JP2017069264A - 基板保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャック機構を簡素化できる基板保持装置を提供する。
【解決手段】可動ピン４１が閉位置に配置されているとき、可動ピン４１と一対の第１固定ピン４２とは、回転軸線Ａ１に対して可動ピン４１側に偏心した第１仮想円上で基板Ｗの周端面に接触しており、一対の第２固定ピン６２は、基板Ｗの周端面から離れている。可動ピン４１が閉位置から開位置に移動すると、遠心力により回転軸線Ａ１に対する基板Ｗの偏心量が増加する。可動ピン４１が開位置に配置されると、一対の第２固定ピン６２は、回転軸線Ａ１に対して第１仮想円の偏心量よりも大きい偏心量で可動ピン４１側に偏心した第２仮想円上で基板Ｗの周端面に接触し、一対の第１固定ピン４２は、基板Ｗの周端面から離れる。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板保持装置に関し、特に、チャンバー内で処理される基板を保持するための基板保持装置に関する。処理対象の基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。

特許文献１に記載の基板処理装置は、基板を水平に保持しながら基板の中心を通る鉛直軸線まわりに回転させるスピンチャックを備えている。スピンチャックは、円盤状のスピンベースと、スピンベースに結合された回転軸とを備えている。スピンベースの上面には、基板の周端面に当接して基板を挟持するための複数の挟持ピンが取り付けられている。複数の挟持ピンによる基板の挟持および開放は、スピンチャックの回転と連動する連動機構によって切り替えられる。

特開２００４−１１５８７２号公報

特許文献１の基板保持装置では、リンス液や薬液などの処理液を基板の周端面と挟持ピンとの間に進入させるために、全ての挟持ピンではなく、一部の挟持ピンだけを基板の周端面に接触させる。基板が回転すると、連動機構の働きにより、基板の周端面に接触する挟持ピンが切り替わる。しかしながら、この構成では、全ての挟持ピンが可動ピンでなければならず、基板を挟持するための機構を簡素化することができない。

そこで、本発明の目的の一つは、チャック機構を簡素化できる基板保持装置を提供することである。

前記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、円板状の基板の周端面に押し付けられる閉位置と前記基板の周端面から離れる開位置との間で移動可能であり鉛直な回転軸線に直交する水平な仮想直線上に配置された可動ピンと、前記回転軸線に対して前記可動ピンとは反対側の領域で前記仮想直線の両側に配置された一対の第１固定ピンと、を含み、前記可動ピンを前記閉位置に位置させることにより、前記回転軸線に対して前記可動ピン側に偏心した第１仮想円上で前記可動ピンと前記一対の第１固定ピンとを前記基板の周端面に接触させる第１チャック機構と、前記回転軸線に対して前記可動ピンと同じ側の領域で前記仮想直線の両側に配置されており、前記可動ピンが前記開位置に配置されているときに、前記回転軸線に対して前記第１仮想円の偏心量よりも大きい偏心量で前記可動ピン側に偏心した第２仮想円上で前記基板の周端面に接触する一対の第２固定ピン、を含む第２チャック機構と、前記第１チャック機構および第２チャック機構を回転させることにより、前記第１チャック機構または第２チャック機構によって支持された前記基板を前記回転軸線まわりに回転させる回転駆動機構と、を含む、基板保持装置である。

この構成によれば、可動ピンが閉位置に配置されると、基板が可動ピンによって一対の第１固定ピンの方に押され、基板の周縁部が一対の第１固定ピンに接触する。これにより、基板が可動ピンと一対の第１固定ピンとによって挟持される。この状態で、回転駆動機構が第１チャック機構および第２チャック機構を回転させると、基板は、可動ピン等に保持された状態で鉛直な回転軸線まわりに回転する。

可動ピンが閉位置に配置されているとき、可動ピンと一対の第１固定ピンとは、回転軸線に対して可動ピン側に偏心した第１仮想円上に配置されている。その一方で、一対の第２固定ピンは、回転軸線に対して第１仮想円よりも可動ピン側に偏心した第２仮想円上に配置されている。そのため、基板が可動ピンと一対の第１固定ピンによって挟持されているときは、一対の第２固定ピンが基板の周端面から離れている。

可動ピン等が基板を挟持しているときは、基板が回転軸線に対して可動ピン側に偏心しているので、基板が回転しているときに、可動ピンが開位置に配置されると、基板は遠心力により可動ピン側に移動する。基板は、この移動により一対の第１固定ピンから離れ、一対の第２固定ピンに接触する。可動ピンを再び閉位置に移動させると、基板は、一対の第２固定ピンから離れ、可動ピンと一対の第１固定ピンによって挟持される。

このように、各ピンを基板の周端面に接触した接触状態と基板の周端面から離れた離間状態との間で切り替えることができるので、基板の周端面とピンとの間に処理液を進入させることができる。これにより、基板の周端面全域に処理液を供給することができ、基板の周端面をむらなく処理することができる。さらに、基板に加わる遠心力を利用して、基板を第１チャック機構および第２チャック機構に対して移動させるので、全てのピンが可動ピンでなくてもよい。したがって、チャック機構を簡素化することができる。

