JP6443582B2 - 基板吸着ステージ、基板処理装置、基板処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、基板に液体処理を施す際に用いられる基板吸着ステージ、基板処理装置及び基板処理方法に関する。

例えばパワーデバイスなどのウエハプロセスでは、ＦＺウエハの表面にトランジスタを形成し、その後ウエハの裏面を研削し、研削後の裏面にイオン注入をしたり金属電極膜を形成したりすることがある。ウエハを研削した結果ウエハの厚さが例えば１００μｍ以下まで薄くするとウエハが数ｍｍ反り、イオン注入装置等で搬送できない。

ウエハの反りを抑制するために、ウエハの外周側数ｍｍを残しつつウエハの内側のみをくり抜く方法がある。厚いまま残した外周側の部分はリング部と呼ばれている。リング部は最終的にはウエハから切断する必要がある。リング部を切り離すために、水柱レーザを利用する方法がある。水柱レーザとは直径数十μｍの高圧の水柱の中に導入したＹＡＧレーザ光のことである。水柱レーザに用いた水には研削屑が混じっている。研削屑がウエハに付着すると異物又はシミの原因になって良品歩留りを下げる。また、そのような水がステージとウエハ裏面との間に入るとウエハがステージから離れずウエハが割れることがある。

特許文献１には、基板を真空吸着する基板吸着ステージが開示されている。

日本特開２０１４−０８６６３８号公報

基板に対し液体処理を施す場合は、基板の裏面側に液体が進入しないようにすべきである。そこで、６００回転/分以上の回転数で基板をスピンさせ、遠心力で液体を外部に飛ばすことが考えられる。しかし、水柱レーザの走査速度は数百ｍｍ/秒以下であるので、ウエハ直径を２００ｍｍとした場合に回転数に換算すると数十回/分程度である。したがって、水柱レーザを利用した液体処理では、基板を高速でスピンさせることはできない。水柱レーザを利用する場合に限らず、基板の裏面側に液体が進入しないようにしつつ液体処理を行うことができる技術が求められていた。

本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、基板の裏面側に液体が進入しないようにしつつ液体処理を行うことができる基板吸着ステージ、基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。

本願の発明にかかる基板吸着ステージは、上面を有し、内部に空洞が形成され、該空洞から該上面に至る噴出穴が形成され、該噴出穴と該上面をつなぐ吸着穴が形成された基板支持部と、該空洞の中に気体を供給する気体供給部と、を備え、該噴出穴は平面視で該吸着穴を囲み、該空洞に気体が供給されると、該吸着穴の気体が該噴出穴を介して外部に放出されることを特徴とする。

本願の発明にかかる基板処理装置は、上面を有し、内部に空洞が形成され、該空洞から該上面に至る噴出穴が形成され、該噴出穴と該上面をつなぐ吸着穴が形成された基板支持部と、該空洞の中に気体を供給する気体供給部と、を備え、該噴出穴は平面視で該吸着穴を囲み、該空洞に気体が供給されると、該吸着穴の気体が該噴出穴を介して外部に放出される基板吸着ステージと、該基板吸着ステージの上の基板に液体処理を施す液体処理装置と、を備えたことを特徴とする。

本願の発明にかかる基板処理方法は、基板支持部の上面に基板をのせる工程と、１つの気体供給部から該基板支持部内の空洞に気体を供給することで、該空洞につながる噴出穴から該基板の裏面外周部に気体を吹き付けるとともに、該基板支持部の上面と該噴出穴をつなぐ吸着穴から気体を抜き該基板を該基板支持部に吸着させた状態で、該基板に液体処理を施す工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

この発明によれば、１つの気体供給部により、基板を基板支持部に真空吸着させるとともに基板の裏面外周部に気体を吹き付けることができるので、基板の裏面側に液体が進入しないようにしつつ液体処理を行うことができる。

実施の形態１に係る基板吸着ステージの断面図である。 基板支持部の平面図である。 基板支持部の一部の平面図である。 基板支持部の断面図である。 基板処理装置を示す図である。 基板処理装置に基板をセットしたことを示す図である。 基板を基板吸着ステージに吸着させたことを示す図である。 基板の切断方法を示す図である。 基板の洗浄処理を示す図である。 実施の形態２に係る基板支持部の一部平面図である。 気体の流れを示す図である。 実施の形態１における気体の流れを示す図である。 実施の形態３に係る気体吸着ステージの断面図である。 基板支持部の平面図である。 第２部分等の平面図である。 基板支持部の断面図である。 気体の流れを示す図である。

