JP7011459B2

JP7011459B2 - 真空吸着部材

Info

Publication number: JP7011459B2
Application number: JP2017244690A
Authority: JP
Inventors: 教夫小野寺; 拓也笠原
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2022-01-26
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: JP2019114589A

Description

本発明は、半導体ウエハなど基板を真空吸着保持するために用いられる真空吸着部材に関する。

基体と、基体の主面において分散配置され、かつ、基体の主面から突出する複数の凸部と、基体の主面に開口部を有する通気路と、を備え、当該複数の凸部のそれぞれの端面を含む仮想面が湾曲形状に形成されている真空吸着部材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。反りなどのために湾曲している半導体ウエハなどの基板が、基体の主面側において真空吸着部材に載置されると、当該基板が全体的に仮想面になじむように複数の凸部のそれぞれにより支持される。

特開２０１７－１１２３４３号公報

しかし、基板の周縁領域である外側領域が当該外側領域により囲まれている内側領域と比較して外側に徐々に厚みが低減している場合がある。この場合、基板の平坦度が内側領域において確保されたとしても外側領域において局所的に低下する。これにより、基板の外側領域に対して、所望の回路形成のためのエッチング処理などの所定の処理を施すことが困難となる。

そこで、本発明は、外側領域を含めて基板の全体的な平坦度の向上を図ることができる真空吸着部材を提供することを目的とする。

本発明の真空吸着部材は、基体と、前記基体の主面から突出する複数の凸部と、前記基体の内部を通り、前記基体の主面に開口部を有する通気経路と、を備え、前記複数の凸部が、前記基体の主面において内側領域に配置されている内側凸部群と、前記基体の主面において前記内側領域を取り囲む環状の外側領域に配置されている外側凸部群と、により構成され、前記外側凸部群を構成する複数の外側凸部のうち少なくとも一部である複数の指定外側凸部のそれぞれの前記基体の主面を基準とする端面位置が、前記内側凸部群を構成する複数の内側凸部のそれぞれの前記基体の主面を基準とする端面位置よりも高く、前記複数の凸部を囲むように、前記基体の主面から突出する環状凸部をさらに備え、前記環状凸部の前記基体の主面を基準とする端面位置が、前記複数の指定外側凸部のそれぞれの前記基体の主面を基準とする端面位置よりも低いこと特徴とする。

本発明の真空吸着部材によれば、基体の主面側において基板が真空吸着部材に載置されることにより、基体の主面から突出する複数の凸部のうち少なくとも一部の凸部により基板が支持される。この状態で、基体の主面および基板の裏面により挟まれた空間から通気経路を介して空気が排出されることにより、当該空間に負圧領域が形成される。その結果、基板の内側領域が内側凸部群により支持される一方、基板の外側領域が外側凸部群のうち少なくとも一部を構成する複数の指定外側凸部により支持される。

基板が外側領域において内側領域よりも薄くなっているため、基板裏面の全体的な平坦度が確保された場合に基板表面の平坦度が外側領域で低下する場合がある。すなわち、内側領域において基板の裏面を全体的に平面に一致させた際に、外側領域において基板の裏面が当該平面から基板の表面側に浮き上がる場合がある。しかるに、複数の指定外側凸部の端面位置（面の「位置」という記載は、「基体の主面を基準とする当該面の位置」を意味する。）が、内側凸部群を構成する複数の内側凸部のそれぞれの端面位置よりも高い。このため、基板の外側領域の裏面位置が内側領域の裏面位置よりも高くなるように当該基板が保持される。よって、前記のような場合であっても、基板表面の全体的な平坦度の向上が図られるように当該基板が真空吸着保持されうる。また、当該構成の真空吸着部材によれば、少なくとも一部の凸部により支持された状態の基板の裏面と、基体の主面とにより挟まれた空間が周囲を環状凸部により囲まれている分だけ、当該空間においてより強い負圧領域が形成されうる。このため、当該空間に負圧領域が形成された際、基板の裏面と複数の内側凸部および複数の指定外側凸部のそれぞれの端面とを確実に当接させることができる。また、環状凸部の端面と基板の裏面との間に間隙が存在する場合、当該空間に負圧領域が形成される際、当該間隙を通じて当該空間に流れ込む空気の流速が局所的に高くなり、基板の外側領域に対してベルヌーイ力を作用させることができる。このため、当該空間に負圧領域が形成された際、基板の裏面と複数の指定外側凸部のそれぞれの端面とをさらに確実に当接させることができる。

