WO2005013345A1 - 基板処理装置 - Google Patents

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WO2005013345A1 PCT/JP2004/010563 JP2004010563W WO2005013345A1 WO 2005013345 A1 WO2005013345 A1 WO 2005013345A1 JP 2004010563 W JP2004010563 W JP 2004010563W WO 2005013345 A1 WO2005013345 A1 WO 2005013345A1
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shaft
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Kenichiro Nakamura
Tsuyoshi Hirayama
Minoru Momotomi
Kenji Kiyokawa
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B1/00—Cleaning by methods involving the use of tools
    • B08B1/30—Cleaning by methods involving the use of tools by movement of cleaning members over a surface
    • B08B1/32—Cleaning by methods involving the use of tools by movement of cleaning members over a surface using rotary cleaning members
    • B08B1/36—Cleaning by methods involving the use of tools by movement of cleaning members over a surface using rotary cleaning members rotating about an axis orthogonal to the surface
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P52/00—Grinding, lapping or polishing of wafers, substrates or parts of devices

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus for performing a surface treatment of a substrate such as a semiconductor wafer.
  • a swing arm 32 provided with a cleaning tool 31 facing the substrate 1 and a bracket 34 attached with a swing motor 33 operating the swing arm are provided.
  • the cleaning tool 31 is moved to a predetermined height by raising and lowering the bracket 34 by means of a servomotor 36 via a lifting device, for example, a pole screw 35, so that the height of the cleaning tool 31 depends on the height position of the cleaning tool 31.
  • the set value is input to the controller to calculate the number of rotations of the servo motor 36, and the rotation is performed according to the calculated value.
  • the number of rotations is detected by the rotary encoder 37 and the controller makes a field back to set the cleaning tool 31 It is moved to the height you set.
  • the cleaning brush is raised and lowered to contact a pressure sensor provided at a position different from the wafer, and the cleaning brush is moved up and down to a high pressure when the basic pressure is reached. By adjusting the difference in height between the pressure sensor position and the actual substrate installation surface, the height when the cleaning brush is opposed to the substrate is detected.
  • the detected height The substrate is raised and lowered to apply a predetermined basic pressure to the substrate.
  • a predetermined basic pressure for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-1351567.
  • the lifting and lowering movement for adjusting the unit pressure of the processing tool for example, the cleaning brush in the conventional substrate processing apparatus is performed by the air cylinder and the servomotor.
  • the entire bracket equipped with the fin is raised and lowered, and the amount of movement is detected and fed back to bring the processing tool into contact with the substrate surface in accordance with the set value.Height adjustment for adjusting the contact pressure Similarly, the entire bracket is moved up and down.
  • the entire device that supports the processing tool and the swing arm not only increases the weight, but also accumulates the gaps and backlash of each part of the mechanism, causing delays in control and errors. Even with control, it was difficult to precisely adjust the distance from the substrate surface and the pressure applied to the substrate. Therefore, this effort is to provide a lifting device that moves the entire processing tool to a predetermined height, and a vertical movement device for the operating shaft that adjusts and holds the pressure of the processing tool, and separates the contact between the substrate and the processing tool. It is an object of the present invention to be able to finely and easily adjust and maintain the pressure.
  • the present invention provides a processing tool for performing a process such as cleaning while maintaining a predetermined pressure on the surface of a substrate, an operation shaft to which the processing tool is attached, and a bracket supporting the operation shaft. And a mounting frame for swingably supporting the bracket, and a lifting / lowering device for moving the mounting frame up and down.
  • the operating shaft which is mounted with the processing tool and rotates, is moved up and down on the placket.
  • a holding member that freely supports the operating shaft only in the rotational direction, and a servomotor that is connected to the holding member and applies a torque to the operating shaft. The contact pressure between the processing tool and the substrate is adjusted.
  • the servo motor applies a torque to the operating shaft in accordance with a difference between the weight of the processing tool including the operating shaft and a predetermined contact pressure (weight).
  • a holding member that is connected to the rotating motor shaft via a pin joint so as not to add weight to the operating motor and that freely supports only in the rotational direction, and applies torque to the operating shaft by connecting to the holding member.
  • Servo motor is provided.
  • the present invention provides a holding member that supports an operation shaft to which a processing tool is attached so as to be able to move up and down independently of an elevating device that moves the entire mounting frame up and down, and that freely supports the operation shaft only in the rotational direction.
