JP2005028506A - 真空チャック - Google Patents

Abstract

【課題】短時間のうちに吸着体に真空吸着されるワークに歪みが生じないように固定保持することが可能な真空チャックを提供する。
【解決手段】真空チャックは四辺形のベースプレート１０を有し、この表面にはワークＷの形状に対応して円形となった無機質性の吸着体２０と金属製の封止体３０とが取り付けられている。ベースプレート１０には、真空案内路としての溝１１が形成され、この溝１１はベースプレート１０の外周面に開口して形成された真空ポートに連通している。吸着体２０に均一に分布する気孔の気孔径は中央部から外周辺に向かうに従って徐々に小径となるように変化している。吸着体２０に接触したワークＷは最も真空吸引力の強い中央部から始めに吸着され、その後、ワークＷと吸着面２１との間に挟まれた空気を押し出すように外周辺向かって吸着される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被加工物つまりワークを真空吸着して固定するための真空チャックの技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワークに切削や研削などの機械加工を施したり、種々の表面処理を施したりする場合、例えば、半導体ウエハの表面に回路を形成したり、ハードディスク基板の表面を研磨加工したり、刃物を研磨加工する際には、ワークを固定保持するために真空チャックが使用されることがある。
【０００３】
真空チャックとしては、焼結多孔質性金属により成形された吸着体を有するものが特許文献１に開示されるように開発されている。このような粉粒体を焼結させた多孔質性材料からなる吸着体は、複数の気孔が連なって形成される空気流路を介して真空引きを行うことで吸着体表面にワークを真空吸着させるものであって、機械加工する場合に比べて吸気孔の内径を小さく形成することができ、吸気孔に接した部分でのワークの局所的な変形を抑制し得るという利点がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３４１０４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示される発明にあっては、粉粒体からなる骨材と該骨材を相互に結合する結合材とを焼結することにより、気孔径の揃った複数の気孔を吸着体の全体にわたって均一に分散させている。このように吸着体の中央部から外周部にわたって複数の気孔を均一に分散させることで、ワーク全面を均等の真空吸引力で吸着面全面に吸着させることができ、高精度の機械加工や表面処理を施すことが可能となる。
【０００６】
しかしながら、ワークの真空吸引力を吸着面全面で均等にしてしまうと、ワークは吸着体に接触した箇所から順に吸着することになり、吸着されるワークには歪みが生じてしまう。また、両側が先に吸着されたワークと吸着体表面との間には空気が取り残されるが、この空気を真空吸引し終えるまではワークの全面が吸着面全面に真空吸着したことにはならず、結果としてワークを吸着体に固定保持するまでの時間が長引いてしまう。
【０００７】
本発明の目的は、吸着体に真空吸着されるワークに歪みが生じないように固定保持することが可能な真空チャックを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、ワークを吸着体に真空吸着するまでに要する時間を短縮することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の真空チャックは、無機質材料性の粉粒体からなる骨材と該骨材を相互に結合する結合材とを焼結して形成される吸着体の表面にワークを真空吸着させるようにした真空チャックであって、前記吸着体の通気抵抗を中央部から外周部に向かうに従って大きくなるように変化させ、ワークの真空吸引力を該中央部から該外周部に向かうに従って弱くなるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の真空チャックは、前記吸着体の気孔径を前記中央部から前記外周部に向かうに従って徐々に小径となるように変化させることにより、前記吸着体の通気抵抗を前記中央部から前記外周部に向かうに従って大きくなるように変化させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の真空チャックは、前記吸着体の気孔密度を前記中央部から前記外周部に向かうに従って徐々に低くなるように変化させることにより、前記吸着体の通気抵抗を前記中央部から前記外周部に向かうに従って大きくなるように変化させることを特徴とする。
【００１２】
本発明の真空チャックは、前記吸着体の厚み方向の寸法を前記中央部から前記外周部に向かうに従って連続的に、又は段階的に大きくなるように変化させることにより、前記吸着体の通気抵抗を前記中央部から前記外周部に向かうに従って大きくなるように変化させることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である真空チャックを示し、図３におけるＩ−Ｉ線に沿う断面図であり、図２は図１の平面図であり、図３は図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【００１４】
この真空チャックは半導体ウエハやハードディスク基板などの被加工物をワークＷとしてこれを固定保持するために使用される。
【００１５】
真空チャックは四辺形のベースプレート１０を有し、この表面にはワークＷの形状に対応して円形となった吸着体２０と封止体３０とが取り付けられており、封止体３０の外形はベースプレート１０の外形に対応して四辺形となっている。
【００１６】
ベースプレート１０は金属製であり、図３に示すように、格子状の溝１１が形成され、この溝１１はベースプレート１０の外周面に開口して形成された真空ポート１２に連通し、溝１１は真空案内路となっている。
【００１７】
吸着体２０は厚み寸法ｄを有する円板形状となっており、ワークＷに接触する吸着面２１とこの吸着面２１の円形の外周辺２２ａから厚み方向に延びる外周面２２とを有し、吸着体２０の径は、図２に示すようにワークＷの径よりも小さく設定されている。吸着体２０は無機質材料性の粉粒体からなる骨材と骨材相互を結合する結合材とを焼結することにより形成され、多孔質となっている。
【００１８】
