(57)【要約】      （修正有）【課題】熱膨張係数が低く、低熱膨張セラミックス緻密体と低熱膨張セラミックス多孔体との接合部に内部応力が残留せずに、接合強度が高い低熱膨張セラミックスからなる半導体製造装置用真空チャックを提供する。【解決手段】β−ユークリプタイト５０〜９５質量％と炭化珪素５〜５０質量％からなる低熱膨張セラミックス緻密体内３の吸引孔４を具備する窪み部にこれと同材質の低熱膨張セラミックス多孔体５を嵌め込んで該緻密体よりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合して半導体製造装置用真空チャックを構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低熱膨張セラミックス緻密体に囲まれた空間部にこれと同材質の低熱膨張セラミックス多孔体を嵌め込んだ半導体製造装置用真空チャックであって、該緻密体と該多孔体とを、該緻密体よりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してなることを特徴とする半導体製造装置用真空チャック。
【請求項２】
前記低熱膨張セラミックス緻密体および前記接合材の２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置用真空チャック。
【請求項３】
前記低熱膨張セラミックス緻密体および前記接合材を構成する複合材料が、リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなることを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置用真空チャック。
【請求項４】
前記低熱膨張セラミックス緻密体と前記接合材との間の、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数の差が±０．１×１０−６／℃以内であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体製造装置用真空チャック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置、検査機器等に用いられる半導体製造装置用真空チャックに関するもので、さらに詳しくは、低熱膨張セラミックスからなる半導体製造装置用真空チャックに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、半導体回路は益々精細化する傾向にあり、例えば、真空チャックを搭載した半導体製造装置では、半導体素子の製品特性の向上が要求されるため、各部材の材料と構成に種々の工夫が鋭意検討されている。（たとえば、特許文献１参照）
【０００３】
このような状況下で、周囲の温度変化による熱膨張によるわずかな変形でも製品歩留まりの低下を招くことから、半導体製造装置の構成部材としてコーディエライトを主成分とする低熱膨張材料が用いられるようになってきた。（たとえば、特許文献２参照）
【０００４】
また、半導体製造装置の大型化、高速移動化にともない、このような構成部材の軽量化が要求されており、軽量化の一手段として、部材を緻密な焼結体から多孔体に置換することが検討されている。具体的には、低熱膨張セラミックス緻密体に囲まれた空間部にこれと同材質の低熱膨張セラミックス多孔体を嵌め込んで半導体製造装置用真空チャックとすることで、さらなる軽量化が期待できる。
このような場合、低熱膨張セラミックス同士を接合する技術が求められており、従来は接合材としてガラスが多用されていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２７４１４９号公報
【特許文献２】
特開平１１−２０９１７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来から接合材として用いられているガラスは低熱膨張材でないため、接合部にガラスの溶融温度から室温まで冷却する間に応力が残留するという問題がある。また、ガラスは剛性が低いため、接合後の部材全体の剛性が低下し、半導体素子の製品特性の向上が困難となる。さらには、接着強度が弱いという欠点も抱えている。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、熱膨張係数が低く、低熱膨張セラミックス緻密体と低熱膨張セラミックス多孔体との接合部に内部応力が残留せずに、接合強度が高い低熱膨張セラミックスからなる半導体製造装置用真空チャックを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の（１）〜（４）によって達成される。
（１）低熱膨張セラミックス緻密体内に囲まれた空間部にこれと同材質の低熱膨張セラミックス多孔体を嵌め込んだ半導体製造装置用真空チャックであって、該緻密体と該多孔体とを、該緻密体よりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してなることを特徴とする半導体製造装置用真空チャック。
（２）上記（１）において、前記低熱膨張セラミックス緻密体および前記接合材の２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置用真空チャック。
（３）上記（２）において、前記低熱膨張セラミックス緻密体および前記接合材を構成する複合材料が、リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなることを特徴とする半導体製造装置用真空チャック。