請求項２に記載の発明は、鉛直方向への前記基板の移動を規制する規制手段をさらに備える、請求項１に記載の基板保持装置である。
この構成によれば、上方向および下方向の少なくとも一方への基板の移動が規制手段によって規制される。そのため、基板の姿勢が一定またはほぼ一定に維持される。したがって、第２固定ピンだけが基板の周端面に接触している状態であっても、基板の姿勢を安定させることができる。

請求項３に記載の発明は、前記規制手段は、上方向および下方向への前記基板の移動を規制するベルヌーイ機構を含み、前記ベルヌーイ機構は、前記基板の下面に平行に対向する回転台の上面で開口しており、前記回転軸線まわりの方向である周方向に並んだ複数のガス吐出口から不活性ガスを吐出することにより、前記基板の下面と前記回転台の上面との間の空間を外方に流れる不活性ガスの流れを形成する不活性ガス供給手段を含む、請求項２に記載の基板保持装置である。

この構成によれば、基板の下面と回転台の上面との間の空間に不活性ガスが供給される。基板と回転台との間に不活性ガスが介在するので、基板は、下方向への移動が規制される。その一方で、基板の周縁部に向かって放射状に流れる不活性ガスの気流が、基板と回転台との間の空間に形成されるので、ベルヌーイの定理により、基板を回転台の上面に引き付ける吸引力が発生する。この吸引力により、基板は、上方向への移動が規制される。これにより、基板の姿勢が保持される。

請求項４に記載の発明は、前記規制手段は、前記基板の周縁部に上下方向に対向するように前記基板の上方に配置された対向部を含む、請求項２または３に記載の基板保持装置である。
この構成によれば、対向部が基板の上方に配置されているので、対向部は、基板の周縁部に上下方向に対向している。基板が上方に移動すると、基板の周縁部が対向部に接触し、上方向への基板の移動が規制される。これにより、上下方向への基板の移動量を所定範囲内に抑えることができる。そのため、回転している基板の浮き上がりを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す模式的な部分断面図である。 基板処理装置に備えられた基板保持装置を上から見た模式図である。 第１チャック機構の可動ピンと基板との位置関係を示す模式図である。図３（ａ）は、可動ピンが閉位置にある状態を示している。図３（ｂ）は、可動ピンが開位置にある状態を示している。 基板と回転台との位置関係を示す模式図である。図４（ａ）では、基板が第１の偏心状態で保持されている。図４（ｂ）では、基板が第２の偏心状態で保持されている。 基板が第２の偏心状態で保持されているときの不活性ガスの流れを示す模式図である。 本実施形態の変形例に係る第２チャック機構の固定ピンの周辺を示す模式図である。

以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置２を示す模式的な部分断面図である。
基板処理装置２は、半導体ウエハ等の円板状の基板Ｗを一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。基板処理装置２は、リンス液や薬液などの処理液で基板Ｗを処理する処理ユニット３と、基板処理装置２を制御する制御装置４とを含む。制御装置４は、演算部と記憶部とを含むコンピュータである。処理ユニット３に対する基板Ｗの搬入および搬出は、搬送ロボット（図示せず）によって行われる。

処理ユニット３は、内部空間５を有する箱型のチャンバーと、チャンバー内で基板Ｗを水平に保持しながら鉛直な回転軸線Ａ１まわりに基板Ｗを回転させる基板保持装置１とを含む。処理ユニット３は、基板保持装置１に保持されている基板Ｗの上面に向けてリンス液を吐出するリンス液ノズル６と、基板保持装置１に保持されている基板Ｗの上面に向けて薬液を吐出する薬液ノズル７とをさらに含む。

リンス液ノズル６は、リンス液バルブ１０および流量調整バルブ１１が介装されたリンス液配管１２に接続されている。リンス液バルブ１０が開かれると、リンス液が、流量調整バルブ１１の開度に対応する流量でリンス液配管１２からリンス液ノズル６に供給され、リンス液ノズル６から基板Ｗの上面に向けて下方に吐出される。リンス液は、たとえば、純水（脱イオン水：Ｄeionized Ｗater）である。リンス液は、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水、および希釈濃度（たとえば、１０〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水のいずれかであってもよい。

薬液ノズル７は、薬液バルブ１３および流量調整バルブ１４が介装された薬液配管１５に接続されている。薬液バルブ１３が開かれると、薬液が、流量調整バルブ１４の開度に対応する流量で薬液配管１５から薬液ノズル７に供給され、薬液ノズル７から基板Ｗの上面に向けて下方に吐出される。薬液は、たとえば、ＦＯＭ（オゾンが溶け込んだフッ酸）やＦＰＭ（フッ酸と過酸化水素水とを含む混合液）である。薬液は、ＦＯＭやＦＰＭに限らず、硫酸、酢酸、硝酸、塩酸、フッ酸、リン酸、アンモニア水、過酸化水素水、有機酸（たとえばクエン酸、蓚酸等）、有機アルカリ（たとえば、ＴＭＡＨ：テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等）、界面活性剤、および腐食防止剤の少なくとも１つを含む液であってもよい。

