JPH09232410A - 基板回転保持装置および回転式基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板裏面の汚染および風切り現象による基板
の処理むらが発生することなく基板の損傷および破損が
防止された基板回転保持装置およびそれを備えた回転式
基板処理装置を提供することである。 【解決手段】 回転部材２の上面に回転軸Ａと同軸の円
周に沿って複数の回転式保持部材５が取り付けられてい
る。回転式保持部材５は、円柱状の保持部６、その保持
部６よりも小さな直径を有する円柱状の支持ピン７およ
び予備ピン８からなる。保持部６は回転部材２に回動可
能に取り付けられ、支持ピン７および予備ピン８は保持
部６の上面に回転軸に対して偏心して設けられる。保持
部６の回動に伴って支持ピン７の外周面が基板１００の
外周端面に当接し、支持ピン７の破損時には保持部６が
さらに回動して予備ピン８が基板１００の外周端面に当
接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板を水平に保持
しつつ回転させる基板回転保持装置およびそれを備えた
回転式基板処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転式塗布装置、回転式現像装置等の回
転式基板処理装置においては、半導体ウエハ等の基板を
水平に保持しながら回転させる必要がある。一般的に
は、基板の裏面を真空吸着により吸着保持する吸引式ス
ピンチャックが用いられている。

【０００３】図９は吸引式スピンチャックを用いた従来
の回転式基板処理装置の一例を示す概略断面図である。
図９において、吸引式スピンチャック３１はモータ３３
のシャフト３２の先端部に固定されており、モータ３３
の回転に伴って回転する。この吸引式スピンチャック３
１に基板１００が真空吸着により吸着保持される。また
基板１００の周囲を取り囲むようにカップ３４が上下動
自在に設けられている。

【０００４】この回転式基板処理装置においては、モー
タ３３により基板１００を回転させながら基板１００の
表面に処理液を供給して基板１００に所定の処理を行
う。このような吸引式スピンチャックでは、基板１００
を回転時に確実に吸着保持するために強力な吸着を行っ
ているので、基板１００の裏面に吸着跡が生じる。ま
た、基板１００の裏面の中央部が吸引式スピンチャック
３１により直接吸着されているので、吸引式スピンチャ
ック３１の近傍までしか裏面洗浄リンスを行うことがで
きない。そのため、基板１００の裏面に回り込んだ処理
液を完全に洗浄することができない。基板１００の裏面
にこのような汚れが残ると、露光段階での焦点のずれが
補正可能な範囲内に収まらず、フォーカス異常が発生し
たり、その基板１００を基板収納カセット内に収納した
際に他の基板の表面が汚染されるという問題が生じる。

【０００５】そこで、基板の裏面の周縁部を支持すると
ともに基板の外周端面を保持しつつ基板に回転力を伝達
する外周端縁保持型の基板回転保持装置（機械式スピン
チャック）が提案されている。図１０は外周端縁保持型
の基板回転保持装置の概略断面図、図１１はその基板回
転保持装置の概略平面図である。

【０００６】図１０において、モータのシャフト４５の
先端部に円形板状の回転部材４１が水平に固定されてい
る。回転部材４１の上面には、基板１００の裏面を垂直
に支持する複数の垂直方向支持ピン４２、および基板１
００の外周端面に当接して基板１００の水平方向の位置
を規制する複数の円柱状の水平方向支持ピン４３が固定
されている。

【０００７】図１１の例では、２本の水平方向支持ピン
４３が基板１００のオリエンテーションフラット部（直
線状切欠き）１０１に沿って配置され、残り４本の水平
方向支持ピン４３が基板１００の外周部に沿って配置さ
れている。この水平方向支持ピン４３と基板１００の外
周端面との間には、基板１００の搬入および搬出を容易
にするために僅かな遊びが設けられている。

