JP6302665B2

JP6302665B2 - スピンナー装置

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Publication number: JP6302665B2
Application number: JP2013265112A
Authority: JP
Inventors: 徹雄久保
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: JP2015122400A; CN104733349A; CN104733349B

Description

本発明は、ウェーハを洗浄して乾燥させるスピンナー装置に関する。

スピンナー装置には、保持爪でウェーハの外周を保持する保持部と、保持部を回転させる回転機構とを備え、保持部に保持されたウェーハを回転させ、ウェーハに対して洗浄液を噴射してウェーハを洗浄し、乾燥させる構成となっているものがある。

保持爪は、保持爪回動軸を軸として回動可能であり、これにより、ウェーハの径方向に移動する。保持爪は、内側へ向けて付勢されることにより、ウェーハの外周部を保持する。保持爪回動軸は、上記回転機構のスピン回転軸と平行である場合と、平行でない場合とがある（例えば、特許文献１〜４参照）。

特許３９０９９１５号特許４５３２０１４号特許４６８１１４８号特許４０８９８３７号

保持爪回動軸がスピン回転軸と平行であるか否かに関わらず、回転機構が保持部を回転させると、保持爪を外側に開く方向に遠心力が働く。したがって、回転機構が保持部を回転させたときにもウェーハを確実に保持するためには、保持爪を内側に向けて付勢する付勢力を強くする必要がある。しかし、付勢力が強いと、ウェーハを保持するときに保持爪が強くウェーハに接触してウェーハの外周が欠ける場合がある。また、ウェーハの欠けを防ぐために保持爪の移動速度を遅くすると、ウェーハを保持するのに時間がかかるので、単位時間当たりに洗浄できるウェーハの数が少なくなる。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、ウェーハを傷つけたり、単位時間当たりに洗浄できるウェーハの数を減らしたりすることなく、ウェーハを確実に保持することを目的とする。

本発明に係るスピンナー装置は、ウェーハの外周を保持する保持部を少なくとも３つ備える保持機構と、スピン回転軸を中心として該保持機構を回転させる回転駆動部を備えるスピン回転機構と、該保持機構によって保持された該ウェーハに洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、を備え、該保持機構によって保持された該ウェーハを該スピン回転機構によって回転させ該ウェーハを洗浄し乾燥させるスピンナー装置であって、該保持部は、該ウェーハの外周に接触する保持爪と、保持爪回動軸を軸として該保持爪を回動させるアームと、該スピン回転軸に近づく方向へ該保持爪を付勢するばねと、を備え、該アームは、該スピン回転機構による回転により、該保持爪回転軸と該保持爪との間で該保持爪を該スピン回転軸から遠ざける方向の遠心力を打ち消す方向の揚力を発生する揚力発生部を備え、該揚力発生部によって発生した揚力により、該スピン回転軸に近づく方向へ該保持爪を更に付勢し、該ウェーハの保持を維持する。
前記保持爪回動軸は、前記スピン回転軸の方向と平行な方向であり、該スピン回転軸に対して周方向に等間隔に配置されていることが好ましい。
前記保持爪回動軸は、前記スピン回転軸の方向に対して垂直な方向であり、該スピン回転軸に対して周方向に等間隔に配置されていることが好ましい。

本発明に係るスピンナー装置によれば、保持部が回転することにより発生する揚力が、保持爪に作用する遠心力を打ち消すため、回転中もウェーハを確実に保持することができる。また、揚力を利用することで、ばねによる付勢力を強くする必要がないため、ウェーハが欠けるのを防ぐことができ、保持爪の移動速度を遅くする必要がないので、ウェーハを保持するのにかかる時間が長くならず、単位時間当たりに洗浄できるウェーハの数が減ることもない。

スピンナー装置を示す（ａ）平面視断面図及び（ｂ）側面視破断図。スピンナー装置においてウェーハを搬入する前の状態を示す（ａ）平面視断面図及び（ｂ）側面視破断図。スピンナー装置においてウェーハを搬入可能な状態を示す（ａ）平面視断面図及び（ｂ）側面視破断図。スピンナー装置においてウェーハを保持する状態を示す（ａ）平面視断面図及び（ｂ）側面視破断図。スピンナー装置においてウェーハを保持して回転可能な状態を示す（ａ）平面視断面図及び（ｂ）側面視破断図。第二のスピンナー装置を示す平面図。第二の保持部を示す分解拡大平面図。第二の保持部の動作を示す拡大平面図。第三のスピンナー装置を示す側面図。第三のスピンナー装置の動作を示す側面図。第四のスピンナー装置を示す斜視図。第五のスピンナー装置を示す側面図。第五の保持部を示す側面図。

