JP7248465B2

JP7248465B2 - 基板処理装置のスピンチャック

Info

Publication number: JP7248465B2
Application number: JP2019051027A
Authority: JP
Inventors: 飛徐; 耕二西山
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2023-03-29
Anticipated expiration: 2039-03-19
Also published as: WO2020188997A1; TWI728703B; JP2020155519A; TW202036771A

Description

本発明は、半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）を吸着保持して回転させる基板処理装置のスピンチャックに関する。

従来より、円形の半導体ウェハーを回転させつつ当該半導体ウェハーに対して塗布処理や洗浄処理等を行う基板処理装置が広く用いられている（例えば、スピンコータ、スピンスクラバ、スピンデベロッパ等）。これらの基板処理装置では、スピンチャックによって半導体ウェハーを水平姿勢に保持しつつ、鉛直方向に沿った中心軸周りで半導体ウェハーを回転させて所定の処理を行う。スピンチャックとしては、半導体ウェハーの端縁部を機械的に把持するものや半導体ウェハーの下面中心部を吸着保持するものが用いられている。

特許文献１には、半導体ウェハーの下面を真空吸着保持するスピンチャックが開示されている。特許文献１に開示のスピンチャックにおいては、基板保持部と半導体ウェハーとの接触面積をなるべく少なくするべく、基板保持部の周縁部に円環状に凸状部を設けるとともに、その内側に複数の微小突起を設けている。半導体ウェハーの下面に基板保持部を当接させた状態で周縁部の内側を真空吸引することによって半導体ウェハーをスピンチャックに吸着保持する。

特開平１０－１５００９７号公報

典型的には、半導体ウェハーの厚さは規格によって０．７７５ｍｍとされている。ところが、それよりも顕著に厚さの薄い、例えば厚さ０．３ｍｍの半導体ウェハーも使用されている。このような薄型の半導体ウェハーを特許文献１に開示されるようなスピンチャックに吸着保持して高速回転させると、半導体ウェハーのエッジ部分がばたついて大きく揺れ動くという問題が生じる。例えば、スピンコータにて回転中の半導体ウェハーのエッジ部分が大きく揺れ動くと塗布品質が悪化することとなる。

また、特許文献１に開示されるような接触面積の少ないスピンチャックによって上記薄型の半導体ウェハーを吸着保持すると、吸着部分が凹状にへこんで変形するという問題も生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、薄い基板であっても回転時の基板の振動を抑制することができるスピンチャックを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板を吸着保持して回転させる基板処理装置のスピンチャックにおいて、保持する基板の径の３分の２以上前記基板の径未満の直径を有する円板形状の基板保持部を備え、前記基板保持部の上面は平面であるとともに、前記上面に複数の吸着孔が設けられ、前記複数の吸着孔は、前記基板保持部の前記上面に同心円状に設けられ、前記複数の吸着孔は、前記基板保持部の径方向に沿って前記基板保持部の端縁部に近付くほど配設間隔が小さくなるように設けられることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る基板処理装置のスピンチャックにおいて、前記複数の吸着孔の開口率は０．０５％以上０．１％以下であることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る基板処理装置のスピンチャックにおいて、前記基板保持部の径方向に沿って前記上面と平行に横穴が設けられ、前記複数の吸着孔は前記横穴に連通接続され、前記横穴よりも前記複数の吸着孔の径の方が小さいことを特徴とする。

請求項１から請求項３の発明によれば、保持する基板の径の３分の２以上当該基板の径未満の直径を有する円板形状の基板保持部の上面は平面であるとともに、当該上面に複数の吸着孔が設けられるため、薄い基板であっても安定して基板を吸着保持することができ、回転時の基板の振動を抑制することができる。また、複数の吸着孔は、基板保持部の径方向に沿って基板保持部の端縁部に近付くほど配設間隔が小さくなるように設けられるため、基板の全面を良好なバランスにて吸着することができる。

