JP2013157571A - 真空吸着装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多孔質体の載置面の平滑度の向上を図ることができる真空吸着装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】載置面１０に物体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１が、骨格粒子としてのセラミックス粒子が結合材粒子によって結合されることにより構成されている。載置部１の気孔率が２５〜４５％の範囲にある。載置部１における気孔のメディアン径が１５［μｍ］以下である。載置部１における気孔のうち２５［μｍ］以上の径を有する気孔の積算容積が０．０２［ｍｌ／ｇ］以下である。
【選択図】図２

Description

本発明は、たとえば、ラップ等の湿式加工を行うために半導体ウエハ又はガラス基板などの対象物を真空吸着する装置に関する。

セラミックス多孔質体からなる載置部と、セラミックス緻密質体からなる支持部とが、接合界面に隙間が生じないように一体的に焼成されてなる真空吸着装置が提案されている（特許文献１参照）。ここで、載置面の平滑度の向上を回避するため、載置部を構成する平均骨格粒子径及び平均気孔径のそれぞれを低くすることが考えられる（特許文献２参照）。

特許第４３３６５３２号公報 特開２００８−２７０２３３号公報

しかし、載置部を構成する平均骨格粒子径及び平均気孔径のそれぞれが単に低下されるだけでは、半導体ウエハ等の被載置物の載置部に対する真空吸着時に、当該被載置物の変形又は姿勢変化を招来しない程度の載置面の平滑度が実現されない可能性がある。

そこで、本発明は、多孔質体の載置面の平滑度の向上を図ることができる真空吸着装置及びその製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明の真空吸着装置は、載置面に物体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、前記載置部の気孔に連通する吸気孔を有するセラミックス緻密質体からなる支持部とを備え、前記載置部は、骨格粒子としてのセラミックス粒子が結合材粒子によって結合されることにより構成され、前記載置部と前記支持部との接合界面が隙間なく構成され、前記載置部の気孔率が２５〜４５％の範囲にあり、前記載置部における気孔のメディアン径が１５［μｍ］以下であり、かつ、前記載置部における気孔のうち２５［μｍ］以上の径を有する気孔の積算容積が０．０２［ｍｌ／ｇ］以下であることを特徴とする。

前記課題を解決するための本発明の真空吸着装置の製造方法は、粒子径が６０［μｍ］以下である第１骨格粒子を構成するセラミックス粒子と、粒子径が前記第１骨格粒子の１／５以下であり、前記第１骨格粒子に対する質量比が０．１５〜０．４５の範囲にある第２骨格粒子を構成するセラミックス粒子と、粒子径が前記第１骨格粒子の粒子径の１/１０以下であり、前記第１骨格粒子と第２骨格粒子の総和に対する質量比が０．１〜０．２の範囲にある結合材粒子とを、水又はアルコールを加えて混合することによりスラリーを調整するスラリー調整工程と、前記支持部の基礎となるセラミックス緻密質体に形成されている凹部に前記スラリーを充填するスラリー充填工程と、前記緻密質体を前記凹部に充填された前記スラリーとともに前記結合材粒子の軟化点以上の温度で熱処理する焼成工程とを含むことを特徴とする。

本発明の一実施形態としての真空吸着装置の構成説明図。 多孔質体の骨格粒子の平均粒子径と吸着性能との関係に関する説明図。 多孔質体における骨格粒子の充填態様に関する説明図。

（真空吸着装置の構成）
図１（ａ）に示されている本発明の一実施形態としての真空吸着装置は、平板状のセラミックス多孔質体からなる載置部１と、セラミックス緻密質体からなる支持部２とを備えている。支持部２は、凹部２１と、溝部２２と、貫通孔２３とを備えている。

凹部２１は、支持部２において上端面２０よりも下方に窪んでおり、環状の側面によって周囲を囲まれている部分である。凹部２１の底面は支持部２の上端面２０と略平行に形成されている。

溝部２２は、凹部２１の底面よりも下方に窪んでおり、凹部２１の底面に接触するように配置される載置部１の底面の気孔に対して連通するように形成されている。載置部１が存在しない状態で支持部２を上方から臨んだ場合、図１（ｂ）に示されているように、溝部２１は、３つの同心円と、当該同心円の中心を通る２つの直交する線分とが組み合わせられたような形状を有している。載置部１の底面の気孔に対して溝部２２が連通することを条件として、その形状及び配置態様はさまざまに変更されてもよい。

