JPH10189700A - ウェーハ保持機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クランプ、アンクランプ動作が確実で、設置
スペースを必要とせず、各挟持爪の動作の同期が確実に
とれ、クランプ圧力の調整が容易で、ダスト発生の割合
の少ないグリップチャック方式のウェーハ保持機構の実
現を課題とする。 【解決手段】 ウェーハを保持するベース５と、ベース
５の外周に周設されたウェーハの外縁を挟持する複数の
挟持爪を有し、この挟持爪のうちの少なくとも１つ以上
を可動爪としたウェーハ保持機構において、外周上に複
数の頂点と複数の各頂点間に複数の凹部を有しベース５
に対して回動可能な５角カム２と、この５角カム２の外
周に可動爪を当接させ、ウェーハの挟持側に付勢する付
勢手段と、可動爪の５角カム２外周への当接点が頂点と
凹部の間を移動するように５角カムを一方向に回転し逆
方向に復旧回転するスイングアーム７とプル・プッシュ
ワイヤ１を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板やガラ
ス基板等の保持機構に関し、特にウェーハを保持する挟
持爪の動作の同期が確実な保持機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、ウェ
ーハの保持機構が製造上の問題になることが多い。従来
のウェーハの保持機構としては、ウェーハの片面を真空
吸着する真空チャック方式のものと、ウェーハの外縁を
複数の挟持爪で挟持するグリップチャック方式のものが
一般的である。これらの方式はいずれにも長所短所があ
るが、前者はチャック中はチャック機構が設置されてい
ない片面しか処理できないので、ウェーハの両面を一工
程で同時に処理する場合には、専ら後者のグリップチャ
ック方式のものが用いられる。例えばＣＣＤ（Chage Co
upled Device）ウェーハラインエッチング装置内では真
空室内でのクランプが５本のワイヤ制御による５爪のグ
リップチャック方式で行われていた。

【０００３】図３に従来のウェーハ保持機構のウェーハ
チャック機構の概略図を示したものである。図３で、３
１はワイヤ、３２はベース、３３は挟持爪支持系であ
る。また、図４にこのウェーハチャック機構の挟持爪支
持系３３の断面図を示す。挟持爪支持系３３は、挟持爪
ホルダ３４、爪支持軸３５、挟持爪３６、ワイヤステー
３７、爪支持軸ガイド３８で構成されている。ここで挟
持爪ホルダ３４はベース３２に固着されており、ワイヤ
ステー３７は挟持爪ホルダ３４に留めネジで固定されて
いる。

【０００４】ワイヤ３１は、可撓性を有する案内パイプ
と、やはり可撓性を有し案内パイプ内を長さ方向に移動
可能なケーブル芯から構成されている。ケーブル芯はワ
イヤステー３７に開けられた軸穴を通って爪支持軸３５
に固着されている。この軸穴の径はケーブル芯は通すが
案内パイプは通さないようになっている。

【０００５】このような構成であるため、ワイヤ３１他
端でケーブル芯が押されると、この運動がケーブル芯を
伝わってワイヤステー３７内で爪支持軸３５を押し、挟
持爪３６はベース３２外周から外側に押し出されてアン
クランプ状態になる。また、ワイヤ３１他端でケーブル
芯が引っ張られると、この引っ張りでワイヤステー３７
内で爪支持軸３５が引っ張られ、挟持爪３６はベース３
２外周から内側に引き戻され、クランプ状態になる。

【０００６】ところでこの従来例の場合、ウェーハセッ
ト部との関係から、クランプ、アンクランプしろに余り
余裕がなく、また、５ワイヤ５爪制御のために、各爪の
動きの間に完全な同期がとれないという問題があり、こ
れによるクランプ、アンクランプミスが発生しやすかっ
た。また、ワイヤ制御であるため、動作時にケーブル芯
と案内パイプがすれて真空中にダスト等を発生する可能
性が高く、製品の品質に悪影響を与えるような心配があ
った。さらに一定の限られた場所に駆動用のワイヤを複
数収納しなければならず、収納スペースがも多く必要に
なって、小型にできないという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、従来の
グリップチャック方式のウェーハ保持機構ではクランプ
機構に余裕がなく、また挟持爪の動作の同期が悪く、ク
ランプ、アンクランプミスを起こしやすい、クランプ、
アンクランプ動作の際にダストを発生しやすい、装置が
比較的大型で収納の効率が悪いなどの問題点があった。