（４）上記（２）または（３）において、前記低熱膨張セラミックス緻密体と前記接合材との間の、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数の差が±０．１×１０−６／℃以内であることを特徴とする半導体製造装置用真空チャック。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係る半導体製造装置用真空チャックは、低熱膨張セラミックス緻密体と低熱膨張セラミックス多孔体を、該緻密体よりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してなる。
【００１０】
このように接合材として低熱膨張セラミックス緻密体よりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスを用いることにより、接合に際して接合材の溶融温度よりも高く、低熱膨張セラミックス緻密体の溶融温度よりも低い温度で加熱することにより、接合材のみが溶融して低熱膨張セラミックス緻密体と低熱膨張セラミックス多孔体を接合することができる。この場合に、接合材が低熱膨張セラミックスであるから、接合部に残留する応力が小さく、接合部の剛性が高いため材料全体の剛性が高く、かつ接合部自体の強度がガラスより大きいから接合強度が大きい。
【００１１】
ここで、前記低熱膨張セラミックス緻密体および前記接合材の２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であることが好ましい。この範囲であれば、半導体製造装置部材として用いられた場合に、半導体回路の精細化に適合可能である。また、低熱膨張セラミックス緻密体と接合材との間の、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数の差が±０．１×１０−６／℃以内であることが好ましい。熱膨張係数の差がこの範囲を超えると、接合のための熱処理後、冷却過程で内部応力がたまり、強度低下を招くおそれがある。
【００１２】
前記低熱膨張セラミックス緻密体および前記接合材を構成する複合材料としては、リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の第２の材料とからなるものが好適である。これら構成材料のうち第１の材料は熱膨張が極めて小さく、第２の材料は熱膨張係数は第１の材料よりも大きいがヤング率が高く、これらを複合化することにより、所望の低熱膨張および高剛性を兼備した材料とすることができる。
【００１３】
上記第１の材料としては、リチウムアルミノシリケートであるβ−ユークリプタイトやスポジューメンが好ましい。また、その中でもβ−ユークリプタイトはマイナスの熱膨張を示すので、プラスの熱膨張を示す第２の材料と組み合わせることにより、極めて低い熱膨張係数を得ることが可能であるし、また、配合を調節することにより熱膨張係数をマイナスからプラスの広い範囲で調節することが可能となる。なお、β−ユークリプタイトやスポジューメンに代表されるリチウムアルミノシリケートは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｋ、Ｔｉ、Ｚｎ等の他の成分と固溶体を形成するが、本発明ではこのような固溶体も適用可能である。
【００１４】
一方、接合材における第２の材料の選択は、接合材の溶融温度が低熱膨張セラミックス緻密体の溶融温度よりも低くなるように上記材料の中から適宜選択される。
【００１５】
なお、接合材および低熱膨張セラミックス緻密体を構成する複合材料において、実質的な化学的反応が生じなければ、第１の材料として複数の材料を組み合わせて用いることも可能である。また、第２の材料も同様に、実質的な化学的反応が生じなければ、複数の材料を組み合わせて用いることも可能である。
【００１６】
ここで、低熱膨張セラミックス緻密体を構成する複合材料の構成材料のうち１種以上が、接合材を構成する複合材料の構成材料と共通であることが好ましい。これにより、共通の構成材料が拡散しやすく強固に接合することができる。
【００１７】
この場合に、低熱膨張セラミックス緻密体の組成としてはβ−ユークリプタイト５０〜９５質量％と炭化珪素５〜５０質量％であり、接合材の組成としてはβ−ユークリプタイト４０〜８５質量％と窒化珪素１５〜６０質量％であることが好ましい。
【００１８】
次に、本発明の半導体製造装置用真空チャックの具体的な構成について詳細に説明する。
本発明の半導体製造装置用真空チャックは、低熱膨張セラミックス緻密体に囲まれた空間部にこれと同材質の低熱膨張セラミックス多孔体を嵌め込んだ半導体製造装置用真空チャックであって、該緻密体と該多孔体とを、該緻密体よりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合材で接合してなる。
図１に、本発明の実施例である半導体製造装置用真空チャックの模式的な斜視断面図を示した。図１において、１、２および３は低熱膨張セラミックス緻密体で、４は吸引孔であり、５は緻密体に囲まれた空間部に嵌め込まれた同材質の低熱膨張セラミックス多孔体で、６は低熱膨張セラミックス緻密体と低熱膨張セラミックス多孔体との接合部である。
ここで、低熱膨張セラミックス多孔体を用いる理由は、吸引孔と連結することで真空引きの経路を確保できる作用があるからである。また、さらには、低熱膨張セラミックス緻密体の一部を多孔体に置換することで軽量化を図ることができる。
【００１９】
本発明の低熱膨張セラミックス多孔体の製造方法としては、公知の方法が適用可能である。たとえば、セラミックス粉末を含むスラリーをウレタンフォーム等のスポンジに含浸させ、焼成させる方法がある。その他の方法としては、セラミックス粉末を含むスラリーに気孔の基となる粒子として加熱で分解する有機物、例えば樹脂ビーズ、カーボンビーズ等を混合し、成形し、焼成すれば、これにより焼失した部分が気孔となり多孔体が製造できる。
