JP2008060307A - 真空吸着装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】載置面を真空吸着時の変形を見越して形成することにより、半導体ウエハ等研削時の砥石軸の精密調整等の煩雑な作業を簡便化し、かつ高精度のウエハ等の研削を可能にする。
【解決手段】載置面２ａに被吸着体を吸着保持するためのセラミックス多孔質体からなる載置部２と、前記載置部の気孔に連通する吸気孔４を有する緻密質セラミックスからなる支持部３とを備える真空吸着装置であって、前記載置面が、その略中心２ｂを頂点とする凸型であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶用ガラス基板の研削加工を行う際に、半導体ウエハ等を吸着保持するための真空吸着装置に関する。

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用いられており、均一な吸着を行うために、多孔質体により半導体ウエハの全面を吸着保持する真空吸着装置が検討されている。例えば、多孔質体からなる載置部を緻密質体からなる支持部に樹脂またはガラスなどの接着剤により接合してなり、下方の吸気孔より真空吸引することにより、上記載置部の吸着面に半導体ウエハを固定するものが提案されている（例えば特許文献１）。このような載置部と支持部とを接着剤により接合する製法では、接合面を完全に一致させることは不可能であり、また多孔質体である載置部に接着剤が染み込むため、接合部に不可避的に隙間が生じてしまう。そのため、特にウエハの研削・研磨加工に用いられる場合には、砥石の押圧により隙間部で載置部の沈み変形が起こり、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。そこで、本出願人は、セラミックス粉末と結合材のガラス粉末とからなる多孔質体原料を凹型の支持部に流し込んで成形・焼成する製法により多孔質体と緻密質体とを完全に密着させた真空吸着装置を開発し、接着剤により接合する製法で見られた隙間の問題を解消した（特許文献２）。

特開昭５３−０９０８７１号公報 特開平２００５−２２０２７号公報

しかしながら多孔質体と隙間の問題は解消したものの、多孔質体からなる載置部の変形を完全に解消できなかった。これは、多孔質体からなる載置部は強度が低いことから、半導体ウエハを真空吸着して載置部内の真空度が高まると載置面が半導体ウエハを介して大気圧により押されるため、載置面が凹型に沈み込む変形が生じるためである。この変形のためウエハの研削精度が低下する問題があった。

また、この載置面の変形に対してウエハ研削砥石の軸調整によりウエハの研削精度の向上が図られるが、この作業は実際にウエハの研削をしながら、少しずつ調整していく必要があるため、非常に手間がかかるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するために見出されたものであり、載置面を真空吸着時の変形を見越して形成することにより、砥石軸の精密調整等の煩雑な作業をすることなく、高精度でウエハ等の被吸着体の研削を可能にするものである。

本発明の真空吸着装置は、載置面に被吸着体を吸着保持するためのセラミックス多孔質体からなる載置部と、前記載置部の気孔に連通する吸気孔を有する緻密質セラミックスからなる支持部とを備える真空吸着装置であって、前記載置面が、その略中心を頂点とする凸型であることを特徴とする。

本発明の真空吸着装置の載置面が、その略中心を頂点とする凸型であるのは、例えばウエハ等の被吸着物を真空吸着したときに平坦になるようにするためである。すなわち、真空吸着時の載置面の沈み変形は、その略中心で最も大きな沈みを示すため、載置面を予め凸型にすることで平坦化することができる。載置面の沈み変形が外周部よりも中心部で大きくなる理由は、載置部の外周部が大気圧のかからない緻密質体からなる支持部に密着していること、および、ウエハを載置面に載せて真空吸着させたときに外周端部から外気の吸い込みが生じるため外周端部近傍の真空度が中心部に比べて低いことが関係していると思われる。したがって載置面を凸型にすることで実際にウエハを研削・研磨加工する際には、載置面が平坦になりウエハの高精度加工が容易になる。また、砥石軸の精密調整はほとんど不要となり大幅に作業を簡略化できる。さらに真空吸着時の載置面の平坦性が高いため、ウエハ等の被吸着物の加工精度も飛躍的に高めることができる。

