(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性物質を含む一対のセラミックス板と、前記一対のセラミックス板の間に介在する導電層および絶縁層と、を備え、
前記一対のセラミックス板と前記絶縁層との界面における気孔率が４％以下、
前記セラミックス板を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径に対する前記絶縁層を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径の比が１より大きいセラミックス接合体。
【請求項２】
前記導電層は導電性物質と絶縁性物質からなり、前記絶縁層は絶縁性物質からなる請求項１に記載のセラミックス接合体。
【請求項３】
前記絶縁層を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径は、１．６μｍ以上かつ１０．０μｍ以下である請求項２に記載のセラミックス接合体。
【請求項４】
前記セラミックス板は、酸化アルミニウムと炭化ケイ素の複合体である請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックス接合体。
【請求項５】
前記導電層および前記絶縁層を構成する絶縁性物質は、酸化アルミニウムである請求項２〜４のいずれか１項に記載のセラミックス接合体。
【請求項６】
前記導電層を構成する導電性物質は、Ｍｏ２Ｃ、Ｍｏ、ＷＣ、Ｗ、ＴａＣ、Ｔａ、ＳｉＣ、カーボンブラック、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーからなる群から選択される少なくとも１種である請求項２〜５のいずれか１項に記載のセラミックス接合体。
【請求項７】
セラミックスからなる静電チャック部材と、金属からなる温度調整用ベース部材とを、接着剤層を介して接合してなる静電チャック装置であって、
前記静電チャック部材は、請求項１〜６のいずれか１項に記載のセラミックス接合体からなる静電チャック装置。
【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、静電チャック装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の半導体装置を製造する半導体製造工程においては、シリコンウエハ等の板状試料は、静電チャック機能を備えた静電チャック部材に静電吸着により固定されて所定の処理が施される。
例えば、この板状試料にプラズマ雰囲気下にてエッチング処理等を施す場合、プラズマの熱により板状試料の表面が高温になり、表面のレジスト膜が張り裂ける（バーストする）等の問題が生じる。
そこで、この板状試料の温度を所望の一定の温度に維持するために、静電チャック装置が用いられている。静電チャック装置は、上記の静電チャック部材の下面に、金属製の部材の内部に温度制御用の冷却媒体を循環させる流路が形成された温度調整用ベース部材を、シリコーン系接着剤を介して接合・一体化した装置である。
この静電チャック装置では、温度調整用ベース部材の流路に温度調整用の冷却媒体を循環させて熱交換を行い、静電チャック部材の上面に固定された板状試料の温度を望ましい一定の温度に維持しつつ静電吸着し、この板状試料に各種のプラズマ処理を施すようになっている。
【０００３】
ところで、静電チャック装置の静電チャック部材では、耐腐食性、耐熱性、耐プラズマ性、熱サイクルの負荷に対する耐久性等が求められる。このような性能に優れる静電チャック装置を実現するために、絶縁性セラミックス材料に、導電性材料を添加した複合誘電体セラミックスからなる静電チャック基体と、該静電チャック基体中に内蔵された内部電極と、この内部電極に接するように設けられた給電用端子とからなる静電チャック部材が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５２０６４号公報
【特許文献２】特開２００７−０５１０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１および２の静電チャック電極内蔵型サセプタの内部電極は、特に限定されないが、導電性の高い高融点材料であり、絶縁性セラミックス材料と導電性の高融点材料を含む複合体焼結体であってもよい。複合誘電体セラミックスと内部電極の接合面は一般的に表面を研磨してから接合される。そのため、静電チャック基体と内部電極の接合界面には、導電性材料が露出しており、内部電極との界面において、導電パスが形成されやすく、絶縁性が低くなっている。したがって、複合誘電体セラミックスと内部電極の接合界面において、絶縁破壊（放電）が生じるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、セラミックス板と導電層の接合界面において、絶縁破壊（放電）が生じることを抑制したセラミックス接合体、セラミックス接合体を含む静電チャック装置およびセラミックス接合体の製造方法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】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、導電性物質を含む一対のセラミックス板と、前記一対のセラミックス板の間に介在する導電層および絶縁層と、を備え、前記一対のセラミックス板と前記絶縁層との界面における気孔率が４％以下、前記セラミックス板を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径に対する前記絶縁層を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径の比が１より大きいセラミックス接合体を提供する。
【０００８】
本発明の一態様においては、前記導電層は導電性物質と絶縁性物質から構成され、前記絶縁層は絶縁性物質から構成されていてもよい。
【０００９】
本発明の一態様においては、前記絶縁層を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径は、１．６μｍ以上かつ１０．０μｍ以下であってもよい。
【００１０】
本発明の一態様においては、前記セラミックス板は、酸化アルミニウムと炭化ケイ素の複合体であってもよい。
【００１１】
本発明の一態様においては、前記導電層および前記絶縁層を構成する絶縁性物質は、酸化アルミニウムであってもよい。
【００１２】
本発明の一態様においては、前記導電層を構成する導電性物質は、Ｍｏ２Ｃ、Ｍｏ、ＷＣ、Ｗ、ＴａＣ、Ｔａ、ＳｉＣ、カーボンブラック、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーからなる群から選択される少なくとも１種であってもよい。
【００１３】
