JP2023130998A - ウエハ保持体およびウエハ保持体用の支持ピン - Google Patents
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Abstract
【課題】より簡便な方法で確実に支持ピンの取り付けが可能なウエハ保持体を得る。【解決手段】上面に複数の有底孔を有する板状の基体と、複数の前記有底孔のそれぞれに配置された支持ピンと、を備えるウエハ保持体であって、前記有底孔は、前記上面に開口部を有し、前記支持ピンは、本体部と腕部とを有し、前記本体部と前記腕部とは同一材料の一体部品であり、前記本体部は、前記上面から突出する第一端部と前記有底孔の底面に対向する第二端部とを有し、前記腕部は、前記本体部と繋がる第三端部を固定端とし、前記第三端部とは反対側の第四端部を自由端とする片持ち構造である、ウエハ保持体とした。【選択図】図2
Description
本発明は、ウエハ保持体およびウエハ保持体用の支持ピンに関するものである。
特許文献1は、セラミック基板の表面または内部に発熱体が形成されたセラミックヒータに関するものである。特許文献1には、セラミック基板の加熱面には凹部が設けられ、凹部に支持ピンが固定された構造が開示されている。支持ピンの固定は、凹部への嵌合、またはCリングにより行われている。
特許文献1では、支持ピンを確実に固定するために別部品であるCリングを組み合わせる必要がある。Cリングを用いない方法では凹部と支持ピンの本体部とを直接嵌め合わせるために寸法公差や熱膨張などに起因して固定力や突起寸法にばらつきが生じる。そこで、より簡便な方法で確実に組み立てが可能な支持ピンの取り付け方法が望まれている。
本開示のウエハ保持体は、
上面に複数の有底孔を有する板状の基体と、
複数の前記有底孔のそれぞれに配置された支持ピンと、を備えるウエハ保持体であって、
前記有底孔は、前記上面に開口部を有し、
前記支持ピンは、本体部と腕部とを有し、
前記本体部と前記腕部とは同一材料の一体部品であり、
前記本体部は、前記上面から突出する第一端部と前記有底孔の底面に対向する第二端部とを有し、
前記腕部は、前記本体部と繋がる第三端部を固定端とし、前記第三端部とは反対側の第四端部を自由端とする片持ち構造である。
上面に複数の有底孔を有する板状の基体と、
複数の前記有底孔のそれぞれに配置された支持ピンと、を備えるウエハ保持体であって、
前記有底孔は、前記上面に開口部を有し、
前記支持ピンは、本体部と腕部とを有し、
前記本体部と前記腕部とは同一材料の一体部品であり、
前記本体部は、前記上面から突出する第一端部と前記有底孔の底面に対向する第二端部とを有し、
前記腕部は、前記本体部と繋がる第三端部を固定端とし、前記第三端部とは反対側の第四端部を自由端とする片持ち構造である。
また、本開示に係るウエハ保持体用の支持ピンは、
本体部と腕部とを有し、
前記本体部と前記腕部とは同一の樹脂材料による一体部品であり、
前記本体部は、第一方向の両端に第一端部と第二端部とを有し、
前記腕部は、前記第一方向に直交する面内において第三端部から第四端部まで延在する曲線形状の片持ち構造を有し、
前記第三端部は前記本体部に繋がる固定端であり、前記第四端部は自由端であり、
前記第四端部は、把持部を有し、
前記把持部は、孔、突起または切り欠きのいずれかの形状を有し、
前記樹脂材料は、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、四フッ化エチレン樹脂、または四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂のいずれかである。
本体部と腕部とを有し、
前記本体部と前記腕部とは同一の樹脂材料による一体部品であり、
前記本体部は、第一方向の両端に第一端部と第二端部とを有し、
前記腕部は、前記第一方向に直交する面内において第三端部から第四端部まで延在する曲線形状の片持ち構造を有し、
前記第三端部は前記本体部に繋がる固定端であり、前記第四端部は自由端であり、
前記第四端部は、把持部を有し、
前記把持部は、孔、突起または切り欠きのいずれかの形状を有し、
前記樹脂材料は、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、四フッ化エチレン樹脂、または四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂のいずれかである。
本開示によれば、より簡便な方法で確実に支持ピンの取り付けが可能なウエハ保持体、およびウエハ保持体に簡便な方法で確実に取り付け可能な支持ピンを得ることができる。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
(1)本開示の実施形態に係るウエハ保持体は、上面に複数の有底孔を有する板状の基体と、複数の前記有底孔のそれぞれに配置された支持ピンと、を備えるウエハ保持体であって、前記有底孔は、前記上面に開口部を有し、前記支持ピンは、本体部と腕部とを有し、前記本体部と前記腕部とは同一材料の一体部品であり、前記本体部は、前記上面から突出する第一端部と前記有底孔の底面に対向する第二端部とを有し、前記腕部は、前記本体部と繋がる第三端部を固定端とし、前記第三端部とは反対側の第四端部を自由端とする片持ち構造である。
本実施形態に係るウエハ保持体によれば、支持ピンに備わる片持ち構造の腕部によって支持ピンが有底孔内に保持される。固定のための別部品を用いること無く、より簡便な方法で確実にウエハ保持体への支持ピンの取り付けが可能となる。
(2)前記上面に垂直な断面において、前記有底孔は前記底面の幅よりも狭い幅の中間部を有し、前記腕部は前記有底孔の前記底面と前記中間部との間に配置されており、前記上面に平行な断面における前記中間部の最小内接径は、前記支持ピンの前記腕部に外接する平行な2本の直線の最大間隔よりも小さくてもよい。
