JP2010161238A - フッ素樹脂コーティングプレート及び吸着ステージ - Google Patents

フッ素樹脂コーティングプレート及び吸着ステージ Download PDF

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Abstract

【課題】 仕上げ加工をしなくとも、フッ素樹脂皮膜表面に形成された交わりあう複数の溝に、流路を塞いだりパーティクルの原因となったりするバリがないフッ素樹脂コーティングプレート及び吸着ステージを提供すること。
【解決手段】 板状部材の少なくとも一方の平面が、フッ素樹脂によって被覆されており、該フッ素樹脂の皮膜の表面に、複数の溝が機械加工によって形成されているフッ素樹脂コーティングプレートであって、複数の溝は交差しており、該交差部分において交差する2つの溝の側面壁が成す角部がR面取り加工されていることを特徴とするフッ素樹脂コーティングプレートとする。
【選択図】図4

Description

本発明は、板状部材の表面をフッ素樹脂によって被覆し、その表面に機械加工によって溝を形成したフッ素樹脂コーティングプレート及び吸着ステージに関する。
従来、FPD製造工程や半導体製造工程では、ガラス基板や半導体ウエハ等の薄板状基板(以下、基板)を保持するため、真空吸着型のチャックプレート(以下、吸着ステージ)が多用されている。
このような吸着ステージでは、基板を剥離するときに静電気が発生し基板が帯電する(剥離帯電)。剥離帯電が原因となり、静電気引力によるパーティクルの付着や搬送不良が生じたり、放電によって素子破壊が生じたり、放電により生じる電波障害によって装置誤作動等の工程トラブルを招いたりすることがある。
こうした剥離帯電による問題に対して従来は、イオナイザによる除電やアルマイト・無電解ニッケルメッキ・ブラスト処理等の表面処理やプロキシミティー等によって接触面積を減少させることによって対処し、大きな問題とはなっていなかった。
しかし近年、FPD製造工程や半導体製造工程における生産量の増大に伴う単位時間当たりの処理枚数増加や、基板の大型化によって剥離帯電量が増大してきており、また一方では、基板の薄板化や、基板パターンは細線化、高精細化により同じ剥離帯電量であっても影響を受け易くなってきており、剥離帯電による問題が大きくなってきていた。
そこで、吸着エネルギが低く、非粘着性に優れ摩擦抵抗が低い導電性のフッ素樹脂皮膜(剥離帯電防止コーティング)が開発され、基板との相関関係が小さくなり静電気の発生が抑制されて、基板の帯電を抑える事が出来た。
フッ素樹脂皮膜であるため、コンタミネーションによる固着物を低減できたり、滑り性が良くなり基板のアラメント性能が向上したりしている。
また、フッ素樹脂の焼付けコーティングであるので、成形品等に必要な金型が不要であり、大型品や少量生産品にも容易に対応できるようになった。
ところで吸着ステージにおいて、このような基板は平面精度良く保持される事が必要であり、且つ高い吸着圧で保持される必要がある。そのため、吸着ステージ自体に於いても高い平面精度が要求される。特に印刷工程・露光工程・検査工程等は0.01mm程度と非常に高い平面度が求められる。
しかし、焼付けコーティングによって形成されるフッ素樹脂皮膜は、フッ素樹脂の塗膜精度や、焼付け温度(400℃程度)による熱歪みの影響のため上記した平面精度を満たすことが困難であった。
そこで、フッ素樹脂皮膜を比較的厚く施した後、機械加工(マシニングセンタ等による切削加工、平面研削盤による研削加工、ラッピングマシンによる研磨加工等)により平面精度の高い吸着ステージを製作することが行われている。
しかしながら、フッ素樹脂は金属材料に比して引張強度・伸び・弾性率等の機械的物性が高く、融点も300℃程度であるため、高精度の機械加工が困難な材料である。特に切削加工では、加工表面や加工端面等、加工ツールと被加工物間の圧力が急激に変化する箇所に、バリやかえり(以下、総称してバリ)を発生し易い。