【０００８】本発明はこの点に鑑み、クランプ、アンク
ランプ動作が確実にでき、設置スペースを必要とせず、
各挟持爪の動作の同期が確実にとれ、クランプ圧力の調
整が容易で、ダスト発生の割合の少ないグリップチャッ
ク方式のウェーハ保持機構の実現を課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ウェーハを保持する保持基板と、該保持
基板の外周に周設されたウェーハの外縁を挟持する複数
の挟持爪と、該複数の挟持爪のうちの少なくとも１つ以
上を可動爪とし、該可動爪を駆動して前記ウェーハの挟
持を行わせる駆動手段とを有するウェーハ保持機構にお
いて、前記駆動手段は、外周上に複数の頂点と該複数の
各頂点間に複数の凹部を有し前記保持基板に対して回動
可能な多頂点カム部材と、該多頂点カム部材の外周に前
記可動爪を当接させ、前記ウェーハの挟持側に付勢する
付勢手段と、前記可動爪の前記多頂点カム部材外周への
当接点が前記頂点と前記凹部の間を移動するように前記
多頂点カム部材を一方向に回転し逆方向に復旧回転する
回転駆動手段を具備することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるウェーハ保
持機構を添付図面を参照にして詳細に説明する。図１
に、本発明の一実施の形態によるウェーハ保持機構のチ
ャック機構を示した。図１において、１はプル・プッシ
ュワイヤ、２は５角カム、３はベアリング（大）、４は
挟持爪駆動部、５はベース、６はアームステー、７はス
イングアーム、８はアーム支持ボルト・ナットである。

【００１１】また図２は挟持爪駆動部４の断面図で、図
２において、９はベアリング（小）、１０は圧縮コイル
スプリング、１１は挟持爪、１２は挟持爪ホルダ、１３
は挟持爪スライダ、１４は挟持爪保持軸、１５はスプリ
ング押さえである。

【００１２】プル・プッシュワイヤ１は、自転車のブレ
ーキワイヤのように、可撓性を有する案内パイプと、や
はり可撓性を有し案内パイプ内を長さ方向に移動可能な
ケーブル芯から構成されている。ケーブル芯はアームス
テー６に開けられた軸穴を通って５角カム２に固着され
たスイングアーム７につながっている。このアームステ
ー６に開けられた軸穴の径はケーブル芯は通すが案内パ
イプは通さないようになっている。

【００１３】このような構成であるため、ケーブル芯の
一端部を押したり引いたりした際、一端部に加わったこ
の押したり引いたりの運動がケーブル芯の形状を変形す
るだけに使われることがなく、ケーブル芯の他端部にそ
のまま伝わり、スイングアーム７を駆動するようになっ
ている。

【００１４】図１および図２にそってこのチャック機構
の動作を説明する。ウェーハのチャッキングの場合、図
示しない駆動系によってプル・プッシュワイヤ１のケー
ブル芯が引かれると、それに応じてスイングアーム７が
５角カム２を引っ張り、５角カム２はこれによって図１
の状態から約３０°回転する。

【００１５】一方、挟持爪スライダ１３の５角カム２側
に設けられたベアリング（小）９は、挟持爪スライダ１
３内部に設けられた圧縮コイルスプリング１０の付勢力
によって常に挟持爪スライダ１３ごと５角カム２に押し
付けられている。このため、この５角カム２が回転する
と５角カム２の辺、頂点の凹凸に追従してベース５の円
周方向に移動する。

【００１６】すなわち、図１の状態で５角カム２の頂点
に対応してベース５の中心から最も遠い位置にあったベ
アリング（小）９と挟持爪スライダ１３は５角カム２の
回転でカムの辺の位置に対応して図２で右の方向に進み
ベース５の径の中心方向に引寄せられる。

【００１７】ベアリング（小）９すなわち挟持爪スライ
ダ１３が移動すると、挟持爪スライダ１３に挟持爪保持
軸１４を介して固着されている挟持爪１１もベース５の
中心方向に移動し、これによってウェーハのチャッキン
グが行われる。

【００１８】一方、ウェーハのアンチャッキングの場合
は、図示しない駆動系がプル・プッシュワイヤ１のケー
ブル芯を押す。すると、スイングアーム７が５角カム２
を押出して、５角カム２はこれによって図１の状態に戻
って停止する。

【００１９】図１の位置では、５角カム２の各頂点がベ
アリング（小）９に対峙する形となり、ベアリング
（小）９と挟持爪スライダ１３は図２で左の方向に押し
込まれ、挟持爪スライダ１３に挟持爪保持軸１４を介し
て固着されている挟持爪１１はベース５の外側に押し出
される。これによってチャッキングされているウェーハ
は解放されることになる。このチャッキング、アンチャ
ッキングの動作において、５角カム２は約３０°の回動
運動を往復して行うだけで、それ以上の回動は行わな
い。したがって、プル・プッシュワイヤ１が捩じれた
り、絡んだりする心配は少ない。

