JP7178831B2

JP7178831B2 - 基板保持部材

Info

Publication number: JP7178831B2
Application number: JP2018162006A
Authority: JP
Inventors: 教夫小野寺
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2022-11-28
Anticipated expiration: 2038-08-30
Also published as: JP2020035929A

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基板保持部材に関する。

平板状の基体の上面から上方に突出する複数の上方凸部と、基体の下面から窪んでいる溝と、溝に連通し、かつ、基体の上面に開口部を有する通気孔と、を備える基板保持部材が知られている。基板が複数の上方凸部のうち少なくとも一部により支持され、かつ、基体の下面側がステージに載置された状態で溝に負圧領域が形成されることにより、基体の上面と基板の下面とにより挟まれている空隙に負圧領域が形成され、基板に対して基体に向かう引力（真空吸着力）が作用する。この際、溝の上方にある肉薄領域において基体、ひいては基板が局所的に下方に凹む場合があるが、この凹みを抑制するため、溝に下方に突出する下方凸部を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－２１２３４３号公報

しかし、基体の肉薄領域のうち下方凸部から外れた箇所または下方凸部が設けられていない箇所において、当該基体が局所的に下方に凹む場合がある。溝に代えて中空空間が基体の内部に設けられている場合、当該中空空間の上方にある肉薄領域を下側から支持するための構造を設けることが困難であり、当該基体が局所的に凹む場合がある。

そこで、本発明は、基体に負圧形成のための局所的な肉薄領域が存在する場合、肉薄領域直上の基板の局所的な平坦度の低下を抑制することによって基板の全体的な平坦度の向上を図ることができる基板保持部材を提供することを目的とする。

本発明は、上面および下面を有する平板状の基体と、前記基体の上面に形成され上方に向って突出する複数の上面凸部と、前記基体の下面から窪んでいる凹部もしくは前記基体の内部に終端を有する中空部により構成される通気路と、前記通気路に連通し、かつ、前記基体の上面に開口部を有する一または複数の通気孔と、を備える基板保持部材に関する。

本発明の基板保持部材は、前記基体の上面において、前記基体の厚み方向について前記通気路と重なる指定領域に含まれるように配置されている、前記複数の上面凸部のうち一部の上面凸部である第１上面凸部の頂面の前記基体の上面を基準とした高さ位置が、前記複数の上面凸部のうち前記指定領域から外れるように配置されている上面凸部である第２上面凸部の頂面の前記基体の上面を基準とした高さ位置よりも高いことを特徴とする。

本発明の基板保持部材によれば、複数の上面凸部のうち少なくとも一部の上面凸部の頂面において基板が載置された状態で、通気路に負圧領域が形成される。これにより、通気路に連通する通気孔を介して基体の上面および基板の下面により上下が挟まれた空間に負圧領域が形成され、基板に対して基体に向かう吸引力が作用する。通気路に負圧領域が形成されることにより、基体の上面側において通気路が形成されている分だけ厚さが局所的に小さい肉薄部分が局所的に下降する場合がある。

しかるに、基体の上面において当該肉薄部分に相当する指定領域に含まれるように配置されている一部の上面凸部である第１上面凸部（指定領域に存在する上面凸部のうち少なくとも一部の上面凸部）の頂面の高さが、指定領域から外れるように配置されているその他の上面凸部である第２上面凸部の頂面の高さよりも高い。

このため、第１上面凸部および第２上面凸部の頂面の高さ偏差が、基体の肉薄部分の局所的な下降量と同程度に設計されることにより、基体の上面側の肉薄部分の局所的下降により、基板の上面のうち指定領域から外れた領域を基準とした、第１上面凸部の頂面の高さおよび第２上面凸部の頂面の高さの均一化が図られる。このため、基板が当該第１上面凸部を含む全ての上面凸部の頂面に当接した状態で、基板保持部材に吸着保持され、この際の当該基板の平面度の向上が図られる。

本発明の基板保持部材において、前記第１上面凸部の前記基体の上面からの特定の高さ位置における前記基体の上面に沿った横断面の面積が、前記第上面２凸部の前記特定の高さ位置における前記基体の上面に沿った横断面の面積よりも大きいことが好ましい。

