(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持して回転させることで処理するスピン処理装置において、
駆動源と、
この駆動源によって回転駆動される回転体と、
この回転体に回転可能に設けられた歯車と、
上記歯車に噛合する歯面を有し、歯車の回転によって歯車の接線方向に直線移動可能に設けられた複数の可動体と、
各可動体にこの可動体の移動方向に沿って設けられ一端部に上記基板の周辺部を保持する保持部を有する第１の杆状部材と、
上記歯車と上記回転体とを連結し歯車を所定の回転方向に弾性的に付勢して上記保持部が上記基板の周辺部を保持する方向に上記可動体を移動させる付勢手段と、
上記第１の杆状部材の他端に設けられ上記基板の回転によって上記保持部に発生する遠心力を打ち消すためのウエイトと
を具備したことを特徴とするスピン処理装置。
【請求項２】
上記回転体には、先端に上記保持部に保持された基板の周辺部の下面を支持する支持部が設けられた複数の第２の杆状部材の他端が周方向に所定間隔で連結されていることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。
【請求項３】
上記回転体の外径寸法は、上記基板の外径寸法に比べて十分小さく形成されていることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置。
【請求項４】
基板を保持して回転させることで処理する基板の処理方法において、
請求項１に記載されたスピン処理装置を用いて上記基板を処理することを特徴とする基板の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は基板を回転させながら洗浄処理したり、乾燥処理するためのスピン処理装置及びそのスピン処理装置を用いた基板の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、半導体装置や液晶表示装置などの製造過程においては、半導体ウエハやガラス基板などの基板に回路パターンを形成するための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は上記基板に対して現像やエッチングなどの処理を行った後、洗浄及び乾燥処理が繰り返して行われることになる。
【０００３】
上記基板に対する洗浄や乾燥などの処理を行うためにはスピン処理装置が用いられる。このスピン処理装置は回転モータによって回転駆動される円盤状のテーブルを有する。このテーブルの上面の周辺部には上記基板の周辺部を保持するための複数の保持部材が周方向に所定間隔で回転可能に立設されている。
【０００４】
この保持部材の上端面には基板の下面周辺部を支持する支持ピンと、上記保持部材の回転によって偏心回転して上記基板の外周面に係合する係合ピンとが設けられている。また、上記保持部材を回転させるためのリンクや歯車などの機構は、上記テーブルの保持部材の下方、つまりテーブルの周辺部下面に設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
テーブルの周辺部に保持部材やこの保持部材を回転させるための機構を設ける構造であると、テーブルの周辺部の重量が増大したり、テーブルの大きさを基板の大きさよりも大きくしなければならない。それによって、テーブルの周辺部の重量（質量）が増大する。
【０００６】
一般に、物体を回転させたときに生じる遠心力は、物体の質量、円運動の半径及び回転数の二乗に比例する。また、慣性モーメントは、距離の二乗と質量に比例する。
【０００７】
そのため、テーブルの周辺部の質量が増大すると、そのテーブルを回転させたときに生じる遠心力や慣性モーメントが大きくなるということがある。
【０００８】
遠心力が大きくなり、その遠心力がテーブルを回転させたときに保持部材に作用すると、保持部材による基板の保持力が変動し、保持状態が安定しなくなるということもある。保持部材による基板の保持力が変動し、保持状態が安定しなくなるということがある。
【０００９】
一方、慣性モーメントが大きくなると、テーブルを回転駆動するための駆動源に出力の大きなモータを用いなければならなくなるということがあるばかりか、テーブルの回転開始時と回転終了時との加減速を迅速に行うことができなくなるということもある。
【００１０】
