JPH0653309A - 基板用保持固定具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、柔軟な基板の表面をサブミ
クロンの許容差に平面化できるようにするために基板を
確実に支持することができる、保持固定具を提供するこ
とである。 【構成】 本発明によれば、基板上の４つの外周点と基
板の中心で支持を行う、５つの別個の真空要素を有する
保持固定具が提供される。２つの外周真空要素は、剛体
フレーム上の定位置に固定される。残りの外周要素と中
央要素は、ジンバル円板に固定される。このジンバル円
板は、フレームに対する回転運動の自由度を３つ有する
形でフレームに取り付けられる。２つの固定要素上にあ
る基板の下向き圧力が、基板のたわみを許容または発生
させずに、ジンバル円板に取り付けられた３つの支持部
材をすべて基板と接触させる。この取付けをロックし、
すべての要素に真空をかけて、平面化操作に適した位置
に基板を固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に基板表面の精密平
面化の際に、基板を保持するための改良された固定具に
関し、具体的には、柔軟な基板を保持するための改良さ
れた保持固定具に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体産業で一般的に使用されるガラス
・セラミック基板や半導体ウェハなど、薄く柔軟な基板
の精密平面化は非常に困難である。このような基板は、
保持固定具に取り付けた時に簡単にたわみ、平面化の
後、取り外した時に弛緩して、平面化された表面に平坦
でない状態を引き起こす。基板の表面が平行または平坦
でない可能性があり、また一方または両方の表面に欠陥
が存在する可能性があるために、問題はさらに複雑にな
る。精密に制御された深さまでの詳細機械加工、フォト
リソグラフィ露光、および類似の応用例で、同様の問題
が発生する。

【０００３】真空チャックの様々な設計に関して、従来
技術で多数の提案が行われてきた。しかし、これらの提
案のどれも、柔軟な基板の表面の１つを精密平面化する
際に基板を精密に保持するのに完全に満足なものではな
い。下記に、これらの提案のいくつかを示す。

【０００４】米国特許第４０８８３１２号明細書には、
可変輪郭締付システムが開示されている。この保持機構
は、ハウジングに取り付けた調節式スピンドルの隔置ア
レイを含む。各スピンドルは、その一端に基礎部材支持
カップを有する。カップに真空をかけて、部材をカップ
に隣接して着座させる。

【０００５】米国特許第４６８４１１３号明細書には、
輪郭付き保持面を有する加工物を保持するための万能保
持固定具が開示されている。この固定具は、個別に高さ
を調節でき、これによって輪郭付き保持面の輪郭を再現
する、複数の加工物係合ロッドを含む。

【０００６】米国特許第４６５６７９１号明細書には、
高速流体ジェット切断操作中に加工物を支持するための
支持装置が開示されている。この支持装置は、切断中の
シート全体を均一に支持するように共同して働く、１対
の独立した支持部材を備える。

【０００７】ロシア特許ＳＵ−７６１−４１１号明細書
には、分割円錐ブッシュを有する円筒ロケータと、ナッ
トを有するねじ部と、剛体ロッドに接続された真空コレ
クタ・チャンバとを有する、真空作動式つり上げグラブ
装置が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、柔軟な基板の表面をサブミクロンの許容差に平面化
できるようにするために基板を確実に支持することので
きる、保持固定具を提供することである。本発明のもう
１つの目的は、基板をたわませずに支持し保持する保持
固定具を提供することである。本発明のもう１つの目的
は、基板表面の平坦度、平行度または表面の完全さと無
関係に、表面平坦度のサブミクロン制御を可能にする、
保持固定具を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】要約すると、本発明で、
基板上の４つの外周点と基板中心とで支持を行う５つの
別個の真空要素を有する、保持固定具を提供することを
企図している。２つの外周真空要素は、剛体フレーム上
の定位置に固定される。残りの外周要素と中央要素は、
ジンバル円板に固定される。このジンバル円板は、フレ
ームに対する回転運動の自由度を３つ有する形でフレー
ムに取り付けられる。２つの固定要素上にある基板の下
向き圧力が、基板のたわみを許容または発生させずに、
ジンバル円板に取り付けた３つの支持部材すべてを基板
と接触した状態にする。この取付けをロックし、すべて
の要素に真空を印加して、平面化操作に適した位置に基
板を固定する。

【００１０】支持部材の調節は不要である。支持部材
は、完全に自動位置合せ式であり、したがって、基板の
取付けと取外しは、迅速である。このため、この固定具
は、製造プロセスに非常に適しており、スループットが
高い。

【００１１】本発明の教示による保持固定具の主要動作
は、３点で平面が確立されるという原理を拡張したもの
である。３点システムを使用して、加工物の輪郭に影響
を与えずに、比較的平坦な加工物を支持することは当技
術分野で知られている。これによって、安定した、揺れ
のない支持がもたらされる。しかしながら、支持されな
い区域が、その加工物の変形を引き起こす可能性のあ
る、どんな外力が印加されてもそれに抵抗できるだけの
強さを持たなければならないので、かなりの剛性を有す
る加工物でなければ、このようにして保持することはで
きない。本発明は、３点支持の原理を守りながら、追加
のより均一な支持を提供する。