薬液ノズル７は、チャンバー内で移動可能なスキャンノズルである。処理ユニット３は、先端部に薬液ノズル７が取り付けられた水平に延びるノズルアーム１６と、ノズルアーム１６を移動させることにより、薬液ノズル７を鉛直方向および水平方向の少なくとも一方に移動させるノズル移動機構１７とを含む。
ノズル移動機構１７は、薬液ノズル７から吐出された薬液が基板保持装置１に保持されている基板Ｗの上面に着液する処理位置と、平面視で薬液ノズル７が基板保持装置１のまわりに位置する待機位置との間で、薬液ノズル７を移動させる。処理位置は、薬液ノズル７から吐出された薬液が基板Ｗの上面中央部に着液する中央処理位置と、薬液ノズル７から吐出された薬液が基板Ｗの上面周縁部に着液する周縁部処理位置とを含む。ノズル移動機構１７は、制御装置４によって制御される。
＜基板保持装置１の構成＞
基板保持装置１は、鉛直方向に沿う回転軸線Ａ１まわりに回転可能な円板状の回転台２０と、回転台２０から下方に突出した円板状のボス２１と、ボス２１を介して回転台２０に結合された回転軸２２とを備えている。回転台２０の上面は、基板Ｗの直径よりも大きい外径を有している。基板Ｗは、回転台２０の上方で水平に保持される。

回転軸２２は、鉛直方向に延びる中空軸である。基板保持装置１は、回転軸２２を回転軸線Ａ１まわりに回転させる回転駆動機構３７と、回転駆動機構３７を収容するハウジング３８とを備えている。回転駆動機構３７は、例えば電動モータである。回転駆動機構３７は、回転軸２２に取り付けられたロータ３７Ａと、ハウジング３８に固定されたモータハウジング３７Ｂと、モータハウジング３７Ｂに取り付けられたステータ３７Ｃとを含む。回転駆動機構３７は、制御装置４によって制御される。

図２は、基板保持装置１を上から見た模式図である。図２に示す仮想直線Ｌは、回転台２０の中心（回転軸線Ａ１）を通り、平面視で回転台２０を２等分する水平な直線である。以下では、仮想直線Ｌに沿う方向のうちの一方（図２において回転軸線Ａ１よりも紙面の左側）を一方側Ｘ１といい、仮想直線Ｌに沿う方向のうちの他方（図２において回転軸線Ａ１よりも紙面の右側）を他方側Ｘ２という。

また、説明の便宜上、回転台２０の周縁部は、回転軸線Ａ１よりも一方側Ｘ１の部分である一方側周縁部２５と、回転台２０の周縁部において回転軸線Ａ１よりも他方側Ｘ２の部分である他方側周縁部２６とに分けて説明することがある。他方側周縁部２６は、回転台２０の中心（回転軸線Ａ１）に対して一方側周縁部２５と反対側に位置する。
同様に、基板Ｗの周縁部（ベベル部ともいう）も回転軸線Ａ１よりも一方側Ｘ１の部分である一方側周縁部Ｗ１と、基板Ｗの周縁部において回転軸線Ａ１よりも他方側Ｘ２の部分である他方側周縁部Ｗ２とに分けて説明することがある。他方側周縁部Ｗ２は、回転台２０の中心（回転軸線Ａ１）に対して一方側周縁部Ｗ１と反対側に位置する。

図２を参照して、基板保持装置１は、回転台２０の上方で基板Ｗを水平に支持する第１チャック機構４０を備えている。第１チャック機構４０は、たとえば１本の可動ピン４１と一対の第１固定ピン４２とを含む。可動ピン４１は、一方側周縁部２５に配置されており、第１固定ピン４２は、回転台２０の他方側周縁部２６に配置されている。可動ピン４１と可動ピン４１のピン回動軸線Ａ２とは、仮想直線Ｌ上に位置している。一対の第１固定ピン４２は、仮想直線Ｌに対して線対称の位置に配置されている。

図３は、第１チャック機構４０の可動ピン４１と基板Ｗとの位置関係を示す模式図である。可動ピン４１は、開位置と閉位置との間でピン回動軸線Ａ２まわりに回動可能である。図３（ａ）は、可動ピン４１が閉位置にある状態を示している。図３（ｂ）は、可動ピン４１が開位置にある状態を示している。開位置は、受け部４３が基板Ｗの周縁部から離れる位置であり、閉位置は、受け部４３が基板Ｗの周縁部に押し付けられる位置である。