本発明の一態様は、セラミックスからなる静電チャック部材と、金属からなる温度調整用ベース部材とを、接着剤層を介して接合してなる静電チャック装置であって、前記静電チャック部材は、本発明の一態様に係るセラミックス接合体からなる静電チャック装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、セラミックス板と導電層の接合界面において、絶縁破壊（放電）が生じることを抑制したセラミックス接合体、セラミックス接合体を含む静電チャック装置およびセラミックス接合体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るセラミックス接合体を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る静電チャック装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のセラミックス接合体、静電チャック装置、セラミックス接合体の製造方法の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１８】
［セラミックス接合体］
（第１の実施形態）
以下、図１を参照しながら、本発明の一実施形態に係るセラミックス接合体について説明する。
なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率等は適宜異ならせてある。
【００１９】
図１は、本実施形態のセラミックス接合体を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態のセラミックス接合体１は、導電性物質を含む一対のセラミックス板２，３と、一対のセラミックス板２，３の間に介在する導電層４および絶縁層５と、を備えている。
以下、セラミックス板２を第１のセラミックス板２、セラミックス板３を第２のセラミックス板３と言う。
図１に示すように、セラミックス接合体１は、第１のセラミックス板２と、導電層４および絶縁層５と、第２のセラミックス板３とがこの順に積層されている。すなわち、セラミックス接合体１は、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３が、導電層４および絶縁層５を介して、接合一体化されてなる接合体である。
【００２０】
図１に示すように、第１のセラミックス板２と絶縁層５との界面、および第２のセラミックス板３と絶縁層５との界面には気孔６が存在する。第１のセラミックス板２と絶縁層５との界面、および第２のセラミックス板３と絶縁層５との界面における気孔率は４％以下であり、３％以下であることが好ましい。前記の気孔率が４％を超えると、セラミックス板２，３と導電層４の接合界面において、絶縁破壊（放電）が生じることを抑制することができない。
【００２１】
第１のセラミックス板２と絶縁層５との界面、および第２のセラミックス板３と絶縁層５との界面における気孔率の測定方法は、次の通りである。日本電子社製の電解放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で、第１のセラミックス板２、第２のセラミックス板３および絶縁層５の厚み方向の切断面を観察し、画像解析ソフトによりその切断面の画像を解析して、気孔６の面積を算出する。得られた算出結果から、絶縁層５の面積と気孔６の面積を用い、下記の式（１）に従って、気孔率（％）を算出する。
気孔率＝気孔の面積／（絶縁層の面積＋気孔の面積）×１００  （１）
【００２２】
第１のセラミックス板２、第２のセラミックス板３および絶縁層５は、後述するような絶縁性物質から構成される。第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径に対する絶縁層５を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径の比（（絶縁層５を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径）／（第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径））は１より大きく、１．３以上であることが好ましい。前記の比が１未満では、セラミックス板２，３と導電層４の接合界面において、絶縁破壊（放電）が生じることを抑制することができない。
【００２３】
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３は、その重ね合わせ面の形状を同じくする。
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３の厚さは、特に限定されず、セラミックス接合体１の用途に応じて適宜調整される。
【００２４】
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３は、同一組成または主成分が同一である。第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３は、絶縁性物質と導電性物質の複合体からなる。第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３に含まれる絶縁性物質は、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）等が挙げられる。また、第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３に含まれる導電性物質は、特に限定されないが、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭素（Ｃ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー、希土類酸化物、希土類フッ化物等が挙げられる。
【００２５】
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３の材料は、体積固有抵抗値が１０１３Ω・ｃｍ以上かつ１０１５Ω・ｃｍ以下程度であり、機械的な強度を有し、しかも腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性を有するものであれば、特に限定されない。このような材料としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）−炭化ケイ素（ＳｉＣ）複合焼結体等が挙げられるが、高温での誘電特性、高耐食性、耐プラズマ性、耐熱性の観点から、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）−炭化ケイ素（ＳｉＣ）複合焼結体が好ましい。
【００２６】
