JP2016092316A

JP2016092316A - マスク吸着装置

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Publication number: JP2016092316A
Application number: JP2014227680A
Authority: JP
Inventors: 長井　健一郎; Kenichiro Nagai; 健一郎長井; 二郎野原; Jiro Nohara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2016-05-23
Anticipated expiration: 2034-11-10
Also published as: JP6442994B2

Abstract

【課題】ウエハにマスクを吸着させるマスク吸着装置において、マスクがウエハに吸着した後にマスクに大きな歪みが残ることを抑制する。
【解決手段】マスク吸着装置は、ウエハを載置するホルダと、磁性を有するマスクを保持する保持部と、保持部をホルダ上に載置されたウエハに近接離間させる移動機構と、マスクの周縁部以外の部分をウエハに対して凸とするようにマスクに対して磁力を発生させる磁力発生部と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、マスク吸着装置に関する。

半導体装置の製造過程では、ウエハ上にマスクを吸着させた後にウエハに対して成膜が行われている。例えば、特許文献１には、マスクを位置決めした後に、ウエハを介してウエハの下方からウエハ上にメタルマスクを磁力によって吸着させる技術が記載されている。

特開２０１４−４９６１２号公報

しかし、特許文献１に記載された技術では、マスクの位置決め後にマスクを全面同時にウエハへ吸着するため、マスクが保持されていたときの大きな歪みをマスクの周縁部へ逃がすことができず、ウエハに吸着後のマスクに大きな歪みが残るおそれがあった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、マスク吸着装置が提供される。このマスク吸着装置は、ウエハを載置するホルダと；磁性を有するマスクを保持する保持部と；前記保持部を前記ホルダ上に載置された前記ウエハに近接離間させる移動機構と；前記マスクの周縁部以外の部分を前記ウエハに対して凸とするように前記マスクに対して磁力を発生させる磁力発生部と、を備える。このような形態のマスク吸着装置であれば、ウエハに対して凸としたマスクの部分から周縁部へマスクの歪みを逃しつつマスクをウエハに吸着できるので、ウエハ吸着後のマスクに大きな歪みが残ることを抑制することができる。

（２）上記形態のマスク吸着装置において、前記マスクの一部分は、前記マスクの中央部であり、前記マスクの他の部分は、前記マスクの周縁部であってもよい。このような形態のマスク吸着装置であれば、マスクの歪みを均等にマスクの周縁部へ逃がせるので、ウエハ吸着後のマスクに大きな歪みが残ることをより抑制することができる。

本発明は、上述したマスク吸着装置としての形態に限らず、種々の形態で実現することが可能である。例えば、マスク吸着方法や、半導体製造装置の形態で実現することができる。

第１実施形態としてのマスク吸着装置１の概略構成を示す説明図である。図１におけるＸ矢視図である。マスクをウエハに位置合わせする様子を示す図である。搬送ロボットがマスクの保持を解除する様子を示す図である。マスクをウエハに吸着させる様子を示す図である。比較例におけるマスクとスパッタ膜との関係を示す模式図である。第１実施形態におけるマスクとスパッタ膜との関係を示す模式図である。第２実施形態としてのマスク吸着装置１ａの概略構成を示す説明図である。第３実施形態としてのマスク吸着装置１ｂの概略構成を示す説明図である。第４実施形態としてのマスク吸着装置１ｃの概略構成を示す説明図である。

Ａ．第１実施形態
図１は、第１実施形態としてのマスク吸着装置１の概略構成を示す説明図である。図２は、図１におけるＸ矢視図である。マスク吸着装置１は、搬送ロボット１０と磁力発生部２０とウエハホルダ３０とを備えている。ウエハホルダ３０は、その上面に載置されたウエハ４０を保持する。搬送ロボット１０は、ウエハ４０の鉛直上方に配置されてマスク５０を保持する。磁力発生部２０は、ウエハ４０の鉛直下方に配置されて磁力によってウエハ４０を介してマスク５０をウエハ４０に吸着させる。

