JP7104531B2 - 基板保持装置および基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板保持装置および基板処理装置に関する。
半導体ウエハ等の被処理基板を保持して回転させ、その回転の偏心成分を求めて基板の位置決めを行うための基板保持装置が、リソグラフィ工程の前工程等において使用される。半導体製造工程においては、集積回路の高集積化によるパターンの微細化に伴い、塵埃についてより一層の厳密な管理が要求される。
特許文献１では、基板の回転処理装置の通気部に塵埃を捕獲するフィルタを構成することを開示している。特許文献２では、基板吸着部の通気孔として吸着に使用する排気口と基板を解放する給気口を構成することを開示している。
特開平０８－１７２０４７号公報 特許第４９３３９４８号公報
従来、半導体製造工程における基板保持機構は、真空吸引によって基板を保持するものが一般的である。真空吸引による基板保持機構は、例えば、通気ラインを少なくとも一系統有し、切り換え弁によって、真空源との接続と正圧の大気や給気源等との接続を切り換えることで基板の保持および解放を実現している。この方式では、基板の裏面に付着した塵埃や、基板が保持された瞬間に発生する塵埃が通気ラインに吸い込まれ蓄積されうる。一方、基板の解放時は、通気ラインの途中が切り換え弁によって大気または給気源と接続されるため、通気ラインを通って気体が基板に向かって逆流する。これによって、蓄積されていた塵埃が噴出しうる。
特許文献１では、真空ラインの途中に集塵フィルタを具備しているが、気流が逆流した時にフィルタに蓄積されていた塵埃の逆流を防ぐことはできない。特許文献２では、ウエハチャッキング機構において、基板を真空吸着するための真空通気ラインと真空を破壊するための給気ラインとを持っているが、給気ライン側で給気が断続する仕組みのため給気ライン側で発塵するおそれがある。
本発明は、例えば、塵埃の侵入の抑制に有利な基板保持装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面によれば、基板を保持する基板保持装置であって、鉛直軸周りに回転し、上端から通じる吸引路を有する回転軸と、回転中心に形成された吸気孔を有し、該吸気孔が前記吸引路に連通するように前記回転軸の上端に固定され、基板を吸引して保持する保持部とを有し、前記保持部の前記回転中心に対して回転対称な位置に、該保持部に載置された前記基板の裏面を臨む角度で、該保持部と該基板との間の空間に外部の気体を導入するための複数の通気孔が形成されており、前記複数の通気孔のそれぞれのサイズが、前記吸気孔のサイズより小さい、ことを特徴とする基板保持装置が提供される。
本発明によれば、例えば、塵埃の侵入の抑制に有利な基板保持装置を提供することができる。
実施形態における基板処理装置の構成を示す図。 基板保持装置の構成を示す図。 変形例に係る基板処理装置の構成を示す図。 基板処理時の基板保持工程を説明する図。 基板処理時の基板保持工程を説明する図。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明の実施の具体例を示すにすぎないものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。
図１は、本実施形態に係る基板保持装置２を含む基板処理装置１１０の構成を示す図である。基板保持装置２は、基板を保持して回転させる。基板処理装置１１０は、例えば、基板保持装置２による基板の回転の偏心成分を求める処理を行いうる。このような基板処理装置は、例えば、リソグラフィ工程の前工程等において使用されうるものである。
基板処理装置１１０は、基板保持装置２を収容し、外気と遮断するチャンバ１００を有する。チャンバ１００の内部には、更に後工程に係るリソグラフィ装置等が一緒に収められていてもよいが、ここではそれらの図示は省略する。基板処理装置１１０は、チャンバ１００の内部空間の気体の少なくとも一部を循環するための循環ファン６０と、循環した気体を濾過して供給するファンフィルタユニット５１とを備え、これによりチャンバ１００内に清浄な気体が提供される。
チャンバ１００に収容されている基板保持装置２は、配管３を介して真空源２０と接続されており、真空源２０を用いた真空吸引により基板１を保持する。配管３に設けられた開閉弁４は、制御部１０によって制御される。基板保持装置２は、保持している基板１を、基板保持面と直交する方向に沿う方向であるＺ軸周りに回転させる機構を備える。基板保持装置２は、基板１の端面部の位置を位置検出装置５で検出し、演算部１５で、位置検出装置５による検出結果に基づき基板１の偏心および角度を検出する。
図２に基板保持装置２の構成を示す。図２（ｂ）は、基板保持装置２の側面断面図であり、図２（ａ）は、図２（ｂ）のＡ－Ａ’線に沿う断面図である。基板保持装置２は、鉛直軸周り（Ｚ軸周り）に回転する回転軸２１を有する。基板保持装置２は、回転軸２１により基板を回転させることにより基板の回転の偏心成分を求める処理を行いうる。回転軸２１には、その上端から通じる吸引路２２が形成されている。
