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技術 基板保持装置及びその製造方法

出願人 日本特殊陶業株式会社
発明者 岩渕淳寿菊地真哉
出願日 2016年5月26日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2016-105587
公開日 2017年11月30日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2017-212374
状態 特許登録済
技術分野 ウエハ等の容器、移送、固着、位置決め等
主要キーワード 二等辺台形 接触面積比 楕円板状 中心軸間 多角形板状 プレス成型後 性状測定 平面研削加工
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年11月30日)のものです。
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図面 (6)

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。

概要

背景

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ぼやけが生じ、基板に形成された回路パターン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)。

概要

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。 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。

目的

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

効果

実績

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請求項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。

請求項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。

請求項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。

請求項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。

技術分野

0001

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

背景技術

0002

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)。

0003

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ぼやけが生じ、基板に形成された回路パターン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。

0004

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)。

先行技術

0005

特開平10−242255号公報
特開2012−009720号公報

発明が解決しようとする課題

0006

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。

0007

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。

0008

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。

課題を解決するための手段

0009

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。

0010

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。

0011

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。

0012

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。

0013

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中心間隔は3.0mm以下であることが好ましい。

0014

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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

図面の簡単な説明

0020

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

0021

(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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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0.03mm2以下、より好ましくは0.001mm2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。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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。

0040

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。

0041

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。

0042

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。

0043

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。

0044

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。

0045

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。

0046

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。

0047

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。

0048

(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。

0049

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。

0050

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。

0051

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。

0052

〔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。

0053

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。

0054

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。

0055

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。

0056

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計測したものである。

0057

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。

0058

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。

0059

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。

0060

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。

0061

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。

0062

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。

0063

〔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。

0064

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貼付け、ブラスト加工を行った。

0065

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、純水で被加工物超音波洗浄した。

0066

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。

0067

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。

0068

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。

0069

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。

0070

0071

〔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。

0072

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。

0073

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。

0074

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。

0075

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。

0076

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。

0077

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。

実施例

0078

0079

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。

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