KR102530553B1 - 기판 보유 지지 장치 및 기판 보유 지지 장치를 구비한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 보유 지지 장치 및 기판 보유 지지 장치를 구비한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

웨이퍼 등의 기판의 처리의 효율을 향상시킬 수 있는 기판 보유 지지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 그러한 기판 보유 지지 장치를 사용하여 기판의 표면을 처리하기 위한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
기판 보유 지지 장치는, 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉 가능한 복수의 롤러(11a, 11b)와, 복수의 롤러(11a, 11b)를 회전시키는 롤러 회전 기구(12)와, 복수의 롤러(11a, 11b)와 롤러 회전 기구(12)를 연결하는 복수의 편심 축(13a, 13b)을 구비하고, 복수의 편심 축(13a, 13b)은, 복수의 제1 축부(14a, 14b)와, 복수의 제1 축부(14a, 14b)로부터 각각 편심된 복수의 제2 축부(15a, 15b)를 갖고 있고, 복수의 제1 축부(14a, 14b)는 롤러 회전 기구(12)에 고정되고, 복수의 롤러(11a, 11b)는 복수의 제2 축부(15a, 15b)에 각각 고정되어 있다.

Description

기판 보유 지지 장치 및 기판 보유 지지 장치를 구비한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE HOLDING APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS HAVING SUBSTRATE HOLDING APPARATUS, AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은, 웨이퍼 등의 기판을 보유 지지하여 회전시키는 기판 보유 지지 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 당해 기판 보유 지지 장치로 기판을 회전시키면서 기판의 표면을 처리하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
근년, 메모리 회로, 로직 회로, 이미지 센서(예를 들어, CMOS 센서) 등의 디바이스는, 보다 고집적화되고 있다. 이들 디바이스를 형성하는 공정에 있어서는, 미립자나 진애 등의 이물이 디바이스에 부착되는 경우가 있다. 디바이스에 부착된 이물은, 배선 간의 단락이나 회로의 문제를 야기해 버린다. 따라서, 디바이스의 신뢰성을 향상시키기 위해, 디바이스가 형성된 웨이퍼를 세정하여, 웨이퍼 상의 이물을 제거하는 것이 필요해진다.
웨이퍼의 이면(베어 실리콘 면)에도, 상술한 바와 같은 미립자나 분진 등의 이물이 부착되는 경우가 있다. 이러한 이물이 웨이퍼의 이면에 부착되면, 웨이퍼가 노광 장치의 스테이지 기준면으로부터 이격되거나 웨이퍼 표면이 스테이지 기준면에 대해 기울어, 결과적으로, 패터닝의 어긋남이나 초점 거리의 어긋남이 발생하게 된다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 웨이퍼의 이면에 부착된 이물을 제거하는 것이 필요해진다.
일본 특허 공개 제2013-172019호 공보
특허문헌 1은, 스크럽 부재를 기판의 표면에 미끄럼 접촉시킴으로써 기판의 표면을 처리하는 기판 처리 장치를 개시한다. 이 기판 처리 장치는, 기판의 주연부를 척으로 보유 지지하고, 척을 기판의 중심의 주위로 회전시키면서, 스크럽 부재를 기판의 표면에 압박하도록 구성되어 있다.
최근에는, 기판의 표면의 전체를 더 효율적으로 처리할 수 있는 장치에의 요청이 높아지고 있다. 그래서 본 발명은, 웨이퍼 등의 기판의 처리의 효율을 향상시킬 수 있는 기판 보유 지지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 그러한 기판 보유 지지 장치를 사용하여 기판의 표면을 처리하기 위한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태는, 기판을 보유 지지하고, 당해 기판을 회전시키는 기판 보유 지지 장치이며, 상기 기판의 주연부에 접촉 가능한 복수의 롤러와, 상기 복수의 롤러를 회전시키는 롤러 회전 기구와, 상기 복수의 롤러와 상기 롤러 회전 기구를 연결하는 복수의 편심 축과, 상기 복수의 편심 축에 각각 고정된 복수의 카운터 웨이트를 구비하고, 상기 복수의 편심 축은, 복수의 제1 축부와, 상기 복수의 제1 축부로부터 각각 편심된 복수의 제2 축부를 갖고 있고, 상기 카운터 웨이트와 상기 롤러는, 상기 제1 축부에 관하여 대칭으로 배치되어 있고, 상기 복수의 제1 축부는 상기 롤러 회전 기구에 고정되고, 상기 복수의 롤러는 상기 복수의 제2 축부에 각각 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 보유 지지 장치이다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 롤러 회전 기구는, 상기 복수의 제1 축부에 각각 연결된 복수의 모터와, 상기 복수의 모터를 동일한 속도, 또한 동일한 위상에서 회전시키는 동작 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태는, 기판을 보유 지지하고, 당해 기판을 회전시키는 기판 보유 지지 장치이며, 상기 기판의 주연부에 접촉 가능한 구동 롤러와, 상기 구동 롤러가 고정된 구동 축과, 상기 구동 축을 회전 가능하게 지지하는 오비탈 테이블과, 상기 오비탈 테이블로부터 이격되어 배치된 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트에 고정된 제1 모터와, 상기 제1 모터와 상기 구동 축을 연결하는 제1 토크 전달 기구와, 상기 오비탈 테이블을 병진 회전 운동시키는 병진 회전 운동 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 보유 지지 장치이다.
삭제
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 기판의 주연부에 접촉 가능한 클램프 롤러와, 상기 클램프 롤러를 회전 가능하게 지지하는 편심 축과, 상기 베이스 플레이트에 고정된 로터리 액추에이터와, 상기 로터리 액추에이터와 상기 편심 축을 연결하는 제2 토크 전달 기구를 더 구비하고, 상기 편심 축은, 상기 오비탈 테이블에 회전 가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 편심 축에 고정된 카운터 웨이트를 더 구비하고, 상기 편심 축은, 상기 제2 토크 전달 기구에 연결된 제1 축부와, 상기 제1 축부로부터 편심된 제2 축부를 갖고 있고, 상기 클램프 롤러는 상기 제2 축부에 회전 가능하게 연결되어 있고, 상기 카운터 웨이트와 상기 클램프 롤러는, 상기 제1 축부에 관하여 대칭으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 기판 보유 지지 장치는 동작 제어부를 더 구비하고 있고, 상기 병진 회전 운동 기구는, 상기 오비탈 테이블에 회전 가능하게 연결된 편심 주축과, 상기 편심 주축에 연결된 제2 모터와, 상기 오비탈 테이블과 상기 베이스 플레이트를 연결하는 복수의 편심 조인트를 구비하고 있고, 상기 제2 모터는 상기 베이스 플레이트에 고정되어 있고, 상기 동작 제어부는, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 회전 속도를 독립적으로 제어 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 병진 회전 운동 기구는, 상기 편심 조인트에 고정된 카운터 웨이트를 갖고 있고, 상기 편심 조인트는, 상기 베이스 플레이트에 회전 가능하게 연결된 제1 조인트 축부와, 상기 오비탈 테이블에 회전 가능하게 연결된 제2 조인트 축부를 구비하고, 상기 제2 조인트 축부는 상기 제1 조인트 축부로부터 편심되어 있고, 상기 편심 조인트에 고정된 상기 카운터 웨이트와, 상기 제2 조인트 축부는, 상기 제1 조인트 축부에 관하여 대칭으로 배치되어 있고, 상기 편심 주축은, 상기 제2 모터에 연결된 제1 주축부와, 상기 오비탈 테이블에 회전 가능하게 연결된 제2 주축부를 구비하고, 상기 제2 주축부는 상기 제1 주축부로부터 편심되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 제1 토크 전달 기구는, 유니버설 조인트 또는 마그넷 기어인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 제2 토크 전달 기구는, 유니버설 조인트 또는 마그넷 기어인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태는, 상기 기판 보유 지지 장치와, 처리구를 기판의 제1면에 접촉시켜 당해 제1면을 처리하는 처리 헤드를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치이다.
