JP2008166312A - 真空チャック及びこれを用いた真空吸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炭化珪素を主成分とする多孔質体からなる円板形状の吸着部と、この吸着部を支持する炭化珪素を主成分とする緻密質体からなる支持部を１１００−１２５０℃で接合すると接合温度が高すぎるため、溶融したガラス質材の殆どが多孔質体の内部に入り込み、緻密質体の表面に接するガラス質材の割合が非常に低くなって接合強度が低下するという問題があった。
【解決手段】炭化珪素を主成分とする緻密質体からなる支持部と、炭化珪素を主成分とする多孔質体からなる吸着部とを有し、記支持部は前記吸着部をガラス質材で接合支持した支持面を備え、該支持面に対して垂直な方向で断面視したとき、前記吸着部の開気孔内部に前記ガラス質材の一部が含浸しているとともに、前記支持面の５０％以上に前記ガラス質材が接していること。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の被処理物を研磨するために、これら被処理物を吸着保持する真空チャック及びこれを用いた真空吸着装置に関するものである。

従来、半導体ウエハのデバイス形成面の裏面を研削するために吸着面を備え、この吸着面上に真空吸引することで半導体ウエハを固定する真空チャックを備えた真空吸着装置と、半導体ウエハをグラインド加工するダイヤモンドホイールとを備えるウエハ研削装置が用いられている。

真空吸引により吸着面に固定された半導体ウエハは、ダイヤモンドホイールで研削されるが、通常、加工された面には加工変質層が発生する。近年、半導体ウエハの極薄化に伴い、加工変質層の影響が相対的に大きくなり、半導体ウエハから半導体素子を形成する工程で、この加工変質層の影響を受け、半導体素子にクラックが入りやすいという問題が顕在化しつつある。

近年では前記加工変質層を除去するため、半導体ウエハのデバイス形成面の裏面を、例えば砥粒が付着した研磨布で磨くというドライポリッシュ方式による追加研磨が提案されている。当初、ドライポリッシュ方式のウエハ研磨装置と組み合わせて用いられる真空吸着装置には、ウエハ研削装置と組み合わせて用いられたアルミナ質焼結体を吸着部材とする真空吸着装置を転用していたが、アルミナ質焼結体の熱伝導率が低いために、ダイヤモンドホイールによる研削中に半導体ウエハから十分熱を逃がすことができず、デバイス形成面を保護するために用いられていた樹脂フィルムが溶けて、デバイス形成面が損傷するという問題が発生していた。

この問題を解決するために炭化珪素の高い熱伝導性に注目し、以下の特許文献１及び２では炭化珪素質焼結体を吸着部材とする真空チャックが提案されている。

特許文献１には、半導体ウエハやガラス基板を真空吸着するための炭化珪素を主成分とした多孔質体からなる円板形状の吸着部と、この吸着部を支持するための炭化珪素を主成分とした緻密質体からなる支持部との間に、ケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス等のガラス質材を塗布し、１１００−１２５０℃で溶融することで、吸着部と支持部とを接合した真空チャックが提案されている。

特許文献２では、半導体ウエハやガラス基板を真空吸着する炭化珪素を主成分とする多孔質体からなる円板形状の吸着部と、この吸着部を支持する炭化珪素を主成分とする緻密質体からなる支持部との間に、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，Ｎａ_２Ｏ−ＳｉＯ_２，Ｎａ_２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２，Ｋ_２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２，Ｋ_２Ｏ−ＰｂＯ−ＳｉＯ_２，ＢａＯ−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３，Ｎａ_２Ｏ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２等の成分に非酸化物系セラミックス粉末を配合したガラス質材を挿入し、５００−１２００℃で溶融することで、空気の透過を遮断する空気不透過層を形成した真空吸着チャックが提案されている。
特開２００２−３７３８７３号公報 特開２００５−２７９７８９号公報

特許文献１で提案されるように、炭化珪素を主成分とする多孔質体からなる円板形状の吸着部と、この吸着部を支持する炭化珪素を主成分とする緻密質体からなる支持部を１１００−１２５０℃で接合すると接合温度が高すぎるため、溶融したガラス質材の殆どが多孔質体の内部に入り込み、緻密質体の表面に接するガラス質材の割合が非常に低くなって接合強度が低下するという問題があった。また、空気中で接合した場合は、吸着部および支持部が酸化し、この酸化に伴って発生する気泡が緻密質体表面に残って空隙となり、接合強度がさらに低くなるという問題もあった。

また、特許文献２においてはガラスを５００−１２００℃で溶融するとされているが、この温度の範囲内であっても、ガラス質材の溶融温度よりも高い温度で空気不浸透層を形成すると、ガラス質材が緻密質体に固着しにくくなってしまい、吸着部を支持部の接合強度が低下するという問題があった。

