JP2017212374A - 基板保持装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凸部の頂部を研磨しても、凸部と基板との間に介在するパーティクルが介在するおそれが増加することを、加工が左程困難化することなく抑制することが可能な基板保持装置を提供する。【解決手段】 基板保持装置１００は、上面に開口している通気路１１を有する平板状の基体１０と、基体１０の上面から突出して形成されている複数の凸部２０とを備える。凸部２０は、少なくとも上部が円錐台形状であり、その底角が７０°以上８５°以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハなどの基板を基体に吸着保持する基板保持装置及びその製造方法に関する。

従来から、半導体製造システムなどにおいて、基板を保持するために、基板を支持する多数の凸部（ピン）を基体の上面に形成し、真空吸引装置と接続された通気路の開口を上面に設けた基体を備えた基板保持装置が用いられている。凸部は、ブラスト加工により形成されており、その製造過程により不可避的に底角が４５°程度の円錐台形状となり、円柱形状のものは形成できない（例えば特許文献１参照）。

このような凸部と基板との間にパーティクルが介在すると、基板に局所的な盛り上がりが生じ、基板の面精度が悪化する。近年、半導体の微細化及び高密度化が進んでおり、基板の面精度が悪化すると、例えば露光時の焦点が合わずに露光パターンにぼやけが生じ、基板に形成された回路パターンが短絡するなどにより、歩留りが低下するという問題が生じる。

なお、凸部の頂面に溝を配し、基板との接触面積を低減することにより、パーティクルの挟み込みの発生頻度を減らす方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開平１０−２４２２５５号公報 特開２０１２−００９７２０号公報

しかしながら、凸部の基板との接触面積を低減させると、基板との接触部分である頂部は、摩耗し易くなり、表面粗さが悪化する。そのため、頂部の研磨が行われる。しかし、凸部は底角が４５°程度の円錐台形状であるので、頂部の研磨のたびに、接触面積が大幅に増加し、凸部と基板との間にパーティクルが介在するおそれが高まる。

また、凸部の頂面に溝を形成することは非常に困難であり、経済的に不利である。

そこで、本発明は、凸部の頂部を研磨しても、凸部と基板との間にパーティクルが介在するおそれが増加することを、加工が左程困難化することなく抑制することが可能な基板保持装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の基板保持装置は、上面に開口している通気路を有する平板状の基体と、前記基体の上面から突出して形成されている複数の凸部とを備える基板保持装置であって、前記凸部は、少なくとも上部が円錐台形状であり、その底角が７０°以上８５°以下であることを特徴とする。

本発明の基板保持装置によれば、凸部は、従来の底角が４５°程度の緩やかな円錐台形状でなく、底角が７０°以上８５°以下の急峻な円錐台形状である。よって、頂部を研磨しても、凸部と基板との接触面積の増加を抑えて、研磨後の凸部の頂面にパーティクルが付着する可能性の低減を図ることが可能となる。

底角が７０°以上８５°以下の急峻な円錐台形状からなる凸部は、レーザ加工によって形成することが可能であり、凸部の頂面に溝を形成することなどと比較して加工は容易である。なお、本発明において、円錐台形状とは、数学的に厳密な意味での円錐台形状ではなく、角部が丸みを帯びている、側周面に凹凸があるなど、全体として略円錐台形状のものを含む概念である。また、下部と上部との間に段差を有する形状も包含する。

また、凸部は、少なくとも上部が底角が７０°以上８５°以下の円錐台形状であればよい。例えば、凸部は、その全体が底角が７０°以上８５°以下の円錐台形状であってもよい。また、凸部は、その上部が底角が７０°以上８５°以下の円錐台形状であり、その下部が底角が７０°未満の円錐台形状からなるものであってもよい。

本発明の基板保持装置において、前記凸部の高さは基板と前記凸部との接触面の最大幅に対して１以上であり、前記基板と前記凸部との接触面積の総和は前記基板の面積に対して０．３０％以下であり、近接する前記凸部間の中心間隔は３．０ｍｍ以下であることが好ましい。

この場合、後述する実施例から明らかなように、これらの条件が満たされていれば、凸部と基板との間に介在するパーティクルの低減を図りながら、基板の面精度の悪化を防止することが図り得る。

