JP6734666B2

JP6734666B2 - スピン処理装置

Info

Publication number: JP6734666B2
Application number: JP2016038634A
Authority: JP
Inventors: 古矢　正明; 正明古矢; 森　秀樹; 秀樹森; 林　航之介; 航之介林; 崇大田垣; 隆宏金井
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2036-03-01
Also published as: TWI608873B; TW201703877A; JP2016192545A

Description

本発明の実施形態は、スピン処理装置に関する。

半導体装置や液晶表示装置の製造工程には、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ある。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においては、スピン処理装置が用いられ、薬液処理や洗浄処理、乾燥処理などが基板に対して実行される。スピン処理装置は、基板の外周面を把持（クランプ）し、基板中心に直交する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）を供給する。

スピン処理装置は、通常、基板を把持してチャックするチャック機構を備えている。このチャック機構には、基板の外周部を把持するためのクランプピン（チャックピン）が基板の周方向に沿って複数設けられている。さらに、これらのクランプピンを個別に駆動するため、複数のギア（例えば二つのベベルギアや平ギア、ラックギア）が組み合わされ、クランプピンごとにバネが設けられている。各クランプピンは個々のバネ力によって基板の外周に当接して基板を把持する。

特開２００８−１３５７５０号公報

しかしながら、前述のようなチャック機構においては、ギアの摩耗によってダスト（例えば塵や埃など）が発生するが、ギアの個数が多いため、ダストが多く発生する傾向にある。また、各クランプピンはそれぞれ独立して動作するため、基板を把持したときの各クランプピンの保持力はクランプピンごとのバネ力となる。このため、把持した基板の重心が基板の回転中心からずれていた場合、基板は回転中の遠心力により移動することがある。これは、各クランプピンのバネのつぶし量に差が発生し、その状態でバランスが取られたことを意味する。

通常、基板に発生する遠心力は基板の回転数の二乗に比例することから、把持した基板の重心が基板の回転中心からずれていると、回転中の基板位置は回転数に応じて変動し、さらに、基板位置のズレ量は基板の回転が高回転になるほど大きくなる。基板位置のズレ量が変動することは基板保持力（把持力）の変動にもなるため、基板の回転中に基板振動が発生する原因にもなる。

本発明が解決しようとする課題は、ダストの発生及び回転中の基板の位置ズレを抑え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、
基板の外周面を把持する少なくとも三個のクランプ部と、
前記各クランプ部により把持された前記基板を平面内で回転させるように前記基板の外周まわりに前記各クランプ部を回転させる回転機構と、
前記基板の回転軸方向に沿って昇降する第１の磁石を有し、前記第１の磁石を前記基板の回転軸方向に沿って上下させる昇降機構と、
前記第１の磁石に対向して反発する第２の磁石を有し、前記第２の磁石の上下方向の運動を横方向の運動に変換する変換機構と、
前記横方向の運動のいずれか一方向の運動に応じて前記各クランプ部を同期させて前記基板の外周面から離れる方向に移動させ、前記横方向の運動の他方向の運動に応じて前記各クランプ部を同期させて前記基板の外周面に近づく方向に移動させる同期移動機構と、を有し、
前記同期移動機構は、
前記クランプ部ごとに個別に設けられた複数の子歯車と、
前記複数の子歯車に噛み合う親歯車と、
を具備し、
前記変換機構は、
前記親歯車に設けられた回転ローラと、
前記第２の磁石と一体となって前記基板の回転軸に沿って移動する昇降ローラと、
前記昇降ローラが前記第２の磁石の上下方向の運動によって上昇及び下降することに応じて前記回転ローラを前記横方向に移動させる変換アームと、
を具備する。

本発明の実施形態によれば、ダストの発生及び回転中の基板の位置ズレを抑えることができる。

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の実施形態に係る変換機構及び昇降機構を説明するための図である。第１の実施形態に係る基板開放状態を説明するための図である。第１の実施形態に係る基板把持状態を説明するための図である。第２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３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３の実施形態に係るチャック機構の一部を示す斜視図である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について図１乃至図５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、中央に貫通孔２ａを有するベース体２と、そのベース体２の上方に回転可能に設けられた回転部３と、その回転部３の駆動源となるモータ４と、回転部３を囲む環状の液受け部５と、各部を制御する制御部６とを備えている。

回転部３は、モータ４からの動力を伝える円筒状の伝動体３ａと、各部を覆うカバー３ｂと、伝動体３ａの上端側に固定された回転プレート（回転体）３ｃとを備えており、さらに、図１及び図２に示すように、基板Ｗを把持する複数（例えば六個）のクランプ部３ｄと、各クランプ部３ｄの下部に個別に設けられた複数（例えば六個）の子歯車３ｅと、それらに噛み合う親歯車３ｆと、その親歯車３ｆに動力を伝える複数の変換機構３ｇとを備えている。なお、各子歯車３ｅや親歯車３ｆはクランプ部３ｄを同期させて回転させる同期移動機構として機能する。

