JP4396398B2 - Bernoulli Chuck - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンエピタキシャルウェーハをはじめとするシリコン半導体ウェーハなどの装置への出し入れや搬送に使用されるベルヌーイチャックの構造に関するものである。 The present invention relates to the structure of a Bernoulli chuck used for loading and unloading and transporting of silicon semiconductor wafers including silicon epitaxial wafers.
シリコンエピタキシャルウェーハ(以下、ウェーハと呼ぶことがある)をエピタキシャル製造装置から取り出す場合、ウェーハの搬送装置として様々な装置が提案されてきた。その中でも、ベルヌーイ法を利用したウェーハチャック装置、いわゆるベルヌーイチャックは、ウェーハを非接触でチャック、搬送できる利点があり、高温のウェーハ搬送やレジストコートウェーハ等の搬送にも用いられている。 Various devices have been proposed as a wafer transfer device when a silicon epitaxial wafer (hereinafter sometimes referred to as a wafer) is taken out from an epitaxial manufacturing apparatus. Among them, a wafer chuck apparatus using the Bernoulli method, so-called Bernoulli chuck, has an advantage that it can chuck and transport wafers in a non-contact manner, and is also used for transporting high-temperature wafers and resist-coated wafers.
図2は従来のベルヌーイチャックの構造図であり、図2の(a)は従来のベルヌーイチャックのウェーハ吸着面側からみた平面図、図2の(b)はガス配管側からみた平面図、図2の(c)はそのA−A断面図である。ウェーハをチャックする際には、これらの図が示すように、まず窒素ガスをベルヌーイチャックCの配管1、3内に導入する。その際、該配管1、3間にあるフィルター2でパーティクル等のコンタミネーションを除去する。配管3の先端は、搬送されるウェーハより大口径で石英材料等からなる円板状治具4に接続されており、窒素ガスは円板状治具4の中心に設けられたガス流出口5から吹き出される。また、円板状治具4には、ウェーハがベルヌーイチャックCから飛び出すのを防止するピン6が取り付けられている。このようなベルヌーイチャックCをウェーハに近づけると、ウェーハは円板状治具4と非接触状態で、かつ、数十μm程度の間隔を経て、円板状治具4のピン6より内側の領域にチャックされる。ウェーハのチャックを解除したい場合には、ベルヌーイチャックを所望の位置に移動させ、窒素ガスの供給を止めれば解除することができる。
FIG. 2 is a structural view of a conventional Bernoulli chuck, FIG. 2A is a plan view seen from the wafer suction surface side of the conventional Bernoulli chuck, and FIG. 2B is a plan view seen from the gas piping side. (C) of FIG. 2 is an AA cross-sectional view thereof. When chucking the wafer, as shown in these drawings, nitrogen gas is first introduced into the
上記のようなベルヌーイチャックは一般的に用いられているが、上記ベルヌーイチャック以外の形式のベルヌーイチャックも考案されている(例えば、特許文献1〜3)。特許文献1におけるベルヌーイチャックは、該ベルヌーイチャックにガスを導入するガス配管と、コンタミネーションを除去するフィルターは図2と同じであるが、該ガス配管に接続されるガス経路を形成する上部円盤とガス経路に連通されるガス流出口を形成する下部円盤とからなる一対の円盤と、下部円盤に対向配置され、ガス流出口と対応可能な開口部が形成されるとともに制限された角度回転可能な回転プレートとを備えている点が異なっている。このベルヌーイチャックでは、ウェーハのチャック時およびアンチャック時にガスを一定流量流しながら、ガス流出口と開口部のオーバーラップ面積を変化させ、ウェーハをチャックするためのガス流量を変化させることにより、ガス流量の急激な変動を抑えコンタミネーションの発生を防ぎながらウェーハのチャック及びアンチャックを行っている。
The Bernoulli chuck as described above is generally used, but Bernoulli chucks other than the Bernoulli chuck have been devised (for example,
また、特許文献2、もしくは3のようなベルヌーイチャックも考案されている。これらのベルヌーイチャックはウェーハを回転させながら処理を行うウェーハ処理装置に備え付けられるものであり、ガスを噴出するスリット穴がウェーハ周縁部に対向する位置に設けられ、該スリット穴からガスを流出することにより、ウェーハの周縁部に均一にベルヌーイ効果を生じさせるようになっている。
Also, a Bernoulli chuck such as that disclosed in
しかしながら、図2に示すような従来のベルヌーイチャックには、以下のような課題があった。例えば、図3のような縦型エピタキシャル成長装置31によってウェーハの主表面上にシリコンエピタキシャル層を成長させた直後のシリコンエピタキシャルウェーハ32をベルヌーイチャックCで吸着する場合において、エピタキシャル層が成長された主表面を上面とすると、シリコンエピタキシャルウェーハ32は下に凸の形に反る。このとき、窒素ガスを吹き出すガス流出口5とウェーハ主表面中心部の距離は反りによって大きくなるため、シリコンエピタキシャルウェーハ32の主表面近傍にウェーハの中心から外周へ向かう窒素ガスの流れをつくり、シリコンエピタキシャルウェーハ32の主表面側と主裏面側の間に窒素ガスの流速の差を形成することによってシリコンエピタキシャルウェーハ32に浮力を与えられるだけの窒素ガスを大量にシリコンエピタキシャルウェーハ32の中心部へ吹き付ける必要がある。そのためには、窒素ガスの流出圧力を大きくする必要がある。
However, the conventional Bernoulli chuck as shown in FIG. 2 has the following problems. For example, when the silicon epitaxial wafer 32 immediately after the silicon epitaxial layer is grown on the main surface of the wafer by the vertical epitaxial growth apparatus 31 as shown in FIG. 3 is adsorbed by the Bernoulli chuck C, the main surface on which the epitaxial layer has been grown. Is the upper surface, the silicon epitaxial wafer 32 warps in a convex shape. At this time, since the distance between the
