JP6149728B2 - 半導体素子用基板の反り矯正装置及び反り矯正方法 - Google Patents

半導体素子用基板の反り矯正装置及び反り矯正方法 Download PDF

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Description

本発明は、サファイア基板などの半導体素子用基板に生じる反りを矯正するための半導体素子用基板の反り矯正装置及び反り矯正方法に関する。
発光ダイオードなどの半導体素子は、サファイアなどの半導体素子用基板の主面（研磨面）にエピタキシャル結晶成長により半導体膜、例えばＧａＮ系化合物半導体膜を形成し、電極などを形成することにより製造される。半導体膜は、半導体素子用基板を加熱しながら成膜され、その後常温へ冷却される。このため、冷却の際に半導体素子用基板と半導体膜との熱膨張差により、半導体膜側へ凸となる反りが発生する。
この反りを矯正するために、例えば、特許文献１には、４．９×１０４〜４．９×１０６Ｐａの圧力で押圧する大型のプレス装置を用いて反りを矯正する技術が開示されている。また、特許文献２には、サファイア基板の内部にパルスレーザーを集光及び走査することにより、内部を改質して反りを矯正する技術が開示されている。
特開２００３−１２８４９９号公報 特開２０１０−１６５８１７号公報
特許文献１に記載の技術では、エピタキシャル成長を行うＭＯＣＶＤ装置の中に、プレス機構を設ける必要があり、装置コストが増大するとともに量産には適していない。また、量産を目的とした半導体素子用基板サイズの増大の要請がある中で、押圧する際の半導体素子用基板の割れなどの発生頻度が高くなり歩留まりが低下するおそれもある。
特許文献２に記載の技術では、レーザーをサファイア基板の内部に照射するために高い面粗度が要求されるので、研磨工程の負荷が増大する。また、所定の位置にレーザーを照射するためには高い位置精度が要求されるため、装置コストが増大する。また、成膜後にレーザーを照射して半導体素子用基板の改質を行う場合には、成膜される膜の材質・膜厚などに応じて変化する反り量や同じ成膜条件でも反り量にばらつきが発生するため、レーザーの照射条件を一定にしても反りの矯正量が安定せず、歩留まりが向上しないおそれがある。
本技術分野では、効率良く量産に適した方法で半導体用基板の反りを矯正することができる半導体素子用基板の反り矯正装置及び反り矯正方法が望まれている。
本発明の一側面に係る装置は、半導体膜が成膜された半導体素子用基板の反りを矯正する、又は、半導体膜の成膜後に生じることが予測される反りとは逆向きの反りを半導体膜の成膜前に半導体素子用基板に対して付与する反り矯正装置であって、前記半導体素子用基板における主面の反対側または成膜面の反対側である裏面へ、粒状の噴射材と圧縮空気とを混合して形成された固気二相流を噴射する噴射処理を行うノズルを有する噴射機構と、前記半導体素子用基板の主面または成膜面を吸着して前記半導体素子用基板を保持する吸着テーブルと、前記ノズルによる噴射材の噴射領域に対して前記半導体素子用基板が相対移動するように前記吸着テーブルを移動させる移動機構と、前記吸着テーブルに保持された前記半導体素子用基板を収容し、内部で噴射処理が行われる噴射処理室と、前記半導体素子用基板の反り量を測定する測定機構と、あらかじめ設定された目標反り量と前記測定機構により測定された前記半導体素子用基板の反り量との差に基づいて、前記噴射機構の噴射処理条件の設定処理、及び、噴射処理が行われた前記半導体素子用基板の合否判定の少なくとも一方を行う制御装置と、を備える。
本発明の一側面に係る装置は、噴射機構など装置コストが低い手段から構成されているとともに、あらかじめ設定された目標反り量と測定機構により測定された半導体素子用基板の反り量とに基づき適切な噴射処理条件を設定して半導体素子用基板の反りを矯正する噴射処理を行うことができる。このため、該装置によれば、効率良く量産に適した方法で半導体用基板の反りを矯正することができる。また、該装置は、噴射処理が行われた半導体素子用基板の反り量を測定機構により測定し目標反り量以下（目標反り量の許容範囲内）か否かを判断する合否判定を行うことができるので、歩留まりを向上させることができるとともに、反り矯正処理を効率的に行うことができる。
一実施形態では、前記吸着テーブルは、前記半導体素子用基板が載置される領域に設けられ、前記半導体素子用基板を吸着して固定する吸着部と、前記領域内であって前記吸着部よりも前記領域の外縁側に設けられ、前記半導体素子用基板の外縁と吸着テーブルとの間に形成される隙間から前記領域外に向けて圧縮空気を噴射するパージ部と、を備えてもよい。
半導体素子用基板は、吸着テーブルに吸着して固定されている状態では反っている。このため、半導体素子用基板の外周端部では半導体素子用基板と吸着テーブルとの間に隙間ができてしまい、噴射材が入り込み半導体素子用基板の主面に半導体膜が形成された成膜面や主面を傷つけるおそれがある。一実施形態に係る発明によれば、パージ部により圧縮空気を半導体素子用基板と吸着テーブルとの隙間から半導体素子用基板が載置される領域の外方へ噴射するため、噴射材が隙間に侵入することを防ぐことができる。このため、半導体素子用基板が噴射材によって傷つくことを防ぐことができる。
一実施形態では、前記吸着テーブルは、少なくとも前記半導体素子用基板の外縁であって半導体素子が形成されない領域に対応する位置に設けられ、前記半導体素子用基板を吸着して固定する吸着部を備えてもよい。
このように構成することで、半導体素子用基板の外縁（外周近傍）の領域であって半導体素子が形成されない領域で半導体素子用基板を吸着・保持することができるので、噴射材の侵入により半導体素子が傷つくことを防ぐことができる。
