JP2021086925A - 基板保持部材及び真空吸着装置 - Google Patents

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直水 小田野
誠浩 佐藤
Seihiro Sato
誠浩 佐藤
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Abstract

【課題】支持部材に形成された溝の模様が基板に転写されることを抑制し、基板を平坦性良好に、安定して支持できる基板保持部材及び真空吸着装置を提供する。【解決手段】載置部材10の上面側で基板を保持する。載置部材10は多孔質体からなり、上面から下面まで達する連通気孔が形成されている。支持部材20は緻密質体からなり、主面20aに形成された凹部21に収容される載置部材10を支持している。載置部材10の下面と対向し凹部21を画定する支持部材20の表面には、複数の仮想同心円上に仮想同心円に沿って延在する少なくとも1つの溝22がそれぞれ形成されている。少なくとも1つの仮想同心円の同一円周上には、互いに間隔をあけて複数の溝22が配置されている。支持部材20には、同一円周上に配置された複数の溝22のそれぞれと支持部材20の外部とを連通する少なくとも1つの接続孔24が形成されている。【選択図】図2

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板を保持するための基板保持部材及び真空吸着装置に関する。
半導体ウエハ等の基板を搬送、加工、検査をする場合において、真空圧を利用して基板を基板保持部材で保持する真空吸着装置が用いられており、均一な吸着を行うために、多孔質体からなる基板保持部材により基板を吸着保持するものが知られている。
このような基板保持部材として、多孔質体からなる載置部と、緻密質体からなる支持部とを備え、載置部と支持部との接合界面が実質的に隙間なく一体的に焼成された構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、多孔質の載置部と緻密質の支持部とを備え、支持部が吸気孔及び吸気溝を有する真空吸着装置であって、高平坦なウエハの研削をすることを目的として、載置部の厚みを2mm以上6mm以下とし、吸気孔の孔径及び吸気溝の幅を載置部の厚みより小さくすることで、載置部の沈み量を3μm以下にする真空吸着装置が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
また、冷却機構を備えるチャックテーブル機構であって、支持基台とチャックテーブル本体と多孔質の吸着チャックとを備え、支持基台に吸引源及び冷却水供給源に接続された連通路が形成され、チャックテーブル本体に連通路と接続される複数の環状連通路と嵌合凹部と複数の連通孔が形成され、複数の連通孔により複数の環状連通路が嵌合凹部に連通し、吸着チャックが嵌合凹部に嵌合され、環状連通路の幅が連通孔の直径の2倍以上のものが開示されている(例えば、特許文献3参照)。
特開2005−022027号公報 特開2008−028170号公報 特開2009−113145号公報
しかしながら、特許文献1に記載の基板保持部材では、基板吸着時に載置部の圧縮変形が生じやすいという課題があった。
特許文献2に記載の真空吸着装置では、載置部の厚みを薄く形成することにより、基板吸着時に載置部の圧縮変形が生じにくくなるものの、載置面に形成された溝の模様が基板に転写され、見た目だけでなく、基板の平坦性に影響するという課題があった。
特許文献3に記載のチャックテーブル機構では、吸着チャックに接続される連通孔だけでは局所的な吸引となるため、基板を安定して吸着できないおそれがあるという課題があった。
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、支持部材に形成された溝の模様が基板に転写されることを抑制し、基板を平坦性良好に、安定して支持できる基板保持部材及び真空吸着装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る基板保持部材は、上面及び下面を有する多孔質体からなり、前記上面から前記下面まで達する連通気孔が形成された載置部材と、主面及び裏面を有する緻密質体からなり、前記主面に形成された凹部に収容される前記載置部材を支持する支持部材と、を有し、前記載置部材の上面側で基板を保持するための基板保持部材であって、前記載置部材の下面と対向し前記凹部を画定する前記支持部材の表面には、複数の仮想同心円上に前記仮想同心円に沿って延在する少なくとも1つの溝がそれぞれ形成され、少なくとも1つの前記仮想同心円の同一円周上には、互いに間隔をあけて複数の前記溝が配置され、前記支持部材には、前記同一円周上に配置された前記複数の溝のそれぞれと前記支持部材の外部とを連通する少なくとも1つの接続孔が形成されていることを、特徴とする。
