JP2014165267A - 複合部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】第１の部材と第２の部材との間を接着剤で接合する複合部材において、接着剤が流出しないようなダムを容易に形成できる複合部材及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】静電チャック１では、接着剤層９７を囲むように各ダム９１〜９５が形成されており、このダム９１〜９５は、金属ベース１５の接合面１１上に、ダム９１〜９５となる熱硬化型接着剤が塗布された後に硬化することによって形成されたものである。従って、セラミック絶縁板９や金属ベース１５に複数の細径の開口部８７ａ、８８ａが形成されている場合でも、容易に且つ精度良くダム９１〜９５を形成できる。また、この様にダム９１〜９５が形成されているので、（接合時に）熱硬化型接着剤がセラミック絶縁板９の外周側や開口部に流出しないようにできる。よって、接着剤の未充填部が生じ難いので、平面方向における熱伝導性のムラが少ない（即ち均熱性が高い）という利点がある。
【選択図】図６
【解決手段】静電チャック１では、接着剤層９７を囲むように各ダム９１〜９５が形成されており、このダム９１〜９５は、金属ベース１５の接合面１１上に、ダム９１〜９５となる熱硬化型接着剤が塗布された後に硬化することによって形成されたものである。従って、セラミック絶縁板９や金属ベース１５に複数の細径の開口部８７ａ、８８ａが形成されている場合でも、容易に且つ精度良くダム９１〜９５を形成できる。また、この様にダム９１〜９５が形成されているので、（接合時に）熱硬化型接着剤がセラミック絶縁板９の外周側や開口部に流出しないようにできる。よって、接着剤の未充填部が生じ難いので、平面方向における熱伝導性のムラが少ない（即ち均熱性が高い）という利点がある。
【選択図】図６
Description
本発明は、異なる材料の部材からなる複合部材及びその製造方法に関し、例えば、半導体ウェハの固定、半導体ウェハの平面度の矯正などに用いられる静電チャック等に適用可能な複合部材及びその製造方法に関するものである。
従来より、半導体製造装置では、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）に対して、ドライエッチング（例えばプラズマエッチング）等の処理が行われている。このドライエッチングの精度を高めるためには、半導体ウェハを確実に固定しておく必要があるので、半導体ウェハを固定する固定手段として、静電引力によって半導体ウェハを固定する静電チャックが提案されている（例えば特許文献１参照）。
具体的には、特許文献１に記載の静電チャックでは、セラミック絶縁板の内部に吸着電極を有しており、その吸着電極に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて、半導体ウェハをセラミック絶縁板の上面（吸着面）に吸着させるようになっている。
また、この種の静電チャックとしては、セラミック絶縁板の下面（接合面）に、例えば樹脂材料や金属材料からなる接着剤層（ボンディング層）を介して、クーリングプレートとして機能する金属ベースが接合されたものが知られている。
上述した接着剤層の材料としては、例えばシリコーン樹脂等からなる熱硬化型接着剤が使用されている。この熱硬化型接着剤を使用してセラミック絶縁板と金属ベースとを接合する場合には、例えば図１０（ａ）に例示するように、金属ベースＰ１の上面（接合面）に、粘性を有する熱硬化型接着剤Ｐ２を塗布し、その上に（端子Ｐ３を穴部Ｐ４に嵌めるようにして）セラミック絶縁板Ｐ５を被せ、圧力を加えながら加熱して熱硬化型接着剤Ｐ２を硬化させて、セラミック絶縁板Ｐ５と金属ベースＰ１とを接合していた。
しかしながら、上述した接合に用いられる熱硬化型接着剤Ｐ２は、通常では、加熱によって粘度が下がって流動性が上がり、その後、更に加熱することによって硬化するという特性があるので、図１０（ｂ）に示すように、圧力をかけて加熱する作業の途中で、粘度が下がった熱硬化型接着剤Ｐ２が、金属ベースＰ１の外周部や穴部Ｐ４に流れ出し、その結果、熱硬化型接着剤Ｐ２が充填されない未充填部Ｐ６が発生するという問題があった。