貫通孔２３は、支持部２を上下方向に貫通して溝部２２に対して連通するように形成されている。貫通孔２３は、例えば図１（ｂ）に示されているように、３つの同心円のうち内側から２番目の円と、２つの線分のそれぞれとの交点箇所に設けられている。

図１（ａ）に示されているように、支持部２は、凹部２１の側面と載置部１の側面とが全周にわたり隙間なく接合し、かつ、凹部２１の底面と載置部１の底面とが溝部２２を除いて隙間なく接合している状態で当該載置部１を支持する。

載置部１は、図２（ａ）に簡略的に示されているように、第１骨格粒子（白丸参照）としてのセラミックス粒子と、第１骨格粒子よりも小径の第２骨格粒子としてのセラミックス粉末（斜線丸参照）とが、第２骨格粒子よりも小径の結合材粒子（黒丸参照）によって結合されることにより構成されている。なお、載置部１は、図２（ｂ）に簡略的に示されているように、単一粒子径の骨格粒子（白丸参照）としてのセラミックス粒子が、骨格粒子よりも小径の結合材粒子（黒丸参照）によって結合されることにより構成されていてもよい。

載置部１の気孔率は２５〜４５［％］の範囲にある。載置部１における気孔のメディアン径は１５［μｍ］以下である。載置部１に含まれる気孔のうち２５［μｍ］以上の径を有する当該気孔の積算容積は０．０２［ｍｌ／ｇ］以下である。

載置部１の載置面１０に半導体ウエハ等の吸着対象物が載置された状態で、貫通孔２３を通じて溝部２２により画定される空間が真空ポンプ（図示略）によって減圧される。これにより、載置部１に存在する気孔によって形成される経路を通じて作用する真空吸引力によって対象物Ｗが載置部１に吸着される。

（真空吸着装置の製造方法）
まず、骨格粒子と、結合材粒子とが、水又はアルコールとともに混合されることによりスラリーが調整される（スラリー調整工程）。原料の混合法としては、ボールミル又はミキサーを用いた混合法等、公知の方法が採用される。水又はアルコールの添加量は特に限定されず、所望の流動性が得られるように適当に調整されればよい。

骨格粒子は、粒子径が６０［μｍ］以下である「第１骨格粒子」を構成するセラミックス粉末と、粒子径が第１骨格粒子の１／５以下である「第２骨格粒子」を構成する同種のセラミックス粉末とにより構成されている。セラミックスとしては、アルミナ又は炭化珪素等が採用されうる。第１骨格粒子に対する第２骨格粒子の質量比は０．１５〜０．４５の範囲に制御されている。なお、骨格粒子が単一の粒子径を有するセラミックス粉末により構成されていてもよい。

結合材粒子として二酸化珪素粉末と、１Ａ族、２Ａ族及び３Ａ族の元素のそれぞれの酸化物、水酸化物、硝酸塩及び炭酸塩から選ばれる少なくとも１種以上の添加物粉末とが用いられてもよい。二酸化珪素粉末の供給源としては、水を分散媒として二酸化珪素の粒子を分散させたコロイド溶液が用いられてもよい。二酸化珪素の平均粒子径は０．５［μｍ］以下であることが好ましい。二酸化珪素の添加量は、セラミックス粉末に対し、５〜３０重量％であることが好ましい。

骨格粒子との結合力を高めるために、１Ａ族、２Ａ族及び３Ａ族の元素のそれぞれの酸化物、水酸化物、硝酸塩及び炭酸塩のうち少なくとも１種の添加物粉末の添加量は、例えば骨格粒子を構成するセラミックス粉末に対し、酸化物換算で３〜２０重量％の範囲に含まれるように調節されることが好ましい。当該添加物粉末は二酸化珪素との反応により、骨格粒子間の強固な結合材としての役割を果たす。１Ａ族、２Ａ族及び３Ａ族の元素のそれぞれの酸化物、水酸化物、硝酸塩及び炭酸塩のそれぞれの平均粒子径は１．０［μｍ］以下であることが好ましい。当該粒子径が、１．０［μｍ］を超えると未反応物質として残存するためである。例えば、１Ａ族元素としてＮａ、２Ａ族元素としてＣａ、３Ａ族元素としてＢが挙げられる。

