JPH11251414A - 機械式スピンチャック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製造装置内に組み込まれ、半導体基板
の保持、回転を担うスピンチャックにおいて、同心度の
ずれに起因するスピニング中のチャックミスを防止し、
また、洗浄・乾燥作業を両面同時に行うことができるよ
うにする。 【解決手段】 アーム１２によって半導体基板４の外周
端面を保持するようにしたので、チャック５の回転中心
と基板４の重心との同心度がたとえ僅かにずれていたと
しても、基板４が外れることは防止され、従って、基板
４の破損事故を抑えることができる。また、アーム１２
と基板４との間の接触部分が基板４の外周端面であり、
基板４をいわば浮上させた状態にて保持させることがで
きるので、基板４の両面を同時に洗浄・乾燥することが
でき、洗浄作業や乾燥作業の作業性の向上を図ることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピニング工法に
より半導体基板に対して薬剤塗布処理等を行う半導体製
造装置内に組み込まれ、半導体基板の保持、回転動作を
担うスピンチャックに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体基板に対するレジスト
処理、洗浄、乾燥といった工程においては、半導体基板
を回転させながら処理を行うスピニング工法が一般に採
られており、これらの工程を司る薬剤塗布装置、洗浄装
置、乾燥装置内には、半導体基板の保持、回転動作を担
うスピンチャックが組み込まれている。図５は従来の感
光剤等の薬剤を塗布するための薬剤塗布装置の一部切欠
き斜視図、図６（ａ）（ｂ）は、それぞれ薬剤塗布装置
内に組み込まれる真空式スピンチャックの外観図と部分
側面図である。薬剤塗布装置１０１の外筐を構成するハ
ウジング１０２内部には、ドレンカップ１０３が配置さ
れ、その内方に半導体基板１０４を保持する真空式スピ
ンチャック１０５が設けられている。この真空式スピン
チャック１０５は、ドレンカップ１０３の中央下方から
上方に伸びたチャックホルダ１０６によって回転駆動さ
れ得るようになっている。真空式スピンチャック１０５
の載置面１０５ａには、複数本の溝１０８が設けられて
おり、半導体基板１０４を載置面１０５ａ上に載置した
状態で、溝１０８内の空気を吸引口１０９から吸い出す
ことにより、半導体基板１０４を裏面から吸着保持し得
るような構成となっている。また、ドレンカップ１０３
の近傍には、半導体基板１０４に向けてノズル１１０か
ら感光剤を吐出する吐出装置１１１が配置されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな真空式スピンチャック１０５においては、チャック
１０５の回転中心と半導体基板１０４の重心とを合せる
ことが難しく、それらの同心度が僅かでもずれた状態
で、回転動作が行われると、基板保持力が小さくなり、
結果として、半導体基板１０４がチャック１０５から外
れ、半導体基板４が破損する場合がある。特に、半導体
基板１０４がオリフラを有している場合には、その重心
とチャック１０５の回転中心とを同心に保つことは困難
となる。

【０００４】また、上記のような従来の真空スピンチャ
ック１０５を洗浄装置や乾燥装置内に組み込むと、半導
体基板１０４の裏面の広い部分がチャック１０５によっ
て覆われているため、基板１０４の両面を同時に洗浄、
乾燥させることができず、基板１０４を裏返す必要が生
じる。この裏返し作業のために多くの手間と時間を要
し、作業効率が悪くなるという問題があった。

【０００５】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、チャックの回転中心と半導体基
板の重心との同心度を確保することが容易で、また、同
心度のずれに起因するスピニング中のチャックミスを起
こすことが軽減され、また、洗浄・乾燥作業を両面同時
に行うことができる機械式スピンチャックを提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、スピニング工法により半導体基板に対して
薬剤塗布、洗浄、乾燥等の処理を行う半導体製造装置内
に組み込まれ、半導体基板の保持、回転を担うスピンチ
ャックにおいて、駆動機構から与えられる駆動力に応じ
て回転する回転部材と、回転部材に回動自在に設けら
れ、その上端部で半導体基板の外周端面を保持する少な
くとも３本以上のアームとを備え、アームは、その下端
部に、回転部材の回転により遠心力を受けて半導体基板
に対する保持力が大きくなる方向にアームを回動させる
ウエイトを有しているものである。

