(57)【要約】　　　（修正有）【課題】高清浄度を維持しつつウエハー等の基板を処理することができる基板処理装置およびその処理方法を提供する。【解決手段】中央に固定して配置され、流体を噴出するための少なくとも１つの噴出口を表面に備えたセンターポート１００と、センターポート１００を中心にその周りを回転可能である回転ハウジング部２００とを有する。回転ハウジング部２００は、基板Ｗと対向する主面を備えた天板２１０と、天板２１０に連結され、回転駆動部材によって回転駆動される下部ハウジング２２０とを有し、センターポート１００の噴出口を含む表面が、天板２１０主面よりオフセットされ、噴出口から流体が噴出されたとき、基板Ｗは、天板２１０の主面およびセンターポート１００の表面から非接触状態にて保持される。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定して配され、流体を噴出するための少なくとも１つの噴出口を表面に備えた流体供給手段と、
前記流体供給手段を中心にその周りを回転可能な回転部材とを有し、
前記回転部材は、処理される基板と対向する主面を備えた第１の回転部材と、前記第１の回転部材に連結され、回転駆動部材によって回転駆動される第２の回転部材とを有し、
前記流体供給手段の前記少なくとも１つの噴出口を含む表面が、前記第１の回転部材の主面より下方にオフセットされ、
前記少なくとも１つの噴出口から流体が噴出されたとき、前記基板は、前記第１の回転部材の主面および前記流体供給手段の表面上に非接触状態にて保持される、基板処理装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの噴出口を含む表面と前記第１の回転部材の前記主面とのオフセット量は、２ミリメートル以内である、請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記流体供給手段は、前記少なくとも１つの噴出口を表面に含む円柱状の噴出部と、前記第１の回転部材との間に非接触シールを形成するための第１のシール部とを含み、
前記第１の回転部材は、中央部において前記噴出部を配する貫通孔と、前記第１のシール部と係合する第２のシール部とを有し、
前記噴出部と前記貫通孔との間に間隙が形成され、この間隙から流体が流出される、請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記噴出部の側面には、その半径を小さくさせる少なくとも１つの段部が形成される、請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記貫通孔の内壁には、その半径を大きくさせる少なくとも１つの段部が形成される、請求項１ないし４いずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
静止して配され、流体を噴出するための複数の噴出口を表面に備えた流体供給手段と、
前記流体供給手段の周りを回転可能な回転手段とを有し、
前記回転手段は、基板と対向する面を備えた第１の回転部材と、前記第１の回転部材に連結され、かつ回転駆動される第２の回転部材とを有し、
前記複数の噴出口は、中央に配される第１の噴出口と前記第１の噴出口の周りに配される第２の噴出口とを有し、第１の噴出口からガスを噴出させることにより前記第１の回転部材上において前記基板を非接触状態で保持可能であり、前記非接触状態で保持された基板に対して前記第２の噴出口から液体を噴出可能である、基板処理装置。
【請求項７】
前記第２の噴射口から噴出される液体により前記基板の一面が洗浄される、請求項６に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記第２の噴射口は、前記第１の噴射口の回りに少なくとも１つ配置される、請求項６または７に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記基板処理装置は、前記回転手段上にノズルを含み、前記非接触状態で保持された基板の前記一面と対向する第二面に液体を供給可能である、請求項６ないし８いずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１０】
第１、第２の径を含み、前記第１の径の表面に流体を噴出させる複数の噴出口が形成され、前記第２の径の表面に第１のラビリンスシール部が形成され、かつ少なくとも前記複数の噴出口に流体を供給可能な供給ポートを備えた流体供給手段と、
前記流体供給手段に回転可能に取り付けられた回転部材とを有し、
前記回転部材は主面を有し、該主面の中央には貫通孔が形成され、前記貫通孔内に前記流体供給手段の前記第１の径の表面が配され、さらに前記回転部材が第１のラビリンスシール部と係合する第２のラビリンスシール部を有し、
前記第１のラビリンスシール部には第１の開口部が形成され、前記第１の開口部が第１の経路を介して前記供給ポートに接続され、
前記第２のラビリンスシール部には第２の開口部が形成され、前記第２の開口部が第２の経路に接続され、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが離間されている、基板処理装置。
【請求項１１】
前記供給ポートから供給された流体は、前記第１の経路、前記第１の開口部、及び前記第１、第２のラビリンスシール部を通り、さらに、前記第１の径の表面と前記貫通孔との間隙から流出される、請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記第２の開口部は複数の開口を含み、前記第２の経路は前記複数の開口に接続される複数の経路を含み、前記回転部材の側部には流体排出口が複数形成され、前記複数の経路はそれぞれ半径方向に延在し前記複数の流体排出口に接続され、前記供給ポートから供給された流体は、前記第１の経路、前記第１の開口部を介して前記第１、第２のラビリンスシール部を通り、さらに前記第２の開口部、前記第２の経路を介して前記流体排出口から排出可能である、請求項１０または１１に記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記複数の噴出口の少なくとも１つの噴出口から流体が噴出されるとき、前記第１の径の表面と前記回転部材の主面が基板を非接触状態で保持する保持面を形成する、請求項１０ないし１２いずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１４】
