JP6546550B2 - 真空吸着部材および真空吸着方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハなどの基板を真空吸着保持するための技術に関する。

基体の外縁に、弾性材料（たとえばゴム）からなり、下から上にかけて徐々に外側に広がるように形成されているスカート状のシール部材が設けられたウエハ加工機の吸着盤構造が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

当該構成の吸着盤構造によれば、ウエハに反り、うねりまたは段差がある場合でも、シール部材の上端部をその全周にわたって当該ウエハに当接させ、ウエハと吸着面との間隙に密閉領域が形成される。このためウエハの反り等によって基体との間に本来的に生じる間隙の影響を解消して、当該密閉領域を負圧として当該ウエハを吸着保持可能としている。

特開平０７−３０８８５６号公報

しかし、撓みまたは反りの程度が大きいウエハは、基板が真空吸着部材に搬送された際、当該基板の反りや変形により真空吸着部材とは点当たりまたは面当たりの状態になっており、この状態から真空ポンプ等で吸引を開始すると、前記空間の減圧によって吸着保持された段階で位置ずれを生じる頻度が高かった。

そこで、本発明は、撓みまたは反りの程度が大きいウエハの吸着保持時における位置ずれを抑制しうる真空吸着部材および真空吸着方法を提供することを目的とする。

本発明は、上面から環状に窪んでいる環状溝部が形成され、かつ、前記環状溝部の内側において上面の上方空間に連通する通気路が内部に形成されている基体と、前記基体の上面から上部が環状に突出した状態で前記環状溝部に下部が収容されている、弾性素材からなる環状リブと、を備えている真空吸着部材であって、前記真空吸着部材の上面側に基板が載置されている状態から、前記通気路を通じて前記基体、前記環状リブおよび前記基板により画定される空間が減圧されることにより、前記基板が吸着保持されるものに関する。本発明は、さらに、前記真空吸着部材を用いて、基板を吸着保持する方法に関する。

本発明の真空吸着部材は、前記環状溝部の内側において前記基板の中央部に対応して上面から環状に窪んでいる補助環状溝部が前記基体に形成され、前記通気路の一部が前記補助環状溝部の内側において前記基体の上面の上方空間に連通するように前記基体の内部に形成され、前記基体の上面から上部が環状に突出した状態で前記補助環状溝部に下部が収容されている、弾性素材からなる補助環状リブをさらに備え、前記環状リブ及び前記補助環状リブの上部が、前記環状リブ及び前記補助環状リブの下部から全周にわたって外側に傾斜して延在し、且つ、前記環状溝部及び前記補助環状溝部が、環状に延在する第１溝部と前記基体の径方向外側に前記第１溝部の上部を拡張するよう環状に延在する第２溝部とにより構成され、前記環状リブ及び前記補助環状リブの上部が弾性変形した時に前記環状リブ及び前記補助環状リブの少なくとも上部の一部が前記第２溝部に収容される第１の構成と、前記環状リブ及び前記補助環状リブの上部が、前記環状リブ及び前記補助環状リブの下部から全周にわたって内側に傾斜して延在し、且つ、前記環状溝部及び前記補助環状溝部が、環状に延在する第１溝部と前記基体の径方向内側に前記第１溝部の上部を拡張するよう環状に延在する第２溝部とにより構成され、前記環状リブ及び前記補助環状リブの上部が弾性変形した時に前記環状リブ及び前記補助環状リブの少なくとも上部の一部が前記第２溝部に収容される第２の構成と、の一方を有することを特徴とする。

本発明の真空吸着方法は、前記環状リブの環状の上端のうち周方向に沿って少なくとも部分的に前記基板の下面が当接するように前記基板を前記真空吸着部材に載置する工程と、前記基板の中央部に対して下方に外力を作用させる工程と、前記通気路を通じて前記基体および前記基板の間の空間を減圧する工程と、を含んでいることを特徴とする。本発明の真空吸着方法において、本発明の真空吸着部材を前記真空吸着部材として用い、前記通気路の一部を通じて前記補助環状リブの内側における前記基体および前記基板の間の空間を減圧する工程を、前記基板の中央部に対して下方に外力を作用させる工程として含んでいることが好ましい。

本発明の真空吸着部材によれば、基板が基体の上面側に載置されることにより、環状リブおよび補助環状リブが基板の重みによって弾性変形し、周方向の少なくとも一部において基板の下面に当接する。この状態で、基体の上面、基板の下面および補助環状リブの内側面により囲まれている空間（内側空間）が、一部の通気路を通じて減圧されることにより、基板の中央部分の姿勢が局所的に平坦に矯正かつ維持された状態で基体に固定される。続いて、基体の上面、基板の下面、補助環状リブの外側面および環状リブの内側面により囲まれている空間（外側空間）が、他の通気路を通じて減圧されることにより、基板の中央部分より外側にある周辺部分の姿勢が平坦に矯正かつ維持された状態で基体に固定される。この結果、撓み量または反り量が比較的大きい基板であっても、位置ずれを伴うことなく真空吸着部材に吸着保持されうる。

