JP2005093968A

JP2005093968A - 真空チャック

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Publication number: JP2005093968A
Application number: JP2003365286A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Onishi; 一正大西
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】真空チャックにおいて、ただ被吸着物を保持固定するだけではなく、加工速度の向上と難加工材料の加工、ウエハ上に形成される薄膜の厚さの一層の平坦化およびウエハに付着する非常に小さな異物などを除去可能することを提供すること。
【解決手段】真空チャックの載置面３に設けられた格子状の凸部８の中には、正方形の平板上の圧電セラミック９が載置面３にエポキシ樹脂で接合されている。それぞれの圧電セラミックには高周波電圧を印加するリード線および高周波電源が接続されている。被吸着物を載置面３の格子状の凸部の上に載せる。そして真空ポンプを作動させ、被吸着物を吸引し、保持固定する。次に、圧電セラミック９に約９５Ｋｈｚの交流電圧を印加する。
【選択図】「図１」

Description

本発明は、半導体装置の製造工程や検査工程などにおいて使用される被吸着物を保持するための真空チャックに関するものである。

半導体の製造及び検査工程においては、各種の処理時や搬送時に半導体ウエハを載置面に固定する必要が生じる。このような固定は、真空圧を利用した真空チャックで行うのが一般的である。図９は真空チャックの例を示す図である。図において１は半導体ウエハであり、上面に半導体チップが形成される。この半導体ウエハ１を載置して固定する。２は真空チャックであり、載置面３上に半導体ウエハ１が載置される。４は真空チャックの内部に設けられた空気経路の載置面での開口である。この空気経路にはホース７を介して真空ポンプ６から真空圧が印加され、載置された半導体ウエハ１が開口４と接する部分に真空圧が加えられて固定される。
開口の形状は、載置された半導体ウエハを歪ませることなく、強固に固定できるように様々な形状が考えられる。例えば図９の小さな開口の配列のほかに、同心円状の溝や、並行に配列された溝等が用いられている。

従来の真空チャックは、半導体装置の製造工程や検査工程などにおいてただ被吸着物の固定保持に用いられるのみであった。ところが、近年、例えばダイサーにおいては加工速度の向上と難加工材料の加工が強く要望されるようになって来た。しかし、ダイサーの機械的性能の向上やダイサーのブレードの性能の向上だけでは、加工速度の向上と難加工材料の加工の限界に達しつつある。

また、例えば、ウエハにフォトレジストをスピンコートするスピンコータの回転ヘッドの真空チャックはただウエハを吸着するだけであったが、ウエハ上に形成される薄膜の厚さはさらに一層の平坦化が求められている。
さらにＣＶＤ装置及びスパッタリング装置の真空チャックはただウエハを吸着するだけであったが、ウエハ上に形成される薄膜の厚さは薄くなる一方で、そのためウエハに付着する非常に小さな異物などを除去することが求められている。

本発明の目的は、真空チャックにおいて、ただ被吸着物を保持固定するだけではなく、加工速度の向上と難加工材料の加工、ウエハ上に形成される薄膜の厚さの一層の平坦化およびウエハに付着する非常に小さな異物などを除去可能することを提供するものである。

本発明は、半導体装置の製造工程や検査工程などにおいて使用される被吸着物を保持するための真空チャックにおいて、前記被吸着物を吸着する面に圧電素子を接合していることを特徴とする真空チャックにある。

本発明はまた、半導体装置の製造工程や検査工程などにおいて使用される被吸着物を保持するための真空チャックにおいて、前記被吸着物を吸着する面と平行な面に圧電素子を接合していることを特徴とする真空チャックにある。