中間部の最小内接径が支持ピンの腕部の最大間隔よりも小さいことで、支持ピンが有底孔から容易に抜け落ちることがない。支持ピンを有底孔内に確実に保持することが可能である。ここで、中間部の最小内接径とは、中間部を構成する孔の側面である内壁面に内接する円の直径の内で最小の直径とする。また、腕部の最大間隔とは、腕部に外接する平行な2本の直線を描いた際の2本の直線間の距離の内で最大の距離とする。腕部に外接するとは、腕部を含む平面において少なくとも1本の直線が腕部に接する直線であることをいう。2本の直線の双方が腕部に接している場合と、1本は腕部に接し、もう1本は本体部に接している場合を含む。
(3)前記腕部は、前記第四端部を含む領域に把持部を有し、前記把持部に加わる前記上面に平行な方向の外力によって前記腕部が弾性変形する構造であってもよい。
把持部に力を加えることで腕部が弾性的に変形する。腕部同士の間隔あるいは腕部と本体部との間隔が小さくなるように把持部に力を加えることにより、腕部の最大間隔を小さくする。変形した状態で支持ピンを有底孔内に挿入し、その後に力を解放することによって腕部が有底孔内に留まる。変形前の腕部の最大間隔が有底孔の内壁面の内径よりも大きい場合は、腕部の弾性力により腕部が有底孔の内壁面に突っ張る状態で固定される。変形前の腕部の最大間隔が有底孔の内壁面の内径よりも小さく、かつ有底孔の中間部の最小内接径よりも大きい場合は、有底孔の中間部と底面との間に支持ピンが保持される。これにより、簡便な方法で確実にウエハ保持体への支持ピンの取り付けが可能となる。
(4)前記把持部は、前記腕部に設けられた孔、突起または切り欠きのいずれかであってもよい。
把持部は、腕部の径が小さくなる方向に腕部に力を加えやすい形状であればよい。把持部に工具を用いて力を加えることができる。このような把持部の形状として、腕部に設けられた孔、突起または切り欠きが例示される。ここでの孔とは、支持ピンが有底孔に配置された状態で有底孔の深さ方向に凹部または貫通穴となる形状である。突起とは有底孔の深さ方向に腕部から突出する形状であればよい。切り欠きとは、腕部が延在する面内において腕部の一部が欠けた形状をいう。
(5)前記ウエハ保持体は、前記腕部を複数備えていてもよい。
腕部は複数であってもよい。例えば、2つの腕部に設けられた把持部の間に力を加えることによって腕部を容易に変形させることができる。例えば第一の腕部が備える把持部と、第二の腕部が備える把持部とを工具で挟むように力を加えることで、第一の腕部と第二の腕部が近づくように変形する。
(6)前記上面に垂直な方向から見た前記腕部は、前記第三端部から前記第四端部に至る円弧形状であってもよい。
腕部が円弧形状であることで支持ピンの全体形状が円形に近い形状となり、支持ピンを有底孔内に挿入しやすい。特に有底孔が円形の孔であれば、腕部が有底孔の側壁に沿った形状の円弧形状であることによって、支持ピンを有底孔内に挿入しやすく、かつ有底孔内に保持しやすい。
(7)前記第一端部の先端形状が曲面または平面であってもよい。
支持ピンの第一端部は、載置されるウエハに接する部分である。支持ピンとウエハとが接する面積が小さいほど、ウエハの面内の温度分布にクールスポットが生じ難い。この観点では第一端部は鋭利な先端を有するか、または曲面であるとよい。先端が曲面であればウエハと第一端部とは点接触に近い状態となる。一方で、先端が鋭利過ぎると、ウエハとの接触により支持ピン自体やウエハが削れて粉塵が生じやすい。この観点では第一端部は平面であってもよい。
(8)前記第一端部の表面粗さRaが5μm以下であってもよい。
ウエハと接触する第一端部が滑らかであるほど、ウエハとの接触により粉塵を生じさせ難い。
(9)前記支持ピンを構成する材料は、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、四フッ化エチレン樹脂、または四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂のいずれかであり、前記材料の熱伝導率が1.0W/m・K以下であってもよい。
支持ピンは、樹脂材料であってもよい。樹脂材料であれば、一体成型にて本体部と腕部を形成しやすい。上記の樹脂材料は、ウエハ保持体に求められる耐熱性能を有し、かつ、ウエハとウエハ保持体との間の十分な断熱性能を有する。支持ピンの熱伝導率が小さいほど、ウエハの面内の温度分布にホットスポットが生じ難い。
(10)前記第一端部が前記上面から突出する高さは、30μm以上200μm以下であってもよい。
上記の突出高さであることで、支持ピンをプロキシミティ加熱の目的で使用することができる。プロキシミティ加熱は、基体からの熱放射によりウエハを加熱する方式であり、ウエハの均熱性やウエハへの粉塵等の影響防止に効果がある。
(11)また、本開示の実施形態に係る支持ピンは、本体部と腕部とを有し、前記本体部と前記腕部とは同一の樹脂材料による一体部品であり、前記本体部は、第一方向の両端に第一端部と第二端部とを有し、前記腕部は、前記第一方向に直交する面内において第三端部から第四端部まで延在する曲線形状の片持ち構造を有し、前記第三端部は前記本体部に繋がる固定端であり、前記第四端部は自由端であり、前記第四端部は、把持部を有し、前記把持部は、孔、突起または切り欠きのいずれかの形状を有し、前記樹脂材料は、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、四フッ化エチレン樹脂、または四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂のいずれかであるとよい。
