TWI720323B

TWI720323B - 基板保持構件

Info

Publication number: TWI720323B
Application number: TW107121428A
Authority: TW
Inventors: 小野寺教夫; 手島貴志
Original assignee: 日商日本特殊陶業股份有限公司
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2021-03-01
Also published as: JP7096031B2; TW201906068A; JP2019009418A

Abstract

提供一種可長期間以良好的平面度保持基板之基板保持構件。

基板保持構件1具備：基台10；及形成於基台10的上面且在頂面20a保持基板的複數個凸部20。各凸部20具有從基台10的上面延伸之根基部21、與形成於根基部21上且包含頂面20a的頂部22。凸部20之根基部21的剖面積S1係比頂部22的剖面積S2大，且包含頂部22的頂面20a的至少一部分係由保持構件30所構成，該保持構件30係楊氏係數比形成基台10的材質還大的材質形成，各保持構件30彼此分離。

Description

基板保持構件

本發明係關於保持基板保持構件，尤其是關於晶圓等基板之真空夾頭等的基板保持構件。

在半導體製造裝置中，係使用基板保持構件作為用以保持晶圓等基板之構件。此種基板保持構件係在基台的表面形成有複數個凸部，以凸部的頂面(前端面)來保持晶圓。

為了使凸部與基板的接觸面積盡可能地變小，必須要縮小凸部之頂面的面積。又，為了真空吸附基板，凸部必須具有某種程度的高度。因此，凸部係形成為細長的圓柱形。

有在細長的圓柱形凸部的前端形成覆膜之提案(參照專利文獻1)。此外，也有在包含凸部(突出部)的基台(基體)的表面整體形成覆膜(保護層)之提案，此時，也有防止粒子從基台脫落之效果(參照專利文獻2)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第6001675號公報

[專利文獻2]日本專利第5063797號公報

然而，如專利文獻1所示，當凸部為細長的圓柱形時，在凸部與基台的接觸面，會有凸部因反覆作用的滑動力而產生破損的情況，而有難以長期間以良好的平面度保持基板的情況。

另一方面，如專利文獻2所示，若在基台的表面整體形成保護膜時，依基台與保護膜之間的物性差而長期使用時，會有在基體與保護膜之間發生剝離或龜裂之情況。此被認為是因線膨脹係數、彈性係數、密度、硬度、結晶性等物性有些微的不同，因伴隨溫度變化之膨脹率的差異所引起的應力、進行晶圓的吸附及脫離時產生的應力所造成的。此應力會傳遞到保護膜下部的基體，導致剝離或龜裂。此種保護膜的剝離或龜裂是粒子產生的原因，難以長期間將基板以良好的平面度保持。

本發明係有鑑於上述習知的問題而完成者，目的在提供一種可謀求長期間以良好的平面度保持基板之基板保持構件。

本發明的基板保持構件係具備基台、與形成於前述基台的上面且在頂面保持基板的複數個凸部，其特徵為：前述複數個凸部具有從前述基台的上面延伸之根基部、與形成於前述根基部上且包含前述頂面的頂部；前述複數個凸部之沿著前述基台的上面之水平方向的前述根基部的剖面積大於前述水平方向之前述頂部的剖面積；前述複數個凸部之包含前述頂部的頂面的至少一部分係由保持構件所構成，該保持構件係由楊氏係數比形成前述基台的材質大的材質形成；構成前述複數個凸部的各前述保持構件係彼此分離。

根據本發明的基板保持構件，包含與基板接觸的頂面之凸部的至少一部分係由保持構件所構成，該保持構件係由楊氏係數比形成基台的材質大的材質形成。藉此，相較於凸部是由與基台相同材質構成的情況，與基板接觸之頂面的耐磨耗性得以提升，且可抑制由頂面產生粒子。

