(57)【要約】【課題】  回転中のウェハを傷つけること無く確実に保持することができる半導体ウェハ保持装置を提供する。【解決手段】    ロータ１２の同一円周上に配置された支持部１６に取り付けられ、ロータ１２の半径方向に揺動可能な保持爪１８に形成された切欠き部２０によってウェハ５０を保持する半導体ウェハ保持装置１０において、前記切欠き部２０は保持爪１８の一方の端部に形成し、他方の端部に備えた錘２２との中間部に支持ピン１９を備えて揺動する構成とし、保持爪１８は、ロータ１２の回転によって生じる遠心力を受けることによりロータの中心方向に切欠き部２０を傾倒させ、切欠き部２０の上辺２０ａと下辺２０ｂとによりウェハ５０外縁の上下に位置するエッジ部を支持する状態を成すように、前記一方の端部と他方の端部との重量バランスを設定した。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの同一円周上に配置された支持部に取り付けられ、ロータの半径方向に揺動可能な保持爪に形成された切欠き部によって半導体ウェハを保持する半導体ウェハ保持装置において、
前記切欠き部は保持爪の一方の端部に形成し、他方の端部との中間部に回転中心を備えて揺動する構成とし、
前記保持爪は、ロータの回転によって生じる遠心力を受けることによりロータの中心方向に前記切欠き部を傾倒させ、傾倒した切欠き部の上辺と下辺とにより半導体ウェハ外縁の上下に位置するエッジ部を支持する状態を成すように、前記一方の端部と他方の端部との重量バランスを設定したことを特徴とする半導体ウェハ保持装置。
【請求項２】
前記保持爪の揺動量を制御する揺動制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハ保持装置。
【請求項３】
前記保持爪は、一方の端部と他方の端部との重量バランスを調整するための錘を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体ウェハ保持装置。
【請求項４】
前記保持爪は、前記錘の付帯位置を調節可能な構成としたことを特徴とする請求項３に記載の半導体ウェハ保持装置。
【請求項５】
前記保持爪を複数の部材で構成し、回転中心を基点として一方の端部と他方の端部とによって成す角の角度を可変としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載の半導体ウェハ保持装置。
【請求項６】
半導体ウェハ保持装置によって半導体ウェハを保持する際に、
半導体ウェハ外縁の上下に位置するエッジ部を支持することで回転中の半導体ウェハを保持するようにしたことを特徴とする半導体ウェハ保持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの製造工程における洗浄処理などで、半導体ウェハを保持して回転させる半導体ウェハ保持装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハの洗浄工程では、ロータ上に配置された複数の保持爪により半導体ウェハを保持して回転させ、回転中の半導体ウェハに洗浄液を塗布して洗浄を行うという技術が知られている。ところが、半導体ウェハを回転させるにあたり、回転によって生じる遠心力により、保持爪による保持力が弱まり、回転中に半導体ウェハが上下方向に揺れて保持爪から脱落してしまうという問題があった。このような問題を鑑み、特許文献１に開示されているような装置が提案されている。特許文献１に示す半導体ウェハ保持装置は、図６に示すようなものである。特許文献１によると、図６（Ａ）に示すウェハ保持装置１は、半導体ウェハ８を回転させるロータ２と、当該ロータ２の円周上に等間隔に備えた保持爪３を有するものである。そして、前記保持爪３は、図６（Ｂ）に示すように、支持ピン４によって支持されて、回転の中心方向に対して揺動可能な構成とされており、その下端部は前記ロータ２に設けられた溝５に受け入れられている。なお、前記溝５は、保持爪３に対して遊びができるように形成されており、保持爪３の揺動を妨げることは無い。また、前記ロータ２には、前記溝５に連通する傾斜孔７が形成されており、ここに鋼球６を導入し、鋼球６により保持爪３の下端部を押圧可能な構成としている。
