JPH11309638A

JPH11309638A - 真空吸着盤

Info

Publication number: JPH11309638A
Application number: JP10118946A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Morioka; 裕之森岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】吸引孔３の目詰まりが殆どない長寿命の真空吸
着盤１を提供する。【解決手段】被加工物Ｗを吸引固定するための吸引孔３
を備えた吸着面９をセラミックスにより形成するととも
に、上記吸着面９には被吸着物Ｗの外形より僅かに小さ
くかつその外形に沿った環状溝１０を凹設し、該環状溝
１０に弾性体からなる枠状のシール部材１１を前記吸着
面９より頭出させた状態で配設して真空吸着盤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、研削、切削
等の加工を施す被加工物を真空吸引にて精度良く固定す
ることができるとともに、吸着面上の吸引孔に殆ど目詰
まりを生じることがない真空吸着盤に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】従来、例えばシリコンウエハの製造工程で
は、高純度シリコンを溶融し、種結晶と呼ばれる単結晶
シリコンを溶融液に接触させたあと徐々に引き上げるこ
とにより単結晶シリコンのインゴットを製作し、得られ
たインゴットを薄板状に切断加工したあと、研削加工や
研磨加工をそれぞれ施すことにより製作されるのである
が、この研削加工や研磨加工時にシリコンウエハを精度
良く固定するのに真空吸着盤が使用されている。

【０００３】また、シリコンウエハへのデバイス形成時
に積層膜の表面を平坦化するための研磨加工時やデバイ
スを形成したシリコンウエハを所定の肉厚となるまで削
る研削加工時においてもシリコンウエハを固定するのに
真空吸着盤が使用されている。

【０００４】この種の真空吸着盤には大きくわけて２種
類のものがあり、例えば、図５に示す真空吸着盤２１
は、略円盤状をした枠体２４の中央に形成された凹部２
５に吸引板２２を接合してなり、該吸引板２２を多数の
貫通微小孔からなる吸引孔２３を備えた緻密質体により
形成したものであり、また、図６に示す真空吸着盤３１
は、略円盤状をした枠体３４の中央に形成された凹部３
５に吸引板３２を接合してなり、該吸引板３２を連続し
た３次元網目構造の微小空孔からなる吸引孔３３を備え
た多孔質体により形成したものがあった。

【０００５】そして、いずれの真空吸着盤２１，３１も
吸引孔２３，３３を介して真空吸引することにより吸着
面２６，３６に載置したシリコンウエハなどの被加工物
を吸引固定するようになっていた。

【０００６】また、これら真空吸着盤２１，３１の吸着
面２６，３６は、被加工物を精度良く固定するために高
剛性を有するとともに高精度に平坦化でき、しかも、酸
性やアルカリ性等の薬品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、少なくとも吸引板２
２，３２を構成する緻密質体や多孔質体としてアルミナ
や炭化珪素を主成分とする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）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図５や図６
に示す真空吸着盤２１，３１により被加工物を保持した
状態で研磨、研削あるいは切削等の加工を施すと、吸着
面２６，３６に存在する吸引孔２３，３３が次第に目詰
まりを起こし、所定の吸引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。

【０００８】即ち、真空吸着盤２１，３１の吸着面２
６，３６に被加工物を吸引固定したとしても真空吸着盤
２１，３１の吸着面２６，３６や被加工物の面粗度や平
面精度等の影響により両者を完全に密着させることは難
しく、被加工物と吸着面２６，３６との間に微小な隙間
が形成されることは避けられなかった。その為、例え
ば、被加工物の研磨加工では、上記微少な隙間から砥粒
や研磨粉あるいはゴミ等の異物を含んだ研磨液が吸着面
２６，３６上の吸引孔２３，３３に吸い込まれて堆積す
る結果、吸引孔２３，３３を目詰まりさせていた。

【０００９】しかも、吸着面２６，３６の吸引孔２３，
３３に入り込んだ異物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２６，３６が多孔質
体からなる真空吸着盤３１では、吸引孔３３が３次元網
目構造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。