而且，在凸部中，由於根基部的剖面積大於頂部的剖面積，所以比起整體的剖面積相同的上述專利文獻1所記載的凸部(突起部)，即便頂面的面積相同，也可謀求凸部的高剛性化。

再者，由於各保持構件彼此分離，所以比起保持構件(覆膜)涵蓋基台(基體)的表面整體而形成之上述專利文獻2所記載的情況，可達成抑制保持構件的剝離、龜裂等。

藉由此等，可長期間將基板以良好的平面度加以保持。

在本發明的基板保持構件中，較佳為前述複數個凸部係構成從前述基台的上面延伸之前述根基部，具備具有上端面之第1凸部、與形成於前述第1凸部的上端面的一部分上且構成前述頂部之第2凸部，前述保持構件係構成前述第2凸部的至少一部分。

於此情況，由於第1凸部係從基台的上面延伸，所以可將第1凸部與基台一體形成。藉此，可謀求提升第1凸部與基台的密接性，並可謀求抑制在此等之間產生剝離、龜裂的發生等的破損。

又，在本發明的基板保持構件中，較佳為前述保持構件係構成前述第2凸部及至少包含前述第1凸部的前述上端面之上端頂部。

於此情況，由於保持構件係構成第2凸部與第1凸部的上端頂部，所以可將此等一體形成。藉此，可謀求提升第1凸部與第2凸部的密接性，並可謀求抑制在此等之間產生剝離、龜裂的發生等的破損。

此外，藉由保持構件構成第1凸部的上端頂部，保持構件與第1凸部的下部係以大面積密接。因此，可謀求提升兩者間的密接性，並可謀求抑制在此等之間產生剝離、龜裂的發生等的破損。

又，在本發明的基板保持構件中，較佳為前述複數個凸部係從前述基台連續形成，且具有由形成前述基台的材質所構成的部分，在由形成前述基台的材質所構成的部分形成有凹部，至少在前述凹部內形成有前述保持構件。

於此情況，由於在形成凸部的基台的材質所構成的部分形成有凹部，且在此凹部內形成有保持構件，故可謀求抑制保持構件自由形成凸部的基台的材質所構成的部分剝離。

此外，在本發明的基板保持構件中，亦以前述保持構件構成前述複數個凸部的整體較佳。

於此情況，由於保持構件係構成凸部的整體，所以不需要將從基台連續的部分形成作為凸部的一部分，所以不需要形成此的步驟，可達成製造步驟的簡化。

再者，較佳為在本發明的基板保持構件中，在前述基台的上面形成有凹部，前述保持構件至少形成於前述凹部內。

於此情況，由於在基台的上面形成有凹部，且於此凹部內形成有保持構件，故可謀求抑制保持構件自基台剝離。

1、1A、1B、1C、1D‧‧‧基板保持構件

10、10A、10B、10C、10D‧‧‧基台

10Da‧‧‧凹部

11‧‧‧真空抽吸用路徑

20、20A、20B、20C、20D‧‧‧凸部

20a、20Aa、20Ba、20Ca、20Da‧‧‧頂面

21、21A、21B、21C、21D‧‧‧根基部

22、22A、22B、22C、22D‧‧‧頂部

23、23A、23B‧‧‧下部(第1凸部)

23Aa‧‧‧凹部

24、24A、24B‧‧‧上部(第2凸部)

30、30A、30B、30C、30D‧‧‧保持構件

40‧‧‧保持層

M‧‧‧遮罩

圖1係本發明第1實施形態之基板保持構件的示意剖面圖。

圖2係本發明第1實施形態之基板保持構件的凸部之放大示意縱剖面圖。

圖3係本發明第1實施形態之基板保持構件的凸部之放大剖面照片。

圖4係表示本發明第1實施形態之基板保持構件的製造步驟之放大示意縱剖面圖，係表示在基台的表面形成保持層，並在該區域載置有遮罩的狀態。

圖5係本發明第2實施形態之基板保持構件的凸部之放大示意縱剖面圖。

圖6係本發明第3實施形態之基板保持構件的凸部之放大示意縱剖面圖。

圖7係本發明第4實施形態之基板保持構件的凸部之放大示意縱剖面圖。

圖8係本發明第5實施形態之基板保持構件的凸部之放大示意縱剖面圖。

[實施發明之形態]

