JP2024089113A - 基板回転処理装置及び基板研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で乾燥用ガスの回転カバー内での滞留を効果的に抑制すること【解決手段】基板回転処理装置としての基板乾燥装置は、基板Ｗを水平に保持する基板保持機構と、基板Ｗの周囲に配置され、基板Ｗを取り囲む側壁部４３及び側壁部４３の内側の底面部４５を有する回転カバー４０と、基板保持機構に保持された基板及び回転カバー４０を回転させる回転機構と、基板保持機構により保持される基板Ｗの裏面に対して、回転カバー４０の底面部４５を介して気体を供給する気体供給ノズルとを備える。回転カバー４０の底面部４５には、気体供給ノズルから供給される気体を排出するための複数の排出孔４２が形成される。これら排出孔４２は、回転カバー４０の回転面に対して斜めに形成された傾斜面４２ａを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体基板等を回転させながら洗浄及び乾燥処理を行う基板回転処理装置に関する。

半導体デバイスの製造工程では、半導体基板等の表面を研磨処理する基板研磨装置が広く使用されている。研磨された基板は、基板洗浄装置に送られて、基板に付着した不要な残渣（ディフェクト）を除去する基板洗浄処理と、洗浄済みの基板を乾燥する基板乾燥処理が行われる。基板洗浄装置は、基板を保持する基板保持機構と、基板保持機構を回転させるモータと、基板の周囲に配置される固定カバーと、基板表面に洗浄液（純水）を供給するノズル等を備えている。基板洗浄時には、基板を低速で回転させながら基板表面に洗浄液が供給され、基板乾燥時には、基板を高速で回転させて基板表面から洗浄液を除去する。基板表面から振り落とされた洗浄液は固定カバーに回収される。

基板乾燥時に基板が高速回転されることで、固定カバーの内側に旋回流が発生すると、基板から除去された洗浄液のミストが旋回流によって基板の表面に付着してしまい、基板の表面にウォーターマークが発生する場合がある。このようなウォーターマークを抑制するため、並列する２つのノズルからＩＰＡ蒸気（イソプロピルアルコールと窒素ガスとの混合気体）と純水を基板表面に供給しながらこれら２つのノズルを基板径方向に沿って移動させて基板を乾燥させる方法（ロタゴニ乾燥）が利用されている。

また、特許文献１には、基板と略同一の速度で回転する回転カバーを基板の周囲に配置する基板洗浄装置が開示されている。これにより、基板と回転カバーとの相対速度がほぼゼロとなり、回転カバーの内側に気体の旋回流が形成されるのを抑制することで、洗浄液のミストが基板に付着するのを防止することができる。

特開２００９－１１７７９４号公報

このような基板洗浄装置では、基板乾燥のために基板裏面にガス（窒素ガス）を吐出し、回転カバーの外周部に形成された開口を通して乾燥用ガスを下方に排気する構成を有している。しかしながら、基板及び回転カバーが高速で回転することにより、基板の上方向へのフローが発生し、これにより基板裏面に吐出された乾燥用ガスが十分に排気されずに基板の下方で滞留する場合がある。その場合、残渣（ディフェクト）や水分が基板裏面に付着することで、乾燥処理後の基板の品質が劣化するおそれがある。

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、簡易な構成で乾燥用ガスの滞留を効果的に抑制することができる基板回転処理装置及びかかる基板回転処理装置を用いた基板研磨装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る基板回転処理装置は、基板を水平に保持する基板保持機構と、 前記基板の周囲に配置され、前記基板を取り囲む側壁部及び前記側壁部の内側の底面部を有する回転カバーと、前記基板保持機構に保持された前記基板及び前記回転カバーを回転させる回転機構と、前記基板保持機構により保持される基板の裏面に対して、前記回転カバーの前記底面部を介して気体を供給する気体供給ノズルとを備え、前記回転カバーの前記底面部には、前記気体供給ノズルから供給される気体を排出するための複数の排出孔が形成され、前記排出孔は、前記回転カバーの回転面に対して斜めに形成された傾斜面を有することを特徴とする。

本発明の一態様に係る基板回転処理装置において、前記排出孔は、前記回転カバーを上方から見たときに円形または長方形であることが好ましい。また、前記回転カバーの前記底面部には、前記回転カバーの回転面に対して斜めに形成された複数の羽根が設けられ、前記排出孔は隣接する２つの前記羽根の間に形成されることが好ましい。本発明の一態様に係る基板回転処理装置において、基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルを更に備えることが好ましい。