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径は、０．５μｍ以上かつ３．０μｍ以下であることが好ましく、１．０μｍ以上かつ２．０μｍ以下であることがより好ましい。
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径が０．５μｍ以上３．０μｍ以下であれば、緻密で耐電圧性が高く、耐久性の高い第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３を得ることができる。
【００２７】
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径の測定方法は、次の通りである。日本電子社製の電解放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で、第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３の厚み方向の切断面を観察し、インターセプト法により絶縁性物質２００個の粒子径の平均を平均一次粒子径とする。
【００２８】
導電層４は、高周波電力を通電してプラズマを発生させてプラズマ処理するためのプラズマ発生用電極、電荷を発生させて静電吸着力で板状試料を固定するための静電チャック用電極、通電発熱させて板状試料を加熱するためのヒータ電極等として用いられるものである。導電層４の形状（導電層４を平面視した（厚さ方向から見た）場合の形状）や、大きさ（厚さや、導電層４を平面視した（厚さ方向から見た）場合の面積）は、特に限定されず、セラミックス接合体１の用途に応じて適宜調整される。
【００２９】
導電層４は、導電性物質と絶縁性物質からなる。
【００３０】
導電層４に含まれる導電性物質は、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）、モリブデン（Ｍｏ）、炭化タングステン（ＷＣ）、タングステン（Ｗ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、タンタル（Ｔａ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、カーボンブラック、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。導電層４に含まれる導電性物質が前記物質からなる群から選択される少なくとも１種であることにより、導電層の導電率を担保することができる。
【００３１】
導電層４に含まれる絶縁性物質は、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）等が挙げられる。導電層４に含まれる絶縁性物質は、第1のセラミック板２および第２のセラミック板３の主成分に合わせることが好ましい。
導電層４が、導電性物質と絶縁性物質からなることにより、第１のセラミック板２および、第２のセラミック板３との接合強度並びに、電極としての機械的強度が強くなる。
導電層４に含まれる絶縁性物質が、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることにより、高温での誘電特性、高耐食性、耐プラズマ性、耐熱性が保たれる。
【００３２】
導電層４における導電性物質と絶縁性物質の含有量の比（配合比）は、特に限定されず、セラミックス接合体１の用途に応じて適宜調整される。
【００３３】
絶縁層５は、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３の境界部、すなわち導電層４形成部以外の外縁部領域を接合するために設けられたものである。絶縁層５の形状（絶縁層５を平面視した（厚さ方向から見た）場合の形状）は、特に限定されず、導電層４の形状に応じて適宜調整される。
本実施形態のセラミックス接合体１では、絶縁層５の厚さは、導電層４の厚さと等しくなっている。
【００３４】
絶縁層５は、絶縁性物質からなる。
絶縁層５を構成する絶縁性物質は、特に限定されないが、第1のセラミック板２および第２のセラミック板３の主成分と同じにすることが好ましく、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）等が挙げられる。絶縁層５を構成する絶縁性物質は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることが好ましい。絶縁層５を構成する絶縁性物質が、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることにより、高温での誘電特性、高耐食性、耐プラズマ性、耐熱性が保たれる。
【００３５】
絶縁層５を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径は、１．６μｍ以上かつ１０．０μｍ以下であることが好ましく、１．６μｍ以上かつ６．０μｍ以下であることがより好ましい。
絶縁層５を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径が１．６μｍ以上であれば、充分な耐電圧性を得ることができる。一方、絶縁層５を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径が１０．０μｍ以下であれば、研削等の加工性がよい。
【００３６】
絶縁層５を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径の測定方法は、第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径の測定方法と同様である。
【００３７】
本実施形態のセラミックス接合体１によれば、導電性物質を含む一対のセラミックス板２，３と、セラミックス板２，３の間に介在する導電層４および絶縁層５と、を備え、セラミックス板２，３と絶縁層５との界面における気孔率が４％以下、セラミックス板２，３を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径に対する絶縁層５を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径の比が１より大きいため、セラミックス板２，３と導電層４の接合界面において、絶縁破壊（放電）が生じることを抑制することができる。
【００３８】
［セラミックス接合体の製造方法］
