JP6400977B2 - スピン処理装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、スピン処理装置に関する。

通常、半導体装置や液晶表示装置の製造過程には、ウェーハやガラス板などの基板に回路パターンを形成する成膜プロセスやフォトプロセスが存在している。これらのプロセスで、主に液体を使用するウェットプロセスでは、スピン処理装置が用いられ、基板に対して薬液処理や洗浄処理、乾燥処理などが実行される。スピン処理装置は、基板の外周面を把持（クランプ）し、その基板の中心に垂直な軸を回転軸として基板を回転させ、その回転する基板に処理液（例えば、薬液や純水など）を供給してウェット処理を行う装置である。このスピン処理装置は、通常、基板をチャックするチャック機構を備えている。

このチャック機構としては、基板の外周部を把持するためのクランプピンが基板の周方向に沿って複数設けられている。クランプピンは、回転板及び回転軸体と一体であり、回転板上に回転軸体の回転軸から一定距離偏心させて設けられている。また、回転軸体の下端には子歯車が固定されており、その子歯車は基板中心に垂直な軸を回転軸とする親歯車にかみ合っている。このため、親歯車が回転すると、個々の回転軸体も回転して各クランプピンが偏心回転し、それらのクランプピンにより基板をクランプすることが可能となる。

このようなギア方式のチャック機構に加え、マグネット方式のチャック機構も開発されている。このマグネット方式では、回転軸体の下端に前述の子歯車にかえて円形板が設けられ、その円形板が回転軸体に垂直なマグネットを有している。この円形板に対して他のマグネットを近づけることによって、円形板のマグネットが他のマグネットの吸引力により円形板と共に回転し、この回転に応じて回転軸体が回転してクランプピンが偏心回転する。このマグネット方式でも、前述と同様に、各クランプピンにより基板をクランプすることが可能となる。なお、クランプを開放する場合には、前述の他のマグネットと異なるマグネットを前述のクランプ位置とは反対側の開放位置に近づける。

特開平１０−１３５３１４号公報

しかしながら、前述のようなギア方式では、クランプピンによるチャック動作は確実に行えるが、歯車の摩耗によってダストが発生する可能性がある。また、マグネット方式では、ダストの発生は無いが、円形板のマグネットが他のマグネットの吸引力により円形板と共に回転するため、互いが引き合う磁極間の距離がマグネットの回転中に変わる。磁極間の吸引力は磁極間距離の２乗に反比例するため、磁極間距離が近くなるほど吸引力が急激に増すことになる。このため、磁極間距離の変動があると、各クランプピンの回転が不均一になり易く、複数のクランプピンのうち、最も磁極間距離が近づいた１本を基準にして基板の位置決めが行われてしまうため、このピン回転のズレによってクランプ時の基板位置が所定位置からずれてしまうことがある。したがって、前述のダストの発生に加え、クランプ時の基板位置のズレを抑えることが求められている。

本発明が解決しようとする課題は、ダストの発生及びクランプ時の基板位置のズレを抑止することができるスピン処理装置を提供することである。

本発明の実施形態に係るスピン処理装置は、基板を回転させて処理するスピン処理装置であって、基板の外周面に各々当接して基板を把持する少なくとも三本のクランプピンと、クランプピンごとに設けられ、クランプピンを基板の回転軸と平行な自身の回転軸から偏心させて保持する回転可能な複数のピン回転体と、ピン回転体ごとにそのピン回転体の外周面に設けられ、磁極がピン回転体の回転軸の軸方向に沿って螺旋状に形成された複数のマグネットギアと、マグネットギアごとに設けられ、マグネットギアの磁極と引き合うように位置付けられた複数の回転用磁石と、複数の回転用磁石をピン回転体の回転軸の軸方向に沿って移動させる移動機構とを備える。

本発明によれば、ダストの発生及びクランプ時の基板位置のズレを抑止することができる。

第１の実施形態に係るスピン処理装置の概略構成を示す断面図である。 第１の実施形態に係るチャック機構の概略構成を示す斜視図である。 第１の実施形態に係るマグネットギアと回転用磁石との位置関係を説明するための説明図である。 第１の実施形態に係るマグネットギアと回転用磁石との位置関係を示す平面図である。 第１の実施形態に係るスピン処理装置の全てのクランプピンによる基板開放状態を示す断面図である。 第１の実施形態に係るスピン処理装置の全てのクランプピンによる基板把持状態を示す断面図である。 第１の実施形態に係るスピン処理装置の一組のクランプピンによる基板把持状態を示す断面図である。 第１の実施形態に係るスピン処理装置の他の一組のクランプピンによる基板把持状態を示す断面図である。 第２の実施形態に係るスピン処理装置の概略構成を示す断面図である。 第２の実施形態に係るマグネットギアと平面磁石との位置関係を説明するための説明図である。 第３の実施形態に係るスピン処理装置の概略構成を示す断面図である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について図１ないし図８を参照して説明する。

図１に示すように、第１の実施形態に係るスピン処理装置１は、ベースとなるベース体２と、上面が開口するカップ体３と、そのカップ体３内で回転する回転体４と、その回転体４を回転させる駆動モータ５と、回転体４を囲む環状の液受け部６と、各部を制御する制御部（例えば、マイクロコンピュータなど）７とを備えている。

ベース体２は、板形状に形成されており、このベース体２の底面の中心部には、貫通孔２ａが形成されている。また、このベース体２の周縁部には、排液を流出させるための複数の排出管（図示せず）が所定間隔で接続されている。

カップ体３は、上面及び下面開口の筒状（環状）に形成されており、その内部に回転体４や液受け部６などを収容する。このカップ体３の上端部は、全周にわたって径方向内方に向かって傾斜するように形成されている。カップ体３は、例えばシリンダなどの昇降機構（図示せず）により昇降可能に構成されている。

