(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ものである。【解決手段】載置面に基板を吸着保持するための多孔質セラミックスからなる載置部と、基板の外縁部を支持する支持部と、前記載置部及び前記支持部が設置された基台と、を備える真空吸着装置であって、前記基台の少なくとも載置部との接合面が、その略中央が最も高い凸型である。また、基板の真空吸着時における載置面の沈み量の最大値と最小値との差が３μｍ以下である。【選択図】図１
2009148868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
載置面に基板を吸着保持するための多孔質セラミックスからなる載置部と、
基板の外縁部を支持する非通気性部材からなる支持部と、
前記載置部及び前記支持部が設置された緻密質セラミックスからなる基台と、
を備える真空吸着装置であって、
前記基台の少なくとも載置部との接合面が、その略中央が最も高い凸型であることを特徴とする真空吸着装置。
【請求項２】
基板の真空吸着時における載置面の沈み量の最大値と最小値との差が３μｍ以下である請求項１記載の真空吸着装置。
【請求項３】
前記載置部と前記支持部、及び前記載置部と前記基台とが、接合層を介すること無く、直接接合された請求項１または２記載の真空吸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハや液晶用ガラス基板等の基板の研削加工を行う際に、基板を吸着保持するための真空吸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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おり、均一な吸着を行うために、多孔質体により基板の全面を吸着保持する真空吸着装置が検討されている。例えば、多孔質体からなる載置部をその外周を取り囲む非多孔質の支持部及び緻密質体からなる基台に樹脂またはガラスなどの接着剤により接合してなり、下方の吸気孔より真空吸引することにより、上記載置部の吸着面に基板を固定するものが提案されている（例えば特許文献１）。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り、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、基板の加工精度が悪くなるという問題があった。そこで、本出願人は、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・焼成する製法により多孔質セラミックスと緻密質セラミックスとを完全に密着させた真空吸着装置を開発し、接着剤により接合する製法で見られた隙間の問題を解消した（特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５３−０９０８７１号公報
【特許文献２】特開平２００５−２２０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら多孔質セラミックスと隙間の問題は解消したものの、多孔質セラミックスからなる載置部の変形を完全に解消できなかった。これは、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、基板を真空吸着して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るため、載置面が凹型に沈み込む変形が生じるためである。この変形のため基板の研削精度が低下する問題があった。
【０００５】
また、この載置面の変形に対して基板研削砥石の軸調整により基板の研削精度の向上が図られるが、この作業は実際に基板の研削をしながら、少しずつ調整していく必要があるため、非常に手間がかかるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために見出されたものであり、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ものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の真空吸着装置は、載置面に基板を吸着保持するための多孔質セラミックスからなる載置部と、基板の外縁部を支持する非通気性部材からなる支持部と、前記載置部及び前記支持部が設置された緻密質セラミックスからなる基台と、を備える真空吸着装置であって、前記基台の少なくとも載置部との接合面が、その略中央が最も高い凸型であることを特徴とする。
