JP2017147334A - 基板の裏面を洗浄する装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】裏面から研磨屑などのパーティクルを高い除去率で除去することができる装置を提供する。【解決手段】基板Ｗの裏面を洗浄するための装置は、基板Ｗの裏面を上向きにした状態で、基板Ｗを保持しながら回転させる基板保持部１０５と、回転可能に構成されたスクラブ洗浄具１０８と、基板保持部１０５の上方に配置された二流体ノズル１０９と、基板保持部１０５、スクラブ洗浄具１０８、および二流体ノズル１０９が配置される洗浄室９９を形成するハウジング１００とを備える。【選択図】図１０

Description

本発明は、ウェハなどの基板の裏面を洗浄する装置および方法に関する。

近年、メモリー回路、ロジック回路、イメージセンサ（例えばＣＭＯＳセンサー）などのデバイスは、より高集積化されつつある。これらのデバイスを形成する工程においては、微粒子や塵埃などの異物がデバイスに付着することがある。デバイスに付着した異物は、配線間の短絡や回路の不具合を引き起こしてしまう。したがって、デバイスの信頼性を向上させるために、デバイスが形成されたウェハを洗浄して、ウェハ上の異物を除去することが必要とされる。ウェハの裏面（非デバイス面）にも、上述したような微粒子や粉塵などの異物が付着することがある。このような異物がウェハの裏面に付着すると、ウェハが露光装置のステージ基準面から離間したり、ウェハ表面がステージ基準面に対して傾き、結果として、パターニングのずれや焦点距離のずれが生じることとなる。

このような問題を防止するために、ウェハの裏面に付着した異物を除去することが必要とされている。しかし、従来の、ウェハを回転させながらペン型のブラシやロールスポンジでウェハをスクラブ洗浄するといった洗浄技術では、特に異物の上に膜が堆積された状態の異物を除去したり、ウェハの裏面全体から異物を除去することが困難であった。そこで、こういった課題に対応するため、近年、ウェハなどの基板の裏面のベベル部および外周領域部だけでなく、裏面の全体に付着した異物を高い除去率で除去することができる技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１４−１５０１７８号公報

この新しい技術によれば、研磨具をウェハの裏面に摺接させることにより、ウェハの裏面をわずかに削り取るため、裏面から異物を高い除去率で除去することができる。しかし、ウェハ裏面を研磨した後に行われる従来の洗浄技術では、研磨屑がウェハ裏面に残ってしまうことがある。このような研磨屑は、ウェハが乾燥した後、ウェハカセット内でウェハから離れ、ウェハカセット内の別のウェハ上に落下してしまう。

そこで、本発明は、ウェハなどの基板の裏面から研磨屑などのパーティクルを高い除去率で除去することができる装置および方法を提供することを目的とする。また、本発明は、ウェハなどの基板の裏面を研磨し、さらに該裏面を洗浄する基板処理装置を提供する。

本発明の一態様は、基板の裏面を洗浄するための装置であって、基板の裏面を上向きにした状態で、基板を保持しながら回転させる基板保持部と、回転可能に構成されたスクラブ洗浄具と、前記基板保持部の上方に配置された二流体ノズルと、前記基板保持部、前記スクラブ洗浄具、および前記二流体ノズルが配置される洗浄室を形成するハウジングとを備えたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記スクラブ洗浄具および前記二流体ノズルが固定されたアームと、前記アーム、前記スクラブ洗浄具、および前記二流体ノズルを、所定の旋回軸線を中心に所定の角度で時計回りおよび反時計回りに回転させる旋回モータをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記スクラブ洗浄具と前記所定の旋回軸線との距離は、前記二流体ノズルと前記所定の旋回軸線との距離に等しいことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板保持部は、基板の周縁部を保持する回転可能な複数の保持ローラーを備えていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、裏面が洗浄された基板を一時的に収容するための第１基板ステーションと、裏面が洗浄されていない基板を一時的に収容するための第２基板ステーションとをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１基板ステーションおよび前記第２基板ステーションのそれぞれは、内部に密閉空間が形成される容器と、前記容器内に配置された純水噴霧ノズルを備えていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、基板の裏面を洗浄するための複数の裏面洗浄ユニットと、裏面が洗浄された基板を一時的に収容するための第１基板ステーションと、裏面が洗浄されていない基板を一時的に収容するための第２基板ステーションと、裏面が洗浄されていない基板を前記第２基板ステーションから前記複数の裏面洗浄ユニットのうちのいずれかに搬送し、さらに裏面が洗浄された基板を前記複数の裏面洗浄ユニットのうちのいずれかから前記第１基板ステーションに搬送するための搬送装置を備え、前記裏面洗浄ユニットは、基板の裏面を上向きにした状態で、基板を保持しながら回転させる基板保持部と、回転可能に構成されたスクラブ洗浄具と、前記基板保持部の上方に配置された二流体ノズルと、前記基板保持部、前記スクラブ洗浄具、および前記二流体ノズルが配置される洗浄室を形成するハウジングとを備えることを特徴とする裏面洗浄装置である。
本発明の他の態様は、基板の裏面を研磨する裏面研磨部と、前記裏面研磨部によって研磨された基板の裏面を洗浄するための上記裏面洗浄装置とを備えていることを特徴とする基板処理装置である。

本発明のさらに他の態様は、基板の裏面を洗浄するための方法であって、洗浄室内に基板を受け入れて該基板を保持し、前記洗浄室内で保持された基板を回転させ、スクラブ洗浄具を回転させながら、前記洗浄室内の基板の裏面に摺接させ、その後、前記洗浄室内の基板の裏面に二流体噴流を供給することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記スクラブ洗浄具を基板の裏面に摺接させる工程は、前記スクラブ洗浄具を回転させながら基板の裏面に摺接させ、さらに前記回転するスクラブ洗浄具を基板の中心とエッジ部との間で往復移動させる工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、基板の裏面に二流体噴流を供給する工程は、二流体ノズルから基板の裏面に二流体噴流を供給しながら、前記二流体ノズルを基板の中心とエッジ部との間で往復移動させる工程であることを特徴とする。