上記の支持ピンによれば、支持ピンに備わる片持ち構造の腕部によって支持ピンが有底孔内に保持される。別部品を用いること無く、より簡便な方法で確実にウエハ保持体への支持ピンの取り付けが可能となる。
[本開示の実施形態の詳細]
本開示の実施形態に係るウエハ保持体および支持ピンが、以下に図面を参照しつつ説明される。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にする目的で表現されており、必ずしも実際の寸法関係等を表すものではない。また、ウエハが載置される側を上側、その反対側を下側として方向を表す。
本開示の実施形態に係るウエハ保持体および支持ピンが、以下に図面を参照しつつ説明される。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にする目的で表現されており、必ずしも実際の寸法関係等を表すものではない。また、ウエハが載置される側を上側、その反対側を下側として方向を表す。
[ウエハ保持体]
図1および図2を参照して本実施形態に係るウエハ保持体1の構成が説明される。ここでのウエハSは代表的には半導体ウエハである。図1は、ウエハ保持体の一例を示す平面図である。図2は、図1に示すウエハ保持体1のA-A断面を模式的に示す断面図である。ウエハ保持体1は、基体10と支持ピン20を有する。基体10は、平面視が円形の板状体である。基体10の上面にウエハSが載置される。基体10の上面11は平面であり、複数の有底孔30が設けられている。有底孔30は上面11に開口部31を有し、基体10内に底面32を有する孔である。
図1および図2を参照して本実施形態に係るウエハ保持体1の構成が説明される。ここでのウエハSは代表的には半導体ウエハである。図1は、ウエハ保持体の一例を示す平面図である。図2は、図1に示すウエハ保持体1のA-A断面を模式的に示す断面図である。ウエハ保持体1は、基体10と支持ピン20を有する。基体10は、平面視が円形の板状体である。基体10の上面にウエハSが載置される。基体10の上面11は平面であり、複数の有底孔30が設けられている。有底孔30は上面11に開口部31を有し、基体10内に底面32を有する孔である。
有底孔30の孔内に支持ピン20が配置される。支持ピン20は本体部21と腕部22とにより構成されている。本体部21の先端は開口部31から突出している。本体部21の先端を除く大部分および腕部22は有底孔30の内部に収納されている。本体部21の先端が上面11から突出する高さは、30μm以上200μm以下であればよく、50μm以上100μm以下であってもよい。高さが小さすぎると、ウエハSの自重による撓みによりウエハSと基体10が局所的に接触してしまう。このように上面11とウエハSとの間隙のばらつきが大きくなると、ウエハS全面に亘る均熱が保ちにくい。高さが大きすぎると、基体10からの熱がウエハSに伝わり難い。
本実施形態では、有底孔30は基体10の中心の1カ所および基体10と同心状に配置された6カ所の計7カ所に設けられている。6つの有底孔30は、基体10の中心から基体10の半径の2/3の半径の円周上に、60°間隔で正六角形状に配置されている。上面11における有底孔30および支持ピン20の個数と配置は、ウエハSの平面を保ちつつ、かつ上面11とウエハSとの距離を一定に保つようにウエハSを上面11に保持できるものであれば限定されない。例えば正三角形状に配置された3つの支持ピン20によってウエハSを保持してもよい。支持ピン20の数が少ないと、ウエハSと基体10との間の熱伝導を抑制する効果が得られる。また、より多くの支持ピン20によってウエハSを支持してもよい。多数の支持ピン20を上面11に均等に配置することによってウエハSの平面度が保たれやすい。
基体10の材料は、高い温度均一性を実現すべく熱伝導率の高い材質が用いられる。基体10の大きさは、載置されるウエハSのサイズに応じて選択可能である。代表的には基体10の直径は200mmから500mm、厚さは1mmから10mmである。基体10の材料は、銅(Cu)やアルミニウム(Al)などの金属であってもよい。基体10の材料は、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素などのセラミックスやこれらセラミックスとシリコンとの複合体などであってもよい。これらの材料を用いることにより平面度を常時高く維持することが可能になる。
[支持ピン]
支持ピン20は、本体部21と腕部22とを有する。本体部21と腕部22とは同一材料の一体部品である。すなわち、本体部21と腕部22とは連続した一体の部品である。図3Aから図3Dおよび図5Aから図5Cを参照して、本体部21は、基体10の上面11から突出する第一端部211と有底孔30の底面32に対向する第二端部212とを有する。腕部22は、本体部21と繋がる第三端部221を固定端とし、第三端部221とは反対側の第四端部222を自由端とする片持ち構造である。以下、図面を参照して支持ピン20の具体的な構造例が説明される。支持ピン20は以下に説明される構造に限定されるものではなく、他の変形例であってもよい。
支持ピン20は、本体部21と腕部22とを有する。本体部21と腕部22とは同一材料の一体部品である。すなわち、本体部21と腕部22とは連続した一体の部品である。図3Aから図3Dおよび図5Aから図5Cを参照して、本体部21は、基体10の上面11から突出する第一端部211と有底孔30の底面32に対向する第二端部212とを有する。腕部22は、本体部21と繋がる第三端部221を固定端とし、第三端部221とは反対側の第四端部222を自由端とする片持ち構造である。以下、図面を参照して支持ピン20の具体的な構造例が説明される。支持ピン20は以下に説明される構造に限定されるものではなく、他の変形例であってもよい。
