JP2017195274A - 真空吸着装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】逆洗浄を行っても載置体が支持体から離脱しない真空吸着装置を提供する。【解決手段】真空吸着装置１００は、対象物を吸着する吸着面１１を上面に有し、多孔質体からなる載置体１０と、載置体１０の外周面１２又は下面１３の少なくとも一部と接合されて載置体１０を支持し、多孔質体の気孔に連通する吸引孔２６が形成され、緻密質体からなる支持体２０とを備える。載置体１０と支持体２０とが接する接面が、吸着面１１側から見たとき、載置体１０の中心から外側に向けて下るように傾斜する部分、又は載置体１０の外側から中心方向に或いは載置体１０の中心から外側方向に突出する部分を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ又はガラス基板などの対象物を真空吸着する装置及びその製造方法に関する。

従来の真空吸着装置は、例えば特許文献１を参照して、半導体ウエハ又はガラス基板などの対象物を支持する吸着面を上面に有する多孔質体からなる載置体と、多孔質体の気孔に連通する吸引孔が形成され、載置体の側周縁を取り囲むようにして載置体を支持する支持体とを備えている。載置体と支持体とは、ガラス、樹脂等からなる接着剤で固定されている。

また、特許文献２には、載置体がガラス含有セラミックスの多孔質体からなり、支持体がセラミックス緻密質体からなるものとして、これらの接合界面を隙間なく一体的に焼成することにより、接合強度を高めることが記載されている。

特開昭５３−０９０８７１号公報 特開２００５−２２０２７号公報

真空吸着装置を長期に亘って使用すると、多孔質体の気孔が詰り、吸着力が低下する。そこで、下面側から水圧をかけて真空吸着装置を洗浄することがある。この洗浄は、逆洗浄と呼ばれる。

接着剤の接着強度は左程強くないので、従来の真空吸着装置においては、逆洗浄を行ったとき、載置体が支持体から離脱することがあった。

上記特許文献２に記載の技術は、接着剤を使用する場合と比較して接合強度は高められていたが、それでも、逆洗浄を行ったとき、載置体が支持体から離脱することがあった。

また、載置体の厚みが薄い場合、支持体と載置体との側面での接着面積が小さいため接着強度が高められず、逆洗浄を行ったときに載置体が支持体から離脱することも考えられる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、逆洗浄を行っても載置体が支持体から離脱しない真空吸着装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の真空吸着装置は、対象物を吸着する吸着面を上面に有し、多孔質体からなる載置体と、前記載置体の外周面又は下面の少なくとも一部と接合されて前記載置体を支持し、前記多孔質体の気孔に連通する吸引孔が形成され、緻密質体からなる支持体とを備えた真空吸着装置であって、前記載置体と前記支持体とが接する接面が、前記吸着面側から見たとき、前記載置体の内側から外側方向に下るように傾斜する部分、又は前記載置体の外側から内側方向に若しくは前記載置体の内側から外側方向に突出する部分を有することを特徴とする。

本発明の真空吸着装置によれば、載置体と支持体とが接する接面が、載置体の内側から外側方向に下るように傾斜する部分、又は載置体の外側から内側方向に若しくは載置体の内側から外側方向に突出する部分を有する。そのため、これらの部分の存在により、逆洗浄を行っても、載置体が支持体から離脱するおそれを物理的に解消することが可能となる。なお、載置体の内側からとは、載置体の中心からと同じ意味である。

本発明の真空吸着装置において、前記支持体は、前記載置体を収容する第１の凹部と、前記載置体の下面と底面との間に空隙を有する第２の凹部と、前記第２の凹部の底面から上方に突出し、前記載置体の下面を支持する複数の凸部とを有することが好ましい。

この場合、載置体の下面と第２の凹部の底面との間に空隙を有する。この空隙を介して真空吸引することにより、対象物を全面に亘って均等に吸着することが可能となる。

本発明の真空吸着装置において、前記載置体は、前記接面よりも下方に位置する部分を有することが好ましい。

この場合、載置体は、支持体との接面よりも下方に位置する部分を有する。そのため、逆洗浄を行っても、載置体が支持体から離脱するおそれをさらに解消することが可能となる。