本発明はまた、前記圧電素子が圧電セラミックであることを特徴とする真空チャックにある。

本発明はまた、前記圧電素子が板厚方向に分極されていることを特徴とする真空チャックにある。

本発明はまた、圧電素子が板厚方向と直交する方向に分極されていることを特徴とする真空チャックにある。

真空チャックの高さが３０ｍｍ以下であることを特徴とするの真空チャックにある。

圧電素子に印加する交流電圧の周波数が１５Ｋｈｚ以上、１００Ｋｈｚ以下であることを特徴とする真空チャックにある。

本発明の真空チャックは、被吸着物を固定保持する面に超音波振動が励起されるので、この面に保持固定される被吸着物にも超音波振動が伝播する。この被吸着物の超音波振動により、加工速度の向上と難加工材料の加工が可能となる。
また、ウエハにフォトレジストをスピンコートするスピンコータの回転ヘッドに本発明の真空チャックに用いれば、ウエハを固定保持する面に超音波振動が励起されるので、それがウエハに伝播し、コート液とウエハの摩擦が小さくなるため、ウエハ上に形成される薄膜厚さの一層の平坦化が可能になる。
さらに、ＣＶＤ装置及びスパッタリング装置に本発明の真空チャックを用いれば、ウエハを固定保持する面に超音波振動が励起されるので、これがウエハに伝播し、付着する非常に小さな異物などを除去することが可能となる。

本発明を、添付の図面を用いて説明する。図１は、本発明の第一の構成の真空チャックの一例を示す正面図であり、そして図２は図１に記入した切断線Ａ−Ａ線に沿って切断した断面図である。

図１及び図２に示す真空チャックは、ステンレス製であり、載置面３に格子状の凸部８を持っている。そして、その凸部８の面は吸着物を平坦に吸着できるようにラップ加工している。

また、被吸着物を真空で吸着するため載置面３に格子状の凸部８の中に各々２個の開口４が設けられている。そしてこの開口４は空気経路５に連通している。空気経路５には真空ホースや真空ポンプが接続されているがここでは省略した。

さらに、載置面３に設けられた格子状の凸部８の中には、正方形の平板上の圧電セラミック９が載置面３にエポキシ樹脂で接合されている。圧電セラミック８の寸法は縦、横が２０ｍｍであり、厚みは１ｍｍである。また分極方向は板厚方向である。それぞれの圧電セラミックには高周波電圧を印加するリード線および高周波電源が接続されているがここでは省略した。

次にこの真空チャックの動作方法について説明する。例えば、ダイサーにこの真空チャック２を取り付ける。そして切断すべき被吸着物を載置面３の格子状の凸部の上に載せる。そして真空ポンプを作動させ、被吸着物を吸引し、保持固定する。

次に、圧電セラミック９に約９５Ｋｈｚの交流電圧を印加した。これにより圧電セラミック９は超音波振動する。この振動は載置面３の格子状の凸部８にも伝播し、さらに被吸着物にも伝播する。被吸着物に超音波振動が励起されると、超音波切削加工になりダイサーの切断能力は大きく向上する。

超音波切削加工は、切削抵抗が低減するため、切削ツールの摩擦熱が少なく加工面の熱歪が少なくなり、切削ツールの寿命が長くなると共に、加工精度の向上につながってくる。なお超音波切削加工について「超音波便覧」（丸善株式会社、平成１１年発行）６７９〜６８４ページに詳しく記載されている。

ここで平板状の圧電セラミックを用いた理由は、まず真空チャックの厚さを３０ｍｍ以下にするためである。

また、圧電セラミックの振動モードを平板の拡がり振動にするためである。対象物の面に対して縦振動が大きいと、吸着した対象物が真空チャックから外れる恐れがあるためである。

従来、真空チャックに超音波を印加する試みはなされてきたが、特開２００３−２２０５３０に記載されているように載置面に垂直方向の振動を与えるためにランジュバン型超音波振動子を用いるものであった。しかし、ランジュバン超音波振動子が縦振動しても載置面の格子状の凸部は、印加する周波数により様々な振動モードで振動変位する。したがって、ランジュバン超音波振動子の縦振動は、被吸着物にそのまま縦振動で伝播しない。

さらに、ランジュバン振動子の形状が、載置面３に垂直方向の長さにおいて数十ｍｍあり、真空チャックの高さが大きくなり、例えばダイサーに入らなくなってしまう。

図３は、本発明の第二の構成の真空チャックの一例を示す正面図であり、そして図４は図３に記入した切断線Ａ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
真空チャック２は、吸着板１０、チャック板１１、チャック本体１２で構成されている。吸着板は表裏に連通する多数の透孔を有する多孔質体の材料である。この多孔質体の材料としては銅、アルミニウム、ステンレス、フッ素樹脂等が良く知られている。そして、吸着板は、これらの材料の微細粒子を圧縮成形、加熱焼結することによって得られる多孔質体から形成されている。

