JP2006049449A - 基板処理装置 - Google Patents

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Masanao Fukuda
正直 福田
Takahiro Oguro
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Abstract

【課題】
基板支持固定機構を改善し、小型で簡潔な構造の基板処理装置を提供する。
【解決手段】
基板2の裏面周縁部と接触して基板を保持する基板接触保持手段50と、該基板接触保持手段より前記基板の中心側に配置され、該基板を非接触で吸引することにより前記基板接触保持手段に固定させる非接触基板固定手段52とを具備する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、シリコンウェーハ等の基板に酸化膜等の薄膜の生成、不純物の拡散、レジストの塗布、エッチング、アニール処理、洗浄等の処理を行う基板処理装置に関するものである。
枚葉式CVD(Chemical Vapor Deposition)装置、スピンコータ、枚葉式洗浄装置等の基板処理装置に於いて、ウェーハ等被処理基板は通常水平姿勢に保たれた状態で各種処理が施される。従って、基板処理装置は被処理基板を水平姿勢で支持固定する為の基板支持固定機構を具備している。従来の基板支持固定機構として、特許文献1に示されるものがある。図8、図9により従来の基板支持固定機構について説明する。
基板支持固定装置は基板を処理する処理室に設けられており、所要数の基板支持支柱1がウェーハ2の円周を等分する位置に鉛直に設けられ、前記各基板支持支柱1は回転可能に支持されている。
該基板支持支柱1は上端面が扇形状の基板挾持部3を残置して切除され、切除部分には水平な基板載置面4が形成されている。前記基板挾持部3の下端部には前記基板支持支柱1の軸心を中心に円弧状に基板挾持溝5が刻設され、該基板挾持溝5の下面は前記基板載置面4と同一面を形成している。
前記ウェーハ2は前記基板載置面4に載置され、前記基板支持支柱1が回転されることで、前記基板挾持溝5に前記ウェーハ2の周縁が挾持される様になっている。
複数の前記基板支持支柱1は駆動部により、同期して回転される様になっており、以下該駆動部について概略を説明する。
前記基板支持支柱1の中途部にはフランジ6が前記基板支持支柱1と一体に形成され、該基板支持支柱1の下端部には支持ピン支持部7が回転自在に設けられ、該支持ピン支持部7と前記フランジ6とは捩りコイルバネ8によって連結されている。前記支持ピン支持部7は係合溝9が半径方向に刻設され、該係合溝9には後述する係合ピン11が摺動自在に嵌合する様になっている。
前記ウェーハ2の支持中心と同心の円盤12が回転可能に設けられ、該円盤12の周縁に前記係合ピン11が立設されている。前記円盤12は所要の駆動手段(図示せず)、例えばモータ、エアシリンダ等によって回転され、該駆動手段により前記円盤12が回転されることで、前記係合ピン11、前記支持ピン支持部7、前記捩りコイルバネ8、前記フランジ6を介して複数の前記基板支持支柱1が同期して回転される。前記基板挾持溝5が前記ウェーハ2の周縁に嵌合されることで、該ウェーハ2が前記基板支持支柱1に支持される。
該基板支持支柱1は前記ウェーハ2が前記基板挾持溝5に完全に嵌合した後も所要角度回転される様になっており、前記フランジ6と支持ピン支持部7とは所要角度だけ相対回転し、相対回転分だけ前記捩りコイルバネ8が回転し、該捩りコイルバネ8の撓みによる挾持力が発生する様になっている。従って、前記ウェーハ2は外形寸法の誤差に拘らず適正な挾持力で支持固定される。
スピンコータ、枚葉式洗浄装置等の基板処理装置では、前記ウェーハ2を100rpm〜3000rpmで回転させるが、斯かる装置では前記基板支持支柱1を回転させる前記円盤12等の回転機構と前記ウェーハ2を回転させる為の回転機構とが別々に必要であり、装置が大掛りとなると共に回転機構部の構造が複雑になるという問題があった。又、洗浄液等の溶剤塗布時やリンス処理時に前記基板支持支柱1を伝い、溶剤が前記ウェーハ2の裏面に回込むという問題があった。
