WO2024004348A1 - センタリング装置、センタリング方法および基板処理装置 - Google Patents

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WO2024004348A1
WO2024004348A1 PCT/JP2023/015639 JP2023015639W WO2024004348A1 WO 2024004348 A1 WO2024004348 A1 WO 2024004348A1 JP 2023015639 W JP2023015639 W JP 2023015639W WO 2024004348 A1 WO2024004348 A1 WO 2024004348A1
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substrate
centering
center
gas
substrate support
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PCT/JP2023/015639
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English (en)
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Inventor
翔耀 南
一樹 梶野
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株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping

Definitions

  • the present invention relates to a centering technique for aligning the center of a disk-shaped substrate placed on the upper surface of a substrate support with the center of the substrate support, and a substrate processing apparatus for processing a substrate using the centering technique.
  • the process includes a bevel etching process.
  • Patent application 2022-104216 (filed on June 29, 2022).
  • a substrate processing apparatus that performs chemical processing, cleaning processing, etc. by supplying processing liquid to the peripheral edge of a substrate such as a semiconductor wafer while rotating the substrate.
  • a substrate is suction-held while being supported from below by a spin chuck (corresponding to an example of the "substrate support section" of the present invention).
  • a spin chuck corresponding to an example of the "substrate support section" of the present invention.
  • processing quality will deteriorate. Therefore, in the above apparatus, before processing the substrate, a so-called centering process is performed to reduce the amount of eccentricity of the substrate with respect to the spin chuck.
  • the pusher pushes the substrate on the spin chuck horizontally with the suction holding released. This moves the center of the substrate toward the center (rotation axis) of the spin chuck. At this time, frictional force is generated between the substrate and the spin chuck. The greater the eccentricity before centering, the more affected by this frictional force. Furthermore, depending on the surface condition of the substrate, the coefficient of friction with the spin chuck is large and the substrate is strongly affected by the above-mentioned effects.
  • This invention has been made in view of the above problems, and provides a centering technique and centering technique that can align the center of a disk-shaped substrate placed on the upper surface of a substrate support with the center of the substrate support with high precision.
  • the purpose is to provide a substrate processing apparatus using this technology.
  • a first aspect of the invention is to move the substrate horizontally so that the center of the substrate coincides with the center of the substrate support while the disk-shaped substrate is placed on the upper surface of the substrate support in a horizontal position.
  • a centering device for positioning including a gas supply unit that supplies gas between the substrate placed on the upper surface of the substrate support and the substrate support, and a gas supply unit that supplies gas between the substrate and the substrate support when positioning the substrate. and a gas control section that controls the gas supply section so that gas is present in the air.
  • a second aspect of the present invention is a centering method, in which the center of the substrate coincides with the center of the substrate support when the disk-shaped substrate is placed on the upper surface of the substrate support in a horizontal position.
  • a third aspect of the present invention is a substrate processing apparatus for processing a peripheral portion of a disk-shaped substrate with a processing liquid, the substrate supporting portion having an upper surface for supporting the substrate in a horizontal position, and the centering device. , a suction unit that sucks and holds the substrate on the substrate support by evacuating between the substrate positioned by the centering device and the substrate support, and a suction unit that sucks and holds the substrate and rotates it around the center of the substrate support. and a processing liquid supply mechanism that supplies processing liquid to the peripheral edge of the substrate that is rotated integrally with the substrate support part around the center of the substrate support part.
  • the center of the substrate can be aligned with the center of the substrate support with high precision.
  • All of the plurality of constituent elements of each aspect of the present invention described above are not essential, and may be used to solve some or all of the above-mentioned problems or to achieve some or all of the effects described in this specification. In order to achieve this, it is possible to change or delete some of the plurality of components, replace them with other new components, or delete part of the limited content as appropriate. In addition, in order to solve some or all of the above problems or achieve some or all of the effects described in this specification, technical features included in one aspect of the present invention described above may be implemented. It is also possible to combine some or all of the technical features included in the other aspects of the present invention described above to form an independent form of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a substrate processing system equipped with an embodiment of a substrate processing apparatus according to the present invention.
  • 1 is a diagram schematically showing the configuration of an embodiment of a substrate processing apparatus.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of a substrate holding section and a centering mechanism of the substrate processing apparatus.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the operation of the centering mechanism.
  • 4 is a flowchart showing an example of centering processing executed by the apparatus shown in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. It is a graph which shows the change of load torque with respect to the change of the distance from the base center to the protruding part in 1st Embodiment. It is a graph showing the influence of N2 purge on centering accuracy.
  • FIG. 1 is a diagram showing a substrate processing system equipped with an embodiment of a substrate processing apparatus according to the present invention.
  • the substrate processing system 100 includes a substrate processing section 110 that processes a substrate S, and an indexer section 120 coupled to the substrate processing section 110.
  • the indexer unit 120 includes a container C for accommodating the substrates S (a FOUP (Front Opening Unified Pod) that accommodates a plurality of substrates S in a sealed state), a SMIF (Standard A container holding part 121 that can hold a plurality of pods (Mechanical Interface) pods, OC (Open Cassettes), etc.) and a container C held in this container holding part 121 are accessed, and an unprocessed substrate S is transferred to the container C.
  • the indexer robot 122 is provided for taking out the processed substrate S from the container C and storing the processed substrate S in the container C.
  • Each container C accommodates a plurality of substrates S in a substantially horizontal posture.
  • the indexer robot 122 includes a base portion 122a fixed to the device housing, a multi-joint arm 122b rotatable around a vertical axis with respect to the base portion 122a, and a hand attached to the tip of the multi-joint arm 122b. 122c.
  • the hand 122c has a structure in which the substrate S can be placed and held on its upper surface.
  • An indexer robot having such a multi-joint arm and a hand for holding a substrate is well known, so a detailed description thereof will be omitted.
  • the substrate processing section 110 includes a substrate transfer robot 111 arranged approximately at the center in plan view, and a plurality of processing units 1 arranged so as to surround this substrate transfer robot 111. Specifically, a plurality of processing units 1 are arranged facing the space where the substrate transfer robot 111 is arranged. The substrate transfer robot 111 randomly accesses these processing units 1 and delivers the substrates S thereto. On the other hand, each processing unit 1 executes a predetermined process on the substrate S. In this embodiment, one of these processing units 1 corresponds to the substrate processing apparatus 10 according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of an embodiment of a substrate processing apparatus.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the substrate holding section and centering mechanism of the substrate processing apparatus.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the operation of the centering mechanism, and "adsorption” and “purge” in the diagram indicate the presence or absence of substrate adsorption and the presence or absence of nitrogen gas purge, which will be described later.
  • the substrate processing apparatus 10 is an apparatus that performs bevel etching processing as an example of the "processing" of the present invention, and supplies processing liquid to the peripheral edge of the upper surface of the substrate S within the processing chamber.
  • the substrate processing apparatus 10 includes a substrate holding section 2, a centering mechanism 3 and a processing liquid supply mechanism 4, which are the main components of the centering apparatus according to the present invention. These operations are controlled by a control unit 9 that controls the entire device.
  • the substrate holder 2 includes a spin base 21 which is a disk-shaped member smaller than the substrate S.
  • the spin base 21 is supported by a rotation support shaft 22 extending downward from the center of its lower surface so that its upper surface 211 is horizontal.
  • the rotation support shaft 22 is rotatably supported by a rotation drive section 23.
  • the rotary drive unit 23 has a built-in rotary motor 231, and the rotary motor 231 rotates in response to a control command from the control unit 9.
  • the spin base 21 rotates around a vertical axis AX (dotted chain line) passing through the center 21C of the spin base 21 and extending in the vertical direction.
  • the up-down direction is the vertical direction.
  • a plane perpendicular to the paper plane of FIG. 2 is a horizontal plane.
  • a coordinate system in which the Z axis is the vertical direction and the XY plane is the horizontal plane is appropriately assigned.
  • the upper surface 211 of the spin base 21 has a width that can support the substrate S, and the substrate S can be placed on the upper surface 211 of the spin base 21.
  • the upper surface 211 is provided with a plurality of suction holes, suction grooves, and the like. These suction holes and the like are connected to the suction pump 24 via a suction pipe 241.
  • suction pump 24 operates in response to a control command from the control unit 9, suction force is applied from the suction pump 24 to the spin base 21.
  • air is exhausted from between the upper surface 211 of the spin base 21 and the lower surface of the substrate S, and the substrate S is held by suction on the spin base 21.
  • the substrate S thus held by suction is rotated around the vertical axis AX together with the rotation of the spin base 21. Therefore, if the center SC of the substrate S does not match the center 21C of the spin base 21, that is, if the substrate S is eccentric, the quality of the bevel etching process will deteriorate.
