(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のに十分な量の冷凍液の液滴を均一に保持させることができ、しかも、必要とされる冷凍液の使用量を低減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、ピン頭の表面粗さＲａを０．１μｍ以上０．５μｍ以下とする、又は、ピン頭に窪みを形成する。【選択図】図２
2012069775.tif 000002
【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炭化ケイ素からなる冷凍ピンチャックであって、前記ピンのピン頭の表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする冷凍ピンチャック。
【請求項２】
チャックプレート上面に多数のピンが離散配置された炭化ケイ素からなる冷凍ピンチャックであって、前記ピンのピン頭に窪みが形成されていることを特徴とする冷凍ピンチャック。
【請求項３】
前記ピン頭の窪みは、鉛直方向断面における角部の角度が４５°以上８７℃以下で形成されていることを特徴とする請求項２記載の冷凍ピンチャック。
【請求項４】
前記ピン頭の窪みにおける表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項２又は３に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６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、冷凍ピンチャックのピン径は、通常、数百μｍ程度であり、ピンピッチやピン高さが小さい場合、表面張力の小さい冷凍液は、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、ピン頭に付着せずにチャックプレート上面底部にこぼれ落ちたり、ピン頭の液滴の形状にばらつきを生じたりする等、高さのある均等な液滴を形成することが困難であった。
このように、冷凍液がピン頭に均等に供給されていない場合、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、研磨加工等を行っている際に被加工物がチャックプレートから外れてしまう事態が生じる。
【０００９】
したがって、冷凍ピンチャックにおいて、冷凍液の使用量をできるだけ少なくして、被加工物の薄板の固定保持強度を十分かつ均等にするためには、多数のピン頭のすべてに、十分な量の冷凍液を均一に保持させ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のに十分な量の冷凍液の液滴を均一に保持させることができ、しかも、必要とされる冷凍液の使用量を低減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炭化ケイ素からなる冷凍ピンチャックであって、前記ピンのピン頭の表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする。
ピン頭をこのように構成することにより、被加工物を凝固固着するのに十分な量の冷凍液の液滴をピン頭に均一かつ安定的に保持させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る他の態様の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炭化ケイ素からなる冷凍ピンチャックであって、前記ピンのピン頭に窪みが形成されていることを特徴とする。
ピン頭をこのような形状にすることによっても、被加工物を凝固固着するのに十分な量の冷凍液の液滴をピン頭に均一かつ安定的に保持させることができる。
【００１３】
前記ピン頭の窪みは、鉛直方向断面における角部の角度が４５°以上８７℃以下で形成されていることが好ましい。
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させることができる。
【００１４】
前記冷凍ピンチャックにおいては、ピン頭の窪みにおける表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。
ピン頭の窪みをこのような構成にすることにより、液滴をピン頭により安定的に保持させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
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十分な量の冷凍液の液滴を均一かつ安定的に保持させることができる。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。
また、前記冷凍ピンチャックを用いれば、従来に比べて、被加工物の凝固固着に必要とされる冷凍液の使用量を低減することができ、余剰の冷凍液の回収機構も不要となるという利点も有している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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鉛直方向の拡大断面図である。
【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鉛直方向の拡大断面図である。
【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鉛直方向の拡大断面図である。
【図５】本発明に係る冷凍ピンチャックのピンの他の例を示す鉛直方向の拡大断面図である。
【図６】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】
【００１７】
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る。被加工物がウェーハやマスク基板である場合、通常、ピン径は数百μｍ、ピン高さは数百μｍ、ピンピッチは数ｍｍである。
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が、これらの形状は特に限定されるものではなく、それぞれ、矩形状や楕円状等であってもよい。
