JP2008132562A - 真空チャックおよびこれを用いた真空吸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空チャックの通気抵抗が高いため、吸着面を洗浄するために吸引路より圧縮性流体を供給すると、支持部から吸着部が外れるおそれがあった。
【解決手段】 セラミックスの緻密質体からなる支持部３に、セラミックスを用いた多孔質体からなり、板状体を吸着する吸着面２ｂを備えた吸着部２が接合されており、支持部３は、吸着部２との接合面に向けて形成された吸引路３ａと、接合面に形成されて吸引路３ａが開口した支持部側溝３ｅとを備えており、吸着部２は、支持部３との接合面に形成された支持部側溝３ｅと一部が重なる吸着部側溝２ｃを備えている真空チャック１である。通気抵抗が低く、剛性の高い真空チャック１とすることができ、この真空チャック１を用いた真空吸着装置は、長期間の使用に供することができ、信頼性が高くすることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の板状体を研磨，露光，検査等するために、これら板状体を吸着する真空チャックおよびこれを用いた真空吸着装置に関するものである。

半導体デバイスの製造工程では、半導体ウエハを処理するために吸着して保持する真空チャックが用いられている。この真空チャックの構成や真空チャックの各部材の材料には種々の工夫が検討され、半導体ウエハに対して確実に吸着でき均一な吸着作用を与える、多孔質体を用いた真空チャックが用いられるようになってきている。

このような多孔質体を用いた真空チャックは、微細な気孔を介して吸引することによって多孔質体の表面に吸着作用を与え、多孔質体の表面に半導体ウエハを吸着保持する。

このような真空チャックや真空吸着装置が特許文献１，２に開示されている。

図10は、特許文献１に開示されている真空チャックの一例を示す、（ａ）は真空チャック（吸着板）を備えたチャックテーブルの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のチャックテーブルの概略断面図である。

この真空チャック(吸着板)21は、半導体ウエハ（不図示）を吸着するための吸着面22ａを有する多孔質体からなる吸着部22と、この吸着部22と同質のセラミックスからなり、吸着部22を径方向に複数に分割する環状隔壁25および吸着部22を囲繞して支持する環状の支持部23とを一体焼成させて、基台24の上面にねじ止めして取り付けられているものである。この基台24は、多孔質体からなる吸着部22に対応させて中央に円形の吸引溝26ａと、これと同心円状の吸引溝26ｂとが形成されるとともに、これらの吸引溝26ａ，26ｂにそれぞれ連通する吸引孔26ｃ，26ｄが形成され、かつこれらの吸引孔26ｃ，26ｄは通気経路27を経て真空ポンプ等の吸引源（不図示）に連通されている。

従って、吸着部22の吸着面22ａに半導体ウエハ（不図示）を載置して吸引手段28により吸着部22に吸着作用を施すと、その吸着作用は吸着部22の気孔を介して吸着面22ａに到達し、半導体ウエハを吸着保持することができるようになっている。なお、通気経路27中に取り付けられたバルブ29を選択的に開閉させることでワークサイズの異なる半導体ウエハ（不図示）を吸着保持することができるというものである。そしてこの真空チャック21によれば、吸着部22と支持部23との間に生じる隙間や段差、さらには支持体23には底部がないことから底部からの拘束がなく、吸着面22ａにうねりが生じることがないので、半導体ウエハの表面を研削する際に窪み、段差、うねりを防止し高精度に研削できる。

図11は、特許文献２に開示されている真空吸着装置（真空チャック）の一例を示す、（ａ）は真空吸着装置（真空チャック）の水平断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線での垂直断面図である。

真空吸着装置30は、円板状の吸着部31と、吸着部31の外周を囲うように設けられた環状吸着部32と、吸着部31と環状吸着部32との間に形成された中間ガラス部33と、吸着部31および環状吸着部32を支持する器状の支持部34とを備え、吸引孔35を介して真空ポンプ等の吸引装置（不図示）で吸引することにより半導体ウエハＷを吸着保持できる構成とされている。吸着部31はセラミックスおよび第１のガラスが複合化された多孔質体からなり、中間ガラス部33は、第２のガラス多孔質体からなり、環状吸着部32は、セラミックスおよび第３のガラスが複合化された多孔質体からなり、第１〜３のガラスはそれぞれ異なる軟化点を有し、吸着部31，中間ガラス部33，環状吸着部32の順番で逐次焼成を行な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、溶融することがなく、実質的に隙間なく各部が直接に接合された構造とされている。さらに、製造工程の最終段階において、各部の表面を同時に研削，研磨加工することにより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というものである。
特開2001−138228号公報 特開2006−93491号公報

