(57)【要約】【課題】セラミックス接合体の絶縁不良の発生を抑制する。【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、内部と被接合体に対向する第１の表面との一方に電極を有し、第１の表面が被接合体に接する状態で被接合体に接合されたセラミックス体と、を備える。セラミックス体の第１の表面とは反対側の第２の表面における残留応力は６０ＭＰａ以下である。【選択図】図１
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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、第１の表面と前記第１の表面とは反対側の第２の表面とを有し、内部と前記第１の表面との一方に電極を有し、前記第１の表面が前記被接合体に接する状態で前記被接合体に接合された、セラミックス体と、を備え、
前記セラミックス体の前記第２の表面における残留応力は６０ＭＰａ以下である、セラミックス接合体。
【請求項２】
請求項１に記載のセラミックス接合体であって、
前記被接合体は、平面状の表面を有し、
前記セラミックス体の前記第１の表面は、前記被接合体の前記平面状の表面において前記被接合体に接する、セラミックス接合体。
【請求項３】
請求項２に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が前記被接合体に接合される前における前記セラミックス体の平面度は２００μｍ以下である、セラミックス接合体。
【請求項４】
請求項２に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が前記被接合体に接合される前における前記セラミックス体の平面度ｆと外径Ｄとはｆ／Ｄ≦１／１５００の関係を満たす、セラミックス接合体。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに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、シリコーン系接着剤とアクリル系接着剤とエポキシ系接着剤との少なくとも１つ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。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のセラミックス接合体であって、
前記被接合体は、金属とセラミックスと樹脂とのいずれか１つにより形成されている、セラミックス接合体。
【請求項７】
セラミックス接合体の製造方法であって、
（ａ）平面状の表面を有する被接合体を準備する工程と、
（ｂ）セラミックスを用いて、平面度が２００μｍ以下であると共に内部と前記被接合体に対向する第１の表面との一方に電極を有するように、セラミックス体を形成する工程と、
（ｃ）前記セラミックス体の前記第１の表面が前記被接合体の前記平面状の表面において前記被接合体に接するように、前記セラミックス体を前記被接合体に接合する工程と、を備える、セラミックス接合体の製造方法。
【請求項８】
セラミックス接合体の製造方法であって、
（ａ）平面状の表面を有する被接合体を準備する工程と、
（ｂ）セラミックスを用いて、平面度ｆと外径Ｄとがｆ／Ｄ≦１／１５００の関係を満たすと共に内部と前記被接合体に対向する第１の表面との一方に電極を有するように、セラミックス体を形成する工程と、
（ｃ）前記セラミックス体の前記第１の表面が前記被接合体の前記平面状の表面において前記被接合体に接するように、前記セラミックス体を前記被接合体に接合する工程と、を備える、セラミックス接合体の製造方法。
【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およびその製造方法に関する。
【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（例えば特許文献１および２）。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ベースに接合されたセラミックス接合体により構成されている。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可されることにより、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。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２８７３４４号公報
【特許文献２】特開平９−４５７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
