JPH11243135A

JPH11243135A - 真空吸着盤

Info

Publication number: JPH11243135A
Application number: JP4523498A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Morioka; 裕之森岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】吸引孔３の目詰まりを生じることなく、長期使
用が可能な真空吸着盤１を提供する。【解決手段】被加工物Ｗを真空吸引するための吸引孔３
を備えた吸着面４をセラミックスにより形成するととも
に、上記吸着面４上に平均細孔径が２．５〜１５μｍ、
厚み幅が０．１〜１．０ｍｍの通気性を備えた多孔質樹
脂層６を被着して真空吸着盤１を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨、切削、切断
等の加工を施す被加工物を精度良く保持することができ
るとともに、吸着面上の吸引孔に目詰まりがない真空吸
着盤に関するものであり、特に、半導体製造用として好
適なものである。

【０００２】

【従来技術】近年、超ＬＳＩの高密度化、高集積化に伴
い配線の多層化が進んでいる。例えば、Ｄ−ＲＡＭは６
４Ｍ−ｂｉｔ以上が主流になり、これに伴い半導体ウエ
ハ上には成膜−エッチング−露光といった処理を繰り返
しながら導体膜と絶縁膜とを順次成膜し、３層以上の積
層膜を形成するようになっている。

【０００３】ところで、半導体ウエハに３層以上の積層
膜を形成しようとすると、膜表面が凹凸面となり露光焦
点が合わなくなることから積層工程中において研磨加工
を施すことにより膜表面を平坦化する必要があり、この
研磨加工時に半導体ウエハを精度良く保持するために真
空吸着盤が使用されている。

【０００４】このような真空吸着盤には大きくわけて２
種類のものがあり、一方は吸着面が多数の貫通微小孔か
らなる吸引孔を備えた緻密質体からなるもの、他方は吸
着面が連続した微小空孔からなる吸引孔を備えた多孔質
体からなるものがあった。そして、いずれの真空吸着盤
も吸引孔を介して真空吸引することにより半導体ウエハ
のような被加工物を吸着面上に吸着保持するようになっ
ていた。

【０００５】また、これら真空吸着盤の吸着面は、被加
工物を精度良く保持するために高硬度を有するとともに
高精度に平坦化でき、しかも研磨液に対して優れた耐薬
品性を有していることが必要であることから、吸着面を
構成する緻密質体や多孔質体をアルミナや炭化珪素など
のセラミックスにより形成したものがあった（特開平４
−３５８２７号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、これらの真
空吸着盤により被加工物を保持した状態で研磨、切削、
切断等の加工を施すと、吸着面に存在する吸引孔（貫通
微小孔や微小空孔）が次第に目詰まりを起こし、所定の
吸着力が得られなくなるために被加工物を精度良く保持
できなくなるといった課題があった。

【０００７】例えば、被加工物の研磨加工では、真空吸
着盤の吸着面に被加工物を強固に吸着保持させたとして
も被加工物と吸着面との間には微小な隙間が存在するた
めに、この微小な隙間から砥粒や研磨片、あるいはゴミ
を含んだ研磨液が吸着面上の吸引孔（貫通微小孔や微小
空孔）に入り込んで堆積する結果、目詰まりを発生させ
ていた。

【０００８】また、吸着面の吸引孔（貫通微小孔や微小
空孔）に入り込んだ砥粒、研磨片、ゴミ等は洗浄処理を
施しても完全に除去することが難しかった。特に吸着面
が多孔質セラミックスからなる真空吸着盤では、吸引孔
（微小空孔）が三次元的に入り組んだ構造をしているこ
とから殆ど除去できず、初期の状態に戻すことは困難で
あった。

【０００９】しかも、洗浄処理を施しても数日から１０
日程度で目詰まりを起こすことからその度に装置を停止
させなければならず、作業効率が悪かった。

【００１０】さらに、真空吸着盤の吸着面は硬質のセラ
ミックスからなるため、被加工物が半導体ウエハのよう
に比較的硬度の小さい材料である場合、脱着時に被加工
物を引っ掻いて傷付ける恐れもあった。