図3Aから図3Dは、本実施形態に係る支持ピン20の一例を示す平面図である。図3Aを参照して、本例では本体部21に2つの腕部22が設けられている。本体部21とそれぞれの腕部22は、腕部22の第三端部221において連続している。腕部22のもう一方の端部である第四端部222には把持部23が設けられている。腕部22は、第三端部221を固定端とし、第四端部222を自由端とする片持ち構造である。よって、第四端部222に外力を加えることによって、腕部22は第三端部221を基準として撓むように変形する。加えた外力が一定の大きさ以下であれば、当該外力を解放することで、腕部22は元の形状に戻る。すなわち腕部22は弾性変形する。腕部22を有する目的は、支持ピン20が有底孔30から抜けにくくすることである。支持ピン20と有底孔30との配置関係については後述する。
有底孔30が上面に垂直な方向から見た平面視で円形の孔の場合、支持ピン20も円形に近い形状であると孔の内部に納まりやすい。腕部22は、上面に垂直な方向から見て前記第三端部221から前記第四端部222に至る円弧形状であってもよいが、これには限られない。
図3Aに示される支持ピン20は、本体部21に2本の腕部22が相反する方向に接続されており、全体としてC字形状である。2カ所の把持部23の間を近づけるように外力を加えることにより腕部22は本体部21に近づく方向に変形する。すなわち、支持ピン20の腕部22の最大間隔が小さくなる方向に変形する。ここで支持ピン20の外径とは上述の通り腕部22の腕部22の最大間隔である。その後、当該外力を解放することで、腕部22の形状は元に戻る。なお、腕部22の間隔は、図3Aに例示されるように、腕部22に外接する平行な2本の直線を描いた際の2本の直線間の距離Wpである。2本の直線の内の一方は本体部21に外接する直線であってもよい。外接するあらゆる2本の平行な直線の組み合わせについて距離Wpを求め、当該間隔の内で最も大きい値を腕部22の最大間隔とする。
図3Bに示される支持ピン20は、本体部21に2本の腕部22が同じ方向に接続されており、全体としてS字形状である。2カ所の把持部23の間を近づけるように外力を加えることにより腕部22は本体部21に近づく方向に変形する。すなわち、支持ピン20の外径が小さくなる方向に変形する。その後、当該外力を解放することで、腕部22の形状は元に戻る。
図3Cに示される支持ピン20は、本体部21に1本の腕部22のみが接続されている。腕部22の反対側には本体部21が拡がっており、本体部21にも把持部23が設けられている。本体部21と腕部22の把持部23の間を近づけるように外力を加えることにより腕部22は本体部21に近づく方向に変形する。すなわち、支持ピン20の外径が小さくなる方向に変形する。その後、当該外力を解放することで、腕部22の形状は元に戻る。
図3Dに示される支持ピン20は、本体部21に4本の腕部22が接続されている。4カ所の把持部23の間を近づけるように外力を加えることにより腕部22は本体部21に近づく方向に変形する。すなわち、支持ピン20の外径が小さくなる方向に変形する。その後、当該外力を解放することで、腕部22の形状は元に戻る。腕部22の数と形態は、これらの例示に限定されるものではなく、基体10の上面11に平行な方向の力により弾性変形する機能を有する形状であればよい。
図4Aから図4Cは、本実施形態に係る支持ピン20の把持部23の構造を説明する図である。図4Aおよび図4Bに示される断面は、図3Aに示すC-C断面を例示するものである。図4Aは腕部22の第四端部222に把持部23として孔が設けられた構造である。この図では孔は貫通孔であるが有底孔であってもよい。例えばピンセットのような工具を把持部23としての孔に挿入することで、2カ所の把持部23を近づけるように力を加えることができる。
図4Bは腕部22の第四端部222に把持部23として突起が設けられた構造を例示する図である。突起の平面形状は限定されないが、例えばピンセットのような工具でつまみやすい形状であればよい。工具により2カ所の把持部23を近づけるように力を加えることができる。
図4Cは把持部23として別の構造を例示する図である。図4Cは図3Aと同様に支持ピン20の一例を平面図として示す。腕部22の腕の外縁に把持部23としての切り欠きが設けられている。例えば工具により2カ所の把持部23を近づけるように力を加えることができる。切り欠きの形状は限定されず、工具でつまみやすい形状であればよい。切り欠きの形状は円弧状、矩形状、V字状などが例示される。
図5Aから図5Cは、本実施形態に係る支持ピン20の本体部21の形状を例示する断面図である。図5Aから図5Cに示される支持ピン20の断面は、図3Aに示すB-B断面を例示するものである。
第二端部212は有底孔30内に配置された際に有底孔30の底面32に対向する面である。図5Aと図5Bに示される第二端部212は、いずれも平面形状である。図5Aでは第二端部212と腕部22の下側の面が同一面内にある。図5Bでは腕部22は第二端部212よりも第一端部211側に設けられている。すなわち図5Bの形状では有底孔30内において腕部22は底面32には接していない。図5Cに示す第二端部212は凹部を有する。第二端部212の凹部以外の部分のみが底面32に接する。
図5Aにおいては、第一端部211の形状は半球形状の一部である。図6Aおよび図6Bは、第一端部211の別な先端形状を例示する断面図である。本体部21は第一端部211と第二端部212とを有する柱状形状を有する。第一端部211は基体10の上面11から突出し、ウエハSを支持する先端を有する。第一端部211の形状は図5Aのような半球形状、図6Aのような円錐の先端を任意の曲率で丸めた形状、図6Bのような平面形状とすることができる。第一端部211の先端は支持されるウエハSと接触する部分である。