そして、このような未充填部Ｐ６が発生すると、熱伝導性にムラが生じ、静電チャックの吸着面における均熱性が低下するので、吸着面に保持された半導体ウェハの加工に支障が生じる恐れがある。その結果、例えばエッチング加工を行う場合に、加工速度にムラが生じる恐れがある。
この対策として、図示しないが、例えば穴部の周囲にスペーサ部（ダム）を配置する方法（特許文献２参照）も考えられるが、静電チャックには、端子が通されたり冷却用ガスの流路となる複数の穴部が設けられているので、ダムの形成を簡単な作業で且つ精度良く行うことは容易ではない。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えばセラミック絶縁板と金属ベースとを接合した静電チャックのように、第１の部材と第２の部材との間を接着剤で接合する複合部材において、接着剤が流出しないようなダムを容易に形成することができる複合部材及びその製造方法を提供することにある。
（１）本発明（複合部材）は、第１態様として、 第１の部材と、該第１の部材とは異なる材料からなる第２の部材とを、互いの接合面の間に配置された接着剤からなる接着剤層によって接合した複合部材において、前記第１の部材と前記第２の部材との接合面の間に、前記接着剤層の外周に沿って、該接着剤層を囲むように形成されたダムを備えるとともに、前記ダムは、前記第１の部材又は前記第２の部材の接合面上に、前記ダムとなる材料が塗布された後に硬化することによって形成されたものであることを特徴とする。
本第１態様では、接着剤層の周囲（接着剤層が広がる平面方向における周囲）にダムが形成されており（即ちダムの内側に接着剤層が形成されており）、このダムは、第１の部材や第２の部材の接合面上に、ダムとなる材料が塗布された後に硬化することによって形成されたものである。
従って、第１の部材や第２の部材に微小で複数の穴部が形成されている場合のように、ダムの平面形状（ダムパターン）が複雑な場合や微小な場合でも、容易に且つ精度良くダムを形成することができる。
また、この様にダムが形成されているので、（接合時に）接着剤が各部材の周囲や穴部に流出しないようにできる。よって、接着剤の未充填部が生じ難いので、平面方向における熱伝導性のムラが少ない（即ち均熱性が高い）という利点がある。
（２）本発明は、第２態様として、前記ダムと、該ダムに対向する接合面との間に、前記接着剤からなるオーバーフロー層を備えたことを特徴とする。
本第２態様では、オーバーフロー層を備えているので、ダムの高さに多少ばらつきがあった場合でも、第１の部材と第２の部材との密着性（従って接着性）が高いという利点がある。
本第２態様では、オーバーフロー層を備えているので、ダムの高さに多少ばらつきがあった場合でも、第１の部材と第２の部材との密着性（従って接着性）が高いという利点がある。
なお、このオーバーフロー層は、接合時に、ダムの内側の接着剤がダムを乗り越えるように移動し、その後硬化することにより形成することができる。
（３）本発明は、第３態様として、前記ダムは、押圧によって変形可能な弾性を有することを特徴とする。
（３）本発明は、第３態様として、前記ダムは、押圧によって変形可能な弾性を有することを特徴とする。
本第３態様では、ダムは、押圧によって変形可能な弾性（例えばヤング率が１０ＭＰａ以下）を有するので、接合時に、第１の部材と第２の部材とが押圧されると、その押圧力によってダムも柔軟に変形して、ダムの先端側が相手部材に密着する。よって、第１の部材と第２の部材との接着性が高いという利点がある。
（４）本発明は、第４態様として、前記ダムの材料及び前記接着剤層の材料は、熱硬化型接着剤であることを特徴とする。
本第４態様は、ダムや接着剤層の好ましい材料を例示している。つまり、熱硬化型接着剤を用いることにより、ダムの形成を容易にできるとともに、第１の部材と第２の部材との接合を容易に行うことができる。
本第４態様は、ダムや接着剤層の好ましい材料を例示している。つまり、熱硬化型接着剤を用いることにより、ダムの形成を容易にできるとともに、第１の部材と第２の部材との接合を容易に行うことができる。
（５）本発明は、第５態様として、前記ダムの材料及び前記接着剤層の材料は、同種の接着剤であることを特徴とする。