本発明の真空吸着方法によれば、前記のような内部空間の減圧のほか、基板の中央部に対してその上方から空気の吹き付けまたは治具による押圧などにより下方への外力を作用させた上で、外部空間が減圧されてもよい。この場合も同様に、撓み量または反り量が比較的大きい基板であっても、位置ずれを伴うことなく真空吸着部材に吸着保持されうる。

本発明の一実施形態としての真空吸着部材の構成説明図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。 環状溝部および環状リブの構成説明図。 環状溝部および環状リブの構成説明図。 真空吸着部材を用いたウエハの真空吸着方法に関する説明図。 真空吸着部材を用いたウエハの真空吸着方法に関する説明図。

（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吸着部材は、ウエハＷ（基板）を上面側に吸着保持するための基体１を備えている。基体１は、略円板状のセラミックス焼結体により形成されている。基体１の形状は、略円板状のほか、多角形板状または楕円板状などのさまざまな形状であってもよい。

基体１には上面に開口している複数の通気路として第１通気路１０１および第２通気路１０２が形成されている。第１通気路１０１および第２通気路１０２のそれぞれは共通または別個の真空吸引装置（図示略）に接続されている。

第１通気路１０１および第２通気路１０２のそれぞれの基体１の上面における開口の数および位置は、第１通気路１０１の当該開口が、内側環状溝部１１の内側領域に配置され、第２通気路１０２の当該開口は、内側環状溝部１１の外側かつ外側環状溝部１２の内側領域に配置されているという条件下で任意に変更されてもよい。第１通気路１０１および第２通気路１０２のそれぞれは、基体１の上下方向の貫通孔により構成されるほか、基体１の内部を通る経路または基体１の下面（裏面）に延在する溝により構成されてもよい。基体１の下面に溝が形成されている場合、基体１が基台（図示略）の上面に接合されることにより、当該溝が通気路の一部を構成する。

基体１には、その上面から突出している複数の凸部１０と、基体１の中央部においてその上面から円環状に窪んでいる内側環状溝部１１（補助環状溝部）と、基体１の外周縁部においてその上面から円環状に窪んでいる外側環状溝部１２と、が形成されている。内側環状溝部１１には、円環状の内側環状リブ２１が嵌装されている。外側環状溝部１２には、円環状の外側環状リブ２２が嵌装されている。図１および図２では真空吸着部材の構成の明確化のため、凸部１０、内側環状溝部１１、外側環状溝部１２、第１環状リブ２１および第２環状リブ２２はデフォルトされており、各構成要素の断面図におけるアスペクト比のほか、幅または高さと相互の間隔との比率などは実際とは異なる。

基体１には、ウエハＷを昇降させて基体１の上面とウエハＷの下面との間隔を調節するためのリフトピンが通る複数の貫通孔が形成されていてもよい（図示略）。

複数の凸部１０は、基体１の中心を中心とする同心円状に周方向および径方向に一定の間隔をおいて配置されている。複数の凸部１０は、三角格子状、正方格子状などのそのほかの態様で規則的に配置されるほか、周方向または径方向に局所的に疎密の差が生じるように局所的に不規則的に配置されてもよい。凸部１０の間隔またはピッチは、例えば８［ｍｍ］以下、好ましくは６［ｍｍ］、さらに好ましくは４［ｍｍ］以下になるように設計されている。凸部１０の基体１の上面からの突出量はたとえば５０〜２００［μｍ］の範囲に含まれるように設計されている。

凸部１０は円柱状、角柱状等の柱状のほか、円錐台状、角錐台状等の錘台状、下部よりも上部の断面積が小さくなるような段差付きの柱状または錘台状などの形状に形成される。凸部１０の上端部（ウエハＷとの当接部分）の径は５００［μｍ］以下となるように設計される。凸部１０の上端部（ウエハＷとの当接部分）の表面粗さＲａは０．０１〜０．５０［μｍ］の範囲に含まれるように設計されている。

内側環状溝部１１は、ウエハＷの中央部（例えば、半径ＲのウエハＷの中心からの距離が０．１Ｒ以下、０．２５Ｒ以下、または０．４Ｒ以下である領域を意味する。）に対応する位置に形成されている。内側環状溝部１１は、第１通気路１０１およびその周囲に存在する凸部１０を取り囲んでいる。外側環状溝部１２は、ウエハＷの外周縁部（例えば、半径ＲのウエハＷの中心からの距離が０．９Ｒ以上または０．９５Ｒ以上である領域を意味する。）に対応する位置に形成されている。外側環状溝部１２は、内側環状溝部１１の外側にある第２通気路１０２および凸部１０を取り囲んでいる。