本実施形態のセラミックス接合体の製造方法は、導電性物質を含む第１のセラミックス板の一方の面に研削加工または研磨加工を施し、第１のセラミックス板の一方の面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．２５μｍ以下とする工程（以下、「第１の工程」と言う。）と、研削加工または研磨加工を施した第１のセラミックス板の一方の面に、導電層形成用ペーストを塗布して導電層塗膜を形成するとともに、絶縁層形成用ペーストを塗布して絶縁層塗膜を形成する工程（以下、「第２の工程」と言う。）と、導電性物質を含む第２のセラミックス板の一方の面に研削加工または研磨加工を施し、第２のセラミックス板の一方の面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．２５μｍ以下とする工程（以下、「第３の工程」と言う。）と、導電層塗膜および絶縁層塗膜の第１のセラミックス板と接する面とは反対側の面に、研削加工または研磨加工を施した第２のセラミックス板の一方の面が接するように、第２のセラミックス板を積層する工程（以下、「第４の工程」と言う。）と、第１のセラミックス板、導電層塗膜、絶縁層塗膜および第２のセラミックス板を含む積層体を、加熱しながら、厚さ方向に加圧する工程（以下、「第５の工程」と言う。）と、を有する。
【００３９】
以下、図１を参照しながら、本実施形態のセラミックス接合体の製造方法について説明する。
【００４０】
第１の工程では、第１のセラミックス板２の一方の面（絶縁層５と対向する面）２ａに研削加工または研磨加工を施し、第１のセラミックス板２の一方の面２ａの算術平均粗さ（Ｒａ）を０．２５μｍ以下とする。
第１のセラミックス板２の一方の面２ａの算術平均粗さ（Ｒａ）は０．２５μｍ以下であり、０．２０μｍ以下であることが好ましい。
【００４１】
第１のセラミックス板２の一方の面２ａの算術平均粗さ（Ｒａ）は、東京精密社製の触針式の表面粗さ計を用いて、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３「製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）−表面性状：輪郭曲線方式−用語，定義及び表面性状パラメータ」に準じて測定する。
【００４２】
第１のセラミックス板２の一方の面２ａの算術平均粗さ（Ｒａ）を０．２５μｍ以下とするには、研削加工または研磨加工にて、適宜の粒子径の砥粒を用いることが好ましい。砥粒の粒子径としては、例えば、粒度ＪＩＳ表示♯２００から♯４０００の範囲を用いることが好ましい。
【００４３】
第２の工程では、スクリーン印刷法等の塗工法により、研削加工または研磨加工を施した第１のセラミックス板２の一方の面２ａに導電層形成用ペーストを塗布し、導電層４となる塗膜（導電層塗膜）を形成する。
導電層形成用ペーストとしては、導電層４を形成する導電性物質および絶縁性物質を、溶媒に分散させたものが用いられる。
導電層形成用ペースに含まれる溶媒としては、イソプロピルアルコール等が用いられる。
【００４４】
また、第２の工程では、スクリーン印刷法等の塗工法により、研削加工または研磨加工を施した第１のセラミックス板２の一方の面２ａに絶縁層形成用ペーストを塗布し、絶縁層５となる塗膜（絶縁層塗膜）を形成する。
絶縁層形成用ペーストとしては、絶縁層５を形成する絶縁性物質を、溶媒に分散させたものが用いられる。
絶縁層形成用ペースに含まれる溶媒としては、イソプロピルアルコール等が用いられる。
【００４５】
第３の工程では、第１の工程と同様にして、第２のセラミックス板３の一方の面（絶縁層５と対向する面）３ａに研削加工または研磨加工を施し、第２のセラミックス板３の一方の面３ａの算術平均粗さ（Ｒａ）を０．２５μｍ以下とする。
第２のセラミックス板３の一方の面３ａの算術平均粗さ（Ｒａ）は０．２５μｍ以下であり、０．２０μｍ以下であることが好ましい。
【００４６】
第４の工程では、導電層塗膜および絶縁層塗膜の第１のセラミックス板２と接する面とは反対側の面に、研削加工または研磨加工を施した第２のセラミックス板３の一方の面３ａが接するように、第２のセラミックス板３を積層する。
【００４７】
第５の工程では、第１のセラミックス板２、導電層４となる塗膜、絶縁層５となる塗膜、および第２のセラミックス板３を含む積層体を、加熱しながら、厚さ方向に加圧する。積層体を、加熱しながら、厚さ方向に加圧する際の雰囲気は、真空、あるいはＡｒ、Ｈｅ、Ｎ２等の不活性雰囲気が好ましい。
【００４８】
前記の積層体を加熱する温度（熱処理温度）は、１６００℃以上かつ１９００℃以下であることが好ましく、１６５０℃以上かつ１８５０℃以下であることがより好ましい。
積層体を加熱する温度が１６００℃以上かつ１９００℃以下であれば、それぞれの塗膜に含まれる溶媒を揮発させて、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３の間に、導電層４および絶縁層５を形成することができる。また、導電層４および絶縁層５を介して、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３を接合一体化することができる。
【００４９】
前記の積層体を厚さ方向に加圧する圧力（加圧力）は、１．０ＭＰａ以上かつ５０．０ＭＰａ以下であることが好ましく、５．０ＭＰａ以上かつ２０．０ＭＰａ以下であることがより好ましい。
積層体を厚さ方向に加圧する圧力が１．０ＭＰａ以上かつ５０．０ＭＰａ以下であれば、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３の間に、互いに密着した導電層４および絶縁層５を形成することができる。また、導電層４および絶縁層５を介して、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３を接合一体化することができる。
【００５０】
［静電チャック装置］
以下、図２を参照しながら、本発明の一実施形態に係る静電チャック装置について説明する。
【００５１】
図２は、本実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。なお、図２において、図１に示したセラミックス接合体と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図２に示すように、本実施形態の静電チャック装置１００は、円板状の静電チャック部材１０２と、静電チャック部材１０２を所望の温度に調整する円板状の温度調節用ベース部材１０３と、これら静電チャック部材１０２および温度調整用ベース部材１０３を接合・一体化する接着剤層１０４と、を有している。本実施形態の静電チャック装置１００では、静電チャック部材１０２が、例えば、上述の実施形態のセラミックス接合体１またはセラミックス接合体１からなる。ここでは、静電チャック部材１０２がセラミックス接合体１からなる場合について説明する。
以下の説明においては、載置板１１１の載置面１１１ａ側を「上」、温度調整用ベース部材１０３側を「下」として記載し、各構成の相対位置を表すことがある。
【００５２】
［静電チャック部材］
