WO2021240598A1 - 基板保持装置及び基板処理装置 - Google Patents

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WO2021240598A1
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gas supply
wafer
substrate
port
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良広 佐藤
俊夫 増田
秋夫 矢崎
建士郎 大坪
敏孝 小林
盛典 富樫
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株式会社日立ハイテク
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Definitions

  • This disclosure relates to a board holding device and a board processing device.
  • the presence of foreign matter on a substrate such as a semiconductor wafer causes defects such as wiring insulation defects and short circuits.
  • These foreign substances are in various states, such as those generated from moving parts such as transport devices, those generated from the human body, those generated by reaction in the processing device by process gas, and those mixed with chemicals and materials. It is mixed with.
  • the foreign matter inspection method is to irradiate the surface of a substrate with light such as a laser beam and detect scattered light from the foreign matter to inspect the size, adhesion position, etc. of the foreign matter and acquire it as unique information. Therefore, if there is a swell on the surface of the substrate, the angle of the scattered light varies, the size of the foreign matter and the accuracy of the adhesion position are affected, and the reliability of the foreign matter information on the substrate is lowered.
  • the method of holding the substrate which is one of the causes of the swell of the substrate surface, is roughly classified into the back surface adsorption type and the back surface non-contact type.
  • the back surface adsorption type an air suction port is provided on a flat table to adsorb the back surface of the substrate, and the waviness of the substrate depends on the flatness of the table.
  • the backside non-contact type is a holding method that holds the substrate near the outer circumference of the substrate from the outside and floats the substrate surface in the air, and an advanced mechanism is required to suppress the waviness of the substrate and secure the flatness. Is.
  • Patent Document 1 arranges a plurality of pressurized gas elements and a plurality of vacuum elements for sucking the gas on the chuck surface, floats the wafer in the air, and holds the wafer in the vertical direction.
  • a rotating wafer chuck mechanism that holds the wafer horizontally at the wafer edge is disclosed.
  • Patent Document 1 has a structure capable of maintaining the flatness of the wafer while avoiding contact with the chuck surface on the back surface of the wafer.
  • the gas supply unit which is one pressurized gas element and the gas exhaust unit which is a plurality of vacuum elements adjacent to each other, the gas from the pressurized gas element flows to a plurality of vacuum elements and is exhausted. It has become. That is, the gas supplied from the pressurized gas element is exhausted to the adjacent vacuum element. Since the wafer chuck mechanism is rotationally driven, the pressurized gas element and the vacuum element also rotate in the same manner. Therefore, the gas from the pressurized gas element tends to flow outward due to the centrifugal force acting according to the position of the radius of gyration.
  • the airflow distribution that is, the pressure distribution changes between the stationary state and the rotating state.
  • the gaseous holding force distribution with respect to the wafer fluctuates, which may adversely affect the flatness of the wafer.
  • the present disclosure provides a technique for holding a substrate with high flatness and high accuracy.
  • the substrate holding device of the present disclosure includes a rotation stage and a clamping portion that supports the edge of the substrate to be rotated by the rotation stage in the plane direction of the substrate, and the rotation stage includes the rotation stage toward the substrate.
  • a plurality of gas supply ports for supplying gas and one or a plurality of gas exhaust ports provided for each of the plurality of gas supply ports are provided so as to surround each of the plurality of gas supply ports. ing.
  • the substrate holding device of the present disclosure the substrate can be held with high flatness and high accuracy. Issues, configurations and effects other than the above will be clarified by the following description of the embodiments.
  • FIG. 3A is a plan view of the air bearing pad
  • FIG. 3B is a sectional view taken along the line CC of FIG. 3A
  • 4 (a) is a plan view showing an aspect of the air flow in the air bearing pad
  • FIG. 4 (b) is a cross-sectional view taken along the line DD (lower) and a diagram showing the pressure distribution (upper) of FIG. 4 (a).
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 2, showing the operation of each component of the clamp portion before holding the wafer in the in-plane direction.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 2, showing the operation of each component of the clamp portion when the wafer is held by the holding claws.
  • FIG. 2 is a cross-sectional perspective view taken along the line AA of FIG. It is a flowchart which shows the operation of loading a wafer into a wafer chuck. It is sectional drawing which shows the state of the wafer chuck in step S4 of FIG. It is sectional drawing which shows the state of the wafer chuck in step S7 of FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the wafer chuck which concerns on modification 1.
  • FIG. 12 (a) is a plan view showing the air bearing pad according to the modification 2, and FIG.
  • FIG. 12 (b) is a sectional view taken along the line EE of FIG. 12 (a).
  • 13 (a) is a plan view showing the air bearing pad according to the modified example 3
  • FIG. 13 (b) is a sectional view taken along the line FF of FIG. 13 (a). It is sectional drawing which shows the structure of the wafer chuck which concerns on 2nd Embodiment. It is sectional drawing which shows the structure of the wafer chuck which concerns on 3rd Embodiment.
  • the substrate held by the substrate holding device will be described as a wafer, but the substrate of the present disclosure is not limited to a wafer, and may have a flat plate shape such as a glass substrate, a liquid crystal panel, an electronic circuit substrate, an optical disk, or a magnetic disk. If there is, it doesn't matter what kind.
  • the vertical direction of the wafer surface is referred to as "out-of-plane direction” or “vertical direction”
  • the direction along the wafer surface is referred to as “in-plane direction” or “horizontal direction”.
  • a member equipped with a rotating stage and a substrate (wafer) holding mechanism is referred to as a wafer chuck (wafer holding device).
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a wafer processing system 10 according to the first embodiment.
  • the wafer processing system 10 (board processing device) includes an introduction unit 11, a transfer device 12, an inspection room 13, and a control device 14.
  • the wafer 205 is loaded into the introduction unit 11 in a state of being housed in a wafer cassette (not shown).
  • the transport device 12 takes out the wafer 205 from the wafer cassette loaded in the introduction unit 11 and transports the wafer 205 one by one to the inspection chamber 13 (for example, a foreign matter inspection device).
  • the inspection room 13 includes a wafer chuck 200, an optical measuring unit 131, a motor 132, and a linear motion moving means 133.
  • the wafer 205 transported to the inspection chamber 13 is arranged on the wafer chuck 200 and is held by the wafer chuck 200 with high flatness. The method of holding the wafer 205 by the wafer chuck 200 will be described later.
  • the position of the optical measuring unit 131 is fixed above the wafer chuck 200, and the position and size of the foreign matter on the wafer 205 are optically measured. As described above, the arrangement in the direction of gravity is in the order of the optical measurement unit 131, the wafer 205, and the wafer chuck 200 from above.
  • the measurement result by the optical measuring unit 131 is transmitted to the control device 14.
  • the wafer chuck 200 is rotationally supported by a motor 132 so that foreign matter can be measured while rotating the wafer 205.
  • the linear motion moving means 133 moves the motor 132 in the direction perpendicular to the rotation axis of the motor 132.
  • the control device 14 can map the size, position, and the like of the foreign matter on the entire surface of the wafer 205 and record it as foreign matter data of the wafer 205.
  • the wafer 205 for which the measurement has been completed is transferred from the wafer chuck 200 again by the transfer device 12, and is returned to the wafer cassette of the introduction unit 11. This is repeated to inspect all wafers 205 in the cassette for foreign matter.
  • the control device 14 controls the operations of the transfer device 12, the wafer chuck 200, the motor 132, and the linear motion moving means 133.
  • the control device 14 can be configured by a computer terminal such as a personal computer, a smartphone, or a tablet.
  • the wafer processing system 10 is installed in a space where cleanliness is maintained so that foreign matter does not adhere to the wafer 205.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the wafer chuck 200, and the wafer 205 is shown as a transmission view away from the wafer chuck 200.
  • the wafer chuck 200 includes a rotary stage 201, a wafer support portion 202, a plurality of air bearing pads 300, and a plurality of clamp portions 206.
  • the rotation stage 201 is connected to the motor 132 so as to rotate about its center as a rotation axis.
  • the wafer support portion 202 is a convex portion provided along the outer periphery of the upper surface of the rotary stage 201, and supports the edge portion of the wafer 205 from the lower surface of the wafer 205.
  • the air bearing pad 300 is provided on the upper surface side of the rotary stage 201.
  • the air bearing pad 300 has a gas supply port 203 and a gas exhaust port 204, respectively, and uses gas force to hold the wafer 205 in the out-of-plane direction.