一実施形態では、前記噴射機構及び前記吸着テーブルの少なくとも一方が、前記半導体素子用基板の前記裏面全面に噴射材が噴射されるように、前記ノズルによる噴射材の噴射領域に対して前記半導体素子用基板を相対的に走査してもよい。
このように構成することで、噴射処理において裏面全面に噴射材を噴射することにより、噴射材による衝突エネルギーを半導体素子用基板全体に作用させることができるので、反りを有効に矯正することができる。
一実施形態では、前記噴射処理室の一方の側面には、噴射材を吸引して除去する吸引部が設けられ、前記噴射処理室の他方の側面には、前記半導体素子用基板を保持した前記吸着テーブルを通過させる開口部が形成されており、前記開口部は、前記半導体素子用基板を保持した前記吸着テーブルを挿入した際に、該吸着テーブルまたは該半導体素子用基板との間で外気を吸引するための空隙を形成する大きさに開口されていてもよい。
このように構成することで、吸引部より吸引された外気により、開口部から吸引部に向かう気流が発生する。よって、噴射機構により噴射された噴射材は、半導体素子用基板の主面または成膜面に回り込むことなく吸引部に向かう。これにより、噴射材によって該主面または該成膜面を噴射材によって傷つけたり、噴射材が付着したりすることを回避することができる。また、該開口部から噴射材が噴射処理室の外部に漏れ出すことを回避することができる。
一実施形態では、前記噴射処理室の内部は、前記半導体素子用基板の移動を妨げないスリットが形成された壁部で区切られていてもよい。一実施形態では、前記吸着テーブルは、前記移動機構によって水平面内を移動可能に構成され、前記壁部は、鉛直方向の両端部が前記噴射処理室の上面及び底部に連結され、かつ、前記ノズルの噴射領域を囲んで配置され、前記スリットは、前記吸着テーブルの移動可能な水平面内と重なる位置に形成されてもよい。
このように構成することで、壁部によって、噴射材が噴射処理室全体に拡散するのを防ぐことができる。また、前記スリットによって、半導体素子用基板を処理するための動作が邪魔されることを回避することができる。
一実施形態では、該装置は、前記噴射処理室の開口部側の側面に設けられ、半導体素子用基板に付着した噴射材を除去するためのクリーニング機構を備えてもよい。このように構成することで、半導体素子用基板を該噴射処理室より取り出す際、該半導体素子用基板の表面に付着した噴射材をクリーニング機構によって除去することができる。よって、噴射材処理室の外に噴射材が漏出することを回避することができる。
一実施形態では、前記制御装置は、前記合否判定において、噴射処理が行われた半導体素子用基板の反りが前記目標反り量より大きいと判断した場合に、再度噴射処理を行うように前記噴射機構を動作させてもよい。
このように構成することで、反り矯正処理後に半導体素子用基板の反り量を測定し、目標反り量より大きいと判断された場合に、再度反り矯正処理を行うので、歩留まりを向上させることができるとともに、反り矯正処理を効率的に行うことができる。
一実施形態では、前記制御装置は、目標反り量より大きな仮の目標反り量に基づいて噴射処理条件を設定し噴射処理を行う粗矯正処理と、粗矯正処理後に目標反り量に基づいて噴射処理条件を設定し噴射処理を行う仕上げ矯正処理と、を行うように前記噴射機構を動作させてもよい。このように構成することで、粗矯正処理において処理効率を向上させ、仕上げ矯正処理により矯正精度を確保することができる。
本発明の他の側面に係る方法は、半導体素子用基板の反り量を測定するための測定機構と、あらかじめ設定された目標反り量と前記測定機構により測定された半導体素子用基板の反り量データとの差を演算し、前記裏面に噴射材を噴射することにより当該半導体素子用基板の反りを矯正する反り矯正処理を行うための噴射条件の設定、及び、反り矯正処理が行われた該半導体素子用基板の合否判定の少なくとも一方を行うための制御装置と、噴射材を半導体素子用基板における主面の反対側または成膜面の反対側である裏面へ、粒状の噴射材と圧縮空気とを混合して形成された固気二相流を噴射する噴射処理を行うためのノズルを備えた噴射機構と、を備える半導体素子用基板の反り矯正装置を用いて、半導体膜が成膜された半導体素子用基板の反りを矯正する、又は、半導体膜の成膜後に生じることが予測される反りとは逆向きの反りを半導体膜の成膜前に半導体素子用基板に対して付与する半導体素子用基板の反り矯正方法である。この方法は、半導体素子用基板の反り量を前記測定機構で測定する工程と、前記測定機構で測定された反り量データと、あらかじめ設定された目標反り量と、の差を演算し、噴射処理条件を設定する工程と、前記噴射処理条件で、半導体素子用基板の主面の反対側または成膜面の反対側である裏面へ、粒状の噴射材と圧縮空気とを混合して形成された固気二相流を噴射して反り矯正処理を行う工程と、反り矯正処理が行われた半導体素子用基板の反り量が、あらかじめ設定された目標反り量以下か否かを判定する工程と、を備える。
また、本発明の更に他の側面に係る方法は、上述した半導体素子用基板の反り矯正装置を用いた半導体素子用基板の反りの矯正方法であって、半導体素子用基板の反り量を前記測定機構で測定する工程と、反り量が測定された半導体素子用基板を前記吸着テーブル上に搬送し、該半導体素子用基板を該吸着テーブルに保持する工程と、前記測定機構で測定された反り量とあらかじめ設定された目標反り量との差に基づいて、前記噴射機構の噴射処理条件を設定する工程と、前記噴射処理条件で、半導体素子用基板の主面の反対側または成膜面の反対側である裏面へ、粒状の噴射材と圧縮空気とを混合して形成された固気二相流を噴射して反り矯正処理を行う工程と、反り矯正処理が行われた半導体素子用基板を前記測定機構に搬送し、該半導体素子用基板の反り量を測定する工程と、反り矯正処理が行われた半導体素子用基板の反り量が、あらかじめ設定された目標反り量以下か否かを判定する工程と、を備える。
