JP2010109106A - 吸着盤および真空吸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的高い吸着力で対象試料を吸着しつつ、吸着する対象試料の損傷を抑制する吸着盤を提供する。
【解決手段】 排気孔が設けられた緻密質体からなる支持部と、前記支持部に支持された、多孔質体からなる吸着層と、前記吸着層の表面に被着されたアモルファスＳｉ膜と、を有して構成された吸着盤を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、対象試料を吸着して保持する吸着盤、および吸着盤を備えた真空吸着装置に関する。

従来より、メモリやＩＣなどの半導体装置や液晶基板の製造工程において、半導体ウエハや液晶用ガラス基板等を、吸着盤に吸着して保持する真空吸着装置が使用されている。

真空吸着装置として、吸着盤の吸着部材が多孔質体からなるポーラスタイプのものが提案されている。ポーラスタイプの吸着盤では、ポーラス体（多孔質体）の気孔を吸引孔とし、半導体ウエハや液晶用ガラス基板等の対象試料とポーラス体の表面との間の気体が吸引され、雰囲気による圧力によって対象試料がポーラス体の表面に押し付けられて、吸着盤に対象試料が吸着保持される。

近年、半導体ウエハや液晶用ガラス基板の大型化、および加工精度の高度化等の要求にともない、ポーラスタイプの吸着盤の需要は高まってきている。例えば特許文献１には、このようなポーラスタイプの吸着盤の一例が開示されている。

図２（ａ）〜（ｃ）は、従来のポーラスタイプの吸着板の一例について説明する図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略断面図、（ｃ）は（ｂ）の一部を拡大して示している。例えば下記特許文献１記載のポーラスタイプの吸着板は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、中央に吸着部材１０１として円板状の多孔質セラミックスを備え、その周囲に支持部材１０２としてリング状の緻密質セラミックスを接合している。そして、吸着部材１０１をなす多孔質セラミックスの気孔を吸引孔とし、真空ポンプ（不図示）によって吸引することで被加工物１０４を載置面１０１ａ上に吸着固定している。吸着板１０１を構成するセラミックスは、セラミック粒子の集合体に所定の焼結助剤とバインダーとをそれぞれ添加して混練乾燥したのち、焼成して作製されたものを用いている。
特開平８−１９９２７号公報

従来のポーラスタイプの吸着盤では、載置面１０１ａと被加工物１４０との間に隙間が生じることを防止し、被加工物１４０の吸着力を比較的高くするために、載置面１１０aは平坦な面に仕上げられている。例えば、載置面１１０ｂは、ダイヤモンド砥粒などが分散されたスラリーを用いた機械研磨等によって研磨され、平坦な面とされている。多孔質セラミックスの表面が研磨された従来の吸着盤では、図４（ｃ）に示されるように、各セラミック粒子１１０の周縁面に、エッジ部１１０ａが形成される場合がある。従来のポーラスタイプの吸着盤では、このエッジ部１１０ａが、例えばシリコンウエハ等からなる被加工物１４０の表面に接触することで、被加工物１４０の表面に傷が発生する場合もあった。

上記課題を解決するために、本発明は、排気孔が設けられた緻密質体からなる支持部と、前記支持部に支持された、複数のセラミック粒子を含んで構成された多孔質の吸着層と、前記吸着層の表面に被着された保護膜とを備え、前記保護膜の硬度は、前記吸着層の硬度よりも低いことを特徴とする吸着盤を提供する。

