JP2009111293A - 真空吸着装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型軽量で、かつ、吸着性能に優れた搬送用の真空吸着装置を提供する。
【解決手段】基板を載置する載置面を有するセラミックス多孔質体からなる載置部と、該載置部を取り囲む略凹型の緻密質セラミックスからなる枠部と、該枠部を支持する支持部と、からなる基板搬送用の真空吸着装置であって、前記載置部の略中央に直接連通し、前記枠部の凹型部底面に設けられた吸引孔と、該吸引孔を介して前記載置部に連通し、前記枠部または前記支持部の接合面に設けられた第一吸引溝と、を有し、前記載置部と前記枠部とが隙間無く直接接合されていることを特徴とする真空吸着装置。
【選択図】図１

Description

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。

従来、例えば半導体装置の製造工程において、半導体ウエハを搬送、加工、検査する場合には、真空圧を利用した真空吸着装置が使用され、均一な吸着を行うために、ウエハを吸着載置する面を多孔質体で形成した真空吸着装置が用いられてきた。例えば、多孔質体からなる載置部を樹脂またはガラスなどの接着剤により支持部に接合してなり、下方の吸引孔より真空吸引することにより、上記載置部の載置面に半導体ウエハの全面を吸着するものが提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００５−５０８５５号公報

特に近年、半導体ウエハの薄型化が進み、反りや割れが生じやすくなっており、その取扱いは難しくなっている。また、プロセス処理の高精度化やウエハの大口径化に伴って、枚葉式の処理が広く行われており、ウエハを全面吸着できる多孔質体を載置部とした真空吸着装置が用いられている。

ウエハの搬送においては、アームの先端に取り付けられた吸着装置にウエハを吸着させて動かすことから、吸着装置は軽量であることが好ましい。また、ウエハが多段に収納されたケースからウエハを一枚ずつ取り出すには、吸着装置自体が薄型であることが望まれる。

ここで、薄型で軽量の吸着装置を製造するには、多孔質体自体を薄型に加工する必要があるが、多孔質体は脆いため薄型加工は困難であり、加工できたとしてもその後の取扱いや接合の際に割れや欠けが生じやすい問題があった。

また、多孔質体の接合は、接合材が多孔質体に浸透しやすいため、ムラなく接合することは困難であり、載置部が外れることが多く問題となっていた。

さらに、薄型の吸着装置では、吸引孔や吸引溝の配置が形状上制約を受けるため、これらの形成が難しく、適切な吸着性能が得られずに吸着したウエハにシワができたり、破損したりする問題があった。

本発明はこれらの問題に鑑みて見出されたものであり、薄型軽量で、かつ、吸着性能に優れた搬送用の真空吸着装置を提供する。

本発明は、上記課題を解決するために、基板を載置する載置面を有するセラミックス多孔質体からなる載置部と、該載置部を取り囲む略凹型の緻密質セラミックスからなる枠部と、該枠部を支持する支持部と、からなる基板搬送用の真空吸着装置であって、前記載置部の略中央に直接連通し、前記枠部の凹型部底面に設けられた吸引孔と、該吸引孔を介して前記載置部に連通し、前記枠部または前記支持部の接合面に設けられた第一吸引溝と、を有し、前記載置部と前記枠部とが隙間無く直接接合されていることを特徴とする真空吸着装置を提供する。

このような構成とすることにより、薄型で、多孔質体に割れや欠け等が無く、しかも多孔質体が外れることがない吸着装置を得ることができる。さらに、本発明によれば、薄型の形状であっても、中央部から吸引できることから、ウエハにシワができたり、破損したりする問題も解消される。また、載置部と枠部との間に接着層を介することなく、直接接合された構成とすることにより、従来の真空吸着装置のような接着材の多孔質体への浸透による隙間や接着不良が生じないので、載置部が外れる問題は解消される。