当該構成の基板保持部材によれば、第２上面凸部の剛性と比較して第１上面凸部の剛性の向上が図られる。このため、複数の上面凸部の頂面に対して一括して研磨加工等の平滑化処理が施されると加工負荷に差が生じ、研磨量が異なることから、第２上面凸部の頂面の高さ位置と比較して第１上面凸部の頂面の高さ位置が高くなるように複数の上面凸部のそれぞれの高さが容易に調節されうる。
本発明の基板保持部材において、前記第２上面凸部の頂面の面積が、前記第１上面凸部の頂面の面積よりも小さいことが好ましい。

当該構成の基板保持部材によれば、前記のように第２上面凸部の剛性と比較して第１上面凸部の剛性の向上が図られることによって、第１上面凸部および第２上面凸部の頂面の高さ偏差が、基体の肉薄部分の局所的な下降量と同程度に設計されることにより、基体の上面側の肉薄部分の局所的下降により、基板の上面のうち指定領域から外れた領域を基準とした、第１上面凸部の頂面の高さおよび第２上面凸部の頂面の高さの均一化が図られる。このため、基板が当該第１上面凸部を含む全ての上面凸部の頂面に当接した状態で、基板保持部材に吸着保持され、この際の当該基板の平面度の向上が図られる。さらに、基板と複数の上面凸部のそれぞれの頂面との合計当接面積の低減、ひいては当該当接に由来するパーティクルの発生量および基板への付着量の低減が図られる。

本発明の第１実施形態としての基板保持部材の上面図。図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った基板保持部材の縦断面図。本発明の第１実施形態としての基板保持部材の機能に関する説明図。本発明の第２実施形態としての基板保持部材の図２に対応する縦断面図。第１変形実施形態における第１および第２上面凸部の斜視図。第２変形実施形態における第１および第２上面凸部の斜視図。

（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実施形態としての基板保持部材は、基体１と、基体１の上面１０１から上方に向って突出する複数の上面凸部１０と、基体１の上面１０１から上方に向って突出し、かつ、複数の上面凸部１０を囲うように環状に延在する環状上面凸部１４と、基体１の下面１０２から下方に向って突出する複数の下面凸部１６と、基体１の下面１０２から窪んでいる凹部により構成される通気路２２と、通気路２２に連通し、かつ、基体１の上面１０１に開口部を有する通気孔２１と、基体１の下面１０２から下方に向かって突出し、かつ、通気路２２を吸気する際の気密シールのために通気路２２の下面開口を囲うように環状に延在する環状下面凸部１７と、基体１の下面１０２の外縁部から下方に向かって突出し、かつ、複数の下面凸部１６を囲うように環状に延在する環状下面外周凸部１８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。複数の上面凸部１０、環状上面凸部１４、複数の下面凸部１６、通気孔２１および通気路２２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の上面１０１および下面１０２のそれぞれは略平面状に形成されている。

複数の上面凸部１０は、基体１の上面１０１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。上面凸部１０のそれぞれは、略柱状、略錘台状、柱状体または錘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、半楕円球または錘台状体が載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。

基板保持部材の縦断面図において環状上面凸部１４の形状が略矩形状のほか、略台形状、半楕円形状、半円形状、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、環状上面凸部１４が省略されてもよい。

通気路２２は、例えば、基体１の下面１０２から基体１の厚み方向に平行な軸線を有する略円柱状に窪んでいる凹部と基体１の下面１０２から基体１の厚み方向に窪んでいる平面視で帯状である凹部とにより構成されている。すなわち、基体１の下面１０２から、軸線方向が基体１の厚み方向に一致する略円柱状に窪んでいる凹部により構成される通気路２２の縦断面形状は矩形状である（図２参照）。また、平面視で帯状の凹部により構成される通気路２２の長手方向に垂直な縦断面形状は矩形状である。基体１の厚み方向（上下方向）において通気路２１と重なる基体１の上面１０１における指定領域Ｓは、略円形状である（図１の破線円参照）。基体１の下面１０２における通気路２２の開口部の形状は略円形状である。

通気路２２の縦断面形状は、台形状、平行四辺形状などの様々な形状であってもよい。基体１の上面１０１における指定領域Ｓの形状は、矩形状、直線帯状、曲線帯状、台形状または三角形状などのさまざまな形状であってもよく、サイズまたは幅の大小が任意に変更されてもよい。基体１の下面１０２における通気路２２の開口部の形状は、矩形状、直線帯状、曲線帯状、台形状または三角形状などのさまざまな形状であってもよく、サイズの大小が任意に変更されてもよい。

