JP2008072115A - チャック部材及びスピンヘッド、これを用いるチャック方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板をチャックするチャック部材を提供する。
【解決手段】チャック部材は、基板の側部をチャックし、回転中心から偏心されたチャックピンを備える。チャックピンは流線形（ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅ ｓｈａｐｅ）からなり、基板の回転により発生する気流の流れに対して前端に位置する第１前端部と、後端に位置する第１後端部を含む。第１前端部は第１尖端部を備え、第１後端部は丸い形状を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板をチャックするチャック部材、このチャック部材を備えたスピンヘッド、及びチャック部材を使用して基板をチャックする方法に関し、さらに詳細には、基板の側部をチャックした状態で、基板と共に回転するチャック部材と、スピンヘッド及びチャック方法に関する。

半導体製造工程では、様々な工程を通じて半導体基板、ガラス基板または液晶パネルのような基板上に求めるパターンを形成する。現在、エッチング工程、洗浄工程では、ウエハを回転（スピニング）させて、ウエハ上の残留物または薄幕などを除去する。前記のスピニング動作では、ウエハのような基板を数千ＲＰＭまで回転させながら、脱イオン水またはエッチング液または洗浄液を供給する。もちろん、このような基板をスピニングさせながら行われる工程は、洗浄工程だけでなく、フォトレジスト工程など他の様々な半導体製造工程にも使用されている。特許文献１には、このようにウエハをスピニングさせるためのスピンヘッドに関連する基本的な様々な技術的事項が開示されている。

一般に、スピンヘッドを使用するために、ウエハの背面を真空で吸着して固定する方法と、シリンダーやモータを使用してウエハの側面からエッジを機械的に固定する方法が主に使用される。

シリンダーやモータを駆動してウエハの側面からの側部を機械的に固定する方法では、回転軸から偏心されたチャックピンが回転によりウエハのエッジと接触し、複数のチャックピンがウエハのエッジに接触した状態でウエハを支持する。支持されたウエハは高速で回転し、ウエハの上部には処理液が供給される。

しかし、従来のチャックピンには、次のような問題点がある。

まず、チャックピンの形状により、チャックピンの後端部に渦流が形成される。回転するウエハは、回転方向の反対方向に気流を形成する。すなわち、ウエハが反時計方向に回転する場合、ウエハの回転による時計方向の気流が形成される。形成された気流は、チャックピンの外周面を取り囲みながら基板の外部に通り抜ける。ここで、チャックピンの外周面に沿って流れる気流は、チャックピンの後端部で渦流を形成し、それによって気流が外部へ円滑に通り抜けることができない。

そして、基板の背面に供給されて基板の背面に沿って外部に排出される洗浄液が、基板をチャックした状態で基板の背面に近接したチャックピンにより、基板の背面に再流入するおそれがある。これは、基板の背面を汚染させる原因となり得る。
米国特許第５，８６０，１８１号の明細書

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、基板の回転により発生した気流が基板の外部に円滑に排出されるようにする基板をチャックするチャック部材、このチャック部材を備えたスピンヘッド及びチャック部材を使用したチャック方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、基板の背面に供給されて基板の外部に排出される処理液がチャック部材により基板の背面に再流入されるのを防止することができる基板をチャックするチャック部材、スピンヘッド及びチャック方法を提供することにある。

本発明によれば、基板の側部をチャックした状態で、基板と共に回転するチャック部材は、回転可能なボディと、前記ボディの上部に前記ボディの回転中心から偏心されるように結合され、前記基板の側部をチャックするチャックピンと、前記ボディの下部に結合され、前記ボディと共に回転可能な回転軸とで構成され、前記チャックピンは流線形とされる。

前記チャックピンは、前記基板をチャックした状態で前記基板の回転により発生する気流の流れに対して前端に位置し、第１尖端部を備える第１前端部と、前記気流の流れに対して後端に位置し、丸い形状を有する第１後端部とを含むことが望ましい。

