(57)【要約】【課題】支持部に設けられた凹部と吸着部との隙間を低減する要求に応える吸着用部材の製造方法を提供する。【解決手段】凹部５を有するセラミック焼結体からなる支持部４を準備する工程と、凹部５に複数のガラス粒子および複数のセラミック粒子８を含む原料１４を供給する工程と、原料１４を凹部５の底面に向かって加圧しつつ、支持部４を上下に振動させることで原料１４を上下に振動させながら、成形体１８を形成する工程と、成形体１８をガラス粒子の軟化点以上の温度で加熱することによって、複数のガラス粒子を溶融させつつ互いにつながらせてガラス９とするとともにガラス９で複数のセラミック粒子８同士を接続させて、ガラス９とガラス９を介して互いに接続した複数のセラミック粒子８とを有する多孔質体からなる吸着部３を形成する工程とを備える。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有するセラミック焼結体からなる支持部を準備する工程と、
前記凹部に複数のガラス粒子および複数のセラミック粒子を含む原料を供給する工程と、前記原料を凹部の底面に向かって加圧しつつ、前記支持部を上下に振動させることで前記原料を上下に振動させながら、成形体を形成する工程と、
前記成形体を前記ガラス粒子の軟化点以上の温度で加熱することによって、前記複数のガラス粒子を溶融させつつ互いにつながらせてガラスとするとともに該ガラスで前記複数のセラミック粒子同士を接続させて、前記ガラスと該ガラスを介して互いに接続した前記複数のセラミック粒子とを有する多孔質体からなる吸着部を形成する工程とを備える吸着用部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の吸着用部材の製造方法において、
前記支持部を準備する工程の後であって前記原料を供給する工程の前に、
前記凹部の底面のみにガラスペーストを塗布する工程をさらに備える吸着用部材の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の吸着用部材の製造方法において、
前記成形体を形成する工程では、
前記支持部が載置された載置台を上下に振動させることによって、前記支持部を上下に振動させることを特徴とする吸着用部材の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の吸着用部材の製造方法において、
前記成形体を形成する工程では、
前記載置台の外周部における一部および該一部に対称な位置にある他の一部のそれぞれに振動を与えることによって、前記載置台を上下に振動させることを特徴とする製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の吸着用部材の製造方法において、
前記原料を供給する工程の前に、
前記支持部上に貫通孔を有する治具を配するとともに該貫通孔を前記凹部上に配する工程をさらに備え、
前記原料を供給する工程では、
前記原料の一部が前記凹部から前記貫通孔内にはみ出すように、前記凹部に前記原料を供給することを特徴とする吸着用部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体製造装置等に用いられる吸着用部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハを固定する治具として、緻密質セラミックスからなる支持部の凹部に半導体ウェハを載置する載置部が設けられた真空吸着装置がある（例えば、特許文献１参照）。この載置部は、例えば、セラミックスとガラスとからなる多孔質体から形成され、この載置部を介して半導体ウェハを吸引することにより、載置部上に半導体ウェハを吸着させて固定することができる。このような真空吸着装置の製造方法としては、例えば、緻密質セラミックスからなる支持部の凹部にガラスペーストを塗布し、その後、予め作製した多孔質体からなる載置部（吸着部）を凹部にはめ込んで加熱するという方法がある。
【０００３】
しかし、従来の製造方法では、凹部と吸着部との間の接合強度が弱く、凹部底面と吸着部との間に隙間が生じやすい。このように隙間が生じると、吸着部を介して半導体ウェハを吸引した場合に、隙間から空気が漏れて、吸引力が低下しやすい。
