JP2017135331A - 基板保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板のローカル（サイト）の平坦度のさらなる向上を図り得る基板保持装置を提供する。【解決手段】平板状の基体１に上面に開口している通気路１０が形成されている。基体１の上面には、複数の突起２０と、第１環状凸部２１と、第２環状凸部２２と、が形成されている。第１環状凸部２１は、複数の突起２０の上端よりも０．０１〜０．０３［ｍｍ］だけ低い位置に上端が位置するように基体１の上面から上方に突出して、通気路１０の開口および複数の突起２０を囲うように形成されている。第１環状凸部２１は、その外径がウエハＷＦの最大径と同じに形成されまたは８［ｍｍ］以下の範囲で小さく形成されている。第２環状凸部２２は、周方向について少なくとも一部が複数の突起２０の上端よりも０．００１〜０．００５［ｍｍ］だけ低い位置に上端が位置するように基体１の上面から上方に突出して、通気路１０および複数の突起２０のうち少なくとも一部を囲うように形成されている。【選択図】図２

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に関する。

基板と基板保持装置の基体との間にパーティクルが介在すると、基板の平面度が低下し、当該基板の露光により回路パターンが形成される半導体製品の歩留まりが低下する。そこで、基板と基体との接触面積の低減を図るため、基体の上面に、基板の外縁部を支持する環状凸部と、環状凸部により囲まれた領域内に配置されて基板を支持する複数のピンと、が形成されている基板保持装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

半導体製品の超微細化および超高精度化が進むにつれ、基体と環状凸部との接触によるパーティクルの影響をさらに低減することが要求されている。そこで、環状凸部を複数のピンよりもわずかに低くして基体と環状凸部との接触が回避されるように構成された基体保持装置が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特許第４３４８７３４号公報 特開２００１−１８５６０７号公報

基板を吸着保持するために基板と基体との間の空間に負圧が形成される際、基体と環状凸部との間隙を通じた気流が生じ、当該気流に応じたベルヌーイ力が基板の外周縁部に作用するため、基体の平面度の低下を招く。

そこで、本発明は、装置におけるリークを防ぎながら外周側の精度向上を図り得る基板保持装置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が形成されている平板状の基体と、
前記基体の上面から上方に突出して形成されて基板を支持する複数の突起と、
前記複数の突起の上端よりも０．０１〜０．０３［ｍｍ］だけ低い位置に上端が位置するように前記基体の上面から上方に突出して、前記通気路の開口および前記複数の突起を囲うように形成され、その外径が前記基板の最大径と同じに形成されまたは当該基板の最大径よりも８［ｍｍ］以下の範囲で小さく形成されている第１環状凸部と、周方向について少なくとも一部が前記複数の突起の上端よりも０．００１〜０．００５［ｍｍ］だけ低い位置に上端が位置するように前記基体の上面から上方に突出して、前記第１環状凸部よりも３．０〜１０［ｍｍ］だけ内側に離間した位置で前記通気路および前記複数の突起のうち少なくとも一部を囲うように形成されている第２環状凸部と、を備えていることを特徴とする。

本発明の基板保持装置によれば、基板が複数の突起に当接するように基体に載置された状態で、基板と第１環状凸部との間には間隙が存在する。このため、基体に形成された通気路を通じて基体の上面と基板の下面との間に存在する空間が減圧された際、当該間隙を通じた気流が生じる。しかるに、第１環状凸部の内側に配置されている第２環状凸部と基板との間隙が、第１環状凸部と基板との間隙よりも狭いため、当該気流の速度が抑制される。この分だけ基板に作用するベルヌーイ力の低減が図られ、基体に吸着保持された基板の平面性の向上が図られる。また、第１環状凸部および第２環状凸部はともに基板から離間しているので、基板と基体との接触に由来するパーティクルの影響の軽減も図られている。

本発明の一態様の基板保持装置において、前記第１環状凸部および前記第２環状凸部の間に、前記複数の突起のうち一部が配置されている。

当該構成の基板保持装置によれば、基板において第１環状凸部と第２環状凸部との間に存在する環状領域が複数の突起により支持される。このため、上記のように弱められたベルヌーイ力が作用しても当該環状領域の変形がより確実に抑止され、基板の平面性の向上が図られる。

本発明の一実施形態としての基板保持装置の上面図。 基体の外周縁部付近における模式的な断面図。

（構成）
図１および図２に示されている本発明の一実施形態としての基板保持装置は、ウエハＷＦ（基板）を吸着保持するための略平板状の基体１を備えている。基体１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１は略円板状のほか、多角形板状または楕円板状などのさまざまな形状であってもよい。基体１には上面（表面）に開口している通気路１０が形成されている。通気路１０は基体１の内部を通るまたは基体１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１０は真空吸引装置（図示略）に接続されている。

基体１には、複数の突起２０と、基体１の外周縁部において通気路１０および複数の突起２０を囲う第１環状凸部２１と、第１環状凸部２１より内側で通気路１０および複数の突起２０を囲う第２環状凸部２２と、が基体１の上面から突出して形成されている。なお、図２では基板支持装置の構成の明確化のため、突起２０、第１環状凸部２１および第２環状凸部２２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、幅または高さと相互の間隔との比率などは図２に示されているものとは実際には異なる。

