JPH03238245A - 試料保持装置 - 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、接触により損゛傷を受は易い半導体ウェハ等
の試料の表面にＮ２ガス、空気等の気体を高速で吹き付
け、試料を非接触で保持して水平方向へ搬送可能となし
た装置に関し、さらに詳述すれば、吹き付けた気体を自
己回収する試料保持装置に関する。

［従来の技術〕 接触によって損傷を受は易い半導体ウェハ等の試料を搬
送する装置としては、試料を非接触で保持する装置が望
ましい。

第５図は、試料を非接触で保持する従来の試料保持装置
の要部の構成を模式的に示す断面図である。図中１は円
板状の保持体であって、保持体１はウェハ２を保持する
。保持体１の下端外周の複数箇所には、径方向に突出し
、ウェハ２の外周に相当する位置より外側で先端が垂下
し、垂下した先端が保持体１の下面より下に突き出した
ウェハガイド３，３．・・・が設けられていこ。保持体
ｌのほぼ中央には、図示しない供給源から供給されたＮ
２ガス等をウェハ２に吹き付けるガス導入管４が保持体
１の上面から下面に垂直に貫通しており、ガス導入管４
の吹き出し口５は保持体１の下面に開口する。

この試料保持装置によってウェハ２が非接触で保持され
る原理を以下に説明する。ウェハ２に近接する上方に配
された保持体１のガス導入管４にＮ２ガス、空気等が供
給され、これが吹き出し口５からウェハ２の表面に高速
で吹き付けられる。

吹き付けられた高速のガスは、図中矢符で示すように保
持体１とウェハ２との隙間に導かれ、ウェハ２の表面に
沿って放射状に流れる。ガスは隙間を高速で還流するた
め、ウェハ２と保持体１との隙間のガス圧力がウェハ２
下方の大気圧より負圧となり、ウェハ２の上下の気圧差
によりウェハ２に上向きの力が作用してウェハ２が保持
体１に接近する。ウェハ２が保持体１に接近すると、保
持体１とウェハ２との隙間が狭くなるので、隙間のガス
圧力が増加し、ウェハ２に下向きの力がカロわる。ウェ
ハ２は、ウェハ２に加わる上向きの力下向きの力及びウ
ェハ２の自重の３者が平衡する隙間間隔りを保持体１と
の間に保って非接触で懸垂保持される。

また、上下方向の力の平衡によって移動可能に懸垂保持
されているウェハ２の外周縁を保持体１に固設されたウ
ェハガイド３に当接させた状態で保持体１を水平移動し
てウェハ２を水平方向へ導き、また停止位置で停止させ
る。

しかし、ウェハ２はウェハガイド４によって押されるこ
とによってのみ水平方向へ移動するので、搬送時、特に
始動、停止の際に、ウェハガイド４がウェハ２の外周縁
に何度も衝突してウヱハ端に疵をつけたり欠は割れを生
じる可能性がある。

このような、ウェハガイドとウェハとの衝突を回避する
試料保持装置としては、保持体の下面ｔこ対してガス導
入管を傾斜させ、斜め方向からウェハに吹き付けたガス
でウェハをウェハガイドに当接させ、ウェハをウェハガ
イドに当接させた状態で水平搬送する装置（米国特許Ｎ
ｏ、３．５２３．７０６　）又は、斜め方向にガスを吹
き込むガス導入管と垂直方向に吹き込むガス導入管との
両方を設けた装置（米国特許Ｎｏ、３．５３９．２１６
　）が考案されている。

上述のような装置によって、ウェハへのウェハガイドの
衝突は回避できるが、ガスを斜め方向に吹き込むと、吹
き込まれたガスが保持体とウェハとの隙間から外部へ吹
き出すことになる。ガスが高速で吹き出した場合、外部
の塵芥が巻き上げられ、隣接するウェハ状に付着したり
、また、ガスが向かう方向の反対側から外部の塵芥が隙
間に侵入し、非接触保持中のウェハ上へ付着し易くなる
。

