JP5291687B2 - 吸着テーブル - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板、シリコンウェハ、化合物半導体、セラミック等の平板状の基板を、真空吸着によって固定する吸着テーブルに関し、さらに詳細には吸着面が多孔質材料で形成された吸着テーブルに関する。

真空吸着によって基板を固定する吸着テーブルは、さまざまな分野の基板加工装置で利用されている。例えば、大型のガラス基板や半導体基板（いわゆるマザー基板）の上に多数の電子部品をパターン形成し、これを個々の電子部品ごとに分断する基板加工装置では、カッターホイール等を用いたメカニカルスクライブやレーザビームを用いたレーザスクライブによって、基板にスクライブラインを形成する加工が行われる。その際に、所望の位置にスクライブラインを形成するために基板を位置決めして吸着テーブルで固定するようにしている。

基板加工装置に用いる吸着テーブルには、金属板に多数の吸着用の貫通孔を形成して吸着面としたタイプのテーブルと、セラミックなどの多孔質板を吸着面としたタイプのテーブルとが知られている（特許文献１参照）。

図５は金属板に多数の吸着用の貫通孔を形成したタイプの吸着テーブルの一例を示す断面図である。吸着テーブル５０は、上面５１ａ（吸着面となるステージ表面）に基板が載置される金属製のステージ５１と、ステージ５１をその周縁で支持するベース５２とを備えている。ステージ５１は、基板が載置される領域に、多数の貫通孔５３が格子状に形成してある。また、ステージ５１の直下には、中空空間５４が形成してあり、ステージ５１の裏面５１ｂが中空空間５４に面するようにしてある。そして、各貫通孔５３が中空空間５４に通じるようにしてある。

ベース５２の中央にはプラグ５５が取り付けてあり、プラグ５５には中空空間５４に通じる流路５５ａが形成してある。プラグ５５はさらに外部流路５６を介して真空ポンプ５７、エアー源５８に接続され、弁５９，６０の開閉によって中空空間５４を減圧状態にしたり、大気圧状態に戻したりできるようにしてある。

吸着テーブル５０では、基板Ｇがステージ５１上に載置されることによってすべての貫通孔５３が塞がれているときには強い吸着力が働き、基板Ｇを安定して固定することができる。例えば、真空ポンプ５７で排気したときに貫通孔５３がすべて基板で塞がれると、中空空間５４の圧力は、プラグ５５近傍に設けた圧力センサ６１でモニタすると、−６０ＫＰａ程度の圧力まで減圧されるが、基板を取り去ってすべての貫通孔５３を開放すると、中空空間５４は−５ＫＰａ程度の圧力になる。したがってすべての貫通孔５３を塞ぐように基板を載置すれば、これら２つの状態間の圧力差（差圧約５５ＫＰａ程度）が各貫通孔５３を介して吸着力として働くことになる。なお、基板の位置がずれて貫通孔５３が１つでも塞がれていない状態になると、そこから大きなリークが生じることになり、吸着力は一挙に弱まることになる。

一方、図６はセラミック製の多孔質板を吸着面に用いたタイプの吸着テーブルの一例を示す断面図である。
吸着テーブル７０では、図５における金属製のステージ５１に代えて、多孔質板からなるステージ７１が用いられる。多孔質板には多数の微細孔が含まれており、上面７１ａと下面７１ｂとの間で通気性を有している。なお、ステージ７１以外の各部分は、図５と同じ構成であるので、同符号を付して説明の一部を省略する。

吸着テーブル７０では、真空ポンプ５７を作動すると中空空間５４が減圧状態になり、多孔質板全面の微細孔を介してリークが発生し、ステージ７１のほぼ全面で吸着できるようになる。そのため、ステージ７１における上面７１ａのどこに基板Ｇを載置しても吸着する。しかし、多孔質板は微細孔を通過する気体の流れの抵抗が大きいため、大きな吸着力は望めない。

