特許 7383147 基板保持装置及び基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-09

(45)【発行日】2023-11-17

(54)【発明の名称】基板保持装置及び基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20231110BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022527277

(86)(22)【出願日】2020-05-25

(86)【国際出願番号】 JP2020020536

(87)【国際公開番号】W WO2021240598

(87)【国際公開日】2021-12-02

【審査請求日】2022-10-24

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 良広

(72)【発明者】

【氏名】増田 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】矢崎 秋夫

(72)【発明者】

【氏名】大坪 建士郎

(72)【発明者】

【氏名】小林 敏孝

(72)【発明者】

【氏名】富樫 盛典

【審査官】渡井 高広

(56)【参考文献】

【文献】特表２００７－５３３１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－１４３３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２１８５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２２５０２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５２１３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０９２２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１１４６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－３０６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０７１２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転ステージと、
前記回転ステージによる回転対象である基板のエッジを前記基板の面方向に支持するクランプ部と、
複数組の気体供給源及び気体排気源と、を備え、
前記回転ステージには、前記基板に向かって気体を供給する複数の気体供給口と、
前記複数の気体供給口のそれぞれの周囲を囲むように、前記複数の気体供給口ごとに設けられた１つ又は複数の気体排気口と、が設けられており、
前記複数組の気体供給源及び気体排気源は、前記複数の気体供給口のそれぞれにおける前記気体の供給圧力の値と、前記複数の気体供給口のそれぞれに対応する前記１つ又は複数の気体排気口における前記気体の排気圧力の値との比率を保ったまま、
前記複数の気体供給口のうち、前記回転ステージの中央部に位置する気体供給口に供給する前記気体の供給圧力の値が、前記回転ステージの周縁部に位置する気体供給口に供給する前記気体の供給圧力の値よりも大きくなるように、前記気体を供給し、
前記回転ステージの中央部に位置する前記１つ又は複数の気体排気口から排気する前記気体の排気圧力の値が、前記回転ステージの周縁部に位置する前記１つ又は複数の気体排気口から排気する前記気体の排気圧力の値よりも大きくなるように、前記気体を排気する基板保持装置。

【請求項2】

前記複数の気体供給口のうち第１の気体供給口の周囲に第１の気体排気口が設けられ、前記第１の気体供給口と前記第１の気体排気口との第１の距離は一定であり、
前記複数の気体供給口のうち第２の気体供給口の周囲に第２の気体排気口が設けられ、前記第２の気体供給口と前記第２の気体排気口との第２の距離は一定であり、
前記回転ステージの平面視において、前記第１の気体供給口を中心とし、前記第１の距離を半径とする円を第１の仮想円周とし、前記第２の気体供給口を中心とし、前記第２の距離を半径とする円を第２の仮想円周としたとき、
前記第１の気体供給口と前記第２の気体供給口との間には、前記第１の仮想円周の一部と前記第２の仮想円周の一部とが存在する請求項１記載の基板保持装置。

【請求項3】

前記複数の気体供給口のうち１つの気体供給口に対し１つの気体排気口が設けられ、前記１つの気体排気口は、前記１つの気体供給口の周囲を環状に囲む請求項１記載の基板保持装置。

【請求項4】

前記気体供給口の上端が、前記気体排気口の上端よりも低い位置に設けられている請求項１記載の基板保持装置。

【請求項5】

前記回転ステージの上面が、外周方向に向かって高さが高くなるように形成されている請求項１記載の基板保持装置。

【請求項6】

前記複数の気体供給口のそれぞれの周囲に前記複数の前記気体排気口が設けられている請求項１記載の基板保持装置。

【請求項7】

前記回転ステージの上面に設けられ、前記１つ又は複数の気体供給口の周囲を環状に囲む溝をさらに備え、前記１つ又は複数の気体排気口は前記溝に連通する請求項１記載の基板保持装置。

【請求項8】

前記複数の気体供給口のうち、前記回転ステージの周縁部に位置する気体供給口への前記気体供給源からの前記気体の流入及び遮断を制御する切り替え機構をさらに備える請求項１記載の基板保持装置。

【請求項9】

前記クランプ部は、前記基板のエッジを前記基板の面方向に押圧する押圧部を有する請求項１記載の基板保持装置。

【請求項10】

前記回転ステージを平面視したときの前記複数の気体供給口の配置パターンは、前記回転ステージの回転中心点を対称点とする点対称である請求項１記載の基板保持装置。

【請求項11】

請求項１記載の基板保持装置と、前記基板上の異物を測定する測定部と、を備える基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板保持装置及び基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造工程において、半導体ウェハ等の基板上に異物が存在すると、配線の絶縁不良や短絡等の不良の原因となる。これらの異物は、搬送装置等の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスにより処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたもの等、種々の状態で混入される。磁気ディスクや液晶表示素子の製造工程においても同様であり、発生した異物の基板（磁気ディスク又は液晶表示素子）への付着は不良の原因となる。