【００２０】このように、この実施の形態では、プル・
プッシュワイヤ１のケーブル芯の長さ方向の運動がスイ
ングアーム７の運動になり、５角カム２の回転運動に変
えられ、さらに５角カム２の回転運動が５個の挟持爪１
１のウェーハのチャック、アンチャック方向への直線運
動に変化させられる。

【００２１】これにより、 １）従来複数の挟持爪に対してそれぞれワイヤが設けら
れていたため、ワイヤの劣化、ワイヤの位置、ワイヤの
取り回し等によって同期しないことが多かったが、多頂
点カムの動作で複数の挟持爪を同時に動かすようにした
ので、各挟持爪の動作の同期が容易である。 ２）複数の挟持爪のストロークを正確に同じにすること
ができる。 ３）ワイヤが１本であるため、駆動点から保持機構まで
のスペースを小さくする事ができる。 ４）ワイヤが１本だけであるため、他のワイヤとの区別
の必要がなく、縺れ等もないので取換え等の保守が容易
である。 ５）各挟持爪毎にワイヤ動作と挟持爪のクランプ端、ア
ンクランプ端位置の調整が必要であったが、ワイヤ動作
の調整は１箇所ですみ、挟持爪の位置調整もそれぞれに
一度行えばすむので、調整が容易である。 ６）同様にクランプ圧力の調整も挟持爪それぞれに一度
行えばすむので、調整が容易である。

【００２２】

【実施例】以上に述べた本発明の実施形態を実際に用い
た結果、従来の方式でウェーハチャックトラブルの発生
件数が月平均５件弱であったのに対して、０．４件程度
まで飛躍的に少なくすることができた。また、ウェーハ
チャックトラブルによる機械停止時間も、従来は月平均
８４時間程度もあったのに対して、僅かに月平均１時間
程度にまで少なくできた。したがって、本発明の実施の
形態を用いると、たとえウェーハチャックトラブルが発
生したとてもトラブル修復に要する時間が短くなって容
易に修復できることが分かる。また、ダスト発生の割合
も従来に比べて明らかに改善され、平均ダスト数が少な
くなっている。

【００２３】したがって、 １）従来の方式よりも、挟持爪によるクランプ、アンク
ランプ動作の信頼性が高くなった。 ２）また、クランプ圧力の調整が容易であるため、クラ
ンプ圧によるウェーハのダメージが少なくなった。 ３）爪の出入りの調整が楽になった。 ことが証明できた。

【００２４】以上、本発明を実施の形態に沿って説明し
たが、本発明は上記の実施の形態に限られるものではな
く、本発明の主旨を逸脱しない限り、種々の変形が可能
である。例えば、以上の実施の形態では、挟持爪の数を
５とし多頂点カム部材を５角形カムとしたが、挟持爪の
数はこれ以上であっても、これより少ない３ないし４で
あっても差支えない。

【００２５】また、以上の実施の形態では挟持爪がすべ
て可動爪であるとして説明したが、挟持爪の一部だけが
可動爪であっても差支えなく、この場合、それに応じた
多頂点カム部材の形状が考えられる。

【００２６】また以上の実施の形態では、多頂点カム部
材の駆動をワイヤ手段で行うように説明しているが、ベ
ルトやチェーンなどを用いることももちろん可能である
し、多頂点カム部材にステッピングモータのような駆動
手段を直接取り付けることも可能である。

【００２７】また、本実施の形態のような構成である
と、ウェーハの保持が必ずしも水平位置である必要がな
いため、ウェーハを垂直に立てて使用したり、ウェーハ
を回転させることも可能であり、保持機構としての自由
度に富んでいる。

