冷凍チャック装置
【課題】特定の支持方法に必要な突起だけを高く形成した多数の突起を有するチャックに試料を載置し、重力によって変形した試料裏面とチャック間に液体を供給した後、突起と試料裏面間に存在する液体のみを凝固することにより、凝固時に膨張する液体によって薄板の変形を生じさせることなく、重力で変形した状態のまま薄板を固着することができる冷凍チャック装置を提供する。
【解決手段】チャックプレート表面５の上面に、試料を特定の支持方法で支持するために設けられた試料を支承する、高さの高い突起1'および1"と、試料が重力により変形したさいに、突起表面と接触しない高さをもつ上記高さの高い突起よりも低く形成された高さの低い突起１を形成し、この多数の高さの高い突起１’、１”と高さの低い突起１の上面と試料１２の裏面間に存在する液体６’、６”、６のみを凝固して試料を固着する。
【解決手段】チャックプレート表面５の上面に、試料を特定の支持方法で支持するために設けられた試料を支承する、高さの高い突起1'および1"と、試料が重力により変形したさいに、突起表面と接触しない高さをもつ上記高さの高い突起よりも低く形成された高さの低い突起１を形成し、この多数の高さの高い突起１’、１”と高さの低い突起１の上面と試料１２の裏面間に存在する液体６’、６”、６のみを凝固して試料を固着する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウエハや液晶マスク基板などの薄板を固定して平面加工等を行う加工装置において、試料やマスクを固定する装置のチャック装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加工に用いられている一般的な冷凍チャック装置は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、チャックプレート表面５に設けられた多数の給排液孔２、これに連結されるチャックプレート表面下に設けられた中心から放射状および環状に延びた液体給排液管３、およびチャックプレート表面上に供給される液体を保持する外周壁４からなる冷凍チャックプレート８、このチャックプレート８の側面に設けられた液体給排液孔７から液体を供給する液体供給装置（図示せず）、このチャックプレート８の下部に設けられた不凍液を循環させる冷凍プレート９ならびにこの冷凍プレート９の側面に設けられた不凍液供給・戻り孔１０、１１を通じて冷凍プレート９に不凍液を供給する冷凍液恒温装置（図示せず）から構成される。
【０００３】
この冷凍チャック装置のチャックプレート表面５の上面に、液体供給装置から液体給排液孔７、液体給排液管３、多数の給排液孔２を通じて、矢印で示す方向に液体を供給した後、シリコンウエハなどの試料１２を、試料裏面間と液体表面間に泡を発生させないように載置する。つぎに、チャックプレート８の下部に設けられた冷凍プレート９に、不凍液供給・戻り孔１０、１１を通じて冷却された不凍液を冷凍液供給装置から供給する。これによってチャックプレート表面５上の液体は凝固し、試料１２は固定される。しかし、通常、不凍液は凝固時に膨張するため試料１２が薄板の場合は変形を生じる。
【０００４】
一方、薄板を固定する下記特許文献１に記載の冷凍チャック装置は、薄板の変形をできる限り小さくして試料を固定することができる冷却手段と加熱手段を備えている。
【０００５】
図７に示す上記従来の冷凍チャック装置３０は、テーブル３２、冷却手段３４、加熱手段３６、検知手段３８およびコントローラ４０からなり、冷却手段３４、加熱手段３６およびコントローラ４０は制御手段４３を構成している。テーブル３２の表面３２Ｂには試料４１が載置され、試料４１とテーブル３２との隙間には冷凍チャック用の水５２が供給されている。
【０００６】
テーブル３２には流路３２Ａが形成され、この両端部に連通する流路３４Ａ、３４Ｂを通じてクーラ部４２から冷媒が送られる。これによりテーブル３２は常時冷却状態に維持され、テーブルの表面３２Ｂは一定温度に冷却される。
【０００７】
加熱手段３６はテーブル３２の全域に所定間隔で埋設された複数のヒータ部材４４からなり、それぞれドライバ４６に独立して電気的に連結されている。ドライバ４６はコントローラ４０からの信号に基づいて、それぞれのヒータ部材４４に電圧を印加し、常時冷却状態に維持されているテーブル３２の表面３２Ｂを所定温度に設定する。
【０００８】
検知手段３８は所定間隔をおいて埋設された複数の温度センサー４８からなり、埋設位置のテーブル３２の温度を検知する。検知されたテーブル３２の温度は温度・電圧変換器５０で電圧に変換されて、後述するコントローラ４０に入力される。温度・電圧変換器５０は入力された検知温度に比例した電圧を出力する。
【０００９】
前述したコントローラ４０は予め入力されている冷凍チャック用の水５２の凝固パターンに基づいてドライバ４６に信号を出力する。また、コントローラ４０は水５２の凝固パターンと温度・電圧変換器５０から入力された検知温度に比例した電圧に基づいてドライバ４６に信号を出力する。これにより、常時冷却状態に維持されているテーブル３２の表面３２Ｂが設定温度に加熱されて、冷凍チャック用の水５２が予め入力されている凝固パターンで凝固する。
【００１０】
図８（Ａ）、（Ｂ）に凝固パターンの好ましい例を示す。図８（Ａ）の凝固パターンは試料４１の右端部から水５２が凝固を開始して、その凝固が順次左方向に移動するように設定されている。したがって、凝固時の水５２の膨張量分を試料４１の右側の外部に逃がすことができる。また、図８（Ｂ）の凝固パターンは試料４１の中央部から水５２が凝固を開始して、その凝固が順次試料４１の外周方向に移動するように設定されている。したがって、凝固時の水５２の膨張量分を試料４１の外周から外部に逃がすことができる。したがって、試料４１の形状変化を極力小さくすることができる。
【００１１】
上記した図８に示す冷凍チャック装置は、冷凍温度を正確にコントロールするために冷却手段と加熱手段の両方を必要とし、且つ、冷却方向もコントロールしなければならないため、きわめて複雑な冷却・加熱機構と制御手段を要し、価格が高騰する欠点があった。また、所定間隔で多数のセンサーや加熱手段を埋め込まなければならなく、ペルチェ素子などを使用する場合には、この間隔をあまり小さくすることは不可能であり、かなりの大面積の液体が同時に凝固することになり、変形を無視できるほど小さくできないという欠点があった。
【００１２】
一方、上記問題を解決するために、本特許出願人・発明者による下記特許文献２に記載の冷凍チャック装置では、チャック表面と試料裏面間に供給した液体のうち、多数の突起と試料裏面間に存在する液体のみを凝固することにより、凝固時に発生する液体の膨張による薄板の変形を無視できるほど小さくすることができる冷凍チャック装置が発明された。この冷凍チャック装置は，図９（ａ）、（ｂ）に示すようにチャックプレート表面５に設けられた多数の給排液孔２、これに連結されるチャックプレート表面下に設けられた平行および垂直に延びた液体給排液管３、およびチャックプレート表面上に液体を保持する外周壁４からなるチャックプレート８、このチャックプレート８の側面に設けられた液体給排液孔７から液体を供給する液体供給装置（図示せず）、このチャックプレート８の下部に設けられた不凍液を循環させる冷凍プレート９ならびにこの冷凍プレート９の側面に設けられた不凍液供給・戻り孔１０、１１を通じて冷凍プレート９に不凍液を供給する冷凍液恒温装置（図示せず）から構成され、チャックプレート表面５の上面に試料を支承する多数の突起１を形成し、この多数の突起１の上面と試料１２の裏面間に存在する液体６（黒色で塗りつぶし）のみを凝固して試料を固着するので、固化時に膨張する液体を、上下方向ではなく、横方向に逃がし、液体給排液孔７から排出することができるので、薄い試料を変形することなく、固着することが可能になる。
【００１３】
しかし、このチャックは試料を全突起で均等に支持するため、自由状態において変形なく試料を支持することは可能になるが、特定の支持方法、例えば、矩形試料の両辺で支持した際に生じる重力による変形を維持したまま、それ以外の変形を生じさせることなく固着することは不可能であった。