特開2000−100901号公報
本発明は斯かる実情に鑑み、基板支持固定機構を改善し、小型で簡潔な構造の基板処理装置を提供するものである。
本発明は、基板の裏面周縁部と接触して基板を保持する基板接触保持手段と、該基板接触保持手段より前記基板の中心側に配置され、該基板を非接触で吸引することにより前記基板接触保持手段に固定させる非接触基板固定手段とを具備する基板処理装置に係るものである。
本発明によれば、基板の裏面周縁部と接触して基板を保持する基板接触保持手段と、該基板接触保持手段より前記基板の中心側に配置され、該基板を非接触で吸引することにより前記基板接触保持手段に固定させる非接触基板固定手段とを具備するので、基板裏面へのパーティクル、液の回込みを防止でき、又基板の裏面中心側の傷の発生を防止でき、又回転機構部に非接触基板固定手段を設けなくてもよいので、小型で構造が簡単になる等の優れた効果を発揮する。
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
先ず、図1、図2に於いて本発明に係る基板処理装置の概略を説明する。
図1、図2中、14は搬送室であり、該搬送室14の周囲に放射状に第1ロードロック室15、第1冷却室16、第1処理室17、第2処理室18、第2冷却室19、第2ロードロック室20が設けられ、前記搬送室14と前記第1ロードロック室15、前記第1処理室17、前記第2処理室18、前記第2ロードロック室20間にはそれぞれゲートバルブ22,23,24,25が設けられ、前記第1ロードロック室15、第2ロードロック室20には外部からウェーハカセット26を搬入、搬出する為のゲートバルブ27,28が設けられ、前記各室14,15,16,17,18,19,20は気密構造となっている。
前記第1処理室17では、例えば酸化膜除去(洗浄)処理を行い、図示していないが該第1処理室17には、処理液供給手段及び不活性ガス供給手段及び排気手段が接続されている。又、前記第2処理室18では、例えばCVD処理が行われ、図示していないが該第2処理室18には処理ガス供給手段及び不活性ガス供給手段及び排気手段が接続されている。
図2に示す様に前記第1ロードロック室15にはカセットエレベータ31が設けられ、該カセットエレベータ31の昇降台32には前記ウェーハカセット26が載置される様になっている。前記搬送室14には基板搬送ロボット33が設けられ、該基板搬送ロボット33は搬送アーム34を具備し、該搬送アーム34の先端に2股状のツィーザ35が設けられている。前記第1冷却室16、前記第2冷却室19には特に図示しないがウェーハ2が載置される載置台が設けられている。又、前記第1処理室17、前記第2処理室18には、それぞれ基板支持固定機構36が設けられている。
図3〜図7により、例えば前記第1処理室17に設けられた基板支持固定機構36について説明する。
前記第1処理室17の底板37の下面に下方に突出する軸受ハウジング38が気密に取付けられ、該軸受ハウジング38に軸受39を介して中空外軸41が気密且つ回転自在に設けられている。該中空外軸41の上端部は前記底板37を遊嵌し、前記中空外軸41の上端には上方が開放された短円筒状の基板支持台42が固着され、該基板支持台42の上端には中心側に迫出す内鍔43が形成されている。該内鍔43には接触支持ピン50が円周所要等分(図示では3等分)した位置に突設され、該接触支持ピン50に前記ウェーハ2が載置される様になっている。
前記中空外軸41の下端部は前記軸受ハウジング38より下方に突出しており、下端部に従動プーリ44が固着されている。
前記底板37の下方には固定ベース45が設けられており、該固定ベース45に中空内軸46が気密に立設され、該中空内軸46は前記中空外軸41と同心に配置され、該中空外軸41を貫通して設けられている。該中空外軸41と前記中空内軸46間はシール部材47によって回転自在に且つ気密にシールされている。前記固定ベース45には前記中空内軸46と同心の孔48が穿設され、前記中空内軸46の中空部49は前記孔48を介してチャック用のガス供給源65に接続されている。
