JP4629574B2 - 基板支持装置と、その製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体ウエハを処理する装置等に使用される基板支持装置と、その製造方法に関する。

半導体の製造プロセスにおいて、ウエハ等の基板を処理するために、加熱機能等を有する基板支持装置が使用されている。基板支持装置は、ウエハ等の基板を支持するためのプレート部材を有し、該プレート部材の上面にウエハ等の基板を乗せるようにしている。

万一、前記プレート部材に汚染の原因物質である微粒子（コンタミネーション）が存在していて、この微粒子がウエハの裏面に付着すると、半導体の品質を悪化させる原因となる。このため微粒子がウエハの裏面に付着することを防ぐ手段として、プレート部材の上面に複数の小さなスペーサ部材を配置し、これらスペーサ部材の上にウエハを乗せることが考えられている。（例えば下記特許文献１の図２ａ，図２ｂ参照）
特表２００１−５０８５９９号公報

特許文献１のスペーサ部材は、球あるいは円柱形に形成され、プレート部材に形成された孔に圧入等の手段によって嵌め込まれている。このスペーサ部材の材料には、セラミックスのように脆性を有しかつ熱膨張率が金属よりも小さい材料が用いられている。一方、プレート部材の材料に、アルミニウム合金のように熱膨張の大きい材料が用いられることがある。

このようにプレート部材とスペーサ部材の熱膨張率が互いに大きく異なる場合、基板支持装置が例えばウエハの処理プロセスにおいて高温にさらされたとき、プレート部材の熱膨張率が大きいことにより、スペーサ部材がプレート部材の穴から抜けるおそれがある。スペーサ部材が穴から抜けにくくするために、スペーサ部材を穴の内面にタイトに密接させればよいが、そのようにすると、基板支持装置が冷えたときなどに、プレート部材がスペーサ部材よりも大きく熱収縮することにより、スペーサ部材に過剰な応力が生じ、脆弱なスペーサ部材では破損のおそれがある。このため従来の基板支持装置は、ヒートサイクル等に対して構造健全性に問題が生じる懸念があった。

また従来の基板支持装置のように、プレート部材の上面に単にスペーサ部材の上端部が突出しているだけの構成では、万一、プレート部材の上面に汚染の原因となる微粒子等が存在していると、この微粒子等がプレート部材の上面からスペーサ部材側に移動し、ウエハの裏面に付着するおそれもある。

従って本発明の目的は、スペーサ部材の脱落や破損を防止でき、しかも基板をより清浄な状態で支持することが可能な基板支持装置と、その製造方法を提供することにある。

本発明の基板支持装置は、平坦な上面を有する金属製のプレート部材と、前記プレート部材の上面の複数箇所に形成されそれぞれ円形の開口縁部を有する有底の穴と、前記穴の内径よりも小さな直径を有して前記穴に収容され上端部が前記上面から突出するスペーサ部材と、前記開口縁部の開口幅が前記スペーサ部材の直径よりも小さくなるよう前記開口縁部を前記スペーサ部材に向けて塑性変形させてなり前記スペーサ部材との間に前記開口縁部に沿う隙間が形成され前記スペーサ部材の抜け止めをなすかしめ部と、前記かしめ部の背後に前記開口縁部の周方向に沿って形成された溝とを具備している。

本発明の好ましい形態では、前記溝が断面Ｖ形に形成され、この溝と前記かしめ部がそれぞれ前記開口縁部の全周にわたり環状に連続している。
また、前記プレート部材の上面の前記開口縁部を囲む部位に座ぐり部が形成され、該座ぐり部の底面に前記かしめ部と前記溝が形成されているとよい。そしてこの座ぐり部の底面の前記溝の周りに隆起部が形成され、該隆起部が前記プレート部材の上面よりも低い位置に収まっているとよい。

前記スペーサ部材の一例は酸化アルミニウム（例えばサファイヤ，ルビー等の硬玉類）あるいは炭化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、マグネシア等のセラミックスからなる球体である。前記プレート部材は、例えばＡｌかＡｌ合金、ステンレス鋼、ＮｉかＮｉ合金、ＴｉかＴｉ合金、ＣｕかＣｕ合金などから選択された金属材料からなる。

本発明によれば、スペーサ部材がプレート部材の穴から抜けることがなく、しかも熱膨張差などによってスペーサ部材が割れることを回避できる。また、万一プレート部材に汚染の原因となる微粒子等が存在していても、この微粒子がプレート部材の上面からスペーサ部材に乗り移ることを、かしめ部の近傍の溝や隆起部等によって抑制でき、基板をより清浄な状態で支持することができる。

