JP2015005689A - 基板保持装置および基板洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送ロボットのハンドとの接触を回避しつつ、ウェーハなどの基板の撓み量を低減させることができる基板保持装置を提供する。
【解決手段】基板保持装置は、基板Ｗの周縁部を保持するチャック１と、基板Ｗの下方に配置された支持部材５と、チャック１を基板Ｗの周縁部に接触するまで移動させるとともに支持部材５を上昇させて基板Ｗの下面に接触させ、さらにチャック１を基板Ｗの周縁部から離れる方向に移動させるとともに支持部材５を下降させて基板Ｗの下面から離間させる駆動装置７とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウェーハなどの基板を保持する基板保持装置に関する。また、本発明は、該基板保持装置を備えた基板洗浄装置に関する。

ウェーハなどの基板を処理する基板洗浄装置には、基板を保持して回転させる基板保持装置が備えられている。この基板保持装置は、複数のチャックで基板の周縁部を保持するように構成される。ウェーハは、これらチャックにより保持され、さらに回転させられた状態で、ウェーハの表面にロールスポンジまたはペンスポンジなどの洗浄具が洗浄液の存在下で接触することで、ウェーハの表面が洗浄される。

近い将来、直径３００ｍｍのウェーハは、直径４５０ｍｍのウェーハに置き換えられると予想されている。しかしながら、ウェーハサイズの増大に伴って次のような問題が生じている。等間隔に配置された４つのチャックで直径４５０ｍｍのウェーハを保持すると、隣接する２つのチャックの間でのウェーハが撓み、その撓み量は約０．５ｍｍである。この撓み量は直径３００ｍｍのウェーハの場合の撓み量の約５倍である。このように大きく撓んだウェーハを回転させながらその表面に上述した洗浄具を押し付けると、洗浄具がウェーハに均一に接触せず、均一な表面洗浄を行うことができない。さらに、洗浄具との接触によりウェーハがさらに撓み、ウェーハ割れを起こすこともありうる。

チャックの数を増やせば、ウェーハの撓み量を減少させることは可能である。しかしながら、チャックの数を増すと、ウェーハを搬送する際に搬送ロボットのハンドがチャックに接触してしまうという新たな問題が生じる。しかも、直径４５０ｍｍのウェーハの重量を支えるハンドの強度を確保する必要があるため、ハンドのサイズを小さくしたり、チャックを回避するための切欠きをハンドに設けることは困難である。

特開平１０−３３５２８７号公報

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、搬送ロボットのハンドとの接触を回避しつつ、ウェーハなどの基板の撓み量を低減させ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。また、本発明は、そのような基板保持装置を備えた基板洗浄装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板の周縁部を保持する複数のチャックと、前記基板の下方に配置された少なくとも１つの支持部材と、前記複数のチャックを前記基板の周縁部に接触するまで移動させるとともに前記支持部材を上昇させて前記基板の下面に接触させ、さらに前記複数のチャックを前記基板の周縁部から離れる方向に移動させるとともに前記支持部材を下降させて前記基板の下面から離間させる駆動装置とを備えたことを特徴とする基板保持装置である。

本発明の好ましい態様は、前記少なくとも１つの支持部材は、前記基板の中心まわりに配置された複数の支持部材であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数のチャックと前記複数の支持部材は、前記基板の周方向に沿って交互に配列されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記駆動装置は、前記複数のチャックを前記基板の周縁部に接触するまで移動させる第１のばねと、前記支持部材を上昇させて前記基板の下面に接触させる第２のばねと、前記複数のチャックを前記基板の周縁部から離れる方向に移動させるとともに前記支持部材を下降させて前記基板の下面から離間させるアクチュエータとを備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数のチャックおよび前記支持部材を前記基板の軸心まわりに回転させる回転装置をさらに備えたことを特徴とする。

本発明の他の態様は、上記基板保持装置と、前記基板保持装置に保持された基板の表面に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、前記洗浄液の存在下で前記基板の表面をこすり洗いする洗浄具とを備えたことを特徴とする基板洗浄装置である。

