(57)【要約】【課題】セラミック基板に形成した金属層に金属ろう材によって接合した支持部材等の部材の接合強度が低いという従来の静電チャックの課題を解決する。【解決手段】一面側が吸着面に形成されたセラミック基板１２の他面側に、金属部材１４がろう付けされている静電チャック１０であって、セラミック基板１２の他面側には、セラミック基板１０を形成するセラミック板１２ｄによって周縁部が覆われている、厚さ１５〜２５μｍのメタライズ層１６が形成されていると共に、メタライズ層１６の表面のうち、セラミック板１２ｄから露出しているメタライズ層１６の表面のみに、厚さ０．２〜１μｍのめっき層１８が形成され、且つめっき層１８を介してメタライズ層１６に金属部材１４が金属ろう材２０によってろう付けされている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側が吸着面に形成された、主としてアルミナから成るセラミック基板の他面側に、金属部材がろう付けされている静電チャックであって、
前記セラミック基板の他面側には、前記セラミック基板を形成するセラミック板によって周縁部が覆われている、厚さ１５〜２５μｍのメタライズ層が形成されていると共に、
前記メタライズ層の表面のうち、前記セラミック板から露出しているメタライズ層の表面のみに、厚さ０．２〜１μｍのめっき層が形成され、
且つ前記めっき層を介してメタライズ層に金属部材がろう付けされていることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
メタライズ層が、セラミック基板の電極層と同時焼成して得られたメタライズ層である請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】
めっき層が、電解めっきによって得られた電解めっき層である請求項１又は請求項２記載の静電チャック。
【請求項４】
メタライズ層がタングステン層であり、且つめっき層がニッケルめっき層である請求項１〜３のいずれか一項記載の静電チャック。
【請求項５】
静電チャックが、加熱雰囲気内で使用される静電チャックであって、金属部材がセラミック基板を支持する支持部材である請求項１〜４のいずれか一項記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電チャックに関し、更に詳細には一面側が吸着面に形成された、主としてアルミナから成るセラミック基板の他面側に、金属部材がろう付けされている静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程等において、ウェーハ等を載置して固定する静電チャックが汎用されている。この静電チャックは、２００℃以上の加熱雰囲気下で使用されることがある。このため、ウェーハ等を載置して固定する載置・固定台として、耐熱性に優れ且つ載置されるウェーハ等に金属汚染のおそれのない、主としてアルミナから成るセラミック基板が用いられている。
かかるセラミック基板には、その支持部材や載置されるウェーハ等の処理に用いるガス等を供給する供給配管を接続することが必要である。
しかし、加熱雰囲気下でのセラミック基板と接続した供給配管等との接合部に生じたクラックから、供給配管中のガス漏れが発生し易い。このため、セラミック基板と供給配管との接合部のクラック発生を防止すべく、下記特許文献１には、図５に示す静電チャックが提案されている。
【０００３】
図５に示す静電チャックでは、アルミナセラミックから成るセラミック基板１００に貫通孔１０２が形成されており、セラミック基板１００の下面側に開口する貫通孔１０２の開口部に、供給配管１０４のフランジ１０４ａが接合されている。
かかるセラミック基板１００と供給配管１０４のフランジ１０４ａとの接合部を拡大した拡大図を図６に示す。図６に示す様に、セラミック基板１００を貫通する貫通孔１０２の下端側の開口部では、貫通孔１０２の内壁面を形成する金属層１０６が、セラミック基板１００の下面側に延出されて延出部１０６ａが形成されている。この延出部１０６ａには、供給配管１０４のフランジ１０４ａが金属ろう材１０８によって接合されている。
