(57)【要約】【課題】チャックプレート上のすべてのピン頭に、ウェーハやマスク基板等の被加工物を凝固固着するために余剰な量の冷凍液の液滴を保持した場合においても、被加工物を変形させることなく、板状の被加工物を高平坦度で加工することが可能な冷凍ピンチャックを提供する。【解決手段】チャックプレート上面に多数のピン２が離散配置された冷凍ピンチャックにおいて、前記ピンのピン頭２ａの半径ｒ、隣り合うピン同士の間隔ａ及びピン高さｈが、下記式（１）    ４／３・πｒ3 ＜ （ａ2−πｒ2）ｈ          …（１）の関係を満たすような構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャックプレート上面に多数のピンが離散配置された冷凍ピンチャックであって、前記ピンのピン頭の半径ｒ、隣り合うピン同士の間隔ａ及びピン高さｈが、下記式（１）
４／３・πｒ3 ＜ （ａ2−πｒ2）ｈ          …（１）
の関係を満たすことを特徴とする冷凍ピンチャック。
【請求項２】
前記チャックプレート及びピンが炭化ケイ素からなることを特徴とする請求項１記載の冷凍ピンチャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハやマスク基板等の薄板に平面加工等を施すために、前記薄板を固定するチャック装置であって、チャックプレート上面の多数のピン上で、被加工物の薄板とピンとの間に供給した液体を凝固させて固定する方式の冷凍ピンチャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェーハやマスク基板等の薄板の研磨加工等の際に、前記薄板を固定する方法として、一般に、真空チャックや水貼り法等が用いられている。
真空チャックは、被加工物を真空吸着して固定する方法であり、吸着時に薄板の反りが平面矯正される。そして、加工終了後、真空解除されると、弾性変形していた反りが復元される。このように、真空チャックでは、反りを有する本来の形状のまま、無変形で固定保持することができず、高い平坦度の薄板を得ることが困難であった。
また、水貼り法も、水を張った軟らかいパッドに薄板を緩く固定するため、薄板の反りも緩く拘束され、無変形での固定保持は困難であった。
【０００３】
これに対して、薄板の反りに対して矯正力を及ぼさずに自由状態で該薄板を固定保持する方法として、冷凍ピンチャックが提案されている（特許文献１，２参照）。
図５に、従来の冷凍ピンチャックの構造の一例を示す。この冷凍ピンチャックは、セラミックスからなるチャックプレート１１上面に、円形断面をもつ多数のピン（突起）１２が設けられており、ピン頭１２ａと被加工物の薄板１４の裏面との間で冷凍液を凝固させることにより、薄板を無変形保持しようとするものである。ピン頭１２ａ上で凝固した冷凍液１３は、被加工物の薄板１４とピン１２によって上下方向が拘束された状態であるため、ピン間の隙間、すなわち、横方向に逃れるように膨張する。このようにして、ピン頭１２ａと薄板１４の裏面との間にある冷凍液１３のみを凝固させることにより、薄板１４を無変形で固定保持することができると考えられる。
【０００４】
また、特許文献１，２に記載されている冷凍ピンチャックにおいては、チャックプレート１１の内部に形成された給排液管１５から、チャックプレート１１上面底部の多数の給排液孔１６を通じて冷凍液１７がチャックプレート上面に供給される。このとき、薄板１４を固定保持する際に凝固する冷凍液１３は、上述したように、ピン頭１２ａと薄板１４の裏面との間にある冷凍液１３のみであり、チャックプレート１１上のそれ以外の部分に供給された冷凍液１７は、薄板１４がチャックプレート１１上に固定保持されている際も、凝固せずに液体の状態のまま、又は、ピン頭１２ａ上の冷凍液１３よりも遅れて凝固する。このため、薄板１４が固定保持される際にチャックプレート１１上で余剰となった冷凍液１７は、給排液孔１６から排出され、回収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６０３８号公報
