JP2005072496A

JP2005072496A - 基板保持具

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Publication number: JP2005072496A
Application number: JP2003303576A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Odajima; 智小田嶋; Takashi Nogami; 隆野上; Noriyoshi Hosono; 則義細野
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-27
Also published as: JP4193983B2

Abstract

【課題】比較的単純な構造で、加工時と取り外し時の保持力を変化させることができ、基板を破損させる危険が少なく、繰り返し使用可能な基板保持具を提供する。
【解決手段】支持体５上に、連続気泡を有する弾性体層３が形成され、さらにこの上に、密着保持層２が形成される。弾性体層３にはスペーサー４が内包されており、また、支持体５には弾性体層３の連続気泡と連通する孔６が設けられている。基板を取り外す際には、吸引テーブル７上に、基板２０を伴った基板保持具１をセットし、支持体５に設けられた孔６を介して弾性層３中の空気を吸引すると、弾性層３は厚さ方向に体積収縮し、密着保持層２はスペーサー４に追従して変形し、基板２０と密着保持層２との間に空隙８が形成され、密着は解除される。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板を密着固定する基板保持具に関し、特に、加工の製造プロセスで、シリコンウエハ、ガラス等の基板を固定したり、加工後の部品を搬送したりするために使用される基板保持具に関する。

シリコンウエハ、ガラス等の基板及びこれらを加工した部品（以下単に「基板」という）は薄く割れやすいため、その加工工程においては板状の保持具に固定し、研磨、パターニング、ダイシング等の加工、搬送を行なっている。そして、この保持具には、加工工程及び搬送中においては基板を強固に固定し、加工後及び実装時には容易に取り外し可能であることが要求され、このような保持具としては、表面に凸状の支持体を多数形成しこの上に基板を載置し真空吸着するタイプのもの（特許文献１参照）、基板が嵌合されるリセス孔が開設されたテンプレートと基板を保持する弾性体からなるバッキング材が固定されたもの（特許文献２参照）、光硬化性の粘着剤を用い基板取り外しの際には粘着剤を硬化させ粘着性を喪失させるようにしたもの（特許文献３参照）が用いられている。
特開２０００−２８６３２９号公報特開２００１−３８６１１号公報特開２００３−１１３３５５号公報

従来の基板保持具であるが、真空吸着タイプのものは、加工中常に吸引状態を保つ必要があり、保持具自体の構造、製法も複雑で高価なものであった。また、テンプレートとバッキング材からなるタイプのものは、基板を取り外す際の保持力は、変化するものではなく、このため取り外しは端部から空気が徐々に入るように注意深く行う必要があり、取り外しの際に基板を破損させる不具合が少なくなかった。更に、光硬化性の粘着剤を使用するタイプでは、粘着性を喪失した後は再使用できず、ランニングコストが高く付く上に、廃棄物を多量に排出するという問題点があった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、比較的単純な構造で、加工時と取り外し時の保持力を変化させることができ、基板を破損させる危険が少なく、繰り返し使用可能な基板保持具を提供することを目的としている。

本発明は上記従来の問題点を解決したものであり、基板を密着保持する基板保持具であって、支持体と、該支持体上に形成された連続気泡を有する弾性体層と、該弾性体層上に形成された密着保持層とからなり、前記支持体は前記弾性体層の連続気泡と連通する孔を有し、前記弾性体層はスペーサーを内包していることを特徴としている。

また、基板を密着保持する基板保持具であって、支持体と、該支持体上に形成された凸状体と、該凸状体を形成した支持体上に形成された連続気泡を有する弾性体層と、該弾性体層上に形成された密着保持層とからなり、前記支持体は前記弾性体層の連続気泡と連通する孔を有しているものであることを特徴とする。

