(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸引によって被吸着物を吸着する石英ガラス製の真空ピンセットであって、少なくとも吸引口を１つ有し、吸引口を設けた石英ガラス面の表面粗さＲａ０．５μｍ以下であると共に、膜厚０．３〜２μｍのダイヤモンド・ライク・カーボンの皮膜がスパッタ法によって形成してある真空ピンセット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸引力によって被吸着物を吸着する真空ピンセットに関し、さらに詳しくは、半導体製造装置、液晶製造装置におけるウェーハの保持や、半導体等の製造過程における熱処理工程、研磨工程、洗浄工程、乾燥工程などの工程間でウェーハを移送する際に使用する真空ピンセットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＩＣ、ＬＳＩといった電子デバイスの高集積度化、高性能化に伴ない、半導体基板上に構成される回路は益々微細化している。こうした微細化の流れに従って、半導体基板の汚染、パーティクル、及び微小欠陥などの発生がより大きな問題となってきている。
こうした背景から、ウェーハを保持、または、移送する際に直接接触する真空ピンセットは、その材質がセラミックや樹脂等から、高純度でパーティクル発生が少なく、洗浄工程においても使用可能である耐薬品性に優れた石英ガラスが使用されるようになってきている。
【０００３】
加えて、部品として機械装置に真空ピンセットを組み込む場合は、高寸法精度が要求されるため、加工性に優れた石英ガラス製とするのが好ましい。
さらに半導体ウェーハの大型化、高集積度化が進み、直接ウェーハに接触する真空ピンセット表面は、塵埃が付着しにくいように滑らかな面（鏡面）とするなど、材質自体の純度を高めると同時に、真空ピンセット自体の表面への汚染物の付着・混入を極力防止したものが求められている。
このため、真空ピンセットの石英ガラス表面を光学研磨して鏡面とし、汚染物の付着を防止することがおこなわれている。
さらに、吸引対象物の半導体ウェーハは、片面研磨から両面研磨へと移行してきている。  従来はウェーハの研磨面でない方の粗面を真空ピンセットで吸着して保持、または、移送をおこなっていたので、真空吸引を解除すればウェーハの粗面空隙から空気が侵入し、真空ピンセットがウェーハから簡単に剥離した。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】
ところが、ウェーハが両面研磨となり、ウェーハ、真空ピンセット共に光学研磨面（鏡面）であるため両者の密着度が増大し、吸引を解除しても剥離できず、また、吸引解除後に微小加圧して真空破壊をおこなっても剥離できないケースが発生し、無理に剥がそうとして力をかけると、ウェーハにキズ、クラックが発生するなどの問題が生ずる。
剥離性を良くするために、真空ピンセットの吸着面を段差加工したり、テーパー加工するなど被吸着物との接触面積を小さくする試みもなされているが、微小キズを発生させずに剥離性を改善するという要求は解決できなかった。
【０００５】
また、真空ピンセットの表面を光学研磨せずに研削面などの粗面としてウェーハ鏡面との密着性を悪くしたり、吸引力を高めた状態から真空を解除すると共に、微小加圧による真空破壊よりさらに大きな内圧をかけて差圧を大きくすることで剥離性を高めることができる。しかしながら、表面を研磨しない状態では汚染物の付着性が増大し、ウェーハ性能に悪影響がでる恐れがある。また、研削面としたり、吸引解除後の加圧により脱着圧力を高めると、ウェーハの吸着面が鏡面状であるため、微小なキズが発生することが認められた。
【０００６】
本発明の目的は、表面が鏡面状のウェーハを容易に剥離することができる脱着性に優れ、汚染物が付着せず、かつ、キズやパーティクル等の汚染物が発生することのない石英ガラス製の真空ピンセットを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
