JP2005093938A - 基板保持具 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的単純な構造で、加工時と取り外し時の保持力を変化させることができ、基板を破損させる危険が少なく、繰り返し使用可能な基板保持具を提供する。
【解決手段】支持体４上に、不織布、織布または多孔質シート３が形成され、さらにこの上に、密着保持層２が形成される。支持体４には不織布、織布または多孔質シート３と連通する孔５が設けられている。基板を取り外す際には、吸引テーブル６上に、基板１０を伴った基板保持具１をセットし、支持体４に設けられた孔５を介して不織布、織布または多孔質シート３中の空気を吸引すると、密着保持層２は不織布、織布または多孔質シート３の表面形状に追従して変形し、基板１０と密着保持層２との間に空隙が形成され、密着は解除される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、基板を密着固定する基板保持具に関し、特に、加工の製造プロセスで、シリコンウエハ、セラミックグリーンシート、ガラス、フレキシブルプリント基板等の基板を固定したり、加工後の部品を搬送したりするために使用される基板保持具に関する。

シリコンウエハ、セラミックグリーンシート、ガラス、フレキシブルプリント基板等の基板及びこれらを加工した部品（以下単に「基板」という）は薄く割れやすかったり、それ自体でのハンドリングが難しかったりするため、その加工工程においては板状の保持具に固定し、研磨、パターニング、ダイシング、印刷等の加工、搬送を行なっている。そして、この保持具には、加工工程及び搬送中においては基板を強固に固定し、加工後及び実装時には容易に取り外し可能であることが要求され、このような保持具としては、表面に凸状の支持体を多数形成しこの上に基板を載置し真空吸着するタイプのもの（特許文献１参照）、基板が嵌合されるリセス孔が開設されたテンプレートと基板を保持する不織布からなるバッキング材が固定されたもの（特許文献２参照）、光硬化性の粘着剤を用い基板取り外しの際には粘着剤を硬化させ粘着性を喪失させるようにしたもの（特許文献３参照）が用いられている。
特開２０００−２８６３２９号公報 特開２００１−３８６１１号公報 特開２００３−１１３３５５号公報

従来の基板保持具であるが、真空吸着タイプのものは、加工中常に吸引状態を保つ必要があり、保持具自体の構造、製法が複雑で高価なものであった。また、テンプレートとバッキング材からなるタイプのものは、基板を取り外す際の保持力は、変化するものではなく、このため取り外しは端部から空気が徐々に入るように注意深く行う必要があり、取り外しの際に基板を破損させる不具合が少なくなかった。更に、光硬化性の粘着剤を使用するタイプでは、粘着性を喪失した後は再使用できず、ランニングコストが高く付く上に、廃棄物を多量に排出するという問題点があった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、比較的単純な構造で、加工時と取り外し時の保持力を変化させることができ、基板を破損させる危険が少なく、繰り返し使用可能な基板保持具を提供することを目的としている。

本発明は上記従来の問題点を解決したものであり、基板を密着保持する基板保持具であって、支持体と、該支持体上に設けられた不織布と、該不織布上に形成された密着保持層とからなり、前記支持体は前記不織布と連通する孔を有していることを特徴としている。

また、基板を密着保持する基板保持具であって、支持体と、該支持体上に設けられた、撚糸を織った織布と、該織布上に形成された密着保持層とからなり、前記支持体は前記織布と連通する孔を有していることを特徴としている。

また、基板を密着保持する基板保持具であって、支持体と、該支持体上に設けられた多孔質シートと、該多孔質シート上に形成された密着保持層とからなり、前記支持体は前記多孔質シートと連通する孔を有していることを特徴とするものである。

本発明の基板保持具を使用してシリコンウエハ等の基板を保持するには、密着保持層上に基板を載置するか、載置した後に軽く加圧することで基板は密着保持される。この際、密着保持層下の不織布、織布または多孔質シート及び支持体の存在により、基板は平面状に保持される。次に、加工工程終了後や実装に際して基板を取り外す際には、支持体に設けられた孔から吸引することによって、不織布、織布または多孔質シート中の気圧が減少し、不織布、織布または多孔質シートの表面に追従して密着保持層が変形し、基板と密着保持層との間に空気が流れ込み、即座に密着が解除され、簡単に基板を取り外すことができる。

