JP2016037519A - シリコーンゴム接着方法及びその接着方法を用いた装置製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤を用いることなく、強固な接着を実現でき、しかも、導電性と耐熱性に優れたシリコーンゴム２接着方法及びその接着方法を用いた装置製造方法を提供する。【解決手段】シリコーンゴム接着方法は、第１工程Ｓ１と第２工程Ｓ２と第３工程Ｓ３とで成る。第１工程Ｓ１は、シリコーンゴム２を無機材料の基材３に載置する工程である。シリコーンゴム２は、微粘着性、いわゆるタック性を有している。基材３は、無機材料であるシリカ、アルミナ、ガラスのいずれかの材料で形成されている。第２工程Ｓ２は、シリコーンゴム２と基材３を所定温度に加熱する工程である。具体的には、シリコーンゴム２が載置された基材３を、範囲１００?Ｃ〜２６０?Ｃ内の温度で加熱する。第３工程Ｓ３は、第２工程Ｓ２を実行後、加熱した基材３を冷却する工程である。【選択図】図１

Description

この発明は、シリコーンゴムを所定の基材の上に接着するシリコーンゴム接着方法及びその接着方法を用いた装置製造方法に関するものである。

一般に、シリコーンゴムは、半導体製造工程において使用される粘着チャックやクリーニングウェハ等に用いられている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。
例えば、粘着チャックは、シリコーンゴムを、中間層及び接着剤を介して、アルミニュウム等の基材上に接着した構造になっており、クリーニングウェハは、シリコーンゴムを、中間層及び接着剤を介して、シリコンウェハ等の基材上に接着した構造になっている。そして、エポキシ樹脂等の樹脂製接着剤を、接着剤として使用していた。

特開２０１３−０５５０９３号公報 特開２００９−１１７４４０号公報

しかし、上記した従来の技術では、次のような問題がある。
シリコーンゴムをアルミニュウムやシリコンウェハ等の基材に接着させることができる接着剤の種類は、限定的であり、どの種類の接着剤を使用するかの選定が難しかった。
また、エポキシ樹脂等の接着剤は、シリコーンゴムに対する接着性が弱いため、接着工程において、大きな圧力で、シリコーンゴムの上からプレスすることで、シリコーンゴムと接着剤との接着性を高めなければならなかった。しかし、この場合には、大きな圧力が加えられたシリコーンゴムが、永続的に変形してしまうという問題があった。
また、エポキシ樹脂等の接着剤は、絶縁性が高いため、シリコーンゴムと基材との間の導電性を確保することができなかった。
さらに、エポキシ樹脂等の接着剤は、２００℃よりもかなり低い温度で変性してしまい、耐熱性に劣るという問題があった。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、接着剤を用いることなく、強固な接着を実現でき、しかも、導電性と耐熱性に優れたシリコーンゴム接着方法及びその接着方法を用いた装置製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明に係るシリコーンゴム接着方法は、微粘着性を持つシリコーンゴムを無機材料の基材上又は当該無機材料を有する基材上に載置する第１工程と、第１工程を実行後、真空中において、シリコーンゴムが載置された無機材料の基材又は無機材料を有する基材を１００°Ｃ〜２６０°Ｃの温度で加熱する第２工程と、第２工程を実行後、加熱した基材を冷却する第３工程とを備える構成とした。
かかる構成により、次のような作用により、シリコーンゴムが基材上に接着されると考えられる。
すなわち、第１工程を実行すると、シリコーンゴムが、微粘着性、いわゆるタック性により無機材料の基材上又は当該無機材料を有する基材上に貼り付けられる。これにより、シリコーンゴムの基材上の位置決めがなされる。このとき、シリコーンゴムの水酸基が無機材料の水酸基と水素結合した状態になる。
第１工程を実行後、第２工程を実行すると、シリコーンゴムと無機材料の基材又は当該無機材料を有する基材とが、真空中において１００°Ｃ〜２６０°Ｃの温度で加熱される。かかる加熱により、水素結合状態のシリコーンゴムと無機材料とにおいて、脱水縮合反応が生じ、シリコーンゴムと無機材料とは、酸素を介した共有結合によって強固に接着される。
そして、第２工程を実行後、第３工程を実行すると、加熱され、シリコーンゴムが接着された基材が、常温に冷却される。

