JP4853239B2 - ウェハ保持装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいて、ウェハを搬送するためにウェハを吸着保持するウェハ保持装置に関するものである。

従来、この種のウェハ保持装置は、ウェハの薄肉化に伴ってウェハを吸着面から浮遊状態で保持できるベルヌーイ法が採用されている。このベルヌーイ法ではウェハを正確な位置で浮遊状態に保持するために、吸着面の外方に設けたガイドピンを移動してウェハの位置決めを行なうウェハ保持装置が提案されている。（例えば特許文献１参照。）
しかし、このようなウェハ保持装置では、ウェハの位置決め時にガイドピンが移動して浮遊したウェアに衝突した際に、その衝撃でウェハに割れや欠けが発生し、歩留まりが低下するという問題があった。一方、半導体製造装置において回転テーブルに載置したウェハのクラックを防止するために、ストッパに固定した緩衝材を用いたものが知られている。（例えば特許文献２参照。）
特開平１１−９１９４９号公報（第３頁、第１図） 特開平６−２１６２１８号公報（第３頁、第１図）

上記の半導体製造装置における緩衝材は、自由に移動するウェハの衝撃を考慮したものでない。したがって、上記のウェハ保持装置にこのような緩衝材を適用しても、ウェハが衝突したときにウェハとの接触位置の移動量が確保できないので、衝突の際の衝撃を十分に緩衝できず、ウェハの損傷を防止することは困難であった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ウェハに損傷を与えることなく、正確な位置でウェハを浮遊保持できるウェハ保持装置を得ることを目的とする。

この発明にかかるウェハ搬送装置は、気体の噴出によって負圧を発生して吸着面にウェハを浮遊保持する保持部材と、この保持部材の外周に所定間隔をおいて配設され、吸着面と略平行に進退自在のセンタリング機構と、このセンタリング機構に設けられ、ウェハの外周面と対向するウェハガイドと、このウェハガイドの夫々に設けられ、前記ウェハの外周面と接触したときにウェハの径方向に湾曲して該ウェハの外径に沿った形状に変形するポリアセタール樹脂からなる緩衝部材と、を備えたものである。

この発明は、センタリング機構に設けられたウェハガイドにウェハの径方向に湾曲して該ウェハの外径に沿った形状に変形するポリアセタール樹脂からなる緩衝部材を設けたので、位置決め時に緩衝部材の湾曲により浮遊するウェハとの接触位置の移動量が確保できるため、十分に衝撃を緩和できるので、ウェハを傷つけることなく正確な位置でウェハを浮遊保持でき、しかもウェハが金属部材に触れることがなく、金属で汚染されることがないウェハ保持装置を得ることができる。

実施の形態１．
図１〜３は本発明の実施の形態１におけるウェハ保持装置の構成を示したもので、図１（ａ）はウェハ保持装置の側面図、図１（ｂ）はウェハ搬送装置の底面図、図２（ａ）は緩衝部材とウェハの外周面との相応関係を示す平面図、図２（ｂ）は緩衝部材とウェハの外周面との相応関係を示す側面図、図３は緩衝部材の取付け状態を示す図である。図において、ウェハ保持装置１は、円形平板状の吸着面２ａを有する保持部材２と、この保持部材２の外周に所定間隔をおいて放射状に配設された６つのセンタリング機構３と、このセンタリング機構３に夫々設けられたウェハガイド４及びこのウェハガイド４に夫々設けられた薄い板状体からなる緩衝部材５とを有しており、前記吸着面２ａを下に向けてロボットアームやガイドレール等に取付けられ、半導体製造工程におけるウェハの搬送に用いられるものである。

保持部材２は、吸着面２ａの中央にガス噴出口２ｂを有し、このガス噴出口２ｂからは、図示しないガス供給手段から供給されるガスが噴出される。そして、前記吸着面２ａに対向するウェハ１０と吸着面２ａ間に高速流をつくって負圧を発生させ、いわゆるベルヌーイ効果によってウェハを浮遊させた状態で保持する。