窒素ガスの圧力が小さいと、シリコンエピタキシャルウェーハ32の主表面近傍に十分な窒素ガスの流れが形成されず、浮力を与えることができないので、ベルヌーイチャックCにシリコンエピタキシャルウェーハ32を吸着させることができない。そのため、全てのシリコンエピタキシャルウェーハ32を吸着できるだけの十分な窒素ガスをガス流出口5から吹き出させる必要があるが、高い圧力の窒素ガスをウェーハ中心部へ大量に吹き付けると、中心部のみが急速に冷やされてしまうため、シリコンエピタキシャルウェーハ32は大きく変形してしまうことがある。このとき、シリコンエピタキシャルウェーハ32のウェーハ厚さが薄いと、窒素ガスを吹き付けた瞬間にウェーハ自体の変形によって割れてしまうことがある。また、たとえ割れなくてもウェーハ自体の大きな変形のため、櫛歯付きウェーハ収納用カセットへウェーハを挿入する際、ウェーハが正規の櫛歯位置からずれて収納されることがある。さらに、高い圧力の窒素ガスをウェーハ中心部へ吹き付けると、ウェーハとベルヌーイチャックとの間を通って外部へ流れ出る窒素ガスが、その高い圧力のため、エピタキシャル成長装置内の冶具やサセプター33上のパーティクルを巻き上げてしまい、ウェーハ表面にパーティクルを付着させてしまうことがある。
If the pressure of the nitrogen gas is small, a sufficient flow of nitrogen gas is not formed in the vicinity of the main surface of the silicon epitaxial wafer 32 and buoyancy cannot be imparted, so that the silicon epitaxial wafer 32 cannot be adsorbed to the Bernoulli chuck C. . Therefore, it is necessary to blow out enough nitrogen gas from the
また、エピタキシャル成長直後よりも冷却されたシリコンエピタキシャルウェーハを吸着する場合、該シリコンエピタキシャルウェーハの反りはエピタキシャル成長直後よりも小さくなっているため、ベルヌーイチャックCに吸着された際には、エピタキシャル成長された主表面を上面としたとき、シリコンエピタキシャルウェーハは上に凸に反る形となり、シリコンエピタキシャルウェーハの中心部が円板状治具4に接触して、その接触部分にキズが発生することがある。さらに、このキズと、高い圧力の窒素ガスのウェーハ中心部への大量吹き付けで起きるウェーハ中心部の急冷によるウェーハの変形とによって、甚だしい場合にはシリコンエピタキシャルウェーハが割れる場合もある。
Further, when a silicon epitaxial wafer that has been cooled more than immediately after the epitaxial growth is adsorbed, the warp of the silicon epitaxial wafer is smaller than that immediately after the epitaxial growth. The upper surface of the silicon epitaxial wafer warps upward, and the center portion of the silicon epitaxial wafer may come into contact with the disk-
ウェーハの主表面上に厚くシリコンエピタキシャル層が形成されると、該エピタキシャル層が形成された主表面を上面とした場合、シリコンエピタキシャルウェーハ32はシリコンエピタキシャル層が厚い分だけ、より大きく下に凸の形に反る。このため、該ウェーハ32の裏面と該ウェーハを載置しているサセプター33のエッジ部が全体的に接触するかたちとなり、ベルヌーイチャックCで窒素ガスをシリコンエピタキシャルウェーハ32に吹き付けても、ウェーハ32の裏面とサセプター33の接触部で窒素ガスの流れが遮断され、ウェーハ32に浮力が生じないことがある。 When a thick silicon epitaxial layer is formed on the main surface of the wafer, when the main surface on which the epitaxial layer is formed is used as an upper surface, the silicon epitaxial wafer 32 is larger and convex downward as the silicon epitaxial layer is thicker. Warp in shape. For this reason, the back surface of the wafer 32 and the edge portion of the susceptor 33 on which the wafer is placed are in contact with each other, and even if nitrogen gas is blown onto the silicon epitaxial wafer 32 by the Bernoulli chuck C, The flow of nitrogen gas is blocked at the contact portion between the back surface and the susceptor 33, and buoyancy may not occur in the wafer 32.
そのため、シリコンエピタキシャルウェーハ32の裏面とサセプター33の間に窒素ガスを吹き込んで該ウェーハ32の位置をずらし、シリコンエピタキシャルウェーハ32の裏面とサセプター33との間に隙間を設けて窒素ガスをそのウェーハ32の裏面に回り込みやすくした後、ベルヌーイチャックCで窒素ガスをウェーハ32に吹き付けて吸着させる手法を取っていたが、この方法を用いるとサセプター33に付着していたパーティクルが舞い上がったり、エピタキシャル成長装置31内に付着していたエピタキシャル副生成物が剥離し落下することがあり、シリコンエピタキシャルウェーハ32のエピタキシャル層の主表面上にこれらが付着してしまうことがある。さらに、このような厚いエピタキシャル層を成長させたり、サセプター33にピンホール等がある場合、シリコンエピタキシャルウェーハ32の裏面とサセプター33の接触部分の貼り付きが大きくなってしまうことがあり、そのような状態で窒素ガスを吹き込むとシリコンエピタキシャルウェーハ32が割れてしまうことがある。 Therefore, nitrogen gas is blown between the back surface of the silicon epitaxial wafer 32 and the susceptor 33 to shift the position of the wafer 32, and a gap is provided between the back surface of the silicon epitaxial wafer 32 and the susceptor 33 so that the nitrogen gas is supplied to the wafer 32. In this case, the Bernoulli chuck C sprays nitrogen gas onto the wafer 32 and adsorbs the wafer 32. However, when this method is used, particles adhering to the susceptor 33 rise or the inside of the epitaxial growth apparatus 31 In some cases, the epitaxial by-products that have adhered to the surface of the silicon epitaxial wafer 32 may peel off and fall, and these may adhere to the main surface of the epitaxial layer of the silicon epitaxial wafer 32. Furthermore, when such a thick epitaxial layer is grown or when there is a pinhole or the like in the susceptor 33, the contact between the back surface of the silicon epitaxial wafer 32 and the susceptor 33 may become large. If nitrogen gas is blown in this state, the silicon epitaxial wafer 32 may be broken.
