(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の保持を行うチャック機構と、チャック機構を回転可能に支持する主軸とで構成された半導体製造装置の基板保持構造において、
チャック機構が、
基板の外周縁を保持する固定ピンと、
基板の外周に配設され、基板の径方向に拡縮し、縮小時には基板の外周縁に当接して基板を固定し、拡大時には基板の外周縁から離間して基板を移送可能にする可動ピンと、
可動ピンを拡縮させる可動ピン拡縮駆動部とで構成されており、
前記可動ピン拡縮駆動部は、
基板の外周に沿って機構部ケーシングに配設された支点軸と、
支点軸に対して回転自在に取り付けられた偏心レバーと、
支点軸に対して偏心した位置に可動ピンを有し、偏心レバーに取り付けられた可動ピン取付部と、
支点軸に対して偏心した位置において偏心レバーに取り付けられた作動アームと、
主軸の周りに回転可能に配設され、前記作動アームが取り付けられ且つカム溝が形成された外側円筒体と、
主軸に対して回転自在且つ昇降自在に配設され、前記カム溝に嵌り込み、昇降によって外側円筒体を回動させるカムフォロアが取り付けられている内側円筒体とで構成され、
駆動源が、
主軸に対して平行に動くリンクアームを有するリンク機構と、
前記リンクアームに取り付けられ、内側円筒体に接して内側円筒体を昇降させるリンク用コロと、リンク機構を作動させるシリンダとで構成されている事を特徴とする半導体製造装置の基板保持構造。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体製造装置の基板保持構造において、基板洗浄機構が配設されている事を特徴とする半導体製造装置の基板保持構造。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体製造装置の基板保持構造において、
基板洗浄機構が、昇降可能な回転ブラシと、洗浄水噴射用のノズルとで構成されている事を特徴とする半導体製造装置の基板保持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は基板の周縁部のみをチャックする半導体製造装置の基板保持構造において、従来にない新規な構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体は、現在、超ＬＳＩから超々ＬＳＩというように進展して来ており、その表面には超精密写真製版技術を応用して形成した極めて微細な回路が密に形成されている。従って、極く微細な塵埃がその表面に付着すると半導体回路の回路不良として現れ、歩留まり低下となる。前述のように半導体がより精密化すると、その製造コストもうなぎ登りに増加し、歩留まり向上がコスト削減に大きく寄与するものであり、除塵対策が非常に重要な問題となっている。
【０００３】
さて、半導体製造現場では、現在の所、微細回路を形成するための表面の清浄化管理は極めて厳格に行われているものの、裏面の清浄化管理はそれほど厳格に行われているものではない。処が、半導体基板の裏面は、各工程で機器の基板チャック用回転テーブルやハンドリング装置のハンドに吸着されて接触し、その接触部分でパーティクルが発生したり汚染されたりしており、これが半導体工程において表面側に回って付着し、汚染（コンタミネーション）の原因の１つになるという事が分かって来た。
【０００４】
そこで、最近では半導体基板の裏面洗浄も十分に行われるようになって来たのであるが、そのような装置の一例として出願人の開発したもの（特開平７−２１１６７７号）があるが、次のような問題を抱えている。
【０００５】
