(57)【要約】【課題】電圧除去後の応答性と、吸着面と半導体ウェハの間の冷却ガスまたは温熱ガスの封止効果とを向上させたセラミックス接合体を提供する。【解決手段】セラミックス接合体は、被接合体と、セラミックスにより形成され、被接合体と接合されている第１の表面と、第１の表面の裏面である第２の表面と、第１の表面と第２の表面との間を貫通する貫通孔と、第１の表面と内部とのいずれか一方に形成された電極と、を有するセラミックス体とを備える。第２の表面は、セラミックス体の外縁に連続して形成されている凸状のシールバンド部と、シールバンド部の内側にあって、シールバンド部と略同一の高さを有する複数の凸部が配置されている領域であるエンボスパターン部と、シールバンド部と、エンボスパターン部の間に位置する略平面状の領域であるドロップバンド部とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス接合体であって、
被接合体と、
セラミックスにより形成され、前記被接合体と接合されている第１の表面と、前記第１の表面の裏面である第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面との間を貫通する貫通孔と、前記第１の表面と内部とのいずれか一方に形成された電極と、を有するセラミックス体と、
を備え、
前記第２の表面は、
前記セラミックス体の外縁に連続して形成されている凸状のシールバンド部と、
前記シールバンド部の内側にあって、前記シールバンド部と略同一の高さを有する複数の凸部が配置されている領域であるエンボスパターン部と、
前記シールバンド部と、前記エンボスパターン部の間に位置する略平面状の領域であるドロップバンド部と、
を備える、セラミックス接合体。
【請求項２】
請求項１記載のセラミックス接合体であって、
前記エンボスパターン部にある複数の凸部のうちの少なくとも一部は、隣り合う凸部の中心同士が互いに等しい間隔Ｌで配置されており、
前記ドロップバンド部の幅は、２Ｌ以上である、セラミックス接合体。
【請求項３】
請求項１または２記載のセラミックス接合体であって、
前記シールバンド部と、前記エンボスパターン部の凸部との高さが５〜３０μｍであり、
前記ドロップバンド部の幅は、前記シールバンド部の幅よりも大きい、セラミックス接合体。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項記載のセラミックス接合体であって、
前記セラミックス体は、アルミナにより形成されている、セラミックス接合体。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項記載のセラミックス接合体であって、
前記被接合体は、金属により形成されている、セラミックス接合体。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項記載のセラミックス接合体であって、
前記セラミックス体は、樹脂を用いた接着により、前記被接合体に接合されている、セラミックス接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチングやイオン注入、電子ビーム露光等を行う半導体製造装置において、半導体ウェハの固定・平面度矯正・搬送等のために、静電チャックが用いられている。静電チャックは、一般に、電極を有するセラミックス体が、例えばアルミニウムにより形成された略円板状の形状を有するベースに接合されたセラミックス接合体である。静電チャックのセラミックス体の表面（吸着面）に半導体ウェハが載置され、電極と半導体ウェハとの間に電圧が印加されることにより、半導体ウェハがセラミックス体の吸着面上に吸着固定される。このような静電チャックは、吸着面と半導体ウェハとの間にヘリウム等の不活性ガスを流して半導体ウェハを冷却したり、ヒータと組み合わせて半導体ウェハを加熱したりと、加工中の半導体ウェハの温度を制御する目的と併せて使用されるケースが一般的である。
【０００３】
従来、静電チャックにおいて、電圧除去後の吸着力の残留時間を短くして応答性を向上させるために、ウェハ設置面（吸着面）にショットブラスト処理による凹部を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。しかし、従来の半導体ウェハの冷却機能・加熱機能を持つ静電チャックの場合、静電チャックの吸着面と半導体ウェハの間の冷却ガス・温熱ガスの封止効果が低いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４―３０４９４１号公報
