JPWO2009013941A1 - 基板吸着装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
真空チャック装置は、基板とチャック装置間の空気を吸引して、負圧にすることにより、基板を真空吸着する技術である。この装置は、基板全面を強い負圧で吸着するため、反り易い基板に対しても、反りを抑制しながら吸着することができる。しかし、真空チャック装置は、気体が存在しない真空雰囲気中では使用することができない。したがって、プラズマ処理装置、イオン注入装置、イオンドーピング装置、液晶用基板張り合わせ装置、電子ビームやEUV等の露光装置、ウエハ検査装置等の装置において、真空を利用した装置には、この真空チャック装置を適用することができない。
これらの装置を使用することで、例えば、露光装置等の内部において、反った基板を真空吸着により平面矯正してから静電吸着へ切り替えて、真空雰囲気中における露光等の処理を行うことができる。
近年、基板吸着時における基板の平坦度や吸着力の均一性が高いレベルで要求されてきている。
これは、装置の吸着面と基板裏面との接触圧力を均一にして基板の冷却や装置の恒温性能を高める必要が高くなってきたからである。また、基板上の配線パターンの超微細化が要求されてきていることから、露光装置等において、基板をできる限り平坦にしておく必要があるからである。さらに、シリコン資源のいわゆる「エコ対策」として、シリコンウエハを薄くする方向に業界が動いているからである。現時点において、直径300mmのウエハの厚さが0.8mmであるが、将来的には、0.2mm程度まで薄化されると予想されている。この基板薄化の動向はウエハだけでなく、液晶ディスプレイ用基板に関しても同様である。しかし、基板を薄化すると、硬性が低くなって、基板吸着装置の吸着面の影響をもろに受けて、基板が簡単に変形するおそれがあり、より高いレベルの平坦性や吸着均一性が必要となる。
しかしながら、上記した従来の基板吸着装置の真空吸着機構は、複数の孔を装置の吸着面に穿設し、その孔から空気を引いて、基板を真空吸着する構造であるので、基板への吸着力が、孔の周辺で強く且つ孔から離れた箇所では弱く、均一性に欠けていた。このため、薄化した基板等では、孔の部分で基板が凹み、基板の平坦性が損なわれるおそれがあった。
しかし、この場合の多孔質の素材は、セラミックス等の粒状体を焼結して形成するため、孔の大きさや分布が均一でなく、バラツキや偏りがある。しかも、焼結で作成するため、孔の大きさや分布を均一にするように制御することができない。このため、気孔率が5〜25%という平均孔径の小さく且つ孔がほぼ均一に分布する多孔質素材を、実際には作成することができない。実用可能なものとしては、気孔率が30%以上の多孔質素材しか作成することができない。したがって、このように、平均孔径が大きな多孔質素材を真空吸着機構の吸着面に適用しても、吸着力の均一性を得ることができず、基板の平坦性を確保することはできない。
かかる構成により、被加工物を誘電体の吸着面上に載置した状態で、真空吸着機構を機能させ、基盤の吸気部から吸気すると、吸着面と被加工物との間の気体が誘電体や吸着電極の気孔を通じて引かれ、吸着面と被加工物との間が負圧になる。このため、反りが平面矯正された状態で、被加工物が吸着面に吸着される。
かかる状態で、真空吸着機構を停止させ、静電吸着機構を機能させると、吸着電極と被加工物との間の静電気力によって被加工物を吸着面に吸着させることができる。この結果、真空雰囲気中においても、被加工物に対して、平面矯正した状態で、所定の処理を行うことができる。
ところで、被加工物が極薄である場合には、真空吸着機構を機能させ、この被加工物を吸着面に吸着させると、被加工物が気孔の部分で凹み、被加工物の裏面に多数の凹凸ができて、平坦性が損なわれるおそれがある。