本発明によれば、比較的単純な構造で、加工時と取り外し時の基板の密着保持力を変化させることができ、基板を破損させる危険が少なく、繰り返し使用可能な基板保持具を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明すると、本実施形態における基板保持具は図１、２に示すように、支持体４上に、不織布、織布または多孔質シート３が形成され、さらにこの上に、密着保持層２が形成される。支持体４には不織布、織布または多孔質シート３と連通する孔５が設けられている。

基板を取り外す際には、図３、４に示すように、吸引テーブル６上に、基板１０を伴った基板保持具１をセットし、支持体４に設けられた孔５を介して不織布、織布または多孔質シート３中の空気を吸引すると、密着保持層２は不織布、織布または多孔質シート３の表面形状に追従して変形し、基板１０と密着保持層２との間に空隙が形成され、密着は解除される。

本発明を構成する密着保持層は、ゴム硬度５〜６０（ＪＩＳ Ａ）程度、厚さ０．０５〜２ｍｍ程度のエラストマーからなり、密着保持面は中心線平均粗さ（ＪＩＳ Ｂ０６０１）３．２μm以下程度に成形される。

密着保持層のゴム硬度が、上述の範囲を下回ると、密着力が強くなり過ぎ、密着解除が十分になされない危険があり、逆に上述の範囲を上回ると、密着力が弱くなり、十分な保持力が得られない危険性がある。

密着保持層の厚さが、上述の範囲を下回ると、密着保持層自体の絶対強度が低下し、繰り返し耐久性に悪影響を与える恐れがあり、逆に上述の範囲を上回ると、不織布または多孔質シートの表面形状に十分追従しなくなり、密着解除が十分になされない危険がある。

密着保持層の密着保持面における表面粗さは、上述の範囲を上回ると、密着力が弱くなり、十分な保持力が得られない危険性がある。

密着保持層の材質は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタン系エラストマー、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合エラストマー等の各種エラストマーを使用することが可能であるが、耐熱性が要求される用途に使用される場合には、シリコーンゴム、フッ素ゴムを使用することが好ましい。また、これらには帯電防止を目的として導電性を付与するためのカーボン、金属、金属酸化物等のフィラーを混合したり、少なくとも一方の面に導電性ポリマーやイオン導電性付与剤等の帯電防止剤を塗布したりすることも可能である。

本発明に用いられる不織布は、天然繊維、合成繊維、カーボン繊維、金属繊維等の繊維を、一定の厚さに不規則に重ねてシート状としたもので、繊維同士の絡まりや、固着剤の添加、熱圧着等によりシート状に保持されたものであり、市販のものを使用することが可能である。

不織布内部には繊維間に空間が形成され、この空間の割合（空隙率）は、１００（％）−不織布の目付け量（ｇ／ｍ^２）／厚さ（ｍｍ）／繊維の真密度（ｇ／ｃｍ^３）／１０^３（単位補正係数）×１００（％）により算出できる。この空間の割合が大きくなると、不織布表面の凹凸が大きくなり密着解除性能が優れる反面、密着保持状態での平面性が得られにくくなり、逆に小さくなると、密着保持状態での平面性に優れるものの、密着解除性能が劣ることになる。このため、空間の割合は、５０〜９５％、好ましくは７０〜９２％、さらに好ましくは８０〜９０%の範囲から選択することが望ましい。

不織布の厚さは、厚すぎると密着保持状態での平面性が得られにくく、薄すぎると十分な変位量が得られず、密着解除が十分になされない恐れがあるため、好ましくは０．０５〜１．０ｍｍの範囲、さらに好ましくは０．１〜０．８ｍｍの範囲から選択することがよい。

不織布を構成する繊維の直径は、大きすぎると密着保持状態での平面性が得られにくく、小さすぎると密着解除性能が不十分となる恐れがあるため、３〜３００μm、好ましくは１０〜２００μm、さらに好ましくは３０〜１５０μmの範囲から選択することが良い。また、単一の直径を有する繊維のみを使用することもできるし、複数の分布を持つ繊維を使用することも可能である。

不織布には、帯電防止を目的としてカーボン繊維や金属繊維を使用したり、絶縁性の繊維に導電性を付与するために導電性ポリマーやイオン導電性付与剤等の帯電防止剤を塗布したり、カーボンブラック等の導電性付与剤を配合した高分子材料からなる合成繊維を使用したりすることも可能である。