本発明の真空吸着部材において、前記複数の指定外側凸部のそれぞれの端面の少なくとも一部と、前記複数の内側凸部のそれぞれの端面の少なくとも一部と、が前記基体の主面に対して平行であることが好ましい。

当該構成の真空吸着部材によれば、基板の内側領域および外側領域のそれぞれにおける、基体の主面を基準とした基板裏面の位置に差をつけながら、基板の内側領域および外側領域のそれぞれにおいて基板裏面を基体の主面に対して平行な状態で基板が保持される。これにより、基板の内側領域よりも外側領域が薄く、かつ、基板の内側領域および外側領域のそれぞれにおいて基板裏面が平行または略平行（わずかに基板裏面に対して傾斜した面）である場合、基板表面の全体的な平坦度の向上が図られる。

本発明の真空吸着部材において、前記複数の指定外側凸部のそれぞれの端面位置と、前記複数の内側凸部のそれぞれの端面位置と、の高さの差が１０ｎｍ～６００ｎｍの範囲に含ま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、内側領域において基板の裏面を全体的に平面に一致させた際に、外側領域において基板の裏面が当該平面から基板の表面側に１０ｎｍ～６００ｎｍだけ浮き上がる場合がある。しかるに、前記のように基板の外側領域の裏面位置が、基板の内側領域の裏面位置よりも当該浮き上がり量または高さの差だけ高くなるように基板が保持される。よって、前記のような場合であっても、基板表面の全体的な平坦度の向上が図られるように当該基板が真空吸着保持されうる。

本発明の第１実施形態としての真空吸着部材の上面図。図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った真空吸着部材の縦断面図。本発明の第１実施形態としての真空吸着部材の機能に関する説明図。本発明の第２実施形態としての真空吸着部材の部分的な縦断面図。

（第１実施形態）
（構成）
図１および図２に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、基体１と、基体１の主面１０２から突出する複数の凸部１０と、複数の凸部１０を取り囲むように延在して基体１の主面１０から突出する環状凸部１４と、基体１の内部を通り、基体１の主面１０２に開口部２０２を有する通気経路２０と、を備えている。

基体１は、例えば略平板状のＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃等のセラミックス焼結体からなる。複数の凸部１０、環状凸部１４および通気経路２０のそれぞれは、研削加工、ブラスト加工、ミリング加工もしくはレーザー加工またはこれらの組み合わせにより形成される。基体１の主面１０２は略平面状に形成されている。

複数の凸部１０は、基体１の主面１０２において三角格子もしくは正方格子等の格子様に配置されるほか、複数の同心円のそれぞれに沿って配置され、あるいは、中心から延在する複数の放射線のそれぞれに沿って規則的に配置される等、規則的に配置されてもよく、不規則的に配置されていてもよい。各凸部１０は、略柱状、略錐台状、柱状体または錐台状体の端面または上底に、小面積の底面または下底を有する柱状体、半球、半楕円球または錐台状体が乗ったような複数の段差付きの略柱状など、様々な形状に形成されていてもよい。

真空吸着部材の縦断面図において環状凸部１４の形状が略矩形状のほか、略台形状、半楕円形状、真円形状、または、矩形と当該矩形の一辺を直径とする半円形とが組み合わせられた形状など、様々な形状であってもよい。なお、環状凸部１４が省略されてもよい。

複数の凸部１０は、内側凸部群１１および外側凸部群１２により構成されている。内側凸部群１１は、基体１の主面１０２において中心から半径Ｒ₁の円形状の内側領域Ｓ₁に配置されている複数の内側凸部１１２により構成されている。外側凸部群１２は、基体１の主面１０２において内側領域Ｓ₁を取り囲む、中心から半径Ｒ₂の外縁を有する環状の外側領域Ｓ₂に配置されている複数の外側凸部１２２により構成されている。外側領域Ｓ₂の外縁および環状凸部１４の内縁とは一致している。