本発明に係る基板保持部材では、支持部材に形成された接続孔からの真空吸引により載置部材を通して基板が吸着される。さらに、載置部材の下面と対向する位置に形成された溝を介した真空吸引により基板は吸着される。溝が形成されていることによって、支持部材に溝が形成されていない場合と比べて、載置部材の上面の広範囲な領域において均一に吸引力が発生するため、吸着性能を安定させることができる。また、溝は、仮想同心円の同一円周上に互いに間隔をあけて複数配置されているため、凹部の表面に連続的な溝(経路)が形成されている従来技術と比べて、載置部材を支持する面積の減少が抑制されるため、載置部材の変形をより抑制し、基板を平坦性良好に支持することができる。さらに、間隔をあけることで溝が形成される面積を減らしたため、溝の模様が基板に転写されることを抑制することができる。
なお、同一円周上の複数の溝は、それぞれ幅が同一であっても異なっていてもよい。
本発明に係る基板保持部材において、前記支持部材はセラミック緻密質体からなり、前記載置部材はセラミック多孔質体からなることが好ましい。セラミック緻密質体とセラミック多孔質体は互いに異なるセラミックスから構成されていてもよいが、同一のセラミックスから構成されていることが好ましい。
本発明に係る基板保持部材において、前記支持部材の表面には、互いに隣接する少なくとも2つの前記仮想同心円のそれぞれの同一円周上に互いに間隔をあけて配置される複数の溝が形成され、前記支持部材の表面は、同一円周上に前記複数の溝が配置された各前記仮想同心円上において前記載置部材を支持する支持領域をそれぞれ有し、隣接する2つの前記仮想同心円上の支持領域において、内周側の前記仮想同心円上の支持領域の少なくとも一部と外周側の前記仮想同心円上の支持領域の少なくとも一部とは、互いに前記仮想同心円の径方向に重なる位置を避けて配置されていることが好ましい。
この場合、隣接する2つの仮想同心円上の支持領域において、内周側の仮想同心円上の支持領域の少なくとも一部と外周側の仮想同心円上の支持領域の少なくとも一部とは、互いに仮想同心円の径方向に重なる位置を避けて配置されているので、載置部材の変形をより抑制し、基板をさらに平坦性良好に支持することができる。
本発明に係る真空吸着装置は、前述の基板保持部材と、前記接続孔を前記支持部材の裏面側から真空吸引する構成とを、有することを特徴とする。
本発明に係る真空吸着装置は、前述の基板保持部材を有するので、支持部材に形成された溝の模様が基板に転写されることを抑制し、基板を平坦性良好に、安定して支持できる。
本発明によれば、支持部材に形成された溝の模様が基板に転写されることを抑制し、基板を平坦性良好に、安定して支持できる基板保持部材及び真空吸着装置を提供することができる。
本発明の実施の形態の基板保持部材の縦断面図である。 図1に示す基板保持部材の、載置部材を取り除いた状態を示す上面図である。
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の実施の形態の真空吸着装置は、基板保持部材1と真空ポンプ(図示せず)とを有している。
図1に示すように、本発明の実施の形態の基板保持部材1は、載置部材10と支持部材20とを有している。載置部材10は、セラミックとガラスとからなる複合多孔質体で構成され、多孔質組織を有する。載置部材10は、円板状であって上面10a及び下面10bを有し、上面10aから下面10bまで達する連通気孔が形成されている。基板保持部材1は、載置部材10の上面10a側で基板を保持するようになっている。
支持部材20は、主面20a及び裏面20bを有する緻密質体からなり、主面20aに凹部21が形成されている。凹部21は、円形の表面20cと、主面20aと表面20cとを接続する壁面20dとにより画定されている。凹部21には載置部材10が収容され、支持部材20は載置部材10を支持している。