본 발명의 일 양태는, 복수의 롤러를 기판의 주연부에 접촉시키고, 상기 복수의 롤러를 각각의 축심을 중심으로 회전시키고, 또한 상기 복수의 롤러 및 복수의 카운터 웨이트를 원운동시킴으로써, 상기 복수의 롤러에 발생하는 원심력을, 상기 복수의 카운터 웨이트에 발생하는 원심력으로 캔슬하면서 상기 기판을 그 축심을 중심으로 회전시키고, 또한 상기 기판을 원운동시키고, 처리구를, 상기 회전 및 원운동하는 기판에 접촉시켜 당해 기판을 처리하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법이다.
본 발명에 따르면, 기판 보유 지지 장치는, 웨이퍼 등의 기판을 원운동시키면서, 기판을 그 축심을 중심으로 회전시킬 수 있다. 이러한 원운동과 기판의 축심을 중심으로 한 회전의 조합은, 기판의 표면 상의 각 점에서의 속도를 높일 수 있다. 따라서, 처리 헤드를 기판의 표면에 압박하였을 때의, 처리 헤드와 기판의 표면의 상대 속도가 증가하여, 기판의 처리 레이트를 향상시킬 수 있다.
도 1은 기판 보유 지지 장치의 일 실시 형태를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 2는 도 1에 도시한 기판 보유 지지 장치의 측면도.
도 3은 도 1에 도시한 기판 보유 지지 장치의 저면도이다.
도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.
도 5의 (a) 내지 도 5의 (d)는 기판 보유 지지 장치가 웨이퍼를 수취하는 동작을 설명하는 모식도이다.
도 6은 기판 보유 지지 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 측면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 기판 보유 지지 장치의 평면도이다.
도 8은 기판 보유 지지 장치의 저면도이다.
도 9는 클램프 롤러가 웨이퍼의 주연부로부터 이격된 상태를 도시하는 평면도이다.
도 10은 도 6의 B-B선 단면도이다.
도 11은 4개의 편심 조인트 중 하나의 확대도이다.
도 12는 기판 보유 지지 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 측면도이다.
도 13은 도 12에 나타내는 제1 마그넷 기어의 확대도이다.
도 14의 (a)는 구동측 마그넷 로터를 도시하는 도면이고, 도 14의 (b)는 피구동측 마그넷 로터를 도시하는 도면이다.
도 15는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 기판 보유 지지 장치를 구비한 기판 처리 장치의 일 실시 형태를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 16은 도 15에 도시한 기판 처리 장치의 측면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 기판 보유 지지 장치의 일 실시 형태를 모식적으로 도시하는 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 기판 보유 지지 장치의 측면도이고, 도 3은 도 1에 도시한 기판 보유 지지 장치의 저면도이다. 본 실시 형태의 기판 보유 지지 장치는, 기판의 일례인 웨이퍼(W)를 보유 지지하고, 회전시키도록 구성되어 있다. 기판 보유 지지 장치는, 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉 가능한 복수의 롤러(11a, 11b)와, 이들 복수의 롤러(11a, 11b)를 회전시키는 롤러 회전 기구(12)와, 복수의 롤러(11a)와 롤러 회전 기구(12)를 연결하는 복수의 편심 축(13a)과, 복수의 롤러(11b)와 롤러 회전 기구(12)를 연결하는 복수의 편심 축(13b)을 구비하고 있다. 롤러(11a)는, 웨이퍼(W)의 주연부를 보유 지지하는 웨이퍼 보유 지지면(기판 보유 지지면)(31a)을 갖고 있고, 롤러(11b)는, 웨이퍼(W)의 주연부를 보유 지지하는 웨이퍼 보유 지지면(기판 보유 지지면)(31b)을 갖고 있다. 롤러(11a)와 롤러(11b)는 동일한 구성 및 동일한 크기를 갖고 있다.
복수의 편심 축(13a) 각각은, 제1 축부(14a)와, 제1 축부(14a)로부터 편심된 제2 축부(15a)를 갖고 있다. 제1 축부(14a)는 롤러 회전 기구(12)에 고정되고, 롤러(11a)는 제2 축부(15a)에 고정되어 있다. 복수의 편심 축(13b) 각각은, 제1 축부(14b)와, 제1 축부(14b)로부터 편심된 제2 축부(15b)를 갖고 있다. 제1 축부(14b)는 롤러 회전 기구(12)에 고정되고, 롤러(11b)는 제2 축부(15b)에 고정되어 있다.
롤러 회전 기구(12)는, 복수의 편심 축(13a)의 제1 축부(14a)에 각각 연결된 복수의 모터(29a)와, 복수의 편심 축(13b)의 제1 축부(14b)에 각각 연결된 복수의 모터(29b)와, 복수의 모터(29a, 29b)를 동일한 속도, 또한 동일한 위상에서 회전시키는 동작 제어부(40)를 구비하고 있다. 모터(29a)는, 편심 축(13a)을 그 제1 축부(14a)를 중심으로 회전시키고, 모터(29b)는 편심 축(13b)을 그 제1 축부(14b)를 중심으로 회전시키도록 구성되어 있다. 모터(29a, 29b)는, 동작 제어부(40)에 접속되어 있다.
모터(29a, 29b)의 동작은 동작 제어부(40)에 의해 제어된다. 더 구체적으로는, 동작 제어부(40)는, 모든 모터(29a, 29b)를 동일한 타이밍에 시동 및 정지시키고, 또한 모든 모터(29a, 29b)를 동일한 방향으로 회전시킨다. 또한 동작 제어부(40)는, 모터(29a, 29b)의 동작 중, 각각의 회전 속도 및 위상을 동기시킨다. 결과적으로, 모든 롤러(11a, 11b)는, 동일한 방향으로 동일한 회전 속도 및 동일한 위상에서 회전하고, 또한 원운동한다.
본 실시 형태의 기판 보유 지지 장치는, 2개의 롤러(11a), 2개의 롤러(11b), 2개의 편심 축(13a), 2개의 편심 축(13b), 2개의 모터(29a), 2개의 모터(29b)를 구비하고 있지만, 이들 구성 요소의 수는 본 실시 형태에 한정되지 않는다.
기판 보유 지지 장치는, 베이스 플레이트(20)를 더 구비하고 있다. 편심 축(13a, 13b)은, 베이스 플레이트(20)를 관통하여 연장되어 있다. 롤러 회전 기구(12)와 복수의 롤러(11a, 11b)는 베이스 플레이트(20)를 사이에 두도록 배치되어 있다.
베이스 플레이트(20)의 하면에는 복수의 직동 가이드(26)가 고정되어 있고, 가동대(21)는 이들 직동 가이드(26)에 지지되어 있다. 직동 가이드(26)는 가동대(21)에 연결되어 있다. 직동 가이드(26)는, 가동대(21)의 움직임을 베이스 플레이트(20)의 하면과 평행한 방향으로의 직선 운동으로 제한한다. 베이스 플레이트(20)의 하면에는 액추에이터(18)가 또한 고정되어 있다. 가동대(21)는 액추에이터(18)에 연결되어 있다. 액추에이터(18)는, 가동대(21)를 베이스 플레이트(20)와 평행하게 이동시키도록 배치되어 있다. 액추에이터(18)의 동작은 동작 제어부(40)에 의해 제어된다. 기판 보유 지지 장치는, 2개의 편심 축(13b)을 베어링(24)을 통해 회전 가능하게 지지하는 지지 플레이트(25)를 더 구비하고 있고, 2개의 모터(29b)는, 각각 모터 지지체(27b)를 통해 지지 플레이트(25)에 고정되어 있다.
도 4는, 도 3의 A-A선 단면도이다. 기판 보유 지지 장치는, 지지 플레이트(25)에 고정된 피봇 축(23)을 더 구비하고 있다. 지지 플레이트(25)는 가동대(21)의 하측에 배치되어 있고, 피봇 축(23)은, 가동대(21)에 고정된 베어링(28)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 가동대(21)와 지지 플레이트(25)는, 피봇 축(23)을 통해 서로 연결되어 있고, 지지 플레이트(25)는 가동대(21)에 대해 상대적으로 회전 가능하게 되어 있다. 2개의 편심 축(13b)(도 2 참조), 지지 플레이트(25) 및 2개의 모터(29b)(도 2 참조)는 일체로, 피봇 축(23)의 주위를 회전 가능하게 구성되어 있다. 액추에이터(18)는, 도 2의 화살표로 나타낸 바와 같이, 2개의 편심 축(13b), 지지 플레이트(25), 피봇 축(23) 및 2개의 모터(29b)를 가동대(21)와 일체로 베이스 플레이트(20)와 평행하게 이동시킨다.
