JPH02138737A - 半導体ウエハの枚葉式スピン乾燥装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体製造工程における、ウェハ洗浄処理後
の水分除去を行う半導体ウェハの枚葉式スピン乾燥装置
に関するものである。

（従来の技術） 従来、半導体ウェハの乾燥は、第５図に示すような乾燥
装置を用いて行われている。この半導体ウェハ乾燥装置
は、外筒ｌで保持された主軸２の内部を減圧状態にして
、主軸２の先端部に設けられたバキュームカップ３に半
導体ウェハ４を吸着し、これを図示しないモーフで回転
させることにより遠心力で半導体ウェハ４の表面及び裏
面の水分を除去し、乾燥させている。

しかしながら、このような半導体ウェハ乾燥装置では、
表面は清浄に乾燥させることはできるが、裏面はバキュ
ームカップ３に吸着されているため、バキュームカップ
３の開口縁部の痕跡が残り、完全に清浄することができ
ない。

そこで、半導体ウェハの裏面も′清浄に乾燥させるため
に、以下のような乾燥装置が提案されている。

第６図はかかる従来の他の半導体ウェハの乾燥装置の構
成図であり、第６図（ａ）はその乾燥装置の平面図、第
６図（ｂ）はその乾燥装置のｂ−ｂ線断面図である。

図に示すように、駆動モータ（図示なし）に接続される
スピンドル軸１０は外筒１１内にポールヘアリング１２
を介して同軸状に保持され、外筒１１から突出したスピ
ンドル軸１０の先端部にはフランジ１３が取り付けられ
ている。フランジ１３の周縁部には断面コ字形の環状溝
１４が溝の開口部を周面から外部に向けて形成されてい
る。フランジ１３の周縁部にはフランジ面と直方する方
向に６個の支持軸１５がスピンドル軸１０の軸心から放
射状に貫着されている。支持軸１５にはウェハ固定腕１
６の一端部が回転自在に取付られている。鍾１７は支持
軸１５に回転自在に取り付けられている。６個のウェハ
固定腕１６の下面には結合リング１８で一体に連結され
ている。また、各々のウェハ固定腕１６はフランジ１３
とウェハ固定腕１６間に架設されたスプリング１９でス
ピンドル軸１０の回転方向と逆方向に押圧されている。

ウェハ固定腕１６の上面にはスピンドル軸１０の中心に
向かって次第に低くなる階段上の段部１６ａが形成さ、
れている。対向するウェハ固定腕１６の対応する段部１
６ａには所定形状の半導体ウェハ２０が載置できるよう
になっている。

そこで、ウェハ固定腕１６の所定の段部に乾燥を行う半
導体ウェハ２０を載置する。このとき各々のウェハ固定
腕１６はスプリング１９によってスピンドル軸１０の回
転方向と逆方向に押圧されて各々の段部１６ａの間隔は
最大になっているので半導体ウェハ２０を速やかに載置
することができる。

そこで、駆動モータによりスピンドル軸１０を所定の速
度で回転させる。スピンドル軸１０の回転に伴う遠心力
によって各々の錘１７は支持軸１５を中心にスピンドル
軸１０から遠ざかるように働く。この錘１７の動きによ
って各々のウェハ固定腕１６も支持軸１５を中心に回転
する。その結果、半導体ウェハ２０は６個のウェハ固定
腕１６によって締め付けられるようにして固定される。

つまり、半導体ウェハ２０はその周側面の一部分だけを
ウェハ固定腕１６に接触した状態で固定されて回転する
ので、スピンドル軸１０の回転に伴う遠心力によって半
導体ウェハ２０の表面及び裏面の水分は完全に除去され
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記した第２の先行技術である乾燥装置
によれば、スピンドル軸ＩＯを中心にした半径方向に設
けられる長尺状のウェハ固定腕１６、錘１７及びスプリ
ング１９が設けられるため、装置が大型化する。特に、
半導体ウェハの大口径化に伴い、その装置のウェハチャ
ック部は大型化せざるを得ない。また、繰り返し使用に
よる復元用スプリング１つの劣化により半導体ウェハの
取替が面倒になり、更には、ウェハはｉ！ｌ！置するだ
けであり、ウェハが上方に浮いたり、不完全な半導体ウ
ェハの装着状態のまま乾燥装置を駆動するといった問題
があった。

本発明は、以上述べた問題点を除去し、半導体ウェハの
表面及び裏面を完全に清浄にすることができると共に、
ウェハチャック部をコンパクトで、かつ、堅牢に構成し
、しかもウェハの浮き上がりがなく、装着を確実に行い
得る半導体ウェハの枚葉式スピン乾燥装置を提供するも
のである。

