JP2004056027A

JP2004056027A - 真空チャック

Info

Publication number: JP2004056027A
Application number: JP2002214748A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kamikawa; 上川　健司
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: JP3947843B2

Abstract

【課題】吸着パターン全体の真空破壊によるワークの脱落を防止し、ワークの破損や保持位置のずれによる不良をなくすことができる真空チャックを提供する。
【解決手段】真空チャック３には、同心円状に配置された多数の環状溝２２およびこれらを連通する放射状にのびる連通溝２３からなる表面に開口した吸着パターン２１が形成されている。吸着パターン２１の所定箇所に、表面に開口しかつ前後の部分に比べて流路抵抗が大きいバリヤー部２４が設けられている。バリヤー部２４は、溝の断面積が小さくされた絞り部によって形成されている。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハ、ガラス基板、電子材料ウェハなどを加工する際に使用され、真空ポンプにより内部を減圧することにより、ワークを吸着保持する真空チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空チャックは、半導体ウェハの加工工程において使用されるウェハ保持手段として、よく使用されているもので、同心円状に配置された複数の溝が放射状にのびる複数の連通溝によって連通させられた吸着用溝パターンが表面に形成されており、表面がウェハで覆われたチャックの溝パターンを真空引きすることによってウェハを吸着するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の真空チャックでは、ワークのたわみ等によりチャックとワークとの間に隙間ができた際に、空気の吸い込みが発生して、真空チャック表面の負圧になっているパターン全体の真空が一気に破壊され、このために、チャックの吸着力がなくなって、ワークが脱落するという問題があった。
この発明の目的は、吸着パターン全体の真空破壊によるワークの脱落を防止し、ワークの破損や保持位置のずれによる不良をなくすことができる真空チャックを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による真空チャックは、表面に開口した吸着パターンの所定箇所に、表面に開口しかつ前後の部分に比べて流路抵抗が大きいバリヤー部が設けられていることを特徴とするものである。
【０００５】
前後の部分に比べて流路抵抗が大きいバリヤー部を形成するには、絞り部を設ける（凹部の幅を狭くする、凹部の深さを浅くする、凹部の幅を狭くしかつ凹部の深さを浅くするなど）、直線状の通路部分に代えて、バリヤ部の両端の直線距離より十分に長い凹部を蛇行させた蛇行状部を設けるなどの手段がある。バリヤー部は、絞り部および蛇行状部のいずれであっても、表面に開口するように設けられる。
【０００６】
吸着用パターンは、チャック表面に配置された複数の凹部が複数の連通用凹部によって連通させられたものであり、これを形成する凹部の形状は種々のものが可能である。
【０００７】
