(57)【要約】      （修正有）【課題】チャックテーブル上のセラミック製多孔質吸着部と外枠部との間の段差が好ましく小さい真空チャックとその製造方法を提供する。【解決手段】ワークを吸引するためのセラミック製の多孔質吸着部と、該多孔質吸着部の外周部に沿って設けられたガラス製の外枠部とにより構成されたチャックテーブルを有し、該チャックテーブル上における前記多孔質吸着部と前記外枠部との間の段差が１μｍ未満である真空チャック及びその製造方法を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを吸引保持するためのセラミック製の多孔質吸着部と、該多孔質吸着部の外周部に沿って設けられたガラス製の外枠部とにより構成されたチャックテーブルを有し、該チャックテーブル上における前記多孔質吸着部と前記外枠部との間の段差が１μｍ未満であることを特徴とする真空チャック。
【請求項２】
請求項１に記載の真空チャックの製造方法であって、チャックテーブルを形成するように設けられたセラミック製の多孔質吸着部及びガラス製の外枠部に対して、ビトリファイドダイヤモンド砥石を用いて平坦化研削加工を行うことを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明分野】
【０００１】
本発明は、研削、研磨、切断などを行う加工用装置等においてワークを吸引保持するための真空チャック及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハーに代表される非金属部材は、磁力による固定ができないため真空吸引による固定手段として真空チャックが使用されている。前記真空チャックにより吸着され保持されたシリコンウエハー等の非金属部材は、研削、研磨及び切断処理され、更にその他の加工が施される。以下では、当該技術分野の代表的ワークであるシリコンウエハー用の真空チャックを例に挙げて説明する。
【０００３】
一般にシリコンウエハーを吸引保持するため真空チャックは、ワーク固定面を持つ通気性のセラミック製多孔質部材と、それによる吸着保持を確実にするためにその多孔質部材外縁に設けられた外枠部とからなるチャックテーブルを有し、チャックテーブル上のワーク固定面へ前記多孔質部材を挟んだ反対側からの空気吸引力によってシリコンウエハーを吸着保持できるようになっている。その外枠部の働きは、多孔質部材におけるワーク固定面以外の側面部からの無駄な吸引作用を防止しシリコンウエハーの吸引不良を防止することと、多孔質部材を真空吸着盤に固定することにある。そのような外枠部は、多孔質部材の外周部に非通気性材料で構成されてもよいし、多孔質部材の外周部にこれが非通気性となるような封止処置を施して設けられてもよい。
【０００４】
従来、上記のようなチャックテーブルの外枠部の構成に関して、次のような技術が開示されている。先ず、外枠部の材料として、特公昭６３−４９３８号公報（特許文献１）に記載されているように金属またはセラミックを使用することが公知である。外枠部に非通気性材料を使用する技術としては、例えば、実開昭５８−５６４４１号公報（特許文献２）に、外周シール層をアルミナ粉末混合エポキシ樹脂で形成する方法が開示されている。また、多孔質部材の外周部に気孔封止処置を施す技術としては、例えば、特開平８−４７８３５号公報（特許文献３）に、吸着板外周部にシリコン樹脂を含浸する方法が開示されている。
【０００５】
また、特開２００１−３４１０４２号公報（特許文献４）に記載されているように、多孔質セラミック体の外周部に非多孔質体を形成するため、多孔質セラミック体の製造時ないし成型時に外周部の密度を高くする、或いは多孔質セラミック体の外周部を充填材入りの樹脂で封止するといった方法も提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特公昭６３−４９３８号公報
【特許文献２】実開昭５８−５６４４１号公報
【特許文献３】特開平８−４７８３５号公報
【特許文献４】特開２００１−３４１０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年の電子機器関連技術の発達に伴い、半導体チップの配線密度は年々高まっている。それと同時に、シリコンウエハーの品質についても益々高いレベルが要求されるようになった。特にシリコンウエハー加工面の平坦化工程に関しては、加工面の面粗度及び表面うねりの規格下限値が年々厳しくなる傾向にある。
