JP6211424B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理装置に関する。

従来より、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の製造工程では、基板処理装置を用いて基板に対して様々な処理が施される。例えば、表面上にレジストのパターンが形成された基板に薬液を供給することにより、基板の表面に対してエッチング等の処理が行われる。また、エッチング処理の終了後、基板上のレジストを除去したり基板を洗浄する処理も行われる。

基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置では、基板が基板保持部により保持され、基板保持部を回転しつつ基板に処理液が供給される。基板保持部において基板を保持する手法として、バキュームチャック、メカニカルチャック、マグネットチャック等、様々なものが実用化されている。例えば、特許文献１では、上下のチャンバ部材が互いに近接した位置に配置される際に基板をクランプし、上下のチャンバ部材が離間した際に基板のクランプを解除する機構が開示されている。また、特許文献２では、基板の周囲に配置された複数の挟持部材のそれぞれを回動することにより、基板の挟持、または、挟持の解除を行う機構が開示されている。さらに、特許文献３では、回転ヘッドが磁気によりステータに対して非接触にて回転する装置において、ばねを有する把持部により回転ヘッドにてウエハを保持する手法が開示されている。

米国特許第６，４４６，６４３号明細書 特開２００５−１９４５６号公報 米国特許第６，４８５，５３１号明細書

ところで、特許文献３の装置のように基板保持部を浮遊状態にて回転する場合、基板を保持するために、電気や圧縮空気等の動力源による駆動力を基板保持部に対して伝達することが困難である。特許文献３の装置では、ばねを有する把持部によりウエハが保持されるが、プロセスチャンバの外側にてウエハを回転ヘッドに固定し、ウエハが装着された回転ヘッドをプロセスチャンバ内に導入する煩雑な作業が必要となる。また、基板処理装置では、基板を安定して回転するため、基板を回転中心に対して位置合わせすることが重要であるが、外部の搬送機構により基板を基板処理装置内に搬入する際に、基板を回転中心に対して精度よく位置合わせすることは容易ではない。したがって、基板を回転中心に対して位置合わせしつつ保持することが可能な新規な手法が求められる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板を回転中心に対して位置合わせしつつ保持することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板を処理する基板処理装置であって、一方の主面を上側に向けた状態で基板を下側から支持する基板支持部と、前記基板支持部を前記基板に垂直な中心軸を中心として回転する回転機構と、上下方向において前記基板支持部に対して相対的に異なる位置である第１相対位置と、前記第１相対位置よりも上方の第２相対位置とに配置可能な錘部と、前記錘部を支持することにより前記錘部を前記第２相対位置に配置し、前記錘部の支持を解除することにより、前記錘部を、前記基板および前記基板支持部と共に回転するための前記第１相対位置に位置させる錘支持機構と、前記基板支持部または前記錘部に設けられるチャック部とを備え、前記チャック部が、前記中心軸に沿って見た場合に、前記基板の周囲に配置される少なくとも３個の爪部と、前記第１相対位置に位置する前記錘部の重量による力を、前記少なくとも３個の爪部に伝達することにより、前記少なくとも３個の爪部に前記基板のエッジを前記中心軸に向けて押させる伝達機構とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置であって、前記回転機構が、前記中心軸を中心とする環状であり、永久磁石を含むロータ部と、前記ロータ部と前記中心軸を中心とする径方向に対向する環状であり、前記ロータ部との間にて前記中心軸を中心とする回転力を発生するステータ部とを備え、前記ロータ部が前記基板支持部と接続される。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の基板処理装置であって、前記錘部が前記基板支持部と、前記基板支持部の下方に配置された前記ロータ部との間に配置され、前記基板支持部と前記ロータ部とを接続するガイド部に沿って前記上下方向に移動可能であり、前記チャック部が、前記基板支持部に設けられる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の基板処理装置であって、前記基板支持部および前記錘部が前記中心軸を中心とする環状である。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の基板処理装置であって、前記錘支持機構による支持が解除された際の前記錘部の位置が、前記錘支持機構により支持された際の前記錘部の位置よりも、前記ロータ部に近接する。

請求項６に記載の発明は、請求項２ないし５のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記基板に対する処理が行われる、密閉された内部空間を形成する密閉空間形成部をさらに備え、前記基板支持部、前記回転機構の前記ロータ部、前記錘部および前記チャック部が、前記密閉空間形成部内に配置される。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の基板処理装置であって、前記錘支持機構が、前記密閉空間形成部に設けられる。

本発明によれば、基板を回転中心に対して位置合わせしつつ保持することができる。

第１の実施の形態に係る基板処理装置を示す断面図である。 気液供給部および気液排出部を示すブロック図である。 チャック部および錘支持機構の構成を示す図である。 基板処理装置における基板の処理の流れを示す図である。 チャック部および錘支持機構の動作を説明するための図である。 基板処理装置を示す断面図である。 基板処理装置を示す断面図である。 比較例の基板処理装置における基板保持部近傍を示す断面図である。 チャック部の他の例を示す図である。 連結部および複数のシャフトを示す斜視図である。 爪部を示す平面図である。 錘支持機構の他の例を示す図である。 錘支持機構および連結部の他の例を示す図である。 第２の実施の形態に係るチャック部の構成を示す図である。 チャック部およびトッププレートを示す図である。 チャック部の他の例を示す図である。 チャック部の他の例を示す図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置１を示す断面図である。基板処理装置１は、略円板状の半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）に処理液を供給して基板９を１枚ずつ処理する枚葉式の装置である。図１では、基板処理装置１の一部の構成の断面に対する平行斜線の付与を省略している（他の断面図においても同様）。

基板処理装置１は、チャンバ１２と、トッププレート１２３と、チャンバ開閉機構１３１と、基板保持部１４と、基板回転機構１５と、液受け部１６と、カバー１７とを備える。カバー１７は、チャンバ１２の上方および側方を覆う。

チャンバ１２は、チャンバ本体１２１と、チャンバ蓋部１２２とを備える。チャンバ１２は、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心とする有蓋および有底の略円筒状である。チャンバ本体１２１は、チャンバ底部２１０と、チャンバ側壁部２１４とを備える。チャンバ底部２１０は、略円板状の中央部２１１と、中央部２１１の外縁部から下方へと広がる略円筒状の内側壁部２１２と、内側壁部２１２の下端から径方向外方へと広がる略円環板状の環状底部２１３と、環状底部２１３の外縁部から上方へと広がる略円筒状の外側壁部２１５と、外側壁部２１５の上端部から径方向外方へと広がる略円環板状のベース部２１６とを備える。

チャンバ側壁部２１４は、中心軸Ｊ１を中心とする環状である。チャンバ側壁部２１４は、ベース部２１６の内縁部から上方へと突出する。チャンバ側壁部２１４を形成する部材は、後述するように、液受け部１６の一部を兼ねる。以下の説明では、チャンバ側壁部２１４と外側壁部２１５と環状底部２１３と内側壁部２１２と中央部２１１の外縁部とに囲まれた空間を下部環状空間２１７という。

基板保持部１４の基板支持部１４１（後述）に基板９が支持された場合、基板９の下面９２は、チャンバ底部２１０の中央部２１１の上面と対向する。以下の説明では、チャンバ底部２１０の中央部２１１を「下面対向部２１１」と呼ぶ。

チャンバ蓋部１２２は中心軸Ｊ１に垂直な略円板状であり、チャンバ１２の上部を含む。チャンバ蓋部１２２は、チャンバ本体１２１の上部開口を閉塞する。図１では、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１から離間した状態を示す。チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１の上部開口を閉塞する際には、チャンバ蓋部１２２の外縁部がチャンバ側壁部２１４の上部と接する。

チャンバ開閉機構１３１は、チャンバ１２の可動部であるチャンバ蓋部１２２を、チャンバ１２の他の部位であるチャンバ本体１２１に対して上下方向に相対的に移動する。チャンバ開閉機構１３１は、チャンバ蓋部１２２を昇降する蓋部昇降機構である。チャンバ開閉機構１３１によりチャンバ蓋部１２２が上下方向に移動する際には、トッププレート１２３もチャンバ蓋部１２２と共に上下方向に移動する。チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１と接して上部開口を閉塞し、さらに、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１に向かって押圧されることにより、チャンバ１２内に密閉された内部空間であるチャンバ空間１２０（図７参照）が形成される。換言すれば、チャンバ蓋部１２２によりチャンバ本体１２１の上部開口が閉塞されることより、チャンバ空間１２０が密閉される。チャンバ蓋部１２２およびチャンバ本体１２１は、チャンバ空間１２０を形成する密閉空間形成部である。