  • the arrangement pattern of the air bearing pad 300 when the wafer chuck 200 is viewed from above in a plan view may be point symmetry with the rotation center of the rotation stage 201 as a point of symmetry, or may be random arrangement. By making the arrangement pattern of the air bearing pad 300 point-symmetrical, it becomes easy to control the vibration of the wafer 205.
  • the gas supply port 203 is provided in the center of the air bearing pad 300.
  • the gas exhaust port 204 has an annular shape centered on the gas supply port 203 in a plan view, and is arranged so as to surround the gas supply port 203. Therefore, the distance between the gas supply port 203 and the gas exhaust port 204 is constant. As described above, the gas supply port 203 forms a pair of supply / exhaust ports having one gas exhaust port 204 for one gas supply port 203.
  • the gas supply port 203 of one (first) air bearing pad 300 is used as the first gas supply port, and the gas exhaust port 204 arranged around the gas supply port 203 is used as the first gas exhaust port.
  • the gas supply port 203 of the other (second) air bearing pad 300 is used as the second gas supply port, and the gas exhaust port 204 arranged around the gas supply port 203 is used as the second gas exhaust port.
  • a circle centered on the first gas supply port and having a radius of the distance between the first gas supply port and the first gas exhaust port is defined as the first virtual circumference.
  • a circle centered on the second gas supply port and having a radius of the distance between the second gas supply port and the second gas exhaust port is defined as the second virtual circumference.
  • the gas exhaust port 204 is located between the gas supply ports 203.
  • the structure and pressure conditions are provided so that the amount of gas supplied to the gas supply port 203 and the amount of gas exhausted from the gas exhaust port 204 are equal. As a result, the flow path is completed for each air bearing pad 300, and the airflow does not interfere with the other air bearing pads 300.
  • the material of the rotary stage 201 and the material of the air bearing pad 300 may be the same or different.
  • the clamp portion 206 holds the wafer 205 by pressing the edge of the wafer 205 in the in-plane direction.
  • six clamp portions 206 are provided at equal intervals, but the number is not limited to six.
  • FIG. 3A is a plan view of the air bearing pad 300.
  • FIG. 3B is a sectional view taken along the line CC of FIG. 3A.
  • the gas supply port 203 upstream is the radius of the gas exhaust port 204.
  • Space 203a with a larger radius is provided. That is, the upper end of the gas supply port 203 is provided at a position lower than the upper end of the gas exhaust port 204. Downstream from the space 203a, the clearance is set to be the closest to the wafer 205. At the most downstream, it is exhausted by the gas exhaust port 204.
  • a virtual circumference C can be defined with the gas supply port 203 as the center and the distance between the gas supply port 203 and the gas exhaust port 204 as the radius.
  • the distance between the gas supply port 203 and the gas exhaust port 204 is the distance between the center of the gas supply port 203 and the center in the width direction of the ring formed by the gas exhaust port 204.
  • gas is supplied to the gas supply port 203 by applying a positive pressure, and negative pressure is applied to the gas exhaust port 204.
  • a gas supply source (not shown) that supplies gas by applying positive pressure is connected to the lower end of the gas supply port 203, and a gas that exhausts gas by applying negative pressure to the lower end of the gas exhaust port 204.
  • An exhaust source (not shown) is connected.
  • FIG. 4A is a plan view showing an aspect of the air flow in the air bearing pad 300.
  • 4 (b) is a cross-sectional view taken along the line DD (lower) of FIG. 4 (a) and a diagram showing the pressure distribution in the air bearing pad 300 (upper).
  • the gas streamline 350 is shown by the dotted line.
  • the gas overflowing the space 203a flows in the 360 ° direction. Since the gas flowing out of the space 203a passes through a region narrower than the gap between the wafer 205 and the space 203a, the passing speed is increased. As a result, the region between the space 203a and the gas exhaust port 204 becomes a negative pressure region lower than the atmospheric pressure, and a force for pulling the wafer 205 toward the wafer chuck 200 is generated.
  • this pressure action is drawn as a pressure distribution from the gas supply port 203 to the gas exhaust port 204, it will be as shown in the upper part of FIG. 4 (b). Since the facing surface of the wafer 205 of the air bearing pad 300 has a pressure distribution in which a positive pressure region and a negative pressure region exist, a pressing force and a tensile force are generated on the wafer 205. As a result, a gap G that is in equilibrium with the wafer weight is generated between the wafer 205 and the air bearing pad 300. This gap G indicates the force acting on the wafer 205 when the pressure curve is in-plane integrated of the air bearing pad 300 in the upper graph of FIG. 4B, but the value on the positive pressure side with the equilibrium pressure point as the boundary.
  • the distance is such that (repulsive force with respect to wafer 205) and the value on the negative pressure side (attractive force with respect to wafer 205) are equal.
  • the distance between the wafer 205 and the air bearing pad 300 deviates from this equilibrium gap G, that is, when the wafer 205 approaches the air bearing pad 300 side, for example, the positive pressure on the wafer 205 prevails and a repulsive force acts.
  • the distance is increased, the tensile force becomes stronger and the attractive force works.
  • the holding rigidity of the wafer 205 is generated. From this, it is possible to increase the holding rigidity of the wafer 205 by increasing the values of both while keeping the ratio of the supply pressure of the gas supply port 203 and the exhaust pressure of the gas exhaust port 204 as it is.
  • the wafer holding rigidity of the wafer chuck 200 may be any as long as it can hold the weight of one wafer 205.
  • the holding rigidity of the air bearing pads 300 can be shared by the number of the air bearing pads 300 arranged on the wafer chuck 200, so that a design with a margin is possible.
  • the gap between the wafer 205 and the wafer chuck 200 is controlled, and the wafer 205 can be held in the out-of-plane direction with high flatness.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 2, showing the operation of each component of the clamp portion 206 before holding the wafer 205 in the in-plane direction.
  • the clamp portion 206 is built in the wafer chuck 200 and includes a cam 211, an air cylinder 212, a bearing 213, a bearing holding portion 214, a compression spring 215, and a rod 216.
  • a link that allows displacement in the circumferential direction is connected to the rod 216, and a holding claw (pressing portion) that comes into contact with the wafer 205 is mounted on the link.
  • the air cylinder 212 is arranged on the central axis below the rotary stage 201 which is the base of the wafer chuck 200, and the cam 211 is mounted on the air cylinder 212 so as to be movable up and down. Air is supplied to the air cylinder 212 by a pump or the like (not shown). The supply of air to the air cylinder 212 is controlled by the control device 14 described above.
  • the bearing 213 is held by the bearing holding portion 214 and comes into contact with the cam 211 to convert the vertical movement of the cam 211 into the radial direction of the rotation stage 201.
  • the rod 216 can move relative to the bearing holding portion 214 in the radial direction.
  • the compression spring 215 supports the bearing holding portion 214 and the rod 216 in the radial direction.
  • the air cylinder 212 operates, and when the cam 211 moves upward, the rod 216 moves inward in the radial direction.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 2, showing the operation of each component of the clamp portion 206 when the wafer 205 is held by the holding claw 218 after the wafer 205 is mounted on the rotary stage 201.
  • the operation of the air cylinder 212 is stopped, and when the cam 211 moves downward, the rod 216 moves outward in the radial direction.
  • FIG. 7 is a cross-sectional perspective view taken along the line AA of FIG. 2, showing the periphery of the holding claw 218.
  • the rod 216 extends to the outer peripheral end portion (radial end portion) of the rotary stage 201, and the link 217 is connected to the end portion of the rod 216.
  • the link 217 can rotate with the vertical direction (out-of-plane direction of the wafer 205) as the rotation axis direction.
  • the link 217 is provided with a holding claw 218 that is rotatably supported in the in-plane direction of the wafer 205 with the vertical direction as the rotation axis direction.
  • the surface of the holding claw 218 in contact with the wafer 205 is a surface perpendicular to the surface of the wafer 205, and is an upright cylindrical surface in this embodiment.
  • the wafer 205 can be held in the horizontal direction even if the surface of the holding claw 218 in contact with the wafer 205 is flat.
  • the mechanism of the clamp portion 206 excluding the air cylinder 212 and the cam 211 is arranged symmetrically with respect to the central axis of the wafer chuck 200.
  • the number of mechanisms such as the holding claws 218 can be determined in consideration of the generated holding force of each mechanism and the required holding force of the wafer 205.
  • the control device 14 brings the wafer 205 into the inspection chamber 13 by the transfer device 12, and then supplies air to the air cylinder 212.
  • the cam 211 moves upward and the rod 216 moves inward in the radial direction.