【０００８】
上述した外枠部を持つ真空チャックのチャックテーブル上にシリコンウエハーを固定しこれを加工する場合、シリコンウエハーのチャックテーブルへの吸着固定を確実にするために、多孔質吸着部の外径寸法はシリコンウエハーの外径寸法より片肉１〜２mmほど小さく設定されており、チャックテーブル上に運ばれたシリコンウエハー周縁部が外枠部上へかかるようになっている。従って、そのチャックテーブル上の多孔質吸着部と外枠部の境界に大きな段差が存在すると、吸着固定時にその段差によりシリコンウエハーに変形が生じるため、高精度な加工面が得られなくなるという問題が生じる。最近のシリコンウエハー加工において許容されるべき段差としては１μｍ未満が望ましい。
【０００９】
上記したように従来における外枠部の構成としては、多孔質吸着部の外周部の気孔を封止処置したり、その外周部として金属材料等を使用する方法が主流であった。
【００１０】
例えば、上記特許文献３及び４（特開平８−４７８３５号公報及び特開２００１−３４１０４２号公報）では、多孔質セラミック体と外周枠部とのヤング率を同等にしないと段差が発生するという理由で、吸着部と同じ材質の外枠部を採用し、外枠部の密度を上げて気孔封止状態を形成している。しかしながら、そのような従来の技術によると、確かに見かけのヤング率は同等になるが、吸着部と外枠封止部の強度差を考慮していないため、それらの値が異なる場合には、チャックテーブル面を平坦化する研削加工時に吸着部と外枠部とで加工除去速度に差違が生じ、その結果、大きな段差が発生しやすい。
【００１１】
また、外枠部に金属材料を使用する場合、これは高強度、高ヤング率な材料であるから、多孔質吸着部の加工除去の方が速くなり、やはり大きな段差が発生しやすい。さらに最近では、シリコンウエハーの金属汚染が問題視されており、金属部材とシリコンウエハーが直接接触することは望ましくない。
【００１２】
また、上記特許文献２（実開昭５８−５６４４１号公報）では、外枠部の材料としてガラスにも言及するが、外周シール層を多孔質セラミックより加工されやすいガラス等を用いた場合は外周シール層の方が多孔質セラミックより数１０μｍ低くなる段差が発生するとされている。
【００１３】
上記のような技術背景並びに問題点に鑑みると、真空チャックのセラミック製多孔質吸着部と外枠部との間の段差を解消することを目的とした更なる改善の余地が存在し、その改善のためには、外枠部を形成するための材料の選択及び段差の解消を達成するのに適した加工法について詳細な検討が必要とされた。
【００１４】
本発明の課題は、チャックテーブル上におけるセラミック製多孔質部と外枠部との間の段差が好ましく小さい真空チャックとその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、真空チャックのセラミック製多孔質吸着部と外枠部との間の段差を１μｍ未満に抑えることができる構成と工法を見出し、本発明を完成させた。
【００１６】
本発明を完成させるにあたり、発明者は、セラミック製の多孔質吸着部及び外枠部の候補部材のそれぞれの物性に関し、ヤング率だけでなく、強度にも着目した。先ず、基本的に外枠部はヤング率の低すぎない材料が適切である。例えば、ゴムなどのヤング率が低い材料は加工時に弾性変形が発生するので、段差の問題は解消できない。そこで、一般にヤング率の低い有機質材料は避け、無機質材料に着目した。無機質材料は高ヤング率であるが、窒化ケイ素セラミックスのように高強度のものも多く、そのような材料を選択した場合、平坦化仕上げ加工時に多孔質吸着部の加工除去速度の方が上回るため、やはり段差の問題を解消できない。そこで、強度が高すぎる無機材料は避け、外枠部に好適な無機質材料として、ヤング率が低すぎず且つ強度も高すぎないガラス材を選択した。
【００１７】
すなわち、本発明は、ワークを吸引保持するためのセラミック製の多孔質吸着部と、該多孔質吸着部の外周部に沿って設けられたガラス製の外枠部とにより構成されたチャックテーブルを有し、該チャックテーブル上における前記多孔質吸着部と前記外枠部との間の段差が１μｍ未満である真空チャックを提供する。
【００１８】
さらに本発明は、上記真空チャックの製造方法であって、チャックテーブルを形成するように設けられたセラミック製の多孔質吸着部及びガラス製の外枠部に対して、ビトリファイドダイヤモンド砥石を用いて平坦化研削加工を行う製造方法を提供する。