도 2로 되돌아가, 베이스 플레이트(20)에는, 복수의 베어링(19)이 고정되어 있다. 2개의 편심 축(13a)은, 각각 베어링(19)을 통해 베이스 플레이트(20)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 이들 편심 축(13a)의 위치는 고정되어 있다. 2개의 모터(29a)는 베이스 플레이트(20)에 고정되어 있다. 더 구체적으로는, 2개의 모터 지지체(27a)가 베이스 플레이트(20)의 하면에 고정되어 있고, 2개 모터(29a)는 각각 모터 지지체(27a)에 고정되어 있다. 따라서, 2개의 모터(29a)는 각각 모터 지지체(27a)를 통해 베이스 플레이트(20)에 고정되어 있다.
상술한 구성에 의하면, 2개의 편심 축(13b)이, 2개의 편심 축(13a)에 근접하는 방향으로 이동하면, 웨이퍼(W)는 2개의 롤러(11a) 및 2개의 롤러(11b)에 의해 보유 지지된다. 2개의 롤러(11b)는, 피봇 축(23)의 주위를 회전 가능하므로, 4개의 롤러(11a, 11b)가 웨이퍼(W)를 보유 지지하고 있을 때의 롤러(11b)의 위치를 자동으로 조정할 수 있다. 2개의 편심 축(13b)이, 2개의 편심 축(13a)으로부터 이격되는 방향으로 이동하면, 웨이퍼(W)는 2개의 롤러(11a) 및 2개의 롤러(11b)로부터 해방된다. 본 실시 형태에서는, 기판 보유 지지 장치의 축심(CP)의 주위에 배열된 2개의 편심 축(13a) 및 2개의 편심 축(13b)이 설치되어 있지만, 이들 구성 요소의 수는 본 실시 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 하나의 편심 축(13a)과 2개의 편심 축(13b)을 120도의 각도로 등간격으로 축심(CP)의 주위에 배열해도 된다.
편심 축(13a)의 제2 축부(15a)는, 제1 축부(14a)로부터 거리 e만큼 편심되어 있다. 따라서, 모터(29a)가 작동하면, 롤러(11a)는, 편심 축(13a)의 제2 축부(15a)를 중심으로 회전하면서 반경 e의 원운동을 행한다. 롤러(11a)의 축심은, 제2 축부(15a)의 축심과 일치하고 있다. 즉, 롤러(11a)는, 그 축심을 중심으로 회전하면서, 제1 축부(14a)의 축심의 주위에서 반경 e의 원운동을 행한다.
마찬가지로, 편심 축(13b)의 제2 축부(15b)는, 제1 축부(14b)로부터 거리 e만큼 편심되어 있다. 따라서, 모터(29b)가 작동하면, 롤러(11b)는, 편심 축(13b)의 제2 축부(15b)를 중심으로 회전하면서 반경 e의 원운동을 행한다. 롤러(11b)의 축심은, 제2 축부(15b)의 축심과 일치하고 있다. 즉, 롤러(11b)는, 그 축심을 중심으로 회전하면서, 제1 축부(14b)의 축심의 주위에서 반경 e의 원운동을 행한다. 본 명세서에 있어서, 원운동은, 대상물이 원 궤도 상을 이동하는 운동으로 정의된다.
상술한 바와 같이, 동작 제어부(40)는 모든 모터(29a, 29b)를 동일한 속도, 또한 동일한 위상에서 회전시킨다. 따라서, 웨이퍼(W)가 롤러(11a, 11b)에 의해 보유 지지되어 있을 때, 동작 제어부(40)가 모터(29a, 29b)를 작동시킴으로써, 웨이퍼(W)는, 그 축심을 중심으로 회전하면서 반경 e의 원운동을 행한다.
일 실시 형태에서는, 롤러 회전 기구(12)는, 복수의 편심 축(13a, 13b)의 제1 축부(14a, 14b)에 각각 고정된 복수의 종동 풀리(도시하지 않음)와, 적어도 하나의 모터(도시하지 않음)와, 당해 적어도 하나의 모터의 회전축에 고정된 구동 풀리(도시하지 않음)와, 복수의 종동 풀리와 구동 풀리에 걸쳐진 적어도 하나의 벨트(도시하지 않음)를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 구동 풀리가 고정된 모터를 작동시킴으로써, 모든 롤러(11a, 11b)는 동일한 속도, 또한 동일한 위상에서 회전한다. 상술한 구성에 의해서도, 웨이퍼(W)가 복수의 롤러(11a, 11b)에 의해 보유 지지되어 있을 때, 구동 풀리가 고정된 모터를 작동시킴으로써, 웨이퍼(W)는, 그 축심을 중심으로 회전하면서 반경 e의 원운동을 행한다.
복수의 편심 축(13a, 13b)에는 각각 카운터 웨이트(17a, 17b)가 고정되어 있다. 더 구체적으로는, 카운터 웨이트(17a, 17b)는, 제1 축부(14a, 14b)와 제2 축부(15a, 15b)를 접속하는 중간 축부(16a, 16b)에 각각 고정되어 있다. 카운터 웨이트(17a)와 롤러(11a)는, 제1 축부(14a)에 관하여 대칭으로 배치되어 있다. 카운터 웨이트(17a)의 무게는, 편심 축(13a)이 제1 축부(14a)를 중심으로 회전하고 있을 때, 제1 축부(14a)로부터 롤러(11a)를 향해 반경 방향으로 발생하는 원심력이, 카운터 웨이트(17a)에 작용하는 원심력에 의해 캔슬되는 무게이다.
마찬가지로, 카운터 웨이트(17b)와 롤러(11b)는, 제1 축부(14b)에 관하여 대칭으로 배치되어 있다. 카운터 웨이트(17b)의 무게는, 편심 축(13b)이 제1 축부(14b)를 중심으로 회전하고 있을 때, 제1 축부(14b)로부터 롤러(11b)를 향해 반경 방향으로 발생하는 원심력이, 카운터 웨이트(17b)에 작용하는 원심력에 의해 캔슬되는 무게이다. 이러한 카운터 웨이트(17a, 17b)는, 편심 축(13a, 13b)이 회전하고 있을 때, 중량의 언밸런스에 기인하는 편심 축(13a, 13b)의 진동을 방지할 수 있다.
도 5의 (a) 내지 도 5의 (d)는, 기판 보유 지지 장치가 웨이퍼(W)를 수취하는 동작을 설명하는 모식도이다. 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)를 수취하기 전에, 액추에이터(18)(도 2 참조)를 작동시켜, 롤러(11b)를 롤러(11a)로부터 이격되는 방향으로 이동시킨다. 롤러(11a) 및 롤러(11b)는, 외측으로 편심되어 있다. 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)는, 도시하지 않은 반송 장치에 의해 기판 보유 지지 장치로 반송된다. 또한, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)가 롤러(11a)와 롤러(11b) 사이에 위치한 상태에서, 편심 축(13a)을 180도 회전시켜, 롤러(11a)를 내측으로 편심시킨다. 그리고 액추에이터(18)를 작동시켜, 롤러(11b)가 웨이퍼(W)에 접촉할 때까지 롤러(11b)를 롤러(11a)에 근접하는 방향으로 이동시킨다. 웨이퍼(W)의 주연부는, 롤러(11a)의 웨이퍼 보유 지지면(31a)과 롤러(11b)의 웨이퍼 보유 지지면(31b)에 의해 보유 지지된다. 웨이퍼(W)를 기판 보유 지지 장치로부터 취출할 때에는, 도 5의 (a) 내지 도 5의 (d)에 도시하는 공정이 반대의 순서로 행해진다.
