真空吸着装置
【課題】 耐久性に優れ、吸着面の平坦度が良好で、しかも製造が容易な真空吸着装置を提供する。
【解決手段】 真空吸着装置１０は、半導体ウエハＷを吸着保持するための、セラミックス／ガラス複合多孔体からなる載置部１１および該載置部１１の外周に設けられたセラミックス／ガラス複合多孔体からなる環状載置部１２と、載置部１１と環状載置部１２との間に形成された中間ガラス部１３と、載置部１１の気孔に連通する吸引孔１５を備え、載置部１１および環状載置部１２を支持する支持部１４と、を具備する。載置部１１と支持部１４との間、環状載置部１２と支持部１４との間、載置部１１と中間ガラス部１３との間、環状載置部１２と中間ガラス部１３との間をそれぞれ、実質的に隙間なく各部が直接に接合された構造となした。
【解決手段】 真空吸着装置１０は、半導体ウエハＷを吸着保持するための、セラミックス／ガラス複合多孔体からなる載置部１１および該載置部１１の外周に設けられたセラミックス／ガラス複合多孔体からなる環状載置部１２と、載置部１１と環状載置部１２との間に形成された中間ガラス部１３と、載置部１１の気孔に連通する吸引孔１５を備え、載置部１１および環状載置部１２を支持する支持部１４と、を具備する。載置部１１と支持部１４との間、環状載置部１２と支持部１４との間、載置部１１と中間ガラス部１３との間、環状載置部１２と中間ガラス部１３との間をそれぞれ、実質的に隙間なく各部が直接に接合された構造となした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体ウエハやガラス基板等を吸着保持する真空吸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハを搬送、加工、検査する場合に、真空吸引力を利用した真空吸着装置が広く用いられている。このような真空吸着装置としては、吸着面に開口した複数の貫通孔を有するものが一般的であったが、この場合には貫通孔のみが吸着作用を示すために、吸着面内の吸着力が不均一となりやすく、これによって半導体ウエハの加工精度が低下する等の問題を生じていた。
【０００３】
そこで、半導体ウエハのより均一な吸着を行うために、多孔質な載置部を有する真空吸着装置が検討されている。例えば、特許文献１には、図６の垂直断面図に示すように、多孔質な吸着部材９１と、吸着部材９１を支持する支持部材９２と、から構成された真空吸着装置９０が開示されている。支持部材９２は、吸着部材９１を囲うように配置され、多孔質な隔壁部９２ｂと、吸引孔９３が形成され、吸着部材９１と隔壁部９２ｂを支持する緻密質セラミックスからなる支持部９２ａと、を有している。
【０００４】
ここで、吸着部材９１と支持部９２ａとの間、吸着部材９１と隔壁部９２ｂとの間、および隔壁部９２ｂと支持部９２ａとの間はそれぞれ、ガラスまたは樹脂接着剤によって接着されている。なお、図６においては、ガラスまたは樹脂接着剤による接着層を符号９４で示している。
【０００５】
しかしながら、真空吸着装置９０では、吸着部材９１の支持部９２ａへの固定に接着剤等を用いているために、この接着剤等が吸着部材９１の内部に浸透して接着剤の厚みが不均一になり、接着強度にばらつきが生じ易い。このため、実使用を重ねると、接着強度の弱い部分で剥離が生じ、吸着部材９１が浮き上がってしまうという問題が生ずる。また真空吸着装置９０の吸着面（表面）を平坦にする加工を行う際には、このような接着層に厚みのばらつきがあると、平坦度を高めることが困難になる。さらに吸着部材９１と隔壁部９２ｂとの間を接着剤等で均一な接着力で接着するためには、吸着部材９１と隔壁部９２ｂに高い寸法精度が要求されるため、生産性がよいものではない。
【特許文献１】特開平６−８０８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、耐久性に優れ、吸着面の平坦度が良好で、しかも製造が容易な真空吸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、被吸着体を吸着保持するための、セラミックス／ガラス複合多孔体からなる載置部および当該載置部の外周に設けられたセラミックス／ガラス複合多孔体からなる環状載置部と、
前記載置部と前記環状載置部との間に形成された中間ガラス部と、
前記載置部の気孔に連通する吸引孔を備え、前記載置部および前記環状載置部を支持する支持部と、
を具備し、
前記載置部と前記支持部との間、前記環状載置部と前記支持部との間、前記載置部と前記中間ガラス部との間、前記環状載置部と前記中間ガラス部との間はそれぞれ、実質的に隙間なく各部が直接に接合された構造となっていることを特徴とする真空吸着装置、が提供される。
【０００８】
この真空吸着装置は、略緻密質セラミックスからなる器状の支持部を作製する工程と、所定のセラミックス粉末と第１のガラスの粉末とを含む第１のスラリーを調製する工程と、作製した第１のスラリーを支持部に充填し、第１のガラスの軟化点以上の温度で焼成して、セラミックス／ガラス複合多孔体を形成する工程と、形成されたセラミックス／ガラス複合多孔体の外周部または支持部の内周部を除去して載置部を形成する工程と、この載置部の外周側面に第１のガラスよりも軟化点の低い第２のガラスの粉末を含むガラスペーストを塗布し、第２のガラスの軟化点以上の温度で焼成して、中間ガラス部を形成する工程と、所定のセラミックス粉末と第２のガラスよりも軟化点の低い第３のガラスの粉末とを含む第２のスラリーを調製する工程と、載置部と支持部の内壁との隙間にこの第２のスラリーを充填し、第３のガラスの軟化点以上の温度で焼成して、セラミックス／ガラス複合多孔体からなる環状載置部を形成する工程と、を経て製造されたものであることが好ましい。ここで、ガラスペーストの焼成温度は第１のガラスの軟化点よりも低い温度とし、また、第２のスラリーに由来する成形部の焼成温度は第２のガラスの軟化点よりも低い温度とすることが、好ましい。
【０００９】
載置部と環状載置部の開気孔率はともに２０％〜５０％の範囲にあり、載置部の平均気孔径は１０μｍ〜１５０μｍの範囲にあり、環状載置部の平均気孔径は載置部の平均気孔径の５％〜６０％の範囲にあることが好ましく、さらに、環状載置部の開気孔率は載置部の開気孔率よりも小さいことが好ましい。これにより、吸着性能、吸着面の面精度、構造部材としての機械的強度等でバランスの取れた特性が得られるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の真空吸着装置では、載置部、環状載置部、支持部、中間ガラス部のうち、隣接する各部が実質的に隙間なく直接に接合されているために、各部間の接合強度のばらつきが少なく、しかも接合強度を高めることができる。これにより高い耐久性が得られる。また、真空吸着装置を構成する各部が実質的に隙間なく直接に接合されているために、真空吸着装置の吸着面を平坦化処理する際の平坦度の追い込みが容易となる。こうして吸着面の平坦度が高められることにより、被吸着体を均一に吸着することができる。特に被吸着体が薄い板材の場合には、その板材の平坦度を良好に維持することができるので、その板材から製造される製品の品質を高めることができる。さらに、スラリーを用いて載置部と環状載置部を形成する製造方法を用いると、寸法精度の高い部品を準備する必要がないので、生産性を高め、生産コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。ここでは、被吸着体として半導体ウエハを取り上げ、この半導体ウエハを吸着保持する真空吸着装置について説明することとする。
【００１２】
図１は真空吸着装置１０の水平断面図であり、図２は図１中の線ＡＡを含む垂直断面図である。真空吸着装置１０は、円板状の載置部１１と、載置部１１の外周を囲うように設けられた環状載置部１２と、載置部１１と環状載置部１２との間に形成された中間ガラス部１３と、載置部１１および環状載置部１２を支持する器状の支持部１４と、を備えている。図１および図２に示すように、半導体ウエハＷは、載置部１１全体と環状載置部１２の内側を覆うようにして、真空吸着装置１０に吸着保持される。
【００１３】
