JP2009016584A - カーボン製吸着体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 精度の高い平面吸着を行える吸着体を提供する。
【解決手段】吸着パッドＡは、ポーラスカーボン板１と支持体２とを有し、底部２１においてポーラスカーボン板１の吸引面１１と接触し、縁部２０においてポーラスカーボン板１の側周面に密着してポーラスカーボン板１を支持する。ポーラスカーボン板１は通気性を有し、支持体２は不通気又はポーラスカーボン板１の気孔率の約１／３以下、好ましくは１／４以下とする。接着底部５と接着側部６に焼成接着部３が形成され、これら焼成接着部３によりポーラスカーボン板１と支持体２が接着結合している。焼成接着部３は、炭素化率の高い熱硬化性樹脂を接着剤として用い、接着底部５と接着側部６に塗布し、硬化後に窒素ガスなどの不活性雰囲気下で６００℃以上の温度で焼成し、炭素化することにより形成してある。なお、この接着剤はポーラスカーポンに染み込まないように粘度調整する必要がある。
【選択図】 図１

Description

この発明は、対象物を吸引保持するためのカーボン製吸着体及びその製造方法に関する。

半導体製造工程では、種々の局面で半導体ウエーハを固定保持する必要がある。例えば、ウエーハの表面に保護テープを貼るウエーハマウント装置、ウエーハの厚みを薄く研磨するウエーハパックグラインド装置、ウエーハをチップに切断するウエーハダイシング装置などにおいては、半導体ウエーハの固定保持用の真空吸着装置が備えられており、その固定治具として吸着パッドと称する吸着体が使用されている。

この吸着パッドとして、従来はステンレス等の鉄系材料に貫通孔を施したものが使用されていたが、半導体ウエーハの大型化に伴う吸着パッドの大型化に伴い、重量が大きくなりすぎ、駆動に要するエネルギーが大きくなるという欠点が大きな問題となってきた。

そのため、大型装置には、軽く且つ熱膨張係数が小さく、寸法安定性が良く、大型化しやすいポーラスセラミックを用いた吸着パッドが使用されるようになってきている（文献１）。

しかし、ポーラスセラミックを用いた吸着パッドは導電性を有さず、比重が大きく、重量が大きい問題があり、ポーラスセラミックに代えて密度が約１／２のポーラスカーボンを使用することによりこれらの欠点を解決した、吸着パッドが本願出願人により提案されている（文献２）。

特開平６−８０８６号 特開２００５−３４７６８９号

上記したポーラスカーボンの吸着パッドは、通常吸着面を形成する吸着体と該吸着体を支持する支持体から成るが、吸着体と支持体の材質の相違や、吸着体と支持体を接着する合成樹脂接着剤の材質の相違等が原因となり、熱膨張による吸着面の変形が生ずる問題があった。また、合成樹脂接着剤は耐熱性、耐食性、耐水性に劣る等の問題があった。
本発明は上記従来技術の問題を解決することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は吸引手段に接続され、対象物を吸引保持するためのカーボン製吸着体であって、通気性を有するポーラスカーボンから成り、対象物を吸引保持する吸着面と、前記吸引手段により吸引される吸引面とを有する吸着板と、該吸着板の底面と側面を支持するカーボンから成る支持体と、該支持体の底面に設けられ、前記吸着板と接触しない通気溝と、該通気溝に連通し吸引手段に接続される接続口と、前記吸着板の底面と側面の前記支持体接触する部分に形成された焼成接着部と、を備えたことを特徴とする。
また請求項２の発明は、吸引手段に接続され、対象物を吸引保持するためのカーボン製吸着体であって、通気性を有するポーラスカーボンから成り、対象物を吸引保持する吸着面と、前記吸引手段により吸引される吸引面と、非通気性の側面と、を有する吸着板と、該吸着板の底面を支持するカーボンから成る支持体と、 該吸着板の底面に設けられ、前記支持と接触しない通気溝と、該通気溝に連通し吸引手段に接続される接続口と、前記吸着板の底面の前記支持体接触する部分に形成された焼成接着部と、を備えたことを特徴とする。
上記構成によれば、吸着板と支持体は共にカーボンから成り、更に焼成接着部により接着されているため、熱膨張差による吸着面の変形などを防止できる。また焼成接着部は耐熱性、耐食性、耐水性に優れているため、使用できる範囲が大きくなる等の効果がある。

本発明のカーボン製吸着体によれば、吸着面の変形が少なく、精度の高い吸着を得られる効果がある。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１において、本発明の吸着体である吸着パッドＡは、ポーラスカーボン板１と支持体２とを有する。ポーラスカーボン板１は円形の板状をなしており、支持体２に装着されている。該ポーラスカーボン板１の表面は対象物を吸着する吸着面１０になっており、裏面は吸引面１１になっている。

