JP6154274B2 - 吸着盤 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体製造装置等に用いられる吸着盤に関する。

従来、例えば研削装置等の半導体製造装置において、半導体ウェハ等の対象物を加工する際に対象物を吸着する吸着盤が知られている。

例えば、特許文献１には、凹部に吸気溝（流路）が設けられたセラミックス緻密質焼結体からなる支持部（支持部材）と、支持部に接合されつつ凹部に形成された多孔質体の載置部（吸着部材）とからなり、載置部と、凹部および吸気溝の少なくとも側壁面（内面）の一部とが、隙間無く接合されている真空吸着装置（吸着盤）が開示されている。

特開２０１２−１５３００号公報

吸着盤を繰り返し用いて多数の対象物を加工すると、多孔質体の吸着部材の内部に対象物の加工屑や加工用砥粒などが入り込んで、吸着力が低下する。このため、加工屑などを除去するために吸着盤の洗浄が行われている。この洗浄は、例えば、支持部材の流路から吸着部材の内部に向かって、水などの洗浄液を高圧で流すことにより行われている。この際に、吸着部材と支持部材との接合部に応力が加わり、吸着部材と支持部材との剥離が生じることがある。このように剥離が生じると、対象物を吸着する際に吸着部材がたわみやすくなり、対象物の加工精度が低下しやすくなる。

また、特許文献１の吸着盤においては、吸着部材と凹部および流路の内面の一部とが接合されているため、凹部と流路の内面の一部との角部に応力が集中しやすい。このため、吸着部材にクラックが生じ、吸着部材と支持部材とが剥離しやすい。

本発明は、吸着部材と支持部材との剥離を低減する要求に応える吸着盤を提供するものである。

本発明の一態様における吸着盤は、凹部および該凹部の底面に流路となる複数の開口を備える支持部材と、前記凹部の底面に接合された、多孔質体からなる吸着部材とを備え、該吸着部材は、前記開口から前記流路の内部に向かって突出した複数の突出部を有し、前記突出部の側面は、前記流路の内面から離れているとともに前記流路の内面に対して傾斜しており、前記突出部の側面の接線と、前記凹部の底面と前記吸着部材の境界の接線とのなす角のうち、前記支持部材側の角が鈍角である。

本発明の一態様における吸着盤によれば、吸着部材の突出部によって、吸着部材と支持部材との剥離を低減することができる。

本発明の一実施形態における吸着盤の斜視図である。 （ａ）は図１の吸着盤を上方から見た場合の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。 図２（ｂ）のＢ部の拡大断面図である。 図２（ｂ）のＣ部の拡大断面図である。 （ａ）ないし（ｃ）は図１の吸着盤の製造方法を示した断面図である。 （ａ）ないし（ｃ）は図１の吸着盤の製造方法を示した断面図である。

本発明の一実施形態における吸着盤について、図１ないし図４を参照して説明する。

本実施形態の吸着盤１は、例えば研削装置等の半導体製造装置において、半導体ウェハ等の対象物を加工する際に対象物を吸着するものである。この吸着盤１は、図１および２に示すように、多孔質体からなる吸着部材２と、吸着部材２が底面３に接合した凹部４を有する支持部材５と、凹部４の底面３に開口６を有する流路７とを備える。

吸着部材２は、対象物を吸着するものであり、対象物が吸着される吸着面８を有している。この吸着部材２は、支持部材５の凹部４内に位置し、凹部４の底面３および側面９に接合している。

多孔質体からなる吸着部材２の気孔率（空隙率）は、例えば２５〜５０体積％である。また、吸着部材２の平均気孔径は、例えば２０〜１００μｍである。本明細書に示す気孔率および平均気孔径は、吸着部材２の任意の断面において、電子顕微鏡または光学顕微鏡による観察像から求められる。

また、本実施形態の吸着部材２は、厚みが直径よりも小さい円板状である。吸着部材２の厚みは、例えば３〜２０ｍｍである。吸着部材２の直径は、例えば５０〜５００ｍｍである。なお、吸着部材２は、円板状でなくてもよく、例えば四角板状などの平板状であってもよい。