図３（ａ）を参照して、可動ピン４１は、鉛直方向に延びる円柱状の受け部４３と、受け部４３の下方に一体的に設けられたガイド部４４とを含む。ガイド部４４は、受け部４３に向かって斜め上に延びるガイド面４４ａを有する。また、可動ピン４１は、ガイド部４４の下方に一体的に設けられ、受け部４３およびガイド部４４と共に鉛直なピン回動軸線Ａ２まわりに回転台２０に対して回転する土台部４５を含む。円柱状の受け部４３の中心軸線Ｂは、ピン回動軸線Ａ２に対して偏心している。土台部４５は、軸受４５ａを介して回転台２０に支持されている（図１参照）。

各第１固定ピン４２は、閉位置（図３（ａ）に示す位置）に位置する可動ピン４１と同等の形状を有している。各第１固定ピン４２は、回転台２０に対して移動不能である。図２に示すように、第１固定ピン４２は、鉛直方向に延びる円筒状の外周面を基板Ｗの周端面に接触させる受け部４６と、受け部４６の下方に一体的に設けられたガイド部４７と、ガイド部４７の下方に一体的に設けられ、回転台２０に固定された土台部４８とを含む。ガイド部４７は、受け部４６に向かって斜め上に延びるガイド面４７ａを有する。

図３（ｂ）に示すように、可動ピン４１が閉位置にあるとき、基板Ｗの周縁部は、ガイド面４４ａによって下から支持される。可動ピン４１が開位置から閉位置の方へ移動すると、基板Ｗは、ガイド面４４ａによって受け部４３の方に案内される。図３（ａ）に示すように、可動ピン４１が閉位置にあるとき、受け部４３の円筒状の外周面が、基板Ｗの周端面に接触する。可動ピン４１が閉位置から開位置に移動すると、基板Ｗに対する受け部４３の押し付けが解除される。この状態を以下では押し付け解除状態という。

図２を参照して、基板保持装置１は、回転台２０の上方で基板Ｗを水平に支持する第２チャック機構６０を備えている。第２チャック機構６０は、一対の第２固定ピン６２を含む。一対の第２固定ピン６２は、一方側周縁部２５で仮想直線Ｌに対して線対称の位置に立設されている。第２固定ピン６２は、第１固定ピン４２と同様の構成を有しているため、可動ピン４１と同じ符号を付してその説明を省略する。

図４は、基板Ｗと回転台２０との位置関係を示す模式図である。図４（ａ）では、基板Ｗが第１の偏心状態で保持されている。図４（ｂ）では、基板Ｗが第２の偏心状態で保持されている。図４（ａ）に示す基板Ｗの輪郭線は、回転軸線Ａ１に対して可動ピン４１側に偏心した第１仮想円に相当し、図４（ｂ）に示す基板Ｗの輪郭線は、回転軸線Ａ１に対して可動ピン４１側に偏心した第２仮想円に相当する。

実際には、回転台２０および基板Ｗが回転するが、図４では、説明の便宜上、周方向Ｓ（回転軸線Ａ１まわりの方向）における可動ピン４１の位置を図４（ａ）と図４（ｂ）とで一致させている。仮想直線Ｌの一方側Ｘ１が紙面の左側となるように回転台２０の位置を固定して図示している。また、図４では、各ピン４１、４２、６２を簡略化して図示している。

可動ピン４１が閉位置に配置されている場合、図４（ａ）に示すように、基板Ｗの一方側周縁部Ｗ１は、可動ピン４１によって一対の第１固定ピン４２の方に押される。これにより、基板Ｗの他方側周縁部Ｗ２が、一対の第１固定ピン４２に当接する。そのため、基板Ｗは、可動ピン４１と一対の第１固定ピン４２との３点で第１チャック機構４０によって把持される。

可動ピン４１が閉位置にある状態では、可動ピン４１および一対の第１固定ピン４２が基板Ｗに当接する部分が、平面視で回転台２０の中心（回転軸線Ａ１）から仮想直線Ｌに沿って一方側Ｘ１にずれた位置に中心Ｃ１を有する仮想円Ｄ１上に並んでいる。中心Ｃ１は、回転軸線Ａ１よりも一方側Ｘ１に０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度ずれている。基板Ｗは、その中心Ｃが仮想円Ｄ１の中心Ｃ１と一致する位置で保持される。中心Ｃが中心Ｃ１と一致するように回転中心（回転軸線Ａ１）から偏心した基板Ｗの状態を第１の偏心状態という。基板Ｗが第１の偏心状態で保持されているとき、基板Ｗの一方側周縁部Ｗ１は、一対の第２固定ピン６２から離間している。

一方、可動ピン４１が開位置に配置されている場合、図４（ｂ）に示すように、可動ピン４１による基板Ｗの押し付けが解除されている（押し付け解除状態）。ここで、基板Ｗの回転中には、第１の偏心状態の基板Ｗには、回転軸線Ａ１から離れる方向（一方側Ｘ１に相当）に回転力Ｆ（図４（ｂ）の白抜き矢印参照）が発生する。したがって、回転力Ｆによって、基板Ｗの一方側周縁部Ｗ１が一対の第２固定ピン６２に対して押し当てられる。

