JP2009147078A

JP2009147078A - 真空吸着装置およびその製造方法

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Publication number: JP2009147078A
Application number: JP2007322326A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Umetsu; 基宏梅津; Shinya Sato; 伸也佐藤
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-07-02

Abstract

【課題】薄型軽量で吸着性能に優れた搬送用の真空吸着装置を提供する。
【解決手段】基板を載置する載置面を有するセラミックス多孔質体からなる載置部と、該載置部を取り囲む環状の緻密質セラミックスからなる枠部と、該枠部及び前記載置部を支持し、セラミックスを強化材とした金属基複合材料からなる支持部と、を備える基板搬送用の真空吸着装置であって、前記載置部と前記枠部とが隙間無く直接接合されていることを特徴とする真空吸着装置。前記載置部の厚みは２ｍｍ以下であって、前記載置部を含めた真空吸着装置の全厚みが５ｍｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、半導体ウエハやガラス基板等の基板を吸着保持する真空吸着装置に関する。

従来、例えば半導体装置の製造工程において、半導体ウエハを搬送、加工、検査する場合には、真空圧を利用した真空吸着装置が使用され、均一な吸着を行うために、ウエハを吸着載置する面を多孔質体で形成した真空吸着装置が用いられてきた。例えば、多孔質体からなる載置部を樹脂またはガラスなどの接着剤により支持部に接合してなり、下方の吸引孔より真空吸引することにより、上記載置部の載置面に半導体ウエハの全面を吸着するものが提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００５−５０８５５号公報

特に近年、半導体ウエハの薄型化が進み、反りや割れが生じやすくなっており、その取扱いは難しくなっている。また、プロセス処理の高精度化やウエハの大口径化に伴って、枚葉式の処理が広く行われており、ウエハを全面吸着できる多孔質体を載置部とした真空吸着装置が用いられている。

ウエハの搬送においては、アームの先端に取り付けられた吸着装置にウエハを吸着させて動かすことから、吸着装置は軽量であることが好ましい。また、ウエハが多段に収納されたケースからウエハを一枚ずつ取り出すには、吸着装置自体が薄型であることが望まれる。

ここで、薄型で軽量の吸着装置を製造するには、多孔質体自体を薄型に加工する必要があるが、多孔質体は脆いため薄型加工は困難であり、加工できたとしてもその後の取扱いや接合の際に割れや欠けが生じやすい問題があった。

また、多孔質体を接合する際には、接着剤が多孔質体の気孔に浸透するため、接合部に隙間が生じ易かった。そのため、接合部からの吸気漏れにより吸着力にムラが発生する問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みて見出されたものであり、薄型軽量で吸着性能に優れた搬送用の真空吸着装置を提供する。

本発明は、上記課題を解決するために、基板を載置する載置面を有するセラミックス多孔質体からなる載置部と、該載置部を取り囲む環状の緻密質セラミックスからなる枠部と、該枠部を支持し、セラミックスを強化材とした金属基複合材料からなる支持部と、を備える基板搬送用の真空吸着装置であって、前記載置部と前記枠部とが隙間無く直接接合されていることを特徴とする真空吸着装置を提供する。

このような構成とすることにより、薄型で、多孔質体に割れや欠け等が生じ難い吸着装置を得ることができる。すなわち、本発明では、セラミックス多孔質体からなる載置部が、それを取り囲む環状の緻密質セラミックスからなる枠部により補強されているので、割れや欠けを防ぐことができる。しかも、セラミックス多孔質体からなる載置部と枠部との間は、接着層を介することなく直接接合されているので、接合部に隙間が無く、吸着力のムラを解消し優れた吸着性能を発揮できる。

また、本発明の真空吸着装置は、前記載置部の厚みは２ｍｍ以下であって、前記載置部を含めた真空吸着装置の全厚みが５ｍｍ以下である。このように非常に薄型であっても、基板の全面を吸着でき、ウエハを破損したりするおそれのない真空吸着装置を提供する。