本第５態様では、ダムと接着剤層の材料として同種の材料を用いるので、ダムの部分と接着剤層の部分の特性（例えば熱的、機械的特性）を揃えることができる。従って、複合部材の平面方向（接合面が広がる方向）における特性を揃えることができる。例えば平面方向における均熱性を高めることができる。
本第５態様では、ダムと接着剤層の材料として同種の材料を用いるので、ダムの部分と接着剤層の部分の特性（例えば熱的、機械的特性）を揃えることができる。従って、複合部材の平面方向（接合面が広がる方向）における特性を揃えることができる。例えば平面方向における均熱性を高めることができる。
なお、ここで同種とは、同一の組成（同種の樹脂構造）であることを示している。
（６）本発明は、第６態様として、前記ダムの熱伝導率と前記接着剤層の熱伝導率とが異なることを特徴とする。
（６）本発明は、第６態様として、前記ダムの熱伝導率と前記接着剤層の熱伝導率とが異なることを特徴とする。
本第６態様では、ダムと接着剤層との熱伝導率が異なるので、ダムの部分と接着剤層の部分とにおける熱的特性を任意に変更することができる。第１の部材や第２の部材に微小で複数の穴部が形成されている場合には、穴部近傍が熱的に特異領域になるときがあるが、これによって、熱的な特異領域を調整することができるという利点がある。
（７）本発明は、第７態様として、前記ダムが形成される接合面には開口部が形成されており、該開口部の周囲を囲むように第１のダムが形成されるとともに、前記接合面の外縁部には該接合面を囲むように第２のダムが形成されていることを特徴とする。
本第７態様では、第１の部材や第２の部材の接合面に開口部がある場合のダムの形成状態を例示したものである。ここでは、開口部の周囲に第１のダムを形成するとともに接合面を囲むように第２のダムを形成することにより、両ダムによって平面方向において閉ざされた領域ができる。よって、接合時には、この第１のダムと第２のダムで囲まれた領域に接着剤を塗布することにより、開口部（穴部）や外周部に接着剤が流出することを防止できる。
（８）本発明は、第８態様として、前記第１の部材は、板状のセラミック部材であり、前記第２の部材は、板状の金属部材であることを特徴とする。
本第８態様は、第１の部材や第２の部材として、好ましい態様を例示している。なお、この場合には、複合部材も板状の部材（板材）となる。
本第８態様は、第１の部材や第２の部材として、好ましい態様を例示している。なお、この場合には、複合部材も板状の部材（板材）となる。
（９）本発明は、第９態様として、前記複合部材は、前記第１の部材が電気絶縁材性料からなるとともに、該第１の部材に吸着電極を有し、前記吸着電極に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物を吸着させる静電チャックであることを特徴とする。
本第９態様では、複合部材の好ましい態様を例示している。
（１０）本発明（複合部材の製造方法）は、第１０態様として、第１の部材と、該第１の部材とは異なる材料からなる第２の部材とを、互いの接合面の間に配置した接着剤によって接合する複合部材の製造方法において、前記接合の際に流動性を有する前記接着剤の流出を阻止するダムを形成するために、前記第１の部材又は前記第２の部材の接合面上にて、前記接着剤を塗布する領域を囲むように、ダム形成用材料を塗布して塗布部を形成する第１工程と、前記ダム形成用材料からなる前記塗布部を硬化させて、前記ダムを形成する第２工程と、前記ダムに囲まれた領域に、前記流動性を有する接着剤を塗布する第３工程と、前記接着剤を挟むように前記第１の部材と前記第２の部材とを配置して、前記接着剤を硬化させることにより、前記第１の部材と前記第２の部材とを接合する第４工程と、を有することを特徴とする。
（１０）本発明（複合部材の製造方法）は、第１０態様として、第１の部材と、該第１の部材とは異なる材料からなる第２の部材とを、互いの接合面の間に配置した接着剤によって接合する複合部材の製造方法において、前記接合の際に流動性を有する前記接着剤の流出を阻止するダムを形成するために、前記第１の部材又は前記第２の部材の接合面上にて、前記接着剤を塗布する領域を囲むように、ダム形成用材料を塗布して塗布部を形成する第１工程と、前記ダム形成用材料からなる前記塗布部を硬化させて、前記ダムを形成する第２工程と、前記ダムに囲まれた領域に、前記流動性を有する接着剤を塗布する第３工程と、前記接着剤を挟むように前記第１の部材と前記第２の部材とを配置して、前記接着剤を硬化させることにより、前記第１の部材と前記第２の部材とを接合する第４工程と、を有することを特徴とする。
