KR20170055915A - 스피너 장치 - Google Patents

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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

본 발명은 스피너 장치에 있어서 웨이퍼 중심이 스핀 회전축의 축심으로부터 틀어진 상태로 유지 갈고리에 의해 웨이퍼가 유지된 것을 인식하는 것을 과제로 한다.
3개의 유지 갈고리(311)를 웨이퍼 외주에 접촉시켜 웨이퍼를 유지하는 유지 기구와, 회전축(40a)을 축으로 유지 기구(3)를 회전시키는 기구(4)와, 웨이퍼 중심이 회전축(40a)의 축심과 일치하는지 아닌지를 판단하는 수단(5)을 구비하고, 유지 기구(3)는, 유지 갈고리(311)의 위치에 따른 출력을 행하는 출력부(36a∼36c)를 구비하고, 판단 수단(5)은, 3개의 유지 갈고리(311)로 유지되는 웨이퍼의 중심과 회전축(40a)의 축심이 일치했을 때의 각 유지 갈고리(311)에 대응한 출력부로부터의 각각의 출력값을 기억하는 기억부(50a∼50c)와, 회전축(40a)이 소정 각도만큼 회전했을 때의 각각의 출력값이, 기억부에 기억된, 3개의 유지 갈고리(311)의 출력값(50a∼50c)과 일치하는지 아닌지에 기초하여 웨이퍼의 틀어짐을 판단하는 판단부(51)를 구비한 스피너 장치(1)이다.

Description

스피너 장치{SPINNER DEVICE}
본 발명은, 웨이퍼를 유지한 상태로 회전시켜 세정ㆍ건조하는 스피너 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스에 있어서 웨이퍼를 세정하는 세정 수단에는, 예컨대 웨이퍼를 1장 1장 처리해 가는 매엽 스핀식의 세정 수단이 있다. 이 세정 수단에는, 예컨대 웨이퍼의 외주를 복수의 유지 갈고리로 클램프하여 유지하고, 스핀 회전축을 축으로 하여 상기 클램프된 부분을 공전시킴으로써 웨이퍼를 회전시켜 세정ㆍ건조하는 스피너 장치가 있다(예컨대 특허문헌 1, 2 참조). 이 스피너 장치에서는, 웨이퍼의 외주를 유지하는 유지 갈고리를 회동시켜 개방하여, 스피너 테이블 상측에 반송된 웨이퍼를 끼워서 유지시키고 있다.
즉, 상기 예에서의 스피너 장치는 스피너 테이블의 외주부에, 유지 갈고리 회동축에 연결되는 유지 갈고리를 적어도 3개 구비하고 있고, 웨이퍼를 유지할 때에는, 이 적어도 3개의 유지 갈고리를 연결한 가상적인 삼각형의 외심과 스피너 테이블의 회전 중심인 스핀 회전축을 일치시키고 있다. 이 적어도 3개의 유지 갈고리를 회동시키는 각 돌출부가 상승하여 스피너 테이블이 스핀 회전함으로써, 각 돌출부에 의해 각 유지 갈고리와 연결되는 유지 갈고리 회동축이 회동하고, 이에 따라 적어도 3개의 유지 갈고리는 스피너 테이블의 회전 중심인 스핀 회전축으로부터 이격되는 방향으로 회동되어 개방된 상태가 된다.
그리고, 3개의 유지 갈고리를 연결한 가상적인 삼각형의 외심과 웨이퍼의 중심이 일치하도록, 웨이퍼가 스피너 테이블 상측에 반송된 후, 스피너 테이블이 스핀 역회전함으로써, 스프링의 힘에 의해 3개의 유지 갈고리는 스핀 회전축에 접근하는 방향으로 회동하여 폐쇄되어 간다. 그리고, 적어도 3개의 유지 갈고리가 웨이퍼의 외주에 접촉함으로써, 웨이퍼에 유지 갈고리 이외의 것이 접촉하지 않은 상태로, 웨이퍼가 유지 갈고리로 유지되는 상태가 된다.
적어도 3개의 유지 갈고리로 웨이퍼를 유지시킨 후, 각 유지 갈고리 회동축으로부터 각 돌출부가 다시 멀어질 때까지 스피너 테이블을 스핀 역회전시킨 후 돌출부를 하강시킨다. 그리고, 돌출부가 하강한 상태로, 스피너 테이블을 스핀 회전시켜 스핀 회전축을 축으로 하여 각각의 유지 갈고리를 공전시킴으로써, 적어도 3개의 유지 갈고리에 의해 유지된 웨이퍼(W)를 스핀 회전시킨다. 이어서, 각 유지 갈고리에 의해 유지되는 웨이퍼(W)의 상면 및 하면에 대하여, 세정수 공급 수단으로부터 세정수를 공급하면서 스핀 회전 세정을 행한다. 그 후, 세정수의 공급을 정지시키고, 웨이퍼의 회전을 고속 회전으로 전환하여, 원심력에 의해 외주 방향을 향해 세정수를 비산시켜 건조시킨다. 이 건조 시에는, 예컨대 건조 공기를 내뿜는 것에 의해, 더욱 고속으로 건조시키는 경우도 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 제3909915호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2015-122400호 공보
여기서, 스피너 장치의 제조에 있어서, 이상적으로는, 적어도 3개의 유지 갈고리가, 스핀 회전축을 중심으로 하여 스피너 테이블 상에 둘레 방향으로 정확하게 등간격으로 설치되고, 또한, 각 유지 갈고리에 대응하는 적어도 3개의 돌출부도 스핀 회전축을 중심으로 정확하게 등간격으로 설치된다. 이 경우에는, 웨이퍼의 외주에 적어도 3개의 유지 갈고리를 접촉시켰을 때에, 각 유지 갈고리는 동일한 회동 각도로 웨이퍼를 유지할 수 있다. 따라서, 유지 갈고리가 웨이퍼를 유지한 것을 검출하는 적어도 3개의 센서도, 스핀 회전축을 중심으로 둘레 방향으로 등간격으로 설치된다.
