JP6322255B2 - ウェーハ保持装置及びウェーハ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェーハ保持装置及びウェーハ処理装置に関する。
ウェーハの表面に薬液を供給しながらウェーハを回転させるスピン洗浄処理などの枚葉式のウェット処理では、ウェーハを保持したまま、ウェーハを回転させることが可能なウェーハ保持装置が用いられている（特許文献１参照）。例えば、図６に示すように、一般的なウェーハ保持装置１０１は、上方にウェーハＷを保持する上テーブル１０２と、上テーブルを下方から支持するテーブル本体１０３とから成るテーブル１０４を具備している。
また、ウェーハ保持装置１０１は、上テーブル１０２の上面に、ウェーハＷを側面から保持することが可能な複数のクランプピン１０５を具備している。これら複数のクランプピン１０５は、図７の上面図に示すように、ウェーハＷを囲繞するように配置されている。また、複数のクランプピン１０５は、それぞれ、クランプピン回転機構１０６によって下方から支持されており、クランプピン回転機構１０６が自転することで、クランプピン１０５がクランプピン回転機構１０６の自転軸周りに公転するよう偏心して配置されている。この公転によって、複数のクランプピン１０５は、ウェーハＷの側面に接触し、ウェーハＷの側面を保持することができ、クランプピン回転機構１０６を逆回りに回転させることで、クランプピン１０５はウェーハＷと非接触となり、ウェーハＷを解放することができる。なお、クランプピン回転機構１０６は、図６のように、動力を伝達する円環状の動力伝達ギア１０７の外歯に噛合するクランプ駆動ギア１０８を有する機構とすることができる。このような機構では、動力伝達ギア１０７の回転がクランプ駆動ギア１０８を介して伝わり、クランプピン回転機構１０６が自転する。
そして、スピン洗浄処理などのプロセス処理時には、ウェーハＷを保持したまま、テーブル支持軸１０９によってテーブル１０４を回転させることで、保持されたウェーハＷを回転させながら洗浄処理することができる。
特開２００２−３６７９４６号公報
図６のような一般的なウェーハ保持装置１０１では、どうしてもクランプピン１０５部分のシール構造に弱点があり、テーブルの内部に洗浄液などの薬液が侵入して機構の金属部品を腐食させる不具合が生じるという問題があった。
これは、図８のように、クランプピン回転機構１０６が上テーブル１０２を貫通して、クランプピン１０５に接続しているため、上テーブル１０２に貫通孔が存在しており、この貫通孔から薬液がテーブル１０４の内部に侵入してしまうためである。その結果、装置のメンテナンスが頻繁に必要となりコスト高となるのみならず、処理するウェーハ品質に悪影響を及ぼしていた。
また、図６のような一般的なウェーハ保持装置１０１では、全てのクランプピン回転機構１０６が１つの動力伝達ギア１０７に噛合している。よって、同心円状に配置された複数のクランプピン１０５の同心円の真円度の調整が非常に重要になる。すなわち、真円度が低く、複数のクランプピン１０５のうち１つでも先にウェーハＷの側面に接触してしまった場合、その時点から動力伝達ギア１０７の自転が阻害され、接触したクランプピン以外の、まだ適切なクランプ位置に到達していないクランプピンの公転移動も阻害されてしまう。
その結果、クランプピン１０５による本来の保持圧力を発生させることができず、ウェーハＷの保持にアンバランスが生じてしまう。この状態で、ウェット処理時にテーブルを回転させると、複数のクランプピン１０５で保持したウェーハＷが空転するウェーハスリップが発生し、これにより薬液の液跳ねが起きるという問題があった。薬液の液跳ねが起きると、例えば、スピン洗浄処理においてはウェーハＷの洗浄不良などが発生してしまう。実際に同心円を真円とすることは難しく、従来では、薬液の液跳ねが起きてしまうという問題があった。
