JP2009224402A - 真空吸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】載置部の多孔質体の目詰まりを防止して均一な吸着力を発揮し、装置の長寿命化を可能とする。
【解決手段】基板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、該載置部の周囲を取り囲むセラミックス多孔質体からなる凹型吸引部と、前記凹型吸引部の気孔に連通する吸引孔を有し、前記凹型吸引部を支持する支持部と、を備えた真空吸着装置であって、前記載置部及び前記支持部は、前記凹型吸引部と実質的に隙間なく直接接合されており、前記凹型吸引部の平均気孔径は前記載置部の平均気孔径よりも大きいことを特徴とする真空吸着装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、半導体ウエハやガラス基板等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、半導体ウエハ等の基板を搬送、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、基板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いる。例えば、図１に示したような円板形状の多孔質体からなる載置部１１を樹脂またはガラスなどの接着剤により器状の緻密質体からなる支持部１３に接合してなり、下方の吸引孔１４より真空吸引することにより、上記載置部の載置面に基板Ｗを吸着するものが提案されている。

このような接着剤を使用して載置部と支持部を接合する方法では、接合面となる載置部の底面及び側面、支持部の内面を研削加工する必要があるため、製造コストが割高になるという問題があった。また、支持部と載置部の接合面に加工を施したとしても、載置部と支持部とを接合する際に、接着剤として使用する樹脂、ガラスなどの一部が多孔質体に浸透して接着不良が生じ、接合強度が低下するため、支持部から載置部が外れ、装置の破損を招くという課題があった。

また、加工装置に用いられる真空吸着装置では、研削屑が多孔質体の内部に吸い込まれて目詰まりを起こし、吸着が不均一になったり、研削屑が基板裏面に転移して基板を汚染したりするおそれがあるため、目詰まりした研削屑を除去する必要がある。しかしながら、載置部と支持部との間に隙間があると、載置部の裏面側から洗浄液を注入して多孔質体を洗浄しようとしても、洗浄液の大部分がこの隙間を通過するため、多孔質体を十分に洗浄できなくなるという課題があった。

そこで、本出願人は、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の接合界面が実質的に隙間なく一体的に焼成されてなる真空吸着装置を提案した（特許文献１）。この真空吸着装置は、セラミックス粉末とガラス粉末にアルコール等を加えて混合して得られたスラリーを、支持部の載置部が形成される凹部に充填し、ガラスの軟化点以上の温度で焼成することによって作製される。このような方法によれば、低コストで載置部と支持部とを接合でき、隙間の問題も解消できる。
特開２００５−２２０２７号公報

しかしながら、基板の加工時には、支持部表面１３ａと基板との間のわずかな隙間から研削液が吸い込まれて載置部が汚染される。しかも、載置部の外周部が集中的に汚染されるため、長期間使用すると洗浄を施しても除去できなくなる問題があった。通常このような真空吸着装置は、表面が汚れたり磨耗したりすると、表面を研削加工して新しい載置面を形成しながら長期間使用されるが、載置部の内部まで研削屑が詰まると使用できなくなるため、載置部内部の目詰まりを防止することが望まれていた。

一方で、近年は基板の大口径化、薄型化に伴って要求される加工精度も高度化しているため、表面の僅かな目詰まりであっても吸着力が不均一になり精度不良を起こすおそれがあり、内部だけでなく表面の目詰まりも問題となってきている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、載置部の多孔質体の目詰まりを防止し、均一な吸着力を発揮し、装置の長寿命化を可能とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、基板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、
該載置部の周囲を取り囲むセラミックス多孔質体からなる凹型吸引部と、
前記凹型吸引部の気孔に連通する吸引孔を有し、前記凹型吸引部を支持する支持部と、
を備えた真空吸着装置であって、
前記載置部及び前記支持部は、前記凹型吸引部と実質的に隙間なく直接接合されており、
前記凹型吸引部の平均気孔径は前記載置部の平均気孔径よりも大きいことを特徴とする真空吸着装置を提供するものである。

