JPH10216606A - 回転式基板処理装置および基板回転保持装置ならびにその設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の端縁を保持する保持部に起因する気流
の乱れにより基板の素子形成領域に処理むらを生じさせ
ることのない回転式基板処理装置、基板回転保持装置お
よび基板回転保持装置の設計方法を提供する。 【解決手段】 基板回転保持装置は底板５の上面に環状
部材６を有し、環状部材６の表面に基板支持ピン８およ
び基板保持ピン７を備える。基板保持ピン７は基板Ｗの
外周に沿い、かつ基板保持ピン７が生じさせる気流の乱
れが素子形成領域に及ばないように素子形成領域の外形
領域から離れた位置に配置される。基板保持ピン７は基
板Ｗの素子形成領域のパターンに応じてその取付け位置
が変更可能に形成されている。制御部は基板保持ピン７
が基板Ｗの予め定めた位置になるように基板回転保持装
置の回転停止位置を調整する。

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
して回転させる基板回転保持装置およびそれを備えた回
転式基板処理装置ならびに基板回転保持装置の設計方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ、液晶装置用ガラス基板、
フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板
に対して所定の処理を行うために回転式基板処理装置が
用いられている。回転式基板処理装置は、水平に保持し
た基板を回転させながら基板の表面に所定の処理を行う
装置であり、例えば回転式塗布装置や回転式現像装置が
ある。

【０００３】これらの回転式基板処理装置は、基板を水
平に保持する基板回転保持装置および基板回転保持装置
を回転駆動する駆動モータを有している。従来、基板保
持装置としては、基板の裏面を吸引保持する吸引式スピ
ンチャックが主流を占めていた。

【０００４】ところが、吸引式スピンチャックでは、基
板を強固に保持するために強力な吸引が行われている。
このために基板の裏面に吸着跡が生じ、この吸着跡が基
板の後処理工程において悪影響を及ぼす問題があった。
そこで、他の基板回転保持装置として、基板の外周部を
保持するメカ式スピンチャックが提案されている。

【０００５】図７は、従来の回転式基板処理装置の一例
としての回転式塗布装置の基板回転保持装置（メカ式ス
ピンチャック）の断面図である。図８は、図７の基板回
転保持装置の平面図である。基板回転保持装置３１は、
駆動モータ（図示せず）の回転軸３０に連結される円板
状の底板３２を有している。底板３２の上面には基板Ｗ
の下面を支持する３本の基板支持ピン３４と、基板Ｗの
外周端縁に沿って配置され、基板Ｗの水平方向の位置を
規制する複数の基板保持ピン３３とが形成されている。
基板保持ピン３３は基板Ｗの外周端縁から僅かに離れて
配置されており、これにより基板Ｗの搬入および搬出を
可能としている。

【０００６】回転処理時には、基板Ｗが偏心移動し、い
くつかの基板保持ピン３３に当接して水平方向への移動
が規制され、その状態で回転される。このメカ式スピン
チャックでは、基板Ｗの裏面が開放されており、吸引式
スピンチャックに比べて吸着跡の発生がなく、しかも基
板Ｗの裏面が汚染されにくいという利点を有している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７の
基板回転保持装置が高速で回転されると、基板保持ピン
３３が風切り現象を生じ、基板保持ピン３３の周囲に気
流の乱れた乱流領域Ｘが発生する。図８に示すように、
乱流領域Ｘは、基板Ｗ上に形成された処理膜に影響を及
ぼし、処理むらを生じさせる。特に、基板Ｗの素子形成
領域２１において処理膜の膜厚むらを生じると、基板Ｗ
における素子の製造歩留りが低下し、好ましくない。

【０００８】乱流領域Ｘは基板保持ピン３３が大きくな
るに従ってその発生領域が拡大する。そこで、乱流領域
Ｘを縮小させるためには、基板保持ピン３３の径を小さ
し、あるいは高さを低くすることが考えられる。しかし
ながら、径を小さくすると基板保持ピン３３の強度が低
下し、基板Ｗの保持力が低下して折損を生じるおそれが
ある。このため、基板保持ピン３３の径を小さくするに
は限界がある。また、基板保持ピン３３の高さを低くす
ると、基板Ｗに反りがあった場合には基板Ｗがはずれ易
くなる。従って、基板保持ピン３３を小型化して処理む
らの発生を防止することは困難であった。