封止体３０は吸着体２０を構成する骨材と同種の粉粒体と、骨材としての粉粒体相互間に充填される充填材とを有し、非多孔質となっている。この封止体３０は、吸着面２１に連なる平坦面３１と、吸着体２０の外周面２２に密着してこれを覆い吸着体２０の気孔を封じる内周面３２とを有している。
【００１９】
ワークＷが真空チャックに保持されるときには、ワークＷはその外周部が平坦面３１にもオーバーラップするように吸着面２１で吸着されることになり、吸着面２１は外部に露出されることなく全てのワークＷにより覆われ、吸着体２０内に空気が流入することが防止される。
【００２０】
吸着体２０と封止体３０の表面は、研磨具を用いてラッピング加工やポリッシング加工、つまり研磨加工されて、鏡面に仕上げられる。
【００２１】
吸着体２０の気孔密度は骨材と連結材との混合割合によって調整することができ、気孔の平均内径は骨材の粒度を選定することにより調整することができる。図１および図２に示す場合にあっては、吸着体２０に均一に分布する気孔の平均内径を中央部Ｏから外周辺２２ａに向かうに従って徐々に小径となるように変化させている。そうすると、気孔径が大径である中央部Ｏにおいては複数の気孔が連なって形成される空気流路の通気抵抗が小さく真空引きを行い易いため、ワークＷの真空吸引力は強くなる。一方、気孔径が小径である外周辺２２ａ近傍においては通気抵抗が大きく、ワークＷの真空吸引力は弱い。したがって、吸着体２０に接触したワークＷは最も真空吸引力の強い中央部Ｏから始めに吸着されることになり、その後、ワークＷと吸着面２１との間に挟まれた空気を押し出すように、ワークＷは中央部Ｏから徐々に真空吸引力が弱まる外周辺２２ａに向かって吸着されることになる。
【００２２】
前述した通り、仮にワークＷの真空吸引力を吸着面全面で均等にしてしまうと、ワークＷは吸着体２０に接触した箇所から順に吸着することになり、吸着されるワークＷの内部にはランダム方向に内部応力が発生して歪みが生じてしまう。しかしながら、本発明の真空チャックにあっては、ワークＷの吸着体２０への吸着を常に中央部Ｏから始まるようにし、その後は外周辺２２ａに向かってワークＷが吸着されるようにしているため、吸着面２１に対向するワークＷの接触面の平坦度にかかわらず、歪みが生じないようにワークＷを吸着体２０に固定保持することができる。そして、中央部Ｏから吸着されるワークＷは、ワークＷと吸着体２０との間に挟まれた空気を外側へ押し出しながら吸着されるので、ワークＷと吸着面２１との間に取り残される空気は極めて少なく、ワークＷと吸着面２１との間の空気の真空引きを終了して、吸着体２０への固定保持を完了するまでに要する時間は短縮されることになる。
【００２３】
図４は本発明の他の実施の形態である真空チャックを示す断面図であり、図示する場合にあっては、吸着体２０の気孔密度を中央部Ｏから外周辺２２ａに向かうに従って徐々に低くなるように変化させている。図１ないし図３に示す実施の形態と異なり、吸着体２０の全体にわたってほぼ同径の気孔が分布している。これより、図１ないし図３に示す実施の形態と同様に、ワークＷの真空吸引力は中央部Ｏで最も高く、外周辺２２ａに向かうに従って徐々に弱くなっている。
【００２４】
図５（ａ）は本発明の他の実施の形態である真空チャックを示す断面図であり、図示する場合にあっては、吸着体２０の厚み方向の寸法ｄを中央部Ｏから外周部２２ａに向かうに従って大きくなるように連続的に変化させている。吸着体２０にはほぼ同径の気孔が均一に分布しているが、図示するように吸着体２０の厚み方向の寸法ｄを変化させることで真空吸引力に変化を与えることもできる。すなわち、吸着面２１との距離が最も短い中央部Ｏにおいて真空吸着力が最も高く、そこから外周辺２２ａに向かうに従って徐々に弱くなるように設計されている。この吸着体２０の厚み方向の寸法ｄは中央部Ｏから外周部２２ａに向かうに従って段々と大きくなるように階段状に変化させても良く、具体的には図５（ｂ）に示すように吸着体２０を形成するようにしても良い。
【００２５】
このように吸着体２０の厚み方向の寸法ｄを中央部Ｏから外周部２２ａに向かうに従って大きくなるように変化させる場合においては、ベースプレート１０に格子状に形成された溝１１を図５（ｂ）に示すような簡略な構成とすることも可能である。つまり、ベースプレート１０には、吸着面２１に対向して凹形状に形成された空間２３に連通し真空ポート１２に開口する溝１１ａのみを形成するようにしても良い。
【００２６】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、外周面２２近傍での通気抵抗を空気の流入を防ぐ程度にまで大きなものとし、封止体３０の取り付けを省略することも可能である。より具体的には、図６に示すように、外周面２２での気孔密度や気孔寸法を極めて小さくして気孔率をゼロに近づけることで、封止体３０を設けずとも外周面２２側からの空気の流入を防ぐこともできる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、吸着体に接触したワークは最も真空吸引力の強い吸着面中央部から吸着され、その後、ワークと吸着面との間に挟まれた空気を押し出すように外周辺に向かって吸着される。よって、吸着体に真空吸着されるワークに歪みが生じないように吸着面上に固定保持することができる。
【００２８】
ワークと吸着面との間に挟まれた空気を押し出すように外周辺に向かって吸着するので、ワークと吸着面との間に取り残される空気が激減し、ワークを吸着体に真空吸着するまでに要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である真空チャックを示し、図３におけるＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態である真空チャックを示す断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は本発明の他の実施の形態である真空チャックを示す断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の他の実施の形態である真空チャックを示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う平面図である。
【符号の説明】
１０ ベースプレート
１１ 溝
１２ 真空ポート
２０ 吸着体
２１ 吸着面
２２ 外周面
２３ 空間
３０ 封止体
３１ 平坦面
３２ 内周面