本発明では、凹型吸引部を備えているので、載置部の目詰まりを防ぐことができる。また、凹型吸引部は載置部を取り囲むように形成されているため、研削屑が載置部に侵入することを防ぐことができる。また、凹型吸引部の平均気孔径は載置部の平均気孔径よりも大きいため、研削屑が選択的に凹型吸引部に取り込まれ、容易に除去することができる。

載置部の開気孔率は２０％〜５０％、その平均気孔径は１０μｍ〜５０μｍであることが望ましい。このような気孔率及び平均気孔径であれば、載置部に適用できる強度を有し、十分な吸着力で基板を載置できる。

凹型吸引部の開気孔率は２０〜５０％、その平均気孔径は５０μｍ〜２００μｍであることが望ましい。開気孔率については、載置部と同様に強度面から上記範囲が適している。凹型吸引部にも基板の一部が載置されるため、所定の強度が必要となる。開気孔率が５０％よりも大きいと強度が弱くなり、それ自体の面精度および基板の加工精度が低下する。逆に開気孔率が２０％よりも小さいと研削屑を取り込んだときに目詰まりを起こしやすくなるので好ましくない。

また、多孔質体の載置部に比べて緻密質体の支持部は強度が大きいため、基板を載置して加工したときに支持部に置かれた部分と載置部に載置された部分とで加工後の基板形状に段差が生じる場合がある。これを防ぐには、凹型吸引部の強度を載置部よりも大きく、支持部よりも小さくすることで著しい段差を緩和できる。具体的には、載置部の原料としても用いるセラミックス粉末よりも平均粒径の大きいセラミックス粉末を凹型吸引部の原料に用いて上記所定の気孔率に形成することにより適切な強度にすることができる。

さらに、多孔質体の載置部は、基板を吸着載置したときに基板を介して大気圧により載置面が押され変形を起こす。このとき、載置部よりも強度の高い凹型吸引部が載置部を取り囲んで形成されているため、この大気圧による変形を抑制することができる。

凹型吸引部の平均気孔径は、５０μｍよりも小さいと研削屑の目詰まりが生じやすくなる。一方、２００μｍよりも大きいと、基板吸着時に気孔に基板が追従して加工不良が生じるおそれがある。

凹型吸引部は、基板を研削加工した際に生じる研削屑を、前記凹型吸引部に取り込んだ後に除去することができる。研削屑の取り込みは、基板を載置し吸引する際に行われ、研削屑の除去は、吸引と同時に行っても良いし、洗浄時に別個に行っても良い。

上述のように本発明の真空吸着装置によれば、載置部の多孔質体の目詰まりを防止することにより、均一な吸着力を発揮でき、装置の長寿命化を可能となる。

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。ここでは、基板としてシリコン基板を取り上げて説明する。

図２は本発明の真空吸着装置２０の概略断面図である。真空吸着装置２０は、円板状の載置部２１と、載置部２１の載置面２１ａを除く全体を取り囲むように設けられた凹型吸引部２２と、載置部２１および凹型吸引部２２を支持する器状の支持部２３とを備えている。図２に示すように、シリコン基板Ｗは、載置面２１ａ、環状に露出した凹型吸引部表面２２ａおよび支持部表面２３ａの一部を覆うようにして、真空吸着装置２０に吸着保持される。

載置部２１の開気孔率は２０％以上５０％以下であることが好ましく、かつ、その平均気孔径は１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。載置部２１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２１ａ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１０μｍ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５０μｍ超では載置面２１ａの面精度が悪化するおそれがあるからである。

載置部２１および凹型吸引部はセラミックス多孔質体からなる。これらは、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。

載置部２１に用いられるガラスの軟化点は、凹型吸引部２２に用いられるガラスの軟化点と同等か、それよりも低いことが好ましい。先に凹型吸引部２２が形成されるので、凹型吸引部に含まれるガラスが、載置部２１を形成するための焼成時に著しく軟化、溶融して、変形や収縮を起こさないようにするためである。例えば、凹型吸引部のガラスとしては軟化点が１０００℃近傍のアルミノ珪酸塩系ガラスを、載置部のガラスとしては軟化点が９００℃以下のホウ珪酸系ガラスを、それぞれ選定することができる。また、凹型吸引部２２のセラミックス粉末には載置部２１と同じものを用いることができる。