基板保持部１４は、チャンバ空間１２０に配置され、基板９を水平状態で保持する。すなわち、基板９は、微細パターンが形成された一方の主面９１（以下、「上面９１」という。）が中心軸Ｊ１に垂直に上側を向く状態で基板保持部１４により保持される。基板保持部１４は、上述の基板支持部１４１と、基板支持部１４１に設けられるチャック部４とを備える。基板支持部１４１は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環状である。基板支持部１４１は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環板状の支持部ベース１４２と、支持部ベース１４２上にて周方向に配列される複数の支持ピン１４４とを備える。複数の支持ピン１４４により、基板９の外縁部（すなわち、外周縁を含む外周縁近傍の部位）が下側から支持される。支持部ベース１４２の上面には、上方に向かって突出する複数の係合ピン１４０がさらに設けられ、複数の係合ピン１４０は周方向に配列される。チャック部４は、複数の爪部４１を備える。複数の爪部４１は、中心軸Ｊ１に沿って見た場合に基板９の周囲に配置される。チャック部４の構造の詳細については後述する。

トッププレート１２３は、中心軸Ｊ１に垂直な略円板状である。トッププレート１２３は、チャンバ蓋部１２２の下方、かつ、基板支持部１４１の上方に配置される。トッププレート１２３は中央に開口を有する。基板９が基板支持部１４１に支持されると、基板９の上面９１は、中心軸Ｊ１に垂直なトッププレート１２３の下面と対向する。すなわち、トッププレート１２３は、基板９の上面９１と対向する上面対向部である。トッププレート１２３の直径は、基板９の直径よりも大きく、トッププレート１２３の外周縁は、基板９の外周縁よりも全周に亘って径方向外側に位置する。トッププレート１２３の外縁部の下面には、複数の係合部２４１が周方向に配列される。各係合部２４１の下部には上方に向かって窪む凹部が設けられ、後述するように、係合ピン１４０が当該凹部に挿入される。実際には、係合ピン１４０および係合部２４１は、複数の爪部４１とは周方向において異なる位置に配置される。係合ピン１４０および係合部２４１の組合せの個数は、好ましくは３以上である。

図１に示す状態において、トッププレート１２３は、チャンバ蓋部１２２により吊り下げられるように支持される。詳細には、チャンバ蓋部１２２は、中央部に略環状のプレート支持部２２２を有する。プレート支持部２２２は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状の筒部２２３と、中心軸Ｊ１を中心とする略円環状のフランジ部２２４とを備える。フランジ部２２４は、筒部２２３の下端から径方向内方へと広がる。

トッププレート１２３は、環状の被支持部２３７を備える。被支持部２３７は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状の筒部２３８と、中心軸Ｊ１を中心とする略円環状のフランジ部２３９とを備える。筒部２３８は、トッププレート１２３の上面から上方に広がる。フランジ部２３９は、筒部２３８の上端から径方向外方へと広がる。筒部２３８は、プレート支持部２２２の筒部２２３の径方向内側に位置する。フランジ部２３９は、プレート支持部２２２のフランジ部２２４の上方に位置し、フランジ部２２４と上下方向に対向する。被支持部２３７のフランジ部２３９の下面が、プレート支持部２２２のフランジ部２２４の上面に接することにより、トッププレート１２３が、チャンバ蓋部１２２から吊り下がるようにチャンバ蓋部１２２に取り付けられる。

基板処理装置１では、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１から上方に離間した状態において、チャンバ蓋部１２２のプレート支持部２２２がトッププレート１２３を支持することにより、トッププレート１２３が基板支持部１４１に対して上方に離間する位置（以下、「離間位置」という。）に配置される。実際には、チャンバ蓋部１２２はチャンバ開閉機構１３１により支持されており、実質的には、チャンバ開閉機構１３１およびチャンバ蓋部１２２が、上面対向部であるトッププレート１２３を支持する対向部支持機構である。

基板回転機構１５は、いわゆる中空モータである。基板回転機構１５は、中心軸Ｊ１を中心とする環状のステータ部１５１と、環状のロータ部１５２とを備える。ロータ部１５２は、略円環状の永久磁石を含む。永久磁石の表面は、ＰＴＦＥ樹脂にてモールドされる。ロータ部１５２は、チャンバ１２内において下部環状空間２１７内に配置される。ロータ部１５２の上部には、上下方向に伸びる棒状の複数の接続部材５２が設けられ、複数の接続部材５２によりロータ部１５２が基板支持部１４１の支持部ベース１４２と接続される。複数の接続部材５２は、好ましくは周方向に等角度間隔にて配列される。支持部ベース１４２は、ロータ部１５２の上方に配置される。

ステータ部１５１は、チャンバ１２外においてロータ部１５２の周囲、すなわち、中心軸Ｊ１を中心とする径方向の外側に配置される。本実施の形態では、ステータ部１５１は、チャンバ底部２１０の外側壁部２１５およびベース部２１６に固定され、液受け部１６の下方に位置する。ステータ部１５１は、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に配列された複数のコイルを含む。

ステータ部１５１に電流が供給されることにより、ステータ部１５１とロータ部１５２との間に、中心軸Ｊ１を中心とする回転力が発生する。これにより、ロータ部１５２が、中心軸Ｊ１を中心として水平状態で回転する。ステータ部１５１とロータ部１５２との間に働く磁力により、ロータ部１５２は、チャンバ１２内において直接的にも間接的にもチャンバ１２に接触することなく浮遊し、中心軸Ｊ１を中心として基板９を基板支持部１４１と共に浮遊状態にて回転する。このように、ロータ部１５２を含む回転体は、回転しない他の部材と非接触状態にて回転する。

ロータ部１５２と基板支持部１４１との間には、中心軸Ｊ１を中心とする環状の錘部５１が設けられる。錘部５１には上下方向に貫通する複数の貫通孔５１１（図３参照）が設けられる。複数の貫通孔５１１には、上述の複数の接続部材５２がそれぞれ挿入される。錘部５１の各貫通孔５１１の内周面が接続部材５２の外周面と摺動しつつ、錘部５１は接続部材５２に沿って上下方向に移動可能である。複数の接続部材５２は、基板支持部１４１と、基板支持部１４１の下方に配置されたロータ部１５２との間において、錘部５１の上下方向の移動を案内するガイド部である。

液受け部１６は、カップ部１６１と、カップ部移動機構１６２と、カップ対向部１６３とを備える。カップ部１６１は中心軸Ｊ１を中心とする環状であり、チャンバ１２の径方向外側に全周に亘って位置する。カップ部移動機構１６２はカップ部１６１を上下方向に移動する。カップ部移動機構１６２は、カップ部１６１の径方向外側に配置される。カップ部移動機構１６２は、上述のチャンバ開閉機構１３１と周方向に異なる位置に配置される。カップ対向部１６３は、カップ部１６１の下方に位置し、カップ部１６１と上下方向に対向する。カップ対向部１６３は、チャンバ側壁部２１４を形成する部材の一部である。カップ対向部１６３は、チャンバ側壁部２１４の径方向外側に位置する環状の液受け凹部１６５を有する。

カップ部１６１は、側壁部６１１と、上面部６１２と、ベローズ６１７とを備える。側壁部６１１は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状である。上面部６１２は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環板状であり、側壁部６１１の上端部から径方向内方および径方向外方へと広がる。側壁部６１１の下部は、カップ対向部１６３の液受け凹部１６５内に位置する。

ベローズ６１７は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状であり、上下方向に伸縮可能である。ベローズ６１７は、側壁部６１１の径方向外側において、側壁部６１１の周囲に全周に亘って設けられる。ベローズ６１７は、気体や液体を通過させない材料にて形成される。ベローズ６１７の上端部は、上面部６１２の外縁部の下面に全周に亘って接続される。換言すれば、ベローズ６１７の上端部は、上面部６１２を介して側壁部６１１に間接的に接続される。ベローズ６１７と上面部６１２との接続部はシールされており、気体や液体の通過が防止される。ベローズ６１７の下端部は、カップ対向部１６３を介してチャンバ本体１２１に間接的に接続される。ベローズ６１７の下端部とカップ対向部１６３との接続部でも、気体や液体の通過が防止される。

チャンバ蓋部１２２の中央には、中心軸Ｊ１を中心とする略円柱状の上部ノズル１８１が取り付けられる。上部ノズル１８１は、基板９の上面９１の中央部に対向してチャンバ蓋部１２２に固定される。上部ノズル１８１は、トッププレート１２３の中央の開口に挿入可能である。チャンバ底部２１０の下面対向部２１１の中央には、下部ノズル１８２が取り付けられる。下部ノズル１８２は、基板９の下面９２の中央部と対向する。下面対向部２１１には、複数の加熱ガス供給ノズル１８０がさらに取り付けられる。複数の加熱ガス供給ノズル１８０は、例えば、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に等角度間隔にて配置される。