内側環状溝部１１および外側環状溝部１２のそれぞれの基体１の上面図における形状（図１参照）、基体１の横断面図における形状（図２参照）、（基体１の径方向の）幅および深さは、そこに嵌装される内側環状リブ２１および外側環状リブ２２のそれぞれの形状およびサイズなどに応じて様々に設計されうる。

内側環状リブ２１は、その下部が内側環状溝部１１に収容されている一方で、その上部が基体１の上面よりも上方に突出している。外側環状リブ２２は、その下部が外側環状溝部１２に収容されている一方で、その上部が基体１の上面よりも上方に突出している。

内側環状リブ２１および外側環状リブ２２のそれぞれは、シリコンゴムまたはスポンジ様の多孔質体などの弾性を有する素材または合成樹脂により構成されている。内側環状リブ２１および外側環状リブ２２のそれぞれは、ウエハＷが真空吸着部材の上面側に載置された際、その荷重によって下方に弾性変形する一方、この荷重から解放された場合には元の形状に戻るような弾性を有している。

図３Ａの例によれば、外側環状溝部１２が、断面形状が略台形状である環状に延在する第１溝部１２１と、基体１の径方向外側に第１溝部１２１の上部を拡張するように環状に延在する第２溝部１２２と、により構成されている。外側環状リブ２２が、第１溝部１２１に嵌装または嵌合される環状の下部２２１と、下部２２１の上端内側領域から全周にわたって外側に傾斜して延在する環状フラップ上の上部２２２と、により構成されている。ウエハＷの荷重によって上部２２２が下部２２１に対して外側に倒れるように外側環状リブ２２が弾性変形し、少なくとも当該上部２２２の一部が第２溝部１２２に収容される。外側環状リブ２２のこのような弾性変形を容易にするため、上部２２２の根元が全周にわたり肉薄に形成されている。

図３Ｂの例によれば、外側環状溝部１２が、断面形状が略台形状である環状に延在する第１溝部１２１と、基体１の径方向内側に第１溝部１２１の上部を拡張するように環状に延在する第２溝部１２２と、により構成されている。外側環状リブ２２が、第１溝部１２１に嵌装または嵌合される環状の下部２２１と、下部２２１の上端外側領域から全周にわたって内側に傾斜して延在する環状フラップ上の上部２２２と、により構成されている。ウエハＷの荷重によって上部２２２が下部２２１に対して内側に倒れるように外側環状リブ２２が弾性変形し、少なくとも当該上部２２２の一部が第２溝部１２２に収容される。外側環状リブ２２のこのような弾性変形を容易にするため、上部２２２の根元が全周にわたり肉薄に形成されている。

内側環状溝部１１および内側環状リブ２１も、図３Ａおよび図３Ｂに示されているのと同様に構成されていてもよい。

（作製方法）
前記構成の真空吸着部材は、たとえば次のような手順で作製される。すなわち、原料粉末から略円板状の成形体が作製され、この成形体が焼成されることで略円板状の焼結体が作製される。原料粉末としては、たとえば純度９７％以上の炭化ケイ素、必要に応じてこれに適量の焼結助剤が添加された混合原料粉末が用いられる。そのほか、アルミナ粉末等、他のセラミックス粉末が原料粉末として用いられてもよい。そのうえで、当該焼結体に複数の凸部１０、内側環状溝部１１、外側環状溝部１２、第１通気路１０１および第２通気路１０２がブラスト加工またはミリング加工などの適当な加工法にしたがって形成される。そして、内側環状溝部１１および外側環状溝部１２のそれぞれに対して、内側環状リブ２１および外側環状リブ２２のそれぞれが嵌装される。前記工程によって前記構成の真空吸着部材１が作製される。

（機能）
前記構成の真空吸着部材によれば、ウエハＷが基体１の上面側に載置されることにより、内側環状リブ２１（補助環状リブ）および外側環状リブ２２がウエハＷの重みによって弾性変形し、周方向の少なくとも一部においてウエハＷの下面に当接する（図２参照）。

この状態で、図４Ａに示されているように、基体１の上面、ウエハＷの下面および内側環状リブ２１の内側面により囲まれている内側空間Ｓ１が、第１通気路１０１を通じて減圧されることにより、ウエハＷの中央部分の姿勢が局所的に平坦に矯正または維持される。

