JP6711721B2 - 真空吸着部材 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハなどの基板を真空吸着保持するための技術に関する。

上面側に基板が載置される基体を備え、基体の上面から突出して基板を支持する複数の凸部と、基体の外周縁部の上面から環状に突出して基板を支持する環状凸部と、が基体に形成されている真空吸着部材が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

まず、真空吸着部材の上面側にウエハが載置され、ウエハの下面に対して複数の凸部および環状凸部のうち少なくとも一部の上端が当接する。この状態で、基体の上面を通じて外部に連通するように基体の内部に形成されている通気路を通じて、基体の上面、環状凸部の内側面およびウエハの下面により画定される空間が減圧される。これにより、ウエハが真空吸着部材の上面側で吸着保持される。

特開２００９−１１７５６７号公報

しかし、撓みまたは反りの程度が大きいウエハは、前記空間の減圧によってうねるようにまたは波打つように変形し、吸着保持された段階でこのうねりに由来する皺が形成されるなど、ウエハの平坦度が低下する頻度が高い。また、前記空間の減圧前にウエハから離間している凸部には、ウエハの吸着保持に際してウエハから比較的大きな力が作用するため、当該凸部の部分欠損に由来するパーティクルがウエハに付着する可能性が高い。

そこで、本発明は、撓みまたは反りの程度が大きい基板の吸着保持時における平坦度の向上を図りながら、基板に対する基体由来のパーティクル付着量の低減を図りうる真空吸着部材を提供することを目的とする。

本発明は、上面側に基板が載置される基体を備え、前記基体の上面を通じて外部に連通する通気路が前記基体の内部に形成され、前記基体の上面から突出して前記基板を支持する複数の凸部と、前記基体の外周縁部の上面から環状に突出して前記基板を支持する環状凸部と、が前記基体に形成されている真空吸着部材に関する。

本発明の真空吸着部材は、前記環状凸部の内側において前記基体の上面を中央領域およびこれを取り囲む複数の環状領域に区画し、かつ、前記複数の凸部および前記環状凸部よりも上端位置が低くなるように前記基体の上面から突出する複数の環状隔壁部が前記基体の上面に形成され、前記複数の環状隔壁部には、最も内側の環状隔壁部の上端位置よりも外側の環状隔壁部の上端位置が低いという関係があり、前記通気路を通じて前記中央領域から前記複数の環状領域まで内側から順に減圧されるように構成され、前記中央領域および前記複数の環状領域のうち直接的または間接的に隣り合う少なくとも一対の領域の間に、内側にある一の領域における前記凸部の密度が、その外側にある他の領域における前記凸部の密度よりも高いという関係があることを特徴とする。

本発明の真空吸着部材において、前記中央領域および前記複数の環状領域の間に、内側にある一の領域における前記凸部の密度が、その外側にある他の領域における前記凸部の密度よりも高いという関係があることが好ましい。

前記一の領域において、前記複数の環状隔壁部とともに多重環をなす環に沿って断続的または連続的に延在するように前記基体の上面から突出する弧状または環状の第１凸要素が前記凸部として形成され、前記他の領域において、前記凸部が分散配置されている複数のピン状の第２凸要素が前記凸部として形成されていることが好ましい。前記一の領域および前記他の領域のそれぞれにおいて、前記複数の環状隔壁部とともに多重環をなす環に沿って断続的または連続的に延在するように前記基体の上面から突出する弧状または環状の第１凸要素が前記凸部として形成されていることが好ましい。

本発明の真空吸着部材によれば、まず、真空吸着部材の上面側に基板（ウエハ）が載置され、基板の下面に対して複数の凸部（第１凸要素および第２凸要素のうち一方または両方により構成されている。）および環状凸部のうち少なくとも一部の上端が当接する。この際、基体の上面を通じて外部に連通するように基体の内部に形成されている通気路を通じて、基体の上面、環状凸部の内側面および基板の下面により画定される空間において、環状隔壁部により画定された複数の領域のうち一の領域または内側領域がその外側にある他の領域または外側領域よりも早く減圧される。

内側領域における凸部の密度（当該領域における凸部の上端面積または基板との当接面積の占有率を意味する。）が比較的高いため、基体上面の内側領域およびその近傍に対応する基板の内側部分が当該凸部に支持されることで、当該内側部分の姿勢が確実に平坦に矯正かつ維持される。基板の外側部分の姿勢は、内側部分の姿勢に自発的に追従するため、基体上面の外側領域における凸部の密度が比較的低くても、当該外側部分の姿勢も確実に平坦に矯正かつ維持される。

