(57)【要約】【課題】基板を真空吸着したときの載置面の変形を抑え、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、ヤング率が６５ＧＰａ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、ヤング率が６５ＧＰａ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５％となる粒子径Ｄ５が平均粒子径の１／３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、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、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】
前記載置部と前記支持部の接合部は、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７】
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、このような載置部と支持部等とを接着剤により接合する製法では、接合面を完全に一致させることは不可能である。また、多孔質体である載置部に接着剤が染み込むため、接合部に不可避的に隙間が生じてしまう。そのため、特に装置が基板の研削・研磨加工に用いられる場合には、砥石の押圧により隙間部で載置部の沈み変形が起こり、基板の加工精度が低下してしまう。
【０００５】
これに対し、セラミックス粉末と結合材のガラス粉末とからなる多孔質セラミックス原料を凹型の支持部に流し込んで成形・焼成する製法が提案されている（特許文献２参照）。このような製法により、多孔質セラミックスと緻密質セラミックスとを密着させた真空吸着装置を製造でき、接着剤により接合する製法の場合に発生する隙間が防止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５３−０９０８７１号公報
【特許文献２】特開２００５−２２０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のようにして、多孔質セラミックスと緻密質セラミックスとの隙間を解消できるが、多孔質セラミックスからなる載置部の変形は完全に解消できない。多孔質セラミックスからなる載置部は剛性が低いことから、基板を真空吸着したときに載置部内の真空度が高まると載置面が基板を介して大気圧により押され、載置面が凹型に沈み込む。このような変形が生じると、基板の研削精度が低下してしまう。
【０００８】
この載置面の変形に対しては、基板研削砥石の軸調整により基板の研削精度を向上させることで対応可能である。しかしながら、この作業は実際に基板の研削をしながら、少しずつ基板研削砥石の軸を調整していく必要があるため、非常に手間がかかる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基板を真空吸着したときの載置面の変形を抑え、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】
【００１０】
（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、ヤング率が６５ＧＰａ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。
【００１１】
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、載置部のヤング率が６５ＧＰａ以上となるため、基板を真空吸着したときの載置面の変形を抑えることができる。その結果、高精度な基板の研削を可能にする。
【００１２】
（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５％となる粒子径Ｄ５が平均粒子径の１／３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、Ｄ５の粒子径がＤ５０の粒子径の１／３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。
【００１３】
（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載置部の剛性が高まる。
【００１４】
（４）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、たわみが生じない高い剛性を得ることができる。
【００１５】
（５）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、細かい気孔径を有することで、載置部の剛性を高めることができる。
【００１６】
（６）また、本発明の真空吸着装置は、前記載置部と前記支持部の接合部が、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。
【００１７】
（７）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、載置部が高ヤング率を有し、たわみを生じない真空吸着装置を製造できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基板を真空吸着したときの載置面の変形を抑え、高精度での基板の研削を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】
【００２０】
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。
【００２１】
［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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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の剛性が高まる。
【００２５】
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５％となる粒子径Ｄ５が平均粒子径の１／３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、Ｄ５の粒子径がＤ５０の粒子径の１／３以下であり、粒度分布が小さいため、微粒添加によるアンカー効果が有効に機能する。
【００２６】
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の剛性が高まる。
【００２７】
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と結合材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剛性が低くなる。
【００２８】
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剛性が高まり、高ヤング率を有するセラミックス多孔質体が製造できる。
【００２９】
載置部２は、このような多孔質体として構成されるため、６５ＧＰａ以上のヤング率を有する。被吸着物６を真空吸着したときの載置面２ａの変形を抑えることができる。その結果、高精度な被吸着物６の研削を可能にする。
【００３０】
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、たわみが生じない高い剛性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の剛性を高めることができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
［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。
【００３７】
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５％となる粒子径Ｄ５が平均粒子径の１／３以下である粒度分布を有することが好ましい。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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つつ、かつ載置部が高ヤング率を有し、載置部２にたわみを生じない真空吸着装置１を製造できる。
【００４１】
［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。その際に、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）。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
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】
2014128849.tif 000004
【００４４】
表２に示すように、いずれの実施例についてもヤング率が６５ＧＰａ以上であり、気孔率が２５％以上３５％以下であり、平均気孔径が１５μｍ以下であった。また、いずれの実施例についても載置部と支持部の接合部が、載置部単体の強度以上の強度を有していた。また、たわみ量も３μｍより小さく十分にたわみが小さいことを実証できた。
【００４５】
なお、第１骨格粒子の平均粒子径を５５μｍ、添加量を０．５５重量部、Ｄ５の粒度分布を１５μｍとし、第２骨格粒子の平均粒子径を５．５μｍ、添加量を０．４５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、特にたわみ量が小さくなった。
【００４６】
［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】
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【００４７】
【表４】
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【００４８】
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以上となりヤング率が６０ＧＰａより小さくなった。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5％となる粒子径Ｄ５が平均粒子径の１／３より大きくなり、ヤング率が６５ＧＰａより小さくなった。比較例３では、第２骨格粒子が第１骨格粒子の平均粒子径の１／５以上であるため、気孔径が１５μｍ以上となり、ヤング率が６０ＧＰａより小さくなった。
【００４９】
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以上となり、ヤング率が６０ＧＰａより小さくなった。比較例５では、第２骨格粒子の添加量が０．４５以上であるため、気孔径が１５μｍ以上となり、ヤング率が６０ＧＰａ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。比較例６では、結合材粒子の粒子径が第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。
【００５０】
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%以上となり、ヤング率が６０ＧＰａ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。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】
【００５１】
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】
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【図２】
2014128849.tif 000008