内側領域Ｓ₁および外側領域Ｓ₂の合計面積（＝πＲ₂ ²）に対する、外側領域Ｓ₂の面積（＝π（Ｒ₂ ²－Ｒ₁ ²））の比率（＝１－Ｒ₁ ²／Ｒ₂ ²）は、例えば０．０１～０．０７の範囲に含まれるように内側領域Ｓ₁および外側領域Ｓ₂が定義されている。内側領域Ｓ₁の外縁は円環状に限られず、円環に沿って延在する波線状またはジグザグ線状であってもよい。外側領域Ｓ₂の外縁は円環状に限られず、円環に沿って延在する波線状またはジグザグ線状であってもよい。その場合における「外縁」とは、波線状またはジグザグ線状の最外径部分を意味する。

基体１の主面１０２において、複数の内側凸部１１２の配置態様と複数の外側凸部１２２の配置態様とが同一であってもよく、複数の内側凸部１１２が三角格子様に配置される一方で、複数の外側凸部１２２が一の円または複数の同心円に沿って配列されるなど相違していてもよい。各内側凸部１１２の形状と各外側凸部１２２の形状とが同一であっても相違していてもよい。

外側凸部群１２のうち少なくとも一部を構成する複数の指定外側凸部１２２の基体１の主面１０２を基準とする端面１２２０の位置（突出高さＨ₂）が、内側凸部群１１を構成する複数の内側凸部１１２のそれぞれの基体１の主面１０２を基準とする端面１１２０の位置（突出高さＨ₁）よりも高い。本実施形態では、外側凸部群１２の「全部」を構成する複数の外側凸部１２２が「指定外側凸部」に該当するが、他の実施形態として外側凸部群１２の「一部のみ」を構成する複数の外側凸部１２２が「指定外側凸部」に該当していてもよい。

複数の指定外側凸部１２２のそれぞれの端面１２２０の位置と、複数の内側凸部１１２のそれぞれの端面１１２０の位置と、の高さの差Ｈ₂－Ｈ₁は、例えば１０ｎｍ～６００ｎｍの範囲に含まれている。環状凸部１４の基体１の主面１０２を基準とする端面１４０の位置（突出高さＨ₄）が、複数の指定外側凸部１２２のそれぞれの基体１の主面１０２を基準とする端面１２２０の位置（突出高さＨ₂）よりも低いまたは当該端面１２２０の位置（突出高さＨ₂）と同一である。本実施形態では、複数の指定外側凸部１２２のそれぞれの端面１２２０の少なくとも一部と、複数の内側凸部１１２のそれぞれの端面１１２０の少なくとも一部と、が基体１の主面１０２に対して平行である。

通気経路２０は、基体１の主面１０２における開口部２０２とは異なる開口部（主面１０２とは反対側の面における開口部）を通じて、通気経路２０の気圧を調整する圧力調整装置または真空吸引装置（図示略）に接続されている。

なお、図１および図２では真空吸着部材が概略的に表されており、当該真空吸着部材の構成要素のアスペクト比、間隔、個数などは、原則的に実際の設計値とは異なっている。これは、すべての実施形態において同様である。

（機能）
本発明の第１実施形態としての真空吸着部材によれば、基体１の主面１０２の側において基板Ｗが真空吸着部材に載置されることにより、複数の凸部１０のうち少なくとも一部の凸部１０により基板Ｗが支持される（図３参照）。基板Ｗは、例えば図３に示されているように、内側領域Ｘ₁よりも外側領域Ｘ₂が薄く、かつ、基板Ｗの内側領域Ｘ₁において裏面Ｗ₂が一の平面に一致する際、基板Ｗの外側領域Ｘ₂において裏面Ｗ₂が当該一の平面よりも表面Ｗ₁に近い他の平面に一致するような形状を本来的形状として有している。

この状態で、基体１の主面１０２および基板Ｗの裏面Ｗ₂により挟まれた空間から通気経路２０を介して空気が排出されることにより、当該空間に負圧領域が形成される。当該空間が周囲を環状凸部１４により囲まれている分だけ、当該空間においてより強い負圧領域が形成されうる（図１参照）。このため、基板Ｗの裏面Ｗ₂と複数の内側凸部１１２および複数の指定外側凸部１２２のそれぞれの端面とを確実に当接させることができる。また、環状凸部１４の端面１４０と基板Ｗの裏面Ｗ₂との間に間隙が存在する場合、当該空間に負圧領域が形成される際、当該間隙を通じて当該空間に流れ込む空気の流速が局所的に高くなり、基板Ｗの外側領域Ｘ₂に対してベルヌーイ力を作用させることができる。その結果、図３に示されているように、基板Ｗの内側領域Ｘ₁が複数の内側凸部１１２のそれぞれにより支持される一方、基板Ｗの外側領域Ｘ₂が複数の指定外側凸部１２２により支持される。