그러나, 3개의 유지 갈고리와 3개의 돌출부와 3개의 센서를 정확하게 등간격으로 설치시키는 것은 어렵다. 또한, 웨이퍼를 스피너 테이블 상측에 반송하여 유지 갈고리로 끼워서 유지할 때에, 웨이퍼의 중심과 스핀 회전축의 축심을 정확하게 일치시켜 웨이퍼를 스피너 테이블 상측에 반송하여 위치 부여하는 것은 어렵고, 유지 갈고리로 유지되는 웨이퍼의 중심이 스핀 회전축의 축심으로부터 틀어지는 경우가 있다. 이 상태로 웨이퍼가 스핀 회전하면, 스핀 회전에 의해 발생하는 원심력이 각 유지 갈고리에 균등하게 가해지지 않기 때문에, 유지 갈고리에 의한 웨이퍼의 유지가 지속되지 않고, 웨이퍼가 날아가 낙하되어 버리는 경우가 있다.
따라서, 스피너 장치에 있어서, 웨이퍼의 중심이 스핀 회전축의 축심으로부터 틀어진 상태로 유지 갈고리에 의해 웨이퍼가 유지되었을 때에, 웨이퍼의 중심의 틀어짐을 인식한다고 하는 과제가 생긴다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 적어도 3개의 유지 갈고리를 웨이퍼의 외주에 접촉시켜 웨이퍼를 유지하는 유지 기구와, 스핀 회전축을 축으로 하여 그 유지 기구를 회전시키는 회전 구동부를 구비하는 스핀 회전 기구를 구비하는 스피너 장치로서, 웨이퍼의 중심이 그 스핀 회전축의 축심과 일치하는지 아닌지를 판단하는 판단 수단을 구비하고, 그 유지 기구는, 유지 갈고리의 위치에 따른 출력을 행하는 출력부를 구비하고, 그 판단 수단은, 적어도 3개의 그 유지 갈고리로 유지되는 웨이퍼의 중심과 그 스핀 회전축의 축심이 일치했을 때의 각각의 그 유지 갈고리에 대응한 출력부로부터의 출력값을 기억하는 기억부와, 그 스핀 회전축이 소정 각도만큼 회전했을 때의 그 출력부의 출력값이, 그 기억부에 기억된 적어도 하나의 유지 갈고리의 출력값과 일치하는지 아닌지에 기초하여 웨이퍼의 틀어짐을 판단하는 판단부를 구비한 스피너 장치이다.
상기 출력부는, 유지 갈고리 회동축을 축으로 상기 유지 갈고리를 회동시켜 웨이퍼를 유지했을 때의 그 유지 갈고리의 위치를 검출하는 센서와, 상기 유지 갈고리와 함께 상기 유지 갈고리 회동축을 축으로 회동하여 상기 센서를 반응시키는 반응부와, 상기 반응부에서 상기 센서를 반응시키는 양을 전압으로 변환하는 증폭기를 구비하는 것으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 스피너 장치는, 적어도 3개의 유지 갈고리를 웨이퍼의 외주에 접촉시켜 웨이퍼를 유지하는 유지 기구와, 스핀 회전축을 축으로 하여 유지 기구를 회전시키는 회전 구동부를 구비하는 스핀 회전 기구와, 웨이퍼의 중심이 스핀 회전축의 축심과 일치하는지 아닌지를 판단하는 판단 수단을 구비하고, 유지 기구는, 유지 갈고리의 위치에 따른 출력을 행하는 출력부를 구비하고, 판단 수단은, 적어도 3개의 유지 갈고리로 유지되는 웨이퍼의 중심과 스핀 회전축의 축심이 일치했을 때의 각각의 유지 갈고리에 대응한 출력부로부터의 출력값을 기억하는 기억부와, 스핀 회전축이 소정 각도만큼 회전했을 때의 출력부의 출력값이, 기억부에 기억된, 적어도 하나의 유지 갈고리의 출력값과 일치하는지 아닌지에 기초하여 웨이퍼의 틀어짐을 판단하는 판단부를 구비하는 것으로 함으로써, 웨이퍼 자체가 스핀 회전하기 전에 웨이퍼의 중심의 스핀 회전축으로부터의 틀어짐을 인식할 수 있다. 따라서, 이 인식에 기초하여 웨이퍼의 위치를 보정할 수 있고, 적어도 3개의 유지 갈고리에 의해 웨이퍼를 확실하게 유지하는 것이 가능해진다.
도 1은 스피너 장치의 일례를 나타내는 (A) 평면시 단면도 및 (B) 측면시 파단도이다.
도 2는 웨이퍼를 반입 가능한 상태에 있는 스피너 장치에 있어서, 웨이퍼를 유지하고자 하는 상태를 나타내는 (A) 평면시 단면도 및 (B) 측면시 파단도이다.
도 3은 웨이퍼의 센터링이 정확하게 행해진 상태로 웨이퍼를 유지하고 있는 스피너 장치에 있어서, 웨이퍼가 회전 가능한 상태를 나타내는 (A) 평면시 단면도 및 (B) 측면시 파단도이다.
