JPH11163094A - 基板チャッキング装置および基板洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一の洗浄槽内でウェハを一枚ずつカセット
レスでウェット洗浄する基板洗浄技術に使用される基板
チャッキング装置を提供する。 【解決手段】 ウェハＷの円形周縁部を水平状態でチャ
ッキング支持する複数のチャッキングアーム１０，１
０，１０を備え、これらチャッキングアームは、円周方
向へ等角度をもって放射状にかつ放射方向へ開閉動作可
能に設けられるとともに、ウェハＷの円形周縁部を支持
するチャッキング爪１３を有してなる。これらチャッキ
ング爪１３は、チャッキング時において、ウェハＷの円
形周縁部に対応したチャッキング円上に均等配置される
とともに、このチャッキング円の径寸法が調整可能とさ
れている。ウェハＷの円形周縁部のみが支持されて、ウ
ェハＷの表裏面に対する薬液洗浄処理が確保されるとと
もに、ウェハ表面に対する洗浄処理によるウェハの裏側
の汚染がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は基板チャッキング
装置および基板洗浄装置に関し、さらに詳細には、半導
体や電子部品等のディバイス製造工程において、スパッ
タリングやＣＶＤ処理等による薄膜形成、拡散や酸化な
ど処理工程の前段階で行われる半導体ウェハ等をウェッ
ト洗浄処理するためのウェット洗浄技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体ウェハ等（以下単にウェハ
と称する）をウェット洗浄する方法としては、複数の洗
浄槽が連続して配列されてなるウェットベンチタイプの
洗浄槽に対して、キャリアカセットに収納した複数枚の
ウェハを、搬送装置により順次浸漬して処理するいわゆ
るバッチ式ウェット洗浄が主流であったが、近年は、洗
浄効率を高めるとともに洗浄液の汚染を防止するためお
よび生産効率を上げるために、キャリアカセットを省略
して搬送装置により直接複数枚のウェハを把持搬送する
カッセトレスのバッチ式ウェット洗浄が一般的になりつ
つある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のウェット洗浄では、以下に列挙するような種
々の問題があることに加えて、半導体装置もサブミクロ
ン時代を迎え、このような装置構造の微細化、高集積化
に伴って、ウェハの表面にも非常に高い清浄度が要求さ
れている昨今、より高い清浄度の要求を満足するウェッ
ト洗浄技術の開発が強く要求されるに至った。

【０００４】すなわち、複数枚まとめて処理する方式で
あるため、 (1) ウェハ毎の精密な処理を行なうことができず、全体
として高精度なプロセス制御が困難である。 (2) 隣接するウェハ等からのパーティクル（particle)
の再付着がある。 (3) 各洗浄槽が大きく、洗浄液も多量に必要であること
から、ランニングコストが高く、また多品種少量生産に
対応できない。

【０００５】また、洗浄槽の構成がウェットベンチタイ
プの多層式であるため、 (4) ウェハを洗浄槽に対して出し入れする際に、大気に
触れて、金属汚染、イオンあるいは酸素等の影響を受け
たり、洗浄後のパーティクルの再付着があるなど、高い
清浄度を確保するためにはプロセス的な限界がある。 (5) 装置構成が非常に複雑かつ大型で、クリーンルーム
の投資効率が悪く、メンテナンスも大がかりで面倒かつ
困難で、作業性が悪い。

【０００６】本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであって、その主たる目的とするところは、単
一の洗浄槽内でウェハを一枚ずつカセットレスでウェッ
ト洗浄することにより、パーティクルの再付着等もなく
高い清浄度雰囲気での洗浄を高精度に行なうことがで
き、しかも装置構成が単純かつコンパクトで多品種少量
生産にも有効に対応できる基板洗浄技術において使用さ
れる基板チャッキング装置を提供することにある。

【０００７】本発明の他のもう一つの目的は、上記チャ
ッキング装置を備えた基板洗浄装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の基板チャッキング装置は、薄肉円板状のウ
ェハを一枚ずつ洗浄処理する枚葉式の基板洗浄装置に設
けられるものであって、ウェハの円形周縁部を水平状態
でチャッキング支持する複数のチャッキングアームを備
え、これらチャッキングアームは、円周方向へ等角度を
もって放射状にかつ放射方向へ開閉動作可能に設けられ
るとともに、ウェハの円形周縁部を支持する先端チャッ
キング部を有してなり、これら先端チャッキング部は、
チャッキング時において、ウェハの円形周縁部に対応し
たチャッキング円上に均等配置されるとともに、このチ
ャッキング円の径寸法が調整可能とされていることを特
徴とする。

【０００９】また、本発明の基板洗浄装置は、一枚の薄
肉円板状のウェハを収容する処理槽と、この処理槽内に
配置されて、一枚のウェハを水平状態に支持する上記基
板チャッキング装置と、この基板チャッキング装置を水
平回転させる回転装置と、上記基板チャッキング装置に
支持されたウェハに洗浄液を噴射する噴射ノズルとを備
えてなることを特徴とする。

【００１０】本発明の基板チャッキング装置において
は、一枚の薄肉円板状のウェハが、円周方向へ等角度を
もって放射状に設けられた複数のチャッキングアームの
先端チャッキング部により、その円形周縁部が等間隔を
もってチャッキング支持される。

【００１１】このように、ウェハの円形周縁部のみが支
持されることにより、ウェハの表裏面に対する薬液洗浄
処理が確保されるとともに、ウェハ表面に対する洗浄処
理によるウェハの裏側の汚染がない。

【００１２】上記チャッキングアームの放射方向開閉位
置の調整により、先端チャッキング部によるチャッキン
グ円の径寸法つまりチャッキング径は調整可能であり、
これにより、ウェハ径のバラツキや装置自体の寸法誤差
・組立て誤差等の誤差修正が可能となる。

【００１３】また、上記チャッキング装置を備える基板
洗浄装置においては、ウェハを一枚ずつ処理する構成で
あり、上記チャッキング装置による支持構成とも相まっ
て、パーティクル等の再付着がほとんどなく、ウェハ毎
の精密な処理を行なうことができ、基板洗浄装置の洗浄
空間も小さくて、洗浄液も少量で済む。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。

