JP6141879B2 - 吸着部材およびそれを用いた吸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体集積回路または液晶表示装置の製造工程において、ウェハまたはガラス基板等の対象物に処理を施す際に対象物を吸着する吸着部材およびそれを用いた吸着装置に関する。

従来、半導体集積回路または液晶表示装置の製造工程において、ウェハまたはガラス基板等の対象物は、露光装置や研削装置等の各種装置によって露光や研削等の各種処理を施される。この際に、対象物は吸着部材に吸着される。

この吸着部材として、例えば特表２０１２−５１８９００号公報には、水等の液体によって生成される毛細管力で基板（対象物）をクランプするための基板支持構造体（吸着部材）であって、基板（対象物）を保持するための複数の基板支持要素（突起部）が設けられた表面（吸着面）を具備した基板支持構造体が記載されている。

このような吸着部材においては、吸着面の親水性が低いと液体中に気泡が生じて対象物の吸着力が低下しやすくなる。一方、突起部の耐摩耗性が低いと対象物との接触によって突起部からパーティクルが生じて対象物を汚染しやすくなる。

本発明は、対象物の吸着力に優れ、かつ対象物の汚染を抑制した吸着部材を提供する要求に応えるものである。

本発明の一態様における吸着部材によれば、対象物の形状に対応する環状部、該環状部の内側に位置する底面および該底面から突出した柱状の複数の突起部を有するとともに、前記環状部内で前記対象物を複数の前記突起部で支持して吸着する吸着面を具備したセラミック焼結体からなる基体を備える。さらに、前記吸着部材は、該基体よりも親水性が高い被膜を備える。該被膜は、前記突起部の頂面および前記突起部の側面に位置せず、前記底面における前記突起部の近傍領域以外の領域に位置している。また、前記突起部の前記頂面の算術平均粗さ（Ｒａ）は前記底面の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも小さい。

本発明の一態様における吸着部材によれば、対象物の形状に対応する環状部、該環状部の内側に位置する底面および該底面から突出した柱状の複数の突起部を有するとともに、前記環状部内で前記対象物を複数の前記突起部で支持して吸着する吸着面を具備したセラミック焼結体からなる基体を備える。さらに、前記吸着部材は、珪素または酸化珪素からなる被膜を備える。該被膜は、前記突起部の頂面および前記突起部の側面に位置せず、前記底面における前記突起部の近傍領域以外の領域に位置している。また、前記突起部の前記頂面の算術平均粗さ（Ｒａ）は前記底面の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも小さい。

本発明の一態様における吸着部材によれば、基体よりも親水性が高い被膜が吸着面の底面の少なくとも一部を被覆しているため、対象物の吸着力を高めることができる。さらに、セラミック焼結体からなる基体の突起部の頂面が被膜から露出しているため、突起部におけるパーティクルの発生を抑制できる。したがって、対象物の吸着力に優れ、かつ対象物の汚染を抑制した吸着部材を提供することができる。

本発明の一態様における吸着部材によれば、珪素または酸化珪素からなる被膜が吸着面の底面の少なくとも一部を被覆しているため、対象物の吸着力を高めることができる。さらに、セラミック焼結体からなる基体の突起部の頂面が被膜から露出しているため、突起部におけるパーティクルの発生を抑制できる。したがって、対象物の吸着力に優れ、かつ対象物の汚染を抑制した吸着部材を提供することができる。

本発明の第１実施形態による吸着部材の斜視図である。 （ａ）は、図１の吸着部材を厚み方向に切断した断面図の部分拡大図であり、（ｂ）は、図２（ａ）の吸着部材が対象物を吸着した様子を示す図である。 （ａ）は、図２（ａ）の部分拡大図であり、（ｂ）は、図２（ａ）の吸着部材の上面図の部分拡大図である。 （ａ）ないし（ｃ）は、図１の吸着部材の製造方法を説明する、厚み方向に切断した断面図の部分拡大図である。 （ａ）ないし（ｃ）は、図１の吸着部材の製造方法を説明する、厚み方向に切断した断面図の部分拡大図である。 （ａ）は、本発明の第２実施形態による吸着部材の厚み方向に切断した断面図の部分拡大図であり、（ｂ）は、図６（ａ）の部分拡大図であり、（ｃ）は、図６（ａ）の吸着部材の製造方法を説明する、厚み方向に切断した断面図の部分拡大図である。 本発明の他の実施形態による吸着部材の厚み方向に切断した断面図の部分拡大図である。

＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態による吸着部材について、図１ないし図３を参照しつつ詳細に説明する。

図１および図２に示す吸着部材１は、半導体集積回路の製造工程に用いられる露光装置または研削装置等の各種装置において、円板状のシリコンウェハである対象物２を吸着する部材である。吸着部材１に吸着された対象物２は、各種装置において各種処理が施される。例えば、露光装置は、吸着部材１と光源とを備えている。この露光装置は、光源から吸着部材１に吸着された対象物２に対して光を照射することによって、対象物２を露光して配線パターンを形成する。なお、対象物２は、シリコンウェハ以外のウェハであってもよく、例えばＳｉＣウェハであってもよい。また、吸着部材１は、液晶表示装置の製造工程に用いられてもよい。この場合には、対象物２としては四角板状のガラス基板が用いられる。

本実施形態の吸着部材１は、図１ないし図３に示すように、対象物２を吸着する吸着面３を具備した基体４と、吸着面３の少なくとも一部を被覆した被膜５と、基体４を貫通して液体供給部材に接続される流路（図示せず）とを備えている。なお、液体供給部材および吸着部材１は、対象物２を吸着する吸着装置を構成する。

吸着部材１の基体４は、セラミック焼結体からなる。このセラミック焼結体としては、各種セラミック焼結体を用いることができ、中でも、耐摩耗性の観点から、アルミナ質焼結体または炭化珪素質焼結体を用いることが望ましい。セラミック焼結体からなる基体４と水との接触角は、例えば３０°以上８０°以下である。アルミナ質焼結体からなる基体４と水との接触角は、例えば５０°程度である。炭化珪素質焼結体からなる基体４と水との接触角は、例えば６０°程度である。基体４と水との接触角は、例えば、ＫＲＵＳＳ社製接触角計を用いて、ＪＩＳＲ ３２５７：１９９９に準じた方法で測定される。

基体４の形状は、例えば対象物２の形状に対応しており、本実施形態においては円板状である。この基体４の厚みは、例えば５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。また、基体４の幅（直径）は、例えば２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下である。

基体４の吸着面３は、図１ないし図３に示すように、対象物２の形状に対応する環状部６と、環状部６の内側に位置する底面７と、底面７から突出した突起部８とを有している。この吸着面３は、環状部６内で対象物２を複数の突起部８で支持して吸着するものである。対象物２は、後述するように、吸着面３と対象物２との間の空間９に供給される液体１０によって吸着される。

環状部６は、空間９を密閉して液体１０の蒸発を抑制するシール部材として機能するものである。この環状部６は、吸着面３の外縁にて底面７を取り囲む環状の突出部であり、本実施形態においては円環状である。なお、環状部６は、対象物２と接触することによって液体１０の蒸発を抑制してもよいし、対象物２との間に微小な隙間が形成されることによって液体１０の蒸発を抑制してもよい。

底面７は、突起部８に支持された対象物２から離れており、対象物２との間に空間９を形成するものである。この底面７は、環状部６の内側にて突起部８の間に配されている。なお、底面７は、平坦であってもよいし、段差を有していてもよい。

突起部８は、頂面１１で対象物２を支持するものである。この突起部８は、環状６の内側にて底面７から突出している。本実施形態の突起部８は、円柱状である。この突起部８の高さは、例えば３μｍ以上１０μｍ以下である。また、突起部８の頂面の幅（直径）は、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下である。また、突起部８同士のピッチは、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。なお、突起部８は、柱状であればよく、例えば四角柱等の多角柱状であってもよい。

被膜５は、吸着面３における底面７の少なくとも一部を被覆しており、突起部８の頂面１１を露出している。この被膜５は、底面７に直接接着しているとともに空間９に露出している。そして、被膜５は、液体１０に接触する。