本発明に係る基板処理装置のスピンチャックの構成を示す縦断面図である。図１のスピンチャックの端部を拡大した縦断面図である。図１のスピンチャックの平面図である。図１のスピンチャックによる保持対象となる半導体ウェハーの断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る基板処理装置のスピンチャック１の構成を示す縦断面図である。図２は、図１のスピンチャック１の端部を拡大した縦断面図である。また、図３は、図１のスピンチャック１の平面図である。

このスピンチャック１は、例えばスピンコータ等の半導体ウェハーＷを回転させつつ所定の基板処理を行う回転式基板処理装置に用いられる。スピンチャック１は、基板保持部２と嵌合部３とを備えて構成される。基板保持部２および嵌合部３は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によって形成される。基板保持部２の下面中央に嵌合部３が突設される。嵌合部３は、図示を省略する基板処理装置のモータの回転軸５に嵌合される。当該モータの回転駆動によって、回転軸５とともに嵌合部３および基板保持部２を含むスピンチャック１の全体が鉛直方向に沿った軸Ｊ周りで回転する。なお、基板保持部２と嵌合部３とは一体に成型されても良い。

基板保持部２は、円板形状の部材である。円板形状の基板保持部２の直径は、スピンチャック１によって保持される対象となる半導体ウェハーＷの直径の３分の２以上であり、かつ、当該半導体ウェハーＷの直径未満である。例えば、保持される半導体ウェハーＷの径がφ３００ｍｍであれば、基板保持部２の直径は２００ｍｍ以上３００ｍｍ未満である。本実施形態では、基板保持部２の直径は２９４ｍｍであり、半導体ウェハーＷの径よりも若干小さい。

基板保持部２の内部には、円板形状の径方向に沿って上面と平行に複数の横穴１０が形設されている。図３に示すように、本実施形態では、１５°間隔で１２本の横穴１０が基板保持部２に形設されている。なお、図３では、図示の便宜上、横穴１０を点線にて示している。

横穴１０は、基板保持部２の径方向に沿って形設された円筒状の貫通穴である。よって、各横穴１０の長さは基板保持部２の直径と等しい。また、横穴１０の径は、例えば２ｍｍである。１２本の横穴１０の中心部は、回転軸５および嵌合部３の内部に鉛直方向に沿って延設された吸引管１５に連通接続されている。吸引管１５の基端部は真空吸引源８に連通接続されている。真空吸引源８は、真空ポンプ等を備える。

また、横穴１０の両端は丸棒１１によって封止されている。１２本の横穴１０のそれぞれの両端に丸棒１１が嵌合されているため、合計２４個の丸棒１１によって１２本の横穴１０が封止されることとなる。

基板保持部２の上面２ａは平坦な円形の平面である。基板保持部２の上面２ａには、複数の吸着孔２０が穿設されている。複数の吸着孔２０のそれぞれは、基板保持部２の上面２ａと垂直に設けられた小孔である。各吸着孔２０の径は、例えば０．５ｍｍである。複数の吸着孔２０のそれぞれは、いずれかの横穴１０に連通接続されている。

横穴１０は基板保持部２の径方向に沿って設けられているため、図３に示すように、複数の吸着孔２０も基板保持部２の径方向に沿って配設されることとなる。また、図１および図３に示すように、複数の吸着孔２０は、円板形状の基板保持部２の径方向に沿って基板保持部２の端縁部に近付くほど配設間隔（ピッチ）が小さくなるように設けられている。従って、基板保持部２の径方向においては、基板保持部２の端縁部に近付くほど吸着孔２０の配設密度が高くなる。また、１２本の横穴１０の相互間では、同じ配設間隔にて吸着孔２０が設けられている。従って、図３に示すように、複数の吸着孔２０は基板保持部２の上面２ａに同心円状に配設されることとなる。

