JP3732060B2

JP3732060B2 - 吸着プレート及び真空吸引装置

Info

Publication number: JP3732060B2
Application number: JP36103499A
Authority: JP
Inventors: 敬展石川; 哲爾余語
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2019-12-20
Also published as: JP2001176957A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハやガラス等の平板を吸着保持し、加工時の固定や搬送などに用いることができる吸着プレート及び真空吸引装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば平板状の半導体ウエハ（シリコンウエハ）を研磨加工したり、搬送するために、真空引きの技術を利用して、シリコンウエハ等を着脱自在に吸着する真空吸引装置が使用されている。
【０００３】
この真空吸引装置は、その本体の先端の吸引口側に、例えばセラミックス製の円盤状の吸着プレート（いわゆるセラミックス真空チャック）が取り付けられたものであり、吸着プレートには、その板厚方向に貫通する多数の小径の吸着孔が設けられている。
【０００４】
前記真空吸引装置では、真空ポンプ等によって真空吸引装置内の空気を吸引して気圧を低下させることにより、吸着プレートの外側面である吸着面に、シリコンウエハ等を吸着することができる。
ところが、上述したシリコンウエハ等を真空吸着した場合、シリコンウエハと吸着プレートの間に、コンタミネーション（摩耗による汚れ）やパーティクル（微少なゴミ）が挟まり、その盛り上がりによって加工後の面精度が悪くなることがある。
【０００５】
この対策として、シリコンウエハと吸着プレートの接触面積を極力減らすような形状の吸着面を持った吸着プレートが提案されている。例えば吸着プレートにピンを千鳥格子に配列する技術（特開平４−３２３８４９号公報参照）や、多孔質材に多数の突起を設けた技術（特開平１０−１２８６３３号公報参照）が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術では、以下の問題があり、必ずしも十分ではない。
つまり、前記従来技術では、多数のピンや突起（以下突起部と記す）を吸着プレートの表面に形成することで、コンタミネーションやパーティクルの挟まりをかなり防止できるが、その突起部のために、シリコンウエハを真空吸着する場合に別の問題が生じることがあった。
【０００７】
具体的には、シリコンウエハを吸着プレートの吸着面に接触させた時に、突起部の角によりシリコンウエハを傷つけることがあった。
また、ごくまれにではあるが、突起部の方がその角部にて損傷することがあり、それがパーティクルの原因ともなるという問題もあった。
更に、これとは別に、シリコンウエハを研磨する場合には、通常４０〜５０℃前後の温度状態になり、その熱によって吸着プレート自身が僅かに外側に凸に膨張するという問題があった。
【０００８】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、吸着プレートにてシリコンウエハ等の被加工物を吸着した場合でも、（前記吸着プレートの膨張にかかわらず）被加工物の平面度が高く、また、被加工物を傷つけることのない吸着プレート及び真空吸引装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）前記目的を達成するための請求項１の発明は、
真空吸引装置本体の吸引口側に装着され、被加工物を吸引して保持する吸着プレートにおいて、前記吸着プレートは、前記被加工物を吸引して保持する吸着面側に、該吸着面の周囲を囲ってシールするシール部を備えるとともに、該シール部の内側の吸着面上に、複数の突起部を備え、更に、前記シール部の高さに対して、前記吸着面中心近傍に位置する突起部の頂上部の高さが、０．１〜２μｍ低くなっていることを特徴とする吸着プレートを要旨とする。
【００１０】
本発明では、吸着プレートの吸着面の周囲を囲むようシール部が設けられている。シール部は、例えば凸状の土手（リム部）が円形に設けられたもの等であり、このシール部により、吸着面のシール部より内側（突起部が設けられた側）と外側との間をシールして分離する。これにより、外界からの空気の流入が防止されるので、被加工物を確実に吸着することができる。
