JP5358239B2

JP5358239B2 - ウエハ保持装置、半導体製造装置およびウエハ吸着方法

Info

Publication number: JP5358239B2
Application number: JP2009074435A
Authority: JP
Inventors: 顕一武内
Original assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: JP2010226039A

Description

本発明はウエハ保持装置、半導体製造装置およびウエハ吸着方法に関する。

従来、半導体製造に用いられる縮小投影露光装置で使用するウエハホルダーは、ホルダー本体と、ウエハを受け取るリフトピンから構成されており、露光動作前のウエハ受け渡しの際にはホルダーに設けられた任意のサイズの穴からリフトピンが上昇し、リフトピンの先端でウエハを受け取った後リフトピンが下降しホルダー上にウエハを置き、ホルダーが真空吸着にてウエハを保持したのち、露光動作を行う。

このときホルダー上に吸着されたウエハの歪みを抑える、または修正するため、吸着時にホルダー側に柔軟性を持たせる構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上記特許文献１のような構成では、ウエハが自重で下に凸となるように椀型に変形した場合には有効であっても、何らかの物理的ストレス等でウエハが平面とならず凹、凸あるいは波打ちなどの面形状となった場合には対応しにくい虞がある。

加えて当該構成では先ずリフトピンの先端でウエハを受け取る際にウエハが既に歪んでいた場合、正しく受け取れないという問題がある。

すなわち、近年プロセスの多様化により、様々な物理的ストレスを受けるウエハにおいては百ミクロンを超える歪を有するものもあり、従来の装置構成ではホルダーのシール部とウエハ表面とに生じた空隙により、真空吸着が困難なケースが問題となっている。
特開２００８−１０３７０３号公報

本発明は上記事実を考慮し、歪みのあるウエハを受け取り、且つ平面に保持するウエハ保持装置、半導体製造装置およびウエハ吸着方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載のウエハ保持装置は、先端にウエハ吸着手段を備えた複数のリフトピンと、ウエハ保持面が設けられたステージと、前記リフトピンを前記ウエハ保持面に対して接離方向に駆動する駆動部と、前記ウエハ保持面から凸となるように設けられたウエハ保持手段と、前記ステージに設けられ前記リフトピンが前記ウエハ保持面から出入りする貫通孔と、前記ウエハ保持手段への前記ウエハの接触を検知する検知手段と、前記検知手段からの信号で前記リフトピンを停止させる制御手段と、を備え、前記検知手段は、前記ウエハ保持面の上方へ前記リフトピンが引っ張られる力を検知して、前記ウエハが前記ウエハ保持手段に接触したと判断することを特徴とする。

上記の発明によれば、本構成を採用しない場合と比較して、歪みのあるウエハを受け取り、且つ平面に保持することのできるウエハ保持装置とすることができる。

請求項２に記載のウエハ保持装置は、請求項１に記載の構成において、前記リフトピンを３本以上備えたことを特徴とする。

上記の発明によれば、本構成を採用しない場合と比較して、ウエハの面を支持する点が多いため、よりウエハを平面に近く矯正することができる。

請求項３に記載のウエハ保持装置は、請求項１または請求項２に記載の構成において、前記リフトピンが個別に駆動されることを特徴とする。

上記の発明によれば、本構成を採用しない場合と比較して、複数のリフトピンによるウエハの支持箇所を個別に調節できるため、より正確にウエハを矯正し、且つ吸着することができる。

請求項４に記載のウエハ保持装置は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の構成において、前記ウエハ吸着手段が前記リフトピンの軸に対して角度可変に設けられたことを特徴とする。

上記の発明によれば、本構成を採用しない場合と比較して、歪みのあるウエハであっても確実に吸着することができる。

請求項５に記載のウエハ保持装置は、請求項４に記載の構成において、前記ウエハ吸着手段がチューブ状の低発塵素材と、前記低発塵素材を前記リフトピンの軸に対して角度可変に支持するチューブ状の弾性部材と、からなることを特徴とする。

