JPH0774143A - 基板保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転加速の初期および減速の最終期において
も基板の滑りを防止する。 【構成】 水平回転台上に基板Ｗが保持されている。回
転台１の外縁側には非鉛直面内で回動自在な振り子状の
押さえ部材１１が設けられている。回転台１の回転加速
度の絶対値が小さい期間では押さえ部材１１は基板から
離れている。回転加速度の絶対値が大きい回転加速の初
期および減速の最終期においては押さえ部材１１が慣性
力によって大きく回動変位し、押さえ部材１１の所定部
位が基板Ｗの外縁Ｗａに当接して基板Ｗの滑りを防止す
る。 【効果】 滑りが発生しやすい回転加速の初期および減
速の最終期おいて基板押圧部材が基板に当接し、基板の
滑りを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、オリエンテ
ーションフラットやノッチ等の切欠きが形成された半導
体ウエハ等の略円形の基板、あるいは光ディスク用基板
などのように全く切欠きを有しない円形の基板を回転台
上に支持し、基板の上面に洗浄液やエッチング液等の各
種処理液を供給する等により基板の処理を行う回転式基
板処理装置に用いられる基板保持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハ、フォトマスク用ガラス基
板などの、高いクリーン度が要求される基板を処理する
回転式基板処理装置においては、基板の回転時に基板を
保持する部材と基板との間のすべりを極力抑えることが
要求される。すべりが生じると、基板の表面が削られる
ことにより、基板が損傷するばかりでなく、発塵と基板
自身の汚染の原因ともなる。また、処理液の流動が不均
一となるために、基板の処理における品質にも問題を生
じる。このため、例えば特開昭５１−１３２９７２号公
報、および特公平３−７７５８５号公報などにおいて、
基板の回転時のすべりを抑える技術が開示されている。
これらの従来技術における装置では、水平に載置された
基板の外縁に当接し得る遠心性のアームが水平回転台に
設けられており、水平回転台の回転に伴う遠心力の作用
により、アームが基板の外縁に押圧付勢される。押圧付
勢されるアームと基板の外縁との間の摩擦力によって、
基板のすべりを防止する効果が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来技術では遠心力を利用して基板を挟持するもので
あるために、回転加速時および回転減速時において回転
速度が十分には高くない期間、すなわち回転加速の初期
および回転減速の最終期においては、すべりを十分に抑
制することはできないという問題点を有していた。

【０００４】この発明は、上記の従来の技術が有する欠
点を解消することを目指したもので、回転加速の初期お
よび回転減速の最終期を含めて、基板のすべりを抑える
ことができる基板保持装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる基板保
持装置は、鉛直軸周りで所定の回転方向に基板を水平回
転させつつ前記基板の主面に所定の処理を行うにあたっ
て、前記基板を保持するために用いられる基板保持装置
であって、(a) 水平回転台と、(b) 前記水平回転台の上
面側に設けられて前記基板を保持する基板保持部材と、
(c) 前記水平回転台の外周側に軸支され、非鉛直面内で
双方向に回動自在であって、重心を回動軸上から偏位し
た位置に有する押さえ部材と、を備え、前記押さえ部材
の重心の回動角度が所定の第１と第２の臨界角度に至っ
たときにのみ前記押さえ部材の所定部位が前記基板の外
縁に当接し、前記第１と第２の臨界角度は、前記水平回
転台の回転中心と前記軸支の位置とを結ぶ方向を基準と
して前記所定の回転方向とは反対方向側にずれた範囲内
で規定されていることを特徴とする。

【０００６】

【作用】この発明における基板保持装置は、回転台が回
転加速を行う過程の初期には、加速に伴う慣性力の作用
により、押さえ部材の重心が回転方向後方に接近するよ
うに押さえ部材が回動する。このため、重心は第１およ
び第２の臨界角度の中の回転方向後方に近い方（例えば
これを第１の臨界角度とする）に位置し、押さえ部材の
所定部位が基板の外縁に当接し押圧付勢する。その結
果、所定部位と基板の外縁との間に摩擦力が生じるの
で、基板のすべりが防止される。一方、加速が十分に行
われ回転台が比較的高速で回転するときには、慣性力よ
りも遠心力が強く作用するため、押さえ部材の重心が回
動軸に対して回転の径方向外方に接近するように押さえ
部材が回動する。このため、重心はもう１つの臨界角度
（例えば第２の臨界角度）に位置し、所定部位が基板の
外縁に当接し押圧付勢する。その結果、所定部位と基板
の外縁との間に摩擦力が生じるので、基板のすべりが防
止される。更に回転台が回転減速を行うときには、減速
に伴う慣性力が遠心力に加わるため、重心は例えば第２
の臨界角度に同じく位置し、所定部位が基板の外縁に当
接し押圧付勢する。その結果、所定部位と基板の外縁と
の間に摩擦力が生じるので、基板のすべりが防止され
る。以上のようにこの発明の装置では、回転加速の初期
および回転減速の最終期を含めて、基板のすべりを抑え
ることができる。

