JPWO2017170738A1 - 吸着部材 - Google Patents

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Abstract

基部（３）と複数の凸部（２）とを備える。前記基部（３）は、第１面（４）を有する。前記凸部（２）は、前記第１面（４）につながる側面（６）および該側面（６）につながる頂面（５）を有する。前記側面（６）は、前記第１面（４）から離れる方向に伸びる突条部（７）を複数備える。

Description

本開示は、被吸着体を吸着して保持する吸着部材に関する。
半導体素子の製造工程において、例えばシリコン半導体基板等の基板を吸着して保持する吸着部材が広く用いられている。基板を保持する際、基板と吸着部材との摩擦により発生するパーティクル、または吸着部材の表面に存在するキズ、気孔等に入り込んだパーティクルが基板へ付着することが問題となる。例えば露光工程において、基板の裏面と吸着部材の接触面との間にパーティクルが挟み込まれると、基板の局所的な盛り上がりが発生し、露光の焦点が合わなくなって基板に形成する回路パターンの不良が発生する。このような不良による歩留まり低下を抑制するために、主面に複数の凸部を配置し、この凸部の頂面を基板との接触面とした吸着部材が使用されている。
例えば特開平１０−２４２２５５号公報には、セラミックスからなる基体の表面にショットブラスト処理を行って複数の凸部を先細り形状で形成した吸着部材が開示されている。
また、特開平１０−９２７３８号公報には、焼結した炭化珪素からなる基体に所定厚さの表面層を化学的気相成長法（ＣＶＤ法；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって成膜し、基板と接触する部分を除く部分をレーザ加工によって除去して凸部を形成した吸着部材が開示されている。
また、特開２０１２−１１９３７８号公報には、セラミックスからなる基体の表面にレーザ光を照射して、複数の凸部を形成した吸着部材が開示されている。
本開示の吸着部材は、基部と複数の凸部とを備える。基部は、第１面を有する。凸部は、第１面につながる側面および側面につながる頂面を有する。側面は、第１面から離れる方向に伸びる突条部を複数備える。
本開示の吸着部材および被吸着体である基板を示す概略斜視図である。 本開示の吸着部材における凸部の一例を示す図であり、（ａ）は凸部近傍の断面図、（ｂ）は凸部近傍の概略平面図である。 本開示の吸着部材における凸部を中心線に沿って切断した断面図である。 本開示の吸着部材における凸部の他の例を示す断面図である。 本開示の吸着部材における凸部のさらに他の例を示す断面図である。 本開示の吸着部材の作製時における基体へのレーザ照射方法を示す図である。 本開示の吸着部材の作製時における凸部形状を説明する図であり、（ａ）は第１加工工程後の状態、（ｂ）は第２加工工程後の状態の説明図である。 図１に示す吸着部材における凸部の一例を示す電子顕微鏡写真である。 図１に示す吸着部材における凸部の他の例を示す電子顕微鏡写真である。
本開示に係る吸着部材について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態である吸着部材１０および被吸着体である基板１１を示す概略斜視図である。図２は、吸着部材１０の凸部２について説明する図であり、（ａ）は凸部２の近傍の断面図、（ｂ）は凸部２の近傍の概略平面図である。図３は、図２に示す吸着部材１０の凸部２を説明する図であり、凸部２を中心線に沿って切断した断面図である。
このような凸部２を備えた吸着部材１０においては、凸部１０から被吸着体１１へのパーティクルの付着が少ないながらも、凸部２の機械的強度が比較的高いことが求められている。
本開示の吸着部材１０は、基部３と複数の凸部２とを備える。基部３は、第１面４を有する。凸部２は、第１面４につながる側面６および側面６につながる頂面５を有する。側面６は、第１面４から離れる方向に伸びる突条部７を複数備えている。
基部３は、略円板状であり、表面である第１面４と、第１面の裏側にあたる第２面を有しており、第１面４に凸部２が位置している。第１面４には、凸部２の根本部分に溝があってもよく、その溝を含めて第１面４という。