本第１０態様では、第１の部材又は第２の部材の接合面上にて、接着剤を塗布する領域を囲むように、ダム形成用材料を塗布して塗布部を形成した後に、塗布部を硬化させて、ダムを形成し、その後、ダムに囲まれた領域に、流動性を有する接着剤を塗布した後に、接着剤を挟むように第１の部材と第２の部材とを配置し、接着剤を硬化させることにより、第１の部材と第２の部材とを接合する。
これにより、第１の部材や第２の部材の（ダムを形成した箇所の）外側に接着剤を流出させることなく、しかも、接着剤の未充填部を生じさせることなく、第１の部材と第２の部材とを確実に接合することができる。また、例えばスクリーン印刷等によって、ダムを精度良く形成することができるという利点がある。
なお、ここで、流動性とは、外力が加わらない状態で流動性を有する場合だけでなく、外力によって流動する特性（例えばペースト状など）も含むものである。
（１１）本発明は、第１１態様として、前記ダムの高さよりも前記塗布する接着剤の高さを高くし、その後、前記第１の部材と前記第２の部材とを圧着することにより、前記接着剤を前記ダムの先端側に溢れさせてオーバーフロー層を形成することを特徴とする。
（１１）本発明は、第１１態様として、前記ダムの高さよりも前記塗布する接着剤の高さを高くし、その後、前記第１の部材と前記第２の部材とを圧着することにより、前記接着剤を前記ダムの先端側に溢れさせてオーバーフロー層を形成することを特徴とする。
本第１１態様は、上述したオーバーフロー層の好適な形成方法を例示している。これによって、ダムの先端と相手部材との隙間を無くして、接合性を高めることができる。
（１２）本発明は、第１２態様として、前記ダムを形成する接合面に開口部を有する場合には、前記開口部の周囲を囲むように、第１のダムを形成するとともに、前記接合面の外縁部に沿って該接合面を囲むように第２のダムを形成し、その後、前記第１のダムと前記第２のダムとの間に、前記流動性を有する接着剤を塗布することを特徴とする。
（１２）本発明は、第１２態様として、前記ダムを形成する接合面に開口部を有する場合には、前記開口部の周囲を囲むように、第１のダムを形成するとともに、前記接合面の外縁部に沿って該接合面を囲むように第２のダムを形成し、その後、前記第１のダムと前記第２のダムとの間に、前記流動性を有する接着剤を塗布することを特徴とする。
本第１２態様は、第１の部材や第２の部材の接合面に開口部が形成されている場合に、ダムや接着剤層の好適な形成方法を例示している。これによって、接合面に開口部がある場合でも、開口部内に接着剤を流出させることなく、好適に接着を行うことができる。
（１３）本発明は、第１３態様として、前記ダム形成用材料の粘度は、前記流動性を有する接着剤の粘度より大であることを特徴とする。
本第１３態様では、ダム形成用材料の粘度は、（ダムに囲まれた領域に塗布される）流動性を有する接着剤の粘度より大であるので、ダム形成用材料の塗布部の形状を保ち易く、よって、精度良くダムを形成することができる。
本第１３態様では、ダム形成用材料の粘度は、（ダムに囲まれた領域に塗布される）流動性を有する接着剤の粘度より大であるので、ダム形成用材料の塗布部の形状を保ち易く、よって、精度良くダムを形成することができる。
以下に、本発明を実施するための形態について説明する。
［実施形態］
・複合部材の第１の部材としては、セラミック材料からなるセラミック絶縁板を採用でき、このセラミック材料としては、アルミナ、イットリア（酸化イットリウム）、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックを主成分とする焼結体などが挙げられる。
［実施形態］
・複合部材の第１の部材としては、セラミック材料からなるセラミック絶縁板を採用でき、このセラミック材料としては、アルミナ、イットリア（酸化イットリウム）、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックを主成分とする焼結体などが挙げられる。