  • a servo motor connected to the holding member is provided, and the weight of the operation shaft is offset by the torque of the servo motor so that the operation shaft contacts the substrate with a weight corresponding to a predetermined pressure. For this reason, the processing tool can always be brought into contact with the substrate surface at a predetermined pressure, and even if the position of the upper surface of the substrate fluctuates due to the rotation of the substrate chuck, the operation axis always maintains the contact state with the substrate surface at a constant pressure. Hold.
  • the contact pressure can be adjusted accurately, for example, even in units of 1 gram, and the weight of the operating shaft is small, so that quick and precise pressure adjustment can be performed. Further, it is not necessary to strictly move the position of the entire mounting frame to a predetermined position, so that the lifting device and its operation can be simplified.
  • the operating shaft is connected to the rotating motor via a pin joint to prevent the weight of the rotating motor from being applied to the operating shaft, thereby reducing the torque applied to the operating shaft, making the servo motor smaller, and making adjustments easier. It can be done easily.
  • FIG. 1 is a side sectional view showing a schematic configuration of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic side view showing a conventional configuration example.
  • 1 is a substrate
  • 2 is a substrate chuck
  • 3 is a processing tool
  • 4 is an operating shaft
  • 5 is an air bearing
  • 6 is a holding member
  • 7 is a coupling ear
  • 8 is a rotation motor
  • 9 is a rotation motor.
  • 10 is a bracket
  • 11 is a servomotor
  • 12 is a connecting arm
  • 13 is a mounting frame
  • 14 is a swing motor
  • 15 is a lifting device.
  • reference numeral 1 denotes a substrate, which is attached to a substrate check 2.
  • 3 is a processing tool, for example, a cleaning brush
  • 4 is an operation shaft on which the processing tool 3 is mounted
  • 5 is an air bearing
  • 6 is a holding member for holding the operation shaft 4
  • the axis direction is held so as to move integrally.
  • Reference numeral 7 denotes a connecting ear provided on a side surface of the holding member
  • reference numeral 8 denotes a motor for rotating the operating shaft.
  • the operating shaft 4 is connected to the operating shaft 4 by a pin joint 9 so that it can be slightly moved in the axial direction. Weight is not added.
  • Reference numeral 10 denotes a bracket on which the operation shaft 4 and the rotation motor 8 are mounted
  • reference numeral 11 denotes a servomotor provided on the bracket 10, which uses a torque motor that changes the output torque linearly with respect to the exciting current
  • 1 2 is a connecting arm having one end fixed to the axis of the servo motor 11 and the other end is pin-connected to the connecting ear 7
  • 13 is a mounting frame
  • a swing motor 14 for swinging the bracket 10 4 It is moved up and down by a lifting device 15.
  • the mounting frame 13 is lowered to a stopper (not shown) at a predetermined position by the elevating device 15 such as a screw shaft, and the processing tool such as the cleaning brush 3 is moved to a position facing the upper surface of the substrate 1.
  • This movement does not require the servo motor of the elevating device to match the set value with the detection signal of the rotary encoder and move the processing tool 3 accurately to the predetermined position with respect to the substrate 1 as in the past. However, it is only necessary to be within the range of the vertical movement of the operation shaft 4.
  • the operating shaft 4 including the processing tool 3 is supported by an air bearing 5 and separated from the rotating motor 8 by a pin joint 9 .
  • the operating shaft 4 is connected to a servomotor 11 via a holding member 6. I have.
  • the holding member 6 Torque (G_g) is applied to the operating shaft 4 via the lever in the direction in which the operating shaft 4 is pulled up, and the weight corresponding to the torque from the weight G of the operating shaft 4
  • the weight of the operating shaft 4 is offset, and the weight corresponding to the predetermined pressure value is maintained.
  • the contact pressure is kept constant even when the substrate position changes.
  • the cleaning liquid flows between the processing tool 3 and the substrate 1 to form a minute gap. Even in this case, the contact pressure is maintained through the cleaning liquid film.
  • the operation shaft 4 can be directly connected to the rotation motor to include the weight of the rotation motor 8, but the processing tool is excessively heavy. Therefore, in the embodiment of FIG. And the rotation motor 8 are connected by a pin joint 9 so that they can move slightly in the axial direction. The operation shaft 4 and the rotation motor 8 are separated, and the weight of the operation shaft 4 including the processing tool 3 is reduced. This can reduce the torque of the servo motor 11.
  • the operating shaft to which the processing tool is attached is supported so as to be able to move up and down, and the operating shaft can be freely moved only in the rotational direction.
  • a supporting member and a servo motor connected to the supporting member are provided, and the weight of the operating shaft is offset by the torque of the servo motor so that the operating shaft contacts the substrate with a weight corresponding to a predetermined pressure.
