JP2002151580A - ウエハー保持具の製造方法及びウエハー保持具 - Google Patents

ウエハー保持具の製造方法及びウエハー保持具

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JP2002151580A
JP2002151580A JP2000346957A JP2000346957A JP2002151580A JP 2002151580 A JP2002151580 A JP 2002151580A JP 2000346957 A JP2000346957 A JP 2000346957A JP 2000346957 A JP2000346957 A JP 2000346957A JP 2002151580 A JP2002151580 A JP 2002151580A
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wafer mounting
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Mamoru Kosakai
守 小坂井
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Original Assignee
Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電チャック等のウエハー保持具のウエハー
載置面に、パーティクル発生の原因、ウエハーの汚染源
となることがない、深さ数10μm程度以下の浅い溝等
の凹部からなるパターンを生産性良く良好に形成するこ
とができるウエハー保持具の製造方法の提供。 【解決手段】 基材1として緻密質セラミックスを用い
た盤状のウエハー保持具を製造するに際して、基材1を
焼結によって作製し、該基材1の表面を研摩加工又は研
磨加工して平坦面とした後、該平坦面に凹部8からなる
パターンを形成してウエハー載置面6とし、次いで該ウ
エハー載置面6に高圧流体を吹き付けて洗浄するウエハ
ー保持具の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハー保持具の
製造方法及びウエハー保持具に関し、特に半導体製造装
置用のウエハー保持具の製造方法及びウエハー保持具に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のウエハー固定技術としては、静電
チャック、真空チャックの各方式が知られており、例え
ば、半導体ウエハーの搬送用、露光、成膜、微細加工、
洗浄、ダイシング等に使用されている。
【0003】しかし、従来の静電チャックは、ウエハー
載置面の表面に半導体ウエハーを静電力によって吸着す
るものであり、ウエハー載置面を平面加工すると、静電
チャックへの電圧印加を中止しても、残留吸着力によっ
て半導体ウエハーが上記ウエハー載置面に吸着し続ける
ため、チャック解除時の応答性が非常に悪くなるという
問題があった。また、静電チャック、真空チャックのい
ずれのウエハー固定方式においても、ウエハー載置面に
存在するパーティクルや、各種ゴミ類がウエハー表面に
付着して不都合をきたし、ウエハーの良品歩留まりが低
下するという問題もあった。
【0004】そこで、これらの問題を解決するための手
段として、セラミック等からなるウエハー載置面に深さ
10μm程度の多数の凹部を形成し、ウエハー載置面を
凹凸とすることがなされており、その為の加工方法とし
て、 ウエハー載置面にマスクを設置してショットブラスト
加工や研削加工を施すことにより、ウエハー載置面に凹
凸を形成する、 ウエハー載置面にエッチング加工を施すことにより、
ウエハー載置面に凹凸を形成する、等して、印加電圧除
去後の吸着力の残留時間を短かくし、しかも、パーティ
クルや各種ゴミ類を凹部に落としてウエハー裏面への付
着を防止することがなされていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の技術においても、パーティクルや各種ゴミ類のウ