【特許文献１】特開平６−２４６５６７号公報
【特許文献２】特許第４０２５８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特定の支持方法に必要な突起だけを高く形成した多数の突起を有するチャックに試料を載置し、重力によって変形した試料裏面とチャック間に液体を供給した後、突起と試料裏面間に存在する液体のみを凝固することにより、凝固時に膨張する液体によって薄板の変形を生じさせることなく、重力で変形した状態のまま薄板を固着することができる冷凍チャック装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の第１の実施の形態に示すように、チャックプレート表面５に設けられた多数の給排液孔２、これに連結されるチャックプレート表面下に設けられた平行および垂直に延びた液体給排液管３、およびチャックプレート表面上に液体を保持する外周壁４からなるチャックプレート８、このチャックプレート８の側面に設けられた液体給排液孔７から液体を供給する液体供給装置（図示せず）、このチャックプレート８の下部に設けられた不凍液を循環させる冷凍プレート９ならびにこの冷凍プレート９の側面に設けられた不凍液供給・戻り孔１０、１１やチ ャックの左右両端に設けられた１０’、１１’および１０”、１１”を通じて冷凍プレート９に不凍液を供給する冷凍液恒温装置（図示せず）から構成される冷凍チャック装置において、チャックプレート表面５の上面に、試料を特定の支持方法で支持するために設けられた試料を支承する、矩形試料１２の左右端に直線状に配置した高さの高い突起1'および1"と、試料が重力により変形したさいに、突起表面と接触しない高さをもつ格子状に配置した上記高さの高い突起よりも低く形成された高さの低い突起１を形成し、この多数の高さの高い突起１’、１”と高さの低い突起１の上面と試料１２の裏面間に存在する液体６’、６”、６（黒色で塗りつぶし）のみを凝固して試料を固着する構造を有することを特徴としている。高さの高い突起は、少なくとも１個又は複数個により形成させることができる。
【００１６】
図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の第２の実施形態に示すように、第１の実施例に加え、多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１と、これらの突起を取り囲む環状突起１３の上面と試料１２の裏面間に存在する液体を凝固した後、環状突起１３と外周壁４に取り囲まれた液体１４（灰色で塗りつぶし）を凝固して試料外周を固着することを特徴としている。周辺の固着を確実にするために、ペルチェ素子などからなる液体１４の凝固手段１５を環状突起１３と外周壁４の間の下部に埋め込んでもよい。
【００１７】
上記多数の高さの低い突起１は、高さが数１０μｍ〜１０ｍｍ程度であって、直径が数１０μｍ〜１０ｍｍ程度の上記冷凍チャックプレートと同質のセラミックス材料、または金属および無機または有機材料のような材料により形成されている。また、上記多数の高さの高い突起１’、１”の直径及び材料は、上記多数の高さの低い突起１と同等であるが、高さの低い突起１は、高さの高い突起１’、１”に対し、数１０μｍ〜数１００μｍ低く形成されている。また、環状突起１３は、高さが数１０μｍ〜１０ｍｍ程度であって、幅が数１０μｍ〜１０ｍｍ程度の上記冷凍チャックプレートと同質のセラミックス材料、または金属および無機または有機材料のような材料により形成されている。さらに、上記多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１は、加工時や真空排気時に薄板が変形しない間隔で形成されており、研磨加工時に利用される冷凍チャックでは、厚さ１ｍｍ程度のシリコンウエハに対して、間隔１ｍｍ程度のものが使用されている。
【００１８】
その上、上記目的を達成するため、本発明は、図３（ａ）、（ｂ）の第３の実施の形態に示すように、多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１もしくは前記環状突起１３の上面と試料１２の裏面間に存在する凝固した液体以外の液体を、チャックプレート８に連結された給排液孔２と試料端から直線状に延びた液体給排液管３、および液体給排液孔７を通して保留液漕（図示せず）に真空ポンプなどにより排出する手段を有することを特徴としている。これに加え、前記給排液孔２を通して多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１の周りに存在する空気を真空排気する手段を併せもつことを特徴としている。
【００１９】
また、本発明は、図４の第４の実施形態に示すように、試料１２を固着し、これに不要な液体を保留液漕（図示せず）に真空ポンプなどにより排出した後、もしくは、試料１２ の固着に不要な液体を保留液漕（図示せず）に真空ポンプなどにより排出し、試料１２を載置し、多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１もしくは環状突起１３の上面と試料１２の裏面間に存在する液体を凝固して試料を固着させた後、環状突起１３と外周壁４に取り囲まれた領域に液体１４（灰色で塗りつぶし）を供給する手段１６を有し、凝固して試料１２の外周を固着することを特徴としている。
【００２０】
上記冷凍チャック装置は、熱伝導し易い材料からなるチャックプレート８の表面５を、前記多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１の上面、もしくは環状突起１３の上面を除いて熱伝導し難い材料で覆ったことを特徴としている。
また、本発明は、特定の支持方法を達成するために設けられた高さの高い突起１’、１”に対し、それ例外の高さの低い突起１の上面が試料の板厚に応じて重力によって変形する数１０μｍ〜数１００μｍ低く形成されていることを特徴としている。
【００２１】
さらに、本発明は、試料左右端に直線状に配置される複数の高さの高い突起１’、１”の代わりに、多角形状，円形状、楕円状、円弧状、もしくは三角形あるいは四角形の頂点、もしくは１点のみに配置された高さの高い突起１’、１”と、それより低いそれらの周囲に配置される高さの低い突起１から構成されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
上記本発明においては、チャックプレート表面５上に、多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１や環状突起１３を設けることによって、試料１２との裏面間に存在する液体６の量を多数の突起や環状突起以外のすきまに存在する液体の量と比較してきわめて小さくすることができる。したがって、上記多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１や環状突起１３と試料１２の裏面間に存在する液体６の熱容量は小さくなり、凝固点に到達した液体６は凝固し、試料１２を固着する。この時多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１や環状突起１３の周りの液体は凝固していないので、凝固時に発生する固化による膨張を逃がすことが可能になり、薄板の変形は生じない。横方向に大きな力が発生しない場合には、上記多数の突起上のみの液体を凝固することにより試料１２を固着することができる。
【００２３】
加工時に試料１２の接線方向へ大きな力が発生する場合には、環状突起１３と外周壁４の間の液体を凝固することによりさらに強固に試料１２を固着することができる。また、上記多数の突起の周りに存在する液体を排液し、冷凍プレート９の温度を降下することにより試料１２の固着を完全なものにすることができる。その上で、真空排気を行うことにより試料１２の垂直方向の力を増加させることが可能になる。この時、各突起の間隔を試料１２の厚さに応じて適切に決めることにより薄板試料においても突起間の変形を限りなく小さくすることができる。