図１に戻り、モータ４は、筒状の固定子４ａと、この固定子４ａ内に回転可能に挿入された筒状の回転子４ｂにより構成されている。固定子４ａはベース体２の下面に取り付けられており、回転子４ｂの上端側はベース体２の貫通孔２ａ内に位置している。このモータ４は伝動体３ａを介して回転プレート３ｃを回転させる駆動源となる。モータ４は制御部６に電気的に接続されており、制御部６の制御に応じて駆動する。なお、モータ４は回転部３を回転させる回転機構として機能する。

液受け部５は、基板Ｗから飛散した処理液や流れ落ちた処理液を受け取る環状の可動液受け部５ａ及び環状の固定液受け部５ｂにより構成されており、回転部３を囲むように設けられている。可動液受け部５ａは、例えばシリンダなどの昇降機構（図示せず）により上下方向に移動することが可能に構成されている。固定液受け部５ｂはベース体２の上面に固定されており、固定液受け部５ｂの底面には処理液（例えば、薬液や純水など）を回収する配管５ｃが接続されている。

制御部６は、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータと、基板処理に関する処理情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部（いずれも図示せず）とを備えている。この制御部６は、各クランプ部３ｄにより把持された基板Ｗを平面内で回転させ、基板Ｗに処理液を供給して基板Ｗを処理するよう、処理情報や各種プログラムに基づいて各部を制御する。

伝動体３ａは、その中心軸がモータ４の回転軸に一致するようにモータ４の回転子４ｂの上端に固定されている。このため、伝動体３ａはモータ４の駆動によって回転することになり、伝動体３ａ及びモータ４の回転中心軸が基板回転軸Ａ１となる。

伝動体３ａ及び回転子４ｂは中空軸であり、これら伝動体３ａ及び回転子４ｂの内部空間には、非回転の保持筒１１が設けられている。この保持筒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３ｄにより把持された基板Ｗの裏面（図１中の下面）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（図１中の上面）に処理液を供給するノズル（図示せず）も回転部３の上方に設けられている。

カバー３ｂは、下面開口のケース状に形成されており、伝動体３ａの回転と共に回転する部品を覆って乱流の発生を防止する。このカバー３ｂ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１４と、クランプ部３ｄ用の複数（例えば六個）の貫通孔１５が形成されている。

回転プレート３ｃは、各クランプ部３ｄを個別に保持する複数の支持筒部１６を有しており、伝動体３ａの外周面に固定されて一体となっており、伝動体３ａと共に回転する。このため、回転プレート３ｃが保持する各クランプ部３ｄも伝動体３ａの回転中心軸、すなわち基板回転軸Ａ１を中心として回転することになる。なお、各支持筒部１６は、円板状の回転プレート３ｃの外周側で基板回転軸Ａ１を中心する円周上に所定間隔、例えば等間隔で設けられている。

クランプ部３ｄは、図１及び図２に示すように、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の回転中心軸、すなわちピン回転軸Ａ２から一定距離偏心させて回転板２２上に固定されている。このクランプピン２１は、ピン回転体２３の回転に応じてピン回転軸Ａ２に対し偏心して回転することになる。ピン回転体２３は、回転プレート３ｃが備える支持筒部１６によって回転することが可能に保持されている。このピン回転体２３の下端には子歯車３ｅが固定されており、基板回転軸Ａ１を回転軸とする親歯車３ｆにかみ合っている。この親歯車３ｆは、伝動体３ａに固定された軸受２４に設けられ、伝動体３ａの軸まわりに回転することが可能になっている。

これにより、親歯車３ｆが基板回転軸Ａ１まわりに回転すると、その親歯車３ｆにかみ合う各子歯車３ｅが回転し、クランプ部３ｄごとのピン回転体２３が全て同期してピン回転軸Ａ２まわりに回転する。親歯車３ｆが基板Ｗを把持する把持方向（クランプ方向）に回転した場合には、各クランプ部３ｄの個々のクランプピン２１が全て同期して偏心回転し、基板Ｗの外周面（端面）に当接して、基板Ｗの中心を基板回転軸Ａ１上にセンタリングしつつ基板Ｗを把持する。一方、親歯車３ｆが把持方向の逆方向である開放方向に回転した場合には、各クランプ部３ｄの個々のクランプピン２１が前述と逆方向に全て同期して回転し、基板Ｗの外周面から離れ、把持状態の基板Ｗを開放する。このように各クランプ部３ｄを動作させることで、基板Ｗの中心を基板回転軸Ａ１上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。