バリは、それ自体がパーティクルの原因となるだけでなく、吸着溝や吸着穴等の流路を塞ぎ吸着不良を発生させたり、吸着ステージ表面(吸着面)と基板の間に入りリークの原因となったりする。
従来、バリ発生の対策は検討されており、吸着ステージ表面と溝や穴との境界部に発生するものに関しては、ステージ表面に同質の材料を置き、同時に加工することにより発生を抑える方法がある。
また、非特許文献1には、バリの発生する工作物表面と溝側面との境界部(エッジ部分)の面取り加工を溝加工と同時に行う方法が開示されており、これにより吸着溝と吸着ステージ表面との境界部でのバリの発生は防止できる。
しかし、これらの方法では複数の吸着溝(51)が交わる部分において交わりあう2つの吸着溝(51)の側面壁がなすエッジ部分(角部)に発生するバリ(6)(図7参照)の発生は防止できない。
発生したバリ(6)は、仕上げ加工で取り除かなければならず、加工工数が増えるといった問題もある。特にFPD基板等を吸着する大型の吸着ステージでは、尚更加工工数が必要となり困難である。
平,吉岡,「フッ素樹脂を基板材料とするマイクロ流体デバイスの開発―切削による基板の微細加工および簡易構造マイクロ流体デバイスの試作―」,砥粒加工学会誌,社団法人砥粒加工学会,2007年,第51巻,第2号,p.112−117
本発明が解決しようとする課題は、仕上げ加工をしなくとも、フッ素樹脂皮膜表面に形成された交わりあう複数の溝に、流路を塞いだりパーティクルの原因となったりするバリがないフッ素樹脂コーティングプレート及び吸着ステージを提供することである。
請求項1に係る発明は、板状部材の少なくとも一方の平面が、フッ素樹脂によって被覆されており、該フッ素樹脂の皮膜の表面に、複数の溝が機械加工によって形成されているフッ素樹脂コーティングプレートであって、前記複数の溝は交差しており、該交差部分において交差する2つの溝の側面壁が成す角部がR面取り加工されていることを特徴とするフッ素樹脂コーティングプレートに関する。
請求項2に係る発明は、板状部材の少なくとも一方の平面が、フッ素樹脂によって被覆されており、該フッ素樹脂の皮膜の表面に、吸着孔を有する複数の吸着溝が機械加工によって形成されており、該表面に載置される物品を吸着固定可能な吸着ステージであって、前記複数の吸着溝は交差しており、該交差部分において交差する2つの吸着溝の側面壁が成す角部がR面取り加工されていることを特徴とする吸着ステージに関する。
請求項3に係る発明は、前記R面取り加工の半径が0.5mm以上であることを特徴とする請求項2に記載の吸着ステージに関する。
請求項4に係る発明は、前記物品が、FPD基板であることを特徴とする請求項2又は3に記載の吸着ステージに関する。
請求項5に係る発明は、前記物品が、半導体ウエハであることを特徴とする請求項2又は3に記載の吸着ステージに関する。
請求項1に係る発明によれば、板状部材の少なくとも一方の平面が、フッ素樹脂によって被覆されており、該フッ素樹脂の皮膜の表面に、複数の溝が機械加工によって形成されているフッ素樹脂コーティングプレートであって、複数の溝は交差しており、該交差部分において交差する2つの溝の側面壁が成す角部がR面取り加工されていることにより、急激な加工圧力の変化を無くすことができるので、仕上げ加工をしなくとも、バリが発生し易い溝の交差部分においてもバリの発生を抑制できる。そのため、バリ自体がパーティクルの原因となることや、バリが流路となる溝を塞ぐことを防止できる。
請求項2に係る発明によれば、板状部材の少なくとも一方の平面が、フッ素樹脂によって被覆されており、該フッ素樹脂の皮膜の表面に、吸着孔を有する複数の吸着溝が機械加工によって形成されており、該表面に載置される物品を吸着固定可能な吸着ステージであって、前記複数の吸着溝は交差しており、該交差部分において交差する2つの吸着溝の側面壁が成す角部がR面取り加工されていることにより、急激な加工圧力の変化を無くすことができるので、仕上げ加工をしなくとも、バリが発生し易い吸着溝の交差部分においてもバリの発生を抑制できる。そのため、バリ自体がパーティクルの原因となることや、バリが、吸着溝や吸着孔等の流路を塞ぎ吸着不良を発生させたり、吸着ステージ表面と該表面に載置される物品の間に入りリークの原因となったりすることを防止できる。
