JP5652832B2 - チャック装置、及びチャック方法 - Google Patents

Description

本発明は、チャック装置、及びチャック方法に関する。

ウェハを真空吸着するチャック装置としては、ウェハの直下に吸着溝を設けたものがある。例えば、特許文献１には、同心円状に形成した吸着溝を有する吸着パッドが開示されている。吸着溝を真空排気することで、ウェハを吸着する。しかしながら、ウェハの反りが大きい場合、ウェハの端部から真空がリークしてしまう。したがって、真空度を上げることができず、吸着が困難になってしまう。
また、特許文献２には、ウェハを真空吸着する真空吸着盤が開示されている。（特許文献２）特許文献２の真空吸着盤では、多孔質セラミックからなる円盤状体の上に、シリコンウェハを載せた状態で真空吸着している。すなわち、多孔質セラミックを介して真空吸着することで、ウェハを固定している。

特開２００７−２５０６０１号公報 特開平１１−２４３１３５号公報

特許文献２の真空吸着盤では、ウェハが多孔質セラミックに接触することで、多孔質セラミックにミクロ的な破砕が生じやすく、発塵する。多孔質セラミックでは、微細な凹みに入り込んだ異物の洗浄・除去が、困難である。また、洗浄液やリンス液が多孔質セラミックの内部に入り込み、乾燥が困難である。また、端面や底面からのリークを防ぐための別部品が用いられるため、別部品と多孔質セラミックを接着剤で接着する必要がある。しかしながら、接着剤を使用すると、酸洗浄が困難である。このように、多孔質セラミックを用いた場合、洗浄性を高くすることが困難になってしまう。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、発塵性が低く、洗浄性が高く、反りの大きい基板でも吸着することができるチャック装置、及びチャック方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係るチャック装置は、基板を吸引保持するチャック装置であって、両面を貫通する貫通穴を複数有し、基板を搭載する第１プレートと、前記第１プレートの前記基板搭載面以外の面を支持し、前記複数の貫通穴を介して前記基板に真空状態を伝達すると共に、コンダクタンスを制限する部材と、前記部材の細孔を介して排気を行う排気手段と、を備えたものである。これにより、洗浄性を向上することができる。この構成により、反りのあるウェハを吸着することが可能になる。

上記のチャック装置において、前記第１プレートが稠密材料によって形成されていることが好ましい。これにより、洗浄性を向上することができる。

上記のチャック装置において、前記部材が多孔質材料によって形成されていることが好ましい。これにより、均一に吸着することができ、基板を確実にチャックすることができる。よって、反りのある基板を吸着することができる。
また、前記部材が、コンダクタンスを制限するオリフィス、又は細孔を有していてもよい。

上記のチャック装置において、前記部材の前記第１プレートと反対側に配置され、複数の貫通穴を有する第２プレートをさらに備え、前記排気手段が前記第２プレートの貫通穴を介して、前記基板を吸着するようにしてもよい。こうすることで、柔軟な多孔質部材を用いることができ、反りのある基板をチャックすることができる。

上記のチャック装置において、前記部材が前記第１プレート及び第２プレートよりも薄いシート状の部材であってもよい。こうすることで、反りな大きな基板を確実にチャックすることができる。

上記のチャック装置において、前記部材が、ＰＴＦＥメンブレンであることが好ましい。これにより、ＰＴＦＥメンブレンがフィルタとして機能するため、パーティクルによる汚染を防ぐことができる。

上記のチャック装置において、前記部材が多孔質セラミックプレートであってもよい。
本発明の第２の態様に係るチャック方法は、上記のチャック装置を用いたチャック方法である。

