JP2017191883A

JP2017191883A - ウエハ処理装置

Info

Publication number: JP2017191883A
Application number: JP2016081267A
Authority: JP
Inventors: 智也日置; Tomoya Hioki; 誠川澄; Makoto Kawasumi
Original assignee: Toyota Motor Corp; Shinmei Industry Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Shinmei Industry Co Ltd
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2017-10-19

Abstract

【課題】簡単な構成で、水平に保持されたウエハの下面全体を確実に処理することができるウエハ処理装置を提供する。【解決手段】ウエハＷの下面を上面から離間させ水平に保持した状態でウエハＷの中心軸周りに回転する回転ステージ４０と、回転ステージ４０の上面の中心位置からウエハＷの下面に向けて処理液を供給する処理液供給手段７０と、回転ステージ４０の上面の中心位置の周囲に設けられ処理液をウエハＷの下面に向かわせる変向部５５とを備え、回転ステージ４０は、支持ステージ４３と、支持ステージ４３の上方に同心配設された処理液供給ステージ４４と、支持ステージ４３から処理液供給ステージ４４を軸心方向上方に離すよう付勢する付勢手段４５と、付勢手段４５により付勢された処理液供給ステージ４４の支持ステージ４３に対する高さを規制するステージストッパ４６とを備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、水平に保持されたウエハの下面に対してたとえばウエハの洗浄処理やエッチングなどの化学的処理等、処理内容に応じた処理液を供給して、各種の処理を行うための装置に関する。

ウエハの処理装置に関連する従来の技術として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１には、基板を保持する保持プレートと、保持プレートの上方に設けられ基板を下方から支持するリフトピンを有するリフトピンプレートと、保持プレートを回転させる回転駆動部と、ヘッド部分を有しており、保持プレートにより保持された基板の裏面に処理液を供給する処理液供給部と、処理液供給部およびリフトピンプレートを保持プレートに対して相対的に昇降させる昇降機構とを備えたことなどを特徴とする液処理装置が開示されている。

特開２０１１−７１４７７号公報

上記特許文献１にあっては、ウエハの裏面（下面）における中心部分に供給された洗浄液が、回転するウエハの遠心力によりウエハの下面における中心部分から外周縁に向かって流動する途中でリフトピンプレートの上面に滴下するため、ウエハの下面における外周縁まで充分な量の洗浄液を供給することができず、ウエハの下面全体を充分に洗浄することができないという問題があった。また、上記特許文献１にあっては、外周縁に向かう途中でウエハの下面からリフトピンプレートの上面に滴下した洗浄液は、そのままリフトピンプレートの上面をその外周縁に向かって流動するだけとなることから、供給する洗浄液の量を多くしたり、洗浄液の供給圧力を高くする必要があるため、洗浄液自体や洗浄液を供給するためのエネルギに無駄が生じるなどの問題があった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、水平に保持されたウエハの下面における中心位置から外周縁にわたって処理液を確実に行き渡らせ、ウエハの下面全体を確実に処理することができるウエハ処理装置を提供することを目的とする。

本発明に係るウエハ処理装置は、上記目的を達成するため、ウエハの下面を上面から離間させ水平に保持した状態で前記ウエハの中心軸周りに回転する回転ステージと、前記回転ステージの前記上面における中心位置から前記ウエハの下面に向けて処理液を供給する処理液供給手段と、前記回転ステージの前記上面における前記中心位置の周囲に設けられ、前記回転ステージの回転に伴う遠心力により前記回転ステージの前記上面における前記中心位置から供給される前記処理液を前記ウエハの下面に向かわせる変向部とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、回転ステージの上面における中心位置の周囲に変向部を設けたという簡単な構成で、回転ステージの回転に伴う遠心力により回転ステージの上面における中心位置から径方向外側に向かって流れようとする処理液をウエハの下面に向かわせることができ、したがって、ウエハの下面における中心位置から外周縁にわたって処理液を確実に行き渡らせ、ウエハの下面全体を確実に処理することができるウエハ処理装置を提供することができる。

本発明の処理装置の実施の一形態の全体を説明するために示した一部断面図である。図１の要部を待機状態で示した拡大斜視図である。図１の要部を待機状態で示した拡大断面図である。図１の要部を処理状態で示した拡大断面図である。本発明の処理装置に対してウエハ把持してを搬送するための搬送ハンドの実施の一形態を示した斜視図である。本発明の処理装置に対してウエハを把持して搬送するための搬送ハンドの別の実施の形態を示した斜視図である。