例えば、真空ポンプ５７で排気したときに上面７１ａ全体（すなわち吸着面全体）を基板Ｇによって完全に塞ぐと、圧力センサ６１で中空空間５４は−６０ＫＰａ程度の圧力まで減圧されるが、基板Ｇを取り去って上面７１ａ全体を開放した場合でも微細孔のリーク量は小さく、−５５ＫＰａ程度の減圧状態になる。すなわち、多孔質板７１では小さな圧力差（差圧５ＫＰａ程度）での吸着力が働くことになる。

特開２０００−３３２０８７号公報

上述したように、前者の金属製の吸着テーブル５０は、強い吸着力が得られる反面、一部の貫通孔５３が塞がれていないと吸着力が急激に弱まる性質がある。一方、後者の多孔質板の吸着テーブル７０は、前者の貫通孔５３を介して得られるような強い吸着力を得ることはできないものの、ステージ７１と基板Ｇとが接する面全体で吸着が行われるので、基板面積に比例して吸着力は大きくなる。よって、ある程度の大きさの基板面積になれば、ステージ７１上の任意の位置で基板を固定することができるようになる。したがって、両者の吸着テーブルはそれぞれの特徴を活かして、用途に応じて使い分けられている。

ところで、吸着テーブルを使用する場合に、吸着力が十分に足りているかを確認することが必要な場合がある。例えば、マザー基板にスクライブラインを形成する基板加工装置では、基板の位置決め後に吸着テーブルで固定する。固定後は基板位置がずれないように、閾値以上の吸着力（閾値を基板保持力という）で吸着できているかを確認する必要がある。

その場合に、前者の金属製吸着テーブルであれば、図５における圧力センサ６１を真空スイッチとして用いることで、吸着状態を確認することができる。すなわち、全ての貫通孔５３が塞がれたときの中空空間５４の圧力状態（−６０ＫＰａ）と、貫通孔５３が開放されたときの圧力状態（−５ＫＰａ）とでは、圧力差が十分に大きいので、これらの中間の圧力値を閾値として設定しておくことで、確実に基板が載置された状態か否かを確認することができる。

さらに、この閾値を、全ての貫通孔５３が塞がれたときの圧力状態より少しだけ小さい値（例えば−５０ＫＰａ）に設定することで、全ての貫通孔５３が完全に塞がれた状態であるか、いずれか貫通孔５３からリークが生じている不完全な状態であるかを判断することができ、これにより、基板が正しい位置に載置されているかを判断することもできる。

しかしながら、後者の多孔質板を用いた吸着テーブルの場合は、図６における圧力センサ６１を真空スイッチとして用いたとしても、基板が載置されたときの中空空間の圧力状態（−６０ＫＰａ）と、載置されていないときの圧力状態（−５５ＫＰａ）とでは、圧力差（差圧）が十分に大きくとれないため、これらの中間の圧力値（たとえば−５７．５ＫＰａ）に閾値を設定したとしても誤動作することが多く、正確に載置状態を確認することが困難であった。

そこで、本発明は、多孔質板を用いた吸着テーブルにおいて、基板を固定するのに必要な吸着力が得られているかを確実に確認することができるようにした吸着テーブルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち、本発明の吸着テーブルは、多数の微細孔が含まれる多孔質板で形成され基板が載置されるステージと、ステージの周縁部分を支持するベースとからなり、内部に中空空間が形成されるとともに、ステージの裏面が中空空間に面するように構成されたテーブル本体、中空空間を減圧する真空排気機構、中空空間の圧力を検出する圧力センサを備える。そして、ステージ上の一部領域であって前記基板が載置される位置に、多孔質板に含まれる微細孔とは別に多孔質板を貫通して中空空間に達する細孔が形成され、当該細孔の孔径が０．５ｍｍ〜１ｍｍであるようにする。

本発明によれば、ステージ上に基板を載置しない状態（細孔が開放された状態）で中空空間を真空排気すると、たとえ多孔質板で形成されたステージであっても、細孔を介して大きなリークが発生し、中空空間が減圧されにくい状態になる。一方、細孔を塞ぐように基板をステージ上に載置し、中空空間を真空排気すると、細孔からの大きなリークはなくなり、多孔質板の微細孔によるわずかなリークだけが発生するようになり、中空空間は強く減圧される状態となる。
したがって、基板で細孔を塞いだ状態と塞がない状態とで、大きな圧力差を生じさせることができるようになり、圧力センサで中空空間の圧力を検出すれば、基板が載置された状態か、載置されていない状態かを確実に確認することができる。

