JP2006287213A - 静電チャック、静電チャック装置、静電チャックの製造方法、真空チャック、真空チャック装置、真空チャックの製造方法、セラミックヒーター、セラミックヒーター装置、及びセラミックヒーターの製造方法 - Google Patents

Abstract

【目的】 半導体製造装置として使用される、静電チャック等なすセラミック基板であって、その基板の裏面に凹部を備えるとともにその凹部内に裏面から突出する状態でピン端子がロウ付けによって接合されてなるもので、その裏面に高度の平面度を得ることができるようにする。
【構成】 ピン端子３１を、基板２の裏面４の凹部６内にその裏面４から突出しない状態でロウ付けした基端部材３２と、この基端部材３２にねじ込みによって接合された先端側部材３６とで形成した。基端部材３２のロウ付けで基板２に反りが発生した場合には、その段階で基板の裏面４も平面研磨できる。したがって、その平面研磨後に、基端部材３２に、ピン端子をなす先端側部材３６をねじ込むことで、裏面４から突出するピン端子３１がロウ付けによって形成されてなるセラミック基板２でありながら、平面度の高いものが得られる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体などの製造に使用される、静電チャック、真空チャック及びセラミックヒーターに関する。

半導体の製造工程において、半導体ウエハ（例えば、シリコンウエハ）に精度良く成膜やドライエッチング等の加工（処理）を施すには、半導体ウエハの平面度（平坦度）を保ちながら、それを保持（固定）する必要がある。このような保持手段の代表的なものとして、静電気力によって半導体ウエハをチャックする静電チャックがある（特許文献１）。例えば、双極型の静電チャックは、セラミック基板（静電チャック板）の内部に、対をなす電極（静電電極）が形成されてなり、その電極間に電圧を印加することで発生する静電気力で半導体ウエハ等の被吸着部材（以下、単にウエハともいう）を吸着するように構成されている。そして、この静電チャックは、通常、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属からなるベース部材の表面（上面）に、シリコン樹脂などの接着手段を介して接合して静電チャック装置とされる（特許文献２）。したがって、このような静電チャックをなすセラミック基板は、その表裏両面が高度の面粗度及び平面度で仕上げられている必要があるが、近時はそれらに益々高度の要請がなされてきている。理由は種々であるが具体的には次のようである。

例えば、比較的低温でウエハを処理するのに使用される静電チャック装置においては、そのベース部材の内部に冷媒を循環させ、セラミック基板を介してウエハを目的とする温度に制御するように構成されているものがある。このものを使用して、ウエハの全体をできるだけ早く目的とする温度に均一に冷却するためには、セラミック基板の表裏両面及びこれが接合されるベース部材の表面が、いずれも高度の面粗度及び平面度で仕上げられており、両者の接合面間に未接着面や空隙が発生しないようにすることが重要である。そのためには、静電チャックをなすセラミック基板は、その表裏（上下）両面が高度の面粗度及び平面度となるように平面仕上げされないといけないからである。

また、このような静電チャックにおけるウエハの吸着面にガス吹出し口を設けたものでは、ベース部材に形成されたガスポートからＨｅ（以下、単にガスともいう）を供給し、これをウエハの下面（被吸着面）と静電チャックの上面（ウエハの吸着面）との微小空間内に充填することで、ウエハの裏面全体の温度制御をすることが行われる。このものにおいて、両者の接合面間に未接着面があると、そのガスが接合面の周縁からチャンバ内に漏れ出るＨｅリークを起こすことになる。また、静電チャックが真空チャンバ内で使用されるときは、真空チャンバ内の真空度を阻害する（真空リークを起こす）ことにもなる。したがって、セラミック基板の表裏両面については、高度の面粗度及び平面度が要求されるのである。そして、静電チャックそのものではないが、半導体の製造工程、検査工程で使用されるセラミックヒータとして、特許文献３に記載のものがある。
特開２００４−３１５９９号公報 特開２００１−２７４２２８号公報 特開２００５−２６１２０号公報

ところが、静電チャックをなすセラミック基板においては、その内部又は表面の少なくとも一方に形成された静電電極の電極端子（メタライズ層）がその基板の裏面に形成され、これに外部接続用のピン端子がロウ付けにより突出状に接合された構造をなしているものがある（特許文献１参照）。セラミック基板は、このようなピン端子の接合構造に基づいて、同基板の裏面に所望とする平面度が得られないことがあるといった問題があった。理由は次のようである。

このようなセラミック基板は、セラミックグリーンシートを積層、圧着して、焼成され、その後、その表裏（上下）両面について、平面研磨して仕上げられ、次いで、露出する電極端子などをなすメタライズ層にＮｉメッキ等が施される。そして、そのメッキの施されたメタライズ層のうち、裏面側に露出する電極端子には、外部接続用のピン端子がロウ付けされる。ただし、このような電極端子は、通常、基板の裏面に開口するように設けられた凹部の底面に設けられる。これは、焼成後のその裏面の平面研磨で電極端子が消失しないようにするためである。そして、このロウ付けには、通常、耐熱性及びピン端子の接合強度確保の点から銀ロウ或いは活性ロウが使用される。

こうして形成された静電チャックをなすセラミック基板は、ベース部材に接合され、静電チャック装置となすのである。図９はピン端子３１がロウ付けされたセラミック基板２を示したものである。しかし、このようなセラミック基板２は、その凹部６内へのピン端子３１の銀ロウなどによるロウ付け（高温加熱）工程を含んでいる。しかも、そのロウ付け時の加熱温度が８２０〜８８０℃と高いことに起因して、焼成後のセラミック基板２には、微小ではあるがその両面３，４に、図９中、２点鎖線で誇張して示したような、反り、或いは撓みといった変形（ないし歪み）が発生することがあった。このようにピン端子３１のロウ付け後において変形が発生したセラミック基板２については、再度、表裏両面３，４を平面研磨する等して仕上げらればよいわけであるが、裏面４についてはピン端子３１が突出しているため、平面研磨を行うことはできない。このため、従来は、このような場合には、表面３についてのみ、再度、平面研磨を行うといった対応しかできず、裏面４については所望とする高度の平面度が得られないといった重大な問題があった。したがって、このような従来のセラミック基板２は、その裏面４の平面度が損ねられた状態で、ベース部材２１に接合せざるをえなかったため、上記した諸種の問題を発生させていた。