【０００４】
したがって、支持部に設けられた凹部と吸着部との隙間を低減することができる吸着用部材の製造方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２０５７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、支持部に設けられた凹部と吸着部との隙間を低減する要求に応える吸着用部材の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による吸着用部材の製造方法は、凹部を有するセラミック焼結体からなる支持部を準備する工程と、前記凹部に複数のガラス粒子および複数のセラミック粒子を含む原料を供給する工程と、前記原料を凹部の底面に向かって加圧しつつ、前記支持部を上下に振動させることで前記原料を上下に振動させながら、成形体を形成する工程と、前記成形体を前記ガラス粒子の軟化点以上の温度で加熱することによって、前記複数のガラス粒子を溶融させつつ互いにつながらせてガラスとするとともに該ガラスで前記複数のセラミック粒子同士を接続させて、前記ガラスと該ガラスを介して互いに接続した前記複数のセラミック粒子とを有する多孔質体からなる吸着部を形成する工程とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様による吸着用部材の製造方法によれば、支持部に設けられた凹部と吸着部との隙間を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る吸着用部材を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１の吸着用部材を示す上面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ１−Ａ１線における断面図である。
【図３】図１の吸着用部材に対象物を吸着させた状態を示す断面図である。
【図４】図２（ｂ）の吸着部の拡大図である。
【図５】図２（ｂ）のＤ部の拡大図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図１の吸着用部材の製造方法を模式的に示した図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、図１の吸着用部材の製造方法を模式的に示した図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る吸着用部材を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の一実施形態に係る吸着用部材の製造方法によって作製した吸着用部材について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１ないし図３に示す吸着用部材１は、半導体ウェハ等の対象物Ｗを吸着する際に用いられる。この吸着用部材１は、対象物Ｗが吸着される吸着面２を有する吸着部３と、吸着部３の周囲に設けられた支持部４とを有する。
【００１２】
支持部４は、アルミナなどの緻密質セラミックスからなる。支持部４は、凹部５を有する。吸着部３は、凹部５の内部に設けられる。支持部４は、この凹部５により、吸着部３の吸着面２に対向する表面、すなわち吸着部３の下面を支持している。支持部４は、アルミナを主成分とするセラミックスからなることが好ましい。また、支持部４の気孔率は０．１％以下が好ましい。
【００１３】
また、支持部４は、複数の吸引孔６を有する。吸引孔６の開口は、吸着部３の下面に対向する表面に設けられる。よって、吸引孔６から空気を吸引すると、吸着部３の内部の空気が吸引されて、吸着部３の吸着面２に載置された対象物Ｗが吸着面２に吸着される。
【００１４】
さらに、支持部４の下方には、吸着用部材１を支持して固定するための固定ベース（不図示）が備えられる。支持部４と固定ベース（不図示）とは、例えば、等間隔に設置された取り付け穴７にボルト等を介して連結されて固定される。
【００１５】
