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

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。

Images