前記チャックピンは、前記基板をチャックした状態で前記基板の回転により発生する気流の流れに対して前端に位置し、丸い形状を有する第１前端部と、前記気流の流れに対して後端に位置し、第１尖端部を有する第１後端部とで構成することができる。

前記チャックピンの上部面は、前記第１前端部から前記第１後端部に向けて下向きに傾くようにすることができる。

前記チャックピンが前記基板の側部をチャックした状態で、前記チャックピンと接触する前記基板の接点における接線に対して、前記チャックピンの回転中心と前記第１尖端部をつなぐ直線がなす角を鋭角とすることができる。

前記ボディは流線形とすることができる。

前記ボディは、前記チャックピンが前記基板をチャックした状態で前記基板の回転により発生する気流の流れに対して前端に位置し、第２尖端部を備える第２前端部と、前記気流の流れに対して後端に位置し、丸い形状を有する第２後端部とを備えることができる。

前記ボディは、前記チャックピンが前記基板をチャックした状態で前記基板の回転により発生する気流の流れに対して前端に位置し、丸い形状を有する第２前端部と、前記気流の流れに対して後端に位置し、第２尖端部を備える第２後端部とを備えることができる。

前記ボディの上部面は、前記第２前端部から前記第２後端部に向けて下向きに傾くようにすることができる。

前記チャックピンが前記基板の側部をチャックした状態で、前記チャックピンと接触する前記基板の接点における接線に対してと、前記チャックピンの回転中心と前記第２尖端部をつなぐ直線がなす角を鋭角とすることができる。

本発明に係るスピンヘッドは、回転可能な支持プレートと、前記支持プレートの上部面に設けられ、前記支持プレート上にローディングされた基板が回転により前記支持プレートから離脱することを防止するために、前記基板の側部を支持するチャック部材とで構成され、前記チャック部材は、回転可能なボディと、前記ボディの上部に前記ボディの回転中心から偏心されるように結合され、前記基板の側部をチャックするチャックピンと、前記ボディの下部に結合され、前記ボディと共に回転可能な回転軸とを備え、前記チャックピンは流線形である。

本発明に係る基板をチャックする方法は、ボディと、前記ボディの上部に結合されて基板の側部をチャックするチャックピンとを備えるチャック部材を用い、前記ボディを回転させて、前記ボディの回転中心から偏心された前記チャックピンが前記基板の側部と接触するようにし、前記チャックピンの第１尖端部を前記基板の回転により発生する気流の流れに対して前端に位置させる。

前記チャックピンのうち、前記気流の流れに対して後端に位置する部分は、丸い形状を有することができる。

前記チャックピンが前記基板の側部をチャックした状態で、前記チャックピンと接触する前記基板の接点における接線に対してと、前記チャックピンの回転中心と前記第２尖端部をつなぐ直線とがなす角を鋭角とすることができる。

本発明によれば、基板の回転により発生した気流が、流線形の形状を有するチャックピン及びボディの外周面に沿って、基板の外部に円滑に排出されることができる。また、基板の外部に排出される処理液がチャック部材により基板の背面に再流入するのを防止することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図１〜図４に基づき詳細に説明する。本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。したがって、図面に図示された各要素の形状は、より明白な説明を強調するために誇張されることができる。

以下では、ウエハＷを基板の一例として説明するが、本発明はこれに限定されない。

図１は、本発明に係るスピンヘッド１を概略的に示す斜視図である。スピンヘッド１は、ウエハＷを支持固定した状態で、ウエハＷを回転させる。回転するウエハＷには、別途のエッチング装備、または洗浄装備によりエッチング工程または洗浄工程が行われる。

スピンヘッド１は、円板形状のプレート１０と、プレート１０のエッジに沿ってプレート１０の上部に配置されたチャック部材１００を含む。プレート１０は、ウエハＷに対応する大きさの円板形状を有し、プレート１０の上部面には、プレート１０のエッジに沿って複数のスルーホール１２が形成される。スルーホール１２上には、チャック部材１００が設けられる。スルーホール１２は、プレート１０の中心を基準に、一定の距離で一定の角度位置に形成される。これは、チャック部材１００がウエハＷに均一に力を与えるためである。本実施の形態では、プレート１０に６個のスルーホール１２が形成され、スルーホール１２間の角度は６０゜である。しかし、本実施の形態と異なる数のスルーホール１２が提供される場合、スルーホール１２間の角度は異なり得る。

