JP2011253841A - ウェーハ保持具 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの表面に傷を付けることなく、ウェーハを吸引保持して搬送することができるウェーハ保持具を提供する。
【解決手段】本発明のウェーハ保持具は、テーブルと、吸引孔と、支持部材とを備えており、また、吸引孔の表面側の一部は拡径処理が施されており、拡径部および円環状テラスが形成されている。該円環状テラスに支持部材を固定することにより、ウェーハに直接接触する支持部材の面積が低減され、ウェーハの表面に傷を付けることなくウェーハを吸引保持することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェーハのスピン洗浄装置や、スピンエッチング装置などの、ウェーハの一方の表面側を吸着保持して他方の表面側に各種の処理を施す処理装置において、ウェーハを吸引保持するためのウェーハ保持具に関するものである。

近年、直径３００ｍｍ以上の大口径シリコンウェーハでは、デバイス構造が作製されるウェーハ表面側だけでなく、その裏面側も鏡面研磨処理されたウェーハの提供が望まれており、ウェーハ表面品質のみならずウェーハ裏面品質を高水準に保つ必要がある。
通常、シリコンウェーハ製造工程において、シリコンウェーハ表裏面を鏡面研磨する前に、シリコンウェーハを所定厚みにまで研削して、表裏面を平坦化する処理が行われ、さらに研削処理されたシリコンウェーハ表面について洗浄処理やエッチング処理することが行われている。この洗浄処理やエッチング処理を行うにあたっては、近年の、製造するシリコンウェーハの大口径化に伴い、シリコンウェーハ１枚毎に処理を行う枚葉方式のスピン洗浄装置や、スピンエッチング装置などが使用されている。

例えば、研削されたシリコンウェーハに対するスピン洗浄方法においては、ウェーハを吸着保持する保持具として、ポーラスなセラミックで構成したスピンナーテーブル（吸着保持具）を使用し、このスピンナーテーブル上に研削したウェーハを載置して吸着保持し、スピンナーテーブルを回転させることによりウェーハを水平に回転させながら、ウェーハ表面に洗浄液を供給してウェーハ表面の洗浄を行っている。次いで、ウェーハを洗浄後、ウェーハを回転させながら、エアーをウェーハ表面に吹きつけてウェーハの乾燥を行っている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、特許文献１を始めとする従来のウェーハ保持具においては、吸着パッドの吸着面の略全面にてウェーハ表面を吸引するため、ウェーハ上に研削カス等のゴミが残っている場合にはウェーハ表面に傷が付き、ウェーハの品質を低下させる問題があった。
すなわち、研削処理されたシリコンウェーハは、スピンナーテーブルに吸引保持されて洗浄及び乾燥されるが、研削工程では研削面に純水などを供給しながら研削処理が行われるため、研削処理後のウェーハ表裏面には研削屑の混入した研削液（水分）が付着している。このため、スピンナーテーブルにより吸引保持されるウェーハ裏面部位には研削屑を起因とした傷が発生し、ウェーハの品質を低下させることが問題になっていた。また、スピンナーテーブルに吸引保持された面は研削液が付着したままの状態で隠蔽されてしまうため、この吸引保持面に研削液が残留し、洗浄処理後に乾燥すると研削液による汚れがウェーハ裏面に生じてしまう問題もあった。

このため、特許文献２では、保持基台に円弧面を有する２つの環状壁を同心円上に形成し、２つの環状壁の間に存在する吸引孔を介してウェーハを吸引することにより、ウェーハとの接触面積を低減させ、ウェーハ表面に傷を付けることを減少させる技術が提案されている。

特開２００３−２７３０５５号公報 特開２００７−２９４５８８号公報

しかしながら、特許文献２に記載の方法を以てしても、研削カス等のゴミが付着した際のウェーハ表面の傷を防止するには依然として不十分であり、ウェーハを吸引保持する際にウェーハ表面が傷つく結果、歩留まりの低下を招いていた。また、ウェーハを保持する２つの環状壁の間の水分は十分に除去することが難しいことから、上記したようにウェーハの汚れが発生することは依然として問題であった。

そこで、本発明の目的は、ウェーハの表面に傷を付けることなく、且つ洗浄処理後の残液の問題を招くことなく、ウェーハを吸引保持することができるウェーハ保持具を提供することにある。

