JP2017199790A - 真空吸着部材 - Google Patents

Abstract

【課題】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うる真空吸着部材を提供する。【解決手段】真空吸着部材の上面側にウエハＷが載置された状態で、複数の領域Ｓ0〜Ｓ3のうち最も内側の領域Ｓ0において通気路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が減圧される。これに応じて一の領域Ｓ1（Ｓ2（Ｓ3））からそれよりも内側の領域Ｓ0（Ｓ1（Ｓ2））に向かって気流が生じるが、当該気流がウエハＷと最も内側の環状隔壁部２１との間隙を流れる際にその流速が増大する。このため、ウエハＷの中央部分からこれより外側にある周辺部分の姿勢が内側から外側に向かって徐々に平坦に矯正または維持される。【選択図】図３Ｂ

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

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低くはなかった。

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複数の領域に区画する多重環をなし、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、前記通気路が、前記複数の領域のうち最も内側の領域において前記基体の上面を通じて外部に連通するように構成されていることを特徴とする。

本発明の真空吸着部材において、前記複数の環状隔壁部が、最も内側の環状隔壁部の幅よりもその外側にある他の環状隔壁部の幅が広くなるように構成されていることが好ましい。さらに、前記複数の環状隔壁部のそれぞれの幅が、内側から外側にいくにつれて広くなるように構成されていることが好ましい。

本発明の真空吸着部材において、前記複数の環状隔壁部が、最も内側の環状隔壁部の上端位置よりもその外側にある他の環状隔壁部の上端位置が低くなるように構成されていることが好ましい。さらに、前記複数の環状隔壁部のそれぞれの上端位置が、内側から外側にいくにつれて低くなるように構成されていることが好ましい。

本発明の真空吸着部材において、前記複数の凸部のうち少なくとも一部が、前記複数の環状隔壁部とともに多重環をなすように前記基体の上面から突出する一または複数の環状凸要素により構成され、前記基体の上面において一の前記環状凸要素とこれに隣り合う他の前記環状凸要素または前記環状凸部との間の環状領域のうち少なくとも１つの環状領域を通じて、前記通気路が前記基体の外部に連通していることが好ましい。

本発明の真空吸着部材において、前記複数の凸部のうち少なくとも一部が、前記複数の環状隔壁部とともに多重環をなすように前記基体の上面から周方向について部分的に上端位置が低くなっている一または複数の環状凸要素により構成されていることが好ましい。

さらに、前記複数の領域のうち少なくとも１つの領域に前記複数の環状凸要素が、前記複数の環状隔壁部のいずれの幅よりも狭い間隔で配置されていることが好ましい。前記複数の領域のうち少なくとも２つの領域に前記環状凸要素が設けられ、前記少なくとも２つの領域のうち内側の領域における前記環状凸要素の密度よりも、外側の領域における前記環状凸要素の密度が低くなるように前記複数の環状凸要素が配置されていることが好ましい。

前記真空吸着部材において、前記複数の環状隔壁部のうち少なくとも１つの環状隔壁部が、多重環をなすように前記基体の上面から突出する複数の環状隔壁要素により構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、環状凸部の内側において前記基体の上面を複数の領域に区画する多重環をなす複数の環状隔壁部は基板から原則的に離間している。この状態で、複数の領域のうち最も内側の領域において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が減圧される。

これに応じて、一の領域からそれよりも内側の領域に向かって気流が生じるが、当該気流が基板と最も内側の環状隔壁部との間隙を流れる際にその流速が増大する。このため、当該間隙付近でベルヌーイの定理にしたがって基板の下方の圧力が比較的大きく低下し、基板の該当箇所に比較的大きな力が下方に作用する。これにより、基板の中央部分の姿勢が確実に平坦に矯正または維持される。続いて、基板の中央部分より外側にある周辺部分の姿勢が内側から外側に向かって徐々に平坦に矯正または維持される。

内側環状隔壁部よりも外側環状隔壁部の幅が広く設計されることにより、前記のようにベルヌーイの定理にしたがって基板の中央部分に対して下方に作用する力よりも、その周辺部分に対して下方に作用する力を弱くすることで、基板の全体的な平坦度の向上が図られる。内側環状隔壁部よりも外側環状隔壁部の上端位置が低く設計されることにより、前記のようにベルヌーイの定理にしたがって基板の中央部分に対して下方に作用する力よりも、その周辺部分に対して下方に作用する力を弱くすることで、基板の全体的な平坦度の向上が図られる。これらの結果、撓み量または反り量が比較的大きい基板であっても、うねりを伴うことなく平坦性が確保されるような形態で真空吸着部材に吸着保持されうる。

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。 環状隔壁部の他の実施形態に関する説明図。 環状隔壁部の他の実施形態に関する説明図。