しかしながら、この発明の基板吸着装置では、真空吸着機構を、基盤表面側の気体を吸気するための吸気部と、溶射により基盤の上に形成された多孔質の誘電体と、溶射により誘電体内部に形成された多孔質の吸着電極とにより構成したので、気孔を誘電体や吸着電極に均一に分布させることができる。しかも、溶射粒子の平均粒径を小さくすることで、平均孔径も小さくすることができる。
したがって、溶射によって、誘電体や吸着電極に均一に分布する気孔の平均孔径を小さく形成し、極薄の被加工物をかかる小径の気孔を有する誘電体の吸着面に載置して、吸着させることで、被加工物の裏面全体が多数の小さな気孔によって均一に吸引される。このため、被加工物が極薄であっても、被加工物が気孔によって凹むことはない。すなわち、被加工物を小径の気孔によって均一に吸着するので、被加工物の平坦性が確保されることとなる。
かかる構成により、気体が誘電体の気孔から複数の溝へと吸引され、吸気通路を通じて外部に排気される。
かかる構成により、基盤に複雑な加工を施すことなく、所望吸引力の吸気部を形成することができる。その分製造コストの低減化を図ることができる。
かかる構成により、平均孔径及び気孔率を、下の最下位誘電体層から上の最上位誘電体層に向かって漸次小さくすることで、スムーズな吸引作用が可能になる。
かかる構成により、所望の平均孔径及び気孔率の誘電体及び吸着電極を容易に形成することができる。
かかる構成により、基盤作成工程を実行すると、表面側の気体を吸気するための吸気部と内部から表面に突出した電位供給端子とを有する基盤が作成され、下層作成工程を実行すると、溶射によって、平均孔径及び気孔率が最も大きい最下位誘電体層が、基盤上に積層形成される。しかる後、電極作成工程を実行すると、溶射によって、最下位誘電体層よりも平均孔径及び気孔率が小さい吸着電極が、最下位誘電体層の上であって電位供給端子の先端上に積層形成される。そして、中間層作成工程を実行することで、溶射によって、平均孔径及び気孔率が吸着電極の平均孔径及び気孔率とほぼ等しい一以上の中間誘電体層が、吸着電極を覆うように最下位誘電体層上に積層形成される。しかる後、上層作成工程を実行すると、溶射によって、平均孔径及び気孔率が最も小さく且つその表面を被加工物の吸着面とする最上位誘電体層が、一以上の中間誘電体層の上に積層形成される。
かかる構成により、研削工程が電極作成工程の前に実行され、最下位誘電体層の表面が研削されて、電位供給端子先端が最下位誘電体層の表面と面一にされる。
図1に示すように、この実施例の基板吸着装置1は、角形の極薄基板用の基板吸着装置であり、基盤2と誘電体3と静電吸着機構4と真空吸着機構5とを備えている。
具体的には、吸着電極41,42は、タングステンを最下位誘電体層31上に溶射して形成した矩形状の双極型電極である。これらの吸着電極41,42は、電位供給端子44,45にそれぞれ接続されており、電位供給端子44,45がスイッチ46を介して直流電源43の両極に接続されている。
具体的には、深さが約1mmで幅が約3cmの4本の縦溝51aと深さが約0.5mmで幅が3cmの4本の横溝51bとを格子状に連結して、溝51を構成した。そして、図3に示すように、吸気通路52を基盤2内部に設け、吸気通路52の上端を縦溝51aに連通させると共に、下端を吸気ポンプ50に連結した。
具体的には、最下位誘電体層31が、溝51を埋めた状態で基盤2の表面2a上に形成され、その厚さが、表面2aから300μmに設定されている。また、最下位誘電体層31の平均孔径は、最も大きく設定され、40μmである。また、気孔率は約30%程度に設定されている。
そして、吸着電極41,42が、この最下位誘電体層31上にタングステン粒子の溶射で形成されており、その厚さが、20μm〜50μmに設定されている。また、吸着電極41,42の平均孔径は、最下位誘電体層31の平均孔径よりも小さく設定され、20μmである。また、気孔率は約20%程度に設定されている。
