JP6934335B2 - 真空吸着部材 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板または液晶用ガラス基板など基板を吸着保持するために用いられる真空吸着部材に関する。

露光機などの半導体製造装置において、ウエハの均一な吸着のため、例えば多孔質部材からなる載置部が、樹脂またはガラスなどの接着剤により緻密質部材からなる支持部に接合されることで構成された真空吸着部材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。当該真空吸着部材によれば、支持部に形成された吸気孔および載置部を通じて、当該載置部に載置されたウエハに対して真空吸着力を作用させる。

特開２００５−２０５５０７号公報

しかし、一般的にウエハに対して真空吸着力が作用するタイミングが載置面の場所ごとに相違し、しかも当該タイミングの分布が不規則的であるため、吸着保持されたウエハにしわが寄ったり撓みが残ったままであったりなど、ウエハの平坦性が損なわれる可能性がある。特に、載置面から貫通孔までの距離の長短に応じて、真空吸着力が作用するタイミングが異なるため、ウエハの平坦性が損なわれる場合がある。

そこで、本発明は、基板に対する真空吸着力を作用させるタイミングの分布態様を制御し得る真空吸着部材を提供することにある。

本発明は、周囲よりも下方に窪んでいる凹部と、前記凹部に連通する貫通孔と、が形成されている緻密質部材と、前記緻密質部材の前記凹部に収容された状態で少なくとも側面が全周にわたり前記緻密質部材に対して接合されている多孔質部材と、を備え、前記多孔質部材の平坦な上面に載置された基板に対して、前記貫通孔と、前記緻密質部材の前記凹部の底面および前記多孔質部材の下面の間隙により上下が画定されている１次真空経路と、前記多孔質部材の気孔の連通により構成される２次真空経路と、を通じて真空吸引力を作用させて、当該基板を吸着保持するための真空吸着部材に関する。

本発明の真空吸着部材は、前記貫通孔を基準とした前記多孔質部材の上面における真空経路の抵抗の分布態様が所望の分布態様になるように、前記多孔質部材の厚さが連続的もしくは断続的または局所的に変化するように前記多孔質部材が形成されており、前記多孔質部材の下面は、曲面である部分を有していることを特徴とする。

本発明の真空吸着部材によれば、貫通孔→１次真空経路→２次真空経路の順に負圧が発現し、多孔質部材の上面に載置されている基板に対して真空吸着力が作用する。多孔質部材の厚さが連続的もしくは断続的または局所的に変化するように、多孔質部材が形成されている。これにより、貫通孔を基準とした多孔質部材の上面までの真空経路の抵抗の当該上面における分布態様が所望の分布態様に設計されている。多孔質部材の上面、すなわち載置面において当該抵抗が低い場所であるほど、当該上面に載置された基板に対して早く真空吸着力を作用させることができる。よって、多孔質部材の上面に載置された基板に対する真空吸着力を作用させるタイミングの分布態様が制御され得る。

本発明の真空吸着部材において、前記多孔質部材が、前記１次真空経路の少なくとも一部に接している領域において、基準箇所から連続的または断続的に厚さが変化するように形成されていることが好ましい。

当該構成の真空吸着部材によれば、多孔質部材のうち１次真空経路の少なくとも一部に接している領域において、多孔質部材の厚み方向について２次真空経路の抵抗が基準箇所から連続的または断続的に変化するように構成されている。このため、例えば、多孔質部材のうち当該領域において、基準箇所から他の箇所に向かってまたは他の箇所から基準箇所に向かってウエハの真空吸着力が時系列的にまたは徐々に作用するように、基板に対する真空吸着力を作用させるタイミングの分布態様が制御され得る。

本発明の真空吸着部材において、前記１次真空経路が、前記緻密質部材の前記凹部の底面および前記凹部の底面から全体的に離間している前記多孔質部材の下面により上下が画定されることにより構成され、前記多孔質部材が、前記基準箇所としての中央箇所から外側に向かって連続的または断続的に厚さが減少または増加するように形成されていることが好ましい。

当該構成の真空吸着部材によれば、多孔質部材において基準箇所である中央箇所から全方位について外側に向かって、または、外側から中央箇所に向かってウエハの真空吸着力が時系列的にまたは徐々に作用するように、基板に対する真空吸着力を作用させるタイミングの分布態様が制御され得る。

