JP4681148B2

JP4681148B2 - スピン処理装置

Info

Publication number: JP4681148B2
Application number: JP2001133086A
Authority: JP
Inventors: 正明古矢
Original assignee: Toshiba Corp; Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP2002329773A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は基板を回転させながら洗浄処理した後、乾燥処理するためのスピン処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、半導体装置の製造過程においては、基板としての円盤状の半導体ウエハに回路パターンを形成するための成膜プロセスやフォトプロセスがある。これらのプロセスでは上記基板に対して現像やエッチングなどの処理を行った後、洗浄及び乾燥処理が繰り返して行われることになる。
【０００３】
上記基板に対する洗浄や乾燥などの処理を行なうためにはスピン処理装置が用いられる。このスピン処理装置はカップ体を有する。このカップ体内には回転モータによって回転駆動される回転体が設けられている。この回転体の周辺部には周方向に所定間隔で複数の回転軸体が軸線を上記回転体の回転面に対して直交させて回転可能に設けられている。
【０００４】
上記回転軸体の上端面にはクランプピンが偏心して突設され、このクランプピンには上記回転体の回転面に対して傾斜したテーパ状の受け面を有する支持部材が一体的に設けられている。
【０００５】
複数の回転軸体は駆動手段によって同一方向に回転駆動されるようになっている。したがって、上記基板の周縁部の下面を上記受け面に係合させた後、上記回転軸体を所定方向に回転させて上記クランプピンを偏心回転させれば、このクランプピンが基板の外周面に当接するから、基板を回転体に一体的にクランプすることができる。
【０００６】
回転体にクランプされた基板に所定の処理を行なった後、上記回転軸体を先程の所定方向と逆方向に回転させることで、基板のクランプ状態を解除することができるから、処理された基板を回転体から取り出すことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、複数の回転軸体を所定方向に回転させて回転体に基板をクランプするとき、基板は周縁部が複数の保持部の受け面を摺動しながら相対的に上昇し、外周面がクランクピンに係合する。
【０００８】
しかしながら、基板の周縁部が上記受け面を上昇する際、各受け面と基板との間の摩擦抵抗に差があると、基板の周縁部が各受け面を移動（上昇）する時間に差が生じることになる。
【０００９】
たとえば、基板を４〜６つの受け面で支持した場合、受け面に対し、基板の径方向一端側の移動量が径方向他端側の移動量よりも大きくなると、移動量の大きな基板の径方向一端側が受け面から浮き上がってしまう。
【００１０】
そして、基板の一端側の浮き上がり量が大きくなり、クランプピンの上端を越えてしまうと、クランプピンによって基板の径方向他端側をクランプすることができなくなるということがある。
【００１１】
とくに、クランクピンは、基板をクランプしたときに、その基板の上面に対して上方へ突出する寸法が大きくなると、その突出部分に洗浄液が衝突して跳ね返ったり、気流を乱すなどの悪影響を及ぼす。そのため、クランクピンは長さ寸法をできるだけ短くするようにしているから、クランプ時に基板の径方向一端側が浮き上がると、その基板の上昇端側がクランクピンから外れ易いということがある。
【００１２】
この発明は、基板がクランクピンから外れずに、確実にクランプすることができるようにしたスピン処理装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、円盤状の基板を回転させて処理するスピン処理装置において、
