JP6198622B2

JP6198622B2 - シリカ通気体

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Publication number: JP6198622B2
Application number: JP2014019016A
Authority: JP
Inventors: 晃菅野
Original assignee: Coorstek KK
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2014-02-04
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2034-02-04
Also published as: JP2015145323A

Description

この発明はシリカ通気体に関し、特に、光透過性と流体透過性を有するシリカ通気体に関する。

例えば、セラミックスや金属の精密加工、ＭＥＭＳやＬＥＤの製造分野において、真空チャックのように、光透過性と流体透過性を有する部材が用いられている。
このように、光透過性と流体透過性を有する真空チャックが用いられるのは、例えば、被加工物を吸引保持して被加工物の加工を行い、被加工物の吸引保持状態を維持しつつ、引き続いて被加工物の下方から光を照射することにより、微細なピンホールやウエハのエッジの状態等の検査を視覚的に行うためである。

本出願人は、このような光透過性と流体透過性を有する部材として、特許文献１において、シリカ粒子の焼結体からなる真空チャック用シリカ多孔体を提案している。

この真空チャック用シリカ多孔体は、平均粒子径が５〜３００μｍ、かつ、粒子分布幅が前記平均粒子径の±５０％以内にあるシリカ粒子の焼結体から形成されている。また、このシリカ多孔体は、気孔径が１〜１００μｍ、気孔率が５〜４５％、見掛け密度が２．１ｇ／ｃｍ^３以上であり、断面における気孔の平均径が、該断面におけるシリカ粒子の平均粒子径の１／１２以上３／４以下に構成され、波長３５０〜７５０ｎｍの光の反射率が８０％以上に形成されている。

このようなシリカ多孔体を、例えば真空チャックに用いた場合には、被加工物を吸引保持して被加工物の加工を行い、被加工物の吸引保持状態を維持しつつ、引き続いて被加工物の下方から光を照射することにより、被加工物の検査等を行うことができる。

特開２０１３−１２１８８８号公報

ところで、前記真空チャック用シリカ多孔体にあっては、光の反射率が８０％以上であり、前記シリカ多孔体を直線透過する光が少ないために、例えば、微細なピンホールや被加工物のエッジ等の状態を精度よく、かつ容易に識別することができ難い場合があるという技術的課題があった。
この技術的課題を解決するために、前記シリカ多孔体の厚さを薄くすることによって、光透過量を増大させることができる。
しかしながら、被加工物を吸着した際、前記シリカ多孔体の厚さが薄いために前記シリカ多孔体（真空チャック）自体が変形し、加工精度が低下するという技術的課題があった。

これを解決する一つの手段として、板状の透明なシリカガラス体にドリル等の機械加工を行い、前記シリカガラス体に貫通孔を形成し、前記貫通孔を流体透過部とすることが考えられる。
この場合、透明なシリカガラス体であるために、所定の機械的強度を有すると共に、光透過量を増大させることができる。

しかしながら、前記貫通孔はドリル等の機械加工によって形成されるため、必然的に流体透過部の大きさには下限（ドリル径）があり、小径の流体透過部を形成することができないという技術的課題がある。
また前記貫通孔の間隔を狭くし、多数の流体透過部を形成する場合には、板状のシリカガラス体に多数の貫通孔を形成しなければならず、加工に要する時間が長くなるという新たな技術的課題を招来するものである。

本発明は、前記したような状況に鑑みてなされたものであり、優れた光透過性を有すると共に、微細な流体透過部によって優れた流体透過性を有するシリカ通気体を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するためになされた本発明にかかるシリカ通気体は、一端面から他端面にわたり、同一方向に貫通する隙間が複数形成され、前記隙間によって流体を流通させ物体を吸引保持するシリカ通気体であって、透明なシリカガラスからなる複数の柱状体が、前記柱状体の軸線が同一方向になるように配置されると共に複数の柱状体が一体化され、前記複数の柱状体の両端面が前記一端面及び他端面を形成し、かつ、複数の柱状体において隣り合う前記柱状体の周面間に、前記柱状体の軸線と同一方向に貫通する隙間が複数形成され、前記複数の柱状体によって少なくとも光が透過すると共に、前記隙間によって流体を流通させ、物体を一端面に吸引保持することを特徴としている。