しかしながら、特許文献１で開示された真空チャック21は、半導体ウエハのデバイス形成面の裏面に窪み，段差，うねり等が生じることなく、高精度に研削できるものの、繰り返しの使用によって研削屑や研磨屑等の異物が吸着面22ｂに詰まり、これを洗浄するために、吸引孔26ｃ，26ｄおよび吸引溝26ａ，26ｂを通して、例えば、水と空気とを混合して圧縮した流体（以下、単に圧縮性流体と称す。）を供給すると、支持部23から吸着部22が外れるおそれがある。

また、特許文献２で開示された真空吸着装置30は、吸着部31，環状吸着部32，中間ガラス部，支持部34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ことから接合強度のバラツキが少なく接合強度を高めることができ、これにより耐久性に優れ、製造工程の最終段階において、各部の表面を同時に研削，研磨加工するので、吸着面31の平坦度が良好であるものの、特許文献１の真空チャックと同様に、吸着面の詰まりに対して、洗浄のために水と空気とを混合して圧縮した流体を供給すると、吸着部31が環状吸着部32もろとも外れるため、または洗浄できず、交換が必要となり寿命が短いという問題があった。

また、真空チャックに用いる材質によっては、半導体ウエハを吸着保持して研削や研磨加工を施した際に発生する熱を十分に逃がすことができず、デバイス形成面を保護するために被覆した樹脂フィルムが溶けて、デバイス形成面が損傷するという問題もあった。

本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、繰り返しの使用によって研削屑や研磨屑等の異物が吸着面に詰まっても、通気抵抗が低いことから洗浄により除去でき、しかも放熱特性の高い真空チャックおよびこれを用いた真空吸着装置を提供することを目的とする。

本発明の真空チャックは、セラミックスの緻密質体からなる支持部に、セラミックスを用いた多孔質体からなり、板状体を吸着する吸着面を備えた吸着部が接合されており、前記支持部は、前記吸着部との接合面に向けて形成された吸引路と、前記接合面に形成されて前記吸引路が開口した支持部側溝とを備えており、前記吸着部は、前記支持部との接合面に形成された前記支持部側溝と一部が重なる吸着部側溝を備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の真空チャックは、上記構成において、前記支持部側溝は複数が同心円状に形成され、前記吸着部側溝は複数が格子状に形成されていることを特徴とするものである。

さらに、本発明の真空チャックは、上記構成において、前記支持部側溝は複数が格子状に形成され、前記吸着部側溝は複数が同心円状に形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の真空チャックは、上記構成において、前記吸着部側溝は、開口の幅が底面の幅よりも狭いことを特徴とするものである。

さらに、本発明の真空チャックは、上記構成において、前記セラミックスが炭化珪素であることを特徴とするものである。

また、本発明の真空チャックは、上記構成において、前記多孔質体はセラミックスの粒子をシリコンで結合してなるものであることを特徴とするものである。

さらに、本発明の真空チャックは、上記構成において、前記吸着部は前記支持部にガラスで接合されていることを特徴とするものである。

また、本発明の真空吸着装置は、上記構成のいずれかの本発明の真空チャックを用いたことを特徴とするものである。

本発明の真空チャックは、セラミックスの緻密質体からなる支持部に、セラミックスを用いた多孔質体からなり、板状体を吸着する吸着面を備えた吸着部が接合されており、支持部は、吸着部との接合面に向けて形成された吸引路と、接合面に形成されて吸引路が開口した支持部側溝とを備えており、吸着部は、支持部との接合面に形成された支持部側溝と一部が重なる吸着部側溝を備えていることから、少なくとも吸着部側溝には吸着部と支持部とを接合する接合剤が吸着部の接合面近傍の気孔に充填されることがないので、吸着部における通気抵抗を低減することができる。

本発明の真空チャックは、支持部側溝は複数が同心円状に形成され、吸着部側溝が格子状に形成されているときには、吸引路より吸着面を洗浄するための圧縮性流体を供給しても、圧縮性流体は支持部側溝より吸着部側溝を徐々に伝わって、吸着部の気孔に浸入するので、支持部より吸着部が外れる確率を低くすることができる。

本発明の真空チャックは、支持部側溝は複数が格子状に形成され、吸着部側溝は複数が同心円状に形成されているときには、吸引路より吸着面を洗浄するための圧縮性流体を供給しても、圧縮性流体は支持部側溝より吸着部側溝を配置された溝を徐々に伝わって吸着部の気孔に浸入するので、支持部より吸着部が外れる確率を低くすることができる。

本発明の真空チャックでは、吸着部側溝は、開口の幅が底面の幅よりも狭いときには、吸引路より吸着面を洗浄するための圧縮性流体を供給しても、開口の幅が底面の幅と等しい場合や開口の幅が底面の幅よりも広い場合よりも圧縮性流体の流速は底面に向かうほど低下するため、支持部から吸着部が外れる確率をさらに低くすることができる。