  • a centering mechanism 3 executes the centering process while the suction pump 24 stops suction (that is, while the substrate S is horizontally movable on the upper surface 211 of the spin base 21). This centering process eliminates the eccentricity described above, and the center SC of the substrate S coincides with the center 21C of the spin base 21. Note that the detailed configuration and operation of the centering mechanism 3 will be explained later.
  • a processing liquid supply mechanism 4 is provided to perform bevel etching processing on the substrate S that has undergone centering processing.
  • the processing liquid supply mechanism 4 includes a processing liquid nozzle 41, a nozzle moving section 42 that moves the processing liquid nozzle 41, and a processing liquid supply section 43 that supplies the processing liquid to the processing liquid nozzle 41.
  • the nozzle moving unit 42 moves the processing liquid nozzle 41 to a retracted position from above the substrate S to the side, as shown by the solid line in FIG. Move between positions.
  • the processing liquid nozzle 41 is connected to the processing liquid supply section 43.
  • the processing liquid is supplied from the processing liquid supply section 43 to the processing liquid nozzle 41 positioned at the processing position.
  • the processing liquid is supplied from the processing liquid nozzle 41 to the peripheral edge of the rotating substrate S. It is discharged.
  • the entire peripheral edge of the substrate S is subjected to bevel etching processing using the processing liquid.
  • a splash guard section is provided to surround the substrate holding section 2 from the sides.
  • the splash guard section collects droplets of the processing liquid that are shaken off from the substrate S during the bevel etching process, and effectively prevents the droplets from scattering around the apparatus.
  • the centering mechanism 3 horizontally moves and positions the substrate S on the top surface 211 of the spin base 21 so that the center SC of the substrate S placed on the top surface 211 of the spin base 21 coincides with the center 21C of the spin base 21. It has a function.
  • the centering mechanism 3 includes a contact member 31 disposed in the X2 direction (right hand direction in the figure) with respect to the center 21C of the spin base 21 in the X direction, and a contact member 31 disposed in the X1 direction (right hand direction in the figure) and abutment members 32 and 33 disposed on the left-hand side). Furthermore, the centering mechanism 3 includes a moving mechanism 34 for moving the contact members 31 to 33 in the horizontal direction.
  • the moving mechanism 34 has a single moving section 35 for moving the abutting member 31 and a multi-moving section 36 for moving the abutting members 32 and 33 all at once.
  • the single moving section 35 is arranged on the X2 direction side, while the multi moving section 36 is arranged on the X1 direction side.
  • the single moving section 35 includes a fixed base 351, a rotary motor 352, a power transmission section 353, and a slider 354.
  • a rotary motor 352 is attached to a fixed base 351, and a power transmission section 353 and a slider 354 are stacked in this order on the fixed base 351.
  • the rotary motor 352 is a drive source for moving the contact member 31 in the X direction.
  • a rotary shaft (not shown) rotates. This rotation shaft extends from the upper part of the fixed base 351 to the power transmission section 353, and the rotational driving force generated by the rotary motor 352 is transmitted to the power transmission section 353.
  • the power transmission section 353 has a rack and pinion structure, for example, and converts a rotational motion according to the rotational driving force into a linear motion in the X direction, and transmits the linear motion to the slider 354.
  • the slider 354 reciprocates in the X direction by a distance corresponding to the amount of rotation.
  • the contact member 31 attached to the top of the slider 354 is moved in the X direction as the slider 354 moves.
  • the multi-movement section 36 is basically configured in the same manner as the single-movement section 35, except that the structure of the slider 364 is partially different. That is, the multi-movement unit 36 applies the rotational driving force generated by the rotary motor 362 attached to the fixed base 361 to the slider 364 through the power transmission unit 363, and moves the slider 364 in the X direction.
  • the upper part of the slider 364 has two arms 364a and 364b extending in the X2 direction and spaced apart from each other in the Y direction, and has a substantially C-shape when viewed vertically from above.
  • Contact members 32 and 33 are attached to the ends of arms 364a and 364b on the X2 direction side, respectively.
  • the slider 364 reciprocates in the X direction by a distance corresponding to the amount of rotation of the rotary motor 362, similarly to the single moving section 35.
  • the contact members 32 and 33 attached to the slider 364 are moved in the X direction as the slider 364 moves.
  • each of the contact members 31 to 33 the end facing the substrate S is provided in a beak-like protrusion. That is, the protruding portions (tip portions) of the contact members 31 to 33 have a pointed shape. Therefore, the contact members 31 to 33 can make point contact with the side surface of the substrate S supported by the upper surface 211 of the spin base 21.
  • the protruding portion 311 of the abutting member 31 advances toward the center 21C of the spin base 21 and comes into contact with the side surface of the substrate S.
  • the moving direction D1 of the contact member 31 for contacting the substrate S is the X1 direction.
  • the contact member 31 After the contact, the contact member 31 further moves in the D1 direction, thereby horizontally moving the substrate S in the X1 direction on the upper surface 211 of the spin base 21 while pressing the substrate S in the X1 direction.
  • a virtual line VL extending from the center 21C of the spin base 21 in the X1 direction is additionally illustrated in FIGS. 3 and 4. This corresponds to the "virtual line" of the present invention.
  • the configuration of the centering mechanism 3 will be explained using the virtual line VL as appropriate.
  • the manner in which the abutting members 32 and 33 are moved by the multi-movement section 36 is partially different from that of the abutting member 31. This is because, in the horizontal plane, the contact members 32 and 33 are arranged line-symmetrically with respect to the virtual line VL, and are moved in the X direction while maintaining this arrangement. More specifically, as shown in column (a) of FIG. 4, the abutment member 32 is arranged a predetermined distance W (but shorter than the radius rs of the substrate S) from the virtual line VL in the Y2 direction. ing.
  • the abutting member 33 is disposed on the opposite side of the abutting member 32 with respect to the virtual line VL, that is, on the Y1 direction side, separated by the same distance W as the abutting member 32. Therefore, when the abutting members 32 and 33 are moved in the X2 direction by the multi-movement unit 36, the protruding portion 321 of the abutting member 32 abuts the side surface of the board on the Y2 direction side with respect to the virtual line VL, and also The protruding portion 331 of the member 33 contacts the side surface of the substrate on the Y1 direction side with respect to the virtual line VL.
  • the moving direction D2 of the contact member 32 for contacting the substrate S is the X2 direction.
  • the moving direction D3 of the contact member 33 for contacting the substrate S is also the X2 direction. Therefore, in order to move the protrusions 311, 321, 331 while keeping the distance from the center 21C of the spin base 21 to each protrusion 311, 321, 331 the same, it is necessary to adjust the amount of movement per unit time. It is necessary to make the member 31 and the abutting members 32 and 33 different. This point will be described in detail with reference to FIG. 4, and centering processing using the above movement mode will be described.
  • the protrusions 311, 321, and 331 be positioned at reference positions, taking at least the maximum value of the outer diameter tolerance of the substrate S into consideration. For example, for a substrate S with a diameter of 300 mm, the outer diameter tolerance is 0.2 mm. Therefore, the protrusions 311, 321, and 331 need to be separated from the center 21C of the spin base 21 by a distance of 150.1 mm or more. This distance is referred to as a "reference distance r0" in this embodiment, and as shown in column (a) of FIG. Use as the reference circle.
  • the reference distance r0 and the position on the reference circle correspond to examples of the "first distance” and "first position" of the present invention, respectively.
  • the protrusions 311, 321, 331 are moved toward the substrate S after the contact members 31 to 33 are positioned so that the protrusions 311, 321, 331 are located on the reference circle
  • the position of the abutting member 31 for positioning the protruding part 311 on the reference circle will be referred to as the "first reference position”
  • the position of the abutting member 31 for positioning the protruding part 321 on the reference circle will be referred to as the "first reference position”.
  • the position 32 is defined as a "second reference position”
  • the position of the abutting member 33 for positioning the protrusion 331 on the reference circle is defined as a "third reference position”.
  • the contact members 31 are moved toward the substrate S by a first movement amount ⁇ d1 in the D1 direction (X1).
  • X1 a first movement amount
  • the contact members 32 and 33 are minutely moved by the same distance in the D2 direction (X2 direction)
  • the distances from the center 21C of the spin base 21 to the protrusions 311, 321, and 331 will be uneven. Therefore, if the abutment members 31 to 33 are repeatedly moved minutely while keeping the amount of movement per unit time constant, the center SC of the substrate S will never coincide with the center 21C of the spin base 21.
  • the contact members 31 to 33 approach the substrate S while keeping the distances from the center 21C of the spin base 21 to the protrusions 311, 321, and 331 the same. Then, for example, when eccentricity as shown in FIG. 4 occurs, the contact member 31 first contacts the substrate S during the repetition of the above-mentioned minute movement, and moves the substrate S in the D1 direction (( (See column c)). Subsequently, the contact member 32 contacts the substrate S being pushed by the contact member 31 and moves it horizontally. As shown in column (d) of FIG.