(a)基板全周をクランプする構造であるため、基板の上面に注がれた洗浄水の抜けが悪く、洗浄効果が低い。(b)基板全周をクランプするクランププレートが大きく質量が大であり且つクランプ作動方向が遠心力が加わる方向であるため、基板の回転速度を上げるとクランププレートが開く方向の遠心力がクランププレートに加わることになり、クランプ力が弱まる。(c)基板の全周は全周にて行っていたので、保持のための接触ラインが長く、せっかく洗浄したにも拘わらず、この部分が汚染源になる等の欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明装置は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、(a)基板の保持部分を出来るだけ小さくすることで、水抜けを良くすると同時に洗浄効果が出来るだけ上がるようにし、(b)しかも、基板を高速回転させてもクランプ力が弱まる事がない装置の改良をその技術的課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１は半導体製造装置の基板保持構造に関し「基板(S)の保持を行うチャック機構(A)と、チャック機構(A)を回転可能に支持する主軸(12)とで構成された半導体製造装置の基板保持構造において、
チャック機構(A)が、
基板(S)の外周縁を保持する固定ピン(1)と、
基板(S)の外周に配設され、基板(S)の径方向に拡縮し、縮小時には基板(S)の外周縁に当接して基板(S)を固定し、拡大時には基板(S)の外周縁から離間して基板(S)を移送可能にする可動ピン(2)と、
可動ピン(2)を拡縮させる可動ピン拡縮駆動部(a)とで構成されており、
可動ピン拡縮駆動部(a)は、
基板(S)の外周に沿って機構部ケーシング(24)に配設された支点軸(3)と、
支点軸(3)に対して回転自在に取り付けられた偏心レバー(29)と、
支点軸(3)に対して偏心した位置に可動ピン(2)を有し、偏心レバー(29)に取り付けられた可動ピン取付部(25)と、
支点軸(3)に対して偏心した位置において偏心レバー(29)に取り付けられた作動アーム(4)と、
主軸(12)の周りに回転可能に配設され、作動アーム(4)が取り付けられ且つカム溝(5)が形成された外側円筒体(6)と、
主軸(12)に対して回転自在且つ昇降自在に配設され、カム溝(5)に嵌り込み、昇降によって外側円筒体(6)を回動させるカムフォロア(7a)が取り付けられている内側円筒体(7)とで構成され、
駆動源(b)が、
主軸(12)に対して平行に動くリンクアーム(9c)を有するリンク機構(9)と、
リンクアーム(9c)に取り付けられ、内側円筒体(7)に接して内側円筒体(7)を昇降させるリンク用コロ(10)と、
リンク機構(9)を作動させるシリンダ(11)とで構成されている」事を特徴とする。
【０００８】
これによれば、基板(S)の保持が固定ピン(1)と可動ピン(2)とで行われるようになるため、基板(S)との接触点が極く僅かとなり、水抜けが良くなって洗浄効果が出来るだけ上がるだけでなく、往復運動の運動方向がチャック機構(A)の回転方向と異なるために基板(S)を高速回転させても遠心力が往復運動に直接作用せず、クランプ力が弱まる事がない。
【００１１】
請求項２は、半導体製造装置が基板洗浄装置の場合で「請求項１に記載の半導体製造装置の基板保持構造において、基板洗浄機構(C)が配設されている」事を特徴とする。
【００１２】
請求項３は、請求項２を更に詳細にしたもので「基板洗浄機構(C)が、昇降可能な回転ブラシ(14)と、洗浄水噴射用のノズル(15)(16)とで構成されている」事を特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示実施例に従って説明する。基板(S)は主軸(12)を中心にして３等分点に配設されている３本の固定ピン(1)にて支持され、且つ前記固定ピン(1)の略中間点に位置する可動ピン(2)にて挟持されるようになっている。固定ピン(1)は、その先端に支持段部(1a)が形成されている円柱状部材で、機構部上カバー(22)の先端部分にそれぞれ立設されている。
【００１４】
機構部上カバー(22)は中心部にキャップ状のトップカバー(23)がボルト止めされ、その中央部分から放射状に3本のアームが突出したような形状のもので、アームの先端に前記固定ピン(1)が取付けられている。この機構部上カバー(22)は機構部ケーシング(24)に固定されており、主軸(12)の主軸ナット(12a)部分をカバーしている。
