KR101313016B1 - 흡착 테이블 - Google Patents

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야스토모 오카지마
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미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 다공질판을 이용한 흡착 테이블에 있어서, 기판을 고정하는 데에 필요한 흡착력이 얻어지고 있는지를 확실하게 확인할 수 있도록 한 흡착 테이블을 제공한다.
(해결 수단) 다공질판으로 형성되며 기판이 올려놓여지는 스테이지(11)와, 스테이지의 둘레 부분을 지지하는 베이스(12)로 이루어지고, 중공(hollow) 공간(14)이 형성되는 테이블 본체(13)와, 중공 공간을 감압하는 진공 배기 기구(17)와, 중공 공간의 압력을 검출하는 압력 센서(31)를 구비하고, 스테이지 상에서 기판이 올려놓여지는 위치에, 다공질판을 관통하여 중공 공간에 도달하는 세공(細孔; 33)이 형성되도록 하여, 기판을 올려놓았을 때에 큰 차압이 발생하여 압력 센서로 검출할 수 있도록 한다.

Description

흡착 테이블{SUCTION TABLE}
본 발명은, 유리 기판, 실리콘 웨이퍼, 화합물 반도체, 세라믹 등의 평판 형상의 기판을, 진공 흡착에 의해 고정하는 흡착 테이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡착면이 다공질(多孔質) 재료로 형성된 흡착 테이블에 관한 것이다.
진공 흡착에 의해 기판을 고정하는 흡착 테이블은, 여러 가지 분야의 기판 가공 장치에서 이용되고 있다. 예를 들면, 대형의 유리 기판이나 반도체 기판(소위 머더 기판;mother substrate)의 위에 다수의 전자 부품을 패턴 형성하고, 이것을 개개의 전자 부품마다로 분단(dividing)하는 기판 가공 장치에서는, 커터 휠(cutter wheel) 등을 이용한 메커니컬 스크라이브나 레이저 빔을 이용한 레이저 스크라이브에 의해, 기판에 스크라이브 라인(scribing line)을 형성하는 가공이 행해진다. 그때에, 소망하는 위치에 스크라이브 라인을 형성하기 위해 기판을 위치 결정하여 흡착 테이블로 고정하도록 하고 있다.
기판 가공 장치에 이용하는 흡착 테이블에는, 금속판에 다수의 흡착용의 관통구멍을 형성하여 흡착면으로 한 타입의 테이블과, 세라믹 등의 다공질판을 흡착면으로 한 타입의 테이블이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
도 5는 금속판에 다수의 흡착용의 관통구멍을 형성한 타입의 흡착 테이블의 일 예를 나타내는 단면도이다. 흡착 테이블(50)은, 상면(51a)(흡착면이 되는 스테이지 표면)에 기판이 올려놓여지는 금속제(金屬製)의 스테이지(51)와, 스테이지(51)를 그 둘레부에서 지지하는 베이스(52)를 구비하고 있다. 스테이지(51)는, 기판이 올려놓여지는 영역에, 다수의 관통구멍(53)이 격자 형상으로 형성되어 있다. 또한, 스테이지(51)의 바로 아래에는, 중공(hollow) 공간(54)이 형성되어 있어, 스테이지(51)의 이면(裏面; 51b)이 중공 공간(54)에 면하도록 되어 있다. 그리고, 각 관통구멍(53)이 중공 공간(54)으로 통하도록 되어 있다.
베이스(52)의 중앙에는 플러그(55)가 부착되어 있고, 플러그(55)에는 중공 공간(54)으로 통하는 유로(55a)가 형성되어 있다. 플러그(55)는 또한 외부 유로(56)를 통하여 진공 펌프(57), 에어원(air source; 58)에 접속되어, 밸브(59, 60)의 개폐에 의해 중공 공간(54)을 감압 상태로 하거나, 대기압 상태로 되돌리거나 할 수 있게 되어 있다.
