JP2011082457A

JP2011082457A - 基板の処理方法及び基板保持装置

Info

Publication number: JP2011082457A
Application number: JP2009235561A
Authority: JP
Inventors: Koji Kamei; 宏二亀井
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-04-21

Abstract

【課題】反りがある基板を、基板載置面に安定して吸着・保持したまま回転させて処理を行うことができる、基板の処理方法及び基板保持装置を提供する。
【解決手段】直径１２５ｍｍ以上、反りが１００μｍ以上の基板２０をスピンドル７で回転・保持する方法であって、前記スピンドル７の基板載置面に、複数の同心円状の第一の溝部４ａ及び第一の溝部４ａに交差する第二の溝部４ｂからなる吸引部４を設け、前記基板２０の直径に対する前記基板載置面の直径の割合を５０〜１００％に設定するとともに、前記基板２０の質量に対する前記吸引部４における吸引力の比を０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇに設定し、前記基板２０を、前記基板載置面に吸着した状態で、前記スピンドル７によって回転させることを特徴とする基板の処理方法を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は基板の処理方法及び基板保持装置に関するものである。

従来、液晶基板や半導体基板等、各種基板の処理工程においては、基板をスピンドルの基板載置面上に吸着・保持した状態で回転させながら、レジストの塗布や洗浄、乾燥などの処理が行われていた。
このような基板の処理工程においては、基板を破損することなくスピンドルの基板載置面に吸着・保持することが求められる。この問題を解決する方法としては、例えば、単結晶シリコン基板については、基板載置面の端部で基板の側面部を保持する方法（特許文献１）が知られている。また、ガラス基板においては、基板載置面上に、ガラス基板よりも低硬度材料からなる吸着板を設置し、その吸着板を介してガラス基板を吸着させる方法が知られている（特許文献２）。

また、基板を回転させながらダイシング加工する方法としては，対向配置された２つの切削手段を用いる方法が知られている（特許文献３）。

特開2006-324692号公報特開2004-265962号公報特開平11-26402号公報

ところで、半導体発光素子の製造においては、サファイア基板が基板として用いられている。サファイア基板は、単結晶シリコン基板よりも硬く、かつ重い素材からなるため、このような基板をスピンドルの基板載置面に吸着・保持した状態で回転させると、基板の直径が大きい場合は、その重さのために遠心力の影響を受けやすくなる。たとえば、その回転数が規定回転数（３０００ないし５０００rpm）に至ると、基板載置面から横方向へ基板が外れてしまうことが知られている。これについては、オリエンテーションフラット（Orientation Flat））の存在により、基板の重心と、基板載置面の回転中心とが一致しないことも一因となっている。

この問題に対しては、基板載置面への基板の載置位置を精密に制御したとしても、防止策としては不十分である。そのため、単結晶シリコン基板よりも硬く重い基板、例えばサファイア基板を安定して吸着・保持することは、従来のスピンドルでは困難となっている。

また、サファイア基板は大径化が進んできており、それに伴い、化合物半導体層（例えば、ＧａＮ系半導体層）を当該基板にエピ成長させた場合には、特にその反りの影響が顕著になってくる。また、基板上に形成する化合物半導体層（例えば、ＧａＮ系半導体層）の厚みの増加に従い、当該基板の反りの影響がさらに顕著になってくる。
このように、反りのある基板を基板載置面上に吸着・保持する場合は、基板の中央を上方に反らせた状態（例えば、化合物半導体層を一方の面に形成した基板では化合物半導体層を上方に反らせた状態。上に凸の形状とも言う。）で基板載置面上に搭載し、基板載置面の吸着孔を介して基板を吸引するが、基板の反りにより、基板と基板載置面との接面に隙間が生じやすく、基板載置面と基板を密着させることが困難となる。そのため、反りのある基板を基板載置面に吸着・保持した状態で回転させると、基板載置面から外れやすくなる。

また、反りのある基板を基板載置面上に安定して吸着・保持する場合は、基板の直径に対しての基板載置面の直径の比率を、単結晶シリコン基板を吸着・保持する場合よりも大きくする必要がある。
そのような基板、例えばＧａＮ系半導体層が積層されたサファイア基板の直径が、５０ｍｍから１００ｍｍ、さらには１５０ｍｍと大きくなるにつれ、反りも約５０μｍから約７５μｍ、さらに１００μｍ程度と大きくなってくるため、その形状に応じた直径や形状を有する基板載置面の開発が求められる。