【０００８】このような基板回転保持装置において、回
転部材４１がモータのシャフト４５により回転駆動され
ると、回転方向に応じて基板１００のオリエンテーショ
ンフラット部１０１が水平方向支持ピン４３の１つによ
り掛止され、かつ水平方向支持ピン４３のいくつかが基
板１００の外周端面に当接し、基板１００の中心が回転
部材４１の回転中心からやや偏心した状態で基板１００
が回転部材４１とともに回転する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の外周端縁保持型
の基板回転保持装置では、回転処理中に水平方向支持ピ
ン４３の風切り現象により基板１００の外周部に乱気流
が生じ、この乱気流により基板１００の表面に処理むら
が生じるという問題がある。特に、このような基板回転
保持装置を回転式塗布装置に適用しようとすれば、水平
方向支持ピン４３の風切り現象による乱気流の影響が基
板１００の表面の周縁部に及び、基板１００の表面にレ
ジスト等の塗布液の塗布むらが発生することが考えられ
る。それゆえ、水平方向支持ピン４３はできるだけ細く
かつ短く形成する必要がある。

【００１０】一方、水平方向支持ピン４３は基板１００
と絶えず接触して磨耗するものであるため、耐磨耗性に
優れた材質を用いる必要がある。また、基板１００への
金属汚染を防止するために、非金属の材質を用いること
が望ましい。

【００１１】このような水平方向支持ピン４３の形状か
らの制約および材質上の制約を考えると、水平方向支持
ピン４３に十分な耐久性を確保することは容易ではな
い。特に、基板１００の回転中には水平方向支持ピン４
３は基板１００の外周端面により剪断力を受けるので、
折れ曲がったり、破損したりする可能性がある。

【００１２】万一、水平方向支持ピン４３が折れ曲がっ
たり破損した場合には、多数の工程を経た高価な基板を
確実に保持することができず、基板回転保持装置から基
板が飛び出して損傷を受けたり、破損するおそれがあ
る。また、基板が破損すると、破損した基板の除去や回
転式基板処理装置の補修のために基板の処理工程が長時
間停止してしまう。

【００１３】本発明の目的は、基板裏面の汚染および風
切り現象による基板の処理むらが発生することなく基板
の損傷および破損が防止された回転式基板保持装置およ
びそれを備えた回転式基板処理装置を提供することであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係る基板回転保持装置は、基板を水平に保持しつ
つ回転させる基板回転保持装置であって、水平姿勢で回
転駆動される回転部材、複数の第１の支持部材および複
数の第２の支持部材を備える。複数の第１の支持部材
は、回転部材上に載置される基板の外周部に沿うように
配設され、基板の外周端面に当接して基板の水平位置を
規制する。複数の第２の支持部材は、複数の第１の支持
部材にそれぞれ対応して設けられ、回転部材上で回転部
材の中心に対して複数の第１の支持部材よりも外側の位
置にそれぞれ配置される。

【００１５】第２の発明に係る基板回転保持装置は、第
１の発明に係る基板回転保持装置の構成において、複数
の保持部をさらに備えたものである。複数の保持部は、
回転部材上に載置される基板の外周部に沿うように配置
され、それぞれ所定の回転軸の周りで回動可能に回転部
材に取り付けられる。各第１の支持部材および対応する
第２の支持部材は、各保持部上に回転軸に対して偏心し
て設けられる。

【００１６】第３の発明に係る基板回転保持装置は、第
２の発明に係る基板回転保持装置の構成において、複数
の保持部が磁力により回転駆動されるものである。第４
の発明に係る基板回転保持装置は、第１の発明に係る基
板回転保持装置の構成において、複数の第１の支持部材
および複数の第２の支持部材が回転部材に固定されたも
のである。

【００１７】第１〜第４の発明に係る基板回転保持装置
においては、回転部材が回転駆動されると、通常は、複
数の第１の支持部材の外周面が基板の外周端面に当接
し、それらの第１の支持部材により基板が水平方向に保
持される。複数の第１の支持部材のいずれかが折れ曲が
ったり破損した場合には、その第１の支持部材に対応す
る第２の支持部材および他の正常な第１の支持部材によ
り基板が水平方向に保持される。