【０００７】重心が第１の臨界角度と第２の臨界角度と
の間に位置するときには、押さえ部材は基板の外縁を解
放する。このため、押さえ部材の回動位置をこの位置に
設定することによって、基板の基板保持部材への載置、
および基板保持部材からの取り外しが容易に行い得る。

【０００８】

【実施例】＜回転式基板処理装置１０＞

【０００９】この発明の実施例における基板保持装置の
構成と機能についての説明に先だって、実施例の装置を
搭載した回転式基板処理装置について説明する。図２の
部分的に切欠きを有する側面図は、回転式基板処理装置
の全体の概略構成を模式的に示す。

【００１０】回転式基板処理装置１０は、モータ６によ
って回転駆動される基板保持装置１００と、基板保持装
置１００によって保持されている基板Ｗの上面に、例え
ば酸やアルカリ、各種溶剤、純水等を含む洗浄液や、フ
ォトレジスト液、現像液、あるいはエッチング液等の各
種処理液を供給する処理液供給ノズル７と、モータ６の
回転駆動軸６ａを挿通し、基板Ｗの側方および下方を囲
って、基板Ｗから飛散する処理液を回収する処理液回収
カップ８とを具備している。モータ６は、その回転駆動
軸６ａが鉛直になるように設けられ、基板保持装置１０
０は、モータ６によって水平回転される回転台１と、回
転台１上の周縁部に固定的に配設された複数の基板保持
部材２と、同じく周縁部に回動自在に付設された押さえ
部材（図２には図示しない）とを具備している。

【００１１】基板保持装置１００で保持されつつ水平回
転する基板Ｗの上面に、所要の処理液を供給することに
より基板Ｗの表面処理が行われる。図示しない昇降手段
により、処理液回収カップ８は鉛直方向、言い替えると
基板保持装置１００の回転軸の方向に昇降可能である。
基板Ｗを基板保持装置１００に載置する際および基板保
持装置１００から取り出す際には、処理液回収カップ８
は相対的に下方に位置し、基板Ｗを回転し処理を施す工
程では相対的に上方に位置する。図２は、後者の処理を
施す工程にある処理液回収カップ８を示している。

【００１２】＜基板保持装置１００の構成＞

【００１３】図１は、回転式基板処理装置１０に用いら
れる基板保持装置１００の斜視図である。モータ６の回
転駆動軸６ａと一致する鉛直な回転軸Ａの周りに回転す
る回転台１の上面には、基板保持部材２と押さえ部材１
１とが、載置されるべき円形の基板Ｗの周囲に配設され
ている。基板保持部材２は、基板Ｗを所定の位置に保持
する部材であり、基板支持部３と水平位置規制部４とを
一体に成形して成る。押さえ部材１１は、回動軸１２ａ
（詳細は後述する）の周りに回動自在に回転台１に支持
されている。

【００１４】図３は、基板保持装置１００の平面図であ
る。基板保持部材２は、好ましくはその複数の水平位置
規制部４からみて回転軸Ａの側でそれらの水平位置規制
部４に接するように規定される円Ｒの中心Ｃが、回転台
の回転軸Ａから水平方向に所定の距離Ｌだけ偏位するよ
うに配置される。すなわち、基板Ｗが基板保持部材２に
保持されたとき、切り欠きを有しない円形の基板Ｗ（図
３に示す）の場合にはその外縁Ｗａの中心の位置、ノッ
チ等が形成された略円形の基板（図示せず）の場合には
その外縁の円弧部分の中心の位置は、Ｃと一致し、回転
軸Ａから水平方向に偏位した位置にある。押さえ部材１
１は、回転軸Ａに対して上述の中心Ｃと反対の側、すな
わち基板Ｗの外縁Ｗａが回転軸Ａに最も近接する位置に
設置される。