  • the last contact member 33 when the distance from the center 21C of the spin base 21 to the protrusions 311, 321, and 331 becomes the radius of the substrate S, the last contact member 33 also contacts the substrate S. come into contact with In this way, the substrate S is sandwiched between the contact members 31 to 33, and the movement of the substrate S is stopped, and the center SC of the substrate S coincides with the center 21C of the spin base 21. In this way, centering processing of the substrate S can be performed.
  • a purge section 37 is provided, and nitrogen gas purge is started, for example, when the protrusions 311, 321, and 331 are located at the proximal position shown by the dashed-dotted line in column (b) of FIG.
  • This close position means a position that is further away from the substrate S but closer to the substrate S than the reference circle, and corresponds to an example of the "second position" of the present invention.
  • the distance from the center 21C of the spin base 21 to the adjacent position corresponds to an example of the "second distance" of the present invention.
  • the purge section 37 is connected to the spin base 21 via a purge pipe 371, and can supply nitrogen gas as an example of the "gas" of the present invention between the substrate S and the spin base 21. That is, the upper surface 211 of the spin base 21 is provided with an ejection hole (not shown) for ejecting nitrogen gas in addition to the adsorption holes and adsorption grooves described above.
  • One end of the purge pipe 371 is connected to the ejection hole.
  • the other end of the purge pipe 371 is connected to the purge section 37.
  • the purge section 37 includes a nitrogen line, a nitrogen supply source, a mass flow controller, a supply valve, and the like.
  • the supply valve opens and closes the flow path of the nitrogen line in response to commands from the gas control section 94. For example, by opening the supply valve, nitrogen gas is sent to the spin base 21 via the purge pipe 371, and is supplied between the substrate S and the spin base 21 from the ejection hole.
  • the flow rate of nitrogen gas thus supplied can be adjusted by a mass flow controller.
  • the supply flow rate of nitrogen gas per minute (hereinafter referred to as "N2 purge”) can be adjusted in multiple stages from zero to 15 liters.
  • an observation head 5 for observing the peripheral edge of the substrate S is provided in this embodiment.
  • the observation head 5 is configured to be able to approach and move away from the peripheral edge of the substrate S.
  • a head moving section 51 is connected to the observation head 5 .
  • the head moving unit 51 moves the observation head 5 close to the substrate S in response to an observation command from the control unit 9 (observation processing).
  • the spin base 21 holding the substrate S by suction rotates around the vertical axis AX
  • the peripheral edge of the substrate S is imaged using the observation head 5.
  • the captured image is sent to the control unit 9.
  • the amount of eccentricity of the substrate S is calculated by the control unit 9 based on the image acquired after the centering process. Furthermore, the control unit 9 inspects whether the bevel etching process was performed satisfactorily based on the image acquired after the bevel etching process.
  • control unit 9 controls each part of the substrate processing apparatus 10 to execute the centering process and the subsequent bevel etching process.
  • a gas control section 94 and a suction control section 95 that controls the suction pump 24 are provided.
  • the arithmetic processing unit 91 reads out the centering program and bevel etching program stored in advance in the storage unit 92 as appropriate, and develops them in a RAM (not shown). By controlling each part of the apparatus in accordance with these programs as described below, the bevel etching process is executed after the centering process shown in FIG. 5 is executed.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of centering processing executed by the apparatus shown in FIGS. 2 and 3.
  • the arithmetic processing unit 91 causes the motor control unit 93 to separate the contact members 31 to 33 from the spin base 21. More specifically, as shown in FIG. 4(a), the contact members 31 to 33 are positioned so that the protrusions 311, 321, and 331 are located on the reference circle. In other words, the protruding portions 311, 321, and 331 correspond to an example of the "contact portion" of the present invention.
  • a transfer space sufficient for the hand (not shown) of the substrate transfer robot 111 to enter above the spin base 21 is formed.
  • the arithmetic processing unit 91 requests the substrate transfer robot 111 to load the substrate S. Then, the substrate transfer robot 111 places the substrate S on the spin base 21 (step S1). Note that at this point, the suction pump 24 is stopped, and the substrate S is horizontally movable on the upper surface of the spin base 21.
  • the substrate transfer robot 111 retreats from the substrate processing apparatus 10. Subsequently, the arithmetic processing unit 91 controls the moving mechanism 34 so that the three contact members 31 to 33 approach the substrate S. More specifically, the calculation processing unit 91 calculates the first movement amount ⁇ d1 to the third movement amount ⁇ d3, and controls the rotation motors 352 and 362 of the movement mechanism 34 via the motor control unit 93 based on these movement amounts ⁇ d1 to ⁇ d3. Control. As a result, the contact members 31 to 33 are slightly moved by movement amounts ⁇ d1 to ⁇ d3, respectively.
  • the arithmetic processing unit 91 determines whether or not the protrusions 311, 321, 331 of the contact members 31 to 33 have reached the close position (step S3). If "NO” is determined in this step S3, the arithmetic processing unit 91 returns to step S2 and repeats the minute movement. On the other hand, when determining "YES” in step S3, the arithmetic processing unit 91 determines that if the supply of nitrogen gas between the substrate S and the spin base 21 is not performed, the supply, that is, the purge of nitrogen gas is not performed. If the supply has already started, the purge section 37 is controlled so that the purging of nitrogen gas is continued (step S4). By supplying this nitrogen gas, nitrogen gas is present between the lower surface of the substrate S and the upper surface 211 of the spin base 21, and the frictional force of the substrate S against the spin base 21 is reduced.
  • the arithmetic processing section 91 calculates the load torque on the single moving section 35 from the motor current value given to the rotating motor 352, and calculates the load torque on the single moving section 35 from the motor current value given to the rotating motor 362.
  • the arithmetic processing unit 91 determines whether the load torque exceeds the threshold value TH (step S5).
  • step S5 If NO in step S5, that is, it is determined that the contact members 31 to 33 do not sandwich the substrate S, the arithmetic processing unit 91 returns to step S2 and repeats the above series of steps (steps S2 to S4). On the other hand, if YES is determined in step S5, that is, the centering process is completed, the arithmetic processing unit 91 stops the movement of the contact members 31 to 33. Note that in this embodiment, fluctuations in load torque are monitored for all motors 352 and 362, but the timing for stopping movement of the contact members 31 to 33 may be determined by monitoring only one motor. Furthermore, it goes without saying that the load torque may be calculated based on something other than the motor current value.
  • the arithmetic processing unit 91 stops the supply of nitrogen gas. Subsequently, the arithmetic processing unit 91 controls the suction pump 24 to exhaust air from between the upper surface 211 of the spin base 21 and the lower surface of the substrate S. As a result, the substrate S is attracted and held on the spin base 21 (step S7). Furthermore, the arithmetic processing unit 91 retracts the contact members 31 to 33 from the substrate S and positions the protrusions 311, 321, and 331 on the reference circle (step S8).
  • the amount of eccentricity is checked. That is, the arithmetic processing unit 91 controls the observation head 5 to image the peripheral portion of the substrate S after it approaches the substrate S. Further, based on the image captured by the observation head 5, the arithmetic processing unit 91 calculates the amount of deviation of the center SC of the substrate S with respect to the vertical axis AX, that is, the amount of eccentricity (step S9). If this amount of eccentricity exceeds the allowable value (“NO” in step S10), the arithmetic processing unit 91 cancels the suction of the substrate S by the suction pump 24 (step S11), and then returns to step S2. and repeat the centering process.
  • the centering process is repeated until the amount of eccentricity falls below the allowable value, but when the number of repetitions reaches a predetermined value (for example, 2 times), the centering process and bevel etching process are stopped, and a notification to that effect is sent. It may be configured to notify the operator.
  • step S10 the arithmetic processing unit 91 ends the centering process and proceeds to the bevel etching process.
  • the purge unit 37 supplies nitrogen gas during the centering process, so that nitrogen gas is interposed between the lower surface of the substrate S and the upper surface 211 of the spin base 21. Therefore, the frictional force in the centering process is significantly reduced. As a result, centering accuracy can be improved. Further, it is also possible to effectively prevent the lower surface of the substrate S from being scratched. Among these, the improvement in centering accuracy in particular is clear from the verification results shown in FIG.
  • FIG. 7 is a graph showing the influence of N2 purge on centering accuracy.
  • the data shown in the figure was obtained from the following verification experiment.
  • centering is performed on the same wafer (substrate S) with a radius of 150 mm while switching the N2 purge to zero, 1 liter, 3 liter, and 15 liter. executed.
