JP2006261698A - 基板支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルヌーイ効果を利用して支持された基板の回転を容易に行う。
【解決手段】ガスを噴出する微小な噴出口１２１ｂが多数形成された遮蔽面１２１ａ、および、遮蔽部１２にガスを供給するための空間１２ａを有する遮蔽部１２を基板処理装置１に設ける。噴出口１２１ｂは、基板９の周縁部に沿って環状に配置される。遮蔽部１２に対向する回転ベース１１上には複数のピン１１２が設けられ、１つのピンが基板９のノッチ内に配置され、ピン１１２がモータ２１により回転ベース１１と共に回転することにより基板９の回転が容易に行われる。
【選択図】図１

Description

本発明はベルヌーイ効果を利用して基板を支持する技術に関する。

半導体基板（以下、「基板」という。）を回転させながら処理を行う基板処理装置において、支持体上のスリット状の開口（以下、「スリット」という。）から基板に向けてガスを噴出し、ベルヌーイ効果を利用して基板を支持する手法が知られている。ベルヌーイ効果を利用して基板を支持する場合、基板の周縁部に均一にベルヌーイ効果を生じさせることが重要となり、スリットは基板の周縁部に沿って設けられるとともにスリット幅には高い精度が要求される。また、スリットから噴出されるガスの消費量を削減するためにはスリット幅を小さくする必要があり、スリット形成にはさらに高い精度が必要とされる。

そこで、従来の支持体では、環状のスリットの外側の部材と内側の部材とを精度よく組み合わせることにより、スリットを形成している。

ところで、基板の処理に用いられる処理液に対する耐腐食性を考慮した場合、支持体は樹脂系の材料にて形成されることが好ましい。しかしながら、樹脂系の材料で支持体の各部材を形成した場合、各部材に対して高い形状精度を得ることが困難となり、微小で精度のよいスリット幅を得るには精密な調整機構や高い調整技術が必要となる。

特に、近年の基板の大型化に伴い、高い精度でスリット幅を調整するにはコストがかかるとともに技術的にも困難になりつつある。

本発明は、ベルヌーイ効果にて支持される基板を容易に回転させることを目的としており、容易に作製することができる支持体にてベルヌーイ効果を利用した基板の適切な支持を実現することも目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板を支持する基板支持装置であって、基板に対向する支持面に形成された複数の穴からガスを噴出することによりベルヌーイ効果を利用して前記基板を支持する基板支持体と、前記基板支持体に支持された前記基板のノッチ内に位置するピンと、前記ピンを前記支持面に平行な面内にて回転することにより前記基板を回転させる回転手段とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板支持装置であって、前記ピンが、前記基板支持体に対向する回転ベース上に配置される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の基板支持装置であって、前記ピンが、前記支持面に垂直な棒状である。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板支持装置であって、前記複数の穴が、３０ｍｍ以下の間隔で環状に形成される。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の基板支持装置であって、前記複数の穴が、支持される基板の周縁部に沿って形成される。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の基板支持装置であって、前記複数の穴が、３０個以上形成される。

請求項７に記載の発明は、請求項４ないし６のいずれかに記載の基板支持装置であって、前記複数の穴のそれぞれが、穴の形成方向に垂直な断面において最大幅が２ｍｍ以下とされる。

本発明によれば、基板を容易に回転することができる。

図１は本発明の一の実施の形態に係る基板処理装置１の主要構成を示す断面図である。基板処理装置１は基板９を主面に平行な面内にて回転させつつ化学薬品、有機溶剤等の薬液や純水（以下、「処理液」という。）を供給することにより基板９の表面に処理を行う装置である。基板処理装置１では、基板９の下面に対してベベルエッチングを含む様々な処理を行うことが可能であり、さらに、基板９の上面に対しても処理を行うことが可能とされている。

図１は基板処理装置１が基板９の下面に処理を行う様子を示している。基板９の下面は基板９を回転させる回転ベース１１と対向し、基板９の上面は遮蔽部１２に対向する。基板９は遮蔽部１２が退避した状態で回転ベース１１に移載され、その後、遮蔽部１２が基板９に近接するように移動して遮蔽部１２から窒素ガス（以下、「ガス」という。）が噴出される。基板９はガスの流れにより生じるベルヌーイ効果により遮蔽部１２に非常に近接した状態で支持される。すなわち、遮蔽部１２は基板９を上方から支持する支持体となっている。

