JP2007019317A

JP2007019317A - スピンチャック及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007019317A
Application number: JP2005200297A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Agui; 賢一安喰
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2007-01-25

Abstract

【課題】被加工基板Ｗに対する負圧吸着力を向上させることのできるスピンチャックを提供する。
【解決手段】上面に、外周縁に沿って連続したシール突条１２と、その内周側にあって同心的に延びる複数の支持突条１３（１３_１〜１３_１０）を有すると共に、内周に排気孔１４が開設された合成樹脂からなる吸着盤１０を備え、シール突条１２が前記支持突条１３より高く、シール突条１２の上端面が、軸心Ｏと垂直な平面状の鏡面をなす。したがって、被加工基板Ｗの負圧吸着の際に、シール突条１２の上端面が、全周にわたって被加工基板Ｗに密接され、しかも負圧吸着力が確実に被加工基板Ｗとシール突条１２へのシール荷重として作用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被加工基板に処理液による薄膜の形成や洗浄を行う際に、前記被加工基板を回転させるために使用されるスピンチャック及びその製造方法に関するものである。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、シリコン単結晶のインゴットを円盤状にスライスして得られた半導体ウエハを洗浄し、その表面に、加熱・酸化により酸化膜を成膜し、この酸化膜上に、フォトリソグラフィー工程によってレジストパターンを形成し、更に、レジストパターンに沿って露出した酸化膜をプラズマエッチングによって除去し、そこへドナー（不純物）をイオン注入することによって、ｐ型領域やｎ型領域を作り込んで行くといった工程が順次行われる。

またこのうち、フォトリソグラフィー工程は、半導体ウエハの表面に、紫外線の照射により変質する合成樹脂からなる感光液（フォトレジスト）を塗布し、これによって形成されたフォトレジスト膜に、ステッパにより、ＩＣの回路パターンが描かれたマスクを介して紫外線を露光させてから、現像液を噴霧して前記フォトレジスト膜の感光部（又は非感光部）のみを溶解除去することにより、半導体ウエハの表面に前記マスクに描かれた回路パターンと対応したレジストパターンを形成するものである。

上述の工程のうち、半導体ウエハの洗浄工程や、フォトレジスト液の塗布工程や、現像工程では、半導体ウエハを、処理装置内でスピンチャックにより高速回転させて、その表面に、洗浄液、フォトレジスト液、あるいは現像液などの処理液を供給している。

図５は、このような処理装置に用いられる従来のスピンチャックを、軸心Ｏを通る平面で切断して示す断面図である。すなわちこの種のスピンチャック１００は、円盤状に形成された合成樹脂製の吸着盤１１０と、その中心軸部１１１に一体に埋設され不図示の電動モータの回転軸に接続可能な金属製の筒軸１２０からなる。吸着盤１１０の上面には、その外周縁に沿って円周状に連続したシール突条１１２が形成されており、その内周側には、断続した多数の支持突条１１３が形成されており、最内周部には、不図示の真空ポンプ等の負圧源に接続される排気孔１１４が開設されている。また、シール突条１１２及び各支持突条１１３の上端面は、軸心Ｏに対して垂直な平面上に位置している（例えば下記の特許文献１参照）。

すなわち、上述のスピンチャック１００は、処理対象の半導体ウエハＷを吸着盤１１０の上に載置し、シール突条１１２及び支持突条１１３によって吸着盤１１０と半導体ウエハＷとの間に形成された扁平隙間１１０ａを、排気孔１１４から強制排気させることにより、この半導体ウエハＷを負圧吸着した状態で、電動モータにより高速回転するものである。そして、例えばフォトレジスト液の塗布工程においては、このスピンチャック１００により回転されている半導体ウエハＷの上面に、不図示のノズルを介してフォトレジスト液を吐出することによって、このフォトレジスト液が薄膜状に広がり、均一なフォトレジスト膜が塗布されることになる。

