JP2015012202A - 真空吸着装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着性能のさらなる向上を図りうる真空吸着装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】支持部１０を構成するセラミックス緻密質体、複数の載置部２１〜２４を構成するセラミックス／ガラス多孔質体、および隔壁部３１〜３３を構成するセラミックス溶射膜が相互に直接的に接合されることにより真空吸着装置が構成されている。第２接合界面Ｐ２（当該セラミックス溶射膜と当該セラミックス／ガラス複合多孔質体との接合界面）の底面Ｐ２２が、底面Ｐ２２と、これに対して鋭角または直角をなして上方に連続する側面Ｐ２１とにより構成されている。底面Ｐ２２が、第１接合界面Ｐ１（当該載置部２１（２３）に隣接する隔壁部３１を構成するセラミックス溶射膜と支持部１０を構成するセラミックス緻密質体との接合界面）に対して平角をなして連続している。
【選択図】図４

Description

本発明は、真空吸着装置およびその製造方法に関する。

半導体ウエハ等の被吸着物の吸着性能の向上を図りうる真空吸着装置が提案されている（特許文献１参照）。この真空吸着装置は、多孔質の中央載置部と、その外側を囲うように配置されている多孔質の環状載置部と、当該載置部の間に配置されている環状隔壁部と、載置部の気孔に連通する吸引孔を有する緻密質の支持部とが、実質的に隙間なく接合されることにより構成されている。

特許第４９０８２６３号公報

しかし、隔壁部を構成するセラミックス溶射膜は、多孔質の載置部に対する密着性が高い一方、緻密質の支持部に対する密着性が低い。このため、支持部の吸引孔を通じた載置部の気孔が真空吸引される際、隔壁部と支持部との接合箇所においてリークが生じ、吸着性能の低下を招来する可能性があった。

そこで、本発明は、物体吸着性能のさらなる向上を図りうる真空吸着装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、中央載置部およびこれを一重または多重に環状に囲うように配置されている一または複数の環状載置部を含む、セラミックス／ガラス複合多孔質体からなる複数の載置部と、前記複数の載置部の間に配置されているセラミックス溶射膜により形成されている一または複数の環状の隔壁部と、被吸着物が載置される載置面を構成する上端面を露出させた状態の前記複数の載置部および前記一または複数の隔壁部のそれぞれを支持するように構成され、前記載置部の気孔に連通する吸引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、前記セラミックス緻密質体、前記セラミックス／ガラス複合多孔質体および前記セラミックス溶射膜が相互に直接的に接合されることにより構成されている真空吸着装置に関する。

本発明の真空吸着装置は、前記セラミックス／ガラス複合多孔質体と前記セラミックス溶射膜との接合界面である第２接合界面が、前記セラミックス緻密質体と前記セラミックス溶射膜との接合界面である第１接合界面に対して平角をなして連続する底面と、前記底面に対して鋭角または直角をなして上方に連続する側面とにより構成されていることを特徴とする。

本発明は、前記支持部を構成する、凹部および前記凹部に連通する前記吸引孔を有するセラミックス緻密質体を作製する工程と、セラミックス粉末と第１のガラスの粉末とを含む第１のスラリーを調製する工程と、前記第１のスラリーを前記セラミックス緻密質体の前記凹部に充填したうえで、前記第１のガラスの軟化点以上の温度で焼成してセラミックス／ガラス複合多孔質体を形成する工程と、前記セラミックス／ガラス複合多孔質体、または前記セラミックス／ガラス複合多孔質体および前記セラミックス緻密質体に加工を施すことにより、前記複数の載置部のうち内側から奇数番目または偶数番目の載置部に相当する領域を除いて、前記セラミックス緻密質体が露出している底面と、前記セラミックス／ガラス複合多孔質体が露出している環状の側面とを有する第２穴または第２環状溝を形成する工程と、前記第２穴または前記第２環状溝の前記側面にセラミックスを溶射することにより前記隔壁部を構成するセラミックス溶射膜を形成する工程と、セラミックス粉末と第２のガラスの粉末とを含む第２のスラリーを調製する工程と、前記第２のスラリーを前記側面に前記セラミックス溶射膜が形成されている前記第２穴または前記第２環状溝または穴に充填し、前記第２のガラスの軟化点以上の温度で焼成して、セラミックス／ガラス複合多孔質体からなる、前記複数の載置部のうち内側から数えた順位が偶数または奇数の載置部を形成する工程と、を含む、前記真空吸着装置を製造する方法に関する。

本発明の方法は、前記底面よりも下方に窪んでいる第１穴または第１環状溝を有する前記セラミックス緻密質体を作製し、前記側面に対して連続する前記底面の環状部分が、前記第１穴または前記第１環状溝に充填された前記第１のスラリー由来の前記セラミックス／ガラス複合多孔質体が露出している面により構成されるように前記第２穴または前記第２環状溝を形成することを特徴とする。前記第２穴または第２環状溝の前記底面のうち前記セラミックス緻密質体が露出している部分を、その表面粗さＲａが３．０〜５．０［μｍ］の範囲に収まるように加工することが好ましい。

発明者は、前記のようなリークが生じる原因が、第１接合界面を構成する緻密質体の端面と第２接合界面を構成する多孔質体の端面とが垂直または略垂直に連続していることに起因していることを知見した。セラミックス溶射膜の多孔質体（第１スラリー由来）および緻密質体のそれぞれに対する密着力が相違するため、多孔質体（第２スラリー由来）の形成のための熱処理に際して、セラミックス溶射膜が収縮して当該垂直な角部において多孔質体および緻密質体から局所的に浮き上がりやすい。

