JP2009056518A - Suction device, machining system having the same, and machining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の被吸着体を研磨,研削等するために、これら被吸着体を吸着するための吸着装置およびそれを備えた加工システムならびに加工方法に関するものである。 The present invention relates to an adsorption device for adsorbing an adsorbed body such as a semiconductor wafer or a glass substrate, and a processing system and a processing method including the same.
半導体デバイスの製造工程では、半導体ウエハを処理するために吸着して保持する真空チャックが用いられている。この真空チャックの構成や真空チャックの各部材の材料には種々の工夫が検討され、半導体ウエハに対して確実に吸着でき均一な吸着作用を与える、多孔質体を用いた真空チャックが用いられるようになってきている。 In the manufacturing process of a semiconductor device, a vacuum chuck that sucks and holds a semiconductor wafer for processing is used. Various devices have been studied for the structure of this vacuum chuck and the material of each member of the vacuum chuck, so that a vacuum chuck using a porous body that can reliably adsorb to a semiconductor wafer and gives a uniform adsorbing action will be used. It is becoming.
このような多孔質体を用いた真空チャックは、多孔質体の微細な気孔を介して吸引することによって多孔質体の表面に吸着作用を与え、多孔質体の表面に半導体ウエハを吸着保持することができる。 The vacuum chuck using such a porous body gives an adsorption action to the surface of the porous body by sucking through the fine pores of the porous body, and adsorbs and holds the semiconductor wafer on the surface of the porous body. be able to.
このような真空チャックや真空吸着装置が後記する特許文献1,2に開示されている。図7に特許文献1に開示されている真空チャックの一例を示す。図7(a)は真空チャック(吸着板)を備えたチャックテーブルの斜視図であり、図7(b)は同図(a)のチャックテーブルの概略断面図である。
Such vacuum chucks and vacuum suction devices are disclosed in
このチャックテーブル21は、半導体ウエハ(不図示)を吸着するための吸着面22aを有する多孔質体からなる吸着部22と、この吸着部22と同質のセラミックスからなり、吸着部22を径方向に複数に分割する環状隔壁25および吸着部22を囲繞して支持する環状の支持部23とを一体焼成させて、基台24の上面にねじ止めして取り付けられているものである。この基台24は、多孔質体からなる吸着部22に対応させて中央に円形の吸引溝26aと、これと同心円状の吸引溝26bとが形成されるとともに、これらの吸引溝26a,26bにそれぞれ連通する吸引孔26c,26dが形成され、かつこれらの吸引孔26c,26dは通気経路27を経て真空ポンプ等の吸引源(不図示)に連通されている。
The chuck table 21 is made of a porous body having a
したがって、吸着部22の吸着面22aに半導体ウエハ(不図示)を載置して吸引手段(不図示)により吸着部22に吸着作用を施すと、その吸着作用は吸着部22の気孔を介して吸着面22aに到達し、半導体ウエハを吸着保持することができるようになっている。なお、通気経路27中に取り付けられたバルブ29を選択的に開閉させることで直径の異なる種々の半導体ウエハ(不図示)を吸着保持することができるというものである。そしてこの真空チャック21によれば、吸着部22と支持部23との間に生じる隙間や段差、さらには支持部23には底部がないことから底部からの拘束がなく、吸着面22aにうねりが生じることがないので、半導体ウエハの表面を研削する際に窪み、段差、うねりを防止し高精度に研削することができる。
Therefore, when a semiconductor wafer (not shown) is placed on the
図8に特許文献2に開示されている真空吸着装置(真空チャック)の一例を示す。図8(a)は真空吸着装置(真空チャック)の水平断面図であり、図8(b)は同図(a)のA−A線での垂直断面図である。
FIG. 8 shows an example of a vacuum suction device (vacuum chuck) disclosed in
真空吸着装置30は、円板状の吸着部31と、吸着部31の外周を囲うように設けられた環状吸着部32と、吸着部31と環状吸着部32との間に形成された中間ガラス部33と、吸着部31および環状吸着部32を支持する器状の支持部34とを備え、吸引孔35を介して真空ポンプ等の吸引装置(不図示)で吸引することにより、半導体ウエハWを吸着保持できる構成とされている。吸着部31はセラミックスおよび第1のガラスが複合化された多孔質体からなり、中間ガラス部33は、第2のガラス多孔質体からなり、環状吸着部32は、セラミックスおよび第3のガラスが複合化された多孔質体からなり、第1〜3のガラスはそれぞれ異なる軟化点を有し、吸着部31,中間ガラス部33,環状吸着部32の順番で逐次焼成を行なうために先に形成された部に含まれるガラスが後の焼成により軟化、溶融することがなく、実質的に隙間なく各部が直接に接合された構造とされている。さらに、製造工程の最終段階において、各部の表面を同時に研削,研磨加工することにより段差が生ずることを防止し、平面度の良好な吸着面を形成することができるというものである。
しかしながら、特許文献1で開示されたチャックテーブル21を用いる場合、半導体ウエハの表面に窪み,段差,うねり等が生じることなく、高精度に研削できるものの、吸着部22のうち、最内周の吸着部22のみを用いて半導体ウエハを吸着して表面の研削、研磨加工を繰り返すと、研削屑や研磨屑等の異物が外周側の吸着部22の気孔に浸入、充填して、最外周の吸着部22や中間の吸着部22の圧力損失を高めてしまうことがある。
However, when the chuck table 21 disclosed in
また、特許文献2で開示された真空吸着装置30は、吸着部31,環状吸着部32,中間ガラス部33,支持部34のうち、隣接する各部が実質的に隙間なく直接に接合されていることから接合強度のバラツキが少なく接合強度を高めることができ、これにより耐久性に優れるとともに、各部の表面を同時に研削,研磨加工するので、その表面の平面度を良好に維持できるものの、特許文献1の真空チャックと同様、吸着部31のみを用いて半導体ウエハWを吸着して表面の研削、研磨加工を繰り返すと、研削屑や研磨屑等の異物が環状吸着部32の気孔に浸入、充填して、外周側の吸着部22の圧力損失を高めてしまうことがある。
Further, in the
また、真空チャックに用いる材質によっては、半導体ウエハを吸着保持して研削や研磨加工を施した際に発生する熱を十分に逃がすことができず、デバイス形成面を保護するために被覆した樹脂フィルムが溶けて、デバイス形成面が損傷することがある。 Also, depending on the material used for the vacuum chuck, the heat generated when the semiconductor wafer is sucked and held for grinding or polishing cannot be released sufficiently, and the resin film is coated to protect the device formation surface. May melt and damage the device formation surface.