【００１１】

【発明が解決しようとする手段】そこで、本発明は上記
課題に鑑み、被加工物を真空吸引するための吸引孔を備
えた吸着面がセラミックスからなり、上記吸着面に通気
性を有するものの液体を通し難い平均細孔径が２．５〜
１５μｍ、厚み幅が０．１〜１．０ｍｍである多孔質樹
脂層を被着して真空吸着盤を構成したものである。

【００１２】本発明において、吸引孔を備えた吸着面が
セラミックスからなるとは、吸着面が多孔質セラミック
スからなり、三次元編目構造的に連続した微小空孔を吸
引孔としたものや、吸着面が緻密質セラミックスからな
り、該緻密質セラミックスに空けた多数の貫通微小孔を
吸引孔としたもののことである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１（ａ）は本発明の真空吸着盤１の一例を
示す分解斜視図であり、（ｂ）は真空吸着盤１の縦断面
図である。

【００１４】この真空吸着盤１は、周縁に段差部２ｂを
有する円盤状体２をしたもので、該円盤状体２は微小空
孔が連続した三次元編目構造を有する多孔質セラミック
スにからなり、上記微小空孔を吸引孔３としてある。ま
た、上記円盤状体２の外周面及び下面の周縁には微小空
孔を閉じるために樹脂やガラスなどからなるシール層５
を設けてあり、該シール層５により周縁を囲まれた円盤
状体２の上面を吸着面４としてある。そして、この吸着
面４の全面には、平均細孔径が２．５〜１５μｍでかつ
厚み幅が０．１〜１．０ｍｍの通気性を備えた多孔質樹
脂層６が被着してある。なお、多孔質樹脂層６を吸着面
４に被着する方法としては、多孔質樹脂層６の周縁部に
貼り付けた両面テープ等の粘着剤で固定したり、多孔質
樹脂層６の周縁部に塗布した接着剤で固定しても良く、
さらには吸着面４上に樹脂ペーストを塗布したあと硬化
させて多孔質樹脂層６を直接吸着面４上に被着させても
良い。

【００１５】この真空吸着盤１により例えば半導体ウエ
ハのような被加工物Ｗを保持するには、多孔質樹脂層６
上に被加工物Ｗを載置し、真空吸着盤１の下面より不図
示の真空ポンプによって真空吸引すれば、吸引孔３内及
び多孔質樹脂層６内が負圧となり、被加工物Ｗが多孔質
樹脂層６上に吸い付けられて保持されるようになってい
る。

【００１６】このような円盤状体２を構成する多孔質セ
ラミックスとしては、平均空孔径が１０〜５０μｍでか
つ空孔率が３０〜５０％の範囲にあるものが良い。これ
は、平均空孔径が１０μｍ未満であったり、空孔率が３
０％未満であると、多孔質セラミックス内を流れる空気
抵抗が大きくなり過ぎるために、吸引力を大きくしても
十分な吸着力が得られないからであり、平均空孔径が５
０μｍより大きかったり、空孔率が５０％より大きくな
ると、吸着面４が凹凸面となるために被加工物Ｗを精度
良く保持できなくなるからである。しかも、吸着面４の
平均空孔径や空孔率が大きくなり過ぎると、多孔質セラ
ミックスの強度が大幅に低下するために真空吸着盤１が
変形したり破損し易くなるといった問題もある。なお、
好ましくは平均空孔径が１５〜２５μｍでかつ空孔率が
３５〜４５％の範囲にあるものが良い。

【００１７】また、円盤状体２を構成するセラミックス
としては、アルミナセラミックス、炭化珪素質セラミッ
クス、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系セラミックス、Ａｌ₂Ｏ₃
−ＺｒＯ₂系セラミックス等を用いることができる。こ
れらのセラミックスは多孔質体であるもののビッカース
硬度が９００ｋｇ／ｍｍ²以上、曲げ強度が１５ｋｇ／
ｍｍ²以上と十分な機械的特性を有するとともに、高精
度に加工することができ、さらには酸やアルカリ等の薬
品に対して優れた耐薬品性を有することから、真空吸着
盤１を構成する材質として好適に用いることができる。