複数の突起２０は、基体１の中心を中心とする同心円状に周方向および径方向に一定の間隔をおいて配置されている。複数の突起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。突起２０の基体１の上面からの突出量はたとえば１５０〜２００［μｍ］の範囲に含まれるように設計されている。突起２０は円柱状、角柱状等の柱状のほか、円錐台状、角錐台状等の錘台状、下部よりも上部の断面積が小さくなるような段差付きの柱状または錘台状などの形状に形成される。突起２０の上端部（基板との接触部分）の径は５００［μｍ］以下となるように設計される。突起２０の上端部（基板との接触部分）の表面粗さＲａは０．０５〜０．５０［μｍ］の範囲に含まれるように設計されている。

複数の突起２０の上端よりもΔＨ１＝０．０１〜０．０３［ｍｍ］だけ低い位置に上端が位置するように第１環状凸部２１の基体１の上面からの突出量が設計されている。第１環状凸部２１の最外径はウエハＷＦの外径と同径に形成されまたはウエハＷＦの外径よりも８［ｍｍ］以下の範囲で小さく形成されている。第１環状凸部２１の最外径Ｒ１⁺がウエハＷＦの外径より大きい場合、真空吸着時にリークが発生し精度良く吸着することができない。一方、第1環状凸部２１の最外径Ｒ１⁺がウエハＷＦの外径より８［ｍｍ］（片側４［ｍｍ］）を超えて内側に存在している場合、ウエハＷＦの外周部において保持力を得られない面積が大きいため平坦度が悪化する。

第１環状凸部２１の断面形状は、高さＨ１、幅Ｗ１の矩形状であるが、このほか、三角形状、台形状、半長円形状などさまざまに設計されてもよい。第１環状凸部２１の上端部の表面粗さＲａは０．０５〜０．５０［μｍ］の範囲に含まれるように設計されている。

複数の突起２０の上端よりもΔＨ２＝０．００１〜０．００５［ｍｍ］だけ低い位置に上端が位置するように第２環状凸部２２の基体１の上面からの突出量が設計されている。第２環状凸部２２の断面形状は、高さＨ２、幅Ｗ２の矩形状であるが、このほか、三角形状、台形状、半長円形状などさまざまに設計されてもよい。第２環状凸部２２の上端部の表面粗さＲａは０．０５〜０．５［μｍ］の範囲に含まれるように設計されている。第２環状凸部２２は、その上端外周縁が、第１環状凸部２１の上端内周縁からＤ＝３〜１０[ｍｍ]だけ内側になるように配置されている。

なお、基体１の上面において第１環状凸部２１と第２環状凸部２２との間に存在する環状領域に複数の突起２０が形成されていてもよい。基体１の上面において第１環状凸部２１外側に存在する環状領域に複数の突起２０が形成されていてもよい。

（作製方法）
前記構成の基板保持装置は、たと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、たとえば純度９７％以上の炭化ケイ素、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、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、当該焼結体に通気路１０、複数の突起２０、第１環状凸部２１および第２環状凸部２２などがブラスト加工またはミリング加工などの適当な加工法にしたがって形成される。前記工程によって前記構成の基板保持装置の基体１が製造される。

（機能）
前記構成の基板保持装置によれば、ウエハＷＦが複数の突起２０に当接するように基体１に載置された状態で、ウエハＷＦと第１環状凸部２１との間には間隙が存在する。このため、基体１に形成された通気路１０を通じてウエハＷＦの上面と基体１の下面との間に存在する空間が減圧された際、当該間隙を通じた気流が生じる（図２／黒矢印参照）。しかるに、第１環状凸部２１の内側に配置されている第２環状凸部２２とウエハＷＦとの間隙が、第１環状凸部２１とウエハＷＦとの間隙よりも狭いため、当該気流の速度が抑制される。この分だけウエハＷＦの外周縁に下方に作用するベルヌーイ力の低減が図られ、基体１に吸着保持されたウエハＷＦの平面性の向上が図られる。また、第１環状凸部２１および第２環状凸部２２はともにウエハＷＦから離間しているので、ウエハＷＦと基体１との接触に由来するパーティクルの影響の軽減も図られている。

（実施例）
（実施例１）
炭化ケイ素の焼結体からなる、径φ３００［ｍｍ］、厚さｔ１．２［ｍｍ］の略円板状の基体１に通気路１０が形成された。基体１の上面に略円柱状の複数の突起２０、複数の突起２０を取り囲む略円環状の第１環状凸部２１および第１環状凸部２１の内側にある略同心円状の第２環状凸部２２が形成された。複数の突起２０は、３．６［ｍｍ］間隔で三角格子状に配置され、複数の突起２０が第１環状凸部２１および第２環状凸部２２により挟まれている略円環状の領域にも配置されている。各突起２０は、高さＨ１５０［μｍ］、径φ３００［μｍ］、上端面の表面粗さＲａ０．１［μｍ］になるように形成された。第１環状凸部２１は、複数の突起２０の上端よりもΔＨ１＝０．０１［ｍｍ］だけ低い位置に上端が位置するように、幅Ｗ１が２００［μｍ］（内径Ｒ１^-２９９［ｍｍ］、外径Ｒ１⁺２９９．４［ｍｍ］）、上端面の表面粗さＲａ０．１［μｍ］になるように形成された。第２環状凸部２２は、複数の突起２０の上端よりもΔＨ２＝０．００１［ｍｍ］だけ低い位置に上端が位置するように、幅Ｗ２は２００［μｍ］（内径Ｒ２^-２８９［ｍｍ］、外径Ｒ２⁺２８９．４［ｍｍ］）、上端面の表面粗さＲａ０．１［μｍ］になるように形成された。すなわち、第１環状凸部２１および第２環状凸部２２の間隔Ｄが４．８［ｍｍ］に調節された。このようにして実施例１の基板保持装置が作製された。