【0003】

そこで、製造工程において表面検査装置を用いて基板表面の異物を検出し、管理することにより、各製造装置の発塵状況や各工程の清浄度などを監視・制御し、製品の品質向上や歩留り向上等を図っている。異物検査の方法は、基板表面にレーザ光などの光を照射し、異物からの散乱光を検知することで、異物の大きさ、付着位置等を検査し、固有情報として取得するものである。したがって、基板表面のうねり等があると、散乱光の角度がばらつき、異物の大きさや付着位置の精度に影響が生じ、基板の異物情報の信頼性を低下させてしまう。

【0004】

基板表面のうねりの一要因である基板の保持方法としては、大別して裏面吸着式及び裏面非接触式がある。裏面吸着式は平坦なテーブルに空気吸込み口を設け、基板裏面を吸着するものであり、基板のうねりはテーブルの平坦度に依存する。一方、裏面非接触式は、基板を外部より基板の外周近傍を保持して、基板面を宙に浮かせる保持方式であり、基板のうねりを抑えて平坦度を確保するには高度な機構が必要である。

【0005】

裏面非接触式に関する技術として、特許文献１は、チャック面に複数の加圧ガス要素とそのガスを吸出す複数の真空要素を配置して、ウェハを宙に浮かせて上下方向に保持し、かつウェハエッジで水平方向に保持する回転ウェハチャック機構を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特表２０１７－５０４１９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１は、ウェハ裏面のチャック面への接触を回避しつつウェハの平坦性を保つことができる構造となっている。１つの加圧ガス要素である気体供給部と複数の真空要素である気体排気部が隣接して配置されることで、加圧ガス要素からの気体は複数の真空要素に流れ、排気される形態となっている。すなわち、加圧ガス要素から供給された気体は、隣接した真空要素に排気される。ウェハチャック機構は回転駆動されるため、加圧ガス要素や真空要素も同様に回転する。このため、加圧ガス要素からの気体は回転半径位置に応じて遠心力が作用して外側に流れがちになる。ウェハ保持は気体の正圧及び負圧の平衡によりなされるものであるので、静止時と回転時では気流分布すなわち圧力分布が変化することとなる。その結果、ウェハに対する気体的な保持力分布が変動することになり、ウェハの平坦度に悪影響を及ぼす可能性がある。

【0008】

そこで、本開示は、基板を高い平坦度で高精度に保持する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の基板保持装置は、回転ステージと、前記回転ステージによる回転対象である基板のエッジを前記基板の面方向に支持するクランプ部と、を備え、前記回転ステージには、前記基板に向かって気体を供給する複数の気体供給口と、前記複数の気体供給口のそれぞれの周囲を囲むように、前記複数の気体供給口ごとに設けられた１つ又は複数の気体排気口と、が設けられている。

【0010】

本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではない。

【発明の効果】

【0011】

本開示の基板保持装置によれば、基板を高い平坦度で高精度に保持することができる。上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施形態のウェハ処理システムを示す模式図である。

【図2】第１の実施形態のウェハチャックを示す斜視図である。

【図3】図３（ａ）はエアベアリングパッドの平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ－Ｃ断面図である。

【図4】図４（ａ）はエアベアリングパッドにおける気流の様相を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＤ－Ｄ断面図（下段）及び圧力分布を示す図（上段）である。

【図5】図２のＢ－Ｂ断面図であり、ウェハを面内方向に保持する前におけるクランプ部の各部品の動作を示す。

【図6】図２のＢ－Ｂ断面図であり、保持爪でウェハを保持する際のクランプ部の各部品の動作を示す。

【図7】図２のＡ－Ａ断面斜視図である。

【図8】ウェハをウェハチャックに装填する動作を示すフローチャートである。

【図9】図８のステップＳ４におけるウェハチャックの状態を示す断面図である。

【図10】図８のステップＳ７におけるウェハチャックの状態を示す断面図である。

【図11】変形例１に係るウェハチャックの構成を示す断面図である。

【図12】図１２（ａ）は変形例２に係るエアベアリングパッドを示す平面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＥ－Ｅ断面図である。

【図13】図１３（ａ）は変形例３に係るエアベアリングパッドを示す平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＦ－Ｆ断面図である。

【図14】第２の実施形態に係るウェハチャックの構成を示す断面図である。

【図15】第３の実施形態に係るウェハチャックの構造を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

各実施形態において、基板保持装置により保持される基板をウェハとして説明するが、本開示の基板はウェハに限定されず、ガラス基板、液晶パネル、電子回路基板、光ディスク又は磁気ディスクなど、平板形状であれば種類は問わない。

【0014】

本開示において、ウェハ面の垂直方向を「面外方向」あるいは「垂直方向」とし、ウェハ面に沿う方向を「面内方向」あるいは「水平方向」とする。また、回転ステージと基板（ウェハ）保持機構を搭載した部材をウェハチャック（基板保持装置）とする。

【0015】

［第１の実施形態］
＜ウェハ処理システムの構成例＞
図１は、第１の実施形態に係るウェハ処理システム１０を示す模式図である。図１に示すように、ウェハ処理システム１０（基板処理装置）は、導入部１１、搬送装置１２、検査室１３及び制御装置１４を備える。