また、基体上面の外側領域における凸部の密度が比較的低いため、姿勢矯正時に基板の外側部分において離間している状態から当接または衝突する凸部の面積の低減が図られている。これにより、凸部と基板との接触または衝突により由来して生じるパーティクルの当該基板に対する付着量の低減が図られる。

本発明の第１実施形態としての真空吸着部材の構成説明図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。 ウエハの載置状態に関する説明図。 ウエハの真空吸着初期状態に関する説明図。 ウエハの真空吸着完了状態に関する説明図。 本発明の第２実施形態としての真空吸着部材の構成説明図。 本発明の第３実施形態としての真空吸着部材の構成説明図。

（第１実施形態）
（構成）
図１および図２に示されている本発明の第１実施形態としての真空吸着部材は、ウエハＷ（基板）を上面側に吸着保持するための基体１を備えている。基体１は、略円板状のセラミックス焼結体により形成されている。基体１の形状は、略円板状のほか、多角形板状または楕円板状などのさまざまな形状であってもよい。

図１および図２では真空吸着部材の構成の明確化のため、基体１、第１凸要素１１、第２凸要素１２、環状凸部２０、環状隔壁部２１〜２３および通気路１００のそれぞれはデフォルトされており、各構成要素のアスペクト比のほか、幅または高さと相互の間隔との比率などは実際とは異なる。

基体１には、その外周縁部において上面から環状に突出している環状凸部２０が形成されている。基体１には、環状凸部２０の内側にある領域を、略円形状の中央領域Ｓ₀およびこれを一重または多重に取り囲む略円環状の一または複数（本実施形態では「３」）の領域Ｓ₁〜Ｓ₃に区画するように、当該上面から環状に突出している複数の環状隔壁部２１〜２３が形成されている。

基体１には、環状凸部２０の内側にある領域において、その上面から突出してウエハＷを支持するための複数の凸部が形成されている。中央領域Ｓ₀および第１環状領域Ｓ₁において基体１の上面から多重の環状に突出している第１凸要素１１と、第２環状領域Ｓ₂および第３環状領域Ｓ₃において分散配置され、基体１の上面からピン状またはボタン状に突出している複数の第２凸要素１２と、が複数の凸部として形成されている。

基体１には、上面の複数箇所に開口している通気路１００が形成されている。当該開口は、各領域Ｓ₀〜Ｓ₃に配置され、中央領域Ｓ₀および第１環状領域Ｓ₁においては、環状の第１凸要素１１の間の細環状領域にも配置されている。通気路１００は真空吸引装置（図示略）に接続されている。通気路１００は、基体１の上下方向の貫通孔または穴により構成されるほか、基体１の内部を通る経路により構成されている。基体１の下面（裏面）に延在する溝が形成され、基体１が基台（図示略）の上面に接合されることにより、当該溝が通気路１００の一部を構成していてもよい。

第１凸要素１１は、その断面形状が矩形状のほか、台形状、半球状または半楕円球状など、上方にいくにつれて徐々に幅狭となるような形状になるように形成されてもよい。第１凸要素１１の上端位置Ｈ₁₁は、第２凸要素１２の上端位置Ｈ₁₂と同一になるように設計されている。環状凸部２０の上端部の表面粗さＲａは０．０５〜０．５０［μｍ］の範囲に含まれるように設計されている。

少なくとも１つの環状の第１凸要素１１に代えて、当該環に沿って延在するように基体１の上面から突出する、一または複数の断続的な弧状もしくは線分状の第１凸要素が基体１に形成されていてもよい。

複数の第２凸要素１２は、基体１と中心を共通にする同心円状に周方向および径方向に一定の間隔をおいて配置されている。複数の第２凸要素１２は、三角格子状、正方格子状などのそのほかの態様で規則的に配置されるほか、周方向または径方向に局所的に疎密の差が生じるように局所的に不規則的に配置されてもよい。第２凸要素１２の間隔またはピッチは、例えば８［ｍｍ］以下、好ましくは６［ｍｍ］、さらに好ましくは４［ｍｍ］以下になるように設計されている。第２凸要素１２の上端位置（基体１の上面からの突出量を意味する。以下同じ。）はたとえば１００〜２００［μｍ］の範囲に含まれるように設計されている。