しかしながら、吸着盤１１０におけるシール突条１１２や各支持突条１１３の上端面に微小な凹凸があると、半導体ウエハＷを載せた時に、シール突条１１２と半導体ウエハＷの間に僅かな隙間を生じて、負圧吸着の際に扁平隙間１１０ａへの空気の流入経路となる。また、シール突条１１２及び各支持突条１１３の上端面は研磨による仕上加工がなされているが、前記微小凹凸があると、シール突条１１２の一部に表面粗さの粗い部分や微小なキズが残って、そこが、負圧吸着の際の漏れ経路となるので、扁平隙間１１０ａの十分な真空度が得られず、このため吸着力が低下するおそれがあり、あるいは所要の真空度となるまで時間がかかって、生産性が低下してしまうおそれがある。

そこで、このような問題に対しては、シール突条１１２の代わりに、ゴム状弾性材料からなるＯリングを用いて、被加工物（例えば半導体ウエハ）との間の隙間を密封することにより、十分な真空度が得られるようにした真空チャック装置が知られている（例えば下記の特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２の真空チャック装置は、その製作において、吸着盤に溝加工を施し、その溝にＯリングを嵌め込む作業が必要になるので、生産性が悪く、しかもＯリングが全周にわたって同じ高さに装着されないと、十分な密封性能が得られない。特に、スピンチャックの場合は、シール面（支持面）の高さが全周にわたって等しくないと、例えば半導体ウエハに塗布されるフォトレジスト膜が均一な膜厚に形成されなくなる問題がある。

特開２００４−１６７９０６号公報特開平５−８４６８２号公報

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題とするところは、半導体ウエハ等の被加工基板に対する負圧吸着力を向上させることのできるスピンチャックを提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るスピンチャックは、上面に、外周縁に沿って連続したシール突条と、その内周側の複数の支持突条を有すると共に、内周に排気孔が開設された合成樹脂からなる吸着盤を備え、前記シール突条が前記支持突条より高く、前記シール突条の上端面が、軸心と垂直な平面状の鏡面をなすものである。

このスピンチャックによれば、鏡面状に仕上げられた最外周のシール突条の上端面が、全周にわたって被加工基板に密接され、しかも前記被加工基板と吸着盤との間の隙間を排気孔から強制排気させたときに、その吸着力が確実に前記被加工基板とシール突条とのシール荷重として作用するので、シール突条におけるシール性が向上する。

また、請求項２の発明に係るスピンチャックの製造方法は、請求項１の発明に係るスピンチャックを製造するため、上面に、外周縁に沿って連続したシール突条と、複数の支持突条を有すると共に、内周に排気孔が開設された合成樹脂からなる吸着盤を、前記支持突条が外周側に位置するものほど高く、かつ前記シール突条が前記支持突条より高くなるように成形した後、前記シール突条及び支持突条が形成された側を、軸心と垂直な平面状の研磨面で研磨するものである。

上記製造方法によれば、吸着盤の成形後に、そのシール突条及び支持突条が形成された側を、軸心と垂直な平面状の研磨面で研磨する際に、シール突条の上端面が支持突条の上端面に先行して研磨される。このため、シール突条の上端面に対する研磨代を大きくして、軸心と垂直な平面をなす平滑なシール面に仕上げることができる。

請求項１の発明に係るスピンチャックによれば、被加工基板を負圧吸着する際に、吸着盤における最外周のシール突条によるシール性が向上するので、負圧吸着力が向上し、あるいは短時間で所要の吸着力が得られるので、スピンチャックを用いた工程の歩留まりを向上することができる。

請求項２の発明に係るスピンチャックの製造方法によれば、吸着盤を、シール突条及び支持突条の上端面が外周側に位置するものほど高くなるように成形してから、軸心と垂直な平面状の研磨面で研磨することによって、シール突条の上端のシール面を、軸心と垂直な平面をなす鏡面状に形成することができるので、優れた密封性（負圧吸着性）が得られる。