【0016】

ウェハ２０５は、不図示のウェハカセットに収納された状態で、導入部１１に装填される。搬送装置１２は、導入部１１に装填されたウェハカセットからウェハ２０５を取り出し、１枚ずつ検査室１３（例えば異物検査装置）へ搬送する。

【0017】

検査室１３は、ウェハチャック２００、光学測定部１３１、モータ１３２及び直動移動手段１３３を備える。検査室１３へ搬送されたウェハ２０５は、ウェハチャック２００の上に配置され、ウェハチャック２００により高い平坦度で保持される。ウェハチャック２００によるウェハ２０５の保持方法については後述する。光学測定部１３１は、ウェハチャック２００の上方において位置が固定されており、ウェハ２０５の異物の位置及び大きさを光学的に測定する。このように、重力方向の配置は上方から光学測定部１３１、ウェハ２０５、ウェハチャック２００の順である。光学測定部１３１による測定結果は、制御装置１４に送信される。

【0018】

ウェハチャック２００は、ウェハ２０５を回転移動させながら異物を測定可能なように、モータ１３２により回転支持されている。直動移動手段１３３は、モータ１３２の回転軸に対し垂直方向にモータ１３２を移動させる。このような構成により、制御装置１４は、ウェハ２０５全面の異物の大きさ、位置等をマッピングし、ウェハ２０５の異物データとして記録することができる。測定が終了したウェハ２０５は、再び搬送装置１２によりウェハチャック２００から移送されて、導入部１１のウェハカセットに戻される。これを繰り返し、カセット内の全ウェハ２０５に対して異物を検査する。

【0019】

制御装置１４は、搬送装置１２、ウェハチャック２００、モータ１３２及び直動移動手段１３３の動作を制御する。制御装置１４は、例えばパーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレットなどのコンピュータ端末により構成することができる。

【0020】

ウェハ２０５へ異物を付着させないように、ウェハ処理システム１０は清浄度が保たれた空間に設置される。

【0021】

＜ウェハチャックの構成例＞
図２は、ウェハチャック２００を示す斜視図であり、ウェハ２０５はウェハチャック２００から離して透過図として図示している。図２に示すように、ウェハチャック２００は、回転ステージ２０１、ウェハ支持部２０２、複数のエアベアリングパッド３００、複数のクランプ部２０６を備える。

【0022】

回転ステージ２０１は、その中心を回転軸として回転するように、モータ１３２に接続されている。ウェハ支持部２０２は、回転ステージ２０１の上面の外周に沿って設けられた凸部であり、ウェハ２０５のエッジ部をウェハ２０５の下面から支持する。

【0023】

エアベアリングパッド３００は、回転ステージ２０１の上面側に設けられている。エアベアリングパッド３００は、それぞれ気体供給口２０３及び気体排気口２０４を有しており、気体力を用いてウェハ２０５の面外方向を保持する。ウェハチャック２００を上方から平面視したときのエアベアリングパッド３００の配置パターンは、回転ステージ２０１の回転中心を対称点とする点対称であってもよいし、ランダム配置であってもよい。エアベアリングパッド３００の配置パターンを点対称とすることで、ウェハ２０５の振動の制御が容易となる。

【0024】

気体供給口２０３は、エアベアリングパッド３００の中央に設けられている。気体排気口２０４は、平面視において気体供給口２０３を中心とする円環状であり、気体供給口２０３の周りを取り囲むように配置されている。したがって、気体供給口２０３と気体排気口２０４との距離は一定である。このように、気体供給口２０３は、１つの気体供給口２０３に対し１つの気体排気口２０４を有する１対の供給排気口をなしている。

【0025】

ここで、ある１つの（第１の）エアベアリングパッド３００の気体供給口２０３を第１の気体供給口とし、その周囲に配置された気体排気口２０４を第１の気体排気口とする。同様に、他の（第２の）エアベアリングパッド３００の気体供給口２０３を第２の気体供給口とし、その周囲に配置された気体排気口２０４を第２の気体排気口とする。また、第１の気体供給口を中心とし、第１の気体供給口と第１の気体排気口との距離を半径とする円を第１の仮想円周とする。同様に、第２の気体供給口を中心とし、第２の気体供給口と第２の気体排気口との距離を半径とする円を第２の仮想円周とする。このとき、第１の気体供給口と第２の気体供給口との間に、第１の仮想円周の一部と第２の仮想円周の一部とが存在する。換言すれば、本実施形態においては、任意の２つのエアベアリングパッド３００において、それぞれの気体供給口２０３の間に、気体排気口２０４が位置する。

【0026】

１つのエアベアリングパッド３００において、気体供給口２０３に供給される気体の量と気体排気口２０４から排気される気体の量が均等となるような構造及び圧力の条件が与えられる。これにより、エアベアリングパッド３００ごとに流路が完結し、他のエアベアリングパッド３００とは気流干渉しない。