上記方法によれば、複雑な処理工程を必要とすることなく、半導体素子用基板の反りを矯正することができる。これにより、反り矯正装置の製造コストを安価にすることができる。また、反り矯正装置の大きさを小さくすることができる。
一実施形態では、前記半導体素子用基板の反り量は、１の直線に対して３〜６点の基準位置からの高さを測定して演算することにより算出してもよい。このように構成することで、少ない測定点数で半導体素子用基板の反り量を計測できるので、処理時間を短縮できる。
一実施形態では、前記反り矯正処理を行う工程は、前記半導体素子用基板上に形成された薄膜層に回路パターンを形成するためのレジスト膜を形成する工程の前に行ってもよい。このように構成することで、反りを矯正した半導体素子用基板にレジスト膜を形成するので、より正確に回路パターンを形成することができる。
本発明の種々の側面及び実施形態によれば、効率良く量産に適した方法で半導体用基板の反りを矯正することができる半導体素子用基板の反り矯正装置及び反り矯正方法が提供される。
半導体素子用基板の反りの矯正方法の原理を示す説明図である。 半導体素子用基板の反り矯正装置の構成を示す模式図である。 噴射処理を行うときのノズル、吸着テーブル及び噴射処理室の位置関係及びそれらの構造を示す縦断面説明図である。 噴射処理室の内部構造を示す平面説明図である。 図４に示すＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 吸着テーブルの構造を示す説明図である。図６（Ａ）は縦断面説明図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、図６（Ｃ）は図６（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 反り矯正装置の動作を示すフローチャートである。 測定機構による反り測定方法を示す模式図である。 噴射処理における吸着テーブルの走査軌跡を示す模式図である。
実施形態に係る反り矯正装置について図を参照して説明する。反り矯正装置は、例えば、半導体素子用基板に噴射材を噴射し、反りを矯正する装置である。
反り矯正装置で反りを矯正する半導体素子用基板は、例えば、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＡＳ、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓなどからなる基板であり、主面に半導体膜、例えばＧａＮ系化合物半導体膜、を成膜し、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子やレーザーダイオード（ＬＤ）素子などの半導体素子を形成するための基板である。
図１に、噴射処理により半導体素子用基板の反りを矯正する方法の概念図を示す。ＧａＮ系化合物などの半導体膜Ｇが成膜されたサファイアウエハなどの半導体素子用基板Ｗは、主面に半導体膜Ｇが成膜された成膜面側が凸になるような反りを生じている。反りが生じている半導体素子用基板Ｗの裏面側へノズルＮにより噴射材Ｆを噴射して衝突させることにより、半導体素子用基板Ｗの成膜面または主面に損傷を与えることなく反りを矯正することができる。
図２に示すように、実施形態に係る半導体素子用基板の反り矯正装置１は、例えば、噴射機構１０、搬送機構５２、吸着テーブル２０、移動機構３０、測定機構５１、噴射処理室４０、吸引部４０ｂ及び制御装置５４を備えている。噴射機構１０は、噴射材を半導体素子用基板Ｗへ噴射する噴射処理を行うためのノズル１１を備える。搬送機構５２は、半導体素子用基板Ｗを搬送する。搬送機構５２は、例えば、測定機構５１と噴射処理室４０との間で半導体素子用基板Ｗを搬送する。吸着テーブル２０は、半導体素子用基板Ｗの成膜面または主面を吸着して半導体素子用基板Ｗを保持する。移動機構３０は、ノズル１１による噴射材の噴射領域に対して半導体素子用基板Ｗが相対移動するように吸着テーブル２０を移動させる。測定機構５１は、半導体素子用基板Ｗの反り量を測定する。噴射処理室４０は、吸着テーブル２０に保持された半導体素子用基板Ｗを収容する。噴射処理室４０の内部では、噴射処理が行われる。吸引部４０ｂは、噴射処理室４０において吸着テーブル２０の側面方向から噴射材を吸引して除去する。制御装置５４は、上記各装置などの動作を制御する。制御装置５４としては、例えば、パーソナルコンピュータなどの各種演算装置、プログラマルロジックコントローラ（ＰＬＣ）及びデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）などのモーションコントローラ、高機能携帯端末及び高機能携帯電話、等を用いることができる。半導体素子用基板Ｗは、反り矯正処理前、処理後を区別してケース５３に収容されている。
噴射機構１０は、ノズル１１、及び、噴射材を貯留する貯留タンク（図示せず）を備えている。また、噴射機構１０は、例えば、噴射材ホッパー１２、圧縮空気供給装置（図示せず）、回収装置１３、分級装置１４及び集塵機１５を備えている。噴射材ホッパー１２は、ノズル１１に所定量の噴射材を定量供給する。圧縮空気供給装置は、ノズル１１に圧縮空気を供給する。回収装置１３は、吸引部４０ｂと接続され噴射処理後の噴射材を回収する。分級装置１４は、回収装置１３により回収された噴射材を、使用可能な噴射材と使用不可の噴射材とに分級する。集塵機１５は、分級装置１４から粉塵を排気して除去する。
