JP2011253918A

JP2011253918A - 吸着治具、吸着方法、及び基板処理装置

Info

Publication number: JP2011253918A
Application number: JP2010126447A
Authority: JP
Inventors: Teruhisa Kawasaki; 輝尚川▲崎▼
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2011-12-15

Abstract

【課題】保持能力の高い吸着治具を提供する。
【解決手段】基体と、基体から突出して形成され、先端部に、当接位置の板状保持対象物の局所的形状に応じて変形可能で、板状保持対象物の受け口を構成する当接部材を備える３以上の吸着部と、吸着部の当接部材の形成位置から、吸着部及び基体の内部に形成され、基体の内部から外部に通じる吸気孔とを有する吸着治具を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、板状の保持対象物を保持する吸着治具、及び吸着方法に関する。また、半導体基板の処理を行う基板処理装置に関する。

絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(insulated gate bipolar transistor; IGBT)の製造においては、まずシリコンウエハの表側の表面に、エミッタ、ゲート等の構造を形成した後、裏面を削ってウエハを薄くし、裏面から不純物を注入する。シリコンウエハの裏面には、フィールドストップ層となるｎ型不純物、たとえばリン（Ｐ）、さらにコレクタ層となるｐ型不純物、たとえばホウ素（Ｂ）が注入される。その後、ウエハの裏面にレーザビームを照射することにより、裏面から注入した不純物を活性化（レーザアニール）する。

ＩＧＢＴの性能の向上に伴い、ウエハは薄型化している。ウエハが薄くなるに従い、研磨やレーザアニール等のデバイス製造工程において、ウエハにそりが生じやすくなる。大きなそりが生じたウエハの搬送においては、吸着盤とウエハとの間に空隙が生じ、吸着ができない、または不完全となる不具合が生じる。そりが生じたウエハを確実に搬送し、処理する技術が求められている。

さまざまな構成の半導体ウエハの吸着器が知られている（たとえば、特許文献１及び２参照）。

特許文献１には、円板状のプレート本体の表面から突出して設けられた複数のピンと、それらのピンを囲むようにプレート本体の周縁部に配置されたシール部を備える吸着治具の発明が開示されている。ピンの高さとシール部の高さとは等しく、半導体ウエハは、ピンとシール部とに支えられて吸引保持される。

特許文献２には、板体上に内側リブと外側リブが形成された半導体ウエハ用の吸着パッドの発明が記載されている。両リブは略等しい高さに形成されるため、吸着パッドから空気が漏れてウエハの吸着に支障をきたすことはない。特許文献２記載の吸着パッドは、熱可塑性樹脂コンパウンドを用いた射出成形により製造される。

特開２００６−５４３７９号公報特開２００７−１２８９６７号公報

特許文献１記載の吸着治具は、半導体ウエハの平面度を維持し、半導体ウエハとシール部との密着性を確保して吸引保持を行う。特許文献２記載の吸着パッドは、半導体ウエハを隙間なく吸着保持する。このため両文献記載の技術においては、たとえば半導体ウエハのそりが大きい場合には、吸着が不完全となりやすく搬送の確実性が低くなる。

本発明の目的は、板状の保持対象物を保持する能力の高い吸着治具及び吸着方法を提供することである。

また、板状の保持対象物を保持する能力の高い吸着治具を用いた基板処理装置を提供することである。

本発明の一観点によると、基体と、前記基体から突出して形成され、先端部に、当接位置の板状保持対象物の局所的形状に応じて変形可能で、板状保持対象物の受け口を構成する当接部材を備える３以上の吸着部と、前記吸着部の前記当接部材の形成位置から、前記吸着部及び前記基体の内部に形成され、前記基体の内部から外部に通じる吸気孔とを有する吸着治具が提供される。