本発明の一態様に係る基板研磨装置は、上記の基板回転処理装置を備えるとともに、当該基板回転処理装置は研磨処理後の前記基板を乾燥処理する基板乾燥装置であることを特徴とする。

本発明によれば、回転カバーの周方向に形成された開口により、回転カバーの下方に向けた気流の流れを強くすることができ、簡易な構成で乾燥用ガスの滞留を効果的に抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る基板研磨装置の構成を概略的に示す平面図である。 基板回転処理装置の一例である基板乾燥装置の構成を示す略断面図である。 図２の基板乾燥装置において、基板が持ち上げられた状態を示す略断面図である。 基板乾燥装置に取り付けられる回転カバーの一例の構成を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は部分断面図である。 回転カバーの別の例の構成を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は部分断面図である。 回転カバーのさらに別の例の構成を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は側面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る基板回転処理装置（基板乾燥装置）を備えた基板研磨装置について、図面を参照して説明する。なお、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、基板研磨装置の全体構成を示す平面図である。基板研磨装置１０は、ロード／アンロード部１２、研磨部１３と、洗浄／乾燥部１４とに区画されており、これらは矩形状のハウジング１１の内部に設けられている。また、基板研磨装置１０は、基板搬送・研磨・洗浄等の処理の動作制御を行う制御装置１５を備えている。

ロード／アンロード部１２は、複数のフロントロード部２０と、走行機構２１と、搬送ロボット２２を備えている。フロントロード部２０には、多数の基板（ウエハ）Ｗをストックする基板カセットが載置される。搬送ロボット２２は、上下に２つのハンドを備えており、走行機構２１上を移動することで、フロントロード部２０に置かれた基板カセット内の基板Ｗを取り出して研磨部１３へ送るとともに、洗浄部１４から送られる処理済みの基板を基板カセットに戻す動作を行う。

研磨部１３は、基板の研磨（平坦化処理）を行う領域であり、複数の研磨ユニット１３Ａ～１３Ｄが設けられ、基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。個々の研磨ユニットは、研磨テーブル上の基板Ｗを研磨パッドに押圧しながら研磨するためのトップリングと、研磨パッドに研磨液や純水等の液体を供給する液体供給ノズルと、研磨パッドの研磨面の目立て（ドレッシング）を行うドレッサと、液体と気体の混合流体または霧状の液体を研磨面に噴射して研磨面に残留する研磨屑や砥粒を洗い流すアトマイザを備えている。研磨部１３と洗浄部１４との間には、基板Ｗを搬送する搬送機構として、第１，第２リニアトランスポータ１６，１７が設けられている。

洗浄部１４は、第１基板洗浄装置２３、第２基板洗浄装置２４、基板乾燥装置３０と、これら装置間で基板の受け渡しを行うための搬送ロボット２５，２６を備えている。研磨ユニットで研磨処理が施された基板Ｗは、第１基板洗浄装置２３において、一対のロールスポンジによりスクラブ洗浄（一次洗浄）される。次いで、第２基板洗浄装置２４において、基板Ｗは一対のロールスポンジにより更にスクラブ洗浄（仕上げ洗浄）される。洗浄後の基板は、第２基板洗浄装置２４から、基板回転処理装置としての基板乾燥装置３０に搬入されてロタゴニ乾燥が施される。乾燥後の基板Ｗは、搬送ロボット２２にて取り出され、基板乾燥装置３０からフロントロード部２０に載置された基板カセットに戻される。

基板研磨装置１０の動作を制御するための制御プログラムは、予め制御装置１５を構成するコンピュータにインストールされていても良く、あるいは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶されていても良く、さらには、インターネットを介して制御装置１５にインストールするようにしても良い。

図２に示すように、基板乾燥装置３０は、基板Ｗを水平に保持する基板保持機構３１と、基板保持機構３１を介して基板Ｗをその中心軸周りに回転させるモータ（回転機構）３２と、基板Ｗの周囲に配置される回転カバー４０と、基板Ｗの表面（フロント面）に洗浄液として純水を供給するフロントノズル３４とを備えている。洗浄液としては、純水の代わりに薬液を用いることができる。

基板保持機構３１は、基板Ｗの周縁部を把持する複数のチャック３５と、これらチャック３５が固定される円形のステージ３６と、このステージ３６を支持する中空状の支持軸３７とを有している。回転カバー４０は、ステージ３６の上に固定されて当該ステージ３６と回転カバー４０とは同軸上に配置される。また、チャック３５に保持された基板Ｗと回転カバー４０とは同軸上に位置する。

支持軸３７の外周面にはモータ３２が連結されており、モータ３２のトルクは支持軸３７に伝達される。これにより、ステージ３６及び回転カバー４０が回転するとともに、チャック３５に保持された基板Ｗが回転する。