なお、セラミックヒータの中には、特許文献３に記載のもののように、セラミック基板の内部に、裏面に露出するように端子（スルーホール端子）を埋設しておくとともにその先端部に雌ねじを切っておく一方、軸状の電極部材（先端）に雄ネジを切り、これらを螺合させることにより、セラミック基板の内部の抵抗発熱体と接続された前記端子と、前記電極部材とを電気的に導通させるようにしたものもある。しかし、このものでは、端子の固定は、基板の裏面に形成された凹部の底面に対するロウ付けによるものではないため、基板にはそのロウ付けの熱変化に起因する反りが発生するという本願発明の解決課題はないのであるが、ロウ付けを用いるものでないことから、端子の接続（埋設）における接合強度や安定性に問題があり、さらには、ヒータ自体の製造効率においても難点がある。

また、このようなセラミック基板の裏面には、同基板をベース部材に固定するためなどの要請から、ボルト状のネジ付き軸部材などの軸部材が、ピン端子と同様にして裏面に開口する凹部内にロウ付けにより突出状に設けられる場合もある。したがって、この軸部材がある場合にも、それがピン端子と同様、裏面の平面研磨を妨げており、裏面の平面度が損ねられていた結果、上記した各問題を発生させていた。このように、セラミック基板の裏面の平面研磨が妨げられることによる問題は、静電チャックに限られず、真空チャックやセラミックヒーターにおいても、それらがセラミック基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるものにおいては同様に存在する。

例えば、セラミック基板の内部（又はその表面の少なくとも一方）に、真空形成（真空引き）用のガス排気流路が形成されてなる真空チャックにおいて、これがその裏面にベース部材に固定するための軸部材を上記したピン端子と同様の構造で、ロウ付けにより突出状に設けられるものにおいて、そのロウ付けに起因してセラミック基板に変形が発生した場合には、その裏面については平面研磨を行うことはできない。したがって、このようなセラミック基板をベース部材に接合してなる真空チャック装置においては、その接合面に未接着面が存在することになりやすく、その場合には、ベース部材内に設けられたガス排気流路から真空引きする時には、その接合面の周縁の隙間から空気を引き込んでしまって真空度の低下を招き、ウエハの吸着力を阻害する。こうした問題があるためである。

そして、セラミック基板の内部（又は表面の少なくとも一方）にタングステン等の高融点金属からなる抵抗発熱体（ヒーター素子）を備えてなるセラミックヒーターであって、上記した静電チャックや真空チャックと同様に、そのセラミック基板の裏面に、抵抗発熱体への電圧印加のためのピン端子やベース部材への固定用の軸部材を備えているものにおいても、そのロウ付けに起因してセラミック基板に変形が発生した場合には、その裏面については平面研磨を行うことはできない。したがって、このようなセラミックヒーターがベース部材に接合され、真空チャンバ内で使用される場合にも、上記した静電チャックの場合と同様のチャンバ内の真空度の低下の問題があった。すなわち、セラミック基板の裏面から突出するピン端子や軸部材はベース部材の厚み方向に貫通された空孔内に配置される一方、その空孔内面と軸部材の外周面との隙間は外気に通じており、その隙間から両部材の接合面の未接着面を介して真空チャンバ内に空気がリークするためである。なお、このような静電チャック等をなすセラミック基板を、その裏面の平面度のみが損ねられた状態で、ベース部材に接合する場合、その接合を大きな面圧をかけて行えば、セラミック基板の裏面とベース部材との密着は図られるようにはなるものの、その密着にならってセラミック基板に表面の平面度が損なわれることになつてしまう。

本発明は、半導体製造装置として使用される、静電チャック、真空チャック又はセラミックヒーターをなすセラミック基板であって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるものにおけるこうした問題点に鑑みてなされたもので、ピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるセラミック基板であっても、その裏面に高度の平面度を得ることができるようにすることにある。

本発明の静電チャックの第１の手段は、セラミック基板に静電電極が形成されてなる静電チャックであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるものにおいて、
前記ピン端子又は前記軸部材が、前記裏面から突出しない状態でロウ付けされた基端部材と、該基端部材に対して前記セラミック基板に変形を発生させない接合手段によって接合された先端側部材とで形成されてなることを特徴とする。

本発明の静電チャックの第２の手段は、セラミック基板に静電電極が形成されてなる静電チャックであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるものにおいて、
前記ピン端子又は前記軸部材が、前記裏面から突出しない状態でロウ付けされた基端部材と、該基端部材にねじ込みによって接合された先端側部材とで形成されてなることを特徴とする。

本発明の真空チャックの第１の手段は、セラミック基板に真空形成用のガス排気流路が形成されてなる真空チャックであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるものにおいて、
前記ピン端子又は前記軸部材が、前記裏面から突出しない状態でロウ付けされた基端部材と、該基端部材に対して前記セラミック基板に変形を発生させない接合手段によって接合された先端側部材とで形成されてなることを特徴とする。

本発明の真空チャックの第２の手段は、セラミック基板に真空形成用のガス排気流路が形成されてなる真空チャックであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるものにおいて、
前記ピン端子又は前記軸部材が、前記裏面から突出しない状態でロウ付けされた基端部材と、該基端部材にねじ込みによって接合された先端側部材とで形成されてなることを特徴とする。

本発明のセラミックヒーターの第１の手段は、セラミック基板に抵抗発熱体が形成されてなるセラミックヒーターであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるものにおいて、
前記ピン端子又は前記軸部材が、前記裏面から突出しない状態でロウ付けされた基端部材と、該基端部材に対して前記セラミック基板に変形を発生させない接合手段によって接合された先端側部材とで形成されてなることを特徴とする。