도 1의 (A), (B)에 나타내는 스피너 장치(1)는, 베이스(11)와, 세정수의 비산을 방지하는 케이스(12)와, 적어도 3개의 유지 갈고리(311)를 웨이퍼(W)의 외주(Wd)에 접촉시켜 웨이퍼(W)를 유지하는 유지 기구(3)와, 스핀 회전축(40a)을 축으로 하여 유지 기구(3)를 회전시키는 회전 구동부(41)를 구비하는 스핀 회전 기구(4)와, 유지 기구(3)에 의해 유지된 웨이퍼(W)에 세정수를 공급하는 세정수 공급 수단(13)을 구비하며, 예컨대 연삭 장치에 탑재되어, 웨이퍼(W)를 세정하고 건조시키는 기능을 갖고 있다.
도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이, 케이스(12)는, 바닥이 있는 원통형으로 형성되고, 저면에 배수구(121)를 갖추며, 원통형의 베이스(11)의 외주측에 고정되어 있다.
스핀 회전 기구(4)는, 스피너 장치(1)의 중앙부에 설치되어 있고, 유지 기구(3)에 접속되는 회전 샤프트(40)와, 회전 샤프트(40)의 축중심이 되는 스핀 회전축(40a)과, 스핀 회전축(40a)을 축으로 하여 유지 기구(3)를 회전시키는 모터 등의 회전 구동부(41)를 적어도 구비하고 있다.
회전 샤프트(40)는, 예컨대 원기둥형으로 형성되어 있고, 그 축심인 스핀 회전축(40a)의 축방향은 수평면에 대하여 직교하는 방향(Z축 방향)으로 되어 있다. 회전 샤프트(40)는, 베이스(11)의 내주측에 설치되고, 축받이(42)를 통해 베이스(11)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 회전 샤프트(40)에는, 회전 샤프트(40)의 중앙을 Z축 방향으로 관통하는 관통 구멍(40b)이 형성되어 있다. 축받이(42)의 상측에는 패킹(43)이 설치되어 있어, 관통 구멍(40b)을 통과하여 관통 구멍(40b)의 상단으로부터 분출한 세정수가 회전 샤프트(40)와 베이스(11) 사이의 간격으로부터 새는 것을 막는다.
회전 샤프트(40)의 하단측에는, 모터 등의 회전 구동부(41)가 로터리 조인트(44)를 통해 접속되어 있고, 회전 구동부(41)가 회전 샤프트(40)를 회전시키는 것에 따라서 유지 기구(3)도 회전한다.
로터리 조인트(44)에는 세정수를 공급하는 세정수 공급 수단(13)이 접속되어 있다. 세정수 공급 수단(13)은, 로터리 조인트(44)에 일단이 연통하는 급수관(131)과, 급수관(131)의 다른 일단이 연통하는 세정수 공급원(130)을 구비하고 있다. 세정수 공급원(130)으로부터 공급된 세정수는, 급수관(131)을 통과하고, 로터리 조인트(44)로부터 관통 구멍(40b)에 유입되어 관통 구멍(40b)의 상단으로부터 분출된다. 또한, 세정수 공급 수단(13)은, 세정수 공급원(130)으로부터 공급되는 세정수를 분출시키는, 도시하지 않은 세정수 노즐을 구비하고 있고, 세정수 노즐은, 그 분출구가 상플레이트(32)의 상면에 대응하도록 설치되어 있다.
유지 기구(3)는, 회전 샤프트(40)에 고정된 상플레이트(32)와, 상플레이트(32)에 설치된 적어도 3개의 유지부(31a∼31c)와, 원환판형의 하플레이트(34)와, 하플레이트(34)를 승강시키는 승강부(35a, 35b)와, 각 유지 갈고리(311)의 위치에 따른 출력을 행하는 출력부(36a∼36c)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 유지 기구(3)는 3개의 유지부(31a∼31c)를 구비하고 있지만, 유지 기구(3)가 구비하는 유지부를 4개 이상으로 하여, 4개 이상의 유지 갈고리(311)로 웨이퍼(W)를 보다 확실하게 유지할 수 있는 것으로 해도 좋다. 그리고, 유지부를 4개 이상으로 하는 것에 부가하여, 그 밖의 각 구성(출력부의 수 등)도 각각 변경 가능하다.
상플레이트(32)는, 예컨대 외형이 원환판형이며, 그 중심에 회전 샤프트(40)가 끼워져 회전 샤프트(40)의 상부와 일체가 된 상태로 케이스(12) 내에 설치되어 있고, 회전 샤프트(40)가 회전하는 것에 따라 회전한다.
상플레이트(32)의 외주 영역에는, 예컨대 상플레이트(32)의 두께 방향으로 관통하여 형성된 관통 구멍이 3개 형성되어 있고, 그 각 관통 구멍에는 베어링(321)이 각각 설치되어 있다. 유지부(31a∼31c)는, 각각 축방향이 Z축 방향인 유지 갈고리 회동축(319)을 축으로 하여 회동 가능하게, 베어링(321)을 통해 상플레이트(32)에 설치되어 있다. 유지부(31a∼31c)의 각 유지 갈고리 회동축(319)은, 회전 샤프트(40)의 스핀 회전축(40a)을 중심으로 하여, 둘레 방향으로 등간격(도시한 예에서는 120도씩의 간격)으로 이격되어 설치되어 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 중심(Wo)과 스핀 회전축(40a)의 축심을 일치시켜 상플레이트(32) 상에 웨이퍼(W)가 반입된 경우에는, 유지부(31a∼31c)에 의해 웨이퍼(W)를 3방향으로부터 균등한 힘으로 유지할 수 있다.