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、テーブルの内部への薬液の侵入を防止でき、また、ウェーハスリップにより生じる液跳ねを防止することができるウェーハ保持装置及びウェーハ処理装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、ウェーハを水平に保持し、該保持したウェーハを回転させることが可能なウェーハ保持装置であって、上方に前記ウェーハを保持する上テーブルと該上テーブルを下方から支持するテーブル本体とから成るテーブルと、前記上テーブルの上面に前記ウェーハを囲繞するように配置され、前記ウェーハの側面に接触して、前記ウェーハを側面から保持することが可能な複数のクランプピンと、前記テーブルを下方から支持し、前記テーブルを回転させることが可能なテーブル支持軸と、を具備し、前記クランプピンが、前記上テーブルの内部に格納され、内部に磁石が収納された回転可能なクランプ従動部上に、その回転軸に対して偏心して立設されており、前記クランプ従動部は、前記テーブル本体内の前記クランプ従動部の下方に対応する位置に前記クランプ従動部に非接触で格納され、内部に磁石が収納されたクランプ駆動部の回転に従い、磁石間の引力によって追従して回転するものであり、前記クランプ従動部が前記クランプ駆動部の回転に追従して回転することで、前記クランプ従動部に偏心して立設された複数のクランプピンが前記ウェーハの側面に接触するように前記クランプ従動部の回転軸周りに公転移動して、前記ウェーハを側面から保持可能なものであることを特徴とするウェーハ保持装置を提供する。
このように、クランプ従動部が上テーブルの内部に格納され、クランプ駆動部がテーブル本体内にクランプ従動部に非接触で格納されていることで、クランプピンとクランプ従動部がテーブル本体の内部から遮断されているため、従来のように上テーブルに貫通孔を設ける必要がなく、テーブルの内部、特に駆動部への薬液の侵入を防止できる。また、クランプピンを直接支持するクランプ従動部が、クランプ駆動部に非接触で、磁石間の引力で駆動され、機械的に離れているため、一部のクランプピンが他のクランプピンよりも先にウェーハに接触しても、他のクランプピンのクランプ駆動部及びクランプ従動部の回転が阻害されることなく、全てのクランプピンが適切なクランプ位置に移動し、バランスよくウェーハを保持できる。よって、ウェーハスリップを防止し、液跳ねを防止できる。
このとき、本発明のウェーハ保持装置が、さらに、前記テーブル内に前記クランプ駆動部の回転を制動することが可能な制動機構を具備することが好ましい。
このような制動機構を具備すれば、例えば、テーブル回転を開始する際の加速時あるいはテーブル回転を停止する際の減速時の遠心力などによる、意図しないクランプ駆動部の回転を防止することができる。そのため、全てのクランプピンを適切なクランプ位置に固定することができ、液跳ねをより確実に防止できる。
またこのとき、前記クランプ駆動部が、前記テーブル本体内に配設された動力伝達ギアに噛合するクランプ駆動ギアを有し、前記動力伝達ギアの回転によって前記クランプ駆動ギアが回転し、前記クランプ駆動部が回転するものであることが好ましい。
本発明のウェーハ保持装置は、このようにしてクランプ駆動部を回転させることができ、これらは薬液などの侵入によって腐食される等の心配がない。
また、前記動力伝達ギアが穴を有し、前記制動機構が、前記動力伝達ギアの穴に制動ピンが嵌まることで、前記動力伝達ギアを固定し、前記クランプ駆動部の回転を制動することが可能なものであることが好ましい。
このようなものであれば、動力伝達ギアの意図しない回転を簡単かつ確実に防止でき、それによって、クランプ駆動部とクランプ従動部の自転、及びクランプピンの意図しない公転を制動することができる。
また、上記目的を達成するために、本発明は、上記のウェーハ保持装置の前記テーブルが内部に収容されたチャンバを具備するものであることを特徴とするウェーハ処理装置を提供する。
本発明のウェーハ保持装置のテーブルによりウェーハを保持回転させるものであれば、上記テーブル内への薬液侵入及びウェーハスリップが起きにくいウェーハ処理装置となる。
また、前記ウェーハ処理装置は、枚葉スピン式のウェット処理装置であることが好ましい。
本発明のウェーハ処理装置は、枚葉スピン式のウェット処理に好適なものである。
また、前記ウェーハ処理装置は、ウェーハの洗浄処理装置、スピンエッチング処理装置、スピンコート処理装置、レジスト剥離処理装置、ポリマー除去処理装置のいずれかのものであることが好ましい。
本発明のウェーハ処理装置は、具体的には、これらのような処理に特に好適なものである。
本発明のウェーハ保持装置及びウェーハ処理装置であれば、テーブルの内部への薬液の侵入を防止でき、メンテナンス頻度の低減による低コスト化、装置寿命の長期化を図ることができるとともに、保持されたウェーハへの汚染も防止することができる。また、ウェーハ保持不良に基づくウェーハスリップにより生じる液跳ねを防止することができるとともに、ウェーハがスリップして上テーブルやクランプと擦れることにより生じるウェーハのキズの発生も防止することができる。