【００１０】また、被加工物の搬送は真空吸引機能を備
えた搬送アームによって、真空吸着盤２１，３１の吸着
面２６，３６へ載置したり、吸着面２６，３６から離脱
させるのであるが、吸着面２６，３６がセラミックスの
ような硬質材料からなる場合、載置あるいは離脱時にお
ける摺動によって被加工物を傷つけてしまうといった恐
れもあった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、被加工物を吸引固定するための吸引孔を備え
た吸着面に、上記被加工物の外形より小さくかつその外
形に沿った環状溝を凹設するとともに、該環状溝に弾性
体からなる枠状のシール部材を前記吸着面より頭出させ
た状態で配設して真空吸着盤を構成したものである。

【００１２】

【作用】本発明の真空吸着盤によれば、吸着面に載置し
た被加工物を吸引孔より真空吸引して吸引固定すること
により、吸着面より頭出させてあるシール部材が被加工
物と気密に密着して空気の漏れを防ぐことができるた
め、被加工物の周縁においても大きな吸引力を得ること
ができるとともに、外部より砥粒や研磨粉あるいはゴミ
等の異物が吸引孔に吸い込まれることが殆どないため、
吸引孔の目詰まりを防ぐことができる。しかも、上記シ
ール部材は弾性変形して環状溝内に収納することができ
るため、被加工物を吸着面上に精度良く吸着固定するこ
とができる。さらに、真空引きしていない時には被加工
物をシール部材によって持ち上げ、吸着面との接触面積
を小さくできるため、吸着面がセラミックスのような硬
質材料からなる場合であっても、被加工物を吸着面へ載
置したり、吸着面から離脱する際の摺動によって被加工
物を傷付けることがない。

【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。

【００１４】図１（ａ）は本発明の真空吸着盤の一例を
示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。

【００１５】この真空吸着盤１は、中央に円形の凹部５
を有する略円盤状の枠体４と、吸引孔３をなす微小空孔
が連続した三次元網目構造を有する多孔質セラミックス
からなる吸引板２とからなり、該吸引板２は枠体４の凹
部５にガラスや接着剤等にて接合されている。そして、
上記吸引板２の上面と枠体４の凹部５を構成する隔壁６
の頂面とは同一平面上に位置するように構成してあり、
上記吸引板２の上面及び隔壁６の頂面を吸着面９として
ある。なお、上記吸引板２は被加工物Ｗとの気密性を確
保するために被加工物Ｗの外形よりも僅かに小さくなる
ように構成してあり、また、枠体４の外周縁にはフラン
ジ部８が設けてあり、該フランジ部８をネジ止めや係合
等の手段によって各種装置に取り付けるようになってい
る。

【００１６】また、上記枠体４における隔壁６の内面側
には段部７が設けてあり、枠体４の凹部５に接合された
吸引板２とで環状溝１０を構成するようにしてあり、該
環状溝１０には弾性体からなる枠状のシール部材１１を
前記吸着面９より若干頭出させた状態で配設してある。
詳細には図２（ａ）に示すように、環状溝１０内に弾性
体からなる枠状のシール部材１１を吸着面９より頭出さ
せた状態で配置するとともに、隔壁６の段部７には頂面
から伸びるテーパ状の切欠７ａを形成してあり、被加工
物Ｗを吸着固定した時に吸着面９より頭出するシール部
材１１の先端が弾性変形して、上記切欠７ａに収納され
るようになっている。

【００１７】そして、この真空吸着盤１によりシリコン
ウエハなどの被加工物Ｗを吸引固定するには、まず、吸
着面９に被加工物Ｗを載置する。この時、被加工物Ｗの
周縁は吸着面９より頭出するシール部材１１により支持
され、吸着面９との摺動による被加工物Ｗの傷付きを防
ぐことができる。