웨이퍼(W)를 보유 지지한 기판 보유 지지 장치의 동작은 다음과 같다. 동작 제어부(40)는, 모터(29a, 29b)에 지령을 발하고, 모터(29a, 29b)는, 편심 축(13a, 13b)을 동일한 방향으로 제1 축부(14a, 14b)를 중심으로 회전시킨다. 이때, 동작 제어부(40)는, 모터(29a, 29b)를 동일한 타이밍에 시동시킨다. 동작 제어부(40)는, 모든 모터(29a, 29b)의 회전 속도 및 위상을 동기시킨다. 이에 의해, 웨이퍼(W)는, 그 축심을 중심으로 회전하면서 반경 e의 원운동을 행한다.
본 실시 형태에 따르면, 기판 보유 지지 장치는, 간단한 구조로 웨이퍼(W)를 원운동시키면서, 웨이퍼(W)를 그 축심을 중심으로 회전시킬 수 있다. 이러한 원운동과 웨이퍼(W)의 축심을 중심으로 한 회전의 조합은, 웨이퍼(W)의 표면 상의 각 점에서의 속도를 높일 수 있다. 따라서, 후술하는 처리 헤드를 웨이퍼(W)의 표면에 압박하였을 때의, 처리 헤드와 웨이퍼(W)의 표면의 상대 속도가 증가하여, 웨이퍼(W)의 처리 레이트를 향상시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시 형태에 대해 설명한다. 도 6은 기판 보유 지지 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 측면도이고, 도 7은 도 6에 도시한 기판 보유 지지 장치의 평면도이다. 본 실시 형태의 기판 보유 지지 장치는, 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉 가능한 2개의 구동 롤러(61)와, 이들 2개의 구동 롤러(61)가 각각 고정된 2개의 구동 축(64)과, 이들 2개의 구동 축(64)을 회전 가능하게 지지하는 오비탈 테이블(66)과, 오비탈 테이블(66)로부터 이격되어 배치된 베이스 플레이트(68)와, 베이스 플레이트(68)에 고정된 2개의 제1 모터(71)와, 이들 2개의 제1 모터(71)와 2개의 구동 축(64)을 각각 연결하는 제1 토크 전달 기구로서의 2개의 제1 유니버설 조인트(72)를 구비하고 있다. 단, 도 6에서는, 하나의 구동 롤러(61), 하나의 구동 축(64), 하나의 제1 모터(71), 하나의 제1 유니버설 조인트(72)만이 도시되어 있다.
본 실시 형태의 기판 보유 지지 장치는, 2개의 구동 롤러(61), 2개의 구동 축(64), 2개의 제1 모터(71), 2개의 제1 유니버설 조인트(72)를 구비하고 있지만, 이들 구성 요소의 수는 본 실시 형태에 한정되지 않는다.
구동 롤러(61)는, 웨이퍼(W)의 주연부를 보유 지지하는 웨이퍼 보유 지지면(기판 보유 지지면)(61a)을 갖고 있다. 구동 롤러(61)는 구동 축(64)의 한쪽 단부에 고정되어 있고, 구동 롤러(61)와 구동 축(64)은 구동 롤러(61)의 축심을 중심으로 일체로 회전 가능하게 되어 있다. 구동 축(64)은 오비탈 테이블(66)에 대해 수직으로 연장되어 있다. 오비탈 테이블(66)은, 2개의 구동 축(64)을 각각 회전 가능하게 지지하는 2개의 베어링(75)(도 6에서는, 하나의 베어링(75)만을 나타냄)과, 이들 베어링(75)을 보유 지지하는 받침대(82)를 구비하고 있다. 본 실시 형태의 받침대(82)는 판상이지만, 기계적 강성이 확보되어 있는 한에 있어서 받침대(82)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 구동 축(64)은 오비탈 테이블(66)을 관통하여 연장되어 있고, 구동 축(64)의 타단부는, 제1 유니버설 조인트(72)의 일단부에 연결되어 있다.
본 실시 형태에서는, 베이스 플레이트(68)는 오비탈 테이블(66)의 하방에 배치되어 있다. 2개의 제1 유니버설 조인트(72)는, 오비탈 테이블(66)과 베이스 플레이트(68) 사이에 배치되어 있다. 각 제1 유니버설 조인트(72)는, 복수의 관절을 구비한 다관절 유니버설 조인트이다. 제1 유니버설 조인트(72)의 일단부는 구동 축(64)에 연결되고, 제1 유니버설 조인트(72)의 타단부는 제1 모터(71)의 축(71a)에 연결되어 있다.
제1 모터(71)는, 베이스 플레이트(68)에 고정되어 있다. 더 구체적으로는, 제1 모터대(85)가 베이스 플레이트(68)의 하면에 고정되어 있고, 제1 모터(71)는 제1 모터대(85)에 고정되어 있다. 따라서, 제1 모터(71)는, 제1 모터대(85)를 통해 베이스 플레이트(68)에 고정되어 있다. 제1 모터(71)의 축(71a)은, 베이스 플레이트(68)에 고정된 베어링(86)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제1 모터(71)의 축(71a)은, 커플링에 의해 직렬로 연결된 복수의 축으로 구성되어도 된다.
제1 모터(71)가 동작하면, 제1 모터(71)의 축(71a)의 회전은, 제1 유니버설 조인트(72)를 통해 구동 축(64)에 전달되고, 구동 축(64)과 구동 롤러(61)는 구동 롤러(61)의 축심을 중심으로 일체로 회전한다.
기판 보유 지지 장치는, 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉 가능한 2개의 클램프 롤러(90)와, 이들 2개의 클램프 롤러(90)를 각각 회전 가능하게 지지하는 2개의 편심 축(93)과, 베이스 플레이트(68)에 고정된 2개의 로터리 액추에이터(96)와, 이들 2개의 로터리 액추에이터(96)와 2개의 편심 축(93)을 각각 연결하는 제2 토크 전달 기구로서의 2개의 제2 유니버설 조인트(98)를 더 구비하고 있다. 단, 도 6에서는, 하나의 클램프 롤러(90), 하나의 편심 축(93), 하나의 로터리 액추에이터(96), 하나의 제2 유니버설 조인트(98)만이 도시되어 있다.
본 실시 형태의 기판 보유 지지 장치는, 2개의 클램프 롤러(90), 2개의 편심 축(93), 2개의 로터리 액추에이터(96), 2개의 제2 유니버설 조인트(98)를 구비하고 있지만, 이들 구성 요소의 수는 본 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 실시 형태에서는, 기판 보유 지지 장치의 축심(CP)의 주위에 배열된 2개의 구동 축(64) 및 2개의 편심 축(93)이 설치되어 있지만, 이들 구성 요소의 수는 본 실시 형태에 한정되지 않는다.
클램프 롤러(90)는, 웨이퍼(W)의 주연부를 보유 지지하는 웨이퍼 보유 지지면(기판 보유 지지면)(90a)을 갖고 있다. 편심 축(93)은, 제2 유니버설 조인트(98)에 연결된 제1 축부(93a)와, 제1 축부(93a)로부터 편심된 제2 축부(93b)를 갖고 있다. 편심 축(93)에는 카운터 웨이트(100)가 고정되어 있다. 카운터 웨이트(100)와 클램프 롤러(90)는, 제1 축부(93a)에 관하여 대칭으로 배치되어 있다. 카운터 웨이트(100)의 무게는, 후술하는 병진 회전 운동에 의해 제2 축부(93b)(혹은 클램프 롤러(90))에 작용하는 원심력이, 카운터 웨이트(100)에 작용하는 원심력에 의해 캔슬되는 무게이다. 이 카운터 웨이트(100)는, 후술하는 병진 회전 운동이 행해지고 있을 때, 클램프 롤러(90)에 의한 웨이퍼(W)의 파지력을 안정화시키기 위해, 즉, 병진 회전에 의해, 클램프 롤러(90)의 웨이퍼(W)에의 파지력이 변동되어 버리는 것을 방지하기 위해 설치되어 있다.