図２に示すように、本実施形態の基板保持部２においては、平坦な平面である上面２ａの一部に吸着孔２０が設けられることとなる。複数の吸着孔２０の開孔率（基板保持部２の上面２ａ全体の面積に対する複数の吸着孔２０の開孔部分の合計面積の比率）は０．０７％以下であり、好ましくは０．０５％以上０．１％以下である。

図４は、本実施形態のスピンチャック１による保持対象となる半導体ウェハーＷの断面図である。本実施形態においては、一般的な規格（厚さ０．７７５ｍｍ）よりも厚さの薄い半導体ウェハーＷがスピンチャック１によって吸着保持される。図４の半導体ウェハーＷの直径は、典型的なウェハーサイズと同じφ３００ｍｍである。半導体ウェハーＷの厚さは一定値ではない。半導体ウェハーＷの端縁部から幅３ｍｍの円環状領域の厚さｔ１は０．８ｍｍである。一方、その円環状領域よりも内側の領域の厚さｔ２は０．３ｍｍである。従来、多数のデバイスを積層させて使用する場合、デバイスの裏側を研削することによって各デバイスの厚さを薄くすることにより、全体の厚さが過大にならないようにすることがあった。図４のような薄型の半導体ウェハーＷからデバイスを製造すれば、研削を行わなくても各デバイスの厚さを薄くすることが可能である。すなわち、図４のような半導体ウェハーＷは、薄いデバイスを製造する際に好適である。

図４のような薄型の半導体ウェハーＷを本実施形態のスピンチャック１に載置し、半導体ウェハーＷの裏面を基板保持部２の上面２ａに接触させた状態にて真空吸引源８を作動させると、吸引管１５および横穴１０の内部が吸引され、複数の吸着孔２０のそれぞれに負圧が作用する。横穴１０は貫通穴ではあるものの、横穴１０の両端は丸棒１１によって封止されているため、横穴１０の両端から空気が流入して吸着孔２０に負圧が作用しなくなることは防がれる。半導体ウェハーＷの裏面が基板保持部２の上面２ａに接触した状態で複数の吸着孔２０のそれぞれに負圧が作用することにより、当該半導体ウェハーＷが基板保持部２の上面２ａに吸着保持される。

半導体ウェハーＷを吸着保持したスピンチャック１が鉛直方向に沿った軸Ｊ（図１）周りで回転することにより、当該半導体ウェハーＷも水平面内で回転する。例えば、スピンコータにて回転する半導体ウェハーＷの表面中心に図示省略の吐出ノズルからレジスト液を吐出することにより、着液したレジスト液が遠心力によって半導体ウェハーＷの表面に薄く拡布されてレジスト膜が形成されることとなる。また、例えば、スピンスクラバにて回転する半導体ウェハーＷの表面に図示省略の洗浄ブラシを当接させて当該洗浄ブラシを揺動させることにより、半導体ウェハーＷのスクラブ洗浄を行うことができる。

本実施形態においては、スピンチャック１の基板保持部２の直径を半導体ウェハーＷの直径の３分の２以上、かつ、半導体ウェハーＷの直径未満としている。すなわち、基板保持部２のサイズを典型的なスピンチャックよりも比較的大きくして半導体ウェハーＷよりも若干小さなものとしている。そして、比較的大きな基板保持部２の上面２ａを平坦な平面とし、その上面２ａの一部に複数の吸着孔２０を設けている。このような基板保持部２によって半導体ウェハーＷを吸着保持すれば、半導体ウェハーＷと上面２ａとの接触面積が大きくなり、図４に示すような薄型の半導体ウェハーＷであっても安定して吸着保持することができる。その結果、図４に示すような薄型の半導体ウェハーＷをスピンチャック１に吸着保持して高速回転させたとしても、回転時の半導体ウェハーＷの振動を抑制することができる。例えば、スピンコータにおいて、回転時の半導体ウェハーＷの振動を抑制することができれば、塗布品質の劣化を防止することができる。