被膜５は、基体４よりも親水性の高い膜からなる。このような被膜５は、珪素または酸化珪素からなることが望ましい。一般的に珪素および酸化珪素はセラミック焼結体よりも水との接触角が小さく親水性が高いため、被膜５の親水性を基体４よりも高くすることができる。特に、酸化珪素からなる被膜５を用いることによって、被膜５の親水性をより高めることができる。酸化珪素からなる被膜５の水との接触角は例えば２０°程度である。被膜５と水との接触角は、前述した基体４と水との接触角の測定方法と同様の方法によって測定される。なお、被膜５が珪素からなる場合は、被膜５の空間９に露出した表面が酸化していてもよい。

また、被膜５は、基体４よりも親水性の高いものであればよく、珪素または酸化珪素以外の材料からなるものでもよい。この場合の被膜５は、無機物からなることが望ましい。その結果、被膜５として有機物からなるものを用いた場合と比較して、被膜５の摩耗を抑制し、または被膜５と吸着面３との剥離を抑制することができる。これにより、パーティクルの発生を抑制することができるため、対象物２の汚染を抑制することができる。さらに、被膜５として、無機物の酸化物からなるものを用いることが望ましい。その結果、酸化物は一般的に親水性が高いため、被膜５の親水性を高めることができる。

被膜５の厚みは、突起部８の高さよりも小さい。その結果、吸着面３の底面７を被覆した被膜５と突起部８に支持された対象物２との間に空間９が形成される。このような被膜５の厚みは、例えば０．５μｍ以上２μｍ以下である。

前述した吸着部材１による対象物２の吸着は例えば以下のように行なわれる。まず、吸着面３に対象物２を載せて、突起部８の頂面１１に対象物２を支持させる。この際、吸着面３と対象物２との間の空間９が形成される。次に、液体供給部材から流路を介して空間９に液体１０を供給し、底面７上の被膜５および対象物２の双方に液体１０を接触させる。この液体１０と被膜５および対象物２との接触角が小さいと、液体１０が被膜５および対象物２と濡れやすいため、液体５の側面１２は、液体１０の外側から内側に向かって窪んだ凹形状となる。この凹形状の側面１２における表面張力によって、対象物２は吸着面３に吸着される。吸着面３から対象物２を脱着する際には、例えば流路を介して、空間９から液体１０を排出する。

このように対象物２の吸着を行なうために、液体１０としては、水を用いることが望ましい。水は珪素および酸化珪素との接触角が小さいため、シリコンウェハまたはガラス基板である対象物２と液体１０との接触角を十分に小さくし、吸着部材１によって対象物２を吸着することができる。なお、液体１０として、水の他に親水性の高い液体を用いることができ、例えばグリコール、エタノールまたはエチレングリコール等のヒドロキシル基を有するアルコールを用いてもよい。

また、液体１０の側面１２が凹形状となるように、空間９の高さは微小に設定されており、例えば３μｍ以上１０μｍ以下である。なお、空間９の高さは、突起部８の高さおよび被膜５の厚みを適宜設定することによって、調節することができる。

ここで、本実施形態の吸着部材１は、図２および図３に示すように、底面７の少なくとも一部を被覆しているとともに突起部８の頂面１１を露出させている、基体４よりも親水性が高い被膜５を備えている。

その結果、基体４よりも親水性が高い被膜５が底面７の少なくとも一部を被覆していることから、空間９に供給された液体１０における気泡の発生を抑制することができる。このため、気泡に起因した対象物２の吸着力の低下を抑制することができる。さらに、基体４の突起部８の頂面１１が被膜５から露出しており、この突起部８の頂面１１がセラミック焼結体からなることから、突起部８の頂面１１の耐摩耗性が被膜５の耐摩耗性よりも高い。したがって、対象物２との接触に起因した突起部８の頂面１１からのパーティクルの発生を抑制することができる。このため、このパーティクルの付着に起因した対象物２の汚染を抑制することができる。それ故、対象物２の吸着力に優れ、かつ対象物２の汚染を抑制した吸着部材１を提供することができる。

