JP6085152B2

JP6085152B2 - 真空チャック

Info

Publication number: JP6085152B2
Application number: JP2012256264A
Authority: JP
Inventors: 石田　弘徳; 弘徳石田; 梅津　基宏; 基宏梅津; 智浩石野
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2032-11-22
Also published as: JP2014103359A

Description

本発明は、半導体製造におけるシリコンウエハを吸着固定するための真空チャックに関する。

半導体製品の製造過程におけるシリコンウエハの露光工程では、当該シリコンウエハを固定するための吸着保持装置として、吸引孔を通じた真空吸引力を利用する真空チャックが使用されている。この工程では、固定されたシリコンウエハの平坦度が重要であるため、真空チャックの接触部の平坦度を実現するため、真空チャックはセラミックスまたはガラスにより作製される。シリコンウエハが４→６→８→１２インチと大型化するのに伴い、シリコンウエハを均一に吸着させるために吸引孔の数は増加する傾向にある。

シリコンウエハを保持する際に真空チャックとの接触に伴う摩耗に由来して発生するパーティクルがシリコンウエハの裏面に付着した場合、またはシリコンウエハの裏面に微小なスクラッチが発生した場合、シリコンウエハの平坦度が局所的に悪化するだけでなく、次工程での歩留まり低下の要因となる。そこで、半導体集積回路のさらなる微細化および高密度化の要請に鑑みて、ウエハに接触する複数のピンを設けて真空チャックと当該ウエハとの接触面積を小さくし、かつ、当該ピンのトップ形状を滑らかにすることが提案されている（特許文献１参照）。

特開平０９−２８３６０５号公報

しかし、真空チャックに複数のリブまたはピンが形成されているため、リブまたはピンの根元部分に当たる底面に形成されている吸引孔を通じた真空吸引によるウエハの吸着初期段階において、当該リブまたはピンの周辺で渦流が発生する可能性がある。また、当該真空吸引の停止によるウエハの離脱に際しても同様の現象が発生する可能性がある。このため、ウエハが振動（微小振動）し、ウエハとピントップとの摺動によってパーティクルが発生する可能性がある。さらに、乱流により真空チャックの底面に滞留していたパーティクルを巻き上げられる。

そこで、本発明は、上記渦流の発生頻度の低減を図りうる真空チャックを提供する。

本発明の静電チャックは、基体と、前記基体の上面から上方に均一に突出してトップにおいてウエハに当接する複数のピンと、前記基体の上面から前記基体を貫通して真空吸引装置に接続される吸引孔とを備え、緻密質セラミックスまたはガラスにより構成されている真空チャックであって、前記基体の上面の表面粗さＲａ（１）と、前記吸引孔の表面粗さＲａ（２）との組み合わせを表わすプロットが、Ｒａ（１）≦０．３［μｍ］およびＲａ（２）≦０．８［μｍ］により表わされる指定範囲に含まれ、前記吸引孔の横断面が円形状であり、前記ピンの突出高さｂの前記吸引孔の径ａに対する比が０．５以下であり、かつ、前記ピンのトップの表面粗さが０．１［μｍ］以下であることを特徴とする。

本発明の真空チャックによれば、特にウエハの吸着初期段階および離脱段階におけるピン周辺の渦流の発生頻度を低下させ、その結果としてウエハの振動およびこれに由来するパーティクルの発生頻度の低下を図ることができる。

本発明の一実施形態としての真空チャックの上面図。図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。真空チャックの上面および吸引孔の表面粗さの相関関係に関する説明図。

（真空チャックの構成）
図１および図２に示されている本発明の一実施形態としての真空チャックは、略円盤状の基体１と、基体１の縁部に沿って上面１０から上方に円環状に突出しているリブ１１と、基体１の上面１０から上方に突出している複数のピン１２と、基体１の上面１０から基体１を上下に貫通して真空吸引装置（図示略）に接続される複数の吸引孔２０とを備えている。真空チャックは、緻密質セラミックスまたはガラスにより構成されている。

図１および図２におけるピン１２の大きさ（太くかつ高く）および相互間隔のそれぞれは、当該ピン１２の存在を顕在化させるために基体１の大きさ（径および厚さ）に鑑みて、実際よりも大きく示されている。ピン１２の大きさおよび相互間隔は、図示されている形態とは異なるさまざまな形態をとることができる。