図２は、基板処理装置１が備える気液供給部１８および気液排出部１９を示すブロック図である。気液供給部１８は、上述の加熱ガス供給ノズル１８０、上部ノズル１８１および下部ノズル１８２に加えて、薬液供給部１８３と、純水供給部１８４と、ＩＰＡ供給部１８５と、不活性ガス供給部１８６と、加熱ガス供給部１８７とを備える。薬液供給部１８３、純水供給部１８４およびＩＰＡ供給部１８５は、それぞれ弁を介して上部ノズル１８１に接続される。下部ノズル１８２は、弁を介して純水供給部１８４に接続される。上部ノズル１８１は、弁を介して不活性ガス供給部１８６にも接続される。上部ノズル１８１は中央に液吐出口を有し、その周囲にガス噴出口を有する。したがって、正確には、上部ノズル１８１の一部はチャンバ１２の内部にガスを供給する広義のガス供給部の一部である。下部ノズル１８２は中央に液吐出口を有する。複数の加熱ガス供給ノズル１８０は、弁を介して加熱ガス供給部１８７に接続される。

液受け部１６の液受け凹部１６５に接続される第１排出路１９１は、気液分離部１９３に接続される。気液分離部１９３は、外側排気部１９４、薬液回収部１９５および排液部１９６にそれぞれ弁を介して接続される。チャンバ１２のチャンバ底部２１０に接続される第２排出路１９２は、気液分離部１９７に接続される。気液分離部１９７は、内側排気部１９８および排液部１９９にそれぞれ弁を介して接続される。気液供給部１８および気液排出部１９の各構成は、制御部１０により制御される。チャンバ開閉機構１３１、基板回転機構１５およびカップ部移動機構１６２（図１参照）も制御部１０により制御される。

本実施の形態では、薬液供給部１８３から上部ノズル１８１を介して基板９上に供給される薬液は、フッ酸や水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液等のエッチング液である。純水供給部１８４は、上部ノズル１８１または下部ノズル１８２を介して基板９に純水（ＤＩＷ：Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ）を供給する。ＩＰＡ供給部１８５は、上部ノズル１８１を介して基板９上にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を供給する。基板処理装置１では、上記以外の処理液を供給する処理液供給部が設けられてもよい。

また、不活性ガス供給部１８６は、上部ノズル１８１を介してチャンバ１２内に不活性ガスを供給する。加熱ガス供給部１８７は、複数の加熱ガス供給ノズル１８０を介して基板９の下面９２に加熱したガス（例えば、１２０〜１３０℃に加熱した高温の不活性ガス）を供給する。本実施の形態では、不活性ガス供給部１８６および加熱ガス供給部１８７にて利用されるガスは窒素（Ｎ_２）ガスであるが、窒素ガス以外であってもよい。

図３は、チャック部４および錘支持機構５３の構成を示す図であり、図１において支持部ベース１４２を示す左側の断面の近傍を拡大して示している。既述のように、チャック部４は基板支持部１４１に設けられ、チャック部４の一部は、中心軸Ｊ１を中心とする円環状の支持部ベース１４２の内部に設けられる。図３では、チャンバ本体１２１、錘部５１、支持部ベース１４２、並びに、後述の連結部支持部４９２およびベローズ４９３については、中心軸Ｊ１を含む面による断面を示している（図５、図９および図１３において同様）。チャック部４は、既述の複数の爪部４１と、伝達機構４２とを備える。既述のように、複数の爪部４１は、複数の支持ピン１４４により支持された基板９の周囲にて周方向に配列される。複数の爪部４１の個数は少なくとも３個であり、当該少なくとも３個の爪部４１のうち周方向に隣接する２つの爪部４１の各組合せでは、当該２つの爪部４１と中心軸Ｊ１とを結ぶ線がなす角度は１８０度未満である。当該少なくとも３個の爪部４１は、周方向に等角度間隔にて設けられることが好ましい。本実施の形態では、４個の爪部４１が周方向に等角度間隔にて設けられる。

伝達機構４２は、各爪部４１に対して設けられる連結部４９および複数のバー４４，４５を備える。連結部４９は、上下方向に伸びる棒部材であり、支持部ベース１４２の下面に設けられる円筒状の連結部支持部４９２により上下方向に移動可能に支持される。連結部４９の下端部は、錘部５１に接続される。連結部支持部４９２の下端面には略筒状のベローズ４９３が設けられる。ベローズ４９３は、気体や液体を通過させない材料にて形成される。ベローズ４９３と連結部４９との接続部、ベローズ４９３と連結部支持部４９２との接続部、並びに、連結部支持部４９２と支持部ベース１４２との接続部はシールされており、気体や液体の通過が防止される。

連結部４９の上端部は、支持部ベース１４２に形成された内部空間１４３に配置される。当該内部空間１４３にはバー４４が配置され、バー４４の一方の端部が連結部４９の上端部にピン４２１を介して接続される。バー４４には、バー４４の長手方向に伸びる長孔４４１が形成され、ピン４２１は、長孔４４１に挿入される。バー４４は、内部空間１４３に設けられたバー支持部４４０により、図３の紙面に垂直な回転軸を中心として回転可能に支持される。

バー４４の他方の端部は、上下方向におよそ沿うもう１つのバー４５の下端部にピン４２２を介して接続される。バー４５には、バー４５の長手方向に伸びる長孔４５１が形成され、ピン４２２は、長孔４５１に挿入される。支持部ベース１４２の上面には、内部空間１４３と連絡する連絡孔１４５が設けられ、バー４５は連絡孔１４５に挿入される。バー４５は、連絡孔１４５の周囲に固定されたバー支持部４５０により、図３の紙面に垂直な回転軸を中心として回転可能に支持される。バー４５において、バー支持部４５０よりも上側の部分は支持部ベース１４２の内部空間１４３の外側に配置され、その周囲が略筒状のベローズ４２３により覆われる。バー４５の上端部には爪部４１が取り付けられる。ベローズ４２３は、気体や液体を通過させない材料にて形成される。ベローズ４２３と爪部４１との接続部、ベローズ４２３とバー支持部４５０との接続部、並びに、バー支持部４５０と支持部ベース１４２との接続部はシールされており、気体や液体の通過が防止される。

図３に示すように、チャンバ側壁部２１４には、下部環状空間２１７に向かって開口する凹部２１８が設けられており、凹部２１８には錘支持機構５３が設けられる。錘支持機構５３は、エアシリンダ５３１を備え、エアシリンダ５３１のピストンロッド５３２の先端には支持部材５３３が取り付けられる。支持部材５３３の先端面（中心軸Ｊ１側の面）５３４は、上方に向かうに従って中心軸Ｊ１から離れる傾斜面である。エアシリンダ５３１の本体と支持部材５３３との間にはピストンロッド５３２を囲むようにベローズ５３５が設けられる。ベローズ５３５は、気体や液体を通過させない材料にて形成され、エアシリンダ５３１の内部への気体や液体の浸入が防止される。エアシリンダ５３１がピストンロッド５３２を押し出した状態では、錘部５１の外縁部が支持部材５３３により下側から支持されて、錘部５１が図３に示す位置（以下、「支持位置」という。）に配置される。支持位置に位置する錘部５１により、連結部４９は上方に押し上げられている。したがって、バー４４のバー４５側の端部が、連結部４９側の端部よりも下側に位置し、バー４５が上下方向に沿っておよそ直立する。これにより、爪部４１が基板９のエッジから外側に（中心軸Ｊ１とは反対側に）離間した位置に配置される。伝達機構４２が含む上記構成は、複数の爪部４１のそれぞれに対して設けられる。錘支持機構５３は、モータ等を有するものであってもよい。

図４は、基板処理装置１における基板９の処理の流れを示す図である。基板処理装置１では、図１に示すように、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１から離間して上方に位置し、カップ部１６１がチャンバ蓋部１２２から離間して下方に位置する状態にて、基板９が外部の搬送機構によりチャンバ１２内に搬入され、基板支持部１４１により下側から支持される（ステップＳ１０）。以下、図１に示すチャンバ１２およびカップ部１６１の状態を「オープン状態」と呼ぶ。チャンバ蓋部１２２とチャンバ側壁部２１４との間の開口は、中心軸Ｊ１を中心とする環状であり、以下、「環状開口８１」という。基板処理装置１では、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１から離間することにより、基板９の周囲（すなわち、径方向外側）に環状開口８１が形成される。ステップＳ１０では、基板９は環状開口８１を介して搬入される。