当該知見に基づいてなされた本発明の真空吸着装置によれば、第２接合界面（多孔質体と溶射膜との接合界面）が、「底面」とこれに対して鋭角または直角をなして上方に連続する「側面」とにより構成されている。「直角」は９０°のみならず、これに近い鈍角（たとえば９５°以下の鈍角。略直角。）をも包含する概念である。これにより、溶射膜の下端角部が多孔質体に対して接合される。また、第２接合界面の底面が、第１接合界面（緻密質体と溶射膜との接合界面）に対して平角をなして連続している。これにより、第１接合界面と第２接合界面との連続箇所においてセラミックス溶射膜が多孔質体および緻密質体から局所的に浮き上がる事態が抑制されうる。よって、当該浮き上がりが抑制される分だけ、真空吸着装置の物体吸着性能の向上が図られる。

本発明の一実施形態としての真空吸着装置の斜視図。 図１の真空吸着装置の上面図。 図１の真空吸着装置の図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。 図３のＸ部分拡大図。 図１の真空吸着装置の製造方法に関する説明図。 従来の真空吸着装置の要部断面図。

（真空吸着装置の構成）
図１〜図４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、半導体ウエハ等の被吸着物を吸着保持するように構成されている。

真空吸着装置は、略円盤状の中央載置部２１と、これを内側から順に三重に囲うように配置されている円環状の環状載置部２２〜２４と、載置部２１〜２４の間に配置されている円環状の隔壁部３１〜３３と、載置部２１〜２４および隔壁部３１〜３３を支持するように構成されている凹部を有する略有底円筒状の支持部１０と、を備えている（図１参照）。

支持部１０は、載置部２１〜２４のそれぞれの開気孔に対して、吸引溝１１を介して別個独立に連通する吸引孔１２を有する（図３参照）。支持部１０は、隔壁部３１〜３３の下方において、凹部底面よりも下方に窪んでいる第１環状溝１０１〜１０３を有する（図３参照）。径方向内側から１番目の第１環状溝１０１には、載置部２１（またはこれを構成するセラミックス／ガラス複合多孔質体）が充填されている。径方向内側から２番目の第１環状溝１０２および３番目の第１環状溝１０３には、載置部２３が充填されている。すなわち、複数の載置部のうち内側から数えた順位が奇数の載置部２１，２３を構成するセラミックス／ガラス複合多孔質体が、支持部１０の凹部底面よりも下方に延在している。

被吸着物が載置される載置面１００において、略円形状の中央載置部２１、中央載置部２１に隣接する円環状の隔壁部３１、隔壁部３１の外側に隣接する環状載置部２２、環状載置部２２に隣接する円環状の隔壁部３２、隔壁部３２の外側に隣接する環状載置部２３、環状載置部２３に隣接する円環状の隔壁部３３、隔壁部３３の外側に隣接する環状載置部２４、環状載置部２４に隣接する円環状の支持部１０の上端面が、真空吸着装置の径方向に同心円状に連接されている（図２参照）。

載置部２１〜２４の個数が４であるため、サイズが相違する４種類の被吸着物の吸着保持のために使用される。たとえば、サイズが異なる（φ４インチ、φ５インチ、φ６インチおよびφ８インチ）４種類の半導体ウエハの吸着保持に真空吸着装置が適用されうるように、隔壁部３１、３２および３３ならびに支持部１０の上面の内側縁部のそれぞれの真空吸着装置の中心からの距離が設定されている。

被吸着物の外側縁部が隔壁部３１〜３３のうち当該被吸着物の径に対応する一の隔壁部の上端面またはそれよりも若干外側に位置するように当該一の隔壁部の径が決定される。これにより、被吸着物の外側縁部と隔壁部上端面の内側縁部との間隙に由来するリークが防止され、吸着力の低下防止が図られている。被吸着物の径が隔壁部上端面の径よりも大きい場合、両者の差が１［ｍｍ］以下に設計されることが好ましい。これにより、被吸着部の径の過大のため、その外側縁部に吸着力が作用せずに反り上がるような変形が防止されうる。

支持部１０は、たとえばアルミナ、窒化珪素、炭化珪素およびジルコニアの中から選ばれたセラミックスの緻密質体から構成されている。当該セラミックスは、載置部２１〜２４を構成するセラミックスと同じものであることが好ましい。支持部１０は緻密質であるため、真空吸着装置の使用環境に必要な機械的強度が確保されている。

載置部２１〜２４は、セラミックス／ガラス複合多孔質体からなる。載置部２１〜２４の開気孔率が２０〜５０％の範囲に収まっている。これにより、載置部２１〜２４における過度の圧力損失および吸着力の低下、機械的強度の低下、ならびに、載置面１００の平坦性の低下が回避されうる。載置部２１〜２４の平均気孔径が１０〜１５０［μｍ］の範囲に収まっている。これにより、平均気孔径の過小に由来する圧力損失の過大および吸着力の低下、平均気孔径の過大に由来する凹凸構造による界面精度の低下が回避されうる。

載置部２１〜２４のそれぞれの開気孔率および平均気孔径は同等に設計されている。これにより、載置部２１〜２４の間での段差の発生および吸着力のばらつきの発生が回避されうる。