載置部１１はセラミックス／ガラス複合多孔体からなる。つまり、載置部１１は、所定のセラミックス（例えば、アルミナ、炭化珪素等）と第１のガラスから構成され、連通する気孔（つまり、開気孔）を有する多孔質組織を有している。中間ガラス部１３は第２のガラスからなる多孔質層である。環状載置部１２は別のセラミックス／ガラス複合多孔体からなる。つまり、環状載置部１２は、アルミナや炭化珪素等の所定のセラミックスと第３のガラスから構成された多孔質組織を有している。
【００１４】
載置部１１と中間ガラス部１３と環状載置部１２にそれぞれ用いられる第１〜第３のガラスはそれぞれ異なる軟化点を有している。これは、後述する真空吸着装置１０の製造方法から明らかなように、載置部１１、中間ガラス部１３、環状載置部１２の順番で逐次焼成を行うために、先に形成された部に含まれるガラスが後の焼成により軟化、溶融することがないようにするためである。例えば、第１のガラスとしては軟化点が１０００℃近傍のアルミノ珪酸塩系ガラスを、第２のガラスとしては、軟化点が９００℃近傍のホウ珪酸系ガラスを、第３のガラスとしては軟化点が８００℃近傍のホウ珪酸系ガラスを、それぞれ選定することができる。
【００１５】
載置部１１と支持部１４との間、環状載置部１２と支持部１４との間、載置部１１と中間ガラス部１３との間、環状載置部１２と中間ガラス部１３との間はそれぞれ、実質的に隙間なく各部が直接に接合された構造となっている。「実質的に隙間なく各部が直接に接合された構造」とは、各部の界面が直接に接して接合された状態をいう。例えば、載置部１１を構成する第１のガラスが焼成により軟化して支持部１４の表面（支持部１４に形成された凹部底面）に融着し、載置部１１が支持部１４と実質的に隙間なく直接に接合された構造が実現される。
【００１６】
このように真空吸着装置１０では、各部間に高い密着性と強く均一な接着性を得ることができるため、各部の接合界面における剥離の発生と、剥離による吸気漏れの発生を抑制することができ、半導体ウエハＷの吸着保持性能を長時間にわたり、高く維持することができる。
【００１７】
また真空吸着装置１０では、このように載置部１１と支持部１４、環状載置部１２と支持部１４がそれぞれ実質的に隙間なく直接に接合されているので、真空吸着装置１０の吸着面の平坦度を所定の値（例えば、１μｍ未満）に絞り込む研削、研磨加工において、吸着面の平坦度を高めることが容易となる。これにより、半導体ウエハＷを吸着保持した際の半導体ウエハＷの平坦度を高めることができる。
【００１８】
載置部１１の開気孔率は２０％以上５０％以下であることが好ましく、かつ、その平均気孔径は１０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。載置部１１の開気孔率をこのような範囲とする理由は、載置部１１を構成する多孔体の開気孔率を調整するには、多孔体の構成原料であるセラミックス粉末およびガラス粉末の充填率を調整する必要があるが、２０％未満または５０％超の開気孔率が得られるようにセラミックス粉末およびガラス粉末を、後述する載置部１１の形成方法に示されるように、焼成収縮や変形を起こすことのないように充填することは困難だからである。また、前記範囲内であれば、圧損が大きくなって、十分な吸着力を得ることが困難となったり、十分な機械的強度を得ることができなかったり、吸着面の平坦性が低下したりすることはない。また、平均気孔径を前記範囲とするのは、平均気孔径が１０μｍ未満では圧損が大きくなって吸着力が弱くなるおそれがあり、逆に１５０μｍ超では吸着面の面精度（吸着面の平坦度と気孔に起因する微小凹凸の形態）が悪化するおそれがあるからである。
【００１９】
環状載置部１２の開気孔率は２０％以上５０％以下であることが好ましく、かつ、その平均気孔径は載置部１１の平均気孔径の５％以上６０％以下であることが好ましい。載置部１１と同様に開気孔率を２０％未満、５０％超とすることは困難であり、また、このような範囲内であれば、載置部１１との間に段差が生じたり、吸着面において半導体ウエハＷが接していない領域から吸気漏れが発生したりすることを、抑制することができる。平均気孔径が載置部１１の平均気孔径の５％未満では載置部１１との間に段差が生じるおそれがある。一方、平均気孔径が載置部１１の平均気孔径の６０％超では、環状載置部１２からの吸気漏れが多くなるおそれがある。このように、真空吸着装置１０において、環状載置部１２を設けることの重要さは、吸着面の平坦化処理における加工精度を高めること、および吸気漏れを抑制して均一に吸着させることにより半導体ウエハＷの平坦度を高めることにある。
【００２０】
上述の通りに、載置部１１と環状載置部１２にはそれぞれ好ましい平均気孔径の範囲があるが、このような条件を満足すること前提として、環状載置部１２の平均気孔径は載置部１１の平均気孔径よりも小さいことが好ましく、さらに、環状載置部１２の開気孔率は載置部１１の開気孔率よりも小さいことがより好ましい。これにより、環状載置部１２からの吸気漏れの発生を抑制する効果を高めることができる。
【００２１】
ただし、載置部１１の開気孔率と環状載置部１２の開気孔率が大きく異なると、機械的強度の差が大きくなるために、真空吸着装置１０の吸着面を平坦化する処理の際に、載置部１１と環状載置部１２との間に段差が生じやすくなり、これによって半導体ウエハＷを吸着保持した際の半導体ウエハＷの平坦度が悪化し、また、吸着面と半導体ウエハＷとの間に隙間が空いて、吸気漏れが発生するおそれがある。したがって、環状載置部１２の開気孔率と載置部１１の開気孔率の差は、両部間に段差が生じない範囲に調整する必要がある。
【００２２】
中間ガラス部１３は、載置部１１の側面における吸気漏れをなくし、半導体ウエハＷを均一に吸着することにより、その平坦度を高めることを目的として設けられる。しかしながら、実質的に中間ガラス部１３により完全に吸気漏れをなくすことは困難である。何故なら、中間ガラス部１３を厚くすると、載置部１１の側面からの吸気漏れを抑えることはできるが、中間ガラス部１３の研削・研磨性が載置部１１および環状載置部１２と異なるために、吸着面の平坦化処理の際に段差が生じて平坦度が低下し、これによって半導体ウエハＷの平坦度が低下し、また、吸着面と半導体ウエハＷとの間に隙間が生じて吸気漏れが発生するおそれがあるからである。逆に、中間ガラス部１３を薄くしすぎると、吸着面の平坦度を高めることはできるが、載置部１１の側面を封止できず、載置部１１の側面からの吸気漏れが多くなるために、半導体ウエハＷを均一に吸着することが困難となるからである。したがって、中間ガラス部１３は、載置部１１の側面からの吸気漏れが多くならないように、かつ、吸着面の平坦度が高められるように、その厚みを設定することが好ましく、具体的には、０．３ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００２３】
支持部１４は、好ましくはアルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニアから選ばれたセラミックスから構成される。支持部１４は、実質的に開気孔を有しておらず、かつ、真空吸着装置１０を所定の場所に設置して使用するために必要な機械的強度が確保されるように、緻密質である。
【００２４】
この支持部１４の底板には複数の吸引孔１５が鉛直に形成されており、各吸引孔１５は載置部１１が有する開気孔と連通している。そこで、支持部１４の吸引孔１５に真空ポンプ等の吸引装置を取り付けて吸引を行うと、吸引孔１５に連通する載置部１１の開気孔および中間ガラス部１３を介して載置部１１の開気孔に連通する環状載置部１２の開気孔を通して、載置部１１および環状載置部１２の表面全体に吸引力が発生し、これにより半導体ウエハＷを吸着保持することができる。
【００２５】
真空吸着装置１０において半導体ウエハＷを吸着保持する吸着面は、製造工程の最終段階において、載置部１１の表面と環状載置部１２の表面と支持部１４の外周部の上面とを同時に研削、研磨加工することにより形成される。この平坦化処理では、支持部１４は緻密質で研削・研磨抵抗が高いが、載置部１１および環状載置部１２は多孔質で支持部１４より研削・研磨抵抗が小さいために、載置部１１および環状載置部１２が削られやすくなる。しかし、上記の通りに載置部１１と環状載置部１２の開気孔率や平均気孔径を調整し、さらに載置部１１と環状載置部１２がそれぞれ支持部１４と実質的に隙間なく直接に接合された構造とすることにより、各部間に段差が生ずることを防止し、平坦度の良好な吸着面を形成することができる。
【００２６】
