JP4948920B2

JP4948920B2 - 真空チャック及びこれを用いた真空吸着装置

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Publication number: JP4948920B2
Application number: JP2006178804A
Authority: JP
Inventors: 和洋石川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2026-06-28
Also published as: JP2008006529A

Description

本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の被吸着体を研磨するために、これら被吸着体を吸着、保持する真空チャック及びこれを用いた真空吸着装置に関するものである。

従来より、半導体ウエハを真空チャックにより吸着、保持した状態で、半導体ウエハのデバイス形成面の裏面はダイヤモンドホイールを備えたウエハ研削装置により研削されている。

真空吸引により真空チャックに吸着、保持された半導体ウエハは、ダイヤモンドホイールで研削されるが、加工された面には通常加工変質層が発生する。近年、半導体ウエハの極薄化に伴い、研削に伴って発生する加工変質層の影響が相対的に大きくなり、半導体ウエハから半導体素子を形成する工程で、この加工変質層の影響により、半導体素子にクラックが入りやすいという問題が顕在化しつつある。この加工変質層を除去するため、半導体ウエハのデバイス形成面の裏面を砥粒が付着した研磨布で磨くというドライポリッシュ方式による追加研磨が提案されている。当初、ドライポリッシュ方式のウエハ研磨装置と組み合わせて用いられる真空チャックには、ウエハ研削装置と組み合わせて用いられたアルミナ質焼結体からなる真空チャックを転用していたが、アルミナ質焼結体の熱伝導率が低いために、ダイヤモンドホイールによる研削中に半導体ウエハから十分熱を逃がすことができず、デバイス形成面を保護するために用いられていた樹脂フィルムが溶けて、デバイス形成面が損傷するという問題が発生していた。

近年では、この問題の解決と併せ、真空チャックにかかるコストも低減させるため、径が異なる半導体ウエハに対しても、１台の真空チャックで兼用できるように、真空チャックの改良は進みつつあり、このような真空チャックは、例えば特許文献１乃至３で提案されている。

図７乃至図９はそれぞれ特許文献１乃至３で提案されている真空チャックを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

図７に示す真空チャック２１は、多孔質体からなり、半導体ウエハ（不図示）を吸着、保持するための吸着面２２ｂと、この吸着面２２ｂを径方向に複数に分割する環状隔壁２５とを有する載置部２２と、載置部２２を囲繞して支持する多孔質体からなる環状の支持部２３とを接合したものである。

図８に示す真空チャック２１は、多孔質体からなり、半導体ウエハＷを吸着、保持するための吸着面２２ｂとこの吸着面２２ｂを径方向に複数に分割する環状隔壁２５を有する載置部２２と、載置部２２を囲繞して支持するとともに、真空吸引するための配管２６が一体的に形成された支持部２３とを接合したものである。

図９に示す真空チャック２１は、炭化珪素およびガラスが複合化された多孔質体からなり、半導体ウエハＷを吸着、保持するための吸着面２２ｂおよび半導体ウエハＷを均一に吸着することにより、その平坦度を高める作用をなすガラス層２７を備えた載置部２２と、炭化珪素を主成分とする緻密質体からなり、その内部に吸着面２２ｂに連通する吸引路２３ａを備えるとともに、載置部２２を囲繞して支持する支持部２３とを備えたものである。そして、特許文献３では載置部２２および支持部２３の各厚みはそれぞれ４０ｍｍ，５０ｍｍであることが記載され、支持部２３に対する載置部２２の厚みの比率は８０％である。
特開２００１−１３８２２８号公報特開２００４−３１９８８５号公報特開２００６−９３４９１号公報

しかしながら、特許文献１で提案された真空チャック２１は、半導体ウエハのデバイス形成面の裏面に窪み、段差、うねりが生じることなく、高精度に研削できるものの、吸着面２２ｂで発生した熱を支持部２３に放熱しにくいという問題があった。

また、特許文献３で提案された真空チャック２１は、耐久性に優れ、吸着面２２ｂの平坦度が良好で、製造が容易ではあるものの、炭化珪素の結晶粒子を一般的に熱伝導が低いと言われるガラスで接合しているために、炭化珪素の結晶粒子間で効率的に熱を伝えることができなかった。

特許文献１〜３で提案された真空チャック２１は上述の問題に加え、多孔質体からなる載置部２２の厚みによっては、通気抵抗が高くなったり、真空チャック２１自体の熱伝導率が低くなったりするという問題を避けられなかった。