【００２８】また以上の説明では、本発明をウェーハの
保持に用いるように説明したが、半導体ウェーハばかり
でなく、ガラス基板や、金属基板などの仕上げ処理工程
での基板保持に利用できることはいうまでもない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１の
発明は、ウェーハを保持する保持基板と、保持基板の外
周に周設されたウェーハの外縁を挟持する複数の挟持爪
と、この複数の挟持爪のうちの少なくとも１つ以上を可
動爪とし、可動爪を駆動してウェーハの挟持を行わせる
駆動手段とを有するウェーハ保持機構において、駆動手
段は、外周上に複数の頂点とこの複数の各頂点間に複数
の凹部を有し保持基板に対して回動可能な多頂点カム部
材と、この多頂点カム部材の外周に可動爪を当接させ、
ウェーハの挟持側に付勢する付勢手段と、可動爪の多頂
点カム部材外周への当接点が頂点と凹部の間を移動する
ように多頂点カム部材を一方向に回転し逆方向に復旧回
転する回転駆動手段を具備することを特徴とする。これ
により、従来複数の挟持爪に対してそれぞれ設けられて
いたワイヤに変わって多頂点カムの動作で複数の挟持爪
を同時に動かすようできるので、各挟持爪の動作の同期
が容易であり、ワイヤの劣化、ワイヤの位置、ワイヤの
取り回し等による同期ずれの問題を解決することができ
る。また、ワイヤが１本であるため、複数の挟持爪のス
トロークを正確に同じにすることができる。さらに、ワ
イヤが１本であるため、駆動点から保持機構までのスペ
ースを小さくすることができる。また、ワイヤが１本で
あるため、他のワイヤとの区別を行う必要がなく、縺れ
等が生まれる心配もないのでワイヤの取換え等の保守が
容易である。さらに従来は各挟持爪毎にワイヤ動作と挟
持爪のクランプ端、アンクランプ端位置の調整が必要で
あったが、ワイヤ動作の調整は１箇所ですみ、挟持爪の
位置調整もそれぞれに一度行えばすむので、調整が容易
である。同様にクランプ圧力の調整も挟持爪それぞれに
一度行えばすむので、調整が容易である。

【００３０】本発明の請求項２の発明は、回転駆動手段
は、多頂点カム部材に一端が接続されたワイヤ手段と、
このワイヤ手段の他端を押引する押引手段を含んで構成
されることを特徴とする。これにより、ウェーハ保持機
構を離れた位置から駆動することができ、ウェーハ保持
機構の配置や真空封止を容易に行うことができ、かつ装
置価格を廉価にすることができる。

【００３１】本発明の請求項３の発明は、ワイヤ手段は
可撓性を有する案内パイプ部材と、案内パイプ部材内を
長さ方向に移動する可撓性を有するケーブル芯部材とを
含んで構成されることを特徴とする。これにより、ウェ
ーハ保持機構を離れた位置から駆動すること、配置や真
空封止を容易に行うことができ、また、ワイヤ手段の配
置や保守も容易で、装置価格を廉価にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるウェーハ保持機構
のウェーハチャック機構の概略図である。

【図２】図１の実施の形態のチャック機構の挟持爪駆動
部の断面図である。

【図３】従来のウェーハ保持機構のウェーハチャック機
構の概略図である。

【図４】従来のウェーハチャック機構の挟持爪支持系の
断面図である。

【符号の説明】

１……プル・プッシュワイヤ、２……５角カム、３……
ベアリング（大）、４……挟持爪駆動部、５……ベー
ス、６……アームステー、７……スイングアーム、８…
…アーム支持ボルト・ナット、９……ベアリング
（小）、１０……圧縮コイルスプリング、１１……挟持
爪、１２……挟持爪ホルダ、１３……挟持爪スライダ、
１４……挟持爪保持軸、１５……スプリング押さえ、３
１……ワイヤ、３２……ベース、３３……挟持爪支持
系、３４……挟持爪ホルダ、３５……爪支持軸、３６…
…挟持爪、３７……ワイヤステー、３８……爪支持軸ガ
イド。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハを保持する保持基板と、該保持
   基板の外周に周設されたウェーハの外縁を挟持する複数
   の挟持爪と、該複数の挟持爪のうちの少なくとも１つ以
   上を可動爪とし、該可動爪を駆動して前記ウェーハの挟
   持を行わせる駆動手段とを有するウェーハ保持機構にお
   いて、 前記駆動手段は、 外周上に複数の頂点と該複数の各頂点間に複数の凹部を
   有し前記保持基板に対して回動可能な多頂点カム部材
   と、 該多頂点カム部材の外周に前記可動爪を当接させ、前記
   ウェーハの挟持側に付勢する付勢手段と、 前記可動爪の前記多頂点カム部材外周への当接点が前記
   頂点と前記凹部の間を移動するように前記多頂点カム部
   材を一方向に回転し逆方向に復旧回転する回転駆動手段
   を具備することを特徴とするウェーハ保持機構。
2. 【請求項２】 前記回転駆動手段は、前記多頂点カム部
   材に一端が接続されたワイヤ手段と、該ワイヤ手段の他
   端を押引する押引手段を含んで構成されることを特徴と
   する請求項１記載のウェーハ保持機構。
3. 【請求項３】 前記ワイヤ手段は可撓性を有する案内パ
   イプ部材と、該案内パイプ部材内を長さ方向に移動する
   可撓性を有するケーブル芯部材とを含んで構成されるこ
   とを特徴とする請求項２記載のウェーハ保持機構。