請求項3に係る発明によれば、R面取り加工の半径が0.5mm以上であることにより、半径が小さすぎて、交差する2つの吸着溝の側面壁が成す角部にエッジを形成してバリを発生させることがない。
請求項4に係る発明によれば、機械加工によって、FPD基板のような大型基板を吸着、固定できるバリの無い平面精度の高い吸着ステージとすることができる。
請求項5に係る発明によれば、機械加工によって、半導体ウエハのような高精細な基板に対応するバリの無い平面精度の高い少量生産の吸着ステージとすることができる。
以下、本発明に係るフッ素樹脂コーティングプレートの好適な実施形態、特に吸着ステージについて、図面を参照しつつ説明する。
なお、フッ素樹脂コーティングプレートの他の用途としては、マイクロ流体デバイス等が挙げられる。
図1は、本発明に係る吸着ステージを示す概略斜視図である。
図2は、本発明に係る吸着ステージを示す概略平面図である。
図3は、図2のA−A矢視概略断面図である。
本発明に係る吸着ステージ(1)は、図1に示すように、板状部材(2)の一方の面に帯電防止剤を添加したフッ素樹脂を塗布し溶融焼き付けしたものの表面(31)を切削して平滑なフッ素樹脂皮膜(3)を形成し、このフッ素樹脂皮膜(3)を切削して複数の吸着溝(32)を設けたものである。
板状部材(2)の材質としては、アルミニウム合金(JIS規格A5052)等が好適に利用されるが、特に限定されるものではない。
板状部材(2)の大きさは、吸着する基板の大きさによるもので特には限定されず、1m角以上の大型のものとすることができ、更に大きな3m角以上のものとすることもできる。なお、本実施形態では2300mm×3200mmで厚さが30mmのものを用いた。
フッ素樹脂皮膜(3)は、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマ(ETFE)に帯電防止添加剤として平均半径10μm・平均長さ200μmのカーボンファイバーを10wt%ドライブレンドしたものを用いている。但し、本発明においてフッ素樹脂皮膜(3)の材質は、これに限定されるものではなく、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、パーフルオロエチレンプロペンコポリマ(FEP)等のフッ素樹脂や、その他のフッ素系樹脂も用いることができる。
帯電防止添加剤は、フッ素樹脂の焼き付け温度(300〜400℃)にて劣化や変質をしない材料であれば良く、炭素の他に、炭化ケイ素等の導電性セラミック、酸化錫、金属等を用いることができる。その形状はファイバー状、ウィスカー状の他、更に微細なナノチューブのような繊維状、粒状のものがあるが、繊維状のように縦横比が大きいものの方が、少量の添加で抵抗値を下げることができ好ましい。
フッ素樹脂皮膜(3)の厚さは、0.5〜5mm程度であれば良く、好ましくは1〜3mmである。
また、フッ素樹脂皮膜(3)の表面(31)は平面度0.01mm程度に加工されていることが好ましい。
吸着溝(32)は、複数本が交差している。交差の仕方は特に限定されないが、例えば図1、2に示すように、十字、T字、L字に交差して設ける構成を採ることができる。
なお、図1,2では吸着溝(32)は全て直線状で交差部分は直交しているが、これに限定されるものではなく、曲線状であっても良いし、所定の角度を付けて交差していても良い。
吸着溝(32)の深さ及び幅は特に限定されるものではないが、例えば深さは0.5〜1mm程度、幅は1〜3mm程度である。
吸着孔(33)は、図2に示すように、吸着溝(32)の交差部分に設けられている。
図2では、吸着溝(32)が十字、T字に交差する部分に設けられているが、これに限定されるものではなく、L字に交差している部分や直線部分に設けても良い。