回転駆動される回転体と、
この回転体の周辺部に周方向に所定間隔で回転可能かつ軸線を上記回転体の上面側に対して径方向内方に傾斜させて設けられた複数の回転軸体と、
この回転軸体を所定方向に回転駆動する駆動手段と、
上記回転軸体の上端の偏心位置に軸線をこの回転軸体の軸線に対して平行に設けられ偏心回転することで上記基板をクランプするクランプピンと、
上記基板の周縁部を支持する受け面を有し、この受け面を上記回転軸体の軸線に対して直交させて上記クランプピンと一体的に設けられた支持部と
を具備したことを特徴とするスピン処理装置にある。
【００１４】
請求項２の発明は、複数の回転軸体の軸線の延長線は、上記受け面に支持される基板の中心点上方の1点で交わることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置にある。
【００１５】
請求項３の発明は、上記回転体の上面側はカバーによって覆われ、このカバーには上記回転軸体の上端面が露出する開口部が形成されていて、この開口部から露出する上記回転軸体の上端面は、上記クランプピンが上記基板をクランプした状態で上記カバーの板面と面一になる傾斜面に形成されていることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置にある。
【００１６】
この発明によれば、回転軸体がクランクピンとともに軸線を傾斜させて設けられているため、クランプ時にはクランクピンの基板を支持する支持部よりも上方に位置する部分が相対的に斜め上方から斜め下方に向かって移動して基板をクランプする。そのため、基板の径方向の一端部が受け面から浮いていても、その部分の周縁を確実にクランプすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の一実施の形態を説明する。
【００１８】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示すスピン処理装置で、このスピン処理装置は同図に鎖線で示すカップ体１を有する。このカップ体１の底部の径方向中心部には通孔２が穿設され、周辺部には複数の排出管１ａが周方向に所定間隔で接続されている。
【００１９】
上記通孔２には円筒状の動力伝達体３が設けられている。この動力伝達体３は駆動源としての制御モータ４によって回転駆動される。この制御モータ４は筒状の固定子５と、この固定子５内に回転可能に挿入された同じく筒状の回転子６とを有する。
【００２０】
上記動力伝達体３は下端が上記回転子６の上端面に接合され、ねじ７によって固定されている。したがって、上記動力伝達体３は上記回転子６と一体に回転するようになっている。
【００２１】
上記動力伝達体３のカップ体１内に突出した上端部には回転体１１が取付けられている。この回転体１１は円盤状をなした下板１２と上板１３とを接合してなり、これら下板１２と上板１３との中心部分には上記動力伝達体３の内部空間に連通する通孔１４が形成されている。
【００２２】
上記回転体１１の上板１３の周辺部の上面には、周方向に所定間隔、たとえば６０度間隔で６つの支持筒部１５が一体に突設されている。上記下板１２の上記支持筒部１５と対応する部分には通孔１６が形成されている。上記支持筒部１５と通孔１６は、上記回転体１１の回転面の上面に対して所定の角度θで回転体１１の径方向内方に向かって傾斜している。
【００２３】
上記支持筒部１５と通孔１６には、各々ブッシュ１７ａ，１７ｂが嵌着され、このブッシュ１７ａ，１７ｂには回転軸体１８が回転可能に支持されている。つまり、回転軸体１８は上記支持筒部１５と同様、回転体１１の回転面に対して角度θで傾斜している。この回転軸体１８は、上記ブッシュ１７ａ，１７ｂに支持された軸部１９と、この軸部１９の上端部に一体形成された上記軸部１９よりも大径な頭部２０とを有する。
【００２４】
上記頭部２０の上端面には、回転軸体１８の回転中心から偏心した位置にクランクピン２１がその軸線を上記回転軸体１８の軸線と平行にして設けられている。