石英ガラス製の真空ピンセットの吸引口を吸引によって被吸着物を吸着する石英ガラス製の真空ピンセットであって、少なくとも吸引口を１つ有し、吸引口を設けた石英ガラス面の表面粗さＲａ０．５μｍ以下であると共に膜厚０．３〜２μｍのダイヤモンド・ライク・カーボンの皮膜がスパッタ法によって形成してある真空ピンセットとすることが、石英ガラスと皮膜との密着性と被吸着物に与える応力との兼ね合いから最適であり、真空ピンセット本体である石英ガラスの表面粗さをほとんど変化させることなく、そのままの状態でＤＬＣ皮膜が形成され、石英ガラスの表面状態に応じた形で、均一に表面粗さＲａ２〜３ｎｍという非常に平滑な表面を得ることができる。こうすることにより、被吸着物が鏡面加工されたものであっても、応力、キズの発生がなく、真空解除時の剥離性が格段に向上するのである。
【０００８】
石英ガラスに被覆する表面平滑性を有する硬質皮膜は、低摩擦係数のものが効果的で、ダイヤモンド膜やダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）膜が好ましい。特に、表面がＲａ＜４ｎｍと平滑性があり、化学的に不活性で、耐薬品性、耐摩耗性に優れたＤＬＣ膜が好ましい。
ＤＬＣは、ダイヤモンドに似た特性を有するアモルファス状の炭素材料で、ＤＬＣ膜は、ダイヤモンドに似たビッカース硬度が３０００以上という高い硬度を有し、表面が非常に平滑で摩擦係数が０．１３程度と小さい特性を有する。
【０００９】
被吸着物表面が鏡面である場合には、キズの発生要因となるため、石英ガラスの表面粗さは、ＧＣ＃５００相当であるＲａ０．５μｍ以下が好ましい。ＦＯ＃１０００相当であるＲａ０．２μｍ以下がさらに好ましいが、この表面粗さでも石英ガラスとＤＬＣ膜の熱膨張係数の相性の良さから剥がれることはなく、強固な密着性が保持される。
石英ガラスは熱膨張係数が５×１０-7と極めて低いことが知られているが、ＤＬＣ膜も８×１０-7と低く、石英ガラスと殆ど等しい膨張係数を示す。
【００１０】
石英ガラス表面を所定の表面粗さに加工するには、サンドブラスト処理、通常の砥粒によるラップ加工、ポリッシング加工または化学処理等でおこなう。表面を荒らすサンドブラスト処理及びラップ加工は、石英ガラス表面に鋭利な突起部を形成するので、このままの面では被吸着物表面を損傷する恐れがあり、キズの発生要因となる危険性があるため好ましくないが、石英ガラス表面にＤＬＣ膜を形成することでその発生を緩和することができる。
【００１１】
ＤＬＣ膜は、石英ガラスの表面形状に沿った形で均一に皮膜が形成されるので、石英ガラス表面の多少のうねりは構わないが、表面粗さで示される表面性状としての平滑面に修正しておくことが望ましい。
ＤＬＣ膜の石英ガラス表面への形成方法は、ＣＶＤ法やスパッタ法が好ましい。特にスパッタ法は、ターゲットにイオンを衝突させ、はじき飛ばされたターゲット原子を対象物に衝突させて皮膜を形成するもので、真空ピンセット本体である石英ガラスの表面粗さをほとんど変化させることなく、そのままの状態で皮膜形成が可能であり、石英ガラスの表面状態に応じた形で、均一に表面粗さＲａ２〜３ｎｍという非常に平滑な表面を得ることができる。
【００１２】
皮膜の厚さは膜強度、密着性から０．１〜５μｍが好ましい。０．１μｍよりも小さいと不連続な膜となり膜強度が低下する。スパッタ処理条件により膜厚は調整できるが、実用的には０．３〜２μｍがより好ましい。石英ガラスを鏡面研磨した面上に、または、未研磨の粗面上に直接ＤＬＣ膜を設けてもよく、また、中間層としてＳｉ化合物膜を設けてその上にＤＬＣ膜を形成してもよいし、中間層を複数層の皮膜としてもよい。
【００１３】
吸着対象物は半導体基板、液晶基板、ガラス基板など、特に吸着面が鏡面状の表面を有するものに対して有効である。ＤＬＣ膜はこれまで、硬質、耐摩耗性などの性質から切削加工具やセラミック部品のコーティング膜などとして使用されてきたが、石英ガラスとの密着性の良さ、鏡面状物品との剥離性の良さから真空脱着時に被吸着物に応力やキズを与えることがないなど、石英ガラスと組み合わせて真空ピンセットとするには最適である。
【００１４】
ＤＬＣ膜の持つ表面平滑性とダイヤモンドに近い硬質性との組み合わせが被吸着物のキズの発生を防止し、かつ、剥離性を優れたものとしている。さらに、表面が平滑であることから塵埃の付着が防止されると共に、硬質で耐摩耗性を有するため被吸着物との接触によるパーティクルの発生が防止される。
【００１５】
本発明の真空ピンセットの使用可能温度範囲は、熱によるＤＬＣ膜の酸化消失が認められるようになる約５００℃までであるが、ＤＬＣ膜特性の劣化を考慮して４００℃以下の温度で使用することが好ましく、実用的には３５０℃以下である。