そして、このような窒素ガスの吹き込み作業を行いながらシリコンエピタキシャルウェーハ32をベルヌーイチャックCで吸着し、エピタキシャル成長装置31から取り出す場合、取り出しに時間がかかってしまい、エピタキシャル成長装置31内の石英製ベルジャー34を長時間大気に曝すことになる。すると、ベルジャー34に付着している副生成物に空気中の水分が吸着される。この吸着された水分はエピタキシャル成長中に副生成物から脱離し、ベルジャー34内のウェーハ32の主表面に付着してクモリを発生させる。このクモリがひどくなると、ベルジャー34の交換を行う必要が生じるが、交換を行う場合には該ベルジャー34を長時間大気にさらすこととなり、エピタキシャル成長装置の稼働率を悪くし、ひいてはシリコンエピタキシャルウェーハの製造効率を悪くする。また、交換されて取り外されたベルジャーは薬液洗浄されるため、石英がフッ酸でエッチングされ、劣化が早まることがある。
When the silicon epitaxial wafer 32 is adsorbed by the Bernoulli chuck C and taken out from the epitaxial growth apparatus 31 while performing such nitrogen gas blowing operation, it takes time to take out the
また、図4のようなシリンダータイプのエピタキシャル成長装置41でエピタキシャル層が成長されたシリコンエピタキシャルウェーハ42を図2のベルヌーイチャックCで吸着させて取り出す場合、該ウェーハ42は略垂直に立てかけられた状態でサセプター43に保持されており、ベルヌーイチャックCをシリコンエピタキシャルウェーハ42に対向させてガス流出口5から窒素ガスを吹き付けると、重力の作用で鉛直上向きに向かう窒素ガス流と鉛直下向きに向かう窒素ガス流が不均一になり、それによってシリコンエピタキシャルウェーハ42も不均一に傾いてベルヌーイチャックCへ吸着される。そのため、ウェーハ42の外周部の一部とベルヌーイチャックCの円板状治具4が接触し、円板状治具4に付着していたパーティクルがウェーハ42のシリコンエピタキシャル層主表面に付着して該主表面を汚してしまうことがある。さらに、ウェーハの直径が大きくなると、ウェーハの重量も大きくなるため、ベルヌーイチャックCでの吸着がより困難になる。
When the silicon epitaxial wafer 42 on which the epitaxial layer is grown by the cylinder type epitaxial growth apparatus 41 as shown in FIG. 4 is adsorbed and taken out by the Bernoulli chuck C shown in FIG. 2, the wafer 42 is in a state of leaning substantially vertically. When nitrogen gas is blown from the
なお、特許文献1に記載されたベルヌーイチャックは、回転プレートの回転によりガス流出口の開口面積を自由に変更することができるが、その回転プレートの回転による部材の摺動によりパーティクルが発生し、それが吸着対象のウェーハ主表面に付着する可能性がある。
The Bernoulli chuck described in
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、吸着対象のウェーハの変形やワレを防止し、該ウェーハの主表面にキズを発生させたり、パーティクルを付着させたりせずに良好な主表面状態を保つことができるベルヌーイチャックを提供することを目的とする。また、シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル成長装置からの取り出し作業の効率を高めることができるベルヌーイチャックを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and prevents deformation and cracking of the wafer to be attracted, which is good without causing scratches or adhering particles on the main surface of the wafer. An object of the present invention is to provide a Bernoulli chuck capable of maintaining the main surface state. It is another object of the present invention to provide a Bernoulli chuck capable of increasing the efficiency of taking out a silicon epitaxial wafer from an epitaxial growth apparatus.
上記課題を解決するために、本発明は、ウェーハ搬送に用いるベルヌーイチャックであって、ウェーハ吸着面の幾何学的中心位置とは異なる位置に、ウェーハを吸着するためのガスを流出する複数のガス流出口が前記幾何学的中心位置に対する周方向に分散配置され、かつ前記ウェーハの半径をRとしたとき、これら複数のガス流出口は全て、前記ウェーハ吸着面の前記幾何学的中心位置から半径2mm以上、2R/3以下のリング状領域にあることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention is a Bernoulli chuck used for wafer conveyance, and a plurality of gases that discharge gas for adsorbing a wafer to a position different from the geometric center position of the wafer adsorption surface. When the outlets are distributed in the circumferential direction with respect to the geometric center position and the radius of the wafer is R, all of the plurality of gas outlets have a radius from the geometric center position of the wafer adsorption surface. It is in a ring-shaped region of 2 mm or more and 2R / 3 or less.
このようなベルヌーイチャックであれば、ウェーハ吸着面の幾何学的中心位置から半径2mm以上2R/3以下のリング状領域に複数のガス流出口が形成されているため、前記ガス流出口からウェーハ外周端部までの距離を長くとることができる。これにより、ガス流出口から流出するガスは、半径方向外側へ向かって広がる過程でガスの線速が遅くなり、吸着対象のウェーハの主裏面に対し回り込みやすいガス流を形成しやすくなる。そのため、ガス流出口が複数形成されていることによるガス流の均一化との相乗効果により、流出させるガスの量及び圧力を減らすことができ、ウェーハの変形やワレ、ウェーハの主表面に発生するキズを防止することができる。 In such a Bernoulli chuck, a plurality of gas outlets are formed in a ring-shaped region having a radius of 2 mm or more and 2R / 3 or less from the geometric center position of the wafer suction surface. The distance to the end can be increased. As a result, the gas flowing out from the gas outlet becomes slow in the process of spreading outward in the radial direction, and the gas linear velocity becomes slow, and it becomes easy to form a gas flow that easily goes around the main back surface of the wafer to be adsorbed. Therefore, due to the synergistic effect with the uniform gas flow due to the formation of a plurality of gas outlets, the amount and pressure of the gas to be discharged can be reduced, and the wafer is deformed or cracked, and is generated on the main surface of the wafer. Scratches can be prevented.
この場合、前記ウェーハ吸着面に形成された前記複数のガス流出口の平均位置が前記ウェーハ吸着面の前記幾何学的中心位置と一致することが好ましい。ガス流出口を上記のように配置すれば、吸着対象のウェーハの中心近傍から外周部へ向けて均一なガス流をより形成しやすくなるので、より良好な状態でウェーハを吸着することができる。 In this case, it is preferable that an average position of the plurality of gas outlets formed on the wafer suction surface coincides with the geometric center position of the wafer suction surface. If the gas outlet is arranged as described above, it becomes easier to form a uniform gas flow from the vicinity of the center of the wafer to be adsorbed toward the outer peripheral portion, so that the wafer can be adsorbed in a better state.