そこで本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、被吸着体の加工によって発生する研削屑や研磨屑等の異物が吸着部の気孔に浸入、充填しにくい吸着装置およびそれを備えた加工システムならびに加工方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and an adsorption device in which foreign matter such as grinding scraps and polishing scraps generated by processing of the object to be adsorbed does not easily enter and fill the pores of the adsorption unit, and the same It aims at providing the processing system provided with, and the processing method.
本発明の吸着装置は、1)吸着面が内側領域と該内側領域を取り囲む外側領域とに区分された吸着体を備えた吸着装置であって、前記外側領域の少なくとも一部を液体の染み出し部としたことを特徴とする。なお、本発明の吸着装置は上記構成が含まれるものであればよく、例えば吸着体のみからなる吸着部材ともいうべきものも含むものとする。また、上記内側領域と外側領域とは隔壁等の部材で区分されていてもよい。 The adsorbing device of the present invention is an adsorbing device including an adsorbent in which an adsorbing surface is divided into an inner region and an outer region surrounding the inner region, and at least a part of the outer region exudes liquid. It is characterized by being part. In addition, the adsorption | suction apparatus of this invention should just contain the said structure, For example, what should also be called the adsorption member which consists only of adsorption bodies shall be included. The inner region and the outer region may be divided by a member such as a partition wall.
また、2)吸着面が該吸着面の中央を含む内側領域と1以上の外側領域に区分されているとともに、1以上の前記外側領域の少なくとも一部を液体の染み出し部としたことを特徴とする。 2) The suction surface is divided into an inner region including the center of the suction surface and one or more outer regions, and at least a part of the one or more outer regions is a liquid oozing part. And
また、3)上記1)または2)において、染み出し部は多孔質セラミックスからなることを特徴とする。 3) In the above 1) or 2), the seepage portion is made of porous ceramics.
また、4)上記3)において、多孔質セラミックスがアルミナ質焼結体であることを特徴とする。 4) In the above 3), the porous ceramic is an alumina sintered body.
また、5)上記3)において、多孔質セラミックスが炭化珪素質焼結体であることを特徴とする。 5) In the above 3), the porous ceramic is a silicon carbide sintered body.
また、6)上記1)乃至5)のいずれかにおいて、前記吸着体が真空チャックを構成する部材であることを特徴とする。 6) In any one of 1) to 5) above, the adsorbent is a member constituting a vacuum chuck.
また、本発明の吸着装置は7)上記1)乃至6)のいずれかにおいて、前記染み出し部に液体を供給するための液体供給手段を備えていることを特徴とする。 In addition, the adsorption device of the present invention is characterized in that 7) In any one of 1) to 6), a liquid supply means for supplying a liquid to the exuding part is provided.
また、8)上記1)乃至7)のいずれかの吸着装置と、該吸着装置の吸着面に保持される被加工物に対して加工する加工システムとを備えたことを特徴とする。 8) A suction apparatus according to any one of 1) to 7) above, and a processing system for processing a workpiece held on the suction surface of the suction apparatus.
さらに本発明の加工方法は、9)上記1)乃至7)のいずれかの吸着装置の吸着面に被加工物を保持する工程と、前記被加工物に対して加工を施す工程とを行なうことを特徴とする。 Furthermore, the processing method of the present invention includes 9) a step of holding the workpiece on the suction surface of any one of the suction devices 1) to 7) and a step of processing the workpiece. It is characterized by.
上記1)および2)の吸着装置によれば、外側領域の少なくとも一部を液体の染み出し部とする。これにより、内側の吸着体のみを用いて被吸着体を吸着して被吸着体表面の研削加工や研磨加工を繰り返しても、外側領域に液体を供給することによって、研削屑や研磨屑等の異物が外側の吸着体の気孔に浸入、充填することがほとんどない真空チャックとすることができる。 According to the adsorption devices 1) and 2), at least a part of the outer region is a liquid oozing part. As a result, even if the adsorbent is adsorbed using only the inner adsorbent and the surface of the adsorbent is repeatedly ground and polished, by supplying liquid to the outer region, grinding debris, polishing debris, etc. A vacuum chuck in which foreign matter hardly enters and fills the pores of the outer adsorbent can be obtained.
また、本発明の吸着装置によれば、前記吸着体はアルミナ質焼結体あるいは、炭化硅素質焼結体の多孔質セラミックスからなるので、真空チャックの剛性が維持されるとともに、被吸着体の裏面のほとんどを均一な力で吸着することができる。これにより、研削加工や研磨加工後の被吸着体の平面度や平行度を小さくすることができる。 Further, according to the adsorption device of the present invention, the adsorbent is made of an alumina sintered body or a porous ceramic of a silicon carbide sintered body, so that the rigidity of the vacuum chuck is maintained and the adsorbent is Most of the back surface can be adsorbed with a uniform force. Thereby, the flatness and parallelism of the to-be-adsorbed body after grinding or polishing can be reduced.
また、本発明の吸着装置によれば、前記多孔質が炭化珪素質焼結体であることから、炭化珪素自体の熱伝導率や機械的強度が高いため、放熱特性および機械的特性が高い真空チャックとすることができる。 Further, according to the adsorption device of the present invention, since the porous body is a silicon carbide sintered body, since the thermal conductivity and mechanical strength of silicon carbide itself are high, the heat dissipation characteristics and the mechanical characteristics are high in vacuum. It can be a chuck.