図１〜図６に基づいて本発明の実施の一形態を詳細に説明する。なお、本発明の処理装置によりウエハＷに対して供給する処理液は、ウエハＷの洗浄処理を行う場合には純水やリンス液などの洗浄液であり、また、エッチングなどの化学的処理を行う場合にはその化学的処理に応じた液状の薬剤などであり、ウエハＷに対する処理内容に対応して選択することができ、特に限定されることはない。

図１に示した処理装置は、固定されたメインフレーム１０に設けられた処理液排出手段１１と、昇降軸２０を軸方向に昇降移動させる昇降移動手段２１と、昇降軸２０に軸支された回転軸３０をその軸心周りに回転駆動する回転駆動手段３１と、回転軸３０に連結された回転ステージ４０と、回転ステージ４０の上面における中心位置から処理液を供給する処理液供給手段７０とを備えている。処理液排出手段１１は、回転ステージ４０の周囲を取り囲むカップ１２を含んでいる。カップ１２の上面は、回転ステージ４０が通過可能な大きさの径を有する開口部１２ａが形成されている。

昇降移動手段２１は、メインフレーム１０に接続部材２２を介して設けられた昇降駆動モータ２３と、昇降駆動モータ２３に接続されたボールねじ軸２４と、ボールねじ軸２４に係合されて昇降駆動モータ２３の回転駆動によって昇降移動するボールねじナット２５と、ボールねじナット２５を支持する昇降移動フレーム２６と、昇降移動フレーム２６に支持された昇降軸２０とを含んでいる。昇降駆動モータ２３によりボールねじ軸２４を軸周りに回転駆動すると、ボールねじ軸２４に係合されたボールねじナット２５が昇降移動し、その結果、昇降移動フレーム２６に支持された昇降軸２０が軸方向に昇降移動する。

回転駆動手３１段は、昇降軸２０の内部に軸心周りに回転可能に軸支された回転軸３０と、回転昇降移動フレーム２６に支持された回転駆動モータ３２と、回転駆動モータ３２の回転動力を回転軸に伝動する動力伝動機構３３とを含んでいる。図１に示した実施の形態における動力伝動機構３３は、回転駆動モータ３２の回転軸に連結されたプーリ３４と回転軸３０に外嵌されたプーリ３５との間に巻き掛けられたベルト３６を含む巻き掛け伝動機構により構成されている。回転駆動モータ３２を軸周りに回転駆動すると、プーリ３４、３５との間にベルト３６が巻き掛けられていることにより、昇降軸２０の内部に軸支された回転軸３０が軸周りに回転する。なお、動力伝動機構３３は、巻き掛け伝動機構に限定されることはなく、歯車機構により構成など、特に限定されることはない。また、動力伝動機構３３は、必要に応じて減速機構を含むこともできる。

本実施の形態における回転ステージ４０は、ウエハ支持ピン４１およびクランプ機構４２（図２参照）を有する支持ステージ４３と、支持ステージ４３の上方に同心配設された処理液供給ステージ４４と、支持ステージ４３から処理液供給ステージ４４を軸方向上方に離すよう付勢する付勢手段４５（図３参照）と、付勢手段４５により付勢された処理液供給ステージ４４の支持ステージ４３に対する高さを規制するステージストッパ４６とを備えている。

支持ステージ４３は、処理を行うウエハＷよりも大きい径を有するほぼ円盤状に成形されたもので、その下面における中心が回転軸３０の上端に連結されている。支持ステージ４３の中央には、処理液供給管路７１を通すセンタ孔４３ａ（図３参照）が形成されている。図に示した実施の形態では、４本のウエハ支持ピン４１（図２参照）が、支持ステージ４３上に、周方向にほぼ均等な間隔で立設されている。４本のウエハ支持ピン４１を設ける位置は、支持するウエハＷの大きさに応じて配設することができる。ウエハ支持ピン４１の先端面４１ａ（図３参照）の中心には、円錐部４７が突設されている。円錐部４７の先端は、載置されたウエハＷの下面と点接触する。ウエハ支持ピン４１の支持ステージ４３上面から円錐部４７が突設されている先端面４１ａまでの長さは、支持ステージ４３に対して処理液供給ステージ４４が軸方向に相対的に近接限まで移動したとき（後述する）に、先端面４１ａが処理液供給ステージ４４の上面とほぼ同じ高さとなるよう設定されている。

