(57)【要約】【課題】ウェーハなどの基板を高速で回転させても、基板の下面中央部に負圧が形成されない基板乾燥装置を提供する。【解決手段】基板乾燥装置は、基板Ｗを保持する基板保持機構１と、基板保持機構１および基板Ｗを回転させる回転装置５と、開口した上端３２および閉じた底部３３有する円筒体３１と、円筒体３１の内部に気体を供給するガスノズル４５を備える。円筒体３１の上端は、基板Ｗの下面の中央部に近接した位置にある。【選択図】図１
2016001703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板保持機構と、
前記基板保持機構および前記基板を回転させる回転装置と、
開口した上端および底部を有する円筒体と、
前記円筒体の内部に気体を供給するガスノズルを備え、
前記円筒体の前記上端は、前記基板の下面の中央部に近接した位置にあることを特徴とする基板乾燥装置。
【請求項２】
前記基板保持機構に固定され、前記基板の下方に配置された円板状のキャップをさらに備え、
前記キャップには、前記円筒体が挿入される貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板乾燥装置。
【請求項３】
前記基板の下面にリンス液を供給するリンス液供給ノズルをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板乾燥装置。
【請求項４】
前記円筒体には、前記リンス液を排出するための排出孔が形成されており、前記排出孔は、前記円筒体の半径方向に対して傾いていることを特徴とする請求項４に記載の基板乾燥装置。
【請求項５】
前記基板の下面と前記円筒体の前記上端との間の隙間は、１ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の基板乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハなどの基板に液体（例えば、純水や薬液）を供給して基板を洗浄し、洗浄した基板を乾燥させる基板乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ウェーハを乾燥する方法として、ロタゴニ乾燥方法が知られている。このロタゴニ乾燥方法は、並列する２つのノズルからそれぞれＩＰＡ蒸気（イソプロピルアルコールとＮ２ガスとの混合気）と純水をウェーハの表面に供給しながら、２つのノズルをウェーハの半径方向に移動させてウェーハの表面を乾燥させる方法である。このロタゴニ乾燥方法によれば、ウェーハを比較的低速（例えば、１５０〜３００min-1）で回転させてもウェーハを十分に乾燥させることができる。
【０００３】
図８は、ロタゴニ乾燥方法に従ってウェーハを乾燥する従来の基板乾燥装置を示す模式図である。ウェーハＷは、基板保持部１０１によって保持される。基板保持部１０１は、回転軸１０２に固定されており、この回転軸１０２は、図示しない回転装置に連結される。したがって、ウェーハＷは回転装置によって基板保持部１０１とともに回転される。ウェーハＷの上方には、ＩＰＡ蒸気（イソプロピルアルコールとＮ２ガスとの混合気）と純水をウェーハＷの上面に供給する２つのノズル１０３，１０４が配置されている。ウェーハＷの周囲には、純水のウェーハＷの周辺への飛び散りを防止するための回転カップ１０５が配置されている。この回転カップ１０５は、基板保持部１０１に固定されている。
【０００４】
回転軸１０２は中空軸から構成されており、回転軸１０２の内部には液体ライン１０７および乾燥気体ライン１０８が配置されている。ウェーハＷの下方には２つのバックノズル１１１，１１２が配置されており、これらのバックノズル１１１，１１２には液体ライン１０７および乾燥気体ライン１０８がそれぞれ接続されている。純水および乾燥気体は、液体ライン１０７および乾燥気体ライン１０８を通じてバックノズル１１１，１１２に供給され、さらにバックノズル１１１，１１２からウェーハＷの下面に供給される。
【０００５】
ウェーハＷの乾燥は次のようにして行われる。ウェーハＷは基板保持部１０１とともに比較的低速（例えば、１５０〜３００min-1）で回転される。この状態で、ＩＰＡ蒸気と純水が２つのノズル１０３，１０４からウェーハＷの上面に供給され、さらに純水がバックノズル１１１からウェーハＷの下面に供給される。ノズル１０３，１０４は、ＩＰＡ蒸気と純水をウェーハＷにしながら、ウェーハＷの半径方向に移動され、これによりウェーハＷの上面が乾燥される。
【０００６】
その後、バックノズル１１１からの純水の供給が停止される。そして、ウェーハＷは比較的高速で回転され、同時にバックノズル１１２から乾燥気体がウェーハＷの下面に供給され、これによってウェーハＷの下面が乾燥される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１１７７９４号公報