【００１８】次に、不図示の真空ポンプにより吸引孔３
を介して真空吸引すれば、被加工物Ｗ、シール部材１
１、吸着面９で囲まれた空間が負圧となり、被加工物Ｗ
は吸着面９に吸引固定されるのであるが、この時、図２
（ｂ）（ｃ）に示すようにシール部材１１の先端は弾性
変形して隔壁６の切欠７ａに収納され、被加工物Ｗを吸
着面９の平坦精度に倣わせて精度良く固定することがで
きる。また、上記シール部材１１は被加工物Ｗの面粗度
の影響を受けることなく密着させることができるため、
空気の漏れを防いで被加工物Ｗの全面を均一な吸引力で
もって吸引固定することができるとともに、外部から異
物が吸引孔３に吸い込まれることを防ぎ、吸引孔３の目
詰まりを防止することができる。

【００１９】その為、この真空吸着盤１を、研削、研磨
あるいは切削等の加工に用いれば、砥粒や研磨粉あるい
はゴミ等の異物を含んだ研磨液が吸引孔３に吸い込まれ
ることがないため、吸引孔３の目詰まりがなく、その結
果、洗浄作業が殆ど不要な長寿命の真空吸着盤１とする
ことができる。

【００２０】また、真空引きしていない状態では、シー
ル部材１１の先端に弾性変形による復元力が働き、被加
工物Ｗを持ち上げることができるため、吸着面９との接
触面積を小さくすることができる。その為、真空吸引機
能を備えた搬送アームにて被加工物Ｗを吸着面９へ載置
したり吸着面９より離脱させる際に、吸着面９との摺動
に伴う被加工物Ｗの傷付きを防ぐこともできる。

【００２１】ところで、上記シール部材１１としては、
シリコーンゴムや天然ゴムなどゴム材あるいはウレタン
樹脂やエポキシ樹脂などの樹脂材等の弾性体を用いるこ
とができ、硬さがＪＩＳＡにおいて１５〜３０、引張
り強さが１０〜３０ｋｇ／ｃｍ²、伸び率が２００〜４
００％の範囲にあるものが良い。特にシリコーンゴムは
耐薬品性や耐候性をも兼ね備えていることから、研磨加
工や研削加工など酸性やアルカリ性の薬液に曝されるシ
ール部材１１として好適である。

【００２２】また、吸着面９より頭出させるシール部材
１１の頭出量ｔは、シール部材１１の材質にもよるが、
０．１〜０．５ｍｍ程度が良好で、特に０．１〜０．２
ｍｍの範囲が好適である。

【００２３】シール部材１１の頭出量ｔが０．１ｍｍ未
満では、被加工物Ｗとの密着力が小さいために気密性が
不十分であり、外部より空気が漏れたり、異物を吸い込
んでしまうからであり、逆にシール部材１１の頭出量ｔ
が０．５ｍｍより大きいと、吸引固定時にシール部材１
１の先端を環状溝１０内に完全に収納することができ
ず、被吸着物Ｗの周縁を持ち上げてしまうために被吸着
物Ｗを精度良く吸引固定することができないからであ
る。

【００２４】ところで、上記シール部材１１を形成する
方法としては、枠状をしたシール部材１１の成型品を環
状溝１０に接着するか、あるいは環状溝１０にシール部
材１１のペーストを充填、硬化させることにより枠状を
したシール部材１１を形成すれば良い。

【００２５】一方、吸引板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。

【００２６】これは平均空孔径が１０μｍ未満であった
り、空孔率が３０％未満であると、多孔質セラミックス
内を流れる空気の通気抵抗が大きくなり過ぎるために、
真空ポンプの吸引力を大きくしても十分な吸引力が得ら
れないからである。

【００２７】また、平均空孔径が５０μｍより大きかっ
たり、空孔率が５０％より大きくなると、吸引板２の上
面が凹凸面となるために被加工物Ｗを精度良く固定でき
なくなるからである。なお、好ましくは平均空孔径が１
５〜２５μｍでかつ空孔率が３５〜４５％の範囲にある
ものが良い。

【００２８】このような吸引板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、アルミナ−炭化チタン系セラミックス、アルミ
ナ−ジルコニア系セラミックス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、さらには酸性やアルカリ
性等の薬液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。ただし、吸引板２を構成するセラミックスとし
ては前述したセラミックス材料だけに限定するものでは
なく、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。

