JP4964910B2 - 真空吸着装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ラップ等の湿式加工を行うために半導体ウエハやガラス基板などの被吸着物を真空吸着する真空吸着装置に関するものである。

従来、半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハを搬送、加工、検査する場合に、真空圧を利用した真空吸着装置が一般的に用いられている。このような真空吸着装置としては、吸着面に開口した複数の貫通孔を有するものが一般的であったが、貫通孔のみで吸着作用をするため、吸着面内の吸着力が不均一となりやすく、半導体ウエハの加工精度が低下するなどの問題があった。

そこで、より均一な吸着を行うために、ポーラス部材からなるチャック本体を保持金具に取り付けた真空吸着装置が検討されている。例えば、多孔質体からなる載置部を支持部に樹脂またはガラスなどの接着剤により接合してなり、下方の吸引孔より真空吸引することにより、上記載置部の吸着面に半導体ウエハを吸着するものが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開昭５３−０９０８７１号公報 特開昭６１−１８２７３８号公報

このような多孔質体からなる載置部を支持部に樹脂またはガラスなどの接着剤により接合する方法では、載置部を構成する多孔質体と支持部材とを別個に作製し、さらに、接合面の密着を高めるために、接合面となる載置部の底面及び側面、支持部材の内面を研削加工する必要があった。そのため、製造コストが割高になるという問題があった。

また、支持部材と載置部材の接合部の加工を施したとしても、載置部と支持部とを接合する際に、接着剤として使用する樹脂、ガラスなどの一部が多孔質体に浸透し、載置部と支持部の接合強度が低下するため、支持部から載置部が外れ、装置の破損を招くという課題があった。

さらに、上記作製方法では、載置部と支持部の接合部に隙間が生じやすく、載置部を十分に洗浄できないという問題があった。
すなわち、一般的に、このような多孔質体からなる載置部の洗浄は、載置部の裏側方向の支持部に設けられた吸引部より洗浄液を注入する方法で行われている。これは載置部となる多孔質体と支持部材とを具備する真空吸着装置を用いて半導体ウエハを固定して半導体ウエハを研削加工すると、研削屑や研削砥石から脱落した砥粒などが多孔質体の内部に吸い込まれて多孔質体からなる載置部が目詰まりを起こし、このように多孔質体に目詰まりした汚染物はウエハ裏面に転移して半導体ウエハを汚染する恐れもあるため、真空吸着装置の多孔質体からなる載置部に目詰まりした汚染物を除去する必要があるためである。

しかしながら、載置部と支持部と接合部の間に隙間が生じた状態では、載置部の裏面側の支持部に設けられた吸引部より洗浄液を注入して多孔質体を洗浄する際に、この隙間を通じて液漏れが生じ、洗浄液の大部分が多孔質体側面の隙間を通過するため、多孔質体を十分に洗浄できなくなるという課題があった。

この結果、載置部の多孔質体内に残留した研削屑や脱落砥粒等の汚染物質が半導体ウエハ裏面に転移するという問題があった。さらには、載置部の多孔質体内部を十分に洗浄できないため、汚染物質が蓄積し、載置部の吸着力の低下を招き、真空吸着装置の性能が低下するという問題もあった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、載置部材と支持部材とを一体的に成形して焼成することで、製造コストを大幅に低減し、さらに多孔質体からなる載置部と支持部との接合強度を高めて、洗浄時の破損を防止することを目的とする。また、本発明は多孔質体からなる載置部と支持部との接合面の隙間を防いで、洗浄時に隙間からの洗浄液の液漏れを防止し、載置部の多孔質体内に残留した研削屑や脱落砥粒等の汚染物質の十分な除去洗浄を可能とすることを目的とする。