參照圖式，說明關於本發明第1實施形態之基板保持構件1。

基板保持構件1係如圖1的剖面圖所示，具備有：圓盤狀的基台10；及複數個凸部(突起部、銷)20，其等形成於基台10的上面，且在頂面20a保持未圖示之晶圓(基板)。

在基板保持構件1中，如圖2的部分放大剖面圖所示，各凸部20具有：根基部21，從基台10的上面延伸；及頂部22，形成於根基部21上且包含頂面20a。凸部20之沿著基台10上面之水平方向(圖2的左右方向)的根基部21的剖面積S1係大於前述水平方向之頂部22的剖面積S2。

凸部20之包含頂部22的頂面20a之至少一部分係由保持構件30構成，該保持構件30係由楊氏係數比形成基台10的材質還大的材質形成。包含頂部22的頂面20a之至少一部分較佳為由孔隙率(porosity)小於(孔隙少)形成基台10的材質之材質所構成。各保持構件 30彼此分離。

本實施形態中，凸部20係由圓柱狀下部23、和突出於下部23的上方，且直徑小於下部23的圓柱形上部24所構成。下部23係從基台10的表面突出且與基台10一體形成，材質與基台10相同。亦即，下部23係從基台10連續形成。

上部24整體係由保持構件30構成。藉此，凸部20的根基部21成為下部23的根基部(下端部)，凸部20的頂部22成為上部24的頂部(上端部)。

凸部20的頂面20a係形成為平坦，該凸部20的頂面20a即為保持構件30的上端面。此外，下部23相當於本發明的第1凸部，上部24相當於本發明的第2凸部。

下部23的高度較佳為0.15~0.35mm，例如0.25mm。下部23的直徑較佳為1.0~1.5mm，例如1.25mm。上部24的高度較佳為0.02~0.06mm，例如0.02mm。上部24的直徑較佳為0.02~0.2mm，例如0.02mm。

此外，圖1、2中，基台10、凸部20、保持構件30等並未考量實際的形狀及尺寸比而予以誇張描繪。因此，實際的形狀及尺寸比未必一致。後述的圖4~圖8亦同樣。

又，雖記載下部23及上部24均為圓柱狀，但因製造方法等主要因素的關係，角部會成為曲面狀，側面等也會產生凹凸，側面變成傾斜等，不會成為嚴謹的圓柱狀。

基台10及下部23的材質係可列舉碳化矽(SiC)、氧化鋁(Al₂O₃)等，但為了防止因靜電導致的電路破壞，宜為導電性且高剛性，因此較佳為碳化矽(SiC)質燒結體。基台10及下部23的孔隙也會引起粒子揚塵等，所以愈少愈好，其孔隙率為5%以下，更佳為2%以下。

由強度的觀點來看，基台10及下部23的孔隙直徑宜為小，基台10及下部23的平均孔隙直徑為1~5μm。平均孔隙直徑係使用掃描型電子顯微鏡(SEM)拍攝將基台10及下部23放大成2000倍的剖面，針對所得到的剖面照片之任意的30μm見方的區域，使用截距法(intercept method)來算出即可。

基台10及下部23的楊氏係數(縱向彈性模數)為400~440GPa，更佳為420~440GPa。又，基台10及下部23的維克氏硬度(Vickers hardness)為22~26GPa(荷重0.5kgf)。

保持構件30的材質雖可列舉碳化矽(SiC)、氧化鋁(Al₂O₃)等，但宜為主成分與基台10及下部23相同的材質，較佳為碳化矽質。保持構件30的孔隙由於包含與晶圓等的基板直接接觸的部分，故以更少較佳。保持構件30的孔隙率比基台10及下部23的孔隙率小，為1%以下，更佳為0.5%以下。保持構件30的楊氏係數比基台10及下部23的楊氏係數大，為450~480GPa，更佳為460~480GPa。在此，保持構件30、基台10及下部23的楊氏係數係可依據使用奈米壓痕法(nanoindentation method)的試驗方法之ISO 14577來測定。又，保持構件30的維克氏硬度為28~31GPa(荷重0.5kgf)。