흡착 테이블(50)에서는, 기판(G)이 스테이지(51) 상에 올려놓여짐으로써 모든 관통구멍(53)이 막혀 있을 때에는 강한 흡착력이 작용하여, 기판(G)을 안정되게 고정할 수 있다. 예를 들면, 진공 펌프(57)로 배기했을 때에 관통구멍(53)이 모두 기판으로 막히면, 중공 공간(54)의 압력은, 플러그(55) 근방에 설치된 압력 센서(61)로 모니터하면, -60KPa 정도의 압력까지 감압되지만, 기판을 제거하여 모든 관통구멍(53)을 개방하면, 중공 공간(54)은 -5KPa 정도의 압력이 된다. 따라서 모든 관통구멍(53)을 막도록 기판을 올려놓으면, 이들 2개의 상태간의 압력차(차압 약 55KPa 정도)가 각 관통구멍(53)을 통하여 흡착력으로서 작용하게 된다. 또한, 기판의 위치가 어긋나 관통구멍(53)이 1개라도 막혀있지 않은 상태가 되면, 그로부터 큰 리크(leak)가 발생하게 되어, 흡착력은 한번에 약해지게 된다.
한편, 도 6은 세라믹제의 다공질판을 흡착면에 이용한 타입의 흡착 테이블의 일 예를 나타내는 단면도이다.
흡착 테이블(70)에서는, 도 5에 있어서의 금속제의 스테이지(51)를 대신하여, 다공질판으로 이루어지는 스테이지(71)가 이용된다. 다공질판에는 다수의 미세구멍이 포함되어 있어, 상면(71a)과 하면(71b)과의 사이에서 통기성을 갖고 있다. 또한, 스테이지(71) 이외의 각 부분은, 도 5와 동일한 구성이기 때문에, 동일 부호를 붙여 설명의 일부를 생략한다.
흡착 테이블(70)에서는, 진공 펌프(57)를 작동하면 중공 공간(54)이 감압 상태가 되어, 다공질판 전면(全面)의 미세구멍을 통하여 리크가 발생해, 스테이지(71)의 거의 전면에서 흡착할 수 있게 된다. 그 때문에, 스테이지(71)에 있어서의 상면(71a)의 어디에 기판(G)을 올려놓아도 흡착된다. 그러나, 다공질판은 미세구멍을 통과하는 기체의 흐름의 저항이 크기 때문에, 큰 흡착력은 바랄 수 없다.
예를 들면, 진공 펌프(57)로 배기했을 때에 상면(71a) 전체(즉 흡착면 전체)를 기판(G)에 의해 완전하게 막으면, 압력 센서(61)로 중공 공간(54)은 -60KPa 정도의 압력까지 감압되지만, 기판(G)을 제거하여 상면(71a) 전체를 개방한 경우라도 미세공의 리크량은 작아, -55KPa 정도의 감압 상태가 된다. 즉, 다공질판(71)에서는 작은 압력차(차압 5KPa 정도)로의 흡착력이 작용하게 된다.
일본공개특허공보 2000-332087호
전술한 바와 같이, 전자(前者)의 금속제의 흡착 테이블(50)은, 강한 흡착력이 얻어지는 반면, 일부의 관통구멍(53)이 막혀 있지 않으면 흡착력이 급격하게 약해지는 성질이 있다. 한편, 후자(後者)의 다공질판의 흡착 테이블(70)은, 전자의 관통구멍(53)을 통하여 얻어지는 바와 같은 강한 흡착력을 얻을 수 없기는 하지만, 스테이지(71)와 기판(G)이 접하는 면 전체에서 흡착이 행해지기 때문에, 기판 면적에 비례하여 흡착력은 커진다. 따라서, 어느 정도의 크기의 기판 면적이 되면, 스테이지(71) 상의 임의의 위치에서 기판을 고정할 수 있게 된다. 따라서, 양자(兩者)의 흡착 테이블은 각각의 특징을 살려, 용도에 따라서 구분하여 사용되고 있다.
그런데, 흡착 테이블을 사용하는 경우에, 흡착력이 충분한지를 확인하는 것이 필요한 경우가 있다. 예를 들면, 머더 기판에 스크라이브 라인을 형성하는 기판 가공 장치에서는, 기판의 위치 결정 후에 흡착 테이블로 고정한다. 고정 후는 기판 위치가 어긋나지 않도록, 문턱값 이상의 흡착력(문턱값을 기판 보지력(保持力)이라고 함)으로 흡착하고 있는지를 확인할 필요가 있다.
그 경우에, 전자의 금속제 흡착 테이블이면, 도 5에 있어서의 압력 센서(61)를 진공 스위치로서 이용함으로써, 흡착 상태를 확인할 수 있다. 즉, 모든 관통구멍(53)이 막혔을 때의 중공 공간(54)의 압력 상태(-60KPa)와, 관통구멍(53)이 개방되었을 때의 압력 상태(-5KPa)에서는, 압력차가 충분히 크기 때문에, 이들 중간의 압력값을 문턱값으로서 설정해 둠으로써, 확실하게 기판이 올려놓여진 상태인지 아닌지를 확인할 수 있다.