클램프 롤러(90)는 제2 축부(93b)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 더 구체적으로는, 제2 축부(93b)는 그 내부에 베어링(101)을 갖고 있고, 클램프 롤러(90)는 베어링(101)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 이러한 구성에 의해, 클램프 롤러(90)는 편심 축(93)에 대해 상대적으로 회전 가능하게 되어 있다.
편심 축(93)은, 오비탈 테이블(66)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 더 구체적으로는, 오비탈 테이블(66)은, 받침대(82)에 보유 지지된 2개의 베어링(104)(도 6에서는, 하나의 베어링(104)만을 나타냄)을 구비하고 있고, 2개의 편심 축(93)의 제1 축부(93a)는 이들 베어링(104)에 각각 회전 가능하게 지지되어 있다. 2개의 제2 유니버설 조인트(98)는, 오비탈 테이블(66)과 베이스 플레이트(68) 사이에 배치되어 있다. 각 제2 유니버설 조인트(98)는, 복수의 관절을 구비한 다관절 유니버설 조인트이다. 제2 유니버설 조인트(98)의 일단부는 편심 축(93)에 연결되고, 제2 유니버설 조인트(98)의 타단부는, 베이스 플레이트(68)에 고정된 로터리 액추에이터(96)에 연결되어 있다.
로터리 액추에이터(96)는, 에어 실린더(110)와, 에어 실린더(110)에 연결된 크랭크(111)와, 크랭크(111)에 고정된 회전축(112)을 구비한다. 에어 실린더(110)는, 피봇 축(115)에 의해 베이스 플레이트(68)의 하면에 회전 가능하게 고정되어 있다. 피봇 축(115)은 베이스 플레이트(68)에 대해 수직으로 연장되어 있고, 에어 실린더(110)는 피봇 축(115)을 중심으로 베이스 플레이트(68)와 평행하게 회전 가능하게 되어 있다.
회전축(112)은, 베이스 플레이트(68)에 고정된 베어링(117)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 회전축(112)의 일단부는 크랭크(111)에 고정되고, 회전축(112)의 타단부는 제2 유니버설 조인트(98)에 고정되어 있다. 회전축(112)은, 커플링에 의해 직렬로 연결된 복수의 축으로 구성되어도 된다.
도 8은, 기판 보유 지지 장치의 저면도이다. 에어 실린더(110)의 피스톤 로드(110a)는, 크랭크(111)의 단부에 회전 가능하게 연결되어 있다. 크랭크(111)는, 에어 실린더(110)의 피스톤 로드(110a)의 직선 운동을 회전 운동으로 변환하여, 크랭크(111)의 회전 운동은 회전축(112)을 회전시킨다.
로터리 액추에이터(96)를 구동하면, 제2 유니버설 조인트(98)(도 6 참조)가 어느 각도만큼 회전한다. 제2 유니버설 조인트(98)의 회전은, 편심 축(93)(도 6 참조)을 회전시키고, 동시에 클램프 롤러(90)(도 6 참조)를 원운동시킨다. 이 클램프 롤러(90)의 원운동은, 클램프 롤러(90)가 편심 축(93)의 제1 축부(93a)(도 6 참조)의 축심의 주위를 원호 형상으로 이동하는 운동이다. 구체적으로는, 로터리 액추에이터(96)가 편심 축(93)을 일 방향으로 회전시키면, 클램프 롤러(90)는 웨이퍼(W)의 주연부에 근접하는 방향으로 이동하고, 로터리 액추에이터(96)가 편심 축(93)을 역방향으로 회전시키면, 클램프 롤러(90)는 웨이퍼(W)의 주연부로부터 이격되는 방향으로 이동한다.
도 7은, 클램프 롤러(90)가 웨이퍼(W)의 주연부에 근접하는 방향으로 이동하여, 클램프 롤러(90)의 웨이퍼 보유 지지면(90a)이 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉하고 있는 상태를 나타내고 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 클램프 롤러(90)의 웨이퍼 보유 지지면(90a)이 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉함으로써, 웨이퍼(W)는, 2개의 구동 롤러(61) 및 2개의 클램프 롤러(90)에 의해 보유 지지된다. 웨이퍼(W)의 주연부가 구동 롤러(61) 및 클램프 롤러(90)에 접촉한 상태에서 구동 롤러(61)가 회전하면, 구동 롤러(61)의 회전은 웨이퍼(W)에 전달되고, 웨이퍼(W)는 그 축심을 중심으로 회전된다.
도 7에 도시한 클램프 롤러(90)의 위치는, 클램프 롤러(90)가 웨이퍼(W)를 보유 지지하는 클램프 위치이다. 로터리 액추에이터(96)(도 6 및 도 8 참조)를 구동시켜, 편심 축(93)을 역방향으로 회전시키면, 클램프 롤러(90)는 웨이퍼(W)의 주연부로부터 이격된다. 도 9는, 클램프 롤러(90)가 웨이퍼(W)의 주연부로부터 이격된 상태를 도시하고 있다. 도 9에 도시한 클램프 롤러(90)의 위치는, 클램프 롤러(90)가 웨이퍼(W)를 해방하는 언클램프 위치이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 기판 보유 지지 장치는, 오비탈 테이블(66)을 병진 회전 운동시키는 병진 회전 운동 기구(120)를 더 구비하고 있다. 오비탈 테이블(66)의 병진 회전 운동은, 오비탈 테이블(66) 자체는 그 축심을 중심으로 회전하지 않고, 오비탈 테이블(66)이 원 궤도 상을 원운동하는 운동이다. 이 병진 회전 운동은, 원운동의 하나의 구체예이다. 병진 회전 운동 기구(120)는, 오비탈 테이블(66)에 회전 가능하게 연결된 편심 주축(121)과, 편심 주축(121)에 연결된 제2 모터(124)와, 오비탈 테이블(66)과 베이스 플레이트(68)를 연결하는 복수의 편심 조인트(128)를 구비하고 있다.
편심 주축(121)은, 제2 모터(124)에 연결된 제1 주축부(121a)와, 오비탈 테이블(66)에 회전 가능하게 연결된 제2 주축부(121b)를 구비하고 있다. 제2 주축부(121b)는 제1 주축부(121a)로부터 거리 e만큼 편심되어 있다. 베이스 플레이트(68)에는 베어링(125)이 고정되어 있고, 제1 주축부(121a)는 베어링(125)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 오비탈 테이블(66)은, 받침대(82)에 고정된 베어링(127)을 갖고 있고, 제2 주축부(121b)는 베어링(127)에 회전 가능하게 지지되어 있다.
제2 모터(124)는, 베이스 플레이트(68)에 고정되어 있다. 더 구체적으로는, 제2 모터대(129)가 베이스 플레이트(68)의 하면에 고정되어 있고, 제2 모터(124)는 제2 모터대(129)에 고정되어 있다. 따라서, 제2 모터(124)는, 제2 모터대(129)를 통해 베이스 플레이트(68)에 고정되어 있다. 제2 모터(124)를 동작시키면, 편심 주축(121)이 회전하고, 편심 주축(121)의 제2 주축부(121b)에 연결된 오비탈 테이블(66)은 병진 회전 운동을 행한다. 일 실시 형태에서는, 제2 모터(124)와 편심 주축(121)은 벨트 및 풀리의 조합 등으로 구성되는 회전 전달 기구(도시하지 않음)를 통해 연결되어도 된다.
제2 모터(124)가 편심 주축(121)을 회전시키면, 오비탈 테이블(66)이 병진 회전 운동한다. 구동 축(64) 및 편심 축(93)은, 오비탈 테이블(66)에 지지되어 있으므로, 구동 롤러(61), 클램프 롤러(90), 구동 축(64), 편심 축(93) 및 오비탈 테이블(66)은 일체로 병진 회전 운동한다. 구동 롤러(61) 및 클램프 롤러(90)의 병진 회전 운동에 수반하여, 구동 롤러(61) 및 클램프 롤러(90)에 보유 지지된 웨이퍼(W)도 마찬가지로 병진 회전 운동한다.