本発明の真空チャックは、セラミックスが炭化珪素であるときには、炭化珪素自体の熱伝導率が高いため、放熱特性が高い真空チャックとすることができる。

本発明の真空チャックは、多孔質体がセラミックスの粒子をシリコンで結合してなるものでときには、炭化珪素より熱伝導率が高いシリコンにより炭化珪素の粒子間の熱伝導を良好にすることができ、放熱特性がより高い真空チャックとすることができる
本発明の真空チャックは、吸着部が支持部にガラスで接合されているときには、吸着部が支持部に樹脂で接合されている場合より信頼性が高く、またシリコンの融点1410℃よりかなり低い温度、例えば900〜1000℃でガラスが溶融した状態となるものの、この温度では炭化珪素の粒子を結合しているシリコンが溶融しないため、信頼性の高い真空チャックとすることができる。

本発明の真空吸着装置は、上述の通り通気抵抗が低く、放熱特性の高い本発明の真空チャックを用いていることから、長期間の使用に供することができる信頼性の高い真空吸着装置である。

以下、本発明の真空チャックの実施の形態の例について説明する。

図１および図２は、本発明の真空チャックの実施の形態の一例を示す、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は（ａ）における断面図であり、図２（ｃ）は吸着部の底面図、図２（ｄ）は支持部の平面図である。なお、以降に示す図において共通の部位を表す場合は同じ参照符号を用いて示す。

本発明の真空チャック１は、セラミックスの緻密質体からなる支持部３に、セラミックスを用いた多孔質体からなり、板状体を吸着する吸着面２ｂを備えた吸着部２が接合されており、支持部３は、吸着部２との接合面に向けて形成された吸引路３ａと、接合面に形成されて吸引路３ａが開口した支持部側溝３ｅとを備えており、吸着部２は、支持部３との接合面に形成された支持部側溝３ｅと一部が重なる吸着部側溝２ｃを備えている。

吸着部２は、セラミックスが用いられ、吸着作用をなす気孔２ａが連続した三次元網目構造を有する多孔質体からなる円板形状の板状体であって、その吸着面２ｂは平坦度を維持するために使用頻度に応じて研磨される。半導体ウエハやガラス基板（いずれも不図示）等の板状体は、断面が円形状の吸引路３ａと、この吸引路３ａに対応するように同心円状に形成された支持部側溝３ｅ（ただし、対応する同心円状の支持部側溝３ｅが形成できない支持部３の中央に位置する吸引路３ａは除外する。）と、この支持部側溝３ｅと一部が重なる吸着部側溝２ｃおよび多孔質体からなる吸着部２の気孔２ａとを介して真空ポンプ等の吸引手段（不図示）により吸引することで、吸着部２の吸着面２ｂに吸着して保持されるようになっている。

本発明の真空チャック１では、吸着部２が支持部側溝３ｅと一部が重なる吸着部側溝２ｃを備えていることが重要である。この吸着部側溝２ｃを形成することにより、少なくとも吸着部側溝２ｃに吸着部２と支持部３とを接合する接合剤が吸着部２の接合面近傍の気孔２ａに充填されることがなくなるため、吸着部２における通気抵抗を低減することができる。

支持部３は、中央に吸着部２を接合の際に載置する円形の凹部３ｂを有する円板状の緻密質体から成り、ガラス，シリコンまたは樹脂等で形成された結合層４により凹部３ｂ内で吸着部２を固定して支持するものである。また、この支持部３は、吸着部２の吸着面２ｂと支持部３の凹部３ｂを形成する外壁３ｃの頂面３ｄとが同一平面上に位置するように構成してあり、支持部３の外周縁にはフランジ部３ｆが備えられ、ネジ止めや係合等の手段によりフランジ部３ｆを各種装置に取り付けるようになっている。

このような真空チャック１は、吸着部２が、例えば、その直径が140〜300ｍｍ、厚み（ｄ２）が５〜10ｍｍの円板形状をなす多孔質体の板状体であって、支持部３は、中央に円形の凹部３ｂを備え、外壁３ｃ間の外径が143〜380ｍｍ、厚み（ｄ３）が14.3〜60ｍｍである円板状の緻密質な枠体である。

ところで、本発明の真空チャック１は、例えば図２（ｃ），（ｄ）に示すように、支持部側溝３ｅは複数が同心円状に形成され、吸着部側溝２ｃは複数が格子状に形成される。支持部側溝３ｅ，吸着部側溝２ｃをこのような配置にして組み合わせることで、吸引路３ａより吸着面２ｂを洗浄するために、例えば水と空気とを混合して、圧縮した流体（以下、単に圧縮性流体と称す。）を供給しても、圧縮性流体は支持部側溝３ｅより吸着部側溝２ｃを徐々に伝わって、吸着部２の気孔２ａに浸入することにより、通気抵抗を低くすることができるので、支持部３より吸着部２が外れる確率を低くすることができる。