  • the processing tool can always be brought into contact with the substrate surface at a predetermined pressure, and even if the position of the upper surface of the substrate fluctuates due to the rotation of the substrate chuck, the operation axis always keeps contact with the substrate surface at a constant pressure. can do.
  • the contact pressure can be adjusted accurately, for example, even in units of 1 gram, and the weight of the operating shaft is small, so that quick and precise pressure adjustment can be performed. Further, it is not necessary to strictly move the position of the entire mounting frame to a predetermined position, so that the lifting device and its operation can be simplified.
  • the operating shaft is connected to the rotating motor via a pin joint to prevent the weight of the rotating motor from being applied to the operating shaft, thereby reducing the torque applied to the operating shaft, making the servo motor smaller, and making adjustments easier. It can be done easily.

Landscapes

  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

本発明の課題は、基板と処理具とを常に所定の圧力で接触保持させる基板処理装置を提供することである。本発明によれば、昇降装置15により昇降するブラケット10に、基板1の表面に設定圧力で接触して洗浄などの処理を行う処理具3と、この処理具3を取り付けた操作軸4と、操作軸4を回転方向にのみ自由に支持する保持部材6と、保持部材6に連結して操作軸4を上下動させるサーボモータ11と、操作軸4をピン接手9で連結した回転用モータ8を設けている。ブラケット10の昇降装置15とは別に、操作軸4を上下動させるサーボモータ11を備え、処理具3を含む操作軸4の重量と、所定の接触圧力(重量)との差に応じて励磁し、出力トルクを操作軸4に加えて操作軸4の重量を相殺し、処理具3を所定の接触圧力に対応した重量で基板面に接触させる。

Description

明細書 基板処理装置
<技術分野 > 本発明は、 半導体ウェハなどの基板の表面処理を行うための基板処理装置に関 する。
<背景技術 > 従来、 半導体ウェハ、 液晶表示装置用基板などの表面に、 洗浄や研磨等の処理 を行う場合は、 基板面に加わる処理具たとえばノズルゃ洗浄ブラシの圧力を精密 に保持させる必要がある。 このため、 図 2に示すように、 基板 1に対向する洗浄具 3 1を備えた揺動ァー ム 3 2と、 この揺動アームを操作する揺動モータ 3 3を取り付けたブラケット 3 4を備え、 このブラケット 3 4を昇降装置たとえばポールネジ 3 5を介してサー ボモータ 3 6により昇降させ、 洗浄具 3 1を所定の高さに移動させており、 洗浄 具 3 1の高さ位置に応じた設定値をコントローラに入力してサーポモータ 3 6の 回転数を演算し、 演算値に応じて回転させ、 その回転数をロータリーエンコーダ 3 7で検出してコントローラにフィールドバックさせ、 洗浄具 3 1を設定した高 さに移動させるようにしている。 （特開平 1 1一 2 8 3 9 5 0号参照） また、 洗浄ブラシを昇降させてウェハとは別の位置に設けた圧力センサに接触 させ、 昇降移動させて基本圧力になったときの高さと、 圧力センサの位置と実際 の基板設置面との高さの差を加減することによつて洗浄ブラシを基板に対向させ るときの高さを検出し、 洗浄ブラシの回転モータを含む全体を前記検出した高さ まで昇降させ、 基板に所定の基本圧力を加えるようにしている。 （特開平 1 0— 1 3 5 1 6 7号参照） このように、 従来の基板処理装置における処理具たとえば洗浄ブラシの位單ゃ 圧力を調整する昇降移動は、 エアシリンダゃサーボモータで処理具を備えたブラ ケット全体を昇降させ、 その移動量を検出してフィードバックすることにより設 定値に合わせて処理具を基板面に接触させるようにしており、 接触圧力を調整す るための高さ調節も同様にブラケット全体の昇降で行われている。