【００１８】そのため、複数の第１の支持部材のいずれ
かが折れ曲がったり破損した場合でも、基板が損傷を受
けたり破損することが防止され、正常に基板の処理を続
けることができる。したがって、複数の第１の支持部材
の寸法を小さくすることにより風切り現象による基板の
処理むらを防止することが可能となる。また、基板の外
周端面が保持されるので、吸着による裏面の汚染が発生
しない。その結果、製品の歩留りが向上する。

【００１９】特に、第２の発明に係る基板回転保持装置
においては、複数の保持部をそれぞれ回転軸の周りで回
動させることにより、通常は、複数の第１の支持部材の
外周面が基板の外周端面に当接し、それらの第１の支持
部材により基板が水平方向に保持される。

【００２０】第１の支持部材のいずれかが折れ曲がった
り破損した場合には、保持部をさらに同方向に回動させ
ることにより、その第１の支持部材に対応する第２の支
持部材の外周面が基板の外周端面に当接し、第２の支持
部材および他の正常な第１の支持部材により基板が水平
方向に保持される。この場合、第１の支持部材の破損か
ら第２の支持部材による基板の保持までの間に基板は他
の正常な第１の支持部材により保持されて準安定状態に
ある。したがって、基板がほとんど位置ずれすることな
く、保持部の回動により第２の支持部材が基板に当接し
た後、正常な第１の支持部材および第２の支持部材によ
り基板が安定に保持される。その結果、正常に基板の処
理を続けることが可能となる。

【００２１】また、第３の発明に係る基板回転保持装置
においては、複数の保持部が磁力により回転駆動される
ので、部材間の摩擦によるパーティクル（粒子）の発生
が防止される。

【００２２】また、第４の発明に係る基板回転保持装置
においては、通常は回転部材に固定された複数の第１の
支持部材の外周面が基板の外周端面に当接し、それらの
第１の支持部材により基板が水平方向に保持される。複
数の第１の支持部材のいずれかが折れ曲がったり破損し
た場合には、その第１の支持部材に対応する第２の支持
部材および他の正常な第１の支持部材により基板が水平
方向に保持される。

【００２３】この場合、基板は第２の支持部材に当接す
るまで多少水平方向に位置ずれすることもあるが、基板
が第２の支持部材に当接した後は、第２の支持部材およ
び他の正常な第１の支持部材により安定に保持される。
それにより、基板は回転部材の回転中心に対して多少偏
心した状態で回転を続けることができる。その結果、正
常に基板の処理を続けることができる。

【００２４】第５の発明に係る回転式基板処理装置は、
第１〜第４のいずれかの発明に係る基板回転保持装置を
備えたものである。第５の発明に係る回転式基板処理装
置においては、第１〜第４のいずれかの発明に係る基板
回転保持装置が設けられているので、複数の第１の支持
部材のいずれかが折れ曲がったり破損した場合でも、そ
の第１の支持部材に対応する第２の支持部材および他の
正常な第１の支持部材により基板が水平方向に保持され
る。したがって、複数の第１の支持部材の寸法を小さく
形成することが可能となる。その結果、基板裏面の汚染
および風切り現象による基板の処理むらの発生を防止し
つつ、基板の損傷および破損を防止することが可能とな
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施例にお
ける基板回転保持装置を用いた回転式基板処理装置の概
略断面図、図２は図１の基板回転保持装置の概略平面図
である。

【００２６】図１および図２において、基板回転保持装
置１は、円形板状の回転部材２を備える。回転部材２
は、モータ３のシャフト４の先端部に水平に固定され、
鉛直方向の回転軸Ａの周りで回転駆動される。回転部材
２の上面には、回転軸Ａと同軸の円周に沿って複数の回
転式保持部材５が取り付けられている。

【００２７】回転式保持部材５は、円柱状の支持部６、
その支持部６よりも小さな直径を有する円柱状（棒状）
の支持ピン７、および同様に支持部６よりも小さな直径
を有する円柱状（棒状）の予備ピン８からなる。図２に
示すように、支持部６は、その中心軸と同軸の回転軸６
ａの周りで回動可能に回転部材２に取り付けられてい
る。支持ピン７および予備ピン８は、支持部６の上面に
回転軸６ａに対して偏心して設けられている。通常は、
保持部６の回動により支持ピン７の外周面が基板１００
の外周端面に当接する。