一方、プレート１０の下部には、別途の駆動装置（図示せず）により回転可能な回転軸１４が連結される。

図２は、本発明に係るチャック部材１００を示す斜視図である。

図２に示すように、チャック部材１００は、チャックピン１２０、ボディ１４０、及び回転軸１６０を含む。

チャックピン１２０は、ウエハＷの側部と接触した状態でウエハＷを支持する。チャックピン１２０は回転軸１６０の回転中心Ａから偏心されるように配置されるので、回転によりウエハＷの側部と接触したり、ウエハＷの側部から離隔することができる。

図示されたように、チャックピン１２０は、前端に位置する第１前端部１２２と、後端に位置する第１後端部１２４を含む。

第１前端部１２２は、尖端形状の第１尖端部１２２ａを備え、第１後端部１２４は丸い形状からなる流線形の横断面を有する。また、チャックピン１２０の上部面は、第１前端部１２２から第１後端部１２４に向けて下向きに傾く。第１前端部１２２は、回転によりウエハＷのエッジと接触したり、ウエハＷのエッジから離隔する。これについての詳細な説明は後述する。

ボディ１４０は、チャックピン１２０を支持し、下部に連結された回転軸１６０の回転によりチャックピン１２０と共に回転する。

図示されたように、ボディ１４０は、前端に位置する第２前端部１４２と、後端に位置する第２後端部１４４を含む。

第２前端部１４２は、尖端形状の第２尖端部１４２ａを備え、第２後端部１４４は丸い形状からなる流線形の横断面を有する。また、ボディ１４０の上部面は、第２前端部１４２から第２後端部１４４に向けて下向きに傾く。回転軸１６０は第２後端部１４４の下部に連結されるので、回転軸１６０の回転により第２前端部１４２はウエハＷに向けて接近したりウエハＷから離隔する。これについての詳細な説明は後述する。

回転軸１６０は別途の駆動装置（図示せず）により回転する。回転軸１６０は回転中心Ａを基準に回転し、ウエハＷは回転軸１６０の回転によりチャック状態またはアンチャック状態に転換される。上述のように、回転軸１６０の回転により第１及び第２前端部１２２、１４２はウエハＷに向けて接近したり、ウエハＷから離隔する。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明に係るウエハＷのチャック状態を示す図であり、図４Ａ及び図４Ｂは、本発明に係るチャック部材１００の周囲の流れを示す図である。

上述のように、回転軸Ａを基準にチャック部材１００が回転すると、チャックピン１２０の第１前端部１２２はウエハＷの側部と接触し、第１前端部１２２によりウエハＷは支持される。

支持された状態で、ウエハＷが反時計方向に回転すると、回転方向の反対方向である時計方向に気流Ｕが形成される。図３Ａに示すように、気流ＵはウエハＷの接線速度と対応するウエハＷの接線方向に流れる。

気流Ｕは、チャックピン１２０の外周面及びボディ１４０の外周面に沿ってウエハＷの外部に排出される。

気流Ｕに対して、前端には第１及び第２前端部１２２、１４２が位置し、後端には第１及び第２後端部１２４、１４４が位置する。よって、ウエハＷ上の気流Ｕは、第１前端部１２２の第１尖端部１２２ａに沿って第１後端部１２４を経由してウエハＷの外部に排出され、ウエハＷ下方の気流Ｕは、第２前端部１４２の第２尖端部１４２ａに沿って第２後端部１４４を経由してウエハＷの外部に排出される。ここで、チャックピン１２０及びボディ１４０の横断面は流線形からなるので、第１及び第２後端部１２４、１４４の後端には渦流が発生しない。

