JP5143607B2 - 真空吸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、半導体基板やガラス基板等の基板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、半導体基板を搬送、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、基板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着してなり、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基板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）。このような真空吸着装置を用いて基板の吸着離脱を繰り返すと、摩擦により基板が帯電し、クーロン力により強く貼り付いて迅速な離脱ができなくなり、処理速度が遅くなる場合があった。また、異物を吸着しやすくなる問題もあった。さらに、静電気の放電により、静電破壊を起こす場合があり、特にデバイスが形成された基板を加工する場合には、大きな問題であった。このような問題は、例えばアルミナ基板等の絶縁基板や、保護フィルムが貼り付けられたシリコン基板の場合に顕著であった。

そこで、真空吸着装置を導電性材料で作製することが提案されている（例えば、特許文献２〜４）。特許文献２では、多孔質体として高分子材料と金属粉からなる導電性材料が用いられている。また、特許文献３では、多孔質体の表面にダイヤモンドライクカーボン膜を形成してなる真空吸着用冶具が開示されている。また、特許文献４では、炭化珪素を主成分とする多孔質体をガラス状の結合層により支持部と結合した真空吸着装置が開示されている。
特開２００５−５０８５５号公報 特開平１０−１０７１３１号公報 特開２００６−８６３８９号公報 特開２００７-２５３２８４号公報

しかしながら、特許文献２に記載された発明では、金属粉として、鋼、銅、ニッケル、クロム、チタン、コバルト、バナジウム、マンガン、１３ークロム鋼、真鍮、ハステロイ、ステンレス鋼、金又は銀等が挙げられているが、このような金属粉を多孔質体材料に用いた場合、シリコン基板と金属粉が接触し、基板の金属汚染が生じる問題があった。また、特許文献３のように表面に膜を形成した場合には、膜が剥離する恐れがある。特に、シリコン基板は加工時に発熱したり、保護フィルムの貼り付け時等に加熱されたりするので、加熱冷却を繰り返すと膜が剥離する問題があった。さらに、特許文献４に記載された発明では、載置部と支持部とをガラス状の結合層により結合しているので、ガラスにより接地が遮断され、十分に静電気を除電できない問題があった。

一方で、基板を吸着載置する面を多孔質体で形成した真空吸着装置は、多孔質体からなる載置部とそれを支持する支持部とを接着して得られるが、多孔質体の接着は、接着材が多孔質体に浸透しやすいため、ムラなく接着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。また、基板の搬送に用いられる薄型の吸着装置では、載置部も薄型であるため、接着に不具合があると、載置部が破損したり、接着材が気孔に入り込んで気孔が目詰まりを起こし載置部全面での均一な吸着ができなくなっ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、静電気による問題がなく薄型軽量で、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、炭化珪素粒子と金属シリコンとからなる導電性のセラミックス多孔質体からなる載置部と、セラミックスを強化材とした金属基複合材料または炭化珪素からなり、前記載置部を取り囲む略凹型の支持部と、前記載置部と前記支持部とを接着する接着層と、を備える基板搬送用の真空吸着装置であって、前記接着層は、バインダーと導電性フィラーとを含む接着剤からなり、前記接着剤の前記導電性フィラーの含有量は５０〜８０質量％であり、前記導電性フィラーの平均粒径は、前記セラミックス多孔質体の平均気孔径の１／２よりも小さいことを特徴とする真空吸着装置を提供する。

本発明では、導電性のセラミックス多孔質体からなる載置部と、金属基複合材料または炭化珪素からなる支持部との接着に、バインダーと導電性フィラーとを含む接着剤を用いているので、基板の吸着脱離を繰り返したときに発生する静電気を素早く除去することができる。したがって、クーロン力による貼り付きや、異物の吸着の問題は解消される。また、セラミックス多孔質体は、炭化珪素粒子と、金属シリコンとからなるので、十分な導電性を有しているので素早く除電することができる。