기판 보유 지지 장치는, 동작 제어부(134)를 더 구비하고 있다. 제1 모터(71) 및 제2 모터(124)는 동작 제어부(134)에 전기적으로 접속되어 있다. 동작 제어부(134)는, 제1 모터(71) 및 제2 모터(124)의 동작을 독립적으로 제어하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 더 구체적으로는, 동작 제어부(134)는, 제1 모터(71)의 시동 및 정지, 제2 모터(124)의 시동 및 정지, 제1 모터(71)의 회전 속도 및 회전 방향, 및 제2 모터(124)의 회전 속도 및 회전 방향을 독립적으로 제어하는 것이 가능하다. 예를 들어, 동작 제어부(134)는, 제1 모터(71) 및 제2 모터(124)를, 동일한 회전 속도 또는 상이한 회전 속도로 회전시킬 수 있다. 또한, 동작 제어부(134)는, 제1 모터(71) 및 제2 모터(124)를, 동일한 회전 방향 또는 상이한 회전 방향으로 회전시킬 수 있다. 상술한 로터리 액추에이터(96)의 동작도 동작 제어부(134)에 의해 제어된다.
편심 조인트(128)는, 오비탈 테이블(66)의 병진 회전 운동을 허용하면서, 오비탈 테이블(66)을 베이스 플레이트(68)와 평행하게 유지하는 기능을 갖는다. 도 6에서는, 2개의 편심 조인트(128)만이 도시되어 있지만, 적어도 2개의 편심 조인트(128)가 편심 주축(121)의 주위에 배치된다. 본 실시 형태에서는, 도 10에 도시한 바와 같이, 4개의 편심 조인트(128)가 편심 주축(121)의 주위에 배치되어 있다. 도 10은 도 6의 B-B선 단면도이다.
도 11은, 4개의 편심 조인트(128) 중 하나의 확대도이다. 다른 편심 조인트(128)도 동일한 구성을 갖고 있으므로, 그 중복되는 설명을 생략한다. 도 11에 도시한 바와 같이, 편심 조인트(128)는, 베이스 플레이트(68)에 회전 가능하게 연결된 제1 조인트 축부(128a)와, 오비탈 테이블(66)에 회전 가능하게 연결된 제2 조인트 축부(128b)를 구비하고 있다. 베이스 플레이트(68)에는 베어링(135)이 고정되어 있고, 제1 조인트 축부(128a)는 베어링(135)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 오비탈 테이블(66)은, 받침대(82)에 고정된 베어링(136)을 갖고 있고, 제2 조인트 축부(128b)는 베어링(136)에 회전 가능하게 지지되어 있다.
제2 조인트 축부(128b)는 제1 조인트 축부(128a)로부터 거리 e만큼 편심되어 있다. 이 거리 e는, 편심 주축(121)의 제2 주축부(121b)가 제1 주축부(121a)로부터 편심되어 있는 거리 e와 동일하다. 따라서, 오비탈 테이블(66)이 병진 회전 운동하고 있을 때, 편심 조인트(128)의 제2 조인트 축부(128b)는, 편심 주축(121)의 제2 주축부(121b)가 그리는 원 궤도와 동일한 반경의 원 궤도를 그리며 회전한다. 이와 같이 구성된 편심 조인트(128)는, 오비탈 테이블(66)이 병진 회전 운동을 하는 것을 허용하면서, 오비탈 테이블(66)을 지지할 수 있다.
편심 조인트(128)에는 카운터 웨이트(140)가 고정되어 있다. 이 카운터 웨이트(140)는, 제1 조인트 축부(128a)와 제2 조인트 축부(128b)를 접속하는 중간 축부(128c)에 고정되어 있다. 카운터 웨이트(140)와 제2 조인트 축부(128b)는, 제1 조인트 축부(128a)에 관하여 대칭으로 배치되어 있다. 카운터 웨이트(140)의 무게는, 기판 보유 지지 장치의 오비탈 테이블(66)과 그 상방에 있는 구조체의 무게의 총합을 등분할한 무게이며, 병진 회전 운동에 의해 오비탈 테이블(66)을 포함하는 상기 구조체에 발생하는 원심력을 캔슬시키는 무게이다. 이러한 카운터 웨이트(140)는, 편심 조인트(128)가 회전하고 있을 때, 오비탈 테이블(66)을 포함하는 상기 구조체 및 웨이퍼(W)의, 중량의 언밸런스에 기인하는 진동을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 기판 보유 지지 장치의 동작은 다음과 같다. 로터리 액추에이터(96)를 작동시켜, 클램프 롤러(90)를 도 9에 도시한 언클램프 위치로 이동시킨다. 웨이퍼(W)는, 도시하지 않은 반송 장치에 의해 기판 보유 지지 장치로 반송된다. 웨이퍼(W)가 구동 롤러(61)와 클램프 롤러(90) 사이에 위치한 상태에서, 로터리 액추에이터(96)를 작동시켜, 클램프 롤러(90)를 도 7에 도시한 클램프 위치로 이동시킨다. 웨이퍼(W)의 주연부는, 구동 롤러(61)의 웨이퍼 보유 지지면(61a)과 클램프 롤러(90)의 웨이퍼 보유 지지면(90a)에 의해 보유 지지된다.
제1 모터(71)는, 제1 유니버설 조인트(72) 및 구동 축(64)을 통해 구동 롤러(61)를 그 축심을 중심으로 회전시킨다. 구동 롤러(61)의 회전은 웨이퍼(W)에 전달되고, 웨이퍼(W)는 그 축심을 중심으로 회전한다. 클램프 롤러(90)는, 자유롭게 회전 가능하므로, 웨이퍼(W)의 회전에 의해 클램프 롤러(90)가 회전한다. 또한, 병진 회전 운동 기구(120)의 제2 모터(124)는, 편심 주축(121)을 회전시켜, 오비탈 테이블(66)을 병진 회전 운동시킨다. 웨이퍼(W), 구동 롤러(61), 클램프 롤러(90), 구동 축(64) 및 편심 축(93)은, 오비탈 테이블(66)과 함께 병진 회전 운동한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 구동 축(64)은 제1 모터(71)에 제1 유니버설 조인트(72)를 통해 연결되고, 편심 축(93)은 로터리 액추에이터(96)에 제2 유니버설 조인트(98)를 통해 연결되어 있으므로, 제1 모터(71) 및 로터리 액추에이터(96)의 위치는 고정된 채로, 구동 축(64) 및 편심 축(93)은 오비탈 테이블(66)과 함께 병진 회전 운동하는 것이 가능하다. 비교적 중량이 큰 제1 모터(71) 및 로터리 액추에이터(96)는, 베이스 플레이트(68)에 고정되어 있고, 병진 회전 운동은 하지 않는다. 따라서, 오비탈 테이블(66)의 병진 회전 운동이 안정되고, 또한 제2 모터(124)가 오비탈 테이블(66)을 병진 회전 운동시키기 위해 필요한 전력을 낮출 수 있다. 또한, 제1 모터(71)나 로터리 액추에이터(96)를 베이스 플레이트(68)의 하측에 배치함으로써, 병진 회전 운동되는 부분에 대해 배선이나 배관 접속이 불필요해져, 장기간의 구동에 의한 단선 등의 리스크를 회피할 수 있다.
구동 롤러(61)의 회전과, 오비탈 테이블(66)의 병진 회전 운동은, 동시에 개시해도 되고, 또는 구동 롤러(61)의 회전을 오비탈 테이블(66)의 병진 회전 운동의 전, 또는 후에 개시해도 된다. 구동 롤러(61)의 회전 속도와, 오비탈 테이블(66)의 병진 회전 운동의 회전 속도는, 동일해도 되고, 또는 상이해도 된다. 구동 롤러(61)의 회전의 개시 및 정지, 오비탈 테이블(66)의 병진 회전 운동의 개시 및 정지, 구동 롤러(61)의 회전 속도 및 오비탈 테이블(66)의 병진 회전 운동의 회전 속도는, 동작 제어부(134)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에 따르면, 기판 보유 지지 장치는, 웨이퍼(W)를 병진 회전 운동시키면서, 웨이퍼(W)를 그 축심을 중심으로 회전시킬 수 있다. 이러한 병진 회전 운동과 웨이퍼(W)의 축심을 중심으로 한 회전의 조합은, 웨이퍼(W)의 표면 상의 각 점에서의 속도를 높일 수 있다. 따라서, 후술하는 처리 헤드를 웨이퍼(W)의 표면에 압박하였을 때의, 처리 헤드와 웨이퍼(W)의 표면의 상대 속도가 증가하여, 웨이퍼(W)의 처리 레이트를 향상시킬 수 있다.