また、本実施形態の吸着部材２は、図４に示すように、複数のセラミック粒子１０と、複数のセラミック粒子１０同士を接続したガラス１１と、複数のセラミック粒子１０およびガラス１１の間に配された開気孔の空隙１２とを有する。このセラミック粒子１０、ガラス１１および空隙１２は、多孔質体を構成している。このように、機械的強度が高い複数のセラミック粒子１０同士がガラス１１を介して接続しているため、吸着部材２の機械的強度を高めることができる。

セラミック粒子１０は、例えば、アルミナまたは炭化珪素のいずれかを主成分とするセラミックスからなる。また、吸着部材２に含まれるセラミック粒子１０と支持部材５とは同じ材質のセラミックスからなることが好ましい。

ガラス１１は、例えば、シリカを主成分として含み、シリカよりも少ない割合で周期表の第２〜第６周期までの元素のうちいずれかの成分を含んでいる。なお、吸着部材２の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影した場合に、ガラス１１は例えば白色を示す。

開気孔の空隙１２は、吸着部材２の厚み方向（Ｚ方向）に渡って形成されており、吸着部材２の吸着面３およびその反対側の主面に開口した連通孔を構成している。この連通孔は、減圧の際に気体が流れる経路および洗浄の際の洗浄液の経路となる。なお、吸着部材２の厚み方向に沿った一断面を示す図４においては、空隙１２はセラミック粒子１０およびガラス１１に取り囲まれた閉気孔のように示されているが、空隙１２は、３次元構造を有しており、実際には吸着部材２の厚み方向に渡って形成されている。

支持部材５は、緻密質体からなり、吸着部材２を取り囲むことでシール部材として機能するものである。支持部材５は、例えば、アルミナまたは炭化珪素のいずれかを主成分とするセラミックスからなる。また、緻密質体からなる支持部材５の気孔率は、例えば０．１体積％以下である。また、支持部材５は、取り付け穴１３を有しており、この取り付け穴１３にボルト等を通すことによって、吸着盤１は不図示の基台に締結され、固定される。

支持部材５は、厚み方向に貫通して流路７につながった吸引孔１４を有している。吸引孔１４は、対象物を吸着する際には不図示の減圧装置（例えば真空ポンプ）に接続され、吸着部材２を洗浄する際には不図示の洗浄装置に接続される。

流路７は、凹部４の底面３に沿った溝状である。吸引孔１４は流路７の底面１５に開口している。流路７の幅は、例えば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。また、流路７の深さは、例えば５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。

本実施形態において、支持部材５の凹部４の底面３および側面９と、吸着部材２の側面および吸着面８とは反対側の主面とは、ガラス層１６を介して互いに接合されている。このガラス層１６は、吸着部材２のガラス１１よりも融点が高いことが好ましい。 前述した吸着盤１は、例えば以下のようにして対象物を吸着する。まず、減圧装置に吸引孔１４を接続し、吸着面８に対象物を載せる。次に、減圧装置によって吸引孔１４を減圧する。吸引孔１４が減圧されると、流路７が減圧され、さらに吸着部材２の空隙１２が減圧される。流路７は凹部４の底面３に沿った溝状であるため、吸着部材２の空隙１２はより均一に減圧される。空隙１２が減圧されることによって、対象物は吸着面８に吸着される。

対象物は、吸着面８に吸着された状態で、研削加工などの加工が行なわれる。加工が終わると、対象物が吸着面８から取り外される。その後、他の対象物が吸着面８に吸着され、加工が行なわれる。このように吸着盤１を繰り返し用いて多数の対象物を加工すると、吸着部材２の内部に対象物の加工屑や加工用砥粒などが入り込んで、吸着力が低下する。このため、加工屑などを除去するために吸着盤１の洗浄が定期的に行われる。

吸着盤１の洗浄は、例えば以下のようにして行なわれる。まず、吸着部材２から対象物を取り外し、洗浄装置に吸引孔１４を接続する。次に、洗浄装置から水などの洗浄液を高圧で吸引孔１４に流す。この洗浄液は、吸引孔１４から流路７に流れ、さらに流路７から吸着部材２の空隙１２に流れ、吸着面８において空隙１２から外部に吐出される。流路７は凹部４の底面３に沿った溝状であるため、洗浄液は吸着部材２の空隙１２により均一に流れる。空隙１２に洗浄液が流れることによって、吸着部材２の内部に入り込んだ加工屑などを除去し、吸着盤１を洗浄することができる。