複数のピン１２は、静電チャックの上面図において、三角格子の各格子点の配置のように、一または複数の方向について並進対称性を有するように規則的に配置されている。吸引孔２０の横断面は略円形状である。ピン１２の高さｂの吸引孔２０の径ａに対する比（ｂ／ａ）が０．５以下に設定されている。

基体１の上面１０の表面粗さＲａ（１）と、吸引孔２０の表面粗さＲａ（２）との組み合わせを表わすプロットが、図３に示されている実線により画定される、Ｒａ（１）≦０．９［μｍ］およびＲａ（２）≦１．４［μｍ］により表わされる指定範囲Ｃに含まれている。ピン１２のトップの表面粗さＲａは０．１［μｍ］以下に調節されている。

（真空チャックの製造方法）
図１に示されている構成の真空チャックは、以下の手順にしたがって製造される。

略円盤状の緻密質セラミックス焼結体またはガラス製の基体１が作製または準備される。緻密質セラミックスとしては、気孔率が０．１％以下の焼結体が用いられ、静電チャックが軽量かつ高剛性であることが要求される場合、炭化珪素または炭化ホウ素が用いられることが好ましい。静電チャックの熱膨張を抑制する観点からは、低熱膨張ガラスまたは低熱膨張セラミックスが採用されることが好ましい。

基体１の上面が平面加工された上で、さらにブラスト加工、マシニング加工またはエッチング加工等が施されることにより、リブ１１および複数のピン１２が形成される。基体１にドリル加工が施されることにより吸引孔２０が形成される。セラミックス成形体に吸引孔が形成された上で、当該成形体が焼成されることにより、吸引孔２０があらかじめ形成されているセラミックス焼結体が基体１として作製されてもよい。

基体１の上面１０の表面粗さＲａ（１）は、ブラスト加工に際して使用する研磨剤の性状および噴射圧力の制御、さらに必要に応じてウェットブラストまたは流体研磨の付加によって調節される。ピン１２のトップの表面粗さＲａは、一般的なセラミックスの表面粗さの調整方法が適用できる。例えば平面研削やラップによって調整され、平面研削においては砥石の粒度や集中度や加工機の切り込み量で調整される。ラップであれば砥粒の材質または粒度、基体１に負荷する荷重によって調整される。吸引孔２０の表面粗さＲａ（２）は、たとえば電着砥石の粒度および集中度、ならびに回転数の制御、さらに必要に応じてウェットブラストまたは流体研磨の付加によって調節される。

（実施例）
炭化珪素の粉末に、ホウ素を含有する化合物および炭素を含有する化合物が添加され、分散剤、バインダおよび溶媒が加えられた上で、当該原料がミルを用いて混合されることでスラリーが得られる。このスラリーを用いてスプレードライ法により得られた顆粒がＣＩＰにより成形されることにより成形体が作製される。ＣＩＰに代えてまたは先立って金型を用いて顆粒がプレス成形されてもよい。成形体が所定の形状に加工された上で、真空またはアルゴン雰囲気中で焼成されることにより、略円盤状（φ３００［ｍｍ］×ｔ１０［ｍｍ］）の基体１が作製される。

この基体１に対して前記のように加工が施されることにより、リブ１１、ピン１２および吸引孔２０が形成される。リブはφ２９８〜２９９［ｍｍ］の範囲に形成された。ピン１２の径はφ０．５［ｍｍ］に調節され、ピン１２の高さｂは５［ｍｍ］に調節された。ピン１２はピッチ５［ｍｍ］の三角格子の格子点を構成するように配置された。吸引孔５は、基体１の中心位置（ｒ＝０）、およびｒ＝１００［ｍｍ］の円周上にあって均等に離間した４つの位置のそれぞれに計５つ形成された。吸引孔２０の径ａは１０［ｍｍ］に調節された。

表１に示されているように、基体１の上面１０の表面粗さＲａ（１）、吸引孔２０の表面粗さＲａ（２）、ピントップ表面粗さＲａおよびピン１２の高さｂの吸引孔２０の径ａに対する比のそれぞれが異なる実施例１〜１６の静電チャックが作製された。

基体１の上面１０（ピン底面）の表面粗さＲａ（１）およびピントップの表面粗さＲａは、触針式の表面粗さ計を用いて測定された。基体１と同一条件で作成された試験片に、吸引孔２０と同径の孔が形成され、当該孔の表面が露出するように試験片が切断された上で、触針式の表面粗さ計を用いて、当該孔表面の表面粗さが吸引孔２０の表面粗さＲａ（２）として測定された。

