JP2005212000A - 真空吸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空吸着装置の支持部の上面内周囲部位に載置部側へ張り出した庇状薄肉部を形成して載置部と支持部との接合部の段差および隙間を無くし、ウエハの平坦加工精度を大幅に向上する。
【解決手段】 開気孔を備えた多孔質体からなる載置部と緻密質体からなる支持部とを具備する真空吸着装置であって、該載置部と該支持部とが実質的に隙間なく直接に接合されており、かつ、該支持部の上面内周囲部位に載置部側へ張り出した庇状薄肉部を形成したことを特徴とする真空吸着装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば、ラップ等の湿式加工を行うために半導体ウエハやガラス基板などの被吸着物を吸着保持する真空吸着装置に関するものである。

半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハを搬送、加工、検査する場合に、真空圧を利用した真空吸着装置が一般的に用いられている。このような真空吸着装置としては、吸着面に開口した複数の貫通孔を有するものが一般的であったが、貫通孔のみで吸着作用をするため、吸着面内の吸着力が不均一となりやすく、半導体ウエハの加工精度が低下するなどの問題があった。

そこで、より均一な吸着を行うために、多孔質部材からなる載置部を保持金具等の支持部に取り付けた真空吸着装置が検討されている。
例えば、従来の真空吸着装置の模式的な縦断面図である図１において示したように、多孔質体からなる載置部１を支持部２に樹脂またはガラスなどの接着剤により接合してなり、下方の支持部に形成された吸引孔３より真空吸引することにより、上記載置部の吸着面１ａに半導体ウエハＷを吸着するものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
特開昭５３−０９０８７１号公報 特開昭６１−１８２７３８号公報

このような半導体ウエハの真空吸着装置では、載置部上面の平坦度を高める必要があるため、ダイヤモンド砥石等による載置部上面の平面研削加工が行われている。
しかしながら載置部を構成する多孔質体と支持部を構成する緻密質体とは強度および硬度が異なるため、載置部上面を研削加工する際に支持部２と載置部１との接合部近傍の一部拡大断面図である図２に示したような段差が生じていた。このような段差があると、載置面の平坦度が得られないという課題があった。また、吸気漏れを生じやすくなるため、均一な吸着が難しくなり、その結果、被吸着物である半導体ウエハの加工精度が悪くなるという問題があった。

さらに、従来の真空吸着装置の作製方法である載置部材と支持部材を接着する方法では、載置部側面とそれを取囲む支持部側面との界面に生じる隙間は不可避であったため、吸気漏れを起こすことが多く、ウエハの加工精度の低下を招来していた。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、載置部と支持部との接合部の段差および隙間を無くし、ウエハの平坦加工精度を大幅に向上させることを目的とするものである。

上記した本発明の目的は、下記した手段によって達成される。
（１）開気孔を備えた多孔質体からなる載置部と緻密質体からなる支持部とを具備する真空吸着装置であって、該載置部と該支持部とが実質的に隙間なく直接に接合されており、かつ、該支持部の上面内周囲部位に載置部側へ張り出した庇状薄肉部を形成したことを特徴とする真空吸着装置。
（２）前記真空吸着装置において、前記支持部の庇状薄肉部上面に被吸着物の外縁が保持されていることを特徴とする（１）記載の真空吸着装置。

本発明によれば、多孔質体からなる載置部と緻密質体からなる支持部とを具備する真空吸着装置において、載置面の研削加工時に支持部に設けた庇状薄肉部が撓み変形することにより、多孔質体と緻密質体との強度および硬度差に起因する段差の発生を抑えることができる。その結果、載置面の平坦度を著しく高める効果がある。
さらに吸気漏れがないため載置面全面で均一に吸着できることから、半導体ウエハ等被吸着物の極めて高精度な加工が可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図３は本発明の一実施形態に係る真空吸着装置の概略構成を示す模式的な断面図であり、図４は要部拡大図である。多孔質体からなる載置部４と、該載置部の外縁を囲繞、支持する緻密質体からなる支持部５と、該支持部に形成された吸引孔６とを具備しており、載置面４ａ上に、被吸着物として例えば半導体ウエハＷを載置する。載置部４と支持部５との接合界面は実質的に隙間はなく直接に接合されている。ここで「実質的に隙間なく直接に接合された」とは、載置部の多孔質構造が支持部の界面と接していることを指す。吸引孔６は、載置部の下面側に支持部５を貫通するように設けられた孔状を有しており、吸引孔６を介して図示しない真空ポンプにより吸引することにより、載置部４の載置面４ａに半導体ウエハＷが真空吸着される。