以下に本発明の一実施形態に係る基板支持装置について、図１〜図９を参照して説明する。
図１は、例えば半導体製造プロセスで使用されるウエハ処理装置１０を示している。ウエハ処理装置１０は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やＰＶＤ（Plasma Vapor Deposition）、エッチング等の処理を行う際に使用され、密閉された筐体１１と、筐体１１の内部に設けられた基板支持装置１２とを有している。

基板支持装置１２は、例えばアルミニウム合金等の金属からなる円板形のプレート部材２０と、プレート部材２０を下面側から支える柱部材２１などを含んでいる。プレート部材２０に図示しないヒータユニットが収納されており、プレート部材２０を所定の温度に加熱できるようになっている。プレート部材２０の上面２２に、被支持体（ワーク）の一例であるウエハ等の基板Ｗが載置される。

図２はプレート部材２０を上面２２側から見た斜視図である。このプレート部材２０は上方から見て円形をなしている。プレート部材２０の上面２２は、機械加工等によって平坦に仕上げられている。

プレート部材２０の上面２２の複数箇所、すなわちプレート部材２０の周方向に等間隔で３箇所以上に、互いに共通の構造のスペーサ配置部３０が設けられている。また、プレート部材２０の例えば周方向の３箇所に、厚み方向に貫通する貫通孔３１（図２に示す）が形成されている。これら貫通孔３１には、プレート部材２０上の基板Ｗを押上げるためのピン（図示せず）が下方から挿入される。

スペーサ配置部３０の詳細が図３と図４に示されている。スペーサ配置部３０は、プレート部材２０の上面２２に形成され有底の穴４０（図４に示すように、底４１を有し上端が開口する穴４０）と、この穴４０に収容されたスペーサ部材４２とを有している。穴４０の底４１は、半球形の凹部をなしている。穴４０の開口縁部４５は上方から見て円形である。

スペーサ部材４２の一例はサファイヤの球体である。なお、スペーサ部材４２にルビー等の酸化アルミニウムあるいはその他のセラミックスからなる球体が使用されてもよい。スペーサ部材４２の直径Ｄ１は例えば２ｍｍである。穴４０の内径Ｄ２は、スペーサ部材４２の直径Ｄ１よりも僅かに大きい（例えばＤ１よりも１００分の１ｍｍ程度大きい）。

穴４０の内径Ｄ２は、プレート部材２０が冷却されてスペーサ部材４２よりも熱収縮量が大きくなっても、スペーサ部材４２の直径Ｄ１を下回らないような寸法である。スペーサ部材４２の上端部４２ａがプレート部材２０の上面２２からＨ（図４に示す）だけ突出している。スペーサ部材４２の底面が穴４０の底４１に当接することにより、スペーサ部材４２の突出量Ｈを正確に規制することができる。スペーサ部材４２の上端部４２ａがスペーサ部材４２の上端部４２ａの頂点が基板Ｗの裏面に接する。

プレート部材２０の上面２２には、穴４０の開口縁部４５を囲む部位に座ぐり部５０が形成されている。この座ぐり部５０は、底面５０ａが平坦な平座ぐり部であり、例えばＮＣ加工機等による機械加工によって形成されている。座ぐり部５０の直径Ｄ４はスペーサ部材４２の直径Ｄ１の２〜３倍程度大きく、例えばＤ１よりも２〜３ｍｍ大きい。座ぐり部５０の深さＤ５は例えば０．１ｍｍである。

座ぐり部５０の底面５０ａにおいて、穴４０の開口縁部４５にかしめ部５５が形成されている。かしめ部５５は、後述するかしめ治具７０によって、前記開口縁部４５の開口幅Ｄ３がスペーサ部材４２の直径Ｄ１よりも小さくなるように、開口縁部４５をスペーサ部材４２に向けて塑性変形させることによって形成されている。開口幅Ｄ３は、プレート部材２０が加熱されスペーサ部材４２よりも大きく熱膨張しても、スペーサ部材４２の直径Ｄ１を越えない寸法としている。

図４に示すように、座ぐり部５０の底面５０ａには、かしめ部５５の背後（スペーサ部材４２とは反対側）に、断面Ｖ形の溝６０が開口縁部４５の周方向に沿って形成されている。また、座ぐり部５０の底面５０ａの溝６０の周りに、隆起部６１，６２が形成されている。

内側の隆起部６１は、外側の隆起部６２よりも高く盛り上がっている。しかし隆起部６１，６２の上端はプレート部材２０の上面２２の高さにまでは達していない。このため隆起部６１，６２は座ぐり部５０の内側に収まっている。かしめ部５５と、溝６０と、隆起部６１，６２は、それぞれ、図３に示すように開口縁部４５の全周にわたり環状に連続している。