【０００３】
このような構成の半導体ウェハ保持装置１では、保持爪３により半導体ウェハ８を保持してロータ２を回転させることにより、遠心力を受けた鋼球６がロータ２の外周方向へ転がる力を受ける。これに伴い保持爪３の下端部は鋼球６により外周方向へ押圧され、保持爪３の保持部３ａは回転の中心方向へ傾倒する。このため、半導体ウェハ８を保持する力は、ロータ２の回転速度が向上するほど強くなる。したがって、回転速度の高速化によって保持爪３から半導体ウェハ８が脱落してしまう虞が無くなる。
【特許文献１】特開２００２−３１３８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されたような半導体ウェハ保持装置によれば、回転洗浄中に半導体ウェハが脱落するということは防ぐことができると考えられる。
しかし、特許文献１に記載されているような半導体ウェハ保持装置では、ロータの回転速度が向上することに伴って半導体ウェハの保持力が増加することとなる。このため、半導体ウェハの保持力が強くなり過ぎ、半導体ウェハにチッピングが生じたり、半導体ウェハ自体が破損してしまうということがある。
【０００５】
本発明では、回転中の半導体ウェハを確実に保持しつつ、半導体ウェハを傷つけることの無い半導体ウェハ保持装置、及び半導体ウェハ保持方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためには、半導体ウェハを保持した状態において、半導体ウェハに力を加えることなく、回転時における半導体ウェハの上下動を抑制することができれば良いと考えられる。そこで、本発明に係る半導体ウェハ保持装置は、ロータの同一円周上に配置された支持部に取り付けられ、ロータの半径方向に揺動可能な保持爪に形成された切欠き部によって半導体ウェハを保持する半導体ウェハ保持装置において、前記切欠き部は保持爪の一方の端部に形成し、他方の端部との中間部に回転中心を備えて揺動する構成とし、前記保持爪は、ロータの回転によって生じる遠心力を受けることによりロータの中心方向に前記切欠き部を傾倒させ、傾倒した切欠き部の上辺と下辺とにより半導体ウェハ外縁の上下に位置するエッジ部を支持する状態を成すように、前記一方の端部と他方の端部との重量バランスを設定したことを特徴とする。
【０００７】
また、上記のような構成の半導体ウェハ保持装置では、前記保持爪の揺動量を制御する揺動制御手段を備えるようにすると良い。このような構成とすることにより、保持爪（切欠き部）が過度に傾倒してウェハ端部を圧迫する虞がなくなる。また、ロータの回転速度の変化によって切欠き部の傾倒角度が急変することを抑制することが可能となる。
【０００８】
また、上記のような構成の半導体ウェハ保持装置において前記保持爪は、一方の端部と他方の端部との重量バランスを調整するための錘を備えるようにすると良い。このような構成とすることにより、錘の質量調整のみで簡単に切欠き部の傾倒角度を調整することが可能となる。
また、前記保持爪は、前記錘の付帯位置を調節可能な構成とすることが望ましい。このような構成とすることにより、同一の錘を使用する場合であっても、切欠き部の傾倒角度を調整することが可能となる。
【０００９】
さらに、上記のような構成の半導体ウェハ保持装置では、前記保持爪を複数の部材で構成し、回転中心を基点として一方の端部と他方の端部とによって成す角の角度を可変としても良い。このような構成とすることにより、ロータ停止時における切欠き部の位置を変えることが可能となる。したがって、一方の端部と他方の端部との重量バランスを変えることなく、切欠き部の傾倒角度を変えることが可能となる。
【００１０】
また、上記目的を達成するための半導体ウェハ保持方法は、半導体ウェハ保持装置によって半導体ウェハを保持する際に、半導体ウェハ外縁の上下に位置するエッジ部を支持することで回転中の半導体ウェハを保持するようにしたことを特徴する。
【発明の効果】
【００１１】