ここで、吸着面となる載置面４ａは、載置部４と載置部周囲の支持部５とともに研磨加工されることにより形成される。本発明に係る真空吸着装置においては、該支持部５の上面内周囲部位に載置部側へ張り出した庇状薄肉部５ｂが形成されている。
したがって、載置面の研磨加工の際、支持部に形成された庇状薄肉部５ｂが撓むことにより、載置部と支持部のそれぞれの部材の強度および硬度差に起因して生じる研磨加工による段差を極めて小さく抑えることができる効果がある。
ただし、図４で示すように庇状薄肉部５ｂと薄肉部に係らない支持部上面５ｃとの間には段差は解消できないことから、本発明の真空吸着装置において、図３に示されるように前記支持部の庇状薄肉部５ｂ上面に被吸着物の外縁が保持されていることが好ましい。（請求項２に係わる構成要件である。）

ここで、庇状薄肉部の幅、厚さ等の寸法形状は特に限定されるものではない。しかしながら、庇状部分の幅が狭すぎたり、厚さが大きすぎたりすると撓み変形が生じ難くなるため、載置面４ａとウエハ外縁部を保持する庇状部分５ｂとの間に段差が生じ平坦度が低下する。したがって、高い平坦度を得るためには、庇状薄肉部の幅を広く、厚さを薄くすることが好ましい。
このように、肉薄部の厚さは載置面の研削加工する際の研削量を調整することにより任意に薄肉化（例えば、数１０〜数μｍ程度。）することが可能であるため、載置面４ａと庇状肉薄部５ｂとの段差を極めて小さくすることができる。

上記した本発明に係る真空吸着装置は、アルミナ等のセラミックス粉末およびガラス粉末に、水等の溶媒を加えて混合してスラリーを調整するスラリー調整工程と、前記スラリーを載置部が形成される凹部を設けた支持部の該空隙に充填するスラリー充填工程と、空隙にスラリーが充填された支持部をガラスの軟化点以上の温度で焼成する焼成工程とからなる製法により作製される。したがって、本発明に係る真空吸着装置のように庇状薄肉部という張り出し部分を有しているため、従来の方法では嵌め込み不可能であった構造であっても、容易に作製することできる。

次に本発明の真空吸着装置は、前記支持部がアルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニアから選ばれるセラミックスの１種からなり、かつ、載置部がアルミナおよびガラス、または、炭化珪素およびガラスからなることが好ましい。

次に、多孔質体からなる載置部の気孔は開気孔であり、平均気孔径が１０〜１５０μｍ、気孔率が２０〜４０％とすることが好ましく、このような気孔径および気孔率を得るためには、前記載置部のもう一方の構成原料であるアルミナ粉末または炭化珪素粉末の平均粒径が３０μｍ〜５００μｍのものを使用することが好ましい。

また、前記載置部の構成成分であるガラスの熱膨張係数が前記支持部および前記載置部のもう一方の構成成分であるセラミックスの熱膨張係数より小さいものを使用することが好ましい。
その理由は、低熱膨張のガラスを使用することにより、焼結後の多孔質体と支持部材との界面の隙間をなくすことができ、また、多孔質体において結合材としての役割を有するガラスに圧縮応力が加わった状態が望ましいからである。

次に、本発明では、前記載置部の構成原料となるガラス粉末の平均粒子径が前記載置部のもう一方の構成原料であるセラミックス粉末の平均粒子径より小さい方が好ましい。
その理由は、ガラス粉末の平均粒径がセラミックス粉末よりも大きいと、セラミックス粉末の充填を阻害するため、ガラス軟化点以上で焼結する際に焼成収縮を起こすからである。ガラスの平均粒径は、好ましくは、セラミックス粉末の平均粒径の１/３以下、さらに好ましくは１/５以下が望ましい。

添加するガラス粉末の量は、特に限定しないが、ガラス粉末の粒径が大きい場合と同様に大量に添加するとセラミックス粉末の充填を阻害し、焼成収縮を起こすため、少量が望ましい。ただし、少なすぎるとセラミックス粉末の結合強度が低下し、脱粒や欠けの問題が生じるため、結合強度を発揮するような量が必要である。具体的には、目標とする気孔率、セラミックス粉末の粒度、焼成温度およびガラス粘性等を考慮して調整されるが、概ねセラミックス粉末に対して５％〜３０質量％程度添加混合することが望ましい。

以下に、本発明の真空吸着装置の製造方法について説明する。
はじめに載置部を形成する多孔質体の原料粉末であるアルミナ粉末およびガラス粉末、または、炭化珪素粉末およびガラス粉末に、水またはアルコールを加えて混合してスラリーを調整する。
原料の混合は、ボールミル、ミキサー等、公知の方法が適用できる。ここで、水またはアルコール量は特に限定しない。セラミックス粉末の粒度、ガラス粉末の添加量を考慮し所望の流動性が得られるよう水またはアルコールの添加量を調整する。