【００１５】本発明に係る基板洗浄装置が図１および図
２に示されるとともに、その具体的構成要素が図３ない
し図７に示されている。

【００１６】この基板洗浄装置Ａは、ウェハＷの洗浄を
一枚ずつスプレー洗浄処理する枚葉式のもので、図８に
示す基板洗浄システムの主要部を構成するほか、本装置
単独でもウェハＷを単一の処理槽内において一枚ずつ複
数種類の洗浄液で洗浄処理するワンチャンバ枚葉式の基
板洗浄装置としても使用可能な構成を備える。

【００１７】基板洗浄装置Ａは、図１および図２に示す
ように、処理槽１、基板チャッキング装置２、回転装置
３、噴射ノズル４ａ〜４ｄおよび制御部５などを主要部
として備えてなるとともに、清浄雰囲気に保たれるクリ
ーンルーム内に配置される構成とされている。

【００１８】処理槽１は上部開放型の単一洗浄槽の形態
とされ、装置本体６の上半部に設けられるとともに、そ
の内部に、上記基板チャッキング装置２や噴射ノズル４
ａ〜４ｄなどの洗浄処理構成を主要部として備える。

【００１９】この処理槽１の具体的構成は、薄肉円板状
のウェハＷを一枚収容する円筒形状の収納容器であっ
て、その頂部が外部クリーンルームに臨んで開口される
とともに、その底部が円錐形状とされている。ウェハＷ
の処理槽１内へのウェハＷの搬入出は、処理槽１の頂部
開口を介して行われる。処理槽１の材質は、例えば、ス
テンレス鋼板の内面に、ＰＦＡあるいはＰＴＦＥ（テフ
ロン系樹脂）等のライニングが施されてなり、また、処
理槽１の内径寸法は、ウェハＷを水平状態で支持する上
記基板チャッキング装置２を収容し得る大きさに設定さ
れるとともに、頂部開口部１ａが上向き先細のテーパ形
状とされている。

【００２０】基板チャッキング装置２は、ウェハＷを支
持する基板支持部として機能するもので、処理槽１の底
部中央に水平回転可能に設けられるとともに、一枚のウ
ェハＷを水平状態に支持する構成とされている。

【００２１】図示の基板チャッキング装置２は、図３な
いし図７に示すように、ウェハＷの円形周縁部をチャッ
キング支持する複数のチャッキングアーム１０，１０，
…と、これらチャッキングアーム１０，１０，…を開閉
動作させる開閉部（開閉手段）１１とを備えてなる。

【００２２】図示の基板チャッキング装置２は、図３な
いし図７に示すように、ウェハＷの円形周縁部をチャッ
キング支持する３本のチャッキングアーム１０，１０，
１０を備えてなる。このチャッキングアーム１０の配設
数は、取り扱うべきウェハＷの大きさ等、目的に応じて
適宜設定される。

【００２３】これらチャッキングアーム１０，１０，１
０は、図５に示すように、円周方向へ等角度をもって３
等配の放射状に、かつ図３および図４に示すように、ウ
ェハＷの外径側上方へ傾斜して設けられるとともに、後
述するように、その作動ロッド１０ａ，１０ａ，１０ａ
が上記開閉部１１により放射方向へ往復移動して開閉動
作可能とされている。

【００２４】具体的には、後述する回転装置３の回転軸
３８の先端部分に、支持体１４が取付け固定されるとと
もに、この支持体１４に、３本の支持アーム１２，１
２，１２が円周方向へ等角度をもって３等配の放射状に
一体的に設けられている。これら支持アーム１２，１
２，１２は、中空円筒状とされて、その内部の挿通穴１
２ａ，１２ａ，１２ａに、上記チャッキングアーム１０
がそれぞれ挿通支持されている。なお、上記支持体１４
の下部は、上記処理槽２の底部に対応した円錐形状とさ
れて、洗浄液等の排出が円滑に行われる形状とされてい
る。

【００２５】 ．上記支
持アーム１０は、作動ロッド１０ａが中空円筒状のアー
ム本体１０ｂ内部の挿通穴に放射方向へ往復摺動可能に
挿通支持されるとともに、この作動ロッド１０ａの先端
にチャッキング爪１３が一体的に設けられている。

【００２６】 ．上記チ
ャッキング爪１３は、チャッキング時において、ウェハ
Ｗの円形周縁部を上下方向へ拘束状態で支持するチャッ
キング爪の形態とされている。これらチャッキング爪１
３，１３，１３は、具体的には、図６に示すような外観
形状を有するとともに、図５に示すように、円周方向へ
等角度をもって３等配にかつ互いに同一高さになるよう
に配置設定されている。これにより、チャッキング爪１
３，１３，１３は、チャッキング時において、ウェハＷ
の円形周縁部に対応したチャッキング円（実質的にウェ
ハＷの円形周縁部に一致）上に均等配置されて、ウェハ
Ｗの円形周縁部の周方向均等位置を水平状態でチャッキ
ング支持する。

【００２７】また、これらチャッキング爪１３，１３，
１３は、チャッキングアーム１０，１０，１０の作動ロ
ッド１０ａ，１０ａ，１０ａの放射方向開閉位置の調整
により、ウェハ径のバラツキや装置自体の寸法誤差・組
立て誤差等の誤差修正が可能な構成を備える。

【００２８】具体的には、図６に示すように、上記アー
ム本体１０ｂの先端部に、案内スリット１５がアーム本
体１０ｂの軸線方向つまり作動ロッド１０ａの往復摺動
方向へ延びて設けられており、この案内スリット１５内
に、上記チャッキング爪１３が移動可能に案内支持され
る。案内スリット１５は、中空円筒状のアーム本体１０
ｂの直径方向に貫通して形成されており、この案内スリ
ット１５にチャッキング爪１３の両端部分が移動案内さ
れる構成とされている。また、これに関連して、上記作
動ロッド１０ａの外周一部に摺動溝１００ａが上記往復
摺動方向へ延びて設けられるとともに、アーム本体１０
ｂの挿通穴内に摺動案内ピン１００ｂが設けられてお
り、この摺動案内ピン１００ｂが上記摺動溝１００ａに
摺動可能に係合して、作動ロッド１０ａの軸線まわりの
回転止め作用とその往復摺動を案内する作用をなす。こ
れにより、上記案内スリット１５とチャッキング爪１３
との摺動が防止ないしは最小限度に抑えられて、この部
位のパーティクル発生が有効に防止される。これら摺動
溝１００ａと摺動案内ピン１００ｂの相対的寸法関係
は、作動ロッド１０ａの最大往復摺動ストロークに対応
して設定される。