【００１８】
前記冷凍ピンチャックのピン２の拡大断面図の一例を図２〜５に示す。
図２に示したピン２は、ピン頭の表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．５μｍ以下に形成されたものである。
ピン頭をこのような表面粗さで形成することにより、ピン頭とその上に形成される冷凍液の液滴との接触面積が大きくなり、横方向への応力に対しても、ピン頭の液滴がこぼれ落ちるのを抑制することができる。このため、被加工物を凝固固着するのに十分な量の冷凍液の液滴をピン頭に安定的かつ均一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。
【００１９】
前記表面粗さＲａが０．１μｍ未満では、ピン頭の液滴を安定的に保持する効果が十分に得られない。一方、前記表面粗さＲａが０．５μｍを超える場合、面積の小さいピン頭に均一な液滴を形成することが困難となる。
なお、前記表面粗さＲａは、算術平均粗さを表しており、表面粗さ計（株式会社ミツトヨ製ＳＵＲＦＰＡＫ‐ＳＶ／ＰＲＯ／ＳＪ）によって測定した値に基づくものである。
【００２０】
上記のような表面粗さのピン頭の加工方法は、特に限定されるものではない。例えば、チャックプレート上面の多数のピンすべてを同時にラップ加工することにより、各ピン頭を均一に所定の表面粗さにすることができる。
【００２１】
図３〜５に示すピン２はいずれも、ピン頭に窪みが形成されたものであり、窪みの形状の例として、図３は円筒状、図４は逆円錐状、図５は半球面状のものである。このような形状の窪みであれば、面積の小さいピン頭であっても、比較的容易に加工することが可能である。
ピン頭にこのような窪みを形成した場合も、上記のようにピン頭を所定の表面粗さとする場合と同様に、ピン頭とその上に形成される冷凍液の液滴との接触面積が大きくなり、横方向への応力に対しても、ピン頭の液滴がこぼれ落ちるのを抑制することができる。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る。
さらに、ピン頭が平坦である場合よりも、ピン頭に液滴として保持することができる冷凍液の量を多くすることができ、凝固固着強度の向上も図ることができる。
このように、ピン頭の窪みによって、被加工物を凝固固着するのに十分な量の冷凍液の液滴をピン頭に安定的かつ均一に保持させることが可能となり、かつ、吸熱性の向上により液滴の凝固時間の短縮化も図ることができる。
【００２２】
前記窪みの深さ、大きさ等は、被加工物の固定保持の際に欠損や破損等しない程度の強度を十分に維持することができる限り、特に限定されるものではないが、図４、図５に示すような形状、すなわち、ピン頭の窪みの深さが、外周から中心に向かって漸深するような形状の場合、前記ピン頭の窪みは、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し、さらに、該ピン頭の鉛直方向断面における角部の角度θを上記範囲内とすることは、冷凍液を均一かつ安定的に保持させる上で効果的である。
前記窪みの形成方法も、特に限定されるものではなく、予めピン頭に窪みを有するピンを成型してもよく、あるいはまた、ピン頭にブラスト加工を施すことにより形成してもよい。
【００２３】
前記窪みは、その表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。
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は、上述したような窪み及び所定の表面粗さによる両方の効果が得られるため、液滴をピン頭により安定的に保持させる上で効果的である。
【００２４】
前記冷凍ピンチャックの材質には、炭化ケイ素が好適に用いられる。
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０．８ｍｍ、ピンピッチ２ｍｍで多数設けた。そして、ラッピング加工により、ピン頭の表面粗さＲａを０．３μｍとした。
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］
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０．８ｍｍ、ピンピッチ２ｍｍで多数設けた。そして、ブラスト加工により、ピン頭に直径０．４ｍｍ、深さ０．１ｍｍの窪みを形成した。
前記チャックプレートのピン頭への水滴の形成は、実施例１と同様にして行った。
【００２９】
［比較例１］
チャックプレート上面のピンの配置は上記実施例と同様であり、図６に示すような従来の形態のチャックプレートを用いて、表面粗さＲａが０．２μｍの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。
【００３０】
ピン頭に形成される水滴は、固定保持する被加工物の薄板の反りが１００μｍであると仮定すると、ピン径０．５ｍｍの場合に必要な冷凍液の体積は約０．０２ｍｍ3である。
上記比較例１（従来例）では、ピン頭に形成された水滴の体積は約０．０１ｍｍ3であり、被加工物を凝固固着により固定保持するには十分な液量ではなかった。
これに対して、上記実施例１，２においては、ピン頭に形成された水滴の体積はいずれも、約０．０４ｍｍ3で各ピンとも大きさがほぼ均等であり、被加工物を凝固固着により固定保持するのに十分な量の液量をピン頭に保持することができた。
また、上記実施例１，２においては、噴霧により水滴を形成することによって、水をチャックプレート下部から供給する場合（比較例）よりも、少ない量の水でピン頭に水滴を均一に形成することができた。
【符号の説明】
【００３１】
１，１１  チャックプレート
２，１２  ピン
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】
2012069775.tif 000003
【図２】
2012069775.tif 000004
【図３】
2012069775.tif 000005
【図４】
2012069775.tif 000006
【図５】
2012069775.tif 000007
【図６】
2012069775.tif 000008