また、用途に応じて、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよいし、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどの誘電体セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよい。
更に、セラミック以外に、例えばＰＥＥＫやポリイミドなどの耐熱性樹脂や熱分散材などに用いるカーボンや金属を採用することもできる。
なお、半導体製造におけるドライエッチングなどの各処理においては、プラズマを用いた技術が種々採用され、プラズマを用いた処理においては、ハロゲンガスなどの腐食性ガスが多用されている。このため、腐食性ガスやプラズマに晒される静電チャックには、高い耐食性が要求される。従って、前記セラミック絶縁板は、腐食性ガスやプラズマに対する耐食性がある材料、例えば、アルミナやイットリアを主成分とする材料からなることが好ましい。
なお、半導体製造におけるドライエッチングなどの各処理においては、プラズマを用いた技術が種々採用され、プラズマを用いた処理においては、ハロゲンガスなどの腐食性ガスが多用されている。このため、腐食性ガスやプラズマに晒される静電チャックには、高い耐食性が要求される。従って、前記セラミック絶縁板は、腐食性ガスやプラズマに対する耐食性がある材料、例えば、アルミナやイットリアを主成分とする材料からなることが好ましい。
・複合部材の第２の部材としては、金属やその合金からなる金属板を採用でき、金属としては、銅、アルミニウム、鉄、チタンなどを用いることができる。
・ダムや接着剤層を構成する材料としては、第１の部材（例えばセラミック絶縁板）と第２の部材（例えば金属板）とを接合させる力が大きい接着剤の材料（例えば熱硬化型接着剤など）であることが好ましい。
・ダムや接着剤層を構成する材料としては、第１の部材（例えばセラミック絶縁板）と第２の部材（例えば金属板）とを接合させる力が大きい接着剤の材料（例えば熱硬化型接着剤など）であることが好ましい。
例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂などの樹脂材料、或いは、インジウムなどの金属材料を含む接着剤を選択することができる。なお、例えば、第１の部材と第２の部材との熱膨張係数の差が大きい場合には、ダムや接着剤層は、緩衝材としての機能の高い弾性変形可能な樹脂材料（例えばシリコーン樹脂）からなることが特に好ましい。
以下に、本発明を実施するための実施例について説明する。
ここでは、複合部材として、例えば半導体ウェハを吸着保持できる静電チャックを例に挙げる。
ａ）まず、本実施例の静電チャックの構造について説明する。
ａ）まず、本実施例の静電チャックの構造について説明する。
図１に示す様に、本実施例の静電チャック１は、図１の上側にて半導体ウェハ３を吸着する装置であり、第１主面（吸着面）５及び第２主面（接合面）７を有する（例えば直径３００ｍｍ×厚み３ｍｍの）円盤状のセラミック絶縁板９と、第１主面（接合面）１１及び第２主面（裏面）１３を有する（例えば直径３４０ｍｍ×厚み２０ｍｍの）円盤状の金属ベース（クーリングプレート）１５とを、２重構造の複合接着剤層１７を介して接合したものである。
以下、各構成について説明する。
前記セラミック絶縁板９は、後述するように複数のセラミック層が積層されたものであり、アルミナを主成分とするアルミナ質焼結体である。このセラミック絶縁板９の内部には、半導体ウェハ３を冷却するヘリウム等の冷却用ガスを供給するトンネルである冷却用ガス供給路１９が設けられ、吸着面５には、冷却用ガス供給路１９が開口する複数の冷却用開口部２１や、冷却用開口部２１から供給された冷却用ガスが吸着面５全体に広がるように設けられた環状の冷却用溝２３が設けられている。
