JP7410547B2 - ウェハ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハに所定の処理を行うウェハ処理装置に関する。

近年、ウェハの表面に形成されるパターンの微細化が進んでおり、アスペクト比が高くなってきている。そのため、パターンの洗浄等に用いる有機溶剤などの処理液が表面に残ったまま乾燥させると、処理液の表面張力によってパターンが倒壊するという問題が生じる。その問題を解決するため、基板の表面から処理液を除去する乾燥処理に超臨界流体が用いられることがある（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１３－２５４９０４号公報 米国特許出願公開第２０１８／０１１４７０７号明細書

しかしながら、乾燥処理等を行う従来のウェハ処理装置においては、チャンバへのウェハの出し入れが一方向から行われていた。そのため、チャンバへのウェハの搬入を行っている場合には、ウェハの搬出に関する準備等の作業を行うことができず、また、ウェハの搬出を行っている場合には、ウェハの搬入に関する準備等の作業を行うことができず、ウェハに所定の処理を行うためのタクトタイムが長くなるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ウェハに所定の処理を行う際のタクトタイムをより短くすることができるウェ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、本発明によるウェハ処理装置は、水平方向に搬入されるウェハを支持する支持手段が下面側に設けられた上部ユニット、及び上部ユニットと相対向してウェハを収容する空間を構成する下部ユニットを有し、ウェハに所定の処理を行うためのチャンバと、上部及び下部ユニットの少なくとも一方を上下方向に移動させることによってチャンバを開閉する開閉手段と、上部及び下部ユニットが離間した状態において、上部ユニットを垂直方向の軸周りに回転させる回転手段と、を備え、回転手段は、上部ユニットへのウェハの搬入方向と、上部ユニットからのウェハの搬出方向とが所定の角度となるように上部ユニットを回転させる、ものである。

このような構成により、チャンバへのウェハの搬入方向と搬出方向とを異なる方向にすることができる。したがって、例えば、搬入用の搬送ロボットによってウェハを搬入すると共に、搬出用の別の搬送ロボットによってウェハを搬出するようにすることができる。その場合には、ウェハの搬入を行っている際にウェハの搬出の準備を行ったり、ウェハの搬出を行っている際にウェハの搬入の準備を行ったりすることができる。その結果、ウェハの搬入方向と搬出方向とが同じ場合と比較して、ウェハの搬入、搬出に関するタクトタイムをより短くすることができる。

また、本発明によるウェハ処理装置では、チャンバは、チャンバが閉じられた際に上部及び下部ユニットの間をシールするためのシール部をさらに有しており、上部及び下部ユニットが離間した状態は、上部及び下部ユニットの一方に設けられたシール部が、上部及び下部ユニットの他方側から離れた状態であってもよい。

このような構成により、上部ユニットを回転させる際に、上部及び下部ユニットの一方に設けられたシール部が、上部及び下部ユニットの他方側に接触することを防止することができ、その接触によるパーティクルの発生を回避することができる。

また、本発明によるウェハ処理装置では、所定の処理は、超臨界流体を用いたウェハの乾燥処理であってもよい。また、本発明によるウェハ処理装置では、所定の処理は、超臨界流体を用いたウェハの洗浄処理や洗浄・乾燥処理であってもよい。

このような構成により、例えば、ウェハの洗浄に用いた残留する有機溶剤などを、超臨界流体を用いて除去でき、ウェハを乾燥させることができる。

本発明によるウェハ処理装置によれば、チャンバへのウェハの搬入方向と搬出方向とを異なる方向にすることができ、ウェハの搬入及び搬出に関するタクトタイムをより短くすることができる。例えば、チャンバに対するウェハの搬入方向と搬出方向を異なる方向にすることにより、ウェハの挿脱を行う搬送ロボットを搬入用と搬出用に分離し、挿脱に係る時間を短縮できる。さらにまた、例えば、前工程である洗浄工程後のウェハと、乾燥工程後のウェハを異なるロボットで搬送することにより、乾燥後のウェハに洗浄剤等の再付着を防止することができる。