しかし、反りが大きい基板を、直径の大きい基板載置面で吸着・保持すると、基板載置面と基板との間の隙間もその分、大きくなる。そのため、基板が広い面積で吸引され、吸引力が強い場合は、基板の割れや歪み等、不良の要因となってしまう。そのため、吸引力の強さは、回転に耐えうる十分な吸着力を保持しつつ、不良の要因とならないだけの強さに抑える必要がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、単結晶シリコン基板よりも硬く重く、かつ反りの大きな基板、例えば前述のＧａＮ系半導体層が積層されたサファイア基板などを、スピンドルの基板載置面上に安定して吸着・保持したまま回転させることを可能とする、基板の処理方法及び基板保持装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕直径１２５ｍｍ以上、反りが１００μｍ以上の基板をスピンドルで回転・保持する方法であって、前記スピンドルの基板載置面に、複数の同心円状の第一の溝部及び第一の溝部に交差する第二の溝部からなる吸引部を設け、前記基板の直径に対する前記基板載置面の直径の割合を５０〜１００％に設定するとともに、前記基板の質量に対する前記吸引部における吸引力の比を０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇに設定し、前記基板を、前記基板載置面に吸着した状態で、前記スピンドルによって回転させることを特徴とする基板の処理方法。
〔２〕前記吸引部より外周の前記基板載置面にＯリングを配置した状態で、前記基板を前記基板載置面に吸着することを特徴とする〔１〕に記載の基板の処理方法。
〔３〕前記基板載置面を凸曲面とし、前記凸曲面上に前記基板を上に反らせた状態で吸着することを特徴とする〔１〕に記載の基板の処理方法。
〔４〕前記基板を、前記基板よりも低硬度の材質からなる前記基板載置面に吸着することを特徴とする請求項〔１〕〜〔３〕のいずれか一項に記載の基板の処理方法。
〔５〕直径１２５ｍｍ以上、反りが１００μｍ以上の基板を回転させる基板保持装置であって、基板載置面に設けられた同心円状の第一の溝部及び第一の溝部に交差する第二の溝部からなる吸引部と、前記基板の質量に対する前記吸引部における吸引力の比を０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇに設定するエア排気部と、を具備してなることを特徴とする基板保持装置。
〔６〕前記吸引部より外周の前記基板載置面に、Ｏリングが配置されていることを特徴とする〔５〕に記載の基板保持装置。
〔７〕前前記基板載置面が凸曲面となっていることを特徴とする〔５〕に記載の基板保持装置。
〔８〕前記基板載置面が、前記基板よりも低硬度の材質からなることを特徴とする請求項〔５〕〜〔７〕のいずれか一項に記載の基板保持装置。
〔９〕直径１２５ｍｍ以上の基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層及び電極を形成する工程を含む半導体発光素子の製造方法であって、さらにＩＩＩ族窒化物半導体を含む基板の反りが１００μｍ以上である状態で、ＩＩＩ族窒化物半導体を含む基板をスピンドルで回転・保持する工程を含み、前記スピンドルの基板載置面に、複数の同心円状の第一の溝部及び第一の溝部に交差する第二の溝部からなる吸引部を設け、前記基板の直径に対する前記基板載置面の直径の割合を５０〜１００％に設定するとともに、前記基板の質量に対する前記吸引部における吸引力の比を０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇに設定し、前記基板を、前記基板載置面に吸着した状態で、前記スピンドルによって回転・保持させることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。

本発明によれば、基板載置面の直径を基板の直径の割合の５０％以上から１００％未満とすることで、基板に対しての吸引面積の比率が大きくなり、基板を安定して吸着・保持したまま回転させることが可能となる。また、吸引部において、吸引力を基板の質量に対して０．７ｋＰａ／ｇ以上に設定することで、基板を安定して保持することが可能となる。また、吸引力の比を、基板の質量に対して１．２ｋＰａ／ｇ以下に設定することで、基板の割れ等、不良発生を防止することができる。

また、吸引部より外周の基板載置面にＯリング（O-ring）を配置することにより、Ｏリングを基板の凸状に反った面の裏面の形状に応じて変形させることができる。このことにより、基板の裏面とＯリングとの接面に隙間が生じることが防がれ、基板載置面の吸着孔を介して基板を吸引しても、空気の漏れを防ぐことができる。そのため、基板を基板載置面に安定して吸引・保持したまま回転させることが可能となる。
また、基板載置面を凸曲面とすることで、基板の裏面全体と基板載置面を密着させることができる。このことにより、基板の裏面と基板載置面との接面に隙間が生じることが防がれ、吸着孔を介して基板を吸引しても、空気の漏れを防ぐことができる。そのため、基板を基板載置面に安定して吸引・保持したまま回転させることが可能となる。

また、基板載置面を基板よりも低硬度の材質で構成することにより、基板載置面の基板との接面を、基板の凸状に反った面の裏面の形状に応じて変形させることができる。このことにより、基板の裏面と基板載置面との接面に隙間が生じることを防ぎ、基板を基板載置面に安定して吸引・保持したまま回転させることが可能となる。

本発明の第１の実施形態である基板保持装置の一例の概略構成を示す断面図及び平面図である。本発明の第２の実施形態である基板保持装置の一例の概略構成を示す断面図及び平面図である。本発明の第３の実施形態である基板保持装置の一例の概略構成を示す断面図及び平面図である。本発明で用いる基板（積層半導体基板）の一例の概略構成を示す断面図である。

本発明において、基板とは、直径１２５ｍｍ以上、反りが１００μｍ以上の基板２０であって、単一材料からなる基板でもよく、また基板上に少なくとも１つの化合物半導体層を積層したウェハでもよく、具体的な例としてはＧａＮ系半導体層が積層されたサファイア基板が挙げられる。
本発明を実施するための第１の実施形態を、図を用いて以下に詳細に説明する。図１は第１の実施形態である基板保持装置の一例の概略構成を示す断面図及び平面図であり、図１（ａ）は基板保持装置のＡ−Ａ’線における断面図、図１（ｂ）は基板保持装置の平面図、図１（ｃ）は基板保持装置に基板２０を保持した状態を示す、Ａ−Ａ’線における断面図である。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、本実施形態の基板保持装置は、直径１２５ｍｍ以上、反りが１００μｍ以上の基板２０を回転させるためのものとする。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施形態の基板保持装置は、スピンドル７と、図示しないエア排気部及び回転制御部から概略構成されている。