凸部２は、頂面５に向って直径が小さくなる略円錐台状である。頂面５は、基板１１である被吸着体１１との接触面となっており、吸着部材１０と被吸着体１１との接触面積が比較的小さくなっている。接触面積が比較的小さいので、被吸着体１１を吸着した際のパーティクルの発生、および被吸着体１１へのパーティクルの付着が比較的少ない。また、突条部７は凸部２の曲げ剛性を高める梁として機能し、凸部２の機械的強度が比較的高くなっている。すなわち凸部２は、頂面５の面積は比較的小さく、かつ機械的強度は比較的高い。また、吸着部材１０は、凸部２の側面６に突条部７が形成されていることにより、凸部２の表面積が比較的大きくなっている。これにより、被吸着体１１の昇温にともなう吸着部材１０の温度上昇が抑制され、吸着部材１０自体の部分的な温度変動も抑制されている。突条部７は、凸部２の側面６に、例えば１周当たり１０〜１００本程度形成されている。突条部７の数が多いほど、凸部２の表面積が大きくなって放熱性が高まり、かつ機械的強度が高くなる。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、突条部７は、第１面４につながっていてもよい。このような構成であると、特に、凸部２の根本の強度を高くすることができる。
凸部２は、頂面５の面積が、第１面４につながる位置の面積よりも小さくてもよい。本開示の吸着部材１０では、凸部２は基部３と一体的に形成されている。吸着部材１０は、頂面５の面積が、第１面４につながる位置の面積よりも小さいので、頂面５および側面６の交差部近傍にパーティクルが付着しがたい。また凸部２は、根本部分の直径が頂面５側の直径よりも大きいので、凸部２に外力が加わった場合に、凸部２が根本付近から破損することが抑制されている。
図３は、図１に示す吸着部材１０の凸部２を説明する図であり、凸部２を中心線に沿って切断した断面図である。
側面６のうち、頂面５から突条部７までを第１側面６ａ、突条部７が位置する部分を第２側面６ｂとしたとき、凸部２の側面視において、第１側面６ａは、第１側面６ａと第２側面６ｂとの境界９における幅が最も広く、第２側面６ｂは、第２側面６ｂにおける幅が、前記境界における幅よりも広くなっていてもよい。
なお、頂面５から突条部７までとは、頂面５から突条部７の上端までの領域を指し、突条部７を含まない領域のことである。
境界９よりも第１面４に近い、凸部２の根本部分といえる第２側面６ｂでは、第１面４に平行な断面積が比較的大きいので機械的強度が比較的高い。境界９よりも頂面５に近い第１側面６ａでは、境界９を境に断面積が小さくなっているので、被吸着体１１に近い部分での側面６の面積も比較的小さくなっている。
また、第１側面６ａは、第２側面６ｂとつながる部分に段差部６１を備えていてもよい。このように段差部６１を備えることで、境界９の近傍において、凸部２の断面積は頂面５に近づくにしたがって急激に小さくなっている。このように段差部６１を有することで、凸部２の第１面につながる位置の面積８と頂面５の面積との差を大きくし、頂面５をより小さくすることができる。なお、段差部６１とは、例えば、第１面４とのなす角度が０°以上１５°以下である段差部６１をいう。
また、凸部２の側面視において、第１側面６ａの幅は、頂面５に近づくにつれて漸減していてもよい。このような第１側面６ａは、余分な凹凸が少ないのでパーティクルが付着し難く、かつ頂面５の面積（接触面積）が小さい。
また、凸部２の側面視において、第２側面６ｂの幅は、第１面４に近づくにつれて漸増していてもよい。このような第２側面６ｂは、余分な凹凸が少ないのでパーティクルが付着し難く、凸部２の第１面４につながる位置の面積が十分に大きいので機械的強度が高い。
パーティクルの付着を十分に抑制しつつ、十分な機械的強度を実現する観点で、凸部２の高さＬ１は凸部２の頂面５の径Φｔの１倍から３倍程度とするとよい。また、凸部２と基部３の境界部がＲ形状となっていてもよい。
また、吸着部材１０を、凸部２に被吸着体１１を載置して真空吸着する真空チャックとして使用する場合、凸部２を高く形成することにより、被吸着体１１を真空吸着する際の真空応答性（被吸着体を吸着部材に載置してから真空吸着されるまでの応答速度）を比較的高くできる。被吸着体１１を真空吸着する際の真空応答性を良好にする観点で、凸部２の頂面５の径Φｔを２００μｍ以下、特に１００μｍ以下、高さＬが１００μｍ以上、特に３００μｍ以上としてもよい。