このように、透明なシリカガラスからなる複数の柱状体が、前記柱状体の軸線が同一方向になるように配置されているため、照射された光は前記柱状体を通して透過されるため、優れた光透過性を有する。
また、複数の柱状体が一体化されているため、機械的強度を向上させることができる。
更に柱状体の周面間に、前記柱状体の軸線と同一方向に貫通する隙間が形成されているため、この隙間を流体透過部とすることにより、優れた流体透過性を有する。
尚、前記流体透過性は、空気のような気体のみならず、液体の透過性を含むものである。

ここで、前記複数の柱状体及び前記隙間が、一端面から他端面にわたり連続的に形成されていることが望ましい。
このように、前記複数の柱状体が一端面から他端面にわたり連続的に形成されている場合には、光の減衰を抑制でき、優れた光透過性を有する。また、前記隙間が一端面から他端面にわたり連続的に形成されているため、圧損を抑制でき、優れた流体透過性を有する。

ここで、前記複数の柱状体の軸線方向の直線透過率が５０％以上、密度が２．０ｇ／ｃｍ^３以上であることが望ましい。
前記直線透過率が５０％未満の場合、検査等において光を照射した際、光の透過量が不十分となり、正確な検査を行うことができない。また、照射した光のエネルギーが熱として吸収されるため、その熱によりシリカ通気体が変形する虞があり好ましくない。
尚、直線透過率とは、表面反射や散乱光を除いた光の透過率を意味している。

また、前記複数の柱状体が無垢の柱状体、あるいは中心部に貫通孔を有する管状の柱状体であることが望ましい。
複数の柱状体が無垢の柱状体である場合には、前記柱状体は光を透過する光透過性の機能のみを有し、中心部に貫通孔を有する管状の柱状体である場合には、光透過性及び流体を通す流体透過性の機能を有する。

また、前記柱状体の軸線と直交する平面における前記隙間の形状が、前記隙間内側に突出した複数の円弧状部もしくは屈曲形状部が接続された形状であることが望ましい。
前記隙間が前記隙間内側に突出した複数の円弧状部もしくは屈曲形状部が接続された形状である場合、例えば、前記隙間外側に突出した複数の円弧状部が接続された形状（円形状）の隙間から吸引する場合に比べて、吸引する領域が拡がるため、吸引による被加工物の変形を抑制することができる。

また、前記複数の柱状体の一体化は、柱状体の周面同士が接合されることにより固着され、あるいは前記隙間に形成されたシリカ質の多孔質体によって、柱状体の周面が固着されていることによってなされていることが望ましい。前記隙間にシリカ質の多孔体を形成した場合、吸引による被加工物や被加工物保持部材の変形を抑制することができる。

また、前記シリカ質の多孔質体は気孔率が１０％以上５０％以下であることが望ましい。
前記隙間に形成されたシリカ質の多孔質体の気孔率が１０％未満の場合には、１０％未満であると圧損が大きくなり吸着の際に負荷が大きくなり、優れた流体透過性を得ることができない。また多孔質体の気孔率が５０％を超える場合には、シリカ粒子同士の結合が弱いため粒子の脱落などの問題が生じるため好ましくない。

本発明によれば、優れた光透過性を有すると共に、微細な流体透過部によって優れた流体透過性を有するシリカ通気体を得ることができる。

本発明の実施形態にかかるシリカ通気体を示す斜視図である。本発明の実施形態にかかるシリカ通気体の隙間（流体流体透過部）を示す拡大図である。本発明の実施形態にかかるシリカ通気体の隙間にシリカ質の多孔質体を形成した場合を示す概略図である。

本発明にかかる実施形態について図１乃至図３に基づいて説明する。
本発明にかかるシリカ通気体１は、シリカガラスからなる複数の柱状体２が、前記柱状体１の軸線Ｌが同一方向になるように配置される。
これら柱状体１は、隣り合う柱状体２が固着され、隣り合う前記柱状体２の周面間に、前記柱状体２の軸線と同一方向に貫通する隙間３が複数形成されている。