しかるに、 処理具や揺動アームなどを支持する全体の装置は、 重量が大きくな るだけでなく、 機構上の各部のギャップやバックラッシュが累計され、 制御の遅 れゃ誤差を生じやすく、 フィードバック制御を行っても、 基板面との間隔や基板 に加える圧力の精密な調整が困難であった。 そこで、 本努明は、 処理具全体を所定の高さに移動させる昇降装置と、 処理具 の圧力を調整保持する操作軸の上下動装置とを別個に備え、 基板と処理具との接 触圧を精密かつ容易に微調整し保持できるようにすることを目的とする。
<発明の開示 >
上記目的を達成するため、 本発明は、 基板の表面に所定の圧力を保持して洗浄 などの処理を行う処理具と、 この処理具を取り付けた操作軸と、 この操作軸を支 持したブラケットと、 このブラケットを揺動可能に支持する取付枠と、 この取付 枠を昇降移動させる昇降装置を備えた基板処理装置において、 前記処理具を取り 付けて回転する前記操作軸を前記プラケットに上下動できるように設け、 前記操 作軸を回転方向にのみ自由に支持する保持部材と、 前記保持部材に連結して前記 操作軸にトルクを加えるサーポモータを備え、 前記サーボモータのトルクによつ て前記処理具と前記基板との接触圧力を調整するようにしている。 なお、 前記サーボモータが、 操作軸を含めた処理具の重量と、 所定の接触圧力 (重量） との差に応じたトルクを操作軸に加えるようにし、 前記操作軸は、 回転 用モータの重量が加わらないようにピン接手を介して回転用モータ軸に連結さ れ、 回転方向にのみ自由に支持する保持部材を備え、 前記保持部材に連結して操 作軸にトルクを加えるサーボモータを設けている。 このように本発明は、 取付枠全体を昇降移動させる昇降装置とは別に、 処理具 を取り付けた操作軸を上下動できるように支持させ、 操作軸を回転方向にのみ自 由に支持する保持部材と、 保持部材に連結したサーポモータを設け、 このサーポ モータのトルクで操作軸の重量を相殺して、 操作軸が所定の圧力に対応する重量 で基板と接触するようにしている。 このため、 処理具を常に所定の圧力で基板面 に接触させることができ、 基板チャックの回転により基板の上面位置が変動して も、 操作軸が常に一定の圧力で基板面との接触状態を保持する。
また、 サーポモータのトルクを調整することによって、 接触圧力をたとえば 1 グラム単位でも正確な調整ができ、 操作軸の重量が小さいので迅速かつ精密な圧 力調整を行い得るなどの効果がある。 また、 取付枠全体の位置を所定位置に厳密に移動させる必要がなく、 昇降装置 とその操作を簡単にすることができる。
なお、 操作軸をピン接手を介して回転用モータに連結し、 回転用モータの重量 が操作軸に加わらないようにすることにより、 操作軸に加えるトルクを軽減させ てサーポモータを小型にし、 調整を容易に行うことができる。
<図面の簡単な説明 >
図 1は、 本発明の実施例の概略構成を示す側断面図である。
図 2は、 従来の構成例を示す概略の側面図である。
なお、 図中の符号、 1は基板、 2は基板チャック、 3は処理具、 4は操作軸、 5はエア一ベアリング、 6は保持部材、 7は連結耳、 8は回転用モータ、 9はピ ン接手、 1 0はブラケット、 1 1はサーポモータ、 1 2は連結アーム、 1 3は取 付枠、 1 4は揺動モータ、 1 5は昇降装置である。 く発明を実施するための最良の形態 >
以下、 本発明の実施例について図を参照して説明する。
図 1において、 1は基板で基板チヤック 2に取り付けられている。 3は処理具 で、 たとえば洗浄ブラシ、 4は処理具 3を取り付けた操作軸、 5はエアーべァリ ング、 6は操作軸 4を保持する保持部材で、 操作軸 4を回転方向は自由に、 軸方 向は一体に移動するように保持している。 7は保持部材側面に設けた連結耳、 8 は操作軸の回転用モータで、 操作軸 4をピン接手 9により軸方向に若干の移動が できるように連結し、 操作軸 4に回転用モータ 8の重量が加わらないようにして いる。 1 0は操作軸 4や回転用モータ 8などを取り付けたブラケット、 1 1はプ ラケット 1 0に設けたサーポモータで、 励磁電流に対して出力トルクを直線的に 変化させるトルクモータを用いている。 1 2は一方端をサーボモータ 1 1の軸に 固定し、 他方端を前記連結耳 7にピン結合させた連結アーム、 1 3は取付枠で、 ブラケット 1 0を揺動させる揺動モータ 1 4を備え、 昇降装置 1 5で昇降移動さ れる。 昇降装置 1 5たとえばネジ軸により、 取付枠 1 3を所定位置のストッパー （図 示していない） まで下降させて、 処理具たとえば洗浄ブラシ 3を基板 1の上面の 対向位置に移動させる。 