凹型吸引部２２のヤング率は、載置部２１のヤング率よりも大きく、支持部２３のヤング率よりも小さいことが望ましい。このような構成とすることで基板を加工したときに支持部に置かれた部分と載置部に載置された部分とで加工後の基板形状に生じる段差を緩和できる。具体的には、載置部の原料としても用いるセラミックス粉末よりも平均粒径の大きいセラミックス粉末を凹型吸引部の原料に用いて上記所定の気孔率に形成することにより適切な強度にすることができる。

凹型吸引部表面２２ａの幅は、４ｍｍ以上であって、かつ、基板半径の２〜２５％、より好ましくは１０〜１８％である。この幅が大きすぎると面精度が低下し、小さすぎると研削屑が載置部に侵入しやすくなるので除去機能が低下する。このような範囲であれば面精度の低下もほとんどなく、研削屑も除去できるので長期間の使用が可能となる。吸引孔側に面した凹型吸引部の厚さも同様の理由から５ｍｍ以上が望ましい。載置部の厚さについては、載置面を研削加工しながら使用するため、厚くすれば長期間使用できるが、厚すぎると大気圧による変形が大きくなり望ましくないことから、２０ｍｍ以内とすることが好ましい。

載置部２１のセラミックス粉末としては、３０〜１８０μｍの粉末を用いることができ、凹型吸引部のセラミックス粉末としては、１８０〜１０００μｍの粉末を用いることができる。凹型吸引部の平均気孔径を載置部の平均気孔径よりも大きくするには、原料のセラミックス粉末に載置部よりも大きいものを用いると良い。

支持部２３の材質も特に限定せず、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素等の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ものを使用することが好ましい。

支持部２３には吸引孔２４が設けられている。吸引孔は真空ポンプ等の真空源と連結して真空吸引するための機能の他に、洗浄液を多孔質体に注入するのに用いることもできる。また、真空吸引の際に研削屑を含む研削液も吸い込まれるため、真空源との間にトラップ等を設けてこれらを除去する構成としても良い。当然のことながら、吸引孔、洗浄液注入孔及び研削屑除去のための孔をそれぞれ別個に設けても良い。吸引孔の配置は十分かつ均一な真空吸着力が得られるものであれば良く、特に限定しない。吸引孔に加えて吸引溝を形成する場合も同様であり、溝を同心円に所定間隔で配置したもの、放射状に配置したもの、円溝と放射状溝を組み合わせたもの等、種々の形状を採用できる。

次に、本発明の真空吸着装置２０の製造方法について説明する。
はじめに凹型吸引部２２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支持部２３の凹型吸引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、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。また、吸引孔２４には、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。支持部には、真空吸引を円滑に行えるように吸引溝を設けても良い。

支持部の凹部にスラリーを充填し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。

次に、載置部２１を形成するためのザグリ加工を行う。ザグリ加工はマシニングセンタ等による公知の方法が適用できる。

載置部２１は、凹型吸引部２２と同様にセラミックス粉末とガラス粉末のスラリーを充填することにより作製する。この際、凹型吸引部の気孔を樹脂等の消失部材により埋めておくことにより、載置部のセラミックス粉末とガラス粉末が気孔に入り込む不具合を防ぐことができる。

載置部の焼成を凹型吸引部の焼成温度と同等か、または、より低い温度で行った後、載置面２１ａ、凹型吸引部表面２２ａおよび支持部表面２３ａが略同一平面になるように研削加工を行う。研削加工はダイヤモンド砥石等の通常用いる研削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。なお、作製した真空吸着装置は、載置部の直径２５０ｍｍ、厚さ５ｍｍ、凹型吸引部の直径２９８ｍｍ、凹型吸引部表面２２ａの幅２４ｍｍ、吸引孔側に面した凹型吸引部の厚さ１５ｍｍ、全体の直径３５０ｍｍ、厚さ２５ｍｍである。支持部としてアルミナ焼結体（ヤング率３９０ＧＰａ）を使用し、アルミナ粉末（平均粒径１２５〜２０００μｍ）、ガラス粉末（アルミノケイ酸塩ガラス、平均粒径：５〜２０μｍ、軟化点９５０℃）の多孔質体からなる凹型吸引部を形成した後、ザグリ加工を行って、載置部も同様にアルミナ粉末（平均粒径４０〜１８０μｍ）とガラス粉末（ホウ珪酸ガラス、平均粒径：２〜１０μｍ、軟化点６５０℃）を使用して形成した。なお、セラミックス粉末等の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定によるものである。