また、本発明の他の観点によると、（ａ）板状の保持対象物を準備する工程と、（ｂ）前記保持対象物を、３以上の支持位置で、前記支持位置の前記保持対象物の局所的形状に応じて変形可能で、前記保持対象物の受け口を構成する当接部材を当接し、吸引して保持する工程とを有する吸着方法が提供される。

更に、本発明の他の観点によると、半導体基板を収納配置する基板配置部と、前記半導体基板の位置合わせを行う位置合わせ部と、前記半導体基板に対して処理を行う基板処理部と、前記半導体基板を保持し、保持した前記半導体基板を、前記基板配置部、前記位置合わせ部、前記基板処理部の三者間で移動させることのできる搬送機構とを有し、前記位置合わせ部、前記搬送機構の少なくとも一方は、前記半導体基板を保持する機構として、基体と、前記基体から突出して形成され、先端部に、当接位置の前記半導体基板の局所的形状に応じて変形可能で、前記半導体基板の受け口を構成する当接部材を備える３以上の吸着部と、前記吸着部の前記当接部材の形成位置から、前記吸着部及び前記基体の内部に形成され、前記基体の内部から外部に通じる吸気孔とを備える吸着治具と、前記吸着治具の前記吸気孔と接続され、前記吸気孔内の空気を除去することができる真空ポンプとを含む基板処理装置が提供される。

本発明によれば、板状の保持対象物を保持する能力の高い吸着治具及び吸着方法を提供することができる。

また、板状の保持対象物を保持する能力の高い吸着治具を用いた基板処理装置を提供することができる。

実施例による基板処理装置を示す概略図である。（Ａ）は、吸着治具３０の平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の２Ｂ−２Ｂ線に沿う断面図である。（Ａ）は、半導体ウエハ８０を吸着保持する吸着治具３０を示す概略図であり、（Ｂ）は、半導体ウエハ８０のそり量を示す概略図であり、（Ｃ）は、半導体ウエハ８０の支持位置を示す概略的な平面図である。半導体ウエハ８０を支持するのに望ましい範囲を示す概略的な平面図である。（Ａ）は、吸着治具３０の吸着条件を示す表であり、（Ｂ）は、吸着保持試験の対象とした半導体ウエハに関するデータをまとめた表である。実施例による吸着治具によって板状の保持対象物を保持する際の、好ましい支持範囲を示す概略的な平面図である。

図１は、実施例による基板処理装置を示す概略図である。実施例による基板処理装置は、カセット配置部（基板配置部）１０、アライナ（位置合わせ部）２０、基板処理部６０、及びロボットアーム（搬送機構）７０を含む。

カセット配置部１０には、半導体ウエハ（基板）８０を収納するカセット１０ａが配置される。半導体ウエハ８０は、表側の表層部にエミッタ、ゲート等の構造が形成された、ＩＧＢＴ製造過程におけるシリコンウエハであり、裏側の表層部にはフィールドストップ領域を画定するｎ型不純物、たとえばリン（Ｐ）、さらにコレクタ領域を画定するｐ型不純物、たとえばホウ素（Ｂ）が注入されている。半導体ウエハ８０の平面形状は、ノッチまたはオリフラの形成された直径２００ｍｍの円形であり、厚さは１５０μｍである。

アライナ２０は、半導体ウエハ８０の位置合わせを行う位置合わせ機構であり、半導体ウエハ８０を吸着保持する吸着治具３０及び真空ポンプ４０を含む。

基板処理部６０はたとえばレーザ照射室であり、レーザ照射室６０内にはＸＹステージ５０が配置されている。ＸＹステージ５０は、半導体ウエハ８０を載置する載置面を備え、載置面上に載置された半導体ウエハ８０を２次元方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させることができる。

ロボットアーム７０は、半導体ウエハ８０を保持し、保持した半導体ウエハ８０を、カセット配置部１０、アライナ２０、基板処理部６０の三者間で移動させることのできる搬送機構である。