第２凸要素１２は円柱状、角柱状等の柱状のほか、円錐台状、角錐台状等の錘台状、下部よりも上部の断面積が小さくなるような段差付きの柱状または錘台状などの形状に形成される。第２凸要素１２の上端部（ウエハＷとの当接部分）の径は５００［μｍ］以下となるように設計される。第２凸要素１２の上端部（ウエハＷとの当接部分）の表面粗さＲａは０．０５〜０．５０［μｍ］の範囲に含まれるように設計されている。

環状凸部２０は、その断面形状が矩形状のほか、台形状、半球状または半楕円球状など、上方にいくにつれて徐々に幅狭となるような形状になるように形成されてもよい。環状凸部２０の上端位置Ｈ₂₀は、第２凸要素１２の上端位置Ｈ₁₂と同一になるように設計されている。環状凸部２０の上端部の表面粗さＲａは０．０５〜０．５０［μｍ］の範囲に含まれるように設計されている。

各環状隔壁部２１〜２３の上端位置Ｈ₂₁〜Ｈ₂₃は、複数の第２凸要素１２の上端位置Ｈ₁₂および環状凸部２０の上端位置Ｈ₂₀よりも低くなるように設計されている。各環状隔壁部２１〜２３の上端位置Ｈ₂₁〜Ｈ₂₃は同一である。各環状隔壁部２１〜２３の上端部の表面粗さＲａは０．０５〜０．５０［μｍ］の範囲に含まれるように設計されている。

各環状隔壁部２１〜２３の上端位置Ｈ₂₁〜Ｈ₂₃は相互に異なっていてもよい。例えば、各環状隔壁部２１〜２３の上端位置Ｈ₂₁〜Ｈ₂₃の間でＨ₂₁＞Ｈ₂₂＝Ｈ₂₃という大小関係が成り立つように、すなわち、最も内側の環状隔壁部２１よりも外側の環状隔壁部２２、２３の上端位置が低くなるように各環状隔壁部２１〜２３が設計されていてもよい。また、各環状隔壁部２１〜２３の上端位置Ｈ₂₁〜Ｈ₂₃の間でＨ₂₁＞Ｈ₂₂＞Ｈ₂₃という大小関係が成り立つように、すなわち、内側の環状隔壁部２１（２２）よりも外側の環状隔壁部２２（２３）の上端位置が低くなるように各環状隔壁部２１〜２３が設計されていてもよい。

各環状隔壁部２１〜２３の幅Ｗ₂₁〜Ｗ₂₃の間でＷ₂₁＜Ｗ₂₂＜Ｗ₂₃という大小関係が成り立つように、すなわち、内側の環状隔壁部２１（２２）よりも外側の環状隔壁部２２（２３）の幅が広くなるように各環状隔壁部２１〜２３が設計されている。そのほか、例えば、各環状隔壁部２１〜２３の幅Ｗ₂₁〜Ｗ₂₃の間でＷ₂₁＜Ｗ₂₂＝Ｗ₂₃という大小関係が成り立つように、すなわち、最も内側の環状隔壁部２１よりも外側の環状隔壁部２２、２３の幅が広くなるように各環状隔壁部２１〜２３が設計されていてもよい。各環状隔壁部２１〜２３の幅Ｗ₂₁〜Ｗ₂₃は同一であってもよい。

領域Ｓ_i（ｉ＝０，１，２，３）における凸部密度Ｄ_iは、基体１の上面における当該領域Ｓ_iの面積Ａ_iに対する、当該領域Ｓ_iに配置されている凸部（第１凸要素１１および第２凸要素１２のうち一方または両方）の上端面の合計面積Ｂ_iの比率Ｂ_i／Ａ_iにより定義される。各領域Ｓ₀〜Ｓ₃における凸部密度Ｄ₀〜Ｄ₃の間には、Ｄ₀＞Ｄ₁＞Ｄ₂＞Ｄ₃という関係がある。

（作製方法）
前記構成の真空吸着部材は、たとえば次のような手順で作製される。すなわち、原料粉末から略円板状の成形体が作製され、この成形体が焼成されることで略円板状の焼結体が作製される。原料粉末としては、たとえば純度９７％以上の炭化ケイ素、必要に応じてこれに適量の焼結助剤が添加された混合原料粉末が用いられる。そのほか、アルミナ粉末等、他のセラミックス粉末が原料粉末として用いられてもよい。そのうえで、当該焼結体に環状の第１凸要素１１、ピン状の第２凸要素１２、環状凸部２０、各環状隔壁部２１〜２３および通気路１００がブラスト加工またはミリング加工などの適当な加工法にしたがって形成される。前記工程によって前記構成の基体１を有する真空吸着部材が作製される。