【0027】

回転ステージ２０１の材質とエアベアリングパッド３００の材質とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0028】

クランプ部２０６は、ウェハ２０５のエッジを面内方向に押圧することによりウェハ２０５を保持する。図２に示す例において、クランプ部２０６は等間隔で６つ設けられているが、その数は６つに限定されない。

【0029】

＜面外方向の保持構造＞
ウェハ２０５の面外方向の保持構造について説明する。

【0030】

図３（ａ）は、エアベアリングパッド３００の平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ－Ｃ断面図である。

【0031】

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、気体供給口２０３を上流とし、気体排気口２０４を下流とした流路において、上流となる気体供給口２０３には、気体排気口２０４の半径より大きい半径を有する空間２０３ａが設けられている。すなわち、気体排気口２０４の上端より低い位置に気体供給口２０３の上端が設けられている。空間２０３ａより下流では、ウェハ２０５に最接近するクリアランスとする。最下流では気体排気口２０４によって排気される。

【0032】

上述のように、エアベアリングパッド３００ごとに、気体供給口２０３を中心とし、気体供給口２０３と気体排気口２０４との距離を半径とする仮想円周Ｃを定義することができる。気体供給口２０３と気体排気口２０４との距離は、気体供給口２０３の中心と、気体排気口２０４が構成する円環の幅方向の中心との距離である。

【0033】

図３（ｂ）に示すように、気体供給口２０３へは正圧の印加により気体が供給され、気体排気口２０４には負圧が印加される。気体供給口２０３の下端には、正圧を印加して気体を供給する気体供給源（不図示）が接続され、気体排気口２０４の下端には、負圧を印加して気体を排気する気体排気源（不図示）が接続される。

【0034】

図４（ａ）は、エアベアリングパッド３００における気流の様相を示す平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＤ－Ｄ断面図（下段）及びエアベアリングパッド３００における圧力分布を示す図（上段）である。図４（ａ）及び（ｂ）において、気体の流線３５０が点線で示されている。

【0035】

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、気体供給口２０３から大気圧以上の圧力でウェハ２０５との空間２０３ａに気体を供給することで、ウェハ２０５を押し上げる力を作用させることができる。空間２０３ａは、ウェハ２０５との対向面積や空間体積を確保できるためバッファ空間として作用するので、ウェハ２０５に面した領域は均等な圧力分布となる。したがって、ウェハ２０５と気体供給口２０３のクリアランスが変動しても、圧力の変動を極力少なくできる。

【0036】

空間２０３ａをあふれた気体は３６０°方向に流れる。空間２０３ａから流れ出る気体は、ウェハ２０５と空間２０３ａとのギャップより狭い領域を通ることになるため、通過速度が増速される。これによって、空間２０３ａと気体排気口２０４との間の領域においては大気圧より低い負圧領域となり、ウェハ２０５をウェハチャック２００側に引っ張る力が生成される。

【0037】

気体排気口２０４に流れてきた気体は、ここで排気されるためウェハ２０５に作用する圧力の領域は気体排気口２０４で完結する。

【0038】

この圧力作用を気体供給口２０３から気体排気口２０４に至る圧力分布として描くと図４（ｂ）の上段のようになる。エアベアリングパッド３００のウェハ２０５の対向面は正圧領域と負圧領域が存在する圧力分布であるので、ウェハ２０５に対しては押圧力と引張り力が発生する。これによって、ウェハ２０５とエアベアリングパッド３００との間にウェハ重量と平衡する空隙Ｇが発生する。この空隙Ｇは、図４（ｂ）上段のグラフにおいて、圧力曲線をエアベアリングパッド３００の面内積分したとき、すなわちウェハ２０５に作用する力を示すが、平衡圧力点を境に正圧側の値（ウェハ２０５に対する斥力）と負圧側の値（ウェハ２０５に対する引力）が等しくなる距離になる。ウェハ２０５とエアベアリングパッド３００との距離がこの平衡した空隙Ｇからずれた場合、すなわち、例えばウェハ２０５がエアベアリングパッド３００側に近づいた場合はウェハ２０５に対する正圧が勝るため斥力が働く。また、逆に遠ざかると引張り力が勝るため引力が働く。この作用によりウェハ２０５の保持剛性が発生する。これより、気体供給口２０３の供給圧力と気体排気口２０４の排気圧力の比率はそのままに、両者の値を大きくすれば、ウェハ２０５の保持剛性を大きくすることが可能である。

【0039】

ウェハチャック２００のウェハ保持剛性はウェハ２０５の１枚分の重量を保持できる剛性であればよい。エアベアリングパッド３００をウェハチャック２００に複数個配置することにより、エアベアリングパッド３００の保持剛性はウェハチャック２００上に配置した個数で分担できるため、マージンを持った設計が可能である。以上の作用によってウェハ２０５とウェハチャック２００の隙間が制御され、ウェハ２０５を面外方向に高平坦度で保持できる。