또한, 이 문턱값을 모든 관통구멍(53)이 막혔을 때의 압력 상태보다 조금 작은 값(예를 들면 -50KPa)으로 설정함으로써, 모든 관통구멍(53)이 완전하게 막힌 상태인지, 어느 관통구멍(53)으로부터 리크가 발생하고 있는 불완전한 상태인지를 판단할 수 있고, 이에 따라, 기판이 올바른 위치에 올려놓여져 있는지를 판단할 수도 있다.
그러나, 후자의 다공질판을 이용한 흡착 테이블의 경우는, 도 6에 있어서의 압력 센서(61)를 진공 스위치로서 이용했다고 해도, 기판이 올려놓여졌을 때의 중공 공간의 압력 상태(-60KPa)와, 올려놓여져 있지 않았을 때의 압력 상태(-55KPa)에서는, 압력차(차압)를 충분히 크게 취할 수 없기 때문에, 이들 중간의 압력값(예를 들면 -57.5KPa)으로 문턱값을 설정했다고 해도 오(誤) 작동하는 일이 많아, 정확하게 올려놓음(loading) 상태를 확인하는 것이 곤란했다.
그래서, 본 발명은, 다공질판을 이용한 흡착 테이블에 있어서, 기판을 고정하는 데에 필요한 흡착력이 얻어지고 있는지를 확실하게 확인할 수 있도록 한 흡착 테이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 다음과 같은 기술적 수단을 강구했다. 즉, 본 발명의 흡착 테이블은, 다공질판으로 형성되며 기판이 올려놓여지는 스테이지와, 스테이지의 둘레 부분을 지지하는 베이스로 이루어지고, 내부에 중공 공간이 형성됨과 함께, 스테이지의 이면이 중공 공간에 면하도록 구성된 테이블 본체, 중공 공간을 감압하는 진공 배기 기구, 중공 공간의 압력을 검출하는 압력 센서를 구비한다. 그리고, 스테이지 상에서 기판이 올려놓여지는 위치에, 다공질판을 관통하여 중공 공간에 도달하는 세공(細空)이 형성되도록 한다.
본 발명에 의하면, 스테이지 상에 기판을 올려놓지 않은 상태(세공이 개방된 상태)에서 중공 공간을 진공 배기하면, 설령 다공질판으로 형성된 스테이지라도, 세공을 통하여 큰 리크가 발생하여, 중공 공간이 감압되기 어려운 상태가 된다. 한편, 세공을 막도록 기판을 스테이지 상에 올려놓고, 중공 공간을 진공 배기하면, 세공으로부터의 큰 리크는 없어지고, 다공질판의 미세구멍에 의한 근소한 리크만이 발생하게 되어, 중공 공간은 강하게 감압되는 상태가 된다.
따라서, 기판에서 세공을 막은 상태와 막지 않은 상태에서, 큰 압력차를 발생시킬 수 있게 되고, 압력 센서로 중공 공간의 압력을 검출하면, 기판이 올려놓여진 상태인지, 올려놓여져 있지 않은 상태인지를 확실하게 확인할 수 있다.
여기에서, 다공질판에 형성하는 세공의 수는 1개인 것이 바람직하다. 세공을 1개만으로 하면, 이 위치에 기판을 올려놓고 세공을 막을지, 개방할지로 리크량을 크게 변화시킬 수 있게 되어, 기판이 올려놓여진 상태인지 아닌지를 확실하게 확인할 수 있다.
세공의 구멍지름은 0.5㎜∼1㎜인 것이 바람직하다. 이에 따라, 세공을 막는 기판의 유무로 기판을 검출하기 위해 필요한 차압을 발생시킬 수 있고, 또한, 세공의 지름이 충분히 작기 때문에 기판을 올려놓았을 때에 확실하게 막을 수 있어, 세공을 통한 불필요한 리크 발생을 확실하게 억제할 수 있다.
또한, 스테이지에 올려놓여지는 기판을 세공의 위치를 막도록 유도하는 위치 결정 기구가 설치되도록 해도 좋다. 이에 따라, 올려놓는 기판의 크기가 매회 상이한 경우라도, 위치 결정 기구를 이용하여 기판의 올려놓음 위치를 유도함으로써, 확실하게 세공을 막을 수 있게 된다.