前記中空内軸46の上端には円盤状のマニホールド51が気密に固着され、該マニホールド51の周辺部には非接触チャック部52が同一円周上に等間隔で所要数(図示では12個)設けられている。該非接触チャック部52は円柱の外形形状を有し、上方に開口する凹部53が形成され、前記マニホールド51に上方から気密に嵌入されている。又、前記接触支持ピン50の上端に対して前記非接触チャック部52の上端が僅かに低くなっており、前記接触支持ピン50に前記ウェーハ2が載置された状態で、前記非接触チャック部52の上端とウェーハ2の下面とは間隙Gが形成される。
前記接触支持ピン50は、前記ウェーハ2の裏面周縁部に当接し、又前記非接触チャック部52とは接触しない範囲で近接した位置となっている。
前記マニホールド51の内部には、リング状のガス分流路54が前記非接触チャック部52と対向する様に形成され、前記ガス分流路54と前記凹部53とは通孔55によって連通されている。前記マニホールド51の中心部には下方に開口するガス分配室56が形成され、該ガス分配室56と前記ガス分流路54とは放射状に等間隔に形成された所要本数の連通路57によって連通されている。前記マニホールド51は、前記凹部53にチャック用ガスを分配供給すると共に前記非接触チャック部52の支持体としても機能する。
前記固定ベース45には基板回転モータ58が取付けられ、該基板回転モータ58の出力軸には駆動プーリ59が嵌着され、該駆動プーリ59と前記従動プーリ44と間には動力伝達部材であるベルト61、例えばタイミングベルトが掛回され、前記基板回転モータ58の駆動により前記駆動プーリ59、前記ベルト61、前記従動プーリ44、前記中空外軸41を介して前記基板支持台42が回転される様になっている。
該基板支持台42が回転されることで前記接触支持ピン50を介して載置された前記ウェーハ2が回転される。又、上記した様に、前記接触支持ピン50が前記ウェーハ2の周縁部に位置することから、該ウェーハ2に対して大きな伝達トルクが得られる。
又、前記ガス分配室56は前記中空部49、孔48を介してチャック用ガス供給系64に接続され、前記ガス分配室56には前記チャック用ガス供給系64より清浄なガス、好ましくは窒素ガス等の不活性ガスが供給される。
該チャック用ガス供給系64はガス供給源65を具備し、該ガス供給源65と前記マニホールド51との間には流量制御弁66、フィルタ67、継手68が設けられている。
前記非接触チャック部52、凹部53及び該凹部53にチャック用ガスを供給する前記ガス分流路54、ガス分配室56、該ガス分配室56に供給されるチャック用ガス等は非接触基板固定手段を構成する。
前記接触支持ピン50に前記ウェーハ2が載置された状態で、前記凹部53に前記ガス供給源65よりチャック用ガスが供給されることで、チャック用ガスは前記非接触チャック部52の上端周囲より前記ウェーハ2の下面に沿って流出する。この際、チャック用ガスの流速が増大し、該ウェーハ2と非接触チャック部52間の間隙Gでチャック用ガスの静圧が減少し、前記非接触チャック部52に吸引力が発生する。この吸引力はベルヌーイの原理に基づくものであり、前記非接触チャック部52は所謂ベルヌーイチャックと称される。
例えば、第1処理室17内の雰囲気圧力をPe 、前記凹部53に流入するチャック用ガスの圧力をP0 、流速をV0 とし、前記非接触チャック部52の周縁から流出するチャック用ガスの圧力をPs 、流速をVs 、チャック用ガスの密度をρとすると、下記式(1)の関係が成立する。
P0 +ρV0 2 /2=Ps +ρVs 2 /2 ・・・式(1)
V0 <Vs から、静圧はP0 >Ps となる。従って、前記非接触チャック部52と前記ウェーハ2の裏面間の圧力が減少する。
ここで、Pe >Ps である場合、前記非接触チャック部52の外径(Ds とする)によって占められる面積をAとすると、1つの非接触チャック部52につき、吸引力W=APe −APs >0が作用する。