吸着孔(33)は、図3に示すように、板状部材(2)を貫通して、板状部材(2)の裏面に取着された継手(41)に夫々連通しており、継手(41)から真空配管(42)を介して真空ポンプ(43)に接続されている。
吸着孔(33)から真空ポンプ(43)までの接続はこれに限定されず、例えば、板状部材(2)の内部に空洞を設けて、板状部材(2)をヘッダとして、継手(41)を1箇所にして接続したり、真空配管(42)に電磁弁等を設けたりしても良い。
上記した吸着ステージ(1)の加工手順を以下にまとめる。
まず、板状部材(2)にフッ素樹脂を塗布、溶融焼き付けして機械加工によって平滑なフッ素樹脂皮膜(3)を形成する。
次に、フッ素樹脂皮膜(3)の表面(31)に、複数本の吸着溝(32)を交差させて形成する。この時、吸着溝(32)が交差する部分において、交差する2つの吸着溝(32)の側面壁がなす角部は後述するようにR面取り加工する。
そして、吸着溝(32)が交差する部分に吸着孔(33)を複数個設ける。
この吸着ステージ(1)が基板を吸着固定する動作は従来のものと特に変わるところは無く、表面(31)に基板を載置し、真空ポンプ(43)にて真空引きすることで、吸着孔(33)から排気され、吸着溝(32)内部の気圧が下がり、基板が吸着ステージ(1)の表面(31)に吸着される。
また、真空引きを停止、或いは、電磁弁の切替え等により、吸着溝(32)が大気開放されると、基板は吸着ステージ(1)から容易に剥離できる。
図4に図2におけるB部の拡大図を示す。
図2におけるB部は、吸着溝(32)が十字に交差する部分である。
図4に示す通り、交差する吸着溝(32)の2つの側面壁(321)が成す角部(322)は夫々R面取り加工されている。
より詳しくは、図5に示す手順でR面取り加工されている。
加工は、加工装置にマシニングセンタ、工具に2枚刃スクエアエンドミルを用いて行っている。
まず、図5(a)の矢印(i)のように、図示上方の直線部分から、円弧を描いて90°方向に曲がり図示左方へ加工する。
次に図5(b)の矢印(ii)のように、既に加工された図示左方の直線部分から円弧を描いて90°方向に曲がり図示下方へ加工する。
さらに、図5(c)の矢印(iii)のように、既に加工された図示下方の直線部分から円弧を描いて90°方向に曲がり図示右方へ加工する。
最後に、図5(d)の矢印(iv)のように、既に加工された図示右方の直線部分から図示上方の直線部分へ円弧を描いて90°方向に曲がって加工する。
上記の手順で加工することで、吸着部(51)の交差部分にR面取り加工が施されていない従来の吸着ステージ(5)(図7参照)のように、先に加工した吸着溝(51)に交差して他の吸着溝(51)を加工する時に生じる急激な加工圧力の変化がないので、吸着ステージ(1)の吸着溝(32)が交差する部分ではバリやかえりが発生しない。
そのため、バリ自体がパーティクルの原因となったり、吸着溝(32)や吸着孔(33)を塞ぎ吸着不良を発生させたりしない。
R面取り加工の半径は0.5mm以上であることが好ましい。
半径が0.5mmより小さいと、交差して加工した場合に角部に形成されるエッジと差があまりなく、バリが発生する可能性があるからである。
また、R面取り加工の半径は2mm以下であることが好ましい。
半径2mmより大きいと、局所的に吸着溝(32)が大きくなるので、吸着によって基板が変形し平面精度に影響するからである。
なお、図4、5では吸着溝(32)が十字に交差する部分について説明したが、図2において吸着溝(32)がT字、或いはL字に交差する部分においても、円弧を描いて曲がるようにして、交差する吸着溝(32)の側面壁が成す角部は全てR面取り加工されている。
本実施形態では、加工装置をマシニングセンタ、工具を2枚刃スクエアエンドミルとしたが、これに限定されるものではなく、加工装置にフライスを用いても良く、工具もボールエンドミルや、ラジアスエンドミル等の他のエンドミルを用いても良い。また、エンドミルの刃数も限定されるものではなく、3枚刃や多数の刃を持つものを用いても良い。