図１に示すスピンナー装置１０は、基台１１と、洗浄水の飛散を防止するケース１２と、ウェーハを保持する保持機構１３と、保持機構１３及び保持機構１３によって保持されたウェーハを回転させるスピン回転機構１４と、保持機構１３によって保持されたウェーハに洗浄水を供給する洗浄水供給手段１５とを備え、例えば研削装置に搭載され、ウェーハを洗浄し、乾燥させる機能を有している。

ケース１２は、有底円筒状に形成され、底面に排水口１２１を備え、基台１１の外周側に固定されている。

保持機構１３は、円柱状の回転シャフト３１と、回転シャフト３１に固定された上プレート３２と、上プレート３２に固定された３つの保持部３３ａ〜３３ｃと、円環板状の下プレート３４と、下プレート３４を昇降させる昇降部３５ａ，３５ｂとを備えている。

回転シャフト３１は、中央を±Ｚ方向に貫く貫通孔３１１を備え、±Ｚ方向に平行なスピン回転軸３１９を中心として回転可能に基台１１に支持されている。

上プレート３２は、ＸＹ平面に平行で回転シャフト３１と同軸の円板状であり、回転シャフト３１の回転に伴って、スピン回転軸３１９を中心として回転する構成となっている。上プレート３２は、３つのベアリング３２１ａ〜３２１ｃを備えている。

保持部３３ａ〜３３ｃは、±Ｚ方向に平行な保持爪回動軸３３９を軸として回動可能に、ベアリング３２１ａ〜３２１ｃを介して上プレート３２に固定されている。保持部３３ａ〜３３ｃの保持爪回動軸３３９は、回転シャフト３１のスピン回転軸３１９を中心として、周方向に、等間隔（１２０度ずつの間隔）で配置されている。これにより、ウェーハを三方から均等な力で保持することができる。

各保持部３３ａ〜３３ｃは、ウェーハの外周に接触する保持爪３３１と、保持爪回動軸３３９を軸として保持爪３３１を回動させるアーム３３２と、回動の軸となる軸部３３３と、上プレート３２の−Ｚ側に配置されたアーム３３４と、アーム３３４の先端において上側に突出して配置された柱部３３５と、上プレート３２に固定され下側に突出する柱部３３７と、２つの柱部３３５，３３７の間に設けられたばね３３６とを備える。保持爪３３１は、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂などの硬いプラスチックで形成されている。アーム３３２は、一方の端に保持爪３３１が固定され、他方の端に軸部３３３が固定され、軸部３３３の回転に伴って回動し、保持爪３３１を移動させる。

アーム３３２は、スピン回転軸３１９の方へ向かう揚力を発生する揚力発生部３３８を備えている。揚力発生部３３８は、例えば、アーム３３２の側面を内側へ膨らませた形状としており、上プレート３２が回転すると、保持部３３ａ〜３３ｃの周囲に相対的な空気流が発生する。この空気流により発生した揚力は、スピン回転軸３１９に近づく方向へ保持爪３３１を付勢する。

アーム３３４は、一方の端に軸部３３３が固定され、軸部３３３の回転に伴って回動する。柱部３３５は、アーム３３４の他方の端に固定され、アーム３３４の回動に伴って移動する。柱部３３５の移動により２つの柱部３３５，３３７の間の距離が大きくなると、ばね３３６の弾性により、２つの柱部３３５，３３７の間の距離を縮める方向の力が発生する。これにより、スピン回転軸３１９に近づく閉じ方向に保持爪３３１が付勢される。

下プレート３４は、ＸＹ平面に平行で回転シャフト３１と同軸の円板状であり、中央に円形の開口３４１を有しており、回転シャフト３１は、開口３４１を貫通している。したがって、回転シャフト３１が回転しても、下プレート３４は回転しない。また、下プレート３４は、＋Ｚ側の面に、＋Ｚ側に突出する３つの突出部３４２ａ〜３４２ｃを備えている。

各昇降部３５ａ，３５ｂは、下プレート３４の−Ｚ側の面に接続されたピストン３５２と、ピストン３５２を±Ｚ方向に平行に移動させるシリンダ３５１とを備え、シリンダ３５１がピストン３５２を昇降させることにより、下プレート３４が±Ｚ方向に移動する。