センタリング機構３は、前記保持部材２の内部に設けられた駆動部６に連結され、前記吸着面２ａと略平行に進退自在となっている。そして、この駆動部６に連結された各センタリング機構３は、ガス供給口６ａから供給するガス圧を調整することにより、内蔵された駆動ばね６ｂの張力とガス圧がバランスする位置に連動して進退する。

ウェハガイド４は、前記各センタリング機構３の先端に前記ウェハ１０の外周面と対向するように設けられ、前記吸着面２ａの同心上に略円形を形成するように位置している。そして、前記センタリング機構３の進退にともない、前記吸着面２ａの同心上に形成する円を伸縮させる。

緩衝部材５はポリアセタール製の長尺の薄い板状体で、図２に示すようにウェハ１０と両端部５ｅが当たるように、ウェハ１０の外周面に相応して長尺方向をウェハ１０の外周半径よりも小さい曲率半径で湾曲した円弧状をなしている。そして、その円弧の中心が前記吸着面２ａの中心を向くように、図３に示すように湾曲方向の中央部５ｃを前記各ウェハガイド４に螺着されている。そのため、緩衝部材５は、自由端となる両端部５ｅが吸着面２ａの同心円上に位置し、前記吸着面２ａに浮遊保持されるウェハ１０の外周面と接触したときに該ウェハ１０の径方向に湾曲する。また、前記ウェハ１０の外周面に対向する面は、前記吸着面２ａの軸方向に対して平行となっている。また、軸方向長さについては、前記吸着面２ａから５ｍｍ以内の突き出し量で突出るように調整されている。なお、緩衝部材５としては、ポリアセタール以外にフッ素系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などの樹脂を用いることができる。また、緩衝部材５はウェハガイド４と一体的に形成しても良い。

次に、動作について説明する。
ガス供給口６ａに供給するガス圧力を上げると、各センタリング機構３が連動して押し出され、ウェハガイド４が形成する円がウェハ１０よりも大きくなる。この状態でウェハ保持装置１を図示しないロボットアームにより移動させ、図示しない台上に載置されたウェハ１０に吸着面２ａを近接して対向させる。そして、ガス供給手段から供給されたガスをガス噴出口２ａから噴出させると、前記吸着面２ａとウェハ１０間に高速流が生じて負圧となり、ウェハ１０は吸着面２ａに引き寄せられて、吸着面２ａから浮遊した状態で保持される。このとき、緩衝部材５の突き出し量を５ｍｍ以内に設定しているので、ウェハ１０が平坦な台に載置されている場合でもベルヌーイ効果で引き寄せることができる距離まで吸着面２ａをウェハ１０に近づけることができる。浮遊保持されたウェハ１０は吸着面２ａ上を自由に動くことができるが、その範囲は前記ウェハガイド４が形成した円（正確には、ウェハガイド４に取付けられた緩衝部材５の両端部５ｅにより形成される円）によって規制される。

次に、ウェハ１０の位置決め時には、ガス供給口６ａに供給するガス圧力を下げると、駆動ばね６ｂの張力により各センタリング機構３が連動して吸着面２ａの中心に向かって引き寄せられ、ウェハガイド４により形成される円が図４（ａ）に示すように小さくなる。そのため、吸着面２ａに浮遊保持されているウェハ１０の外周面はいずれかのウェハガイド４に設けられた緩衝部材５に衝突する。緩衝部材５は、ウェハ１０の外周面に相応してウェハ１０の外径よりも小さな曲率半径の円弧に湾曲しているので、ウェハ１０は撓みしろのない中心部５ｃよりも先に自由端である両端部５ｅに当たる。このとき、緩衝部材５はウェハ１０の径方向に湾曲するので、ウェハ１０との接触位置を移動させながらウェハ１０に作用する。そのため、ウェハ１０の衝突時の衝撃が接触位置を移動させながら緩和され、ウェハ１０の外周面に急激な力が短時間に集中してかかることがなく、割れや欠けを生じさせずにウェハ１０の浮遊範囲が狭められていく。しかも、緩衝部材５をその円弧の中心が吸着面２ａの中心を向くように配置しているので、ウェハ１０の運動方向が吸着面２ａの中心を結ぶ線からずれている場合、ウェハ１０が両端部５ｅのうち、ずれた方に位置する部分から力を大きく受けることになる。そのため、ウェハ１０は、緩衝部材５と衝突するたびに、ずれ方向を修正する方向に力が加えられて吸着面２ａの中心に向かうように運動方向が修正される。