また、本発明の真空吸着装置は、前記載置部の厚みは２ｍｍ以下であって、前記載置部を含めた真空吸着装置の全厚みが５ｍｍ以下である。さらに、前記吸引孔及び前記載置部の双方に直接連通し、前記第一吸引溝とは前記吸引孔を介して連通する前記枠部の凹型部底面に設けた第二吸引溝を有することを特徴とする。このように非常に薄型であっても、基板の全面を吸着でき、ウエハを破損したりするおそれのない真空吸着装置を提供する。

載置部の厚みを２ｍｍ以下、真空吸着装置の全厚みを５ｍｍ以下としたのは、この範囲よりも大きい真空吸着装置は、薄型が求められる搬送用には適さず、また、本発明のような真空吸着装置の構成を必要としないからである。ここで、載置部の厚みは、０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。これは、載置部加工時の加工負荷およびウエハ吸着時の真空圧等から、破損することなく作製、使用できる載置部の厚みとして提供できるものである。これにともないセラミックス等の加工性を考慮して真空吸着装置の全厚みは２ｍｍ以上とすることが好ましい。枠部および支持部の厚みとしては、１〜２．５ｍｍの範囲で作製することが好ましい。

前記支持部の材質は、セラミックスを強化材とした金属基複合材料（ＭＭＣ）または、緻密質セラミックスである。支持部を接合することで、薄型の真空吸着装置であっても第一吸引溝を容易に形成することができる。また、支持部の材質としてセラミックスを強化材とした金属基複合材料を用いれば、靱性を大幅に高めることができ、薄型であっても破損し難い真空吸着装置とすることができる。

本発明の真空吸着装置は、略凹型の枠部にセラミックス粉末と結合材を含むセラミックス多孔質体原料の混合物を投入し、成形体を成形する工程と、前記成形体を前記枠部とともに前記結合材が溶融する温度以上に加熱して、セラミックス多孔質体を得るとともに、前記結合材によりセラミックス多孔質体と枠部とを隙間無く直接接合する工程と、前記枠部と支持部とを接合する工程と、前記枠部と前記セラミックス多孔質体とを共に研磨して載置部を形成する工程と、を含む製造方法により得られる。このような製造方法によれば、枠部と載置部のセラミックス多孔質体とを隙間無く直接接合することができ、割れや欠け等の問題が生じ易いセラミックス多孔質体の加工工程を回避することができ、また枠部とセラミックス多孔質体の接合をセラミックス多孔質体の焼成と同時に行うことができるので、工程を簡略化することが可能となる。

上述のように本発明によれば、載置部の割れ、欠けおよび外れ等の問題を解消し、薄型軽量で、吸着性能に優れた真空吸着装置を提供することができる。

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。

図１は円板形状の真空吸着装置１０の概略図である。図１（ａ）は、真空吸着装置の載置面側から見た平面図であり、図１（b）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面の矢視図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）におけるイ側から見た矢視図である。真空吸着装置１０は、円板状の載置部１と、載置部１の載置面１ａ以外を囲うように設けられた略凹型の枠部２と、載置部１および枠部２を支持する支持部7とを備えている。載置部１を覆うようにウエハが載置され、載置部１の気孔が吸引孔４、第一吸引溝５、および第二吸引溝６を介して真空吸引されることによりウエハが載置面１ａに吸着保持される。図１からわかるように、第一吸引溝５は吸引孔４を介して載置部１および第二吸引溝６に連通している。また、枠部および支持部はアームと連結するための把手部３、１３（図３）を備えている。

載置部１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１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。載置部１の開気孔率をこのような範囲とする理由は、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、載置面１ａの平坦性が低下したりすることがないためである。また、平均気孔径を前記範囲とするのは、平均気孔径が１μｍ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１００μｍ超では載置面１ａの面精度が悪化するおそれがあるからである。

載置部１はセラミックス多孔質体からなる。具体的には、所定のセラミックス粉末と結合材のガラスから構成され、連通する開気孔を有する多孔質組織を有している。セラミックス粉末には、例えば、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素等を用いることができる。