具体的には、載置部２１〜２４の開気孔率の最大値と最小値との差が５％以下に構成されている。たとえば、当該最大値が４０％であり、当該最小値が３５％である。載置部２１〜２４の平均気孔径の最大値と最小値との差が、平均気孔径の最大値の２０％以下に構成されている。たとえば、平均気孔径が最大値を示す載置部の平均気孔径が５０［μｍ］である場合、載置部の平均気孔径の最小値は４０［μｍ］以上である。

隔壁部３１〜３３は、セラミックス溶射膜により形成されている。隔壁部３１〜３３を構成するセラミックスとしては、アルミナ、チタニアが添加されたアルミナ等が用いられる。

支持部１０を構成するセラミックス緻密質体、載置部２１〜２４を構成するセラミックス／ガラス複合多孔質体および隔壁部３１〜３３を構成するセラミックス溶射膜は、接着剤または接合材を介することなく相互に直接的に接合されている。具体的には、２つの部材のうち一方の部材の表層を構成する材料の一部が、他方の部材の表層に存在する開気孔または凹凸等の微細構造に入り込んで密着することによって、当該微細構造に由来するリークを招来するような隙間が実質的に存在しないように当該２つの部材が接合されている。

たとえば、多孔質体を構成するガラスの一部がセラミックス緻密質体の表面凹凸の凹部に入り込んで密着することにより、載置部２１〜２４と支持部１０とが直接的に接合されている。セラミックス溶射膜の一部がセラミックス緻密質体の表面凹凸の凹部に入り込んで密着することにより、隔壁部３１〜３３と支持部１０とが直接的に接合されている。多孔質体を構成するガラスの一部がセラミックス溶射膜の気孔に入り込んで密着し、かつ、セラミックス溶射膜の一部が多孔質体の気孔に入り込んで密着することにより、載置部２１および２２と隔壁部３１とが直接的に接合されている。

載置部２１〜２４、隔壁部３１〜３３および支持部１０が実質的に隙間なく直接的に接合されているので、載置面１００が研削または研磨処理により平坦化される際、各接合界面近傍で段差が生じることが抑制される。これにより、載置面１００と半導体ウエハ等の被吸着物との間に隙間発生、吸着性能低下および非吸着物の平坦度低下が防止される。

図４（ａ）（ｂ）において、支持部１０（またはこれを構成するセラミックス緻密質体）と隔壁部３１〜３３（またはこれを構成するセラミックス／ガラス複合多孔質体）との接合界面である第１接合界面Ｐ１が一点鎖線で表わされ、載置部２１〜２４（またはこれを構成するセラミックス多孔質体）と隔壁部３１〜３３（またはこれを構成するセラミックス溶射膜）との接合界面である第２接合界面Ｐ２が二点鎖線で表わされている。

第１接合界面Ｐ１は、支持部１０の凹部底面を構成する環状の平面により構成されている。第２接合界面Ｐ２は、環状の側面Ｐ２１および環状の底面Ｐ２２により構成されている。側面Ｐ２１は、上端部で載置面１００を構成する上端面に連続し、下端部で底面Ｐ２２に対して角度θをなして連続している。底面Ｐ２２は、第１接合界面Ｐ１に対して平角をなして連続する平面により構成されている。

本実施形態で側面Ｐ２１と底面Ｐ２２とがなす角度θが９０°であるが（側面Ｐ２１が鉛直面であり底面Ｐ２２が水平面であるが）、他の実施形態として当該角度θが鋭角または直角に近い鈍角（たとえば９５°以下の鈍角）であってもよい。当該他の実施形態において側面Ｐ２１の勾配が徐々に急峻になるように当該側面Ｐ２１が形成されていてもよい。支持部１０の凹部底面が水平面ではなく斜面であってもよく、当該凹部底面が平面ではなく曲面であってもよい。

後述する複数の載置部２１〜２４の作製手順の相違に応じて、第２接合界面Ｐ２の底面Ｐ２２の延在態様が異なる。すなわち、内側から奇数番目の載置部２１および２３が第１のスラリー由来の多孔質体であり、内側から偶数番目の載置部２２および２４が第２のスラリー由来の多孔質体である場合、図４（ａ）に示されているように、底面Ｐ２２が偶数番目の載置部２２（２４）の下側で第１接合界面Ｐ１に対して同一水平面上で連続する。一方、内側から奇数番目の載置部２１および２３が第２のスラリー由来の多孔質体であり、内側から偶数番目の載置部２２および２４が第１のスラリー由来の多孔質体である場合、図４（ｂ）に示されているように、底面Ｐ２２が奇数番目の載置部２１（２３）の下側で第１接合界面Ｐ１に対して同一水平面上で連続する。

「面」は、ここでは数学的な意味での面ではなく、各部材の表面構造に由来する多少の凹凸の存在が許容されているような面を意味する。

隔壁部３１、３２および３３の上端面ならびに支持部１０上端面の内側縁部の形状、ひいてはこれらにより画定される載置部２１〜２４のそれぞれの外側縁部の形状は円形状に限定されず、吸着保持対象となる被吸着物の形状に応じて略矩形状等、さまざまに変更されてもよい。環状載置部の個数が３とは異なるように変更され、これに応じて環状の隔壁部の個数も変更されてもよい。