以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るスピンチャックの好ましい実施の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す断面図、図２は、同じく平面図、図２は、図１のスピンチャックにおけるシール突条及び支持突条の高さの測定値を示す説明図である。

まず図１及び図２に示されるスピンチャックは、円盤状に形成された合成樹脂製の吸着盤１０と、その中心軸部１１に一体に埋設され不図示の電動モータの回転軸に接続可能な金属製の筒軸２０からなる。吸着盤１０の上面には、その外周縁に沿って円周状に連続したシール突条１２が形成されており、その内周側には、多数の支持突条１３（１３_１〜１３_１０）が形成されており、中央（軸心部）には、筒軸２０の内周２０ａから不図示の真空ポンプ等の負圧源に接続される排気孔１４が開設されている。

シール突条１２の上端面は、研磨によって、軸心Ｏに対して垂直な平面をなすように形成されている。そして、このうち少なくともシール突条１２の上端面は、研磨によって鏡面状に形成され、具体的には、表面粗さがRa0.05以下、好ましくはRa0.03以下となるように仕上げられている。

また、図２に示されるように、支持突条１３（１３_１〜１３_１０）は、外周側に位置するものほど高く、かつシール突条１２は支持突条１３（１３_１〜１３_１０）より高く形成されている。好ましくは、最も内周側の、最も高さの低い支持突条１３_１と最も外周側の、最も高さの高いシール突条１２との高低差は、5〜15μｍとする。

上記構成を備えるスピンチャックは、半導体ウエハの表面にフォトレジストを塗布するコータや、ステッパによって露光させたフォトレジスト膜に現像液を供給してレジストパターンを現像する現像装置などに用いられるものである。そして、図１に二点鎖線で示される半導体ウエハＷを吸着盤１０の上に載置し、シール突条１２及び支持突条１３_１〜１３_１０によって吸着盤１０と半導体ウエハＷとの間に形成された扁平隙間Ｇを、排気孔１４から強制排気させることにより、この半導体ウエハＷを負圧吸着した状態で、電動モータにより高速回転するものである。そして、例えばフォトレジスト液の塗布工程においては、このスピンチャックにより回転されている半導体ウエハＷの上面に、不図示のノズルを介してフォトレジスト液を吐出することによって、このフォトレジスト液が薄膜状に広がり、均一なフォトレジスト膜が塗布されるのである。

上記半導体ウエハＷの負圧吸着においては、最外周のシール突条１２の高さが最も高いため、鏡面状に仕上げられたこのシール突条１２の上端面（シール面）が全周にわたって半導体ウエハＷに密接され、しかもこのため、半導体ウエハＷと吸着盤１０との間の扁平隙間Ｇを排気孔１４から強制排気させたときに、その負圧吸着力が半導体ウエハＷとシール突条１２との密接部にシール荷重として確実に作用する。したがって、半導体ウエハＷとシール突条１２との密接部に外周空間からの漏れ経路が形成されず、半導体ウエハＷをしっかり吸着するのに必要な扁平隙間Ｇの真空度が短時間で得られる。

また、支持突条１３（１３_１〜１３_１０）が、外周側に位置するものほど高く形成されており、シール突条１２が最も高くなっており、その高低差は5〜15μｍ程度の僅かなものである。したがって、半導体ウエハＷの負圧吸着においては、すべての支持突条１３（１３_１〜１３_１０）及びシール突条１２で半導体ウエハＷを支持することになり、これによって、半導体ウエハＷへの歪の発生を有効に抑制することができる。

図３は、本発明に係るスピンチャックの製造方法による成形状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す概略的な断面図、図４は、本発明に係るスピンチャックの製造方法による研磨工程を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す概略的な断面図である。