このように、ウェハ上に塵芥が存在するとウェハへの成
膜等において、Ｍ質を劣化させる原因となる。

このような、保持体及びウェハの隙間と外部との間での
ガスの出入りを防止する装置として、吹き出し口から吹
き出したガスを保持体自身で回収する手段を設けた装置
が考案されている（特開昭６２−２５１０９４号）。こ
の装置でガスの吹き出し流量と吸い込み流量との平衡を
保てば、保持体及びウェハの隙間と外部との間でのガス
の出入りを防くことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、鉛直方向にも水平方向にも安定した状態でウ
ェハを非接触番こ保持するとともに、ウェハの損傷を防
止し、また隙間と外部との間でのガスの出入りを防止す
るといった上述の要求を満たす理想的な試料保持装置は
、斜め方向にガスを吹き込むガス導入管と、吹き込まれ
たガスを回収する吸い込み口とを単に組合わせただけで
は実現しない。即ち、斜め方向にガスが吹き込まれると
、ガスが流れる方向とその反対側とでガスの流れが非対
称となるので、ガスが向かう側ではガスの全量を自己回
収することが難しくなり、また反対側では外気が侵入し
易くなるといったように、局所的なガスの出入りが生じ
易い。また、ガスの流れが非対称となると、ウェハを安
定的に保持することが難しい。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもの
であって、気体の吹き込み口の位置、気体の導入路の傾
き及び吹き込まれた気体の吸い込み口の位置を適切に設
定することにより、試料を垂直方向及び水平方向に非接
触で安定的に保持して試料の損傷を防止するとともに、
試料と保持体との間への気体の出入りを防止することに
よりつエバへの塵芥の付着を少なくすることができる試
料保持装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段〕 本発明の試料保持装置は、保持すべき試料の表面と該表
面に近接して対向設置された保持体の表面との隙間に気
体を吹き込んで該試料を保持し、また保持した試料を横
方向へ導いて搬送する試料保持装置において、保持体の
前記表面のほぼ中央に開口し、該表面に対して４０°以
上９０°未満の角度で傾斜した気体吹き込み路と、吹き
込まれた気体が向かう方向の保持体部分の前記表面に開
口しており、吹き込まれた気体を吸い込む吸い込み口と
を備えたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の試料保持装置は、吹き込み路から試料と保持体
との隙間へ気体を斜め方向に吹き込み、保持体を非接触
で保持するとともに、非接触で保持した試料を、吹き込
んだ気体が向かう方向へ寄せて保持体に安定に保持させ
た状態で搬送する。

また、吹き込んだ気体は気体が向かう方向に設けられで
ある吸い込み口から吸い込まれ、外部と隙間との間で気
体が出入りしない。

［実施例〕 以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき説明する
。

第１図は本発明の試料保持装置要部の構成を示す平面図
、第２図は第１図■−■線の断面図であって、保持体１
１はウェハ２を保持する。保持体１１下側の外周には、
ウェハ２の外周相当位置より外側に突出し、先端が垂下
したビン状のウェハガイド１３．１３．・・・が６等配
されている。ウェハガイド１３゜１３、・・・の垂下し
た部分の先端は保持体１１の下面より下に達する。ウェ
ハガイド１３は、吹き込まれたガスによってウェハガイ
ド１３の方に寄せられるウェハ２が保持体１１により懸
垂保持され得る範囲を超えないように、その水平方向の
動きを止める。

保持体１１のほぼ中央には、図示しない供給源から供給
されるガスを保持体１１とウェハ２との隙間に吹き込む
ガス導入路１４が保持体１１の上面から下面に貫通して
おり、ガス導入路１４は保持体１１の下面に対して角度
θ（４０°≦θ〈９０°）傾斜し、保持体１１の中心か
ら距＠Ｒ（Ｒ５５ｍ）偏心した点を吹き出し口１５の中
心とする。

保持体１１の周縁部には、吹き出した気体を咬い込む吸
い込み溝１６が外周に沿って設けられである。

吸い込み溝１６には、吹き出し口１５から吹き出された
気体が向かう方向のほぼ中心を基準（０°）とした角度
ψ（−９０”≦ψ≦９０°）の位置に、吸い込み溝１６
の気体を保持体１１の上方へ排出する排気口１７が設け
られである。

ガス導入路１４の入側には、図示しない流量計。

コンダクタンスバルブ、ガス供給源が接続されており、
排気口１７出側には、図示しない流量計、コンダクタン
スバルブ、ポンプが接続されている。

これらの計測値に基づいて、吹き出し口１４がらの気体
吹き出し流量と吸い込み溝１６から排気口１７を経てポ
ンプに回収される吸い込みガス流量とが等しくなるよう
に調整される。

なお、本実施例では排気口１７を１個設けた場合につい
て説明したが、−９００≦ψ≦９０’の範囲内であれば
複数の排気口１７を設けてもよい。その場合、複数の排
気口１７を気体が向かう方向の中心に対してほぼ対称に
設けるのが望ましい。