本発明の真空吸着装置の製造方法は、凹部、前記凹部と外部とを連通する吸引孔、及び、上側から見たとき、内側から外側方向に下るように傾斜する部分、又は外側から内側方向に若しくは内側から外側方向に突出する部分を内周面に有し、緻密質体からなる支持体を作製する工程と、セラミックス粉末及びガラス粉末を含むスラリーを調整する工程と、少なくとも吸引孔に消失材を充填する工程と、前記凹部に前記スラリーを充填したうえで焼成して、多孔質体を形成するとともに前記消失材を消失させる工程とを備えたことを特徴とする。

本発明の真空吸着装置の製造方法によれば、支持体の内周面が内側から外側方向に下るように傾斜する部分、又は外側から内側方向に若しくは内側から外側方向に突出する部分を有するので、この内周面と接する外周面を有する載置体が作製される。

よって、支持体の内周面と載置体の外周面との接面が、上側から見たとき、載置体の内側から外側方向に下るように傾斜する部分、又は載置体の外側から内側方向に或いは載置体の内側から外側方向に突出する部分を有する接面を備えた真空吸着装置を、接着剤などを使用せずに製造することができる。そして、これらの部分の存在により、逆洗浄を行っても、載置体が支持体から離脱するおそれを解消することが可能となる。

本発明の真空吸着装置の製造方法において、前記支持体は、さらに、前記凹部の底面から上方に突出する複数の凸部を有し、前記複数の凸部の間に消失材を充填した後に、前記凹部に前記スラリーを充填することが好ましい。

この場合、載置体の下面を支持する複数の凸部を有する真空吸着装置を、接着剤などを使用せずに製造することができる。そのため、載置体をさらに良好に支持することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る真空吸着装置の模式断面図。 本発明の第１の実施形態に係る真空吸着装置の製造方法を説明するための模式断面図。 第１の実施形態の変形に係る真空吸着装置の一部拡大模式断面図。 第１の実施形態の変形に係る真空吸着装置の一部拡大模式断面図。 第１の実施形態の変形に係る真空吸着装置の一部拡大模式断面図。 第１の実施形態の変形に係る真空吸着装置の一部拡大模式断面図。 第１の実施形態の変形に係る真空吸着装置の一部拡大模式断面図。 本発明の第２の実施形態に係る真空吸着装置の模式断面図。 本発明の第２の実施形態に係る真空吸着装置の製造方法を説明するための一部拡大模式断面図。 第２の実施形態の変形に係る真空吸着装置の一部拡大模式断面図。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る真空吸着装置１００について、図１を参照して説明する。

真空吸着装置１００は、半導体ウエハ又はガラス基板などの対象物を吸着する吸着面１１を上面に有する載置体１０と、載置体１０の外周面１２と接合された内周面２１を有し、載置体１０を支持する支持体２０とを備えている。載置体１０の外周面１２と支持体２０の内周面２１とを接合した面が接合面であり、本発明の接面に相当する。

載置体１０は、例えば、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニアなどのセラミックス及びこれらセラミックスにガラスを含有させた焼結体からなる多孔質体である。

載置体１０には、その吸着面１１である上面から下面１３にかけて連通する気孔が多数存在している。ただし、載置体１０における過度の圧力損失及び吸着力の低下、機械的強度の低下、吸着面１１の平坦度の悪化、ならびに、吸着面１１の平坦性の低下などが回避される程度に、例えば、載置体１０の開気孔率は２０〜５０％の範囲であり、平均気孔径は１０μｍ〜８０μｍとなっている。

載置体１０は、ここでは、全体として略円盤状であるが、形状はこれに限定されず、多角形盤状、楕円形盤状などであってもよい。載置体１０の表面である吸着面１１は、研磨加工により平坦に形成されている。載置体１０の下面１３も、平坦に形成されている。

支持体２０は、例えば、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニアなどからなるセラミックス焼結体からなる緻密質体である。支持体２０は緻密質体であるため、真空吸着装置１００の使用環境に必要な機械的強度が確保されている。載置体１０及び支持体２０は、同種のセラミックスからなることが好ましいが、これに限定されない。

支持体２０は、ここでは、全体として第１の凹部２２及び第２の凹部２３を有する大略円盤形状であるが、形状はこれに限定されず、大略多角形盤状、大略楕円形盤状などであってもよい。第１の凹部２２に、載置体１０が収容される。第１の凹部２２の下方に第２の凹部２３が連続している。