前記回転部材は、前記主面上の円周方向に複数の孔を含み、前記孔内に把持具が設けられ、前記把持具は前記保持面上に非接触状態で保持された前記基板の動きを規制する、請求項１０ないし１３いずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１５】
前記複数の孔は、前記第２の経路と連通し、前記把持具と前記孔との間に間隙が形成される、請求項１４に記載の基板処理装置。
【請求項１６】
前記把持具は偏心した突起を含み、前記回転部材が前記流体供給手段の周囲を回転するときに、前記突起が前記主面上において回転される、請求項１４または１５に記載の基板処理装置。
【請求項１７】
前記複数の噴射口は、ベルヌーイ効果を利用して前記基板を非接触状態で保持するためのガスを噴射するガス噴射口を含む、請求項１０ないし１６のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１８】
前期複数の噴射口は、エアーベアリング効果を利用して前記基板を被接触状態で保持するためのガスを噴射するガス噴射口を含む、請求項１０ないし１６いずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１９】
前記複数の噴射口は、非接触状態で保持された基板の第１の面に液体を噴射させるための液体噴射口を含む、請求項１７または１８に記載の基板処理装置。
【請求項２０】
前記基板処理装置はさらに、前記回転部材上に液体供給ノズルを含み、前記液体供給ノズルにより前記基板の第１の面と対向する第２の面に対し液体を供給可能である、請求項１０ないし１９いずれかに記載の基板処理装置。
【請求項２１】
前記液体供給手段は、基板の有無を検知するセンサーを含む、請求項１０ないし２０いずれかに記載の基板処理装置。
【請求項２２】
複数の噴出口が形成されかつ静止された表面と、該表面の周りを回転する主面とを含む保持面と、
前記複数の噴出口に流体を供給する流体供給手段とを備え、
前記複数の噴出口の少なくとも１つの噴出口から噴出された流体により前記保持面上に基板を非接触状態で保持し、前記複数の噴出口の少なくとも１つの噴出口から洗浄用薬液を噴出することで、非接触状態で保持された基板の一面を洗浄する、基板処理装置。
【請求項２３】
前記表面と前記主面との間に間隙が形成され、該間隙から流体が噴出される、請求項２２に記載の基板処理装置。
【請求項２４】
前記表面は前記主面よりも下方に位置する、請求項２２または２３に記載の基板処理装置。
【請求項２５】
前記主面上には、非接触状態で保持された基板の位置を規制する回転可能な把持具が設けられる、請求項２０ないし２４いずれかに記載の基板処理装置。
【請求項２６】
前記把持具と前記主面との間に間隙が形成され、該間隙から流体が噴出される、請求項２５に記載の基板処理装置。
【請求項２７】
前記基板処理装置は排出口を含み、前記排出口は前記把持具と前記主面との間隙に連通し、前記排出口から流体が排出可能である、請求項２６に記載の基板処理装置。
【請求項２８】
複数の噴出口が形成された表面と、該表面の周りを回転する主面とを含む保持面上に基板を配し、
前記複数の噴出口の少なくとも１つの噴出口から不活性ガスを噴出させ、前記基板を前記保持面上に非接触状態で保持し、
前記複数の噴射口の少なくとも１つの噴射口から基板を洗浄するための薬液を噴射させる、工程を含む基板処理方法。
【請求項２９】
前記表面は静止され、前記主面が回転され、前記非接触状態で保持された基板が前記主面とともに回転される、請求項２８に記載の基板処理方法。
【請求項３０】
静止された表面と回転された主面との間隙から流体が噴出させる、請求項２８または２９に記載の基板処理方法。
【請求項３１】
前記基板処理方法は、前記基板の洗浄ステップの後に、前記複数の噴射口の少なくとも１つから純水を噴出させ、非接触状態で保持された基板のリンスを行うステップを含む、請求項２８に記載の基板処理方法。
【請求項３２】
前記基板処理方法は、前記リンスステップの後に、前記複数の噴射口の少なくとも１つから不活性ガスを噴射させ、非接触状態で保持された基板の乾燥を行うステップを含む、請求項３１に記載の基板処理方法。
【請求項３３】
前記不活性ガスは、窒素ガスを含み、前記不活性ガスが所定の温度に加熱されている、請求項３２に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置に関し、特に半導体ウエハー等の基板を洗浄する機能を備えた基板処理装置およびその処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程における熱成膜工程前洗浄では、常に高清浄度が求められている。この状況において最も一般的な手法として、今日まで浸漬法による洗浄薬品処理が用いられてきた。この手法の最も優れた点はウエハー治具ごとの処理、表裏洗浄及び高清浄度の確保、大量生産への対応が容易であること等が挙げられる。
【０００３】
近年の技術開発と市場からの要求において、ＬＳＩチップの高集積化、高性能化、さらにはそれを満足させる為のウエハーの大口径化が今後のＬＳＩ製造に求められている。これらの要求を満足する為には、高清浄度もさることながらＬＳＩ製造の低コスト化が求められている。
【０００４】