本発明に使用される織布は、天然繊維、合成繊維、カーボン繊維、金属繊維等の繊維からなる撚糸を織り合せたものとすることが必要である。これは、撚糸中に含まれる空間が織布内の空間連続性を確保するとともに、織布の厚さ方向に弾性を付与し、密着解除性能を著しく向上させるからである。

織布の厚さは、厚すぎると密着保持状態での平面性が得られにくく、薄すぎると十分な変位量が得られず、密着解除が十分になされない恐れがあるため、好ましくは０．０５〜２．０ｍｍの範囲、さらに好ましくは０．１〜１．０ｍｍの範囲から選択することがよい。

織布を構成する繊維の直径は、大きすぎると密着保持状態での平面性が得られにくく、小さすぎると密着解除性能が不十分となる恐れがあるため、３〜１５０μm、好ましくは５〜１００μm、さらに好ましくは５〜５０μmの範囲から選択することが良い。また、単一の直径を有する繊維のみを使用することもできるし、複数の分布を持つ繊維を使用することも可能である。

織布の空隙率は、上記不織布の場合と比較して低めに設定することが可能である。これは撚糸構造により空間連続性か確保されやすいからで、低めに設定することで平面性の向上を図ることができる。具体的には、２０〜８０％、好ましくは３０〜６０％、さらに好ましくは３０〜５０%の範囲から選択することが望ましい。

織布には、帯電防止を目的としてカーボン繊維や金属繊維からなる撚糸を使用したり、絶縁性の繊維に導電性を付与するために導電性ポリマーやイオン導電性付与剤等の帯電防止剤を塗布したり、カーボンブラック等の導電性付与剤を配合した高分子材料からなる合成繊維を使用したりすることも可能である。

本発明に使用される多孔質シートは、セラミック、合成樹脂等からなる公知のものを使用することが可能である。セラミックとしては多孔質アルミナ、合成樹脂としては多孔質PTFE等が例示される。

多孔質シートの、密着保持層が形成される面における孔の大きさは、平均値で２０〜５００μm、好ましくは５０〜３００μmとすることがよい。これは、孔径が小さすぎると密着解除時の密着保持層の変位量が小さく、十分に密着解除がなされない恐れがあり、逆に大きすぎると、多孔質シートの機械的強度が劣化し、また、密着保持状態での平面性が得られにくくなる恐れがあるからである。

多孔質シートの厚さは、厚すぎると密着解除時の圧力損失が大きくなり、高真空、長時間を要するという不利を生じやすく、また、薄すぎると密着解除性能が不十分となる恐れがあるため、１０μm〜５ｍｍ程度とすることが好ましく、５０μm〜２ｍｍ程度とすることがさらに好ましい。

多孔質シートの空隙率は、大きくなると、多孔質シート表面の凹凸が大きくなり密着解除性能が優れる反面、密着保持状態での平面性が得られにくくなり、逆に小さくなると、密着保持状態での平面性に優れるものの、密着解除性能が劣ることになる。このため、空隙率は、１０〜６０％、好ましくは２０〜５０％、さらに好ましくは３０〜４０%の範囲から選択することが望ましい。

本発明を構成する支持体は、樹脂、金属、セラミック、ガラスやこれらの複合体を使用することができ、略板状に成形される。厚さは、用途により適宜決定すればよく、単に搬送目的であれば５０μm程度以上の厚さがあれば十分であり、研磨等の加工に使用する場合には、数ｍｍ程度の厚さとすればよい。

支持体に形成される孔は、前記不織布、織布または多孔質シートに内包される空気を吸引するためのものであり、最低１個形成すればよいが、吸引効率の向上を目的として、複数個形成することが好ましく、また、大きさは、小さすぎると吸引効率が悪くなり、大きすぎると密着保持層の平面性に悪影響を及ぼす恐れがあるため、不織布、織布または多孔質シートに接する側の面においてφ０．２〜３ｍｍ程度とすることがよい。基板の密着を解除する際に吸引テーブル側となる面における孔の大きさは、吸引効率、吸引テーブルの吸引孔との位置合わせの容易さから大きい方が望ましく、断面を台形状、ロート状とすることができる。また、吸引テーブルがほぼ全面からメッシュ等を介して吸引できる構造のものを使用すれば、特に正確な位置合わせは必要ない。