基体１における通気路２２の数は単数であってもよく複数であってもよく、複数の通気路２２が基体１の上面１０１の中心に配置される、あるいは、当該中心を基準とした回転対称性を有するように配置されるなど配置態様は任意に設計変更されてもよい。

基体１の厚さに対する、通気路２２の上方にある基体１の肉薄部分の厚さの比率は、例えば０．２０～０．７０の範囲に含まれている。例えば、基体１の厚さが１ｍｍである場合、当該肉薄部分の厚さは０．２０ｍｍ～０．７０ｍｍの範囲に含まれている。

通気孔２１は、基体１の上面１０１から通気路２２に達するまで、基体１を貫通する略円柱状の孔により構成されている。一の通気路２２に連通する通気孔２１の数は単数であってもよく複数であってもよく、基体１の上面１０１の指定領域Ｓにおける通気孔２１の個数および配置態様は任意に設計変更されてもよい。

複数の上面凸部１０は、基体１の上面１０１において指定領域Ｓに含まれるように配置されている第１上面凸部１１と、指定領域Ｓから外れるように配置されている第２上面凸部１２と、を含んでいる。

基体１の上面１０１を基準とした第１上面凸部１１の頂面１１０の高さ位置Ｈ₁（上面１０１からの突出量）が、第２上面凸部１２の頂面１２０の高さ位置Ｈ₂（上面１０１からの突出量）よりも高い。第２上面凸部１２の上面１０１からの突出量Ｈ₂は、例えば５０～１０００μｍの範囲に含まれるように設計されている。第１上面凸部１１および第２上面凸部１２の高さ偏差ΔＨ＝Ｈ₁－Ｈ₂は、後述するように、指定領域Ｓにおける基体１の局所的な下降量、ひいては第１上面凸部１１の下降量（例えば、１０～６０ｎｍの範囲に含まれる。）に相当するように設計されている。

第１上面凸部１１の頂面１１０および第２上面凸部１２の頂面１２０のそれぞれは、基体１の上面１０１と略平行な平面状に形成されている。後述するように指定領域Ｓにおいて基体１が局所的に下降した際、第１上面凸部１１の頂面１１０が、第２上面凸部１２の頂面１２０と略平行になるように、当該凹みがない定常状態（通気路２２に負圧領域が形成されていない状態）において第１上面凸部１１の頂面１１０が、基体１の上面１０１に対して傾斜した平面状に形成されていてもよい。

一の指定領域Ｓまたは各指定領域Ｓに含まれるように配置されている第１上面凸部１１の個数は単数でも複数でもよく、指定領域Ｓにおける第１上面凸部１１の配置態様または通気孔２１の開口部に対する相対的な配置態様は任意に設計変更されてもよい。第１上面凸部１１のうち全部ではなく一部のみの頂面１１０の高さ位置Ｈ₁が、第２上面凸部１２の頂面１２０の高さ位置Ｈ₂よりも高くてもよい。

基体１の上面１０１を基準とした環状上面凸部１４の頂面１４０の高さ位置Ｈ₄（上面１０１からの突出量）が、第２上面凸部１２の頂面１２０の高さ位置Ｈ₂よりも低いまたは同一に設計されている。

基体１の下面１０２を基準とした下面凸部１６の突出量は、基体１の上面１０１を基準とした、第１上面凸部１１の突出量Ｈ₁、第２上面凸部１２の突出量Ｈ₂および環状上面凸部１４の突出量Ｈ₄のうち少なくとも一部と同一であってもよく、これらのすべてよりも小さくてもよく、これらのすべてよりも大きくてもよい。基体１の下面１０２を基準とした環状下面凸部１７および環状下面外周凸部１８のそれぞれの突出量は、基体１の下面１０２を基準とした下面凸部１６の突出量と同じであってもよく、下面凸部１６の当該突出量より小さくてもよい。複数の下面凸部１６がすべて省略されてもよい。環状下面凸部１７および環状下面外周凸部１８のうち少なくとも一方が省略されてもよい。

