JP2020105030A - 真空チャック用シリカ多孔体 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い光透過性を得ることができ、かつ、吸着面の平面度を高くすることができる真空チャック用シリカ多孔体を提供する。【解決手段】真空チャック用シリカ多孔体１０は、対象物を吸引により吸着して支持する真空チャックのチャックプレートに用いられ、支持体部１１と、この支持体部１１に対して対象物を吸着する側に配設された表面層部１２とを備えている。支持体部１１は、粒径が３０μｍ以上１００μｍ以下のシリカ粒子の多孔質焼結体よりなり、平均気孔径は１０μｍ以上１５μｍ以下である。表面層部１２は、粒径が１μｍ以上４０μｍ以下のシリカ粒子の多孔質焼結体よりなり、平均気孔径が３μｍ以上７μｍ以下である。支持体部１１のシリカ粒子の平均粒子径は、表面層部１２のシリカ粒子の平均粒子径よりも１０μｍ以上大きい。【選択図】図１
Description
本発明は、対象物を吸引により吸着して支持する真空着チャックに用いるシリカ多孔体に関する。
従来より、対象物を空気の吸引により吸着面に吸着させ、裏面より光を当てることで対象物の影ができ、その影から対象物の輪郭を確認し、寸法及び不良品の検査を行ったり、加工したりする真空チャックが知られている。このような真空チャックでは、吸着面に、光透過性と流体透過性を有する部材が用いられている。例えば、本出願人は、このような光透過性と流体透過性を有する部材として、特許文献１において、シリカ粒子の焼結体からなる真空チャック用シリカ多孔体を提案している。
この真空チャック用シリカ多孔体は、シリカ多孔体が容易には光を透過させないことを利用したものであり、平均粒子径が５μｍ〜３００μｍ、かつ、粒子分布幅が平均粒子径の±５０％以内にあるシリカ粒子の焼結体から形成されている。また、このシリカ多孔体は、気孔径が１μｍ〜１００μｍ、気孔率が５％〜４５％、見掛け密度が２．１ｇ／ｃｍ３以上であり、断面における気孔の平均径が、該断面におけるシリカ粒子の平均粒子径の１／１２以上３／４以下に構成され、波長３５０ｎｍ〜７５０ｎｍの光の反射率が８０％以上に形成されている。
シリカ多孔体では、一般的に光透過率を高めるには、粒径を大きくする必要があるが、その一方で、粒径を大きくすると強度が低下してしまい、加工時に表面の粒子脱落が起きやすくなり、平面度が悪くなってしまうという問題があった。また逆に、必要な強度を得るために粒径を小さくすると、光透過性が低下し、十分な特性を得ることができないという問題があった。
本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、高い光透過性を得ることができ、かつ、吸着面の平面度を高くすることができる真空チャック用シリカ多孔体を提供することを目的とする。
本発明の真空チャック用シリカ多孔体は、対象物を吸着して支持する真空チャックのチャックプレートに用いられるものであって、粒径が３０μｍ以上１００μｍ以下のシリカ粒子の多孔質焼結体よりなり、平均気孔径が１０μｍ以上１５μｍ以下である支持体部と、この支持体部に対して対象物を吸着する側に接合され、粒径が１μｍ以上４０μｍ以下のシリカ粒子の多孔質焼結体よりなり、平均気孔径が３μｍ以上７μｍ以下である表面層部とを備え、支持体部のシリカ粒子の平均粒子径は、表面層部のシリカ粒子の平均粒子径よりも１０μｍ以上大きいものである。
本発明の真空チャック用シリカ多孔体によれば、粒径が３０μｍ以上１００μｍ以下のシリカ粒子の多孔質焼結体よりなる支持体部を備えるようにしたので、高い光透過性を維持しつつチャックプレートとしての強度を得ることができる。また、支持体部の対象物を吸着する側に、粒径が１μｍ以上４０μｍ以下のシリカ粒子の多孔質焼結体よりなる表面層部を接合するようにしたので、対象物を吸着する吸着面の強度を高くすることができ、平面度を向上させることができる。よって、高い光透過性を有し、かつ、吸着面の平面度が高いチャックプレートを形成することができる。