本発明の真空吸着部材において、前記多孔質部材の下面が、前記１次真空経路に面している領域と、前記凹部の底面に接している領域と、に区分され、前記多孔質部材が、前記１次真空経路に面している領域と、前記凹部の底面に接している領域と、において厚さが相違するように形成されていることが好ましい。

当該構成の真空吸着部材によれば、多孔質部材において、１次真空経路に面している領域と、凹部の底面に接している領域と、のそれぞれにおいて多孔質部材の連通孔により構成される２次真空経路の抵抗が制御され得る。これにより、当該２つの領域のそれぞれにおいて基板に真空吸着力を作用させるタイミングの分布態様が調節され得る。

本発明の真空吸着部材において、前記緻密質部材の前記凹部の底面に溝部が形成され、前記１次真空経路が、前記溝部の底面および側面、ならびに、前記多孔質部材の下面により画定され、前記多孔質部材が、前記１次真空経路に面している領域において、前記溝部の上部に挿入されるように前記凹部の底面に接している領域よりも厚く形成されていることが好ましい。

当該構成の真空吸着部材によれば、１次真空経路に接している多孔質部材の領域における２次真空経路の抵抗と、それ以外の領域、特に、１次真空経路の周辺の領域における２次真空経路の抵抗と、の差の低減が図られる。

本発明の第１実施形態としての真空吸着部材の上方斜視図。 本発明の第１実施形態としての真空吸着部材の下方斜視図。 図１ＡのＩＩ平面における真空吸着部材の縦断面図。 １次および２次真空経路の抵抗の変化態様の第１例示図。 １次および２次真空経路の抵抗の変化態様の第２例示図。 多孔質部材の上面における真空吸着力の発現態様に関する説明図。 第１経路要素に関する説明図。 第２経路要素に関する説明図。 本発明の第２実施形態としての真空吸着部材の構成に関する説明図。 本発明の第３実施形態としての真空吸着部材の構成に関する説明図。 １次および２次真空経路を通じた真空吸引抵抗の変化態様の第１例示図。

（第１実施形態）
（構成）
図１Ａに上方斜視図が示され、かつ、図１Ｂに下方斜視図が示されている本発明の第１実施形態としての真空吸着部材は、緻密質部材１と、多孔質部材２と、を備えている。

緻密質部材１は、略平板形状（例えば円盤形状）のアルミナ、窒化珪素、炭化珪素およびジルコニアから選ばれるセラミックス焼結体により構成されている。緻密質部材１には、中央部に円形の凹部１２を備え、凹部１２の直径は例えば約３００ｍｍである。凹部１２の底面の中央部に開口部を有する貫通孔１１が形成されている。凹部１２の底面は、周縁部から中央部に向かって徐々に低くなるような凹曲面状に形成されている。

多孔質部材２は、構成する成分がアルミナ、アルミナおよびガラスの焼結体、または、炭化珪素およびガラスの焼結体からなり、複数の連通孔を備えた多孔質体により構成されている。多孔質部材２の連通孔が２次真空経路を構成し、例えば、平均気孔径が１０〜１５０μｍになり、気孔率が２０〜４０％である。多孔質部材２の平均気孔径および気孔率は、構成する成分の平均粒子径が選択されることで適宜調節されてもよい。

多孔質部材２は、表面（上面）、軸線方向（Ｚ方向）について当該表面に対向する裏面（下面）、ならびに、表面および裏面のそれぞれの周縁と上端縁および下端縁を共通にする側面を有する略円盤状である。図２に模式的に示されているように、表面は平坦な載置面であり、裏面は中央部から周縁部にかけて連続的に厚さが増えるような略球面状または曲面状に形成され、載置面とは異なり平面ではなく、中央部が膨らんだ形状である。多孔質部材２は、緻密質部材１の凹部１２に収容され、多孔質部材２の裏面が全体的に凹部１２の底面から離間している状態で、側面が全周にわたり緻密質部材１に対して接合されている。