【０００９】本発明の目的は、基板の端縁を保持する保
持部に起因する気流の乱れにより基板の素子形成領域に
処理むらを生じさせることのない回転式基板処理装置、
基板回転保持装置および基板回転保持装置の設計方法を
提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段および発明の効果】発明者
は、基板Ｗの素子形成領域２１の外形が一般的に階段状
に形成されており、このために円形の基板Ｗの外周端縁
との間の外周部２６に幅の狭い部分と広い部分とが存在
すること、乱流領域Ｘは外周部２６の幅の狭い部分より
も大きく幅の広い部分よりも小さい範囲であることに着
目し、以下の発明を案出したものである。

【００１１】第１の発明に係る回転式基板処理装置は、
基板の裏面を支持する支持部および基板の水平位置を規
制する複数の保持部を有し、基板を水平に保持する基板
保持手段と、基板保持手段を鉛直方向の軸の周りで回転
駆動する駆動手段と、駆動手段を制御する制御手段とを
備え、複数の保持部が、基板の素子形成領域のパターン
に対して予め定められた位置関係を有し得るように配置
され、制御手段が、基板保持手段に保持される基板の素
子形成領域のパターンと複数の保持部とが予め定められ
た位置関係を有するように駆動手段を制御するものであ
る。

【００１２】第２の発明に係る回転式基板処理装置は、
第１の発明に係る回転式基板処理装置の構成において、
基板が、素子形成領域のパターンが一定の方向に向くよ
うに基板保持手段に搬入され、制御手段が基板保持手段
への基板の搬入時に基板の素子形成領域のパターンと複
数の保持部とが予め定められた位置関係を有するよう
に、予め基板保持手段を一定の向きで停止させるもので
ある。

【００１３】第３の発明に係る回転式基板処理装置は、
第１の発明に係る回転式基板処理装置の構成において、
基板保持手段へ搬入される基板の画像を入力する画像入
力手段をさらに備え、制御手段が画像入力手段から入力
された基板の画像に基づいて、基板の素子形成領域のパ
ターンと複数の保持部とが予め定められた位置関係を有
するように基板保持手段の向きを設定するものである。

【００１４】第４の発明に係る回転式基板処理装置は、
第１〜第３のいずれかの発明に係る回転式基板処理装置
の構成において、予め定められた位置関係が、複数の保
持部により基板の素子形成領域に与えられる気流の影響
を回避しうる位置関係である。

【００１５】第１〜第４の発明に係る回転式基板処理装
置においては、基板の素子形成領域のパターンと基板の
水平位置を規制する複数の保持部とが予め定められた位
置関係を有し得るように、制御手段によって駆動手段が
基板保持手段を回転させて基板保持手段の停止位置が調
整される。これにより、複数の保持部が基板の素子形成
領域に及ぼす影響を抑制することができる。

【００１６】特に、第２の発明に係る回転式基板処理装
置においては、一定の向きに揃えられた基板が基板保持
手段に対して搬入される場合に、制御手段が、一定の向
きに揃えられた基板に対応した一定の向きに基板保持手
段を停止させることにより、複数の保持部と基板の素子
形成領域のパターンとが予め定められた位置関係に設定
される。これにより、複数の保持部が基板の素子形成領
域に及ぼす影響を抑制することができる。

【００１７】特に、第３の発明に係る回転式基板処理装
置においては、画像入力手段によって基板保持手段へ搬
入される基板の向きが検出され、この基板の向きに応じ
て基板保持手段の向きが設定される。このため、任意の
方向に向けられた基板が搬入された場合でも、保持部と
基板の素子形成領域のパターンとが予め定められた位置
関係となるように基板が基板保持手段に保持される。こ
れにより、複数の保持部が基板の素子形成領域に及ぼす
影響を抑制することができる。

【００１８】特に、第４の発明に係る回転式基板処理装
置においては、複数の保持部が基板の素子形成領域に与
える気流の影響を回避しうる位置に設定されることによ
り、素子形成領域において気流の乱れによる処理むらの
発生を防止することができる。

【００１９】第５の発明に係る回転式基板保持装置は、
鉛直方向の軸の周りで回転駆動される回転部材と、回転
部材上に設けられ、基板の裏面を支持する支持部と、回
転部材上に設けられ、基板の水平位置を規制する複数の
保持部とを備え、複数の保持部の各々は、基板の素子形
成領域のパターンと複数の保持部とが予め定められた位
置関係を有するように回転部材上に定められた複数の位
置のいずれかに配置可能に設けられたものである。