  • the eccentricity of the wafer immediately after being placed on the spin base 21 is determined as the "pre-centering eccentricity”
  • the substrate S When nitrogen gas is supplied to the lower surface of the substrate S while the protrusions 311, 321, and 331 of the contact members 31 to 33 are separated from the substrate S, the substrate S is separated from the spin base 21 by this nitrogen gas supply. Due to the presence of the intervening nitrogen gas, the substrate S may wobble in the horizontal direction, and in the worst case, the possibility that the substrate S may fall off the spin base 21 cannot be denied. In this regard, dropping of the substrate S can be suppressed by keeping the N2 purge low.
  • the N2 purge is started after confirming that the protrusions 311, 321, and 331 of the contact members 31 to 33 have reached the proximal position. Therefore, even if the substrate S wobbles, the protrusions 311, 321, and 331 are close to the substrate S, so that the substrate S can be effectively prevented from falling off. Therefore, centering processing can be performed stably.
  • the spin base 21 and the center 21C correspond to examples of the "substrate support section” and “center of the substrate support section” of the present invention, respectively.
  • the purge section 37 corresponds to an example of the "gas supply section” of the present invention.
  • the motor control section 93 corresponds to an example of the “movement control section” of the present invention.
  • the suction pump 24 corresponds to an example of the "suction section” of the present invention.
  • the present invention is not limited to the embodiments described above, and various changes can be made to what has been described above without departing from the spirit thereof.
  • the protrusions 311, 321, and 331 have a pointed shape, but they may have a shape such as a flat surface, a curved surface, or a semicircular disk.
  • the two contact members 32 and 33 are moved in the D2 direction (X2 direction) and the D3 direction (X2 direction) by the multi-moving section 36, but instead of the multi-moving section 36, a single A single moving section for the abutting member 32 and a single moving section for the abutting member 33 configured similarly to the moving section 35 may be provided.
  • the single moving part for the abutting member 32 and the single moving part for the abutting member 33 are provided in this way, there is no necessity to unify both the D2 direction and the D3 direction to the X2 direction, and the D2 direction and the D3 direction At least one side may be changed from the X2 direction.
  • the present invention can also be applied to devices having these centering mechanisms 3.
  • the present invention is applied to the centering mechanism 3 that performs centering processing only by repeating minute movements of the contact members 31 to 33 without measuring the amount of eccentricity before centering.
  • the scope of application is not limited to this.
  • it is also applicable to the device described in Patent Document 1.
  • the contact member (pusher) having a contact part that can contact the end surface of the board is pressed against the end surface of the board based on the amount of eccentricity before centering to horizontally move the board, It is preferable to supply nitrogen gas between the substrate support section and the substrate support section.
  • the present invention can also be applied to a device that performs centering processing by moving two or more contact members.
  • nitrogen gas is used as the "gas” of the present invention, but it goes without saying that other gases may be used.
  • the present invention is applied to a centering device installed in a substrate processing apparatus 10 that performs bevel etching processing, but the centering device according to the present invention rotates a disk-shaped substrate.
  • the present invention can be applied to all centering devices and centering methods installed in substrate processing apparatuses that process substrates.
  • the present invention is applicable to a centering technique for aligning the center of a disk-shaped substrate placed on the upper surface of a substrate support with the center of the substrate support, and to a substrate processing apparatus in general that processes a substrate using this technique. be able to.
