JP3735193B2 - 基板処理装置および基板搬送方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板およびＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）用ガラス基板などの各種の被処理基板に対して処理を行う基板処理装置、および各種の被処理基板を搬送するための基板搬送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の表面に対して種々の処理を施すための基板処理装置が用いられる。基板処理装置内においては、搬送ロボットによってウエハがハンドリングされ、この搬送ロボットによって、処理部に対するウエハの搬入・搬出が行われるようになっている。このような搬送ロボットには、ウエハの裏面の中央を吸着する吸着式のものが従来から用いられてきた。
【０００３】
図１０は、ウエハ処理部１に対してウエハＷを搬入するための吸着式搬送ロボット２の構成を簡略化して示す斜視図である。搬送ロボット２は、水平面内で回動する下アーム３と、下アーム３の先端において水平面内で回動する平板ビーム状の上アーム４とを備えている。下アーム３と上アーム４とは連動して回動するようになっており、下アーム３が回動すると、上アーム４は下アーム３の回動方向とは反対方向に上アーム４の回動角度の２倍の角度だけ回動するようになっている。上アーム４の上面の先端には、ウエハＷの裏面を吸着するための吸着部５が設けられている。この構成により、下アーム３および上アーム４が屈伸することにより、吸着部５をウエハ処理部１に対して進退させることができ、かつ、吸着部５でウエハＷの裏面を吸着することにより、このウエハＷをほぼ水平な状態で保持できる。
【０００４】
ウエハ処理部１は、処理カップ７と、この処理カップ７内に配置され、ウエハＷを水平に保持した状態で回転することができるスピンチャック８とを備えている。スピンチャック８は、図外の回転駆動機構によって鉛直軸まわりに回転する本体部９と、この本体部９に立設され、ウエハＷの縁部を保持する複数の保持爪１０とを備えている。スピンチャック８は、搬送ロボット２とのウエハＷの受け渡しのために、一定範囲で昇降が可能に構成されている。
【０００５】
図１１は、搬送ロボット２からウエハ処理部１へのウエハＷの受け渡しの際の動作の流れを説明するための図である。搬送ロボット２が、吸着部５によりウエハＷを吸着した状態で、下アーム３および上アーム４を展開させ、ウエハＷをスピンチャック８の上方位置まで搬送して停止すると、図１１(a) の状態で、吸着部５によるウエハＷの吸着が解除される。この吸着の解除に引き続き、図１１(b) に示すように、スピンチャック８が上昇させられ、上アーム４からスピンチャック８の保持爪１０へとウエハＷが受け渡される。次いで、図１１(c) に示すように、下アーム３および上アーム４が折り畳まれて退避させられる。その後、図１１(d) に示すように、スピンチャック８が所定の処理高さまで下降させられる。この処理高さにおいて、スピンチャック８が回転させられる。こうして、ウエハＷを回転させた状態で、たとえば、ウエハＷの上面や裏面に向けて図外のノズルから処理や純水）が供給され、ウエハＷに対する処理が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ウエハに対して施される処理には種々のものがあるが、この処理の過程で、ウエハの表面は、その直前の処理内容に応じて、親水性となったり疎水性となったりする。たとえば、ウエハの表面を化学的および物理的に研磨するためのＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ）処理後のウエハの表面は、疎水性となっている場合が多い。
【０００７】
ところが、上述のような吸着式の搬送ロボットでは、特に表面が疎水性となったウエハの搬送が必ずしも良好に行えないことが明らかになってきた。
この問題を図１２および図１３を参照して以下に詳述する。