また、前記複数のガス流出口は、前記ウェーハ吸着面の前記幾何学的中心位置に対して円周方向に等間隔で配置されていることがなお好ましい。このように、ウェーハ吸着面の幾何学的中心位置に対して円周方向に等間隔で配置されるよう複数のガス流出口を形成すれば、さらに均一なガス流を形成することができ、より良好な状態でウェーハを吸着することができる。 The plurality of gas outlets are preferably arranged at equal intervals in the circumferential direction with respect to the geometric center position of the wafer adsorption surface. In this way, if a plurality of gas outlets are formed so as to be arranged at equal intervals in the circumferential direction with respect to the geometric center position of the wafer suction surface, a more uniform gas flow can be formed. The wafer can be adsorbed in a good state.
さらに、前記複数のガス流出口は、前記ウェーハ吸着面に対し傾斜して設けられることが好ましい。ガス流出口が、ウェーハ吸着面に対し傾斜することなく、吸着対象であるウェーハに対して垂直に形成されている場合は、流出するガスがウェーハに対して垂直に衝突し、その際にそのガスの流れが乱れる可能性がある。この場合、ウェーハの外周方向に向かうガスの流れは均一化されず、従って、ウェーハを安定して吸着することが困難となる可能性がある。ところが、上記のように、ガス流出口がウェーハ吸着面に対し傾斜して形成されることで、ガスがウェーハに対して衝突する際に生じるガスの乱れを抑制することができ、従って、ウェーハを安定して吸着することができる。 Furthermore, it is preferable that the plurality of gas outlets are provided to be inclined with respect to the wafer adsorption surface. When the gas outlet is formed perpendicular to the wafer to be sucked without being inclined with respect to the wafer suction surface, the outflowing gas collides with the wafer perpendicularly, and the gas The flow may be disturbed. In this case, the gas flow toward the outer periphery of the wafer is not uniform, and therefore it may be difficult to stably adsorb the wafer. However, as described above, the gas outlet is formed so as to be inclined with respect to the wafer adsorption surface, so that the gas turbulence that occurs when the gas collides with the wafer can be suppressed. It can be adsorbed stably.
そして、前記複数のガス流出口は、前記ウェーハ吸着面に対し外側方向へ放射状に形成されることが好ましい。このようなガス流出口を形成すれば、ガスが自然とウェーハの中心近傍から外周部へ向けて流出するので、ウェーハの外周方向へ向かう均一なガス流をより形成しやすくなり、さらに良好な状態でウェーハを吸着することができる。なお、これらのガス流出口は、ウェーハ吸着面に対して外側方向へ向けて傾斜していればよいので、その傾斜角度に関しては特に限定されず、任意に決定してよい。 The plurality of gas outlets are preferably formed radially outward with respect to the wafer adsorption surface. If such a gas outlet is formed, the gas naturally flows out from the vicinity of the center of the wafer toward the outer peripheral portion, so that it becomes easier to form a uniform gas flow toward the outer peripheral direction of the wafer, and a better state Can attract the wafer. Note that these gas outlets only need to be inclined toward the outer side with respect to the wafer adsorption surface, and the inclination angle is not particularly limited and may be arbitrarily determined.
このとき、ガス流出口は3〜8個であることが好ましい。ガス流出口が3個以上であれば、ウェーハを好適に吸着できる。また、ガス流出口の数を多く形成する程、コストがかかるので、ガス流出口の数が8個以下であれば、コストの安いベルヌーイチャックを作製できる。 At this time, it is preferable that there are 3 to 8 gas outlets. If there are three or more gas outlets, the wafer can be adsorbed suitably. In addition, since the cost increases as the number of gas outlets increases, a Bernoulli chuck with a low cost can be manufactured if the number of gas outlets is eight or less.
ガス流出口の大きさは、直径または短径が2mm以下であることが好ましい。直径または短径がこれより大きくなると、ガスの圧力を上げてもガスの線速が大きくならず、ウェーハの吸着がしづらくなる。 The gas outlet is preferably 2 mm or less in diameter or minor axis. If the diameter or the short diameter is larger than this, even if the gas pressure is increased, the linear velocity of the gas does not increase, and it becomes difficult to attract the wafer.
本発明のベルヌーイチャックによれば、ウェーハを吸着するためのガス圧力やガス流量を小さくでき、ウェーハの主表面に均一なガス流を形成することができるので、ウェーハを均一に吸着でき、ウェーハのゆがみやワレ、ウェーハとベルヌーイチャック部材との接触、およびウェーハ主表面中心部に発生するキズを防止することができる。また、ウェーハ裏面とサセプターとの間にガスを吹き込まなくてもウェーハを本発明のベルヌーイチャックで吸着できるようになるため、サセプター上のパーティクルを巻き上げたり、エピタキシャル成長装置部材に付着したエピタキシャル副生成物を剥離、落下させることがなくなり、ウェーハ主表面をパーティクルの少ない良好な状態に保つことが可能となる。さらに、エピタキシャル成長装置からのシリコンエピタキシャルウェーハの取り出し作業を短縮できるので、エピタキシャル層表面に生ずるクモリを防止できるとともに、エピタキシャル成長装置に載置されているベルジャーをはじめとする石英部品の交換頻度を抑えることも可能となるため、交換時に行われるエッチングによるこれらの石英部品の劣化を防ぐことができる。 According to the Bernoulli chuck of the present invention, the gas pressure and gas flow for adsorbing the wafer can be reduced, and a uniform gas flow can be formed on the main surface of the wafer. It is possible to prevent distortion and cracking, contact between the wafer and the Bernoulli chuck member, and scratches generated at the center of the wafer main surface. In addition, since the wafer can be adsorbed by the Bernoulli chuck of the present invention without blowing a gas between the wafer back surface and the susceptor, particles on the susceptor are rolled up, or an epitaxial byproduct attached to the epitaxial growth apparatus member is removed. The main surface of the wafer can be kept in a good state with few particles. Furthermore, since the operation of taking out the silicon epitaxial wafer from the epitaxial growth apparatus can be shortened, it is possible to prevent spiders generated on the surface of the epitaxial layer and to suppress the replacement frequency of quartz parts such as bell jars mounted on the epitaxial growth apparatus. Therefore, deterioration of these quartz parts due to etching performed at the time of replacement can be prevented.
以下、本発明のベルヌーイチャックを発明する過程で行った各種実験およびその実験結果と、その結果として得られた本発明のベルヌーイチャックについて、図面を参照してさらに詳細に説明する。なお、本発明が、下記に示すベルヌーイチャックに限定されないことは言うまでもない。 Hereinafter, various experiments conducted in the process of inventing the Bernoulli chuck of the present invention, the results of the experiments, and the Bernoulli chuck of the present invention obtained as a result will be described in more detail with reference to the drawings. Needless to say, the present invention is not limited to the Bernoulli chuck shown below.