【０００７】この構成においては、アームによって半導
体基板の少なくとも３カ所の外周端面を保持しながら、
半導体基板を回転させるので、チャックの回転中心と基
板の重心との同心度のずれによるスピニング中のチャッ
クミスを起こすことが防止される。しかも、回転部材が
回転すると、ウエイトが遠心力を受けて、基板に対する
保持力が大きくなる方向にアームが回動する。また、同
心度はアーム構造により決まるので、作業の都度、厳密
な位置合せは不要となる。さらにまた、アームと基板と
の間の接触部分は、基板の外周部分であって極めて少な
い上に基板の下面側も空間とすることができるので、こ
の機械式スピンチャックを洗浄装置や乾燥装置に組み込
んだ場合には、洗浄・乾燥作業を両面同時に行うことが
可能となる。

【０００８】また、本発明は、上記アームが、回転部材
の回転停止時には、アームに連結されたスプリングの付
勢力を受けて、また、回転部材の回転時には、ウエイト
に働く遠心力を受けて、半導体基板を保持するようにな
っているものであってもよい。この構成においては、回
転部材の回転停止時には、スプリングの付勢力を受けて
アームは基板を保持しており、回転部材が回転動作を始
めると、ウエイトからの遠心力を受けて、基板に対する
保持力が大きくなる方向に回動される。

【０００９】また、本発明は、上記アームが、回転部材
の回転停止時には、スプリングの付勢力に代えて、ウエ
イトの荷重を受けて、半導体基板を保持するようになっ
ているものであってもよい。この構成においては、回転
部材の回転停止時には、ウエイトの荷重を受けてアーム
は基板を保持しており、回転部材が回転動作を始める
と、ウエイトからの遠心力を受けて、基板に対する保持
力が大きくなる方向に回動される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
機械式スピンチャックについて、図面を参照して説明す
る。図１は本発明に係る機械式スピンチャックが組み込
まれた薬剤塗布装置の一部切欠き斜視図、図２（ａ）
（ｂ）は、それぞれ機械式スピンチャックの要部の一部
切欠き斜視図と側面図である。薬剤塗布装置１（半導体
製造装置）の外筐を構成するハウジング２内部には、ド
レンカップ３が配置され、その内方に半導体基板４を保
持する機械式スピンチャック５が設けられている。ま
た、ドレンカップ３の近傍には、半導体基板４に向けて
ノズル３１から感光剤を吐出する吐出装置３２が配置さ
れている。

【００１１】機械式スピンチャック５は、駆動機構（不
図示）から与えられる駆動力に応じて軸１１ａを中心に
回転する回転部材１１と、この回転部材１１に回動自在
に等間隔で設けられた複数本のアーム１２とから構成さ
れている。アーム１２の上端部１２ａには、半導体基板
４の厚みよりもわずかに大きく寸法設定された溝１３が
設けられており、この溝１３が半導体基板４の外周端面
に係合することにより、基板４の端面を保持し得るよう
になっている。このアーム１２の回動軸１４は、回転部
材１１の平面に対して垂直方向に設けられており、その
下端には、プレート１６が接合されている。アーム１２
は基板４を保持するに必要な、少なくとも３個以上設け
られる。

【００１２】さらに、プレート１６の一端には、回転部
材１１の回転により遠心力を受けて、アーム１２を半導
体基板４に対する保持力が大きくなる方向３０（右方
向）に回動させるウエイト１７が取り付けられている。
また、プレート１６のウエイト１７とは反対側他端に
は、スプリング１８が連結されている。このスプリング
１８は、回転部材１１の下面に設けられた接合片１９と
プレート１６との間に張設されており、回転停止時にそ
の付勢力によりアーム１２を右方向３０に回動させ、ア
ーム１２に半導体基板４に対する保持力を与えるもので
ある。