また、真空ピンセットの開口部は、ピンセットの大きさ、形状により任意の場所へ形成でき、少なくとも一つあればよく、複数個を適宜の配列で任意に設けることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の真空ピンセット１の一例を示す。真空ピンセット１は石英ガラス製であり、底面に開口１１が２個設けてある。この開口１１は、内部に設けた空孔１３を介して吸引装置（図示しない）に連結されている。そして、開口１１を設けた面を含めて全体にＤＬＣ膜をスパッタ装置を使用して形成するものである。
【００１７】
石英ガラス表面を光学研磨したものと、＃１０００の砥粒でラッピング加工して表面粗さＲａ０．２μｍに仕上げた二種類を作成した。膜面を十分に洗浄した石英ガラス製真空ピンセットを、スパッタ装置の真空チャンバ内にセットし、２×１０-3Ｐａ以下の高真空に排気後、石英ガラスの表面やチャンバ内表面からの脱ガスのためチャンバを予備加熱する。
【００１８】
次に、石英ガラスに４００Ｖの負のバイアス電圧を印加すると共に、圧力１ＰａのＡｒガス雰囲気中で、熱フィラメント型プラズマ源を動作させ、生成したＡｒイオンを石英ガラスに衝突させるボンバード工程をおこなう。この工程は高エネルギーイオンにより石英ガラス表面をエッチングしてクリーニングすると共に、石英ガラスの温度を上昇させることで、この後に形成されるＤＬＣ膜の密着をより強固にする。この工程を２０分程度おこなう。
【００１９】
このあとＤＬＣ膜をコーティングする工程に入る。スパッタリングターゲットとしては、固体グラファイトターゲットを使用する。Ａｒガス圧力を０．５Ｐａ程度のスパッタ圧力に変更し、石英ガラスにバイアス電圧１００Ｖ程度を印加しながら、スパッタ源に電力３ＫＷ程度を供給して、グロー放電させる。こうしてグラファイトターゲットにイオンを衝突させ、はじき飛ばされた炭素原子により、石英ガラス表面をＤＬＣ膜でコーティングする。
スパッタ電力とコーティング時間を調節して、設定膜厚が０．５μｍに達した時点で、スパッタ源への電力供給を止め、コーティングを終了する。
【００２０】
ＤＬＣ膜が形成された石英ガラスを冷却後、真空チャンバから取り出し、２種類の真空ピンセットの膜の状態を、有機溶剤などの液中でのシール性テスト、粘着剥がれ度テスト、経時変化テストをおこない、表面を顕微鏡観察したが、いずれも剥がれやキズはなく、ＤＬＣ膜が石英ガラス全面にわたって、均一にかつ強固に形成されていた。
【００２１】
次に、この２種類の真空ピンセットを使用し、表面が鏡面状の半導体シリコンウェーハを用いて、真空吸着・脱着の繰り返しテストをおこなったが、繰り返しテスト全てにおいて真空解除時の剥離性が非常によいことが確認された。また、テスト終了後の観察でも、ウェーハ上のキズの発生は認められなかった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の石英ガラス製真空ピンセットは、ウェーハと接触する吸着面がＤＬＣ膜などの平滑性を有する硬質皮膜で被覆されており、石英ガラスに強固に密着しており、ＤＬＣ膜は石英ガラスと熱膨張係数がほぼ等しく、膜ストレスが発生せず、均一で強固な皮膜となる。
また、ＤＬＣは潤滑性があるため、鏡面状の半導体ウェーハの吸着・剥離がスムースにおこなえ、無理な応力がウェーハに発生しないのでウェーハにキズを付けることがない。
また、石英ガラスをＤＬＣ膜で被覆してあるのでパーティクル等の汚染物の発生が少ない。さらに、石英ガラスは、高寸法精度加工が可能であるので、種々の形状にも対応可能であり、半導体ウェーハに限らず応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】真空ピンセットの断面図。
【図２】真空ピンセットの平面図と底面図。
【符号の説明】
１    真空ピンセット
１１  開口
１２  ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）膜
１３  空孔
２    被吸着物（半導体シリコンウェーハ）
２１  鏡面
【図１】
0004676589.tif 000002
【図２】
0004676589.tif 000003