本発明のさらに他の態様は、基板の裏面を洗浄するための方法であって、洗浄室内に基板を受け入れて該基板を保持し、前記保持された基板を回転させ、基板の裏面に二流体噴流を供給し、その後、スクラブ洗浄具を回転させながら基板の裏面に摺接させることを特徴とする。

本発明によれば、スクラブ洗浄および二流体洗浄のうちのいずれか一方である第１裏面洗浄工程が行われ、次にスクラブ洗浄および二流体洗浄のうちの他方である第２裏面洗浄工程が連続して行われる。基板の裏面は、スクラブ洗浄と二流体洗浄との組み合わせによって洗浄されるので、高い除去率で研磨屑などのパーティクルを基板の裏面から除去することができる。特に、第１裏面洗浄工程と第２裏面洗浄工程は、同じ洗浄室内で基板が基板保持部に保持されたまま連続して行われるので、短い洗浄時間で高除去率の裏面洗浄を行うことができる。また、本発明によれば、基板の裏面を研磨した後の基板上の研磨屑が洗浄後の基板の裏面上に残らないような裏面洗浄部を備えた基板処理装置とできるため、基板カセット内の他の基板上に研磨屑が落下してしまうといったことを防止できる。

ウェハなどの基板の裏面を研磨し、さらに該裏面を洗浄するための基板処理装置の概略図である。 図２（ａ）および図２（ｂ）は、ウェハの断面図である。 ウェハの裏面の外周側領域を研磨するための第１裏面研磨ユニットを示す模式図である。 図３に示す第１研磨ヘッドが移動する様子を示す図である。 ウェハの裏面の中心側領域を研磨するための第２裏面研磨ユニットを示す模式図である。 第２裏面研磨ユニットの平面図である。 裏面洗浄部の全体を示す模式図である。 第１ウェハステーションの水平断面図である。 裏面洗浄ユニットの詳細を示す斜視図である。 アーム、ペン型洗浄具、および二流体ノズルの上面図である。 ウェハの処理全体の一実施形態を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、ウェハなどの基板の裏面を研磨し、さらに該裏面を洗浄するための基板処理装置の概略図である。以下に説明する実施形態では、基板の一例としてウェハが使用される。図１に示すように、基板処理装置は、複数のウェハが収容されたウェハカセット（または基板カセット）が載置されるロードポート５と、ウェハの裏面を研磨する裏面研磨部７と、裏面研磨部７で研磨されたウェハの裏面を洗浄する裏面洗浄部１０と、ウェハの表面を洗浄し、乾燥させる表面洗浄部１５とを備えている。基板処理装置は、裏面研磨部７、裏面洗浄部１０、表面洗浄部１５、および以下に説明する各搬送ロボットの動作を制御する動作制御部１２をさらに備えている。

ロードポート５と裏面研磨部７との間には、搬送ロボット２１が配置されている。搬送ロボット２１は、複数のウェハカセットのいずれか１つに収容されているウェハを取出し、裏面研磨部７に隣接して配置された仮置き台２２にウェハを置くように動作する。裏面研磨部７と仮置き台２２とに隣接して、搬送ロボット２４が配置されている。

裏面研磨部７は、２台の第１裏面研磨ユニット８と、２台の第２裏面研磨ユニット９とを備えている。２台の第１裏面研磨ユニット８は、搬送ロボット２４に隣接して配置されている。仮置き台２２上のウェハは、搬送ロボット２４によって２台の第１裏面研磨ユニット８のうちのいずれか一方に搬送される。

ウェハの裏面研磨は、第１研磨工程と第２研磨工程とから構成される。第１研磨工程は、ウェハの裏面の外周側領域を研磨する工程であり、第２研磨工程はウェハの裏面の中心側領域を研磨する工程である。中心側領域はウェハの中心を含む領域であり、外周側領域は中心側領域の半径方向外側に位置する領域である。中心側領域と外周側領域とは互いに隣接し、中心側領域と外周側領域とを組み合わせた領域は、ウェハの裏面全体に及ぶ。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、ウェハの断面図である。より詳しくは、図２（ａ）はいわゆるストレート型のウェハの断面図であり、図２（ｂ）はいわゆるラウンド型のウェハの断面図である。本明細書では、ウェハ（基板）の表面とは、デバイスおよび配線（回路）が形成される面をいい、ウェハ（基板）の裏面とは、デバイスおよび配線（回路）が形成されている面とは反対側の平坦な面をいう。ウェハの最外周面はベベル部と呼ばれる。ウェハの裏面はベベル部の半径方向内側にある平坦な面である。ウェハ裏面の外周側領域はベベル部に隣接する。一例として、外周側領域の幅は十数ミリの円環状の領域であり、中心側領域はその内側の円形の領域である。

図３は、ウェハの裏面の外周側領域を研磨するための第１裏面研磨ユニット８を示す模式図である。この第１裏面研磨ユニット８は、ウェハ（基板）Ｗを保持して回転させる第１基板保持部３２と、第１基板保持部３２に保持されているウェハＷの裏面に研磨具を押し当てる第１研磨ヘッド３４とを備えている。第１基板保持部３２は、ウェハＷを真空吸着により保持する基板ステージ３７と、基板ステージ３７を回転させるステージモータ３９とを備えている。

ウェハＷはその裏面が下向きの状態で基板ステージ３７上に載置される。基板ステージ３７の上面には溝３７ａが形成されており、この溝３７ａは真空ライン４０に連通している。真空ライン４０は図示しない真空源（例えば真空ポンプ）に接続されている。真空ライン４０を通じて基板ステージ３７の溝３７ａに真空が形成されると、ウェハＷは真空吸引により基板ステージ３７上に保持される。この状態でステージモータ３９は基板ステージ３７を回転させ、ウェハＷをその軸線を中心に回転させる。基板ステージ３７の直径はウェハＷの直径よりも小さく、ウェハＷの裏面の中心側領域は基板ステージ３７によって保持される。ウェハＷの裏面の外周側領域は、基板ステージ３７から外側にはみ出している。