유지부(31b) 및 유지부(31c)의 구성은, 유지부(31a)의 구성과 동일하기 때문에, 이하에서는 유지부(31a)의 구성에 관해서만 설명한다. 유지부(31a)는, 웨이퍼(W)의 외주(Wd)에 접촉하는 유지 갈고리(311)와, 유지 갈고리 회동축(319)을 축으로 하여 유지 갈고리(311)를 회동시키는 아암(a)(312)과, 회동의 축이 되는 유지 갈고리 회동축(319)과, 상플레이트(32)의 하면측에 배치된 아암(b)(314)과, 아암(b)(314)의 선단에 있어서 상측으로 돌출되어 배치된 기둥부(315)와, 상플레이트(32)에 고정되어 하측으로 돌출된 기둥부(317)와, 2개의 기둥부(315, 317) 사이에 설치된 스프링(316)을 구비한다. 유지 갈고리(311)는, 예컨대 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지 등의 딱딱한 플라스틱으로 형성되어 있다. 아암(a)(312)은, 한쪽의 끝에 유지 갈고리(311)가 고정되고, 다른 쪽의 끝에 유지 갈고리 회동축(319)이 고정되어, 유지 갈고리 회동축(319)의 회전에 따라 회동하고, 유지 갈고리(311)를 상플레이트(32)의 상측으로 이동시킨다.
예컨대, 아암(a)(312)의 측면은 스핀 회전축측으로 원호형으로 팽창된 형상으로 되어 있고, 상플레이트(32)가 회전하면, 유지부(31a)의 주위에 상대적인 공기류를 발생시킨다. 이 공기류에 의해 발생한 양력은, 스핀 회전축(40a)에 접근하는 방향으로 유지 갈고리(311)를 압박한다.
아암(b)(314)은, 한쪽의 끝에 유지 갈고리 회동축(319)이 고정되어, 유지 갈고리 회동축(319)의 회전에 따라 회동한다. 기둥부(315)는, 아암(b)(314)의 다른 쪽의 끝에 고정되어, 아암(b)(314)의 회동에 따라 이동한다. 기둥부(315)의 이동에 의해 2개의 기둥부(315, 317) 사이의 거리가 커지면, 스프링(316)의 탄성에 의해, 2개의 기둥부(315, 317) 사이의 거리를 줄이는 방향의 힘이 발생한다. 이에 따라, 스핀 회전축(40a)에 접근하는 폐쇄 방향으로 유지 갈고리(311)가 압박된다.
하플레이트(34)는, 수평면에 평행하고 스핀 회전축(40a)과 동축인 원환판형이며, 중앙에 원형의 개구(341)를 갖고 있고, 개구(341)에 회전 샤프트(40)를 관통시킨 상태로 케이스(12) 내에 설치되어 있다. 회전 샤프트(40)는 개구(341)에 헐겁게 끼워져 있어, 회전 샤프트(40)가 회전하더라도 하플레이트(34)는 회전하지 않는다. 또한, 하플레이트(34)는, 하측면에 +Z 방향으로 돌출된 3개의 돌출부(342a∼342c)를 구비하고 있다.
각 승강부(35a, 35b)는, 예컨대 에어 실린더이며, 각각, 하플레이트(34)의 하면에 접속된 피스톤(352)과, 피스톤(352)을 Z축 방향으로 평행하게 이동시키는 실린더(351)를 구비하고, 실린더(351)가 피스톤(352)을 승강시킴으로써 하플레이트(34)를 Z축 방향으로 상하 이동시킨다.
출력부(36b) 및 출력부(36c)의 구성은 출력부(36a)의 구성과 동일하기 때문에, 이하에서는 출력부(36a)의 구성에 관해서만 설명한다. 출력부(36a)는, 예컨대 유지 갈고리 회동축(319)을 축으로 하여 유지 갈고리(311)를 회동시켜 웨이퍼(W)를 유지했을 때의 유지 갈고리(311)의 위치를 검출하는 센서(360)와, 유지 갈고리(311)와 함께 유지 갈고리 회동축(319)을 축으로 회동하여 센서(360)를 반응시키는 반응부(361)와, 반응부(361)에서 센서(360)를 반응시키는 양을 전압으로 변환하는 증폭기(362)를 구비한다.
센서(360)는, 예컨대 증폭기 분리형의 정전 용량형 근접 센서이며, 도시한 예에서는 원판형으로 형성되어 있고, 트랜지스터를 포함하는, 도시하지 않은 발진 회로와 검출 전극을 구비하고 있다. 센서(360)는, 하플레이트(34)의 상면이자 돌출부(342a)의 근방[출력부(36b)에 있어서는, 하플레이트(34)의 상면이자 돌출부(342b)의 근방이고, 출력부(36c)에 있어서는, 하플레이트(34)의 상면이자 돌출부(342c)의 근방이 됨]에 설치되어 있다.
반응부(361)가 센서(360)에 근접하면 센서(360)와 대지 사이에 발생하는 정전 용량이 변화하고, 발진 회로의 발진 상태가 변화한다. 그리고, 그 변화를 검출하여 반응부(361)의 근접을 검지한다.
반응부(361)는, 예컨대 금속 또는 수지를 원판형으로 형성한 것이며, 유지부(31a)의 아암(b)(314)의 선단부 하면[출력부(36b)에 있어서는, 유지부(31b)의 아암(b)(314)의 선단부 하면이 되고, 출력부(36c)에 있어서는, 유지부(31c)의 아암(b)(314)의 선단부 하면이 됨]에 설치되어 있고, 유지 갈고리 회동축(319)의 회동에 따라, 유지 갈고리 회동축(319)을 축으로 하여 수평면 내에서 회동한다. 반응부(361)가 수평면 내에서 회동하여 각각이 센서(360)의 상측을 비접촉으로 통과할 때에, Z축 방향으로부터 반응부(361) 및 센서(360)를 시인한 경우에 파악할 수 있는 반응부(361)와 센서(360)의 중복 영역(S)이 형성된다. 중복 영역(S)의 면적은, 반응부(361)의 회동[즉, 유지 갈고리 회동축(319)의 회전]에 의해 증감하는 양이며, 중복 영역(S)이 클수록 검출 전극의 정전 용량이 커지고, 중복 영역(S)이 작을수록 검출 전극의 정전 용량도 작아진다.