載置部の厚みを２ｍｍ以下、真空吸着装置の全厚みを５ｍｍ以下としたのは、この範囲よりも大きい真空吸着装置は、薄型が求められる搬送用には適さないからである。ここで、載置部の厚みは、０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。これは、載置部加工時の加工負荷およびウエハ吸着時の真空圧等から、破損することなく作製、使用できる載置部の厚みとして提供できるものである。これにともないセラミックス等の加工性を考慮して真空吸着装置の全厚みは２ｍｍ以上とすることが好ましい。支持部の厚みとしては、１〜２．５ｍｍの範囲で作製することが好ましい。

前記支持部の材質は、セラミックスを強化材とした金属基複合材料（ＭＭＣ）である。支持部の材質としてセラミックスを強化材とした金属基複合材料を用いれば、靱性を大幅に高めることができ、薄型であっても破損し難い真空吸着装置とすることができる。

本発明の真空吸着装置は、緻密質セラミックスからなる略凹型の器状部材の凹部にセラミックス粉末と結合材を含むセラミックス多孔質体原料の混合物を投入し、成形体を成形する工程と、前記成形体を前記器状部材ごと前記結合材が溶融する温度以上に加熱して、セラミックス多孔質体を得るとともに、前記結合材によりセラミックス多孔質体を器状部材の凹部に隙間無く直接接合する工程と、前記器状部材と前記セラミックス多孔質体とを加工して、環状の枠部と、その内側に接合された載置部とからなる吸着部を形成する工程と、前記吸着部と、セラミックスを強化材とする金属基複合材料からなる支持部とを接合する工程と、を含む製造方法により得られる。

このような製造方法によれば、枠部と載置部のセラミックス多孔質体とを隙間無く直接接合することができる。しかも、セラミックス多孔質体は、環状の枠部に囲まれた状態で得られるので、その後の加工で割れや欠け等の問題が生じ難い。また、非多孔質の環状の枠部と支持部とが接合されるため、セラミックス多孔質体の接合で生じるような隙間の問題は生じない。さらに、セラミックス多孔質体の焼成と枠部との接合を同時に行うことができるので、工程を簡略化することが可能となる。

上述のように本発明によれば、載置部の割れ、欠け等の問題を解消し、薄型軽量であっても破損し難い真空吸着装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は円板形状の真空吸着装置１０の概略図である。図１（ａ）は、真空吸着装置の載置面側から見た平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面の矢視図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）におけるｃ側から見た矢視図である。真空吸着装置１０は、円板状の載置部１１と、載置部１１の側面を囲うように設けられた環状の枠部１２と、載置部１１および枠部１２を支持する支持部１３とを備えている。載置部１１を覆うようにウエハが載置部１１の気孔が吸引孔１４を介して真空吸引されることによりウエハが載置面１１ａに吸着保持される。支持部１３はアームと連結するための把手部を備えている。

載置部１１の開気孔率は２０％以上５０％以下であることが好ましく、その平均気孔径は１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。載置部１１の開気孔率をこのような範囲とする理由は、前記範囲内であれば、圧損が大きくなって、十分な吸着力を得ることが困難となったり、十分な機械的強度を得ることができなかったり、載置面１１ａの平坦性が低下したりすることがないためである。また、平均気孔径を前記範囲とするのは、平均気孔径が１μｍ未満では圧損が大きくなって吸着力が弱くなるおそれがあり、逆に１００μｍ超では載置面１１ａの面精度が悪化するおそれがあるからである。

載置部１１はセラミックス多孔質体からなる。具体的には、所定のセラミックス粉末と結合材のガラスから構成され、連通する開気孔を有する多孔質組織を有している。セラミックス粉末には、例えば、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素等を用いることができる。なかでもアルミナが最も多く用いられているが、アルミナは電気絶縁性のためウエハの吸脱着を繰り返すと摩擦により静電気が発生しやすい。これを防ぐには炭化珪素を用いると良い。

載置部１１に用いられる結合材のガラスとしては特に限定されず、ビトリファイド砥石に用いられるガラス質の結合材等を用いることができる。具体的には、例えば、軟化点が１０００℃近傍のアルミノ珪酸塩系ガラスや、９００℃以下のホウ珪酸系ガラス等を用いることができる。

枠部１２の材質は特に限定されず、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素等の緻密質セラミックスが用いられる。ただし熱膨張の観点から、載置部のセラミックス粉末と同じセラミックスを使用することが好ましい。また、上述のように帯電防止の観点からは炭化珪素を用いることが好ましい。