(実験1)
図5のような直径約150mmのシリコンエピタキシャルウェーハ(いわゆる6インチシリコンエピタキシャルウェーハ)吸着用のベルヌーイチャックCを準備した。このベルヌーイチャックCでは、ベルヌーイチャックCの円板状治具4の中心にガス流出口7を、その中心から半径50mmの円周上に4つのガス流出口8を形成した。このとき、形成されたガス流出口7及び8は、ウェーハ吸着面に対して垂直に形成されている。そして、このベルヌーイチャックCを用いて、窒素ガスの圧力と流量を減らすことができるか検討するために、直径約150mmのシリコンエピタキシャルウェーハ(6インチウェーハ)の吸着試験を行った。冷却された常温のシリコンエピタキシャルウェーハを吸着したところ、該ウェーハの中心部にベルヌーイチャックCとの接触による従来のような接触キズが発生することはなくなった。しかしながら、エピタキシャル成長直後のウェーハを吸着する場合には、従来の中心1つ穴のベルヌーイチャックC(図2参照)と同じくシリコンエピタキシャルウェーハの変形が発生し、櫛歯付きウェーハ収納用カセットへ該ウェーハを挿入する際、前記ウェーハが正規の櫛歯位置からずれて収納されることがあった。なお、図5は、図5の(a)が、上記ベルヌーイチャックをウェーハ吸着面側から見た平面図を、図5の(b)が、ガス配管側から見た平面図を、図5の(c)が、そのA−A断面図をそれぞれ示しているとともに、図5のうち、図2と同様の部品については同じ符号を付けて説明している。
(Experiment 1)
A Bernoulli chuck C for adsorbing a silicon epitaxial wafer (so-called 6-inch silicon epitaxial wafer) having a diameter of about 150 mm as shown in FIG. 5 was prepared. In this Bernoulli chuck C, a
(実験2)
上記実験1の結果を受けて、ベルヌーイチャックCの円板状治具4のガス流出口7を塞ぎ、前記中心から半径50mmの円周上に4つのガス流出口8のみから窒素ガスを流出させることにした。その結果、エピタキシャル成長直後の高温のシリコンエピタキシャルウェーハであっても、大きな変形を生じさせずに吸着できることがわかった。そのため、ウェーハのワレが防止できるとともに、上記のようなウェーハ収納時のトラブルが発生しなくなった。
(Experiment 2)
In response to the result of the
さらに、ベルヌーイチャックCのウェーハ吸着面の中心穴を塞いだ状態で、上記特許文献1乃至3のように、ウェーハ吸着面の外縁部付近、すなわち、ウェーハの半径をRとしたとき、ベルヌーイチャックCにおけるウェーハ吸着面の幾何学的中心位置から2R/3を越えた位置にガス流出口があると、該ガス流出口からウェーハ外周端部までわずかな距離しかないため、ウェーハ外周端部における窒素ガス流の線速が速くて、ガスがウェーハ裏面へ回り込まず、ウェーハの吸着ができない場合のあることがわかった。そして、ウェーハ吸着面とウェーハの間が水平でなく、わずかに傾いている場合には、たとえウェーハが吸着できても、ウェーハがウェーハ吸着面の正規の吸着位置からずれて吸着されてしまう可能性があった。また、ウェーハの吸着以外にも、実験2で使用した図5に示されるようなベルヌーイチャックCは、ガスバッファ部9を設けたため重くなり、ハンドリングが難しくなるといった問題も生じた。さらに、ガス流出口7または8にゴミ等が詰まったり、ガスバッファ部9に高い圧力のガスが供給されたりすると、ガスバッファ部9内の圧力が過度に上昇し、該ガスバッファ部9が破壊されてしまうといった不具合も生じた。
Further, when the center hole of the wafer suction surface of the Bernoulli chuck C is closed, as in
(実験3)
ガス流出口の平均位置がベルヌーイチャックのウェーハ吸着面の幾何学的中心以外にあるときの、ウェーハ吸着状況を調べる為に、図6に示すようなベルヌーイチャックCによるウェーハ吸着試験を行った。このベルヌーイチャックCの中には特許文献1のベルヌーイチャックと同様に、ガス流通経路を形成した石英プレートとガス流出口を形成した石英プレートを貼り合わせて製造されているものもある。また、ガス流出口5の平均位置はウェーハ吸着面の幾何学的中心からずれていて、ベルヌーイチャックCの一部に偏って形成されている。このようなベルヌーイチャックCでウェーハを吸着する場合、ウェーハ外周部へ向かうガス流が不均一になるため、ウェーハに不均一な浮力が与えられ、ウェーハがウェーハ吸着面の幾何学的中心からずれて吸着されたり、ウェーハと円盤状冶具4とが接触してしまうことがあった。
(Experiment 3)
In order to examine the wafer adsorption state when the average position of the gas outlet is outside the geometric center of the wafer adsorption surface of the Bernoulli chuck, a wafer adsorption test using a Bernoulli chuck C as shown in FIG. 6 was performed. Some Bernoulli chucks C are manufactured by bonding a quartz plate having a gas flow path and a quartz plate having a gas outlet, as in the Bernoulli chuck of
本発明者は、上記のような実験1〜3を行い、ベルヌーイチャックでウェーハを吸着する際に発生するウェーハの変形やワレの原因が、ベルヌーイチャックのウェーハ吸着面の幾何学的中心に形成されるガス流出口から大量、高圧の窒素ガスをウェーハ主表面に対し吹き付けることにあることを突き止め、ガス流出口の配置や位置、角度、形状を鋭意検討した。その結果、ウェーハ主表面近傍に形成されるガス流がウェーハ全面においてウェーハ中心近傍から外周部へ向かって均一に形成されるとともに、ウェーハ主裏面に該ガス流が回りこむような線速になるようにガス流出口の配置や位置、角度、形状を決定すれば、ガス流出口から流出される窒素ガスの圧力、流量を小さくでき、ウェーハのゆがみやワレ、及びウェーハ中心部に発生するキズが防げることに想到し、本発明を完成させた。
The inventor performs the
すなわち、上記実験から、図1に示すようにベルヌーイチャックCのウェーハ吸着面4の幾何学的中心位置にガス流出口がなく、複数のガス流出口5が該中心位置に対する周方向に分散配置され、なおかつ、ウェーハの半径をRとしたとき、複数のガス流出口5が全て前記中心位置から半径2mm以上、2R/3以下のリング状領域にある本発明のベルヌーイチャックであれば、ガス流出口5からウェーハ外周端部までの距離が十分あるので、前記ガス流出口5から流出されたガスの線速はウェーハ外周端部で十分遅くなり、ウェーハの裏面側に回りこみやすくなる。これにより本発明のベルヌーイチャックCはウェーハに浮力を与えやすくなるため、厚膜のシリコンエピタキシャルウェーハや直径約150mm以上(6インチ以上)のシリコンエピタキシャルウェーハを確実に吸着できるうえ、ウェーハの変形やワレも非常に少なくすることができる。また、温度の下がったシリコンエピタキシャルウェーハを吸着する場合においても、ウェーハの中心部にベルヌーイチャックとの接触キズを発生させることがない。なお、図1は、図1の(a)が、上記ベルヌーイチャックをウェーハ吸着面側から見た平面図を、図1の(b)が、ガス配管側から見た平面図を、図1の(c)が、そのA−A断面図をそれぞれ示しているとともに、図1のうち、図2と同様の部品については同じ符号を付けて説明している。
That is, from the above experiment, as shown in FIG. 1, there is no gas outlet at the geometric center position of the