エハー裏面への付着の防止効果が不十分で、更なる改善
が求められていた。そこで、本発明の課題は、静電チャ
ック等のウエハー保持具のウエハー載置面に、パーティ
クル発生の原因、ウエハーの汚染源となることがない、
深さ数10μm程度以下の浅い溝等の凹部からなるパタ
ーンを生産性良く良好に形成することができるウエハー
保持具の製造方法を提供することを課題の一つとする。
また、ウエハーにパーティクルやゴミ等が付着すること
がなく、チャック解除時の応答性が良好なウエハー保持
具の提供を課題の一つとする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、基材として緻
密質セラミックスを用いた盤状のウエハー保持具を製造
するに際して、前記基材を焼結によって作製し、該基材
の表面を研摩加工又は研削加工して平坦面とした後、該
平坦面に凹部からなるパターンを形成してウエハー載置
面とし、次いで該ウエハー載置面に高圧流体を吹き付け
て洗浄するウエハー保持具の製造方法を上記課題の解決
手段とした。本発明のウエハー保持具の製造方法におい
ては、上記の高圧流体の圧力が5×107Pa(約50
0気圧)以上であることが好ましい。
【0007】また、本発明は、ウエハー保持具は、緻密
質セラミックスからなる基材を有してなり、該基材の表
面に、研磨加工又は研削加工により形成された平坦面と
該平坦面に形成された凹部とを有するウエハー載置面が
設けられ、前記ウエハー載置面の平坦面および/又は凹
部底面の表面粗さRa(中心線平均粗さ)が0.15μ
m以下、及び/又はRmax(最大高さ)が1.0μm
以下であることを特徴とするウエハー保持具を上記改題
の解決手段とした。
【0008】また、本発明を適用できる「ウエハー保持
具」としては、セラミックスサセプター、セラミックス
ヒーター、後述するような静電チャック、セラミックス
ヒーターと一体化された静電チャック、更には静電力以
外の力で半導体ウエハーを保持するウエハー保持具等を
例示することができる。また、ウエハー載置面に凹部か
らなるパターンを形成する方法としては、ショットブラ
スト加工法、砥石等を用いた研削加工法、エッチング加
工法等を例示することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明のウエハー保持具の
製造方法を静電チャックの製造方法に適用した実施の形
態について詳細に説明する。また、以下に述べる実施形
態ではウエハー載置面に凹部からなるパターンを形成す
る方法としてショットブラスト加工法を採用した場合を
例にとり説明する。
【0010】図1乃至図5は、本実施形態の静電チャッ
クの製造方法を工程順に示す図である。まず、図1
(a)に示すようなウエハー吸着面側(ウエハー載置面
側)の円盤状絶縁部(基材)1と、図1(b)に示すよ
うな基体側の円盤状絶縁部2を製造する。この基体側の
円盤状絶縁部2は、電極挿入孔2bが形成されている。
図1(a)に示す円盤状絶縁部1を製造するためには、
まず窒化アルミニウム粉末やアルミナ粉末等のセラミッ
クス粉末を焼結して円盤状焼結体を作製することにより
得られる。ここで作製された円盤状絶縁物1の径D
1は、例えば195mm程度である。また、図1(b)
に示す円盤状絶縁部2を製造するためには、まず窒化ア
ルミニウム粉末やアルミナ粉末等のセラミックス粉末を
円盤状焼結体を作製した後、この円盤状焼結体に機械加
工によって電極挿入孔2bを形成することにより得られ
る。ここで作製された円盤状絶縁物2の径D2は、例え
ば195mm程度であり、電極挿入孔2bの径D4は、
例えば10mm程度であり、この電極挿入孔2bの円盤
状絶縁物2の中心からの距離L2は、例えば25mm程度
である。
【0011】そして、図2(a)に示すように、基体側
の円盤状絶縁部2の中心から所望の半径r2(例えばr2
が90mm)の円内の領域(円形の領域)Aには、導電
性材料を塗布して塗布層15を形成し、この円形の領域
Aの外側の外周縁領域Bには、絶縁性材料を塗布して塗
布層16を形成する。ここで塗布層15形成用の導電性
材料としては、炭化タンタル、窒化チタン等の導電性セ