【特許文献２】特開平９−２５７３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ウェーハＷを回転させると、ウェーハＷの下面の中央部には負圧が形成され、中空軸として形成されている回転軸の内部空間を通って周辺の空気がウェーハＷの下面に達することがある。この場合、周辺の空気に含まれる汚染物質がウェーハＷの下面に付着し、ウェーハＷの下面が汚染されてしまう。特に、回転軸１０２の支持に使用されている軸受から発生する粉塵が、ウェーハＷの下面中央部に付着することがある。図８に示すように、ウェーハＷの下面にはバックノズル１１２から乾燥空気が供給されるのであるが、このバックノズル１１２から噴射される乾燥気体がエゼクタ効果を生み出し、回転軸１０２の内部空間及び回転カップ１０５内に存在する空気を吸い上げてしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、回転カップ内及び回転カップ周辺の空気に含まれる汚染物質を基板裏面に付着させない基板乾燥装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を保持する基板保持機構と、前記基板保持機構および前記基板を回転させる回転装置と、開口した上端および底部を有する円筒体と、前記円筒体の内部に気体を供給するガスノズルを備え、前記円筒体の前記上端は、前記基板の下面の中央部に近接した位置にあることを特徴とする基板乾燥装置である。
【００１１】
前記基板保持機構に固定され、前記基板の下方に配置された円板状のキャップをさらに備え、前記キャップには、前記円筒体が挿入される貫通孔が形成されていることを特徴とする。
前記基板の下面にリンス液を供給するリンス液供給ノズルをさらに備えたことを特徴とする。
前記円筒体には、前記リンス液を排出するための排出孔が形成されており、前記排出孔は、前記円筒体の半径方向に対して傾いていることを特徴とする。
前記基板の下面と前記円筒体の前記上端との間の隙間は、１ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上述した本発明によれば、円筒体の開口した上端は基板の下面に近接して配置され、この円筒体の内部に乾燥気体が供給される。したがって、円筒体の内部には正圧が形成され、周辺の空気が円筒体内に吸引されることがない。さらに、乾燥気体は、円筒体の上端と基板の下面との間の微小な隙間から放射状に流出し、基板の下面を乾燥させるとともに基板の下面の全体を覆う。このような乾燥気体の流れは、基板の下面への汚染物質の付着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板乾燥装置を示す模式図である。
【図２】図１に示すチャックホイールを下から見た図である。
【図３】円筒体の拡大図である。
【図４】空気の流れを説明する図である。
【図５】円筒体の水平断面を示す図である。
【図６】チャックを上昇させた状態の図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る基板乾燥装置を示す模式図である。
【図８】ロタゴニ乾燥方法に従ってウェーハを乾燥する従来の基板乾燥装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板乾燥装置を示す模式図である。図１に示すように、基板乾燥装置は、基板の一例であるウェーハＷを保持する基板保持機構１と、基板保持機構１が固定される回転軸２と、基板保持機構１および回転軸２を介してウェーハＷをその軸心周りに回転させるモータ（回転装置）５と、ウェーハＷの周囲に配置される回転カップ７と、ウェーハ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１０とを備えている。洗浄液としては、純水以外に薬液が挙げられる。
【００１５】
フロントノズル１０は、ウェーハＷの中心を向いて配置されている。このフロントノズル１０は、図示しない純水供給源（洗浄液供給源）に接続され、フロントノズル１０を通じてウェーハＷの表面の中心に純水が供給されるようになっている。ウェーハＷの上方には、ロタゴニ乾燥を実行するためのＩＰＡ蒸気ノズル２０および純水ノズル２１が並列して配置されている。ＩＰＡ蒸気ノズル２０は、ウェーハ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）を供給するためのものであり、純水ノズル２１はウェーハＷの表面の乾燥を防ぐために純水を供給するものである。これらノズル２０，２１はウェーハＷの半径方向に移動可能に構成されている。
【００１６】