また、図２に示した実施の形態におけるクランプ機構４２は、２本の位置決め固定ピン４８と、２本の位置決め可動ピン４９を有する位置決めクランプ装置５０（図３参照）とを備えている。２本の位置決め固定ピン４８と２本の位置決め可動ピン４９とは、支持ステージ４３の中心を挟んで対向するよう配置されており、且つ、２本の位置決め固定ピン４８は、４本のウエハ支持ピン４１のうちで互いに隣り合う２本のウエハ支持ピン４１の近傍にそれぞれ配置されており、２本の位置決め可動ピン４９は、４本のウエハ支持ピン４１のうちで他の互いに隣り合う２本のウエハ支持ピン４１の間に配置されている。位置決め固定ピン４８と位置決め可動ピン４９は、その先端がウエハ支持ピン４１の円錐部４７に載置されたウエハＷの上面よりも上方に位置する長さとなるように設定されている。

位置決めクランプ装置５０は、２本の位置決め可動ピン４９を搖動可能に支持する搖動部材５１と、位置決め可動ピン４９が鉛直方向に延びるよう搖動部材５１を付勢するばね５２と、昇降移動手段２１により支持ステージ４３が軸方向に上昇移動したとき、その上方に配設され付勢手段４５によって付勢された処理液供給ステージ４４の軸方向の上昇移動を規制するステージ押さえ５３と、ステージ押さえ５３によって上昇移動が規制された処理液供給ステージ４４に当接して位置決め可動ピン４９が鉛直方向から先端を外側に変位させるようばね５２による付勢に抗して搖動部材５１を傾斜させるクランプ解放部５４とを備えている。

処理液供給ステージ４４は、支持ステージ４３とほぼ同じ大きさの円盤状に成形されたもので、その周縁には、４本のウエハ支持ピン４１および２本の位置決め固定ピン４８が挿通される貫通孔（図３、図４にはウエハ支持ピン４１の貫通孔４４ａしか示していない。）と、２本の位置決め可動ピン４９を搖動可能に挿通する切り欠きまたは長穴４４ｂが形成されている。また、処理液供給ステージ４４の中央には、ステージストッパ４６のボス部（後述する）４６ａを挿通するセンタ孔４４ｃが形成されている。さらに処理液供給ステージ４４の上面には、ステージストッパ４６のストッパ部（後述する）４６ｂを収容する凹部４４ｄと、凹部４４ｄの周囲に設けられた変向部５５とが、センタ孔４４ｃと同芯状に形成されている。

図３に示されるように、付勢手段４５は、処理液供給ステージ４４の下面であって、４本のウエハ支持ピン４１の貫通孔４４ａの近傍にそれぞれ設けられた有底（天井）穴４５ａと、支持ステージ４３の上面との間に設けられた圧縮ばね４５ｂにより構成されている。ステージストッパ４６は、断面が比較的小径のボス部４６ａと、ボス部４６ａよりも大径で処理液供給ステージ４４と係合可能なストッパ部４６ｂとを備えたもので、ボス部４６ａを処理液供給ステージ４４のセンタ孔４４ｃに挿通した状態で、支部ステージ４３の上面に締結されている。

ステージ押さえ５３は、カップ１２の開口部１２ａの周囲に一対で設けられている。図２に示すように、ステージ押さえ５３の両端部には、処理液供給ステージ４４及び支持ステージ４３の軸周りの回転に伴うウエハ支持ピン４１と位置決め固定ピン４８および位置決め可動ピン４９の回転軌跡と干渉することが無いよう、カップ１２の開口部１２ａから径方向内側に突出する突出部５３ａが形成されている。

処理液供給手段７０（図３参照）は、ポンプ等から送られる処理液が送られる処理液供給管路７１を含んでいる。処理液供給管路７１は、回転軸３０の内部を通り上端がステージストッパ４６のストッパ部４６ｂの上面における中心位置に開口している。

ここで、図４に示した実施の形態において、処理液供給ステージ４４の凹部４４ｄの深さとステージストッパ４６のストッパ部４６ｂの厚さとの関係は、ストッパ部４６ｂが凹部４４ｄに収容された状態で、ストッパ部４６ｂ上に液溜め部５６が形成されるように、ストッパ部４６ｂの上面が、処理液供給ステージ４４の上面の周縁部よりも低くなる位置関係に設定されている。また、この実施の形態における変向部５５は、ストッパ部４６ｂの上面と連続し、径方向外側に向かってより浅くなるようにすり鉢状またはテーパ状に傾斜した部分により構成されている。そのため、ストッパ部４６ｂが凹部４４ｄに収容された状態で、処理液供給管路７１の上端から供給された処理液は、ステージストッパ４６上の液溜め部５６に一時的に貯留され、処理液供給ステージ４４の回転により発生する遠心力で外側に流れようとする。このとき、変向部５５は、液溜め部５６から径方向外側に流れようとする処理液の流れを上方に変え、ウエハＷの下面（裏面）に向かって処理液を飛ばすよう働く。