ロボットアーム７０が、カセット１０ａに収納されている半導体ウエハ８０を取り出し、アライナ２０に搬送する。搬送された半導体ウエハ８０は、吸着治具３０上に載置される。吸着治具３０と真空ポンプ４０とは機械的に接続されている。真空ポンプ４０は、吸着治具３０とその上に載置された半導体ウエハ８０とで形成される空間から空気を除去し、半導体ウエハ８０を吸着治具３０に吸着させる。

吸着治具３０に吸着保持された状態で、半導体ウエハ８０の位置合わせ処理が行われる。半導体ウエハ８０の中心位置が補正され、ノッチまたはオリフラが、あらかじめ設定された方向へ位置合わせされる。位置合わせ処理が終了すると、吸着治具３０及び真空ポンプ４０による吸着が解除され、半導体ウエハ８０はロボットアーム７０によって、レーザ照射室６０内のＸＹステージ５０上に搬送される。

レーザ照射室６０において、ＸＹステージ５０上に載置された半導体ウエハ８０の裏面にレーザビームが照射され、コレクタ領域に注入されたホウ素（Ｂ）、及びフィールドストップ領域に注入されたリン（Ｐ）の活性化（レーザアニール）が行われる。レーザアニールの終了した半導体ウエハ８０は、ロボットアーム７０によって搬送され、カセット１０ａに収納される。

図２（Ａ）は、吸着治具３０の平面図である。吸着治具３０は、基体（ベース部）３１及び基体３１の上面から突出して（突起状に）形成された３つの吸着部３２ａ〜３２ｃを含んで構成される。吸着部３２ａ〜３２ｃは基体３１上面中心から１５ｍｍの位置（半径１５ｍｍの円周上）に、等間隔に配置されている。すなわち吸着部３２ａ〜３２ｃの配設位置は、基体３１上面の中心を重心位置とし、重心位置からの距離が１５ｍｍである正三角形の頂点である。

吸着部３２ａ〜３２ｃは、先端部にそれぞれパッド３３ａ〜３３ｃを含む。パッド３３ａ〜３３ｃは、たとえばシリコンゴムで形成されている。パッド３３ａ〜３３ｃは、平面視において直径（外径）２．５ｍｍの円形状を呈する。

各吸着部３２ａ〜３２ｃは、パッド３３ａ〜３３ｃ上方に向けて開通された吸気孔３４ａ〜３４ｃを備える。吸気孔３４ａ〜３４ｃは、吸着部３２ａ〜３２ｃの内部を通って、基体３１内部を、基体３１上面中心位置の下方まで連続してのび、そこで相互に連結する。連通する吸気孔３４ａ〜３４ｃは、真空ポンプ４０と連結される。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の２Ｂ−２Ｂ線に沿う断面図である。吸着部３２ａ〜３２ｃのそれぞれの先端部を形成するパッド３３ａ〜３３ｃ（受け口）は、基体３１側が小さく、基体３１から離れるにつれて大きくなるラッパ型形状を備え、一例として下底の直径が２．５ｍｍの円錐台を倒立させたときの側面形状を有する。

吸着部３２ａ〜３２ｃの内部、及び基体３１内部に、基体３１の中心軸の位置まで連続的に形成される吸気孔３４ａ〜３４ｃは、中心軸の位置で合流し、基体３１の下面までのびて外部に通じる。吸気孔３４ａ〜３４ｃは、各吸着部３２ａ〜３２ｃのパッド３３ａ〜３３ｃ形成位置と、基体３１の下面との間を貫通する貫通孔である。