本発明によれば、発塵性が低く、洗浄性が高く、反りの大きい基板でも吸着することができるチャック装置、及びチャック方法を提供することができる。

本実施の形態１にかかるチャック装置の各構成要素を説明するための斜視図である。 本実施の形態１にかかるチャック装置の各構成要素を模式的に示す断面図である。 多孔質セラミックを用いたチャック装置を説明するための示す図である。 多孔質セラミックを用いたチャック装置を説明するための示す図である。 本実施の形態２にかかるチャック装置の各構成要素を説明するための斜視図である。 本実施の形態２にかかるチャック装置の各構成要素を模式的に示す断面図である。 プレートの表面形状を拡大して示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。また、以下の説明では、説明の明確化のため、ウェハがチャック装置の上で水平に配置されている状態について説明するが、ウェハとチャック装置の位置関係に応じて適宜、上下関係は変化する。

実施の形態１．
本実施の形態１にかかるチャック装置、及びチャック方法について、図１、図２を用いて説明する。図１は、チャック装置の各構成要素を説明するための斜視図である。図２は、チャック装置の各構成要素を模式的に示す断面図である。図１、図２では、それぞれの部材を適宜離間して示している。図１に示すように、チャック装置は、ウェハ１１等の基板を吸着するために、穴あきプレート１２と、支持部２０と、真空ポンプ３０と、を備えている。

ウェハ１１は、例えば、シリコンウェハであり、平板となっている。ウェハ１１は穴あきプレート１２の上に配置される。穴あきプレート１２は複数の貫通穴１２ａが設けられた第１のプレートである。すなわち、穴あきプレート１２は、貫通穴１２ａを有する穴あきプレートである。穴あきプレート１２は、平板であり、ウェハ１１に応じて円盤状となっている。貫通穴１２ａは、穴あきプレート１２の上面から下面まで貫通している。貫通穴１２ａは、穴あきプレート１２のほぼ全体に均一に分布している。例えば、複数の貫通穴１２ａが、穴あきプレート１２の周縁部を除いたほぼ全体に一定間隔で配列されている。穴あきプレート１２の上面がウェハ１１の載置面（搭載面）となる。すなわち、穴あきプレート１２の上面とウェハ１１の下面が接触した状態で、ウェハ１１が真空吸着される。穴あきプレート１２は、支持部２０に脱着可能に支持される。

支持部２０は多孔質プレート２１を支持する台座となっている。多孔質プレート２１は、多孔質セラミックで形成された円盤状の部材である。なお、多孔質プレート２１としては、焼結金属を用いたオイレスメタルなどを用いることも可能である。支持部２０は、側壁１３と段差部１５と周縁部１６と底部１９とを有している。側壁１３の下側に、段差部１５と底部１９と周縁部１６が配置される。円環状の側壁１３の内側に底部１９と段差部１５が配置され、外側に周縁部１６が配置される。支持部２０は、例えば金属材料などによって形成されている。

側壁１３は、多孔質プレート２１を収納するために設けられている。すなわち、側壁１３で外周が囲まれた空間の中に、多孔質プレート２１が収納される。そして、多孔質プレート２１の外周面が側壁１３と接触して、シールされる。なお、多孔質プレート２１と側壁１３を接着剤などで接合してもよい。多孔質プレート２１と側壁１３は、上面の高さがほぼ一致するように形成されている。そして、多孔質プレート２１と側壁１３の上面が、穴あきプレート１２を載置する載置面となる。穴あきプレート１２の下面と多孔質プレート２１の上面が接触する。

周縁部１６は、側壁１３の外周側に延在している。周縁部１６はネジなどによってステージ台（不図示）に固定される。側壁１３の内側には、底部１９が設けられている。段差部１５を形成することで、底部１９と多孔質プレート２１との間に空間を設けることができる。この段差部１５の上に多孔質プレート２１が載置される。したがって、段差部１５よりも下側の底部１９と多孔質プレート２１との間には、空間１７が設けられる。

底部１９には、空間１７に連通する排気口１８が設けられている。すなわち、排気口１８は、多孔質プレート２１と段差部１５と底部１９で囲まれた空間１７に接続している。そして、排気手段である真空ポンプ３０が排気口１８を介して、空間１７を排気する。