基板９が搬入されると、図３に示す錘支持機構５３のエアシリンダ５３１が、ピストンロッド５３２をゆっくりと引き込むことにより、図５に示すように、支持部材５３３がチャンバ側壁部２１４の凹部２１８内に移動する。これにより、支持部材５３３の先端面５３４が錘部５１の外縁部から離間し、錘支持機構５３による錘部５１の支持が解除される。連結部４９および錘部５１は、図５中に二点鎖線にて示す支持位置から下降する。バー４４のバー４５側の端部は、連結部４９側の端部よりも上側に移動し、バー４５の上端部が基板９に近づくようにバー４５が傾斜する。これにより、爪部４１が支持ピン１４４上の基板９のエッジ（側面）に当接し、当該エッジが爪部４１により中心軸Ｊ１に向けて押される。実際には、複数の連結部４９に作用する力が複数の爪部４１にそれぞれ伝達され、周方向に配列された複数の爪部４１により基板９のエッジの異なる部位がほぼ同じ力にて中心軸Ｊ１に向けて押される。その結果、基板９の中心を中心軸Ｊ１上に配置しつつ、チャック部４により基板９が強固に保持される（ステップＳ１１）。このとき、複数の爪部４１が基板９のエッジと当接することにより、錘部５１の下方への移動が制限され、錘部５１は、図５中に実線にて示す位置（以下、「支持解除位置」という。）に配置される。

続いて、チャンバ開閉機構１３１によりチャンバ蓋部１２２が図１に示す位置から図６に示す位置（チャンバ本体１２１に近接する位置）まで下降する。また、カップ部１６１が、図１に示す位置から図６に示す位置まで上昇し、環状開口８１の径方向外側に全周に亘って位置する。以下の説明では、図６に示すチャンバ１２およびカップ部１６１の状態を「第１密閉状態」という。また、図６に示すカップ部１６１の位置を「液受け位置」といい、図１に示すカップ部１６１の位置を「退避位置」という。カップ部移動機構１６２は、カップ部１６１を、環状開口８１の径方向外側の液受け位置と、液受け位置よりも下方の退避位置との間で上下方向に移動する。

液受け位置に位置するカップ部１６１では、側壁部６１１が、環状開口８１と径方向に対向する。また、上面部６１２の内縁部の上面が、チャンバ蓋部１２２の外縁部下端のリップシール２３２に全周に亘って接する。チャンバ蓋部１２２とカップ部１６１の上面部６１２との間には、気体や液体の通過を防止するシール部が形成される。これにより、チャンバ本体１２１、チャンバ蓋部１２２、カップ部１６１およびカップ対向部１６３により囲まれる密閉された空間（以下、「拡大密閉空間１００」という。）が形成される。拡大密閉空間１００は、チャンバ蓋部１２２とチャンバ本体１２１との間のチャンバ空間１２０と、カップ部１６１とカップ対向部１６３とに囲まれる側方空間１６０とが、環状開口８１を介して連通することにより形成された１つの空間である。

また、第１密閉状態では、トッププレート１２３の各係合部２４１の下部の凹部に、支持部ベース１４２から上方に突出する係合ピン１４０の上端部が嵌る。これにより、トッププレート１２３が、基板支持部１４１の支持部ベース１４２と連結される。言い換えると、トッププレート１２３の基板支持部１４１に対する回転方向（周方向）における相対位置が固定される。以下の説明では、トッププレート１２３が基板支持部１４１と連結する位置を「連結位置」という。チャンバ蓋部１２２が下降する際には、係合部２４１と係合ピン１４０とが嵌り合うように、基板回転機構１５により支持部ベース１４２の回転位置が制御される。実際には、各係合ピン１４０の上端面、および、当該上端面に対向する係合部２４１の凹部内の面には、磁石が設けられ、これらの磁石の間に働く磁力（引力）により、係合部２４１と係合ピン１４０とが強固に結合される。

このとき、被支持部２３７のフランジ部２３９が、プレート支持部２２２のフランジ部２２４の上方に離間しており、プレート支持部２２２と被支持部２３７とは接触しない。換言すると、プレート支持部２２２によるトッププレート１２３の支持、すなわち、チャンバ開閉機構１３１による間接的なトッププレート１２３の支持が解除されている。このため、トッププレート１２３は、チャンバ蓋部１２２から独立して、基板保持部１４および基板保持部１４に保持された基板９と共に、基板回転機構１５により回転可能である。

続いて、基板回転機構１５により一定の回転数（比較的低い回転数であり、以下、「定常回転数」という。）での基板９の回転が開始される。また、不活性ガス供給部１８６（図２参照）から拡大密閉空間１００への不活性ガス（ここでは、窒素ガス）の供給が開始されるとともに、外側排気部１９４による拡大密閉空間１００内のガスの排出が開始される。これにより、所定時間経過後に、拡大密閉空間１００が、不活性ガスが充填された不活性ガス充填状態（すなわち、酸素濃度が低い低酸素雰囲気）となる。なお、拡大密閉空間１００への不活性ガスの供給、および、拡大密閉空間１００内のガスの排出は、図１に示すオープン状態から行われていてもよい。

次に、回転する基板９の下面９２に向けて、複数の加熱ガス供給ノズル１８０から、加熱したガスが噴出される。これにより、基板９が加熱される。そして、上部ノズル１８１から、基板９の上面９１の中央部に向けて薬液の供給が開始される（ステップＳ１２）。上部ノズル１８１からの薬液は、回転する基板９の上面９１に連続的に供給される。上面９１上の薬液は、基板９の回転により基板９の外周部へと拡がり、上面９１全体が薬液により被覆される。

上部ノズル１８１からの薬液の供給中は、加熱ガス供給ノズル１８０からの加熱ガスの噴出も継続される。これにより、基板９をおよそ所望の温度にて均一に加熱しつつ、薬液による上面９１に対するエッチングが行われる。その結果、基板９に対する薬液処理の均一性を向上することができる。上部ノズル１８１から薬液を供給する際には、連結位置に位置するトッププレート１２３の下面が、基板９の上方において基板９を覆うように基板９の上面９１に沿って広がり、基板９の上面９１に近接している。このように、基板９に対する薬液による処理は、トッププレート１２３の下面と基板９の上面９１との間の極めて狭い空間において行われる。これにより、基板９に対する薬液処理の均一性をさらに向上することができる。

拡大密閉空間１００では、回転する基板９の上面９１から飛散する薬液が、環状開口８１を介してカップ部１６１にて受けられ、液受け凹部１６５へと導かれる。液受け凹部１６５へと導かれた薬液は、図２に示す第１排出路１９１を介して気液分離部１９３に流入する。薬液回収部１９５では、気液分離部１９３から薬液が回収され、フィルタ等を介して薬液から不純物等が除去された後、再利用される。

上部ノズル１８１からの薬液の供給開始から所定時間（例えば、６０〜１２０秒）経過すると、上部ノズル１８１からの薬液の供給、および、加熱ガス供給ノズル１８０からの加熱ガスの供給が停止される。そして、基板回転機構１５により、所定時間（例えば、１〜３秒）だけ基板９の回転数が定常回転数よりも高くされ、基板９から薬液が除去される。

続いて、チャンバ蓋部１２２およびカップ部１６１が同期して下方へと移動する。そして、図７に示すように、チャンバ蓋部１２２の外縁部下端のリップシール２３１が、チャンバ側壁部２１４の上部と接することにより、環状開口８１が閉じられ、チャンバ空間１２０が、側方空間１６０と隔絶された状態で密閉される。カップ部１６１は、図１と同様に、退避位置に位置する。以下、図７に示すチャンバ１２およびカップ部１６１の状態を「第２密閉状態」という。第２密閉状態では、基板９は、チャンバ１２の内壁と直接対向し、これらの間に他の液受け部は存在しない。

第２密閉状態でも、第１密閉状態と同様に、チャック部４の複数の爪部４１が基板９のエッジを中心軸Ｊ１に向けて押すことにより、基板９が強固に保持されている。また、プレート支持部２２２によるトッププレート１２３の保持が解除されており、トッププレート１２３は、チャンバ蓋部１２２から独立して、基板保持部１４および基板９と共に回転する。

チャンバ空間１２０が密閉されると、外側排気部１９４（図２参照）によるガスの排出が停止されるとともに、内側排気部１９８によるチャンバ空間１２０内のガスの排出が開始される。そして、基板９への純水の供給が、純水供給部１８４により開始される（ステップＳ１３）。

純水供給部１８４からの純水は、上部ノズル１８１から基板９の上面９１の中央部に連続的に供給される。また、純水供給部１８４からの純水は、下部ノズル１８２から基板９の下面９２の中央部にも連続的に供給される。上部ノズル１８１および下部ノズル１８２から吐出される純水は、洗浄液として基板９に供給される。