【００１８】また、吸着面４はその面状態が被加工物Ｗ
の保持精度に影響を与えることから、できるだけ平坦化
する必要があり、少なくとも平坦度１μｍ以下とするこ
とが良い。なお、円盤状体２を構成するセラミックスと
しては前述した材料以外でもビッカース硬度９００ｋｇ
／ｍｍ²以上、曲げ強度１５ｋｇ／ｍｍ²以上を有する
セラミックスであれば構わない。

【００１９】さらに、本発明によれば、この吸着面４の
ほぼ全面に、平均細孔径が２．５〜１５μｍでかつ厚み
幅が０．１〜１．０ｍｍの多孔質樹脂層６を被着したこ
とを特徴とする。

【００２０】この多孔質樹脂層６は、図２に示すように
繊維状の樹脂同士が結合したもので、これら繊維状の樹
脂間には超微小な空孔を有するものである。このような
多孔質樹脂層６としては、例えば、ジャパンゴアテック
ス社のポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる多孔質
樹脂層６（商品名：オレオベントフィルター）を用いる
ことができる。このジャパンゴアテックス社製の多孔質
樹脂層６は通気性を有するものの液体は通し難く、ま
た、耐薬品性や耐候性を兼ね備え、さらには適度な弾性
を有することから、本件発明者はこの特性に着目し、こ
の多孔質樹脂層６を真空吸着盤１の吸着面４に設けるこ
とで、被加工物Ｗの吸引力を低下させることなく、研磨
加工時における、砥粒、研磨片、ゴミ等を含む研磨液の
侵入を防ぎ、吸着面４上の吸引孔３が目詰まりすること
を防止できることを見出したものである。なお、本発明
の多孔質樹脂層６を構成する樹脂としてはポリテトラフ
ルオロエチレン樹脂以外にウレタン樹脂、エポキシ樹
脂、シリコーン樹脂からなる多孔質樹脂層６を用いるこ
とも可能である。

【００２１】ただし、この多孔質樹脂層６を真空吸着盤
１に用いるには平均細孔径が２．５〜１５μｍの範囲に
あるとともに、その厚み幅ｔが０．１ｍｍ以上であるも
のを用いることが重要である。

【００２２】即ち、平均細孔径が２．５μｍ以下である
と、多孔質樹脂層６内を流れる空気抵抗が大きくなり過
ぎ、吸引力を大きくしても十分な吸着力が得られないか
らであり、平均細孔径が１５μｍより大きくなると砥
粒、研磨片、ゴミ等を含んだ研磨液がしみ込み易くなる
からである。なお、多孔質樹脂層６の平均細孔径は水銀
圧入法を用いて測定すれば良い。

【００２３】また、多孔質樹脂層６の厚み幅ｔが０．１
ｍｍ未満では、厚みが薄すぎるために平均細孔径が５〜
１５μｍの範囲にあっても耐水性が低下し、研磨液が吸
着面４までしみ込み易くなるからである。ただし、多孔
質樹脂層６の厚み幅ｔが１ｍｍより厚くなると、多孔質
樹脂層６の弾性が働きすぎるために被加工物Ｗを精度良
く保持することが難しくなる。特に、被加工物Ｗが半導
体ウエハである場合、多孔質樹脂層６の厚み幅ｔが１ｍ
ｍより厚くなると、被加工物Ｗの加工精度が大きく低下
して寸法不良となるからである。

【００２４】その為、多孔質樹脂層６の厚み幅ｔの上限
は１ｍｍまでが良く、望ましくは０．２〜０．５ｍｍの
範囲が良い。なお、多孔質樹脂層６の空孔率が１０％未
満であると、通気性を得ることが難しく、空孔率が５０
％より大きくなると樹脂が剥がれたり破れたりし易くな
るため、空孔率は１０〜５０％のものが良く、この空孔
率はアルキメデス法を用いて測定すれば良い。