基板Ｗの把持及び開放は親歯車３ｆを回転させることで行われているが、親歯車３ｆと回転プレート３ｃとの間には、複数（例えば二本）のクランプバネ２５が接続され、親歯車３ｆは前述の把持方向に各クランプバネ２５により付勢されている。これにより、親歯車３ｆと噛み合っている各子歯車３ｅ及び各クランプピン２１は基板Ｗを把持する方向に均一に付勢されている。各クランプバネ２５は、バランスを取ることで回転部３の安定回転を実現するため、基板回転軸Ａ１を中心として対向する位置に設けられている。これらのクランプバネ２５は付勢力を発生させる付勢機構として機能する。また、各クランプピン２１を開放するときには、外部からの力により親歯車３ｆを回転させることで開放を行う。この外力を発生させる機構が各変換機構３ｇ及び昇降機構３ｈである。

各変換機構３ｇは、回転部３の安定回転を実現するため、基板回転軸Ａ１を中心として対向する位置に設けられており、昇降機構３ｈは各変換機構３ｇの下方に設けられている。各変換機構３ｇは同じ構造であるため、一つの変換機構３ｇについてのみ説明する。なお、変換機構３ｇの個数は特に限定されるものでなく、一つでも良いが、より安定な回転を実現するためには、前述のように基板回転軸Ａ１を中心として複数の変換機構３ｇを互いに対向させて設けることが望ましい。

図３に示すように、変換機構３ｇは、Ｌ字形状の変換アーム（変換部）３１、固定ローラ３２、回転ローラ３３、昇降ローラ３４、回転リングマグネット３５などを備えている。また、昇降機構３ｈは、固定リングマグネット３６、昇降シリンダ（昇降部）３７などを備えている。なお、固定リングマグネット３６が第１の磁石として機能し、回転リングマグネット３５が第２の磁石として機能する。

変換アーム３１は、固定ローラ３２に固定されており、固定ローラ３２の回転に応じて回転するように形成されている。この変換アーム３１は、回転ローラ３３を挟み込む第１の挟み部３１ａと、昇降ローラ３４を挟み込む第２の挟み部３１ｂを有している。これらの挟み部３１ａ又は３１ｂは、例えば直方体形状の二本の部材により構成されており、その部材の平面が回転ローラ３３や昇降ローラ３４と接触する。このとき、変換アーム３１と各ローラ３３及び３４との接触領域は多数のギアを用いる場合に比べて狭くなるため、ダストの発生を抑えることが可能となる。このような変換アーム３１は、回転ローラ３３及び昇降ローラ３４を関連付け、固定ローラ３２の回転軸を中心に回転して揺動する。図３に示すように正面から変換アーム３１を見たとき、変換アーム３１の揺動動作によって、回転ローラ３３は図３の正面から見て基板回転軸Ａ１に交わる横方向に移動し、また、昇降ローラ３４は図３の正面から見て基板回転軸Ａ１に平行な上下方向に移動する。なお、横方向とは、基板回転軸Ａ１にほぼ直交する方向、例えば水平方向である。

固定ローラ３２の回転軸は、伝動体３ａの外周面に設けられたローラ固定部３２ａ（図１参照）に固定されており、基板Ｗの回転軸部材となる伝動体３ａと一体で回転する。回転ローラ３３の回転軸は、親歯車３ｆの下面に設けられたローラ固定部３３ａ（図１参照）に固定されており、親歯車３ｆと一体で基板回転軸Ａ１まわりに移動する。回転ローラ３３は変換アーム３１に接触しており、固定ローラ３２の移動に応じて変換アーム３１は回転揺動することになる。昇降ローラ３４の回転軸は、回転リングマグネット３５に固定されたローラ固定部３４ａ（図１参照）に固定されており、昇降ローラ３４はローラ固定部３４ａを介して回転リングマグネット３５と一体で基板回転軸Ａ１に沿って移動する。

回転リングマグネット３５は、ローラ固定部３２ａに基板回転軸Ａ１と平行に固定された複数の回転リング昇降軸３５ａ（図１及び図２参照）に沿って移動するように設けられ、伝動体３ａと一緒に回転するように構成されている。この回転リングマグネット３５は、基板回転軸Ａ１を中心とするリング状に形成されている。また、リング状の固定リングマグネット３６は、回転リングマグネット３５に対向するようにその下方に設置されている。これら二つのリングマグネット３５及び３６は、基板回転軸Ａ１まわりに相対角度が変化しても常に磁極が反発するように設置されている。より具体的には、図１において、リングマグネット３５と３６に黒塗りで示した部分が、それぞれのマグネットリング３５と３６に設けられたマグネットを示す。いずれのマグネットも、基板回転軸Ａ１を中心とするリング状のものが、互いに対向するように設置される。固定リングマグネット３６は、ベース体２に基板回転軸Ａ１と平行に固定された複数の固定リング昇降軸３６ａに沿って移動する。この固定リングマグネット３６は、連結部材３７ａにより連結された昇降シリンダ（例えばエアシリンダ又は油圧シリンダ）３７によって上下方向に移動するように構成されている。昇降シリンダ３７はベース体２に固定され、制御部６に電気的に接続されており（図１参照）、制御部６の制御に応じて駆動する。