本発明のセラミックヒーターの第２の手段は、セラミック基板に抵抗発熱体が形成されてなるセラミックヒーターであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるものにおいて、
前記ピン端子又は前記軸部材が、前記裏面から突出しない状態でロウ付けされた基端部材と、該基端部材にねじ込みによって接合された先端側部材とで形成されてなることを特徴とする。

上記した、静電チャック、真空チャック又はセラミックヒーターをなすセラミック基板のいずれにおいても、ねじ込みに代えて、圧入又は接着剤による接着としてもよい。また、上記した、静電チャック、真空チャック又はセラミックヒーターをなすセラミック基板のいずれにおいても、前記セラミック基板に変形を発生させない接合手段が、前記基端部材をロウ付けしているロウより融点が低く、しかもその融点が２７０℃以下のハンダによるハンダ付けとしてもよい。これは、この種のセラミック基板への加熱温度が２７０℃を超えない場合にはそれに変形が発生することは見られないためである。

また、上記した、静電チャック、真空チャック又はセラミックヒーターをなすセラミック基板のいずれにおいても、その裏面をベース部材の表面に接合することで、静電チャック装置、真空チャック装置又はセラミックヒーター装置となすことができる。

そして、本発明の静電チャック、真空チャック又はセラミックヒーターの製法としては次のものがある。
第１に、セラミック基板に静電電極が形成されてなる静電チャックであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなる静電チャックを製造する方法において、
裏面に凹部を備えるとともにその凹部の底面に、前記ピン端子又は軸部材のロウ付け部を備えた前記セラミック基板を焼成し、焼成後のそのセラミック基板の前記凹部の底面におけるロウ付け部に、その裏面から突出しない状態で、ピン端子又は軸部材をなす基端部材をロウ付けし、その後、セラミック基板の表面及び裏面を研磨し、その後、セラミック基板に変形を発生させない接合手段によって、前記基端部材に先端部材を接合することにより、基端部材と先端部材とからなるピン端子又は軸部材を形成することを特徴とする。

第２に、セラミック基板に真空形成用のガス排気流路が形成されてなる真空チャックであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなる真空チャックを製造する方法において、
裏面に凹部を備えるとともにその凹部の底面に、前記ピン端子又は軸部材のロウ付け部を備えた前記セラミック基板を焼成し、焼成後のそのセラミック基板の前記凹部の底面におけるロウ付け部に、その裏面から突出しない状態で、ピン端子又は軸部材をなす基端部材をロウ付けし、その後、セラミック基板の表面及び裏面を研磨し、その後、セラミック基板に変形を発生させない接合手段によって、前記基端部材に先端部材を接合することにより、基端部材と先端部材とからなるピン端子又は軸部材を形成することを特徴とする。

第３に、セラミック基板に抵抗発熱体が形成されてなるセラミックヒーターであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるセラミックヒーターを製造する方法において、
裏面に凹部を備えるとともにその凹部の底面に、前記ピン端子又は軸部材のロウ付け部を備えた前記セラミック基板を焼成し、焼成後のそのセラミック基板の前記凹部の底面におけるロウ付け部に、その裏面から突出しない状態で、ピン端子又は軸部材をなす基端部材をロウ付けし、その後、セラミック基板の表面及び裏面を研磨し、その後、セラミック基板に変形を発生させない接合手段によって、前記基端部材に先端部材を接合することにより、基端部材と先端部材とからなるピン端子又は軸部材を形成することを特徴とする。

前記した第１〜第３の製法において、セラミック基板に変形を発生させない接合手段としては、上記した静電チャック、真空チャック又はセラミックヒーターにおいて例示したように、ねじ込み（螺合）によることが代表的手段として例示されるが、ねじ込みに代えて、圧入又は接着剤による接着としてもよいし、さらには、前記基端部材をロウ付けしているロウより融点が低く、しかもその融点が２７０℃以下のハンダによるハンダ付けとしてもよい。

本発明にかかる、静電チャック、真空チャック又はセラミックヒーターをなすセラミック基板のいずれにおいても、前記ピン端子又は前記軸部材が、前記裏面から突出しない状態でロウ付けされた基端部材と、該基端部材に対して前記セラミック基板に変形を発生させない接合手段によって接合された先端側部材とで形成されている。このため、それらの基板の製造過程において、ピン端子又は軸部材をなす基端部材を、セラミック基板の裏面から突出しない状態でロウ付けした段階において、そのロウ付け時の熱に起因して基板に反り等の変形が発生しているとしても、同基板の裏面にはピン端子又は軸部材が突出していないことから、同基板の表面のみならず、裏面についても問題なく平面研磨することができる。したがって、その平面研磨後に、該基端部材に、ピン端子又は軸部材をなす先端側部材を接合することで、裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって形成されてなるセラミック基板でありながら、その裏面にロウ付けに起因して発生した変形を残存させることのない、高い面粗度、平面度を得ることができる。

したがって、本発明にかかる静電チャックをベース部材に接合してなる静電チャック装置においては、両部材の接合面に空隙や未接着面のない静電チャック装置となすことができる。これにより、吸着したウエハをベース部材を介して冷却（温度制御）する場合においても、所望とする温度分布範囲内に迅速に制御することが可能であり、しかも、上記したリークのない静電チャック装置となすことができる。

そして、本発明にかかる真空チャックをベース部材に接合してなる真空チャック装置においては、ウエハを真空引きして吸着する際の吸着力の低下のない装置となすことができる。さらに、本発明にかかるセラミックヒーターをベース部材に接合してなるセラミックヒーター装置においては、これが真空チャンバ内で使用される場合でも、真空度の低下のない装置となすことができる。