本発明の実施の形態によるウェハ処理装置の構成を示す一部切り欠き斜視図 同実施の形態によるウェハ処理装置のチャンバの縦断面を示す断面図 同実施の形態によるウェハ処理装置のチャンバの縦断面を示す断面図 同実施の形態におけるシール部の拡大図 同実施の形態における上部ユニットの斜視図 同実施の形態における上部ユニットを回転させる回転手段を示す上面図 同実施の形態における上部ユニットの回転とウェハの搬入搬出とを示す図 同実施の形態におけるウェハの搬入搬出について説明するための上面図

以下、本発明によるウェハ処理装置について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素は同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。本実施の形態によるウェハ処理装置は、チャンバへのウェハの搬入方向と搬出方向とが異なるようにするため、チャンバの上部ユニット及び下部ユニットが離間している状態で上部ユニットを所定の角度だけ回転させるものである。

図１は、本実施の形態によるウェハ処理装置１の構成を示す一部切り欠き斜視図である。図２，図３は、ウェハ処理装置１のチャンバ１１の縦断面を示す断面図である。図２は、チャンバ１１が開いた状態を示しており、図３は、チャンバ１１が閉じた状態を示している。図４は、図３の一点鎖線の円領域の拡大図である。図５は、上部ユニット２１を下面側から見た斜視図である。図６は、上部ユニット２１を回転させる回転手段１３を示す図である。図７は、ウェハ２の搬入、搬出と上部ユニット２１の回転とについて説明するための図である。図８は、ウェハ処理装置１を内部に含む処理室３と、ウェハ２を処理室３に搬入、搬出する搬送ロボットのハンド４，５とを示す図である。

本実施の形態によるウェハ処理装置１は、上部ユニット２１及び下部ユニット２２を有するチャンバ１１と、チャンバ１１の上部ユニット２１及び下部ユニット２２を開閉するための開閉手段１２と、上部ユニット２１を回転させる回転手段１３とを備える。チャンバ１１では、ウェハ２に所定の処理が行われる。本実施の形態では、その所定の処理が、超臨界流体を用いたウェハ２の乾燥処理である場合について主に説明するが、その他の処理がウェハ２に行われてもよい。ウェハ２の乾燥処理は、例えば、ウェハ２の表面に残留した有機溶剤などの処理液を、超臨界流体に置換することによって除去し、その超臨界流体を乾燥させることによって行われる。本実施の形態では、二酸化炭素の超臨界流体が用いられる場合について主に説明するが、他の超臨界流体が用いられてもよい。

上部ユニット２１の下面側には、水平方向に搬入されるウェハ２を支持する支持手段２１ａが設けられている。したがって、ウェハ２が搬入されると、図２で示されるように、上部ユニット２１の下方側にウェハ２が位置することになる。支持手段２１ａは、例えば、図２，図３，図５で示されるように、断面が略Ｌ字形状であり、水平方向に延びる先端部分において、搬入されたウェハ２の周縁部を支持するものであってもよい。本実施の形態では、図５，図７で示されるように、上部ユニット２１に３個の支持手段２１ａが設けられている場合について主に説明するが、そうでなくてもよい。支持手段２１ａの個数は、例えば、１個や２個であってもよく、４個以上であってもよい。また、ウェハ２を適切に支持できるのであれば、支持手段２１ａの形状も問わない。

上部ユニット２１は、回転軸受２１ｂを有しており、その回転軸受２１ｂによって、上面板１６に対して回転自在となるように設けられている。通常、上部ユニット２１は重いため、回転させることは容易ではないが、このように回転軸受２１ｂによって回転自在とされていることによって、回転手段１３によって簡単に回転させることができるようになる。

下部ユニット２２は、上部ユニット２１と相対向するものであり、ウェハ２を収容する空間２２ｃが構成されている。また、下部ユニット２２には、図２，図３で示されるように、二酸化炭素の注入路２２ａと排出路２２ｂとが設けられている。なお、本実施の形態では、注入路２２ａが、上面視が円形状の空間２２ｃにおける中心付近に設けられており、排出路２２ｂが、空間２２ｃにおける周縁付近に設けられている場合について示しているが、そうでなくてもよい。空間２２ｃの中心付近に注入路２２ａ及び排出路２２ｂが設けられ、空間２２ｃの周縁付近にも注入路２２ａ及び排出路２２ｂが設けられていてもよい。また、注入路２２ａは、ウェハ２の上面側から二酸化炭素を注入するように設けられていてもよい。また、クランプ４１に影響しない範囲で、空間２２ｃの横側（側面）に注入路２２ａや排出路２２ｂが設けられてもよい。

