JP2000332085A - ウェーハクランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハのチャック保持のため、外部からの
力を必要とすることのないウェーハクランプ装置を提供
する。 【解決手段】 ウェーハ１１を保持手段により保持して
載置するチャックベース６と、前記チャックベース６を
囲み、上部が開口した上下移動可能な上カップ４からな
るウェーハクランプ装置において、前記保持手段は、チ
ャックベース６から突出してウェーハ１１を搭載する複
数のウェーハガイド８と、各ウェーハガイド８に形成さ
れた前記チャックベース６面に垂直なガイド面８ａに対
しウェーハ１１を弾性的に押圧するクランプアーム９を
有し、前記クランプアーム９はチャックベース６端部に
おいて支持ピン１０で回転可能に装着されるとともに、
この支持ピン１０の下側にアーム駆動部１５を突出して
有し、前記上カップ４内側には前記アーム駆動部１５が
摺動又は転動してこのクランプアーム９を回転させるた
めのガイド部材１６を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はウェーハクランプ装
置に関する。より詳しくは、半導体製造過程のウェーハ
を回転させて処理する時のウェーハチャックを有するウ
ェーハクランプ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、ウェーハクランプ装置の概略図
である。ウェーハクランプ装置５１は、ベース５２上に
取り付けられた筒状の下カップ５３と、この下カップ５
３に対応してかぶさる上カップ５４で構成される。上カ
ップ５４は筒状であり所定の位置から上に向かって径が
小さくなるように形成される。この上カップ５４はシリ
ンダー５５により上下に移動可能である。搬送アーム５
６で搬送されたウェーハ５７は上下カップ５３、５４内
部に搬送され、チャック部（図示しない）によりチャッ
クされ、モータ（図示しない）によって回転し、薬液ノ
ズル５８により薬液を塗布され処理される。

【０００３】図６は、従来のウェーハクランプ装置の構
造を示す図である。薬液ノズル５８によりウェーハ５７
に薬液を塗布して処理を行う工程において、（Ａ）に示
すようにモータ５９の端部にスピンチャック６０を設
け、他方の端部には真空源６１を設ける。スピンチャッ
ク６０によりウェーハ５７をチャックして中空のシャフ
ト６２を通して真空源６１によりウェーハ５７を真空引
きすることによって、モータ５９でウェーハ５７を回転
してもチャックが外れないようにしている。

【０００４】また（Ｂ）に示すように、ウェーハ５７の
外周をメカ的にチャックする機構を設け、モータ５９に
よるウェーハ５７回転時のチャックの外れを防止するた
めにシリンダーなどのチャック装置６３を用いて外部か
らの力でウェーハ５７をチャックしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ウェーハクランプ装置ではウェーハをチャックする際、
真空源やチャック装置などの外部からの力を必要とする
ため、処理槽以外でのスペース、エネルギーが必要とな
り装置全体が大型化し、これらチャッキングの機構が必
要となるためにコストがかかる。また、これらのチャッ
キングの機構が複雑なため、操作時のトラブルが多発す
ることになる。

【０００６】本発明は、上記従来技術を考慮したもので
あって、ウェーハのチャック保持のため、外部からの力
を必要とすることのないウェーハクランプ装置の提供を
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、ウェーハを保持手段により保持して載
置するチャックベースと、前記チャックベースを囲み、
上部が開口した上下移動可能な上カップからなるウェー
ハクランプ装置において、前記保持手段は、チャックベ
ースから突出してウェーハを搭載する複数のウェーハガ
イドと、各ウェーハガイドに形成された前記チャックベ
ース面に垂直なガイド面に対しウェーハを弾性的に押圧
するクランプアームを有し、前記クランプアームはチャ
ックベース端部において支持ピンで回転可能に装着され
るとともに、この支持ピンの下側にアーム駆動部を突出
して有し、前記上カップ内側には前記アーム駆動部が摺
動又は転動してこのクランプアームを回転させるための
ガイド部材を有することを特徴とするウェーハクランプ
装置を提供する。

【０００８】この構成によれば、ウェーハはチャックベ
ース上のウェーハガイド上に搭載され、そのガイド面に
対し、クランプアームにより弾性的に押圧されて固定保
持される。このクランプアームはその枢軸となる支持ピ
ンより下側に突出する駆動アームが上カップ内面のガイ
ド部材上を移動することにより回転駆動され支持ピンよ
り上側のアーム部がウェーハに対しチャック動作及びチ
ャック解除動作を自動的に行う。これによりウェーハを
チャックするための外力を与える真空源やメカ的クラン
プ駆動機構などを用いることなくそれ自身の動作に応じ
てウェーハをチャックすることができる。

