JP5261057B2

JP5261057B2 - 吸着盤および真空吸着装置

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Publication number: JP5261057B2
Application number: JP2008194782A
Authority: JP
Inventors: 茂伸古川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-07-29
Also published as: JP2010029984A

Description

本発明は、真空吸着装置の吸着面を構成する吸着盤、および吸着盤を備えた真空吸着装置に関する。

従来より、半導体や液晶基板の製造工程において、被吸着物である半導体ウエハや液晶用ガラス基板等を固定させて保持する真空吸着装置が使用されている。

真空吸着装置として、吸着盤の吸着部材が多孔質体からなるポーラスタイプのものが提案されている。近年、半導体ウエハや液晶基板の大型化や、要求加工精度の高度化にともない、ポーラスタイプの吸着盤の需要は高まってきている。例えば特許文献１には、このようなポーラスタイプの吸着盤の一例が開示されている。

図３は、従来のポーラスタイプ吸着盤の一例の断面図である。図３では、吸着盤１００によってウエハＷを吸着保持している状態を示している。図３に示す吸着盤１００は、中央に凹部１０３ａが設けられた保持基体１０３と、この保持基体１０３の凹部１０３ａに嵌入された吸着部材１０２とを有して構成されている。吸着部材１０２は、例えば略円板形状の多孔質セラミック材から構成されている。一方、保持基体１０３は緻密質セラミックからなり、凹部１０３ａの内面には、凹部１０３ａの外周形状に沿って形成された複数の溝部１０５が設けられている。複数の溝部１０５は空洞であって保持自体１０３の中央に設けられた排気孔１０７と通じており、各溝部１０５が外部から吸気される構成となっている。吸着盤１００では、各溝部１０５の空洞が外部から排気されて、吸着部材１０２の気孔（多孔質セラミックの気孔）が吸引孔として機能し、吸着部材１０２の上面に載置された非吸着物（例えばウエハＷ）が、吸着部材１０２に吸着される。吸着盤１００では、各溝部１０５が設けられていることで、吸着部材１０２の上面における吸引力は、吸着盤１００の上面全体で均一化されている。すなわち、吸引力が排気孔１０７近傍に集中することなく、吸着盤１００の上面全体において均一化される。図３では、吸着盤１００が、例えば研磨装置に備えられている状態を示している。研磨装置では、吸着盤１００の上面に吸着されたウエハＷの上面に研磨用砥石１１０を押圧し、研磨用砥石１１０を押圧した状態で回転させつつ移動させ、ウエハＷの表面を研磨する。
特開平１０−１２８６３４号公報

図３に示す従来の研磨装置では、各溝部１０５が空洞となっており、各溝部１０５に対応する部分において、ウエハＷは比較的撓み易くなっている。このため、図３に示すように、吸着盤１００を例えば研磨装置に装着して用いた場合、研磨用砥石１１０の押圧力によって、溝部１０５に対応する部分でウエハＷに撓みが発生することがあった。撓みが発生した状態で研磨を行うと、ウエハＷの表面において研磨量の分布が生じ、ウエハＷの表面に、図４に示すような研磨痕１２０（表面粗さの分布や凹凸）が生じる場合もあった。本願は、かかる課題を解決するためになされた発明である。

上記課題を解決するために、本願発明は、第１の多孔質体からなる吸着部材と、前記吸着部材の一方主面と当接する当接面を備える支持部材と、前記支持部材の前記当接面に設けられた凹部に配置されて前記吸着部材を支持する、第２の多孔質体からなる補助部材と、を備え、前記支持部材には、前記凹部の内面に開口を有する排気孔が設けられており、前記第１の多孔質体に比べ、前記第２の多孔質体の通気抵抗がより小さいことを特徴とする吸着盤を提供する。

なお、前記支持部材は、前記吸着部材の一方主面と当接する当接面、および、前記吸着部材の側面を囲繞する壁部を備えることが好ましい。

また、前記第１の多孔質体は、第１セラミック粒子と、前記第１セラミック粒子同士を結合するガラス成分と、を主成分として構成されていることが好ましい。

また、前記第２の多孔質体は、前記第１セラミック粒子に比べて粒径が大きい第２セラミック粒子と、前記第２セラミック粒子同士を結合するガラス成分と、を主成分として構成されていることが好ましい。

また、前記第１の多孔質体は、第１セラミック粒子と、前記第１セラミック粒子同士を結合するガラス成分とを主成分として構成され、前記第２の多孔質体は、前記第１セラミック粒子に比べて粒径が大きい第２セラミック粒子と、前記第２セラミック粒子同士を結合するガラス成分とを主成分として構成されており、前記第１セラミック粒子と前記第２セラミック粒子とは、同じ材質からなることが好ましい。