前記セラミック絶縁板９は、後述するように複数のセラミック層が積層されたものであり、アルミナを主成分とするアルミナ質焼結体である。このセラミック絶縁板９の内部には、半導体ウェハ３を冷却するヘリウム等の冷却用ガスを供給するトンネルである冷却用ガス供給路１９が設けられ、吸着面５には、冷却用ガス供給路１９が開口する複数の冷却用開口部２１や、冷却用開口部２１から供給された冷却用ガスが吸着面５全体に広がるように設けられた環状の冷却用溝２３が設けられている。
なお、冷却用ガス供給路１９は、静電チャック１を厚み方向（図２の上下方向）に貫いて、冷却用開口部２１に開口するガス用貫通孔２０を有している。
一方、前記金属ベース１５は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、その内部には、セラミック絶縁板９を冷却する冷却用液体（例えばフッ素化液又は純水）が充填される冷却用空間２５が設けられている。
一方、前記金属ベース１５は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、その内部には、セラミック絶縁板９を冷却する冷却用液体（例えばフッ素化液又は純水）が充填される冷却用空間２５が設けられている。
更に、図２に詳細に示すように、前記セラミック絶縁板９においては、複数層（例えば６層）第１〜第６セラミック層２７、２９、３１、３３、３５、３７が積層されている。なお、ここでは、６層のセラミック層２７〜３７を示しているが、各セラミック層２７〜３７が、更に複数のセラミック層から構成されていてもよい。
前記セラミック絶縁板９の構成は、基本的に従来とほぼ同様であり、その内部において、吸着面５の（図２）下方には、例えば平面形状が半円状の一対の吸着電極４１、４３（図１参照）が形成されている。
この吸着電極４１、４３とは、静電チャック１を使用する場合には、両吸着電極４１、４３の間に、直流高電圧を印加し、これにより、半導体ウェハ３を吸着する静電引力（吸着力）を発生させ、この吸着力を用いて半導体ウェハ３を吸着して固定するものである。
また、吸着電極４１、４３の（図２）下方には、従来と同様に、例えば同一平面にて軸中心を回るように螺旋状に巻き回されたヒータ（発熱体）４５が形成されている。
そして、後に詳述する様に、セラミック絶縁板９と金属ベース１５とは、互いの接合面７、１１の間に配置された硬化型接着剤からなる２重構造の複合接着剤層１７により接合されている。
そして、後に詳述する様に、セラミック絶縁板９と金属ベース１５とは、互いの接合面７、１１の間に配置された硬化型接着剤からなる２重構造の複合接着剤層１７により接合されている。
ｂ）次に、本実施例の静電チャック１の電気的な構成について説明する。
図３に示すように、静電チャック１の吸着電極４１、４３やヒータ４５には、それぞれを作動させるために電源回路が接続されている。
図３に示すように、静電チャック１の吸着電極４１、４３やヒータ４５には、それぞれを作動させるために電源回路が接続されている。
具体的には、吸着電極４１、４３には第１電源回路５１が接続され、ヒータ４５には第２電源回路５３が接続されており、それらの動作は、マイコンを含む電子制御装置５５によって制御される。
また、図４に一部を示すように、吸着電極４１、４３やヒータ４５と、各電源回路５１、５５との接続は、接続端子（端子ピン）６１、６３、６５、６７（図５（ａ）参照）を利用して行うことができる。なお、図４では、接続端子６１〜６７の一部のみを例示している。
つまり、吸着電極４１、４３やヒータ４５は、ビア６９、７１や内部導電層７３などを介して、同図下方に開口する内部孔７５、７７のメタライズ層７９、８１に導通しており、このメタライズ層７９、８１にそれぞれ端子金具８３、８５が接合され、この端子金具８３、８５にそれぞれ接続端子６１〜６７が取り付けられている。
従って、接続端子６１〜６７を介して、吸着電極４１、４３やヒータ４５に電力を供給することができる。
ｃ）次に、本実施例の静電チャック１の要部について説明する。
ｃ）次に、本実施例の静電チャック１の要部について説明する。
図５（ａ）にセラミック絶縁板９の接合面７を示すように、セラミック絶縁板９には、その厚み方向に貫くように、冷却用ガス供給路１９（詳しくはガス用貫通孔２０の上部側を構成する上貫通孔８６）が設けられている。
ここでは６個のガス用貫通孔２０を例示しているが、通常は、このガス用貫通孔２０には、吸着された半導体ウェハ３を吸着面５から分離するために、リフトピン（図示せず）が挿通される。