また、第１側面６ａの単位面積当たりの気孔の個数が、第２側面６ｂの単位面積当たりの気孔の個数よりも少なくてもよい。側面６に存在する気孔はパーティクルの発生源や付着部になりやすい。頂面５に近い側の第１側面６ａの単位面積当たりの気孔の個数が比較的少ない場合、パーティクルの発生が低減できるのでよい。
第１側面６ａおよび第２側面６ｂにおける単位面積当たりの気孔の個数は、５００倍の倍率で走査型電子顕微鏡を用い、横方向の長さが０．２５ｍｍ、縦方向の長さが０．２０ｍｍで、面積は０．０５ｍｍ２である範囲を測定の対象範囲とすればよい。
また凸部２は、境界９よりも第１面４に近い第２側面６ｂのみに突条部７が設けられていてもよい。吸着部材１０では、被吸着体１１から離れた第２側面６ｂのみに突条部７が設けられているので、突条部７に付着したパーティクルは被吸着体１１まで届き難く、被吸着体１１へのパーティクルの付着が抑制されている。
吸着部材１０を用いて被吸着体１１を吸着・保持する方法は、真空吸着、またはジョンソン・ラーベック力型静電吸着が好適である。
基部３および凸部２は、セラミックスからなるものとしてもよい。吸着部材１０は、高剛性、高硬度、高強度であることが望まれており、吸着部材１０は、コージェライト、ジルコニア、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウムまたは炭化珪素などを主成分とするセラミックスとしてもよい。特に、炭化珪素質セラミックスとするとよい。
以下、炭化珪素を主成分とするセラミックスを炭化珪素質セラミックスという。炭化珪素質セラミックスは、熱伝導率が高く放熱性に優れており、被吸着体１１の温度変化が少ない。炭化珪素質セラミックスはまた、電気伝導性を備えているので静電気が発生しにくいので、吸着部材１０は、パーティクルが静電付着しにくい。なお、主成分とは、着目する部材を構成する全成分１００質量％のうち、５０質量％以上を占める成分をいい、特に、炭化珪素を９０質量％以上とするとよい。
また、吸着部材１０が炭化珪素質セラミックスからなる場合、炭化珪素の結晶の結晶多形のうち３Ｃ型および４Ｈ型の比率の合計が１０％以上２０％以下であってもよい。炭化珪素の結晶の結晶多形および相対密度がこの範囲であると、体積抵抗率を１×１０５Ω・ｍ以上５×１０６Ω・ｍ以下とすることができる。静電気の除電の速度が低下するので、急激な放電現象が起こるおそれがさらに低くなり、静電破壊を抑制することができる。
結晶多形の定量については、Ｘ線回折装置を用いてＸ線回折を行ない、得られたスペクトルをＲＵＳＫＡ ＭＥＴＨＯＤにより求めればよい。
また、相対密度を９６．５％以上としてもよい。このように緻密なセラミックスを用いると気孔を少なくすることができる。炭化珪素質セラミックスの相対密度は、ＪＩＳ Ｒ １６３４−１９９８に準拠して求めればよい。
炭化珪素質セラミックスでは、主成分である炭化珪素以外、硼素、遊離炭素、鉄、チタン等が含まれていてもよい。炭化珪素質セラミックスは、チタンを含み、チタンの含有量が１６０質量ｐｐｍ以上４００質量ｐｐｍ以下とするとよい。
炭化珪素質セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、チタンの含有量が上記範囲であると、体積抵抗率を１×１０４Ω・ｍ以上５×１０６Ω・ｍ以下とすることができる。体積抵抗率がこの範囲、いわゆる半導電性の範囲であると、静電気による頂面５へのパーティクルの付着が抑制されるとともに、静電気が徐々に除電されるので、急激な放電現象が発生するおそれが低くなり、静電破壊を抑制することができる。
炭化珪素質セラミックスの体積抵抗率は、ＪＩＳ Ｃ ２１４１−１９９２に準拠して求めればよい。具体的には、体積抵抗率を測定するための炭化珪素質セラミックスの試験片として、基部から直径および厚さがそれぞれ５０ｍｍ，２．５ｍｍｍの円板を切り出し、試験片の両主面には、銀からなる電極を形成すればよい。そして、電極間に１Ｖの交流電圧を印加したときの体積抵抗率を求めればよい。