【００２４】
さらに、熱伝導し易い材料からなるチャックプレート表面５を、多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１、もしくは環状突起１３の上面を除いて、熱伝導し難い材料で覆うことにより、この部分に存在する液体の固化を遅らし、上記多数の突起もしくは環状突起１３の上面の液体凝固による膨張を逃がすことが可能になる。したがって、重力による変形を維持した状態で、薄板試料の変形を極限まで減少させることができる。同様に、上記多数の突起に対し、環状突起１３と外周壁４の間の面積は大きいので、これらの間に存在する液体の凝固を遅らすことができ、試料周辺の変形を抑制することができる。
【００２５】
本発明に係わる冷凍チャック装置においては、突起の上面と試料の裏面に挟まれる液体のみを凝着させることにより、薄板試料を重力による変形以外に変形を生じさせないで保持することを可能にしている。環状突起を用いる場合には、加工液などのチャック表面への浸入を防止することができるので、チャック表面汚染を避けることが可能になる。また、突起周りの空気を真空排気することによりチャックの保持能力を高めることができ、凝固点以下の温度の流体を送り込むことにより固着力を高めることも可能になる。さらに、試料外周部に形成した凝固液体により試料接線方向の保持能力を飛躍的に増加させることが可能になる。したがって、実際に適用される支持方法と同じ方法で試料を支持・固定することにより、重力により変形した試料の上面を平面加工することが可能になり、この面を基準に平面真空ピンチャックなどにより平面矯正して、再度平面加工することにより重力場で自由状態において変形のない試料を作製することも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明に係わる冷凍チャック装置の第１の実施形態を示す平面図とB-B'およびC-C'断面図である。
図に示すように、セラミックスからなるチャックプレート８の上面に、多数の円形断面をもつピン状の微小突起が設けられる。矩形試料の左右端に一定間隔で直線状に配置された微小突起としての高さの高い突起１’、１”は、その間に格子状に配置された微小突起としての高さの低い突起１より高さが高く、且つ、これらの微小突起は加工時や真空排気時に試料１２にたわみを生じないように試料１２の厚さに応じた間隔にて離散配置されている。
【００２７】
また、高さの高い突起１’、１”の高さは、試料がその左右端で支持されたさいに生じる重力による変形によって高さの低い突起１に接触しない高さに形成されている。そのチャックプレート８の表面には試料１２を固着する液体を供給する給排液孔２、チャックプレート８の表面下には給排液孔２に連なる矩形状に延びた液体給排液管３が設けられ、液体給排液孔７から液体供給装置（図示せず）を介して試料固着用液体が供給される。このチャックプレート８の表面５に液体が供給された後、冷凍プレート９の左右両端に設けられた不凍液供給・戻り孔１０’、１１’や１０”、１１”、およびそれらの間に設けられた不凍液供給・戻り孔１０、１１を通じて、試料固着用液体の凝固点以下に冷却した不凍液を冷凍液恒温装置（図示せず）から流し、多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１と試料１２の裏面間に存在する液体６’、６”、６を冷却凝固し試料１２を固着する。
【００２８】
本実施例では、多数の高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１と試料１２の裏面間に存在する液体のみが凝固するため液体の膨張を容易に逃がすことが可能で，これによる変形は発生せず、重力による変形を維持したまま、それ以上変形させることなく薄板試料を固着することが可能になる。また、動作するステージ上に搭載した場合には、不凍液供給・戻り孔１０’、１１’や１０”、１１”に不凍液を流した後に、不凍液供給・戻り孔１０、１１に不凍液を流すことにより、突起本数の少ない特定の支持点における固着が先に、且つ、短時間で行なわれるので、全体を固着した後でステージを動作させるのと比較して無駄な待ち時間を減らすことができる。
【００２９】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明に係わる冷凍チャック装置の第２の実施形態を示す平面図とB-B'およびC-C'断面図である。
図に示すように、実施例１に加えて、多数の高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１を取り囲む環状突起１３とこの環状突起１３と外周壁４の間に液体を供給する給排液孔２が付加されている。
本実施例では、多数の上記高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１を取り囲む環状突起１３と外周壁４間の環状領域に存在する全ての液体を凝固させることによって、突起と試料裏面間の凝固面積と比較してきわめて大きな領域を凝固させることになるので、加工で発生する接線方向力に対してきわめて強い固着力となる。
【００３０】
さらに、ペルチェ素子などの冷却手段１５が環状領域下に設けられている場合には、この環状領域に存在する液体１４の凝固は、多数の高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１と試料１２の裏面間の液体６が凝固した後に、冷却することができるので、薄板を重力による変形状態のまま、それ以外の変形を生じさせることなく、試料外周を確実に強固な力で固着させることができる。この固着は、図に示すように液体の量を増やすことにより試料１２を埋め込むようにもできるので、接線方向力に対しきわめて強大な固着力となる。
【００３１】
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明に係わる冷凍チャック装置の第３の実施形態を示す断面図である。
図に示すように、実施例１、２における不要な液体を給排液孔２、液体給排液管３、液体給排液孔７を通して、保留液漕（図示せず）に真空ポンプなどを用いて排液することによって不要な液体の凝固により発生する試料１２の変形を無くし、且つ、冷凍プレートの温度を下げることによって試料１２との固着力を一層高めることが可能になる。それと同時に、図３（ｂ）の実施例の場合には、試料１２に対し垂直方向の固着力が弱い場合に、真空排気による真空力によって固着力を高めることができる。その上、環状突起１３によって加工時に生じる加工液の浸入を防ぐことになるので、チャック表面の汚染をなくすことができる。
【００３２】
図４は、本発明に係わる冷凍チャック装置の第４の実施形態を示す正断面図である。
図に示すように、実施例２（ｂ）に加えて、環状突起１３と外周壁４間の環状領域に凝固させる液体を供給する手段１６を設けたものであり、供給した液体１４の凝着により実施例２の場合と同じ効果を得ることが可能になる。
【００３３】
図５は、本発明に係わる冷凍チャック装置の第５の実施形態を示す突起の拡大図である。図に示すように、多数の高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１や環状突起１３を含むチャックプレート８は熱伝導の大きい材料で製造されており、凝固した液体を形成する面、すなわち多数の高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１や環状突起１３の上面、および環状突起１３と外周壁４に囲まれる環状領域を除く領域は熱伝導の悪い材料で覆われている。このことにより多数の高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１や環状突起１３の上面では、液体が早めに凝固し、そのさい周りには多量の液体があるので、凝固した液体が膨張しても、試料１２に重力による変形以外に変形を生じさせないで固着させることができる。