本発明は、真空チャック自体の熱伝導率が高く、しかも通気抵抗の低い真空チャックおよびこれを用いた真空吸着装置を提供することを目的とする。

上記に鑑みて本発明は、炭化珪素を主成分とする多孔質体から成り、被吸着体を吸着、保持するための吸着面を備えた載置部と、炭化珪素を主成分とする緻密質体からなり、その内部に吸引路を備えるとともに、前記載置部を囲繞して支持する支持部とを備え、前記載置部を成す多孔質体は、気孔率が２７％以上、且つ４０％以下であって、炭化珪素の結晶粒子を珪素で接合してなるとともに、前記載置部を成す多孔質体が、炭化珪素１００質量部に対し、珪素を１５〜３０質量部含有してなり、前記珪素からなる珪素相中における非連結部の割合が２．５％以下であることを特徴とする。

また、前記載置部は、前記吸着面を径方向に分割する炭化珪素質焼結体からなる環状隔壁を備えたことを特徴とする。

また、前記環状隔壁と前記支持部とが一体的に形成されてなることを特徴とする。

また、前記載置部は、その厚みが７ｍｍ以下（０ｍｍを除く）であることを特徴とする。

また、本発明の真空吸着装置は、支持部における吸引路に接続する吸引手段を備えたことを特徴とする。

本発明の真空チャックによれば、載置部を成す多孔質体は、気孔率が２７％以上、且つ４０％以下であって、炭化珪素の結晶粒子を珪素で接合しているため、珪素は炭化珪素結晶粒子に対する濡れ性がよく、しかもそれ自身熱伝導率が高いため、真空チャック自体の熱伝導率を高く、しかも通気抵抗を低くすることができる。
また、載置部を成す多孔質体が、炭化珪素１００質量部に対し、珪素を１５〜３０質量部含有してなり、前記珪素からなる珪素相中における非連結部の割合が２．５％以下であると、十分な機械的特性を備えた均質な組織とすることができ、また熱伝導率を高く保持することができる。

また、載置部は、前記吸着面を径方向に分割する炭化珪素質焼結体からなる環状隔壁を備えることから、径が異なる種々の被吸着体を精度よく加工することができると同時に、
炭化珪素質焼結体は、その熱伝導率が高いため、環状隔壁を介して載置部より速やかに放熱することもできる。

またさらに、載置部は、その厚みを７ｍｍ以下（０ｍｍを除く）とすることから、支持部内の吸引路の長さが増加し、通気抵抗を低くすることができるとともに、特に真空チャックの厚み方向における熱伝導を高くすることができる。

また、本発明の真空吸着装置は、これら熱伝導率が高く、しかも通気抵抗が低い真空チャックを用い、前記支持部における吸引路に接続する吸引手段を別途備えているため、長期間の使用に供することができ、信頼性の高い真空吸着装置である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の真空チャックの一実施形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図２および図３は、本発明の真空チャックの他の実施形態を示し、それぞれ（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

図1に示すように、真空チャック１は、被吸着体を吸着、保持するための吸着面２ｂを備えた載置部２と、内部に吸着面２ｂに連通する吸引路３ａを備えるとともに、載置部２を囲繞して支持する支持部３とを備えて成り、載置部２の吸着面２ｂに半導体ウエハやガラス基板（いずれも不図示）等の被吸着体が載置され、真空ポンプ（不図示）により、支持部３の吸引路３ａ、載置部２の気孔２ａを介して吸引することで固定されるものである。

載置部２は、炭化珪素を主成分とし、気孔２ａを多数有する多孔質体から成る円板形状をなし、ウエハの吸着作用をなす気孔２ａが連続した三次元網目構造を有する多孔質体である。載置部２は、特に半導体ウエハやガラス基板と接するため、高い熱伝導性および機械的特性が要求されることから、炭化珪素の結晶粒子を珪素で接合した炭化珪素質焼結体から構成する。珪素は炭化珪素結晶粒子に対する濡れ性がよく、しかもそれ自身熱伝導率が高いため、真空チャック自体の剛性および熱伝導を高くすることができる。吸着面２ｂは平坦度を維持するために使用頻度に応じて研磨される。

本発明の真空チャック１では、載置部２を成す多孔質体は炭化珪素の結晶粒子を珪素で接合してなり、珪素は炭化珪素結晶粒子に対する濡れ性がよく、しかもそれ自身熱伝導率が高いため、真空チャック１自体の剛性および熱伝導を高くすることができる。

また、載置部２の気孔率が高く、平均気孔径が大きいと通気抵抗は低くなるが、剛性や熱伝導は下がる。一方、気孔率が低く、平均気孔径が小さいと通気抵抗は高くなるが、剛性や熱伝導は上がる。このような観点から、載置部２はその気孔率を２７％以上、且つ４０％以下とし、平均気孔径を２０μｍ以上、且つ４０μｍ以下とすることが好適で、気孔率および平均気孔径をこの範囲にすることで、真空チャックの通気抵抗、剛性および熱伝導を最適化することができる。