【００２９】また、チャッキング爪１３のチャッキング
面１３ａは、上記案内スリット１５から上方へ突出する
とともに、ウェハＷの周縁部の断面形状に対応した断面
形状を有している。図示の実施形態においては、チャッ
キング面１３ａは、図６(a)に示されるように、チャッ
キングアーム１０の軸線に直交する平面とされて、ウェ
ハＷの矩形断面の周縁部角部に対して、点接触状態また
は線接触状態で当接するように形成されている。これに
より、ウェハＷの円形周縁部を上下方向から挟持状に拘
束状態で支持する実際のチャッキング面は、チャッキン
グ爪１３のチャッキング面１３ａとアーム本体１０ｂの
円筒外周面により構成される。

【００３０】また、チャッキング時における案内スリッ
ト１５内のチャッキング爪１３の開閉方向停止位置を調
節することにより、チャッキング爪１３，１３，１３に
よるチャッキング円の径寸法（チャッキング径）が調整
可能とされている。図示の実施形態においては、このチ
ャッキング円の最小径寸法は、図７(a) に示すように、
各チャッキング爪１３のチャッキング面１３ａが案内ス
リット１５の内側端に当接係合したときであり、一方、
最大径寸法は、図７(b) に示すように、各チャッキング
爪１３のチャッキング面１３ａが案内スリット１５の外
側端つまり支持アーム１２の円筒外周面と交差する最大
径方向位置にあるときである。また、チャッキング爪１
３，１３，１３のチャッキング径の調整は、後述するよ
うに、チャッキングアーム１０の基端に設けられた従動
ボルト２６の螺進退により行われる。

【００３１】しかして、チャッキングアーム１０の作動
ロッド１０ａの放射方向開閉動作により、チャッキング
爪１３のチャッキング面１３ａとアーム本体１０ｂの円
筒外周面により構成されるチャッキング面のチャッキン
グ半径が、対象となるウェハＷに対応して、図７(a) と
図７(b) に示す範囲内で調整可能とされ、また、各チャ
ッキング半径におけるチャッキング時において、上記チ
ャッキング面が、ウェハＷの円形周縁部を上下方向から
挟持状に拘束状態で支持することとなる。また、この支
持状態は、ウェハＷの周縁部を固定的ではなく、周縁部
の若干の移動を許容する程度に設定されている。

【００３２】このような構成とされることにより、ウェ
ハＷの周縁部のみが支持されるため、ウェハＷの裏側の
汚染がなく、また上記チャッキング面がウェハＷの周縁
部の断面形状に対応しているため、ウェハＷの周縁部の
チッピングもない等の効果を有する。

【００３３】上記チャッキングアーム１０の開閉部１１
は、図１および図３に示すように、開閉カム２０と昇降
機構２１を備えてなる。

【００３４】開閉カム２０は、図３および図４に示すよ
うに、上向き円錐台形状とされて、その外表面が上向き
円錐状のテーパカム面とされている。この開閉カム２０
は、昇降機構２１の開閉ロッド２５の先端部に同軸状に
取付け固定されるとともに、開閉カム２０のテーパカム
面に、上記作動ロッド１０ａ，１０ａ，１０ａの基端の
係合フランジ２６ａ，２６ａ，…がそれぞれ当接係合さ
れている。これに対応して、開閉カム２０のテーパカム
面の断面輪郭は、作動ロッド１０ａの軸線に直交して、
各係合フランジ２６ａと均等に当接係合するように設定
されている。

【００３５】この係合フランジ２６ａは、具体的には、
作動ロッド１０ａの基端に同軸状に螺着された従動ボル
ト２６の頭部から構成されており、よって、この従動ボ
ルト２６を適宜螺進退させることにより、作動ロッド１
０ａの突出退入量つまりチャッキング半径およびチャッ
キング状態が調整される。

【００３６】また、開閉カム２０に対する作動ロッド１
０ａの突出退入動作の追随性、特に退入動作時の正確な
追随性を確保するための構造を備える。具体的には、上
記開閉カム２０に係合カバー２７が設けられるととも
に、作動ロッド１０ａを常時縮閉方向へ付勢する弾発ス
プリング２８が設けられている。

【００３７】上記係合カバー２７は、図４に示すよう
に、開閉カム２０を被覆する中空円錐形状とされるとと
もに、上記従動ボルト２６，２６，…の軸部をそれぞれ
挿通可能な長穴状挿通溝が設けられている。これによ
り、従動ボルト２６の頭部つまり係合フランジ２６ａ
は、係合カバー２７と開閉カム２０のカム面との間に介
装されて、開閉カム２０と係合フランジ２６ａのカム面
に沿った上下方向への相対的な移動を許容する一方、チ
ャッキングアーム１０の突出退入方向へは、両者２７、
２６ａが一体的に移動し得る係合構造とされている。

【００３８】上記弾発スプリング２８は、図４に示すよ
うに、アーム本体１０ｂの挿通穴と作動ロッド１０ａと
の間に介装され、その一端が上記挿通穴の係合段部２９
に当接掛止されるとともに、その他端が作動ロッド１０
ａの基端フランジ３０に当接掛止されている。これによ
り、作動ロッド１０ａは、弾発スプリング２８の弾発力
により常時縮閉方向へ付勢されて、上記係合フランジ２
６ａが、開閉カム２０のテーパカム面に常時当接係合さ
れる。

【００３９】しかして、開閉カム２０の下降時におい
て、チャッキングアーム１０の作動ロッド１０ａは、上
記係合カバー２７と弾発スプリング２８との協働作用に
より、開閉カム２０に対する突出退入動作の正確な追随
性が確保される。

