WO2007037316A1 - 試料保持具とこれを用いた試料吸着装置および試料処理方法 - Google Patents

試料保持具とこれを用いた試料吸着装置および試料処理方法 Download PDF

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WO2007037316A1
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convex portion
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Takeshi Muneishi
Toshihiko Uemura
Katsuya Okumura
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Kyocera Corporation
Okutec Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a sample holder for holding a sample, and a sample holder for holding a sample in each process of manufacturing a silicon wafer used for manufacturing a semiconductor integrated circuit, a glass substrate used for manufacturing a liquid crystal display device, etc.
  • the present invention relates to a sample adsorption apparatus used, and a sample processing method for subjecting a sample to processing such as polishing, inspection, and transportation using the sample adsorption apparatus.
  • a sample such as a semiconductor wafer made of silicon or the like as a raw material is held a plurality of times on a sample table of a manufacturing apparatus or an inspection apparatus.
  • Various devices and holding methods have been proposed as methods for holding the sample on the sample table according to the type of manufacturing process.
  • the step of holding the sample includes, for example, a step of polishing the sample to a flawless mirror surface, a step of partially exposing a photosensitive material called a resist coated on the sample by light having a uniform wavelength or an electron beam, There are the steps of removing the exposed resist and inspecting the sample after each step.
  • the atmosphere around the sample holder that holds the sample is a special gas (gas) atmosphere such as nitrogen or oxygen, and the pressure is also from atmospheric pressure 1 X 10 5 Pa to high vacuum called 1 X over a 10- 7 Pa and variety.
  • sample holders use materials having high corrosion resistance as materials corresponding to these various processes and atmospheres, and mechanical force such as a panel, differential pressure or electrostatic force as a means for holding a sample.
  • Sample adsorbers have been used.
  • Patent Document 1 proposes a vacuum suction device having a recess and a recess on one main surface of a base which also has a ceramic force and having a plurality of protrusions on the bottom of the recess.
  • the projections have various shapes, and include a truncated cone, a truncated pyramid, a hemisphere, or a stack of cylinders having different diameters from the root to the top surface. It has been shown that generation of contamination or contamination due to contact with the sample is significantly reduced by reducing the area of the tip surface or setting the width of the tip surface of the projection to 0.1 mm.
  • the fixing surface for holding the sample is a concave convex surface in which a projection or a groove is formed on the base, and the top and side surfaces of the convex portion of the concave and convex surface and the bottom surface of the concave portion of the concave and convex surface
  • sample adsorption devices that are being polished using artillery.
  • the acute angle portion is reduced at the contact portion with the sample on the fixed surface, and particle generation can be suppressed.
  • a holder for holding a sample is capable of moving such as rotation, and a sample adsorption device is shown which can remove particles adsorbed to the holder during this movement.
  • this sample suction device there is shown a method of holding the holding portion as a spherical body or a rotating roller by a retainer and directly moving the retainer to rotate the holding portion to remove particles attached to the holding portion.
  • Patent Document 4 shows a sample adsorption apparatus in which a DLC (diamond like carbon) film having a thickness of 3 to 40 ⁇ m is formed on the surface of a substrate, and this DLC film shows defects or pointed portions of the substrate. It covers the corners and suppresses the generation of particles due to sample wear at the sharp corners.
  • DLC diamond like carbon
  • Patent Document 5 shows a vacuum chuck in which a chuck surface is formed by a large number of ceramic spheres arranged in a single layer on a surface of a ceramic base and directly bonded to the base. It is shown that even if particles are attached to the edge of the opening of the intake hole, the intake hole is provided in the space between the ceramic spheres, and the particles are easily removed by suction of the intake hole force formed on the substrate.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-242255
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-86664
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-70179
  • Patent Document 4 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-101247
  • Patent Document 5 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-285764
  • Patent Document 1 while reducing the force, the area of the tip end surface of the protrusion is reduced or the width of the tip end surface is reduced.
  • Patent Document 2 polishing is performed using abrasive grains on both the top surface and the side surface of the convex portion of the uneven surface and the bottom surface of the recess on the uneven surface.
  • abrasive grains on both the top surface and the side surface of the convex portion of the uneven surface and the bottom surface of the recess on the uneven surface.
  • the bottom of the concave portion is also polished, and the surface roughness Ra is set to not more than 0.25 m.
  • problems such as particle generation due to falling-off of particles due to the process-degraded layer due to polishing, etc. or particles clogged with voids on the surface of ceramics are attached to the sample. Was still occurring.
  • Patent Document 3 since the holding portion is held by a retainer as a sphere or a rotating roller, it is difficult to remove particles attached to the retainer. In addition, there is a problem that the particles reattach to the holding unit because the holding unit moves when used for a long time.
  • the DLC film on the surface of the substrate has a problem that the flatness of the sample holding portion of the substrate is deteriorated to the extent of its thickness, and the sample can not be held accurately.
  • Patent Document 5 open pores are present on the surface of a ceramic sphere, and the open pores have an edge. Friction wear between the sample and the sphere is likely to cause particles from the edge of the open pore. Also, open pores on the surface of the substrate and spheres There was a problem that one particle was released and attached to the sample.
  • the pattern width in the circuit wiring of a semiconductor integrated circuit is currently miniaturized to about 100 nm. This will affect the completed semiconductor circuit if particles of the order of 0.:m, for example, adhere to the sample during the process of manufacturing the semiconductor integrated circuit.
  • the pattern width tends to be further miniaturized, and the generated particles are required to be smaller in diameter.
  • the minimum measurable particle size of particle counters used in clean rooms etc. is about 0.1 ⁇ m, and it is impossible to measure particles with a particle size smaller than 0.1 m. Therefore, at present, it is required to suppress adhesion of particles having a particle diameter of about 0 .: L m or more to a sample for a semiconductor integrated circuit.
  • the object of the present invention is to provide a sample holder which reduces generation of particles due to friction with a sample and the like, and reduction of particles coming into the inside of a crack or void and sporadically reattaching to the sample. And a sample adsorption apparatus using the same and a sample processing method using the same.
  • the sample holder of the present invention is a sample holder for holding a sample by a plurality of convex portions provided on the upper surface of a base, and the convex portion has at least a single crystal or a contact surface with the sample. It is characterized in that it is constituted by a spherical surface formed of an amorphous material, and is fixed to the substrate via a bonding layer formed of an amorphous material.
  • the plurality of convex portions are spherical surfaces with single crystal or amorphous force, and the spherical surface of the convex portions itself has few defects such as voids, etc. Since the surface can be lubricated by the polishing tool, frictional wear of the sample at the contact portion between the sample and the convex portion can be reduced, and generation of particles can be suppressed. In addition, since the bonding layer is made of an amorphous material, it is possible to reduce a defect in which particles scattered on the sample holder are clogged, and it becomes possible to easily maintain a clean state by washing. It can be reduced.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a sample holder of the present invention.
  • FIG. 2 (a) is a partial cross-sectional view when a sample is placed on the sample holder of the present invention, (b) to (d) are perspective views showing convex portions used for the sample holder of the present invention FIG.
  • FIG. 3 (a) and (b) are cross-sectional views for explaining the details of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an embodiment of a sample adsorption device using the sample holder of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing another embodiment of a sample adsorption device using the sample holder of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the sample adsorption device using the sample holder of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a sample holder of the present invention
  • FIG. 2 (a) is a partial cross-sectional view of the sample holder of the present invention.
  • the sample holder 100 of the present invention is provided with a plurality of projections 1 for holding the sample 4 by placing or fixing it on the main surface (upper surface) of the base 2.
  • the contact surface of the convex portion 1 with at least the sample 4 is constituted by a spherical surface la which is also a single crystal or an amorphous material.
  • the convex portion 1 is fixed to the upper surface of the base 2 via the amorphous bonding layer 3 and is rolled.
  • a void be formed between the sample 4 held by the convex portion 1 and the bonding layer 3. Since the air gap is formed between the sample 4 and the bonding layer 3, the sample 4 contacts only the convex portion 1, and the flatness of the surface of the sample 4 to be held is improved. This can contribute to the improvement of the accuracy of processing and observation of the sample 4.
  • the above-mentioned base 2 is formed by cutting a ceramic sintered body or the like in the form of a circular or polygonal plate or the like.
  • alumina sintered body, yttria sintered body, YAG sintered body, silicon nitride it is preferable to form by quality sintered compact.
  • the yttria sintered body has high plasma resistance and can suppress generation of particles caused by plasma irradiation during the process.
  • alumina sintered body is It is suitable as a sample holder for use in a semiconductor manufacturing apparatus because it has a resistance to plasma after the yttria sintered body.
