JP2015211099A - 真空チャック部材および真空チャック部材の製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】 載置面に載置した対象体の表面位置の精度を高精度に制御する。
【解決手段】 平面状の載置面を有する多孔質セラミック体と、前記多孔質セラミック体の外周面を囲んだ、前記外周面と対向する内周面を備える外壁部、および前記多孔質セラミック体の前記載置面と反対側の面と当接するベース面を有する緻密質セラミック体とを備え、前記載置面に載置した対象体を前記多孔質セラミック体を介して真空吸着するための真空チャック部材であって、前記外周面と前記内周面とが、直接当接していることを特徴とする真空チャック部材を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空チャック部材および真空チャック部材の製造方法。

従来、半導体製造装置等で用いる、半導体ウエハを固定する治具として、緻密質セラミック体からなる支持部の凹部に半導体ウエハを載置する載置部が設けられた真空チャック部材がある（例えば、特許文献１参照）。この載置部は、例えば多孔質セラミック体を主成分とし、この載置部を介して半導体ウエハを吸引することにより、載置部上に半導体ウエハを吸着させて固定することができる。このような真空チャック部材は、例えば緻密質セラミック体からなる支持部の凹部にガラスペーストを塗布し、その後に予め作製した多孔質体からなる載置部を凹部にはめ込み、ガラスペーストを溶融させた後に冷却して固化したガラスペーストを接合層として、緻密質セラミック体からなる支持部と多孔質体からなる載置部とが接合されて形成されている。

特開２０１０−２０５７８９号公報

このような従来の真空チャック部材では、ガラスペーストを一旦溶融させるので、溶融したガラスペーストの厚さ分布等を高精度に制御することが難しい。例えば半導体製造装置では、半導体ウエハの位置をナノメートル（ｎｍ）レベルの精度で制御することが求められており、半導体ウエハを載置する載置部の形状精度も高い精度が求められている。固化したガラスペーストからなる接合層に厚さ分布が存在したり、局所的な凹凸が存在する場合は、この接合層を介して載置部にかかる圧力に大きさの分布が生じたり、局所的に強い力がかかることになる。その結果、載置部にかかる力の分布が大きくなったり、局所的に大きな力がかかる場合があるが、このような力に起因した載置部の変形量の制御が難しい。このため、このような場合には、載置部に吸着した半導体ウエハの表面の位置精度をナノメートルレベルでは制御できないといった課題があった。また、例えば半導体製造装置ではまた、載置部ひいては載置部に載置した半導体ウエハの温度や温度分布を高精度に制御する必要があるが、厚さ分布等を正確に把握することができない接合層が支持部と載置部との間に介在することで、載置部ひいては載置部に載置した半導体ウエハの温度や温度分布を高精度に制御することが難しいといった課題もあった。

また、真空チャック部材は、繰り返し使用することで、多孔質体からなる載置部の孔が目詰りする場合も多い。しかし従来の真空チャック部材は、ガラスペースト等からなる接合層によって支持部に載置部が強固に接合されており、多孔質体からなる載置部を取り外して充分に洗浄することが難しかった。結果、真空チャック部材を継続的に使用した場合、載置部の孔の目詰りによって真空チャック部材の吸着力（ウエハの保持力）が徐々に低下していっても、吸着力が低下していく真空チャック部材を使い続ける必要があるといった問題があった。

本発明は、平面状の載置面を有する多孔質セラミック体と、前記多孔質セラミック体の外周面を囲んだ、前記外周面と対向する内周面を備える外壁部、および前記多孔質セラミック体の前記載置面と反対側の面と当接するベース面を有する緻密質セラミック体とを備え、前記載置面に載置した対象体を前記多孔質セラミック体を介して真空吸着するための真空チャック部材であって、前記外周面と前記内周面とが、直接当接していることを特徴とする真空チャック部材を提供する。