【0040】

＜面内方向の保持構造＞
図５は、図２のＢ－Ｂ断面図であり、ウェハ２０５を面内方向に保持する前におけるクランプ部２０６の各部品の動作を示す。図５に示すように、クランプ部２０６は、ウェハチャック２００に内蔵されており、カム２１１、エアシリンダ２１２、ベアリング２１３、ベアリング保持部２１４、圧縮ばね２１５及びロッド２１６を備える。図７を用いて後述するように、ロッド２１６には、周方向への変位を許容するリンクが接続され、リンクにはウェハ２０５と接触する保持爪（押圧部）が搭載される。

【0041】

エアシリンダ２１２は、ウェハチャック２００のベースである回転ステージ２０１の下方において中心軸上に配置され、エアシリンダ２１２にはカム２１１が上下移動可能に装着されている。エアシリンダ２１２には、図示しないポンプ等によりエアが供給される。エアシリンダ２１２へのエアの供給は、上述の制御装置１４により制御される。ベアリング２１３はベアリング保持部２１４に保持されてカム２１１と接触し、カム２１１の上下方向の動きを回転ステージ２０１の半径方向に変換する。ロッド２１６は、ベアリング保持部２１４に対して径方向に相対移動可能である。圧縮ばね２１５は、ベアリング保持部２１４とロッド２１６とを径方向に支持する。

【0042】

図５に白矢印で示すように、エアシリンダ２１２が動作し、カム２１１が上方に移動したときにロッド２１６が径方向内側に移動する。

【0043】

図６は、図２のＢ－Ｂ断面図であり、ウェハ２０５を回転ステージ２０１に搭載後、保持爪２１８でウェハ２０５を保持する際のクランプ部２０６の各部品の動作を示す。図６に黒矢印で示すように、エアシリンダ２１２の動作が停止し、カム２１１が下方に移動したときにロッド２１６が径方向外側に移動する。

【0044】

図７は、図２のＡ－Ａ断面斜視図であり、保持爪２１８の周囲を示している。図７に示すように、ロッド２１６は、回転ステージ２０１の外周端部（径方向端部）まで延設され、ロッド２１６の端部にはリンク２１７が接続されている。リンク２１７は、垂直方向（ウェハ２０５の面外方向）を回転軸方向として回転可能である。リンク２１７には、垂直方向を回転軸方向としてウェハ２０５の面内方向に回転可能に支持された保持爪２１８が設けられている。

【0045】

保持爪２１８のウェハ２０５と接する面はウェハ２０５の面に対して垂直な面であり、本実施形態では直立した円筒面としている。もちろん、保持爪２１８のウェハ２０５と接する面が平面であっても、ウェハ２０５を水平方向に保持することができる。

【0046】

クランプ部２０６のエアシリンダ２１２とカム２１１を除く機構が、ウェハチャック２００の中心軸対称に配置される。保持爪２１８等の機構の個数は、各機構の発生保持力とウェハ２０５の必要保持力を考慮して決定することができる。

【0047】

クランプ部２０６の動作を説明する。制御装置１４（図１）は、搬送装置１２によってウェハ２０５を検査室１３内に持ち込んだ後、エアシリンダ２１２にエアを供給する。これにより、図５に白矢印で示すように、カム２１１が上方に移動してロッド２１６が径方向内側に移動する。保持爪２１８はリンク２１７とは回転軸に対して対称な位置に取り付けられているので、ロッド２１６の動きに従動してリンク２１７が径方向内側に変位し、図７中に白矢印で示したように、保持爪２１８は径方向外側に変位する。これによって、保持爪２１８の位置はウェハ２０５の外周端部よりも外側に移動するので、ウェハチャック２００はウェハ２０５を迎え入れる準備が完了する。

【0048】

その後、搬送装置１２は、回転ステージ２０１に配置され、ウェハ２０５下面の外周部を垂直方向に保持する円環状のウェハ支持部２０２にウェハ２０５を載置する。

【0049】

制御装置１４（図１）は、搬送装置１２を退出させた後、エアシリンダ２１２へのエア供給を停止する。これにより、図６に黒矢印で示すように、カム２１１が下方に移動してロッド２１６が径方向外側に移動し、図７中に黒矢印で示すように、保持爪２１８が水平回転して、ウェハ２０５外周端部に当接し保持力を発生する。この間、図６及び７中の黒矢印の方向に、ベアリング保持部２１４、ロッド２１６及びこれらを接続する圧縮ばね２１５は、保持爪２１８がウェハ２０５外周端部に当接するまで一体で外周側に移動する。

【0050】

その後、ロッド２１６の停止に伴って、ベアリング保持部２１４はカム２１１の移動が終了するまで径方向外側に移動し続ける。このとき、ベアリング保持部２１４とロッド２１６の相対距離が縮むことよって、圧縮ばね２１５が縮む。これにより、圧縮ばね２１５は反力による軸力を発生し、この力が保持爪２１８に伝播する。これにより、圧縮ばね２１５のばね力は保持爪２１８のウェハ２０５の面内方向の保持力となる。なお、圧縮ばね２１５のばね力は、保持爪２１８の回転中心（支点）からのリンク２１７の接合軸（力点）との距離と、同回転中心からの保持爪２１８（作用点）の距離との比になる。