上部ユニット２１及び下部ユニット２２は、耐圧性のある材料によって構成されていることが好適である。その材料は、例えば、ステンレス鋼等であってもよい。また、パーティクルの発生を防止するため、その表面には所定のコーティング（例えば、ＤＬＣ（Diamond‐Like Carbon）などの硬質膜のコーティング等）がなされてもよい。

チャンバ１１は、チャンバ１１が閉じられた際に上部ユニット２１及び下部ユニット２２の間をシールするためのシール部２３をさらに有していてもよい。シール部２３は、円環状の部材であり、下部ユニット２２における空間２２ｃの開口の環状の縁部分、または、その縁部分に対向する上部ユニット２１の部分に配置されてもよい。シール部２３は、例えば、図２～図４で示されるように、上部ユニット２１の下端側に装着されてもよい。シール部２３は、図４で示されるように、断面が略Ｕ字形状のものであってもよい。その場合には、チャンバ１１が閉じている状態において、空間２２ｃの流体がシール部２３を介して外部に流出しようとする際に、略Ｕ字形状の内側部分の圧力が高まってシール性がより向上し、空間２２ｃの流体の流出を効果的に防止することができる。なお、シール部２３は、下部ユニット２２側に設けられてもよい。シール部２３は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂によって構成されてもよく、シリコンなどの他の材料によって構成されてもよい。

開閉手段１２は、上部ユニット２１及び下部ユニット２２の少なくとも一方を上下方向に移動させることによってチャンバ１１を開閉する。上部ユニット２１及び下部ユニット２２が開閉手段１２によって閉じられ、両者が嵌め合わされて一体化されることによって、ウェハ２に対して処理を行うための空間２２ｃが形成される。また、シール部２３が存在することによって、空間２２ｃの気密性が高められる。本実施の形態では、開閉手段１２が、ベース１５に固定されたエアシリンダであり、ベース１５に対して、矩形状の上面板１６の四隅をそれぞれ同じタイミングで上下方向に移動させることによって、上部ユニット２１を上下方向に移動させる場合について主に説明する。なお、図１では、一部の開閉手段１２を省略している。開閉手段１２は、エアシリンダ以外のソレノイドや、ラックアンドピニオンとピニオンを駆動させる回転駆動手段、ボールねじとねじ軸を回転させる回転駆動手段等によって構成されてもよい。また、上面板１６の四隅のうち、１個から３個の隅に開閉手段１２が設けられており、それ以外の箇所には上面板１６の頂点部分を上下方向にガイドするためのガイド部材が設けられていてもよい。なお、本実施の形態では、開閉手段１２が、上部ユニット２１を上下方向に移動させる場合について説明するが、そうでなくてもよい。開閉手段１２は、下部ユニット２２を上下方向に移動させてもよく、上部ユニット２１及び下部ユニット２２の両方をそれぞれ上下方向の逆向きに移動させてもよい。

回転手段１３は、上部ユニット２１及び下部ユニット２２が離間した状態において、上部ユニット２１を垂直方向の軸周りに回転させるものであり、エアシリンダ３１と、クランク３２とを備えている。エアシリンダ３１の基端側は、回転軸３１ｂによって、上面板１６に対して水平方向に回転自在に設けられている。また、エアシリンダ３１のピストンロッド３１ａの先端は、クランク３２に接続されている。そして、図６で示されるように、ピストンロッド３１ａの長手方向の移動に応じて、クランク３２、及びクランク３２が固定されている上部ユニット２１が、垂直方向の回転軸２１ｃを中心として回転することになる。そのクランク３２の回転に応じて、ピストンロッド３１ａの先端部分の位置が変化するが、その位置の変化に応じて、エアシリンダ３１の基端側が回転軸３１ｂを中心に回転する。なお、エアシリンダ３１に代えて、ソレノイドなどを用いてもよい。また、回転手段１３は、例えば、モータ等の回転駆動手段によって上部ユニット２１を垂直方向の軸周りに回転させるものであってもよい。