【００２５】
上記クランクピン２１の中途部には、受け面２２ａを有する支持部２２が側方に向かって一体に突出形成されている。上記受け面２２ａは、図４（ａ），（ｂ）に示すように上記回転軸体１８の軸線Ｏに対して直交し、水平面に対して回転軸体１８の傾斜角度と同じ角度θで傾斜している。
【００２６】
各回転軸体１８に設けられた支持部２２の受け面２２ａには、半導体ウエハなどの円盤状の基板Ｗが周辺部の下面を上記受け面２２ａに係合載置して設けられる。その状態で、各回転軸体１８を図３（ａ）に矢印で示す時計方向に回転させると、上記クランクピン２１が偏心回転するから、基板Ｗの周辺部が支持部２２の受け面２２ａに沿って上昇し、その外周面にクランクピン２１の支持部２２よりも上方に突出した部分２１ａが当接する。それによって、基板Ｗは６つの回転軸体１８のクランプピン２１によって回転体１１に一体的にクランプされる。
【００２７】
なお、この実施の形態では、クランプピン２１の支持部２２よりも上方に突出した部分２１ａは円柱状になっているが、上記突出部分２１ａは逆テーパ状にしてもよい。
【００２８】
図３（ｂ）に矢印で示すように、上記回転軸体１８を先程と逆方向である、反時計方向に回転させると、クランクピン２１が基板Ｗの外周面から離れるとともに、この基板Ｗの周辺部が支持部２２の受け面２２ａに沿って相対的に下降する。それによって、基板Ｗの６つの回転軸体１８によるクランプ状態が開放される。
【００２９】
図５に示すように、６つの回転軸体１８（４つだけ図示）の軸線Ｏの延長線Ｌは、回転体１１に保持された基板Ｗの回転中心点Ｃの上方の１点Ｄで交わっている。６つの支持部２２の受け面２２ａは半径Ｒの球面Ｂに外接している。したがって、基板Ｗの周縁部は６つの受け面２２ａ、つまり球面Ｂに内接した状態で保持されていることになる。
【００３０】
上記回転軸体１８の軸部１９は下端が回転体１１の下面側に突出し、その突出端部には子歯車２５が嵌着されている。各回転軸体１８の軸部１９に嵌着された子歯車２５は親歯車２６に噛合している。この親歯車２６は上記動力伝達体３に軸受２７を介して回転可能に保持されている。
【００３１】
上記親歯車２６は上記動力伝達体３の外周面に設けられたばね２８によって所定の回転方向、たとえば反時計方向に付勢されている。それによって、子歯車２５が反時計方向に回転し、その回転に回転軸体１８が連動してクランプピン２１が偏心回転することで、基板Ｗは各クランプピン２１によって回転体１１に一体的にクランプされる。
【００３２】
基板Ｗの保持状態を解除するには、上記親歯車２６を図示しない解除機構によってばね２８の付勢力に抗して時計方向に回転させる。具体的には、上記解除機構によって親歯車２６が回転するのを阻止し、その状態で回転体１１を制御モータ４によって時計方向に回転させる。それによって、回転軸体１８は反時計方向に回転するから、クランプピン２１による基板Ｗの保持状態が解除されることになる。
【００３３】
上記動力伝達体３の内部には保持筒３１が挿通されている。この保持筒３１の上端にはノズルヘッド３２が取着されている。このノズルヘッド３２には、回転体１１に保持された基板Ｗの下面中心に向けて洗浄液を噴射する第１のノズル体３３と、同じく窒素ガスなどの気体を噴射する第２のノズル体３４とが設けられている。
【００３４】
上記回転体１１の上面及び外周面は乱流防止カバー３５によって覆われている。この乱流防止カバー３５は、回転体１１に保持される基板Ｗの下面に対向する対向壁部３６と、この対向壁部３６の周縁部にほぼ垂直に設けられた周壁部３７とを有する。
【００３５】
上記対向壁部３６には、第１、第２のノズル体３３，３４から噴射される洗浄液及び気体を基板Ｗの下面に到達させるための通孔３８が形成されている。
【００３６】
上記回転体１１の上面に立設された６本の回転軸体１８の頭部２０は、上記乱流防止カバー３５の対向壁部３６に穿設された通孔４１に露出している。この頭部２０の上端面２０ａは、図１に示すように基板Ｗをクランプした状態において、乱流防止カバー３５の対向壁部３６の上面と面一になる傾斜面に形成されている。