表１に、作製した各真空吸着装置について、それぞれの載置部および凹型吸引部の平均気孔径、開気孔率、およびシリコン基板を真空吸着して評価した結果を記した。開気孔率については各部より約１０×１０×１０ｍｍの試料を５個切り出してアルキメデス法により、平均気孔径は同試料を用いて水銀圧入法により測定した。

研削結果の評価は、−５０ｋＰａの真空度（ゲージ圧）で真空吸着したシリコン基板（直径３００ｍｍ、厚さ８００μｍ）を８００番のダイヤモンド砥石を使用して１００μｍ研削加工した後、基板の外周端部と中央部の厚みの差が１μｍ以下にすることができたものを良好（○）とし、１μｍよりも大きいものを不良（×）とした。研削屑の除去試験は、吸着させた基板の上から研削屑を含む研削液を１０分間流した後、洗浄液を吸引孔側から多孔質体に流す工程を１０回繰り返した後に、真空吸着装置を切断して断面を観察し、目詰まりの程度によって良（○）、不良（×）を相対評価した。

本発明の範囲内である作製Ｎｏ.１〜５については、全て良好な結果が得られた。

一方、本発明の範囲外である作製Ｎｏ.６では、載置部と凹型吸引部に同じ多孔質体を用いたので、研削屑が除去されず、加工精度の向上も見られなかった。凹型吸引部の気孔率の小さい作製Ｎｏ.７では、研削精度は良好であったものの、研削屑による汚染が著しかった。なお、このような装置の場合、研削当初の精度は良くても使用時間が経つにつれて精度が低下するため適用できない。凹型吸引部の気孔径が大きい作製Ｎｏ.８では、凹型吸引部上の基板部分が気孔に追従し、研削不良が生じたため加工精度が悪かった。また、これに伴い、支持部表面の隙間も大きくなったため研削液が大量に流入し研削屑の汚染が著しかった。凹型吸引部の気孔率が大きく、ヤング率の低い作製Ｎｏ.９では、凹型吸引部と支持部の境界近傍に生じた段差が大きく、このような面精度の低下に起因して研削液の流入も多くなり載置部が汚染されていた。

従来の真空吸着装置の概略断面図。 本発明の真空吸着装置の概略断面図。

符号の説明

２０：真空吸着装置
２１：載置部
２１ａ：載置面
２２：凹型吸引部
２２ａ：凹型吸引部表面
２３：支持部
２３ａ：支持部表面
２４：吸引孔
Ｗ：シリコン基板

Claims (4)

1. 基板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、
   該載置部の周囲を取り囲むセラミックス多孔質体からなる凹型吸引部と、
   前記凹型吸引部の気孔に連通する吸引孔を有し、前記凹型吸引部を支持する支持部と、
   を備えた真空吸着装置であって、
   前記載置部及び前記支持部は、前記凹型吸引部と実質的に隙間なく直接接合されており、
   前凹型吸引部の平均気孔径は前記載置部の平均気孔径よりも大きいことを特徴とする真空吸着装置。
2. 前記載置部の開気孔率が２０％〜５０％、その平均気孔径が１０μｍ〜５０μｍである請求項１に記載の真空吸着装置。
3. 前記凹型吸引部の開気孔率は２０〜５０％、その平均気孔径が５０μｍ〜２００μｍである請求項１または２記載の真空吸着装置。
4. 基板を研削加工した際に生じる研削屑を、前記凹型吸引部に取り込んだ後に除去することを特徴とする請求項１〜３記載の真空吸着装置の使用方法。

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