また、前記複数の柱状体２及び前記隙間３は、シリカ通気体１の一端面１ａから他端面１ｂにわたり連続的に形成されている。尚、前記柱状体１は、１本の連続したシリカガラスである必要はなく、前記柱状体１が軸線方向に複数配置され、光が連続的に透過するものであっても良い。
但し、前記複数の柱状体２が、一端面１ａから他端面１ｂにわたり連続的に形成されている場合には、光の減衰を抑制でき、優れた光透過性を有する。

また、前記隙間３がシリカ通気体１の一端面１ａから他端面１ｂにわたり連続的に形成されている。
このように、前記前記隙間３が、シリカ通気体１の一端面１ａから他端面１ｂにわたり連続的に形成されている場合には、圧損をより抑制でき、優れた流体透過性を有する。

前記シリカガラスからなる複数の柱状体２としては、前記軸線方向の直線透過率が５０％以上、密度が２．０ｇ／ｃｍ^３以上のものが用いられる。
前記柱状体２の軸線方向の直線透過率が５０％未満、密度が２．０ｇ／ｃｍ^３以下の場合には、光透過性が劣り、検査等で使用した際、認識度が低下するため、好ましくない。好ましくは、複数の柱状体２の直線透過率が８０％以上、密度が２．１５ｇ／ｃｍ^３以上であることが望ましい。

また、前記柱状体２のシリカガラス内部に含まれるＯＨ基濃度は１００ｗｔ・ｐｐｍ以下が望ましい。１００ｗｔ・ｐｐｍを超えると軟化点が下がってしまうため、前記柱状体２を加熱し、一体化する際、変形が生じる虞がある。好ましくは、ＯＨ基濃度が１０ｗｔ・ｐｐｍ以下であり、より好ましくは、５ｗｔ・ｐｐｍ以下が良い。

また、シリカガラスからなる複数の柱状体２の断面形状（軸線Ｌに対して直交する面の形状）は、柱状体２同士を密に配置した際に、隙間３が形成される形状であれば良い。例えば、円形、楕円形、５角形および７角形以上の多角形が好ましい。
前記柱状体２の断面形状が、三角形、四角形、六角形の場合には、複数の柱状体２を配置した際、隣り合う柱状体２の周面同士が密着し、隙間が形成されないため、好ましくない。

また、図２に示すように、シリカガラスからなる複数の柱状体２の断面形状が円形、楕円形である場合、柱状体の軸線と直交する平面における隙間３の断面形状は、前記隙間内側に突出した複数の円弧状部２ａ，２ｂ，２ｃが接続された形状に形成される。
尚、前記隙間３の断面形状は前記円弧状（円弧状部）以外に、隙間内側に突出した複数の直線が接続された屈曲状（屈曲形状部）に形成しても良い。

このように、前記隙間３が隙間内側に突出した複数の円弧状部２ａ，２ｂ，２ｃが接続された形状である場合、例えば、図２の点線で示す同一面積を有する円形状（隙間外側に突出した複数の円弧状部が接続された形状）の隙間３Ａに比べて、被加工物を吸引する平面領域（Ｘ、Ｙ，Ｚ方向の長さ）を拡大することができ、吸引による被加工物の変形を抑制することができる。
特に、薄いシート状の保持部材を介して対象物を吸引、保持した場合、隙間３が円形状の場合には、前記隙間３部分に変形が生じる易いため、隙間３を隙間内側に突出した複数の円弧状部２ａ，２ｂ，２ｃが接続された形状とすることは有効である。

また、前記複数の柱状体２は、無垢の柱状体、あるいは中心部に貫通孔を有する管状の柱状体であっても良い。なお、管状の柱状体である場合は、貫通孔内をシリカ質の多孔質体で充填する。
また、柱状体２が均一な断面形状（柱状体２の軸線Ｌと直交する平面における断面形状）を有し、同一の径を有している場合には、隣り合う前記柱状体２の周面間に形成される隙間３は同一の形状、同一寸法に形成されるため、シリカ通気体１の表面全面に、均一な流体透過部（隙間）３を形成することができる。