また、本発明は被吸着体の真空吸着時における載置面および載置面を取り囲む支持部表面が略同一平面となることを特徴とする。

載置面とその外周を取り囲む支持部表面とを略同一面に加工するのが通常行われる方法であるが、本発明においては、被吸着体を真空吸着していないときには載置面と支持部表面は略同一面ではなく、載置面が凸型であるのに対して、支持部表面は平面である。従来は、載置面と支持部表面とを略同一面に加工していたので、真空吸着時に載置面のみが変形する結果、ウエハの外周端部と中央部の研削量に差が生じるためにウエハ外周端部と中央部の厚みが異なる問題があったが、本発明によれば真空吸着時に載置面および支持部表面が略同一平面となるので、このような問題は生じない。なお、ここでいう、略同一平面は、厳密に平面度を要求するものではないが、ウエハの研削精度を向上させるためには、できるだけ高い平面度が好ましく、少なくとも載置面およびウエハの外周端部が載置される支持部表面からなる平面の被吸着体の平面度は1μｍ以下であることが望ましい。

さらに、本発明は、平面加工した載置部表面の使用真空度における沈み量分布を測定する工程と、前記沈み量分布から求めた凹型形状を反転させた凸型形状に載置部表面を加工して載置面とする工程とを含む真空吸着装置の製造方法を提供するものである。

予め、使用条件での変形量を測定し、その変形量に対応した形状に加工することで仕様条件下での載置面の平坦性を高めることができる。なお、載置部の物性値からある程度変形量を予測することができるが、実際には同一形状であっても、変形量が異なる場合がある。これは上述のように、載置面の沈み変形は、載置部外周部の支持部との密着性や、ウエハ載置時の気密性等の要因によるためである。

また、本発明の真空吸着装置は、載置部の表層に液体を浸透、固化させて気密化する工程と、前記載置部の内部を使用真空度に保ちながら、載置部表面を加工し載置面とする工程と、前記液体を除去する工程とを含む製造方法によっても得ることができる。

この製造方法によれば、ウエハを真空吸着するときと同じ条件で載置面を形成することができるため、よりウエハの平坦度を高めることができる。ここで、載置部の表層に浸透固化させる液体としては、アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂や、エポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂、ろう、ワックス、水等種々の液体を採用できる。液体は載置部の表層に止まるように固形分を多くしたり、増粘剤等を用いたりして粘度を調整する。液体が浸透固化する表層の厚みは、載置部表面の気密が取れる範囲でできるだけ薄くすると良い。厚すぎると載置部の沈み変形が小さくなるため好ましくないためである。したがって、表層の厚みは載置部厚みの２０％以下とすることが望ましい。水を使用する場合は載置面の研削時に氷が溶融しないように冷却しながら研削すると良い。表層に固化した液体を除去する方法としては、溶剤に溶かしたり、加熱気化したりする方法が採用できる。

さらに、本発明の真空吸着装置は、セラミックス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凹部に充填するスラリー充填工程と、凹部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、を含む製造方法により作製することが好ましい。

本製法によれば、載置部と支持部との間に局部的な隙間が生じないので、真空吸着時の載置面の変形は一定である。しかも、通常ウエハを真空吸着するときの−５０〜−１００ｋＰａ程度の真空圧（ゲージ圧）において載置面略中心の沈み変形量は５μｍを超えることはない。一方、従来の多孔質載置部を緻密質支持部に接合して得られる真空吸着装置における隙間による沈み変形は、隙間の位置が不規則なので一定でなく、変形量が数十μｍにもなるため載置面の加工により対応できない。したがって、本発明の真空吸着装置を得るためには、載置部と支持部との間に隙間が生じない本製法を用いることが好ましく、沈み変形を５μｍ以下に抑えることができるので、載置面の凸型形状の高さは５μｍ以下とすることが好ましい。また、載置部と支持部との密着性も良好であるため、真空吸着時の載置面の変形は、ほぼ中心部で最も沈み変形が大きく、再現性も良い。