なお、前記保護膜は、アモルファスＳｉを主成分とすることが好ましく、前記保護膜は、ＣＶＤ法によって形成されていることが好ましい。

また、前記多孔質体の平均細孔径に対し、前記保護膜の被覆厚が、より小さいことが好ましい。

また、前記保護膜の表面抵抗が、１０^６〜１０^１２（Ω／□）であることが好ましい。

また、前記吸着層は、前記セラミック粒子と、前記セラミック粒子同士を結合するガラス成分と、を含んで構成されていることが好ましい。

また、前記セラミック粒子は、アランダム粒子であることが好ましい。

本発明は、また、上記吸着盤と、前記支持部の前記排気孔から、前記吸着層を介して排気する真空ポンプと、を備えることを特徴とする真空吸着装置を、併せて提供する。

本願発明の吸着盤によれば、比較的高い吸着力で対象試料を吸着しつつ、吸着する対象試料の損傷を抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の吸着盤の一実施形態について説明する概略斜視図であり、支持部材１４と多孔質部材１２の一部を切断して削除した状態を示している。図１（ｂ）は（ａ）に示す吸着盤１０のＸ−Ｘ線断面図である。また、図１（ｃ）は図１（ｂ）の一部を拡大して示す図である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る吸着盤１０は、板状の多孔質部材１２と、多孔質部材１２を支持する、緻密質体からなる支持部材１４と、多孔質部材１２の表面に被着されたアモルファスＳｉ膜２０と、を有して構成されている。支持部材１４は、多孔質部材１２の一方の主面と当接する当接面１４ａ、および、多孔質部材１２の側面を囲繞する壁部１６を備えている。支持部材１４の当接面１４ａには溝部１８が設けられている。また、支持部材１４には、当接面１４ａの側から外側（図１における下側）に向けて延びた排気孔２２が設けられている。排気孔２２は溝部１８の内面まで延びており、この内面に開口を形成している。

支持部材１４は、略円形状の当接面１４ａと、この当接面１４ａの周縁から突出した壁部１６と、を備えている。いいかえれば、支持部材１４は、略円板状の構造物の中央部分に、多孔質部材１２に対応する凹部が設けられた形状とされている。多孔質部材１２は、この凹部に嵌め入れられた状態で配置されている。多孔質部材１２の一方主面は、当接面１４ａと接合し、また、多孔質部材１２の側面は壁部１６と接合している。壁部１６の上面は、多孔質部材１２の上面１２ａと略面一とされている。支持部材１４の中心位置（当接面１４ａの中心位置）には、当接面１４ａの側から図１における下側に向けて延びた排気孔２２が設けられている。なお、支持部材１４の当接面１４ａの形状は、略円形状であることに限定されない。当接面１４ａの形状は、被吸着物の形状に応じた任意の形状であってよく、例えば液晶製造装置に用いる吸着盤などでは、略四角形状とされていてもよい。

溝部１８は、当接面１４の外周形状に沿って連続した形状で設けられている。本実施形態の吸着盤１０では、当接面１４の外周形状（外周円）と中心を同じくする円形溝１８ａ、１８ｂが形成されている。また溝部１８は、各円形溝１８ａと１８ｂを連ねて中心まで延びた、当接面１４ａの直径方向に沿った部分溝１９が設けられている。排気孔２２は溝部１８の内面まで延びており、当接面１４ａの中心部分において、この溝部１８の内面に開口端を形成している。なお、溝部１８には、例えばアランダム粗粒からなる第２セラミック粒子と、第２セラミック粒子同士を結合するガラス成分と、を主成分として構成された、多孔質セラミックからなる補助部材が充填されていてもよい。例えば、補助部材として、例えば気孔率３６〜６０％、平均気孔径０．３〜１ｍｍの多孔質セラミックが溝部１８内部に充填されており、溝部１８の内壁と接合されていてもよい。