증폭기(362)는, 센서(360)에 접속되어 있고, 반응부(361)에서 센서(360)를 반응시키는 양[본 실시형태에 있어서는, 센서(360)가 정전 용량형 근접 센서이기 때문에, 중복 영역(S)의 면적에 비례하는 검출 전극의 정전 용량]을 전압으로 변환하여 출력한다. 즉, 중복 영역(S)이 클수록 높은 전압을 검출 신호로서 출력하고, 중복 영역(S)이 작을수록 낮은 전압을 검출 신호로서 출력한다. 또한, 정전 용량형 근접 센서 이외에 반응부(361)가 금속인 경우에는 유도형 근접 센서이어도 좋다.
스피너 장치(1)는, 웨이퍼(W)의 중심(Wo)이 스핀 회전축(40a)의 축심과 일치하는지 아닌지를 판단하는 판단 수단(5)을 구비하고 있다. 판단 수단(5)은, 적어도 3개의 유지 갈고리(311)가 유지한 웨이퍼(W)의 중심(Wo)과 스핀 회전축(40a)의 축심이 일치했을 때의 각각의 유지 갈고리(311)에 대응한 출력부(36a∼36c)로부터의 출력값을 기억하는 기억부(50)와, 스핀 회전축(40a)이 소정 각도[즉, 각 유지 갈고리(311)가 웨이퍼(W)의 외주(Wd)에 접촉했을 때의 스핀 회전축(40a)의 회전 각도]만큼 회전했을 때의 출력부(36a∼36c)의 출력값이, 기억부(50)에 기억된, 적어도 하나의 유지 갈고리(311)의 출력값과 일치하는지 아닌지에 기초하여 웨이퍼(W)의 틀어짐을 판단하는 판단부(51)를 구비하고 있다.
적어도 메모리 등의 기억 소자로 이루어진 기억부(50)는, 예컨대 제1 기억부(50a), 제2 기억부(50b) 및 제3 기억부(50c)로 이루어지며, 각각이 배선을 통해 출력부(36a∼36c)의 각 증폭기(362)에 접속되어 있고, 각 증폭기(362)로부터 검출 신호를 보낸다. 그리고, 제1 기억부(50a)∼제3 기억부(50c)는, 보내진 검출 신호에 기초하는 출력부(36a∼36c) 각각의 출력값을 기억한다. 그리고, 제1 기억부(50a)∼제3 기억부(50c)에는, 배선을 통해 CPU 등으로 이루어진 판단부(51)가 접속되어 있다.
이하에, 도 1∼도 3을 이용하여, 스피너 장치(1)가 웨이퍼(W)를 유지한 후 웨이퍼(W)를 세정하는 순서를 설명한다. 여기서는, 웨이퍼(W)의 중심(Wo)과 스핀 회전축(40a)의 틀어짐 등이 없고, 적어도 3개의 유지 갈고리(311)에 의해 웨이퍼(W)가 정확하게 센터링되어 유지되는 경우를 상정하고 있다.
도 2의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 승강부(35a, 35b)가 하플레이트(34)를 +Z 방향으로 상승시켜, 하플레이트(34)의 돌출부(342a∼342c)를, 유지부(31a∼31c)의 각 아암(b)(314)에 접촉하는 높이까지 상승시킨다.
다음으로, 회전 구동부(41)가 회전 샤프트(40)를 소정 방향으로 회전시키면, 유지부(31a∼31c)의 각 아암(b)(314)에 하플레이트(34)의 돌출부(342a∼342c)가 각각 접촉하고, 유지 갈고리 회동축(319)을 축으로 하여 아암(b)(314)이 회동한다. 이에 따라, 아암(a)(312)이 회동하고, 각 유지 갈고리(311)가 스핀 회전축(40a)으로부터 멀어지는 방향(R1)으로 둘레를 회전하여 이동한다. 각 유지 갈고리(311)가 개방되고, 각 유지 갈고리(311)와 스핀 회전축(40a) 사이의 거리가 웨이퍼(W)의 반경보다 커지기 때문에, 개방된 3개의 유지 갈고리(311)로 둘러싸인 중앙에 원판형의 웨이퍼(W)를 반입할 수 있다. 또한, 스프링(316)이, 예컨대 신장되고, 스프링(316)의 탄성(신축성)에 의해 2개의 기둥부(315, 317) 사이의 거리를 줄이는 방향의 힘이 발생한다.
이어서, 스핀 회전축(40a)의 축심 선상에 웨이퍼(W)의 중심(Wo)이 위치하도록 웨이퍼(W)를 위치 부여하여 반입한다. 도 3의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 반입후, 회전 구동부(41)가 회전 샤프트(40)를 역방향으로 회전시키면, 유지부(31a∼31c)의 각 아암(b)(314)이 하플레이트(34)의 돌출부(342a∼342c)로부터 각각 멀어지고, 스프링(316)의 압박력에 의해, 유지 갈고리 회동축(319)을 축으로 하여 아암(b)(314)이 역방향으로 회동한다. 이에 따라, 아암(a)(312)이 역방향으로 회동하고, 각 유지 갈고리(311)가 스핀 회전축(40a)에 접근하는 폐쇄 방향(R2)으로 둘레를 회전하여 이동하여, 웨이퍼(W)의 외주(Wd)에 접촉한다. 각 유지 갈고리(311)는, 각 스프링(316)에 의해, 스핀 회전축(40a)에 접근하는 방향으로 압박되어 있기 때문에, 그 힘으로 웨이퍼(W)가 클램프되고 유지된다. 여기서, 웨이퍼(W)의 중심(Wo)이 스핀 회전축(40a)의 축심과 일치하여 반입되어 있기 때문에, 유지부(31a∼31c)를 연결하는 가상적인 삼각형의 외심과 웨이퍼(W)의 중심(Wo)이 일치한다. 따라서, 3개의 유지 갈고리(311)의 수평면 내에서의 회전 각도[예컨대, 각 유지 갈고리 회동축(319)을 축중심으로 하여 상정함]도 동일해지고, 3개의 유지 갈고리(311)는 웨이퍼(W)를 균일한 힘으로 정확하게 유지한다.
