CN107437524A - 基板保持装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供基板保持装置及其制造方法。该基板保持装置即使研磨凸部的顶部，也能够在不使加工太过困难化的前提下抑制在凸部与基板之间存在的微粒的可能性升高。基板保持装置(100)包括：平板状的基体(10)，其具有在该基体(10)的上表面开口的通气通路(11)；以及多个凸部(20)，该多个凸部(20)自基体(10)的上表面突出形成。凸部(20)的至少上部为截头圆锥状，凸部(20)的呈截头圆锥状的部分的底角为70°以上且85°以下。

Description

基板保持装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及将半导体晶圆等的基板吸附并保持于基体的基板保持装置及其制造方法。
背景技术
以往，在半导体制造系统等中，为了保持基板，使用了具有以下这样的基体的基板保持装置，即，在基体的上表面形成用于支承基板的许多凸部(销)，且在基体的上表面设有与真空抽吸装置连接的通气通路的开口。凸部利用喷射加工而形成，由于该制造过程，凸部不可避免地成为底角为45°左右的截头圆锥状，无法形成圆柱形状的凸部(例如参照专利文献1)。
若在这样的凸部与基板之间存在微粒，则在基板上会产生局部的隆起，而使基板的表面精度恶化。近年，半导体的微细化以及高密度化逐渐推进，若基板的表面精度恶化，则例如曝光时的焦点没对准而使曝光图案产生模糊，由于形成于基板的电路图案短路等，而产生成品率下降的问题。
另外，提案有通过在凸部的顶面配置槽，降低与基板之间的接触面积，从而减小微粒夹入的发生频率的方法(例如参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-242255号公报
专利文献2：日本特开2012-009720号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，若降低凸部与基板之间的接触面积，则作为与基板接触的接触部分的顶部变得容易磨损，导致表面粗糙度恶化。因此，对顶部进行研磨。但是，由于凸部是底角为45°左右的截头圆锥状，因此，在每次研磨顶部时，接触面积大幅增加，导致凸部与基板之间存在微粒的可能性升高。
另外，在凸部的顶面形成槽是非常困难的，不利于经济性。
于是，本发明的目的在于提供即使研磨凸部的顶部，也能够在不使加工太过困难化的前提下抑制在凸部与基板之间存在微粒的可能性升高的基板保持装置及其制造方法。
用于解决问题的方案
本发明为一种基板保持装置，该基板保持装置包括：平板状的基体，其具有在该基体的上表面开口的通气通路；以及多个凸部，该多个凸部自所述基体的上表面突出形成，该基板保持装置的特征在于，所述凸部的至少上部为截头圆锥状，所述凸部的呈截头圆锥状的部分的底角为70°以上且85°以下。
根据本发明的基板保持装置，凸部不是以往的底角为45°左右的平缓的截头圆锥状，而是底角为70°以上且85°以下的陡峭的截头圆锥状。因而，即使研磨顶部，也能够抑制凸部与基板之间的接触面积的增加，能够谋求降低微粒附着在研磨后的凸部顶面的可能性。
具有底角为70°以上且85°以下的陡峭的截头圆锥状的凸部能够利用激光加工而形成，相比于在凸部的顶面形成槽等，加工较容易。另外，在本发明中，截头圆锥状并不是数学上严格意义上的截头圆锥状，而是包含角部带有圆角的、侧周面存在凹凸等、整体呈大致截头圆锥状的形状在内的概念。另外，还包含在下部与上部之间具有台阶的形状。
另外，凸部的至少上部是底角为70°以上且85°以下的截头圆锥状即可。例如，凸部可以是整体为底角为70°以上且85°以下的截头圆锥状。另外，凸部还可以是上部为底角为70°以上且85°以下的截头圆锥状，下部由底角小于70°的截头圆锥状形成。
在本发明的基板保持装置中，优选的是，所述凸部的高度相对于基板与所述凸部之间的接触面的最大宽度的比率为1以上，所述基板与所述凸部之间的接触面积的总和相对于所述基板的面积的比率为0.30％以下，相接近的所述凸部之间的中心间隔为3.0mm以下。
该情况下，如根据后述的实施例明确的那样，若满足了这些条件，则能够谋求减少在凸部与基板之间存在的微粒，并且，能够谋求防止基板的表面精度的恶化。
本发明为一种基板保持装置的制造方法，其特征在于，利用激光加工在基体的上表面形成多个凸部，该多个凸部至少在上部具有底角为70°以上且85°以下的截头圆锥状。