図１（ａ）に示すように、スピンドル７は、逆円錐形状のスピンドル本体７ａと、スピンドル本体７ａに連絡された回転軸７ｂとから構成されている。また、スピンドル７には、基板載置面２に開口を有し、かつ、スピンドル本体７ａと回転軸７ｂを上下方向に貫通する吸気孔６が設けられている。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、基板載置面２の中心には、吸気孔６の開口である吸着孔５が形成され、吸気孔６に連通してエアを吸引できる構成となっている。基板載置面２の材質は特に制限がないが、基板２０との密着性を向上させるために、基板２０よりも低硬度の材質から構成してもよい。また、基板載置面２の表面にはテフロン（登録商標）が塗装されており、基板２０へのレジスト塗布や洗浄、乾燥といった処理における損傷や、薬液の滴下による影響を防いでいる。

図１（ｂ）に示すように、基板載置面２には吸着孔５を中心とする、複数の環状の第一の溝部４ａが同心円状に形成されている。また、直線状の４本の第二の溝部４ｂが基板載置面２の吸着孔５を中心として放射状に形成され、第一の溝部４ａと交差している。これら、第一の溝部４ａと第二の溝部４ｂとの各交差部において、第一の溝部４ａと第二の溝部４ｂは相互に連通している。そして、吸着孔５からエアが吸引されることで、第一の溝部４ａと第二の溝部４ｂからなる吸引部４全体が基板２０を吸引・保持する構成となっている。

基板保持装置は、図示しないエア排気部によって吸気孔６からエアを吸引し、吸引部４における吸引力を制御する構成となっている。エア排気部は、基板２０の質量に対して、吸引部４における吸引力の比が０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇ、好ましくは０．８ｋＰａ／ｇ〜１．１ｋＰａ／ｇとなるように設定されている。また、吸引部４と基板２０間のエアがエア排気部によって吸引されることで、基板２０は吸引部４に吸引され、基板載置面２の表面に保持される構成となっている。

また、図示しない回転制御部は、図示しないモータの回転出力を制御し、モータの回転出力をスピンドル７の回転軸７ｂに、回転動作として伝える。この回転軸７ｂの回転により、基板載置面２及び、これに保持される基板２０が一体となって回転することになる。

次に、上記スピンドル７を備えた基板保持装置による基板２０の処理方法を以下、詳細に説明する。なお、本実施形態において処理する基板２０は、直径１２５ｍｍ以上、反りが１００μｍ以上のものとする。

本実施形態の基板２０の処理方法は、基板載置面２上に基板２０を保持する工程と、エア排気部によってエアを吸引する工程と、スピンドル７を回転させる工程と、から概略構成されている。以下、各工程について詳細を説明する。

始めに、基板２０の直径の５０〜１００％の直径を有する基板載置面２を備えたスピンドル７を選択する。基板載置面２の直径が、基板２０の直径の５０％未満であると、基板２０を基板載置面２上に保持する力が十分とならず、基板２０を回転させた際に、遠心力による影響を受けやすい。また、基板載置面２の直径が基板２０の直径の１００％を超えると、基板２０へのレジスト塗布や洗浄、乾燥といった処理後に、基板載置面２から脱離することが困難となる。

また、基板載置面２の直径は基板２０の直径と比較して大きければ大きいほど、基板２０を安定して保持できるが、大きくなるほど基板２０の搬送や塗布液の塗布が行いにくくなる。そのため、基板２０の直径の５０〜１００％の大きさの範囲内で、なるべく小さいものを選択する。また本発明においては、さらに基板２０の直径の６０〜９０％の大きさの範囲内で選択するのが好ましい。

次に、基板載置面２上に、基板２０の中央を上方に反らせた状態で載置する。このとき、基板載置面２の中心に、基板２０の中心を合わせるようにする。

次いで、図示しないエア排気部によって、吸気孔６からエアを吸引する。これにより、吸引部４と基板２０間のエアが吸気孔６を介して吸引され、基板２０は基板載置面２上に保持される。基板２０によって閉塞された第一の溝部４ａおよび第二の溝部４ｂの内部空間が減圧されることで、基板２０が吸着保持される。そして、基板２０が吸着保持されることにより、基板２０の下面と基板載置面２とが密着し、第一の溝部４ａおよび第二の溝部４ｂの内部空の減圧による吸引力が更に増大する。このとき、第一の溝部４ａが基板載置面２の吸着孔５を中心として同心円状に設けられていることにより、基板載置面２と基板２０の重なった部分全体が均等な力で吸引され、基板２０の歪みや割れを防ぐことができる。このとき、基板２０よりも低硬度の材質から構成される基板載置面２を用いることにより、基板載置面２と基板２０の密着部分の隙間の発生を防ぐことができる。

このとき、エア排気部は、基板２０の質量に対して、吸引部４における吸引力の比が０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇとなるように設定する。この吸引力の比が０．７ｋＰａ／ｇ未満であると、基板２０を基板載置面２上に保持する力が十分ではないため、基板２０を回転させた際に、遠心力による影響を受けやすい。また、この吸引力の比が１．２ｋＰａ／ｇを超えると、基板２０の凸状に反った面の裏面が強い力で吸引されるため、割れや歪みなどの不良が生じやすくなる。

そのため、基板２０の質量に対しての吸引部４における吸引力の比は、基板載置面２と基板２０の大きさに応じて、０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇの範囲内で調整することが好ましい。これにより、基板２０の歪みや割れを防ぎ、かつ、安定して吸着・保持することができる。

次いで、基板２０を基板載置面２上に吸着・保持した状態でスピンドル７を回転させる。スピンドル７を回転させることにより、基板載置面２に保持される基板２０は一体となって回転する。このとき、たとえば、基板２０上に図示しないノズルから塗布液を滴下すると、これが基板２０上で遠心力によって流動し、塗布液の塗膜が形成されることとなる。