이어서, 승강부(35a, 35b)가 하플레이트(34)를 -Z 방향으로 하강시켜, 상플레이트(32)가 회전하더라도, 각 아암(b)(314)에 돌출부(342a∼342c)가 접촉하지 않는 위치로 후퇴시킨다. 각 유지 갈고리(311)가 웨이퍼(W)의 외주(Wd)에 접촉했을 때, 스프링(316)은, 예컨대 자연 길이까지 완전히 줄어들지 않고 도중에 멈추게 되어, 스프링(316)의 압박력은 없어지지 않고, 유지 갈고리(311)에 의한 웨이퍼(W)의 유지는 유지된다. 이와 같이, 스핀 회전 운동을 이용하여 각 유지 갈고리(311)를 개폐하기 때문에, 가동부를 늘리지 않고 각 유지 갈고리(311)를 개폐할 수 있다.
이와 같이 하여 웨이퍼(W)가 유지된 상태로, 회전 구동부(41)가 회전 샤프트(40)를 회전시켜 상플레이트(32) 및 유지부(31a∼31c)를 회전시키면, 유지부(31a∼31c)에 유지된 웨이퍼(W)가 회전한다. 세정수 공급원(130)으로부터 공급되는 세정수는, 로터리 조인트(44)를 통해 관통 구멍(40b)의 상단으로부터 분출되어, 웨이퍼(W)의 하측면을 세정한다. 세정수 공급원(130)으로부터 공급되어 도시하지 않은 세정 노즐로부터 분출되는 세정수는, 웨이퍼(W)의 상면을 세정한다. 여기서, 유지부(31a∼31c)가 웨이퍼(W)의 외주(Wd)를 클램프하여 유지하기 때문에, 웨이퍼(W)의 양쪽면이 전면(全面) 세정된다. 그리고, 세정에 이용된 세정수는 배수구(121)로부터 배수된다.
세정이 종료되었다면, 세정수 공급원(130)으로부터의 세정수의 공급을 정지된다. 그 후, 회전 구동부(41)가 고속 회전을 계속하면, 웨이퍼(W)의 상면 및 하면에 부착된 세정수가 원심력에 의해 비산되고, 웨이퍼(W)가 건조된다. 이 건조 시에는, 예컨대 건조 공기를 웨이퍼(W)에 내뿜는 것에 의해, 더욱 고속으로 건조시키는 것으로 해도 좋다.
또한, 건조 공기를 내뿜지 않는 경우, 세정수로 세정할 때보다 고속으로 회전시켜 원심력으로 세정수를 비산시켜 건조시켜도 좋다.
이하에, 도 1∼3을 이용하여, 웨이퍼(W)의 중심(Wo)의 틀어짐을 인식하는 경우의 스피너 장치(1)의 각 구성의 작동 및 인식 방법에 관해 설명한다.
우선, 도 3의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중심(Wo)이 스핀 회전축(40a)의 축심과 일치한 상태로, 유지부(31a∼31c)의 각 유지 갈고리(311)에 의해 웨이퍼(W)가 스피너 장치(1)에 유지되었을 때의[즉, 웨이퍼(W)의 센터링이 이루어졌을 때의], 3개의 출력부(36a∼36c)의 출력값 D1a, 출력값 D1b 및 출력값 D1c가 측정된다.
또한, 도 3에서는, 유지 갈고리의 회동 각도를 알기 쉽게 하기 위해, 돌출부(342a∼342c)를 스핀 회전축(40a)을 축으로 회전시키고 있지만, 스핀 회전축(40a)을 회전시켰을 때 유지 갈고리(31a∼31c)가 회전된다.
여기서, 웨이퍼(W)의 센터링이 확실하게 이루어졌는지의 여부를 판단하는 경우에는, 예컨대 회전 구동부(41)가 회전 샤프트(40)를 회전시키고, 유지부(31a∼31c)에 유지된 웨이퍼(W)를 회전시켜, 웨이퍼(W)의 외주가 스핀 회전축(40a)을 중심으로 하는 원을 그리는지 아닌지로 판단한다. 즉, 예컨대 유지 갈고리(311)에 의해 유지된 웨이퍼(W)의 외주(Wd)에 마킹을 형성하고[여기서 이용되는 웨이퍼(W)는, 예컨대 시험용 웨이퍼이어도 좋음], 이어서 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 회전하고 있는 웨이퍼(W)의 상측에, 예컨대 CMOS 이미지 센서 등을 구비하는 고속 카메라를 설치하여, 회전하고 있는 웨이퍼(W)의 상면을 고속으로 연속 촬영한다. 그리고, 촬상된 촬상화로부터, 웨이퍼(W)의 외주(Wd)에 형성한 마킹이 스핀 회전축(40a)을 중심으로 하는 원을 그리고 있는지 아닌지를 판단한다.
