JP2005123387A - 基板保持具及び基板の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気管を必要とせず、より小型の基板保持具であって、かつ基板に与える影響を最小に抑えることができる基板保持具及びこれを用いた基板の表面処理方法を提供する。
【解決手段】 被処理物である基板１を保持する基板保持具２０であって、基板保持具本体２と、前記基板保持具本体２の一面上の前記基板１の周縁部に対応する位置に配置される第１の弾性部材３ａと、前記第１の弾性部材３ａよりも内側に設けられ、基板１が保持されたときに前記第１の弾性部材３ａとの間で環状の閉空間９を形成する第２の弾性部材３ｂと、基板１が保持された時に前記第２の弾性部材３ｂより内側の空間１０と外部とを連通させる第１の孔４と、を有することを特徴とする基板保持具２０。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被処理物である基板を保持する基板保持具及びこれを用いた基板の表面処理方法に関する。

ＭＥＭＳに代表されるマイクロマシニング技術においては、基板表面に半導体のフォトリソグラフィー技術を応用し微細な加工を施している。このような加工終了後、基板を裏面より全面エッチングすることにより基板を薄くする、基板に孔を開けるなどの処理が求められるようになっている。このように、基板の一面をエッチングなどで処理する際、他方の一面をエッチング液などから保護する必要が生じることがある。したがって、例えば、基板を保持する保持治具に、基板のエッチング液より保護したい面が接するように配し、この保持治具と基板との間の空間を減圧状態にすることによって、基板をエッチング液に浸した際、エッチング液が保持治具と基板との間に浸透することを防止するということが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−２４６２３５号公報

しかしながら、上記の方法においては、基板と保持治具との間の空間を減圧状態にするために、基板と保持治具との間の空間に通ずる空洞部を保持治具に設け、さらにこの空洞部に連結し、減圧状態を作り出すために排気を行うための管が設けられている。このような構成の保持治具においては、排気を行うための排気管などが存在するため、保持治具全体が大型化し、例えばエッチング中に基板を回転させることが困難であった。このため、均一なエッチングを行うことができないという問題を抱えていた。また、大型の保持治具は、複数のウエハを大量に同時にエッチングすることが極めて難しいという欠点もあった。さらに、エッチングの際に基板の保持治具側の一面全体が減圧状態に維持されるので、外部からの圧力によって基板が歪むなどの悪影響があった。
したがって、本発明は、排気管を必要とせず、より小型の基板保持具であって、かつ基板に与える影響を最小に抑えることができる基板保持具及びこれを用いた基板の表面処理方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の基板保持具は、被処理物である基板を保持する基板保持具であって、基板保持具本体と、前記基板保持具本体の一面上の前記基板の周縁部に対応する位置に配置される第１の弾性部材と、前記第１の弾性部材よりも内側に設けられ、基板が保持された時に前記第１の弾性部材との間で環状の閉空間を形成する第２の弾性部材と、基板が保持された時に前記第２の弾性部材より内側の空間と外部とを連通させる第１の孔と、を有することを特徴とする。
また、本発明の基板の表面処理方法は、上記の基板保持具を用いて、前記基板保持具の前記第１及び第２の弾性部材上に前記基板を載置した状態で、密閉容器内において減圧状態とすることで前記基板を保持する基板保持工程と、前記減圧状態よりも高い圧力下において前記基板の表面処理を行う表面処理工程と、を備えたことを特徴とする。

上記の構成の基板保持具上に基板を配し、これを密閉容器内で減圧状態とすることで、第１の弾性部材と第２の弾性部材との間の閉空間が減圧状態となる。次いで、密閉容器内の圧力を前の減圧状態よりも高くすると、前記閉空間の減圧状態が維持される一方、前記第２の弾性部材より内側の空間（すなわち基板の中央寄りの空間）は外部と連通させる第１の孔を通して、前記閉空間に対して正圧になる。その結果、基板と基板保持具が密着し、基板を保持することができる。一旦保持してしまえば、前記減圧状態より低い圧力にしない限り、基板はずっと保持されたままであり、排気管などを必要としない。したがって、本発明の基板保持具は、小型であり大量処理もし易い。さらに、従来技術の課題のひとつであった基板の変形などの問題を改善し、基板の周縁部以外に悪影響を及ぼさずに基板の表面処理を行うことができる。

前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間には、前記環状の閉空間と外部とを連通させる第２の孔が設けられていることが好ましい。第１の弾性部材と第２の弾性部材との間に第２の孔があれば、前述した基板の表面処理工程を終了した後、この第２の孔を介して前記閉空間を外部と同じ圧力にすることができ、容易に基板と基板保持具を剥離することが可能になる。