支持部１３の材質は、セラミックスを強化材とした金属基複合材料（ＭＭＣ）である。これにより、靱性を大幅に高めることができ、薄型であっても破損し難い真空吸着装置とすることができる。金属基複合材料は、プリフォームといわれるセラミックス成形体の気孔部分に溶融金属を含侵させて得られるものであり、気孔部分は金属で埋められているので非通気性である。吸引孔１４は、ロストワックス法等の公知の方法により形成できるが、溝に蓋を被せた構造により形成しても良い。

図２は、本発明の真空吸着装置に適用できる支持部を例示したものである。図２（ａ）は、載置面側から見た平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面の矢視図である。支持部２３の載置部と接合される面には、略中央に吸引孔２４があり、これと連通した吸引溝２５が形成されている。

吸引孔２４を接合面の略中央に設けたのは、略中央からウエハを吸着することにより、ウエハにシワが生じたり、破損したりすることを防止するためである。これは、吸引孔が中央から偏った位置に形成されると、最も吸引孔から離れた位置では吸着力の発現が遅れ、吸着力に偏りが生じるためである。なお、図２では、吸引溝２５を放射状に設けたが、吸引溝の形状はこれに限定されるものではなく、環状や、環状と放射状を組み合わせたもの等、種々の形状を採用できる。さらに、吸引孔のみで均一な吸着力が生じる場合には、吸引溝は設けなくとも良い。吸引孔の直径や吸引溝の幅は、載置部加工時の加工負荷およびウエハ吸着時の真空圧等により載置部が破損することなく作製および使用できるように、十分な吸着力が得られる範囲で小さいことが望ましい。

次に、本発明の真空吸着装置の製造方法について説明する。図３に製造方法の概略を示した。

はじめに載置部３１を形成するセラミックス多孔質体の原料であるセラミックス粉末および結合材であるガラス粉末に、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が、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に、水またはアルコールの添加量を調整する。セラミックス粉末とガラス粉末の量は、目標とする開気孔率、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１００質量部に対してガラス粉末を５〜３０質量部の範囲で添加することが望ましい。

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略凹型の器状部材３２１の載置部が形成される凹部に前記スラリーを充填する。この際、必要に応じて、スラリー中の粗大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。

器状部材３２１の凹部に充填し成形した成形体を十分に乾燥させた後、ガラスの溶融する温度（少なくとも軟化点以上の温度）で枠部ごと焼成する（図３（ｂ））。この際、焼成温度がガラスの軟化点より低いとガラスが溶けずにセラミックス粉末を結合することができず、反対に焼成温度が高すぎると変形や収縮を起こすため、セラミックス粉末を結合し得る範囲で、できるだけ低温で焼成することが望ましい。このように、器状部材３２１の凹型部に直接載置部原料を充填して成形し、そのまま焼成することで、載置部３１と器状部材３２１との間に接着層を介することなく、直接接合された構成とすることができる。したがって、載置部３１と枠部３２２（図３（ｃ））との間に隙間が生じないのでウエハ吸着時の漏れや、吸着力のムラがなく、優れた吸着性能を発揮する。

次に、器状部材３２１の加工を行い、平板の底部を研削除去して、環状の枠部３２２とし、吸着部３６を得る（図３（ｃ））。なお、平板の底部の研削除去は、支持部材３３と接合した後でも良い。この場合、平板の底部を載置面側にして接合する。また、器状部材の平板の底部を分割できる構造にして、研削しなくとも除去できるようにしても良い。

続いて、吸着部３６と支持部３３とを接合する。接合は、ガラス接合、エポキシ系やシリコーン系の接着剤を用いた接合、またはろう付け等の公知の方法を採用できる。

載置面３１ａの形成は、吸着部３６を支持部３３に接合した後、載置部３１と枠部３２２とを共に研磨して行う。この方法によれば、強度が弱く割れや欠けの生じ易いセラミックス多孔質体を薄型の載置部に加工することができ、セラミックス多孔質体は枠部と隙間無く直接接合されているので、加工精度にも優れており、載置面の面精度を高めることができる。研磨加工はダイヤモンド砥石等の通常用いる方法により行うことができる。