発明者は、上記課題を解決するための方途について鋭意究明した結果、ウェーハを吸引保持するウェーハ保持具において、ウェーハを吸引するために適切に配置された吸引孔にウェーハと接触して支持する支持部材を固定することが、ウェーハに接触する面積を低減してウェーハ表面の傷を防止し、さらに洗浄後残液の問題を回避する上で有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明のウェーハ保持具は、同一円周上に均等に配置された、３以上の吸引孔を有するテーブルと、前記吸引孔の各々に固定され、かつ前記テーブルの表面から部分的に突出する、筒状の支持部材とを備え、前記支持部材の中空部は、前記吸引孔の少なくとも部分を構成することを特徴とするものである。

また、本発明のウェーハ保持具において、前記吸引孔は前記テーブルの表面側に拡径部を有し、該拡径部に前記支持部材を固定することを特徴とするものである。

また、本発明のウェーハ保持具において、前記支持部材の内壁と前記吸引孔本体の内壁が連続的に接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明のウェーハ保持具において、前記吸引孔は前記テーブルの裏面側に拡径部を有し、前記支持部材は更につば部を備え、該つば部は前記拡径部に取り付けられていることを特徴とするものである。

また、本発明のウェーハ保持具において、前記支持部材は軟質の弾性材料で構成され、前記吸着孔の内壁に着脱自在に嵌合されることを特徴とするものである。

また、本発明のウェーハ保持具において、前記テーブルは透明材料で構成されることを特徴とするものである。

本発明によれば、テーブル上に載置するウェーハと接触する面積が、複数個の吸引孔に固定された支持部材の先端面のみという極めて限られた領域になるため、ウェーハ表面に傷が付くことのないウェーハ保持具を提供することができる。
また、支持部材が吸引孔の部分を担うことから、当該支持部材の内側が吸引状態にあり、洗浄液がウェーハの支持部材当接面に残ることがほとんどなく、ウェーハの汚染防止に有利である。

本発明の第１の実施形態のウェーハ保持具のそれぞれ（ａ）上面図および（ｂ）図１（ａ）におけるＡ−Ａでの断面図である。 本発明の第２の実施形態のウェーハ保持具のそれぞれ（ａ）上面図および（ｂ）図２（ａ）におけるＢ−Ｂでの断面図である。 本発明の第３の実施形態のウェーハ保持具のそれぞれ（ａ）上面図および（ｂ）図３（ａ）におけるＣ−Ｃでの断面図である。 テーブルに透明な材料を使用したウェーハ保持具の写真である。 ウェーハ保持具を適用するスピン洗浄乾燥装置の概略を示す図である。 （ａ）水滴が付着していない場合、および（ｂ）水滴が付着した場合のウェーハ表面の魔鏡画像である。 比較とするウェーハ保持具の構造を示す図である。 レーザパーティクル検査機による検査結果を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明のウェーハ保持具について詳細に説明する。上述のように、本発明のウェーハ保持具は、ウェーハと直接接触して支持する支持部材を、ウェーハを吸引保持するために使用される吸引孔に固定し、ウェーハと支持部材との接触面積を低減することに特徴を有している。従って、ウェーハ保持具が上記した特徴を有してさえいればよい。特に、本発明のウェーハ保持具は、枚葉式スピン洗浄機や枚葉式スピンエッチング機などのウェーハを吸着保持するスピンナーテーブルとして好適である。以下、本発明のウェーハ保持具の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態であるウェーハ保持具の（ａ）上面図および（ｂ）図１（ａ）におけるＡ−Ａでの断面図を示している。このウェーハ保持具１は、テーブル１１と、吸引孔１２と、支持部材１３とを備える。また、吸引孔１２のテーブル表面側の一部は拡径されており、この拡径部１２１と共に円環状テラス１２２が形成されている。

テーブル１１は、ウェーハを保持するための台であり、本実施形態においては円盤状に形成されている。テーブル１１の材料としては、塩化ビニルで構成することが望ましく、具体的には、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＢＮ（ポリブチレンナフタレート）等の樹脂材料で構成することが望ましく、その他、テフロン(登録商標）等で構成してもよい。また、テーブル１１の直径については特に限定されないが、スピン洗浄機等においてウェーハをスピンさせる際にも確実に吸引保持を行う観点からは、５０〜３００ｍｍとすることが好ましい。