基板１を保持する保持部２３は、図２（ａ）に示されるように円形をなし、その回転中心に吸気孔３０が形成されている。保持部２３は、吸気孔３０が回転軸２１の吸引路２２に連通するように回転軸２１の上端に固定される。保持部２３は、図２（ｂ）に示されるように、吸気孔３０が形成され回転軸２１の上端と接続される底壁部２３ａと、底壁部２３ａの周縁から起立して基板を支持する外周壁部２３ｂとを有する。したがって、保持部２３はこれら底壁部２３ａと外周壁部２３ｂとによってカップ形状をなし、保持部２３の上に基板１が載置されることにより空間２００が形成される。
保持部２３には、保持部２３に載置された基板１の裏面を臨む角度で、底壁部２３ａを上下に貫通する複数の通気孔３１が形成され、基板保持装置２の外部（チャンバ１００内）の清浄な空間と連通している。本実施形態では、複数の通気孔３１は、保持部２３の回転中心に対して回転対称な位置に配置されている。図２（ａ）の例では、４つの通気孔３１が４回回転対称の位置に配置されている。また、本実施形態において、複数の通気孔３１は、底壁部２３ａにおける周縁の近傍に形成されている。複数の通気孔３１のコンダクタンスは、例えば、吸気孔３０のコンダクタンスの概ね１０％以下であるとよい。
また、保持部２３は、底壁部２３ａから突出して基板１を支持す複数の支持ピン２３ｃを有する。基板１と支持ピン２３ｃとの接触面積はほとんど無視できる小ささでありうる。
回転軸２１の吸引路２２は、気体流路である配管３を介して、気体を吸引する真空源２０と接続されている。本実施形態において、配管３には、吸引路２２と真空源２０との間の配管の開閉を行う開閉弁４が設けられている。開閉弁４は、制御部１０からの指令によって開閉されうる。回転軸２１の下端は駆動機構５０に連結され、これにより保持部２３（すなわち基板１）のＺ軸周りの回転が行われる。また、回転軸２１を軸支するスリーブ１２の内壁と回転軸２１との間には上下２つの封止輪１１が設けられ、これにより、真空源２０から配管３を介した真空引きを可能にしている。
図４に、基板処理時の基板保持工程を示すフローと空間２００の圧力変化の例を示す。不図示の基板搬送機構によって基板１がチャンバ１００内に搬入され、保持部２３上に載置される（Ｓ１）。制御部１０からの指令により開閉弁４が開状態とされ配管３と真空源２０とが通気状態になると、基板１の真空吸引が開始され（Ｓ２）、基板１と保持部２３とによって形成される空間２００が略真空となり基板１が保持された状態となる。この間、保持部２３に形成されている複数の通気孔３１からチャンバ１００内の清浄な気体が導入され続ける。
この状態で、基板１は、駆動機構５０によってＺ軸周りに回転する。この間に、位置検出装置５は、基板１の端面部の位置を連続的に検出し、演算部１５は、位置検出装置５による検出結果に基づいて基板１の偏心成分を算出する（Ｓ３）。続いて、基板１の保持を解除すべく、制御部１０からの指令により開閉弁４が閉状態にして真空源２０と吸引路２２との間の通気が遮断されると（Ｓ４）、複数の通気孔３１から流入した気体により空間２００の略真空状態が破壊される（Ｓ５）。この間、複数の通気孔３１から流入し続ける気体によって、基板１と保持部２３との接触によって発生した塵埃や基板１から落下した塵埃は真空源２０に向かって流れるため、保持部２３内に堆積することはない。こうして、保持部２３による基板１の保持状態が解除され、不図示の基板搬送機構によって基板１の裏面が汚染されることなく次工程へ運ばれていく（Ｓ６）。
図３に、図２の変形例を示す。図２（ｂ）では、制御部１０からの指令によって開閉される開閉弁４が配管３に設けられていたが、図３（ｂ）では、開閉弁４に代えて方向制御弁８が設けられている。方向制御弁８は、真空源２０からの吸引を行う吸引状態と大気開放状態とを切り換え可能に構成された制御弁である。また、吸引路２２には、空間２００への気体の流入を阻止する逆止弁７が設けられている。
図５に、この変形例による、基板処理時の工程を示すフローと空間２００の圧力変化の例を示す。不図示の基板搬送機構によって基板１がチャンバ１００内に搬入され、保持部２３上に載置される（Ｓ１）。制御部１０からの指令により方向制御弁８を吸入状態にすると、基板１の真空吸引が開始され（Ｓ２）、基板１と保持部２３とによって形成される空間２００が略真空となり基板１が保持された状態となる。この間、保持部２３に形成されている複数の通気孔３１からチャンバ１００内の清浄な気体が流入し続ける。