本実施形態での加工条件は、エンドミルの回転数を6000回/min、1刃当たりの送り量を0.05mm/刃、切り込み深さを1mmとしたが、一般的に回転数は大きく、送り量、切り込み深さは小さくすると、よりバリを発生させ難い。
上記のようにして得られる吸着ステージ(1)は、加工によってバリを発生させないので、人手によって仕上げ加工する必要が無く、バリが吸着溝(32)や吸着孔(33)を塞いで吸着不良を起こすといったことや、バリ自身が異物となったりバリに異物を堆積させたりしてパーティクルを発生させるといったことがない。
この吸着ステージ(1)は、上記の通り、機械加工によって得られ、バリやかえりがなく平面精度が高い、FPD等の大型基板を吸着、固定可能な大型のものとすることができる。
さらに、吸着ステージ(1)は、同様に機械加工によって得られ、バリやかえりがなく平面精度が高い、半導体ウエハ等の高精細な基板に対応する少量生産のものとすることにも都合が良い。
図6に、本発明に係る吸着ステージの第2の実施形態を示す。
図6に示す吸着ステージ(10)は、円形の基板を吸着、固定するためのもので、吸着溝(32)を直線状だけでなく曲線状に形成した一例である。
吸着孔(33)は2つの吸着溝(32)が交差する部分に位置している。
吸着溝(32)が曲線状であっても、2つの吸着溝(32)が交差する部分は、吸着ステージ(1)の場合と同様に、円弧を描くように工具を進めて、交差する2つの吸着溝(32)の側面壁の成す角部をR面取り加工している。
これにより、2つの吸着溝(32)の側面壁が成す角部にバリが発生しないので、人手によって仕上げ加工する必要が無く、バリが吸着溝(32)や吸着孔(33)を塞いで吸着不良を起こしたり、パーティクルを発生させたりすることがない。
なお、上記した実施形態及び第2の実施形態である吸着ステージ(1)及び(10)において、吸着ステージ(1)及び(10)の表面(31)と吸着溝(32)との境界部にR面やC面等の面取り加工を施しても良い。
本発明は、FPDや半導体ウエハ等の基板を吸着固定する吸着ステージや、マイクロ流体デバイス等に利用することができる。
本発明に係る吸着ステージを示す概略斜視図である。 本発明に係る吸着ステージを示す概略平面図である。 図2におけるA−A矢視概略断面図である。 図2におけるB部拡大図である。 本発明に係る吸着ステージの加工手順を説明する模式図である。 本発明に係る吸着ステージの第2の実施形態を示す図である。 従来の方法で加工した吸着ステージを示す図である。
1 吸着ステージ
2 板状部材
3 フッ素樹脂皮膜
31 表面
32 吸着溝
321 側面壁
322 角部
33 吸着孔
6 バリ

Claims (5)

  1. 板状部材の少なくとも一方の平面が、フッ素樹脂によって被覆されており、
    該フッ素樹脂の皮膜の表面に、複数の溝が機械加工によって形成されているフッ素樹脂コーティングプレートであって、
    前記複数の溝は交差しており、該交差部分において交差する2つの溝の側面壁が成す角部がR面取り加工されていることを特徴とするフッ素樹脂コーティングプレート。
  2. 板状部材の少なくとも一方の平面が、フッ素樹脂によって被覆されており、
    該フッ素樹脂の皮膜の表面に、吸着孔を有する複数の吸着溝が機械加工によって形成されており、該表面に載置される物品を吸着固定可能な吸着ステージであって、
    前記複数の吸着溝は交差しており、該交差部分において交差する2つの吸着溝の側面壁が成す角部がR面取り加工されていることを特徴とする吸着ステージ。
  3. 前記R面取り加工の半径が0.5mm以上であることを特徴とする請求項2に記載の吸着ステージ。
  4. 前記物品が、FPD基板であることを特徴とする請求項2又は3に記載の吸着ステージ。
  5. 前記物品が、半導体ウエハであることを特徴とする請求項2又は3に記載の吸着ステージ。
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