セラミックス接合体は、例えば接着剤を用いてセラミックス体をベースに接合することにより製造される。このとき、セラミックス体とベースとの接合によってセラミックス体には残留応力が発生する。セラミックス体の残留応力は、セラミックスの粒界における微小クラックの発生要因となる。セラミックスの粒界の微小クラックは少しずつ発生・進展するため、セラミックス接合体の出荷時の検査において耐電圧試験が実施されても不具合が発見されにくい。そのため、セラミックス体の残留応力が大きいと、例えセラミックス接合体の使用開始時には不具合が無い場合であっても、経時的にセラミックス体内部にクラックが発生・進展して電極とセラミックス体の表面との間の絶縁性が低下し、電極と半導体ウェハとの間で絶縁破壊が発生する恐れがあった。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、セラミックス接合体の絶縁不良の発生を抑制する技術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】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態また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、第１の表面と前記第１の表面とは反対側の第２の表面とを有し、内部と前記第１の表面との一方に電極を有し、前記第１の表面が前記被接合体に接する状態で前記被接合体に接合された、セラミックス体と、を備え、
前記セラミックス体の前記第２の表面における残留応力は６０ＭＰａ以下である、セラミックス接合体。
【０００８】
このセラミックス接合体では、セラミックス体の第２の表面における残留応力は６０ＭＰａ以下であるため、セラミックス体内部におけるクラックの発生・進展を抑制することができ、セラミックス接合体の絶縁不良の発生を抑制することができる。
【０００９】
［適用例２］適用例１に記載のセラミックス接合体であって、
前記被接合体は、平面状の表面を有し、
前記セラミックス体の前記第１の表面は、前記被接合体の前記平面状の表面において前記被接合体に接する、セラミックス接合体。
【００１０】
このセラミックス接合体では、平面状の表面を有する被接合体と、被接合体の平面状の表面において被接合体に接するセラミックス体と、を備えるセラミックス接合体において、絶縁不良の発生を抑制することができる。
【００１１】
［適用例３］適用例２に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が前記被接合体に接合される前における前記セラミックス体の平面度は２００μｍ以下である、セラミックス接合体。
【００１２】
このセラミックス接合体では、セラミックス体の第２の表面における残留応力が低く抑えられるため、セラミックス接合体の絶縁不良の発生を抑制することができる。
【００１３】
［適用例４］適用例２に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が前記被接合体に接合される前における前記セラミックス体の平面度ｆと外径Ｄとはｆ／Ｄ≦１／１５００の関係を満たす、セラミックス接合体。
【００１４】
このセラミックス接合体では、セラミックス体の第２の表面における残留応力が低く抑えられるため、セラミックス接合体の絶縁不良の発生を抑制することができる。
【００１５】
［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれかに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、シリコーン系接着剤とアクリル系接着剤とエポキシ系接着剤との少なくとも１つ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。
【００１６】
このセラミックス接合体では、接着剤の変形によってセラミックス体の第２の表面における残留応力が低く抑えられるため、セラミックス接合体の絶縁不良の発生を抑制することができる。
【００１７】
［適用例６］適用例１ないし適用例５のいずれかに記載のセラミックス接合体であって、
前記被接合体は、金属とセラミックスと樹脂とのいずれか１つにより形成されている、セラミックス接合体。
【００１８】
このセラミックス接合体では、金属を用いた場合における被接合体の表面の平面性の確保の容易性、セラミックスを用いた場合における被接合体の表面の研磨による平面性の向上、樹脂を用いることによる樹脂の変形、により、セラミックス体の第２の表面における残留応力が低く抑えられるため、セラミックス接合体の絶縁不良の発生を抑制することができる。
【００１９】
［適用例７］セラミックス接合体の製造方法であって、
（ａ）平面状の表面を有する被接合体を準備する工程と、