【００１５】
機構部上カバー(22)は、略三角形状の中空部材で、その中心部分が主軸(12)に主軸ナット(12a)にて固定されており、主軸(12)と一体的に回転するようになっている。機構部ケーシング(24)のアーム部分(24a)の各先端部分には支点軸(3)が回転自在に配設されている。そしてこの支点軸(3)はベアリングを介して前記各先端部分(24a)の角部に立設された軸受(31)内に保持されている。
【００１６】
前記支点軸(3)には可動ピン取付部(25)が固定されており、その支点軸(3)から偏心した位置に可動ピン用軸(26)が立設されており、ベアリングを介して可動ピン(2)が回転自在に取付けられている。可動ピン(2)は固定ピン(1)同様頂部に挟持段部(2a)が形成された円柱状のもので、挟持段部(2a)の高さは固定ピン(1)の支持段部(1a)の高さに一致して形成されている。
【００１７】
また、可動ピン取付部(25)の下部には円筒状の防水カバー(28)が配設されており、その下縁は機構部ケーシング(24)の上面に接触しており、内側への水の浸入を防止している。
【００１８】
支点軸(3)の下端には偏心レバー(29)が取付けられており、支点軸(3)に対して偏心して作動アーム(4)の一端がロッドエンド(4a)を介して取付けられている。このようにする事で、作動アーム(4)を引くと偏心レバー(29)は支点軸(3)を回転させ、支点軸(3)に取り付けられている可動ピン取付部(25)を回転させる。可動ピン取付部(25)が回転すると支点軸(3)に対して偏心している可動ピン(2)が支点軸(3)を中心にして円軌跡を描く事になり、後述するようにその位置に基板(S)が載置されていると挟持段部(2a)で基板(S)の外周縁を押圧挟持する事になる。
【００１９】
前記機構部ケーシング(24)の下面には一体的に下部ケーシング(27)が配設されており、その下縁には断面凹凸で同心円に形成された回転摺動部(2７a)が設けてあり、固定カバー(34)の上面に設けられた断面凹凸状で同心円の(34a)と嵌まり合って水密シール部を構成している。従って、この水密部分を境に回転しない固定カバー(34)と、回転する機構部ケーシング(24)とが摺接する事になる。前記固定カバー(34)は液受槽(17)の中央に固定されている。
【００２０】
主軸(12)は、ベアリングを介して主ハウジング(36)に回転自在に保持されており、その上端に前述のように機構部ケーシング(24)が主軸ナット(12a)にて固着されており、その下端にはカップリング(42)を介して回転駆動モータ(13)が接続されている。回転駆動モータ(13)には制御用のパルス発生器(13a)が同軸で設置されている。
【００２１】
そして、主軸(12)の停止位置を検出するための位置決めセンサ(40)が主軸(12)に隣接して設置されており、主軸(12)に固定され、停止位置を示す例えばスリットが形成された停止位置決め円板(41)が前記停止位置決めセンサ(40)のセンシング領域内に嵌まり込んでいる。前記主ハウジング(36)はベース(43)に固定されている。
【００２２】
また、主軸(12)には位置決め凹部(37a)が形成された停止位置決めカム(37)が取付けられており、停止位置決めカム(37)に臨むように停止位置決めコマ(39)が配設されている。停止位置決めコマ(39)が位置決め凹部(37a)に嵌まり込む事で所定位置に主軸(12)が停止保持されるようになっている。そして、停止位置決めシリンダ(38)が停止位置決めコマ(39)の駆動用で、停止位置決めシリンダ(38)のシリンダロツドに停止位置決めコマ(39)が取付けられている。停止位置決めシリンダ(38)はベース(43)に固定されている。
【００２３】