静電チャック部材１０２は、上面が半導体ウエハ等の板状試料を載置する載置面１１１ａとされたセラミックスからなる載置板１１１と、載置板１１１の載置面１１１ａとは反対の面側に設けられた支持板１１２と、これら載置板１１１と支持板１１２との間に挟持された静電吸着用電極１１３と、載置板１１１と支持板１１２とに挟持され静電吸着用電極１１３の周囲を囲む環状の絶縁材１１４と、静電吸着用電極１１３に接するように温度調節用ベース部材１０３の固定孔１１５内に設けられた給電用端子１１６と、を有している。
静電チャック部材１０２において、載置板１１１が上記の第２のセラミックス板３に相当し、支持板１１２が上記の第１のセラミックス板２に相当し、静電吸着用電極１１３が上記の導電層４に相当し、絶縁材１１４が上記の絶縁層５に相当する。
【００５３】
［載置板］
載置板１１１の載置面１１１ａには、半導体ウエハ等の板状試料を支持するための多数の突起が立設され（図示略）ている。さらに、載置板１１１の載置面１１１ａの周縁部には、ヘリウム（Ｈｅ）等の冷却ガスが漏れないように、この周縁部を一周するように、断面四角形状の環状突起部が設けられていてもよい。さらに、この載置面１１１ａ上の環状突起部に囲まれた領域には、環状突起部と高さが同一であり横断面が円形状かつ縦断面が略矩形状の複数の突起部が設けられていてもよい。
【００５４】
載置板１１１の厚さは、０．３ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上かつ１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。載置板１１１の厚さが０．３ｍｍ以上であれば、耐電圧性に優れる。一方、載置板１１１の厚さが３．０ｍｍ以下であれば、静電チャック部材１０２の静電吸着力が低下することがなく、載置板１１１の載置面１１１ａに載置される板状試料と温度調整用ベース部材１０３との間の熱伝導性が低下することもなく、処理中の板状試料の温度を好ましい一定の温度に保つことができる。
【００５５】
［支持板］
支持板１１２は、載置板１１１と静電吸着用電極１１３を下側から支持している。
【００５６】
支持板１１２の厚さは、０．３ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上かつ１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。支持板１１２の厚さが０．３ｍｍ以上であれば、充分な耐電圧を確保することができる。一方、支持板１１２の厚さが３．０ｍｍ以下であれば、静電チャック部材１０２の静電吸着力が低下することがなく、載置板１１１の載置面１１１ａに載置される板状試料と温度調整用ベース部材１０３との間の熱伝導性が低下することもなく、処理中の板状試料の温度を好ましい一定の温度に保つことができる。
【００５７】
［静電吸着用電極］
静電吸着用電極１１３では、電圧を印加することにより、載置板１１１の載置面１１１ａに板状試料を保持する静電吸着力が生じる。
【００５８】
静電吸着用電極１１３の厚さは、５μｍ以上かつ２００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上かつ１００μｍ以下であることがより好ましい。静電吸着用電極１１３の厚さが５μｍ以上であれば、充分な導電性を確保することができる。一方、静電吸着用電極１１３の厚さが２００μｍ以下であれば、載置板１１１の載置面１１１ａに載置される板状試料と温度調整用ベース部材３との間の熱伝導性が低下することがなく、処理中の板状試料の温度を望ましい一定の温度に保つことができる。また、プラズマ透過性が低下することがなく、安定にプラズマを発生させることができる。
【００５９】
［絶縁材］
絶縁材１１４は、静電吸着用電極１１３を囲繞して腐食性ガスおよびそのプラズマから静電吸着用電極１１３を保護するためのものである。
絶縁材１１４により、載置板１１１と支持板１１２とが、静電吸着用電極１１３を介して接合一体化されている。
【００６０】
［給電用端子］
給電用端子１１６は、静電吸着用電極１１３に電圧を印加するためのものである。
給電用端子１１６の数、形状等は、静電吸着用電極１１３の形態、すなわち単極型か、双極型かにより決定される。
【００６１】
給電用端子１１６の材料は、耐熱性に優れた導電性材料であれば特に制限されるものではない。給電用端子１１６の材料としては、熱膨張係数が静電吸着用電極１１３および支持板１１２の熱膨張係数に近似したものであることが好ましく、例えば、コバール合金、ニオブ（Ｎｂ）等の金属材料、各種の導電性セラミックスが好適に用いられる。
【００６２】
［導電性接着層］
導電性接着層１１７は、温度調節用ベース部材１０３の固定孔１１５内および支持板１１２の貫通孔１１８内に設けられている。また、導電性接着層１１７は、静電吸着用電極１１３と給電用端子１１６の間に介在して、静電吸着用電極１１３と給電用端子１１６を電気的に接続している。
【００６３】
導電性接着層１１７を構成する導電性接着剤は、炭素繊維、金属粉等の導電性物質と樹脂を含む。
【００６４】
導電性接着剤に含まれる樹脂としては、熱応力により凝集破壊を起こし難いものであれば特に限定されず、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポシキ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。
これらの中でも、伸縮度が高く、熱応力の変化によって凝集破壊し難い点から、シリコーン樹脂が好ましい。
【００６５】
［温度調整用ベース部材］
温度調整用ベース部材１０３は、金属およびセラミックスの少なくとも一方からなる厚みのある円板状のものである。温度調整用ベース部材１０３の躯体は、プラズマ発生用内部電極を兼ねた構成とされている。温度調整用ベース部材１０３の躯体の内部には、水、Ｈｅガス、Ｎ２ガス等の冷却媒体を循環させる流路１２１が形成されている。
【００６６】
温度調整用ベース部材１０３の躯体は、外部の高周波電源１２２に接続されている。また、温度調整用ベース部材１０３の固定孔１１５内には、その外周が絶縁材料１２３により囲繞された給電用端子１１６が、絶縁材料１２３を介して固定されている。給電用端子１１６は、外部の直流電源１２４に接続されている。
【００６７】
温度調整用ベース部材１０３を構成する材料は、熱伝導性、導電性、加工性に優れた金属、またはこれらの金属を含む複合材であれば特に制限されるものではない。温度調整用ベース部材３を構成する材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン（Ｔｉ）等が好適に用いられる。
温度調整用ベース部材１０３における少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理またはポリイミド系樹脂による樹脂コーティングが施されていることが好ましい。また、温度調整用ベース部材１０３の全面が、前記のアルマイト処理または樹脂コーティングが施されていることがより好ましい。
【００６８】