（機能）
前記構成の真空吸着部材によれば、まず、図３Ａに示されているように、真空吸着部材の上面側にウエハＷが載置され、ウエハＷの下面に対して複数の第１凸要素１１、複数の第２凸要素１２および環状凸部２０のそれぞれのうち少なくとも一部の上端が当接する。前記のようにＨ₂₁＝Ｈ₂₂＝Ｈ₂₃＜Ｈ₁₁＝Ｈ₁₂＝Ｈ₂₀という関係があるため、この際、環状凸部２０の内側において複数の環状隔壁部２１〜２３はウエハＷから原則的に離間している。この際、基体１の上面を通じて外部に連通するように基体１の内部に形成されている通気路１００を通じて、基体１の上面、環状凸部２０の内側面およびウエハＷの下面により画定される空間において、環状隔壁部２１〜２３により画定された複数の領域Ｓ₀〜Ｓ₃のうち一の領域または内側領域がその外側にある他の領域または外側領域よりも早く減圧される。本実施形態では、基体１における負圧形成が、中央領域Ｓ₀における貫通孔の下端部分から開始されることにより、Ｓ₀→Ｓ₁→Ｓ₂→Ｓ₃の順で各領域Ｓ₀〜Ｓ₃が減圧される。

内側領域Ｓ_k（ｋ＝０，１，２）における凸部密度Ｄ_kが内側領域Ｓ_k+1における凸部密度Ｄ_k+1と比較して高いため、基体１の上面の内側領域およびその近傍に対応するウエハＷの内側部分または中央部分（例えば、径Ｒのウエハの中心から０．１Ｒ、０．２Ｒまたは０．３Ｒ以下の距離にある範囲を意味する。）が当該凸部（本実施形態ではｋ＝０，１の場合は第１凸要素１１、ｋ＝２の場合は第２凸要素１２）に支持されることで、ウエハＷの内側部分の姿勢が確実に平坦に矯正かつ維持される。ウエハＷの外側部分または周辺部分の姿勢は、内側部分の姿勢に自発的に追従するため、基体１の上面の外側領域Ｓ_k+1における凸部（本実施形態では、ｋ＋１＝１の場合は第１凸要素１１、ｋ＋１＝２，３の場合第２凸要素１２）の密度Ｄ_k+1が内側領域Ｓ_k（ｋ＝０，１，２）における凸部密度Ｄ_kと比較して低くても、ウエハＷの外側部分の姿勢も確実に平坦に矯正かつ維持される。

また、基体１の上面の外側領域Ｓ_k+1における凸部密度Ｄ_k+1が比較的低いため、姿勢矯正時にウエハＷの外側部分において離間している状態から当接または衝突する凸部の面積の低減が図られている。これにより、凸部とウエハＷとの接触または衝突により由来して生じるパーティクルの当該ウエハＷに対する付着量の低減が図られる。

（第２実施形態）
図４に示されている本発明の第２実施形態としての真空吸着部材は、第２環状領域Ｓ₂および第３環状領域Ｓ₃に第２凸要素１２ではなく第１凸要素１１が凸部として基体１の上面に形成されている。このほかの点は、本発明の第１実施形態としての真空吸着部材（図１および図２参照）とほぼ同様の構成であるため、説明を省略する。

（第３実施形態）
図５に示されている本発明の第３実施形態としての真空吸着部材は、中央領域Ｓ₀および第１環状領域Ｓ₁に第１凸要素１１ではなく分散配置された複数の第２凸要素１２が凸部として基体１の上面に形成されている。このほかの点は、本発明の第１実施形態としての真空吸着部材（図１および図２参照）とほぼ同様の構成であるため、説明を省略する。

（他の実施形態）
前記実施形態では、基体１の上面から３重環をなすように突出する環状隔壁部２１〜２３が基体１に形成されていたが（図１等参照）、他の実施形態として、基体１の上面から２重環または３重より多重（例えば９重）の環をなすように突出する環状隔壁部が基体１に形成されていてもよい。