このように本発明によれば、載置面を真空吸着時の変形を見越して形成することにより、ウエハ研削時の砥石軸の精密調整等の煩雑な作業を簡便化し、かつ高精度のウエハの研削を可能にする。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る真空吸着装置１の概略構成を示す断面図である。真空吸着装置１は、多孔質体からなる載置部２と、該載置部を支持する緻密質体からなる支持部３と、該支持部に形成された吸引部４とを具備し、載置面全体で吸引するために吸気溝５が設けられており、載置面２ａ上に、被吸着体Ｗとして例えば半導体ウエハを載置する（図２）。吸気孔４は、載置部の裏面側に支持部３を貫通するように設けられており、吸気孔４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、載置面２ａに載置された被吸着物である半導体ウエハ等が真空吸着される。載置部２と支持部３との接合界面には載置部の気孔径を超えるような隙間はなく、多孔質構造が支持部との境界面まで連続した構造を有している。

載置面２ａは、その略中心２ｂを頂点とする凸型形状となっており、その高さｈは５μｍ以下となっている。本発明の真空吸着装置の載置面２ａ上にウエハＷを真空吸着載置した概略図（図２）に示したように、ウエハの載置時には、載置面２ａは大気圧による押圧により変形し、平坦となる。このとき載置面２ａと支持部表面３ａとが同一平面となりウエハの外周部を含めた全面について高平坦な加工が可能となる。

真空吸着装置の緻密質支持部３に用いられるセラミックスとしては、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア等が挙げられる。また、載置部２はセラミックス粉末とガラス粉末との複合材からなりセラミックス粉末は、熱膨張の観点から緻密質支持部に用いられたセラミックスと同一のものを用いるのが好ましいが、多孔質体全体としての熱膨張が支持部と同等であれば良いので、これに限定されるものではない。

ここで、多孔質体からなる載置部２の気孔は連通しており、真空吸着力および載置面２ａの面精度の観点から平均気孔径が１０〜１５０μｍ、気孔率が２０〜５０％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、前記載置部の構成原料であるセラミックス粉末の平均粒径が３０μｍ〜１５０μｍのものを使用することが好ましい。

次に、前記載置部２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。

また、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。

次に、本発明の真空吸着装置１の製造方法について説明する。はじめに載置部２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、ＣＩＰ成形や、鋳込み成形等の公知の成形方法、電気炉焼成や、ホットプレス等の公知の焼成方法、およびダイヤモンド砥石等による公知の研削加工方法により作製したセラミックスの支持部３の載置部が形成される凹部（図示せず）に前記スラリーを充填する。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、吸引部４および空隙５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、凹部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。

載置部の焼成後、上述した載置部表面および支持部表面の平面研削加工および沈み量分布の測定を行う。載置部表面および支持部表面の研削加工はダイヤモンド砥石等の通常用いる方法を採用できる。沈み量分布の測定は、平面加工を施した載置部表面を使用して、載置部表面の変形に追従する半導体ウエハ、セラミックスダミーウエハ、金属シートまたは樹脂シート等の被吸着体を用いて、被吸着体が載置面に密着する程度の真空度（例えば−５ｋＰａ；ゲージ圧）でウエハを吸着させた場合の載置部表面の高さと、ウエハ研削加工時の使用真空度（例えば−１００ｋＰａ）で吸着させた場合の載置部表面の高さとの差を電気マイクロメータにより任意の点数を計測することにより行うことができる。

次に計測した変形量をマッピングし、これを反転させた形状に載置部表面を平面研削、ラップ盤等、公知の方法により研削・研磨加工して載置面２ａを得る。このとき載置部表面の加工を容易にできるように、マッピングデータの平滑化処理を行ってもよい。

また、上述したように、載置部の表層に液体を浸透、固化させて気密化した後、載置部の内部を使用真空度に保ちながら、載置部表面を研削加工して載置面２ａとし、固化した液体を溶剤や加熱により除去することによっても作製できる。