回転体４は、駆動モータ５からの動力を伝える円筒状の伝動体４ａと、基板Ｗを把持する複数（例えば、六個）のクランプ部４ｂと、それらのクランプ部４ｂを保持する回転プレート４ｃと、各クランプ部４ｂにより基板Ｗをクランプするための回転機構４ｄと、各部を覆うカバー４ｅとを備えている。

駆動モータ５は、筒状の固定子５ａと、この固定子５ａ内に回転可能に挿入された筒状の回転子５ｂとにより構成されている。この駆動モータ５は、各クランプ部４ｂによりクランプ（把持）された基板Ｗを回転させる駆動源となるモータである。駆動モータ５は電気的に制御部７に接続されており、制御部７の制御に応じて駆動する。

伝動体４ａは、その中心軸である回転軸が駆動モータ５の回転軸に一致するように駆動モータ５の回転子５ｂに固定されており、その回転子５ｂと共に回転する。このため、伝動体４ａは駆動モータ５によって回転することになる。

ここで、伝動体４ａ及び回転子５ｂの内部空間には、回転しない固定状態の固定軸１１が設けられている。この固定軸１１の上部には、ノズルヘッド１２が設けられており、このノズルヘッド１２には、各クランプ部４ｂにより把持された基板Ｗの裏面に向けて処理液（例えば、薬液や純水など）を吐出するノズル１２ａが形成されている。このノズル１２ａには、処理液が流れる供給配管１３が接続されている。なお、基板Ｗの表面に処理液（例えば、薬液や純水など）を供給するノズル（図示せず）も回転体４の上方に設けられている。

各クランプ部４ｂは、図１及び図２に示すように、伝動体４ａの回転軸を中心とする円周上に所定間隔、例えば等間隔で設置されている。これらのクランプ部４ｂを動作させることで、基板Ｗの中心を伝動体４ａの回転軸の中心に位置付けるセンタリングを行って基板Ｗを把持するチャック機構が実現されている。

クランプ部４ｂは、基板Ｗに接触するクランプピン２１と、そのクランプピン２１を保持して回転する回転板２２と、その回転板２２を保持して回転するピン回転体２３とを備えている。クランプピン２１は、逆テーパ状に形成されており、ピン回転体２３の回転軸から一定距離偏心させて回転板２２上に固定され、回転板２２と一体になっている。このクランプピン２１は、ピン回転体２３の回転に応じて偏心回転することになる。ピン回転体２３は、回転プレート４ｃが備える支持筒部２４によって回転可能に保持されている。

このクランプ部４ｂでは、ピン回転体２３が、基板Ｗを把持するクランプ方向に回転すると、回転板２２上のクランプピン２１が偏心回転し、基板Ｗの外周面（端面）に当接する。他のクランプ部４ｂでも同じようにクランプピン２１が基板Ｗの外周面に当接し、各クランプピン２１は基板Ｗの中心を伝動体４ａの回転軸の中心にセンタリングしつつ把持する。一方、ピン回転体２３がクランプ方向の逆方向である開放方向に回転すると、回転板２２上のクランプピン２１が前述と逆方向に回転し、基板Ｗの外周面から離れる。他のクランプ部４ｂでも同じようにクランプピン２１が基板Ｗの外周面から離れ、把持状態の基板Ｗが開放されることになる。

回転プレート４ｃは、伝動体４ａの外周面に固定されて一体となっており、各クランプ部４ｂを保持して伝動体４ａと共に回転する。この回転プレート４ｃが伝動体４ａの回転によって伝動体４ａと一緒に回転するため、各クランプ部４ｂも伝動体４ａの回転軸を中心として回転することになる。なお、回転プレート４ｃが備える各支持筒部２４は、円板状の回転プレート４ｃの外周側であって伝動体４ａの回転軸を中心する円周上に等間隔に設けられている。

回転機構４ｄは、伝動体４ａの回転方向に沿って一つ置きに組となる三つ一組のクランプ部４ｂに対応する第１の回転機構３１と、他の三つ一組のクランプ部４ｂに対応する第２の回転機構３２とを備えている。クランプ部４ｂが六個の場合に、これらの第１の回転機構３１及び第２の回転機構３２は同じ構造である。

第１の回転機構３１は、各クランプ部４ｂの個々のピン回転体２３の外周面にそれぞれ設けられたマグネットギア３１ａと、それらのマグネットギア３１ａに対応する複数の回転用磁石３１ｂと、それらの回転用磁石３１ｂを保持して上下する一組の上下アーム３１ｃと、それらの上下アーム３１ｃを一体とする上下リング３１ｄ（この実施の形態では三つの上下アーム３１ｃ）と、その上下リング３１ｄをピン回転体２３の回転軸の軸方向に沿って移動させる昇降機構３１ｅとを備えている。

マグネットギア３１ａは、図３及び図４に示すように、円筒状のマグネットギアであり、ピン回転体２３の円筒表面にＮ極とＳ極の磁極がスパイラル（螺旋）状に交互に配置された構造になっている。このマグネットギア３１ａは、図１及び図２に示すように、ピン回転体２３の下部側の外周面に固定されており、ピン回転体２３と一体で回転する。特に、マグネットギア３１ａは、ピン回転体２３の回転軸の軸方向（上下方向）にガタや遊びが無いように組み立てられている。