この状態で、基板１は、駆動機構５０によってＺ軸周りに回転する。この間に、位置検出装置５は、基板１の端面部の位置を連続的に検出し、演算部１５は、位置検出装置５による検出結果に基づいて基板１の偏心成分を算出する（Ｓ３）。この間、流入し続ける気体によって、基板１と保持部２３との接触によって発生した塵埃や基板１から落下した塵埃は真空源２０に向かって流れるため、保持部２３内に堆積することはない。続いて、基板１の保持を解除すべく、制御部１０からの指令により方向制御弁８は大気開放状態に切り換える（Ｓ４）。この時、大気が方向制御弁８から配管３を介して逆止弁７へ到達すると逆止弁７が作動する。すなわち、方向制御弁８から流入する大気は逆止弁７で止まる。このため、方向制御弁８や封止輪１１で発生した塵埃やミスト等が方向制御弁８からの大気に乗って空間２００内に入り込むことはないので、基板１は汚染されない。複数の通気孔３１から流入した気体により、空間２００の略真空状態が破壊され、方向制御弁８を介して流入する大気により、真空源２０から逆止弁７までの間の空間の略真空状態が破壊される。これにより、短時間に略真空状態を破壊することができる（Ｓ５）。こうして、保持部２３による基板１の保持状態が解除され、不図示の基板搬送機構によって基板１の裏面が汚染されることなく次工程へ運ばれていく（Ｓ６）。
１：基板、２：基板保持装置、３：配管、４：開閉弁、５：位置検出装置、１０：制御部、２０：真空源、１００：チャンバ、１１０：基板処理装置

Claims (8)

  1. 基板を保持する基板保持装置であって、
    鉛直軸周りに回転し、上端から通じる吸引路を有する回転軸と、
    回転中心に形成された吸気孔を有し、該吸気孔が前記吸引路に連通するように前記回転軸の上端に固定され、基板を吸引して保持する保持部と、
    を有し、
    前記保持部の前記回転中心に対して回転対称な位置に、該保持部に載置された前記基板の裏面を臨む角度で、該保持部と該基板との間の空間に外部の気体を導入するための複数の通気孔が形成されており、
    前記複数の通気孔のそれぞれのサイズが、前記吸気孔のサイズより小さい、ことを特徴とする基板保持装置。
  2. 前記保持部は、
    前記吸気孔が形成され前記回転軸の前記上端と接続される底壁部と、
    前記底壁部の周縁から起立して前記基板を支持する外周壁部と、
    前記底壁部から突出して前記基板を支持する複数の支持ピンと、
    を有することを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
  3. 前記複数の通気孔が、前記底壁部における前記周縁の近傍に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の基板保持装置。
  4. 前記吸引路と気体を吸引する真空源との間の気体流路の開閉を行う開閉弁を有し、
    前記開閉弁を開状態にすることで前記真空源により前記空間の気体を吸引して、前記複数の通気孔から前記空間に前記外部の気体を導入しながら前記基板を保持し、前記開閉弁を閉状態にすることにより、前記複数の通気孔から前記空間に前記外部の気体が導入されて前記基板の保持状態を解除する
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板保持装置。
  5. 基板を保持する基板保持装置であって、
    鉛直軸周りに回転し、上端から通じる吸引路を有する回転軸と、
    回転中心に形成された吸気孔を有し、該吸気孔が前記吸引路に連通するように前記回転軸の上端に固定され、基板を吸引して保持する保持部と、
    を有し、
    前記保持部の前記回転中心に対して回転対称な位置に、該保持部に載置された前記基板の裏面を臨む角度で、該保持部と該基板との間の空間に外部の気体を導入するための複数の通気孔が形成されており、
    前記吸引路と気体を吸引するための真空源との間の気体流路に設けられ、前記真空源からの吸引を行う吸引状態と大気開放状態とを切り換え可能な制御弁と、
    前記吸引路に設けられ、前記空間への気体の流入を阻止する逆止弁と、
    を有し、
    前記制御弁を前記吸引状態にすることで前記真空源により前記空間の気体を吸引して、前記複数の通気孔から前記空間に前記外部の気体を導入しながら前記基板を保持し、前記制御弁を前記大気開放状態にすることにより前記真空源から前記逆止弁までの間を大気開放し、前記複数の通気孔から前記空間に前記外部の気体が導入されることにより前記基板の保持状態を解除する
    ことを特徴とする基板保持装置。
  6. 前記複数の通気孔のコンダクタンスは、前記吸気孔のコンダクタンスの１０％以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板保持装置。
  7. 前記基板保持装置は、前記回転軸により前記基板を回転させることにより該基板の回転の偏心成分を求める装置であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板保持装置。
  8. 基板を処理する基板処理装置であって、
    請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板保持装置を有することを特徴とする基板処理装置。
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