炭化珪素質セラミックスに含まれるチタンの含有量は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置によって求めることができる。具体的なＩＣＰ発光分光分析装置によるチタンの含有量の求め方は、前処理として炭化珪素質セラミックスの一部を超硬乳鉢にて粉砕した試料にホウ酸および炭酸ナトリウムを加えて融解する。そして、放冷した後に塩酸溶液にて溶解し、溶解液をフラスコに移して水で標線まで薄めて定容とし、検量線用溶液とともにＩＣＰ発光分光分析装置で測定することにより、炭化珪素質セラミックスを構成する成分のチタンの含有量を求めることができる。
各成分は、Ｘ線回折装置を用いて、ＣｕＫα線を炭化珪素質セラミックスに照射して同定すればよい。同定された成分が、例えば、ＳｉＣやＢ４Ｃであれば、ＩＣＰ発光分光分析装置により求めたＳｉおよびＢの含有量の値を用いてそれぞれＳｉＣやＢ４Ｃに換算する。
炭化珪素質セラミックスからなる吸着部材１０は、基部３の密度が３．１８ｇ／ｃｍ３以上、動的弾性率が４４０ＧＰａ以上、比剛性が１３５ＧＰａ・ｃｍ３／ｇ以上とするとよい。このような吸着部材１０は、頂面５に載置される被吸着体１１の平面度を精度良く保つことができる。また吸着部材１０は、室温における熱伝導率が１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、被吸着体１１に局所的に熱が加わった際、吸着部材１０を介して加わった熱を放出しやすい。このような吸着部材１０では、被吸着体１１が熱膨張して歪むことが抑制されるので、露光工程において、発熱による露光精度の悪化を抑制することができる。ここで、室温における熱伝導率とは、概ね１５〜３０℃、好ましくは２２〜２４℃の範囲で測定した熱伝導率である。炭化珪素質セラミックスからなる吸着部材１０は、室温を超える環境、例えば６００℃以上においても、熱伝導率を６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上と、高い値で保つことができる。
機械的強度を向上させ、パーティクルをさらに低減するためには、炭化珪素質セラミックスを構成する炭化珪素の結晶の平均結晶粒径は３〜１０μｍの範囲としてもよい。平均結晶粒径が３μｍ以上であると、放熱性が高くなるため、温度が上昇する環境で用いられても載置された被吸着体１１の平面度を精度良く保つことができる。また、平均結晶粒径が１０μｍ以下であると、機械的強度および剛性が高くなるため、載置された被吸着体１１の平面度を精度良く保つことができるとともに、結晶粒子間に気孔が残留しにくいため、気孔内に残留したパーティクルが被吸着体に付着しにくい。
ここで、炭化珪素の結晶の平均結晶粒径の求め方は次の通りである。
まず、炭化珪素質セラミックスからなる基部３の第１面４を、例えば、ＪＩＳ Ｒ ６００１−１：２０１７（ＩＳＯ ８４８６−１：１９９６）に記載されている粒度番号がＦ２２０のダイヤモンドからなる砥石を用いて研削した後、引き続き、錫からなるラップ盤を用いて、粒径が１〜３μｍのダイヤモンド砥粒により、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）で規定される算術平均粗さＲａが０．０１μｍ以下になるまで研磨する。次に、水酸化ナトリウムおよび硝酸カリウムが１:１の質量比からなる加熱溶融された溶液に基部を１５〜３０秒浸漬し、研磨された面をエッチングする。そして、このエッチングされた面を５００倍の倍率で光学顕微鏡を用いて観察し、平均的に観察される面を本実施形態における観察面とする。なお、平均的に観察される面とは、観察した際に他の領域では観察されないような大きさの粒子が存在する領域を除くものである。この観察面の大きさは、例えば、横方向の長さが０．２２ｍｍ、縦方向の長さが０．１６ｍｍで、面積は０．０３５ｍｍ２である。
そして、この観察面を撮影した写真または画像を用いて、気孔の存在する位置に重ならないように、例えば、１本当たりの長さが１００μｍの直線を３〜５本引き、これらの直線上に存在する炭化珪素の結晶の個数をこれら直線の合計長さで除すことで炭化珪素の平均結晶粒径を求めることができる。