上記の発明によれば、本構成を採用しない場合と比較して、単純な構造でウエハに異物の付着する危険の少ない構成とすることができる。

請求項６に記載のウエハ保持装置は、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の構成において、前記検知手段は、前記リフトピンの先端方向への牽引力を検知する圧電素子であることを特徴とする。

上記の発明によれば、本構成を採用しない場合と比較して、単純な構成で信頼性の高い検知手段とすることができる。

請求項７に記載の半導体製造装置は、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のウエハ保持装置を備えたことを特徴とする。

上記の発明によれば、本構成を採用しない場合と比較して、歪みのあるウエハを受け取り、且つ平面に保持することのできる半導体製造装置とすることができる。

請求項８に記載の半導体製造装置は、請求項７に記載の構成において、縮小投影露光装置を備えたことを特徴とする。

上記の発明によれば、本構成を採用しない場合と比較して、正確さの必要とされる縮小投影露光装置において歪みのあるウエハを受け取り、且つ平面に保持することのできる半導体製造装置とすることができる。

請求項９に記載のウエハの吸着方法は、ウエハホルダーのステージに対して接離方向に出入りするリフトピンの先端に設けられた吸着手段にウエハを吸着する工程と、前記リフトピンを移動させ、前記ウエハを前記ウエハ保持面から凸となるように設けられた吸着固定機構に接触させる工程と、前記リフトピンを移動させ、前記ウエハを前記ウエハ保持面側に牽引することで前記ウエハの歪みを補正すると共に、前記吸着固定機構で前記ウエハを吸着する工程と、前記検知手段が前記ウエハ保持面の上方へ前記リフトピンが引っ張られる力を検知することで、前記吸着固定機構による前記ウエハの吸着を検知して前記吸着手段による前記ウエハの吸着を終了する工程と、を含む。

上記の発明によれば、本構成を採用しない場合と比較して、歪みのあるウエハを受け取り、且つ平面に保持することのできるウエハの吸着方法とすることができる。

以上説明したように本発明は、歪みのあるウエハを受け取り、且つ平面に保持するウエハ保持装置、半導体製造装置およびウエハ吸着方法を提供する。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係るウエハホルダの一例を図１〜図３に示す。なお、示されている寸法等の数値、あるいは素材などは例であり、実施に際してはこれらに何ら限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るウエハホルダ１０は、シリコンなどの薄板であるウエハＷを載置するステージ１２を天面に備え、ステージ１２にはウエハｗをステージ１２上に保持する保持部１８、図示しない真空吸引装置でウエハＷをステージ１２上に吸着する吸引穴２０が設けられている。

またステージ１２上には複数の貫通孔１４が設けられ、ウエハホルダ１０に受け渡されたウエハＷを受け取り、矢印１５方向に移動させるリフトピン１６が貫通孔１４を通してステージ１２面に対し接離方向に出入りする構成とされている。

図２、図３には本発明の第１実施形態に係るウエハホルダ１０に設けられたリフトピンの構造が示されている。

図２（Ａ）は図１に示されるウエハホルダ１０の一部を示す平面図である。図２（Ａ）のＩ−Ｉ断面を図２（Ｂ）に示す。ウエハホルダ１０に複数備えられているリフトピン１６は、図２（Ａ）に示されるように先端（上端）に低発塵素材（例えばセラミックなど）からなるチップ３０を備え、伸縮・曲げ・ひねり方向に機械的弾性を備えた中空チューブ状のリング３２でチップ３０を支柱３４に支持している。

すなわちチップ３０は支柱３４に対して所定の範囲内で機械的自由度を有し、伸縮・曲げ・ひねり方向に可動とされている。

図２（Ｃ）および図３に示すように、支柱３４は下部にフランジ３５を備えた略凸状の断面をもち、カバー３８でブロック３６上に保持されている。チップ３０、リング３２、支柱３４は何れもチューブ状の中空構造であり、チップ３０の先端（上端）には吸着穴３１が開口している。