図２及び図３に示すように、ノズル１１は、気体噴射部１１ａ、供給ポート１１ｂ、混合室１１ｃ及び噴射材噴射部１１ｄを備えている。気体噴射部１１ａは、圧縮空気供給装置と接続される。供給ポート１１ｂは、噴射材ホッパー１２と接続されており噴射材を供給する。混合室１１ｃは、気体噴射部１１ａ及び供給ポート１１ｂとそれぞれ連通し、気体噴射部１１ａから供給された圧縮空気と供給ポート１１ｂから供給された噴射材とを混合し、固気二相流を形成する。噴射材噴射部１１ｄは、混合室１１ｃから導入された固気二相流を被加工物に噴射する。ノズル１１は、垂直下方に噴射可能に噴射処理室４０の上面に配置されており、吸着テーブル２０に吸着して固定された半導体素子用基板Ｗに噴射処理を行うことができる。本実施形態では、噴射口１１ｅが長方形状に形成されたノズル１１を採用する。これにより、１回の走査により噴射材が噴射される領域を増大させることができるので、噴射処理の効率を向上させることができる。
噴射機構１０による噴射材の噴射処理は、以下の要領で行う。ノズル１１の気体噴射部１１ａに圧縮空気を供給すると、先端より噴射材噴射部１１ｄに向かって圧縮空気が噴射される。噴射材は、噴射材ホッパー１２によって供給量が制御され、圧縮空気が気体噴射部１１ａから混合室１１ｃを通過する際に発生する負圧により、噴射材が供給ポート１１ｂから混合室１１ｃに供給される。混合室１１ｃに搬送された噴射材は、気体噴射部１１ａから噴射される圧縮空気と混合されて加速され、噴射材噴射部１１ｄを通過し、噴射口１１ｅから半導体素子用基板Ｗに対して噴射される。
図４及び図６に示すように、吸着テーブル２０は、水平面が長方形状の薄い直方体状に形成されている。吸着テーブル２０の一端部は移動機構３０に取り付けられており、その反対側の他端部の上面（半導体素子用基板が載置される領域）に半導体素子用基板Ｗを吸着する吸着部２１が設けられている。吸着部２１は、半導体素子用基板Ｗの吸着面へ吸着痕が付かないように、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）材により形成されている。ＰＥＥＫ材の他に、ニトリルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム等が考えられるが、吸着痕が付かないものであれば特に限定されない。吸着部２１に隣接して負圧部２２が設けられている。負圧部２２は、例えば、同心円状に配列された開口を備えている。ここでは、開口の位置が２重の同心円となるように、負圧部２２は形成されている。負圧部２２は吸引管２４と連通して、負圧を発生させ、半導体素子用基板Ｗを吸引し、吸着部２１に固定する。吸着テーブル２０において半導体素子用基板Ｗが載置される領域であって、吸着部２１の外方（該領域の外縁側）には、環状のパージ部２３が形成されている。パージ部２３は圧縮空気を供給するパージ管２５と連通しており、半導体素子用基板Ｗの外縁と吸着テーブル２０との間に形成される隙間から圧縮空気を外方（領域外）に向けて噴射することができる。
移動機構３０は、吸着テーブル２０に吸着され保持された半導体素子用基板Ｗをノズル１１による噴射材の噴射領域ＦＡに対して相対移動するように吸着テーブル２０を移動させる、例えばＸ−Ｙステージなどの移動機構である。本実施形態では、ノズル１１は噴射処理室４０に固定されており、吸着テーブル２０のみが移動することにより、半導体素子用基板Ｗが噴射材の噴射領域ＦＡに対して相対移動する。ここで、噴射処理室４０の内部に移動機構３０に挿入する方向をＸ方向とし、この挿入方向と水平な垂直方向をＹ方向とする。
図３及び図４に示すように、噴射処理室４０の側面には、吸着テーブル２０に吸着され保持された半導体素子用基板Ｗを噴射処理室４０内部に収容するための開口部（収容口４０ａ）が形成されており、収容口４０ａに隣接して半導体素子用基板Ｗに付着している噴射材をエアブローにより吹き飛ばし、吸引除去するクリーニング機構４１が設けられている。噴射処理室４０は収容口４０ａの反対側の側面において回収装置１３に直接接続されており、吸着テーブル２０の水平方向の移動（図９参照）を妨げないようにスリットが形成された壁部４０ｃにより区画されている（図５参照）。図５に示すように、壁部４０ｃのスリットの幅（高さ方向）は、半導体素子用基板Ｗ及び吸着テーブル２０の厚さよりも大きく、かつ、半導体素子用基板Ｗ及び吸着テーブル２０の厚さとスリット幅との差が小さくなるように形成されている。また図３及び図４に示すように、吸着テーブル２０の側面から噴射材を吸引・除去する吸引部４０ｂが形成されている。
収容口４０ａは、半導体素子用基板Ｗを載置した吸着テーブル２０を挿入した際、半導体素子用基板Ｗおよび吸着テーブル２０との間に空隙が形成されるような大きさに開口されている。吸引部４０ｂに接続された回収装置による吸引力により、前記空隙より外気が吸引される。その結果、噴射処理室４０の内部には、収容口４０ａから吸引部４０ｂに向かう気流が発生している。収容口４０ａは大きすぎると圧力損失が大きくなり、小さすぎると外気を吸引しづらくなり、いずれも前記気流の発生が妨げられる。収容口４０ａと半導体素子用基板Ｗとの間隙は、例えば０．５ｍｍ〜５．０ｍｍとすることができる。
噴射処理室４０の内部は、壁部４０ｃによって空間Ａ１および空間Ａ２に区画されている。壁部４０ｃは、Ｘ方向及びＹ方向に垂直となる方向（鉛直方向）に延在し、その両端部が噴射処理室４０の天井面（上面）及び底部に連結され、かつ、ノズル１１による噴射材の噴射領域ＦＡを囲んで配置されている。すなわち、空間Ａ１の上面にはノズル１１が配置されており、該ノズル１１より噴射された噴射材の大半は、壁部４０ｃに阻害されて空間Ａ２に向かうことなく、回収装置で回収される。スリットは、壁部４０ｃにおける、吸着テーブル２０の移動可能な水平面内と重なる位置に形成される。