なお、載置部２の気孔率および平均気孔径については、それぞれアルキメデス法、ＪＩＳＲ１６５５−２００３に準拠して求めることができる。

支持部３は中央に円形の凹部３ｂを有する略円盤状の緻密質体から成り、載置部２をガラス状の結合層４により凹部３ｂ内で固定、支持する。また、支持部３は両主面に貫通する吸引路３ａを備えており、さらに載置部２の気孔２ａを介して被吸着体を吸引、固定する。

また、支持部３は、載置部２と同様、高い熱伝導性および機械的特性が要求されることから炭化珪素を主成分としており、相対密度は９８％以上であることが好適である。

支持部３は、載置部２の吸着面２ｂと支持部３の凹部３ｂを形成する外壁３ｃの頂面３ｄが同一平面上に位置するように構成してあり、支持部３の外周縁にはフランジ部３ｅが備えられ、ネジ止めや係合等の手段によりフランジ部３ｅを各種装置に取り付けるようになっている。

また、図２に示す真空チャック１は、載置部２が吸着面２ｂを径方向に分割する炭化珪素質焼結体からなる環状隔壁５を備えたものであり、環状隔壁５は、その底面はガラス状の結合層４により、フランジ部３ｅを備えた支持板３ｆに、側面は同じくガラス状の結合層４により載置部２に接合して成る。環状隔壁５は、その幅が数ｍｍ程度であり、載置部２を径方向に２ｃ，２ｄと分割することで、径が異なる種々の被吸着体に対し、独立して吸着機能や洗浄機能を作用させるためのものである。外壁３ｃも炭化珪素質焼結体からなり、その底面はガラス状の結合層４により支持板３ｆに接合されて、支持部３を形成し、内周面はガラス状の結合層４により載置部２に接合される。載置部２が吸着面２ｂを径方向に分割する炭化珪素質焼結体からなる環状隔壁５を備えることで、径が異なる種々の被吸着体を精度よく加工することができると同時に、炭化珪素質焼結体は、その熱伝導率が高いため、環状隔壁５を介して載置部２より速やかに放熱することもできる。

図３に示す真空チャック１は、載置部２が吸着面２ｂを径方向に分割する炭化珪素質焼結体からなる環状隔壁５を備え、しかも環状隔壁５と支持部３とが一体的に形成されてなるものであり、環状隔壁５は、その側面のみがガラス状の結合層４で載置部２と接合されている。このような構造にすることにより、支持部３とのガラス状の結合層による接合が不要となるため、ガラス状の結合層による熱伝導の低下を抑制することができ、より高い熱伝導性を得ることができる。

図２および図３における環状隔壁５は、緻密質の炭化珪素質焼結体であって、その相対密度は９８％以上であることが好適である。

なお、図２および図３では、載置部２は環状隔壁５を１層備えた真空チャックを示したが、環状隔壁５を複数層備えたものであっても何等差し支えない。また、本発明における主成分とは、載置部２および支持部３を構成する成分のうち７０質量％以上、好適には７５質量％以上を占める成分をいう。

本発明の真空チャックでは、載置部２の厚み（ｄ２）は支持部３の厚み（ｄ３）に対して、３５％以下（０％を除く）とすることが好ましい。

この範囲とすれば、真空チャック全体の厚みは一定に保持したまま、支持部３の厚みを大きくできるため、その吸引路３ａの長さが増加し、通気抵抗を低くすることができるとともに、特に真空チャックの厚み方向における熱伝導を高くすることができる。多孔質部分の比率が少なくなるため、支持部をあわせた全体の剛性を高めることができる。載置部２の厚み（ｄ２）を支持部３の厚み（ｄ３）に対して、３５％以下と非常に薄い載置部２とした場合、従来のような炭化珪素を主成分とする多孔質体では、炭化珪素の結晶粒子同士が接触している部分が多く、各炭化珪素結晶粒子の連結が弱いため、剛性を高いものに保持することができない。これに対し、本発明の載置部２は炭化珪素の結晶粒子を珪素で接合してなる多孔質体であるため、上述のように珪素は炭化珪素結晶粒子に対する濡れ性がよく、しかもそれ自身熱伝導率が高いため、厚みの比率を低くしても剛性、熱伝導率を高いものに保持でき、真空チャック全体の剛性、熱伝導率も低下させることはなく、厚みを小さくすることできる。これにより、真空チャック1全体の厚みは一定のまま、支持部
３の厚みを大きくすることができるため、吸引路の長さが増加し、通気抵抗を低くすることができる。