カバー３８は穴４２に支柱３４が挿通されるようにフランジ３５をブロック３６の上に保持している。フランジ３５とカバー３８との間には圧電素子４０が設けられており、チップ３０が引っ張られる方向に外力が作用すると、支柱３４がブロック３６からフランジ３５を離間させるように動き、カバー３８内部でフランジ３５が圧電素子４０をカバー３８に向けて押圧する構成とされている。

チップ３０、リング３２、支柱３４の穴はそのままブロック３６の穴３７に連通し、ブロック３６からフレキシブルな配管５４を経由して真空ポンプなどの負圧発生手段である空圧ユニット５０に接続されている。

ブロック３６は貫通孔１４に沿ってリフトピン１６がステージ１２に対して接離方向すなわち上下方向に移動するように、図示しない支持手段で支持されており、ブロック３６はチップ３０、リング３２、支柱３４を含めてリフトピン１６として上下方向に移動可能に支持されている。このとき配管５４はフレキシブルであるため空圧ユニット５０が固定されていても移動の抵抗とはならない。

＜第１実施形態の効果＞
図５には本発明の第１実施形態に係るウエハホルダの動作が示されている。まず図５（Ａ）に示すようにリフトピン１６はホームポジション（下死点）で待機している。

ついで図５（Ｂ）に示すように図示しない支持手段でブロック３６ごとリフトピン１６を上死点まで上昇させる。前述のように配管５４はフレキシブルであるため空圧ユニット５０が固定されていても移動の抵抗とはならない。

次に図５（Ｃ）に示すように上死点に位置するリフトピン１６のチップ３０が、図示しない搬送アームにて搬送されてきたウエハＷを受け取る。このとき空圧ユニット５０が作動開始し、配管５４から穴３７、支柱３４、リング３２、チップ３０と負圧が伝播し、チップ３０が負圧によりウエハＷに真空吸着される。

ここで、チップ３０は伸縮・曲げ・ひねり方向に機械的弾性を備えたリング３２に支持されているので、ウエハＷにある程度まで歪みが発生していてもチップ３０のウエハＷ表面への吸着は支障なく行われる。このとき、リフトピン１６の先端には前述のように低発塵素材（例えばセラミックなど）からなるチップ３０が設けられていることが望ましい（ウエハＷへの異物付着防止のため）が、リング３２の素材選択によってはチップ３０の存在は必須ではなく、リング３２がウエハＷに接触、吸着する構成とされていてもよい。

次に図５（Ｄ）に示すようにウエハＷが保持部１８に接触するまでリフトピン１６は下降する。ウエハＷが保持部１８に接触すると、チップ３０はウエハＷに真空吸着した状態のままであるため、ウエハＷ側に引っ張られる方向に外力が働く。

この引っ張り力はリング３２から支柱３４へ伝わり、支柱３４がブロック３６からフランジ３５を離間させるように働く。支柱３４はフランジ３５をウエハＷ方向すなわち上側へ引っ張り、カバー３８内部でフランジ３５が圧電素子４０をカバー３８に向けて押圧する。

複数のリフトピン１６は全ての圧電素子４０において上記の接触検知信号が検出された時点で、図示しない制御部はウエハＷがステージ１２上の保持部１８で正しく保持されたと判断し、図示しない真空吸引装置を作動させ、吸引穴２０から保持部１８とウエハＷ間の空気を吸引し、ウエハＷをステージ１２上に吸着、保持する。

ウエハＷの保持に関してはリフトピン１６の先端で３点支持、または４点以上で支持すればウエハＷが安定するため、リフトピン１６が３本またはそれ以上設けられていることが望ましい。またウエハＷが不均一・非対称な形状に湾曲、あるいは波打っている可能性などを考慮して、個々のリフトピン１６はそれぞれ単独で駆動可能となっていることが好ましい。