また、前記吸着部材と前記補助部材とが、前記第１の多孔質体に含まれるガラス成分、および前記第２の多孔質体に含まれるガラス成分によって接合されていることが好ましい。

また、前記凹部は、前記当接面の外周形状に沿って連続し、複数の前記凹部が同心状に配置されていることが好ましい。

本発明は、また、上述の吸着盤と、前記支持部材の前記排気孔と接続した排気ポンプと、を備えたことを特徴とする真空吸着装置を、併せて提供する。

本発明によれば、吸着盤の表面全体から比較的高い面内均一性をもって、ウエハ等の被吸着物を吸着するとともに、吸着盤自体の撓みを抑制することができる。本発明の吸着盤を備えた真空吸着装置を用いることで、例えば研磨工程等、被吸着物に比較的高い応力がかかる工程を経た後であっても、この被吸着物に発生する撓み等を比較的小さくすることができる。

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の吸着盤の一実施形態について概略を示す斜視図であり、支持部材１４と吸着部材１２の一部を切断して削除した状態を示している。図１（ｂ）は（ａ）に示す吸着盤１０のＸ−Ｘ線断面図である。また、図１（ｃ）は（ａ）に示す吸着盤１０の上面に、被吸着物であるウエハＷを載置した状態を示す断面図である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る吸着盤１０は、第１の多孔質体からなる板状の吸着部材１２と、吸着部材１２を支持する、緻密質体からなる支持部材１４と、を有して構成されている。支持部材１４は、吸着部材１２の一方の主面と当接する当接面１４ａ、および、吸着部材１２の側面を囲繞する壁部１６を備えている。支持部材１４の当接面１４ａには溝部１８が設けられており、溝部１８には、第１の多孔質体に比べて通気抵抗が小さい、第２の多孔質体からなる補助部材２４が充填されている。また、支持部材１４には、当接面１４ａの側から外側（図１における下側）に向けて延びた排気孔２２が設けられており、排気孔２２は溝部１８の内面まで延びており、この内面に開口端を有している。図１に示す吸着盤１０は、被支持部材であるウエハＷを表面に吸着して保持する真空吸着装置に備えられており、排気孔２２は図示しない排気ポンプと接続されている。

吸着部材１２は略円板状の部材であり、例えばアランダム粗粒からなる第１セラミック粒子と、第１セラミック粒子同士を結合するガラス成分と、を主成分として構成されている。吸着部材１２は、例えば気孔率１５〜４０％、平均気孔径０．１〜０．３ｍｍの多孔質セラミックで形成されている。なお、本明細書における気孔率の値は、例えば測定対象部材の任意の断面の、電子顕微鏡または光学顕微鏡による観察像から求められる。具体的には、本明細書における気孔率の値は、気孔率を測定するための測定対象部材を適当な大きさに切り出し、水銀圧入法により求めることができる。

また、気孔率は次の方法によっても測定することができる。測定対象部材の任意の断面を倍率２０〜１００倍で観察し、この観察像の５〜３０ｍｍ^２の測定面積の範囲について、観察像から確認できる空洞領域の面積を求め、この空洞領域の面積を測定対象範囲の面積で割った百分率（％）の値である。同様に平均気孔径は、測定対象部材の任意の断面を、倍率２０〜１００倍で観察し、この観察像の５〜３０ｍｍ^２の測定面積の範囲に存在する各粒子の、最長径の値の平均値のことをいう。各値は、観察像を肉眼で確認して求めてもよく、また撮影した観察像を画像処理して求めてもよい。

支持部材１４は、例えば酸化アルミニウムを主成分とする緻密質セラミックからなる。支持部材１４は、略円形状の当接面１４ａと、この当接面１４ａの周縁から突出した壁部１６と、を備えている。いいかえれば、支持部材１４は、略円板状の構造物の中央部分に、吸着部材１２に対応する凹部が設けられた形状とされている。吸着部材１２は、この凹部に嵌め入れられた状態で配置されている。吸着部材１２の一方主面は、当接面１４ａと接合し、また、吸着部材１２の側面は壁部１６と接合している。壁部１６の上面は、吸着部材１２の上面と略面一とされている。支持部材１４の中心位置（当接面１４ａの中心位置）には、当接面１４ａの側から、図１における下側に向けて延びた排気孔２２が設けられている。なお、支持部材１４の当接面１４ａの形状は、略円形状であることに限定されない。当接面１４ａの形状は、被吸着物の形状に応じた任意の形状であってよく、例えば液晶製造装置に用いる吸着盤などでは、略四角形状とされていてもよい。