（真空吸着装置の機能）
隔壁部３１〜３３のうちいずれか１つの上端面または支持部１０の環状の上端面に被吸着物の外側縁部が全周にわたり位置するように、当該被吸着物が載置面１００に載置される。支持部１の吸引孔１２に接続されている真空ポンプ等の真空吸引装置（図示略）を動作させることにより、各載置部２１〜２４のそれぞれの開気孔を通じて被吸着物に対して吸引力が作用する。これにより、被吸着物が真空吸着装置により吸着保持される。

（真空吸着装置の製造方法）
前記構成の真空吸着装置の製造に際して、まず、支持部１０を構成する略有底円筒状のセラミックス緻密質体が作製される。具体的には、所定量のバインダが添加されたアルミナ等のセラミックス粉末が造粒処理され、該造粒粉末が一軸プレス成形された上でさらにＣＩＰ成形されることにより略円盤状または円柱状のセラミックス成形体が作製される。

このセラミックス成形体が加工されることにより、上方に開口した略円柱状の凹部が形成され、吸引溝１１となる所定形状の溝が当該凹部の底部に形成され、かつ、吸引孔１２となる貫通孔が溝の所定箇所に形成される。さらに凹部底面よりも下方に窪んでいる第１環状溝１０１〜１０３が、隔壁部３１〜３３の形成箇所に相当する箇所に形成される。

溶射膜による多孔質のシール面積（両者の接合面積）を必要最小限に抑制するという観点から、底面Ｐ２２の幅（図４（ａ）（ｂ）参照。後述する第２環状溝２０２、２０４の底面における多孔質体の露出部分の幅に相当する。）が５［ｍｍ］以下に抑制されることが好ましい。当該観点から、各第１環状溝の一方の周縁（１０１‥外周縁、１０２‥内周縁、１０３‥外周縁）の径方向位置が調節されることが好ましい。

各第１環状溝の他方の周縁（１０１‥内周縁、１０２‥外周縁、１０３‥内周縁）の径方向位置は任意である。たとえば、一対の第１環状溝１０２および１０３に代えて、これらを径方向に連続させるような単一の第１環状溝が構成されてもよい。第１環状溝１０１に代えて、その外周縁を周縁とする円形状の第１穴が形成されてもよい。第１環状溝１０１〜１０３の深さは、支持部の剛性低下を回避するという観点から、必要最小限の値、たとえば１〜５［ｍｍ］の範囲内に調節されることが好ましい。

当該加工が施されたセラミックス成形体が、必要に応じて脱脂処理された後、適当な雰囲気および温度の時間変化態様により定義される焼成条件下で焼成され、適宜加工されることにより支持部１０を構成する略有底円筒状のセラミックス緻密質体が作製される（図５（ａ）参照）。

支持部１０の吸引溝１１および吸引孔１２に樹脂等の焼失材料が充填される。また、アルミナ粉末または炭化珪素粉末等のセラミックス粉末および第１のガラスの粉末に水またはアルコール等の溶剤が添加された上で、ボールミルまたはミキサー等の公知の方法により当該粉末が混合されることにより第１のスラリーが調製される。

第１のスラリーの流動性が適当に確保されるように、セラミックス粉末の粒度および第１のガラスの粉末の添加量などが勘案された上で、水またはアルコール等の添加量が調節される。

セラミックス粉末の粒径（粒度分布）および焼成温度におけるガラスの粘性等が勘案されて、セラミックス粉末に対する第１のガラスの粉末の添加量が定められる。第１のガラスの粉末の添加量の過多である場合、セラミックス成形体の充填率の低下を招来しひいては焼成収縮が生じる。これとは逆に第１のガラスの粉末が過少である場合、セラミックス成形体におけるセラミックス粉末の結合強度が低下し、脱粒または欠け等が生ずる。このため、ガラス粉末の量は、セラミックス成形体におけるセラミックス粉末同士の所望の結合強度および平均気孔径が確保されることを条件としてできるだけ少ないことが好ましい。たとえば、セラミックス粉末１００質量部に対して第１のガラスの粉末５〜３０質量部が添加されることが好ましい。

第１のスラリーが支持部１０の凹部および第１環状溝１０１〜１０３に充填され、必要に応じて、第１のスラリー中の残留気泡を除去するための真空脱泡処理または振動処理が施される。第１のスラリーが十分に乾燥された後、当該乾燥体が第１のガラスの軟化点以上の温度で焼成されることにより、セラミックス／ガラス複合多孔質体２０が形成される（図５（ａ）参照）。この段階では、支持部１０および多孔質体２０はともに加工代または削り代の確保の観点から、最終的な厚みよりも厚くなるように設計されることが好ましい。

この際の焼成温度が第１のガラスの軟化点より低いと、ガラスが支持部１０に融着しないため支持部１０と多孔質体２０とを密着させることができない。この焼成温度が高過ぎても第１のスラリー乾燥物の変形または収縮が生じるために、支持部１０と多孔質体２０とを密着させることができない。したがって、第１のスラリー乾燥物の焼成温度は、第１のガラスの軟化点以上のできるだけ低い温度に調節されることが望ましい。

多孔質体２０（およびこれに由来する載置部）の開気孔率および平均気孔径は、基本的に、原料粉末であるセラミックス粉末の粒度分布の調整により調節される。セラミックス粉末および第１のガラスの粉末の配合比率、第１のスラリーの粘度、第１のスラリーの支持部１０への充填率、粒子状樹脂、繊維状樹脂およびカーボン粉末等の焼失材の添加態様の調節等によっても多孔質体２０の開気孔率および平均気孔径が調節されうる。