温度調整用ベース部材１０３にアルマイト処理または樹脂コーティングを施すことにより、温度調整用ベース部材１０３の耐プラズマ性が向上するとともに、異常放電が防止される。したがって、温度調整用ベース部材１０３の耐プラズマ安定性が向上し、また、温度調整用ベース部材１０３の表面傷の発生も防止することができる。
【００６９】
［接着剤層］
接着剤層１０４は、静電チャック部１０２と、冷却用ベース部１０３とを接着一体化するものである。
【００７０】
接着剤層１０４の厚さは、１００μｍ以上かつ２００μｍ以下であることが好ましく、１３０μｍ以上かつ１７０μｍ以下であることがより好ましい。
接着剤層１０４の厚さが上記の範囲内であれば、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３との間の接着強度を充分に保持することができる。また、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３との間の熱伝導性を充分に確保することができる。
【００７１】
接着剤層１０４は、例えば、シリコーン系樹脂組成物を加熱硬化した硬化体、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等で形成されている。
シリコーン系樹脂組成物は、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を有するケイ素化合物であり、耐熱性、弾性に優れた樹脂であるので、より好ましい。
【００７２】
このようなシリコーン系樹脂組成物としては、特に、熱硬化温度が７０℃〜１４０℃のシリコーン樹脂が好ましい。
ここで、熱硬化温度が７０℃を下回ると、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３とを対向させた状態で接合する際に、接合過程で硬化が充分に進まないことから、作業性に劣ることになるため好ましくない。一方、熱硬化温度が１４０℃を超えると、静電チャック部１０２および冷却用ベース部１０３との熱膨張差が大きく、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３との間の応力が増加し、これらの間で剥離が生じることがあるため好ましくない。
【００７３】
本実施形態の静電チャック装置１００によれば、静電チャック部材１０２がセラミックス接合体１からなるため、静電チャック部材１０２において、絶縁破壊（放電）が生じることを抑制することができる。
【００７４】
以下、本実施形態の静電チャック装置の製造方法について説明する。
【００７５】
上述のようにして得られたセラミックス接合体１からなる静電チャック部材１０２を用意する。
【００７６】
冷却用ベース部１０３の一主面１０３ａの所定領域に、シリコーン系樹脂組成物からなる接着剤を塗布する。ここで、接着剤の塗布量を、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３とが接合一体化できるように調整する。
この接着剤の塗布方法としては、ヘラ等を用いて手動で塗布する他、バーコート法、スクリーン印刷法等が挙げられる。
【００７７】
冷却用ベース部１０３の一主面１０３ａに接着剤を塗布した後、静電チャック部１０２と、接着剤を塗布した冷却用ベース部１０３とを重ね合わせる。
また、立設した給電用端子１１６を、冷却用ベース部１０３中に穿孔された固定孔１１５に挿入し嵌め込む。
次いで、静電チャック部１０２を冷却用ベース部１０３に対して所定の圧力にて押圧し、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３を接合一体化する。これにより、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３が接着剤層１０４を介して接合一体化されたものとなる。
【００７８】
以上により、静電チャック部１０２および冷却用ベース部１０３は、接着剤層１０４を介して接合一体化された本実施形態の静電チャック装置１００が得られる。
【００７９】
なお、本実施形態に係る板状試料としては、半導体ウエハに限るものではなく、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、有機ＥＬディスプレイ等の平板型ディスプレイ（ＦＰＤ）用ガラス基板等であってもよい。また、その基板の形状や大きさに合わせて本実施形態の静電チャック装置を設計すればよい。
【実施例】
【００８０】
以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００８１】
［実施例１］
「セラミックス接合体の作製」
９１質量％の酸化アルミニウム粉末と、９質量％の炭化ケイ素粉末との混合粉末を成型、焼結し、直径４５０ｍｍ、厚さ５．０ｍｍの円盤状の酸化アルミニウム−炭化ケイ素複合焼結体からなるセラミックス板（第１のセラミックス板、第２のセラミックス板）を作製した。
第１のセラミックス板の一方の面（絶縁層と接する面）に研磨加工を施し、第１のセラミックス板の一方の面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．２μｍとした。また、第２のセラミックス板の一方の面（絶縁層と接する面）に研磨加工を施し、第２のセラミックス板の一方の面（絶縁層と接する面）の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．２μｍとした。
次いで、スクリーン印刷法により、第１のセラミックス板の一方の面に導電層形成用ペーストを塗布し、導電層塗膜を形成するとともに、スクリーン印刷法により、第１のセラミックス板の一方の面に絶縁層形成用ペーストを塗布し、絶縁層塗膜を形成した。
導電層形成用ペーストとしては、酸化アルミニウム粉末と炭化モリブデン粉末を、イソプロピルアルコールに分散させたものを用いた。導電層形成用ペーストにおける酸化アルミニウム粉末の含有量を２５質量％とし、炭化モリブデン粉末の含有量を２５質量％とした。絶縁層形成用ペーストとしては、平均一次粒子径が２．０μｍの酸化アルミニウム粉末を、イソプロピルアルコールに分散させたものを用いた。絶縁層形成用ペーストにおける酸化アルミニウム粉末の含有量を５０質量％とした。
次いで、導電層塗膜および絶縁層塗膜の第１のセラミックス板と接する面とは反対側の面に、研削加工または研磨加工を施した第２のセラミックス板の一方の面が接するように、第２のセラミックス板を積層した。
次いで、第１のセラミックス板、導電層塗膜、絶縁層塗膜および第２のセラミックス板を含む積層体を、アルゴン雰囲気下、加熱しながら、厚さ方向に加圧した。熱処理温度を１７００℃、加圧力を１０ＭＰａ、熱処理および加圧する時間を２時間とした。
以上の工程により、図１に示すような実施例１のセラミックス接合体を得た。
【００８２】
（気孔率の測定）