純水は、基板９の回転により上面９１および下面９２の外周部へと拡がり、基板９の外周縁から外側へと飛散する。基板９から飛散する純水は、チャンバ１２の内壁（すなわち、チャンバ蓋部１２２およびチャンバ側壁部２１４の内壁）にて受けられ、図２に示す第２排出路１９２、気液分離部１９７および排液部１９９を介して廃棄される（後述する基板９の乾燥処理においても同様）。これにより、チャンバ空間１２０において、純水による基板９に対する洗浄処理と共に、チャンバ１２内の洗浄も実質的に行われる。実際には、基板９から飛散する純水の一部がチャンバ１２の内壁にて中心軸Ｊ１側へと跳ね返るが、基板９の上面９１はトッププレート１２３にて覆われることにより、チャンバ１２の内壁からの純水が基板９の上面９１に付着することが防止される。

純水の供給開始から所定時間経過すると、純水供給部１８４からの純水の供給が停止される。そして、複数の加熱ガス供給ノズル１８０から、基板９の下面９２に向けて、加熱したガスが噴出される。これにより、基板９が加熱される。また、加熱ガス供給ノズル１８０からの加熱ガスの噴出が継続された状態で、基板９の回転数が定常回転数よりも十分に高くされる。これにより、純水が基板９上から除去され、基板９の乾燥処理が行われる（ステップＳ１４）。基板９の乾燥開始から所定時間経過すると、基板９の回転が停止する。なお、基板９の乾燥処理の前に、上部ノズル１８１から基板９の上面９１上にＩＰＡが供給され、上面９１上において純水がＩＰＡに置換されてよい。また、基板９の乾燥処理は、内側排気部１９８によりチャンバ空間１２０が減圧され、大気圧よりも低い減圧雰囲気にて行われてもよい。

その後、チャンバ蓋部１２２が上昇することにより、図１に示すように、チャンバ１２がオープン状態となり、トッププレート１２３が基板支持部１４１に対して離間位置に配置される。ステップＳ１４では、トッププレート１２３が基板支持部１４１と共に回転するため、トッププレート１２３の下面に液体はほとんど残存せず、チャンバ蓋部１２２の上昇時にトッププレート１２３から液体が基板９上に落下することはない。

また、図５に示す錘支持機構５３のエアシリンダ５３１が、ピストンロッド５３２をゆっくりと押し出すことにより、支持部材５３３の先端面５３４が錘部５１の外縁部と当接し、さらに先端面５３４に沿って錘部５１を上方に押し上げる。これにより、錘部５１および連結部４９が図３に示す位置に配置され、バー４５が上下方向に沿っておよそ直立し、爪部４１が基板９のエッジから外側に（中心軸Ｊ１とは反対側に）離間する。すなわち、チャック部４による基板９の保持が解除される（ステップＳ１５）。その後、基板９は外部の搬送機構によりチャンバ１２から搬出され（ステップＳ１６）、基板処理装置１による基板９に対する処理が完了する。実際には、上記ステップＳ１０〜Ｓ１６の処理は、他の基板９に対して繰り返される。

図８は、比較例の基板処理装置における基板保持部近傍を示す断面図である。比較例の基板処理装置では、基板保持部９５が、基板９の外縁部を下側から支持する略円環状の基板支持部９６と、基板支持部９６に支持された基板９の外縁部を上側から押さえる基板押さえ部９７とを備える。基板支持部９６は、略円環板状の支持部ベース９６０と、支持部ベース９６０の上面に固定される複数の第１接触部９６１とを備え、複数の第１接触部９６１は周方向に配列される。基板押さえ部９７は、トッププレート１２３の下面に固定される複数の第２接触部９７１を備え、複数の第２接触部９７１は周方向に配列される。トッププレート１２３の外縁部の下面には、複数の係合部９５１が周方向に配列され、支持部ベース９６０の上面には、複数の係合ピン９５２が周方向に配列される。トッププレート１２３が連結位置に配置されると、係合部９５１と係合ピン９５２とが嵌り合い、トッププレート１２３と基板支持部９６とが連結される。比較例の基板処理装置では、基板押さえ部９７が、トッププレート１２３の自重により基板９を基板支持部９６へと押圧することにより、基板９が基板押さえ部９７と基板支持部９６とで上下から挟まれる。

ところで、基板処理装置では、基板９の反りや製造誤差等により、搬入される基板９の直径が僅かに変動する。このような変動に対応するため、比較例の基板処理装置では、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International）規格における最大の直径の基板９に合わせて、支持部ベース９６０における複数の第１接触部９６１の位置および形状、並びに、トッププレート１２３における複数の第２接触部９７１の位置および形状が決定される。したがって、比較例の基板処理装置では、上記規格における最大の直径よりも小さい直径の基板９が搬入されると、当該基板９に対する処理液の供給時や、基板９の回転の加減速時等に、基板支持部９６上の基板９の位置が変動する（すなわち、基板９が僅かに動く）ことがある。この場合、基板９と接触部９６１，９７１とが擦れて汚染物が発生したり、接触部９６１，９７１の摩耗が生じる。また、基板９の位置が大きく変動すると、基板９が破損する虞もある。なお、比較例の基板処理装置では、第１接触部９６１の端面が調芯用の傾斜面であるが、このような傾斜面を設けても、必ずしも基板９が精度よく調芯される訳ではない。

これに対し、基板処理装置１では、錘支持機構５３により支持位置にて支持される錘部５１、並びに、複数の爪部４１および伝達機構４２を有するチャック部４が設けられる。錘支持機構５３による錘部５１の支持が解除されると、錘部５１が自重により支持位置よりも下方の支持解除位置へと下降し、錘部５１に接続された伝達機構４２の各連結部４９が下方に引っ張られる。伝達機構４２は、各連結部４９に作用する力、すなわち、錘部５１の重量による力を対応する爪部４１に伝達することにより、複数の爪部４１に基板９のエッジを中心軸Ｊ１に向けて押させる。これにより、搬入される基板９の直径が変動する場合であっても、支持解除位置に配置される錘部５１の重量を利用して、複数の爪部４１により基板９を外側から保持することが実現される。その結果、基板９に対する処理液の供給時や、基板９の回転の加減速時等に、基板支持部１４１上の基板９の位置が変動することを抑制することができ、基板９の破損も防止することができる。また、複数の爪部４１により、基板９の中心が中心軸Ｊ１上に配置される、すなわち、基板９が回転中心に対して位置合わせされることにより、基板９、基板支持部１４１およびトッププレート１２３を含む回転体の重心を中心軸Ｊ１近傍に配置する（バランスを取る）ことができ、回転体を安定して回転することができる。

また、基板９の保持を解除する（基板９を開放する）際には、錘部５１をガイド部である接続部材５２に沿って持ち上げるのみであり、回転体の他の構成に対して過度な力が及ぶことがない。したがって、回転体の位置をずらすことなく、基板９の保持および開放を行うことができる。さらに、チャック部４において、ばね等の金属の部材を用いないため、基板保持部１４の耐薬品性を容易に向上することができ、様々な薬液雰囲気下にて使用可能な基板保持部１４を実現することができる。

基板処理装置１では、基板回転機構１５が、中心軸Ｊ１を中心とする環状のロータ部１５２と、ロータ部１５２と隙間を空けて径方向に対向する環状のステータ部１５１とを備える。そして、基板支持部１４１がロータ部１５２に接続され、基板支持部１４１およびロータ部１５２が、チャンバ１２内においてチャンバ１２に接触することなく回転する。このように、基板支持部１４１に設けられるチャック部４に対して電気や圧縮空気等の動力源による駆動力を伝達することができない場合であっても、上記構造を有する基板処理装置１では、基板９を回転中心に対して位置合わせしつつ保持することが可能となる。

また、錘支持機構５３による支持が解除された際の錘部５１の位置（支持解除位置）が、錘支持機構５３により支持された際の錘部５１の位置（支持位置）よりも、ロータ部１５２に近接する。これにより、錘部５１がロータ部１５２と共に回転する際における振動の発生を抑制することができる。なお、錘部５１の支持解除位置は、錘部５１を基板９および基板支持部１４１と共に回転するための位置と捉えることができる。

図９は、チャック部の他の例を示す図である。図９のチャック部４ａの伝達機構４２ａは、各爪部４１ａに対して設けられる連結部４９および複数のシャフト４６，４７を備える。連結部４９および連結部支持部４９２の構造は図３と同様である。