また、前記第１の孔が、開閉可能とされたことが好ましい。第１の孔が開閉可能であれば、基板と基板保持具を減圧により密着させ、第１の孔を介して前記閉空間以外の部分を正圧にした後、さらに第１の孔を閉じることによって基板の周縁部以外は正圧を維持しつつも、エッチング液に基板全体を浸した際、基板と基板保持具の間の空間にエッチング液が浸透することを防ぐことができる。

さらに、前記第２の孔が、開閉可能とされたことが好ましい。第２の孔が開閉可能であれば、減圧する際には第２の孔を閉じた状態で、第２の孔、第１の弾性部材、第２の弾性部材の間の空間を負圧にすることによって基板と基板保持具を密着させ、この状態で基板の表面処理を行った後、第２の孔を開放することによって、前記空間を外部と同じ圧力にすれば、基板と基板保持具を剥離することが容易に可能となる。

さらに、前記基板保持具本体に第１の弾性部材と第２の弾性部材をそれぞれ位置決めする凹部が設けられていることが好ましい。この凹部によって、第１の弾性部材と第２の弾性部材をそれぞれ所望の位置に配しやすくなり、基板と基板保持具の密着性をより確実なものにすることができる。

したがって、本発明の基板の表面処理方法は、より好ましくは、前記基板保持工程において、前記第２の孔を閉じた状態で、前記密閉容器内において減圧状態とし、前記基板保持工程の後、前記第１の孔を閉じた状態で前記基板表面処理工程を行い、前記基板の表面処理工程の後、前記第２の孔を開放し、前記基板と前記基板保持具とを剥離するものである。
このような方法によって、基板に与える影響を最小限に抑えつつ、エッチング液が基板の被処理表面以外に付着することを効果的に防止できる。また、本発明の基板保持具は、従来のものに比べ、排気管等を備えていないため、基板の表面処理中に小回りが利き、かつ同時に大量の基板の表面処理する場合にも好適である。

本実施形態においては、配線層が形成された基板の前記配線層と反対側の一面を、基板保持具を用いてウエットエッチングにより全面をエッチング処理し、基板を所望の厚さに形成する場合を例にとり説明する。
図１（ａ）は、本実施形態の基板保持具を示す平面図であり、図1（ｂ）は、図1（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。以下、図を参照して本実施形態を詳細に説明する。

図1（ｂ）に示す基板１は、ガラスからなる板状の基板であって、被処理面１ａ及び被保護面１ｂを有している。被処理面１ａは、後述するウェットエッチングによって表面処理される面である。被保護面１ｂには、図示しない配線層が形成されており、さらにその上に図示しない保護膜を有している。このような基板１を、被保護面１ｂが、基板保持具２０側に接するように基板保持具２０上に載置する。

基板保持具２０には、基板保持具本体２、第１のＯリング（第1の弾性部材）３ａ、第２のＯリング（第２の弾性部材）３ｂ、第1のスルーホール（第1の孔）４、第２のスルーホール（第２の孔）５、各スルーホール用の栓（開閉手段）７、８が具備されている。また、図示はしないが、この基板保持具２０は基板を保持する際には基板１とともに密閉容器内に収容されて使用される。

基板１を基板保持具２０上に載置し、栓７及び栓８によって第１のスルーホール４及び第２のスルーホール５を閉じると、２つの密閉空間が生じる。ここで、基板１と２つのＯリング３ａ、３ｂと基板保持具本体２との間の密閉空間を第１の空間９と称する。一方、基板１と基板保持具本体２と第２のＯリング３ｂとの間の密閉空間を第２の空間１０と称する。

基板保持具本体２は、テフロン（登録商標）からなる。図１（ｂ）に示すように、基板保持具本体２は、基板１を載置する側に２つのＯリング３ａ、３ｂを配するための溝６を有している。この溝６は、凹形状をしており、溝６が形成される位置は、基板保持具２０上に配される基板１の形状に基づいて、外側の溝６ａが基板１の外周部に対応する位置にある。内側の溝６ｂは、外側の溝６ａより５ｍｍ〜１０ｍｍ内側に配置されている。本実施形態においては、基板１が平面視して半径ｒの円形であるため、外側の溝６ａは環状であり、外側の外周が略半径ｒとなっている。内側の溝６ｂは、溝６ａより前述したように若干小さな環状である。このような溝６は、基板保持具本体２の所定の箇所に周知の加工技術により形成されたものである。