  • the holding claw 218 is attached at a position symmetrical with respect to the rotation axis of the link 217, the link 217 is displaced inward in the radial direction in accordance with the movement of the rod 216, and is indicated by a white arrow in FIG.
  • the holding claw 218 is displaced outward in the radial direction.
  • the position of the holding claw 218 moves to the outside of the outer peripheral end of the wafer 205, so that the wafer chuck 200 is ready to receive the wafer 205.
  • the transfer device 12 is arranged on the rotary stage 201, and the wafer 205 is placed on the annular wafer support portion 202 that vertically holds the outer peripheral portion of the lower surface of the wafer 205.
  • the control device 14 (FIG. 1) stops the air supply to the air cylinder 212 after the transfer device 12 is ejected.
  • the cam 211 moves downward and the rod 216 moves outward in the radial direction, and as shown by the black arrow in FIG. 7, the holding claw 218 rotates horizontally.
  • the bearing holding portion 214, the rod 216, and the compression spring 215 connecting them move integrally to the outer peripheral side in the direction of the black arrow in FIGS. 6 and 7 until the holding claw 218 abuts on the outer peripheral end of the wafer 205. do.
  • the bearing holding portion 214 continues to move outward in the radial direction until the movement of the cam 211 is completed.
  • the compression spring 215 contracts because the relative distance between the bearing holding portion 214 and the rod 216 decreases.
  • the compression spring 215 generates an axial force due to the reaction force, and this force propagates to the holding claw 218.
  • the spring force of the compression spring 215 becomes the holding force in the in-plane direction of the wafer 205 of the holding claw 218.
  • the spring force of the compression spring 215 is the distance between the joint axis (force point) of the link 217 from the rotation center (fulcrum) of the holding claw 218 and the distance of the holding claw 218 (action point) from the same rotation center. Become a ratio.
  • the functions required to hold the wafer 205 by the clamp portion 206 are mainly the alignment function when the wafer 205 is mounted, the slip prevention function when the rotation starts up, and the centrifugal force caused by the eccentricity of the wafer 205 during steady rotation. It is a function to do.
  • the alignment function when the wafer 205 is mounted is covered by a static holding force. This is the holding force generated by the compression spring 215 of the clamp portion 206.
  • slip prevention and centrifugal force of wafer 205 the centrifugal force generated by each part of the clamp portion 206 is added to the holding force, so this is taken into consideration.
  • a holding force higher than the inertial force for the wafer 205 to stand still is required.
  • a holding force equal to or greater than the centrifugal force obtained by integrating the eccentricity, mass, and rotation speed of the wafer 205 is required.
  • the holding force against these can be adjusted by the shape and mass of parts such as the bearing 213, the bearing holding portion 214, the rod 216, and the link 217.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an operation of loading the wafer 205 into the wafer chuck 200. Each operation of FIG. 8 is executed by driving each device by the control device 14 of the wafer processing system 10 shown in FIG. 1, but in the following, each device of the wafer processing system 10 will be described as the main body of the operation. ..
  • step S1 the wafer chuck 200 descends and retracts.
  • step S2 the transfer device 12 transfers the wafer 205 until the center of the rotation stage 201 of the wafer chuck 200 in the inspection chamber 13 coincides with the center of the wafer 205.
  • step S3 the wafer chuck 200 rises to a height at which the wafer 205 can be loaded.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state of the wafer chuck 200 in step S4.
  • the rotary stage 201 is connected to the gas supply source 401 connected to each of the gas supply ports 203 of all the air bearing pads 300 by the pipe 403 and to each of the gas exhaust ports 204 by the pipe 404.
  • a gas exhaust source 402 is provided.
  • the gas supply source 401 and the gas exhaust source 402 can be configured by, for example, a pump.
  • the drive of the gas supply source 401 and the gas exhaust source 402 is controlled by the above-mentioned control device 14 (FIG. 1).
  • step S4 the control device 14 drives the gas supply source 401 to supply positive pressure gas to the gas supply ports 203 of all the air bearing pads 300.
  • the central portion of the wafer 205 is deformed due to its own weight subsidence that bends in the direction of gravity when it is being transported or moved onto the wafer chuck 200 (wafer 205b).
  • the central portion of the wafer 205 may come into contact with the wafer chuck 200 due to the self-weight subsidence of the wafer 205.
  • gas is supplied from the gas supply source 401, and a positive pressure gas is discharged from the air bearing pad 300.
  • the deformation of the wafer 205 due to the subsidence of its own weight is corrected, so that it is possible to avoid contact of the wafer 205 with the wafer chuck 200.
  • step S5 the wafer chuck 200 rises until the wafer 205 is placed on the wafer support portion 202.
  • step S6 the control device 14 drives the gas supply source 401 and the gas exhaust source 402 to hold the lower surface of the wafer 205 in the out-of-plane direction.
  • step S7 the control device 14 drives the clamp portion 206 and holds the wafer 205 in the in-plane direction while centering the wafer 205 by the holding claw 218, and the loading of the wafer 205 into the wafer chuck 200 is completed.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state of the wafer chuck 200 in step S7.
  • the wafer 205 is held in the out-of-plane direction by the air bearing pad 300, and is held in the in-plane direction by the holding claw 218, so that the wafer 205 is held by the wafer chuck 200 with high flatness.
  • the wafer 205 held as described above is inspected for the amount and coordinates of surface dust by the optical measuring unit 131 (FIG. 1).
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the wafer chuck 200 according to the first modification.
  • the pipe 403 is branched so that gas can be supplied only to the air bearing pad 300 located at the center of the rotary stage 201, and the gas to the air bearing pad 300 located at the peripheral edge thereof.
  • a valve 450 switching mechanism for controlling the supply and cutoff of the gas is provided. The opening and closing of the valve 450 can be controlled by the control device 14.
  • step S4 the subsidence of the wafer 205 by its own weight can be corrected more efficiently by closing the valve 450 and supplying the positive pressure gas only to the air bearing pad 300 located at the center of the rotary stage 201. can.
  • step S6 the valve 450 is opened.
  • the valve 450 is built in the wafer chuck 200, but the effect is of course the same even if the valve 450 is installed outside the wafer chuck 200.
  • FIG. 12A is a plan view showing the air bearing pad 301 according to the second modification.
  • 12 (b) is a cross-sectional view taken along the line EE of FIG. 12 (a).
  • an annular groove 204a is provided on the upper surface of the air bearing pad 301 so as to surround the periphery of the gas supply port 203, and a plurality of gases communicating with the groove 204a are provided.
  • An exhaust port 204b is provided.
  • the number of gas exhaust ports 204 can be changed according to the arrangement pattern of the air bearing pads 301. In the example shown in FIG. 12 (a), four gas exhaust ports 204b are provided every 90 °. The distance between the center of the gas supply port 203 and the center of each gas exhaust port 204b when the air bearing pad 301 is viewed in a plan view is the same.
  • the inside of the groove 204a becomes a negative pressure region, and all the gas supplied from the gas supply port 203 can be exhausted from the gas exhaust port 204b formed in the groove 204a. In this way, the flow path is completed for each air bearing pad 301, and the airflow does not interfere with the other air bearing pads 301.
  • the depth of the groove 204a is not limited, but may be, for example, equal to the depth of the space 203a or deeper than the space 203a. By setting the depth of the groove 204a to be equal to or greater than the depth of the space 203a, the gas can be exhausted more efficiently.
  • the gas supply port 203 of one (first) air bearing pad 301 is used as the first gas supply port, and the gas exhaust gas arranged around the gas supply port 203 is used as the first gas supply port.
  • the port 204b is used as the first gas exhaust port.
  • the gas supply port 203 of the other (second) air bearing pad 301 is used as the second gas supply port, and the gas exhaust port 204b arranged around the gas supply port 203 is used as the second gas exhaust port.
  • a circle centered on the first gas supply port and having a radius of the distance between the first gas supply port and the first gas exhaust port is defined as the first virtual circumference.
  • a circle centered on the second gas supply port and having a radius of the distance between the second gas supply port and the second gas exhaust port is defined as the second virtual circumference.
  • FIG. 13A is a plan view showing the air bearing pad 302 according to the modified example 3.
  • 13 (b) is a cross-sectional view taken along the line FF of FIG. 13 (a).
  • the air bearing pad 302 does not have the groove 204a described above, and a plurality of gas exhaust ports 204c are provided so as to surround the periphery of the gas supply port 203. ing. In the example shown in FIG. 13A, eight gas exhaust ports 204c are provided on the virtual circumference C at intervals of 45 °.