かかる金属層１０６及びその延出部１０６ａは、その部分拡大図に示す様に、メタライズ層１０７ａと金属めっき層１０７ｂとによって、厚さが５〜３０μｍに形成されている。
更に、セラミック基板１００の貫通孔１０２の下端側の開口部に接合された供給配管１０４のフランジ１０４ａには、図６に示す様に、リング状のセラミック板１１２と、その一面側に形成されたメタライズ層と金属めっき層とによって形成されているリング状の金属板１１０とから成るリング状部材１１４が金属ろう材１０８によって接合されている。
【特許文献１】特開２００３−１３３４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図５及び図６に示す静電チャックによれば、加熱雰囲気下でもセラミック基板１００の貫通孔１０２と供給配管１０４との接合部に発生するクラックを防止して、供給配管１０４から所望のガスを供給できる。
しかし、図７に示す静電チャックのように、セラミック基板１００の下端面に形成した、メタライズ層１０７ａと金属めっき層１０７ｂとから成る金属層１０６に、円柱状の支持部材１２０を金属ろう材１０８によって接合したところ、支持部材１２０の接合強度、特に、支持部材１２０の長軸に対して直角方向からの外力に対する接合強度が低いことが判明した。
そこで、本発明は、セラミック基板に形成した金属層に金属ろう材によって接合した支持部材等の部材の接合強度が低いという従来の静電チャックの課題を解決し、セラミック基板に形成した金属層に金属ろう材によって接合した支持部材等の部材の接合強度を、従来よりも高い静電チャックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者等は、前記課題を解決すべく、図８に示す静電チャックのように、セラミック基板２００の他面側に金属層２０６を形成した。かかる金属層２０６は、セラミック基板２００を形成する本体部２００ａの他面側に形成されたメタライズ層２０６ａとニッケルめっき層２０６ｂとから形成されている。このメタライズ層２０６ａは、その周縁部が本体部２００ａと一体化されたセラミック板２００ｂによって覆われており、ニッケルめっき層２０６ｂは、セラミック板２００ｂから露出している本体部２００ａの表面に形成されている。
かかる金属層２０６のニッケルめっき層２０６ｂ上に、円柱状の支持部材２２０のフランジ部を銀ろう２０８によって接合した。
この様にして形成した図８に示すセラミック基板２００に接合した円柱状の支持部材２２０の接合強度は、図７に示すセラミック基板１００に接合した円柱状の支持部材１２０よりも向上できる。
しかしながら、図８に示すセラミック基板２００に接合した支持部材２２０の接合強度は、依然として、満足できる水準ではなかった。
【０００６】
本発明者等は、図８に示す金属層２０６について詳細に検討した結果、金属層２０６を形成するメタライズ層２０６ａとニッケルめっき層２０６ｂとの厚さを所定範囲とすることによって、銀ろう２０８によって接合した支持部材２２０の接合強度を更に向上できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、一面側が吸着面に形成された、主としてアルミナから成るセラミック基板の他面側に、金属部材がろう付けされている静電チャックであって、前記セラミック基板の他面側には、前記セラミック基板を形成するセラミック板によって周縁部が覆われている、厚さ１５〜２５μｍのメタライズ層が形成されていると共に、前記メタライズ層の表面のうち、前記セラミック板から露出しているメタライズ層の表面のみに、厚さ０．２〜１μｍのめっき層が形成され、且つ前記めっき層を介してメタライズ層に金属部材がろう付けされていることを特徴とする静電チャックにある。
【０００７】
かかる本発明において、メタライズ層を、セラミック基板の電極層と同時焼成することによって、周縁部がセラミック板によって覆われたメタライズ層を容易に得ることができる。
また、めっき層を、電解めっきによって得ることによって、緻密で且つ剥離し難いめっき層を得ることができる。
更に、メタライズ層をタングステン層とし、且つめっき層をニッケルめっき層とする組み合わせが好ましい。