本発明に係る真空吸着装置は、真空吸着装置１０のように、その平面形状が円形のものに限定されるものではなく、吸着保持する被吸着体の形状に応じた変形が可能である。例えば、真空吸着装置の平面形状は略四角形であってもよい。
【００２７】
次に、真空吸着装置１０の製造方法について説明する。最初に、支持部１４となる器状のセラミック部材を作製する。例えば、アルミナ等のセラミックス粉末に所定量のバインダを加えて造粒処理し、これを一軸プレス成形し、さらにＣＩＰ成形して、円板状のプレス成形体を作製する。続いて、このプレス成形体を器状に加工し、さらに最終的に吸引孔１５となる貫通孔を内底の所定位置に形成する。こうして得られた加工体を、必要に応じて脱脂処理した後、所定の雰囲気、温度、時間で焼成することにより、支持部１４となる器状のセラミック部材を得ることができる。続いて、こうして作製した支持部１４の吸引孔１５に、後に説明するように支持部１４に第１のスラリーを充填することができるように、樹脂等の焼失材料を充填する。なお、支持部１４の作製にあたっては、プレス成形体を仮焼し、得られた仮焼体を器状に加工し、さらに貫通孔を形成する加工を施し、その後に焼成処理を行ってもよい。
【００２８】
続いて、載置部１１を形成するための第１のスラリーを調製する。この第１のスラリーは、セラミックス粉末（好ましくは、アルミナ粉末または炭化珪素粉末）および第１のガラスの粉末に、水またはアルコール等の溶剤を加えて、ボールミル、ミキサー等の公知の方法を用いて混合することにより、作製することができる。なお、水またはアルコール等の添加量は、特に限定されるものではないが、セラミックス粉末の粒度、第１のガラスの粉末の添加量を考慮して、適切な流動性が得られるように、調節することが好ましい。
【００２９】
載置部１１の開気孔率と平均気孔径の調節は、基本的に、原料粉末であるセラミックス粉末の粒度分布を調整することによって行うことができる。また、セラミックス粉末と第１のガラスの粉末の配合比率を変えること、第１のスラリーの粘度を変えること、第１のスラリーの支持部１４への充填率を変えること、粒子状樹脂、繊維状樹脂、カーボン粉末等の焼失材を添加すること等によっても、載置部１１の開気孔率と平均気孔径を制御することができる。
【００３０】
載置部１１の開気孔率を２０％〜５０％とし、平均気孔径を１０μｍ〜１５０μｍとするためには、セラミックス粉末として平均粒径が２０μｍ〜５００μｍ以下のものを用い、第１のガラスの粉末としては、その平均粒子径がこのセラミックス粉末の平均粒径よりも小さいものを用いることが好ましい。具体的には、第１のガラスの粉末の平均粒径は、セラミックス粉末の平均粒径の１／３以下であることが好ましく、１／５以下であることがより好ましい。これは、第１のガラスの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が阻害されて、後のガラス軟化点以上での焼成時に焼成収縮を起こしてしまうからであり、この場合、焼成により形成される多孔体にクラックが発生し、均一な組織の多孔体を得ることができなくなる。
【００３１】
また、セラミックス粉末に対して添加する第１のガラスの粉末の量は、使用するセラミックス粉末の粒径（粒度分布）や焼成温度におけるガラスの粘性等を考慮して定められるが、多過ぎるとセラミックス粉末の充填が阻害されて焼成収縮が生じ、逆に少な過ぎるとセラミックス粉末の結合強度が低下し、脱粒や欠け等が生ずる。このため、ガラス粉末の量は、所望の結合強度、平均気孔径が得られる範囲においてできるだけ少ないことが好ましく、具体的には、概ね、セラミックス粉末１００質量部に対して５〜３０質量部とすることが好ましい。
【００３２】
さらに第１のガラスとしては、その熱膨張係数が、載置部１１のもう一方の構成成分であるセラミックス材料の熱膨張係数より小さいものを用いることが好ましい。これにより、焼成段階で支持部１４の表面（界面）と実質的に隙間なく直接に接合される載置部１１を形成することが容易となり、また、載置部１１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を作り出すことができる。ガラスは一般的に引張強度に弱いために、ガラスに圧縮応力が加わった状態とすることにより、載置部１１の強度が高められ、研削加工時の脱粒や欠け等の発生を抑制することができる。
【００３３】
こうして作製した第１のスラリーを支持部１４（つまり、器状のセラミック部材）に充填する。このとき必要に応じて、第１のスラリー中の残留気泡を除去するための真空脱泡処理や充填率を高めるための振動を加えるとよい。支持部１４に充填された第１のスラリーを十分に乾燥した後、第１のガラスの軟化点以上の温度で焼成することにより、多孔体が形成される。このときの焼成温度が第１のガラスの軟化点より低いと、支持部１４と多孔体を十分に一体化することができないが、反対に焼成温度が高過ぎると変形や収縮が生じるために、軟化点以上のできるだけ低い温度で焼成することが望ましい。
【００３４】
次いで、支持部１４に形成された多孔体の外周部分または支持部１４の内周部分を機械加工して除去することにより、載置部１１が形成される。続いて、こうして形成された載置部１１の側面に第１のガラスよりも軟化点の低い第２のガラスの粉末を含有するガラスペーストを、例えば、焼成後の厚さが０．３ｍｍ〜３．０ｍｍとなるように塗布し、乾燥させ、第２のガラスの軟化点以上の温度で、好ましくはさらに第１のガラスの軟化点未満の温度で、焼成する。これにより載置部１１に焼成収縮や変形が生ずることを防止しつつ、載置部１１との密着性が高い中間ガラス部１３を形成することができる。
【００３５】
中間ガラス部１３の形成後には、中間ガラス部１３と支持部１４との間には環状溝が残っている状態となるので、以下に説明する、アルミナ粉末等のセラミックス粉末および第２のガラスよりも軟化点の低い第３のガラスの粉末を含む第２のスラリーをこの環状溝に充填し、第３のガラスの軟化点以上の温度で、好ましくはさらに第２のガラスの軟化点未満の温度で、焼成する。こうして、載置部１１の変形や収縮、支持部１４の内壁面および中間ガラス部１３と密着性が高い環状載置部１２を形成することができる。なお、中間ガラス部１３を形成しておくことにより、第２のスラリーを前記環状溝に充填した際に第２のスラリーが載置部１１へ吸収されることが抑制される。
【００３６】
この第２のスラリーは、第１のスラリーと同様に、セラミックス粉末と第３のガラスの粉末に水またはアルコール等の溶剤を加えて、ボールミル等の公知の方法により混合することにより作製することができる。開気孔率が２０％〜５０％で、平均気孔径が載置部１１の平均気孔径の５％〜６０％の環状載置部１２を形成するためには、セラミックス粉末として平均粒径が１０μｍ〜１００μｍのものを用いることが好ましい。
【００３７】
第３のガラスの粉末としては、その平均粒子径がこのセラミックス粉末の平均粒径よりも小さいもの、具体的にはセラミックス粉末の平均粒径の１／３以下であることが好ましく、１／５以下であることがより好ましい。また第３のガラスの粉末の添加量は、セラミックス粉末１００質量部に対して、５〜３０質量部とすることが好ましい。環状載置部１２を構成するセラミックス材料に対して第３のガラスに要求される熱膨張性等の性質は、載置部１１の場合と同様である。
【００３８】
こうして環状載置部１２が形成されたら、その表面（つまり、載置部１１の上面、環状載置部１２の上面、支持部１４の外周の上面）を、平坦度が最終的に例えば１μｍ以下となるように、研削、研磨処理する。これにより真空吸着装置１０が得られる。
【００３９】
上述した真空吸着装置１０の製造方法は、支持部１４に第１のスラリーを流し込む前に、最終的に環状載置部１２が形成される部分に樹脂を充填しておく（例えば、樹脂リングを配置する）ことにより、第１のスラリーに由来する多孔体の外周部の除去加工を不要とする製造方法に変更することができる。
【実施例】
【００４０】
（実施例１〜７および比較例１，２）
実施例１〜７、比較例１，２に係る真空吸着装置として、図１，２に示した構造を有するものを、上述した第１，第２のスラリー等を用いた製造方法にしたがって作製した。支持部１４は緻密質アルミナからなり外径：φ２５０ｍｍ、高さ（厚さ）：５０ｍｍ、深さ：４０ｍｍの形状を有し、その熱膨張係数は８．０×１０-6／℃である。また、この支持部１４の当初の内径はφ２００ｍｍであるが、第１のスラリーを充填、焼成した後にその内周部を切削除去することにより、最終的にその内径をφ２１０ｍｍとした。