純水や薬液などの処理液による処理の直後のウエハＷの表面には多少の処理液１１が残留しているのが通常である。ところが、もしも、そのウエハＷの表面が疎水性になっていると、処理液１１は、ウエハＷの上面に一様に広がることができないので、搬送ロボット２によるウエハＷの搬送中に、ウエハＷの上面において移動し得る。
【０００８】
もしも、ウエハＷの裏面の吸着を解除する段階（図１１(a) 参照）において、ウエハＷの上面の処理液１１がウエハＷの中央からずれた位置にあると、この処理液１１の重さのために、ウエハＷには、ビーム状の上アーム４のたとえば先端部を支点としたモーメントが与えられる。そのため、ウエハＷのスピンチャック８への受け渡しが完了するよりも前に、ウエハＷが上アーム４から落下し、搬送不良を生じるおそれがある。
【０００９】
搬送不良が生じれば、装置の動作を一旦停止し、搬送不良が生じたウエハＷを取り除く必要があるから、生産効率が劣化するうえ、不良なウエハＷが発生するので、生産コストの低下にもつながる。
また、たとえ搬送不良が生じないとしても、ウエハＷの表面に残留している液体１１は、ウエハＷの処理の効率を阻害する場合がある。すなわち、ウエハＷの搬送の次工程において、処理液をウエハＷに供給して液処理を行う際に、ウエハＷの表面にたとえば純水が残留していると、液処理開始当初の処理液の濃度が低くなる。そのため、処理液の消費量が多くなるうえ、必要な処理を施すために要する時間も長くなるおそれがある。この問題は、ウエハＷが疎水性であるか親水性であるかに関係なく生じる問題である。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、基板表面が疎水性であるか親水性であるかに関わりなく基板の搬送を良好に行うことができる基板処理装置および基板搬送方法を提供することである。
また、この発明の他の目的は、処理液を用いた基板処理を効率的に行うことができる基板処理装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板を吸着保持する吸着ハンドを含み、基板を搬送する基板搬送手段と、この基板搬送手段の吸着ハンドに吸着保持されている基板の表面に存在する液体を上記吸着ハンドによる上記基板の吸着保持が解除されるよりも前に排除する液体排除手段と、上記基板搬送手段によって基板が搬送され、上記吸着ハンドから当該基板を受け取って保持する基板保持手段とを含み、上記基板保持手段は、基板の周縁部を保持する複数本の保持爪を備えており、上記吸着ハンドは、上記基板保持手段に基板を受け渡した後に上記複数本の保持爪の間を通って退避可能なビーム状のものであることを特徴とする基板処理装置である。
【００１２】
この構成によれば、吸着ハンドに保持されている基板の表面の液体が基板の吸着保持の解除よりも前に排除されるので、たとえ、基板の表面が疎水性になっていたとしても、吸着の解除の際に、基板の安定性が損なわれるおそれがない。そのため、基板の落下を防止できるから、搬送不良を防止できる。
この発明は、表面に液体が供給された後の基板の取り扱いに適しており、基板の表面が疎水性になっている場合（たとえば、基板の表面にシリコン酸化膜が形成されていない場合など）であっても、基板の搬送を良好に行える。
【００１３】
請求項２記載の発明は、上記基板保持手段を有し、この基板保持手段に保持された基板に対して処理液を供給して処理を施す液処理部をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。
この構成によれば、基板の表面の液体が除去された状態で液処理部に基板の搬入が行われる。そのため、液処理部における処理液が基板の表面の液体により希釈されることがない。そのため、処理液の消費量の低減を図ることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、上記液体排除手段は、上記基板搬送手段の吸着ハンドに吸着保持されている基板の表面に気体を供給する気体供給手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置である。