また、前記隙間３、即ち、流体透過部は、柱状体２の断面形状の径（柱状体の軸線と直交する平面における断面形状の大きさ）を大きくすることにより、柱状体２の軸線Ｌと直交する平面における、一つ当たりの流体透過部（隙間）３の面積を大きくすることができる。
一方、柱状体２の断面形状の径（柱状体の軸線と直交する平面における形状の大きさ）を小さくすることにより、柱状体の軸線と直交する平面における、一つ当たりの流体透過部３の面積を小さくすることができる。
したがって、流体の流量等を考慮して、柱状体２の断面形状の径を適宜選択することにより、流体透過部３の面積を選択することができる。
尚、異なる柱状体２を混在させることにより、柱状体２の軸線と直交する平面における流体透過部３の大きさ（面積）を変えることができる。

また、隣り合う柱状体２の固着は、柱状体を加熱、溶融して接着（接合）しても良い。あるいは、隣り合う柱状体２の周面に、焼成によってシリカとなる接着剤（例えば、ＴＥＯＳ：オルトケイ酸テトラエチルなどオルトケイ酸類を含むスラリー）を塗布、接着し、その後、焼成することによって柱状体同士を接着（接合）しても良い。

一方、前記隙間３（流体透過部）にシリカ質の多孔質体を形成する場合には、前記接着剤（例えば、ＴＥＯＳ：オルトケイ酸テトラエチルなどオルトケイ酸類を含むスラリー）にシリカ粒子を含有させ、柱状体２を接着（接合）し、その後、焼成することによって隙間３（流体透過部）にシリカ質の多孔質体を形成しても良い。
この場合、図３に示すように、前記隙間３に形成されたシリカ質の多孔質体４によって、柱状体２の周面が固着され、複数の柱状部２は一体化する。

尚、前記隙間３（流体透過部）にシリカ質の多孔質体４を形成した場合は、光透過性が低下する虞があるが、前記柱状体２の側面からの光拡散により、従来のシリカ多孔体よりも散乱後の光量が大きくなる。
そのため、隙間３（流体透過部）にシリカ質の多孔質体４を形成した場合であっても、柱状体２の軸線方向の厚さを厚くすることができる。
しかも、シリカ通気体１にシリカ質の多孔質体４が形成されているため、前記隙間３（流体透過部）が空隙の場合比べて、シリカ通気体１の機械的強度をより増すことができ、耐変形性を有しながら、単位面積当たりの光透過量が高く、流体透過性を有するシリカ通気体１を得ることができる。

前記シリカ多孔体は、気孔率が１０％以上５０％以下であることが望ましい。前記気孔率が１０％未満であると圧損が大きくなり吸着の際に負荷が大きくなる。一方、前記気孔率が５０％を超える場合には、シリカ粒子同士の結合が弱いため、シリカ粒子の脱落などの弊害が生じ、好ましくない。

シリカ通気体１は、曲げ強度で３０ＭＰａ以上の強度を有することが望ましい。
シリカ通気体１の表面に被加工物を載置し吸引した場合、シリカ通気体１の強度が３０ＭＰａ未満では破損に至る虞があり、望ましくは６０ＭＰａ以上の強度が必要である。

次に、上記したようなシリカ通気体を製作する一例を示す。
まず、直径１．５ｍｍのシリカガラス棒（柱状体）を長さ２０ｍｍに切り揃え、多数のシリカガラス棒を所定形状、例えば矩形形状の型内に立てて敷き詰める。
そして、前記型内に、例えば、ＴＥＯＳ等のオルトケイ酸類、純水、酸類などから構成されるスラリーを流し込み、所定の温度で焼成することによって、前記シリカガラス棒（柱状体）同士が固着した状態のシリカ通気体ができる。
このシリカ通気体は、使用目的、使用用途に応じて、所定の厚さに切断され、また研磨加工等で所定の表面状態に加工される。