例えば、APe −APs >0が成立する条件としては、チャック用ガスの供給流量をQとすると、Q=150L/min、間隙G=0.15mmとし、又前記非接触チャック部52の外径Ds =40mm、D0 =20mm、A=πDs 2 /4、V0 =4Q/πD0 2 、Vs =Q/πDs 等である。
尚、前記流量制御弁66は吸引力Wが最適値となる様に、供給流量Qを制御する。
前記非接触チャック部52によって吸引力が作用することで、前記ウェーハ2は前記接触支持ピン50に押付けられ固定される。尚、前記非接触チャック部52とウェーハ2とは非接触であるので、前記非接触チャック部52が吸引の状態で、前記ウェーハ2を前記非接触チャック部52に対して自在に回転可能である。又、前記接触支持ピン50と前記非接触チャック部52とは近接した位置となっているので、前記ウェーハ2の撓みが抑制される。
以下、作動について説明する。
前記ウェーハカセット26を前記ゲートバルブ27を介して前記第1ロードロック室15内に搬入し前記昇降台32に載置する。前記搬送アーム34の前記ツィーザ35を前記ゲートバルブ22を介して前記第1ロードロック室15内に挿入し、前記ウェーハカセット26から前記ウェーハ2を前記ツィーザ35に移載する。前記ウェーハ2を載置した状態の前記ツィーザ35を前記搬送室14内に戻した後、前記ゲートバルブ23を介して前記第1処理室17内に挿入する。
前記ウェーハ搬送ロボット33により前記ツィーザ35から、前記基板支持固定機構36に前記ウェーハ2を移載する。
該ウェーハ2が前記接触支持ピン50に載置されると前記チャック用ガス供給系64からチャック用ガスを供給する。チャック用ガスが前記凹部53から間隙Gを通って流出し、前記非接触チャック部52と前記ウェーハ2間に負圧が発生し、該ウェーハ2は前記非接触チャック部52に吸引され、前記接触支持ピン50に固定される。
前記ツィーザ35を前記第1処理室17より前記搬送室14に退避させる。前記ゲートバルブ23を閉じ、図示しない不活性ガス供給手段により不活性ガスを供給し、前記第1処理室17内を不活性ガスで充満させつつ、図示しない排気管により排気し、前記第1処理室17内を所望の圧力(例えば大気圧)に保持する。該第1処理室17が所望の圧力で不活性ガスが充満されたら不活性ガスの供給を停止する。
次に、図示しない処理液供給手段により前記ウェーハ2の上面に処理液を供給し、該ウェーハ2を処理する。処理液での該ウェーハ2の処理終了後、処理液を該ウェーハ2から除去するリンス処理、或はリンス処理後該ウェーハ2を乾燥させる乾燥処理を適宜実施する。上記ウェーハ2の処理中、前記非接触チャック部52へのチャック用ガスの供給は継続され、前記基板回転モータ58により前記中空外軸41、前記基板支持台42を介して前記ウェーハ2が回転される。
該ウェーハ2が回転され、更にチャック用ガスが該ウェーハ2の裏面全周から流出されることで、処理中にパーティクル等が該ウェーハ2の裏面に回込むことが防止され、裏面は清浄な状態に保たれる。前記接触支持ピン50が前記ウェーハ2の裏面周縁部に位置するので、該ウェーハ2に対し前記接触支持ピン50は周縁より外側になく、又前記ウェーハ2の上面より上側に突出していないので、処理液等が前記接触支持ピン50を伝って前記ウェーハ2の裏面に回込むことがない。
前記第1処理室17内での前記ウェーハ2の処理が完了すると、前記基板回転モータ58を停止すると共に前記チャック用ガス供給系64によるチャック用ガスの供給を停止する。その後、図示しない不活性ガス供給手段により前記第1処理室17内を清浄する。
次に、前記基板搬送ロボット33により前記ツィーザ35を前記ゲートバルブ23を介して前記第1処理室17内に挿入し、処理済みの前記ウェーハ2を前記ツィーザ35に乗載する。前記第1処理室17から前記ウェーハ2を搬出させ前記ゲートバルブ22を介して前記第1ロードロック室15内の前記ウェーハカセット26に前記ウェーハ2を戻し、前記ウェーハカセット26を外部へ搬出する。
