(57)【要約】【課題】多孔質セラミックスによるポーラスチャックであって、高強度で変形せず、真空吸着又は真空解除の際、被加工物の吸着面に、前記多孔質セラミックスの連通する気孔の尖った角や突起に起因する塵埃や脱粒等による傷を生じさせることを防止することができるチャックプレートを備えたポーラスチャック及びその製造方法を提供する。【解決手段】セラミックス製チャックプレートを備えたポーラスチャックにおいて、前記チャックプレートに、撹拌起泡によって形成された多孔質成形体を、２２００℃以上２３００℃以下、２時間以上５時間以下で焼成して得られた多孔質セラミックス焼結体を用いる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス製チャックプレートを備えたポーラスチャックであって、前記チャックプレートは、撹拌起泡によって形成された多孔質成形体を、２２００℃以上２３００℃以下、２時間以上５時間以下で焼成して得られた多孔質セラミックス焼結体からなることを特徴とするポーラスチャック。
【請求項２】
前記チャックプレートは、上面に多数のピンが離散配置されていることを特徴とする請求項１記載のポーラスチャック。
【請求項３】
前記チャックプレートは、該チャックプレートの上面に載置される被加工物の外周から該被加工物の外径の５％以内の位置に流体不透過部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のポーラスチャック。
【請求項４】
前記チャックプレートは、撹拌起泡によって形成された炭化ケイ素質多孔質焼結体からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のポーラスチャック。
【請求項５】
セラミックス製チャックプレートを備えたポーラスチャックの製造方法において、
撹拌起泡によって形成した多孔質成形体を乾燥した後、所定形状に加工し、２２００℃以上２３００℃以下、２時間以上５時間以下で焼成して得られた多孔質セラミックス焼結体により、前記チャックプレートを形成することを特徴とするポーラスチャックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハやマスク基板等の薄板に平面加工等を施すために、前記薄板を固定するチャック装置であって、被加工物の薄板を均一に真空吸着して固定する方式のポーラスチャック及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェーハやマスク基板等の薄板の研磨加工等の際に、前記薄板を固定する方法の一つとして、真空チャックが用いられている。
真空チャックは、被加工物を真空吸着して固定する方法であり、従来は、吸着面に開口した多数の貫通孔が穿設されたチャックプレート上に被加工物を載置し、前記チャックプレート下部から真空排気することにより、前記被加工物を固定保持していた。
【０００３】
また、前記真空チャックにおいては、より均一な吸着力を得るために、例えば、特許文献１に記載されているような多孔質セラミックスからなるチャックプレートを備えたポーラスチャックも用いられている。
ポーラスチャックのチャックプレートに用いられる多孔質セラミックスは、各気孔が連通した状態で形成されている必要がある。このような連通気孔を形成する方法としては、セラミックス粒子に焼成時に焼失する材料を混入させておいて焼成したり、焼成時の焼成温度又は焼成時間を調整して緻密化の途上段階で焼成を終了させたりする等の方法が用いられていた。また、球状の気孔が連通しており、強度特性にも優れた多孔質セラミックスを得られる方法として、撹拌起泡による方法も知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、多孔質セラミックスの気孔部分には、セラミックス粒子による尖った角や突起が存在し、真空吸着時に、気孔内に大気中の塵埃等が吸引されて堆積し、通気抵抗を悪化させることにより、吸着力が低下したり、また、真空解除時に、前記塵埃や前記突起部分からの脱粒や欠片等がチャックプレート上の被加工物の裏面（吸着面）に当たって、該吸着面を傷つけたりする場合があった。
【０００５】
これに対しては、セラミックス球状体粒子をガラスで結合させることにより、気孔率が小さくても、優れた通気抵抗を有し、剛性も高く、常に均一な吸着力を得られるチャックプレートが提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−８０８６号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４３００号公報