【００３４】
なお、上述実施の形態においては、突起としてピン状の微小突起により高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１を設けたが、突起として断面が矩形等の微小突起を設けてもよい。また、上述実施の形態においては、特定の支持方法として、矩形試料を高さの高い突起１’、１”により左右両端で支持する方法についてのみ説明したが、支持方法として多角形状，円形状、楕円状、円弧状、もしくは三角形あるいは四角形の頂点、もしくは極端な場合は１点で高さの高い突起により支持する方法の場合にも、本方法を適用できることは言うまでもない。
【００３５】
また、上記実施例では、突起上部の液体を凝固後に、それ以外の部分にある液体を排液したが、液体をチャック吸着面に供給した後、多数の突起や環状突起上部以外の液体を排液し、その後で多数の突起や環状突起上部の液体を凝固する手順をとってもよい。さらに、上記実施例では、液体を供給する溝と排液する溝、ならびに空気を真空排気する溝は液体給排液管を共有する場合について述べたが、これらは個別に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る冷凍チャック装置の一実施例を示す平面図および正断面図と横断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る冷凍チャック装置の一実施例を示す平面図および正断面図と横断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る冷凍チャック装置の一実施例を示す正断面図である。
【図４】は本発明の第４の実施形態に係る冷凍チャック装置の一実施例を示す正断面図である。
【図５】は本発明の第５の実施形態に係る冷凍チャック装置の一実施例を示す突起の拡大図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は従来の冷凍チャック装置の一実施例を示す平面図および正断面図である。
【図７】は従来の冷凍チャック装置の一実施例を示す正断面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は従来の冷凍チャック装置において、冷却により試料を変形させることなく液体を凝固させる凝固パターンである。
【図９】（ａ）、（ｂ）は突起上の液体のみを凝固させる冷凍チャック装置の一実施例を示す平面図および正断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…高さの低い突起、１’，１”…高さの高い突起、２…給排液孔、３…液体給排液管、４…外周壁、５…チャックプレート表面、６、６’、６”…凝固した液体、７…液体給排液孔、８…チャックプレート、９…冷凍プレート、１０、１０’、１０”…供給孔、１１、１１’、１１”…戻り孔、１２…試料、１３…環状突起、１４…環状領域の凝着液体、１５…冷却手段、１６…液体供給手段
３０…冷凍チャック装置、３２…テーブル、３２Ｂ…テーブルの表面、３２Ａ、３４Ａ、３４Ｂ…流路、３４…冷却手段、３６…加熱手段、３８…検知手段、４０…コントローラ、４１…ワーク、４１…クーラ部、４３…制御手段、４４…ヒータ部材、４６…ドライバ、４８…温度センサー、５０…温度・電圧変換器、５２…冷凍チャック水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウエハや液晶マスク基板などの薄板を固定して平面加工等を行う加工装置において、試料やマスクを固定する装置のチャック装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加工に用いられている一般的な冷凍チャック装置は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、チャックプレート表面５に設けられた多数の給排液孔２、これに連結されるチャックプレート表面下に設けられた中心から放射状および環状に延びた液体給排液管３、およびチャックプレート表面上に供給される液体を保持する外周壁４からなる冷凍チャックプレート８、このチャックプレート８の側面に設けられた液体給排液孔７から液体を供給する液体供給装置（図示せず）、このチャックプレート８の下部に設けられた不凍液を循環させる冷凍プレート９ならびにこの冷凍プレート９の側面に設けられた不凍液供給・戻り孔１０、１１を通じて冷凍プレート９に不凍液を供給する冷凍液恒温装置（図示せず）から構成される。
【０００３】
この冷凍チャック装置のチャックプレート表面５の上面に、液体供給装置から液体給排液孔７、液体給排液管３、多数の給排液孔２を通じて、矢印で示す方向に液体を供給した後、シリコンウエハなどの試料１２を、試料裏面間と液体表面間に泡を発生させないように載置する。つぎに、チャックプレート８の下部に設けられた冷凍プレート９に、不凍液供給・戻り孔１０、１１を通じて冷却された不凍液を冷凍液供給装置から供給する。これによってチャックプレート表面５上の液体は凝固し、試料１２は固定される。しかし、通常、不凍液は凝固時に膨張するため試料１２が薄板の場合は変形を生じる。
【０００４】
一方、薄板を固定する下記特許文献１に記載の冷凍チャック装置は、薄板の変形をできる限り小さくして試料を固定することができる冷却手段と加熱手段を備えている。
【０００５】
図７に示す上記従来の冷凍チャック装置３０は、テーブル３２、冷却手段３４、加熱手段３６、検知手段３８およびコントローラ４０からなり、冷却手段３４、加熱手段３６およびコントローラ４０は制御手段４３を構成している。テーブル３２の表面３２Ｂには試料４１が載置され、試料４１とテーブル３２との隙間には冷凍チャック用の水５２が供給されている。
【０００６】
テーブル３２には流路３２Ａが形成され、この両端部に連通する流路３４Ａ、３４Ｂを通じてクーラ部４２から冷媒が送られる。これによりテーブル３２は常時冷却状態に維持され、テーブルの表面３２Ｂは一定温度に冷却される。
【０００７】
加熱手段３６はテーブル３２の全域に所定間隔で埋設された複数のヒータ部材４４からなり、それぞれドライバ４６に独立して電気的に連結されている。ドライバ４６はコントローラ４０からの信号に基づいて、それぞれのヒータ部材４４に電圧を印加し、常時冷却状態に維持されているテーブル３２の表面３２Ｂを所定温度に設定する。
【０００８】
検知手段３８は所定間隔をおいて埋設された複数の温度センサー４８からなり、埋設位置のテーブル３２の温度を検知する。検知されたテーブル３２の温度は温度・電圧変換器５０で電圧に変換されて、後述するコントローラ４０に入力される。温度・電圧変換器５０は入力された検知温度に比例した電圧を出力する。
【０００９】
前述したコントローラ４０は予め入力されている冷凍チャック用の水５２の凝固パターンに基づいてドライバ４６に信号を出力する。また、コントローラ４０は水５２の凝固パターンと温度・電圧変換器５０から入力された検知温度に比例した電圧に基づいてドライバ４６に信号を出力する。これにより、常時冷却状態に維持されているテーブル３２の表面３２Ｂが設定温度に加熱されて、冷凍チャック用の水５２が予め入力されている凝固パターンで凝固する。
【００１０】
図８（Ａ）、（Ｂ）に凝固パターンの好ましい例を示す。図８（Ａ）の凝固パターンは試料４１の右端部から水５２が凝固を開始して、その凝固が順次左方向に移動するように設定されている。したがって、凝固時の水５２の膨張量分を試料４１の右側の外部に逃がすことができる。また、図８（Ｂ）の凝固パターンは試料４１の中央部から水５２が凝固を開始して、その凝固が順次試料４１の外周方向に移動するように設定されている。したがって、凝固時の水５２の膨張量分を試料４１の外周から外部に逃がすことができる。したがって、試料４１の形状変化を極力小さくすることができる。
【００１１】