フッ素樹脂の吸着板１０はステンレス製のチャック板１１の凹部内に収納される。被吸着物を吸着する吸着板１０の面に凹部を設け、そこに圧電セラミック９を埋め込む。圧電セラミック９の表面には、薄いフッ素樹脂板を接合する。また吸着板の表面と圧電セラミックの表面に接合した薄いフッ素樹脂板の高さを同一にするためにフライス用のカッタで平面研削する。このような構成にすることで圧電セラミックから被吸着物に直接超音波振動を加えることができる。

さらに、超音波振動を吸着板１０に不要に伝播させないため、吸着板１０と圧電セラミック９の間に薄いポリエチレン板を設けることもできる。

圧電セラミック９の寸法は縦、横が３０ｍｍであり、厚みは１ｍｍである。また分極方向は板厚方向である。それぞれの圧電セラミック９には高周波電圧を印加するリード線および高周波電源が接続されているが、ここでは省略した。

次に、圧電セラミックに約６３Ｋｈｚの交流電圧を印加した。これにより圧電セラミックは超音波振動する。この振動は被吸着物に伝播する。

この真空チャック２は、ウエハにフォトレジストをスピンコートするスピンコータの回転ヘッドに用いられる。ウエハに超音波振動が励起されるので、超音波振動によりコート液とウエハとの間の摩擦係数が小さくなると考えられる現象のため、ウエハ上に形成される薄膜の厚さの一層の平坦化ができる。

なお、超音波振動により摩擦係数が小さくなる現象は一般に良く知られていることである。

図５は、本発明の第三の構成の真空チャックの一例を示す正面図であり、そして図６は図５に記入した切断線Ａ−Ａ線に沿って切断した断面図である。

真空チャック２は、吸着板１０、チャック板１１、チャック本体１２で構成されている。吸着板１０は表裏に連通する多数の透孔を有する多孔質体の材料である。この多孔質体の材料としては銅、アルミニウム、ステンレス、フッ素樹脂等が良く知られている。そして、吸着板は、これらの材料の微細粒子を圧縮成形、加熱焼結することによって得られる多孔質体から形成されている。

約５ｍｍの厚さのステンレスの吸着板１０はステンレス製のチャック板１１の凹部内に収納される。被吸着物を吸着する吸着板の裏面に凹部を設け、そこに圧電セラミック９を埋め込み、接着する。圧電セラミックの９寸法は縦、横が４０ｍｍであり、厚みは２ｍｍである。また分極方向は板厚方向である。それぞれの圧電セラミックには高周波電圧を印加するリード線および高周波電源が接続されているがここでは省略した。

次にこの真空チャックの動作方法について説明する。例えば、スパッタ装置にこの真空チャック２を取り付ける。そしてスパッタされるウエハを吸着板１０の上に載せる。そして図示しない真空ポンプを作動させ、空気経路５、吸着板１０を通してウエハを吸引し、保持固定する。

次に、圧電セラミック９に約４７Ｋｈｚの交流電圧を印加する。これにより圧電セラミック９は超音波振動する。この振動は被吸着物であるウエハに伝播し、その超音波振動によりウエハに付着した異物を飛散させる。この際、スパッタ装置の排気装置を作動させると、飛散した異物がスパッタ室から取り除かれるため薄膜に異物が混入する恐れが少なくなる。

なお、スパッタ中に真空チャック２に超音波振動を与えると、ウエハに形成される薄膜の品質が向上する現象を発見できたが、現在のところ明確な説明はできない。このことは、ＣＶＤ装置においても同じである。

図７は、本発明の第四の構成の真空チャックの一例を示す正面図であり、そして図８は図７に記入した切断線Ａ−Ａ線に沿って切断した断面図である。また、概略の寸法をミリ単位で記している。