このような構成により、二つのリングマグネット３５及び３６は、近接するほど反発力が強くなり接触することはなく、昇降シリンダ３７の軸が上昇すると、各リングマグネット３５及び３６の反発力によって基板Ｗのクランプが開放される。また、昇降シリンダ３７の軸が下降すると、二つのリングマグネット３５及び３６は同時に下降し、各クランプピン２１が基板Ｗを把持すると、回転リングマグネット３５の下降が停止し、固定リングマグネット３６との隙間が拡大する。基板Ｗは各クランプバネ２５の保持力により把持された状態で安定する。固定リングマグネット３６はさらに下降し、昇降シリンダ３７の軸が止まると所定の高さで停止する。

前述の変換機構３ｇは、変換アーム３１が固定ローラ３２を軸として回転する揺動動作によって、回転リングマグネット３５が基板回転軸Ａ１に平行に移動する上下方向の運動を回転ローラ３３が横方向に移動する運動（左右運動）に変換する機構である。これにより、回転リングマグネット３５の上下方向の運動が変換機構３ｇを介して回転ローラ３３の横方向の運動に変換され、その回転ローラ３３につながる親歯車３ｆが基板回転軸Ａ１まわりに回転することになる。全てのクランプピン２１は、一つの親歯車３ｆにかみ合う子歯車３ｅにより同期して回転し、均一な押圧力（当接力）によって基板Ｗを把持するため、基板Ｗの中心が基板回転軸Ａ１上にセンタリングされて把持される。このとき、子歯車３ｅが同期して回転するため、各クランプピン２１が同期せずに個別に動作する機構のように、各クランプピン２１の押圧力の違いによって基板Ｗの位置がずれることが抑えられる。

前述の変換機構３ｇの変換動作について図４及び図５を参照して詳しく説明する。図４は昇降シリンダ３７の軸を上昇させて基板Ｗのクランプを開放した状態であり、図５は昇降シリンダ３７の軸を下降させて各クランプピン２１が基板Ｗを把持した状態である。

図４に示すように、昇降シリンダ３７の軸が矢印ａ１の方向に上昇すると、固定リングマグネット３６が基板回転軸Ａ１に沿って上昇する。そして、固定リングマグネット３６に反発する回転リングマグネット３５が基板回転軸Ａ１に沿って上昇し、回転リングマグネット３５につながる昇降ローラ３４も基板回転軸Ａ１に沿って上昇する。これに応じて変換アーム３１が固定ローラ３２を軸として矢印ｂ１の方向に回転すると、回転ローラ３３が変換アーム３１の揺動動作によって各クランプバネ２５の付勢力に逆らって矢印ｃ１の方向に移動する。この回転ローラ３３とつながる親歯車３ｆが回転すると、親歯車３ｆにかみ合う全ての子歯車３ｅが回転し、全てのクランプピン２１が同期して基板Ｗの端面から離れ、基板Ｗの把持が開放される。

図５に示すように、昇降シリンダ３７の軸が矢印ａ２の方向に下降すると、固定リングマグネット３６が基板回転軸Ａ１に沿って下降する。そして、回転リングマグネット３５が基板回転軸Ａ１に沿って下降し、回転リングマグネット３５につながる昇降ローラ３４も基板回転軸Ａ１に沿って下降する。これに応じて変換アーム３１が固定ローラ３２を軸として矢印ｂ２の方向に回転すると、回転ローラ３３が変換アーム３１の揺動動作に応じ各クランプバネ２５の付勢力によって矢印ｃ２の方向に移動する。この回転ローラ３３とつながる親歯車３ｆが回転すると、親歯車３ｆにかみ合う全ての子歯車３ｅが回転し、全てのクランプピン２１は同期して基板Ｗの端面に接触し、基板Ｗの中心を基板回転軸Ａ１にセンタリングしつつ基板Ｗを把持する。

前述の図４（基板Ｗを把持している状態から基板Ｗの把持を開放している状態へ移行する）及び図５（基板Ｗの把持を開放している状態から基板Ｗを把持している状態へ移行する）において、回転リングマグネット３５の高さ位置が異なっているため、その回転リングマグネット３５の高さ位置から基板Ｗを把持しているか否かを確認することが可能となる。このため、チャック高さリング板３８が回転リングマグネット３５と連動するように回転リングマグネット３５の上面に設置されており、さらに、チャック高さリング板３８の高さ位置を検出するチャックセンサ（高さ位置検出部）３９が設けられている。このチャックセンサ３９によりチャック高さリング板３８の高さ位置を測定し、チャック高さリング板３８の高さ位置に基づいて、各クランプピン２１が基板Ｗを正常に把持したか否かを制御部６により判断する。したがって、制御部６は判断部として機能する。