図１（ｃ）に基板保持装置に基板２０を保持した状態を示す。本実施形態によれば、基板載置面２が、基板２０の直径に対し５０〜１００％の直径を有し、吸着孔５を中心として同心円状に第一の溝部４ａが形成されていることにより、従来の単結晶シリコン基板よりも重く、反った形状の基板２０であっても基板載置面２に安定して保持することができる。そのため、基板載置面２を回転させても、遠心力の影響を受けることなく回転させることができる。

また、吸引部４における吸引力を、基板２０の質量に対して０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇとなるように設定することで、基板２０の歪みや割れを防ぎ、かつ、遠心力の影響を受けることなく回転させることができる。

次いで、本発明を実施するための第２の実施形態を、図を用いて以下に詳細に説明する。図２は第２の実施形態である基板保持装置の一例の概略構成を示す断面図及び平面図であり、図２（ａ）は基板保持装置のＢ−Ｂ’線における断面図、図２（ｂ）は基板保持装置の平面図、図２（ｃ）は基板保持装置に基板２０を保持した状態を示す、Ｂ−Ｂ’線における断面図である。
なお、本実施形態の基板保持装置は、直径１２５ｍｍ以上、反りが１００μｍ以上の基板２０を回転させるためのものとする。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、本実施形態の基板保持装置は、スピンドル７と、Ｏリング１１と、図示しないエア排気部及び回転制御部から概略構成されている。

図２（ａ）に示すように、スピンドル７は、逆円錐形状のスピンドル本体７ａと、スピンドル本体７ａに連絡された回転軸７ｂとから構成されている。また、スピンドル７には、基板載置面２に開口を有し、かつ、スピンドル本体７ａと回転軸７ｂを上下方向に貫通する吸気孔６が設けられている。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、基板載置面２は円形の平面視形状を有した円板形で、スピンドル７の上方に設けられており、その直径は、基板２０の直径の５０〜１００％の大きさで構成されている。
また、基板載置面２の中心には吸着孔５が形成され、後述する吸気孔６と連通してエアを吸引できる構成となっている。基板載置面２の材質は特に制限がないが、基板２０との密着性を向上させるために、低硬度の材質から構成してもよい。また、基板載置面２の表面にはテフロン（登録商標）が塗装されており、基板２０へのレジスト塗布や洗浄、乾燥といった処理における損傷や、薬液の滴下による影響を防いでいる。

図２（ｂ）に示すように、基板載置面２には、吸着孔５を中心とする、複数の環状の第一の溝部４ａが同心円状に形成されている。また、直線状の４本の第二の溝部４ｂが基板載置面２の吸着孔５を中心として放射状に形成され、第一の溝部４ａと交差している。これら、第一の溝部４ａと第二の溝部４ｂとの各交差部において、第一の溝部４ａと第二の溝部４ｂは相互に連通している。そして、吸着孔５からエアが吸引されることで、第一の溝部４ａと第二の溝部４ｂからなる吸引部４全体が基板２０を吸引・保持する構成となっている。
また、吸引部４の外周部には、円周状の第三の溝部４ｃが形成されている。

Ｏリング１１は、第三の溝部４ｃの深さよりも大きい直径を有し、第三の溝部４ｃに嵌合されている。また、Ｏリング１１の直径は基板載置面２の表面から若干突出する大きさとすることが好ましい。Ｏリング１１を基板載置面２の表面から若干突出させることより、基板載置面２上に基板２０を吸着した時に、Ｏリング１１を十分に弾性変形させることができる。

基板保持装置は、図示しないエア排気部によって吸気孔６からエアを吸引し、吸引部４における吸引力を制御する構成となっている。エア排気部は、基板２０の質量に対して、吸引部４における吸引力の比が０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇとなるように設定されている。また、吸引部４と基板２０間のエアがエア排気部によって吸引されることで、基板２０は吸引部４に吸引され、Ｏリング１１と密着して基板載置面２に保持される構成となっている。

また、図示しない回転制御部は、図示しないモータの回転出力を制御し、モータの回転出力をスピンドル７の回転軸７ｂに回転動作として伝える。このスピンドル７の回転により、基板載置面２及び、これに保持される基板２０が一体となって回転することになる。

始めに、基板２０の直径の５０〜１００％の直径を備えたスピンドル７を選択する。基板載置面２の直径が、基板２０の直径の５０％未満であると、基板２０を基板載置面２上に保持する力が十分とならず、基板２０を回転させた際に、遠心力による影響を受けやすい。また、基板載置面２の直径が基板２０の直径の１００％を超えると、基板２０へのレジスト塗布や洗浄、乾燥といった処理後に、基板載置面２から脱離することが困難となる。

次に、基板載置面２の中心に基板２０の中心を合わせるようにして、基板載置面２上に基板２０の中央を上方に反らせた状態で載置する。

次いで、図示しないエア排気部によって、吸気孔６からエアを吸引する。これにより、基板２０によって閉塞された第一の溝部４ａおよび第二の溝部４ｂの内部空間が減圧されることで、基板２０が吸着保持される。そして、基板２０が吸着保持されることにより、基板２０の下面と基板載置面２とが密着し、第一の溝部４ａおよび第二の溝部４ｂの内部空の減圧による吸引力が更に増大する。このとき、Ｏリング１１が第三の溝部４ｃに嵌合され、かつ、基板載置面２の表面から若干突出していることにより、Ｏリング１１は弾性変形して基板２０と密着する。この状態を、図２（ｃ）に示す。
これにより、基板載置面２と基板２０の間のエアが漏れることを防ぐことができ、基板２０を安定して吸着・保持することができる。また、基板２０よりも低硬度の材質から構成される基板載置面２を用いると、基板載置面２と基板２０の密着性を更に高めることができる。