スピン回転機構１４は、回転シャフト３１を回転させるモータなどの回転駆動部４１と、回転シャフト３１を回転可能に支持するベアリング４２と、回転シャフト３１と基台１１との間の隙間から洗浄水が漏れるのを防ぐパッキン４３とを備える。回転駆動部４１が回転シャフト３１を回転させることにより、上プレート３２が回転し、保持部３３ａ〜３３ｃが移動する構成となっている。

洗浄水供給手段１５は、洗浄水を供給する洗浄水供給源５１と、洗浄水供給源５１から供給された洗浄水を貫通孔３１１に流し込むロータリージョイント５２とを備える。洗浄水供給源５１から供給された洗浄水は、ロータリージョイント５２及び貫通孔３１１を通り、貫通孔３１１の上端から噴出する。

次に、スピンナー装置１０がウェーハを保持する手順を説明する。
まず、図２に示すように、昇降部３５ａ，３５ｂが下プレート３４を＋Ｚ方向へ上昇させて、下プレート３４の突出部３４２ａ〜３４２ｃを、保持部３３ａ〜３３ｃのアーム３３４と同じ高さにする。

次に、図３に示すように、回転駆動部４１が回転シャフト３１を所定方向に回転させると、保持部３３ａ〜３３ｃのアーム３３４に下プレート３４の突出部３４２ａ〜３４２ｃが当接し、保持爪回動軸３３９を軸にしてアーム３３４が回動する。これに伴って、アーム３３２が回動し、保持爪３３１がスピン回転軸３１９から離れる方向に周回移動する。保持爪３３１が開き、保持爪３３１とスピン回転軸３１９との間の距離がウェーハ６０の半径より大きくなるので、開いた３つの保持爪３３１で囲まれた中央にウェーハ６０を搬入することができる。

ウェーハ６０の搬入後、図４に示すように、回転駆動部４１が回転シャフト３１を逆方向に回転させると、保持部３３ａ〜３３ｃのアーム３３４が下プレート３４の突出部３４２ａ〜３４２ｃから離れ、ばね３３６の付勢力により、保持爪回動軸３３９を軸にしてアーム３３４が逆方向に回動する。これに伴って、アーム３３２が逆方向に回動し、保持爪３３１がスピン回転軸３１９に近づく閉じ方向に周回移動して、ウェーハ６０に接触する。保持爪３３１は、ばね３３６により、スピン回転軸３１９に近づく方向へ付勢されているので、その力で、ウェーハ６０がクランプされ、保持される。

最後に、図５に示すように、昇降部３５ａ，３５ｂが下プレート３４を−Ｚ方向に下降させ、上プレート３２が回転しても、アーム３３４に突出部３４２ａ〜３４２ｃが当たらない位置に退避させる。このように、スピン回転運動を利用して、保持爪３３１の開閉をするので、可動部を増やすことなく、保持爪３３１を開閉することができる。

このようにしてウェーハ６０が保持された状態で、回転駆動部４１が回転シャフト３１を高速（例えば１０００ＲＰＭ）で回転させ、上プレート３２及び保持部３３ａ〜３３ｃを回転させると、保持部３３ａ〜３３ｃに保持されたウェーハ６０が回転する。洗浄水供給源５１から供給される洗浄水は、ロータリージョイント５２を介して貫通孔３１１の上端から噴出し、ウェーハ６０の−Ｚ側の面を洗浄する。また、洗浄水供給手段１５は、洗浄水供給源５１から供給される洗浄水を噴出する洗浄ノズル５３を備える。洗浄ノズル５３から噴出した洗浄水は、ウェーハ６０の＋Ｚ側の面を洗浄する。洗浄に供した洗浄水は、排水口１２１から排水される。保持部３３ａ〜３３ｃがウェーハ６０の外周側面を保持してエッジクランプするので、ウェーハ６０の両面が洗浄される。

洗浄が終了したら、洗浄水供給源５１からの洗浄水の供給を停止する。回転駆動部４１が高速回転を続けると、ウェーハ６０の上面及び下面に付着した洗浄水が遠心力により飛ばされ、ウェーハ６０が乾燥する。

このように、ウェーハ６０を洗浄し、あるいは、乾燥させるときには、上プレート３２及び保持部３３ａ〜３３ｃを高速で回転させる。これにより、揚力発生部３３８の周りには、相対的な空気流が発生し、保持爪３３１をスピン回転軸３１９に近づける方向の揚力が発生する。一方、保持部３３ａ〜３３ｃが高速回転することにより、保持爪３３１をスピン回転軸３１９から遠ざける方向の遠心力が発生する。したがって、保持部３３ａ〜３３ｃがウェーハ６０を保持する保持力ｆは、ｆ＝ｆ_１＋ｆ_２−ｆ_３（ｆ_１はばね３３６による付勢力、ｆ_２は揚力発生部３３８による揚力、ｆ_３は回転による遠心力を示す。）となる。揚力ｆ_２が遠心力ｆ_３よりも強く、あるいは遠心力ｆ_３と同程度であれば、保持力ｆが弱まることはない。スピン回転中に保持爪３３１が開くことなく、ウェーハ６０を確実に保持することができる。