多孔質プレート２１の上に、穴あきプレート１２が載置される。すなわち、穴あきプレート１２のウェハ１１側と反対側に、多孔質プレート２１が配置される。多孔質プレート２１は、ウェハ１１、及び穴あきプレート１２に対応して、円盤状になっている。そして、全ての貫通穴１２ａの直下には、多孔質プレート２１が配置される。そして、穴あきプレート１２の上にウェハ１１が載置される。換言すると、複数の貫通穴１２ａがウェハ１１で覆われる。真空ポンプ３０によって、多孔質プレート２１の直下の空間１７を排気する。穴あきプレート１２の貫通穴１２ａは、その直下の多孔質プレート２１と繋がっている。したがって、真空ポンプ３０は、多孔質プレート２１を介して、ウェハ１１の直下の貫通穴１２ａ内の気体を排気する。

多孔質プレート２１は、所定のコンダクタンスを有し、真空ポンプ３０の実効的な排気速度を制限するオリフィスとして機能する。すなわち、多孔質プレート２１は、真空ポンプ３０によって排気される貫通穴１２ａ内の気体の流れを制限する部材である。多孔質プレート２１は、穴あきプレート１２のウェハ１１搭載面以外の面を支持し、複数の貫通穴１２ａを介してウェハ１１に真空状態を伝達すると共に、コンダクタンスを制限する。すなわち、多孔質プレート２１を穴あきプレート１２の直下に配置することで、所望のコンダクタンスまで低下させることができる。多孔質プレート２１として、コンダクタンスを制限するオリフィス、又は細孔を有する部材を用いることが可能である。このように、真空ポンプ３０が多孔質プレート２１の細孔を介して、貫通穴１２ａを排気する。こうすることによって、ウェハ１１の直下の空間である貫通穴１２ａが減圧され、ウェハ１１を吸着することができる。すなわち、貫通穴１２ａ上のウェハ１１が、多孔質プレート２１を介して吸着される。多孔質プレート２１の細孔は、排気される空気の流量を制限する。ウェハ１１の裏面の真空度は、直下の多孔質プレート２１の表面と同じになっている。よって、多孔質プレート２１を利用した吸着特性を維持することができる。これにより、ウェハ１１の接触部の真空度（吸着力）を維持することができ、反りの大きいウェハ１１であっても確実に吸着することができる。

ウェハ１１が多孔質プレート２１に接触しないので多孔質プレート２１の材料の選択肢を増やすことができる。例えば、多孔質プレート２１をアルミナなどで形成することができる。また、ウェハ１１と接触する穴あきプレート１２をＳｉＣなどの金属汚染が生じない材料を利用することができる。穴あきプレート１２に稠密材料を用いることができ、発塵を少なくすることができる。穴あきプレート１２を稠密材料とすることで、容易に洗浄することができる。特に、穴あきプレート１２としてＳｉＣを用いれば耐食性が高く、硫酸やフッ酸などを用いた強力な酸洗浄が可能である。洗浄性を向上することができる。また、ＳｉＣは導電性があるため、帯電を防止して埃の発生を抑制することができる。もちろん、アルミナやアルシーマなどの他のセラミック材料で、穴あきプレート１２を形成してもよい。もちろん、セラミック以外の材料で穴あきプレート１２を形成してもよい。また、穴あきプレート１２は多孔質プレート２１よりも稠密な材料で形成することが好ましい。

さらに、支持部２０から穴あきプレート１２だけを簡単に取り外せる構造にすることができ、汚れた際、容易に交換することができる。なお、穴あきプレート１２を、支持部２０に固定する構成としてもよい。例えば、側壁１３の上面にピンなどを設けるとともに、穴あきプレート１２の周縁にピンに対応する穴を設ける。そして、穴あきプレート１２の穴に側壁１３のピンを挿入することで、穴あきプレート１２が支持部２０に対してずれるのを防ぐことができる。さらに、ネジなどで穴あきプレート１２を支持部２０に固定してもよい。もちろん、穴あきプレート１２を支持部２０に対して固定しなくてもよい。この場合、穴あきプレート１２を多孔質プレート２１上に載置するのみの構成とする。

