(57)【要約】【課題】載置部の吸着面を研磨したときの脱粒を抑制し、高精度での基板の研削を可能にする真空吸着装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】加工用の基板を吸着保持する真空吸着装置であって、基板を保持吸着するための載置面を有し、６０μｍ以下の平均粒子径を有する第１骨格粒子１１と第１骨格粒子１１に対し質量比０．１５以上０．４５以下で存在し、第１骨格粒子１１に対して１／５以下の平均粒子径を有する第２骨格粒子１３とが結合材１２により結合され多孔質体として形成され、ロックウェル硬度が８０ＨＲＨ以上である載置部と、載置部との間に実質的に隙間がなく一体焼成で形成された緻密質体からなり、載置部の気孔に連通する吸気孔を有する支持部とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工用の基板を吸着保持する真空吸着装置であって、
基板を保持吸着するための載置面を有し、６０μｍ以下の平均粒子径を有する第１骨格粒子と前記第１骨格粒子に対し質量比０．１５以上０．４５以下で存在し、前記第１骨格粒子に対して１／５以下の平均粒子径を有する第２骨格粒子とが結合材により結合されることでセラミックス多孔質体として形成され、ロックウェル硬度が８０ＨＲＨ以上である載置部と、
前記載置部との間に実質的に隙間がなく一体焼成で形成されたセラミックス緻密質体からなり、前記載置部の気孔に連通する吸気孔を有する支持部と、を備えることを特徴とする真空吸着装置。
【請求項２】
前記第１骨格粒子は、小粒径側からの累積個数が全粒子個数の９５％となる粒子径Ｄ９５が平均粒子径の２倍以下である粒度分布を有することを特徴とする請求項１記載の真空吸着装置。
【請求項３】
前記結合材は、前記第１骨格粒子に対し質量比０．１以上０．２以下で存在することを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空吸着装置。
【請求項４】
前記載置部は、５５ＭＰａ以上の曲げ強度を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の真空吸着装置。
【請求項５】
前記載置部は、粘着力２．７４Ｎ／ｃｍのアクリルテープを用いたピール試験において脱粒数が１／ｃｍ２あたり１０個以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の真空吸着装置。
【請求項６】
前記載置部は、２５％以上４５％以下の気孔率を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の真空吸着装置。
【請求項７】
前記載置部は、メディアン径で１５μｍ以下の気孔径を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の真空吸着装置。
【請求項８】
前記載置部と前記支持部との接合部は、前記載置部単体の強度以上の強度を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の真空吸着装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の真空吸着装置の製造方法であって、
前記第１骨格粒子、前記第２骨格粒子、および前記第１骨格粒子と前記第２骨格粒子とを結合し、前記第１骨格粒子および第２骨格粒子の集合に対して１／１０以下の平均粒子径を有する結合材粒子を混合してスラリーを作製するスラリー作製工程と、
凹部を有するセラミックス緻密質体に前記工程で作製されたスラリーを充填するスラリー充填工程と、
前記凹部に充填されたスラリーにより形成された成形体とともに前記結合材粒子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真空吸着装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工用の基板を吸着保持する真空吸着装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウエハ等の基板を搬送、加工、検査する場合に、真空圧を利用した真空吸着装置が用いられている。そのような真空吸着装置には、均一な吸着が求められるため、多孔質体により基板の全面を吸着保持するものが検討されている。
【０００３】
例えば、多孔質体からなる載置部を支持部および基台に樹脂またはガラス等の接着剤により接合した真空吸着装置が提案されている（特許文献１参照）。このような真空吸着装置では、支持部は、非多孔質からなり載置部の外周を取り囲んでおり、基台は緻密質体である。そして、下方の吸気孔より真空吸引することにより、載置部の吸着面に基板を固定できるように形成されている。