回転軸２はトルク伝達機構６を通じてモータ５に連結されている。このトルク伝達機構６は、プーリおよびベルト等から構成されている。回転軸２は中空軸として形成されており、その内部には固定軸１４が配置されている。固定軸１４と回転軸２とは同軸状に配置されている。回転軸２は外側軸受１５によって回転自在に支持されており、外側軸受１５は軸受ハウジング１６に固定されている。回転軸２はモータ５によって回転されるが、その一方で固定軸１４は回転しない。固定軸１４と回転軸２の間には内側軸受１２が設けられている。
【００１７】
基板保持機構１は、ウェーハＷの周縁部を把持する複数のチャック１７と、これらチャック１７を支持するチャックホイール１８とを備えている。チャック１７は、上下方向に移動可能にチャックホイール１８に支持されている。チャックホイール１８の下方には、複数のプッシュロッド２５と、これらプッシュロッド２５を上昇および下降させる昇降装置２７が配置されている。
【００１８】
基板保持機構１に保持されているウェーハＷの中央部の下方には円筒体３１が配置されている。この円筒体３１は固定軸１４の上端に固定されている。円筒体３１の内部には、リンス液を供給するリンス液ノズル４３と、乾燥気体を供給するガスノズル４５が配置されている。固定軸１４の内部にはリンス液および乾燥気体が流れる流体流路（図示せず）が形成されており、これら流体流路はリンス液供給源５１および乾燥気体供給源５２にそれぞれ接続されている。
【００１９】
円筒体３１、固定軸１４、および回転軸２は、同軸状に配置されている。Ｎ２ガスまたは乾燥空気などの乾燥気体は、乾燥気体供給源５２から固定軸１４内の流体流路を通じてガスノズル４５に送られ、さらにガスノズル４５から円筒体３１の内部空間に放出される。純水などのリンス液は、リンス液供給源５１から固定軸１４内の流体流路を通じてリンス液ノズル４３に供給され、さらにリンス液ノズル４３からウェーハＷの下面に供給される。
【００２０】
ウェーハＷの下方には、円板状のキャップ５５が配置されている。このキャップ５５は基板保持機構１のチャックホイール１８の上面に固定されており、チャックホイール１８の上面の全体を覆っている。キャップ５５は、ウェーハＷ、チャックホイール１８、および回転軸２と一体に回転する。キャップ５５の中央部には貫通孔５７が形成されており、円筒体３１は貫通孔５７を通って上方に延びている。キャップ５５は、円筒体３１と同心状に配置されている。回転カップ７とキャップ５５は一体に形成されており、回転カップ７の下端は、キャップ５５の外周部に一体に接続されている。
【００２１】
回転カップ７、チャック１７、チャックホイール１８、キャップ５５、円筒体３１、軸受１２，１５は、チャンバ６２内に配置されている。ウェーハＷはこのチャンバ６２内に搬送され、チャンバ６２内で処理される。チャンバ６２の下部には、図示しない排気ラインが接続されており、チャンバ６２の上部には、空気取り入れ口（図示せず）が設けられている。チャンバ６２内の空気は排気ラインを通じて排気され、チャンバ６２内には空気の下降流が形成される。
【００２２】
図２は、チャックホイール１８を下から見た図である。チャックホイール１８は、放射状に延びる複数の（図２では４本の）支持アーム１８ａを有している。各支持アーム１８ａは、チャック１７を上下動可能に支持している。キャップ５５は、支持アーム１８ａを含むチャックホイール１８の上面全体を覆うように配置されている。
【００２３】
図３は、円筒体３１の拡大図である。円筒体３１は、開口した上端３２と、閉じた底部３３とを有している。より具体的には、円筒体３１は、円筒状の周壁３４と、底部３３とを有している。周壁３４は、キャップ５５に設けられた貫通孔５７を通って上方に延びている。円筒体３１は、周壁３４の下部に接続されたフランジ３６を有している。このフランジ３６の上面は円錐形状を有しており、キャップ５５の下面は逆円錐形状を有している。フランジ３６の上面と、キャップ５５の下面は互いに対向しており、フランジ３６の上面とキャップ５５の下面との間の隙間は、１ｍｍ〜３ｍｍである。ウェーハＷを乾燥しているとき、ウェーハＷ、チャックホイール１８、およびキャップ５５は回転するが、円筒体３１および固定軸１４は回転しない。
【００２４】
図３に示すように、リンス液ノズル４３およびガスノズル４５は、円筒体３１の底部３３に一体に形成されている。ガスノズル４５は鉛直に延びており、ウェーハＷの下面の中心を向いている。リンス液ノズル４３はガスノズル４５の隣に配置されている。リンス液ノズル４３は鉛直方向に対して傾いており、リンス液が斜めにウェーハＷの下面の中心に当たるようになっている。したがって、回転するウェーハＷの下面にはウェーハＷの半径方向外側に広がるリンス液の流れが形成される。
【００２５】