【００２５】かくして本発明の真空吸着盤１を用いて半
導体ウエハなどの被加工物Ｗを吸着保持し、例えば研磨
加工を施せば、被加工物Ｗの位置ずれを生じることがな
いため、０．１μｍオーダーの精密研磨を施すことがで
きるとともに、被加工物Ｗと多孔質樹脂層６との隙間に
砥粒、研磨片、ゴミ等を含む研磨液が侵入したとしても
多孔質樹脂層６が吸着面４にまで浸透することを極力抑
えることができるため、吸着面４における吸引孔３の目
詰まりを防ぐことができ、他に切削や切断加工において
も同様の効果を得ることができる。しかも、洗浄作業が
殆ど不要であることから長期使用においても吸着特性の
低下がない。

【００２６】その上、被加工物Ｗとの接触面が樹脂から
なるため、半導体ウエハのように比較的硬度の低い材質
でも脱着時における摺動によって半導体ウエハを傷付け
ることがない。

【００２７】このように、図１では真空吸着盤１を構成
する円盤状体２を多孔質セラミックスにより形成した例
を示したが、図３（ａ）（ｂ）に示す真空吸着盤１１に
も適用することができる。

【００２８】この真空吸着装置１１は、緻密質セラミッ
クスからなる円盤状体１２で、該円盤状体１２には上下
面を貫通する多数の貫通微小孔を有し、該貫通微小孔を
吸引孔１３とするとともに、円盤状体１２の上面を吸着
面１４としたもので、上記吸着面１４のほぼ全面には図
１の真空吸着装置１と同様に平均細孔径が２．５〜１５
μｍでかつ厚み幅が０．１〜１．０ｍｍの通気性を有す
る多孔質樹脂層１６を被着してある。

【００２９】このような円盤状体１２に穿設する吸引孔
１３の穴径としては、０．０５〜０．３ｍｍが良い。こ
れは、吸引孔１３の穴径が０．０５ｍｍ未満となると空
気抵抗が大きくなり過ぎ、吸引力を大きくしても十分な
吸着力が得られず、またこれ以上小さな微小孔を硬質の
セラミックスに穿設することが難しいからであり、吸引
孔１３の穴径が０．３ｍｍより大きくなると、多孔質樹
脂層１６の被加工物Ｗとの接触面が窪んで平坦度が低下
し、被加工物Ｗの加工精度に悪影響を与えるからであ
る。

【００３０】以上、本発明の実施形態として２種類の真
空吸着盤１，１１について示したが、本発明はこれらの
構造だけに限定されるものではなく、少なくとも吸着面
がセラミックスからなり、その吸着面上に平均細孔径が
２．５〜１５μｍ、厚み幅が０．１〜１．０ｍｍの多孔
質樹脂層を備えたものであればどの様な構造をしたもの
であっても構わない。

【００３１】（実施例１）図１のように吸着面が多孔質
セラミックスからなる本発明の真空吸着盤と従来の真空
吸着盤とを用意し、シリコンウエハにポリッシング加工
を施す作業を繰り返した時の耐久性について調べる実験
を行った。

【００３２】本実験では吸着面の外径が約１５０ｍｍ、
厚みが３０ｍｍの円盤状体を純度９９．５％、平均空孔
径が４μｍ、空孔率が３５％の多孔質セラミックスによ
り形成し、上記円盤状体の外周面と下面の周縁にのみ溶
融ガラスを塗布して硬化させることによりシール層を設
け、さらに吸着面を０．５μｍの平坦度に研磨加工した
真空吸着盤を使用した。

【００３３】また、本発明品は、吸着面に平均細孔径が
５μｍ、厚み幅が０．２ｍｍのポリテトラフルオロエチ
レン樹脂からなる多孔質樹脂層６（ジャパンゴアテック
ス社のオレオベントフィルター）を両面テープで貼り付
けたものを使用した。