【００２８】支持ピン７および予備ピン８は、導電性セ
ラミックス等の耐磨耗性を有する非金属により形成す
る。特に、本実施例の基板回転保持装置１を基板１００
にレジスト等の塗布液を塗布する回転式塗布装置に用い
る場合には、風切り現象による塗布むらを防止するため
に、支持ピン７および予備ピン８の外径を１ｍｍ程度と
し、基板１００よりも上方に１ｍｍ程度以上突出しない
長さに形成することが好ましい。

【００２９】図１に示すように、回転部材２の下方に
は、リング状磁石９が回転軸Ａと同軸に上下動自在に配
設されている。また、基板回転保持装置１の周囲を取り
囲むようにカップ５０が上下動自在に配設されている。

【００３０】図３は回転式保持部材およびその下部に取
り付けられた磁石保持部を示す斜視図である。図３に示
すように、回転式保持部材５の支持部６の下部には、回
転軸６ａと同軸の回転軸体１０を介して円形の磁石保持
部１１が取り付けられている。磁石保持部１１の中央部
には棒状の永久磁石１２が内蔵されている。

【００３１】本実施例では、支持ピン７が第１の支持部
材に相当し、予備ピン８が第２の支持部材に相当する。
図４および図５は図１および図２の基板回転保持装置１
の構成および動作を説明するための図であり、（ａ）は
回転式保持部材およびその周辺部の部分断面図、（ｂ）
は回転式保持部材の平面図である。

【００３２】図４（ａ）および図５（ａ）に示すよう
に、回転式保持部材５の回転軸体１０は回動軸受け１３
を介して回転部材２に回動自在に支持されている。回動
軸受け１３には、回動摩擦を抑えるために例えばベアリ
ング機構が設けられている。

【００３３】基板１００の処理前および処理後には、図
４（ａ）に示すように、リング状磁石９が回転部材２の
下方に離れて位置する。このとき、リング状磁石９が形
成する磁力線Ｂは、永久磁石１２が配置される高さにお
いて、回転部材２の外側から中心部に向かう方向に向い
ている。したがって、永久磁石１２のＮ極が回転部材２
の中心部に向かう方向に吸引される。それにより、図４
（ｂ）に示すように、回転式保持部材５は、矢印Ｘの方
向に回動し、支持ピン７の外周面が基板１００の外周端
面から離れる。

【００３４】基板１００を処理する際には、図５（ａ）
に示すように、リング状磁石９が上昇して回転部材２に
接近する。したがって、永久磁石１２のＳ極がリング状
磁石１２のＮ極に吸引される。それにより、図５（ｂ）
に示すように、回転式保持部材５が矢印Ｙの方向に回動
し、支持ピン７の外周面が基板１００の外周端面に当接
し、基板１００が水平方向に保持される。このとき、予
備ピン８は基板１００の外周端面から数ｍｍ離れた位置
にある。

【００３５】図６は図１および図２の基板回転保持装置
１において支持ピン７が破損した場合の動作を説明する
ための図である。支持ピン７が破損した場合には、図６
に示すように、回転保持部材５がさらに矢印Ｙの方向に
回動し、予備ピン８の外周面が基板１００の外周端面に
当接し、基板１００が水平方向に保持される。

【００３６】本実施例においては、複数の回転式保持部
材５が設けられているので、１つの回転保持部材５にお
ける１本の支持ピン７が破損しても、支持ピン７の破損
から予備ピン８による基板１００の保持までの間に基板
１００は正常な複数の支持ピン７により支持されて準安
定状態にある。したがって、基板１００が位置ずれする
ことなく、回転保持部材５の回動により予備ピン８が基
板１００に当接した後、正常な支持ピン７および予備ピ
ン８により基板１００が安定に保持される。その結果、
支持ピン７の破損に起因する基板１００の損傷および破
損が未然に防止される。