搬送ロボット１０は、本体１１と、本体１１に設けられたノズル１２と、を備えている。例えば、本体１１は、下方から見たときに円形のマスク５０よりも大きい円形である（図２参照）。ノズル１２は、本体１１を下方から見たときにマスク５０の周縁部に対応する位置に配置されており、例えば、円形のマスク５０の周縁部を円周方向に略八等分するように配置されている。ノズル１２は、本体１１の下面から鉛直下方に向かって伸びている。また、ノズル１２は、鉛直下方側の先端部に図示しない吸引孔を有しており、吸引孔が空気を吸引することによりマスク５０とノズル１２の先端部との間に真空状態を作り出してノズル１２はマスク５０を保持する。なお、搬送ロボット１０がマスク５０を保持する方法はノズル１２による真空吸着に限られず、クランプ等による保持であってもよい。また、搬送ロボット１０は、図示しないロボットアームと接続されており、ロボットアームを稼働させることによって、マスク５０を保持しつつ移動が可能である。搬送ロボット１０は「保持部」に相当し、ロボットアームは移動機構に相当する。

磁力発生部２０は、第１磁石ユニット２１と、複数の第２磁石ユニット２２とを備える。磁力発生部２０を上方から見たときに、第１磁石ユニット２１はマスク５０の中央部に対応する位置に配置されており、複数の第２磁石ユニット２２はマスク５０の周縁部に対応する位置に円環状に配置されている。また、第１磁石ユニット２１および第２磁石ユニット２２には１つ以上の１対の磁石２００、２０１が備えられている。図１には、１対の磁石２００、２０１毎にＮ極からＳ極に入る磁力線Ａが示されている。磁力線Ａが密であるほど磁力は大きい。第１磁石ユニット２１および第２磁石ユニット２２は別個に上下移動が可能である。

ウエハホルダ３０は、平面状の部材であり、上面に凹部３１が形成されている。ウエハホルダ３０は、凹部３１にウエハ４０を載置してウエハ４０を保持している。なお、ウエハホルダ３０は、凹部３１以外の手段によってウエハ４０を保持してもよい。

ウエハ４０は、シリコン等の半導体装置の基板となる材料で構成された円形の平板である。

マスク５０は、磁性を有した金属で構成されるメタルマスクである。そのため、マスク５０は磁力発生部２０の磁力により吸引される性質を有する。マスク５０には、ウエハ４０上に所望のスパッタ膜を形成するために予めスパッタ膜に対応する位置に孔５１が形成されている（ただし、図２では孔５１は省略している）。マスク５０の形状は、例えば、上方から見たときに円形であり、ウエハ４０より直径が大きい。なお、マスク５０の形状は円形に限られるものではなく、四角形等であってもよく、ウエハ４０より小さくてもよい。マスク５０の厚みは、例えば、１００μｍ以下であり、非常に薄い。そのため、マスク５０には、搬送ロボット１０によって保持される際に大きな歪みが発生する場合がある。

図３は、マスクをウエハに位置合わせする様子を示す図である。マスク５０を保持した搬送ロボット１０は、ウエハ４０の上面とマスク５０が接触しない程度にマスク５０をウエハ４０に相対的に接近させる。その後、磁力発生部２０が、第１磁石ユニット２１のみを上昇させてウエハホルダ３０に向かって接近させる。これにより、マスク５０の中央部をウエハに対して凸とするようにマスクに対して磁力を発生させることができる。そのため、マスク５０の周縁部に比べてウエハ４０の上面に先に接近することになる。この状態で、搬送ロボット１０は、ウエハ４０に対するマスク５０の水平方向の位置合わせを行う。

図４は、搬送ロボットがマスクの保持を解除する様子を示す図である。マスク５０の位置合わせ後、搬送ロボット１０は、ノズル１２の空気の吸引を停止することで、ノズル１２とマスク５０との間の真空状態を解除する。これにより、搬送ロボット１０がマスク５０を保持している状態を解除することができ、前述のようにウエハ４０に接近していたマスク５０の中央部から先にウエハ４０に吸着させることができる。このとき本実施形態では、マスク５０の中央部はウエハ４０に対して点あるいは局所的な面で接触する。