この構成によれば、基板に気体を供給することによって液体が排除されるので、液体の排除を迅速にかつ効率的に行うことができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、上記液体排除手段は、上記基板搬送手段の吸着ハンドに吸着保持されている基板を水平面に対して傾斜させる基板傾斜手段を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置である。
この構成によっても、基板の表面の液体を排除できる。
請求項５記載の発明は、ビーム状の吸着ハンドで基板を吸着保持する吸着保持工程と、この吸着保持工程で吸着保持された基板を、上記吸着ハンドによって、基板の周縁部を保持する複数本の保持爪を有する基板保持手段へと搬送する搬送工程と、上記吸着保持工程で吸着保持された基板の表面に存在する液体を排除する液体排除工程と、上記吸着保持工程で吸着保持され、上記搬送工程で搬送され、上記液体排除工程で液体を排除された基板の吸着保持を上記液体排除工程の後に解除する吸着解除工程と、この吸着解除工程の後に、上記吸着ハンドから上記基板保持手段へと基板を受け渡す受け渡し工程と、この受け渡し工程の後に、上記吸着ハンドを、上記複数本の保持爪の間を通して退避させる工程とを含むことを特徴とする基板搬送方法である。
【００１６】
この方法によれば、請求項１に関連して述べた効果を達成できる。すなわち、基板の表面が疎水性か親水性かに関わりなく、吸着解除の際に基板の姿勢が不安定になることがない。
また、基板に処理液を供給して処理を施す液処理部に基板を搬入する場合であれば、処理液の希釈を防止できるので、処理液による基板の処理を効率的に行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の一部の内部構成を示す平面図であり、図２は、図１の切断面線II−IIから見た断面図である。この基板処理装置は、基板としてのウエハＷに対して処理を施すための装置であり、第１の処理部Ｔ１と、第２の処理部Ｔ２と、これらの第１および第２の処理部Ｔ１，Ｔ２の間に配置された吸着式の搬送ロボットＴＲと、搬送ロボットＴＲによる搬送過程でウエハＷの上面の液体を排除するための窒素ガスブローノズルＢＮとを有している。
【００１９】
第１の処理部Ｔ１は、ウエハＷに処理液（薬液や純水）を供給して処理を施すためのものである。この第１の処理部Ｔ１による処理直後のウエハＷの表面には処理液が存在している。第２の処理部Ｔ２は、たとえば、ウエハＷの表面を水洗し、水洗後のウエハＷを高速回転させて水切り乾燥を行う水洗・乾燥処理部である。
【００２０】
第１の処理部Ｔ１および第２の処理部Ｔ２の共通の構成について説明すると、これらの処理部Ｔ１，Ｔ２は、それぞれ、平面視において矩形の処理チャンバＣ１，Ｃ２内にそれぞれ配置された容器状の処理カップ２１と、この処理カップ２１内に配置されたスピンチャック２２とを有している。スピンチャック２２は、回転駆動機構３０によって鉛直軸まわりに回転駆動される回転軸２３と、この回転軸２３の上端に水平に固定された板状のチャック本体２４と、このチャック本体２４に立設された複数本（この実施形態では６本）の保持爪２５とを備えている。チャック本体２４は、回転軸２３から離反する方向に放射状に延びた複数本（この実施形態では６本）のアーム２６を備えており、各アーム２６の先端付近に保持爪２５が立設されている。この保持爪２５は、ウエハＷの端面に当接でき、かつ、その下面の周縁部を支持できるように構成されている。回転軸２３は、昇降機構３１によって昇降されるようになっており、これにより、チャック本体２４および保持爪２５を昇降させることができる。
【００２１】
第１の処理部Ｔ１の処理チャンバＣ１において、搬送ロボットＴＲ側の側壁７１には、処理後のウエハＷを搬出するためのウエハ出口７２が形成されており、側壁７１に対向する側壁７３には、処理前のウエハＷを搬入するためのウエハ入口７４が形成されている。第２の処理部Ｔ２の処理チャンバＣ２において、搬送ロボットＴＲ側の側壁７５には、第１の処理部Ｔ１からのウエハＷを搬入するためのウエハ入口７６が形成されており、この側壁７５に対向する側壁７７には、第２の処理部Ｔ２での処理後のウエハＷを搬出するためのウエハ出口７８が形成されている。