根据本发明的基板保持装置的制造方法，凸部不是以往的底角为45°左右的平缓的截头圆锥状，而是底角为70°以上且85°以下的陡峭的截头圆锥状。因而，即使研磨顶部，也能够抑制凸部与基板之间的接触面积的增加，能够谋求降低微粒附着在研磨后的凸部顶面的可能性。
而且，由于利用激光加工形成具有底角为70°以上且85°以下的陡峭的截头圆锥状的凸部，因此，相比于在凸部的顶面形成槽等，加工较容易。
在本发明的基板保持装置的制造方法中，优选的是，利用喷射加工在基体的上表面形成底角为45°以上且70°以下的多个截头圆锥状的凸状部，利用激光加工在所述多个截头圆锥状的凸状部的上部形成底角为70°以上且85°以下的截头圆锥状，从而形成所述多个凸部。
该情况下，相比于利用激光加工形成整个凸部的情况，能够短时间且低成本地形成凸部。
附图说明
图1是本发明的实施方式的基板保持装置的示意剖视图。
图2是基板保持装置的示意俯视图。
图3是本发明的实施方式的变形的基板保持装置的示意剖视图。
图4是用于说明基板保持装置的制造方法的一例子的局部示意剖视图。
图5是表示实施例1的凸部的一例子的轮廓图。
附图标记说明
10、基体；11、通气通路；11a、开口；20、20A、20B、凸部；30、环状凸部；41、凸状部；100、100A、基板保持装置；O、基板的上表面的中心；W、基板。
具体实施方式
(基板保持装置)
首先，参照图1和图2说明本发明的实施方式的基板保持装置100。
基板保持装置100包括大致平板状的基体10，该基体10用于吸附并保持基板(晶圆)W。基体10利用陶瓷烧结体形成为大致平板状。基体10除了可以为大致圆板状之外，还可以为多边形板状或椭圆板状等各种形状。
在基体10上形成有在上表面(表面)开口的通气通路11。通气通路11可以与通过基体10的内部或向基体10的下表面(背面)延伸的路径连通。通气通路11连接于真空抽吸装置(省略图示)。
在本实施方式中，参照图2，在基体10的上表面存在有多个通气通路11的开口11a，具体而言，存在有五个，其中的一个位于基体10的上表面的中心O处。但是，开口11a的个数以及配置并不限定于此，还可以不存在位于基体10的中心O处的开口11a。
在基体10上自其上表面突出形成有许多凸部20。多个凸部20除了以三角形格子状、正方形格子状等其他的形态规则地配置以外，还可以以在周向或径向上局部产生疏密差的方式局部不规则地配置。
另外，在基体10上自其外周缘部的上表面突出地形成有环状凸部30。环状凸部30支承基板W的外周缘部的下表面。
另外，在附图中，为了使基板保持装置100的结构明确化，通气通路11、凸部20及环状凸部30等被默认，除各结构要素的剖视图中的纵横比以外，宽度或高度与相互之间的间隔的比例等实际上与附图所示的情况不同。另外，还可以在基体10上形成有升降销孔、肋等，对此未图示。
参照图1，在此，凸部20整体呈截头圆锥状。凸部20的底角为70°以上且85°以下，优选为75°以上且80°以下。这样陡峭的截头圆锥状的凸部20能够通过利用激光加工向基体10的上表面照射激光而形成。
激光加工使用搭载有激光振荡器的激光加工机进行加工，但该激光加工机的种类没有特别限定。作为激光的种类，可列举固体激光、液体激光、气体激光、半导体激光、光纤激光等，可以使用任一种激光。
另外，在本发明中，截头圆锥状并不是数学上严格意义上的截头圆锥状，而是包含角部带有圆角的、侧周面存在凹凸等、整体呈大致截头圆锥状的形状在内的概念。
另外，本发明中利用激光加工而成的“凸部20的底角”定义为在假定在凸部20的垂直截面或侧视图下顶边相同、底边相同、截面积或面积相同的等腰梯形时的底角。另外，各凸部20的形状存在有偏差，并且，一个凸部20的形状也根据垂直截面的剖切面方向或侧视图的侧视方向而不同。因而，本发明中的凸部20的底角为多个凸部20的平均值。
而且，基板W与凸部20之间的接触面积的总和相对于基板W的面积的比率为0.30％以下，更优选为0.15％以下。
各凸部20各自的顶部的面积、即与基板W接触的接触面积优选为0.03mm2以下，更优选为0.001mm2以下。另外，凸部20的基端部可以在其与基体10的上表面之间带有圆角等。
而且，凸部20以将基体10的中心O作为中心的同心圆状在周向和径向上空开间隔地配置。最接近的凸部20之间的中心间隔优选为3.0mm以下，更优选为2.0mm以下。凸部20除了以三角形格子状、正方形格子状等其他的形态规则地配置以外，还可以以在周向或径向上局部产生疏密差的方式局部不规则地配置。