上記した本発明の目的は、下記した手段によって達成される。
（１）凹部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と、セラミックス粉末とガラスから構成された多孔質体の載置部とからなり、前記支持部には前記凹部の底面において前記支持部を貫通するように吸引部が形成され、前記セラミックス粉末がガラスにより結合されて多孔質体が得られるとともに、前記多孔質体のガラスにより前記多孔質体と前記支持部とが接合されて、前記凹部に多孔質体の載置部が形成されてなる真空吸着装置であって、前記載置部の構成原料となる前記ガラスの粉末の平均粒子径が前記載置部のもう一方の構成原料である前記セラミックス粉末の平均粒子径より小さく、前記載置部と前記支持部との接合界面が隙間なく一体的に焼成されてなり、前記多孔質体の側面と、前記支持部の前記凹部の側面とが、全周にわたって接合され、前記多孔質体の底面と、前記支持部の前記凹部の底面とが、前記吸引部に連通する空隙を残しながら前記空隙を除く全ての部分において接合されていることを特徴とする真空吸着装置。
（２）セラミックス粉末およびガラス粉末を含むスラリーを、セラミックス緻密質焼結体からなる支持部に設けられた凹部に充填し、前記ガラス粉末の軟化点以上の温度で焼成することにより、前記セラミックス粉末がガラスにより結合されて多孔質体が得られるとともに、前記多孔質体のガラスにより前記多孔質体と前記支持部とが接合されて、前記凹部に多孔質体の載置部が形成されてなり、前記支持部には前記凹部の底面において前記支持部を貫通するように吸引部が形成された真空吸着装置であって、前記載置部の構成原料となる前記ガラス粉末の平均粒子径が前記載置部のもう一方の構成原料である前記セラミックス粉末の平均粒子径より小さく、前記載置部と前記支持部との接合界面が隙間なく一体的に焼成されてなり、前記多孔質体の側面と、前記支持部の前記凹部の側面とが、全周にわたって接合され、前記多孔質体の底面と、前記支持部の前記凹部の底面とが、前記吸引部に連通する空隙を残しながら前記空隙を除く全ての部分において接合されていることを特徴とする真空吸着装置。
（３）前記（１）又は（２）の真空吸着装置において、添加するガラス粉末の量が、セラミックス粉末に対して５〜３０質量％であることを特徴とする真空吸着装置。
（４）前記（１）〜（３）のうちいずれか１つの真空吸着装置において、前記支持部がアルミナ、窒化珪素、炭化珪素およびジルコニアから選ばれるセラミックス緻密質焼結体の１種からなり、前記載置部のセラミックス粉末がアルミナまたは炭化珪素であることを特徴とする真空吸着装置。
（５）前記（１）〜（４）のうちいずれか１つの真空吸着装置の製造方法であって、セラミックス粉末およびガラス粉末に、水またはアルコールを加えて混合してスラリーを調整するスラリー調整工程と、凹部が設けられた支持部であって、前記凹部の底面において前記支持部を貫通するように吸引部が形成され、かつ、前記吸引部に連通する空隙が形成されている支持部の前記吸引部及び前記空隙を消失部材により閉塞した上で、前記スラリーを前記凹部に充填するスラリー充填工程と、前記凹部にスラリーが充填された前記支持部をガラスの軟化点以上の温度で焼成する焼成工程と、を含むことを特徴とする製造方法。

本発明によれば、載置部と支持部とを一体的に焼成することで、製造コストを大幅に低減できる。また載置部と支持部との接合強度を高めて、洗浄時の破損を防止することを可能とする。さらに載置部と支持部が一体的に隙間なく焼成された結果、洗浄時に液漏れが生じず、多孔質体からなる載置部の洗浄も十分に行うことが可能となり、使用時に半導体ウエハ裏面に多孔質体内部の残留汚染物が付着する問題が生じなくなった。また、載置部の多孔質体内部の汚染物を洗浄により完全に除去できるため、装置の洗浄間隔が長くなり、真空吸着装置の吸着力の低下を防ぐことができた。

本発明の真空吸着装置の概略構成を示す模式断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る真空吸着装置１の概略構成を示す断面図である。真空吸着装置１は、多孔質体からなる載置部２と、該載置部の外縁を囲繞、支持する緻密質体からなる支持部３と、該支持部に形成された吸引部４とを具備し、載置部表面全体で吸引するために空隙５が設けられており、載置面２ａ上に、被吸着物６として例えば半導体ウエハを載置する。載置部２と支持部３との接合界面は実質的に隙間なく一体的に焼成されている。
ここで、前記「実質的に隙間なく一体的に焼成されている」とは、すなわち、載置部の多孔質体構造が支持部と接する界面まで連続的しており、かつ、載置部と支持部との接合界面に隙間がなく、載置部と支持部が一体的に焼成されてなることを意味する。それで、多孔質体からなる載置部と支持部との接合強度を高めて、洗浄時の破損を防止し、さらには、洗浄時に接合界面からの液漏れを防止する作用がある。

ここで、吸着面となる載置面２ａは、載置部２と載置部の周囲の支持部３とともに研磨加工により形成される。吸引部４は、載置部の裏面側の中央部に支持部３を貫通するように設けられた孔状を有しており、吸引部４を介して図示しない真空ポンプにより吸引することにより、載置部２の載置面２ａに載置された被吸着物である半導体ウエハ等が載置部に真空吸着される。

次に、本発明の真空吸着装置は、前記支持部がアルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニアから選ばれるセラミックスの１種からなり、かつ、載置部がアルミナおよびガラス、または、炭化珪素およびガラスからなることを特徴とする。ここで、多孔質体からなる載置部の気孔は連通しており、平均気孔径が１０〜１５０μｍ、気孔率が２０〜４０％とすることが好ましく、このような気孔径および気孔率を得るためには、前記載置部のもう一方の構成原料であるアルミナ粉末または炭化珪素粉末の平均粒径が３０μｍ〜１５０μｍのものを使用することが好ましい。