尚、前記第1処理室17で処理した前記ウェーハ2を前記第1ロードロック室15に戻す前に前記第2処理室18でアニール処理等の処理を行う場合は、前記基板搬送ロボット33により前記ツィーザ35を前記ゲートバルブ23を介して前記第1処理室17内に挿入する。処理済みの前記ウェーハ2を前記ツィーザ35に乗載し、一旦前記搬送室14に搬出し、前記ゲートバルブ24を介して前記第2処理室18内に挿入し、前記基板支持固定機構36に載置する。
前記基板搬送ロボット33により前記ツィーザ35が後退された後、前記ゲートバルブ24が閉じられ、図示しない不活性ガス供給手段により不活性ガスが供給され、前記第2処理室18内を不活性ガスで充満させつつ、図示しない排気管により排気し、前記第2処理室18内を所望の圧力(例えば大気圧)に保持する。該第2処理室18が所望の圧力で不活性ガスが充満されたら不活性ガスの供給を停止する。
次に、図示しない処理ガス供給手段により前記第2処理室18内に処理ガスを供給し、ウェーハ2を処理する。
該ウェーハ2の処理中、上記第1処理室17での処理と同様、前記非接触チャック部52へのチャック用ガスの供給は継続され、基板回転モータ58により中空外軸41、基板支持台42を介して前記ウェーハ2が回転される。
チャック用ガスが該ウェーハ2の処理中継続して該ウェーハ2の裏面全周から流されることで、処理中にパーティクルが該ウェーハ2の裏面に回込むことが防止され、該ウェーハ2の裏面は清浄な状態に保たれる。
前記第2処理室18内での前記ウェーハ2の処理が完了すると、前記基板回転モータ58を停止すると共に前記チャック用ガス供給系64によるチャック用ガスの供給を停止する。その後、図示しない不活性ガス供給手段により前記第2処理室18内を清浄する。
次に、前記基板搬送ロボット33により前記ツィーザ35を前記ゲートバルブ24を介して前記第2処理室18内に挿入し、処理済みの前記ウェーハ2を前記ツィーザ35に乗載する。前記第2処理室18から前記ウェーハ2を搬出させ前記ゲートバルブ22を介して前記第1ロードロック室15内の前記ウェーハカセット26に前記ウェーハ2を戻し、前記ウェーハカセット26を外部へ搬出する。
又、前記第2処理室18での前記ウェーハ2の処理で該ウェーハ2が高温になる場合は、前記第1ロードロック室15に戻す前に前記第1冷却室16で一旦冷却し、冷却後前記第1ロードロック室15に戻す。
上述した様に、前記第1処理室17、前記第2処理室18での前記ウェーハ2の処理中、該ウェーハ2は回転させる必要がある。
この回転力は、前記接触支持ピン50、即ち基板接触保持手段にて保持しつつ、該基板接触保持手段から前記ウェーハ2にトルクを伝えることとなる。この基板接触保持手段を前記ウェーハ2裏面周縁部に配置することにより、該ウェーハ2の裏面中心側に配置するのと比べ、前記基板接触保持手段と前記ウェーハ2との摩擦が小さい状態でも所望のトルクを伝えることができる。従って、該ウェーハ2と前記基板接触保持手段との接触面に生じる傷やパーティクルを防ぐことができる。又、万が一、パーティクルを発生させたとしても、前記ウェーハ2の裏面中心側に前記非接触チャック部52、即ち非接触基板固定手段を配置することにより、該非接触基板固定手段からチャック用ガスが流出することで、前記ウェーハ2の裏面中心側に回込むことが防止される。
尚、上記実施の形態では、前記第1処理室17、第2処理室18共に前記基板支持固定機構36を設けたが、前記第1処理室17又は前記第2処理室18の一方にのみ設けてもよい。
又、前記基板接触保持手段は、前記ウェーハ2裏面周縁部に設けられれば良いが、好ましくは、前記基板接触保持手段は、前記ウェーハ2と接触する側の先端部をドーム状又は球状とすると良い。先端部をドーム状又は球状とすることにより、点接触とすることが可能となり、前記ウェーハ2の裏面と前記基板接触保持手段との間の接触範囲を小さくすることができる。
又、好ましくは、該基板接触保持手段は略円柱とするとよい。略円柱とすることにより、前記非接触基板固定手段から流出するチャック用ガスを淀みなく流すことができる。
