JP2021118301A - 基板処理装置、及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の厚みの分布の測定精度を向上できる、技術を提供する。【解決手段】基板処理装置は、基板Ｗを保持する保持面２１を含む保持部２と、基板の厚みを測定する厚み検出器と、厚み検出器を制御し、基板の厚みを複数点で測定する厚み測定制御部９３と、を有する。厚み測定制御部は、下記（Ａ）〜（Ｃ）を実施する。（Ａ）保持面を露出した状態で、保持面の直交方向における保持面の位置を複数点で測定する。（Ｂ）保持面に基板を保持した状態で、保持面の直交方向における基板の表面の位置を複数点で測定する。（Ｃ）保持面の直交方向における保持面の位置と基板の表面の位置との差から、基板の厚みを複数点で算出する。【選択図】図３

Description

本開示は、基板処理装置、及び基板処理方法に関する。

特許文献１に記載の加工装置は、ウェハの上面の高さとチャックの上面の高さを計測する高さ計測ユニットを有する。高さ計測ユニットは、ウェハの上面の高さを計測する第１のハイトゲージと、チャックの上面の高さを計測する第２のハイトゲージとを有する。ウェハの上面の高さとチャックの上面の高さとは、同時に計測されるので、異なる点で計測される。ウェハの上面の高さとチャックの上面の高さとの高低差は、ウェハの厚みに等しい。

特開２０１９−２１４１０９号公報

本開示の一態様は、基板の厚みの分布の測定精度を向上できる、技術を提供する。

本開示の一態様に係る基板処理装置は、基板を保持する保持面を含む保持部と、前記基板の厚みを測定する厚み検出器と、前記厚み検出器を制御し、前記基板の厚みを複数点で測定する厚み測定制御部と、を有する。前記厚み測定制御部は、下記（Ａ）〜（Ｃ）を実施する。（Ａ）前記保持面を露出した状態で、前記保持面の直交方向における前記保持面の位置を前記複数点で測定する。（Ｂ）前記保持面に前記基板を保持した状態で、前記保持面の直交方向における前記基板の表面の位置を前記複数点で測定する。（Ｃ）前記保持面の直交方向における前記保持面の位置と前記基板の前記表面の位置との差から、前記基板の厚みを前記複数点で算出する。

本開示の一態様によれば、基板の厚みの分布の測定精度を向上できる。

図１は、一実施形態に係る基板処理装置を示す断面図である。 図２は、一実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。 図３（Ａ）は保持部の上面の高さ測定の一例を示す側面図、図３（Ｂ）は基板の上面の高さ測定の一例を示す側面図である。 図４（Ａ）は保持部の上面の高さ測定の変形例を示す側面図、図４（Ｂ）は基板の上面の高さ測定の変形例を示す側面図である。 図５は、厚みを測定する点の配置の一例を示す平面図である。 図６は、厚みを測定する点の配置の変形例を示す平面図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。本明細書において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は互いに垂直な方向である。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は水平方向、Ｚ軸方向は鉛直方向である。

図１に示すように、基板処理装置１は、基板Ｗを保持する保持部２と、基板Ｗの厚みを検出する厚み検出器３と、保持部２と厚み検出器３とを相対的に移動させる移動部４と、保持部２を回転させる回転部５と、厚み検出器３、移動部４及び回転部５を制御する制御部９と有する。

基板処理装置１は、基板Ｗの厚みを測定する機能を有すればよく、その他の機能を有してもよい。例えば、基板処理装置１は、基板Ｗと別の基板とを接合する接合装置、又は基板Ｗを研削する研削装置等であってもよい。但し、基板処理装置１は、基板Ｗの厚みを測定する専用の装置であってもよい。

基板Ｗは、シリコンウェハ又は化合物半導体ウェハ等の半導体基板、又はガラス基板を含む。基板Ｗは、半導体基板又はガラス基板の表面に形成されるデバイス層を更に含んでもよい。デバイス層は、電子回路を含む。また、基板Ｗは、複数の基板を接合した重合基板であってもよい。

保持部２は、例えば基板Ｗを下方から水平に保持する。保持部２は、基板Ｗを保持する保持面２１を上面に有する。保持面２１は水平に配置され、保持面２１の直交方向はＺ軸方向である。保持部２は例えば真空チャックであり、保持面２１には基板Ｗを吸引する吸引穴２２が形成される。

保持部２は、例えばピンチャックであり、保持面２１に、リブ２３と、ピン２４とを含む。リブ２３は、例えば環状に形成され、保持面２１を径方向に複数の領域に区画する。複数の領域は、独立に真空度を制御可能であり、独立に吸引力を制御可能である。複数の領域のそれぞれには、複数のピン２４が分散配置される。