この発明は、慣性力を低減できるようにするとともに、回転によって発生する遠心力の影響をほとんど受けることなく基板を保持できるようにしたスピン処理装置及びそのスピン処理装置を用いた基板の処理方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、基板を保持して回転させることで処理するスピン処理装置において、
駆動源と、
この駆動源によって回転駆動される回転体と、
この回転体に回転可能に設けられた歯車と、
上記歯車に噛合する歯面を有し、歯車の回転によって歯車の接線方向に直線移動可能に設けられた複数の可動体と、
各可動体にこの可動体の移動方向に沿って設けられ一端部に上記基板の周辺部を保持する保持部を有する第１の杆状部材と、
上記歯車と上記回転体とを連結し歯車を所定の回転方向に弾性的に付勢して上記保持部が上記基板の周辺部を保持する方向に上記可動体を移動させる付勢手段と、
上記第１の杆状部材の他端に設けられ上記基板の回転によって上記保持部に発生する遠心力を打ち消すためのウエイトと
を具備したことを特徴とするスピン処理装置にある。
【００１３】
請求項２の発明は、上記回転体には、先端に上記保持部に保持された基板の周辺部の下面を支持する支持部が設けられた複数の第２の杆状部材の他端が周方向に所定間隔で連結されていることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置にある。
【００１４】
請求項３の発明は、上記回転体の外径寸法は、上記基板の外径寸法に比べて十分小さく形成されていることを特徴とする請求項１記載のスピン処理装置にある。
請求項４の発明は、基板を保持して回転させることで処理する基板の処理方法において、
請求項１に記載されたスピン処理装置を用いて上記基板を処理することを特徴とする基板の処理方法にある。
【００１５】
この発明によれば、基板を保持する保持部を有する第１の杆状部材を駆動する歯車と可動体からなる機構を回転体の回転中心に近い位置に配置できるから、慣性モーメントの低減や回転によって生じる遠心力の低減を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１乃至図４はこの発明の第１の実施の形態であって、図２に示すスピン処理装置は同図に鎖線で示すスピンカップ１を有する。このスピンカップ１の底部には通孔２が穿設され、この通孔２には円筒状の回転体３が設けられている。この回転体３は駆動源としてのサーボ制御モータ４によって回転駆動される。この制御モータ４は筒状の固定子５と、この固定子５内に回転可能に挿入された同じく筒状の回転子６とを有する。
【００１８】
上記回転体３の下端にはフランジ３ａが形成され、このフランジ３ａが上記回転子６の上端面に接合され、ねじ７によって固定されている。したがって、上記回転体３は上記回転子６と一体に回転するようになっている。
【００１９】
上記回転体３のスピンカップ１内に突出した上端部の外周面には歯車１１が一対の軸受１０によって回転可能に設けられている。この歯車１１はケーシング１２に収容されている。
【００２０】
上記ケーシング１２の上面開口は、ケーシング１２に固定された蓋体１３によって閉塞されている。この蓋体１３の上面には蓋体１３よりも大径な上盤１４が接合固定されている。上記蓋体１３は上記回転体３の上端面に固定されている。したがって、ケーシング１２は回転体３と一体に回転するようになっている。
【００２１】
図１に示すように、上記ケーシング１２には周方向に等間隔で３つの袋部１５が径方向外方に膨出形成されている。袋部１５の内面には同図に矢印Ａで示す上記歯車１１の接線方向と平行にリニアガイド１６が設けられ、このリニアガイド１６には可動体１７がスライド可能に設けられている。この可動体１７の一側面には上記歯車１１に噛合する歯面としてのラック１８が設けられている。したがって、上記歯車１１が回転すれば、各可動体１７が矢印Ａで示す歯車１１の接線方向に沿って駆動されるようになっている。
【００２２】
各可動体１７には、この可動体１７の移動方向、つまり歯車１１の接線方向Ａに沿って第１の杆状部材２１が貫通保持されている。この第１の杆状部材２１の一端部と他端部とはそれぞれ上記袋部１５の側壁からシール部材２２を介して気密かつスライド可能に突出している。
【００２３】
上記第１の杆状部材２１の一端部は上方に向かってＬ字状に曲成され、その上端部には基板としての半導体ウエハＷの外周縁部を保持する保持部２３が設けられている。この保持部２３は円錐状のテーパ面２３ａ及びこのテーパ面２３ａの頂部に設けられたピン２３ｂを有し、３つの保持部２３のテーパ面２３ａの上端とピン２３ｂとによって半導体ウエハＷを径方向に移動しないよう、その外周縁部を保持するようになっている。