【００１１】
更に、突起部は、被加工物と吸着面との間隔をあけて被加工物と吸着プレートの接触面積を減らすことができ、これにより、コンタミネーションやパーティクルの挟まりに起因する面精度の低下を防止することができる。
また、真空吸引装置に吸着プレートを装着して、例えばシリコンウエハ等を研磨する場合には、通常４０〜５０℃前後の温度状態となり、その熱により吸着プレート自身は僅かに外側に凸に膨張する。
この対策として、特に本発明では、吸着面中心近傍に位置する突起部の頂上部の高さが、周囲のシール部の高さに対して僅かに低くしている。つまり、吸着プレートの（突起部が形成する）表面は、その中央部がへこんだ凹状となっている。
そのため、加工時に吸着プレートの中央が外側に凸になっても、突起部の高さは中央近傍が低くなっているので、結果として、吸着プレートの表面は平らになる。よって、この極めて平面の吸着プレートによって、被加工物の平面度が向上し、シリコンウエハ等の歩留まりが高くなる。
（２）請求項２の発明は、
前記突起部の直径が０．１５〜０．５ｍｍであり、且つ該突起部の頂上部の角部に、０．０１〜０．０５ｍｍの面取り部を備えたことを特徴とする前記請求項１に記載の吸着プレートを要旨とする。
本発明では、突起部の直径が０．１５〜０．５ｍｍであり、その突起部の頂上部の角部に、０．０１〜０．０５ｍｍの面取り部を備えているので、角部がとがっていない。
【００１２】
そのため、例えばシリコンウエハのような被加工物を吸着した場合でも、被加工物を角部にて傷つけることがない。また、突起部の角部は破損しにくいので、破片がパーティクルとなることがなく、上述した面精度の悪化を防止できる。
尚、ここで、突起部の直径とは、例えば図１（ａ）に例示する様に、面取りが行われていない状態を仮定した場合の頂上部の直径である。
【００１３】
また、面取り部の長さは、面取りが行われた部分の辺の最大の長さを示し、例えばＣ面取りの場合には、図１（ｂ）に例示する様に、直交する各辺ａ、ｂの長さの大きい方であり（通常は４５°面取りであるのでａ＝ｂ）、また、例えばＲ面取りの場合は、図１（ｃ）に例示する様に、Ｒ面取りの半径Ｒとした場合も、直交する各辺ａ、ｂの長さの大きい方である。
【００１４】
（３）請求項３の発明は、
前記突起部の頂上部の角部に、０．０２〜０．０４ｍｍの面取り部を備えたことを特徴とする前記請求項２に記載の吸着プレートを要旨とする。
本発明は、面取り部のより好ましい範囲を示したものであり、この範囲であれば、角部による被加工物の傷を一層に防止でき、角部自身の破損も一層防止できる。
【００１５】
（４）請求項４の発明は、
前記面取り部は、Ｃ面取り又はＲ面取りであることを特徴とする前記請求項２又は３に記載の吸着プレートを要旨とする。
本発明は、面取り部を例示したものであり、いわゆるＣ面取り及びＲ面取りを採用できる。
【００２０】
（５）請求項５の発明は、
前記請求項１〜４のいずれかに記載の吸着プレートを、前記真空吸引装置本体の吸引口側に装着したことを特徴とする真空吸引装置を要旨とする。
本発明は、上述した吸着プレートを真空吸引装置本体に装着した真空吸引装置を示している。従って、この吸着プレートを装着した真空吸引装置を用いて、被加工物の加工精度を高めることができる。
【００２１】
尚、吸着プレートは、真空吸引装置本体に直接に又は各種の中間部材を介して装着することができる。
また、前記吸着プレートの材質としては、アルミナ、炭化珪素、及び窒化珪素のいずれかを主成分とするセラミックスを採用できる。
【００２２】
更に、前記シール部にて囲まれる吸着面の外径としては２００〜４００ｍｍφのものを採用できる。この範囲であれば、上述した吸着面中心近傍のへこみとのバランスがよく、被加工物の研磨等の際に、より平面になり易く好適である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の吸着プレート及び真空吸引装置の実施の形態の例（実施例）を、図面を参照して説明する。
（実施例）
ここでは、シリコンウエハを吸引して保持して（即ち吸着して）研磨するために用いられる吸着プレート及び研磨ヘッドを例に挙げる。
【００２４】
ａ）まず、本実施例の吸着プレートを備えたポリッシングマシンの全体構成について説明する。
図１に示す様に、ポリッシングマシン１は、半導体ウエハであるシリコンウエハ３に対して、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行うＣＭＰ装置であり、主として、回転可能に配置されたプラテン５と、その上面側に配置された真空吸引装置である研磨ヘッド７とから構成されている。
