JP4128023B2

JP4128023B2 - ウェーハ保持装置

Info

Publication number: JP4128023B2
Application number: JP2002127102A
Authority: JP
Inventors: 郁夫野口
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2003324143A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造工程で、ウェーハを回転させ表面を検査する表面検査装置でウェーハを保持するウェーハ保持装置、ウェーハを回転させ、ウェーハ表面に膜を生成或は塗布する装置のウェーハ保持装置等、ウェーハを保持し、回転させる場合のウェーハ保持装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ウェーハに多数の半導体素子が形成されて半導体装置が製造されるが、高密度集積化の為、加工は増々微細化され、更に歩留りの向上の為、ウェーハの大径化が増々促進されている。
【０００３】
高密度集積化、微細化に伴いウェーハに付着する異物は製品品質、製品の歩留りに大きく影響する。この為、半導体製造工程には検査工程が組込まれ、検査装置によりウェーハの表面検査を行い、ウェーハに付着した異物の付着状況或は傷の有無等を検査している。
【０００４】
ウェーハの表面検査はウェーハを高速で回転し、ウェーハ表面にレーザ光線を照射して円周方向に走査し、ウェーハ表面で反射されるレーザ光線を受光し、反射状況により異物等の付着を検出している。
【０００５】
上記した様に、ウェーハは増々大径化する一方、更に検査時間を短縮し、生産性を向上させることが求められており、検査時のウェーハ回転速度も増大されている。従って、ウェーハの検査時、保持されたウェーハには大きな遠心力が作用する。
【０００６】
この為、ウェーハ保持装置には大きな遠心力が作用する高速回転でもウェーハを確実に保持することが要求される。
【０００７】
図１１、図１２により従来のウェーハ保持装置について説明する。
【０００８】
回転軸（図示せず）の上端にウェーハチャック１が設けられる。
【０００９】
該ウェーハチャック１は前記回転軸に連結される軸部２と円盤状の吸盤部３とを有し、該吸盤部３の上面には同心状に多数の円周溝４が形成されると共に放射状に放射溝５が形成され、前記円周溝４は前記放射溝５により連通されている。前記軸部２は中空６となっており、該中空６を介して図示しない真空引き装置に連通している。
【００１０】
ウェーハ７をチャックする場合は、該ウェーハ７が前記吸盤部３上に同心となる様図示しないウェーハ搬送ロボットにより受載される。前記ウェーハ７は前記吸盤部３より大径であり、周辺部は食出した状態となる。前記円周溝４、放射溝５は前記ウェーハ７が受載されることで、密閉された空間となり、前記中空６を介して真空引きすることで、前記円周溝４、放射溝５は負圧となり、外部との圧力差で前記ウェーハ７が前記吸盤部３に吸着、保持される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、上記した従来のウェーハ保持装置では以下に示す不具合がある。
【００１２】
図１３に示す様に、前記ウェーハ７を前記吸盤部３で吸着した場合、前記ウェーハ７は前記円周溝４間の円弧状の凸部８により支持された状態で前記ウェーハ７全面に外圧を受けることとなり、前記凸部８間で微妙且つ複雑な撓みを生じる。又、前記ウェーハ７は周辺部が前記吸盤部３より食出しており、食出した部分は自重で下方に撓む。前記した様に、前記ウェーハ７の表面検査は円周方向に走査して行うので、等高線９が円周に沿って形成される様な撓みについては、大きな弊害はないが、不規則な撓みが生じるとレーザ光線も不規則に反射するので、異物の誤検出、表面異常の誤検出を招く虞れがあり、測定誤差の原因の１つとなっている。
【００１３】
又、前記吸盤部３は前記ウェーハ７の裏面中心部全域に亘って接触し、接触部には大きな面圧が作用するので、傷が発生する虞れがあると共に、前記ウェーハ７の裏面に異物等が付着する虞れがある。
【００１４】