【００４０】昇降機構２１は、開閉カム２０を鉛直方向
へ昇降動作させる昇降機構の形態とされており、上記開
閉ロッド２５、昇降シリンダ３５および弾発スプリング
３６を主要部として構成されている。

【００４１】開閉ロッド２５は、スライド軸受３７によ
り、回転装置３の回転軸３８の内部に、同軸状にかつ鉛
直上下方向へ進退移動可能な状態で挿通支持されてお
り、その先端部に上記開閉カム２０が同軸状にかつ一体
的に取付け固定されている。

【００４２】昇降シリンダ３５は、上記開閉ロッド２５
を昇降させるもので、図示の実施形態においてはエアシ
リンダからなり、開閉ロッド２５を上昇させる上昇シリ
ンダとして機能する。昇降シリンダ３５は、上記開閉ロ
ッド２５の下側位置において、装置本体６に上向きに取
付け支持されている。この昇降シリンダ３５のピストン
ロッド３５ａは、上記開閉ロッド２５と同軸状に配置さ
れるとともに、その突出動作により開閉ロッド２５を上
方へ押圧移動させる。

【００４３】一方、弾発スプリング３６は、上記開閉ロ
ッド２５を常時下降方向へ付勢する復帰スプリングとし
て機能するもので、図３に示すように、開閉ロッド２５
の下端部において、その上端が回転軸３８の基端面、具
体的にはスライド軸受３７の端面３７ａに当接係合する
とともに、その下端が開閉ロッド２５の下端フランジ２
５ａに当接係合されている。

【００４４】しかして、常態つまり上記ピストンロッド
３５ａが退入した状態において、上記弾発スプリング３
６の復帰弾力により、開閉カム２０が下降して、チャッ
キングアーム１０，１０，１０の作動ロッド１０ａ，１
０ａ，１０ａが縮閉状態（チャッキング状態）にあり、
一方、昇降シリンダ３５のピストンロッド３５ａが突出
動作すると、開閉カム２０が弾発スプリング３６の復帰
弾力に抗して上昇し、作動ロッド１０ａ，１０ａ，１０
ａが拡開動作（チャッキング動作）するように構成され
ている。

【００４５】なお、上記チャッキングアーム１０とその
開閉カム２０の各部には、Ｏリング３９や密封カバー４
０等が施されて、基板チャッキング装置２の外部（洗浄
液等）に対しての気密・液密性が保持される密封構造と
されている。また、例えば、開閉ロッド２５はステンレ
ス鋼製のものが採用される。また、チャッキングアーム
１０等の直接洗浄液に接触する部材は、ピーク材により
形成されている。

【００４６】回転装置３は、基板チャッキング装置２を
スプレー洗浄時およびスピン乾燥時において水平回転さ
せる基板回転部を構成し、図１および図３に示すよう
に、上記回転軸３８と駆動モータ４５を主要部として構
成されている。

【００４７】上記回転軸３８は、軸受４６，４６，…に
より、装置本体６に鉛直状態で回転可能に軸支されると
ともに、その上端部分に上記基板チャッキング装置２の
支持体１４が取付け固定されて、基板チャッキング装置
２が水平状態で支持されている。

【００４８】駆動モータ４５は上記回転軸３８を回転駆
動するもので、具体的にはサーボモータからなり、装置
本体６に取付け支持されるとともに、その主軸４５ａが
上記回転軸３８と平行になるように配置されている。主
軸４５ａは、伝動プーリ４７ａ、伝動ベルト４７ｂおよ
び伝動プーリ４７ｃからなる動力伝達機構を介して、上
記回転軸３８に駆動連結されている。

【００４９】しかして、駆動モータ４５の回転駆動によ
り、基板チャッキング装置２が回転軸３８を介して所定
の回転速度で水平回転され、この回転速度は、スプレー
洗浄時およびスピン乾燥時にそれぞれ対応して設定され
ている。

【００５０】また、この基板チャッキング装置２の回転
動作に対応して、上述した基板チャッキング装置２の密
封構造には、回転側部分と固定側部分との間を強制排気
する排気部（排気手段）５０が設けられている。

【００５１】つまり、固定側である処理槽１底部には、
基板チャッキング装置２の支持体１４と対向して固定ブ
ロック５５が固定的に設けられており、これら両者間に
は、相対的な回転を許容する形で簡易なラビリンスシー
ル構造が形成されている。また、上記固定ブロック５５
には、このラビリンスシール空間に連通する連通孔５５
ａが貫設されるとともに、この連通孔５５ａが、排気管
５６を介して図外の吸引・排気回路へ連通されている。

【００５２】しかして、上記ラビリンスシール空間に浸
入した洗浄液や反応ガス等は、この排気部５０を介して
処理槽１の外部へ強制排出されて、回転軸３８部分への
浸入による回転軸３８の腐食等が有効に防止される。

【００５３】噴射ノズル４ａは、基板チャッキング装置
２に支持されたウェハＷの表面（上面）に洗浄液を噴射
するもので、図示のものにおいては４台設けられてい
る。すなわち、図２に示すように、処理槽１の外周の装
置本体６に、４台の噴射ノズル４ａ，４ａ，…が、互い
の水平旋回動作を干渉しないように配置されている。

【００５４】各噴射ノズル４ａの具体的支持構成は、回
動支軸６０が装置本体６に鉛直状態で回転可能に軸支さ
れるとともに、この回動支軸６０の上端に水平バー６１
が取付けられ、この水平バー６１の先端部に噴射ノズル
４ａが下向きに設けられている。また、図示しないが、
上記装置本体６には、駆動モータが取付け支持されてお
り、その駆動軸が上記回動支軸６０と同軸状に駆動連結
されている。

【００５５】さらに、上記回動支軸６０と水平バー６１
の内部または軸線に沿って、洗浄液供給路６２がほぼ全
長にわたって設けられており、その先端が噴射ノズル４
ａに連通されるとともに、その基端が後述する基板洗浄
システムの洗浄液供給装置Ｅに連通可能とされている。