各クランプピン２１により基板Ｗを把持した状態では（図５参照）、回転リングマグネット３５の高さ位置は所定高さになるため、基板Ｗの回転中も、チャック高さリング板３８の高さ位置をチャックセンサ３９で監視することによって、基板Ｗの把持が正しく行われているか否かを確認することができる。また、基板Ｗの有無を確認することも可能である。なお、回転リングマグネット３５の高さ位置に応じて各部を制御することも可能であり、例えば、基板Ｗの回転速度を上げ下げしたり、回転リングマグネット３５の昇降によって基板Ｗを把持する把持力を増減したりする。

このようなスピン処理装置１において、一対の変換機構３ｇと昇降機構３ｈとの運動伝達は二つのリングマグネット３５及び３６を介して行われる。これにより、マグネットの反発力で各クランプピン２１による把持動作及び開放動作（開閉動作）を行うため、接触して動作する部分が少なくなる。これにより、ダストによる基板Ｗへの悪影響を抑えることができる。

また、各クランプピン２１を一定速度で基板Ｗの把持方向及び開放方向のどちらにも同期させて同じ量回転させることが可能である。このため、各クランプピン２１の回転を均一にして、基板Ｗの中心を基板回転軸Ａ１上に合わせる正確なセンタリングを行うことができる。さらに、各クランプピン２１がそれぞれ独立して動作することはなく、基板Ｗを把持したときの各クランプピン２１の保持力は各クランプバネ２５による一定のバネ力となる。このため、把持した基板Ｗの重心が基板Ｗの回転中心からずれていた場合でも、基板Ｗが回転中の遠心力によって移動することを抑えることが可能である。これは、各クランプピン２１の保持力が絶えず一定であり、前述の重心ずれが生じていても、基板Ｗの回転中に各クランプピン２１による基板保持バランスが乱れることがないためである。

例えば、基板Ｗが回転中の遠心力によってあるクランプピン２１に力を加え、そのクランプピン２１が偏心回転しようとしても、力が加わったクランプピン２１に連動して他の全てのクランプピン２１も同じ方向に同じ量偏心回転するため、力が加わったクランプピン２１が偏心回転するための力は、全てのクランプピン２１を付勢力に抗して移動させ基板Ｗの把持を開放させる力と同じ力となる。したがって、力が加わったクランプピン２１は偏心回転できず、また、基板Ｗを把持する各クランプピン２１の基板保持力は絶えず一定となることから、基板Ｗの位置が回転数により移動することやそのズレ量が高回転ほど大きくなることを抑えることができる。また、ズレ量が変動すること、すなわち基板保持力の変動による回転処理中の基板Ｗの振動を抑制することができる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、一対の変換機構３ｇと昇降機構３ｈとの運動伝達は二つのリングマグネット３５及び３６を介して行われるため、接触して動作する部分が少なくなり、ダストの発生を抑えることができる。また、全てのクランプピン２１は把持方向及び開放方向のどちらにも同期して一定速度で同じ量移動することが可能であり、各クランプピン２１における基板Ｗに対する押圧力（当接力）を均一にすることができる。このため、基板Ｗの中心を基板回転軸Ａ１上に合わせつつ把持し、正確なセンタリングを行うことが可能となり、さらに、把持した基板Ｗの重心が基板Ｗの回転中心からずれている場合でも、各クランプピン２１の基板保持力が絶えず一定であるため、基板Ｗが回転中の遠心力によって移動することを抑制し、回転中の基板Ｗの位置ズレを抑えることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図６を参照して説明する。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態との相違点について説明し、その他の説明は省略する。相違点は、三つのクランプ部３ｄを一組とし、その組ごとに一対の変換機構３ｇ及び昇降機構３ｈを設ける点である。

図６に示すように、第２の実施形態において、各クランプ部３ｄは基板Ｗの周方向に沿って一個置きに並ぶ三個が一組とされ、一対の変換機構３ｇ及び昇降機構３ｈは組ごとに設けられている。これにより、各クランプ部３ｄは組ごとに独立して駆動することが可能になっているため、基板Ｗの回転中も組ごとにクランプピン２１を開閉することができる。なお、開とはクランプピン２１が基板Ｗの把持を開放する方向に移動することを示し、閉とはクランプピン２１が基板Ｗを把持する方向に移動することを示す。

基板Ｗの回転中に組ごとに三本のクランプピン２１を交互に開閉することで、基板Ｗの持ち替え動作が可能になる。また、基板Ｗを高速に回転させる動作中でも、マグネットの反発力で開閉動作を行うため、高速で接触して動作する部分が少なく、ダストによる基板Ｗへの影響を最小限に抑えることができる。基板Ｗの持ち替え時にも基板Ｗが回転中の遠心力により移動することが無いので、基板Ｗの回転中でも振動が無く持ち替え作業を行うことができる。このように基板Ｗの回転中あるいは停止中を問わず、各クランプピン２１を開閉することが可能である。