クリーニング機構４１で行うエアブローは、圧縮空気のみを噴射するのではなく、その他の手段を付与してもよい。たとえば、若干の水分や静電除去剤を圧縮空気と共に噴射してもよいし、コロナ放電等によりイオンやラジカルを圧縮空気と共に噴射してもよいし、超音波と組み合わせてもよい（超音波エアブロー）。
測定機構５１は、半導体素子用基板Ｗの反りを測定する装置であり、レーザー変位計、干渉縞を利用する非接触式測定装置やプローブなどの接触式測定装置など公知の測定装置を採用することができる。本実施形態ではレーザー変位計を採用する。
搬送機構５２は、ケース５３、測定機構５１及び吸着テーブル２０間で半導体素子用基板Ｗを搬送するための手段であって、例えば、ロボットアームなどを採用することができる。
次に、反り矯正装置１を用いた反り矯正処理について説明する。図７は、反り矯正装置１の動作を示すフローチャートである。
まず、半導体膜が成膜された半導体素子用基板Ｗの反りを測定機構５１により測定する（Ｓ１０,Ｓ１２）。図７に示すように、処理前のケース５３より半導体素子用基板Ｗを搬送機構５２よって測定機構５１へ搬送する（Ｓ１０）。そして、半導体素子用基板Ｗの反りの測定を行う。図８は、反りの測定方法の一例である。図８に示すように、半導体素子用基板Ｗの鏡面に研磨された主面に半導体膜が成膜された成膜面Ｗｓが上方となるように測定台に載置し、レーザー変位計により上方から測定領域を走査し、高さを測定する（Ｓ１２）。より精度良く反り量を計測するために、成膜面Ｗｓ側からの測定とするが、測定方法や要求する測定精度によっては、成膜面Ｗｓの反対側である裏面Ｗｒ側から測定することも可能である。測定領域は、例えば、半導体素子用基板ＷのオリエンタルフラットＷ１と４５°の角度をなす２直線上である。反り量は、半導体素子用基板Ｗの最大高さと最小高さとの差Δｔで定義する。制御装置５４には、あらかじめ測定・設定しておいた検量線が格納されており、このΔｔとあらかじめ設定された目標反り量との差を演算し、その結果に基づいて、ノズル１１の動作などの噴射処理条件が設定される。
次に、搬送機構５２により、半導体素子用基板Ｗを吸着テーブル２０に搬送する（Ｓ１４）。半導体素子用基板Ｗは、鏡面に研磨された主面に半導体膜が成膜された成膜面Ｗｓが吸着テーブル２０の吸着部２１に接するように載置され、負圧部２２において生じる負圧により吸着・固定される。このとき、パージ部２３からは圧縮空気が噴出し、噴出した空気は半導体素子用基板Ｗの成膜面Ｗｓと吸着テーブル２０との隙間から外方向に向かって流れる。
続いて、吸着テーブル２０は移動機構３０により移動され、半導体素子用基板Ｗが噴射処理室４０の収容口４０ａより噴射処理室４０内へ導入される（Ｓ１４）。
続いて、ノズル１１より噴射材を噴射し、移動機構３０により吸着テーブル２０を移動させて、噴射材の噴射領域ＦＡ内で半導体素子用基板Ｗを走査し、裏面Ｗｒ全面に噴射材が均一に噴射されるように噴射処理を行う（Ｓ１６）。噴射処理において裏面Ｗｒ全面に噴射材を噴射することにより、噴射材による衝突エネルギーを半導体素子用基板Ｗ全体に作用させることができるので、反りを有効に矯正することができる。ここで、噴射材を裏面Ｗｒに略垂直に噴射することにより衝突エネルギーを有効に作用させることができるとともに、噴射処理後の半導体素子用基板Ｗのうねりなどを防ぐことができる。
図９に示すように、半導体素子用基板Ｗの中心Ｃの走査軌跡Ｔは、半導体素子用基板Ｗの端部から噴射材の噴射領域ＦＡにＸ方向に走査し、所定のピッチでＹ方向にずらした後にＸ方向に戻すことを繰り返して櫛歯状に走査する軌跡である。ここで、噴射口１１ｅが長方形状に形成されている場合には、長辺がＹ方向となるように配置することにより、１回のＸ方向の走査による噴射材の噴射幅を増大させることができるので、噴射処理の効率を向上させることができる。
半導体素子用基板Ｗは吸着テーブル２０に吸着され固定されている状態では下に凸に反っているため、半導体素子用基板Ｗの外周端部では半導体素子用基板Ｗと吸着部２１との間に隙間ができてしまい、噴射材が入り込み成膜面Ｗｓを傷つけるおそれがある。一実施形態では、パージ部２３により半導体素子用基板Ｗの成膜面Ｗｓと吸着テーブル２０との隙間から圧縮空気を外方に噴射するため、噴射材が隙間に侵入することを防ぐことができるので、成膜面Ｗｓが傷つくことを防ぐことができる。
半導体素子用基板Ｗに噴射された噴射材は、吸引部４０ｂから回収装置１３により吸引回収される。吸引部４０ｂは吸着テーブル２０の側面方向から噴射材を吸引するように構成されているため、半導体素子用基板Ｗの裏面Ｗｒに噴射材が付着しにくくすることができる。回収装置１３により吸引回収された噴射材は分級装置１４において分級される。分級装置１４において分級された噴射材のうち、一定値以上の粒子径を有する再利用可能な噴射材のみ、噴射材ホッパー１２の貯留タンクに再投入されて使用される。吸引部４０ｂは回収装置１３に直接接続されているので、ダクトの摩耗や圧損が小さく、大きな吸引力を生じて有効に噴射材を吸引回収することができる。
噴射処理が終了した半導体素子用基板Ｗは、移動機構３０により噴射処理室４０の収容口４０ａから噴射処理室４０の外部に搬出される（Ｓ１８）。このとき、収容口４０ａの手前に配置されているクリーニング機構４１により半導体素子用基板Ｗに付着している噴射材が吹き飛ばされて吸引除去される。ここで、噴射処理室４０の内部は、負圧となっているので、収容口４０ａから噴射材などが外部に漏れることはない。