（課題を解決するための手段） 第１の発明は、半導体ウェハの枚葉式スピン乾燥装置に
おいて、中心部に設けられる主軸の先端部に取り付けら
れたフランジ或いは前記主軸の先端部から放射状に延び
る少なくとも３個の固定腕と、その固定腕の外端部に断
面が■溝形をしたウェハ把持部を有する回転体の中心か
ら偏心した位置に回転軸及び主軸の回転に伴う遠心力に
より作動するレバーを有するウェハチャック手段を設け
るようにしたものである。

また、第２の発明は半導体ウェハの枚葉式スピン乾燥装
置において、中心部に設けられる主軸に接続され放射状
に延びる５個の固定腕と、該固定腕の外端部に断面が■
溝形をしたウェハ把持部を有する回転体の中心から偏心
した位置に回転軸及び主軸の回転に伴う遠心力により作
動する可動アームと該可動アームを前記回転軸の停止時
に原点位置に復帰させる捩りばねを配設するウェハチャ
ック手段を設けるようにしたものである。

（作用） 本発明によれば、上記したように、半導体ウェハの周側
面の一部分だけを把持した状態で乾燥することができる
と共に、ウェハチャック部は半導体ウェハの周縁部のみ
に配設するだけでよいので、半導体ウェハの表面及び裏
面を均一、かつ、十分に清浄化することができると共に
、ウェハチャック部をコンパクトに、しかも堅牢に構成
することができる。また、断面がＶ溝形をしたウェハ把
持部によってウェハの浮き上がりを抑えることができる
。更には、レバーの端部が錘の機能を果たし、ウェハチ
ャック忘れを確実に防止することができる。

また、ウェハチャック部を５箇所としたことで、ウェハ
のオリフラ位置に関係なく、回転中にウェハ中心を回転
チャック中心にセント可能となり、偏心の少ない回転が
得られる。更に、ウェハチャック部の開閉に捩りばねを
使用することで、ハネの塑性変形による破Ｉ員を防止で
きる。また、可動アームの形状をウェハチャック部がテ
ーブルの停止した状態で空気抵抗の大きい形状をとるこ
とにより、低速回転でも可動アームが作動し、ウェハチ
ャック部がウェハを確実に保持することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は第１の発明の一実施例を示す半導体ウェハの枚
葉式スピン乾燥装置の平面図、第２図は第１図の■−■
線断面図である。

図中、３０は主軸であり、この主軸は駆動モータ（図示
なし）に回転自在に接続されている。主軸３０の先端部
にはフランジ形テーブル３１が取り付けられている。こ
のテーブルの上面には、溝が形成されており、その溝に
はウェハ固定腕３２が十字形に４木取り付けられている
。更に、固定腕３２の端部上にはウェハチャック部Ａ、
Ｂ、Ｃ，Ｄが設けられる。

以下、本発明のウェハチャック部の構成について説明す
る。

第３図は本発明のウェハチャック部の構成図であり、第
３図（ａ）はそのウェハチャック部の斜視図、第３図（
ｂ）はそのウェハチャック部の側面図、第３図（ｃ）は
そのウェハチャック部の上面図、第３図（ｄ）はそのウ
ェハチャック部の部分構成図である。

これらの図に示されるように、支持軸３５にレバー３３
が回転自在に取り付けられ、そのレバー３３の端部の上
方にはウェハ把持部３４が設けられる。つまり、このウ
ェハ把持部は円錐面を有する下部部材３４ａと同様に逆
形状の円錐面を有する上部部材３４ｂとが一体化されて
いる。更に、上部部材３４ｂにはフラットな部分３４ｃ
が形成されている。従って、下部部材３４ａと上部部材
３４ｂとによって、フラットな部分３４Ｃを挾んで、そ
の両側には断面がＶ溝形をしたウェハ把持？１３４ｄが
形成される。

そこで、レバー３３は主軸３０の回転に伴う遠心力によ
り、主軸３０の位置から遠ざかる方向に支持軸３５を中
心にして回転する。その支持軸３５はウェハチャック部
の円弧中心から偏心した位置に設けられているため、各
々のウェハチャック部の内接径が小さくなり半導体ウェ
ハ３８（第１図及び第２図参照）の周側面の一部分をウ
ェハ把持溝３４ｄによって締め付けて把持することがで
きる。また、ウェハ固定１１５ｉ！３２上にはストッパ
ー３６．３７が取り付けられており、レバー３３の開閉
位置決めに使用する。