孔の形状は特に限定されるものではなく、円形、多角形、スリット状等適用可能であるが、加工の容易さからは円形とすることが好ましい。また、支持体として多孔質セラミック等の多孔質板を用いれば、特段に孔加工を施す必要はないが、この場合側面は空気が漏れないように、密閉することが好ましい。

上記において、基板保持具１を製造する場合には、まず、支持体４を成形する。支持体として多孔質の材料を使用する場合には孔５はすでに形成されているので加工により形成する必要はないが、そうでない場合には、ドリル等を用い、孔５を形成する。孔５を形成する位置は、後に形成する不織布、織布または多孔質シート３と連通する箇所とすればよく、複数箇所を孔加工し、少なくとも１つの孔が結果的に不織布、織布または多孔質シート３内の空間と連通すればよい。

支持体４は、必要に応じ、表面を研磨して平面性を向上させることもできる。

支持体４上に、不織布、織布または多孔質シート３を形成するには、適当な接着剤を用いて支持体４に貼り合せればよい。この際、孔５を塞がないよう接着剤を塗布すればよい。また、不織布、織布または多孔質シート３を貼り合せた後に孔５を形成して接着剤層を除去し、不織布、織布または多孔質シート３内の空間と連通させることも可能である。

密着保持層２を不織布、織布または多孔質シート３上に形成するには、予め所定の厚さの密着保持層２を別途作製しておき、接着剤を用いて不織布、織布または多孔質シート３に貼り合せる方法が採用される。

予め密着保持層２を別途作製する場合には、ＰＥＴフィルム、ＯＰＰフィルム等の適当なセパレータ上に密着保持層２を形成し、プレス加工により不織布、織布または多孔質シート３に貼り合せ、セパレータを剥離、除去することで、前述した表面粗さ特性を有し、平面性の高い密着保持面を形成することが可能である。

不織布、織布または多孔質シート３、密着保持層２を、支持体４上に形成する工程は、別々の工程とすることもできるし、同時に行うことも可能である。
次に、本発明の実施例を説明する。

支持体４を作製する材料として、厚さ５ｍｍ、３００ｍｍ□のフェノール樹脂板を準備した。面方向に対して垂直な、直径φ１.０ｍｍの孔５を、縦横ピッチ２０ｍｍで等間隔に縦１４個×横１４個で計１９６個、ドリルによって設けた。次いで、このフェノール樹脂板の両面を各々約０．２５ｍｍ研磨し、ＪＩＳ Ｂ０６２１に規定される平面度１０μm以下に仕上げ、支持体４とした。

東洋紡社製不織布「エクーレ ３３０１Ａ」を、２９０ｍｍ×２９０ｍｍに切り出し、不織布３とした。この不織布は、ＰＥＴ単繊維からなり、繊維直径は平均で１３３μm、平均厚さ０．２１ｍｍ、空隙率８８．１%である。

信越化学工業製シリコーンゴム「ＫＥ６７」を、支持体４の片面に、中央部の２９０ｍｍ□領域に孔５を避けて厚さ０．０５ｍｍとなるようにスクリーン印刷法により塗布し、上記の不織布３を、位置を合わせて貼り合せ、プレス機にて、圧力５ｋｇ／ｃｍ^２で５０℃３０分間加圧し、接着固定した。

フッ素樹脂製の離型フィルム上に、信越化学工業製シリコーンゴム「ＫＥ６６ＳＥ」を、厚さ０．２ｍｍとなるように塗布し、１２０℃のオーブンで１０分間加熱して硬化させ、寸法を３００ｍｍ□に整え、密着保持層２を作製した。

密着保持層２に、信越化学工業製シリコーンゴム「ＫＥ６７」を、厚さ０．０５ｍｍとなるように塗布し、不織布３全体を覆い、四辺（幅５ｍｍ）を支持体４に接するように重ね合わせ、該四辺部分に厚さ０．１５ｍｍのアルミニウム製の板を載置して、プレス機で全体を加圧し、５０℃で３０分間処理した後、密着保持層２からフッ素樹脂製の離型フィルムを剥離して、本発明の基板保持具１を得た。