溝部１８は、当接面１４の外周形状に沿って連続した形状で設けられている。本実施形態の吸着盤１０では、当接面１４の外周形状（外周円）と中心を同じくする円形溝１８ａ、１８ｂが形成されている。また溝部１８は、各円形溝１８ａと１８ｂを連ねて中心まで延びた、当接面１４ａの直径方向に沿った部分溝１９が設けられている。排気孔２２は溝部１８の内面まで延びており、当接面１４ａの中心部分において、この溝部１８の内面に開口端を形成している。

溝部１８に充填された補助部材２４は、例えばアランダム粗粒からなる第２セラミック粒子と、第２セラミック粒子同士を結合するガラス成分と、を主成分として構成されている。補助部材２４は、例えば気孔率３６〜６０％、平均気孔径０．３〜１ｍｍの多孔質セラミックで形成されている。補助部材２４は、溝部１８内部に充填されており、溝部１８の内壁と接合されている。例えば、上記補助部材２４に含まれる上記ガラス成分が、溝部１８の内壁面と溶融接合して、多孔質体からなる補助部材２４が、溝部１８の内面と接合している。本実施形態の吸着盤１０では、第１セラミック粒子同士を結合させるガラス成分と、第２セラミック粒子同士を結合させるガラス成分とが、それぞれ溶融して硬化して、吸着部材１２と補助部材２４とが接合している。

本実施形態において、吸着部材１２を構成する第１セラミック粒子と、補助部材２４を構成する第２セラミック粒子は、いずれも同一の材質（アランダム粒子）からなる。このため、吸着部材１２と補助部材２４との接合部分では、同一の材質からなり大きさの異なる粒が混合された状態となっている。このため、本実施形態では、吸着部材１２と補助部材２４との境界において、大きな応力の発生や、異なる物質の接触にともなう化学反応の進行等が抑制されている。本実施形態の吸着盤１０では、吸着部材１２と補助部材２４とが良好に接続されており、外力による歪みや割れの発生等も抑制されており、吸着盤１０からのパーティクルの発生も抑制されている。

なお、アランダム粒子とは、アルミナを主成分とし、例えば酸化チタンおよび酸化鉄を含有した粒子である。アランダム粒子は加熱することで粒成長し、加熱条件を調整することで加熱後の粒径を制御することができる。第１セラミック粒子と第２セラミック粒子として、それぞれ異なる温度条件で加熱されたアランダム粒子を用いることで、同一材料からなり粒径がそれぞれ異なるセラミック粒子（第１セラミック粒子と第２セラミック粒子）を各々主成分とする、吸着部材１２と補助部材２４とを作製することができる。また、アランダム粒子には、ウェハの研削屑が付着しにくいといった特性もあり、この点でも吸着盤を構成する材質として好適である。また、アランダム粒子は、球形とは異なり多くの角部を有し、粒子は多様な形状を有している。

本実施形態の吸着盤１０は、例えば各種半導体製造装置や液晶製造装置等に備えられた、ウエハ等の被加工材料を保持するための真空吸着装置に装着されて用いられる。かかる真空吸着装置において、吸着盤１０の排気孔２２には、図示しない排気ポンプが接続される。排気ポンプが動作し、排気孔２２内部の空気が排気されると、この排気孔２２に連なる溝部１８内部も排気される。すなわち、真空吸着装置において、吸着盤１０では、図示しない排気ポンプの動作によって、多孔質体である補助部材２４および吸着部材１２に含まれる気体が吸引される。

真空吸着装置では、吸着盤１０の上面（吸着部材１２の上面）に被吸着物（例えばウエハ）を載置した状態で排気ポンプを動作させて、吸着部材１０２の気孔（多孔質セラミックの気孔）を吸引孔として、吸着部材１２の上面に載置されたウエハＷ（被吸着物）を、吸着部材１２に吸着させる。