吸着部３は、図４に示すように、複数のセラミック粒子８と、複数のセラミック粒子８同士を接続するガラス９と、複数のセラミック粒子８の間に位置する複数の連通孔１０とを含む多孔質体からなる。この吸着部３の気孔率（空隙率）は、２５〜５０体積％の範囲内であることが好ましい。また、吸着部３の平均気孔径は、２０〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。また、吸着部３は、厚みが幅よりも小さい平板状であり、本実施形態においては、厚みが直径よりも小さい円板状である。吸着部３の厚みは、３〜２０ｍｍの範囲内であることが好ましい。吸着部３の直径は、５０〜５００ｍｍであることが好ましい。
【００１６】
セラミック粒子８の材質は、アルミナまたは炭化珪素のいずれかを主成分とすることが好ましい。また、吸着部３に含まれるセラミック粒子８の材質と支持部４の材質とは同じであることが好ましい。
【００１７】
また、ガラス９の材質は、シリカを主成分とし、シリカよりも少ない割合で周期表の第２〜第６周期までの元素のうちいずれかの成分が含まれていることが好ましい。なお、吸着部３の断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影した場合に、ガラス９は例えば白色を示す。
【００１８】
また、吸着用部材１は、図５に示すように、凹部５の底面と吸着部３との間に介在したガラス層１１を有する。このガラス層１１によって、凹部５の底面と吸着部３との隙間を
低減することができる。ガラス層１１は、凹部５の底面のみに形成されており、凹部５の側面には形成されていない。このガラス層１１の軟化点は、ガラス９の軟化点と同じであることが好ましい。さらに、ガラス層１１の材質は、ガラス９と同じものであることが好ましい。
【００１９】
また、上述の吸着用部材１を用いた真空吸着装置は、上述した吸着用部材１を固定ベース（不図示）に固定すると共に、吸引孔６に繋がる排気管（不図示）と、この排気管（不図示）に繋がる真空ポンプ（不図示）とを備えている。真空ポンプによって排気管を介して吸引孔６内を吸引すると、吸着部３の連通孔１０から気体が排気され、対象物Ｗが吸着面２に真空吸着される。真空吸着を解放する場合は、排気管内の圧力が対象物Ｗの上面側と同じ圧力になるように、排気管内に空気を導入して真空吸着力を解放すればよい。
【００２０】
次に、本実施形態の吸着用部材１の製造方法について説明する。
【００２１】
本実施形態の吸着用部材１の製造方法は、図６および図７に示すように、凹部５を有するセラミック焼結体からなる支持部４を準備する工程と、凹部５に複数のガラス粒子および複数のセラミック粒子８を含む原料１４を供給する工程と、原料１４を凹部５の底面に向かって加圧しつつ、支持部４を上下に振動させることで原料１４を上下に振動させながら、成形体１８を形成する工程と、成形体１８をガラス粒子の軟化点以上の温度で加熱することによって、複数のガラス粒子を溶融させつつ互いに接着させてガラス９とするとともに、ガラス９で複数のセラミック粒子８同士を接続させて、ガラス９とガラス９を介して互いに接続した複数のセラミック粒子８とを有する多孔質体からなる吸着部３を形成する工程とを有する。この製造方法によれば、凹部５と吸着部３との隙間を低減することができる。
【００２２】
以下に、具体的に説明する。
【００２３】
（１）図６（ａ）に示すように、緻密質のセラミック焼結体からなる支持部４を準備する。支持部４には、予め吸引孔６が設けられている。吸引孔６の開口は、凹部５の底面に設けられている。吸引孔６には、この時点で、高温になると蒸発する有機物が充填されている。この有機物は、後述する熱処理時に蒸発し、その結果、吸引孔６が空洞になる。
【００２４】
この支持部４は、凹部５の開口が上側を向くように、載置台１２上に載置されている。この載置台１２の外周部における一部およびこの一部に対称な位置にある他の一部のそれぞれに、振動体１３、１３´が１つずつ設置されている。図６（ａ）においては、載置台１２の外周部の下面に振動体１３、１３´が設置されている。
【００２５】