また、接着剤の導電性フィラーの含有量を５０〜８０質量％、平均粒径をセラミックス多孔質体の平均粒径の１／２よりも小さくすることにより、載置部と、支持部の間の電気導通を形成するとともに、強固な接着を実現することができる。導電性フィラーの含有量が５０質量％よりも小さいと通電が不十分となり、８０質量％よりも大きいと接着強度が弱くなってしまう。また、導電性フィラーの平均粒径をセラミックス多孔質体の平均粒径の１／２以上とするとセラミックス多孔質体の気孔に導電性フィラーが入り難くなり、接着強度が弱くなる。また、多孔質体との接触面積も低下するので、導通が不十分になるおそれもある。なお、導電性フィラーの平均粒径の下限は特に規定しないが、あまりに粒径が小さいと、上記含有量としたときに、適度な流動性を持たせることができなくなる。適用可能な範囲として平均粒径０．０１μｍ以上が好ましい。

載置部を構成するセラミックス多孔質体の平均気孔径は、３〜４０μｍである。この範囲であれば、搬送用の真空吸着装置として十分な吸着力を発揮することができる。

導電性フィラーは、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃ、アルミニウム、銅、ニッケル、クロム、チタン、コバルト、バナジウム、マンガン、ステンレス鋼等から選ばれる1以上を用いることができる。ただし、導電性フィラーは、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ及びＣから選ばれる1以上を用いることが望ましい。これは、他の材料と比べて、炭化珪素と金属シリコンからなるセラミックス多孔質体との接触抵抗が小さいためである。

また、本発明の真空吸着装置における、接着層の厚さは、１０〜３００μｍであって、接着剤が前記セラミックス多孔質体に浸透した浸透層の厚さは、１０〜３００μｍである。また、載置部の厚さは２ｍｍ以下であって、載置部を含めた真空吸着装置の全厚さが５ｍｍ以下であることを特徴とする。本発明の真空吸着装置は、薄型の搬送用に適したものであり、上記範囲であれば好適に用いることができる。接着層の厚さが小さすぎるとセラミックス多孔質体からなる載置部との接着強度が不十分となり、大きすぎると薄型に適さないしので好ましくない。さらに、浸透層の厚さについても同様で、厚さが小さすぎると接着強度が不十分となり、大きすぎると吸着力が不均一になるおそれがある。

また、近年、半導体基板の薄型化が進み、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基板の大口径化に伴って、枚葉式の処理が広く行われており、基板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。基板の搬送においては、アームの先端に取り付けられた吸着装置に基板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、基板が多段に収納されたケースから基板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。このような真空吸着装置としては、全厚さが５ｍｍ以下のものが要求され、その載置部は２ｍｍ以下のものが求められる。本発明はこのような搬送用の薄型の真空吸着装置について提案するものである。

上述のように本発明によれば、静電気による問題がなく薄型軽量で、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ｃ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１０と、載置部１１の載置面１１ａ以外を囲うように設けられた略凹型の支持部１２とからなり、把手１３及び吸引孔１５を備えている。載置部と支持部とは、接着層１４により接着されている。載置面１１ａを覆うように基板が載置され、載置部１１の気孔が吸引孔１５を介して真空吸引されることにより基板が載置面１１ａに吸着保持される。

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３μｍ以上４０μｍ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３μｍ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４０μｍ超では載置面１１ａの面精度が悪化するおそれがあるからである。

載置部１１は多孔質体セラミックスからなる。具体的には、炭化珪素粒子と結合材の金属シリコンから構成され、連通する開気孔を有する多孔質組織を有している。炭化珪素粒子としては、平均粒径１０〜１５０μｍ、純度９５％以上のものが好ましい。金属シリコンの平均粒径としては、炭化珪素粒子の平均粒径の１／２０〜１／５の範囲で適宜調整でき、純度は９５％以上のものを用いることが好ましい。このような平均粒径の原料を用いることで真空吸着装置に適した多孔体を得ることができる。また、シリコン基板は汚染を嫌うので、高純度の材料を用いることが望ましいが、本発明の真空吸着装置は、シリコンを基本とした材料であるので、少なくとも９５％の純度があれば適用可能である。なお、本発明における炭化珪素粒子、金属シリコンおよび導電性フィラーの平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定によるＤ５０の数値を採用した。