多孔質部材１２は略円板状の部材であり、例えばアランダム粗粒からなる第１セラミック粒子１１と、第１セラミック粒子同士を結合するガラス成分１３と、を主成分として構成されている。ここで、アランダムとは、アルミナを主成分とする結晶質の構造体を指す。例えば、アランダムの一例として、アルミナを溶融した後、徐々に冷却して結晶化したものが挙げられる。アルミナを溶融した後に、徐々に冷却して結晶化されたアランダムは、硬度が比較的高く、耐摩耗性が比較的高い。なお、保護膜の硬度が、吸着層の硬度よりも低いとは、吸着層表面に保護膜を被着させた状態における表面（保護膜表面）の硬度が、例えば保護膜を被着させる前の状態（または被着した保護膜を除去した状態）における吸着層自体の表面の硬度よりも低いことをいう。表面の硬度は、例えばＩＳＯ（International Organization for Standardization）１４５７７−１にて規定されている測定方法を用いて求めることができる、いわゆるマルテンス硬さで表されるものであればよい。例えば、アルミナの硬度は１０ＧＰａ程度であるのに対して、アモルファスＳｉの硬度は５ＧＰａ程度である。硬度の測定装置としては、株式会社島津製作所製のＨＳＵ２１１等を用いることができる。

また、かかるアランダム粒子を主成分として構成された多孔質部材１２は、例えば白色光源の下では、緑色に近い色に視認される。このため、多孔質部材１２の表面に付着したパーティクル等が、比較的視認され易い。また、アランダム粒子には、ウェハの研削屑が付着されにくいといった特性もあり、この点でも吸着盤を構成する材質として好適である。アランダム粒子は加熱することで粒成長し、加熱条件を調整することで加熱後の粒径を制御することができる。アランダム粒子は、球形とは異なり多くの角部を有し、粒子は多様な形状を有している。

本実施形態の吸着盤１０は、例えば各種半導体製造装置や液晶製造装置等に備えられた、単結晶Ｓｉウエハ等の被加工材料を保持するための真空吸着装置に装着されて用いられる。かかる真空吸着装置において、吸着盤１０の排気孔２２には、図示しない排気ポンプが接続される。真空吸着装置において排気ポンプが動作すると、排気孔２２を介して、この排気孔２２に連なる溝部１８内部も排気され、ひいては多孔質部材１２の気孔内の気体も吸引排気される。

図１では、吸着盤１０の多孔質部材１２の上面１２ａに、被吸着物である例えば単結晶ＳｉウエハＷを載置した状態で、排気ポンプを動作させた状態を示している。本実施形態では、多孔質部材１２の気孔を吸引孔として、多孔質部材１２の上面１２ａに載置された単結晶ＳｉウエハＷ等が、多孔質部材１２の上面１２ａに吸着保持されている。なお、本発明の吸着盤によって吸着する対象試料は、他結晶Ｓｉウエハや、化合物半導体基板、液晶製造用のガラス基板などであってもよく、特に限定はされない。

多孔質部材１２は、表面が機械研磨されており、表面に現れている第１セラミック粒子１１は、多孔質部材１２の表面形状に沿って研磨された平面部１１ｂをそれぞれ備え、研磨によって形成されたエッジ部１１ａを有している。

本実施形態の多孔質部材１２は、例えば気孔率１５〜４０％、平均気孔径５０〜１００μｍとされている。本明細書における気孔率の値は、気孔率を測定するための測定対象部材を適当な大きさに切り出し、公知の水銀圧入法により求めることができる。また、本明細書における気孔率の値は、例えば測定対象部材の任意の断面の、電子顕微鏡または光学顕微鏡による観察像から求められてもよい。具体的には、測定対象部材の任意の断面を倍率２０〜１００倍で観察し、この観察像の５〜３０ｍｍ^２の測定面積の範囲について、観察像から確認できる空洞領域の面積を求め、この空洞領域の面積を測定対象範囲の面積で割った百分率（％）の値である。同様に平均気孔径は、測定対象部材の任意の断面を、倍率２０〜１００倍で観察し、この観察像の５〜３０ｍｍ^２の測定面積の範囲に存在する各粒子の、最長径の値の平均値のことをいう。各値は、観察像を肉眼で確認して求めてもよく、また撮影した観察像を画像処理して求めてもよい。

