JPH09312326A - 基板回転保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】基板への挟持力を高めることなく、また、高い
回転加速度を加えた場合であっても基板の相対回転を防
止できる基板回転保持装置を提供すること。 【解決手段】オリエンテーションフラット部Ｗａが形成
された略円板状のウエハＷを保持・回転する基板回転保
持装置４０において、回転軸４１と、この回転軸４１の
一端側に設けられた回転板４２と、回転板４２に配設さ
れウエハＷを保持するウエハチャックピン５２ｅ〜５７
ｅと、これらウエハチャックピン５２ｅ〜５７ｅをウエ
ハＷに対して接離移動させることによりウエハＷへの圧
接保持及び圧接解除を行う開閉機構５０とを備え、ウエ
ハチャックピン５２ｅ〜５７ｅのうち１個のウエハチャ
ックピン５７ｅをオリエンテーションフラット部Ｗａに
圧接するように設けるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、略円板状の基板を
１枚ずつ保持し、回転させながら表面処理液を供給して
表面処理を行う装置に用いられる基板回転保持装置に関
し、特に半導体ウエハ等のオリエンテーションフラット
部を有する基板を保持するためのものに関する。

【０００２】

【従来の技術】基板の表面処理を行うための基板処理装
置では、処理対象である基板を１枚ずつ水平に保持し、
基板の軸心線回りに回転させる基板回転保持装置が用い
られている。基板回転保持装置に保持され、回転された
基板の表面には例えば均一に表面処理液が供給され、表
面処理が行われる。

【０００３】図６はその一例である基板回転保持装置１
０を示す斜視図である。基板回転保持装置１０は、その
軸心線を鉛直方向にして配置された回転軸１１を備えて
いる。この回転軸１１の図６中下方の外周部には従動プ
ーリ１１ａが設けられ、この従動プーリ１１ａには後述
するベルト３２が掛け渡されている。なお、図６中１１
ｂは回転軸１１の径方向に設けられたレバーを示してい
る。回転軸１１の上端には回転板１２が水平にして取り
付けられている。

【０００４】回転軸１１周囲には回転軸１１に対し同心
的、かつ、相対回転自在に外筒１４が取り付けられてい
る。また、外筒１４の外周壁には開口部１４ａが形成さ
れるとともに、この開口部１４ａに隣接して径方向に延
びるレバー１４ｂが形成されている。レバー１４ｂと上
述したレバー１１ｂとの間には回転軸１１に対して外筒
１４を図６中矢印Ｐ方向に付勢する引張ばね１５が配設
されている。また、外筒１４の上端には開閉機構２０が
設けられている。

【０００５】開閉機構２０は、外筒１４の上端に設けら
れた円板２１と、この円板２１に取り付けられた６つの
リンク機構２２とを備えている。リンク機構２２は、同
一円周上に一端を揺動自在に取り付けた第１リンクバー
２２ａと、この第１リンクバー２２ａの他端に一端を揺
動自在に取り付けた第２リンクバー２２ｂと、この第２
リンクバー２２ｂの他端にその軸心線を鉛直方向にして
取り付けられるとともに、上述した回転板１２を回転自
在に貫通する貫通ピン２２ｃと、この貫通ピン２２ｃに
同軸的に取り付けられた円板２２ｄと、この円板２２ｄ
上面に偏心して取り付けられたウエハチャックピン２２
ｅとから構成されている。なお、各ウエハチャックピン
２２ｅは同一円周上に位置している。

【０００６】回転軸１１に隣接して回転駆動モータ３０
が設けられており、この回転駆動モータ３０の回転軸３
０ａには駆動プーリ３１が取り付けられている。そし
て、駆動プーリ３１と上述した従動プーリ１１ａとの間
には無端のベルト３２が掛け渡されている。なお、図６
中Ｑは表面処理液を供給するノズルを示している。