つまり、特許文献１，２の真空チャックの吸着部と支持部の接合強度が低いのは、吸着部と支持部の間を断面で表すと図５のような構造になっているからであると考えられる。

支持部を構成する緻密質体は、吸着部を構成する多孔質体とガラス質材４９により接合されている。多孔質体は炭化珪素の結晶粒子４５が結合助剤４７によって繋がっている。しかしながら、ガラス質材４９が緻密質体に接する割合が少ないため、吸着部と支持部の接合強度が低いと考えられる。

本発明は上記問題に鑑みなされたもので、吸着部と支持部の接合強度が高い真空チャックおよびこれを用いた真空吸着装置を提供することを目的とする。

上記に鑑みて本発明は、炭化珪素を主成分とする緻密質体からなる支持部と、炭化珪素を主成分とする多孔質体からなる吸着部とを有し、前記支持部は前記吸着部をガラス質材で接合支持した支持面を備え、該支持面に対して垂直な方向で断面視したとき、前記吸着部の開気孔内部に前記ガラス質材の一部が含浸しているとともに、前記支持面の５０％以上に前記ガラス質材が接していることを特徴とする。

さらに、前記ガラス質材が最も含浸している部位から前記支持面までの距離が１００μｍ以上であることを特徴とする。

さらに、前記ガラス質材が珪素を含むものであることを特徴とする。

さらに、前記ガラス質材が、ＳｉをＳｉＯ_２換算で３０〜６５質量％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で１０〜４０質量％、ＢをＢ_２Ｏ_３換算で１０〜２０質量％，ＣａをＣａＯ換算で４〜５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で１〜５質量％、ＴｉをＴｉＯ_２換算で５質量％以下（０質量％を除く）含有するもの、または、ＳｉをＳｉＯ_２換算で３０〜６５質量％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で１０〜４０質量％、ＢをＢ_２Ｏ_３換算で１０〜２０質量％，ＣａをＣａＯ換算で４〜５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で１〜５質量％、ＢａをＢａＯ換算で６質量％以下（０質量％を除く）、ＳｒをＳｒＯ換算で５質量％以下（０質量％を除く）含有するものであることを特徴とする。

さらに、前記吸着部における炭化珪素の個々の結晶粒子は少なくとも一部が珪素で覆われたものであるとともに、該珪素によって前記結晶粒子同士が接合されたものである
ことを特徴とする。

さらに、前記支持面に対して垂直な方向で断面視したとき、前記吸着部から支持面までの距離が７０μｍ以下であることを特徴とする。

さらに、上記真空チャックを吸着部材として用いたことを特徴とする。

本発明は、ガラス質材が緻密質体と固着した割合を多くしつつ、ガラス質材を多孔質体内の開気孔内に含浸せることによって、ガラス質材のアンカー効果を高めることができるため、吸着部と支持部を強固に接合した真空チャックとすることができる。

さらに、ガラス質材に含まれる珪素が、緻密質体および多孔質体に固溶することで、緻密質体と多孔質体に対するガラス質材の大きな化学的結合力を生じさせるため、吸着部と支持部の接合強度をさらに向上させることができる。

さらに、ガラス質材が１０００℃未満で軟化できるため、１０００℃以上の高温接合で発生していた吸着部および支持部の酸化が抑制されるため、酸化が抑制されると、酸化に伴って発生する気泡が抑制されるため吸着部と支持部の接合強度がさらに向上する。
さらに、ガラス質材に含まれる珪素と、炭化珪素粒子の少なくとも一部を覆っている珪素とが強固に固着するため、吸着部と支持部の接合強度がさらに向上する。
さらに、多孔質体と支持面との距離が長い部分があると、この部分に大きな空洞が形成されるおそれがあるので、吸着部と支持部の間に空洞が介在する割合が両者の間にガラス質材が介在する割合よりも少なくなったとしても、接合強度が低下するおそれがある。多孔質体と支持部との距離を最大で７０μｍ以下とすることによって、大きな空洞が形成されるおそれがなくなるので、吸着部と支持部の接合強度をさらに高めることができるため、吸着部と支持部の接合強度をさらに高めることができる。

さらに、ガラス質材が吸着部と支持部に強固に固着し接合強度を高めた吸着部材を用いた真空吸着装置とすれば、加工時にガラス質材に応力がかかった場合でもガラス質材に変形や亀裂が生じることがないため、吸着される被加工物を高い寸法精度で加工することができる