ところで、流路７から吸着部材２の空隙１２に向かって洗浄液を流すと、洗浄液によって、凹部４の底面３側から吸着面８側に向かって、凹部４の底面３に直交する方向（Ｚ方向）への圧力が吸着部材２に加わる。このため、吸着部材２と支持部材５との接合部に応力が加わる。

一方、本実施形態において、図３および４に示すように、吸着部材２は、流路７の開口６から流路７の内部に向かって突出した突出部１７を有する。突出部１７の側面１８は、流路７の内面１９から離れているとともに流路７の内面１９に対して傾斜している。

その結果、洗浄液から突出部１７に加わる応力の一部が、突出部１７の側面１８に沿った方向への応力となるため、凹部４の底面３に直交する方向への応力を低減することがで
きる。したがって、吸着部材２と支持部材５との剥離を低減することができる。それ故、対象物を吸着する際に吸着部材２のたわみを低減し、対象物の加工精度を高めることができる。

また、吸着部材２が突出部１７を有するため、吸着部材２の流路７に露出した領域が、洗浄液の圧力によって弾性変形した際に凹部４の底面３から吸着面８側に向かった窪んだ形状となりにくい。したがって、凹部４の底面３と流路７の内面１９との間の角部２０における、吸着部材２と支持部材５との剥離を低減することができる。

また、突出部１７の側面１８が流路７の内面１９から離れているため、凹部４の底面３と流路７の内面１９との間の角部２０への応力集中が緩和される。したがって、この応力集中に起因した吸着部材２におけるクラックの発生を低減することができるため、吸着部材２と支持部材５との剥離を低減することができる。

突出部１７の高さは、例えば５０μｍ以上５ｍｍ以下である。突出部１７の高さは、凹部４の底面３から突出部１７の頂点までの、突出部１７の突出方向（Ｚ方向）における長さである。

本実施形態において、図３に示すように、突出部１７の幅は、流路７の開口６から流路７の内部に向かって狭くなっている。その結果、洗浄液から突出部１７に加わる応力の一部が、突出部１７の側面１８に沿った方向への応力となるため、凹部４の底面３に直交する方向への応力を低減することができる。

本実施形態において、図３に示すように、突出部１７の側面１８と凹部４の底面３とのなす角のうち、支持部材５側の角２１は鈍角である。その結果、凹部４の底面３と流路７の内面１９との間の角部２０の近傍領域への応力集中をさらに緩和することができる。

突出部１７の側面１８と凹部４の底面３とのなす角のうち、支持部材５側の角２１は、例えば９０°より大きく１８０°より小さい。この角２１は、図３に示すように、突出部１７の近傍領域において、底面３を示す直線と、角部２０における突出部１７の側面の接線とのなす角度である。

本実施形態において、図３に示すように、突出部１７の側面１８は、曲面状である。その結果、洗浄液から突出部１７に応力が加わった際に、突出部１７の側面１８において応力集中する個所が発生しにくく、突出部１７におけるクラックの発生を低減することができる。なお、曲面状であるとは、吸着部材２がセラミック粒子１０とガラス１１を含む場合には、セラミック粒子１０およびガラス１１により形成される凹凸の最外部を結んだ面が曲面状であることをいう。また、突出部１７の側面１８は、曲面状でなくてもよく、例えば平面状であっても構わない。

本実施形態において、図３に示すように、突出部１７の側面１８は、凸曲面状である。その結果、洗浄液から突出部１７に応力が加わった際に、側面１８が凹曲面状である場合と比較して、凸曲面状である側面１８に沿って応力が分散しやすいため、突出部１７におけるクラックの発生を低減することができる。

本実施形態において、図３に示すように、突出部１７は、流路７の幅方向に沿って並んだ一対の側面１８を有しており、一対の側面１８それぞれは、流路７の内面１９から離れているとともに流路７の内面１９に対して傾斜している。その結果、一対の側面１８それぞれにおいて、洗浄液から突出部１７に加わる応力の一部が、突出部１７の側面１８に沿った方向への応力となるため、凹部４の底面３に直交する方向への応力をより低減するこ
とができる。