次に、支持部２の基礎となるセラミックス緻密質体の溝部２２及び必要に応じて貫通孔２３が蝋又は樹脂等の部材により閉塞される。その上で、凹部２１（本発明の凹部に相当する。）にスラリーが充填される（スラリー充填工程）。この際、必要に応じて、スラリーにおける残留気泡を除去するための真空脱泡のほか、スラリー中の添加物粉末の充填率を高めるための振動が加えられる。

次に、凹部２１にスラリーが充填されたセラミックス緻密質体が乾燥される。その上で、緻密質体がスラリーの乾燥物とともに結合材の軟化点以上の温度で熱処理される（焼成工程）。載置面１０は、支持部２の上端面２０とともに研磨加工されることにより仕上げられる。

（実施例）
（実施例１）
第１骨格粒子を構成する粒子径６０［μｍ］のアルミナ粉末（純度９６．５％）と、第２骨格粒子を構成する粒子径８．０［μｍ］のアルミナ粉末（純度９６．５％）と、結合材粒子を構成する粒子径２．５［μｍ］の硼珪酸ガラス（ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃）とが混合されることによりスラリーが調製された。第１骨格粒子と第２骨格粒子との質量比は、０．７５：０．２５に調節された。第１骨格粒子と第２骨格粒子との総和に対する結合材粒子の質量比は０．１５に調節された。緻密質体及びスラリーの乾燥物が１０００［℃］で３［ｈｒ］にわたって熱処理されることにより、実施例１の真空吸着装置が製造された。

（実施例２）
第１骨格粒子を構成するアルミナ粉末の粒子径が５５［μｍ］に変更されたほかは、実施例１と同様の条件下で実施例２の真空吸着装置が製造された。

（実施例３）
第１骨格粒子を構成するアルミナ粉末の粒子径が４０［μｍ］に変更されたほかは、実施例１と同様の条件下で実施例３の真空吸着装置が製造された。

（実施例４）
第１骨格粒子を構成するアルミナ粉末の粒子径が５５［μｍ］に変更され、第２骨格粒子を構成するアルミナ粉末の粒子径が６．７［μｍ］に変更されたほかは、実施例１と同様の条件下で実施例４の真空吸着装置が製造された。

（実施例５）
第１骨格粒子を構成するアルミナ粉末の粒子径が５５［μｍ］に変更され、第２骨格粒子を構成するアルミナ粉末の粒子径が５．５［μｍ］に変更されたほかは、実施例１と同様の条件下で実施例５の真空吸着装置が製造された。

（実施例６）
第１骨格粒子と第２骨格粒子との質量比が０．８５：０．１５に調節されたほかは、実施例５と同様の条件下で実施例６の真空吸着装置が製造された。

（実施例７）
第１骨格粒子と第２骨格粒子との質量比が０．８０：０．２０に調節されたほかは、実施例５と同様の条件下で実施例７の真空吸着装置が製造された。

（実施例８）
第１骨格粒子と第２骨格粒子との質量比が０．７０：０．３０に調節されたほかは、実施例５と同様の条件下で実施例８の真空吸着装置が製造された。

（実施例９）
第１骨格粒子と第２骨格粒子との質量比が０．６５：０．３５に調節されたほかは、実施例５と同様の条件下で実施例９の真空吸着装置が製造された。

（実施例１０）
第１骨格粒子と第２骨格粒子との質量比が０．６０：０．４０に調節されたほかは、実施例５と同様の条件下で実施例１０の真空吸着装置が製造された。

（実施例１１）
第１骨格粒子と第２骨格粒子との質量比が０．５５：０．４５に調節されたほかは、実施例５と同様の条件下で実施例１１の真空吸着装置が製造された。

（実施例１２）
結合材粒子を構成する硼珪酸ガラスの粒子径が５．０［μｍ］に変更されたほかは、実施例５と同様の条件下で実施例１２の真空吸着装置が製造された。

（実施例１３）
結合材粒子を構成する硼珪酸ガラスの粒子径が２．０［μｍ］に変更されたほかは、実施例５と同様の条件下で実施例１３の真空吸着装置が製造された。

（実施例１４）
結合材粒子を構成する硼珪酸ガラスの粒子径が１．５［μｍ］に変更されたほかは、実施例５と同様の条件下で実施例１４の真空吸着装置が製造された。

（実施例１５）
第１骨格粒子と第２骨格粒子との総和に対する結合材粒子の質量比が０．１０に調節されたほかは、実施例５と同様の条件下で実施例１５の真空吸着装置が製造された。