厚み検出器３は、例えば対象物の上面の高さを測定するハイトセンサである。ハイトセンサは、本実施形態では非接触式であるが、接触式であってもよい。厚み検出器３の数は、本実施形態では１つであるが、複数であってもよい。厚み検出器３の数が多いほど、測定にかかる時間を短縮できる。

移動部４は、例えばＸＹＺステージであり、保持部２をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動させる。なお、本実施形態の移動部４は、保持部２を移動させるが、厚み検出器３を移動させてもよいし、厚み検出器３と保持部２の両者を移動させてもよい。

回転部５は、鉛直な回転中心線を中心に保持部２を回転させる。回転部５と移動部４とでＸＹＺθステージが構成される。

制御部９は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９１と、メモリなどの記憶媒体９２とを備える。記憶媒体９２には、基板処理装置１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部９は、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、基板処理装置１の動作を制御する。

図３に示すように、制御部９は、例えば、厚み測定制御部９３と、厚み記憶部９４とを有する。厚み測定制御部９３は、厚み検出器３を制御し、基板Ｗの厚みＨを複数点Ｐ（図５参照）で測定する。厚みＨの測定方法については、後述する。

厚み記憶部９４は、厚み測定制御部９３によって測定したデータを記憶する。例えば、厚み記憶部９４は、厚みＨと、厚みＨを測定する点Ｐの位置とを対応付けて記憶する。厚みＨ等のデータを一時的に記憶しておけば、厚みＨをいつでも利用できる。

次に、図２を参照して、基板処理装置１の動作について説明する。なお、図２に示す各工程は、基板処理装置１の制御部９による制御下で実施される。

先ず、図２のＳ１０１では、厚み測定制御部９３は、図３（Ａ）に示すように、保持部２の保持面２１を露出した状態で、保持面２１のＺ軸方向位置を複数点Ｐ（図５参照）で測定する。

なお、本実施形態では保持面２１は水平に配置され、保持面２１の直交方向はＺ軸方向である。以下、Ｚ軸方向位置を、高さとも呼ぶ。

厚み検出器３は、例えばレーザー変位計である。レーザー変位計は、保持部２の保持面２１にレーザー光線を照射し、その反射光を受光することで、レーザー変位計から保持面２１までの距離を非接触で測定できる。

なお、図２では、保持面２１の高さ測定（Ｓ１０１）は、基板Ｗの搬入（Ｓ１０２）の前に行われるが、基板Ｗの搬出（Ｓ１０５）の後で行われてもよい。保持面２１が露出した状態であれば、保持面２１の高さ測定（Ｓ１０１）が可能である。

次に、図２のＳ１０２では、不図示の搬送装置が基板処理装置１の内部に基板Ｗを搬入し、保持部２に基板Ｗを渡す。保持部２は、基板Ｗを下方から水平に保持する。

次に、図２のＳ１０３では、厚み測定制御部９３は、図３（Ｂ）に示すように、保持部２の保持面２１に基板Ｗを保持した状態で、基板Ｗの表面Ｗａの高さを複数点Ｐで測定する。基板Ｗの表面Ｗａは、保持部２に接する裏面とは反対向き（例えば上向き）である。基板表面Ｗａの高さと、保持面２１の高さとは、同一の複数点Ｐで測定される。

基板表面Ｗａの高さ測定時と、保持面２１の高さ測定時とで、保持部２は同一のＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、及びＺ軸方向位置に配置される。この場合、基板表面Ｗａの高さと保持面２１の高さとの差は、基板Ｗの厚みＨに等しい。但し、保持部２が移動する代わりに、厚み検出器３が移動してもよいし、両者が移動してもよい。それゆえ、保持部２と厚み検出器３との相対位置（Ｘ軸方向位置とＹ軸方向位置とＺ軸方向位置）が同一の状態で、保持面２１の高さ測定と、基板表面Ｗａの高さ測定とが実施されればよい。この場合、基板表面Ｗａの高さと保持面２１の高さとの差は、基板Ｗの厚みＨに等しい。

次に、図２のＳ１０４では、厚み測定制御部９３は、基板表面Ｗａの高さと保持面２１の高さとの差を複数点Ｐで算出し、基板Ｗの厚みＨを複数点Ｐで算出する。基板Ｗの厚みＨの算出（Ｓ１０４）は、基板Ｗの搬出（Ｓ１０５）の後で行われてもよい。

本実施形態によれば、同一の点Ｐで基板表面Ｗａの高さと保持面２１の高さとの差を算出する。それゆえ、基板Ｗの厚みＨがばらつくような場合にも、厚みＨを精度良く測定できる。従来のように異なる点で基板表面Ｗａの高さと保持面２１の高さとの差を算出する場合に比べて、基板Ｗの厚みＨの分布を精度よく測定できる。