【００１３】このように、本実施形態に係る機械式スピ
ンチャック５によれば、半導体基板４の外周端面を保持
しながら、基板４を回転させることができるので、従来
の真空式スピンチャックと比して、保持力は大きく、チ
ャック５から基板４が外れることによる基板４の破損の
発生を抑えることができる。また、作業の都度、チャッ
ク５の回転中心と、基板４の重心との同心度を厳密に合
わせる必要もない。しかも、回転部材１１が回転する
と、ウエイト１７からの遠心力を受けて、アーム１２は
基板４に対する保持力が大きくなる方向に回動させられ
るので、回転部材１１を高速回転させた場合でも、基板
４が外れることはない。さらにまた、アーム１２と基板
４との間の接触部分の面積は、極めて小さいものである
と同時に、基板４をアーム１２により浮上した状態で保
持しているので、基板４の下面にも空間が生じるので、
この機械式スピンチャック５を洗浄装置や乾燥装置に組
み込んだ場合には、洗浄・乾燥作業を基板４の両面を同
時に行うことが可能となる。従って、基板４の裏返し作
業の手間や時間を省くことが可能となり、これら装置の
作業効率の向上を図ることができる。また、回転部材１
１の回転停止時には、スプリング１８の付勢力によっ
て、アーム１２は基板４を保持する方向に回動させられ
るので、アーム１２が不意に回動して基板４が外れるよ
うなことはない。

【００１４】図３に上記のような薬剤塗布装置１を備え
た半導体製造装置５０を示す。この半導体製造装置５０
では、半導体基板４はロボットアーム５１によって自動
式に搬送されるようになっている。このような自動式の
半導体製造装置１では、薬剤塗布装置１に対して基板４
の微妙な位置合わせを行うことは困難である。このた
め、従来のような真空式スピンチャックを用いたもので
は、基板４の重心位置が僅かでもずれると、基板４がチ
ャックから外れ、破損事故が起こることがあった。それ
に対し、本実施形態に示した機械式スピンチャック５を
用いることにより、スピンチャック５の回転中心と基板
４の重心との微妙な位置合わせが不必要となるので、基
板４の破損事故の発生を抑えることができる。

【００１５】（第２の実施形態）図４（ａ）（ｂ）は第
２の実施形態に係る機械式スピンチャックの要部の一部
切欠き斜視図と側面図である。この実施形態において
は、アーム１２の回転軸１４は、回転部材１１の平面に
対して平行方向に設けられている。アーム１２は、回転
軸１４を支点として回転部材１１の外周方向に折り曲げ
られており、その下端には、ウエイト１７が取り付けら
れている。さらに、アーム１２の下端には、このアーム
１２を回転部材１１の外周方向に付勢するようにスプリ
ング１８が連結されている。この構成においては、アー
ム１２は、回転部材１１が回転を停止している時は、ス
プリング１８の付勢力を受けて基板４を保持しており、
回転部材１１が回転動作を始めると、ウエイト１７から
の遠心力を受けて、基板４に対する保持力が大きくなる
方向に回動される。これにより、上述の第１の実施形態
と同様の効果を得ることができる。

【００１６】図４（ｃ）は第２の実施形態の変形例に係
る機械式スピンチャックの要部の側面図である。この変
形例においては、アーム１２は回転軸１４を支点として
回転部材１１の内心方向に折り曲げられており、回転部
材１１の回転停止時には、ウエイト１７の荷重を受けて
半導体基板４を保持するようになっている。すなわち、
基板４をアーム１２にチャックした状態では、チャック
前のアーム１２の自然状態の姿勢よりも、ウエイト１７
が僅かに持ち上げられた状態となる。また、回転部材１
１が回転動作を始めると、ウエイト１７からの遠心力を
受けて、基板４に対する保持力が大きくなる方向にアー
ム１２は回動される。このような構成においても、上記
第１及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができ
る。また、スプリング等が不要となるので、上記第１及
び第２の実施形態と比して部品点数の削減が図れると共
に、装置の低コスト化が図れる。