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１）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、スラリーを外径３５０ｍｍ、高さ２０．５ｍｍ（凹部内径２９８ｍｍ、深さ５．５ｍｍ；削り代およそ０．５ｍｍ、吸気孔径および吸気溝幅２ｍｍ）の緻密質アルミナ支持部（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削し、載置部表面とした。沈み量分布の測定は、−５ｋＰａの真空度でウエハ（直径３００ｍｍ、厚さ８００μｍ）を載置部表面に密着させたときと−１００ｋＰａの真空度で吸着したときの載置部厚み方向の変位量を電気マイクロメータにより任意の１００点を測定し、マッピングした。載置部表面の略中心の沈み量は４．８μｍであり、外周にかけて沈み量が減少し、外周端部では沈みが見られなかった。マッピングを基に＃８００ダイヤモンド砥石を用いて平面研削し略中心部の高さ４．８μｍの凸型形状の載置面、平坦形状の支持部表面を得た。得られた真空吸着装置を使用して、ウエハの研削試験を行った。−１００ｋＰａの真空度（ゲージ圧）で真空吸着した半導体ウエハ（直径３００ｍｍ、厚さ８００μｍ）を＃８００のダイヤモンド砥石を使用して１００μｍ研削加工した後、レーザ干渉式形状測定器を用いてウエハの平坦度を測定した。３０枚研削し、平坦度は全て１．０μｍ以下であった。砥石軸の調整は従来に比べて、非常に容易であった。

（実施例２）実施例１と同様に、同形状の緻密質アルミナ支持部の凹部に載置部原料を流し込み、焼成した後、研削加工を行って載置部表面を形成した。次に、載置部の表層に常温硬化性のエポキシ樹脂を塗布し、浸透固化させた。載置部内を真空吸引してー１００ｋＰａの真空度に保ちながら、＃８００ダイヤモンド砥石を用いて載置部表面を平坦加工した後、アセトンを用いてエポキシ樹脂を溶解除去した。得られた載置面の形状は、その略中心を頂点とする高さ４．７μｍの凸型であった。実施例１と同様にウエハの研削試験を行ったところ、３０枚研削し、平坦度は全て１．０μｍ以下であった。砥石軸の調整は従来に比べて、非常に容易であった。

（比較例）載置面を除いて実施例と同形状の真空吸着装置を作製した。載置面は凸型とせず、＃８００ダイヤモンド砥石を用いて載置部表面及び支持部表面の平面研削を行い、平坦な載置面および支持部表面を得た。実施例と同条件でウエハ研削試験を行ったところ、３０枚研削し、平坦度は全て１．０μｍよりも大きかった。実施例と比べて軸調整に非常に手間がかかった上、ウエハの研削精度も悪かった。

本発明の真空吸着装置の概略構成を示す模式断面図である。 本発明の真空吸着装置の半導体ウエハ載置時の概略構成を示す模式断面図である。

符号の説明

１；真空吸着装置
２；載置部
２ａ；載置面
３；支持部
３ａ；支持部表面
４；吸気孔
５；吸気溝
２ｂ；載置部略中心部
ｈ；凸型載置面の高さ
Ｗ；被吸着体

Claims (4)

1. 載置面に被吸着体を吸着保持するためのセラミックス多孔質体からなる載置部と、前記載置部の気孔に連通する吸気孔を有する緻密質セラミックスからなる支持部とを備える真空吸着装置であって、前記載置面が、その略中心を頂点とする凸型であることを特徴とする真空吸着装置。
2. 被吸着体の真空吸着時における載置面および載置面を取り囲む支持部表面が略同一平面となることを特徴とする請求項１記載の真空吸着装置。
3. 載置部表面の使用真空度における沈み量分布を測定する工程と、前記沈み量分布から求めた凹型形状を反転させた凸型形状に前記載置部表面を加工し載置面とする工程とを含む、請求項１〜２記載の真空吸着装置の製造方法。
4. 載置部の表層に液体を浸透、固化させて気密化する工程と、前記載置部の内部を使用真空度に保ちながら、載置部表面を加工し載置面とする工程と、載置部の表層に固化した前記液体を除去する工程とを含む、請求項１〜３記載の真空吸着装置の製造方法。

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