【０００９】好ましい構成例においては、前記チャック
ベースは回転可能であり、前記ウェーハガイドはチャッ
クベースの回転中心に対し放射状の位置に設けられたこ
とを特徴としている。

【００１０】この構成によれば、回転するチャックベー
スに対し中心から放射状に設けたウェーハガイド上にウ
ェーハが保持されるため、ウェーハが安定して固定保持
される。

【００１１】好ましい構成例においては、前記アーム駆
動部にウエイトを装着したことを特徴としている。

【００１２】この構成によれば、チャックベースの回転
により支持ピンより下側のウェイトに遠心力が作用し、
これにより支持ピンより上側のアーム部にウェーハを押
圧する方向の力が作用し、外部からの力を用いることな
くウェーハを確実に保持することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明に係るウェー
ハクランプ装置の説明図であり、（Ａ）は上面図、
（Ｂ）は断面図である。図示したように、ベース１に下
カップ２が取り付けられ、このベース１には薬液を排出
する排液ダクト３が備わる。下カップ２の上にはシリン
ダーなど（図示しない）により上下移動可能な上カップ
４が取りつけられる。これら上下カップ２，４は筒状に
形成され、上カップ４は所定の位置から上に向かって径
が小さくなるように形成される。また、上下カップ２，
４の中央に位置するようにベース１にモータ５が備わ
る。このモータ５と上カップ４内に設けられたチャック
ベース６はシャフト７により連結され、モータ５によっ
てチャックベース６は回転する。

【００１４】チャックベース６にはウェーハ１１を搭載
してガイドするための断面Ｌ字形状のウェーハガイド８
が複数個（図では３つ）突出する。このウェーハガイド
８は例えば円柱体の上部の内面側半分を切除して背面側
にチャックベース面に垂直なガイド面８ａを形成したも
のである。このウェーハガイド８のガイド面８ａに対向
した位置にクランプアーム９が備わる。このクランプア
ーム９はチャックベース６に設けられた支持ピン１０を
介して回転可能に設置される。

【００１５】クランプアーム９の支持ピン１０の上側に
はスプリング１２の端部が取り付けられ、チャックベー
ス６に取り付けられたスプリングフック１４との間をこ
のスプリング１２で連結する。このスプリング１２の弾
性により、ウェーハガイド８に載置されたウェーハ１１
をガイド面８ａに対し弾性的に押圧し、保持する。

【００１６】クランプアーム９下部はチャックベース６
の下側に突出しており、この先端にはベアリング１３を
備えたアーム駆動部１５が外側に屈曲して形成される。
上カップ４内壁にはアーム駆動部１５のベアリング１３
が転動してクランプアーム９を支持ピン１０廻りに回転
させるためのアームガイド１６が設けられる。またアー
ム駆動部１５にはウエイト１７が装着され、このウエイ
ト１７の重量は調整可能である。

【００１７】図２、図３はクランプアームの回転を示す
説明図である。ウェーハ１１をウェーハガイド８とクラ
ンプアーム９でチャックする際、ウェーハ１１をセット
するため、まず図２に示すように上カップ４を矢印Ａの
ように下降させる。これにより、アームガイド１６の傾
斜面１６ａがベアリング１３を押圧しながら下降し、ベ
アリング１３を傾斜面１６ａから垂直面１６ｂに押し上
げる。これにより、クランプアーム９は支持ピン１０の
廻りに矢印Ｂのように回転してスプリング１２の力に抗
してクランプアーム９の上端が開く。

【００１８】この状態で搬送アームなどの搬送手段（図
示しない）により搬送されたウェーハ１１は所定の位置
に搬送されウェーハガイド８上に搭載される。この状態
から、図３に示すように上カップ４を上昇すると（矢印
Ｃ）、アーム駆動部１５がアームガイド１６の垂直面１
６ｂから傾斜面１６ａに沿って転動し、さらに下降して
アームガイド１６から離れるためスプリング１２の弾性
でクランプアーム９が支持ピン１０中心に矢印Ｄのよう
に回転しウェーハ１１はチャックされる。