在基台10及下部23的材質為碳化矽質燒結體的情況下，保持構件30較佳為利用熱CVD(化學氣相成長)法所形成的碳化矽質。原因在於：若利用熱CVD法，保持構件30的孔隙非常少，保持構件30之放大2000倍的剖面在利用SEM觀察下，孔隙不會被看出，保持構件30的孔隙率實質上成為0%，可容易將孔隙率及楊氏係數設在前述的範圍內，且可容易將保持構件30的厚度加厚到1mm左右。

圖3係在藉由對添加有作為燒結助劑成分的B4C及C之SiC進行常壓燒結而獲得的下部23，利用熱CVD法形成有由SiC構成的保持構件30的部分之使用掃描型電子顯微鏡(SEM)的放大剖面照片。可確認相對於下部23的碳化矽質燒結體分布有一定的孔隙，在利用熱CVD法所形成之由SiC構成的保持構件30，孔隙不會被看出，實質上孔隙率為0%。保持構件30、基台10及下部23的孔隙數或孔隙率的大小，係可藉由使用SEM之放大剖面照片的觀察來進行評價。

此外，雖就下部23及上部24分別為圓柱形的情況進行說明，但若凸部的根基部21的剖面積S1大於頂部22的剖面積S2的話，就不受限於此。例如，下部23及上部24亦可分別為截圓錐形狀，下部23與上部24亦可整體成為一個截圓錐形狀。又，下部23及上部24的形狀，只要為從上朝下擴大的形狀者即可，除了為圓柱狀外，也可為角柱、截圓錐、截角錐等。又，上部24或下部23的至少一者亦可為將複數個圓柱形、截圓錐形狀等於上下方向堆疊而成的形狀。

在基板保持構件1中，晶圓係以與複數個凸部20的各頂面20a抵接的方式由基板保持構件1所支持。然後，例如，雖未圖示，但藉由與形成於基台10的真空抽吸用路徑11連接之未圖示的真空泵等真空抽吸裝置，抽吸由基板保持構件1與晶圓所劃定之空間的空氣，並藉由此抽吸力使晶圓被吸附保持於基板保持構件1。

接著，參照圖4，說明關於基板保持構件1的製造方法。

首先，製作由碳化矽所構成之大致圓盤狀的成形體，將此成形體在1900~2100℃、Ar氣氣體環境下進行燒結，藉此製作大致圓盤狀的碳化矽質燒結體。此外，亦可在碳化矽的粉末材料，添加B4C、C等的碳含有物作為燒結助劑成分。

接著，藉由對碳化矽質燒結體的上側表面，實施研削加工、噴砂(blast)加工、放電加工、磨石加工、雷射束等的高能量束照射加工等，而形成複數個凸部20中的下部23。

再者，例如，以將基台10的上側表面包含下部23的表面在內全面地覆蓋之方式，利用熱CVD法、電漿CVD法、離子鍍法(ion plating method)等形成由碳化矽所構成的保持層40。保持層40的形成係以利用熱 CVD法較佳，惟只要可將保持層40的孔隙率及楊氏係數設在前述之保持構件30的範圍內即可，亦可藉由電漿CVD法、離子鍍法等方法來進行。以此方式形成的保持層40係成為覆蓋基台10的上側表面及下部23的表面之整面的狀態。

接著，以覆蓋會成為上部24的部分的區域之方式設置遮罩M，藉由對由此遮罩M所覆蓋的區域除外的區域進行噴砂加工等，來去除保持層40。此外，亦可藉由研削加工、放電加工、磨石加工、雷射束等的高能量束照射加工等來去除保持層40。藉此，在將成為上部24的部分，保持層40會殘留，而形成保持構件30。再者，以至少凸部20的頂面成為平坦的方式對保持構件30的頂面實施研磨加工。