本発明の基板保持具を使用してシリコンウエハ等の基板を保持するには、密着保持層上に基板を載置するか、載置した後に軽く加圧することで基板は密着保持される。この際、密着保持層下の弾性体層の存在により、基板は平面状に保持される。次に、加工工程終了後や実装に際して基板を取り外す際には、支持体に設けられた孔から吸引することによって、弾性体中に分散内包されたスペーサー、または、支持体に設けられた凸状体に追従して密着保持層が変形し、基板と密着保持層との間に空気が流れ込み、即座に密着が解除され、簡単に基板を取り外すことができる。

本発明によれば、比較的単純な構造で、加工時と取り外し時の基板の密着保持力を変化させることができ、基板を破損させる危険が少なく、繰り返し使用可能な基板保持具を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明すると、本実施形態における基板保持具は図１に示すように、支持体５上に、連続気泡を有する弾性体層３が形成され、さらにこの上に、密着保持層２が形成される。弾性体層３にはスペーサー４が内包されており、また、支持体５には弾性体層３の連続気泡と連通する孔６が設けられている。

基板を取り外す際には、図２に示すように、吸引テーブル７上に、基板２０を伴った基板保持具１をセットし、支持体５に設けられた孔６を介して弾性層３中の空気を吸引すると、弾性層３は厚さ方向に体積収縮し、密着保持層２はスペーサー４に追従して変形し、基板２０と密着保持層２との間に空隙８が形成され、密着は解除される。

また、このほかの実施形態として、図３に示すように、支持体１５上に凸状体１４が設けられており、支持体１５及び凸状体１４上に連続気泡を有する弾性体層１３が設けられ、弾性体層１３上に密着保持層１２が設けられている。また、支持体１５には、弾性体１３の連続気泡と連通する孔１６が設けられている。

基板を取り外す際には、図４に示すように、吸引テーブル７上に、基板２０を伴った基板保持具１１をセットし、支持体１５に設けられた孔１６を介して弾性体層１３中の空気を吸引すると、密着保持層１２は凸状体１４に追従して変形し、基板２０と密着保持層１２との間に空隙１８が形成され、密着は解除される。

本発明を構成する密着保持層は、ゴム硬度５〜６０（ＪＩＳＡ）程度、厚さ０．０５〜２ｍｍ程度のエラストマーからなり、密着保持面は中心線平均粗さ（ＪＩＳＢ０６０１）３．２μm以下程度に成形される。

密着保持層のゴム硬度が、上述の範囲を下回ると、密着力が強くなり過ぎ、密着解除が十分になされない危険があり、逆に上述の範囲を上回ると、密着力が弱くなり、十分な保持力が得られない危険性がある。

密着保持層の厚さが、上述の範囲を下回ると、密着保持層自体の絶対強度が低下し、繰り返し耐久性に悪影響を与える恐れがあり、逆に上述の範囲を上回ると、スペーサー、凸状体に十分追従しなくなり、密着解除が十分になされない危険がある。

密着保持層の密着保持面における表面粗さは、上述の範囲を上回ると、密着力が弱くなり、十分な保持力が得られない危険性がある。

密着保持層の材質は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタン系エラストマー、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合エラストマー等の各種エラストマーを使用することが可能であるが、耐熱性が要求される用途に使用される場合には、シリコーンゴム、フッ素ゴムを使用することが好ましい。また、これらには帯電防止を目的として導電性を付与するためのカーボン、金属、金属酸化物等のフィラーを混合したり、少なくとも一方の面に導電性ポリマーやイオン導電性付与剤等の帯電防止剤を塗布したりすることも可能である。

密着保持層は、後述する弾性体層のスキン層をそのまま適用することも可能である。

本発明を構成する弾性体層は、連続気泡を有するものとする必要がある。連続の程度は、支持体に設けられた孔から吸引した際に、弾性体層が十分に収縮する程度とすればよく、具体的には連泡率５０％以上、好ましくは８０％以上とすることがよい。

弾性体層は硬すぎると吸引によって収縮しづらく、柔らかすぎると基板の平面を保持できなくなる恐れがあるため、ＪＩＳＫ６７６７で規定される圧縮硬さを０．００１〜０．５ＭＰａの範囲のものとすることが好ましい。