（２）図６（ｂ）に示すように、凹部５の内部に原料１４を供給し、凹部５に原料１４を充填する。この原料１４は、平均粒径５０〜２５０μｍのアルミナ粒子からなるセラミック粉末、ガラス粉末、水およびバインダーを混合することによって作られる。アルミナ粉末とガラス粉末との割合は、アルミナ粉末が１００質量％としたときに、ガラス粉末が５〜１０質量％である。原料１４に含まれるガラス粉末は、平均粒径が４〜４０μｍ、軟化点が７５０〜９４０℃である。水は、セラミック粉末およびガラス粉末の合計１００質量部に対して、５〜１０質量部である。なお、水の代わりに他の水溶性溶剤を用いても構わない。原料１４は、固形粒子の集合物であり、その安息角は、概ね２５〜４５°である。すなわち、原料１４はスラリーほど流動性の高いものではない。
【００２６】
本実施形態においては、凹部５の底面のみにガラスペーストを塗布した後に、凹部５に原料１４を供給する。このガラスペーストは、ガラス粉末と有機溶媒を含んでいる。ガラスペーストの塗布厚みは、４０〜２００μｍが好ましい。
【００２７】
また、本実施形態においては、支持部４上に貫通孔１５を有する治具１６を配するとともに貫通孔１５を凹部５上に配した後に、原料１４の一部が凹部５から貫通孔１５内にはみ出すように、凹部５に原料１４を供給する。治具１６は、図示しない押圧部材で下方向に押圧されることによって、支持部４に固定されている。
【００２８】
（３）図６（ｃ）に示すように、金型などの加圧部材１７を用いて凹部５内の原料１４を凹部５の底面に向かって下方向に加圧して、原料１４を圧縮する。この加圧により、図７（ａ）に示すように、凹部５の内部において成形体１８が形成される。
【００２９】
ここで、本実施形態においては、原料１４を加圧する際に、原料１４を上下に振動させる。振動の振幅は、例えば０．１〜２ｍｍであり、加圧時の圧力は、例えば１０〜５００ＭＰａである。この振動によって原料１４中のセラミック粉末およびガラス粉末を流動させることができる。その結果、セラミック粉末およびガラス粉末をより密に配列させることができるため、得られる成形体１８の密度をより均一にしつつ、成形体１８を緻密化することができる。なお、本実施形態において、上下方向は鉛直方向であり、横方向は水平方向である。
【００３０】
また、振動を与えることによって、凹部５の底面近くにある原料１４に圧力が良好に伝わるだけでなく、凹部５の側面近くにある原料１４にも圧力が良好に伝わるため、凹部５内にある原料１４全体が均一に加圧され、得られる成形体１８の密度ばらつきを小さくすることができる。また、振動を与えることによって、充填後から加圧終了までの間に、原料１４中でガラス粉末が偏析することを抑制し、成形体１８中のガラスの濃度を成形体１８全体に渡って均一とすることができる。また、振動を与えることによって、加圧部材１７の加圧の圧力を高めずに成形体１８をより緻密化することができるため、加圧部材１７の加圧に起因した支持部４のクラックの発生を抑制することができる。
【００３１】
また、平板状の吸着部３を形成するため、原料１４は、厚みが幅よりも小さくなるように薄く塗布される。したがって、原料１４の厚み方向と平行な上下方向に原料１４を振動させることによって、原料１４を横方向に振動させた場合と比較して、成形体１８の密度をより均一にしつつ、成形体１８を緻密化することができる。また、原料１４を横方向に振動させた場合と比較して、加圧部材１７との接触による治具１６または支持部４の損傷の発生を抑制できる。
【００３２】
ところで、仮に、加圧部材１７を上下に振動させることによって原料１４に振動を与えると、その振動によって原料１４に下方向への圧力が周期的に加わるのみであるため、原料１４中のセラミック粉末およびガラス粉末が流動しにくい。
【００３３】
一方、本実施形態においては、加圧部材１７で原料１４を凹部５の底面に向かって加圧しつつ、支持部４を上下に振動させることによって原料１４に振動を与えている。したがって、原料１４に上方向および下方向の圧力が交互に加わるため、原料１４中のセラミック粉末およびガラス粉末が流動しやすい。この際、セラミック粉末およびガラス粉末は、例えば横方向に平行な軸を中心として回転するように流動する。したがって、成形体１８の密度をより均一にして、成形体１８をより緻密化することができる。
【００３４】
支持部４は、載置台１２を上下に振動させることによって、上下に振動させることができる。このように載置台１２から支持部４に上下方向の振動を与えることによって、支持部４の下面全体に振動を与えているため、支持部４をより水平に保つことができ、成形体１８の密度をより均一にすることができる。