円筒体３１の上端３２は、ウェーハＷの下面に近接している。円筒体３１の上端３２とウェーハＷの下面との間の隙間Ｃは、１ｍｍ〜５ｍｍであり、好ましくは、２ｍｍ〜４ｍｍである。ガスノズル４５の気体出口、およびリンス液ノズル４３の液出口は、いずれも円筒体３１の内部に配置されている。ガスノズル４５から噴射された乾燥気体（例えば窒素ガス）は、円筒体３１の内部を満たし、円筒体３１の内部には正圧が形成される。したがって、ウェーハＷが高速で回転しているときであっても、周辺の空気がウェーハＷの下方の空間内に引き込まれることがない。乾燥気体は、さらに、円筒体３１の上端３２とウェーハＷの下面との間の微小な隙間から放射状に流出し、ウェーハＷの下面を乾燥させるとともにウェーハＷの下面の全体を覆う。このような乾燥気体の流れは、ウェーハＷの下面に直接向かうので、乾燥気体は回転カップ７内部で水平方向に拡散せず、ウェーハＷの下面に乾燥気体の膜を形成し、ウェーハＷの下面への汚染物質の付着を確実に防止することができる。
【００２６】
フランジ３６の下面とチャックホイール１８の上面との間には微小な隙間が形成されている。同じように、フランジ３６の円錐状の上面とキャップ５５の逆円錐状の下面５５ａとの間には微小な隙間が形成されている。さらに、キャップ５５の貫通孔５７を形成する内周面と、円筒体３１の外周面との間にも微小な隙間が形成されている。ウェーハＷとチャックホイール１８との間の空間は、回転軸２の内部を通じて周囲空間に連通している。周囲空間に存在する空気がウェーハＷとチャックホイール１８との間の空間に導かれることがないように、上述した隙間はできるだけ小さくすることが好ましい。
【００２７】
図４において矢印で示すように、回転軸２の内部を流れる空気は、内側軸受１２を通って上昇する。この内側軸受１２に接触した空気は、上述したチャンバ６２内の排気に伴って、チャックホイール１８の開口部（例えば、支持アーム１８ａ間の空間）を通って下方に流れる。よって、内側軸受１２に接触した汚れた空気が、ウェーハＷに到達することが防止される。
【００２８】
円筒体３１には、その内部に溜まったリンス液を排出するための複数の排出孔３７が形成されている。図５は、円筒体３１の水平断面を示す図である。排出孔３７は、周壁３４の下部に形成されており、円筒体３１の上から見たときに円筒体３１の半径方向に対して所定の角度で傾いている。排出孔３７はキャップ５５の回転方向に沿う方向に延びている。円筒体３１の内部に供給された乾燥気体は、円筒体３１の上端３２とウェーハＷの下面との間の隙間を通って流出すると同時に、排出孔３７を通じて円筒体３１の外部に流出する。乾燥気体が排出孔３７を通じて流出するとき、円筒体３１の内部には乾燥気体の旋回流が形成される。この旋回流は、円筒体３１の内部にあるリンス液を効果的に外部に流出させることができる。キャップ５５の内周面と排出孔３７は隣接するので、キャップ５５が時計方向回転することにより、円筒体３１内部の気体には外側に引っ張られる力が働くので、排気されやすい構造である。
【００２９】
次に、基板乾燥装置の動作について説明する。まず、図６に示すように、昇降装置２７によりプッシュロッド２５を持ち上げ、チャック１７を上昇させる。ウェーハＷは図示しない搬送ロボットにより基板乾燥装置に搬送され、ウェーハＷの周縁部はチャック１７により把持される。次に、昇降装置２７がプッシュロッド２５を下げ、図１に示すようにウェーハＷを下降させる。
【００３０】
モータ５が駆動され、ウェーハＷは、基板保持機構１とともに比較的低い速度（例えば、１５０〜３００min-1）で回転される。この状態で、ＩＰＡ蒸気と純水が２つのノズル２０，２１からウェーハＷの上面に供給され、さらにリンス液がリンス液ノズル４３からウェーハＷの下面に供給される。２つのノズルは、ＩＰＡ蒸気と純水をウェーハＷにしながら、ウェーハＷの半径方向に移動され、これによりウェーハＷの上面が乾燥される。ウェーハＷに供給された純水およびリンス液は、遠心力によってウェーハＷから飛び出し、回転カップ７に受け止められる。さらに、純水およびリンス液は、チャックホイール１８に形成されたドレイン孔６０を通じて外部に排出される。
【００３１】
ＩＰＡ蒸気と純水の供給が停止され、その後、リンス液の供給が停止される。そして、ウェーハＷは比較的高速（例えば、１０００〜３０００min-1、通常は１０００から２０００min-1程度）で回転され、同時にガスノズル４５から乾燥気体がウェーハＷの下面に供給され、これによってウェーハＷの下面が乾燥される。
【００３２】
図７は、本発明の他の実施形態に係る基板乾燥装置を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１に示す実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、軸受ハウジング１６とチャックホイール１８との間にラビリンスシール６５が設けられている。
【００３３】