こうして得られた基板保持具１のほぼ中央に、基板１０として８インチのシリコンウエハを静かに置いたところ、自重のみで基板１０は固定され、逆さまにしても基板１０が剥がれ落ちることはなかった。

次に、３００ｍｍ□、幅５ｍｍのステンレス製枠体の中央に、２９０ｍｍ□のステンレスメッシュを備え、これが高さ２０ｍｍで中空構造の直方体の天面として構成され、吸引用のチューブとその先に真空ポンプが連結された吸引テーブル６を用意し、この上に上記の基板１０を密着させた基板保持具１を載置し、−０．０８７０ＭＰａで吸引したところ、密着保持層２は直ちに変形し、基板１０の密着は解除され、基板１の自重＋１０ｇの力で基板１を取り外すことができた。

また、同様の密着固定、密着解除取り外しの操作を１，０００回繰り返したが、密着保持、密着解除に性能の劣化は認められなかった。

実施例１で使用した不織布の替わりに、東レ製カーボン繊維織布「トレカクロス ＣＯ６１４１」を織布３として使用した他は実施例１と同様の材料、方法で基板保持具１を作製した。この織布は直径約７μmのカーボン繊維を１０００本撚り合わせた糸を織り合わせたもので、厚さは０．２ｍｍ、空隙率３９％である。

こうして得られた基板保持具１のほぼ中央に、基板１０として８インチのシリコンウエハを静かに置いたところ、自重のみで基板１０は固定され、逆さまにしても基板１０が剥がれ落ちることはなかった。

次に、実施例１で使用した吸引テーブル６を用意し、この上に上記の基板１０を密着させた基板保持具１を載置し、−０．０８７０ＭＰａで吸引したところ、密着保持層２は直ちに変形し、基板１０の密着は解除され、基板１０の自重＋８ｇの力で基板１０を取り外すことができた。

また、同様の密着固定、密着解除取り外しの操作を１，０００回繰り返したが、密着保持、密着解除に性能の劣化は認められなかった。

実施例１で使用した不織布の替わりに、三井鉱産マテリアル社製多孔質アルミナシートを多孔質シート３として使用した他は実施例１と同様の材料、方法で基板保持具１を作製した。この多孔質シートは平均空孔径約６０μm、厚さ０．５ｍｍ、空隙率３３％である。

こうして得られた基板保持具１のほぼ中央に、基板１０として８インチのシリコンウエハを静かに置いたところ、自重のみで基板１０は固定され、逆さまにしても基板１０が剥がれ落ちることはなかった。

次に、実施例１で使用した吸引テーブル６を用意し、この上に上記の基板１０を密着させた基板保持具１を載置し、−０．０８７０ＭＰａで吸引したところ、密着保持層２は直ちに変形し、基板１０の密着は解除され、基板１０の自重＋１２ｇの力で基板１０を取り外すことができた。

また、同様の密着固定、密着解除取り外しの操作を１，０００回繰り返したが、密着保持、密着解除に性能の劣化は認められなかった。

本発明に係る基板保持具の実施形態を示す模式断面説明図である。 本発明に係る基板保持具の実施形態において図１中A部分の拡大図である。 本発明に係る基板保持具の実施形態において基板の密着解除状態を示す模式断面説明図である。 本発明に係る基板保持具の実施形態において図３中B部分の拡大図である。

符号の説明

１ 基板保持具
２ 密着保持層
３ 不織布、織布または多孔質シート
４ 支持体
５ 孔
６ 吸引テーブル
１０ 基板

Claims (3)

1. 基板を密着保持する基板保持具であって、支持体と、該支持体上に設けられた不織布と、該不織布上に形成された密着保持層とからなり、前記支持体は前記不織布と連通する孔を有していることを特徴とする基板保持具。
2. 基板を密着保持する基板保持具であって、支持体と、該支持体上に設けられた、撚糸を織った織布と、該織布上に形成された密着保持層とからなり、前記支持体は前記織布と連通する孔を有していることを特徴とする基板保持具。
3. 基板を密着保持する基板保持具であって、支持体と、該支持体上に設けられた多孔質シートと、該多孔質シート上に形成された密着保持層とからなり、前記支持体は前記多孔質シートと連通する孔を有していることを特徴とする基板保持具。

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