図１（ｂ）においては、ウェーハ保持具１の中心付近の領域に凹部を形成して軽量化および材料節減による低コスト化が図られているが、上記の凹部を形成せずに平坦にしてもよいことは言うまでもない。

このようなテーブル１１に、３個以上、図示例で４個の吸引孔１２が設けられており、テーブル１１と同心円周上に等間隔に配置されている。また、テーブル１１に吸着したウェーハが水平に安定して保持されるように、吸引孔１２が配置される同心円の直径が、載置されるウェーハの中心から１５％〜７５％の領域内に位置するように構成することが望ましい。具体的には、直径３００ｍｍのウェーハを処理する場合は、５０〜２００ｍｍとすることが望ましい。本実施形態においては、吸引孔１２は円筒形状を有している。
吸引孔１２の数は、テーブル１１上に載置するウェーハの吸引並びに、姿勢の安定性から３個以上とし、また、多すぎる場合には吸引孔１２に固定される支持部材１３とウェーハが接触する面積が増加して、本発明の効果を損なう虞があるため、最大でも１０個以下とすることが望ましい。
また、吸引孔１２の径についても、該吸引孔１２の数およびウェーハの吸引力等を考慮して適切に設定すればよく、例えば５〜１０ｍｍが好適である。
これらの吸引孔１２は、適切な配管により吸引源（図示せず）に接続されており、該吸引源からの吸引力が吸引孔１２を介してウェーハに伝達されることにより、ウェーハが吸引保持される。

ここで、本発明においては、吸引孔１２の各々に対してウェーハを支持するための支持部材１３を固定することが肝要である。吸引孔１２は、図示例において、テーブル１１の表面側に拡径部１２１を有し、ここに形成される円環状テラス１２２に、その外径が拡径部１２１の内径と同一である支持部材１３が固定される。本実施形態においては、支持部材１３は接着固定されるのが好ましい。

支持部材１３は、ウェーハに接触して支持する部品であり、本実施形態においては吸引孔１２の形状に合わせて円筒形状を有している。支持部材１３の材料としては、例えばテフロン（登録商標）やゴム等を使用することができる。

一方、支持部材１３の内径については、本実施形態においては拡径されていない吸引孔１２本体の径よりも大きい値にする。また、支持部材１３の高さは、その上部がテーブル１１から突出してウェーハを支持できるように、拡径部１２１の深さよりも大きな値にする。テーブル１１から突出した支持部材１３の高さは、ウェーハの吸引および姿勢の安定性の点から、１〜１５ｍｍとし、好ましくは５〜１０ｍｍとする。

このように、本実施形態のウェーハ保持具１は、ウェーハに直接接触する支持部材１３の面積が小さいため、例えば研削装置におけるスピン洗浄工程において、ウェーハ表面に研削くず等のゴミが付着している場合にも、ウェーハ表面に傷を付けることなくウェーハを吸引保持することができる。また、支持部材が吸引状態にある吸引孔の部分を担うことから、洗浄液がウェーハの支持部材当接面に残ることがほとんどなく、ウェーハの汚染の防止に有効である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図２は、本発明の第２の実施形態であるウェーハ保持具２の（ａ）上面図および（ｂ）図２（ａ）におけるＢ−Ｂでの断面図を示している。このウェーハ保持具２は、第１の実施形態のウェーハ保持具１とほぼ同一の構成を有しており、テーブル２１と、吸引孔２２と、支持部材２３とを備え、吸引孔２２の表面側の一部は拡径されて拡径部２２１と共に円環状テラス２２２が形成される。本実施形態のウェーハ保持具２は、支持部材２３の内径が吸引孔２２の内径と同一である点においてウェーハ保持具１と相違している。

上述のように、ウェーハ保持具１においては、吸引孔１２の表面側が拡径されて拡径部１２１および円環状テラス１２２が形成され、該円環状テラス１２２の上に支持部材１３が固定されている。これにより、ウェーハ表面を傷つけることなくウェーハを吸引保持することが可能になるが、円環状テラス１２２に支持部材１３が載っていない領域が存在する場合にはその領域に水滴が溜まっていると、吸引保持していたウェーハを解放するためにウェーハにエアーを吹き付ける際に、溜まっていた水滴がウェーハに再付着する可能性がある。