【００１５】図４は、回動軸１２ａに一致するＢ−Ｂ線
（図１および図３）すなわち押さえ部材１１の取り付け
部分における回動軸１２ａと重心Ｇとを含む面での基板
保持装置１００の部分断面図である。基板保持部材２を
構成する基板支持部３は、その上面が基板Ｗの外縁に近
い底面部分Ｗｂに当接することにより、基板Ｗを回転台
１から離間して水平に支持する。水平位置規制部４の側
面は、基板Ｗの外縁Ｗａに当接して基板Ｗの水平方向の
位置を規制する。なお、基板保持装置１００への基板Ｗ
の載置を容易にするため、水平位置規制部４は、その側
面が基板Ｗの外縁Ｗａに対して若干の遊びを有していて
もよく、実質的に基板Ｗの水平方向の位置が規制できて
いればよい。

【００１６】基板保持装置１００において、回転台１の
上面はほぼ水平面に形成され、回転台１の、回転軸Ａか
らみて上述の中心Ｃと反対の側の部分には、傾斜面１ａ
が形成されている。傾斜面１ａは、回転台１の上面か
ら、回転軸Ａから中心Ｃと反対の向きに対し回転台１の
上側から見て角度αだけ時計方向にずれた角度で、半径
方向外側へ向かって低くなるように形成されている。押
さえ部材１１は、中心Ｃから回転軸Ａに向かった延長上
の傾斜面１ａに、回転軸Ａとねじれの位置関係にあり且
つ傾斜面１ａに垂直、すなわち上方ほど回転台１の回転
軸Ａから離れるように傾斜した回動軸１２ａのまわりで
回転自在に設けられている。本発明としては、回動軸１
２ａの方向が、水平面に対して傾いているものであれば
良い。言い換えれば、回動軸１２ａの周りで回転する押
さえ部材１１の回転面が鉛直面に対して傾いた非鉛直面
であればよい。

【００１７】押さえ部材１１は、回動軸受け部材１２を
介して双方向に回動自在になるように、回転台１に支持
されている。押さえ部材１１は、樹脂製の押さえ部材本
体１１ａ、金属の錘部材１１ｂ、および押さえ部材本体
１１ａと錘部材１１ｂとを接続する樹脂製の接続部材１
１ｄとを有している。錘部材１１ｂの表面は防錆のため
薄い樹脂膜（図示せず）で覆われている。押さえ部材本
体１１ａは、基板外縁Ｗａに当接し得る面である押圧面
１１ｃを有している。押さえ部材本体１１ａは、ナット
１４によって接続部材１１ｄに固定的に結合されてい
る。押さえ部材本体１１ａと回動軸受け部材１２とを、
例えばフッ素樹脂で構成することにより、押さえ部材本
体１１ａと回動軸受け部材１２の間に作用する回動摩擦
力を低くすることができる。

【００１８】錘部材１１ｂは、押さえ部材１１の重心Ｇ
が、回動軸受け部材１２によって規定される回動軸１２
ａから偏位した位置となるように設けられる。回動軸１
２ａは、前述の如く回転軸Ａに対して所定の傾斜角をも
って傾斜しており、その上方向は回転の径方向外方Ｒｄ
（図３）と回転方向後方Ｂｄの間の所定の方向Ｐ0 に向
っている。回転台１は、押さえ部材１１の回動を妨げな
いように、押さえ部材１１が設置される位置において傾
斜面１ａを有する。

【００１９】＜基板保持装置１００の動作＞

【００２０】図５は、基板保持装置１００の動作を説明
する模式図である。基板Ｗの処理を行う前および後、す
なわち基板Ｗを基板保持部材２上に載置するとき、およ
び基板保持部材２から除去するときには、回転台１は回
転することなく静止している。このとき、回動軸１２ａ
が傾斜していることから、押さえ部材１１の重心Ｇは重
力の作用によって、回動軸１２ａの上方向の傾斜する方
向Ｐ0 に位置する。押圧面１１ｃは、重心Ｇがこの位置
にあるときには、基板外縁Ｗａには当接しないように形
成されている（図５（ａ））。このため、基板Ｗの載置
および取り外しが容易に行い得る。

【００２１】基板Ｗが基板保持部材２に載置された後、
回転台１が図５（ｂ）中、反時計回りに回転を開始し所
定の回転加速度をもって回転速度が上昇する過程におい
て、回転速度が十分に大きくない初期の期間では、重心
Ｇには加速度による慣性力が主要に作用する。このた
め、重心Ｇの位置は、方向Ｐ0 から回転方向後方Ｂｄへ
と向かう。重心Ｇが方向Ｐ0 と回転方向後方Ｂｄとの間
の所定の方向Ｐ1 （例えば第１の臨界角度に対応する方
向）にあるときに、押圧面１１ｃが基板外縁Ｗａに当接
する（図５（ｂ））。したがって押圧面１１ｃは、回転
加速度に対応したある大きさの押圧力をもって基板外縁
Ｗａに押圧付勢する。この押圧力によって生じる押圧面
１１ｃと基板外縁Ｗａとの間の摩擦力により、基板Ｗと
回転台１との間の相対的なすべりが抑えられる。