本実施形態の吸着盤１０では、多孔質部材１２の表面に、アモルファスＳｉ膜２０が被着されている。アモルファスＳｉ膜２０は、多孔質部材１２の表面に、例えば公知のＣＶＤ法によって形成することができる。アモルファスＳｉ膜２０の被着厚の大きさは、多孔質部材１２の平均気孔径に比べて小さくされており、例えば被着厚が約３０μｍとされている。なおアモルファスＳｉ膜２０の被着厚とは、多孔質部材１２の上面１２ａに略垂直な方向の厚さであり、多孔質部材１２の表面に存在する各セラミック粒子に形成されたアモルファスＳｉ膜の厚さ（図２（ｃ）に示すｄｎ）の平均値のことをいう。より具体的には、例えば、測定対象部材（本実施形態では多孔質部材１２）の任意の断面を倍率２０〜１００倍で観察した観察像において、上面１２ａに沿った、５０〜５００μｍ四方の測定領域の範囲において確認できる、各第１セラミック粒子１１毎のアモルファスＳｉ膜の膜厚（上面１２ａに略垂直な厚さ）の平均値である。

アモルファスＳｉ膜２０は、例えばアルミナの結晶からなるアランダム粒子に比べて硬度が比較的低く、更には、例えば単結晶Ｓｉ等に比べても硬度が低い。吸着盤１０では、多孔質部材１２の表面部分にある第１セラミック粒子１１の表面に、アモルファスＳｉ膜が被着しているので、例えば単結晶ＳｉウエハＷ等の被吸着部材の表面に、傷等が比較的発生し難くされている。

また、本実施形態において、アモルファスＳｉ膜２０の被着厚の大きさは、多孔質部材１２の平均気孔径に比べて小さくされている。このため、多孔質部材１２の上面１２ａにおいて気孔が完全に閉塞されることが抑制され、上面１２ａには比較的多くの気孔が、比較的大きな開口径を維持して開孔した状態とされている。吸着盤１０では、多孔質部材１２の上面１２ａに単結晶ＳｉウエハＷが載置された状態で、多孔質部材１２の気孔が吸引孔として良好に作用し、単結晶ＳｉウエハＷ等の対象試料は、多孔質部材１２に比較的高い吸引力で吸着される。

本実施形態の吸着盤１０では、アモルファスＳｉ膜２０は、公知のＣＶＤ法（化学気相成長法）で形成されている。ＣＶＤ法では、後述するように、原料ガスと反応ガスとを、成膜対象体（本実施形態では、多孔質部材１２）に供給して、この成膜対象体の表面に所望の膜を成膜する。ＣＶＤ法による成膜では、真空蒸着法などの物理吸着のみによる成膜に比べて、凹凸の表面の被覆性が高い。吸着盤１０では、多孔質部材１２の表面１２ａに表れたセラミック粒子１１について、研磨によって現れた平面部１１ａのみでなく、研磨によって形成されたエッジ部１１ｂも、アモルファスＳｉ膜２０によって比較的良好に被覆されている。このため、多孔質部材１２の表面に、単結晶ＳｉウエハＷを吸着させた場合も、この被多孔質部材（ウエハＷ）の表面には、傷等の損傷が比較的発生し難い。

また、本実施形態では、アモルファスＳｉ膜２０は電気抵抗率が１０^８〜１０^１２（Ω・ｃｍ）と比較的低くされており、表面抵抗も１０^６〜１０^１２（Ω／□）と比較的低くされている。この値は、ＡＮＳＩ（American National Standards Institute：米国規格協会）／ＥＩＡ５４１に規定されている静電気拡散性の範囲と概ね一致しており、帯電の減衰時間に関して良好な結果をもたらす。表面抵抗値が１０^６〜１０^１２（Ω／□）の半導電性膜の場合には減衰時間が１０秒以下であるので好ましいのに対し、表面抵抗値が１０^１２よりも大きい半導電性膜の場合には減衰時間が１００秒程度かかってしまい好ましくないなお、帯電の減衰時間は、膜の裏面に電極を形成して、その電極に所定の電圧を印加して、印加終了後の電位が元の電位に戻る時間を計測することにより評価している。
本実施形態のアモルファスＳｉ膜２０は導電性が比較的高く、比較的帯電し難く、静電気の発生の程度も比較的小さい。本実施形態のアモルファスＳｉ膜２０では、パーティクル等の付着が比較的少ない。このため、吸着盤１０で単結晶ＳｉウエハＷを吸着した場合でも、この単結晶Ｓｉウエハに付着するパーティクルは比較的少なく、また、これにともなって生じる単結晶Ｓｉウエハ等の損傷も比較的少なくされている。また、単結晶ウエハＷがアモルファスＳｉ膜２０に近づいた状態における、静電気放電（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）が比較的生じ難く、単結晶ＳｉウエハＷの、静電気放電による損傷・破壊も比較的少なくされている。上記電気抵抗率や表面抵抗の大きさは、例えば、ＪＩＳ Ｋ６２７１にて規定される二重リング電極法によって測定すればよい。なお、アモルファスＳｉ膜の電気抵抗率および表面抵抗の値は、上記範囲に限定されない。