図１０は、連結部４９および複数のシャフト４６，４７を示す斜視図である。図１０では、図示の便宜上、他の構成要素の図示を省略している。図９に示すように、支持部ベース１４２の内部空間１４３には、中心軸Ｊ１に垂直な方向（図９の横方向）に伸びるシャフト４６が配置される。シャフト４６は、一対のシャフト支持部４６０により、その中心軸Ｊ２を中心として回転可能に支持される。図１０に示すように、シャフト４６の一方の端部には、シャフト４６の中心軸Ｊ２に垂直な方向に伸びるバー４６１の一方の端部が固定され、バー４６１の他方の端部は連結部４９の上端部にピン４２４を介して接続される。バー４６１には、バー４６１の長手方向に伸びる長孔４６２が形成され、ピン４２４は、長孔４６２に挿入される。

図９に示すように、支持部ベース１４２の内部空間１４３には、上下方向に伸びるもう１つのシャフト４７の下部が配置される。シャフト４７は、シャフト支持部４７０により、その中心軸Ｊ３を中心として回転可能に支持される。図１０に示すように、シャフト４６の他方の端部には、シャフト４６の中心軸Ｊ２に垂直な方向に伸びるバー４６３の一方の端部が固定され、バー４６３の他方の端部はシャフト４７の上部にピン４２５を介して接続される。バー４６３には、バー４６３の長手方向に伸びる長孔４６４が形成され、ピン４２５は、長孔４６４に挿入される。

図１１は、１つの爪部４１ａを示す平面図であり、上下方向に沿って見た爪部４１ａを示している。図９および図１１に示すように、爪部４１ａは、上下方向に沿って見た形状が楕円形の爪部本体４１１を有する。爪部本体４１１の上面４１２は、当該楕円形の長軸の一端から他端に向かって高さが漸次減少する傾斜面である。爪部本体４１１の上面４１２において、高さが最も大きい位置近傍には、上方に向かって突出する突出部４１３が設けられる。突出部４１３は、上部の直径が下部の直径よりも大きい逆円錐台状である。爪部本体４１１は、有蓋円筒状の爪部支持台４１０の上面に固定される。

シャフト４７において、下部を除く部位は支持部ベース１４２の内部空間１４３の外側に配置され、シャフト４７の上端部は爪部支持台４１０の蓋部の下面に固定される。内部空間１４３の外側に配置されるシャフト４７の部位の周囲は、爪部支持台４１０の側壁部により囲まれる。爪部支持台４１０の側壁部と支持部ベース１４２との接続部は、両者が摺動可能な状態でシールされる。

図９中に二点鎖線にて示すように、錘支持機構５３により錘部５１が支持位置に位置する状態では、基板９のエッジが、爪部本体４１１の上面４１２において突出部４１３から僅かに離れた位置に配置される。図９中に実線にて示すように、支持解除位置に配置された錘部５１の重量により連結部４９が下方に引っ張られると、図１０に示すシャフト４６が中心軸Ｊ２を中心として回動し、シャフト４７が中心軸Ｊ３を中心として回動する。これにより、爪部本体４１１が図１１中に二点鎖線にて示す回転位置から実線にて示す回転位置へと中心軸Ｊ３を中心として回動し、図９中に実線にて示すように、基板９が上方に僅かに移動しつつ突出部４１３の側面が基板９のエッジに当接する。言い換えると、突出部４１３の側面と爪部本体４１１の上面４１２とが形成する凹部に、基板９の外縁部が噛み込む。実際には、基板９の外縁に沿って配列される複数の爪部４１ａに対して複数の連結部４９に作用する力がそれぞれ伝達され、複数の爪部４１ａにより基板９のエッジの異なる部位がほぼ同じ力にて中心軸Ｊ１に向けて押される。このようにして、図９に示すチャック部４ａでは、支持解除位置に配置される錘部５１の重量を利用して、基板９を回転中心に対して位置合わせしつつ保持することが実現される。

図１の基板処理装置１では、錘支持機構５３がチャンバ１２に設けられるが、錘支持機構は、チャンバ１２の外部に設けられてもよい。図１２は、錘支持機構の他の例を示す図である。図１２の錘支持機構５３ａは、支持アーム５３６を上下方向に平行な中心軸Ｊ４を中心として回動可能であるとともに、支持アーム５３６を上下方向に沿って昇降可能である。

錘支持機構５３ａにより錘部５１を支持する際には、チャンバ１２およびカップ部１６１がオープン状態とされる。錘支持機構５３ａは支持アーム５３６を上昇し、続いて、中心軸Ｊ４を中心として回動することにより、環状開口８１を介して支持アーム５３６がチャンバ１２内に配置される。その後、錘支持機構５３ａが支持アーム５３６を下降し、続いて、回動することにより、支持アーム５３６の先端に設けられた支持部材５３７が錘部５１の外縁部の下方に配置される。そして、錘支持機構５３ａが支持アーム５３６を僅かに上昇することにより、錘部５１が支持部材５３７により下側から支持され、支持位置に配置される。これにより、複数の爪部４１による基板９の保持が解除される。複数の爪部４１により基板９を保持する際には、支持アーム５３６を僅かに下降することにより、錘部５１の支持が解除され、錘部５１が支持解除位置に配置される。錘支持機構５３ａは、支持アーム５３６の回動、上昇、回動を順に行うことにより、支持アーム５３６がチャンバ１２から取り出される。なお、錘支持機構５３ａが、支持アーム５３６を水平方向に移動、および、上下方向に昇降するものであってもよい。

また、図１３に示すように、錘支持機構５３が連結部４９を介して錘部５１を間接的に支持してもよい。図１３の例では、連結部４９が支持部ベース１４２の上面よりも上方に突出するとともに、連結部４９の上端部に中心軸Ｊ１とは反対側に伸びる被支持部４９８が設けられる。そして、錘支持機構５３の支持部材５３３により、被支持部４９８が下側から支持されることにより、錘部５１が支持位置に配置される。また、錘支持機構５３の支持部材５３３による被支持部４９８の支持が解除されることにより、錘部５１が支持解除位置に配置される。もちろん、図１３に示す連結部４９の被支持部４９８が、図１２の錘支持機構５３ａにより支持されてもよい。

図１４は、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置１の一部を示す図であり、チャック部４ｂの構成を示す。図１４の基板処理装置１では、図３の基板処理装置１と比較して、錘部５１および錘支持機構５３が省略されるとともに、チャック部４ｂの構造が図３のチャック部４と相違する。他の構成は図３と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。

図３のチャック部４と同様に、図１４のチャック部４ｂは基板支持部１４１に設けられ、チャック部４ｂの一部は、中心軸Ｊ１を中心とする円環状の支持部ベース１４２の内部に設けられる。図１４では、支持部ベース１４２、および、後述の当接部収容部４３１内の構成の一部については、中心軸Ｊ１を含む面による断面を示している（後述の図１５および図１６において同様）。チャック部４ｂは、複数の爪部４１と、伝達機構４２ｂとを備える。複数の爪部４１は、複数の支持ピン１４４により支持された基板９の周囲にて周方向に配列される。

伝達機構４２ｂでは、図３のチャック部４における連結部４９に代えて、当接部４３が各爪部４１に対して設けられる。当接部４３は、上下方向に伸びる棒部材であり、支持部ベース１４２の上面上に設けられた当接部収容部４３１内に一部が配置される。当接部収容部４３１内には、円環状の上側支持部４３２および下側支持部４３３が設けられており、上側および下側支持部４３２，４３３により当接部４３が上下方向に移動可能に支持される。当接部４３の下端部は、支持部ベース１４２に形成された内部空間１４３に配置される。当接部４３は、バー４４，４５を介して爪部４１に接続される。バー４４，４５の構造は、図３のチャック部４と同様である。

当接部４３には、当接部４３を中心とする円板部４３４が取り付けられる。円板部４３４は、当接部収容部４３１内において上側支持部４３２と下側支持部４３３との間に配置される。円板部４３４と下側支持部４３３との間には、当接部４３の周囲を囲むばね４３５が設けられる。ばね４３５により、円板部４３４および当接部４３が上方に付勢され、図１４のように円板部４３４が上側支持部４３２の下面と当接する。円板部４３４が上側支持部４３２と当接する状態では、バー４４のバー４５側の端部が、当接部４３側の端部よりも下側に位置し、バー４５が上下方向に沿っておよそ直立する。これにより、爪部４１が基板９のエッジから外側に（中心軸Ｊ１とは反対側に）離間した位置に配置される。当接部４３の一部（全部であってもよい。）には、ゴム等にて形成される弾性部材４３６が設けられ、当接部４３が長手方向に僅かに伸縮可能である。伝達機構４２ｂが含む上記構成は、複数の爪部４１のそれぞれに対して設けられる。