続いて、噴射処理が終了した半導体素子用基板Ｗは、搬送機構５２により測定機構５１に搬送され、反り量が測定される（Ｓ１８、Ｓ２０）。制御装置５４において、測定された反り量があらかじめ設定された目標反り量以下か否かの合否判定が行われる。目標反り量以下、すなわち目標反り量の許容範囲内（合格）であると判定された場合には、反り矯正処理を終了し、半導体素子用基板Ｗは搬送機構５２により搬送され、処理後の半導体素子用基板Ｗ用のケース５３に収容される（Ｓ２２：Ｙｅｓ、Ｓ２３）。続いて、搬送機構５２は、処理前のケース５３より未処理の半導体素子用基板Ｗを取り出し、反り矯正処理（噴射処理）に供する。
制御装置５４において、測定された反り量が目標反り量より大きい（不合格）と判定された場合には、その反り量に基づいて噴射処理条件を設定し、再度反り矯正処理を行う（Ｓ２２：Ｎｏ、Ｓ２４：設定処理）。すなわち、上述したＳ１４〜Ｓ２０の工程を再度実行する。２回目の反り矯正処理後にも反り量が目標反り量より大きい場合には、不合格品として処分してもよい。これにより、歩留まりを向上させることができるとともに、反り矯正処理を効率的に行うことができる。なお、反り矯正処理を何回まで繰り返すかは適宜設定可能である。以上で図７に示す動作を終了する。
なお、図７に示す反り矯正処理は、目標反り量より大きな仮の目標反り量に基づいて噴射処理条件を設定し反り矯正処理（噴射処理）を行う粗矯正処理と、粗矯正処理後に目標反り量に基づいて噴射処理条件を設定し微調整を行う仕上げ矯正処理と、の２段階に分けて行うこともできる。
例えば、処理前の反り量が１５０μｍの半導体素子用基板Ｗの目標反り量を２０μｍ以下にする場合には、粗矯正処理では仮の目標反り量５０μｍ以下になるような噴射処理条件を設定して噴射処理を行い、反り量を測定した後に、反り量を２０μｍ以下にする噴射処理条件を設定して再度噴射処理を行うことができる。これにより、粗矯正処理において処理効率を向上させ、仕上げ矯正処理により矯正精度を確保することができる。なお、粗矯正処理で反り量が所定範囲内に収まった場合には仕上げ矯正処理を行わずに反り矯正処理を終了する。
噴射処理において、噴射材、噴射速度や噴射圧力などの噴射条件、半導体素子用基板Ｗの走査条件などは、半導体素子用基板材料、半導体膜の材質、反り量などに応じて適宜選択、設定する。
例えば、ＧａＮ系化合物半導体膜が成膜された４インチサファイア基板の反りを矯正する場合を以下に示す。噴射材は半導体素子用基板Ｗに十分な衝突エネルギーを与えることができれば材質などは任意であるが、例えば、平均粒子径で１０〜７０μｍのアルミナ砥粒を好適に用いることができる。平均粒子径が大きすぎると半導体素子用基板Ｗの裏面Ｗｒの表面粗度が低下し、小さすぎると衝突エネルギーが不足するおそれがある。
また、噴射条件は、噴射材の種類を考慮し、噴射圧力、噴射量などにより設定される。例えば、噴射圧力は０．２〜０．５ＭＰａ、より好ましくは０．２〜０．４ＭＰａとすることができる。噴射圧力が高すぎると噴射材の衝突エネルギーが強すぎて半導体素子用基板Ｗの割れなど発生するおそれがあり、低過ぎると衝突エネルギーが小さくなるため反りを矯正するのに要する時間が長くなるおそれがある。噴射量は例えば１００〜４００ｇ／ｍｉｎとすることができる。噴射量が少なすぎるとカバレージ（基板に対する噴射密度）を満たすために長時間を要し、多すぎるとすぐにカバレージが満たされてしまい、反りを十分に矯正できないおそれがある。また、噴射量は、ノズルへの噴射材の供給量に依存する。噴射量を多くするために噴射材をノズルに過多に供給した場合は、噴射材をノズルに良好に供給することができないので、噴射材は脈動して噴射され、反りの矯正が均一に行われないおそれがある。吸着テーブル２０の走査条件はノズル１１の種類にも依存する。例えば、噴射口１１ｅが１５×４．８ｍｍの矩形形状のノズル１１を使用した場合に、カバレージを考慮して、吸着テーブル２０の相対移動速度を５〜２００ｍｍ／ｓｅｃから選択し、送りピッチを２０ｍｍとすることができる。ただし、噴射距離によりノズル１１から噴射される噴射領域ＦＡの範囲は変わるため、噴射距離に対し最適な送りピッチを選定する必要がある。
反り矯正装置１によって反りが矯正された半導体素子用基板Ｗは、レジスト膜を形成し、エッチングを行うことで半導体膜（薄膜層）に回路パターンが形成される。レジスト膜の形成は、一般にフォトレジストが用いられている。反りのない半導体素子用基板Ｗにレジスト膜を形成するので、回路パターンの境界がくっきりと現像できる。回路パターンの境界がくっきりと現像出来ていない場合、後のエッチング工程でしっかりとした回路パターンを形成できないため、半導体素子の品質の低下を招く。例えば、ＬＥＤなどの光学素子の場合、この境界がはっきり現像出来ないことで、半導体素子の厚みが不均一となり輝度が低下する。
エッチング工程の後、成膜した化合物半導体の上へ透明電極、パッド電極、保護膜などが形成される。そして、レーザー等でスクライブラインを形成し、該スクライブラインに沿って半導体素子（チップ）に切断加工される。反りが矯正されることにより、電極の厚さを均一にすることができるので、電気抵抗値を低減することができる。これにより、ＬＥＤなどの発光素子を作製する場合、輝度を向上させることができる。また、レーザースクライブにおける焦点ずれがなくなるため、切断工程における不良を低減し歩留まりを向上させることができる。
その他、半導体素子用基板Ｗから半導体素子を製造する工程において、半導体素子用基板Ｗの反りが半導体素子の特性、歩留まりなどに及ぼす悪影響をなくすことができる。
（変形例）