一対の第２固定ピン４２に押し付けられた基板Ｗの中心Ｃ２は、平面視で回転台２０の中心（回転軸線Ａ１）から仮想直線Ｌに沿って中心Ｃ１よりも一方側Ｘ１にずれている。中心Ｃ２は、回転軸線Ａ１よりも一方側Ｘ１に０．４ｍｍ〜０．５ｍｍ程度ずれている。中心Ｃが中心Ｃ２となるように回転中心（回転軸線Ａ１）から偏心した基板Ｗの状態を第２の偏心状態という。基板Ｗは、第２チャック機構６０によって第２の偏心状態で保持される。基板Ｗが第２の偏心状態で保持されているとき、基板Ｗの他方側周縁部Ｗ２は、一対の第１固定ピン４２から離間している。

図１を参照して、第１チャック機構４０は、可動ピン４１を基板Ｗに対して開閉するチャック開閉機構７０を含む。チャック開閉機構７０は、可動ピン４１に取り付けられた従動マグネット７１と、従動マグネット７１と磁界を形成し可動ピン４１を閉位置に位置させる閉用駆動マグネット７２とを含む。チャック開閉機構７０は、閉用駆動マグネット７２を収容し回転台２０に固定されたマグネットカバー７３をさらに含む。

従動マグネット７１は、マグネットカバー７３に対して、可動ピン４１と共にピン回動軸線Ａ２まわりに回転可能である。従動マグネット７１、閉用駆動マグネット７２およびマグネットカバー７３は、回転軸線Ａ１まわりに回転台２０と一体回転する。
チャック開閉機構７０は、閉用駆動マグネット７２が形成する磁界に抗して可動ピン４１を開位置に位置させる磁界を形成する開用駆動マグネット７４を含む。開用駆動マグネット７４は、たとえば、回転台２０の周方向Ｓに沿った環状のマグネットである（図２参照）。また、チャック開閉機構７０は、開用駆動マグネット７４を下方から支持するマグネット支持部材７５と、マグネット支持部材７５を昇降させる昇降アクチュエータ７６とを含む。昇降アクチュエータ７６は、たとえば、エアシリンダである。

昇降アクチュエータ７６が、制御装置４によって制御されて開用駆動マグネット７４の位置を下降させると、開用駆動マグネット７４が離反位置としての下位置（図１に実線で示す位置）に配置される。すると、従動マグネット７１は、閉用駆動マグネット７２が形成する磁界によって回動する。これにより、可動ピン４１は、閉位置（図１に実線で示す位置）に配置される。

昇降アクチュエータ７６が、制御装置４によって制御されて開用駆動マグネット７４の位置を上昇させると、開用駆動マグネット７４が従動マグネット７１に近接する近接位置としての上位置（図１に破線で示す位置）に配置される。すると、従動マグネット７１は、開用駆動マグネット７４が形成する磁界によって、閉用駆動マグネット７２が形成する磁界に抗して回動する。これにより、可動ピン４１は、開位置（図１に破線で示す位置）に配置される。
＜基板保持装置１の動作＞
搬送ロボット（図示せず）が、基板保持装置１に基板Ｗを置いたり、基板保持装置１から基板Ｗを取るときは、制御装置４が、開用駆動マグネット７４が上位置に配置するように昇降アクチュエータ７６を制御する。これにより、可動ピン４１は、開位置に配置される。この状態で、基板保持装置１に対する基板Ｗの搬入および搬出が、搬送ロボット（図示せず）によって行われる。

第１チャック機構４０が基板Ｗを保持するときは、制御装置４が、開用駆動マグネット７４が下位置に位置するように昇降アクチュエータ７６を制御する。これにより、可動ピン４１は、閉用駆動マグネット７２が形成する磁界によって閉位置に配置される。そのため、基板Ｗは、第１チャック機構４０によって第１の偏心状態（図４（ａ）参照）で保持される。

この状態で、制御装置４が回転駆動機構３７を制御し、回転軸２２を回転させる。回転軸２２の回転に伴って回転台２０が回転し、第１チャック機構４０によって保持された基板Ｗも回転する。開用駆動マグネット７４が周方向Ｓの全周に設けられているため、可動ピン４１は、回転中も閉位置で維持される。そのため、基板Ｗは、第１チャック機構４０によって第１の偏心状態（図４（ａ）参照）で保持されたまま回転する。