中間誘電体層32は、吸着電極41,42を覆うように、最下位誘電体層31上に形成されており、その厚さが、約250μmに設定されている。また、中間誘電体層32の平均孔径は、吸着電極41,42の平均孔径とほぼ等しく設定され、20μmである。気孔率も約20%程度に設定されている。
最上位誘電体層33は、中間誘電体層32上に形成されており、その厚さが、50μmに設定されている。また、最上位誘電体層33の平均孔径は、最も小さく設定され、10μmである。また、気孔率は約5%程度に設定されている。
上記したように、最下位誘電体層31の平均孔径及び気孔率が最も大きく、最上位誘電体層33の平均孔径及び気孔率が最も小さく、中間誘電体層32及び吸着電極41,42の平均孔径及び気孔率がこれらの中間値に設定されている。
すなわち、各層の気孔を模式的に説明すると、図5に示すように、最も太い気孔56が、最下位誘電体層31に均一に所定数設けられ、気孔56の約1/2程の太さの気孔57が中間誘電体層32及び吸着電極41,42に均一に上記所定数だけ設けられ、気孔56の約1/4程の太さの気孔58が最上位誘電体層33に均一に上記所定数だけ設けられた状態になっている。これにより、これらの気孔56〜58は互いに連通しており、最上位誘電体層33の吸着面3a上の気体が、吸着面3aに均一に開口したきめ細かい気孔58から吸気され、気孔57,56を通じて図3に示す溝51内にスムーズに吸引されるようになっている。
なお、この実施例の製造方法は、この発明の基板吸着装置の製造方法を具体的に実行するものである。
図6は、基盤作成工程と下層作成工程と研削工程とを示す工程図であり、図7は、電極作成工程と中間層作成工程と上層作成工程とを示す工程図である。
基板吸着装置1の製造方法は、基盤作成工程S1と下層作成工程S2と研削工程S3と電極作成工程S4と中間層作成工程S5と上層作成工程S6とを実行することで達成される。
具体的には、図6の(a)に示すように、基盤作成工程S1によって、バルクのアルミナセラミックス製の角形基盤2を形成し、冷却水通路20と深さが約1mmの縦溝51a及び深さが約0.5mmの横溝51bでなる溝51とを、この基盤2に設けて、吸気通路52を縦溝51aに連通するように穿設すると共に、挿通孔21,22を基盤2のほぼ中央部に穿設する。
しかる後、図6の(b)に示すように、電位供給端子44,45を挿通孔21,22に挿通させ、その先端部44a,45aを基盤2の表面2aから突出させた状態で、無孔のセラミックス製の絶縁ブッシュ47,48を挿通孔21,22内に設けることで、基盤作成工程S1を終了する。
下層作成工程S2は、最下位誘電体層31を基盤2上に積層形成する工程である。
具体的には、図6の(c)に示すように、純度99.9%のセラミックス粒子を溶射で溝51内を十分埋めた後、さらに、セラミックス粒子を、溶射によって、基盤2の表面2a上に厚さ300μm程度まで積層して、最下位誘電体層31を形成する。
溶射方式としては、プラズマ溶射、アーク溶射、レーザ溶射等を適用することができるが、この実施例では、プラズマ溶射を適用した。この際、平均粒径120μmのセラミック粒子を用いて、平均平均孔径が40μmで気孔率が約30%の最下位誘電体層31を形成した。
そこで、研削工程S3を実行する。
研削工程S3は、電位供給端子44,45の先端を最下位誘電体層31の表面と面一にする工程である。
具体的には、図6の(d)に示すように、セラミック粒子を最下位誘電体層31上から溶射して、気孔率が約20%の犠牲層34を積層形成する。そして、図6の(e)に示すように、犠牲層34の上から厚さ10μm〜20μm程度研削して、最下位誘電体層31の表面31cを平坦にする。これにより、電位供給端子44,45の先端部44a,45aと最下位誘電体層31の表面31cとが面一になる。
電極作成工程S4は、吸着電極41,42を最下位誘電体層31上に形成する工程である。