この発明の真空チャック形状は、円形や多角形でもよく、これらの形状の組み合わさったものでもよい。真空チャック表面に配置される吸着用パターンは、真空チャック形状と同様に、円環形、同心円形、円形および多角形等様々な形状が可能であり、また、それらパターンが対称、非対称に限らず様々な組合せで配置されてもよい。チャック表面に配置された複数の凹部は、例えば連通用凹部を除いて同心円状に配置され、各円環状凹部が途中で分断されることにより、１つの環状凹部が複数の円弧状凹部からなるようにしてもよい。また、この円弧状凹部の変形例として、円弧状凹部の両端に中間部分より径が大きい円形またはその他の形状の凹部を設けたり、円弧状凹部の中間部分に小連通路を介して円形またはその他の形状の凹部を設けるようにしてもよい。好ましい吸着用パターンの一例としては、同心円状に配置された円環状凹部が放射状にのびる複数の直線状連通用凹部によって連通させられたものとされ、バリヤー部は、連通用凹部の所定箇所（特に外周に近い部分）に設けられる。
【０００８】
この発明の真空チャックによると、バリヤー部によって真空チャック全体としての吸着用パターンが複数の小区画部に分割されることになり、１つの小区画部で隙間が開いて真空が破壊された場合でも、バリヤー部によって隣の小区画部を真空破壊することが防止され、吸着力を保持し続けることができる。また、バリヤー部を表面に開口するように設けることにより、目詰まりが起こりにくく、また、洗浄が容易にできるため、加工によって生じた粉末、スラリーの固形分による詰まり等を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、この発明の真空チャックが使用される一例である研磨装置を示すもので、この研磨装置（１）は、円形の薄板状ワーク（Ｗ）の外周部を所定形状に研磨する装置であって、ワーク（Ｗ）を垂直状に保持するワーク保持手段としての真空チャック（３）と、垂直軸（４）に垂直軸回りに揺動可能に取り付けられた可動支持台（５）と、可動支持台（５）に支持された外周Ｒ部研磨装置（６）と、固定状に設けられた１対のチャンファ部研磨装置（８）（８）と、可動支持台（５）に設けられて外周Ｒ部研磨装置（６）を砥石軸方向に移動させる移動手段（９）とを備えている。
【００１１】
真空チャック（３）は、円形のワーク（例えば半導体ウェハ）（Ｗ）よりも小さい円形の吸着面（３ａ）を有しており、その中心軸（３ｂ）は、真空チャック（３）に内蔵された駆動装置（図示略）により回転させられるようになされている。この中心軸（３ｂ）は、中空状であり、その端部には、真空ポンプなどの真空系に接続される配管接続部（３ｃ）が設けられている。
【００１２】
外周Ｒ部研磨装置（６）は、表面が研磨面（１１ａ）とされている円盤状砥石（１１）、この砥石（１１）が先端部に取り付けられた水平な砥石軸（１２）、およびモータを内蔵したケース（１６）などを有している。チャンファ部研磨装置（８）は、外周Ｒ部研磨装置（６）と同じ構成とされており、表面が研磨面（１７ａ）とされている円盤状砥石（１７）、この砥石（１７）が先端部に取り付けられた水平な砥石軸（１８）、モータ内蔵のケース（１９）などを有している。
【００１３】
図２から図７までに、この発明による真空チャック（３）を示す。各真空チャック（３）は、それぞれ表面に吸着用の凹部パターンとして吸着用溝パターン（２１）（３１）（４１）を有しており、この溝パターン（２１）（３１）（４１）の所定箇所に、表面に開口しかつ前後の部分に比べて流路抵抗が大きいバリヤー部（２４）（３４）（４４）（５４）が設けられていることを特徴としている。各真空チャック（３）間では、その吸着面の溝パターン（２１）（３１）（４１）（５１）が異なるのみであり、以下では、真空チャック自体の符号は、全て（３）として、溝パターン（２１）（３１）（４１）（５１）の違いを説明する。
【００１４】
図２の真空チャック（３）の溝パターン（２１）は、同心円状に配置された多数の環状溝（２２）が放射状にのびる４本の連通溝（２３）によって連通させられたもので、従来のものでは最外の環状溝（２２）にまで達していた連通溝（２３）の外側端が、最外から５番目の環状溝（２２ａ）に達したところで止められている。そして、５番目の環状溝（２２ａ）から最外の円環状溝（２２）までの互いに隣り合うもの同士が、それぞれバリヤー部としての絞り部（２４）によって連通されている。
【００１５】