さらに、本発明に係る静電チャック、真空チャック又はセラミックヒーターの各製造方法においては、いずれにおいても、その製造過程で、焼成後のそのセラミック基板の前記凹部の底面におけるロウ付け部に、その裏面から突出しない状態で、ピン端子又は軸部材をなす基端部材をロウ付けし、その後、セラミック基板の表面及び裏面を研磨することとしている。したがって、そのロウ付け時の熱に起因して基板に反り等の変形が発生しているとしても、同基板の裏面にはピン端子又は軸部材が突出していないことから、同基板の表面のみならず、裏面についても問題なく平面研磨することができる。そして、その後、セラミック基板に変形を発生させない接合手段によって、前記基端部材に先端部材を接合することにより、基端部材と先端部材とからなるピン端子又は軸部材を形成することとしているから、ピン端子又は軸部材が形成された状態においては、平面研磨された状態の所望とする面粗度及び平面度の保持されてなる、静電チャック、真空チャック又はセラミックヒーターを得ることができる。

なお、本発明にかかる、静電チャック、真空チャック又はセラミックヒーターをなすセラミック基板のいずれにおいても、前記ピン端子又は前記軸部材をなす基端部材は、前記裏面から突出しない状態でロウ付けされていればよい。したがって、静電チャック、真空チャック又はセラミックヒーターにおいて、ロウ付けされている基端部材は、その基端部材の先端（基板の凹部にロウ付けされている端面と反対側の端）が、セラミック基板の裏面と面一でもよいが、セラミック基板の裏面より引き下がっている（凹部の内側に位置している）のが好ましい。このように基端部材の先端が、セラミック基板の裏面より引き下がっている場合には、その先端が研磨されることなく、セラミック基板の裏面を研磨（平面研磨）できるためである。なお、基端部材の先端の、セラミック基板の裏面からの引き下がり（量）は、０．１ｍｍ以上あるようにするのが好ましい。

これより理解されるように、本発明の前記各製造方法において製造された静電チャック、真空チャック又はセラミックヒーターは、そのいずれにおいても、基端部材の先端が、セラミック基板の裏面より引き下がっているのが好ましい。すなわち、その製造方法において、焼成後のそのセラミック基板の前記凹部の底面におけるロウ付け部に、その裏面から突出しない状態で、ピン端子又は軸部材をなす基端部材をロウ付けする工程では、その後、セラミック基板の裏面を研磨した後においても、その基端部材の先端が、セラミック基板の裏面より引き下がっているように、その基板の研磨取り代を考慮して、その基端部材の先端位置を設定するのが好ましい。そして、この製法で製造される静電チャック、真空チャック又はセラミックヒーターのいずれにおいても、基端部材をロウ付けして基板の裏面を研磨した後において、基端部材の先端がセラミック基板の裏面から０．１ｍｍ以上引き下がっているのが好ましい。例えば、セラミック基板の裏面の研磨取り代が、０．４ｍｍであれば、基端部材の先端を、その研磨前には同基板の裏面より０．５ｍｍ以上引き下がらせておくのが好ましい。

本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図５に基いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る静電チャック１ａを含む静電チャック装置１の中央縦破断面図である。本形態における静電チャック装置１は、静電チャック１ａをなすセラミック基板２をアルミニウム合金製のベース部材２１に、図示しない接着剤（例えばシリコン樹脂）層によって接着して構成されている。

静電チャック装置１をなす静電チャック１ａは、一定厚さで略円形の平板形状を呈するセラミック基板２からなり、本例ではアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする積層構造の焼結体であり、例えば、厚さが５ｍｍで、直径が、３００ｍｍ、２００ｍｍ又は１５０ｍｍとされる。このセラミック基板２は、表面（上面）３が半導体ウエハ等の被吸着部材（ウエハともいう。図中２点鎖線で示す）Ｕを吸着、保持する平面からなる吸着面とされ、裏面（下面）４がベース部材２１の平面からなる表面（上面）２３に接合される接着面とされている。このセラミック基板２は、その内部に静電力によって被吸着部材Ｕを吸着するための静電電極５，５が埋設状に設けられている。ただし、本形態では、内部に電極を２対備えており、その電極間に電圧を印加することで靜電力を発生させる双極型のものを例示している。なお、静電電極はセラミック基板２の内部でなくその表面又は内部若しくはその表面の少なくとも一方に設けられていてもよい。

図２〜図４に示したように、このようなセラミック基板２の裏面４の適所には、裏面４に開口する凹部６が例えば静電電極５に対応して形成されており、各凹部６内の底面６ａにはロウ付け部（本例では、メタライズ層からなる電極端子。以下、電極端子）７が形成され、それぞれビア８を介して各静電電極５，５に電気的に接続されている。この電極端子７にはＮｉメッキがかけられており、それぞれに、裏面４から突出する状態で一定太さで円柱状をなすピン端子３１が、例えば融点が８３０℃の銀ロウ（図示せず）によってロウ付けされている。本形態において、このピン端子３１は、ねじ穴３２ａを有するナット状の基端部材３２と、そのねじ穴（メスネジ）３２ａに螺合するネジ３５を一端部外周に備えた軸状の先端側部材３６との２部品からなっている。このピン端子３１は、セラミック基板２の焼成後において、その表裏両面３，４を平面研磨し、その後において電極端子７を含む露出するメタライズ層にＮｉメッキを施した後、次のようにして接合ないし形成されている。

すなわち、ピン端子３１は、図３及び図４−Ａに示したように、電極端子７に、基端部材３２の端面（図示上端面）を、銀ロウによってロウ付けした後、セラミック基板２の表面３及び裏面４を研磨（平面研磨）し、その後で、先端側部材３６を、そのネジ３５を基端部材３２のねじ穴３２ａにねじ込むことで、各電極端子７に接合、形成されている（図４−Ｂ参照）。ただし、図３及び図４−Ａに示したように、基端部材３２は、それが電極端子７にロウ付けされた状態においては、基板２の裏面４から突出しないように、その長さ（高さ）が設定されている。基端部材３２の先端（図示下端）は、裏面４と面一でもよいが、本形態では、例えば裏面４より０．５ｍｍ引込むように設定されている。なお、凹部６は、その径（内径）がφ８ｍｍで、深さが４ｍｍとされている。また、ピン端子３１をなす、基端部材３２及び先端側部材３６は、例えば鉄コバルト合金製（又は４２アロイ製）とされ、太さが、φ４ｍｍで、基端部材３２を含む全長は３５ｍｍとされ、凹部６の略中央に位置している。詳しくは後述するが、ピン端子３１の基板裏面４からの突出量（長さ）は、このセラミック基板２が接合されるベース部材２１の厚さと略同寸法とされている。