【0051】

次に、クランプ部２０６の保持力について説明する。クランプ部２０６によるウェハ２０５の保持に求められる機能は、主にウェハ２０５搭載時の調芯機能、回転立ち上げ時のスリップ防止機能、及び定常回転時のウェハ２０５の偏芯起因の遠心力に抗する機能である。ウェハ２０５搭載時の調芯機能は、静的な保持力によって賄う。これはクランプ部２０６の圧縮ばね２１５が発生する保持力である。スリップの防止及びウェハ２０５の遠心力に関しては、クランプ部２０６の各部品が発生する遠心力が保持力に加算されるため、これを考慮する。回転立ち上げ時には、ウェハ２０５の静止しようとする慣性力以上の保持力が要求される。定常回転時にはウェハ２０５の偏心量、質量及び回転数を積算した遠心力以上の保持力が要求される。これらに抗する保持力は、ベアリング２１３、ベアリング保持部２１４、ロッド２１６、リンク２１７等の部品の形状や質量で調整することができる。

【0052】

＜ウェハ装填動作＞
図８は、ウェハ２０５をウェハチャック２００に装填する動作を示すフローチャートである。図８の各動作は、図１に示したウェハ処理システム１０の制御装置１４が各装置を駆動することにより実行されるが、以下においてはウェハ処理システム１０の各装置を動作の主体として説明する。

【0053】

ステップＳ１において、ウェハチャック２００は、下降して退避する。

【0054】

ステップＳ２において、搬送装置１２は、検査室１３内のウェハチャック２００の回転ステージ２０１の中心とウェハ２０５の中心とが一致するまでウェハ２０５を搬送する。

【0055】

ステップＳ３において、ウェハチャック２００は、ウェハ２０５を装填できる高さまで上昇する。

【0056】

図９は、ステップＳ４におけるウェハチャック２００の状態を示す断面図である。図９に示すように、回転ステージ２０１には、すべてのエアベアリングパッド３００の気体供給口２０３のそれぞれに配管４０３により接続される気体供給源４０１と、気体排気口２０４のそれぞれに配管４０４により接続される気体排気源４０２とが設けられている。気体供給源４０１及び気体排気源４０２は、例えばポンプにより構成することができる。気体供給源４０１及び気体排気源４０２の駆動は上述の制御装置１４（図１）により制御される。

【0057】

ステップＳ４において、制御装置１４は、気体供給源４０１を駆動して、すべてのエアベアリングパッド３００の気体供給口２０３に正圧の気体を供給する。

【0058】

ウェハ２０５は、搬送装置１２により外周部を支持されているため、搬送中やウェハチャック２００上に移動したとき、中央部が重力方向に撓む自重沈下による変形を有する（ウェハ２０５ｂ）。ウェハチャック２００上の複数のエアベアリングパッド３００が同一平面上に形成されている場合、ウェハ２０５の自重沈下によって、ウェハ２０５の中央部がウェハチャック２００と接触する可能性がある。これを避けるために、気体供給源４０１より気体を供給し、エアベアリングパッド３００から正圧の気体を吐出させる。これによって、ウェハ２０５の自重沈下による変形が補正されるので、ウェハチャック２００へのウェハ２０５の接触を避けることが可能となる。

【0059】

図８に戻り、ステップＳ５において、ウェハチャック２００は、ウェハ２０５がウェハ支持部２０２上に載置されるまで上昇する。

【0060】

ステップＳ６において、制御装置１４は、気体供給源４０１及び気体排気源４０２を駆動して、ウェハ２０５の下面を面外方向に保持する。

【0061】

ステップＳ７において、制御装置１４は、クランプ部２０６を駆動して、保持爪２１８によってウェハ２０５のセンタリングを行いつつ面内方向に保持し、ウェハチャック２００へのウェハ２０５の装填が完了する。

【0062】

図１０は、ステップＳ７におけるウェハチャック２００の状態を示す断面図である。図１０に示すように、ウェハ２０５は、エアベアリングパッド３００によって面外方向に保持され、保持爪２１８によって面内方向に保持されることにより、高い平坦度でウェハチャック２００に保持される。

【0063】

以上のようにして保持されたウェハ２０５は、光学測定部１３１（図１）により、表面塵埃の量や座標を検査される。

【0064】

＜変形例１＞
図１１は、変形例１に係るウェハチャック２００の構成を示す断面図である。図１１に示すように、配管４０３は、回転ステージ２０１の中央部に位置するエアベアリングパッド３００のみに気体を供給可能なように分岐しており、周縁部に位置するエアベアリングパッド３００への気体の供給及び遮断を制御するバルブ４５０（切り替え機構）が設けられている。バルブ４５０の開閉は、制御装置１４により制御することができる。