従って、レバー３３が開の時にはフラットな部分３４ｃ
がウェハ固定腕３２に対応するため、ウェハを容易に交
換することができる。なお、ウェハチャフ・千部は三弗
化塩化エチレン樹脂、フッ素樹脂などの材質からなる。

また、第３図（ｄ）において、溝幅ｄは約５ｍｍ、上部
部材３４ｂの外径Ｃは約３０麓謹、下部部材３４ａの上
面の内径すは約２０ｍｍである。

なお、支持軸３５は、第４図に示すように、ウェハ把持
部の中心線Ｃより下半分の斜線領域に設けることにより
、偏心させるようにすればよい。

以下、ウェハのスピン乾燥の動作の説明を行う。

４箇所のレバー３３を矢印Ｆの方向に回転させる。

即ち、チャック部Ａ及びＢのレバー３３は矢印Ｆの方向
に回転させて、ストッパー３６に突き当てて、ウェハ固
定腕３２にフラットな部分３４ｃを対応させる。なお、
チャック部Ｃ及びＤのレバー３３は第１図の状態のまま
でよい。この状態で、半導体ウェハ３８を載置すると、
その後、レバー３３は閉の方向に戻しても良いし、開の
ままでも良い。

そこで、主軸３０が回転すれば、遠心力により、レバー
３３は自動的に閉の方向（Ｆ’の方向）に回転する。ス
ピン乾燥は３０００ｒｐｍで１５秒程行い、停止後各々
のレバー３３を開の方向に回転させて、半導体ウェハ３
８を取り出す。

このように構成するために、チャック部は半導体ウェハ
の周縁部のみにコンパクトに配設するだけでよい。

また、半導体ウェハの浮き上がりはウェハ把持を薄３４
ｄよって有効に阻止される。

更に、レバーは主軸の回転と共に、自動的にウェハを把
持する方向に作用するので、レバーの操作の有無にかか
わらず、確実なウェハのチャ、りを行うことができる。

次に、第２の発明について第７図乃至第９図を参照しな
がら説明する。

第７図は第２の発明の実施例を示す半導体ウェハの枚葉
式スピン乾燥装置の平面図であり、フランジ形テーブル
４０に５本のウェハ固定腕４１を等角に取り付ける。こ
のウェハ固定腕４１の先端部には、第８図及び第９図に
示すように、支持軸４２を設け、その支持軸４２の上部
に偏心位置を支持されるウェハチャック部Ｅ、Ｆ、Ｇ、
Ｈ，Ｉ及びそのウェハチャックの下部に可動アーム４３
が固定され、更に、その可動アーム４３の下部に形成さ
れる穴には一端がウェハ固定腕４１に、他端が可動アー
ム４３に固定される捩りばね４４が支持軸４２を中心に
装着される。

なお、４５はストッパーであり、チャック部の原点位置
と回転位置との位置決めを行う。また、可動アーム４３
の先端部には直角状に曲げられた折曲部（例えば、長さ
ＷｔＯ〜２０嘗ｌ、高さＨ５〜１０−鳳）４３ａを具備
しており、その他のウェハチャック部の形状は前記した
ものと同様である。

このように、５本のウェハ固定腕４１を等角に取り付け
るようにしているので、例えば、第７図に示すように、
ウェハチャック部１のウェハ固定腕４１上にウェハのオ
リフラが設置されても、残り４木の固定腕４１上のウェ
ハチャック部Ｅ、Ｆ、ＧＨにより、テーブル中ノ０弓こ
ウェハ中心がセントされることになる。これにより、ウ
ェハキャリアからテーブル４０ヘウエハの自動移載を行
う場合、オリフラによる位置調整を行う必要がなくなる
。

このメカチャック方式は、前記したように、半円形状の
ウェハチャック部の回転中心が偏心した位置にあり、約
６０６の回転でこの偏心量によりウェハを保持する機構
となっている。このウェハチャック部は可動アーム４３
に固定されており、テーブル４０全体の回転により可動
アーム４３が遠心力をうけ外側へ開くと同時にウェハを
チャックするものである。