なお、本形態においては、セラミック基板２の内部には、次記するベース部材２１に形成されたガス流路２５に送り込まれたＨｅガスが、図１中において破線の矢印で示したように、セラミック基板２の表面３であるウエハＵの吸着面に供給されるように、ガス流路１１が設けられている。すなわち、セラミック基板２の表面３には、多数の箇所でガス供給口をなすように開口する表面側縦穴１２が設けられており、この表面側縦穴１２に連なるようにその表面３に平行に延びる横穴１３が設けられており、この横穴１３の下方には、この横穴１３に連なるようにセラミック基板２の裏面４側に開口する裏面側縦穴１４が設けられている。

一方、ベース部材２１は、本例ではセラミック基板２より大径で、一定厚さの円板形状を呈しており、その表面（上面）２３に、セラミック基板２を同心状に配置し、その裏面４を図示しない接着剤層（例えば、シリコーン樹脂からなる接着剤）を介して接着して接合し、静電チャック装置１をなしている。ただし、ベース部材２１には、図１及び図５に示したように、セラミック基板２の裏面４に突出するピン端子３１の配置に対応して、上下に向けて貫通する内径がピン端子３１より大径の円柱状の空孔２６が設けられており、各ピン端子３１がその空孔２６内に同心状に配置されるように設定されている。

また、本形態においては、図１に示したように、ベース部材２１の空孔２６の内側であってピン端子３１の外側には、電気的絶縁材からなる絶縁スリーブ２７が介挿されて接着剤などによって固定されており、ピン端子３１とベース部材２１との絶縁が確保されている。そして、ピン端子３１の突出側先端（図示下端）は上記もしたように、ベース部材２１の裏面２４と略面一をなすように設定されている。また、このようなベース部材２１の内部には、その厚み方向に（上下に）貫通するように、円断面をなすガス流路２５が例えば２箇所設けられている。このガス流路２５は、上記したセラミック基板２の裏面４側縦穴１４に対応する位置に設けられている。なお、この各ガス流路２５には、絶縁材製の管状体２８が嵌め込まれて接着等によって固定されており、その中空部であるガス流路２５がセラミック基板２の裏面４側縦穴１４に一致するように設定されている。また、図示はしないが、ベース部材２１の内部には冷却液流路が設けられており、その流路内に冷却液（冷媒）を循環させることで、それを冷却し、静電チャック１ａを介して、その表面３に吸着したウエハＵを一定温度に制御するようにされている。

このような本形態の静電チャック装置１をなす静電チャック１ａにおいては、セラミック基板２の裏面４の凹部６内にロウ付けされたピン端子３１が、セラミック基板２の裏面４から突出しない状態でロウ付けされた基端部材３２と、この基端部材３２にねじ込みによって接合された先端側部材３６とで形成されている。このため、そのピン端子３１の形成に当たっては、上記もしたように、基端部材３２を凹部６内の電極端子７にロウ付けした際（図３の状態）において、そのロウの溶融加熱に伴って基板２に反り等の変形が発生しているとしても、その状態において、基板２の表面３のみならず裏面４についても問題なく平面研磨ができる。したがって、このような変形が発生している場合には、その段階で両面３，４を平面研磨をし、その後で、先端側部材３６を基端部材３２にねじ込むことで、裏面４から突出している所望とするピン端子３１をロウ付けによって有してなる静電チャック１ａでありながら、そのロウ付けによって発生した変形のない、表裏両面３，４に高度の平面度を有する静電チャック１ａとなすことができる。なお、先端側部材３６の外周面にはねじ込み用工具の掛かり部（スパナの２面幅に合致する面Ｍ、或いは多角形部）を形成しておくとよい（図４参照）。

かくして、このような静電チャック１ａをなすセラミック基板２が、その裏面４をベース部材２１の表面２３に接合してなる静電チャック装置１においては、両部材の接合面に空隙や未接着面のない均一の接合状態のものとなすことができる。これにより、吸着したウエハＵをベース部材２１を介して冷却（温度制御）する場合においても、所望とする温度分布範囲内に迅速に制御することが可能となる。すなわち、所望とする処理をする工程において、ベース部材２１を冷却し、静電チャック１ａを介してウエハＵを温度制御する場合には、両部材の接合面に空隙や未接着面がないことから静電チャック１ａを均一に冷却できるため、ウエハＵを所望とするばらつきの少ない温度に制御することが可能となる。

また、本形態の静電チャック装置１においては、それが真空チャンバ内で使用される際において、ベース部材２１のガス流路２５及びセラミック基板２のガス流路１１を通して、ＨｅガスをウエハＵの下面に供給するとき、同ガスがベース部材２１とセラミック基板２との接合面の周縁から真空チャンバ内に漏れ出ることも防止できる。したがって、適量のＨｅをウエハの裏面に供給できるし、真空度を阻害することもない。

上記においては、ピン端子３１をなす基端部材３２に対し、先端側部材３６をねじ込み方式で接合した場合を説明したが、本発明においては、ピン端子３１が、セラミック基板２の裏面４から突出しない状態でロウ付けされた基端部材３２と、この基端部材３２に対してセラミック基板２に変形を発生させない接合手段によって接合された先端側部材３６とで形成されてなるものであればよく、したがって、基端部材３２に対して先端側部材３６を圧入によって接合してもよい。