第１研磨ヘッド３４は、基板ステージ３７に隣接して配置されている。より具体的には、第１研磨ヘッド３４は、露出している外周側領域に対向して配置されている。第１研磨ヘッド３４は、研磨具としての研磨テープ４２を支持する複数のローラー４３と、研磨テープ４２をウェハＷの裏面に押し付ける押圧部材４４と、押圧部材４４に押圧力を付与するアクチュエータとしてのエアシリンダ４５とを備えている。エアシリンダ４５は押圧部材４４に押圧力を与え、これにより押圧部材４４は研磨テープ４２をウェハＷの裏面に押し付ける。なお、研磨具として、研磨テープに代えて砥石を用いてもよい。

研磨テープ４２の一端は繰り出しリール５１に接続され、他端は巻取りリール５２に接続されている。研磨テープ４２は、繰り出しリール５１から第１研磨ヘッド３４を経由して巻取りリール５２に所定の速度で送られる。使用される研磨テープ４２の例としては、表面に砥粒が固定されたテープ、または硬質の不織布からなるテープなどが挙げられる。第１研磨ヘッド３４は、研磨ヘッド移動機構５５に連結されている。この研磨ヘッド移動機構５５は、第１研磨ヘッド３４をウェハＷの半径方向外側に移動させるように構成されている。研磨ヘッド移動機構５５は、例えばボールねじとサーボモータとの組み合わせから構成される。

基板ステージ３７に保持されたウェハＷの上方および下方には、ウェハＷに研磨液を供給する液体供給ノズル５７，５８が配置されている。研磨液としては、純水が好ましく使用される。これは、エッチング作用のある化学成分を含む薬液を使用すると、裏面に形成されている凹部が広がってしまうことがあるからである。

ウェハＷの裏面の外周側領域は次のようにして研磨される。基板ステージ３７に保持されたウェハＷをその軸線を中心としてステージモータ３９により回転させ、回転するウェハＷの表面および裏面に液体供給ノズル５７，５８から研磨液を供給する。この状態で、第１研磨ヘッド３４は研磨テープ４２をウェハＷの裏面に押し付ける。研磨テープ４２は、ウェハＷの裏面の外周側領域に摺接し、これにより外周側領域を研磨する。研磨ヘッド移動機構５５は、第１研磨ヘッド３４が研磨テープ４２をウェハＷの裏面に押し付けながら、図４の矢印に示すように、第１研磨ヘッド３４をウェハＷの半径方向外側に所定の速度で移動させる。このようにして、ウェハＷの裏面の外周側領域全体が研磨テープ４２によって研磨される。研磨中、研磨液はウェハＷの内側から外側に流れ、研磨屑は研磨液によってウェハＷから除去される。

図１に示すように、第１裏面研磨ユニット８と第２裏面研磨ユニット９との間には、上下２段の仮置き台６０Ａ，６０Ｂが配置されている。上側の仮置き台６０Ａは、洗浄されたウェハを一時的に置くために使用され、下側の仮置き台６０Ｂは、洗浄される前のウェハを一時的に置くために使用される。第１裏面研磨ユニット８で研磨されたウェハは、搬送ロボット２４によって下側の仮置き台６０Ｂに搬送される。

仮置き台６０Ａ，６０Ｂと、２台の第２裏面研磨ユニット９に隣接して、搬送ロボット６１が配置されている。この搬送ロボット６１は、ウェハを反転させる機能を有している。搬送ロボット６１は、下側の仮置き台６０Ｂ上のウェハを取り出し、ウェハを反転させてその裏面を上向きにし、そして、ウェハを２台の第２裏面研磨ユニット９のうちのいずれか一方に搬送する。

図５は、ウェハＷの裏面の中心側領域を研磨するための第２裏面研磨ユニット９を示す模式図であり、図６は第２裏面研磨ユニット９の平面図である。第２裏面研磨ユニット９は、ウェハＷを保持して回転させる第２基板保持部６２と、ウェハＷの裏面に研磨具６４を押し付ける第２研磨ヘッド６６とを備えている。第２基板保持部６２は、ウェハＷのベベル部を保持する複数のチャック６８と、これらチャック６８をウェハＷの軸線を中心に回転させる中空モータ７１とを備えている。各チャック６８はその上端にクランプ６９を備えており、このクランプ６９によりウェハＷのベベル部が把持される。クランプ６９がウェハＷのベベル部を把持した状態で中空モータ７１によってチャック６８を回転させることにより、図６の矢印Ａで示すようにウェハＷがその軸線を中心に回転する。

第２裏面研磨ユニット９では、ウェハＷはその裏面が上向きの状態で第２基板保持部６２により保持される。チャック６８に保持されたウェハＷの下面（裏面とは反対側の面）は、基板支持部７２によって支持されている。この基板支持部７２は、連結部材７３によって中空モータ７１に連結されており、中空モータ７１によって基板支持部７２は第２基板保持部６２と一体に回転するようになっている。基板支持部７２は、ウェハＷの下面に接触する円形の上面を有している。この基板支持部７２の上面は、不織布またはバッキングフィルムなどの弾性材からなるシートから構成されおり、ウェハＷの下面に形成されているデバイスにダメージを与えないようになっている。基板支持部７２は、単にウェハＷの下面を支えているのみであり、ウェハＷを真空吸着などで保持はしていない。ウェハＷと基板支持部７２は一体に回転し、両者の相対速度は０である。

第２研磨ヘッド６６は、ウェハＷの上方に配置されており、研磨具６４をウェハＷの裏面に押し付ける。使用される研磨具６４の例としては、砥粒が表面に固定された不織布、硬質の不織布、砥石、または上述した第１裏面研磨ユニット８で使用される研磨テープなどが挙げられる。例えば、研磨具６４は、第２研磨ヘッド６６の軸線のまわりに配列された複数の研磨テープから構成してもよい。

第２研磨ヘッド６６は、ヘッドアーム７５によって支持されている。このヘッドアーム７５には図示しない回転機構が内蔵されており、この回転機構によって第２研磨ヘッド６６は矢印Ｂで示すようにその軸線を中心に回転する。ヘッドアーム７５の端部は揺動軸７６に固定されている。この揺動軸７６はモータなどの駆動機７７に連結されている。駆動機７７により揺動軸７６を所定の角度で回転させることにより、第２研磨ヘッド６６はウェハＷの上方の研磨位置とウェハＷの外側の待機位置との間を移動する。