  • the alumina sintered body has excellent mechanical properties such as a three-point bending strength of 300 MPa or more and a Young's modulus of 250 GPa or more, the wide-area sample 4 should be stably and accurately held. Is possible.
  • it is suitable as a sample holder used in a liquid crystal manufacturing apparatus for increasing the area of a substrate for a liquid crystal display device in recent years.
  • an alumina-based sintered body in which yttria particles are dispersed is excellent in both mechanical properties and plasma resistance, and is more preferable.
  • the convex portion 1 is made of a single crystal material such as sapphire, ruby, silicon carbide or quartz, or an amorphous material such as quartz or borosilicate glass.
  • a single crystal material such as sapphire, ruby, silicon carbide or quartz, or an amorphous material such as quartz or borosilicate glass.
  • the convex portion 1 does not contain grains and voids, and therefore, there is no generation of particles due to the grains and voids.
  • the processed and transformed layer generated on the surface when subjected to grinding can be easily removed by polishing, and the generation of particles due to falling off due to the processed and degraded layer can be reduced.
  • the convex portion 1 when the convex portion 1 also has a polycrystal power, generation of particles due to dropping of crystal grains due to a damaged layer after grinding, and particles clogged in the void in the void are used as a sample holder 100 Problems occur as a part-time job.
  • the convex portion 1 is also a single crystal material or an amorphous material
  • the structure of these materials is made of substantially the same compound when grinding is performed, so that the force during grinding is strong. Because resistance is easily transmitted uniformly, it is easy to obtain a machined surface with few irregularities.
  • the convex portion 1 is made of a single crystal material, the strength with no lattice defects is high and stable. Therefore, if the tip surface of the convex portion 1 holding the sample 4 is a spherical surface la, the fracture can be reduced even if the curvature is reduced, and the impurities are mixed in the sample 4 because it is chemically stable. And diffusion can be reduced.
  • the convex portion 1 when the convex portion 1 is a single crystal material, it is preferable that the hardness is higher than the hardness of the glass or silicon constituting the sample 4 to be placed. Further, when the convex portion 1 is made of an amorphous material, quartz is particularly preferable. When these materials are used for the convex portion 1, generation of scratches due to friction with the sample 4 does not occur in the convex portion 1; It can be suppressed from occurring.
  • the surface of the convex portion 1 holding the sample 4 is a spherical surface la having a moderate curvature, and the contact area with the sample 4 can be reduced, and the friction coefficient between the sample 4 and the convex portion 1 is reduced. can do. Therefore, it is possible to suppress the generation of particles from the convex portion 1 due to the placement and movement of the sample 4, and it is possible to further reduce the generation of particles even when used in a corrosive gas or its plasma atmosphere.
  • the convex portions 1 are preferably arranged at regular intervals on the main surface of the base 2, for example, as shown in FIG. Ru.
  • the sample 4 to be held can be stably held.
  • the shape of the convex portion 1 is spherical, and as shown in FIGS. 2 (b) to 2 (d), the force is selected such as a hemispherical shape, a cylindrical shape, or a hemispherical tip of a square pole.
  • the contact surface with the sample 4 to be formed may be a spherical surface la.
  • the diameter of the convex portion 1 is 0.5 to 5 mm, preferably 1 to 3 mm.
  • the diameter of the large circle portion is 0.5 to 5 mm, preferably 1 to 3 mm, and the height is 0.5 to 5 mm, preferably 1 to 3 mm. It is.
  • the term “spherical” or “hemisphere” referred to here means a spherical or semispherical shape when viewed from the top or cross section as shown in FIGS. It means that the shape looks like a shape. This is ideally aimed at producing a shape aiming at a strictly spherical or hemispherical shape, but in a real process, it is difficult to reproduce it.
  • the convex portion 1 is fixed by the bonding layer 3 which is made of an amorphous material, and the composition of the convex portion 1 and the base 2 is not deteriorated, and the glass is melted at a certain baking temperature. Ru.
  • the bonding layer 3 has a glass force, it is possible to obtain a smooth surface having few open pores. Accordingly, clogging of the open pores of the bonding layer 3 with particles can be reduced, and adhesion to the sample 4 can also be reduced.
  • the amorphous material does not contain fine crystal grains, it is possible to eliminate the generation of particles resulting from the dropping of these crystal grains.
  • the material of the bonding layer 3 is phosphorus (P) or boron (B) or the like which is the same as the element doped in the semiconductor wafer. It is preferable that it is an amorphous glass which has the compound of the element as a main component. Thus, even if the metal element evaporated from the bonding layer 3 diffuses into the sample 4, the sample 4 affects the semiconductor integrated circuit. It does not From the above, the bonding layer 3 is made of silicate glass (Na 2 O 5 —Si
  • phosphate glass P 2 O—SiO type
  • borate glass B 2 O type
  • alkali elements such as Na, K and Li may be mixed. However, if the concentration of these alkali elements in the glass increases, these elements may evaporate from the glass and diffuse to the semiconductor wafer while the sample holder 100 is used as part of the semiconductor manufacturing apparatus. It is preferable to reduce these contents as much as possible. From the above, it is more preferable that the total content of the contained alkali elements such as Na, K and Li is 20% by mass or less in terms of acid and more preferably 10% by mass or less It is.
  • the convex portion 1 and the base 2 are formed separately, and are bonded by the bonding layer 3.
  • the bonding layer 3 does not intervene between the bottom of the projection 1 and the main surface of the base 2, and a structure in which only the side surface of the projection 1 is fixed to the base 2 by the bonding layer 3 is preferable.
  • the flatness formed by the entire convex portion 1 formed by the spherical surface la of the plurality of convex portions 1 is improved, and the flatness of the surface of the sample 4 to be held is improved. It contributes to the improvement of the accuracy of
  • the bonding layer 3 be formed on the main surface of the base 2 in addition to the surface on which the convex portion 1 is disposed.
  • the glass constituting the bonding layer 3 have high wettability to the convex portion 1.
  • the wettability is poor, there is a high possibility that the particles which easily form the boundary 3a at the interface between the convex portion 1 and the bonding layer 3 and which particles easily enter are scattered and reattached to the sample 4.
  • the bonding layer 3 be formed with a gentle curved surface from the spherical surface la of the convex portion 1. As shown in Fig.
  • the bonding layer 3 preferably has an open porosity at the surface of 0.1% or less and a major axis of the open pores of 0.1: L m or less. Since the bonding layer 3 in the sample holder 100 of the present invention has an amorphous material strength, there are almost no open pores on the surface, but the open porosity is as small as 0.1% or less. By preventing the generated particles from being adsorbed to the bonding layer 3 and setting the major diameter of the open pores to 0.1 m or less, the generated particles are effectively prevented from entering the pores. be able to. Thus, when the sample 4 to be held is a semiconductor wafer, adsorption of particles to the bonding layer 3 can be reduced, which causes a problem when the sample 4 is adsorbed to the semiconductor wafer.
  • the open porosity is a magnification of 200 using a metallurgical microscope, and an image of the surface is taken in with a CCD camera, and an image analysis device (manufactured by Nireko Co., Ltd. (LUZEX-FS, etc.)) , 2. 25 X 10- 2 mm 2 the measurement area for one field of view in the image, by measuring the measurement field number 20, the measured total area as 4. 5 X 1 0- imm 2! ,.
  • the bonding layer 3 has a surface roughness of 0.1 ⁇ m or less at a local average peak distance (S). As a result, minute projections of the bonding layer 3 are reduced, and generation of particles due to these fragments and the like can be suppressed, and even if particles are generated, the local peak-to-peak average interval is small. It can be reduced. More preferably, the local peak average interval (S) is less than or equal to 0. 04 / z m, and more preferably less than or equal to 0. 03 / z m.
  • the spherical surface la of the convex portion 1 preferably has a surface roughness of 0.1 ⁇ m or less at the maximum height (Ry). Since the convex portion 1 is a single crystal or amorphous material, almost no open pores exist on the surface, which reduces the friction and wear of the semiconductor wafer during adsorption and holding. It is possible. In addition, even if particles are generated, it is possible to prevent particles from entering the fine concavo-convex portion in the spherical surface la of the convex portion 1, so that even if the wafer is repeatedly adsorbed and held, friction wear on the wafer can be prevented. it can.
  • the local top average distance (S) of the bonding layer 3 and the maximum height (Ry) of the spherical surface la can be measured and determined according to JIS B 0601-1994.
  • the local average peak distance (S) of the bonding layer 3 and the maximum height (Ry) of the spherical surface la are 20 points per 0.01 g 2 (100 cm 2 ) of the spherical surface la or any surface of the bonding layer 3. Measure and determine by the average.