図２は、支持部の構造を例示したものである。図２（ａ）は、載置面側から見た平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面の矢視図である。支持部２２の載置部が収まる凹型部の底面には、略中央に吸引孔２５があり、これと連通し、できるだけ載置部の全面から真空吸引するための吸引溝２６が形成されている。

吸引孔２５を凹型部底面の略中央に設けたのは、略中央から基板を吸着することにより、基板にシワが生じたり、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、吸引溝を放射状に設けたが、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、吸引溝は設けなくとも良い。吸引孔の直径や吸引溝の幅は、載置部加工時の加工負荷および基板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。

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）または炭化珪素が用いられる。これらは、導電性であり、基板の吸着離脱により生じた静電気を接地して除電するのに適している。金属基複合材料に用いられるセラミックスとしては、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ等が挙げられ、また、金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金、シリコン、シリコン合金等が挙げられる。中でも、シリコンが熱膨張マッチングの点で好ましい。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。

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１１を構成するセラミックス多孔質体の原料である炭化珪素粉末および結合材である金属シリコンに、成形のための糊材としてフェノール樹脂粉末を加えて乾式混合して混合粉末を調整する。原料の混合は、ポットミル、ミキサー等、公知の方法が適用できる。炭化珪素粉末、金属シリコン粉末及びフェノール樹脂粉末の添加量や平均粒径は、目標とする開気孔率、気孔径等を考慮して調整される。金属シリコン粉末の量としては、炭化珪素粉末１００質量部に対して１０〜４０質量部の範囲で添加することができ、フェノール樹脂粉末の添加量としては、炭化珪素粉末１００質量部に対して２〜１０質量部の範囲で添加することができる。フェノール樹脂は糊材として用いたときに成形体の強度が高いことや、金属シリコンと反応して炭化珪素となることから多孔質体の形成に好適である。

炭化珪素粉末の平均粒径は、多孔質体の気孔径が３〜４０μｍとなるように調整できる。このような気孔径を得るには、平均粒径１０〜１５０μｍの炭化珪素粉末を用いると良い。また、用いる炭化珪素粉末の平均粒径に対して、金属シリコン粉末の平均粒径を調整することにより、多孔質体の気孔径を調整することができる。また、フェノール樹脂粉末の平均粒径は、多孔質体を均一に形成できる範囲で調整できる。

支持部を炭化珪素とする場合は、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により得ることができ、金属基複合材料とする場合は、セラミックスのプリフォームを加熱処理して溶融金属をプリフォーム中に浸透させて得ることができる。

載置部及び支持部の接着面については、ダイヤモンド砥石等による公知の研削方法により加工を行う。接着面の平面度は、接着層厚さの１／２以下、好ましくは１／３以下が望ましい。平面度が１／２を超えると、空隙が発生するので好ましくない。

接着剤に用いられるバインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等、種々の樹脂を採用できる。中でも硬化収縮が小さい点でエポキシ樹脂が好ましい。具体的には、硬化収縮率が１〜５％のものが望ましい。エポキシ樹脂の種類としては特に規定しない。例えば、１液性や２液性のものを用いることができ、硬化温度も室温硬化のものや、８０〜２００℃に加熱するものまで種々適用可能である。ただし、２００℃を超える高温で硬化させることは好ましくない。特に、金属基複合材料を支持部として用いた場合には、変形するおそれがある。また、接着後に吸着面を研削加工するときの加工精度を向上するために剛性の高い樹脂を用いることが好ましい。具体的には、硬化後のエポキシ樹脂のヤング率が５０〜１００ＧＰａであることが望ましい。

導電性フィラーは、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ及びＣから選ばれる1以上を用いることが望ましく、その形状は、薄片状、針状、球状及びこれらを混合したものが適用できる。薄片及び針形状は、導電性を確保する上で好ましく、球状は、接着剤の流動性及び接着強度を高める上で好ましい。

接着剤の導電性フィラーの含有量は５０〜８０質量％であるので、バインダーの含有量は、２０〜５０質量％とすることができる。この範囲であれば、十分な流動性を確保することができ、また、多孔質体の気孔に過剰に浸透しないように調整することができる。