本発明のウェーハ保持装置の概略を示した側方断面図である。 本発明のウェーハ保持装置の概略を示した上面図である。 本発明のウェーハ保持装置のクランプピンの駆動機構の概略を示した拡大図である。 本発明のウェーハ保持装置のクランプピンの駆動機構の回転を説明する図である。 本発明のウェーハ処理装置の一例を示した概略図である。 従来のウェーハ保持装置の概略を示した側方断面図である。 従来のウェーハ保持装置の概略を示した上面図である。 従来のウェーハ保持装置のクランプピン回転機構の概略を示した拡大図である。
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず、本発明のウェーハ保持装置について説明する。本発明のウェーハ保持装置は、ウェーハを水平に保持し、該保持したウェーハを回転させることができる。図１に示すように、本発明のウェーハ保持装置１は、上方にウェーハＷを保持する上テーブル２と、上テーブル２を下方から支持するテーブル本体３とから成るテーブル４を具備している。また、このテーブル４は、テーブル４を回転させることが可能なテーブル支持軸９によって下方から支持されている。
また、ウェーハ保持装置１は、上テーブル２の上面に、ウェーハＷの側面に接触して、ウェーハＷの側面を保持することが可能な複数のクランプピン５を具備している。これら複数のクランプピン５は、図２のウェーハ保持装置１の上面図に示すように、ウェーハＷを囲繞するように配置されている。
また、図１、２のように、クランプピン５は、回転可能なクランプ従動部１１上に、クランプ従動部１１の回転軸に対して偏心して立設されている。また、本発明では、クランプ従動部１１は、上テーブル２の内部に格納されている。さらに、クランプ従動部１１は、内部に従動側の磁石１２が収納されている。
テーブル本体３内のクランプ従動部１１の下方に対応する位置には、クランプ駆動部１３が、クランプ従動部１１に非接触で格納されている。また、クランプ駆動部１３の内部には駆動側の磁石１４が収納されている。この駆動側の磁石１４と従動側の磁石１２との間の引力によって、クランプ従動部１１がクランプ駆動部１３の回転に追従して回転する。
また、クランプ駆動部１３の回転については、特に限定されることはないが、例えば、クランプ駆動部１３がテーブル本体３内に配設された動力伝達ギア７に噛合するクランプ駆動ギア８を有するものであれば、動力伝達ギア７の回転によってクランプ駆動ギア８が回転し、クランプ駆動部１３が回転する。
そして、クランプ駆動部１３の回転によるクランプ従動部１１の回転によって、クランプ従動部１１に偏心して立設されたクランプピン５がウェーハＷの側面に接触するようにクランプ従動部１１の回転軸周りに公転移動して、ウェーハＷを側面から保持する。
このように、クランプピン５の公転駆動を、駆動側の磁石１４と従動側の磁石１２の磁力を利用して行うことで、クランプ従動部１１とクランプ駆動部１３とを非接触にすることができ、機械的に接続させる必要がない。従って、本発明では、図３のように、クランプ従動部１１を上テーブル２の内部に格納し、クランプ駆動部１３をテーブル本体３の内部に格納して、クランプ従動部１１及びクランプピン５をテーブル４の内部に対して遮断できるため、テーブル４の内部、特に駆動部に薬液が侵入する恐れがない。
また、本発明のように、磁力を用いてクランプ従動部１１をクランプ駆動部１３に追従させて回転させる機構であれば、クランプ駆動部１３の回転角度を調整することで、複数のクランプピン５の全てを適切なウェーハクランプ位置まで確実に公転移動させることが可能である。
すなわち、クランプピン５をウェーハＷの側面に接触させるウェーハクランプ時に、各クランプピンで必要となる公転移動の距離（即ち、クランプ従動部１１の回転角度）は、クランプピンの配置あるいはウェーハ自体が完全な真円とはなり難いので、クランプピンごとに若干異なることが多い。上記の通り、全てのクランプピン回転機構が１つの動力伝達ギアに噛合している場合、従来では、一部のクランプピンが他のクランプピンよりも先にウェーハに接触すると、まだウェーハに接触していないクランプピンの公転移動を阻害してしまっていた。しかしながら、本発明では一部のクランプピンが他のクランプピンよりも先にウェーハに接触したとしても、それぞれのクランプピンは磁力により回転しているので、まだウェーハに接触していないクランプピンの公転移動が阻害されることはない。