本発明の実施の形態に係る基板吸着ステージ、基板処理装置及び基板処理方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る基板吸着ステージの断面図である。基板吸着ステージは基板を支持する基板支持部１を備えている。基板支持部１は上面１Ｃを有している。上面１Ｃは、第１上面１ａと、第１上面１ａよりも低く形成された第２上面１ｂを備えている。基板支持部１の内部には空洞１ｃが形成されている。空洞１ｃは、基板支持部１の概ね中央に位置している。

基板支持部１には空洞１ｃから上面１Ｃに至る噴出穴１ｄと、噴出穴１ｄと上面１Ｃをつなぐ吸着穴１ｅが形成されている。噴出穴１ｄは、空洞１ｃにつながるとともに、第１上面１ａと第２上面１ｂの段差部分につながっている。吸着穴１ｅは第１上面１ａに形成されている。吸着穴１ｅは、基板支持部１の上面１Ｃと噴出穴１ｄをつなぐ流路を提供する。吸着穴１ｅは断面視で斜めに形成されている。

基板支持部１は、第１部分１Ａと第２部分１Ｂを備えている。第１部分１Ａは、第１上面１ａと吸着穴１ｅが形成された部分である。第２部分１Ｂは第２上面１ｂを有する部分である。第２部分１Ｂの大部分は第１部分１Ａの下にある。第１部分１Ａの下面と第２部分１Ｂの上面によって噴出穴１ｄの形状が決められている。

図２は、基板支持部１の平面図である。第２上面１ｂは第１上面１ａを囲んでいる。吸着穴１ｅは基板支持部１の中央部に複数形成されている。噴出穴１ｄは、第１上面１ａと第２上面１ｂの境界に環状に形成されている。噴出穴１ｄは平面視で吸着穴１ｅを囲んでいる。第１部分１Ａはねじ２によって第２部分１Ｂに固定されている。

図３は、第１部分１Ａの一部と、第２部分１Ｂとを示す平面図である。噴出穴１ｄの底面は第２部分１Ｂで形成されている。図３でハッチングが施された領域は、噴出穴１ｄの流路を示す。この流路は、空洞１ｃから離れる方向に伸びる８本の溝１ｆと、それらの溝１ｆにつながる環状の領域によって確保されている。第１部分１Ａの一部が第２部分１Ｂに接することで、幅の狭い溝１ｆが形成されている。

第１部分１Ａと第２部分１Ｂにはねじ穴１ｇが形成されている。このねじ穴１ｇに、前述のねじ２が固定される。図１の基板支持部１は、図２の破線における断面図である。図
２、３の破線を同じ位置を表す。この破線は溝１ｆを含む部分をとおる線である。

図４は、図２の一点鎖線における断面図である。一点鎖線は溝１ｆのない部分をとおる線である。溝１ｆが形成されていない部分では、図３に示す第１部分１Ａが空洞１ｃと噴出穴１ｄの間を塞いでいるので、空洞１ｃと噴出穴１ｄはつながっていない。なお、図２、３の一点鎖線は同じ位置を示す。

図１の説明に戻る。基板支持部１の下にはステージ回転軸３が設けられている。ステージ回転軸３はサーボモータ５によって回転する部分である。ステージ回転軸３の中は空洞３ａとなっている。この空洞３ａは基板支持部１の空洞１ｃにつながっている。ステージ回転軸３は固定筒９に囲まれている。固定筒９は、上部軸受ベアリング６、下部軸受ベアリング７及び回転シール８を備えている。上部軸受ベアリング６と下部軸受ベアリング７は回転するステージ回転軸３を支えるものである。回転シール８はＯリング８ａを介してステージ回転軸３に接している。

空洞３ａは、ステージ回転軸３と固定筒９の側面に設けられた穴、及びバルブ１１を介して気体供給部１０につながっている。気体供給部１０は、例えば不活性ガスなどの気体を加圧して空洞３ａ、１ｃの中に供給するものである。

図５は、上述の基板吸着ステージを備えた基板処理装置の断面図である。基板処理装置は、基板吸着ステージの上の基板に液体処理を施す液体処理装置２０を備えている。液体処理装置２０は、基板に液体を供給する液体供給部２６と、液体の中にレーザ光を供給するＹＡＧレーザ発振器であるレーザ部２３とを備えている。レーザ光は光ファイバー２５を通って水柱混合ノズル２９に到達し、液体は高圧用配管２７をとおって水柱混合ノズル２９に到達する。

また、ウエハの外周部に厚いリング部を有するくり抜きウエハを液体処理の対象とする場合に備えて、当該リング部を受けるリング部受け２１が設けられている。リング部受け２１の上面は基板支持部１の上面１Ｃよりも低い位置にある。