【００２０】これにより、素子形成領域のパターンが異
なる種々の基板を処理する場合でも、その基板のパター
ンに応じて保持部を対応する位置に再配置することがで
きる。それゆえ、複数の保持部が基板の素子形成領域に
及ぼす影響を抑制することができる。

【００２１】第６の発明に係る基板回転保持装置の設計
方法は、鉛直軸の周りで回転駆動される回転部材上に基
板の裏面を支持する支持部および基板の水平位置を規制
する複数の保持部を配置してなる基板回転保持装置の設
計方法であり、複数の保持部が基板の素子形成領域のパ
ターンに対して所定の位置関係を有するように回転部材
上に複数の保持部を配置するものである。

【００２２】これにより、複数の保持部が基板の素子形
成領域に及ぼす影響を所望の状態に抑制しうる基板回転
保持装置を得ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施例に
よる回転式塗布装置の概略断面図であり、図２は図１の
回転式塗布装置の主要部の平面図である。

【００２４】図１に示すように、回転式塗布装置は、基
板Ｗを水平に保持する基板回転保持装置３を有する。基
板回転保持装置３はスピンモータ１の回転軸２の先端に
取り付けられている。スピンモータ１の回転動作は制御
部２０により制御される。回転軸２は中空構造に形成さ
れており、その内部に基板Ｗの裏面を洗浄するための洗
浄液を吐出する洗浄液吐出ノズル１３が挿入されてい
る。

【００２５】基板回転保持装置３の周囲には中空のカッ
プ１５が配置されている。カップ１５は基板Ｗから処理
液が外方に飛散するのを防止する。

【００２６】基板回転保持装置３は、回転軸２の先端に
取り付けられる結合部材４および結合部材４に着脱自在
に取り付けられる円板状の底板５を有する。図２に示す
ように、結合部材４と底板５とはねじ１４により固定さ
れている。そして、ねじ１４を取り外すことにより、結
合部材４から底板５を取り外すことができる。

【００２７】底板５の上面には環状部材６が固定されて
いる。さらに、環状部材６の上面には、基板Ｗの裏面を
支持する３本の基板支持ピン８および基板Ｗの水平方向
の位置を規制する多数本（図示の例では６本）の基板保
持ピン７が形成されている。

【００２８】基板支持ピン８は正三角形の頂点位置にそ
れぞれ配置されており、基板Ｗを水平姿勢で安定して支
持する。

【００２９】図３は、基板保持ピン近傍の断面図であ
る。基板保持ピン７は環状部材６にねじ止め固定される
固定部７ｂと、垂直方向に延びる垂直ピン７ａとから構
成されている。また、図２に示すように、環状部材６に
は、基板保持ピン７を取り付けるための複数の取付け孔
１０，１１が形成されている。基板保持ピン７は基板Ｗ
の種類に応じて複数の取付け孔１０，１１のうちのいく
つかを選択して固定される。基板保持ピン７の取付け位
置の選択方法については後で説明する。

【００３０】底板５には３つの貫通孔１２が形成されて
いる。また、底板５の下部には、この貫通孔１２を通り
昇降する３本の昇降ピン１６、３本の昇降ピン１６を保
持する保持部材１７および保持部材１７を昇降移動させ
るエアシリンダ１８が配置されている。エアシリンダ１
８の昇降動作により３本の昇降ピン１６が貫通孔１２を
通り昇降し、基板Ｗを底板５の上方に上昇させ、また基
板Ｗを保持して下降し、基板支持ピン８上に基板Ｗを載
置させる。

【００３１】基板保持ピン７は以下のようにしてその取
付け位置が選択される。図４は、基板Ｗを保持した基板
回転保持装置の平面図である。基板Ｗには複数の素子が
集積された素子形成領域２１が形成されている。素子形
成領域２１の外形は一般的に階段状になっており、その
形状や寸法は形成される素子の種類により異なる。素子
形成領域２１の外形領域と基板Ｗの外周端縁との間には
素子が形成されない周辺部２６が存在する。また、基板
Ｗの外周には直線状のオリエンテーションフラット部１
００が形成されている。

【００３２】オリエンテーションフラット部１００に沿
って少なくとも２本の基板保持ピン７が配置されてい
る。また、基板Ｗの他の外周部に沿って４本の基板保持
ピン７が配置されている。４本の基板保持ピン７の各々
は、回転処理時に、基板保持ピン７の風切り現象により
生じる気流の乱れた領域（乱流領域）Ｘが素子形成領域
２１に達しない位置に配置される。