なお、本発明は、上述したように液溜め部５６を形成する実施の形態に限定されることはなく、ストッパ部４６ｂが凹部４４ｄに収容された状態で、ステージストッパ４６の上面が処理液供給ステージ４４の上面と連続する平面を形成するよう構成し、処理液供給ステージ４４の上面におけるステージストッパ４６の周囲に周方向に連続または断続する円環状の突状を堰の如く形成することにより、変向部５５を構成することもできる。

次に、上述したように構成されたウエハ処理装置を使用して、ウエハＷに洗浄処理や化学的処理などの所定の処理を行う手順を説明する。

ウエハＷの処理を行うに際しては、最初に、昇降移動手段２１の昇降駆動モータ２３の駆動により、ボールねじ軸２４を軸周りに回転駆動して、ボールねじナット２５が設けられた昇降移動フレーム２６および昇降軸２０を上昇させて、図３に示したように、昇降軸２０の内部の回転軸３０に取り付けられた支持ステージ４３、およびこの支持ステージ４３に取り付けられたステージストッパ４６をカップ１２の開口１２ａ近傍の高さ（上昇位置）まで上昇させる。このとき、処理液供給ステージ４４は、ステージ押さえ５３の突出部５３ａによって上昇を規制される。その結果、処理液供給ステージ４４は、支持ステージ４３に対して相対的に近づくよう軸方向に移動し、付勢手段４５の圧縮ばね４５ｂが圧縮された状態となり、処理液供給ステージ４４が支持ステージ４３に対する「近接限」に位置することとなる。この近接限の位置では、ウエハ支持ピン４１の先端面４１ａが処理液供給ステージ４４の上面から突き出ており、また、円錐部４７（図２参照）の先端がカップ１２の開口１２ａよりも高く位置し、処理液供給ステージ４４の上面と円錐部４７の先端と間が離間している。上述のように、処理液供給ステージ４４の上昇がステージ押さえ５３によって規制されることにより、処理液供給ステージ４４が軸方向に相対的に移動して支持ステージ４３に対して近づく限界の位置を本説明では「近接限」という。

また、処理液供給ステージ４４が支持ステージ４３に対して相対的に軸方向に近接移動するとき、クランプ機構４２における位置決めクランプ装置５０のクランプ解放部５４が処理液供給ステージ４４の下面に押されて、搖動部材５１がばね５２による付勢に抗して傾斜し、位置決め可動ピン４９の先端が鉛直方向から外側に変位した状態となる。

そのため、ウエハＷを搬送する搬送装置が、図６に示したようにウエハＷの周側縁を挟むようにチャックして支持し搬送するハンド６１を有するものである場合は勿論のこと、図５に示したようにウエハの下面をすくいあげるようにして支持し搬送するハンド６０を有するものである場合であっても、容易に且つ確実にウエハＷをウエハ支持ピン４１の円錐部４７に載置することができる。

次いで、昇降移動手段２１の昇降駆動モータ２３の駆動により、ボールねじ軸２４を軸周りに逆回転駆動して、ボールねじナット２５が設けられた昇降移動フレーム２６および昇降軸２０を下降させて、図４に示したように、回転軸３０に取り付けられた支持ステージ４３、およびこの支持ステージ４３に取り付けられたステージストッパ４６をカップ１２内の下降位置まで下降させる。このとき、処理液供給ステージ４４は、ステージ押さえ５３の突出部５３ａによる規制から解放され、その結果、付勢手段４５の圧縮ばね４５ｂにより支持ステージ４３に対して相対的に離れるよう軸方向に移動する。そして、ウエハ支持ピン４１の円錐部４７（図２参照）が設けられた先端面４１ａは、処理液供給ステージ４４の上面とほぼ同じ高さとなる。すなわち、処理液供給ステージ４４の上面とウエハＷの下面との間の間隔が円錐部４７の高さ分のみとなるよう相対的に近づく。

また、クランプ機構４２における位置決めクランプ装置５０のクランプ解放部５４が処理液供給ステージ４４の下面による押圧から解放されて、搖動部材５１がばね５２の付勢により復帰して位置決め可動ピン４９の先端が鉛直方向に延びるよう直立する状態となる。そのため、円錐部４７に支持されたウエハＷは、その周側面を位置決め固定ピン４８と位置決め可動ピン４９のそれぞれの周面の間で挟まれ、位置決めされると共にクランプされることとなる。さらにこのとき、ステージストッパ４６のストッパ部４６ｂが処理液供給ステージ４４の凹部４４ｄに収容され、ステージストッパ４６のストッパ部４６ｂの上面が処理液供給ステージ４４の上面の周縁部よりも低く位置して、変向部５５と連続する液溜め部５６を形成することとなる。