回転ベース１１はモータ２１の回転軸２１１に接続され、遮蔽部１２もモータ２２の回転軸２２１に接続される。モータ２１の回転軸２１１は中空となっており、回転軸２１１内には処理液供給部３１から供給される処理液の流路となる供給管３１１が配置される。供給管３１１からの処理液は基板９の下面に向けて吐出される。モータ２２の回転軸２２１も中空となっており、回転軸２２１内には処理液供給部３２からの処理液の流路となる供給管３２１が配置される。基板９の上面の処理の際には供給管３２１から処理液が基板９の上面に向けて吐出される。

回転ベース１１は、基板９の下面に対向する板状の回転台１１１上に複数のピン１１２が基板９の外周に沿って配置された構造となっている。各ピン１１２の上部は遮蔽面１２１ａに垂直な棒状となってり、ピン１１２は基板９の外縁と当接して基板９の水平面内の移動範囲を拘束する部材としての役割を果たす。遮蔽部１２は、基板９の上面に対向する遮蔽面１２１ａを有する遮蔽部材１２１、および、遮蔽部材１２１の上部を覆う蓋部材１２２により構成される。遮蔽部材１２１は皿状となっており、蓋部材１２２が嵌め合わされることにより遮蔽部１２の内部に空間１２ａが形成される。

遮蔽部材１２１の下部には、空間１２ａから遮蔽面１２１ａに向かって伸びる複数の穴である噴出口１２１ｂが形成されており、空間１２ａに供給されるガスが噴出口１２１ｂから基板９に向けて勢いよく噴出される。すなわち、空間１２ａは噴出口１２１ｂにガスを導く流路の一部となっている。

遮蔽部１２の上部には、空間１２ａにガスを供給するために流路部材１３１および供給ポート１３２が設けられており、供給ポート１３２にはガス供給部からチューブ１３３を介してガスが供給される。流路部材１３１は回転軸２２１に取り付けられ、供給ポート１３２は回転軸２２１の回転とは無関係な固定部位に取り付けられる。供給ポート１３２は流路部材１３１の外周を覆う形状をしており、流路部材１３１と供給ポート１３２との間には僅かな隙間が設けられる。このような構造により、回転軸２２１および流路部材１３１を回転させつつ固定設置される供給ポート１３２から流路部材１３１内の流路に向けて絶えずガスを供給することが可能とされる。

図２は、遮蔽部材１２１の下面（すなわち、遮蔽部１２の下面）を示す図である。遮蔽部材１２１の遮蔽面１２１ａには基板９の周縁部に沿って微小な噴出口１２１ｂが多数（好ましくは３０個以上）形成される。具体的には、穴の形成方向（穴が伸びる方向）に垂直な断面において直径０．３〜１ｍｍ程度の円形の噴出口１２１ｂが、１〜６ｍｍの範囲内で環状に等間隔で形成される。また、噴出口１２１ｂの向きは基板９の外縁に向かって傾斜する方向とされる（図１参照）。好ましくは、遮蔽面１２１ａに対して角度αが２０°〜４０°の範囲で形成される。これにより、噴出口１２１ｂからガスが勢いよく噴出されるとベルヌーイ効果により基板９が遮蔽面１２１ａから０．１ｍｍ程度離れた状態で上方から支持される。

また、微小な噴出口１２１ｂが基板９の周縁部に対向して等間隔に多数形成されることから、基板９が大型であってもガスの消費量を抑えつつ基板９の周縁部に均一かつ高速のガスの流れを生じさせることができ、安定して基板９を支持することが実現される。

遮蔽部材１２１は処理液に対する耐腐食性を有する樹脂にて一体成型される。好ましくは、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）や、硬めのフッ素樹脂としてＰＣＴＦＥ（ポリクロロフルオロエチレン）や、フッ素樹脂より機械強度が高いＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）により一体成型される。噴出口１２１ｂは一体成型時に形成されてもよく、遮蔽部材１２１の原型に対してドリルを用いて形成されてもよい。いずれの手法を用いても精度のよい噴出口１２１ｂを有する遮蔽部材１２１を容易に作製することができる。その結果、基板処理装置１の製造コストを削減しつつ、処理性能の向上および安定化を図ることができる。

図３は、遮蔽部１２側からの回転ベース１１および基板９の様子を示す図である。回転台１１１上には３つのピンが取り付けられており、１つのピン１１２ａは基板９のノッチ９１内に位置するように配置され、２つのピン１１２ｂは基板９の外縁に近接して配置される。以下の説明においてこれらのピンを総称する際に「ピン１１２」という。