なお、従動マグネット７１と閉用駆動マグネット７２とが引き合う力は、第１の偏心状態で基板Ｗに働く回転力Ｆよりも強い（図１参照）。そのため、開用駆動マグネット７４が下位置に配置されているときは、可動ピン４１が基板Ｗを押す力が回転力Ｆに勝るので、可動ピン４１が閉位置に維持される。
第２チャック機構６０が基板Ｗを保持するときは、制御装置４が、回転駆動機構３７に回転軸２２を回転させながら、開用駆動マグネット７４が上位置に位置するように昇降アクチュエータ７６を制御する。これにより、可動ピン４１は、開用駆動マグネット７４が形成する磁界によって開位置に配置される。このとき、可動ピン４１が押し付け解除状態になるため、基板Ｗは、偏心による回転力Ｆによって第１の偏心位置（図４（ａ）に示す位置）から、第２の偏心位置（図４（ｂ）に示す位置）へ移動する。これにより、基板Ｗの周端面が一対の第２固定ピン６２に押し付けられるので、基板Ｗは、第２チャック機構６０によって第２の偏心状態（図４（ｂ）参照）で保持されたまま回転する。
＜偏心状態での基板Ｗの姿勢保持＞
基板保持装置１は、上方向および下方向への基板Ｗの移動を規制することにより、基板Ｗの姿勢を保持する規制手段８０を備えている。規制手段８０は、たとえば、ベルヌーイ機構である。規制手段８０は、基板Ｗと回転台２０との間に空間２８を形成するように基板Ｗを下方から支持する支持部材としての第１固定ピン４２および第２固定ピン６２と、基板Ｗと回転台２０との間の空間２８に窒素ガスなどの不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段２９とを備えている。

不活性ガス供給手段２９は、回転軸２２の内部に挿通された不活性ガス供給管３０と、不活性ガス供給源３１からの不活性ガスを導く不活性ガス供給路３２と、不活性ガス供給路３２に介装された不活性ガスバルブ３３とを含む。不活性ガス供給路３２は、不活性ガス供給管３０の下端に接続されている。制御装置４が不活性ガスバルブ３３を開くと、不活性ガス供給管３０へと不活性ガスが送り込まれる。この不活性ガスは、基板Ｗと回転台２０との間の空間２８に供給される。

回転軸２２の上端に結合されたボス２１は、不活性ガス供給管３０の上端部を支持するための軸受機構３４を保持している。軸受機構３４は、回転台２０と不活性ガス供給管３０との間に配置された軸受と、同じく回転台２０と不活性ガス供給管３０との間において軸受よりも上方に設けられた磁性流体軸受とを含む。
図５は、基板Ｗが第２の偏心状態で保持されているときの不活性ガスの流れを示す模式図である。図５は、図４（ｂ）に示すＶ−Ｖ線に沿う断面を示している。

図５を参照して、不活性ガス供給手段２９は、不活性ガス供給管３０の上端を露出させるボス２１の内部空間５０と、基板Ｗと回転台２０との間の空間２８と、ボス２１の内部空間５０とを連結する複数の連結路５１とを含む。複数の連結路５１は、回転台２０の周方向Ｓに等間隔で配置されている（図２も参照）。複数の連結路５１は、内部空間５０から空間２８に向かうにしたがって、回転軸線Ａ１から離れるように放射状に延びている。連結路５１は、ボス２１の内部空間５０から基板Ｗと回転台２０との間の空間２８の周縁領域２８Ａまで延びている。

連結路５１の上端は、基板Ｗの下面に平行に対向する回転台２０の上面で開口するガス吐出口を形成している。複数のガス吐出口は、回転軸線Ａ１上に中心を有する円周上で等間隔で配置されている。ガス吐出口は、基板Ｗと回転台２０との間の空間２８の中央領域２８Ｂよりも外方に配置されている。ガス吐出口は、ボス２１の内部空間５０に供給された不活性ガスを回転台２０の上面から斜め上に外方に吐出する。これにより、基板Ｗと回転台２０との間の空間２８を外方に流れる不活性ガスの気流が、空間２８の中央領域２８Ｂのまわりに形成される。

不活性ガス供給管３０の上端から流出する不活性ガスは、内部空間５０および複数の連結路５１を通って空間２８の周縁領域２８Ａに供給される。この不活性ガスは、空間２８に不活性ガスの気流Ｇを形成し、空間２８において基板Ｗの周縁部と回転台２０の周縁部との間に形成された開口５２から空間２８の外部へ流出する。これにより、空間２８内（特に周縁領域２８Ａよりも基板Ｗの回転半径方向内方の中央領域２８Ｂ）の圧力が低下するため、回転している基板Ｗを回転台２０と非接触の状態で保持でき、基板Ｗの浮き上がりを抑制することができる。

第１の偏心状態では、１本の可動ピン４１と２本の第１固定ピン４２とで基板Ｗが挟まれる一方で、第２の偏心状態では、基板Ｗの挟持が解除される。しかしながら、第１の偏心状態および第２の偏心状態のいずれにおいても、ベルヌーイ機構が上下方向への基板Ｗの移動を規制するので、第２の偏心状態で回転している基板Ｗの浮き上がりが抑制される。そのため、第２の偏心状態の基板Ｗの浮き上がりを防止するための可動ピンを設ける必要がない。
＜基板Ｗの処理＞
次に、図１を参照して、処理ユニット３によって行われる基板Ｗの処理について説明する。処理の内容としては、パーティクル等の異物を除去するための洗浄や、基板Ｗ上の不要な薄膜（窒化膜やレジスト）の除去が挙げられる。以下では、基板Ｗから異物を除去する例について説明する。