載置部材10の下面10bと対向し凹部21を画定する支持部材20の表面20cには、複数の仮想同心円上に仮想同心円に沿って延在する複数の溝22がそれぞれ間隔をあけて形成されている。各仮想同心円の同一円周上には、互いに間隔をあけて複数の溝22が配置されている。なお、同一円周上の複数の溝22は、それぞれ幅が異なっていてもよいし、それぞれ長さが異なっていてもよいが、載置部材10の上面10aの広範囲な領域において均一な吸引力を発生させる観点から幅や長さを揃えることが好ましい。また、すべての仮想同心円上の溝22が円周方向に離れて配置されている必要はない。支持部材20の表面20cは、各仮想同心円上において載置部材10を支持する支持領域23をそれぞれ有している。
隣接する2つの仮想同心円上の支持領域23において、内周側の仮想同心円上の支持領域23と外周側の仮想同心円上の支持領域23とは、互いに仮想同心円の径方向に重なる位置を避けて配置されている。
なお、隣接する2つの仮想同心円上の支持領域23が互いに仮想同心円の径方向に重なる位置を避けて配置される形態には、隣接する支持領域23同士が径方向に完全に重ならない形態と、支持領域23の円周方向の長さが互いに異なることにより隣接する支持領域23同士の一部が径方向に重ならない形態を含む。
支持部材20には、複数の溝22のそれぞれと支持部材20の外部とを連通する直線状の接続孔24が形成されている。接続孔24は、表面20c及び裏面20bに垂直に伸び、裏面20bに開口している。接続孔24は、支持部材20の側面に開口していてもよいし、支持部材24の裏面20bまたは側面から伸びるとともに途中で複数に分岐して複数の溝に連通していてもよい。接続孔24は、各溝22の長さ方向の中央部と連通している。接続孔24は、各溝22ごとに1つずつ設けられる。なお、接続孔24は、支持部材20の裏面に開口していてもよいし、支持部材20の側面に開口してもよい。
基板保持部材1は、以下の方法で製造することができる。
(1)支持部材20の製造工程
セラミック粉末にバインダを加えて造粒処理した造粒粉末を一軸プレスで成形した後に、冷間等方圧加圧(CIP)成形する。これにより、略円板状の成形体を作製し、所定の雰囲気、温度、時間で焼成することで支持部材20が得られる。セラミック粉末としては、酸化アルミニウム、炭化珪素等を用いることができる。焼成には、常圧焼結、ホットプレス等が用いられる。
載置部材10を収容する空間の形成のため、支持部材20の主面20aに凹部21を形成し、複数の接続孔24(直径3mm以下)及び、複数の溝22(幅1mm×深さ2mm程度)を形成する。複数の溝22は、各々の溝22同士が独立するように接続孔24毎に形成される。なお、接続孔24及び溝22の加工は、CIP成形時でもよい。また、接続孔24は、各溝22ごとに複数設けられていてもよい。
(2)載置部材10の形成工程
セラミック粉末及びガラス粉末に、水またはアルコールを加えて混合して焼成後に載置部材10となるスラリーを調整する。セラミック粉末としては、支持部材20を構成するものと同様であることが好ましい。混合は、ボールミル、ミキサーなどを用いた公知の方法でよい。
混合したスラリーを、支持部材20の凹部21に流し込み、充填させる。そのとき、気泡除去や充填性を高めるため、真空脱泡や振動を加えてもよい。なお、支持部材20の表面20cに形成された接続孔24、溝22にスラリーが入り込むことを抑制するため、樹脂などの焼失部材で接続孔24及び溝22を予め閉塞する。
凹部21に充填されたスラリーを十分に乾燥させた後、ガラスの軟化点以上の温度(1000℃程度)で焼成する。この焼成によって、焼失部材が消失し、支持部材20と載置部材10とが一体化した基板保持部材1が得られる。焼成後に得られる載置部材10は、平均気孔径10〜150μm、開気孔率20〜50%程度とすることが好ましい。これにより、載置部材10における過度の圧力損失及び吸着力の低下、機械的強度の低下等が抑制され、基板の平坦性の低下が抑制される。
次に、作用について説明する。
真空吸着装置において、真空ポンプ(図示せず)によって接続孔24を真空吸引し、接続孔24から載置部材10を通して基板が吸着される。すなわち、載置部材10の下面10bと対向する支持部材20の表面に形成された溝22を介した真空吸引により基板は吸着される。溝22が形成されていることによって支持部材20に溝が形成されていない場合と比べて、載置部材10の上面10aの広範囲な領域において均一に吸引力が発生するため、吸着性能を安定させることができる。また、仮想同心円の同一円周上の複数の溝22は互いに間隔をあけて配置されているため、載置部材10を支持する面積の減少が抑制されて載置部材10の変形をより抑制し、基板を平坦性良好に支持することができる。さらに、間隔をあけることで溝22が形成される面積を減らしたため、溝22の模様が基板に転写されることを抑制することができる。