上部ユニット２１及び下部ユニット２２が離間した状態とは、上部ユニット２１を回転させたとしても、上部ユニット２１が下部ユニット２２と摺れることのない状態であることが好適である。パーティクルの発生に起因するウェハ２の欠陥を防止するためである。したがって、上部ユニット２１及び下部ユニット２２が離間した状態は、上部ユニット２１及び下部ユニット２２の一方に設けられたシール部２３が、上部ユニット２１及び下部ユニット２２の他方側から離れた状態であってもよい。例えば、図２で示されるように、シール部２３が上部ユニット２１に設けられている場合には、シール部２３が、下部ユニット２２から離れた状態が、上部ユニット２１及び下部ユニット２２が離間した状態であってもよい。なお、シール部２３が対向するユニットから離れた状態となることによって、空間２２ｃは常圧となる。したがって、上部ユニット２１及び下部ユニット２２が離間した状態を、空間２２ｃの圧力が常圧となったことによって検知してもよい。

クランプ４１は、チャンバ１１が閉じた状態、すなわち上部ユニット２１及び下部ユニット２２が上下方向に嵌め合わされて、内部の空間２２ｃが気密に保たれている状態において、チャンバ１１の周縁部を締め付けるものである。クランプ４１は、ステージ４２の上面に固定されている。ベース１５には、スライドレール４３が固定されており、そのスライドレール４３にはスライドガイド４４が摺動可能に設けられている。そして、ステージ４２にスライドガイド４４が固定されていることによって、スライドレール４３の長手方向にクランプ４１が移動可能となっている。クランプ４１の移動、すなわちステージ４２の移動は、図示しない駆動手段を用いて実現されてもよい。その駆動手段は、例えば、エアシリンダやソレノイド、ラックアンドピニオンとピニオンを駆動させる回転駆動手段、ボールねじとねじ軸を回転させる回転駆動手段等であってもよい。クランプ４１は、駆動手段によって、チャンバ１１のロック位置と、リリース位置との間を移動することになる。本実施の形態では、図１で示されるように、３個のクランプ４１によってチャンバ１１の上部ユニット２１と下部ユニット２２とがロックされる場合について主に説明するが、クランプ４１の個数は、例えば、２個であってもよく、４個以上であってもよい。複数のクランプ４１のロック位置とリリース位置との間の移動は、独立して行われてもよく、連動して行われてもよい。

次に、図７を参照して、回転手段１３によって上部ユニット２１を回転させ、ウェハ２の搬入方向と搬出方向とが所定の角度となるようにする処理について説明する。

図７は、上部ユニット２１を下方側から見た底面図である。図７（ａ）で示されるように、ウェハ２は矢印の方向に搬入される。その後、チャンバ１１が閉じられ、ウェハ２に対して所定の処理が行われることになる。所定の処理が終了すると、チャンバ１１が開けられ、図７（ｂ）で示されるように、上部ユニット２１は、ウェハ２を支持手段２１ａによって支持している状態で、回転手段１３によって矢印の向きに９０度だけ回転され、図７（ｃ）で示されるようになる。次に、図７（ｄ）で示されるように、矢印の方向にウェハ２が搬出されることになる。なお、その搬出後に、上部ユニット２１は、再度、図７（ａ）の状態になるように９０度だけ回転手段１３によって回転される。図７では、ウェハ２の搬入方向と搬出方向とのなす角度が９０度となっている。なお、ウェハ２の搬入方向と搬出方向とのなす角度は、後述するウェハ２の搬入口３ａに設けられた扉と搬出口３ｂに設けられた扉が干渉しない範囲であればよく、好ましくは９０度から１８０度の範囲であればよい。また、上部ユニット２１が回転されるタイミングは問わない。例えば、チャンバ１１が閉じられる前に上部ユニット２１が回転され、その回転後にチャンバ１１が閉じられてウェハ２に所定の処理が行われてもよい。