このとき、複数のガス流出口5の位置は、前記中心位置から半径2mm以上0.5R以下のリング状領域にあることが好ましく、さらには、半径2mm以上0.2R以下のリング状領域にあることが好ましい。このような領域にガス流出口5があれば、ウェーハの中心から外周にわたって、より広い範囲に均一なガス流を形成できるので、図7に示すように、ウェーハに浮力を与えてベルヌーイチャックに吸着させる吸着圧力と、ウェーハをベルヌーイチャックに保持させておく最低保持圧力とを両方とも低くでき、それに応じてガス流出量も小さくすることができる。ここで、最低保持圧力とは、ベルヌーイチャックに吸着させておいたウェーハがベルヌーイチャックから落下する寸前の圧力のことである。
At this time, the positions of the plurality of
図7に示されるとおり、ウェーハの半径をRとすると、ガス流出口位置がベルヌーイチャックのウェーハ吸着面の幾何学的中心位置から2R/3より大きいリング状領域にあれば、最低保持圧力(ウェーハ吸着後、吸着を維持するために必要なガスの最低圧力)は低く保てるが、吸着圧力(ウェーハを吸着するために必要なガスの最低圧力)は大きくせざるを得ず、ガス流出量もそれに応じて大きくする必要がある。そして、ガス流出量が大きくなれば、ウェーハが変形する可能性も高くなる。しかし、前記中心位置から半径2mm以上2/3R以下、より好ましくは半径2mm以上0.5R以下、さらに好ましくは半径2mm以上0.2R以下のリング状領域にガス流出口5が形成されていれば、保持圧力だけでなく、吸着圧力も低く保てるので、ガス流出量も小さくできる。そして、大量のガスがウェーハ主表面に吹き付けられることがなくなるので、ウェーハの変形する可能性はほとんどなくなる。
As shown in FIG. 7, when the radius of the wafer is R, if the gas outlet position is in a ring-shaped region larger than 2R / 3 from the geometric center position of the wafer suction surface of the Bernoulli chuck, the minimum holding pressure (wafer After adsorption, the minimum gas pressure necessary to maintain adsorption) can be kept low, but the adsorption pressure (minimum gas pressure necessary to adsorb the wafer) must be increased, and the amount of gas outflow is It needs to be increased accordingly. And if gas outflow amount becomes large, possibility that a wafer will change will also become high. However, if the
このとき、複数のガス流出口5の平均位置が前記ウェーハ吸着面の幾何学的中心位置と一致するようにガス流出口5を形成すれば、ウェーハ中心近傍からウェーハ外周部へ向かう放射状のガス流がウェーハ主表面上に形成されるので、均等な浮力をウェーハに与えることができ、ウェーハがずれて吸着されることを防ぐことができる。また、前記ガス流出口5が前記中心位置に対して円周方向に等間隔で配置されていれば、より均一な放射状のガス流が形成できるので、より好適にウェーハを吸着することができる。
At this time, if the
そして、前記複数のガス流出口5が、前記ベルヌーイチャックCのウェーハ吸着面に対し傾斜して設けられれば、ウェーハ主表面にガス流をより形成しやすくなるので、ウェーハをより吸着しやすくなる。特に、ガス流出口5が吸着面に対し外周側方向へ放射状に形成されれば、さらにウェーハ主表面に均一なガス流を形成しやすくなるので、ウェーハをさらに吸着しやすくなる。なお、このようにガス流出口5が傾斜して形成される場合には、ガス流出口5が形成される冶具(図1の場合の円盤状冶具4に相当する)をウェーハ吸着面の反対側から見た際に、その主表面に現れるガス流出口(図1の(A)の符号5´)が、ウェーハ吸着面の幾何学的中心位置から半径2mm以上、2R/3以下のリング状領域、特には前記中心位置から半径2mm以上0.5R以下のリング状領域にあることが好ましく、さらには、半径2mm以上0.2R以下のリング状領域にあることがより好ましい。なお、この場合、ガス流出口5が形成される冶具をウェーハ吸着面から見た場合のガス流出口5の位置は、ガス流出口5がウェーハ吸着面の内側方向に傾斜して形成されない限り、ウェーハ吸着面における幾何学的中心位置から半径2mm以上、2R/3以下のリング状領域にあることは言うまでもない。
If the plurality of
このとき、ガス流出口5が3個以上、より好ましくは4個以上であれば、ウェーハがずれずにベルヌーイチャックのウェーハ吸着面へ吸着される。一方、ガス流出口5が8個を越えると、ベルヌーイチャックの流出口付近の強度が低下し、加工が困難になるとともに、個数の増加に伴ってベルヌーイチャック製造のコストが上昇するので、ガス流出口5は3〜8個が好ましい。
At this time, if the number of
そして、ウェーハ吸着面に対しガス流出口5が傾斜していない場合は、ガス流出口の直径が2mm以下であることが好ましい。また、ウェーハ吸着面に対しガス流出口5が傾斜している場合は、ガス流出口5が略楕円形になっているので、その短径は2mm以下であることが好ましい。ガス流出口の直径または短径が2mmより大きくなると、ガスの流量は大きくなるが、ガスの線速は大きくならないため、ガス流量が多い分だけウェーハ表面に形成されるガス流が不均一になってウェーハにはたらく浮力が安定せず、吸着しづらいベルヌーイチャックになってしまう。
When the
上記のような本発明のベルヌーイチャックでエピタキシャル成長装置内のサセプター上にあるシリコンエピタキシャルウェーハを吸着する場合、例えば直径約150mmウェーハ(6インチウェーハ)用のベルヌーイチャックであっても直径約125mmウェーハ(5インチウェーハ)を吸着することができる。さらに、図4のシリンダータイプのエピタキシャル成長装置からウェーハを吸着、取り出しする場合には、直径約150mmウェーハ(6インチウェーハ)用のベルヌーイチャックで直径約100mmウェーハ(4インチウェーハ)を吸着することも可能である。したがって、図2のような従来のベルヌーイチャックでは、吸着対象のウェーハの大きさが異なれば、ベルヌーイチャックの円板状治具4を交換する必要があるが、本発明のベルヌーイチャックでは、そのような交換頻度が少なくなり、より作業効率を向上させることができる。また、前記特許文献1乃至3に記載のベルヌーイチャックでは、ガス流出口が吸着対象のウェーハ外縁部付近にあるため、本発明のベルヌーイチャックのように、本来吸着すべきウェーハより小さい大きさのウェーハを吸着することは原理的に不可能である。
When adsorbing a silicon epitaxial wafer on a susceptor in an epitaxial growth apparatus with the Bernoulli chuck of the present invention as described above, for example, even a Bernoulli chuck for a wafer having a diameter of about 150 mm (6 inch wafer) has a diameter of about 125 mm (5 mm Inch wafer) can be adsorbed. Furthermore, when a wafer is sucked and taken out from the cylinder type epitaxial growth apparatus shown in FIG. 4, it is possible to suck a wafer of about 100 mm in diameter (4 inch wafer) with a Bernoulli chuck for a wafer of about 150 mm in diameter (6 inch wafer). It is. Therefore, in the conventional Bernoulli chuck as shown in FIG. 2, if the size of the wafer to be attracted is different, the disc-