特に、隣接する2つの仮想同心円上の支持領域23において、内周側の仮想同心円上の支持領域23と外周側の仮想同心円上の支持領域23とは、互いに仮想同心円の径方向に重なる位置を避けて配置されているので、載置部材10の変形をより抑制し、基板をさらに平坦性良好に支持することができる。
支持部材20の凹部21を画定する外径300mmの円形の表面20cに、直径2mmの接続孔24を形成した。接続孔24は、表面20cの中心から(1)半径30mmの位置に4穴、(2)半径60mmの位置に10穴、(3)半径90mmの位置に10穴、(4)半径120mmの位置に12穴、(5)半径135mmの位置に16穴の合計52穴形成した。なお、接続孔24の形成位置及び数は上記に限らない。
次に、それぞれの接続孔24と重なる位置に、幅1mm×深さ2mmの弧状の溝を形成した。そのとき、溝は各々独立しており、他の溝とは接続されていない。なお、溝の形態は弧状に限定されない。
この支持部材20の凹部21に載置部材10を設けた基板保持部材1を用いて基板を真空吸着したところ、基板に溝の模様が転写されることなく、平坦性よく吸着することができた。
(比較例1)
支持部材20の凹部21を画定する外径300mmの表面20cに、同心円となるように2mm幅の円形の溝を複数形成した。溝の配置は、表面20cの中心から(1)半径30mmの位置、(2)半径60mmの位置、(3)半径90mmの位置、(4)半径120mmの位置、(5)半径135mmの位置とし、それぞれの溝同士が接続されるように、径方向に延びる十字の溝を形成した。なお、接続孔は、十字の溝の交点に形成した。
この支持部材20の凹部21に載置部材10を設けた基板保持部材を用いて基板を真空吸着したところ、基板に溝の模様が転写された。
1 基板保持部材
10 載置部材
10a 上面
10b 下面
20 支持部材
20a 主面
20b 裏面
20c 表面
20d 壁面
21 凹部
22 溝
23 支持領域
24 接続孔

Claims (4)

  1. 上面及び下面を有する多孔質体からなり、前記上面から前記下面まで達する連通気孔が形成された載置部材と、主面及び裏面を有する緻密質体からなり、前記主面に形成された凹部に収容される前記載置部材を支持する支持部材と、を有し、前記載置部材の上面側で基板を保持するための基板保持部材であって、
    前記載置部材の下面と対向し前記凹部を画定する前記支持部材の表面には、複数の仮想同心円上に前記仮想同心円に沿って延在する少なくとも1つの溝がそれぞれ形成され、
    少なくとも1つの前記仮想同心円の同一円周上には、互いに間隔をあけて複数の前記溝が配置され、
    前記支持部材には、前記同一円周上に配置された前記複数の溝のそれぞれと前記支持部材の外部とを連通する少なくとも1つの接続孔が形成されている
    ことを、
    特徴とする基板保持部材。
  2. 前記支持部材はセラミック緻密質体からなり、前記載置部材はセラミック多孔質体からなることを、
    特徴とする請求項1記載の基板保持部材。
  3. 前記支持部材の表面には、互いに隣接する少なくとも2つの前記仮想同心円のそれぞれの同一円周上に互いに間隔をあけて配置される複数の溝が形成され、
    前記支持部材の表面は、同一円周上に前記複数の溝が配置された各前記仮想同心円上において前記載置部材を支持する支持領域をそれぞれ有し、
    隣接する2つの前記仮想同心円上の支持領域において、内周側の前記仮想同心円上の支持領域の少なくとも一部と外周側の前記仮想同心円上の支持領域の少なくとも一部とは、互いに前記仮想同心円の径方向に重なる位置を避けて配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の基板保持部材。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基板保持部材と、
    前記接続孔を前記支持部材の裏面側から真空吸引する構成とを、
    有することを特徴とする真空吸着装置。
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