【００２５】
前記プラテン５は円盤状であり、その上部には上面の全体を覆うように研磨パッド９が設けられている。この研磨パッド９の上面には、研磨時にＣＭＰ用のスラリー１１が供給される。
また、研磨ヘッド７は、主として、筒状の金属製（例えばＪＩＳＳＵＳ３０４）の研磨ヘッド本体（真空吸引装置本体）１３と、円盤状のセラミックス製（例えば主成分がアルミナ）の吸着プレート（いわゆる真空チャック）１７とから構成されている。
【００２６】
前記研磨ヘッド本体１３は、その内部の減圧空間１９が、真空ポンプ（図示せず）に接続されて、真空引きされる構成となっている。
この研磨ヘッド本体１３の下端には、その外周から外側に向かって鍔状に突出する取付部２１が設けられ、この取付部２１にて吸着プレート１７がネジ（図示せず）により固定されている。つまり、前記吸着プレート１７は、研磨ヘッド本体１３の下方の吸引口１５を覆うように装着されている。
【００２７】
ｂ）次に、前記吸着プレート１７について説明する。
▲１▼図３に示す様に、本実施例では、吸着プレート１７の上下の表面のうち、図の上方の表面がシリコンウエハ３を吸着保持する吸着面Ｋ（基板表面）であり、吸着面Ｋと反対側の図の下方の表面が非吸着面Ｈ（基板裏面）である。尚、図３では、シリコンウエハ３を吸着した状態を示しており（但し半分のみを図示）、前記図２では、この吸着面Ｋ側が下方になる。
【００２８】
以下詳細に説明する。
図４に平面を示す様に、吸着プレート１７は、直径φ２００ｍｍ×厚み２０ｍｍの円盤状の基板１７ａを有し、その基板１７ａの吸着面Ｋ側に多数の突起部２１が格子状に配置され、その突起部２１の周囲を囲む様に環状に突出した土手であるシール部２３が形成されている。尚、ここでは、基板表面のうち、シール部２３で囲まれた表面を吸着面Ｋとするが、この吸着面Ｋの直径は、φ１９８ｍｍである。
【００２９】
図５に拡大して示す様に、前記突起部２１は、高さ０．１〜０．５ｍｍ、頂上部の直径０．１５〜０．５ｍｍの円錐台の形状をしており、１ｍｍの間隔（ピッチ）で多数が配置されている。特に、突起部２１の頂上部２５の角部２７は、Ｒ半径が０．０１〜０．０５ｍｍのＲ面取りが施されて、滑らかな面取り部２９となっている。尚、この突起部２１は、吸着時にその先端が被加工物であるシリコンウエハ３と接して、シリコンウエハ３の平面度を保持するためのものである。
【００３０】
図４のＡ−Ａ断面の一部を図６に示す様に、前記シール部２３は、近傍の突起部２１の高さと同じ様に、高さ０．１〜０．５ｍｍとされ、その厚みは、０．２〜０．５ｍｍである。
このシール部２３は、図３及び図４に示す様に、全ての突起部２１を囲むようにリング状に配置されており、シリコンウエハ３を吸着する場合には、突起部２１が形成された吸着面Ｋの内側と外側とをほぼ気密状態で分離する（シールする）ことができる。
【００３１】
また、多数の突起部２１のうち、吸着面Ｋの中央近傍の突起部２１の高さは、シール部２３の高さより０．１〜２μｍ程度低くなっている。これにより、吸着プレート１７の装着前の段階、即ち研磨等の加工を行う前の状態では、吸着プレート１７の吸着面Ｋ側の（突起部２１の頂上部２５が形成する）表面は、中央がへこんだ凹状となっている。
【００３２】
更に、前記吸着プレート１７には、図４に示す様に、中央とその周囲の８カ所の合計９カ所に、その厚み方向に貫通する小径の吸着孔３１が形成されている。この吸着孔３１は、同一の内径の円柱形状でもよいが、吸着面Ｋ側の内径（例えばφ０．５ｍｍ）よりも、吸着面Ｋと反対側の非吸着面Ｈ側の内径（例えばφ３ｍｍ）の方を大きくしてもよい。
【００３３】
尚、吸着プレート１７の非吸着面Ｈ側には、吸着プレート１７を研磨ヘッド本体１３に取り付けるために、その外周の近傍に、複数（例えば６箇所）のねじ穴を備えた固定部（図示せず）が設けられている。
▲２▼前記吸着プレート１７は、下記の製造方法により製造することができる。
【００３４】
アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）のセラミック粉末に、焼結助剤、成形助剤等を添加し、粉砕混合した後、噴霧乾燥を行い、成形粉末を作製する。
この成形粉末を、ラバープレス法、金型プレス法等により、本実施例の吸着プレートの形状に成形する。更に、必要に応じて、成形後に生加工を行う。
【００３５】