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）
直径１．５ｍｍ、ＯＨ基濃度４０ｗｔ・ｐｐｍ、密度２．２ｇ／ｃｍ^３、直線透過率９０％のシリカガラス無垢棒（柱状部）を長さ２０ｍｍに切り出し、直径１５０ｍｍの樹脂型にセットした。
ここにＴＥＯＳ、塩酸、純水からなるスラリーを流し込みこれを１２００℃で焼成したところ曲げ強度で４５ＭＰａのシリカ通気体が得られた。またこのシリカ通気体の流体透過性は、１００ｓｌｍ（１ａｔｏｍ、０℃における１分間の流量）であった。

またシリカ通気体で、アルミナプレートを吸引保持し、水を使わずにアルミナプレートの研磨加工を行い、またアルミナプレートを吸引保持した状態で、直径０．１ｍｍの穴あけ加工を実施した。
その結果、前記シリカ通気体の温度は１５０度に達したが、加工終了後、アルミナプレート、シリカ通気体ともに破損等の問題は生じなかった。
更に、アルミナを吸着面に貼り付けたまま、前記シリカ通気体の下部より光を透過させ、ピンホールの状態やエッジのチッピングなどを確認した結果、適正な検査結果を確認することができた。

（実施例２）
直径３ｍｍ、ＯＨ基濃度１００ｗｔ・ｐｐｍ、密度２．１ｇ／ｃｍ^３、直線透過率８５％のシリカガラス無垢棒（柱状部）を長さ２０ｍｍに切り出し、直径２００ｍｍの樹脂型にセットした。ここに、平均粒径２０μｍのシリカ粒子、ＴＥＯＳ、塩酸、純水からなるスラリーを流し込み、その後１２５０℃で焼成した。
得られたシリカ通気体の曲げ強度は６０ＭＰａ、多孔体部分の気孔率が３０％であった。またこのシリカ通気体の流体透過性は、３００ｓｌｍ（１ａｔｏｍ、０℃における１分間の流量）であった。

また、前記シリカ通気体でアルミナプレートを吸引保持し、水を使わずにアルミナの研磨加工を実施した。
その結果、シリカ通気体の温度は１２０度に達したが、加工終了後、シリコンウェーハ、シリカ通気体ともに破損等の問題は生じなかった。
更に、アルミナを吸着面に貼り付けたまま、前記シリカ通気体の下部より光を透過させ、アルミナ内部の欠陥などを確認することができた。

（実施例３）
直径３ｍｍ、ＯＨ基濃度３００ｗｔ・ｐｐｍ、密度２．１ｇ／ｃｍ^３、直線透過率８５％のシリカガラス無垢棒（柱状部）を長さ２０ｍｍに切り出し、直径２００ｍｍの樹脂型にセットした。
ここにＴＥＯＳ、塩酸、純水からなるスラリーを流し込みこれを１２５０℃で焼成したところ曲げ強度で３０ＭＰａのシリカ通気体が得られた。またこのシリカ通気体の流体透過性は、８０ｓｌｍ（１ａｔｏｍ、０℃における１分間の流量）であった。
上記実施例１，２と比べると、流体透過性が８０ｓｌｍと低下することが認められた。これはシリカガラスからなる柱状部が変形し、隙間（流体透過部）が小さくなったためである。したがって、適切な隙間（流体透過部）を形成するためには、シリカガラスからなる柱状部のＯＨ基濃度は１００ｗｔ・ｐｐｍ以下が望ましいことが確認された。