根據以上說明的基板保持構件1，包含與晶圓接觸之頂面20a的凸部20的至少一部分，係由保持構件30所構成，該保持構件30係由與基台10的形成材質相比較之下孔隙率小(孔隙少)且楊氏係數大的材質所形成。藉此，相較於凸部20是由與基台10相同材質構成的情況，與晶圓接觸之頂面20a的耐磨耗性提升，可抑制由頂面20a產生粒子之情況。

凸部20因其根基部21的剖面積S1大於頂部22的剖面積S2，所以與整體的剖面積相同的上述專利文獻1所記載之細長圓柱狀凸部(突起)相比較，即便頂面20a的面積相同，也能達成凸部20的高剛性化。

再者，由於各保持構件30彼此分離，所以與保持構件(覆膜)是涵蓋基台(基體)的表面整體形成之上述專利文獻2所記載的情況相比較，可謀求抑制保持構件30的剝離、龜裂等。

藉由此等，能夠達成長期間以良好的平面度保持晶圓。

再者，由於下部23係從基台10的上面延伸，所以可將下部23與基台10一體形成。藉此，可謀求提升下部23與基台10的密接性，並可謀求抑制在此等之間產生剝離、龜裂的發生等的破損。

接著，參照圖式，說明關於本發明第2實施形態的基板保持構件1A。此基板保持構件1A係如圖5所示，與上述的基板保持構件1相比，僅在形成於下部23A的上面之凹部23Aa內也形成有保持構件30A這點是不同的。

藉此，保持構件30A係形成為將形成於下部23A的凹部23Aa內的部分與上部24全部一體化之形狀。凹部23Aa的縱向剖面形狀為半圓形、半橢圓形、矩形等，並無特別限定，亦可為與開口相比較之下內部於側部放大的形狀。凹部23Aa係以深度為0.01~0.2mm、開口部的寬度為0.02~0.2mm較佳。

此種保持構件30A係以在形成有下部23A時，藉由實施研削加工、噴砂加工、放電加工、磨石加工、高能量束照射等在下部23A的上面形成凹部23Aa，並在此狀態下形成保持層40的方式形成即可。

根據以上說明的基板保持構件1A，與上述的基板保持構件1同樣，可長期間以良好的平面度維持晶圓。

再者，因為在凸部20A之由形成基台10A的材質所構成之下部23A的上面，形成有凹部23Aa，並在此凹部23Aa內形成有保持構件30A，故可抑制保持構件30A從下部23A剝離。

接著，參照圖式，說明關於本發明第3實施形態的基板保持構件1B。此基板保持構件1B係如圖6所示，與上述之基板保持構件1相比較，僅下部23B的上部係由與構成保持構件30B的一部分之上部24B相同的材料所構成這點不同的。

藉此，保持構件30B係形成為將下部23B的上部與上部24B的全部一體化的形狀。下部23A的下部係從基台10連續形成。保持構件30B的下部23B之上部的厚度宜為0.01~0.2mm。

根據以上說明的基板保持構件1B，與上述的基板保持構件1同樣，可謀求長期間以良好的平面度保持晶圓。

再者，因為保持構件30B係構成上部24B與下部23B的上端頂部，所以可將此等一體形成。藉此，可謀求提升下部23B與上部24B的密接性，並可謀求抑制在此等之間產生剝離、龜裂之發生等的破損。

又，藉由保持構件30B構成下部23B的上端頂部，保持構件30B與下部23B的下部係以比上部24B的剖面更廣泛的面積密接。因此，可謀求提升兩者間的密接性，並可謀求抑制在此等之間產生剝離、龜裂之發生等的破損。

其次，參照圖式，說明關於本發明第4實施形態的基板保持構件1C。

此基板保持構件1C係如圖7所示，與上述的基板保持構件1相比較，僅凸部20C整體係由保持構件30C所構成這點不同。而且，此凸部20C係與凸部20不同，整體成為截圓錐形狀。又，凸部20C的形狀只要為從上朝下擴大的形狀即可，除了截圓錐狀，亦可為截角錐、或側面具有朝外側凸出或凹入的曲面之類似截圓錐的形狀。

