JP2007220887A - Universal chuck - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サイズの異なる被加工物に対してチャックを交換することなく確実に真空吸着することができるユニバーサルチャックに関する。 The present invention relates to a universal chuck capable of reliably performing vacuum suction on workpieces having different sizes without replacing the chuck.
従来、例えば半導体ウェーハの製造では、その研削、研磨等の加工作業において用いられる真空チャックの吸着板として、その上面および下面の間で通気を有する多数の透孔の形成された多孔質体が使用されている。このような吸着板は、セラミックスまたは金属等の無機質材料の焼結体により形成される。そして、吸着板の下面の吸引面側から空気が吸引され、上面の吸着面側に上記被加工物が吸着固定される。また、ユニバーサルチャックといわれる一個の真空チャックにより、サイズの異なる半導体ウェーハのような被加工物に対して、そのサイズに合致する真空チャックが交換されることなく、上記加工作業がなされる。 Conventionally, for example, in the manufacture of semiconductor wafers, a porous body having a large number of through holes formed between its upper and lower surfaces is used as a vacuum chuck suction plate used in processing operations such as grinding and polishing. Has been. Such an adsorption plate is formed of a sintered body of an inorganic material such as ceramics or metal. Then, air is sucked from the suction surface side of the lower surface of the suction plate, and the workpiece is sucked and fixed to the suction surface side of the upper surface. In addition, the above-described processing operation is performed on a workpiece such as a semiconductor wafer having a different size without replacing the vacuum chuck that matches the size with a single vacuum chuck called a universal chuck.
このようなユニバーサルチャックとしてはこれまで種々の構造のものが提案されている。図5を参照してその機構の具体例(例えば、特許文献1参照)について説明する。ここで、図5(a)はユニバーサルチャックの一部を切欠した斜視図であり、図5(b)は、図5(a)に示したX−X矢視の断面図である。 Various types of universal chucks have been proposed so far. A specific example of the mechanism will be described with reference to FIG. Here, FIG. 5A is a perspective view in which a part of the universal chuck is cut out, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line XX shown in FIG.
図5(a)、(b)に示すように、ユニバーサルチャックは、吸着板101およびチャック基体102を有し、吸着板101がチャック基体102に嵌着されている。そして、これらは真空ポンプ(不図示)を含む吸気系103に連結されている。上記吸着板101は、多孔質セラミックスから成る通気円板101aを中心とし、この円板の外周に軸心を同一、かつ、高さを同一にした同じ多孔質セラミックスから成る複数の通気環状板101b、101c、101d、101eから成る。そして、これらの通気円板および通気環状板の間には、幅が数ミリメートル、高さが上記円板と同一の非通気性隔壁101fが配列されて全体として1枚の円盤を構成する。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the universal chuck has a
そして、上記チャック基体102には、その上面に凹陥部102a、環状溝102b、102c、102d,102eが設けられ、それぞれに連通する吸気孔104a、104b、104c、104d,104eが設けられている。上記吸気孔104a、104b、104c、104d,104eは、それぞれに吸気系103の吸気パイプ105a、105b、105c、105d,105eに接続され、吸気バルブ106a、106b、106c、106d,106eを介して真空ポンプに連通している。
The
このようなユニバーサルチャック構造において、多孔質セラミックスから成る吸着板101の上面すなわち吸着面に半導体ウェーハが載置される。そして、吸着板101を構成する通気円板101a、通気環状板101b、101c、101d、101e内の空気は、その下面すなわち吸引面にあるチャック基体102の凹陥部102a、環状溝102b、102c、102d,102eから、上記吸気孔104a、104b、104c、104d,104eと上記吸気パイプ105a、105b、105c、105d,105eおよび上記吸気バルブ106a、106b、106c、106d,106eを介して真空ポンプにより吸引される。このような吸引においては、上記吸気バルブ106a、106b、106c、106d,106eの開閉が半導体ウェーハのサイズに合わせて適宜に選択される。そして、非通気性隔壁101fが、上記半導体ウェーハのサイズより外側の通気環状板からの吸引を防止する。
これまでの上記ユニバーサルチャックにおいては、上記通気円板および複数の通気環状板は、これらと異なる材質の接着剤による接着により一体にされて吸着板を構成している。そして、上記接着剤が上記非通気性隔壁として機能する。あるいは、上記吸着板において、通気円板、複数の通気環状板および非通気性隔壁が同じセラミックス母材により一体焼結されるが、通気円板および複数の通気環状板と非通気性隔壁との間においては互いに異なる孔が形成される。ここで、通気円板および複数の通気環状板では、上述したようにそれ等の上面および下面間で通気を有する透孔が形成される。一方、非通気性隔壁では、上記透孔は存在せず、また、非通気性隔壁において対向する側壁を横断する孔は存在しない。このように、通気円板および複数の通気環状板と非通気性隔壁における孔は、その種類および密度が異なるように形成される。 