本実施形態において、図３に示すように、突出部１７の表面は、流路７の幅方向における突出部１７の一端部から他端部に渡って曲面状である。その結果、より多くの応力が、突出部１７の側面１８に沿った方向への応力となるため、凹部４の底面３に直交する方向への応力をより低減することができる。なお、図３は、流路７の長手方向（Ｙ方向）に垂直な断面を示しており、図３において、突出部１７の表面は、円孤状である。

本実施形態において、図３に示すように、突出部１７は、流路７の幅に沿った方向（Ｘ方向）において、流路７の一端部から他端部に渡って形成されている。その結果、より多くの応力が、突出部１７の側面１８に沿った方向への応力となるため、凹部４の底面３に直交する方向への応力をより低減することができる。

本実施形態において、図４に示すように、突出部１７は、セラミック粒子１０、ガラス１１および空隙１２を有する。その結果、洗浄液の一部突出部１７の空隙１２に入り込むため、洗浄液によって突出部１７に加わる応力を低減することができる。なお、突出部１７においては、複数のセラミック粒子１０が流路７の幅に沿って並んでいる。

本実施形態において、図４に示すように、吸着部材２は、凹部４の底面３に接合した本体２２をさらに有する。本体２２は、セラミック粒子１０、ガラス１１および空隙１２を有する。吸着部材２の突出部１７におけるガラス１１の含有割合は、吸着部材２の本体２２におけるガラス１１の含有割合よりも少ない。その結果、本体２２よりも洗浄液から加わる応力が大きい突出部１７において、セラミック粒子１０よりも機械的強度が弱いガラス１１の含有割合が少ないため、突出部１７に繰り返し応力が加わった場合に、ガラス１１を起点としたクラックが発生しにくい。このため、吸着盤１の洗浄を繰り返し行なった場合でも、吸着部材２に亀裂、割れが発生しにくい。なお、突出部１７および本体２２におけるガラス１１の含有割合は、吸着部材２の厚み方向に沿った断面において、ＳＥＭの面分析を行なうことにより測定できる。

本実施形態において、吸着部材２と支持部材５との間に介されたガラス層１６は、突出部１７の表面には配されていない。これにより、突出部１７の空隙１２の大きさを維持し、吸着部材２による対象物２の吸着力を維持することができる。

次に、吸着盤１の製造方法について、図５および６を参照して説明する。

（１）図５（ａ）に示すように、凹部４、吸引孔１４および流路７を有するセラミック焼結体からなる支持部材５を準備し、支持部材５を載置台２３に固定する。図示しないが、支持部材５の流路７には、固形の有機物を充填する。

（２）図５（ｂ）に示すように、支持部材５の上面全体に、環状の治具２４を固定する。その後、原料２５を、支持部材５の凹部４内および、治具２４の内側に供給し、充填する。原料２５は、例えば、セラミック粒子１０、ガラス粒子、有機バインダーおよび水からなる混合物である。原料２５は、セラミック粒子１０とガラス粒子の合計質量を１００質量部としたときに、水を１〜１０質量部含むことが好ましい。

（３）図５（ｃ）に示すように、金型などの加圧部材２６によって原料２５を凹部４の底面３に向かって加圧しつつ、載置台２３を上下に振動させることで原料２５を上下に振動させる。これにより、図６（ａ）に示すように、成形体２７を形成することができる。この状態では、図示していないが、流路７内に固形の有機物が充填されている。

（４）図６（ｂ）に示すように、成形体２７を、成形体２７に含まれるガラス粒子の軟化点以上の温度で加熱する。加熱によって、複数のガラス粒子を溶融させつつ互いに接着させてガラス１１とするとともに、ガラス１１で複数のセラミック粒子１０同士を接続させて、多孔質体からなる吸着部材２を形成する。また、加熱により、流路７内に形成された固形の有機物は蒸発し、消滅するので、流路７内は空洞となる。

（５）図６（ｃ）に示すように、砥石２８を用いて、吸着部材２の上面を平坦に加工し、同時に支持部材５の上面も加工することで、吸着面８と支持部材５の上面とを面一にする。なお、吸着面８は、開気孔があるため、微視的には凹凸を有する。

以上のようにして、吸着盤１を作製することができる。

ここで、突出部１７の側面１８が、流路７の内面１９から離れているとともに流路７の内面１９に対して傾斜した構成は、例えば以下のようにして形成することができる。

工程（１）において、有機物の上面が凹部４の底面３と面一になるように有機物を流路７に充填する。この際に、流路７の内面１９は、有機物から露出させない。有機物としては、例えば、強度が高く、弾性変形しやすいウレタン系樹脂またはワックス等を用いる。