弾性体層の厚さは、厚すぎると吸引して密着解除する際に時間を要し、薄すぎると十分な変位量が得られず、密着解除が十分になされない恐れがあるため、０．３〜５ｍｍの範囲、さらに好ましくは０．５〜３ｍｍの範囲から選択することがよい。

弾性体層中に分散されるスペーサーは、樹脂製、金属製、セラミック製、ガラス製等の球形粒子や、繊維状体、多面体状粒子等を使用可能である。このスペーサーは、基板を保持する状態において、弾性体層中に内包され、密着保持面に影響を与えない大きさとする必要があるので、最小径が弾性体層の厚さ以下、好ましくは弾性体層の厚さの８０％以下とし、小さすぎると密着解除が十分になされない危険があるため、０．３ｍｍ以上とすることが好ましい。スペーサーとして繊維状のものを使用する場合は、繊維状スペーサー同士が重なり合い、密着解除時に凸部を形成することができるので繊維径は０．０５ｍｍ以上で十分である。

弾性体層中におけるスペーサーの分散割合は、密着保持しようとする基板の大きさにより決定することができ、具体的には、基板１枚に対して最低１個のスペーサーが存在すればよく、好ましくは１０個以上の凸部が形成されることがよい。逆にスペーサーの割合が多すぎると密着保持層がスペーサーに追従しきれなくなる恐れがあるので、面方向におけるスペーサーの平均間隔をスペーサーの粒径以上、好ましくは粒径の２倍以上とすることがよい。

スペーサーは、弾性体を構成する材料中に分散させ、その後発泡させてスペーサーを内包した弾性体を得る方法、支持体上に弾性体を構成する材料を重ね合わせ、この上にスペーサーを散布または埋め込み、その後発泡させてスペーサーを内包した弾性体を得る方法、支持体上にスペーサーを接着剤等により固定し、この上に弾性体を構成する材料を重ね合わせ、その後発泡させてスペーサーを内包した弾性体を得る方法等により弾性体中に内包させることができる。

本発明を構成する支持体は、樹脂、金属、セラミック、ガラスやこれらの複合体を使用することができ、略板状に成形される。厚さは、用途により適宜決定すればよく、単に搬送目的であれば５０μm程度以上の厚さがあれば十分であり、研磨等の加工に使用する場合には、数ｍｍ程度の厚さとすればよい。

支持体に形成される孔は、前記弾性体に内包される空気を吸引するためのものであり、最低１個形成すればよいが、弾性体中の気泡連続性の不完全さを補う目的や、吸引効率の向上を目的として、複数個形成することが好ましく、また、大きさは、小さすぎると吸引効率が悪くなり、大きすぎると密着保持層の平面性に悪影響を及ぼす恐れがあるため、弾性体に接する側の面においてφ０．２〜３ｍｍ程度とすることがよい。基板の密着を解除する際に吸引テーブル側となる面における孔の大きさは、吸引効率、吸引テーブルの吸引孔との位置合わせの容易さから大きい方が望ましく、断面を台形状、ロート状とすることができる。また、吸引テーブルがほぼ全面からメッシュ等を介して吸引できる構造のものを使用すれば、特に正確な位置合わせは必要ない。

孔の形状は特に限定されるものではなく、円形、多角形、スリット状等適用可能であるが、加工の容易さからは円形とすることが好ましい。また、支持体として多孔質セラミック等の多孔質板を用いれば、特段に孔加工を施す必要はないが、この場合側面は空気が漏れないように、密閉することが好ましい。

他の実施の形態においては、弾性体層中のスペーサーに替えて、支持体上に凸状体を形成することができる。この凸状体の高さは弾性体層の厚さ以下とし、基板を密着保持している状態において、密着保持層の表面に影響を与えないようにする。凸状体の高さと弾性体層の厚さが等しいときには、密着保持層は弾性体層及び凸状体の頂部に接着一体化され、弾性体層の厚さが凸状態の高さを上回るときには、弾性体層に接着一体化される。凸状体の高さが小さすぎると密着解除が十分になされない危険があるため、０．３ｍｍ以上とすることが好ましい。