In the universal chuck so far, the ventilation disk and the plurality of ventilation annular plates are integrated by bonding with an adhesive of a material different from these to constitute an adsorption plate. The adhesive functions as the air-impermeable partition. Alternatively, in the adsorption plate, the ventilation disk, the plurality of ventilation annular plates, and the non-permeable partition are integrally sintered by the same ceramic base material. In the meantime, different holes are formed. Here, in the ventilation disk and the plurality of ventilation annular plates, as described above, a through hole having ventilation is formed between the upper surface and the lower surface thereof. On the other hand, in the non-breathable partition wall, the above-mentioned through hole does not exist, and in the non-breathable partition wall, there is no hole crossing the opposite side wall. As described above, the holes in the ventilation disk and the plurality of ventilation annular plates and the non-ventilated partition are formed so as to have different types and densities.
しかしながら、いずれの吸着板においても、吸着部である通気円板および通気環状板と非吸着部である非通気性隔壁との間でそれ等の弾性率が不連続になっていた。このために、吸着板に半導体ウェーハのような被加工物を吸着させるときに、半導体ウェーハが非通気性隔壁を介在し複数の上記吸着部にまたがって載置される場合、研削あるいは研磨等における押圧力が半導体ウェーハ表面にかかると上記弾性率の差から半導体ウェーハ表面が局所的に変形していた。そして、僅かであれこの変形のために、例えば半導体ウェーハ表面の高精度な加工ができないという問題があった。特に、2枚のシリコンウェーハを貼り合わせて形成するSOI(Silicon on Insulator)ウェーハの鏡面研磨加工では極めて高精度な平坦性を必要になることから大きな問題となっていた。 However, in any of the suction plates, the elastic modulus is discontinuous between the ventilation disk and the ventilation annular plate as the adsorption part and the non-breathable partition wall as the non-adsorption part. For this reason, when a work piece such as a semiconductor wafer is adsorbed on an adsorbing plate, when the semiconductor wafer is placed across a plurality of adsorbing portions with an air-permeable partition interposed therebetween, in grinding or polishing, etc. When the pressing force is applied to the surface of the semiconductor wafer, the surface of the semiconductor wafer is locally deformed due to the difference in elastic modulus. And even if it was slight, there was a problem that, for example, the semiconductor wafer surface could not be processed with high precision due to this deformation. In particular, mirror polishing of an SOI (Silicon on Insulator) wafer formed by bonding two silicon wafers has been a serious problem because extremely high precision flatness is required.
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、例えば半導体ウェーハのような被加工物表面の高精度な研削あるいは研磨が容易になるユニバーサルチャックを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a universal chuck that facilitates high-precision grinding or polishing of a workpiece surface such as a semiconductor wafer.
上記目的を達成するために、本発明にかかるユニバーサルチャックは、被加工物が吸着される多孔質体の吸着板と、該吸着板が保持されるチャック基体と、該チャック基体を介して前記吸着板に連通する吸気手段とを備えたユニバーサルチャックにおいて、前記吸着板は、その上面および下面の間で通気を有する複数の透孔が形成された一体の多孔質体であり、該多孔質体より弾性率の小さい材料が所定領域の前記透孔を前記上面から下面に亘り充填した非通気部によって区分されている、構成になっている。 In order to achieve the above object, a universal chuck according to the present invention includes a porous body adsorption plate on which a workpiece is adsorbed, a chuck base on which the adsorption plate is held, and the adsorption via the chuck base. In the universal chuck including the suction means communicating with the plate, the suction plate is an integral porous body in which a plurality of through holes having ventilation are formed between the upper surface and the lower surface, A material having a small elastic modulus is divided by a non-venting portion in which the through holes in a predetermined region are filled from the upper surface to the lower surface.