次に、図５に示す基板処理装置を用いた基板処理方法について説明する。まず、基板支持部１の第１上面１ａに基板をのせる。図６は、基板支持部１の第１上面１ａに基板３０をのせたことを示す図である。基板３０は、ウエハの中央部をくり抜くことで中央部を薄く外周部を厚くしたくり抜きウエハである。外周部の厚い部分はリング部３０ａである。薄い中央部を第１上面１ａに乗せ、リング部３０ａをリング部受け２１に乗せる。

次に、バルブ１１を開ける。図７は、バルブ１１を開けたことで生じる気流を矢印で示す図である。バルブ１１を開けると気体供給部１０から、ステージ回転軸３内の空洞３ａと基板支持部１の空洞１ｃに加圧された気体が供給される。そして、噴出穴１ｄの一部である図３の溝１ｆをとおる気流が生成する。空洞１ｃから溝１ｆにかけて断面積が狭くなるので流速が増加しベンチュリ効果が生じる。これにより、吸着穴１ｅに真空を生じさせることで、基板３０を第１上面１ａに吸着させる。言いかえれば、空洞１ｃに加圧された気体が供給されると、吸着穴１ｅの気体が噴出穴１ｄを介して外部に放出される。噴出穴１ｄを通った加圧気体は、基板３０の裏面外周部に向かって放出される。

このように、基板３０を第１上面１ａに吸着させ、基板３０の裏面外周部に向かって気体を吹き付けた状態を維持しつつ、基板３０を切断する。図８は、基板の切断を説明する図である。液体供給部２６から水柱混合ノズル２９に高圧水２８を供給する。また、レーザ部２３から光ファイバー２５を経由させて水柱混合ノズル２９にレーザ光を供給する。水柱混合ノズル２９から基板３０の上面に対し直径数十μｍの水柱を吹き付けつつ、その水柱の中に進入させたレーザ光で基板３０を切断する。

このとき、噴出穴１ｄから基板３０の裏面外周部に放射状に気体が吹き付けられているので、レーザ屑を含んだ水３１が基板３０の裏面に侵入することを防止できる。基板３０の切断を進めるために、例えばＸ−Ｙステージによって、基板支持部１とサーボモータ５とリング部受け２１を一体的に回転させる。基板３０送り速度は例えば数百ｍｍ/秒以下である。こうして、基板３０を一回転させることで、基板３０からリング部３０ａを切り離す。

図９は、リング部切断後の動作を説明する図である。リング部３０ａの切断を終えると、リング部受け２１を下に下げる。そして、洗浄シーケンスを開始する。図９に示すように、洗浄シーケンスは、気体供給部１０から空洞３ａ、１ｃに加圧気体を供給した状態で行う。この状態で、基板３０の表面に付着したレーザ屑を含んだ水３１を液体によって洗い流す。具体的には、洗浄液供給部３２から基板３０の上面に洗浄液３５を供給し、サーボモータ５で５００回転／分以上の回転数で基板支持部１をスピンさせる。そうすると、基板３０上の水３１を遠心力で飛ばすことができる。適当なタイミングでバルブ３３を閉じ、すべての洗浄液３５を遠心力で飛ばす。なお、基板支持部１のスピン方向は矢印３７で示されている。

回転シール８とＯリング８ａによりステージ回転軸３の空洞３ａをシーリングしているので、ステージ回転軸３の回転中に気体供給部１０から空洞１ｃに加圧気体を供給することができる。そのため、基板３０の裏面外周部に気体を吹き付けつつ、基板３０に遠心力を及ぼすことができるので、基板３０の裏面側へ水３１が侵入することを防ぐことができる。

このように、１つの気体供給部１０から生じる１系統の加圧気体流のみで、基板吸着のための真空を生成することと、基板の裏面外周部に気体を吹き付けることができる。よって、真空生成用と気体噴き付け用の２系統の気流は不要である。液体処理では、基板３０の裏面外周部に向かって気体を吹き付けつつ、基板３０の上面に液体を供給するので、基板の裏面側に液体が回ることを防止できる。したがって、基板３０の裏面が濡れたり、基板３０の裏面が濡れてシミになったり、基板支持部１の上面１Ｃを濡らしたりすることを防止できる。

本発明の実施の形態１の構成によれば、液体が基板裏面へ回りこむことを防止するために、基板を高速回転させる必要はない。そのため、基板支持部１を停止又は低速回転させた状態で基板の上面に液体処理を施すことができる。実施の形態１では、液体処理として、水柱レーザ切断加工を採用した。実施の形態１の基板吸着ステージを採用する場合、リング部受け２１を図１に示す基板吸着ステージと分離して設けることで、基板処理装置が複雑な構造となることを防止できる。