穴あきプレート１２により稠密で剛性の高いＳｉＣ等を用いことができる。より稠密で剛性の高い材料を用いることで、穴あきプレート１２を薄くしても、高い平面度を得ることができる。チャック面の平面度が多孔質プレート２１に依存しないので多孔質プレート２１を薄くすることができる。多孔質プレート２１を薄くすることで、通気率が低い材料を利用することができる。この結果、反りの大きなウェハ１１を吸着することができる。この理由について、図３、図４を用いて説明する。

図３、図４は、特許文献１のように多孔質のセラミックプレート５１でウェハ５０を吸着する構成を示す図である。図３（ａ）、図４（ａ）は、チャック装置の上面図であり、図３（ｂ）、図４（ｂ）は、多孔質のセラミックプレート５１でウェハ５０を吸着したときの構成を模式的に示す断面図である。図３では、セラミックプレート５１が厚い場合を示し、図４では、セラミックプレート５１が薄い場合を示している。また、図３（ｂ）、図４（ｂ）では、セラミックプレート５１内の等圧線を示している。

図３、図４に示すように、円盤状の多孔質のセラミックプレート５１と、セラミックプレート５１の外周を囲むように設けられた側壁５２とが設けられている。セラミックプレート５１の下方には、空間５３が設けられている。この空間５３を真空ポンプ（不図示）などで排気する。こうすることで、多孔質のセラミックプレート５１を介して、ウェハ５０が吸着される。等圧線はウェハ５０と平行になっていると、空気がウェハ５０と垂直な方向に流れる。これにより、ウェハ５０に対する吸着力が発生する。

しかしながら、例えば、ウェハ１１が同心円状に凹形状（すり鉢形状）の場合、ウェハ５０の中央部のみウェハ５０とセラミックプレート５１が接触する。すなわち、ウェハ５０の端部では、ウェハ５０とセラミックプレート５１の間に隙間が生じ、真空がリークする。ウェハ５０の中央部では、等圧線がウェハ５０と垂直方向の成分を持つようになる。この場合、ウェハ５０と平行な方向に気体が流れてしまい、ウェハ５０の接触部分で十分な吸着力が生じないおそれがある。

多孔質のセラミックプレート５１は、稠密材料に比べて剛性が低く平面度を高くすることが困難である。また、強度が低いため、厚くする必要がある。セラミックプレート５１を厚くする場合、比較的通気率（気孔率）の高い材料を用いる必要がある。このため、横方向の空気の流通量が増加してしまう。この結果、セラミックプレート５１が厚くなると、ウェハ接触面の真空領域が狭くなる。よって、反りを矯正することができず、反りが大きいウェハ５０を吸着することができない可能性がある。

一方、図１、及び図２で示した構成のチャック装置を用いることで、多孔質プレート２１とウェハ１１とを非接触とすることができる。チャック装置の平面度が多孔質プレート２１の平面度に依存しないため、多孔質プレート２１を薄くすることができる。これにより、通気率の低い多孔質プレート２１を用いることができる。この結果、横方向の空気の流通量が少なく、リークによって真空度が悪化する領域を狭くすることができ、ウェハ１１の反りを矯正する能力を向上することができる。よって、反りが大きいウェハを吸着することができ、確実にウェハ１１を吸引保持することができる。

実施の形態２．
本実施の形態について、図５、図６を用い説明する。図５はチャック装置の各構成要素を説明するための斜視図である。図６は、チャック装置の各構成要素を模式的に示す断面図である。図５、図６では、それぞれの部材を適宜離間して示している。図５、図６に示すように、チャック装置は、ウェハ１１等の基板を吸着するために、穴あきプレート１２と、シート部材３１と、支持プレート３２と、支持部２０と、真空ポンプ３０と、を備えている。すなわち、実施の形態１の多孔質プレート２１の代わりに、シート部材３１と支持プレート３２とが設けられている構成となっている。なお、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。