上述した実施形態では、移動機構３０により吸着テーブル２０を移動させることにより、固定されたノズル１１に対し半導体素子用基板Ｗを相対移動させたが、ノズル１１が別の移動機構を備えノズル１１を走査させる、または、ノズル１１と吸着テーブル２０とをともに移動させることにより、ノズル１１に対し半導体素子用基板Ｗを相対移動させてもよい。
半導体素子用基板Ｗには外周近傍に半導体素子が形成されない領域、例えば、最外周より１ｍｍの領域、が存在する。そこで、吸着部２１を少なくとも当該領域に対応する位置に、例えば環状に形成して設け、当該領域で半導体素子用基板Ｗを吸着・保持可能とする構成を採用することができる。これによれば、パージ部２３を設けずに、噴射材の侵入により半導体素子が傷つくことを防ぐことができる。
上述した実施形態では、ノズル１１は半導体素子用基板Ｗに対して略垂直に噴射可能に配置したが、傾斜させて配置することもできる。例えば、ノズル１１を回収装置１３と反対側に傾斜させると、半導体素子用基板Ｗに衝突後の噴射材が回収装置１３側に向かうため、効率的に吸引除去することができる。
上述した実施形態では、吸引式のノズル１１を用いたが、噴射材ホッパー１２の貯留タンクに供給される圧縮空気により貯留タンク内の噴射材を定量した後に噴射材を噴射する加圧式（直圧式）のノズルも適用することもできる。また、ノズル１１の噴射口１１ｅの形状は矩形状に限定されるものではなく、円形など各種形状を用いることができる。
半導体素子用基板Ｗの裏面Ｗｒ全面に噴射処理を行ったが、半導体素子用基板Ｗの反りが小さい場合などには、半導体素子用基板Ｗの中心部などに定点噴射を行うことにより噴射処理を行うこともできる。
半導体素子用基板Ｗに半導体膜を成膜する前に噴射処理を行い、成膜後に生じることが予想される反り量をあらかじめ逆向きに付与しておくこともできる。これにより、半導体膜の成膜後に反りが生じないようにすることができる。
上記実施形態では、噴射処理条件の設定処理及び合否判定を行う例を説明したが、何れか一方のみを実行してもよい。
（実施例）
実施形態に係る反り矯正装置１によって半導体素子用基板の反りを矯正した結果を実施例として説明する。本実施例では、φ４インチで厚さが０．６５μｍのサファイア基板上に、３〜５μｍ程度のＧａＮ系化合物半導体を成膜した半導体素子用基板Ｗを３枚用意し、実施形態に記載の反り矯正装置を用いて、表１の条件にて該半導体素子用基板Ｗの反りを矯正した。
Figure 0006149728
走査回数毎の反りの変化を表２に示す。いずれの条件でも、反り量が１０μｍ以下まで矯正されており、実施形態に係る反り矯正装置１によって、半導体素子用基板の反りが矯正できることがわかった。
Figure 0006149728
（実施形態の効果）
実施形態に係る半導体素子用基板の反り矯正装置１及び反り矯正方法によれば、噴射機構１０など装置構成要素が、装置コストが低い手段から構成されているとともに、あらかじめ設定された目標反り量と測定機構５１により測定された半導体素子用基板Ｗの反りデータとに基づき適切な噴射処理条件を設定して半導体素子用基板Ｗの反りを矯正する反り矯正処理を行うことができるので、効率良く量産に適した方法で半導体素子用基板Ｗの反りを矯正することができる。また、反り矯正処理が行われた半導体素子用基板Ｗの反りを測定機構５１により測定し目標反り量以下か否かを判断することができるので、歩留まりを向上させることができるとともに、反り矯正処理を効率的に行うことができる。
１…反り矯正装置、１０…噴射機構、１１…ノズル、１１ａ…気体噴射部、１１ｂ…供給ポート、１１ｃ…混合室、１１ｄ…噴射材噴射部、１１ｅ…噴射口、１２…噴射材ホッパー、１３…回収装置、１４…分級装置、１５…集塵機、２０…吸着テーブル、２１…吸着部、２２…負圧部、２３…パージ部、２４…吸引管、２５…パージ管、３０…移動機構、４０…噴射処理室、４０ａ…収容口、４０ｂ…吸引部、４０ｃ…壁部、４１…クリーニング機構、５１…測定機構、５２…搬送機構、５３…ケース、５４…制御装置、Ｗ…半導体素子用基板、Ｗｓ…成膜面、Ｗｒ…裏面、ＦＡ…噴射材の噴射領域。

Claims (14)

  1. 半導体膜が成膜された半導体素子用基板の反りを矯正する、又は、前記半導体膜の成膜後に生じることが予測される反りとは逆向きの反りを前記半導体膜の成膜前に前記半導体素子用基板に対して付与する反り矯正装置であって、
    前記半導体素子用基板における主面の反対側または成膜面の反対側である裏面へ、粒状の噴射材と圧縮空気とを混合して形成された固気二相流を噴射する噴射処理を行うノズルを有する噴射機構と、
    前記半導体素子用基板の主面または成膜面を吸着して前記半導体素子用基板を保持する吸着テーブルと、
    前記ノズルによる噴射材の噴射領域に対して前記半導体素子用基板が相対移動するように前記吸着テーブルを移動させる移動機構と、
    前記吸着テーブルに保持された前記半導体素子用基板を収容し、内部で噴射処理が行われる噴射処理室と、
    前記半導体素子用基板の反り量を測定する測定機構と、
    あらかじめ設定された目標反り量と前記測定機構により測定された前記半導体素子用基板の反り量との差に基づいて、前記噴射機構の噴射処理条件の設定処理、及び、噴射処理が行われた前記半導体素子用基板の合否判定の少なくとも一方を行う制御装置と、
    を備える半導体素子用基板の反り矯正装置。
  2. 前記吸着テーブルは、
    前記半導体素子用基板が載置される領域に設けられ、前記半導体素子用基板を吸着して固定する吸着部と、
    前記領域内であって前記吸着部よりも前記領域の外縁側に設けられ、前記半導体素子用基板の外縁と吸着テーブルとの間に形成される隙間から前記領域外に向けて圧縮空気を噴射するパージ部と、