主ハウジング(36)の両側にはリンクアーム(9a)、リンクアーム(9b)、リンクアーム(9c)及びリンクアーム(9d)からなる一対のリンク(9)が配設されている。前記リンク(9)のリンクアーム(9d)がリンク支持軸(9f)にてリンク支持台(9e)に回転可能に固定されており、リンクアーム(9c)の先端に当接コロ(10)が回転自在に取付けられていて後述する回転下鍔(8)に下から当接するようになっている。
【００２４】
そして、リンクアーム(9a)の一端には作動シリンダ(11)のシリンダロツドがロッドエンドを介して取付けられており、作動シリンダ(11)を作動させる事でリンク(9)にリンク運動をさせる事になる。前記作動シリンダ(11)は取付プレート(11a)を介してベース(43)に固定されている。
【００２５】
回転下鍔(8)は内側円筒体(7)の外周全周に突設されており、ベアリングを介して主軸(12)に対して回転可能且つ昇降可能に保持されている。更に内側円筒体(7)の上部の左右には一対のカムフォロア(7a)が取付けられており、内側円筒体(7)の外周を取り囲むように配設されている外側円筒体(6)のカム溝(5)に前記カムフォロア(7a)が嵌め込まれている。カム溝(5)は垂直な主軸(12)に対して傾斜しており、内側円筒体(7)が持ち上げられるとカムフォロア(7a)はカム溝(5)内を転動してカム溝(5)の上段に移動する。
【００２６】
そしてその過程で外側円筒体(6)をカム溝(5)分だけ内側円筒体(7)の回りを回転させる。逆に内側円筒体(7)が降ろされるとカムフォロア(7a)はカム溝(5)内を転動してカム溝(5)の下段に移動する。そしてその過程で外側円筒体(6)をカム溝(5)分だけ内側円筒体(7)の回りに逆転させる。
【００２７】
外側円筒体(6)は、機構部上カバー(22)内において、主軸(12)と同心に構成されている機構部ケーシング(24)の軸部(12b)にベアリングを介して回転自在に支持されている。そして、外側円筒体(6)の上端には上鍔(32)が突設されており、3つの作動アーム(4)の他端がロッドエンド(4b)を介して上鍔(32)にそれぞれ固着されている。
【００２８】
前記固定カバー(34)はボウル状の受液槽(17)の中心部に一体的に固着されており、その底部には一対の排水管(19)が設置されていた、洗浄水を排出するようになっている。また、受液槽(17)の上部開口には、昇降可能なリング状の昇降カバー(18)が配設されていて、受液槽(17)の上部開口からその内周にかけての部分を覆うようになっている。
【００２９】
昇降カバー(18)の開口部には回転ブラシ(14)が昇降可能に配設されており、回転ブラシ(14)の近傍には上ノズル(15)が配置されていてブラッシング時には超々純水を回転ブラシ(14)に向かって吹き付けるようになっている。
【００３０】
また、受液槽(17)の底部にも下ノズル(16)が設置されており、固定ピン(1)及び可動ピン(2)にて保持された基板(S)の下面「この場合は回路パターンの描かれている表面側」に超々純水を吹き付けるようになっている。
【００３１】
装置全体は装置外装体(21)にてカバーされており、その一部に基板(S)の挿入・取り出し用の開口部(20)が形成されている。
【００３２】
回転ブラシ(14)は、ブラシ用支点軸(14a)と、ブラシ用支点軸(14a)の外周に放射状に植設されたブラシ部(14b)とで構成されており、支持アーム(44)にて昇降可能に支持されている。そして、ブラシ用支点軸(14a)の端部に取付けられているプーリ(45)に図示しない駆動部に接続されている伝達ベルト(46)にて回転駆動されるようになっている。
【００３３】
次に、本発明装置の作用に付いて説明する。図示しないロボットハンドにて基板(S)を開口部(20)から本装置の内部に挿入し、機構部上カバー(22)の直上迄移動させ、そこで停止させた後降下させて基板(S)の外縁を固定ピン(1)の支持段部(1a)に載置する。基板(S)を固定ピン(1)に載置した後、ロボットハンドは基板(S)から離脱して開口部(20)から装置外に移動する。この間、昇降カバー(18)及び回転ブラシ(14)は上方に移動しており、且つ可動ピン(2)は拡開しており、3本の固定ピン(1)を結ぶ円の外に位置している。