【特許文献２】特開２０００−２７７５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電圧除去後の応答性と、吸着面と半導体ウェハの間の冷却ガスまたは温熱ガスの封止効果とを向上させたセラミックス接合体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
セラミックス接合体であって、
被接合体と、
セラミックスにより形成され、前記被接合体と接合されている第１の表面と、前記第１の表面の裏面である第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面との間を貫通する貫通孔と、前記第１の表面と内部とのいずれか一方に形成された電極と、を有するセラミックス体と、
を備え、
前記第２の表面は、
前記セラミックス体の外縁に連続して形成されている凸状のシールバンド部と、
前記シールバンド部の内側にあって、前記シールバンド部と略同一の高さを有する複数の凸部が配置されている領域であるエンボスパターン部と、
前記シールバンド部と、前記エンボスパターン部の間に位置する略平面状の領域であるドロップバンド部と、
を備える、セラミックス接合体。
このような構成にすれば、セラミックス体の吸着面としての第２の表面には、外縁に連続して形成されている凸状のシールバンド部と、シールバンド部の内側にあって、シールバンド部と略同一の高さを有する複数の凸部が配置されているエンボスパターン部と、シールバンド部と、エンボスパターン部の間に位置する略平面状のドロップバンド部とを備える。このため、セラミックス接合体の使用時に、第２の表面上に載置される半導体ウェハの下面と、シールバンド部の内側の角部において、貫通孔からのガスを封止することができる。また、電極への電圧除去後の吸着力の残留時間を短縮することができる。これらの結果、電圧除去後の応答性と、第２の表面と半導体ウェハの間の冷却ガスまたは温熱ガスの封止効果とを向上させたセラミックス接合体を提供することができる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１記載のセラミックス接合体であって、
前記エンボスパターン部にある複数の凸部のうちの少なくとも一部は、隣り合う凸部の中心同士が互いに等しい間隔Ｌで配置されており、
前記ドロップバンド部の幅は、２Ｌ以上である、セラミックス接合体。
このような構成にすれば、エンボスパターン部にある複数の凸部のうちの少なくとも一部は、隣り合う凸部の中心同士が互いに等しい間隔Ｌで配置されており、ドロップバンド部の幅は、２Ｌ以上であるため、セラミックス接合体の使用時に、第２の表面上に載置される半導体ウェハの下面とシールバンド部の内側の角部とにおける封止効果を高めることができる。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または２記載のセラミックス接合体であって、
前記シールバンド部と、前記エンボスパターン部との凸部の高さが５〜３０μｍであり、
前記ドロップバンド部の幅は、前記シールバンド部の幅よりも大きい、セラミックス接合体。
このような構成にすれば、セラミックス接合体の使用時に、第２の表面上に載置される半導体ウェハの下面と、シールバンド部の内側の角部とにおける封止効果を高めることができる。
【００１０】
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれか一項記載のセラミックス接合体であって、
前記セラミックス体は、アルミナにより形成されている、セラミックス接合体。
【００１１】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれか一項記載のセラミックス接合体であって、
前記被接合体は、金属により形成されている、セラミックス接合体。
【００１２】
［適用例６］
適用例１ないし５のいずれか一項記載のセラミックス接合体であって、
前記セラミックス体は、樹脂を用いた接着により、前記被接合体に接合されている、セラミックス接合体。