【００２２】回転台１の回転速度がある大きさを超える
と、押さえ部材１１には慣性力よりも遠心力が主要に作
用するために、重心Ｇは径方向外方Ｒｄへと向かう。重
心Ｇが方向Ｐ0 と径方向外方Ｒｄとの間の所定の方向Ｐ
2 （例えば第２の臨界角度に対応する方向）にあるとき
に、押圧面１１ｃが基板外縁Ｗａに当接する（図５
（ｃ））。したがって押圧面１１ｃは、遠心力すなわち
回転速度に対応したある大きさの押圧力をもって基板外
縁Ｗａに押圧付勢する。この押圧力によって生じる押圧
面１１ｃと基板外縁Ｗａとの間の摩擦力により、基板Ｗ
と回転台１との間の相対的なすべりが抑えられる。

【００２３】回転台１の回転加速が終了し、定速回転に
移行した後も重心Ｇは同様の方向Ｐ2 にあって、押さえ
部材１１は基板外縁Ｗａを押圧付勢する。更に、定速回
転が終了し、所定の回転減速度をもって回転台１の回転
速度が減少する過程においては、減速度による慣性力と
遠心力とが互いに強め合う。このため、重心Ｇはやはり
同様の方向Ｐ2 に位置し、押さえ部材１１は基板外縁Ｗ
ａに押圧付勢する。

【００２４】図６は、押さえ部材１１における以上の作
用をグラフで表現したものである。図６は、回転速度Ｖ
が、加速期間Ｔ1 においては一定の加速度をもって増加
し、定速期間Ｔ2 においては一定値を保持し、減速期間
Ｔ3 においては一定の減速度をもって減少する例を示し
ている。回転速度Ｖに起因する遠心力Ｆは、加速期間Ｔ
1 において時間とともに放物線状に増加し、定速期間Ｔ
2 では一定値を保持し、減速期間Ｔ3 では放物線状に減
少する。回転加速度および減速度に起因する慣性力Ｈ
は、加速期間Ｔ1 では負の一定値であり、定速期間Ｔ2
ではゼロであり、減速期間Ｔ3 では正の一定値となる。

【００２５】慣性力Ｈと遠心力Ｆとの和Ｆ＋Ｈ（厳密に
はそれぞれにある重みを付した値同士の和）は、加速期
間Ｔ1 においては負の値から正の値へと時間とともに放
物線状に上昇し、定速期間Ｔ2 では正の一定値であり、
減速期間Ｔ3 では正の高い値から同じく正の低い値へと
放物線状に下降する。和Ｆ＋Ｈは、加速期間Ｔ1 内のあ
る時点ｔ0 で、ゼロの値を有する。和Ｆ＋Ｈは、時点ｔ
0 を境として、時点ｔ0 以前では負であり、時点ｔ0 以
後では減速期間Ｔ3 が終了するに至るまで一貫して正で
ある。和Ｆ＋Ｈが負であるとき、重心Ｇは方向Ｐ1 に位
置し、正であるときには方向Ｐ2 に位置する。すなわ
ち、回転台１の回転が加速される期間のある瞬間ｔ0 な
いしその前後の一定期間において、押さえ部材１１は基
板外縁Ｗａにすべりを防止するに必要な程に十分な押圧
力を付勢しない。それより以前の期間およびそれ以後の
期間においては、押さえ部材１１は基板外縁Ｗａに十分
に大きな押圧力を及ぼし、基板Ｗのすべりを防止する。

【００２６】この実施例の装置１００では、中心Ｃが回
転軸Ａから所定の距離をもって偏位しているので、基板
Ｗには回転速度に対応した遠心力が作用する。その結
果、回転台１の回転速度がある程度以上に大きければ、
水平位置規制部４によって基板Ｗのすべりが抑制され
る。このため、回転速度が十分に高いときには、押さえ
部材１１による押圧力が弱くてもすべりを生じない。逆
に回転台１の回転速度が十分に高くないとき、例えば回
転加速の初期、および回転減速の最終期などにおいて
は、中心Ｃの偏位によるすべりの防止効果は得られな
い。

