JP3228546B2 - 真空吸着装置およびその製造方法 - Google Patents

真空吸着装置およびその製造方法

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JP3228546B2
JP3228546B2 JP4162492A JP4162492A JP3228546B2 JP 3228546 B2 JP3228546 B2 JP 3228546B2 JP 4162492 A JP4162492 A JP 4162492A JP 4162492 A JP4162492 A JP 4162492A JP 3228546 B2 JP3228546 B2 JP 3228546B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェハ等の被吸
着物を高精度に固定する真空吸着装置およびその製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、真空吸着装置の吸着面、エア
ースライドやエアーベアリングの軸受面、ハニカム構造
体、各種フィルタなどのさまざまな分野において、多孔
質セラミック体が用いられている。
【0003】例えば、真空吸着装置としては、図6に示
すように多孔質セラミックスの板状体21を緻密質セラ
ミックスの枠体22にガラスなどで接合し、真空吸引す
ることによって上記多孔質セラミックスの板状体21上
にシリコンウェハ等の被吸着物23を固定するようにな
っている(特開昭63−169243号、実公昭59−
34143号公報等参照)。
【0004】このような用途に用いる多孔質セラミック
スは、所定の気孔率、気孔径を有し、しかも各気孔が互
いに連通している必要がある。例えばボーキサイトを電
気炉で溶融し結晶化させ粉砕、精製、整粒した電融アル
ミナをガラス融着することによって、各電融アルミナ粒
子の隙間を連通気孔としたものが用いられており、この
多孔質セラミックスは、電融アルミナの粒径を調整する
ことによって隙間の気孔の大きさを変化させられるもの
であった。
【0005】その他の多孔質セラミックスとしては、セ
ラミック原料中に繊維状の樹脂などを混合した状態で成
形し、焼成することによって上記繊維状の樹脂などを焼
失させて気孔を形成したもの、あるいはセラミックスの
成形や焼成の条件を調整して不完全焼結状態にし、多孔
質体としたものなども用いられている。
【0006】
【従来技術の課題】ところが、上記の如き従来の電融ア
ルミナをガラス融着した多孔質セラミックスでは、電融
アルミナの粒子が脱落しやすく、表面を滑らかな面とす
ることができないという問題点があった。また、この多
孔質セラミックスは、気孔率を低くすることができず、
強度が低いという問題点もあった。
【0007】そのため、この電融アルミナからなる多孔
質セラミックスを真空吸着装置に用いると、被吸着物で
あるシリコンウェハに傷を付けやすいという不都合があ
った。また、図6に示すように真空吸着装置として用い
る場合は、多孔質セラミックスの板状体21を緻密質セ
ラミックスの枠体22に接合し、両者の表面を同時に研
摩することが行われるが、その際に多孔質セラミックス
部分が大きく研摩されてしまい段差が生じるという問題
点もあった。
【0008】さらに、他の多孔質セラミックスとして、
セラミック原料中に繊維状の樹脂などの焼失物を混合し
ておいて焼成したものでは、各気孔を連通させるために
は相当量の焼失物を混合しなければならず、その結果得
られた多孔質セラミックスは気孔率の高いものとなり、
強度が低く、表面を滑らかにできないなどの不都合があ
った。また、成形、焼成条件で多孔質としたものでも、
各気孔を連通させるためには気孔率を高くしなければな
らず、強度が低く、表面を滑らかにできないなどの不都
合があった。
【0009】このように、従来の多孔質セラミックスか
らなる吸着部を有する真空吸着装置では、気孔を連通さ
せるためには気孔率を20〜30%程度にしなければな
らず、その結果、強度や表面平滑性などの点で問題のあ
るものであった。これに対し、気孔率10%以下で、か
つ各気孔が連通しているような多孔質セラミックスを得
ることはできなかった。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
平均径0.5〜10mmの緻密質部の集合体であって、
これら緻密質部同士の間隙を連続気孔として具備し、そ
の気孔率が10%以下、且つ表面粗さが(Ra)で0.