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の真空チャックは、炭化珪素を主成分とする緻密質体からなる支持部と、炭化珪素を主成分とする多孔質体からなる吸着部とを有し、前記支持部は前記吸着部をガラス質材で接合支持した支持面を備え、該支持面に対して垂直な方向で断面視したとき、前記吸着部の開気孔内部に前記ガラス質材の一部が含浸しているとともに、前記支持面の５０％以上に前記ガラス質材が接しているものである。

図１（ａ）は本発明の真空チャックの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。図２は真空チャックの吸着面と支持部の間を、支持面に対して垂直な方向で断面視して拡大し模式的に表した断面図である。

真空チャック１００は、炭化珪素を主成分とした多孔質体からなる吸着部２７と、炭化珪素を主成分とした緻密質体からなり、吸着部２７を支持する支持面３５を有する支持部２９とを接合してなり、支持面３５に対して垂直な方向で断面視したとき、吸着部２７と支持部２９の間に空洞２１が介在する割合は、両者の間にガラス質材１９が介在する割合よりも少なく、ガラス質材１９が緻密質体から多孔質体の開気孔３１内に含浸している構造となっている。これにより、ガラス質材１９のアンカー効果を高めることができるから、真空チャック１００は、吸着部２７と支持部２９が強固に接合されている。ここでいうガラス質材１９は酸化物からなる。

なお、支持部２９内には、図１（ｂ）の矢印方向に気体を吸引して、吸着面２５に吸着される半導体ウエハなどの被吸着物を真空吸着するための吸引孔２３が設けられている。

図２の多孔質体は、詳細には、多孔質体の炭化珪素粒子１５が、金属元素としてアルミニウム（Ａｌ）、周期律表第３族元素（ＲＥ）を、それぞれＡｌ_２Ｏ_３として０．２−２モル％、ＲＥ_２Ｏ_３として０．２−２モル％含有する結合助剤１７ａと結合されたものからなる。緻密質体は、炭化珪素粒子と、結合助剤（不図示）によって緻密に焼結した焼結体からなる。

ガラス質材１９が緻密質体と固着した割合を多くしつつ、ガラス質材１９を多孔質体内の開気孔３１内に含浸させることによって、多孔質体と強固に固着してアンカー効果を高めることができるため、吸着部２７と支持部２９を強固に接合した真空チャック１００とすることができる。

吸着部２７と支持部２９の間に空洞２１が介在する割合は、真空チャック１００の吸着部２７と支持部２９の間を、支持面３５に対して垂直な方向で断面視したとき、支持面３５にガラス質材１９が接していない部分の長さの合計を、支持面３５の長さの合計で割って得られる割合、すなわち図２においては｛（Ｌ−Ｌ_１−Ｌ_２−Ｌ_３）／Ｌ｝×１００（％）をいう。吸着部２７と支持部２９の間にガラス質材１９が介在する割合は、支持面３５にガラス質材１９が接している部分の長さの合計を、支持面３５の長さの合計で割って得られる割合、すなわち｛１００−（Ｌ−Ｌ_１−Ｌ_２−Ｌ_３）／Ｌ｝（％）をいう。

次に、ガラス質材１９は、緻密質体の支持面３５から鉛直方向に最大で１００μｍ以上含浸していることが好ましい。これによって、多孔質体に対するガラス質材１９のアンカー効果がさらに大きくなることで、ガラス質材１９が多孔質体にさらに強固に固着するので、吸着部２７と支持部２９をより強固に接合した真空チャック１００とすることができる。ガラス質材１９が緻密質体の支持面３５からどれだけ含浸しているかを測定するには、次のように行う。図２において、Ｌの長さを１０００μｍとした断面を観察し、支持面３５の両端を結ぶＹ−Ｙ’線に対して垂直方向に延出しているガラス質材１９の最大距離Ｈを測定する。

吸着部２７と支持部２９の接合強度をさらに向上させるには、ガラス質材１９は珪素を含む酸化物であることが好ましい。ガラス質材１９は珪素を含む酸化物であると、ガラス質材１９に含まれる珪素が、緻密質体および多孔質体に固溶することで、ガラス質材１９が緻密質体と多孔質体の両方に対しての大きな化学的結合力を生じたまま固着するからである。

次に、ガラス質材１９は、ＳｉをＳｉＯ_２換算で３０−６５質量％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で１０−４０質量％、ＢをＢ_２Ｏ_３換算で１０−２０質量％，ＣａをＣａＯ換算で４−５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で１−５質量％、ＴｉをＴｉＯ_２換算で５質量％以下（０質量％を除く）含有するもの、または、ＳｉをＳｉＯ_２換算で３０−６５質量％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で１０−４０質量％、ＢをＢ_２Ｏ_３換算で１０−２０質量％，ＣａをＣａＯ換算で４−５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で１−５質量％、ＢａをＢａＯ換算で６質量％以下（０質量％を除く）、ＳｒをＳｒＯ換算で５質量％以下（０質量％を除く）含有するものであることがさらに好ましい。これにより、吸着部２７と支持部２９の接合強度をさらに高くすることができる。この理由は、ガラス質材１９が１０００℃未満で溶融するので、１０００℃以上の高温接合で発生する吸着部２７および支持部２９の酸化が抑制されるため、この酸化に伴って発生する気泡が極めて少なくなるからである。