なお、図１および図２では基板保持部材が概略的に表されており、当該基板保持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実施形態としての基板保持部材によれば、基体１が複数の下面凸部１６のそれぞれを載置台４の上面に当接させた状態で、当該載置台４により支持される。基体１の下面１０２における通気路２２の開口部が、載置台４に形成されている通気路４２の開口部に対して上下方向について少なくとも部分的に重なるように基体１が載置台４に対して位置合わせされる。基体１の下面１０２における通気路２２の開口部が、載置台４に形成されている通気路４２の開口部に対して上下方向について重ならないように基体１が載置台４に対して位置合わせされてもよい。

複数の上面凸部１０のうち少なくとも一部の上面凸部１０の頂面において基板Ｗが載置された状態で、載置台４の通気路４２に接続された真空吸引装置（図示略）により、当該通気路４２が吸気され、基体１の通気路２２に負圧領域が形成される。これにより、通気路２２に連通する通気孔２１を介して基体１の上面１０１および基板Ｗの下面により上下が挟まれた空間に負圧領域が形成され、基板Ｗに対して基体１に向かう吸引力が作用する（図３の白矢印参照）。通気路２２に負圧領域が形成されることにより、基体１の上面１０１側において通気路２２が形成されている分だけ厚さが局所的に小さい肉薄部分（指定領域Ｓ）が局所的に下降する場合がある（図３の黒矢印参照）。

しかるに、定常状態においては、基体１の上面１０１において当該肉薄部分に相当する指定領域Ｓに含まれるように配置されている第１上面凸部１１の頂面１１０の高さＨ₁が、指定領域Ｓから外れるように配置されている第２上面凸部１２の頂面１２０の高さＨ₂よりも高い（図２参照）。

このため、第１上面凸部１１および第２上面凸部１２の頂面の高さ偏差ΔＨ＝Ｈ₁－Ｈ₂が、基体１の肉薄部分の局所的な下降量（例えば）と同程度に設計されることにより、基体１の上面１０１側の肉薄部分の局所的下降により、基板１の上面１０１のうち指定領域Ｓから外れた領域を基準とした、第１上面凸部１１の頂面１１０の高さおよび第２上面凸部１２の頂面１２０の高さの均一化が図られる（図３参照）。このため、基板Ｗが第１上面凸部１１を含む全ての上面凸部１０の頂面に当接した状態で、基板保持部材に吸着保持され、この際の当該基板Ｗの平面度の向上が図られる。そして、基板Ｗの表面（上面）において、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に示されている本発明の第２実施形態としての基板保持部材によれば、通気路２２が、基体１の下面１０２から窪んでいる凹部ではなく、基体１の内部に終端を有する中空部により構成されている。具体的には、通気路２２は、基体１の下面１０２における開口部から上方に延在した後、基体１の上面１０１と平行な方向に延在し、基体１の内部で終端している。
通気路２２の構成を除く他の構成は、第１実施形態の基板保持部材と同様なので、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実施形態としての基板保持部材によれば、通気路２２に負圧領域が形成されることにより、基体１の上面１０１側において通気路２２が形成されている分だけ厚さが局所的に小さい肉薄部分（指定領域Ｓ）が局所的に下降しても、第１実施形態と同様の理由により、基板Ｗが第１上面凸部１１を含む全ての上面凸部１０の頂面に当接した状態で、基板保持部材に吸着保持され、この際の当該基板Ｗの平面度の向上が図られる（図３参照）。そして、基板Ｗの表面（上面）において、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。
（他の実施形態）

基体１の上面１０１を基準とした第１上面凸部１１の特定の高さ位置Ｈ（０＜Ｈ≦Ｈ₁）における基体１の上面１０１に沿った横断面の面積Ｓ₁（Ｈ）が、第２上面凸部１２の当該特定の高さ位置Ｈにおける基体１の上面１０１に沿った横断面の面積Ｓ₂（Ｈ）よりも大きくてもよい。例えば、Ｓ₁（Ｈ）とＳ₂（Ｈ）との比が１＜Ｓ₁（Ｈ）／Ｓ₂（Ｈ）≦４の関係を満たすように第１上面凸部１１および第２上面凸部１２が設計される。