【０００７】このように構成された従来の基板回転保持
装置１０では、次のようにしてウエハＷを保持するとと
もに、回転させるようにしている。すなわち、引張ばね
１５によって図６中矢印Ｐ方向に付勢された外筒１４に
より、開閉機構２０の第１リンクバー２２ａ，第２リン
クバー２２ｂを介して円板２２ｄが図６中Ｔ方向に回動
する。このため、ウエハチャックピン２２ｅがウエハＷ
側に移動し、外縁に圧接されることで保持する。そし
て、回転駆動モータ３０を作動させて駆動プーリ３１を
Ｈ方向に回転させることにより、回転軸１１を図６中Ｊ
方向に回転させる。このとき、外筒１４は回転軸１１に
対して上記引張ばね１５による付勢力と同方向の力が加
わるため、ウエハＷの保持が弱まることがない。

【０００８】一方、ウエハＷを回転板１２へ脱着させる
際には、外筒１４のレバー１４ｂを図６中Ｐ′方向に引
張ばね１５の付勢力に抗して回動させることにより、円
板２２ｄが図６中Ｔと逆方向に回転し、ウエハチャック
ピン２２ｅがウエハＷの外縁から離れる。これによりウ
エハＷの保持が解除される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の基板回
転保持装置では、ウエハＷとウエハチャックピン２２ｅ
との間の摩擦係数で決定される摩擦力によってウエハＷ
が回転板１２に対し相対回転することを防止している。
しかし、ウエハＷに表面処理のための表面処理液を供給
すると、ウエハチャックピン２２ｅとウエハＷとの間に
表面処理液が介在し、ウエハＷとウエハチャックピン２
２ｅとの間の摩擦係数が低下することで相対回転するこ
とがあった。また、回転軸１１の回転開始時に加速によ
って生じる慣性力がウエハＷとウエハチャックピン２２
ｅとの間の摩擦力を上回ると、同様にウエハＷが相対回
転することがあった。このようにウエハＷが相対回転す
ると、ウエハチャックピン２２ｅと擦れてごみが発生
し、ウエハＷを汚染し歩留まりが低下する虞があった。

【００１０】また、上記のような摩擦力が低下すると、
何らかの原因でウエハＷに鉛直方向に沿った力がかかっ
た場合に、ウエハＷがウエハチャックピン２２ｅに対し
鉛直方向に沿って擦れることもあった。

【００１１】なお、引張ばね１５のばね係数を高めてウ
エハチャックピン２２ｅによるウエハＷの圧接力を増大
させると、摩擦力は高まるものの、ウエハチャックピン
２２ｅ及びウエハＷの外縁に傷がつき、ごみが発生する
という問題がある。また、ウエハチャックピン２２は摩
耗により寿命が短くなるという問題もあった。

【００１２】一方、回転軸１１の回転加速度が一定以上
になると、外筒１４の慣性力が増大する。このため、ウ
エハチャックピン２２ｅによるウエハＷへの圧接力が増
大するという問題もあった。

【００１３】そこで本発明は、基板への挟持力を高める
ことなく、また、高い回転加速度を加えた場合であって
も基板の相対回転を防止できる基板回転保持装置を提供
することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、請求項１に記載された発明は、オリエ
ンテーションフラット部が形成された略円板状の基板を
保持・回転する基板回転保持装置において、回転軸と、
この回転軸の一端側に設けられた回転板と、この回転板
に配設され前記基板を保持する少なくとも３個のチャッ
クピンと、これらチャックピンを前記基板に対して接離
移動させることにより前記基板への圧接保持及び圧接解
除を行うチャックピン開閉手段とを備え、前記チャック
ピンのうち少なくとも１個のチャックピンが前記オリエ
ンテーションフラット部に圧接するように設けるように
した。

【００１５】請求項２に記載された発明は、請求項１に
記載された発明において、前記チャックピンは、前記回
転軸の軸方向への前記基板の移動を規制する係合部を形
成するようにした。