しかしながら、上記した従来の浸漬法は装置自体が巨大であることから、占有床面積の広域化、使用薬品の大量消費、使用設備並びにエネルギー消費量の増加などが挙げられており、今後のＬＳＩ製造に求められる要求と必ずしも合致していない。
【０００５】
そこで登場したのが枚葉式洗浄装置である。しかし、枚葉式洗浄装置には解決しなければならない問題が山積されていた。先ず機械的な側面から見ると、ウエハーの搬送方法、洗浄時のウエハー把持方法、ウエハーの乾燥方法などが挙げられる。この他プロセス的には、ウエハーの両面洗浄技術の確立や、不純物や異物などによるウエハー汚染防止方法の確立などが挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの問題点に対し様々なアプローチがなされ、多くの解決策が世に登場したが、未だ決定的な解決策が世に出ていないのが現状である。このため、熱成膜工程前洗浄などの高清浄度が要求される工程に対して枚葉式洗浄装置が適切なものとみなされない現状であった。特に、ウエハーの洗浄工程において、洗浄部位へのウエハーの置載、ウエハーの把持、ウエハーの洗浄、ウエハーの洗浄後に洗浄部位からのウエハーの搬出などのステップについて、ウエハーの高清浄度を維持しつつ以上のステップを完結に行える技術はいまだ開発されていない。このことが枚葉式洗浄装置を高清浄度工程に対しての適応を大きく遅延させていた要因でもあった。
【０００７】
本発明者等は、枚葉式洗浄装置が抱える上記問題点につき、鋭意研究を行った結果、洗浄部位へのウエハーの置載からウエハーの洗浄およびウエハーの搬出までの一連の工程を高清浄度を維持したまま完結させることが可能な技術開発に成功した。
【０００８】
そこで本発明は、高清浄度を維持しつつウエハー等の基板を処理することができる基板処理装置およびその処理方法を提供することを目的とする。
さらに本発明は、ウエハー等の基板を非接触状態で保持しつつ基板を洗浄することができる枚葉式タイプのウエハー洗浄装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、パーティクルの発生を抑制し、耐腐食構造の基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る基板処理装置は、固定して配され、流体を噴出するための少なくとも１つの噴出口を表面に備えた流体供給手段と、前記流体供給手段を中心にその周りを回転可能な回転部材とを有し、前記回転部材は、処理される基板と対向する主面を備えた第１の回転部材と、前記第１の回転部材に連結され、回転駆動部材によって回転駆動される第２の回転部材とを有し、前記流体供給手段の前記少なくとも１つの噴出口を含む表面が、前記第１の回転部材の主面より下方にオフセットされ、前記少なくとも１つの噴出口から流体が噴出されたとき、前記基板は、前記第１の回転部材の主面および前記流体供給手段の表面上に非接触状態にて保持されるものである。噴出口を含む表面が第１の回転部材の主面よりも下方にオフセットされることで、基板との間における乱流を抑制することができ、その結果、基板の振動や騒音が抑えられ、パーティクルの発生を極力防止することができる。
【００１０】
好ましくは、少なくとも１つの噴出口を含む表面と前記第１の回転部材の前記主面とのオフセット量は、２ミリメートル以内である。
【００１１】
本発明に係る基板処理装置は、静止して配され、流体を噴出するための複数の噴出口を表面に備えた流体供給手段と、前記流体供給手段の周りを回転可能な回転手段とを有する。前記回転手段は、基板と対向する面を備えた第１の回転部材と、前記第１の回転部材に連結され、かつ回転駆動される第２の回転部材とを有する。複数の噴出口は、中央に配される第１の噴出口と前記第１の噴出口の周りに配される第２の噴出口とを有し、第１の噴出口からガスを噴出させることにより前記第１の回転部材上において前記基板を非接触状態で保持可能であり、前記非接触状態で保持された基板に対して前記第２の噴出口から液体を噴出可能であるものである。これにより基板を非接触状態で保持しつつ基板を洗浄できるため、基板の高清浄度の維持が可能となる。
【００１２】
好ましくは、前記第２の噴射口は、前記第１の噴射口の回りに複数配置され、それらは等間隔で配置させることが望ましい。さらに、基板処理装置は、回転手段上にノズルを含み、非接触状態で保持された基板の上面に洗浄用液体を供給し、基板上下両面の洗浄を行うようにしてもよい。
【００１３】
本発明に係る基板処理装置は、第１、第２の径を含み、前記第１の径の表面に流体を噴出させる複数の噴出口が形成され、前記第２の径の表面に第１のラビリンスシール部が形成され、かつ少なくとも前記複数の噴出口に流体を供給可能な供給ポートを備えた流体供給手段と、前記流体供給手段に回転可能に取り付けられた回転部材とを有する。回転部材は主面を有し、該主面の中央には貫通孔が形成され、前記貫通孔内に前記流体供給手段の前記第１の径の表面が配され、さらに前記回転部材が第１のラビリンスシール部と係合する第２のラビリンスシール部を有する。第１のラビリンスシール部には第１の開口部が形成され、前記第１の開口部が第１の経路を介して前記供給ポートに接続され、第２のラビリンスシール部には第２の開口部が形成され、前記第２の開口部が第２の経路に接続され、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが離間されている。回転部材が回転したときに、ラビリンスシール部の開口が重複しないようにすることで、シール部の体積変動を抑制し、これによりガスの脈動を抑制することができる。
【００１４】
供給ポートから供給された流体は、前記第１の経路、前記第１の開口部、及び前記第１、第２のラビリンスシール部を通り、さらに、前記第１の径の表面と前記貫通孔との間隙から流出される。これにより、間隙からの薬液等が内部に侵入することを防止することができる。
【００１５】