図５Ａに示されているように、第１上面凸部１１および第２上面凸部１２がともに略円柱状に形成され、第１上面凸部１１が第２上面凸部１２よりも大径に設計されている場合、不等式Ｓ₁（Ｈ）＞Ｓ₂（Ｈ）により表わされる関係が実現される。図５Ｂに示されているように、第１上面凸部１１が略円錘台状に形成され、第２上面凸部１２の下部が第１上面凸部１１の下部と比較して下底および上底のそれぞれが同径の略円錘台状である一方で、第２上面凸部１２の上部が第１上面凸部１１の上部と比較して下底および上底のそれぞれが小径の段差付き円錘台状に設計されている場合、上部において不等式Ｓ₁（Ｈ）＞Ｓ₂（Ｈ）により表わされる関係が実現される。

当該構成の基板保持部材によれば、第２上面凸部１２の剛性と比較して第１上面凸部１１の剛性の向上が図られる。このため、複数の上面凸部１０の頂面に対して一括して研磨加工等の平滑化処理が施されると加工負荷に差が生じ、研磨量が異なることから、第２上面凸部１２の頂面１２０の高さ位置Ｈ₂と比較して第１上面凸部１１の頂面１１０の高さ位置Ｈ₁が高くなるように複数の上面凸部１０のそれぞれの高さが容易に調節されうる。

第２上面凸部１２の頂面１２０の面積Ｓ₂（Ｈ₂）が、第１上面凸部１１の頂面１１０の面積Ｓ₁（Ｈ₁）よりも小さくてもよい。例えば、Ｓ₁（Ｈ₁）とＳ₂（Ｈ₂）との比が１＜Ｓ₁（Ｈ₁）／Ｓ₂（Ｈ₂）≦４の関係を満たし、Ｓ₂（Ｈ₂）が０．００１～０．００３ｍｍ²の範囲に含まれるように第１上面凸部１１および第２上面凸部１２が設計される。

図５Ａに示されているように、第１上面凸部１１および第２上面凸部１２が設計されている場合、不等式Ｓ₁（Ｈ₁）＞Ｓ₂（Ｈ₂）により表わされる関係が実現される。図５Ｂに示されているように、第１上面凸部１１が設計されている場合、不等式Ｓ₁（Ｈ₁）＞Ｓ₂（Ｈ₂）により表わされる関係が実現される。

当該構成の基板保持部材によれば、前記のように第２上面凸部１２の剛性と比較して第１上面凸部１１の剛性の向上が図られることに加えて、基板Ｗと複数の上面凸部１０のそれぞれの頂面との合計当接面積の低減、ひいては当該当接に由来するパーティクルの発生量および基板Ｗへの付着量の低減が図られる。

１‥基体、４‥載置台、１０‥上面凸部、１１‥第１上面凸部、１２‥第２上面凸部、１４‥環状上面凸部、１６‥下面凸部、１７‥環状下面凸部、１８‥環状下面外周凸部、２１‥通気孔、２２‥通気路、４２‥通気路、１０１‥基体の上面、１０２‥基体の下面、１１０‥第１上面凸部の頂面、１２０‥第２上面凸部の頂面、Ｗ‥基板（ウエハ）。

Claims

上面および下面を有する平板状の基体と、前記基体の上面に形成され上方に向って突出する複数の上面凸部と、前記基体の下面から窪んでいる凹部もしくは前記基体の内部に終端を有する中空部により構成される通気路と、前記通気路に連通し、かつ、前記基体の上面に開口部を有する一または複数の通気孔と、を備える基板保持部材であって、前記基体の上面において、前記基体の厚み方向について前記通気路と重なる指定領域に含まれるように配置されている、前記複数の上面凸部のうち一部の上面凸部である第１上面凸部の頂面の前記基体の上面を基準とした高さ位置が、前記複数の上面凸部のうち前記指定領域から外れるように配置されている上面凸部である第２上面凸部の頂面の前記基体の上面を基準とした高さ位置よりも高いことを特徴とする基板保持部材。
請求項１記載の基板保持部材において、
前記第１上面凸部の前記基体の上面からの特定の高さ位置における前記基体の上面に沿った横断面の面積が、前記第２上面凸部の前記特定の高さ位置における前記基体の上面に沿った横断面の面積よりも大きいことを特徴とする基板保持部材。
請求項１または２記載の基板保持部材において、
前記第２上面凸部の頂面の面積が、前記第１上面凸部の頂面の面積よりも小さいことを特徴とする基板保持部材。