図６は、基端部材２３２に対して先端側部材２３６を圧入によって接合してピン端子２３１を形成した実施例を示したものである。すなわち、図６−Ａに示したように、基端部材２３２を例えば円筒部材で形成し、これを基板２の裏面４の凹部６内に、その裏面４から突出しないようにして、上記形態のそれと同様にして凹部６内のロウ付け部（電極端子）７にロウ付けしておく。そして、そのロウの溶融加熱に伴って基板２に反り等の変形が発生しているときは、その状態において、基板２の表面３のみならず裏面４について平面研磨するのであるが、この際には問題なく研磨ができる。一方、この基端部材２３２の中空部（内周面）２３３に圧入可能の軸部２３５を端部に有する先端側部材２３６を別途製造し、図６−Ｂに示したように、基端部材２３２の中空部２３３に、先端側部材２３６の軸部２３５を圧入すればよい。すなわち、基端部材２３２のロウ付けにより、基板２に変形が発生している場合には、その段階で基板２の両面３，４を平面研磨をし、その後で、先端側部材２３６を基端部材２３２に圧入することで、裏面４から突出している所望とするピン端子２３１を有してなる静電チャックでありながら、そのロウ付けによって発生した変形のない、表裏両面３，４に高度の平面度及び面粗度を有する静電チャックとなすことができる。

また、図６における先端側部材２３６の軸部２３５はその外径が、基端部材２３２の中空部２３３の内径より圧入代分大きくされるが、この軸部２３５の外径を逆に小さいものとし、その軸部２３５を基端部材２３２の中空部２３３に隙間嵌をなすようにしておき、軸部２３５を基端部材２３２の中空部２３３に嵌合状態として接着剤で接合することとしてもよい。なお、この接合において確実な導通を確保するためには、導電性のある接着剤を用いればよい。さらに、両部材の接合は、セラミック基板２に変形を発生させないものであればよい。上記もしたように、加熱温度が２７０℃を超えない場合には、このような変形の発生は見られないことから、接着剤に代えて、融点が２７０℃以下のハンダ（例えば融点が２２０℃の鉛フリーハンダ（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系）など）によるハンダ付けとしてもよい。なお、接合強度上の問題がなければ、接合部はこのような嵌合状態でなく、突合せ状態として、接着剤又は前記したような低融点のハンダによるハンダ付けとしてもよい。

上記形態では、ピン端子３１が静電電極５の外部端子をなす場合で説明したが、上記形態のセラミック基板２の例えばその内部（又は表面の少なくとも一方）にヒーター用の抵抗発熱体が形成されているものでは、ピン端子３１は、その抵抗発熱体に対する電圧印加用のものであってもよいなど、いずれの端子においても本発明は具体化できる。

さらに本発明は、上記したような電気的導通用のピン端子３１ではなく、静電チャック１ａをベース部材２１に固定するためなどの軸部材を、ピン端子３１と同様にセラミック基板２の裏面４から突出する状態でロウ付けして備えてなる場合においても、上記したピン端子３１の場合と同様の効果が得られる。

図７は、その一例を示したもので、静電チャック１ａをなす基板２の裏面４に形成された凹部６内に、その裏面４から突出する状態で、ベース部材２１への固定用の軸部材であるネジ付き軸部材４１をロウ付けによって接合し、このネジ付き軸部材４１を用いて、静電チャック１ａをなすセラミック基板２が、その裏面４をベース部材２１の表面２３に接合して静電チャック装置１とされてなるものの部分断面図及び要部拡大図である。ただし、このものにおける静電チャック１ａは、それに形成されたネジ付き軸部材４１が、上記形態における静電チャック１のピン端子３１と相違するだけであり、しかも、そのピン端子３１とは、ネジ付き軸部材４１をなすところの先端側部材３６がその先端（図６の下端）から軸方向に所定の範囲にわたって外周にネジ４４が形成されている点のみが相違するだけであるため、同一の部位には同一の符号を付し、その相違点のみ説明する。また、ベース部材２１についても、そのネジ付き軸部材４１が挿入、固定される部位のみが相違するだけであるため、同一の部位には同一の符号を付し、その相違点のみ説明する。

すなわち、図７に示した静電チャック装置１においては、それをなすベース部材２１には、静電チャック１ａに設けられたネジ付き軸部材４１の配置に対応して空孔３２６が貫通して設けられている。ただし、その空孔３２６のうちベース部材２１の裏面２４側には座ぐり穴３２７が設けられている。しかして、このものでは、ネジ付き軸部材４１の設けられた静電チャック１ａをベース部材２１に位置決めして重ねる。そして、ベース部材２１の座ぐり穴３２７に突出するネジ付き軸部材４１の先端寄り部位のネジ４４に座金４５を介してナット４７を螺合して締め付けることで、両部材の接合ないし固定がなされて静電チャック装置１をなしている。なお、このようなネジ付き軸部材４１の場合のように、電気的導通を要しない場合には、その基端部材３２をロウ付けするセラミック基板２の裏面４の凹部６における底面のロウ付け部（メタライズ層）７は、ネジ付き軸部材４１自体のロウ付けによる接合自体を目的としているため、独立のパターンとして形成すればよい。また、活性ロウを用いて基端部材３２をロウ付けする場合のロウ付け部には、そのようなメタライズ層７を形成することなく、セラミック基板２の裏面４の凹部６内に直接ロウ付けしてもよい。

なお、このような軸部材においても、それをなす基端部材と先端側部材とは上記したピン端子におけるのと同様、圧入や接着剤による接着、或いは低融点のハンダによるハンダ付けとすることもできる。また、軸部材はセラミック基板をベース部材に固定するためのネジ付き軸部材として具体化したが、これ以外の用途を持つものであっても、同様の効果が得られることは明らかであり、したがって、本発明における軸部材は、セラミック基板をベース部材に固定するためのものに限定されるものでもない。