次に、図３〜５は、本発明の真空チャック１に用いる、それぞれ（ａ）は吸着部の底面図、（ｂ）は支持部の平面図である。

図３に示す支持部３は、支持部側溝３ｅが格子状に形成され、吸着部２は、吸着部側溝２ｃが同心円状に形成されたものである。

図４に示す支持部３は、支持部側溝３ｅが同心円状に形成され、吸着部２は、吸着部側溝２ｃが放射状に形成されたものである。

図５に示す支持部３の支持部側溝３ｅと吸着部２の吸着部側溝２ｃとは、ともに格子状に形成され、両者の格子を斜めに交差するように配置したものである。

これら図３〜５に示す吸着部２と支持部３とからなる真空チャックも、図１に示す真空チャック１と同様の作用および効果が得られる。

図２〜５に示す吸着部２と支持部３とを用いた真空チャック１の通気抵抗の計測については、以下に述べるような方法で測定する。まず、真空ポンプ（不図示）を配管（不図示）を介して吸引路３ａに接続した後、例えば80〜90ｋＰａの圧力で吸引する。この吸引により吸着部２の厚み（ｄ２），気孔率，平均気孔径および支持部側溝３ｅ，吸着部側溝２ｃの配置形態に応じて圧力損失が発生する。この圧力損失については、配管に備え付けられた圧力ゲージでその値を読みとればよく、この圧力損失の値が大きければ、通気抵抗が高いことを示し、圧力損失の値が小さければ、通気抵抗が低いことを示す。

ここで、真空チャック１の厚み方向に対し、支持部側溝３ｅを含まない垂直な断面における吸引路３ａの断面積をＳ_３として、吸着部側溝２ｃの表面積（側面の表面積＋底面の表面積）をＳ_２とすると、本発明の真空チャック１で発生する圧力損失は、吸着部側溝２ｃが形成されない従来の真空チャック21で発生する圧力損失のＳ_３／３（Ｓ_３＋Ｓ_２）〜Ｓ_３／（Ｓ_３＋Ｓ_２）とすることができる。

図６は、本発明の真空チャック１の吸着部２に形成された吸着部側溝２ｃの形状を示す断面図であり、各断面が（ａ）は矩形、（ｂ）は逆台形、（ｃ）は逆台形と矩形とを複合させた形状であって、開口側が逆台形、開口側と反対側が矩形、（ｄ）は側面を表す輪郭が底辺に向かって広がっている形状である。

吸着部側溝２ｃの断面の形状は、図６（ａ）に示すような矩形であっても何等差し支えないが、図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、開口の幅（Ｗ１）が底面（開口部に相対する面）の幅（Ｗ２）よりも狭くなっていることが好適である。開口の幅（Ｗ１）が底面の幅（Ｗ２）よりも狭い吸着部側溝２ｃを備えている真空チャック１では、吸引路３ａより吸着面２ｂを洗浄するための圧縮性流体を供給すると、開口の幅が底面の幅と等しい場合や開口の幅が底面の幅よりも広い場合よりも圧縮性流体の流速は底面に向かうほど低下するため、支持部３から吸着部２が外れる確率がさらに低減するからである。

このような真空チャック１は、吸着部２および支持部３が上述のような大きさである場合は、例えば、支持部側溝３ｅの幅および深さはそれぞれ1.0〜10.0ｍｍおよび1.0〜5.0ｍｍであり、吸着部側溝２ｃの開口の幅（Ｗ１）および深さはそれぞれ1.0〜30.0ｍｍおよび1.0〜5.0ｍｍであり、吸着部側溝２ｃの開口の幅（Ｗ１）は底面の幅（Ｗ２）の40〜70％であることが好適である。

吸着部側溝２ｃの開口の面積をＳ_Ｗ１、底面の面積をＳ_Ｗ２とすると、この図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）の形状の吸着部側溝２ｃを有する吸着部２を用いた真空チャック１で発生する圧力損失は、開口の幅（Ｗ１）と底面の幅（Ｗ２）が等しい図６（ａ）の形状の吸着部側溝２ｃを有する吸着部２を用いた真空チャック１で発生する圧力損失のＳ_Ｗ１／３Ｓ_Ｗ２〜Ｓ_Ｗ１／Ｓ_Ｗ２とすることができる。

また、真空チャック１の放熱特性および機械的特性は、吸着部２や支持部３を構成する材料の組成による影響が大きい。

本発明の真空チャック１は、吸着部２や支持部３を構成するセラミックスが炭化珪素であることが好適である。

炭化珪素は相対密度98％の緻密な焼結体にしたとき、熱伝導率は200Ｗ／（ｍ・ｋ）、３点曲げ強度は450ＭＰａといずれも高いからであり、これ以外のセラミックス、例えば酸化アルミニウム，窒化珪素，窒化アルミニウム，酸化ジルコニウム等では、熱伝導率または機械的強度のいずれかが低いからである。