上記発明により、吸着板の通気部と非通気部が全く同一材料で構成され、しかもそれ等の間で弾性率が全く同じになる。このために、上記吸着板に被加工物が非通気部を介在し複数の通気部にまたがって載置された場合でも、研削あるいは研磨加工の押圧力は被加工物に一様にかかるようになる。そして、被加工物は高い平坦度でしかも高精度にその表面加工がなされる。 According to the above invention, the ventilation portion and the non-vention portion of the suction plate are made of the same material, and the elastic modulus is exactly the same between them. For this reason, even when the workpiece is placed on the suction plate across a plurality of ventilation portions with a non-venting portion interposed therebetween, the pressing force of grinding or polishing is applied uniformly to the workpiece. Become. The surface of the workpiece is processed with high flatness and high accuracy.
上記発明において、前記多孔質体より弾性率の小さい材料が前記透孔に含浸、圧入あるいは封入されている。そして、好適な一態様では、前記弾性率の小さい材料は、樹脂、ゴムあるいはエラストマーの高分子材料が用いられる。 In the above invention, a material having a smaller elastic modulus than the porous body is impregnated, press-fitted or enclosed in the through-hole. In a preferred embodiment, the material having a low elastic modulus is a polymer material such as resin, rubber or elastomer.
本発明の構成により、半導体ウェーハのような被加工物表面の高精度な研削あるいは研磨を容易にするユニバーサルチャックを提供することができる。 According to the configuration of the present invention, it is possible to provide a universal chuck that facilitates highly accurate grinding or polishing of a workpiece surface such as a semiconductor wafer.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態では被加工物が半導体ウェーハの場合について説明するが、被加工物はこれに限定されるものではない。ここで、図1はユニバーサルチャックに使用される吸着板の平面図であり、図2は吸着板の断面図であり、図3は、図2の拡大領域Pの拡大断面図である。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, the case where the workpiece is a semiconductor wafer will be described, but the workpiece is not limited to this. Here, FIG. 1 is a plan view of a suction plate used in the universal chuck, FIG. 2 is a cross-sectional view of the suction plate, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of an enlarged region P in FIG.
図1,2に示すように、吸着板11は、例えばセラミックスのような無機質材料が焼結され円盤状に形成され、その上面および下面の間で通気を有する多数の透孔が形成された多孔質体である。そして、この吸着板11では、円板状の通気部11aおよび円環状の通気部11b、11c、11d、11eが、細幅の円環状の複数の非通気部11fにより区分されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図2,3に示すように、吸着板11は一体の多孔質体から成り、吸着板11の上面である吸着面12からその下面である吸引面13に通気している多数の透孔14が穿設されている。ここで、これらの透孔14は上記吸着面12上において所定の面密度に設けられている。そして、上記非通気部11fは、この透孔14が軟質材15により充填されて形成されている。この軟質材15の充填あるいは含浸により透孔14が閉塞され非通気状態にされて、吸着板11の非通気部11fとなる。なお、通気部11a、11b、11c、11d、11eには、上記軟質材15の充填あるいは含浸はなされず吸着板11の吸着部になる。なお、図3において透孔14が切断しているように見られる部分があるが、この部分は図3紙面の手前方向あるいは奥方向に連通している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ここで、上記多孔質体としては多孔質セラミックスが好適である。この多孔質セラミックスとしては特に限定されないが、例えば、窒化物セラミックスである窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等;炭化物セラミックスである炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等;更には酸化物セラミックスであるアルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト等を挙げることができる。これらのなかでは、高い熱伝導率を有するとともに、塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、フッ硝酸及び水酸化ナトリウム等に対する耐薬品性に優れる炭化珪素が好適である。この炭化珪素を用いた場合には、熱伝導率が高く研削あるいは研磨加工で発生する摩擦熱が放散され易くなる。なお、上記セラミックスに金属珪素を配合した珪素含有セラミックス、珪素や珪酸塩化合物で結合されたセラミックスを用いることができる。 Here, porous ceramics are suitable as the porous body. The porous ceramic is not particularly limited. For example, nitride ceramics such as aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride; carbide ceramics such as silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide. And oxide ceramics such as alumina, zirconia, cordierite, mullite and the like. Among these, silicon carbide having high thermal conductivity and excellent chemical resistance against hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, hydrofluoric acid, sodium hydroxide, and the like is preferable. When this silicon carbide is used, the thermal conductivity is high and the frictional heat generated by grinding or polishing is easily dissipated. Note that silicon-containing ceramics in which metallic silicon is mixed with the above ceramics, or ceramics bonded with silicon or a silicate compound can be used.