また、平面状の載置面を有する多孔質セラミック体と、前記多孔質セラミック体の外周面を囲んだ、前記外周面と対向する内周面を備える外壁部、および前記多孔質セラミック体の前記載置面と反対側の面と当接するベース面を有する緻密質セラミック体とを備え、前記載置面に載置した対象体を前記多孔質セラミック体を介して真空吸着するための真空チャック部材の製造方法であって、前記緻密質セラミック体を加熱して熱膨張させる工程と、熱膨張した状態の前記緻密質セラミック体の、前記内周面と前記ベース面とで囲まれた領域に、前記緻密質よりも低温度の前記多孔質セラミック体を配置する工程と、前記緻密質セラミック体の温度を降温させて前記緻密質セラミック体と前記多孔質セラミック体の温度を均一化させることで前記緻密質セラミック体の膨張を緩和させて、前記外周面と前記内周面とが直接当接した真空チャック部材を得る工程とを有することを特徴とする真空チャック部材の製造方法を併せて提供する。

また、平面状の載置面を有する多孔質セラミック体と、前記多孔質セラミック体の外周面を囲んだ、前記外周面と対向する内周面を備える外壁部、および前記多孔質セラミック体の前記載置面と反対側の面と当接するベース面を有する緻密質セラミック体とを備え、前記載置面に載置した対象体を前記多孔質セラミック体を介して真空吸着するための真空チャック部材の製造方法であって、前記多孔質セラミック体を冷却して熱収縮させる工程と、前記多孔質セラミック体よりも高温度の前記緻密質セラミック体の、前記内周面と前記ベース面とで囲まれた領域に、熱収縮した状態の前記多孔質セラミック体を配置する工程と、前記多孔質セラミック体の温度を昇温させて前記緻密質セラミック体と前記多孔質セラミック体の温度を均一化させることで前記多孔質セラミック体の収縮を緩和させて、前記外周面と前記内周面とが直接当接した真空チャック部材を得る工程とを有することを特徴とする真空チャック部材の製造方法を併せて提供する。

本発明の真空チャック部材によれば、載置面に載置した対象体の表面位置の精度を高精度に制御することができる。また、載置面に載置した対象体の温度分布を高精度に制御することもできる。また、載置面を有する多孔質セラミック体のみを取り外して洗浄することができるので、比較的長期間にわたって高い吸着力を維持したまま真空チャック部材を継続して使用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る真空チャック部材を示す斜視図である。 （ａ）は、図１の真空チャック部材を示す上面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ１−Ａ１線における断面図である。 図１の真空チャック部材に対象物を吸着させた状態を示す断面図である。 本発明の真空チャック部材の他の実施形態について説明する概略断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、図１の吸着用部材の製造方法を模式的に示した図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の真空チャック部材の一実施形態である真空チャック部材１の概略斜視図であり、図２（ａ）は概略上面図、図２（ｂ）は概略断面図である。また図３は、図１の真空チャック部材に対象体Ｗを吸着させた状態を示す断面図である。真空チャック部材１は、平面状の載置面２αを有する多孔質セラミック体２（以降、載置部２ともいう）と、載置部２の外周面２ａを囲んだ、外周面２ａと対向する内周面４ａを備える外壁部４１、および載置部２の載置面２αと反対側の面２β（下面２βともいう）と当接するベース面４αを有する緻密質セラミック体４（以降、支持部４ともいう）とを備え、載置面２αに載置した対象体Ｗを載置部２を介して真空吸着するための部材であって、外周面２ａと内周面４ａとが直接当接している。