また、支持部３は、吸着部２と同様、高い放熱特性および機械的特性が要求されることから、組成の如何に関わらず、相対密度は98％以上であることが好適である。

また、本発明の真空チャック１は、吸着部２を形成する多孔質体が炭化珪素の粒子をシリコンで結合していることが好適である。

シリコンは炭化珪素の粒子に対する濡れ性がよく、しかもシリコン自体の熱伝導率が高いため、吸着部２の機械的特性、特に剛性や放熱特性を高くすることができるからである。

ここで、炭化珪素の粒子をシリコンで接合した状態を図７を用いて説明する。図７は、炭化珪素の粒子５をシリコン６で接合した状態を示す模式図である。

吸着部２を形成する多孔質体は、シリコン６が炭化珪素の粒子５を接合し、７を気孔とする多孔質体である。炭化珪素の粒子５に対するシリコン６の濡れ性は良好で、シリコン６が炭化珪素の粒子５に容易に被着し、この被着したシリコン６は互いに強固に連結してシリコン相を形成するので、剛性や熱伝導率を高く保持することができ、例えば、多孔質体のヤング率を22ＧＰａ以上64ＧＰａ以下とし、熱伝導率を70Ｗ／（ｍ・ｋ）以上110Ｗ／（ｍ・ｋ）以下とすることができる。このシリコン相の形成過程では、シリコン相の内部に空隙、気泡等の非連結部８を発生させないことが好ましい。このような非連結部８は熱伝導率を低下させるからである。

なお、非連結部８の有無は、例えば走査型電子顕微鏡を用い、倍率50〜5000倍として、1.8ｍｍ×2.0ｍｍの範囲で観察することができる。また、非連結部８の面積比率は、以下の数式（１）で示される比率として定義され、吸着部２の放熱特性は非連結部８の面積比率を小さくする方が好ましく、その上限は2.5％とすることが好適である。

非連結部８の面積比率＝非連結部８の面積／（シリコン６の面積＋非連結部８の面積）×100（％）・・・（１）
この面積比率は次のようにして求めることができる。即ち、吸着部２から切り出した一部を、真空中で樹脂に埋め込んで円柱状の試料とし、この試料の平面をダイヤモンド砥粒を用いて研磨して鏡面とした後、工業用顕微鏡（Nikon ECLIPSE LV150）を用いて、この鏡面を５〜50倍にて撮影した画像をＪＰＥＧ形式にて保存する。次に、ＪＰＥＧ形式で保存した画像ファイルをソフト（Adobe（登録商標）Photoshop（登録商標）Elements）を用いて画像処理を施し、ＢＭＰ形式にて保存する。具体的には画像上の有彩色を削除し、白黒の二階調化（白黒化）を行なう。この二階調化では、工業用顕微鏡（Nikon ECLIPSE LV150）で撮影した画像と比べながら、炭化珪素の粒子５とシリコン６とが識別できる閾値を設定する。閾値を設定した後、この二階調化された画像を「画像から面積」というフリーソフトを用いて、シリコン６の面積をピクセル単位で読みとる。非連結部８についても上述と同様の方法で読みとり、それらの結果を用いて、数式（１）で算出することができる。

また、吸着部２の気孔率が高く、平均気孔径が大きいと、通気抵抗は低くなるが、剛性や放熱特性は下がる。一方、気孔率が低く、平均気孔径が小さいと、通気抵抗は高くなるが、剛性や放熱特性は向上する。このような観点から、吸着部２は、その気孔率を27％以上40％以下とし、平均気孔径を20μｍ以上40μｍ以下とすることが好適である。気孔率および平均気孔径をこの範囲にすることで、真空チャック１の通気抵抗，剛性および放熱特性を最適化することができ、後述する測定方法により、例えば、剛性を示すヤング率を１ＧＰａ以上10ＧＰａ以下とすることができる。

なお、吸着部２の気孔率および平均気孔径については、それぞれアルキメデス法およびＪＩＳ Ｒ 1655−2003に準拠して求めることができる。

また、吸着部２を形成する多孔質体が炭化珪素の粒子５をシリコン６で結合したものである場合は、吸着部２は支持部３にガラスで接合されていることが好適である。

吸着部２を支持部３にガラスで接合すると、吸着部２が支持部３に樹脂で接合されている場合より信頼性が高く、またシリコン６の融点1410℃よりかなり低い温度、例えば900〜1000℃でガラスが溶融した状態となるものの、この温度では炭化珪素の粒子５を結合しているシリコン６が溶融しないため、信頼性の高い真空チャックとすることができるからである。