図３のＲａ（１）−Ｒａ（２）平面には、各実施例の真空チャックの基体１の上面１０の表面粗さＲａ（１）および吸引孔２０の表面粗さＲａ（２）の組み合わせが丸付き数字（数字は該当数番の実施例を示す。）によりプロットされている。図３に示されている実線で画定されている指定範囲Ｃに実施例１〜１６のプロットが含まれている。図３に示されている一点鎖線で画定されている第１指定範囲Ｃ１（指定範囲Ｃの一部）に実施例１〜１１のプロットが含まれている。図３に示されている二点鎖線で画定されている第２指定範囲Ｃ２（第１指定範囲Ｃ１の一部）に実施例１〜５のプロットが含まれている。

（比較例）
表１に示されているように、基体１の上面１０の表面粗さＲａ（１）、吸引孔２０の表面粗さＲａ（２）、ピントップ表面粗さＲａおよびピン１２の高さｂの吸引孔２０の径ａに対する比のそれぞれが異なる比較例１〜９の静電チャックが作製された。

図３のＲａ（１）−Ｒａ（２）平面には、各比較例の真空チャックの基体１の上面１０の表面粗さＲａ（１）および吸引孔２０の表面粗さＲａ（２）の組み合わせが四角付き数字（数字は該当数番の比較例を示す。）によりプロットされている。図３に示されている指定範囲Ｃから比較例１〜７のプロットが外れている。

各実施例および各比較例の真空チャックに１２インチのシリコンウエハがピン１２と当接するように載置され、吸引孔２０に接続されている真空吸引装置（真空ポンプ）を作動させて、ウエハを真空チャックに吸着させた。その後、真空吸引装置の作動を停止させて吸引孔２０の内部を大気圧に戻してウエハを離脱させた。そして、レーザー散乱方式のウエハ表面検査装置を用いて、ウエハの真空チャックに吸着された側の面に付着した１［μｍ］以上のパーティクルの数が計測された。表１には当該測定結果が示されている。

表１および図３から、次のことがわかる。すなわち、プロットが指定範囲Ｃに含まれている実施例１〜１６の真空チャックによれば、ウエハ付着パーティクル数が２５００以下である。プロットが第１指定範囲Ｃ１に含まれている実施例１〜１１の真空チャックによれば、ウエハ付着パーティクル数が少なく１０００以下である。プロットが第２指定範囲Ｃ２に含まれている実施例１〜５の真空チャックによれば、ウエハ付着パーティクル数がさらに少なく３５０以下である。その一方、プロットが指定範囲Ｃから外れている比較例１〜７の真空チャックによれば、ウエハ付着パーティクル数が２５００を超えている。

ピントップの表面粗さＲａが０．１［μｍ］より大きい０．４［μｍ］であるほか、実施例５と同じ構成の比較例８の静電チャックによれば、ウエハ付着パーティクル数が２５００を超えている。当該比（ｂ／ａ）が０．５より大きい０．７であるほか、実施例５と同じ構成の比較例９の静電チャックによれば、ウエハ付着パーティクル数が実施例５よりも著しく増加している。

当該事実は、本発明の実施例１〜１６の真空チャックによれば、ウエハの吸着初期段階および離脱段階におけるピン１２（およびリブ１１）周辺の渦流の発生頻度を低下させ、その結果としてウエハの振動およびこれに由来するパーティクルの発生頻度の低下が図られていることを示している。

１‥基体、１０‥上面、１１‥リブ、１２‥ピン、２０‥吸引孔。

Claims

基体と、前記基体の上面から上方に均一に突出してトップにおいてウエハに当接する複数のピンと、前記基体の上面から前記基体を貫通して真空吸引装置に接続される吸引孔とを備え、緻密質セラミックスまたはガラスにより構成されている真空チャックであって、
前記基体の上面の表面粗さＲａ（１）と、前記吸引孔の表面粗さＲａ（２）との組み合わせを表わすプロットが、Ｒａ（１）≦０．３［μｍ］およびＲａ（２）≦０．８［μｍ］により表わされる指定範囲に含まれ、
前記吸引孔の横断面が円形状であり、前記ピンの突出高さｂの前記吸引孔の径ａに対する比が０．５以下であり、かつ、
前記ピンのトップの表面粗さが０．１［μｍ］以下であることを特徴とする真空チャック。