先端が図5Aや図6Aのような曲面である場合は、理想的には支持ピン20とウエハSが点接触となる。接触面積が小さいほど、支持ピン20からウエハSへの熱伝導で伝わる熱量が少なくなり、ウエハSの均熱性が良くなる。一方で先端が鋭利過ぎると、支持ピン20とウエハSとの接触により支持ピン20が削られ、粉塵が生じやすい。粉塵が異物となってウエハ処理に悪影響を及ぼす懸念がある。
先端が鋭利ではなく、かつ点接触に近づけるために、先端が円弧形状の場合は曲率半径が0.5mm以上3mm以下であるとよい。さらには、先端の曲率半径は1.5mm以下であってもよい。また、先端を図6Bのような平面にすることもできる。平面部分の縁となる角部は鋭利になり過ぎない程度に面取りが施される。面取りの形状は半径10μm以上1mm以下の曲線であるとよい。先端を平面にすることで接触部分の面積を任意に設計することが可能である。いずれの場合においても、支持ピン20とウエハSとの接触で生じる粉塵を低減するために、先端部分の表面粗さRaは5μm以下、さらには1μm以下であるとよい。表面粗さの調整は、成型金型の面粗さの調整や、成型後の研磨による調整などにより行うことができる。表面粗さRaはJIS B 0601-2001に規定される算術平均粗さである。
支持ピン20を構成する材料は、使用されるウエハ保持体1に求められる使用温度範囲に適用可能な材料である。熱伝導率が1.0W/m・K以下である材料であるとよい。熱伝導率が0.5W/m・K以下、さらには0.3W/m・K以下であってもよい。ウエハ保持体1からの熱が支持ピン20を通して直接伝わらない方が、載置されるウエハの面内温度の均一性が保ちやすい。また、用途によっては、支持ピン20は絶縁材料であることが求められる。支持ピン20の材料としてはセラミックス材料や樹脂材料を用いることができる。樹脂材料は加工性に優れる。また、樹脂材料は一般に載置されるウエハSや基体10よりも硬度が低い。支持ピン20の硬度が低いことにより、支持ピン20がウエハSの損傷や、損傷によるパーティクルの発生を抑制することができる。
このような条件を満たす樹脂材料は例えば、ポリイミド樹脂(PI)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂(PFA)が挙げられる。その他、支持ピン20として基体10と同じセラミックス材料が用いられてもよい。PIの熱伝導率は、代表的には0.3W/m・Kである。PEEKの熱伝導率は、0.2W/m・Kから0.9W/m・Kである。PTFEの熱伝導率は、代表的には0.23W/m・K、またPFAの熱伝導率は代表的には0.19W/m・Kである。セラミックス材料の熱伝導率は、代表的には炭化珪素が200W/m・K、窒化アルミニウムが150W/m・K、アルミナが32W/m・K、窒化ケイ素が27W/m・Kなどである。
[有底孔]
図7Aおよび図7Bは、本実施形態に係る有底孔30の形状と支持ピン20との配置関係とを説明する模式的な断面図である。図7Aおよび図7Bは、図2の断面図における有底孔30に支持ピン20が収納された部分の一つを拡大した断面に相当する。基体10には有底孔30が設けられている。有底孔30は、円形の開口縁を有する開口部31と、底面32、および開口縁から底面32に繋がる内壁面33とを有する。また、図7Aにおいては、有底孔30は、内壁面33が内側に突出した部分である中間部34を備える。図7Aにおいて、中間部34の幅W2は底面32の幅W1よりも小さい。ここで底面32の幅とは、内壁面33と底面32との接続点間の距離である。図7Aにおいては底面32の幅は開口部31の幅に等しい。中間部34は内壁面33の全周に亘って突出している必要はなく、一部のみが突出した構造であってもよい。中間部の最小内接径とは平面視において突出した部分に内接する円の内で最小の円の直径である。図7Bの有底孔30は中間部34を有さない。図7Bの内壁面33は開口部31の縁から底面32に向かって延びる上面11に垂直な面である。
図7Aおよび図7Bは、本実施形態に係る有底孔30の形状と支持ピン20との配置関係とを説明する模式的な断面図である。図7Aおよび図7Bは、図2の断面図における有底孔30に支持ピン20が収納された部分の一つを拡大した断面に相当する。基体10には有底孔30が設けられている。有底孔30は、円形の開口縁を有する開口部31と、底面32、および開口縁から底面32に繋がる内壁面33とを有する。また、図7Aにおいては、有底孔30は、内壁面33が内側に突出した部分である中間部34を備える。図7Aにおいて、中間部34の幅W2は底面32の幅W1よりも小さい。ここで底面32の幅とは、内壁面33と底面32との接続点間の距離である。図7Aにおいては底面32の幅は開口部31の幅に等しい。中間部34は内壁面33の全周に亘って突出している必要はなく、一部のみが突出した構造であってもよい。中間部の最小内接径とは平面視において突出した部分に内接する円の内で最小の円の直径である。図7Bの有底孔30は中間部34を有さない。図7Bの内壁面33は開口部31の縁から底面32に向かって延びる上面11に垂直な面である。
支持ピン20は有底孔30の内部に配置され、支持ピン20の本体部21の第一端部211のみが有底孔30の開口部31から上面11の上に突出する。上記の通り、支持ピン20の腕部22は弾性変形することができる。
図7Bに示される有底孔30の構造の場合について、支持ピン20の有底孔30への配置が説明される。上面11に垂直な方向から見た平面視において、変形前の腕部22の外径は開口部31の内径よりも大きい。ここで腕部22の外径とは腕部の最大間隔であり、開口部31の内径とは最小内接径であり、以下同様である。腕部22に工具などにより外力を加えて外径が開口部31の内径よりも小さくなるように変形させて、支持ピン20を有底孔30内に挿入する。支持ピン20が有底孔30の底面32に到達した状態で外力を解放することにより、腕部22は元の形状に戻るように弾性力が働く。つまり、腕部22が有底孔30の内壁面33に接触して突っ張る状態となる。このような突っ張りの力により、支持ピン20は有底孔30から簡単には抜け落ちないように固定される。