ガラス質材１９の構成成分のうち、Ｓｉはガラス質材１９の骨格を形成するための主成分であって、Ｓｉの含有量が少な過ぎると、耐候性が低下したり、熱膨張係数が大きくなったりする。逆に、Ｓｉの割合が多過ぎると溶融性が悪くなるとともに結合相にトリジマイトやクリストバライトが異物として入るおそれがある。

よって、ＳｉのＳｉＯ_２換算での割合を３０−６５質量％とすることで、耐候性を低下させず、ガラス質材１９の熱膨張係数と炭化珪素の熱膨張係数との差を小さくすることができるとともに、トリジマイトやクリストバライトの失透を十分に防止することができる。

Ａｌはガラス質材１９の耐熱性を高める成分であって、Ａｌでの含有量が少な過ぎると、ガラス質材１９の耐熱性が低下したり、異物が発生したりするおそれがある。逆に、Ａｌの割合が多過ぎると、ガラス質材１９の溶融性が低下するおそれがある。

よって、ＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算での割合を１０−４０質量％とすることで、耐候性、溶融性ともに向上させ、失透による異物の発生を十分に防止することができる。

Ｂ（ホウ素）は融剤として働き、粘性を下げ、ガラス質材１９の溶融性を改善する成分であって、Ｂの含有量が少な過ぎると、溶融性を十分改善することができず、多過ぎると、化学的耐久性が低下したり、異物が入るおそれがある。

よって、ＢのＢ_２Ｏ_３換算での割合を１０−２０質量％とすることで、ガラス質材１９の溶融性を十分に改善すると同時に、化学的耐久性を維持し、異物の発生を特に防止することができる。

Ｃａは高温でのガラス質材１９の粘性を下げ、ガラス質材１９の溶融性を改善したり、熱膨張係数の調整をしたりする成分であり、Ｃａの含有量が少な過ぎると、熱膨張係数が大きくなって応力が残留するおそれがあり、Ｃａの含有量が多過ぎると、異物が発生するおそれがある。

よって、ＣａのＣａＯ換算での割合を４−５質量％とすることで、ガラス質材１９の熱膨張係数と炭化珪素の熱膨張係数との差を特に小さくして残留応力を低減できるとともに、異物の発生をさらに防止することができる。

ＭｇＯは高温でのガラス質材１９の粘性を下げ、ガラスの溶融性を改善したり、熱膨張係数の調整をしたりする成分であり、Ｍｇの含有量が少な過ぎると、熱膨張係数が大きくなって応力が残留するおそれがあり、Ｍｇの含有量が多過ぎると、エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ_２）が異物として発生するおそれがある。

よって、ＭｇのＭｇＯ換算での割合を１−５質量％とすることで、ガラス質材１９の熱膨張係数と炭化珪素の熱膨張係数との差を小さくして両者の間の残留応力を小さくすることができるとともに、エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ_２）の発生を防止することができる。

Ｔｉはガラス質材１９の機械的強度を向上させる成分であるが、多過ぎると、異物が発生するおそれがある。

よって、ＴｉのＴｉＯ_２の換算での割合を５質量％以下含むことで、ガラス質材１９の機械的強度を向上させるとともに、異物の発生を十分に防止することができる。但しＴｉのＴｉＯ_２換算での割合は、０を含まず不可避分程度は含まれていることが必要である。

あるいは上記Ｔｉに代わって、ＳｒＯおよびＢａＯはガラス質材１９の耐薬品性を向上させるとともに、ガラス質材１９の溶融性を改善する成分であるが、多過ぎても、溶融性を損なって溶融欠陥が発生するおそれがある。

よって、ＢａのＢａＯ換算での割合を０−６質量％、ＳｒＯの比率を０−５質量％とすることで、溶融欠陥を発生させずに、ガラス質材１９の溶融性を改善することができる。但しＢａＯ、ＳｒＯは０を含まず不可避分程度は含まれていることが必要である。

さらに、ガラス質材１９をこのような成分の構成、割合にすることで、１０００℃未満の低温でガラス質材１９が溶融するので、１０００℃以上の高温接合で発生していた吸着部２７および支持部２９の表面およびその近傍の酸化は抑制される。その結果、酸化に伴って発生していた気泡の発生が抑えられ、吸着部２７と支持部２９を強固に接合することができる。