【００３５】
載置台１２は、上述した２つの振動体１３、１３´それぞれから振動を与えることによって、上下に振動させることができる。このように載置台１２に振動を与えているため、載置台１２の外周部において対称な位置にある２つの振動体１３、１３´それぞれが、横方向への振動を互いに打ち消しあうため、載置台１２を上下方向のみに振動させることができる。その結果、横方向に振動しながら加圧部材１７と接触することによる治具１６または支持部４の損傷の発生を抑制できる。
【００３６】
また、原料１４は水を含むため、原料１４を振動させる際に、原料１４中の水がセラミック粉末およびガラス粉末の流動を促進する役割を果たすことから、成形体１８の密度をより均一にすることができる。
【００３７】
また、ガラスペーストが凹部５の底面のみに塗布されているため、原料１４を振動させる際に、凹部５の側面に塗布されたガラスペーストによってセラミック粉末およびガラス粉末が捕捉されることがないため、原料１４中のセラミック粉末およびガラス粉末の流動性を高めることができる。
【００３８】
また、原料１４を加圧する際に、原料１４の一部は凹部５から治具１６の貫通孔１５内にはみ出しているため、治具１６によって原料１４の飛散を抑制しつつ、加圧部材１７との接触による支持部４の損傷の発生を抑制できる。このように形成した成形体１８の上部は、支持部４の上面から若干はみ出ていてもよい。はみ出た部分は、後述する熱処理後にさらに研磨することによって除去できる。
【００３９】
（４）図７（ｂ）に示すように、成形体１８を加熱（熱処理）して吸着部３にする。この際、成形体１８中の水分が蒸発し、さらに、ガラス粒子を溶融しつつ互いにつながってガラス９となるとともに、ガラス９でセラミック粒子８同士が接続する。ここで、熱処理温度は、ガラス粒子が軟化する温度、すなわちガラス粒子の軟化点以上の温度であり、好ましくは９００〜１３００℃である。この熱処理温度は、ガラス９が流動する温度によって適宜設定される。セラミック粒子８は、この熱処理によって焼結せず、粒成長することもないため、熱処理しても得られる熱処理体の体積が熱処理前後で実質的に変化しない。
【００４０】
また、凹部５の底面に塗布されたガラスペーストに含まれるガラス粉末は、成形後の熱処理によって軟化し、成形体１８中のセラミック粒子８と接続する。ガラスペーストに含まれるガラス粉末と成形体１８中に含まれるガラス粉末は互いに溶融し合うため、凹部５の底面と成形体１８との界面に存在するセラミック粒子がガラスによって強固に接続する。その結果、凹部５の底面と吸着部３との隙間を低減できる。なお、熱処理中に、ガラス９が成形体１８内を大きく移動することはほとんどないため、ガラス９の濃度は、熱処理後も均一である。
【００４１】
上述したように成形体１８の密度が均一であり、成形体１８が緻密であるため、熱処理しても体積が実質的に変化しない（成形体１８が実質的に収縮しない）ので、凹部５の側面と吸着部３との隙間が小さく、両者が強固に密着した構造の吸着用部材１を作製することができる。また、緻密な吸着部３を形成することができるため、吸着部３におけるセラミック粒子８同士の接続強度を高め、吸着部３からのセラミック粒子８の脱粒を低減できる。また、成形体１８の密度が均一であると、吸着面２における吸着の強さを均一にすることができるため、吸着する対象物Ｗの損傷の発生を低減できる。
【００４２】
（５）図７（ｃ）に示すように、吸着面２が所定の平面度となるように研磨加工する。研磨の際に用いる砥石１９は例えばダイヤモンド砥石で、ダイヤモンドの粒径の番手は例えば＃２３０（粒径６８μｍ）である。研磨しろは０．５〜２ｍｍ程度である。研磨後、支持部４の上面と吸着部３の上面とは面一になる。
【００４３】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。
【００４４】