【００２７】そこで、好ましくは加速期間Ｔ1 において
中心Ｃの偏位によるすべりの防止効果が時点ｔ0 に至る
よりも以前に現れるように、偏位の大きさＬ、回動軸１
２ａと重心Ｇの距離、方向Ｐ0 、Ｐ1 、Ｐ2 などが設定
される。このことによって、中心Ｃの偏位の効果と押さ
え部材１１による基板外縁Ｗａへの押圧付勢の効果とが
相互に補い合って、加速期間Ｔ1 〜減速期間Ｔ3 の全期
間にわたって基板Ｗのすべりが防止される。

【００２８】＜変形例＞

【００２９】（１）基板保持部材２は図１などに示した
ような、基板支持部３と水平位置規制部４とが一体に形
成されたものでなくてもよい。すなわち、図７に示すよ
うに基板保持部材２を、回転台１の上面に基板支持部３
と水平位置規制部４とに分離して構成してもよい。な
お、図７では押さえ部材１１は図示を略している。

【００３０】（２）押さえ部材１１の形状は、図１など
に示した形状に限定されない。上述した所定の機能を果
たし得る限り他の形状であってもよい。好ましくは、回
転台１が回転するときに押さえ部材１１に作用する空気
抵抗を減少し得る形状が選択される。

【００３１】（３）回転式基板処理装置１０は、処理液
を供給して基板の上面に処理を行う装置だけではなく、
例えば基板を水平回転しつつ基板の乾燥を行う回転式基
板処理装置などであってもよい。

【００３２】

【発明の効果】この発明における基板保持装置は、回転
台が回転加速を行う過程の初期には、加速に伴う慣性力
が主として作用することにより、押さえ部材の重心が回
転方向後方に接近するように押さえ部材が回動し、押さ
え部材が基板の外縁に当接し押圧付勢する。一方、加速
が十分に行われ回転台が高速で回転するとき、または減
速時には、慣性力よりも遠心力が強く作用するため、あ
るいは遠心力に慣性力が付加されるために、押さえ部材
の重心が回動軸に対して回転の径方向外方に接近するよ
うに押さえ部材が回動する。このため、押さえ部材が同
様に基板の外縁に当接し押圧付勢する。押さえ部材が押
圧付勢することによって基板の外縁との間に摩擦力が生
じるので、基板のすべりが防止される。すなわちこの発
明の装置は、回転加速の初期および回転減速の最終期を
含めて、基板のすべりを防止する効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例における基板保持装置の斜視
図である。

【図２】この発明の実施例における回転式基板処理装置
の部分切断正面図である。

【図３】この発明の実施例における基板保持装置の平面
図である。

【図４】この発明の実施例における基板保持装置の部分
断面正面図である。

【図５】この発明の実施例における基板保持装置の模式
図である。

【図６】この発明の実施例における動作原理を示すグラ
フである。

【図７】この発明の変形例における基板保持装置の正面
図である。

【符号の説明】

１ 回転台 ２ 基板保持部材 １０ 回転式基板処理装置 １１ 押さえ部材 １２ａ 回動軸 １００ 基板保持装置 Ａ 回転軸 Ｇ 重心 Ｗ 基板 Ｗａ 基板外縁 Ｂｄ 回転方向後方 Ｒｄ 径方向外方 Ｐ1 方向（第１または第２の臨界角度に対応する方
向） Ｐ2 方向（第２または第１の臨界角度に対応する方
向）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉岡 勝司 京都市伏見区羽束師古川町322番地 大日 本スクリーン製造株式会社洛西工場内 (72)発明者 平岡 伸康 京都市伏見区羽束師古川町322番地 大日 本スクリーン製造株式会社洛西工場内 (72)発明者 武岡 正史 京都市伏見区羽束師古川町322番地 大日 本スクリーン製造株式会社洛西工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉛直軸周りで所定の回転方向に基板を水
   平回転させつつ前記基板の主面に所定の処理を行うにあ
   たって、前記基板を保持するために用いられる基板保持
   装置であって、 (a) 水平回転台と、 (b) 前記水平回転台の上面側に設けられて前記基板を保
   持する基板保持部材と、 (c) 前記水平回転台の外周側に軸支され、非鉛直面内で
   双方向に回動自在であって、重心を回動軸上から偏位し
   た位置に有する押さえ部材と、 を備え、 前記押さえ部材の重心の回動角度が所定の第１と第２の
   臨界角度に至ったときにのみ前記押さえ部材の所定部位
   が前記基板の外縁に当接し、 前記第１と第２の臨界角度は、前記水平回転台の回転中
   心と前記軸支の位置とを結ぶ方向を基準として前記所定
   の回転方向とは反対方向側にずれた範囲内で規定されて
   いることを特徴とする基板保持装置。