本実施形態では、凸部２は基部３と一体的に形成されており、基部３と同じ主成分で構成されている。なお、凸部２の頂面５、側面６および基部３の第１面４の少なくともいずれかに、例えば酸化膜や樹脂やガラス等からなる保護層（不図示）が形成されていてもよい。例えば、炭化珪素質セラミックスからなる吸着部材１０の場合、側面６が炭化珪素を構成する炭素の少なくとも一部が酸素に置換した酸化膜で覆われると、この酸化膜がセラミック粒子等の脱粒を抑制する。このような酸化膜は、例えば後述するレーザ光の照射によって形成することができる。表面領域が酸化膜あるいは保護層で覆われているかの判定は、例えばＥＤＳ法（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等による元素分析で実施することができる。
吸着部材１０は、第１面４の粗さ曲線要素の平均高さが、頂面５の粗さ曲線要素の平均高さの２倍以上としてもよい。第１面４の粗さ曲線要素の平均長さが、頂面５の粗さ曲線要素の平均長さの２倍以上としてもよい。このような吸着部材１０では、頂面５で被吸着体１１を安定して吸着できるとともに、被吸着体１１と頂面５との接触によるパーティクルの発生が低減され、第１面４の放熱性向上と光の反射率低減の効果がある。
また、頂面５のスキューネスが第１面４のスキューネスよりも小さく、かつ、頂面５のクルトシスが第１面４のクルトシスよりも小さいてもよい。この場合、頂面５は谷が多くて平坦な形状であり、第１面４は山が多くて鋭い形状となり、被吸着体１１が安定して吸着できるとともに被吸着体１１と頂面５との接触によるパーティクルの発生が低減できる。また、第１面４の放熱性が比較的高く、かつ反射率が比較的低い点でよい。被吸着体１１を比較的安定して吸着できる観点で、頂面５のスキューネスを０より小さく、第１面４のスキューネスを０より大きくしてもよい。また同様の観点で、頂面５のクルトシスを３より小さく、第１面４のクルトシスを３より大きくしてもよい。
粗さ曲線要素の平均高さ、粗さ曲線要素の平均長さ、スキューネスおよびクルトシス（以下、これらを総称する場合、表面性状という。）は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠し、例えば、キーエンス社のレーザ顕微鏡ＶＫ−９５００を用いて、第１面４と頂面５の表面粗さを３ヶ所以上測定し、線粗さ測定における、各表面性状のそれぞれ平均値を求めるとよい。測定条件は、例えば、測定モードをカラー超深度、測定倍率を４００倍〜１０００倍、測定ピッチを０．０５μｍ〜０．２０μｍ、カットオフフィルタλｓを２．５μｍ、カットオフフィルタλｃを０．０８ｍｍ、測定長さを１００μｍ〜５００μｍとするとよい。
図４および図５はそれぞれ、吸着部材１０の他の実施形態を示す断面図である。吸着部材１０の凸部２は、例えば図４に示すように、頂面５に近い第１側面６ａと、第１面４に近い第２側面６ｂとがいずれも、頂面５に近づくにしたがって一定の割合で面積が漸減する形状であってもよい。また、図５に示すように、境界９や段差部６１を備えていなくてもよい。凸部２の形状は特に限定されない。
以下、吸着部材の製造方法の一実施形態について図を参照しながら説明する。
例えば、炭化珪素質セラミックスにおける３Ｃ型および４Ｈ型の結晶多形の比率の合計が１０％以上２０％以下となる炭化珪素質粉末と、水と、この炭化珪素質粉末を分散させる分散剤とを添加してボールミルに入れて４０〜６０時間粉砕混合してスラリーとする。ここで、炭化珪素質粉末に含まれるチタンの含有量は、例えば、１６０質量ｐｐｍ以上４００質量ｐｐｍ以上である。
ここで、粉砕混合した後の炭化珪素の平均粒径（Ｄ５０）は、０．４μｍ以上３μｍ以下である。次に、炭化硼素粉末および非晶質状の炭素粉末またはフェノール樹脂からなる焼結助剤と、結合剤とを添加して混合した後、噴霧乾燥することで主成分が炭化珪素からなる顆粒を得る。
次に、顆粒を静水圧加圧成形法により、４９〜１４７ＭＰａの範囲で適宜選択される圧力で円板状の成形体を得た後、切削加工により不要な部分を除去する。