この為、図示しないウェーハ収納部或はウェーハカセットに前記ウェーハ７を多段に収納した場合、上段のウェーハ７の裏面から異物等が落下し、下段のウェーハ７表面に付着する可能性がある。ウェーハに半導体素子を形成した場合、周辺部に比べ中心部の歩留りがよいので、ウェーハ裏面、特に中心部に傷が発生すること、異物が付着することを防止したいという要望がある。
【００１５】
本発明は斯かる実情に鑑み、高速回転時でも確実にウェーハを保持すると共に、保持状態でウェーハ表面に複雑な撓みを生じない様に、又裏面中央部に傷の発生、異物の付着がない様にするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転可能に支持された円形のチャック台盤にリング形状のウェーハ受座が設けられ、該ウェーハ受座に吸着溝が刻設され、該吸着溝が真空排気装置に連通され、ウェーハは前記ウェーハ受座に載置され、前記吸着溝が真空排気されるウェーハ保持装置に係り、又前記チャック台盤に径の異なる複数のウェーハ受座を同心に設け、該複数のウェーハ受座は内側にいく程漸次高さを低くし、径の異なるウェーハを保持可能としたウェーハ保持装置に係り、又前記チャック台盤に抜き孔を穿設し、前記ウェーハの裏面側を外部に連通したウェーハ保持装置に係るものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
回転軸１１の上端にウェーハチャック１２が設けられる。
【００１９】
該ウェーハチャック１２には円板形状のチャック台盤１３の上面周縁部に全周に亘り連続する環状の突条であるウェーハ受座１４が形成され、該ウェーハ受座１４の断面は上面が水平な矩形形状をしている。該ウェーハ受座１４には該ウェーハ受座１４と同心の円周上に円弧状の吸着溝１５が刻設される。該吸着溝１５は前記ウェーハ受座１４の全周に亘って等間隔で配置され、前記吸着溝１５の長さは円周を等分割（図では６等分）した円弧長に略等しく、又該吸着溝１５と吸着溝１５との間には仕切り１６が形成される。尚、前記吸着溝１５は必ずしも前記仕切り１６により仕切られている必要はなく、全周に亘り連続した円形の吸着溝であってもよい。
【００２０】
前記チャック台盤１３には放射状に吸引流路１７が前記吸着溝１５の数だけ設けられており、該吸引流路１７の外端は前記吸着溝１５の中心に到達しており、複数（図示では３）の通孔１８により、前記吸着溝１５と前記吸引流路１７とが連通している。
【００２１】
又、前記回転軸１１には排気路１９が穿設され、該排気路１９に前記吸引流路１７の内端が連通し、前記排気路１９は真空ポンプ等を具備した真空排気装置（図示せず）に接続されている。
【００２２】
図示しないアライメント装置にウェーハ７が載置され、前記アライメント装置上で前記ウェーハ７の芯合せが行われ、芯合せが完了すると、図示しないウェーハ搬送ロボットにより、前記ウェーハチャック１２にウェーハ７が載置される。該ウェーハ７は周縁部全周で支持される。
【００２３】
前記排気路１９、前記吸引流路１７、前記通孔１８を介して前記吸着溝１５内が吸引排気され、負圧となり、前記ウェーハ７は周縁部で前記吸着溝１５に吸着され、保持される。
【００２４】
而して、前記ウェーハ７が周縁部全周で支持されることで、不規則な撓みの発生が防止される。
【００２５】
又、前記ウェーハ７が前記ウェーハ受座１４に載置され、チャックされた状態での前記ウェーハ７の撓み状態を図４に示す。該ウェーハ７は周縁部で円周支持されるので、自重により中心に向かって滑らかに撓み、撓みの等高線９は同心円状となる。
【００２６】
前記ウェーハ７の表面検査はレーザ光線を円周方向に照射し走査するので、円周方向に不規則な撓みがなければ、検査に支障を生じることはなく、又レーザ光線の半径方向の移動は前記ウェーハ７の回転に比べ各段に遅いので、変位があったとしても検出の追従は可能である。
【００２７】
尚、上記実施の形態では、前記ウェーハ受座１４を一体もののリングとしたが、前記吸着溝１５と吸着溝１５との間に欠切部が形成されてもよい。欠切部が設けられることで、慣性力が減少するという利点が有る。
【００２８】
前記ウェーハ７が前記ウェーハ受座１４により周縁部を支持されることで、前記ウェーハ７に撓みが生じるが、本実施の形態では該ウェーハ７の周縁部を吸着している。この為、該ウェーハ７の周縁部は前記ウェーハ受座１４の上面に倣い、水平に矯正されることとなる（図５参照）。前記ウェーハ７の周縁部が水平に矯正されることで、該ウェーハ７に該ウェーハ７の自重による曲げモーメントとは逆の曲げモーメントが作用することとなり、該ウェーハ７の撓みが減少される。