また、本発明の吸着装置によれば、研削屑や研磨屑等の異物が外側の吸着体の気孔に浸入、充填することがほとんどないので、長期間の使用に供することができ、信頼性の高い吸着装置とすることができる。特に吸着装置として真空吸着装置を適用する場合は、上述の真空チャックを吸着手段として用い、前記貫通孔において気体の排気および吸気の気体操作手段と、水や研削液等の液体を染み出させる液体操作手段と、さらにそれらの切り替え手段をも備えるように構成することにより、効果を高めることができる。 In addition, according to the suction device of the present invention, since foreign matter such as grinding scraps and polishing scrapes hardly enter and fill the pores of the outer suction member, it can be used for a long period of time and has high reliability. A high adsorption device can be obtained. In particular, when a vacuum suction device is applied as the suction device, the above-described vacuum chuck is used as the suction means, and gas exhausting and suctioning gas operating means in the through hole, and a liquid that exudes liquid such as water and grinding fluid An effect can be heightened by comprising so that an operation means and also those switching means may be provided.
また、本発明の加工システムおよび加工方法によれば、上記吸着装置と同様、長期間の使用に供することができ、信頼性が高い加工システムとすることができる。特に上述の真空チャックを吸着手段として用い、該吸着手段に保持される被加工物に対して加工可能に構成することにより、効果を高めることができる。 Moreover, according to the processing system and the processing method of the present invention, as with the adsorption device, it can be used for a long period of time, and a processing system with high reliability can be obtained. In particular, the above-described vacuum chuck can be used as the suction unit, and the work can be processed with respect to the workpiece held by the suction unit.
以下、本発明を実施するための最良の形態について模式的に示した図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings schematically shown.
図1に本発明の吸着装置の一例である真空チャックの実施の形態の一例を示す。図1(a)は斜視図、図1(b)は同図(a)におけるA−A線断面図である。なお、以下に示す図において共通の部位を表す場合は同一符号を用いる。 FIG. 1 shows an example of an embodiment of a vacuum chuck which is an example of the suction device of the present invention. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In the following drawings, the same reference numerals are used to represent common parts.
図1に示すように、真空チャック1は、平面視で環状をなす隔壁5により吸着面2bが複数領域に区分された吸着体2を1以上備えている。すなわち、この吸着体2は、その吸着面2bが内側領域と該内側領域を取り囲む外側領域とに区分され、前記外側領域の少なくとも一部を液体の染み出し部としている。この場合、内側領域は外側領域に取り囲まれるが、内側領域が吸着面2bの中央を含むとは限らない。あるいは、この吸着体2は、吸着面2bが吸着面2bの中央を含む内側領域と1以上の外側領域に区分されているとともに、1以上の前記外側領域の少なくとも一部を液体の染み出し部としてもよい。この場合、吸着体2は内側領域に同心円状に外側領域が配置され、または内側領域の周囲に内側領域を取り囲む小さな外側領域を複数配置されていてもよい。そして、1以上の外側領域の少なくとも1つの外側領域の少なくとも一部を液体の染み出し部とする。
As shown in FIG. 1, the
真空チャック1は、このような吸着体2と、吸着体2の内部に存在する気孔2aを介して連通する吸引路3aを有するとともに、吸着体2の周縁部を囲繞して支持する支持体3とを備えてなり、吸着面2bに半導体ウエハやガラス基板等の被吸着体(不図示)が載置され、真空ポンプ等の吸引手段(不図示)により、支持体3の吸引路3aおよび3hと吸引路3aおよび3hが、同心円状や格子状等に開口した吸引溝3g、吸着体2の気孔2aを順次介して吸引することで固定(保持)されるものである。
The
吸着体2は、吸着作用をなす気孔2aが連続した三次元網目構造を有する多孔質体からなる円板形状の被吸着体であって、その吸着面2bは平面度を維持するために使用頻度に応じて研磨される。
The
支持体3は、中央に吸着体2を接合の際に載置する円形の凹部3bを有する円板状の緻密質体から成り、ガラス,シリコンまたは樹脂等で形成された結合層4により凹部3b内で吸着体2を固定して支持するものである。また、この支持体3は、吸着体2の吸着面2bと支持体3の凹部3bを形成する外壁3cの頂面3dとが同一平面上に位置するように構成してあり、支持体3の外周縁にはフランジ部3eが備えられ、ネジ止めや係合等の手段によりフランジ部3eを各種装置に取り付けるようにしている。
The
隔壁5は、その底面が結合層4によりフランジ部3eを備えた支持板3fに、側面が同じく結合層4により吸着体2に接合される。隔壁5は、幅が数mm程度の緻密質体で形成され、吸着体2を径方向に2c,2dと分割することで、径が異なる種々の被吸着体を個別に吸着させることができ、被吸着体を精度よく加工することができる。外壁3cは、底面がガラス状の結合層4により支持板3fに接合されて、支持体3を形成し、内周面はガラス状の結合層4により吸着部2に接合される。
The
本発明の吸着装装置によれば、支持体3の吸引路3hにおいて、排気操作手段を液体供給操作手段に切り替える手段を備えることで、研削屑や研磨屑等の異物が外側吸着体2dの気孔2aに侵入、充填することがほとんどない真空チャックとすることができる。
According to the adsorbing device of the present invention, in the