  • the measured length of the local crest average distance (S) is 0.4 mm when obtaining a value of 0.1 m or less, and 1.25 mm when a value of 0.1 m or more is obtained, and the maximum height
  • the measurement length of (Ry) was 1. 25 mm.
  • the convex portion 1 and the bonding layer having the single crystal power of the present invention are also used in the sample adsorption device used in the apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit having a circuit wiring whose notch width is miniaturized to about 100 nm. If it is 3, the generation of particles of around 0.1 ⁇ m, which is the smallest measurable particle diameter of particle counters, can also be reduced.
  • a plate-like ceramic sintered body to be the base 2 is prepared.
  • the shape of the plate-like ceramic sintered body is determined by the shape of the sample 4.
  • grinding is performed so that the main surface and the opposite surface of the prepared ceramic sintered body fall within specified ranges such as flatness, flatness and surface roughness.
  • a glass paste which is the bonding layer 3, is applied to the main surface of the base 2, and the projections 1 are further disposed at predetermined positions.
  • the application of the glass paste to the substrate 2 can be formed by a known method such as screen printing, casting and a doctor blade method.
  • FIG. 3 in order to prevent the bonding layer 3 from interposing on the bottom of the convex portion 1 and the surface of the base 2, masking is performed on the portion where the convex 1 is arranged on the main surface of the base 2.
  • the glass paste to be layer 3 may be applied, and after the glass paste is dried, the masking may be removed.
  • heat treatment is performed in the state where the glass paste to be the bonding layer 3 is applied.
  • the convex portion 1 is disposed on the main surface of the base 2, and heat treatment is performed in a state where the glass paste to be the bonding layer 3 is applied.
  • the conditions of the heat treatment are determined by the transition point of the glass paste Ru.
  • the holding temperature of the heat treatment is set to about 20 to 90 ° C. higher than the softening point of the glass in the glass paste, the holding time is set in the range of 10 to 60 minutes, and the cooling temperature gradient is 5 to 100 ° C. It is set in the range of minutes.
  • the atmosphere during the heat treatment is not particularly limited, but is preferably an air atmosphere or a nitrogen atmosphere.
  • an approximate shape of the convex portion 1 is formed by grinding, and the convex portion 1 is formed.
  • polishing is performed using abrasive grains. This makes it possible to remove scratches during grinding.
  • the sample holder 100 of the present invention can be obtained. Force is applied from above the convex portion 1 for the purpose of preventing positional deviation of the convex portion 1 during heat treatment. And is preferred. As another means, it may be processed in advance in the place where the convex portion 1 of the main surface of the base 2 is to be arranged, and the convex portion 1 may be arranged in the concave portion.
  • the sample holder 100 obtained in this manner can be suitably used as various sample adsorption devices.
  • FIG. 4 is an example of a sample adsorption apparatus using the sample holder of the present invention.
  • the sample adsorption apparatus 200 of the present invention comprises a seal wall 9 at the outer edge of the upper main surface of the base 2 of the sample holder 100 to form a sealed space 6 with the sample 4 to be held, An exhaust means 11 for exhausting the space 6 is provided.
  • This sample adsorption device can hold the sample 4 by the differential pressure generated between the upper and lower sides of the sample 4 by the suction force.
  • the sample 4 and the seal wall 9 do not need to be in contact.
  • a gap is formed to such an extent that the above-mentioned differential pressure sufficient to adsorb the sample 4 in the process is generated. Particle generation due to friction between the sample 4 and the seal wall 9
  • the viewpoint of prevention is also preferable.
  • the exhaust means 11 such as a pump to the exhaust hole 5
  • the closed space 6 composed of the back surface of the sample 4 and the base 2 can be exhausted, and the difference between the sample 4 and the surface 4 is generated. Hold by pressure.
  • the exhaust means 11 is connected to the exhaust hole 5 via an exhaust pipe 12 such as a rubber hose or a symflex tube.
  • a vacuum pump such as a dry pump or diaphragm pump is used.
  • the bonding layer 3 appropriately covers the inside of the exhaust hole 5 also in the exhaust hole 5, and Surface force of air hole 5 prevents particles generated from reattaching to sample 4.
  • the upper and lower pin holes 7 are holes for inserting upper and lower pins (not shown) for attaching and detaching the sample 4 to the sample adsorption device 200, and the seal wall 9 is formed by the bonding layer 3 in the upper and lower pin holes 7. It is bonded to the base 2.
  • the gap between the upper surface of the seal wall 9 and the back surface of the sample 4 is preferably l / z m or less. This has the effect of preventing particles from entering the closed space 6 through the upper and lower pin holes 7 when the closed space 6 is exhausted. In addition, depending on the method of transporting the sample 4, the upper and lower pins may be unnecessary.
  • the sample adsorption device 210 of the present invention has a base 2 having a convex portion 1 on the upper main surface, a bonding layer 3 for bonding the convex portion 1 and the base 2, An electrode 30 formed on the main surface of the base 2, a power supply 31 for applying a potential to the sample 4, and a force are also configured.
  • the power supply unit 31 has electrode terminals 32a and 32b for applying a potential.
  • the electrode terminal 32a is electrically connected to the electrode unit 30, and the electrode terminal 32b is electrically connected to the sample 4. Then, by applying a voltage to the electrode unit 30 and the sample 4 from the electrode terminals 32a and 32b, the electrostatic force generated between the sample 4 and the electrode unit 30 causes the spherical surface la of each projection 1 to be a sample 4 Hold the
  • the upper and lower pin holes 7 are installed by the method of transporting the sample 4 in the same manner as the sample adsorption device 200.
  • the upper and lower pin holes 7 are holes for inserting upper and lower pins (not shown) for attaching and detaching the sample 4 to and from the sample adsorption device 210. It covers the inside of 7 and prevents the surface force particles of the upper and lower pin holes 7 opened in the base 2 from reattaching to the sample 4.
  • the electrode unit 30 is preferably configured by applying a film of a high melting point metal such as tungsten. This is to prevent the material constituting the electrode section 30 from diffusing into the bonding layer 3 when the bonding layer 3 is produced.
  • the sample 4 can be adsorbed by the following two methods.
  • sample 4 A so-called “bipolar type” in which the electrode unit 30 is divided into two without setting the potential and different potentials are applied to each, so that the electrode unit 30 is a single electrode and the power supply unit 31 is disposed also in the sample 4
  • unipolar type There are two ways of applying a potential with the so-called "unipolar type”. Note that Fig. 5 is described in the monopolar type! / ⁇ , but it goes without saying that the bipolar type is also used! / ⁇ .
  • 6A is formed so as to cover the base 2 having the convex portion 1 on the main surface on the upper side, the bonding layer 3 for bonding the convex portion 1 and the base 2, the convex portion 1 and the bonding layer 3.
  • the electrode portion 40, a power source portion 41 for applying an electric potential to the electrode portion 40 and the sample 4, and a dielectric portion 43 formed to cover the electrode portion 40 are further provided. It has electrode terminals 42a and 42b for giving.
  • the electrode portion 40 is electrically connected to the electrode terminal 42 a, and the top surface of the electrode portion 40 is covered with the dielectric portion 43.
  • the sample 4 is retained by
  • the upper and lower pin holes 7 are installed by the method of transporting the sample 4 in the same manner as the sample adsorption device 200.
  • the upper and lower pin holes 7 are holes for inserting upper and lower pins (not shown) for attaching and detaching the sample 4 to and from the sample adsorption device 210. It covers the inside of 7 and prevents the surface force particles of the upper and lower pin holes 7 in the base 2 from reattaching to the sample 4.
  • the electrode terminal 42 a is used as the base 2 and the joining layer 3. Attach without using an adhesive such as a screw or press-fit to penetrate. It is preferable that the heights of the upper surfaces of the electrode terminal 42a and the bonding layer 3 be approximately the same. Thereafter, by forming the electrode portion 40 so as to cover the convex portion 1 and the bonding layer 3, the electrode portion 40 and the electrode terminal 42a are electrically connected, and voltage application to the electrode portion 40 becomes possible.
  • the dielectric portion 43 is formed so as to cover the electrode portion 40, so that the electrode portion 40 and the electrode terminal 42a can be prevented from appearing on the surface to which the sample 4 is adsorbed. It is possible to prevent discharge between them.
  • the electrode portion 40 and the dielectric portion 43 can be formed into a film by sputtering, vapor deposition, CVD or the like. The film thickness can be reduced to prevent the generation of surface defects. However, since the convex portion 1 and the bonding layer 3 made of a single crystal or amorphous material have no defect, the defect is not projected on the surface of the film of the electrode portion 40 and the dielectric portion 43.