【００５６】これにより、各噴射ノズル４ａは、基板チ
ャッキング装置２に水平状態で回転支持されるウェハＷ
の表面に対して、その外周から中心にわたって水平旋回
しながら、あるいは水平旋回して静止後洗浄液を噴射す
る。

【００５７】また、噴射ノズル４ｂは、上記ウェハＷの
裏面（下面）に洗浄液を噴射するもので、図示のものに
おいては、図１および図２に示すように、処理槽１の内
面の上下方向中央位置に、３台の噴射ノズル４ｂ，４
ｂ，４ｂが上向き状態で固定配置されている。この噴射
ノズル４ｂも、上記噴射ノズル４ａと同様、後述する基
板洗浄システムの洗浄液供給装置Ｅに連通可能とされて
いる。

【００５８】噴射ノズル４ｃ，４ｄは、基板チャッキン
グ装置２を洗浄するもので、一方の噴射ノズル４ｃは、
図１および図２に示すように、処理槽１の内面の上部位
置に、２台対向状に下向き状態で固定配置されてなり
（図２では図示省略）、基板チャッキング装置２のチャ
ッキングアーム１０に洗浄液を噴射する。また、他方の
噴射ノズル４ｄは、図１および図２に示すように、処理
槽１の内面の上下方向中央位置に、２台対向状に水平状
態で固定配置されてなり（図１では一方のみ図示）、基
板チャッキング装置２のチャッキングアーム１０および
支持体１４に洗浄液を噴射する。これら噴射ノズル４
ｃ，４ｄ，…も、上記噴射ノズル４ａ，４ｂと同様、上
記基板洗浄システムの洗浄液供給装置Ｅに連通可能とさ
れている。

【００５９】これに対応して、処理槽１内の洗浄液と反
応気体等の排出を行うため、処理槽１の底部適所にドレ
ン部６５が複数箇所設けられるとともに（図１では一カ
所のみ図示）、これらドレン部６５，６５，…は、上記
洗浄液供給装置Ｅおよび装置外部へ連通可能とされてい
る。

【００６０】また、上記噴射ノズル４ａ〜４ｄによる洗
浄液の噴射等に関連して、前述した処理槽１の頂部開口
部１ａの先細テーパ形状のほかに、クリーンルームの天
井部分にＨＥＰＡフィルタ（図示省略）が設けられると
ともに、図２に示すように、処理槽１の側部には、強制
排気用の排気ダクト６３が水平に延びて設けられてい
る。これにより、上記ＨＥＰＡフィルタから処理槽１内
の排気ダクト６３へと続く、清浄空気の下向きの流れ
（ダウンフロー）が形成されて、処理槽１内の洗浄液や
反応ガスのクリーンルーム内への逸散が有効に防止され
る。

【００６１】制御装置５は、上記基板チャッキング装置
２の開閉部１１、回転装置３、噴射ノズル４ａ〜４ｄｃ
およびドレン部６５等を相互に連動して駆動制御するも
ので、この制御装置５により、以下に述べるように、洗
浄液供給装置Ｅの駆動に連動して、各種のウェット処理
工程を処理槽１へのウェハＷの搬入時から搬出時まで全
自動で実行する。

【００６２】 ウェハＷの搬入・支持：前工程から搬
送されてくる洗浄前のウェハＷは、後述する移載ロボッ
トＤにより、水平状態のままで一枚ずつ基板洗浄装置Ａ
の処理槽１内に搬入される。

【００６３】処理槽１内の基板チャッキング装置２上に
ウェハＷが搬入されると、チャッキングアーム１０，１
０，…が、ウェハＷの円形周縁部を水平状態でチャッキ
ング支持する。この場合、図４に示すように、チャッキ
ング爪１３のチャッキング面１３ａとアーム本体１０ｂ
の円筒外周面が、ウェハＷの周縁部のみを上下方向へ拘
束状態で支持するため、確実なチャッキング状態が得ら
れるとともに、ウェハＷの裏側の汚染やウェハＷの周縁
部のチッピングが有効に防止される。

【００６４】 ウェハＷのウエット処理：基板チャッ
キング装置２がウェハＷをチャッキング支持すると、噴
射ノズル４ａ，４ｂによる洗浄処理が予め定められた手
順で実行される。

【００６５】つまり、回転装置３により、基板チャッキ
ング装置２が所定の回転速度をもって水平回転されると
ともに、この基板チャッキング装置２上のウェハＷの表
裏両面に対して、噴射ノズル４ａ，４ｂ，…から洗浄液
が噴射される。

【００６６】また、異種の洗浄液による洗浄処理の間に
は、洗浄液が排除されるとともに、噴射ノズル４ａ〜４
ｄからの超純水の供給によるリンス処理が行われる。

【００６７】一連の洗浄処理が終了すると、回転装置３
により、基板チャッキング装置２が所定の回転速度をも
って水平回転されるとともに、噴射ノズル４ａ，４ｂ，
…から不活性気体例えば窒素ガスが噴射されて、スピン
乾燥が行われる。

【００６８】この際、前述したように、処理槽１の排気
ダクト６３からの強制排気することにより、処理槽１内
には、ＨＥＰＡフィルタから排気ダクト６３に至るよう
な清浄空気の下向きの流れ（ダウンフロー）が生じて、
処理槽１内の洗浄液や反応ガスのクリーンルーム内への
逸散が有効に防止される。

【００６９】 ウェハＷ，Ｗ，…の搬出：基板洗浄装
置Ａにおける一連の洗浄処理が完了したウェハＷは、再
び移載ロボットＤにより、処理槽１から搬出されて、次
工程のスパッタリングやＣＶＤ処理等による薄膜形成の
ための処理工程へ向けて搬送される。

【００７０】しかして、以上のような構成において、基
板チャッキング装置２は、ウェハＷの円形周縁部のみを
支持することにより、ウェハＷの表裏面に対する薬液洗
浄処理が確保されるとともに、ウェハＷ表面に対する洗
浄処理によるウェハＷの裏側の汚染がない。