    を備える請求項１に記載の半導体素子用基板の反り矯正装置。
  3. 前記吸着テーブルは、少なくとも前記半導体素子用基板の外縁であって半導体素子が形成されない領域に対応する位置に設けられ、前記半導体素子用基板を吸着して固定する吸着部を備える請求項１に記載の半導体素子用基板の反り矯正装置。
  4. 前記噴射機構及び前記吸着テーブルの少なくとも一方が、前記半導体素子用基板の前記裏面全面に噴射材が噴射されるように、前記ノズルによる噴射材の噴射領域に対して前記半導体素子用基板を相対的に走査する請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体素子用基板の反り矯正装置。
  5. 前記噴射処理室の一方の側面には、噴射材を吸引して除去する吸引部が設けられ、
    前記噴射処理室の他方の側面には、前記半導体素子用基板を保持した前記吸着テーブルを通過させる開口部が形成されており、
    前記開口部は、前記半導体素子用基板を保持した前記吸着テーブルを挿入した際に、該吸着テーブルまたは該半導体素子用基板との間で外気を吸引するための空隙を形成する大きさに開口されている請求項１に記載の半導体素子用基板の反り矯正装置。
  6. 前記噴射処理室の内部は、前記半導体素子用基板の移動を妨げないスリットが形成された壁部で区切られている請求項５に記載の半導体素子用基板の反り矯正装置。
  7. 前記吸着テーブルは、前記移動機構によって水平面内を移動可能に構成され、
    前記壁部は、鉛直方向の両端部が前記噴射処理室の上面及び底部に連結され、かつ、前記ノズルの噴射領域を囲んで配置され、
    前記スリットは、前記吸着テーブルの移動可能な水平面内と重なる位置に形成された請求項６に記載の半導体素子用基板の反り矯正装置。
  8. 前記噴射処理室の開口部側の側面に設けられ、半導体素子用基板に付着した噴射材を除去するためのクリーニング機構を備える請求項５に記載の半導体素子用基板の反り矯正装置。
  9. 前記制御装置は、前記合否判定において、噴射処理が行われた半導体素子用基板の反りが前記目標反り量より大きいと判断した場合に、再度噴射処理を行うように前記噴射機構を動作させる請求項１に記載の半導体素子用基板の反り矯正装置。
  10. 前記制御装置は、目標反り量より大きな仮の目標反り量に基づいて噴射処理条件を設定し噴射処理を行う粗矯正処理と、粗矯正処理後に目標反り量に基づいて噴射処理条件を設定し噴射処理を行う仕上げ矯正処理と、を行うように前記噴射機構を動作させる請求項１に記載の半導体素子用基板の反り矯正装置。
  11. 半導体素子用基板の反り量を測定する測定機構と、あらかじめ設定された目標反り量と前記測定機構により測定された半導体素子用基板の反り量との差に基づいて、噴射機構の噴射処理条件の設定処理、及び、噴射処理が行われた前記半導体素子用基板の合否判定の少なくとも一方を行う制御装置と、半導体素子用基板における主面の反対側または成膜面の反対側である裏面へ、粒状の噴射材と圧縮空気とを混合して形成された固気二相流を噴射する噴射処理を行うノズルを有する噴射機構と、を備える半導体素子用基板の反り矯正装置を用いて、半導体膜が成膜された前記半導体素子用基板の反りを矯正する、又は、前記半導体膜の成膜後に生じることが予測される反りとは逆向きの反りを前記半導体膜の成膜前に前記半導体素子用基板に対して付与する反り矯正方法であって、
    半導体素子用基板の反り量を前記測定機構で測定する工程と、
    前記測定機構で測定された反り量とあらかじめ設定された目標反り量との差に基づいて、前記噴射機構の噴射処理条件を設定する工程と、
    前記噴射処理条件で、半導体素子用基板の主面の反対側または成膜面の反対側である裏面へ、粒状の噴射材と圧縮空気とを混合して形成された固気二相流を噴射して反り矯正処理を行う工程と、
    反り矯正処理が行われた半導体素子用基板の反り量が、あらかじめ設定された目標反り量以下か否かを判定する工程と、
    を備える半導体素子用基板の反り矯正方法。
  12. 請求項１に記載の半導体素子用基板の反り矯正装置を用いた半導体素子用基板の反りの矯正方法であって、
    半導体素子用基板の反り量を前記測定機構で測定する工程と、
    反り量が測定された半導体素子用基板を前記吸着テーブル上に搬送し、該半導体素子用基板を該吸着テーブルに保持する工程と、
    前記測定機構で測定された反り量とあらかじめ設定された目標反り量との差に基づいて、前記噴射機構の噴射処理条件を設定する工程と、
    前記噴射処理条件で、半導体素子用基板の主面の反対側または成膜面の反対側である裏面へ、粒状の噴射材と圧縮空気とを混合して形成された固気二相流を噴射して反り矯正処理を行う工程と、
    反り矯正処理が行われた半導体素子用基板を前記測定機構に搬送し、該半導体素子用基板の反り量を測定する工程と、
    反り矯正処理が行われた半導体素子用基板の反り量が、あらかじめ設定された目標反り量以下か否かを判定する工程と、
    を備える半導体素子用基板の反り矯正方法。
  13. 前記半導体素子用基板の反り量は、１の直線に対して３〜６点の基準位置からの高さを測定して演算することにより算出される請求項１１または請求項１２に記載の半導体素子用基板の反り矯正方法。
  14. 前記反り矯正処理を行う工程は、前記半導体素子用基板上に形成された薄膜層に回路パターンを形成するためのレジスト膜を形成する工程の前に行う請求項１１または請求項１２に記載の半導体素子用基板の反り矯正方法。
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