持ち替え作業では、基板Ｗの回転中などにおいて、クランプピン２１の半数を把持から開放、また、開放から把持と交互に変更する。この基板Ｗの回転中でも必ず一定の把持力で基板Ｗを把持することができる。また、一方の組のクランプピン２１で基板Ｗを把持し、他方の組のクランプピン２１を開放することによって、クランプピン２１と基板Ｗとの接触部分に処理液を回り込ませ、基板Ｗの処理残りの発生を防止することができる。

また、チャックセンサ３９により検出された回転リングマグネット３５の高さ位置に基づき、基板Ｗが正しく把持されたことを制御部６により確認することができた場合に限り、一組のクランプピン２１を開放する動作を許可することも可能である。この場合には、把持力不足による基板Ｗのズレなどのトラブル発生、すなわち基板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。

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可能である。さらに、前述の持ち替え作業を行うことによって、クランプピン２１と基板Ｗとの接触部分に処理液を回り込ませ、基板Ｗの処理残りの発生を防止することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について図７及び図８を参照して説明する。なお、第３の実施形態では、第１の実施形態との相違点について説明し、その他の説明は省略する。第１及び第２の実施形態では、クランプピン２１を同期させて基板Ｗを把持し、同期させて基板Ｗの把持を開放するチャック機構として遊星歯車機構を用いているが、第３の実施形態では、他方式のチャック機構として同期リング機構及び伸縮クランプ機構を用いている。

図７に示すように、第３の実施形態において、各クランプピン２１は基板回転軸Ａ１まわりに一個置きに並ぶ三個が一組とされ、組ごとに独立して駆動することが可能になっている。第１の同期リング５１及び第２の同期リング５２は、基板回転軸Ａ１を軸として回転することが可能に設けられており、組ごとに各クランプピン２１を同期させる。なお、第１の同期リング５１は第２の同期リング５２の下方に配置されている。

第１の同期ピン５３は、同期して移動するクランプピン２１の本数分（図７では三本分）第１の同期リング５１の上面に基板回転軸Ａ１まわりに等間隔で設置されている。第２の同期ピン５４も同様に、同期して移動するクランプピン２１の本数分（図７では三本分）第２の同期リング５２の上面に基板回転軸Ａ１まわりに等間隔で設置されている。これら第１の同期ピン５３及び第２の同期ピン５４は基板回転軸Ａ１と平行になっている。

なお、第１の同期リング５１の回転を妨げないように、第２の同期リング５２には第１の同期ピン５３が挿入される貫通孔５２ａ（図８参照）が第１の同期ピン５３の個数分形成されている。貫通孔５２ａは、第１の同期リング５１が回転しても、第１の同期リング５１上の第１の同期ピン５３が貫通孔５２ａに当たることがないように形成されている。

図８は、伸縮クランプ機構３ｉの詳細説明のため、一つの伸縮クランプ機構３ｉについて示しているが、実際には、図７に示すように、この伸縮クランプ機構３ｉが基板回転軸Ａ１まわりに複数個等間隔に設置されている。

図８に示すように、第１の同期ピン５３は、Ｌ字形状の同期アーム５５に滑りブロック５３ａを介して回転とスライド可能に設置されている。同期アーム５５は、固定ローラ５６に固定されており、固定ローラ５６の回転に応じて回転するように形成されている。固定ローラ５６の回転軸は固定ブロック５７に固定されている。固定ブロック５７は、基板回転軸Ａ１を軸として回転する伝動体３ａまたはローラ固定部３２ａ（いずれも図１参照）に固定されている。

同期アーム５５には、回転による遠心力によって同期アーム５５が固定ローラ５６を回転軸として回転することを抑止する錘（おもり）５５ａが設けられている。さらに、同期アーム５５の形状が、回転による遠心力によって同期アーム５５が固定ローラ５６を回転軸として回転することを抑止する形状にも形成されている。なお、錘５５ａの取り付け位置は、特に限定されるものではなく、回転による遠心力によって同期アーム５５が固定ローラ５６を回転軸として回転することを抑止することが可能な位置であれば良い。

固定ブロック５７には、基板回転軸Ａ１に対し直交するように配置されたスライド軸５８がスライド移動することが可能に、かつスライド軸５８まわりの回転が規制されて設置されている。このスライド軸５８と固定ブロック５７との間には、クランプバネ５９がスライド軸５８を基板回転軸Ａ１側に一定の保持力で押し付ける状態で組み立てられている。スライド軸５８の先端には、クランプ軸６０、その先端部にクランプピン２１が固定されている。スライド軸５８がクランプバネ５９の付勢力により固定ブロック５７に押し付けられているため、クランプピン２１も常に基板回転軸Ａ１に直交する方向に位置決めされている。