ここで、炭化珪素の結晶粒子を珪素で接合した状態を図６を用いて説明する。図６は炭化珪素の結晶粒子１０を珪素１１で接合した状態を示す模式図である。

載置部２を形成する多孔質体は、珪素１１が炭化珪素の結晶粒子１０を接合し、１２を気孔とする多孔質体である。炭化珪素に対する珪素の濡れ性は良好で、珪素１１が炭化珪素の結晶粒子１０に容易に被着し、この被着した珪素１１は互いに強固に連結して珪素相を形成するので、剛性および熱伝導率を高く保持することができる。この形成過程では、珪素相の内部に空隙、気泡等の非連結部１３を発生させないことが好ましい。このような非連結部１２は熱伝導性を低下させるからである。

なお、非連結部１２の有無は、例えば走査型電子顕微鏡を用い、倍率５０〜５０００倍とし、１．８ｍｍ×２．０ｍｍの範囲で観察することができる。また、非連結部１２の面積比率は、以下の数式（１）で示される比率として定義され、載置部２の熱伝導性は非連結部１２の面積比率を小さくするほうが好ましく、その上限は２．５％とする。

非連結部１３の面積比率＝（非連結部１３の面積）／（珪素１１の面積＋非連結部１３の面積）×１００（％）・・・（１）
この面積比率は次のようにして求めることができる。即ち、載置部２から切り出した一部を、真空中で樹脂に埋め込んで円柱状の試料とし、この試料の平面をダイヤモンド砥粒を用いて研磨して鏡面とした後、工業用顕微鏡（Nikon ECLIPSE LV150）を用いて、この鏡面を５〜５０倍にて撮影した画像をＪＰＥＧ形式にて保存する。次に、ＪＰＥＧ形式で保存した画像ファイルをソフト（Adobe（登録商標）Photoshop （登録商標）Elements）を用いて画像処理を施し、ＢＭＰ形式にて保存する。具体的には画像上の有彩色を削除し、白黒の二階調化（白黒化）を行う。この二階調化では、工業用顕微鏡（Nikon ECLIPSE LV150）で撮影した画像と比べながら、炭化珪素の結晶粒子１０と珪素１１が識別できる閾値を設定する。閾値を設定した後、この二階調化された画像を「画像から面積」というフリーソフトを用いて、珪素１１の面積をピクセル単位で読みとる。非連結部１３についても上述と同様の方法で読みとり、数式（１）で算出することができる。

また、支持部３の厚み（ｄ３）に対する載置部２の厚み（ｄ２）の比率は、真空チャック１の剛性、熱伝導性および通気抵抗に与える影響が大きく、この比率が低いほど真空チャック１の剛性および熱伝導性は高く、通気抵抗は低くなる。本発明の真空チャックでは上記比率を３５％以下とすることにより、相対的に緻密質体からなる支持部３の厚みが６５％以上と高くなるため、支持部３内の吸引路３ａの長さが増加し、通気抵抗を低くすることができるとともに、特に真空チャックの厚み方向における熱伝導や剛性を高くすることができる。

載置部２は、例えば、その直径が１４０〜３００ｍｍ、厚み（ｄ２）が５〜１０ｍｍの円板形状をなす多孔質体であって、支持部３は、中央に円形の凹部３ｂを備え、外壁３ｃ間の外径が１４３〜３８０ｍｍ、厚み（ｄ３）が１４．３〜６０ｍｍである略円盤状の緻密質な枠体であり、載置部２の厚み（ｄ２）は支持部３の厚み（ｄ３）に対して、３５％以下（０％を除く）であり、特に２０％以下であることが好適である。

また、支持部３の厚み（ｄ３）に対する載置部２の厚み（ｄ２）は、１４％以上とすることがより好適であり、被吸着体を載置部２に保持、吸着した状態で、研磨布を用いて被吸着体を研磨した後、通常、吸引路３ａから載置部２に向かって圧縮空気を送って、吸着面２ｂに残った研磨紛を除去、清掃するが、比率が１４％未満の場合、圧縮空気の吐出圧力が高いと、載置部２が支持部３からはずれるおそれが発生するからである。

ここで、真空チャックの通気抵抗については、真空ポンプ（不図示）を配管（不図示）を介して吸引路３ａに接続した後、例えば８０〜９０ｋＰａの圧力で吸引する。そして、この吸引により載置部２の厚み、気孔率および平均気孔径に応じて圧力損失が発生するが、この圧力損失については、配管に備え付けられた圧力ゲージでその値を読みとればよい。この圧力損失の値が大きければ、通気抵抗が高いことを示し、圧力損失の値が小さければ、通気抵抗が低いことを示す。

また、真空チャックの剛性については、図４に示すように真空チャック１と同心円状に支持リング６で真空チャック１を支持し、真空チャック１の中心に荷重を与えたときの、真空チャック１の変位量を電気マイクロメータ（不図示）で計測し、以下の数式（２）により、ヤング率を求めればよい。