そこで、第２の本実施形態においては、支持部材２３の内壁と吸引孔２２本体の内壁が連続的に接続されるように構成する。即ち、吸引孔２２はテーブル１１の表面側に拡径部２２１を有し、ここに形成される円環状テラス２２２に、その外径が拡径部２２１の内径と同一である支持部材２３が固定されるが、図２（ｂ）に示すように、支持部材２３の内径を吸引孔２２本体の内径と同一にして、円環状テラス２２２に支持部材２３が載っていない領域が存在しないようにする。本実施形態においても、支持部材２３は接着固定されるのが好ましい。

このようなウェーハ保持具２により、円環状テラス２２２に支持部材２３が存在するために、当該テラスは実質的に存在しないことになり、当然このテラスに水滴が溜まることはないことから、ウェーハ表面に水滴が再付着することなしに吸引ウェーハを解放することができる。

（第３の実施形態）
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。
ウェーハ保持具２では、支持部材２３の内径が吸引孔２２の内径と同一であるため、円環状テラス２２２に水滴が溜まることはなく、ウェーハ表面に水滴が再付着するのを防止できる。ところで、ウェーハの吸引保持を繰り返すにつれて、ゴム等の材料で形成された支持部材２３は摩耗等により劣化する場合がある。かように支持部材２３が劣化した場合には、支持部材を交換する必要があるが、上記したウェーハ保持具１及び２は、支持部材１３及び２３を接着固定することが、吸着解放を有利に行うには好適であるところ、支持部材の交換が難しくなる。そこで、本実施形態においては、劣化した支持部材のみを交換可能なように支持部材を構成する。

即ち、本実施形態のウェーハ保持具３は、テーブル３１と、吸引孔３２と、支持部材３３とを備える。図３は、ウェーハ保持具３の（ａ）上面図および（ｂ）図３（ａ）におけるＣ−Ｃでの断面図を示している。

第１および第２の実施形態とは異なり、吸引孔３２の裏面側の一部に、所定の深さ（厚さ）だけ拡径され、この拡径部３２１と共に円環状テラス３２２が形成されている。また、支持部材３３は、拡径部の厚さを有するつば部３３１を更に備えており、該つば部３３１が上記した拡径部３２１に取り付けられ、支持部材３３が吸引孔３２を介してテーブル３１を貫通してテーブル３１の表面側に突出するように構成されている。
拡径部の深さ（即ち、つば部３３１の厚さ）は１〜１０ｍｍとする。また、拡径部３２１の直径は１〜１０ｍｍとする。

上述のようにウェーハ保持具３を構成することにより、ウェーハを吸引保持して回転させた際にも、つば部３３１が拡径部３２１に固定されているため、ウェーハの吸引保持を安定して行うことができる。

このように、ウェーハ保持具３において、ウェーハと直接接触する支持部材３３が着脱可能であるため、ウェーハの吸引保持を繰り返し行うことにより支持部材３３が劣化した場合に、支持部材３３を交換するだけでよいため、ウェーハ保持具３のランニングコストの低減を図ることができる。なお、支持部材３３を軟質の弾性材料から構成することによって、該支持部材３３の吸着孔３２の内壁への着脱を自在に行うことができる。軟質の弾性材料として、支持部材３３をゴムや軟質な合成樹脂などで構成することが望ましく、例えば、シリコーンゴムや合成ゴムをはじめ、ゴム状弾性を有する高分子物質、あるいは、フロロポリマー、塩化ビニル等の軟質な合成樹脂などが適している。

尚、図４に示すように、ウェーハ保持具の基材となるテーブルを、透明な材料、例えば塩化ビニルなどで構成することにより、ウェーハ保持具を固定するチャックテーブル（台座）等に設けられた吸着用の溝に対して、ウェーハ保持具の吸引孔を適切な位置へ容易に配置可能に構成することもできる。図４中、テーブルの外周部に等間隔で設けられた複数の開口孔は、真空チェック機能を備える台座にテーブルを固定するための止着孔である。

また、上述の実施形態においては、吸引孔および支持部材は円筒形状を有していたが、それらに限定されず、例えばウェーハ保持具の深さ方向にテーパを付けることも可能である。