  • Control unit (control section) 10 ...Substrate processing device 21...Spin base (substrate support part) 21C... Center of (spin base) 23... Rotation drive section 24... Suction pump (suction section) 31 to 33... Contact member 34... Moving mechanism 37... Purge section (gas supply section) 93...Motor control unit (movement control unit) 94...Gas control unit 211...Top surface (of spin base) S...Substrate SC...Center (of substrate)

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Abstract

この発明は、基板支持部の上面に載置された円板状の基板の中心を基板支持部の中心に高精度に一致させることができるセンタリング装置、センタリング方法、ならびに当該センタリング技術を用いた基板処理装置に関するものである。この発明は、基板支持部の上面に載置された基板と基板支持部との間に気体を供給する気体供給部と、基板の位置決めの際に基板と基板支持部との間に気体が介在するように、気体供給部を制御する気体制御部と、を備えている。この発明では、基板と基板支持部との間に気体が介在することで、基板の下面と基板支持部の上面との間の摩擦力が低下する。その結果、摩擦力の影響が抑制され、センタリング精度が向上する。

Description

センタリング装置、センタリング方法および基板処理装置
　この発明は、基板支持部の上面に載置された円板状の基板の中心を基板支持部の中心に一致させるセンタリング技術および当該技術を利用して基板を処理する基板処理装置に関するものである。当該処理には、ベベルエッチング処理が含まれる。
　以下に示す日本出願の明細書、図面および特許請求の範囲における開示内容は、参照によりその全内容が本書に組み入れられる：
　特願２０２２－１０４２１６（２０２２年６月２９日出願）。
　半導体ウエハなどの基板を回転させつつ当該基板の周縁部に処理液を供給して薬液処理や洗浄処理などを施す基板処理装置が知られている。例えば特許文献１に記載の装置では、基板がスピンチャック（本発明の「基板支持部」の一例に相当）により下方から支持されながら吸着保持される。このとき、スピンチャックの中心と、基板の中心とがずれていると、処理品質の低下を招いてしまう。そこで、上記装置では、基板に対して処理を施す前に、スピンチャックに対する基板の偏心量を減少させる、いわゆるセンタリング処理が実行される。
特開２０１９－１４９４２３号公報
　上記従来装置では、吸着保持を解除した状態でスピンチャック上の基板をプッシャーで水平に押す。これによって、基板の中心がスピンチャックの中心（回転軸線）の方に移動される。このとき、基板とスピンチャックとの間に摩擦力が発生する。センタリング実行前の偏心が大きければ大きいほど、この摩擦力の影響を受ける。また、基板の表面状態によっては、スピンチャックとの摩擦係数が大きく、上記影響を強く受ける。
　この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板支持部の上面に載置された円板状の基板の中心を基板支持部の中心に高精度に一致させることができるセンタリング技術および当該センタリング技術を用いた基板処理装置を提供することを目的とする。
　この発明の第１態様は、円板状の基板が水平姿勢で基板支持部の上面に載置された状態で、基板の中心が基板支持部の中心に一致するように基板を水平移動させて位置決めするセンタリング装置であって、基板支持部の上面に載置された基板と基板支持部との間に気体を供給する気体供給部と、基板の位置決めの際に基板と基板支持部との間に気体が介在するように、気体供給部を制御する気体制御部と、を備えることを特徴としている。
　また、この発明の第２態様は、センタリング方法であって、円板状の基板が水平姿勢で基板支持部の上面に載置された状態で、基板の中心が基板支持部の中心に一致するように基板を水平移動させて位置決めする工程と、基板が水平移動する際に、基板支持部の上面に載置された基板と基板支持部との間に気体を供給して基板と基板支持部との間に気体を介在させる工程と、を備えることを特徴としている。
　さらに、この発明の第３態様は、円板状の基板の周縁部を処理液で処理する基板処理装置であって、基板を水平姿勢で支持する上面を有する基板支持部と、上記センタリング装置と、センタリング装置により位置決めされた基板と基板支持部との間を排気して基板を基板支持部に吸着保持させる吸引部と、基板を吸着保持する基板支持部を、基板支持部の中心周りに回転させる回転駆動部と、基板支持部と一体的に基板支持部の中心周りに回転される基板の周縁部に処理液を供給する処理液供給機構と、を備えることを特徴としている。
　このように構成された発明では、基板支持部の上面上で基板を水平移動させる際に、基板と基板支持部との間に気体が介在する。このため、基板の下面と基板支持部の上面との間の摩擦力が低下する。その結果、摩擦力の影響が抑制される。
　上記のように、本発明によれば、基板の中心を基板支持部の中心に高精度に一致させることができる。
　上述した本発明の各態様の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一態様に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の態様に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。
本発明に係る基板処理装置の一実施形態を装備する基板処理システムを示す図である。 基板処理装置の一実施形態の構成を概略的に示す図である。 基板処理装置の基板保持部およびセンタリング機構の構成を示す斜視図である。 センタリング機構の動作を模式的に示す図である。 図２および図３に示す装置で実行されるセンタリング処理の一例を示すフローチャートである。 第１実施形態におけるベース中心から突設部までの距離の変化に対する負荷トルクの変動を示すグラフである。 センタリング精度に与えるＮ２パージの影響を示すグラフである。
　図１は本発明に係る基板処理装置の一実施形態を装備する基板処理システムを示す図である。基板処理システム１００は、基板Ｓに対して処理を施す基板処理部１１０と、この基板処理部１１０に結合されたインデクサ部１２０とを備えている。インデクサ部１２０は、基板Ｓを収容するための容器Ｃ（複数の基板Ｓを密閉した状態で収容するＦＯＵＰ（Front Opening UnifiedPod）、ＳＭＩＦ（Standard
Mechanical Interface）ポッド、ＯＣ（Open Cassette）など）を複数個保持することができる容器保持部１２１と、この容器保持部１２１に保持された容器Ｃにアクセスして、未処理の基板Ｓを容器Ｃから取り出したり、処理済みの基板Ｓを容器Ｃに収納したりするためのインデクサロボット１２２を備えている。各容器Ｃには、複数枚の基板Ｓがほぼ水平な姿勢で収容されている。
　インデクサロボット１２２は、装置筐体に固定されたベース部１２２ａと、ベース部１２２ａに対し鉛直軸まわりに回動可能に設けられた多関節アーム１２２ｂと、多関節アーム１２２ｂの先端に取り付けられたハンド１２２ｃとを備える。ハンド１２２ｃはその上面に基板Ｓを載置して保持することができる構造となっている。このような多関節アームおよび基板保持用のハンドを有するインデクサロボットは公知であるので詳しい説明を省略する。
　基板処理部１１０は、平面視においてほぼ中央に配置された基板搬送ロボット１１１と、この基板搬送ロボット１１１を取り囲むように配置された複数の処理ユニット１とを備えている。具体的には、基板搬送ロボット１１１が配置された空間に面して複数の処理ユニット１が配置されている。これらの処理ユニット１に対して基板搬送ロボット１１１はランダムにアクセスして基板Ｓを受け渡す。一方、各処理ユニット１は基板Ｓに対して所定の処理を実行する。本実施形態では、これらの処理ユニット１の一つが本発明に係る基板処理装置１０に相当している。
　図２は基板処理装置の一実施形態の構成を概略的に示す図である。図３は基板処理装置の基板保持部およびセンタリング機構の構成を示す斜視図である。図４はセンタリング機構の動作を模式的に示す図であり、同図中の「吸着」および「パージ」は、後述する基板吸着の有無および窒素ガスのパージの有無を示している。
　基板処理装置１０は、ベベルエッチング処理を本発明の「処理」の一例として実行する装置であり、処理チャンバ内で基板Ｓの上面の周縁部に処理液を供給する。この目的のために、基板処理装置１０は、基板保持部２、本発明に係るセンタリング装置の主要構成であるセンタリング機構３および処理液供給機構４を備えている。これらの動作は装置全体を制御する制御ユニット９により制御される。
　基板保持部２は、基板Ｓより小さい円板状の部材であるスピンベース２１を備えている。スピンベース２１は、その下面中央部から下向きに延びる回転支軸２２により、上面２１１が水平となるように支持されている。回転支軸２２は回転駆動部２３により回転自在に支持されている。回転駆動部２３は回転モータ２３１を内蔵しており、制御ユニット９からの制御指令に応じて回転モータ２３１が回転する。この回転駆動力を受けて、スピンベース２１がスピンベース２１の中心２１Ｃを通過して鉛直方向に延びる鉛直軸ＡＸ（１点鎖線）回りに回転する。図２においては上下方向が鉛直方向である。また、図２の紙面に対して垂直な面が水平面である。なお、図２以降の図面における方向関係を明確にするため、Ｚ軸を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とする座標系を適宜付している。