基板Ｗが外側領域Ｘ₂において内側領域Ｘ₁よりも薄くなっているため、基板Ｗの裏面Ｗ₂の全体的な平坦度が確保された場合に基板Ｗの表面Ｗ₁の平坦度が外側領域Ｘ₂で低下する場合がある。しかるに、基体１の主面１０２において外側領域Ｓ₂に配置されている複数の指定外側凸部１２２の端面１２２０の位置が、基体１の主面１０２において内側領域Ｓ₁に配置されている複数の内側凸部１１２のそれぞれの端面１１２０の位置よりも高い（図１参照）。

このため、基板Ｗの外側領域Ｘ₂の裏面Ｗ₂の位置が内側領域Ｘ₁の裏面Ｗ₂の位置よりも高くなるように基板が保持される（図３参照）。よって、前記のような場合であっても、基板Ｗの表面Ｗ₁の全体的な平坦度の向上が図られるように当該基板Ｗが真空吸着保持されうる。そして、基板Ｗの表面Ｗ₁において、内側領域Ｘ₁のみならず外側領域Ｘ₂においても、所望のパターンの回路形成のためのエッチング処理など、所定の処理が実施されうる。

（第２実施形態）
（構成）
図４に一部が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おいては、指定外側凸部１２２の端面１２２０が基体１の主面１０２に対して傾斜している。詳細には、指定外側凸部１２２の端面１２２０の径方向最内側（突出高さＨ₂₁）から径方向最外側（突出高さＨ₂₂）にかけて基体１の主面１０２を基準とした位置が徐々に高くなるように、指定外側凸部１２２の端面１２２０が傾斜している。これ以外の構成は、第１実施形態の真空吸着部材と同様なので、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。

（機能）
本発明の第２実施形態としての真空吸着部材によれば、基体１の主面１０２の側において基板Ｗが真空吸着部材に載置されることにより、複数の凸部１０のうち少なくとも一部の凸部１０により基板Ｗが支持される（図４参照）。基板Ｗは、例えば図４に示されているように、少なくとも外側領域Ｘ₂の一部において径方向内側から外側に行くにつれて徐々に薄くなり、かつ、基板Ｗの内側領域Ｘ₁において裏面Ｗ₂が一の平面に一致する際、基板Ｗの外側領域Ｘ₂において裏面Ｗ₂が当該一の平面に対して外側に行くほど表面Ｗ₁に近づくように傾斜している他の平面に一致するような形状を本来的形状として有している。

この状態で、基体１の主面１０２および基板Ｗの裏面Ｗ₂により挟まれた空間から通気経路２０を介して空気が排出されることにより、当該空間に負圧領域が形成される。この結果、第１実施形態と同様、図４に示されているように、基板Ｗの内側領域Ｘ₁が複数の内側凸部１１２のそれぞれにより支持される一方、基板Ｗの外側領域Ｘ₂が複数の指定外側凸部１２２により支持される。すなわち、基板Ｗの外側領域Ｘ₂の裏面Ｗ₂の位置が、基板Ｗの内側領域Ｘ₁の裏面Ｗ₂の位置よりも高くなるように基板が保持される（図４参照）。よって、前記のような場合であっても、基板Ｗの表面Ｗ₁の全体的な平坦度の向上が図られるように当該基板Ｗが真空吸着保持されうる。

（実施例）
第１実施形態にしたがって実施例の真空吸着部材が作製された（図１参照）。外径φ３００［ｍｍ］、厚み１．２［ｍｍ］の略円盤状の炭化珪素（ＳｉＣ）セラミックス焼結体により基体１が作製された。

基体１の主面１０２の径φ２９３［ｍｍ］の内側領域Ｓ₁において、ピッチ３．０［ｍｍ］の三角格子の各格子点に配置された径φ０．５［ｍｍ］、突出高さＨ₁＝１５０［μｍ］の略円柱状の複数の突起が、複数の凸部１０として形成された。

基体１の主面１０２において内径φ２９３［ｍｍ］、外径φ２９８［ｍｍ］の環状の外側領域Ｓ₂において、ピッチ３．０［ｍｍ］の三角格子の各格子点に配置された径φ０．５［ｍｍ］、突出高さＨ₂＝１５０．１［μｍ］の略円柱状の複数の突起が、指定外側凸部１２２として形成された。