【００１６】請求項３に記載された発明は、請求項１に
記載された発明において、前記チャックピン開閉手段
は、前記回転軸に対し、同心的かつ相対回転自在に配置
されたチャックピン駆動軸と、前記回転軸に対する前記
チャックピン駆動軸の相対回転角度位置が第１角度位置
のときに前記チャックピンを前記基板に圧接させ、この
第１角度位置に対し所定の回転方向側に位置する第２角
度位置のときに前記圧接が解除されるように前記チャッ
クピンを移動するチャックピン移動手段と、前記チャッ
クピン駆動軸を前記回転方向に対し逆方向に付勢する付
勢手段と、前記第１角度位置に位置する前記チャックピ
ン駆動軸が前記回転方向に対し逆方向側に回転すること
を規制する規制手段とを備えるようにした。

【００１７】上記手段を講じた結果、次のような作用が
生じる。すなわち、請求項１に記載された発明では、基
板の回転板に対する相対移動を防止することができると
ともに、基板が回転板に対し相対回転しようとしても、
基板のオリエンテーションフラット部に当該チャックピ
ンが当接するので基板の回転板に対する相対回転を防止
することができる。

【００１８】請求項２に記載された発明では、基板に当
該方向へ移動する力がかかっても係合部により規制され
その移動が防止される。請求項３に記載された発明で
は、チャックピンを所定の力で基板に圧接させることが
でき、また、チャックピンの基板への圧接力が一定以上
になることを防止することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る
基板回転保持装置を示す斜視図、図２は縦断面図、図３
は平面図、図４は図２におけるＡ−Ａ線で示す位置で切
断し矢印方向に見た断面図である。なお、これらの図に
おいて、図６と同一機能部分には同一符号が付されてい
る。なお、これらの図中Ｗはウエハ（基板）、Ｗａはオ
リエンテーションフラット部を示している。

【００２０】基板回転保持装置４０は、その軸心線Ｃを
鉛直方向にして配置された回転軸４１を備えている。こ
の回転軸４１の図１中下方の外周部には従動プーリ４１
ａが設けられ、この従動プーリ４１ａには後述するベル
ト３２が掛け渡されている。なお、図１中４１ｂは回転
軸４１の径方向に設けられたレバー、図４中４１ｃは径
方向に設けられた規制レバーを示している。レバー４１
ｂ及び規制レバー４１ｃは後述する外筒４４の開口部４
４ａに対向する位置に設けられている。

【００２１】回転軸４１の図１中上端には、回転板４２
が水平にして取り付けられている。回転板４２には同一
円周上に等間隔に６つの貫通孔４３ａ〜４３ｆが形成さ
れている。なお、これら貫通孔４３ａ〜４３ｆが形成さ
れた円周の半径は、被処理対象であるウエハＷの半径Ｒ
よりも若干大きく形成されている。

【００２２】回転軸４１周囲には、回転軸４１に対し同
心的、かつ、相対回転自在に外筒４４が取り付けられて
いる。また、外筒４４の外周壁には開口部４４ａが形成
されるとともに、開口部４４ａに隣接して径方向に延び
るレバー４４ｂが形成されている。レバー４４ｂと上述
したレバー４１ｂとの間には、回転軸４１に対して外筒
４４を、図１中矢印Ｐ方向に付勢する引張ばね４５が張
設されている。また、外筒４４の図１中上端には、開閉
機構５０が設けられている。

【００２３】開閉機構５０は、図３に示すように外筒４
４の上端に設けられた円板５１と、この円板５１に取り
付けられた６つのリンク機構５２〜５７とを備えてい
る。リンク機構５２は、円板５１に一端を揺動自在に取
り付けられた第１リンクバー５２ａと、この第１リンク
バー５２ａの他端に一端を揺動自在に取り付けられた第
２リンクバー５２ｂと、この第２リンクバー５２ｂの他
端にその軸心線を鉛直方向にして取り付けられるととも
に、上述した貫通孔４３ａを回転自在を貫通する貫通ピ
ン５２ｃと、この貫通ピン５２ｃに同軸的に取り付けら
れた円板５２ｄと、この円板５２ｄ上面に偏心して取り
付けられたウエハチャックピン５２ｅとから構成されて
いる。なお、リンク機構５３〜５６についてはリンク機
構５２と同様に形成されているので、説明は省略する。
また、ウエハチャックピン５２ｅ〜５６ｅは、回転軸４
１の軸心線Ｃから距離Ｒに位置している。