Ｅ＝（（３＋υ）Ｐ（ｄ／２）^２・１２（１−υ））／（１６π（１＋υ）・ｈ^３・ω）・・（２）
但し、Ｅ：真空チャック１のヤング率（ＧＰａ）
υ：真空チャック１のポアソン比
Ｐ：荷重（Ｎ）
ｄ：支持リング６の内径（ｍｍ）
ｈ：真空チャック１の厚み（ｍｍ）（図１、図２および図３ではｈはｄ３である。）
ω：真空チャック１の変位量（ｍｍ）
また、真空チャックの熱伝導性については、図５に示す熱伝導試験を行えばよい。具体的には、炭化珪素からなる均熱板７をホットプレート８に置いた後、ホットプレート８を加熱し、均熱板７を６０℃に保持する。この状態で、均熱板７上に真空チャック１を置き、このときから５０秒後の支持部３の裏面の中心の温度を熱電対９で測定する。この温度が高ければ、真空チャック１の熱伝導性は高く、この温度が低ければ、熱伝導性は低いと言える。

次に、本発明の真空チャックの製造方法について説明する。

本発明の真空チャック１の一部である載置部２を得るには、先ず平均粒径１０５〜３５０μｍのα型炭化珪素粉末１００質量部に対して、平均粒径１〜９０μｍの珪素粉末１５〜３０質量部を調合し、成形助剤として後の脱脂処理後の残炭率が３０％以上となるような熱硬化性樹脂、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、フェノキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アニリン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メタクリル樹脂の少なくともいずれか１種を添加し、ボールミル、振動ミル、コロイドミル、アトライター、高速ミキサー等で均一に混合する。特に、上記成形助剤として、熱硬化後の低収縮性の点からレゾール型またはノボラック型のフェノール樹脂が好適である。

成形助剤の添加量は、成形体の生密度を左右するため、載置部２の気孔率および平均細孔径にも強く影響する。載置部２の気孔率を２７％以上、且つ４０％以下であって、平均気孔径を２０μｍ以上、且つ４０μｍ以下とするには、α型炭化珪素粉末１００質量部に対し、成形助剤の添加量を５〜２０質量部とすればよい。

ところで、炭化珪素にはα型とβ型が存在するが、一般的にα型はβ型より耐酸化性が高く、粒子内部には残留炭素や残留珪素を殆ど含まない。このような理由から出発原料にはα型炭化珪素を用いる。

また、このα型炭化珪素粉末の平均粒径を１０５〜３５０μｍとすることが重要で、平均粒径が１０５μｍ以下では、径の小さな粉末が閉気孔を形成したり、気孔自体を小さくしたりすることで、半導体ウエハやガラス基板を真空吸着する場合、通気抵抗が高くなり、平均粒径が３５０μｍを超えると、載置部２の密度が低下することで、強度が低下するからである。α型炭化珪素粉末の平均粒径を１０５〜３５０μｍとすることで、通気抵抗が低く、強度低下を招くことのない載置部２を得ることができる。

また、珪素粉末は、後の熱処理で珪素相となって、炭化珪素の結晶粒子を連結する。珪素粉末は、平均粒径１〜９０μｍの粉末を用い、α型炭化珪素粉末１００質量部に対し、その比率を１５〜３０質量部とすることが重要である。珪素粉末の平均粒径が１μｍ未満では、珪素粉末の分散性が悪く、局部的にしか炭化珪素の結晶粒子を連結することができないからである。

一方、９０μｍを超えると、後の熱処理で珪素粉末は溶融して炭化珪素粉末を被覆するように移動するので、珪素粉末が部分的に凝集して占有していた空間は大きな気孔として残り、強度低下を招くからである。

また、α型炭化珪素粉末１００質量部に対し、珪素粉末の比率を１５〜３０質量部としたのは、珪素粉末の比率が１５質量部未満では、炭化珪素の結晶粒子に対する比率が低く、前記結晶粒子を十分連結させられないからである。

一方、比率が３０質量部を超えると、珪素が偏析しやすく、相対的に機械的特性の良好な炭化珪素の比率が下がり、十分な機械的特性を得られないからである。珪素粉末の比率を１５〜３０質量部とすることで、十分な機械的特性を備えた均質な組織を有する載置部とすることができる。

なお、珪素粉末の純度は高いほうが望ましく、９５％以上の純度のものが好適で、９９％以上の高純度珪素の使用が特に好ましい。なお、使用する珪素粉末の形状は特に限定されず、球形又はそれに近い形状のみならず、不規則形状であっても好適に用いることができる。