基体１の主面１０２において、外径φ２９９［ｍｍ］、幅０．５［ｍｍ］、突出高さＨ₄＝１５０［μｍ］の円環状の凸部が環状凸部１４として形成された。基体１において主面１０２の中心にφ０．８［ｍｍ］の厚さ方向に貫通する１個の貫通孔が通気経路２０として形成された。

（比較例）
外側領域Ｓ₂に配置された径φ０．５［ｍｍ］、突出高さＨ₂＝１５０［μｍ］の略円柱状の複数の突起が、指定外側凸部１２２として形成された点を除き、実施例と同様に比較例１の真空吸着部材が作製された。

（評価）
実施例および比較例のそれぞれの真空吸着部材の基体１の主面１０２の側に径φ３００［ｍｍ］、厚さｔ０．７［ｍｍ］の基板Ｗ（シリコンウエハ）が載置された。非接触式のレーザー干渉計（ＺＹＧＯ社製ＧＰＩＨｓ）を用いて測定された基板Ｗの表面Ｗ₁の本来的な平坦度（２０ｍｍ×２０ｍｍの正方領域のローカルフラットネス）を表わすＰＶ値の最大値は０．０３７［μｍ］であった。その後、基板Ｗの裏面Ｗ₂および基体１の主面１０２により挟まれた空間が通気経路２０を通じて真空吸引装置により減圧された。これによって真空吸着部材に基板Ｗが保持された。

この状態で、基板Ｗの表面Ｗ₁において径φ２９７［ｍｍ］の円形領域における２０ｍｍ×２０ｍｍのＰＶ値の最大値が測定された。また、基板Ｗの表面Ｗ₁において径φ２９８［ｍｍ］以下の円形領域（内側領域Ｘ₁および外側領域Ｘ₂の少なくとも一部を含む）におけるＰＶ値の最大値が、非接触式のレーザー干渉計を用いてＰＶ値として測定された。これらの測定結果を表１にまとめて示す。

表１から、実施例の真空吸着部材によれば、基板Ｗの表面Ｗ₁の内側領域Ｘ₁のみならず、内側領域Ｘ₁および外側領域Ｘ₂を含む全体的な平坦度の向上が図られていることがわかる。

１‥基体、１０‥凸部、１１‥内側凸部群、１２‥外側凸部群、１４‥環状凸部、２０‥通気経路、１０２‥基体の主面、１１２‥内側凸部、１２２‥外側突部（指定外側凸部）、２０２‥開口部、１１２０‥内側凸部の端面、１２２０‥外側凸部の端面、Ｓ₁‥主面の内側領域、Ｓ₂‥主面の外側領域、Ｗ‥基板（ウエハ）、Ｗ₁‥基板表面、Ｗ₂‥基板裏面、Ｘ₁‥基板の内側領域、Ｘ₂‥基板の外側領域。

Claims

基体と、
前記基体の主面から突出する複数の凸部と、
前記基体の内部を通り、前記基体の主面に開口部を有する通気経路と、を備え、
前記複数の凸部が、前記基体の主面において内側領域に配置されている内側凸部群と、前記基体の主面において前記内側領域を取り囲む環状の外側領域に配置されている外側凸部群と、により構成され、
前記外側凸部群を構成する複数の外側凸部のうち少なくとも一部である複数の指定外側凸部のそれぞれの前記基体の主面を基準とする端面位置が、前記内側凸部群を構成する複数の内側凸部のそれぞれの前記基体の主面を基準とする端面位置よりも高く、
前記複数の凸部を囲むように、前記基体の主面から突出する環状凸部をさらに備え、
前記環状凸部の前記基体の主面を基準とする端面位置が、前記複数の指定外側凸部のそれぞれの前記基体の主面を基準とする端面位置よりも低いことを特徴とする真空吸着部材。
請求項１記載の真空吸着部材において、
前記複数の指定外側凸部のそれぞれの端面の少なくとも一部と、前記複数の内側凸部のそれぞれの端面の少なくとも一部と、が前記基体の主面に対して平行であることを特徴とする真空吸着部材。
請求項１または２記載の真空吸着部材において、
前記複数の指定外側凸部のそれぞれの端面位置と、前記複数の内側凸部のそれぞれの端面位置と、の高さの差が１０ｎｍ～６００ｎｍの範囲に含まれていることを特徴とする真空吸着部材。