支持プレート３２は、第２のプレートであり、シート部材３１、穴あきプレート１２、及びウェハ１１を支持する。シート部材３１が支持プレート３２と穴あきプレート１２との間に配置されている構成となる。すなわち、支持プレート３２の上面とシート部材３１の下面とが接触している。また、シート部材３１の上面と穴あきプレート１２の下面が接触する。そして、支持プレート３２と穴あきプレート１２の間に、シート部材３１が挟持された構成となる。

支持プレート３２は、金属又はセラミックなどによって形成された平板である。支持プレート３２には、複数の貫通穴３２ａが設けられている。支持プレート３２は、多孔質部材ではないため、側面をシールする必要がない。したがって、支持プレート３２は、側壁１３の上面に載置されている。このため、支持部２０には、段差部１５が設けられていない構造となっている。もちろん、実施の形態１の多孔質プレート２１と同様に、支持プレート３２を側壁１３の内側に配置してもよい。なお、ネジなどを用いて、支持プレート３２を支持部２０に固定してもよい。

シート部材３１は、多孔質プレート２１と同様に多孔質材料を用いることができる。すなわち、シート部材３１が排気速度を制限するオリフィスとして機能する部材となる。シート部材３１は、穴あきプレート１２のウェハ１１搭載面以外の面を支持し、複数の貫通穴１２ａを介してウェハ１１に真空状態を伝達すると共に、コンダクタンスを制御するためのオリフィスを有する。こうすることで、実施の形態１と同様に確実にチャックすることができる。具体的には、シート部材３１にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）メンブレンを用いることが好適である。穴あきプレート１２及び支持プレート３２よりも薄いシート状の多孔質材料をシート部材３１として用いることで、側面のシールを不要とすることができる。

シート部材３１は、多孔質のメンブレンや繊維フィルタを用いることができる。なお、シート部材３１は、多孔質材料以外の材料によって形成されていてもよい。例えば、５０〜１００μｍの厚さを有する金属フォイルに、エッチングによって微細な孔を形成した細孔付金属フォイルを用いることができる。シート部材３１としては、フィルム、メンブレン、フィルタ、紙、不織布などの様々な部材を用いることできる。

側壁１３の上に支持プレート３２が載置される。穴あきプレート１２の下側に配置された底部１９には、支持プレート３２の直下の空間１７に連通する排気口１８が設けられている。支持プレート３２の上にはシート部材３１が載置される。シート部材３１の上には、穴あきプレート１２が配置される。穴あきプレート１２の上には、ウェハ１１が配置される。

したがって、真空ポンプ３０が、貫通穴３２ａ、及びシート部材３１を介して、貫通穴１２ａ内の気体を排気する。貫通穴１２ａの上のウェハ１１をシート部材３１を介して真空吸着することができる。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、シート部材３１を上下から挟み込む構成としているため、シート部材３１を非常に薄くすることができる。さらに、穴あきプレート１２、及び支持プレート３２を稠密材料とすることで、チャック装置の全体的な厚さを薄くすることができる。よって、ウェハ面を低くできるので、重心が低いステージを実現することができる。

シート部材３１にＰＴＦＥメンブレン等を利用すればパーティクルフィルタとして機能する。例えば、ウェハ１１をチャック装置から取り外す場合、空間１７に気体を供給して正圧にする。この時に、配管などにあるパーティクルが貫通穴１２ａから外側の空間に流出するのを防ぐことができる。よって、パーティクルによる汚染を防ぐことができる。このように、ウェハ１１の近くにフィルタとなるシート部材３１を配置することができるため、汚染を防ぐことができる。

また、シート部材３１を穴あきプレート１２とシート部材３１によって挟み込むことで、シート部材３１が変形するのを防ぐことができる。気体がウェハ１１と平行な横方向に流れるのを防ぐことができる。よって、非常に薄いシート部材３１を用いた場合でも、確実にチャックすることができる。