支持体２は円形の容器になっており、縁部２０と底部２１を有し、底部２１においてポーラスカーボン板１の吸引面１１と接触し、縁部２０においてポーラスカーボン板１の側周面（厚み面）に密着してポーラスカーボン板１を支持するようになっている。
後述するようにポーラスカーボン板１は通気性を有し、支持体２は不通気又はポーラスカーボン板１より通気性が小さくなっており、ポーラスカーボン板１の吸着面１０を露出し、ポーラスカーボン板１の側周面と吸引面１１の一部とを密着して塞ぐように構成されている。

図２及び図３に示すように、支持体２の底部２１には複数の通気溝４が同心円状に形成されており、各通気溝４は連通溝４０により互いに連通し、中心部に設けられた接続口９に連通している。接続口９には流路５０が接続され、ポンプなどがここに接続するようになっている。

底部２１の通気溝４以外の部分は接着底部５になっており、ポーラスカーボン板１の吸引面１１に密着するようになっている。
該通気溝４に対応する吸引面１１の部分が接続口９に接続するポンプなどにより吸引され、吸着面１０において対象物を吸引するように構成されている。

図３に示すように、前記接着底部５と吸引面１１の対応部分との間には焼成接着部３が形成されている。同様に、ポーラスカーボン板１の側周面と縁部２０の内周側の接着側部６との間に焼成接着部３が形成され、これら焼成接着部３によりポーラスカーボン板１と支持体２が接着結合している。

図４に他の実施形態を示す。
この実施形態では、支持体２は板状であり容器になっておらず、ポーラスカーボン板１を載置した構成になっている。ポーラスカーボン板１の側面は非通気側面１５になっており、非通気側面１５からの通気が行われないように構成されている。非通気側面１５はコーティングなどにより形成されている。
この実施形態によれば、支持体２を容器形状に加工する必要がなく、製造が容易になる。

図４の実施形態では、更に通気溝４をポーラスカーボン板１の底面側に形成してある。加工が比較的容易なポーラスカーボン板１側に通気溝４を形成することにより製造が容易になる利点がある。 なお、前記接着底部５と吸引面１１の対応部分との間には焼成接着部３が形成されていることは同じである。

ポーラスカーボン板１は、自己焼結性炭素で形成され、その気孔率が１０〜５０ｖｏｌ％のポーラスカーボンを用いるのが好ましい。
支持体２は、樹脂を含まない不浸透カーボンを用いる方が吸引容量が少なくて済むため望ましいが、不浸透ではなくてもポーラスカーボン板１の通気量と比較して極めて小さい通気量のカーボンならば、ポーラスカーボン板１の通気性を阻害せず、実用上十分な吸引力を確保できる。例えば、支持体２の気孔率がポーラスカーボン板１の気孔率の１／３の時、支持体２の通気量はポーラスカーボンの通気量に対して約１／200となる。また１／４の時は通気量は約１／600となり、支持体２からの漏れ量は実用上問題のない少ないレベルとなる。従って、支持体２のカーボンの気孔率はポーラスカーボン板１のカーボンの気孔率の約１／３以下、好ましくは１／４以下とする。

なお、発塵防止の観点から、ポーラスカーボン板１と支持体２の材質として、ポーラスカーボンに熱硬化性樹脂を薄めて染み込ませ、焼成することによりポーラスカーボンの骨格の回りにガラス状カーボンをコーティングすることも可能である。
また、ポーラスカーボン板１の吸着面１０にＤＬＣコーティングを行ない、吸着、開放時の表面の粒子の脱落を防止するように構成することも可能である。

焼成接着部３は、炭素化率の高い熱硬化性樹脂を接着剤として用い、これを焼成して形成してある。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、フラン樹脂が好ましいがそれ以外にエポキシ樹脂、ジビニルベンゼン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂なども使用可能である。この接着剤を接着底部５と接着側部６に塗布し、硬化後に窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性雰囲気下で６００°Ｃ以上、好ましくは９００°Ｃ以上の温度で昇温速度１００°Ｃ／時間以下の速度で焼成し、炭素化することにより焼成接着部３を形成する。６００°Ｃ未満ではまた未炭素部分が残っているため、使用条件により平面度が大きく変化する場合がある。
尚、この接着剤はポーラスカーボンに染み込まないように粘度調整する必要がある。粘度調整は前記熱硬化性樹脂にカーボンブラック粉、コークス粉、黒鉛粉のいずれかまたは混合したものを添加して行い、３５ＰａＳ〜２００ＰａＳに調整する。３５ＰａＳ以下では毛管現象でポーラスカーボンの中に染み込み、２００ＰａＳ以上では接着剤が硬すぎ塗布面になじみ難いため、塗り易さから判断すると１００〜１５０ＰａＳが好ましい。