【０００４】
しかし、このような多孔質体を用いた吸着部にウエハ等を固定して研削・研磨加工を行うと、載置部の吸着面に研磨屑が堆積する。そのため、吸着面に堆積した研削屑により、ウエハを吸着する吸着力が弱くなったり、吸着時に、ウエハが吸着面に垂直な方向に変形して、その平坦度を高精度に維持して加工できなくなることがあった。
【０００５】
そこで、載置部の吸着面に堆積する研削屑が多くなると、吸着面の研磨を行って、研削屑が目詰まりした部分を除去し、新たに露出した面を吸着面として使用し、研削屑の目詰まりを解消している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５３−０９０８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、吸着面の研磨により研削屑の目詰まりは解消したものの、載置部の吸着面を研磨すると、その露出した面において、セラミックス粒子が脱粒しやすくなる。
【０００８】
多孔質体セラミックスからなる載置部は、セラミックス粒子とガラス粒子が結合し構成されており、この多孔質体を製造する際にガラスの偏析が生じる。これにより、セラミックス粒子の結合力が弱まり、粒子が脱粒する。このような脱粒は、装置を使用した際、薄い基板を破損させかねない。
【０００９】
このようなガラスの偏析に対しては、セラミックス粒子の粒子径を小さくし、粒子の表面積を大きくし、その隙間に充填されるガラス粒子の量を多くするという対策が考えられる。これにより粒子の結合力を向上できるが、脱粒の抜本的な対策とはならない。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、載置部の吸着面を研磨したときの脱粒を抑制し、高精度での基板の研削を可能にする真空吸着装置およびその製造方法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】
【００１１】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の真空吸着装置は、加工用の基板を吸着保持する真空吸着装置であって、基板を保持吸着するための載置面を有し、６０μｍ以下の平均粒子径を有する第１骨格粒子と前記第１骨格粒子に対し質量比０．１５以上０．４５以下で存在し、前記第１骨格粒子に対して１／５以下の平均粒子径を有する第２骨格粒子とが結合材により結合されることでセラミックス多孔質体として形成され、ロックウェル硬度が８０ＨＲＨ以上である載置部と、前記載置部との間に実質的に隙間がなく一体焼成で形成されたセラミックス緻密質体からなり、前記載置部の気孔に連通する吸気孔を有する支持部とを備えることを特徴としている。
【００１２】
このように、本発明の真空吸着装置は、載置部が第１骨格粒子と第２骨格粒子の２つの粒度配合で構成されているため、第１骨格粒子の気孔中に、第２骨格粒子が混入し、気孔径および気孔率を小さくしている。また、第２骨格粒子と結合材とのアンカー効果により、結合材の結合力および剛性が高まる。そのような構成により、載置部のロックウェル硬度を向上させ、吸着面を研磨したときの脱粒を抑える。その結果、載置部の吸着面を研磨したときの脱粒を抑制し、高精度での基板の研削を可能にしている。
【００１３】
（２）また、本発明の真空吸着装置は、前記第１骨格粒子が、小粒径側からの累積個数が全粒子個数の９５％となる粒子径Ｄ９５が平均粒子径の２倍以下である粒度分布を有することを特徴としている。このように、Ｄ９５の粒子径がＤ５０の粒子径の２倍以下であるため、微粒添加によるアンカー効果が有効に機能する。
【００１４】
（３）また、本発明の真空吸着装置は、前記結合材が、前記第１骨格粒子に対し質量比０．１以上０．２以下で存在することを特徴としている。これにより、第２骨格粒子と結合材とのアンカー効果で、結合材の結合力および強度が高まる。
【００１５】
（４）また、本発明の真空吸着装置は、前記載置部が、５５ＭＰａ以上の曲げ強度を有することを特徴としている。これにより、吸着面を研磨したときの脱粒を抑えることができる。
【００１６】
（５）また、本発明の真空吸着装置は、前記載置部が、粘着力２．７４Ｎ／ｃｍのアクリルテープを用いたピール試験において脱粒数が１／ｃｍ２あたり１０個以下であることを特徴としている。これにより、基板を真空吸着したときの載置面の脱粒を抑え、高精度での基板の研削が可能となる。
【００１７】
（６）また、本発明の真空吸着装置は、前記載置部が、２５％以上４５％以下の気孔率を有することを特徴としている。これにより、十分な吸着機能を維持しつつ、脱粒が生じない高い強度を得ることができる。