なお、ガラス質材１９中の各成分の割合はＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分析法により金属の各比率を求め、それぞれを各酸化物に換算すればよい。

さらに、ガラス質材中１９の重金属、またはアルカリ金属の比率は合計３００質量ｐｐｍ以下（０質量ｐｐｍを除く）であることが好ましい。ここで重金属とは比重４以上の重金属（但し、Ｔｉを除く）をいい、アルカリ金属については酸化物換算（例、Ｌｉ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ）で含有量をいう。

次に、多孔質体は少なくとも一部が珪素で覆われた複数の炭化珪素の結晶粒子１５を有し、複数の炭化珪素の結晶粒子１５同士は珪素で接合されていることがさらに好ましい。これにより、ガラス質材に含まれる珪素と、炭化珪素粒子の少なくとも一部を覆っているガラス質材に含まれる珪素とが強固に固着するため、吸着部２７と支持部２９の接合強度をさらに向上させることができる。

図３は、本発明の真空チャックの他の実施形態を示す断面図であり、真空チャックの吸着面と支持部の間を、支持面に対して垂直な方向で断面視して拡大して模式的に表してある。多孔質体は、少なくとも一部が珪素１７ｂで覆われた複数の炭化珪素の結晶粒子１５を有し、複数の炭化珪素の結晶粒子１５同士は珪素１７ｂで接合されている。この多孔質体を有する真空チャック１００は、ガラス質材１９に含まれる珪素１７ｂと、炭化珪素の結晶粒子１５の少なくとも一部を覆っているガラス質材１９に含まれる珪素１７ｂとが強固に固着しているため、吸着部２７と支持部２９の接合強度をさらに向上させることができる。

次に、真空チャックは、支持面に対して垂直な方向で断面視したとき、多孔質体と支持面との距離が最大で７０μｍ以下であることが好ましい。図４は、本発明の真空チャックの吸着部と支持部２９の間を中心とした１ｍｍ四方の範囲を支持面に対して垂直な方向で断面視したとき、吸着部と支持面との距離を測定する方法を示した断面図である。吸着部２７と支持面３５との最大距離は、炭化珪素の結晶粒子１５の支持面３５側に最も近い端部を結んだ線と支持面３５との最大距離ｔである。吸着部２７と支持面３５との距離が長いと、この部分に大きな空洞２１が形成されるおそれがあるので、吸着部２７と支持部２９の間に空洞２１が介在する割合が両者の間にガラス質材が１９介在する割合よりも少なくなったとしても、接合強度が低下するおそれがある。よって、ｔを７０μｍ以下とすることによって、大きな空洞２１が形成されるおそれがなくなるので、吸着部２７と支持部２９の接合強度をさらに高めることができる。

次に、真空チャック１００の各種測定方法について説明する。

ここで、各種測定方法においては、必要に応じて真空チャックから分析用の試料を切り出して測定する。

吸着部２７が炭化珪素を主成分とすることは、吸着部２７をＸ線回折により分析し、最大強度の回折ピークが炭化珪素に帰属することで確認することができ、同様に、支持部２９が炭化珪素を主成分とすることは、支持部２９をＸ線回折により分析し、最大強度の回折ピークが炭化珪素に帰属することで確認することができる。

吸着部２７内に開気孔３１があることは、吸着部２７を拡大して観察することで確認することができる。

ガラス質材１９が珪素を含むことは、ＩＣＰ発光分光分析、Ｘ線回折、蛍光Ｘ線分析などにより確認することができる。
図３の吸着部２７において、複数の炭化珪素の結晶粒子１５同士が珪素１７ｂで接合されていることは、微少部Ｘ線回折により確認するか、好ましくは微少部Ｘ線回折だけでなく、蛍光Ｘ線分析、Ｘ線マイクロアナライザ、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、原子間力顕微鏡のうち少なくとも一つを併用して分析することで確認することができる。

次に、本発明の真空チャックの製造方法について具体的に説明する。

先ず、多孔質体の製造方法について説明する。

真空チャック１００の吸着部２７が例えば図２の吸着部２７からなる場合には、平均粒径１０５−３５０μｍの炭化珪素粉末が５０−９０モル％、平均粒径２−５μｍの炭化珪素粉末が１０−５０モル％、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末が０．２−２モル％、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）が粉末０．２−２モル％となるような割合で、各粉末を均一に混合する。得られた混合粉末に有機バインダー及び分散媒液を加えてスラリーを作製する。有機バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。有機バインダーの配合量は、混合粉末１００重量部に対して、１−１０重量部程度とする。分散媒液としては、例えば、メタノール、水等を用いることができる。分散媒液は、スラリーの粘度が一定範囲内となるように、適量配合される。