上記炭化珪素粉末、珪素粉末の各平均粒径は液相沈降法、光投下法、レーザー散乱回折法等により測定することができる。

次に、混合した原料を転動造粒機、スプレードライヤー、圧縮造粒機、押し出し造粒機等各種造粒機を用いて顆粒にする。

次に、この顆粒を乾式加圧成形、冷間等方静水圧成形等の成形手段で所望の形状に成形して成形体とし、必要に応じて、アルゴン、ヘリウム、ネオン、窒素、真空等の非酸化雰囲気中、４００〜６００℃で脱脂処理を行った後、脱脂処理と同様、非酸化雰囲気中、１４００〜１４５０℃で熱処理することで珪素−炭化珪素の複合体とすることができる。

なお、熱処理の温度を下げるには、珪素の純度を９９．５〜９９．８質量％とすることが好適である。

熱処理では、その温度を１４００〜１４５０℃とすることが重要で、１４００℃未満では、珪素粉末が十分溶融しないため、炭化珪素の結晶粒子を珪素相として連結することができないからであり、１４５０℃を超えると、珪素が蒸発することで強度低下を招きやすいとともに、製造コストが高くなるからである。熱処理温度を１４００〜１４５０℃とすることで、珪素粉末は蒸発することなく適度に溶融するため、隣り合う炭化珪素の結晶粒子間に空洞部が介在して２箇所以上の接合部を発生することなく、炭化珪素の結晶粒子を珪素相として連結することができ、適切な強度及び熱伝導率が得られ、製造コストも削減することができる。特に、熱処理温度を１４２０〜１４５０℃にすることが好適で、この温度範囲で熱処理することで３点曲げ強度が３０ＭＰａ以上、ヤング率が３０ＧＰａ以上の複合体を得ることができる。また炭化珪素の結晶粒子を珪素で被覆するには、珪素粉末を十分溶融させた上で、珪素が蒸発したり、雰囲気内で浮遊する炭素と一部反応して炭化珪素に変化したりすることのないようにしなければならない。このような観点から炭化珪素の結晶粒子を珪素で被覆するには、１４２０〜１４４０℃にすればよい。

このような製造方法で得られた複合体は、その上面を研削、研磨等の機械加工を施して、載置部２とすることができ、例えば、その直径を１４０〜３００ｍｍ、厚み（ｄ２）を５〜１０ｍｍの円板形状をなす多孔質体とすればよい。

なお、吸着面２ｂはその面状態が加工後の半導体ウエハやガラス基板の精度に影響を与えることから極力平坦化する必要があり、少なくとも平坦度１μｍ以下、好ましくは平坦度０．３μｍ以下とすることが望まれる。

次に、炭化珪素を主成分とし、中央に円形の凹部３ｂを備え、外壁３ｃ間の外径が１４３〜３８０ｍｍ、厚み（ｄ３）が１４．３〜６０ｍｍである略円盤状の緻密質な枠体である支持部３を準備し、ＳｉＯ_２が３０〜６５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１０〜４０質量％、Ｂ_２Ｏ_３が１０〜２０質量％、ＣａＯが４〜５質量％、ＭｇＯが１〜５質量％、ＴｉＯ_２が０〜５質量％からなるペースト状のガラス、あるいはＳｉＯ_２が３０〜６５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１０〜４０質量％、Ｂ_２Ｏ_３が１０〜２０質量％、ＣａＯが４〜５質量％、ＭｇＯが１〜５質量％、ＢａＯが０〜６質量％およびＳｒＯが０〜５質量％からなるペースト状のガラスを凹部３ｂに塗布する。ガラス塗布後、載置部２を凹部３ｂに置き、専用の加圧装置で厚み方向から加圧する。加圧後、９５０〜９８０℃で熱処理することにより載置部２と支持部３とは、ガラス状の結合層４で接合され、図１に示す真空チャックをえることができる。

また、環状隔壁５を備える、図２に示す真空チャックは、以下に示す方法で得ることができる。即ち、先ず、炭化珪素を主成分とし、厚みが９．３〜５０ｍｍの緻密質な円板形状をなす支持板３ｆを準備する。支持板３ｆ上に上述したいずれかのガラスを塗布し、支持板３ｆ上に予め外周面に前記ガラスが塗布された円板形状をなす載置部２ｃを略同心円上になるように置く。そして、炭化珪素質焼結体からなる環状隔壁５、環状体である載置部２ｄ、炭化珪素質焼結体からなる外壁３ｃを順次支持板３ｆ上に置き、専用の加圧装置で厚み方向から加圧する。なお、環状隔壁５および載置部２ｄの内周面、外周面および底面、外壁３ｃの内周面および底面には、予め前記ガラスが塗布されている。加圧後、９５０〜９８０℃で熱処理することにより、載置部２、環状隔壁５および外壁３ｃは支持板３ｆに対し、ガラス状の結合層４で接合される。同時に、外壁３ｃおよび支持板３ｆは、支持部３を形成して、図２に示す真空チャックを得ることができる。