（ｂ）セラミックスを用いて、平面度が２００μｍ以下であると共に内部と前記被接合体に対向する第１の表面との一方に電極を有するように、セラミックス体を形成する工程と、
（ｃ）前記セラミックス体の前記第１の表面が前記被接合体の前記平面状の表面において前記被接合体に接するように、前記セラミックス体を前記被接合体に接合する工程と、を備える、セラミックス接合体の製造方法。
【００２０】
このセラミックス接合体の製造方法では、接合後のセラミックス体の残留応力を低く抑えることができ、製造されたセラミックス接合体の絶縁不良の発生を抑制することができる。
【００２１】
［適用例８］セラミックス接合体の製造方法であって、
（ａ）平面状の表面を有する被接合体を準備する工程と、
（ｂ）セラミックスを用いて、平面度ｆと外径Ｄとがｆ／Ｄ≦１／１５００の関係を満たすと共に内部と前記被接合体に対向する第１の表面との一方に電極を有するように、セラミックス体を形成する工程と、
（ｃ）前記セラミックス体の前記第１の表面が前記被接合体の前記平面状の表面において前記被接合体に接するように、前記セラミックス体を前記被接合体に接合する工程と、を備える、セラミックス接合体の製造方法。
【００２２】
このセラミックス接合体の製造方法では、接合後のセラミックス体の残留応力を低く抑えることができ、製造されたセラミックス接合体の絶縁不良の発生を抑制することができる。
【００２３】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ａ−１．セラミックス接合体の構成：
Ａ−２．セラミックス接合体の製造方法：
Ａ−３．セラミックス接合体の性能試験：
Ｂ．変形例：
【００２５】
Ａ．実施例：
Ａ−１．セラミックス接合体の構成：
図１は、本発明の実施例におけるセラミックス接合体１００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・搬送等を行うための静電チャックとして利用される。
【００２６】
図１（ａ）はセラミックス接合体１００の平面を示しており、図１（ｂ）はセラミックス接合体１００の側面を示している。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、セラミックス接合体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の接合先としてのベース３００と、を有している。ベース３００は、本発明における被接合体に相当する。
【００２７】
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。セラミックス体２００は、略円板状の形状を有しており、その外径Ｄｃは約３００ｍｍ（約１２インチ）であり、その厚さ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、電極２１０が埋め込まれている。なお、電極２１０は、セラミックス体２００のベース３００に対向する表面に配置されているとしてもよい。
【００２８】
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の外径は、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の外径Ｄｃよりわずかに大きい。ベース３００のセラミックス体２００に対向する表面は、平面状に形成されている。なお、「平面状」とは、平面もしくはほぼ平面であることを意味する。
【００２９】
セラミックス体２００は、ベース３００に対向する表面（以下「接合面」とも呼ぶ）がベース３００の上記平面状の表面においてベース３００に接する状態で、ベース３００に接合されている。なお、セラミックス体２００の接合面がベース３００に接する状態とは、セラミックス体２００の接合面の一部がベース３００に接する状態を含む。セラミックス体２００の接合面は、本発明における第１の表面に相当する。セラミックス体２００とベース３００との接合は、シリコーン系接着剤、アクリル系接着剤、またはエポキシ系接着剤を用いた接着によりなされている。
【００３０】
図１（ｂ）に示すように、セラミックス体２００の接合面とは反対側の表面（以下「吸着面」とも呼ぶ）上に半導体ウェハＷが載置され、電極２１０と半導体ウェハＷとの間に電圧が印可されると、半導体ウェハＷはセラミックス体２００の吸着面上に吸着固定される。なお、セラミックス体２００の吸着面は、本発明における第２の表面に相当する。
【００３１】
Ａ−２．セラミックス接合体の製造方法：
図２は、セラミックス接合体１００の製造方法の流れを示すフローチャートである。ステップ１１０では、セラミックス体２００が形成される。セラミックス体２００の形成は、例えば、グリーンシートの間に電極２１０を挟み込んで積層し、一体焼成することにより行われる。
【００３２】