　スピンベース２１の上面２１１は基板Ｓを支持可能な広さを有しており、スピンベース２１の上面２１１への基板Ｓの載置が可能となっている。この上面２１１には、図示を省略するが、複数の吸着孔や吸着溝などが設けられている。これら吸着孔などは、吸引配管２４１を介して吸引ポンプ２４と接続されている。この吸引ポンプ２４が制御ユニット９からの制御指令に応じて作動すると、吸引ポンプ２４からスピンベース２１に吸引力が与えられる。その結果、スピンベース２１の上面２１１と基板Ｓの下面との間から空気が排気され、基板Ｓがスピンベース２１に吸着保持される。このように吸着保持された基板Ｓは、スピンベース２１の回転と一緒に鉛直軸ＡＸ周りに回転される。したがって、基板Ｓの中心ＳＣがスピンベース２１の中心２１Ｃと一致していない、つまり基板Ｓが偏心している場合、ベベルエッチング処理の品質低下を招く。
　そこで、本実施形態では、センタリング機構３が設けられている。センタリング機構３は、吸引ポンプ２４による吸引を停止している間（つまりスピンベース２１の上面２１１上で基板Ｓが水平移動可能となっている間）に、センタリング処理を実行する。このセンタリング処理により上記偏心が解消され、基板Ｓの中心ＳＣがスピンベース２１の中心２１Ｃと一致する。なお、センタリング機構３の詳しい構成および動作については、後で説明する。
　センタリング処理を受けた基板Ｓに対してベベルエッチング処理を施すために、処理液供給機構４が設けられている。処理液供給機構４は、処理液ノズル４１と、処理液ノズル４１を移動させるノズル移動部４２と、処理液ノズル４１に処理液を供給する処理液供給部４３とを有している。ノズル移動部４２は、処理液ノズル４１を図２中の実線で示すように基板Ｓの上方から側方へ退避した退避位置と、同図の点線で示すように基板Ｓの周縁部上方の処理位置との間を移動させる。
　処理液ノズル４１は処理液供給部４３に接続されている。そして、処理位置に位置決めされた処理液ノズル４１に対して処理液供給部４３から適宜の処理液が送給されると、処理液ノズル４１から回転している基板Ｓの周縁部に処理液が吐出される。これにより、基板Ｓの周縁部全体に対し、処理液によるベベルエッチング処理が実行される。
　なお、図２への図示を省略しているが、スプラッシュガード部が基板保持部２を側方から取り囲むように設けられている。スプラッシュガード部は、ベベルエッチング処理中に、基板Ｓから振り切られた処理液の液滴を捕集し、同液滴が装置周辺に飛散するのを効果的に防止する。
　次に、図２ないし図４を参照しつつセンタリング機構３の構成について説明する。センタリング機構３は、スピンベース２１の上面２１１に載置された基板Ｓの中心ＳＣがスピンベース２１の中心２１Ｃに一致するように基板Ｓをスピンベース２１の上面２１１上で水平移動させて位置決めする機能を有している。センタリング機構３は、図３に示すように、Ｘ方向において、スピンベース２１の中心２１Ｃに対してＸ２方向（同図の右手方向）側に配置された当接部材３１と、Ｘ１方向（同図の左手方向）側に配置された当接部材３２、３３とを有している。また、センタリング機構３は、当接部材３１～３３を水平方向に移動させるための移動機構３４を有している。
　移動機構３４は、当接部材３１を移動させるためのシングル移動部３５と、当接部材３２、３３を一括して移動させるためのマルチ移動部３６と、を有している。スピンベース２１の中心２１Ｃに対し、シングル移動部３５がＸ２方向側に配置される一方、マルチ移動部３６がＸ１方向側に配置されている。
　シングル移動部３５は、固定ベース３５１と、回転モータ３５２と、動力伝達部３５３と、スライダー３５４とを有している。固定ベース３５１に対して回転モータ３５２が取り付けられるとともに、固定ベース３５１上に動力伝達部３５３およびスライダー３５４がこの順序で積層されている。回転モータ３５２は、当接部材３１をＸ方向に移動させるための駆動源である。制御ユニット９からの制御指令に応じて回転モータ３５２が作動すると、回転軸（図示省略）が回転する。この回転軸は固定ベース３５１の上部から動力伝達部３５３に延びており、回転モータ３５２で発生した回転駆動力が動力伝達部３５３に伝達される。動力伝達部３５３は、例えばラックアンドピニオン構造などにより、回転駆動力に応じた回転運動をＸ方向の直線運動に変換し、スライダー３５４に伝達する。これにより、スライダー３５４は回転量に応じた距離だけＸ方向に往復移動する。その結果、スライダー３５４の上部に取り付けられた当接部材３１がスライダー３５４の移動に伴ってＸ方向に移動される。
　マルチ移動部３６は、スライダー３６４の構造が一部相違している点を除き、基本的にシングル移動部３５と同様に構成されている。すなわち、マルチ移動部３６は、固定ベース３６１に取り付けられた回転モータ３６２で発生した回転駆動力を動力伝達部３６３によってスライダー３６４に与え、スライダー３６４をＸ方向に移動させる。スライダー３６４の上部は、Ｘ２方向に延びる２本のアーム３６４ａ、３６４ｂがＹ方向に互いに離間しており、鉛直上方からの平面視で略Ｃ字形状を呈している。そして、アーム３６４ａ、３６４ｂのＸ２方向側の端部に対し、当接部材３２、３３がそれぞれ取り付けられている。したがって、制御ユニット９からの制御指令に応じて回転モータ３６２が作動すると、シングル移動部３５と同様に回転モータ３６２の回転量に応じた距離だけスライダー３６４がＸ方向に往復移動する。その結果、スライダー３６４に取り付けられた当接部材３２、３３がスライダー３６４の移動に伴ってＸ方向に移動される。
　当接部材３１～３３のいずれにおいても、基板Ｓと対向する端部が嘴状に突設されている。つまり、当接部材３１～３３の突設部（先端部）は先鋭形状を有している。このため、当接部材３１～３３は、スピンベース２１の上面２１１で支持された基板Ｓの側面に点接触可能となっている。シングル移動部３５によって当接部材３１がＸ１方向に移動されると、当接部材３１の突設部３１１がスピンベース２１の中心２１Ｃに向って進み、基板Ｓの側面に当接する。このように本実施形態では、基板Ｓに当接するための当接部材３１の移動方向Ｄ１はＸ１方向である。そして、当接後において当接部材３１がさらにＤ１方向に移動することで、基板ＳをＸ１方向に押圧しながらスピンベース２１の上面２１１でＸ１方向に水平移動させる。このように本実施形態では、発明内容の理解を助けるために、図３および図４においてスピンベース２１の中心２１ＣからＸ１方向に延設させた仮想線ＶＬが追加記載されている。これが本発明の「仮想線」に相当している。以下、仮想線ＶＬを適宜利用しながら、センタリング機構３の構成説明を続ける。
　マルチ移動部３６による当接部材３２、３３の移動態様は、当接部材３１のそれと一部相違している。というのも、水平面内において、当接部材３２、３３は仮想線ＶＬに対して線対称に配置されており、その配置状態のままＸ方向に移動されるからである。より詳しくは、当接部材３２は、図４の（ａ）欄に示すように、仮想線ＶＬからＹ２方向側に所定距離Ｗ（ただし、基板Ｓの半径ｒsよりも短い）だけ外れて配置されている。一方、当接部材３３は、仮想線ＶＬに対して当接部材３２の反対側、つまりＹ１方向側に当接部材３２と同じ距離Ｗだけ外れて配置されている。したがって、マルチ移動部３６によって当接部材３２、３３がＸ２方向に移動されると、当接部材３２の突設部３２１が仮想線ＶＬよりもＹ２方向側の基板側面に当接するとともに、当接部材３３の突設部３３１が仮想線ＶＬよりもＹ１方向側の基板側面に当接する。このように、本実施形態では、基板Ｓに当接するための当接部材３２の移動方向Ｄ２はＸ２方向である。また、基板Ｓに当接するための当接部材３３の移動方向Ｄ３もＸ２方向である。したがって、スピンベース２１の中心２１Ｃから各突設部３１１、３２１、３３１までの距離を同一に保ちながら突設部３１１、３２１、３３１を移動させるためには、単位時間当たりの移動量を当接部材３１と当接部材３２、３３とで相違させる必要がある。その点について図４を参照しつつ詳述するとともに、上記移動態様を利用したセンタリング処理について説明する。
　スピンベース２１の上面２１１に基板Ｓを載置するためには、少なくとも基板Ｓの外径公差の最大値を考慮して突設部３１１、３２１、３３１が基準位置に位置決めされるのが望ましい。例えば直径３００ｍｍの基板Ｓでは、外径公差が０．２ｍｍである。したがって、突設部３１１、３２１、３３１がスピンベース２１の中心２１Ｃから１５０．１ｍｍあるいはそれ以上の距離だけ離れている必要がある。この距離を本実施形態では「基準距離ｒ０」と称し、図４の（ａ）欄に示すように、スピンベース２１の中心２１Ｃを中心とする半径が基準距離ｒ０の円（１点鎖線）を基準円とする。このように、本実施形態では、基準距離ｒ０および基準円上の位置がそれぞれ本発明の「第１距離」および「第１位置」の一例に相当している。
　次に、当該基準円に突設部３１１、３２１、３３１が位置するように当接部材３１～３３を位置決めした後で、突設部３１１、３２１、３３１を基板Ｓに向けて移動させる場合について検討する。なお、以下の説明のため、基準円に突設部３１１を位置させるための当接部材３１の位置を「第１基準位置」とし、基準円に突設部３２１を位置させるための当接部材３２の位置を「第２基準位置」とし、基準円に突設部３３１を位置させるための当接部材３３の位置を「第３基準位置」とする。
　ここで、当接部材３１～３３がそれぞれ第１基準位置、第２基準位置および第３基準位置に位置した状態から当接部材３１を基板Ｓに向けて第１移動量Δｄ１だけＤ１方向（Ｘ１方向）に微小移動された場合について検討する。これに対応して当接部材３２、３３を同じ距離だけＤ２方向（Ｘ２方向）に微小移動させると、スピンベース２１の中心２１Ｃから突設部３１１、３２１、３３１までの距離は不揃いとなる。したがって、単位時間当たりの移動量を統一したまま当接部材３１～３３の微小移動を繰り返すと、基板Ｓの中心ＳＣがスピンベース２１の中心２１Ｃに一致することはない。
　これに対し、図４の（ｂ）欄に示すように、当接部材３２を微小移動させる距離Δｄ２および当接部材３３を微小移動させる距離Δｄ３を以下のように、
　Δｄ２＝Δｄ３＝ｒ１・cosθ１－ｒ２・cosθ２
　　　　＝ｒ１・cos（sin－１（Ｗ／ｒ１））－　ｒ２・cos（sin－１（Ｗ／ｒ２））