【００４１】
実施例１〜７および比較例１，２に係る各真空吸着装置を製造するための第１のスラリーおよび第２のスラリーにそれぞれ使用したアルミナ粉末、ガラス粉末、水の配合比、ならびにアルミナ粉末とガラス粉末の平均粒径は、表１に示す通りである。各種の第１のスラリーの作製に用いた各種の第１のガラスの粉末について、その平均粒径は表１の通りであるが、アルミノ珪酸ガラスであること、熱膨張係数は４５×１０-7／℃であること、その軟化点は９５０℃であること、は共通である。また、各種の第２のスラリーの作製に用いた各種の第３のガラスの粉末について、その平均粒径は表１の通りであるが、ホウ珪酸ガラスであること、その熱膨張係数は４０×１０-7／℃であること、その軟化点は７５０℃であること、は共通である。中間ガラス部１３を形成するためのガラスペーストには、平均粒径が５．０μｍで、軟化点が８３０℃のホウ珪酸系ガラス粉末が含まれている。第１のスラリー注型後の焼成は１０００℃で、ガラスペーストの焼成は９００℃で、第２のスラリー注型後の焼成は８００℃で、それぞれ行い、その後に吸着面の平坦度を１μｍ未満とすべく、研削、研磨加工を行った。
【００４２】
（比較例３）
比較例３に係る真空吸着装置として、図３に示す構造のものを作製した。この比較例３に係る真空吸着装置２０は、外径：２５０ｍｍ、内径：φ１９０ｍｍ、高さ（厚さ）：５０ｍｍ、深さ：４０ｍｍの形状を有する器状の略緻密質なアルミナ製の支持部２１に、実施例３に係る真空吸着装置の作製に用いた第１のスラリーと同じスラリーを充填、乾燥、焼成して載置部２２を形成し、得られた焼成体の表面を研削、研磨加工して、作製されたものである。したがって、載置部２２と支持部２１とは、実質的に隙間なく直接に接合されている。なお、図３に示す符号２３は吸引口である。
【００４３】
（比較例４）
比較例４に係る真空吸着装置として、図４に示す構造のものを作製した。この図４に示す真空吸着装置３０は、支持部１４と、表１に示す平均気孔径および開気孔率を有する市販のアルミナ多孔体を円板状に加工した載置部３１と、表１に示す平均気孔径および開気孔率を有する市販のアルミナ多孔体をリング状に加工した環状載置部３２とを、ガラスペーストを用いて接着（つまり、ガラスペーストを塗布、焼成して接着）し、その後に吸着面の研削、研磨処理を行うことにより作製されたものである。なお、図４において、符号３３がガラス接着部３３を示しているが、実際のガラス接着部３３は、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度の薄い層である。
【００４４】
（比較例５）
比較例５に係る真空吸着装置として、図５に示す構造を有するものを作製した。この図５に示す真空吸着装置４０は、表１に示す平均気孔径および開気孔率を有する市販のアルミナ多孔体を円板状に加工した載置部４１を、比較例３の作製に用いた支持部と同じ支持部２１に、ガラスペーストを用いて接着し、その後に吸着面の研削、研磨処理を行うことにより作製されたものである。なお、図５において、符号４３がガラス接着部を示しているが、実際のガラス接着部４３は、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度の薄い層である。
【００４５】
（評価方法）
作製した各真空吸着装置の吸着面の平坦度は真直度測定装置により測定した。また、各真空吸着装置について、アスピレータを用いて０．０５ＭＰａの吸引圧でφ２００ｍｍの半導体ウエハを吸着保持し、そのときの半導体ウエハの平坦度を真直度測定装置により測定し、その平坦度が１μｍ未満の場合を合格とした。スラリーを用いて載置部、環状載置部を作製した真空吸着装置（実施例１〜７、比較例１，２）については、半導体ウエハの平坦度を測定した後に、真空吸着装置を破壊し、載置部や環状載置部の破片を用いて、アルキメデス法により開気孔率を、水銀圧入法により平均気孔径を求めた。
【００４６】
（評価結果）
評価結果を表１に併記する。実施例１〜７では、真空吸着装置の吸着面の平坦度を１μｍ未満とする平坦化処理加工を容易に行うことができ、また吸着保持時の半導体ウエハの平坦度も１μｍ未満に抑えることができた。また載置部と環状載置部の平均気孔径が同等である実施例３〜５を比べると、環状載置部の開気孔率が小さい実施例５における半導体ウエハの平坦度が最も優れていた。これに対して、比較例１，２では、吸着面の平坦度は１μｍ未満とすることができたが、半導体ウエハの平坦度が１μｍ以上となった。これは環状載置部の平均気孔径が大きいことから吸気漏れが大きくなり、均一に半導体ウエハを吸着することができなかったためと思われる。また比較例３では、環状載置部が形成されていないため載置部と支持部との研削量の相違により段差が生じ、吸着面の平坦度を１μｍ未満とすることはできなかった。さらに比較例４，５では、支持部と載置部等とがガラスペーストによって接着されているために、吸着面の平坦度を１μｍ未満とする加工が困難であり、その結果、半導体ウエハを吸着保持した際の平坦度も悪かった。
【００４７】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の真空吸着装置は、例えば、半導体ウエハやガラス基板等の搬送装置、加工装置、検査装置等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る真空吸着装置の水平断面図。
【図２】図１中に示す線ＡＡを含む垂直断面図。
【図３】比較例に係る真空吸着装置の垂直断面図。
【図４】比較例に係る別の真空吸着装置を示す断面図。
【図５】比較例に係るさらに別の真空吸着装置を示す断面図。
【図６】従来の真空吸着装置を示す垂直断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１０；真空吸着装置
１１；載置部
１２；環状載置部
１３；中間ガラス部
１４；支持部
１５；吸引孔
２０；真空吸着装置
２１；支持部
２２；載置部
２３；吸引孔
３０；真空吸着装置
３１；載置部
３２；環状載置部
３３；ガラス接着部
４０；真空吸着装置
４１；載置部
４３；ガラス接着部
９０；真空吸着装置
９１；吸着部材
９２；支持部材
９２ａ；支持部
９２ｂ；隔壁部
９３；吸引孔
９４；接着層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体ウエハやガラス基板等を吸着保持する真空吸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハを搬送、加工、検査する場合に、真空吸引力を利用した真空吸着装置が広く用いられている。このような真空吸着装置としては、吸着面に開口した複数の貫通孔を有するものが一般的であったが、この場合には貫通孔のみが吸着作用を示すために、吸着面内の吸着力が不均一となりやすく、これによって半導体ウエハの加工精度が低下する等の問題を生じていた。
【０００３】
そこで、半導体ウエハのより均一な吸着を行うために、多孔質な載置部を有する真空吸着装置が検討されている。例えば、特許文献１には、図６の垂直断面図に示すように、多孔質な吸着部材９１と、吸着部材９１を支持する支持部材９２と、から構成された真空吸着装置９０が開示されている。支持部材９２は、吸着部材９１を囲うように配置され、多孔質な隔壁部９２ｂと、吸引孔９３が形成され、吸着部材９１と隔壁部９２ｂを支持する緻密質セラミックスからなる支持部９２ａと、を有している。
【０００４】
ここで、吸着部材９１と支持部９２ａとの間、吸着部材９１と隔壁部９２ｂとの間、および隔壁部９２ｂと支持部９２ａとの間はそれぞれ、ガラスまたは樹脂接着剤によって接着されている。なお、図６においては、ガラスまたは樹脂接着剤による接着層を符号９４で示している。
【０００５】
しかしながら、真空吸着装置９０では、吸着部材９１の支持部９２ａへの固定に接着剤等を用いているために、この接着剤等が吸着部材９１の内部に浸透して接着剤の厚みが不均一になり、接着強度にばらつきが生じ易い。このため、実使用を重ねると、接着強度の弱い部分で剥離が生じ、吸着部材９１が浮き上がってしまうという問題が生ずる。また真空吸着装置９０の吸着面（表面）を平坦にする加工を行う際には、このような接着層に厚みのばらつきがあると、平坦度を高めることが困難になる。さらに吸着部材９１と隔壁部９２ｂとの間を接着剤等で均一な接着力で接着するためには、吸着部材９１と隔壁部９２ｂに高い寸法精度が要求されるため、生産性がよいものではない。