【発明の実施の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１及び図２は、本実施形態に係る真空チャックの斜視図である。真空チャックは、ワーク固定面としてのセラミック製多孔質吸着部１とその外周に沿って接着固定されたリング状のガラス製外枠部２とからなるチャックテーブル、及びこれら部材を支持するリング状の台金３により構成される。
【００２０】
外枠部に使用されるガラスは、一般的には「ガラス状態にある物質をいうが、通常はケイ酸塩ガラスを指し、網目高分子であって、網目形成体となる酸化ケイ素の網目構造の中に網目修飾体あるいは網目修飾イオンといわれるアルカリ金属やアルカリ土類金属などが部分的に入って安定な構造をとる。比重は２．２〜６．３、ヤング率は５×１０4〜９×１０4  ＭＰａ、線膨張係数は０．５×１０-6〜２０×１０-6、引張強さは３．３〜８．１ｋｇ／ｍｍ2、モース硬さは５〜７である。」と定義される。
【００２１】
一方、刊行物（ガラスの科学  １９６７年６月１５日発行、東京図書株式会社）によれば、「ガラスを非常にゆっくりと冷却すると、液相温度と呼ばれる一定の温度以下で、そのガラスを構成する成分からなる結晶が析出してくる。このようにガラスは液相温度以下のある温度範囲では、不安定な状態におかれている。感光性ガラスやフォトクロミックガラスの発明者であるアメリカの学者Ｓ．Ｄ．ストゥーキーは、基礎成分が酸化リチウムＬｉ2Ｏ、アルミナＡｌ2Ｏ3，ケイ酸ＳｉＯ2からなるガラスを、紫外線照射後加熱すると、軟化温度（６００℃）付近からケイ酸リチウムの結晶が析出しはじめ、９００℃まで温度をあげると、ガラスはケイ酸リチウム（Ｌｉ2Ｏ・ＳｉＯ2、Ｌｉ2Ｏ・２ＳｉＯ2）と石英の微細な結晶で満たされた緻密な物質に変わることを発見した。これがいわゆる結晶化ガラスである。
【００２２】
再加熱の場合、このようなガラスの軟化温度の析出とともに上昇し、ガラスは高温までその外形をとどめたまま結晶体に変わる。しかもガラスの熱膨張係数はその中に析出したケイ酸リチウムと石英の膨張係数に支配され、処理前のガラスよりずっと小さくなる。
結晶化ガラスの性質は、その小さな熱膨張係数と緻密さのために、高い耐熱衝撃性と機械的強度
【００２３】
をもっている。」とされる。
本発明では、一般的なガラスと結晶化ガラスのいずれも使用可能であり、いずれを使用するかは適宜選択すればよい。
【００２４】
セラミック製の多孔質吸着部は、セラミック粉体とこれを接着するための無機質接着材とを混合して成型及び焼結して得られる通気性のセラミック製平板体で構成されている。すなわち、多孔質吸着部には、ワーク固定面とその反対面との間に通じる連続気孔が形成されている。さらに本発明では、ガラス製外枠部に使用されるガラス材の種類及びその物性値を考慮して、多孔質吸着部の原材料及び／又は製造条件を選択することが好ましい。
【００２５】
前記多孔質吸着部の製造は、当該技術分野で知られている定法により行うことができる。本発明では、その際に原材料及び／又は製造条件を調整することによって、得られる多孔質吸着部の強度、ヤング率を適宜に減少させ、これら物性値をガラス製外枠部と同等にすることができる。
【００２６】
前記多孔質吸着部を製造するためのセラミック粉体としては、製造時に変質せず、品質及び製造上の不具合を生じないものであれば、通気性多孔質部材を形成できるあらゆる種類のセラミック粉体を用いることができる。特に、セラミック粉体には、ＪＩＳ  Ｒ６１１１に規定される研削砥石の研削材を使用することが好ましい。この種のセラミック粉体は、入手が容易であり且つ粒度分布が決められており、多孔質体に製造する際の取り扱いも容易である。例えば、セラミック粉体に適した研削材としては、最も消費量が多くて入手が容易なアルミナ粉体や炭化ケイ素粉体を使用することができる。一般に前記研削材のような粉体を用いて多孔質吸着部を製造すると、研削材の粒径と同等な気孔径が形成され、好ましい連続気孔を形成することができる。
【００２７】
セラミック粉体の好ましい粒度範囲は、F８〜F６００である。F８より粗目では入手及び取り扱いが困難であり、またF６００より細くなると連続気孔が小さくなるため、ワークに対する真空吸引力が小さくなりワーク保持力が低下する。また、多孔質吸着部中のセラミック粉体の好ましい体積％は４０〜５８である。４０％より少ないと多孔質吸着部が適正な形状を保持できなくなり、また５８％より多いと成型時にヒビが発生したり、気孔が少なくなりワーク保持力が低下する。特に好ましい粒度範囲はF８０〜F３２０である。