【００３７】なお、本実施例では、予備ピン８は支持ピ
ン７と同じ材質により同程度の寸法に形成されている
が、予備ピン８を支持ピン７よりも耐久性および耐破損
性に優れた材質により形成してもよい。すなわち、予備
ピン８は、通常は基板１００に接触しておらず、金属汚
染のおそれがないので、予備ピン８の材質としてコスト
上有利な高張力鋼等の金属を用いることができる。それ
により、支持ピン７が破損した場合にさらに予備ピン８
が破損することなく基板１００を確実に保持することが
できる。

【００３８】また、予備ピン８は支持ピン７に比べて基
板１００の外周端面から離れた位置に配置されているの
で、予備ピン８の風切り現象が基板１００の外周部に与
える影響は支持ピン７に比べて小さい。したがって、予
備ピン８の風切り現象による基板１００の処理むらが発
生しない範囲内で予備ピン８の径または長さを支持ピン
７よりも大きく形成してもよい。この場合にも、予備ピ
ン８の耐久性および耐破損性が支持ピン７に比べて高く
なり、支持ピン７が破損した場合にさらに予備ピン８が
破損することなく基板１００を確実に保持することがで
きる。

【００３９】図７は本発明の第２の実施例における基板
回転保持装置の概略断面図、図８は図７の基板回転保持
装置の概略平面図である。図７および図８において、基
板回転保持装置２０は、円形板状の回転部材２１を備え
る。回転部材２１は、モータ（図示せず）のシャフト４
の先端部に水平に固定され、鉛直方向の回転軸Ａの周り
で回転駆動される。回転部材２１の上面には、基板１０
０の裏面を垂直に支持する複数の垂直方向支持ピン２
２、および基板１００の外周端面に当接して基板１００
の水平位置を規制する複数の円柱状（棒状）の水平方向
支持ピン２３が固定されている。

【００４０】図８の例では、２本の水平方向支持ピン２
３が基板１００のオリエンテーションフラット部１０１
に沿って配置され、残りの４本の水平方向支持ピン２３
が基板１００の外周部に沿って配置されている。これら
の水平方向支持ピン２３と基板１００の外周端面との間
には、基板１００の搬入および搬出を容易にするために
僅かな遊びが設けられている。さらに、回転部材２１の
上面において、回転軸Ａに対して各水平方向支持ピン２
３よりも斜め外側の位置に円柱状（棒状）の予備ピン２
４が固定されている。各予備ピン２４は基板１００の外
周端面から数ｍｍ程度離れた位置に配置される。

【００４１】水平方向支持ピン２３および予備ピン２４
は、導電性セラミックス等の耐磨耗性を有する非金属に
より形成する。水平方向支持ピン２３は、外径を例えば
１ｍｍ程度とし、基板１００よりも上方に１ｍｍ程度以
上突出しない長さにする。本実施例では、予備ピン２４
の耐久性および耐破損性を高めるために、予備ピン２４
の外径および長さを水平方向支持ピン２３よりもやや大
きく形成している。

【００４２】本実施例では、水平方向支持ピン２３が第
１の支持部材に相当し、予備ピン２４が第２の支持部材
に相当する。本実施例の回転基板保持装置２０において
は、回転部材２１がモータのシャフト４により回転駆動
されると、回転方向に応じて基板１００のオリエンテー
ションフラット部１０１が水平方向支持ピン２３の１つ
により掛止され、かつ水平方向支持ピン２３のいくつか
が基板１００の外周端面に当接し、基板１００の中心が
回転部材２１の回転中心からやや偏心した状態で基板１
００が回転部材２１とともに回転する。このとき、予備
ピン２４は基板１００の外周端面から数ｍｍ離れた位置
にあるので、基板１００が予備ピン２４の風切り現象に
よる影響を受けず、基板１００の表面に処理むらが起こ
らない。

【００４３】水平方向支持ピン２３が折れ曲がったり、
破損した場合には、その水平方向支持ピン２３の斜め外
側にある予備ピン２４および他の正常な水平方向支持ピ
ン２３により基板１００が水平方向に保持される。この
場合、基板１００は予備ピン２４に当接するまで多少水
平方向に位置ずれすることもあるが、基板１００が予備
ピン２４に当接した後は、予備ピン２４および他の正常
な水平方向支持ピン２３により確実な保持が行われる。
それにより、基板１００は回転部材２１の回転中心に対
して多少偏心した状態で回転を続ける。このとき、基板
１００の位置ずれは僅かであるため、基板１００の裏面
と垂直方向支持ピン２２との摺動によるパーティクル
（粒子）の発生も起こらない。その結果、基板１００の
損傷および破損が起こらず、基板１００に正常な処理を
続けることができる。