回転用磁石３１ｂは、図３及び図４に示すように、マグネットギア３１ａの表面の磁極と引き合う位置にマグネットギア３１ａの外周面に沿って複数（例えば四個）配置され、上下アーム３１ｃに固定されている。これらの回転用磁石３１ｂは、上下アーム３１ｃに形成された貫通孔３３の周縁部に等間隔で又は等間隔から少し角度をつけて配置されている。なお、この貫通孔３３には、マグネットギア３１ａ及びピン回転体２３が挿入されている。このような回転用磁石３１ｂは上下アーム３１ｃごとに設けられている。

ここで、各回転用磁石３１ｂが図３に示す矢印Ａ１の方向に上昇すると、マグネットギア３１ａは図３に示す矢印Ａ２の方向に回転することになる。各回転用磁石３１ｂは、マグネットギア３１ａの各磁極と引き合っているため、マグネットギア３１ａの各磁極と引き合った状態で上昇することになる。また、マグネットギア３１ａの各磁極はスパイラル状に配置されているため、各回転用磁石３１ｂが矢印Ａ１の方向に上昇すると、マグネットギア３１ａは矢印Ａ２の方向に回転して互いの磁極が引き合った状態を維持することになる。この各回転用磁石３１ｂの上昇によるマグネットギア３１ａの回転は、回転用磁石３１ｂとマグネットギア３１ａとの間、すなわち磁極間距離の変化が無いため、一定の吸引力が維持されつつ実行される。なお、各回転用磁石３１ｂが矢印Ａ１の逆方向に下降すると、マグネットギア３１ａは矢印Ａ２の逆方向に回転する。

図１及び図２に戻り、一組の上下アーム３１ｃは、根元部分でリング状の部材である上下リング３１ｄにつながっている。これらの上下アーム３１ｃは、回転プレート４ｃに固定された上下軸３４によってそれぞれ支持されており、それらの上下軸３４に対してスライド可能に形成されている。各上下軸３４は、伝動体４ａの回転軸に対して平行となるように回転プレート４ｃに設置されており、上下アーム３１ｃを伝動体４ａの回転軸に垂直な状態に維持したまま上下方向に移動可能にしている。これらの上下軸３４にはクランプバネ３５が個別に設けられており、各クランプバネ３５は回転プレート４ｃと上下アーム３１ｃの間にそれぞれ位置し、各上下アーム３１ｃを一定のバネ力で下方に押し付けている。

上下リング３１ｄは、一組の上下アーム３１ｃを一体にして支持するリング状の部材であり、伝動体４ａをリング内に通し、その伝動体４ａの外周面に沿って伝動体４ａの回転軸の軸方向（上下方向）に移動可能に設けられている。この上下リング３１ｄによって三つの上下アーム３１ｃは一体となり、同時に移動可能（昇降可能）になっている。

昇降機構３１ｅは、エアシリンダなどのシリンダ３６と、そのシリンダ３６により昇降するシリンダ軸３７と、そのシリンダ軸３７の先端部に取り付けられた昇降ローラ３８とを有している。シリンダ３６はベース体２に固定されている。また、昇降ローラ３８は、上昇時に上下リング３１ｄの下面に接触するようにシリンダ軸３７の端部に設けられている。この昇降ローラ３８が上昇して上下リング３１ｄの下面に接触し、その上下リング３１ｄを伝動体４ａの回転軸の軸方向に押し上げることで、上下リング３１ｄは伝動体４ａの回転軸の軸方向に上昇する。

この昇降機構３１ｅによって上下リング３１ｄが伝動体４ａの回転軸の軸方向に上昇すると、一組の上下アーム３１ｃ（三つの上下アーム３１ｃ）が回転軸の軸方向に沿って上昇するため、一組の上下アーム３１ｃに固定されている各回転用磁石３１ｂは、前述のように、各マグネットギア３１ａの個々の磁極と引き合った状態で上昇する。このとき、各マグネットギア３１ａは、各回転用磁石３１ｂと引き合った状態を維持するために各回転用磁石３１ｂの上昇に応じて回転する。このとき、マグネットギア３１ａと回転用磁石３１ｂとの間、すなわち磁極間距離は変化しないため、一定の吸引力を維持しながらマグネットギア３１ａを回転させることが可能であり、一定速度で各クランプピン２１を回転させることができる。

ここで、マグネットギア３１ａと各回転用磁石３１ｂとの吸引力は、上下アーム３１ｃが縮んだクランプバネ３５により下方向に押される力で下降することによって、各回転用磁石３１ｂが下降してマグネットギア３１ａを回転させると共に、その下降する各回転用磁石３１ｂとマグネットギア３１ａが互いに引き合って対向する状態（関係）を常に維持するように、磁石の数や配置などによって調整されている。これにより、マグネットギア３１ａは各回転用磁石３１ｂの下降によって回転するが、マグネットギア３１ａと各回転用磁石３１ｂが互いに引き合って対向する状態は常に維持されている。このため、クランプバネ３５のバネ力により上下アーム３１ｃが下降し、それに連れて各回転用磁石３１ｂが下降していくことになる。このとき、上下アーム３１ｃが下降するに連れてクランプバネ３５は徐々に伸びていき、上下アーム３１ｃを下方向に押す力が徐々に弱まる。やがて、そのクランプバネ３５の下方向に押される力が、各回転用磁石３１ｂ及びマグネットギア３１ａの吸引力（各回転用磁石３１ｂとマグネットギア３１ａが互いに引き合って対向する状態を常に維持する吸引力）に負けると上下アーム３１ｃの下降は止まるように設定されている。このように上下アーム３１ｃを下降させるクランプバネ３５のバネ力をクランプ力（把持力）として用いることが可能となり、クランプバネ３５の押し付け力をクランプピン２１が基板Ｗを把持する力にすることができる。