３つのピン１１２は、基板９の姿勢を固定するように基板９を強固に保持するのではなく、いずれかのピン１１２と基板９の外縁との間に隙間が生じるように（いわゆるガタを持たせるように）配置される。すなわち、基板９がピン１１２の間で僅かに水平方向に移動可能にピン１１２が配置される。したがって、各ピン１１２は回転台１１１に固定されるが、この状態で基板９を３つのピン１１２の間に挿入可能とされる。

一方で、ピン１１２と基板９との間の隙間は基板９の回転を拘束するように設定される。すなわち、ピン１１２ａがノッチ９１から外れないように３つのピン１１２の間隔が設定される。したがって、回転台１１１と共に３つのピン１１２が遮蔽面１２１ａに平行な面内にて回転を開始すると、ピン１１２ａがノッチ９１と当接するとともに他の２つのピン１１２ｂのうちのいずれか一方が基板９の外縁に当接し、基板９が主面に平行な面内にて回転する。このとき、他方のピン１１２ｂと基板９との間には隙間が生じる。このように、基板処理装置１ではノッチ９１を利用することにより略円形の基板９を強固に保持することなく容易に回転させることができる。

回転台１１１の回転が減速する際には、基板９と当接していなかったピン１１２ｂと基板９とが当接し、基板９と接していたピン１１２ｂが基板９から離れる。また、ノッチ９１内のピン１１２ａは回転の加速時と減速時とで接触位置が変化する。

図１に示すように基板９の下面に処理が行われる場合、基板９はガスの噴出によるベルヌーイ効果により遮蔽部１２と非接触の状態で支持され、基板９の水平方向の位置はピン１１２により制限される。そして、モータ２１による回転ベース１１の回転により遮蔽部１２に支持された状態で基板９がピン１１２に当接して回転する。このとき、回転ベース１１側の供給管３１１から基板９の下面に向けて処理液が吐出されることにより、基板９の下面および側面、さらには、側面から僅かに上面に至る部位に処理が施される。

基板９はベルヌーイ効果を利用して支持され、かつ、基板９は回転ベース１１のピン１１２に保持されないことから、遮蔽部１２の遮蔽面１２１ａと回転台１１１との平行度に多少の誤差が存在したり遮蔽面１２１ａが多少上下したとしても基板９は遮蔽面１２１ａに沿う状態で回転する。したがって、基板９と遮蔽面１２１ａとが接することはない。また、基板９を回転させるピン１１２は回転台１１１に固定されているだけである。

その結果、極めて簡素化された構成により基板９と遮蔽面１２１ａとを０．１ｍｍ程度まで安定して近づけることが可能となり、基板９の上面の雰囲気制御（パーティクルの上面側への進入防止を含む。）を適切に行うことができるとともに、基板９から飛散する処理液が基板処理装置１内で跳ね返った後に基板９の上面に付着することが確実に防止される。

なお、基板９が回転する際には、基板９の回転にほぼ合わせるようにして遮蔽部１２がモータ２２により回転する。これにより、基板９の上面と遮蔽面１２１ａとの間の速度差をなくし、基板９と遮蔽面１２１ａとの間に外気が引き込まれてしまうことが防止される。

また、基板９の下面に施される処理として洗浄（例えば、ベベルエッチングによる洗浄）が行われる場合には、処理中に基板９と各ピン１１２とが接したり離れたりするとともに基板９がピン１１２に対して僅かに上下動することから、基板９と各ピン１１２との間の洗浄が特別な機構（例えば、ピン１１２を移動させる機構）を設けることなく行うことが可能となる。すなわち、未洗浄部分が基板９に残存したり、メカニカルなチャックで基板９が搬送される際にチャックを介して後続の基板９が汚染されることが、特別な機構を用いずに防止することが実現される。

さらに、基板処理装置１は既述のように簡素化された構成であることから、基板処理装置１の製造コストの削減およびフットプリントの削減も実現される。

図４は基板９の下面に処理が行われた後に上面に処理が行われる際の基板処理装置１の様子を示す断面図である。

基板９の上面に処理が行われる際には、まず、図１に示す状態において遮蔽部１２へのガスの供給が停止され、基板９が回転台１１１側へと落下する。図５はピン１１２の形状を示す図である。ピン１１２は上部が径の小さい当接部１１２１となっており、下部が径の大きい支持部１１２２となっている。すなわち、ピン１１２はいわゆる２段ピンとされる。