次に、本実施の形態によるウェハ処理装置１の動作について具体的に説明する。ここでは、図８で示されるように、処理室３内にウェハ処理装置１が設置されており、処理室３には、ウェハ２の搬入口３ａと搬出口３ｂが設けられ、それぞれ搬入や搬出時以外は扉によって閉鎖されている。次に搬入口３ａを介してウェハ２がウェハ処理装置１に挿入され、搬出口３ｂを介してウェハ２がウェハ処理装置１から取り出される場合について説明する。

まず、ウェハ処理装置１の上部ユニット２１及び下部ユニット２２が上下方向に離間した状態において、処理室３の搬入口３ａの扉が開けられる。そして、前工程の洗浄装置において、例えばＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等の洗浄剤によって洗浄されたウェハ２が、搬送ロボットのハンド４によって搬送され、搬入口３ａから、上部ユニット２１の下面側に搬入される。その搬入されたウェハ２は、支持手段２１ａによって支持される（図２）。

次に、ハンド４が搬入口３ａの外に出たタイミングで扉が閉じられる。そして、開閉手段１２によって上面板１６が下降されることによってチャンバ１１が閉じられる。また、ステージ４２がチャンバ１１の軸心に向かって移動されることによって、クランプ４１によって上部ユニット２１及び下部ユニット２２がロックされる（図３）。

次に、二酸化炭素の注入路２２ａに接続された注入バルブが開けられ、チャンバ１１の空間２２ｃに二酸化炭素が注入される。例えば、加圧ポンプなどの昇圧機構を用いて昇圧された二酸化炭素を空間２２ｃに注入供給する。注入された二酸化炭素は、空間２２ｃ内の臨界圧力が７．３８ＭＰａ、臨界温度が３１．１℃以上になると、超臨界状態となり、ウェハ上のＩＰＡ等は、超臨界状態の二酸化炭素に溶解される。なお、空間２２ｃは、少なくともＩＰＡ等が溶解されるまで二酸化炭素が超臨界状態となる圧力及び温度に保たれることが好適であり、圧力は７．４～１５ＭＰａに、また、温度は電気ヒータなどによって３１～５０℃に加温されることが好ましい。

ウェハ２上のＩＰＡ等が超臨界流体によって溶解されると、排出路２２ｂに接続された排出バルブ（圧力調整バルブ）によって、空間２２ｃ内の圧力を保ちながらＩＰＡ等が溶解している超臨界二酸化炭素流体を徐々に排出する。この間、空間２２ｃには二酸化炭素の注入が継続されている。ＩＰＡ等が溶解している超臨界二酸化炭素流体の排出が終了すると、注入バルブが閉じられ、空間２２ｃ内を排出バルブ（圧力調整バルブ）によって降圧し、超臨界二酸化炭素流体を気体に相転換させてから排出する。その後、排出バルブが閉じられる。空間２２ｃは、加温が停止されてもよく、３１～５０℃に維持されていてもよい。なお、超臨界流体によるＩＰＡ等の排出が終了したかどうかは、例えば、ＩＰＡ等を検知するセンサによって空間２２ｃ内においてＩＰＡ等を検知することによって確認されてもよい。ＩＰＡ等を検知するセンサは、例えば、アルコール検知センサ等であってもよい。

その後、各クランプ４１は、リリース位置に移動される。また、開閉手段１２によって上面板１６が上昇されることによってチャンバ１１が開けられ、上部ユニット２１と下部ユニット２２とが離間する。また、シール部２３が下部ユニット２２から離れたタイミングで、回転手段１３によって、上部ユニット２１が９０度だけ回転される。また、処理室３の搬出口３ｂの扉が開けられる。そして、超臨界流体を用いて乾燥されたウェハ２が、搬送ロボットのハンド５によって搬出口３ｂの扉を介して搬出され、搬出口３ｂの扉が閉じられる。その後、回転手段１３によって上部ユニット２１を逆方向に９０度だけ回転させることによって、上部ユニット２１は、ウェハ２の搬入を行うことができる角度となる。その後、上記の処理が繰り返さてもよい。なお、通常、ハンド４，５はそれぞれ異なる搬送ロボットによって操作されるものである。また、上記した一連の処理に関するタイミング等の制御は、図示しない制御手段によって行われてもよい。