また、突起部８の頂面１１の耐摩耗性が被膜５の耐摩耗性よりも高いため、対象物２との接触に起因した突起部８の頂面１１の摩耗が抑制される。これにより、突起部８の頂面１１の平坦性を高めることができる。それ故、突起部８に支持された対象物２の歪みを抑制し、ひいては対象物２の処理精度を高めることができる。

また、本実施形態の被膜５は、図２および図３に示すように、突起部８の側面１３も露出させている。その結果、被膜５よりも撥水性が高い突起部８の側面１３で液体１０をはじきやすくし、突起部８の頂面１１と対象物２との間に液体１０が入り込むことを抑制することができる。それ故、突起部８に支持された対象物２の歪みを抑制し、ひいては対象物２の処理精度を高めることができる。

さらに、本実施形態の被膜５は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、突起部８の側面１３を突起部８の周方向に渡って露出させている。その結果、突起部８の頂面１１と対象物２との間に液体１０が入り込むことをより抑制することができる。その上、本実施形態の被膜５は、突起部８の側面１３を突起部８の高さ方向に渡って露出させている。すなわち、被膜５は、突起部８の側面１３を突起部８の全面を露出させている。その結果、突起部８の頂面１１と対象物２との間に液体１０が入り込むことをより抑制することができる。

また、本実施形態の被膜５は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、底面７における突起部８の近傍領域１４を露出させている。その結果、被膜５よりも撥水性が高い底面７における突起部８の近傍領域１４で液体１０をはじきやすくし、突起部８の頂面１１と対象物２との間に液体１０が入り込むことを抑制することができる。さらに、本実施形態の被膜５は、底面７における突起部８の近傍領域１４を突起部８の周方向に渡って露出させている。その結果、突起部８の頂面１１と対象物２との間に液体１０が入り込むことをより抑制することができる。

突起部８と近傍領域１４を露出させた被膜５との距離は、５０μｍ以上１５０μｍ以下であることが望ましい。その結果、突起部８の頂面１１と対象物２との間に液体１０が入り込むことを良好に抑制しつつ、被膜５によって底面７における親水性を良好に高めることができる。

また、本実施形態の被膜５は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、複数の突起部８を取り囲んでいる。すなわち、被膜５は、突起部８に対応した孔を有しており、吸着面３は、突起部８を取り囲む被膜５の形成領域と突起部８に対応した被膜５の非形成領域とを有する。その結果、被膜５を成膜する際に生じる被膜５の内部応力が緩和される。このため、吸着面３と被膜５との間に加わる応力が緩和され、ひいては吸着面３と被膜５との剥離を低減できる。さらに、本実施形態の被膜５は、底面７において突起部８から離れつつ、突起部８を取り囲んでいる。その結果、突起部８の頂面１１と対象物２との間に液体１０が入り込むことを抑制することができる。また、被膜５と突起部８との接着面積を増やして剥離を抑制するとともに、底面７の被膜５が被覆する領域を増加させて底面７における親水性を良好に高めることができる。

また、本実施形態において、突起部８の頂面１１の算術平均粗さ（Ｒａ）は、底面７の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも小さいことが望ましい。その結果、突起部８の頂面１１においては表面粗さを低減し、頂面１１と対象物２との摩擦によって生じるパーティクルを低減できる。また、底面７においては表面粗さを増加させて底面７と被膜５との接着強度を高めることができる。本実施形態においては、頂面１１は研磨面であり、底面７はブラスト加工面である。これにより、突起部８の頂面１１の算術平均粗さ（Ｒａ）は、底面７の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも小さい。頂面１１の算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば０．００３μｍ以上０．０２μｍ以下である。また、底面７の算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば０．３μｍ以上６．３μｍ以下である。なお、頂面１１および底面７の算術平均粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳＢ ０６０１：２００１に準じており、例えば、小坂研究所製表面粗さ測定機を用いて測定することができる。