ステージ３６の下方には、少なくとも３本のプッシュロッド３８と、これらプッシュロッド３８を上下動させるアクチュエータ３９が配置されている。ステージ３６及び回転カバー４０には、プッシュロッド３８の位置に対応して複数の通孔３６ａ、４０ａが形成されている。乾燥処理後は、図３に示すように、アクチュエータ３９によりプッシュロッド３８が上昇し、プッシュロッド３８は通孔３６ａ，４０ａを通り抜けて基板Ｗを持ち上げる。その後、乾燥された基板Ｗは、図示しない搬送ロボットのハンドにより搬送される。

図２において、支持軸３７の内部には、洗浄液供給源５０に接続されたバックノズル５２と、乾燥気体供給源５１に接続されたガスノズル５３とが配置されている。洗浄液供給源５０には、洗浄液として純水が貯留されており、バックノズル５２を通じて基板Ｗの裏面に純水が供給されるようになっている。また、乾燥気体供給源５１には、乾燥気体としてＮ２ガスまたは乾燥空気などが貯留されており、ガスノズル５３を通じて基板Ｗの裏面に乾燥気体が供給されるようになっている。

フロントノズル３４は、図示しない純水供給源（洗浄液供給源）に接続され、基板Ｗの中心を向いて配置されており、基板Ｗの表面の中心に純水が供給されるように構成されている。また、基板Ｗの上方には、ロタゴニ乾燥を実行するための２つのノズル５５，５６が並列して配置されている。図中左側のノズル５５は、基板Ｗの表面にＩＰＡ蒸気（イソプロピルアルコールとＮ２ガスとの混合気）を供給し、右側のノズル５６は基板Ｗの表面の乾燥を防ぐために純水を供給する。これらノズル５５，５６は基板Ｗの径方向に沿って移動可能に構成されている。

回転カバー４０の底面には、その周縁部において複数の排出孔４２（図４参照）が形成されている。図４に示すように、排出孔４２は、回転カバー４０の周方向に沿って複数形成された略円形状の開口であり、その下部開口に向かって径方向外側に傾斜している。図２において、上述したフロントノズル３４およびバックノズル５２から供給された洗浄液（純水）やノズル５６から供給された純水は、ガスノズル５３からのガス、ノズル５５からのＩＰＡ蒸気や周囲雰囲気（通常は空気）とともにこの排出孔４２を通じて、回転カバー４０の外部に排出される。

排出孔４２の下方には、排液路５７と排気路５８とが設けられている。これら排液路５７および排気路５８は、いずれも環状に形成されており、排液路５７は排気路５８の径方向外側に配置されている。このような構成によれば、排出孔４２から排出された液体および気体は、遠心力により分離され、液体は排液路５７に、気体は排気路５８に流入する。排気路５８は吸引源（例えば真空ポンプ）６０に連結されている。

ステージ３６の下方には、微小な隙間を介して円板状の固定板６１が配置されており、回転するステージ３６によって周囲の気体が撹乱されることを防止する。また、ステージ３６の周縁部には、下方に延びる円筒状のスカート６２が配置されており、排出孔４２から排出された液体が周囲に飛び散るのを防止する。

図４（Ａ）に示すように、回転カバー４０は、基板保持機構３１により保持された基板Ｗを囲むように形成された側壁部４３と、複数の排出孔４２が形成された円形状の底面部４５を有している。回転カバー４０の側壁部４３の上端は、基板Ｗよりも上方に位置している。側壁部４３の内周面の直径（回転カバー４０の内径）は、側壁部４３の上端に向かって徐々に減少するように形成されている。すなわち、回転カバー４０の側壁部４３は全体として径方向内側に傾斜し、側壁部４３の内周面と水平面とのなす角度は９０度未満となっている。本実施形態では、回転カバー４０の内周面は曲線から構成される断面形状（円弧形状）となっているが、これに限定されるものではなく、例えば複数の直線（傾斜線）から構成されていても良い。

図４（Ｂ）に示すように、回転カバー４０の底面部４５の外縁付近には、回転カバー４０の周方向に沿って複数の排出孔４２が形成されている。これら排出孔４２は、上述したフロントノズル３４およびバックノズル５２からの洗浄液（純水）、ノズル５６から供給された純水、ガスノズル５３からのガス、ノズル５５からのＩＰＡ蒸気を外部に排出する目的で形成されている。