支持部材１４は、例えば酸化アルミニウムを主成分とする緻密質セラミックからなる。

次に、吸着盤１０の製造方法の一例について説明しておく。

まず、緻密質セラミックからなる支持部材１４を作製しておく。支持部材１４は、例えば以下のように作製することができる。まず、酸化アルミニウム粉末９６〜９９．９質量％と、酸化珪素、炭酸カルシウム、酸化マグネシウムの各粉末を含む焼結助剤粉末０．１〜４質量％とからなる原料粉末を混合し、ポリエチレングリコールなどの有機結合材をこの原料粉末１００質量部に対して３〜８質量部添加、混合し、水を添加してスラリーとする。このスラリーを噴霧乾燥機により噴霧乾燥し、得られた顆粒をゴム型に充填し、静水圧により加圧して成形体を作製する。得られた成形体を加工して、支持部材の形に近い形状に切削し、いわゆるニアネット成形体を作製する。このニアネット成形体を、焼成炉で１５００〜１７００℃で焼成し、焼結体を作製する。焼結体を加工して支持部材１４を作製する。

次に、支持部材１４の内面全体に、ガラスペーストを、スクリーン印刷、刷毛などを用いて厚み０．２ｍｍ程度に塗布する。この際、排気口２２の内面については、ガラスペーストを塗布しないでおく。ガラスペーストは、例えば、融点が６５０〜１０００℃の硼珪酸ガラスからなる粉末と、少量の有機結合材と、少量の有機溶剤とを混合、混練することで作製されたものを用いればよい。なお、排気孔２２の部分には、ガラスペーストの塗布工程の後、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を充填し、熱硬化させておく。

次に、支持部材１４の内側全体に多孔質部材１２の原料を充填する。この際、支持部材１２の原料は、支持部材１４の壁部１６の上面と略面一になるまで充填しておく。支持部材１２の原料としては、例えば以下のように作製したものを用いればよい。まず、アランダムを例えば１４００℃程度に加熱して粒成長させた後、振動篩いを用いて粒径０．４〜１．５ｍｍ程度の範囲内のアランダムのみを選択的に回収する。回収したアランダム１００質量部に対して、上述のガラスペーストを３〜８質量部添加・混合し、多孔質部材１２の原料を作製する。なお、ガラスペーストの代わりに、アランダム１００質量部に対して、球状のガラスであって、径が０．５〜１ｍｍの範囲内のものを選別した原料を混合したものを、多孔質部材１２の原料としてもよい。

このように多孔質部材１２の原料が充填された構造物全体をゴム型に入れて密封し、静水圧プレスにより加圧することで、吸着盤１０の未加熱物を得る。この未加熱物を、ガラスペーストの融点以上の温度（６５０〜１０００℃）で加熱した後に冷却し、支持部材１４、多孔質部材１２、補助部材２４が、溶融ガラスにより一体的に接合される。この加熱の際、排気孔２２の部分に充填していた熱硬化性樹脂は、溶融・蒸発する。