また、本発明のベルヌーイチャックを用いれば、バランスのよい浮力が吸着対象のウェーハに与えられるので、厚膜のエピタキシャル層を成長させたシリコンエピタキシャルウェーハや直径約150mm以上(6インチ以上)の大口径エピタキシャルウェーハであっても速やかに吸着可能である。したがって、これらのウェーハを吸着する際、ウェーハとサセプターの間に窒素ガスを吹き込む必要がないので、ウェーハをエピタキシャル成長装置から取り出す時間が短縮でき、装置の稼動効率を向上させることができる。そして、サセプターや成長装置内に設置される治具に付着したパーティクルを舞い上げることもないため、エピタキシャルウェーハの主表面を舞い上がったパーティクルで汚すこともなくなる。さらに、ウェーハ取り出し時間の短縮により、エピタキシャル層表面に生ずるクモリを防止できるとともに、エピタキシャル成長装置内のベルジャー等の石英部品の交換頻度を減らすことができるため、石英部品交換時のエッチングによる劣化を防ぐことが可能となる。 Further, if the Bernoulli chuck of the present invention is used, balanced buoyancy is imparted to the wafer to be attracted, so that a silicon epitaxial wafer with a thick epitaxial layer grown or a large diameter of about 150 mm or more (6 inches or more) is used. Even an epitaxial wafer can be adsorbed quickly. Therefore, when adsorbing these wafers, it is not necessary to blow nitrogen gas between the wafer and the susceptor. Therefore, the time for taking out the wafer from the epitaxial growth apparatus can be shortened, and the operation efficiency of the apparatus can be improved. Further, since particles adhering to a jig installed in the susceptor or the growth apparatus are not soared, the main surface of the epitaxial wafer is not contaminated with soaring particles. Furthermore, shortening the wafer take-out time can prevent spatter from occurring on the surface of the epitaxial layer, and the frequency of replacement of quartz parts such as bell jars in the epitaxial growth apparatus can be reduced, thereby preventing deterioration due to etching during quartz part replacement. Is possible.
以下、本発明の具体的な実施例とその使用状態の詳細について説明を行う。まず、本発明の直径約150mmウェーハ(6インチウェーハ)用ベルヌーイチャックを準備した。前記ベルヌーイチャックのウェーハ吸着盤(円板状治具:厚さ3mm)には、短直径(短径)1.8mm、長直径(長径)3.6mmの略楕円形をしたガス流出口が4個設けられており、ガス配管からガス流出口へ至るガス供給路はウェーハ吸着面に対し30°傾斜している。そして、これらのガス流出口は、ウェーハ吸着盤のウェーハ吸着面とは反対側において、ガス流出口の中心がウェーハ吸着面の幾何学的中心位置から半径5mmの円周上、すなわち該ウェーハ吸着盤をウェーハ吸着面から見た場合に、ガス流出口がウェーハ吸着面の幾何学的中心位置から約10mmの円周上に表れ、90°間隔で配置されている。この直径約150mmウェーハ(6インチウェーハ)用ベルヌーイチャックを用いて、エピタキシャル成長直後のシリコンエピタキシャルウェーハをサセプターから50枚取り出し、ウェーハ収納用カセットへ収納する作業を行った。その結果、ウェーハのワレは0枚、カセットの隣の櫛歯へずれて挿入されるウェーハ変形トラブルは0枚、ウェーハ1枚あたりの取り出し時間は平均約1秒、フィルター通過前の窒素ガス圧力は0.03MPaであった。 Hereinafter, specific examples of the present invention and details of the state of use will be described. First, a Bernoulli chuck for a wafer having a diameter of about 150 mm (6 inch wafer) according to the present invention was prepared. The Bernoulli chuck wafer suction disk (disk-shaped jig: 3 mm thick) has four gas outlets having a substantially elliptical shape with a short diameter (short diameter) of 1.8 mm and a long diameter (long diameter) of 3.6 mm. The gas supply path from the gas pipe to the gas outlet is inclined by 30 ° with respect to the wafer adsorption surface. These gas outlets are located on the opposite side of the wafer suction surface from the wafer suction surface, and the center of the gas outlet is on the circumference having a radius of 5 mm from the geometric center position of the wafer suction surface, that is, the wafer suction plate. When viewed from the wafer suction surface, the gas outlets appear on a circumference of about 10 mm from the geometric center position of the wafer suction surface and are arranged at intervals of 90 °. Using this Bernoulli chuck for a wafer having a diameter of about 150 mm (6 inch wafer), 50 silicon epitaxial wafers immediately after epitaxial growth were taken out of the susceptor and stored in a wafer storage cassette. As a result, there were no wafer cracks, no wafer deformation troubles that were shifted to the comb teeth next to the cassette, the average removal time per wafer was about 1 second, and the nitrogen gas pressure before passing through the filter was It was 0.03 MPa.