真空チャック1を構成する吸着体2dは、例えば、外径が140〜300mm、内径が103〜205mm、厚み(d2)が5〜15mmの多孔質の環状体であり、吸着体2cは、例えば、外径が100〜200mm、厚み(d2)が5〜15mmの多孔質の円板状体である。また、支持体3は、中央に円形の凹部3bを備え、例えば、外壁3c間の外径が143〜380mm、厚み(d3)が14〜60mmである円板状の緻密質な枠体であり、隔壁5の幅は0.1〜5.0mmである。
The adsorbent 2d constituting the
真空チャック1において、吸着体2cの吸着面2bで被吸着体を吸着した際に、吸引路3hを液体供給に切り替えて吸着体2cの気孔2a内に液体を充満させることで、研削屑や研磨屑等の異物は、さらに外側の吸着体2dの気孔2aに浸入、充填しにくくなる。
In the
本発明の真空チャック1は、隔壁5が同心円状に複数設けられていることが好適である。なぜなら、直径の異なる種々の半導体ウエハ等の被吸着体を同一の真空チャック1で兼用することができるからである。また、半導体ウエハの直径に応じて適切な吸着力を選定することができ、真空ポンプ等の吸引手段に大きな負荷をかけずに済むからである。
In the
特に、被吸着体が直径152.4mm(6インチ),203.2mm(8インチ)および304.8mm(12インチ)の半導体ウエハである場合、隔壁5は、その幅方向における中心が、真空チャック1の中心を起点としてそれぞれ半径75〜77mm,100〜102mmの位置にあることが好適である。
In particular, when the object to be adsorbed is a semiconductor wafer having a diameter of 152.4 mm (6 inches), 203.2 mm (8 inches), and 304.8 mm (12 inches), the center of the
なお、被吸着体が半導体ウエハ等の円板状体である場合には、上述した通り、隔壁5が同心円状に複数設けられていることが好適であるが、被吸着体が楕円状体である場合には、隔壁5が同心楕円状に複数設けられていることが好適である。
When the adsorbent is a disk-like body such as a semiconductor wafer, it is preferable that a plurality of the
図2に示す真空チャック1は、平面視で環状をなす隔壁5により吸着面2bが複数領域に区分された吸着体2を備えたものであって、吸着体2は隔壁5と一体的に構成された支持体3上に設けられているものである。このような構成にすることで、吸着体2と隔壁5が別々に形成されているときに発生していた吸着体2−隔壁5間での放熱損失は生じないので、放熱特性が高い真空チャックとすることができる。
A
また、本発明の真空チャック1は、吸着体2が多孔質のセラミックスからなり、支持体3は緻密質のセラミックスからなることが好適であり、このようなセラミックスとしては例えば、アルミナや炭化珪素を用いることができる。このような構成により、真空チャック1の剛性が維持されるとともに、被吸着体の裏面のほとんどが均一な力で吸着されるので、研削加工や研磨加工後の被吸着体の平面度や平行度を小さくすることができる。
In the
また、真空チャック1の放熱特性および機械的特性は、吸着体2や支持体3を構成する材料の組成によって大きく影響される。
Further, the heat dissipation characteristics and mechanical characteristics of the
特に、前記セラミックスが炭化珪素であると、炭化珪素自体の熱伝導率や機械的強度が高いため、放熱特性および機械的特性が高い真空チャックにすることができる。 In particular, when the ceramic is silicon carbide, since the thermal conductivity and mechanical strength of the silicon carbide itself are high, a vacuum chuck having high heat dissipation characteristics and mechanical characteristics can be obtained.
炭化珪素は相対密度98%の緻密質な焼結体にしたとき、熱伝導率は200W/(m・k)、3点曲げ強度は450MPaとなって、いずれの特性も高い。なお、これ以外のセラミックス、例えば窒化珪素,窒化アルミニウム,酸化ジルコニウム等では、熱伝導率または機械的強度のいずれかが低い。 When silicon carbide is formed into a dense sintered body having a relative density of 98%, the thermal conductivity is 200 W / (m · k), the three-point bending strength is 450 MPa, and all the characteristics are high. Other ceramics such as silicon nitride, aluminum nitride, zirconium oxide, etc. have low thermal conductivity or mechanical strength.
なお、前記セラミックスがアルミナであると、アルミナの原料自体が安価であるため、真空チャック自体も安価に得ることができる。 If the ceramic is alumina, the raw material of alumina itself is inexpensive, so that the vacuum chuck itself can be obtained at low cost.
また、支持体3は、吸着体2と同様、高い放熱特性および機械的特性が要求されることから、組成の如何に関わらず、相対密度は98%以上であることが好適である。
In addition, since the
さらに、多孔質のセラミックスはセラミックスの粒子同士がシリコンで結合されると、熱伝導率が高いシリコンによりセラミックスの粒子間の熱伝導を良好にすることができ、放熱特性がより高い真空チャックとすることができる。 Furthermore, when ceramic particles are bonded to each other by silicon, porous ceramics can improve heat conduction between ceramic particles due to silicon having high thermal conductivity, resulting in a vacuum chuck with higher heat dissipation characteristics. be able to.
特に、本発明の真空チャック1は、吸着体2を形成する多孔質のセラミックスは炭化珪素の粒子同士がシリコンで結合されていることが好適である。なぜなら、シリコンは炭化珪素の粒子に対する濡れ性がよく、しかもシリコン自体の熱伝導率が高いため、吸着体2の放熱特性や機械的特性、特に剛性や高くすることができるからである。
In particular, in the
ここで、炭化珪素の粒子をシリコンで接合した状態について図3を参照しつつ説明する。図3は、炭化珪素の粒子7をシリコン8で接合した状態を示す模式図である。 Here, a state in which silicon carbide particles are bonded with silicon will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which silicon carbide particles 7 are joined with silicon 8.