ステップＳ１２０では、形成されたセラミックス体２００が研磨される。セラミックス体２００は、焼成により形成されると共にその厚みが比較的薄いため、反り等により平面度ｆが大きくなりやすい。セラミックス体２００の研磨は、セラミックス体２００の平面度ｆを小さくするように実行される。
【００３３】
ここで、平面度ｆは、物体の形状の平板らしさ（平板との近似度）を表す指標であり、ＪＩＳ−Ｂ０６２１に定義されている。物体の平面度ｆが小さいほど、その物体は反り等が少なく平板形状に近いものと考えられる。図３は、セラミックス体２００の平面度ｆを説明する図である。図３に示すように、セラミックス体２００の平面度ｆは、定盤上に配置されたセラミックス体２００の最高高さＨｍから最高高さの位置におけるセラミックス体２００の厚さ（ｔｃ）を差し引いた値（Ｈｍ−ｔｃ）である。
【００３４】
本実施例では、セラミックス体２００の平面度ｆが２００μｍ以下となるように、セラミックス体２００の表裏の両表面（接合面および吸着面）または一方の表面が平面研磨等により研磨される。なお、ベース３００は金属により形成されていると共にセラミックス体２００と比較して厚みが大きいため、研磨されていなくとも、その平面度は数μｍ程度となっている。
【００３５】
ステップＳ１３０では、研磨されたセラミックス体２００のベース３００との接合面とベース３００のセラミックス体２００との接合面との少なくとも一方に接着剤が塗布され、セラミックス体２００とベース３００とが接合（接着）される。以上の工程により、セラミックス接合体１００が製造される。
【００３６】
Ａ−３．セラミックス接合体の性能試験：
図４は、本実施例のセラミックス接合体および比較例として用意されたセラミックス接合体の性能試験結果を示す説明図である。性能試験には、セラミックス体２００とベース３００との接合前におけるセラミックス体２００の平面度が１５０μｍであったセラミックス接合体（実施例１）と、セラミックス体２００の平面度が１９０μｍであったセラミックス接合体（実施例２）と、セラミックス体２００の平面度が２１０μｍであったセラミックス接合体（比較例）と、を用いた。また、性能試験項目としては、セラミックス体２００とベース３００との接合後におけるセラミックス体２００吸着面の残留応力と、電極２１０に高電圧を印加し続けてセラミックス体２００の吸着面と電極２１０との間の絶縁破壊の発生の有無を調べることにより評価する静電チャック寿命と、を採用した。なお、残留応力は、微小Ｘ線法（側傾法Ψ０一定法／並傾法Ψ０一定法）を用いて測定した。詳細な残留応力測定条件は、以下のとおりである。
・コリメータ径：φ２．０ｍｍ
・Ψ角度：０〜４５度／５点
・応力定数：−７９７．４４ＭＰａ
・ヤング率：４００９７４ＭＰａ
・ポアソン比：０．２３３
【００３７】
図４に示すように、実施例１のセラミックス接合体では、残留応力が３０ＭＰａと比較的小さい。また、静電チャック寿命は６０００ＲＦ時間を超え、比較的長い時間、絶縁破壊が発生しない。同様に、実施例２のセラミックス接合体では、残留応力が５８ＭＰａと比較的小さい。また、静電チャック寿命は６０００ＲＦ時間を超え、比較的長い時間、絶縁破壊が発生しない。実施例１および実施例２のセラミックス接合体では、接合前のセラミックス体２００の平面度ｆが比較的小さい、すなわち、より平板に近い形状となっているため、ベース３００と接合された後のセラミックス体２００の残留応力は比較的小さくなる。そのため、比較的長い時間経過しても、セラミックス体２００内部における微小クラックの発生・進展が抑制され、絶縁破壊が発生しない。
【００３８】
一方、比較例のセラミックス接合体では、残留応力が６８ＭＰａと比較的大きい。また、静電チャック寿命は２００ＲＦ時間より短く、比較的短時間で絶縁破壊が発生する。比較例のセラミックス接合体では、接合前のセラミックス体２００の平面度ｆが比較的大きい、すなわち、より平板から遠い形状となっているため、ベース３００と接合された時にセラミックス体２００に非平板性を矯正する比較的大きな曲げ力が加えられ、その結果、接合後のセラミックス体２００の残留応力は比較的大きくなる。そのため、比較例では、残留応力が原因となってセラミックス体２００内部に微小クラックが発生・進展しやすくなり、比較的短時間で絶縁破壊が発生する。
【００３９】
以上説明したように、本実施例のセラミックス接合体１００では、ベース３００と接合された後のセラミックス体２００の吸着面の残留応力が６０ＭＰａ以下と比較的小さい値となっているため、セラミックス体２００内部における微小クラックの発生・進展が抑制され、セラミックス接合体１００の絶縁不良の発生が抑制される。なお、セラミックス体２００の吸着面の残留応力は、５８ＭＰａ以下であることがさらに好ましく、３０ＭＰａ以下であることがさらに好ましい。
【００４０】