凸部20的高度、即自基体10的上表面的突出量优选相对于基板W与凸部20之间的接触面的最大宽度的比率为1以上，例如为50μm到200μm。凸部20的顶部(与基板接触的部分)的表面粗糙度Ra例如为0.01μm到0.50μm。
在本实施方式中，基板W与凸部20之间的接触面积的总和相对于基板W的面积的比率在0.15％以下，相比于以往最小为0.3％的情况较小。因此，能够降低微粒附着在各凸部20的顶面的可能性。
这样，在基板W与凸部20之间的接触面积较小时，凸部20的顶部容易磨损，因此，可能导致研磨顶部的频率升高。在本实施方式中，由于凸部20是底角为70°以上且85°以下的陡峭的截头圆锥状，因此，即使研磨顶部，也能够抑制与基板W之间的接触面积的增加，从而能够谋求降低微粒附着在研磨后的凸部20顶面的可能性。以往的凸部是底角为45°左右的平缓的截头圆锥状，因此，在研磨顶部时，与基板W之间的接触面积较大程度地变化。
另外，由于凸部20是陡峭的截头圆锥状，因此，基板W与基体10之间的空间相比于上述专利文献1所记载的以往情况较大，因此，充满该空间的气体的量变大，能够提高反应性。另外，在该空间为真空的情况下，能够利用基体10牢固地真空吸附基板W。
另外，凸部20之间的间隔为3.0mm以下，相比于以往的最小为4.0mm的情况较窄。因此，能够抑制基板W在凸部20之间挠曲。
由此，在本实施方式中，相比于以往，能够谋求提高基板W的表面精度，能够谋求提高成品率。
优选的是，最接近的凸部20之间的间隔相同。由此，能够进一步抑制基板W的挠曲。但是，最接近的凸部20之间的间隔也可以不同。
然而，若减小陡峭的截头圆锥形状的凸部20的顶面的面积，则基端部的刚性较低，因此，凸部20产生缺陷的可能性升高。
于是，如图3所示，优选将至少一部分的凸部20A设为底角的角度较大的平缓的截头圆锥状。这样的平缓的截头圆锥状的凸部20A可以利用喷射加工来形成。
由此，凸部20A的刚性提高，能够谋求防止凸部20A产生缺陷且基板W的挠曲的可能性的增加。
例如，在利用真空抽吸装置开始抽吸之后，在最初的阶段，基板W所抵接的凸部20A的个数较少，对这些凸部20A施加较大的压力，因此，增大位于通气通路11周围的凸部20A的基端部的截面积即可。于是，之后凸部20依次抵接于基板W，凸部20与之前已抵接的凸部20A一起与基板W抵接，使施加于各凸部20的压力分散并减小，因此，凸部20不那么需要刚性，可以设为陡峭的截头圆锥状。
另外，例如，如图4所示，凸部还可以是以下这样的凸部20B，即：下部是底角为45°以上且70°以下的平缓的截头圆锥状，上部是底角为70°以上且85°以下的陡峭的截头圆锥状。
由于上部的底角为70°以上且85°以下，因此，即使研磨顶部，也能够抑制凸部与基板W之间的接触面积的增加。
(基板保持装置的制造方法)
基板保持装置100的基体10例如按照以下这样的顺序进行制作。即，由原料粉末制作大致圆板状的成型体，通过将该成型体烧结，而制作大致圆板状的烧结体。作为原料粉末，能够使用例如高纯度(例如纯度为97％以上)的碳化硅粉末、根据需要在该碳化硅粉末中添加适量的烧结助剂而成的混合原料粉末。此外，还可以使用氮化铝粉末、氧化铝粉末等其他的陶瓷粉末作为原料粉末。
在此基础上，利用向该烧结体的上表面照射激光的激光加工来形成多个凸部20。此外，该烧结体利用喷射加工形成通气通路11，利用喷射加工形成环状凸部30等。另外，环状凸部30也可以利用激光加工形成。此外，利用研磨加工研磨多个凸部20的顶面和环状凸部30的顶面。由此，制造成基体10。
另外，图4所示的凸部20B还可以是在利用喷射加工在烧结体(基体10)的上表面形成了底角为45°以上且70°以下的平缓的多个截头圆锥状的凸状部41(用双点划线表示)之后，利用激光加工在这些截头圆锥状的凸状部41的上部形成底角为70°以上且85°以下的截头圆锥状。
实施例
以下，具体列举本发明的实施例和比较例，详细说明本发明。
(实施例1～10)
在实施例1～10中，作为原料粉末，准备了平均粒径为10μm的SiC粉末(H.C.StarckGmbH制UF-10)。然后，在该粉末中添加了2重量％的石墨作为烧结助剂。
然后，在将该原料粉末压制成型后，进行CIP成型，并进行常压烧结。对进一步获得的烧结体进行平面磨削加工，获得基体10。