【００１７】なお、本発明は上記実施の形態に限られず
種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態におい
ては、アーム１２の上端に設けられた溝１３によって、
半導体基板４を保持するものを示したが、アーム１２の
上端に溝付きローラを取り付け、このローラによって半
導体基板４を保持するものであっても構わない。また、
アーク１２の本数は、少なくとも３本以上必要である
が、基板４の各種の外周形状（切れ込みやＤカット等）
を考慮すれば、５本程度あることが望ましい。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明の機械式スピンチャ
ックによれば、アームによって半導体基板の外周端面を
保持するようにしたので、チャックの回転中心と基板の
重心との同心度がたとえ僅かにずれていたとしても、従
来の真空チャックとは異なり、基板が外れることは防止
され、従って、基板の破損事故を抑えることができる。
しかも、回転中は、ウエイトが遠心力を受けて、基板に
対する保持力が大きくなる方向にアームを回動させるの
で、簡単な構造でもって、半導体基板に対する保持力を
高めることができる。従って、回転部材を高速回転させ
た場合でも、基板が外れることがなくなる。また、アー
ムと基板との間の接触部分が基板の外周端面であり、基
板をいわば浮上させた状態にて保持させることができる
ので、基板の両面を同時に洗浄・乾燥することができ、
洗浄作業や乾燥作業の作業性の向上を図ることができ
る。

【００１９】また、回転部材の回転停止時には、スプリ
ングの付勢力を受けて、アームが半導体基板を保持する
ものとすることにより、回転部材の回転停止時及び回転
時においても、適正に基板保持力をアームに与えること
ができる。

【００２０】また、回転部材の回転停止時には、ウエイ
トの荷重を受けて半導体基板を保持するものとすること
により、回転部材の回転停止時及び回転時においても、
少ない部品点数で簡単な構成にて基板保持力をアームに
与えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による機械式スピンチ
ャックを組み込んだ薬剤塗布装置の一部切欠き斜視図で
ある。

【図２】（ａ）（ｂ）は、それぞれ機械式スピンチャッ
クの要部の一部切欠き斜視図と側面図である。

【図３】薬剤塗布装置を備えた自動式半導体製造装置の
一部切欠き斜視図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は、それぞれ第２の実施形態によ
る機械式スピンチャックの要部の一部切欠き斜視図と側
面図であり、（ｃ）は第２の実施形態の変形例による機
械式スピンチャックの要部の側面図である。

【図５】従来の真空式スピンチャックを組み込んだ薬剤
塗布装置の一部切欠き斜視図である。

【図６】真空式スピンチャックの外観図と部分側面図で
ある。

【符号の説明】

１ 薬剤塗布装置（半導体製造装置） ４ 半導体基板 ５ 機械式スピンチャック １１ 回転部材 １２ アーム １２ａ 上端部 １７ ウエイト １８ スプリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠原 恵美子 広島県福山市駅家町中島842番地の１ (72)発明者 北村 裕二 広島県福山市千田町坂田629番地の２

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スピニング工法により半導体基板に対し
   て薬剤塗布、洗浄、乾燥等の処理を行う半導体製造装置
   内に組み込まれ、該半導体基板の保持、回転を担うスピ
   ンチャックにおいて、 駆動機構から与えられる駆動力に応じて回転する回転部
   材と、 前記回転部材に回動自在に設けられ、その上端部で前記
   半導体基板の外周端面を保持する少なくとも３本以上の
   アームとを備え、 前記アームは、その下端部に、前記回転部材の回転によ
   り遠心力を受けて前記半導体基板に対する保持力が大き
   くなる方向に該アームを回動させるウエイトを有してい
   ることを特徴とする機械式スピンチャック。
2. 【請求項２】 前記アームは、前記回転部材の回転停止
   時には、該アームに連結されたスプリングの付勢力を受
   けて、また、前記回転部材の回転時には、前記ウエイト
   に働く遠心力を受けて、前記半導体基板を保持するよう
   になっていることを特徴とする請求項１に記載の機械式
   スピンチャック。
3. 【請求項３】 前記アームは、前記回転部材の回転停止
   時には、前記スプリングの付勢力に代えて、前記ウエイ
   トの荷重を受けて、前記半導体基板を保持するようにな
   っていることを特徴とする請求項２に記載の機械式スピ
   ンチャック。