図４に示すように、ベース３００との接合後のセラミックス体２００の吸着面の残留応力は、接合前のセラミックス体２００の平面度ｆと相関がある。本実施例のセラミックス接合体１００では、ベース３００との接合前のセラミックス体２００の平面度ｆが２００μｍ以下であるため、接合後のセラミックス体２００の吸着面の残留応力が６０ＭＰａ以下となる。なお、ベース３００との接合前のセラミックス体２００の平面度ｆは、１９０μｍ以下であることがさらに好ましく、１５０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４１】
なお、ベース３００との接合後のセラミックス体２００の吸着面の残留応力は、接合前のセラミックス体２００の平面度ｆの他に、外径Ｄｃとも相関がある。すなわち、平面度ｆが同じである場合には、外径Ｄｃが大きいほど残留応力は小さく。本実施例のセラミックス体２００の外径Ｄｃは約３００ｍｍであるため、本実施例における平面度ｆと外径Ｄｃとの関係は、ｆ／Ｄｃ＝１／１５００となる。従って、平面度ｆが２００μｍ以下であるか否かに関わらず、平面度ｆと外径Ｄｃとがｆ／Ｄｃ≦１／１５００の関係を満たすようなセラミックス体２００をベース３００に接合すれば、接合後のセラミックス体２００の吸着面の残留応力はおおむね６０ＭＰａ以下となり、セラミックス接合体１００の絶縁不良の発生が抑制される。
【００４２】
Ｂ．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。
【００４３】
Ｂ１．変形例１：
上記実施例では、いわゆる単極型の静電チャックとして利用されるセラミックス接合体１００を例に用いて説明したが、本発明はいわゆる双極型の静電チャックとして利用されるセラミックス接合体にも適用可能である。また、本発明はヒータ電極を有するセラミックヒータとして利用されるセラミックス接合体にも適用可能である。
【００４４】
また、上記実施例では、セラミックス体２００とベース３００とは接着により接合されるとしているが、セラミックス体２００とベース３００とは接着以外の接合方法（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）により接合されるとしてもよい。ただし、本実施例のセラミックス接合体１００のように、セラミックス体２００とベース３００とがシリコーン系接着剤、アクリル系接着剤、またはエポキシ系接着剤を用いた接着により接合されている場合には、接着剤の変形によってセラミックス体２００の残留応力を比較的容易に低く抑えられるため好ましい。
【００４５】
また、上記実施例では、ベース３００は金属を用いて形成されるとしているが、ベース３００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３００が金属により形成される場合には、セラミックス体２００との接合面を真の平面に近い形状に形成しやすく、セラミックス体２００の残留応力を低く抑えることができる。ベース３００がセラミックスにより形成される場合には、研磨によりセラミックス体２００との接合面を真の平面に近い形状に形成することにより、セラミックス体２００の残留応力を低く抑えることができる。ベース３００が樹脂により形成される場合には、ベース３００の変形によりセラミックス体２００の残留応力を低く抑えることができる。
【００４６】
また、上記実施例におけるセラミックス体２００およびベース３００の形状や寸法はあくまで一例であり、セラミックス体２００およびベース３００の形状や寸法（厚さや外径等）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２００およびベース３００は略円板形状を有しているが、セラミックス体２００およびベース３００は他の形状（例えば矩形平板形状）を有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例におけるセラミックス接合体１００の構成を概略的に示す説明図である。
【図２】セラミックス接合体１００の製造方法の流れを示すフローチャートである。
【図３】セラミックス体２００の平面度ｆを説明する図である。
【図４】本実施例のセラミックス接合体および比較例として用意されたセラミックス接合体の性能試験結果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００…セラミックス接合体
２００…セラミックス体
２１０…電極
３００…ベース
【図１】
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【図２】
2009290071.tif 000004
【図３】
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【図４】
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