凸状体の形状は任意であるが、円柱状、半球状、円錐状、台地状、土手状、各種幾何学形状等から適宜選択して形成することができるが、凸状体によって弾性体層が面方向で分断される形状とする場合は、それぞれの分断された領域に吸引のための孔を形成することが好ましく、複数の基板を保持する場合、選択的に密着を解除することも可能である。また、弾性体中の空気を吸引して密着を解除した際の基板と密着保持層とが触れる形状は、点または線に近いことが好ましく、このようにするため凸状体の形状は半球状、円錐状、多角錐状として、頂部の面積をできるだけ小さいものとすることが好ましい。

凸状体の形成割合は、密着保持しようとする基板の大きさにより決定することができ、具体的には、基板１枚に対して最低１個の凸状体が存在すればよく、好ましくは１０個以上の凸部が形成されることがよい。逆に凸状体の割合が多すぎると密着保持層が凸状体に追従しきれなくなる恐れがあるので、面方向における凸状体の平均間隔を凸状体の投影径または幅以上、好ましくは投影径または幅の２倍以上とすることがよい。

上記において、基板保持具１を製造する場合には、まず、支持体５、１５を成形する。多孔質の材料を使用する場合には孔６、１６はすでに形成されているので加工により形成する必要はないが、そうでない場合には、ドリル等を用い、孔６、１６を形成する。孔を形成する位置は、後に形成する弾性体層３、１３の連続気泡と連通する箇所とすればよく、複数箇所を孔加工し、少なくとも１つの孔が結果的に弾性体層３、１３の連続気泡と連通すればよい。

支持体５、１５は、必要に応じ、表面を研磨して平面性を向上させることもできる。

支持体１５上には凸状体１４を形成する。凸状体１４の形成にあたっては、スクリーン印刷等の方法により形成することも可能であり、また、支持体１５表面を切削加工することで凸状体を削り出すことも可能である。切削加工は、フライス、放電加工、サンドブラスト等適当な方法を採用することができる。

支持体５上に、スペーサー４を含んだ弾性体層３を形成するには、発泡剤、スペーサーを含んだ発泡ゴム成形材料を用い、この材料を支持体５に直接重ね合わせ、発泡させてもよいし、予めスペーサーを内包させた発泡シートを別途作製し、これを、孔６を塞がないように接着剤を塗布して貼り合せる方法が採用可能である。発泡した弾性層３中の気泡を連続状態とするためには発泡割合を約９０%以上と著しく大きくするか、発泡後に加圧、せん断等の機械的ストレスを加えることにより気泡隔壁を破壊する方法が採用可能である。

支持体１５上への弾性層１３の形成は、上述の弾性層３を形成した材料で、スペーサーを含まないものを、同様の製法で形成することができる。

密着保持層２、１２を弾性体層３、１３上に形成するには、乾燥あるいは硬化してゴム状となる液状エラストマー材料を弾性体層３、１３に直接塗布して密着保持層２、１２とする方法や、予め所定の厚さの密着保持層を別途作製しておき、接着剤を用いて弾性体層３、１３に貼り合せる方法が採用される。

液状エラストマー材料を弾性体層３、１３に直接塗布して密着保持層２、１２とする場合は、弾性体層に塗布した後、液状エラストマー材料が未硬化の状態でＰＥＴフィルム、ＯＰＰフィルム等の適当なセパレータを張り合わせ、プレス加工した後にセパレータを剥離、除去することで、セパレータの有する表面が転写し、前述した表面粗さ特性を有し、平面性の高い密着保持面を形成することが可能である。

予め密着保持層を別途作製する場合には、ＰＥＴフィルム、ＯＰＰフィルム等の適当なセパレータ上に密着保持層２、１２を形成し、プレス加工により弾性体層３、１３に貼り合せ、セパレータを剥離、除去することで、前述した表面粗さ特性を有し、平面性の高い密着保持面を形成することが可能である。