例えば、クランプ従動部を時計回りに３０°程度回転させれば全てのクランプピンがウェーハＷに接触する位置に移動するのであれば、例えば、図４のように、クランプ駆動部１３を駆動側の磁石１４と共に時計回りに４５°回転させればよい。図４に示す場合、クランプ駆動部１３の回転にクランプ従動部１１が追従し３０°回転した時点で、クランプピン５がウェーハＷに接触して、クランプ従動部１１の回転とクランプピン５の公転が止まる。このとき、クランプ駆動部１３は回転を続ける。また、支持するクランプピンがまだウェーハに接触していないクランプ従動部があれば、そのクランプ従動部は対応するクランプ駆動部の回転に追従し、支持するクランプピンがウェーハに接触するまで回転を続ける（即ち、３０°以上の回転ができる。）。このようにして、全てのクランプピンがウェーハＷに接触する位置に移動する。また、クランプ駆動部１３の回転角度や磁石の磁力を調整することで、ウェーハＷの保持圧力を調節できる。
また、ウェーハＷの保持を解除するアンクランプ時には、図４のように、クランプ駆動部１３を反時計回りに４５°回転させて、全てのクランプピンとウェーハＷとの接触を解除する。
また、本発明のウェーハ保持装置１は、図１のように、テーブル４内にクランプ駆動部１３の回転を制動することが可能な制動機構２０を具備することが好ましい。制動機構２０を具備すれば、例えば、テーブル回転を開始する際の加速時あるいは回転を停止させる際の減速時の遠心力などによる、意図しないクランプ駆動部１３の回転を防止することができる。そのため、全てのクランプピン５を適切なクランプ位置に固定することができ、ウェーハのスリップによる液跳ねやウェーハのキズの発生をより確実に防止できる。
このような制動機構２０は、動力伝達ギア７の穴２１に制動機構２０の制動ピン２２が嵌まることで、動力伝達ギア７を固定し、クランプ駆動部１３の回転を制動することができるものであることが好ましい。さらに、制動ピン２２を穴２１の下方から突き上げることで穴２１から外すことが可能な突き上げピン２３を有することが好ましく、このようなものであれば、突き上げピン２３によって、ウェーハＷのクランプ及びアンクランプ時にはクランプピン５の固定を解除できる。また、ウェーハＷの処理のためのテーブル回転時には、突き上げピン２３を下降させれば穴２１に制動ピン２２を嵌めることができる。なお、突き上げピン２３の上下動はシリンダー２４によって行うことができる。
次に、本発明のウェーハ処理装置について説明する。図５のように、本発明のウェーハ処理装置３０は、上記の本発明のウェーハ保持装置１のテーブル４が内部に収容されたチャンバ３１を具備するものである。なお、チャンバ３１の内部にはウェーハ保持装置１のテーブル４が複数収容されていてもよい。このようなウェーハ処理装置３０であれば、ウェーハＷを保持するテーブル４部分の内部機構が腐食しにくく、また、ウェーハスリップの発生を防止できるものとなる。
このようなウェーハ処理装置３０は、例えば、枚葉スピン式のウェット処理装置とすることができる。例えば、ノズル３２からウェーハＷにウェット処理用の薬液を供給しながら、ウェーハＷを水平に保持し、回転させながら、所定の処理をすることができる。
例えば、本発明のウェーハ保持装置を適用可能なウェーハ処理装置３０は、ウェーハの洗浄処理装置、スピンエッチング処理装置、スピンコート処理装置、レジスト剥離処理装置、ポリマー除去処理装置のいずれかのものとすることができるが、これらに限定されることはない。
尚、保持されて、処理されるウェーハについては、特に限定されないが、例えば、シリコンウェーハ、ＳｉＣウェーハ、ＧａＮウェーハ、石英基板等が挙げられる。
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
（実施例）
図１に示すような、本発明のウェーハ保持装置を備えたスピン洗浄処理装置を用いて、１００枚の直径３００ｍｍのシリコンウェーハを、枚葉式で混酸を用いてスピン洗浄した。
スピン洗浄後のシリコンウェーハの表面の清浄度を確認した結果、全てのシリコンウェーハで十分な清浄度が得られており、光学顕微鏡による検査、不純物分析による検査の両方で洗浄不良は発生しなかったことが確認できた。この結果から、スピン洗浄中にウェーハスリップによる液跳ねや装置の腐食が生じなかったと考えられる。