【００３７】
また、回転体１１の上方には、下面側と同様、基板Ｗに洗浄液を噴射する第３のノズル体及び乾燥気体を供給するクリーンユニット（ともに図示せず）が配設されている。
【００３８】
基板Ｗを回転体１１に保持し、この回転体１１を数十〜数百ｒ．ｐ．ｍの低速度で回転させながら、基板Ｗの上面と下面とに洗浄液を供給する。洗浄液を所定時間供給したならば、その供給を停止し、ついで回転体１１を１０００ｒ．ｐ．ｍ以上の高速度で回転させるとともに基板Ｗの下面の中心部分に気体を噴射する。
【００３９】
それによって、基板Ｗの上下面に付着した洗浄液は、この基板Ｗが回転体１１によって高速回転させられることで発生する遠心力と気流とによって基板Ｗの径方向外方へ流れ、その外周縁から飛散する。
【００４０】
なお、基板Ｗの上下面の中心部に付着した洗浄液には遠心力が作用しないため除去され難いが、図示しないクリーンユニット及び第２のノズル体３４から噴射される気体によって中心部から径方向外方へ押し流される。
【００４１】
基板Ｗの中心部から押し流された洗浄液には遠心力が作用するから、その遠心力によって基板Ｗの周縁部から飛散する。基板Ｗの周縁から飛散した洗浄液と気体とが混合した流体はカップ体１の内周面に衝突し、その底部に接続された排出管１ａへ吸引されて排出される。
【００４２】
上記構成のスピン処理装置において、未処理の基板Ｗを処理する場合、図示しないロボットによって基板Ｗを回転体１１に供給する。回転体１１に供給された基板Ｗは図４（ａ）に示すように周縁部の下面が支持部２２の受け面２２ａに支持される。
【００４３】
ついで、基板Ｗを回転体１１に一体的に保持するため、回転軸体１８を図３（ａ）に矢印で示す時計方向に回転させると、この回転軸体１８に偏心して設けられたクランプピン２１が偏心回転する。
【００４４】
クランプピン２１が偏心回転することで、図４（ｂ）に示すように、支持部２２の受け面２２ａに支持された基板Ｗの周縁部の下面が上記受け面２２ａを摺接してこの受け面２２ａを相対的に上昇し、外周面がクランプピン２１の受け面２２ａから突出した部分２１ａに当接する。それによって、基板Ｗは６本のクランクピン２１によって回転体１１に一体的にクランプされる。
【００４５】
クランクピン２１及びこのクランプピン２１が設けられた回転軸体１８は、軸線を回転体１１の回転面に対して角度θで傾斜して設けられている。そのため、クランクピン２１の受け面２２ａから上方に突出した部分２１ａは、回転軸体１８の回転によって図４（ａ）に矢印で示すように、基板Ｗの周縁部の斜め上方から斜め下方に向かって相対的に移動して上記基板Ｗの周縁部に係合する。
【００４６】
クランクピン２１の突出部分２１ａが斜め上方から斜め下方に向かって移動することで、たとえば基板Ｗと各受け面２２ａとの摩擦抵抗に差が生じ、基板Ｗの径方向一端側が受け面２２ａから浮き上がるようなことがあっても、その浮き上がった端縁に対して上記突出部分２１ａはその端縁に上方から接近して係合する。
【００４７】
そのため、基板Ｗの一部が受け面２２ａから浮き上がっても、クランクピン２１の突出部分２１ａは上記基板Ｗの周縁に確実に係合し、その基板Ｗをクランプすることになる。
【００４８】
基板Ｗを支持する各支持部２２の受け面２２ａは、半径Ｒの球面Ｂに外接しているから、これらの受け面２２ａによって支持された基板Ｗの周縁は上記球面Ｂに内接することになり、また上記受け面２２ａは球面Ｂに外接しながら回転することになる。
【００４９】
基板Ｗが球面Ｂに内接していれば、複数の受け面２２ａによって支持された基板Ｗが図５に示すように水平面Ｈに対して傾いていても、クランプ時には上記基板Ｗは球面Ｂの円弧に内接して移動することになる。
【００５０】
上記クランプピン２１の突出部分２１ａは球面Ｂの円弧よりも径方向内方に突出している。そのため、クランプ時に基板Ｗが球面Ｂの円弧上を移動することで、上記基板Ｗの周縁部は上記突出部分２１によって確実にクランプされることになる。