【００２４】一方、リンク機構５７は、円板５１に一端
を揺動自在に取り付けられた第１リンクバー５７ａと、
この第１リンクバー５７ａの他端に一端を揺動自在に取
り付けられた第２リンクバー５７ｂと、この第２リンク
バー５７ｂの他端にその軸心線を鉛直方向にして取り付
けられるとともに、上述した貫通孔４３ｆを回転自在に
貫通する貫通ピン５７ｃと、この貫通ピン５７ｃに同軸
的に取り付けられた円板５７ｄと、この円板５７ｄ上面
に偏心して取り付けられたウエハチャックピン５７ｅと
から構成されている。円板５７ｄは円板５２ｄ〜５６ｄ
よりも径が大きく形成されており、ウエハチャックピン
５７ｅは、回転軸４１の軸心線Ｃから距離Ｒ′に位置し
ている。

【００２５】回転軸４１近傍には、回転駆動モータ３０
が設けられており、この回転駆動モータ３０の回転軸３
０ａには駆動プーリ３１が取り付けられている。そし
て、駆動プーリ３１と上述した従動プーリ４１ａとの間
には、無端のベルト３２が掛け渡されている。

【００２６】このように構成された基板回転保持装置４
０では、次のようにしてウエハＷを保持するとともに、
回転させるようにしている。なお、この基板回転保持装
置４０は待機状態にあるときは、引張ばね４５の作用に
より回転軸４１と外筒４４との相対位置関係が図４中θ
１で示す第１角度位置となっている。

【００２７】最初に、レバー４４ｂを引張ばね４５の引
張力に抗して図４中Ｐ′方向に第２角度位置θ２となる
まで回動させ、この状態を維持したまま、図示しないハ
ンドリング装置により回転板４２上にウエハＷを図１に
示す所定の向きに載置する。次にレバー４４ｂを離すと
外筒４４が引張ばね４５により図１中矢印Ｐ方向に付勢
され、第１角度位置θ１に回動する。同時に開閉機構５
０の第１リンクバー５２ａ，第２リンクバー５２ｂを介
して円板５２ｄが図１中Ｔ方向側に回動する。このた
め、ウエハチャックピン５２ｅがウエハＷの外縁に圧接
される。同様に円板５３ｅ〜５７ｅがＴ方向側に回動
し、ウエハチャックピン５３ｅ〜５６ｅがウエハＷの外
縁に、ウエハチャックピン５７ｅがウエハＷのオリエン
テーションフラット部Ｗａにそれぞれ圧接され、ウエハ
Ｗが回転板４２上に安定して挟持される。

【００２８】また、ウエハＷを回転させる場合には、回
転駆動モータ３０を図１中矢印Ｈ方向に回転させ、駆動
プーリ３１，ベルト３２，従動プーリ４１ａを介して回
転軸４１を図１中矢印Ｊ方向に回転させる。回転軸４１
の回転力は外筒４４に伝達され、外筒４４にも図１中矢
印Ｊ方向の回転力が発生する。一方、ノズルＱから表面
処理液を供給し、ウエハＷの表面処理を行う。