載置部１に用いられる結合材のガラスとしては特に限定されず、ビトリファイド砥石に用いられるガラス質の結合材等を用いることができる。具体的には、例えば、軟化点が１０００℃近傍のアルミノ珪酸塩系ガラスや、９００℃以下のホウ珪酸系ガラス等を用いることができる。

図２は、枠部の構造を示したものである。図２（ａ）は、載置面側（図２（ｂ）におけるロ側）から見た平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面の矢視図であり、図２（ｃ）は、支持部との接合面側（図２（ｂ）におけるハ側）から見た平面図である。枠部の載置部が収まる凹型部底面には、略中央に吸引孔４があり、これと直接連通した第二吸引溝６が形成されている。また、支持部との接合面側には、吸引孔４と直接連通した第一吸引溝５が設けられている。

吸引孔４を凹型部底面の略中央に設けたのは、略中央からウエハを吸着することにより、ウエハにシワが生じたり、破損したりすることを防止するためである。これは、吸引孔が凹型部底面の中央から偏った位置に形成されると、最も吸引孔から離れた位置では吸着力の発現が遅れ、吸着力に偏りが生じるためである。なお、図２では、第二吸引溝を放射状に設けたが、第二吸引溝の形状はこれに限定されるものではなく、環状や、環状と放射状を組み合わせたもの等、種々の形状を採用できる。さらに、吸引孔のみで均一な吸着力が生じる場合には、第二吸引溝は設けなくとも良い。吸引孔の直径や第二吸引溝の幅は、載置部加工時の加工負荷およびウエハ吸着時の真空圧等により載置部が破損することなく作製および使用できるように、十分な吸着力が得られる範囲で小さいことが望ましい。

枠部２の材質は特に限定されず、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素等の緻密質セラミックスが用いられる。ただし熱膨張の観点から、載置部のセラミックス粉末と同じセラミックスを使用することが好ましい。

図２の例では、第一吸引溝５を枠部の接合面側に形成したが、図４に示したように、支持部７の接合面側に第一吸引溝１５を形成しても良い。図２または図４に示したような第一吸引溝の構成であれば、真空吸着装置の厚みを大きくすることなく、枠部の略中央に形成された吸引孔と真空ポンプ等の真空源との連結が可能となる。

支持部７の材質は、セラミックスを強化材とした金属基複合材料（ＭＭＣ）または、緻密質セラミックスである。上述のように支持部を接合する構成とすることで、薄型の真空吸着装置であっても第一吸引溝を容易に形成することができる。また、特に支持部の材質としてセラミックスを強化材とした金属基複合材料を用いれば、靱性を大幅に高めることができ、薄型であっても破損し難い真空吸着装置とすることができる。緻密質セラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素等のセラミックスを用いることができる。

次に、本発明の真空吸着装置１０の製造方法について説明する。はじめに載置部１を形成するセラミックス多孔質体の原料であるセラミックス粉末および結合材であるガラス粉末に、水また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、公知の方法が適用できる。ここで、水またはアルコール量は特に限定しないが、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に、水またはアルコールの添加量を調整する。セラミックス粉末とガラス粉末の量は、目標とする開気孔率、セラミックス粉末の粒度、焼成温度およびガラス粘性等を考慮して調整されるが、概ねセラミックス粉末１００質量部に対してガラス粉末を５〜３０質量部の範囲で添加することが望ましい。

次に、ＣＩＰ成形や鋳込み成形等の公知の成形方法、電気炉焼成やホットプレス等の公知の焼成方法、およびダイヤモンド砥石等による公知の研削加工方法により作製したセラミックスの枠部２の載置部が形成される凹型部に前記スラリーを充填する。この際、必要に応じて、スラリー中の粗大気泡を除去するための真空脱泡や、充填を高めるための振動を加えると良い。また、第二吸引溝６および吸引孔４には、載置部となる混合物を注ぐ前に、ろう、樹脂等の焼失部材により閉塞しておく。なお、吸引孔は真空吸着するために必須であるが、吸引溝は必要に応じて無くすことも可能である。すなわち、十分かつ均一な真空吸着力が得られるのであれば、吸引孔のみでも良い。