【００１８】
（７）また、本発明の真空吸着装置は、前記載置部が、メディアン径で１５μｍ以下の気孔径を有することを特徴としている。このように、気孔径が小さいことから、載置部の強度を向上できる。
【００１９】
（８）また、本発明の真空吸着装置は、前記載置部と前記支持部との接合部が、前記載置部単体の強度以上の強度を有することを特徴としている。これにより、接合部に隙間が生じることがないため、基板の研削・研磨加工時にも、砥石の押圧により載置部の沈み変形を防止できる。その結果、安定した基板の加工精度が得られる。
【００２０】
（９）また、本発明の真空吸着装置の製造方法は、上記の真空吸着装置の製造方法であって、前記第１骨格粒子、前記第２骨格粒子、および前記第１骨格粒子と前記第２骨格粒子とを結合し、前記第１骨格粒子および第２骨格粒子の集合に対して１／１０以下の平均粒子径を有する結合材粒子を混合してスラリーを作製するスラリー作製工程と、凹部を有するセラミックス緻密質体に前記工程で作製されたスラリーを充填するスラリー充填工程と、前記凹部に充填されたスラリーにより形成された成形体とともに前記結合材粒子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している。これにより、載置部と凹部との間に隙間が生じるのを防止し、載置部の強度を向上でき、載置部に脱粒の生じ難い真空吸着装置を製造できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、載置部の吸着面を研磨したときの脱粒を抑制し、高精度での基板の研削を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る真空吸着装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）それぞれ単粒の多孔質体と粒度配合した多孔質体の断面を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、特にことわらない限り、本発明の真空吸着装置を単に「真空吸着装置」と呼ぶ。
【００２４】
［真空吸着装置の構成］
図１は、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２は、半導体ウエハや液晶用ガラス基板等の研削加工を行う際に、被吸着物６として加工用の基板を吸着保持する。図１に示すように、真空吸着装置１は、載置部２、支持部３および吸気孔４を備えている。
【００２５】
載置部２は、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種とガラスとからなる多孔質体で形成され、被吸着物６を保持吸着するための載置面２ａを有している。多孔質体からなる載置部２の気孔は連通している。なお、載置部２は、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多孔質体で形成されることが好ましい。また、載置部２の材料と支持部３の材料は、これらの接合面が、実質的に隙間なく一体的に焼成されるためには同じである必要がある。
【００２６】
載置部２は、第１骨格粒子と第２骨格粒子とが結合材により結合され多孔質体として形成されている。第１骨格粒子は６０μｍ以下の平均粒子径を有する。第２骨格粒子は、第１骨格粒子に対し質量比０．１５以上０．４５以下で存在し、第１骨格粒子に対して１／５以下の平均粒子径を有する。
【００２７】
このような構成を有することで、第１骨格粒子の気孔中に、第２骨格粒子が混入し、気孔径および気孔率を小さくしている。また、第２骨格粒子と結合材とのアンカー効果により、結合材の結合力および載置部２の強度が高まる。
【００２８】
第１骨格粒子は、小粒径側からの累積個数が全粒子個数の９５％となる粒子径Ｄ９５が平均粒子径の２倍以下である粒度分布を有することが好ましい。このように、Ｄ９５の粒子径がＤ５０の粒子径の２倍以下であるため、微粒添加によるアンカー効果が有効に機能する。
【００２９】
結合材は、第１骨格粒子に対し質量比０．１以上０．２以下で存在し、第１骨格粒子および第２骨格粒子の集合に対して１／１０以下の平均粒子径を有することが好ましい。これにより、第２骨格粒子と結合材とのアンカー効果で、結合材の結合力および載置部２の強度が高まる。
【００３０】
図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ単粒の多孔質体と粒度配合した多孔質体の断面を示す模式図である。図２（ａ）に示すように、第１骨格粒子１１と結合剤１２とを有する単粒配合（骨格粒子の粒径が単一）で構成されたセラミックス多孔質体は、結合材の結合力および多孔質体の強度が低くなる。