第２の凹部２３の底面には上方に突出する複数の凸部２４が形成されており、凸部２４の平坦な上端面に載置体１０の下面１３が支持され、載置体１０の落ち込みが防止されている。凸部２４は、載置体１０の局所的な落ち込みが防止され、且つ、吸着面１１の平面度が良好となるように、個数、大きさ、及び配置が設定される。凸部２４は、ここでは、円柱形状であるが、これに限定されず、角柱形状、円錐形状、角錐形状、段差を有する形状などであってもよい。

第１の凹部２２に収容された載置体１０と支持体２０の第２の凹部２３の底面の間には空隙２５が形成されている。そして、支持体２０の第２の凹部２３の底壁には、載置体１０の気孔と外部とを連通する複数の吸引孔２６が形成されている。

ただし、第２の凹部２３、凸部２４及び空隙２５が存在せず、第１の凹部２１の底面と載置体１０の下面とが接触して、第１の凹部２１の底壁に複数の吸引孔２６が形成されていてもよい。

支持体２０は、第１の凹部２２の外周を取り囲む側周壁２７を備えている。本実施形態では、側周壁２７の内周面は、その全周に亘って、吸着面１１側から見たとき、内側（中心側）から外周面側に向って下るように傾斜するテーパ面となっている。

そして、載置体１０の外周面１２と支持体２０の内周面２１との接合面は、実質的に隙間がないように形成されている。このように、載置体１０は、接合面よりも下方に位置する部分を有している。

なお、載置体１０の上面である吸着面１１と支持体２０の上端面である側周壁２７の上端面とは、ここでは面一であるが、面一でなくてもよい。

支持体２０の吸引孔２６には図示しない真空ポンプ等の真空吸引装置（図示略）が接続されている。この真空吸引装置を動作させることにより、載置体１０の開気孔を通じて吸着面１１に載置された対象物に対して吸引力が作用する。これにより、半導体ウエハ等の対象物が真空吸着装置１００により吸着保持される。

本実施形態の真空吸着装置１００によれば、載置体１０と支持体２０との接面は、吸着面１１側から見たとき、内側から外側方向に下るように傾斜する部分を有している。この部分の存在により、逆洗浄を行っても、載置体１０が支持体２０から離脱するおそれを物理的に解消することが可能となる。

（真空吸着装置の製造方法）
次に、真空吸着装置１００の製造方法の一実施形態について図２も参照して説明する。

まず、支持体２０を形成する緻密質体の原料粉末であるアルミナ粉末、窒化珪素粉末、炭化珪素粉末、ジルコニア粉末などからなるセラミックス粉末に、焼結助剤、添加剤、バインダー、分散剤等を添加したものを攪拌混合してスラリーを得る。

そして、このスラリーを用いて、公知の成形法で成形した後、焼結して、セラミックス焼結体を得る。焼結方法は、常圧焼結、ホットプレス法（熱間加圧法）、反応焼結などの公知の方法を用いればよい。このセラミックス焼結体に対して第１の凹部２２、第２の凹部２３、凸部２４、吸引孔２６及び側周壁２７が形成されるように切削加工を行い、支持体２０を作製する。

ここで、側周壁２７は、吸着面１１側から見たとき、中心から外周面側に向って下るように第１の凹部２２の内周面２１は傾斜している。

次に、載置体１０を形成する多孔質体の原料粉末であるアルミナ粉末、窒化珪素粉末、炭化珪素粉末、ジルコニア粉末などからなるセラミックス粉末及びガラス粉末に、水又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、公知の方法を適用することができる。ここで、水又はアルコール量は特に限定されない。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又はアルコールの添加量を調整する。

そして、支持体２０の吸引孔２６及び空隙２５となる第２の凹部２３の部分にろう、樹脂などからなる消失材３１を充填したうえで、前記スラリーを支持体２０の第１の凹部２２に充填する。充填の際、必要に応じて、残留気泡を除去するための真空脱泡、充填を高めるための振動を加えることが好ましい。

次に、スラリーを充填した支持体２０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。この焼成時に、消失材３１は消失する。

このような製造方法によれば、載置体１０を支持体２０とを別個に製造するのではなく、一体的に形成することができ、載置体１０の外周面１２と支持体２０の内周面２１との接合面をテーパ面にすることができる。そして、載置体１０と支持体２０の接合に接着剤を使用する必要がないので、接合強度は良好となる。

なお、真空吸着装置１００の製造方法は、上述した方法に限定されない。例えば、載置体１０用のスラリーを図示しない載置体１０用の型に充填したうえで焼成して、載置体１０を形成してもよい。そして、支持体２０を上下方向又は左右方向に複数に分割しておき、載置体１０をこの分割した支持体２０で挟み込んで、接着剤などで固定すればよい。