得られたセラミックス接合体において、第１のセラミックス板と絶縁層との界面、および第２のセラミックス板と絶縁層との界面における気孔率を測定した。結果を表１に示す。
第１のセラミックス板と絶縁層との界面、および第２のセラミックス板と絶縁層との界面における気孔率を、次のように測定した。日本電子社製の電解放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で、第１のセラミックス板、第２のセラミックス板および絶縁層の厚み方向の切断面を観察し、画像解析ソフトによりその切断面の画像を解析して、気孔の面積を算出した。得られた算出結果から、絶縁層の面積と気孔の面積を用い、下記の式（１）に従って、気孔率（％）を算出した。
気孔率＝気孔の面積／（絶縁層の面積＋気孔の面積）×１００  （１）
【００８３】
（絶縁性物質の平均一次粒子径の測定）
得られたセラミックス接合体において、第１のセラミックス板および第２のセラミックス板を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を測定した。また、絶縁層を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径（表１にて、「Ａｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径」と記す。）を測定した結果、２．０μｍであった。さらに、第１のセラミックス板および第２のセラミックス板を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径に対する絶縁層を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径の比（表１にて、「Ａｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径の比」と記す。）を算出した結果、１．３であった。結果を表１に示す。
第１のセラミックス板および第２のセラミックス板を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径、並びに絶縁層を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を、次のように測定した。日本電子社製の電解放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で、第１のセラミックス板および第２のセラミックス板の厚み方向の切断面を観察し、インターセプト法により絶縁性物質２００個の粒子径の平均を平均一次粒子径とした。
【００８４】
（絶縁性評価）
以下のようにして、セラミックス接合体の絶縁性を評価した。
セラミックス接合体の側面（セラミックス接合体の厚さ方向の側面）において、第１のセラミックス板、導電層、絶縁層および第２のセラミックス板に接するようにカーボンテープを貼付した。
第１のセラミックス板を、その厚さ方向に貫通し、第１のセラミックス板の導電層と接する面とは反対側の面から導電層に至る貫通電極を形成した。
カーボンテープと貫通電極を介して、セラミックス接合体に電圧を印加し、セラミックス接合体が絶縁破壊する電圧を測定した。具体的には、３０００Ｖの電圧を印加した状態でＲＦ電圧を印加し１０分保持し、その後５００Ｖずつ徐々に電圧を印加して、１０分保持し、測定した電流値が０．１ｍＡ（ミリアンペア）を超えたところを絶縁破壊とした。結果を表１に示す。
【００８５】
［実施例２］
第１のセラミックス板の一方の面および第２のセラミックス板の一方の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．０７μｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、実施例２のセラミックス接合体を得た。
実施例１と同様にして、実施例２のセラミックス接合体の気孔率およびＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を測定し、絶縁性を評価した。結果を表１に示す。
【００８６】
［実施例３］
第１のセラミックス板の一方の面および第２のセラミックス板の一方の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．０１μｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、実施例３のセラミックス接合体を得た。
実施例１と同様にして、実施例３のセラミックス接合体の気孔率およびＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を測定し、絶縁性を評価した。結果を表１に示す。
【００８７】
［実施例４］
９５．５質量％の酸化アルミニウム粉末と、４．５質量％の炭化ケイ素粉末との混合粉末を成型、焼結し、直径４５０ｍｍ、厚さ５．０ｍｍの円盤状の酸化アルミニウム−炭化ケイ素複合焼結体からなるセラミックス板（第１のセラミックス板、第２のセラミックス板）を作製した。
絶縁層を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を３．０μｍとし、第１のセラミックス板および第２のセラミックス板を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径に対する絶縁層を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径の比を２．０としたこと以外は実施例１と同様にして、実施例４のセラミックス接合体を得た。
実施例１と同様にして、実施例４のセラミックス接合体の気孔率およびＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を測定し、絶縁性を評価した。結果を表１に示す。
【００８８】
［実施例５］
絶縁層を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を３．３μｍとし、第１のセラミックス板および第２のセラミックス板を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径に対する絶縁層を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径の比を２．２とし、第１のセラミックス板、導電層塗膜、絶縁層塗膜および第２のセラミックス板を含む積層体の熱処理温度を１７５０℃としたこと以外は実施例４と同様にして、実施例５のセラミックス接合体を得た。
実施例１と同様にして、実施例５のセラミックス接合体の気孔率およびＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を測定し、絶縁性を評価した。結果を表１に示す。
【００８９】
［実施例６］