【００２４】
上記第１の杆状部材２１の他端部にはウエイト２４が設けられている。このウエイト２４は上記回転体３を上記サーボ制御モータ４によって回転させたときに、上記保持部２３に作用する遠心力を相殺する重量、つまり第１の杆状部材２１が歯車１１の接線方向Ａの（＋）側の力を受けることがない重量あるいは−側の力を受けて保持部２３を半導体ウエハＷの外周面に圧接させる重量に設定されている。
【００２５】
すなわち、図４に示すように第１の杆状部材２１の重心Ｇは、半導体ウエハＷの回転中心Ｏから歯車１１の接線方向Ａ（第１の杆状部材２１の移動方向）の直線に向かって立てた垂線との交点Ｃ上又はＣに対して保持部２３と逆側に位置するように設定されている。それによって、ウエイト２４の重量に応じて保持部２３に遠心力を相殺する力あるいは接線方向Ａの（−）側に移動させる力を発生させることができるようになっている。
【００２６】
上記ケーシング１２の各袋部１５には、この袋部１５に一端を固着した第２の杆状部材２５が設けられている。各第２の杆状部材２５の他端は、３本の第１の杆状部材２１の保持部２３に保持された半導体ウエハＷの径方向外方に向かって延出されている。
【００２７】
そして、第２の杆状部材２５の他端部には、上方に向かってＬ字状に折曲され、その上端には上記半導体ウエハＷの周辺部下面を支持する支持ピン２６ａを有する支持部２６が形成されている。
【００２８】
上記回転体３の外周には、上記歯車１１を図１に矢印Ｂで示す回転方向に付勢した付勢手段としてのコイルばね２７（図２に示す）が一端を上記歯車１１に連結し、他端を上記回転体３のフランジ３ａに連結して設けられている。
【００２９】
それによって、上記第１の杆状部材２１は歯車１１及びラック１８を介して歯車１１の接線方向Ａの（−）側に付勢されるから、その一端に設けられた保持部２３が半導体ウエハＷの外周縁に所定の当接力で圧接するようになっている。つまり、コイルばね２７によって付勢された３本の第１の杆状部材２１の保持部２３により、半導体ウエハＷは弾性的に保持されている。
【００３０】
半導体ウエハＷの保持状態は解除機構４１によって解除できるようになっている。この解除機構４１は先端に係止ピン４２が突設されたアーム４３を有する。このアーム４３の基端はソレノイドなどの上下駆動部４４に連結されている。
【００３１】
一方、上記歯車１１には上記係止ピン４２が係合する係合孔１１ａが形成されていて、この係合孔１１ａには上記歯車１１が所定の回転角度にあるときに、上記係止ピン４２が対向位置する。その状態で、上記上下駆動部４４が作動してアーム４３が上昇方向に駆動されると、上記係止ピン４２が上記係合孔１１ａに係合する。
【００３２】
係止ピン４２を上記係合孔１１ａに係合させた状態で、上記回転体３を上記コイルばね２７による歯車１１の付勢方向と逆方向（図１に矢印Ｂで示す方向と逆方向）に回転させれば、第１の杆状部材２１が可動体１７とともに矢印Ａの（＋）側に移動するから、３本の第１の杆状部材２１の保持部２３による半導体ウエハＷの保持状態が解除されることになる。
【００３３】
上記回転体３と回転子６の内部には支持管２８が挿通されている。この支持管２８の上端には上記上盤１４の上面側に位置するノズルヘッド２９が設けられている。このノズルヘッド２９には、図２に示すように上下方向に貫通する４つの取付け孔３１（２つのみ図示）が形成され、各通孔３１の上端には図１に示すようにそれぞれ一対の洗浄ノズル３２と乾燥ノズル３３とが設けられたている。なお、支持管２８の下端部は上記回転子６の外部に突出し、図示しない固定部に固定されている。
【００３４】
洗浄ノズル３２には洗浄液を供給する第１のチューブ３４が接続され、乾燥ノズル３３には乾燥気体を供給する第２のチューブ３５が接続されている。つまり、洗浄ノズル３２からは半導体ウエハＷの下面を洗浄する洗浄液が噴射され、乾燥ノズル３３から半導体ウエハＷの下面に付着した洗浄液を乾燥除去する気体が噴射されるようになっている。
【００３５】
上記ノズルヘッド２９の下面周辺部には環状溝３６が形成され、上記上盤１４には上記環状溝３６に入り込む環状壁３７が形成されている。したがって、環状溝３６と環状壁３７との嵌合により、半導体ウエハＷの下面に向けて噴射された洗浄液が回転体３の内部へ浸入するのを防止できるようになっている。