請求項２の発明は、請求項１に記載のシリコーンゴム接着方法において、第１工程に、シリコーンゴムを無機材料上に押圧する工程を設けた構成とする。
かかる構成により、シリコーンゴムを無機材料上に押圧することで、シリコーンゴムを無機材料上に確実に位置決めすることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のシリコーンゴム接着方法において、無機材料は、シリカ、アルミナ、ガラス、シリコンの酸化膜又はアルミニュウムの酸化膜のいずれかである構成とした。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のシリコーンゴム接着方法において、第２工程は、シリコーンゴムが載置された無機材料の基材又は当該無機材料を有する基材を、１７５°Ｃ±２５°Ｃ内の温度で加熱する構成とした。
かかる構成により、シリコーンゴムと無機材料とを、確実に強固に接着することができる。

請求項５の発明に係る装置製造方法は、シリコーンゴムを、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のシリコーンゴム接着方法により、無機材料の基材上又は当該無機材料を有する基材上に接着することによって、粘着チャックを製造する構成とした。
かかる構成により、接着剤を使用することなく、シリコーンゴムと基材とが強固に接着された粘着チャックを製造することができる。

請求項６の発明に係る装置製造方法は、シリコーンゴムを、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のシリコーンゴム接着方法により、無機材料のウェハ又は当該無機材料を有するウェハ上に接着することによって、クリーニングウェハを製造する構成とした。
かかる構成により、接着剤を使用することなく、シリコーンゴムとウェハとが強固に接着されたクリーニングウェハを製造することができる。

請求項７の発明に係る装置製造方法は、シリコーンゴムを、吸着用の電極を有した第１のガラスと第２のガラスとの間に介在させ、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のシリコーンゴム接着方法により、これら第１及び第２のガラスを、シリコーンゴムの両面にそれぞれ接着することによって、静電チャックを製造する構成とした。
かかる構成により、接着剤を使用することなく、シリコーンゴムと第１及び第２のガラスとが強固に接着された静電チャックを製造することができる。

以上詳しく説明したように、この発明のシリコーンゴム接着方法によれば、シリコーンゴムと無機材料とを、接着剤を用いることなく、化学結合により、強固に接着させることができるので、接着剤の選定に迷うことなく、接着作業を行うことができ、この結果、作業効率の向上を図ることができるという優れた効果がある。
また、シリコーンゴムは、接着性が弱く、通常は、他の材料に接着することが困難であるが、この発明を用いることで、シリコーンゴムを無機材料に強固に接着させることができるという効果がある。
さらに、導電性や耐熱性に劣る接着剤を使用せずに、シリコーンゴムと無機材料とを直接接着するので、シリコーンゴムと無機材料との間の導電性や耐熱性を確得することができる効果がある。

また、この発明の装置製造方法によれば、導電性や耐熱性に優れた粘着チャック、クリーニングウェハ及び静電チャックを製造することができるという優れた効果がある。

この発明の第１実施例に係るシリコーンゴム接着方法の工程図である。 各工程時における化学結合状態を説明するための概略図である。 実験方法を示す概略図である。 実験結果を示す表図であり 実験結果を示す線図である。 この発明の第２実施例に係るシリコーンゴム接着方法の要部を示す工程図である。 この発明の第３実施例に係る装置製造方法で製造された粘着チャックの断面図である。 この発明の第４実施例に係る装置製造方法で製造されたクリーニングウェハの断面図である。 この発明の第５実施例に係る装置製造方法で製造された透明静電チャックの工程図である。