【０００８】
前記基台の少なくとも載置部との接合面が、その略中央が最も高い凸型であるのは、基板を真空吸着したときに平坦になるようにするためである。すなわち、真空吸着時の載置面の沈み変形は、その略中央で最も大きな沈みを示すため、基台を予め凸型にすることで沈み変形を抑えて平坦化することができる。載置面の沈み変形が外周部よりも中央部で大きくなる理由は、載置部の外周部が載置部に比べて大気圧の影響が小さい支持部に密着していること、および、基板を載置面に載せて真空吸着させたときに基板の外縁部から外気の吸い込みが生じるため載置部における支持部近傍の真空度が中心部に比べて低いことが関係していると思われる。したがって基台の接合面を凸型にすることで実際に基板を研削・研磨加工する際には、載置面の沈み変形が抑えられ基板の高精度加工が容易になる。また、砥石軸の精密調整はほとんど不要となり大幅に作業を簡略化できる。さらに真空吸着時の載置面の平坦性が高いため、基板の加工精度も飛躍的に高めることができる。
【０００９】
基台の載置部との接合面の凸型の形状は、略中央が高くて外周が低い山型の形状であれば良く、基板を真空吸着したときの載置面にその凸型の形状が現れて形状精度を低下させない範囲であれば、特に限定されるものではない。具体的には、その断面が、三角形、台形、円弧状、階段状等の種々の形状を採用することができる。
【００１０】
基台の凸型形状の高さは、特に限定しない。ただし、凸型形状の最も高い点から載置面までの載置部の厚さの最も薄い部分は１ｍｍ以上とすることが望ましい。載置部の厚さが１ｍｍより小さくなると、載置部の加工時や真空吸着時に破損し易くなるからである。また、凸型形状は、基板を載置したときの載置面が平坦となるように調整することができる。載置面の沈み量は、真空吸着時の真空度や載置部の等により異なるため、実験的に求めた形状とすることが望ましい。ここで、載置部の厚さは２〜３０ｍｍの範囲で調整することが好ましい。２ｍｍよりも小さいと載置部の強度が低いため加工で破損するおそれがあり、３０ｍｍよりも大きいと、沈みの絶対量が大きくなりすぎるためである。
【００１１】
また、本発明は、基板の真空吸着時における載置面の沈み量の最大値と最小値との差、が３μｍ以下であることを特徴とする。本発明の真空吸着装置を用いることにより、載置面の沈み量を小さく抑え、またそのバラつきも小さくすることが可能となり、載置面の面精度を高めることができる。基板の真空吸着時における載置面の沈み量の最大値と最小値との差、すなわち載置面の平坦度は、３μｍ以下が好ましいが、より好ましくは１μｍ以下が望ましい。
【００１２】
さらに、本発明は、載置部と支持部、及び載置部と基台とが、接合層を介すること無く、直接接合されたことを特徴とする。接着剤を用いた接合の場合、接合層が形成され、接合層には不可避的に空隙が生じるため、空隙部で沈み量が異常に大きくなるため、たとえ、基台の接合面を凸型としても、その効果は著しく低下する。そこで、本発明では、多孔質セラミックスを構成する結合剤を用いて、多孔質セラミックスの焼結と同時に接合することにより接合層を介すること無く直接接合された構造とした。これにより基板を真空吸着したときの載置部の異常な沈み変形が起きず、基板吸着時の漏れや吸着力のムラも無いので、高精度で基板を研削加工することができる。
【発明の効果】
【００１３】
このように本発明によれば、基板を真空吸着したときの載置面の沈み量を小さくし載置面の面精度を高め、基板研削時の砥石軸の精密調整等の煩雑な作業を簡便化し、かつ高精度での基板の研削を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る真空吸着装置の概略構成を示す断面図である。真空吸着装置１０は、多孔質セラミックスからなる載置部１１と、その外周を囲む支持部１２と、載置部及び支持部が設置された基台１３とを具備する。載置面１１ａにシリコンウエハ等の基板を載置し、吸気孔１４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、基板が真空吸着される。載置部１１と、支持部１２及び基台１３との接合界面には載置部の気孔径を超えるような隙間はなく、多孔質構造が支持部１２及び基台１３との接合面１３ａまで連続した構造を有している。