本発明によれば、チャックの基板保持動作に連動して支持部材が上下動する。具体的には、チャックが基板を保持するときは支持部材が基板の下面を支え、チャックが基板を解放するときは支持部材が基板の下面から離れる。従って、基板の処理時における基板の撓み量を支持部材によって低減させることができ、さらに基板の搬送時には支持部材が下降して搬送ロボットのハンドの基板下の空間への進入を許容することができる。

本発明の基板保持装置の一実施形態を示す平面図である。 図１に示すＡ−Ａ線断面図である。 チャックがウェーハを解放しているときの図である。 基板保持装置を備えた基板洗浄装置を示す図である。 ウェーハ上をその概略半径方向に移動する洗浄具を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の基板保持装置の一実施形態を示す平面図であり、図２は図１に示すＡ−Ａ線断面図である。基板保持装置は、基板の一種であるウェーハＷの周縁部を保持する複数のチャック１と、チャック１に保持されたウェーハＷの下面を支持する複数の支持ピン（支持部材）５と、これらチャック１および支持ピン５を駆動する駆動装置７とを備えている。支持ピン５は、チャック１に保持されたウェーハＷの下方に配置されている。本実施形態では、４つのチャック１および４つの支持ピン５が設けられている。ウェーハＷの下面を支持する支持部材として、複数の支持ピン５に代えて、ウェーハＷと同心状の１つのリング部材であってもよい。

チャック１および支持ピン５は、ウェーハＷの軸心まわりに等間隔に配置されている。さらに、チャック１および支持ピン５は、チャック１に保持されたウェーハＷの周方向に沿って交互に配置されている。４つのチャック１は４つの鉛直軸２にそれぞれ連結されている。鉛直軸２および支持ピン５は、回転台１０に上下動自在に支持されている。

回転台１０は、図示しない軸受に回転自在に支持された回転軸１１に固定されており、回転軸１１とともに回転可能となっている。回転軸１１には、回転装置１４が連結されている。この回転装置１４は、回転軸１１に固定されたプーリーｐ１と、モータ１５と、モータ１５の駆動軸に固定されたプーリーｐ２と、プーリーｐ１，ｐ２に掛け渡されたベルト１６とを備えている。モータ１５の駆動力は、プーリーｐ１，ｐ２およびベルト１６を介して回転軸１１および回転台１０に伝達され、これにより回転台１０に支持されたチャック１および支持ピン５がウェーハＷの軸心まわりに回転する。

チャック１は鉛直軸２にジョイント２０によって連結されており、チャック１はジョイント２０を中心として回転可能となっている。さらに、チャック１は、支軸２１によって回転可能に支持されている。このような構成により、鉛直軸２の上下動によりチャック１が支軸２１を中心に回転する。支軸２１は、回転台１０に固定された支柱２２に保持されている。支柱２２の上面は平坦な基板支持面２５を構成しており、ウェーハＷはこの基板支持面２５上に置かれる。

各鉛直軸２と回転台１０とは第１のばね２８によって連結されている。第１のばね２８の上端は回転台１０に接触し、第１のばね２８の下端は鉛直軸２に接触している。従って、鉛直軸２は第１のばね２８によって下方に付勢されている。鉛直軸２の下方には、第１の押し上げ部材２９が配置されており、この第１の押し上げ部材２９は昇降台３０を介してエアシリンダ（アクチュエータ）３１に連結されている。

エアシリンダ３１に作動流体としての空気が注入されると、図３に示すように、エアシリンダ３１は昇降台３０および第１の押し上げ部材２９を押し上げ、第１の押し上げ部材２９が鉛直軸２に接触し、さらに第１のばね２８に抗して鉛直軸２を上方に移動させる。空気のエアシリンダ３１への注入を停止すると、第１のばね２８により鉛直軸２が押し下げられる。このように、鉛直軸２は、エアシリンダ３１によって上方に移動され、第１のばね２８によって下方に移動される。エアシリンダ３１に代えて、ボールねじ機構およびサーボモータとの組み合わせをアクチュエータとして使用してもよい。