枠部の凹型部に充填し成形した成形体を十分に乾燥させた後、ガラスの溶融する温度（少なくとも軟化点以上の温度）で枠部ごと焼成する。この際、焼成温度がガラスの軟化点より低いとガラスが溶けずにセラミックス粉末を結合することができず、反対に焼成温度が高すぎると変形や収縮を起こすため、セラミックス粉末を結合し得る範囲で、できるだけ低温で焼成することが望ましい。このように、枠部の凹型部に直接載置部原料を充填して成形し、そのまま焼成することで、載置部と枠部との間に接着層を介することなく、直接接合された構成とすることができる。本発明の真空吸着装置では接着層が形成されず、従来の真空吸着装置のような接着層の気孔への浸透による隙間や接着不良が生じないので、載置部が外れる問題は解消される。

次に、載置部となるセラミックス多孔質体が凹型部に形成された枠部と支持部とを接合する。接合は、ガラス接合、エポキシ系やシリコン系の接着剤を用いた接合、またはろう付け等の公知の方法を採用できる。熱処理を伴う接合であれば、載置部の焼成と同時に接合を行っても良い。支持部が緻密質セラミックスの場合は、ガラス接合が好ましく、セラミックスを強化材とした金属基複合材料の場合は、接着剤を用いた接合が好ましい。

載置面の形成は、枠部と凹型部に形成されたセラミックス多孔質体とを共に研磨して行う。この方法によれば、強度が弱く割れや欠けの生じ易いセラミックス多孔質体を薄型の載置部に加工することができ、セラミックス多孔質体は枠部と隙間無く直接接合されているので、加工精度にも優れており、載置面の面精度を高めることができる。研磨加工はダイヤモンド砥石等の通常用いる方法により行うことができる。

上述した製法により、真空吸着装置を作製した。真空吸着装置の形状は、載置部の直径２９７ｍｍ、載置部の厚み１ｍｍ、枠部および支持部の直径３１０ｍｍ、枠部の厚さ２ｍｍ、支持部の厚さ２ｍｍとした。吸引孔（直径３ｍｍ）の位置を枠部の凹型部の中央に形成したもの、中央からの距離が５０、７５、１００、１２５ｍｍの位置に形成したものをそれぞれ作製し、ウエハ（直径３００ｍｍ、厚さ２０μｍ）の吸着試験を行った。吸着試験は、ウエハ１０枚について吸着を行い、シワや破損の不良が生じないか調べた。表１に試験結果を示した。

吸引孔位置が中央のものは、シワや破損が生じなかったが、それ以外には不良が生じた。

次に、載置部の厚さを変えて真空吸着装置を作製した。真空吸着装置の形状は、載置部の直径２９７ｍｍ、枠部および支持部の直径３１０ｍｍ、枠部の厚さ２．５ｍｍ、支持部の厚さ２ｍｍとし、載置部の厚みが異なるものを作製した。枠部としてアルミナ焼結体を使用し、アルミナ粉末（平均粒径１２５μｍ）、ガラス粉末（アルミノケイ酸塩ガラス、平均粒径：２０μｍ、軟化点９５０℃）を多孔質体原料として用い、載置部を形成した。支持部としては、アルミナ焼結体および炭化珪素を強化材としたアルミニウム基複合材料（ＭＭＣ）を用いた。なお、アルミニウム基複合材料は、市販の炭化珪素粉末を用いてセラミックスの充填率が６０体積％のプリフォームを形成し、次いで、窒素中７５０℃で加熱処理してアルミニウム合金（ＪＩＳ ＡＣ８Ａ）をプリフォーム中に浸透させたものを用いた。それぞれ１０個作製し、載置部に割れが生じた不良数を調べた。なお、上記平均粒径（Ｄ５０）の数値は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定したものである。作製結果を表２に示す。