本実施形態の吸着盤１０では、吸着部材１２に比べて通気抵抗が低い補助部材２４が、溝部１８内に充填されている。すなわち、本実施形態の吸着盤１０では、吸着部材１２の、溝部１８に対応する部分においても、吸着部材１２の一方主面（図１中の下側面）が補助部材２４によって支持されている。このため、本実施形態の吸着盤１０では、この部分（溝部１８の対応部分）における吸着部材１２の変形が抑制されており、ひいては、溝部１８に対応する部分におけるウエハＷの撓みも抑制される。溝部１８に充填された補助部材２４は、吸着部材１２に比べて通気抵抗が低くされており、溝部１８を空洞とした場合と同様、吸着部材１２による被吸着物の吸着力の、吸着盤１０の上面における面内分布は比較的小さくされる。本実施形態の吸着盤１０を備えた真空吸着装置を用い、たとえばウエハ等の被吸着物を吸着支持した場合、このウエハ等に発生する撓みは比較的小さく抑制される。

なお、図１に示す吸着盤１０では、溝部１８に充填された補助部材２４の上面が、当接面１４ａと略面一とされている。本発明の吸着盤１０は、補助部材２４の上面が、当接面１４ａと略面一とされていることに限定されず、例えば図２に示すように、補助部材２４が、溝部１８内に充填されるとともに、当接面１４ａを覆うように設けられていてもよい。また、補助部材２４が溝部１８全体に充填されている必要はなく、溝部内に部分的に配置されている構成でもよい。本発明の吸着盤１０において、補助部材の配置状態については、特に限定されない。

次に、吸着盤１０の製造方法の一例について説明しておく。

まず、緻密質セラミックからなる支持部材１４を作製しておく。支持部材１４は、例えば以下のように作製することができる。まず、酸化アルミニウム粉末９６〜９９．９質量％と、酸化珪素、炭酸カルシウム、酸化マグネシウムの各粉末を含む焼結助剤粉末０．１〜４質量％とからなる原料粉末を混合し、ポリエチレングリコールなどの有機結合材をこの原料粉末１００質量部に対して３〜８質量部添加、混合し、水を添加してスラリーとする。このスラリーを噴霧乾燥機により噴霧乾燥し、得られた顆粒をゴム型に充填し、静水圧により加圧して成形体を作製する。得られた成形体を加工して、支持部材の形に近い形状に切削し、いわゆるニアネット成形体を作製する。このニアネット成形体を、焼成炉で１５００〜１７００℃で焼成し、焼結体を作製する。焼結体を加工して支持部材１４を作製する。

次に、支持部材１４の内面全体に、ガラスペーストを、スクリーン印刷、刷毛などを用いて厚み０．２ｍｍ程度に塗布する。この際、排気口２２の内面については、ガラスペーストを塗布しないでおく。ガラスペーストは、例えば、融点が６５０〜１０００℃の硼珪酸ガラスからなる粉末と、少量の有機結合材と、少量の有機溶剤とを混合、混練することで作製されたものを用いればよい。なお、排気孔２２の部分には、ガラスペーストの塗布工程の後、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を充填し、熱硬化させておく。

次に、支持部材１４の溝部１８全体に補助部材２４の原料を充填する。補助部材２４の原料としては、以下のように作製したものを用いればよい。まず、アランダムを例えば１３００℃程度に加熱して粒成長させた後、振動篩いを用いて粒径０．１〜０．５ｍｍ程度の範囲内のアランダムのみを選択的に回収する。回収したアランダム１００質量部に対して、上述のガラスペーストを７〜２５質量％（有機結合材と有機溶剤を除く）添加・混合し、補助部材２４の原料を作製する。なお、アランダムに代わって、略球状のガラスまたはセラミックであって、径が０．５〜１ｍｍの範囲内のものを選別した原料を混合したものを、吸着部材１２の原料としてもよい。

次に、支持部材１４の内側全体に吸着部材１２の原料を充填する。この際、支持部材１２の原料は、支持部材１４の壁部１６の上面と略面一になるまで充填しておく。支持部材１２の原料としては、例えば以下のように作製したものを用いればよい。まず、アランダムを例えば１４００℃程度に加熱して粒成長させた後、振動篩いを用いて粒径０．４〜１．５ｍｍ程度の範囲内のアランダムのみを選択的に回収する。回収したアランダム１００質量部に対して、上述のガラスペーストを３〜８質量部添加・混合し、吸着部材１２の原料を作製する。なお、ガラスペーストの代わりに、アランダム１００質量部に対して、球状のガラスであって、径が０．５〜１ｍｍの範囲内のものを選別した原料を混合したものを、吸着部材１２の原料としてもよい。