【００７１】また、上記チャッキングアーム１０，１
０，１０の作動ロッド１０ａ，１０ａ，１０ａの放射方
向開閉位置の調整により、チャッキング爪１３，１３，
１３によるチャッキング径が調整可能とされて、ウェハ
径のバラツキや装置自体の寸法誤差・組立て誤差等の誤
差修正が可能となる。

【００７２】また、上記基板洗浄装置Ａにおいては、ウ
ェハＷを一枚ずつ処理する枚葉式であり、上記チャッキ
ング装置２による支持構成とも相まって、パーティクル
等の再付着がほとんどなく、ウェハＷ毎の精密な処理を
行なうことができ、基板洗浄装置２の洗浄空間も小さく
て、処理槽１自体の容積も小さく、洗浄液も少量で済
む。

【００７３】また、処理槽１内でウェハＷの全洗浄工程
を行なうワンチャンバ式でもあることから、洗浄工程に
おいてウェハＷの出し入れがなく、大気に触れて、金属
汚染、イオンあるいは酸素等の影響を受けることもな
く、基板洗浄装置Ａの構成も単純かつ小型化できる。

【００７４】続いて、上記基板洗浄装置Ａを備えた図８
に示す基板洗浄システムについて説明する。

【００７５】この基板洗浄システムは、具体的には、ウ
ェハＷの洗浄を一枚ずつ行う枚葉式の基板洗浄装置Ａを
基本単位として構成されるもので、複数台（図示のもの
においては４台）の基板洗浄装置Ａ，Ａ，…が基板搬入
装置Ｂ、基板搬出装置Ｃと共に環状に配置されるととも
に、これら環状配列群Ａ〜Ｃの中心位置に基板移載装置
Ｄが配置されてなり、これらは単一のクリーンルーム内
に設置している。各基板洗浄装置Ａは、それぞれ洗浄液
の供給源である洗浄液供給装置Ｅに連係されるととも
に、上記各装置Ａ〜Ｅは、システム制御装置Ｆにより相
互に連動して駆動制御される構成とされている。

【００７６】基板搬入装置Ｂは、ウェハＷを前工程から
搬入する部位であり、ここには、洗浄処理前のウェハ
Ｗ，Ｗ．…が複数枚ストックされて搬入待機する。ま
た、基板搬出装置ＣはウェハＷを次工程へ搬出する部位
であり、ここには洗浄処理後のウェハＷ，Ｗ．…が複数
枚ストックされて搬出待機する。

【００７７】基板移載装置Ｄは、基板搬入装置Ｂと基板
洗浄装置Ａの間およびこの基板洗浄装置Ａと上記基板搬
出装置Ｃとの間で、ウェハＷを一枚ずつ水平状態のまま
で移載するものである。この基板移載装置Ｄは、例え
ば、基板チャッキング装置２と同様、ウェハＷの円形周
縁部をチャッキングする方式の移載ロボットの形態とさ
れ、図示のものにおいては、ロボット室７０内に設けら
れて、基板搬入装置Ｂまたは基板搬出装置Ｃ内の搬送用
カセット（図示省略）と、基板洗浄装置Ａの基板チャッ
キング装置２との間でウェハＷを移し替える構成とされ
ている。

【００７８】システム制御装置Ｆは、これら基板搬入装
置Ｂ、基板洗浄装置Ａ、基板搬出装置Ｃを相互に連動し
て駆動制御するもので、このシステム制御装置Ｆによ
り、以下の基板洗浄システムにおける一連のウェット処
理工程が、ウェハＷの前工程からの搬入時から次工程へ
の搬出時まで全自動で実行される。

【００７９】Ｉ．ウェハＷ，Ｗ，…の搬入：前工程から
搬送されてくる洗浄前のウェハＷ，Ｗ，…は、搬送用カ
セット（図示省略）に収容された状態で基板搬入装置Ｂ
に搬入配置されて、整列して位置決めされ、ロボット室
７０の移載ロボットＤを待機する。

【００８０】移載ロボットＤは、上記搬送用カセット内
のウェハＷを一枚ずつチャッキング支持し、各基板洗浄
装置Ａの処理槽１内に順次搬入する。

【００８１】処理槽１内の基板チャッキング装置２上に
ウェハＷが搬入されると、チャッキングアーム１０，１
０，…が、ウェハＷの円形周縁部を水平状態でチャッキ
ング支持する（前記の工程参照）。

【００８２】II．基板洗浄装置Ａにおけるウエット処
理：基板チャッキング装置２がウェハＷをチャッキング
支持すると、前述した各種の洗浄処理が予め定められた
手順で実行される（前記の工程参照）。

【００８３】III ．ウェハＷ，Ｗ，…の搬出：基板洗浄
装置Ａにおける一連の洗浄処理が完了したウェハＷは、
再び移載ロボットＤにより、前述と逆の要領で各処理槽
１から搬出されて、基板搬出装置Ｃ内で待機する搬送用
カセット内に順次水平状態で搬出収容される。

【００８４】そして、この搬送用カセット内部の保持溝
のすべてに、洗浄後のウェハＷ，Ｗ，…が配列されて満
たされると、搬送用カセットは、次工程のスパッタリン
グやＣＶＤ処理等による薄膜形成のための処理工程へ向
けて搬送される。

【００８５】しかして、以上のように構成された基板洗
浄システムにおいては、前記基板洗浄装置Ａ，Ａ，…に
より基本的にウェハＷを一枚ずつ処理する枚葉式である
ことから、パーティクル等の再付着もほとんどなく、ウ
ェハＷ毎の精密な処理を行なうことができる。

【００８６】なお、上述した実施形態はあくまでも本発
明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれ
に限定されることなくその範囲内で種々の設計変更が可
能である。

【００８７】例えば、基板洗浄装置Ａの具体的構成は、
同様な機能を備える限り図示の実施形態に限定されず種
々の設計変更が可能である。一例として、図示の実施形
態においては、ウェハＷの円形周縁部を上下方向から挟
持状に拘束状態で支持する実際のチャッキング面が、チ
ャッキング爪１３のチャッキング面１３ａと支持アーム
１１の円筒外周面により構成されているが、チャッキン
グ爪１３自体にウェハＷの円形周縁部を上下方向から挟
持状に拘束状態で支持するＶ字状のチャッキング面が形
成されても良い。