以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

（実施例１）
図１は、この発明の第１実施例に係るシリコーンゴム接着方法の工程図であり、図２は、各工程時における化学結合状態を説明するための概略図である。
図１に示すように、この実施例のシリコーンゴム接着方法は、第１工程Ｓ１と第２工程Ｓ２と第３工程Ｓ３とで成る。

第１工程Ｓ１は、図１の（ａ）に示すように、シリコーンゴム２を無機材料の基材３に載置する工程である。
シリコーンゴム２は、微粘着性、いわゆるタック性を有している。このシリコーンゴム２を、無機材料３の表面に載置することで、シリコーンゴム２が、基材３の表面の所望位置に位置決めされる。
基材３は、無機材料であるシリカ、アルミナ、ガラスのいずれかの材料で形成され、その表面は、平坦である。
なお、無機材料として、シリコンの酸化膜又はアルミニュウムの酸化膜のいずれかを採用し、これらの無機材料が表面に形成されたシリコンやアルミニュウムを、基材３として採用することもできる。この場合には、シリコーンゴム２をこの基材３のシリコンの酸化膜又はアルミニュウムの酸化膜上に載置して、第１工程Ｓ１を実行する。

第１工程Ｓ１では、次のような化学的作用が生じると考えられる。
すなわち、シリコーンゴム２は、タック性を有し、一方の基材３もシリカ、アルミナ、ガラスのいずれかの材料で形成されているので、図２の（ａ）に示すように、多数の水酸基−ＯＨが、シリコーンゴム２の表面と基材３の表面から露出している。
このため、上記のように第１工程Ｓ１を実行し、シリコーンゴム２を基材３上に載置すると、図２の（ｂ）に示すように、シリコーンゴム２と基材３の水酸基−ＯＨ同士が水素結合をし、シリコーンゴム２が基材３に粘着する。しかし、水素結合状態であるので、シリコーンゴム２は、基材３に軽く粘着している状態であり、手で簡単に剥がすことができる。

第２工程Ｓ２では、次のような化学的作用が生じると考えられる。
すなわち、第２工程Ｓ２は、図１の（ｂ）に示すように、シリコーンゴム２と基材３を所定温度に加熱する工程である。
具体的には、第１工程Ｓ１を実行後、シリコーンゴム２が載置された基材３を、真空中において、範囲１００°Ｃ〜２６０°Ｃの温度で３０分〜１２時間内の時間だけ、加熱する。

上記のように、シリコーンゴム２と無機材料の基材３とが、水素結合状態で粘着している状態で、第２工程Ｓ２を実行して、上記温度に加熱すると、水分子Ｈ2Ｏが、シリコーンゴム２と基材３との各水素結合部分から飛び出し、いわゆる、脱水縮合反応が生じる。この結果、図２の（ｃ）に示すように、シリコーンゴム２と無機材料の基材３との結合状態が、酸素Ｏを介した共有結合状態に変化し、この共有結合によって、シリコーンゴム２と無機材料の基材３とが、強固に接着された状態になる。

第３工程Ｓ３は、図１の（ｃ）に示すように、第２工程Ｓ２を実行後、加熱した基材３を冷却する工程である。
具体的には、加熱により強固に接着されたシリコーンゴム２と基材３とを、強制冷却又は常温冷却することで、常温の状態に戻す。

以上のように、この実施例のシリコーンゴム接着方法によれば、シリコーンゴム２と無機材料の基材３とを、接着剤を用いることなく接着することができる。しかも、化学結合による接着であるので、強固な接着が可能である。これにより、接着剤の選定に迷うことなく、接着作業を行うことができるので、作業効率の向上を図ることができる。
また、導電性や耐熱性の高いシリコーンゴム２と無機材料の基材３を直接接着するので、シリコーンゴム２と基材３との間の導電性や耐熱性を確得することができる。