【００２８】
セラミック粉体を接着するための無機質接着材は、フリットとよばれるガラス粉体及び／又は粘土、長石などの鉱物粉体を混合して調製することができる。具体的にどのような材料を使用するかは、成型条件および焼成条件に従って適宜決定すればよい。多孔質吸着部中の無機質接着材の好ましい体積％は５〜２５である。５％より少ないとセラミック粉体の保持力が低下し、被削材にキズが発生するおそれがあり、また２５％より多いと気孔が少なくなりワーク保持力が低下する。
【００２９】
上記多孔質吸着部中の好ましい気孔体積率は５〜４０である。５％より少ないと空気吸引力が小さくなりワーク保持力が低下し、また４０％より多くなると多孔質吸着部が適正な形状を保持できない。
【００３０】
上記多孔質吸着部のヤング率は、上記ガラス製外枠部のヤング率と同等であることが好ましい。具体的には、多孔質吸着部とガラス製外枠部とのヤング率差が１０％以下であることが好ましい。
【００３１】
また、上記多孔質吸着部の強度は、ガラス製外枠部の強度と同等であることが好ましい。具体的には、多孔質吸着部とガラス製外枠部との強度差が２０％以下であることが好ましい。
【００３２】
本発明による真空チャックの典型的な製造法は、以下の通りである。
上記したセラミック粉体と無機質接着材とを混合して、円板形状に成型及び焼成し、所望の気孔率を持つ多孔質板状体を作製する。なお、この多孔質体の外形はワークの形状に応じて決定されるものであり、特に限定されるものではない。リング状のガラス材は、多孔質板状体の外形寸法に合うものを用意する。なお、多孔質板状体には、その外周を支持する台金としてリング状金属部材が設けられる。この多孔質板状体にワーク固定面等の仕上げ加工を行った後、その外周部の台金上に前記ガラス材が嵌め込まれ、こうしてセラミック製多孔質吸着部とこれを縁取るガラス製外枠部からなるチャックテーブルが組み立てられる。
【００３３】
次に、前記のように多孔質吸着部とガラス製外枠部とで構成されたチャックテーブル面に対し、これを平坦化するための仕上げ研削加工が行われる。この平坦化仕上げ加工に好適な砥石は、次のようにして選択される。
【００３４】
先ず、多孔質吸着部とガラス製外枠部との間の段差を小さくするには、ある程度長時間の研削が必要であり、且つ摩耗の早い砥材ではその用途に不向きである。この観点から、前記平坦化仕上げ加工には、最も硬いダイヤモンド砥粒を主として使用したダイヤモンド砥石による研削加工が好ましい。ダイヤモンド砥石の仕様や研削・研磨条件等は、当該技術分野においてダイヤモンド砥石に関して知られる定法に従って適宜選択すればよい。
【００３５】
ダイヤモンド砥粒を結合するために使用できる結合剤としては、大きく分けてビトリファイド結合剤、レジノイド結合剤、金属結合剤の３種類がある。これらのうち、ビトリファイド結合剤の使用は、弾性率が高く加工時に弾性変形が発生しないので加工精度がよいこと、気孔があるのでドレス性がよいこと、バランス不良（密度の不均一）が発生しにくいこと、金属を使用していないことなどの利点があるので、本発明の製造方法における平坦化仕上げ研削加工にはビトリファイド結合剤を用いた砥石を使用することが好ましい。ビトリファイド砥石とは対照的に、レジノイド結合剤を用いた砥石では、弾性率が低く加工時弾性変形を起こし仕上げ精度に問題が発生しやすく、また、金属結合剤のものでは、一般的にアルミニウム台金に砥粒層を固着するが、アルミニウム台金にバランス不良（密度の不均一）が発生し加工精度に問題が発生しやすい上に、シリコンウエハーの金属汚染の問題があるので好ましくない。ビトリファイドダイヤモンド砥石に使用するダイヤモンド砥粒の粒度は６０／８０〜＃８００まで好適に使用できる。加工条件としてはホイール周速度１７．７〜５２．３ｍ／ｓ、テーブル周速度０．２６〜０．９９ｍ／ｓで所望の真空チャックを得ることができる。
【００３６】
上述した通り、上記チャックテーブル面の平坦化仕上げ加工には、ビトリファイド結合剤でダイヤモンド砥粒を結合させた構成のビトリファイドダイヤモンド砥石が好適である。上記した構成のチャックテーブルに対し、ビトリファイドダイヤモンド砥石を用いて平坦化仕上げを行う本発明の製造方法によれば、多孔質吸着部と外枠部との間は段差１μｍ未満に抑えることができる。