第２研磨ヘッド６６に隣接して、ウェハＷの裏面に研磨液を供給する液体供給ノズル７９が配置されている。研磨液としては、純水が好ましく使用される。

ウェハＷの中心側領域は次のようにして研磨される。ウェハＷの裏面が上向きの状態でウェハＷのベベル部がチャック６８によって保持される。ウェハＷをその軸線を中心として中空モータ７１により回転させ、回転するウェハＷの裏面に液体供給ノズル７９から研磨液を供給する。この状態で、第２研磨ヘッド６６は研磨具６４を回転させながら、研磨具６４をウェハＷの裏面中心を含む中心側領域に押し付ける。研磨具６４は中心側領域に摺接し、これにより中心側領域を研磨する。研磨中は、研磨具６４がウェハＷの中心に接触した状態を保ちながら、第２研磨ヘッド６６をウェハＷの略半径方向に揺動させてもよい。このようにして、ウェハＷの裏面の中心側領域が研磨具６４によって研磨される。研磨中、研磨液はウェハＷの内側から外側に流れ、研磨屑は研磨液によってウェハＷから除去される。

上述した実施形態では、ウェハＷの裏面の外周側領域が先に研磨され、その後に裏面の中心側領域が研磨される。一実施形態では、ウェハＷの裏面の中心側領域を研磨した後に、裏面の外周側領域を研磨してもよい。

図１に示すように、裏面洗浄部１０は、裏面研磨部７に隣接して配置されている。第１裏面研磨ユニット８および第２裏面研磨ユニット９によって裏面が研磨されたウェハは、搬送ロボット６１によって裏面洗浄部１０に搬送される。

図７は、裏面洗浄部１０の全体を示す模式図である。この裏面洗浄部１０は、ウェハの裏面が研磨された後に、該裏面を洗浄するための装置である。図７に示すように、裏面洗浄部１０は、複数の（本実施形態では４つの）裏面洗浄ユニット８０と、裏面洗浄ユニット８０によって裏面が洗浄されたウェハを一時的に収容するための第１ウェハステーション（第１基板ステーション）８１と、裏面が洗浄されていないウェハを一時的に収容するための第２ウェハステーション（第２基板ステーション）８２と、ウェハを第１，第２ウェハステーション８１，８２と裏面洗浄ユニット８０との間で搬送することができる搬送ロボット８５とを備えている。裏面洗浄ユニット８０および搬送ロボット８５の動作は、図１に示す動作制御部１２によって制御される。

裏面は研磨されたが、まだ洗浄されていないウェハは、その裏面が上を向いた状態で搬送ロボット６１（図１参照）によって第２ウェハステーション８２内に搬送される。裏面が研磨され、かつ洗浄されたウェハは、その裏面が上を向いた状態で裏面洗浄部１０の搬送ロボット８５によって第１ウェハステーション８１内に搬送される。本実施形態では、第１ウェハステーション８１は第２ウェハステーション８２の上に配置されているが、第１ウェハステーション８１は第２ウェハステーション８２の下に配置されてもよい。

本実施形態では、２つの裏面洗浄ユニット８０が上下に配列され、さらに別の２つの裏面洗浄ユニット８０が上下に配列されている。ただし、裏面洗浄ユニット８０の配列は、本実施形態に限定されない。例えば、４つの裏面洗浄ユニット８０が縦方向または横方向に一列に並んでもよい。

搬送ロボット８５は、４つの裏面洗浄ユニット８０にアクセスできる位置に配置されている。第１，第２ウェハステーション８１，８２は、上下に配列された２つの裏面洗浄ユニット８０の間に配置されている。第１ウェハステーション８１と第２ウェハステーション８２は同じ構成を有しているので、以下、第１ウェハステーション８１について説明する。

図８は、第１ウェハステーション８１の水平断面図である。図８に示すように、第１ウェハステーション（第１基板ステーション）８１は、内部にウェハＷを収容することができる箱状の容器８７と、容器８７を構成する第１壁部８７ａに取り付けられた第１シャッタ９１と、容器８７を構成する第２壁部８７ｂに取り付けられた第２シャッタ９２と、ウェハＷが置かれる複数の支柱９４とを備えている。本実施形態では、４つの支柱９４が容器８７内に配置されているが、５つ以上の支柱を配置してもよい。

第１壁部８７ａには、ウェハＷが通過可能な第１開口部８７ｃが形成されており、第１シャッタ９１は第１開口部８７ｃを覆っている。同様に、第２壁部８７ｂには、ウェハＷが通過可能な第２開口部８７ｄが形成されており、第２シャッタ９２は第２開口部８７ｄを覆っている。これら第１シャッタ９１および第２シャッタ９２は、通常は閉じられている。

第１シャッタ９１および第２シャッタ９２が閉じられた状態では、容器８７内には密閉空間が形成される。これは、ウェハＷの乾燥を防ぐためである。容器８７内のウェハＷを湿った状態に維持するために、容器８７内には複数の純水噴霧ノズル９６が配置されている。各純水噴霧ノズル９６は純水供給管９７に接続されている。本実施形態では、３つの純水噴霧ノズル９６がウェハＷの下面（裏面とは反対側の面）を向いて配置されている。２つ以下の純水噴霧ノズルを配置してもよいし、４つ以上の純水噴霧ノズルを配置してもよい。

搬送ロボット８５（図７参照）が、裏面洗浄ユニット８０によって洗浄されたウェハを第１ウェハステーション８１内に搬入するときは、第２シャッタ９２が開かれる。搬送ロボット６１（図１参照）が、洗浄されたウェハを第１ウェハステーション８１から取り出すときは、第１シャッタ９１が開かれる。一方、搬送ロボット６１（図１参照）が、洗浄前のウェハを第２ウェハステーション８２内に搬入するときは、第２ウェハステーション８２の第１シャッタ９１が開かれる。搬送ロボット８５（図７参照）が、洗浄前のウェハを第２ウェハステーション８２から取り出すときは、第２ウェハステーション８２の第２シャッタ９２が開かれる。