吸着体2を形成する多孔質のセラミックスは、シリコン8が炭化珪素の粒子7を接合し、2aを気孔とする多孔質体である。炭化珪素の粒子7に対するシリコン8の濡れ性は良好であり、シリコン8が炭化珪素の粒子7に容易に被着し、この被着したシリコン8は互いに強固に連結してシリコン相を形成するので、剛性や熱伝導率を高く保持することができ、例えば、多孔質体のヤング率を22GPa以上64GPa以下とし、熱伝導率を70W/(m・k)以上110W/(m・k)以下とすることができる。このシリコン相の形成過程では、シリコン相の内部に空隙、気泡等の非連結部9を発生させないことが好ましい。このような非連結部9は熱伝導率を低下させるからである。
The porous ceramic forming the
なお、非連結部9の有無は、例えば走査型電子顕微鏡を用い、倍率50〜5000倍として、1.8mm×2.0mmの範囲で観察することで判断できる。また、非連結部9の面積比率は、下記数式(1)で示される比率として定義され、吸着体2の放熱特性は非連結部9の面積比率を小さくする方が好ましく、その上限は2.5%とすることが好適である。
In addition, the presence or absence of the non-connection part 9 can be judged by observing in the range of 1.8 mm x 2.0 mm, for example using a scanning electron microscope as magnification 50-5000 times. Moreover, the area ratio of the non-connecting portion 9 is defined as a ratio represented by the following mathematical formula (1), and it is preferable that the heat dissipation characteristics of the
非連結部9の面積比率=(非連結部9の面積/(シリコン8の面積+非連結部9の面積))×100(%)・・・(1)
この面積比率は、次のようにして求めることができる。すなわち、吸着体2から切り出した一部を、真空中で樹脂に埋め込んで円柱状の試料とし、この試料の平面をダイヤモンド砥粒を用いて研磨して鏡面とした後、工業用顕微鏡(Nikon ECLIPSE LV150)を用いて、この鏡面を5〜50倍にて撮影した画像をJPEG形式にて保存する。次に、JPEG形式で保存した画像ファイルをソフト(Adobe(登録商標)Photoshop(登録商標)Elements)を用いて画像処理を施し、BMP形式にて保存する。具体的には画像上の有彩色を削除し、白黒の二階調化(白黒化)を行なう。この二階調化では、工業用顕微鏡(Nikon ECLIPSE LV150)で撮影した画像と比べながら、炭化珪素の粒子7とシリコン8とが識別できる閾値を設定する。閾値を設定した後、この二階調化された画像を「画像から面積」というフリーソフトを用いて、シリコン8の面積をピクセル単位で読みとる。非連結部9についても上述と同様の方法で読みとり、それらの結果を用いて、上記数式(1)で算出することができる。
Area ratio of unconnected portion 9 = (area of unconnected portion 9 / (area of silicon 8 + area of unconnected portion 9)) × 100 (%) (1)
This area ratio can be determined as follows. That is, a part cut out from the
また、本発明の真空チャック1は、吸着体2が支持体3にガラスで接合されていることから、吸着体2が支持体3に樹脂で接合されている場合より信頼性が高く、またシリコンの融点1410℃よりかなり低い温度、例えば900〜1000℃で接合することができるため、セラミックスの粒子同士を結合しているシリコンを溶融させなくて済み、信頼性の高い真空チャックとすることができる。
Further, the
特に、支持体3を吸着体2に接合しているガラスは、このガラスを形成する組成物の合計100質量%に対してそれぞれ酸化物換算でシリコン(Si)を30〜65質量%,アルミニウム(Al)を10〜40質量%,硼素(B)を10〜20質量%,Caを4〜5質量%,Mgを1〜5質量%,Tiを5質量%以下(0質量%を除く)含有したガラス、あるいはそれぞれ酸化物換算でシリコン(Si)を30〜65質量%,アルミニウム(Al)を10〜40質量%,硼素(B)を10〜20質量%,カルシウム(Ca)を4〜5質量%,マグネシウム(Mg)を1〜5質量%,バリウム(Ba)を6質量%以下(0質量%を除く),ストロンチウム(Sr)を5質量%以下(0質量%を除く)含有したガラスであることが好適である。ガラスの組成をこのようにすることで、吸着体2を支持体3に強固に接合することができるからである。
In particular, the glass in which the
図1,2に示す吸着体2と支持体3とを用いた真空チャック1の通気抵抗の計測については、以下に述べるような方法で測定する。まず、真空ポンプ(不図示)を配管(不図示)を介して吸引路3aに接続した後、例えば80〜90kPaの圧力で吸引する。この吸引により吸着体2の厚み(d2),気孔率および平均気孔径に応じて圧力損失が発生する。この圧力損失については、配管に備え付けられた圧力ゲージでその値を読みとればよく、この圧力損失の値が大きければ、通気抵抗が高いことを示し、圧力損失の値が小さければ、通気抵抗が低いことを示す。
Measurement of the ventilation resistance of the
また、吸着体2の気孔率が高く、平均気孔径が大きいと、通気抵抗は低くなるが、剛性や放熱特性は下がる。一方、気孔率が低く、平均気孔径が小さいと、通気抵抗は高くなるが、剛性や放熱特性は向上する。このような観点から、吸着体2は、その気孔率を27%以上40%以下とし、平均気孔径を20μm以上40μm以下とすることが好適である。気孔率および平均気孔径をこの範囲にすることで、真空チャック1の通気抵抗,剛性および放熱特性を最適化することができ、後述する測定方法により、例えば、剛性を示すヤング率を1GPa以上10GPa以下とすることができる。
Moreover, when the porosity of the
なお、吸着体2の気孔率および平均気孔径については、それぞれアルキメデス法およびJIS R 1655−2003に準拠して求めることができる。 Note that the porosity and average pore diameter of the adsorbent 2 can be determined in accordance with the Archimedes method and JIS R 1655-2003, respectively.