このような構成にすれば、セラミックス体は樹脂を用いた接着により被接合体に接合されているため、セラミックス体と、被接合体との間の気密性を確保することができる。
【００１３】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、セラミックス接合体およびその製造方法、半導体製造装置用セラミックス接合体およびその製造方法、静電チャックおよびその製造方法、等の形態で実現することができる。また、本発明は、上述した種々の特徴を必ずしも全て備えている必要はなく、その一部を省略して構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例におけるセラミックス接合体（静電チャック）の構成を概略的に示す説明図である。
【図２】セラミックス体の平面の構成を概略的に示す説明図である。
【図３】セラミックス体の端部の断面における構成を概略的に示す説明図である。
【図４】静電チャックの製造方法の概略的な流れを示すフローチャートである。
【図５】静電チャックの使用時における端部の断面の様子を概略的に示す説明図である。
【図６】比較例における静電チャックの使用時における端部の断面の様子を概略的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１６】
Ａ．実施例：
Ａ−１．セラミックス接合体の概略構成：
図１は、本発明の実施例におけるセラミックス接合体（静電チャック）の構成を概略的に示す説明図である。本実施例のセラミックス接合体１００は、エッチングやイオン注入、電子ビーム露光等を行う半導体製造装置において、半導体ウェハの固定・平面度矯正・搬送等を行い、かつ、半導体ウェハの冷却を行うための静電チャックとして利用される。以降、セラミックス接合体のことを「静電チャック」とも呼ぶ。
【００１７】
図１（Ａ）は、静電チャック１００の平面図である。図１（Ｂ）は、静電チャック１００の断面図である。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、静電チャック１００は、セラミックスにより形成されたセラミックス体２００と、セラミックス体２００と接合されているベース３００とを備えている。
【００１８】
セラミックス体２００は、ベース３００に対向する表面（以降、「第１の表面」または「接合面」とも呼ぶ。）が、ベース３００の略平面状に形成された表面と、接合層４００を介して接合されている。この接合層４００は、樹脂（例えば、エポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤）を用いた接着により形成されることが好ましい。図１（ｂ）に示すように、セラミックス体２００の接合面の裏面（以降、「第２の表面」または「吸着面」とも呼ぶ。）に半導体ウェハＷが載置される。
【００１９】
セラミックス体２００は、例えばアルミナ、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、イットリア、窒化アルミニウムといったセラミックスにより形成されている多層構造の焼結体である。セラミックス体２００は、略円板状の形状を有しており、直径Ｄｃは約３００ｍｍ（約１２インチ）、厚さｔｃは約２ｍｍないし約５ｍｍである。セラミックス体２００の内部には、導電体としての複数の電極２１０が埋設されている。半導体ウェハＷが載置された状態でこの電極２１０に電圧を印加することで静電力が発生し、半導体ウェハＷを吸着面上に吸着固定することができる。なお、電極２１０は、セラミックス体２００の接合面表面に形成されてもよい。
【００２０】
また、セラミックス体２００の内部には、セラミックス体２００の接合面と吸着面との間を貫通する貫通孔であるガス流路２２０が設けられている。ガス流路２２０は、ガス供給孔３２０（詳細は後述）から供給される、半導体ウェハＷを冷却するための不活性ガス（例えば、ヘリウムガス）を吸着面上に供給するための孔部である。なお、ガス流路２２０は、セラミックス体２００の接合面と吸着面との間を貫通する貫通孔であれば足りる。しかし、吸着面に対して不活性ガスを均一に供給するためには、図１（Ｂ）に示すように吸着面上に複数の噴出口を有する形態とすることが好ましい。
【００２１】