【特許文献２】特開２００６−１２９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来の冷凍ピンチャックにおいては、チャックプレート下部からピン頭が浸漬する高さまで冷凍液を供給する必要があり、チャックプレート上には、被加工物の薄板の保持固定の際に凝固しない冷凍液や、載置された薄板によって押し退けられた冷凍液も存在することになる。このため、使用される冷凍液の量は、実際に凝固する冷凍液の量よりも多く必要となる。
【０００７】
これに対しては、冷凍液がピン頭と凝固固着される被加工物の薄板との間にのみ存在する状態としておけば、チャックプレート上への被加工物の凝固固着のために供給する冷凍液の量を少なくすることができる。すなわち、予め、ピン頭に冷凍液の液滴を付着させた状態としておけばよい。
【０００８】
しかしながら、ピンピッチやピン高さが小さい場合、ピン頭のみに冷凍液の液滴を付着させることは難しく、冷凍液は、ピン間とピンチャック上面底部で液滴同士が干渉してピン間で連続した液膜となったり、ピン頭の液滴の形状にばらつきを生じたりする等、ピン頭又はピン間に余剰に存在してしまう場合があった。
このように、冷凍液がピン頭又はピン間に余剰な冷凍液が存在する場合、チャックプレートの全面において、薄板を十分かつ均等な強度で凝固固着させることができず、被加工物がチャックプレートから外れたり、ピン間で凝固した冷凍液が膨張したりすることによって、研磨加工等を行っている際に被加工物に不均一な応力を加える事態が生じる。
【０００９】
したがって、冷凍ピンチャックにおいて、被加工物の薄板の固定保持強度を十分に有し、かつ、被加工物を変形させる応力を加えることなく保持するためには、多数のピン頭に余剰な量の冷凍液が保持された場合においても、高平坦度で加工することができることが求められていた。
【００１０】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、チャックプレート上のすべてのピン頭に、ウェーハやマスク基板等の被加工物を凝固固着するために余剰な量の冷凍液の液滴を保持した場合においても、被加工物を変形させることなく、板状の被加工物を高平坦度で加工することが可能な冷凍ピンチャックを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る冷凍ピンチャックは、チャックプレート上面に多数のピンが離散配置された冷凍ピンチャックであって、前記ピンのピン頭の半径ｒ、隣り合うピン同士の間隔ａ及びピン高さｈが、下記式（１）
４／３・πｒ3 ＜ （ａ2−πｒ2）ｈ          …（１）
の関係を満たすことを特徴とする。
チャックプレート上面をこのように構成することにより、ピン頭以外の部分で凝固した冷凍液の被加工物への接触が防止され、ピン頭以外で凝固した冷凍液の膨張による被加工物への応力の蓄積を防止することができる。
【００１２】
前記冷凍ピンチャックは、チャックプレート及びピンが炭化ケイ素からなることが好ましい。
炭化ケイ素は、高硬度、高熱伝導性等の特長を有しており、冷凍液を用いて被加工物を凝固固着するための支持部材として好適な材質である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る冷凍ピンチャックを用いることにより、チャックプレート上のすべてのピン頭に、ウェーハやマスク基板等の被加工物を凝固固着するのに余剰な量の冷凍液の液滴を保持した場合であっても、余剰な冷凍液の凝固による膨張によって被加工物が変形することを防止することができる。このため、ウェーハやマスク基板等の被加工物の薄板を、無変形で、十分かつ均等な強度で固定保持することができ、研磨加工において、高平坦度の薄板を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る冷凍ピンチャックの一例を示す平面図である。
【図２】本発明に係る冷凍ピンチャックのピンの一例を示す拡大断面図である。
【図３】本発明に係る冷凍ピンチャックのピンの他の例を示す図であり、（ａ）は拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のピンの部分拡大断面図である。
【図４】本発明に係る冷凍ピンチャックのピンの他の例を示す拡大断面図である。
【図５】従来の冷凍ピンチャックの一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について、図面を参照して、より詳細に説明する。