絶縁層を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を５．８μｍとし、第１のセラミックス板および第２のセラミックス板を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径に対する絶縁層を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径の比を３．９とし、第１のセラミックス板、導電層塗膜、絶縁層塗膜および第２のセラミックス板を含む積層体の熱処理温度を１８００℃としたこと以外は実施例４と同様にして、実施例６のセラミックス接合体を得た。
実施例１と同様にして、実施例６のセラミックス接合体の気孔率およびＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を測定し、絶縁性を評価した。結果を表１に示す。
【００９０】
［比較例１］
第１のセラミックス板の一方の面および第２のセラミックス板の一方の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．３μｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、比較例１のセラミックス接合体を得た。
実施例１と同様にして、比較例１のセラミックス接合体の気孔率およびＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を測定し、絶縁性を評価した。結果を表１に示す。
【００９１】
［比較例２］
絶縁層を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を１．５μｍとし、第１のセラミックス板および第２のセラミックス板を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径に対する絶縁層を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径の比を１．０とし、第１のセラミックス板、導電層塗膜、絶縁層塗膜および第２のセラミックス板を含む積層体の熱処理温度を１６５０℃としたこと以外は実施例１と同様にして、比較例２のセラミックス接合体を得た。
実施例１と同様にして、比較例２のセラミックス接合体の気孔率およびＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を測定し、絶縁性を評価した。結果を表１に示す。
【００９２】
［比較例３］
絶縁層を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を１．０μｍとし、第１のセラミックス板および第２のセラミックス板を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径に対する絶縁層を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径の比を０．７とし、第１のセラミックス板、導電層塗膜、絶縁層塗膜および第２のセラミックス板を含む積層体の熱処理温度を１６００℃としたこと以外は実施例１と同様にして、比較例３のセラミックス接合体を得た。
実施例１と同様にして、比較例３のセラミックス接合体の気孔率およびＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径を測定し、絶縁性を評価した。結果を表１に示す。
【００９３】
【表１】
0006904442.tif 000002
【００９４】
表１の結果から、気孔率が４．５％（４％を超える）の比較例１のセラミックス接合体は絶縁耐圧が低いが、気孔率が３．０％以下の実施例１〜実施例６のセラミックス接合体は絶縁耐圧が高いことが分かった。
また、セラミックス板を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径に対する絶縁層を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径の比が１．０以下の比較例２および比較例３のセラミックス接合体は、絶縁耐圧が低いことが分かった。これに対して、セラミックス板を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径に対する絶縁層を構成するＡｌ２Ｏ３粉末の平均一次粒子径の比が１を超える実施例１〜実施例６のセラミックス接合体は、絶縁耐圧が高いことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明のセラミックス接合体は、一対のセラミックス板と絶縁層との界面における気孔率が４％以下、セラミックス板を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径に対する絶縁層を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径の比が１より大きい。そのため、セラミックス板と導電層の接合界面において、絶縁破壊（放電）が生じることが抑制されたものである。したがって、本発明のセラミックス接合体は、静電チャック装置の静電チャック部材に好適に用いられ、その有用性は非常に大きいものである。
【符号の説明】
【００９６】
１  セラミックス接合体
２  セラミックス板（第１のセラミックス板）
３  セラミックス板（第２のセラミックス板）
４  導電層
５  絶縁層
６  気孔
１００  静電チャック装置
１０２  静電チャック部材
１０３  温度調整用ベース部材
１０４  接着剤層
１１１  載置板
１１２  支持板
１１３  静電吸着用電極
１１４  絶縁材
１１５  固定孔
１１６  給電用端子
１１７  導電性接着層
１１８  貫通孔
１２１  流路
１２２  高周波電源
１２３  絶縁材料
１２４  直流電源
【要約】
【課題】セラミックス板と導電層の接合界面において、絶縁破壊（放電）が生じることを抑制したセラミックス接合体、静電チャック装置およびセラミックス接合体の製造方法を提供する。
【解決手段】導電性物質を含む一対のセラミックス板２，３と、一対のセラミックス板２，３の間に介在する導電層４および絶縁層５と、を備え、一対のセラミックス板２，３と絶縁層５との界面における気孔率が４％以下、セラミックス板２，３を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径に対する絶縁層５を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径の比が１より大きいセラミックス接合体１。
【選択図】図１【図１】
0006904442.tif 000003
【図２】
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