続いて、図４Ｂに示されているように、基体１の上面、ウエハＷの下面、内側環状リブ２１の外側面および外側環状リブ２２の内側面により囲まれている外側空間Ｓ２が、第２通気路１０２を通じて減圧されることにより、ウエハＷの中央部分より外側にある周辺部分の姿勢が平坦に矯正または維持される。

この結果、撓み量または反り量が比較的大きいウエハＷであっても、位置ズレを伴うことなく平坦性が確保されるような形態で真空吸着部材に吸着保持されうる。

なお、第１通気路１０１および第２通気路１０２のそれぞれが別個の真空吸引装置により減圧される場合、当該別個の真空吸引装置の動作タイミング（または各経路に設けられた開閉弁の開放タイミング）を調節することにより、内側空間Ｓ１および外側空間Ｓ２が順に減圧される。第１通気路１０１および第２通気路１０２のそれぞれが共通の真空吸引装置により減圧される場合、真空吸引装置と第２通気路１０２との接続経路に開閉弁が設置され、当該真空吸引装置の動作タイミングと当該開閉弁の開放タイミングとを調節することにより、内側空間Ｓ１および外側空間Ｓ２が順に減圧される。第１通気路１０１および第２通気路１０２のそれぞれが共通の真空吸引装置により減圧される場合、真空吸引装置と第１通気路１０１の上面開口との間の経路が、真空吸引装置と第２通気路１０２の上面開口との間の経路よりも距離が短い等、流体抵抗の高低差が設けられることにより、内側空間Ｓ１および外側空間Ｓ２が順に減圧されてもよい。

１‥基体、１０‥凸部、１１‥内側環状溝部（補助環状溝部）、１２‥外側環状溝部、２１‥内側環状リブ（補助環状リブ）、２２‥外側環状リブ、１０１‥第１通気路、１０２‥第２通気路、Ｗ‥ウエハ（基板）。

Claims (3)

1. 上面から環状に窪んでいる環状溝部が形成され、かつ、前記環状溝部の内側において上面を通じて外部に連通する通気路が内部に形成されている基体と、
   前記基体の上面から上部が環状に突出した状態で前記環状溝部に下部が収容されている、弾性素材からなる環状リブと、を備えている真空吸着部材であって、
   前記真空吸着部材の上面側に基板が載置されている状態から、前記通気路を通じて前記基体、前記環状リブおよび前記基板により画定される空間が減圧されることにより、前記基板が吸着保持されるものにおいて、
   前記環状溝部の内側において前記基板の中央部に対応して上面から環状に窪んでいる補助環状溝部が前記基体に形成され、
   前記通気路の一部が前記補助環状溝部の内側において前記基体の上面の上方空間に連通するように前記基体の内部に形成され、
   前記基体の上面から上部が環状に突出した状態で前記補助環状溝部に下部が収容されている、弾性素材からなる補助環状リブをさらに備え、
   前記環状リブ及び前記補助環状リブの上部が、前記環状リブ及び前記補助環状リブの下部から全周にわたって外側に傾斜して延在し、且つ、前記環状溝部及び前記補助環状溝部が、環状に延在する第１溝部と前記基体の径方向外側に前記第１溝部の上部を拡張するよう環状に延在する第２溝部とにより構成され、前記環状リブ及び前記補助環状リブの上部が弾性変形した時に前記環状リブ及び前記補助環状リブの少なくとも上部の一部が前記第２溝部に収容される第１の構成と、
   前記環状リブ及び前記補助環状リブの上部が、前記環状リブ及び前記補助環状リブの下部から全周にわたって内側に傾斜して延在し、且つ、前記環状溝部及び前記補助環状溝部が、環状に延在する第１溝部と前記基体の径方向内側に前記第１溝部の上部を拡張するよう環状に延在する第２溝部とにより構成され、前記環状リブ及び前記補助環状リブの上部が弾性変形した時に前記環状リブ及び前記補助環状リブの少なくとも上部の一部が前記第２溝部に収容される第２の構成と、
   の一方を有することを特徴とする真空吸着部材。
   
2. 請求項１記載の真空吸着部材を用いて、基板を吸着保持する方法であって、
   前記環状リブの環状の上端のうち周方向に沿って少なくとも部分的に前記基板の下面が当接するように前記基板を前記真空吸着部材に載置する工程と、
   前記基板の中央部に対して下方に外力を作用させる工程と、
   前記通気路を通じて前記基体および前記基板の間の空間を減圧する工程と、を含んでいることを特徴とする真空吸着方法。
3. 請求項２記載の真空吸着方法において、請求項１記載の真空吸着部材を前記真空吸着部材として用い、前記通気路の一部を通じて前記補助環状リブの内側における前記基体および前記基板の間の空間を減圧する工程を、前記基板の中央部に対して下方に外力を作用させる工程として含んでいることを特徴とする真空吸着方法。