厚み記憶部９４は、厚み測定制御部９３によって測定した厚みＨを、厚みＨを測定した点Ｐの位置と対応付けて記憶する。点Ｐの位置は、基板Ｗの結晶方位を表すノッチの位置を基準として記憶されてもよい。

なお、基板表面Ｗａの高さ測定時と、保持面２１の高さ測定時とで、保持部２は同一のＸ軸方向位置及びＹ軸方向位置に制御されればよく、保持部２はＺ軸方向に変位していてもよい。この場合、保持部２のＺ軸方向の変位量をも考慮して、基板Ｗの厚みＨが算出される。但し、保持部２がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する代わりに、厚み検出器３がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動してもよいし、保持部２及び厚み検出器３の一方がＸ軸方向に移動し他方がＹ軸方向に移動してもよい。それゆえ、Ｚ軸方向視での保持部２と厚み検出器３との相対位置（Ｘ軸方向位置とＹ軸方向位置）が同一の状態で、保持面２１の高さ測定と、基板表面Ｗａの高さ測定とが実施されればよい。

最後に、図２のＳ１０５では、保持部２が基板Ｗの保持を解除し、不図示の搬送装置が保持部２から基板Ｗを受け取り、受け取った基板Ｗを基板処理装置１の外部に搬出する。

なお、厚み検出器３はレーザー変位計には限定されない。例えば、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、厚み検出器３はカメラを含んでもよい。

この場合、厚み測定制御部９３は、カメラの焦点合わせによって基板Ｗの厚みＨを測定する。カメラの焦点合わせは、例えばカメラの撮像した画像に写る物体のエッジ強度が最大になるように、保持部２をＺ軸方向に移動させることで行われる。エッジ強度とは、エッジを挟んだ両側での受光量の差の大きさのことである。

図４（Ａ）に示すように、厚み測定制御部９３は、保持部２の保持面２１を露出した状態で、保持面２１にカメラの焦点を合わせる。カメラの焦点は、複数点Ｐのそれぞれに順番に合わされる。この焦点合わせは、基板Ｗの搬入（Ｓ１０２）の前に行われる。なお、この焦点合わせは、基板Ｗの搬出（Ｓ１０５）の後で行われてもよい。この焦点合わせ時の保持部２のＺ軸方向位置を、厚み測定制御部９３は記憶しておく。

また、図４（Ｂ）に示すように、厚み測定制御部９３は、保持部２の保持面２１に基板Ｗを保持した状態で、基板Ｗの表面Ｗａにカメラの焦点を合わせる。この焦点合わせ時の保持部２のＺ軸方向位置を、厚み測定制御部９３は記憶しておく。

厚み測定制御部９３は、カメラの焦点を基板Ｗの表面Ｗａに合わせた時と、カメラの焦点を保持部２の保持面２１に合わせた時とでの、保持部２のＺ軸方向位置のシフト量を、複数点Ｐで算出する。上記シフト量は基板Ｗの厚みＨに等しい。それゆえ、厚みＨを複数点Ｐで算出できる。

なお、カメラの焦点合わせは、保持部２をＺ軸方向に移動させることの代わりに、厚み検出器３をＺ軸方向に移動させることを含んでもよい。

図５に、基板Ｗの厚みＨを測定する点Ｐの配置を示す。複数点Ｐは、保持面２１にて、吸引穴２２を避けた位置に配置される。吸引穴２２を避けた位置に複数点Ｐを配置することで、保持面２１の高さを測定できる。

保持部２は、その保持面２１に平坦面を形成するリブ２３を有する。リブ２３の平坦面に複数点Ｐが配置される。リブ２３の平坦面の高さを測定することで、保持面２１の高さを正確に測定できる。

リブ２３の平坦面の一部は、直線状に形成される。直線状のリブ２３を基板Ｗの径方向に配置でき、基板Ｗの径方向複数点で保持面２１の高さを測定でき、ひいては、基板Ｗの径方向複数点で厚みＨを測定できる。

リブ２３の平坦面の一部は、直線状に形成され、且つ、保持面２１の中心を通るように形成されてもよい。基板Ｗの径方向中心点で保持面２１の高さを測定でき、ひいては、基板Ｗの径方向中心点で厚みＨを測定できる。

リブ２３の平坦面の他の一部は、円環状に形成される。円環状のリブ２３を基板Ｗの周方向に配置でき、基板Ｗの周方向複数点で保持面２１の高さを測定でき、ひいては、基板Ｗの周方向複数点で厚みＨを測定できる。

直径の異なる複数の円環状のリブ２３を同心円状に配置してもよい。基板Ｗの径方向複数点で保持面２１の高さを測定でき、ひいては、基板Ｗの径方向複数点で厚みＨを測定できる。

また、円環状のリブ２３の中心に、円形状のリブ２３を配置してもよい。基板Ｗの径方向中心点で保持面２１の高さを測定でき、ひいては、基板Ｗの径方向中心点で厚みＨを測定できる。