図５は、マスクをウエハに吸着させる様子を示す図である。搬送ロボット１０がマスク５０の保持を解除した後に、磁力発生部２０は、マスク５０の周縁部に対応する位置に配置された複数の第２磁石ユニット２２を上昇させてウエハホルダ３０に接近させる。すると、マスク５０は、その中央部からマスク５０の周縁部に向かって次第にウエハ４０に吸着していく。これにより、マスク５０が搬送ロボット１０によって保持された際に発生した大きな歪みをマスク５０の周縁部に逃がしつつマスク５０をウエハ４０に吸着させることができる。従って、ウエハ４０に吸着後のマスク５０に大きな歪みが残ることを抑制することができる。さらに、マスク５０の歪みを均等にマスク５０の周縁部へ逃がせるので、ウエハ４０吸着後のマスク５０に大きな歪みが残ることをより抑制することができる。

図６は、比較例におけるマスクとスパッタ膜との関係を示す模式図である。図６に示した例では、マスク５０に大きな歪みが残ったままマスク５０をウエハ４０に吸着させた後に、金属原子のスパッタリングを行った。この場合、マスク５０には大きな歪みが残っているため、マスク５０の孔５１の間隔は、マスク５０上部では設計上の狙い幅Ｂと同等であるが、マスク５０とウエハ４０との接触部であるマスク５０下部では狙い幅Ｂ以上に広がっている。そのため、スパッタ膜６０の幅は狙い幅Ｂ以上になってしまい、ウエハ４０に形成される半導体装置の不良の原因となるおそれがある。また、マスク５０に歪みが残っていると、マスク５０の孔５１の形状等によっては、スパッタ膜６０の幅は狙い幅Ｂよりも小さくなることもある。

図７は、第１実施形態におけるマスクとスパッタ膜との関係を示す模式図である。図７に示した例では、第１実施形態のマスク吸着装置１によってマスク５０をウエハ４０に吸着させた後に、金属原子のスパッタリングを行った。第１実施形態のマスク吸着装置１によれば、ウエハ４０に吸着されたマスク５０には大きな歪みがほとんど残らないため、マスク５０の孔５１の間隔はマスク上部から下部まで一定となり、設計上の狙い幅Ｂと同等になる。そのため、スパッタ膜６０の幅も狙い幅Ｂと同等となり、ウエハ４０に形成される半導体装置の不良を抑制することができる。

Ｂ．第２実施形態
図８は、第２実施形態としてのマスク吸着装置１ａの概略構成を示す説明図である。第１実施形態と異なる点のみ記載する。第２実施形態において、磁力発生部２０ａは一体であり複数の磁石２０２を備えている。複数の磁石２０２は、磁力発生部２０ａを上方から見たときにマスク５０の中央部に対応する位置に近いほど密に配置されており、マスク５０の周縁部に対応する位置に近いほど疎に配置されている。そのため、磁力発生部２０ａは、マスク５０の周縁部よりもマスク５０の中央部を引き寄せる力が強くなっている。従って、第２実施形態によれば、磁力発生部２０ａをウエハホルダ３０に近づけるだけで、マスク５０の中央部をマスクに対して凸とするようにマスクに対して磁力を発生させることができる。そのため、マスク５０の中央部から周縁部へ向かってマスク５０をしだいにウエハ４０に吸着させることができ、ウエハ４０に吸着後のマスク５０に大きな歪みが残ることを抑制することができる。