前記スペーサ配置部３０を有する基板支持装置１２は、下記の工程を経て製造される。

まず、プレート部材２０に機械加工によって平坦な上面２２が形成される。そののち、図５に示すように、プレート部材２０の上面２２に、穴明けおよび座ぐり工程によって、底４１を有する穴４０と、底面５０ａを有する座ぐり部５０が形成される。そしてこの穴４０に、前記スペーサ部材４２が挿入される。

かしめ工程では、図６に一例を示すかしめ治具７０が使用される。かしめ治具７０は、刃先７１がＶ形に尖った円筒形の刃部７２を有している。刃先７１は、刃部７２の先端側から見て、穴４０の開口縁部４５に沿う円環状をなしている。刃先７１の径Ｄ７は、穴４０の内径Ｄ２（図４に示す）よりも大きい。刃部７２は、内側の斜面７３のテーパ角度θ１が外側の斜面７４のテーパ角度θ２よりも大きい。なお、外側の斜面７４のテーパ角度θ２がゼロであってもよい。

図７に示すように、かしめ治具７０の刃先７１を開口縁部４５の周りに押込むことにより、開口縁部４５をスペーサ部材４２に向けて塑性変形させ、開口縁部４５の開口幅Ｄ３（図４に示す）をスペーサ部材４２の直径Ｄ１よりも小さくする。

かしめ治具７０の刃先７１が穴４０の開口縁部４５の周りに押込まれると、開口縁部４５が刃部７２の内側の斜面７３によってスペーサ部材４２に向けて押される。このことにより、Ｖ形の溝６０が形成されるとともに、かしめ部５５がスペーサ部材４２に向かって倒れるように塑性変形し、かつ、座ぐり部５０の底面５０ａの一部が盛り上がることにより、内側の隆起部６１が形成される。また、刃部７２の外側の斜面７４によって座ぐり部５０の底面５０ａの一部が盛り上がるため、外側の隆起部６２が形成される。

刃部７２は、内側の斜面７３のテーパ角度θ１の方が外側の斜面７４のテーパ角度θ２よりも大きいため、内側の隆起部６１が外側の隆起部６２よりも大きく盛り上がる。しかしこれら隆起部６１，６２は座ぐり部５０の深さＤ５を越えることはないから、隆起部６１，６２が座ぐり部５０の内側に収まる。

半導体の製造プロセス時に、座ぐり部５０の隅５０ｃ（図４に示す）などに微粒子が残留する可能性がある。隅５０ｃに付着している微粒子は、洗浄によっても除去しにくいため、何らかの原因により、座ぐり部５０の底面５０ａからスペーサ部材４２に向って移動することが考えられる。こうして移動する微粒子が、万一、スペーサ部材４２の上端部４２ａに達すると、支持すべき基板Ｗの裏面が汚染される原因となる。

しかるに本実施形態のスペーサ配置部３０には、スペーサ部材４２の全周にわたり、Ｖ形の溝６０と、溝６０の両側に隆起部６１，６２が形成されているため、座ぐり部５０の底面５０ａからスペーサ部材４２に向かおうとする微粒子等は隆起部６１，６２によって移動が遮られ、さらに溝６０によって捕捉される。このため汚染の原因となる微粒子等がスペーサ部材４２の上端部４２ａに乗り移ることが抑制され、基板Ｗをより清浄な状態で支持することができる。溝６０と隆起部６１，６２は、かしめ治具７０によって同時に形成することができるため、加工に手間がかからない。

図８は、本発明の第２の実施形態に係るスペーサ配置部３０を示している。この実施形態のスペーサ配置部３０の溝６０は、前記第１の実施形態の溝６０よりも深く形成されている。図８のかしめ部５５は、スペーサ部材４２に向けてさらに大きく傾いているため、かしめ部５５がスペーサ部材４２に接近もしくは接触している。

アルミニウム合金等の金属からなるプレート部材２０は、スペーサ部材４２と比べて熱膨張率が大きいため、低温時にプレート部材２０が相対的に大きく収縮したときに、スペーサ部材４２を圧縮する方向の荷重Ｐ１（図８に示す）が加わる。また、高温時の熱膨張によってプレート部材２０が矢印Ｐ２で示す方向に反ったときにも、スペーサ部材４２を圧縮する方向の荷重Ｐ１が加わることがある。

しかるに本実施形態のスペーサ配置部３０は、かしめ部５５の背後にＶ形の溝６０が形成され、かしめ部５５が矢印Ｐ３方向（図８に示す）に撓みやすくなっているため、前記荷重Ｐ１をかしめ部５５が撓むことによって吸収することができ、スペーサ部材４２が破損するような過剰な応力が生じることを回避できる。この効果は、前記第１の実施形態のスペーサ配置部３０でも得ることができる。