  • the sample holding device of the present invention it is possible to reduce the adhesion of particles to the sample in various environments, and to improve the precision of the circuit formation of the semiconductor integrated circuit and the liquid crystal display, etc. Can contribute to
  • a plate-like alumina (purity 99%) sintered body having a diameter of 220 mm and a thickness of 15 mm was prepared as the substrate 2, and a paste of caytic acid glass was prepared as the bonding layer 3.
  • the convex portion 1 is a spherical body having a diameter of 2 mm and made of a single crystal material such as sapphire, quartz which is an amorphous material, alumina (purity 99.9%) which is a polycrystal, and silicon nitride (purity 99.9). 20 pieces of convex part 1 consisting of%) were prepared.
  • the base 2 was ground such that the main surface and the back surface of the sintered body had a flatness of 0.000 mm or less, a parallelism of both surfaces of 0.0005 mm or less, and a surface roughness of 0.4 ⁇ m in arithmetic average height Ra. Finish by processing. Further, the upper surface of the seal wall 9 was finished such that the height from the main surface was about 10 m lower than that of the convex part 1 and the parallelism with the back surface of the base 2 was not more than 0.005 mm. Also, prepare one vent hole 5 of 5 mm in diameter at the center of the base 2.
  • the convex portion 1 is subjected to grinding with abrasive particles so that the variation in diameter of each material is ⁇ 2 m or less, and the surface roughness of each material at that time is set to the maximum height Ry according to JIS B 0601 — Measured as described in the above embodiment in accordance with 1994. The results are shown in Table 1.
  • a paste of caustic acid glass force is applied to the main surface of the substrate 2 by screen printing, and the convex portion 1 is disposed at a predetermined position.
  • a glass paste to be the bonding layer 3 was applied, and after the glass paste was dried, the masking was removed. Thereafter, on the main surface of the base 2, a protrusion to be the projection 1 and the bonding layer 3 is formed.
  • Heat treatment is performed in a state where the glass paste is applied.
  • the heat treatment conditions are generally that the heat treatment temperature curve sets the holding temperature about 50 ° C.
  • the holding time in the range of 10 to 60 minutes, and the rising and cooling temperatures
  • the gradient was set in the range of 5 to 100 ° C. Z minutes.
  • the local peak-to-peak average spacing S of the surface of the bonding layer 3 was measured as described in the above-mentioned embodiment in accordance with JIS B 0601 to 1994.
  • the sample holder 100 of sample No. 1-9 shown in Table 1 was produced by the said method.
  • the measurement of the particle increase amount was performed according to the following procedure. First, 10 wafers are adsorbed to and detached from each sample holder 100. Next, each sample holder 100 is ultrasonically cleaned in pure water for 15 minutes. Then, 5 wafers were adsorbed and desorbed, and for each wafer before and after adsorption and detachment, the amount of increase in particles having a particle diameter of 0.1 m or more on the adsorption surface side of the wafer was measured, and the average value of 5 wafers was taken. . The number of particles is measured in a class 10 room or less, and the transfer and exchange of wafers are performed using an automatic transfer machine, while holding the back of the wafer suction surface with an air pad, to the sample holder 100.
  • the number of particles at each position other than the contact portion with the convex portion 1 and the contact portion with the convex portion 1 was measured using a laser particle counter (Surfscan 6220, manufactured by KLA-tencor Co., Ltd.).
  • Samples marked with * are outside the scope of the present invention. From Table 1, the sample Nos. 1 to 6 of the present invention in which the convex portion 1 made of single crystal is joined through the joint layer 3 made of amorphous material, the contact portion with the convex portion 1 and the convex portion The generation of particles with a total value of 2 to 10 particles less than the contact area with 1 was suppressed.

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Description