被接合体としてのベース３００は、例えばアルミニウム、ステンレスといった金属により形成されている。ベース３００は、略円板状の形状を有しており、その厚さｔａは約３０ｍｍである。ベース３００の直径は、任意に設定可能であるが、本実施例ではセラミックス体２００の直径Ｄｃよりわずかに大きい。ベース３００の内部には、その厚み方向を貫通するようにガス供給孔３２０が形成されている。不活性ガスは、ポンプ等の機器により、ガス供給孔３２０を介して、セラミックス体２００のガス流路２２０へ供給される。
【００２２】
Ａ−２．セラミックス体の構成：
図２は、セラミックス体２００の平面の構成を概略的に示す説明図である。図３は、セラミックス体２００の端部の断面における構成を概略的に示す説明図である。である。図２に示すように、セラミックス体２００の吸着面には、エンボスパターン部２０２と、ドロップバンド部２０４と、シールバンド部２０６とが形成されている。
【００２３】
図３に示すように、シールバンド部２０６は、セラミックス体２００の外縁に連続して環状に形成されている凸状部である。本実施例におけるシールバンド部２０６の幅Ｏｃは約８ｍｍである。また、シールバンド部の凸状部の突出高さＨｃは約１５μｍである。
【００２４】
エンボスパターン部２０２は、シールバンド部２０６の内側にある領域である。エンボスパターン部２０２には、シールバンド部２０６と略同一の突出高さを有する複数の凸部が配置されている。本実施例では、エンボスパターン部２０２に配置される凸部の形状は、直径Ｗｃが約２．５ｍｍの円柱形状である。また、エンボスパターン部２０２に配置される凸部は、隣り合う凸部の中心同士が互いに等しい間隔Ｌ（本実施例では約５ｍｍ）を有するように配置されている。ここで、「凸部の中心」とは、凸部の上面（すなわち、吸着面側）を形成する図形の対称の中心を意味するものとする。エンボスパターン部２０２に配置される凸部の突出高さＨｃは約１５μｍである。なお、エンボスパターン部２０２に配置される凸部は、複数の凸部のうちの少なくとも一部が互いに等しい間隔Ｌを有するように配置されていれば足りる。従って、例えば、ガス流路２２０を設けるために、一部の凸部の位置を移動させることや、一部の凸部を省略することもできる。
【００２５】
ドロップバンド部２０４は、シールバンド部２０６と、エンボスパターン部２０２との間に、帯状に位置するように形成されている。ドロップバンド部２０４は、凸状部が形成されていない、略平面状の領域である。本実施例におけるドロップバンド部２０４の幅Ｉｃは約１０ｍｍである。このように、本実施例におけるセラミックス体２００は、ドロップバンド部２０４の幅Ｉｃ（約１０ｍｍ）は、シールバンド部２０６の幅Ｏｃ（約８ｍｍ）よりも大きい。
【００２６】
Ａ−３．セラミックス接合体の製造方法：
図４は、静電チャック１００の製造方法の概略的な流れを示すフローチャートである。まず、アルミナ粉末を主成分とする第１のグリーンシートに、メタライズインクを用いたスクリーン印刷法により、電極２１０（図１）のパターンを印刷する（ステップＳ１００）。次に、アルミナ粉末を主成分とする第２のグリーンシートに、溝状のガス流路２２０（図１）を機械加工により形成する（ステップＳ１１０）。
【００２７】
次に、アルミナ粉末を主成分とするグリーンシート（第３のグリーンシート）、第１のグリーンシート、第２のグリーンシート、アルミナ粉末を主成分とするグリーンシート（第４のグリーンシート）の順で重ね合わせ、機械加工または型抜きによって貫通孔を形成する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０で作成したグリーンシートの積層体を熱圧着し、所定の円板形状にカットし、カットしたシートを還元雰囲気にて焼成する。焼成後、所定の寸法になるように研磨を行う（ステップＳ１３０）。次に、端子部にニッケルメッキを施し、さらにこの端子をロー付け又は半田付けすることで、セラミックス体２００（図２、図３）のベースを形成する（ステップＳ１４０）。
【００２８】
次に、セラミックス体２００のベースの第３のグリーンシートの表面（すなわち、接合面）側に、エンボスパターン部２０２と、ドロップバンド部２０４と、シールバンド部２０６とをブラスト処理により形成する（ステップＳ１５０）。最後に、ベース３００とセラミックス体２００とを、樹脂を用いて接合する（ステップＳ１６０）。以上の工程により、静電チャック１００が製造される。
【００２９】