好ましくは、第２の開口部は複数の開口を含み、前記第２の経路は前記複数の開口に接続される複数の経路を含み、前記回転部材の側部には流体排出口が複数形成され、前記複数の経路はそれぞれ半径方向に延在し前記複数の流体排出口に接続される。前記供給ポートから供給された流体は、前記第１の経路、前記第１の開口部を介して前記第１、第２のラビリンスシール部を通り、さらに前記第２の開口部、前記第２の経路を介して前記流体排出口から排出可能である。これにより薬液等が内部に侵入することを防止し、仮に侵入したとしてもその薬液等を排出口から排出させ、内部を薬液等の汚染から保護することができる。
【００１６】
本発明に係る基板処理装置は、複数の噴出口が形成されかつ静止された表面と、該表面の周りを回転する主面とを含む保持面と、前記複数の噴出口に流体を供給する流体供給手段とを備え、前記複数の噴出口の少なくとも１つの噴出口から噴出された流体により前記保持面上に基板を非接触状態で保持し、前記複数の噴出口の少なくとも１つの噴出口から洗浄用薬液を噴出することで、非接触状態で保持された基板の一面を洗浄する。これより、基板の高清浄度を維持した基板の洗浄が可能となる。
【００１７】
本発明に係る基板処理方法は、複数の噴出口が形成された表面と、該表面の周りを回転する主面とを含む保持面上に基板を配するステップと、前記複数の噴出口の少なくとも１つの噴出口から不活性ガスを噴出させ、前記基板を前記保持面上に非接触状態で保持するステップと、前記複数の噴射口の少なくとも１つの噴射口から基板を洗浄するための薬液を噴射させるステップ、とを含む。好ましくは、このステップ後に、純水により基板をリンスするステップ、その後に窒素ガス等の不活性ガスを噴出しながら基板を回転させて回転させるステップを含む。これにより、基板の洗浄から乾燥にいたるまでの一連の処理を一箇所において連続的に行うことができる。
【００１８】
基板処理装置において処理される基板は、好ましくは半導体ウエハーである。但し、半導体ウエハー以外にも、液晶デイスプレイ用ガラス基板、プラズマデイスプレイ用ガラス基板等の基板にも適用することができる。
【００１９】
また半導体ウエハーは、ベルヌーイ効果を利用して実質的に非接触状態で保持され、洗浄される。半導体ウエハーの少なくとも一面は、窒素ガス等の不活性ガスにより雰囲気制御され、この状態においてウエハーの洗浄が行われる。このため、半導体ウエハーの洗浄から移送・乾燥までのプロセスにおいて、半導体ウエハーが実質的に不活性ガス雰囲気下にあり、ウエハーをパーティクルの汚染から保護し、大気中への露出を極力抑制することができる。ウエハー等の基板の搬送手段を、ベルヌーイ効果を利用した非接触保持（チャック）を用いることで、上記効果をより顕著なものとすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
【００２１】
次に本発明の実施の態様に係る半導体ウエハー洗浄装置について説明する。図１は、本実施の形態に係るウエハー洗浄装置の平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図である。本実施の形態によるウエハー洗浄装置１は、図１及び図２に示すように、ほぼ中央に配され、ガスや液体等の流体を供給するセンターポート１００と、センターポート１００を中心に回転する回転ハウジング部２００とを含む。センターポート１００と回転ハウジング部２００によりウエハーの保持面３００を形成し、保持面３００上にベルヌーイ効果を利用して半導体ウエハーＷを非接触状態にて保持する。
【００２２】
図３はセンターポートの構成を示す図、図４は天板の構成を示す図である。センターポート１００は、洗浄装置１の本体（図中省略）に固定して取り付けられる。図３に示すように、センターポート１００は、半径ｒ１を有する円柱状の噴射部１１０と、半径ｒ２（ｒ２＞ｒ１）のシール部１２０と、シール部１２０より下部に向けて延在する延在部１３０を含む。延在部１３０には、ガスあるいは液体を供給するための複数のポート１４０が形成される。中央のポート１４１とそれに隣接するポート１４２には、窒素ガス等の不活性ガスが供給され、残りの４つのポート１４３にはウエハーの洗浄に必要な薬液や純水が供給される。
【００２３】
センターポート１００の中心軸に沿ってガス供給経路１５１が形成される。ガス供給経路１５１の一方は、延在部１３０において中央のポート１４１に連結され、他方は噴射部１１０の表面Ｓ１において噴出口１５１ａを形成する。さらに、センターポート１００には、４つのポート１４３に対応して４つの液体供給経路１５３が形成され、これら液体供給経路１５３は噴射部１１０の表面Ｓ１に向けて収束するように傾斜される。そして、噴射部１１０の表面Ｓ１において４つの噴射口１５３ａが形成される。残りのポート１４２に対応するガス供給経路１５２は、延在部１３０からシール部１２０へ向けて垂直に折れ曲り、シール部１２０の表面に形成されたラビリンスシール部１２１の開口１２２に連結される。ラビリンスシール部１２１は、シール部１２０の表面に同心円状の環状の凹部または凸部を複数含み、開口１２２がそのほぼ中央の表面に形成される。
【００２４】
センターポート１００は、好ましくはテフロン（登録商標）から構成され、ガス供給経路１５１、１５２及び液体供給経路１５３は、好ましくはテフロン（登録商標）などのフッ素樹脂からなるチューブを用いることが望ましい。このようなチューブを使用することで耐腐食性に強く、しかもパーティクル等の発生を抑制することができる。
【００２５】
センターポート１００には、上記に加えてウエハーＷを検知するためのセンサーを取り付けるセンサー溝１６０が形成される。センサー溝１６０は、噴射部１１０の表面Ｓ１に向けて延在されるが、その溝の先端は表面Ｓ１に連通することなくその手前で停止される。例えば、センサー溝１６０内に赤外線を出射し、その反射光を検知するフォトダイオード等を含むセンサーを内蔵させ、これにより噴射部１１０上にウエハーＷがあるか否かを検知する。