또한, 스테이지의 중앙에 세공이 형성되도록 해도 좋다. 이에 따라, 기판 중앙에 기판을 올려놓음으로써, 확실하게 세공을 막을 수 있다. 예를 들면, 스테이지 중앙에 마커를 붙여 두면, 마커를 참고로 하여 기판을 올려놓으면 확실하게 세공을 막을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태인 흡착 테이블을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 흡착 테이블의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 형태인 흡착 테이블의 단면도이다.
도 4는 도 3에 있어서의 흡착 테이블의 평면도이다.
도 5는 종래의 금속제 흡착 테이블의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 종래의 다공질판을 이용한 흡착 테이블의 일 예를 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에 있어서 본 발명에 따른 흡착 테이블의 상세를 그 실시 형태를 나타내는 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명에 따른 흡착 테이블의 일 실시예를 나타내는 단면도이고, 도 2는 그 평면도이다.
흡착 테이블(10)은, 상면(11a)(스테이지 표면)에 기판이 올려놓여지는 사각형의 스테이지(11)와, 스테이지(11)를 그 둘레부에서 맞닿도록 하여 지지하는 베이스(12)로 이루어지는 테이블 본체(13)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는 스테이지(11)의 둘레부의 하면(스테이지 이면(11b))에서 베이스(12)로 지지되어 있지만, 스테이지(11)의 측면에서 베이스로 지지되도록 해도 좋다. 어느 경우도 접촉면은 밀착하도록 하여 리크가 발생하지 않도록 되어 있으면 좋다.
스테이지(11)는 다공질 재료이면 좋아, 예를 들면 세라믹제의 다공질판으로 형성된다. 스테이지(11)의 둘레부를 제외한 중앙 부분의 바로 아래에는, 베이스(12)에 오목부를 형성하도록 하여 중공 공간(14)이 형성되어 있어, 스테이지(11)의 이면(11b)이 중공 공간(14)에 면하도록 되어 있다. 중공 공간(14)은 스테이지(11)측에 오목부를 형성하도록 해도 좋고, 스테이지(11)와 베이스(12)의 양측에 오목부를 형성하도록 해도 좋다.
베이스(12)의 중심에는 플러그(15)가 부착되어 있고, 플러그(15)에는 중공 공간(14)으로 통하는 유로(15a)가 형성되어 있다. 플러그(15)는 또한 외부 유로(16)를 통하여 진공 펌프(17), 에어원(18)에 접속되고, 밸브(19)를 개방함으로써 중공 공간(14)을 감압 상태로 하거나, 밸브(30)를 개방함으로써 대기압 상태로 되돌아 가거나 할 수 있게 되어 있다.
플러그(15)의 근방의 외부 유로(16)에는 압력 센서(31)가 설치되어 있어, 중공 공간(14)의 압력을 모니터할 수 있음과 함께, 미리 문턱값을 설정해 둠으로써, 기판 보지력을 확보할 수 있는지 아닌지의 판정을 행하는 진공 스위치로서 사용할 수 있도록 되어 있다.
또한, 사각형의 스테이지(11)의 1개의 모서리에는, 2변에 대하여 상면(11a)보다도 상측으로 돌출하도록 부착한 위치 결정 부재(32)가 설치되어 있고, 사각형의 기판(G)을 스테이지 상에 올려놓을 때에, 2변을 위치 결정 부재(G)에 맞닿게 함으로써, 정(定)위치에 유도되도록 되어 있다.
또한, 위치 결정 부재(32)가 부착되어 있는 모서리의 근방에는, 스테이지(11)를 관통하는 세공(33)이 1개 형성되어 있다. 이 세공(33)은 구멍지름이 0.5㎜∼1㎜ 정도로 되어 있다. 위치 결정 부재(32)에 기판(G)을 맞닿게 하여 올려놓았을 때에, 기판(G)에 의해 확실하게 세공(33)이 막히도록 할 필요가 있기 때문에, 올려놓여지는 가능성이 있는 기판 중, 가장 작은 기판을 올려놓을 때를 고려하여, 그 경우라도 확실하게 막을 수 있는 위치에 세공(33)을 형성하도록 되어 있다. 구체적으로는, 예를 들면 사용하는 최소 기판이 5㎝각(角)이면, 위치 결정 부재(32)를 설치한 모서리로부터 5㎝각 내에 세공(33)을 형성하도록 되어 있다.