この状態で、回転駆動手段３１の回転駆動モータ３２を駆動し、動力伝動機構３３を介して回転軸３０を軸心周りに回転させ、支持ステージ４３と処理液供給ステージ４４を回転させるとともに、処理液供給手段７０により処理液供給管路７１に処理液を送り込み、ステージストッパ４６の中央に開口ずる処理液供給管路７１の上端部から噴出させる。処理液供給ステージ４４の凹部４４ｄに収容されたステージストッパ４６の上面とウエハＷの下面との間の間隔が相対的に近づいているため、処理液がウエハＷの下面の中央部に確実に付着する。そして、処理液の一部は、ウエハＷの回転により発生する遠心力でウエハＷの下面に沿って径方向外側に流れ、また、処理液の他の一部は、ウエハＷの下面に衝突して滴下する。しかしながら、ウエハＷの下面から滴下した処理液は、ステージストッパ４６上の液溜め部５６に一時的に貯留され、処理液供給ステージ４４の回転により発生する遠心力で外側に流れようとする。この際、変向部５５により流れが上方に変えられて、ウエハＷの下面に向かって飛ばされる。そのため、処理液の全量をウエハＷの下面に確実に付着させることができることから処理液に無駄が生じることなく、ウエハＷの下面の中心位置から外周縁にわたって処理液を確実に行き渡らせて、ウエハＷ全体を処理液により確実に処理することができる。

ウエハＷの下面にかけられた処理液は、ウエハＷの外周縁から振り落とされてカップ１２の内壁面に受けとめられ、処理液排出手段によりカップ１２の外部に排出される。

なお、上述した実施の形態では、ウエハＷの下面のみに処理液を掛ける場合で説明したが、ウエハＷの上方に処理液を供給するノズルを設け、ウエハＷの下面と上面に処理液を掛けるように構成することもできる。

また、回転ステージ４０が、支持ステージ４３と処理液供給ステージ４４とにより構成されることに限定されることはなく、処理液供給ステージ４４を設けることなく支持ステージ４３のみにより構成し、この支持ステージ４３の中央位置に処理液供給管路７１の上端を開口させ、支持ステージ４３の、処理液供給管路７１の上端開口の周囲に変向部５５を設けることもできる。さらにまた、本発明は、昇降移動手段２１を必要に応じて備えればよく、昇降移動手段２１を備えてない場合も含むことができる。

以上の如く、本実施の形態では、ウエハを処理するに際して、最初に回転ステージにウエハを保持する。このとき、ウエハは、回転ステージの上面から離間させた状態で水平に保持される。そして、回転ステージに保持されたウエハをその中心軸周りに回転させ、処理液供給手段により回転ステージの上面における中心位置から処理液を供給する。回転ステージの上面における中心位置から供給された処理液は、ウエハの下面における中心位置に噴射され、その回転に伴う遠心力によりウエハの下面における径方向外側に向かって流れようとしつつ回転ステージの上面に滴下する。そして、回転ステージの上面に滴下した処理液は、回転ステージの回転に伴う遠心力により、回転ステージの径方向外側に向かって流動しようとする。このとき、変向部は、処理液の流れをウエハの下面に向かわせる。そのため、ウエハの下面には、その中心位置から外周縁にわたって充分に処理液が供給される。

Ｗ：ウエハ、２０：昇降軸、２１：昇降移動手段、３０：回転軸、３１：回転駆動手段、４０：回転ステージ、４１：ウエハ支持ピン、４２：クランプ機構、４３：支持ステージ、４４：処理液供給ステージ、４５：付勢手段、４６：ステージストッパ、５３：ステージ押さえ、５５：変向部、５６：液溜め部

Claims

ウエハの下面を上面から離間させ水平に保持した状態で前記ウエハの中心軸周りに回転する回転ステージと、
前記回転ステージの前記上面における中心位置から前記ウエハの下面に向けて処理液を供給する処理液供給手段と、
前記回転ステージの前記上面における前記中心位置の周囲に設けられ、前記回転ステージの回転に伴う遠心力により前記回転ステージの前記上面における前記中心位置から供給される前記処理液を前記ウエハの下面に向かわせる変向部と
を備えていることを特徴とするウエハ処理装置。