ラミックス粉末と、酸化アルミニウム−二酸化ケイ素系
ガラス粉末との混合粉末等を例示することができる。ま
た、塗布層16形成用の絶縁性材料としては、酸化アル
ミニウム−二酸化ケイ素系ガラス等の各種ガラス粉末を
例示することができる。なお、図2(b)は、塗布層1
5、16が形成された円盤状絶縁部2を示す断面図であ
る。図2(b)においては、導電性材料からなる導電層
15が円形の電極3を形成している。
【0012】ついで、上記のような塗布層15、16が
形成された円盤状絶縁部2と、円盤状絶縁部1とを重ね
合わせ、熱処理することにより、両者を接合し、図3に
示すような接合物10を得る。この接合物10では、円
盤状絶縁部2に設けられた電極3から見て上側に、すな
わちウエハー載置面(吸着面)側に円盤状絶縁部1が設
けられている。ついで、円盤状絶縁部2の電極挿入孔2
b中に、炭化タンタル、窒化チタン等の導電性セラミッ
クス等からなる取り出し電極14を形成し、活性金属、
銀ろう等のろう材によって取り出し電極14を電極3に
対して接合して静電チャックを得る。このような構成を
有する静電チャックによれば、ウエハーを円盤状絶縁部
1の表面のウエハー載置面6に静電力によって全面で吸
着させることができるが、ウエハーにパーティクルやゴ
ミ等が付着するのを防止するためと、チャック解除時の
応答性を良好にするためにさらに以下の工程を行う。
【0013】上記した接合体10のウエハー載置面6を
研磨加工又は研摩加工して平坦面とする。次いで、平滑
となったウエハー載置面6を洗浄する。ここでの洗浄
は、例えばトリクレン等の有機溶剤で行い、脱脂する。
この脱脂後には、例えば、温水で洗浄する。
【0014】そして、接合体10のウエハー載置面6
に、常法に従って、図4に示すようにマスク7を設け
る。このマスク7の開口形状は、ウエハー載置面6に形
成しようとする凹部8の開口形状と同じとし、マスク7
の開口数はウエハー載置面6に形成しようとする凹凸に
対応するパターンを有するようにする。即ち、ウエハー
載置面6に形成される凹凸は、例えば、ウエハーと接触
する凸部9の頂面の合計面積のウエハー載置面6の総面
積に対する比率が0.5〜30%となるようにし、各凸
部9の大きさは、例えば円盤状絶縁物1の径D1が19
5mm程度の場合、直径0.4〜2mm程度となるよう
にする。
【0015】上記マスク7としては、感光性樹脂や板状
マスク等を使用する。例えば、マスク7として、例えば
感光性樹脂を使用するときには、液状の感光性樹脂をウ
エハー載置面6に塗布し、この液状感光性樹脂を熱硬化
させる。この塗布と熱硬化とは、必要な回数だけ繰り返
す。そして、感光性樹脂層の上にパターンフィルムをセ
ットし、超高圧水銀灯などで露光する。これにより、パ
ターンフィルムの透明な部分の下にある感光性樹脂層に
対して光が照射される。この感光性樹脂層を現像液で処
理し、図4に示すマスク7を設ける。
【0016】そして、ショットブラストを行い、ウエハ
ー載置面6のマスク7によって覆われていない部分に凹
部8を形成する。ここでのショットブラストに使用する
粒子としては、特に制限されるものではないが、例えば
アルミナ粒子、炭化珪素粒子、炭化硼素粒子、ガラスビ
ーズ等が好適に使用される。ショットブラスト用の粒子
の粒径Dは、1〜300μm程度とすることが好まし
く、ショットブラスト用の粒子の粒径Dが小さいほど、
ショットブラストによってできる加工深さdを浅くする
ことができ、これにより0.5 〜数10μm の加工深
さのコントロールを行うことができる。次いで、マスク
7を除去する。この際、マスク7が感光性樹脂からなる
場合には、塩化メチレン等の剥離液を用いる。ウエハー
載置面6のマスク7が除去された部分は、図5に示すよ
うな凸部9となる。このようにすると、図5に示される
ように、多数の凹凸部(凹部8と凸部9)11が形成さ
れたウエハー載置面6が得られる。
【0017】次いで、上記のウエハー載置面6上の多数
の凹凸部11に高圧流体を吹き付ける。ここでの高圧流
体としては、特に制限されるものではないが、例えば高
圧水、高圧の空気、高圧水蒸気等の高圧ガス等を例示す