図７に示すように、裏面洗浄部１０の搬送ロボット８５は、上下方向に移動することが可能に構成されている。搬送ロボット８５は、ウェハの裏面が上を向いた状態で、ウェハを４つの裏面洗浄ユニット８０のうちの１つに搬送する。４つの裏面洗浄ユニット８０は同じ構成を有している。各裏面洗浄ユニット８０は、内部に洗浄室９９を形成するハウジング１００を有している。ハウジング１００の側壁１００ａには、ウェハが通過することができる開口部１００ｂが形成されており、この開口部１００ｂを覆うシャッタ１０１が側壁１００ａに設けられている。ウェハを裏面洗浄ユニット８０の洗浄室９９内に搬入するとき、および裏面洗浄ユニット８０の洗浄室９９からウェハを搬出するときに、シャッタ１０１が開かれる。

図９は、裏面洗浄ユニット８０の詳細を示す斜視図である。図９では、ハウジング１００およびシャッタ１０１の図示は省略されている。裏面洗浄ユニット８０は、ウェハＷを保持し、かつウェハＷの軸線を中心として回転させるウェハ保持部（基板保持部）１０５と、ウェハ保持部１０５に保持されているウェハＷの裏面（上面）に薬液を供給する薬液供給ノズル１０７と、ウェハＷの裏面にリンス液としての純水を供給するリンス液供給ノズル１０６と、自身の軸線を中心に回転しながらウェハＷの裏面に接触することができるスクラブ洗浄具としてのペン型洗浄具１０８と、ウェハＷの裏面に二流体噴流を供給する二流体ノズル１０９とを備えている。ペン型洗浄具１０８は、スポンジなどの多孔材から構成されている。スポンジから構成されたペン型洗浄具１０８は、ペンスポンジとも呼ばれる。

ウェハ保持部（基板保持部）１０５は、ウェハＷの周縁部を保持する複数の保持ローラー１１１と、これら保持ローラー１１１を回転させるローラーモータ１１２とを備えている。本実施形態では、４つの保持ローラー１１１が設けられている。洗浄されるウェハＷは、その裏面が上向きの状態で、搬送ロボット８５により保持ローラー１１１上に置かれ、保持ローラー１１１によって回転される。以下に説明するウェハＷの裏面洗浄は、裏面が上向きの状態で行われる。

４つの保持ローラー１１１のうち２つは、トルク伝達機構１１３によって連結されており、他の２つも別のトルク伝達機構１１３により連結されている。トルク伝達機構１１３は、例えば、プーリおよびベルトの組み合わせから構成される。本実施形態では、２つのローラーモータ１１２が設けられている。２つのローラーモータ１１２のうちの一方は、トルク伝達機構１１３によって互いに連結されている２つの保持ローラー１１１に連結されており、他方のローラーモータ１１２は、別のトルク伝達機構１１３によって互いに連結されている他の２つの保持ローラー１１１に連結されている。

ウェハ保持部（基板保持部）１０５は、本実施形態に限定されず、他の実施形態を適用してもよい。例えば、一実施形態では、１つのローラーモータがトルク伝達機構を介して全ての保持ローラー１１１に連結されてもよい。さらに、本実施形態では全ての保持ローラー１１１がローラーモータ１１２に連結されているが、複数の保持ローラー１１１のうちのいくつかがローラーモータ１１２に連結されていてもよい。複数の保持ローラー１１１のうちの少なくとも２つがローラーモータ１１２に連結されていることが好ましい。

本実施形態では、４つの保持ローラー１１１のうちの２つは、図示しない移動機構によって、他の２つの保持ローラー１１１に近づく方向および離れる方向に移動可能となっている。ウェハＷが搬送ロボット８５によって４つの保持ローラー１１１の上端に置かれた後、２つの保持ローラー１１１が他の２つの保持ローラー１１１に向かって移動することにより、４つの保持ローラー１１１はウェハＷの周縁部を保持する。ウェハＷの裏面洗浄後、２つの保持ローラー１１１が他の２つの保持ローラー１１１から離れる方向に移動することにより、４つの保持ローラー１１１はウェハＷの周縁部を解放する。一実施形態では、全ての保持ローラー１１１が図示しない移動機構によって移動可能に構成されてもよい。保持ローラー１１１は、ウェハＷの周縁部の全体を把持しない機構であるので、ペン型洗浄具１０８はウェハＷのエッジ部（裏面の最も外側の周縁部）を含む裏面全体を洗浄することができる。

裏面洗浄ユニット８０は、ペン型洗浄具１０８および二流体ノズル１０９が固定されたアーム１１５と、ペン型洗浄具１０８に連結されたアクチュエータ１１６と、アーム１１５を支持する支持軸１１８と、支持軸１１８に連結された旋回モータ１２０とをさらに備えている。アーム１１５、ペン型洗浄具１０８、および二流体ノズル１０９は、保持ローラー１１１よりも高い位置に配置されている。アクチュエータ１１６は、ペン型洗浄具１０８（例えば、ペンスポンジ）をその軸線を中心に回転させることができ、さらに、回転するペン型洗浄具１０８をその軸線の方向に移動させることが可能に構成されている。すなわち、アクチュエータ１１６は、ペン型洗浄具１０８をその軸線を中心として回転させながら、該ペン型洗浄具１０８を、保持ローラー１１１に保持されているウェハＷの裏面に押し付けることが可能に構成されている。ペン型洗浄具１０８の軸線は、保持ローラー１１１に保持されているときのウェハＷの裏面に対して垂直である。本実施形態では、ペン型洗浄具１０８の軸線は鉛直方向に延び、ウェハＷは保持ローラー１１１によって水平に保持される。

二流体ノズル１０９は、ペン型洗浄具１０８に隣接している。より具体的には、二流体ノズル１０９はアーム１１５の側面に固定されたノズルホルダー１２１から下方に延びている。二流体ノズル１０９は、ノズルホルダー１２１を介して二流体供給ライン１２２に接続されている。ペン型洗浄具１０８はアーム１１５の先端の下方に位置している。旋回モータ１２０は、支持軸１１８を時計方向および反時計方向に所定の角度だけ回転させることが可能に構成されている。旋回モータ１２０が支持軸１１８を回転させると、アーム１１５、ペン型洗浄具１０８、および二流体ノズル１０９が支持軸１１８の旋回軸線Ｐを中心に時計方向および反時計方向に所定の角度で旋回する。