（実施例１６）
第１骨格粒子と第２骨格粒子との総和に対する結合材粒子の質量比が０．２０に調節されたほかは、実施例５と同様の条件下で実施例１５の真空吸着装置が製造された。

（実施例１７）
第１骨格粒子の粒子径が１５［μｍ］に変更され、第２骨格粒子の添加量が０に調節され、結合材粒子がＳｉＯ₂＋ＣａＣＯ₃に変更され、結合材粒子の粒子径が０．６［μｍ］に変更されたほかは、実施例５と同様の条件下で実施例１７の真空吸着装置が製造された。

（実施例１８）
第１骨格粒子の粒子径が５．５［μｍ］に変更され、第２骨格粒子の添加量が０に調節され、第１骨格粒子（第１骨格粒子と第２骨格粒子との総和）に対する結合材粒子の質量比が０．１０に調節され、結合材粒子がＳｉＯ₂＋ＮａＯＨに変更され、焼成温度が１５５０［℃］に調節されたほかは、実施例５と同様の条件下で実施例１８の真空吸着装置が製造された。

表１には、実施例１〜１８の真空吸着装置の製造条件が示されている。表２には、実施例１〜１８の真空吸着装置を構成する載置部１の気孔のメディアン径、気孔率、２５［μｍ］以上の径を有する気孔の積算容積、載置面１０の表面粗さ（Ｒａ，Ｒｚ）、及び機械的強度の測定結果が示されている。載置部１の平均気孔径及び気孔積算容積は、水銀圧入法によって測定された。載置部１の気孔率は、アルキメデス法によって測定された。載置面１０の表面粗さは、ＪＩＳ規格＃１７０の砥石で研削された後で測定された。載置部１の表面粗さ載置部１の機械的強度は、３点曲げ強度によって測定された。

表２から、実施例１〜１８のそれぞれの真空吸着装置の載置部１は、いずれも気孔率が２５〜４５％の範囲にあり、載置部１における気孔のメディアン径が１５［μｍ］以下であり、かつ、載置部１における気孔のうち２５［μｍ］以上の径を有する気孔の積算容積が０．０２［ｍｌ／ｇ］以下であることがわかる。図３には、実施例１、２、４及び５のそれぞれの気孔径と積算気孔容積との関係が示されている。また、載置面１０の表面粗さＲａが１０［μｍ］以下であり、表面粗さＲｚが６０［μｍ］以下であり、披吸着物を吸着した際に、披吸着面の平滑性が向上していることがわかる。

（比較例）
（比較例１）
第１骨格粒子の粒子径が５５［μｍ］に変更され、第２骨格粒子の添加量が０に変更されたほかは、実施例１と同様の条件下で比較例１の真空吸着装置が製造された。

（比較例２）
第１骨格粒子の粒子径が６０［μｍ］より大きい６５［μｍ］に変更されたほかは、実施例１と同様の条件下で比較例２の真空吸着装置が製造された。

（比較例３）
第１骨格粒子の粒子径が５５［μｍ］に変更され、第２骨格粒子の粒子径が第１骨格粒子の粒子径の１／５より大きい１２［μｍ］に変更されたほかは、実施例１と同様の条件下で比較例３の真空吸着装置が製造された。

（比較例４）
第１骨格粒子と第２骨格粒子との質量比が０．９０：０．１０に調節されたほかは、実施例４と同様の条件下で比較例４の真空吸着装置が製造された。

（比較例５）
第１骨格粒子と第２骨格粒子との質量比が０．５０：０．５０に調節されたほかは、実施例４と同様の条件下で比較例５の真空吸着装置が製造された。

（比較例６）
結合材粒子の粒子径が第１骨格粒子の粒子径（５５［μｍ］）の１／１０より大きい６．５［μｍ］に変更されたほかは、実施例４と同様の条件下で比較例６の真空吸着装置が製造された。