図4は、真空チャック1の剛性の計測手段を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a means for measuring the rigidity of the
また、真空チャック1の剛性については、図4に示すように、真空チャック1と同心円状に支持リング10で真空チャック1を支持し、真空チャック1の中心に荷重を与えたときの、真空チャック1の変位量を電気マイクロメータ(不図示)で計測し、以下の数式(2)により、ヤング率を求めればよい。
As for the rigidity of the
E=((3+υ)P(d/2)2・12(1−υ))/(16π(1+υ)・h3・ω)・・・(2)
但し、E:真空チャック1のヤング率(GPa)
υ:真空チャック1のポアソン比
P:荷重(N)
d:支持リング10の内径(mm)
h:真空チャック1の厚み(mm)(図1ではhはd3である。)
ω:真空チャック1の変位量(mm)
図5は、真空チャック1の熱伝導性の計測手段を示す断面図である。放熱特性の計測は、具体的には、以下のような手順となる。まず、炭化珪素からなる均熱板11をホットプレート12に置いた後、ホットプレート12を加熱し、均熱板11を60℃に保持する。この状態で、均熱板11上に真空チャック1を置き、このときから50秒後の支持体3の裏面の中心の温度を熱電対13で測定して、この熱電対13と接続する記録計14に測定した温度を記録する。この温度が高ければ、真空チャック1の放熱特性は高く、この温度が低ければ、放熱特性は低いといえる。
E = ((3 + υ) P (d / 2) 2 · 12 (1-υ)) / (16π (1 + υ) · h 3 · ω) (2)
E: Young's modulus (GPa) of the
υ: Poisson's ratio of vacuum chuck 1 P: Load (N)
d: Inner diameter of support ring 10 (mm)
h: Thickness (mm) of the vacuum chuck 1 (h in FIG. 1 is d3)
ω: displacement of the vacuum chuck 1 (mm)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the thermal conductivity measuring means of the
上述したように、本発明の真空吸着装置は、上述の真空チャック1を吸着手段として用い、吸引路3hの排気手段を液体供給手段に切り替え、吸着体2dの気孔2a内に液体を充満させる手段を備えていることから、研削屑や研磨屑等の異物が外側の吸着体2dの気孔2aに浸入、充填することがほとんどないので、長期間の使用に供することができ、信頼性が高い真空吸着装置とすることができる。
As described above, the vacuum suction device of the present invention uses the above-described
上述の真空チャック1を吸着装置として用い、この吸着装置に固定される被加工物を加工する研削刃や研削砥石を備え、これら研削刃や研削砥石を被吸着体に対して相対的に移動させる移動機構を設けることにより、研削装置等の加工装置を備えた加工システムを構成することができる。また、上述した吸着装置の吸着面に被加工物を保持する工程と、被加工物に対して加工を施す工程とを行なう加工方法を適用することができる。このように、吸着装置に固定(保持)される被加工物に対して加工可能に構成したことから、真空吸着装置と同様、長期間の使用に供することができ、信頼性が高い加工システムおよび加工方法とすることができる。
The
図6は、本発明の真空チャックの他の実施形態を示し、図6(a)は斜視図、図6(b)は同図(a)のA−A線における拡大断面図である。 6A and 6B show another embodiment of the vacuum chuck of the present invention. FIG. 6A is a perspective view, and FIG. 6B is an enlarged cross-sectional view taken along line AA of FIG.
図6に示す真空チャック1は、平面視で角環状をなす隔壁4により吸着面2bが複数領域に区分された吸着体2を備えた真空チャックである。吸着面2bが角形状であることから、被吸着体が角板形状である場合に適した真空チャックである。
A
支持体3は、中央に凹部3bを備えており、凹部3b内には隔壁4を備えた吸着体2が配置される。支持体3は、例えば、炭化珪素を主成分とする焼結体から成り、凹部3bの底面に開口する吸引溝3g1,3g2と、これら吸引溝3g1,3g2に連通する吸引路3a1,3a2が設けられている。吸引路3a1,3a2を適宜選択することにより、被吸着体の大きさに応じて、吸着面2bの大きさを自由に設定することができる。
The
具体的には、平面視した際の被吸着体の大きさが吸着面2b全面の大きさに近い被吸着体を吸着する場合には、全ての吸引路3a1,3a2から空気を吸引し、吸引溝3g1,3g2を通じて被吸着体を吸着し、保持する。また、平面視した際の被吸着体の大きさが隔壁4で囲まれる部分の大きさと略同一の大きさの被吸着体を吸着する場合には、吸引路3a1のみから空気を吸引し、吸引溝3g1を通じて被吸着体を吸着して保持した状態で、吸引路3a2から水または研削液等の液体を供給し、吸着体2dの気孔内に液体を充満させることで、被吸着体表面の研削加工や研磨加工を繰り返しても、研削屑や研磨屑等の異物が外側の吸着体2dの気孔に浸入、充填することがほとんどない真空チャックとすることができる。
Specifically, when adsorbing an adsorbed object whose size in the plan view is close to the
なお、支持体3の下方には、真空チャック1を支持、固定するための基体(不図示)が備えられており、支持体3と基体(不図示)とは、等間隔に設置された取付孔15にボルト(不図示)等を介して連結、固定される。
A base (not shown) for supporting and fixing the
次に、本発明の真空チャックの製造方法の一例を説明する。本発明の真空チャック1の一部である吸着体2を得るには、まず平均粒径が105〜350μmのα型炭化珪素粉末100質量部に対して、平均粒径が1〜90μmのシリコン粉末15〜30質量部を調合し、成形助剤として後の脱脂処理後の残炭率が脱脂体100質量%に対して、30質量%以上となるような熱硬化性樹脂、例えば、フェノール樹脂,エポキシ樹脂,フラン樹脂,フェノキシ樹脂,メラミン樹脂,尿素樹脂,アニリン樹脂,不飽和ポリエステル樹脂,ウレタン樹脂,メタクリル樹脂のうちの少なくともいずれか1種を添加し、ボールミル,振動ミル,コロイドミル,アトライター,高速ミキサー等で均一に混合する。特に、成形助剤としては、熱硬化後の収縮性が低いという点から、レゾール型またはノボラック型のフェノール樹脂が好適である。
Next, an example of the manufacturing method of the vacuum chuck of this invention is demonstrated. In order to obtain the
成形助剤の添加量は、成形体の密度に影響を与えるため、吸着体2の気孔率および平均気孔径にも影響する。吸着体2の気孔率を27%以上40%以下とし、平均気孔径を20μm以上40μm以下とするには、α型炭化珪素粉末100質量部に対し、成形助剤の添加量を5〜20質量部とすればよい。
Since the addition amount of the molding aid affects the density of the molded body, it also affects the porosity and average pore diameter of the
ところで、炭化珪素にはα型とβ型が存在するが、一般的にα型はβ型より耐酸化性が高く、粒子内部には残留炭素や残留珪素を殆ど含まない。このような理由から、出発原料にはα型炭化珪素を用いる。 By the way, although α type and β type exist in silicon carbide, α type generally has higher oxidation resistance than β type, and hardly contains residual carbon or residual silicon inside the particles. For these reasons, α-type silicon carbide is used as the starting material.