更に、支持体部の厚みを３ｍｍ以上５ｍｍ以下、表面層部の厚みを０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下とすれば、又は、支持体部のシリカ粒子の粒子分布幅を２０μｍ以下、表面層部のシリカ粒子の粒子分布幅を３０μｍ以下とすれば、より高い効果を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る真空チャック用シリカ多孔体１０の構成を表すものである。この真空チャック用シリカ多孔体１０は、平板状部材等の対象物を吸引により吸着して支持する真空チャックのチャックプレートに用いられるものであり、支持体部１１と、この支持体部１１に対して対象物を吸着する側に配設された表面層部１２とを備えている。表面層部１２は支持体部１１に直接接触していることが好ましく、接合されていればより好ましい。表面層部１２の表面、すなわち支持体部１１と反対側の表面は、対象物を吸着する平らな吸着面となっている。支持体部１１及び表面層部１２は、例えば、円盤状等の板状であり、通気性及び透光性を有し、粒径の異なるシリカ粒子の多孔質焼結体によりそれぞれ構成されている。
支持体部１１は、粒径が３０μｍ以上１００μｍ以下のシリカ粒子の多孔質焼結体よりなり、平均気孔径は１０μｍ以上１５μｍ以下である。表面層部１２は、粒径が１μｍ以上４０μｍ以下のシリカ粒子の多孔質焼結体よりなり、平均気孔径が３μｍ以上７μｍ以下である。支持体部１１のシリカ粒子の平均粒子径は、表面層部１２のシリカ粒子の平均粒子径よりも１０μｍ以上大きくなるように構成されている。なお、粒径及び平均粒子径は、レーザ回折・散乱法によって導出される値である。平均気孔径は、水銀圧入法により導出される値である。
このように構成することで、粒径の大きい支持体部１１により、高い光透過性を維持しつつチャックプレートとしての強度を得ることができ、かつ、粒径の小さい表面層部１２により、対象物を吸着する吸着面の強度を高くして平面度を向上させ、チャックプレートとして要求される約５μｍの平面度を得ることができるようになっている。
支持体部１１の作製に用いられるシリカ粒子の粒径は、３０μｍ以上１００μｍ以下とする。３０μｍよりも小さいと十分に光透過率を高くすることができず、１００μｍよりも大きいと強度が大きく低下し、形状を維持出来ないからである。表面層部１２の作製に用いられるシリカ粒子の粒径は、１μｍ以上４０μｍ以下とする。１μｍよりも小さいと焼結時にクラックが生じやすく、４０μｍよりも大きいと十分な平面度を得ることが難しいからである。
また、支持体部１１の作製に用いられるシリカ粒子の粒子分布幅は３０μｍ以下とすることが好ましく、表面層部１２の作製に用いられるシリカ粒子の粒子分布幅は２０μｍ以下とすることが好ましい。分級して粒子分布幅を狭くすることにより、焼結時の割れを防ぐことができるからである。例えば、支持体部１１の作製に用いられるシリカ粒子の粒径は７０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましく、表面層部１２の作製に用いられるシリカ粒子の粒径は２０μｍ以上４０μｍ以下とすることが好ましい。
支持体部１１の平均気孔径を１０μｍ以上とするのは、光透過率をより高くすることができるからであり、１５μｍ以下とするのは、支持層として必要な強度を持たせるためである。表面層部１２の平均気孔径を７μｍ以下とするのは、平面度を高くすることができるからである。図２にシリカ多孔体の気孔径の違いによる光透過率の差を示す。図２に示したように、平均気孔径が大きい方が光透過率が高くなることが分かる。また、平面度は平均気孔径が小さくなるほど高くなる傾向があり、平均気孔径が１５μｍの場合の平面度は約４０μｍであるのに対して、平均気孔径が７μｍの場合には約５μｍの平面度が得られる。
支持体部１１の厚みは３ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることが好ましく、表面層部１２の厚みは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることが好ましい。支持体部１１の厚みが３ｍｍよりも薄いと、チャックプレートとしての十分な強度を得ることが難しく、５ｍｍよりも厚いと、光透過性が低下してしまうからである。表面層部１２の厚みが０．５ｍｍよりも薄いと、表面層を均一に作製できなくなり、１ｍｍよりも厚いと光透過性が低下してしまうからである。