　ｒ１＝ｒ０
　ｒ２＝ｒ１－Δｄ１
　ただし、
　　ｒ１：微小移動前の中心２１Ｃから突設部３２１までの距離、
　　θ１：微小移動前において中心２１Ｃと突設部３２１とを結ぶ直線と仮想線ＶＬとのなす角度、
　　ｒ２：微小移動後の中心２１Ｃから突設部３２１までの距離、
　　θ２：微小移動後において中心２１Ｃと突設部３２１とを結ぶ直線と仮想線ＶＬとのなす角度、
　　Ｗ：仮想線ＶＬから当接部材３２の離間距離、
設定することができる。この場合、微小移動後においても、スピンベース２１の中心２１Ｃから突設部３１１、３２１、３３１までの距離は一致している。このような微小移動を繰り返すことで、スピンベース２１の中心２１Ｃから突設部３１１、３２１、３３１までの距離を同一に保ちながら当接部材３１～３３が基板Ｓに近づいていく。すると、例えば図４に示すような偏心が生じている場合、上記微小移動の繰り返し中に、最初に当接部材３１が基板Ｓに当接し、基板ＳをＤ１方向に移動させる（図４の（ｃ）欄参照）。それに続いて、当接部材３２が当接部材３１で押動されている基板Ｓに当接して水平移動させる。そして、図４の（ｄ）欄に示すように、スピンベース２１の中心２１Ｃから突設部３１１、３２１、３３１までの距離が基板Ｓの半径となると、最後の当接部材３３も基板Ｓに当接する。こうして当接部材３１～３３により基板Ｓが挟み込まれて基板Ｓの移動が停止されるとともに、基板Ｓの中心ＳＣがスピンベース２１の中心２１Ｃに一致する。このようにして、基板Ｓのセンタリング処理を実行可能となっている。
　こうしてスピンベース２１の上面２１１上で基板Ｓが水平移動する際に、基板Ｓの下面とスピンベース２１の上面２１１との間の摩擦力が比較的大きいと、既述の問題が発生する。つまり、摩擦の影響によって、基板Ｓの中心ＳＣをスピンベース２１の中心２１Ｃに一致させる精度、つまりセンタリング精度が低下する可能性がある。そこで、本実施形態では、パージ部３７が設けられ、例えば図４の（ｂ）欄において１点鎖線で示す近接位置に突設部３１１、３２１、３３１が位置した時点より窒素ガスパージを開始する。この近接位置は、基板Ｓよりも離れているものの、基準円よりも基板Ｓに近接した位置を意味しており、本発明の「第２位置」の一例に相当している。そして、スピンベース２１の中心２１Ｃから近接位置までの距離が本発明の「第２距離」の一例に相当している。
　パージ部３７はパージ配管３７１を介してスピンベース２１に接続されており、基板Ｓとスピンベース２１との間に本発明の「気体」の一例として窒素ガスを供給可能となっている。すなわち、スピンベース２１の上面２１１には、上記吸着孔や吸着溝など以外に、窒素ガスを噴出するための噴出孔（図示省略）が設けられている。そして、パージ配管３７１の一方端が噴出孔に接続されている。パージ配管３７１の他方端はパージ部３７に接続されている。パージ部３７は、窒素ライン、窒素供給源、マスフローコントローラおよび供給バルブなどを有している。このパージ部３７では、気体制御部９４からの指令に応じて供給バルブが窒素ラインの流路を開閉する。例えば供給バルブが開放されることによって、窒素ガスがパージ配管３７１を介してスピンベース２１に送られ、噴出孔から基板Ｓとスピンベース２１との間に供給される。こうして供給される窒素ガスの流量はマスフローコントローラによって調整可能となっている。例えば後で図７を参照しつつ説明するように、１分間当たりの窒素ガスの供給流量（以下「Ｎ２パージ」という）を、ゼロから１５リットルの間で多段階に調整可能となっている。
　上記したセンタリング機構３によりセンタリング処理を受けた基板Ｓの偏心量を測定するために、本実施形態では、基板Ｓの周縁部を観察するための観察ヘッド５が設けられている。この観察ヘッド５は、基板Ｓの周縁部に対して近接および離間可能に構成されている。観察ヘッド５には、ヘッド移動部５１が接続されている。観察ヘッド５により基板Ｓの周縁部を観察する際には、制御ユニット９から観察指令に応じてヘッド移動部５１が観察ヘッド５を基板Ｓに近接させる（観察処理）。そして、基板Ｓを吸着保持したスピンベース２１が鉛直軸ＡＸ周りに回転する間に、観察ヘッド５を用いて基板Ｓの周縁部が撮像される。撮像された画像は制御ユニット９に送られる。センタリング処理後に取得された画像に基づいて基板Ｓの偏心量が制御ユニット９によって算出される。また、ベベルエッチング処理後に取得された画像に基づいてベベルエッチング処理が良好に行われたか否かを制御ユニット９が検査する。
　上記したセンタリング機構３を有する本実施形態では、制御ユニット９が基板処理装置１０の装置各部を制御して上記センタリング処理およびそれに続くベベルエッチング処理を実行する。この制御ユニット９には、ＣＰＵ（= Central Processing Unit）やＲＡＭ（=Random
Access Memory）等を有するコンピューターにより構成される演算処理部９１と、ハードディスクドライブなどの記憶部９２と、移動機構３４の回転モータ３５２、３６２を制御するモータ制御部９３と、パージ部３７を制御する気体制御部９４と、吸引ポンプ２４を制御する吸引制御部９５とが設けられている。
　演算処理部９１は、予め記憶部９２に記憶されているセンタリングプログラムやベベルエッチングプログラムを適宜読み出し、ＲＡＭ（図示省略）に展開する。これらのプログラムにしたがって装置各部を以下のように制御することで、図５に示すセンタリング処理が実行された後で、ベベルエッチング処理が実行される。
　図５は図２および図３に示す装置で実行されるセンタリング処理の一例を示すフローチャートである。基板処理装置１０により基板Ｓにセンタリング処理を施す際には、演算処理部９１は、モータ制御部９３により当接部材３１～３３をスピンベース２１から離間させる。より具体的には、図４（ａ）に示すように、基準円に突設部３１１、３２１、３３１が位置するように、当接部材３１～３３が位置決めされる。つまり、突設部３１１、３２１、３３１が本発明の「当接部位」の一例に相当している。これにより、スピンベース２１の上方に基板搬送ロボット１１１のハンド（図示省略）が進入するのに十分な搬送空間が形成される。そして、搬送空間の形成完了を確認すると、演算処理部９１は、基板搬送ロボット１１１に基板Ｓのローディングリスエストを行う。すると、基板搬送ロボット１１１がスピンベース２１上に基板Ｓを載置する（ステップＳ１）。なお、この時点では、吸引ポンプ２４は停止しており、スピンベース２１の上面上で基板Ｓは水平移動可能となっている。
　基板Ｓのローディングが完了すると、基板搬送ロボット１１１が基板処理装置１０から退避する。それに続いて、演算処理部９１は、３つの当接部材３１～３３が基板Ｓに近接するように、移動機構３４を制御する。より詳しくは、演算処理部９１は第１移動量Δｄ１ないし第３移動量Δｄ３を算出するとともにこれらの移動量Δｄ１～Δｄ３に基づきモータ制御部９３を介して移動機構３４の回転モータ３５２、３６２を制御する。これにより当接部材３１～３３がそれぞれ移動量Δｄ１～Δｄ３だけ微小移動する。こうした微小移動毎に、演算処理部９１は、当接部材３１～３３の突設部３１１、３２１、３３１が近接位置に到達したか否かを判定する（ステップＳ３）。このステップＳ３で「ＮＯ」と判定すると、演算処理部９１はステップＳ２に戻って微小移動を繰り返す。一方、ステップＳ３で「ＹＥＳ」と判定すると、演算処理部９１は、基板Ｓとスピンベース２１との間への窒素ガスの供給が実行されていない場合には当該供給、つまり窒素ガスのパージが開始され、すでに供給開始済みの場合には窒素ガスのパージが継続されるように、パージ部３７を制御する（ステップＳ４）。この窒素ガスの供給によって、基板Ｓの下面とスピンベース２１の上面２１１との間に窒素ガスが介在し、スピンベース２１に対する基板Ｓの摩擦力が低下する。
　次のステップＳ５では、演算処理部９１は、回転モータ３５２に与えられるモータ電流値からシングル移動部３５での負荷トルクを算出するとともに、回転モータ３６２に与えられるモータ電流値からマルチ移動部３６での負荷トルクを算出する。ここで、微小移動を繰り返している間にスピンベース２１の中心２１Ｃから突設部３１１、３２１、３３１までの距離（ベース中心から突設部までの距離）が変化するのに伴って、負荷トルクは例えば図６に示すように変動する。同図に示すように、上記距離が基板Ｓの半径ｒｓと一致する、つまり当接部材３１～３３が基板Ｓを挟み込んだ時点で、シングル移動部３５およびマルチ移動部３６において、ほぼ同時に負荷トルクが急激に増大する。そこで、演算処理部９１は、負荷トルクがしきい値ＴＨを超えているか否かを判定する（ステップＳ５）。
　ステップＳ５でＮＯ、つまり当接部材３１～３３が基板Ｓを挟み込んでいないと判定すると、演算処理部９１はステップＳ２に戻って上記一連の工程（ステップＳ２～Ｓ４）を繰り返す。一方、ステップＳ５でＹＥＳ、つまりセンタリング処理が完了したとして判定すると、演算処理部９１は当接部材３１～３３の移動を停止させる。なお、本実施形態では、全モータ３５２、３６２について負荷トルクの変動を監視しているが、一方のモータのみを監視することで当接部材３１～３３の移動停止タイミングを特定してもよい。また、負荷トルクをモータ電流値以外に基づいて算出してもよいことは言うまでもない。
　センタリング処理が完了すると、演算処理部９１は窒素ガスの供給を停止させる。それに続いて、演算処理部９１は、吸引ポンプ２４がスピンベース２１の上面２１１と基板Ｓの下面との間から空気を排気するように、制御する。これによって、基板Ｓがスピンベース２１に吸着保持される（ステップＳ７）。さらに、演算処理部９１は、当接部材３１～３３を基板Ｓから退避させ、基準円に突設部３１１、３２１、３３１を位置させる（ステップＳ８）。