本発明の基板保持装置の製造方法は、基体の上面にレーザ加工によって、少なくとも底角が７０°以上８５°以下の円錐台形状を上部に有する複数の凸部を形成することを特徴とする。

本発明の基板保持装置の製造方法によれば、凸部は、従来の底角が４５°程度の緩やかな円錐台形状でなく、底角が７０°以上８５°以下の急峻な円錐台形状である。よって、頂部を研磨しても、凸部と基板との接触面積の増加を抑えて、研磨後の凸部の頂面にパーティクルが付着する可能性の低減を図ることが可能となる。

そして、底角が７０°以上８５°以下の急峻な円錐台形状からなる凸部はレーザ加工によって形成するので、凸部の頂面に溝を形成することなどと比較して加工は容易である。

本発明の基板保持装置の製造方法において、基体の上面にブラスト加工によって、底角が４５°以上７０°以下の複数の円錐台形状の凸状部を形成し、前記複数の円錐台形の凸状部の上部に、レーザ加工によって底角が７０°以上８５°以下の円錐台形状を形成して、前記複数の凸部を形成することが好ましい。

この場合、凸部全体をレーザ加工で形成する場合に比較して、短時間且つ安価に凸部を形成することが可能である。

本発明の実施形態に係る基板保持装置の模式断面図。 基板保持装置の模式上面図。 本発明の実施形態の変形に係る基板保持装置の模式断面図。 基板保持装置の製造方法の一例を説明するための部分模式断面図。 実施例１の凸部の一例を示すプロファイル。

（基板保持装置）
まず、本発明の実施形態に係る基板保持装置１００について図１及び図２を参照して、説明する。

基板保持装置１００は、基板（ウエハ）Ｗを吸着保持するための略平板状の基体１０を備えている。基体１０は、セラミックス焼結体により略平板状に形成されている。基体１０は略円板状のほか、多角形板状又は楕円板状などのさまざまな形状であってもよい。

基体１０には上面（表面）に開口している通気路１１が形成されている。通気路１１は基体１０の内部を通る又は基体１０の下面（裏面）に延在する経路に連通していてもよい。通気路１１は真空吸引装置（図示略）に接続されている。

本実施形態では、図２を参照して、基体１０の上面に、通気路１１の開口１１ａが、複数個、具体的には５個存在し、そのうちの１個が基体１０の上面の中心Ｏに位置している。ただし、開口１１ａの個数及び配置はこれに限定されず、基体１０の中心Ｏに位置するものがなくてもよい。

基体１０には、多数の凸部２０がその上面から突出して形成されている。多数の凸部２０は三角格子状、正方格子状などのそのほかの態様で規則的に配置されるほか、周方向または径方向に局所的に疎密の差が生じるように局所的に不規則的に配置されてもよい。

また、基体１０には、環状凸部３０がその外周縁部の上面から突出して形成されている。環状凸部３０は、基板Ｗの外周縁部の下面を支持する。

なお、図面では基板保持装置１００の構成を明確化するため、通気路１１、及び凸部２０及び環状凸部３０などはデフォルトされており、各構成要素の断面図におけるアスペクト比のほか、幅又は高さと相互の間隔との比率などは図面に示されているものとは実際には異なる。なお、基体１０には、図示しないが、リフトピン孔、リブなどが形成されていてもよい。

凸部２０は、図１を参照して、ここでは、全体として円錐台形状である。その底角は、７０°以上８５°以下、好ましくは７５°以上８０°以下である。このように急峻な円錐台形状の凸部２０はレーザ加工によってレーザ光を基体１０の上面に照射することにより形成することができる。

レーザ加工は、レーザ発振器を搭載したレーザ加工機を使用して加工するが、そのレーザ加工機の種類について特に限定されない。レーザの種類としては、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザ、半導体レーザ、ファイバーレーザなどが挙げられるが、いずれを用いても良い。

なお、本発明において、円錐台形状とは、数学的に厳密な意味での円錐台形状ではなく、角部が丸みを帯びている、側周面に凹凸があるなど、全体として略円錐台形状のものを含む概念である。