ることができる。上記の高圧水には、塩酸、ふっ酸、硝
酸、硫酸等の酸、又アンモニア、過酸化水素、若しくは
これらの混合物を含有させてもよい。また、上記高圧流
体の圧力は5×107Pa(約500気圧)以上とする
ことが、ブラスト粒子、ブラスト時にブラスト粒子から
付着した不純物、その他パーティクル発生の原因となる
物質、ウエハーの汚染源となる物質の除去が効率的に行
われるので好ましい。本実施形態では、研磨加工により
平坦面とされたウエハー載置面6に多数の凹凸11を形
成後、上記のような高圧流体を吹き付けることにより、
平坦面(凸部9の頂面)および/又は凹部8の底面の表
面粗さRa(中心線平均粗さ)をそれぞれ0.15μm
以下と滑らかとすることができ、また、平坦面(凸部9
の頂面)および/又は凹部8の底面の表面粗さRmax
(最大高さ)をそれぞれ1.0μm以下と滑らかにする
ことができ、さらにブラスト粒子、ブラスト時にブラス
ト粒子から付着した不純物、その他パーティクル発生の
原因となる物質、ウエハーの汚染源となる物質の除去を
効率的に行うことができる。
【0018】このように高圧流体を吹き付けることによ
り、ウエハー載置面6の表面荒れや汚れが改善され、パ
ーティクルや各種ゴミ類のウエハー裏面への付着を効率
良く防止することができる理由は、必ずしも明確ではな
いが、次のように考えられる。即ち、従来のショットブ
ラスト加工や研削加工法によって作製されたウエハー保
持具にあっては、ウエハー載置面に形成された凹凸部に
多数のマイクロクラックが発生して機械的な強度が低下
しており、また、形成された凹部には、ブラスト粒子や
研削屑が残存し、これらマイクロクラックやブラスト粒
子や切削屑等によりウエハーが損傷したり、汚染される
ことがあるが、本実施形態では凹凸11を形成したウエ
ハー載置面6に高圧流体を吹き付けることにより、ウエ
ハー載置面6の表面荒れがなく、しかもパーティクルや
ブラスト粒子や切削屑等を効率よく除去することができ
る。また、従来のエッチング加工法によって作製された
ウエハー保持具にあっては、エッチング時の各種反応生
成物がウエハー載置面に形成された凹部に付着している
が、本実施形態では凹凸11を形成したウエハー載置面
6に高圧流体を吹き付けることにより、エッチング時の
各種反応生成物を効率よく除去することができる。
【0019】従って、本実施形態の静電チャックの製造
方法によれば、ウエハー載置面6の表面荒れがなく、し
かもウエハー載置面6に、パーティクル発生の原因、ウ
エハーの汚染源となることがない、深さが数10μm以
下と浅い凹部8からなるパターンを生産性良く良好に形
成することができる。また、本実施形態の製造方法によ
り製造された静電チャック20は、凹凸11が形成され
たウエハー載置面6の表面に荒れがなく、凸部9の頂面
および/又は凹部8の底面の表面が滑らか(表面粗さが
小さい)であり、しかもウエハー載置面6の表面にパー
ティクルや、ブラスト粒子や切削屑等のゴミが付着して
いないので、ウエハーが汚染されることがなく、また、
凹凸11が形成されたことにより、チャック解除時の応
答性も良好とすることができる。なお、上記実施形態に
おいては、ウエハー載置面6の平坦面(凸部9の頂面)
および凹部8の底面の表面粗さRa(中心線平均粗さ)
が0.15μm以下で、Rmax(最大高さ)が1.0
μm以下である場合について説明したが、ウエハー載置
面6の平坦面および/又は凹部底面の表面粗さRa(中
心線平均粗さ)が0.15μm以下の条件と、ウエハー
載置面6の平坦面および/又は凹部底面の表面粗さRm
ax(最大高さ)が1.0μm以下の条件のうち一方の
条件のみを満たす場合も本発明のウエハー保持具の範囲
内である。
【0020】
【実施例】以下、実施例を掲げ、本発明を更に詳細に説
明する。 「実施例1」 〔静電チャックの作製〕平均粒子径0.05μmのβ型
炭化珪素超微粉末を、大気中、350℃で50時間熱処
理することにより、表面に厚み0.002μmの二酸化
珪素の酸化膜を有する炭化珪素超微粉末を得た。次い
で、この炭化珪素超微粉末8重量%と、平均粒子径0.