【００２６】
センターポート１００は、図５に示すようなメインシャフト１７０内に挿入され固定される。メインシャフト１７０は円筒状を有し、内部に径の異なる空間１７１、１７２が形成される。センターポート１００の延在部１３０は、メインシャフト１７０の空間１７２内に挿入される。シール部１２０と延在部１３０との間に形成された凹部１２３内にＯリング１７３が挿入される（図２参照）。Ｏリング１７３は、センターポート１００において発生されるパーティクルやゴミ等が回転ハウジング部２００へ移動するのを阻止する。空間１７１には、ポート１４１、１４２、１４３に接続される流体供給チューブが配され、これらは図示しない流体供給源に接続される。本実施の形態による洗浄装置１は、センターポート１００を静止させ、この内部に流体供給手段を格納させることで、装置の小型化を図り、不要なパーティクルを極力発生させないようにしている。
【００２７】
回転ハウジング部２００は、天板２１０と、天板２１０に連結される下部ハウジング２２０とを含み、これらはセンターポート１００を中心に回転される。天板２１０は、図４に示すように円板状を有し、天板２１０はテフロン（登録商標）等のフッ素樹脂から構成される。天板２１０は、平坦な主面Ｓ２を有し、その中央部には貫通孔２３０が形成されている。主面Ｓ２の円周方向には６０度の間隔で複数の孔２４０が形成されている。天板２１０の裏面には、ラビリンスシール部２５０が形成される。ラビリンスシール部２５０は、天板２１０の中心に同心円状の複数の凸部または凹部を有する。また、ラビリンスシール部２５０には、複数の開口２５１が等間隔で形成され、開口２５１は、天板２１０の中央から外周に向けて放射状に拡がる経路２５２がそれぞれ接続される。経路２５２は、複数の孔２４０とそれぞれ交差し、かつ天板２１０の側面に形成された排出口２５３に連結される。
【００２８】
天板２１０の複数の孔２４０の位置に把持具２６０が取付けられる（図２および図９参照）。孔２４０には、円筒状のピンケース２６１が固定され、ピンケース２６１内に把持具２６０が取付けられる。把持具２６０は、本体２６２と本体２６２の中心から偏心された突起２６３とを含み、突起２６３が主面Ｓ２から突出される。本体２６２は、クラウンギア２７０と噛み合い、クラウンギア２７０の回転によって回転される。これにより突起２６３が主面Ｓ２上で回転される。
【００２９】
クラウンギア２７０の構成を図６に示す。クラウンギア２７０は、中央に開口２７１が形成されたギア本体２７２と、ギア本体２７２から斜め上方に延在する３つのギア部２７３とを有する。ギア本体２７２には、後述する連結ブロック２９２と係合する開口２７４が円周方向に形成されている。３つのギア部２７３は、把持具の本体２６２と噛合し、本体２６２を回転させる。
【００３０】
図２において、下部ハウジング２２０は、天板２１０にボルト等の部材（図中省略）によって固定され、また、下部ハウジング２２０のフランジ部２２１が、円筒状のフランジ部材２８０の肩部とボルト２２２によって固定される。下部ハウジング２２０の下面には開口２２３が形成され、開口２２３を介して開閉カム２９０が挿入される。下部ハウジング２２０と天板２１０との接合面には凹部２２４ａが形成され、凹部２２４ａ内に下部ピンケース２２４が収容される。下部ピンケース２２４は、凹部２２４ａ内においてピン２２５によって下部ハウジング２２０と固定され、また下部ピンケース２２４の端部はピンケース２６１に接続される。
【００３１】
フランジ部材２８０は、回転部材２９５と平行キー２８０ａにより固定され、フランジ部材２８０と回転部材２９５の接触面にはＯリング２９８が介挿される。フランジ部材２８０の側壁には凹部２８１が形成され、凹部２８１内に円筒状のスペーサ２８２が取り付けられる。スペーサ２８２は、クラウンギア２７０の開口２７１内に挿入され、クラウンギア２７０と回動可能に係合される。さらにフランジ部材２８０の頂部と天板２１０の裏面との間にＯリング２９９が介挿される。
【００３２】
下部ハウジング２２０の開口２２３から挿入される開閉カム２９０は、図示しないエアーシリンダーに接続され、これにより開閉カム２９０が垂直方向に往復運動を行う。ローラ２９１は、連結ブロック２９２に回転可能に取り付けられ、かつ開閉カム２９０のカム面と接合される。開閉カム２９０が垂直方向に移動するとき、ローラ２９１はそのカム面に倣い、開閉カム２９０の移動方向と垂直方向（図面に向かって垂直な方向）に移動される。連結ブロック２９２の端部は、上記したクラウンギア２７０の開口２７４の何れかと係合し、開閉カム２９０の移動に同期してクラウンギア２７０を回転させる。これにより把持具２６０は天板２１０と共にセンターポート１００の回りを回転し、把持具２６０の偏心された突起２６３が主面Ｓ２上を回転する。
【００３３】
回転部材２９５は、ボールベアリング（図中省略）を介してメインシャフト１７０と回動可能に係合される。回転部材２９５は、図示しない回転駆動機構と回転ベルト等によって連結されている。これにより回転部材２９５が回転されると、これに連結されたフランジ部材２８０、下部ハウジング２２０および天板２１０を含む回転ハウジング部２００がセンターポート１００を中心に回転される。
【００３４】
天板２１０は、ウエハーＷと同面積か若しくはそれ以上の主面Ｓ２を有する。天板２１０は、高速回転、例えば１０００ｒｐｍ以上の回転を要求される際に、センターポート１００等との摩擦や接触に対し磨耗してはならず、そのために天板２１０はセンターポート１００との間に隙間を有する。図２に示すように、天板２１０がセンターポート１００上に載置されたとき、天板２１０のラビリンスシール部２５０が、センターポート１００のラビリンスシール部１２１に係合し、両者によって非接触の回転シールが形成される。天板２１０の貫通孔２３０内に、センターポート１００の噴射部１１０が配され、噴射部１１０の表面Ｓ１と天板２１０の主面Ｓ２とによってウエハーＷを非接触保持するための保持面３００が形成される。