　この段階で、ベベルエッチング処理に移行することも可能であるが、本実施形態では、偏心量チェックが行われる。つまり、演算処理部９１は、観察ヘッド５が基板Ｓに近接した後で基板Ｓの周縁部を撮像するように、制御する。また、観察ヘッド５により撮像された画像に基づき、演算処理部９１は鉛直軸ＡＸに対する基板Ｓの中心ＳＣのズレ量、つまり偏心量を算出する（ステップＳ９）。この偏心量が許容値を超えている（ステップＳ１０で「ＮＯ」）場合には、演算処理部９１は、吸引ポンプ２４による基板Ｓの吸着を解除した（ステップＳ１１）後で、ステップＳ２に戻って、センタリング処理を繰り返す。なお、本実施形態では、偏心量が許容値以下に収まるまで、センタリング処理を繰り返すが、繰り返し回数が所定値（例えば２回）に達すると、センタリング処理およびベベルエッチング処理を停止し、その旨をオペレータに報知するように構成してもよい。
　一方、偏心量が許容値以下である（ステップＳ１０で「ＹＥＳ」）場合には、演算処理部９１は、センタリング処理を終了し、ベベルエッチング処理に移行する。
　以上のように、本実施形態では、センタリング処理中にパージ部３７が窒素ガスを供給することで、基板Ｓの下面とスピンベース２１の上面２１１との間に窒素ガスを介在されている。このため、センタリング処理における摩擦力が大幅に低減される。その結果、センタリング精度を高めることができる。また、基板Ｓの下面に対して傷がつくことも効果的に抑制することができる。これらのうち、特にセンタリング精度の向上については、図７に示す検証結果からも明らかである。
　図７はセンタリング精度に与えるＮ２パージの影響を示すグラフである。同図に示すデータは、以下の検証実験により得られたものである。図２および図３に示すセンタリング機構３を有する基板処理装置１０において、Ｎ２パージを、ゼロ、１リッター、３リッター、１５リッターに切り替えながら、半径１５０ｍｍの同一ウエハ（基板Ｓ）に対してセンタリング処理を実行した。ここでは、スピンベース２１に載置された直後のウエハの偏心量を「センタリング前偏心量」として求めた後、Ｎ２パージ＝ゼロでセンタリング処理されたウエハの偏心量を「センタリング後偏心量」として求めた。これを複数回繰り返し、図７中の黒丸印で示す結果を得た。また同様にして、Ｎ２パージ＝１リッター、３リッター、１５リッターについても、「センタリング前偏心量」および「センタリング後偏心量」を求めたところ、それぞれ図７中の黒三角印、黒四角印およびＸ印で示す結果が得られた。図７から次の技術事項が明らかとなっている。つまり、窒素ガスを供給しない場合（Ｎ２パージ＝ゼロ）、センタリング後偏心量は大きくばらついており、しかも２０μｍを超える場合もある。これに対し、窒素ガスを供給することで、センタリング前偏心量の大小にかかわらず、センタリング後偏心量が低減される。よって、窒素ガスの供給を伴う本実施形態によれば、センタリング精度を大幅に向上させることができる。
　また、センタリング精度の向上に対して窒素ガスの供給は非常に効果的であるが、その供給量の大小による効果の差は少ないようである。したがって、環境負荷を低減する観点から言えば、Ｎ２パージを３リットル以下に抑えるのが望ましい。このことは、次に説明する基板Ｓのスピンベース２１からの脱落を防止する上でも有効である。
　当接部材３１～３３の突設部３１１、３２１、３３１が基板Ｓから離れた状態で当該基板Ｓの下面に窒素ガスを供給すると、この窒素ガス供給によって基板Ｓがスピンベース２１との間に介在する窒素ガスの存在により水平方向にふらつき、最悪の場合、基板Ｓがスピンベース２１から脱落する可能性も否定できない。この点について、Ｎ２パージを低く抑えることで基板Ｓの脱落を抑制することができる。
　また、本実施形態では、当接部材３１～３３の突設部３１１、３２１、３３１が近接位置に到達したことを確認した後で、Ｎ２パージを開始している。このため、基板Ｓのふらつきが発生したとしても、基板Ｓの近傍に突設部３１１、３２１、３３１が近接しているため、基板Ｓの脱落を効果的に防止することができる。したがって、センタリング処理を安定して行うことができる。
　上記した実施形態では、スピンベース２１および中心２１Ｃが、それぞれ本発明の「基板支持部」および「基板支持部の中心」の一例に相当している。また、パージ部３７が本発明の「気体供給部」の一例に相当している。また、モータ制御部９３が本発明の「移動制御部」の一例に相当している。また、吸引ポンプ２４が本発明の「吸引部」の一例に相当している。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、突設部３１１、３２１、３３１は先鋭形状を有しているが、例えば平面、湾曲面、半円盤などの形状を有してもよい。
　また、上記実施形態では、マルチ移動部３６により２つの当接部材３２、３３をそれぞれＤ２方向（Ｘ２方向）およびＤ３方向（Ｘ２方向）に移動させているが、マルチ移動部３６に代え、シングル移動部３５と同様に構成された当接部材３２用シングル移動部および当接部材３３用シングル移動部を設けてもよい。また、このように当接部材３２用シングル移動部および当接部材３３用シングル移動部を設けた場合、Ｄ２方向およびＤ３方向の両方をＸ２方向に統一する必然性はなく、Ｄ２方向およびＤ３方向の少なくとも一方をＸ２方向から変更してもよい。これらのセンタリング機構３を有する装置に対しても本発明を適用することができる。
　また、上記実施形態では、センタリング前偏心量を計測することなく、当接部材３１～３３の微小移動の繰り返し動作のみによりセンタリング処理を行うセンタリング機構３に対して本発明を適用しているが、その適用対象はこれに限定されるものではない。例えば特許文献１に記載された装置にも適用可能である。この場合、基板の端面に当接可能な当接部位を有する当接部材（プッシャー）を、センタリング前偏心量に基づき当接部材を基板の端面に押し付けて基板を水平移動させる際に、基板と基板支持部との間に窒素ガスを供給するのが好適である。もちろん、２つ以上の当接部材を移動させてセンタリング処理を行う装置にも、本発明を適用可能である。
　また、上記実施形態では、本発明の「気体」として窒素ガスを用いているが、これ以外の気体を用いてもよいことは言うまでもない。
　また、上記実施形態では、ベベルエッチング処理を行う基板処理装置１０に装備されたセンタリング装置に対して本発明を適用しているが、本発明に係るセンタリング装置は、円板状の基板を回転させながら処理する基板処理装置に装備されるセンタリング装置やセンタリング方法全般に適用することができる。
　以上、特定の実施例に沿って発明を説明したが、この説明は限定的な意味で解釈されることを意図したものではない。発明の説明を参照すれば、本発明のその他の実施形態と同様に、開示された実施形態の様々な変形例が、この技術に精通した者に明らかとなるであろう。故に、添付の特許請求の範囲は、発明の真の範囲を逸脱しない範囲内で、当該変形例または実施形態を含むものと考えられる。
　この発明は、基板支持部の上面に載置された円板状の基板の中心を基板支持部の中心に一致させるセンタリング技術および当該技術を利用して基板を処理する基板処理装置全般に適用することができる。
　３…センタリング機構
　４…処理液供給機構
　９…制御ユニット（制御部）
　１０…基板処理装置
　２１…スピンベース（基板支持部）
　２１Ｃ…（スピンベース）の中心
　２３…回転駆動部
　２４…吸引ポンプ（吸引部）
　３１～３３…当接部材
　３４…移動機構
　３７…パージ部（気体供給部）
　９３…モータ制御部（移動制御部）
　９４…気体制御部
　２１１…（スピンベースの）上面
　Ｓ…基板
　ＳＣ…（基板の）中心

Claims (5)

  1. 　円板状の基板が水平姿勢で基板支持部の上面に載置された状態で、前記基板の中心が前記基板支持部の中心に一致するように前記基板を水平移動させて位置決めするセンタリング装置であって、
    　前記基板支持部の上面に載置された前記基板と前記基板支持部との間に気体を供給する気体供給部と、
    　前記基板の位置決めの際に前記基板と前記基板支持部との間に前記気体が介在するように、前記気体供給部を制御する気体制御部と、
    を備えることを特徴とするセンタリング装置。
  2. 　請求項１に記載のセンタリング装置であって、
    　前記基板の端面に当接可能な当接部位を有する当接部材と、
    　前記当接部材を移動させる移動機構と、
    　前記当接部材が、前記当接部位を前記基板の端面に向けた姿勢で、前記基板支持部の中心から前記基板の半径よりも長い第１距離だけ水平方向に離れた第１位置から、前記基板支持部の中心から前記基板の半径よりも長くかつ前記第１距離よりも短い第２距離だけ水平方向に離れた第２位置を経由して前記基板に向かって移動するように、前記移動機構を制御する移動制御部と、をさらに備え、
    　前記気体制御部は、前記当接部材が前記第２位置に到達した時点から前記気体の供給が開始される一方、前記基板の位置決めが完了した時点で前記気体の供給が停止されるように、前記気体供給部を制御するセンタリング装置。
  3. 　請求項１または２に記載のセンタリング装置であって、
    　前記気体制御部は、１分間当たりの前記気体の供給量が３リッター以下となるように、前記気体供給部を制御するセンタリング装置。
  4. 　円板状の基板が水平姿勢で基板支持部の上面に載置された状態で、前記基板の中心が前記基板支持部の中心に一致するように前記基板を水平移動させて位置決めする工程と、
    　前記基板が水平移動する際に、前記基板支持部の上面に載置された前記基板と前記基板支持部との間に気体を供給して前記基板と前記基板支持部との間に気体を介在させる工程と、
    を備えることを特徴とするセンタリング方法。
  5. 　円板状の基板の周縁部を処理液で処理する基板処理装置であって、
    　前記基板を水平姿勢で支持する上面を有する基板支持部と、
    　請求項１または２に記載のセンタリング装置と、
    　前記センタリング装置により位置決めされた前記基板と前記基板支持部との間を排気して前記基板を前記基板支持部に吸着保持させる吸引部と、
    　前記基板を吸着保持する前記基板支持部を、前記基板支持部の中心周りに回転させる回転駆動部と、
    　前記基板支持部と一体的に前記基板支持部の中心周りに回転される前記基板の周縁部に処理液を供給する処理液供給機構と、
    を備えることを特徴とする基板処理装置。
     
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