図示しないが、昇降台３０には、４つの鉛直軸２に対応する４つの第１の押し上げ部材２９が固定されており、共通のエアシリンダ３１によって４つの鉛直軸２は同期して上方に移動される。鉛直軸２が上昇すると、図３に示すように、チャック１は基板支持面２５上のウェーハＷの周縁部から離れる方向に回転する。エアシリンダ３１のピストンを下げると、４つの第１のばね２８によって４つの鉛直軸２が同期して下降する。鉛直軸２が下降すると、図２に示すように、チャック１は基板支持面２５上のウェーハＷの周縁部に近接する方向に回転し、ウェーハＷの周縁部に接触することによってウェーハＷを保持する。このように、ウェーハＷを保持する力は、第１のばね２８によって発生され、ウェーハＷを解放する力はエアシリンダ３１によって発生される。

支持ピン５は、リンク機構５１を介して上下動ピン（上下動部材）５０に連結されている。支持ピン５および上下動ピン５０は、鉛直方向に延びている。上下動ピン５０は回転台１０に上下動可能に支持されており、上下動ピン５０と回転台１０との間には第２のばね５４が配置されている。第２のばね５４の上端は回転台１０に接触し、第２のばね５４の下端は上下動ピン５０に接触している。従って、上下動ピン５０は第２のばね５４によって下方に付勢されている。上下動ピン５０の下方には、第２の押し上げ部材５５が配置されている。この第２の押し上げ部材５５は、昇降台３０を介して上述したエアシリンダ３１に連結されている。このような構成により、上下動ピン５０は、エアシリンダ３１によって上方に移動され、第２のばね５４によって下方に移動される。

リンク機構５１は、支持ピン５と上下動ピン５０との間を延びるリンク６１と、リンク６１の一端と支持ピン５とを互いに回転可能に連結するジョイント６２と、リンク６１の他端と上下動ピン５０とを互いに回転可能に連結するジョイント６３とを備えている。リンク６１は支軸６５によって回転可能に支持されており、この支軸６５は回転台１０に固定された支柱６７に保持されている。支軸６５はジョイント６２とジョイント６３との間に位置している。従って、上下動ピン５０が上昇すると、図３に示すように、リンク６１が支軸６５のまわりに回転して支持ピン５を下げる。上下動ピン５０が下降すると、図２に示すように、リンク６１が支軸６５のまわりに反対方向に回転して支持ピン５を上昇させる。このように、支持ピン５は、エアシリンダ３１によって下方に移動され、第２のばね５４によって上方に移動される。支持ピン５が上昇位置にあるとき、支持ピン５の上端は基板支持面２５と同じ高さに位置する。

図示しないが、昇降台３０には、４つの上下動ピン５０に対応する４つの第２の押し上げ部材５５が固定されており、共通のエアシリンダ３１によって４つの上下動ピン５０は同期して上方に移動される。上下動ピン５０が上昇すると、図３に示すように、支持ピン５が下降してウェーハＷから離間する。支持ピン５が下降位置にあるとき、搬送ロボットのハンド１００は、支持ピン５に接触することなく、ウェーハＷの下方に形成された空間に進入することができる。従って、図３に示すように支持ピン５が下降しているときに、搬送ロボットのハンド１００によるウェーハＷの導入および取り出しが行われる。

ウェーハＷを基板保持装置に導入するとき、図３に示すように、支持ピン５が下降した状態で、ウェーハＷは搬送ロボットのハンド１００によって基板支持面２５上に置かれる。この状態で、エアシリンダ３１のピストンを下げると、４つの第２のばね５４によって４つの上下動ピン５０が同期して下降する。上下動ピン５０が下降すると、図２に示すように、支持ピン５が上昇してウェーハＷの下面に接触することでウェーハＷを支える。

ウェーハＷの洗浄などの処理時には、チャック１および支持ピン５によってウェーハＷが支持される。したがって、ウェーハＷの撓み量が低減され、均一なウェーハＷの表面処理が実現され、さらにウェーハＷの割れが防止される。