【００３５】
次に、洗浄装置の各部の動作とその詳細な構成を説明する。ウエハーＷの洗浄を行うに際して、センターポート１００のポート１４１、１４２に窒素ガス等の不活性ガスがガス供給源から供給される。また、回転ハウジング部２００が回転駆動機構により、例えば１０００ｒｐｍで回転される。
【００３６】
ポート１４１に供給された不活性ガスは、ガス供給経路１５１を介して噴射口１５１ａから噴射される。噴射口１５１ａから噴射される不活性ガスは、１００ＮＬ／分以下であり、好ましくは２０〜８０ＮＬ／分、最適には４０〜７５ＮＬ／分が流出される。不活性ガスが流出された状態で、ウエハーＷが搬送アーム等（図中省略）により保持面３００上に搬送され、アームによるウエハーＷへの拘束が解かれると、ウエハーＷはベルヌーイ効果により保持面３００から離間して保持される。ウエハーＷは、回転ハウジング部２００とほぼ同じ速度で回転され、ウエハーＷの水平方向の移動は把持具２６０（突起２６３）によって一定範囲内に規制される。なお、ウエハーＷの非接触保持は、ベルヌーイ効果の他にエアーベアリング効果を用いてもよい。
【００３７】
同時にセンターポート１００のポート１４２から供給された不活性ガスは、ガス供給経路１５２を介してラビリンスシール部１２１へ供給される。不活性ガスは、ラビリンスシール部１２１に形成された開口１２２を経由し、ラビリンスシール部１２１と２５０との間隙を通り、一方はラビリンスシール部２５０に形成された複数の開口２５１を介して天板２１０の経路２５２内へ導かれ、他方は噴射部１１０と天板２１０の貫通孔２３０との間隙へ導かれ保持面３００上に流出される。天板２１０の経路２５２に導かれた不活性ガスは、把持具２６０と孔２４０との間隙から主面Ｓ２上に噴出され、また天板２１０の側面に形成された排出口２５３から排出される。このように、ポート１４２から供給された不活性ガスは、保持面３００からパーティクル等を一掃し、ウエハーＷの周囲を極めて高清浄の環境にするとともに、薬液等が保持面３００から内部に侵入することを効果的に防止する。
【００３８】
ウエハーＷがベルヌーイ効果を利用して非接触状態で保持された後、ウエハーＷの洗浄が行われる。本実施の態様では、ウエハーＷの上面、裏面あるいは上下面のいずれをも洗浄することができる。
【００３９】
ウエハーＷの裏面を洗浄する場合には、ポート１４３から洗浄用の薬液が液体供給経路１５３に供給される。例えば、センターポート１００に取り付けられたウエハー検知センサーの出力を監視し、ウエハーＷが保持されたことを検知してから一定時間経過後に自動的に薬液を供給するようにしても良い。これ以外にも、ユーザが洗浄装置１に対して洗浄開始の命令を入力するようにしても良い。
【００４０】
洗浄用の薬液は、洗浄の条件に従い適宜選択されるが、例えば、アンモニア水、過酸化水素水、超純水等からなるアルカリ性混合液、超純水により希釈されたフッ酸、塩酸、過酸化水素水、超純水等からなる酸性混合液、およびリンス用の純水などを用いることができる。洗浄液は、噴出口１５３ａからウエハーＷのほぼ中央に噴出され、洗浄液は遠心力によりウエハーの中心から周辺へと移動され、その裏面が洗浄される。他方、ウエハーＷの上面を同時にあるいは上面だけを洗浄する場合には、ノズル３１０から薬液等が滴下され、ウエハーＷの上面が洗浄される。洗浄工程は、例えばＳＣ−１、ＳＣ−２の工程やリンス工程などの公知の工程であってもよい。
【００４１】
ここで、噴射部１１０の表面Ｓ１と天板２１０の主面Ｓ２との位置関係を図７に示す。同図に示すように、噴射部１１０の表面Ｓ１は、主面Ｓ２よりも僅かに低くなるようにオフセットされている。オフセット量Ｄ１は、好ましくはおおよそ２ミリ以内である。表面Ｓ１をオフセットさせる理由は、天板２１０の主面Ｓ２と表面Ｓ１とを同一の平坦な面とすると、表面Ｓ１及び主面Ｓ２とウエハーＷとによって包囲される空間が、噴射口１５１ａからの不活性ガスの流れに対して共振点を生み、これがウエハーＷを振動させ、パーティクルを発生させたり騒音を発生させてしまうためである。噴射部１１０の表面Ｓ１を主面Ｓ２から僅かにオフセットさせることで、不活性ガスの流れに対する共振を抑制できることが判明した。
【００４２】
さらに図７に示す噴射部１１０と天板２１０との位置関係を改良した例を図８に示す。ウエハーＷの裏面を洗浄するための天板２１０の表面は、極めて平坦であることが望ましい。但し、図８（ａ）に示すように、天板２１０の貫通孔２３０と噴射部１１０との隙間Ｃ１の存在が、ラビリンスシール部１２１および２５０から流入する不活性ガス（ポート１４２から供給される）の流れに乱流Ｔを生じさせる場合がある。この乱流Ｔは、センターポート１００の表面Ｓ１、天板２１０の主面Ｓ２およびウエハー基板Ｗの裏面によって囲まれた空間で発生し、さらには、噴射部１１０と貫通孔２３０の隙間Ｃ１を逆流する惧れもある。そうすると、噴射部１１０の表面Ｓ１に、洗浄時に使用された洗浄液やリンス液が残存物Ｒとして残ったり、残存物Ｒが逆流Ｔにより噴射部１１０と貫通孔２３０との間隔Ｃ１に流入する可能性がある。
【００４３】
そこで、噴射部１１０の外形形状を図８（ｂ）に改良するものであってもよい。噴射部１１０は、表面Ｓ１に向かうに従いその径を小さくする第１の小径部１１０ａ（段部）と第２の小径部１１０ｂ（段部）とを有する。第１の小径部１１０ａは、噴射部１１０の径より、おおよそ８０％程度小さく、第２の小径部１１０ｂは、噴射部１１０の径よりもおおよそ９０％程度小さい。また、第２の小径部１１０ｂは、表面Ｓ１から、おおよそ１５ｍｍ以上の段差を形成する。噴射部１１０の外形を徐々に小さくすることで、噴射部１１０と天板２１０との間の隙間Ｃ２が多くなり、噴射部１１０と天板２１０との間の空間が拡張される。空間の拡張は、好ましくは約１０００ｍｍ３以上である。これにより、回転される天板２１０と静止しているセンターポート１００との間で発生する乱流を小さくすることができ、乱流による噴射口付近に溜まった液体の吸出を抑制し、不活性ガスが矢印Ｔ１のように隙間Ｃ２を円滑に流れ、その結果、噴射部１１０と天板２１０の隙間Ｃ２に薬液、リンス液が流入するのを防止することができる。