次に、得られたスラリーを載置部が形成される凹部（図示せず。載置部と同形状。）を設けたアルミナ、ジルコニア、炭化珪素または窒化珪素からなるセラミックス支持部の該空隙に充填する。この際、必要に応じて、残留気泡を除去するための真空脱泡や、充填を高めるための振動を加えると良い。また、吸引孔または吸引溝は、載置部となる混合物を注ぐ前に、ろう、樹脂等の焼失部材により閉塞しておく。

次に、空隙にスラリーを充填した支持部を十分に乾燥させた後、ガラスの軟化点以上の温度で焼成する。この際、焼成温度がガラスの軟化点より低いと十分に一体化できないが、反対に焼成温度が高すぎると変形や収縮を起こすため、できるだけ低温で焼成することが望ましい。

このような製造方法によれば、載置部と支持部とを別個に製造することなく、直接に載置部と支持部材を接合でき、従来の載置部と支持部との接合面を合わせるための加工が不要であるため、大幅な製造コストの低減を実現できる。さらに本発明に係る真空吸着装置においては、従来の載置部材と支持部材との接合により作製された真空吸着装置において見られた載置部と支持部の接合界面の隙間は生じないため、接合界面の隙間に起因する研削精度不良を解消することができる。

以下、本発明の実施例と比較例により本発明を詳細に説明する。実施例として図３、比較例として図１に記載の真空吸着装置を試作した。
（実施例）
アルミナ粉末（平均粒径１２５μｍ）、ガラス粉末（ほう珪酸ガラス、平均粒径：２０μｍ、熱膨張係数４０×１０^-7／℃、軟化点８００℃）および蒸留水を１００：２０：２０の質量比で混合し、ミキサーを用いて混錬した後、スラリーを緻密質アルミナ支持部５（外径２５０ｍｍ、内径２００ｍｍ、高さ５０ｍｍ、深さ４０ｍｍ、熱膨張係数８.０×１０^-6／℃）に注型し、真空脱泡を行った後、振動を加えて沈降充填させた。１００℃で乾燥させた後、１０００℃にて焼成した。次に表面をダイヤモンド砥石で研磨することにより真空吸着装置の吸着面となる載置面４ａを得た。支持部５の庇状薄肉部５ｂ（厚み０．５ｍｍ、幅２０ｍｍ）と載置部４の接合界面を観察したところ、亀裂や隙間は観察されなかった。試作した真空吸着装置について８インチウエハ接触面（直径２０３.２ｍｍ）の平坦度およびウエハ（８インチ×０．１ｍｍ）吸着時の反り量を測定したところ、８インチウエハ接触面の平坦度は０．５μｍと高い平坦度であり、ウエハの反り量も平坦度と同等の小さい値を示した。

（比較例）
アルミナ多孔質体を所定形状に加工して載置部１とした後、載置部１をアルミナ支持部２（外径２５０ｍｍ、内径２００ｍｍ、高さ５０ｍｍ、深さ４０ｍｍ、熱膨張係数８.０×１０^-6／℃）に挿入し、支持部２と載置部１とを８００℃でガラス接合した。その結果、支持部２と載置部１との接合部に、小さな隙間が観察された。
次に、実施例同様、ダイヤモンド砥石で研磨することにより吸着面となる載置面１ａを形成した。実施例と同様に作製した真空吸着装置について載置面の平坦度およびウエハ吸着時の反り量を測定したところ、載置面の平坦度は５μｍと低い平坦度であった。また、ウエハの反り量は１３μｍと大きく、載置面の平坦度以上の変形が生じていた。

従来の真空吸着装置の模式的な縦断面図である。 支持部と載置部との接合部近傍の一部拡大断面図である。 本発明に係る真空吸着装置の概略構成を示す模式的な断面図である。 本発明に係る真空吸着装置の要部拡大図である。

符号の説明

１，４ ：載置部
１ａ，４ａ：吸着面
２，５ ：支持部
３，６ ：支持部に形成された吸引孔
５ｂ ：庇状薄肉部
Ｗ ：半導体ウエハ(被吸着物)

Claims (2)

1. 開気孔を備えた多孔質体からなる載置部と緻密質体からなる支持部とを具備する真空吸着装置であって、該載置部と該支持部とが実質的に隙間なく直接に接合されており、かつ、該支持部の上面内周囲部位に載置部側へ張り出した庇状薄肉部を形成したことを特徴とする真空吸着装置。
2. 前記真空吸着装置において、前記支持部の庇状薄肉部上面に被吸着物の外縁が保持されていることを特徴とする請求項１記載の真空吸着装置。

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