特に、このガラスはそれぞれ酸化物換算でシリコン（Ｓｉ）を30〜65質量％，アルミニウム（Ａｌ）を10〜40質量％，硼素（Ｂ）を10〜20質量％，Ｃａを４〜５質量％，Ｍｇを１〜５質量％，Ｔｉを５質量％以下（０質量％を除く）含有したガラス、あるいはそれぞれ酸化物換算でシリコン（Ｓｉ）を30〜65質量％，アルミニウム（Ａｌ）を10〜40質量％，硼素（Ｂ）を10〜20質量％，Ｃａを４〜５質量％，Ｍｇを１〜５質量％，Ｂａを６質量％以下（０質量％を除く），ストロンチウム（Ｓｒ）を５質量％以下（０質量％を除く）含有したガラスであることが好適である。ガラスの組成をこのようにすることで、吸着部２を支持部３に強固に接合することができるからである。

図８は、真空チャック１の剛性の計測手段を示す断面図である。

また、真空チャック１の剛性については、図８に示すように、真空チャック１と同心円状に支持リング９で真空チャック１を支持し、真空チャック１の中心に荷重を与えたときの、真空チャック１の変位量を電気マイクロメータ（不図示）で計測し、以下の数式（２）により、ヤング率を求めればよい。

Ｅ＝（（３＋υ）Ｐ（ｄ／２）^２・12（１−υ））／（16π（１＋υ）・ｈ^３・ω）・・・（２）
但し、Ｅ：真空チャック１のヤング率（ＧＰａ）
υ：真空チャック１のポアソン比
Ｐ：荷重（Ｎ）
ｄ：支持リング９の内径（ｍｍ）
ｈ：真空チャック１の厚み（ｍｍ）（図１ではｈはｄ３である。）
ω：真空チャック１の変位量（ｍｍ）

図９は、真空チャック１の放熱特性の計測手段を示す断面図である。放熱特性の計測は、具体的には、以下のような手順となる。まず、炭化珪素からなる均熱板10をホットプレート11に置いた後、ホットプレート11を加熱し、均熱板10を60℃に保持する。この状態で、均熱板10上に真空チャック１を置き、このときから50秒後の支持部３の裏面の中心の温度を熱電対12で測定する。この温度が高ければ、真空チャック１の放熱特性は高く、この温度が低ければ、放熱特性は低いと言える。

次に、本発明の真空チャックの製造方法の一例を説明する。

本発明の真空チャック１の一部である吸着部２を得るには、まず平均粒径が105〜350μｍのα型炭化珪素粉末100質量部に対して、平均粒径が１〜90μｍのシリコン粉末15〜30質量部を調合し、成形助剤として後の脱脂処理後の残炭率が30％以上となるような熱硬化性樹脂、例えば、フェノール樹脂，エポキシ樹脂，フラン樹脂，フェノキシ樹脂，メラミン樹脂，尿素樹脂，アニリン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，ウレタン樹脂，メタクリル樹脂のうちの少なくともいずれか１種を添加し、ボールミル，振動ミル，コロイドミル，アトライター，高速ミキサー等で均一に混合する。特に、成形助剤としては、熱硬化後の収縮性が低いという点から、レゾール型またはノボラック型のフェノール樹脂が好適である。

成形助剤の添加量は、成形体の生密度に影響を与えるため、吸着部２の気孔率および平均気孔径にも影響する。吸着部２の気孔率を27％以上40％以下とし、平均気孔径を20μｍ以上40μｍ以下とするには、α型炭化珪素粉末100質量部に対し、成形助剤の添加量を５〜20質量部とすればよい。

ところで、炭化珪素にはα型とβ型が存在するが、一般的にα型はβ型より耐酸化性が高く、粒子内部には残留炭素や残留珪素を殆ど含まない。このような理由から、出発原料にはα型炭化珪素を用いる。

また、このα型炭化珪素粉末の平均粒径を105〜350μｍとすることが重要であり、平均粒径が105μｍ未満では、粒径の小さな粉末が閉気孔を形成したり、気孔自体を小さくしたりすることで、半導体ウエハやガラス基板を吸着する場合に通気抵抗が高くなり、平均粒径が350μｍを超えると、吸着部２の密度が低下することで、強度が低下するからである。α型炭化珪素粉末の平均粒径を105〜350μｍとすることで、通気抵抗が低く、強度低下を招くことのない吸着部２を得ることができる。

また、シリコン（珪素）粉末は、後の熱処理でシリコン相となって、炭化珪素の粒子を連結する。シリコン粉末は、平均粒径が１〜90μｍの粉末を用い、α型炭化珪素粉末100質量部に対し、その比率を15〜30質量部とすることが重要である。シリコン粉末の平均粒径が１μｍ未満では、シリコン粉末の分散性が悪く、局部的にしか炭化珪素の粒子を連結することができないからである。一方、シリコン粉末の平均粒径が90μｍを超えると、後の熱処理でシリコン粉末は溶融して炭化珪素粉末を被覆するように移動するので、シリコン粉末が部分的に凝集して占有していた空間は大きな気孔として残り、強度低下を招くからである。