このとき、エア排出制御部は基板２０の質量に対して、吸引部４における吸引力の比が０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇとなるように設定する。この吸引力の比が０．７ｋＰａ／ｇ未満であると、基板２０を基板載置面２上に保持する力が十分ではないため、基板２０を回転させた際に、遠心力による影響を受けやすい。また、この吸引力の比が１．２ｋＰａ／ｇを超えると、基板２０の凸状に反った面の裏面が強い力で吸引されるため、割れや歪みなどの不良が生じやすくなる。

本実施形態によれば、基板２０の直径に対し５０〜１００％の直径を有する基板載置面２を用いることにより、反った形状の基板２０を安定して保持することができる。また、Ｏリング１１を基板載置面２の外周部（第三の溝部４ｃ）に配置することにより、Ｏリング１１と基板２０とが密着してエア漏れが防がれるため、より安定して基板２０を吸着・保持することが可能となる。
また、吸引部４における吸引力を、基板２０の質量に対して０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇとなるように設定することで、基板２０に生じる割れや歪みを防ぎ、かつ、遠心力の影響を受けることなく回転させることができる。

次いで、本発明を実施するための第３の実施形態を、図を用いて以下に詳細に説明する。
図３は第３の実施形態である基板保持装置の一例の概略構成を示す断面図及び平面図であり、図３（ａ）は基板保持装置のＣ−Ｃ’線における断面図、図３（ｂ）は基板保持装置の平面図、図３（ｃ）は基板保持装置に基板２０を保持した状態を示す、Ｃ−Ｃ’線における断面図である。
なお、本実施形態の基板保持装置は、直径１２５ｍｍ以上、反りが１００μｍ以上の基板２０を回転させるためのものとする。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、本実施形態の基板保持装置は、スピンドル７と、スピンドル７の上方に設けられた凸曲面状の基板載置面２と、図示しないエア排気部及び回転制御部から概略構成されている。

図３（ａ）に示すように、スピンドル７は、逆円錐形状のスピンドル本体７ａと、スピンドル本体７ａに連絡された回転軸７ｂとから構成されている。また、スピンドル７には、基板載置面２に開口を有し、かつ、スピンドル本体７ａと回転軸７ｂを上下方向に貫通する吸気孔６が設けられている。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、基板載置面２は円形の平面視形状を有した円板形で、スピンドル７の上方に設けられている。また、その直径は基板２０の直径の５０〜１００％の大きさで構成されており、表面は基板２０の反りの形状に合わせ、凸曲面となっている。
また、基板載置面２の中心には吸着孔５が形成され、後述する吸気孔６と連通してエアを吸引できる構成となっている。基板載置面２の材質は特に制限がないが、基板２０との密着性を向上させるために、基板２０よりも低硬度の材質から構成してもよい。また、基板載置面２の表面にはテフロン（登録商標）が塗装されており、基板２０へのレジスト塗布や洗浄、乾燥といった処理における損傷や、薬液の滴下による影響を防いでいる。

図３（ｂ）に示すように、基板載置面２には、吸着孔５を中心とする、複数の環状の第一の溝部４ａが同心円状に形成されている。また、直線状の４本の第二の溝部４ｂが基板載置面２の吸着孔５を中心として放射状に形成され、第一の溝部４ａと交差している。これら、第一の溝部４ａと第二の溝部４ｂとの各交差部において、第一の溝部４ａと第二の溝部４ｂは相互に連通している。そして、吸着孔５からエアが吸引されることで、第一の溝部４ａと第二の溝部４ｂからなる吸引部４全体が基板２０を吸引・保持する構成となっている。

基板保持装置は、図示しないエア排気部によって吸気孔６からエアを吸引し、吸引部４における吸引力を制御する構成となっている。エア排気部は、基板２０の質量に対して、吸引部４における吸引力の比が０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇとなるように設定されている。また、吸引部４と基板２０間のエアがエア排気部によって吸引されることで、基板２０は吸引部４に吸引され、基板載置面２に保持される構成となっている。

次に、上記スピンドル７を備えた基板保持装置による基板２０の処理方法を、以下に詳細に説明する。なお、本実施形態において処理する基板２０は、直径１２５ｍｍ以上、反りが１００μｍ以上のものとする。

次に、基板載置面２の凸曲面上に基板２０の中央を上方に反らせた状態で載置する。このとき、基板載置面２の中心に基板２０の中心を合わせるようにする。

次いで、図示しないエア排気部によって、吸気孔６からエアを吸引する。これにより、基板２０によって閉塞された第一の溝部４ａおよび第二の溝部４ｂの内部空間が減圧されることで、基板２０が吸着保持される。そして、基板２０が吸着保持されることにより、基板２０の下面と基板載置面２とが密着し、第一の溝部４ａおよび第二の溝部４ｂの内部空の減圧による吸引力が更に増大する。

これにより、基板載置面２の凸曲面上に、基板２０の中央が上方に反った状態で吸着・保持される。このとき、第一の溝部４ａが基板載置面２の吸着孔５を中心として同心円状に設けられていることにより、基板載置面２と基板２０の重なった部分全体が均等な力で吸引され、基板２０の歪みや割れを防ぐことができる。

また、基板載置面２の形状が基板２０の反りの形状に合わせて凸曲面状に形成されているため、基板載置面２と基板２０との間に隙間が生じることを防ぐことができる。このとき、基板２０よりも低硬度の材質から構成される基板載置面２を用いることにより、基板載置面２と基板２０との密着性を更に高めることができる。