この移動は、 従来のように、 昇降装置のサーボモータを ロータリーエンコーダの検出信号で設定値に一致させ、 基板 1に対して処理具 3 を所定の位置に正確に移動させるようにする必要はなく、 操作軸 4の上下動の範 囲内であればよい。 処理具 3を含む操作軸 4は、 エアーベアリング 5で支持させ、 回転用モータ 8 とはピン接手 9で分離させており、 操作軸 4は保持部材 6を介してサーボモータ 1 1に連結されている。 サーボモータ 1 1を処理具 3を含む操作軸 4の重量 Gか ら所定の接触圧力に対応する重量 gを差し引いた値 （G _ g ) に応じた励磁電流 で励磁することにより、 保持部材 6を介して操作軸 4にトルク （G _ g ) が操作 軸 4を引き上げる方向に加えられ、 操作軸 4の重量 Gからトルクに対応する重量
(G - g ) が差し引かれ、 操作軸 4の下降方向へ作用する重量は gになる。 この ため、 処理具 3は操作軸 4の重量 gで下降して基板 1に重量 gに対応する所定の 圧力で接触保持される。 このサーポモータ 1 1の制御は、 コントローラに、 操作軸 4の重量 Gと， 所定 の接触圧力 gを設定値として入力し、 出力トルクが （G— g ) になるように励磁 電流を演算してフィードバック制御を行えばよ 、。
このように、 操作軸 4にサーポモータ 1 1のトルクを加えることによって、 操 作軸 4の重量が相殺され、 所定の圧力値に対応した重量に保持されており、 基板 1に所定の圧力で接触させることができ、 基板位置が変動しても、 常に接触圧を 一定に保持させる。 なお、 洗浄時は洗浄液が処理具 3と基板 1との間に流入して微小な間隙を生じ るが、 この場合でも洗浄液の膜を介して接触圧力が保持される。
また、 操作軸 4を回転用モータに直結し、 回転用モータ 8の重量を含むように することもできるが、 処理具に過大な重量が加わるので、 図 1の実施例では、 操 作軸 4と回転用モータ 8とをピン接手 9で軸方向に若干の移動ができるように連 結させており、 操作軸 4と回転用モータ 8が分離され、 処理具 3を含む操作軸 4 の重量を軽減して、 サーボモータ 1 1のトルクを小さくすることができる。 ぐ産業上の利用可能性 >
以上説明したように、 本発明によれば、 取付枠全体を昇降移動させる昇降装置 とは別に、 処理具を取り付けた操作軸を上下動できるように支持させ、 操作軸を 回転方向にのみ自由に支持する保持部材と、 保持部材に連結したサーポモータを 設け、 このサーポモータのトルクで操作軸の重量を相殺して、 操作軸が所定の圧 力に対応する重量で基板と接触するようにしているので、 処理具を常に所定の圧 力で基板面に接触させることができ、 基板チヤックの回転により基板の上面位置 が変動しても、 操作軸が常に一定の圧力で基板面との接触状態を保持することが できる。 また、 サーボモータのトルクを調整することによって、 接触圧力をたとえば 1 グラム単位でも正確な調整ができ、 操作軸の重量が小さいので迅速かつ精密な圧 力調整を行い得るなどの効果がある。 また、 取付枠全体の位置を所定位置に厳密に移動させる必要がなく、 昇降装置 とその操作を簡単にすることができる。 なお、 操作軸をピン接手を介して回転用モータに連結し、 回転用モータの重量 が操作軸に加わらないようにすることにより、 操作軸に加えるトルクを軽減させ てサーポモータを小型にし、 調整を容易に行うことができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 基板の表面に所定の圧力を保持して洗浄などの処理を行う処理具と、 この処 理具を取り付けた操作軸と、 この操作軸を支持したブラケットと、 このブラケッ トを揺動可能に支持する取付枠と、 この取付枠を昇降移動させる昇降装置を備え た基板処理装置において、
前記処理具を取り付けて回転する前記操作軸を前記ブラケットに上下動できる ように設け、 前記操作軸を回転方向にのみ自由に支持する保持部材と、 前記保持 部材に連結して前記操作軸にトルクを加えるサーボモータを備え、 前記サーポモ ータのトルクによつて前記処理具と前記基板との接触圧力を調整することを特徴 とする基板処理装置。
2 . 前記サーポモータが、 前記操作軸を含む前記処理具の重量と、 所定の接触圧 力 （重量） との差に応じたトルクを前記操作軸に加えるようにしたことを特徴と する上記発明 1記載の基板処理装置。
3 . 前記操作軸が、 回転用モータの重量が加わらないようにピン接手を介して回 転用モータ軸に連結され、 回転方向にのみ自由に支持する保持部材を備え、 前記 保持部材に連結して前記操作軸にトルクを加えるサーボモータを設けることを特 徴とする上記発明 1または 2記載の基板処理装置。
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