【００２９】このとき、外筒４４の慣性力により外筒４
４が回転軸４１に対して図１中矢印Ｐ方向に作用する
が、規制レバー４１ｂが外筒４４の開口部４４ａに当接
するため、第１角度位置θ１が維持される。このとき、
外筒４４は回転軸４１に対して上記引張ばね４５による
付勢力と同方向の力が加わるため、ウエハＷの保持が弱
まることがなくウエハＷが回転板４２に対して相対移動
することはない。また、ウエハチャックピン５２ｅ〜５
７ｅとウエハＷとの間に表面処理液が介在することによ
り、ウエハチャックピン５２ｅ〜５７ｅとウエハＷとの
間の摩擦力が低下して、ウエハＷが相対回転しようとし
てもオリエンテーションフラット部Ｗａにウエハチャッ
クピン５７ｅが当接するため、相対回転は防止される。

【００３０】さらに、ウエハチャックピン５２ｅ〜５７
ｅには引張ばね４５による発生する圧接力を越える力が
かからないので、ウエハチャックピン５２ｅ〜５７ｅの
寿命が向上する。

【００３１】一方、ウエハＷを基板回転保持装置４０か
ら取り外す場合には、外筒４４のレバー４４ｂを図４中
Ｐ′方向に引張ばね４５の付勢力に抗して第２角度位置
θ２となるまで回動させる。これにより、円板５２ｄ〜
５７ｄが図１中Ｔ′方向に回転し、ウエハチャックピン
５２ｅ〜５６ｅがウエハＷの外縁から、ウエハチャック
ピン５７ｅがウエハＷのオリエンテーションフラット部
Ｗａから離れる。これによりウエハＷの保持が解除され
る。

【００３２】上述したように本実施の形態に係る基板回
転保持装置では、ウエハＷの外縁にウエハチャックピン
５２ｅ〜５７ｅを圧接させるようにしているので、回転
板４２に対するウエハＷの相対移動を防止することがで
きるとともに、オリエンテーションフラット部Ｗａに圧
接されるウエハチャックピン５７ｅにより、回転板４２
に対するウエハＷの相対回転を防止することができ、ウ
エハＷを安定して保持することができる。このため、高
い回転加速度で表面処理を行う場合であってもウエハＷ
とウエハチャックピン５２ｅ〜５７ｅとの擦れが生じ
ず、擦れによるごみの発生を防止することができ、クリ
ーンな表面処理を行うことができる。

【００３３】さらに、規制レバー４１ｂによりウエハチ
ャックピン５２ｅ〜５７ｅからウエハＷにかかる圧接力
を制限できるので、ウエハチャックピン５２ｅ〜５７ｅ
の寿命が向上する。

【００３４】図５の（ａ），（ｂ）は上述した実施の形
態の変形例を示す図である。図５の（ａ）に示す第１変
形例においては、ウエハチャックピン５２ｅ〜５７ｅの
ウエハＷに当たる面に溝部６０が形成されている。この
ように溝部６０が形成されていると、ウエハＷに回転軸
方向、すなわち鉛直方向の力が加わってもウエハＷの外
縁が溝部６０に当接するため、ウエハＷが移動すること
がない。このため、安定してウエハＷを支持することが
できる。

【００３５】また、図５の（ｂ）に示す第２変形例にお
いては、第１変形例の溝部６０の開口部６１に面取部６
２が形成されている。このように面取部６２を有する溝
部６０が形成されていると、上述した第１変形例と同様
の効果が得られる。また、ウエハＷを挟持する際にウエ
ハＷに回転軸４１の軸方向のずれがあっても所定の位置
に誘導することができるため、溝部６０の回転軸４１の
軸方向の高さをウエハＷとほぼ同じ高さとすることがで
きる。このため、さらに安定したウエハＷの保持を行う
ことができる。なお、本発明は前記実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変形実施可能であるのは勿論である。