又、前記基板接触保持手段は、前記ウェーハ2裏面周縁部に均等に配置される様にし、該ウェーハ2に3ヶ所が点接触できる様設けるのが良い。このことにより、該ウェーハ2の重量をバランス良くすることができ、安定して保持することができ、又該ウェーハ2の裏面と前記基板接触保持手段との接触範囲を小さくすることができる。
又、該基板接触保持手段の材質は、例えばPEEK、PTFEであることが好ましい。PEEK、PTFEとすることにより、処理液等への耐薬品性に強く、且つウェーハより硬度の柔らかい固体とすることができ、ウェーハを傷付け難い保持が可能となる。
又、上記実施の形態では、前記マニホールド51の内部に設けられたリング状の前記ガス分流路54とし、非接触基板固定手段である前記非接触チャック部52は、前記ウェーハ2の円周所要等分に配置することとしたが、前記ガス分流路54は同心多重円状に設けても良く、その際に非接触基板固定手段は、前記径の異なる複数のガス分流路に沿って配置する様に設けても良い。要は均等にウェーハに保持力が伝わる様な配置にすることが好ましく、例えば、ウェーハの径が大きくなる場合、より均等な保持力になる様に留意し、基板接触保持手段よりウェーハ裏面中心側に非接触基板固定手段の保持する範囲を増やせば良い。
(付記)
尚、本発明は下記の実施の態様を含む。
(付記1)基板を処理する処理室と、該処理室内にて前記基板の裏面周縁部と接触し基板を保持する複数の基板接触保持手段と、該基板接触保持手段より基板中心側に配置され、前記基板に対向する凹部が形成され該凹部にガスを供給し得るガス供給ラインを備え、該ガス供給ラインにガスを供給し前記基板と前記凹部との間にガスが流れることにより、前記基板を凹部側に吸引し、前記基板を前記基板接触保持手段に非接触で固定させる非接触基板固定手段と、前記基板を前記基板接触保持手段に固定しつつ回転させる回転手段と、前記非接触基板固定手段を固定する支持体とを備えることを特徴とする基板処理装置。
(付記2)基板の裏面周縁部と接触し、基板を保持する基板接触保持手段と、該基板接触保持手段より前記基板の中心側に配置され該基板に非接触に吸引力を加えることにより前記基板接触保持手段に固定させる非接触基板固定手段と、前記基板を前記基板接触保持手段に固定しつつ回転させる回転手段とを備える基板処理装置を用いる半導体の製造方法に於いて、前記基板の裏面周縁部を前記基板接触保持手段により保持する工程と、前記非接触基板固定手段により前記基板に非接触にて吸引力を加え前記基板接触保持手段に固定する工程と、前記回転手段が前記基板を前記基板接触保持手段に固定しつつ回転させる工程とを有することを特徴とする半導体の製造方法。
本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る基板処理装置の基板支持固定機構を示す断面図である。 該基板支持固定機構の平面図である。 該基板支持固定機構の斜視図である。 該基板支持固定機構のチャック用ガス供給系を示す系統図である。 該基板支持固定機構の要部拡大断面図である。 従来の基板支持固定機構を示す斜視図である。 該基板支持固定機構の基板支持支柱の基板保持部を示す斜視図である。
符号の説明
2 ウェーハ
14 搬送室
17 第1処理室
18 第2処理室
33 ウェーハ搬送ロボット
35 ツィーザ
36 基板支持固定機構
38 軸受ハウジング
41 中空外軸
42 基板支持台
44 従動プーリ
45 固定ベース
46 中空内軸
47 シール部材
51 マニホールド
52 非接触チャック部
53 凹部
54 ガス分流路
55 通孔
56 ガス分配室
57 連通路
58 基板回転モータ
59 駆動プーリ
61 ベルト

Claims (1)

  1. 基板の裏面周縁部と接触して基板を保持する基板接触保持手段と、該基板接触保持手段より前記基板の中心側に配置され、該基板を非接触で吸引することにより前記基板接触保持手段に固定させる非接触基板固定手段とを具備することを特徴とする基板処理装置。
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