（比較例７）
第１骨格粒子の粒子径が４０［μｍ］に変更され、第２骨格粒子の粒子径が８．０［μｍ］に変更され、結合材粒子の粒子径が第１骨格粒子の粒子径の１／１０より大きい４．５［μｍ］に変更されたほかは、実施例１と同様の条件下で比較例７の真空吸着装置が製造された。

（比較例８）
結合材粒子の粒子径が１．５［μｍ］（第１骨格粒子の粒子径の１／１０）に変更されたほかは、実施例１７と同様の条件下で比較例８の真空吸着装置が製造された。

（比較例９）
第１骨格粒子と第２骨格粒子との総和に対する結合材粒子の質量比が０．１未満である０．０８に調節されたほかは、実施例４と同様の条件下で比較例９の真空吸着装置が製造された。

（比較例１０）
第１骨格粒子と第２骨格粒子との総和に対する結合材粒子の質量比が０．２を超えている０．２２に調節されたほかは、実施例４と同様の条件下で比較例１０の真空吸着装置が製造された。

表３には、比較例１〜１０の真空吸着装置の製造条件が示されている。表４には、比較例１〜１０の真空吸着装置を構成する載置部１の気孔のメディアン径、気孔率、２５［μｍ］以上の径を有する気孔の積算容積、載置面１０の表面粗さ（Ｒａ，Ｒｚ）、及び機械的強度の測定結果が示されている。

表４から、比較例９の真空吸着装置における載置部の気孔率が２５〜４５％の範囲から外れ、比較例２，３，５の載置部１における気孔のメディアン径が１５［μｍ］を超え、比較例１〜５，９では気孔積算容積が０．０２［ｍｌ／ｇ］を超えていることがわかる。

図３には、比較例１〜３のそれぞれの気孔径と積算気孔容積との関係が示されている。また、比較例１，４，９によれば、気孔のメディアン径が１５［μｍ］以下であるものの、載置面１０の表面粗さＲａが１０［μｍ］を超え、又は表面粗さＲｚが６０［μｍ］を超えていることがわかる。

比較例６〜８,１０はクラックが発生したため、評価試験の対象外とした。これは、比較例６〜８では、結合材粒子の粒子径が過大（第１骨格粒子の粒子径の１／１０以上）であるため、熱処理時に収縮が発生したことが原因である。また、比較例１０では、結合材粒子の添加量が過多（第１骨格粒子及び第２骨格粒子の総和に対する質量比が０．２２）であるため、熱処理時に収縮が発生したことが原因である。

本発明の真空吸着装置及びその製造方法によれば、セラミックス多孔質体により構成される載置部１の圧損を回避しながら、その表面である載置面１０の平滑度の向上を図ることができる。

１‥載置部、２‥支持部。

Claims (2)

1. 載置面に物体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、前記載置部の気孔に連通する吸気孔を有するセラミックス緻密質体からなる支持部とを備え、
   前記載置部は、骨格粒子としてのセラミックス粒子が結合材粒子によって結合されることにより構成され、
   前記載置部と前記支持部との接合界面が隙間なく構成され、
   前記載置部の気孔率が２５〜４５％の範囲にあり、前記載置部における気孔のメディアン径が１５［μｍ］以下であり、かつ、前記載置部における気孔のうち２５［μｍ］以上の径を有する気孔の積算容積が０．０２［ｍｌ／ｇ］以下であることを特徴とする真空吸着装置。
2. 請求項１記載の真空吸着装置を製造する方法であって、
   粒子径が６０［μｍ］以下である第１骨格粒子を構成するセラミックス粒子と、粒子径が前記第１骨格粒子の１／５以下であり、前記第１骨格粒子に対する質量比が０．１５〜０．４５の範囲にある第２骨格粒子を構成するセラミックス粒子と、粒子径が前記第１骨格粒子の粒子径の１／１０以下であり、前記第１骨格粒子と第２骨格粒子の総和に対する質量比が０．１〜０．２の範囲にある結合材粒子とを、水又はアルコールを加えて混合することによりスラリーを調整するスラリー調整工程と、
   前記支持部の基礎となるセラミックス緻密質体に形成されている凹部に前記スラリーを充填するスラリー充填工程と、
   前記緻密質体を前記凹部に充填された前記スラリーとともに前記結合材粒子の軟化点以上の温度で熱処理する焼成工程とを含むことを特徴とする製造方法。