図１０は、アーム１１５、ペン型洗浄具１０８、および二流体ノズル１０９の上面図である。図１０に示すように、保持ローラー１１１、アーム１１５、ペン型洗浄具１０８、および二流体ノズル１０９は、ハウジング１００によって形成された洗浄室９９内に配置されている。ウェハＷは、裏面が上向きの状態で、搬送ロボット８５によって洗浄室９９内に搬送され、保持ローラー１１１上に置かれる。保持ローラー１１１は、ウェハＷの周縁部を保持し、さらにウェハＷを回転させる。ウェハＷの裏面洗浄は、ウェハＷが回転されながら行われる。

アーム１１５の旋回運動に伴って、ペン型洗浄具１０８および二流体ノズル１０９は、保持ローラー１１１に保持されたウェハＷの中心Ｏを通る円弧状の軌道を描いて一体に移動する。ペン型洗浄具１０８と支持軸１１８の旋回軸線Ｐとの距離は、二流体ノズル１０９と支持軸１１８の旋回軸線Ｐとの距離に等しい。したがって、アーム１１５の旋回運動に伴って、ペン型洗浄具１０８および二流体ノズル１０９は同じ軌道を描いて移動する。より具体的には、ウェハＷの裏面洗浄中は、ペン型洗浄具１０８および二流体ノズル１０９は、ウェハＷの中心ＯとウェハＷのエッジ部（裏面の最も外側の周縁部）との間を往復移動する。なお、ウェハ保持部（基板保持部）１０５としては、保持ローラー方式に限られるものではなく、例えば、裏面が上向きにされたウェハＷの表面の中央部付近を水平に吸着保持できるようにし、ウェハＷが回転できるように構成してもよい。

本実施形態に係る裏面洗浄ユニット８０は、ウェハ保持部（基板保持部）１０５の保持ローラー１１１によってウェハＷを回転させながら、ペン型洗浄具１０８によるスクラブ洗浄、および二流体ノズル１０９による二流体洗浄を同じ洗浄室９９内で連続して実行することができる。スクラブ洗浄および二流体洗浄のどちらも、ウェハＷの裏面が上向きの状態で行われる。物理的なスクラブ洗浄および二流体洗浄を、時間的に連続した形での処理として行うことで、それぞれの洗浄プロセスの特性を生かしたウェハＷの洗浄を行うことができる。

スクラブ洗浄は、ウェハ保持部（基板保持部）１０５の保持ローラー１１１によってウェハＷをその軸線を中心に回転させながら、薬液供給ノズル１０７から薬液をウェハＷの裏面に供給し、さらに薬液の存在下でペン型洗浄具１０８（すなわちスクラブ洗浄具）をウェハＷの裏面に摺接させることにより行われる。スクラブ洗浄中、ペン型洗浄具１０８は、アクチュエータ１１６によって回転されつつ、ウェハＷの裏面に押し付けられる。さらに、スクラブ洗浄中、ペン型洗浄具１０８は、ウェハＷの裏面に押し付けられたまま、回転するウェハＷの中心ＯとウェハＷのエッジ部（裏面の最も外側の周縁部）との間を所定回数だけ往復移動する。スクラブ洗浄中は、二流体ノズル１０９は二流体噴流をウェハＷの裏面に供給しない。スクラブ洗浄が終了した後、ペン型洗浄具１０８からの薬液の滴下を防止するために、ペン型洗浄具１０８をウェハＷの裏面から離間させる。さらに、薬液の滴下を防止するため、退避させたペン型洗浄具１０８の下に位置できるようにしたカバー部材（不図示）をアーム１１５等に設けることもできる。

二流体洗浄は、ウェハ保持部（基板保持部）１０５の保持ローラー１１１によってウェハＷをその軸線を中心に回転させながら、二流体ノズル１０９から二流体噴流をウェハＷの裏面に供給することにより行われる。二流体噴流は、液体（例えば、炭酸水）と気体（例えば、窒素ガス）との混合物である。二流体洗浄中は、二流体ノズル１０９は、回転するウェハＷの中心ＯとウェハＷのエッジ部との間を所定回数だけ往復移動する。二流体洗浄中は、ペン型洗浄具１０８はウェハＷの裏面に接触せず、かつ薬液はウェハＷの裏面に供給されない。

なお、ウェハＷに噴射した二流体噴流が飛散してしまいウェハＷの表面へと回り込んでしまうことを防止するため、保持ローラー１１１の外側に回転カップ（不図示）を設けてもよい。この回転カップは、回転するウェハＷと同じ回転速度および同じ方向で回転するように構成することができる。このようにすると、ウェハＷと回転カップとの間で相対速度がなくなるため、回転カップに衝突した液滴に加速度を与えてしまうことを防止でき、結果的に液滴の飛散を防止できる。

一実施形態では、裏面洗浄ユニット８０は、ペン型洗浄具１０８でウェハＷの裏面をスクラブ洗浄する第１裏面洗浄工程を行い、その後、二流体噴流でウェハＷの裏面を洗浄する第２裏面洗浄工程を行う。二流体噴流でウェハＷを洗浄した後に、リンス液供給ノズル１０６からウェハＷの裏面にリンス液（通常は純水）を供給してもよい。一実施形態では、裏面洗浄ユニット８０は、二流体噴流でウェハＷの裏面を洗浄する第１裏面洗浄工程を行い、その後、ペン型洗浄具１０８でウェハＷの裏面をスクラブ洗浄する第２裏面洗浄工程を行ってもよい。この場合は、スクラブ洗浄した後に、リンス液供給ノズル１０６からウェハＷの裏面にリンス液が供給され、薬液がウェハＷの裏面から洗い流される。

また、一実施形態では、ウェハＷをリンスした後、ウェハＷを所定時間回転させて、ウェハＷ上の液滴を遠心力により飛散させてスピン乾燥するようにしてもよい。また、一実施形態では、洗浄したウェハＷの裏面をまずはリンスした後に、ウェハＷの表面へと回り込んだ液体を洗い流すため、例えば、リンス液供給ノズル１０６を揺動させながらウェハＷの裏面の中心から外周部にかけてリンス液が供給されるようにし、次いで、ウェハＷの表面の少なくともベベル部またはエッジ部にリンス液が供給されるようにし、その後、ウェハＷを所定時間回転させて、ウェハＷ上の液滴を遠心力により飛散させてスピン乾燥するようにしてもよい。