図９は、本発明の第３の実施形態に係るスペーサ配置部３０を示している。この実施形態のスペーサ部材４２は、円柱形の胴体部分８０と、半球形の頭部８１と、平らな下面８２を有している。このスペーサ部材４２が収容される穴４０は、平らな底８３を有している。それ以外の構成と効果は前記第１の実施形態（図１〜図７）と同様であるため、両者に共通の符号を付して説明は省略する。

なお、スペーサ部材４２は前記実施形態以外にも、例えば円柱形や円錐形、円錐台などの回転対象形であってもよく、要するに必要に応じてスペーサ部材４２の形状を適宜に選定し、スペーサ部材４２に応じた形状の穴４０を採用すればよい。また、かしめ部５５や溝６０、隆起部６１，６２は穴４０の周りの一部に形成されていてもよい。

本発明は、半導体ウエハ以外の基板を支持するための基板支持装置にも適用することができる。また本発明を実施するに当たって、プレート部材、スペーサ部材、かしめ部、溝をはじめとして、本発明の構成要素を適宜に変形して実施できることは言うまでもない。

本発明の第１の実施形態に係る基板支持装置を備えたウエハ処理装置の断面図。 図１に示された基板支持装置のプレート部材の斜視図。 図１に示されたプレート部材のスペーサ配置部を拡大して示す平面図。 図３中のＦ４−Ｆ４線に沿うスペーサ配置部の断面図。 図４に示されたスペーサ配置部のかしめ部を形成する前のプレート部材の一部の断面図。 前記プレート部材と、スペーサ部材と、かしめ治具を示す断面図。 前記プレート部材にかしめ部が形成された状態の断面図。 本発明の第２の実施形態を示すスペーサ配置部の断面図。 本発明の第３の実施形態を示すスペーサ配置部の断面図。

符号の説明

１２…基板支持装置
２０…プレート部材
２２…上面
３０…スペーサ配置部
４０…穴
４２…スペーサ部材
４２ａ…上端部
４５…開口縁部
５０…座ぐり部
５５…かしめ部
６０…溝
６１，６２…隆起部
７０…かしめ治具
７１…刃先

Claims (7)

1. 平坦な上面を有する金属製のプレート部材と、
   前記プレート部材の上面の複数箇所に形成されそれぞれ円形の開口縁部を有する有底の穴と、
   前記穴の内径よりも小さな直径を有して前記穴に収容され上端部が前記上面から突出する球形のスペーサ部材と、
   前記開口縁部の開口幅が前記スペーサ部材の直径よりも小さくなるよう前記開口縁部を前記スペーサ部材に向けて塑性変形させてなり前記スペーサ部材との間に前記開口縁部に沿う隙間が形成され前記スペーサ部材の抜け止めをなすかしめ部と、
   前記かしめ部の背後に前記開口縁部の周方向に沿って形成された溝と、
   を具備したことを特徴とする基板支持装置。
2. 前記溝が断面Ｖ形に形成され、この溝と前記かしめ部がそれぞれ前記開口縁部の全周にわたり環状に連続していることを特徴とする請求項１に記載の基板支持装置。
3. 前記プレート部材の上面の前記開口縁部を囲む部位に座ぐり部が形成され、該座ぐり部の底面に前記かしめ部と前記溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板支持装置。
4. 前記座ぐり部の底面の前記溝の周りに隆起部が形成され、該隆起部が前記プレート部材の上面よりも低い位置に収まっていることを特徴とする請求項３に記載の基板支持装置。
5. 前記スペーサ部材が酸化アルミニウムからなる球体であり、前記プレート部材がアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の基板支持装置。
6. 前記スペーサ部材がセラミックスからなる球体であり、前記プレート部材がアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の基板支持装置。
7. 金属製のプレート部材に平坦な上面を形成する工程と、
   前記プレート部材の前記上面に複数の平座ぐり部を形成する工程と、
   前記それぞれの平座ぐり部の底面に、円形の開口縁部を有する有底の穴を形成する工程と、
   前記穴に該穴の内径よりも小さな直径の球形のスペーサ部材を挿入する工程と、
   前記開口縁部に沿う環状の刃先を有するかしめ治具を前記開口縁部の周囲に押込むことにより、前記開口縁部を前記スペーサ部材に向けて塑性変形させ前記開口縁部の開口幅を前記スペーサ部材の直径よりも小さくすることによってかしめ部を形成するとともに該かしめ部と前記スペーサ部材との間に前記開口縁部に沿う隙間を形成するかしめ工程と、
   を具備したことを特徴とする基板支持装置の製造方法。

Images