도 12는, 기판 보유 지지 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 측면도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 도 6 내지 도 11을 참조하여 설명한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 12에 도시한 실시 형태에 관한 기판 보유 지지 장치는, 제1 토크 전달 기구로서 2개의 제1 마그넷 기어(151)를 구비하고, 제2 토크 전달 기구로서 2개의 제2 마그넷 기어(152)를 구비하고 있다. 제1 마그넷 기어(151) 및 제2 마그넷 기어(152)는, 오비탈 테이블(66)과 베이스 플레이트(68) 사이에 배치되어 있다. 제1 마그넷 기어(151)의 일단부는 구동 축(64)에 연결되고, 제1 마그넷 기어(151)의 타단부는 제1 모터(71)의 축(71a)에 연결되어 있다. 제2 마그넷 기어(152)의 일단부는 편심 축(93)의 제1 축부(93a)에 연결되고, 제2 마그넷 기어(152)의 타단부는 로터리 액추에이터(96)의 회전축(112)에 연결되어 있다.
제1 마그넷 기어(151) 및 제2 마그넷 기어(152)는 동일한 구성 및 동일한 크기를 갖고 있다. 따라서, 이하에, 도 13을 참조하여 제1 마그넷 기어(151)의 구성을 설명하고, 제2 마그넷 기어(152)의 설명은 생략한다. 도 13은, 제1 마그넷 기어(151)의 확대도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 제1 마그넷 기어(151)는 구동측 마그넷 로터(156)와, 피구동측 마그넷 로터(157)와, 구동측 마그넷 로터(156)의 중심에 고정된 구동측 연결 축(160)과, 피구동측 마그넷 로터(157)의 중심에 고정된 피구동측 연결 축(161)을 구비하고 있다. 구동측 마그넷 로터(156)와, 피구동측 마그넷 로터(157)는 미소한 간극을 개재하여 서로 대향하고 있다. 구동측 마그넷 로터(156)의 직경은, 피구동측 마그넷 로터(157)의 직경보다 크고, 피구동측 마그넷 로터(157)는 구동측 마그넷 로터(156)로부터 거리 e만큼 편심되어 있다. 구동측 연결 축(160)은 제1 모터(71)의 축(71a)에 연결되고, 피구동측 연결 축(161)은 구동 축(64)에 연결되어 있다.
도 14의 (a)는 구동측 마그넷 로터(156)를 도시하는 도면이고, 도 14의 (b)는 피구동측 마그넷 로터(157)를 도시하는 도면이다. 구동측 마그넷 로터(156)는, 원형으로 배열된 복수의 영구 자석(164)을 갖고 있다. 마찬가지로, 피구동측 마그넷 로터(157)는 원형으로 배열된 복수의 영구 자석(165)을 갖고 있다. 구동측 마그넷 로터(156)의 영구 자석(164)과, 피구동측 마그넷 로터(157)의 영구 자석(165) 사이에 발생하는 자력에 의해, 구동측 마그넷 로터(156)의 토크는, 피구동측 마그넷 로터(157)에 전달된다.
피구동측 마그넷 로터(157)가 구동 축(64)과 함께 병진 회전 운동을 하고 있을 때, 피구동측 마그넷 로터(157)는 구동측 마그넷 로터(156)에 대향한 상태를 유지하면서, 구동측 마그넷 로터(156)의 주위 방향으로 원운동한다. 따라서, 구동측 마그넷 로터(156)의 토크는 피구동측 마그넷 로터(157)에 전달할 수 있다.
도 15는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 기판 보유 지지 장치를 구비한 기판 처리 장치의 일 실시 형태를 모식적으로 도시하는 평면도이고, 도 16은 도 15에 도시한 기판 처리 장치의 측면도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다. 본 실시 형태에서는, 기판 처리 장치는, 기판 보유 지지 장치(10)와, 처리구(201)를 기판 보유 지지 장치(10)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 제1면(1)에 접촉시켜 웨이퍼(W)의 제1면(1)을 처리하는 처리 헤드(200)를 구비하고 있다. 처리 헤드(200)는, 기판 보유 지지 장치(10)에 보유 지지되어 있는 웨이퍼(W)의 하측에 배치되어 있고, 처리 헤드(200)의 위치는 고정되어 있다.
본 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)의 제1면(1)은, 디바이스가 형성되어 있지 않거나, 또는 디바이스가 형성될 예정이 없는 웨이퍼(W)의 이면, 즉 비디바이스면이다. 제1면(1)과는 반대측의 웨이퍼(W)의 제2면(2)은, 디바이스가 형성되어 있거나, 또는 디바이스가 형성될 예정인 면, 즉 디바이스면이다. 본 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)는, 그 제1면(1)이 하향인 상태에서, 기판 보유 지지 장치(10)에 수평으로 보유 지지된다.
본 실시 형태의 기판 처리 장치의 구체적인 동작은 다음과 같다. 기판 보유 지지 장치(10)는, 복수의 롤러(11a, 11b)를 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉시키고, 복수의 롤러(11a, 11b)를 각각의 축심을 중심으로 회전시키고, 또한 복수의 롤러(11a, 11b)를 원운동시킴으로써, 웨이퍼(W)를 그 축심을 중심으로 회전시키고, 또한 웨이퍼(W)를 원운동시키면서, 처리 헤드(200)에 의해 처리구(201)를 회전 및 원운동하는 웨이퍼(W)의 제1면(1)에 접촉시켜 웨이퍼(W)의 제1면(1)을 처리한다.
본 실시 형태에서는, 처리구(201)는 웨이퍼(W)의 반경보다 길게, 처리구(201)의 일단부는 웨이퍼(W)의 주연부로부터 외측으로 비어져 나와 있고, 타단부는, 기판 보유 지지 장치의 축심(CP)을 넘어 연장되어 있다. 따라서, 처리 헤드(200)는, 처리구(201)를 회전하는 웨이퍼(W)의 제1면(1)의 전체에 접촉시킬 수 있다. 결과적으로, 처리구(201)는 최외부를 포함하는 웨이퍼(W)의 제1면(1)의 전체를 처리하는 것이 가능해진다. 처리 헤드(200)는, 웨이퍼(W)가 원운동하고 있을 때, 롤러(11a, 11b) 및 편심 축(13a, 13b)에 접촉하지 않는 위치에 배치되어 있다.
본 실시 형태에 따르면, 기판 보유 지지 장치는, 간단한 구조로 웨이퍼(W)를 원운동시키면서, 웨이퍼(W)를 그 축심을 중심으로 회전시킬 수 있다. 이러한 원운동과 웨이퍼(W)의 축심을 중심으로 한 회전의 조합은, 웨이퍼(W)의 표면 상의 각 점에서의 속도를 높일 수 있다. 따라서, 처리구(201)와 웨이퍼(W)의 표면의 상대 속도가 증가하여, 웨이퍼(W)의 처리 레이트를 향상시킬 수 있다.
일 실시 형태에서는, 처리구(201)는, 웨이퍼(W)를 연마하기 위한 연마구여도 된다. 연마구의 일례로서, 연마 테이프나 지석을 들 수 있다. 또한 일 실시 형태에서는, 처리구(201)는, 웨이퍼(W)를 클리닝하기 위한 클리닝 도구여도 된다. 클리닝 도구의 일례로서, 클리닝 테이프를 들 수 있다. 클리닝 테이프의 일례로서, 부직포로 이루어지는 테이프를 들 수 있다.