図５は、静電チャック１００の使用時における端部の断面の様子を概略的に示す説明図である。本実施例における静電チャック１００は、吸着面に半導体ウェハＷが載置された状態で電極２１０に電圧が印加されると、吸着面と半導体ウェハＷとの間に静電気による吸着力が生ずる。これにより、半導体ウェハＷは、吸着面方向ＤＳ（白抜きの矢印で示す）へ引き付けられ、ドロップバンド部２０４の上部でたわんだ状態となる。半導体ウェハＷがたわむことによって、半導体ウェハＷの下面がシールバンド部２０６の内側に位置する角部ＣＮに押し付けられる。このため、ガス流路２２０から噴出する冷却ガスとしての不活性ガスＣを、角部ＣＮにおいて封止することができる。冷却ガスが角部ＣＮにおいて封止されることで、静電チャック１００の吸着面と半導体ウェハＷとの間の冷却ガスの分布が一様となり、静電チャック１００の冷却効果を均一なものとすることができる。従って、本実施例における静電チャック１００は、半導体ウェハＷの温度分布を均一に保ちつつ、半導体ウェハＷを保持することができる。
【００３０】
また、本実施例における静電チャック１００は、エンボスパターン部２０２に複数の凸部が配置されることによって、電極２１０への電圧除去後の吸着力の残留時間を短縮するという効果も有する。これらの結果、電圧除去後の応答性と、吸着面と半導体ウェハの間の冷却ガスの封止効果とを向上させた静電チャックを提供することが可能となる。
【００３１】
なお、半導体ウェハＷの下面とシールバンド部２０６の内側に位置する角部ＣＮとにおける封止効果を高めるためには、エンボスパターン部２０２にある複数の凸部のうちの少なくとも一部は、隣り合う凸部の中心同士が互いに等しい間隔Ｌ（図３）で配置され、かつ、ドロップバンド部２０４の幅Ｉｃ（図３）は、隣り合う凸部の中心同士の間隔Ｌに対して、２Ｌ以上であることが好ましい。また、シールバンド部２０６の凸状部の突出高さＨｃと、エンボスパターン部に配置される凸部の突出高さＨｃは、共に５μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３２】
なお、セラミックス体の内部にヒータ用の抵抗発熱体を備える構成とした場合であっても、上記冷却ガスの場合と同様に、温熱ガスを角部ＣＮにおいて封止することができる。このため、電圧除去後の応答性と、吸着面と半導体ウェハの間の温熱ガスの封止効果とを向上させた静電チャックを提供することが可能となる。
【００３３】
さらに、上記実施例における静電チャック１００は、セラミックス体２００と、ベース３００とが、樹脂による接合層４００を介して接合されているため、セラミックス体２００と、ベース３００との間の気密性を確保することができる。
【００３４】
Ｂ．比較例：
図６は、比較例における静電チャック１００ａの使用時における端部の断面の様子を概略的に示す説明図である。図３に示した上記実施例との違いは、セラミックス体２００ａがドロップバンド部２０４を備えない点のみであり、他の構成については上記実施例と同様である。
【００３５】
図６に示すように、比較例における静電チャック１００ａは、吸着面に半導体ウェハＷが載置された状態で電極２１０に電圧が印加され、半導体ウェハＷが吸着面方向ＤＳ（白抜きの矢印で示す）へ引き付けられても、半導体ウェハＷがたわんだ状態とはならない。このため、ガス流路２２０から噴出する冷却ガスとしての不活性ガスＣは、吸着面と半導体ウェハＷの底面との間を伝って外部ＯＳへと流出する。すると、比較例における静電チャック１００ａは、吸着面と半導体ウェハＷとの間の冷却ガスの分布を一様に保つことができず、この結果、半導体ウェハＷの温度分布を均一に保つことが困難となる。
【００３６】
さらに、比較例において、シールバンド部２０６の上面（吸着面側）を滑らかに形成することで、吸着面と半導体ウェハＷの底面との隙間を小さくし、不活性ガスＣが外部ＯＳへ流出することを抑制する（すなわち、冷却ガスの封止効果を向上させる）ことも可能である。しかし、この場合であっても、静電チャック１００ａの使用を続けるに伴い、半導体ウェハの加工プロセス中の雰囲気ガスやプラズマ等が起因して、滑らかに形成されたシールバンド部２０６の上面に徐々に凹凸が形成される。すると、上記と同様に、吸着面と半導体ウェハＷの底面との隙間が大きくなってしまい、不活性ガスＣが外部ＯＳへ流出し、半導体ウェハＷの温度分布を均一に保つことが困難となる。