また、α型炭化珪素粉末100質量部に対し、シリコン粉末の比率を15〜30質量部としたのは、シリコン粉末の比率が15質量部未満では、炭化珪素の粒子に対する比率が低く、炭化珪素の粒子を十分連結させられないからである。一方、比率が30質量部を超えると、シリコンが偏析しやすく、相対的に機械的特性の良好な炭化珪素の比率が下がり、十分な機械的特性を得られないからである。シリコン粉末の比率を15〜30質量部とすることで、十分な機械的特性を備えた均質な組織を有する吸着部２とすることができる。

なお、シリコン粉末の純度は高いほうが望ましく、95％以上の純度のものが好適であり、99％以上の高純度シリコンの使用が特に好ましい。なお、使用するシリコン粉末の形状は特に限定されず、球形またはそれに近い形状のみならず、不規則形状であっても好適に用いることができる。

これら炭化珪素粉末，シリコン粉末の各平均粒径は、液相沈降法，光投下法，レーザー散乱回折法等により測定することができる。

次に、混合した原料を転動造粒機，噴霧造粒機，圧縮造粒機，押し出し造粒機等各種造粒機を用いて顆粒にする。

次に、この顆粒を乾式加圧成形や冷間等方静水圧成形等の成形手段で所望の形状に成形して成形体とし、必要に応じて、アルゴン，ヘリウム，ネオン，窒素，真空等の非酸化雰囲気中にて400〜600℃で脱脂処理を行なった後、脱脂処理と同様に、非酸化雰囲気中にて1400〜1450℃で熱処理することによって、炭化珪素−シリコンの複合体とすることができる。

なお、熱処理の温度を下げるには、シリコン粉末の純度を99.5〜99.8質量％とすることが好適である。

熱処理では、その温度を1400〜1450℃とすることが重要である。熱処理温度が1400℃未満では、シリコン粉末が十分溶融しないため、炭化珪素の結晶粒子をシリコン相として連結することができないからであり、1450℃を超えると、シリコンが蒸発することで強度低下を招きやすいとともに、製造コストが高くなるからである。熱処理温度を1400〜1450℃とすることで、シリコン粉末は蒸発することなく適度に溶融するため、隣り合う炭化珪素の粒子間に空洞部が介在して２箇所以上の接合部を発生することなく、炭化珪素の粒子をシリコン相として連結することができ、適切な機械的強度や熱伝導率が得られ、製造コストも削減することができる。特に、熱処理温度を1420〜1450℃にすることが好適で、この温度範囲で熱処理することによって、３点曲げ強度が30ＭＰａ以上であり、ヤング率が30ＧＰａ以上の複合体を得ることができる。また、炭化珪素の結晶粒子をシリコンで被覆するには、シリコン粉末を十分溶融させた上で、シリコンが蒸発したり、雰囲気内で浮遊する炭素と一部反応して炭化珪素に変化したりすることのないようにしなければならない。このような観点から炭化珪素の粒子をシリコンで被覆するには、1420〜1440℃にすればよい。

このような製造方法で得られた複合体は、その上面に研削や研磨等の機械加工を施して吸着部２とすることができ、例えば、その直径が140〜300ｍｍであり、厚み（ｄ２）が５〜10ｍｍの円板形状をなす多孔質体とすればよい。

なお、吸着面２ｂは、その面状態が加工後の半導体ウエハやガラス基板の精度に影響を与えることから、極力平坦化する必要があり、少なくとも平坦度を１μｍ以下とし、好ましくは平坦度を0.3μｍ以下とすることが望まれる。

そして、このようにして得た多孔質体のいずれかの主面に平面研削盤，スライシングマシーン，ダイシングソー等を用いて、深さが1.0〜5.0ｍｍであり、幅が1.0〜30.0ｍｍの吸着部側溝２ｃを形成することで、吸着部２を得ることができる。

次に、炭化珪素を主成分とし、中央に円形の凹部３ｂを備え、外壁３ｃ間の外径が143〜380ｍｍであり、厚み（ｄ３）が14.3〜60ｍｍであって、予め断面が円形の吸引路３ａと、吸引路３ａに対応するように同心円状や格子状等に深さを1.0〜5.0ｍｍとし、幅を1.0〜30.0ｍｍとして開口した支持部側溝３ｅを備えた、円板状の緻密質体からなる枠体である支持部３を準備する。

そして、ＳｉＯ_２が30〜65質量％，Ａｌ_２Ｏ_３が10〜40質量％，Ｂ_２Ｏ_３が10〜20質量％，ＣａＯが４〜５質量％，ＭｇＯが１〜５質量％，ＴｉＯ_２が５質量％以下（０質量％を除く）からなるペースト状のガラス、あるいはＳｉＯ_２が30〜65質量％，Ａｌ_２Ｏ_３が10〜40質量％，Ｂ_２Ｏ_３が10〜20質量％，ＣａＯが４〜５質量％，ＭｇＯが１〜５質量％，ＢａＯが６質量％以下（０質量％を除く）およびＳｒＯが５質量％以下（０質量％を除く）からなるペースト状のガラスを凹部３ｂに塗布する。ガラスを塗布した後、吸着部２を凹部３ｂに置き、専用の加圧装置で厚み方向から加圧する。加圧後に950〜980℃で熱処理することにより、吸着部２と支持部３とはガラス状の結合層４で接合され、本発明の真空チャック１を得ることができる。