（発明例１）
本発明の第１の実施形態のウェーハ保持具１を、図５に示すスピン洗浄乾燥装置のスピンナーテーブルとして適用し、研削処理後の１００枚の直径３００ｍｍのシリコンウェーハに対して、スピン洗浄乾燥する処理を施した。その後、全てのウェーハ表面の水滴の有無を確認した。このウェーハ表面に付着した水滴については魔鏡の原理を利用した表面欠陥検査機（株式会社コベルコ科研製）により検査した。次いで、ウェーハ表面を鏡面研磨した後、ウェーハ表面の傷についてレーザパーティクル検査機（KLA−Tencor社製SP−2）により検査した。その結果、全てのウェーハ表面において傷は観察されなかった。また、図６（ａ）の魔鏡画像に示すように、多くのウェーハには水滴は観察されなかった。若干ではあるが、図６（ｂ）の魔鏡画像に示すような水滴の付着が数枚のウェーハ表面で確認された。

（発明例２）
本発明の第２の実施形態のウェーハ保持具２を、図５に示すスピン洗浄乾燥装置のウェーハ保持具１に代えて適用し、発明例１の場合と同様に、１００枚のウェーハに対して、スピン洗浄乾燥処理を行った。その後、ウェーハ表面の水滴および傷の有無を発明例１の場合と同様に確認した。その結果、ウェーハ表面には傷および水滴の双方とも確認されなかった。

（発明例３）
本発明の第３の実施形態のウェーハ保持具３を、図５に示すスピン洗浄乾燥装置のウェーハ保持具１に代えて適用し、発明例１の場合と同様に、１００枚のウェーハに対して、スピン洗浄乾燥処理を行った。その後、ウェーハ表面の水滴および傷の有無を確認した。その結果、発明例２の場合と同様に、ウェーハ表面には傷および水滴の双方とも確認されなかった。

（比較例）
図７に示す構造のウェーハ保持具１００、即ち、中心部に真空吸引口１０１があり、同心円状に複数の円環状の溝１０２〜１０５が形成され、各円環状溝１０２〜１０５は半径方向に延びる直線溝１０６により、吸引口１０１と連通されて真空吸着溝として機能する構造を有するウェーハ保持具１００を、図５に示すスピン洗浄乾燥装置のウェーハ保持具１に代えて適用し、発明例１の場合と同様に、１００枚のウェーハに対して、スピン洗浄乾燥処理を行った。その後、ウェーハ表面の水滴および傷の有無を、発明例１の場合と同様に確認した。その結果、各ウェーハ表面において、図８に赤点で示すように、１〜２個の凹み傷が確認された。なお、図８に示す赤点は、１００枚のウェーハを重ね合わせた評価結果を示している。ちなみに、図８における赤線枠内は、吸着保持領域を示している。また、１００枚のウェーハ表面には、図６（ｂ）に示したものと同様の水滴が多数観察された。

１ ウェーハ保持具
１１ テーブル
１２ 吸引孔
１３ 支持部材
１２１ 拡径部
１２２ 円環状テラス
２ ウェーハ保持具
２１ テーブル
２２ 吸引孔
２３ 支持部材
２２１ 拡径部
２２２ 円環状テラス
３ ウェーハ保持具
３１ テーブル
３２ 吸引孔
３３ 支持部材
３２１ 拡径部
３２２ 円環状テラス
３３１ つば部

Claims (6)

1. 同一円周上に均等に配置された、３以上の吸引孔を有するテーブルと、
   前記吸引孔の各々に固定され、かつ前記テーブルの表面から部分的に突出する、筒状の支持部材とを備え、
   前記支持部材の中空部は、前記吸引孔の少なくとも部分を構成することを特徴とするウェーハ保持具。
2. 前記吸引孔は前記テーブルの表面側に拡径部を有し、該拡径部に前記支持部材を固定することを特徴とする、請求項１に記載のウェーハ保持具。
3. 前記支持部材の内壁と前記吸引孔本体の内壁が連続的に接続されていることを特徴とする、請求項２に記載のウェーハ保持具。
4. 前記吸引孔は前記テーブルの裏面側に拡径部を有し、前記支持部材は更につば部を備え、
   該つば部は前記拡径部に取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載のウェーハ保持具。
5. 前記支持部材は軟質の弾性材料で構成され、前記吸着孔の内壁に着脱自在に嵌合されることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載のウェーハ保持具。
6. 前記テーブルは透明材料で構成される請求項１〜請求項５の何れかに記載のウェーハ保持具。