具体的には、図7の(a)に示すように、タングステン粒子を、最下位誘電体層31の表面31cに露出した電位供給端子44,45上にそれぞれ溶射し、厚さ20μm〜50μmの吸着電極41,42を、最下位誘電体層31上に積層形成する。これにより、吸着電極41が電位供給端子44に平坦な状態で電気的に接続され、吸着電極42が電位供給端子45に平坦な状態で電気的に接続される。
溶射方式は、上記最下位誘電体層31及び犠牲層34と同様であるが、平均粒径100μmのタングステン粒子を用いて、平均孔径が20μmで気孔率が約20%程度の吸着電極41,42を形成した。
中間層作成工程S5は、中間誘電体層32を最下位誘電体層31上に形成する工程である。
具体的には、図7の(b)に示すように、純度99.9%のセラミックス粒子を、吸着電極41,42の上から最下位誘電体層31の表面31cに溶射し、厚さ約250μmの中間誘電体層32を、最下位誘電体層31上の吸着電極41,42を覆うように積層形成する。
溶射方式は、上記最下位誘電体層31及び犠牲層34と同様であるが、平均粒径100μmのセラミック粒子を用いて、平均孔径が20μmで気孔率が約20%程度の中間誘電体層32を形成した。
上層作成工程S6は、最上位誘電体層33を中間誘電体層32上に形成する工程である。
具体的には、図7の(c)に示すように、純度99.9%のセラミックス粒子を、中間誘電体層32の上に溶射して、厚さ50μm程度の最上位誘電体層33を積層形成する。
溶射方式は、上記最下位誘電体層31及び中間誘電体層32と同様であるが、平均粒径50μmのセラミック粒子を用いて、平均孔径が10μmで気孔率が約5%程度の最上位誘電体層33を形成した。
しかる後、図7の(d)に示すように、最上位誘電体層33の吸着面3aを、研磨機100によって平坦に研磨することにより、全工程が終了する。
上記製造方法では、最下位誘電体層31,中間誘電体層32及び吸着電極41,42,最上位誘電体層33の順で平均粒径を小さくして、各層の平均孔径及び気孔率を漸次小さくした。
すなわち、図8に示すように、溝51内及び基盤2に積層される最下位誘電体層31の粒子31dを最も大きくして、気孔率を約30%に設定すると共に、粒子31d間の隙間で画成される平均孔径を40μmに設定した。そして、その上に積層される吸着電極41,42及び中間誘電体層32の粒子32dを粒子31dよりも小さくして、気孔率を約20%に設定すると共に、粒子32d間の隙間で画成される平均孔径を20μmに設定した。しかる後、最上位に積層される最上位誘電体層33の粒子33dを最も小さくして、気孔率を約15%に設定すると共に、粒子33d間の隙間で画成される平均孔径を10μmに設定した。
このように、セラミック粒子を溶射して積層することにより、粒子31dの間隙で画成される最下位誘電体層31の気孔と、粒子32dの間隙で画成される中間誘電体層32及び吸着電極41,42(図3参照)の気孔と、粒子33dの間隙で画成される最上位誘電体層33の気孔とが連通する。この結果、図5の模式図で示したように、平均孔径が上層にいくに従って漸次細くなり且つ均一に分布された気孔を有する誘電体3を得ることができる。
図9は、この基板吸着装置1の使用例を示す概略図であり、図10は、真空吸着作用を模式的に説明するための概略断面図である。
プラズマエッチング等のように、基板Wに対して真空雰囲気中で処理を行う必要がある場合には、図9に示すように、基板Wを、チャンバ200内に取り付けられた基板吸着装置1の吸着面3a上に載置し、大気雰囲気中で、真空吸着機構5を機能させる。
すなわち、吸気ポンプ50を作動させ、吸気通路52を通じて溝51内の空気を吸気する。すると、図5及び図8に示したように、誘電体3の粒子31d〜33dの間隙で画成された気孔56〜58を通じて、基板Wと吸着面3aとの間の気体が吸引され、基板Wと吸着面3aとの間が負圧になる。この結果、図9の二点鎖線で示すように、反りやうねりがある極薄の基板Wが平面矯正された状態で、吸着面3aに吸着される。
かかる状態で、真空吸着機構5を停止させ、静電吸着機構4を機能させる。
