)圖所示，將引導部34b從基板放置部32上面起之高度H3，例如壓緊成與第三圖所示之基板夾盤機構16a的引導部34a從基板放置部32上面起之高度H2大致相同高度，以基板W可收納於圓弧狀結合引導部34b之第一引導面52a上端而形成的開口(前口)內之方式，可將該開口內徑D3設定成比例如圓弧狀結合第三圖所示之基板夾盤機構16a的引導部34a之引導面36a上端而形成之開口(前口)內徑D2大。
第七圖顯示機器人手臂54、基板W之直徑d、及圓弧狀結合引導部34b之第一引導面52a上端而形成的開口(前口)內徑D3之關係。該開口內徑D3係以即使在最差情況下累積公差，以目前的機器人示教仍不致引起夾盤錯誤，本例係設定為305.785mm。
換言之，該開口內徑D3係設定成在處理之基板外徑：299.8mm加上依據由機器人手臂保持基板而搬運之機器人定位誤差的最大值：±0.5mm、基板在機器人手臂內之偏差範圍最大值：±1.232mm、及作業者之示教誤差的最大值：±0.75mm(包含機器人解析度0.12mm)構成之3 個最大值所計算之值的值A，進一步加上容許值B的值。亦即，將機器人定位誤差之最大值、基板在機器人手臂內之偏差範圍的最大值、以及示教誤差之最大值分別平方，平方之值相加，求出其合計值之平方根。將如此求出之值加上基板之外徑值而獲得值A。該值A加上容許值B而獲得開口內徑D3。
亦即，上述值A從下述公式求出為302.82mm。
A=299.8+((1.23×2)2+(0.5×2)2+(0.75×2)2)1/2
而後，容許值B設為2.965mm時，開口內徑D3成為在上述值A加上容許值B之值，而為305.785(302.82(A)+2.965(B)=305.785(D3))。該容許值B任意設定。另外，值A亦可在處理之基板的外徑值加上上述3個最大值之絕對值而求出。
如上述，採用本例之基板夾盤機構16b時，可將引導部34b之第二引導面52b的傾斜比第一引導面52a之傾斜緩和，藉此，可以降低引導部34b之高度，並使基板W確實收納於圓弧狀結合第一引導面52a上端而形成的開口(前口)內之方式，將該開口內徑D3設定成比基板W之直徑d大，而確保充分之引導寬度。
採用該筆刷洗淨機10時，係在以基板夾盤機構16b把持周緣部而以指定轉速旋轉之基板W表面，從上部洗淨液供給噴嘴18(參照第一圖)供給洗淨液，同時將筆型洗淨工具26以指定之按壓力按壓於基板W表面，同時移動於一個方向，進行基板W表面之刷洗。
此時，藉由具備8支支臂12，並在各支臂12之前端具備基板夾盤機構16b，可增加支撐基板W之部位，更加縮短彼此鄰接之基板夾盤機 構16b間的間隔，防止因筆型洗淨工具26之按壓造成基板W的變形或破損。另外，支臂12數量任意設定為8支以上。
第八圖係顯示本發明其他實施形態之基板處理裝置概要的平面圖。本例與前述實施形態不同之處為可以環狀連續而延伸之基板放置部56放置保持基板W之周緣部。另外，在基板放置部56中，以沿著圓周方向之指定間距形成有排水用的溝。
如此，藉由以環狀連續而延伸之基板放置部56環狀連續支撐基板的周緣部，可防止因筆形海綿等之按壓造成基板的變形或破損。
第九圖係顯示本發明又其他實施形態之基板處理裝置概要的平面圖。本例與第八圖所示之實施形態不同之處為在環狀連續而延伸之基板放置部56的指定位置設有供機器人手臂通過之缺口58。藉此，機器人手臂不致與基板放置部56干擾，可將機器人手臂保持之基板交接至基板處理裝置。
另外，上述之例係將本發明適用於筆刷洗淨機，當然亦可適用於作為半導體晶圓處理裝置而使用之旋轉型乾燥機(SRD)及IPA(異丙醇)乾燥機等，使用於基板處理之其他基板處理裝置。
以上係就本發明一種實施形態作說明，不過本發明不限定於上述之實施形態。在其技術性思想範圍內當然可以各種不同形態來實施。
30‧‧‧夾盤本體
32‧‧‧基板放置部
34,34a,34b‧‧‧引導部
36,36a,36b‧‧‧引導面
40‧‧‧夾盤爪
52a‧‧‧第一引導面
52b‧‧‧第二引導面
D1,D2,D3‧‧‧開口內徑(內徑)
H1,H2,H3‧‧‧高度
T‧‧‧曲線

Claims (6)

  1. 一種基板處理裝置，係把持基板之周緣部，使基板旋轉而處理，其具備：自由旋轉之基板載台，其係具有放射狀延伸之複數個支臂；及基板夾盤機構，其係分別固定於前述支臂之前端，而把持基板之周緣部；前述基板夾盤機構具有：夾盤本體，其係具有：基板放置部，其係放置基板之周緣部；及引導面，其係在該基板放置部中放置基板時，引導基板之外周端面進行該基板之定位；及夾盤爪，其係自由轉動地支撐前述夾盤本體，在向內側關閉之方向轉動，而在與前述基板放置部之間夾持基板之周緣部；前述引導面具有：第一引導面，其係在前述基板放置部中放置保持基板時，引導以本身重量下降之基板的外周端面；及第二引導面，其係使夾盤爪在向內側關閉之方向轉動，而在與前述基板放置部之間夾持基板周緣部時，引導與該夾盤爪接觸而移動之基板的外周端面。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中圓弧狀結合前述第一引導面上端而形成之開口內徑，係設定成處理之基板外徑加上依據以機器人手臂保持基板而搬運之機器人的定位誤差最大值、在機器人手臂內基板偏差範圍之最大值、及作業者之示教誤差最大值構成的3個最大值而計算之值，再加上容許值之值。
  3. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中前述引導部從前述基板 放置部上面起的高度係2.0mm~5.0mm。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中前述支臂數量係8個以上。
  5. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中使前述基板放置部連續成環狀。
  6. 如申請專利範圍第5項之基板處理裝置，其中在前述環狀連續之基板放置部的一部分設置供機器人手臂通過之缺口。
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