以下、この半導体ウェハの枚葉式スピン乾燥装置の動作
について説明する。

まず、５木のウェハ固定腕４１の先端部のウェハチャッ
ク部は捩りばね４４により原点位置にあり、ウェハキャ
リアからテーブル４０ヘウエハの自動移載が行われる。

この場合、ウェハのオリフラ位置はどこにあっても良い
。この状態で、テーブル４０が回転すると可動アーム４
３は遠心力により捩りばね４４のばね力に抗して支持軸
４２を中心として６０’回転し、可動アーム４３に固定
されたウェハチャック部の偏心量でウェハを保持する。

そして、テーブル４０が停止すると、捩りばね４４のば
ね力により可動アーム４３が回転中心方向へ動き、ウェ
ハチャック部のウェハ保持が解除される。ここで、可動
アーム４３は図に示す形状をとり、テーブル４０の回転
始動時に可動アーム４３のテーブル半径方向壁面にかか
る風圧により、可動アーム４３が低速回転領域で始動す
る。また、可動アーム４３が６０″回転した状態では、
可動アーム壁面は回転方向に対しては空気抵抗を受は難
い位置にある。更に、可動アーム４３には捩りばね４４
が設けられるため、コンパクトに配置することができ、
引張バネなどを用いた場合に比して塑性変形をなくし、
バネ弛み防止用ガイドなどが不用になるので、２０００
〜３０００　ｒｐｍの高速回転中の空気抵抗を抑え、安
定した回転数が得られる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明によれば、次のよ
うな効果を奏することができる。

（Ａ）第１の発明によれば、 （１）半導体ウェハの周側面の一部分だけを把持した状
態で乾燥することができると共に、チャック部は半導体
ウェハの周縁部のみに配設するだけでよいので、半導体
ウェハの表面及び裏面を均一に、かつ、十分に清浄する
ことができると共に、ウェハチャンク部をコンパクトに
、しかも堅牢に構成することができる。

（２）半導体ウェハの浮き上がりは、ウェハ把持溝３４
ｄよって有効に阻止され、ウェハの装着を確実に行うこ
とができる。

（３）レバーは、従来例における錘の作用を兼ねること
になり、主軸の回転と共に、自動的にウェハを把持する
方向に作用するので、レバーの操作の有無にかかわらず
、確実なウェハのチャックを行うことができる。

ＣＢ）第２の発明によれば、 （１）ウェハチャック部を５箇所としたことで、ウェハ
のオリフラ位置に関係なく、回転中にウェハ中心を回転
チャック中心にセット可能となり、偏心の少ない安定な
回転が得られる。

（２）ウェハチャック部の開閉に捩りばねを使用するこ
とで、コンパクトに配置することができると共に、バネ
の塑性変形による破を員を防止できる。

（３）可動アームの形状をウェハチャック部がテーブル
の停止した状態で空気抵抗の大きい形状をとることによ
り、低速回転でも可動アームを容易に作動することがで
き、ウェハチャック部によってウェハを確実に保持する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例を示す半導体ウェハの枚
葉式スピン乾燥装置の平面図、第２図は第１図のｎ−ｎ
線断面図、第３０は本発明のウェハチャック部の構成図
、第４図は本発明のウェハチャック部の支持軸の位置説
明図、第５図は従来の半導体ウェハの枚葉式スピン乾燥
’ＡＭの断面図、第６図は従来の他の半導体ウェハの枚
葉式スピン乾燥装置の構成図、第７図は第２の発明の実
施例を示す半導体ウェハの枚葉式スピン乾燥装置の平面
図、第８図はそのウェハチャック部の平面図、第９図は
第８図のＪ−Ｊ線断面間である。 ３０・・・主軸、３１．４０・・・フランジ形テーブル
、３２゜４１・・・ウェハ固定腕、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ
、Ｆ、Ｇ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１） （ａ）中心部に設けられる主軸に接続され放射状に延び
   る少なくとも３個の固定腕と、 （ｂ）該固定腕の外端部に断面がＶ溝形をしたウェハ把
   持部を有する回転体の中心から偏心した位置に回転軸及
   び主軸の回転に伴う遠心力により作動するレバーを有す
   るウェハチャック手段を具備することを特徴とする半導
   体ウェハの枚葉式スピン乾燥装置。
2. （２） （ａ）中心部に設けられる主軸に接続され放射状に延び
   る５個の固定腕と、 （ｂ）該固定腕の外端部に断面がＶ溝形をしたウェハ把
   持部を有する回転体の中心から偏心した位置に回転軸及
   び主軸の回転に伴う遠心力により作動する可動アームと
   該可動アームを前記回転軸の停止時に原点に復帰させる
   捩りばねを配設するウェハチャック手段を具備すること
   を特徴とする半導体ウェハの枚葉式スピン乾燥装置。