処理ユニット３で基板Ｗを処理するときは、制御装置４が、搬送ロボットに基板Ｗをチャンバーに搬入させる。そして、制御装置４が、開用駆動マグネット７４が下位置に位置するように昇降アクチュエータ７６を制御することによって、第１チャック機構４０による基板Ｗの保持が実施される。そして、制御装置４が、不活性ガスバルブ３３を開き、回転台２０と基板Ｗとの間の空間２８に不活性ガスを充満させる。その後、基板保持装置１に基板Ｗを回転させる。その後、制御装置４は、薬液ノズル７を待機位置から処理位置に移動させる。さらに、制御装置４は、薬液バルブ１３を開いて、薬液ノズル７に薬液を噴射させる。制御装置４は、回転している基板Ｗの上面に向けて薬液ノズル７に薬液を吐出させながら、薬液ノズル７を中央処理位置と周縁部処理位置との間で移動させる。これにより、薬液が基板Ｗの上面全域に衝突し、異物が基板Ｗから除去される（基板洗浄工程）。基板洗浄工程において、制御装置４が開用駆動マグネット７４を上昇または下降させることによって、第１チャック機構４０と第２チャック機構６０とで少なくとも１回の基板Ｗの持ち替えが実施される。

制御装置４は、薬液バルブ１３を閉じて、薬液ノズル７を待機位置に移動させた後、リンス液バルブ１０を開いて、リンス液ノズル６にリンス液を吐出させる。リンス液ノズル６から吐出されたリンス液は、回転している基板Ｗの上面中央部に着液した後、基板Ｗの上面周縁部まで基板Ｗの上面に沿って外方に流れる。これにより、リンス液が基板Ｗの上面の全域に供給され、パーティクル等の異物が基板Ｗから洗い流される（上面リンス工程）。上面リンス工程において、制御装置４が開用駆動マグネット７４を上昇または下降させることによって、第１チャック機構４０と第２チャック機構６０とで少なくとも１回の基板Ｗの持ち替えが実施される。

制御装置４は、リンス液バルブ１０を閉じて、リンス液ノズル６にリンス液の吐出を停止させた後、開用駆動マグネット７４を下位置に配置させるように昇降アクチュエータ７６を制御する。これにより、第１チャック機構４０による基板Ｗの保持が実施される。この状態で、基板保持装置１に基板Ｗを高速回転させる。これにより、基板Ｗ上のリンス液が遠心力によって基板Ｗの周囲に振り切られ、液体が基板Ｗから除去される。そのため、基板Ｗが乾燥する（基板乾燥工程）。その後、制御装置４は、基板保持装置１に基板Ｗの回転を停止させる。その後、制御装置４は、不活性ガスバルブ３３を閉じる。その後、制御装置４は、開用駆動マグネット７４を上位置に配置させるように昇降アクチュエータ７６を制御して第１チャック機構４０による保持から基板Ｗを解放する。その後、制御装置４は、搬送ロボットに基板Ｗをチャンバーから搬出させる。

以上のように本実施形態では、第１チャック機構４０が、第１偏心状態で基板Ｗを支持し、第２チャック機構６０が、第２偏心状態で基板Ｗを支持する。第１チャック機構４０および第２チャック機構６０の間での基板Ｗの持ち替えは、開用駆動マグネット７４、９４を昇降させるという簡単な機構で、基板Ｗの回転中に行われる。
具体的には、第１の偏心状態で保持されて回転する基板Ｗから可動ピン４１を離間させて押し付け解除状態とすると、遠心力により基板Ｗの中心が回転軸線Ａ１から離れる方向に水平に移動する。そのため、基板Ｗの他方側周縁部Ｗ２が一対の第１固定ピン４２から離間し、基板Ｗの一方側周縁部Ｗ１が一対の第２固定ピン６２に押し付けられる。これにより、基板Ｗの保持が第２の偏心状態での保持に切り替えられる。そのため、基板Ｗを第１の偏心位置から第２の偏心位置に移動させるための可動ピンを設ける必要がない。

逆に、基板Ｗが第２の偏心状態で回転しているときに、可動ピン４１を基板Ｗに押し付けると、基板Ｗが一対の第１固定ピンの方に押される。そのため、基板Ｗの一方側周縁部Ｗ１が一対の第２固定ピン６２から離間し、基板Ｗの他方側周縁部Ｗ２が一対の第１固定ピン４２に押し付けられる。これにより、基板Ｗの保持が第１の偏心状態での保持に切り替えられる。

このように、回転台２０の回転中に基板Ｗを移動させて基板Ｗの偏心状態を切り替えることによって、基板Ｗの周縁部から全てのピン４１、４２、６２を接離させることができる。そのため、基板洗浄工程や上面リンス工程において、基板Ｗの周縁部と第１固定ピン４２との間や、基板Ｗの周縁部と第２固定ピン６２との間に、リンス液や薬液を入り込ませることができる。つまり、第１チャック機構４０および第２チャック機構６０を用いて基板Ｗの周縁部を万遍なく処理することができる。したがって、全てのピン４１、４２、６２を可動ピンとして設ける必要がないので第１チャック機構４０および第２チャック機構６０を簡素化することができる。