さらに、ガス供給口６ａのガス圧を下げると、各センタリング機構３が連動して吸着面２ａの中心に向かって引き寄せられ、ウェハガイド４により形成される円が図４（ｂ）に示すようにウェハ１０の外径とほぼ一致してウェハ１０は吸着面２ａの中心に合わせて位置決めされる。このとき、緩衝部材５はウェハ１０の外径に沿った形状に変形するが、あらかじめ吸着面２ａの径方向に湾曲させているので、緩衝部材５のウェハ１０に対向する面は、吸着面２ａの軸方向に対して略平行となっている。特に、緩衝部材５の軸方向の長さは湾曲する径方向の長さに較べて短いので、軸方向に対する平行度を容易に維持することができる。

最後に、ウェハ１０を吸着面２ａの中心に合わせて位置決めした状態で、ウェハ１０を次の工程のウェハ設置部に搬送する。まず、ウェハ保持装置１を移動させて、ウェハ１０を図示しない次の工程でのウェハ設置部の設置面に対して正確な位置で対向させる。そして、ウェハ設置部に設けられた図示しない吸着機構を作動させると、ウェハ１０がウェハ設置面に引き寄せられる。このとき、ウェハ１０を位置決めしている緩衝部材５のウェハ１０の外周面に対向する面は、ウェハ１０の離脱方向である吸着面２ａの軸方向に対して略平行な状態を維持しているので、ウェハ１０は位置決めされた状態で緩衝部材５の面を滑り、ウェハ設置部の正確な位置に吸着保持される。その後、ウェハ保持装置１はウェハ１０に対するガス噴出口２ａからのガスの噴出しを止め、ウェハ設置部から離れ、次のウェハを搬送するための位置に移動する。

このように、本実施の形態によれば、ウェハ１０の径方向に湾曲する緩衝部材５を用いているので、ウェハ１０の外周面と接触したときに緩衝部材５がウェハ１０の径方向に湾曲してウェハ１０との接触位置を移動しながら衝撃を緩和することが可能となる。この場合、緩衝部材５の湾曲により、浮遊するウェハ１０との接触位置の移動量が確保できるため、十分に衝撃を緩和できるので、ウェハを傷つけることなく正確な位置でウェハを位置決めして浮遊保持することができる。さらに、緩衝部材５をウェハ１０の外周面に相応してウェハ１０の外周半径よりも小さい曲率半径で湾曲する円弧状とし、両端部を自由端としたので、ウェハ１０を撓みしろのある両端部５ｅに当てて確実に衝撃を緩和することができる。

また、両端部５ｅを吸着面２ａの同心円上に位置するように緩衝部材５をガイドフレーム３に取付けたので、ウェハ１０が衝突する毎にウェハ１０の移動方向を吸着面２ａの中央に向かうように案内し、速やかにウェハ１０の位置決めをすることが可能となる。

また、緩衝部材５のウェハ１０に対向する面がウェハ１０の離脱方向である吸着面２ａの軸方向に対して略平行となるので、正確な位置に位置決めした状態でウェハ１０を解放することができる。とくに、緩衝部材５の軸方向の長さを径方向の長さに較べて短くしたので、軸方向に対する平行度を維持することができる。