（真空吸着部材の製造方法）
多孔質部材２の原料粉末であるアルミナ粉末およびガラス粉末、または、炭化珪素粉末およびガラス粉末に、水またはアルコールを加えて混合して調整されたスラリーが、緻密質部材１の凹部１２に充填される。貫通孔１１および凹部１２のうち１次真空経路を構成する部分には樹脂等の焼失部材により予め閉塞または充填されている。緻密質部材１の凹部１２に充填されたスラリーが十分に乾燥された後、ガラスの軟化点以上の温度で焼成される。これにより、消失部材が焼失し、緻密質部材１の凹部１２に収容され、多孔質部材２の裏面が全体的に凹部１２の底面から離間している状態で、多孔質部材２の側面が全周にわたり緻密質部材１に対して接合されている多孔質部材２が形成される。

なお、緻密質部材１および多孔質部材２のそれぞれが個別に焼成によって作製された後、ガラスまたはガラスおよびセラミックスに由来する接合剤を緻密質部材１の凹部１２および多孔質部材２の間に介在させた状態で緻密質部材１の凹部１２に多孔質部材２を嵌め込み、加熱処理を施すことにより当該接合剤由来の接合層によって緻密質部材１および多孔質部材２が接合されてもよい。

（作用・効果）
本発明の第１実施形態としての真空吸着部材によれば、多孔質部材２の平坦な載置面（表面）に載置されたウエハ等の基板Ｗに対して、貫通孔１１と、緻密質部材１の凹部１２の底面および側面ならびに多孔質部材２の裏面により画定されている１次真空経路と、多孔質部材２の連通孔により構成される２次真空経路と、を通じて真空吸引力を作用させて、当該基板Ｗを吸着保持する。

多孔質部材２の厚さｈが連続的に変化するように形成されていることにより、貫通孔１１の凹部１２の底面の開口部を基準とした多孔質部材２の上面までの真空経路の抵抗の当該載置面における分布態様が設計されている。具体的には、多孔質部材２の厚さｈが、その中央部から周辺部に向かって連続的に減少するように形成されていることで、真空経路の抵抗の分布の均一化が図られている。

例えば、多孔質部材２の中心軸線をＺ軸とする円柱座標系（ｒ、θ、Ｚ）（図２参照）において、多孔質部材２の厚さｈ（ｒ）（０≦ｒ≦Ｒ）が主変数ｒの連続的または断続的な減少関数として表現される場合、図３Ａおよび図３Ｂに示されているように、貫通孔１１の中心（ｒ＝０）からの距離ｒに応じて、１次真空経路の真空吸引抵抗Ｒ₁（ｒ）が徐々に増加し（一点鎖線参照）、多孔質部材２の厚さ方向の２次真空経路の真空吸引抵抗Ｒ₂（ｒ）が徐々に減少している（二点鎖線参照）。

１次真空経路の真空吸引抵抗Ｒ₁（ｒ）が徐々に増加するのは、貫通孔１１の凹部１２の底面の開口部からの距離（経路の長さ）ｒが長くなるにつれ、当該真空吸引抵抗Ｒ₁（ｒ）が大きくなることを意味している。２次真空経路の真空吸引抵抗Ｒ₂（ｒ）が徐々に増加するのは、多孔質部材２の厚さｈ（ｒ）が中央部から周辺部に向かって（ｒが大きくなるにつれて）、徐々に減少するように形成されていることを意味している。

このため、図３Ａに示されているように、貫通孔１１、１次真空経路および２次真空経路を通じた真空吸引抵抗Ｒ₁（ｒ）＋Ｒ₂（ｒ）の均一化が図られる（実線参照）。よって、多孔質部材２の載置面に載置された基板Ｗに対する真空吸着力を作用させるタイミングの分布態様が略均一になるように制御され得る。

あるいは、図３Ｂに示されているように、貫通孔１１、１次真空経路および２次真空経路を通じた真空吸引抵抗Ｒ₁（ｒ）＋Ｒ₂（ｒ）が載置面の中央部、すなわち多孔質部材２の中心軸線と当該載置面との交点から周辺部に向かって連続的に低下するよう設計される（実線参照）。

よって、多孔質部材２の載置面に載置された基板Ｗに対する真空吸着力を作用させるタイミングの分布態様が、外側領域のほうが内側領域よりも早くなるように制御され得る。例えば、図４に示されているように、多孔質部材２の上面において、中央領域Ｓ０、およびこれを多重に取り囲む複数の円環状領域Ｓ１〜Ｓｎ（例えばｎ＝４）が定義されている場合、白矢印で示されているように、最も外側の円環状領域Ｓｎから最も内側の円環状領域Ｓ１、さらには中央領域Ｓ０の順で基板Ｗに対して真空吸着力を作用させることができる。