支持部４は、アルミナなどの緻密質セラミック体からなる。支持部４の気孔率は０．１％以下が好ましい。支持部４には、複数の吸引孔６が設けられている。吸引孔６の開口はベース面４αに設けられている。よって、吸引孔６から空気を吸引すると、載置部２の内部の空気が吸引されて、載置部２の載置面２αに載置された対象物Ｗが、載置面２αに吸着される。支持部材４にはまた、純水などの液体や気体などの冷却用流体が流れる流路９が設けられている。流路９は真空チャック部材１の温度ひいては載置面２αに載置さいた対象体Ｗの温度を制御するものである。この流路９は、図示しない流体供給手段と図示しない流体回収手段とに接続している。真空チャック部材１は、対象体Ｗの温度制御の自由度と精度とを上げる観点で流路９を備えておくことが好ましいが、流路９を必ずしも備えている必要はない。

なお、支持部４の下方には、真空チャック部材１を支持して固定するための固定ベース（不図示）が備えられる。支持部４と固定ベース（不図示）とは、例えば、等間隔に設置された取り付け穴７にボルト等を介して連結、固定される。

載置部２は図示しない複数の連通孔を備えている。載置部２の気孔率は２５〜５０体積％の範囲内であることが好ましい。また、載置部２の平均気孔径は、２０〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。

本実施形態の真空チャック部材１は、外周面２ａと内周面４ａとが直接当接しており、外周面２ａと内周面４ａとの間に例えばガラスペースト等の接合部材が存在していない。このため、接合層の厚さのばらつきに起因した載置部２内の応力分布の発生がなく、載置部２には支持部４の内周面４ａから均等な圧力がかかっている状態となっている。このため、制御できない圧力分布や局所的な圧力に起因した、制御できない（すなわち、設計の範囲を越える）載置部２の変形等は抑制されている。また、載置部２は支持部４と当接する外周面２ａ近傍における密度が、載置面２αの重心位置近傍Ｇの密度に比べて大きい。これは、例えば載置部２の外周面２ａが内周面４ａによって押圧されることで、載置部２の外周面２ａの近傍のセラミック粒子同士の距離が近づくことで起きる。外周面２ａ近傍における密度が、載置面２αの重心位置（すなわち中心位置）近傍の密度に比べて大きいことで、衝撃等が加わりやすい外周面２ａ近傍の機械的強度が強くなり、この外周面２ａ近傍からのパーティクル脱落等が抑制されている。このように、本実施形態の真空チャック部材１では、載置面２αに載置した対象体Ｗの表面位置の精度を高精度に制御することができる。また、ガラスペースト等の接合層やこの接合層の厚さ分布等が存在していないので、載置面２αに載置した対象体Ｗの温度分布を高精度に制御することもできる。

また、真空チャック部材１では、外周面２ａが凹部２５を有し、内周面４ａが凹部２５に対応する形状の凸部４５を有している。これにより、載置部２と支持部４との位置ずれ等が抑制されている。特に真空チャック部材１では、凸部４５は内周面４ａの上方端に沿って連続して形成されている。凸部４５が内周面４ａの上方端にあるので、載置部２はこの凸部４５に引っかかる状態となり、支持部４から図中上側に外れ難くなっている。

図４は本発明の真空チャック部材の他の実施形態について示している。図４に示すように、外周面２ａに凸部２５を有し、内周面４ａに凹部４６を有していてもよい。凸部４５
や凸部２５等の形状は特に限定されず、例えば外周面２ａの一部分にのみ凸部２５を備えてもよいし、内周面４ａの一部分に凸部４５を備えていてもよい。また、載置部２を支持部４に対して回転させることで、凸部２５や凸部４５が、凹部４６や凹部２６に噛み合うような構成としてもよい。外周面２aや内周面４ａの形状は、特に限定されない。

次に、本発明の真空チャック部材の製造方法の一実施形態について、真空チャック部材１の製造方法を例として説明する。本実施形態の真空チャック部材の製造方法は、支持部４を加熱して熱膨張させる工程と、熱膨張した状態の支持部４の、内周面４ａとベース面４αとで囲まれた領域に、支持部４よりも低温度の載置部２を配置する工程と、支持部４の温度を降温させて支持部４と載置部２の温度を均一化させることで支持部４の膨張を緩和させて、外周面２ａと内周面４ａとが直接当接した真空チャック部材１を得る工程とを有する。