そして、成形体を窒素雰囲気中、温度を４５０〜６５０℃、保持時間を２〜１０時間として脱脂して、脱脂体を得る。次に、この脱脂体を、不活性ガスの減圧雰囲気中、最高温度を１８００〜２２００℃、より好適には２１００〜２２００℃、保持時間を３〜６時間として保持し、焼成することにより炭化珪素質セラミックスからなる基体を得ることができる。なお、不活性ガスについては特に限定されるものではないが、入手や取り扱いが容易であることから、アルゴンガスを用いてもよい。
そして、図６に示すように、レーザ光源２０から基体１の表面にレーザ光２１を照射して、レーザ加工する。
このレーザ加工の工程は、基体１にレーザ光２１を照射することで、図７（ａ）に示すような凸部２の前駆体（前駆凸部７０ともいう）を形成するための第１加工工程と、この前駆凸部７０にレーザ光２１を照射して図７（ｂ）に示すような凸部２とするための第２加工工程とを有する。
第１加工工程では、基体１にレーザ光２１を照射することで基体１の所定部位を彫り込む。具体的には、凸部２を配置する所定領域を取り囲むようにレーザ光２１を照射し、レーザ光２１を照射した領域を除去する。レーザ光２１が照射された領域は第１面４が形成され、レーザ光２１が照射されなかった領域は前駆凸部７０として残る。この第１加工工程によって、前駆凸部７０の側面の全体に、第１面４から離れる方向に伸びる突条部７が複数形成される。
前駆凸部７０の表面および第１面４は、レーザ光２１の照射によって溶融、固化した改質領域（不図示）となっている。これら表面の形状、性状はレーザ光２１の照射条件によって調節可能である。加工に用いるレーザに特に制限はないが、レーザパルス幅がピコ秒領域にあるピコ秒レーザとしてもよい。
第１加工工程で形成した前駆凸部７０は、上底の直径Φ１が１００μｍ〜５００μｍ、高さＬ１が１００μｍ〜１０００μｍ、突条部７の本数は１周当たりおよそ１０〜１００本となっている。第１加工工程では、所望の領域にレーザ光２１を照射する加工を、レーザ光２１の焦点深度を変えながら、加工深さがＬ１になるまで繰り返すとよい。また、凸部２と第１面４との境界部がＲ形状となるように、境界部のレーザ照射位置を調整するとよい。
第２加工工程では、第１加工工程で形成した前駆凸部７０の図中上側部分に選択的にレーザ光２１を照射することで、前駆凸部７０の図中上側の領域を選択的に除去する加工を行う。この第２加工工程によって、平面視において、境界９よりも頂面５に近い側（第１側面６ａ）の外周線が、境界９よりも第１面４に近い側（第２側面６ｂ）の外周線の内側にある凸部２を形成する。言い換えると、第２加工工程によって、第１側面６ａが取り囲む領域の凸部２の直径を小さくするように加工するということである。
第２加工工程では、境界９よりも第１面４に近い側にはレーザを照射せず、第１加工工程で形成した突条部７が複数形成されたままの状態としておく。
このような第２加工工程を経て、例えば、頂面の直径Φｔが５０μｍ〜２００μｍ、凸部２の高さＬ１が１００μｍ〜１０００μｍ、凸部２のうち第１側面６ａが取り囲む部分の高さＬ２が５０μｍ〜３００μｍである凸部２を形成する。この第２加工工程においては、照射するレーザの出力を、第１加工工程でのレーザの出力よりも小さくしておくと、凸部２を所望の形状に加工しやすい。このとき、第１側面６ａの単位面積当たりの気孔の個数が、第２側面６ｂの単位面積当たりの気孔の個数よりも少なくなるように加工するとよい。
レーザ加工によって、側面６および第１面４は、溶融して固化した改質領域となる。すなわち、レーザによって側面６および第１面４が変質し、気孔の個数が少なくなり、機械加工面と比べて残留応力の小さい表面領域が形成される。例えば、レーザ加工を酸化雰囲気中で行うことにより、表面領域が酸化されて、側面６および第１面４に、炭化珪素よりもパーティクルを吸着しにくい酸化珪素、または炭素の少なくとも一部が酸素に置換された炭化珪素の被膜が形成される。
これらレーザ加工工程では、レーザ加工パターンに合わせてレーザ光源２０を移動させてもよいが、図６に示すように、基体１をステージ２２に載置して、そのステージ２２を移動させても加工してもよい。ステージ２２を移動させる場合には、ステージ２２をレーザ光２１に直交する平面方向、すなわちＸ、Ｙ方向に移動させることができるため、レーザ光源２０を移動させる場合と比較して、レーザ光２１の焦点のＺ方向精度が向上するとともに、レーザ光２１の傾きのばらつきを抑制することができる。これにより、レーザ加工の精度が上がり、複数の凸部２を精度よく形成することができる。