この真空チャック用シリカ多孔体１０は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、例えば、支持体部１１及び表面層部１２を形成する球状シリカを上述した粒径及び平均粒径となるように分級し、結合剤と混合して鋳型に鋳込み、１５℃〜５０℃程度の所定の温度で３時間〜１２時間程度放置することによりゲル化させる。次いで、例えば、このゲルを離型し、１３００℃〜１３５０℃程度の所定の温度で１０時間〜１５時間程保持することにより焼成し、支持体部１１及び表面層部１２を形成する。
続いて、得られた支持体部１１及び表面層部１２を必要により加工し、洗浄した後、接合する。例えば、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）と超純水と塩酸とプロピレングリコールとを混合し、アンモニアでｐＨを調整したゾルを支持体部１１と表面層部１２との間に塗布し、乾燥した後、ゲル化して焼成する。焼成温度は、例えば１２００℃〜１３５０℃とすることが好ましい。１２００℃未満では接合が弱く、剥離してしまう場合があり、１３５０℃よりも高いとシリカガラスが失透してしまうからである。なお、接合の際には、ゲルの中にシリカ粒子を同量程度まで混合してもよい。
このように本実施の形態によれば、粒径が３０μｍ以上１００μｍ以下のシリカ粒子の多孔質焼結体よりなる支持体部を備えるようにしたので、高い光透過性を維持しつつチャックプレートとしての強度を得ることができる。また、支持体部の対象物を吸着する側に、粒径が１μｍ以上４０μｍ以下のシリカ粒子の多孔質焼結体よりなる表面層部を接合するようにしたので、対象物を吸着する吸着面の強度を高くすることができ、平面度を向上させることができる。よって、高い光透過性を有し、かつ、吸着面の平面度が高いチャックプレートを形成することができる。
なお、支持体部のシリカ粒子の平均粒子径は、表面層部のシリカ粒子の平均粒子径よりも１０μｍ以上大きくなければならない。両者の平均粒子径差が１０μｍ未満であったり、大小関係が逆転してしまうと、二層構造とする本発明の効果が得られなくなってしまう。
なお、支持体部のシリカ粒子の平均粒子径は、表面層部のシリカ粒子の平均粒子径よりも１０μｍ以上大きくなければならない。両者の平均粒子径差が１０μｍ未満であったり、大小関係が逆転してしまうと、二層構造とする本発明の効果が得られなくなってしまう。
更に、支持体部の厚みを３ｍｍ以上５ｍｍ以下、表面層部の厚みを０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下とすれば、又は、支持体部のシリカ粒子の粒子分布幅を２０μｍ以下、表面層部のシリカ粒子の粒子分布幅を３０μｍ以下とすれば、より高い効果を得ることができる。
（実施例１）
まず、球状シリカを分級して粒径及び平均粒径を調整し、結合剤と混合して鋳型に鋳込み、２５℃で１２時間放置してゲル化した後、離型し、１３５０℃で１２時間保持することにより焼成して円盤状の支持体部１１及び表面層部１２を形成した。支持体部１１を形成する球状シリカの粒径は３０μｍ以上１００μｍ以下とし、平均粒径は約７０μｍとした。表面層部１２を形成するシリカ粒子の粒径は２０μｍ以上４０μｍ以下とし、平均粒径は約３０μｍとした。得られた支持体部１１の平均気孔径は約１５μｍ、表面層部１２の平均気孔径は約７μｍであった。また、支持体部１１の厚みは５ｍｍとし、表面層部１２の厚みは０．５ｍｍとした。
まず、球状シリカを分級して粒径及び平均粒径を調整し、結合剤と混合して鋳型に鋳込み、２５℃で１２時間放置してゲル化した後、離型し、１３５０℃で１２時間保持することにより焼成して円盤状の支持体部１１及び表面層部１２を形成した。支持体部１１を形成する球状シリカの粒径は３０μｍ以上１００μｍ以下とし、平均粒径は約７０μｍとした。表面層部１２を形成するシリカ粒子の粒径は２０μｍ以上４０μｍ以下とし、平均粒径は約３０μｍとした。得られた支持体部１１の平均気孔径は約１５μｍ、表面層部１２の平均気孔径は約７μｍであった。また、支持体部１１の厚みは５ｍｍとし、表面層部１２の厚みは０．５ｍｍとした。