図7Aの有底孔30の構造において、腕部22に工具などにより外力を加えて外径を小さくなるように変形させて支持ピン20を有底孔30内に挿入する。図7Bの構造とは異なり、図7Aの構造の場合は、外径を中間部34の内径よりも小さくなるように変形させる必要がある。また、挿入された後の支持ピン20の腕部22は、中間部34の内径よりも大きい大きさであればよい。すなわち、上面11に垂直な方向から見た平面視において、変形前の腕部22の外径は中間部34の内径よりも大きいが、必ずしも開口部31の内径よりも大きい必要はない。挿入後の腕部22は有底孔30の内壁面33に接して突っ張っている状態であってもよいし、有底孔30の内壁面33には突っ張っていない状態であってもよい。いずれにしても、腕部22の外径は中間部34の内径よりも大きいため、有底孔30からは容易には抜け落ちない。
平面視における有底孔30の形状は円形であると製造が容易であるが、多角形などでもよい。開口の大きさは小さいほど面内均一性への悪影響を小さくすることができる。一方で開口が小さすぎると支持ピン20の挿入が困難になる。有底孔30の開口部31の円相当径は、3mm以上15mm以下であり、さらには6mm以上10mm以下であってもよい。有底孔30の断面形状は、上記に例示した形状に限定されない。内壁面33は上面11に垂直ではなくてもよい。たとえば、内壁面33が、開口部31から底面32に向かって拡がるようなテーパ形状であってもよい。
有底孔30の深さは、基体10の厚さと支持ピン20の形状から任意に選択することができる。有底孔30の深さが、基体10の厚さの3/4以下、さらには2/3以下であると、基体10の強度を保ちやすい。具体的には有底孔30の深さは、1mm以上5mm以下であるとよい。
[半導体製造装置]
図8は、本実施形態に係るウエハ保持体を用いる半導体製造装置100の一例を説明する模式図である。本開示のウエハ保持体1は半導体製造装置100の一部として用いることができる。
図8は、本実施形態に係るウエハ保持体を用いる半導体製造装置100の一例を説明する模式図である。本開示のウエハ保持体1は半導体製造装置100の一部として用いることができる。
図8を参照して、半導体製造装置100は、ウエハ保持体1を備える。ウエハ保持体1は前述の構造を備えている。基体10の上面11には有底孔30と支持ピン20が配置されている。支持ピン20の先端は上面11から突出しており、ウエハSを支持する。基体10の下面にはヒータ50が接している。ヒータ50はシート形状の発熱体である。ヒータ50は、通電により発熱するヒータ回路51が2枚の絶縁シート52で挟み込まれた構造である。通電のための電力は図示しない通電端子および電極を通じて外部から供給される。支持板60は、シート状のヒータ50を基体10との間に保持するとともに、基体10の剛性を補う役割を担う。基体10と支持板60とは、図示しないボルト等の締結構造により固定されている。以上の構造により、ウエハ保持体1に載置されたウエハSは平面状に保持されつつ、ヒータ50からの熱により加熱される。支持板60の下面は冷却ステージ80に設けられた支柱81により支えられている。冷却板70は、支柱81が貫通する穴を備えており、冷却ステージ80に接する状態と支持板60に接する状態との間で位置を変えることができる。支柱81の固定構造および冷却板70の駆動構造は図示されず、既知の構造が適用される。
ウエハSは、支持ピン20により上面11から浮いた状態で保持される。ヒータ50で発生した熱は基体10に伝熱し、上面11からの熱輻射によりウエハSに伝わる。半導体装置を製造する一工程として、ウエハSには加熱状態で所望の処理が施される。ウエハの処理後は、冷却ステージ80に接した状態で低温になっている冷却板70が上方に移動して支持板60に接した状態となる。低温の冷却板70が支持板60に接することにより、基体10が短時間で冷却される。
支持板60の材料は同種の装置に適用される既知のセラミックス材を用いることができる。加熱時の成分飛散防止の観点から、アルカリ金属元素や鉛などの低融点金属をなるべく含まないことが好ましい。具体的には、主成分が、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素などのセラミックスやこれらセラミックスとシリコンとの複合体であるとよい。
ヒータ50は、平面状に延在するヒータ回路51を有する。ヒータ回路51は、基体10や支持板60との電気的な絶縁のために、ポリイミドシートなどの絶縁シート52で上下両面を覆われている。ヒータ回路51は、例えばステンレス箔等の金属箔にエッチングやレーザ加工でパターニング加工を施すことで形成されており、回路に通電することで発熱する。
以上、半導体製造装置100の一例としての基本構造を説明した。しかし、本開示のウエハ保持体1が用いられる半導体製造装置100は例示の装置には限定されない。本開示のウエハ保持体1は、プロキシミティ加熱の目的など、載置面と間隔をあけて半導体ウエハを保持する構造を備える他の用途の装置にも好適に用いることができる。
[半導体製造装置の作製例]
(支持ピンの作製)