次に、前述した吸着部材１の製造方法について、図４および図５を参照しつつ詳細に説明する。

（１）図４（ａ）および（ｂ）に示すように、基体４を準備する。具体的には、例えば以下のように行なう。

まず、セラミック粉末に純水と有機バインダーとを加えた後、ボールミルで湿式混合してスラリーを作製する。次に、スラリーをスプレードライにて造粒する。次に、造粒したセラミック粉末を成形して成形体を作製する。次に、成形体を切削加工して所望の形状とする。次に、この成形体を例えば１０００℃以上２３００℃以下で焼成して焼結体を作製する。次に、この焼結体を切削加工して所望の形状として、図４（ａ）に示した基体用焼結体１５とする。この基体用焼結体１５は、対象物２に対応した形状であり、本実施形態においては円板状であるが、吸着面３は形成されていない。

次に、基体用焼結体１５の一主面にラップ加工またはポリッシュ加工等の研磨加工を行なって、この一主面を研磨面とする。ラップ加工は、例えば、ダイヤモンド等からなる研磨剤と、鋳鉄等からなるラップ盤とを用いて行なうことができる。次に、突起部となる箇所にブラスト用マスクを配置した上で基体用焼結体１５の一主面にブラスト加工を行なう。これにより、図４（ｂ）に示すように、環状部６、底面７および突起部８を有する吸着面３を形成し、基体用焼結体１５を基体４とする。この基体４において、突起部８の頂面１１は研磨面となり、底面７はブラスト加工面となる。なお、吸着面３を形成する際に、ブラスト加工の代わりにイオンビーム加工を用いてもよい。

以上のようにして、基体４を準備することができる。

（２）図４（ｃ）ないし図５（ｃ）に示すように、基体４の吸着面３上に被膜５を形成して、吸着部材１を作製する。具体的には、例えば以下のように行なう。

まず、図４（ｃ）に示すように、感光性樹脂からなるレジスト１６を底面７および突起部８上に塗布する。次に、図５（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ法を用いてレジスト１６をパターニングする。これにより、突起部８の頂面１１および側面１３と底面７の近傍領域１４とを被覆するとともに、底面７の少なくとも一部を露出させた成膜用マスク１７を形成する。この成膜用マスク１７から露出した領域を露出領域１８とする。次に、図５（ｂ）に示すように、例えばＰＶＤ法、ＣＶＤ法、蒸着法、イオンプレーティング法またはスパッタリング法等の成膜法を用いて、露出領域１８上および成膜用マスク１７上に被膜５を成膜する。次に、図５（ｃ）に示すように、成膜用マスク７を吸着面３から機械的に剥離して、成膜用マスク１７上の被膜５を除去するとともに、露出領域１８上に被膜５を残存させる。

以上のようにして、底面７の少なくとも一部、すなわち露出領域１８を被覆するとともに、突起部８の頂面１１および側面１３と底面７の近傍領域１４とを露出した被膜５を形成し、ひいては図に示した吸着部材１を作製することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態による吸着部材を、図６を参照しつつ詳細に説明する。なお、前述した第１実施形態と同様の構成に関しては、記載を省略する。

第２実施形態の吸着部材１は、図６（ａ）に示すように、第１実施形態の吸着部材１とは被膜５の構成が異なる。本実施形態の被膜５は、突起部８の頂面１１を露出させているとともに、突起部８の側面１３と底面７における突起部８の近傍領域１４とを被覆している。その結果、空間９に供給された液体１０における気泡の発生をより抑制することができる。

また、本実施形態の被膜５は、図６（ｂ）に示すように、突起部８の側面１３を被覆した一部が突起部８の頂面１１から底面７と反対側に向かって突出してなる凸部１９を有する。その結果、突起部８に対象物２を載せる際に、突起部８よりも凸部１９のヤング率が低く弾性変形して対象物２に加わる応力を緩和する。このため、対象物２におけるクラックの発生を抑制することができる。また、吸着面３に対象物２を吸着する際には、凸部１９が弾性変形して対象物２が突起部８と密着する。このため、対象物２の処理精度の低下を抑制できる。なお、被膜５は、凸部１９を有していなくてもよい。