ラビリンスシール６５は、軸受ハウジング１６に固定された静止シール部材６７と、チャックホイール１８に固定された回転シール部材６８との間に形成されている。回転シール部材６８の内側には、内側シール部材６９が配置されている。この内側シール部材６９は、チャックホイール１８に固定されており、内側シール部材６９はチャックホイール１８と一体に回転する。回転シール部材６８もチャックホイール１８と一体に回転する。静止シール部材６７、回転シール部材６８、内側シール部材６９は、いずれも円筒形状を有している。
【００３４】
静止シール部材６７は、回転シール部材６８と内側シール部材６９との間に配置されており、静止シール部材６７の外周面と回転シール部材６８の内周面との間、および静止シール部材６７の内周面と内側シール部材６９の外周面との間には、微小な隙間が形成されている。静止シール部材６７の外周面にはラビリンスシール６５を構成する環状の凹凸が形成されている。回転シール部材６８の内周面に凹凸を形成してもよく、または静止シール部材６７の外周面および回転シール部材６８の内周面の両方に凹凸を形成してもよい。更には、隙間を小さく(０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ)することでラビリンスシール効果を上げることも可能である。
【００３５】
図７の矢印で示すように、周囲の空気は、回転軸２と軸受ハウジング１６との間の空間を上方に流れる。この空気の上昇流は外側軸受１５に接触するので、空気は外側軸受１５によって汚染される。この汚染された空気は、チャックホイール１８の開口部（例えば、支持アーム１８ａ間の空間）を通ってウェーハＷに向かって流れるおそれがある。そこで、静止シール部材６７に一体に形成された回転軸排気通路７５を複数個備える。この回転軸排気通路７５は、静止シール部材６７と同心状に配置されている。図７では２個の回転軸排気通路７５を示す。前記汚染された空気は、これらの回転軸排気通路７５を通じて排気される。更に、このような汚染された空気のウェーハＷに向かう流れを防止するために、ラビリンスシール６５が設けられる。このラビリンスシール６５は微量な空気の通過を許容するが、この空気はチャンバ６２内の排気に伴って形成される下降流によってチャンバ６２の外部に運ばれる。
【００３６】
図７に示すように、固定軸１４には、複数の吸気口７１が形成されている。これらの吸気口７１は、固定軸１４の内部を延びる吸気ライン７２に連通している。すなわち、吸気ライン７２の上端は吸気口７１に接続され、吸気ライン７２の下端は、チャンバ６２の外側に位置している。吸気口７１は内側軸受１２の上方に位置している。本実施形態では、複数の吸気口７１が設けられているが、１つの吸気口７１のみを設けてもよい。
【００３７】
周囲の空気は、回転軸２と固定軸１４との間に形成されている空間を上方に流れる。この空気の上昇流は内側軸受１２に接触するので、空気は内側軸受１２によって汚染される。この汚染された空気は、円筒体３１とキャップ５５との間の隙間を通ってウェーハＷに向かって流れるおそれがある。そこで、このような汚染された空気を吸引するために、吸気口７１が内側軸受１２の上方に配置される。内側軸受１２を通過した空気は、吸気口７１に吸い込まれ、吸気ライン７２を通ってチャンバ６２の外部に排気される。
【００３８】
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。したがって、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。
【符号の説明】
【００３９】
１    基板保持機構
２    回転軸
５    モータ（回転装置）
６    トルク伝達機構
７    回転カップ
１０    フロントノズル
１２    内側軸受
１４    固定軸
１５    外側軸受
１６    軸受ハウジング
１７    チャック
１８    チャックホイール
２０    ＩＰＡ蒸気ノズル
２１    純水ノズル
２５    プッシュロッド
２７    昇降装置
３１    円筒体
３２    上端
３３    底部
３４    周壁
３６    フランジ
３７    排出孔
４３    リンス液ノズル
４５    ガスノズル
５１    リンス液供給源
５２    乾燥気体供給源
５５    キャップ
５７    貫通孔
６０    ドレイン孔
６２    チャンバ
６５    ラビリンスシール
７１    吸気口
７５    回転軸排気通路
【図１】
2016001703.tif 000003
【図２】
2016001703.tif 000004
【図３】
2016001703.tif 000005
【図４】
2016001703.tif 000006
【図５】
2016001703.tif 000007
【図６】
2016001703.tif 000008
【図７】
2016001703.tif 000009
【図８】
2016001703.tif 000010