도 3의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 센터링이 확실하게 이루어진 경우라 하더라도, 3개의 출력부(36a∼36c)의 출력값 D1a, 출력값 D1b 및 출력값 D1c는, 3개의 유지 갈고리(311), 3개의 돌출부(342a∼342c), 3개의 센서(360)의 장착 상태에 따라 상이하다. 즉, 유지부(31a∼31c)의 각 유지 갈고리 회동축(319)의 회전 각도는 동일하지 않기 때문에, 유지부(31a)에서의 센서(360)와 반응부(361)의 중복 영역(S1a), 유지부(31b)에서의 센서(360)와 반응부(361)의 중복 영역(S1b), 및 유지부(31c)에서의 센서(360)와 반응부(361)의 중복 영역(S1c)의 면적은 각각 상이하다. 각 중복 영역(S1a∼S1c)의 각 면적에 비례하는, 각 센서(360)의 정전 용량이, 유지부(31a∼31c)의 각 증폭기(362)에 의해 전압으로 변환되어, 3개의 출력부(36a∼36c)의 출력값 D1a, 출력값 D1b 및 출력값 D1c가 된다.
3개의 출력부(36a∼36c)의 기준이 되는 출력값 D1a, 출력값 D1b 및 출력값 D1c에 관한 정보는, 각각 제1 기억부(50a)∼제3 기억부(50c)에 송신되어 기억된다. 이어서, 웨이퍼(W)가 3개의 유지 갈고리(311)로부터 해제된다.
또한, 각 웨이퍼(W)의 외경의 미세한 차이도 고려하여, 웨이퍼(W)를 각 유지 갈고리(311)에 의해 유지하여 스핀 회전시키는 경우에, 원심력에 의한 웨이퍼(W)의 유지 갈고리(311)로부터의 이탈을 일으키지 않는 허용치(웨이퍼 직경 허용치)를 설정해도 좋다. 이 허용치는, 예컨대 중복 영역(S)의 면적을 기준으로 정해진다. 예컨대, 도 3의 (A)에 나타내는 웨이퍼(W)보다 소직경의 웨이퍼(W1)를 정확하게 센터링하여, 적어도 3개의 유지 갈고리(311)에 의해 유지한 경우, 도시한 예에서는, 웨이퍼(W)를 유지하고 있는 경우에 비하여, 각 유지 갈고리 회동축(319)의 회전 각도가 커지고, 각 유지 갈고리(311)는 보다 스핀 회전축(40a)에 근접한 위치에서 웨이퍼(W1)를 유지하게 된다. 따라서, 도시한 예에서는, 유지 갈고리(311)가 웨이퍼(W1)를 유지한 경우의 센서(360)와 반응부(361)의 중복 영역(Smin)(도면에는 도시되지 않음)의 면적은, 센서(360)와 반응부(361)의 중복 영역(S1a)의 면적보다 작아진다. 동일하게, 유지 갈고리(311)가 웨이퍼(W)보다 대직경의 웨이퍼를 유지한 경우의 센서(360)와 반응부(361)의 중복 영역(Smax)(도면에는 도시되지 않음)을 설정하고, 웨이퍼 직경 허용 최소치[영역(Smin)의 면적에서의 출력값)≤(기준이 되는 출력값 D1a, 출력값 D1b 및 출력값 D1c)≤웨이퍼 직경 허용 최대치(영역(Smax)의 면적)]를 설정해도 좋다.
스핀 회전축(40a)이 소정 각도[각 유지 갈고리(311)가 웨이퍼(W)의 외주(Wd)에 접촉했을 때의 스핀 회전축(40a)의 회전 각도]만큼 회전했을 때의 출력부(36a∼36c)의 출력값에 관한 정보는 판단부(51)에 송신된다. 판단부(51)는, 예컨대 제1 기억부(50a), 제2 기억부(50b) 및 제3 기억부(50c)에 각각 기억되어 있는 기준이 되는 출력값 D1a, 출력값 D1b 및 출력값 D1c와, 각 출력값 D2a, 출력값 D2b 및 출력값 D2c가 모두 상이하기 때문에, 웨이퍼(W)의 중심(Wo)이 스핀 회전축(40a)의 축심에 대하여 틀어져 있다고 판단한다. 또한, 판단부(51)는, 예컨대 하나의 유지부(31a)의 유지 갈고리(311)에 대응하는 출력부(36a)의 출력값 D2a와, 제1 기억부(50a)에 기억되어 있는 출력값 D1a에만 기초하여, 웨이퍼(W)의 중심(Wo)이 스핀 회전축(40a)의 축심에 대하여 틀어져 있다고 판단해도 좋다.
전술한 바와 같이, 스피너 장치(1)는, 적어도 3개의 유지 갈고리(311)를 웨이퍼(W)의 외주(Wd)에 접촉시켜 웨이퍼(W)를 유지하는 유지 기구(3)와, 스핀 회전축(40a)을 축으로 하여 유지 기구(3)를 회전시키는 회전 구동부(41)를 구비하는 스핀 회전 기구(4)와, 웨이퍼(W)의 중심(Wo)이 스핀 회전축(40a)의 축심과 일치하는지 아닌지를 판단하는 판단 수단(5)을 구비하고, 유지 기구(3)는, 3개의 각 유지 갈고리(311)의 위치에 따른 출력을 행하는 출력부(36a∼36c)를 구비하고, 판단 수단(5)은, 3개의 유지 갈고리(311)로 유지되는 웨이퍼(W)의 중심(Wo)과 스핀 회전축(40a)의 축심이 일치했을 때의 각각의 유지 갈고리(311)에 대응한 출력부(36a∼36c)로부터의 출력값 D1a∼D1c를 기억하는 제1 기억부(50a)∼제3 기억부(50c)와, 스핀 회전축(40a)이 소정 각도만큼 회전했을 때의 출력부(36a∼36c)의 출력값 D2a∼D2c가, 제1 기억부(50a)∼제3 기억부(50c)에 기억된, 3개의 유지 갈고리(311)의 출력값 D1a∼D1c와 각각 일치하는지 아닌지에 기초하여 웨이퍼(W)의 틀어짐을 판단하는 판단부(51)를 구비하는 것으로 함으로써, 웨이퍼(W) 자체를 스핀 회전시키기 전, 즉, 웨이퍼(W)가 3개의 유지 갈고리(311)로 유지된 단계에서, 웨이퍼(W)의 중심(Wo)의 스핀 회전축(40a)으로부터의 틀어짐을 인식할 수 있다. 그리고, 이 인식에 기초하여 웨이퍼(W)의 위치를 보정하는 것 등에 의해, 적어도 3개의 유지 갈고리(311)에 의해 웨이퍼를 확실하게 유지하는 것이 가능해진다.