このように、支持部材１４、多孔質部材１２、補助部材２４、支持部材１４、が溶融ガラスにより一体的に接合された構造物の上面を、例えば平面研削盤により平滑に研磨する。研磨に用いる装置や手法については、特に限定されない。

次に、平滑に研磨した多孔質部材１２の表面に、公知のＣＶＤ成膜装置を用い、アモルファスＳｉ膜２０を成膜する。アモルファスＳｉ膜は、通常のＣＶＤ法や、ｃａｔ−ＣＶＤ法など、従来公知の成膜方法を用いて成膜すればよい。ＣＶＤ法を用いることで、成膜した膜の電気抵抗率の大きさを、比較的高精度に制御することができる。ＣＶＤ法による成膜では、例えば成膜用の真空容器に、表面が研磨された構造体を配置し、この真空容器内に、シリコン含有ガス（例えば、ＳｉＨ，Ｓｉ_２Ｈ_６、Ｓｉ_３Ｈ_８等）及び、キャリアガスとして、例えば水素や窒素、アルゴン等の不活性ガスを導入し、真空度を例えば１．３〜１３Ｐａに制御する。この状態で、真空容器内のガス導入孔が設けられた導電性の電極板に電力を供給してグロー放電を発生させて、真空容器内に配置した構造体の、少なくとも多孔質部材の表面に、アモルファスＳｉ膜２０を成膜する。アモルファスＳｉ膜３の表面抵抗を１０⁶〜１０¹¹Ω／□の範囲内に設定するには、水素の量を所定の範囲で管理すればよい。また、ＣＶＤ法による成膜では、ステップカバレッジが比較的良好であり、多孔質部材１２表面が機械研磨されることで表れた、多孔質部材１２表面部分の第１セラミック粒子１１のエッジ部１１ｂも、比較的充分な厚さで被覆されている。なお、アモルファスＳｉ膜の形成方法は、ＣＶＤ法を用いることに限定されない。

吸着盤１０は、例えばこのように作製すればよい。

以上、本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでない。例えば、支持部材表面に、表面に沿って連続した溝部が設けられていることに限定されず、部分的な開口を有する凹部が設けられていてもよい。

本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

本発明の吸着盤の一実施形態について説明する図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略断面図、（ｃ）は（ｂ）の一部を拡大して示す図である。 従来の吸着盤の一例について説明する図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略断面図、（ｃ）は（ｂ）の一部を拡大して示す図である。

符号の説明

１０ 吸着盤
１１ セラミック粒子
１１ａ エッジ部
１１ｂ 平面部
１２ 吸着部材
１２ａ 上面
１４ 支持部材
１４ａ 当接面
１６ 壁部
１８ 溝部
１８ａ、１８ｂ 円形溝
１９ 部分溝
２０ アモルファスＳｉ膜
２２ 排気孔

Claims (8)

1. 排気孔が設けられた緻密質体からなる支持部と、
   前記支持部に支持された、複数のセラミック粒子を含んで構成された多孔質の吸着層と、
   前記吸着層の表面に被着された保護膜とを備え、
   前記保護膜の硬度は、前記吸着層の硬度よりも低いことを特徴とする吸着盤。
2. 前記保護膜は、アモルファスＳｉを主成分とすることを特徴とする請求項１記載の吸着盤。
3. 前記保護膜は、ＣＶＤ法によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の吸着盤。
4. 前記多孔質体の平均細孔径に対し、
   前記保護膜の被覆厚が、より小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の吸着盤。
5. 前記保護膜の表面抵抗が、１０^６〜１０^１２（Ω／□）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の吸着盤。
6. 前記吸着層は、前記セラミック粒子と、前記セラミック粒子同士を結合するガラス成分と、を含んで構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の吸着盤。
7. 前記セラミック粒子は、アランダム粒子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の吸着盤。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の吸着盤と、
   前記支持部の前記排気孔から、前記吸着層を介して排気する真空ポンプと、
   を備えることを特徴とする真空吸着装置。

Images