凸部２をレーザ加工で形成することにより、例えば、ブラスト加工などの方法と比べて、マスクが不要となるため、生産性が向上する。また、凸部２の形状を変化させる場合も、レーザ光照射プログラムの変更のみで対応できるので、さまざまな用途、装置用の吸着部材１０を簡便に製造することができる。
以上の方法により本開示の吸着部材１０を得ることができる。
以下、本発明の実施例を説明する。まず、外径１００ｍｍ、厚み１０ｍｍの円板状の炭化珪素質セラミックスを準備した。そして、この炭化珪素質セラミックスの外周面を円筒加工、厚みを研削加工によって整えた後、粒径１０μｍ以下のダイヤモンド砥粒を用いてラッピング加工を施すことにより、基体１を得た。
次に、基体１に第１加工工程と第２加工工程とを実施して、図２に示す吸着部材１０を得た。
第１加工工程、第２加工工程ともに、ピーク波長が５３２ｎｍ、スポット径が２０μｍ、である、レーザ光源２０を用いて基体１にレーザ光２１を照射し、ステージ２２をＸ，Ｙ方向に移動させて凸部２を形成した。なお、レーザ光源２０は、ピコ秒レーザ光源を用い、レーザ加工は、酸化雰囲気の環境で行った。レーザ加工により側面６に突条部７が形成されるとともに、側面６および基部３の第１面４が変質し、単位面積当たりの気孔の個数が少なく、炭素の少なくとも一部が酸素に置換した炭化珪素を含んだ表面領域が形成された。また、第１面４には、レーザ光２１のスポット径と略同程度の大きさの鱗片状の粒子が形成された。ここで、第１加工工程でのレーザの出力を８０Ｗとし、第２加工工程でのレーザの出力を２０Ｗとした。
以上の工程を経て作製した吸着部材１０の凸部２を、ＳＥＭによって観察した。図８は、吸着部材１０の例を示すＳＥＭ写真である。ＳＥＭ撮影の加速電圧は、１５０ｋＶ、撮影倍率は１００倍とした。ＳＥＭ写真から測定した凸部２の各部の寸法は、凸部２の高さＬ１が約３０５μｍ、凸部２の屈曲点９から頂面５までの高さＬ２が１７１μｍ、頂面５の直径Φｔが約１０３μｍ、底面の直径Φｂが約２００ｍｍ、突条部７の本数が４４本であった。
また、凸部２の頂面５と、基部３の第１面４とをレーザ顕微鏡で観察し、線粗さを測定した。観察・測定にはキーエンス社のレーザ顕微鏡ＶＫ−９５００を用い、測定モードをカラー超深度、測定倍率を４００倍〜１０００倍、測定ピッチを０．０５μｍ〜０．２０μｍ、カットオフフィルタλｓを２．５μｍ、カットオフフィルタλｃを０．０８ｍｍ、測定長さを１００μｍ〜５００μｍとし、測定場所を変えて、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれ３回ずつ、計６回測定した。各測定値から平均値を算出し、各平均値は、凸部２の頂面５の粗さ曲線要素の平均高さが１．５７μｍ、粗さ曲線要素の平均長さが１９．５２μｍ、スキューネスが−０．５２、クルトシスが２．５７、基部３の第１面４の粗さ曲線要素の平均高さが４．４２μｍ、粗さ曲線要素の平均長さが４５．４２μｍ、スキューネスが０．１８、クルトシスが４．９１であった。
また、図９に加工条件を変えて作製した凸部２のＳＥＭ写真を示す。光源は、波長１０６４ｎｍのファイバーレーザーを使用し、酸化雰囲気中で、出力２０Ｗ、スポット径２０μｍで加工した。この例では、段差部６１はなく、突条部７は凸部２の第１面とつながる位置から離れた位置から頂面５の方向に伸びるように形成されている。
図８や図９に示すように、レーザ光源２０の出力が同じであっても、凸部２の位置によって、突条部７が存在する部分と、突条部７がない部分が形成されるのは、レーザ光源２０からの距離によって、加工される状態が変化するからである。すなわち、レーザ光源２０からの距離が遠い位置では、突条部７が形成されやすく、レーザ光源２０からの距離が近い位置では突条部７が形成されにくくなる。
突条部７を形成するためには、スポット径を大きくし、ショットごとのレーザ光の移動距離を大きくするとよい。また、突条部７がない側面６とするには、ショットごとのレーザ光の移動距離を小さくするとよい。