発明者等は、かかる効果を確認すべく、次のような実験を行った。
図３は、実験方法を示す概略図である。
この実験では、図３に示すシリコーンゴム２と基材３とを、真空中において、各温度で加熱し、各加熱温度での剥離強度（Ｎ：ニュートン）を測定した。
具体的には、シリコーンゴム２として、直径ｄが３ｍｍのイオンパッドを用い、このイオンパッドを、シリコンウェハである基材３にそのタック性により貼り合わせた。そして、シリコーンゴム２を基材３に貼り合わせたサンプルを、図示しないステンレス等の箱に気密に収納し、真空ポンプで箱内の空気をひいた後、図示しないヒータによって所定温度に加熱した。
この実験では、各サンプルにつき、１５°Ｃ、１００°Ｃ、１５０°Ｃ、１７５°Ｃ、２００°Ｃで加熱した。そして、各サンプルを各摂氏温度で加熱した後、剥離強度の測定を行った。
具体的には、図３に示すように、ブッシュ１００を加熱済みのサンプルのシリコーンゴム２に接着剤で接着し、ブッシュ１００を、ケーブル１０１に連結された図示しないプシュプルゲージでゆっくりと垂直に引っ張り、シリコーンゴム２が基材３から剥離したときの引っ張り力Ｆ（Ｎ：ニュートン）を、剥離強度として、測定した。

図４は、実験結果を示す表図であり、図５は、実験結果を示す線図である。
図４の表図に示すように、加熱温度１５°Ｃでは、４つのサンプル１〜４について結果を得ることができ、加熱温度１００°Ｃでは、７つのサンプル１〜７について結果を得ることができ、加熱温度１５０°Ｃでは、４つのサンプル１〜４について結果を得ることができ、加熱温度１７５°Ｃでは、５つのサンプル１〜５について結果を得ることができ、加熱温度２００°Ｃでは、３つのサンプル１〜３について結果を得ることができた。
図５では、この図４に示す測定結果を、各温度における剥離強度の平均値、最大値、最小値をプロットして示した。
図５に示すように、各サンプルにおいて、加熱温度が１００°Ｃ以上で、所望値以上の安定した剥離強度を得ることができるが確認された。また、加熱温度が、２００°Ｃを超えると、温度の上昇に伴ってシリコーンゴム２の変質が大きくなり、２６０°Ｃ近傍では、シリコーンゴム２の変質により、シリコーンゴム２の特性が完全に失われ、使い物にならない。
以上の実験から、真空中において、１００°Ｃ〜２６０°Ｃ内の温度で加熱することで、シリコーンゴム２を基材３に強固に接着させることができることが、確認された。

（実施例２）
次に、この発明の第２実施例について説明する。
図６は、この発明の第２実施例に係るシリコーンゴム接着方法の要部を示す工程図である。
図６に示すように、この実施例のシリコーンゴム接着方法では、第１工程Ｓ１において、シリコーンゴム２を無機材料の基材３上に押圧する工程を設けた。
具体的には、シリコーンゴム２の粘着性が低い場合に、プレス板４を用いて、シリコーンゴム２を基材３上に押圧する。
これにより、シリコーンゴム２を無機材料の基材３上に確実に位置決めすることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、それらの記載は省略する。

（実施例３）
次に、この発明の第３実施例について説明する。
図７は、この発明の第３実施例に係る装置製造方法で製造された粘着チャックの断面図である。
図７に示す粘着チャック１−１は、上記第１又は第２実施例のシリコーンゴム接着方法を用いて製造された装置である。
粘着チャック１−１は、いわゆる帯電防止パッドであり、複数の小さな導電性のシリコーンゴム２と基材としてのシリコンウェハ３との二層構造になっており、接着剤は、シリコーンゴム２とシリコンウェハ３との間に介在していない。
この粘着チャック１−１は、 シリコンウェハ３をアースされた金属等の導電体に固定して、用いられる。
これにより、シリコーンゴム２の表面を、把持対象に接触させることで、把持対象を吸着したり、滑り止めを行うことができる。また、電気的特徴として、導電性を持ち、粘着チャック１−１自身や把持対象の静電気を除電する機能を有している。