5μmの酸化アルミニウム粉末92重量%とを、超音波
分散機を用いて5時間混合して混合粉末を得た。そし
て、この混合粉末を、乾燥し、成形した後、アルゴン雰
囲気、温度1700℃の条件下で2時間焼結することに
より、直径195mm、厚み4mmの円盤状の複合焼結
体を2枚得た。この複合焼結体の体積固有抵抗値は室温
で1.2×1012Ωcm、400℃で4.3×1011Ω
cmであった。
【0021】次いで、上記円盤状焼結体を機械加工し、
図1(a)および(b)に示す各円盤状絶縁部1、2を
製造した。ただし、ここでの円盤状絶縁部2において
は、中心部に直径が15mmの貫通孔を形成し、さらに
この中心部からの距離L2が25mmの場所に、直径D4
が10mmの電極挿入孔2bを形成した。
【0022】そして、円盤状絶縁部2の中心から半径r
2が90mm内の円形の領域Aには、炭化タンタル(3
0vol%)と酸化アルミニウム−二酸化珪素系ガラス
粉末(70vol%)との混合粉末をスクリーン印刷に
よって塗布し、塗布層15を形成した。ついで、この円
盤状絶縁部2の外周縁領域B(半径90〜半径97.5
mmの領域)には、酸化アルミニウム−二酸化珪素系ガ
ラス粉末をスクリーン印刷によって塗布し、塗布層16
を形成した。続いて、これら円盤状絶縁部1と2とを重
ね合わせた後(円盤状絶縁部2の塗布層15、16形成
面上に円盤状絶縁部1を積層した後)、熱処理すること
により、両者を接合した。
【0023】次いで、円盤状絶縁部1のウエハー載置面
6となる面をロータリー研削により研摩加工して平坦面
(平坦度:20μm)とした後、円盤状絶縁部2の電極
挿入孔2bに、炭化タンタル製の取り出し電極14を挿
入し、銀ろう剤を用いて接合することにより、図3に示
す接合体10を作製した。
【0024】次いで、平滑となったウエハー載置面6を
界面活性剤水溶液、引き続き塩酸過水で洗浄し、脱脂
し、温水で洗浄した。そして、このウエハー載置面6
に、直径193mmの円形である板状マスク7を載置
し、平均粒径2μmの炭化硼素製ショットブラスト粒子
を用いてショットブラストを行い、マスク7によって覆
われていない部分に深さ10μmの凹部8を、即ち直径
が0.5μmの凸部9を多数形成(凸部の頂面の合計面
積のウエハ載置面総面積に対する比率は1%)し、次い
で、剥離液を用いてマスク7を除去した。このようにす
ると、表面に多数の凹凸部11が形成されたウエハー載
置面6が得られる。そして、上記のウエハー載置面6上
の多数の凹凸部11に5%過酸化水素水からなる高圧流
体(圧力:100MPa(約1000気圧)を吹き付
け、ウエハー載置面6に多数の突起(凸部)を有する実
施例の静電チャック20を得た。
【0025】「静電チャックのウエハー載置面の評価」
本実施例で得られた静電チャック20のウエハー載置面
6に形成した凸部9頂面(平坦面)の表面粗さRa(中
心線平均粗さ)、Rmax(最大高さ)を常法に従って
測定した。また、上記ウエハー載置面6に直径8インチ
(約200mm)のSi製ウエハーを3分間静電吸着
し、離脱させた後、ウエハー裏面の付着パーティクル数
(粒径0.21μm以上のもの)をパーティクルカウン
ターにより計数した。これらの結果を表1に示す。一
方、比較例として、ショットブラスト後に高圧流体で洗
浄していない以外は上記実施例と同様にして作製した静
電チャックのウエハー載置面の評価を、同様に行った。
その結果を、表1に併せて示す。
【0026】
【表1】
【0027】表1の結果から実施例で得られた静電チャ
ックは、ウエハー載置面に形成された凸部頂面のRa
(中心線平均粗さ)、Rmax(最大高さ)が、比較例
で得られた静電チャックのそれと比べて、半分の値とな
っており、凸部頂面の表面粗さが小さく、平滑であるこ
とがわかる。また、実施例で得られた静電チャックのウ
エハー載置面に吸着させたウエハー裏面に付着したパー
ティクル数は、比較例で得られた静電チャックのウエハ
ー載置面に吸着させたウエハー裏面に付着したパーティ
クル数の1/20以下であることがわかる。従って、凹
部を形成したウエハー載置面に高圧流体を吹き付けて洗
浄することは、ウエハー載置面の表面荒れやパーティク
ル発生の防止に有効であることがわかる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明のウエハー保