以上のように、本実施の形態によるウェハ処理装置１によれば、チャンバ１１へのウェハ２の搬入方向と搬出方向とを異なるようにすることができる。例えば、両方向が同じであり、また、１つの搬送ロボットによって搬入と搬出とを行った場合には、ウェハの搬出後にすぐにウェハの搬入を行うことができず、タクトタイムが長くなる。また、例えば、ウェハの搬入方向と搬出方向とが同じであり、また、処理前のウェハを搬送する搬送ロボットと、処理後のウェハを搬送する搬送ロボットとをそれぞれ備えた場合（例えば、上記特許文献１参照）には、両ロボットの操作だけでウェハの搬入及び搬出を行うことができず、ウェハの受け渡しに時間がかかることになると共に、装置の設置面積が大きくなるというデメリットがある。一方、本実施の形態によるウェハ処理装置１のように、ウェハ２の搬入方向と搬出方向とが異なるようにすることによって、設置面積を増やすことなく、ウェハ２の搬入と搬出とをそれぞれ別の搬送ロボットによって行うことができる。その結果、ウェハ２を搬出した直後に、別のウェハ２を搬入することによってタクトタイムを短くすることができ、効率的な処理を実現することができるようになる。

また、チャンバ１１での処理前のウェハ２を搬送する搬送ロボットと、チャンバ１１での処理後のウェハ２を搬送する搬送ロボットとを異なるものにすることができるため、例えば、搬入用ロボットのハンド４に付着しているＩＰＡ等が、処理後のウェハ２に付着することを防止することができる。また、処理前のウェハ２が取り扱われる領域と、処理後のウェハ２が取り扱われる領域とを分けることもでき、処理前のウェハ２から、処理後のウェハ２にＩＰＡ等が飛散して付着することを防止することもできる。

なお、本実施の形態では、１個のウェハ処理装置１について説明したが、そのウェハ処理装置１が上下に並べて配置されて用いられてもよい。そのようにすることで、複数のウェハ２に対して、同時に処理を行うことができるようになる。

また、本実施の形態では、ウェハの乾燥を行うウェハ処理装置を示したが、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。ウェハ処理装置は、例えば、ウェハの洗浄や、ウェハの洗浄乾燥にも適用できることは、特開２００６－１３５１０６号公報からも明らかであり、またそれらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

以上より、本発明によるウェハ処理装置によれば、チャンバへのウェハの搬入方向と搬出方向とを異なる方向とすることができ、より短いタクトタイムでウェハの処理を行うことができるウェハ処理装置として有用である。

１ ウェハ処理装置
２ ウェハ
１１ チャンバ
１２ 開閉手段
１３ 回転手段
２１ 上部ユニット
２１ａ 支持手段
２２ 下部ユニット
２３ シール部

Claims (4)

1. 水平方向に搬入されるウェハを支持する支持手段が下面側に設けられた上部ユニット、及び前記上部ユニットと相対向してウェハを収容する空間を構成する下部ユニットを有し、前記ウェハに所定の処理を行うためのチャンバと、
   前記上部及び下部ユニットの少なくとも一方を上下方向に移動させることによって前記チャンバを開閉する開閉手段と、
   前記上部及び下部ユニットが離間した状態において、前記上部ユニットを垂直方向の軸周りに回転させる回転手段と、を備え、
   前記回転手段は、前記上部ユニットへのウェハの搬入方向と、前記上部ユニットからの当該ウェハの搬出方向とが所定の角度となるように前記上部ユニットを回転させる、ウェハ処理装置。
2. 前記チャンバは、前記チャンバが閉じられた際に前記上部及び下部ユニットの間をシールするためのシール部をさらに有しており、
   前記上部及び下部ユニットが離間した状態は、前記上部及び下部ユニットの一方に設けられた前記シール部が、前記上部及び下部ユニットの他方側から離れた状態である、請求項１記載のウェハ処理装置。
3. 前記所定の処理は、超臨界流体を用いたウェハの乾燥処理である、請求項１または請求項２記載のウェハ処理装置。
4. 前記所定の処理は、超臨界流体を用いたウェハの洗浄乾燥処理である、請求項１または請求項２記載のウェハ処理装置。

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