また、平坦な上面２ａの一部に複数の吸着孔２０を設けた基板保持部２によって薄型の半導体ウェハーＷを吸着保持しても、半導体ウェハーＷと上面２ａとの接触面積が大きいため、吸着部分が凹状にへこむような半導体ウェハーＷの変形を防止することができる。これにより、半導体ウェハーＷの表面平坦度を維持することができる。例えば、スピンコータにおいて、半導体ウェハーＷの表面平坦度を維持することができれば、塗布品質の劣化を防止することができる。

また、円板形状の基板保持部２の径方向に沿って基板保持部２の端縁部に近付くほど配設間隔が小さくなるように複数の吸着孔２０が設けられているため、半導体ウェハーＷの全面を良好なバランスにて吸着することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、図４に示すような周縁部を厚くした半導体ウェハーＷをスピンチャック１に吸着保持していたが、全面が厚さ０．３ｍｍ程度の薄型の半導体ウェハーＷをスピンチャック１に吸着保持するようにしても良い。図４に示すような半導体ウェハーＷであれば、厚い周縁部によっても回転時の半導体ウェハーＷの振動が幾分抑制されるが、全面が厚さ０．３ｍｍ程度の薄型の半導体ウェハーＷの場合、回転時に半導体ウェハーＷの周縁部がより振動しやすくなる。このような全面が厚さ０．３ｍｍ程度の薄型の半導体ウェハーＷであっても、上記実施形態のスピンチャック１によってその半導体ウェハーＷを吸着保持すれば、回転時の半導体ウェハーＷの振動を抑制することができる。

また、一般的な規格の厚さの半導体ウェハーＷをスピンチャック１に吸着保持するようにしても良い。この場合にも、回転時の半導体ウェハーＷの振動を抑制することができる。もっとも、上記実施形態のような薄型の半導体ウェハーＷをスピンチャック１によって吸着保持するようにした方が回転時の半導体ウェハーＷの振動を抑制する効果をより顕著に得ることができる。

また、上記実施形態においては、基板保持部２に１２本の横穴１０を形設していたが、横穴１０の本数は１２本に限定されるものではなく適宜の数とすることができる。また、基板保持部２の上面２ａに設ける吸着孔２０の個数も適宜の数とすることができる。

また、横穴１０および吸着孔２０の径もそれぞれ２ｍｍおよび０．５ｍｍに限定されるものではなく、適宜の値とすることができる。但し、吸着孔２０の径は横穴１０の径よりは小さい。

また、スピンチャック１の材質はポリテトラフルオロエチレンに限定されるものではなく、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を用いるようにしても良い。

本発明に係る技術は、特に薄い半導体ウェハーを吸着保持して高速回転させる基板処理装置のスピンチャックに好適に適用することができる。

１スピンチャック
２基板保持部
２ａ上面
３嵌合部
１０横穴
１１丸棒
２０吸着孔
Ｗ半導体ウェハー

Claims

基板を吸着保持して回転させる基板処理装置のスピンチャックであって、
保持する基板の径の３分の２以上前記基板の径未満の直径を有する円板形状の基板保持部を備え、
前記基板保持部の上面は平面であるとともに、前記上面に複数の吸着孔が設けられ、
前記複数の吸着孔は、前記基板保持部の前記上面に同心円状に設けられ、
前記複数の吸着孔は、前記基板保持部の径方向に沿って前記基板保持部の端縁部に近付くほど配設間隔が小さくなるように設けられることを特徴とする基板処理装置のスピンチャック。
請求項１記載の基板処理装置のスピンチャックにおいて、
前記複数の吸着孔の開口率は０．０５％以上０．１％以下であることを特徴とする基板処理装置のスピンチャック。
請求項１または請求項２記載の基板処理装置のスピンチャックにおいて、
前記基板保持部の径方向に沿って前記上面と平行に横穴が設けられ、
前記複数の吸着孔は前記横穴に連通接続され、
前記横穴よりも前記複数の吸着孔の径の方が小さいことを特徴とする基板処理装置のスピンチャック。