웨이퍼(W)의 위치를 보정하는 경우, 예컨대 유지 갈고리(311)로 유지되는 웨이퍼(W)가 유지 갈고리(311)로부터 웨이퍼(W)를 낙하시키지 않을 정도로 약간 유지 갈고리(311)를 개방하는 방향으로 회동시킨 후 다시 유지 갈고리(311)로 웨이퍼(W)를 끼워서 유지시킴으로써 유지 갈고리(311)로 유지되는 웨이퍼(W)의 위치가 보정된다.
또한, 출력부(36a∼36c)가, 각각의 유지 갈고리 회동축(319)을 축으로 각각의 유지 갈고리(311)를 회동시켜 웨이퍼(W)를 유지했을 때의 유지 갈고리(311)의 위치를 검출하는 센서(360)와, 유지 갈고리(311)와 함께 유지 갈고리 회동축(319)을 축으로 회동하여 센서(360)를 반응시키는 반응부(361)와, 반응부(361)에서 센서(360)를 반응시키는 양을 전압으로 변환하는 증폭기(362)를 구비하는 것과, 스핀 회전축(40a)의 회전 각도에 기초하는 출력부(36a∼36c)의 출력값을, 각 유지 갈고리 회동축(319)의 회전 각도[즉, 3개의 유지 갈고리(311)의 회전 각도]에 연관시키는 것으로 함으로써, 웨이퍼(W) 자체를 스핀 회전시키기 전, 즉, 웨이퍼(W)가 3개의 유지 갈고리(311)로 유지된 단계에서, 웨이퍼(W)의 중심(Wo)이 스핀 회전축(40a)으로부터 틀어진 것을 인식할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 스피너 장치(1)는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 또한, 첨부 도면에 도시되어 있는 각 구성의 크기나 형상 등에 관해서도 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 효과를 발휘할 수 있는 범위 내에서 적절하게 변경 가능하다.
예컨대, 출력부(36a∼36c)는, 센서(360)가 검출 전극만으로 이루어진 전극 분리형의 정전 용량형 근접 센서를 구비하는 것으로 해도 좋다. 또한, 예컨대 출력부(36a∼36c)는, 센서(360)가, 수광 소자와 발광 소자를 구비하고 반사광의 수광량이나 변조 위상 등의 정보를 이용하여 대상 물체와의 거리나 기울기 등을 동시에 측정할 수 있는 광학식 근접 센서 등으로 이루어진 것으로 해도 좋다.
1 : 스피너 장치 11 : 베이스
12 : 케이스 121 : 배수구
13 : 세정수 공급 수단 130 : 세정수 공급원
131 : 급수관 3 : 유지 기구
32 : 상플레이트 321 : 베어링
34 : 하플레이트 341 : 개구
342a∼342c : 돌출부 35a, 35b : 승강부
351 : 실린더 352 : 피스톤
319 : 유지 갈고리 회동축 31a∼31c : 유지부
311 : 유지 갈고리 312 : 아암(a)
314 : 아암(b) 316 : 스프링
315, 317 : 기둥부 36a∼36c : 출력부
360 : 센서 361 : 반응부
362 : 증폭기 4 : 스핀 회전 기구
40 : 회전 샤프트 40a : 스핀 회전축
40b : 관통 구멍 41 : 회전 구동부
42 : 축받이 43 : 패킹
44 : 로터리 조인트 5 : 판단 수단
50 : 기억부 W : 웨이퍼
Wd : 웨이퍼의 외주

Claims (2)

  1. 적어도 3개의 유지 갈고리를 웨이퍼의 외주에 접촉시켜 웨이퍼를 유지하는 유지 기구와, 스핀 회전축을 축으로 하여 상기 유지 기구를 회전시키는 회전 구동부를 구비하는 스핀 회전 기구를 구비하는 스피너 장치로서,
    웨이퍼의 중심이 상기 스핀 회전축의 축심과 일치하는지 아닌지를 판단하는 판단 수단
    을 구비하고,
    상기 유지 기구는, 유지 갈고리의 위치에 따른 출력을 행하는 출력부를 구비하고,
    상기 판단 수단은, 적어도 3개의 상기 유지 갈고리로 유지되는 웨이퍼의 중심과 상기 스핀 회전축의 축심이 일치했을 때의 각각의 상기 유지 갈고리에 대응한 각각의 출력부로부터의 출력값을 기억하는 기억부와,
    상기 스핀 회전축이 사전에 정해진 각도만큼 회전했을 때의 상기 출력부의 출력값이, 상기 기억부에 기억된, 유지 갈고리의 출력값과 일치하는지 아닌지에 기초하여 웨이퍼의 틀어짐을 판단하는 판단부
    를 구비한 스피너 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출력부는, 유지 갈고리 회동축을 축으로 상기 유지 갈고리를 회동시켜 웨이퍼를 유지했을 때의 상기 유지 갈고리의 위치를 검출하는 센서와, 상기 유지 갈고리와 함께 상기 유지 갈고리 회동축을 축으로 회동하여 상기 센서를 반응시키는 반응부와, 상기 반응부에서 상기 센서를 반응시키는 양을 전압으로 변환하는 증폭기를 구비하는 것인 스피너 장치.
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