（実施例４）
直径３ｍｍ、ＯＨ基濃度１００ｗｔ・ｐｐｍ、密度２．１ｇ／ｃｍ^３、直線透過率８５％のシリカガラス無垢棒（柱状部）と、直径１．５ｍｍ、ＯＨ基濃度３ｗｔ・ｐｐｍ、密度２．２ｇ／ｃｍ^３、直線透過率９０％のシリカガラスパイプ（外径１．５ｍｍ、内径０．５ｍｍ）の貫通孔内に平均粒径１５μｍのシリカガラス粉末とＴＥＯＳ、塩酸、純水からなるスラリーを流し込み、これを１３００度で焼成して得た曲げ強度で７０ＭＰａの通気体（シリカ通気体）が充填したものを２０ｍｍの長さに切り出した。
そして、シリカガラス無垢棒（柱状部）とシリカガラスパイプを８：２の割合で混在させ、直径２００ｍｍの樹脂型にセットした。
ここにＴＥＯＳ、塩酸、純水からなるスラリーを流し込みこれを１２００℃で焼成したところ曲げ強度で４５ＭＰａのシリカ通気体が得られた。またこのシリカ通気体の流体透過性は、１５０ｓｌｍ（１ａｔｏｍ、０℃における１分間の流量）であった。

（実施例５）
直径１．５ｍｍ、ＯＨ基濃度５ｗｔ・ｐｐｍ、密度２．２ｇ／ｃｍ^３、直線透過率９０％のシリカガラスパイプ（柱状体）を２０ｍｍの長さに切り出し直径２００ｍｍの樹脂型にセットした。
ここにＴＥＯＳ、塩酸、純水からなるスラリーを流し込みこれを１３００℃で焼成したところ曲げ強度で６０ＭＰａの吸着体（シリカ通気体）が得られた。またこのシリカ通気体の流体透過性は、１５０ｓｌｍ（１ａｔｏｍ、０℃における１分間の流量）であった。
この吸着体をチャンバー内にセットし、上部にフッ素系のガスを流して熱処理を行った。その際、吸着板下部より光を照射することで石英ガラスとガスの反応の様子を確認することができた。

（実施例６）
実施例４と同じ石英パイプに、平均粒径１５μｍのシリカガラス粉末とＴＥＯＳ、塩酸、純水からなるスラリーを流し込み、これを１３００度で焼成したところ、曲げ強度で７０ＭＰａの通気体（シリカ通気体）が得られた。またこのシリカ通気体の流体透過性は、６０ｓｌｍ（１ａｔｏｍ、０℃における１分間の流量）であった。
この通気体（シリカ通気体）に厚さ１００μｍのポリエチレンフィルムを吸着させたところ、微細な凹みもなく平面を保ったまま保持することができた。

本発明にかかるシリカ通気体は、真空チャック、シャワープレート等に好適に用いることができるほか、光を透過しつつも光の減衰、拡散が見られるため、光学的な拡散板にも使用することができる。

１シリカ通気体
２柱状体
３隙間（流体透過部）

Claims

一端面から他端面にわたり、同一方向に貫通する隙間が複数形成され、前記隙間によって流体を流通させ物体を吸引保持するシリカ通気体であって、
透明なシリカガラスからなる複数の柱状体が、前記柱状体の軸線が同一方向になるように配置されると共に複数の柱状体が一体化され、前記複数の柱状体の両端面が前記一端面及び他端面を形成し、かつ、複数の柱状体において隣り合う前記柱状体の周面間に、前記柱状体の軸線と同一方向に貫通する隙間が複数形成され、
前記複数の柱状体によって少なくとも光が透過すると共に、前記隙間によって流体を流通させ、物体を一端面に吸引保持することを特徴するシリカ通気体。
前記複数の柱状体及び前記隙間が、一端面から他端面にわたり連続的に形成されていることを特徴する請求項１に記載のシリカ通気体。
前記複数の柱状体の軸線方向の直線透過率が５０％以上、密度が２．０ｇ／ｃｍ^３以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリカ通気体。
前記複数の柱状体が無垢の柱状体、あるいは中心部に貫通孔を有する管状の柱状体であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のシリカ通気体。
前記柱状体の軸線と直交な平面における前記隙間の形状が、前記隙間内側に突出した複数の円弧状部が接続された形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のシリカ通気体。
前記複数の柱状体の一体化は、柱状体の周面同士が接合されることにより固着され、あるいは、前記隙間に形成されたシリカ質の多孔質体によって、柱状体の周面が固着されていることによってなされていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のシリカ通気体。
前記シリカ質の多孔質体は気孔率が１０％以上５０％以下であることを特徴とする請求項６に記載のシリカ通気体。