【００１２】

【実施例】ここで図１を参照すると、５つの別個の真空
要素１０、１２、１４、１６、１８が、剛体フレーム２
０の形の台板上に取り付けられる。これら別個の真空要
素は、たとえばガラス・セラミック基板や半導体基板な
どの基板２２（破線で示す）の４つの角の領域と中央の
領域の支持を行うように配置される。フレーム２０に固
定されたピン２４が、基板２２を真空要素に対して位置
決めする。

【００１３】真空要素のうちの２つ、真空要素１０およ
び１２は、フレーム２０に堅固に固定され、残りの３つ
の真空要素１４、１６、１８は、ジンバル円板２６に固
定される。ジンバル円板２６は、図４に関して詳細に説
明するように、フレーム２０に対する真空要素１４、１
６、１８の回転運動の自由度を３つ許容する。ジンバル
円板内にある通路３０が、外部真空源ホース取付け具３
１を、たわみホース３２を介して真空要素１４、１６、
１８に結合する。フレーム２０内の通路３４が、外部真
空源ホース３５を真空要素１０および１２に結合する。
通路３６が、ジンバル円板２６を外部ホース取付け具３
８を介して適当な圧縮空気供給源に結合する。

【００１４】ここで図２と図３を参照すると、各真空要
素は、実質的に同一の構造であることが好ましい。各真
空要素は、保持固定具上に取り付けた基板の下側表面と
の点接触をもたらす、支え面４２を有する剛体の支持部
材４０を備える。このような支え面は、たとえば球面や
放物面など、曲率半径を有する面である。支持部材４０
は、真空要素１０および１２の場合にはフレーム２０に
固定され、真空要素１４、１６、１８の場合にはジンバ
ル円板２６に固定される。密封ワッシャ、Ｏリング、密
封ベローズなどのシール４４が、支え面または支持部材
４０に取り付けられる。支持部材４０内の通路４６を介
して真空をかけると、基板２２が支え面または支持部材
４０に固定される。

【００１５】ここで図４を参照すると、真空要素１０お
よび１２の場合、通路３４を貫通するねじ４８で支持部
材４０をフレーム２０に固定する。真空要素１４、１６
および１８の場合は、ねじ５０で支持部材４０をジンバ
ル円板２６に固定する。

【００１６】ジンバル円板２６は、球面５２を有する。
この球面５２は、フレーム２０内の対合する球面５４に
ぴたりとはまり、フレーム２０に対する真空要素１４、
１６、１８の回転運動の自由度を３つ許容するが、固定
された真空要素１０および１２に対する並進運動は事実
上許容しないことが好ましい。ただし、所望の調整能力
を得るのに必要な回転運動の自由度は、２つだけであ
る。必要な２本の回転軸は、互いに直交し、ジンバル円
板２６の平面内にある。この好ましい実施例で設けられ
る第３の軸は、ジンバル円板２６に垂直である。外部ホ
ース取付け具３８からの圧縮空気は、通路を介してチャ
ンバ５６に導かれる。チャンバ５６が加圧される時、ジ
ンバル円板２６は、対合する球面５２と球面５４の間を
通る空気の薄い層の上に浮上する。これによって、ジン
バル円板が、真空要素１４、１６または１８上に基板が
加える力のわずかな不釣合に応答して、自由に移動でき
るよになる。５つの点接触真空要素がすべて基板表面と
接触している時に、チャンバ５６内を部分的に真空吸引
して、ジンバル円板２６をフレームにロックすることが
できる。

【００１７】チャンバ５６のたわみホース３２は、外部
真空源ホース取付け具３１をジンバル円板２６内の通路
３０に結合し、通路３０は、支持部材内の通路４６に通
じている。これによって、基板２２を支持部材４０に固
定するための低圧が、シール４４内にもたらされる。

【００１８】合計５つの支持点が、加工物または基板に
接触する。これらの支持部材のうちの３つは、ジンバル
円板の頂面に堅固に取り付けられ、三角形の各頂点とし
て等間隔に置かれている。この円板の外周は球面形であ
り、ジンバル・セットの半分を形成する。残りの２つの
支持部材は、固定されており、三角形の２頂点を形成す
るように、より大きなフレームの頂面の１辺に面して堅
固に取り付けられる。このフレームまたは台板はまた、
その頂面内に球面座が形成されており、この球面座が、
上述の円板と対合するジンバル・セットの残り半分にな
る。この座は、固定された支持部材の中央に、それらに
対向する辺に面して置かれる。ジンバル円板上の支持部
材は、台板またはフレームに対して、これらの支持部材
のうちの２つが、フレーム内の固定された２つの支持部
材に対向するフレーム頂面の辺に面するような向きにあ
る。これら４つの支持部材は、正方形の頂点を形成する
ことになる。ジンバル円板上の第３の支持部材は、他の
４つの支持部材の中央にある。

