JP2016012600A

JP2016012600A - 吸着用部材

Info

Publication number: JP2016012600A
Application number: JP2014132386A
Authority: JP
Inventors: 万平田中; Manpei Tanaka
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2016-01-21

Abstract

【課題】ウエハ等の対象物に生じる変形を抑制する。
【解決手段】
平面状の吸着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外壁部、および前記多孔質セラミック体の前記吸着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、前記外壁部は、前記外周面と対向する内周面と、前記吸着面と略面一な上面とを備え、前記吸着面と前記上面とを有して構成された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吸着用部材であって、前記多孔質セラミック体は、前記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吸着用部材を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸着用部材に関する。

従来から、半導体ウエハ等の対象物を固定する治具として、例えば特許文献１に開示されているような、緻密質セラミックスからなる凹部に多孔質セラミックスからなる載置部（吸着部）が形成された吸着用部材がある。図９は従来の吸着用部材１００について説明する概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）はウエハＷ’を吸着した状態における部分断面図である。従来の吸着用部材１００は、多孔質セラミックスからなる吸着部１０３と、この吸着部１０３の周囲に設けられた、外壁部１５１を備えた緻密質セラミックスからなる支持部１０５とを備えている。

特開２０１１−１５１２７７号公報

このような吸着用部材１００にウエハＷ’を載置する場合、ウエハＷ’の周縁の一部は外壁部１５１の上面に載置される場合がある。この場合、このような状態でウエハＷ’が多孔質セラミックスを介して吸引されて、ウエハＷ’が載置面１０７に押し付けられる。ウエハＷ’等の対象物が載置されて吸着される載置面１０７は、吸着部１０３の表面と、支持部１０５の表面とが隣り合った状態となっている。吸着部１０３は多孔質セラミックスからなり、緻密質セラミックスからなる支持部１０５に比べて軟らかい（ヤング率が小さい）。このため、ウエハＷ’が載置面１０７に強い力で引き付けられた場合は、ウエハＷ’が吸い付けられることで生じる変形が、支持部１０５の変形に比べて吸着部１０３の変形の方が大きくなり易い。このため、図９（ｃ）に示すように、吸着している最中のウエハＷ’に、このような変形の大きさの差に起因した段差が形成されてしまうことがある。この段差は、吸着した状態でウエハＷ’に施すプロセス精度のバラつきの原因になったり、ウエハＷ’自体にこのような段差状の痕が形成される（ウエハが変形してしまう）といった不具合を生じることがあった。本願はこのような課題を解決することを目的とする。

本発明の一態様による吸着用部材は、平面状の吸着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外壁部、および前記多孔質セラミック体の前記吸着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、前記外壁部は、前記外周面と対向する内周面と、前記吸着面と略面一な上面とを備え、前記吸着面と前記上面とを有して構成された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吸着用部材であって、前記多孔質セラミック体は、前記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。

本発明の一態様による吸着用部材は、吸着状態においてウエハ等の対象物に生じる変形を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る吸着用部材を示す斜視図である。（ａ）は、図１の吸着用部材を示す上面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ１−Ａ１線における断面図である。（ａ）は図１の吸着用部材に対象物を吸着させた状態を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大断面図であり、（ｃ）は吸着部のヤング率の分布を（ｂ）に対応させて示している。図１の吸着用部材の吸着部の断面を拡大して模式的に表した拡大断面図である。図２（ｂ）のＤ部の拡大図である。（ａ）〜（ｃ）は、図１の吸着用部材の製造方法の一実施形態の一部の工程の断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、図１の吸着用部材の製造方法の一実施形態の一部の工程の断面図であり、図６（ａ）〜（ｃ）に続く工程について示している。（ａ）および（ｂ）は、吸着用部材の製造方法の他の実施形態について説明する断面図である。（ａ）は、従来の吸着用部材を示す上面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）はウエハＷ’を吸着させた状態の断面図である。

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。

吸着用部材は、対象物を吸着する際に用いられる。吸着用部材１ａは、平面状の吸着面２を有する多孔質セラミック体（吸着部３）と、多孔質セラミック体（吸着部３）の外周面３αを囲んだ外壁部５１、および多孔質セラミック体（吸着部３）の吸着面２と反対側の面２１と当接するベース面を６１有する緻密質セラミック体（支持部材５）とを備えている。外壁部５１は、外周面３αと対向する内周面６α、吸着面２と略面一な上面８とを備え、吸着面２と上面８とを有して構成された載置面７に載置した対象体Ｗを、多孔質セラミック体（吸着部３）を介して真空吸着する。

図４に示すように、吸着部３は、複数のセラミック粒子１１と、セラミック粒子１１同士を結合するガラス１２とを含む。吸着部３は、多孔質セラミックスからなり、複数の連通孔（図４において１３で示される）を含む。このとき、吸着部３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、吸着部３の平均気孔径は、２０−１００μｍの範囲内であることが好ましい。