【0065】

上述のステップＳ４において、バルブ４５０を閉じて回転ステージ２０１の中央部に位置するエアベアリングパッド３００のみに正圧気体を供給することによって、ウェハ２０５の自重沈下をより効率的に補正とすることができる。ステップＳ６では、バルブ４５０は開放される。図１１では、バルブ４５０はウェハチャック２００に内蔵された形態となっているが、ウェハチャック２００の外部に設置しても、もちろん効果は同様である。

【0066】

＜変形例２＞
図１２（ａ）は、変形例２に係るエアベアリングパッド３０１を示す平面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＥ－Ｅ断面図である。

【0067】

図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、エアベアリングパッド３０１の上面には、気体供給口２０３の周囲を取り囲むように円環状の溝２０４ａが設けられ、溝２０４ａに連通する複数の気体排気口２０４ｂが設けられている。気体排気口２０４の数は、エアベアリングパッド３０１の配置パターンに応じて変更することができる。図１２（ａ）に示す例においては、気体排気口２０４ｂは、９０°ごとに４つ設けられている。エアベアリングパッド３０１を平面視したときの気体供給口２０３の中心と各気体排気口２０４ｂの中心との距離は同じである。

【0068】

このような構造によって、溝２０４ａ内が負圧領域となり、気体供給口２０３から供給された気体すべてを、溝２０４ａに形成された気体排気口２０４ｂから排気することが可能である。このように、エアベアリングパッド３０１ごとに流路が完結し、他のエアベアリングパッド３０１とは気流干渉しない。

【0069】

溝２０４ａの深さに限定はないが、例えば、空間２０３ａの深さと同等であってもよいし、空間２０３ａより深くてもよい。溝２０４ａの深さを空間２０３ａの深さ以上とすることによって、より効率的に気体を排気することができる。

【0070】

本変形例２においても、第１の実施形態と同様に、ある１つの（第１の）エアベアリングパッド３０１の気体供給口２０３を第１の気体供給口とし、その周囲に配置された気体排気口２０４ｂを第１の気体排気口とする。同様に、他の（第２の）エアベアリングパッド３０１の気体供給口２０３を第２の気体供給口とし、その周囲に配置された気体排気口２０４ｂを第２の気体排気口とする。また、第１の気体供給口を中心とし、第１の気体供給口と第１の気体排気口との距離を半径とする円を第１の仮想円周とする。同様に、第２の気体供給口を中心とし、第２の気体供給口と第２の気体排気口との距離を半径とする円を第２の仮想円周とする。このとき、第１の気体供給口と第２の気体供給口との間に、第１の仮想円周の一部と第２の仮想円周の一部とが存在する。

【0071】

＜変形例３＞
図１３（ａ）は、変形例３に係るエアベアリングパッド３０２を示す平面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＦ－Ｆ断面図である。

【0072】

図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、エアベアリングパッド３０２は、上述の溝２０４ａを有しておらず、気体供給口２０３の周囲を取り囲むように複数の気体排気口２０４ｃが設けられている。図１３（ａ）に示す例においては、気体排気口２０４ｃは、仮想円周Ｃ上に、４５°ごとに８つ設けられている。

【0073】

このような構造によっても、気体供給口２０３から供給された気体を逃すことなくすべて気体排気口２０４ｃで収集し、排気することができる。このように、エアベアリングパッド３０２ごとに流路が完結し、他のエアベアリングパッド３０２とは気流干渉しない。

【0074】

＜技術的効果＞
以上のように、第１の実施形態のウェハチャック２００は、回転ステージ２０１に複数の気体供給口２０３が設けられ、複数の気体供給口２０３のそれぞれの周囲を取り囲むように、１つ又は複数の気体排気口２０４が設けられている。これにより、気体の流路が局所的に形成されるので、遠心力が作用してもウェハ２０５の面外方向における保持圧力の分布の変動を最小限とすることができる。結果として、ウェハ２０５の平坦度を高精度に保つことができる。

【0075】

ウェハ２０５の機械的拘束については、クランプ部２０６の保持爪２１８を用いた面内方向の押圧のみであり、ウェハ２０５の変形を発生させる要因が排除されているので、高平坦度を達成することが可能である。

【0076】

このように、ウェハチャック２００はウェハ２０５を高平坦度で保持できるので、異物検査装置に搭載した場合は、異物検出を高精度で実施することができる。

【0077】

［第２の実施形態］
上述の第１の実施形態においては、すべてのエアベアリングパッド３００に対し１つの気体供給源及び気体排気源が設けられている例を説明したが、気体供給源及び気体排気源の数は複数であってもよい。そこで、第２の実施形態においては、複数の気体供給源及び複数の気体排気源を設けた例を提案する。

【0078】

図１４は、第２の実施形態に係るウェハチャック２００の構成を示す断面図である。図１４に示すように、回転ステージ２０１の中央部に位置するエアベアリングパッド３００には、第１の気体供給源４０５と第１の気体排気源４０６が接続されており、回転ステージ２０１の周縁部に位置するエアベアリングパッド３００には、第２の気体供給源４０７と第２の気体排気源４０８が接続されている。