図3A、図4A、図5Aに示される形状の支持ピン20を作製した。腕部22はC字形状であって、支持ピン20は全体として円形である。平面視での腕部22の外径は7mm、本体部21の第一端部211は直径2mmの半球形状である。本体部21の第一端部211から第二端部212の距離、すなわち支持ピン20の高さは2.2mmである。腕部22の厚さは0.8mm、平面視での腕の幅は最小部分で1mmとした。腕部22に備わる把持部23は直径0.7mmの貫通孔である。支持ピン20の材料にはPEEKを用い、本体部21と腕部22とは金型を用いて一体に成型した。使用したPEEKの熱伝導率は0.3W/m・Kである。作製された支持ピン20の形状および表面の状態は金型の形状で決まる。作製された第一端部211の先端付近の表面粗さRaは0.2μmであった。
(支持ピンの作製)
図3A、図4A、図5Aに示される形状の支持ピン20を作製した。腕部22はC字形状であって、支持ピン20は全体として円形である。平面視での腕部22の外径は7mm、本体部21の第一端部211は直径2mmの半球形状である。本体部21の第一端部211から第二端部212の距離、すなわち支持ピン20の高さは2.2mmである。腕部22の厚さは0.8mm、平面視での腕の幅は最小部分で1mmとした。腕部22に備わる把持部23は直径0.7mmの貫通孔である。支持ピン20の材料にはPEEKを用い、本体部21と腕部22とは金型を用いて一体に成型した。使用したPEEKの熱伝導率は0.3W/m・Kである。作製された支持ピン20の形状および表面の状態は金型の形状で決まる。作製された第一端部211の先端付近の表面粗さRaは0.2μmであった。
(基体の作製)
基体10を以下の通り作製した。直径320mmおよび厚さ3mmの円板状の窒化アルミニウム板を準備した。この窒化アルミニウム板の表面に、図1に示すような7カ所の有底孔30を形成した。有底孔30は、図7Aに示す構造である。有底孔30の開口部31の開口縁の直径は6.9mm、底面32の直径は6.9mmとした。有底孔30の深さは2mmとした。有底孔30は中間部34を有し、中間部34の内径は6.5mmとした。中間部34と底面32との間隔は1mmである。
基体10を以下の通り作製した。直径320mmおよび厚さ3mmの円板状の窒化アルミニウム板を準備した。この窒化アルミニウム板の表面に、図1に示すような7カ所の有底孔30を形成した。有底孔30は、図7Aに示す構造である。有底孔30の開口部31の開口縁の直径は6.9mm、底面32の直径は6.9mmとした。有底孔30の深さは2mmとした。有底孔30は中間部34を有し、中間部34の内径は6.5mmとした。中間部34と底面32との間隔は1mmである。
(ウエハ保持体の作製)
基体10の7つの有底孔30のそれぞれに、支持ピン20を嵌め込んだ。支持ピン20の2カ所の把持部23をピンセットでつまみ、把持部23の外径が小さくなるように保持した状態で、支持ピン20を有底孔30に入れる。腕部22の外径が小さくなることで、支持ピン20は有底孔30の中間部34を通り抜けて底面32に接するように挿入される。その後、把持部23を解放することにより腕部22は元の形状に戻る。今回の例では支持ピン20の外径と有底孔30の内径が同じ設計である。よって、公差の範囲で支持ピン20の外径の方が有底孔30の内径よりも大きい場合は、腕部22が有底孔30の内壁面33に突っ張るように固定される。支持ピン20の外径の方が有底孔30の内径よりも小さい場合は、腕部22は有底孔30の内壁面33との間に隙間が生じる。いずれの場合であっても、中間部34があることにより支持ピン20は有底孔30から抜け落ちることはない。
基体10の7つの有底孔30のそれぞれに、支持ピン20を嵌め込んだ。支持ピン20の2カ所の把持部23をピンセットでつまみ、把持部23の外径が小さくなるように保持した状態で、支持ピン20を有底孔30に入れる。腕部22の外径が小さくなることで、支持ピン20は有底孔30の中間部34を通り抜けて底面32に接するように挿入される。その後、把持部23を解放することにより腕部22は元の形状に戻る。今回の例では支持ピン20の外径と有底孔30の内径が同じ設計である。よって、公差の範囲で支持ピン20の外径の方が有底孔30の内径よりも大きい場合は、腕部22が有底孔30の内壁面33に突っ張るように固定される。支持ピン20の外径の方が有底孔30の内径よりも小さい場合は、腕部22は有底孔30の内壁面33との間に隙間が生じる。いずれの場合であっても、中間部34があることにより支持ピン20は有底孔30から抜け落ちることはない。
(半導体製造装置の作製)
以下のように半導体製造装置100を組み立てた。ヒータ50を以下の通り作製した。厚さ20μmのステンレス箔にエッチングを施してヒータ回路51を準備した。このヒータ回路51を上下両面から絶縁シート52としての厚さ50μmのポリイミドシートで覆って熱圧着し、直径320mmで平面形状のヒータ50とした。ヒータ回路51の両終端部には図示されない給電ケーブルを取り付けた。
以下のように半導体製造装置100を組み立てた。ヒータ50を以下の通り作製した。厚さ20μmのステンレス箔にエッチングを施してヒータ回路51を準備した。このヒータ回路51を上下両面から絶縁シート52としての厚さ50μmのポリイミドシートで覆って熱圧着し、直径320mmで平面形状のヒータ50とした。ヒータ回路51の両終端部には図示されない給電ケーブルを取り付けた。
ヒータ50を、上記のウエハ保持体1と支持板60としてのセラミックス板との間に挟み込み、支持板60に予め設けておいた貫通孔に固定ねじを挿通してウエハ保持体1の基体10にねじ止めした。支持板60は直径320mm、厚さ3mmの窒化アルミニウム製の円板である。なお、固定ねじには、熱膨張量差で基体10や支持板60が変形しないように、座面にベアリングを備えた固定ねじを用いた。このようにヒータ50を挟んでウエハ保持体1と支持板60とを互いに機械的に結合して加熱ユニットを構成した。
冷却板70として、直径320mmおよび厚さ12mmの円板状のアルミニウム合金板を準備した。アルミニウム合金板には、基板加熱ユニットのセラミックス板に当接する上面側に、セラミックス板との密着性を向上する目的で、柔軟性を有したシリコーンシートを配置した。