  • one or a plurality of gas supply ports 203 are provided on the rotary stage 201 so as to surround each of the plurality of gas supply ports 203.
  • a gas exhaust port 204 is provided.
  • the mechanical restraint of the wafer 205 is only the in-plane pressing using the holding claw 218 of the clamp portion 206, and the factor that causes the deformation of the wafer 205 is eliminated, so that high flatness should be achieved. Is possible.
  • the wafer chuck 200 can hold the wafer 205 with high flatness, when it is mounted on a foreign matter inspection device, foreign matter detection can be performed with high accuracy.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the wafer chuck 200 according to the second embodiment.
  • the first gas supply source 405 and the first gas exhaust source 406 are connected to the air bearing pad 300 located in the central portion of the rotary stage 201, and the peripheral portion of the rotary stage 201 is connected.
  • a second gas supply source 407 and a second gas exhaust source 408 are connected to the air bearing pad 300 located at.
  • the first gas supply source 405 and the second gas supply source 407 can supply gas having different pressures (supply pressures).
  • the first gas exhaust source 406 and the second gas exhaust source 408 can exhaust gas at different pressures (exhaust pressures).
  • the pressures (supply pressure and exhaust pressure values) of the first gas supply source 405 and the first gas exhaust source 406 are set to the second gas supply source 407 and the second gas supply source 407 while maintaining the ratio of the supply pressure and the exhaust pressure.
  • the pressure higher than the pressure (value of supply pressure and exhaust pressure) of the gas exhaust source 408 of No. 2, the holding force of the wafer 205 at a high flatness can be strengthened against disturbance.
  • the air bearing pad 300 located in the central portion and the air bearing pad 300 located in the peripheral portion thereof can have different gas supply and exhaust pressures, but the first gas.
  • the connection destination of the supply source 405 and the first gas exhaust source 406, and the connection destination of the second gas supply source 407 and the second gas exhaust source 408 can be arbitrarily changed.
  • a plurality of gas supply sources and a plurality of gas exhaust sources can be connected to one air bearing pad 300.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing the structure of the wafer chuck 200 according to the third embodiment.
  • the upper surface of the rotary stage 201 is formed in a stepped structure that becomes lower toward the center along the shape (wafer 205b) when the wafer 205 is deformed due to its own weight subsidence.
  • the number of steps is three, but it may be two or more.
  • the shape of the rotating stage 201 may be a structure in which the height changes continuously instead of a stepped structure.
  • a plurality of sets of gas supply sources and gas exhaust sources are connected to the rotary stage 201 of the present embodiment as in the second embodiment, and the air bearing pad in the central portion is maintained while maintaining the ratio of the supply pressure and the exhaust pressure.
  • the value of the supply pressure of the gas supplied to the 300 is made larger than the value of the supply pressure of the gas supplied to the air bearing pad 300 in the peripheral portion, and the value of the exhaust pressure of the gas exhausted from the air bearing pad 300 in the central portion is set. , It is also possible to make it larger than the value of the exhaust pressure of the gas exhausted from the air bearing pad 300 at the peripheral portion.
  • the rotary stage 201 has a shape that is lower toward the center and higher toward the outside in the radial direction.
  • the wafer chuck 200 is raised in steps S3 to S4 to bring the wafer 205 and the rotary stage 201 closer to each other, the wafer 205 and the rotary stage 201 come into contact with each other without supplying gas from the gas supply source 401. Can be avoided. Therefore, it is possible to reduce the energy required for the operation of loading the wafer 205 into the wafer chuck 200.
  • the air bearing pad can freely select the desired structure and performance according to the position such as the radius mounted on the rotating stage. can.