また、スピン洗浄終了後に、ウェーハ保持装置のテーブル内部を調べたところ、洗浄液の侵入は起きておらず、洗浄液による部品の腐食を防止できることが確認された。
（比較例）
図６のような従来のウェーハ保持装置を備えたスピン洗浄処理装置を用いたこと以外、実施例と同様な条件で１００枚のシリコンウェーハを、枚葉式でスピン洗浄した。
実施例と同様に、スピン洗浄後のウェーハの表面の清浄度を確認した結果、一部のシリコンウェーハで、ウェーハの表面に輝点が発生し、重金属濃度値が高いものがあり、洗浄不良が発生していた。この結果から、スピン洗浄中にウェーハスリップによる液跳ねや装置の腐食が生じたと考えられる。
また、スピン洗浄終了後に、ウェーハ保持装置のテーブル内部を調べたところ、クランプピンの駆動部において洗浄液の侵入が起きており、従来のウェーハ保持装置では洗浄液による部品の腐食が防止できないことが確認された。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…本発明のウェーハ保持装置、 ２…上テーブル、 ３…テーブル本体、
４…テーブル、 ５…クランプピン、 ７…動力伝達ギア、 ８…クランプ駆動ギア、
９…テーブル支持軸、
１１…クランプ従動部、 １２…従動側の磁石、 １３…クランプ駆動部、
１４…駆動側の磁石、
２０…制動機構、 ２１…穴、 ２２…制動ピン、 ２３…突き上げピン、
２４…シリンダー、
３０…ウェーハ処理装置、 ３１…チャンバ、 ３２…ノズル、
Ｗ…ウェーハ。

Claims (4)

  1. ウェーハを水平に保持し、該保持したウェーハを回転させることが可能なウェーハ保持装置であって、
    上方に前記ウェーハを保持する上テーブルと該上テーブルを下方から支持するテーブル本体とから成るテーブルと、
    前記上テーブルの上面に前記ウェーハを囲繞するように配置され、前記ウェーハの側面に接触して、前記ウェーハを側面から保持することが可能な複数のクランプピンと、
    前記テーブルを下方から支持し、前記テーブルを回転させることが可能なテーブル支持軸と、を具備し、
    前記クランプピンが、前記上テーブルの内部に格納され、内部に磁石が収納された回転可能なクランプ従動部上に、その回転軸に対して偏心して立設されており、
    前記クランプ従動部は、前記テーブル本体内の前記クランプ従動部の下方に対応する位置に前記クランプ従動部に非接触で格納され、内部に磁石が収納されたクランプ駆動部の回転に従い、磁石間の引力によって追従して回転するものであり、
    前記クランプ従動部が前記クランプ駆動部の回転に追従して回転することで、前記クランプ従動部に偏心して立設された複数のクランプピンが前記ウェーハの側面に接触するように前記クランプ従動部の回転軸周りに公転移動して、前記ウェーハを側面から保持可能なものであり、
    さらに、前記テーブル内に前記クランプ駆動部の回転を制動することが可能な制動機構を具備し、
    前記クランプ駆動部が、前記テーブル本体内に配設された動力伝達ギアに噛合するクランプ駆動ギアを有し、前記動力伝達ギアの回転によって前記クランプ駆動ギアが回転し、前記クランプ駆動部が回転するものであり、
    前記動力伝達ギアが穴を有し、前記制動機構が、前記動力伝達ギアの穴に制動ピンが嵌まることで、前記動力伝達ギアを固定し、前記クランプ駆動部の回転を制動することが可能なものであり、
    さらに、前記制動ピンを前記動力伝達ギアの穴の下方から突き上げることで穴から外すことが可能な突き上げピンを有し、該突き上げピンによって、前記ウェーハのクランプ及びアンクランプ時に、前記制動ピンを前記動力伝達ギアの穴から外すことで、前記クランプピンの固定を解除することが可能なものであることを特徴とするウェーハ保持装置。
  2. 請求項１に記載のウェーハ保持装置の前記テーブルが内部に収容されたチャンバを具備するものであることを特徴とするウェーハ処理装置。
  3. 前記ウェーハ処理装置は、枚葉スピン式のウェット処理装置であることを特徴とする請求項２に記載のウェーハ処理装置。
  4. 前記ウェーハ処理装置は、ウェーハの洗浄処理装置、スピンエッチング処理装置、スピンコート処理装置、レジスト剥離処理装置、ポリマー除去処理装置のいずれかのものであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のウェーハ処理装置。
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