冷却ステージ80として直径320mmおよび厚さ12mmの円板状のアルミニウム合金板を準備した。冷却ステージ80用のアルミニウム合金板の下面には、外径6mm×肉厚1mmのリン脱酸銅パイプを冷媒流路として取り付けた。当該パイプの両端には、冷媒を供給・排出するための継ぎ手を取り付けた。冷却ステージ80と基板加熱ユニットの下面を構成する支持板60との間に支柱81を取り付けた。支柱81は冷却板70に設けた貫通孔を貫通している。冷却板70は別途設けるエアシリンダのロッドにより昇降される。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 ウエハ保持体
10 基体
11 上面
20 支持ピン
21 本体部
211 第一端部
212 第二端部
22 腕部
221 第三端部
222 第四端部
23 把持部
30 有底孔
31 開口部
32 底面
33 内壁面
34 中間部
50 ヒータ
51 ヒータ回路
52 絶縁シート
60 支持板
70 冷却板
80 冷却ステージ
81 支柱
100 半導体製造装置
S ウエハ
10 基体
11 上面
20 支持ピン
21 本体部
211 第一端部
212 第二端部
22 腕部
221 第三端部
222 第四端部
23 把持部
30 有底孔
31 開口部
32 底面
33 内壁面
34 中間部
50 ヒータ
51 ヒータ回路
52 絶縁シート
60 支持板
70 冷却板
80 冷却ステージ
81 支柱
100 半導体製造装置
S ウエハ
Claims (11)
- 上面に複数の有底孔を有する板状の基体と、
複数の前記有底孔のそれぞれに配置された支持ピンと、を備えるウエハ保持体であって、
前記有底孔は、前記上面に開口部を有し、
前記支持ピンは、本体部と腕部とを有し、
前記本体部と前記腕部とは同一材料の一体部品であり、
前記本体部は、前記上面から突出する第一端部と前記有底孔の底面に対向する第二端部とを有し、
前記腕部は、前記本体部と繋がる第三端部を固定端とし、前記第三端部とは反対側の第四端部を自由端とする片持ち構造である、
ウエハ保持体。 - 前記上面に垂直な断面において、前記有底孔は前記底面の幅よりも狭い幅の中間部を有し、前記腕部は前記有底孔の前記底面と前記中間部との間に配置されており、
前記上面に平行な断面における前記中間部の最小内接径は、前記支持ピンの前記腕部に外接する平行な2本の直線の最大間隔よりも小さい、
請求項1に記載のウエハ保持体。 - 前記腕部は、前記第四端部を含む領域に把持部を有し、
前記把持部に加わる前記上面に平行な方向の外力によって前記腕部が弾性変形する、
請求項1または請求項2に記載のウエハ保持体。 - 前記把持部は、前記腕部に設けられた孔、突起または切り欠きのいずれかである、
請求項3に記載のウエハ保持体。 - 前記腕部を複数備える、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のウエハ保持体。 - 前記上面に垂直な方向から見た前記腕部は、前記第三端部から前記第四端部に至る円弧形状である、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のウエハ保持体。 - 前記第一端部の先端形状が曲面または平面である、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のウエハ保持体。 - 前記第一端部の表面粗さRaが5μm以下である、
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のウエハ保持体。 - 前記支持ピンを構成する材料は、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、四フッ化エチレン樹脂、または四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂のいずれかであり、
前記材料の熱伝導率が1.0W/m・K以下である、
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のウエハ保持体。 - 前記第一端部が前記上面から突出する高さは、30μm以上200μm以下である、
請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のウエハ保持体。 - 本体部と腕部とを有し、
前記本体部と前記腕部とは同一の樹脂材料による一体部品であり、
前記本体部は、第一方向の両端に第一端部と第二端部とを有し、
前記腕部は、前記第一方向に直交する面内において第三端部から第四端部まで延在する曲線形状の片持ち構造を有し、
前記第三端部は前記本体部に繋がる固定端であり、前記第四端部は自由端であり、
前記第四端部は、把持部を有し、
前記把持部は、孔、突起または切り欠きのいずれかの形状を有し、
前記樹脂材料は、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、四フッ化エチレン樹脂、または四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂のいずれかである、
ウエハ保持体用の支持ピン。
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JP2022035632A JP2023130998A (ja) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | ウエハ保持体およびウエハ保持体用の支持ピン |
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