多孔質体２０の開気孔率を２０〜５０％の範囲に制御し、かつ、その平均気孔径を１０〜１５０［μｍ］の範囲に制御するためには、平均粒径２０〜５００［μｍ］であるセラミックス粉末が用いられ、セラミックス粉末と比較して平均粒径が小さい第１のガラスの粉末が用いられる。第１のガラスの粉末の平均粒径は、セラミックス粉末の平均粒径の１／３以下であることが好ましく、１／５以下であることがより好ましい。これは、第１のガラスの粉末の平均粒径がセラミックス粉末よりも大きいと、セラミックス粉末の充填が阻害されて第１のスラリー乾燥物がその焼成時に焼成収縮を起こし、多孔質体２０にクラックが発生し、あるいは、支持部１０と多孔質体２０との密着性が低下する可能性がある。

多孔質体２０の構成材料であるセラミックスと比較して熱膨張係数の値が小さいガラスが第１のガラスとして採用されることが好ましい。これにより、第１のスラリー乾燥物の焼成に際して、支持部１０の凹部底面および側面に対して実質的に隙間なく直接的に接合される多孔質体２０が作製されうる。多孔質体２０において結合材としての役割を果たすガラスに圧縮応力が加わった状態が実現される。ガラスは一般的に引張強度に弱いため、当該状態の実現により、多孔質体２０ひいてはこれに由来する載置部の強度が高められ、研削加工時の脱粒または欠け等の発生が抑制される。

続いて、多孔質体２０（または多孔質体２０および支持部１０）が加工処理されることにより、複数の載置部２１〜２４のうち内側から奇数番目の載置部２１および２３に相当する領域を除いて、内側から偶数番目の載置部２２および２４のそれぞれが形成される円環状の第２環状溝２０２および２０４が形成される（図５（ｂ）参照）。各第２環状溝２０２、２０４の幅は、被溶射面に対して、アルミナ等のセラミックス溶射材を到達させるための空間が確保される程度の幅に設定されている。

第２環状溝２０２の底面は水平面であり、当該底面において支持部１０を構成するセラミックス緻密質体が（上面視で）環状に露出し、その径方向両側で載置部２１および２３のそれぞれを構成するセラミックス／ガラス複合多孔質体が環状に露出している。第２環状溝２０２の側面は当該底面に対して垂直に連続する鉛直面であり、当該側面において載置部２１および２３のそれぞれを構成するセラミックス／ガラス複合多孔質体が露出している。

第２環状溝２０４の底面は水平面であり、当該底面において支持部１０を構成するセラミックス緻密質体が（上面視で）環状に露出し、その径方向内側で載置部２３を構成するセラミックス／ガラス複合多孔質体が環状に露出している。第２環状溝２０２の内側面は当該底面に対して垂直に連続する鉛直面であり、当該側面において載置部２３を構成するセラミックス／ガラス複合多孔質体が露出している。

各第２環状溝２０２、２０４の底面において多孔質体が露出している部分と緻密質体が露出している部分とは同一面上にある。

次に、第２環状溝２０２および２０４のそれぞれの多孔質体の露出箇所およびこれに連続する緻密質体の露出箇所にプラズマ溶射またはローカイド溶射等により、環状の隔壁部３１〜３３のそれぞれを構成するセラミックス溶射膜３０１〜３０３が形成される（図５（ｃ）参照）。これにより、セラミックス溶射膜３０１〜３０３は、第２環状溝２０２および２０４の側面および底面の一部を構成する多孔質体全体と、当該底面において少なくとも多孔質体の露出箇所に対する連続箇所で緻密質体にも密着するように形成される（図４（ａ）（ｂ）参照）。この際、被溶射面を構成する多孔質体の露出箇所にはサンドブラスト等により粗面化する必要はない。一方、各第２環状溝２０２、２０４の形成時または当該形成後に、被溶射面を構成する緻密質体の露出箇所の表面粗さＲａが３．０〜５．０［μｍ］の範囲に収まるように加工（粗面化処理）されていることが好ましい。

セラミックス溶射膜３０１〜３０３、ひいては隔壁部３１〜３３の厚みは、一般に溶射によって実現可能な膜厚であって気密性が確保されれば特に限定されず、たとえば０．１〜３［ｍｍ］の範囲に収まるように調節される。セラミックス溶射膜３０１〜３０３の厚さは、溶射ガンの変位速度または溶射回数の調節により制御される。必要に応じてセラミックス溶射膜３０１〜３０３の表面が研削されてもよく、溶射膜が不要な箇所にあらかじめマスキングが施されていてもよい。プラズマ溶射に用いられる原料粉末の粒径は被溶射面である側面において露出している多孔質体の気孔率および平均気孔径に応じて調整されるが、たとえば密着性および気密性の観点から１０〜５０［μｍ］の範囲に収まるように調整される。

セラミックス溶射膜３０１〜３０３は、被溶射面である各第２環状溝２０２、２０４の側面が多孔質体であるので、被溶射面が緻密質体である場合よりも緻密化し難い。しかるに、セラミックス溶射膜３０１〜３０３に適度な気孔をもたせることで、載置部２１〜２４と隔壁部３１〜３３との支持剛性の偏差が低減されるので、被吸着物に対する隔壁部３１〜３３の転写が防止される。