또한 일 실시 형태에서는, 기판 처리 장치는, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 기판 보유 지지 장치 대신에, 도 6 내지 도 14를 참조하여 설명한 기판 보유 지지 장치를 구비하고 있어도 된다. 이 경우의 기판 보유 지지 장치(10)의 구성 및 동작은, 도 6 내지 도 14를 참조하여 설명한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 기재된 실시 형태에 한정되지 않고, 청구범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
10 : 기판 보유 지지 장치
11a, 11b : 롤러
12 : 롤러 회전 기구
13a, 13b : 편심 축
14a, 14b : 제1 축부
15a, 15b : 제2 축부
16a, 16b : 중간 축부
17a, 17b : 카운터 웨이트
18 : 액추에이터
19 : 베어링
20 : 베이스 플레이트
21 : 가동대
23 : 피봇 축
24 : 베어링
25 : 지지 플레이트
26 : 직동 가이드
27a, 27b : 모터 지지체
28 : 베어링
29a, 29b : 모터
31a, 31b : 웨이퍼 보유 지지면(기판 보유 지지면)
40 : 동작 제어부
61 : 구동 롤러
61a : 웨이퍼 보유 지지면(기판 보유 지지면)
64 : 구동 축
66 : 오비탈 테이블
68 : 베이스 플레이트
71 : 제1 모터
71a : 축
72 : 제1 유니버설 조인트
75 : 베어링
82 : 받침대
85 : 제1 모터대
86 : 베어링
90 : 클램프 롤러
90a : 웨이퍼 보유 지지면(기판 보유 지지면)
93 : 편심 축
93a : 제1 축부
93b : 제2 축부
96 : 로터리 액추에이터
98 : 제2 유니버설 조인트
100 : 카운터 웨이트
101 : 베어링
104 : 베어링
110 : 에어 실린더
110a : 피스톤 로드
111 : 크랭크
112 : 회전축
115 : 피봇 축
117 : 베어링
120 : 병진 회전 운동 기구
121 : 편심 주축
121a : 제1 주축부
121b : 제2 주축부
124 : 제2 모터
125 : 베어링
127 : 베어링
128 : 편심 조인트
128a : 제1 조인트 축부
128b : 제2 조인트 축부
128c : 중간 축부
129 : 제2 모터대
134 : 동작 제어부
135 : 베어링
136 : 베어링
140 : 카운터 웨이트
151 : 제1 마그넷 기어
152 : 제2 마그넷 기어
156 : 구동측 마그넷 로터
157 : 피구동측 마그넷 로터
160 : 구동측 연결 축
161 : 피구동측 연결 축
164 : 영구 자석
165 : 영구 자석
200 : 연마 헤드
201 : 처리구

Claims (12)

  1. 기판을 보유 지지하고, 당해 기판을 회전시키는 기판 보유 지지 장치이며,
    상기 기판의 주연부에 접촉 가능한 복수의 롤러와,
    상기 복수의 롤러를 회전시키는 롤러 회전 기구와,
    상기 복수의 롤러와 상기 롤러 회전 기구를 연결하는 복수의 편심 축과,
    상기 복수의 편심 축에 각각 고정된 복수의 카운터 웨이트를 구비하고,
    상기 복수의 편심 축은, 복수의 제1 축부와, 상기 복수의 제1 축부로부터 각각 편심된 복수의 제2 축부를 갖고 있고,
    상기 카운터 웨이트와 상기 롤러는, 상기 제1 축부에 관하여 대칭으로 배치되어 있고,
    상기 복수의 제1 축부는 상기 롤러 회전 기구에 고정되고, 상기 복수의 롤러는 상기 복수의 제2 축부에 각각 고정되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 보유 지지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 롤러 회전 기구는, 상기 복수의 제1 축부에 각각 연결된 복수의 모터와, 상기 복수의 모터를 동일한 속도, 또한 동일한 위상에서 회전시키는 동작 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 기판 보유 지지 장치.
  3. 삭제
  4. 기판을 보유 지지하고, 당해 기판을 회전시키는 기판 보유 지지 장치이며,
    상기 기판의 주연부에 접촉 가능한 구동 롤러와,
    상기 구동 롤러가 고정된 구동 축과,
    상기 구동 축을 회전 가능하게 지지하는 오비탈 테이블과,
    상기 오비탈 테이블로부터 이격되어 배치된 베이스 플레이트와,
    상기 베이스 플레이트에 고정된 제1 모터와,
    상기 제1 모터와 상기 구동 축을 연결하는 제1 토크 전달 기구와,
    상기 오비탈 테이블을 병진 회전 운동시키는 병진 회전 운동 기구를 구비한 것을 특징으로 하는, 기판 보유 지지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판의 주연부에 접촉 가능한 클램프 롤러와,
    상기 클램프 롤러를 회전 가능하게 지지하는 편심 축과,
    상기 베이스 플레이트에 고정된 로터리 액추에이터와,
    상기 로터리 액추에이터와 상기 편심 축을 연결하는 제2 토크 전달 기구를 더 구비하고,
    상기 편심 축은, 상기 오비탈 테이블에 회전 가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 보유 지지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 편심 축에 고정된 카운터 웨이트를 더 구비하고,
    상기 편심 축은, 상기 제2 토크 전달 기구에 연결된 제1 축부와, 상기 제1 축부로부터 편심된 제2 축부를 갖고 있고,
    상기 클램프 롤러는 상기 제2 축부에 회전 가능하게 연결되어 있고,
    상기 카운터 웨이트와 상기 클램프 롤러는, 상기 제1 축부에 관하여 대칭으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 보유 지지 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 보유 지지 장치는 동작 제어부를 더 구비하고 있고,
    상기 병진 회전 운동 기구는, 상기 오비탈 테이블에 회전 가능하게 연결된 편심 주축과, 상기 편심 주축에 연결된 제2 모터와, 상기 오비탈 테이블과 상기 베이스 플레이트를 연결하는 복수의 편심 조인트를 구비하고 있고,
    상기 제2 모터는 상기 베이스 플레이트에 고정되어 있고,
    상기 동작 제어부는, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 회전 속도를 독립적으로 제어 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 보유 지지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 병진 회전 운동 기구는, 상기 편심 조인트에 고정된 카운터 웨이트를 갖고 있고,
    상기 편심 조인트는, 상기 베이스 플레이트에 회전 가능하게 연결된 제1 조인트 축부와, 상기 오비탈 테이블에 회전 가능하게 연결된 제2 조인트 축부를 구비하고,
    상기 제2 조인트 축부는 상기 제1 조인트 축부로부터 편심되어 있고,
    상기 편심 조인트에 고정된 상기 카운터 웨이트와, 상기 제2 조인트 축부는, 상기 제1 조인트 축부에 관하여 대칭으로 배치되어 있고,
    상기 편심 주축은, 상기 제2 모터에 연결된 제1 주축부와, 상기 오비탈 테이블에 회전 가능하게 연결된 제2 주축부를 구비하고,
    상기 제2 주축부는 상기 제1 주축부로부터 편심되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 보유 지지 장치.
  9. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 토크 전달 기구는, 유니버설 조인트 또는 마그넷 기어인 것을 특징으로 하는, 기판 보유 지지 장치.
  10. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제2 토크 전달 기구는, 유니버설 조인트 또는 마그넷 기어인 것을 특징으로 하는, 기판 보유 지지 장치.
  11. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 기판 보유 지지 장치와,
    처리구를 기판의 제1면에 접촉시켜 당해 제1면을 처리하는 처리 헤드를 구비한 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  12. 복수의 롤러를 기판의 주연부에 접촉시키고,
    상기 복수의 롤러를 각각의 축심을 중심으로 회전시키고, 또한 상기 복수의 롤러 및 복수의 카운터 웨이트를 원운동시킴으로써, 상기 복수의 롤러에 발생하는 원심력을, 상기 복수의 카운터 웨이트에 발생하는 원심력으로 캔슬하면서 상기 기판을 그 축심을 중심으로 회전시키고, 또한 상기 기판을 원운동시키고,
    처리구를, 상기 회전 및 원운동하는 기판에 접촉시켜 당해 기판을 처리하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.
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