図１５に示すように、トッププレート１２３が、基板９および基板支持部１４１と共に回転するための連結位置に配置される際には、トッププレート１２３の各係合部２４１の下部の凹部２４２に、当接部収容部４３１から上方に突出する当接部４３の上端部が嵌る。これにより、トッププレート１２３が、基板支持部１４１の支持部ベース１４２と連結される。このように、当接部４３は、図６の係合ピン１４０の機能を兼ねる。実際には、各当接部４３の上端面、および、当該上端面に対向する係合部２４１の凹部２４２内の面には、磁石４３７，２４３が設けられ、これらの磁石４３７，２４３の間に働く磁力（引力）により、係合部２４１と当接部４３とが強固に結合される。

基板処理装置１では、係合部２４１の下面が当接部収容部４３１の上面と当接するまで、トッププレート１２３の自重により当接部４３が下方に押し込まれる。バー４４のバー４５側の端部は、当接部４３側の端部よりも上側に移動し、バー４５の上端部が基板９に近づくようにバー４５が傾斜する。これにより、爪部４１が支持ピン１４４上の基板９のエッジ（側面）に当接し、当該エッジが爪部４１により中心軸Ｊ１に向けて押される。実際には、複数の当接部４３に作用する力が複数の爪部４１にそれぞれ伝達され、周方向に配列された複数の爪部４１により基板９のエッジの異なる部位がほぼ同じ力にて中心軸Ｊ１に向けて押される。その結果、基板９の中心を中心軸Ｊ１上に配置しつつ、チャック部４ｂにより基板９が強固に保持される。また、基板支持部１４１にて支持される基板９の大きさ（直径）が変動する場合であっても、当接部４３の弾性部材４３６の縮み量が変化することにより、係合部２４１の下面が当接部収容部４３１の上面と当接する。したがって、トッププレート１２３の下面と基板９の上面９１との間の上下方向の距離が一定に保たれる。

また、錘部であるトッププレート１２３が基板支持部１４１から離間した離間位置に配置されると（図１参照）、係合部２４１が当接部４３から上下方向に離間し、ばね４３５の付勢により当接部４３が図１４に示す位置へと上昇する。これにより、バー４５が上下方向に沿っておよそ直立し、爪部４１が基板９のエッジから外側に（中心軸Ｊ１とは反対側に）離間する。すなわち、チャック部４ｂによる基板９の保持が解除される。なお、離間位置に位置するトッププレート１２３は、錘支持機構であるチャンバ開閉機構１３１およびチャンバ蓋部１２２により支持されるため、当該離間位置を錘部の支持位置と捉えることができる。また、連結位置に位置するトッププレート１２３は、チャンバ開閉機構１３１およびチャンバ蓋部１２２による支持が解除されているため（図６および図７参照）、当該連結位置を錘部の支持解除位置と捉えることができる。

以上のように、基板処理装置１では、トッププレート１２３が連結位置に位置する際に、トッププレート１２３の自重により伝達機構４２ｂの各当接部４３が上下方向に押し込まれる。伝達機構４２ｂは、各当接部４３に作用する力を対応する爪部４１に伝達することにより、複数の爪部４１に基板９のエッジを中心軸Ｊ１に向けて押させる。これにより、連結位置に配置されるトッププレート１２３の自重を利用して、複数の爪部４１により基板９を外側から保持することが実現される。また、複数の爪部４１により、基板９の中心が中心軸Ｊ１上に配置される、すなわち、基板９が回転中心に対して位置合わせされることにより、基板９、基板支持部１４１およびトッププレート１２３を含む回転体の重心を中心軸Ｊ１近傍に配置する（バランスを取る）ことができ、回転体を安定して回転することができる。

また、伝達機構４２ｂが弾性部材４３６を含み、基板支持部１４１に支持される基板９の大きさが変動する場合に、弾性部材４３６が弾性変形する。これにより、連結位置におけるトッププレート１２３と基板９との間の距離を一定に保つことができる。その結果、基板９の大きさが変動する場合であっても、基板９に対して一定の条件にて処理を施すことができる。なお、弾性部材４３６は、伝達機構４２ｂにおける当接部４３以外に設けられてよい。基板９の大きさによって、連結位置におけるトッププレート１２３と基板９との間の距離が僅かに変動することが許容される場合には、伝達機構において上記弾性部材が省略されてよい。

トッププレート１２３を錘部として利用する図１４の基板処理装置１では、図１の基板処理装置１のように、錘部５１および錘支持機構５３を別途設ける必要がないため、基板処理装置１の構造を簡素化することができる。一方、錘部５１および錘支持機構５３を有する図１の基板処理装置１では、トッププレート１２３を省略しつつ、基板９の上方にスキャンノズルや上面９１を洗浄するブラシ等を配置することが可能となる。

図１６は、チャック部の他の例を示す図である。図１６のチャック部４ｃの伝達機構４２ｃでは、図９のチャック部４ａにおける連結部４９に代えて、図１４および図１５と同様の当接部４３が設けられる。

トッププレート１２３が離間位置に位置し、図１６中に二点鎖線にて示すように、ばね４３５の付勢により円板部４３４が上側支持部４３２の下面と当接する状態では、基板９のエッジが、爪部本体４１１の上面４１２において突出部４１３から僅かに離れた位置に配置される。図１６中に実線にて示すように、連結位置に位置するトッププレート１２３の自重により当接部４３が下方に押し込まれると、シャフト４６が中心軸Ｊ２を中心として回動し、シャフト４７および爪部本体４１１が中心軸Ｊ３を中心として回動する。これにより、図１６中に実線にて示すように、基板９が上方に僅かに移動しつつ突出部４１３の側面が基板９のエッジに当接する。実際には、基板９の外縁に沿って配列される複数の爪部４１ａに対して複数の当接部４３に作用する力がそれぞれ伝達され、複数の爪部４１ａにより基板９のエッジの異なる部位がほぼ同じ力にて中心軸Ｊ１に向けて押される。このようにして、図１６に示すチャック部４ｃでは、連結位置に配置されるトッププレート１２３の重量を利用して、基板９を回転中心に対して位置合わせしつつ保持することが実現される。

図１７は、チャック部のさらに他の例を示す図である。図１７のチャック部４ｄは、錘部であるトッププレート１２３に設けられる。図１７では、トッププレート１２３、および、当接部収容部４３１内の構成の一部については、中心軸Ｊ１を含む面による断面を示している。チャック部４ｄは、複数の爪部４１と、伝達機構４２ｄとを備える。複数の爪部４１は、中心軸Ｊ１に沿って見た場合に基板９の周囲に配置される。伝達機構４２ｄは、図１４の伝達機構４２ｂを上下方向に反転したものに近似した構造を有する。

具体的に、伝達機構４２ｄは、各爪部４１に対して設けられる当接部４３および複数のバー４４，４５を備える。当接部４３は、上側支持部４３２および下側支持部４３３により上下方向に移動可能に支持される。トッププレート１２３の下面には略筒状の当接部収容部４３１が設けられ、下側支持部４３３は当接部収容部４３１内に設けられる。当接部４３の上端部は、トッププレート１２３に形成された内部空間１２４に配置される。当該内部空間１２４にはバー４４が配置され、バー４４の一方の端部が当接部４３の上端部にピン４２１を介して接続される。バー４４には、バー４４の長手方向に伸びる長孔４４１が形成され、ピン４２１は、長孔４４１に挿入される。バー４４は、バー支持部４４０により、図１７の紙面に垂直な回転軸を中心として回転可能に支持される。

バー４４の他方の端部は、もう１つのバー４５の上端部にピン４２２を介して接続される。バー４５には、バー４５の長手方向に伸びる長孔４５１が形成され、ピン４２２は、長孔４５１に挿入される。バー４５は、バー支持部４５０により、図１７の紙面に垂直な回転軸を中心として回転可能に支持される。バー４５において、バー支持部４５０よりも下側の部分はトッププレート１２３の内部空間１２４の外側に配置される。バー支持部４５０の下側近傍におけるバー４５の部位の周囲はダイアフラムシール４２７により覆われる。バー４５の下端部には爪部４１が取り付けられる。

当接部４３に取り付けられた円板部４３４は、上側支持部４３２と下側支持部４３３との間に配置される。円板部４３４と上側支持部４３２との間には、当接部４３の周囲を囲むばね４３５が設けられる。ばね４３５により、円板部４３４および当接部４３が下方に付勢される。トッププレート１２３が離間位置に位置し、図１７中に二点鎖線にて示すように円板部４３４が下側支持部４３３の上面と当接する状態では、バー４５の上下方向に対する傾斜角が小さくなり、爪部４１が基板９のエッジから外側に離間する。