接着，利用光纤激光加工机在调整好照射条件、即输出50W、焦点110nm、光斑直径30μm、频率80kHz、进给速度48m/min等的基础上，向该基体10的上表面照射激光，以60度的锯齿状排列形成多个凸部20。
将这样形成的凸部20的底角、高度、顶面的直径、中心轴线间的间距、以及基板W与凸部20之间的接触面积的总和相对于基板W的面积的比(以下称作接触面积比)示于表1中。
将以实施例1的方式形成的凸部20的轮廓的一例子示于图5中。该轮廓是利用三维表面性状测量仪器测量了截面轮廓所得到的。
另外，在实施例2、4中，分别对实施例1、3中的凸部20的顶部切削了0.02mm。
而且，作为实施例1～10，在凸部20的顶面载置基板W并测量该基板W的平坦度，将测量结果示于表1中。
而且，作为实施例1～10，测量了附着于基板W的背面(与凸部20接触的接触面)的微粒的个数。将测量结果示于表1中。
在实施例1～8中，接触面积比较小，为0.10％～0.24％，基板W的平坦度良好，为0.02μm～0.05μm，微粒的个数较少，为小于100个。
在实施例9中，接触面积比较小，为0.07％，微粒的个数为80个。而且，基板W的平坦度并不是很好，为0.32μm。
在实施例10中，接触面积比稍大，为0.40％，基板W的平坦度良好，为0.05μm。但是，微粒的个数稍多，为187个。
(实施例11)
在实施例11中，与实施例1～10同样地制作了基体10。
然后，对于该基体10的上表面，以孔径0.1mm且将凸部配置成间距3.00mm、60度锯齿形状的方式粘贴掩模，并进行喷射加工。
在截头圆锥状的凸状部41的中心高度成为0.20mm时，结束喷射加工。然后，剥离掩模，用纯水对被加工物进行超声波清洗。
此外，向利用喷射加工形成的各凸状部41照射激光并利用激光加工进行追加加工，形成许多凸部20B。
将这样形成的凸部20B的底角、高度、顶面的直径、中心轴线间的间距、以及接触面积比示于表1中。另外，在表1的底角一栏中，最初的45°表示凸部20B的底部的底角，接下来的70°表示凸部20B的上侧的利用激光加工形成的凸部的底角。
然后，与实施例1～10同样地，求得基板W的平坦度、以及微粒的个数。将这些结果示于表1中。
在实施例11中，接触面积比较小，为0.23％，基板W的平坦度良好，为0.05μm，微粒的个数较少，为95个。
表1
(比较例1、2)
在比较例1、2中，与实施例1～10同样地制作了基体10。
然后，对于该基体10的上表面，以孔径0.40mm且将凸部配置成间距3.00mm、60度锯齿形状的方式粘贴掩模，并进行喷射加工。
在凸部的中心的突起高度成为0.20mm时，结束喷射加工。然后，剥离掩模，用纯水对被加工物进行超声波清洗。
而且，在比较例2中，进一步将这样形成的凸部的顶部分别切削0.02mm。
将这样形成的凸部的底角、高度、顶面的直径、中心轴线间的间距、以及接触面积比示于表2中。
然后，与实施例1～10同样地，求得基板W的平坦度、以及微粒的个数。将这些结果示于表2中。
在比较例1、2中，接触面积比较大，为1.60％、1.93％，基板W的平坦度良好，为0.05μm，但微粒的个数非常多，为267个、258个。
表2

Claims (4)

1.一种基板保持装置，该基板保持装置包括：平板状的基体，其具有在该基体的上表面开口的通气通路；以及多个凸部，该多个凸部自所述基体的上表面突出形成，其特征在于，
所述凸部的至少上部为截头圆锥状，所述凸部的呈截头圆锥状的部分的底角为70°以上且85°以下。
2.根据权利要求1所述的基板保持装置，其特征在于，
所述凸部的高度相对于基板与所述凸部之间的接触面的最大宽度的比率为1以上，所述基板与所述凸部之间的接触面积的总和相对于所述基板的面积的比率为0.30％以下，相接近的所述凸部之间的中心间隔为3.0mm以下。
3.一种基板保持装置的制造方法，其特征在于，
利用激光加工在基体的上表面形成多个凸部，该多个凸部至少在上部具有底角为70°以上且85°以下的截头圆锥状。
4.根据权利要求3所述的基板保持装置的制造方法，其特征在于，
利用喷射加工在基体的上表面形成底角为45°以上且70°以下的多个截头圆锥状的凸状部，
利用激光加工在所述多个截头圆锥状的凸状部的上部形成底角为70°以上且85°以下的截头圆锥状，从而形成所述多个凸部。
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