このように吸着部材１２の原料が充填された構造物全体をゴム型に入れて密封し、静水圧プレスにより加圧することで、吸着盤１０の未加熱物を得る。この未加熱物を、ガラスペーストの融点以上の温度（６５０〜１０００℃）で加熱した後に冷却し、支持部材１４、吸着部材１２、補助部材２４が、溶融ガラスにより一体的に接合される。この加熱の際、排気孔２２の部分に充填していた熱硬化性樹脂は、溶融・蒸発する。このように、支持部材１４、吸着部材１２、補助部材２４、支持部材１４、が溶融ガラスにより一体的に接合された構造物の上面を、例えば平面研削盤により平滑に研磨する。吸着部材１０は、例えばこのように作製すればよい。

本実施形態の製造方法では、第１セラミック粒子と第２セラミック粒子として、それぞれ異なる温度条件で加熱されたアランダム粒子を用いることで、同一材料からなり粒径がそれぞれ異なるセラミック粒子（第１セラミック粒子と第２セラミック粒子）を各々主成分とする、吸着部材１２と補助部材２４とを作製している。このため、吸着部材１２と補助部材２４との接合部分では、同一の材質からなり大きさの異なる粒が混合された状態となっている。本実施形態の製造方法で作製された吸着盤１０では、吸着部材１２と補助部材２４との境界において、大きな応力の発生や、異なる物質の接触にともなう化学反応の進行等が抑制されている。本実施形態の吸着盤１０では、吸着部材１２と補助部材２４とが良好に接続されており、外力による歪みや割れの発生等も抑制されており、吸着盤１０からのパーティクルの発生も抑制されている。

以上、本発明の吸着盤の一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでない。例えば、支持部材表面に、表面に沿って連続した溝部が設けられていることに限定されず、部分的な開口を有する凹部が設けられていてもよい。本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

（ａ）は本発明の吸着盤の一実施形態について概略を示す斜視図であり、支持部材と吸着部材の一部を切断して削除した状態を示している。（ｂ）は（ａ）に示す吸着盤のＸ−Ｘ線断面図である。（ｃ）は、（ａ）に示す吸着盤の上面に、被吸着物であるウエハＷを載置した状態を示す断面図である。本発明の吸着盤の一実施形態について示す概略断面図である。従来のポーラスタイプ吸着盤の一例の断面図である。従来のポーラスタイプ吸着盤を用いて研磨したウエハの一例の斜視図である。

符号の説明

１０吸着盤
１２吸着部材
１４支持部材
１４ａ当接面
１６壁部
１８溝部
１８ａ、１８ｂ円形溝
１９部分溝
２２排気孔
２４補助部材
１００吸着盤
１０３保持基体
１０３ａ凹部
１０５溝部
１０７排気孔
１１０研磨用砥石
１２０研磨痕

Claims

第１の多孔質体からなる吸着部材と、
前記吸着部材の一方主面と当接する当接面を備える支持部材と、
前記支持部材の前記当接面に設けられた凹部に配置されて前記吸着部材を支持する、第２の多孔質体からなる補助部材と、を備え、
前記支持部材には、前記凹部の内面に開口を有する排気孔が設けられており、
前記第２の多孔質体は、前記第１の多孔質体に比べて通気抵抗がより小さいことを特徴とする吸着盤。
前記支持部材は、前記吸着部材の一方主面と当接する当接面、および、前記吸着部材の側面を囲繞する壁部を備えることを特徴とする請求項１記載の吸着盤。
前記第１の多孔質体は、第１セラミック粒子と、前記第１セラミック粒子同士を結合するガラス成分と、を主成分として構成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の吸着盤。
前記第２の多孔質体は、前記第１セラミック粒子に比べて粒径が大きい第２セラミック粒子と、前記第２セラミック粒子同士を結合するガラス成分と、を主成分として構成されていることを特徴とする請求項３記載の吸着盤。
前記第１の多孔質体は、第１セラミック粒子と、前記第１セラミック粒子同士を結合するガラス成分とを主成分として構成され、前記第２の多孔質体は、前記第１セラミック粒子に比べて粒径が大きい第２セラミック粒子と、前記第２セラミック粒子同士を結合するガラス成分とを主成分として構成されており、
前記第１セラミック粒子と前記第２セラミック粒子とは、同じ材質からなることを特徴とする請求項１または２記載の吸着盤。
前記吸着部材と前記補助部材とが、前記第１の多孔質体に含まれるガラス成分、および前記第２の多孔質体に含まれるガラス成分によって接合されていることを特徴とする請求項５記載の吸着盤。
前記凹部は、前記当接面の外周形状に沿って連続し、
複数の前記凹部が同心状に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の吸着盤。
請求項１〜７のいずれかに記載の吸着盤と、
前記支持部材の前記排気孔と接続した排気ポンプと、
を備えたことを特徴とする真空吸着装置。