弾性層３、１３、密着保持層２、１２を、支持体５、１５上に形成する工程は、別々の工程とすることもできるし、同時に行うことも可能である。

次に、本発明の実施例を説明する。

支持体５を作製する材料として、厚さ５ｍｍ、３００ｍｍ□のフェノール樹脂板を準備した。面方向に対して垂直な、直径φ１.０ｍｍの孔６を、縦横ピッチ２０ｍｍで等間隔に縦１４個×横１４個で計１９６個、ドリルによって設けた。次いで、このフェノール樹脂板の両面を各々約０．２５ｍｍ研磨し、ＪＩＳＢ０６２１に規定される平面度１０μm以下に仕上げ、支持体５とした。

信越化学工業製発泡性シリコーンゴム「ＫＥ−５２１」１００質量部に対し、粒径０．７ｍｍのガラスビーズ２３．４質量部を添加し、これをフッ素樹脂製の離型フィルム上に、ガラスビーズの無い部分の厚さが０．４ｍｍとなるように塗布し、６０℃で発泡、硬化させ、厚さ１．２ｍｍの発泡ゴムシートを得た。この発泡ゴムシートを、ＪＩＳＡ硬度８０、厚さ１０ｍｍの一対のゴムニップロール間を、線圧１ｋｇ／ｃｍで３回通過させ、気泡を連泡化した。次いで、両面を約０．１ｍｍずつ研磨してスキン層を除去し、寸法を厚さ１．０ｍｍ、２９０ｍｍ×２９０ｍｍに整え、スペーサー４を内包した弾性体層３を得た。このときのスペーサーの存在割合は、１ｃｍ^２当り約２５個であった。

信越化学工業製シリコーンゴム「ＫＥ６７」を、支持体５の片面に、中央部の２９０ｍｍ□領域に孔６を避けて厚さ０．０５ｍｍとなるようにスクリーン印刷法により塗布し、スペーサー４を内包した弾性体層３を、位置を合わせて貼り合せ、プレス機にて、圧力５ｋｇ／ｃｍ^２で５０℃３０分間加圧し、接着固定した。

フッ素樹脂製の離型フィルム上に、信越化学工業製シリコーンゴム「ＫＥ６６ＳＥ」を、厚さ０．２ｍｍとなるように塗布し、１２０℃のオーブンで１０分間加熱して硬化させ、寸法を３００ｍｍ□に整え、密着保持層２を作製した。

密着保持層２に、信越化学工業製シリコーンゴム「ＫＥ６７」を、厚さ０．０５ｍｍとなるように塗布し、弾性体３全体を覆い、四辺（幅５ｍｍ）を支持体５に接するように重ね合わせ、該四辺部分に厚さ０．８ｍｍのアルミニウム製の板を載置して、プレス機で全体を加圧し、５０℃で３０分間処理した後、密着保持層２からフッ素樹脂製の離型フィルムを剥離して、本発明の基板保持具１を得た。

こうして得られた基板保持具１のほぼ中央に、８インチのシリコンウエハを静かに置いたところ、自重のみでシリコンウエハは固定され、逆さまにしても基板（シリコンウエハ）２０が剥がれ落ちることはなかった。

次に、３００ｍｍ□、幅５ｍｍのステンレス製枠体の中央に、２９０ｍｍ□のステンレスメッシュを備え、これが高さ２０ｍｍで中空構造の直方体の天面として構成され、吸引用のチューブとその先に真空ポンプが連結された吸引テーブル７を用意し、この上に上記のシリコンウエハ２０を密着させた基板保持具１を載置し、−０．０８７０ＭＰａで吸引したところ、弾性体３及び密着保持層２は直ちに変形し、シリコンウエハ２０の密着は解除され、シリコンウエハの自重＋１０ｇの力でシリコンウエハを取り外すことができた。