前記実施形態では、内側領域Ｓ_kにおける凸部密度Ｄ_kおよび外側領域Ｓ_k+1における凸部密度Ｄ_k+1の間にＤ_k＞Ｄ_k+1という関係があったが、内側領域Ｓ_kにおける凸部密度Ｄ_kおよび外側領域Ｓ_m（ｍ＞ｋ）における凸部密度Ｄ_mの少なくとも１つの組み合わせの間にＤ_k＞Ｄ_mという関係があれば、内側領域Ｓ_kにおける凸部密度Ｄ_kおよび外側領域Ｓ_n（ｎ＞ｋ）における凸部密度Ｄ_nのその他の組み合わせの間にＤ_k＝Ｄ_nまたはＤ_k＜Ｄ_nという関係があってもよい。

前記実施形態では、複数の領域Ｓ_iのそれぞれにおいて基体１とウエハＷとの間が共通の通気路１００により減圧されたが（図１参照）、他の実施形態として、一の領域Ｓ_iまたは領域群｛Ｓ_i｝と、他の領域Ｓ_j（ｊ≠ｉ）または領域群｛Ｓ_j｝とが、別個の通気路により減圧されてもよい。各通気路が別個の真空吸引装置により減圧される場合、当該別個の真空吸引装置の動作タイミング（または各経路に設けられた開閉弁の開放タイミング）を調節することにより、各領域の減圧開始タイミングが調節される。各通気路が共通の真空吸引装置により減圧される場合、真空吸引装置と各通気路との接続経路に開閉弁が設置され、当該開閉弁の開放タイミングとを調節することにより、各領域の減圧開始タイミングが調節される。

前記実施形態では、各領域Ｓ_iにおいて第１凸要素１１および第２凸要素１２のうちいずれか一方が凸部として基体１に形成されていたが、他の実施形態として、各領域Ｓ_iにおいて第１凸要素１１および第２凸要素１２のうち両方が凸部として混在するように基体１に形成されていてもよい。例えば、第１実施形態の真空吸着部材において、中央領域Ｓ₀および第１環状領域Ｓ₁のうち一方または両方に第１凸要素１１に加えて第２凸要素１２が形成されていてもよい。第２実施形態の真空吸着部材において、中央領域Ｓ₀、第１環状領域Ｓ₁、第２環状領域Ｓ₂および第３環状領域Ｓ₃のそれぞれにおいて第１凸要素１１に加えて第２凸要素１２が形成されていてもよい。

１‥基体、１１‥第１凸要素、１２‥第２凸要素、２０‥環状凸部、２１〜２３‥環状隔壁部、１００‥通気路、Ｗ‥ウエハ（基板）。

Claims (4)

1. 上面側に基板が載置される基体を備え、
   前記基体の上面を通じて外部に連通する通気路が前記基体の内部に形成され、前記基体の上面から突出して前記基板を支持する複数の凸部と、前記基体の外周縁部の上面から環状に突出して前記基板を支持する環状凸部と、が前記基体に形成されている真空吸着部材であって、
   前記環状凸部の内側において前記基体の上面を中央領域およびこれを取り囲む複数の環状領域に区画し、かつ、前記複数の凸部および前記環状凸部よりも上端位置が低くなるように前記基体の上面から突出する複数の環状隔壁部が前記基体の上面に形成され、
   前記複数の環状隔壁部には、最も内側の環状隔壁部の上端位置よりも外側の環状隔壁部の上端位置が低いという関係があり、
   前記通気路を通じて前記中央領域から前記複数の環状領域まで内側から順に減圧されるように構成され、
   前記中央領域および前記複数の環状領域のうち直接的または間接的に隣り合う少なくとも一対の領域の間に、内側にある一の領域における前記凸部の密度が、その外側にある他の領域における前記凸部の密度よりも高いという関係があることを特徴とする真空吸着部材。
2. 請求項１記載の真空吸着部材において、
   前記中央領域および前記複数の環状領域の間に、内側にある一の領域における前記凸部の密度が、その外側にある他の領域における前記凸部の密度よりも高いという関係があることを特徴とする真空吸着部材。
3. 請求項１記載の真空吸着部材において、
   前記一の領域において、前記複数の環状隔壁部とともに多重環をなす環に沿って断続的または連続的に延在するように前記基体の上面から突出する弧状または環状の第１凸要素が前記凸部として形成され、前記他の領域において、前記凸部が分散配置されている複数のピン状の第２凸要素が前記凸部として形成されていることを特徴とする真空吸着部材。
4. 請求項１または２記載の真空吸着部材において、
   前記一の領域および前記他の領域のそれぞれにおいて、前記複数の環状隔壁部とともに多重環をなす環に沿って断続的または連続的に延在するように前記基体の上面から突出する弧状または環状の第１凸要素が前記凸部として形成されていることを特徴とする真空吸着部材。