【特許文献３】特開平９−１５０３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献３記載のチャックプレートは、ガラス接合のため、十分な接合強度が得られず、また、全体の強度や耐熱性、耐薬品性においても十分とは言えず、被加工物が載置されるチャックプレート上面を平坦に形成することが困難であった。
【０００８】
一方、近年、ウェーハの大口径化に伴い、高平坦度かつ低ダメージで、しかも、より高精度でウェーハを研磨や研削加工を行う技術が要求されている。また、両鏡面ウェーハも求められており、ウェーハの吸着面に生じる上記のような傷も問題となっていた。
【０００９】
したがって、ポーラスチャックにおいては、高強度で変形せず、面全体で均一にウェーハやマスク基板等の薄板の被加工物を吸着保持することができ、真空吸着の際に、連通する気孔の尖った角や突起に起因する塵埃や脱粒等によって、被加工物の吸着面に傷を生じさせることのないチャックプレートが求められていた。
【００１０】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、多孔質セラミックスによるポーラスチャックであって、高強度で変形せず、真空吸着又は真空解除の際、被加工物の吸着面に、前記多孔質セラミックスの連通する気孔の尖った角や突起に起因する塵埃や脱粒等による傷を生じさせることを防止することができるチャックプレートを備えたポーラスチャック及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るポーラスチャックは、チャックプレートを備えたポーラスチャックであって、前記チャックプレートは、撹拌起泡によって形成された多孔質成形体を、２２００℃以上２３００℃以下、２時間以上５時間以下で焼成して得られた多孔質セラミックス焼結体からなることを特徴とする。
チャックプレートに、このような多孔質セラミックス焼結体を用いることにより、連通する気孔の角が丸みを帯びており、脱粒しにくいため、被加工物に傷を生じさせ難くすることができる。
【００１２】
前記チャックプレートは、上面に多数のピンが離散配置されていることが好ましい。
このような構成とすることにより、被加工物とチャックプレートとの接触面積を小さくすることができ、被加工物に生じる傷をより低減させることができる。
【００１３】
また、前記チャックプレートは、該チャックプレートの上面に載置される被加工物の外周から該被加工物の外径の５％以内の位置に流体不透過部が設けられていることが好ましい。
このような位置に流体不透過部を設けることにより、被加工物に対する真空吸着力の向上及び研磨加工等による切削屑の付着防止を図ることができる。
【００１４】
さらに、前記チャックプレートは、撹拌起泡によって形成された炭化ケイ素質多孔質焼結体からなることが好ましい。
炭化ケイ素焼結体は、硬度や強度等の点で、被加工物を固定保持するための真空吸着力がかかるような支持部材として好適な材質であり、また、撹拌気孔によれば、連通気孔を有する多孔質体が好適に得られる。
【００１５】
また、本発明に係るポーラスチャックの製造方法は、セラミックス製チャックプレートを備えたポーラスチャックの製造方法において、撹拌起泡によって形成した多孔質成形体を乾燥した後、所定形状に加工し、２２００℃以上２３００℃以下、２時間以上５時間以下で焼成して得られた多孔質セラミックス焼結体により、前記チャックプレートを形成することを特徴とする。
このような製造方法によれば、上記の本発明に係るセラミックス製チャックプレートを好適に得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るポーラスチャックを用いることにより、真空吸着又は真空解除の際、被加工物の吸着面に、チャックプレートを構成する多孔質セラミックス焼結体の連通する気孔の尖った角や突起に起因する塵埃や脱粒等による傷を生じさせることを抑制することができる。しかも、高強度で、ウェーハやマスク基板等の被加工物の薄板を安定に保持することができ、研磨や研削加工において、高平坦度の薄板を得ることが可能となる。
また、本発明に係る製造方法によれば、上記の本発明に係るポーラスチャックを好適に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るポーラスチャックの一例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】多孔質セラミックス焼結体の連通気孔の概略断面図である。