またリフトピン１６の各々が個別駆動であることにより、ウエハＷの一箇所が保持部１８に接触した場合であっても、ウエハＷの他の箇所が保持部１８に接触していない場合には、保持部１８に接触していない箇所に関してはリフトピン１６がなお下降し続けるため、より繊細にウエハＷの歪みを矯正することが可能となる。

複数のリフトピン１６全ての圧電素子４０において上記の接触検知信号が検出された時点で、図示しない制御部はウエハＷがステージ１２上の保持部１８で正しく保持されたと判断し、図示しない真空吸引装置を作動させ、吸引穴２０から保持部１８とウエハＷ間の空気を吸引し、ウエハＷをステージ１２上に吸着、保持する。ウエハＷの保持に関してはリフトピン１６の先端で３点支持、または４点以上で支持すればウエハＷが安定するため、リフトピン１６が３本またはそれ以上設けられていることが望ましい。またウエハＷが不均一・非対称な形状に湾曲、あるいは波打っている可能性などを考慮して、個々のリフトピン１６はそれぞれ単独で駆動可能とされた個別駆動とされ、種々のウエハＷの形状に対応可能な構成であることが望ましい。

ウエハＷの保持が完了すると図示しない制御手段は空圧ユニット５０の作動を停止し、ウエハＷへのリフトピン１６の吸着を解除すると共に支持部がブロック３６ごとリフトピン１６をホームポジション（下死点）へと移動させる。

上記のような吸着方法を採用することにより、伸縮・曲げ・ひねり方向に機械的弾性を備えたリング３２に支持されたチップ３０が、ある程度まで歪みのあるウエハＷであっても吸着可能となる。

さらに、ウエハＷにおいて表層と基板の熱膨張係数の違いから内部応力が残留しやすい等、歪みの影響が大きくなる虞のあるＳＯＳ（Silicon on Sapphire）基板、ＳＯＱ（Silicon on Quartz）基板などを用いて半導体素子を作成する際に、ウエハＷの歪みを矯正しながら保持する本発明の効果が特に期待できる。

またリフトピン１６はウエハＷを複数箇所で吸着したまま保持部１８へ搬送し、複数箇所で保持部１８と接触するまでリフトピン１６でウエハＷを吸引し続けるので、ウエハＷの歪みを矯正しながら保持部１８に接触させることができる。

すなわち図６（Ａ）に示すようにウエハＷがテンサイル（圧縮）ストレスにより上方に凸となるように歪んでいた場合、図６（Ｂ）に示すようにウエハＷが端部に近い保持部１８に接触した段階でチップ３０がウエハＷに吸着しているので、保持部１８を支点として下方向にウエハＷを引っ張ることで歪みを補正しながら保持部１８で保持することができる。

あるいは図６（Ｃ）に示すようにウエハＷがコンプレッシブ（引張）ストレスにより下方に凸となるように歪んでいた場合、図６（Ｄ）に示すようにウエハＷが中央部に近い保持部１８に接触した段階でチップ３０がウエハＷに吸着しているので、保持部１８を支点として下方向にウエハＷを引っ張ることで歪みを補正しながら保持部１８で保持することができる。

なおステージ１２上へのウエハＷの吸着に関しては、ウエハＷを傷付けたりウエハＷに物理的ストレスが掛かる虞の少ない方法であれば、上記のような真空吸着以外にも静電吸着など他の方法を用いてもよい。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係るリフトピンの一例を図４に示す。図４に示すように、本発明の第２実施形態に係るリフトピン１６０は、伸縮・曲げ・ひねり方向に機械的弾性を備えたリング３２に支持されたチップ３０に代えて吸盤状のサクションカップ１３０を備えている。

この構成とすることにより、リフトピン１６０の構造を単純化することができるので、製造工数の削減やコストの削減が可能となる。

またサクションカップ１３０自体の弾性によってある程度まで歪みのあるウエハＷであっても吸着可能とすることができる。サクションカップ１３０を形成する素材の柔軟性によっては、より歪みの大きいウエハＷにも対応可能とされている。