次に、粘着チャック１−１の製造方法について説明する。
まず、第１工程Ｓ１において、一枚の広いシリコーンゴムを、任意の形状に切り抜いて、複数の小さなシリコーンゴム２を形成する。そして、大気中且つ室温において、シリコーンゴム２をシリコンウェハ３上に載置し、シリコーンゴムとシリコンウェハ３とをシリコーンゴム２のタック性により密着させる。
しかる後、第２工程Ｓ２を実行し、真空中において、粘着チャック１−１を２００°Ｃでの１２０分間、加熱する。これにより、シリコーンゴム２が、シリコンウェハ３に強固に接着される。
そして、第３工程Ｓ３において、常温冷却することで、粘着チャック１−１が完成する。
このようにして、接着剤を使用することなく、シリコーンゴム２と基材としてのシリコンウェハ３とが強固に接着された粘着チャック１−１を製造することができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１及び第２実施例と同様であるので、それらの記載は省略する。

（実施例４）
次に、この発明の第４実施例について説明する。
図８は、この発明の第４実施例に係る装置製造方法で製造されたクリーニングウェハの断面図である。
図８に示すクリーニングウェハ１−２は、上記第１又は第２実施例のシリコーンゴム接着方法を用いて製造された装置である。
クリーニングウェハ１−２は、一枚のシリコーンゴム２と基材としてのシリコンウェハ３との二層構造になっており、接着剤は、シリコーンゴム２とシリコンウェハ３との間に介在していない。
これにより、シリコーンゴム２の表面を、把持対象に接触させることで、把持対象を吸着したり、滑り止めを行う。なお、シリコーンゴム２は、導電性でも非導電性でもよい。

次に、粘着チャック１−１の製造方法について説明する。
まず、第１工程Ｓ１において、シリコーンゴムを、シリコンウェハ３と同じ形状に切り抜いて、一枚のシリコーンゴム２を形成する。そして、大気中且つ室温において、シリコーンゴム２をシリコンウェハ３上に載置し、シリコーンゴムとシリコンウェハ３とをシリコーンゴム２のタック性により密着させる。
しかる後、第２工程Ｓ２を実行し、真空中において、クリーニングウェハ１−２を、圧力０．０１ＭＰａ（メガパスカル）〜１ＭＰａでプレスしながら、１００°Ｃ〜２６０°Ｃの温度で加熱する。これにより、シリコーンゴム２が、シリコンウェハ３に強固に接着される。
そして、第３工程Ｓ３において、常温冷却することで、クリーニングウェハ１−２が完成する。
このようにして、接着剤を使用することなく、シリコーンゴム２と基材としてのシリコンウェハ３とが強固に接着されたクリーニングウェハ１−２を製造することができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１〜第３実施例と同様であるので、それらの記載は省略する。

（実施例５）
次に、この発明の第５実施例について説明する。
図９は、この発明の第５実施例に係る装置製造方法で製造された透明静電チャックの工程図である。
図９に示す透明静電チャック１−３は、上記第１又は第２実施例のシリコーンゴム接着方法を用いて製造された装置である。

具体的には、図９の（ａ）に示すように、透明導電膜５’が表面全体に形成された基材としてのガラス基板３−１を用意し、図９の（ｂ）に示すように、透明導電膜５’をエッチングして、サブミクロン〜数ミクロンの線幅の電極５を形成する。
そして、第１工程Ｓ１を実行し、図９の（ｃ）に示すように、電極５を下側に向けた第１のガラスとしてのガラス基板３−１を、シリコーンゴム２を介して、第２のガラスとしてのガラス基板３−２の上に載置する。
この第１工程Ｓ１では、ガラス基板３−１，３−２とシリコーンゴム２との間に、気泡が残っていても、支障がないため、この第１工程Ｓ１は、真空中でなく、大気中で行うことができる。また、この工程中では、図２の（ｂ）に示したように、ガラス基板３−１，３−２とシリコーンゴム２とが、水素結合状態であるため、これらのガラス基板３−１，３−２は自由に着脱することができる状態にある。