流線形とは、流体の中を運動するときに発生する抵抗を減らすための物体の形状を意味し、魚の体、航空機の胴体及び翼などの形状が全て流線形である。物体の後方に発生する渦流は、物体の後の圧力を減少させて、抗力が発生する主要原因となる。したがって、流線形は後方の乱流を最小にするための外形ともいえる。気流形態に対する力学関係から、流線形の原理は次の通りである。物体の前部分は十分に丸く、後方から中央に向けて次第に細くなる曲線をなす必要がある。本実施の形態では、前端に尖端部が形成され、後端部は丸い形状を説明しているが、これとは異なって、後端に尖端部が形成され、前端部は丸い形状を有することもでき、その他に様々な流線形の形状が可能である。

図４Ａは、ウエハＷ上の気流Ｕを示し、図４Ｂは、ウエハＷ下方の気流Ｕを示している。上述のように、ウエハＷの回転により発生した気流Ｕは，第１及び第２後端部１２４、１４４の後端に渦流を形成しない。よって、気流ＵがウエハＷの外部に円滑に排出されることができる。

このとき、第１前端部１２２と接するウエハＷの接点に対する接線を引くと、回転中心Ａと第１尖端部１２２ａをつなぐ直線と接線との角度θは非常に重要である。角度θが大きいほど気流Ｕの流れは妨害され、角度θが小さいほど気流Ｕは円滑に流れることができる。

その他に、回転によりウエハＷに接近する第１及び第２尖端部１２２ａ、１４２ａは尖端形状を有するので、ウエハＷ上のまたは下方からウエハＷの外部に飛散する処理液がチャックピン１２０またはボディ１４０に衝突してからウエハＷに再流入することを防止することができる。

一方、図３Ｂに示すように、チャックピン１２０の上部面は第１前端部１２２から第１後端部１２４に向けて下向きに傾く。よって、上部面の第１前端部１２２に該当する部分は、ウエハＷの上部面より高く位置するが、上部面の第１後端部１２４に該当する部分は、ウエハＷの上面より低く位置する。

ウエハＷの上部面に供給される処理液は、ウエハＷの回転によりウエハＷの外部に排出されるが、ウエハＷを支持するチャックピン１２０によりウエハＷの上部面に再流入するおそれがある。しかし、上述したように、チャックピン１２０の上面を傾斜させ、チャックピン１２０の一部だけがウエハＷの上部面より高く位置するので、処理液がウエハＷに再流入することを防止することができる。

本発明に係るスピンヘッドを概略的に示す斜視図である。 本発明に係るチャック部材を示す斜視図である。 本発明に係る基板のチャック状態を示す図である。 本発明に係る基板のチャック状態を示す図である。 本発明に係るチャック部材の周囲の流れを示す図である。 本発明に係るチャック部材の周囲の流れを示す図である。

符号の説明

１０ プレート
１１ 支持ピン
１２ スルーホール
１００ チャック部材
１２０ チャックピン
１２２、１４２ 前端部
１２２ａ、１４２ａ 尖端部
１２４、１４４ 後端部
１４０ ボディ
１６０ 回転軸

Claims (18)