次いで、得られた表面層部１２の表面について平面出し加工を行い、３次元測定により平面度を測定した。その結果、平面度は約５μｍであった。続いて、得られた支持体部１１及び表面層部１２を洗浄したのち接合し、真空チャック用シリカ多孔体１０を製造した。接合は、ＴＥＯＳと超純水と０．１ｍｏｌ／ｌの塩酸とプロピレングリコールとをＴＥＯＳ：超純水：塩酸：プロピレングリコール＝１１．７：９：１：３の重量比で混合し、アンモニアでｐＨ４．５〜５．０に調整したゾルを支持体部１１と表面層部１２との間に塗布し、乾燥した後、ゲル化し、１２００℃で焼成することにより行った。
得られた真空チャック用シリカ多孔体１０について、積分球を用いて全透過率を測定したところ、４００ｎｍから７５０ｎｍの光透過率は７％であった。
（比較例１，２）
比較例１として、実施例１の支持体部１１と同様にしてシリカ多孔体を作製した。厚みは５．５ｍｍとした。比較例２として、実施例１の表面層体１２と同様にしてシリカ多孔体を作製した。厚みは同じく５．５ｍｍとした。比較例１，２についても、表面出し加工を行い、実施例１と同様にして平面度，光透過度を測定した。その結果、比較例１の平面度は約４０μｍであった。また、比較例２の光透過度は３％であった。すなわち、実施例１によれば、吸着面の平面度をチャックプレートとして要求される５μｍ以下とすることができ、かつ、光透過率を高くできることが分かった。
比較例１として、実施例１の支持体部１１と同様にしてシリカ多孔体を作製した。厚みは５．５ｍｍとした。比較例２として、実施例１の表面層体１２と同様にしてシリカ多孔体を作製した。厚みは同じく５．５ｍｍとした。比較例１，２についても、表面出し加工を行い、実施例１と同様にして平面度，光透過度を測定した。その結果、比較例１の平面度は約４０μｍであった。また、比較例２の光透過度は３％であった。すなわち、実施例１によれば、吸着面の平面度をチャックプレートとして要求される５μｍ以下とすることができ、かつ、光透過率を高くできることが分かった。
実施例１は、支持体強度を重視し厚くしたために光透過率は図２に比べて、小さくなっているが、光源の強度との組み合わせで実用化できる範囲である。
支持体部１１の厚みを３ｍｍ程度まで薄くすれば、光の透過率はさらに大きくなる。
支持体部１１の厚みを３ｍｍ程度まで薄くすれば、光の透過率はさらに大きくなる。
以上、実施の形態及び実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、各構成要素について具体的に説明したが変更してもよく、また、他の構成要素を備えていてもよい。
半導体ウエハ等の対象物を空気の吸引によって吸着して支持する真空チャックに用いることができる。
１０…真空チャック用シリカ多孔体、１１…支持体部、１２…表面層部
Claims (3)
- 対象物を吸着して支持する真空チャックのチャックプレートに用いられる真空チャック用シリカ多孔体であって、
粒径が３０μｍ以上１００μｍ以下のシリカ粒子の多孔質焼結体よりなり、平均気孔径が１０μｍ以上１５μｍ以下である支持体部と、
この支持体部に対して前記対象物を吸着する側に配設され、粒径が１μｍ以上４０μｍ以下のシリカ粒子の多孔質焼結体よりなり、平均気孔径が３μｍ以上７μｍ以下である表面層部とを備え、
前記支持体部のシリカ粒子の平均粒子径は、前記表面層部のシリカ粒子の平均粒子径よりも１０μｍ以上大きい
ことを特徴とする真空チャック用シリカ多孔体。 - 前記支持体部の厚みは３ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、前記表面層部の厚みは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の真空チャック用シリカ多孔体。
- 前記支持体部のシリカ粒子の粒子分布幅は３０μｍ以下であり、前記表面層部のシリカ粒子の粒子分布幅は２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の真空チャック用シリカ多孔体。
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