JP2014150153A - ウェーハ保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの主面内だけでなくエッジ面にすら傷を残さないで接触固定して保持できるウェーハ保持装置を提供することを目的とする。
【解決手段】気体を噴出する噴出部材１を有し、該噴出部材１から噴出させた気体の流れにより負圧を発生させることでウェーハＷを吸着して固定保持するためのウェーハ保持装置１０であって、噴出部材１のウェーハの主面と対向する端面５には緩衝部材２が設けられており、該緩衝部材２がウェーハの主面６内と部分的に面接触することでウェーハＷを保持するものであり、且つ、緩衝部材２のウェーハとの接触面３は、カットオフ波長を０．２５ｍｍとして測定した場合、平坦度（Ｐ−Ｖ値）が１０μｍ以下、且つ、表面粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下となるものであることを特徴とするウェーハ保持装置１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体を噴出させて負圧を発生させることでウェーハを浮上させて保持するためのウェーハ保持装置に関する。

近年、ウェーハは厚さが薄くなる一方、直径は大きくなる傾向にある。このようなウェーハをその製造段階において、次工程へ搬送したり同一工程内で移動させたりする場合、ウェーハ径の大型化や薄物化に伴い機械的なチャッキングや吸着が困難となっているため、非接触式のウェーハ搬送装置が提案されている。この非接触搬送装置は、空気圧や窒素ガスを利用して非接触でウェーハを保持し搬送する装置である（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１のようなウェーハを非接触で吸着保持できるベルヌーイチャックは、非接触であるが故にウェーハのずれや回転などの水平方向の運動が生じてしまう。この運動を抑制するため、ウェーハを保持した際にウェーハのエッジと接触する部分に緩衝材を設けることで接触させて固定する装置が開発されている。

例えば特許文献２では、正確な位置でウェーハを浮遊保持することを目的として、吸着面と略平行にウェーハセンタリング機構が設けられ、ウェーハの外周面と対向するウェーハガイドと、このウェーハガイドの夫々に設けられ、ウェーハの外周面と接触したときにウェーハの径方向に湾曲する緩衝部材を有するウェーハ保持装置が開示されている。

また、特許文献３では、基板を非接触状態で吸引保持するベルヌーイチャックと、ベルヌーイチャックの周囲を囲む状態で配置される複数個の規制ピンとを設け、規制ピンの下端に、基板の周縁を受け止めて滑り移動を規制するテーパー状の規制軸部を設けた基板移載装置が開示されている。

特開２００２−０６４１３０号公報 特開２００８−１１８０１９号公報 特開２０１１−０６０８４９号公報

ここで、従来のウェーハのエッジ面と接触することでウェーハの滑り移動を抑制するウェーハ保持装置について図３の概略図を参照しながら説明する。
図３のウェーハ保持装置３０は、噴出させる気体を送り込むためのチューブ３４と、該チューブ３４から送り込まれた気体を噴出するための噴出部材３１と、該噴出部材３１の周りにウェーハＷの吸着面３６と略平行なアーム３５を複数本と、該アーム３５の先端部にウェーハＷのエッジ面と接触させるための緩衝部材３２とを有する。噴出部材３１は、中央下面付近から点線矢印方向に気体を流すことで、負圧を発生させてウェーハを浮遊させることができる。

しかしながら、図３のような従来のアームを有するウェーハ保持装置では、ウェーハのエッジのもつ曲率によって緩衝部材とウェーハとの接触部分３３は点接触となり、そこで生じる応力集中によりウェーハのエッジ面において緩衝部材との接触部分に傷が生じるという問題があった。それにもかかわらず、近年ではウェーハの主面のみならず、ウェーハのエッジ面に対する傷についても抑制するよう要求が高まっている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、近年の厚さが薄く大きな直径のウェーハであっても、ウェーハの主面内だけでなくエッジ面にすら傷を残さないで接触固定して保持できるウェーハ保持装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、気体を噴出する噴出部材を有し、該噴出部材から噴出させた気体の流れにより負圧を発生させることでウェーハを吸着して固定保持するためのウェーハ保持装置であって、前記噴出部材の前記ウェーハの主面と対向する端面には、緩衝部材が設けられており、該緩衝部材が、前記ウェーハの主面内と部分的に面接触することで前記ウェーハを保持するものであり、且つ、前記緩衝部材の前記ウェーハとの接触面は、カットオフ波長を０．２５ｍｍとして測定した場合、平坦度（Ｐ−Ｖ値）が１０μｍ以下、且つ、表面粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下となるものであることを特徴とするウェーハ保持装置を提供する。