図４（Ｃ）に示すように、回転カバー４０の周方向に沿って形成された複数の排出孔４２のそれぞれは、回転カバー４０の底面（回転面）に対して斜めに形成された傾斜面４２ａ（図４（Ｂ）でグレーで示した面であり、鉛直方向Ｚに対する傾斜角度θ）を有している。このため、図４（Ａ）にて点線で示すとおり、回転カバー４０の回転に伴い、回転カバー４０の内部において排出孔４２を通って流れるダウンフローが形成される。これにより、ガスノズル５３から供給されるガスが回転カバー４０の内部に滞留することを防止できる。

本実施形態に係る基板乾燥装置３０の動作について説明する。まず、チャック３５に基板Ｗがセットされると、モータ３２によりステージ３６（基板保持機構３１）を回転させる。これにより、基板Ｗおよび回転カバー４０が回転する。この状態で、フロントノズル３４およびバックノズル５２から純水を基板Ｗの表面（上面）および裏面（下面）に供給し、基板Ｗの全面を純水でリンスする。基板Ｗに供給された純水は、遠心力により基板Ｗの表面および裏面全体に広がり、これにより基板Ｗの全体がリンスされる。回転する基板Ｗから振り落とされた純水は、回転カバー４０に捕らえられ、排出孔４２に流れ込む。

ここで、回転カバー４０と基板Ｗとは同一速度で回転しているので、純水が回転カバー４０の内周面に衝突する際に、純水が飛散することがほとんどない。また、同一速度で回転する回転カバー４０と基板Ｗとの間の空間内には気体の旋回流がほとんど形成されないので、旋回流によって純水の飛沫が基板Ｗに運ばれることがなくなり、ウォーターマークの形成を防止することができる。

次に、フロントノズル３４とバックノズル５２からの純水の供給を停止し、フロントノズル３４を基板Ｗから離れた所定の待機位置に移動させるとともに、２つのノズル５５，５６を基板Ｗの上方の作業位置に移動させる。そして、基板Ｗを１５０～３００回転／分の速度で低速回転させながら、ノズル５５からＩＰＡ蒸気を、ノズル５６から純水を基板Ｗの表面に向かって供給する。そして、２つのノズル５５，５６を同時に基板Ｗの径方向に沿って移動させる。これにより、基板Ｗの表面（上面）が乾燥される。

その後、２つのノズル５５，５６を所定の待機位置に移動させ、基板Ｗを１０００～１５００回転／分の速度で高速回転させ、基板Ｗの裏面に付着している純水を振り落とす。基板Ｗの高速回転中に、ガスノズル５３から乾燥気体を基板Ｗの裏面に吹き付ける。このようにして基板Ｗの裏面が乾燥される。

基板Ｗの裏面乾燥中に、ガスノズル５３から供給される乾燥気体が基板Ｗの裏面に吹き付けられると、乾燥気体が徐々に回転カバー４０の側壁部４３に向けて徐々に移動し、排出孔４２を通じて回転カバー４０の外部へ排気される。しかしながら、基板Ｗが高速回転しており上方向のフローが生じ、基板Ｗに吹き付けられた乾燥気体の一部が回転カバー４０の内部で滞留する場合がある。これにより、回転カバー４０内の残渣が基板Ｗの裏面に付着するおそれがある。

本実施形態に係る基板乾燥装置では、回転カバー４０に形成された排出孔４２が、回転カバー４０の回転方向に対して斜めに形成されており、この傾斜面４２ａにより、回転カバー４０の内部にて排出孔４２における上方向のフローが減少される。これにより、ガスノズル５３から供給されるガスが回転カバー４０の内部に滞留することを防止できる。

基板Ｗの乾燥が終了すると、ガスノズル５３からの乾燥気体の供給を停止させる。そして、図３に示すように、アクチュエータ３９により、基板Ｗが回転カバー４０よりも上方に位置するまで、基板Ｗを上昇させる。乾燥された基板Ｗは、図示しない搬送ロボットのハンドにより基板保持機構３１から取り出される。

上記の実施形態では、排出孔４２が回転カバー４０の周方向に沿ってほぼ隙間なく形成されているが、排出孔４２の数及び大きさはこの実施形態に限られることはなく、適宜変更することができる。

上記の実施形態では、排出孔４２の形状が上から見たときに円形となるように形成されているが、排出孔４２の形状はこの実施形態に限られることはない。例えば、図５に示す例では、回転カバー７０には、周方向（回転カバーの回転方向）にそって複数の長方形状の排出孔７２が形成されており、個々の排出孔７２は、回転カバー７０の底面（回転面）に対して斜めに形成された傾斜面７２ａ（図５（Ｂ）でグレーで示した面であり、鉛直方向Ｚに対する傾斜角度θ）を有している。この構成によっても、排出孔７２に斜めに形成された傾斜面７２ａにより、回転カバー７０の内部にて排出孔７２を通って流れるダウンフローが形成され、ガスノズル５３から供給されるガスが回転カバー７０の内部に滞留することを防止できる。