当接部１１２１は、基板９が遮蔽部１２に支持される際に基板９の外縁に当接して基板９を回転させる。一方、支持部１１２２は、遮蔽部１２による基板９の支持が解除されて図５中の二点差線にて示す状態から実線にて示すように基板９が落下すると、基板９を下方から接触して支持する役割を果たす。このように、ピン１１２を２段ピンとすることにより、下面処理時の基板９の回転および上面処理時の基板９の支持が簡単な構成で実現される。

基板９がピン１１２の支持部１１２２に支持されると、図４に示すように遮蔽部１２が基板９から遠ざけられ、遮蔽部１２側の供給管３２１から基板９の上面に向けて処理液が供給される。その後、モータ２１が回転することにより基板９が回転ベース１１と共に高速で回転し、基板９の表面に処理が施される。

以上のように、基板処理装置１では回転ベース１１に支持部１１２２を有するピン１１２が配置され、供給管３１１から処理液を吐出することが可能であるため、基板９の下面の処理のみならず上面の処理も行うことが実現される。

以上、本発明の一の実施の形態に係る基板処理装置１について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

上記実施の形態では、基板処理装置１は半導体基板に処理を行うが、処理対象は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ用のガラス基板であってもよい。

図６は、ガラス基板のような角形基板の場合の遮蔽部１２の構造を示す図であり、図７は回転ベース１１の構造を示す図である。図６に示すように、角形の基板９を取り扱う場合、基板９に覆われる領域内にて環状に多数の噴出口１２１ｂが遮蔽面１２１ａに形成される。これは、回転ベース１１の回転と遮蔽部１２の回転とを同期させることができなくても基板９の周縁部全体にベルヌーイ効果を発生させるためである。もちろん、回転ベース１１と遮蔽部１２との回転を完全に同期させることができる場合には、噴出口１２１ｂは基板９の外周に沿って矩形状に配列されることが好ましい。

一方、図７に示すように回転ベース１１の回転台１１１上には６個のピン１１２が配置される。これらのピン１１２は略円形の基板の場合と同様に基板９を強固に保持するのではなく、基板９との間に僅かな隙間が生じるように配置される。これにより、基板９が回転する際には、各ピン１１２が基板９の外縁に当接したり離れたりすることにより、ピン１１２と基板９との間においても適切に処理が行われる。

図７に示すように、基板９を回転させるためにはいずれかのピン１１２を周方向（回転方向）に対してほぼ垂直な方向から基板９に当接させる必要はない。複数のピン１１２の少なくとも一部が基板９と当接し、当接する際に生じる力が周方向の成分を有することにより基板９を回転させることが実現される。すなわち、基板９を非固定状態とし、基板９に当接させる複数の部材のうちの少なくとも一部を基板９の略周方向に当接させることにより、ベルヌーイ効果を利用しつつ基板９を回転させることが実現される。

上記実施の形態では、ピン１１２が回転ベース１１に設けられるが、ピン１１２を遮蔽部１２に設けることも可能である。この場合、遮蔽部１２の回転と基板９の回転とを完全に同期させることが可能となる。

また、ピン１１２は加工の容易さおよび構造の簡素化の観点から棒状であることが好ましいが、棒状に限定されるものではなく、任意の形状であってよい。例えば、図８に示すように、平面１１２ｄを円形の基板９の外縁に当接させるピン１１２ｃが用いられてもよい。なお、図８に示すピン１１２ｃは縦断面においてＬ字状となっており、上面処理の際にはピン１１２ｃの下部が基板９を下方から当接して支持する。

さらに、ピン１１２の下部が支持部とされる必要はなく、図９に示すように円筒状のピン１１２ｅを配置し、基板９を下方から支持する支持部材１１２ｆが別途設けられてもよい。

上記実施の形態では、供給管から処理液を吐出することにより基板９に処理液を付与するが、処理液の供給はどのような手法が利用されてもよい。例えば、スプレー式、スリット式等が利用されてもよい。

上記実施の形態において噴出口１２１ｂの直径は０．３〜１ｍｍが好ましいと説明したが、２ｍｍ以下であれば８インチ以上の大型の基板９に対しても適切な支持が可能である。噴出口１２１ｂはドリルを用いることにより穴の形成方向に垂直な断面において円形となるものが容易に形成できるが、穴の形状は円形に限定されない。例えば、耐腐食性樹脂を用いて金型で一体成形する際に噴出口１２１ｂを形成する場合には矩形等であっても容易に形成することができる。この場合であっても穴の形成方向に垂直な断面において最大幅を２ｍｍ以下とすることにより、基板９を適切に支持することができる。