次に、前記載置部の構成成分であるガラスの熱膨張係数が前記支持部および前記載置部のもう一方の構成成分であるセラミックスの熱膨張係数より小さいものを使用することが好ましい。
その理由は、低熱膨張のガラスを使用することにより、焼結後の多孔質体と支持部材との界面の隙間をなくすことができ、また、多孔質体において結合材としての役割を有するガラスに圧縮応力が加わった状態が望ましいからである。

また、本発明では、前記載置部の構成原料となるガラス粉末の平均粒子径が前記載置部のもう一方の構成原料であるセラミックス粉末の平均粒子径より小さい方が好ましい。
その理由は、ガラス粉末の平均粒径がセラミックス粉末よりも大きいと、セラミックス粉末の充填を阻害するため、ガラス軟化点以上で焼結する際に焼成収縮を起こすからである。ガラスの平均粒径は、好ましくは、セラミックス粉末の平均粒径の１／２以下、さらに好ましくは１／３以下が望ましい。
添加するガラス粉末の量は、特に限定しないが、ガラス粉末の粒径が大きい場合と同様に大量に添加するとセラミックス粉末の充填を阻害し、焼成収縮を起こすため、少量が望ましい。ただし、少なすぎるとセラミックス粉末の結合強度が低下し、脱粒や欠けの問題が生じるため、結合強度を発揮するような量が必要である。具体的には、目標とする気孔率、セラミックス粉末の粒度、焼成温度およびガラス粘性等を考慮して調整されるが、概ねセラミックス粉末に対して５％〜３０質量％程度添加混合することが望ましい。

次に、図１を参照しながら、本発明の真空吸着装置１の製造方法について説明する。
はじめに載置部２を形成する多孔質体の原料粉末であるアルミナ粉末およびガラス粉末、または、炭化珪素粉末およびガラス粉末に、水またはアルコールを加えて混合してスラリーを調整する。原料の混合は、ボールミル、ミキサー等、公知の方法が適用できる。ここで、水またはアルコール量は特に限定しない。セラミックス粉末の粒度、ガラス粉末の添加量を考慮し所望の流動性が得られるよう水またはアルコールの添加量を調整する。

次に、載置部が形成される凹部（図示せず。載置部２と同形状。）を設けたアルミナ、ジルコニア、炭化珪素または窒化珪素からなるセラミックス支持部の該凹部に得られたスラリーを充填する。この際、必要に応じて、残留気泡を除去するための真空脱泡や、充填を高めるための振動を加えると良い。また、吸引部４および空隙５は、載置部となるスラリー混合物を注ぐ前に、ろう、樹脂等の焼失部材により閉塞しておく。

次に、凹部にスラリーを充填した支持部を十分に乾燥させた後、ガラスの軟化点以上の温度で焼成する。この際、焼成温度がガラスの軟化点より低いと十分に一体化できないが、反対に焼成温度が高すぎると変形や収縮を起こすため、できるだけ低温で焼成することが望ましい。

このような製造方法によれば、載置部と支持部とを別個に製造することなく、一体的に載置部と支持部材を焼成できるため、大幅な製造コストの低減を実現できる。さらには、載置部と支持部との接合面を合わせるための加工が不要であるため、支持部となる緻密質焼結体を加工することなくそのまま使用できる。したがって、大幅に製造コストが削減できるという効果がある。

以下、本発明の実施例と比較例により本発明を詳細に説明する。
（実施例）
アルミナ粉末（平均粒径：１２５μｍ）、ガラス粉末（ほう珪酸ガラス、平均粒径：２０μｍ、熱膨張係数４．０×１０^−６／℃、軟化点８００℃）および蒸留水を１００：２０：２０の質量比で混合し、ミキサーを用いて混錬して調整したスラリーを外径２５０ｍｍ、高さ５０ｍｍ（凹部：内径２００ｍｍ、深さ４０ｍｍ）の緻密質アルミナ支持部（熱膨張係数：８．０×１０^−６／℃）の凹部に注型し、真空脱泡を行った後、振動を加えて沈降充填させた。１００℃で乾燥させた後、１０００℃にて焼成した。次に表面をダイヤモンド砥石で研磨することにより真空吸着装置の吸着面となる載置面を得た。支持部と載置部の接合界面を観察したところ、亀裂や隙間は観察されなかった。

（比較例）
アルミナ多孔質体を実施例と同形状（外径２００ｍｍ、高さ４０ｍｍ）に加工して載置部とした後、載置部をアルミナ支持部の凹部に挿入し、支持部と載置部とを８００℃でガラス接合した。その結果、支持部と載置部との接合部に、小さな隙間が観察された。そして、実施例同様、ダイヤモンド砥石で研磨することにより吸着面となる載置面を形成した。