Ｏリング３ａ、３ｂは、フッ素系ゴムからなるもので、第１のＯリング（第１の弾性部材）３ａは、上述した外側の溝６ａ上に、第２のＯリング（第２の弾性部材）３ｂは、内側の溝６ｂ上に配されている。
ここで、上述のようにＯリング３ａ、３ｂにより、基板の表面と基板保持具本体２との隙間を気密的に封止するためには、Ｏリング３ａ、３ｂの線径Ｌおよびショアー硬度Ｈｓは、それぞれ、次のように設定するのが好ましい。
すなわち、Ｏリング３ａ、３ｂの反発力Ｆは、下記に示す［数１］によって求められる。

ここで、つぶし率εとは、Ｏリングを押し潰したときの、Ｏリングの線径Ｌに対するつぶし量の割合である。例えば、線径Ｌが１ｍｍのＯリングを、０．２ｍｍ押し潰した場合には、つぶし率εは、０．２／１として表される。
このため、Ｏリング３ａ、３ｂの線径Ｌとショアー硬度Ｈｓとを、前記［数１］で求められる反発力Ｆが、圧力差により生じる基板に対する押圧力より小さくなるように設定することにより、Ｏリング３ａ、３ｂと、基板１の表面および基板保持具本体２との密着性をより高めることができ、その結果、基板１を基板保持具本体２により確実に吸着・保持することができる。
また、Ｏリング３ａ、３ｂの反発力により生じる平均圧力Ｐは、次式［数２］で求められる。

このため、Ｏリング３ａ、３ｂの線径Ｌとショアー硬度Ｈｓとを、前記［数２］で求められる平均圧力Ｐが、ウェットエッチングで用いるエッチング液の水圧よりも高く（特に、１．５〜３．５倍程度高く）なるように設定することにより、Ｏリング３ａ、３ｂがエッチング液の水圧により変形するのをより確実に防止することができ、密閉空間９、１０へのエッチング液の侵入を阻止することができる。
なお、Ｏリング３ａ、３ｂの線径Ｌとショアー硬度Ｈｓとを、前記［数１］及び［数２］の双方を満足するよう設定するのがより好ましい。これにより、基板１の基板保持具本体２への吸着・保持性が高まり、且つ、密閉空間９、１０へのエッチング液の侵入をより確実に阻止することができる。

本実施形態においては、後述するエッチング工程において、エッチャントとして水酸化カリウム水溶液を用いるため、Ｏリング（弾性部材）３ａ、３ｂとして水酸化カリウムに耐性を有するフッ素系ゴムを選択したが、これに限定されるものではなく、基板表面処理を行う際使用する液体に応じて適宜変更可能である。また、本実施形態においては第１のＯリング３ａと第２のＯリング３ｂとは同材料であるが、これに限定されるものではない。例えば、第２のＯリング３ｂは、基板１の表面処理の際、エッチャントに触れることがないので、耐エッチャント性を有していなくてもよい。

基板保持具本体２において、第２のＯリング３ｂのさらに内側に第１のスルーホール（第１の孔）４が配置されている。この第１のスルーホール４は、基板保持具本体２を板厚方向に貫通している。大きさは、基板保持具２０の大きさ、すなわち基板１の大きさにもよるが、本実施形態では、径１００ｍｍの基板保持具２０に対して径１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。円柱状の孔である必要はなく、例えば多角柱状の孔等でもよく、折曲していてもよい。また、このような孔を複数設けてもよい。

基板保持具本体２において、第１のＯリング３ａと第２のＯリング３ｂとの間の任意の位置に、上述した第１のスルーホール４と同様に第２のスルーホール（第２の孔）５が設けられている。本発明の基板保持具において、この第２のスルーホール５は必須ではないが、後述する基板１の表面処理方法において、基板１の被処理面１ａを処理した後、基板１と基板保持具２０とを容易に剥離するために、本実施形態においては、この第２のスルーホール５を設けた構成となっている。

さらに、第１のスルーホール４及び第２のスルーホール５には、それぞれ栓（開閉手段）７、８が設けられている。これらの栓７、８は、スルーホール４、５の開閉をするものである。本実施形態では、エッチャントに耐性のあるＯリングシールがねじにより固定され、気体／液体の流れを遮断するようになっている。

以下、本発明に係る基板１の表面処理方法について図を参照して詳細に説明する。
本実施形態においては、上述した基板１の被処理面１ａを水酸化カリウム水溶液中に浸し、ウェットエッチングする。
＜基板保持工程＞
最初に、図１（ｂ）に示すように、基板保持具２０の溝６にＯリング３ａ、３ｂを配置した状態で、基板１を被保護面１ｂが基板保持具２０に接するように載置する。また、栓７、８によってスルーホール４、５を閉じておく。この状態で、基板保持具２０及び基板１が収容されている密閉容器内の圧力を下げる。このようにすることによって、第１の空間９及び第２の空間１０内の空気が、基板１、Ｏリング３ａ、３ｂ、基板保持具本体２間の隙間より排気され、前記第１の空間９及び第２の空間１０が０．１気圧程度に減圧される。