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Abstract

本開示は、基板を高い平坦度で高精度に保持する技術を提供する。本開示の基板保持装置は、回転ステージと、前記回転ステージによる回転対象である基板のエッジを前記基板の面方向に支持するクランプ部と、を備え、前記回転ステージには、前記基板に向かって気体を供給する複数の気体供給口と、前記複数の気体供給口のそれぞれの周囲を囲むように、前記複数の気体供給口ごとに設けられた１つ又は複数の気体排気口と、が設けられている。

Description

基板保持装置及び基板処理装置
　本開示は、基板保持装置及び基板処理装置に関する。
　半導体製造工程において、半導体ウェハ等の基板上に異物が存在すると、配線の絶縁不良や短絡等の不良の原因となる。これらの異物は、搬送装置等の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスにより処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたもの等、種々の状態で混入される。磁気ディスクや液晶表示素子の製造工程においても同様であり、発生した異物の基板（磁気ディスク又は液晶表示素子）への付着は不良の原因となる。
　そこで、製造工程において表面検査装置を用いて基板表面の異物を検出し、管理することにより、各製造装置の発塵状況や各工程の清浄度などを監視・制御し、製品の品質向上や歩留り向上等を図っている。異物検査の方法は、基板表面にレーザ光などの光を照射し、異物からの散乱光を検知することで、異物の大きさ、付着位置等を検査し、固有情報として取得するものである。したがって、基板表面のうねり等があると、散乱光の角度がばらつき、異物の大きさや付着位置の精度に影響が生じ、基板の異物情報の信頼性を低下させてしまう。
　基板表面のうねりの一要因である基板の保持方法としては、大別して裏面吸着式及び裏面非接触式がある。裏面吸着式は平坦なテーブルに空気吸込み口を設け、基板裏面を吸着するものであり、基板のうねりはテーブルの平坦度に依存する。一方、裏面非接触式は、基板を外部より基板の外周近傍を保持して、基板面を宙に浮かせる保持方式であり、基板のうねりを抑えて平坦度を確保するには高度な機構が必要である。
　裏面非接触式に関する技術として、特許文献１は、チャック面に複数の加圧ガス要素とそのガスを吸出す複数の真空要素を配置して、ウェハを宙に浮かせて上下方向に保持し、かつウェハエッジで水平方向に保持する回転ウェハチャック機構を開示している。
特表２０１７－５０４１９９号公報
　特許文献１は、ウェハ裏面のチャック面への接触を回避しつつウェハの平坦性を保つことができる構造となっている。１つの加圧ガス要素である気体供給部と複数の真空要素である気体排気部が隣接して配置されることで、加圧ガス要素からの気体は複数の真空要素に流れ、排気される形態となっている。すなわち、加圧ガス要素から供給された気体は、隣接した真空要素に排気される。ウェハチャック機構は回転駆動されるため、加圧ガス要素や真空要素も同様に回転する。このため、加圧ガス要素からの気体は回転半径位置に応じて遠心力が作用して外側に流れがちになる。ウェハ保持は気体の正圧及び負圧の平衡によりなされるものであるので、静止時と回転時では気流分布すなわち圧力分布が変化することとなる。その結果、ウェハに対する気体的な保持力分布が変動することになり、ウェハの平坦度に悪影響を及ぼす可能性がある。
　そこで、本開示は、基板を高い平坦度で高精度に保持する技術を提供する。
　本開示の基板保持装置は、回転ステージと、前記回転ステージによる回転対象である基板のエッジを前記基板の面方向に支持するクランプ部と、を備え、前記回転ステージには、前記基板に向かって気体を供給する複数の気体供給口と、前記複数の気体供給口のそれぞれの周囲を囲むように、前記複数の気体供給口ごとに設けられた１つ又は複数の気体排気口と、が設けられている。
　本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
　本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではない。
　本開示の基板保持装置によれば、基板を高い平坦度で高精度に保持することができる。上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
第１の実施形態のウェハ処理システムを示す模式図である。 第１の実施形態のウェハチャックを示す斜視図である。 図３（ａ）はエアベアリングパッドの平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ－Ｃ断面図である。 図４（ａ）はエアベアリングパッドにおける気流の様相を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＤ－Ｄ断面図（下段）及び圧力分布を示す図（上段）である。 図２のＢ－Ｂ断面図であり、ウェハを面内方向に保持する前におけるクランプ部の各部品の動作を示す。 図２のＢ－Ｂ断面図であり、保持爪でウェハを保持する際のクランプ部の各部品の動作を示す。 図２のＡ－Ａ断面斜視図である。 ウェハをウェハチャックに装填する動作を示すフローチャートである。 図８のステップＳ４におけるウェハチャックの状態を示す断面図である。 図８のステップＳ７におけるウェハチャックの状態を示す断面図である。 変形例１に係るウェハチャックの構成を示す断面図である。 図１２（ａ）は変形例２に係るエアベアリングパッドを示す平面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＥ－Ｅ断面図である。 図１３（ａ）は変形例３に係るエアベアリングパッドを示す平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＦ－Ｆ断面図である。 第２の実施形態に係るウェハチャックの構成を示す断面図である。 第３の実施形態に係るウェハチャックの構造を示す断面図である。
　各実施形態において、基板保持装置により保持される基板をウェハとして説明するが、本開示の基板はウェハに限定されず、ガラス基板、液晶パネル、電子回路基板、光ディスク又は磁気ディスクなど、平板形状であれば種類は問わない。
　本開示において、ウェハ面の垂直方向を「面外方向」あるいは「垂直方向」とし、ウェハ面に沿う方向を「面内方向」あるいは「水平方向」とする。また、回転ステージと基板（ウェハ）保持機構を搭載した部材をウェハチャック（基板保持装置）とする。
［第１の実施形態］
＜ウェハ処理システムの構成例＞
　図１は、第１の実施形態に係るウェハ処理システム１０を示す模式図である。図１に示すように、ウェハ処理システム１０（基板処理装置）は、導入部１１、搬送装置１２、検査室１３及び制御装置１４を備える。
　ウェハ２０５は、不図示のウェハカセットに収納された状態で、導入部１１に装填される。搬送装置１２は、導入部１１に装填されたウェハカセットからウェハ２０５を取り出し、１枚ずつ検査室１３（例えば異物検査装置）へ搬送する。
　検査室１３は、ウェハチャック２００、光学測定部１３１、モータ１３２及び直動移動手段１３３を備える。検査室１３へ搬送されたウェハ２０５は、ウェハチャック２００の上に配置され、ウェハチャック２００により高い平坦度で保持される。ウェハチャック２００によるウェハ２０５の保持方法については後述する。光学測定部１３１は、ウェハチャック２００の上方において位置が固定されており、ウェハ２０５の異物の位置及び大きさを光学的に測定する。このように、重力方向の配置は上方から光学測定部１３１、ウェハ２０５、ウェハチャック２００の順である。光学測定部１３１による測定結果は、制御装置１４に送信される。
　ウェハチャック２００は、ウェハ２０５を回転移動させながら異物を測定可能なように、モータ１３２により回転支持されている。直動移動手段１３３は、モータ１３２の回転軸に対し垂直方向にモータ１３２を移動させる。このような構成により、制御装置１４は、ウェハ２０５全面の異物の大きさ、位置等をマッピングし、ウェハ２０５の異物データとして記録することができる。測定が終了したウェハ２０５は、再び搬送装置１２によりウェハチャック２００から移送されて、導入部１１のウェハカセットに戻される。これを繰り返し、カセット内の全ウェハ２０５に対して異物を検査する。
　制御装置１４は、搬送装置１２、ウェハチャック２００、モータ１３２及び直動移動手段１３３の動作を制御する。制御装置１４は、例えばパーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレットなどのコンピュータ端末により構成することができる。
　ウェハ２０５へ異物を付着させないように、ウェハ処理システム１０は清浄度が保たれた空間に設置される。
＜ウェハチャックの構成例＞
　図２は、ウェハチャック２００を示す斜視図であり、ウェハ２０５はウェハチャック２００から離して透過図として図示している。図２に示すように、ウェハチャック２００は、回転ステージ２０１、ウェハ支持部２０２、複数のエアベアリングパッド３００、複数のクランプ部２０６を備える。
　回転ステージ２０１は、その中心を回転軸として回転するように、モータ１３２に接続されている。ウェハ支持部２０２は、回転ステージ２０１の上面の外周に沿って設けられた凸部であり、ウェハ２０５のエッジ部をウェハ２０５の下面から支持する。
　エアベアリングパッド３００は、回転ステージ２０１の上面側に設けられている。エアベアリングパッド３００は、それぞれ気体供給口２０３及び気体排気口２０４を有しており、気体力を用いてウェハ２０５の面外方向を保持する。ウェハチャック２００を上方から平面視したときのエアベアリングパッド３００の配置パターンは、回転ステージ２０１の回転中心を対称点とする点対称であってもよいし、ランダム配置であってもよい。エアベアリングパッド３００の配置パターンを点対称とすることで、ウェハ２０５の振動の制御が容易となる。