明 細 書
試料保持具とこれを用いた試料吸着装置および試料処理方法
技術分野
[0001] 本発明は、半導体集積回路の製造に用いられるシリコンウェハや、液晶表示装置 の製造に用いられるガラス基板等の各製造工程にお 、て、試料を保持する試料保 持具とこれを用いた試料吸着装置、および試料吸着装置を用いて試料に研磨、検査 、搬送などの処理を施す試料処理方法に関する。
背景技術
[0002] 半導体集積回路の製造工程において、シリコンなどを原料とする半導体ウェハなど の試料は製造装置や検査装置の試料台上に複数回保持される。試料台に試料を保 持する方法は、製造工程の種類に応じて様々な装置、保持方法が提案されている。 試料を保持する工程とは、例えば、試料をキズの無い鏡面に研磨する工程、波長を 揃えた光や電子線により試料上に塗布されたレジストと呼ばれる感光材を部分的に 感光させる工程、その感光されたレジストを取り除く工程、そして各工程を終えた試料 を検査する工程などがある。また、試料を保持する試料台の周囲は大気の他、窒素 や酸素などの特殊な気体 (ガス)雰囲気の他、その圧力も大気圧である 1 X 105Paか ら高真空と呼ばれる 1 X 10—7Paと多岐にわたる。
[0003] 従来の試料保持具は、これら様々な工程や雰囲気に対応して、材質として耐食性 の高いものを用い、試料を保持する手段としてパネなどの機械的な力、差圧力、又は 静電気力を用いて成る試料吸着装置が用いられてきた。
[0004] 最近は、半導体集積回路の更なる微細化、高密度化にともない、試料を保持する 際に試料と試料保持具との間の摩擦摩耗により発生するパーティクルの試料への付 着、試料保持具の表面に存在するキズなどに入り込んだパーティクルが振動などの 外力により散発的に試料へ再付着するなど、様々な問題が認識されてきた。
[0005] この問題に対し、従来、試料と試料保持具との接触面積を小さくする方法、接触部 を滑らかにすることで摩擦摩耗を低減する方法、試料との接触部を曲線状にする方 法、さらに接触部の表面を砥粒ゃ超音波を用いて研磨する方法等が用いられてきた [0006] 特許文献 1では、セラミックス力もなる基台の一主面に凹欠部を有し、該凹欠部の 底面に複数の突起を備えた真空吸着装置が提案されている。この突起は、種々の形 状を成し、根本部から頂面に向かって先細り状をした円錐台、角錐台、半球、あるい は径の異なる円柱を積み合わせた形状などがあり、突起の先端面の面積を小さくし たり、突起の先端面の幅を 0. 1mmとすることにより、試料との接触によるパーテイク ルゃコンタミネーシヨンの発生を大幅に低減することが示されている。
[0007] 特許文献 2では、試料を保持する固定面は、基体に突起または溝が形成された凹 凸面となっており、凹凸面の凸部の頂面および側面と、凹凸面の凹部の底面とがとも に砲粒を用いた研磨されている試料吸着装置が示されている。これにより、固定面に おける試料との接触部分には尖角部が減少し、パーティクル発生を抑制することがで きる。また、固定面に保持した試料をリフトピンにより固定面力も離脱する際にパーテ イタルの再付着を防止できることが示されて 、る。
[0008] 特許文献 3では、試料を保持する保持部は、回転などの移動を可能として、この移 動中に保持部に吸着したパーティクルが除去できる試料吸着装置が示されている。 この試料吸着装置では、保持部を球体又は回転ローラとしてリテーナで狭持し、その リテーナを直動することで保持部を回転させて保持部に付着したパーティクルを除去 する方法が示されている。
[0009] 特許文献 4では、基体の表面に厚さ 3〜40 μ mの DLC (ダイヤモンドライクカーボ ン)膜を形成した試料吸着装置が示されており、この DLC膜により基体の欠陥部や 尖角部を覆い隠し、尖角部での試料の摩耗によるパーティクルの発生を抑制として いる。
[0010] 特許文献 5では、セラミックス製の基体の表面上に 1層で配列され、基体に直接接 合された多数のセラミックス製球体によりチャック面が形成された真空チャックが示さ れている。セラミックス製球体の隙間に吸気孔を備え、この吸気孔の開口部のエッジ にパーティクルが付着しても、基体に形成した吸気孔力 の吸引により容易に除去さ れることが示されている。
特許文献 1：特開平 10— 242255号公報 特許文献 2：特開 2003 - 86664号公報
特許文献 3：特開平 10— 70179号公報
特許文献 4：特開 2005 - 101247号公報
特許文献 5：特開平 5 - 285764号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0011] し力しながら、特許文献 1では、突起の先端面の面積を小さくしたり、先端面の幅を
0. 1mmとするため、製造上数多くの工程が必要となる上、これら製造過程において 接触部の接触面積を小さく加工することには限界がある。
[0012] 特許文献 2では、凹凸面の凸部の頂面および側面と、凹凸面の凹部の底面とがとも に砥粒を用いた研磨を行っている。しかし、細かい凸部が多数存在する場合、凸部 の周縁部におけるキズゃ尖角部を低減させることは難しぐ試料摩耗によるパーティ クルの発生を十分に抑制することはできな 、。
[0013] また、凹凸面の凸部の縁周部の研磨に合わせて、凹部の底面も研磨し、その表面 粗さ Raを 0. 25 m以下にするとしている。しかし、基体がセラミックス力もなる場合、 研磨による加工変質層などの影響で粒子の脱落によるパーティクルの発生や、セラミ ッタスの表面にあるボイドに詰まったパーティクルが遊離し、試料に付着するなどの問 題が依然として生じていた。
[0014] 特許文献 3では、保持部を球体又は回転ローラとしてリテーナで狭持しているため 、リテーナに付着したパーティクルの除去が困難である。また、長期間使用した場合 に保持部が移動するため、保持部にパーティクルが再付着するという問題があった。
[0015] 特許文献 4では、基体の表面の DLC膜は、その厚みの大きさ程度に基体の試料保 持部の平面度が悪ィ匕し、試料が正確に保持できないという問題があった。また、 DL C膜を厚さ 3〜40 mに形成することが困難であり、形成できたとしても DLC膜が剥 離しやすい問題があった。
[0016] 特許文献 5では、セラミックス製の球体の表面に開気孔が存在しており、その開気 孔はエッジを有している。試料と球体との摩擦摩耗により、開気孔のエッジからのパ 一ティクルが発生しやすい。また、基体および球体の表面にある開気孔に詰まったパ 一ティクルが遊離し、試料へ付着する問題があった。
[0017] 半導体集積回路の回路配線におけるパターン幅は現在 lOOnm程度に微細化され ている。これは、半導体集積回路の製造工程中に例えば 0.： mの程度のパーティ クルが試料に付着すると完成した半導体回路に影響を及ぼすこととなる。パターン幅 はさらに微細化される傾向にあり、発生するパーティクルは、より径の小さいものが要 求される。一方、クリーンルームなどに用いるパーティクルカウンターの最小可測粒径 は 0. 1 μ m程度であり、 0. 1 mより小さい粒径のパーティクルの測定は不可能であ る。そのため、現在では粒径 0.： L m程度以上のパーティクルの半導体集積回路用 の試料への付着を抑制することが求められている。
[0018] 本発明の課題は、試料との摩擦摩耗などを原因とするパーティクルの発生や、パー ティクルがキズゃ空孔内部に入り込み散発的に試料へ再付着することを低減した試 料保持具とこれを用いた試料吸着装置およびこれを用いた試料処理方法を提供す ることにめる。
課題を解決するための手段
[0019] 本発明の試料保持具は、基体の上面に備えられた複数の凸部により試料を保持す る試料保持具であって、前記凸部は、少なくとも試料との接触面が単結晶または非 晶質材料カゝらなる球状面により構成されるとともに、非晶質材料カゝらなる接合層を介 して前記基体に固定されていることを特徴とする。
発明の効果
[0020] 本発明の構成によれば、複数の凸部が単結晶又は非晶質力 なる球状面であるこ と力ら、凸部の球状面自体にはボイド等の欠陥が少なぐ砲粒による研磨カ卩ェにより 表面を潤滑にできるため、試料と凸部との接触部における試料の摩擦摩耗が低減で き、パーティクルの発生を抑制することができる。また、接合層は非晶質材料からなる ため、試料保持具上に飛散したパーティクルが詰まる欠陥を低減でき、洗浄により容 易に清浄な状態に保つことが可能となり、試料へのパーティクル再付着を低減するこ とがでさる。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]本発明の試料保持具の一実施形態を示す斜視図である。 [図 2] (a)は本発明の試料保持具に試料を載置した際の部分断面図であり、 (b)〜 (d )は、本発明の試料保持具に用いる凸部を示す斜視図である。
[図 3] (a)、 (b)は図 2の詳細を説明するための断面図である。
[図 4]本発明の試料保持具を用いた試料吸着装置の一実施形態を示す断面図であ る。
[図 5]本発明の試料保持具を用いた試料吸着装置の他の実施形態を示す断面図で ある。
[図 6]本発明の試料保持具を用いた試料吸着装置のさらに他の実施形態を示す断 面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0022] (試料保持具）
本発明の試料保持具の実施形態について説明する。
[0023] 図 1は、本発明の試料保持具の一実施形態を示す斜視図であり、図 2 (a)は本発明 の試料保持具の部分断面図である。
[0024] 本発明の試料保持具 100は、基体 2の主面上 (上面)に試料 4を載置や固定により 保持する複数の凸部 1を備えている。その凸部 1の少なくとも試料 4との接触面が単 結晶または非晶質材料力もなる球状面 laにより構成されている。その凸部 1は、非晶 質の接合層 3を介して基体 2の上面に固定されて ヽる。