揚力ｆ_２及び遠心力ｆ_３は、いずれも、上プレート３２の回転速度が速くなればなるほど大きくなる。したがって、上プレート３２の回転速度にかかわらず、揚力ｆ_２と遠心力ｆ_３との差は常にほぼ同じであり、保持力ｆはほぼ変わらない。これにより、保持力ｆが強くなり過ぎることも弱くなり過ぎることもなく、常に最適な保持力でウェーハ６０を保持することができる。

また、上プレート３２の回転速度にかかわらず、保持爪３３１を閉じる方向に働く揚力ｆ_２で遠心力ｆ_３を打ち消すことができるので、ばね３３６による付勢力ｆ_１は、上プレート３２が回転していない状態で、ウェーハ６０を確実に保持できる強さであればよく、ばね３３６をそれ以上強くする必要はない。このため、ウェーハ６０を保持するとき、保持爪３３１がウェーハ６０に対して強く接触してウェーハの外周が欠けるのを防ぐことができる。これにより、保持爪３３１の移動速度を遅くする必要がないので、単位時間当たりに洗浄できるウェーハ６０の数が減るのを防ぐことができる。

図６に示すスピンナー装置１０Ａは、保持部３３Ａの数及び形状が、上述したスピンナー装置１０の保持部３３ａ〜３３ｃと異なり、それ以外の点は、スピンナー装置１０と同様である。

保持機構１３は、６つの保持部３３Ａを有する。保持部３３Ａは、±Ｚ方向に平行な保持爪回動軸を軸として回動可能に、上プレート３２に固定されている。６つの保持部３３Ａの保持爪回動軸は、回転シャフトのスピン回転軸を中心として、等距離の位置に、６０度ずつの間隔で配置されている。これにより、ウェーハを六方から均等な力で保持することができる。

図７に示すように、保持部３３Ａは、ウェーハの外周に接触する保持爪３３１Ａと、保持爪回動軸を軸として保持爪３３１Ａを回動させるアーム３３２Ａと、回動の軸となる軸部３３３Ａとを備える。アーム３３２Ａは、スピン回転軸の方向へ保持爪３３１Ａを付勢する揚力を発生する揚力発生部３３８Ａを備える。揚力発生部３３８Ａは、アーム３３２全体を内側へ向けて湾曲させることにより設けられている。

図８に示すように、ウェーハ６０を保持した状態で、保持機構１３を高速回転させると、保持部３３Ａの周りに相対的な空気流が発生し、揚力ｆ_２が発生する。揚力ｆ_２が遠心力ｆ_３よりも強く、あるいは同程度であれば、保持力ｆが弱まることはなく、ウェーハ６０を常に確実に保持することができる。

図９に示すスピンナー装置１０Ｂは、保持部３３Ｂの構成が、上述したスピンナー装置１０の保持部３３ａ〜３３ｃと異なり、それ以外の点は、スピンナー装置１０と同様である。保持部３３Ｂは、柱部３３７Ｂが上プレート３２の＋Ｚ側に配設され、柱部３３５を有さず、柱部３３７Ｂと、アーム３３２Ｂとの間にばね３３６が設けられている。アーム３３２Ｂは、±Ｚ方向に長い板状であり、これにより、大きな揚力を得ることができる。

図１０に示すように、アーム３３２Ｂを回動させて、保持爪３３１をスピン回転軸から遠ざかる方向へ移動させると、ばね３３６が伸び、ばね３３６の弾性により、スピン回転軸に近づく方向に保持爪３３１Ｂが付勢される。

図１１に示すスピンナー装置１０Ｃは、保持部３３Ｃの構成が、上述したスピンナー装置１０の保持部３３ａ〜３３ｃと異なり、それ以外の点は、スピンナー装置１０と同様である。

保持部３３Ｃは、比較的太い軸部３３３Ｃと、軸部３３３Ｃの上面の外周付近に偏心して設けられたアーム３３２Ｃと、アーム３３２Ｃの先端に設けられた保持爪３３１Ｃとを備える。アーム３３２Ｃを内側へ向けて湾曲した形状とすることにより揚力発生部が設けられ、スピン回転軸へ近づく方向に保持爪３３１Ｃを付勢する揚力を発生する。