セラミック粒子１１の材質は、アルミナ、または炭化珪素のいずれかを主成分とすることが好ましい。ガラスは、硼珪酸ガラスなどを用いることができる。ガラス１２の融点は、セラミック粒子の融点よりも４００℃以上低いことが好ましい。例えば、ガラス１２の融点は、６００−１３００℃であることが好ましい。

支持部５は、アルミナなどの緻密質セラミックスからなる。吸着部３に含まれるセラミック粒子１１と支持部５の材質は同じであること、特に、支持部５は、アルミナを主成分とするセラミックスからなることが好ましい。支持部５の気孔率は０．１％以下が好ましい。支持部５は、複数の吸引孔６を有する。吸引孔６の開口は、ベース面６１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、吸着部３の内部の空気が吸引されて、載置面７に載置した対象体Ｗが載置面７に吸着される。

本実施形態の吸着用部材１ａでは、多孔質セラミック体（吸着部３）は、外周面３α近傍における密度が、載置面７の重心位置近傍の密度に比べて大きい。

吸着部３の密度とは例えばＪＩＳ規格Ｒ１６３４に規定される「かさ密度」で表される。かさ密度の測定は、このＪＩＳ規格Ｒ１６３４に記載された方法（いわゆるアルキメデス法）によって行えばよい。具体的には、測定したい部分について、容積が０．４ｃｍ^３以上となるように試料を切り出し、この試料についてＪＩＳ規格Ｒ１６３４に記載された方法でかさ密度を測定すればよい。なお、外周面３α近傍とは、吸着部３の、外周面３αからの距離が２０ｍｍ以内の領域をいう。

吸着部３の密度は、セラミック粒子１５の充填具合に応じて決まる。吸着部３の密度が比較的大きい領域は、同一体積内にセラミック粒子１１が比較的多く充填されている。このような密度が比較的大きい領域は、外部から力が加わった場合も、１つ１つのセラミック粒子１１が移動し難く、ヤング率が比較的大きくなっている。本実施形態の吸着用部材１ａでは、多孔質セラミック体（吸着部３）は、外周面３α近傍における密度が、載置面７の重心位置近傍の密度に比べて大きくなっており、ひいては、外周面３α近傍におけるヤング率が、載置面７の重心位置近傍のヤング率に比べて大きく（すなわち変形し難く）なっている。本実施形態の吸着用部材１ａでは、吸着部３の密度を外周面３αの近傍で比較的高くし、外周面３αの近傍における吸着部３のヤング率が、緻密質セラミックスからなる外壁部５１のヤング率と略同等となっている。このため、吸引孔６から空気を吸引すして吸着部３の内部の空気を吸引し、載置面７に載置した対象体Ｗを載置面７に吸着した場合も、ウエハＷが吸い付けられることで生じる支持部５（外壁部５１）の変形の大きさと、ウエハＷが吸い付けられることで生じる吸着部３の変形の大きさとの差が小さくなっている。本実施形態の吸着用部材１ａを用いることで、吸着した状態でのウエハＷの変形を抑制することができる。

吸着部３は、外周面３α近傍に、載置面７の重心位置Ｇの側から外周面３αの側に近づくにしたがって密度が大きくなる密度漸増領域２０を有する。このような密度漸増領域２０を有するので、図３（ｃ）に示すように吸着部３のヤング率が載置面７の重心位置Ｇに向かってなだらかに低減しており、ウエハＷの変形が抑制されている。

本実施形態の吸着用部材１ａでは、吸着部３の外周面３αと支持部材６の内周面６αとが直接当接している。例えば吸着部３の外周面３αと支持部材６の内周面６αとの当接部分において、外周面３αと内周面６αとの境界部分に間隙や接合層等が存在していると、この部分のヤング率が低くなり易いが、本実施形態の吸着用部材１ａでは外周面３αと内周面６αとが直接当接しているので、このような境界部分におけるヤング率の局所的な低減が抑制されている。

図５に示すように、吸着用部材１ａは、吸着部３の下面２１と支持部５のベース面６１との間に、下面２１とベース面６１とを接合するためのガラス層９が配置されている。ガラス層９によって吸着部３と支持部５との接合強度が比較的高くなっている。

支持部５の下方には、吸着用部材１ａを支持し、固定するための固定ベース（不図示）が備えられる。支持部５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７１にボルト等を介して連結、固定される。

吸着用部材１ａは、吸着部３のガラス１２の含有量が３−１４質量％であることが好ましい。このような吸着用部材１ａは、セラミック粒子１１の脱粒をさらに抑制することができる。ガラス１２の含有量が３質量％以上であると、セラミック粒子１１同士の結合力を十分に高めることができる。一方、ガラス１２の含有量が１４質量％以下であると、セラミック粒子１１を結合しているガラス１２の剥離を抑制することができ、結果として、セラミック粒子１１の脱粒を抑制することができる。