作製したものの大部分は歩留まり良くできた。ただし、載置部の厚さが０．２ｍｍのものでは、載置部の加工時または使用時に載置部が割れるものが生じた。

比較例として、従来のセラミックス多孔質体とセラミックス緻密体とをガラス質接合材を用いて、接合する方法により、上記作製例と同等形状の真空吸着装置の作製を試みたが、多孔質体の加工時に割れや欠けが生じ易く、また、セラミックス多孔質体とセラミックス緻密体とを接合した後に、多孔質体と枠部とを共に研磨して載置部を形成する際にも、枠部と多孔質体の接合部に隙間が不可避的に存在するため、その部分で研磨不良が発生した。したがって、このような方法では、歩留まりが悪く、載置面の精度も十分ではないため実用は不可能であった。

図１は、本発明の真空吸着装置の代表例を示す概略図である。図１（ａ）は、真空吸着装置の載置面側から見た平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面の矢視図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）におけるイ側から見た矢視図である。 図２は、枠部の概略図である。図２（ａ）は、載置面側（図２（ｂ）におけるロ側）から見た平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面の矢視図であり、図２（ｃ）は、支持部との接合面側（図２（ｂ）におけるハ側）から見た平面図である。 図３は、支持部の概略図である。図３（ａ）は、接合面側から見た平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＣ−Ｃ断面の矢視図である。 図４は、本発明の真空吸着装置の他の例を示す概略図である。図４（ａ）は、真空吸着装置の載置面側から見た平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＤ−Ｄ断面の矢視図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）におけるニ側から見た矢視図である。

符号の説明

１：載置部
１ａ：載置面
１０：真空吸着装置
２：枠部
３、１３：把手部
４：吸引孔
５、１５：第一吸引溝
６：第二吸引溝
７：支持部

Claims (5)

1. 基板を載置する載置面を有するセラミックス多孔質体からなる載置部と、
   該載置部を取り囲む略凹型の緻密質セラミックスからなる枠部と、
   該枠部を支持する支持部と、
   からなる基板搬送用の真空吸着装置であって、
   前記載置部の略中央の気孔に直接連通し、前記枠部の凹型部底面に設けられた吸引孔と、
   該吸引孔を介して前記載置部に連通し、前記枠部または前記支持部の接合面に設けられた第一吸引溝と、
   を有し、前記載置部と前記枠部とが隙間無く直接接合されていることを特徴とする真空吸着装置。
2. 前記載置部の厚みは２ｍｍ以下であって、前記載置部を含めた真空吸着装置の全厚みが５ｍｍ以下である請求項１記載の真空吸着装置。
3. 前記吸引孔及び前記載置部の気孔の双方に直接連通し、前記第一吸引溝とは前記吸引孔を介して連通する前記枠部の凹型部底面に設けた第二吸引溝を有する請求項１または２記載の真空吸着装置。
4. 前記支持部の材質は、セラミックスを強化材とした金属基複合材料（ＭＭＣ）または、緻密質セラミックスである請求項１〜３記載の真空吸着装置。
5. 略凹型の枠部にセラミックス粉末と結合材を含むセラミックス多孔質体原料の混合物を投入し、成形体を成形する工程と、
   前記成形体を前記枠部とともに前記結合材が溶融する温度以上に加熱して、セラミックス多孔質体を得るとともに、前記結合材によりセラミックス多孔質体と枠部とを隙間無く直接接合する工程と、
   前記枠部と支持部とを接合する工程と、
   前記枠部と前記セラミックス多孔質体とを共に研磨して載置部を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする真空吸着装置の製造方法。

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