比較例として、ベルヌーイチャックのウェーハ吸着盤の中央に直径4mmの円形ガス流出口を1つ設けた直径約150mmウェーハ(6インチウェーハ)用の従来のベルヌーイチャックを準備した。この従来の直径約150mmウェーハ(6インチウェーハ)用ベルヌーイチャックを用いて、エピタキシャル成長直後のシリコンエピタキシャルウェーハをサセプターから50枚取り出し、ウェーハ収納用カセットへ収納する作業を行った。その結果、ウェーハのワレは2枚、カセットの隣の櫛歯へずれて挿入されるウェーハ変形トラブルは3枚、ウェーハ1枚あたりの取り出し時間は平均約6秒、フィルター通過前の窒素ガス圧力は0.25MPaであった。 As a comparative example, a conventional Bernoulli chuck for a wafer having a diameter of about 150 mm (6 inch wafer) in which one circular gas outlet having a diameter of 4 mm was provided at the center of the wafer suction disk of the Bernoulli chuck was prepared. Using this conventional Bernoulli chuck for a wafer having a diameter of about 150 mm (6 inch wafer), 50 silicon epitaxial wafers immediately after epitaxial growth were taken out of the susceptor and stored in a wafer storage cassette. As a result, there were 2 wafer cracks, 3 wafer deformation troubles that were shifted and inserted into the comb teeth next to the cassette, the average removal time per wafer was about 6 seconds, and the nitrogen gas pressure before passing through the filter was It was 0.25 MPa.
以上、本発明のベルヌーイチャックを図面を参照して説明したが、上述したベルヌーイチャックは、ガス流出口を備えるウェーハ吸着面を有するとともに、該ウェーハ吸着面にウェーハを対向配置し、前記ガス流出口からガスを噴出することにより、ベルヌーイ効果を利用して前記ウェーハを吸着し、前記ウェーハを非接触状態に保持しつつ搬送することができるウェーハ搬送装置であり、図1に示すような構成をなすものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。また、本発明のベルヌーイチャックは、エピタキシャル成長装置からウェーハを取り出す作業に使用されるだけでなく、レジスト塗布装置やエッチング装置等、ウェーハ搬送が必要な装置に組み込んで利用することが可能である。 The Bernoulli chuck of the present invention has been described above with reference to the drawings. The Bernoulli chuck described above has a wafer suction surface provided with a gas outlet, and a wafer is disposed opposite to the wafer suction surface. 1 is a wafer transfer apparatus capable of adsorbing the wafer by using the Bernoulli effect and transferring the wafer while keeping the wafer in a non-contact state by ejecting gas from However, the present invention is not limited to this. The Bernoulli chuck of the present invention is not only used for the operation of taking out a wafer from an epitaxial growth apparatus, but can also be used by being incorporated in an apparatus requiring wafer conveyance such as a resist coating apparatus or an etching apparatus.
C:ベルヌーイチャック
1、3:配管
2:フィルター
4:円板状治具(ウェーハ吸着面)
5、7、8:ガス流出口
5´:ウェーハ吸着面とは反対側から見たときのガス流出口(破線)
6:ピン
9:ガスバッファ部
31:縦型エピタキシャル成長装置
32、42:シリコンエピタキシャルウェーハ
33、43:サセプター
34、44:石英製ベルジャー
41:シリンダータイプのエピタキシャル成長装置
C:
5, 7, 8: Gas outlet 5 ': Gas outlet when viewed from the side opposite to the wafer suction surface (broken line)
6: Pin 9: Gas buffer section 31: Vertical epitaxial growth apparatus 32, 42: Silicon epitaxial wafer 33, 43:
Claims (3)
前記ウェーハ吸着面の幾何学的中心位置とは異なる位置に、3個以上8個以下の前記ガス流出口が前記幾何学的中心位置に対する円周方向に等間隔に配置されるとともに、前記ウェーハ保持部によって保持位置が定められる前記ウェーハの半径をRとしたとき、これら複数個のガス流出口は全て、その直径もしくは短径が2mm以下で、前記ウェーハ吸着面の前記幾何学的中心位置から半径2mm以上、2R/3以下のリング状領域にあり、かつこれら複数個のガス流出口の平均位置が前記ウェーハ吸着面の前記幾何学的中心位置と一致し、さらに、これら複数個のガス流出口が、前記ウェーハ吸着面に対し外側方向へ放射状に形成され、かつ前記ウェーハ吸着面に対し傾斜して設けられることを特徴とするベルヌーイチャック。 A wafer suction surface that faces the main surface of the wafer, a wafer holding portion that is disposed outside the outer periphery of the wafer suction surface and defines the holding position of the wafer, and from the wafer suction surface toward the surface of the wafer that faces the wafer A Bernoulli chuck used for transporting the wafer , comprising a disk-shaped jig having a gas outlet for discharging a gas for adsorbing the wafer ;
A position different from the geometric center position of the wafer suction surface, with three or more eight or less of the gas outlet is arranged at equal intervals in the circumferential direction with respect to the geometric center position, wherein the wafer holding when the radius of the wafer holding position is determined to be R by parts, all these multiple pieces of the gas outlet is below its diameter or minor diameter of 2 mm, a radius from the geometric center position of the wafer suction surface 2mm or more, 2R / 3 Ri less ring shaped region near, and the average position of the plurality of gas outlet coincides with the geometric center position of the wafer chucking surface, further, a plurality of gas flow thereof A Bernoulli chuck characterized in that outlets are formed radially outward with respect to the wafer suction surface and are inclined with respect to the wafer suction surface .
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