【００３１】
一方、図２（ｂ）に示すように、第１骨格粒子１１の気孔中に第２骨格粒子１３を混入させたときには、気孔径および気孔率を小さくできる。また、結合材１２となるガラス粉末とのアンカー効果により、結合材の結合力および多孔質体の強度が高まり、高い強度を有するセラミックス多孔質体が製造できる。
【００３２】
載置部２は、このような多孔質体として構成されるため、８０ＨＲＨ以上のロックウェル硬度および５５ＭＰａ以上の曲げ強度を有する。その結果、吸着面を研磨したときの脱粒を抑えることができる。そして、載置部２の吸着面を研磨したときの脱粒を抑制し、高精度での基板の研削を可能にしている。
【００３３】
載置部２は、２５％以上４５％以下の気孔率を有することが好ましい。これにより、十分な吸着機能を維持しつつ、脱粒が生じない高い強度を得ることができる。また、載置部２は、メディアン径で１５μｍ以下の気孔径を有することが好ましい。このように、細かい気孔径を有することで、載置部２の強度を向上できる。
【００３４】
また、載置部２は、粘着力２．７４Ｎ／ｃｍのアクリルテープを用いたピール試験において脱粒数が１／ｃｍ２あたり１０個以下であることが好ましい。これにより、基板を真空吸着したときの載置面２の脱粒を抑え、高精度での基板の研削が可能となる。
【００３５】
載置面２ａは、吸着面であり、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。載置面２ａ上に、被吸着物６として例えば半導体ウエハのような基板を載置しこれを吸着するのに用いられる。
【００３６】
支持部３は、凹部３ａにより載置部２の外縁を囲繞、支持し、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種の緻密質体からなる。載置部２の場合と同様に、上記のうち、アルミナ、炭化珪素で形成されることが好ましい。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。
【００３７】
なお、上記の「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。
【００３８】
載置部２と支持部３の接合部は、載置部単体の強度以上の強度を有することが好ましい。これにより、接合部に隙間が生じることがないため、被吸着物６の研削・研磨加工時にも、砥石の押圧により載置部２の沈み変形を防止できる。その結果、安定した被吸着物６への加工精度が得られる。
【００３９】
支持部３は、載置部２の気孔に連通する吸気孔４を有する。吸気孔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、吸気孔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６である半導体ウエハ等を載置部２に真空吸着できる。空隙５は、載置部２の裏面全体にわたって設けられ、載置部２の表面全体で吸引するために設けられている。
【００４０】
［真空吸着装置の製造方法］
次に、上記のように構成された真空吸着装置１の製造方法について説明する。まず、載置部２を形成する多孔質体の原料粉末である第１骨格粒子、第２骨格粒子、および第１骨格粒子と第２骨格粒子とを結合する結合材粒子に、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。
【００４１】
第１骨格粒子、第２骨格粒子には、アルミナまたは炭化珪素等の粒子を用いることができる。第１骨格粒子には、６０μｍ以下の平均粒子径を有するものを用い、第２骨格粒子には、第１骨格粒子に対して１／５以下の平均粒子径を有するものを用い、第１骨格粒子に対し質量比０．１５以上０．４５以下となるように配合を決める。なお、第１骨格粒子は、小粒径側からの累積個数が全粒子個数の９５％となる粒子径Ｄ９５が平均粒子径の２倍以下である粒度分布を有することが好ましい。
【００４２】
結合材としてはガラス等を用いることができる。結合材粒子は、第１骨格粒子に対し質量比０．１以上０．２以下で存在し、第１骨格粒子および第２骨格粒子の集合に対して１／１０以下の平均粒子径を有することが好ましい。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。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。
【００４３】