（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。

基体１には上面中央に開口している通気路１００が形成されている。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により構成されるほか、基体１の内部を通る経路または基体１の下面（裏面）に延在する溝により構成されてもよい。基体１の下面に溝が形成されている場合、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の一部を構成する。通気路１００の開口場所は基体１の中央に限定されるものではなく、また、１つに限定されるものではなく、中央付近に形成された複数の開口により構成されていてもよい。

基体１には、その上面から突出している複数の凸部１０と、基体１の外周縁部においてその上面から円環状に突出している環状凸部２０と、が形成されている。基体１には、その上面において環状凸部２０の内側にある領域を、複数（本実施形態では「４」）の領域Ｓ₀〜Ｓ₃に区画する多重環（本実施形態では三重環または三重の同心円）をなして当該上面から突出している複数（本実施形態では「３」）の環状隔壁部２１〜２３が形成されている。通気路１００は、複数の領域Ｓ₀〜Ｓ₃のうち最も内側の領域Ｓ₀において基体１の上面を通じて外部に連通している。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、凸部１０、環状凸部２０および環状隔壁部２１〜２３のそれぞれはデフォルメされており、各構成要素の断面図における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。

複数の凸部１０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。複数の凸部１０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。凸部１０の間隔またはピッチは、例えば６［ｍｍ］以下、好ましくは４［ｍｍ］、さらに好ましくは３［ｍｍ］以下になるように設計されている。凸部１０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５０〜２００［μｍ］の範囲に含まれるように設計されている。

凸部１０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。凸部１０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。凸部１０の上端部（ウエハＷとの当接部分）の表面粗さＲａは０．０１〜０．５０［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、凸部１０の上端位置Ｈ₁₀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０．０１〜０．５０［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、複数の凸部１０の上端位置Ｈ₁₀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０．０１〜０．５０［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。環状凸部２０の幅Ｗ₂₀および各環状隔壁部２１〜２３の幅Ｗ₂₁〜Ｗ₂₃の間に、Ｗ₂₁≦Ｗ₂₂≦Ｗ₂₃≦Ｗ₂₀という関係があってもよい。

（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、当該焼結体に複数の凸部１０、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真空吸着部材１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凸部１０および環状凸部２０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＜Ｈ₁₀＝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。

この状態で、複数の領域Ｓ₀〜Ｓ₃のうち最も内側の領域Ｓ₀において通気路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が減圧される。これに応じて図３Ｂに示されているように、一の領域Ｓ₁（Ｓ₂（Ｓ₃））からそれよりも内側の領域Ｓ₀（Ｓ₁（Ｓ₂））に向かって気流が生じるが、当該気流がウエハＷと最も内側の環状隔壁部２１との間隙を流れる際にその流速が増大する（図３Ｂ左矢印参照）。このため、当該間隙付近でベルヌーイの定理にしたがってウエハＷの下方の圧力が比較的大きく低下し、ウエハＷの該当箇所に比較的大きな力が下方に作用する（図３Ｂ下矢印参照）。

これにより、ウエハＷの中央部分（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。）の姿勢が確実に平坦に矯正または維持される。そして、図３Ｃに示されているように、ウエハＷの中央部分より外側にある周辺部分の姿勢が内側から外側に向かって徐々に平坦に矯正または維持される。

内側の環状隔壁部２１の幅Ｗ₂₁よりも外側の環状隔壁部２２、２３の幅Ｗ₂₂、Ｗ₂₃が広く設計されることにより、前記のようにベルヌーイの定理にしたがってウエハＷの中央部分に対して下方に作用する力よりも、その周辺部分に対して下方に作用する力を弱くすることで、ウエハＷの全体的な平坦度の向上が図られる。これらの結果、撓み量または反り量が比較的大きいウエハＷであっても、うねりを伴うことなく平坦性が確保されるような形態で真空吸着部材に吸着保持されうる。

（第２実施形態）
複数の凸部１０のうち少なくとも一部が、複数の環状隔壁部２１〜２３とともに多重環をなすように基体１の上面から突出する環状凸要素１２により構成されていてもよい。例えば、図４に示されているように、複数の領域Ｓ〜Ｓのそれぞれに離散的に配置されているピン状またはボタン状の凸部１０に代えて、多重環または同心円をなす複数の環状凸要素１２が基体１に形成されていてもよい。一の環状凸要素１２と、これに隣接する他の環状凸要素１２または環状凸部２０との間の領域において、基体１とウエハＷとの間の空間の減圧を図るため、各環状凸要素１２は周方向について部分的に上端位置が低くなるように形成されている。そのほか、同様の目的のため、基体１の上面において当該領域を通じて基体１の外部に連通するように通気路（またはその開口）が基体１に形成されていてもよい。

各領域Ｓ₀〜Ｓ₂における複数の環状凸要素１２が、複数の環状隔壁部２１〜２３のいずれの幅Ｗ₂₁〜Ｗ₂₃よりも狭い間隔で配置されている。少なくとも１つの当該間隔は、複数の環状隔壁部２１〜２３のうち少なくとも１つの幅より広くてもよい。