さらに、緩衝部材５には金属を含まないポリアセタール樹脂を用いているので、ウェハ１０が金属部材に触れることがなく、金属で汚染されることがない。

なお、比較例として上記実施の形態１の緩衝部材５の代わりにガイドピンをウェハガイド４に装着してウェハ１０の保持を行なった際にウェハ１０に発生するＳｉウェハの損傷例を図５に示す。ガイドピンとの衝突により、図５（ａ）に示すようにウェハ１０外周端部にチッピング１１ａが発生したり、図５（ｂ）に示すようにチッピング１１ａからさらに割れ１１ｂが発生したりすることがあった。その発生頻度はウェハの形状によっても変化し、図６（ａ）に示すような通常のウェハ２０の肉厚が比較的大きい場合では発生頻度は高くないが、図６（ｂ）に示すように薄肉化したウェハ３０では、外周端がナイフ状になっていることがあり、衝撃力が緩衝材との接触部に集中して損傷の発生頻度が高くなる。しかし、本実施の形態では、緩衝部材５がウェハ３０の径方向に湾曲することにより、ウェハ３０との接触位置を移動させながらウェハ３０に作用して衝撃力を緩和するので、ウェハ３０に急激な力が集中してかかることがない。よって、ウェハ３０に損傷を与えることがほとんどなく、ウェハの薄肉化に対しては顕著な効果を奏する。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２におけるウェハ保持装置を示すもので、ウェハ保持装置の底面図である。図において、保持部材３２の外周には、２つのセンタリング機構３３ａ、３３ｂが保持部材３２を挟むように対峙して設けられ、各センタリング機構３２ａ、３３ｂにはそれぞれ３つのウェハガイド３４がウェハ１０の外周面に対向するように設けられている。そして、図示しない駆動機構により、センタリング機構３３が、吸着面３２ａと略平行に進退するように連動して駆動される。各ウェハガイド３４には、実施の形態１と同様な緩衝部材３５がウェハ１０の外径とほぼ同じ円弧を描くようにそれぞれ設けられ、前記センタリング機構３３の距離が狭められたときに各緩衝部材５の円弧の中心が吸着面３２ａの中心を向くように配置している。その他は実施の形態１と同様である。

次に、動作について説明する。
本実施の形態におけるウェハ保持装置３１でも、センタリング機構３３の距離が離れた状態でウェハ保持装置１を移動させ、図示しない台上に載置されたウェハ１０に吸着面３２ａを近接して対向させる。そして、ガス噴出口３２ｂからガスを噴出させて、ウェハ１０を吸着面３２ａに引き寄せて、浮遊した状態で保持する。浮遊保持されたウェハ１０は吸着面３２ａの上を自由に動くことができるが、その範囲は前記ウェハガイド３４上に配置された緩衝部材３５によって規制される。

そして、センタリング機構３３を連動して吸着面３２ａの中心に向かって移動させ、距離を詰めると、吸着面３２ａ上に浮遊保持されているウェハ１０の外周面は緩衝部材３５のいずれかに衝突することになるが、衝突の際の衝撃は緩衝部材３５がウェハ１０の径方向に湾曲してウェハ１０との接触位置を移動させながら緩和することにより、ウェハ１０を傷つけることなくウェハ１０の浮遊範囲が狭められていく。さらに、緩衝部材３５が配置された円弧の中心が吸着面３２ａの中心と一致するまでセンタリング機構３３を移動させるとウェハ１０を吸着面３２ａの中心に位置決めすることができる。このときも、センタリング機構３３ａ、３３ｂ間の距離が近づくにつれ、緩衝部材３５の円弧の中心が吸着面３２ａの中心を向くようになるので、衝突のたびにウェハ１０の運動方向を吸着面３２ａの中心に向かうように案内し、位置決めを速く行なうことが可能となる。また、実施の形態１と同様に緩衝部材３５はウェハ１０の外周面に沿って変形した状態となるが、緩衝部材３５のウェハ１０の外周面に対向する面は吸着面３２ａの軸方向に対して略平行な状態となっているので、正確な位置に位置決めした状態でウェハ１０を解放することができる。