上記した図８に示す冷凍チャック装置は、冷凍温度を正確にコントロールするために冷却手段と加熱手段の両方を必要とし、且つ、冷却方向もコントロールしなければならないため、きわめて複雑な冷却・加熱機構と制御手段を要し、価格が高騰する欠点があった。また、所定間隔で多数のセンサーや加熱手段を埋め込まなければならなく、ペルチェ素子などを使用する場合には、この間隔をあまり小さくすることは不可能であり、かなりの大面積の液体が同時に凝固することになり、変形を無視できるほど小さくできないという欠点があった。
【００１２】
一方、上記問題を解決するために、本特許出願人・発明者による下記特許文献２に記載の冷凍チャック装置では、チャック表面と試料裏面間に供給した液体のうち、多数の突起と試料裏面間に存在する液体のみを凝固することにより、凝固時に発生する液体の膨張による薄板の変形を無視できるほど小さくすることができる冷凍チャック装置が発明された。この冷凍チャック装置は，図９（ａ）、（ｂ）に示すようにチャックプレート表面５に設けられた多数の給排液孔２、これに連結されるチャックプレート表面下に設けられた平行および垂直に延びた液体給排液管３、およびチャックプレート表面上に液体を保持する外周壁４からなるチャックプレート８、このチャックプレート８の側面に設けられた液体給排液孔７から液体を供給する液体供給装置（図示せず）、このチャックプレート８の下部に設けられた不凍液を循環させる冷凍プレート９ならびにこの冷凍プレート９の側面に設けられた不凍液供給・戻り孔１０、１１を通じて冷凍プレート９に不凍液を供給する冷凍液恒温装置（図示せず）から構成され、チャックプレート表面５の上面に試料を支承する多数の突起１を形成し、この多数の突起１の上面と試料１２の裏面間に存在する液体６（黒色で塗りつぶし）のみを凝固して試料を固着するので、固化時に膨張する液体を、上下方向ではなく、横方向に逃がし、液体給排液孔７から排出することができるので、薄い試料を変形することなく、固着することが可能になる。
【００１３】
しかし、このチャックは試料を全突起で均等に支持するため、自由状態において変形なく試料を支持することは可能になるが、特定の支持方法、例えば、矩形試料の両辺で支持した際に生じる重力による変形を維持したまま、それ以外の変形を生じさせることなく固着することは不可能であった。
【特許文献１】特開平６−２４６５６７号公報
【特許文献２】特許第４０２５８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特定の支持方法に必要な突起だけを高く形成した多数の突起を有するチャックに試料を載置し、重力によって変形した試料裏面とチャック間に液体を供給した後、突起と試料裏面間に存在する液体のみを凝固することにより、凝固時に膨張する液体によって薄板の変形を生じさせることなく、重力で変形した状態のまま薄板を固着することができる冷凍チャック装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の第１の実施の形態に示すように、チャックプレート表面５に設けられた多数の給排液孔２、これに連結されるチャックプレート表面下に設けられた平行および垂直に延びた液体給排液管３、およびチャックプレート表面上に液体を保持する外周壁４からなるチャックプレート８、このチャックプレート８の側面に設けられた液体給排液孔７から液体を供給する液体供給装置（図示せず）、このチャックプレート８の下部に設けられた不凍液を循環させる冷凍プレート９ならびにこの冷凍プレート９の側面に設けられた不凍液供給・戻り孔１０、１１やチ ャックの左右両端に設けられた１０’、１１’および１０”、１１”を通じて冷凍プレート９に不凍液を供給する冷凍液恒温装置（図示せず）から構成される冷凍チャック装置において、チャックプレート表面５の上面に、試料を特定の支持方法で支持するために設けられた試料を支承する、矩形試料１２の左右端に直線状に配置した高さの高い突起1'および1"と、試料が重力により変形したさいに、突起表面と接触しない高さをもつ格子状に配置した上記高さの高い突起よりも低く形成された高さの低い突起１を形成し、この多数の高さの高い突起１’、１”と高さの低い突起１の上面と試料１２の裏面間に存在する液体６’、６”、６（黒色で塗りつぶし）のみを凝固して試料を固着する構造を有することを特徴としている。高さの高い突起は、少なくとも１個又は複数個により形成させることができる。
【００１６】
図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の第２の実施形態に示すように、第１の実施例に加え、多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１と、これらの突起を取り囲む環状突起１３の上面と試料１２の裏面間に存在する液体を凝固した後、環状突起１３と外周壁４に取り囲まれた液体１４（灰色で塗りつぶし）を凝固して試料外周を固着することを特徴としている。周辺の固着を確実にするために、ペルチェ素子などからなる液体１４の凝固手段１５を環状突起１３と外周壁４の間の下部に埋め込んでもよい。
【００１７】
上記多数の高さの低い突起１は、高さが数１０μｍ〜１０ｍｍ程度であって、直径が数１０μｍ〜１０ｍｍ程度の上記冷凍チャックプレートと同質のセラミックス材料、または金属および無機または有機材料のような材料により形成されている。また、上記多数の高さの高い突起１’、１”の直径及び材料は、上記多数の高さの低い突起１と同等であるが、高さの低い突起１は、高さの高い突起１’、１”に対し、数１０μｍ〜数１００μｍ低く形成されている。また、環状突起１３は、高さが数１０μｍ〜１０ｍｍ程度であって、幅が数１０μｍ〜１０ｍｍ程度の上記冷凍チャックプレートと同質のセラミックス材料、または金属および無機または有機材料のような材料により形成されている。さらに、上記多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１は、加工時や真空排気時に薄板が変形しない間隔で形成されており、研磨加工時に利用される冷凍チャックでは、厚さ１ｍｍ程度のシリコンウエハに対して、間隔１ｍｍ程度のものが使用されている。
【００１８】
その上、上記目的を達成するため、本発明は、図３（ａ）、（ｂ）の第３の実施の形態に示すように、多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１もしくは前記環状突起１３の上面と試料１２の裏面間に存在する凝固した液体以外の液体を、チャックプレート８に連結された給排液孔２と試料端から直線状に延びた液体給排液管３、および液体給排液孔７を通して保留液漕（図示せず）に真空ポンプなどにより排出する手段を有することを特徴としている。これに加え、前記給排液孔２を通して多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１の周りに存在する空気を真空排気する手段を併せもつことを特徴としている。
【００１９】
また、本発明は、図４の第４の実施形態に示すように、試料１２を固着し、これに不要な液体を保留液漕（図示せず）に真空ポンプなどにより排出した後、もしくは、試料１２ の固着に不要な液体を保留液漕（図示せず）に真空ポンプなどにより排出し、試料１２を載置し、多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１もしくは環状突起１３の上面と試料１２の裏面間に存在する液体を凝固して試料を固着させた後、環状突起１３と外周壁４に取り囲まれた領域に液体１４（灰色で塗りつぶし）を供給する手段１６を有し、凝固して試料１２の外周を固着することを特徴としている。
【００２０】
上記冷凍チャック装置は、熱伝導し易い材料からなるチャックプレート８の表面５を、前記多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１の上面、もしくは環状突起１３の上面を除いて熱伝導し難い材料で覆ったことを特徴としている。