（第２実施形態）
（構成）
図６に示されている本発明の第２実施形態としての真空吸着部材によれば、緻密質部材１の凹部１２の底面に溝部が形成され、当該溝部を除いて多孔質部材２の裏面と緻密質部材１の凹部１２の底面とが接触している（図５Ａおよび図５Ｂ参照）。

緻密質部材１の凹部１２の底面および多孔質部材２の下面のそれぞれは略平面である。第１実施形態と同様に、緻密質部材１の凹部１２の底面および多孔質部材２の下面のそれぞれは曲面状または球面状であってもよいが、多孔質部材２の裏面と緻密質部材１の凹部１２の底面とが溝部を除いた領域において面接触している。当該溝部および多孔質部材２の底面により第１経路要素（１次真空経路）１２１が画定される。本実施形態では、図６に示されているように、１経路要素１２１が貫通孔１１の開口部から異なる径方向または異なる方位に延在する複数（例えば「３」）の第１経路要素１２１（１２１１〜１２１３）と、第１経路要素１２１に連通し、かつ、貫通孔１１を取り囲むように周方向または環状に延在する複数（例えば「３」）の第２経路要素（２次真空経路）１２２（１２２１〜１２２３）と、で構成されている。

多孔質部材２の裏面のうち第２経路要素１２２に面している部分は、図５Ｂに示されているように、緻密質部材１の一部が溝部内に挿入され、第２経路要素１２２に対向する領域の多孔質部材２の厚さが他の部分に比べて厚くなるように多孔質部材２が形成されている。同様に、多孔質部材２の裏面のうち第１経路要素１２１に面している部分は、緻密質部材１の一部が溝部内に挿入され、第１経路要素１２１に対向する領域の多孔質部材２の厚さが他の部分に比べて厚くなるように多孔質部材２が形成されている（図５Ａ参照）。

すなわち、第１経路要素１２１および第２経路要素１２２のそれぞれに対向する領域は、その他の領域よりも厚くなるように、多孔質部材２が形成されている。

（作用・効果）
多孔質部材２において、第１経路要素１２１および第２経路要素１２２に対向する部分の厚さが他の部分に比べて厚くなるように多孔質部材２が形成されている。これにより、多孔質部材２において、第１経路要素１２１および第２経路要素１２２の直上にあたる領域における２次真空経路の抵抗と、その他の領域における２次真空経路の抵抗と、の差の低減が図られている。このため、多孔質部材２の載置面において、第１経路要素１２１および第２経路要素１２２のそれぞれの直上の領域で基板Ｗに真空吸着力を作用させるタイミングの分布態様の均一化が図られる。

（第３実施形態）
（構成）
図７に示されている本発明の第３実施形態としての真空吸着部材によれば、緻密質部材１の凹部１２の底面は、周縁部から中央部に向かって徐々に高くなるような球面状に形成されている。多孔質部材２は、中央部から周縁部にかけて徐々に厚くなるような曲面状に形成されている。

その他の構成に関しては第１実施形態と同様であるため、同一符号を用いるとともに説明を省略する。

（作用・効果）
多孔質部材２の平坦な載置面（表面）に載置されたウエハ等の基板Ｗに対して、貫通孔１１と、緻密質部材１の凹部１２の底面および側面、ならびに、多孔質部材２の裏面により画定されている１次真空経路と、多孔質部材２の連通孔により構成される２次真空経路と、を通じて真空吸引力を作用させて、当該基板Ｗを吸着保持する。

多孔質部材２の厚さｈが連続的に変化するように形成されていることにより、図８に示されているように、貫通孔１１の中心（ｒ＝０）からの距離ｒに応じて、１次真空経路の真空吸引抵抗Ｒ₁（ｒ）が連続的に減少し（一点鎖線参照）、多孔質部材２の厚さ方向の２次真空経路の真空吸引抵抗Ｒ₂（ｒ）が連続的に増加している（二点鎖線参照）。

このため、図８に示されているように、貫通孔１１、１次真空経路および２次真空経路を通じた真空吸引抵抗Ｒ₁（ｒ）＋Ｒ₂（ｒ）が載置面の中央部、すなわち多孔質部材２の中心軸線と当該載置面との交点から周辺部に向かって連続的に増加するよう設計される中央箇所（基準箇所）から徐々に増加する（実線参照）。