上記のような半導体ウェハ保持装置及び方法によれば、半導体ウェハ外縁の上下に位置するエッジ部を支持するため、ロータを高速回転させた場合であっても半導体ウェハを上下に揺らすこと無く安定保持することが可能となる。また、半導体ウェハのエッジ部を支持するだけで半導体ウェハを安定保持することができるため、少ない力で半導体ウェハを保持することとなる。したがって、半導体ウェハの端部を圧迫することが無く、半導体ウェハにチッピング等の傷や破損を生じさせることが無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の半導体ウェハ保持装置及び方法に係る実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係る好適な実施形態の一部である。
図１は本発明の半導体ウェハ保持装置に係る第１の実施形態を示す。なお、図１（Ａ）は装置の概略平面図であり、図１（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ面における側面を表す概略図である。
【００１３】
本実施形態における半導体ウェハ保持装置（以下、ウェハ保持装置という）１０は、載置した半導体ウェハ（以下、ウェハという）５０を回転させるロータ１２と、当該ロータ１２の円周上に備えられて前記ウェハ５０を保持する複数（本実施形態では３つ）のウェハ保持部１４とを基本的な構成とする。
【００１４】
本実施形態のウェハ保持部１４は、図２に詳細を示すように、保持爪１８と支持部１６とより構成されている。そして前記保持爪１８は、図２に示すように「く」の字状に形成される。このような形状の保持爪１８は、一方の端部に切欠き部２０が形成され、他方の端部に錘２２が備えられ、中間部に図示しない貫通孔が設けられている。そして、他方の端部は錘２２により、一方の端部よりも質量が大きくなるように調整されている。このような構成の保持爪１８は、前記貫通孔（不図示）に支持ピン１９を貫通させ、この支持ピン１９によりロータ１２に立設された支持部１６に支持される。支持ピン１９によって支持された保持爪１８は、支持ピン１９を軸としてロータ１２の半径方向への揺動を可能とする。保持爪１８は支持部１６に対して振り子のように揺動するため、外力が加えられない状態では、他方の端部に備えた錘２２を垂下させ、切欠き部２０を上方へ向けた状態を維持する。
【００１５】
上記のように構成されるウェハ保持部１４では、ロータ１２が回転した際に受ける遠心力の作用により、振り子状を成す保持爪１８の錘２２（質量が大きくなるように調整された他方の端部）がロータ１２の外周方向へ振られ、切欠き部２０（一方の端部）がロータ１２の中心方向へ傾倒することとなる。この作用により保持爪１８は、ロータ１２の回転速度が高速化した場合であってもウェハを安定保持することが可能となる。
【００１６】
本実施形態のウェハ保持装置１０は、上記のようなウェハ保持部１４をロータ１２の同心円上に複数、均等配置してウェハ５０を保持する。ここで、ウェハ保持部１４は、ロータ１２が停止している時、すなわち保持爪１８の錘２２が垂下した状態において、ロータ１２の中心を基点とした切欠き部２０の上辺２０ａを結ぶ円の径ｄ１（図３（Ａ）参照）が、保持を予定するウェハ５０の径ｄ０よりも大きくなるように配設位置を設定する。そして、ロータ１２の回転により切欠き部２０がロータ１２の中心方向へ傾倒した際には、切欠き部２０の上辺２０ａを結ぶ円の径ｄ２（図３（Ｂ）参照）がウェハ５０の径ｄ０よりも小さくなるように、ロータ１２の回転速度に対する錘２２の質量を定める。さらに、錘２２の質量を定めるにあたっては、ロータ１２の回転速度と遠心力によって錘２２が振られる量（幅）とを考慮して、ロータ１２を回転させた際に、切欠き部２０の最深部を結ぶ円の径ｄ４が、ウェハの径ｄ０よりもわずかに大きくなるように定める。なお、錘２２の振られる量については、ロータ１２の中心からウェハ保持部１４までの距離、保持爪１８における一方の端部と他方の端部との重量バランス、支持ピン１９から錘２２までの距離、及びロータ１２の回転数等を考慮して算出し、切欠き部２０の傾倒角度がθとなるようにすれば良い。
【００１７】