内側の領域Ｓ₀（Ｓ₁（Ｓ₂））における環状凸要素１２の密度（径方向の間隔または当該領域における環状凸要素１２の上端の面積占有率）よりも、これのすぐ外側の領域Ｓ₁（Ｓ₂（Ｓ₃））における環状凸要素１２の密度が低くなるように複数の環状凸要素１２が配置されている。なお、当該密度の大小関係は少なくとも部分的に逆であってもよく、同一であってもよい。

（第３実施形態）
複数の環状隔壁部２１〜２３のうち少なくとも１つの環状隔壁部が、多重環をなすように基体１の上面から突出する複数の環状隔壁要素により構成されていてもよい。ある環状隔壁部の幅は、当該環状隔壁部を構成する複数の環状隔壁要素のうち最も内側にある環状隔壁要素の外周面と、最も外側にある環状隔壁要素の内周面との径方向の間隔により定義される。例えば、図５に示されているように、第２環状隔壁部２２が複数の環状隔壁要素２２２により構成される「第２環状隔壁要素群」として構成され、第３環状隔壁部２３が複数の環状隔壁要素２２３により構成される「第３環状隔壁要素群」として構成されていてもよい。

第１または第２実施形態における環状隔壁部２１〜２３のうち少なくとも１つに、その上面から環状に窪む環状凹部が径方向について断続的に配置されるように形成されることによって、複数の環状隔壁要素が形成されていてもよい。

（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。

図６Ａに示されているように、環状隔壁部２１（２２（２３））または環状凸部２０の断面形状が、内周面（または外周面）に上底が対応し、外周面（または内周面）に下底が対応するような略台形状に形成されていてもよい。図６Ｂに示されているように、環状隔壁部２１（２２（２３））または環状凸部２０の断面形状が、内周面（または外周面）に一の頂点が対応し、外周面（または内周面）に当該一の頂点に対向する辺が対応するような略▽形状に形成されていてもよい。

１‥基体、１０‥凸部、１２‥凸要素、２０‥環状凸部、２１〜２３‥環状隔壁部、１００‥通気路、２２２、２２３‥環状隔壁要素、Ｗ‥ウエハ（基板）。

Claims (10)

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多重に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、
   前記通気路が、少なくとも前記中央領域において前記基体の上面を通じて外部に連通するように構成されてい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、
   前記複数の環状隔壁部が、最も内側の環状隔壁部の幅よりもその外側にある他の環状隔壁部の幅が広くなるように構成されていることを特徴とする真空吸着部材。
3. 請求項２記載の真空吸着部材において、
   前記複数の環状隔壁部のそれぞれの幅が、内側から外側にいくにつれて広くなるように構成されていることを特徴とする真空吸着部材。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の真空吸着部材において、
   前記複数の環状隔壁部が、最も内側の環状隔壁部の上端位置よりもその外側にある他の環状隔壁部の上端位置が低くなるように構成されていることを特徴とする真空吸着部材。
5. 請求項４記載の真空吸着部材において、
   前記複数の環状隔壁部のそれぞれの上端位置が、内側から外側にいくにつれて低くなるように構成されていることを特徴とする真空吸着部材。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の真空吸着部材において、
   前記複数の凸部のうち少なくとも一部が、前記複数の環状隔壁部とともに多重環をなすように前記基体の上面から突出する一または複数の環状凸要素により構成され、
   前記基体の上面において一の前記環状凸要素とこれに隣り合う他の前記環状凸要素または前記環状凸部との間の細環状領域のうち少なくとも１つの細環状領域を通じて、前記通気路が前記基体の外部に連通していることを特徴とする真空吸着部材。
7. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の真空吸着部材において、
   前記複数の凸部のうち少なくとも一部が、前記複数の環状隔壁部とともに多重環をなすように前記基体の上面から周方向について部分的に上端位置が低くなっている一または複数の環状凸要素により構成されていることを特徴とする真空吸着部材。
8. 請求項６または７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うち少なくとも１つの領域に前記複数の環状凸要素が、前記複数の環状隔壁部のいずれの幅よりも狭い間隔で配置されていることを特徴とする真空吸着部材。
9. 請求項６〜８のうちいずれか１つに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うち少なくとも２つの領域に前記環状凸要素が設けられ、前記少なくとも２つの領域のうち内側の領域における前記環状凸要素の密度よりも、外側の領域における前記環状凸要素の密度が低くなるように前記複数の環状凸要素が配置されていることを特徴とする真空吸着部材。
10. 請求項１〜９のうちいずれか１つに記載の真空吸着部材において、
    前記複数の環状隔壁部のうち少なくとも１つの環状隔壁部が、多重環をなすように前記基体の上面から突出する複数の環状隔壁要素により構成されていることを特徴とする真空吸着部材。