尚、静電チャックが加熱雰囲気内で使用する静電チャックであって、金属部材としてセラミック基板を支持する支持部材とすることによって、加熱雰囲気内でセラミック基板を支持部材によって確実に支持できる。
【発明の効果】
【０００８】
図８に示す静電チャックでは、セラミック基板２００に接合した支持部材２２０の接合強度が低い原因は、メタライズ層１０７ａ上に形成した金属めっき層１０７ｂは、通常、セラミック基板２００をめっき液に浸漬して形成した後、水洗等がなされる。
また、金属めっき層１０７ｂは、金属ろう材との接合強度等の観点から、充分に厚く形成する。
この様に、充分に厚く形成した金属めっき層１０７ｂとメタライズ層１０７ａとの境界面には、水分が残留し易い。この水分は、金属めっき層１０７ｂを形成した後の乾燥等によっても除去され難い。
このため、メタライズ層１０７ａと金属めっき層１０７ｂとの境界面に残留した水分に起因して、金属めっき層１０７ｂが銀ろう２０８を付着した状態で剥離され易くなるものと考えられる。このことは、剥離した支持部材２２０の剥離面に、金属めっき層１０７ｂが付着していることからも首肯できる。
この点、本発明に係る静電チャックでは、メタライズ層上に形成した金属めっき層が、従来品よりも薄く、メタライズ層と金属めっき層との境界面に水分が残留し難い。このため、本発明に係る静電チャックでは、メタライズ層と金属めっき層との境界面に残留する水分に起因する金属めっき層の剥離を防止できる。
しかも、かかるメタライズ層と金属めっき層との厚さを所定範囲内とすることによって、金属ろう材によって接合した金属部材の接合強度のバラツキも小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係る静電チャックの一例を図１に示す。図１に示す静電チャック１０では、一面側が吸着面に形成された、主としてアルミナ（Aｌ2O3）から成るセラミック基板１２の他面側に、金属部材としてのボルト等の支持部材１４のフランジ部１４ａが接合されている。
かかるセラミック基板１２では、その吸着面を形成するセラミック板１２ａと本体部１２ｃの一面側との間にタングステン（Ｗ）から成る電極１２ｂが形成され、本体部１２ｃの他面側が、支持部材１４を接合する接合面を含む部分を除いてセラミック板１２ｄによって覆われている。
また、セラミック基板１２と支持部材１４との接合部は、その部分拡大断面図である図２に示す様に、周縁部がセラミック板１２ｄによって覆われているタングステン（Ｗ）から成るメタライズ層１６の露出面にニッケルめっき層１８が形成されている。このニッケルめっき層１８上に、金属ろう材である銀ろう２０によって円柱状の支持部材１４のフランジ部１４ａが接合されている。
【００１０】
図１及び図２に示すセラミック基板１２を製造する際には、セラミック板１２ａを形成する第１グリーンシート上に塗布した第１タングステンペースト上に、本体部１２ｃを形成する第２グリーンシートを積層した後、第２グリーンシート上の所定箇所に第２タングステンペーストを塗布する。次いで、第２タングステンペーストの周縁部を覆うように、セラミック板１２を形成する第３グリーンシートを第２タングステンペースト上に積層する。その後、第１〜３グリーンシート及び第１，第２タングステンペーストを同時焼成することによって、吸着面を形成するセラミック板１２ａと本体部１２ｃの一面側との間にタングステン（Ｗ）から成る電極１２ｂと、本体部１２ｃの他面側に形成され、周縁部がセラミック板１２ｄによって覆われているメタライズ層１６とから成るセラミック基板１２を得ることができる。
この様にして得たセラミック基板１２のメタライズ層１６の露出面にニッケルめっき層１８を形成するには、メタライズ層１６を給電層とする電解ニッケルめっきによって形成できる。かかるニッケルめっき層１８は、無電解ニッケルめっきによっても形成できるが、電解ニッケルめっきによって形成したニッケルめっき層に比較して、密度が低く耐熱性が低下する傾向にある。
尚、メタライズ層１６から給電用パスを形成しておくことによって、メタライズ層１６を給電層とする電解めっきを容易に施すことができる。
【００１１】