得られたスラリーを噴霧乾燥機等を用いて乾燥、造粒し、顆粒状の粉末を製造する。この顆粒を所定の形状の金型に入れて成形することにより、円盤状の生成形体を作製する。この生成形体をアルゴン、ヘリウム、ネオン、窒素、真空等の非酸化雰囲気中４００−６５０℃程度に加熱して有機バインダーを分解、消失させ、略混合粉末のみを残留させる。そして、得られた脱脂体をアルゴンガス中、１５００−２０００℃に加熱することで焼成し、混合粉末を焼結させ、さらに、所定の形状に加工することにより吸着部２７を作製する。この加工は、ダイヤモンドカッターを用いた切削加工、ダイヤモンド砥石を用いた研削加工等により行うことができる。なお、焼成温度は、多孔質体の気孔率を３０−４０％にするため、１７００−１９００℃で行うことが好ましい。

さらに、炭化珪素の結晶粒子１５を連結するための珪素粉末には、平均粒径１−９０μｍの粉末を用い、α型炭化珪素粉末１００重量部に対し、その比率を１５−３０重量部とすることが好ましい。珪素粉末の平均粒径が１μｍ未満では、珪素粉末の分散性が悪く、局部的にしか炭化珪素の結晶粒子１５を連結することができないからである。一方、９０μｍを超えると、後の熱処理で珪素粉末は溶融して炭化珪素粉末を被覆するように移動するので、珪素粉末が部分的に凝集して占有していた空間は大きな気孔として残り、強度低下を招くからである。図３においてα型炭化珪素粉末１００重量部に対し、珪素粉末の比率を１５−３０重量部としたのは、珪素粉末の比率が１５重量部未満では、炭化珪素の結晶粒子１５に対する比率が低く、前記結晶粒子１５を十分連結させられないからである。

一方、比率が３０重量部を超えると、珪素が偏析しやすく、相対的に機械的特性の良好な炭化珪素の比率が下がり、十分な機械的特性を得られないからである。珪素粉末の比率を１５−３０重量部とすることで、十分な機械的特性を備えた均質な組織を有する吸着部２７とすることができる。なお、珪素粉末の純度は高いほうが望ましく、９５％以上の純度のものが好適で、９９％以上の高純度珪素の使用が特に好ましい。なお、使用する珪素粉末の形状は特に限定されず、球形又はそれに近い形状のみならず、不規則形状であっても好適に用いることができる。

熱処理では、その温度を１４００−１４５０℃とすることが好ましく、１４００℃未満では、珪素粉末が十分溶融しないため、炭化珪素の結晶粒子１５を珪素１７ｂとして連結することができないからであり、１４５０℃を超えると、珪素が蒸発することで強度低下を招きやすいとともに、製造コストが高くなるからである。熱処理温度を１４００−１４５０℃とすることで、珪素粉末は蒸発することなく適度に溶融するため、炭化珪素の結晶粒子１５を珪素１７ｂとして連結することができ、適切な強度及び熱伝導率が得られ、製造コストも削減することができる。特に、熱処理温度を１４２０−１４５０℃にすることが好適で、この温度範囲で熱処理することで３点曲げ強度が３０ＭＰａ以上、ヤング率が３０ＧＰａ以上の複合体を得ることができる。また炭化珪素の結晶粒子１５を珪素で被覆するには、珪素粉末を十分溶融させた上で、珪素が蒸発したり、雰囲気内で浮遊する炭素と一部反応して炭化珪素に変化したりすることのないようにしなければならない。このような観点から炭化珪素の結晶粒子１５を珪素で被覆するには、１４２０−１４４０℃にすればよい。

次に、炭化珪素を主成分とし、中央に円形の凹部３７を有する略円盤状の緻密質な枠体である支持部２９を準備し、ＳｉＯ_２が３０−６５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１０−４０質量％、Ｂ_２Ｏ_３が１０−２０質量％、ＣａＯが４−５質量％、ＭｇＯが１−５質量％、ＴｉＯ_２が０−５質量％、ＢａＯが０−６質量％およびＳｒＯが０−５質量％からなるペースト状のガラス質材を凹部３７に塗布する。ガラス質材塗布後、吸着部２７を凹部３７に置き、専用の加圧装置で厚み方向（支持面３５に垂直な方向）から加圧する。加圧後、９５０−９８０℃で熱処理することにより吸着部２７と支持部２９とは、ガラス質材１９で接合され、本発明の真空チャック１００を得ることができる。