凸部20C的高度宜為0.15~0.35mm，例如0.25mm。凸部20C的根基部21C的直徑宜為0.2~1.5mm，例如0.25mm。凸部20C的頂部22C的直徑宜為0.02~0.2mm，例如0.05mm。

此種保持構件30C係無需如製造上述的基板保持構件1時形成下部23，所以不需要形成下部的步驟，可達成製造步驟的簡化。

此外，截圓錐形狀的保持構件30C只要以涵蓋基台10C的上側表面的整面而覆蓋之方式形成保持層40，並將會成為保持構件30C之部分以外的保持層40去除來形成即可。保持層40的去除，係以藉由加工時不會伴隨氣流產生的雷射束加工來進行特別理想。在如噴砂加工之帶有粉體流動的加工中，會導致在呈截圓錐形狀之保持構件30C的下部與基台10C之間形成曲面。然而，在雷射束加工中，可抑制此種曲面的形成。

根據以上說明的基板保持構件1C，與上述之基板保持構件1同樣，可長期間以良好的平面度保持晶圓。

其次，參照圖式，說明關於本發明第5實施形態之基板保持構件1D。

此基板保持構件1D係如圖8所示，與上述的基板保持構件1C相比較，僅在形成於基台10D的上面之凹部10Da內亦形成有保持構件30D這點不同。

藉此，保持構件30D係構成為將形成於基台10D的凹部10Da內的部分與凸部20D一體化的形狀。凹部10Da的縱方向剖面形狀係為半圓形、半橢圓形、矩形等，並無特限定，亦可為與開口相比較之下內部於側部放大的形狀。凹部10Da係以深度為0.01~0.2mm，開口部的寬度為0.02~0.2mm較佳。

此種凹部10Da只要上面形成有平坦的基台10後，藉由實施研削加工、噴砂加工、放電加工、磨石加工、雷射束等之高能量束照射加工等，於基台10D的上面形成凹部10Da即可。

根據以上說明的基板保持構件1D，與上述基板保持構件1同樣，可達成長期間以良好的平面度保持晶圓。

再者，由於在形成於基台10D的上面之凹部10Da內，形成有保持構件30D，故可抑制保持構件30D自基台10D剝離。

1‧‧‧基板保持構件

10‧‧‧基台

20‧‧‧凸部

20a‧‧‧頂面

21‧‧‧根基部

22‧‧‧頂部

23‧‧‧下部(第1凸部)

24‧‧‧上部(第2凸部)

30‧‧‧保持構件

Claims

一種基板保持構件，係具備基台、與形成於前述基台的上面且在頂面保持基板的複數個凸部，其特徵為：前述複數個凸部具有從前述基台的上面延伸之根基部、與形成於前述根基部上且包含前述頂面的頂部，前述複數個凸部之沿著前述基台的上面之水平方向的前述根基部的剖面積大於前述水平方向之前述頂部的剖面積，前述複數個凸部之包含前述頂部的頂面的至少一部分係由保持構件所構成，該保持構件係由楊氏係數比形成前述基台的材質大的材質形成，構成前述複數個凸部的各前述保持構件係彼此分離。
如請求項1之基板保持構件，其中前述複數個凸部係構成從前述基台的上面延伸之前述根基部，具備具有上端面之第1凸部、與形成於前述第1凸部的上端面的一部分上且構成前述頂部之第2凸部，前述保持構件係構成前述第2凸部的至少一部分。
如請求項2之基板保持構件，其中前述保持構件係構成前述第2凸部及至少包含前述第1凸部的前述上端面之上端頂部。
如請求項1至3中任一項之基板保持構件，其中前述複數個凸部係從前述基台連續形成，且具有由形成前述基台的材質所構成的部分，在由形成前述基台的材質所構成的部分形成有凹部，至少在前述凹部內形成有前述保持構件。
如請求項1至3中任一項之基板保持構件，其中前述保持構件係構成前述複數個凸部的整體。
如請求項5之基板保持構件，其中在前述基台的上面形成有凹部，前述保持構件至少形成於前述凹部內。