環状隔壁５と支持部３とが一体的に形成された、図３に示す真空チャックは、以下に示す方法で得ることができる。即ち、先ず炭化珪素を主成分とし、予め、環状隔壁５と外壁３ｃとを備え、中央に円形の凹部３ｂ、そして、環状隔壁５を挟んで、環状の凹部３ｂを備えてなる、略円盤状の緻密質な枠体である支持部３を準備し、上述したいずれかのガラスを凹部３ｂに塗布する。ガラス塗布後、載置部２を凹部３ｂに置き、専用の加圧装置で厚み方向から加圧する。加圧後、９５０〜９８０℃で熱処理することにより載置部２と支持部３とは、ガラス状の結合層４で接合され、図３に示す真空チャックを得ることができる。

このような本発明の真空吸着装置は、これら通気抵抗が低く、剛性の高い真空チャックを用い、前記支持部における吸引路に接続する真空ポンプ等の吸引手段を別途備えているため、長期間の使用に供することができ、信頼性が高く好適である。

以下本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。

（実施例１）
先ず、α型炭化珪素粉末、珪素粉末及び成形助剤となるフェノール樹脂を均一に混合し、調合原料を作製した。この調合原料を転動造粒機に投入し、顆粒とした後、乾式加圧成形にて成形体を得た。次にこの成形体を窒素雰囲気中、５００℃で脱脂処理した後、１４２０℃で同じく窒素雰囲気中で熱処理して、炭化珪素の結晶粒子を珪素で接合した、気孔率３１％、平均気孔径５５μｍの多孔質体である、図１、図２および図３に示す載置部２をそれぞれ作製した。ここで、環状隔壁５を備えたものを○、環状隔壁５のないものを×で表１に示した。

載置部２の気孔率、気孔２ａの平均気孔径についてはそれぞれアルキメデス法、ＪＩＳＲ１６５５−２００３に準拠して測定した。

次に、炭化珪素を主成分とし、中央に円形の凹部３ｂを有する略円盤状の緻密質な枠体であって、厚み（ｄ３）が４０ｍｍの支持部３を準備し、接合後の結合層４を構成するガラスの各成分がＳｉＯ_２６０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３１５質量％、Ｂ_２Ｏ_３１４質量％、ＣａＯ４質量％、ＭｇＯ３質量％、ＢａＯ３質量％、ＳｒＯ１質量％になるように調整されたペースト状のガラスを凹部３ｂに塗布した。ガラス塗布後、載置部２を凹部３ｂに置き、専用の加圧装置で厚み方向から加圧した後、９８０℃で熱処理することで、結合層４の厚みが１１０〜１２０μｍである真空チャックを得た。

得られた真空チャック１の熱伝導性の評価については、図５に示す熱伝導試験を実施した。具体的には、先ず、炭化珪素からなる均熱板７をホットプレート８に置いた後、ホットプレート８を加熱し、均熱板７を６０℃に保持した。この状態で、真空チャック１を均熱板７上に置き、このときから５０秒後の支持部３の裏面の中心の温度を熱電対９で測定し、表１に支持部裏面温度として示した。この温度が高ければ、真空チャック１の熱伝導性は高く、この温度が低ければ、熱伝導性は低いと言える。

また、真空チャック１の通気抵抗については、真空ポンプ（不図示）を配管（不図示）を介して吸引路３ａに接続した後、８５ｋＰａの圧力で吸引し、発生した圧力損失の値を読みとり、その値を表１に示した。この圧力損失の値が大きければ、通気抵抗が高いことを示し、圧力損失の値が小さければ、通気抵抗が低いことを示す。

真空チャックの剛性については、図４に示すように真空チャック１と同心円状に支持リング６で真空チャック１を支持し、真空チャック１の中心に荷重を与えたときの、真空チャック１の変位量を電気マイクロメータ（不図示）で計測し、上記数式（２）により、ヤング率を求め、その値を表１に示した。

表１からわかるように、炭化珪素の結晶粒子をガラスで接合した試料Ｎｏ．１は、通気
抵抗が低く、剛性も高いものの、熱伝導性が低く、真空チャックとして十分な機能を備え
ているとは言えない。

一方、炭化珪素の結晶粒子を珪素で接合してなり、且つ、載置部２の厚みが支持部３の厚みに対して、３５％以下である試料Ｎｏ．３〜９は、通気抵抗が低い上、剛性、熱伝導性とも高く、必要な機能を十分備えた真空チャックであると言える。