本実施形態の被膜５は、以下のようにして形成することができる。まず、前述した工程（１）と同様に基体４を準備する。次に、図６（ｃ）に示すように、例えばＰＶＤ法、ＣＶＤ法、蒸着法、イオンプレーティング法またはスパッタリング法等の成膜法を用いて、底面７ならびに突起部８の頂面１１および側面１３に被膜５を成膜する。次に、突起部８の頂面１１を研磨加工する。これにより、被膜５にて突起部８の頂面１１を被覆した一部を除去し、被膜５から突起部８の頂面１１を露出させる。この研磨加工の際に、被膜５が珪素または酸化珪素からなると、突起部８よりも被膜５のヤング率が低く弾性変形する。このため、被膜５にて突起部８の側面１３を被覆した一部が、突起部８の頂面１１から底面７と反対側に向かって突出して、凸部１９を形成することができる。特に、研磨加工の際に、研磨量を大きくし、研磨速度を高め、砥粒の平均粒径を大きくすると、凸部１９を良好に形成することができる。以上のようにして、図６（ａ）および（ｂ）に示した被膜５を形成することができる。

本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。

例えば、前述した本発明の実施形態においては、被膜５が底面７に直接接着した構成を例に説明したが、被膜５は底面７の少なくとも一部を被覆していればよい。例えば、図７に示すように、吸着部材１は、被膜５と底面７との間に配された介在層２０をさらに備えていてもよい。この場合には、被膜５が酸化珪素からなり、介在層２０が珪素からなることが望ましい。その結果、酸化珪素からなる被膜５と底面７との接着強度を高めることができる。

１ 吸着部材
２ 対象物
３ 吸着面
４ 基体
５ 被膜
６ 環状部
７ 底面
８ 突起部
９ 空間
１０ 液体
１１ 突起部の頂面
１２ 液体の側面
１３ 突起部の側面
１４ 底面における突起部の近傍領域
１５ 基体用焼結体
１６ レジスト
１７ 成膜用マスク
１８ 露出領域
１９ 凸部
２０ 介在層

Claims (7)

1. 対象物の形状に対応する環状部、該環状部の内側に位置する底面および該底面から突出した柱状の複数の突起部を有するとともに、前記環状部内で前記対象物を複数の前記突起部で支持して吸着する吸着面を具備したセラミック焼結体からなる基体と、
   該基体よりも親水性が高い被膜とを備え、
   該被膜は、前記突起部の頂面および前記突起部の側面に位置せず、前記底面における前記突起部の近傍領域以外の領域に位置し、
   前記突起部の前記頂面の算術平均粗さ（Ｒａ）は前記底面の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも小さいことを特徴とする吸着部材。
2. 請求項１に記載の吸着部材において、
   前記被膜は、珪素または酸化珪素からなることを特徴とする吸着部材。
3. 請求項１に記載の吸着部材において、
   前記被膜は、無機物からなることを特徴とする吸着部材。
4. 請求項３に記載の吸着部材において、
   前記被膜は、酸化物からなることを特徴とする吸着部材。
5. 請求項１に記載の吸着部材と、該吸着部材の前記底面と前記対象物との間に液体を供給する液体供給部材とを備えたことを特徴とする吸着装置。
6. 対象物の形状に対応する環状部、該環状部の内側に位置する底面および該底面から突出した柱状の複数の突起部を有するとともに、前記環状部内で前記対象物を複数の前記突起部で支持して吸着する吸着面を具備したセラミック焼結体からなる基体と、
   珪素または酸化珪素からなる被膜とを備え、
   該被膜は、前記突起部の頂面および前記突起部の側面に位置せず、前記底面における前記突起部の近傍領域以外の領域に位置し、
   前記突起部の前記頂面の算術平均粗さ（Ｒａ）は前記底面の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも小さいことを特徴とする吸着部材。
7. 請求項６に記載の吸着部材と、該吸着部材の前記底面と前記対象物との間に液体を供給する液体供給部材とを備えたことを特徴とする吸着装置。

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