【００３３】乱流領域Ｘの大きさは現実の処理動作によ
って確認することができる。そこで、基板保持ピン７は
乱流領域Ｘが素子形成領域２１に達しない程度に周辺部
２６の幅が大きい位置に配置される。すなわち、環状部
材６には、基板Ｗの素子形成領域２１のパターンに応じ
て複数の取付け孔１０，１１が予め形成されている。し
たがって、基板Ｗの種類に応じて基板保持ピン７を適当
な取付け孔（図示の例では１０）に固定することによ
り、基板保持ピン７による乱流領域Ｘが基板Ｗの素子形
成領域２１にまで到達しない位置に基板保持ピン７を配
置することができる。これにより、基板保持ピン７に起
因する気流の乱れによる処理むらの発生を防止すること
ができる。

【００３４】ここで、基板回転保持装置３が本発明の基
板保持手段に相当し、スピンモータ１が駆動手段に相当
し、制御部２０が制御手段に相当する。さらに、基板支
持ピン８が本発明の支持部に相当し、基板保持ピン７が
保持部に相当する。

【００３５】次に、外部の基板搬送装置によって搬送さ
れた基板Ｗを基板回転保持装置３に搬入する動作につい
て説明する。

【００３６】図１において、エアシリンダ１８が駆動
し、３本の昇降ピン１６が底板５の貫通孔１２を通り上
方に移動して停止する。この状態で基板Ｗの待ち受け状
態となる。基板Ｗは外部の基板搬送装置の搬送アームに
保持され、３本の昇降ピン１６の上方に進行し、支持ピ
ン１６上に受け渡される。

【００３７】搬送アームに保持された基板Ｗは、素子形
成領域２１が定められた方向に向くように基板Ｗの向き
が揃えられている。制御部２０は、スピンモータ１の回
転位置を監視し、基板回転保持装置３が所定の位置、す
なわちオリエンテーションフラット部１００を保持する
２本の基板保持ピン７が基板のオリエンテーションフラ
ット部１００に対応する位置となるようにその回転停止
位置を調整する。

【００３８】その後、エアシリンダ１８が昇降ピン１６
を下降させ、基板Ｗが基板回転保持装置３に保持され
る。この状態で、基板Ｗは図４に示すような状態で保持
される。

【００３９】図５は、本発明の第２の実施例による回転
式塗布装置の概略断面図であり、図６は図７の回転式塗
布装置の主要部の平面図である。第２の実施例による回
転式塗布装置は、第１の実施例による回転式塗布装置に
対し、任意の向きで搬入される基板Ｗに対して基板回転
保持装置３の位置を調整する手段を有するものである。
すなわち、基板回転保持装置３の上方に、ＣＣＤカメラ
２３およびＣＣＤカメラ２３からの入力画像を処理する
画像処理部２４を備える。また、基板回転保持装置３の
底板５には３本の昇降ピン１６をそれぞれ貫通させる円
弧状の貫通孔２５が形成されている。なお、図５および
図６において第１の実施例による回転式塗布装置と同一
の構成については同一の番号を付し、再度の説明を省略
する。ここで、ＣＣＤカメラ２３および画像処理部２４
が本発明の画像入力手段に相当する。

【００４０】基板Ｗの搬入時において、基板搬送装置の
搬送アーム２２に保持された基板Ｗが基板回転保持装置
３の上方に導入されると、昇降ピン１６が上昇し、基板
Ｗを支持する。この際、ＣＣＤカメラ２３は基板Ｗの表
面画像を入力し、画像処理部２４に出力する。画像処理
部２４では、基板Ｗの外形形状あるいは素子形成領域の
パターンを識別し、基板Ｗの回転方向を検出する。基板
Ｗの回転方向のデータは制御部２０に出力される。

【００４１】制御部２０は、スピンモータ１を駆動し、
基板Ｗの向きに対応するように基板回転保持装置３を回
動させる。この際、貫通孔２５は円弧状に形成されてい
るため、底板５の回動動作を昇降ピン１６が阻害するこ
とがない。基板回転保持装置３の回転位置が調整される
と、昇降ピン１６が下降し、基板Ｗが基板回転保持装置
３に載置される。これにより、上述の図４に示すよう
に、基板保持ピン７の位置が処理むらを生じさせない所
望の位置となるように基板Ｗが保持される。