【００２９】
前記ウェーハ受座１４に前記ウェーハ７が載置されると、前記チャック台盤１３と前記ウェーハ７との間に閉じた空間２１が形成される。前記チャック台盤１３には、上下に貫通し外部と前記ウェーハ７の裏面側の前記空間２１とを連通する抜き孔２２が形成される。
【００３０】
前記ウェーハ７が前記ウェーハ受座１４に載置された場合に、前記ウェーハ７とウェーハ受座１４との接触状態が均等でない場合は、前記空間２１からも吸引される可能性があるが、前記抜き孔２２が外部と連通していることで前記空間２１が負圧になることが防止される。尚、前記した様に、前記吸着溝１５と吸着溝１５との間に欠切部が形成される場合は、前記抜き孔２２は必要ない。
【００３１】
上記した様に、前記ウェーハ７は周縁部で保持されるので、該ウェーハ７の裏面の中央部に異物が付着したり、傷が付くのが防止される。
【００３２】
図７は、前記ウェーハ受座１４で前記ウェーハ７を前記吸着溝１５により吸着することで、更に積極的に前記ウェーハ７の撓みを抑止しようとするものである。
【００３３】
前記ウェーハ受座１４の上面を、外方に向って若干下り勾配を有する円錐面とする。
【００３４】
図７に於いて、前記ウェーハ受座１４に前記ウェーハ７を載置し、前記吸着溝１５を吸引排気しない状態では前記ウェーハ受座１４の外縁で前記ウェーハ７との間に僅かに隙間が生じる様にする。この状態から、前記排気路１９、前記吸引流路１７、前記通孔１８を介して前記吸着溝１５が吸引排気される。
【００３５】
上記した様に吸引排気初期には、前記ウェーハ７の外縁と前記ウェーハ受座１４の周縁部に隙間があるので、前記空間２１からは吸引されることがなく、該空間２１が負圧になることが防止される。而して、前記抜き孔２２は省略することができる。
【００３６】
又、前記ウェーハ７の周縁部が前記吸着溝１５に吸着されると、前記ウェーハ受座１４の上面に密着する。前記ウェーハ７の周縁部が前記ウェーハ受座１４の上面の傾斜に倣うことで、前記ウェーハ７には凸面状に中央部が盛上がる様な変形力が与えられる。又、該ウェーハ７には自重による撓みが生じるので、自重と前記吸着による変形力とが相殺され、該ウェーハ７の撓みが抑制される。
【００３７】
図８〜図１０は他の実施の形態を示している。
【００３８】
ウェーハの大きさは複数あるが、該他の実施の形態では、複数（図示では２種類）の大きさのウェーハを保持可能としたものである。
【００３９】
図８〜図１０中、図１〜図３中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００４０】
チャック台盤１３の上面周縁部の全周に亘り連続する環状の突条である外ウェーハ受座２４が形成され、前記チャック台盤１３の上面に前記外ウェーハ受座２４と同心の内ウェーハ受座２５が形成される。前記外ウェーハ受座２４の外径は大径ウェーハ７ａと略等しく、前記内ウェーハ受座２５の外径は小径ウェーハ７ｂの外径と略等しくなっている。又、前記外ウェーハ受座２４の高さは前記内ウェーハ受座２５よりも高くなっている。
【００４１】
前記外ウェーハ受座２４、前記内ウェーハ受座２５の上面にはそれぞれ吸着溝２６，２７が刻設され、該吸着溝２６は吸引流路２８を介して排気路１９に連通され、前記吸着溝２７は吸引流路２９を介して前記排気路１９に連通されている。前記吸引流路２８と前記吸引流路２９は同数で等角度間隔で設けられ、又前記吸引流路２８と前記吸引流路２９とは所定角度ずれている。抜き孔２２（図示せず）は前記内ウェーハ受座２５より内側に穿設されている。
【００４２】
前記チャック台盤１３の下面中心部には前記回転軸１１と嵌合するボス部３１が設けられ、該ボス部３１に円筒状のリング切替え弁３２が回転可能且つ気密に設けられている。該リング切替え弁３２には前記吸引流路２８及び前記吸引流路２９と択一的に合致可能な弁孔３３が前記吸引流路２８の数だけ穿設されている。
【００４３】
而して、前記リング切替え弁３２を所定角度往復回転させることで、前記吸引流路２８即ち前記吸着溝２６と前記排気路１９、又は前記吸引流路２９即ち前記吸着溝２７と前記排気路１９とを択一的に連通させることが可能となっている。
【００４４】
前記リング切替え弁３２には外部に突出するピン３４が立設されており、該ピン３４を介して前記リング切替え弁３２を回転可能としている。
【００４５】