以下、各工程について説明する。図５（ａ）〜（ｅ）は、本発明の真空チャック部材の製造方法の一実施形態について説明する概略断面図である。まず、図５（ａ）に示すように、緻密質セラミック体４（支持部４）と多孔質セラミック体２（載置部２）とを準備する。支持部４には、予め吸引孔６が設けられている。吸引孔６の開口はベース面４αに設けられている。なお、図５（ｂ）以降の図では、吸引孔６の符号を省略する。吸引孔６には、この時点で、高温になると蒸発する有機物が充填されている。この有機物は、後述する熱処理時に蒸発し、その結果、吸引孔６が空洞になる。支持部４の内周面４ａと載置部２の外周面２ａとは、研削装置や研磨装置等で形状が調整されている。

次に、図５（ｂ）に示すように、支持部４を加熱炉等に導入して支持部４を昇温させて支持部４を熱膨張させる。例えば、支持部４を加熱して１００℃〜２００℃程度まで昇温させる。この加熱によって支持部４は熱膨張し、内周面４ａの直径は加熱前に比べて大きくなる。

次に、図５（ｃ）に示すように、熱膨張した状態の支持部４を加熱炉から取り出し、内周面４ａとベース面４αとで囲まれた領域に、支持部４よりも低温度の載置部２を配置する。載置部２の外径２ａの直径の大きさは、支持部４が熱膨張した状態では、支持４の内周面４ａの直径の大きさよりも小さくなるように設定されている。

次に、支持部４の温度を降温させて支持部４と載置部２の温度を均一化させることで支持部４の膨張を緩和させる。この降温させる処理は、特に冷却装置等を用いずに、例えば室温環境下に置いておくだけでもよい。この結果、図５（ｄ）に示すように、内周面４ａの直径は降温前に比べて小さくなり、内周面４ａと外周面２ａとが当接し、さらに外周面２ａによって内周面４ａが締め付けられ、物理的に強固に締結される。

この後、載置面２αが所定の平面度となるように、研磨加工する。研磨の際に用いる砥石は、例えばダイヤモンド砥石でダイヤモンドの粒径の番手は、例えば＃２３０（粒径６８μｍ）である。研磨しろは、０．５〜２ｍｍ程度である。研磨によって、図５（ｅ）に示すように、支持部４の上面と載置部２の載置面２αは面一になる。このような工程を経て、真空チャック部材１を製造することができる。

本発明の製造方法はこの実施形態に限定されない。例えば、多孔質セラミック体２（載置部２）を冷却して熱収縮させる工程と、載置部２よりも高温度の支持部４の、内周面４ａとベース面４αとで囲まれた領域に、熱収縮した状態の載置部２を配置する工程と、載置部２の温度を昇温させて支持部４と載置部２の温度を均一化させることで支持部４の収縮を緩和させて、外周面２ａと内周面４ａとが直接当接した真空チャック部材１を得る工程とを有する製造方法であってもよい。この場合、支持部４は室温（約２０℃）に維持し
たままで、載置部２を冷却装置を用いて例えば１０℃〜−５０℃程度に冷却して、載置部２を熱収縮させて外周面２ａの直径を予め小さくしておき、冷却したままの状態で支持部２の内周面４ａに囲まれた領域に載置部２を配置する。この状態で全体を例えば室温雰囲気に配置して、冷却されていた載置部２の温度を上昇させて支持部４と同じ温度とすると、内周面４ａの直径は降温前に比べて大きくなり、内周面４ａと外周面２ａとが当接し、さらに外周面２ａによって内周面４ａが締め付けられ、物理的に強固に締結される。