【００２９】また、枠体４を構成する材質としては、ス
テンレス等の金属や前記吸引板２を構成する緻密質のア
ルミナセラミックス、炭化珪素質セラミックス、アルミ
ナ−炭化チタン系セラミックス、アルミナ−ジルコニア
系セラミックス等を用いることができる。特に、枠体４
を吸引板２と同種の緻密なセラミックスにより形成する
ことで、両者の熱膨張係数を近似させることができるた
め、ガラス接着時において精度良く製作することができ
る。

【００３０】また、吸着面９はその面状態が加工後の被
加工物Ｗの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、好ま
しくは平坦度０．３μｍ以下とすることが良い。

【００３１】次に、本発明の真空吸着盤１の他の例を説
明する。

【００３２】図３（ａ）（ｂ）は吸引板１２が、多数の
貫通微少孔を吸引孔１３として穿設した緻密質セラミッ
クスからなる以外は図１（ａ）（ｂ）と同様の構造をし
たもので、図３（ａ）（ｂ）に示す真空吸着盤１におい
ても図１（ａ）（ｂ）の真空吸着盤１と同様の効果を奏
することができる。

【００３３】なお、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、真空ポンプによ
る吸引力を大きくしても十分な吸引力が得られず、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
ことは難しく、逆に吸引孔１３の穴径が０．３ｍｍより
大きくなると、被加工物Ｗがシリコンウエハのように薄
肉基板である場合、吸引孔１３に位置する部分が窪んで
平坦度が低下し、被加工物Ｗの加工精度に悪影響を与え
る恐れがある。

【００３４】その為、吸引孔１３が貫通微小孔からなる
タイプの真空吸着盤１において、吸引孔１３の穴径は、
０．０５〜０．３ｍｍの範囲で穿設することが良い。

【００３５】以上、本発明の実施形態では２種類の真空
吸着盤１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、吸着面に被加工物の外形よ
り僅かに小さな環状溝１０を凹設するとともに、該環状
溝１０に弾性体からなる枠状のシール部材１１を上記吸
着面９より頭ささせた状態で配設してあり、被加工物Ｗ
の吸着固定時には被加工物Ｗの平坦精度を悪化させるこ
となく、空気の漏れや異物の吸い込みを防ぎ、吸引孔の
目詰まりを生じさせることが殆どない構造であれば良
い。

【００３６】また、吸引板２の形状としては円形だけに
限らず、被加工物Ｗの外形状に合わせて楕円、あるいは
三角形や四角形などさまざまな形状とすることができ
る。

【００３７】さらに、環状溝１０とシール部材１１にお
いても図２では枠体４の隔壁６に段部７を設け、枠体４
の凹部５に接合された吸引板２とで環状溝１０を構成
し、該環状溝１０内にシール部材１１を配設した構造を
示したが、例えば、図４（ａ）に示すように、シール部
材１１の厚みを薄くして段部７との間に隙間Ｓを設け、
シール部材１１の先端が弾性変形した時には上記隙間Ｓ
に収納するようにしたものや図４（ｂ）に示すように段
部７をテーパ状とし、シール部材１１を吸引板２の側面
に貼り付け、シール部材１１の先端が弾性変形した時に
は隔壁６のテーパ部に収納されるようにしたものであっ
ても構わない。

【００３８】また、環状溝１０を形成する段部７は、図
４（ｃ）（ｄ）に示すように吸引板２の外周面に形成
し、かつ吸引板２の外周面に沿ってシール部材１１を立
設させても良く、さらには図４（ｅ）に示すように枠体
４の隔壁６と吸引板２にかかる環状溝１０を形成し、吸
引板２の外周面に沿ってシール部材１１を立設させたも
のであっても構わない。

【００３９】（実施例）本発明品として図１の真空吸着
盤１を、従来品として図６の真空吸着盤３１をそれぞれ
用意し、被加工物Ｗとして６インチのシリコンウエハに
ポリッ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。