そして、工程（３）において、加圧部材２６によって原料２５に加える圧力を適宜調節することによって、有機物を弾性変形させて有機物の上面を所望の形状に窪ませることができる。この際に、有機物の上面が流路７の内面１９から離れた状態で窪んだ形状に変形させて、この窪んだ形状に対応した突出部を有する成形体２７を形成する。加圧部材２６によって加える圧力は、例えば０．１ＭＰａ以上である。

そして、工程（４）において、成形体２７を加熱することによって、本実施形態の突出部１７を形成することができる。なお、有機物として、塑性変形しやすい寒天などを用いると、突出部１７の側面１８が流路７の内面１９と接してしまうため、好ましくない。

ここで、突出部１７におけるガラス１１の含有割合が、吸着部材２の本体２２におけるガラス１１の含有割合よりも少ない構成は、例えば以下のようにして形成することができる。

工程（１）において、凹部４の底面３のうち流路７以外の部分にガラスペーストを塗布する。そして、工程（４）においてガラスペーストを加熱することによって、ガラスペーストがガラス層１６になる。この際に、ガラスペーストの一部が本体２２に浸透してガラス１１の一部を構成することによって、突出部１７におけるガラス１１の含有割合が、吸着部材２の本体２２におけるガラス１１の含有割合よりも少なくなる。

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、組み合わせ等が可能である。

１：吸着盤
２：吸着部材
３：凹部の底面
４：凹部
５：支持部材
６：流路の開口
７：流路
８：吸着面
９：凹部の側面
１０：セラミック粒子
１１：ガラス
１２：空隙
１３：取り付け穴
１４：吸引孔
１５：流路の底面
１６：ガラス層
１７：突出部
１８：突出部の側面
１９：流路の内面
２０：凹部の底面と流路の内面との間の角部
２１：突出部の側面と凹部の底面とのなす角のうち、支持部材側の角
２２：本体
２３：載置台
２４：治具
２５：原料
２６：加圧部材
２７：成形体
２８：砥石

Claims (6)

1. 凹部および該凹部の底面に流路となる複数の開口を備える支持部材と、
   前記凹部の底面に接合された、多孔質体からなる吸着部材とを備え、
   該吸着部材は、前記開口から前記流路の内部に向かって突出した突出部を有し、
   前記突出部の側面は、前記流路の内面から離れているとともに前記流路の内面に対して傾斜しており、
   前記突出部の側面の接線と、前記凹部の底面と前記吸着部材の境界の接線とのなす角のうち、前記支持部材側の角が鈍角であることを特徴とする吸着盤。
2. 前記突出部の幅は、前記流路の開口から前記流路の内部に向かって狭くなっていることを特徴とする請求項１に記載の吸着盤。
3. 前記突出部の側面は、曲面状であることを特徴とする請求項１に記載の吸着盤。
4. 前記吸着部材は、複数のセラミック粒子と、該複数のセラミック粒子同士を接続したガラスと、前記複数のセラミック粒子および前記ガラスの間に配された開気孔の空隙とを有することを特徴とする請求項１に記載の吸着盤。
5. 前記吸着部材は、前記吸着部材の前記突出部における前記ガラスの含有割合が、前記吸着部材の前記突出部を除く部分における前記ガラスの含有割合よりも少ないことを特徴とする請求項４に記載の吸着盤。
6. 凹部および該凹部の底面に流路となる複数の開口を備える支持部材と、
   前記凹部の底面に接合された、多孔質体からなる吸着部材とを備え、
   該吸着部材は、前記開口から前記流路の内部に向かって突出した突出部を有し、
   前記突出部の側面は、前記流路の内面から離れているとともに前記流路の内面に対して傾斜しており、
   前記吸着部材は、複数のセラミック粒子と、該複数のセラミック粒子同士を接続したガラスと、前記複数のセラミック粒子および前記ガラスの間に配された開気孔の空隙とを有し、
   前記吸着部材の前記突出部における前記ガラスの含有割合は、前記吸着部材の前記突出部を除く部分における前記ガラスの含有割合よりも少ないことを特徴とする吸着盤。