【００３４】
また、基板(S)のロボットハンドが、基板(S)の搬送時に固定ピン(1)や可動ピン(2)に接触しないようにするためにロボットハンドの移動軌跡内に固定ピン(1)や可動ピン(2)が位置しないように保持する必要がある。そこで、主軸(12)の停止時には、固定ピン(1)や可動ピン(2)の位置が所定の位置にあるように停止位置決めカム(37)の位置決め凹部(37a)に停止位置決めコマ(39)を挿入して主軸(12)の停止位置を決めている。
【００３５】
主軸(12)の停止状態にある時に作動シリンダ(11)を作動させ、リンク(9)を作動させ、当接コロ(10)を持ち上げる。これによって当接コロ(10)に接触している回転下鍔(8)は当接コロ(10)によって持ち上げられ、回転下鍔(8)が一体的に形成されている内側円筒体(7)と、内側円筒体(7)に取付けられているカムフォロア(7a)が持ち上げられる。
【００３６】
カムフォロア(7a)の上昇によってカムフォロア(7a)はカム溝(5)内を転動する。外側円筒体(6)は主軸(12)の周囲に回転可能であるが昇降しないように配設されているので、前述のカムフォロア(7a)の上昇によるカム溝(5)内の転動によって、外側円筒体(6)が回転する。
【００３７】
外側円筒体(6)には上鍔(32)が突設されており、且つ作動アーム(4)が取付けられているので外側円筒体(6)の回転によって作動アーム(4)が引っ張られる。作動アーム(4)が引っ張られると作動アーム(4)の端部に取付けられている偏心レバー(29)が支点軸(3)を中心に回転し、支点軸(3)に取付けられている可動ピン取付部(25)を回転させる。可動ピン取付部(25)の回転に伴って可動ピン取付部(25)に取付けられている可動ピン(2)が基板(S)の外周縁に向かって移動し、遂には外周縁を3方から挟み込み固定する。
【００３８】
このようにして基板(S)は、回路パターンの描かれた表面を下にして可動ピン(2)にて機構部ケーシング(24)上に固定される。この間に或いはこの後、昇降カバー(18)が降下して基板(S)の周囲を覆う。然る後、回転ブラシ(14)を降下させて基板(S)の裏面（この場合は上面側）にブラシ部(14b)を接触させ、そして、停止位置決めコマ(39)による主軸(12)の固定を解除した後、上ノズル(15)から超々純水を基板(S)の表裏両面に吹き付けつつ基板(S)を回転させ基板(S)の表裏両面を洗浄する。これにより、基板(S)の表裏両面、特に前の工程で発生し、付着している裏面のパーティクルが洗浄水と共に洗い落とされる。
【００３９】
また、下ノズル(16)からも超々純水が微細回路パターンの形成されている基板(S)の表面（この場合は下面）にも吹き付けられて、パーティクルを含む洗浄水が表面側に回り込むのを防止している。
【００４０】
この間、基板(S)は回転しているので、基板(S)の表裏両面を流れる洗浄水は遠心力にて基板(S)の中心から周縁側に流れ、水滴となって基板(S)から離脱する。離脱した洗浄水は昇降カバー(18)に衝突し、その内面を流下し排水管(19)を通って外部に排出される。
【００４１】
ここで、基板(S)の回転機構に付いて説明する。基板(S)と共に回転する部分は、基板(S)を最初に保持する機構部上カバー(22)と、基板(S)の保持機構（可動ピン(2)、作動アーム(4)など）が内蔵されている機構部ケーシング(24)、機構部ケーシング(24)に固定されている下部ケーシング(27)、上鍔(32)を介して前記保持機構に接続されている外側円筒体(6)、外側円筒体(6)のカム溝(5)にそのカムフォロア(7a)が嵌まり込んでいる内側円筒体(7)、主軸(12)とその駆動部である回転駆動モータ(13)などである。
【００４２】
即ち、回転駆動モータ(13)が作動して主軸(12)を回転させると、主軸(12)に固定されている機構部ケーシング(24)が共に回転する。そして、前記一連の部材が共に回転する。
【００４３】