【0079】

第１の気体供給源４０５と第２の気体供給源４０７とでは、それぞれ異なる圧力（供給圧力）の気体を供給可能である。第１の気体排気源４０６と第２の気体排気源４０８とでは、それぞれ異なる圧力（排気圧力）で気体を排気可能である。第１の気体供給源４０５の供給圧力及び第１の気体排気源４０６の排気圧力の比率と、第２の気体供給源４０７の供給圧力及び第２の気体排気源４０８の排気圧力の比率とを一定にすることにより、エアベアリングパッド３００とウェハ２０５との間隙Ｇを一定にすることができる。例えば、供給圧力及び排気圧力の比を保ったまま、第１の気体供給源４０５及び第１の気体排気源４０６の圧力（供給圧力及び排気圧力の値）を第２の気体供給源４０７及び第２の気体排気源４０８の圧力（供給圧力及び排気圧力の値）よりも高くすることにより、ウェハ２０５の高い平坦度での保持力を外乱に強くすることができる。

【0080】

図１４に示す例においては、中央部に位置するエアベアリングパッド３００と、その周縁部に位置するエアベアリングパッド３００とで気体の供給及び排気の圧力を異ならせることができるが、第１の気体供給源４０５及び第１の気体排気源４０６の接続先、第２の気体供給源４０７及び第２の気体排気源４０８の接続先は任意に変更可能である。

【0081】

また、１つのエアベアリングパッド３００に対し、複数の気体供給源及び複数の気体排気源を接続することもできる。

【0082】

＜技術的効果＞
以上のように、第２の実施形態においては、それぞれ独立して制御される２組の（複数組の）気体供給源及び気体排気源が設けられている。これにより、エアベアリングパッド３００の配置に応じて、効率よく気体の供給圧力及び排気圧力を制御することができる。

【0083】

［第３の実施形態］
上述の第１及び第２の実施形態においては、回転ステージ２０１の上面が平坦である例を説明したが、ウェハの自重沈下による変形形状に応じて、中央部ほど低く径方向外側に向かって高くなる形状であってもよい。

【0084】

図１５は、第３の実施形態に係るウェハチャック２００の構造を示す断面図である。図１５に示すように、回転ステージ２０１の上面が、ウェハ２０５が自重沈下により変形した場合の形状（ウェハ２０５ｂ）に沿って、中央部ほど低くなる段差構造に形成されている。図１５に示す例において、段差は３段であるが、２段以上であればよい。また、回転ステージ２０１の形状は、段差構造ではなく連続的に高さが変化する構造であってもよい。

【0085】

本実施形態の回転ステージ２０１に、第２の実施形態のように複数組の気体供給源及び気体排気源を接続して、供給圧力及び排気圧力の比を保ったまま、中央部のエアベアリングパッド３００に供給する気体の供給圧力の値を、周縁部のエアベアリングパッド３００に供給する気体の供給圧力の値よりも大きくし、中央部のエアベアリングパッド３００から排気する気体の排気圧力の値を、周縁部のエアベアリングパッド３００から排気する気体の排気圧力の値よりも大きくすることもできる。

【0086】

＜技術的効果＞
以上のように、第３の実施形態においては、回転ステージ２０１が中央部ほど低く径方向外側に向かって高くなる形状を有する。これにより、上述のステップＳ３～Ｓ４においてウェハチャック２００を上昇させてウェハ２０５と回転ステージ２０１とを近づける際に、気体供給源４０１から気体を供給することなく、ウェハ２０５と回転ステージ２０１との接触を回避することができる。したがって、ウェハチャック２００にウェハ２０５を装填動作に必要なエネルギーを削減することができる。

【0087】

［変形例］
本開示は、上述した実施形態に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば、上述した実施形態は、本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要はない。また、ある実施形態の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることもできる。また、各実施形態の構成の一部について、他の実施形態の構成の一部を追加、削除又は置換することもできる。

【0088】

変形例の一例として、例えば、ウェハの平坦度を高度に確保するため、エアベアリングパッドは回転ステージに搭載される半径などの位置に応じて、所望される構造や性能を自在に選択することができる。

【符号の説明】

【0089】

１０：ウェハ処理システム
１１：導入部
１２：搬送装置
１３：検査室
１４：制御装置
１３１：光学測定部
１３２：モータ
１３３：直動移動手段
２００：ウェハチャック
２０１：回転ステージ
２０２：ウェハ支持部
２０３：気体供給口
２０３ａ：空間
２０４：気体排気口
２０４ａ：溝
２０５：ウェハ
２０６：クランプ部
２１１：カム
２１２：エアシリンダ
２１３：ベアリング
２１４：ベアリング保持部
２１５：圧縮ばね
２１６：ロッド
２１７：リンク
２１８：保持爪
３００～３０２：エアベアリングパッド
３５０：気体の流線
４０１：気体供給源
４０２：気体排気源
４０３：配管
４０４：配管
４０５：第１の気体供給源
４０６：第１の気体排気源
４０７：第２の気体供給源
４０８：第２の気体排気源
４５０：バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】