また、昇降機構３１ｅにより上下リング３１ｄを上昇させることによって、各クランプバネ３５の力が作用している一組の上下アーム３１ｃを上昇させることが可能である。その一組の上下アーム３１ｃに固定されている各回転用磁石３１ｂの上昇によって各マグネットギア３１ａが回転し、各クランプバネ３５の力で基板Ｗをクランプしていた各クランプピン２１を回転してクランプを開放することができる。なお、クランプバネ３５が上下アーム３１ｃを押し下げる力がクランプ力（把持力）となる。ここでは、昇降機構３１ｅにより上下リング３１ｄを上昇させることで、各クランプバネ３５を縮めて一組の上下アーム３１ｃを上昇させ、三つのクランプピン２１を回転させてクランプを開放する。

逆に、上下リング３１ｄを下げると、一組の上下アーム３１ｃが下降するため、各マグネットギア３１ａは逆回転して、基板Ｗの端部に各クランプピン２１が接触する。それらのクランプピン２１が基板Ｗをクランプすると、一組の上下アーム３１ｃの下降は停止し、各クランプピン２１は各クランプバネ３５による圧力で基板Ｗに力をかけた状態で停止する。なお、昇降機構３１ｅにより上下リング３１ｄを下げると同時に、各クランプバネ３５が伸びて一組の上下アーム３１ｃを押し下げる力が働く。この力により各マグネットギア３１ａを回転させることで、三つのクランプピン２１が偏心回転して基板Ｗに当接し、その基板Ｗを把持する。クランプピン２１が基板Ｗに当接したとき、クランプバネ３５は伸びきらないで途中で止まることになる。

なお、シリンダ３６は、一組の上下アーム３１ｃの下降停止と関係なく一定量でシリンダ軸３７を昇降させるため、上下リング３１ｄと昇降ローラ３８との間に隙間が発生した状態でシリンダ軸３７が停止することになる。すなわち、シリンダ軸３７の最下降時には、昇降ローラ３８は上下リング３１ｄに接触せずにその上下リング３１ｄの下面から離れている。これにより、回転体４の回転時、上下リング３１ｄは昇降ローラ３８に接触せずに回転することが可能となり、スムーズな回転を実現することができる。また、回転体４の回転時に、上下リング３１ｄの下面に昇降ローラ３８を接触させて上下リング３１ｄを上昇させることも可能である。このため、回転体４の回転中あるいは停止中を問わず、各クランプピン２１を開閉することができる。

第２の回転機構３２は、各クランプ部４ｂの個々のピン回転体２３の外周面にそれぞれ設けられたマグネットギア３２ａと、それらのマグネットギア３２ａに対応する回転用の複数の回転用磁石３２ｂと、それらの回転用磁石３２ｂを保持して上下する一組の上下アーム３２ｃ（この実施の形態では三つの上下アーム３２ｃ）と、それらの上下アームを一体とする上下リング３２ｄと、その上下リング３２ｄをピン回転体２３の回転軸に沿って移動させる昇降機構３２ｅとを備えている。この第２の回転機構３２は第１の回転機構３１と同じ機構であるため、各部の説明は省略する。

なお、第１の回転機構３１における一組の上下アーム３１ｃ及び上下リング３１ｄは保持部として機能し、この保持部と昇降機構３１ｅが、各回転用磁石３１ｂをピン回転体２３の回転軸の軸方向に沿って移動させる移動機構として機能する。同様に、第２の回転機構３２における一組の上下アーム３２ｃ及び上下リング３２ｄは保持部として機能し、この保持部と昇降機構３２ｅが、各回転用磁石３２ｂをピン回転体２３の回転軸の軸方向に沿って移動させる移動機構として機能する。

ここで、前述の第１の回転機構３１や第２の回転機構３２において、マグネットギア３１ａ又は３２ａによるピン回転体２３の回転が可能であれば、スパイラル状の磁極の帯は一本であっても、さらに、回転用磁石３１ｂは一つであっても良く、それらの数は特に限定されるものではない。ただし、ピン回転体２３の回転の安定性を向上させるためには、スパイラル状の磁極と回転用磁石３１ｂとの組み合わせ数を増やすことが望ましい。

カバー４ｅは、下面開口のケース状に形成されており、伝動体４ａの回転と共に回転する前述の各部を覆って乱流の発生を防止する。このカバー４ｅには、ノズルヘッド１２のノズル１２ａから吐出された処理液を上部に通過させるための開口部４１と、各クランプ部４ｂの個々の回転板２２が挿入される複数の貫通孔４２とが形成されている。

液受け部６は、環状の可動液受け部（第１の液受け部）６ａと、環状の固定液受け部（第２の液受け部）６ｂとを具備している。これらの可動液受け部６ａ及び固定液受け部６ｂは、回転体４の外周にその回転体４の回転軸、すなわち伝動体４ａの回転軸を中心として回転体４を囲むようにそれぞれ設けられている。

可動液受け部６ａは、環状の内壁５１と、環状の外壁５２と、それらの上端部をつなぐ環状の上面壁５３とにより構成されている。この可動液受け部６ａの上端部は、全周にわたって径方向内方に向かって傾斜するように形成されている。なお、環状の内壁５１と環状の外壁５２との間には、所定間隔の環状の空間が存在している。

この可動液受け部６ａは、例えばシリンダなどの昇降機構（図示せず）により昇降可能に構成されている。このため、可動液受け部６ａは、その上端部が回転体４上の基板Ｗの高さよりも高い位置であって回転体４側の面（内面）が基板Ｗからの液体を受け取る液受け位置（図１参照）と、その上端部が回転体４上の基板Ｗの高さよりも低い位置であって固定液受け部６ｂへの液の流入を防止する閉蓋位置とに移動することが可能である。したがって、処理液を回収する場合には、可動液受け部６ａが液受け位置に上昇し、回転体４上の基板Ｗからの液を受け取って固定液受け部６ｂの中に流すことになる。