　気体供給口２０３は、エアベアリングパッド３００の中央に設けられている。気体排気口２０４は、平面視において気体供給口２０３を中心とする円環状であり、気体供給口２０３の周りを取り囲むように配置されている。したがって、気体供給口２０３と気体排気口２０４との距離は一定である。このように、気体供給口２０３は、１つの気体供給口２０３に対し１つの気体排気口２０４を有する１対の供給排気口をなしている。
　ここで、ある１つの（第１の）エアベアリングパッド３００の気体供給口２０３を第１の気体供給口とし、その周囲に配置された気体排気口２０４を第１の気体排気口とする。同様に、他の（第２の）エアベアリングパッド３００の気体供給口２０３を第２の気体供給口とし、その周囲に配置された気体排気口２０４を第２の気体排気口とする。また、第１の気体供給口を中心とし、第１の気体供給口と第１の気体排気口との距離を半径とする円を第１の仮想円周とする。同様に、第２の気体供給口を中心とし、第２の気体供給口と第２の気体排気口との距離を半径とする円を第２の仮想円周とする。このとき、第１の気体供給口と第２の気体供給口との間に、第１の仮想円周の一部と第２の仮想円周の一部とが存在する。換言すれば、本実施形態においては、任意の２つのエアベアリングパッド３００において、それぞれの気体供給口２０３の間に、気体排気口２０４が位置する。
　１つのエアベアリングパッド３００において、気体供給口２０３に供給される気体の量と気体排気口２０４から排気される気体の量が均等となるような構造及び圧力の条件が与えられる。これにより、エアベアリングパッド３００ごとに流路が完結し、他のエアベアリングパッド３００とは気流干渉しない。
　回転ステージ２０１の材質とエアベアリングパッド３００の材質とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
　クランプ部２０６は、ウェハ２０５のエッジを面内方向に押圧することによりウェハ２０５を保持する。図２に示す例において、クランプ部２０６は等間隔で６つ設けられているが、その数は６つに限定されない。
＜面外方向の保持構造＞
　ウェハ２０５の面外方向の保持構造について説明する。
　図３（ａ）は、エアベアリングパッド３００の平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ－Ｃ断面図である。
　図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、気体供給口２０３を上流とし、気体排気口２０４を下流とした流路において、上流となる気体供給口２０３には、気体排気口２０４の半径より大きい半径を有する空間２０３ａが設けられている。すなわち、気体排気口２０４の上端より低い位置に気体供給口２０３の上端が設けられている。空間２０３ａより下流では、ウェハ２０５に最接近するクリアランスとする。最下流では気体排気口２０４によって排気される。
　上述のように、エアベアリングパッド３００ごとに、気体供給口２０３を中心とし、気体供給口２０３と気体排気口２０４との距離を半径とする仮想円周Ｃを定義することができる。気体供給口２０３と気体排気口２０４との距離は、気体供給口２０３の中心と、気体排気口２０４が構成する円環の幅方向の中心との距離である。
　図３（ｂ）に示すように、気体供給口２０３へは正圧の印加により気体が供給され、気体排気口２０４には負圧が印加される。気体供給口２０３の下端には、正圧を印加して気体を供給する気体供給源（不図示）が接続され、気体排気口２０４の下端には、負圧を印加して気体を排気する気体排気源（不図示）が接続される。
　図４（ａ）は、エアベアリングパッド３００における気流の様相を示す平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＤ－Ｄ断面図（下段）及びエアベアリングパッド３００における圧力分布を示す図（上段）である。図４（ａ）及び（ｂ）において、気体の流線３５０が点線で示されている。
　図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、気体供給口２０３から大気圧以上の圧力でウェハ２０５との空間２０３ａに気体を供給することで、ウェハ２０５を押し上げる力を作用させることができる。空間２０３ａは、ウェハ２０５との対向面積や空間体積を確保できるためバッファ空間として作用するので、ウェハ２０５に面した領域は均等な圧力分布となる。したがって、ウェハ２０５と気体供給口２０３のクリアランスが変動しても、圧力の変動を極力少なくできる。
　空間２０３ａをあふれた気体は３６０°方向に流れる。空間２０３ａから流れ出る気体は、ウェハ２０５と空間２０３ａとのギャップより狭い領域を通ることになるため、通過速度が増速される。これによって、空間２０３ａと気体排気口２０４との間の領域においては大気圧より低い負圧領域となり、ウェハ２０５をウェハチャック２００側に引っ張る力が生成される。
　気体排気口２０４に流れてきた気体は、ここで排気されるためウェハ２０５に作用する圧力の領域は気体排気口２０４で完結する。
　この圧力作用を気体供給口２０３から気体排気口２０４に至る圧力分布として描くと図４（ｂ）の上段のようになる。エアベアリングパッド３００のウェハ２０５の対向面は正圧領域と負圧領域が存在する圧力分布であるので、ウェハ２０５に対しては押圧力と引張り力が発生する。これによって、ウェハ２０５とエアベアリングパッド３００との間にウェハ重量と平衡する空隙Ｇが発生する。この空隙Ｇは、図４（ｂ）上段のグラフにおいて、圧力曲線をエアベアリングパッド３００の面内積分したとき、すなわちウェハ２０５に作用する力を示すが、平衡圧力点を境に正圧側の値（ウェハ２０５に対する斥力）と負圧側の値（ウェハ２０５に対する引力）が等しくなる距離になる。ウェハ２０５とエアベアリングパッド３００との距離がこの平衡した空隙Ｇからずれた場合、すなわち、例えばウェハ２０５がエアベアリングパッド３００側に近づいた場合はウェハ２０５に対する正圧が勝るため斥力が働く。また、逆に遠ざかると引張り力が勝るため引力が働く。この作用によりウェハ２０５の保持剛性が発生する。これより、気体供給口２０３の供給圧力と気体排気口２０４の排気圧力の比率はそのままに、両者の値を大きくすれば、ウェハ２０５の保持剛性を大きくすることが可能である。
　ウェハチャック２００のウェハ保持剛性はウェハ２０５の１枚分の重量を保持できる剛性であればよい。エアベアリングパッド３００をウェハチャック２００に複数個配置することにより、エアベアリングパッド３００の保持剛性はウェハチャック２００上に配置した個数で分担できるため、マージンを持った設計が可能である。以上の作用によってウェハ２０５とウェハチャック２００の隙間が制御され、ウェハ２０５を面外方向に高平坦度で保持できる。
＜面内方向の保持構造＞
　図５は、図２のＢ－Ｂ断面図であり、ウェハ２０５を面内方向に保持する前におけるクランプ部２０６の各部品の動作を示す。図５に示すように、クランプ部２０６は、ウェハチャック２００に内蔵されており、カム２１１、エアシリンダ２１２、ベアリング２１３、ベアリング保持部２１４、圧縮ばね２１５及びロッド２１６を備える。図７を用いて後述するように、ロッド２１６には、周方向への変位を許容するリンクが接続され、リンクにはウェハ２０５と接触する保持爪（押圧部）が搭載される。
　エアシリンダ２１２は、ウェハチャック２００のベースである回転ステージ２０１の下方において中心軸上に配置され、エアシリンダ２１２にはカム２１１が上下移動可能に装着されている。エアシリンダ２１２には、図示しないポンプ等によりエアが供給される。エアシリンダ２１２へのエアの供給は、上述の制御装置１４により制御される。ベアリング２１３はベアリング保持部２１４に保持されてカム２１１と接触し、カム２１１の上下方向の動きを回転ステージ２０１の半径方向に変換する。ロッド２１６は、ベアリング保持部２１４に対して径方向に相対移動可能である。圧縮ばね２１５は、ベアリング保持部２１４とロッド２１６とを径方向に支持する。
　図５に白矢印で示すように、エアシリンダ２１２が動作し、カム２１１が上方に移動したときにロッド２１６が径方向内側に移動する。
　図６は、図２のＢ－Ｂ断面図であり、ウェハ２０５を回転ステージ２０１に搭載後、保持爪２１８でウェハ２０５を保持する際のクランプ部２０６の各部品の動作を示す。図６に黒矢印で示すように、エアシリンダ２１２の動作が停止し、カム２１１が下方に移動したときにロッド２１６が径方向外側に移動する。
　図７は、図２のＡ－Ａ断面斜視図であり、保持爪２１８の周囲を示している。図７に示すように、ロッド２１６は、回転ステージ２０１の外周端部（径方向端部）まで延設され、ロッド２１６の端部にはリンク２１７が接続されている。リンク２１７は、垂直方向（ウェハ２０５の面外方向）を回転軸方向として回転可能である。リンク２１７には、垂直方向を回転軸方向としてウェハ２０５の面内方向に回転可能に支持された保持爪２１８が設けられている。
　保持爪２１８のウェハ２０５と接する面はウェハ２０５の面に対して垂直な面であり、本実施形態では直立した円筒面としている。もちろん、保持爪２１８のウェハ２０５と接する面が平面であっても、ウェハ２０５を水平方向に保持することができる。
　クランプ部２０６のエアシリンダ２１２とカム２１１を除く機構が、ウェハチャック２００の中心軸対称に配置される。保持爪２１８等の機構の個数は、各機構の発生保持力とウェハ２０５の必要保持力を考慮して決定することができる。
　クランプ部２０６の動作を説明する。制御装置１４（図１）は、搬送装置１２によってウェハ２０５を検査室１３内に持ち込んだ後、エアシリンダ２１２にエアを供給する。これにより、図５に白矢印で示すように、カム２１１が上方に移動してロッド２１６が径方向内側に移動する。保持爪２１８はリンク２１７とは回転軸に対して対称な位置に取り付けられているので、ロッド２１６の動きに従動してリンク２１７が径方向内側に変位し、図７中に白矢印で示したように、保持爪２１８は径方向外側に変位する。これによって、保持爪２１８の位置はウェハ２０５の外周端部よりも外側に移動するので、ウェハチャック２００はウェハ２０５を迎え入れる準備が完了する。