上述したように、エアシリンダ３１は、共通の昇降台３０を上昇させることにより、チャック１をウェーハＷから離間させるとともに支持ピン５を下降させる。一方、エアシリンダ３１が昇降台３０を下降させるとき、第１のばね２８は、チャック１をウェーハＷの周縁部に接触する方向に移動させ、第２のばね５４は支持ピン５をウェーハＷの下面に接触するまで上昇させる。従って、本実施形態では、チャック１および支持ピン５を駆動する駆動装置７は、エアシリンダ３１、第１のばね２８、および第２のばね５４を少なくとも含んで構成される。

図４は、上述した基板保持装置を、ウェーハなどの基板を洗浄するための基板洗浄装置に適用した例を示す図である。図４に示すように、この基板洗浄装置は、ウェーハＷを水平に保持して回転させる上述した基板保持装置と、基板保持装置に保持されたウェーハＷの表面に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズル７０と、ウェーハＷの表面をこすり洗いする洗浄具７１とを備えている。洗浄液としては、薬液および／または純水が使用される。洗浄具７１は、アーム７２の先端に保持されており、アーム７２に内蔵されたモータ（図示せず）によって回転されるようになっている。図４に示す洗浄具７１は、いわゆるペンスポンジ型の洗浄具である。

ウェーハＷの洗浄は、次のようにして行われる。基板保持装置によってウェーハＷを回転させ、ウェーハＷの表面に洗浄液を供給する。洗浄具をウェーハＷの表面に接触した状態で洗浄具７１を回転させ、さらに、図５に示すように、アーム７２によって洗浄具７１をウェーハＷの概略半径方向に移動させる。ウェーハＷの表面は、洗浄液の存在下で洗浄具７１によってこすり洗いされる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１ チャック
２ 鉛直軸
５ 支持ピン（支持部材）
７ 駆動装置
１０ 回転台
１１ 回転軸
１４ 回転装置
１５ モータ
１６ ベルト
２０ ジョイント
２１ 支軸
２２ 支柱
２５ 基板支持面
２８ 第１のばね
２９ 第１の押し上げ部材
３０ 昇降台
３１ エアシリンダ（アクチュエータ）
５０ 上下動ピン
５１ リンク機構
５４ 第２のばね
５５ 第２の押し上げ部材
６１ リンク
６２ ジョイント
６３ ジョイント
６５ 支軸
６７ 支柱
７０ 洗浄液供給ノズル
７１ 洗浄具
７２ アーム
１００ ハンド
ｐ１，ｐ２ プーリー

Claims (6)

1. 基板の周縁部を保持する複数のチャックと、
   前記基板の下方に配置された少なくとも１つの支持部材と、
   前記複数のチャックを前記基板の周縁部に接触するまで移動させるとともに前記支持部材を上昇させて前記基板の下面に接触させ、さらに前記複数のチャックを前記基板の周縁部から離れる方向に移動させるとともに前記支持部材を下降させて前記基板の下面から離間させる駆動装置とを備えたことを特徴とする基板保持装置。
2. 前記少なくとも１つの支持部材は、前記基板の中心まわりに配置された複数の支持部材であることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
3. 前記複数のチャックと前記複数の支持部材は、前記基板の周方向に沿って交互に配列されていることを特徴とする請求項２に記載の基板保持装置。
4. 前記駆動装置は、
   前記複数のチャックを前記基板の周縁部に接触するまで移動させる第１のばねと、
   前記支持部材を上昇させて前記基板の下面に接触させる第２のばねと、
   前記複数のチャックを前記基板の周縁部から離れる方向に移動させるとともに前記支持部材を下降させて前記基板の下面から離間させるアクチュエータとを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板保持装置。
5. 前記複数のチャックおよび前記支持部材を前記基板の軸心まわりに回転させる回転装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板保持装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板保持装置と、
   前記基板保持装置に保持された基板の表面に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
   前記洗浄液の存在下で前記基板の表面をこすり洗いする洗浄具とを備えたことを特徴とする基板洗浄装置。

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