【００２２】
搬送ロボットＴＲは、図３に簡略化した斜視図を示すように、鉛直軸まわりに回動される下アーム４１と、この下アーム４１の先端において、水平面に沿って回動するビーム状の上アーム４２（吸着ハンド）とを備えている。上アーム４２の先端付近には、ウエハＷの裏面を吸着するための吸着部４３が設けられている。下アーム４１は、モータなどを含むアーム駆動源４５によって回動されるようになっている。上アーム４２は、図外の連動機構の働きにより、下アーム４１と連動して回動する。この際、上アーム４２は、下アーム４１の回動方向とは反対方向に、下アーム４１の回動角度の２倍の角度だけ回動する。これにより、下アーム４１および上アーム４２は、屈伸動作を行うことができ、第１の処理部Ｔ１に向かって展開して、第１の処理部Ｔ１での処理後のウエハＷを受け取ることができ、その状態で、収縮し、さらに第２の処理部Ｔ２に向かって展開して、この第２の処理部Ｔ２にウエハＷを搬入することができる。
【００２３】
窒素ガスブローノズルＢＮは、第２の処理部Ｔ２の処理チャンバＣ２内に配置されており、この第２の処理部Ｔ２の処理カップ２１内のスピンチャック２２に向けて搬送されている過程のウエハＷの上面に向けて不活性ガスとしての窒素ガスを吹き付ける。この窒素ガスの吹き付けにより、ウエハＷはスピンチャック２２の上方の受け渡し位置に到達するよりも早く、その上面の液体（第１の処理部Ｔ１において供給された処理液）が除去される。
【００２４】
図４は、搬送ロボットＴＲから第２の処理部Ｔ２へのウエハＷの受け渡し時の動作の流れを説明するための図である。搬送ロボットＴＲが第１の処理部Ｔ１から第２の処理部Ｔ２へとウエハＷを搬送する期間において、窒素ガスブローノズルＢＮからの窒素ガスブローが行われる（図４(a) ）。したがって、ウエハＷが窒素ガスブローノズルＢＮの近傍を通過するときに、ウエハＷの表面の液体が除去され、ウエハＷがスピンチャック２２の上方の受け渡し位置に到達した図４(b) の状態では、ウエハＷの表面の液体の除去が完了している。この状態で、吸着部４３の吸着が解除される。ウエハＷの表面には液体が存在しないので、このウエハＷの表面がたとえ疎水性であったとしても、ウエハＷに対して大きなモーメントが働くことはなく、ウエハＷが落下するおそれはない。
【００２５】
吸着が解除されると、昇降機構３１は、スピンチャック２２を上昇させる。この上昇の過程で、ウエハＷは、上アーム４２からスピンチャック２２の保持爪２５へと移載される（図４(c) ）。
次いで、搬送ロボットＴＲの下アーム４１と上アーム４２とが折り畳まれて収縮し、上アーム４２は、複数本の保持爪２５の間を通って、処理チャンバＣ１の外部へと退避する（図４(d) ）。そして、スピンチャック２２が、昇降機構３１によって所定の処理高さまで下降させられる（図４(e) ）。この処理高さにおいて、回転機構３０はスピンチャック２２を回転駆動する。
【００２６】
以上のようにこの実施形態によれば、搬送ロボットＷによって第２の処理部Ｔ２のスピンチャック２２へと搬送されているウエハＷの上面に向けて窒素ガスブローを行い、吸着部４３によるウエハＷの吸着が解除される前に、このウエハＷの表面の液体が吹き飛ばされて排除される。これにより、たとえば、第１の処理部Ｔにおいてフッ酸を用いてウエハＷの表面を処理する場合のように、搬送ロボットＴＲによって搬送されるウエハＷの上面が疎水性になっている場合であっても、ウエハＷが落下することはなく、搬送不良が生じるおそれはない。これにより、搬送不良のために装置が停止することがなくなるので、生産性が格段に向上される。そのうえ、全てのウエハの搬送を良好に行える結果、ウエハが無駄にされることがなくなるので、半導体装置の生産コストの低減に寄与できる。
【００２７】