セラミックス溶射膜３０１〜３０３に含まれる気孔が後工程で第２のスラリーに含まれるガラスにより封止される。すなわち、隔壁部３１〜３３はセラミックス溶射膜３０１〜３０３とその気孔に入り込んで融着したガラスとから構成されている。これにより、隔壁部３１〜３３の気密性が高められる。さらに隔壁部３１〜３３の強度が載置部２１〜２４の多孔質体に近づくために転写の問題が解消される。

セラミックス溶射膜３０１〜３０３に形成される気孔の気孔径は、原料であるセラミックス溶射材の粒径の調整により調整され、たとえば被溶射面である多孔質体の気孔径に合わせて調整されることが望ましい。隔壁部３１〜３３は、載置部２１、２３と実質的に隙間なく接合されているが、支持部１０の凹部底面とも同様に実質的に隙間なく接合されている。

隔壁部３１〜３３の気孔率は、その気密性および強度を確保する観点から１０％以下に制御されている。溶射ガンの先端から被溶射面である第２環状溝２０２、２０４における多孔質体が露出している側面までの距離（溶射距離）の調節により隔壁部３１〜３３の気孔率が調節される。例えば溶射距離は１００〜２００［ｍｍ］の範囲で調節されうる。隔壁部３１〜３３の気孔率の下限値は、載置部２１〜２４との支持剛性の偏差が勘案され、好ましくは３％、より好ましくは５％である。

隔壁部３１〜３３の気孔率は、セラミックス溶射膜３０１〜３０３に含まれる気孔が第２のスラリーに含まれるガラスの融着により封止された結果としての値であり、セラミックス溶射膜３０１〜３０３それ自体の気孔率については特に限定されない。

次に、第２環状溝２０２、２０４に連通する吸引溝１１および吸引孔１２に樹脂等の焼失材料が充填される。また、アルミナ粉末または炭化珪素粉末等のセラミックス粉末および第２のガラスの粉末を含む第２のスラリーが第１のスラリーと同様の方法で調製される。

第１のガラスおよび第２のガラスは同一であっても異なっていてもよい。第１のガラスおよび第２のガラスが同一である場合、比較的軟化点が低いガラスが採用されることが好ましい。第１のガラスおよび第２のガラスが異なる場合、少なくとも第２のガラスとして比較的軟化点が低いガラスが採用されることが好ましい。

第２環状溝２０２および２０４に第２のスラリーが充填されたうえで十分に乾燥され、当該乾燥物が第２のガラスの軟化点以上（第１のガラスの軟化点未満）の温度で焼成される。これにより、第２のスラリー由来の載置部２２および２４が形成される（図５（ｄ）参照）。この際、第１のスラリー由来の載置部２１および２３の一部またはセラミックス溶射膜３０１〜３０３が溶融または軟化して収縮または隙間が生じる事態が回避される必要がある。このため、焼成収縮を起こしやすいセラミックス溶射膜３０１〜３０３が加熱される第２のスラリー乾燥物の焼成は、できるだけ低温で実施されることが望ましい。

たとえば、第１のガラスおよび第２のガラスが同一である場合、当該ガラスとして軟化点が９００［℃］以下のホウ珪酸系ガラスが採用される。第１のガラスおよび第２のガラスが異なる場合、第１のガラスとして軟化点が１０００［℃］近傍のアルミノ珪酸塩系ガラスが採用され、第２のガラスとして軟化点が９００［℃］以下のホウ珪酸系ガラスが採用される。

そして、支持部１０、載置部２１〜２４および隔壁部３１〜３３のそれぞれの上端面が研削または研磨処理されることにより、平坦度が０．８［μｍ］以下である載置面１００が形成される。この際、載置部２１〜２４および隔壁部３１〜３３は支持部１０よりも研削・研磨抵抗が小さいために削られやすいが、前記のように多孔質体により構成される載置部２１〜２４およびセラミックス溶射膜により構成される隔壁部３１〜３３の開気孔率または平均気孔径の調整により、各部間の段差発生が防止され、載置面１００の平坦度の向上が図られる。支持部１０、載置部２１〜２４および隔壁部３１〜３３が相互に直接的に接合されているので、当該研磨加工が容易となる。これにより、真空吸着装置により吸着保持された際の被吸着物の平坦度の向上が図られる。

本実施形態では、内側から奇数番目の載置部２１および２３が第１のスラリー由来の多孔質体であり、内側から偶数番目の載置部２２および２４が第２のスラリー由来の多孔質体であるが、他の実施形態としてこれが逆であってもよい。すなわち、多孔質体２０（または多孔質体２０および支持部１０）が加工処理されることにより、内側から偶数番目の載置部２２および２４に相当する領域を除いて、内側から奇数番目の載置部２１および２３のそれぞれが形成される円形状の穴および円環状の溝が形成されてもよい。

この場合も、底面において緻密質体が（上面視で）環状に露出し、その径方向片側または両側で多孔質体が同一面上で環状に露出し、かつ、当該底面に対して連続する側面において多孔質体が露出するように第２穴および第２環状溝が形成される（図４（ｂ）参照）。そして、当該第２穴および第２環状溝のそれぞれの被溶射面にセラミックス溶射膜３０１〜３０３が形成された後、第２のスラリーが当該第２穴および第２環状溝のそれぞれに充填された上で乾燥され、当該乾燥物が焼成されることによって載置部２１および２３が作製される。