【図３】本発明に係るチャックプレートの気孔形状を説明するための概略断面図である。
【図４】本発明に係るポーラスチャックの他の例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】実施例１におけるウェーハの吸着面に生じた傷の電子顕微鏡写真である。
【図６】比較例１におけるウェーハの吸着面に生じた傷の電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明について、図面を参照して、より詳細に説明する。
図１に、本発明に係るポーラスチャックの一例を示す。図１に示すポーラスチャックは、緻密質セラミックス等からなるチャックベース１上に、上面が平坦なチャックプレート２が設けられている。
チャックプレート２の外周部には、チャックプレート２上に載置されるウェーハやマスク基板等の薄板の被加工物３の真空吸着力を高めるため、また、チャックプレート２の外周部及び被加工物３への研磨加工等による切削屑の付着を防止するために、流体不透過部４が設けられている。
また、チャックベース１の底面には中心から同心円状もしくは放射状に複数の溝が設けられており、各溝に貫通孔が等間隔で形成されている。
【００１９】
上記のような構成によって、被加工物３はチャックプレート２下部から、真空ポンプ等によって、チャックベース１の貫通孔を通じて、下方（矢印方向）に真空排気されることにより吸着固定される。
また、チャックプレート２外周部は、チャックプレート２下部から上面に向かって（破線矢印方向）、チャックベース１の外周部の貫通孔を通じて、純水等の洗浄液が供給されることにより、チャックプレート２内部への研磨加工等による切削屑等の侵入が抑制される。
なお、チャックベース１の溝や貫通孔の態様は、ポーラスチャックが上記のような機能を果たす限り、特に限定されるものではない。
【００２０】
前記流体不透過部４は、チャックプレート２の外周部に設けられるが、その位置は、上述したような被加工物に対する真空吸着力の向上及び切削屑の付着防止の観点から、チャックプレート２の上面に載置される被加工物３の外周から該被加工物３の外径の５％以内の位置であることが好ましい。
【００２１】
前記流体不透過部４は、例えば、チャックプレート２を内側部材と外側部材とに分割して形成し、前記内側部材の外周端面及び前記外側部材の内周端面にプラズマ溶射によりアルミナ等の溶射膜を形成した後、無機系接着剤（例えば、シリカ系、アルミナ系、耐熱エポキシ系等）を用いて接着することにより形成することができる。
このように、緻密な溶射膜と緻密質の接着剤で流体不透過部を形成することにより、流体不透過部より内周側の被加工物を載置した部分への気体の漏れを防止し、また、流体不透過部より外周側に供給した洗浄液が内周側へ漏れることを防止することができる。
【００２２】
前記チャックプレートの材質には、炭化ケイ素が好適に用いられる。
炭化ケイ素は、高硬度であり、また、耐熱性及び化学的安定性に優れており、多孔質セラミックス焼結体とした場合であっても、高強度であるため、被加工物を固定保持するための真空吸着力がかかるような支持部材に好適な材質である。
【００２３】
前記チャックプレートは、多孔質セラミックス焼結体からなり、ポーラスチャックとして機能するためには、チャックプレート上面から下面への通気性を有している必要があり、各気孔が連通した状態で形成されているものである。
本発明においては、このような連通気孔を有する多孔質セラミックス焼結体が、撹拌起泡によって形成された多孔質成形体を、２２００℃以上２３００℃以下、２時間以上５時間以下で焼成することによって作製されるものであることを特徴としている。
【００２４】
従来の撹拌起泡による炭化ケイ素多孔質セラミックス焼結体の製造においては、通常、経済性の観点から、焼成温度は１８００〜２０００℃程度であり、焼成時間は１０分〜１時間程度であった。
図２に、このような焼成温度及び焼成時間の条件で焼成して得られた炭化ケイ素多孔質セラミックス焼結体の連通気孔の模式図を示す。なお、図２の模式図においては、説明のため、一直線上に連通した連通気孔を表している。図３についても、同様である。
図２に示したように、このような多孔質セラミックス焼結体においては、撹拌気泡によってほぼ球状の気孔が形成され、この気孔の隣接するもの同士が連通することにより連通気孔となっているが、連通部１１には、セラミックス粒子による尖った角や突起が存在する。