図１（ｃ）に基板保持装置に基板２０を保持した状態を示す。本実施形態によれば、基板載置面２が、基板２０の直径に対し５０〜１００％の直径を有し、かつ、基板２０の反りの形状に合わせ凸曲面状に形成された基板載置面２を用いることにより、反った形状の基板２０を基板載置面２に安定して保持することができる。そのため、基板載置面２を回転させても、基板２０が遠心力の影響を受けることなく、安定して吸着・保持することが可能となる。

本実施形態によれば、基板２０の直径に対し５０〜１００％の直径を有し、基板２０の反りの形状に合わせて凸曲面状に形成された基板載置面２を用いることにより、基板載置面２と、基板２０の凸状に反った面の裏面を密着させることができる。そのため、従来の単結晶シリコン基板よりも重く、反った形状の基板２０であっても、基板載置面２に安定して吸着・保持することが可能となる。また、吸引部４における吸引力を、基板２０の質量に対して０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇとなるように設定することで、基板２０の歪みや割れを防ぎ、かつ、遠心力の影響を受けることなく回転させることができる。

次に、本発明における基板（積層半導体基板）２０について図４を用いて詳細に説明する。図４は、化合物半導体層が積層された基板（積層半導体基板）２０の構成を示す一例の図である。
本発明において適用される基板（積層半導体基板）２０（単に基板２０と言うことがある）は直径１２５ｍｍ以上で、１００μｍ以上の反り量を有するものとする。

基板（積層半導体基板）２０としては、反り量（Ｈ）が１００μｍ以上のものを用いるが、好ましくは反り量（Ｈ）が１００μｍ≦Ｈ≦２５０μｍの範囲、さらには１００μｍ≦Ｈ≦２００μｍの範囲であることが好ましい。
ここで、基板２０の反り（反り量Ｈ）とは、基板２０を水平な基準面に置いた時の、基準面と基板２０表面との距離の最大値と最小値の差と定義する。基板２０の反り量Ｈの測定は、例えばレーザ光斜入射干渉計（ＮＩＤＥＫ社製フラットネステスターＦＴ−１７）によりＳＯＲＩ値を測定することで行う。また、反り向きが凸形状の場合にはプラス値、凹形状の場合はマイナス値とした。

基板（積層半導体基板）２０の構成は基板１１０上に少なくとも一層以上の化合物半導体層を積層したものであり、二層以上積層したものであることがより好ましい。これら基板１１０および化合物半導体層は単一の材料からなるものでもよく、その構成は制限されない。基板（積層半導体基板）２０の具体的な構成としては、化合物半導体層からなる半導体発光素子が適用される。また、化合物半導体層は、具体的にはＧａＮ系半導体層が積層されたサファイア基板が用いられる。
なお、少なくとも１層の化合物半導体層を積層した基板２０とは、ＧａＮ系半導体層が積層されたサファイア基板である場合には、少なくとも中間層１２０と、さらに下地層１３０と、さらにｎ型半導体層１４０と、さらに発光層１５０と、さらにｐ型半導体層１６０が積層された基板２０を指すことができる。

そこで、基板（積層半導体基板）２０を構成する化合物半導体として、ＧａＮ系半導体を例に挙げて説明する。図４に示す基板２０は、例えば青色光を出力する青色発光チップさらには青色発光チップを用いた発光装置を製造するための出発材料となる。

図４に示すように、基板（積層半導体基板）２０は、基板１１０と積層半導体層１００とから概略構成されている。また、積層半導体層１００はさらに、基板１１０の上に、中間層１２０と、下地層１３０と、ｎ型半導体層１４０と、発光層１５０と、ｐ型半導体層１６０がこの順で形成された構成となっている。以下、それぞれの詳細について説明する。

（基板１１０）
基板１１０を構成する材料としては、例えば、サファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等が挙げられる。これらの中でも、サファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）が好ましい。なお、本実施形態の基板１１０には、サファイア基板を用いている。また、基板１１０上には、エピタキシャル成長により形成されたIII族窒化物半導体結晶が構成されている。

また、本実施形態の基板１１０は、直径５インチ（約１２５ｍｍ）以上、厚みが０．５ｍｍ〜１．５ｍｍのものとなっている。その中でも例えば、直径６インチ（約１５０ｍｍ）のサファイア基板で、厚み０．５ｍｍ〜１．５ｍｍのものが特に好ましい。

（中間層１２０）
また、基板１１０としてIII族窒化物化合物半導体以外の材料を用いる場合は、中間層１２０を基板１１０上に設けておくことが好ましい。このとき、中間層１２０はバッファ機能を発揮するようにＡｌを含有することが好ましい。

（下地層１３０）
下地層１３０としては、Ｇａを含むIII族窒化物（ＧａＮ系化合物半導体）が材料として用いられ、特に、ＡｌＧａＮ、又はＧａＮを用いることが望ましい。

（ｎ型半導体層１４０）
ｎ型半導体層１４０としては例えば、ｎ型の電気伝導を示すドーパントを含むＧａＮ系化合物半導体が挙げられる。
ｎ型半導体層１４０は具体的には、ｎ型コンタクト層およびｎ型クラッド層から構成されたものであり、また、ｎ型コンタクト層としてはＧａＮ系化合物半導体が用いられる。また、ｎ型クラッド層の材料としては、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ等が用いられる。

（発光層１５０）
発光層１５０は、ＧａＩｎＮからなるIII族窒化物半導体層により構成されており、その構造としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することができる。