なお、上記各実施の形態では、緩衝部材としてウェハ１０の外周面に相応して長尺方向をウェハ１０の外周半径よりも小さい曲率半径で湾曲したものを用いたが、変形例として図８に示すような略Ｖ字型に屈曲され、両端部に一対の自由端４５ｅを有する薄い板状体をなした緩衝部材４５を用いることもできる。そして、一対の自由端４５ｅが吸着面２ａの略同心円上に位置するように、中央部５４ｃを各ウェハガイド４に取付ける。この場合、ウェハ１０の外周面に相応し、緩衝部材４５の屈曲角度を９０°〜１５０°の範囲に設定すれば、ウェハ１０との衝突の際に緩衝部材４５が、ウェハ１０の径方向に湾曲してウェハ１０との接触位置を移動させながらウェハに作用して、衝突の衝撃を緩和することができる。また、いずれの角度に屈曲させても、緩衝部材４５は、その自由端４５ｅまたは自由端４５ｅと中央部４５ｃの中間部分の面がたわみしろのない中央部４５ｃに先んじてウェハ１０に当たる。そして、ウェハガイド４によって形成される円を狭めてウェハ１０の浮遊位置を吸着面２ａの中心に位置決めしたときにも、緩衝部材４５の中心が吸着面２ａの中心を向いているので、衝突の際にウェハ１０を吸着面２ａの中心に向かうように案内し、位置決めを早く行なうことが可能となる。さらに、緩衝部材４５はウェハ１０の径方向に変形するが、緩衝部材４５のウェハ１０に対向する面は吸着面２ａの軸方向に対して略平行となっているので、正確な位置に位置決めした状態でウェハ１０を解放することができる。

また、他の変形例として図９に示すようなウェハ１０の厚さ方向に延びた薄い筒状体をなした緩衝部材５５をその湾曲方向をウェハの外周面の周方向と平行になるようにウェハガイド４に設置したものである。この場合、中央部５５ｃにたわみしろが形成されるので、湾曲の曲率半径に関わらずウェハ１０と衝突した際に緩衝部材５５がウェハ１０の径方向に湾曲してウェハ１０との接触位置を移動させながらウェハに作用して、衝突の衝撃を緩和することができる。そして、ウェハガイド４の径を狭めてウェハ１０の浮遊位置を吸着面２ａの中心に合わせたときにも、緩衝部材５５のウェハ１０に対向する面５５ａは吸着面２ａの軸方向に対して略平行な状態となっているので、正確な位置に位置決めした状態でウェハ１０を解放することができる。

なお、上記の他の変形例では、緩衝部材５５の吸着面２ａに平行な断面形状が、対向する一対の円弧を合わせた楕円形の筒状体としているが、円形であっても同様の効果を得ることができる。

この発明の実施の形態１によるウェハ保持装置を示す側面図と底面図である。 この発明の実施の形態１によるウェハ保持装置の緩衝部材とウェハの外周面との相応関係を示す図である。 この発明の実施の形態１によるウェハ保持装置の緩衝部材を示す図である。 この発明の実施の形態１によるウェハ保持装置の動作を示す底面図である。 ウェハの破損状態を示す説明図である。 肉厚の異なったウェハを示す説明図である。 この発明の実施の形態２によるウェハ保持装置を示す底面図である。 この発明における緩衝部材の変形例を示す図である。 この発明における緩衝部材の他の変形例を示す図である。

符号の説明

１,３１ ウェハ保持装置、 ２，３２ 保持部材、 ２ａ,３２ａ 吸着面、
３,３３ センタリング機構、 ４,３４ ウェハガイド、
５,３５,４５,５５ 緩衝部材、 １０ ウェハ

Claims (4)

1. 気体の噴出により負圧を発生して吸着面にウェハを浮遊保持する保持部材と、
   この保持部材の外周に所定間隔をおいて配設され、前記吸着面と略平行に進退自在な複数のセンタリング機構と、
   このセンタリング機構にそれぞれ設けられ、前記ウェハの外周面と対向するウェハガイドと、
   このウェハガイドにそれぞれ設けられ、前記ウェハの外周面と接触したときに該ウェハの径方向に湾曲して該ウェハの外径に沿った形状に変形するポリアセタール樹脂からなる緩衝部材と、
   を備えてなるウェハ保持装置。
2. 緩衝部材はウェハの外周面に相応して円弧状に形成され、一対の自由端を有する薄い板状体であることを特徴とする請求項１に記載のウェハ保持装置。
3. 緩衝部材はウェハの外周面に相応して略Ｖ字状に屈曲され、一対の自由端を有する薄い板状体であることを特徴とする請求項１に記載のウェハ保持装置。
4. 緩衝部材はウェハの厚さ方向に延びた薄い筒状体であることを特徴とする請求項１に記載のウェハ保持装置。

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