また、セラミック絶縁板９の接合面７には、上述した接続端子６１〜６７が、同図の手前に向かって立設されている。
同様に、図５（ｂ）に金属ベース１５の接合面１１側を示すように、金属ベース１５にも、その厚み方向に貫くように、冷却用ガス供給路１９（詳しくガス用貫通孔２０の下部側を構成する下貫通孔８７）が設けられている。更に、この金属ベース１５には、厚み方向に貫くように、接続端子６１〜６７が挿通される端子用貫通孔８８が、４箇所に設けられている。
同様に、図５（ｂ）に金属ベース１５の接合面１１側を示すように、金属ベース１５にも、その厚み方向に貫くように、冷却用ガス供給路１９（詳しくガス用貫通孔２０の下部側を構成する下貫通孔８７）が設けられている。更に、この金属ベース１５には、厚み方向に貫くように、接続端子６１〜６７が挿通される端子用貫通孔８８が、４箇所に設けられている。
特に本実施例では、図６に金属ベース１５の接合面１１を示すように、セラミック絶縁板９が重ね合わされる外周円８９に沿って、その内側に、全周にわたって所定幅（例えば２ｍｍ）で所定厚み（例えば２５０μｍ）の円環状の外部ダム９１が形成されている。
また、下貫通孔８７の開口部８７ａを囲むように、所定幅（例えば２ｍｍ）で所定厚み（例えば２５０μｍ）の円環状の第１内部ダム９３が形成され、更に、端子用貫通孔８８の開口部８８ａを囲むように、所定幅（例えば２ｍｍ）で所定厚み（例えば２５０μｍ）の円環状の第２内部ダム９５が形成されている。
そして、これらの各ダム９１〜９５は、熱硬化型接着剤である例えばシリコーン接着剤（例えば信越化学製ＫＥ−１８２０）よって構成されている。
更に、外部ダム９１と第１、第２内部ダム９３、９５とで囲まれた領域Ｓ、すなわち、（接合面１１の平面方向において）外部ダム９１の内側と第１、第２内部ダム９３、９５の外側との間の閉鎖された領域Ｓには、各ダム９１〜９５と同様な熱硬化型接着剤からなる接着剤層９７が構成されている。
更に、外部ダム９１と第１、第２内部ダム９３、９５とで囲まれた領域Ｓ、すなわち、（接合面１１の平面方向において）外部ダム９１の内側と第１、第２内部ダム９３、９５の外側との間の閉鎖された領域Ｓには、各ダム９１〜９５と同様な熱硬化型接着剤からなる接着剤層９７が構成されている。
つまり、セラミック絶縁板９と金属ベース１５との間の複合接着剤層１７は、外部ダム９１及び第１、第２内部ダム９３、９５と接着剤層９７とから構成されている。即ち、複合接着剤層１７は、環状の各ダム９１〜９５とそれらの間の領域Ｓの接着剤層９７との２重構造となっている。
ｄ）次に、本実施例の静電チャック１の製造方法について説明する。
＜セラミック絶縁板９の製造方法＞
(1)図示しないが、原料としては、主成分であるＡｌ2Ｏ3：９２重量％、ＭｇＯ：１重量％、ＣａＯ：１重量％、ＳｉＯ2：６重量％の各粉末を混合して、ボールミルで、５０〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。
＜セラミック絶縁板９の製造方法＞
(1)図示しないが、原料としては、主成分であるＡｌ2Ｏ3：９２重量％、ＭｇＯ：１重量％、ＣａＯ：１重量％、ＳｉＯ2：６重量％の各粉末を混合して、ボールミルで、５０〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。
(2)次に、この粉末に、メタクリル酸イソブチルエステル：３重量％、ブチルエステル：３重量％、ニトロセルロース：１重量％、ジオクチルフタレート：０．５重量％を加え、更に溶剤として、トリクロール−エチレン、ｎ−ブタノールを加え、ボールミルで混合して、流動性のあるスラリーとする。
(3)次に、このスラリーを、減圧脱泡後平板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させて、（第１〜第６セラミック層２７〜３７に対応する）第１〜第６アルミナグリーンシートを形成する。
そして、この第１〜第６アルミナグリーンシートに対して、冷却用ガス供給路１９など冷却ガスの流路となる空間や貫通孔、内部孔７５、７７となる空間、更にはビア６９、７１となるスルーホールを、必要箇所に開ける。