スライド軸５８には、二本のリンクピンとして、同期伸縮ピン６１及び伸縮回転ピン６２が固定されている。同期伸縮ピン６１は、同期アーム５５に滑りブロック６１ａを介して接続されている。伸縮回転ピン６２は、基板回転軸Ａ１と直交する方向（水平方向）にのびるピンである。同期伸縮ピン６１は、スライド軸５８の移動により同期アーム５５を回転させて、第１の同期ピン５３の動きにより第１の同期リング５１を基板回転軸Ａ１まわりに回転させる。伸縮回転ピン６２は、もう一つのＬ字形状の伸縮アーム６３に滑りブロック６２ａを介して接続されている。

伸縮アーム６３は、固定ローラ６４に固定されており、固定ローラ６４の回転に応じて回転するように形成されている。固定ローラ６４の回転軸は、基板回転軸Ａ１と直交する方向に平行にされて固定ブロック５７に固定されている。伸縮アーム６３には、別の軸である昇降ピン６５が伸縮回転ピン６２及び固定ローラ６４と平行に、滑りブロック６５ａを介して回転とスライド可能に接続されている。昇降ピン６５は、第１の実施形態に係る回転リングマグネット３５に一体として接続されている。

これにより、回転リングマグネット３５が基板回転軸Ａ１に沿って上方向に移動すると、昇降ピン６５の移動により伸縮アーム６３が固定ローラ６４を軸として回転し、スライド軸５８に固定されている伸縮回転ピン６２がクランプバネ５９のバネ力に逆らってスライド移動する。そして、クランプピン２１が基板回転軸Ａ１から離れる方向に移動する。このとき、同期伸縮ピン６１もスライド軸５８と一体に移動するため、同期アーム５５が固定ローラ５６を軸として回転し、第１の同期ピン５３がスライド移動する。これに応じて、第１の同期リング５１が基板回転軸Ａ１まわりに回転する。

図７に戻り、前述の伸縮クランプ機構３ｉは基板回転軸Ａ１まわりに六個配置されている。このチャック機構では、二つの同期リング５１及び５２が設置されており、伸縮クランプ機構３ｉが基板回転軸Ａ１まわりに一個おきに組にされて六個設けられている。つまり、伸縮クランプ機構３ｉは三個で一組となる。さらに、第１の回転リングマグネット３５に加え、第２の回転リングマグネット３５Ａが設けられている。回転リングマグネット３５又は３５Ａを基板回転軸Ａ１に平行に上昇させると、三個の伸縮クランプ機構３ｉのクランプピン２１が基板回転軸Ａ１から離れるように移動する。この動作は、同期リング５１又は５２により同期した動作になるため、同じ速度での移動となる。

回転リングマグネット３５又は３５Ａを元の位置に戻すと、三個の伸縮クランプ機構３ｉのクランプバネ５９により三本のクランプピン２１が基板回転軸Ａ１に近づく。この移動も同期リング５１又は５２により同期した動作になる。これにより、基板Ｗを把持するとき、基板Ｗをセンタリングして位置決めしつつ把持することが可能になる。また、各伸縮クランプ機構３ｉが組ごとに独立して駆動するため、基板Ｗの持ち替え動作が可能である。なお、回転リングマグネット３５及び３５Ａごとに第１の実施形態に係る昇降機構３ｈ（図１参照）が設けられており、回転リングマグネット３５及び３５Ａは個別に基板回転軸Ａ１に沿って上下方向に移動することが可能である。

このような構成を採用することによって、回転軸周辺にチャック機構だけを設け、チャック機構を構成する各伸縮クランプ機構３ｉの周辺に他の機構を存在させていないため、遠心力の影響を低減することができる。つまり、前述の構成は、高速回転する時にさらに有効であり、特に基板Ｗが大きくなっても、スライド軸５８の長さが水平方向に長くなるだけで、回転軸周辺のチャック機構自体の大きさは変化しないので、遠心力の影響を受けにくい。

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可能である。さらに、前述の持ち替え作業を行うことによって、クランプピン２１と基板Ｗとの接触部分に処理液を回り込ませ、基板Ｗの処理残りの発生を防止することができる。

（他の実施形態）
前述の第１乃至第３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、前述の第２又は第３の実施形態と同様に、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。

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
６制御部
３ｅ子歯車
３ｆ親歯車
３ｇ変換機構
３ｈ昇降機構
２１クランプピン
３５回転リングマグネット
３６固定リングマグネット
３９チャックセンサ
Ｗ基板