実施の形態１に係る発明で重要な点は、１つの気体供給部１０から基板吸着ステージ内の空洞１ｃに気体を供給することで、噴出穴１ｄから基板３０の裏面外周部に気体を吹き付けるとともに、吸着穴１ｅから気体を抜き基板３０を基板吸着ステージに吸着させた状態で、基板３０に液体処理を施すことである。上述の基板吸着ステージ、基板処理装置及び基板処理方法はこの特徴を失わない限りにおいて様々な変形をなしうる。例えば、実施形態１では基板のおもて面に水をあてつつレーザ光で基板を切断する液体処理を説明したが、液体を用いる処理であれば別の処理を実行しても良い。くり抜きウエハ以外の基板を処理対象としてもよい。液体処理の内容によっては、基板支持部を回転させるための要素を省略してもよい。

これらの変形は以下の実施の形態に係る基板吸着ステージ、基板処理装置及び基板処理方法に適宜応用することができる。また、以下の実施の形態に係る基板吸着ステージ、基板処理装置及び基板処理方法については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図１０は、実施の形態２に係る第２部分１Ｂの平面図である。基板支持部１の第２部分１Ｂは平面視で円形に形成されている。図１０の第２部分１Ｂは、溝１ｉの形状が図３の溝１ｆとは異なる。溝１ｉは、空洞１ｃに近い領域では直線的だが、空洞１ｃから遠い領域では曲線的に形成されている。この曲線的な部分によって、噴出穴１ｄから噴き出す気流に対し、第２部分１Ｂの外縁の接線方向に進む成分を与えることができる。

図１１は、空洞１ｃに加圧気体を供給したときの噴出穴１ｄ内外の気体の流れを矢印で示す図である。矢印４６の方向は噴出穴１ｄから出る気体の進行方向を示し、矢印４６の長さは気体の速度を示す。そして、曲線４６ａは、噴出穴１ｄから出る気体の速度を表す。噴出穴１ｄから曲線４６ａまでの距離が、その位置での気体の速度を示す。噴出穴１ｄから曲線４６ａまでの距離はどの場所でも概ね均一なので、基板の裏面外周部に概ね均一流速の気体を吹き付けることができることが分かる。

これに対し、実施の形態１の第２部分１Ｂの溝形状では、放射状にほぼ均等に気体を吹き出すことはできない。図１２は、実施の形態１に係る溝形状を採用した場合の気体の進行方向を矢印で示す図である。矢印４５の方向は噴出穴１ｄから出る気体の進行方向を示し、矢印４５の長さは吹き出す気体の速度を示す。曲線４５ａは、噴出穴１ｄから出る気体の速度を表す。曲線４５ａから分かるように、気体の流れの方向に応じて気体の速度に強弱がある。吹き出す気流が強い場所４５ｂに挟まれた場所４５ｃでは、空洞１ｃ方向の気流が発生することがある。このように噴出穴１ｄから出る気体の速度にばらつきがあると、基板裏面の特定の場所に液体が回り込むおそれがある。

しかしながら、図１１を参照しつつ説明したように、曲線的な溝１ｆを設けることで、基板の裏面外周部全体に概ね均一な流量の気体を吹き付けることができる。これにより、基板の裏面外周部へ液体が進入することを防止する効果を高めることができる。

実施の形態２に係る溝１ｆの形状は適宜変形することができる。噴出穴１ｄは、基板支持部１の外縁の接線に対し９０°未満の角度で気体を吹き出すように形成される限り、任意の形状とすることができる。

実施の形態３．
図１３は、実施の形態３に係る基板吸着ステージの断面図である。基板支持部１の第１部分１Ａは仕切り板５０を備えている。仕切り板５０の下には噴出穴１ｄの一部があり、仕切り板５０の上には吸着穴１ｅがある。吸着穴１ｅは、噴出穴１ｄにつながり噴出穴１ｄと平行に伸びる平行流路１ｋと、平行流路１ｋと基板支持部１の上面１Ｃをつなぐ接続流路１ｊにより構成されている。平行流路１ｋには、空洞１ｃ側の領域と、基板支持部１の外縁側の領域がある。外縁側の領域が噴出穴１ｄにつながり、空洞１ｃ側の領域が接続流路１ｊにつながっている。

図１４は、実施の形態３に係る基板吸着ステージの平面図である。図１４の破線における断面図が図１３である。図１５は、実施の形態３に係る第２部分１Ｂと仕切り板５０の平面図である。仕切り板５０により溝５０ａが形成され、この溝５０ａが噴出穴１ｄの一部となっている。図１６は、図１４の一点鎖線における断面図である。仕切り板５０が厚く形成されることで、空洞１ｃと噴出穴１ｄの間の空間を塞いでいる。なお、図１４、１５の破線と一点鎖線は同じ位置を表す。