また、同様の密着固定、密着解除取り外しの操作を１，０００回繰り返したが、密着保持、密着解除に性能の劣化は認められなかった。

支持体１５を作製する材料として、厚さ５ｍｍ、３００ｍｍ□のフェノール樹脂板を準備した。このフェノール樹脂板の片面に、フライス加工により、高さ０．８ｍｍ、頂角６０度の四角錐形の凸状体１４を、縦横ピッチ４ｍｍで中央部２９０ｍｍ□の領域に形成し、凸状体１４を備えた支持体１５を得た。

支持体１５の凸状体１４を形成した領域に、信越化学工業製発泡シリコーンゴム「ＫＥ−５２１」を、凸状体底面からの厚さが１．０ｍｍとなるように塗布し、６０℃で発泡、硬化させ、次いで、厚さ１０ｍｍ、ＪＩＳＡ硬度８０のゴムシートを重ね合わせて、５０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を加えて気泡を連泡化し、凸状体１４の頂点から０．２ｍｍの高さまで発泡したゴムを削り、弾性体層１３を形成した。

弾性体層１３を形成した面とは反対側の面から、ドリルにより縦横ピッチ２０ｍｍで等間隔に縦１４個×横１４個で計１９６個、面方向に対して垂直な、直径φ１.０ｍｍの孔１６を設けた。この際、支持体１５と弾性層１４の境界面に形成されたスキン層は、ドリル加工により同時に除去した。

フッ素樹脂製の離型フィルム上に、信越化学工業製シリコーンゴム「ＫＥ６６ＳＥ」を、厚さ０．２ｍｍとなるように塗布し、１２０℃のオーブンで１０分間加熱して硬化させ、寸法を３００ｍｍ□に整え、密着保持層１２を作製した。

密着保持層１２に、信越化学工業製シリコーンゴム「ＫＥ６７」を、厚さ０．０５ｍｍとなるように塗布し、弾性体１３全体を覆い、四辺（幅５ｍｍ）を支持体１５に接するように重ね合わせ、該四辺部分に厚さ０．９ｍｍのアルミニウム製の板を載置して、プレス機で全体を加圧し、５０℃で３０分間処理した後、密着保持層１２からフッ素樹脂製の離型フィルムを剥離して、本発明の基板保持具１１を得た。

こうして得られた基板保持具１１のほぼ中央に、８インチのシリコンウエハを静かに置いたところ、自重のみでシリコンウエハは固定され、逆さまにしても基板（シリコンウエハ）２０が剥がれ落ちることはなかった。

次に、実施例１で使用した吸引テーブル７を用意し、この上に上記のシリコンウエハ２０を密着させた基板保持具１１を載置し、−０．０８７０ＭＰａで吸引したところ、弾性体１３及び密着保持層１２は直ちに凸状体１４に追従して変形し、シリコンウエハ２０の密着は解除され、シリコンウエハの自重＋８ｇの力でシリコンウエハを取り外すことができた。

本発明に係る基板保持具の一実施形態を示す模式断面説明図である。本発明に係る基板保持具の実施形態において基板の密着解除状態を示す模式断面説明図である。本発明に係る基板保持具の他の実施形態を示す模式断面説明図である。本発明に係る基板保持具の実施形態において基板の密着解除状態を示す模式断面説明図である。

符号の説明

１、１１基板保持具
２、１２密着保持層
３、１３弾性層
４スペーサー
１４凸状体
５、１５支持体
６、１６孔
７吸引テーブル
８、１８空隙
２０基板

Claims

基板を密着保持する基板保持具であって、支持体と、該支持体上に形成された連続気泡を有する弾性体層と、該弾性体層上に形成された密着保持層とからなり、前記支持体は前記弾性体層の連続気泡と連通する孔を有し、前記弾性体層はスペーサーを内包していることを特徴とする基板保持具。
基板を密着保持する基板保持具であって、支持体と、該支持体上に形成された凸状体と、該凸状体を形成した支持体上に形成された、連続気泡を有する弾性体層と、該弾性体層上に形成された密着保持層とからなり、前記支持体は前記弾性体層の連続気泡と連通する孔を有しているものであることを特徴とする基板保持具。