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【発明の名称】 真空チャック及びこれを用いた真空吸着装置
【発明者】 【氏名】石川 和洋

【要約】 【課題】真空チャック自体の熱伝導率および剛性が低く、通気抵抗が高い。

【構成】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2bを備えた載置部2と、炭化珪素を主成分とする緻密質体からなり、その内部に前記吸着面2bに連通する吸引路3aを備えるとともに、前記載置部2を囲繞して支持する支持部3とを備えた真空チャック1であって、前記載置部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、且つ、前記載置部2の厚みは前記支持部3の厚みに対して35%以下(0%を除く)である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
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、その内部に前記吸着面に連通する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た真空チャックであって、前記載置部を成す多孔質体は、炭化珪素の結晶粒子を珪素で接合してなり、且つ、前記載置部の厚みが前記支持部の厚みに対して35%以下(0%を除く)であることを特徴とする真空チャック。
【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【請求項4】
前記載置部は、その気孔率が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。
【請求項5】
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4の何れかに記載の真空チャック。
【請求項6】
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5の何れかに記載の真空チャックを用いた真空吸着装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【特許文献1】特開2001−138228号公報
【特許文献2】特開2004−319885号公報
【特許文献3】特開2006−93491号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
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、支持部23が環状の多孔質体であるために、支持部23の外周側で欠けが発生しやすいという問題を有しており、さらに、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。
【0010】
また、特許文献2で提案された真空チャック21は、研削により半導体ウエハWが薄くなった場合でもその外周側がばたつくことがなくなるため、半導体ウエハWの破損を防止できるものの、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をセラミックスで作製すること自体ひじょうに難しく、支持部23が作製できたとしても、支持部23に載置部22を接合しようとすると、配管26が破損しやすくなるという問題があった。
【0011】
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。
【0012】
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自体の熱伝導率や剛性が低くなったりするという問題を避けられず、特許文献3で示されているように支持部23に対する載置部22の厚みの比率が80%であると、このような問題は顕著な支障となって表れていた。
【0013】
本発明は、真空チャック自体の熱伝導率および剛性が高く、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。
【課題を解決するための手段】
【0014】
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、その内部に前記吸着面に連通する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た真空チャックであって、前記載置部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、且つ、前記載置部の厚みは前記支持部の厚みに対して、35%以下(0%を除く)であることを特徴とする。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
また、前記載置部は、その気孔率が27%以上、且つ40%以下であって、平均気孔径が20μm以上、且つ40μm以下であることを特徴とする。
【0018】
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。
【0019】
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。
【発明の効果】
【0020】
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炭化珪素の結晶粒子を珪素で接合してなり、且つ、前記載置部の厚みは前記支持部の厚みに対して、35%以下(0%を除く)であることから、載置部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剛性および熱伝導を高くすることができる。同時に、載置部の厚みは支持部の厚みに対して35%以下としているので、相対的に緻密質体からなる支持部の厚みが65%以上と高くなるため、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や剛性を高くすることができる。
【0021】
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。
【0022】
さらに、載置部は、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以下とすることから、通気抵抗を一層低くすることができるとともに、真空チャック自体の剛性や熱伝導、特に厚み方向における熱伝導もさらに高くすることができる。
【0023】
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。
【0024】
また、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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、JIS R 1655−2003に準拠して求めることができる。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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)に特定する。
【0040】
これは、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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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%とすることが好適である。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
E=((3+υ)P(d/2)・12(1−υ))/(16π(1+υ)・h・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。
【0051】
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。
【0052】
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重量部に対して、平均粒径1〜90μmの珪素粉末15〜30重量部を調合し、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。
【0053】
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重量部に対し、成形助剤の添加量を5〜20重量部とすればよい。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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重量部に対し、その比率を15〜30重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。
【0057】
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。
【0058】
また、α型炭化珪素粉末100重量部に対し、珪素粉末の比率を15〜30重量部としたのは、珪素粉末の比率が15重量部未満では、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。
【0059】
一方、比率が30重量部を超えると、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重量部とすることで、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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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が30〜65質量%、Alが10〜40質量%、Bが10〜20質量%、CaOが4〜5質量%、MgOが1〜5質量%、TiOが0〜5質量%からなるペースト状のガラス、あるいはSiOが30〜65質量%、Alが10〜40質量%、B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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【実施例】
【0072】
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。
【0073】
(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。
【0074】
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、JIS R 1655−2003に準拠して測定した。
【0075】
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SiO60質量%、Al15質量%、B14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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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】


【0079】
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。
【0080】
また、炭化珪素の結晶粒子を珪素で接合しているものの、載置部2の厚みが支持部3の厚みに対して、35%を超えている試料No.2は、剛性が著しく劣り、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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
(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。
【0085】
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。
【0086】
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SiO58質量%、Al15質量%、B13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。
【0087】
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】


【0088】
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。
【図面の簡単な説明】
【0089】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】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。
【図7】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。
【図8】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。
【図9】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】
【0090】
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
【出願人】 【識別番号】000006633
【氏名又は名称】京セラ株式会社
【出願日】 平成18年6月28日(2006.6.28)
【代理人】
【公開番号】 特開2008−6529(P2008−6529A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2006−178804(P2006−178804)