支持部１０の凹部において第２のスラリー由来の載置部に相当する部分に樹脂が配置され、その後で第１のスラリーが当該凹部の残りの部分に充填され、第１のスラリー乾燥物の焼成に際して当該樹脂を焼失させることにより第２環状溝２０２および２０４が形成されてもよい。樹脂にセラミックス粉末等のフィラーを混ぜ、第２環状溝２０２および２０４の成形性を高めることも可能である。

（実施例）
（実施例１）
支持部１０として、径（内径）φ２００［ｍｍ］、高さ（深さ）３５［ｍｍ］の凹部を有し、径（外径）φ２５０［ｍｍ］、高さ（厚さ）５０［ｍｍ］の略有底円筒状のアルミナ緻密質焼結体（熱膨張係数：８．０×１０^-6［Ｋ^-1］）が作製された。

第１のスラリーが、アルミナ粉末（平均粒径１２５［μｍ］）、ほう珪酸ガラス粉末（平均粒径２０［μｍ］、熱膨張係数４０×１０^-7［Ｋ^-1］、軟化点７５０［℃］）および蒸留水が１００：２０：２０の質量比で混合された上でミキサーを用いて混錬されることにより調整された。第１のスラリーが支持部１０の凹部に注入され、真空脱泡後、振動により沈降充填された上で、１００［℃］で乾燥され、当該乾燥物が１０００［℃］で焼成されることにより多孔質体が形成された（図５（ａ）参照）。

当該多孔質体の表面がダイヤモンド砥石により研削され、径φ９９［ｍｍ］の中央載置部２１と、内径φ１２５［ｍｍ］および外径φ１４９［ｍｍ］の環状載置部２３を残すように、第２環状溝２０２および２０４が形成された（図５（ｂ）参照）。この際、側面に対する底面の連続箇所の傾斜度θが９０°になるように、第２環状溝２０２および２０４のそれぞれの形状が調整された（図４（ａ）（ｂ）参照）。第２環状溝２０２および２０４の底面のうち少なくとも第１接合界面Ｐ１を構成する緻密質体の表面粗さＲａが０．９［μｍ］に調整された。

第２環状溝２０２および２０４において被溶射面である側面および当該側面に対する底面の連続箇所に向かって、アルミナ粉末（純度９９．９％、平均粒径３０［μｍ］）がプラズマ溶射されることにより厚さ０．５［ｍｍ］のセラミックス溶射膜３０１〜３０３が形成された（図５（ｃ）参照）。溶射出力は５０［ｋＷ］に制御され、溶射雰囲気はアルゴンおよび水素の混合雰囲気に制御され、ガン変位速度は３００［ｍｍ／ｓ］に制御された。

次に第１のスラリーと同一配合の第２のスラリーが溝に注入され、１００［℃］で乾燥された上で、当該乾燥物が１０００［℃］で焼成されることにより載置部２２および２４に相当する多孔質体が形成された（図５（ｄ）参照）。そして、載置面１００の平坦度が１．０［μｍ］未満となるように研削加工が施され、最終的に厚さ３０［ｍｍ］の実施例１の真空吸着装置が作製された。

（実施例２〜４、６、１４〜１８）
第２環状溝２０２および２０４の底面のうち少なくとも第１接合界面Ｐ１を構成する部分におけるセラミックス緻密質体の表面粗さＲａが（２）１．４［μｍ］、（３）２．１［μｍ］、（４）２．５［μｍ］、（６）３．０［μｍ］、（１４）３．６［μｍ］、（１５）４．０［μｍ］、（１６）４．４［μｍ］、（１７）４．９［μｍ］および（１８）５．５［μｍ］のそれぞれに調節されたほかは、実施例１と同様の条件下で実施例２、３、４、６、１４、１５、１６、１７および１８のそれぞれの真空吸着装置が作製された。

（実施例５、７〜１３）
側面に対する底面の連続箇所の傾斜度θが（５）９２°、（７）８９°、（８）８８°、（９）８６°、（１０）８４°、（１１）８２°、（１２）８０°および（１３）７８°のそれぞれになるように、第２環状溝２０２および２０４のそれぞれの形状が調整されたほかは、実施例６と同様の条件下で実施例５、７、８、９、１０、１１、１２および１３のそれぞれの真空吸着装置が作製された。すなわち、当該実施例は、第２環状溝２０２および２０４の底面のうち少なくとも第１接合界面Ｐ１を構成する部分におけるセラミックス緻密質体の表面粗さが３．０［μｍ］に調節されている。

（比較例）
支持部１０に第１環状溝１０１〜１０３が形成されておらず、底面全体において緻密質体が第２環状溝２０２および２０４が形成され、第２環状溝２０２および２０４の底面のうち少なくとも第１接合界面Ｐ１を構成する部分におけるセラミックス緻密質体の表面粗さＲａが１．０［μｍ］に調節されたほかは、実施例１と同様の条件下で比較例の真空吸着装置が作製された（図６参照）。

（評価方法）
実施例および比較例の真空吸着装置のそれぞれについて、φ５インチのシリコンウエハを吸着させたときの真空度（ゲージ圧）が測定されることにより真空吸着性能が評価された。当該評価結果が各真空吸着装置の特徴量とともに表１に示されている。