【００１５】
基台の載置部との接合面１３ａは、その略中央を最も高い点とする凸型形状となっている。このような形状とすることで、載置部全体の沈み量を少なくし、また、沈み量のバラつきを小さくすることができる。
【００１６】
ここで、多孔質セラミックスからなる載置部１１の気孔は連通しており、真空吸着力および載置面１１ａの面精度の観点から平均気孔径が１０〜１５０μｍ、気孔率が２０〜５０％とすることが好ましく、このような気孔径および気孔率を得るためには、前記載置部の構成原料であるセラミックス粉末の平均粒径が３０μｍ〜１５０μｍのものを使用することが好ましい。
【００１７】
次に、前記載置部１１の構成成分であるガラスの熱膨張係数が前記支持部および前記載置部のもう一方の構成成分であるセラミックスの熱膨張係数より小さいものを使用することが好ましい。その理由は、低熱膨張のガラスを使用することにより、焼結後の多孔質セラミックスと支持部または基台との接合面の隙間をなくすことができ、また、多孔質セラミックスにおいて結合材としての役割を有するガラスに圧縮応力が加わった状態が望ましいからである。
【００１８】
また、本発明では、前記載置部の構成原料となるガラス粉末の平均粒子径が前記載置部のもう一方の構成原料であるセラミックス粉末の平均粒子径より小さい方が好ましい。その理由は、ガラス粉末の平均粒径がセラミックス粉末よりも大きいと、セラミックス粉末の充填を阻害するため、ガラス軟化点以上で焼結する際に焼成収縮を起こすからである。ガラスの平均粒径は、好ましくは、セラミックス粉末の平均粒径の１／３以下、さらに好ましくは１／５以下が望ましい。
【００１９】
添加するガラス粉末の量は、特に限定しないが、ガラス粉末の粒径が大きい場合と同様に大量に添加するとセラミックス粉末の充填を阻害し、焼成収縮を起こすため、少量が望ましい。ただし、少なすぎるとセラミックス粉末の結合強度が低下し、脱粒や欠けの問題が生じるため、結合強度を発揮するような量が必要である。具体的には、目標とする気孔率、セラミックス粉末の粒度、焼成温度およびガラス粘性等を考慮して調整されるが、概ねセラミックス粉末に対して５〜３０質量％程度添加混合することが望ましい。
【００２０】
支持部１２の非通気性部材に用いられる材質としては、気密性があり、載置部１１を構成する多孔質セラミックスに近い剛性及び研磨性を有するものが好ましい。これは、載置部と支持部との間の段差を少なくするためである。なかでも載置部と同様にセラミックスとガラスとを複合化したものが好ましい。このような複合材料を用いれば、セラミックスとガラスとの割合を変えることで載置部の多孔質セラミックスとの剛性の調整が可能である。この場合に、支持部１２のセラミックス材料は、熱膨張の観点から載置部に用いられたセラミックスと同一のものを用いるのが好ましいが、複合材料としての熱膨張が載置部と同等であれば良いので、これに限定されるものではない。また、載置部と支持部の段差が問題とならない程度であれば、図２に示したように基台２３と支持部２２とが一体となった構成としても良い。
【００２１】
基台の材質は特に限定されず、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素等の緻密質セラミックスが用いられる。ただし熱膨張の観点から、載置部のセラミックス粉末及び支持部を構成するセラミックスと同じセラミックスを使用することが好ましい。
【００２２】
真空吸着のための吸気孔１４は、図１のような態様に限定されるものではなく、単数、複数を問わず、その位置も特に限定されない。また、より素早く真空吸着するために基台の底部に溝を形成しても良い。溝形状は、放射状、環状、格子状のほか、環状と放射状を組み合わせたもの等、種々の形状を採用できる。なお、吸気孔１４の径は吸着力を発揮できる範囲で小さいことが望ましい。吸気孔が大きいと、孔の部分で載置部の沈み量が大きくなるためである。具体的には、吸気孔の径は、吸気孔上の載置部の厚みと同等か、それよりも小さいことが望ましい。