＜まとめ＞
以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

すなわち、上記の実施形態においてはウエハの位置検出に圧電素子を用いているが、これに限定されず例えばマイクロスイッチを設けて機械的にウエハの位置検出を行っても、また受光素子とＬＥＤなどを組み合わせて光学的にウエハの位置検出を行っても、あるいは静電容量の変動を検出するなどの構成とされていてもよい。

あるいは上記の実施形態においては縮小投影露光装置を用いた半導体製造装置の構成とされているが、これに限定されず真空吸着を行うウエハホルダを用いた装置であれば他の構成であっても何等差し支えはない。

本発明の第１形態に係るウエハ保持装置の構造を示す斜視図である。本発明の第１形態に係るウエハ保持装置の構造を示す断面図である。図１に示すウエハ保持装置のリフトピン構造を示す斜視図である。本発明の第２形態に係るリフトピンを示す側面図である。本発明の第１形態に係るウエハ保持装置の動作を示す断面図である。本発明の第１形態に係るウエハ保持装置の、変形したウエハを使用した際の動作を示す断面図である。

１０ウエハホルダ
１２ステージ
１４貫通孔
１６リフトピン
１８保持部（ウエハ保持手段）
２０吸引穴
３０チップ（低発塵素材）
３２リング（弾性部材）
３４支柱
３５フランジ
３６ブロック
３８カバー
４０圧電素子（検知手段）
４２穴
５０空圧ユニット
５４配管
１３０サクションカップ
Ｗウエハ

Claims

先端にウエハ吸着手段を備えた複数のリフトピンと、
ウエハ保持面が設けられたステージと、
前記リフトピンを前記ウエハ保持面に対して接離方向に駆動する駆動部と、
前記ウエハ保持面から凸となるように設けられたウエハ保持手段と、
前記ステージに設けられ前記リフトピンが前記ウエハ保持面から出入りする貫通孔と、
前記ウエハ保持手段へのウエハの接触を検知する検知手段と、
前記検知手段からの信号で前記リフトピンを停止させる制御手段と、
を備え、
前記検知手段は、前記ウエハ保持面の上方へ前記リフトピンが引っ張られる力を検知して、前記ウエハが前記ウエハ保持手段に接触したと判断することを特徴とするウエハ保持装置。
前記リフトピンを３本以上備えたことを特徴とする請求項１に記載のウエハ保持装置。
前記リフトピンが個別に駆動されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のウエハ保持装置。
前記ウエハ吸着手段が前記リフトピンの軸に対して角度可変に設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のウエハ保持装置。
前記ウエハ吸着手段がチューブ状の低発塵素材と、前記低発塵素材を前記リフトピンの軸に対して角度可変に支持するチューブ状の弾性部材と、からなることを特徴とする請求項４に記載のウエハ保持装置。
前記検知手段は、前記リフトピンに設けられたフランジと、前記リフトピンの先端方向への牽引力で前記フランジに圧着される圧電素子を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のウエハ保持装置。
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のウエハ保持装置を備えた半導体製造装置。
縮小投影露光装置を備えた請求項７に記載の半導体製造装置。
ウエハホルダーのステージに対して接離方向に出入りするリフトピンの先端に設けられた吸着手段にウエハを吸着する工程と、
前記リフトピンを移動させ、前記ウエハを前記ウエハ保持面から凸となるように設けられた吸着固定機構に接触させる工程と、
前記リフトピンを移動させ、前記ウエハを前記ウエハ保持面側に牽引することで前記ウエハの歪みを補正すると共に、前記吸着固定機構で前記ウエハを吸着する工程と、
前記検知手段が前記ウエハ保持面の上方へ前記リフトピンが引っ張られる力を検知することで、前記吸着固定機構による前記ウエハの吸着を検知して前記吸着手段による前記ウエハの吸着を終了する工程と、
を含むウエハの吸着方法。