図１７は、実施の形態３に係る基板支持部１の内部における気体の流れを矢印で示す図である。接続流路１ｊを平行流路１ｋの空洞１ｃ側の部分につなぐことで、吸着穴１ｅの真空度を高めることができる。基板を基板支持部１に密着させることで、基板回転中に基板が浮いて基板が割れることを防止できる。

実施の形態１の吸着穴１ｅは断面視で斜めになっているので、噴出穴１ｄを進む気体が吸着穴１ｅに入る「逆流」が生じ基板の吸着力を不安定化させるおそれがある。これに対し、本発明の実施の形態３に係る基板吸着ステージでは、平行流路１ｋと噴出穴１ｄが平行に伸びる部分があるので、吸着穴１ｅに気体が入ることを防止できる。

なお、上記の各実施の形態の技術的特徴を適宜に組み合わせて、本発明の効果を高めても良い。

１ 基板支持部、 １Ａ 第１部分、 １Ｂ 第２部分、 １Ｃ 上面、 １ａ 第１上面、 １ｂ 第２上面、 １ｃ 空洞、 １ｄ 噴出穴、 １ｅ 吸着穴、 ５ サーボモータ、 １０ 気体供給部、 ２０ 液体処理装置、 ３０ 基板

Claims (10)

1. 上面を有し、内部に空洞が形成され、前記空洞から前記上面に至る噴出穴が形成され、前記噴出穴と前記上面をつなぐ吸着穴が形成された基板支持部と、
   前記空洞の中に気体を供給する気体供給部と、を備え、
   前記噴出穴は平面視で前記吸着穴を囲み、
   前記空洞に気体が供給されると、前記吸着穴の気体が前記噴出穴を介して外部に放出されることを特徴とする基板吸着ステージ。
2. 前記吸着穴は、断面視で斜めに形成されたことを特徴とする請求項１に記載の基板吸着ステージ。
3. 前記基板支持部の前記上面は、前記吸着穴が形成された第１上面と、前記第１上面を囲み前記第１上面より低く形成された第２上面を有し、
   前記噴出穴は前記第１上面と前記第２上面の段差部分につながっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板吸着ステージ。
4. 前記基板支持部は平面視で円形に形成され、
   前記噴出穴は、前記基板支持部の外縁の接線に対し９０°未満の角度で気体を吹き出すように形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板吸着ステージ。
5. 前記吸着穴として、前記噴出穴につながり前記噴出穴と平行に伸びる平行流路と、前記平行流路と前記基板支持部の上面をつなぐ接続流路とを形成し、
   前記平行流路には、前記空洞側の領域と、前記基板支持部の外縁側の領域があり、前記外縁側の領域が前記噴出穴につながり、前記空洞側の領域が前記接続流路につながっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板吸着ステージ。
6. 上面を有し、内部に空洞が形成され、前記空洞から前記上面に至る噴出穴が形成され、前記噴出穴と前記上面をつなぐ吸着穴が形成された基板支持部と、前記空洞の中に気体を供給する気体供給部と、を備え、前記噴出穴は平面視で前記吸着穴を囲み、前記空洞に気体が供給されると、前記吸着穴の気体が前記噴出穴を介して外部に放出される基板吸着ステージと、
   前記基板吸着ステージの上の基板に液体処理を施す液体処理装置と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
7. 前記液体処理装置は、基板に液体を供給する液体供給部と、前記液体の中にレーザ光を供給するレーザ部と、を備えたことを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
8. 基板支持部の上面に基板をのせる工程と、
   １つの気体供給部から前記基板支持部内の空洞に気体を供給することで、前記空洞につながる噴出穴から前記基板の裏面外周部に気体を吹き付けるとともに、前記基板支持部の上面と前記噴出穴をつなぐ吸着穴から気体を抜き前記基板を前記基板支持部に吸着させた状態で、前記基板に液体処理を施す工程と、を備えたことを特徴とする基板処理方法。
9. 前記基板支持部の上面は平面視で円形であり、
   前記噴出穴から、前記基板支持部の上面の外縁の接線に対し９０°未満の角度で気体を吹き出すことで、前記基板の裏面外周部全体に気体を吹き付けることを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
10. 前記液体処理は、前記基板のおもて面に水をあてつつレーザ光で前記基板を切断するものであることを特徴とする請求項８又は９に記載の基板処理方法。

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