そして、本発明においてレーザで加工した「凸部２０の底角」とは、凸部２０の垂直断面又は側面図と頂辺、底辺及び断面積又は面積が同一の二等辺台形を仮定したときの底角であると定義したものである。なお、各凸部２０の形状にはバラツキがあり、且つ、１つの凸部２０も垂直断面の切断面方向又は側面図の側面視方向に応じて形状が相違する。よって、本発明における凸部２０の底角は、複数の凸部２０の平均的な値である。

そして、基板Ｗと凸部２０との接触面積の総和は基板Ｗの面積に対して０．３０％以下、より好ましくは０．１５％以下である。

各凸部２０は、それぞれ、その頂部の面積、すなわち基板Ｗとの接触面積は、好ましくは０．０３ｍｍ^２以下、より好ましくは０．００１ｍｍ^２以下である。なお、凸部２０の基端部は、基体１０との上面との間に丸みなどを帯びていてもよい。

そして、凸部２０は、基体１０の中心Ｏを中心とする同心円状に周方向及び径方向に間隔をおいて配置されている。最も近接する凸部２０間の中心間隔は、好ましくは３．０ｍｍ以下、より好ましくは２．０ｍｍ以下である。凸部２０は、三角格子状、正方格子状などのそのほかの態様で規則的に配置されるほか、周方向又は径方向に局所的に疎密の差が生じるように局所的に不規則的に配置されてもよい。

凸部２０の高さ、すなわち基体１０の上面からの突出量は、好ましくは基板Ｗと凸部２０との接触面の最大幅に対して１以上であり、例えば５０μｍから２００μｍである。凸部２０の上端部（基板との接触部分）の表面粗さＲａは、例えば０．０１μｍから０．５０μｍである。

本実施形態では、基板Ｗと凸部２０との接触面積の総和は、基板Ｗの面積に対して０．１５％以下、従来の最小でも０．３％である場合と比較して、小さい。そのため、各凸部２０の頂面にパーティクルが付着する可能性を低減することが可能となる。

このように基板Ｗと凸部２０との接触面積が小さいと、凸部２０の頂部が摩耗しやすいので、頂部を研磨する頻度が高くなる可能性がある。本実施形態では、凸部２０は、底角が７０°以上８５°以下の急峻な円錐台形状であるので、頂部を研磨しても、基板Ｗとの接触面積の増加を抑えて、研磨後の凸部２０の頂面にパーティクルが付着する可能性の低減を図ることが可能となる。従来の凸部は底角が４５°程度の緩やかな円錐台形状であるので、頂部を研磨すると、基板Ｗとの接触面積が大きく変化する。

さらに、凸部２０は急峻な円錐台形状であるので、基板Ｗと基体１０との間の空間が上記特許文献１に記載された従来の場合と比較して大きいので、この空間に充満させた気体の量が大きくなり、反応性を高めることができる。また、この空間が真空である場合には、基板Ｗを基体１０により強固に真空吸着することが可能となる。

そして、凸部２０の間隔は、３．０ｍｍ以下であり、従来の最小４．０ｍｍである場合と比較して、狭い。そのため、凸部２０間での基板Ｗの撓みを抑制することが可能となる。

これらにより、本実施形態においては、従来と比較して、基板Ｗの面精度の向上が図られ、歩留りの向上を図ることが可能となる。

最も近接する凸部２０の間隔は同じであることが好ましい。これにより、さらに、基板Ｗの撓みを抑制することが可能となる。ただし、最も近接する凸部２０の間隔は、同じでなくてもよい。

ところで、急峻な円錐台柱形状である凸部２０の頂面の面積を小さくすると、基端部の剛性が低いために、凸部２０が欠損するおそれが高くなる。

そこで、図３に示すように、少なくとも一部の凸部２０Ａを、底角の角度が大きな緩やかな円錐台形状とすることが好ましい。このような緩やかな円錐台形状の凸部２０Ａは、ブラスト加工によって形成してもよい。