また、たとえば、第２の処理部Ｔ２において、薬液をウエハＷの表面に供給して処理を施す場合には、薬液の濃度がウエハＷの表面に残留している液体（たとえば純水）によって希釈されることがないので、薬液の消費量を低減できるうえ、処理時間を短縮することが可能になる。
図５は、この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の内部構成を示す平面図であり、図６は、図５の切断面線VI−VIから見た断面図である。これらの図５および図６において、上述の図１および図２に示された各部に対応する部分には、図１および図２の場合と同じ参照符号を付して示すこととする。
【００２８】
この第２の実施形態の特徴は、不活性ガスとしての窒素ガスガスを搬送ロボットＴＲによって搬送されている途中のウエハＷの上面に吹き付けるために、単なるノズルではなく、エアナイフを形成するエアナイフ装置５０を用いていることである。すなわち、エアナイフ装置５０は、平面視においてウエハＷの搬送方向６０と直交するようにほぼ水平に配置された長尺なノズル部５１を備えており、このノズル部５１には、図７に拡大して示すように、その長手方向に沿ったスロット状の吹き出し口５２が形成されている。この吹き出し口５２は、処理チャンバＣ２のウエハ入口７６に向けられている。
【００２９】
この構成によれば、搬送ロボットＴＲによってウエハＷがウエハ入口から処理チャンバＣ２に導入される過程で、エアナイフ装置５０によって形成されるエアナイフがウエハＷの表面の全体を走査するから、このウエハＷの表面の液体を確実に排除することができる。よって、この第２の実施形態によっても、上述の第１の実施形態の場合と同様な効果が達成される。
【００３０】
以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。たとえば、上述の第１の実施形態においては、窒素ガスブローノズルＢＮが、第２の処理部Ｔ２の処理チャンバＣ２内において、ウエハＷの搬送方向６０に関して、ウエハ入口７６とスピンチャック２２との間の位置に配置されているが、窒素ガスブローノズルＢＮは、吸着部４３による吸着が解除されるよりも前に、ウエハＷの表面に窒素ガスブローを施すことができる位置に配置されていればよく、第１の実施形態の場合の配置を必ずしも採用する必要はない。たとえば、図８および図９において参照符号ＢＮ１で示すように、上下のアーム４１，４２が収縮した状態におけるウエハＷの保持位置に向けて上方から窒素ガスブローを施すことができるように窒素ガスブローノズルが配置されてもよい。また、同じく図８および図９において、参照符号ＢＮ２あるいはＢＮ３で示すように、第１の処理部Ｔ１あるいは第２の処理部Ｔ２のスピンチャック２２と搬送ロボットＴＲとのウエハＷの受け渡し位置に向けて窒素ガスブローを上方から施すことができるように窒素ガスブローノズルが配置されてもよい。さらに一般化すれば、第１の処理部Ｔ１のスピンチャック２２と搬送ロボットＴＲとウエハの受け渡し位置と、搬送ロボットＴＲと第２の処理部Ｔ２のスピンチャック２２とのウエハの受け渡し位置との間のウエハＷの搬送経路のいずれかの位置で窒素ガスブローをウエハＷの上面に施すことができるように、窒素ガスブローノズルが配置されればよい。その場合に、窒素ガスブローは、ウエハＷが吸着部４３に吸着されている状態で行われればよい。
【００３１】
さらに、上記の実施形態では、不活性ガスである窒素ガスを用いてウエハＷの表面の液体を排除する構成について説明したが、たとえば、搬送ロボットＴＲの上アーム４２を、水平な軸まわりの回動が可能であるように構成しておけば、この上アームの水平な軸まわりの回動によって、吸着部４３に吸着されたウエハＷを水平面に対して傾斜させることができ、このような基板傾斜手段を設けることにより、疎水性となっているウエハＷの表面の液体を容易に除去することができる。
【００３２】
また、上記の実施形態においては、ウエハに対する処理を行う基板処理装置を例にとって説明したが、この発明は、液晶表示装置用ガラス基板など、他の種類の基板を取り扱う場合にも適用可能である。