【００１９】この状態でウェーハ１１を薬液処理するた
めにチャックベース６を回転させると、クランプアーム
９に遠心力が働く。遠心力はＦ＝（Ｗ／ｇ）・ｒω2で
表せる（Ｗ：重さ、ｇ：重力加速度、ｒ：半径、ω：角
速度）。したがって、クランプアーム９に対し、支持ピ
ン１０より上側に作用する遠心力をＦ２、下側に作用す
る遠心力をＦ３とすれば、クランプアーム９には全体と
してＦ３−Ｆ２の力に対応した支持ピン１０廻りのモー
メントが作用する。

【００２０】したがってクランプアーム９の下部にウエ
イト１７を設けて重さＷを大きくし、Ｆ３をＦ２より大
きくすることにより遠心力によりクランプアーム９を閉
じる方向に回転させてスプリング１２の弾性力に加えて
ウェーハ１１のクランプ力を高めることができる。

【００２１】図４は、クランプ力と回転数の関係を示す
グラフである。Ａはクランプ力、Ｂは回転数を示す。図
示したように、回転数の上昇に伴ってクランプ力も増加
する。この場合、上記遠心力の数式からわかるように、
クランプ力は回転数の２乗に比例して増加するため、こ
れを考慮してクランプアーム９のバランスが適性に保た
れるようにウエイト１７の重量を調整する。

【００２２】薬液処理が終了するとチャックベース６の
回転は停止する。これによりクランプ力はスプリング１
２の弾性力のみとなる。その後、上カップ４を下降させ
ることにより前述の図２で説明した通り、クランプアー
ム９が開いてウェーハ１１のクランプが解除され薬液処
理されたウェーハ１１が取出し可能になる。なお、アー
ムガイド１６に沿って転動するベアリング１３に代え
て、単にガイド面を摺動する曲面状の突出部を形成して
もよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、ウェーハはチャックベース上のウェーハガイド上に
搭載され、そのガイド面に対し、クランプアームにより
弾性的に押圧されて固定保持される。このクランプアー
ムはその枢軸となる支持ピンより下側に突出する駆動ア
ームが上カップ内面のガイド部材上を移動することによ
り回転駆動され支持ピンより上側のアーム部がウェーハ
に対しチャック動作及びチャック解除動作を自動的に行
う。これによりウェーハをチャックするための外力を与
える真空源やメカ的クランプ駆動機構などを用いること
なくそれ自身の動作に応じてウェーハをチャックするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るウェーハクランプ装置の説明図
であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は断面図。

【図２】 クランプアームの回転を示す説明図。

【図３】 クランプアームの回転を示す説明図。

【図４】 クランプ力と回転数の関係を示すグラフ。

【図５】 ウェーハクランプ装置の概略図。

【図６】 従来のウェーハクランプ装置の構造を示す
図。

【符号の説明】

１：ベース、２：下カップ、３：排液ダクト、４：上カ
ップ、５：モータ、６：チャックベース、７：シャフ
ト、８：ウェーハガイド、８ａ：ガイド面、９：クラン
プアーム、１０：支持ピン、１１：ウェーハ、１２：ス
プリング、１３：ベアリング、１４：スプリングフッ
ク、１５：アーム駆動部、１６：アームガイド、１６
ａ：傾斜面、１６ｂ：垂直面、１７：ウエイト。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェーハを保持手段により保持して載置す
   るチャックベースと、 前記チャックベースを囲み、上部が開口した上下移動可
   能な上カップからなるウェーハクランプ装置において、 前記保持手段は、チャックベースから突出してウェーハ
   を搭載する複数のウェーハガイドと、 各ウェーハガイドに形成された前記チャックベース面に
   垂直なガイド面に対しウェーハを弾性的に押圧するクラ
   ンプアームを有し、 前記クランプアームはチャックベース端部において支持
   ピンで回転可能に装着されるとともに、この支持ピンの
   下側にアーム駆動部を突出して有し、 前記上カップ内側には前記アーム駆動部が摺動又は転動
   してこのクランプアームを回転させるためのガイド部材
   を有することを特徴とするウェーハクランプ装置。
2. 【請求項２】前記チャックベースは回転可能であり、前
   記ウェーハガイドはチャックベースの回転中心に対し放
   射状の位置に設けられたことを特徴とする請求項１に記
   載のウェーハクランプ装置。
3. 【請求項３】前記アーム駆動部にウエイトを装着したこ
   とを特徴とする請求項２に記載のウェーハクランプ装
   置。