【００３６】
上記上盤１４の上面側は乱流防止用カバー３８によって覆われている。この乱流防止カバー３８は上記第１の杆状部材２１によって保持された半導体ウエハＷの下面にわずかな間隔で対向位置する平面部３８ａと、上記上盤１４の外周部を覆う周辺部３８ｂとを有する。上記平面部３８ａには上記ノズルヘッド２９に設けられた各ノズル３２，３３を露出させる第１の開口部３９が形成され、上記周辺部３８ｂには上記第１の杆状部材２１と第２の杆状部材２５とをそれぞれ挿通する第２の開口部４０が形成されている。
【００３７】
つぎに、上記構成のスピン処理装置によって半導体ウエハＷを洗浄処理する場合について説明する。まず、上下駆動部４４によって解除機構４１のアーム４３を上昇方向に駆動し、アーム４３の先端に設けられた係止ピン４２を歯車１１の係合孔１１ａに係合させ、歯車１１を回転不能に保持する。
【００３８】
その状態で、サーボ制御モータ４を作動して回転体３、すなわちケーシング１２を矢印Ｂと方向へ回転させる。それによって、可動体１７が第１の杆状部材２１とともに矢印Ａの（＋）側に移動するから、３本の第１の杆状部材２１に設けられた保持部２３を半導体ウエハＷの外径寸法よりも径方向外方に位置させることができる。
【００３９】
保持部２３を径方向外方へ移動させたならば、図示しないロボットによって半導体ウエハＷを供給し、その下面周辺部を第２の杆状部材２５の支持部２６の支持ピン２６ａの上端に係合させる。
【００４０】
半導体ウエハＷの下面周辺部を支持ピン２６ａに係合させたならば、サーボ制御モータ４を元の位置まで逆転させてから上下駆動部４４によってアーム４３を下降させ、係止ピン４２を歯車１１の係合孔１１ａから外す。それによって、歯車１１はコイルばね２７の付勢力によって矢印Ｂ方向へ回転するから、その回転によって可動体１７が矢印Ａの（−）側へ移動し、その先端に設けられた保持部２３によって半導体ウエハＷの外周縁が保持される。
【００４１】
半導体ウエハＷの外周縁部を係合保持する保持部２４を有する３本の第１の杆状部材２１は可動体１７に取付けられ、各可動体１７のラック１８は歯車１１に噛合している。そのため、歯車１１が回転すると、各ラック１８の矢印Ａ方向への移動量は同じになるから、３つの保持部２３の移動量が一致する。
【００４２】
３つの保持部２４の移動量が一致すれば、下面周辺部が支持部２６の支持ピン２６ａによって支持された半導体ウエハＷの外周面が３つの保持部２３によって保持される際、半導体ウエハＷはこれらの保持部２３によってセンタリングされることになる。
【００４３】
つまり、図示しないロボットによって支持ピン２６ａ上に供給される半導体ウエハＷの供給位置が多少ずれても、半導体ウエハＷは支持ピン２６ａによって径方向に移動可能に支持されているから、上記保持部２３によるセンタリング機能よって、半導体ウエハＷの中心を回転体３の軸芯に一致させて保持することができる。
【００４４】
このようにして半導体ウエハＷを保持したならば、回転体３を所定の回転速度で回転させるとともに、その上面と下面とに洗浄液を供給して半導体ウエハＷの上下面を洗浄する。なお、半導体ウエハＷの下面には洗浄ノズル３２から洗浄液が噴射され、上面には図示しない洗浄ノズルから洗浄液が供給される。
【００４５】
半導体ウエハＷの上下面を洗浄したならば、洗浄液の供給を停止して回転体３の回転速度を洗浄時の毎分数百回転から毎分数千回転に上げる。それと同時に半導体ウエハＷの下面と上面との中心部に向けて乾燥気体を噴射する。半導体ウエハＷの下面には乾燥ノズル３３から乾燥気体が噴射され、上面には半導体ウエハＷの上方に配置された図示しない乾燥ノズル３３から気体が噴射される。
【００４６】
半導体ウエハＷを高速回転し、かつ上下面の中心部に乾燥気体を噴射することで、その上下面に付着した洗浄液は中心部に噴射される乾燥気体の勢い及び回転によって生じる遠心力で周辺部へ飛散するから、半導体ウエハＷの上下面は乾燥処理されることになる。
【００４７】
半導体ウエハＷを乾燥処理する際、半導体ウエハＷを高速度で回転させると、その回転に伴う遠心力が発生し、その遠心力によって半導体ウエハＷの保持力が変動し、保持状態が不安定になる虞がある。
【００４８】
しかしながら、半導体ウエハＷを保持する機構、つまり歯車１１や可動体１７は半導体ウエハＷの周辺部よりも径方向内方に設けられており、半導体ウエハＷを実際に保持する保持部２３だけが第１の杆状部材２１によって半導体ウエハＷの周縁部に延出されている。