【００３７】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３８】
Ｃ１．変形例１：
上記実施例では静電チャックの構成について例示した。しかし、上記実施例で示した態様はあくまで一例に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。具体的には、例えば、本発明はいわゆる単極型、双極型、双方の静電チャックとして利用可能である。
【００３９】
また、上記実施例では、セラミックス体とベースとは接着により形成される接合層を介して接合されるとしているが、他の方法（例えば、メカニカルクランプやネジ止めによる機械的接合）により接合されるものとしてもよい。
【００４０】
また、上記実施例では、ベースは金属を用いて形成されるとしているが、ベースは、セラミックスや樹脂といった他の材料により形成されるとしてもよい。ベースが金属により形成される場合には、セラミックス体との接合面を真の平面に近い形状に形成しやすい点において好ましい。また、ベースは、その内部に、冷却水を循環させるための流路が形成されているものとしてもよい。
【００４１】
また、上記実施例におけるセラミックス体およびベースの形状や寸法はあくまで一例であり、セラミックス体およびベースの形状や寸法（厚さや直径等）は種々変形可能である。例えば、上記実施例ではセラミックス体およびベースは略円板形状を有しているが、セラミックス体およびベースは他の形状（例えば矩形平板形状）を有していてもよい。
【００４２】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、静電チャックを構成するセラミックス体の構成について例示した。しかし、上記実施例で示した態様はあくまで一例に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。具体的には、例えば、セラミックス体の内部には、導電体として、電極の他にヒータ用の抵抗発熱体を備えるものとしてもよい。
【００４３】
また、上記実施例では、セラミックス体のエンボスパターン部における凸部の配置および形状について例示して説明した。しかし、エンボスパターン部における凸部の配置や形状等は、任意に定めることができる。例えば、凸部の配置は、放射線状であるとしてもよいし、螺旋形状であるものとしてもよい。凸部の形状についても、四角柱状など、任意の形状を採用することができる。
【００４４】
また、上記実施例では、エンボスパターン部に配置される「凸部の中心」とは、凸部の上面（すなわち、吸着面側）を形成する図形の対称の中心を意味するものとしているが、他の方法によって凸部の中心を定めることもできる。例えば、凸部の中心は凸部の重心であるものとしても良い。
【００４５】
また、上記実施例におけるセラミックス体は、シールバンド部と、ドロップバンド部と、エンボスパターン部とを備えるものとしているが、このうち、エンボスパターン部を省略することもできる。しかし、電圧除去後の応答性を向上させるという観点からは、エンボスパターン部は省略しない方が好ましい。
【００４６】
また、上記実施例におけるセラミックス体の、シールバンド部と、ドロップバンド部と、エンボスパターン部の形状や寸法はあくまで一例であり、これらの形状や寸法（各部の幅や突出高さ）は種々変形可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１００…セラミックス接合体（静電チャック）
１００ａ…静電チャック
２００…セラミックス体
２００ａ…セラミックス体
２０２…エンボスパターン部
２０４…ドロップバンド部
２０６…シールバンド部
２１０…電極
２２０…ガス流路
３００…ベース
３２０…ガス供給孔
４００…接合層
Ｗ…半導体ウェハ
Ｃ…不活性ガス
ＣＮ…角部
ＤＳ…吸着面方向
【図１】
2012028539.tif 000003
【図２】
2012028539.tif 000004
【図３】
2012028539.tif 000005
【図４】
2012028539.tif 000006
【図５】
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【図６】
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