固定液受け部６ｂは、環状の内壁６１と、環状の外壁６２と、それらの下端部をつなぐ環状の底面壁６３とにより構成されている。この底面壁６３には、処理液を回収するための複数の回収配管６３ａが周方向に所定間隔で接続されている。なお、環状の内壁６１と環状の外壁６２との間には、所定間隔の環状の空間が存在している。

この固定液受け部６ｂは、環状の内壁６１と環状の外壁６２との間に可動液受け部６ａの内壁５１及びカバー４ｅの外周壁が位置するように設けられており、可動液受け部６ａの内面によって受けた液体を収容することが可能になっている。したがって、固定液受け部６ｂは、可動液受け部６ａの内面に当たった液を二つの環状壁である内壁６１及び外壁６２の間の空間に収容することができる。

また、固定液受け部６ｂは、可動液受け部６ａが閉蓋位置まで下降すると、その可動液受け部６ａが固定液受け部６ｂの開口を塞ぐ蓋となる構造になっている。なお、可動液受け部６ａが閉蓋位置まで下降した場合には、その可動液受け部６ａにより固定液受け部６ｂの開口が塞がれ、固定液受け部６ｂの内部に液が流れ込むことが防止される。特に、環状の外壁６２が可動液受け部６ａの外壁５２によって覆われ、固定液受け部６ｂへの液の流れ込みが確実に抑えられるので、液混合を防ぐことが可能となる。

次に、前述のスピン処理装置１のスピン処理動作について説明する。

このスピン処理動作は、図５に示すように、各クランプピン２１上に基板Ｗを置く工程と、図６に示すように、処理前に全てのクランプピン２１により基板Ｗをクランプする工程と、図７に示すように、処理中に一組のクランプピン２１によるクランプを開放する工程と、図８に示すように、処理中に他の一組のクランプピン２１によるクランプを開放する工程と、図５に示すように、処理後に全てのクランプピン２１によるクランプを開放する工程とを有している。

図５に示すように、各クランプピン２１上に基板Ｗを置く工程では、全てのクランプ部４ｂの各クランプピン２１による基板Ｗのクランプが開放されている。この状態で、ロボットハンドを有するロボット装置などの搬送機構（図示せず）によって基板Ｗが各クランプピン２１の傾斜面上に載置される。このとき、上下リング３１ｄは昇降機構３１ｅの昇降ローラ３８の上昇によって上昇しており、さらに、上下リング３２ｄは昇降機構３２ｅの昇降ローラ３８の上昇によって上昇しており、二組の上下アーム３１ｃ及び３２ｃが回転軸の軸方向に沿って上昇している。このため、二組の上下アーム３１ｃ及び３２ｃに固定されている各回転用磁石３１ｂ及び３２ｂも上昇しており、この上昇に応じて各マグネットギア３１ａ及び３２ａが所定量回転しており、各ピン回転体２３及び各回転板２２の回転に応じて各クランプピン２１が回転して基板Ｗのクランプを開放する位置で停止している。

次いで、図６に示すように、処理前に全てのクランプピン２１により基板Ｗをクランプする工程では、前述の図５の状態から、上下リング３１ｄが昇降機構３１ｅの昇降ローラ３８の下降により下降し、さらに、上下リング３２ｄが昇降機構３２ｅの昇降ローラ３８の下降により下降し、二組の上下アーム３１ｃ及び３２ｃが回転軸の軸方向に沿って下降する。これに応じて、二組の上下アーム３１ｃ及び３２ｃに固定されている各回転用磁石３１ｂも下降し、この下降に応じて各マグネットギア３１ａ及び３２ａが回転し、さらに、各ピン回転体２３及び各回転板２２の回転に応じて全てのクランプピン２１が回転し、各クランプバネ３５のクランプ力によって基板Ｗをクランプして停止する。なお、昇降機構３１ｅ及び３２ｅにより上下リング３１ｄ及び３２ｄを下げると同時に、各クランプバネ３５が伸びて二組の上下アーム３１ｃ及び３２ｃを押し下げる力が働く。この力により各マグネットギア３１ａを回転させることで、六つのクランプピン２１が偏心回転して基板Ｗに当接し、その基板Ｗを把持する。クランプピン２１が基板Ｗに当接したとき、クランプバネ３５は伸びきらないで途中で止まることになる。

このとき、全てのクランプピン２１は偏心回転して基板Ｗの外周面に当接して基板Ｗを把持することになるが、上下リング３１ｄと３２ｄの下降に伴い、各上下リング３１ｄ、３２ｄと一体の一組の上下アーム３１ｃ、３２ｃは水平状態を保ちながら同期して下降することから、それぞれの組に対応するクランクピン（この実施の形態では三つのクランプピン）２１も同期して回転する。これにより、各クランプピン２１は、基板Ｗの中心を回転軸の中心にセンタリングしつつ把持することになる（全てのクランプピン２１によるセンタリング）。なお、基板Ｗを把持するにあたり、昇降機構３１ｅと３２ｅを同期させて同時に作動させるようにしても良いし、両者の作動開始時期に時間差を設けるようにしても良い。