図３の真空チャック（３）の溝パターン（３１）は、同心円状に配置された３本の環状溝（３２）が放射状にのびる６本の連通溝（３３）によって連通させられたもので、各連通溝（３３）の半径方向略中央部分に、バリヤー部としての絞り部（３４）がそれぞれ設けられている。そして、絞り部（３４）より外側にある環状溝（３２）は、等間隔の６カ所において、溝なし部（３２ａ）によって分断されている。
【００１６】
図４の真空チャック（３）の溝パターン（４１）は、同心円状に配置された１本の環状溝（４２Ａ）および１周分の環状変形溝（４２Ｂ）が放射状にのびる６本の連通溝（４３）によって連通させられたもので、各連通溝（４３）の半径方向略中央部分に、バリヤー部としての絞り部（４４）がそれぞれ設けられている。１周分の環状変形溝（４２Ｂ）は、絞り部（４４）より外側に設けられており、その１つの要素は、内側の環状溝（４２Ａ）と同心の円弧状溝（４５）と、その両端部に設けられた円形溝（４６）と、円弧状溝（４５）の中間部分に外方にのびる小連通路（４８）を介して設けられた円形溝（４７）とからなる。そして、計６つの要素が、周方向に隣り合うもの同士が連通しないようにして等間隔に配置されることにより、１周分の環状変形溝（４２Ｂ）が形成されている。
【００１７】
上記図２から図４までに示す絞り部（２４）（３４）（４４）において、図２のもの（２４）は、環状溝（２２）と環状溝（２２）とをつなぐ細い直線状の溝とされ、図３のもの（３４）は、環状溝（３２）と環状溝（３２）とをつなぐ連通溝（３３）の中間部分に、中央部分が最も狭いくびれ部分を設けたものとされ、図４のもの（４４）は、環状溝（４２Ａ）と環状変形溝（４２Ｂ）とをつなぐ連通溝（４３）の中間部分に、直線状細溝部分を設けたものとされているが、これらの各絞り部（２４）（３４）（４４）は、他の絞り部（２４）（３４）（４４）に変更可能であり、また、絞り部は、図示したものに限られるものではない。
【００１８】
なお、絞り部（２４）（３４）（４４）の溝深さについては、他の部分と同じ深さであってももちろんよいが、他の部分よりも浅くなされていてもよい。例えば、図３に示した絞り部（３４）の溝を浅くする場合には、図５に示すように、絞り部（３４）の溝底面が平面状であってもよく（図５（ａ））、絞り部（３４）の溝底面が上に凸状であってもよく（図５（ｂ））、絞り部（３４）の溝底面がテーパ状であってもよい（図５（ｃ））。そして、溝幅は他の部分と同じのままとし、溝深さを図５に示すように浅くすることよっても、絞り部を形成することができる。
【００１９】
また、絞り部（２４）（３４）（４４）に代えて、図６に示すように、環状溝（３２）と環状溝（３２）との間を連通する蛇行状部（５４）を形成することにより、これをバリヤー部としてもよい。図６に示す真空チャック（３）の溝パターン（５１）は、バリヤー部（５４）以外は図３のものと同じであり、同じ部分に同じ符号を付している。
【００２０】
図２から図６までに示したバリヤー部（２４）（３４）（４４）（５４）は、それぞれ単独で使用されももちろんよいが、それぞれを組み合わせてもよい。
【００２１】
図７（ａ）は、図２に示したタイプに対応するもので、バリヤー部（２４）によって区画された各区画部（２１ａ）（２１ｂ）（２１ｃ）と真空系とが直列で接続されていることを示している。図７（ｂ）は、図３および図４に示したタイプに対応するもので、バリヤー部（３４）（４４）によって区画された各区画部（３１ａ）（３１ｂ）（３１ｃ）（４１ａ）（４１ｂ）（４１ｃ）とが並列で接続されていることを示している。