Claims

基板の外周面を把持する少なくとも三個のクランプ部と、
前記各クランプ部により把持された前記基板を平面内で回転させるように前記基板の外周まわりに前記各クランプ部を回転させる回転機構と、
前記基板の回転軸方向に沿って昇降する第１の磁石を有し、前記第１の磁石を前記基板の回転軸方向に沿って上下させる昇降機構と、
前記第１の磁石に対向して反発する第２の磁石を有し、前記第２の磁石の上下方向の運動を横方向の運動に変換する変換機構と、
前記横方向の運動のいずれか一方向の運動に応じて前記各クランプ部を同期させて前記基板の外周面から離れる方向に移動させ、前記横方向の運動の他方向の運動に応じて前記各クランプ部を同期させて前記基板の外周面に近づく方向に移動させる同期移動機構と、を有し、
前記同期移動機構は、
前記クランプ部ごとに個別に設けられた複数の子歯車と、
前記複数の子歯車に噛み合う親歯車と、
を具備し、
前記変換機構は、
前記親歯車に設けられた回転ローラと、
前記第２の磁石と一体となって前記基板の回転軸に沿って移動する昇降ローラと、
前記昇降ローラが前記第２の磁石の上下方向の運動によって上昇及び下降することに応じて前記回転ローラを前記横方向に移動させる変換アームと、
を具備することを特徴とするスピン処理装置。
前記各クランプ部は、個別にクランプピンを有しており、
前記同期移動機構は、少なくとも前記基板の回転中、前記各クランプ部に設けられたクランプピンが前記基板に当接する個々の当接力を等しくするように前記各クランプピンを同期させて移動させることを特徴とする請求項１に記載のスピン処理装置。
前記各クランプ部は、個別にクランプピンを有しており、
前記各クランプピンは、それぞれ、前記基板の回転軸に平行なピン回転軸から偏心して回転することが可能になるように設けられており、前記基板の外周面から離れる方向及び前記基板の外周面に近づく方向に同期して回転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。
前記第２の磁石の高さ位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部により検出された前記高さ位置から前記各クランプ部が前記基板を正常に把持しているか否かを判断する判断部と、
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスピン処理装置。
前記各クランプ部は、前記基板の回転軸まわりに一つ置きに並ぶ三つを一組として六つ設けられており、
前記昇降機構、前記変換機構及び前記同期移動機構は、前記各クランプ部の組ごとに設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスピン処理装置。
基板の外周面を把持する少なくとも三個のクランプ部と、
前記各クランプ部により把持された前記基板を平面内で回転させるように前記基板の外周まわりに前記各クランプ部を回転させる回転機構と、
前記基板の回転軸方向に沿って昇降する第１の磁石を有し、前記第１の磁石を前記基板の回転軸方向に沿って上下させる昇降機構と、
前記第１の磁石に対向して反発する第２の磁石を有し、前記第２の磁石の上下方向の運動を横方向の運動に変換する変換機構と、
前記横方向の運動のいずれか一方向の運動に応じて前記各クランプ部を同期させて前記基板の外周面から離れる方向に移動させ、前記横方向の運動の他方向の運動に応じて前記各クランプ部を同期させて前記基板の外周面に近づく方向に移動させる同期移動機構と、を有し、
前記同期移動機構は、
前記基板の回転軸を軸として回転する同期リングと、
前記同期リングに前記クランプ部ごとに個別に設けられた複数の同期ピンと、
前記クランプ部ごとに設けられ、前記基板の外周面から離れる方向及び前記基板の外周面に近づく方向に移動する複数のスライド軸と、
前記複数のスライド軸に個別に設けられた複数の同期伸縮ピンと、
前記複数のスライド軸ごとに設けられ、前記同期伸縮ピンが前記スライド軸の移動によって移動することに応じて前記同期ピンを揺動させる複数の同期アームと、
を具備し、
前記変換機構は、
前記複数のスライド軸に個別に設けられた複数の伸縮回転ピンと、
前記複数のスライド軸ごとに前記第２の磁石に設けられた複数の昇降ピンと、
前記複数のスライド軸ごとに設けられ、前記昇降ピンが前記第２の磁石の上下方向の運動によって上昇及び下降することに応じて前記伸縮回転ピンを揺動させる複数の伸縮アームと、
を具備することを特徴とするスピン処理装置。
前記各クランプ部は、個別にクランプピンを有しており、
前記同期移動機構は、少なくとも前記基板の回転中、前記各クランプ部に設けられたクランプピンが前記基板に当接する個々の当接力を等しくするように前記各クランプピンを同期させて移動させることを特徴とする請求項６に記載のスピン処理装置。
前記各クランプ部は、それぞれ、前記基板の回転半径方向に沿って移動することが可能になるように設けられており、前記基板の外周面から離れる方向及び前記基板の外周面に近づく方向に同期して移動することを特徴とする請求項６に記載のスピン処理装置。
前記各クランプ部は、前記基板の回転軸まわりに一つ置きに並ぶ三つを一組として六つ設けられており、
前記昇降機構、前記変換機構及び前記同期移動機構は、前記各クランプ部の組ごとに設けられていることを特徴とする請求項６に記載のスピン処理装置。