保持部２が円環状のリブ２３を有する場合、基板処理装置１が保持面２１を回転させる回転部５を有すれば、保持面２１の高さを測定する点Ｐの位置を基板Ｗの周方向に変位できる。

なお、リブ２３の平坦面は、図６に示すように基板Ｗと同一の直径の円環状の部分を有すればよく、その部分の内部には直線状の部分のみを有してもよい。また、図示しないがリブ２３の平坦面は、直径の異なる複数の円環状の部分のみを同心円状に有してもよい。

また、複数点Ｐは、保持面２１にて、吸引穴２２を避けた位置に配置されればよく、リブ２３の先端面の代わりに、ピン２４の先端面に配置されてもよい。また、複数点Ｐは、リブ２３の先端面とピン２４の先端面の両方に分けて配置されてもよい。

なお、保持部２は、ピンチャックには限定されず、ポーラスチャックであってもよい。ポーラスチャックは、多孔質体を含む。多孔質体は多数の吸引穴を含むので、複数点Ｐは多孔質体を避けた位置に配置される。多孔質体を複数の領域に区画するリブの先端面に複数点Ｐが配置される。

以上、本開示に係る基板処理装置、及び基板処理方法について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、および組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。

１ 基板処理装置
２ 保持部
２１ 保持面
２２ 吸引穴
９３ 厚み測定制御部
Ｗ 基板
Ｗａ 表面

Claims (15)

1. 基板を保持する保持面を含む保持部と、
   前記基板の厚みを測定する厚み検出器と、
   前記厚み検出器を制御し、前記基板の厚みを複数点で測定する厚み測定制御部と、を有し、
   前記厚み測定制御部は、
   前記保持面を露出した状態で、前記保持面の直交方向における前記保持面の位置を前記複数点で測定することと、
   前記保持面に前記基板を保持した状態で、前記保持面の直交方向における前記基板の表面の位置を前記複数点で測定することと、
   前記保持面の直交方向における前記保持面の位置と前記基板の前記表面の位置との差から、前記基板の厚みを前記複数点で算出することとを実施する、基板処理装置。
2. 前記保持面の直交方向視での前記保持部と前記厚み検出器との相対位置が同一の状態で、前記保持面の直交方向における前記保持面の位置測定と、前記保持面の直交方向における前記基板の前記表面の位置測定とが実施される、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記保持面には、前記基板を吸引する吸引穴が形成され、
   前記複数点は、前記保持面にて、前記吸引穴を避けた位置に配置される、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
4. 前記保持部は、前記保持面に線状の平坦面を形成するリブを有し、
   前記複数点は、前記リブの前記平坦面に配置される、請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記リブの前記平坦面の少なくとも一部は、直線状又は円環状に形成される、請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記リブの前記平坦面の少なくとも一部は、円環状に形成され、
   更に、前記保持面を回転させる回転部を有する、請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記厚み検出器は、レーザー変位計を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
8. 前記厚み検出器は、カメラを含み、
   前記厚み測定制御部は、前記カメラの焦点合わせによって前記基板の厚みを測定する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
9. 保持部の保持面で基板を保持し、厚み検出器で前記基板の厚みを複数点で測定する、基板処理方法であって、
   前記保持面を露出した状態で、前記保持面の直交方向における前記保持面の位置を前記複数点で測定することと、
   前記保持面に前記基板を保持した状態で、前記保持面の直交方向における前記基板の表面の位置を前記複数点で測定することと、
   前記保持面の直交方向における前記保持面の位置と前記基板の前記表面の位置との差から、前記基板の厚みを前記複数点で算出することと、を有する、基板処理方法。
10. 前記保持面の直交方向視での前記保持部と前記厚み検出器との相対位置が同一の状態で、前記保持面の直交方向における前記保持面の位置測定と、前記保持面の直交方向における前記基板の前記表面の位置測定とが実施される、請求項９に記載の基板処理方法。
11. 前記保持面には、前記基板を吸引する吸引穴が形成され、
    前記複数点は、前記保持面にて、前記吸引穴を避けた位置に配置される、請求項９又は１０に記載の基板処理方法。
12. 前記保持面に線状の平坦面を形成するリブが設けられ、
    前記複数点は、前記リブの前記平坦面に配置される、請求項１１に記載の基板処理方法。
13. 前記リブの前記平坦面の少なくとも一部は、直線状又は円環状に形成される、請求項１２に記載の基板処理方法。
14. 前記リブの前記平坦面の少なくとも一部は、円環状に形成され、
    更に、前記基板の厚みを測定する点を変位させるべく、前記保持面を回転させることを有する、請求項１３に記載の基板処理方法。
15. 前記基板の厚みの測定は、カメラの焦点合わせによって行われる、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の基板処理方法。

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