接着剤の塗布は、印刷、刷毛塗り、スプレー等の公知の方法で行うことができる。塗布量を調整することにより、接着層の厚さを調整することができる。なお、図１では、接着層を載置部の底面にのみ示したが、必要に応じて載置部の側面にも接着層を形成しても良いことは言うまでもない。この場合であっても、接着層及び浸透層を所定の厚さに制御することにより、基板等との接触面積は小さく抑えられるので、金属汚染を防ぐことができる。

載置面の形成は、載置面を囲む支持部の部分と多孔質体とを共に研磨して行う。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。

作製Ｎｏ.１〜１４については、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、載置部の厚さ１ｍｍ、支持部の直径３１０ｍｍ、支持部の厚さ４ｍｍ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。作製Ｎｏ.１５については、導電性フィラーを含有しないエポキシ樹脂を用いた。また、作製Ｎｏ.１６については、接着剤としてガラス（ほう珪酸塩系、接着温度：１０００℃）を用いた。支持部を接地して、保護フィルムを貼り付けたシリコン基板（直径３００ｍｍ、厚さ２０μｍ）の吸着離脱のサイクル試験を行い、１００サイクルまでに吸着離脱性能に変化がないか調べた。なお、基板の保護フィルムを貼り付けた側が載置面に吸着されるように載置して試験を行った。

載置部の気孔径については、水銀圧入法により測定した。また、フィラーの平均粒径（体積基準Ｄ５０）については、レーザー回折式粒度分布測定法により測定した。

本発明の範囲内の作製Ｎｏ.１〜１０では、吸着した後の離脱は迅速であり、１００サイクル後でも変化がなかった。

一方、本発明の範囲外である作製Ｎｏ.１１〜１６では、載置部の剥離が生じたり（表１で剥離と表記した）、帯電により基板が離脱し難くなったり（表１で帯電と表記した）した。載置部の気孔径に対する導電性フィラーの粒径の割合が大きかった作製Ｎｏ.１１、およびフィラーの添加量が多かった作製Ｎｏ.１３では、載置部と支持部との接着が弱く、載置部の剥離が起こった。フィラーの添加量が少ない作製Ｎｏ.１２、フィラーとしてＳＵＳを用いた作製Ｎｏ.１４、フィラーを用いなかった作製Ｎｏ.１５および、接着剤としてガラスを用いた作製Ｎｏ.１６では、接着部の導通不良により帯電が生じた。

本発明の真空吸着装置の代表例を示す概略図。図１（ａ）：真空吸着装置の載置面側から見た平面図。図１（ｂ）：図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面の矢視図。図１（ｃ）：図１（ｂ）におけるｃ側から見た矢視図。 支持部の例を示す概略図。図２（ａ）：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。

符号の説明

１０：真空吸着装置
１１：載置部
１１ａ：載置面
１２、２２：支持部
１３：把手
１４：接着層
１５、２５：吸引孔

Claims (5)

1. 基板を載置する載置面を有する、炭化珪素粒子と金属シリコンとからなる導電性のセラミックス多孔質体からなる載置部と、
   セラミックスを強化材とした金属基複合材料または炭化珪素からなり、前記載置部を取り囲む略凹型の支持部と、
   前記載置部と前記支持部とを接着する接着層と、
   を備える基板搬送用の真空吸着装置であって、
   前記接着層は、バインダーと導電性フィラーとを含む接着剤からなり、
   前記接着剤の前記導電性フィラーの含有量は５０〜８０質量％であり、
   前記導電性フィラーの平均粒径は、前記セラミックス多孔質体の平均気孔径の１／２よりも小さいことを特徴とする真空吸着装置。
2. 前記セラミックス多孔質体の平均気孔径は、３〜４０μｍである請求項１記載の真空吸着装置。
3. 前記導電性フィラーは、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ及びＣから選ばれる1以上である請求項１又は２記載の真空吸着装置。
4. 前記接着層の厚さは、１０〜３００μｍであって、前記接着剤が前記セラミックス多孔質体に浸透した浸透層の厚さは、１０〜３００μｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載の真空吸着装置。
5. 前記載置部の厚さは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さが５ｍｍ以下である請求項１〜４のいずれか一項に記載の真空吸着装置。

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