（ｐ型半導体層１６０）
ｐ型半導体層１６０は、ｐ型の電気伝導を示すドーパントを含むＧａＮ系化合物半導体層により構成されている。
ｐ型半導体層１６０はさらに、ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層から構成されており、ｐ型クラッド層としてはＡｌ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ≦０．４）が、ｐ型コンタクト層としてはＡｌ_eＧａ_1-eＮ（０≦ｅ＜０．５）を含む窒化ガリウム系化合物半導体層が用いられる。

このように、本実施形態の積層半導体層１００は、III族窒化物化合物半導体層によって構成されている。また、本実施形態の積層半導体層１００の主たる構成（積層半導体層１００において最も多くの量を占める材料）はＧａＮ（窒化ガリウム）となっている。

＜半導体発光素子１０の製造方法＞
次いで、本実施形態における基板（積層半導体基板）２０から構成される、図示しない半導体発光素子１０の製造方法を説明する。
半導体発光素子１０形成工程は、積層半導体層１００形成工程と、半導体層露出面形成する工程と、第一の電極を形成し且つ半導体層露出面に第二の電極を形成する電極形成工程と、から概略構成されている。また、電極形成工程の後は必要に応じて、半導体発光素子１０の電極に熱処理を施すアニール工程をさらに有する場合がある。

（積層半導体層１００工程）
積層半導体層１００を形成する工程はさらに、基板１１０上に中間層１２０を形成する工程と、下地層１３０形成工程と、ｎ型半導体層１４０形成工程と、発光層１５０形成工程と、ｐ型半導体層１６０形成工程から構成されている。これらの工程は既存の方法を用いるため、ここではその詳細については省略する。

（半導体層露出面形成する工程）
次いで、積層半導体層１００の一部を除去して図示しない半導体層露出面を形成する。この工程は既存の方法を用いるため、ここではその詳細については省略する。

（電極形成工程）
次いで、ｐ型半導体層１６０上に図示しない電極（透明正極）を形成する。このとき、電極（透明正極）の材料としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３）、ＩＺＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ_２Ｏ_３）等の従来公知の材料を用いることができる。また、この電極（透明正極）の構成は、ｐ型半導体層１６０上のほぼ全面を覆うように形成しても、格子状や樹形状に形成しても良い。
電極（透明正極）上に形成される、図示しない正極ボンディングパッド（第一の電極）は、例えば、従来公知のＡｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ等の材料から構成される。また、この正極ボンディングパッドの厚さは、１００ｎｍ〜１，０００ｎｍの範囲内とし、３００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内とすることがより望ましい。

また、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０及びｎ型半導体層１４０の一部を除去することによりｎ型半導体層露出領域を設け、その上に図示しないｎ型コンタクト層を設ける。そして、図示しない負極（第二の電極）をｎ型コンタクト層に接するように形成する。
このとき、図示しない負極１９の材料としては、周知の各種組成および構造の負極を何ら制限無く用いることができ、本技術分野における慣用手段により設けることができる。

（アニール工程）
次いで、必要に応じて半導体発光素子１０の電極に熱処理を施す。これにより、半導体発光素子１０が形成される。

このように、本発明においては、本実施形態における基板（積層半導体基板）２０であれば半導体発光素子１０の材料として、その形成に用いることができる。また、半導体発光素子１０形成工程のうち、洗浄工程、エッチング工程、搬送工程、レジスト塗布工程等においては、それらの工程に応じた構成の基板（積層半導体基板）２０を、随時必要に応じて用いることが望ましい。

本発明の第１から第３の実施形態で示した基板保持装置および基板２０の処理方法は、前述した半導体発光素子１０または基板２０の製造工程において、それらの洗浄工程、エッチング工程や搬送工程等で必要に応じて使用することができる。
以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
表１に示す基板直径のサファイア製の基板１１０上に、スパッタ法によりＡｌＮからなる厚さ０．０５μｍの中間層１２０を成膜し、その上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって、アンドープＧａＮからなる厚さ８μｍの下地層１３０およびＳｉドープＧａＮからなる厚さ２μｍの図示しないｎ型コンタクト層を成膜した。さらにその上に、ＭＯＣＶＤによってＩｎ_０．１Ｇａ_０．９Ｎからなる厚さ２５０ｎｍのｎ型クラッド層を形成した後、ＳｉドープＧａＮからなる厚さ１６ｎｍの障壁層およびＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎからなる厚さ２．５ｎｍの井戸層を交互に６回積層した。そしてその後に障壁層を設け、多重量子井戸構造の発光層１５０を形成した。

次いで発光層１５０の上に、ＭｇドープＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなる厚さ１０ｎｍのｐ型クラッド層、ＭｇドープＧａＮからなる厚さ１５０ｎｍのｐ型コンタクト層を順に形成した。これによりｐ型半導体層１６０が形成された。
このとき、窒化ガリウム系化合物半導体層の積層は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。

以上の工程により、反り量が１７０μｍ、重さは９０ｇの基板２０が形成された。この基板２０を、第１の実施形態に示す基板保持装置を使用して、表１の実施例１に示す吸引力の比（基板の質量に対する吸引部における吸引力の比）と直径の割合（基板の直径に対する前記基板載置面の直径の割合（％））で、スピンドル７により回転・保持して試験を行った。この結果、１０回試行したところ全てスピンドル７から基板２０が離散することなく、良好な結果を得ることができた。

（実施例２）
表１の実施例２に示すとおり、第２の実施形態に示す基板保持装置を用い、実施例１と同様に試験を行った。その結果、全てスピンドル７から当該基板２０が離散することなく、良好な結果を得ることができた。