すなわち、スイッチ46をオンにして、直流電源43を吸着電極41,42間に印加し、吸着電極41,42と基板Wとの間に静電気力を発生させ、基板Wを吸着面3aに静電気力で吸着した状態にする。
この状態で、真空ポンプ201を用いて、チャンバ200内の空気を排気することにより、基板Wに対して、真空雰囲気下でプラズマエッチング処理等を行うことができる。
例えば、図10の(a)に示すように、誘電体3の吸着面3aに開口する気孔58の平均孔径が大き過ぎると、基板Wが気孔58に吸い込まれ、気孔58による多数の凹凸が基板Wにできるおそれがある。
また、図10の(b)に示すように、気孔58の平均孔径が小さくとも、気孔58の吸着面3a上での分布が例えば左側に偏っていると、基板Wの右側部に対する吸引力が不足して、右側部が反り返るおそれがある。
しかし、この実施例の基板吸着装置1では、図10の(c)に示すように、平均孔径の小さな多数の気孔58を吸着面3a上に均一に分布させた構成になっているので、基板Wが、気孔58内に凹んだり、反り返ったりすることなく、吸着面3a上に均一に吸着される。 すなわち、基板Wが小径の多数の気孔58によって均一に吸着されるので、基板Wの平坦性が確保される。
図11は、この発明の第2実施例に係る基板吸着装置を示す断面図である。
この実施例は、基盤も多孔質の素材で形成した点が、上記第1実施例と異なる。
具体的には、基盤2′を気孔率が約30%〜50%のセラミックスによって形成し、この基盤2′の側面及び底面をアルミニュウムやチタン等で形成した無孔金属壁6で気密に覆った。そして、吸気通路52を金属壁6の底部に取り付けて、基盤2′の気孔と連通させた。
これにより、基盤2′の多数の気孔と吸気通路52とによって、吸気部が形成される。
この実施例によれば、溝51等の複雑な加工を基盤に施すことなく、所望吸引力の吸気部を形成することができるので、その分製造コストの低減化を図ることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第1実施例と同様であるので、その記載は省略する。
例えば、上記実施例では、吸着電極として、双極型の吸着電極41,42を適用したが、これに限らず、単極型の吸着電極を適用しても良いことは勿論である。
また、上記実施例では、セラミックス粒子を溶射して、誘電体3を積層形成した例を示したが、溶射の素材としては、セラミックスに限定されるものでなく、例えば、ガラス、樹脂の粒子を溶射して、誘電体3を積層形成することもできる。
上記実施例では、最下位誘電体層31の平均孔径を40μmに設定し、吸着電極41,42及び中間誘電体層32の平均孔径を20μmに設定し、最上位誘電体層33の平均孔径を10μmに設定したが、これに限定されるものでなく、最下位誘電体層31の平均孔径は、20μm〜200μmの範囲で、中間誘電体層32及び上記吸着電極41,42の平均孔径は、10μm〜150μmの範囲で、最上位誘電体層33の平均孔径は5μm〜20μmの範囲でそれぞれ設定可能である。
また、上記実施例では、吸着電極として、タングステン粒子を溶射で積層形成した吸着電極41,42を例示したが、吸着電極は、これに限定されるものでなく、モリブデン粒子,又はニッケル−アルミ合金粒子の溶射で形成することもできる。
Claims (10)
- 基盤と、この基盤上に設けられ且つその表面を被加工物の吸着面とする誘電体と、この誘電体内に設けられた吸着電極と上記被加工物との間の静電気力によって被加工物を上記吸着面に吸着させる静電吸着機構と、上記誘電体の吸着面と上記被加工物との間を負圧にすることによって被加工物を上記吸着面に吸着させる真空吸着機構とを備える基板吸着装置であって、
上記真空吸着機構を、
上記基盤の表面に開口して基盤表面側の気体を吸気するための吸気部と、
溶射により当該基盤の上に形成された多孔質の上記誘電体と、
溶射により当該誘電体内部に形成された多孔質の上記吸着電極とにより構成した、
ことを特徴とする基板吸着装置。 - 請求項1に記載の基板吸着装置において、