上記においては、静電チャック及び静電チャック装置において本発明を具体化した場合で説明したが、本発明は、真空チャックやセラミックヒーターにおいても全く同様に適用できる。真空チャック装置について図８に基づいて説明する。ただし、このものは、図１に示した、実施の形態におけるガス流路を真空形成用のガス排気流路に代え、静電電極を抵抗発熱体に代えた点が実質的に異なるだけであり、本発明の要旨をなすピン端子（又は軸部材）については、上記した静電チャックにおけるものと異なる点はない。このため、それぞれ対応する部位又は同一部位には同一の符号を付すに止め、詳細な説明は省略する。なお、本例では抵抗発熱体（ヒーター）を備えた真空チャック装置として具体化している。

すなわち、本形態の真空チャック１ａにおいては、セラミック基板２の内部に真空形成用のガス排気流路１１が形成されている。そのガス排気流路１１は、セラミック基板２の表面３にウエハＵを載置して、真空引きすることでそれが吸着されるように形成されている。すなわち、セラミック基板２の表面３には、多数の箇所で真空引きするように開口する表面側縦穴１２が設けられており、この表面側縦穴１２に連なるようにその表面３に平行に延びる横穴１３が設けられており、平面視、基板２の中央であってこの横穴１３の下方には、この横穴１３に連なるようにセラミック基板２の裏面４側に開口する裏面側縦穴１４が設けられている。また、セラミック基板２の内部には、タングステン等の高融点金属からなる抵抗発熱体（線）５が設けられており、電圧を印加することで発熱してセラミックヒーターをなすように構成されている。そして、基板２の裏面４の適所には、凹部６が設けられており、その底部に露出するように設けられた、抵抗発熱体に連なるロウ付け部（電極端子）７に電圧印加用のピン端子３１が、図１に示した静電チャック１と同じ構造で接合されている。そして、このようなヒーター付きの真空チャック１ａがベース部材２１に固定されて真空チャック装置５０１をなしている。なお、ベース部材２１の平面視、中央にはセラミック基板２の裏面側縦穴１４に対応する部位に、厚み方向に（上下に）貫通する真空形成用のガス排気流路２５が形成されている。

このような真空チャック１ａ或いは真空チャック装置５０１においても、静電チャックにおける場合と同様に、それをなすセラミック基板２の製造過程において、ピン端子３１をなす基端部材３２をロウ付けした際にその基板２に変形が発生している場合には、その段階で表面３のみならず裏面４についても問題なく平面研磨ができる。したがって、その平面研磨をした後で、先端側部材３６を基端部材３２に接合することで、裏面４から突出している所望とするピン端子３１を有する真空チャック１ａでありながら、ロウ付けによって発生した変形を解消した、表裏両面３，４が高度の平面度を有するものとなすことができる。したがって、このような真空チャック１ａをベース部材２１に接合してなる真空チャック装置５０１においては、その接合面に未接着面がないことから、未接着面からの空気の吸引による吸着力の低下が防止でき、真空引きする際の真空リークのない真空チャック装置５０１となすことができる。

なお、本実施例では、抵抗発熱体５を備えていることから、それへの電圧印加用のピン端子３１を有する真空チャックにおいて具体化した場合を説明したが、このような抵抗発熱体５の有無にかかわらず、ピン端子３１に代えて図７に示した軸部材を有するものにおいても、全く同様に具体化できる。なお、真空形成用のガス排気流路は、セラミック基板の内部でなくその表面又は内部若しくはその表面の少なくとも一方に設けられていてもよい。

また、図８の真空チャック１ａ及び真空チャック装置５０１においては、セラミック基板２の内部に抵抗発熱体５を有することから、それぞれが、セラミックヒーター及びセラミックヒーター装置でもあるが、このものにおいても、セラミック基板２の裏面４を問題なく平面研磨できるため、所望とする高度の平面度を有するセラミックヒーターを得ることができる。したがって、このようなセラミックヒーターをベース部材に接合してなるセラミックヒーター装置によれば、両部材の接合面に未接着面のないものとなすことができる。すなわち、本発明は、セラミック基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなる、静電チャック、真空チャック及びセラミックヒーターに広く適用できる。なお、セラミックヒーターをなす抵抗発熱体は、セラミック基板の内部でなくその表面又は内部若しくはその表面の少なくとも一方に設けられていてもよい。

本発明の静電チャック装置の一部破断縦断面図。 図１の静電チャック装置をなす静電チャックの中央縦断面図及び要部拡大図。 図２の静電チャックの製造途中を説明する中央縦断面図。 Ａはピン端子をなす先端側部材をねじ込む前、Ｂはねじ込み後の要部拡大断面図。 図１の静電チャック装置をなすベース部材の中央縦断面図。 Ａはピン端子をなす先端側部材を圧入する前、Ｂは圧入後の要部拡大断面図。 図１においてピン端子に代えて軸部材とした静電チャック装置の一部破断縦断面図及び要部拡大図。 本発明の真空チャック装置の一部破断縦断面図及び要部拡大図。 従来の静電チャックの問題点を説明する一部破断縦断面図。

符号の説明

１ 静電チャック装置
１ａ 静電チャック（真空チャック、セラミックヒーター）
２ セラミック基板
３ 基板の表面
４ 基板の裏面
５ 静電電極（抵抗発熱体）
６ 基板の裏面の凹部
７ ロウ付け部（電極端子、メタライズ層）
１１ ガス流路（真空形成用のガス排気流路）
２１ ベース部材２１
３１、２３１ ピン端子
３２、２３２ 基端部材
３６、２３６ 先端側部材
４１ 軸部材
５０１ 真空チャック装置（セラミックヒーター装置）

Claims (21)