上述した実施形態によれば、スクラブ洗浄および二流体洗浄のうちのいずれか一方である第１裏面洗浄工程が行われ、次にスクラブ洗浄および二流体洗浄のうちの他方である第２裏面洗浄工程が連続して行われる。ウェハＷの裏面は、スクラブ洗浄と二流体洗浄との組み合わせによって洗浄されるので、高い除去率で研磨屑などのパーティクルをウェハＷの裏面から除去することができる。さらに、例えばウェハＷの裏面をスクラブ洗浄するにあたって薬液を用いて洗浄する場合には、ウェハＷの裏面の状態に応じた薬剤での洗浄処理を行うことができる。第１裏面洗浄工程と第２裏面洗浄工程は、同じ洗浄室９９内でウェハＷがウェハ保持部（基板保持部）１０５に保持されたまま連続して行われるので、短い洗浄時間で高除去率の裏面洗浄を行うことができる。

第１裏面洗浄工程と第２裏面洗浄工程の動作は、図１に示す動作制御部１２によって制御される。裏面洗浄ユニット８０は、ウェハＷの裏面の状態を監視する表面監視装置をさらに備えてもよい。表面監視装置は、例えば、赤外線をウェハ面に照射し、ウェハ面上のパーティクルの数を計測する装置、またはウェハ面の画像を生成し、該画像に基づいてウェハ面の状態を判断する装置などの公知の装置である。表面監視装置は、ウェハＷの裏面の状態を示すデータを動作制御部１２に送り、動作制御部１２は、該データに基づいて、第１裏面洗浄工程と第２裏面洗浄工程の動作を制御してもよい。例えば、動作制御部１２は、表面監視装置から送られたデータに基づいて、第１裏面洗浄工程から第２裏面洗浄工程に切り替えるタイミングを決定してもよいし、または第１裏面洗浄工程と第２裏面洗浄工程のそれぞれの時間を決定してもよい。

裏面洗浄ユニット８０によって裏面が洗浄されたウェハＷは、搬送ロボット８５によって裏面洗浄ユニット８０から取り出され、第１ウェハステーション９１に搬送される。

図１に戻り、裏面が洗浄されたウェハは、搬送ロボット６１によって裏面洗浄部１０の第１ウェハステーション９１から取り出され、裏面が下を向くように反転され、そして上側の仮置き台６０Ａに送られる。ウェハは、次に表面洗浄部１５で洗浄される。表面洗浄部１５は、ウェハの表面（表側の面）を洗浄する一次洗浄ユニット１３１、二次洗浄ユニット１３２、および三次洗浄ユニット１３３を備えており、さらに、洗浄されたウェハを乾燥させる乾燥ユニット１３５を備えている。本実施形態では、一次洗浄ユニット１３１および二次洗浄ユニット１３２は、ロールスポンジをウェハの上下面に摺接させることでウェハを洗浄するロール型洗浄機であり、三次洗浄ユニット１３３は、二流体噴流をウェハの上面に供給する二流体型洗浄機が使用されている。二流体型洗浄機に代えて、ペンスポンジを採用したペンスポンジ型洗浄機を使用してもよい。

一次洗浄ユニット１３１と二次洗浄ユニット１３２との間には搬送ロボット１４１が配置されており、二次洗浄ユニット１３２と三次洗浄ユニット１３３との間には搬送ロボット１４２が配置されている。搬送ロボット１４２は、上側の仮置き台６０Ａに隣接して配置されている。三次洗浄ユニット１３３と乾燥ユニット１３５との間には搬送ロボット１４３が配置されている。

裏面が洗浄されたウェハは、搬送ロボット１４２によって上側の仮置き台６０Ａから取り出される。さらに、搬送ロボット１４２および搬送ロボット１４１によって、二次洗浄ユニット１３２を経由して一次洗浄ユニット１３１に搬送される。ウェハの表面は、一次洗浄ユニット１３１、二次洗浄ユニット１３２、および三次洗浄ユニット１３３によって順次洗浄される。三次洗浄ユニット１３３によって洗浄されたウェハは、搬送ロボット１４３によって乾燥ユニット１３５に搬送され、ここでウェハが乾燥される。乾燥されたウェハは、搬送ロボット２１によって乾燥ユニット１３５からロードポート５上のウェハカセットに搬送される。

次に、図１１のフローチャートを参照して、ウェハの処理全体の一実施形態を説明する。ステップ１では、ウェハの裏面の外周側領域が第１裏面研磨ユニット８によって研磨される。ステップ２では、ウェハの裏面が上向きになるように搬送ロボット６１によってウェハが反転される。ステップ３では、ウェハの裏面の中心側領域が第２裏面研磨ユニット９によって研磨される。なお、ウェハの裏面の中心側領域の研磨をステップ１として行い、ウェハの裏面の外周側領域の研磨をステップ３として行ってもよい。

ステップ４では、裏面が研磨されたウェハは、裏面洗浄部１０の第２ウェハステーション８２（図７参照）に搬送される。ステップ５では、ウェハの裏面に対して、スクラブ洗浄と二流体洗浄が裏面洗浄ユニット８０によって行われる。スクラブ洗浄と二流体洗浄の順序は、洗浄レシピによって予め定められる。ステップ６では、裏面が洗浄されたウェハは、裏面洗浄部１０の第１ウェハステーション８１（図７参照）に搬送される。ステップ７では、ウェハは、搬送ロボット６１によって第１ウェハステーション８１から取り出され、さらに裏面が下向きとなるようにウェハが搬送ロボット６１によって反転される。ステップ８では、表面洗浄部１５によりウェハの表面が洗浄され、乾燥される。このようにして、基板処理装置は、ウェハの裏面研磨、裏面洗浄、表面洗浄、およびウェハ乾燥の一連の処理を連続して実行する。これらの動作は、動作制御部１２で制御されている。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