上記の減圧状態を５〜１０秒程度維持し、次いで、前記密閉容器内を大気圧に戻す。この時、前記第１の空間９及び第２の空間１０が大気圧に戻るより早く、基板１及び基板保持具２０外方よりかかる圧力によりＯリング３ａ、３ｂが変形し、基板１が基板保持具２０に強く引き付けられる。そのため前記第１の空間９及び第２の空間１０は封止され、前述した減圧状態を保つようになる。
さらに、上記の大気圧開放後５〜１０秒後、栓７を開放し、スルーホール４を介して第１の空間９を大気開放し、第１の空間９内の圧力を減圧状態の前の状態に戻す。この時、栓８は閉じた状態を維持し、第２の空間１０は減圧状態を持続するため、基板１は基板保持具２０に保持されたままである。第１の空間９のみを大気開放した後、栓７を再び閉じる。

＜表面処理工程＞
次に、ウェットエッチングを行う。本実施形態においては、上記の基板保持具に保持された基板１を水酸化カリウム水溶液中に浸し、所定の厚さになるように、時間、温度等を調整する。前述したように、第１の空間９は減圧状態であるため、基板１の被保護面１ｂはＯリング３ａ、３ｂと密着しており、且つ、栓７は閉じられているので、被保護面１ｂに上記水酸化カリウム水溶液が接触することがない。また、第２の空間１０内は大気圧であるので、基板１が水酸化カリウム水溶液中にあっても、外部からの圧力によって基板１が変形することがない。

ウェットエッチングを終えた後、基板１と基板保持具２０を水酸化カリウム水溶液から取り出し、乾燥させた後、栓８を開放し、第２の空間１０を大気開放する。このようにすることによって、基板１と基板保持具２０を容易に剥離することができる。

以上、本実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施形態のように基板の被処理面１ａを所定の厚さにする他、基板に孔を開ける、めっき処理する、など種々の表面処理において適用可能である。また、スルーホール５は必ずしもなくてもよく、基板の表面処理後、基板と基板保持具を剥離する際も、第１の空間９内の減圧状態による基板とＯリングの密着力以上の外力によって基板を基板保持具２０から剥離したりすることも可能である。栓７、８も、スルーホール４、５の開閉をできるものであれば、スライド式の蓋など適当なものを選択できる。

本実施形態の基板保持具を示す平面図（ａ）と、Ａ−Ａ’における概略断面図（ｂ）である。

符号の説明

１…基板、１ａ…被処理面、１ｂ…被保護面、２…基板保持具本体、３ａ…第１のＯリング（第１の弾性部材）、３ｂ…第２のＯリング（第２の弾性部材）、４…第１のスルーホール（第１の孔）、５…第２のスルーホール（第２の孔）、９…第１の空間、１０…第２の空間、２０…基板保持具。

Claims (8)

1. 被処理物である基板を保持する基板保持具であって、基板保持具本体と、前記基板保持具本体の一面上の前記基板の周縁部に対応する位置に配置される第１の弾性部材と、前記第１の弾性部材よりも内側に設けられ、基板が保持された時に前記第１の弾性部材との間で環状の閉空間を形成する第２の弾性部材と、基板が保持された時に前記第２の弾性部材より内側の空間と外部とを連通させる第１の孔と、を有することを特徴とする基板保持具。
2. 前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間に、前記環状の閉空間と外部とを連通させる第２の孔を有することを特徴とする請求項１に記載の基板保持具。
3. 前記第１の孔が、開閉可能とされたことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板保持具。
4. 前記第２の孔が、開閉可能とされたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板保持具。
5. 前記基板保持具本体に前記第１の弾性部材を位置決めする凹部が設けられたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板保持具。
6. 前記基板保持具本体に前記第２の弾性部材を位置決めする凹部が設けられたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板保持具。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板保持具を用いた基板の表面処理方法であって、前記基板保持具の前記第１及び第２の弾性部材上に前記基板を載置した状態で、密閉容器内において減圧状態とすることで前記基板を保持する基板保持工程と、
   前記減圧状態よりも高い圧力下において前記基板の表面処理を行う表面処理工程と、を備えたことを特徴とする基板の表面処理方法。
8. 前記基板保持工程において、前記前記第２の孔を閉じた状態で、前記密閉容器内において減圧状態とし、
   前記基板保持工程の後、前記第１の孔を閉じた状態で前記基板表面処理工程を行い、
   前記基板表面処理工程の後、前記第２の孔を開放し、前記基板と前記基板保持具とを剥離することを特徴とする請求項７に記載の基板の表面処理方法。
   

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