また、このα型炭化珪素粉末の平均粒径を105〜350μmとすることが重要であり、平均粒径が105μm未満では、粒径の小さな粉末が閉気孔を形成したり、気孔自体を小さくしたりすることで、半導体ウエハやガラス基板を吸着する場合に通気抵抗が高くなり、平均粒径が350μmを超えると、吸着体2の密度が低下することで、強度が低下するからである。α型炭化珪素粉末の平均粒径を105〜350μmとすることで、通気抵抗が低く、強度低下を招くことのない吸着体2を得ることができる。
In addition, it is important that the average particle size of the α-type silicon carbide powder is 105 to 350 μm. If the average particle size is less than 105 μm, the powder having a small particle size forms closed pores or reduces the pores themselves. This is because when the semiconductor wafer or the glass substrate is adsorbed, the airflow resistance is increased, and when the average particle diameter exceeds 350 μm, the density of the
また、シリコン(珪素)粉末は、後の熱処理でシリコン相となって、炭化珪素の粒子を連結する。シリコン粉末は、平均粒径が1〜90μmの粉末を用い、α型炭化珪素粉末100質量部に対し、その比率を15〜30質量部とすることが重要である。シリコン粉末の平均粒径が1μm未満では、シリコン粉末の分散性が悪く、局部的にしか炭化珪素の粒子を連結することができないからである。一方、シリコン粉末の平均粒径が90μmを超えると、後の熱処理でシリコン粉末は溶融して炭化珪素粉末を被覆するように移動するので、シリコン粉末が部分的に凝集して占有していた空間は大きな気孔として残り、強度低下を招くからである。 In addition, the silicon (silicon) powder becomes a silicon phase in a later heat treatment to connect silicon carbide particles. It is important that the silicon powder is a powder having an average particle diameter of 1 to 90 μm and the ratio thereof is 15 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the α-type silicon carbide powder. This is because when the average particle size of the silicon powder is less than 1 μm, the dispersibility of the silicon powder is poor and silicon carbide particles can be connected only locally. On the other hand, when the average particle diameter of the silicon powder exceeds 90 μm, the silicon powder melts and moves so as to cover the silicon carbide powder in the subsequent heat treatment, so that the space where the silicon powder is partially agglomerated and occupied This is because large pores remain and cause a decrease in strength.
また、α型炭化珪素粉末100質量部に対し、シリコン粉末の比率を15〜30質量部としたのは、シリコン粉末の比率が15質量部未満では、炭化珪素の粒子に対する比率が低く、炭化珪素の粒子を十分連結させられないからである。一方、比率が30質量部を超えると、シリコンが偏析しやすく、相対的に機械的特性の良好な炭化珪素の比率が下がり、十分な機械的特性を得られないからである。シリコン粉末の比率を15〜30質量部とすることで、十分な機械的特性を備えた均質な組織を有する吸着体2とすることができる。
The ratio of silicon powder to 15 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of α-type silicon carbide powder is that when the ratio of silicon powder is less than 15 parts by mass, the ratio of silicon carbide to particles is low. This is because the particles cannot be sufficiently connected. On the other hand, when the ratio exceeds 30 parts by mass, silicon is easily segregated, the ratio of silicon carbide having relatively good mechanical characteristics is lowered, and sufficient mechanical characteristics cannot be obtained. By setting the ratio of the silicon powder to 15 to 30 parts by mass, the
なお、シリコン粉末の純度は高いほうが望ましく、95質量%以上の純度のものが好適であり、99質量%以上の高純度シリコンの使用が特に好ましい。なお、使用するシリコン粉末の形状は特に限定されず、球形またはそれに近い形状のみならず、不規則形状であっても好適に用いることができる。 The purity of the silicon powder is preferably high, preferably 95% by mass or more, and particularly preferably 99% by mass or more of high-purity silicon. In addition, the shape of the silicon powder to be used is not particularly limited, and not only a spherical shape or a shape close thereto, but also an irregular shape can be suitably used.
これら炭化珪素粉末,シリコン粉末の各平均粒径は、液相沈降法,光投下法,レーザー散乱回折法等により測定することができる。 Each average particle diameter of these silicon carbide powder and silicon powder can be measured by a liquid phase precipitation method, a light drop method, a laser scattering diffraction method, or the like.
次に、混合した原料を転動造粒機,噴霧造粒機,圧縮造粒機,押し出し造粒機等各種造粒機を用いて顆粒にする。 Next, the mixed raw material is granulated using various granulators such as a rolling granulator, a spray granulator, a compression granulator, an extrusion granulator.
次に、この顆粒を乾式加圧成形や冷間等方静水圧成形等の成形手段で所望の形状、例えば円板状や円環状に成形して成形体とし、必要に応じて、アルゴン,ヘリウム,ネオン,窒素,真空等の非酸化雰囲気中にて400〜600℃で脱脂処理を行なった後、脱脂処理と同様に、非酸化雰囲気中にて1400〜1450℃で熱処理することによって、炭化珪素−シリコンからなる複合体とすることができる。 Next, this granule is formed into a desired shape, for example, a disk shape or an annular shape, by a molding means such as dry pressure molding or cold isostatic pressing, and if necessary, argon, helium After performing degreasing treatment at 400 to 600 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as neon, nitrogen, vacuum, etc., heat treatment is performed at 1400 to 1450 ° C. in a non-oxidizing atmosphere similarly to the degreasing treatment. -It can be a composite made of silicon.
なお、熱処理の温度を下げるには、シリコン粉末の純度を99.5〜99.8質量%とすることが好適である。 In order to lower the temperature of the heat treatment, the purity of the silicon powder is preferably 99.5 to 99.8% by mass.