　その後、搬送装置１２は、回転ステージ２０１に配置され、ウェハ２０５下面の外周部を垂直方向に保持する円環状のウェハ支持部２０２にウェハ２０５を載置する。
　制御装置１４（図１）は、搬送装置１２を退出させた後、エアシリンダ２１２へのエア供給を停止する。これにより、図６に黒矢印で示すように、カム２１１が下方に移動してロッド２１６が径方向外側に移動し、図７中に黒矢印で示すように、保持爪２１８が水平回転して、ウェハ２０５外周端部に当接し保持力を発生する。この間、図６及び７中の黒矢印の方向に、ベアリング保持部２１４、ロッド２１６及びこれらを接続する圧縮ばね２１５は、保持爪２１８がウェハ２０５外周端部に当接するまで一体で外周側に移動する。
　その後、ロッド２１６の停止に伴って、ベアリング保持部２１４はカム２１１の移動が終了するまで径方向外側に移動し続ける。このとき、ベアリング保持部２１４とロッド２１６の相対距離が縮むことよって、圧縮ばね２１５が縮む。これにより、圧縮ばね２１５は反力による軸力を発生し、この力が保持爪２１８に伝播する。これにより、圧縮ばね２１５のばね力は保持爪２１８のウェハ２０５の面内方向の保持力となる。なお、圧縮ばね２１５のばね力は、保持爪２１８の回転中心（支点）からのリンク２１７の接合軸（力点）との距離と、同回転中心からの保持爪２１８（作用点）の距離との比になる。
　次に、クランプ部２０６の保持力について説明する。クランプ部２０６によるウェハ２０５の保持に求められる機能は、主にウェハ２０５搭載時の調芯機能、回転立ち上げ時のスリップ防止機能、及び定常回転時のウェハ２０５の偏芯起因の遠心力に抗する機能である。ウェハ２０５搭載時の調芯機能は、静的な保持力によって賄う。これはクランプ部２０６の圧縮ばね２１５が発生する保持力である。スリップの防止及びウェハ２０５の遠心力に関しては、クランプ部２０６の各部品が発生する遠心力が保持力に加算されるため、これを考慮する。回転立ち上げ時には、ウェハ２０５の静止しようとする慣性力以上の保持力が要求される。定常回転時にはウェハ２０５の偏心量、質量及び回転数を積算した遠心力以上の保持力が要求される。これらに抗する保持力は、ベアリング２１３、ベアリング保持部２１４、ロッド２１６、リンク２１７等の部品の形状や質量で調整することができる。
＜ウェハ装填動作＞
　図８は、ウェハ２０５をウェハチャック２００に装填する動作を示すフローチャートである。図８の各動作は、図１に示したウェハ処理システム１０の制御装置１４が各装置を駆動することにより実行されるが、以下においてはウェハ処理システム１０の各装置を動作の主体として説明する。
　ステップＳ１において、ウェハチャック２００は、下降して退避する。
　ステップＳ２において、搬送装置１２は、検査室１３内のウェハチャック２００の回転ステージ２０１の中心とウェハ２０５の中心とが一致するまでウェハ２０５を搬送する。
　ステップＳ３において、ウェハチャック２００は、ウェハ２０５を装填できる高さまで上昇する。
　図９は、ステップＳ４におけるウェハチャック２００の状態を示す断面図である。図９に示すように、回転ステージ２０１には、すべてのエアベアリングパッド３００の気体供給口２０３のそれぞれに配管４０３により接続される気体供給源４０１と、気体排気口２０４のそれぞれに配管４０４により接続される気体排気源４０２とが設けられている。気体供給源４０１及び気体排気源４０２は、例えばポンプにより構成することができる。気体供給源４０１及び気体排気源４０２の駆動は上述の制御装置１４（図１）により制御される。
　ステップＳ４において、制御装置１４は、気体供給源４０１を駆動して、すべてのエアベアリングパッド３００の気体供給口２０３に正圧の気体を供給する。
　ウェハ２０５は、搬送装置１２により外周部を支持されているため、搬送中やウェハチャック２００上に移動したとき、中央部が重力方向に撓む自重沈下による変形を有する（ウェハ２０５ｂ）。ウェハチャック２００上の複数のエアベアリングパッド３００が同一平面上に形成されている場合、ウェハ２０５の自重沈下によって、ウェハ２０５の中央部がウェハチャック２００と接触する可能性がある。これを避けるために、気体供給源４０１より気体を供給し、エアベアリングパッド３００から正圧の気体を吐出させる。これによって、ウェハ２０５の自重沈下による変形が補正されるので、ウェハチャック２００へのウェハ２０５の接触を避けることが可能となる。
　図８に戻り、ステップＳ５において、ウェハチャック２００は、ウェハ２０５がウェハ支持部２０２上に載置されるまで上昇する。
　ステップＳ６において、制御装置１４は、気体供給源４０１及び気体排気源４０２を駆動して、ウェハ２０５の下面を面外方向に保持する。
　ステップＳ７において、制御装置１４は、クランプ部２０６を駆動して、保持爪２１８によってウェハ２０５のセンタリングを行いつつ面内方向に保持し、ウェハチャック２００へのウェハ２０５の装填が完了する。
　図１０は、ステップＳ７におけるウェハチャック２００の状態を示す断面図である。図１０に示すように、ウェハ２０５は、エアベアリングパッド３００によって面外方向に保持され、保持爪２１８によって面内方向に保持されることにより、高い平坦度でウェハチャック２００に保持される。
　以上のようにして保持されたウェハ２０５は、光学測定部１３１（図１）により、表面塵埃の量や座標を検査される。
＜変形例１＞
　図１１は、変形例１に係るウェハチャック２００の構成を示す断面図である。図１１に示すように、配管４０３は、回転ステージ２０１の中央部に位置するエアベアリングパッド３００のみに気体を供給可能なように分岐しており、周縁部に位置するエアベアリングパッド３００への気体の供給及び遮断を制御するバルブ４５０（切り替え機構）が設けられている。バルブ４５０の開閉は、制御装置１４により制御することができる。
　上述のステップＳ４において、バルブ４５０を閉じて回転ステージ２０１の中央部に位置するエアベアリングパッド３００のみに正圧気体を供給することによって、ウェハ２０５の自重沈下をより効率的に補正とすることができる。ステップＳ６では、バルブ４５０は開放される。図１１では、バルブ４５０はウェハチャック２００に内蔵された形態となっているが、ウェハチャック２００の外部に設置しても、もちろん効果は同様である。
＜変形例２＞
　図１２（ａ）は、変形例２に係るエアベアリングパッド３０１を示す平面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＥ－Ｅ断面図である。
　図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、エアベアリングパッド３０１の上面には、気体供給口２０３の周囲を取り囲むように円環状の溝２０４ａが設けられ、溝２０４ａに連通する複数の気体排気口２０４ｂが設けられている。気体排気口２０４の数は、エアベアリングパッド３０１の配置パターンに応じて変更することができる。図１２（ａ）に示す例においては、気体排気口２０４ｂは、９０°ごとに４つ設けられている。エアベアリングパッド３０１を平面視したときの気体供給口２０３の中心と各気体排気口２０４ｂの中心との距離は同じである。
　このような構造によって、溝２０４ａ内が負圧領域となり、気体供給口２０３から供給された気体すべてを、溝２０４ａに形成された気体排気口２０４ｂから排気することが可能である。このように、エアベアリングパッド３０１ごとに流路が完結し、他のエアベアリングパッド３０１とは気流干渉しない。
　溝２０４ａの深さに限定はないが、例えば、空間２０３ａの深さと同等であってもよいし、空間２０３ａより深くてもよい。溝２０４ａの深さを空間２０３ａの深さ以上とすることによって、より効率的に気体を排気することができる。
　本変形例２においても、第１の実施形態と同様に、ある１つの（第１の）エアベアリングパッド３０１の気体供給口２０３を第１の気体供給口とし、その周囲に配置された気体排気口２０４ｂを第１の気体排気口とする。同様に、他の（第２の）エアベアリングパッド３０１の気体供給口２０３を第２の気体供給口とし、その周囲に配置された気体排気口２０４ｂを第２の気体排気口とする。また、第１の気体供給口を中心とし、第１の気体供給口と第１の気体排気口との距離を半径とする円を第１の仮想円周とする。同様に、第２の気体供給口を中心とし、第２の気体供給口と第２の気体排気口との距離を半径とする円を第２の仮想円周とする。このとき、第１の気体供給口と第２の気体供給口との間に、第１の仮想円周の一部と第２の仮想円周の一部とが存在する。
＜変形例３＞
　図１３（ａ）は、変形例３に係るエアベアリングパッド３０２を示す平面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＦ－Ｆ断面図である。
　図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、エアベアリングパッド３０２は、上述の溝２０４ａを有しておらず、気体供給口２０３の周囲を取り囲むように複数の気体排気口２０４ｃが設けられている。図１３（ａ）に示す例においては、気体排気口２０４ｃは、仮想円周Ｃ上に、４５°ごとに８つ設けられている。
　このような構造によっても、気体供給口２０３から供給された気体を逃すことなくすべて気体排気口２０４ｃで収集し、排気することができる。このように、エアベアリングパッド３０２ごとに流路が完結し、他のエアベアリングパッド３０２とは気流干渉しない。
＜技術的効果＞
　以上のように、第１の実施形態のウェハチャック２００は、回転ステージ２０１に複数の気体供給口２０３が設けられ、複数の気体供給口２０３のそれぞれの周囲を取り囲むように、１つ又は複数の気体排気口２０４が設けられている。これにより、気体の流路が局所的に形成されるので、遠心力が作用してもウェハ２０５の面外方向における保持圧力の分布の変動を最小限とすることができる。結果として、ウェハ２０５の平坦度を高精度に保つことができる。