【００２０】
つぎに低熱膨張セラミックス緻密体と低熱膨張セラミックス多孔体との接合は、接合材粉末を適宜のバインダーとともに混練して粘糊性のあるペーストとし、このペーストを低熱膨張セラミックス緻密体と低熱膨張セラミックス多孔体の各接合面に塗布し、脱脂した後に、緻密体に囲まれた空間部に多孔体を嵌め込んで接合面同士を密着させ、接合材は溶融するけれども低熱膨張セラミックス緻密体と低熱膨張セラミックス多孔体は溶融しない温度で熱処理することによる。これにより、接合材が溶融し、一部は低熱膨張セラミックス緻密体と低熱膨張セラミックス多孔体に拡散してお互いを接合できる。
この際の熱処理雰囲気は、材料が全て酸化物系のものであれば、大気雰囲気を用いることができるが、非酸化物系の材料が含まれている場合には、非酸化雰囲気を用いることが好ましい。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
（１）低熱膨張セラミックス緻密体の作製
まず、β−ユークリプタイト粉末と炭化珪素粉末とを表１の割合でポットミル混合して乾燥させ、低熱膨張セラミックスの原料混合粉末を作製した。この混合粉末を１５０ＭＰａでＣＩＰ成形し、円板状成形体を得た。得られた成形体を２種類の円筒形状品、及び円盤に切削加工し、窒素雰囲気において、表１に示す温度で焼成した。このようにして、図１に模式的に示すような外径１１０ｍｍΦ×高さ３０ｍｍ×肉厚５ｍｍの円筒Ａと、外径２５０ｍｍΦ×高さ３０ｍｍ×肉厚５ｍｍの円筒Ｂ、および直径２５０ｍｍΦ×厚さ５ｍｍの円板Ｃを得た。なお、この円板Ｃには中心部に１個、および中心より２００ｍｍ離れた同心円上の位置に合計４個からなる直径５ｍｍΦの吸引孔を形成した。
ここで、同様にして焼成して得られた試験片から、レーザー干渉式熱膨張測定装置（アルバック理工社製  ＬＩＸ−１）を用いて２０〜３０℃における平均の熱膨張係数を求めた。また、共振法にてこれら緻密体のヤング率を測定した。これらの評価結果についても表１にまとめて示した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
（２）低熱膨張セラミックス多孔体の作製
緻密体と同様にして、β−ユークリプタイト粉末と炭化珪素粉末とを表１の割合でポットミル混合して乾燥させ、低熱膨張セラミックスの原料混合粉末を作製した。
このセラミックス粉末を含むスラリーに気孔の基となる粒子として外割で５重量％の粒度１００μｍのカーボンビーズを混合し、直径２５０ｍｍΦ×厚み３５ｍｍの円板状成形体を作製し、１５０ＭＰａでＣＩＰ処理した。このようにして得られた成形体を窒素雰囲気において、表１に示す温度で焼成し、円板状の低熱膨張セラミックス多孔体を得た。
次に、このセラミックス多孔体を研削加工し、直径１００ｍｍΦ×高さ３０ｍｍの円板、および、外径２４０ｍｍΦ×内径１１０ｍｍΦ×高さ３０ｍｍのリング状多孔体を得た。
【００２４】
（３）接合材の作製
次に、β−ユークリプタイトと窒化珪素を表２に示す割合でポットミル混合して乾燥させ、接合材用の混合粉末を作製した。この混合粉末を無機分が３０ｖｏｌ％となるようにエチルセルロースの１５％α−テルピネオール溶液と混合し、三本ロールを用いてペースト状にした。なお、この接合材について同じ組成の焼結体を作製して板材と同様にして熱膨張係数を求めた。その結果についても表２にまとめて示した。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
次に、円筒Ａの内周と外周面と片端面、および円筒Ｂの内周面と片端面に上記接合材ペーストを刷毛を用いて約１３０μｍの厚さで塗布した。また、上記リング状の低熱膨張セラミックス多孔体の内外周面にも同様の方法でペーストを塗布し、円筒Ａと円筒Ｂに囲まれた空間に嵌めこみ密着させた。次に、円板状の低熱膨張セラミックス多孔体の外周面にも同様の方法でペーストを塗布し、円筒Ａの内部の空間に嵌めこみ密着させた。
次に、上記吸引孔を具備する円板Ｃの片面と、円筒に嵌め込んだ低熱膨張セラミックス多孔体の片面に同様の方法でペーストを塗布し、塗布面同士を密着した。これらを５００℃で脱脂した後、窒素雰囲気で、表２に示した温度で熱処理し、接合材を溶融させた。その後、吸引孔を塞ぐ溶融した接合材を研削で除去して、図１に斜視断面を模式的に示したような半導体製造装置用真空チャックを得た。
【００２７】
次に、以上のようにして得られた真空チャックから接合部を含む試験片を切り出した結果、接合部に内部応力が残留せず、しかも接合部は、大幅な低下を招かない程度の曲げ強度を有していることが確認された。
また、以上のようにして得られた真空チャックの上面に直径２５０ｍｍΦのシリコンウエハーを載せ、吸引孔から真空引きした結果、強い吸着力が得られた。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低い熱膨張係数を維持しつつ、接合部に内部応力が残留せず、しかも接合部は、大幅な低下を招かない程度の曲げ強度を有している半導体製造装置用真空チャックを得ることができる。
さらには、本発明の真空チャックは、低熱膨張セラミックス緻密体の一部を多孔体に置換することで軽量化を図れる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を模式的に示した斜視断面図である。
【符号の説明】
１  低熱膨張セラミックス緻密体  （円筒Ａ）
２  低熱膨張セラミックス緻密体  （円筒Ｂ）
３  低熱膨張セラミックス緻密体  （円板Ｃ）
４  吸引孔
５  低熱膨張セラミックス多孔体
６  接合部
【図１】
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