熱処理では、その温度を1400〜1450℃とすることが重要である。熱処理温度が1400℃未満では、シリコン粉末が十分溶融しないため、炭化珪素の結晶粒子をシリコン相として連結することができないからであり、1450℃を超えると、シリコンが蒸発することで強度低下を招きやすいとともに、製造コストが高くなるからである。熱処理温度を1400〜1450℃とすることで、シリコン粉末は蒸発することなく適度に溶融するため、隣り合う炭化珪素の粒子間に空洞部が介在して2箇所以上の接合部を発生することなく、炭化珪素の粒子をシリコン相として連結することができ、適切な機械的強度や熱伝導率が得られ、製造コストも削減することができる。特に、熱処理温度を1420〜1450℃にすることが好適で、この温度範囲で熱処理することによって、3点曲げ強度が30MPa以上であり、ヤング率が30GPa以上の複合体を得ることができる。また、炭化珪素の結晶粒子をシリコンで被覆するには、シリコン粉末を十分溶融させた上で、シリコンが蒸発したり、雰囲気内で浮遊する炭素と一部反応して炭化珪素に変化したりすることのないようにしなければならない。このような観点から炭化珪素の粒子をシリコンで被覆するには、1420〜1440℃にすればよい。 In the heat treatment, it is important to set the temperature to 1400 to 1450 ° C. This is because if the heat treatment temperature is less than 1400 ° C., the silicon powder is not sufficiently melted, so that silicon carbide crystal particles cannot be connected as the silicon phase. If the heat treatment temperature exceeds 1450 ° C., the silicon evaporates, resulting in a decrease in strength. This is because it is easy and the manufacturing cost increases. By setting the heat treatment temperature to 1400 to 1450 ° C., the silicon powder is appropriately melted without evaporating, so that a cavity is interposed between adjacent silicon carbide particles without generating two or more joints. Further, silicon carbide particles can be connected as a silicon phase, and appropriate mechanical strength and thermal conductivity can be obtained, and the manufacturing cost can be reduced. In particular, the heat treatment temperature is preferably 1420 to 1450 ° C. By performing heat treatment in this temperature range, a composite having a three-point bending strength of 30 MPa or more and a Young's modulus of 30 GPa or more can be obtained. In addition, in order to coat silicon carbide crystal particles with silicon, after silicon powder is sufficiently melted, silicon evaporates or partially reacts with carbon floating in the atmosphere and changes to silicon carbide. We must make sure that there is nothing. In order to coat silicon carbide particles with silicon from such a viewpoint, the temperature may be set to 1420 to 1440 ° C.
このような製造方法で得られた複合体は、その上面に研削や研磨等の機械加工を施して吸着体2とすることができ、例えば、その直径が140〜300mmであり、厚み(d2)が5〜10mmの円板形状をなす多孔質体とすればよい。
The composite obtained by such a manufacturing method can be processed into an
なお、吸着面2bは、その面状態が加工後の半導体ウエハやガラス基板の精度に影響を与えることから、極力平坦化する必要があり、少なくとも平面度を1μm以下とし、好ましくは平面度を0.3μm以下とすることが望まれる。
The
次に、炭化珪素を主成分とし、厚みが9.3〜50mmの緻密質な円板形状をなす支持板3fを準備する。支持板3f上にSiO2が30〜65質量%,Al2O3が10〜40質量%,B2O3が10〜20質量%,CaOが4〜5質量%,MgOが1〜5質量%,TiO2が5質量%以下(0質量%を除く)からなるペースト状のガラス、あるいはSiO2が30〜65質量%,Al2O3が10〜40質量%,B2O3が10〜20質量%,CaOが4〜5質量%,MgOが1〜5質量%,BaOが6質量%以下(0質量%を除く)およびSrOが5質量%以下(0質量%を除く)からなるペースト状のガラスを凹部3bに塗布し、予め外周面に前記ガラスが塗布された円板形状をなす吸着体2cを略同心円上になるように置く。ここで、前記各成分の比率は、ガラスを形成する組成物の合計100質量%に対する比率である。
Next, a
そして、炭化珪素質焼結体からなり、隔壁5、環状体である吸着体2d、炭化珪素質焼結体からなる外壁3cを順次支持板3f上に置き、専用の加圧装置で厚み方向から加圧する。なお、隔壁5および吸着体2dの内周面、外周面および底面、外壁3cの内周面および底面には、予め前記ガラスが塗布されている。加圧後、950〜980℃で熱処理することにより、吸着体2、隔壁5および外壁3cは支持板3fに対し、ガラス状の結合層4で接合される。同時に、外壁3cおよび支持板3fは、支持体3を形成して、図1に示す真空チャックを得ることができる。
The
隔壁5と支持体3とが一体的に形成された、図2に示す真空チャックは、以下に示す方法で得ることができる。すなわち、先ず炭化珪素を主成分とし、予め、外壁3cと、通気可能な貫通孔6が形成された隔壁5とを備え、中央に円形の凹部3b、そして、隔壁5を挟んで、環状の凹部3bを備えてなる、略円盤状の緻密質な枠体である支持体3を準備し、上述したいずれかのガラスを凹部3bに塗布する。ガラス塗布後、吸着体2を凹部3bに置き、専用の加圧装置で厚み方向から加圧する。加圧後、950〜980℃で熱処理することにより吸着体2と支持体3とは、ガラス状の結合層4で接合され、図2に示す真空チャックを得ることができる。
The vacuum chuck shown in FIG. 2 in which the
このような本発明の真空チャック1によれば、吸引路3hにおける排気手段を、液体供給手段に切り替え、吸着体2dの気孔2aに液体を充満させることで、内側の吸着体2cのみを用いて被吸着体を吸着して被吸着体表面の研削加工や研磨加工を繰り返しても、研削屑や研磨屑等の異物が外側の吸着体2dの気孔2aに浸入、充填することがほとんどない。
According to such a
1:真空チャック(吸着装置)
2:吸着体
2a:気孔
2b:吸着面
2c:内側の吸着体
2d:外側の吸着体
3:支持体
3a:内側の吸引路
3b:凹部
3c:外壁
3d:頂面
3e:フランジ部
3f:支持板
3g:吸引溝
3h:外側の吸引路
4:結合層
5:隔壁
6:貫通孔
7:炭化珪素の粒子
8:シリコン
9:非連結部
10:支持リング
11:均熱板
12:ホットプレート
13:熱電対
14:記録計
15:取付孔
1: Vacuum chuck (Suction device)
2: Adsorbent 2a: Pore 2b:
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