図１２に示すスピンナー装置１０Ｄは、保持部３３Ｄの構成が、上述したスピンナー装置１０の保持部３３ａ〜３３ｃと異なり、それ以外の点は、スピンナー装置１０と同様である。

保持部３３Ｄは、±Ｚ方向に対して垂直な保持爪回動軸を軸として回動可能に、上プレート３２に固定されている。保持部３３Ｄは、ウェーハ６０の外周に接触する保持爪３３１Ｄと、保持爪回動軸を軸として保持爪３３１Ｄを回動させるアーム３３２Ｄ，３３４Ｄと、上プレート３２の−Ｚ側の面に配設された柱部３３７と、アーム３３４Ｄと柱部３３７との間に設けられたばね３３６とを備える。

図１３に示すように、アーム３３２の−Ｚ側の面を下側へ膨らんだ形状とすることにより、揚力発生部３３８Ｄが設けられ、スピン回転軸へ近づく方向に保持爪３３１Ｄを付勢する揚力を発生する。
このように、保持爪回動軸は、スピン回転軸と平行でなくてもよい。

保持部の数は、３つや６つに限らない。保持部が３つ以上あれば、ウェーハを確実に保持できるので、いくつあってもよい。また、３つ以上の保持部は、スピン回転軸に対して周方向に等間隔に配置されていることが好ましい。これにより、ウェーハを均等な保持力で保持することができるので、ウェーハの中心がスピン回転軸からずれるのを防ぐことができる。

また、ウェーハを保持する前に保持爪を開くための機構は、上述した構成に限らず、他の構成であってもよい。
保持爪回動軸は、洗浄・乾燥時においてスピン回転機構が回転する方向に対して、アームよりも前側にあってもよいし、後側にあってもよい。
揚力発生部の形状は、上述した形状に限らず、保持爪をスピン回転軸の方向へ付勢する揚力を発生するものであればよい

１０，１０Ａ〜１０Ｄスピンナー装置、
１１基台、１２ケース、１２１排水口、
１３保持機構、３１回転シャフト、３１１貫通孔、３１９スピン回転軸、
３２上プレート、３２１ａ〜３２１ｃ，４２ベアリング、
３３ａ〜３３ｃ，３３Ａ〜３３Ｄ保持部、３３１，３３１Ａ〜３３１Ｄ保持爪、
３３２，３３２Ａ〜３３２Ｄ，３３４，３３４Ｄアーム、
３３３，３３３Ａ，３３３Ｃ軸部、３３５，３３７，３３７Ｂ柱部、３３６ばね、３３８，３３８Ａ，３３８Ｄ揚力発生部、３３９保持爪回動軸、３４下プレート、３４１開口、３４２ａ〜３４２ｃ突出部、
３５ａ，３５ｂ昇降部、３５１シリンダ、３５２ピストン、
１４スピン回転機構、４１回転駆動部、４３パッキン、
１５洗浄水供給手段、５１洗浄水供給源、５２ロータリージョイント、
５３洗浄ノズル、６０ウェーハ

Claims

ウェーハの外周を保持する保持部を少なくとも３つ備える保持機構と、
スピン回転軸を中心として該保持機構を回転させる回転駆動部を備えるスピン回転機構と、
該保持機構によって保持された該ウェーハに洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、
を備え、該保持機構によって保持された該ウェーハを該スピン回転機構によって回転させ該ウェーハを洗浄し乾燥させるスピンナー装置であって、
該保持部は、
該ウェーハの外周に接触する保持爪と、
保持爪回動軸を軸として該保持爪を回動させるアームと、
該スピン回転軸に近づく方向へ該保持爪を付勢するばねと、を備え、
該アームは、
該スピン回転機構による回転により、該保持爪回転軸と該保持爪との間で該保持爪を該スピン回転軸から遠ざける方向の遠心力を打ち消す方向の揚力を発生する揚力発生部を備え、
該揚力発生部によって発生した揚力により、該スピン回転軸に近づく方向へ該保持爪を更に付勢し、該ウェーハの保持を維持する、スピンナー装置。
前記保持爪回動軸は、前記スピン回転軸の方向と平行な方向であり、該スピン回転軸に対して周方向に等間隔に配置されている、請求項１記載のスピンナー装置。
前記保持爪回動軸は、前記スピン回転軸の方向に対して垂直な方向であり、該スピン回転軸に対して周方向に等間隔に配置されている、請求項１記載のスピンナー装置。