（第１の実施形態の変形例）
上述した実施形態では、接合面１２，２１は、その全周に亘って、吸着面１１側から見たとき、内側から外周面側に向って下るように傾斜するテーパ面となっている。しかし、載置体１０が支持体２０よりも下方に位置する部分を有していれば、接合面１２，２１の形状はこれに限定されない。

例えば、図示しないが、接合面１２，２１は、その全周の一部の１又は複数の範囲の亘ってのみ、内側から外周面側に向って下るように傾斜するテーパ面となっていてもよい。

また、例えば、図３に示すように、その全周に亘って、若しくはその全周の一部の１又は複数の範囲に亘って、接合面１２，２１の一部が、内側から外周面側に向って下るように傾斜するテーパ面となっていてもよい。

また、図４に示すように、側周壁２７の内周面の一部に、その全周に亘って、若しくはその全周の一部の１又は複数の範囲に亘って、載置体１０の外側から内側方向に向って突出する突起２８が形成されていてもよい。このような突起２８は、図４に示すように、側周壁２７に内周面の上下方向の中間部に形成されているものに限定されず、図示しないが、側周壁２７に内周面の上端部に形成されているものであってもよい。また、図示しないが、その全周に亘って、或いはその全周の一部の１又は複数の範囲に亘って、側周壁２７に内周面の中間部及び上端部に複数個形成されているものであってもよい。

なお、この場合も、載置体１０と支持体２０との接合面１２，２１の下側半分は、載置体１０の内側から外側方向に下るように傾斜しており、接合面１２，２１は外側に内側方向に下るように傾斜する部分を有している。

また、図５に示すように、側周壁２７の内周面の一部に、その全周に亘って、若しくはその全周の一部の１又は複数の範囲に亘って、外側方向に窪んだ凹部２９が形成されていてもよい。このような凹部２９は、図５に示すように、側周壁２７に内周面の上下方向の中間部に形成されているものに限定されず、図示しないが、側周壁２７に内周面の何れかの部分に形成されていればよい。

また、図示しないが、側周壁２７の全周に亘って、若しくはその全周の一部の１又は複数の範囲に亘って、内周面の何れかの部分に凹部２９が１又は複数個形成されていてもよい。

なお、この場合、載置体１０と支持体２０との接合面１２，２１は、載置体１０の内側から外側方向に向って突出部分を有することになる。そして、この場合も、載置体１０と支持体２０との接合面１２，２１の上側半分は、載置体１０の内側から外側方向に下るように傾斜しており、接合面１２，２１は内側から外側方向に下るように傾斜する部分を有している。

また、図６に示すように、側周壁２７の上端面に、その全周に亘って、若しくはその全周の一部の１又は複数の範囲に亘って、載置体１０の外周側から内側方向に向って突出して、載置体１０の上面とその上面が面一となる爪部４１が形成されていてもよい。

また、図７に示すように、第１の凹部２２の深さよりも載置体１０の厚さが厚くてもよい。この場合、第１の凹部２２の上面から上方に飛び出た載置体１０の外周面には、シール処理等を行って、リークを防止することが好ましい。

上述した実施形態では、載置体１０の外周面１２は、支持体２０の内周面２１と実質的に隙間がないように形成されている。しかし、図示しないが、真空抜けが生じない程度の範囲に亘って接合面１２，２１が存在していれば、載置体１０の外周面１２と支持体２０の内周面２１の間に隙間が存在してもよい。

また、載置体１０は全体に亘って多孔質体から形成される場合について説明した。しかし、図示しないが、載置体１０の内部に１又は複数の環状の緻密質体からなる部分を設けてもよい。この場合、小径の対象物を吸着するとき、環状の緻密質体で囲まれた部分だけにおいて吸着することができる。これにより、大きさの異なる対象物を好適に吸着することが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る真空吸着装置１００Ａについて図８を参照して、説明する。真空吸着装置１００Ａは、上述した第１の実施形態に係る真空吸着装置１００と類似するので、相違点についてのみ説明する。

載置体１０Ａの下面１３Ａには、凹部１４が形成されている。そして、支持体２０Ａの複数の凸部２４のうち、少なくとも１つの凸部２４Ａに凹部１４の内周面と接触する外周面を有する突起４２が形成されている。