【００４０】本実験では、いずれの真空吸着盤１，３１
も吸引板２，３２の寸法を外径が約１４８ｍｍ、厚みが
１５ｍｍの円盤状とし、アルミナ純度が９９．５％、平
均空孔径が１４μｍ、空孔率が３５％のアルミナセラミ
ックスにより形成するとともに、吸着面９，３６の平坦
度を０．５μｍとした。

【００４１】また、本発明の真空吸着盤１においては、
シール部材１１にシリコーンゴムを使用し、シール部材
１１の頭出量ｔを０．１ｍｍとした。

【００４２】そして、本発明品と従来品の真空吸着盤
１，３１により６インチのシリコンウエハを吸引固定
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
よる平坦度の劣化が見られた。そこで、吸着面３６を電
子顕微鏡で観察したところ、吸引孔３３が完全に目詰ま
りを起こしていた。

【００４３】これに対し、本発明品はシール部材１１に
より砥粒や研磨粉等の異物の吸い込みが殆どないため、
３か月後でも吸引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。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、本発明の真空吸着盤によ
れば、被加工物を吸引固定するための吸引孔を備えた吸
着面に、上記被加工物の外形より小さくかつその外形に
沿った環状溝を凹設するとともに、該環状溝に弾性体か
らなる枠状のシール部材を前記吸着面より頭出させた状
態で配設して真空吸着盤を構成したことから、上記吸着
面に被加工物を載置して吸引孔より真空吸引すれば、上
記吸着面より頭出するシール部材の先端を弾性変形させ
て環状溝内に収納することができるため、被加工物を吸
着面の平坦精度に精度良く吸着固定することができる。
しかも、上記シール部材は被加工物の面粗度の影響を受
けることなく密着させることができるため、空気の漏れ
を防いで被加工物の全面を均一な吸引力でもって吸着固
定することができるとともに、外部から異物が吸引孔に
吸い込まれることを防ぎ、吸引孔の目詰まりを防止する
ことができる。

【００４５】その為本発明の真空吸着盤を研磨、研
削、切削等の加工に用いれば、これらの作業を繰り返し
たとしても吸引孔に砥粒や摩耗粉あるいはゴミ等が堆積
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
ることから、メンテナンス回数を大幅に低減できるう
え、長寿命の真空吸着盤とすることができ、長期間にわ
たって被加工物を高精度に加工することが可能となる。

【００４６】しかも、真空引きしていない時には、被加
工物の周縁ををシール部材によって支持することができ
るため、吸着面との接触面積を小さくでき、吸着面がセ
ラミックスのような硬質材料からなる場合であっても、
被加工物を吸着面へ載置したり吸着面から離脱させる際
の摺動によって被加工物を傷付けることがない。

【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斜視
図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。

【図２】（ａ）は図１（ｂ）の主要なＡ部を示す拡大図
であり、（ｂ），（ｃ）は被加工物を吸引固定する際の
シール部材の動きを説明するための状態図である。

【図３】（ａ）は本発明の真空吸着盤の他の例を示す斜
視図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｅ）はさまざまな形状の環状溝とシ
ール部材を示す図である。

【図５】従来の真空吸着盤を示す斜視図、（ｂ）は
（ａ）のＰ−Ｐ線断面図である。

【図６】従来の真空吸着盤を示す斜視図、（ｂ）は
（ａ）のＱ−Ｑ線断面図である。

【符号の説明】

１，２１，３１・・・真空吸着盤２，１２，２２，３２・・・吸引板３，１３，２３，３３・・・吸引孔４，２４，３４・・・枠体５，２５，３５・・・枠体の凹部６・・・隔壁７・・・切欠８・・・フランジ部９・・・吸着面１０・・・環状溝１１・・・シール部材Ｗ・・・被加工物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物を吸引固定するための吸引孔を備
えた吸着面に、上記被加工物の外形より小さくかつその
外形に沿った環状溝を凹設するとともに、該環状溝に弾
性体からなる枠状のシール部材を前記吸着面より頭出さ
れた状態で配設したことを特徴とする真空吸着盤。