吹き出し口１５の偏心量Ｒは、径６インチ程度のウェハ
の場合には、上述の条件（Ｒ≦５鴫）の範囲を超えると
、ウェハ２の中心に作用する垂直上向きの力が小さくな
ってウェハ２が振動又は補動して非接触による保持が不
安定になる。

ガス導入路１４の傾きθを小さくして吹き出し口１５か
らの傾きを小さくすると、ウェハ２を水平方向へ寄せる
力は強くなるが、傾きθを上述の条件（４０°≦θ〈９
０°）の範囲を超えて小さくすると気体が−か所に集中
的に吹き込まれるので気体の完全回収が困難になる。

排気口１７は、保持体１１の中心からの角度ψが上述の
条件（−９０°≦ψ≦９０°）を超える方向、即ち気体
が向かう方向の反対側に設けられた場合、気体が向かう
方向では気体が外部へ吹き出したり、その反対方向では
外部からの空気が侵入する。また、吹き込まれた気体と
気体が向かう方向と逆の排気口１７方向へ吸い込まれる
気体とがぶつかり合って気体の流れが複雑になるので、
ウェハ２をウェハガイド１３の方に寄せることができな
くなる。

次に、第３図の平面図及び第４図の断面図にその構成を
示すように、吹き出し口１５の偏心ＩＲ＝２膿、吹き出
し口１５からの気体吹き出し角度θ−７０”　、保持体
１１の中心からの排気口１７の角度ψ−〇°という条件
を備えた試料保持装置による６インチウェハ２の保持結
果を具体的な数値例に基づいて説明する。

ウェハ２の上面から２ｇの位置まで保持体１１を近付け
、吹き出し口１５内部での平均流速が５０　ｍ／ｓとな
るように吹き出し口１５へＮ２ガスを導入し、同時にＮ
２ガスの導入流量と等しいガス流量をポンプによって排
気口１７から排気する。ウェハ２は、保持体１１の下面
と隙間間隔ｈ＝ｏ、１６ｍｍを保って懸垂保持され、か
つ、斜めに吹き出されたＮ２ガスが向かう方向に導かれ
、ウェハガイド１３に押し付けられて水平方向の動きが
止められる。このとき、ウェハ２は、保持体１１を上下
左右に移動しても保持体１１との相対位置を維持して保
持体１１の動きに追随した。

熱線風速計による測定では、保持体１１とウェハ２との
隙間からのガス吹き出し及びガス吸い込みはほとんど見
られず、風速０．０２　ｍ／ｓ以下の所謂バンクグラウ
ンドレベルであった。

なお、偏心量Ｒ９吹き出し角度θ、排気口角度ψの条件
がそれぞれＲ≦５ｍａ＋、４０°≦θ≦９０゜９０°≦
ψ≦９０°を満たしていれば上述と同様の結果が得られ
る。

また、本実施例では吹き出し口１５を１個設けた場合に
ついて説明したが、保持体中心からの偏心量Ｒを満たせ
ば、複数個を設けてもよい。

〔発明の効果］ 以上のように、本発明の試料保持装置は、半導体ウェハ
等の脆弱な試料を非接触で安定的に保持し、また斜め方
向に吹き込んだ気体の流れによって試料を横方向へ寄せ
て保持体に安定して保持させた状態で搬送するので試料
に疵がつかず、さらに吹き込んだ気体を、気体が向かう
方向に設けた吸い込み口から回収し、外部と隙間との間
における気体の出入りを防止できるので試料に塵芥が付
着せず、また装置が設置された環境の塵芥を巻き上げな
いという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第３図は本発明の試料保持装置の要部構成を
示す平面図、第２図は第１図■−■線からの断面図、第
４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線からの断面図、第５図は従
来の試料保持装置の要部構成を模式的に示す断面図であ
る。 ２・・・ウェハ　１１・・・保持体　１３・・・ウェハ
ガイド１４・・・ガス導入路　１５・・・吹き出し口　
１６・・・吸い込み溝　１７・・・排気口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、保持すべき試料の表面と該表面に近接して対向設置
   された保持体の表面との隙間に気体を吹き込んで該試料
   を保持し、また保持した試料を横方向へ導いて搬送する
   試料保持装置において、 保持体の前記表面のほぼ中央に開口し、該 表面に対して４０゜以上９０゜未満の角度で傾斜した気
   体吹き込み路と、 吹き込まれた気体が向かう方向の保持体部 分の前記表面に開口しており、吹き込まれた気体を吸い
   込む吸い込み口と を備えたことを特徴とする試料保持装置。