また、本発明は、特定の支持方法を達成するために設けられた高さの高い突起１’、１”に対し、それ例外の高さの低い突起１の上面が試料の板厚に応じて重力によって変形する数１０μｍ〜数１００μｍ低く形成されていることを特徴としている。
【００２１】
さらに、本発明は、試料左右端に直線状に配置される複数の高さの高い突起１’、１”の代わりに、多角形状，円形状、楕円状、円弧状、もしくは三角形あるいは四角形の頂点、もしくは１点のみに配置された高さの高い突起１’、１”と、それより低いそれらの周囲に配置される高さの低い突起１から構成されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
上記本発明においては、チャックプレート表面５上に、多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１や環状突起１３を設けることによって、試料１２との裏面間に存在する液体６の量を多数の突起や環状突起以外のすきまに存在する液体の量と比較してきわめて小さくすることができる。したがって、上記多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１や環状突起１３と試料１２の裏面間に存在する液体６の熱容量は小さくなり、凝固点に到達した液体６は凝固し、試料１２を固着する。この時多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１や環状突起１３の周りの液体は凝固していないので、凝固時に発生する固化による膨張を逃がすことが可能になり、薄板の変形は生じない。横方向に大きな力が発生しない場合には、上記多数の突起上のみの液体を凝固することにより試料１２を固着することができる。
【００２３】
加工時に試料１２の接線方向へ大きな力が発生する場合には、環状突起１３と外周壁４の間の液体を凝固することによりさらに強固に試料１２を固着することができる。また、上記多数の突起の周りに存在する液体を排液し、冷凍プレート９の温度を降下することにより試料１２の固着を完全なものにすることができる。その上で、真空排気を行うことにより試料１２の垂直方向の力を増加させることが可能になる。この時、各突起の間隔を試料１２の厚さに応じて適切に決めることにより薄板試料においても突起間の変形を限りなく小さくすることができる。
【００２４】
さらに、熱伝導し易い材料からなるチャックプレート表面５を、多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１、もしくは環状突起１３の上面を除いて、熱伝導し難い材料で覆うことにより、この部分に存在する液体の固化を遅らし、上記多数の突起もしくは環状突起１３の上面の液体凝固による膨張を逃がすことが可能になる。したがって、重力による変形を維持した状態で、薄板試料の変形を極限まで減少させることができる。同様に、上記多数の突起に対し、環状突起１３と外周壁４の間の面積は大きいので、これらの間に存在する液体の凝固を遅らすことができ、試料周辺の変形を抑制することができる。
【００２５】
本発明に係わる冷凍チャック装置においては、突起の上面と試料の裏面に挟まれる液体のみを凝着させることにより、薄板試料を重力による変形以外に変形を生じさせないで保持することを可能にしている。環状突起を用いる場合には、加工液などのチャック表面への浸入を防止することができるので、チャック表面汚染を避けることが可能になる。また、突起周りの空気を真空排気することによりチャックの保持能力を高めることができ、凝固点以下の温度の流体を送り込むことにより固着力を高めることも可能になる。さらに、試料外周部に形成した凝固液体により試料接線方向の保持能力を飛躍的に増加させることが可能になる。したがって、実際に適用される支持方法と同じ方法で試料を支持・固定することにより、重力により変形した試料の上面を平面加工することが可能になり、この面を基準に平面真空ピンチャックなどにより平面矯正して、再度平面加工することにより重力場で自由状態において変形のない試料を作製することも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明に係わる冷凍チャック装置の第１の実施形態を示す平面図とB-B'およびC-C'断面図である。
図に示すように、セラミックスからなるチャックプレート８の上面に、多数の円形断面をもつピン状の微小突起が設けられる。矩形試料の左右端に一定間隔で直線状に配置された微小突起としての高さの高い突起１’、１”は、その間に格子状に配置された微小突起としての高さの低い突起１より高さが高く、且つ、これらの微小突起は加工時や真空排気時に試料１２にたわみを生じないように試料１２の厚さに応じた間隔にて離散配置されている。
【００２７】
また、高さの高い突起１’、１”の高さは、試料がその左右端で支持されたさいに生じる重力による変形によって高さの低い突起１に接触しない高さに形成されている。そのチャックプレート８の表面には試料１２を固着する液体を供給する給排液孔２、チャックプレート８の表面下には給排液孔２に連なる矩形状に延びた液体給排液管３が設けられ、液体給排液孔７から液体供給装置（図示せず）を介して試料固着用液体が供給される。このチャックプレート８の表面５に液体が供給された後、冷凍プレート９の左右両端に設けられた不凍液供給・戻り孔１０’、１１’や１０”、１１”、およびそれらの間に設けられた不凍液供給・戻り孔１０、１１を通じて、試料固着用液体の凝固点以下に冷却した不凍液を冷凍液恒温装置（図示せず）から流し、多数の高さの高い突起１’、１”、及び高さの低い突起１と試料１２の裏面間に存在する液体６’、６”、６を冷却凝固し試料１２を固着する。
【００２８】
本実施例では、多数の高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１と試料１２の裏面間に存在する液体のみが凝固するため液体の膨張を容易に逃がすことが可能で，これによる変形は発生せず、重力による変形を維持したまま、それ以上変形させることなく薄板試料を固着することが可能になる。また、動作するステージ上に搭載した場合には、不凍液供給・戻り孔１０’、１１’や１０”、１１”に不凍液を流した後に、不凍液供給・戻り孔１０、１１に不凍液を流すことにより、突起本数の少ない特定の支持点における固着が先に、且つ、短時間で行なわれるので、全体を固着した後でステージを動作させるのと比較して無駄な待ち時間を減らすことができる。
【００２９】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明に係わる冷凍チャック装置の第２の実施形態を示す平面図とB-B'およびC-C'断面図である。
図に示すように、実施例１に加えて、多数の高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１を取り囲む環状突起１３とこの環状突起１３と外周壁４の間に液体を供給する給排液孔２が付加されている。
本実施例では、多数の上記高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１を取り囲む環状突起１３と外周壁４間の環状領域に存在する全ての液体を凝固させることによって、突起と試料裏面間の凝固面積と比較してきわめて大きな領域を凝固させることになるので、加工で発生する接線方向力に対してきわめて強い固着力となる。
【００３０】
さらに、ペルチェ素子などの冷却手段１５が環状領域下に設けられている場合には、この環状領域に存在する液体１４の凝固は、多数の高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１と試料１２の裏面間の液体６が凝固した後に、冷却することができるので、薄板を重力による変形状態のまま、それ以外の変形を生じさせることなく、試料外周を確実に強固な力で固着させることができる。この固着は、図に示すように液体の量を増やすことにより試料１２を埋め込むようにもできるので、接線方向力に対しきわめて強大な固着力となる。