一方、受液槽(17)に固定されている固定カバー(34)は回転しないため回転摺動部(34a)に同心状に嵌まり込んでいる下部ケーシング(27)の回転摺動部(27a)が水密状態を保持しつつ回転する。このようにして基板(S)を回転させ、基板(S)に接触している回転ブラシ(14)を回転させつつ基板(S)の表裏両面に超々純水を吹き付けて洗浄を行うのである。
【００４４】
基板(S)の洗浄が終了すると回転ブラシ(14)を引き上げ、しばらく上・下ノズル(15)(16)から超々純水を吹き付けて超々純水だけで表面洗浄を行う。然る後、超々純水の吹き付けを停止した後、回転駆動モータ(13)の回転速度を高めて基板(S)の表面に付着している超々純水を遠心力で振り切り、表面乾燥を行う。
【００４５】
この時、基板(S)と共に回転する部分には、大きな遠心力が加わる事になるが、外側円筒体(6)は当接コロ(10)によって上方に押し上げられた状態で回転するだけであって、この遠心力は当接コロ(10)を押し下げる方向に働かないので、いかに遠心力が大きくとも可動ピン(2)の挟持力が弱まるような事はない。
【００４６】
表面乾燥が十分行われた所で、回転駆動モータ(13)を停止するのであるが、前述のようにロボットハンドの移動軌跡内に固定ピン(1)或いは可動ピン(2)が存在しないようにするために、停止位置決めセンサ(40)で停止位置決め円板(41)をセンシングして停止位置を認識する。最後の回転時に前記停止位置をセンシングし、パルス発生器(13a)にてほぼ正確な停止位置に主軸(12)を停止させた後、停止位置決めシリンダ(38)を作動させて停止位置決めコマ(39)を位置決め凹部(37a)に挿入し、最終停止位置に主軸(12)を固定する。
【００４７】
続いて、基板(S)の解除に移る。まず、作動シリンダ(11)を逆作動させてリンクアーム(9c)を下げると、当接コロ(10)に接触している回転下鍔(8)が共に下がり、これに連れて回転下鍔(8)が形成されている内側円筒体(7)並びに内側円筒体(7)に取付けられているカムフォロア(7a)が下がる。カムフォロア(7a)の降下と共にカムフォロア(7a)はカム溝(5)内を転動してカム溝(5)の低いほうに移動する。これによって外側円筒体(6)が逆方向に回転し、外側円筒体(6)の上鍔(32)に固定されている作動アーム(4)が突き出される。
【００４８】
その結果、支点軸(3)を中心にして可動ピン取付部(25)が回転し、可動ピン(2)を基板(S)の外周縁から離脱して基板(S)を開放する。この間或いはこの後、昇降カバー(18)が上昇してロボットハンドの通路を開く。昇降カバー(18)の上昇後、ロボットハンドは開口部(20)から装置内部に侵入し、フリーな状態で固定ピン(1)の支持段部(1a)に載置されている基板(S)を持ち上げ、続いて開口部(20)から運び去る。このようにして基板(S)の表面（特に、裏面）洗浄が行われる。
【００４９】
【発明の効果】
以上本発明によれば、如上のような構成であるので、(a)基板の保持部分を出来るだけ小さくすることが出来、これによって水抜けを良くすると同時に洗浄効果が上がるようになった。(b)しかも、基板を高速回転させてもクランプ力が弱まる事もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の縦断面図
【図２】図１の直角方向の縦断面図
【図３】本発明装置の基板保持構造の平面図
【図４】本発明装置の主要部の分解斜視図
【図５】変発明装置の可動ピン部分の構造説明斜視図
【図６】図5の断面図
【符号の説明】
(1) 固定ピン    (1a)  支持段部
(2) 可動ピン    (2a)  挟持段部
(3) 支点軸
(4) 作動アーム
(5) カム溝
(6) 外側円筒体
(7) 内側円筒体
(8) 回転下鍔
(9) リンク
(10)  当接コロ
【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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