その他、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の一部の内部構成を示す平面図である。
【図２】図１の切断面線II−IIから見た断面図である。
【図３】搬送ロボットの簡略化した斜視図である。
【図４】搬送ロボットから第２の処理部へのウエハＷの受け渡し時の動作の流れを説明するための図である。
【図５】この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の内部構成を示す平面図である。
【図６】図５の切断面線VI−VIから見た断面図である。
【図７】エアナイフ装置のノズル部の拡大断面図である。
【図８】窒素ガスブローノズルの配置例を示す平面図である。
【図９】図８の切断面線IX−XIから見た断面図である。
【図１０】従来技術において、ウエハ処理部に対してウエハを搬入するための吸着式搬送ロボットの構成を簡略化して示す斜視図である。
【図１１】従来技術における搬送ロボットからウエハ処理部へのウエハの受け渡しの際の動作の流れを説明するための図である。
【図１２】従来技術において、ウエハの表面が疎水性となっている場合の様子を説明するための簡略化した斜視図である。
【図１３】従来技術において、ウエハの表面が疎水性となっている場合にウエハが落下する様子を示す図解的な正面図である。
【符号の説明】
Ｔ１ 第１の処理部
Ｔ２ 第２の処理部（液処理部）
ＴＲ 搬送ロボット（基板搬送手段）
２２ スピンチャック（基板保持手段）
２５ 保持爪
４１ 下アーム
４２ 上アーム（吸着ハンド）
ＢＮ 窒素ガスブローノズル（気体供給手段）
５１ ノズル部（気体供給手段）

Claims (5)

1. 基板を吸着保持する吸着ハンドを含み、基板を搬送する基板搬送手段と、
   この基板搬送手段の吸着ハンドに吸着保持されている基板の表面に存在する液体を上記吸着ハンドによる上記基板の吸着保持が解除されるよりも前に排除する液体排除手段と、
   上記基板搬送手段によって基板が搬送され、上記吸着ハンドから当該基板を受け取って保持する基板保持手段とを含み、
   上記基板保持手段は、基板の周縁部を保持する複数本の保持爪を備えており、
   上記吸着ハンドは、上記基板保持手段に基板を受け渡した後に上記複数本の保持爪の間を通って退避可能なビーム状のものである
   ことを特徴とする基板処理装置。
2. 上記基板保持手段を有し、この基板保持手段に保持された基板に対して処理液を供給して処理を施す液処理部をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 上記液体排除手段は、上記基板搬送手段の吸着ハンドに吸着保持されている基板の表面に気体を供給する気体供給手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
4. 上記液体排除手段は、上記基板搬送手段の吸着ハンドに吸着保持されている基板を水平面に対して傾斜させる基板傾斜手段を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. ビーム状の吸着ハンドで基板を吸着保持する吸着保持工程と、
   この吸着保持工程で吸着保持された基板を、上記吸着ハンドによって、基板の周縁部を保持する複数本の保持爪を有する基板保持手段へと搬送する搬送工程と、
   上記吸着保持工程で吸着保持された基板の表面に存在する液体を排除する液体排除工程と、
   上記吸着保持工程で吸着保持され、上記搬送工程で搬送され、上記液体排除工程で液体を排除された基板の吸着保持を上記液体排除工程の後に解除する吸着解除工程と、
   この吸着解除工程の後に、上記吸着ハンドから上記基板保持手段へと基板を受け渡す受け渡し工程と、
   この受け渡し工程の後に、上記吸着ハンドを、上記複数本の保持爪の間を通して退避させる工程と
   を含むことを特徴とする基板搬送方法。

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