ここで、多孔質板に形成する細孔の数は１つであるのが好ましい。細孔を１つだけにすれば、この位置に基板を載置して細孔を塞ぐか、開放するかでリーク量を大きく変化させることができるようになり、基板が載置された状態か否かを正確に確認できる。

細孔の孔径は０．５ｍｍ〜１ｍｍであるのが好ましい。これにより、細孔を塞ぐ基板の有無で基板を検出するために必要な差圧を発生させることができ、また、細孔の径が十分に小さいので基板を載置したときに確実に塞ぐことができ、細孔を介しての不要なリーク発生を確実に抑えることができる。

さらに、ステージに載置される基板を細孔の位置を塞ぐように誘導する位置決め機構が付設されるようにしてもよい。これにより、載置する基板の大きさが毎回異なる場合でも、位置決め機構を用いて基板の載置位置を誘導することにより、確実に細孔を塞ぐことができるようになる。

また、ステージの中央に細孔が形成されるようにしてもよい。これにより、基板中央に基板を載置することにより、確実に細孔を塞ぐことができる。例えば、ステージ中央にマーカを付しておけば、マーカを参考にして基板を載置すれば確実に細孔を塞ぐことができる。

本発明の一実施形態である吸着テーブルを示す断面図である。 図１における吸着テーブルの平面図である。 本発明の他の一実施形態である吸着テーブルの断面図である。 図３における吸着テーブルの平面図である。 従来の金属製吸着テーブルの一例を示す図である。 従来の多孔質板を用いた吸着テーブルの一例を示す図である。

以下において本発明にかかる吸着テーブルの詳細をその実施の形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる吸着テーブルの一実施例を示す断面図であり、図２はその平面図である。

吸着テーブル１０は、上面１１ａ（ステージ表面）に基板が載置される方形のステージ１１と、ステージ１１をその周縁で当接するようにして支持するベース１２とからなるテーブル本体１３を備えている。本実施形態ではステージ１１の周縁の下面（ステージ裏面１１ｂ）でベース１２に支持されているが、ステージ１１の側面でベースに支持されるようにしてもよい。いずれの場合も接触面は密着するようにしてリークが生じないようにしてあればよい。
ステージ１１は多孔質材料であればよく、例えばセラミック製の多孔質板で形成される。ステージ１１の周縁を除いた中央部分の直下には、ベース１２に凹部を設けるようにして中空空間１４が形成してあり、ステージ１１の裏面１１ｂが中空空間１４に面するようにしてある。中空空間１４はステージ１１側に凹部を形成するようにしてもよいし、ステージ１１とベース１２の両側に凹部を形成するようにしてもよい。

ベース１２の中心にはプラグ１５が取り付けてあり、プラグ１５には中空空間１４に通じる流路１５ａが形成してある。プラグ１５はさらに外部流路１６を介して真空ポンプ１７、エアー源１８に接続され、弁１９を開くことによって中空空間１４を減圧状態にしたり、弁３０を開くことによって大気圧状態に戻したりできるようにしてある。

プラグ１５の近傍の外部流路１６には圧力センサ３１が設けてあり、中空空間１４の圧力がモニタできるとともに、予め閾値を設定しておくことで、基板保持力が確保できているか否かの判定を行う真空スイッチとして使用できるようにしてある。

また、方形のステージ１１の１つの角には、二辺に対し上面１１ａよりも上側に突出するように取り付けた位置決め部材３２が設けてあり、方形の基板Ｇをステージ上に載置する際に、二辺を位置決め部材Ｇに当接させることにより、定位置に誘導されるようにしてある。