吸着用部材１ａは、セラミック粒子１１の粒径の標準偏差σが５０μｍ以下であることが好ましい。これによって、セラミック粒子１１の脱粒を特に抑制することができる。この理由は、セラミック粒子１１の粒径の標準偏差σが５０μｍ以下であると、セラミック粒子１１の粒径ばらつきが小さいので、ガラス１２によるセラミック粒子１１同士の結合力のばらつきが小さくなるためである。

標準偏差σは、吸着部３を平面研磨し、顕微鏡などを用いて研磨面に観察されるセラミック粒子１１の大きさを多数測定して求めることができる。この場合、研磨面の観察とともに、Ｘ線マイクロアナライザー等を用いた研磨面の組成分析を行うとよい。このように組成分析を行うと、セラミック粒子１１とガラス１２とを判別することがより容易となる。すなわち、ガラス１２がセラミック粒子１１の周囲に存在するなどして、観察だけではセラミック粒子１１とガラス１２との判別が困難な場合にも、組成分析を行うと判別が容易となり、セラミック粒子１１の標準偏差σをより容易に求めることができる。なお、標準偏差σは、後述の原料におけるセラミック粉末のみの粒径分布から予め測定しても同じ値が得られる。

本実施形態の吸着用部材１ａの製造方法の一実施形態について説明する。

（１）図６（ａ）に示すように、緻密質のセラミック焼結体からなる支持部５を準備する。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。

この支持部５は、外壁部５１で囲まれた凹部が上を向くように、載置台７２上に載置されている。この載置台７２の外周部における一部およびこの一部に対称な位置にある他の一部のそれぞれに、振動体７３、７３´が１つずつ設置されている。図６（ａ）においては、載置台７２の外周部の下面に振動体７３、７３´が設置されている。

（２）図６（ｂ）に示すように、外壁部５１で囲まれた凹部８５の内部に原料７４を供給し、凹部８５に原料７４を充填する。より具体的には本実施形態においては、外壁部５１で囲まれた凹部８５の底面のみにガラスペーストを塗布した後に、凹部８５に原料７４を供給する。このガラスペーストは、ガラス粉末と有機溶媒を含んでいる。ガラスペーストの塗布厚みは、４０〜２００μｍが好ましい。

原料７４は、平均粒径５０〜２５０μｍのアルミナ粒子からなるセラミック粉末、ガラス粉末、水およびバインダーが混合されて作成されている。アルミナ粉末とガラス粉末との割合は、アルミナ粉末が１００質量％としたときに、ガラス粉末が５〜１０質量％である。原料７４に含まれるガラス粉末は、平均粒径が４〜４０μｍ、軟化点が７５０〜９４０℃である。水は、セラミック粉末およびガラス粉末の合計１００質量部に対して、５〜１０質量部である。なお、水の代わりに他の水溶性溶剤を用いても構わない。原料７４は、固形粒子の集合物であり、その安息角は、概ね２５〜４５°である。すなわち、原料１４はスラリーほど流動性の高いものではない。本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、外壁部５１で囲まれた凹部８５の中心部分に近づくにしたがって厚さが厚くなるように原料７４を供給しておく。なお、凹部８５の中心部分とは、平面視した際の凹部８５の形状の重心位置に対応する。

（３）図６（ｃ）に示すように、金型などの加圧部材７７を用いて凹部８５内の原料７４を凹部８５の底面に向かって下方向に加圧して、原料７４を圧縮する。この加圧により、図７（ａ）に示すように、凹部８５の内部において成形体７８が形成される。この圧縮では、加圧部材７７によって加圧後の原料７４の上面が平坦になるように圧縮が進む。凹部８５の中心部分に近づくにしたがって厚く塗布されていた原料７４の各粒子（粉末）は
、中心部分から外側（すなわち外壁部５１に近づく側）に向かって移動するように圧力がかかる。外壁部５１にぶつかることでセラミック粒子の移動は止まるので、外壁部５１の近傍では、凹部８５の中央部分に比べて、セラミック粒子の密度が大きくなる。

なお本実施形態においては、原料７４を加圧する際に、原料７４を上下に振動させる。振動の振幅は、例えば０．１〜２ｍｍであり、加圧時の圧力は、例えば１０〜５００ＭＰａである。この振動によって原料７４中のセラミック粒子およびガラス粒子を流動させることができる。

載置台７２は、上述した２つの振動体７３、７３´それぞれから振動を与えることによって、上下に振動させることができる。このように載置台７２に振動を与えているため、載置台７２の外周部において対称な位置にある２つの振動体７３、７３´それぞれが、横方向への振動を互いに打ち消しあうため、載置台７２を上下方向のみに振動させることができる。