【００５１】
つまり、回転体１１に供給された基板Ｗが受け面２２ａによって傾いた状態で支持されていても、上記各受け面２２ａは球面Ｂに外接し、かつ外接した状態で回転するため、上記球面Ｂに内接して上記受け面２２ａに支持された基板Ｗを確実にクランプすることができる。
【００５２】
このことにより、クランクピン２１の突出部分２１ａの長さ寸法を必要最小限にできるから、クランプ状態において、基板Ｗの上面側にクランプピン２１がほとんど突出しないように設定できる。それによって、基板Ｗの乾燥処理時に基板Ｗに付着した洗浄液がクランクピン２１で跳ね返ったり、気流に乱れが生じるのを防止できる。
【００５３】
回転軸体１８の上端面２０ａを傾斜面に形成することで、基板Ｗをクランプした状態においては、図１に示すように回転軸体１８の上端面２０ａがカバー３５の対向壁部３６の上面と面一になるようにした。
【００５４】
そのため、基板Ｗをクランプして乾燥処理する際、洗浄液が基板Ｗの下面からカバー３５の対向壁部３６の上面に滴下しても、この上面から飛散する洗浄液が上記回転軸体１８に衝突することがないから、回転軸体２０で反射して基板Ｗの裏面に再付着するのを防止することができる。
【００５５】
この発明は上記一実施の形態に限定されるものでなく、たとえば回転体に設けられる回転軸体の数は６本でなく４本であってもよく、要は基板Ｗを確実に支持できる数であればよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、クランクピンが設けられた回転軸体を回転体の回転面に対して軸線を傾斜させて設けた。
【００５７】
そのため、クランプ時にはクランクピンの基板を支持する支持部よりも上方に位置する部分が斜め上方から斜め下方に向かって相対的に移動して基板をクランプするから、基板の径方向の一端部がこの基板の周縁を支持する上記支持部の受け面から浮いていても、その部分の周縁を確実にクランプすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態を示す基板をクランプした状態のスピン処理装置の断面図。
【図２】基板のクランプを開放した状態のスピン処理装置の断面図。
【図３】（ａ）は基板のクランプを開放した状態を説明する図、（ｂ）は基板をクランプした状態を説明する図。
【図４】（ａ）は受け面に周縁部が載置された基板をクランプする前の状態の図、（ｂ）は同じくクランプした状態の図。
【図５】各支持部の受け面が球面に外接する状態を説明するための図。
【符号の説明】
４…制御モータ（駆動手段）
１１…回転体
１８…回転軸体
２１…クランプピン
２２…支持部
２２ａ…受け部
Ｗ…基板

Claims

円盤状の基板を回転させて処理するスピン処理装置において、
回転駆動される回転体と、
この回転体の周辺部に周方向に所定間隔で回転可能かつ軸線を上記回転体の上面側に対して径方向内方に傾斜させて設けられた複数の回転軸体と、
この回転軸体を所定方向に回転駆動する駆動手段と、
上記回転軸体の上端の偏心位置に軸線をこの回転軸体の軸線に対して平行に設けられ偏心回転することで上記基板をクランプするクランプピンと、
上記基板の周縁部を支持する受け面を有し、この受け面を上記回転軸体の軸線に対して直交させて上記クランプピンと一体的に設けられた支持部と
を具備したことを特徴とするスピン処理装置。
複数の回転軸体の軸線の延長線は、上記受け面に支持される基板の中心点上方の１点で交わることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。
上記回転体の上面側はカバーによって覆われ、このカバーには上記回転軸体の上端面が露出する開口部が形成されていて、この開口部から露出する上記回転軸体の上端面は、上記クランクピンが上記基板をクランプした状態で上記カバーの板面と面一になる傾斜面に形成されていることを特徴とする請求項1記載のスピン処理装置。