よって、多孔質部材２の載置面に載置された基板Ｗに対する真空吸着力を作用させるタイミングの分布態様が、内側領域のほうが外側領域よりも早くなるように制御され得る。例えば、図４に黒矢印で示されているように、中央領域Ｓ０から始まり、最も内側の円環状領域Ｓ１から最も外側の円環状領域Ｓｎにかけて順で基板Ｗに対して真空吸着力を作用させることができる。

（本発明の他の実施形態）
前記実施形態では、貫通孔１１、すなわち１次真空経路における負圧発現開始箇所が、凹部１２の底面の中央領域に単一の開口部を有するように形成されていたが、他の実施形態として貫通孔１１が、凹部１２の底面の中央領域から外れた一または複数の開口部を有するように形成されていてもよい。当該複数の開口部は、凹部１１の中心を基準として回転対称性を有するように配置されていてもよい。この場合、第１実施形態および第３実施形態において、多孔質部材２の最も厚い部分が貫通孔１１に対向するように多孔質部材２が形成されていてもよい。

前記実施形態では緻密質部材１の凹部１１および多孔質部材２の形状は円形状であったが、他の実施形態として正十二角形、正六角形、正方形、台形、楕円形など他の形状であってもよい。多孔質部材２の下面の形状は、曲面（第１および第３実施形態）および略平面（第２実施形態）のほか、円錐台状、角錐台状、円錐状、角錐状、波面状など、多孔質部材２の厚さ方向について２次真空経路の抵抗の調整のために任意の形状に形成されてもよい。

第１実施形態および第３実施形態において、緻密質部材１の凹部１２の底面が平面である一方、多孔質部材２の下面が球面であってもよい。

１‥緻密質部材、２‥多孔質部材、１１‥貫通孔、１２‥凹部、１２１‥第１経路要素、１２２‥第２経路要素。

Claims (5)

1. 周囲よりも下方に窪んでいる凹部と、前記凹部に連通する貫通孔と、が形成されている緻密質部材と、
   前記緻密質部材の前記凹部に収容された状態で少なくとも側面が全周にわたり前記緻密質部材に対して接合されている多孔質部材と、を備え、
   前記多孔質部材の平坦な上面に載置された基板に対して、前記貫通孔と、前記緻密質部材の前記凹部の底面および前記多孔質部材の下面の間隙により上下が画定されている１次真空経路と、前記多孔質部材の気孔の連通により構成される２次真空経路と、を通じて真空吸引力を作用させて、当該基板を吸着保持するための真空吸着部材であって、
   前記貫通孔を基準とした前記多孔質部材の上面における真空経路の抵抗の分布態様が所望の分布態様になるように、前記多孔質部材の厚さが連続的もしくは断続的または局所的に変化するように前記多孔質部材が形成されており、
   前記多孔質部材の下面は、曲面である部分を有してい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において、
   前記多孔質部材が、前記１次真空経路の少なくとも一部に接している領域において、基準箇所から連続的または断続的に厚さが変化するように形成されていることを特徴とする真空吸着部材。
3. 請求項２記載の真空吸着部材において、
   前記１次真空経路が、前記緻密質部材の前記凹部の底面および前記凹部の底面から全体的に離間している前記多孔質部材の下面により上下が画定されることにより構成され、
   前記多孔質部材が、前記基準箇所としての中央箇所から外側に向かって連続的または断続的に厚さが減少または増加するように形成されていることを特徴とする真空吸着部材。
4. 請求項１記載の真空吸着部材において、
   前記多孔質部材の下面が、前記１次真空経路に面している領域と、前記凹部の底面に接している領域と、に区分され、
   前記多孔質部材が、前記１次真空経路に面している領域と、前記凹部の底面に接している領域と、において厚さが相違するように形成されていることを特徴とする真空吸着部材。
5. 請求項４記載の真空吸着部材において、
   前記緻密質部材の前記凹部の底面に溝部が形成され、
   前記１次真空経路が、前記溝部の底面および側面、ならびに、前記多孔質部材の下面により画定され、
   前記多孔質部材が、前記１次真空経路に面している領域において、前記溝部の上部に挿入されるように前記凹部の底面に接している領域よりも厚く形成されていることを特徴とする真空吸着部材。

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