Ｃ．第３実施形態
図９は、第３実施形態としてのマスク吸着装置１ｂの概略構成を示す説明図である。第１実施形態と異なる点のみ記載する。第３実施形態において、磁力発生部２０ｂは一体であり、複数の一対の磁石２００、２０１が水平方向に均等に配置されている。搬送ロボット１０ｂは本体１１およびノズル１２に加え、本体１１に備えられた支持部７０を備えている。本体１１を上方から見たときに、支持部７０は本体１１におけるマスク５０の中央部に対応する位置に配置されている。支持部７０は、本体１１の下面からウエハ４０に向かって伸びており、ノズル１２の先端部よりも支持部７０の先端部はウエハ４０に近い。これにより、マスク５０の中央部をウエハに対して凸とするように、マスクに対して磁力を発生させて、マスク５０の周縁部より先にウエハ４０に近づけることができる。そのため、マスク５０の中央部からマスク５０の周縁部に向かってマスク５０をウエハ４０に吸着させることができ、ウエハ４０に吸着後のマスク５０に大きな歪みが残ることを抑制することができる。なお、支持部７０はノズル１２と同様に先端部に吸引孔を設けて、マスク５０を保持する構造であってもよい。

Ｄ．第４実施形態
図１０は、第４実施形態としてのマスク吸着装置１ｃの概略構成を示す説明図である。第１実施形態と異なる点のみ記載する。第４実施形態において、磁力発生部２０ｂは第３実施形態と同様である。搬送ロボット１０ｃは、本体１１と、本体１１に備えられた第１ノズル１３および第２ノズル１４を備える。本体１１を上方から見たときに、第１ノズル１３および第２ノズル１４は、マスク５０の周縁部に対応する位置に配置される。第１ノズル１３および第２ノズル１４は、本体１１の下面からウエハ４０に向かって伸びており、第１ノズル１３の先端部は第２ノズル１４の先端部よりもウエハ４０に近い。この時に、磁力発生部２０ｂがマスク５０に対して磁力を発生させると、マスク５０は周縁部同士を結んだ直線に対してマスク５０の一部がウエハ４０に対して凸となるようにできる。これにより、マスク５０の周縁部以外の部分マスク５０の周縁部よりウエハ４０に近づけることができるので、マスク５０の大きな歪みを周縁部以外の部分から周縁部に逃がしつつマスク５０をウエハ４０に吸着させることができる。そのため、第４実施形態によってもウエハ４０に吸着後のマスク５０に大きな歪みが残ることを抑制することができる。

Ｅ．変形例
＜変形例１＞
上記実施形態では、ノズル１２の数は８個であったが、ノズル１２の数は８個に限られず、２個以上好ましくは３個以上であってもよい。

＜変形例２＞
上記実施形態では、搬送ロボット１０がマスク５０の位置合わせを行ったが、ウエハホルダ３０がマスク５０の位置合わせを行ってもよい。

＜変形例３＞
上記実施形態では、搬送ロボット１０がウエハホルダ３０に接近することでマスク５０をウエハ４０に相対的に接近させたが、ウエハホルダ３０が搬送ロボット１０に接近してもよい。

＜変形例４＞
第１実施形態では、マスク５０をウエハ４０に対して点あるいは局所的な面で接触させたが、第１磁石ユニット２１をウエハ４０の直径方向に延伸した構造とすることにより、マスク５０をウエハ４０に対して線状に接触させてもよい。

＜変形例５＞
第１実施形態から第３実施形態では、ウエハに対して凸とするマスク５０の部分は、マスク５０の中央部であったが、ウエハに対して凸とするマスク５０の部分をマスク５０の中央部以外の部分としてもよい。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ…マスク吸着装置
１０、１０ｂ、１０ｃ…搬送ロボット
１１…本体
１２…ノズル
１３…第１ノズル
１４…第２ノズル
２０、２０ａ、２０ｂ…磁力発生部
２１…第１磁石ユニット
２２…第２磁石ユニット
３０…ウエハホルダ
３１…凹部
４０…ウエハ
５０…マスク
５１…孔
６０…スパッタ膜
７０…支持部
２００、２０１、２０２…磁石
Ａ…磁力線
Ｂ…狙い幅

Claims

ウエハを載置するホルダと、
磁性を有するマスクを保持する保持部と、
前記保持部を前記ホルダ上に載置された前記ウエハに近接離間させる移動機構と、
前記マスクの周縁部以外の部分を前記ウエハに対して凸とするように前記マスクに対して磁力を発生させる磁力発生部と、
を備えることを特徴とするマスク吸着装置。