表１から次のことがわかる。溝および穴の底面において第１接合界面Ｐ１と第２接合界面Ｐ２（底面Ｐ２２）とが同一面上で連続している実施例１〜１８の真空吸着装置は、溝および穴の側面および底面の連続箇所において第１接合界面Ｐ１と第２接合界面Ｐ２とが垂直に連続している比較例の真空吸着装置よりも吸着性能が高い。観察の結果、比較例の真空吸着装置において、図６に示されているように、隔壁部３１（３２，３３）が、緻密質体１０の端面（横破線参照）および多孔質体２１（２３）の端面（縦破線）の垂直な連続箇所（角部）において局所的に両端面から浮き上がっていることが確認された。これは、前記のように、多孔質体（第１スラリー由来）２１（２３）および緻密質体１０のそれぞれに対するセラミックス溶射膜３０１（３０２、３０３）の密着力が相違することに起因していると考えられる。

第１接合界面Ｐ１におけるセラミックス緻密質体の表面粗さＲａが３．０〜５．０［μｍ］の範囲に含まれる実施例５〜１７の真空吸着装置は、他の実施例の真空吸着装置よりも吸着性能が高い。

第１接合界面Ｐ１におけるセラミックス緻密質体の表面粗さＲａが大きすぎる場合、当該緻密質体に対する溶射膜の密着力は向上するものの、溶射膜の膜厚にばらつきが生じやすくなることに由来して気密性が低下する可能性がある。特に、当該表面粗さＲａが５［μｍ］以上に設定されると、セラミックス緻密質体におけるクラックの発生を誘発する可能性があり、支持部の強度信頼性の観点から好ましくない。

溶射膜による多孔質体のシール面積（両者の接合面積）を必要最小限に抑制する観点から、第２接合界面Ｐ２の側面Ｐ２１と底面Ｐ２２との傾斜度θが７５°以上であることが好ましい。

１０‥支持部、１１‥吸引溝、１２‥吸引孔、２１‥中央載置部、２２〜２４‥環状載置部、３１〜３３‥隔壁部、１０１〜１０３‥第１環状溝、２０２、２０４‥第２環状溝、３０１〜３０３‥セラミックス溶射膜、Ｐ１‥第１接合界面、Ｐ２‥第２接合界面。

Claims (3)

1. 中央載置部およびこれを一重または多重に環状に囲うように配置されている一または複数の環状載置部を含む、セラミックス／ガラス複合多孔質体からなる複数の載置部と、
   前記複数の載置部の間に配置されているセラミックス溶射膜により形成されている一または複数の環状の隔壁部と、
   被吸着物が載置される載置面を構成する上端面を露出させた状態の前記複数の載置部および前記一または複数の隔壁部のそれぞれを支持するように構成され、前記載置部の気孔に連通する吸引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、
   前記セラミックス緻密質体、前記セラミックス／ガラス複合多孔質体および前記セラミックス溶射膜が相互に直接的に接合されることにより構成されている真空吸着装置であって、
   前記セラミックス／ガラス複合多孔質体と前記セラミックス溶射膜との接合界面である第２接合界面が、前記セラミックス緻密質体と前記セラミックス溶射膜との接合界面である第１接合界面に対して平角をなして連続する底面と、前記底面に対して鋭角または直角をなして上方に連続する側面とにより構成されてい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の製造方法であって、
   前記支持部を構成する、凹部および前記凹部に連通する前記吸引孔を有するセラミックス緻密質体を作製する工程と、
   セラミックス粉末と第１のガラスの粉末とを含む第１のスラリーを調製する工程と、
   前記第１のスラリーを前記セラミックス緻密質体の前記凹部に充填したうえで、前記第１のガラスの軟化点以上の温度で焼成してセラミックス／ガラス複合多孔質体を形成する工程と、
   前記セラミックス／ガラス複合多孔質体、または前記セラミックス／ガラス複合多孔質体および前記セラミックス緻密質体に加工を施すことにより、前記複数の載置部のうち内側から奇数番目または偶数番目の載置部に相当する領域を除いて、前記セラミックス緻密質体が露出している底面と、前記セラミックス／ガラス複合多孔質体が露出している環状の側面とを有する第２穴または第２環状溝を形成する工程と、
   前記第２穴または前記第２環状溝の前記側面にセラミックスを溶射することにより前記隔壁部を構成するセラミックス溶射膜を形成する工程と、
   セラミックス粉末と第２のガラスの粉末とを含む第２のスラリーを調製する工程と、
   前記第２のスラリーを前記側面に前記セラミックス溶射膜が形成されている前記第２穴または前記第２環状溝または穴に充填し、前記第２のガラスの軟化点以上の温度で焼成して、セラミックス／ガラス複合多孔質体からなる、前記複数の載置部のうち内側から数えた順位が偶数または奇数の載置部を形成する工程と、を含み、
   前記底面よりも下方に窪んでいる第１穴または第１環状溝を有する前記セラミックス緻密質体を作製し、
   前記側面に対して連続する前記底面の環状部分が、前記第１穴または前記第１環状溝に充填された前記第１のスラリー由来の前記セラミックス／ガラス複合多孔質体が露出している面により構成されるように前記第２穴または前記第２環状溝を形成することを特徴とする方法。
3. 請求項２記載の方法において、
   前記第２穴または第２環状溝の前記底面のうち前記セラミックス緻密質体が露出している部分を、その表面粗さＲａが３．０〜５．０［μｍ］の範囲に収まるように加工することを特徴とする方法。