次に、この成形体を焼成し、セラミックス焼結体を得る。
このセラミックス焼結体に対し、ダイヤ砥粒による研磨を行い、所要の精度に仕上げる。
特に、本実施例では、吸着面Ｋ側に、突起部２１及びシール部２３の形成位置を覆うマスキングを行ってから、サンドブラストにより、突起部２１及びシール部２３の形成部分以外を所定の深さ（つまり前記高さ）となるまで除去し、突起部２１及びシール部２３を形成する。
【００３６】
ｃ）次に、上述したポリッシングマシン１の使用方法について説明する。
図２に示す様に、真空ポンプを作動させて、研磨ヘッド７内の減圧空間１９の気圧を下げる。これにより、吸着プレート１７の吸着孔３１の内外に気圧差を発生させて、吸着プレート１７の吸着面Ｋにシリコンウエハ３を吸着させる。
【００３７】
そして、プラテン５の研磨パッド９と吸着プレート１７との間にシリコンウエハ３を配置した状態で、研磨パッド９の表面にＣＭＰ用のスラリー１１を供給し、プラテン５及び研磨ヘッド７を図示の方向に回転させて、シリコンウエハ３の下面側の研磨を行う。
【００３８】
ｄ）この様に、本実施例では、突起部２１の直径が０．１５〜０．５ｍｍであり、その突起部２１の頂上部２５の角部２７に、０．０１〜０．０５ｍｍの面取り部２９を設けたので、シリコンウエハ３を吸着した場合でも、シリコンウエハ３を角部２７にて傷つけることがない。また、突起部２１の角部２７は面取り部２９により破損しにくくなっているので、その破片がパーティクルとなることがなく、よって、シリコンウエハ３の面精度の悪化を防止できる。
【００３９】
また、本実施例では、吸着面Ｋの中心近傍に位置する突起部２１の頂上部２５の高さが、０．１〜２μｍ低くなっているので、シリコンウエハ３の定常的な研磨加工時には、丁度吸着プレート１７の表面が平らになる。そのため、シリコンウエハ３の平面度が向上するので、シリコンウエハ３の歩留まりが高くなる。
【００４０】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）例えば前記実施例では、面取り部としてＲ面取りを例に挙げたが、Ｃ面取りを採用してもよい。
【００４１】
（２）また、前記実施例では、真空吸引装置として研磨ヘッドを例に挙げたが、本発明は、単に半導体ウエハやガラス等を吸着して搬送する搬送装置に適用することもできる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述した様に、請求項１の発明では、吸着面中心近傍に位置する突起部の頂上部の高さが、周囲のシール部の高さに対して僅かに低くなっているので、研磨等の加工時には丁度吸着プレートの表面が平らになり、よって、被加工物の平面度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の用語の内容を示す説明図である。
【図２】実施例の吸着プレートが用いられるポリッシングマシンの構成を示す説明図である。
【図３】実施例の吸着プレート及びシリコンウエハを示す斜視図である。
【図４】実施例の吸着プレートを示す平面図である。
【図５】実施例の吸着プレートの突起部を拡大して示す断面図である。
【図６】図４のＡ−Ａ断面の一部を拡大して示す説明図である。
【符号の説明】
１…ポリッシングマシン（ＣＰＭ装置）
３…シリコンウエハ（半導体ウエハ）
７…研磨ヘッド
１７…吸着プレート
２１…突起部
２３…シール部
Ｋ…吸着面
Ｈ…非吸着面

Claims

真空吸引装置本体の吸引口側に装着され、被加工物を吸引して保持する吸着プレートにおいて、
前記吸着プレートは、前記被加工物を吸引して保持する吸着面側に、該吸着面の周囲を囲むようにシールするシール部を備えるとともに、該シール部の内側の吸着面上に、複数の突起部を備え、
更に、前記シール部に対して、前記吸着面中心近傍に位置する突起部の頂上部の高さが、０．１〜２μｍ低くなっていることを特徴とする吸着プレート。
前記突起部の直径が０．１５〜０．５ｍｍであり、且つ該突起部の頂上部の角部に、０．０１〜０．０５ｍｍの面取り部を備えたことを特徴とする前記請求項１に記載の吸着プレート。
前記突起部の頂上部の角部に、０．０２〜０．０４ｍｍの面取り部を備えたことを特徴とする前記請求項２に記載の吸着プレート。
前記面取り部は、Ｃ面取り又はＲ面取りであることを特徴とする前記請求項２又は３に記載の吸着プレート。
前記請求項１〜４のいずれかに記載の吸着プレートを、前記真空吸引装置本体の吸引口側に装着したことを特徴とする真空吸引装置。