【００３１】
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明に係わる冷凍チャック装置の第３の実施形態を示す断面図である。
図に示すように、実施例１、２における不要な液体を給排液孔２、液体給排液管３、液体給排液孔７を通して、保留液漕（図示せず）に真空ポンプなどを用いて排液することによって不要な液体の凝固により発生する試料１２の変形を無くし、且つ、冷凍プレートの温度を下げることによって試料１２との固着力を一層高めることが可能になる。それと同時に、図３（ｂ）の実施例の場合には、試料１２に対し垂直方向の固着力が弱い場合に、真空排気による真空力によって固着力を高めることができる。その上、環状突起１３によって加工時に生じる加工液の浸入を防ぐことになるので、チャック表面の汚染をなくすことができる。
【００３２】
図４は、本発明に係わる冷凍チャック装置の第４の実施形態を示す正断面図である。
図に示すように、実施例２（ｂ）に加えて、環状突起１３と外周壁４間の環状領域に凝固させる液体を供給する手段１６を設けたものであり、供給した液体１４の凝着により実施例２の場合と同じ効果を得ることが可能になる。
【００３３】
図５は、本発明に係わる冷凍チャック装置の第５の実施形態を示す突起の拡大図である。図に示すように、多数の高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１や環状突起１３を含むチャックプレート８は熱伝導の大きい材料で製造されており、凝固した液体を形成する面、すなわち多数の高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１や環状突起１３の上面、および環状突起１３と外周壁４に囲まれる環状領域を除く領域は熱伝導の悪い材料で覆われている。このことにより多数の高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１や環状突起１３の上面では、液体が早めに凝固し、そのさい周りには多量の液体があるので、凝固した液体が膨張しても、試料１２に重力による変形以外に変形を生じさせないで固着させることができる。
【００３４】
なお、上述実施の形態においては、突起としてピン状の微小突起により高さの高い突起１’、１”及び高さの低い突起１を設けたが、突起として断面が矩形等の微小突起を設けてもよい。また、上述実施の形態においては、特定の支持方法として、矩形試料を高さの高い突起１’、１”により左右両端で支持する方法についてのみ説明したが、支持方法として多角形状，円形状、楕円状、円弧状、もしくは三角形あるいは四角形の頂点、もしくは極端な場合は１点で高さの高い突起により支持する方法の場合にも、本方法を適用できることは言うまでもない。
【００３５】
また、上記実施例では、突起上部の液体を凝固後に、それ以外の部分にある液体を排液したが、液体をチャック吸着面に供給した後、多数の突起や環状突起上部以外の液体を排液し、その後で多数の突起や環状突起上部の液体を凝固する手順をとってもよい。さらに、上記実施例では、液体を供給する溝と排液する溝、ならびに空気を真空排気する溝は液体給排液管を共有する場合について述べたが、これらは個別に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る冷凍チャック装置の一実施例を示す平面図および正断面図と横断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る冷凍チャック装置の一実施例を示す平面図および正断面図と横断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る冷凍チャック装置の一実施例を示す正断面図である。
【図４】は本発明の第４の実施形態に係る冷凍チャック装置の一実施例を示す正断面図である。
【図５】は本発明の第５の実施形態に係る冷凍チャック装置の一実施例を示す突起の拡大図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は従来の冷凍チャック装置の一実施例を示す平面図および正断面図である。
【図７】は従来の冷凍チャック装置の一実施例を示す正断面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は従来の冷凍チャック装置において、冷却により試料を変形させることなく液体を凝固させる凝固パターンである。
【図９】（ａ）、（ｂ）は突起上の液体のみを凝固させる冷凍チャック装置の一実施例を示す平面図および正断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…高さの低い突起、１’，１”…高さの高い突起、２…給排液孔、３…液体給排液管、４…外周壁、５…チャックプレート表面、６、６’、６”…凝固した液体、７…液体給排液孔、８…チャックプレート、９…冷凍プレート、１０、１０’、１０”…供給孔、１１、１１’、１１”…戻り孔、１２…試料、１３…環状突起、１４…環状領域の凝着液体、１５…冷却手段、１６…液体供給手段
３０…冷凍チャック装置、３２…テーブル、３２Ｂ…テーブルの表面、３２Ａ、３４Ａ、３４Ｂ…流路、３４…冷却手段、３６…加熱手段、３８…検知手段、４０…コントローラ、４１…ワーク、４１…クーラ部、４３…制御手段、４４…ヒータ部材、４６…ドライバ、４８…温度センサー、５０…温度・電圧変換器、５２…冷凍チャック水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝固させた液体を介して試料を固着するためのチャックプレートと、この上面に凝固した液体を形成するための液体を供給する液体供給手段と、この液体供給手段によって前記チャックプレート上に供給された液体を冷凍して、凝固した液体を形成する冷凍手段とを具備するチャック装置において、前記チャックプレートは上面に，少なくとも１個又は複数個の高さの高い突起と，該高さの高い突起よりも低く形成された複数個の高さの低い突起をもち、これら突起の上面と突起の回りに前記液体供給手段によって前記液体を送り込み、前記チャックプレートの下部に配置された前記冷凍手段によって、前記高さの高い突起上面と試料裏面間に存在する前記液体と，前記高さの低い突起上面と試料裏面間に存在する前記液体を冷却・凝固させることにより、これら突起上面と試料裏面間に存在する液体のみを凝固して試料を固着する構造を有することを特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍チャック装置において、前記高さの高い突起及び高さの低い突起に加え、これら突起全体を取り囲む１個の環状突起を有し、前記高さの高い突起上面と試料裏面間に存在する前記液体，および前記高さの低い突起上面と試料裏面間に存在する前記液体を凝固して試料を固着した後，前記環状突起の上面と試料裏面・側面間に存在する液体，および環状突起とチャックプレート表面の外周縁に沿って突設された外周壁に取り囲まれた溝に存在する液体を凝固して試料外周を固着する構造を有することを特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項３】
請求項１に記載の冷凍チャック装置において、前記高さの高い突起及び前記高さの低い突起の上面と試料裏面間に存在する凝固した液体以外の液体を、チャックプレートに連結された給排液孔を通して保留液漕に排出する手段を有することを特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項４】
請求項２に記載の冷凍チャック装置において、前記高さの高い突起及び前記高さの低い突起と試料裏面間，前記環状突起の上面と試料裏面・側面間および環状突起とチャックプレート表面の外周縁に沿って突設された前記外周壁に取り囲まれた溝に存在する凝固した液体以外の液体を、チャックプレートに連結された給排液孔を通して保留液漕に排出する手段を有することを特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項５】