そして、これらを組み合わせるに際しては、図７（ｃ）に示すように、真空系に絞り部（６４）を介してつながる第１区画部（６１ａ）とこれに隣り合う第２区画部（６１ｂ）が絞り部（６４）を介して直列に接続され、第２区画部（６１ｂ）と第３および第４区画部（６１ｃ）（６１ｄ）とが第３および第４区画部（６１ｃ）（６１ｄ）同士が並列となるように、それぞれ絞り部（６４）を介して直列に接続されてもよく、図７（ｄ）に示すように、真空系に絞り部を介さずにつながる第１区画部（６２ａ）とこれに隣り合う第２区画部（６２ｂ）が絞り部（６４）を介して直列に接続され、第２区画部（６２ｂ）と第３区画部（６２ｃ）とが絞り部（６４）を介して直列に接続され、第２区画部（６２ｂ）と第４区画部（６２ｄ）とが絞り部を介さずに直列に接続されてもよく、さらにまた、図７（ｅ）に示すように、真空系に絞り部（６４）を介してつながる第１区画部（６３ａ）と第２および第３区画部（６３ｂ）（６３ｃ）とが第２および第３区画部（６３ｂ）（６３ｃ）同士が並列となるように、それぞれ絞り部（６４）を介して直列に接続されてもよい。
【００２２】
図７において、区画部を連通する溝を設けるのに特別な制限はなく、複数の隣接する区画部との間に溝を設けてもよい。また、溝や区画部は、連通溝との組合せにより、全体として網目状になっていてもよい。そして、絞り部も必要なところに設ければよい。さらに、溝の模様は、用途に応じて設定すればよく、対称的でなくてもよい。
【００２３】
なお、絞り部（２４）（３４）（４４）および蛇行状部（５４）の寸法を決定するに際しては、真空ポンプの排気量を考慮する必要があり、以下に、真空ポンプ排気量と絞り部（２４）（３４）（４４）寸法の関係について説明する。
【００２４】
隙間からの漏れが生じたときの真空部の圧力をｐとすると、漏れ量Ｑ（ｐ）は、
Ｑ（ｐ）＝Ｃ・ｐ　［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］　となる。
【００２５】
ここで、Ｃ：漏れ部（絞り部）のコンダクタンス［ｍ^３／ｓ］となり、そのときのポンプの排気量Ｑ_ｐ（ｐ）は、Ｑ_ｐ（ｐ）＝Ｓ（ｐ）・ｐ　となる。
【００２６】
ここで、Ｓ（ｐ）：圧力ｐにおけるポンプ排気速度［ｍ^３／ｓ］であり、チャッキングのための真空圧が保たれるためには、排気量Ｑ_ｐ（ｐ）が漏れ量Ｑ（ｐ）を上回る必要があるので、Ｑ_ｐ（ｐ）＞Ｑ（ｐ）　という条件が得られる。
【００２７】
よって、Ｓ（ｐ）＞Ｃを満たすようにポンプ容量および絞り部寸法を決めればよいことがわかる。
【００２８】
簡単化して、例えば、絞り部を直径ｄ［ｍ］の孔とし、そこを流れる粘性流を考えると、Ｃ＝１６０ｄ^２であり、同様に、絞り部を直径ｄ［ｍ］、長さｌ［ｍ］の円形管と考えると、Ｃ＝１８２×１０^３ｄ^４／ｌのように導出できる。なお、流体が空気であり、大気圧から０．１気圧程度に引いているという条件とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による真空チャックが使用される一例の研磨装置を示す平面図である。
【図２】この発明による真空チャックの第１実施形態を示す平面図である。
【図３】この発明による真空チャックの第２実施形態を示す平面図である。
【図４】この発明による真空チャックの第３実施形態を示す平面図である。
【図５】この発明による真空チャックの第４実施形態を示す平面図である。
【図６】この発明による真空チャックの第５実施形態を示す平面図である。
【図７】この発明による真空チャックの第６実施形態を示す平面図である。
【符号の説明】
（３）　　　　　　　　真空チャック
（２１）（３１）（４１）（５１）　吸着用溝パターン
（２２）（３２）（４２Ａ）　　　環状溝
（４２Ｂ）　　　　　　　環状変形溝
（２３）（３３）（４３）　　　連通溝
（２４）（３４）（４４）　　　絞り部（バリヤー部）
（５４）　　　　　　　蛇行状部（バリヤー部）

Claims

表面に開口した吸着パターンの所定箇所に、表面に開口しかつ前後の部分に比べて流路抵抗が大きいバリヤー部が設けられていることを特徴とする真空チャック。
バリヤー部は、吸着パターンの凹部の断面積が小さくされた絞り部によって形成されている請求項１記載の真空チャック。
バリヤー部は、吸着パターンの凹部の長さが長くされた蛇行状部によって形成されている請求項１記載の真空チャック。