【００４２】なお、上記第１および第２の実施例におい
ては、基板保持ピン７は環状部材６に予め形成された複
数の取付け孔の中から選択して最適な位置に配置される
構造を示したが、これに代えて、基板Ｗの種類に応じて
予め基板保持ピン７を最適な位置に固定した基板回転保
持装置３を用意し、処理対象の基板Ｗの種類に応じて取
り替えて使用するように構成してもよい。

【００４３】また、上記実施例による基板回転保持装置
は、回転式塗布装置のみならず回転式現像装置あるいは
回転式洗浄装置等の他の回転式基板処理装置に適用する
こともできる。

【００４４】さらに、上記実施例では、基板保持ピン７
は固定したもので説明したが、基板Ｗの処理時には基板
Ｗの外周端面に当接し、搬出入時には離間する可動式の
構成でもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による回転式塗布装置の
概略断面図である。

【図２】図１の回転式塗布装置の主要部の平面図であ
る。

【図３】基板保持ピン周辺の断面図である。

【図４】基板Ｗの保持状態を示す基板回転保持装置の平
面図である。

【図５】本発明の第２の実施例による回転式塗布装置の
概略断面図である。

【図６】図５の回転式塗布装置の主要部の平面図であ
る。

【図７】従来の回転式塗布装置の主要部の断面図であ
る。

【図８】図７の基板回転保持装置の平面図である。

【符号の説明】

１ スピンモータ ２ 回転軸 ３ 基板回転保持装置 ４ 結合部材 ５ 底板 ６ 環状部材 ７ 基板保持ピン ８ 基板支持ピン １０，１１ 取付け孔 １２，２５ 貫通孔 ２１ 素子形成領域

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の裏面を支持する支持部および前記
   基板の水平位置を規制する複数の保持部を有し、基板を
   水平に保持する基板保持手段と、 前記基板保持手段を鉛直方向の軸の周りで回転駆動する
   駆動手段と、 前記駆動手段を制御する制御手段とを備え、 前記複数の保持部は、前記基板の素子形成領域のパター
   ンに対して予め定められた位置関係を有し得るように配
   置され、 前記制御手段は、前記基板保持手段に保持される基板の
   前記素子形成領域のパターンと前記複数の保持部とが前
   記予め定められた位置関係を有するように前記駆動手段
   を制御することを特徴とする回転式基板処理装置。
2. 【請求項２】 前記基板は、前記素子形成領域のパター
   ンが一定の方向を向くように前記基板保持手段に搬入さ
   れ、 前記制御手段は、前記基板保持手段への基板の搬入時に
   前記基板の素子形成領域のパターンと前記複数の保持部
   とが前記予め定められた位置関係を有するように、予め
   前記基板保持手段を一定の向きで停止させることを特徴
   とする請求項１記載の回転式基板処理装置。
3. 【請求項３】 前記基板保持手段へ搬入される基板の画
   像を入力する画像入力手段をさらに備え、 前記制御手段は、前記画像入力手段から入力された前記
   基板の画像に基づいて、前記基板の前記素子形成領域の
   パターンと前記複数の保持部とが前記予め定められた位
   置関係を有するように前記基板保持手段の向きを設定す
   ることを特徴とする請求項１記載の回転式基板処理装
   置。
4. 【請求項４】 前記予め定められた位置関係は、前記複
   数の保持部により前記基板の前記素子形成領域に与えら
   れる気流の影響を回避しうる位置関係であることを特徴
   とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転式基板処理
   装置。
5. 【請求項５】 鉛直方向の軸の周りで回転駆動される回
   転部材と、 前記回転部材上に設けられ、基板の裏面を支持する支持
   部と、 前記回転部材上に設けられ、基板の水平位置を規制する
   複数の保持部とを備え、 前記複数の保持部の各々は、前記基板の前記素子形成領
   域のパターンと前記複数の保持部とが予め定められた位
   置関係を有するように前記回転部材上に定められた複数
   の位置のいずれかに配置可能に設けられたことを特徴と
   する基板回転保持装置。
6. 【請求項６】 鉛直軸の周りで回転駆動される回転部材
   上に基板の裏面を支持する支持部および前記基板の水平
   位置を規制する複数の保持部を配置してなる基板回転保
   持装置の設計方法において、 複数の保持部が前記基板の素子形成領域のパターンに対
   して所定の位置関係を有するように前記回転部材上に前
   記複数の保持部を配置することを特徴とする基板回転保
   持装置の設計方法。