これにより、凸部２０Ａの剛性が向上し、凸部２０Ａが欠損して、基板Ｗの撓みが増加するおそれの防止を図ることが可能となる。

例えば、真空吸引装置で吸引を開始してから、極最初の段階で基板Ｗが当接する凸部２０Ａの本数は少なく、これらの凸部２０Ａに大きな圧力がかかるので、通気路１１の周辺に位置する凸部２０Ａの基端部の断面積を大きくすればよい。そして、基板Ｗがその後に順々と当接する凸部２０は、その前から当接していた凸部２０Ａと共に当接し、各凸部２０にかかる圧力が分散されて小さくなるので、剛性をさほど必要とせず、急峻な円錐台形状としてもよい。

また、例えば、図４に示すように、凸部は、下部が底角が４５°以上７０°以下の緩やかな円錐台形状で、上部が底角が７０°以上８５°以下の急峻な円錐台形状からなる凸部２０Ｂであってもよい。

上部の底角が７０°以上８５°以下であるため、頂部を研磨しても、凸部と基板Ｗとの接触面積の増加を抑えることができる。

（基板保持装置の製造方法）
基板保持装置１００の基体１０は、例えば次のような手順で作製される。すなわち、原料粉末から略円板状の成形体が作製され、この成形体が焼成されることで略円板状の焼結体が作製される。原料粉末としては、例えば高純度（例えば純度９７％以上）の炭化珪素粉末、必要に応じてこれに適量の焼結助剤が添加された混合原料粉末が用いられる。そのほか、窒化アルミニウム粉末、アルミナ粉末等、他のセラミックス粉末が原料粉末として用いられてもよい。

そのうえで、当該焼結体の上面にレーザ光を照射するレーザ加工によって複数の凸部２０が形成される。さらに、当該焼結体が、通気路１１がブラスト加工によって、環状凸部３０などがブラスト加工によって形成される。なお、環状凸部３０もレーザ加工により形成されても良い。さらに、複数の凸部２０及び環状凸部３０の頂面は研磨加工によって研磨される。これにより基体１０が製造される。

なお、図４に示すような凸部２０Ｂは、焼結体（基体１０）の上面にブラスト加工によって底角が４５°以上７０°以下の緩やかな複数の円錐台形状の凸状部４１（２点鎖線で示す）を形成した後、これら円錐台形状の凸状部４１の上部に、レーザ加工によって底角が７０°以上８５°以下の円錐台形状を形成してもよい。

以下、本発明の実施例及び比較例を具体的に挙げ、本発明を詳細に説明する。

〔実施例１〜１０〕
実施例１〜１０では、原料粉末として、平均粒径１０μｍのＳｉＣ粉末（シュタルク社製のＵＦ−１０）を準備した。そして、これに、焼結助剤としてグラファイトを２重量％添加した。

そして、この原料粉末をプレス成型後、ＣＩＰ成形し、常圧焼結した。さらに得られた焼結体を平面研削加工し、基体１０を得た。

次に、この基体１０の上面に対して、ファイバーレーザ加工機により、出力５０Ｗ、焦点１１０ｎｍ、スポット径３０μｍ、周波数８０ｋＨｚ、送り速度４８ｍ／ｍｉｎ等の照射条件を調整したうえで、レーザ光を照射して、６０度千鳥状に多数の凸部２０を形成した。

このようにして形成した凸部２０の底角、高さ、頂面の直径、中心軸間のピッチ、及び基板Ｗの面積に対する基板Ｗと凸部２０との接触面積の総和の比（以下、接触面積比という）を、表１に示す。

実施例１のようにして形成した凸部２０のプロファイルの一例を図５に示す。このプロファイルは、３次元表面性状測定器で断面プロファイルを計測したものである。

なお、実施例２，４においては、それぞれ実施例１，３における凸部２０の頂部をそれぞれ０．０２ｍｍ切削した。

そして、実施例１〜１０として、凸部２０の頂面に基板Ｗを載置して、この基板Ｗの平坦度を測定した、測定結果は表１に示した。

さらに、実施例１〜１０として、基板Ｗの裏面（凸部２０との接触面）に付着したパーティクルの個数を計測した。計測結果は表１に示した。

実施例１〜８においては、接触面積比は０．１０％〜０．２４％と小さいが、基板Ｗの平坦度は０．０２μｍ〜０．０５μｍと良好であり、パーティクルの個数は１００個未満と少なかった。