本発明の製造方法によって、図１のようなスピンチャックを製造する場合、まず吸着盤１０と対応する形状の成形用キャビティが形成された不図示の金型の、前記キャビティ内に、筒軸２０をセットして型締めし、成形用溶融樹脂材料を充填して硬化させることにより、吸着盤１０を筒軸２０に一体的に成形する。

成形された吸着盤１０は、図３に示されるように、支持突条１３が外周側に位置するものほど高く、かつシール突条１２が支持突条１３より高くなっている。このとき、最も内周側の支持突条１３_１とシール突条１２との高低差ｈは、30μｍ程度とする。

次に、成形された吸着盤１０におけるシール突条１２及び支持突条１３が形成された側を、図４に二点鎖線で示されるように、軸心Ｏと垂直な平面状に、かつ表面粗さがRa0.05以下、好ましくはRa0.03以下となるように、最も内周側の支持突条１３_１と最も外周側のシール突条１２との高低差ｈが5〜15μｍとなるまで研磨する。

このとき、研磨される吸着盤１０は、シール突条１２が支持突条１３より高く形成されているため、研磨は、シール突条１２の上端面が支持突条１３の上端面に先行して研磨される。したがって、シール突条１２の上端面に対する研磨代Δｈが、支持突条１３の上端面に対する研磨代よりも大きくなるので、微細なキズなどが残らないように、全周にわたって確実に表面粗さRa0.05以下、あるいはRa0.03以下の鏡面状に仕上げることができる。

表１は、研磨後のシール突条１２と支持突条１３_１の高低差ｈを10μｍ、表面粗さをRa0.03とした実施例１、研磨後のシール突条１２と支持突条１３_１の高低差ｈを5μｍ、表面粗さをRa0.05とした実施例２、研磨後のシール突条１２と支持突条１３_１の高低差ｈを10μｍ、表面粗さをRa0.05とした比較例１、研磨後のシール突条１２と支持突条１３_１の高低差ｈを10μｍ、表面粗さをRa0.1とした比較例２の密封性を比較した試験結果を示すものである。また、密封性については、3秒以内に所定の負圧値（350mmHg）に達することができたものを○、達しなかったものを×とした。

上記試験の結果、研磨後のシール突条１２と支持突条１３_１の高低差ｈを5μｍ以上、シール突条１２の上端面の表面粗さをRa0.05以下とした実施例１，２において、優れた密封性（負圧吸着性）が得られることが確認された。

本発明に係るスピンチャックの好ましい実施の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す断面図である。図１のスピンチャックにおけるシール突条及び支持突条の高さの測定値を示す説明図である。本発明に係るスピンチャックの製造方法による成形状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す概略的な断面図である。本発明に係るスピンチャックの製造方法による研磨工程を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す概略的な断面図である。スピンチャックの従来例を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す断面図である。

符号の説明

１０吸着盤
１１中心軸部
１２シール突条
１３（１３_１〜１３_１０）支持突条
１４排気孔
２０筒軸
Ｗ半導体ウエハ（被加工基板）

Claims

上面に、外周縁に沿って連続したシール突条（１２）と、その内周側の複数の支持突条（１３）を有すると共に、内周に排気孔（１４）が開設された合成樹脂からなる吸着盤（１０）を備え、前記シール突条（１２）が前記支持突条（１３）より高く、前記シール突条（１２）の上端面が、軸心（Ｏ）と垂直な平面状の鏡面をなすことを特徴とするスピンチャック。
上面に、外周縁に沿って連続したシール突条（１２）と、複数の支持突条（１３）を有すると共に、内周に排気孔（１４）が開設された合成樹脂からなる吸着盤（１０）を、前記支持突条（１３）が外周側に位置するものほど高く、かつ前記シール突条（１２）が前記支持突条（１３）より高くなるように成形した後、前記シール突条（１２）及び支持突条（１３）が形成された側を、軸心（Ｏ）と垂直な平面状に研磨することを特徴とするスピンチャックの製造方法。