なお、この本発明の真空チャック１について、また従来の真空チャック21および真空吸引装置30ならびに本発明の真空チャック１の支持部側溝３ｅと吸着部側溝２ｃのないものを作製したものについて、それぞれ通気抵抗（圧力損失）を測定したところ、本発明の真空チャック１は低い値を示し、圧縮性流体による洗浄によっても支持部３から吸着部２が外れるなどの不具合はなかったのに比べて、従来の真空チャック21および真空吸引装置30では吸着部２が外れる不具合が発生し、その結果、本発明の真空チャック１が優れることが分かった。

このような本発明の真空チャック１によれば、繰り返しの使用によって研削屑や研磨屑等の異物が吸着面２ｂに詰まっても通気抵抗が低く洗浄により除去できることから長寿命となり、吸着部２に炭化珪素を用いることで放熱特性も向上し、半導体ウエハのデバイス形成面を保護する樹脂フィルムが溶けてデバイス形成面を損傷させることがない。また、通気抵抗が低く、剛性の高い本発明の真空チャック１を用いた本発明の真空吸着装置は、長期間の使用に供することができ、信頼性が高く、多数の半導体ウエハやガラス基板等を処理するのに好適である。

本発明の真空チャックの実施の形態の一例を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）における断面図である。 本発明の真空チャックに用いる、（ｃ）は吸着部の底面図であり、（ｄ）は支持部の平面図である。 本発明の真空チャックに用いる、（ａ）は吸着部の底面図であり、（ｂ）は支持部の平面図である。 本発明の真空チャックに用いる、（ａ）は吸着部の底面図であり、（ｂ）は支持部の平面図である。 本発明の真空チャックに用いる、（ａ）は吸着部の底面図であり、（ｂ）は支持部の平面図である。 本発明の真空チャックの吸着部に形成された吸着部側溝の形状を示す断面図であり、各断面が（ａ）は矩形、（ｂ）は逆台形、（ｃ）は逆台形と矩形とを複合させた形状であって、開口側が逆台形、開口側と反対側が矩形、（ｄ）は側面を表す輪郭が底辺に向かって広がっている形状である。 炭化珪素の結晶粒子をシリコンで接合した状態を示す模式図である。 真空チャックの剛性の計測手段を示す断面図である。 真空チャックの放熱特性の計測手段を示す断面図である。 従来の真空チャックの実施の形態の一例を示す、（ａ）は真空チャック（吸着板）を備えたチャックテーブルの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のチャックテーブルの概略断面図である。 従来の真空吸着装置（真空チャック）の実施の形態の一例を示す、（ａ）は真空吸着装置（真空チャック）の水平断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線での垂直断面図である。

符号の説明

１：真空チャック
２：吸着部
２ａ：気孔
２ｂ：吸着面
２ｃ：吸着部側溝
３：支持部
３ａ：吸引路
３ｂ：凹部
３ｃ：外壁
３ｄ：頂面
３ｅ：支持部側溝
３ｆ：フランジ部
４：結合層
５：炭化珪素の粒子
６：シリコン
７：気孔
８：非連結部
９：支持リング
10：均熱板
11：ホットプレート
12：熱電対

Claims (8)

1. セラミックスの緻密質体からなる支持部に、セラミックスを用いた多孔質体からなり、板状体を吸着する吸着面を備えた吸着部が接合されており、前記支持部は、前記吸着部との接合面に向けて形成された吸引路と、前記接合面に形成されて前記吸引路が開口した支持部側溝とを備えており、前記吸着部は、前記支持部との接合面に形成された前記支持部側溝と一部が重なる吸着部側溝を備えていることを特徴とする真空チャック。
2. 前記支持部側溝は複数が同心円状に形成され、前記吸着部側溝は複数が格子状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空チャック。
3. 前記支持部側溝は複数が格子状に形成され、前記吸着部側溝は複数が同心円状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空チャック。
4. 前記吸着部側溝は、開口の幅が底面の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の真空チャック。
5. 前記セラミックスが炭化珪素であることを特徴とする請求項１に記載の真空チャック。
6. 前記多孔質体はセラミックスの粒子をシリコンで結合してなるものであることを特徴とする請求項５に記載の真空チャック。
7. 前記吸着部は前記支持部にガラスで接合されていることを特徴とする請求項６に記載の真空チャック。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の真空チャックを用いたことを特徴とする真空吸着装置。