【００２３】
次に、図２に示した基台と支持部とが一体となった真空吸着装置２０の製造方法について説明する。はじめに載置部を形成する多孔質セラミックスの原料粉末であるアルミナ粉末およびガラス粉末、または、炭化珪素粉末およびガラス粉末に、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。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。ここで、水またはアルコール量は特に限定しない。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。
【００２４】
基台２３は、セラミックス粉末のＣＩＰ成形や、鋳込み成形等の公知の成形方法により基台となる成形体を作製し、続いて電気炉焼成や、ホットプレス等の公知の焼成方法により緻密質セラミックスの基台を得る。基台の凸型形状は、成形時に成形型により形成しても良いし、成形体の生加工により形成しても良い。また、緻密質セラミックスを得た後に、公知のダイヤモンド砥石等を用いマシニングセンタ加工等を行って形成しても良い。次に基台の載置部が形成される部分に前記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と良い。また、吸気孔は、載置部となる混合物を注ぐ前に、ろう、樹脂等の焼失部材により閉塞しておく。
【００２５】
次に、スラリーを充填した基台を十分に乾燥させた後、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。
【００２６】
載置部の焼成後、上述した載置部表面および支持部表面の平面研削加工を行う。載置部表面および支持部表面の研削加工はダイヤモンド砥石等の通常用いる方法を採用できる。このように、直接基台に載置部原料を充填して成形し、そのまま焼成することで、載置部と基台（および支持部）との間に接合層を介することなく、直接接合された構成とすることができる。したがって、載置部と基台、支持部との間に隙間が無いので、基板を真空吸着したときの載置部の異常な沈み変形が起きず、ウエハ吸着時の漏れや吸着力のムラも無いので、高精度でウエハを研削加工することができる。
【００２７】
基台の接合面の凸型形状の調整は、基板を載置したときの沈み量分布をもとに行うことができる。沈み量分布の測定は、基台の載置部との接合面を平坦または凸型とし、載置面に平面加工を施した載置部表面を使用して、載置部表面の変形に追従するシリコンウエハ、セラミックスダミーウエハ、金属シートまたは樹脂シート等の被吸着体を用いて、被吸着体が載置面に密着する程度の真空度（例えば−５ｋＰａ；ゲージ圧）で被吸着体を吸着させた場合の載置部表面の高さと、ウエハ研削加工時の使用真空度（例えば−１００ｋＰａ）で吸着させた場合の載置部表面の高さとの差を電気マイクロメータにより任意の点数を計測することにより行うことができる。
【００２８】
次に計測した変形量をマッピングし、これを基に基台の凸型形状を調整し、新たに真空吸着装置を作製する。なお、基台の凸型形状と併せて、載置面の形状についても凸型に調整しても良い。この場合であっても、基台を凸型形状とすることで、沈み量およびそのバラつきを小さくできるので、基板を吸着するときの真空度が不安定であっても載置面の精度を保つことが可能となる。
【００２９】
上述の例では、基台と支持部とが一体となった真空吸着装置について説明したが、図１のような支持部１２を形成する場合であっても、図２と同様の真空吸着装置を作成した後、支持部１２を形成するために、基台と一体となった支持部２２または載置部の外周部を除去する加工を行い、除去した部分に支持部１２となるセラミックスとガラスからなる非通気の複合材料を接合して作製することができる。また、載置部を構成する多孔質セラミックスの気孔に樹脂やガラス等を浸透させたり、塗布したりすることにより非通気として支持部を形成しても良い。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の実施例と比較例により本発明を詳細に説明する。