上記基盤の表面に凹設した複数の溝と当該基盤内部に設けた一以上の吸気通路とによって、真空吸着機構の上記吸気部を構成した、
ことを特徴とする基板吸着装置。 - 請求項1に記載の基板吸着装置において、
上記基盤を多孔質の素材で形成すると共に、当該基盤の側面及び底面を無孔の部材で気密に覆い、当該基盤の多数の気孔と上記無孔の部材に設けた吸気通路とによって、真空吸着機構の上記吸気部を構成した、
ことを特徴とする基板吸着装置。 - 請求項1ないし請求項3に記載の基板吸着装置において、
上記誘電体を、上記基盤の上に上記溶射で積層された最下位誘電体層と、この最下位誘電体層の上に上記溶射で積層形成された一以上の中間誘電体層と、上記溶射で最上位に積層形成され且つその表面を上記吸着面とする最上位誘電体層とで構成し、
上記最下位誘電体層の平均孔径及び気孔率を最も大きく設定し、上記最上位誘電体層の平均孔径及び気孔率を最も小さく設定した、
ことを特徴とする基板吸着装置。 - 請求項4に記載の基板吸着装置において、
上記最下位誘電体層の気孔の平均孔径及び気孔率を、20μm〜200μm及び25%〜60%にそれぞれ設定し、上記一以上の中間誘電体層及び上記吸着電極の気孔の平均孔径及び気孔率を、10μm〜150μm及び20%〜50%にそれぞれ設定し、上記最上位誘電体層の気孔の平均孔径及び気孔率を、5μm〜20μm及び5%〜25%にそれぞれ設定した、
ことを特徴とする基板吸着装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の基板吸着装置において、
上記誘電体は、セラミック粒子の溶射で形成され、
上記吸着電極は、タングステン粒子,モリブデン粒子,又はニッケル−アルミ合金粒子の溶射で形成されている、
ことを特徴とする基板吸着装置。 - 表面側の気体を吸気するための吸気部,及び内部から表面に突出した電位供給端子を有する基盤を作成する基盤作成工程と、
平均孔径及び気孔率が最も大きい最下位誘電体層を、上記基盤上に溶射によって積層形成する下層作成工程と、
上記最下位誘電体層よりも平均孔径及び気孔率が小さい吸着電極を、上記最下位誘電体層の上であって上記電位供給端子の先端上に溶射によって積層形成する電極作成工程と、
平均孔径及び気孔率が上記吸着電極の平均孔径及び気孔率とほぼ等しい一以上の中間誘電体層を、上記吸着電極を覆うように上記最下位誘電体層上に溶射によって積層形成する中間層作成工程と、
平均孔径及び気孔率が最も小さく且つその表面を被加工物の吸着面とする最上位誘電体層を、上記一以上の中間誘電体層の上に溶射によって積層形成する上層作成工程と
を具備することを特徴とする基板吸着装置の製造方法。 - 請求項7に記載の基板吸着装置の製造方法において、
上記電極作成工程の前段に、上記最下位誘電体層の表面を研削して、上記電位供給端子の先端を当該最下位誘電体層の表面と面一にする研削工程を設けた、
ことを特徴とする基板吸着装置の製造方法。 - 請求項7又は請求項8に記載の基板吸着装置の製造方法において、
上記最下位誘電体層の気孔の平均孔径及び気孔率が、20μm〜200μm及び25%〜60%、上記一以上の中間誘電体層及び上記吸着電極の気孔の平均孔径及び気孔率が、10μm〜150μm及び20%〜50%、上記最上位誘電体層の気孔の平均孔径及び気孔率が、5μm〜20μm及び5%〜25%にそれぞれなるように、各工程に使用する溶射粒子の平均粒径を設定した、
ことを特徴とする基板吸着装置の製造方法。 - 請求項7ないし請求項9のいずれかに記載の基板吸着装置の製造方法において、
上記最下位誘電体層,中間誘電体層及び最上位誘電体層を、セラミック粒子の溶射で積層形成し、上記吸着電極を、タングステン粒子,モリブデン粒子,又はニッケル−アルミ合金粒子の溶射で積層形成した、
ことを特徴とする基板吸着装置の製造方法。
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