[0025] 前記凸部 1に保持される試料 4と前記接合層 3との間には空隙が形成されているの が好ましい。前記試料 4と前記接合層 3との間に空隙が形成されていることにより、試 料 4は凸部 1にのみ接触することとなり、保持される試料 4の表面の平面度が良くなる ため、試料 4の加工や観察の精度の向上に寄与できる。
[0026] 上記基体 2は、円形状もしくは多角形状の板状体などを成したセラミック焼結体など カゝら形成される。特に本発明の試料保持具 100をプラズマを用いる工程などに用い る場合は、耐プラズマ性を有する必要があるため、アルミナ質焼結体、イットリア質焼 結体、 YAG質焼結体、窒化珪素質焼結体により形成することが好ましい。
[0027] 特に、イットリア質焼結体は、高い耐プラズマ性を有しており工程中にプラズマ照射 が原因となるパーティクルの発生を抑制することができる。また、アルミナ質焼結体は 、イットリア質焼結体に次ぐ耐プラマ性を有しているため半導体製造装置に用いられ る試料保持具として好適である。さらに、アルミナ質焼結体は、 3点曲げ強度が 300 MPa以上、ヤング率が 250GPa以上と優れた機械的特性を有しているため、広面積 の試料 4を安定、かつ精度良く保持することが可能となる。特に近年の液晶表示装置 用の基板の広面積化に対する液晶製造装置に用いられる試料保持具として好適で ある。さらに、イットリア粒子が分散したアルミナ質焼結体は機械的特性、耐プラズマ 特性とも優れており、より好適である。
[0028] 凸部 1は、サフアイャ、ルビー、炭化珪素、水晶などの単結晶材料、あるいは、石英 、ホウケィ酸ガラスなどの非晶質材料カゝらなる。凸部 1は、これらの材料で形成すると 、結晶粒およびボイドを含まないため、この結晶粒およびボイドに起因するパーテイク ルの発生がないからである。また、研削加工を施した場合に表面に発生する加工変 質層は、研磨により容易に除去でき、加工変質層に起因する脱落によるパーティクル の発生を低減することができる。一方、凸部 1が多結晶体力もなると、研削加工後の 加工変質層に起因する結晶粒子の脱落によるパーティクルの発生や、ボイドに研削 加工時のパーティクルが詰まり、それが試料保持具 100として用いられる時にパーテ イタルとして発生するなどの問題がある。
[0029] 凸部 1が単結晶材料または非晶質材料力もなる場合は、研削加工を行った際に、こ れら材料の組織はほぼ同一の化合物で構成されているため、研削時に力かる抵抗 が均一に伝わりやすいため、凹凸の少ない加工面を得やすい。また、凸部 1が単結 晶材料からなる場合は、格子欠陥が無ぐ強度が高く安定している。そのため、凸部 1のうち試料 4を保持する先端面が球状面 laである場合に、その曲率を小さくしても 破断を低減でき、化学的に安定であるため試料 4中への不純物の混入や拡散を低 減することができる。
[0030] 特に、凸部 1が単結晶材料カゝらなる場合は、載置する試料 4を構成するガラスゃシ リコンの硬度より大きな硬度を有することが好ましい。また、凸部 1が非晶質材料から なる場合は、特に石英が好ましい。これらの材質を凸部 1に用いると凸部 1に試料 4と の摩擦摩耗によるキズの発生が起きな 、ために複数回繰り返される試料の載置や、 試料の移動により試料 4にキズなどが発生するのを抑制できる。 [0031] 凸部 1の試料 4を保持する面は、緩やかな曲率を有する球状面 laであり、試料 4と の接触面積を小さくすることができ、試料 4と凸部 1の摩擦係数を低減することができ る。そのため試料 4の載置、移動にともなう凸部 1からのパーティクルの発生を抑制す ることができ、腐食性ガスやそのプラズマ雰囲気中で使用してもパーティクルの発生 をより低減することができる。
[0032] 凸部 1は、基体 2の主面上に略等間隔に規則的に配置されることが望ましぐ例え ば図 1に示すように基体 2の中心力 放射状に等間隔に配置される。これにより保持 する試料 4に局部的なひずみ、変形を防止して安定に保持することができる。
[0033] 凸部 1の形状は、球状、および図 2 (b)〜（d)に示すように、半球状または円柱もしく は四角柱の先端が半球状であるものなど力 選択され、保持する試料 4との接触面 が球状面 laであればよい。凸部 1の大きさは、球状の場合、直径が 0. 5〜5mm、好 ましくは l〜3mmである。半球状または先端が半球状の円柱もしくは四角柱の場合 は、大円部の直径が 0. 5〜5mm、好ましくは l〜3mmで、高さが 0. 5〜5mm、好ま しくは l〜3mmである。なお、ここで言う球状、半球状とは、数学的に言う厳密な形状 ではなぐ図 2 (a)〜（d)に示すような上面視、或いは断面視した場合に一見して球 状もしくは半球状に見える形状のことを意味するものである。これは理想的には厳密 な球状、半球状の形状を目指して形状を製造しょうとするが、現実のプロセスでは、 それを再現することは難しいことに起因する。
[0034] 上記凸部 1は、非晶質材料力 なる接合層 3により固定されており、凸部 1や基体 2 の組成が変質しな 、程度の焼成温度にて融解するガラスなど力 構成される。接合 層 3がガラス力 なる場合、平滑で開気孔がほとんどない表面を得ることが可能となる 。したがって、接合層 3の開気孔にパーティクルが詰まることを低減でき、試料 4への 付着も低減することができる。また、非晶質材料は微小な結晶粒を含んでいないため 、これら結晶粒の脱落に起因するパーティクルの発生を無くすことが可能である。
[0035] 試料 4が半導体集積回路で使用される半導体ウェハなどの場合、接合層 3の材質 は、半導体ウェハにドーピングされる元素と同一のリン (P)もしくはボロン (B)などと酸 化ケィ素の化合物を主成分とする非晶質ガラスであることが好ましい。これにより、接 合層 3から蒸発した金属元素が試料 4に拡散しても試料 4が半導体集積回路に影響 を及ぼすことがない。以上のことから、接合層 3としては、ケィ酸塩ガラス (Na O-Si
2
O系）、リン酸塩ガラス (P O— SiO系）もしくはホウ酸ガラス (B O系）であることが好
2 2 5 2 2 3
ましい。またこれらのガラスは、軟ィ匕温度が低いために基体 2の主面に凸部 1を固定 しても、熱履歴による基体 2と結合層 3との界面に発生する応力を低減でき、基体 2と 接合層 3および凸部 1と接合層 3との良好な接合体が得られる。
[0036] これらガラスの軟化温度を低下させる目的で、 Na、 Kおよび Liなどのアルカリ元素 が混合されたものでも構わない。ただし、ガラス中のこれらアルカリ元素の濃度が高く なると試料保持具 100を半導体製造装置の一部として使用している途中に、これらの 元素がガラスより蒸発し半導体ウェハへ拡散する可能性があるため、これらの含有量 はできるだけ低くすることが好ましい。以上のことから、含有される Na、 Kおよび Liな どのアルカリ元素の含有量の合計は各々酸ィ匕物換算で 20質量％以下であることが 好ましぐ更に好ましいのは、 10質量％以下である。
[0037] 次に、基体 2に凸部 1を接合した状態を図 3にて詳細に説明する。
[0038] 図 3に示すように、凸部 1と基体 2は別体で形成され、接合層 3により接合されている 。この際、凸部 1の底部と基体 2の主面との間には接合層 3が介在しない方が好ましく 、凸部 1の側面のみを接合層 3により基体 2に固定する構造が好ましい。これにより、 複数の凸部 1の球状面 laにより形成される凸部 1全体によつて形成される平面度が 良好となり保持される試料 4の表面の平面度が良くなり、試料の加工や観察の精度の 向上に寄与できる。
[0039] さらに、接合層 3は、基体 2の主面のうち凸部 1が配置されている面以外にも形成さ れていることが好ましい。基体 2の主面のうち、凸部 1が配置されていない面に存在す る開気孔を接合層 3で埋めることにより、開気孔に詰まったパーティクルの飛散を防 止することができ、試料 4に再付着することを防止できる。または、基体 2の主面から 発生する粒子の脱落を防止することができパーティクルの発生を抑制することができ る。
[0040] 接合層 3を構成するガラスは、凸部 1に対して濡れ性が高 ヽことが好ま ヽ。濡れ性 が悪い場合、凸部 1と接合層 3の界面に、境界 3aが出来やすくパーティクルが入り込 み易ぐパーティクルが試料 4に飛散して再付着する可能性が高くなる。 [0041] また、図 3 (a)に示すように、凸部 1の球状面 laから接合層 3はなだらかな曲面で形 成されることが好ましい。図 3 (b)に示すように凸部 1の球状面 laと接合層 3の境界 3a に角部が存在するような接合であると、凸部 1と接合層 3の境界 3aにパーティクルが 詰まり、このパーティクルが試料 4に飛散して再付着する可能性があるからである。
[0042] 接合層 3は、表面における開気孔率が 0. 1%以下であるとともに、開気孔の長径が 0.： L m以下であることが好ましい。本発明の試料保持具 100における接合層 3は、 非晶質材料力 なるため、表面に開気孔はほとんど存在しないが、開気孔率を 0. 1 %以下と非常に少ないものとすることで、発生したパーティクルが接合層 3に吸着す ることを防止し、且つその開気孔のうち長径を 0. 1 m以下とすることで、発生したパ 一ティクルが気孔内に入り込むことを有効に防止することができる。これにより、保持 する試料 4が半導体ウェハの場合、半導体ウェハに吸着すると問題となるパーテイク ルが接合層 3に吸着するのを低減することができる。
[0043] ここで、開気孔率は、金属顕微鏡を用いて、倍率を 200倍にして CCDカメラで表面 の画像を取り込み、画像解析装置（(株)二レコ製 (LUZEX— FS)等）により、画像内 の 1視野の測定面積を 2. 25 X 10—2mm2、測定視野数を 20、測定総面積を 4. 5 X 1 0— imm2として測定すればよ!、。