上述した各実施形態の製造方法で製造した真空チャック部材は、ガラスペースト等の接合層を用いずに支持部４と載置部２とが接合されているので、例えば支持部４を集中的に加熱して載置部２に比べて支持部４の温度を高くし、内周面４ａの直径を選択的に大きくすることで、載置部２を支持部４から比較的容易に取外すことができる。このような製造方法で製造された真空チャック部材１は、載置面２αを有する多孔質セラミック体２（載置部２）のみを取り外して洗浄することができるので、比較的長期間にわたって高い吸着力を維持したまま真空チャック部材１を継続して使用することができる。

以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限定されるものでない。本発明は、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なってもよいのはもちろんである。

１ 真空チャック部材
２ セラミック体（載置部）
２ａ 外周面
２α 載置面
４ 緻密質セラミック体（支持部）
４ａ 内周面
４α ベース面
６ 吸引孔
９ 流路

Claims (6)

1. 平面状の載置面を有する多孔質セラミック体と、
   前記多孔質セラミック体の外周面を囲んだ、前記外周面と対向する内周面を備える外壁部、および前記多孔質セラミック体の前記載置面と反対側の面と当接するベース面を有する緻密質セラミック体とを備え、
   前記載置面に載置した対象体を前記多孔質セラミック体を介して真空吸着するための真空チャック部材であって、
   前記外周面と前記内周面とが、直接当接していることを特徴とする真空チャック部材。
2. 前記多孔質セラミック体は、前記緻密質セラミック体と当接する外周面近傍における密度が、前記載置面の重心位置近傍の密度に比べて大きいことを特徴とする請求項１記載の真空チャック部材。
3. 前記外周面が凸部を有し、前記内周面が前記凸部に対応する形状の凹部を有することを特徴とする請求項１または２記載の真空チャック部材。
4. 前記外周面が凹部を有し、前記内周面が前記凹部に対応する形状の凸部を有することを特徴とする請求項１または２記載の真空チャック部材。
5. 平面状の載置面を有する多孔質セラミック体と、
   前記多孔質セラミック体の外周面を囲んだ、前記外周面と対向する内周面を備える外壁部、および前記多孔質セラミック体の前記載置面と反対側の面と当接するベース面を有する緻密質セラミック体とを備え、
   前記載置面に載置した対象体を前記多孔質セラミック体を介して真空吸着するための真空チャック部材の製造方法であって、
   前記緻密質セラミック体を加熱して熱膨張させる工程と、
   熱膨張した状態の前記緻密質セラミック体の、前記内周面と前記ベース面とで囲まれた領域に、前記緻密質よりも低温度の前記多孔質セラミック体を配置する工程と、
   前記緻密質セラミック体の温度を降温させて前記緻密質セラミック体と前記多孔質セラミック体の温度を均一化させることで前記緻密質セラミック体の膨張を緩和させて、前記外周面と前記内周面とが直接当接した真空チャック部材を得る工程とを有することを特徴とする真空チャック部材の製造方法。
6. 平面状の載置面を有する多孔質セラミック体と、
   前記多孔質セラミック体の外周面を囲んだ、前記外周面と対向する内周面を備える外壁部、および前記多孔質セラミック体の前記載置面と反対側の面と当接するベース面を有する緻密質セラミック体とを備え、
   前記載置面に載置した対象体を前記多孔質セラミック体を介して真空吸着するための真空チャック部材の製造方法であって、
   前記多孔質セラミック体を冷却して熱収縮させる工程と、
   前記多孔質セラミック体よりも高温度の前記緻密質セラミック体の、前記内周面と前記ベース面とで囲まれた領域に、熱収縮した状態の前記多孔質セラミック体を配置する工程と、
   前記多孔質セラミック体の温度を昇温させて前記緻密質セラミック体と前記多孔質セラミック体の温度を均一化させることで前記多孔質セラミック体の収縮を緩和させて、前記外周面と前記内周面とが直接当接した真空チャック部材を得る工程とを有することを特徴とする真空チャック部材の製造方法。

Images