【００４４】
図８（ｃ）は、天板２１０の貫通孔２３０の内径を改良し、噴射部１１０と天板２１０との間の空間を拡張する例を示す図である。貫通孔２３０の内径は、主面Ｓ２に向かうに従い大きくなる第１の部分２３０ａ（段部）と第２の部分２３０ｂ（段部）とを含む。第１の部分２３０ａは、貫通孔２３０の内径よりも大きく、第２の部分２３０ｂの内径は、第１の部分２３０ａの内径よりも大きい。これにより、噴射部１１０と天板２１０との間隔Ｃ３を大きくし、両者の空間を拡張することで、図８（ｂ）と同様の効果を得ることが可能となる。
【００４５】
図９に把持具２６０の詳細な構造を示す。把持具２６０は、天板２１０の孔２４０内のピンケース２６１に収容される。ピンケース２６１は、下部ハウジング２２０の下部ピンケース２２４と接合される。把持具２６０の本体２６２は、クラウンギア２７０と噛合され、回転される。このため、本体２６２とピンケース２６１との間に僅かな隙間Ｆが形成され、隙間Ｆは、１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下である。隙間Ｆの存在により、ウエハーＷの洗浄時に、天板２１０の主面Ｓ２と把持具２６０の隙間Ｆから洗浄薬品が流入する惧れがある。これに対処するため、ラビリンスシール部２５０の開口２５１および経路２５２から供給された窒素等の不活性ガスを利用し、不活性ガスを隙間Ｆからまたは排気口２５３からパージさせる。これにより、把持具２６０と天板２１０の隙間Ｆに流入する洗浄薬品が内部に侵入することを阻止することができ、同時に、回転駆動部で発生したパーティクル等を残留させることなく外部に放出することができる。
【００４６】
また把持具２６０は、腐食を避けるために例えばテフロン（登録商標）などのフッ素樹脂等により構成される。天板２１０は、平坦な主面Ｓ２を有するが、この平坦加工中において天板２１０の変形を防止するために、１０ｍｍ以上の板厚を要する。他方、ウエハーの洗浄工程は、８０度近傍の温洗浄薬品処理工程を含むため、把持具２６０や天板２１０に熱変形を生じさせることがある。ウエハーの保持機能が熱変形により損なわれないようにするため、天板２１０の板厚をさらに厚くする必要がある。このような理由から、天板２１０の板厚Ｈは、少なくとも１５ｍｍ以上が必要であり、好ましくは２０〜３０ｍｍ、最適な値としては２３〜２７ｍｍである。こうして得られた天板２１０の厚さＨを利用し、熱変形により把持具２６０の基準位置が変動しないようにする。さらに熱変形により天板２１０が外側に拡がる量を考慮し、把持具２６０と天板２１０との隙間Ｆを０．５ｍｍとする。
【００４７】
次に、ラビリンスシール部について説明する。回転ハウジング部２００を回転させる駆動部からのパーティクルが、ラビリンスシール部１２１、２５０を介して若しくは経路２５２を介して、天板２１０の主面Ｓ２や把持具２６０の近傍に発生し、ウエハーの処理時にウエハーＷを汚染することが懸念される。このため、図２に示すようなＯリング２９８、２９９を配置している。これにより、スピナー保持面３００へのパーティクルの侵入を効果的に抑制することができる。
【００４８】
本実施の形態では、上述したＯリング２９８、２９９を配置したことに関連し、ラビリンスシール部２５０側のガス経路２５２を外周方向にずらしている。図１０（ａ）はセンターポート１００に形成されるラビリンスシール部１２１の平面図、同図（ｂ）は天板２１０に形成されるラビリンスシール部２５０の平面図、同図（ｃ）はラビリンスシール部の断面図である。
【００４９】
ラビリンスシール部１２１は、その表面に環状の複数の凸部または凹部を有し、そのほぼ中間に比較的大きな空間を形成する窪み１２１ａが形成され、窪み１２１ａ上に１つの開口１２２が形成される。開口１２２は、ガス供給経路１５２を介してポート１４２に接続される。他方、天板２１０のラビリンスシール部２５０は、その表面に環状の複数の凹部または凸部を有し、そのほぼ中間に比較的大きな空間を形成する窪み２５０ａが形成され、この窪み２５０ａから外側の円周方向に６つの開口２５１が６０度間隔で形成されている。これら開口２５１はそれぞれ経路２５２に接続されている。開口２５１が形成される半径方向の距離は、開口１２２が形成される半径方向の距離よりも大きい。従って、同図（ｃ）に示すように、ラビリンスシール部１２１、２５０とが非接触シールを形成するとき、窪み１２１ａと窪み２５０ａが対応した位置にあるが、開口２５１は開口１２２から外周にずれている。ガス供給経路１５２からの不活性ガスは、開口１２２、窪み１２１ａおよび窪み２５０ａを経由し、開口２５１からガス経路２５２へ導かれる。
【００５０】
図１１は、ラビリンスシール部２５０の開口２５１がラビリンスシール部１２１の開口１２２に一致する例を示している。つまり、開口１２２が窪み１２１ａ上にあり、開口２５１が窪み２５０ａ上にある。このようなラビリンスシールにおいて、Ｏリング２９８、２９９を介挿した場合、図１１（ｃ）に示すように開口１２２と開口２５１とが重なり合う位置にくると、不活性ガスの流圧のバランスが崩れてしまう。つまり、天板２１０が回転することにより、ラビリンスシール部２５０の経路２５２および開口２５１が、ラビリンスシール部１２１の経路１５２および開口１２２と一時的に重なり合い、そこに体積の大きなエリアができ、そのことで流入された不活性ガスの気圧に変動が生じ、ガスの脈動が生じてしまう。ガスの脈動は、ウエハーＷをベルヌーイ効果を利用して非接触状態で保持するときに、ラビリンスシールのシール効果を低下させる惧れがある。これに対して、図１０に示すように、開口２５１および経路２５２とが直接に開口１２２およびガス経路１５２に重ならないようにすることで、ラビリンスシール部における体積を一定にし、ガス気圧の変動やガスの脈動を抑制することが可能である。