この様に形成した静電チャック１０のメタライズ層１６とニッケルめっき層１８との厚さを種々変更して、銀ろう２０によってセラミック基板１２に接合した支持部材１４のフランジ部１４ａの接合強度（ろう付け強度）を測定した。
かかるろう付け強度の測定は、図３に示す様に、静電チャック１０を、そのセラミック基板１２の一端部を把持具３０によって把持して立設した状態とし、接合した円柱状の支持部材１４の長軸に対して直角方向に力を加えて、支持部材１４が剥離される力を求めた。その結果を図４に示す。
図４に示す様に、メタライズ層１６の厚さが１０〜２５μｍであって、ニッケルめっき層１８の厚さが０．２〜１μｍであるとき、支持部材１４のろう付け強度及びそのバラツキが満足できる水準である。
これに対し、ニッケルめっき層１８を１μｍを超える厚さとすると、図４に示す如く、支持部材１４のろう付け強度が急激に低下し、その厚さを０．２μｍ未満とすると、ニッケルめっき層１８の厚さのバラツキが大きくなる。また、メタライズ層１６を１０μｍ未満の厚さとすると、図４に示す如く、ろう付け強度のバラツキが大きくなり、その厚さを２５μｍを超える厚さとしても、ろう付け強度が飽和状態となる。
【００１２】
この様に、静電チャック１０のセラミック基板１２に形成したメタライズ層１６の周縁部を、セラミック基板１２を形成するセラミック板１２ｄによって覆い、且つメタライズ層１６の厚さを１０〜２５μｍとし、ニッケルめっき層１８の厚さを０．２〜１μｍとすることによって、支持部材１４のろう付け強度及びそのバラツキが満足できる水準とすることのできる理由は、下記のように考えられる。
つまり、メタライズ層１６の周縁部を、セラミック基板１２を形成するセラミック板１２ｄによって覆うことによって、メタライズ層１６とセラミックから成る本体部１２ｃとの接合力に加えて、メタライズ層１６の周縁部がセラミック基板１２内に挿入されて形成されていることによるアンカー効果による接合力を向上できる。しかも、メタライズ層１６の厚さを１５μｍ以上とすることによって、均一で且つ剛性を高めることができる。
更に、ニッケルめっき層１８を、１μｍ以下の厚さとすることによって、メタライズ層１６とニッケルめっき層１８との境界に、電解めっきによる水分が残留し難くなり、メタライズ層１６とニッケルめっき層１８との間の水分に因る支持部材１４の接合力低下を防止できる。
【００１３】
これまでの説明では、セラミック基板１２に円柱状のフランジ部１４ａを具備する支持部材１４を接合したが、ボルトやピンでもよく、円筒状の中空部材であってもよい。
また、メタライズ層１８上に形成するめっき層としては、電解ニッケルめっき層１８について説明してきたが、コバルトから成る電解めっき層であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る静電チャックの一例を説明する断面図である。
【図２】図１に示す静電チャック１０のセラミック基板１２と支持部材１４との接合部について説明する部分拡大断面図である。
【図３】セラミック基板１２に接合した支持部材１４の接合強度を測定する測定方法を説明する説明図である。
【図４】図３に示す測定方法で測定した結果を示すグラフである。
【図５】従来の静電チャックを説明する断面図である。
【図６】従来の静電チャックのセラミック基板と供給配管との接合部について説明する部分拡大断面図である。
【図７】図５に示す静電チャックのセラミック基板に円柱状の支持部材を接合した状態を説明する断面図である。
【図８】改良した静電チャックを説明する断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０  静電チャック
１２  セラミック基板
１２ａ，１２ｄ  セラミック板
１２ｂ  電極
１２ｃ  本体部
１４  支持部材
１４ａ  フランジ部
１６  メタライズ層
１８  ニッケルめっき層
３０  把持具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図４】
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