図７及び図８に示す真空チャック２は、ステンレス製であり、載置面３に正方形形状の凸部を持っている。そして、その凸部の面は吸着する被吸着物を平坦に吸着できるようにラップ加工している。真空チャック２の裏面には圧電セラミック９がエポキシ樹脂で接合されている。そしてこれがステンレス製の基礎台１３にもエポキシ樹脂で接合されている。
対象物を真空で吸着するため載置面３に正方形形状の凸部の中に各々１個の開口４が設けられている。そしてこの開口４は空気経路５に連通している。空気経路５にはホースや真空ポンプが接続されているがここでは省略した。

さらに、真空チャックの裏面に縦１００ｍｍ、横５０ｍｍそして厚み２．５ｍｍの平板上の圧電セラミック９が同じ平面に２枚にエポキシ樹脂で接合されている。そして、厚さ方向に２層になっているので合計四枚の圧電セラミック９が使用されている。圧電セラミック９の分極方向は板厚と垂直方向であり、図１０の中に矢印で示した。このように分極した圧電セラミックの板厚方向に電圧を印加すると図中の矢印方向に振動する。これはすべり振動と呼ばれているものである。

それぞれの圧電セラミックには高周波電圧を印加するリード線および高周波電源が接続されているがここでは省略した。

次にこの真空チャックの動作方法について説明する。例えば、ダイサーにこの真空チャックを取り付ける。そして切断すべき被吸着物を載置面３の正方形形状の凸部の上に載せる。そして真空ポンプを作動させ、被吸着物を吸引し、保持固定する。

次に、圧電セラミックに約４４Ｋｈｚの交流電圧を印加した。これにより圧電セラミックは超音波振動する。この振動はチャック面の正方形形状の凸部にも伝播し、さらに被吸着物にも伝播する。被吸着物に超音波振動が励起されると、超音波切削加工になりダイサーの切断能力は大きく向上する。

また、圧電セラミックの振動モードをすべり振動を用いるため、被吸着物の載置面３に対して垂直方向の振動成分は小さい。被吸着物の載置面３に対して垂直方向の振動が大きいと、吸着した対象物が真空チャックから外れる恐れがあるためである。

さらに、圧電セラミックの発熱対策として、真空チャックまたは基礎台に冷却装置を取り付けることもある。

本発明の真空チャックは、半導体装置の製造工程や検査工程などにおいて使用される被吸着物を保持するために用いることができる。

本発明の第一の構成の真空チャックの１例の構成を示す正面図である。図１に記入した切断線Ａ−Ａ線に沿って切断した真空チャックの断面図である。本発明の第二の構成の真空チャックの１例の構成を示す正面図である。図３に記入した切断線Ａ−Ａ線に沿って切断した真空チャックの断面図である。本発明の第三の構成の真空チャックの１例の構成を示す正面図である。図５に記入した切断線Ａ−Ａ線に沿って切断した真空チャックの断面図である。本発明の第四の構成の真空チャックの１例の構成を示す正面図である。図７に記入した切断線Ａ−Ａ線に沿って切断した真空チャックの断面図である。従来の真空チャックの１例を示す斜視図である。

符号の説明

１半導体ウエハ
２真空チャック
３載置面
４開口
５空気経路
６真空ポンプ
７ホース
８凸部
９圧電セラミック
１０吸着板
１１チャック板、
１２チャック本体
１３基礎台

Claims

半導体装置の製造工程や検査工程などにおいて使用される被吸着物を保持するための真空チャックにおいて、前記被吸着物を吸着する面に圧電素子を接合していることを特徴とする真空チャック。
半導体装置の製造工程や検査工程などにおいて使用される被吸着物を保持するための真空チャックにおいて、前記被吸着物を吸着する面と平行な面に圧電素子を接合していることを特徴とする真空チャック。
圧電素子が圧電セラミックであることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の真空チャック。
圧電素子が板厚方向に分極されていることを特徴とする請求項３に記載の真空チャック。
圧電素子が板厚方向と直交する方向に分極されていることを特徴とする請求項３に記載の真空チャック。
真空チャックの高さが３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の真空チャック。
圧電素子に印加する交流電圧の周波数が１５Ｋｈｚ以上、１００Ｋｈｚ以下であることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の真空チャック。