次に、凹部を設けたアルミナ、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の支持部３を準備する。そして、支持部３の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。また、吸気孔４および空隙５は、載置部２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。
【００４４】
次に、凹部３ａにスラリーを充填した支持部を十分に乾燥させ、スラリーを成形体にした後、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。このようにして、載置部２と支持部３の凹部３ａとの間に隙間が生じるのを防止し、載置部２の強度を向上でき、載置部２に脱粒の生じ難い真空吸着装置１を製造できる。
【００４５】
［実施例］
以下に、本発明の実施例を説明する。上記の製造方法に従い、載置部を作製した。その際の第１骨格粒子、第２骨格粒子、結合材粒子の特性は以下の表１に示す通りである。なお、第１骨格粒子と第２骨格粒子のそれぞれの添加量は、両者の合計のうちの比率を意味する。また、結合材粒子の添加量は、第１骨格粒子および第２骨格粒子の合計添加量を１としたときの比率を意味する（以下、同様）。
【００４６】
【表１】
2014130905.tif 000003
【００４７】
表１に示す条件で載置部を作製したところ、以下の表２のような結果が得られた。
【表２】
2014130905.tif 000004
【００４８】
表２に示すように、いずれの実施例についてもロックウェル硬度が８０ＨＲＨ以上であり、載置部の強度が５５ＭＰａ以上であった。また、気孔率は２５％以上４５％以下であり、気孔径が１５μｍ以下であった。載置部と支持部の接合強度は、載置部単体の強度より大きかった。脱粒数は１０／ｃｍ２／個以下であった。
【００４９】
なお、第１骨格粒子の平均粒子径を４０μｍ、添加量を０．７５重量部、Ｄ９５の粒度分布を７２とし、第２骨格粒子の平均粒子径を８．０μｍ、添加量を０．２５重量部とし、結合材粒子の平均粒子径を２．５μｍ、添加量を０．１５重量部としたときに、特にロックウェル硬度が高くなった。
【００５０】
［比較例］
以下に、比較例についても説明する。載置部の製造条件を表３に、製造後の結果を表４に示す。
【表３】
2014130905.tif 000005
【００５１】
【表４】
2014130905.tif 000006
【００５２】
比較例１では、第１骨格粒子が６０μｍ以上であるため、気孔径が１５μｍ以上となった。その結果、ロックウェル硬度が８０ＨＲＨより小さくなり、脱粒数が１０個を超えた。比較例２では、第１骨格粒子の小粒径側からの累積個数が全粒子個数の９５％となる粒子径Ｄ９５が平均粒子径の２倍以上となり、ロックウェル硬度が８０ＨＲＨより小さくなった。比較例３では、第２骨格粒子の平均粒径が第１骨格粒子の平均粒径の１／５以上であるため、気孔径が１５μｍ以上となった。その結果、ロックウェル硬度が８０ＨＲＨより小さくなり、載置部の強度が５５ＭＰａより小さくなり、脱粒数が１０／ｃｍ２／個より多かった。
【００５３】
比較例４では、第２骨格粒子の添加量が０．１５以下であるため、気孔径が１５μｍ以上となった。その結果、ロックウェル硬度が８０ＨＲＨより小さくなり、載置部の強度が５５ＭＰａより小さくなり、脱粒数が１０／ｃｍ２／個より多かった。比較例５では、第２骨格粒子の添加量が０．４５重量部以上であるため、気孔径が１５μｍ以上となった。その結果、ロックウェル硬度が８０ＨＲＨより小さくなり、載置部の強度が５５ＭＰａより小さくなった。また、載置部と支持部の接合強度が、載置部単体の強度より小さくなり、脱粒数が１０／ｃｍ２／個より多かった。
【００５４】
比較例６では、結合材粒子の平均粒子径が第１骨格粒子の平均粒子径の１／１０以上であるため、熱処理時に収縮が発生し、多孔質体にクラックが発生した。比較例７では、結合材粒子の添加量が０．１以下であるため、粒子の結合力が低下し、気孔率が４５％以上となった。その結果、ロックウェル硬度が８０ＨＲＨより小さくなり、載置部の強度が５５ＭＰａより小さくなった。また、載置部と支持部の接合強度が、載置部単体の強度より小さくなった。脱粒数は１０／ｃｍ２／個より多かった。比較例８では、結合材粒子の添加量が０．２２以上であるため、熱処理時に収縮が発生し、多孔質体にクラックが発生した。
【符号の説明】
【００５５】
１  真空吸着装置
２  載置部
２ａ  載置面
３  支持部
３ａ  凹部
４  吸気孔
５  空隙
６  被吸着物（基板）
１１  第１骨格粒子
１２  結合材
１３  第２骨格粒子
【図１】
2014130905.tif 000007
【図２】
2014130905.tif 000008