支持部ベース１４２の上面には、上方に突出する係合部２４１ａが設けられており、トッププレート１２３が連結位置に位置する際には、当接部収容部４３１から下方に突出する当接部４３の下端部が、係合部２４１ａの上部の凹部２４２ａに嵌る。これにより、トッププレート１２３が基板支持部１４１と連結される。また、図１７中に実線にて示すように、係合部２４１ａの上面が当接部収容部４３１の下面と当接するまで、基板支持部１４１により当接部４３が上方に押し込まれる。これにより、バー４５の下端部が基板９に近づくようにバー４５が傾斜し、爪部４１が基板９のエッジに当接する。実際には、基板９の外縁に沿って配列される複数の爪部４１に対して複数の当接部４３に作用する力がそれぞれ伝達され、複数の爪部４１により基板９のエッジの異なる部位が中心軸Ｊ１に向けて押される。このようにして、図１７に示すチャック部４ｄでは、連結位置に配置されるトッププレート１２３の重量を利用して、基板９を回転中心に対して位置合わせしつつ保持することが実現される。なお、基板９の上面９１から飛散する処理液が、爪部に接続する伝達機構の構成要素にて跳ね返って上面９１に付着することを防止するという観点では、チャック部は基板支持部１４１に設けられることが好ましい。

上記基板処理装置１では様々な変形が可能である。

連結部４９または当接部４３に作用する力を複数の爪部に伝達する伝達機構として、上記以外の様々な構造が採用されてよい。例えば、図９の伝達機構４２ａにおいて、シャフト４６におけるシャフト４７側の端部におねじが形成され、シャフト４７に設けられためねじと螺合してもよい（図１６において同様）。この場合、連結部４９が上下方向に移動することにより、シャフト４６が中心軸Ｊ２を中心として回転し、シャフト４７が基板９の上面９１に沿う方向（図９の左右方向）に直線的に移動する。また、伝達機構は、各爪部に対して設けられる連結部４９または当接部４３に作用する力を当該爪部のみに伝達する構造以外に、１つもしくは複数の連結部４９、または、１つもしくは複数の当接部４３に作用する力を連動して複数の爪部に伝達する構造であってよい。

図１５ないし図１７の例では、密閉空間開閉機構であるチャンバ開閉機構１３１が、錘部であるトッププレート１２３を支持する錘支持機構（の一部）を兼ねることにより、基板処理装置１の構造が簡素化されるが、トッププレート１２３を支持する錘支持機構がチャンバ開閉機構１３１とは個別に設けられてよい。

また、チャンバ開閉機構１３１により、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１に対して相対的に昇降すればよく、位置が固定されたチャンバ蓋部１２２に対してチャンバ本体１２１が昇降してもよい。この場合も、チャンバ本体１２１を上昇してチャンバ本体１２１の上端部をチャンバ蓋部１２２に近接または当接させることにより、トッププレート１２３がチャンバ蓋部１２２と非接触状態となり、支持解除位置（連結位置）に配置される（図６または図７参照）。また、チャンバ本体１２１を下降してチャンバ蓋部１２２から離間させることにより、トッププレート１２３がチャンバ本体１２１の上方に位置するチャンバ蓋部１２２の一部から吊り下がって支持位置（離間位置）に配置される（図１参照）。

さらに、基板処理装置１の設計によっては、図３のチャック部４および図９のチャック部４ａにおける錘部５１が、支持部ベース１４２の上方または側方に設けられてもよい。以上のように、基板処理装置１では、上下方向において基板支持部１４１に対して相対的に異なる位置である第１相対位置と、当該第１相対位置よりも上方の第２相対位置とに配置可能な錘部が任意の位置に設けられる。また、錘支持機構により錘部が支持されることにより錘部が第２相対位置に配置され、錘部の支持が解除されることにより、錘部が、基板９および基板支持部１４１と共に回転するための第１相対位置に配置される。そして、第１相対位置に位置する錘部の重量による力が、伝達機構により複数の爪部に伝達されることにより、基板９を回転中心に対して位置合わせしつつ保持することが実現される。

基板処理装置１では、基板９の上面９１の外縁部のみに対向する円環板状の部材が上面対向部として設けられてよい。この場合も、回転する基板９に処理液を供給する処理において、基板９の外縁部から飛散する処理液がチャンバ１２の内壁にて跳ね返って基板９の上面９１に再付着することが、連結位置に配置された上記円環板状の部材により防止される。このように、処理液の再付着を防止するという観点では、基板処理装置１では、基板９の上面９１の少なくとも外縁部に対向する上面対向部が設けられることが好ましい。

基板回転機構１５のステータ部１５１およびロータ部１５２の形状および構造は、様々に変更されてよい。例えば、ロータ部１５２の内側（中心軸Ｊ１側）にステータ部１５１が設けられてもよい。ロータ部１５２は、必ずしも浮遊状態にて回転する必要はなく、チャンバ１２内にロータ部１５２を機械的に支持するガイド等の構造が設けられ、当該ガイドに沿ってロータ部１５２が回転してもよい。中空モータを有する基板処理装置１では、基板支持部１４１および錘部５１が中心軸Ｊ１を中心とする環状であることにより、基板９の下面９２に対向する位置に下部ノズル１８２および複数の加熱ガス供給ノズル１８０を容易に配置することが可能となる。また、基板回転機構１５は、必ずしも中空モータである必要はなく、例えば、円板状の基板支持部１４１の下面に固定された軸を回転する基板回転機構が利用されてもよい。

上記基板処理装置１では、基板支持部１４１、基板回転機構１５のロータ部１５２、錘部５１（または、錘部であるトッププレート１２３）およびチャック部４，４ａ〜４ｄが、密閉空間形成部であるチャンバ１２内に設けられ、密閉された内部空間にて基板９に対する処理が行われるが、基板処理装置の設計によっては、開放された空間にて基板９に対する処理が行われてよい。

基板処理装置１にて処理される基板は半導体基板には限定されず、ガラス基板や他の基板であってもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ 基板処理装置
４，４ａ〜４ｄ チャック部
９ 基板
１２ チャンバ
１５ 基板回転機構
４１，４１ａ 爪部
４２，４２ａ〜４２ｄ 伝達機構
５１ 錘部
５２ 接続部材
５３，５３ａ 錘支持機構
９１ 上面
１２０ チャンバ空間
１２２ チャンバ蓋部
１２３ トッププレート
１３１ チャンバ開閉機構
１４１ 基板支持部
１５１ ステータ部
１５２ ロータ部
Ｊ１ 中心軸

Claims (7)

1. 基板を処理する基板処理装置であって、
   一方の主面を上側に向けた状態で基板を下側から支持する基板支持部と、
   前記基板支持部を前記基板に垂直な中心軸を中心として回転する回転機構と、
   上下方向において前記基板支持部に対して相対的に異なる位置である第１相対位置と、前記第１相対位置よりも上方の第２相対位置とに配置可能な錘部と、
   前記錘部を支持することにより前記錘部を前記第２相対位置に配置し、前記錘部の支持を解除することにより、前記錘部を、前記基板および前記基板支持部と共に回転するための前記第１相対位置に位置させる錘支持機構と、
   前記基板支持部または前記錘部に設けられるチャック部と、
   を備え、
   前記チャック部が、
   前記中心軸に沿って見た場合に、前記基板の周囲に配置される少なくとも３個の爪部と、
   前記第１相対位置に位置する前記錘部の重量による力を、前記少なくとも３個の爪部に伝達することにより、前記少なくとも３個の爪部に前記基板のエッジを前記中心軸に向けて押させる伝達機構と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記回転機構が、
   前記中心軸を中心とする環状であり、永久磁石を含むロータ部と、
   前記ロータ部と前記中心軸を中心とする径方向に対向する環状であり、前記ロータ部との間にて前記中心軸を中心とする回転力を発生するステータ部と、
   を備え、
   前記ロータ部が前記基板支持部と接続されることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項２に記載の基板処理装置であって、
   前記錘部が前記基板支持部と、前記基板支持部の下方に配置された前記ロータ部との間に配置され、前記基板支持部と前記ロータ部とを接続するガイド部に沿って前記上下方向に移動可能であり、
   前記チャック部が、前記基板支持部に設けられることを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項３に記載の基板処理装置であって、
   前記基板支持部および前記錘部が前記中心軸を中心とする環状であることを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項３または４に記載の基板処理装置であって、
   前記錘支持機構による支持が解除された際の前記錘部の位置が、前記錘支持機構により支持された際の前記錘部の位置よりも、前記ロータ部に近接することを特徴とする基板処理装置。
6. 請求項２ないし５のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記基板に対する処理が行われる、密閉された内部空間を形成する密閉空間形成部をさらに備え、
   前記基板支持部、前記回転機構の前記ロータ部、前記錘部および前記チャック部が、前記密閉空間形成部内に配置されることを特徴とする基板処理装置。
7. 請求項６に記載の基板処理装置であって、
   前記錘支持機構が、前記密閉空間形成部に設けられることを特徴とする基板処理装置。

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