このように、本発明のウェーハ保持装置では、ウェーハ主面と対向する噴出部材の端面に、緩衝部材が設けられており、該緩衝部材はウェーハの主面内と部分的に面で接触するため、従来の非接触系のベルヌーイチャックで問題となっていたウェーハのずれや回転などの水平方向の運動を抑制でき、且つ、緩衝部材はウェーハのエッジ面に接触しないため、ウェーハのエッジ面に傷を残さないでウェーハを接触固定して保持できる。

また、緩衝部材は、ウェーハとの接触面が上記のような平坦度（Ｐ−Ｖ値）と表面粗さ（Ｒａ）となるように形成されたものであるため、緩衝部材がウェーハの主面内で部分的に面接触しても、ウェーハ主面において緩衝部材との接触部分を傷つけることなくウェーハを吸着して固定保持することができる。従って、本発明では、ウェーハの主面及びエッジ面の両者において傷を残さないで、且つウェーハの水平方向運動を抑制することができるウェーハ保持装置となる。

また本発明において、緩衝部材はポリアセタール製であることが好ましい。
ポリアセタール（ＰＯＭ）は加工精度の高い樹脂であるため、これを緩衝部材の材料として使用することで、緩衝部材の接触面を簡単に平坦度（Ｐ−Ｖ値）１０μｍ以下、表面粗さ（Ｒａ）１μｍ以下という値に調節することができるため、ウェーハ主面内での面接触部分を傷つけにくい緩衝部材となる。

さらに本発明において、緩衝部材は円柱形状であることが好ましい。
このように、緩衝部材が円柱形状であることにより、緩衝部材からのパーティクルの発生を抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、ウェーハ主面での部分的な面接触によりウェーハのずれや回転などの水平方向の運動を抑制でき、ウェーハの主面やエッジ面に傷をつけにくいウェーハ保持装置を提供することができる。

（ａ）は本発明の実施形態の一例を示す概略図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。 （ａ）は図１に示す本発明のウェーハ保持装置の縦断面図（図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図）であり、（ｂ）は図１に示す本発明のウェーハ保持装置の底面、すなわち、保持するウェーハの主面と対向する端面の底面図である。 従来のウェーハ保持装置の説明図である。 実験１での観察結果を示す図であり、（ａ）は実施例１、（ｂ）は比較例１である。 実験２での観察結果を示す図であり、（ａ）は実施例１、（ｂ）は比較例２、（ｃ）は比較例３である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながらより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１に示すように、本発明のウェーハ保持装置１０は、ベルヌーイの定理を応用したもので、気体を噴出することで気体の流れにより負圧を発生させて対象物であるウェーハＷを浮上させ、吸着して固定保持するためのものである。そして、本発明のウェーハ保持装置１０は、噴出させる気体を送り込むためのチューブ４と、該チューブ４が接続され、送り込まれた気体を噴出するための噴出部材１と、ウェーハの主面６と対向する噴出部材の端面５にそれぞれ円柱形状の緩衝部材２を複数個有するものである（図１（ａ）参照）。

図２に示すように、噴出部材１は、その内部に噴出口７を有し、該噴出口７から噴出した空気が流れ込む円筒室８を有する（図２（ａ）参照）。従って、噴出部材の端面５の形状は円環形状となっている。

緩衝部材２の取り付け位置については噴出部材１を下からみた図である図２（ｂ）を参照する。４個の円柱形状の緩衝部材２は、円環形状の噴出部材１の端面５に十字に対向配置して設けることができる。

しかし、緩衝部材２は、必ずしも４個を十字に配置する必要はなく、例えば、最低でも３個の緩衝部材を正三角形の位置に配置してもよい。すなわち、ウェーハを保持したときにウェーハを安定して保持でき、噴出部材の端面５にウェーハＷが直接接触しないような位置に複数個の緩衝部材を配置すればよい。この時、たくさんの緩衝部材を取り付けてしまうと噴出した気体を緩衝部材により閉じ込めてしまうことになるため、緩衝部材の取り付け個数は、気体の流れにより負圧が発生する程度の個数にとどめておく必要がある。