【００８８】また、図示の実施形態においては、作動ロ
ッド１０ａのチャッキング爪１３がアーム本体１０の案
内スリット１５に対して非接触状態で案内されて、この
部位の摺動によるパーティクル発生を防止する構造とさ
れているが、例えば、図６を参照して、中空円筒状のア
ーム本体１０ｂの直径方向に貫通して形成された案内ス
リット１５，１５のうち、チャッキング爪１３のチャッ
キング面１３ａと反対側に位置するスリット１５に、チ
ャッキング爪１３の片側端部分を摺動案内する機能を持
たせてもよい（図示省略）。

【００８９】このような構造とすることにより、このチ
ャッキング部位におけるパーティクル発生とパーティク
ルのウェハＷ表裏面への付着等を有効に抑えつつ、作動
ロッド１０ａの軸線まわりの回転止め作用とその往復摺
動を案内する作用を確保することができる。併せて、図
示の実施形態における摺動溝１００ａと摺動案内ピン１
００ｂを省略して、製造工程数や製造コスト等の低減化
を図ることができる。

【００９０】さらに、図示しないが、処理槽１の上部に
膜厚計を設けて、ウェハＷの膜厚を測定できる構成とし
ても良い。この場合、膜厚計はウェハＷの中心からずら
した位置に配置して、回転装置３により、基板チャッキ
ング装置２上のウェハＷを所定の回転速度をもって水平
回転させながら測定することにより、ウェハＷの数点
（同一円周上）の膜厚を測定することができる。

【００９１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の基板チャ
ッキング装置によれば、ウェハの円形周縁部を水平状態
でチャッキング支持する複数のチャッキングアームを備
え、これらチャッキングアームは、円周方向へ等角度を
もって放射状にかつ放射方向へ開閉動作可能に設けられ
るとともに、ウェハの円形周縁部を支持する先端チャッ
キング部を有してなり、これら先端チャッキング部は、
チャッキング時において、ウェハの円形周縁部に対応し
たチャッキング円上に均等配置されるとともに、このチ
ャッキング円の径寸法が調整可能とされているから、単
一の洗浄槽内でウェハを一枚ずつカセットレスでウェッ
ト洗浄することにより、パーティクルの再付着等もなく
高い清浄度雰囲気での洗浄を高精度に行なうことがで
き、しかも装置構成が単純かつコンパクトで多品種少量
生産にも有効に対応できる基板洗浄技術において使用さ
れる基板チャッキング装置を提供することができる。

【００９２】すなわち、一枚の薄肉円板状のウェハが、
円周方向へ等角度をもって放射状に設けられた複数のチ
ャッキングアームの先端チャッキング部により、その円
形周縁部が等間隔をもってチャッキング支持されること
により、ウェハの円形周縁部のみが支持されることとな
り、ウェハの表裏面に対する薬液洗浄処理が確保される
とともに、ウェハ表面に対する洗浄処理によるウェハの
裏側の汚染がない。

【００９３】しかも、上記チャッキングアームの放射方
向開閉位置の調整により、先端チャッキング部によるチ
ャッキング円の径寸法つまりチャッキング径は調整可能
であり、これにより、ウェハ径のバラツキや装置自体の
寸法誤差・組立て誤差等があってもその誤差修正が可能
となり、常に最適な状態でのウェハのチャッキング支持
状態が確保され得る。

【００９４】また、上記基板チャッキング装置を備えた
本発明の基板洗浄装置においては、ウェハを一枚ずつ処
理する構成であり、上記チャッキング装置による支持構
成とも相まって、パーティクル等の再付着がほとんどな
く、ウェハ毎の精密な処理を行なうことができ、基板洗
浄装置の洗浄空間も小さくて、洗浄液も少量で済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施形態である基板洗浄装置の
主要構成を示す正面断面図である。