以上のような焼成接着部３は、カーボン製のポーラスカーボン板１及び支持体２との熱膨張差が少なく、吸着面１０の変形や歪みの発生を抑制でき、精度の高い平面吸着を実現できる。

また、焼成接着部３は、従来のエポキシ樹脂のような合成樹脂接着剤を使用した接着部に比較して更に次のような利点がある。
合成樹脂接着剤の一般的な耐熱性は１００℃前後のため、それ以上の温度での使用はできないが、焼成接着部３の耐熱性はポーラスカーボン板１及び支持体２の耐熱性と同等である。
また吸着対象物に腐食性の液体が付着している場合、従来の合成樹脂接着剤では腐食される危険があり、使用環境が制限されるが、焼成接着部３はポーラスカーボン板１及び支持体２と同等の耐食性を有しており、焼成接着部３に起因する使用制限を防止できる。
更に一般的な合成樹脂接着剤は耐水性に劣り、水に濡れている吸着対象物が吸着すると、時間と共に吸着面が変形し、精密な吸着ができなくなるが、焼成接着部３の場合、耐水性に優れており、水に濡れた吸着対象物であっても、高精度な吸着が可能である。

本発明の一実施形態を示す概略斜視図。 本発明の一実施形態の支持体２の平面図。 本発明の一実施形態の断面図。 本発明の他の実施形態の断面図。

符号の説明

１：ポーラスカーボン板、２：支持体、３：焼成接着部、４：通気溝、５：接着底部、６：接着側部、９：接続口、１０：吸着面、１１：吸引面、１５：非通気側面、２０：縁部、２１：底部、４０：連通溝、５０：流路。

Claims (7)

1. 吸引手段に接続され、対象物を吸引保持するためのカーボン製吸着体であって、
   通気性を有するポーラスカーボンから成り、対象物を吸引保持する吸着面と、前記吸引手段により吸引される吸引面とを有する吸着板と、
   該吸着板の底面と側面を支持するカーボンから成る支持体と、
   該支持体の底面に設けられ、前記吸着板と接触しない通気溝と、
   該通気溝に連通し吸引手段に接続される接続口と、
   前記吸着板の底面と側面の前記支持体接触する部分に形成された焼成接着部と、
   を備えたことを特徴とするカーボン製吸着体。
2. 吸引手段に接続され、対象物を吸引保持するためのカーボン製吸着体であって、
   通気性を有するポーラスカーボンから成り、対象物を吸引保持する吸着面と、前記吸引手段により吸引される吸引面と、非通気性の側面と、を有する吸着板と、
   該吸着板の底面を支持するカーボンから成る支持体と、
   該吸着板の底面に設けられ、前記支持と接触しない通気溝と、
   該通気溝に連通し吸引手段に接続される接続口と、
   前記吸着板の底面の前記支持体接触する部分に形成された焼成接着部と、
   を備えたことを特徴とするカーボン製吸着体。
3. 前記吸着板の気孔率が１０％以上５０％以下である、
   請求項１又は２のカーボン製吸着体。
4. 前記支持体の気孔率が前記吸着板の気孔率の１／３以下、好ましくは１／４以下である、
   請求項１又は２又は３のカーボン製吸着体。
5. 前記焼成接着部が、フェノール樹脂又はフラン樹脂の中の１の熱硬化性樹脂に、カーボンブラック粉又はコークス粉又は黒鉛粉の中のいずれか１又は１以上の炭素材料を添加し、更に粘度３５ＰａＳ〜２００ＰａＳに調整した接着剤を６００゜Ｃ以上の温度で炭素化したものである、
   請求項１又は２又は３又は４のカーボン製吸着体。
6. 吸引手段に接続され、対象物を吸引保持するためのカーボン製吸着体の製造方法であって、
   通気性を有するポーラスカーボンから成り、対象物を吸引保持する吸着面と、前記吸引手段により吸引される吸引面とを有する吸着板を、カーボンから成る支持体に支持させ、
   前記吸着板と前記支持体が接触する部分にフェノール樹脂又はフラン樹脂の中の１の熱硬化性樹脂に、カーボンブラック粉又はコークス粉又は黒鉛粉の中のいずれか１又は１以上の炭素材料を添加し、更に粘度３５ＰａＳ〜２００ＰａＳに調整した接着剤を塗布し、該接着剤を塗布した部分を不活性雰囲気下または還元雰囲気下で６００°Ｃ以上の温度で焼成する、
   ことを特徴とするカーボン製吸着体の製造方法。
7. 前記支持体が、
   該支持体の底面に設けられ、前記吸着板と接触しない通気溝と、
   該通気溝に連通し吸引手段に接続される接続口と、
   を備える請求項６のカーボン製吸着体の製造方法。

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