例えば、吸着部３の形状は円板状に限らず、必要に応じて種々の形状にすることができる。また、図８に示すように、中央部の吸着部３と周辺部の吸着部３との組合せとなるように両者の間に隔離部２０を形成した形状でも製造可能である。このような吸着部３を形成するには、最初に支持部４を準備する段階で凹部５内に隔壁部２０を設けた支持部４を準備し、隔壁部２０で仕切られた複数の凹部のそれぞれに原料１４を充填すればよい。その後の工程は、上述の製造方法と同じである。
【００４５】
また、ガラス層１１は、凹部５の側面に形成されていても構わないし、ガラス層１１が形成されておらずに凹部５の底面と吸着部３とが直接接着していても構わない。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更、実施の態様は、いずれも本発明の範囲内に含まれる。
【００４７】
（評価方法）
試料１、２の吸着用部材１を作製し、各吸着用部材１について、メトラー社製の自動比重測定装置を用いて、アルキメデス法によって、吸着部３の上側領域および下側領域のかさ密度（単位：ｇ／ｃｍ３）を測定した。なお、吸着部３を厚み方向に二分したときの上側半分を上側領域とし、下側半分を下側領域とした。また、各吸着用部材１について、キーエンス社製のデジタル顕微鏡を用いて、目視観察によって、支持部４の凹部５の側面と吸着部３との界面の観察を行なった。
【００４８】
（吸着用部材の作製条件）
致密質のセラミック焼結体からなる支持部４を複数準備した。この支持部４の凹部５の底面にシリカを主成分とするガラスペーストを塗布した。ガラスペーストの塗布厚みは８０μｍである。ガラスペーストに含まれるガラス粉末の融点は８５０℃である。
【００４９】
次に、凹部５に原料１４を充填した。この原料１４は次のようにして作製した。平均粒径１５０μｍ、最大粒径２５０μｍのアルミナ粒子からなるセラミック粉末と、シリカを主成分とするガラス粉末と、水とを混合した。ガラス粉末は、平均粒径が４μｍ、軟化点が８９０℃である。水は、セラミック粉末およびガラス粉末の合計１００質量部に対して、表１に示す質量部とした。原料の安息角は２８〜３８°であった。
【００５０】
次に、充填した原料１４を加圧部材１７で下方向に加圧しつつ、原料１４を上下に振動させながら、凹部５内で原料１４を成形した。加圧の圧力は０．１ＭＰａであった。上下方向の振幅は１ｍｍとした。ここで、加圧部材１７を上下に振動させることで原料１４を上下に振動させたものを試料１とし、支持部４を上下に振動させることで原料１４を上下に振動させたものを試料２とした。
【００５１】
成形後、１１００℃で２時間、熱処理した。
【００５２】
熱処理後、得られた吸着面２を平坦に研磨加工し、吸着用部材１を作製した。研磨の際に用いた砥石はダイヤモンド砥石であり、ダイヤモンドの粒径の番手は＃２３０（６８μｍ）である。研磨しろは１〜２ｍｍである。研磨により、支持部４の上面と吸着部３の上面とを面一にした。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
（結果）
表１に示すように、加圧部材１７を上下に振動させることで原料１４を上下に振動させた試料１に対し、支持部４を上下に振動させることで原料１４を上下に振動させた試料２は、吸着部３の上側領域におけるかさ密度と下側領域におけるかさ密度との差が小さく、また、かさ密度が大きくなっていた。すなわち、試料１に対して試料２は、吸着部３の密度がより均一となっており、また、吸着部３が緻密化していた。
【００５５】
また、試料１では、支持部４の凹部５の側面と吸着部３との隙間が生じていることが観察されたが、試料２では、支持部４の凹部５の側面と吸着部３との隙間が観察されなかった。
【００５６】
以上の結果より、本発明の吸着用部材１の製造方法によれば、支持部４に設けられた凹部５と吸着部３との隙間を低減できることが確かめられた。
【符号の説明】
【００５７】
１：吸着用部材
２：吸着面
３：吸着部
４：支持部
５：凹部
６：吸引孔
７：取り付け穴
８：セラミック粒子
９：ガラス
１０：連通孔
１１：ガラス層
１２：載置台
１３：振動体
１４：原料
１５：貫通孔
１６：治具
１７：加圧部材
１８：成形体
１９：砥石
２０：隔壁部
Ｗ：対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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