上記実施の形態では噴出口１２１ｂの間隔は１〜６ｍｍが好ましいと説明したが、実用上は３０ｍｍ以下という条件が満たされると基板９を適切に支持することができる。また、噴出口１２１ｂは等間隔に形成される必要はなく、さらに、円環状に配置されなくても基板９を支持することができる。もちろん、ベルヌーイ効果を基板９の周縁部にて均等に発生するには、噴出口１２１ｂが基板９の周縁部に沿って等間隔に形成されることが好ましい。

上記実施の形態では、基板９の周縁部に対向する位置からガスを噴出するようにしているが、ガスは基板９の中心に対向する位置からも噴出されてよい。これにより、大型の基板９の中央部に生じるたわみを制御することができる。

上記実施の形態では、ピン１１２をガタを持たせつつ基板９に当接させることにより基板９を回転させるが、ベルヌーイ効果にて基板９を支持した後にピン１１２を移動させて基板９が強固に保持されてもよい。さらには、基板９の支持体である遮蔽部１２の構造が回転ベース１１に利用されてもよい。

図１０は回転ベース１１Ａに多数の噴出口１１１ｂが形成される場合の構造を示す断面図である。回転ベース１１Ａの構造はピン１１２が配置されるという点を除いて図１における遮蔽部１２と同様である。すなわち、チューブ１３３、供給ポート１３２および流路部材１３１を介して回転ベース１１Ａ内にガスが導入され、回転ベース１１Ａ内の空間から噴出口１１１ｂへと導かれる。これにより、基板９が下方からベルヌーイ効果を利用して非接触にて支持することが実現される。図１０に示すピン１１２ｇはモータ１１４により偏心した回動を行い、ベルヌーイ効果を利用して基板９が支持された後に、ピン１１２ｇを含む複数のピン１１２により基板９が強固の保持される。もちろん、基板９が下方から支持される場合であっても図１と同様に、基板９を強固に保持することなく回転させることも可能である。

さらに、微小な多数の噴出口によるベルヌーイ効果を利用して基板を支持する技術は様々な種類の基板処理装置における他の用途に利用されてもよい。例えば、基板９を回転ベース１１まで搬送する搬送機構における支持体として遮蔽部１２と同様の構成が利用されてもよい。このように、微小な多数の噴出口を有する支持体は、基板の処理に係る支持体以外の構成と任意の関係で設けられてよい。

基板処理装置の主要構成を示す断面図である。 遮蔽部材の下面を示す図である。 遮蔽部側からの回転ベースおよび基板の様子を示す図である。 基板の上面に処理が行われる際の基板処理装置の様子を示す断面図である。 ピンを示す図である。 遮蔽部の他の構造を示す図である。 回転ベースの他の構造を示す図である。 ピンの他の形状を説明するための図である。 支持部材を設けた様子を示す図である。 回転ベースを示す断面図である。

符号の説明

９ 基板
１１，１１Ａ 回転ベース
１２ 遮蔽部
２１ モータ
９１ ノッチ
１１２，１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｅ ピン
１１２ｆ 支持部材
１２１ 遮蔽部材
１２１ｂ 噴出口
１２１ａ 遮蔽面

Claims (7)

1. 基板を支持する基板支持装置であって、
   基板に対向する支持面に形成された複数の穴からガスを噴出することによりベルヌーイ効果を利用して前記基板を支持する基板支持体と、
   前記基板支持体に支持された前記基板のノッチ内に位置するピンと、
   前記ピンを前記支持面に平行な面内にて回転することにより前記基板を回転させる回転手段と、
   を備えることを特徴とする基板支持装置。
2. 請求項１に記載の基板支持装置であって、
   前記ピンが、前記基板支持体に対向する回転ベース上に配置されることを特徴とする基板支持装置。
3. 請求項１または２に記載の基板支持装置であって、
   前記ピンが、前記支持面に垂直な棒状であることを特徴とする基板支持装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の基板支持装置であって、
   前記複数の穴が、３０ｍｍ以下の間隔で環状に形成されることを特徴とする基板支持装置。
5. 請求項４に記載の基板支持装置であって、
   前記複数の穴が、支持される基板の周縁部に沿って形成されることを特徴とする基板支持装置。
6. 請求項４または５に記載の基板支持装置であって、
   前記複数の穴が、３０個以上形成されることを特徴とする基板支持装置。
7. 請求項４ないし６のいずれかに記載の基板支持装置であって、
   前記複数の穴のそれぞれが、穴の形成方向に垂直な断面において最大幅が２ｍｍ以下とされることを特徴とする基板支持装置。

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