また、第２の偏心状態で保持された基板Ｗの中心Ｃ２は、第１の偏心状態で保持された基板Ｗの中心Ｃ１よりも仮想直線Ｌの一方側Ｘ１に位置している。そのため、基板Ｗは、回転力Ｆによって常に一方側Ｘ１へ向けて押し付けられる。したがって、可動ピン４１の解除状態では、基板Ｗを第２の偏心位置に素早く移動させることができる。
この発明は、以上に説明した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の範囲内において種々の変更が可能である。

図６は、本実施形態の変形例に係る第２チャック機構６０の第２固定ピン６２の周辺を示す模式図である。図６に示すように、基板Ｗの周縁部に上下方向に対向するように基板Ｗの上方に配置された対向部８２が、第２固定ピン６２の受け部４６の上端に設けられていてもよい。対向部８２は、第２固定ピン６２と一体的に設けられている。そのため、第２固定ピン６２とは別の新たな部材を設けることなく、第２の偏心状態で回転する基板Ｗの浮き上がりを抑制することができる。対向部８２は、第２の偏心状態での基板Ｗの移動を規制する規制手段８０を構成している。この変形例は、可動ピン４１の受け部４３や一対の第１固定ピン４２の受け部４６にも適用することができる。

また、図示しないが、各ピン４１、４２、６２は、ガイド部４４、４７を含んでおらず、円柱状の受け部４３、４６が土台部４５、４８から上方に延びていてもよい。この場合、基板Ｗを下方から支持する支持部材を各ピン４１、４２、６２とは別に回転台２０に設けてもよい。
基板Ｗの下面に接触することにより基板Ｗを水平に支持する複数の支持部材が設けられている場合は、前述のベルヌーイ機構や対向部８２を省略してもよい。ガイド部４４、４７は、支持部材の一例である。支持部材は、各ピン４１、４２、６２と一体であってもよいし、各ピン４１、４２、６２とは別の部材であってもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ ：基板保持装置
２０ ：回転台
２５ ：一方側周縁部
２６ ：他方側周縁部
２８ ：空間
２８Ａ：周縁領域
２９ ：不活性ガス供給手段
３７ ：回転駆動機構
４０ ：第１チャック機構
４１ ：可動ピン
４２ ：第１固定ピン
５２ ：開口
６０ ：第２チャック機構
６２ ：第２固定ピン
８０ ：規制手段
８２ ：対向部
Ａ１ ：回転軸線
Ｃ１ ：中心
Ｃ２ ：中心
Ｆ ：回転力
Ｌ ：仮想直線
Ｗ ：基板
Ｗ１ ：一方側周縁部
Ｗ２ ：他方側周縁部
Ｘ１ ：一方側

Claims (4)

1. 円板状の基板の周端面に押し付けられる閉位置と前記基板の周端面から離れる開位置との間で移動可能であり鉛直な回転軸線に直交する水平な仮想直線上に配置された可動ピンと、前記回転軸線に対して前記可動ピンとは反対側の領域で前記仮想直線の両側に配置された一対の第１固定ピンと、を含み、前記可動ピンを前記閉位置に位置させることにより、前記回転軸線に対して前記可動ピン側に偏心した第１仮想円上で前記可動ピンと前記一対の第１固定ピンとを前記基板の周端面に接触させる第１チャック機構と、
   前記回転軸線に対して前記可動ピンと同じ側の領域で前記仮想直線の両側に配置されており、前記可動ピンが前記開位置に配置されているときに、前記回転軸線に対して前記第１仮想円の偏心量よりも大きい偏心量で前記可動ピン側に偏心した第２仮想円上で前記基板の周端面に接触する一対の第２固定ピン、を含む第２チャック機構と、
   前記第１チャック機構および第２チャック機構を回転させることにより、前記第１チャック機構または第２チャック機構によって支持された前記基板を前記回転軸線まわりに回転させる回転駆動機構と、を含む、基板保持装置。
2. 鉛直方向への前記基板の移動を規制する規制手段をさらに備える、請求項１に記載の基板保持装置。
3. 前記規制手段は、上方向および下方向への前記基板の移動を規制するベルヌーイ機構を含み、
   前記ベルヌーイ機構は、前記基板の下面に平行に対向する回転台の上面で開口しており、前記回転軸線まわりの方向である周方向に並んだ複数のガス吐出口から不活性ガスを吐出することにより、前記基板の下面と前記回転台の上面との間の空間を外方に流れる不活性ガスの流れを形成する不活性ガス供給手段を含む、請求項２に記載の基板保持装置。
4. 前記規制手段は、前記基板の周縁部に上下方向に対向するように前記基板の上方に配置された対向部を含む、請求項２または３に記載の基板保持装置。

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