【００３６】

【発明の効果】請求項１に記載された発明では、回転軸
の一端側に設けられた回転板に配設され基板の外縁を挟
持する少なくとも３個のチャックピンと、これらチャッ
クピンを基板に対して移動させることにより基板への圧
接保持及び圧接解除を行うチャックピン開閉手段とを備
えているので、基板の回転板に対する相対移動を防止す
ることができる。また、チャックピンのうち少なくとも
１個のチャックピンがオリエンテーションフラット部に
圧接するように設けられているので、基板が回転板に対
し相対回転しようとしても、基板のオリエンテーション
フラット部に当該チャックピンが当接するので、基板の
回転板に対する相対回転を防止することができる。

【００３７】請求項２に記載された発明では、チャック
ピンには、回転軸の軸方向への基板の移動を規制する係
合部が形成されているので、基板に当該方向へ移動する
力がかかっても係合部により規制されその移動が防止さ
れる。

【００３８】請求項３に記載された発明では、チャック
ピン開閉手段は、回転軸に対し、同心的かつ相対回転自
在に配置されたチャックピン駆動軸と、回転軸に対する
チャックピン駆動軸の相対回転角度位置が第１角度位置
のときにチャックピンを基板に圧接させ、この第１角度
位置に対し所定の回転方向側に位置する第２角度位置の
ときに圧接が解除されるようにチャックピンを移動する
チャックピン移動手段と、チャックピン駆動軸を回転方
向に対し逆方向に付勢する付勢手段とを備えているの
で、チャックピンを所定の力で基板に圧接させることが
できる。また、第１角度位置に位置するチャックピン駆
動軸が回転方向に対し逆方向側に回転することを規制す
る規制手段を備えているので、回転軸の回転開始時等に
チャックピン駆動軸の慣性力によりチャックピン駆動軸
が第１角度位置から所定の回転方向に対し逆方向に移動
することによりチャックピンによる基板への圧接力が一
定以上になることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る基板回転保持装置を
示す斜視図。

【図２】同装置の縦断面図。

【図３】同装置の平面図。

【図４】同装置の図２におけるＡ−Ａ線で切断し矢印方
向に見た断面図。

【図５】同装置の変形例を示す図。

【図６】従来の基板回転保持装置を示す斜視図。

【符号の説明】

４０…基板回転保持装置 ４１…回転軸 ４１ｂ，４４ｂ…レバー ４１ｃ…規制レバー ４２…回転板 ４４…外筒 ４５…引張ばね ５０…開閉機構 ５２〜５７…リンク機構 ５２ｅ〜５７ｅ…ウエハチャックピン ６０…溝部 Ｗ…ウエハ Ｗａ…オリエンテーションフラット部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】オリエンテーションフラット部が形成され
   た略円板状の基板を保持・回転する基板回転保持装置に
   おいて、 回転軸と、 この回転軸の一端側に設けられた回転板と、 この回転板に配設され前記基板を保持する少なくとも３
   個のチャックピンと、 これらチャックピンを前記基板に対して接離移動させる
   ことにより前記基板への圧接保持及び圧接解除を行うチ
   ャックピン開閉手段とを備え、 前記チャックピンのうち少なくとも１個のチャックピン
   は前記オリエンテーションフラット部に圧接するように
   設けられていることを特徴とする基板回転保持装置。
2. 【請求項２】前記チャックピンは、前記回転軸の軸方向
   への前記基板の移動を規制する係合部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板回転保持装置。
3. 【請求項３】前記チャックピン開閉手段は、前記回転軸
   に対し、同心的かつ相対回転自在に配置されたチャック
   ピン駆動軸と、 前記回転軸に対する前記チャックピン駆動軸の相対回転
   角度位置が第１角度位置のときに前記チャックピンを前
   記基板に圧接させ、この第１角度位置に対し所定の回転
   方向側に位置する第２角度位置のときに前記圧接が解除
   されるように前記チャックピンを移動するチャックピン
   移動手段と、 前記チャックピン駆動軸を前記回転方向に対し逆方向に
   付勢する付勢手段と、 前記第１角度位置に位置する前記チャックピン駆動軸が
   前記回転方向に対し逆方向側に回転することを規制する
   規制手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記
   載の基板回転保持装置。