吸気孔３４ａ〜３４ｃは、基体３１の下面において真空ポンプ４０と接続される。真空ポンプ４０は、吸気孔３４ａ〜３４ｃ内部の空気を除去することができる。

図３（Ａ）は、半導体ウエハ８０を吸着保持する吸着治具３０を示す概略図である。半導体ウエハ８０の厚さはたとえば１５０μｍ、そり量はたとえば０．５ｍｍ以上である。半導体ウエハ８０は、吸着治具３０の吸着部３２ａ〜３２ｃ（パッド３３ａ〜３３ｃ）上に載置される。シリコンゴムで形成されるパッド３３ａ〜３３ｃは、当接位置の半導体ウエハ８０の局所的形状に応じて変形可能な当接部材であり、半導体ウエハ８０の受け口を構成する。半導体ウエハ８０のそり（たわみ）に応じても変形可能である。真空ポンプ４０により、吸気孔３４ａ〜３４ｃ内部の空気が除去され、吸気孔３４ａ〜３４ｃと半導体ウエハ８０とで形成される空間が減圧される。パッド３３ａ〜３３ｃと半導体ウエハ８０とは、隙間なく密着する。こうして半導体ウエハ８０は、吸着治具３０に吸着保持される。半導体ウエハ８０は、吸着部３２ａ〜３２ｃのみで吸着治具３０に支持されている。半導体ウエハ８０と吸着治具３０とは、パッド３３ａ〜３３ｃのみで相互に接触している。

図３（Ｂ）は、半導体ウエハ８０のそり量を示す概略図である。本明細書においては、半導体ウエハ８０を水平面上に配置したとき、最も水平面から離れた位置の高さ（水平面からの距離）を半導体ウエハ８０のそり量と定義する。

図３（Ｃ）は、半導体ウエハ８０の支持位置を示す概略的な平面図である。半径１００ｍｍの円形状の半導体ウエハ８０は、その中心が基体３１の中心軸の延長線上に位置するように、吸着治具３０に保持される。吸着部３２ａ〜３２ｃは、半導体ウエハ８０を、その中心からの距離が１５ｍｍとなる位置で支持する。すなわち支持は、半導体ウエハ８０の半径を１としたとき、半導体ウエハ８０の中心からの距離が０．１５となる３箇所で行われる。

図４は、半導体ウエハ８０を支持するのに望ましい範囲を示す概略的な平面図である。半導体ウエハ８０は、その半径を１としたとき、中心からの距離が０．７５以下となる位置で支持されるのが望ましい。すなわち吸着部３２ａ〜３２ｃ（パッド３３ａ〜３３ｃ）は本図中に点線で囲んだ領域の内側（点線上含む。）に位置することが望ましい。半導体ウエハ８０の外周部はそりが大きく、正常な吸着が困難となる場合が生じるためである。

実施例による吸着治具３０は、吸着部３２ａ〜３２ｃの先端部に設けられ、当接位置の半導体ウエハ８０の局所的形状に応じて変形するパッド３３ａ〜３３ｃをウエハ８０に当接し、ウエハ８０を吸着保持する。これにより吸着のための当接面積を小さくし、高い保持能力、高い確実性で半導体ウエハ８０を保持することができる。たとえば、そり量が大きく、薄い半導体ウエハ８０を、そりを矯正することなく確実に保持することができる。また、パッド３３ａ〜３３ｃは、ラッパ型形状に形成されることにより、当接位置の半導体ウエハ８０の局所的形状に応じて、容易に変形可能となる。このため保持能力を一層高めることができる。

本願発明者は、実施例による吸着治具３０の吸着パッド３３ａ〜３３ｃの直径（外径）、及び真空ポンプ４０による吸気孔３４ａ〜３４ｃ内の圧力を異ならせ、半導体ウエハの吸着保持試験を行った。

図５（Ａ）は、吸着治具３０の吸着条件を示す表である。本表には、α〜γの３条件を一覧可能にまとめた。たとえば、条件αは、真空圧力（真空ポンプ４０により減圧された吸気孔３４ａ〜３４ｃ内の、外気に対する圧力）が−０．０４ＭＰａ、吸盤（パッド３３ａ〜３３ｃ）の直径（外径）が２．５ｍｍ、吸盤面積が４．９１ｍｍ^２、吸盤個数が３個、３個の吸盤における吸着力の和が−０．５９Ｎであることを表している。条件βは、それらが順に−０．０５ＭＰａ、３．９ｍｍ、１１．９５ｍｍ^２、３個、−１．７９Ｎとなる条件である。更に、条件γは、それらが順に、−０．０５ＭＰａ、１０ｍｍ、７８．５４ｍｍ^２、３個、−１１．７８Ｎとなる条件を示す。