Claims (4)

1. 無機質材料性の粉粒体からなる骨材と該骨材を相互に結合する結合材とを焼結して形成される吸着体の表面にワークを真空吸着させるようにした真空チャックであって、
   前記吸着体の通気抵抗を中央部から外周部に向かうに従って大きくなるように変化させ、ワークの真空吸引力を該中央部から該外周部に向かうに従って弱くなるようにしたことを特徴とする真空チャック。
2. 請求項１記載の真空チャックにおいて、前記吸着体の気孔径を前記中央部から前記外周部に向かうに従って徐々に小径となるように変化させることにより、前記吸着体の通気抵抗を前記中央部から前記外周部に向かうに従って大きくなるように変化させることを特徴とする真空チャック。
3. 請求項１記載の真空チャックにおいて、前記吸着体の気孔密度を前記中央部から前記外周部に向かうに従って徐々に低くなるように変化させることにより、前記吸着体の通気抵抗を前記中央部から前記外周部に向かうに従って大きくなるように変化させることを特徴とする真空チャック。
4. 請求項１記載の真空チャックにおいて、前記吸着体の厚み方向の寸法を前記中央部から前記外周部に向かうに従って連続的に、又は段階的に大きくなるように変化させることにより、前記吸着体の通気抵抗を前記中央部から前記外周部に向かうに従って大きくなるように変化させることを特徴とする真空チャック。

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