請求項２に記載の冷凍チャック装置において、前記高さの高い突起及び前記高さの低い突起の上面と試料裏面間に存在する凝固した液体以外の液体をチャックプレートに連結された給排液孔を通して保留液漕に排出した後、前記環状突起とチャックプレート表面の外周縁に沿って突設された前記外周壁に取り囲まれた領域に液体を供給し、この外周壁に取り囲まれた領域に供給された液体を凝固して試料外周を固着する手段を有することを特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の冷凍チャック装置において、試料を固着するために不必要な液体を保留液漕に排出し、前記環状突起の上面と試料裏面・側面間および前記環状突起とチャックプレート表面の外周縁に沿って突設された前記外周壁に取り囲まれた溝に存在する液体を凝固した後，給排液孔を通して全ての突起の周りに存在する空気を真空排気する手段を併せもつことを特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項７】
請求項６に記載の冷凍チャック装置において、試料を固着した後、給排液孔を通して全ての突起の周りに凝固点以下の温度の流体を供給する手段を有することを特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項８】
チャックプレート表面を、前記高さの高い突起及び前記高さの低い突起および前記環状突起の上面を除いてチャックプレート材料よりも熱伝導し難い材料で覆ったことを特徴とする上記請求項２、４乃至７のいずれか１項に記載の冷凍チャック装置。
【請求項９】
前記高さの高い突起が，多角形状，円形状、楕円状、円弧状、もしくは三角形あるいは四角形の頂点、もしくは１点のみに配置されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の冷凍チャック装置。
【請求項１０】
前記高さの高い突起が、直線状に離れて配列された２列の複数の突起により形成され、前記高さの低い突起が、２列の複数の高さの高い突起の間に格子状に複数配列されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の冷凍チャック装置。
【請求項１】
凝固させた液体を介して試料を固着するためのチャックプレートと、この上面に凝固した液体を形成するための液体を供給する液体供給手段と、この液体供給手段によって前記チャックプレート上に供給された液体を冷凍して、凝固した液体を形成する冷凍手段とを具備するチャック装置において、前記チャックプレートは上面に，少なくとも１個又は複数個の高さの高い突起と，該高さの高い突起よりも低く形成された複数個の高さの低い突起をもち、これら突起の上面と突起の回りに前記液体供給手段によって前記液体を送り込み、前記チャックプレートの下部に配置された前記冷凍手段によって、前記高さの高い突起上面と試料裏面間に存在する前記液体と，前記高さの低い突起上面と試料裏面間に存在する前記液体を冷却・凝固させることにより、これら突起上面と試料裏面間に存在する液体のみを凝固して試料を固着する構造を有することを特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍チャック装置において、前記高さの高い突起及び高さの低い突起に加え、これら突起全体を取り囲む１個の環状突起を有し、前記高さの高い突起上面と試料裏面間に存在する前記液体，および前記高さの低い突起上面と試料裏面間に存在する前記液体を凝固して試料を固着した後，前記環状突起の上面と試料裏面・側面間に存在する液体，および環状突起とチャックプレート表面の外周縁に沿って突設された外周壁に取り囲まれた溝に存在する液体を凝固して試料外周を固着する構造を有することを特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項３】
請求項１に記載の冷凍チャック装置において、前記高さの高い突起及び前記高さの低い突起の上面と試料裏面間に存在する凝固した液体以外の液体を、チャックプレートに連結された給排液孔を通して保留液漕に排出する手段を有することを特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項４】
請求項２に記載の冷凍チャック装置において、前記高さの高い突起及び前記高さの低い突起と試料裏面間，前記環状突起の上面と試料裏面・側面間および環状突起とチャックプレート表面の外周縁に沿って突設された前記外周壁に取り囲まれた溝に存在する凝固した液体以外の液体を、チャックプレートに連結された給排液孔を通して保留液漕に排出する手段を有することを特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項５】
請求項２に記載の冷凍チャック装置において、前記高さの高い突起及び前記高さの低い突起の上面と試料裏面間に存在する凝固した液体以外の液体をチャックプレートに連結された給排液孔を通して保留液漕に排出した後、前記環状突起とチャックプレート表面の外周縁に沿って突設された前記外周壁に取り囲まれた領域に液体を供給し、この外周壁に取り囲まれた領域に供給された液体を凝固して試料外周を固着する手段を有することを特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の冷凍チャック装置において、試料を固着するために不必要な液体を保留液漕に排出し、前記環状突起の上面と試料裏面・側面間および前記環状突起とチャックプレート表面の外周縁に沿って突設された前記外周壁に取り囲まれた溝に存在する液体を凝固した後，給排液孔を通して全ての突起の周りに存在する空気を真空排気する手段を併せもつことを特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項７】
請求項６に記載の冷凍チャック装置において、試料を固着した後、給排液孔を通して全ての突起の周りに凝固点以下の温度の流体を供給する手段を有することを特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項８】
チャックプレート表面を、前記高さの高い突起及び前記高さの低い突起および前記環状突起の上面を除いてチャックプレート材料よりも熱伝導し難い材料で覆ったことを特徴とする上記請求項２、４乃至７のいずれか１項に記載の冷凍チャック装置。
【請求項９】
前記高さの高い突起が，多角形状，円形状、楕円状、円弧状、もしくは三角形あるいは四角形の頂点、もしくは１点のみに配置されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の冷凍チャック装置。
【請求項１０】
前記高さの高い突起が、直線状に離れて配列された２列の複数の突起により形成され、前記高さの低い突起が、２列の複数の高さの高い突起の間に格子状に複数配列されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の冷凍チャック装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１６０３８（Ｐ２０１０−１６０３８Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７２２９２（Ｐ２００８−１７２２９２）
【出願日】平成２０年７月１日（２００８．７．１）
【出願人】（３９００１４３０６）防衛省技術研究本部長 (169)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１日（２００８．７．１）
【出願人】（３９００１４３０６）防衛省技術研究本部長 (169)
【Ｆターム（参考）】
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