図１０は前記吸着溝２６が前記排気路１９と連通している状態を示しており、前記リング切替え弁３２は前記弁孔３３が前記吸引流路２８と合致している。この状態では前記大径ウェーハ７ａが保持可能であり、該大径ウェーハ７ａは前記外ウェーハ受座２４に載置され、前記吸着溝２６が吸引排気されることで、該吸着溝２６に吸着される。
【００４６】
ウェーハチャック１２で前記小径ウェーハ７ｂを保持する場合は、前記リング切替え弁３２を所定角度回転させ、前記弁孔３３を前記吸引流路２９に合致させる。前記小径ウェーハ７ｂを前記内ウェーハ受座２５に載置し、前記排気路１９を介して吸引排気すると前記吸着溝２７により前記小径ウェーハ７ｂが吸着される。
【００４７】
而して、前記外ウェーハ受座２４、前記内ウェーハ受座２５とウェーハの大きさに応じた径のウェーハ受座を設けることで、複数のウェーハ７を保持可能となる。
【００４８】
尚、前記ウェーハ受座の外径とウェーハ７の外径とは必ずしも等しくなくてもよい。該ウェーハ７の外径に対しウェーハ受座の外径を小さくし、前記ウェーハ７の周辺部が食出した状態で保持すると、前記ウェーハ受座を境に前記ウェーハ７の自重による曲げモーメントの向きが逆になり、曲げモーメントが相殺され、撓み量が少なくなる。
【００４９】
尚、上記実施の形態は表面検査装置について説明したが、ウェーハを回転して処理する種々の装置に実施可能であることは言う迄もない。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、回転可能に支持された円形のチャック台盤にリング形状のウェーハ受座が設けられ、該ウェーハ受座に吸着溝が刻設され、該吸着溝が真空排気装置に連通され、ウェーハは前記ウェーハ受座に載置され、前記吸着溝が真空排気されるので、確実にウェーハが保持され、又ウェーハは周縁部が全周保持され、不規則な変形が生じることがなく、又ウェーハ裏面の中央部に傷が発生することが防止され、異物の付着がない。
【００５１】
前記チャック台盤に径の異なる複数のウェーハ受座を同心に設け、該複数のウェーハ受座は内側にいく程漸次高さを低くし、径の異なるウェーハを保持可能としたので、同一のウェーハチャックにより大きさの異なる複数の種類のウェーハを保持可能であり、ウェーハの種類毎にウェーハチャックを変える必要がなく、ウェーハの種類に変更があった場合でも直ちに対応でき、又複数のウェーハチャックを用意する必要がないので、装置のコストを低減できる。
【００５２】
又前記チャック台盤に抜き孔を穿設し、前記ウェーハの裏面側を外部に連通したので、真空吸着してもウェーハの背面が負圧になることがなく、ウェーハの撓みを防止できる等の種々の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】同前実施の形態を示す平面図である。
【図３】同前実施の形態を示す断面図である。
【図４】同前実施の形態でのウェーハの撓み状態を示す説明図である。
【図５】同前実施の形態の作動を示す断面図である。
【図６】同前実施の形態の変更例を示す断面図である。
【図７】同前実施の形態の他の変更例を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図９】同前他の実施の形態を示す半立断面図である。
【図１０】同前他の実施の形態を示す要部平断面図である。
【図１１】従来例のウェーハチャックの斜視図である。
【図１２】該従来例の立断面図である。
【図１３】該従来例に於けるウェーハの撓み状態を示す説明図である。
【符号の説明】
７ウェーハ
１３チャック台盤
１４ウェーハ受座
１５吸着溝
１７吸引流路
２４外ウェーハ受座
２５内ウェーハ受座
２６吸着溝
２７吸着溝
２８吸引流路
２９吸引流路
３２リング切替え弁
３３弁孔

Claims

回転可能に支持された円形のチャック台盤に、リング形状で、上面が外方に向って下り勾配を有するウェーハ受座が設けられ、該ウェーハ受座に吸着溝が刻設され、該吸着溝が真空排気装置に連通され、ウェーハは前記ウェーハ受座に載置され、前記吸着溝が真空排気されることを特徴とするウェーハ保持装置。
前記チャック台盤に径の異なる複数のウェーハ受座を同心に設け、該複数のウェーハ受座は内側にいく程漸次高さを低くし、径の異なるウェーハを保持可能とした請求項１のウェーハ保持装置。
前記チャック台盤に抜き孔を穿設し、前記ウェーハの裏面側を外部に連通した請求項１のウェーハ保持装置。