（実施例３）
表１に示すとおり、第３の実施形態に示す基板保持装置を用い、実施例１と同様に試験を行った。その結果、全てスピンドル７から当該基板２０が離散することがなく、良好を得ることができた。

（比較例１）
基板２０の反り、吸引力の比を表１に示す条件にした以外は実施例１と同様に試験を行った。その結果、１０回の試行あたり７回、スピンドル７から基板２０が離散した。よって、この条件及び基板保持装置の使用方法では、基板２０をスピンドル７で安定して回転・保持することができなかった（ＮＧ）。

（比較例２）
第２の実施形態に示す基板保持装置を用い、比較例１と同様に試験を行った。その結果、１０回の試行あたり４回、スピンドル７から基板２０が離散した。よって、この条件及び基板保持装置の使用方法では、当該基板２０をスピンドル７で安定して回転・保持することができなかった（ＮＧ）。

（比較例３）
第３の実施形態に示す基板保持装置を用い、比較例１と同様に試験を行った。その結果、１０回の試行あたり５回、スピンドル７から基板２０が離散した。よって、この条件及び基板保持装置の使用方法では、当該基板２０をスピンドル７で安定して回転・保持することができなかった（ＮＧ）。

（比較例４）
表１に示す条件下で、第１の実施形態に示す基板保持装置を用いて実施例１と同様に試験を行った。その結果、１０回の試行あたり６回、スピンドル７から基板２０が離散した。よって、この条件及び基板保持装置の使用方法では、当該基板２０をスピンドル７で安定して回転・保持することができなかった（ＮＧ）。

（比較例５）
第２の実施形態に示す基板保持装置を用い、比較例４と同様に試験を行った。その結果、１０回の試行あたり３回、スピンドル７から基板２０が離散した。よって、この条件及び基板保持装置の使用方法では、当該基板２０をスピンドル７で安定して回転・保持することができなかった（ＮＧ）。

（比較例６）
第３の実施形態に示す基板保持装置を用い、比較例４と同様に試験を行った。その結果、１０回の試行あたり２回、スピンドル７から基板２０が離散した。よって、この条件及び基板保持装置の使用方法では、当該基板２０をスピンドル７で安定して回転・保持することができなかった（ＮＧ）。

このように、直径１２５ｍｍ以上、反りが１００μｍ以上の基板２０であっても、基板保持装置のスピンドル７の基板載置面２に、複数の同心円状の第一の溝部４ａ及び第一の溝部４ａに交差する第二の溝部４ｂからなる吸引部４を設け、基板２０の直径に対して基板載置面２の直径の割合を５０〜１００％に設定するとともに、基板２０の質量に対して吸引部４における吸引力の比を０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇに設定することにより、基板２０を基板載置面２に吸着した状態で、スピンドル７によって回転・保持させることが可能となる。

２…基板載置面、４…吸引部、４ａ…第一の溝部、４ｂ…第二の溝部、５…吸着孔、６…吸気孔、７…スピンドル、７ａ…スピンドル本体、７ｂ…回転軸、１１…Ｏリング、２０…基板

Claims

直径１２５ｍｍ以上、反りが１００μｍ以上の基板をスピンドルで回転・保持する方法であって、前記スピンドルの基板載置面に、複数の同心円状の第一の溝部及び第一の溝部に交差する第二の溝部からなる吸引部を設け、前記基板の直径に対する前記基板載置面の直径の割合を５０〜１００％に設定するとともに、前記基板の質量に対する前記吸引部における吸引力の比を０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇに設定し、前記基板を、前記基板載置面に吸着した状態で、前記スピンドルによって回転させることを特徴とする基板の処理方法。
前記吸引部より外周の前記基板載置面にＯリングを配置した状態で、前記基板を前記基板載置面に吸着することを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
前記基板載置面を凸曲面とし、前記凸曲面上に前記基板を上に反らせた状態で吸着することを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
前記基板を、前記基板よりも低硬度の材質からなる前記基板載置面に吸着することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板の処理方法。
直径１２５ｍｍ以上、反りが１００μｍ以上の基板を回転させる基板保持装置であって、基板載置面に設けられた同心円状の第一の溝部及び第一の溝部に交差する第二の溝部からなる吸引部と、
前記基板の質量に対する前記吸引部における吸引力の比を０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇに設定するエア排気部と、を具備してなることを特徴とする基板保持装置。
前記吸引部より外周の前記基板載置面に、Ｏリングが配置されていることを特徴とする請求項５に記載の基板保持装置。
前記基板載置面が凸曲面となっていることを特徴とする請求項５に記載の基板保持装置。
前記基板載置面が、前記基板よりも低硬度の材質からなることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の基板保持装置。
直径１２５ｍｍ以上の基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層及び電極を形成する工程を含む半導体発光素子の製造方法であって、さらにＩＩＩ族窒化物半導体を含む基板の反りが１００μｍ以上である状態で、ＩＩＩ族窒化物半導体を含む基板をスピンドルで回転・保持する工程を含み、前記スピンドルの基板載置面に、複数の同心円状の第一の溝部及び第一の溝部に交差する第二の溝部からなる吸引部を設け、前記基板の直径に対する前記基板載置面の直径の割合を５０〜１００％に設定するとともに、前記基板の質量に対する前記吸引部における吸引力の比を０．７ｋＰａ／ｇ〜１．２ｋＰａ／ｇに設定し、前記基板を、前記基板載置面に吸着した状態で、前記スピンドルによって回転・保持させることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。