【特許文献１】特開平６−８０８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、耐久性に優れ、吸着面の平坦度が良好で、しかも製造が容易な真空吸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、被吸着体を吸着保持するための、セラミックス／ガラス複合多孔体からなる載置部および当該載置部の外周に設けられたセラミックス／ガラス複合多孔体からなる環状載置部と、
前記載置部と前記環状載置部との間に形成された中間ガラス部と、
前記載置部の気孔に連通する吸引孔を備え、前記載置部および前記環状載置部を支持する支持部と、
を具備し、
前記載置部と前記支持部との間、前記環状載置部と前記支持部との間、前記載置部と前記中間ガラス部との間、前記環状載置部と前記中間ガラス部との間はそれぞれ、実質的に隙間なく各部が直接に接合された構造となっていることを特徴とする真空吸着装置、が提供される。
【０００８】
この真空吸着装置は、略緻密質セラミックスからなる器状の支持部を作製する工程と、所定のセラミックス粉末と第１のガラスの粉末とを含む第１のスラリーを調製する工程と、作製した第１のスラリーを支持部に充填し、第１のガラスの軟化点以上の温度で焼成して、セラミックス／ガラス複合多孔体を形成する工程と、形成されたセラミックス／ガラス複合多孔体の外周部または支持部の内周部を除去して載置部を形成する工程と、この載置部の外周側面に第１のガラスよりも軟化点の低い第２のガラスの粉末を含むガラスペーストを塗布し、第２のガラスの軟化点以上の温度で焼成して、中間ガラス部を形成する工程と、所定のセラミックス粉末と第２のガラスよりも軟化点の低い第３のガラスの粉末とを含む第２のスラリーを調製する工程と、載置部と支持部の内壁との隙間にこの第２のスラリーを充填し、第３のガラスの軟化点以上の温度で焼成して、セラミックス／ガラス複合多孔体からなる環状載置部を形成する工程と、を経て製造されたものであることが好ましい。ここで、ガラスペーストの焼成温度は第１のガラスの軟化点よりも低い温度とし、また、第２のスラリーに由来する成形部の焼成温度は第２のガラスの軟化点よりも低い温度とすることが、好ましい。
【０００９】
載置部と環状載置部の開気孔率はともに２０％〜５０％の範囲にあり、載置部の平均気孔径は１０μｍ〜１５０μｍの範囲にあり、環状載置部の平均気孔径は載置部の平均気孔径の５％〜６０％の範囲にあることが好ましく、さらに、環状載置部の開気孔率は載置部の開気孔率よりも小さいことが好ましい。これにより、吸着性能、吸着面の面精度、構造部材としての機械的強度等でバランスの取れた特性が得られるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の真空吸着装置では、載置部、環状載置部、支持部、中間ガラス部のうち、隣接する各部が実質的に隙間なく直接に接合されているために、各部間の接合強度のばらつきが少なく、しかも接合強度を高めることができる。これにより高い耐久性が得られる。また、真空吸着装置を構成する各部が実質的に隙間なく直接に接合されているために、真空吸着装置の吸着面を平坦化処理する際の平坦度の追い込みが容易となる。こうして吸着面の平坦度が高められることにより、被吸着体を均一に吸着することができる。特に被吸着体が薄い板材の場合には、その板材の平坦度を良好に維持することができるので、その板材から製造される製品の品質を高めることができる。さらに、スラリーを用いて載置部と環状載置部を形成する製造方法を用いると、寸法精度の高い部品を準備する必要がないので、生産性を高め、生産コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。ここでは、被吸着体として半導体ウエハを取り上げ、この半導体ウエハを吸着保持する真空吸着装置について説明することとする。
【００１２】
図１は真空吸着装置１０の水平断面図であり、図２は図１中の線ＡＡを含む垂直断面図である。真空吸着装置１０は、円板状の載置部１１と、載置部１１の外周を囲うように設けられた環状載置部１２と、載置部１１と環状載置部１２との間に形成された中間ガラス部１３と、載置部１１および環状載置部１２を支持する器状の支持部１４と、を備えている。図１および図２に示すように、半導体ウエハＷは、載置部１１全体と環状載置部１２の内側を覆うようにして、真空吸着装置１０に吸着保持される。
【００１３】
載置部１１はセラミックス／ガラス複合多孔体からなる。つまり、載置部１１は、所定のセラミックス（例えば、アルミナ、炭化珪素等）と第１のガラスから構成され、連通する気孔（つまり、開気孔）を有する多孔質組織を有している。中間ガラス部１３は第２のガラスからなる多孔質層である。環状載置部１２は別のセラミックス／ガラス複合多孔体からなる。つまり、環状載置部１２は、アルミナや炭化珪素等の所定のセラミックスと第３のガラスから構成された多孔質組織を有している。
【００１４】
載置部１１と中間ガラス部１３と環状載置部１２にそれぞれ用いられる第１〜第３のガラスはそれぞれ異なる軟化点を有している。これは、後述する真空吸着装置１０の製造方法から明らかなように、載置部１１、中間ガラス部１３、環状載置部１２の順番で逐次焼成を行うために、先に形成された部に含まれるガラスが後の焼成により軟化、溶融することがないようにするためである。例えば、第１のガラスとしては軟化点が１０００℃近傍のアルミノ珪酸塩系ガラスを、第２のガラスとしては、軟化点が９００℃近傍のホウ珪酸系ガラスを、第３のガラスとしては軟化点が８００℃近傍のホウ珪酸系ガラスを、それぞれ選定することができる。
【００１５】
載置部１１と支持部１４との間、環状載置部１２と支持部１４との間、載置部１１と中間ガラス部１３との間、環状載置部１２と中間ガラス部１３との間はそれぞれ、実質的に隙間なく各部が直接に接合された構造となっている。「実質的に隙間なく各部が直接に接合された構造」とは、各部の界面が直接に接して接合された状態をいう。例えば、載置部１１を構成する第１のガラスが焼成により軟化して支持部１４の表面（支持部１４に形成された凹部底面）に融着し、載置部１１が支持部１４と実質的に隙間なく直接に接合された構造が実現される。
【００１６】
このように真空吸着装置１０では、各部間に高い密着性と強く均一な接着性を得ることができるため、各部の接合界面における剥離の発生と、剥離による吸気漏れの発生を抑制することができ、半導体ウエハＷの吸着保持性能を長時間にわたり、高く維持することができる。
【００１７】
また真空吸着装置１０では、このように載置部１１と支持部１４、環状載置部１２と支持部１４がそれぞれ実質的に隙間なく直接に接合されているので、真空吸着装置１０の吸着面の平坦度を所定の値（例えば、１μｍ未満）に絞り込む研削、研磨加工において、吸着面の平坦度を高めることが容易となる。これにより、半導体ウエハＷを吸着保持した際の半導体ウエハＷの平坦度を高めることができる。
【００１８】
載置部１１の開気孔率は２０％以上５０％以下であることが好ましく、かつ、その平均気孔径は１０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。載置部１１の開気孔率をこのような範囲とする理由は、載置部１１を構成する多孔体の開気孔率を調整するには、多孔体の構成原料であるセラミックス粉末およびガラス粉末の充填率を調整する必要があるが、２０％未満または５０％超の開気孔率が得られるようにセラミックス粉末およびガラス粉末を、後述する載置部１１の形成方法に示されるように、焼成収縮や変形を起こすことのないように充填することは困難だからである。また、前記範囲内であれば、圧損が大きくなって、十分な吸着力を得ることが困難となったり、十分な機械的強度を得ることができなかったり、吸着面の平坦性が低下したりすることはない。また、平均気孔径を前記範囲とするのは、平均気孔径が１０μｍ未満では圧損が大きくなって吸着力が弱くなるおそれがあり、逆に１５０μｍ超では吸着面の面精度（吸着面の平坦度と気孔に起因する微小凹凸の形態）が悪化するおそれがあるからである。
【００１９】