しかる後、図９の（ｄ）に示すように、第２工程Ｓ２を実行する。
具体的には、真空中において、透明静電チャック１−３を、圧力０．０１ＭＰａ〜１ＭＰａでプレスしながら、１００°Ｃ〜２６０°Ｃの温度で加熱する。これにより、ガラス基板３−１，３−２とシリコーンゴム２との間の気泡が、外部に放出されて無くなり、ガラス基板３−１，３−２がシリコーンゴム２を通じて強固に接着される。
そして、第３工程Ｓ３において、常温冷却することで、透明静電チャック１−３が完成する。

従来は、ガラス基板同士を貼り合わせる場合には、特別な装置を用いて、粘着材により真空中で張り合わせていた。しかし、この実施例の方法によれば、何ら特別な装置を用いることなく、２枚のガラス基板同士を接着することができるので、製造工程を比較的簡易にすることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１〜第４実施例と同様であるので、それらの記載は省略する。

なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施例では、第２工程Ｓ２において、シリコーンゴム２と基材３とを加熱する温度は、上記実施例で適用した温度や時間に限定されるものではなく、真空中において、１００°Ｃ〜２６０°Ｃ内の温度で適宜時間だけ加熱すればよい。

１−１…粘着チャック、 １−２…クリーニングウェハ、 １−３…透明静電チャック、 ２…シリコーンゴム、 ３，３−１〜３−２…基材、 ４…プレス板、 ５…電極、 ５’…透明導電膜、 Ｓ１…第１工程、 Ｓ２…第２工程、 Ｓ３…第３工程。

Claims (7)

1. 微粘着性を持つシリコーンゴムを無機材料の基材上又は当該無機材料を有する基材上に載置する第１工程と、
   上記第１工程を実行後、真空中において、上記シリコーンゴムが載置された無機材料の基材又は当該無機材料を有する基材を１００°Ｃ〜２６０°Ｃの温度で加熱する第２工程と、
   上記第２工程を実行後、上記加熱した基材を冷却する第３工程と
   を備えることを特徴とするシリコーンゴム接着方法。
2. 請求項１に記載のシリコーンゴム接着方法において、
   上記第１工程に、上記シリコーンゴムを上記無機材料上に押圧する工程を設けた、
   ことを特徴とするシリコーンゴム接着方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のシリコーンゴム接着方法において、
   上記無機材料は、シリカ、アルミナ、ガラス、シリコンの酸化膜又はアルミニュウムの酸化膜のいずれかである、
   ことを特徴とするシリコーンゴム接着方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のシリコーンゴム接着方法において、
   上記第２工程は、上記シリコーンゴムが載置された無機材料の基材又は当該無機材料を有する基材を、１７５°Ｃ±２５°Ｃ内の温度で加熱する、
   ことを特徴とするシリコーンゴム接着方法。
5. シリコーンゴムを、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のシリコーンゴム接着方法により、上記無機無機材料の基材上又は当該無機材料を有する基材材料の基材上又は当該無機材料を有する基材上に接着することによって、粘着チャックを製造する、
   ことを特徴とする装置製造方法。
6. シリコーンゴムを、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のシリコーンゴム接着方法により、上記無機材料のウェハ上又は当該無機材料を有するウェハ上に接着することによって、クリーニングウェハを製造する、
   ことを特徴とする装置製造方法。
7. シリコーンゴムを、吸着用の電極を有した第１のガラスと第２のガラスとの間に介在させ、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のシリコーンゴム接着方法により、これら第１及び第２のガラスを、上記シリコーンゴムの両面にそれぞれ接着することによって、静電チャックを製造する、
   ことを特徴とする装置製造方法。

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