そして、これ等の多孔質セラミックスの平均気孔径は20μm〜50μm程度にすればよい。また、その気孔率は特に限定されないが、20〜40%程度であればよい。ここで、気孔率が20%未満であると、被加工物の吸引力が弱くなり、研削あるいは研磨の加工において半導体ウェーハ等の被加工物の移動あるいは脱離が生じることがある。そして、気孔率が40%を超えてくると吸着板11の強度が低下し破壊され易くなる。また、吸着面12の吸着力を均一に保つためには、透孔14の面密度が均一になっていることが望ましい。
And the average pore diameter of these porous ceramics should just be about 20 micrometers-50 micrometers. The porosity is not particularly limited, but may be about 20 to 40%. Here, when the porosity is less than 20%, the suction force of the workpiece is weakened, and the workpiece such as a semiconductor wafer may be moved or detached in the grinding or polishing process. And when a porosity exceeds 40%, the intensity | strength of the adsorption |
そして、上記透孔14に充填される軟質材15としては、上記母材のセラミックスより弾性率の小さい材料から適宜に選択することができる。ここで、後述するが、上記軟質材15は、透孔14に封入あるいは圧入し易い高分子材料が好適になる。この高分子材料としては特に限定されないが、例えば、樹脂、ゴム、エラストマーあるいはプラスチック等が挙げられる。
And as the
上述したような吸着板11の直径としては、例えば半導体ウェーハを被加工物とすると100mm〜400mm程度でよい。また、吸着板11の厚さは、研削・研磨用のユニバーサルチャックを構成する材料の熱伝導率やヤング率等を考慮して適宜に決定される。例えば、上記吸着板11が炭化珪素から構成されている場合には20〜50mm程度でよい。
The diameter of the
次に、上記のように構成された吸着板11の製造方法について簡単に説明する。初めに、上記セラミックスのような無機質材料を焼結し透孔14を有する円盤を形成する。ここで、透孔14は円盤の上面から下面に通気している。そこで、例えば、上記円盤の上面に複数の円環状の開口部を有するマスクを被覆し、上面から押圧し下面から吸引する手法を用いて、上記開口部を通して例えば熱可塑性樹脂を上面から下面に亘り透孔14を充填するように圧入あるいは封入する。このようにして、吸着板11の所望のところに所要数の円環状の非通気部11fを形成する。
Next, a method for manufacturing the
上記熱可塑性樹脂としては、例えば、フェノキシ樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンスルフォン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリフェニールエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリテトラフロロエチレン樹脂等が挙げられる。特に、液晶ポリマーは、耐熱性を有しており好適である。なお、その他に、ポリエステル樹脂系、ポリイミド樹脂系等の熱硬化性樹脂を圧入あるいは封入により透孔14に充填するようにしてもよい。
Examples of the thermoplastic resin include phenoxy resin, polyether sulfone resin, polysulfone resin, polyphenylene sulfone resin, polyphenylene sulfide resin, polyphenyl ether resin, polyether imide resin, thermoplastic polyimide resin, polytetrafluoroethylene resin, and the like. Is mentioned. In particular, the liquid crystal polymer is suitable because it has heat resistance. In addition, a thermosetting resin such as polyester resin or polyimide resin may be filled in the through
後は、図2に示すように、従来の技術で説明したのと同様に、上記吸着板11を載置するためのチャック基体(不図示)および吸気手段である吸気系16を配設して本実施形態のユニバーサルチャックが形成される。
After that, as shown in FIG. 2, a chuck base (not shown) for placing the
次に、本実施形態のユニバーサルチャックの効果について図4を参照して説明する。図4は、上記吸着板11を用いたユニバーサルチャックと従来の吸着板101を用いた場合のユニバーサルチャックによる、鏡面研磨後のシリコンウェーハ17表面の斜視図である。ここで、図4(a)が本実施形態の場合であり、図4(b)が従来技術の場合である。図4(a)に示されるように、本実施形態では、鏡面研磨後においてシリコンウェーハ表面は全く平滑に出来上がりその平坦度は10nm以下になる。これに対して、従来の場合では、図4(b)に示されるように、鏡面研磨後においてシリコンウェーハ表面に非通気性隔壁に沿い同心円状の100nm程度の凹凸痕18が転写されるようになる。
Next, the effect of the universal chuck of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a perspective view of the surface of the