【００２５】
一方、本発明においては、従来よりも高い焼成温度で、かつ、長い焼成時間をかけて焼成する。
図３に、本発明に係る焼成温度及び焼成時間の条件で焼成して得られた多孔質セラミックス焼結体の連通気孔の模式図を示す。図３に示した連通気孔においては、図２と比較して、連通部１２の角や突起がとれて丸みを帯びた状態となっている。
このように、連通する気孔の角が丸みを帯びており、脱粒しにくいため、このような多孔質セラミックス焼結体をチャックプレートに適用すれば、真空吸着又は真空解除の際、被加工物の吸着面に、連通部の形状に起因する塵埃や脱粒等による傷を生じさせ難くすることができる。
【００２６】
したがって、本発明に係るポーラスチャックの製造方法においては、セラミックス製チャックプレートを製造するに際し、撹拌起泡によって形成した多孔質成形体を乾燥した後、所定形状に加工し、２２００℃以上２３００℃以下、２時間以上５時間以下で焼成して得られた多孔質セラミックス焼結体により、前記チャックプレートが形成されることが好ましい。
【００２７】
前記チャックプレートを構成する多孔質セラミックス焼結体の具体的な製造方法としては、以下のようにして行うことができる。
まず、セラミックス原料粉末に、分散媒、起泡剤、焼結助剤、ゲル化主剤として硬化剤を添加して混合撹拌しながら、空気を導入して泡立て、泡状スラリーを調製する。
そして、この泡状スラリーを撹拌しながら、これに、ゲル化副剤として前記硬化剤と反応する硬化性樹脂を添加し、型に鋳込み、ゲル化させた後、得られたゲル化体を型から取り出して乾燥させ、多孔質成形体を得る。
このような撹拌起泡によって形成された多孔質成形体は、ほぼ球状の多数の気孔の隣接するもの同士が連通しており、この連通孔を介して、相互に連通する三次元網目状の骨格構造を有するものとして得られる。
【００２８】
上記の撹拌気泡において使用される分散媒、起泡剤、焼結助剤、硬化性樹脂、硬化剤としては、公知のものを用いることができる。
また、気孔の大きさや気孔率は、泡状スラリー調製時に、撹拌速度や添加剤の種類、量等を適宜調整することにより、制御することができる。
【００２９】
そして、前記多孔質成形体を、所望のチャックプレート応じて所定形状に加工した後、２２００℃以上２３００℃以下、２時間以上５時間以下で焼成することによって多孔質セラミックス焼結体が得られる。
前記焼成温度が２２００℃未満の場合、また、前記焼成時間が２時間未満の場合、連通気孔の連通部の角や突起が残存し、連通気孔を該角や突起がとれた丸みを帯びた状態とすることができない。
一方、前記焼成温度が２３００℃を超える場合、また、前記焼成時間が５時間を超える場合、ほぼ球状の気孔が連通した連通気孔としての構造を維持することが困難である。
なお、焼成工程においては、上記のような２２００℃以上の高温での本焼成の前に、
十分に乾燥させるために、４０〜６０℃で５〜３０日乾燥することが好ましい。
【００３０】
図４に、本発明に係るポーラスチャックの他の例を示す。図４に示すポーラスチャックにおいては、チャックプレート２の上面に、多数のピン５が離散配置されている。それ以外の構成は、図１に示したポーラスチャックと同様の構成であるため、説明を省略する。
このようなチャックプレートによって、被加工物を多数のピンで支持する構造とすることにより、被加工物とチャックプレートとの接触面積を小さくすることができる。これにより、図１のチャックプレートのように被加工物を平面で支持する場合よりも、被加工物の吸着面への塵埃の影響等を抑制することができ、該吸着面に生じる傷をより低減させることが可能となる。
【００３１】
前記ピン５は、ウェーハやマスク基板等の薄板を真空吸着により固定保持して研磨加工等する際や加工終了後に真空解除する際に、被加工物に該ピンによる傷を生じさせないようにするために、被加工物の大きさや厚さ、硬度等に応じて、本数やサイズ、間隔を適宜定めて離散配置される。被加工物がウェーハやマスク基板である場合、通常、ピン径は数百μｍ、ピン高さは数百μｍ、ピンピッチは数ｍｍとする。
なお、図１及び図４においては、チャックプレート２は円板状であるが、これらの形状は特に限定されるものではなく、それぞれ、矩形状や楕円状等であってもよい。また、図４において、ピン５は断面形状が円形であるが、これらの形状は特に限定されるものではなく、矩形状や楕円状等であってもよいが、被加工物の吸着面をピンによって傷付けないようにする観点から、ピン頭部の角部は面取り加工されて丸みを帯びた形状にしておくことが好ましい。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