穴あきプレート１２の貫通穴１２ａと、支持プレート３２の貫通穴３２ａは、完全に重複するように形成してもよく、一部重複するようにしてもよい。さらに、穴あきプレート１２の貫通穴１２ａと、支持プレート３２の貫通穴３２ａの位置をずらすことで、排気速度を調整することができる。例えば、穴あきプレート１２と垂直な軸回りに穴あきプレート１２又は支持プレート３２を回転させることで、貫通穴１２ａと貫通穴３２ａの重複面積が変化する。このように、貫通穴１２ａと貫通穴３２ａの重複面積を変えることで、排気速度を調整することができる。これにより、排気される気体の流量を所望の値に制御することができ、より確実に調整することができる。

実施の形態１、２において、穴あきプレート１２とウェハ１１の接触面積を小さくすることができる構成例について、図７を用いて説明する。図７は、穴あきプレート１２の上面を拡大して示す図である。ＳｉＣからなる穴あきプレート１２をブラスト加工することで、穴あきプレート１２の表面に複数の凹部４１を配列する。例えば、大きさが約３〜１０ｍｍの凹部４１とすることができる。凹部４１の深さは１００μｍとすることができる。そして、凹部４１の底面の一部に貫通穴１２ａを設ける。ここでは、凹部４１の中心に円形の貫通穴１２ａを形成している。貫通穴１２ａの径は、例えば、１〜３ｍｍ程度する。このように、穴あきプレート１２の表面をパターニングすることで、接触面積を小さくすることができ、より汚染を防ぐことができる。

シリコンウェハ以外の基板を真空吸着することもできる。例えば、反りの大きいＧａＮon Siウェハを吸着することも可能である。

１１ ウェハ
１２ 穴あきプレート
１２ａ 貫通穴
１３ 側壁
１５ 段差部
１６ 周縁部
１８ 排気口
１９ 底部
２０ 支持部
２１ 多孔質プレート
３１ シート部材
３２ 支持プレート
３２ａ 貫通穴

Claims (9)

1. 基板を吸引保持するチャック装置であって、
   両面を貫通する貫通穴を複数有し、基板を搭載する第１プレートと、
   前記第１プレートの前記基板搭載面以外の面を支持し、前記複数の貫通穴を介して前記基板に真空状態を伝達すると共に、コンダクタンスを制限する部材と、
   前記部材の細孔を介して排気を行う排気手段と、
   前記部材の前記第１プレートと反対側に配置され、複数の貫通穴を有する第２プレートと、を備え、
   前記排気手段が前記第２プレートの貫通穴を介して、前記基板を吸着し、
   前記部材が前記第１プレート及び第２プレートよりも薄いシート状のシート部材であるチャック装置。
2. 前記部材が、ＰＴＦＥメンブレンである請求項１に記載のチャック装置。
3. 前記第１プレートが脱着可能に載置される支持部をさらに備えた請求項１、又は２に記載のチャック装置。
4. 基板を吸引保持するチャック装置であって、
   両面を貫通する貫通穴を複数有し、基板を搭載する第１プレートと、
   前記第１プレートの前記基板搭載面以外の面を支持し、複数の前記貫通穴を介して前記基板に真空状態を伝達すると共に、コンダクタンスを制限する部材と、
   前記部材の細孔を介して排気を行う排気手段と、
   前記第１プレートが脱着可能に載置される支持部と、を備え、
   前記部材及び前記支持部の上面が前記第１プレートの載置面となり、かつ前記第１プレートを前記支持部から取り外すことができるように、前記第１プレートが被着部材を介さずに前記支持部及び前記部材の上に載置されているチャック装置。
5. 前記部材が多孔質セラミックプレートである請求項４に記載のチャック装置。
6. 前記第１プレートが稠密材料によって形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のチャック装置。
7. 前記部材が多孔質材料によって形成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載のチャック装置。
8. 前記部材が、コンダクタンスを制限するオリフィス、又は細孔を有している請求項１〜７のいずれか１項に記載のチャック装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のチャック装置を用いた基板のチャック方法。