【００４９】
そのため、半導体ウエハＷを乾燥処理するために回転体３を高速度で回転させても、この回転体３と一体的に回転する上記可動体１７に大きな遠心力が発生し難いから、この可動体１７に一体的に設けられた第１の杆状部材２１の保持部２３にも、大きな遠心力が作用し難い。それによって、保持部２３による半導体ウエハＷの保持状態が大きく変動するのを防止できる。
【００５０】
一端に上記保持部２３が設けられた第１の杆状部材２１の他端には、その保持部２３に生じる遠心力を相殺もしくは保持部２３を接線方向Ａの（−）側に付勢するウエイト２４が設けられている。そのため、回転体３の回転によって半導体ウエハＷの周縁部に位置する保持部２３に遠心力が生じても、その遠心力は上記ウエイト２４によって打ち消されるから、保持部２３は半導体ウエハＷの周縁部を安定した状態で確実に保持することが可能となる。
【００５１】
第１の杆状部材２１の一端部を半導体ウエハＷの径方向外方に向けて延出し、その端部に半導体ウエハＷを保持する保持部２３を設けるようにしたから、保持部２３だけが半導体ウエハＷの周縁部を保持できる位置にあればよい。
【００５２】
つまり、保持部２３を半導体ウエハＷの周縁部に位置させるために、回転体３を大径化する必要がないから、この回転体３を小型軽量化し、その回転の始動時や停止時の慣性モーメントを小さくできる。
【００５３】
さらに、可動体１７が半導体ウエハＷの周縁部よりも径方向内方に設けることができることによっても、回転時に発生する慣性モーメントを小さくすることができる。
【００５４】
このように、全体の慣性モーメントを小さくできることで、回転体３の回転開始時と回転終了時との加減速を迅速に行うことが可能となるばかりか、回転体３を回転駆動するサーボ制御モータ４を小型化することが可能となる。
【００５５】
上記第１の実施の形態では、乱流防止カバー３８を設けるために、ケーシング１２の上面に、このケーシング１２よりも大径な上盤１４を設けるようにしたが、乱流防止カバー３８はなくてもよく、その場合には上盤１４も不要となるから、全体の慣性モーメントをさらに小さくすることが可能となる。
【００５６】
図５はこの発明の第２の実施の形態を示す。この第２の実施の形態は６本の第１の杆状部材２１を有し、６つの保持部２３によって半導体ウエハＷの外周縁部を周方向に等間隔で保持する場合である。
【００５７】
なお、図示しないが、支持部を有する第２の杆状部材２５の本数は第１の実施の形態と同様３本もしくは６本であってもよい。
【００５８】
図６はこの発明の第３の実施の形態を示す。この実施の形態は基板が円盤状の半導体ウエハＷに代わり、矩形状のガラス基板Ｇの場合で、その場合には歯車１１の周辺部にガラス基板Ｇの対角線方向に延びる４本の第１の杆状部材２１を配置し、各杆状部材２１の先端部にはガラス基板Ｇの角部を挟持する状態で保持する一対の保持部２３を設ける。
【００５９】
なお、図示しないが、支持部を有する第２の杆状部材２５の本数は３本以上であればよい。
【００６０】
このような構成によれば、矩形状のガラス基板Ｇの場合にも、この発明を適用することが可能となる。
【００６１】
【発明の効果】
この発明によれば、基板を保持する保持部を有する第１の杆状部材を駆動する歯車と可動体からなる機構を回転体の回転中心に近い位置に配置できる。
【００６２】
そのため、基板を回転させたときに生じる遠心力や慣性モーメントを低減させることができるから、上記保持部による基板の保持状態が不安定になったり、回転開始時と回転終了時との加減速に時間が掛かるなどのことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示すスピン処理装置の一部断面した平面図。
【図２】スピン処理装置の縦断面図。
【図３】歯車、可動体及び第１の杆状部材の配置関係の概略的構成を示す斜視図。
【図４】第１の杆状部材の重心位置を説明するための模式図。
【図５】この発明の第２の実施の形態の概略的構成を示す模式図。
【図６】この発明の第３の実施の形態の概略的構成を示す模式図。
【符号の説明】
３…回転体
４…サーボ制御モータ（駆動源）
１７…可動体
２１…第１の杆状部材
２４…ウエイト
２５…第２の杆状部材
２７…コイルばね（付勢手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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