そして、例えば、上記鏡面研磨した一のシリコンウェーハの表面を熱酸化した後に、同様に鏡面研磨した他のシリコンウェーハ表面と張り合わせることにより、極めて接合強度が高く未接合部分のない貼り合わせSOIウェーハを製造することができるようになる。このような製造において、SOIウェーハ製品の量産製造における歩留まりが大幅に向上し安定する。 And, for example, after thermally oxidizing the surface of one silicon wafer that has been mirror-polished, it is bonded to another silicon wafer surface that has also been mirror-polished, so that the bonded SOI wafer has extremely high bonding strength and no unbonded portion. Can be manufactured. In such production, the yield in mass production of SOI wafer products is greatly improved and stabilized.
上記実施形態では、被加工物を上記吸着板11の吸着面に載置して、例えば鏡面研磨等の被加工物の加工をすることにより、上述したように極めて平坦度の高い高精度の表面加工が可能になる。これは、吸着板11の通気部と非通気部が全く同一材料で構成され、それ等の間で弾性率が全く同じになるからである。
In the above-described embodiment, the workpiece is placed on the suction surface of the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, embodiment mentioned above does not limit this invention. Those skilled in the art can make various modifications and changes in specific embodiments without departing from the technical idea and technical scope of the present invention.
例えば、上記吸着板の表面形状は円形でなくても、被加工物の形状に合わせた種々の形状でよい。その表面形状は矩形状、ポリゴン形状、楕円形状、閉曲面形状になってもよい。また、吸着板の母材としてはセラミックス材料の他に金属材料あるいはプラスチック材料を用いてもよい。また、上記ユニバーサルチャックにコンプレッサ、吸水手段等が付加されても構わない。
For example, the surface shape of the suction plate may not be circular but may be various shapes according to the shape of the workpiece. The surface shape may be a rectangular shape, a polygonal shape, an elliptical shape, or a closed curved surface shape. In addition to the ceramic material, a metal material or a plastic material may be used as the base material of the suction plate. Moreover, a compressor, a water absorption means, etc. may be added to the universal chuck.
11 吸着板
11a、11b,11c、11d、11e 通気部
11f 非通気部
12 吸着面
13 吸引面
14 透孔
15 軟質材
17 シリコンウェーハ
18 凹凸痕
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記吸着板は、その上面および下面の間で通気を有する複数の透孔が形成された一体の多孔質体であり、該多孔質体より弾性率の小さい材料が所定領域の前記透孔を前記上面から下面に亘り充填した非通気部によって区分されていることを特徴とするユニバーサルチャック。 In a universal chuck comprising a porous body adsorption plate to which a workpiece is adsorbed, a chuck base on which the suction plate is held, and an intake means communicating with the suction plate through the chuck base.
The adsorbing plate is an integral porous body in which a plurality of through holes having ventilation are formed between an upper surface and a lower surface, and a material having a smaller elastic modulus than the porous body has the through holes in a predetermined region. A universal chuck characterized in that it is divided by a non-venting portion filled from the upper surface to the lower surface.
The universal chuck according to claim 1 or 2, wherein the material having a smaller elastic modulus than the porous body is a polymer material of resin, rubber, or elastomer.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20070711 |