次に、図７に示すように、処理中に一組のクランプピン２１によるクランプを開放する工程では、前述の図６の状態から、上下リング３１ｄが昇降機構３１ｅの昇降ローラ３８の上昇により上昇し、一組の上下アーム３１ｃが回転軸の軸方向に沿って上昇する。これに応じて、一組の上下アーム３１ｃに固定されている各回転用磁石３１ｂも上昇し、この上昇に応じて各マグネットギア３１ａが所定量回転し、さらに、各ピン回転体２３及び各回転板２２の回転に応じて各クランプピン２１が回転して基板Ｗのクランプを開放する位置で停止する。このようにして、一組のクランプピン２１によるクランプが開放されると、駆動モータ５により回転体４が回転し、回転する基板Ｗの上面及び下面の両面に対して処理液（例えば、薬液や純水など）の供給が開始される。ただし、一組のクランプピン２１によるクランプの開放のタイミングは様々であり、一組のクランプピン２１によるクランプを基板Ｗの回転前に開放しても、基板Ｗの回転が安定した後に開放しても良い。

ここで、処理液の供給時には、基板Ｗの上下面に供給された処理液は、回転により発生する遠心力及び気流によって基板Ｗの径方向外方へ流れ、その外周縁から飛散する。このとき、可動液受け部６ａの移動（昇降）によって、処理液を回収する回収流路とその処理液を排出する排出流路とを切り替えることが可能である。液流路が回収流路である場合、すなわち、可動液受け部６ａが液受け位置に上昇し、処理液を回収する場合には（図１参照）、基板Ｗの端部から飛散した液は可動液受け部６ａの内面に当たり、その内面に沿って流れて固定液受け部６ｂにより収容され、その後、各回収配管６３ａから回収される。一方、液流路が排出流路である場合、すなわち、可動液受け部６ａが閉蓋位置に下降し、処理液を排出する場合には、基板Ｗの端部から飛散した液はカップ体３の内周面に当たり、カップ体３からベース体２につながる流路を流れ、その後、各排出管から排出される。

その後、図８に示すように、処理中に他の一組のクランプピン２１によるクランプを開放する工程では、前述の図７の状態から、上下リング３１ｄが昇降機構３１ｅの昇降ローラ３８の下降により下降し、一組の上下アーム３１ｃが回転軸の軸方向に沿って下降する。これに応じて、一組の上下アーム３１ｃに固定されている各回転用磁石３１ｂも下降し、この下降に応じて各マグネットギア３１ａが回転し、さらに、各ピン回転体２３及び各回転板２２の回転に応じて各クランプピン２１が回転し、各クランプバネ３５のクランプ力によって基板Ｗをクランプして停止する。なお、昇降機構３１ｅにより上下リング３１ｄを下げると同時に、各クランプバネ３５が伸びて一組の上下アーム３１ｃを押し下げる力が働く。この力により各マグネットギア３１ａを回転させることで、三つのクランプピン２１が偏心回転して基板Ｗに当接し、その基板Ｗを把持する。クランプピン２１が基板Ｗに当接したとき、クランプバネ３５は伸びきらないで途中で止まることになる。

次に、上下リング３２ｄが昇降機構３２ｅの昇降ローラ３８の上昇により上昇し、一組の上下アーム３２ｃが回転軸の軸方向に沿って上昇する。これに応じて、一組の上下アーム３２ｃに固定されている各回転用磁石３２ｂも上昇し、この上昇に応じて各マグネットギア３２ａが所定量回転し、さらに、各ピン回転体２３及び各回転板２２の回転に応じて各クランプピン２１が回転して基板Ｗのクランプを開放する位置で停止する。このようにして、前述と異なる他の一組のクランプピン２１によるクランプが開放されるが、この間も、駆動モータ５により回転体４が回転しており、回転する基板Ｗの上面及び下面の両面（表裏）に対する処理液の供給は継続されている。

全ての液処理と純水によるリンス処理が終了すると、処理液の供給が停止され、図６に示すように、再度、全てのクランクピン２１により基板Ｗをクランプする。つまり、前述の図８の状態から、上下リング３２ｄが昇降機構３２ｅの昇降ローラ３８の下降により下降し、一組の上下アーム３２ｃが回転軸の軸方向に沿って下降する。これに応じて、一組の上下アーム３２ｃに固定されている各回転用磁石３２ｂも下降し、この下降に応じて各マグネットギア３２ａが回転し、さらに、各ピン回転体２３及び各回転板２２の回転に応じてクランプピン２１が回転し、各クランプバネ３５のクランプ力によって基板Ｗをクランプして停止する。なお、昇降機構３２ｅにより上下リング３２ｄを下げると同時に、クランプバネ３５が伸びて一組の上下アーム３２ｃを押し下げる力が働く。この力により各マグネットギア３２ａを回転させることで、三つのクランプピン２１が偏心回転して基板Ｗに当接し、その基板Ｗを把持する。クランプピン２１が基板Ｗに当接したとき、クランプバネ３５は伸びきらないで途中で止まることになる。

その後、回転体４は液供給時よりも速い速度で回転する（振り切り乾燥）。所定の乾燥処理時間が経過すると、前述の図６の状態を維持させながら基板Ｗの回転を停止させる。基板Ｗの回転が停止したら、最後に図５に示すように、全てのクランプピン２１による基板Ｗのクランプを開放する。この開放工程では、上下リング３１ｄは昇降機構３１ｅの昇降ローラ３８の上昇により上昇し、さらに、上下リング３２ｄは昇降機構３２ｅの昇降ローラ３８の上昇によって上昇し、二組の上下アーム３１ｃ及び３２ｃが回転軸の軸方向に沿って上昇する。これに応じて、二組の上下アーム３１ｃ及び３２ｃに固定されている各回転用磁石３１ｂ及び３２ｂも上昇し、この上昇に応じて各マグネットギア３１ａ及び３２ａが所定量回転し、さらに、各ピン回転体２３及び各回転板２２の回転に応じて各クランプピン２１が回転して基板Ｗのクランプを開放する位置で停止する。このようにして、全てのクランプピン２１によるクランプが開放される。その開放後、各クランプピン２１の傾斜面上の基板Ｗが前述の搬送機構によって搬送される。