また、噴出部材に取り付けられている緩衝部材２は、緩衝部材２のウェーハＷとの接触面３が、カットオフ波長を０．２５ｍｍとして測定した場合、平坦度（Ｐ−Ｖ値）が１０μｍ以下、且つ、表面粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下となるように加工したものである。

このように本発明の実施形態のウェーハ保持装置１０は、図１（ｂ）のように、ウェーハ主面６と対向する噴出部材の端面５に複数個の緩衝部材２が設けられていることによって、ウェーハを保持した際に、ウェーハＷが噴出部材１に接触することを抑制することができる。さらに、緩衝部材２とウェーハＷとの接触部分は、ウェーハのエッジ面ではなく、ウェーハの主面６内で部分的に面で接触するため、従来の非接触系のベルヌーイチャックで問題となっていたウェーハのずれや回転などの水平方向の運動を固定することができ、且つ、緩衝部材はウェーハのエッジ面に接触しないため、ウェーハのエッジ面に傷を残さないでウェーハを保持することができる。

また、緩衝部材２は、ウェーハとの接触面３が上記のような平坦度（Ｐ−Ｖ値）と表面粗さ（Ｒａ）となるように形成されたものであるため、緩衝部材２がウェーハの主面６内で部分的に面接触しても、ウェーハ主面において緩衝部材との接触部分を傷つけることなくウェーハを固定して保持することができる。従って、本発明では、ウェーハの主面及びエッジ面の両者において傷を残さないで、且つウェーハの水平方向運動を抑制することができるウェーハ保持装置となる。

そして、従来ではウェーハのずれを抑制してセンタリングするためのアームを設ける必要があり、従来のウェーハ保持装置の大きさは保持するウェーハの大きさに比例するものであったが、本発明においては緩衝部材により面で接触する構成としたため、従来のようなセンタリング用のアームを付ける必要がなく、ウェーハの直径より構造上非常にコンパクトなウェーハ保持装置となる。

さらに、本発明において緩衝部材の材質は、上記のような平坦度（Ｐ−Ｖ値）と表面粗さ（Ｒａ）を接触面として加工できる緩衝性がある材料であれば、ウェーハ主面において緩衝部材との接触部分に傷を付けずに保持でき、例えばＰＯＭ、ＦＫＭ、ＰＴＦＥ等の樹脂を用いることができるが、特に本発明においては緩衝部材の材質は加工が容易であるポリアセタールであることが好ましい。

ポリアセタール（ＰＯＭ）は加工精度の高い樹脂であるため、これを緩衝部材の材料として使用することで、緩衝部材の接触面を簡単に平坦度（Ｐ−Ｖ値）１０μｍ以下、表面粗さ（Ｒａ）１μｍ以下という値に調節することができる。

また、緩衝部材２の形状は円柱形状であることが好ましく、取り付ける噴出部材の端面５の円環幅よりも小さい直径を有する。従って、緩衝部材が円柱形状であることにより緩衝部材からのパーティクルの発生を抑制することができる。尚、円柱形状の緩衝部材の高さは、保持するウェーハと噴出部材の端面との距離を隔てるものであるため、気体の流れにより負圧が発生するように高さを調整すればよい。

以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
まず、噴出部材に設ける緩衝部材は、ポリアセタールを直径４．０ｍｍ、高さ０．３ｍｍ（すなわち、ウェーハと噴出部材との距離は０．３ｍｍ）の円柱形状に成形し、ウェーハとの接触面を、カットオフ波長を０．２５ｍｍで測定した場合、平坦度（Ｐ−Ｖ値）４．８７μｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．６３μｍとなるように円柱形状の底面を加工したものを使用した。
平坦度及び表面粗さの測定は、Ｔａｙｌｏｒ Ｈｏｂｓｏｎ社の触針式表面形状測定装置Ｔａｌｙｓｕｒｆ５０を用いて、長さ２．６ｍｍの線プロファイルを取得し、カットオフ波長０．２５ｍｍにて算出した。

次に、上記条件で成形した緩衝部材を４個を用意し、噴出部材として、噴出部材の最大直径が６０ｍｍ、噴出部材内の円筒室の直径が４０ｍｍ、噴出部材の端面の幅が１０ｍｍであるものを用意して、該噴出部材の端面に緩衝部材を４個、ウェーハの接触面とは反対面を貼り合わせ面として十字状に設け、これを実施例１のウェーハ保持装置とした。