【００３７】
以下、本発明の実施例を比較例とともに説明するが、これらは本発明の実施可能性及び有用性を例証するものであり、本発明の構成を何ら限定する意図はない。
【実施例】
【００３８】
［実施例１］
原材料
セラミック粉体：アランダム（Ａ）砥粒  粒度１００番
無機質接着材：市販のフリット、粘土、長石を混合して調整したもの
ガラス製外枠部：結晶化ガラス（日本電気硝子（株）製  品名ラピエ）
多孔質セラミック体中の体積比率
セラミック粉体：５４体積％
無機質接着材  ：１２体積％
気孔          ：３４体積％
上記各体積比率が得られるようにセラミック粉体と無機質接着材を混合し、直径２０２ｍｍ、厚み９ｍｍの円板体を成型し、１０００℃、５時間で焼結させた。外枠用のリング状ガラス材は、外枠寸法：外周直径２１６ｍｍ、内周直径２００ｍｍ、高さ８．５ｍｍのものを用意した。焼結して得られた前記多孔質円板体は、そのワーク固定面となる片面側をなめらに仕上げ、高さを８．５ｍｍ、外周を２００ｍｍに仕上げられた。台金はＳＵＳ３０４製のものを用意し、この台金上に前記多孔質円板体及びリング状ガラス材を載せ、このとき接着剤として二液性エポキシ樹脂を使用し、養生に６時間、硬化に６時間（４０℃）の条件下で接着を行うことによって、真空チャックが組み立てられた。
【００３９】
次に、組み立てた真空チャックのワーク固定面側に、下記の平坦化仕上げ加工を行った。
加工機械：東芝機械株式会社製  UVG３８０B
砥石仕様：ＳＤ １７０ Ｈ １００ ＶＤ１（クレノートン製）カップ型砥石
砥石寸法：外径２００mm、高さ３５mm、穴径４０mm  リム層厚み５ｍｍ、リム層幅３ｍｍ
砥石回転数：１５００ｒｐｍ
テーブル回転数：２６ｒｐｍ
切り込み  粗研削：１μｍ／秒
仕上げ：      ０．１μｍ／秒
スパークアウト：      ６０秒
［比較例１］
比較例として、上記実施例１のリング状ガラス材の代わりにＳＵＳ３０４金属製リングを使用した以外は、実施例１と同様の工程で真空チャックを作製した。
【００４０】
作製された真空チャックの評価
実施例１と比較例１で得られた真空チャックについて、それぞれの超音波弾性率、曲げ強度、段差、及び外観（中心部荒れを見る）の評価を行った。それぞれの測定方法は、下記の通りである。
【００４１】
各超音波弾性率
各測定対象物の厚み測る。ＰＡＮＡＭＥＴＲＩＣＳ社製  ＭＯＤＥＬ５２２２の超音波厚さ計を用いて音速伝播速度Ｖｌを求める。次式で、超音波弾性率を求める。
【００４２】
【数１】
2004338082.tif 000002
【００４３】
段差
面粗度測定機を用いて、チャックテーブル上の外枠部から吸着部の中心までを測定し、その測定結果から段差を求める。
【００４４】
外観
各吸着部の中心部荒れを目視により検査する。
曲げ強度
各測定対象物から長さ４０ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚み７ｍｍの直方体を切り出して作製したテスト用試料を、スパン間距離３０ｍｍ、荷重降下速度０．５ｍｍ／ｍｉｎにて３点曲げ強度を行った。３個の試料の平均値をデータとした。
【００４５】
表１に測定結果を示す。また、図３は、実施例１の真空チャックテーブルの面粗度についての測定結果を示す図である。なお、実施例１及び比較例１の多孔質吸着部はいずれの超音波弾性率も７２ＧＰａで、曲げ強度は５１．６MＰａであった。
【００４６】
【表１】
2004338082.tif 000003
【００４７】
表１及び図３で示されるように、実施例１の真空チャックに見られる段差は０．２μｍであり、シリコンウエハー用の真空チャックに望ましい１μｍ未満を達成している。これに対して、比較例１での真空チャックの段差は２．２μｍであった。また、実施例１のガラス製外枠部についての超音波弾性率は、セラミック製多孔質吸着部と同等であった。
【００４８】
実施例１の真空チャックにおいて１μｍ未満の段差を達成できたのは、強度、ヤング率を考慮した材料選択、加工用砥石及びその加工条件の適切な選択に依拠する効果であると考えられる。
【００４９】
こうして、段差を１μｍ未満の真空チャックが提供可能になったことで、シリコンウエハー等の非金属ワークの加工精度が向上し、特にシリコンウエハーをワークとする半導体チップの高密度化に貢献するものである。