　ウェハ２０５の機械的拘束については、クランプ部２０６の保持爪２１８を用いた面内方向の押圧のみであり、ウェハ２０５の変形を発生させる要因が排除されているので、高平坦度を達成することが可能である。
　このように、ウェハチャック２００はウェハ２０５を高平坦度で保持できるので、異物検査装置に搭載した場合は、異物検出を高精度で実施することができる。
［第２の実施形態］
　上述の第１の実施形態においては、すべてのエアベアリングパッド３００に対し１つの気体供給源及び気体排気源が設けられている例を説明したが、気体供給源及び気体排気源の数は複数であってもよい。そこで、第２の実施形態においては、複数の気体供給源及び複数の気体排気源を設けた例を提案する。
　図１４は、第２の実施形態に係るウェハチャック２００の構成を示す断面図である。図１４に示すように、回転ステージ２０１の中央部に位置するエアベアリングパッド３００には、第１の気体供給源４０５と第１の気体排気源４０６が接続されており、回転ステージ２０１の周縁部に位置するエアベアリングパッド３００には、第２の気体供給源４０７と第２の気体排気源４０８が接続されている。
　第１の気体供給源４０５と第２の気体供給源４０７とでは、それぞれ異なる圧力（供給圧力）の気体を供給可能である。第１の気体排気源４０６と第２の気体排気源４０８とでは、それぞれ異なる圧力（排気圧力）で気体を排気可能である。第１の気体供給源４０５の供給圧力及び第１の気体排気源４０６の排気圧力の比率と、第２の気体供給源４０７の供給圧力及び第２の気体排気源４０８の排気圧力の比率とを一定にすることにより、エアベアリングパッド３００とウェハ２０５との間隙Ｇを一定にすることができる。例えば、供給圧力及び排気圧力の比を保ったまま、第１の気体供給源４０５及び第１の気体排気源４０６の圧力（供給圧力及び排気圧力の値）を第２の気体供給源４０７及び第２の気体排気源４０８の圧力（供給圧力及び排気圧力の値）よりも高くすることにより、ウェハ２０５の高い平坦度での保持力を外乱に強くすることができる。
　図１４に示す例においては、中央部に位置するエアベアリングパッド３００と、その周縁部に位置するエアベアリングパッド３００とで気体の供給及び排気の圧力を異ならせることができるが、第１の気体供給源４０５及び第１の気体排気源４０６の接続先、第２の気体供給源４０７及び第２の気体排気源４０８の接続先は任意に変更可能である。
　また、１つのエアベアリングパッド３００に対し、複数の気体供給源及び複数の気体排気源を接続することもできる。
＜技術的効果＞
　以上のように、第２の実施形態においては、それぞれ独立して制御される２組の（複数組の）気体供給源及び気体排気源が設けられている。これにより、エアベアリングパッド３００の配置に応じて、効率よく気体の供給圧力及び排気圧力を制御することができる。
［第３の実施形態］
　上述の第１及び第２の実施形態においては、回転ステージ２０１の上面が平坦である例を説明したが、ウェハの自重沈下による変形形状に応じて、中央部ほど低く径方向外側に向かって高くなる形状であってもよい。
　図１５は、第３の実施形態に係るウェハチャック２００の構造を示す断面図である。図１５に示すように、回転ステージ２０１の上面が、ウェハ２０５が自重沈下により変形した場合の形状（ウェハ２０５ｂ）に沿って、中央部ほど低くなる段差構造に形成されている。図１５に示す例において、段差は３段であるが、２段以上であればよい。また、回転ステージ２０１の形状は、段差構造ではなく連続的に高さが変化する構造であってもよい。
　本実施形態の回転ステージ２０１に、第２の実施形態のように複数組の気体供給源及び気体排気源を接続して、供給圧力及び排気圧力の比を保ったまま、中央部のエアベアリングパッド３００に供給する気体の供給圧力の値を、周縁部のエアベアリングパッド３００に供給する気体の供給圧力の値よりも大きくし、中央部のエアベアリングパッド３００から排気する気体の排気圧力の値を、周縁部のエアベアリングパッド３００から排気する気体の排気圧力の値よりも大きくすることもできる。
＜技術的効果＞
　以上のように、第３の実施形態においては、回転ステージ２０１が中央部ほど低く径方向外側に向かって高くなる形状を有する。これにより、上述のステップＳ３～Ｓ４においてウェハチャック２００を上昇させてウェハ２０５と回転ステージ２０１とを近づける際に、気体供給源４０１から気体を供給することなく、ウェハ２０５と回転ステージ２０１との接触を回避することができる。したがって、ウェハチャック２００にウェハ２０５を装填動作に必要なエネルギーを削減することができる。
［変形例］
　本開示は、上述した実施形態に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば、上述した実施形態は、本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要はない。また、ある実施形態の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることもできる。また、各実施形態の構成の一部について、他の実施形態の構成の一部を追加、削除又は置換することもできる。
　変形例の一例として、例えば、ウェハの平坦度を高度に確保するため、エアベアリングパッドは回転ステージに搭載される半径などの位置に応じて、所望される構造や性能を自在に選択することができる。
１０：ウェハ処理システム
１１：導入部
１２：搬送装置
１３：検査室
１４：制御装置
１３１：光学測定部
１３２：モータ
１３３：直動移動手段
２００：ウェハチャック
２０１：回転ステージ
２０２：ウェハ支持部
２０３：気体供給口
２０３ａ：空間
２０４：気体排気口
２０４ａ：溝
２０５：ウェハ
２０６：クランプ部
２１１：カム
２１２：エアシリンダ
２１３：ベアリング
２１４：ベアリング保持部
２１５：圧縮ばね
２１６：ロッド
２１７：リンク
２１８：保持爪
３００～３０２：エアベアリングパッド
３５０：気体の流線
４０１：気体供給源
４０２：気体排気源
４０３：配管
４０４：配管
４０５：第１の気体供給源
４０６：第１の気体排気源
４０７：第２の気体供給源
４０８：第２の気体排気源
４５０：バルブ

Claims (13)

  1. 　回転ステージと、
    　前記回転ステージによる回転対象である基板のエッジを前記基板の面方向に支持するクランプ部と、を備え、
    　前記回転ステージには、前記基板に向かって気体を供給する複数の気体供給口と、
    　前記複数の気体供給口のそれぞれの周囲を囲むように、前記複数の気体供給口ごとに設けられた１つ又は複数の気体排気口と、が設けられている基板保持装置。
  2. 　前記複数の気体供給口のうち第１の気体供給口の周囲に第１の気体排気口が設けられ、前記第１の気体供給口と前記第１の気体排気口との第１の距離は一定であり、
    　前記複数の気体供給口のうち第２の気体供給口の周囲に第２の気体排気口が設けられ、前記第２の気体供給口と前記第２の気体排気口との第２の距離は一定であり、
    　前記回転ステージの平面視において、前記第１の気体供給口を中心とし、前記第１の距離を半径とする円を第１の仮想円周とし、前記第２の気体供給口を中心とし、前記第２の距離を半径とする円を第２の仮想円周としたとき、
    　前記第１の気体供給口と前記第２の気体供給口との間には、前記第１の仮想円周の一部と前記第２の仮想円周の一部とが存在する請求項１記載の基板保持装置。
  3. 　前記複数の気体供給口のうち１つの気体供給口に対し１つの気体排気口が設けられ、前記１つの気体排気口は、前記１つの気体供給口の周囲を環状に囲む請求項１記載の基板保持装置。
  4. 　前記気体供給口の上端が、前記気体排気口の上端よりも低い位置に設けられている請求項１記載の基板保持装置。
  5. 　複数組の気体供給源及び気体排気源をさらに備える請求項１記載の基板保持装置。
  6. 　前記複数組の気体供給源及び気体排気源は、前記複数の気体供給口のそれぞれにおける前記気体の供給圧力の値と、前記複数の気体供給口のそれぞれに対応する前記１つ又は複数の気体排気口における前記気体の排気圧力の値との比率を保ったまま、
    　前記複数の気体供給口のうち、前記回転ステージの中央部に位置する気体供給口に供給する前記気体の供給圧力の値が、前記回転ステージの周縁部に位置する気体供給口に供給する前記気体の供給圧力の値よりも大きくなるように、前記気体を供給し、
    　前記回転ステージの中央部に位置する前記１つ又は複数の気体排気口から排気する前記気体の排気圧力の値が、前記回転ステージの周縁部に位置する前記１つ又は複数の気体排気口から排気する前記気体の排気圧力の値よりも大きくなるように、前記気体を排気する請求項５記載の基板保持装置。
  7. 　前記回転ステージの上面が、外周方向に向かって高さが高くなるように形成されている請求項１記載の基板保持装置。
  8. 　前記複数の気体供給口のそれぞれの周囲に前記複数の前記気体排気口が設けられている請求項１記載の基板保持装置。
  9. 　前記回転ステージの上面に設けられ、前記１つ又は複数の気体供給口の周囲を環状に囲む溝をさらに備え、前記１つ又は複数の気体排気口は前記溝に連通する請求項１記載の基板保持装置。
  10. 　前記複数の気体供給口に正圧を印加して前記気体を供給する気体供給源と、
    　前記複数の気体供給口のうち、前記回転ステージの周縁部に位置する気体供給口への前記気体供給源からの前記気体の流入及び遮断を制御する切り替え機構を有する請求項１記載の基板保持装置。
  11. 　前記クランプ部は、前記基板のエッジを前記基板の面方向に押圧する押圧部を有する請求項１記載の基板保持装置。
  12. 　前記回転ステージを平面視したときの前記複数の気体供給口の配置パターンは、前記回転ステージの回転中心点を対称点とする点対称である請求項１記載の基板保持装置。
  13. 　請求項１記載の基板保持装置と、前記基板上の異物を測定する測定部と、を備える基板処理装置。
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