1. セラミック基板に静電電極が形成されてなる静電チャックであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるものにおいて、
   前記ピン端子又は前記軸部材が、前記裏面から突出しない状態でロウ付けされた基端部材と、該基端部材に対して前記セラミック基板に変形を発生させない接合手段によって接合された先端側部材とで形成されてなることを特徴とする静電チャック。
2. セラミック基板に静電電極が形成されてなる静電チャックであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるものにおいて、
   前記ピン端子又は前記軸部材が、前記裏面から突出しない状態でロウ付けされた基端部材と、該基端部材にねじ込みによって接合された先端側部材とで形成されてなることを特徴とする静電チャック。
3. 請求項２に記載の静電チャックにおいて、ねじ込みに代えて圧入としたことを特徴とする静電チャック。
4. 請求項２に記載の静電チャックにおいて、ねじ込みに代えて接着剤による接着としたことを特徴とする静電チャック。
5. 前記セラミック基板に変形を発生させない接合手段が、前記基端部材をロウ付けしているロウより融点が低く、しかもその融点が２７０℃以下のハンダによるハンダ付けであることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の静電チャックをなすセラミック基板が、その裏面をベース部材の表面に接合してなることを特徴とする静電チャック装置。
7. セラミック基板に静電電極が形成されてなる静電チャックであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなる静電チャックを製造する方法において、
   裏面に凹部を備えるとともにその凹部の底面に、前記ピン端子又は軸部材のロウ付け部を備えた前記セラミック基板を焼成し、焼成後のそのセラミック基板の前記凹部の底面におけるロウ付け部に、その裏面から突出しない状態で、ピン端子又は軸部材をなす基端部材をロウ付けし、その後、セラミック基板の表面及び裏面を研磨し、その後、セラミック基板に変形を発生させない接合手段によって、前記基端部材に先端部材を接合することにより、基端部材と先端部材とからなるピン端子又は軸部材を形成することを特徴とする静電チャックの製造方法。
8. セラミック基板に真空形成用のガス排気流路が形成されてなる真空チャックであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるものにおいて、
   前記ピン端子又は前記軸部材が、前記裏面から突出しない状態でロウ付けされた基端部材と、該基端部材に対して前記セラミック基板に変形を発生させない接合手段によって接合された先端側部材とで形成されてなることを特徴とする真空チャック。
9. セラミック基板に真空形成用のガス排気流路が形成されてなる真空チャックであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるものにおいて、
   前記ピン端子又は前記軸部材が、前記裏面から突出しない状態でロウ付けされた基端部材と、該基端部材にねじ込みによって接合された先端側部材とで形成されてなることを特徴とする真空チャック。
10. 請求項９に記載の真空チャックにおいて、ねじ込みに代えて圧入としたことを特徴とする真空チャック。
11. 請求項９に記載の真空チャックにおいて、ねじ込みに代えて接着剤による接着としたことを特徴とする真空チャック。
12. 前記セラミック基板に変形を発生させない接合手段が、前記基端部材をロウ付けしているロウより融点が低く、しかもその融点が２７０℃以下のハンダによるハンダ付けであることを特徴とする請求項８に記載の真空チャック。
13. 請求項８〜請求項１２のいずれか１項に記載の真空チャックをなすセラミック基板が、その裏面をベース部材の表面に接合してなることを特徴とする真空チャック装置。
14. セラミック基板に真空形成用のガス排気流路が形成されてなる真空チャックであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなる真空チャックを製造する方法において、
    裏面に凹部を備えるとともにその凹部の底面に、前記ピン端子又は軸部材のロウ付け部を備えた前記セラミック基板を焼成し、焼成後のそのセラミック基板の前記凹部の底面におけるロウ付け部に、その裏面から突出しない状態で、ピン端子又は軸部材をなす基端部材をロウ付けし、その後、セラミック基板の表面及び裏面を研磨し、その後、セラミック基板に変形を発生させない接合手段によって、前記基端部材に先端部材を接合することにより、基端部材と先端部材とからなるピン端子又は軸部材を形成することを特徴とする真空チャックの製造方法。
15. セラミック基板に抵抗発熱体が形成されてなるセラミックヒーターであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるものにおいて、
    前記ピン端子又は前記軸部材が、前記裏面から突出しない状態でロウ付けされた基端部材と、該基端部材に対して前記セラミック基板に変形を発生させない接合手段によって接合された先端側部材とで形成されてなることを特徴とするセラミックヒーター。
16. セラミック基板に抵抗発熱体が形成されてなるセラミックヒーターであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるものにおいて、
    前記ピン端子又は前記軸部材が、前記裏面から突出しない状態でロウ付けされた基端部材と、該基端部材にねじ込みによって接合された先端側部材とで形成されてなることを特徴とするセラミックヒーター。
17. 請求項１６に記載のセラミックヒーターにおいて、ねじ込みに代えて圧入としたことを特徴とするセラミックヒーター。
18. 請求項１６に記載のセラミックヒーターにおいて、ねじ込みに代えて接着剤による接着としたことを特徴とするセラミックヒーター。
19. 前記セラミック基板に変形を発生させない接合手段が、前記基端部材をロウ付けしているロウより融点が低く、しかもその融点が２７０℃以下のハンダによるハンダ付けであることを特徴とする請求項１５に記載のセラミックヒーター。
20. 請求項１５〜請求項１９のいずれか１項に記載のセラミックヒーターをなすセラミック基板が、その裏面をベース部材の表面に接合してなることを特徴とするセラミックヒーター装置。
21. セラミック基板に抵抗発熱体が形成されてなるセラミックヒーターであって、その基板の裏面に凹部を備えるとともに該凹部内に該裏面から突出する状態でピン端子又は軸部材がロウ付けによって接合されてなるセラミックヒーターを製造する方法において、
    裏面に凹部を備えるとともにその凹部の底面に、前記ピン端子又は軸部材のロウ付け部を備えた前記セラミック基板を焼成し、焼成後のそのセラミック基板の前記凹部の底面におけるロウ付け部に、その裏面から突出しない状態で、ピン端子又は軸部材をなす基端部材をロウ付けし、その後、セラミック基板の表面及び裏面を研磨し、その後、セラミック基板に変形を発生させない接合手段によって、前記基端部材に先端部材を接合することにより、基端部材と先端部材とからなるピン端子又は軸部材を形成することを特徴とするセラミックヒーターの製造方法。
    
    
    
    

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