【００４４】なお、予備ピン２４は通常は基板１００に
接触しないので、予備ピン２４の材質として高張力鋼等
の金属を用いても、金属汚染のおそれもなく、コストの
面でも有利である。

【００４５】上記第１および第２の実施例では、各支持
ピン７または各水平方向支持ピン２３に対してそれぞれ
１つの予備ピン８，２４を設けているが、各支持ピン７
または各水平方向支持ピン２３に対してそれぞれ複数の
予備ピンを設けてもよい。

【００４６】第１および第２の実施例の基板回転保持装
置１，２０は回転式塗布装置のみならず、基板に現像処
理を行う回転式現像装置、基板の表面を洗浄する回転式
基板洗浄装置等の種々の回転式基板処理装置に適用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における基板回転保持装
置を用いた回転式基板処理装置の概略断面図である。

【図２】図１の基板回転保持装置の概略平面図である。

【図３】図１の基板回転保持装置に用いられる回転式保
持部材および磁石保持部の斜視図である。

【図４】回転式保持部材の保持部が基板の外周端面から
離れた状態を示す部分断面図および平面図である。

【図５】回転式保持部材の保持部が基板の外周端面に当
接した状態を示す部分断面図および平面図である。

【図６】図１および図２の基板回転保持装置において支
持ピンが破損した場合の動作を説明するための平面図で
ある。

【図７】本発明の第２の実施例における基板回転保持装
置の概略断面図である。

【図８】図７の基板回転保持装置の概略平面図である。

【図９】吸引式スピンチャックを用いた従来の回転式基
板処理装置の一例を示す概略断面図である。

【図１０】外周端縁保持型の基板回転保持装置の概略断
面図である。

【図１１】図１０の基板回転保持装置の概略平面図であ
る。

【符号の説明】

１，２０ 基板回転保持装置 ２，２１ 回転部材 ５ 回転式保持部材 ６ 保持部 ７ 支持ピン ８ 予備ピン ２３ 水平方向支持ピン ２４ 予備ピン Ａ，６ａ 回転軸

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を水平に保持しつつ回転させる基板
   回転保持装置であって、 水平姿勢で回転駆動される回転部材と、 前記回転部材上に載置される前記基板の外周部に沿うよ
   うに配設され、前記基板の外周端面に当接して前記基板
   の水平位置を規制する複数の第１の支持部材と、 前記複数の第１の支持部材にそれぞれ対応して設けら
   れ、前記回転部材上で前記回転部材の回転中心に対して
   前記複数の第１の支持部材よりも外側の位置にそれぞれ
   配置された複数の第２の支持部材とを備えたことを特徴
   とする基板回転保持装置。
2. 【請求項２】 前記回転部材上に載置される前記基板の
   外周部に沿うように配置され、それぞれ所定の回転軸の
   周りで回動可能に前記回転部材に取り付けられた複数の
   保持部をさらに備え、 前記各第１の支持部材および対応する第２の支持部材
   は、前記各保持部上に前記回転軸に対して偏心して設け
   られたことを特徴とする請求項１記載の基板回転保持装
   置。
3. 【請求項３】 前記複数の保持部は磁力により回転駆動
   されることを特徴とする請求項２記載の基板回転保持装
   置。
4. 【請求項４】 前記複数の第１の支持部材および前記複
   数の第２の支持部材は、前記回転部材に固定されたこと
   を特徴とする請求項１記載の基板回転保持装置。
5. 【請求項５】 基板を回転させながら前記基板に所定の
   処理を行う回転式基板処理装置であって、請求項１〜４
   のいずれかに記載の基板回転保持装置を備えたことを特
   徴とする回転式基板処理装置。