環状載置部１２の開気孔率は２０％以上５０％以下であることが好ましく、かつ、その平均気孔径は載置部１１の平均気孔径の５％以上６０％以下であることが好ましい。載置部１１と同様に開気孔率を２０％未満、５０％超とすることは困難であり、また、このような範囲内であれば、載置部１１との間に段差が生じたり、吸着面において半導体ウエハＷが接していない領域から吸気漏れが発生したりすることを、抑制することができる。平均気孔径が載置部１１の平均気孔径の５％未満では載置部１１との間に段差が生じるおそれがある。一方、平均気孔径が載置部１１の平均気孔径の６０％超では、環状載置部１２からの吸気漏れが多くなるおそれがある。このように、真空吸着装置１０において、環状載置部１２を設けることの重要さは、吸着面の平坦化処理における加工精度を高めること、および吸気漏れを抑制して均一に吸着させることにより半導体ウエハＷの平坦度を高めることにある。
【００２０】
上述の通りに、載置部１１と環状載置部１２にはそれぞれ好ましい平均気孔径の範囲があるが、このような条件を満足すること前提として、環状載置部１２の平均気孔径は載置部１１の平均気孔径よりも小さいことが好ましく、さらに、環状載置部１２の開気孔率は載置部１１の開気孔率よりも小さいことがより好ましい。これにより、環状載置部１２からの吸気漏れの発生を抑制する効果を高めることができる。
【００２１】
ただし、載置部１１の開気孔率と環状載置部１２の開気孔率が大きく異なると、機械的強度の差が大きくなるために、真空吸着装置１０の吸着面を平坦化する処理の際に、載置部１１と環状載置部１２との間に段差が生じやすくなり、これによって半導体ウエハＷを吸着保持した際の半導体ウエハＷの平坦度が悪化し、また、吸着面と半導体ウエハＷとの間に隙間が空いて、吸気漏れが発生するおそれがある。したがって、環状載置部１２の開気孔率と載置部１１の開気孔率の差は、両部間に段差が生じない範囲に調整する必要がある。
【００２２】
中間ガラス部１３は、載置部１１の側面における吸気漏れをなくし、半導体ウエハＷを均一に吸着することにより、その平坦度を高めることを目的として設けられる。しかしながら、実質的に中間ガラス部１３により完全に吸気漏れをなくすことは困難である。何故なら、中間ガラス部１３を厚くすると、載置部１１の側面からの吸気漏れを抑えることはできるが、中間ガラス部１３の研削・研磨性が載置部１１および環状載置部１２と異なるために、吸着面の平坦化処理の際に段差が生じて平坦度が低下し、これによって半導体ウエハＷの平坦度が低下し、また、吸着面と半導体ウエハＷとの間に隙間が生じて吸気漏れが発生するおそれがあるからである。逆に、中間ガラス部１３を薄くしすぎると、吸着面の平坦度を高めることはできるが、載置部１１の側面を封止できず、載置部１１の側面からの吸気漏れが多くなるために、半導体ウエハＷを均一に吸着することが困難となるからである。したがって、中間ガラス部１３は、載置部１１の側面からの吸気漏れが多くならないように、かつ、吸着面の平坦度が高められるように、その厚みを設定することが好ましく、具体的には、０．３ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００２３】
支持部１４は、好ましくはアルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニアから選ばれたセラミックスから構成される。支持部１４は、実質的に開気孔を有しておらず、かつ、真空吸着装置１０を所定の場所に設置して使用するために必要な機械的強度が確保されるように、緻密質である。
【００２４】
この支持部１４の底板には複数の吸引孔１５が鉛直に形成されており、各吸引孔１５は載置部１１が有する開気孔と連通している。そこで、支持部１４の吸引孔１５に真空ポンプ等の吸引装置を取り付けて吸引を行うと、吸引孔１５に連通する載置部１１の開気孔および中間ガラス部１３を介して載置部１１の開気孔に連通する環状載置部１２の開気孔を通して、載置部１１および環状載置部１２の表面全体に吸引力が発生し、これにより半導体ウエハＷを吸着保持することができる。
【００２５】
真空吸着装置１０において半導体ウエハＷを吸着保持する吸着面は、製造工程の最終段階において、載置部１１の表面と環状載置部１２の表面と支持部１４の外周部の上面とを同時に研削、研磨加工することにより形成される。この平坦化処理では、支持部１４は緻密質で研削・研磨抵抗が高いが、載置部１１および環状載置部１２は多孔質で支持部１４より研削・研磨抵抗が小さいために、載置部１１および環状載置部１２が削られやすくなる。しかし、上記の通りに載置部１１と環状載置部１２の開気孔率や平均気孔径を調整し、さらに載置部１１と環状載置部１２がそれぞれ支持部１４と実質的に隙間なく直接に接合された構造とすることにより、各部間に段差が生ずることを防止し、平坦度の良好な吸着面を形成することができる。
【００２６】
本発明に係る真空吸着装置は、真空吸着装置１０のように、その平面形状が円形のものに限定されるものではなく、吸着保持する被吸着体の形状に応じた変形が可能である。例えば、真空吸着装置の平面形状は略四角形であってもよい。
【００２７】
次に、真空吸着装置１０の製造方法について説明する。最初に、支持部１４となる器状のセラミック部材を作製する。例えば、アルミナ等のセラミックス粉末に所定量のバインダを加えて造粒処理し、これを一軸プレス成形し、さらにＣＩＰ成形して、円板状のプレス成形体を作製する。続いて、このプレス成形体を器状に加工し、さらに最終的に吸引孔１５となる貫通孔を内底の所定位置に形成する。こうして得られた加工体を、必要に応じて脱脂処理した後、所定の雰囲気、温度、時間で焼成することにより、支持部１４となる器状のセラミック部材を得ることができる。続いて、こうして作製した支持部１４の吸引孔１５に、後に説明するように支持部１４に第１のスラリーを充填することができるように、樹脂等の焼失材料を充填する。なお、支持部１４の作製にあたっては、プレス成形体を仮焼し、得られた仮焼体を器状に加工し、さらに貫通孔を形成する加工を施し、その後に焼成処理を行ってもよい。
【００２８】
続いて、載置部１１を形成するための第１のスラリーを調製する。この第１のスラリーは、セラミックス粉末（好ましくは、アルミナ粉末または炭化珪素粉末）および第１のガラスの粉末に、水またはアルコール等の溶剤を加えて、ボールミル、ミキサー等の公知の方法を用いて混合することにより、作製することができる。なお、水またはアルコール等の添加量は、特に限定されるものではないが、セラミックス粉末の粒度、第１のガラスの粉末の添加量を考慮して、適切な流動性が得られるように、調節することが好ましい。
【００２９】
載置部１１の開気孔率と平均気孔径の調節は、基本的に、原料粉末であるセラミックス粉末の粒度分布を調整することによって行うことができる。また、セラミックス粉末と第１のガラスの粉末の配合比率を変えること、第１のスラリーの粘度を変えること、第１のスラリーの支持部１４への充填率を変えること、粒子状樹脂、繊維状樹脂、カーボン粉末等の焼失材を添加すること等によっても、載置部１１の開気孔率と平均気孔径を制御することができる。
【００３０】
載置部１１の開気孔率を２０％〜５０％とし、平均気孔径を１０μｍ〜１５０μｍとするためには、セラミックス粉末として平均粒径が２０μｍ〜５００μｍ以下のものを用い、第１のガラスの粉末としては、その平均粒子径がこのセラミックス粉末の平均粒径よりも小さいものを用いることが好ましい。具体的には、第１のガラスの粉末の平均粒径は、セラミックス粉末の平均粒径の１／３以下であることが好ましく、１／５以下であることがより好ましい。これは、第１のガラスの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が阻害されて、後のガラス軟化点以上での焼成時に焼成収縮を起こしてしまうからであり、この場合、焼成により形成される多孔体にクラックが発生し、均一な組織の多孔体を得ることができなくなる。
【００３１】
また、セラミックス粉末に対して添加する第１のガラスの粉末の量は、使用するセラミックス粉末の粒径（粒度分布）や焼成温度におけるガラスの粘性等を考慮して定められるが、多過ぎるとセラミックス粉末の充填が阻害されて焼成収縮が生じ、逆に少な過ぎるとセラミックス粉末の結合強度が低下し、脱粒や欠け等が生ずる。このため、ガラス粉末の量は、所望の結合強度、平均気孔径が得られる範囲においてできるだけ少ないことが好ましく、具体的には、概ね、セラミックス粉末１００質量部に対して５〜３０質量部とすることが好ましい。