図５（Ｂ）は、吸着保持試験の対象とした半導体ウエハに関するデータをまとめた表である。試験対象とした半導体ウエハの平面形状は直径２００ｍｍの円形であり、一方の主面の面積は３１４１６ｍｍ^２である。半導体ウエハの厚さは０．７７５ｍｍ、比重は０．０００００２３３ｋｇ／ｍｍ^３、質量は０．０５７ｋｇである。

図５（Ａ）に示す条件α〜γの３条件で、図５（Ｂ）に示す半導体ウエハの保持試験を行ったところ、条件βにおいては正常に吸着保持が行われたが、条件α及びγにおいては吸着異常が発生した。

条件αにおいては吸着力が不足した。このことから、保持は、保持対象物に働く重力より大きい吸引力で行うことが必要であることがわかる。

また、条件βにおける吸着保持が正常に行われたことから、吸引力が保持対象物に働く重力の３倍以上の大きさであれば、十分に安定的な吸着が可能であるといえる。

更に、吸盤直径が１０ｍｍの条件γにおいては、吸盤と半導体ウエハとの間に隙間が生じ、吸着異常が発生した。このことから、パッド３３ａ〜３３ｃ（受け口）の直径（外径）は１０ｍｍ未満とするのが望ましいと考えられる。

吸着保持試験からも、実施例による吸着治具は、少ない吸着面積で、そりの大きな半導体ウエハを、ウエハを傷めることなくそった状態のままで保持できることがわかった。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。

たとえば、実施例においては、吸着治具３０を用いて半導体ウエハ８０を吸着保持したが、吸着治具３０は広く、ガラス基板など板状の保持対象物の保持に用いることができる。たとえば厚さが３００μｍ以下、そり量が０．５ｍｍ以上の板状対象物を、高い確実性で保持することができる。

また実施例による基板処理装置においては、アライナ２０が吸着治具３０を備え、位置合わせ処理時の半導体ウエハ８０を保持したが、吸着治具３０及び真空ポンプ４０を、アライナ２０ではなく、またはアライナ２０とともに、ロボットアーム７０に配設することもできる。吸着治具３０及び真空ポンプ４０は、ロボットアーム７０による搬送時に、半導体ウエハ８０を吸着保持する。

更に実施例による基板処理装置においては、基板処理部６０でレーザアニールを行った。基板処理部６０においては、半導体ウエハ８０の研磨や欠陥検査等、半導体ウエハ８０に対する様々な処理を行うことができる。

また実施例による吸着治具３０においては、弾力を有するパッド３３ａ〜３３ｃをシリコンゴムで形成したが、ウレタンゴムやフッ素ゴムで形成してもよい。硬度がＨｓ３５以上７５以下の材料で形成することができる。

更に、実施例による吸着治具３０は、半導体ウエハ８０を吸着支持する３つの吸着部３２ａ〜３２ｃを備えたが、吸着部の数は３以上とすることができる。

図６は、実施例による吸着治具によって板状の保持対象物を保持する際の、好ましい支持範囲を示す概略的な平面図である。本図には、保持対象物の平面形状（外形）を画定する外形線が形成する図形が矩形９０である場合を示した。

矩形９０状の保持対象物は、その重心（中心）が基体の中心軸の延長線上に位置するように、吸着治具に保持される。吸着部は、保持対象物を、本図中に点線で囲んだ領域の内側（点線上含む。）で支持することが望ましい。本図中の点線は、矩形９０を、その重心を中心（基準）にして４分の３に縮小した図形（矩形９０ａ）を示す。保持対象物の平面形状を画定する外形線が形成する図形が円や矩形以外の場合も、同様の位置で支持すればよい。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