다음으로, 이 흡착 테이블(10)의 사용 동작에 대해서 설명한다. 사용 전에, 흡착력을 확인하기 위해, 진공 펌프(17)를 작동함과 함께 스테이지(11)의 전면을 막고, 다공질면으로부터의 리크가 발생하고 있지 않을 때에, 중공 공간(14)이 도달하는 압력 P1을 계측한다. 이때, -60Pa까지 감압되어 있다고 한다. 이어서, 스테이지(11)의 전면을 개방하여, 다공질면 및 세공(33)에서 리크가 발생하고 있을 때에 중공 공간(14)이 도달하는 압력 P2를 계측한다. 이때 세공(33) 이외의 다공질면으로부터의 리크량은 작지만, 세공(33)으로부터의 리크가 가해지기 때문에, 도달 압력은 -10KPa 정도가 된다(덧붙여 말하면 세공(33)이 없는 다공질판의 경우는 -55KPa 정도가 된다).
이상의 계측을 행한 후, 압력 센서(31)를 진공 스위치로서 사용할 때의 문턱값(Ps)을 설정한다. 구체적으로는 압력 P1, P2의 사이의 압력값을 문턱값으로서 설정한다. 여기에서는 문턱값 압력으로서 -30KPa를 설정한다. 또한, 가능한 한 큰 기판 보지력을 요구하는 경우는, 문턱값(Ps)을 P1에 접근시키도록 한다.
이상의 설정을 행한 후에는, 스테이지(11) 상에 기판을 올려놓았을 때에 진공 스위치의 작동 상태에서 기판의 유무를 확인할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 압력 센서(31)를 진공 스위치로서 사용했지만, 단순히, 작업자가 압력 센서(31)의 압력값을 판독함으로써, 기판의 유무, 리크의 유무를 확인하도록 해도 좋다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 형태인 흡착 테이블의 단면도이고, 도 4는 그 평면도이다. 도 1, 도 2와 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 붙임으로써, 설명의 일부를 생략한다. 이 흡착 테이블(40)에서는, 스테이지(41)의 중앙에 세공(35)을 형성하도록 하고 있다. 본 실시 형태에서는, 올려놓는 기판의 크기나 형상에 관계없이, 스테이지(41)의 중앙에 기판이 올려놓여져 있는지 아닌지를 확인할 수 있다. 또한, 스테이지(41)의 상면(41a)에 세공(35)의 위치를 나타내는 타깃 마크와 같은 모양을 그려 두면, 기판을 세공(35)의 위에 올려놓는 것이 용이해진다.
이상 본 발명의 대표적인 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 반드시 상기한 실시 형태에 특정되는 것이 아니며, 그 목적을 달성하고, 청구 범위를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절히 수정, 변경하는 것이 가능하다.
본 발명의 흡착 테이블은, 기판 가공 장치에서 기판을 고정하는 테이블로서 이용할 수 있다.
G : 기판
10, 40 : 흡착 테이블
11 : 스테이지
12 : 베이스
13 : 테이블 본체
14 : 중공 공간
15 : 플러그
16 : 외부 유로
17 : 진공 펌프
18 : 에어원(air source)
31 : 압력 센서
32 : 위치 결정 부재
33, 35 : 세공

Claims (5)

  1. 다수의 미세구멍이 포함되어 있는 다공질판으로 형성되며 기판이 올려놓여지는 스테이지와, 상기 스테이지의 둘레 부분을 지지하는 베이스로 이루어지고, 내부에 중공(hollow) 공간이 형성됨과 함께, 상기 스테이지의 이면(裏面)이 상기 중공 공간에 면하도록 구성된 테이블 본체와,
    상기 중공 공간을 감압하는 진공 배기 기구와,
    상기 중공 공간의 압력을 검출하는 압력 센서를 구비하고,
    상기 스테이지 상의 일부 영역이며, 상기 기판이 올려놓여지는 위치에, 상기 다공질판에 포함되어 있는 미세구멍과는 별도로, 다공질판을 관통하여 중공 공간에 도달하는 세공(細孔)이 형성되며, 상기 세공의 구멍지름이 0.5㎜∼1㎜인 것을 특징으로 하는 흡착 테이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세공의 수가 1개인 흡착 테이블.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스테이지에 올려놓여지는 기판을 상기 세공의 위치를 막도록 유도하는 위치 결정 기구가 설치되는 흡착 테이블.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 스테이지의 중앙에 상기 세공이 형성되는 흡착 테이블.
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