1μm以下である多孔質セラミック体からなる吸着部を
有する真空吸着装置を提供するものである。
【0011】また、このような真空吸着装置の製造方法
は、まずセラミック原料に水溶性バインダーを添加混合
して平均径0.5〜10mmの球状成形体とし、これら
多数個の未焼成の球状成形体にさらに水溶性バインダー
を添加した後、型中に充填して所定形状に成形し成形体
を得、該成形体を焼成し、その表面を表面粗さ(Ra)
で0.1μm以下になるように加工すればよい。なお、
上記球状成形体とは、鋭いエッジがなく、全体的に滑ら
かな球状をした成形体のことであり、これらの球状成形
体部分は緻密質部となり、かつ球状成形体の間隙は連続
する気孔となって、上記のような多孔質セラミック体を
有する真空吸着装置とすることができる。
【0012】
【作用】本発明の真空吸着装置に用いられる多孔質セラ
ミックスは、大部分が緻密質部であり、気孔率を10%
以下とできるため、その表面粗さ(Ra)が0.1μm
以下の滑らかな面とできるとともに、強度、硬度を高く
できる。しかも、本発明の多孔質セラミック体は各気孔
が連続していることから、被吸着物を高精度に真空吸着
することができる。
【0013】
【実施例】以下本発明の実施例を説明する。
【0014】図1(A)(B)に示すように、本発明の
真空吸着装置に用いる多孔質セラミック体1は、複数の
緻密質部2の集合体であって、これらの緻密質部2の間
隙を互いに連続する気孔3としたものである。また、各
緻密質部2は互いに完全に焼結しているが、その境界を
確認することができ、各緻密質部2の平均径は0.5〜
10mmの範囲内となっている。このように、本発明の
多孔質セラミック体1は、大部分が緻密質部2から成
り、各緻密質部2が完全に焼結しているため、強度、硬
度が高く、しかも表面1aを研摩することによって、中
心線平均粗さ(Ra)が0.1μm以下の極めて滑らか
な面とすることが可能である。また、この多孔質セラミ
ックス1の気孔率は10%以下と低いが、気孔3は各緻
密質部2の間隙に存在し、互いに連通していることか
ら、真空吸着装置として好適に用いることができる。
【0015】さらに、この多孔質セラミック体1を形成
するセラミック材としては、アルミナ、ジルコニア、ム
ライト、コージライトなどの酸化物セラミックスや、炭
化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウムなどの非酸化物セ
ラミックスなどさまざまなものを用いることができる。
【0016】次に、本発明の真空吸着装置に用いられる
多孔質セラミック体1の製造方法を説明する。
【0017】まず、所定のセラミック原料にPVA、P
EGなどのバインダーを添加混合したものを直径0.5
〜10mmの球状成形体11とする。ここで,球状成形
体11とは、鋭いエッジのない滑らかな曲面状の表面を
持った成形体のことであり、この球状成形体11を得る
ためには、例えばセラミック原料を球状にプレス成形し
て、直径0.5〜10mmの大きさとなるようにすれば
よい。
【0018】次に、図2に示すように、この球状成形体
11をさらにPVA、PEGなどの水溶性バインダーと
混合して、例えばラバープレス用のゴム型12に充填し
た後、各球状成形体11が互いに密着し、かつその間に
隙間が存在する程度に加圧して押し固め、所定形状に成
形する。最後に、得られた成形体を所定条件で焼成すれ
ば、球状成形体11部分は緻密質部2となり、各球状成
形体11の間隙に気孔3が生じることとなり、図1に示
すような本発明の多孔質セラミック体1を得ることがで
きる。なお、上記ラバープレス成形に代えて、金型を用
いた乾式プレス成形法やその他の加圧成形を行っても良
い。
【0019】上記本発明の製造方法において、球状成形
体11を型中で再度加圧成形する際に、さらにバインダ
ーを添加する点、および各球状成形体11同士を密着さ
せるとともに、その間に隙間を残す程度の加圧力とする
点が重要であり、このときの加圧力を変化させることに
よって多孔質セラミック体1の気孔率等を調整すること
ができる。実際には、この時の加圧力は500〜150
0kg/cm2 程度としたものが好適である。
【0020】また、本発明の製造方法では、鋭いエッジ
のない球状成形体11を押し固めて成形するため、各球
状成形体11の隙間を連続気孔とすることができる。そ
のため、気孔率10%以下と気孔率が低くても、連続し
た気孔を持った多孔質セラミック体とできるのである。
【0021】なお、上記球状成形体11の平均径は0.
5〜10mmの範囲内が良い。これは球状成形体11の
平均径が0.5mm以下であると加圧成形時に間隙がつ
ぶれて多孔質体となりにくく、一方平均径が10mm以
上であると焼結しにくくなるためである。また、球状成
形体11の平均径は好ましくは0.5〜5mm程度、さ
らに好ましくは2〜3mm程度が良い。
【0022】また、上記球状成形体11は、混合時や、
加圧成形時につぶれるため、図1に示す最終的な多孔質
セラミック体1中の緻密質部2は完全な球状とはならな
い。ただし、各緻密質部2は明確に区別することがで
き、その平均径を測定すると0.5〜10mmの範囲内
であった。
【0023】上記本発明の多孔質セラミック体1は、連
通気孔を有することから、この多孔質セラミック体1の
周囲に緻密質セラミックスを一体的に形成して隔壁部を
形成して真空吸着装置の吸着部として用いることができ
る。
【0024】例えば、図3に示すように中央が緻密質部
2と気孔3からなる多孔質セラミック体1であり、周辺
部が緻密質セラミック体4であり、両者が一体的に形成
された複合体5とすることができる。このような複合体
5の製造方法は、まず、図2に示すものと同様に、0.