このようなスピン処理工程では、各クランプピン２１によるクランプ時及びそのクランプ開放時、マグネットギア３１ａと回転用磁石３１ｂとの間の距離やマグネットギア３２ｂと回転用磁石３２ｂとの間の距離、すなわち磁極間の距離の変化が無いため、磁極間の吸引力は一定に維持されながら、各マグネットギア３１ａ又は３２ａは回転する。このため、一定速度で各クランプピン２１を回転させることが可能となり、各クランプピンの回転を均一にしてクランプ時の基板位置が所定位置からずれることを抑止し、正確なセンタリングを行うことができる。

また、二組の上下アーム３１ｃ及び３２ｃを個別（組ごと）に下降させることによって、一本ずつ間を開けた三本のクランプピン２１を同期させ、各クランプピン２１上の基板Ｗを中央に位置決めしながら把持することが可能になっている。六本のクランプピン２１は三つで一組となり、二つの三爪クランプとして機能する。また、逆に、二組の上下アーム３１ｃ及び３２ｃのどちらかの一組を上昇させることによって、一本ずつ間を開けた三本のクランプピン２１を開くことができる。このため、基板Ｗの回転中であっても、クランプピン２１の半数を把持から開放、開放から把持と交互に変更することが可能である。基板Ｗの回転中には必ず一定の把持力で基板Ｗを把持していなければならないため、片方のクランプピン２１群で基板Ｗを把持し、他方のクランプピン２１群を開放することで、クランプピン２１との基板Ｗの接触部分に処理液を回り込ませて、基板Ｗの処理残りの発生を防止することができる。

また、基板回転機構外から、クランプピン２１を開閉する機構を実現することができ、さらに、直動を回転に変換する機構を非接触で実現することができる。すなわち、基板Ｗの回転中でも、非回転側からクランプピン２１の開閉を行うことができる簡略な機構であり、かつ、基板Ｗのクランプを開放するとき、クランプピン２１が確実に基板Ｗから離れ、基板Ｗをクランプするとき、基板Ｗの中心を回転中心にセンタリングする機能を維持することが可能である機構を実現することができる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、マグネットギア３１ａ（又は３２ａ）と回転用磁石３１ｂ（又は３２ｂ）を用いて各クランプピン２１を回転させることによって、マグネット式によるピン回転が実現されるので、ダストの発生を抑止することができる。さらに、ピン回転時、マグネットギア３１ａ（又は３２ａ）と回転用磁石３１ｂ（又は３２ｂ）との離間距離、すなわち磁極間距離が一定に保たれるため、各クランプピン２１の回転を均一にすることが可能となり、クランプ時の基板位置のズレを抑止することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図９及び図１０を参照して説明する。

第２の実施形態は基本的に第１の実施形態と同様である。このため、第２の実施形態では、第１の実施形態との相違点（回転用磁石３１ｂの構造）について説明し、第１の実施形態で説明した部分と同一部分は同一符号で示し、その説明も省略する。

図９に示すように、第２の実施形態に係るスピン処理装置１では、回転用磁石３１ｂが各上下アーム３１ｃの先端部にそれぞれ設けられており、回転用磁石３２ｂが各上下アーム３２ｃの先端部にそれぞれ設けられている。これらの回転用磁石３１ｂ及び３２ｂは同じ構造であるため、回転用磁石３２ｂの説明は省略する。なお、各上下アーム３１ｃ及び３２ｃは、第１の実施形態に係る貫通孔３３を有していない。

図１０に示すように、回転用磁石３１ｂは、Ｎ極とＳ極の磁極が交互に配置され、縦に複数の磁極が並ぶ平面磁石である。この平面磁石は、複数（例えば四個）の磁極が、マグネットギア３１ａの螺旋状の磁極（傾斜磁極）と平行な平面上にその磁極の傾斜に合わせて斜めにして配置された板状の構造になっている。

ここで、平面磁石が図１０に示す矢印Ａ１の方向に上昇すると、マグネットギア３１ａは図１０に示す矢印Ａ２の方向に回転することになる。平面磁石は、マグネットギア３１ａの各磁極と引き合っているため、マグネットギア３１ａの各磁極と引き合った状態で上昇することになる。また、マグネットギア３１ａの各磁極はスパイラル状に配置されているため、平面磁石が矢印Ａ１の方向に上昇すると、マグネットギア３１ａは矢印Ａ２の方向に回転して互いの磁極が引き合った状態を維持することになる。この平面磁石の上昇によるマグネットギア３１ａの回転は、平面磁石とマグネットギア３１ａとの間、すなわち磁極間距離の変化が無いため、一定の吸引力が維持されつつ実行される。なお、平面磁石が矢印Ａ１の逆方向に下降すると、マグネットギア３１ａは矢印Ａ２の逆方向に回転する。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、マグネットギア３１ａ（又は３２ａ）と平面磁石としての回転用磁石３１ｂ（又は３２ｂ）を用いて各クランプピン２１を回転させることによって、マグネット式によるピン回転が実現されるので、ダストの発生を抑止することができる。さらに、ピン回転時、マグネットギア３１ａ（又は３２ａ）と回転用磁石３１ｂ（又は３２ｂ）との離間距離、すなわち磁極間距離が一定に保たれるため、各クランプピン２１の回転を均一にすることが可能となり、クランプ時の基板位置のズレを抑止することができる。