本実施形態では、凹部１４の内周面は、その全周に亘って、吸着面１１側から見て、外周面側から凸部２４の中心方向に傾斜するテーパ面となっている。そして、突起４２の外周面は、凹部１４の内周面と実質的に隙間がないように形成されている。これにより、載置体１０は、凸部２４Ａの突起４２よりも下方に位置する部分を有している。そのため、この部分の存在により、逆洗浄を行っても、載置体１０Ａが支持体２０Ａから離脱するおそれをさらに物理的に解消することが可能となる。

このような真空吸着装置１００Ａを製造する場合、図９を参照して、支持体２０Ａは第２の凹部２３の底面に、上方に突出した凸部２４Ａを備えたものとし、凸部２４Ａの間に消失材３１を充填した後、第１の凹部２２に載置体１０を形成するためのスラリーを充填すればよい。

また、図１０に示すように、載置体１０Ａの下面１３Ｂには、円柱状に窪み内周面に微小な凹凸を有する凹部１４Ａが形成されており、支持体２０Ｂの複数の凸部２４のうち、少なくとも１つの凸部２４Ｂに凹部１４Ａの内周面の凹凸に対応した凹凸を有する外周面を有する略円柱状の先端部４３を有していてもよい。

この場合、載置体１０Ａの凹部１４Ａと支持体２０Ｂの先端部４３とが接する接面には、微小であるが、吸着面１１側から見て、載置体１０Ａの外側から中心方向に下るように傾斜する部分、又は載置体１０Ａの中心から外側方向に若しくは載置体１０Ａの外側から中心方向に突出する部分を有することになる。これにより、逆洗浄を行っても、載置体１０Ａが支持体２０Ｂから離脱するおそれが物理的に解消する効果を補助的に図ることが可能となる。

なお、凹部１４と凸部２４Ａとの接触面がテーパ面である場合について説明したが、これに限定されない。例えば、上述した第１の実施形態の変形例の欄で説明したように変形してもよい。

１０，１０Ａ…載置体、 １１…上面、吸着面、 １２…外周面（接合面、接面）、 １３，１３Ａ，１３Ｂ…下面、 １４，１４Ａ…凹部、 ２０，２０Ａ，２０Ｂ…支持体、 ２１…内周面（接合面、接面）、 ２２…第１の凹部（凹部）、 ２３…第２の凹部（凹部）、 ２４，２４Ａ…凸部、 ２５…空隙、 ２６…吸引孔、 ２７…側周壁、 ２８…突起、 ２９…凹部、 ３１…消失材、 ４１…爪部、 ４２…突起、 ４３…先端部、 １００，１００Ａ…真空吸着装置。

Claims (5)

1. 対象物を吸着する吸着面を上面に有し、多孔質体からなる載置体と、
   前記載置体の外周面又は下面の少なくとも一部と接合されて前記載置体を支持し、前記多孔質体の気孔に連通する吸引孔が形成され、緻密質体からなる支持体とを備えた真空吸着装置であって、
   前記載置体と前記支持体とが接する接面が、前記吸着面側から見たとき、前記載置体の内側から外側方向に下るように傾斜する部分、又は前記載置体の外側から内側方向に若しくは前記載置体の内側から外側方向に突出する部分を有することを特徴とする真空吸着装置。
2. 前記支持体は、前記載置体を収容する第１の凹部と、前記載置体の下面と底面との間に空隙を有する第２の凹部と、前記第２の凹部の底面から上方に突出し、前記載置体の下面を支持する複数の凸部とを有することを特徴とする請求項１に記載の真空吸着装置。
3. 前記載置体は、前記接面よりも下方に位置する部分を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の真空吸着装置。
4. 凹部、前記凹部と外部とを連通する吸引孔、及び、上側から見たとき、内側から外側方向に下るように傾斜する部分、又は外側から内側方向に若しくは内側から外側方向に突出する部分を内周面に有し、緻密質体からなる支持体を作製する工程と、
   セラミックス粉末及びガラス粉末を含むスラリーを調整する工程と、
   少なくとも吸引孔に消失材を充填する工程と、
   前記凹部に前記スラリーを充填したうえで焼成して、多孔質体を形成するとともに前記消失材を消失させる工程とを備えたことを特徴とする真空吸着装置の製造方法。
5. 前記支持体は、さらに、前記凹部の底面から上方に突出する複数の凸部を有し、
   前記複数の凸部の間に消失材を充填した後に、前記凹部に前記スラリーを充填することを特徴とする請求項４に記載の真空吸着装置の製造方法。