【００５１】
このように本実施の形態によるウエハー洗浄装置により、ウエハーＷを非接触状態で保持しつつこれを回転させ、ウエハーＷの裏面、表面および両面を洗浄可能とすることにより、ウエハーＷを汚染から極力保護することができる。ウエハーＷの洗浄後、ウエハーＷを非接触状態で保持したまま、引き続きリンス工程および乾燥工程が行われる。リンス工程では、ポート１４３から純水が液体供給経路１５３に供給される。純水は、噴出口１５３ａからウエハーＷの裏面に向けて噴射され、ウエハーＷの裏面がリンスされる。これと同時に、ノズル３１０から純水を滴下することにより、ウエハーＷの上面のリンスを行うこともできる。リンス工程が終了した後、ポート１４３から室温程度の窒素ガス等を含む不活性ガスを噴出口１５３ａから噴出させ、ウエハーＷの乾燥工程が施される。こうして、ウエハーＷを非接触状態で保持したまま、洗浄から乾燥に至る一連の工程を連続的に行うことができる。この間、ウエハーＷは実質的に大気に晒されることはなく、高清浄の環境下に置かれている。さらに、本発明の上記一連の工程と、ベルヌーイ効果を用いたウエハー搬送機構および真空加熱乾燥とを併用することにより、ウエハーの高清浄度を維持しつつ、表裏一体洗浄、裏面洗浄、または表面洗浄を適宜選択することが可能となる。さらに、ガスや液体の供給を行うセンターポート１００を静止構造とし、天板を含む回転ハウジング部２００を回転させる構造とし、保持面３００（表面Ｓ１および主面Ｓ２）の中心から外周に向けて不活性ガスを噴出させることで、パーティクルや洗浄薬品の残留物を効果的に排出させることができる。さらに、把持具２６０と天板２１０との隙間からも不活性ガスを排出させることで、薬液等が内部に侵入することを防止することができる。
【００５２】
本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５３】
例えば、ウエハーを非接触保持させるために窒素ガスを用いたが、これに限らず、他のＨｅ等の不活性ガスを用いることもできる。また、センターポート１００の中央にウエハー保持用の噴出口１５１ａを形成したが、これを複数の噴出口にすることも可能である。センターポート１００に形成されるガス供給経路１５１、１５２や液体供給経路１５３は、センターポートに形成される孔であってもよいし、これとは別にテフロン（登録商標）のチューブを用いても良い。
【００５４】
さらに上記実施態様では、ウエハーＷの乾燥工程において室温程度の窒素ガスを用いたが、これに限らず所定温度に加熱された窒素ガス等を噴射させることによりウエハーＷの乾燥時間を短縮するようにしてもよい。
【００５５】
さらに上記実施態様では、半導体ウエハーの洗浄を例に説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。半導体ウエハー以外にも、液晶基板やプラズマ基板あるいはそれ以外の板状の部材であって、ベルヌーイ効果により非接触保持可能なものであれば良い。洗浄工程以外にも、半導体ウエハーにレジストを形成するスピンコーテイング等に適用することもできる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の基板処理装置によれば、処理される基板の振動や騒音が抑えられ、パーティクルの発生を極力防止することができる。さらに、基板を非接触状態で保持しつつ基板の洗浄等の処理を行い得るため、基板をパーティクルやその他の汚染から保護し、基板の高清浄度を維持することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るウエハー洗浄装置の要部の平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図３（ａ）はセンターポートの平面図、図３（ｂ）は同図（ａ）のＸ１−Ｘ１線断面図、図３（ｃ）はセンターポートの背面図、図３（ｄ）はＸ２線断面図である。
【図４】図４（ａ）は天板のＸ３−Ｘ３線断面図、図４（ｂ）は天板の平面図である。
【図５】図５（ａ）はメインシャフトの平面図、図５（ｂ）はＸ４−Ｘ４線断面図である。
【図６】図６（ａ）クラウンギアの平面図、図６（ｂ）はＸ５−Ｘ５線断面図である。
【図７】センターポートの表面Ｓ１と天板の主面Ｓ２との関係を示す図である。
【図８】センターポートの表面Ｓ１と天板の主面Ｓ２との他の関係を示す図である。
【図９】把持具の構成を示す要部断面図である。
【図１０】図１０（ａ）はセンターポートのラビリンスシール部を示す平面図、図１０（ｂ）は天板のラビリンスシール部を示す平面図、図１０（ｃ）はラビリンスシール部の断面図である。
【図１１】図１１は図１０の比較例であり、図１１（ａ）はセンターポートのラビリンスシール部を示す平面図、図１１（ｂ）は天板のラビリンスシール部を示す平面図、図１１（ｃ）はラビリンスシール部の断面図である。
【符号の説明】
１　ウエハー洗浄装置
１００　センターポート
１１０　噴射部
１２０　シール部
１２１　ラビリンスシール部
１２２　開口
１４１、１４２，１４３　ポート
１５１、１５２　ガス供給経路
１５３　液体供給経路
１５１ａ、１５３ａ　噴出口
１７０　メインシャフト
２００　回転ハウジング部
２１０　天板
２２０　下部ハウジング
２３０　貫通孔
２４０　孔
２５０　ラビリンスシール部
２５１　開口
２５２　経路
２５３　排出口
２６０　把持具
２７０　クラウンギア
２９８、２９９　Ｏリング
３００　保持面
３１０　ノズル
Ｓ１　表面
Ｓ２　主面
Ｗ　　半導体ウエハ−
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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