このような構成とすることにより、ウェハ５０は円板の外縁の上下に位置するエッジ部分、すなわち円板の端部の上下に位置する角部を切欠き部２０の上辺２０ａと下辺２０ｂとによって支持されることとなる。つまり、切欠き部２０の上辺２０ａと下辺２０ｂとによる二点支持とされるのである。このようにウェハ５０の上下に位置するエッジ部分を支持することにより、回転時にウェハ５０に生じる上下方向の揺れを抑えることが可能となり、弱い力で支持した場合であってもウェハ５０を脱落させることなく確実に保持することができる。また、ロータ１２の回転速度と錘２２の質量により切欠き部２０の傾倒角度θを一定に保つことができるため、切欠き部２０がウェハ５０の端部を圧迫し、ウェハ５０自体を破損したり、ウェハ５０にチッピングを生じさせたりすることもなくなる。
【００１８】
上記のような構成のウェハ保持装置１０を用いてウェハ５０の洗浄を行う場合、次のような工程で行われることとなる。まず、ロータ１２を停止させた状態で、保持爪１８に形成された切欠き部２０にウェハ５０を載置する。ウェハ５０を載置した後、ロータ１２を回転させることで切欠き部２０がロータ１２の中心方向へ傾倒し、ウェハ５０端部のエッジ部分を支持する。これにより、ウェハ５０の縦方向の揺れが抑制され、回転中のウェハ５０を安定保持することができる。また、保持爪１８の他方の端部に備えられた錘２２は、ロータ１２の回転速度を考慮して振れ量が一定となるように設定されているため、一方の端部に形成された切欠き部２０の傾倒角度θも一定となる。このため保持爪１８がウェハ５０を保持するにあたり、ウェハ５０を過度に圧迫することが無い。したがって、切欠き部２０により保持されることでウェハ５０が破損するという虞が無い。このような状態で回転保持されたウェハ５０の中心に、図１に示すようなノズル５２から洗浄液を供給する。ウェハ５０の板面に供給された洗浄液は、遠心力によりウェハ５０の板面に均等に濡れ広がり、板面の汚染物質と共に外周方向へスピンアウトされる。このようにしてウェハ５０の洗浄を終了した後、ロータ１２の回転を停止し、ウェハ５０を次工程へ移動させる。
【００１９】
次に、本発明の半導体ウェハ保持装置に係る第２の実施形態について、図４を参照して説明する。
図４は、本実施形態のウェハ保持装置１０の一部を示す拡大図である。本実施形態のウェハ保持装置１０の基本的構成は、上述した第１の実施形態のウェハ保持装置と同一である。したがって同一箇所については図面に同一符号を附して詳細な説明は省略する。本実施形態のウェハ保持装置１０は、保持爪１８の揺動量を制御する揺動制御手段２５を備えたことを特徴とする。
【００２０】
揺動制御手段２５は、ロータ１２の回転に伴って外周方向へ振れる他方の端部（錘２２）の振れ量を制御すると共に、振動や回転速度の変化によって生じる保持爪１８の傾倒角度θの急変を抑制する手段である。以下に、揺動制御手段２５についての具体的構成の一例を説明する。
【００２１】
揺動制御手段２５は、シリンダ２４と、当該シリンダ２４内を摺動可能とするピストンロッド２６と、当該ピストンロッド２６を押圧するバネ２８、及び当該バネ２８の押圧力を調整する調整ネジ３０とから構成される。
前記シリンダ２４は、一方の端部に前記ピストンロッド２６を貫通させる孔２４ａを有し、他方の端部に前記調整ネジ３０を螺合させるネジ孔２４ｂを有する。前記ピストンロッド２６は、先端側を孔２４ａに挿貫させ、後端に前記バネ２８の先端が宛がわれる。前記調整ネジ３０はシリンダ２４に設けられたネジ孔２４ｂに螺合され、ネジの先端で前記バネ２８の後端を押圧する。前記バネ２８は調整ネジ３０に押圧されることでピストンロッド２６に対する押圧力を得る。
【００２２】
前記シリンダ２４は、ピストンロッド２６の先端が前記保持爪１８の他方の端部、あるいは錘２２に接触し、押圧することが可能な状態となるように配置される。したがって、前記シリンダ２４は、支持部１６、あるいはロータ１２等に接続したアーム３２によって保持爪１８の外周側に取り付けられることとなる。このような構成の揺動制御手段２５では、前記ピストンロッド２６の先端は、接触時の抵抗が少なく、多様な接触角度に対応することができる球状とすることが望ましい。