特に、支持部３の厚みに対する載置部２の厚みの比率が２０％以下である試料Ｎｏ．５
や載置部２の厚みが７ｍｍ以下である試料Ｎｏ．６，７は、前記比率が２０％を超える試
料Ｎｏ．３、４より通気抵抗が低い上、剛性、熱伝導性とも高く、より高い機能を備えた
真空チャックであると言える。

また、環状隔壁５と支持部３とが一体的に形成されてなる試料Ｎｏ．８は、環状隔壁
５と支持部３とがガラス状の結合層４で接合されてなる試料Ｎｏ．９より、熱伝導性が高
く、より好適である。

（実施例２）
先ず、α型炭化珪素粉末、珪素粉末及び成形助剤となるフェノール樹脂を均一に混合し、調合原料を作製した。この調合原料を転動造粒機に投入し、顆粒とした後、乾式加圧成形にて成形体を得た。次にこの成形体を窒素雰囲気中、５００℃で脱脂処理した後、１４３０℃で同じく窒素雰囲気中で熱処理して、表２に示す気孔率、平均気孔径の多孔質体である、図３に示す載置部２を作製した。ここで、前記多孔質体は、炭化珪素の結晶粒子を珪素で接合してなるものである。

載置部２の気孔率、気孔２ａの平均径については実施例１と同様の方法で測定した。

次に、炭化珪素を主成分とし、中央に円形の凹部３ａを有する略円盤状の緻密質な枠体である支持部３を準備し、接合後の結合層４を構成するガラスの各成分がＳｉＯ_２５８質量％、Ａｌ_２Ｏ_３１５質量％、Ｂ_２Ｏ_３１３質量％、ＣａＯ５質量％、ＭｇＯ３質量％、ＢａＯ４質量％、ＳｒＯ２質量％になるように調整されたペースト状のガラスを凹部３ｂに塗布した。ガラス塗布後、載置部２を凹部３ｂに置き、専用の加圧装置で厚み方向から加圧した後、９７０℃で熱処理することで、結合層の厚みが１１０〜１２０μｍである真空チャックを得た。

得られた真空チャック１の熱伝導性、通気抵抗および剛性の評価については、実施例１に示した試験と同じ試験を実施した。その測定結果を表２に示す。

表２からわかるように、気孔率が２７％以上、且つ４０％以下であって、平均気孔径が２０μｍ以上、且つ４０μｍ以下である試料Ｎｏ．１１，１３〜１５，１７，１８は熱伝導性、剛性および通気抵抗のバランスがよく、この範囲外の試料Ｎｏ．１０，１２，１６１９より好適であるといえる。

本発明の真空チャックの一実施形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。本発明の真空チャックの他の実施形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。本発明の真空チャックの他の実施形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。真空チャックの剛性を評価していることを示す断面図である。熱伝導試験により真空チャックの熱伝導性を評価していることを示す断面図である。炭化珪素の結晶粒子を珪素で接合した状態を示す模式図である。従来の真空チャックの一実施形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。従来の真空チャックの一実施形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。従来の真空チャックの一実施形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

符号の説明

１：真空チャック
２：載置部
２ａ：気孔
２ｂ：吸着面
３：支持部
３ａ：吸引路
３ｂ：凹部
３ｃ：外壁
３ｄ：頂面
３ｅ：フランジ部
４：結合層
５：環状隔壁
６：支持リング
７：均熱板
８：ホットプレート
９：熱電対
１０：炭化珪素の結晶粒子
１１：珪素
１２：気孔
１３：非連結部

Claims

炭化珪素を主成分とする多孔質体から成り、被吸着体を吸着、保持するための吸着面を備える載置部と、炭化珪素を主成分とする緻密質体からなり、その内部に吸引路を備えるとともに、前記載置部を囲繞して支持する支持部とを備え、前記載置部を成す多孔質体は、気孔率が２７％以上、且つ４０％以下であって、炭化珪素の結晶粒子を珪素で接合してなるとともに、前記載置部を成す多孔質体が、炭化珪素１００質量部に対し、珪素を１５〜３０質量部含有してなり、前記珪素からなる珪素相中における非連結部の割合が２．５％以下であることを特徴とする真空チャック。
前記載置部は、前記吸着面を径方向に分割する炭化珪素質焼結体からなる環状隔壁を備えたことを特徴とする請求項１に記載の真空チャック。
前記環状隔壁と前記支持部とが一体的に形成されてなることを特徴とする請求項２に記載の真空チャック。
前記載置部は、その厚みが７ｍｍ以下（０ｍｍを除く）であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の真空チャック。
前記支持部における吸引路に、吸引手段を接続したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の真空チャックを用いた真空吸着装置。