1. 基板の側部をチャックした状態で、基板と共に回転するチャック部材であって、
   回転可能なボディと、
   前記ボディの上部に前記ボディの回転中心から偏心されるように結合され、前記基板の側部をチャックするチャックピンと、
   前記ボディの下部に結合され、前記ボディと共に回転可能な回転軸とで構成され、
   前記チャックピンは流線形であることを特徴とするチャック部材。
2. 前記チャックピンは、
   前記基板をチャックした状態で前記基板の回転により発生する気流の流れに対して前端に位置し、第１尖端部を備える第１前端部と、
   前記気流の流れに対して後端に位置する第１後端部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のチャック部材。
3. 前記チャックピンの上部面は、前記第１前端部から前記第１後端部に向けて下向きに傾くことを特徴とする請求項２に記載のチャック部材。
4. 前記チャックピンが前記基板の側部をチャックした状態で、前記チャックピンと接触する前記基板の接点における接線に対して、前記チャックピンの回転中心と前記第１尖端部をつなぐ直線がなす角は鋭角であることを特徴とする請求項２に記載のチャック部材。
5. 前記ボディは流線形であることを特徴とする請求項１に記載のチャック部材。
6. 前記ボディは、
   前記チャックピンが前記基板をチャックした状態で前記基板の回転により発生する気流の流れに対して前端に位置し、第２尖端部を備える第２前端部と、
   前記気流の流れに対して後端に位置し、丸い形状を有する第２後端部とを備えることを特徴とする請求項５に記載のチャック部材。
7. 前記ボディの上部面は、前記第２前端部から前記第２後端部に向けて下向きに傾くことを特徴とする請求項６に記載のチャック部材。
8. 前記チャックピンが前記基板の側部をチャックした状態で、前記チャックピンと接触する前記基板の接点における接線に対して、前記チャックピンの回転中心と前記第２尖端部をつなぐ直線がなす角は鋭角であることを特徴とする請求項６に記載のチャック部材。
9. 回転可能な支持プレートと、
   前記支持プレートの上部面に設けられ、前記支持プレート上にローディングされた基板が回転により前記支持プレートから離脱することを防止するために、前記基板の側部を支持するチャック部材と、を備え、
   前記チャック部材は、
   回転可能なボディと、
   前記ボディの上部に前記ボディの回転中心から偏心されるように結合され、前記基板の側部をチャックするチャックピンと、
   前記ボディの下部に結合され、前記ボディと共に回転可能な回転軸とで構成され、
   前記チャックピンは流線形からなることを特徴とするスピンヘッド。
10. 前記チャックピンは、
    前記基板をチャックした状態で前記基板の回転により発生する気流の流れに対して前端に位置し、第１尖端部を備える第１前端部と、
    前記気流の流れに対して後端に位置する第１後端部とを備えたことを特徴とする請求項９に記載のスピンヘッド。
11. 前記チャックピンの上部面は、前記第１前端部から前記第１後端部に向けて下向きに傾くことを特徴とする請求項１０に記載のスピンヘッド。
12. 前記チャックピンが前記基板の側部をチャックした状態で、前記チャックピンと接触する前記基板の接点における接線に対して、前記チャックピンの回転中心と前記第１尖端部をつなぐ直線とがなす角は鋭角であることを特徴とする請求項１０に記載のスピンヘッド。
13. 前記ボディは流線形からなることを特徴とする請求項９に記載のスピンヘッド。
14. 前記ボディは、
    前記チャックピンが前記基板をチャックした状態で前記基板の回転により発生する気流の流れに対して前端に位置し、第２尖端部を備える第２前端部と、
    前記気流の流れに対して後端に位置し、丸い形状を有する第２後端部とを備えることを特徴とする請求項１３に記載のスピンヘッド。
15. 前記チャックピンが前記基板の側部をチャックした状態で、前記チャックピンと接触する前記基板の接点における接線に対して、前記チャックピンの回転中心と前記第２尖端部をつなぐ直線とがなす角は鋭角であることを特徴とする請求項１４に記載のスピンヘッド。
16. ボディと前記ボディの上部に結合され、基板の側部をチャックするチャックピンとを備えるチャック部材を用いて基板をチャックする方法であって、
    前記ボディを回転させて、前記ボディの回転中心から偏心された前記チャックピンが前記基板の側部と接触するようにし、
    前記チャックピンの第１尖端部を前記基板の回転により発生する気流の流れに対して前端に位置させることを特徴とする基板をチャックする方法。
17. 前記チャックピンのうち、前記気流の流れに対して後端に位置する部分は、丸い形状を有することを特徴とする請求項１６に記載の基板をチャックする方法。
18. 前記チャックピンが前記基板の側部をチャックした状態で、前記チャックピンと接触する前記基板の接点における接線と、前記チャックピンの回転中心と前記第２尖端部をつなぐ直線とがなす角は鋭角であることを特徴とする請求項１６に記載の基板をチャックする方法。