５ ロードポート
７ 裏面研磨部
８ 第１裏面研磨ユニット
９ 第２裏面研磨ユニット
１０ 裏面洗浄部
１２ 動作制御部
１５ 表面洗浄部
２１ 搬送ロボット
２２ 仮置き台
２４ 搬送ロボット
３２ 第１基板保持部
３４ 第１研磨ヘッド
３７ 基板ステージ
３９ ステージモータ
４０ 真空ライン
４２ 研磨テープ
４３ ローラー
４４ 押圧部材
４５ エアシリンダ
５１ 繰り出しリール
５２ 巻取りリール
５５ 研磨ヘッド移動機構
５７，５８ 液体供給ノズル
６０Ａ，６０Ｂ 仮置き台
６２ 第２基板保持部
６４ 研磨具
６６ 第２研磨ヘッド
６８ チャック
６９ クランプ
７１ 中空モータ
７２ 基板支持部
７５ ヘッドアーム
７６ 揺動軸
７７ 駆動機
７９ 液体供給ノズル
８０ 裏面洗浄ユニット
８１ 第１ウェハステーション（第１基板ステーション）
８２ 第２ウェハステーション（第２基板ステーション）
８５ 搬送ロボット
８７ 容器
９１ 第１シャッタ
９２ 第２シャッタ
９４ 支柱
９７ 純水供給管
９９ 洗浄室
１００ ハウジング
１０５ ウェハ保持部（基板保持部）
１０７ 薬液供給ノズル
１０６ リンス液供給ノズル
１０８ ペン型洗浄具（スクラブ洗浄具）
１０９ 二流体ノズル
１１１ 保持ローラー
１１２ ローラーモータ
１１３ トルク伝達機構
１１５ アーム
１１６ アクチュエータ
１１８ 支持軸
１２０ 旋回モータ
１２１ ノズルホルダー
１２２ 二流体供給ライン
１３１ 一次洗浄ユニット
１３２ 二次洗浄ユニット
１３３ 三次洗浄ユニット
１３５ 乾燥ユニット
１４１，１４２，１４３ 搬送ロボット

Claims (14)

1. 基板の裏面を洗浄するための装置であって、
   基板の裏面を上向きにした状態で、基板を保持しながら回転させる基板保持部と、
   回転可能に構成されたスクラブ洗浄具と、
   前記基板保持部の上方に配置された二流体ノズルと、
   前記基板保持部、前記スクラブ洗浄具、および前記二流体ノズルが配置される洗浄室を形成するハウジングとを備えたことを特徴とする装置。
2. 前記スクラブ洗浄具および前記二流体ノズルが固定されたアームと、
   前記アーム、前記スクラブ洗浄具、および前記二流体ノズルを、所定の旋回軸線を中心に所定の角度で時計回りおよび反時計回りに回転させる旋回モータをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記スクラブ洗浄具と前記所定の旋回軸線との距離は、前記二流体ノズルと前記所定の旋回軸線との距離に等しいことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記基板保持部は、基板の周縁部を保持する回転可能な複数の保持ローラーを備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. 裏面が洗浄された基板を一時的に収容するための第１基板ステーションと、
   裏面が洗浄されていない基板を一時的に収容するための第２基板ステーションとをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記第１基板ステーションおよび前記第２基板ステーションのそれぞれは、内部に密閉空間が形成される容器と、前記容器内に配置された純水噴霧ノズルを備えていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 基板の裏面を洗浄するための複数の裏面洗浄ユニットと、
   裏面が洗浄された基板を一時的に収容するための第１基板ステーションと、
   裏面が洗浄されていない基板を一時的に収容するための第２基板ステーションと、
   裏面が洗浄されていない基板を前記第２基板ステーションから前記複数の裏面洗浄ユニットのうちのいずれかに搬送し、さらに裏面が洗浄された基板を前記複数の裏面洗浄ユニットのうちのいずれかから前記第１基板ステーションに搬送するための搬送装置を備え、
   前記裏面洗浄ユニットは、
   基板の裏面を上向きにした状態で、基板を保持しながら回転させる基板保持部と、
   回転可能に構成されたスクラブ洗浄具と、
   前記基板保持部の上方に配置された二流体ノズルと、
   前記基板保持部、前記スクラブ洗浄具、および前記二流体ノズルが配置される洗浄室を形成するハウジングとを備えることを特徴とする裏面洗浄装置。
8. 基板の裏面を研磨する裏面研磨部と、
   前記裏面研磨部によって研磨された基板の裏面を洗浄するための請求項７に記載の裏面洗浄装置を備えることを特徴とする基板処理装置。
9. 基板の裏面を洗浄するための方法であって、
   洗浄室内に基板を受け入れて該基板を保持し、
   前記洗浄室内で保持された基板を回転させ、
   スクラブ洗浄具を回転させながら、前記洗浄室内の基板の裏面に摺接させ、その後、
   前記洗浄室内の基板の裏面に二流体噴流を供給することを特徴とする方法。
10. 前記スクラブ洗浄具を基板の裏面に摺接させる工程は、前記スクラブ洗浄具を回転させながら基板の裏面に摺接させ、さらに前記回転するスクラブ洗浄具を基板の中心とエッジ部との間で往復移動させる工程であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 基板の裏面に二流体噴流を供給する工程は、二流体ノズルから基板の裏面に二流体噴流を供給しながら、前記二流体ノズルを基板の中心とエッジ部との間で往復移動させる工程であることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
12. 基板の裏面を洗浄するための方法であって、
    洗浄室内に基板を受け入れて該基板を保持し、
    前記保持された基板を回転させ、
    基板の裏面に二流体噴流を供給し、その後、
    スクラブ洗浄具を回転させながら基板の裏面に摺接させることを特徴とする方法。
13. 前記スクラブ洗浄具を基板の裏面に摺接させる工程は、前記スクラブ洗浄具を回転させながら基板の裏面に摺接させ、さらに前記回転するスクラブ洗浄具を基板の中心とエッジ部との間で往復移動させる工程であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 基板の裏面に二流体噴流を供給する工程は、二流体ノズルから基板の裏面に二流体噴流を供給しながら、前記二流体ノズルを基板の中心とエッジ部との間で往復移動させる工程であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。

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