上記の本発明の真空チャック１００は、ガラス質材１９が吸着部２７と支持部２９を強固に接合しているため、吸引孔２３を介して被吸着物に吸着作用を及ぼす真空ポンプ（不図示）を備えた真空吸着装置とすることで、吸着される被加工物を高い寸法精度で加工することができる。

真空チャック１００の吸着部が図２の吸着部２７からなる場合、多孔質体は次のようにして作製した。平均粒径１５０μｍの炭化珪素粉末が８０モル％、平均粒径２−５μｍの炭化珪素粉末が１９モル％、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末が０．５モル％、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）が粉末０．５モル％となるような割合で、各粉末を均一に混合した。得られた混合粉末１００重量部に有機バインダーとしてポリビニルアルコール３重量部およびメタノール１２０重量部を加えてスラリーを作製した。

得られたスラリーを噴霧乾燥機等を用いて乾燥、造粒し、顆粒状の粉末を作製した。この顆粒を所定の形状の金型に入れて成形することにより、円盤状の生成形体を作製した。この生成形体をアルゴンガス中６００℃程度に加熱して有機バインダーを分解、消失させ、混合粉末のみを残留させた。得られた脱脂体をアルゴンガス中、１８００℃に加熱することで焼成し、混合粉末を焼結させ、さらに、所定の形状に加工し、ＪＩＳ Ｒ １６３４−１９９８に規定されたアルキメデス法による気孔率が３５％、外径３５０ｍｍ、厚さ３５ｍｍの吸着部２７を作製した。吸着部２７の気孔径は、ＪＩＳ Ｒ １６５５−２００３に準拠して測定した結果、２５μｍであった。

真空チャック１００の吸着部が図３の吸着部２７からなる場合、多孔質体は次のようにして作製した。平均粒径１５０μｍのα型炭化珪素粉末１００重量部に対して、平均粒径３μｍの珪素粉末２０重量部を調合し、成形助剤として後の脱脂処理後の残炭率が３０％以上となるような熱硬化性樹脂としてレゾール型のフェノール樹脂を１重量部添加し、ボールミルで均一に混合した。混合した原料を転動造粒機を用いて平均粒径１ｍｍの顆粒にした。

得られた顆粒を乾式加圧成形して成形体とし、アルゴンガス中５００℃で脱脂処理した後、アルゴンガス中１４２０℃で熱処理した。得られた複合体の上面（吸着面２５）を研磨して吸着部２７とした。なお、吸着面２５は平坦度０．２μｍとした。吸着部２７は、ＪＩＳ Ｒ １６３４−１９９８に規定されたアルキメデス法による気孔率で３４％、ＪＩＳ Ｒ １６５５−２００３に準拠して測定した平均気孔径が５５μｍであった。

次に、炭化珪素を主成分とし、中央に円形の凹部３７を有する略円盤状の緻密質な枠体である支持部２９を準備した。ここで支持部２９の支持面３５をＧＣ砥粒を用いてブラスト処理し、支持面３５の中心線平均粗さ（Ｒａ）を表１に示す値とした。次いで、ペースト状のガラス質材を凹部３７に塗布した。ガラス質材塗布後、吸着部２７を凹部３７に置き、加圧装置で厚み方向（支持面３５に垂直な方向）から加圧した。加圧後、表１に示す接合温度で熱処理することにより吸着部２７と支持部２９とをガラス質材１９で接合し、真空チャック１００を作製した。

次に、炭化珪素を主成分とし、中央に円形の凹部３７を有する略円盤状の緻密質な枠体である支持部２９を準備し、ペースト状のガラス質材を凹部３７に塗布した。ガラス質材塗布後、吸着部２７を凹部３７に置き、専用の加圧装置で厚み方向（支持面３５に垂直な方向）から加圧した。加圧後、表１に示す接合温度（９５０℃）で熱処理することにより吸着部２７と支持部２９とをガラス質材１９で接合し、真空チャック１００を作製した。

ガラス質材１９を構成するガラス各成分の比率はＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分析法により金属の各比率を求め、それぞれ酸化物換算した。

次に評価方法について説明する。

吸着部２７、支持部２９間の接合強度は、多孔質体と緻密質体を含むように１０ｍｍ×１０ｍｍ×３０ｍｍの試験片を切り出し、多孔質体を固定した後、トルクレンチで緻密質体を捻り、この試験片が破壊したときの強度を読み取り、この値を接合強度とした。ここで、試験片の長手方向は支持面３５に垂直方向とした。

ガラス質材１９が支持面３５から鉛直方向に含浸している距離の最大値は、図２において、Ｌの長さを１ｍｍとした断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、支持面３５の表面の両端を結ぶＹ−Ｙ’線に対して垂直方向に延出しているガラス質材１９の最大距離Ｈを測定した。