また、図６に示す例では、回転カバー８０には、周方向（回転カバーの回転方向）にそって頂部８１ａを有する複数の羽根８１が形成されており、個々の羽根８１は、回転カバー８０の底面（回転面）に対して斜めに形成されており、傾斜面（図６（Ｂ）でその上面をグレーで示した面、鉛直方向Ｚに対する傾斜角度θ）を構成している。隣接する２つの羽根８１により排出孔８２が形成され、個々の排出孔８２は回転カバー８０の周方向に対して斜めに形成された傾斜面（羽根８１）を備える。これらの羽根８１により、回転カバー８０の内部にて排出孔８２を通って流れるダウンフローが形成され、ガスノズル５３から供給されるガスが回転カバー８０の内部に滞留することを防止できる。なお、図６では、傾斜面の向きが図４及び図５と逆であるため、回転カバー８０の回転方向も図４及び図５と逆になる。

図５の回転カバー７０に形成された排出孔７２の傾斜角度θと気流の流れとの関係について、傾斜角度θを変えてシミュレーションを行った。排出孔７２の数を４個（９０度毎に等間隔）、傾斜角度θを５度（ほぼ垂直）、３０度、４５度及び６０度とし、回転カバー４０の速度を約１８００ｒｐｍとした場合の、排出孔７２の部分の気流の流れ及び流量を計算した。その結果は下記の通りであった。
傾斜角度 気流の向き 流量
５度 上方向 0.93［ｍ³／分］
３０度 上方向 0.26［ｍ³／分］
４５度 下方向 0.67［ｍ³／分］
６０度 下方向 0.38［ｍ³／分］

上記のシミュレーションの結果、傾斜角度θが５度とほぼ垂直の場合には上方向の気流の流れとなっているが、傾斜角度が付くことにより上方向の気流の流れが少なくなり、４５度、６０度とした場合に下方向の気流（ダウンフロー）が得られることが分かる。また、傾斜角度θを６０度と大きくすると、４５度の場合と比べると気流の流れが妨げられ、ダウンフローの流量が低下していることが分かる。

以上より、傾斜角度θを設けることで、基板Ｗに吹き付けられた乾燥気体の一部が回転カバーの内部で滞留するおそれを減らすことができる。また、上方向のフローを効果的に減少させる観点からは傾斜角度θを３０度～６０度とすることが好ましく、ダウンフローを得るという観点からは傾斜角度θを４０度～５０度の範囲で定めることが望ましい。

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。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。

１０ 基板研磨装置
３０ 基板乾燥装置
４０、７０、８０ 回転カバー
４２、７２、８２ 排出孔
４３ 側壁部
５３ ガスノズル
５７ 排液路
５８ 排気路
８１ 羽根
Ｗ 基板

Claims (6)

1. 基板を水平に保持する基板保持機構と、
   前記基板の周囲に配置され、前記基板を取り囲む側壁部及び前記側壁部の内側の底面部を有する回転カバーと、
   前記基板保持機構に保持された前記基板及び前記回転カバーを回転させる回転機構と、
   前記基板保持機構により保持される基板の裏面に対して、前記回転カバーの前記底面部を介して気体を供給する気体供給ノズルとを備え、
   前記回転カバーの前記底面部には、前記気体供給ノズルから供給される気体を排出するための複数の排出孔が形成され、前記排出孔は、前記回転カバーの回転面に対して斜めに形成された傾斜面を有することを特徴とする、基板回転処理装置。
2. 前記排出孔は、前記回転カバーを上方から見たときに円形である、請求項１記載の基板回転処理装置。
3. 前記排出孔は、前記回転カバーを上方から見たときに長方形である、請求項１記載の基板回転処理装置。
4. 前記回転カバーの前記底面部には、前記回転カバーの回転面に対して斜めに形成された複数の羽根が設けられ、前記排出孔は隣接する２つの前記羽根の間に形成されることを特徴とする、請求項１記載の基板回転処理装置。
5. 前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルを更に備えたことを特徴とする、請求項１記載の基板回転処理装置。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の基板回転処理装置を備え、前記基板を研磨処理する基板研磨装置であって、前記基板回転処理装置は研磨処理後の前記基板を乾燥処理する基板乾燥装置であることを特徴とする、基板研磨装置。