【００１９】ジンバル円板は、その球面上で、台板また
はフレームの球面座内を自由に浮動できる。これによっ
て、ジンバル円板２６上の３つの支持部材が、それらに
提示された任意の平面の向きに従えるようになる。ジン
バル円板上の３つの支持部材が、ジンバル幾何形状によ
る制限の範囲内で自由に浮動できる第１平面の３点を確
立する。ジンバルの中央点は、フレームに取り付けられ
た２つの支持部材と共に、第２平面の３点を確立するの
に利用される。その後、ジンバル円板を、真空を用いて
その座にロックする。この時、加工物または基板は、５
つの点によって従順な形で支持される。

【００２０】動作に際しては、平坦な下側表面を有する
柔軟な基板を、上記の形で配置された５つの支持部材に
近接して置く。５つの支持部材がすべて基板表面と接触
するまで、ジンバル円板に接続された３つの支持部材
（すなわち、剛体の三角形を形成する３つの支持部材）
からなる三角形の平面を調節する。その後、この平面が
フレームに対してそれ以上移動しないように、三角形を
形成する支持部材をロックする。

【００２１】ここで図５を参照すると、図１と図４に示
した実施例に類似の保持固定具が、フレーム２０を用い
てステージ６０に取り付けられている。ステージ６０
は、三角形の形状を有し、３点で支持されて台板６２上
に立つ。２点にある水準ねじ６４および６６を用いて、
基板（図示せず）の頂面の平面を平面化工具に対して位
置合せすることができる。

【００２２】単一の好ましい実施例に関して本発明を説
明してきたが、請求項の趣旨および範囲を逸脱せずに変
更を加えて本発明を実施できることが、当業者には理解
されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の教示による保持固定具の１実施例の平
面図である。

【図２】真空要素の詳細な平面図である。

【図３】真空要素の、図２の線２Ｂ−２Ｂに沿った断面
図である。

【図４】図１に示した保持固定具の、諸部分の（図１の
線３−３に沿った）横断面を示す側面図である。

【図５】水準ねじを用いて、フレームをステージとして
取り付けた所を示す、本発明の教示による保持固定具の
平面図である。

【符号の説明】

１０ 真空要素 １２ 真空要素 １４ 真空要素 １６ 真空要素 １８ 真空要素 ２０ フレーム ２２ 基板 ２６ ジンバル円板 ４０ 支持部材 ４２ 支え面 ４４ シール ５２ 球面 ５４ 球面 ５６ チャンバ ６０ ステージ ６４ 水準ねじ ６６ 水準ねじ

フロントページの続き (72)発明者 ケニス・ファーマン アメリカ合衆国12538、ニューヨーク州ハ イド・パーク、フォールキル・ロード315 エイ (72)発明者 ロバート・ダブリュー・パスコ アメリカ合衆国12590、ニューヨーク州ワ ッピンガーズ・フォールズ、アルパート・ ドライブ１

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】剛体フレームと、 前記フレームに固定された第１の対の隔置された基板支
   持部材と、 ジンバル円板と、 前記ジンバル円板が前記フレームに対する回転運動の自
   由度を少なくとも２つ有するように前記ジンバル円板を
   前記剛体フレームに取り付ける手段と、 前記ジンバル円板に固定された第２の対の隔置された基
   板支持部材と、 前記ジンバル円板に固定された第５の基板支持部材とを
   併せて備え、 前記第１の対および前記第２の対の隔置された基板支持
   部材が、前記基板の４つの隔置された領域で前記基板に
   接触するように配置され、 前記第５の基板支持部材が、前記基板の中央領域に接触
   するように配置される、柔軟な基板用の保持固定具。
2. 【請求項２】前記取付け手段が空気軸受であり、さら
   に、前記ジンバル円板の前記フレームに対する位置をロ
   ックする手段を含むことを特徴とする、請求項１の柔軟
   な基板用の保持固定具。
3. 【請求項３】前記支持部材がそれぞれ、前記基板と点接
   触する表面を有することを特徴とする、請求項１の柔軟
   な基板用の保持固定具。
4. 【請求項４】前記基板の前記４つの隔置された外周領域
   が、正方形の各頂点にあることを特徴とする、請求項１
   の柔軟な基板用の保持固定具。
5. 【請求項５】さらに、前記フレームに固定された、前記
   基板を前記基板支持部材に対して位置決めするための手
   段を含む、請求項１の柔軟な基板用の保持固定具。
6. 【請求項６】前記支持部材がそれぞれ、真空チャックで
   あることを特徴とする、請求項１の柔軟な基板用の保持
   固定具。
7. 【請求項７】５つの支持部材のうちの２つが、フレーム
   に取り付けられ、前記５つの支持部材のうちの他の３つ
   が、剛体の三角形を形成し、前記三角形の平面が、前記
   フレームに関して可動であるように、基板を前記５つの
   支持部材の配列に近接して置くステップと、 前記５つの支持部材がすべて基板の下側表面に接触する
   まで、前記三角形の前記平面を調節するステップとを含
   む、下側表面を有する柔軟な基板を保持し支持する方
   法。
8. 【請求項８】さらに、前記三角形の前記平面が前記フレ
   ームに対してそれ以上移動しないように、三角形を形成
   する前記支持部材をロックするステップを含む、請求項
   ７の方法。