また、位置決め部材３２が取り付けられている角の近傍には、ステージ１１を貫通する細孔３３が１つ形成してある。この細孔３３は孔径が０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度にしてある。位置決め部材３２に基板Ｇを当接させて載置したときに、基板Ｇによって確実に細孔３３が塞がれるようにする必要があるため、載置される可能性がある基板のうち、最も小さな基板を載置するときを考慮して、その場合でも確実に塞ぐことができる位置に細孔３３を設けるようにしてある。具体的には、例えば使用する最小基板が５ｃｍ角であれば、位置決め部材３２を設けた角から５ｃｍ角内に細孔３３を形成するようにしてある。

次に、この吸着テーブル１０の使用動作について説明する。使用前に、吸着力を確認するため、真空ポンプ１７を作動するとともにステージ１１の全面を塞ぎ、多孔質面からのリークが生じていないときに、中空空間１４が到達する圧力Ｐ１を計測する。このとき、−６０Ｐａまで減圧されているとする。続いて、ステージ１１の全面を開放し、多孔質面および細孔３３でリークが生じているときに中空空間１４が到達する圧力Ｐ２を計測する。このとき細孔３３以外の多孔質面からのリーク量は小さいが、細孔３３からのリークが加わるので、到達圧力は−１０ＫＰａ程度になる（ちなみに細孔３３がない多孔質板の場合は−５５ＫＰａ程度になる）。
以上の計測を行った後、圧力センサ３１を真空スイッチとして使用するときの閾値Ｐｓを設定する。具体的には圧力Ｐ１，Ｐ２の間の圧力値を閾値として設定する。ここでは閾値圧力として−３０ＫＰａを設定する。なお、できるだけ大きい基板保持力を要求する場合は、閾値ＰｓをＰ１に近づけるようにする。

以上の設定を行った後は、ステージ１１上に基板を載置したときに真空スイッチの作動状態で基板の有無を確認することができる。
本実施形態では、圧力センサ３１を真空スイッチとして使用したが、単に、作業者が圧力センサ３１の圧力値を読み取ることで、基板の有無、リークの有無を確認するようにしてもよい。

図３は本発明の他の一実施形態である吸着テーブルの断面図であり、図４はその平面図である。図１、図２と同じ構成については同符号を付すことにより、説明の一部を省略する。この吸着テーブル４０では、ステージ４１の中央に細孔３５を形成するようにしている。本実施形態では、載置する基板の大きさや形状にかかわらず、ステージ４１の中央に基板が載置されているか否かを確認することができる。なお、ステージ４１の上面４１ａに細孔３５の位置を示すターゲットマークのような模様を描いておけば、基板を細孔３５の上に載置することが容易になる。

以上本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものでなく、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

本発明の吸着テーブルは、基板加工装置で基板を固定するテーブルとして利用することができる。

Ｇ 基板
１０，４０ 吸着テーブル
１１ ステージ
１２ ベース
１３ テーブル本体
１４ 中空空間
１５ プラグ
１６ 外部流路
１７ 真空ポンプ
１８ エアー源
３１ 圧力センサ
３２ 位置決め部材
３３，３５ 細孔

Claims (4)

1. 多数の微細孔が含まれる多孔質板で形成され基板が載置されるステージと、前記ステージの周縁部分を支持するベースとからなり、内部に中空空間が形成されるとともに、前記ステージの裏面が前記中空空間に面するように構成されたテーブル本体と、
   前記中空空間を減圧する真空排気機構と、
   前記中空空間の圧力を検出する圧力センサとを備え、
   前記ステージ上の一部領域であって前記基板が載置される位置に、前記多孔質板に含まれる微細孔とは別に多孔質板を貫通して中空空間に達する細孔が形成され、当該細孔の孔径が０．５ｍｍ〜１ｍｍであることを特徴とする吸着テーブル。
2. 前記細孔の数が１つである請求項１に記載の吸着テーブル。
3. 前記ステージに載置される基板を前記細孔の位置を塞ぐように誘導する位置決め機構が付設される請求項２に記載の吸着テーブル。
4. 前記ステージの中央に前記細孔が形成される請求項２に記載の吸着テーブル。

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