【００２３】
上記のような揺動制御手段２５を備えた本実施形態のウェハ保持装置１０は、上記第１の実施形態に記載したウェハ保持装置の効果に加え、錘２２の振れ量を調整ネジ３０によって制御することも可能となる。したがって、予め定める錘２２の質量と調整ネジ３０による調整とにより、切欠き部２０の傾倒角度θを、より高精度に定めることが可能となる。また、揺動制御手段２５にはバネ２８が備えられているため、ロータ１２の回転速度の変化に伴う錘２２の振れ量の急変等を抑制する制振効果も期待することができる。
【００２４】
上述した実施形態における半導体ウェハ保持装置１０では、保持爪１８の構成を図５に示すようなものとしても良い。すなわち、保持爪１８の他方の端部に備える錘２２の付帯位置を変更可能とするのである。具体的には、図５に示すように、保持爪１８の他方の端部にネジ２１を形成し、錘２２には当該ネジ２１に螺合するネジ溝を形成する。このような構成とすることで、錘２２を回転させるだけで、錘２２の付帯位置を変更（調整）することが可能となる。
【００２５】
上記のようにして錘２２の付帯位置を調整可能とすることにより、保持爪１８における一方の端部と他方の端部における重量バランスが変化する。すなわち、支持ピン１９から錘２２までの距離が変化するため、ロータ１２の回転によって錘２２が受ける遠心力が変化する。したがって、ロータ１２の回転に対する切欠き部２０の傾倒角度θを調整することが可能となる。なお、錘２２を支持ピン１９へ近づけるほど傾倒角度θは小さくなり、錘２２を支持ピン１９から遠ざけるほど傾倒角度θは大きくなる。
【００２６】
また、保持爪１８は、複数の部材によって構成され、一方の端部と他方の端部とをそれぞれ異なる部材により形成し、それらの部材を中間部で接続して構成されるものであっても良い。このような構成とすることにより、図２に示す屈曲角度θ１を調節可能となる。こうした場合、ロータ１２停止時における切欠き部２０の位置を変えることができるため、ロータ１２を回転させた際の切欠き部２０の傾倒角度θの調整と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
第１の実施形態では保持爪１８は「く」の字状に形成される旨記載したが、上述したように、保持爪１８は「く」の字以外の形状を成すものであっても良い。
また、上記実施形態ではいずれも、保持爪１８に錘２２を備える構成としているが、保持爪１８における一方の端部と他方の端部との重量バランスによって、遠心力を受けた際の切欠き部２０の傾倒角度θを調整するようにしても良い。また、前記切欠き部２０は、ウェハ５０のエッジ部を挟持可能な形状であれば、種々の形態を含むものとする。また、保持爪１８に備える錘２２は、交換を可能とすることはいうまでも無い。また、実施形態においては、揺動制御手段２５にはバネ２８を備えることとしていたが、保持爪１８の揺動量を制御することのみを目的とした場合には、バネ２８を備える必要は無い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の半導体ウェハ保持装置に係る第１の実子形態を示す概略図である。
【図２】半導体ウェハ保持装置におけるウェハ保持部の構成を示す部分拡大図である。
【図３】半導体ウェハ保持装置による半導体ウェハの保持状態を示す図である。
【図４】第２の実子形態におけるウェハ保持部を示す部分拡大図である。
【図５】保持爪の応用形態を示す図である。
【図６】従来の半導体ウェハ保持装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０………半導体ウェハ保持装置（ウェハ保持装置）、１２………ロータ、１４………ウェハ保持部、１６………支持部、１８………保持爪、２０………切欠き部、２０ａ………上辺、２０ｂ………下辺、２２………錘、５０………半導体ウェハ（ウェハ）。
【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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