上述した製法により、真空吸着装置を作製した。真空吸着装置の形状は、載置部の直径２９７ｍｍ、環状の枠部の外径３１０ｍｍ、支持部の直径３１０ｍｍ、支持部の厚さ２ｍｍとし、載置部（吸着部）の厚さを変えて真空吸着装置を作製した。枠部（器状部材）としてアルミナ焼結体または炭化珪素焼結体を使用し、アルミナ粉末（平均粒径１２５μｍ）または炭化珪素粉末（平均粒径１２５μｍ）、ガラス粉末（アルミノケイ酸塩ガラス、平均粒径：２０μｍ、軟化点９５０℃）を多孔質体原料として用い、載置部を形成し、器状部材の平板の底部を研削して吸着部とした。載置部と枠部は同種のセラミックスを用いた。支持部としては、炭化珪素を強化材としたアルミニウム基複合材料（ＭＭＣ）を用いた。なお、アルミニウム基複合材料は、市販の炭化珪素粉末を用いてセラミックスの充填率が６０体積％のプリフォームを形成し、次いで、窒素中７５０℃で加熱処理してアルミニウム合金（ＪＩＳＡＣ８Ａ）をプリフォーム中に浸透させたものを用いた。なお、アルミナを用いた作製Ｎｏ.１〜４の吸着部と支持部との接合は、シリコーン系の接着剤を用い、炭化珪素を用いた作製Ｎｏ.５〜８の接合は、帯電防止のため銀粉が混錬されたエポキシ系の導電性接着剤を用いた。

比較例として、従来のセラミックス多孔質体（載置部の直径２９７ｍｍ、厚さ２ｍｍ）と緻密質セラミックスの支持部（外径３１０ｍｍ、全体の厚さ４ｍｍ）とをガラス質接合材を用いて、接合する方法により同等形状の真空吸着装置の作製した（作製Ｎｏ.９）。

それぞれ１０個作製し、載置部に割れが生じた不良数を調べた。なお、上記平均粒径（Ｄ５０）の数値は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定したものである。作製結果を表１に示す。

作製Ｎｏ.１〜８については、歩留まり良くできた。ただし、載置部の厚さが０．２ｍｍのものでは、載置部の加工時または使用時に載置部が割れるものが生じた。従来の接合法を用いた作製Ｎｏ.９では、半数に不良が発生した。

本発明の真空吸着装置の代表例を示す概略図である。図１（ａ）は、真空吸着装置の載置面側から見た平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面の矢視図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）におけるｃ側から見た矢視図である。支持部を例示した図である。図２（ａ）は、載置面側から見た平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面の矢視図である。製造方法を示す概略図である。

符号の説明

１０：真空吸着装置
１１、２１、３１：載置部
１１ａ、３１ａ：載置面
１２、２２、３２２：枠部
３２１：器状部材
１３、２３、３３：支持部
１４、２４：吸引孔
２５：吸引溝
３６：吸着部

Claims

基板を載置する載置面を有するセラミックス多孔質体からなる載置部と、
該載置部を取り囲む環状の緻密質セラミックスからなる枠部と、
該枠部及び前記載置部を支持し、セラミックスを強化材とした金属基複合材料からなる支持部と、
を備える基板搬送用の真空吸着装置であって、
前記載置部と前記枠部とが隙間無く直接接合されていることを特徴とする真空吸着装置。
前記載置部の厚みは２ｍｍ以下であって、前記載置部を含めた真空吸着装置の全厚みが５ｍｍ以下である請求項１記載の真空吸着装置。
緻密質セラミックスからなる略凹型の器状部材の凹部にセラミックス粉末と結合材を含むセラミックス多孔質体原料の混合物を投入し、成形体を成形する工程と、
前記成形体を前記器状部材ごと前記結合材が溶融する温度以上に加熱して、セラミックス多孔質体を得るとともに、前記結合材によりセラミックス多孔質体を器状部材の凹部に隙間無く直接接合する工程と、
前記器状部材と前記セラミックス多孔質体とを加工して、環状の枠部と、その内側に接合された載置部とからなる吸着部を形成する工程と、
前記吸着部と、セラミックスを強化材とする金属基複合材料からなる支持部とを接合する工程と、
を含むことを特徴とする真空吸着装置の製造方法。