なお、前述の第１又は第２の実施形態においては、基板把持力は磁力又はバネ力（クランプバネ３５が上下アーム３１ｃ、３２ｃを押し下げる力）によって決まり、把持位置は上下アーム３１ｃ又は３２ｃの停止高さで決まる。このため、上下アーム３１ｃ又は３２ｃの高さ位置を検出することで、基板Ｗのクランプが正しく行われているか否かを確認することも可能である。基板Ｗが正しくクランプされたことが確認できた場合に限り、半数のクランプピン２１を開放する動作を許可すれば、解放時の把持力不足による基板ズレなどのトラブル発生を防ぐことができる。したがって、上下アーム３１ｃ又は３２ｃあるいは上下リング３１ｄ又は３２ｄの高さを検出するセンサと、そのセンサにより検出された高さに応じて各クランプピン２１による基板Ｗの把持が正常であるか否かを判断する判断部（制御部７）とを設けることによって、基板Ｗのクランプが不十分である状態で処理を実行して発生する不具合を防止することができる。

また、前述の第１又は第２の実施形態においては、基板Ｗとして、円形のウェーハのような円板状の基板に対して処理を行っているが、基板Ｗの形状は限定されるものではなく、例えば、基板Ｗとして、液晶パネルのような矩形板状のガラス基板に対して処理を行っても良い。この場合にも、少なくとも三本のクランプピン２１が必要であるが、基板Ｗの把持の安定性向上のためには、四本のクランプピン２１を設けることが好ましい。また、四本のクランプピン２１を二組設けた場合には、前述と同様に、処理中に組ごとに交互に基板Ｗを把持することも可能である。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について図１１を参照して説明する。

第３の実施形態は基本的に第１の実施形態と同様である。このため、第３の実施形態では、第１の実施形態との相違点（アーム移動機構）について説明し、第１の実施形態で説明した部分と同一部分は同一符号で示し、その説明も省略する。

図１１に示すように、第３の実施形態に係るスピン処理装置１は、上下アーム３１ｃ又は３２ｃの１本または２本のクランプピン（チャックピン）２１の上下アーム（移動上下アーム１０１）を他の上下アームと平行に独立して上下することができる構成（アーム移動機構）にされている。移動上下アーム１０１は、上下リング３２ｄに固定したスライド軸１０２に沿って独立して平行に移動できるようにバネ１０３により押し付けられている。また、マグネットギア３２ａには、一体で回転する回転ストッパ軸１０４が固定されており、クランプピン２１が把持する基板Ｗをセンタ位置の近くで位置決めできるように、固定ストッパ軸１０５が配置されている。これらの回転ストッパ軸１０４及び固定ストッパ軸１０５が移動上下アーム１０１を位置決めして停止させる機構として機能する。

このような構成を追加することにより、マグネットギア３２ａは、クランプピン２１を回転させて、回転ストッパ軸１０４が固定ストッパ軸１０５に当たるまで移動させることができる。ストッパが当たると、マグネットギア３２ａの回転が停止するため、移動上下アーム１０１の下降も停止する。それでも、他の上下アームは下降して、マグネットギア３２ａを回転させるため、基板Ｗは停止したクランプピン２１で決まった位置に他のクランプピン２１で押し付けられることになる。この機構を追加することで、決まった位置に基板Ｗを位置決めすることができる。なお、このような機構は、基板Ｗに対して対向しない１から２本のクランプピン２１に設置することが可能である。

以上説明したように、第３の実施形態によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第３の実施形態に係る機構の追加によって、より正確に基板Ｗを位置決めすることが可能となり、クランプ時の基板位置のズレを確実に抑止することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ スピン処理装置
２１ クランプピン
２３ ピン回転体
３１ａ マグネットギア
３１ｂ 回転用磁石
３１ｃ 上下アーム
３１ｄ 上下リング
３１ｅ 昇降機構
３２ａ マグネットギア
３２ｂ 回転用磁石
３２ｃ 上下アーム
３２ｄ 上下リング
３２ｅ 昇降機構
Ｗ 基板

Claims (5)

1. 基板を回転させて処理するスピン処理装置であって、
   前記基板の外周面に各々当接して前記基板を把持する少なくとも三本のクランプピンと、
   前記クランプピンごとに設けられ、前記クランプピンを前記基板の回転軸と平行な自身の回転軸から偏心させて保持する回転可能な複数のピン回転体と、
   前記ピン回転体ごとにそのピン回転体の外周面に設けられ、磁極が前記ピン回転体の回転軸の軸方向に沿って螺旋状に形成された複数のマグネットギアと、
   前記マグネットギアごとに設けられ、前記マグネットギアの磁極と引き合うように位置付けられた複数の回転用磁石と、
   前記複数の回転用磁石を前記ピン回転体の回転軸の軸方向に沿って移動させる移動機構と、
   を備えることを特徴とするスピン処理装置。
2. 前記移動機構は、
   前記複数の回転用磁石を保持し、前記ピン回転体の回転軸の軸方向に移動可能な保持部と、
   前記保持部を前記ピン回転体の回転軸の軸方向に沿って移動させる昇降機構と、
   を具備することを特徴とする請求項１に記載のスピン処理装置。
3. 前記移動機構は、前記保持部を位置決めして停止させる機能を有することを特徴とする請求項２に記載のスピン処理装置。
4. 前記クランプピンは、前記基板の周方向に沿って一本置きに並ぶ三本を一組として六本設けられており、
   前記回転用磁石は、前記クランプピンの組ごとに対応させて設けられており、
   前記移動機構は、前記クランプピンの組ごとの回転用磁石をその組ごとに前記ピン回転体の回転軸の軸方向に沿って移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のスピン処理装置。
5. 前記移動機構は、前記基板を処理する処理中、前記クランプピンの組ごとの回転用磁石を交互に前記ピン回転体の回転軸の軸方向に沿って移動させることを特徴とする請求項４に記載のスピン処理装置。

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