平均粒径０．５μｍの炭化ケイ素粉末１００重量部、分散媒としてイオン交換水４５重量部、起泡剤としてラウリル硫酸トリエタノールアミン１重量部、焼結助剤としてカーボンブラック１重量部及び平均粒径１．４μｍの炭化ホウ素粉末０．２重量部、並びに、ゲル化主剤としてポリエチレンイミン５重量部を撹拌機で混合撹拌しながら、空気を導入して泡立て、泡状スラリーを調製した。
この泡状スラリーを撹拌しながら、これに、ゲル化副剤としてエポキシ樹脂１重量部を添加し、型に鋳込んだ。３時間経過後、ゲル化が十分に進行し、ゲル化体となった。
このゲル化体を型から取り出し、４０〜６０℃で数日間乾燥させ、成形体を得た。この成形体は、ほぼ球状の多数の気孔の隣接するもの同士が連通しており、この連通孔を介して、相互に連通する三次元網目状の骨格構造を有していた。
前記成形体を、ダイヤモンド砥石を用いて、直径２９８ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状に加工した。
また、上記と同様の方法により、別途、外径３２０ｍｍ、内径２９９ｍｍ、厚さ５ｍｍのリング状の成形体を加工した。
前記円板状の成形体とリング状の成形体を、アルゴンガス雰囲気下、２２３０℃で５時間焼成し、円板状とリング状の炭化ケイ素質多孔質焼結体を得た。
この円板状の焼結体の外周端面及びリング状の焼結体の内周端面に、プラズマ溶射によりアルミナ溶射膜を形成した後、シリカ系無機系接着剤を用いて、両者の焼結体を接着し、チャックプレートを作製した。
【００３３】
このチャックプレートを備えた図１に示すようなポーラスチャックを用いて、以下のようにして、ウェーハチャッキング試験を行った。
まず、前記チャックプレート上に直径３００ｍｍのシリコンウェーハを載置した。このウェーハを真空吸着させて、ウェーハ表面を厚さ３μｍ研削加工した。加工終了後、真空解除し、ウェーハをチャックプレートから取り外し、ウェーハ裏面（吸着面）に生じた傷の数及び傷の平均深さを測定した。
【００３４】
前記チャックプレートの気孔率及び気孔径をＪＩＳ  Ｒ１６３４（１９９８）準拠にて、水銀ポロシメータにより測定したところ、気孔率は６３％、平均気孔径は１１μｍであった。
また、ウェーハチャッキング試験における真空吸着度は９０ｋＰａであり、傷の数は３２個、傷の平均深さは１．８μｍであった。
また、図５に、ウェーハの吸着面に生じた傷の電子顕微鏡写真を示す。
【００３５】
［比較例１］
純度９９．５％以上のアルミナ粉末にバインダを添加し、動転造粒法により球状の造粒体を作製した。これを、約１６００℃で焼成し、平均粒径０．３ｍｍのセラミックス球状体を作製した。
このセラミックス球状体に対して、ガラス（組成：ＳｉＯ2 ５０重量％、ＢａＯ及びＣａＯ ３５重量％、Ａｌ2Ｏ3及びＢ2Ｏ3 １５重量％）１０重量％を添加し、さらに、バインダを加えて混合した後、これを金型内に充填し、メガプレス機により成型圧１００〜５００ｋｇ／ｃｍ2で加圧して、円板状の成形体を作製した。
この成形体をガラスが溶融する約１２００℃で焼成し、直径３２０ｍｍ、厚さ５ｍｍ円板状のアルミナセラミックス系チャックプレートを得た。
【００３６】
このチャックプレートを用いて、上記実施例１と同様にして、ウェーハチャッキング試験を行った。
前記チャックプレートの気孔率は２０％であり、また、ウェーハチャッキング試験における真空吸着度は８６ｋＰａであり、傷の数は２０９個、傷の平均深さは３．０μｍ以上であった。
また、図６に、ウェーハの吸着面に生じた傷の電子顕微鏡写真を示す。
【００３７】
以上から、上記実施例１の炭化ケイ素セラミックス焼結体からなるチャックプレートによれば、比較例１の従来のアルミナセラミックス系チャックプレートよりも、被加工物の吸着面に傷を生じ難くさせることができることが認められた。
【符号の説明】
【００３８】
１          チャックベース
２          チャックプレート
３          被吸着物（薄板）
４          流体不透過部
５          ピン
１１，１２  連通部
【図１】
2012069557.tif 000003
【図２】
2012069557.tif 000004
【図３】
2012069557.tif 000005
【図４】
2012069557.tif 000006
【図５】
2012069557.tif 000007
【図６】
2012069557.tif 000008