持具の製造方法は、基材として緻密質セラミックスを用
いた盤状のウエハー保持具を製造するに際して、前記基
材を焼結によって作製し、該基材の表面を研摩加工又は
研削加工して平坦面とした後、該平坦面に凹部からなる
パターンを形成してウエハー載置面とし、次いで該ウエ
ハー載置面に高圧流体を吹き付けて洗浄するようにした
ため、ウエハー載置面の表面荒れがなく、パーティクル
発生の原因、ウエハーの汚染源となることがない、深さ
数10μm以下の浅い溝等の凹部からなるパターンをウ
エハー載置面に生産性良く良好に形成することができ
る。また、本発明のウエハー保持具は、緻密質セラミッ
クスからなる基材を有してなり、該基材の表面に、研磨
加工又は研削加工により形成された平坦面と該平坦面に
形成された凹部とを有するウエハー載置面が設けられ、
前記ウエハー載置面の平坦面(凸部頂面)および/又は
凹部底面の表面粗さRa(中心線平均粗さ)が0.15
μm以下、又はRmax(最大高さ)が1.0μm以下
とされたことにより、凹部が形成されたウエハー載置面
の表面に荒れがなく、平坦面(凸部頂面)および/又は
凹部底面の表面が滑らか(表面粗さが小さい)であり、
しかもウエハー載置面の表面にパーティクルや、ブラス
ト粒子や切削屑等のゴミが付着していないので、ウエハ
ーが汚染されることがなく、また、凹部が形成されたこ
とにより、チャック解除時の応答性も良好とすることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1(a)はウエハー載置面側の円盤状絶縁
部を示す平面図であり、図1(b)はウエハー保持具の
基体側の円盤状絶縁部を示す平面図である。
【図2】 図2(a)は各種の塗布層が形成された基体
側の円盤状絶縁部を示す平面図であり、図2(b)はこ
の円盤状絶縁部を示す断面図である。
【図3】 ウエハー載置面側の円盤状絶縁部と基体側の
円盤状絶縁部を重ね合わせ、焼結した接合体を示す図で
ある。
【図4】 図3の接合体のウエハー載置面にマスクを
形成した状態を示す図である。
【図5】 本実施形態の静電チャックの製造方法により
得られた静電チャックを示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・載置面側の円盤状絶縁部(基材)、2・・・基体側の
円盤状絶縁部、2b・・・電極挿入孔、3・・・電極、6・・・
ウエハー載置面、7・・・マスク、8・・・凹部、9・・・凸
部、11・・・凹凸部、14・・・取り出し電極、15・・・塗
布層、16・・・塗布層、10・・・接合体、20・・・静電チ
ャック、A・・・円形の領域、B・・・外周縁領域、D1
2、D3、D4・・・径、r2・・・半径、L2・・・距離。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基材として緻密質セラミックスを用いた
    盤状のウエハー保持具を製造するに際して、 前記基材を焼結によって作製し、該基材の表面を研摩加
    工又は研削加工して平坦面とした後、該平坦面に凹部か
    らなるパターンを形成してウエハー載置面とし、次いで
    該ウエハー載置面に高圧流体を吹き付けて洗浄すること
    を特徴とするウエハー保持具の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記高圧流体の圧力が5×107Pa
    (約500気圧)以上であることを特徴とする請求項1
    記載のウエハー保持具の製造方法。
  3. 【請求項3】 緻密質セラミックスからなる基材を有し
    てなり、 該基材の表面に、研磨加工又は研削加工により形成され
    た平坦面と該平坦面に形成された凹部とを有するウエハ
    ー載置面が設けられ、前記ウエハー載置面の平坦面およ
    び/又は凹部底面の表面粗さRa(中心線平均粗さ)が
    0.15μm以下、又はRmax(最大高さ)が1.0
    μm以下であることを特徴とするウエハー保持具。
JP2000346957A 2000-11-14 2000-11-14 ウエハー保持具の製造方法及びウエハー保持具 Pending JP2002151580A (ja)

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