【００３２】
さらに第１のガラスとしては、その熱膨張係数が、載置部１１のもう一方の構成成分であるセラミックス材料の熱膨張係数より小さいものを用いることが好ましい。これにより、焼成段階で支持部１４の表面（界面）と実質的に隙間なく直接に接合される載置部１１を形成することが容易となり、また、載置部１１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を作り出すことができる。ガラスは一般的に引張強度に弱いために、ガラスに圧縮応力が加わった状態とすることにより、載置部１１の強度が高められ、研削加工時の脱粒や欠け等の発生を抑制することができる。
【００３３】
こうして作製した第１のスラリーを支持部１４（つまり、器状のセラミック部材）に充填する。このとき必要に応じて、第１のスラリー中の残留気泡を除去するための真空脱泡処理や充填率を高めるための振動を加えるとよい。支持部１４に充填された第１のスラリーを十分に乾燥した後、第１のガラスの軟化点以上の温度で焼成することにより、多孔体が形成される。このときの焼成温度が第１のガラスの軟化点より低いと、支持部１４と多孔体を十分に一体化することができないが、反対に焼成温度が高過ぎると変形や収縮が生じるために、軟化点以上のできるだけ低い温度で焼成することが望ましい。
【００３４】
次いで、支持部１４に形成された多孔体の外周部分または支持部１４の内周部分を機械加工して除去することにより、載置部１１が形成される。続いて、こうして形成された載置部１１の側面に第１のガラスよりも軟化点の低い第２のガラスの粉末を含有するガラスペーストを、例えば、焼成後の厚さが０．３ｍｍ〜３．０ｍｍとなるように塗布し、乾燥させ、第２のガラスの軟化点以上の温度で、好ましくはさらに第１のガラスの軟化点未満の温度で、焼成する。これにより載置部１１に焼成収縮や変形が生ずることを防止しつつ、載置部１１との密着性が高い中間ガラス部１３を形成することができる。
【００３５】
中間ガラス部１３の形成後には、中間ガラス部１３と支持部１４との間には環状溝が残っている状態となるので、以下に説明する、アルミナ粉末等のセラミックス粉末および第２のガラスよりも軟化点の低い第３のガラスの粉末を含む第２のスラリーをこの環状溝に充填し、第３のガラスの軟化点以上の温度で、好ましくはさらに第２のガラスの軟化点未満の温度で、焼成する。こうして、載置部１１の変形や収縮、支持部１４の内壁面および中間ガラス部１３と密着性が高い環状載置部１２を形成することができる。なお、中間ガラス部１３を形成しておくことにより、第２のスラリーを前記環状溝に充填した際に第２のスラリーが載置部１１へ吸収されることが抑制される。
【００３６】
この第２のスラリーは、第１のスラリーと同様に、セラミックス粉末と第３のガラスの粉末に水またはアルコール等の溶剤を加えて、ボールミル等の公知の方法により混合することにより作製することができる。開気孔率が２０％〜５０％で、平均気孔径が載置部１１の平均気孔径の５％〜６０％の環状載置部１２を形成するためには、セラミックス粉末として平均粒径が１０μｍ〜１００μｍのものを用いることが好ましい。
【００３７】
第３のガラスの粉末としては、その平均粒子径がこのセラミックス粉末の平均粒径よりも小さいもの、具体的にはセラミックス粉末の平均粒径の１／３以下であることが好ましく、１／５以下であることがより好ましい。また第３のガラスの粉末の添加量は、セラミックス粉末１００質量部に対して、５〜３０質量部とすることが好ましい。環状載置部１２を構成するセラミックス材料に対して第３のガラスに要求される熱膨張性等の性質は、載置部１１の場合と同様である。
【００３８】
こうして環状載置部１２が形成されたら、その表面（つまり、載置部１１の上面、環状載置部１２の上面、支持部１４の外周の上面）を、平坦度が最終的に例えば１μｍ以下となるように、研削、研磨処理する。これにより真空吸着装置１０が得られる。
【００３９】
上述した真空吸着装置１０の製造方法は、支持部１４に第１のスラリーを流し込む前に、最終的に環状載置部１２が形成される部分に樹脂を充填しておく（例えば、樹脂リングを配置する）ことにより、第１のスラリーに由来する多孔体の外周部の除去加工を不要とする製造方法に変更することができる。
【実施例】
【００４０】
（実施例１〜７および比較例１，２）
実施例１〜７、比較例１，２に係る真空吸着装置として、図１，２に示した構造を有するものを、上述した第１，第２のスラリー等を用いた製造方法にしたがって作製した。支持部１４は緻密質アルミナからなり外径：φ２５０ｍｍ、高さ（厚さ）：５０ｍｍ、深さ：４０ｍｍの形状を有し、その熱膨張係数は８．０×１０-6／℃である。また、この支持部１４の当初の内径はφ２００ｍｍであるが、第１のスラリーを充填、焼成した後にその内周部を切削除去することにより、最終的にその内径をφ２１０ｍｍとした。
【００４１】
実施例１〜７および比較例１，２に係る各真空吸着装置を製造するための第１のスラリーおよび第２のスラリーにそれぞれ使用したアルミナ粉末、ガラス粉末、水の配合比、ならびにアルミナ粉末とガラス粉末の平均粒径は、表１に示す通りである。各種の第１のスラリーの作製に用いた各種の第１のガラスの粉末について、その平均粒径は表１の通りであるが、アルミノ珪酸ガラスであること、熱膨張係数は４５×１０-7／℃であること、その軟化点は９５０℃であること、は共通である。また、各種の第２のスラリーの作製に用いた各種の第３のガラスの粉末について、その平均粒径は表１の通りであるが、ホウ珪酸ガラスであること、その熱膨張係数は４０×１０-7／℃であること、その軟化点は７５０℃であること、は共通である。中間ガラス部１３を形成するためのガラスペーストには、平均粒径が５．０μｍで、軟化点が８３０℃のホウ珪酸系ガラス粉末が含まれている。第１のスラリー注型後の焼成は１０００℃で、ガラスペーストの焼成は９００℃で、第２のスラリー注型後の焼成は８００℃で、それぞれ行い、その後に吸着面の平坦度を１μｍ未満とすべく、研削、研磨加工を行った。
【００４２】
（比較例３）
比較例３に係る真空吸着装置として、図３に示す構造のものを作製した。この比較例３に係る真空吸着装置２０は、外径：２５０ｍｍ、内径：φ１９０ｍｍ、高さ（厚さ）：５０ｍｍ、深さ：４０ｍｍの形状を有する器状の略緻密質なアルミナ製の支持部２１に、実施例３に係る真空吸着装置の作製に用いた第１のスラリーと同じスラリーを充填、乾燥、焼成して載置部２２を形成し、得られた焼成体の表面を研削、研磨加工して、作製されたものである。したがって、載置部２２と支持部２１とは、実質的に隙間なく直接に接合されている。なお、図３に示す符号２３は吸引口である。
【００４３】
（比較例４）
比較例４に係る真空吸着装置として、図４に示す構造のものを作製した。この図４に示す真空吸着装置３０は、支持部１４と、表１に示す平均気孔径および開気孔率を有する市販のアルミナ多孔体を円板状に加工した載置部３１と、表１に示す平均気孔径および開気孔率を有する市販のアルミナ多孔体をリング状に加工した環状載置部３２とを、ガラスペーストを用いて接着（つまり、ガラスペーストを塗布、焼成して接着）し、その後に吸着面の研削、研磨処理を行うことにより作製されたものである。なお、図４において、符号３３がガラス接着部３３を示しているが、実際のガラス接着部３３は、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度の薄い層である。
【００４４】
（比較例５）
比較例５に係る真空吸着装置として、図５に示す構造を有するものを作製した。この図５に示す真空吸着装置４０は、表１に示す平均気孔径および開気孔率を有する市販のアルミナ多孔体を円板状に加工した載置部４１を、比較例３の作製に用いた支持部と同じ支持部２１に、ガラスペーストを用いて接着し、その後に吸着面の研削、研磨処理を行うことにより作製されたものである。なお、図５において、符号４３がガラス接着部を示しているが、実際のガラス接着部４３は、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度の薄い層である。
【００４５】
（評価方法）