[0044] そして、上述の様な構成とすることで、試料 4との接触部である凸部 1および接合層 3にパーティクルが排出しにくい開気孔に吸着することがなぐパーティクルの洗浄時 間の短縮が可能となる。
[0045] 接合層 3は、表面粗さが局部山頂平均間隔（S)で 0. 1 μ m以下とすることが好まし い。これにより、接合層 3の微小な突起部は低減されることになり、これらの欠片など によるパーティクルの発生を抑制できるとともに、パーティクルが発生したとしても局部 山頂平均間隔が小さいため、パーティクルの吸着を低減することができる。より好まし い局部山頂平均間隔（S)は、 0. 04 /z m以下であり、さらには 0. 03 /z m以下である ことが好ましい。
[0046] 上記凸部 1の球状面 laは、表面粗さが最大高さ (Ry)で 0. 1 μ m以下であることが 好ましい。凸部 1は単結晶または非晶質材料力 なるため、表面に開気孔はほとんど 存在することはなぐ半導体ウェハの吸着、保持時にウェハの摩擦摩耗を低減するこ とができる。また、パーティクルが生じた場合においても、凸部 1の球状面 laに微細な 凹凸部へのパーティクルの入り込みを抑制できるため、繰り返しウェハを吸着、保持 してもウェハに対する摩擦磨耗を防止することができる。
[0047] なお、接合層 3の局部山頂平均間隔（S)、球状面 laの最大高さ (Ry)は、 JIS B 0601— 1994に準じて測定し求められる。接合層 3の局部山頂平均間隔（S)、球状 面 laの最大高さ（Ry)は、球状面 laまたは接合層 3の任意の表面を、 0. 01m2 (100 cm2)当たり 20箇所を測定しその平均によって求める。なお、局部山頂平均間隔 (S) の測定長さは、 0. 1 m以下の値を求めるときは 0. 4mmとし、 0. 1 m以上の値を 求めるときは 1. 25mmとし、最大高さ（Ry)の測定長さは 1. 25mmとした。
[0048] これにより、ノターン幅が lOOnm程度にも微細化された回路配線を有する半導体 集積回路を製造する装置に用いられる試料吸着装置においても、本発明の単結晶 力もなる凸部 1および接合層 3であると、パーティクルカウンターの最小可測粒径であ る 0. 1 μ m程度のパーティクルの発生をも低減することができる。
[0049] (製造方法）
本発明の試料保持具 100の製造方法について説明する。
[0050] 基体 2となる板状のセラミック焼結体を準備する。この板状のセラミック焼結体は、試 料 4の形状によって決定される。次に準備したセラミック焼結体の主面およびその反 対面を平面度、平坦度および表面粗さなど規定の範囲になるように研削加工を行う。
[0051] 次いで、接合層 3であるガラスペーストを基体 2の主面に塗布し、さらに凸部 1を所 定の位置に配置する。ここで、基体 2へのガラスペーストの塗布は、スクリーン印刷、 キャスティングおよびドクターブレード法などの公知の製法にて形成することができる 。図 3に示すように、凸部 1の底部と基体 2の表面に接合層 3が介在しないようにする には、基体 2の主面の凸部 1を配置する部分にマスキングを施した後に接合層 3とな るガラスペーストを塗布し、ガラスペーストを乾燥させた後にマスキングを除去すれば よい。接合層 3の表面粗さを局部山頂平均間隔（S)で 0. 1以下とするためには、接 合層 3となるガラスペーストが塗布された状態で熱処理を行う。
[0052] その後、基体 2の主面に凸部 1を配置し、接合層 3となるガラスペーストが塗布され た状態で熱処理を行う。熱処理の条件は、ガラスペーストの転移点によって決定され る。概ね熱処理の保持温度は、ガラスペースト中のガラスの軟化点より約 20〜90°C 高めに設定され、保持時間は 10〜60分の範囲で設定され、冷却温度勾配は 5〜10 0°CZ分の範囲にて設定される。また、熱処理時の雰囲気は特に限定されないが、 大気雰囲気、窒素雰囲気であることが好ましい。凸部 1の球状面 laの表面粗さを最 大高さ (Ry)で 0. 1 μ m以下とするには、研削加工にて凸部 1のおおよその形状を形 成し、凸部 1の球状面 la付近は、砥粒を用いて研磨加工を行う。これにより、研削カロ ェ時のキズを除去することができる。
[0053] 以上のようにして本発明の試料保持具 100を得ることができる力 熱処理中に凸部 1の位置ずれを防止することを目的として、凸部 1上から加重をかけながら固定するこ とが好ましい。また、別の手段として、基体 2の主面の凸部 1を配置する場所にあらか じめ凹状に加工し、その凹部内に凸部 1を配置しても構わない。
[0054] このようにして得られた試料保持具 100は、種々の試料吸着装置として好適に用い ることがでさる。
[0055] (試料吸着装置）
図 4は、本発明の試料保持具を用いた試料吸着装置の一例である。本発明の試料 吸着装置 200は、試料保持具 100の基体 2の上方主面の外縁部に、保持される試 料 4との間に密閉する空間 6を形成するためのシール壁 9を備え、上記空間 6を排気 するための排気手段 11を備える。この試料吸着装置は、吸引力により試料 4の上下 間に発生する差圧力により試料 4を保持することが可能となる。試料 4とシール壁 9は 接触する必要はなぐ試料 4を工程中に吸着するに十分な上記差圧力を得られる程 度に隙間を形成することが試料 4とシール壁 9の摩擦によるパーティクルの発生防止 の観点力も好ましい。
[0056] そして、排気穴 5にポンプなどの排気手段 11を連結させることにより、試料 4の裏面 と基体 2より構成される閉空間 6を排気可能とし、試料 4をその表裏面に発生する差 圧にて保持する。この排気手段 11は、ゴムホースあるいはシンフレックスチューブな どの排気管 12を介して排気穴 5と連結されており、排気手段 11としては、ドライボン プゃダイヤフラムポンプなどの真空ポンプを用いて 、る。
[0057] 排気穴 5内部にも接合層 3が適宜排気穴 5の内側を覆っており、基体 2に空いた排 気穴 5の表面力 発生するパーティクルが試料 4に再付着することを防 、で 、る。
[0058] 上下ピン孔 7は、試料 4を試料吸着装置 200に着脱するための上下ピン (不図示） を挿入する為の穴であり、上下ピン孔 7にはシール壁 9が接合層 3により基体 2に接 合されている。また、シール壁 9上面と試料 4裏面との隙間は l /z m以下とすることが 好ましい。これにより、上記閉空間 6の排気時に上下ピン孔 7から、パーティクルが閉 空間 6に侵入することを防ぐ効果がある。なお、試料 4の搬送方法によって、上下ピン は不要となることがある。
[0059] (他の実施形態）
本発明の試料吸着装置の他の実施形態を図 5を用いて説明する。
[0060] 図 5に示すように、本発明の試料吸着装置 210は、上方側の主面に凸部 1を有する 基体 2と、凸部 1と基体 2を接合するための接合層 3と、基体 2の主面上に形成された 電極部 30と、試料 4に電位を与えるための電源部 31と、力も構成されている。電源部 31は電位を与えるための電極端子 32a、 32bを有しており、電極端子 32aは電極部 30と、電極端子 32bは試料 4と導通し。そして、電極端子 32a、 32bよりそれぞれ電極 部 30と試料 4に電圧を印加することで、試料 4と電極部 30間とに発生する静電気力 により、各凸部 1の球状面 laにて試料 4を保持するものである。
[0061] 試料吸着装置 200と同様に、試料 4の搬送方法により上下ピン孔 7を設置する。上 下ピン孔 7は、試料 4を試料吸着装置 210に着脱するための上下ピン (不図示）を挿 入する為の穴であり、上下ピン孔 7内部にも接合層 3が適宜上下ピン孔 7の内側を覆 つており、基体 2に開口した上下ピン孔 7の表面力 パーティクルが試料 4に再付着 することを防いでいる。
[0062] 電極部 30は、タングステンなどの高融点金属を膜付けすることで構成することが好 ましい。これは、接合層 3を作製する際に電極部 30を構成している材料が接合層 3へ 拡散することを防ぐためである。
[0063] この電極部 30と、基体 2に設けた電極端子 32bに電源部 31より電位差を発生させ ることにより、試料 4と凸部 1間に発生する静電気力が発生し、試料 4を吸着すること が可能となる。
[0064] この場合、以下の 2通りの方法により試料 4を吸着することが可能となる。試料 4には 電位を設定せずに電極部 30を 2分割とし、各々に異なる電位を印加する、いわゆる「 双極タイプ」、そして、電極部 30を単一電極とし、試料 4にも電源部 31を配置すること で電位を印加する、いわゆる「単極タイプ」の 2通りである。なお、図 5については、単 極タイプで説明して!/ヽるが、双極タイプでも用いられることは言うまでもな!/ヽ。
[0065] (さらに他の実施形態）
本発明の試料吸着装置のさらに他の実施形態を図 6 (a)、 (b)を用いて説明する。 図 6 (a)は、上方側の主面に凸部 1を有する基体 2と、凸部 1と基体 2を接合する接 合層 3と、凸部 1及び接合層 3を覆うように形成された電極部 40と、電極部 40と試料 4 に電位を与える電源部 41、さらに電極部 40を覆うように形成された誘電体部 43と、 から構成されており、さらに電源部 41は電位を与えるための電極端子 42a、 42bを有 している。
[0066] 図 6 (b)に示すように、電極部 40は電極端子 42aと導通されており、その上面は誘 電体部 43に覆われている。そして、電極端子 42a、 42bよりそれぞれ電極部 40と試 料 4に電源 41より電圧を印加することにより、誘電体部 43を介して発生する試料 4と 電極部 40との間に発生する静電気力により試料 4を保持するものである。