（比較例１）
図３に示すようなウェーハのエッジ面にて緩衝部材と点接触するウェーハ保持装置を用意した。すなわち、実質上実施例１と同じ性能を有する噴出部材の外周に、ウェーハをエッジで固定するためのアームを４本設け、該それぞれのアームの先端にポリアセタール製の緩衝部材を設けたものを比較例１のウェーハ保持装置とした。

（実験１）
実施例１と比較例１のウェーハ保持装置により、直径３００ｍｍで、ＣＯＰなどのグローイン欠陥を抑制した準完全結晶（Ｎｅａｒｌｙ ｐｅｒｆｅｃｔ ｃｒｙｓｔａｌ：ＮＰＣ）からなるシリコン鏡面ウェーハ（研磨済み、つまり傷がほぼ無い）を保持してみた（実施例１ではウェーハ主面内での面接触、比較例１ではウェーハエッジ面での点接触）。尚、吸着の際に使用した気体は空気であり、その消費流量は１５〜２０Ｌ／ｍｉｎとした。

次に、実施例１と比較例１のウェーハ保持装置により保持されたシリコンウェーハのエッジ面を、Ｒａｙｔｅｘ社のエッジ・裏面複合検査装置ＲＸＭにてそれぞれ観察し、傷の有無を確認した（図４参照）。その結果、シリコンウェーハのエッジ面において比較例１では図４（ｂ）のような線状傷が見受けられたが、実施例１では当然図４（ａ）のように傷は一切発生していなかった。

（比較例２、３）
比較のため、実施例１のウェーハ保持装置において、緩衝部材を以下のような条件で作製したものを使用した以外、全て実施例１のウェーハ保持装置と同じ条件のウェーハ保持装置を作成した。
比較例２の緩衝部材：材質はバイトン（ＦＫＭ）、
Ｐ−Ｖ値は３０．３５μｍ、Ｒａは１．０３μｍ。
比較例３の緩衝部材：材質はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、
Ｐ−Ｖ値は１７．１５μｍ、Ｒａは２．４７μｍ。
尚、平坦度及び表面粗さの測定は、実施例１と同様の方法で行った。

（実験２）
実施例１と比較例２、３のウェーハ保持装置により、実験１と同じ仕様のシリコンウェーハを同条件で保持してみた。次に、実施例１と比較例２、３のウェーハ保持装置により保持されたシリコンウェーハに対して、シリコンウェーハの主面における緩衝部材との接触部分について、レーザーテック社のウェーハ欠陥検査装置Ｍ−５３５０ ＭＡＧＩＣＳにより、傷の有無を確認した（図５参照）。その結果、比較例２（（図５（ｂ））と比較例３（図５（ｃ））のウェーハ保持装置では、シリコンウェーハ主面において緩衝部材との接触部分に傷が見受けられたが、実施例１（図５（ａ））では傷は発生していなかった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１、３１…噴出部材、 ２、３２…緩衝部材、 ３…緩衝部材のウェーハとの接触面、
４、３４…チューブ、 ５…噴出部材の端面、 ６…ウェーハの主面、 ７…噴出口、
８…円筒室、 １０、３０…ウェーハ保持装置、
３３…ウェーハエッジ面との接触部分、 ３５…アーム、 ３６…ウェーハの吸着面、
Ｗ…ウェーハ。

Claims (3)

1. 気体を噴出する噴出部材を有し、該噴出部材から噴出させた気体の流れにより負圧を発生させることでウェーハを吸着して固定保持するためのウェーハ保持装置であって、
   前記噴出部材の前記ウェーハの主面と対向する端面には、緩衝部材が設けられており、
   該緩衝部材が、前記ウェーハの主面内と部分的に面接触することで前記ウェーハを保持するものであり、且つ、
   前記緩衝部材の前記ウェーハとの接触面は、カットオフ波長を０．２５ｍｍとして測定した場合、平坦度（Ｐ−Ｖ値）が１０μｍ以下、且つ、表面粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下となるものであることを特徴とするウェーハ保持装置。
2. 前記緩衝部材は、ポリアセタール製であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ保持装置。
3. 前記緩衝部材は円柱形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウェーハ保持装置。

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