すなわち、（ΔＨ１、Ｒ１^-、ΔＨ２、Ｒ２^-）が（０．０１［ｍｍ］、２９９［ｍｍ］、０．００１［ｍｍ］、２８９［ｍｍ］）に設計された条件下で実施例１の基板保持装置が作製された。

（実施例２）
ΔＨ１が０．０３［ｍｍ］に変更されたほかは実施例１と同様の条件下で実施例２の基板保持装置が作製された。

（実施例３）
Ｒ１^-が２９６［ｍｍ］に変更されたほかは実施例１と同様の条件下で実施例３の基板保持装置が作製された。

（実施例４）
ΔＨ２が０．００５［ｍｍ］に変更されたほかは実施例１と同様の条件下で実施例４の基板保持装置が作製された。

（実施例５）
Ｒ２^-が２８０［ｍｍ］に変更されたほかは実施例１と同様の条件下で実施例５の基板保持装置が作製された。

（評価方法）
各実施例の基板保持装置により径φ３００［ｍｍ］、厚さｔ０．７［ｍｍ］の略円板状の基板を保持されている状態の基板の平坦度ＬＴＶ（Ｌｏｃａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）がレーザー干渉計により測定された。この評価結果が、各実施例の基板保持装置における突起２０、第１環状凸部２１および第２環状凸部２２のそれぞれのサイズ等とともに表１にまとめて示されている。

（比較例）
（比較例１）
第２環状凸部２２が省略されたほかは実施例１と同様の条件下で比較例１の基板保持装置が作製された。

（比較例２）
第１環状凸部２１が省略されたほかは実施例１と同様の条件下で比較例２の基板保持装置が作製された。

（比較例３）
ΔＨ１が０．００４［ｍｍ］に変更されたほかは実施例１と同様の条件下で比較例３の基板保持装置が作製された。

（比較例４）
ΔＨ１が０．０４［ｍｍ］に変更されたほかは実施例１と同様の条件下で比較例４の基板保持装置が作製された。

（比較例５）
Ｒ１^-が２９４［ｍｍ］に変更されたほかは実施例１と同様の条件下で比較例５の基板保持装置が作製された。

（比較例６）
ΔＨ２が０．０１［ｍｍ］に変更されたほかは実施例１と同様の条件下で比較例６の基板保持装置が作製された。

（比較例７）
Ｒ２^-が２９４［ｍｍ］に変更されたほかは実施例１と同様の条件下で比較例７の基板保持装置が作製された。

（比較例８）
Ｒ２^-が２７６［ｍｍ］に変更されたほかは実施例１と同様の条件下で比較例８の基板保持装置が作製された。

各比較例の基板保持装置の評価結果が、突起２０、第１環状凸部２１および第２環状凸部２２のそれぞれのサイズ等とともに表２にまとめて示されている。

表１および表２を比較すると、各実施例の基板保持装置によれば、各比較例の基板保持装置と比較して、基板の平坦度が高いことがわかる。

１‥基体、１０‥通気路、２０‥突起、２１‥第１環状凸部、２２‥第２環状凸部、ＷＦ‥ウエハ（基板）。

Claims (2)

1. 上面に開口している通気路が形成されている平板状の基体と、
   前記基体の上面から上方に突出して形成されて基板を支持する複数の突起と、
   前記複数の突起の上端よりも０．０１〜０．０３［ｍｍ］だけ低い位置に上端が位置するように前記基体の上面から上方に突出して、前記通気路の開口および前記複数の突起を囲うように形成され、その外径が前記基板の最大径と同じに形成されまたは当該基板の最大径よりも８［ｍｍ］以下の範囲で小さく形成されている第１環状凸部と、
   周方向について少なくとも一部が前記複数の突起の上端よりも０．００１〜０．００５［ｍｍ］だけ低い位置に上端が位置するように前記基体の上面から上方に突出して、前記第１環状凸部よりも３．０〜１０［ｍｍ］だけ内側に離間した位置で前記通気路および前記複数の突起のうち少なくとも一部を囲うように形成されている第２環状凸部と、を備えていることを特徴とする基板保持装置。
2. 請求項１記載の基板保持装置において、
   前記第１環状凸部および前記第２環状凸部の間に、前記複数の突起のうち一部が配置されていることを特徴とする基板保持装置。