図１に、本発明に係る冷凍ピンチャックの一例を示す。図１に示すように、本発明に係る冷凍ピンチャックは、チャックプレート１の上面に、ピン２が多数設けられている。
前記ピン２は、ウェーハやマスク基板等の薄板を凝固固着により固定保持して研磨加工等する際や加工終了後に離脱させる際に、被加工物に反りや撓みを生じさせないようにするために、被加工物の大きさや厚さ、硬度等に応じて、本数やサイズ、間隔を適宜定めて離散配置され、かつ、ピン頭の半径ｒ、隣り合うピン同士の間隔ａおよびピン高さｈが、下記式（１）
４／３・πｒ3 ＜ （ａ2−πｒ2）ｈ          …（１）
の関係を満たすように形成されている。
なお、図１においては、チャックプレート１は円板状であり、また、ピン２は水平断面形状が円形である。
【００１６】
ピン形状及びピン間隔の説明のために、図２に、ピンの一例の鉛直方向における拡大断面図を示す。図２においては、ピン頭２ａの半径ｒ、隣り合うピン同士の間隔ａおよびピン高さｈは、前記式（１）の関係を満たすように形成されている。
【００１７】
前記ピン頭の半径ｒは、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。
ピン頭の半径ｒが０．１ｍｍ未満の場合、ピン頭の面積が小さすぎて、ピン頭に冷凍液を十分に保持することが困難となる。
一方、ピン頭の半径ｒが２．０ｍｍを超える場合、ピン頭の面積に対して保持する冷凍液が少なくなり、ピン頭と被加工物が接触し、被加工物を無変形で保持することができなくなるおそれがある。
【００１８】
また、隣り合うピン同士の間隔ａは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
前記間隔ａが１ｍｍ未満の場合、冷凍液とチャックプレートとの濡れ性や冷凍液の表面張力により、ピン間に冷凍液が残留するおそれがある。
一方、前記間隔ａが５ｍｍを超える場合、ピン頭に保持した冷凍液によって被加工物を支持することが困難となり、ピン頭と被加工物が接触し、被加工物を無変形で保持することができなくなるおそれがある。
【００１９】
また、ピンの高さｈは、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
高さｈが０．０１ｍｍ未満の場合、チャックプレート上面に、冷凍液が流れる空間が十分に確保されず、冷凍液とチャックプレートとの濡れ性や冷凍液の表面張力によっては、ピン頭に保持した余剰の冷凍液を排出することができず、ピン間に冷凍液が残留するおそれがある。
一方、高さｈが０．５ｍｍを超える場合、被加工物を加工する際に生じる水平方向の応力によってピンが変形又は破損し、被加工物を固定保持する力が十分に得られなくなる。
【００２０】
また、図３及び図４に、ピンの他の例の鉛直方向における拡大断面図を示す。図３及び図４においても、図２に示したピン形状の場合と同様に、ピン頭の半径ｒ、隣り合うピン同士の間隔ａおよびピン高さｈは、前記式（１）の関係を満たすように形成されている。
図３又は図４に示すように、ピン頭２ａは、外周から中心に向かって漸深するような形状の窪みが形成されていることが好ましい。
前記窪みの形成方法は、とくに限定されるものではなく、予めピン頭に窪みを有するように成型してもよく、あるいはまた、ピン頭にブラスト加工などにより形成してもよい。
【００２１】
前記ピン頭の窪みは、ピンの中心を通る鉛直方向断面における角部の角度θが４５°以上８７°以下であることが好ましい。
このような形状の窪みをピン頭に形成することにより、冷凍液をより均一かつ安定的に保持することができる。
【００２２】
なお、前記窪みが凹曲面状に形成されている場合の前記角部の角度θの求め方を、図３（ｂ）を参照して説明する。図３（ｂ）は、ピン頭の角部が欠けて鋭利な状態ではなくなっている場合を示している。
まず、ピンの中心を通る鉛直方向断面において、ピン側面とピン頭断面の曲線を同一曲率で延長した外挿線との交点を求め、その点を角部５とする。そして、角部５を中心とした半径１／２ｒの仮想円とピン側面との交点５ａと、前記仮想円とピン頭との交点５ｂに挟まれる部分の角度を角度θとする。
【００２３】
また、前記窪みの表面粗さＲａを０．１μｍ以上０．５μｍ以下とすることが好ましい。