【図２】同じく基板洗浄装置の主要構成を一部切開して
示す平面図である。

【図３】同基板洗浄装置の要部である基板チャッキング
装置を示す正面断面図である。

【図４】同基板チャッキング装置のチャキングアームを
拡大して示す正面断面図である。

【図５】同じく同基板チャッキング装置のチャッキング
アームを拡大して示す平面図である。

【図６】同チャキングアームのチャッキング部を拡大し
て示す図であり、図６(a) は正面断面図、図６(b) は平
面図、図６(c) は背面図である。

【図７】同チャッキング部のチャッキング径の調整可能
範囲を示す正面断面図であり、図７(a) は最小チャッキ
ング径、図７(b) は最大チャッキング径を示す。

【図８】本発明の基板洗浄装置が適用される基板洗浄シ
ステムの概略構成を示す平面図である。

【符号の説明】

Ｗ ウェハ Ａ 基板洗浄装置 １ 処理槽 ２ 基板チャッキング装置（基板支持
部） ３ 回転装置（回転部） ４ａ〜４ｄ 噴射ノズル ５ 制御部 ６ 装置本体 １０ チャッキングアーム １０ａ チャッキングアームの作動ロッド １０ｂ チャッキングアームのアーム本体 １１ 開閉部（開閉手段） １２ 支持アーム １３ チャッキング爪（チャッキング部） １３ａ チャッキング面 １５ 案内スリット ２０ 開閉カム ２１ 昇降機構 ２５ 開閉ロッド ２６ａ 係合フランジ ２７ 係合カバー ２８ 弾発スプリング ３５ 昇降シリンダ ３６ 弾発スプリング ３８ 回転軸 ４５ 駆動モータ ５０ 排気部（排気手段） ６３ 排気ダクト １００ａ 摺動溝 １００ｂ 摺動案内ピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 半井 正澄 京都府京都市左京区浄土寺上馬場町48番地 株式会社セミテクノ内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄肉円板状の基板を一枚ずつ洗浄処理す
   る枚葉式の基板洗浄装置に設けられるものであって、 基板の円形周縁部を水平状態でチャッキング支持する複
   数のチャッキングアームを備え、 これらチャッキングアームは、円周方向へ等角度をもっ
   て放射状にかつ放射方向へ開閉動作可能に設けられると
   ともに、基板の円形周縁部を支持する先端チャッキング
   部を有してなり、 これら先端チャッキング部は、チャッキング時におい
   て、基板の円形周縁部に対応したチャッキング円上に均
   等配置されるとともに、このチャッキング円の径寸法が
   調整可能とされていることを特徴とする基板チャッキン
   グ装置。
2. 【請求項２】 前記チャッキングアームは、円周方向へ
   等角度をもって放射状にかつ基板の外径側上方へ傾斜し
   て設けられるとともに、放射方向へ開閉動作可能に設け
   られ、 前記チャッキングアームの先端チャッキング部は、チャ
   ッキング時において、基板の円形周縁部を上下方向へ拘
   束状態で支持するチャッキング爪の形態とされているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の基板チャッキング装
   置。
3. 【請求項３】 前記支持アームは、中空円筒状のアーム
   本体が、円周方向へ等角度をもって放射状に設けられる
   とともに、このアーム本体内部の挿通穴に作動ロッドが
   摺動可能に挿通支持され、 前記アーム本体の先端部に、前記作動ロッド先端に設け
   られた前記チャッキング爪の前記摺動方向への移動を許
   容する案内スリットが設けられ、 前記チャッキング爪と前記アーム本体の円筒外周面によ
   り、基板の円形周縁部を上下方向から挟持状に拘束状態
   で支持する構成とされていることを特徴とする請求項１
   または２に記載の基板チャッキング装置。
4. 【請求項４】 前記作動ロッドの外周一部に摺動溝が前
   記摺動方向へ延びて設けられるとともに、この摺動溝に
   摺動可能に係合する摺動案内ピンが前記アーム本体の挿
   通穴内に設けられてなり、 これら摺動溝と摺動案内ピンとの相対的な摺動係合によ
   り、前記作動ロッドの軸線まわりの回転止めと往復摺動
   案内がなされる構成とされていることを特徴とする請求
   項３に記載の基板チャッキング装置。
5. 【請求項５】 前記案内スリットは、中空円筒状のアー
   ム本体の直径方向に貫通して一対形成されるとともに、
   これら一対の案内スリットのうち、前記チャッキング爪
   のチャッキング面と反対側に位置するスリットが、前記
   チャッキング爪の片側端部分を摺動案内する構成とさ
   れ、 これにより、前記作動ロッドの回転止めと往復摺動案内
   がなされる構成とされていることを特徴とする請求項３
   に記載の基板チャッキング装置。
6. 【請求項６】 前記チャッキングアームの開閉手段は、
   鉛直方向へ昇降動作する開閉カムとこの開閉カムを昇降
   動作させる昇降機構とを備えてなり、 前記開閉カムのカム面に前記チャッキングアームの作動
   ロッド基端が当接係合されて、開閉カムの上昇動作によ
   り、前記作動ロッドが拡開動作するとともに、開閉カム
   の下降動作により、前記作動ロッドが縮閉動作するよう
   に構成されていることを特徴とする請求項３から５のい
   ずれか一つに記載の基板チャッキング装置。
7. 【請求項７】 前記昇降機構は、前記開閉カムを先端部
   に有し、鉛直方向へ進退動作する開閉ロッドと、この開
   閉ロッドを昇降させる昇降シリンダとを備えてなること
   を特徴とする請求項６に記載の基板洗浄装置のチャッキ
   ング装置。
8. 【請求項８】 前記昇降機構は、前記開閉カムを先端部
   に有し、鉛直方向へ進退動作する開閉ロッドと、この開
   閉ロッドを上昇させる上昇シリンダと、前記開閉ロッド
   を常時下降方向へ付勢する弾発スプリングとを備えてな
   ることを特徴とする請求項６に記載の基板チャッキング
   装置。
9. 【請求項９】 前記開閉カムは、上向き円錐状のテーパ
   カム面を有するとともに、このテーパカム面の断面輪郭
   が前記チャッキングアームの作動ロッドの軸線に直交す
   るように設定されていることを特徴とする請求項６から
   ８のいずれか一つに記載の基板チャッキング装置。
10. 【請求項１０】 前記チャッキングアームの作動ロッド
    基端部に前記開閉カムのテーパカム面に当接係合する係
    合フランジが設けられるとともに、前記開閉カムに、こ
    の係合フランジと係合する係合カバーが設けられ、 これにより、前記開閉カムの下降時において、前記作動
    ロッドは前記係合カバーと係合フランジとの係合動作に
    より縮閉動作するように構成されていることを特徴とす
    る請求項９に記載の基板チャッキング装置。
11. 【請求項１１】 前記チャッキングアームの作動ロッド
    を常時縮閉方向へ付勢する弾発スプリングを備えている
    ことを特徴とする請求項６から１０のいずれか一つに記
    載の基板チャッキング装置。
12. 【請求項１２】 一枚の薄肉円板状の基板を収容する処
    理槽内に設けられて、一枚の基板を水平状態に支持する
    基板支持部を構成し、 前記複数のチャッキングアームが前記基板支持部を水平
    回転させる基板回転部の回転軸の先端部に装着され、 前記チャッキングアームとその開閉手段は、基板支持部
    の外部に対して気密・液密性が保持される密封構造とさ
    れていることを特徴とする請求項６から１１のいずれか
    一つに記載の基板チャッキング装置。
13. 【請求項１３】 前記密封構造において、前記回転可能
    な基板支持部とこの基板支持部を支持する固定側部分と
    の間を強制排気する排気手段が設けられていることを特
    徴とする請求項１２に記載の基板チャッキング装置。
14. 【請求項１４】 一枚の薄肉円板状の基板を収容する処
    理槽と、 この処理槽内に配置されて、一枚の基板を水平状態に支
    持する請求項１から１１のいずれか一つに記載の基板チ
    ャッキング装置と、 この基板チャッキング装置を水平回転させる回転装置
    と、 前記基板チャッキング装置に支持された基板に洗浄液を
    噴射する噴射ノズルとを備えてなることを特徴とする基
    板洗浄装置。