（評価結果）
実施例および比較例に示した真空吸着装置、各五台について吸着力のサイクル試験と半導体ウエハへの汚染状況について評価を行った。吸着力のサイクル試験は、真空吸着した半導体ウエハを８００番のダイヤモンド砥石を使用して１００μｍ研削加工する工程と、その後に、吸引部から洗浄液を注入して洗浄する工程とを１００サイクル繰り返し実施することにより行った。
比較例の真空吸着装置のうち、２台は洗浄の際に支持部から載置部が外れたため試験を中止した。実施例の真空吸着装置については、１００サイクルの間に支持部から載置部が外れることはなかった。

試験開始当初は、実施例と比較例の真空吸着装置の吸着力には差が見られなかったが、サイクル試験の回数が増すにつれて、比較例の真空吸着装置では、吸着力が低下し、１００サイクル試験後には、比較例の真空吸着装置の吸着力は、実施例の真空吸着装置の吸着力の半分以下となった。
また１００サイクル試験後には、比較例の真空吸着装置により研削加工した半導体ウエハには汚染物の転移によるシミが認められた。実施例の真空吸着装置では、吸着力の低下は見られず、また、半導体ウエハの汚染も生じなかった。

１；真空吸着装置
２；載置部
２ａ；載置面
２ｂ；接合部
３；支持部
４；吸引部
５；空隙
６：被吸着物

Claims (5)

1. 凹部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と、セラミックス粉末とガラスから構成された多孔質体の載置部とからなり、前記支持部には前記凹部の底面において前記支持部を貫通するように吸引部が形成され、前記セラミックス粉末がガラスにより結合されて多孔質体が得られるとともに、前記多孔質体のガラスにより前記多孔質体と前記支持部とが接合されて、前記凹部に多孔質体の載置部が形成されてなる真空吸着装置であって、
   前記載置部の構成原料となる前記ガラスの粉末の平均粒子径が前記載置部のもう一方の構成原料である前記セラミックス粉末の平均粒子径より小さく、前記載置部と前記支持部との接合界面が隙間なく一体的に焼成されてなり、前記多孔質体の側面と、前記支持部の前記凹部の側面とが、全周にわたって接合され、前記多孔質体の底面と、前記支持部の前記凹部の底面とが、前記吸引部に連通する空隙を残しながら前記空隙を除く全ての部分において接合されていることを特徴とする真空吸着装置。
2. セラミックス粉末およびガラス粉末を含むスラリーを、セラミックス緻密質焼結体からなる支持部に設けられた凹部に充填し、前記ガラス粉末の軟化点以上の温度で焼成することにより、前記セラミックス粉末がガラスにより結合されて多孔質体が得られるとともに、前記多孔質体のガラスにより前記多孔質体と前記支持部とが接合されて、前記凹部に多孔質体の載置部が形成されてなり、前記支持部には前記凹部の底面において前記支持部を貫通するように吸引部が形成された真空吸着装置であって、
   前記載置部の構成原料となる前記ガラス粉末の平均粒子径が前記載置部のもう一方の構成原料である前記セラミックス粉末の平均粒子径より小さく、前記載置部と前記支持部との接合界面が隙間なく一体的に焼成されてなり、前記多孔質体の側面と、前記支持部の前記凹部の側面とが、全周にわたって接合され、前記多孔質体の底面と、前記支持部の前記凹部の底面とが、前記吸引部に連通する空隙を残しながら前記空隙を除く全ての部分において接合されていることを特徴とする真空吸着装置。
3. 請求項１又は２記載の真空吸着装置において、
   添加するガラス粉末の量が、セラミックス粉末に対して５〜３０質量％であることを特徴とする真空吸着装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の真空吸着装置において、
   前記支持部がアルミナ、窒化珪素、炭化珪素およびジルコニアから選ばれるセラミックス緻密質焼結体の１種からなり、前記載置部のセラミックス粉末がアルミナまたは炭化珪素であることを特徴とする真空吸着装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の真空吸着装置の製造方法であって、
   セラミックス粉末およびガラス粉末に、水またはアルコールを加えて混合してスラリーを調整するスラリー調整工程と、
   凹部が設けられた支持部であって、前記凹部の底面において前記支持部を貫通するように吸引部が形成され、かつ、前記吸引部に連通する空隙が形成されている支持部の前記吸引部及び前記空隙を消失部材により閉塞した上で、前記スラリーを前記凹部に充填するスラリー充填工程と、
   前記凹部にスラリーが充填された前記支持部をガラスの軟化点以上の温度で焼成する焼成工程と、を含むことを特徴とする製造方法。

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