作製した各真空吸着装置の吸着面の平坦度は真直度測定装置により測定した。また、各真空吸着装置について、アスピレータを用いて０．０５ＭＰａの吸引圧でφ２００ｍｍの半導体ウエハを吸着保持し、そのときの半導体ウエハの平坦度を真直度測定装置により測定し、その平坦度が１μｍ未満の場合を合格とした。スラリーを用いて載置部、環状載置部を作製した真空吸着装置（実施例１〜７、比較例１，２）については、半導体ウエハの平坦度を測定した後に、真空吸着装置を破壊し、載置部や環状載置部の破片を用いて、アルキメデス法により開気孔率を、水銀圧入法により平均気孔径を求めた。
【００４６】
（評価結果）
評価結果を表１に併記する。実施例１〜７では、真空吸着装置の吸着面の平坦度を１μｍ未満とする平坦化処理加工を容易に行うことができ、また吸着保持時の半導体ウエハの平坦度も１μｍ未満に抑えることができた。また載置部と環状載置部の平均気孔径が同等である実施例３〜５を比べると、環状載置部の開気孔率が小さい実施例５における半導体ウエハの平坦度が最も優れていた。これに対して、比較例１，２では、吸着面の平坦度は１μｍ未満とすることができたが、半導体ウエハの平坦度が１μｍ以上となった。これは環状載置部の平均気孔径が大きいことから吸気漏れが大きくなり、均一に半導体ウエハを吸着することができなかったためと思われる。また比較例３では、環状載置部が形成されていないため載置部と支持部との研削量の相違により段差が生じ、吸着面の平坦度を１μｍ未満とすることはできなかった。さらに比較例４，５では、支持部と載置部等とがガラスペーストによって接着されているために、吸着面の平坦度を１μｍ未満とする加工が困難であり、その結果、半導体ウエハを吸着保持した際の平坦度も悪かった。
【００４７】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の真空吸着装置は、例えば、半導体ウエハやガラス基板等の搬送装置、加工装置、検査装置等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る真空吸着装置の水平断面図。
【図２】図１中に示す線ＡＡを含む垂直断面図。
【図３】比較例に係る真空吸着装置の垂直断面図。
【図４】比較例に係る別の真空吸着装置を示す断面図。
【図５】比較例に係るさらに別の真空吸着装置を示す断面図。
【図６】従来の真空吸着装置を示す垂直断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１０；真空吸着装置
１１；載置部
１２；環状載置部
１３；中間ガラス部
１４；支持部
１５；吸引孔
２０；真空吸着装置
２１；支持部
２２；載置部
２３；吸引孔
３０；真空吸着装置
３１；載置部
３２；環状載置部
３３；ガラス接着部
４０；真空吸着装置
４１；載置部
４３；ガラス接着部
９０；真空吸着装置
９１；吸着部材
９２；支持部材
９２ａ；支持部
９２ｂ；隔壁部
９３；吸引孔
９４；接着層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被吸着体を吸着保持するための、セラミックス／ガラス複合多孔体からなる載置部および当該載置部の外周に設けられたセラミックス／ガラス複合多孔体からなる環状載置部と、
前記載置部と前記環状載置部との間に形成された中間ガラス部と、
前記載置部の気孔に連通する吸引孔を備え、前記載置部および前記環状載置部を支持する支持部と、
を具備し、
前記載置部と前記支持部との間、前記環状載置部と前記支持部との間、前記載置部と前記中間ガラス部との間、前記環状載置部と前記中間ガラス部との間はそれぞれ、実質的に隙間なく各部が直接に接合された構造となっていることを特徴とする真空吸着装置。
【請求項２】
略緻密質セラミックスからなる器状の前記支持部を作製する工程と、
所定のセラミックス粉末と第１のガラスの粉末とを含む第１のスラリーを調製する工程と、
前記第１のスラリーを前記支持部に充填し、前記第１のガラスの軟化点以上の温度で焼成して、セラミックス／ガラス複合多孔体を形成する工程と、
前記セラミックス／ガラス複合多孔体の外周部または前記支持部の内周部を除去して前記載置部を形成する工程と、
前記載置部の外周側面に前記第１のガラスよりも軟化点の低い第２のガラスの粉末を含むガラスペーストを塗布し、前記第２のガラスの軟化点以上の温度で焼成して、前記中間ガラス部を形成する工程と、
所定のセラミックス粉末と前記第２のガラスよりも軟化点の低い第３のガラスの粉末とを含む第２のスラリーを調製する工程と、
前記載置部と前記支持部の内壁との隙間に前記第２のスラリーを充填し、前記第３のガラスの軟化点以上の温度で焼成して、セラミックス／ガラス複合多孔体からなる前記環状載置部を形成する工程と、を経て製造されたものであることを特徴とする請求項１に記載の真空吸着装置。
【請求項３】
前記載置部は、その開気孔率が２０％〜５０％、その平均気孔径が１０μｍ〜１５０μｍであり、
前記環状載置部は、その開気孔率が２０％〜５０％であり、その平均気孔径は前記載置部の平均気孔径の５％〜６０％であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空吸着装置。
【請求項４】
前記環状載置部の開気孔率が前記載置部の開気孔率よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の真空吸着装置。
【請求項１】
被吸着体を吸着保持するための、セラミックス／ガラス複合多孔体からなる載置部および当該載置部の外周に設けられたセラミックス／ガラス複合多孔体からなる環状載置部と、
前記載置部と前記環状載置部との間に形成された中間ガラス部と、
前記載置部の気孔に連通する吸引孔を備え、前記載置部および前記環状載置部を支持する支持部と、
を具備し、
前記載置部と前記支持部との間、前記環状載置部と前記支持部との間、前記載置部と前記中間ガラス部との間、前記環状載置部と前記中間ガラス部との間はそれぞれ、実質的に隙間なく各部が直接に接合された構造となっていることを特徴とする真空吸着装置。
【請求項２】
略緻密質セラミックスからなる器状の前記支持部を作製する工程と、
所定のセラミックス粉末と第１のガラスの粉末とを含む第１のスラリーを調製する工程と、
前記第１のスラリーを前記支持部に充填し、前記第１のガラスの軟化点以上の温度で焼成して、セラミックス／ガラス複合多孔体を形成する工程と、
前記セラミックス／ガラス複合多孔体の外周部または前記支持部の内周部を除去して前記載置部を形成する工程と、
前記載置部の外周側面に前記第１のガラスよりも軟化点の低い第２のガラスの粉末を含むガラスペーストを塗布し、前記第２のガラスの軟化点以上の温度で焼成して、前記中間ガラス部を形成する工程と、
所定のセラミックス粉末と前記第２のガラスよりも軟化点の低い第３のガラスの粉末とを含む第２のスラリーを調製する工程と、
前記載置部と前記支持部の内壁との隙間に前記第２のスラリーを充填し、前記第３のガラスの軟化点以上の温度で焼成して、セラミックス／ガラス複合多孔体からなる前記環状載置部を形成する工程と、を経て製造されたものであることを特徴とする請求項１に記載の真空吸着装置。
【請求項３】
前記載置部は、その開気孔率が２０％〜５０％、その平均気孔径が１０μｍ〜１５０μｍであり、
前記環状載置部は、その開気孔率が２０％〜５０％であり、その平均気孔径は前記載置部の平均気孔径の５％〜６０％であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空吸着装置。
【請求項４】
前記環状載置部の開気孔率が前記載置部の開気孔率よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の真空吸着装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−９３４９１（Ｐ２００６−９３４９１Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７８７１８（Ｐ２００４−２７８７１８）
【出願日】平成１６年９月２７日（２００４．９．２７）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２７日（２００４．９．２７）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Ｆターム（参考）】
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