【００３４】そして、本発明品と従来品の真空吸着盤に
より６インチサイズのシリコンウエハを吸着保持し、粒
径が０．５μｍ程度のＳｉＯ₂砥粒を含む研磨液を供給
しながらポリッシング加工を１日２００枚について処理
する作業を繰り返した時に加工後のシリコンウエハの平
坦度が０．１μｍ以上となるまでの稼働日数を比較した
ところ、従来品は１０日間程度で吸着力の低下による平
坦度の低下が見られた。そこで、吸着面を電子顕微鏡で
観察したところ、吸引孔が完全に目詰まりを起こしてい
た。

【００３５】これに対し、本発明品は３か月後でも吸着
力の低下は見られず、さらに作業を続けることが可能で
あった。

【００３６】（実施例２）次に、実施例１で使用した本
発明の真空吸着盤を用い、多孔質樹脂層６の平均細孔径
を変化させた時の研磨液の浸透量と差圧を調べる実験を
行った。なお、差圧とは多孔質樹脂層６上に被加工物Ｗ
を吸着させた時の真空度と吸着させていない時の真空度
との差のことであり、本実験では６インチサイズのシリ
コンウエハを精度良く保持させるのに必要とされる３５
０ｍｍＨｇ以上のものを良好として判断した。

【００３７】それぞれの結果は図４及び図５に示す通り
である。

【００３８】この結果、図４より判るように、多孔質樹
脂層６の平均細孔径が２．５μｍ以上となると差圧が急
激に高くなり、３５０ｍｍＨｇ以上とできることが判
る。ただし、図５に見られるように、平均細孔径が１５
μｍより大きくなると研磨液の浸透量が急激に増加する
ことが判る。

【００３９】このことから、多孔質樹脂層６の平均細孔
径は２．５〜１５μｍの範囲が良いことが判る。

【００４０】なお、本実施例では吸着面が多孔質セラミ
ックスからなる真空吸着盤について示したが、吸着面が
緻密質セラミックスからなり、その吸着面に貫通微小孔
からなる吸引孔を備えた真空吸着盤においても同様の傾
向が見られた。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明の真空吸着盤によ
れば、被加工物を真空吸引するための吸引孔を備えた吸
着面がセラミックスからなり、上記吸着面に平均細孔径
が２．５〜１５μｍ、厚み幅が０．１〜１．０ｍｍの通
気性を備えた多孔質樹脂層を被着したことから、吸着特
性を低下させることなく、被加工物を強固に吸着保持す
ることができるとともに、液体が吸着面にまで浸透する
ことが殆どない。その為、本発明の真空吸着盤を研磨、
切削、切断等の加工に用いれば、これらの作業を繰り返
したとしても吸着面上の吸引孔に砥粒や加工片やゴミ等
が堆積することがないため吸引孔の目詰まりを防ぐこと
ができる。

【００４２】その結果、メンテナンス回数を大幅に低減
でき、作業効率を大幅に向上させることができるととも
に、長期間にわたって被加工物を高精度に加工すること
ができる。

【００４３】しかも、吸着特性が低下した時には多孔質
樹脂層６のみの交換で済み、真空吸着盤自体を交換する
必要がないため経済的である。

【００４４】その上、被加工物が半導体ウエハのように
比較的硬度の小さなものでも接触面が弾性を有する樹脂
からなるため、被加工物を傷付けるようなこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の真空吸着盤の一例を示す分解
斜視図であり、（ｂ）は縦断面図である。

【図２】図１の真空吸着盤に被着した多孔質樹脂層の構
造を示す拡大写真である。

【図３】（ａ）は本発明の真空吸着盤の他の例を示す分
解斜視図であり、（ｂ）は縦断面図である。

【図４】多孔質樹脂層の平均細孔径と差圧との関係を示
すグラフである。

【図５】多孔質樹脂層の平均細孔径と研磨液の浸透量と
の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１，１１・・・真空吸着盤２，１２・・・円盤状体３，１３・・・吸引孔４，１４・・・吸着面５・・・シール層６，１６・・・多孔質樹脂層Ｗ・・・被加工物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物を真空吸引するための吸引孔を備
えた吸着面がセラミックスからなり、上記吸着面に平均
細孔径が２．５〜１５μｍ、厚み幅が０．１〜１．０ｍ
ｍである多孔質樹脂層を被着してなる真空吸着盤。