試料吸着装置 200と同様に、試料 4の搬送方法により上下ピン孔 7を設置する。上 下ピン孔 7は、試料 4を試料吸着装置 210に着脱するための上下ピン (不図示）を挿 入する為の穴であり、上下ピン孔 7内部にも接合層 3が適宜上下ピン孔 7の内側を覆 つており、基体 2に空いた上下ピン孔 7の表面力 パーティクルが試料 4に再付着す ることを防いでいる。
[0067] 試料吸着装置 220を製造する際には、非晶質材料力もなる接合層 3にて基体 2の 主面上に凸部を接合した後、電極端子 42aを基体 2及び接合層 3を貫通するようにネ ジ止めや圧入等の接着剤を使用せずに取り付ける。電極端子 42aと接合層 3の上面 の高さは、ほぼ同じにしておくことが好ましい。その後、凸部 1および接合層 3を覆うよ うに電極部 40を形成することにより、電極部 40と電極端子 42aが導通し、電極部 40 への電圧印加が可能となる。その後、電極部 40を覆うように誘電体部 43を形成する ことにより、電極部 40及び電極端子 42aが試料 4を吸着する表面に現れることを防止 でき、電圧印加時の試料 4と電極部 40間の放電を防ぐことができる。 なお、電極部 40及び誘電体部 43は、スパッタ、蒸着、 CVD等により膜付けすること 力 膜圧を薄くして表面の欠陥の発生を防ぐことができる。ただし、単結晶や非晶質 材料で構成された凸部 1及び接合層 3は欠陥が無いことから、これら電極部 40、誘電 体部 43の膜の表面にも欠陥が映し出されることは無い。
[0068] 本発明の試料保持装置を用いれば、様々な環境にぉ ヽて試料へのパーティクルの 付着が低減でき、半導体集積回路や液晶表示装置の回路形成などの高精度化、高 品質ィ匕に寄与できる。
[0069] 以下本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定 されるものではない。
実施例
[0070] 本発明の実施例として、図 4に示すような試料保持具 100を用いて説明する。
先ず、基体 2として直径 220mm X厚み 15mmの板状アルミナ（純度 99%)焼結体 を準備し、接合層 3としてケィ酸塩ガラスのペーストを準備した。凸部 1は、直径 2mm の球状体であり、材質を単結晶であるサフアイャ、非晶質材料である石英、多結晶体 であるアルミナ（純度 99. 9%)および窒化珪素（純度 99. 9%)からなる凸部 1を各 2 0個準備した。
[0071] 基体 2は、焼結体の主面および裏面を平面度 0. 002mm以下、両面の平行度を 0 . 005mm以下、表面粗さを算術平均高さ Raで 0. 4 μ mに研削加工にて仕上げる。 また、シール壁 9の上面は、主面からの高さを凸部 1より 10 m程度低くし、基体 2裏 面との平行度を 0. 005mm以下になるよう仕上げた。また、基体 2の中央部に直径 5 mmの排気穴 5を 1箇所準備する。
[0072] 凸部 1は、各材質とも直径バラツキが ± 2 m以下となるように、砲粒による研磨カロ ェを行い、その際の各材質の表面粗さを最大高さ Ryを JIS B 0601— 1994に準 拠して上述の実施形態に記載の通り測定した。結果を表 1に示す。
[0073] 次いで、ケィ酸塩ガラス力 なるペーストをスクリーン印刷により基体 2の主面に塗 布し、凸部 1を所定の位置に配置する。基体 2の主面の凸部 1を配置する部分にマス キングを施した後に接合層 3となるガラスペーストを塗布し、ガラスペーストを乾燥させ た後にマスキングを除去した。その後、基体 2の主面に凸部 1および接合層 3となるガ ラスペーストが塗布された状態で熱処理を行う。熱処理の条件は、概ね熱処理の温 度曲線は、保持温度をガラスペースト中のガラスの軟ィ匕点より約 50°C高めに設定し、 保持時間は 10〜60分の範囲、上昇及び冷却温度勾配は 5〜100°CZ分の範囲に て設定した。この際、接合層 3の表面の局部山頂平均間隔 Sを JIS B 0601 - 199 4に準拠して上述の実施形態に記載の通り測定した。
上記方法により、表 1に示す試料 No. 1〜9の試料保持具 100を作製した。
[0074] (評価）
直径 200mmの単結晶シリコン製ウェハを、得られた各試料保持具 100に吸着 '離 脱させた時のパーティクル量を測定し、吸着 '離脱させた前後での増加量により評価 した。但し、ウェハは、洗浄後のものを用い、ウェハと試料保持具 100間の閉空間 6 の圧力が約 5MPaとなるようにした。
[0075] パーティクル増加量の測定は、以下に示す手順にて行った。先ず、各試料保持具 100にウェハを 10枚吸着.離脱させる。次に、各試料保持具 100を純水中で 15分間 超音波洗浄する。そして、ウェハ 5枚を吸着離脱させ、吸着離脱前後のそれぞれのゥ ェハについて、ウェハの吸着面側における粒径 0. 1 m以上のパーティクル増加量 を測定し、 5枚の平均値をとつた。パーティクル個数の測定は、クラス 10以下のタリー ンルーム内にて実施し、ウェハの搬送及び交換は搬送自動機を用いて、上記ウェハ 吸着面の裏面をエアパッドにて保持しながら、試料保持具 100への搬送を行った。 凸部 1との接触部位と、凸部 1との接触部位以外の各位置におけるパーティクル個数 をレーザパーティクルカウンタ（KLA— tencor社製、 Surfscan 6220)を用いて測 し 7こ。
[表 1] 基体 接合層 凸部 パーティクル評価 (個数） 試料 No. 局部山頂 高さ Ry 凸部 凸部 材質 材質 平均閱隔 S 球状面 最大
( m) の材質 接触部位 接触部位以外
1 アルミナ ケィ酸塩ガラス 0,05 サファイア 0.01 1 2
2 アルミナ ゲイ酸塩ガラス 0.06 サファイア 0.01 2 1
3 アルミナ ケィ酸塩ガラス 0.1 サファイア 0.01 1 1
4 アルミナ ケィ 塩ガラス 0.1 サファイア 0.1 2 2
5 アルミナ ゲイ酸塩ガラス 0.1 石英 0.01 1 1
6 アルミナ ケィ酸塩カラス 0.12 サファイア 0.1 2 8
7 アルミナ ゲイ酸塩ガラス 0.12 アルミナ 0,2 9 12
8 アルミナ ゲイ酸塩ガラス 0.06 アルミナ 0,2 8 7
9 アルミナ ゲイ酸塩ガラス 0 6 窒化珪素 0,2 6 6
※を付した試料は本発明の請求範囲外である。 表 1より、非晶質材料カゝらなる接合層 3を介して、単結晶からなる凸部 1を接合した 本発明の試料 No. 1〜6は、凸部 1との接触部位および凸部 1との接触部位以外で のパーティクルの増加個数の合計値が 2〜10個と少なぐパーティクルの発生が抑 制された。
これに対し、凸部 1が多結晶セラミックス力も成る本発明の範囲外となる試料 No. 7 〜9は、凸部 1との接触部位および接触部位以外でのパーティクルの増加個数の合 計値は 12〜21個となり、パーティクルが多く発生した。

Claims

請求の範囲
[I] 基体の上面に備えられた複数の凸部により試料を保持する試料保持具であって、 前記凸部は、少なくとも試料との接触面が単結晶または非晶質材料力もなる球状面 により構成されるとともに、非晶質材料カゝらなる接合層を介して前記基体に固定され て!、ることを特徴とする試料保持具。
[2] 前記凸部に保持される試料と、前記接合層との間に空隙が形成されていることを特 徴とする請求項 1に記載の試料保持具。
[3] 前記接合層は、前記基体の上面のうち前記凸部が配置された面以外の面に形成さ れていることを特徴とする請求項 1または 2に記載の試料保持具。
[4] 前記接合層は、表面粗さが局部山頂平均間隔 (S)で 0. 1 μ m以下であることを特 徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の試料保持具。
[5] 前記接合層は、表面における開気孔率が 0. 1%以下であるとともに、開気孔の長 径が 0. 1 μ m以下であることを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記載の試料 保持具。
[6] 前記球状面は、表面粗さが最大高さ (Ry)で 0. 1 μ m以下であることを特徴とする 請求項 1乃至 5のいずれかに記載の試料保持具。
[7] 前記基体は、アルミナ質焼結体力 なることを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれ かに記載の試料保持具。
[8] 前記基体は、イットリア粒子が分散されてなるアルミナ焼結体力 なることを特徴と する請求項 7に記載の試料保持具。
[9] 請求項 1乃至 8の 、ずれかに記載の試料保持具を用いた試料吸着装置であって、 前記基体上面の外縁部に前記基体と保持される試料との間を密閉する空間を形成 するためのシール壁と、前記空間を排気するための排気手段とを備え、前記試料を 前記空間外部との差圧により吸着させたことを特徴とする試料吸着装置。
[10] 請求項 1乃至 8のいずれかに記載の試料保持具を用いた試料吸着装置であって、 前記基体上面に電極部を形成し、前記基体と保持する試料との間に静電気力を発 生させることにより前記試料を吸着させたことを特徴とする試料吸着装置。
[II] 請求項 1乃至 8のいずれかにに記載の試料保持具を用いた試料吸着装置であって 、前記凸部及び接合層上面に電極部、誘電体部を順次積層して形成し、前記電極 部又は誘電体部と保持する試料との間に静電気力を発生させることにより前記試料 を吸着することを特徴とする試料吸着装置。
請求項 9乃至 11の 、ずれか〖こ記載の試料吸着装置を用いて試料の処理を行なう 方法であって、前記試料保持具に試料を吸着させる吸着工程と、研磨、検査、搬送 の少なくとも何れかの処理を施す処理工程と、前記試料保持具から試料を脱離させ る脱離工程とからなる試料処理方法。
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