ピン頭に窪みを形成し、さらに、上記範囲の表面粗さとすることにより、ピン頭に保持される冷凍液の液滴との接触面積が大きくなり、被加工物を研磨など加工する際に生じる水平方向への応力に対しても、ピン頭と被加工物の裏面との間で凝固した冷凍液が、ピン頭から脱落するのを抑制することができる。このため、被加工物を凝固固定するのに十分な量の冷凍液の液滴をピン頭により均一かつ安定的に保持させることが可能となる。
また、ピン頭の表面積が大きくなることにより、チャックプレート下部からの冷却によりピン頭の液滴を凝固させる際、ピン頭における吸熱効果を高めることが可能となり、凝固固着に要する時間を短縮することができる。
【００２４】
前記冷凍ピンチャックは、チャックプレート及びピンが炭化ケイ素からなることが好ましい。
炭化ケイ素は、高硬度、高熱伝導性であり、また、耐熱性及び化学的安定性に優れており、特に、緻密体は高強度であるため、冷凍液を用いて被加工物を凝固固着するための支持部材として好適な材質である。
【００２５】
前記ピン頭への冷凍液の液滴の形成方法は、特に限定されるものではなく、例えば、ピン頭に液滴を滴下する方法や、チャックプレートを裏返して、冷凍液の液浴にピン頭を着液させた後、チャックプレートを引上げる方法、冷凍液を噴霧する方法等により行うことができる。いずれの方法においても、被加工物の薄板が載置されるすべてのピン頭に均一かつ十分な量の液滴を形成することができる必要がある。上記の方法のうち、液滴形成の効率の観点からは、冷凍液を噴霧する方法が好ましい。
これらの方法によれば、使用する冷凍液は、ピン頭に液滴を形成させるための分で足りる。したがって、本発明に係る冷凍ピンチャックによれば、被加工物の凝固固着のために必要な冷凍液の使用量を従来よりも少なくすることができる。
【００２６】
なお、冷凍ピンチャック上への被加工物の固定保持は、上記のようにしてピン頭に形成した冷凍液の液滴の上に、被加工物の薄板を載置した後、凍結させることにより行う。凍結方法としては、従来と同様の方法を用いることができる。例えば、チャックプレート裏面に接触して設けられた冷凍プレート内に、前記冷凍液の凝固点以下に冷却した不凍液を流す方法を用いることができる。このようにして、チャックプレートの下部から冷却することにより、被加工物の薄板裏面とピンとの間にある冷凍液を冷却凝固させて、薄板をチャックプレート上面に無変形で凝固固着させて固定保持することができる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
図１に示すような形態の炭化ケイ素緻密体からなるチャックプレートの上面に、炭化ケイ素緻密体からなるピンを、ピン径０．５ｍｍ、ピン高さ０．５ｍｍ、ピンピッチ２ｍｍで多数設けた。
このチャックプレートを裏返して、噴霧装置で下方から水を吹き付けた。ピン頭に水滴を十分に成長させた後、チャックプレートの上下を元に戻した。
【００２８】
［実施例２］
チャックプレート上面のピンの配置は上記実施例１と同様であり、図５に示すような従来の形態のチャックプレートを用いて、ピン頭に水滴を形成した。具体的には、チャックプレート内部の中心から放射状かつ環状に設けられた給排液管を通じて、チャックプレート上面底部の給排液孔からチャックプレート上面に水を供給した。ピン頭上面よりも高い位置まで水を供給した後、チャックプレート上面底部に溜まっている余剰の水を給排液孔から給排液管を通じて排出した。
【００２９】
上記各実施例においては、ピン頭に形成された水滴に直径３００ｍｍの石英ガラス製ウェーハを凝固固着させたところ、固定保持するのに十分な量の液量をピン頭に保持させることができ、かつ、ピン間での冷凍液の凝固を抑制することができた。
また、各実施例において、固定した直径３００ｍｍの石英ガラス製ウェーハの変形の最大値は１５μｍであった。
【符号の説明】
【００３０】
１，１１  チャックプレート
２，１２  ピン
５        角部
１３      凝固した冷凍液
１４      薄板
１５      給排液管
１６      給排液孔
１７      冷凍液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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