（実施例１）はじめに、図２に示した真空吸着装置の例を示す。アルミナ粉末（平均粒径１２５μｍ）、ガラス粉末（ほう珪酸ガラス、平均粒径：２０μｍ、熱膨張係数４０×１０−７／℃、軟化点８００℃）および蒸留水を１００：２０：２０の質量比で混合し、ミキサーを用いて混錬し多孔質セラミックス原料のスラリーを作製した。基台は、図２に示したような基台と支持部とが一体となった凹型の緻密質アルミナ（熱膨張係数８.０×１０−６／℃）を用いた。その形状は外径３５０ｍｍ、高さ２０．５ｍｍ、凹部内径２９８ｍｍ、深さ５．５ｍｍ；削り代およそ０．５ｍｍ、吸気孔径および吸気溝幅２ｍｍとし、載置部との接合面は円形の中心部（径３０ｍｍ、高さ３．０ｍｍ）が最も高く外周（径２９８ｍｍ、高さ０ｍｍ）に向かって傾斜した形（断面形状：台形：上辺３０ｍｍ、下辺２９８ｍｍ、高さ３．０ｍｍ）に調整した。次に原料スラリーを注型し、真空脱泡を行った後、振動を加えて沈降充填させた。１００℃で乾燥させた後、１０００℃にて焼成した。次に＃８００ダイヤモンド砥石を用いて載置部表面及び支持部表面の平面研削を行い、平坦な載置面および支持部表面を得た。得られた真空吸着装置を使用して、シリコンウエハ（厚さ５０μｍ）を吸着させて沈み量分布の測定を行った。はじめにゲージ圧−５ｋＰａでウエハを吸着させたときの載置面の高さと、−１００ｋＰａで吸着させたときの載置面の高さとの差を１００点について電気マイクロメータにより測定して求めた。同一形状の真空吸着装置３０枚を作製し沈み量分布を測定した。いずれの真空吸着装置においても測定点１００点中の沈み量の最大値と最小値の差は、１．０μｍ以下であった。
【００３１】
（実施例２）次に、図１に示した真空吸着装置の例を示す。実施例１と同様に緻密質アルミナ（外径３５０ｍｍ、高さ２０．５ｍｍ、凹部内径３０８ｍｍ、深さ５．５ｍｍ；削り代およそ０．５ｍｍ、吸気孔径および吸気溝幅２ｍｍ）の凹部に載置部原料を流し込み、焼成した後に載置部の外周を最外周から５ｍｍ内側まで除去する加工を行った。しかる後に、除去した部分にアルミナ粉末（平均粒径６０μｍ）、ガラス粉末（ほう珪酸ガラス、平均粒径：２０μｍ、熱膨張係数４２×１０−７／℃、軟化点７００℃）を１：２の質量比で混合したものを充填し、再度８００℃で焼成し、支持部を形成した。次に＃８００ダイヤモンド砥石を用いて載置部表面及び支持部表面の平面研削を行い、平坦な載置面および支持部表面を得た。なお、支持部は、微細な気孔はあるものの独立気孔であり、非通気であった。実施例１と同様に真空吸着装置３０枚を作製し沈み量分布を測定したところ、いずれの真空吸着装置においても沈み量の最大値と最小値の差は、１．０μｍ以下であった。
【００３２】
（比較例）基台の接合部を凸型形状とせず平面形状とした点を除いて実施例１と同形状の真空吸着装置を作製した。＃８００ダイヤモンド砥石を用いて載置部表面及び支持部表面の平面研削を行い、平坦な載置面および支持部表面を得た。実施例と同様に真空吸着装置３０枚を作製し沈み量分布を測定したところ、いずれの真空吸着装置においても沈み量の最大値と最小値の差は、３．０μｍよりも大きかった。
【００３３】
実施例１及び比較例の真空吸着装置を用いて実際に基板の研削を行った。−１００ｋＰａの真空度（ゲージ圧）で真空吸着したシリコンウエハ（直径３００ｍｍ、厚さ８００μｍ）を＃８００のダイヤモンド砥石を使用して１００μｍ研削加工した後、レーザ干渉式形状測定器を用いて基板の平坦度を測定した。実施例１の真空吸着装置では、３０枚研削し、平坦度は全て１．０μｍ以下であった。砥石軸の調整は従来に比べて、非常に容易であった。一方、比較例の真空吸着装置では、平坦度は全て１．０μｍよりも大きく研削精度が悪かったうえ、実施例と比べて軸調整に非常に手間がかかった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の真空吸着装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図２】本発明の他の真空吸着装置の概略構成を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０．２０：真空吸着装置
１１、２１：載置部
１１ａ、１２ａ：載置面
１２、２２：支持部
１３、２３：基台
１３ａ、２３ａ：基台の接合面
１４、２４：吸気孔
ｈ：凸型形状の高さ
【図１】
2009148868.tif 000003
【図２】
2009148868.tif 000004