吸着治具及び吸着方法は、板状の保持対象物の吸着保持、たとえば半導体ウエハの吸着保持に利用することができる。

基板処理装置は、半導体ウエハに対する様々な処理、たとえばレーザアニールに用いることができる。

１０カセット配置部（基板配置部）
１０ａカセット
２０アライナ（位置合わせ部）
３０吸着治具
３１基体
３２ａ〜３２ｃ吸着部
３３ａ〜３３ｃパッド
３４ａ〜３４ｃ吸気孔
４０真空ポンプ
５０ＸＹステージ
６０レーザ照射室（基板処理部）
７０ロボットアーム（搬送機構）
８０半導体ウエハ
９０、９０ａ矩形

Claims

基体と、
前記基体から突出して形成され、先端部に、当接位置の板状保持対象物の局所的形状に応じて変形可能で、板状保持対象物の受け口を構成する当接部材を備える３以上の吸着部と、
前記吸着部の前記当接部材の形成位置から、前記吸着部及び前記基体の内部に形成され、前記基体の内部から外部に通じる吸気孔と
を有する吸着治具。
前記受け口は、前記基体側が小さく、前記基体から離れるにつれて大きくなるラッパ型形状を備える請求項１に記載の吸着治具。
前記受け口の外径は１０ｍｍ未満である請求項１または２に記載の吸着治具。
（ａ）板状の保持対象物を準備する工程と、
（ｂ）前記保持対象物を、３以上の支持位置で、前記支持位置の前記保持対象物の局所的形状に応じて変形可能で、前記保持対象物の受け口を構成する当接部材を当接し、吸引して保持する工程と
を有する吸着方法。
前記３以上の支持位置は、前記保持対象物の平面形状を画定する外形線が形成する図形を、該図形の重心を中心にして４分の３に縮小した図形の周及び内部に相当する領域に存する請求項４に記載の吸着方法。
前記工程（ｂ）において、前記保持対象物を、前記保持対象物に働く重力の３倍以上の大きさの吸引力で吸引する請求項４または５に記載の吸着方法。
前記受け口は、前記保持対象物側が大きく、前記保持対象物から離れるにつれて小さくなるラッパ型形状を備える請求項４〜６のいずれか１項に記載の吸着方法。
前記板状の保持対象物は、厚さ３００μｍ以下、そり量０．５ｍｍ以上である請求項４〜７のいずれか１項に記載の吸着方法。
半導体基板を収納配置する基板配置部と、
前記半導体基板の位置合わせを行う位置合わせ部と、
前記半導体基板に対して処理を行う基板処理部と、
前記半導体基板を保持し、保持した前記半導体基板を、前記基板配置部、前記位置合わせ部、前記基板処理部の三者間で移動させることのできる搬送機構と
を有し、
前記位置合わせ部、前記搬送機構の少なくとも一方は、前記半導体基板を保持する機構として、
基体と、前記基体から突出して形成され、先端部に、当接位置の前記半導体基板の局所的形状に応じて変形可能で、前記半導体基板の受け口を構成する当接部材を備える３以上の吸着部と、前記吸着部の前記当接部材の形成位置から、前記吸着部及び前記基体の内部に形成され、前記基体の内部から外部に通じる吸気孔とを備える吸着治具と、
前記吸着治具の前記吸気孔と接続され、前記吸気孔内の空気を除去することができる真空ポンプと
を含む基板処理装置。
前記吸着治具の前記受け口は、前記基体側が小さく、前記基体から離れるにつれて大きくなるラッパ型形状を備える請求項９に記載の基板処理装置。
前記吸着治具の前記受け口の外径は１０ｍｍ未満である請求項９または１０に記載の基板処理装置。