支持面３５と吸着部２７の最大距離ｔは、真空チャック１００から分析用試料を切り出し、支持面３５と吸着部２７の間にあるガラス質材１９を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で拡大し、支持面３５側にある炭化珪素の結晶粒子１５の端部を結んだ線と支持面３５の最大距離とした。

以下結果を表１に示す。

本発明の試料Ｎｏ．１−２０は接合強度が４０ｋｇ・ｃｍ以上と高かった。特に多孔質体がＳｉＣ−Ｓｉからなる試料Ｎｏ．２−１１は接合強度が５０ｋｇ・ｃｍ以上とさらに高かった。

比較例としては、次に示す条件以外は実施例と同様にして真空チャックを作製し、実施例と同様に評価した。

試料Ｎｏ．２１は接合温度を８３０℃とした。試料Ｎｏ．２２は接合温度を１０５０℃とした。試料Ｎｏ．２３は接合温度を１２００℃とした。試料Ｎｏ．２４は接合温度を１６６０℃とした。試料Ｎｏ．２５は緻密質体の材質を窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）とした。試料Ｎｏ．２６は多孔質体、緻密質体ともに材質を窒化珪素Ｓｉ_３Ｎ_４とした。試料Ｎｏ．２７は多孔質体、緻密質体ともに材質を窒化珪素アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とした。試料Ｎｏ．２８は多孔質体、緻密質体ともに材質をコーディエライトとした。試料Ｎｏ．２９は多孔質体、緻密質体ともに材質をムライトとした。試料Ｎｏ．３０は多孔質体、緻密質体ともに材質をフォルステライトとした。これらの結果から多孔質体および緻密質体が炭化珪素を主成分としていない試料は、いずれも接合強度が低くなることがわかった。

比較例の試料Ｎｏ．２４，２５は、試料が割れたため接合強度が測定できなかった。試料Ｎｏ．２６−３１は接合強度が１２−２６ｋｇ・ｃｍと低かった。

（ａ）は本発明の真空チャックの斜視図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 本発明の真空チャックの吸着面と支持部の間を、支持面に対して垂直な方向で断面視して模式的に表した断面図である。 本発明の真空チャックの他の実施形態における吸着面と支持部の間を、支持面に対して垂直な方向で断面視して模式的に表した断面図である。 本発明の真空チャックの多孔質体と支持面との距離を測定する方法を示した断面図である。 従来の真空チャックの吸着面と支持部を断面視して模式的に表した断面図である。

符号の説明

１５，４５：結晶粒子
１７ａ，４７：結合助剤
１７ｂ：珪素相
１９，４９：ガラス質材
２１，５１：空洞
２３：吸引孔
２５：吸着面
２７：吸着部
２９：支持部
３１：開気孔
３５：支持面
３７：凹部
１００：真空チャック

Claims (7)

1. 炭化珪素を主成分とする緻密質体からなる支持部と、炭化珪素を主成分とする多孔質体からなる吸着部とを有し、記支持部は前記吸着部をガラス質材で接合支持した支持面を備え、
   該支持面に対して垂直な方向で断面視したとき、前記吸着部の開気孔内部に前記ガラス質材の一部が含浸しているとともに、前記支持面の５０％以上に前記ガラス質材が接していることを特徴とする真空チャック。
2. 前記ガラス質材が最も含浸している部位から前記支持面までの距離が１００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の真空チャック。
3. 前記ガラス質材が珪素を含むものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空チャック。
4. 前記ガラス質材が、ＳｉをＳｉＯ_２換算で３０〜６５質量％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で１０〜４０質量％、ＢをＢ_２Ｏ_３換算で１０〜２０質量％，ＣａをＣａＯ換算で４〜５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で１〜５質量％、ＴｉをＴｉＯ_２換算で５質量％以下（０質量％を除く）含有するもの、または、ＳｉをＳｉＯ_２換算で３０〜６５質量％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で１０〜４０質量％、ＢをＢ_２Ｏ_３換算で１０〜２０質量％，ＣａをＣａＯ換算で４〜５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で１〜５質量％、ＢａをＢａＯ換算で６質量％以下（０質量％を除く）、ＳｒをＳｒＯ換算で５質量％以下（０質量％を除く）含有するものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の真空チャック。
5. 前記吸着部における炭化珪素の個々の結晶粒子は少なくとも一部が珪素で覆われたものであるとともに、該珪素によって前記結晶粒子同士が接合されたものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の真空チャック。
6. 前記支持面に対して垂直な方向で断面視したとき、前記吸着部から支持面までの距離が７０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の真空チャック。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の真空チャックを吸着部材として用いたことを特徴とする真空吸着装置。

Images