5〜10mmのセラミックス球状成形体11をゴム型1
2中に充填してラバープレス法により加圧成形した後、
図4に示すように得られた成形体を取り出さずに、成形
体とゴム型12との隙間に球状成形体11と同じセラミ
ック原料の微粉末13を充填し、再度加圧した後、焼成
し、切断すればよい。このようにすれば、図3に示すよ
うな中央部が多孔質セラミック体1で、周辺部が緻密質
セラミック体4となり、しかも両者が完全に焼結一体化
された複合体5を得ることができる。
【0025】図6に示すように、この複合体5を枠体2
2に固着して真空吸着装置を構成すると、多孔質セラミ
ックス1が吸着部となり、周囲の緻密質セラミックス4
を隔壁とすることができる。このとき、真空吸着部を構
成する多孔質セラミック体1は表面粗さが(Ra)0.
1μm以下の滑らかな表面とすることができ、粒子脱落
もないことから、シリコンウェハなどの被吸着物に傷を
つけることがない。さらに、真空吸着部の表面を研摩す
る場合は多孔質セラミック体1と緻密質セラミック体4
を同時に研摩するが、両者が同程度の研摩特性を有して
おり、一体形成されていることから、同時研摩しても段
差が生じることはない。
【0026】実験例 図5に示すように、本発明の多孔質セラミック体を真空
吸着装置に用いて、さまざまな実験を行った。
【0027】99.5%のAl2 3 と残部がSi
2 、MgOなどからなるセラミック原料にバインダー
を添加混合したものを直径2mmの球状成形体11とし
た。この球状成形体11にさらに水溶性バインダーを添
加混合したものを、ゴム型12に充填し、ラバープレス
法により圧力800、1000、1200kg/cm2
の3通りで加圧した。加圧後の成形体とゴム型12の隙
間に上記セラミック原料の微粉末13を充填し、再度加
圧成形した。得られた成形体を所定条件で焼成した後、
切断、研削することにより、図3に示す多孔質セラミッ
ク体1と緻密質セラミク体4の複合体5を得ることがで
きた。この複合体5を用いて図5に示す真空吸着装置を
形成した。
【0028】比較例として、図6に示す従来の電融アル
ミナ(#100)をガラス融着した多孔質セラミックス
を用いた真空吸着装置を用意した。これらの真空吸着装
置において、多孔質部分の見掛比重、気孔率、平均細孔
径、表面粗さ(中心線平均粗さRa)、硬度を測定し
た。なお、平均細孔径の測定は水銀圧入法で行ったが、
気孔率が10%以下では正確な評価が行えないことか
ら、本発明実施例の平均細孔径の値はあくまでも参考値
である。
【0029】結果は表1に示す通り、本発明の多孔質セ
ラミックスは、気孔率が1〜2%と低く、緻密質部が多
いことから、表面の硬度が高く、表面粗さも極めて滑ら
かにできることがわかる。
【0030】
【表1】
【0031】次に、これらの真空吸着装置を用いて、4
インチのシリコンウェハの吸着テストを行った。それぞ
れ吸着前、吸着後の真空度を大気圧(760mmHg)
との差で表2に示す。この結果より、本発明の多孔質セ
ラミックスは気孔率が小さいことから、吸着前後での真
空度の差がやや小さいが、吸着後の真空度を充分低くで
きることから、真空吸着装置として好適に使用できるこ
とがわかる。
【0032】
【表2】
【0033】
【発明の効果】このように本発明によれば、平均径0.
5〜10mmの緻密質部の集合体であって、これら緻密
質部同士の間隙を連続気孔として多孔質セラミック体を
構成したことによって、高硬度、高強度で滑らかな表面
を持った多孔質セラミック体とできることから、真空吸
着装置などに好適に用いることができる。また、このよ
うな多孔質セラミック体は、セラミック原料を球状圧粉
体とし、この球状圧粉体を所定形状に押し固め、焼成す
ることによって、所定の気孔率を持ったものを容易に製
造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明の真空吸着装置に用いる多孔質
セラミック体を示す斜視図、(B)は(A)中のX−X
線断面図である。
【図2】図1に示す多孔質セラミック体の製造方法を説
明するための図である。
【図3】(A)は本発明の真空吸着装置の吸着部を示す
斜視図、(B)は(A)中のY−Y線断面図である。
【図4】図3に示す真空吸着装置の吸着部の製造方法を
説明するための図である。
【図5】本発明の真空吸着装置を示す縦断面図である。
【図6】従来の多孔質セラミック体を用いた真空吸着装
置を示す縦断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 38/00 - 38/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平均径0.5〜10mmの緻密質部の集合
    体であって、これら緻密質部同士の間隙を連続気孔とし
    て具備し、その気孔率が10%以下、且つ表面粗さ(R
    a)が0.1μm以下である多孔質セラミック体からな
    る吸着部を有する真空吸着装置。
  2. 【請求項2】セラミック原料に水溶性バインダーを添加
    混合して平均径0.5〜10mmの球状成形体とし、こ
    れら多数個の未焼成の球状成形体にさらに水溶性バイン
    ダーを添加した後、型中に充填し所定形状に成形して
    形体を得、該成形体を焼成し、所定の表面粗さに研磨す
    る工程を含む請求項1に記載の真空吸着装置の製造方
    法。
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