実施例９においては、接触面積比は０．０７％と小さく、パーティクルの個数は８０個であった。そして、基板Ｗの平坦度は０．３２μｍとあまり良好ではなかった。

実施例１０においては、接触面積比は０．４０％と少し大きく、基板Ｗの平坦度は０．０５μｍと良好ではあった。ただし、パーティクルの個数は１８７個と少し多かった。

〔実施例１１〕
実施例１１では、実施例１〜１０と同様に、基体１０を作製した。

そして、この基体１０の上面に対して、孔径０．１ｍｍ、ピッチ３．００ｍｍ、６０度千鳥の形状に凸部が配置されるようにマスクを貼付け、ブラスト加工を行った。

ブラスト加工は円錐台形状の凸状部４１の中心の高さが０．２０ｍｍになったときに終了した。そして、マスクをはがし、純水で被加工物を超音波洗浄した。

さらに、ブラスト加工で形成した各凸状部４１に対して、レーザ光を照射してレーザ加工によって追加工を行い、多数の凸部２０Ｂを形成した。

このようにして形成した凸部２０Ｂの底角、高さ、頂面の直径、中心軸間のピッチ、及び接触面積比を、表１に示した。なお、表１の底角の欄において、最初の４５°は凸部２０Ｂの底部の底角を示し、次の７０°は凸部２０Ｂの上側のレーザ加工で形成された凸部の底角を示している。

そして、実施例１〜１０と同様に、基板Ｗの平坦度、及びパーティクルの個数を求めた。これかの結果は表１に示した。

実施例１１においては、接触面積比は０．１０％と小さいが、基板Ｗの平坦度は０．０５μｍと良好であり、パーティクルの個数は９５個と少なかった。

〔比較例１，２〕
比較例１，２では、実施例１〜１０と同様に、基体１０を作製した。

そして、この基体１０の上面に対して、孔径０．４０ｍｍ、ピッチ３．００ｍｍ、６０度千鳥の形状に凸部が配置されるようにマスクを貼付け、ブラスト加工を行った。

ブラスト加工は凸部の中心の突起高さが０．２０ｍｍになったときに終了した。そして、マスクをはがし、純水で被加工物を超音波洗浄した。

そして、比較例２においては、さらに、このように形成した凸部の頂部をそれぞれ０．０２ｍｍ切削した。

このようにして形成した凸部の底角、高さ、頂面の直径、中心軸間のピッチ、及び接触面積比を、表２に示した。

そして、実施例１〜１０と同様に、基板Ｗの平坦度、及びパーティクルの個数を求めた。これらの結果は表２に示した。

比較例１，２においては、接触面積比は１．６０％、１．９３％と大きく、基板Ｗの平坦度は０．０５μｍと良好であったが、パーティクルの個数は２６７個、２５８個ととても多かった。

１０…基体、 １１…通気路、 １１ａ…開口、 ２０，２０Ａ，２０Ｂ…凸部、 ３０…環状凸部、 ４０…焼結体、 ４１…凸状部、 １００，１００Ａ…基板保持装置、 Ｏ…基板の上面の中心、 Ｗ…基板。

Claims (4)

1. 上面に開口している通気路を有する平板状の基体と、前記基体の上面から突出して形成されている複数の凸部とを備える基板保持装置であって、
   前記凸部は、少なくとも上部が円錐台形状であり、その底角が７０°以上８５°以下であることを特徴とする基板保持装置。
2. 前記凸部の高さは基板と前記凸部との接触面の最大幅に対して１以上であり、前記基板と前記凸部との接触面積の総和は前記基板の面積に対して０．３０％以下であり、近接する前記凸部間の中心間隔は３．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
3. 基体の上面にレーザ加工によって、少なくとも底角が７０°以上８５°以下の円錐台形状を上部に有する複数の凸部を形成することを特徴とする基板保持装置の製造方法。
4. 基体の上面にブラスト加工によって、底角が４５°以上７０°以下の複数の円錐台形状の凸状部を形成し、
   前記複数の円錐台状形の凸状部の上部に、レーザ加工によって底角が７０°以上８５°以下の円錐台形状を形成して、前記複数の凸部を形成することを特徴とする請求項３に記載の基板保持装置の製造方法。