（４）図７（ｂ）に示すように、成形体７８を加熱（熱処理）して吸着部３にする。この際、成形体７８中の水分が蒸発し、さらに、ガラス粒子を溶融しつつ互いにつながって、ガラス１２でセラミック粒子１１同士が接続される（図４等参照）。上述のように加熱前の段階で、凹部５１の中央部分に比べて外壁部５１の近傍の方がセラミック粒子の密度が大きくなっているので、加熱処理後に形成された吸着部３では、外周面３α近傍における密度が、載置面７の重心位置近傍の密度に比べて大きくなる。

ここで、熱処理温度は、ガラス粒子が軟化する温度、すなわちガラス粒子の軟化点以上の温度であり、好ましくは９００〜１３００℃である。この熱処理温度は、ガラス１２が流動する温度によって適宜設定される。セラミック粒子１１は、この熱処理によって焼結せず、粒成長することもないため、熱処理しても得られる熱処理体の体積が熱処理前後で実質的に変化しない。

また、凹部８５の底面に塗布されたガラスペーストに含まれるガラス粒子は、成形後の熱処理によって軟化し、成形体７８中のセラミック粒子１１と接続する。ガラスペーストに含まれるガラス粒子と成形体７８中に含まれるガラス粒子は互いに溶融し合うため、凹部８５の底面と成形体７８との界面に存在するセラミック粒子１１がガラスによって強固に接続する。その結果、凹部８５の底面と吸着部３との隙間を低減できる。

（５）図７（ｃ）に示すように、吸着面２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７９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。研磨後、支持部５の外壁部５１の上面８と吸着部３の上面２とは面一になる。このような工程を経て、吸着用部材１ａを作製することができる。

このような製造方法を経て作製した吸着用部材１ａについて、吸着部３の外周面３α近傍の密度と、吸着部３の載置面７の重心位置近傍の密度とを、それぞれ２箇所ずつ測定した結果、外周面３α近傍の密度は約２．５５〜２．６５（ｇ／ｃｍ^３)であり、重心位置
近傍の密度は約２．４０〜２．４５（ｇ／ｃｍ^３)であり、重心位置近傍の密度に比べて
、外周面３α近傍の密度が高いことが確認できた。

本実施形態の吸着用部材１ａの製造方法の他の実施形態についても説明しておく。図８は、吸着用部材１ａの製造方法の他の実施形態について説明する図であり、図８（ａ）は上述の実施形態の図６（ｂ）に対応する工程について示し、図８（ｂ）は図８（ａ）の直後の工程について示している。

この実施形態では、図６（ａ）と同様の工程の後、図８（ａ）に示すように、外壁部５１で囲まれた凹部８５の内部に原料７４を供給し、凹部８５に原料７４を充填する。この際、原料７４の厚みは凹部８５内全体で略均一としておく。次に、図８（ｂ）に示すように、充填した原料７４に対して、外壁部５１近傍部分に棒状部材９１を差し込み、差し込んだ状態で外壁部５１に沿ってその棒状部材９１を移動させる。すなわち、外壁部５１近傍における原料7４を掻き混ぜるような処理を行う。このように掻き混ぜる処理をするこ
とで原料7４に含まれるそれぞれのセラミック粒子は、より充填率が高くなる位置に移動
していく。この結果、この掻き混ぜた処理の後の原料７４では、外壁部５１の近傍におけるセラミック粒子の密度が比較的高くなっている。図８（ｂ）に示す工程の後、図６（ｃ）〜図７（ｃ）に対応する工程を施すことで、外周面３α近傍における密度が、載置面７の重心位置近傍の密度に比べて大きくなっている吸着部３を備える吸着用部材１ａを得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。

１ａ吸着用部材
２吸着面
３多孔質セラミック体（吸着部）
３α 外周面
５緻密質セラミック体（支持部材）
６α 内周面
７載置面
８上面
１１セラミック粒子
１２ガラス
１３連通孔
５１外壁部

Claims

平面状の吸着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外壁部、および前記多孔質セラミック体の前記吸着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、
前記外壁部は、前記外周面と対向する内周面と、前記吸着面と略面一な上面とを備え、前記吸着面と前記上面とを有して構成された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吸着用部材であって、
前記多孔質セラミック体は、前記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吸着用部材。
前記多孔質セラミック体は、複数のセラミック粒子と、前記セラミック粒子同士を結合するガラスとを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の吸着用部材。
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請求項１または２記載の吸着用部材。
前記多孔質セラミック体は、前記外周面近傍に、前記載置面の重心位置の側から前記外周面の側に近づくにしたがって前記密度が大きくなる密度漸増領域を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の吸着用部材。
前記多孔質セラミック体は、前記外周面近傍におけるヤング率が、前記載置面の重心位置近傍のヤング率に比べて大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれに記載の吸着用部材。