以上、本開示の吸着部材について説明したが、本発明は上述の形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行なってもよい。
１ ：基体
２ ：凸部
３ ：基部
４ ：第１面
５ ：頂面
６ ：側面
６ａ：第１側面
６ｂ：第２側面
７ ：突条部
８ ：凸部の第１面につながる位置の面積
９ ：境界
１０：吸着部材
１１：基板（被吸着体）
２０：レーザ光源
２１：レーザ光
２２：ステージ

Claims (17)

  1. 基部と複数の凸部とを備え、
    前記基部は、第１面を有し、
    前記凸部は、前記第１面につながる側面および該側面につながる頂面を有し、
    前記側面は、前記第１面から離れる方向に伸びる突条部を複数備えることを特徴とする吸着部材。
  2. 前記突条部は、前記第１面につながっていることを特徴とする請求項１に記載の吸着部材。
  3. 前記凸部は、前記頂面の面積が、前記第１面につながる位置の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吸着部材。
  4. 前記側面は、前記頂面から前記突条部までを第１側面、前記突条部が位置する部分を第２側面としたとき、
    前記凸部の側面視において、
    前記第１側面は、該第１側面と前記第２側面との境界における幅が最も広く、
    前記第２側面は、該第２側面における幅が、前記境界における幅よりも広いことを特徴とする請求項３に記載の吸着部材。
  5. 前記第１側面は、前記第２側面とつながる部分に段差部を有することを特徴とする請求項４に記載の吸着部材。
  6. 前記凸部の側面視において、
    前記第１側面の幅は、前記頂面に近づくにつれて漸減していることを特徴とする請求項４または５に記載の吸着部材。
  7. 前記凸部の側面視において、
    第２側面の幅は、前記第１面に近づくにつれて漸増していることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の吸着部材。
  8. 前記第１側面の単位面積当たりの気孔の個数が、前記第２側面の単位面積当たりの気孔の個数よりも少ないことを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の吸着部材。
  9. 前記第１面の粗さ曲線要素の平均高さが、前記頂面の粗さ曲線要素の平均高さの２倍以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の吸着部材。
  10. 前記第１面の粗さ曲線要素の平均長さが、前記頂面の粗さ曲線要素の平均長さの２倍以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の吸着部材。
  11. 前記頂面のスキューネスが前記第１面のスキューネスよりも小さく、かつ前記頂面のクルトシスが前記第１面のクルトシスよりも小さいことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の吸着部材。
  12. 前記頂面のスキューネスが０よりも小さく、前記第１面のスキューネスが０より大きいことを特徴とする請求項１１に記載の吸着部材。
  13. 前記頂面のクルトシスが３よりも小さく、前記第１面のクルトシスが３より大きいことを特徴とする請求項１１または１２に記載の吸着部材。
  14. 前記基部および前記凸部は、セラミックスからなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の吸着部材。
  15. 前記セラミックスにおける主成分が炭化珪素であることを特徴とする請求項１４に記載の吸着部材。
  16. 前記炭化珪素の結晶の結晶多形のうち３Ｃ型および４Ｈ型の比率の合計が１０％以上２０％以下であることを特徴とする請求項１５に記載の吸着部材。
  17. 前記セラミックスは、チタンを含み、チタンの含有量が１６０質量ｐｐｍ以上４００質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の吸着部材。
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