(4)また、前記アルミナグリーンシート用の原料粉末中にタングステン粉末を混ぜて、前記と同様な方法によりスラリー状にして、メタライズインクとする。
(5)そして、吸着電極４１、４３、ヒータ４５、内部導電層７３を形成するために、前記メタライズインクを用いて、それぞれの電極やヒータの形成箇所に対応したアルミナグリーンシート上に、通常のスクリーン印刷法により、各パターンを印刷する。なお、ビア６９、７１を形成するために、スルーホールに対して、メタライズインクを充填する。
(5)そして、吸着電極４１、４３、ヒータ４５、内部導電層７３を形成するために、前記メタライズインクを用いて、それぞれの電極やヒータの形成箇所に対応したアルミナグリーンシート上に、通常のスクリーン印刷法により、各パターンを印刷する。なお、ビア６９、７１を形成するために、スルーホールに対して、メタライズインクを充填する。
(6)次に、前記第１〜第６アルミナグリーンシートを、冷却ガスの流路などが形成されるように位置合わせして、熱圧着し、積層シートを形成する。
(7)次に、熱圧着した積層シートを、所定の円板形状（例えば８インチサイズの円板形状）にカットする。
(7)次に、熱圧着した積層シートを、所定の円板形状（例えば８インチサイズの円板形状）にカットする。
(8)次に、カットしたシートを、還元雰囲気にて、１４００〜１６００℃の範囲（例えば１５９０℃）にて５時間焼成（本焼成）し、アルミナ質焼結体（セラミック絶縁板９）を作製する。
(9)次に、セラミック絶縁板９に、メタライズ層７９、８１を形成し、このメタライズ層７９、８１上に端子金具８３、８５を接合する。
(10)次に、端子金具８３、８５に接続端子６１〜６７を嵌め込んで接続し、接続端子６１〜６７付きセラミック絶縁板９を完成する。
(10)次に、端子金具８３、８５に接続端子６１〜６７を嵌め込んで接続し、接続端子６１〜６７付きセラミック絶縁板９を完成する。
＜セラミック絶縁板９と金属ベース１５との接合方法＞
(1)図７（ａ）に模式的に示すように、上述した各ダム（外部ダム９１、第１、第２内部ダム９３、９５）の平面形状（ダムパターン）に対応した開口部８７ａ、８８ａを有するスクリーンマスクを用い、金属ベース１５の接合面１１に、所定の粘度を有するペースト状の前記熱硬化型接着剤をスクリーン印刷する。なお、この粘度は、塗布後に自身の形状を保持することができる程度の粘度（例えば１５０Ｐａ・ｓ）である。
(1)図７（ａ）に模式的に示すように、上述した各ダム（外部ダム９１、第１、第２内部ダム９３、９５）の平面形状（ダムパターン）に対応した開口部８７ａ、８８ａを有するスクリーンマスクを用い、金属ベース１５の接合面１１に、所定の粘度を有するペースト状の前記熱硬化型接着剤をスクリーン印刷する。なお、この粘度は、塗布後に自身の形状を保持することができる程度の粘度（例えば１５０Ｐａ・ｓ）である。
これにより、外部ダム９１、第１、第２内部ダム９３、９５の形成位置に、複数の環状のダムパターンの塗布部９１ａ、９３ａ、９５ａ（図８（ａ）の濃いグレー部分参照）が形成される。即ち、外部ダム９１、第１、第２内部ダム９３、９５の形成位置に、塗布部９１ａ、９３ａ、９５ａが形成される。
(2)次に、図７（ｂ）に示す様に、この塗布部９１ａ、９３ａ、９５ａを、１００℃程度で乾燥させて硬化させる。これにより、外部ダム９１、第１、第２内部ダム９３、９５（図８（ｂ）参照）が形成される。
(3)次に、図７（ｃ）に示すように、外部ダム９１、第１、第２内部ダム９３、９５で囲まれた領域Ｓ（即ち接着剤層９７の形成部位）に、その領域Ｓに対応した開口部を有するスクリーンマスクを用いて、前記各ダム９１〜９５の形成に用いた材料と同様なペースト状の熱硬化型接着剤をスクリーン印刷する。
これにより、領域Ｓに、領域塗布部Ｓａ（図８（ｂ）の薄いグレー部分参照）が形成される。
この接着剤層形成用の熱硬化型接着剤としては、ダム形成用の熱硬化型接着剤と同じもの（硬化後に同一組成のもの）を用いることができ、また、その塗布の際の粘度も同じものを用いることができるが、本実施例では、ダムの成形性を高めるために、塗布の際の粘度としては、ダム形成用の熱硬化型接着剤の粘度の方が高いものを用いる。
この接着剤層形成用の熱硬化型接着剤としては、ダム形成用の熱硬化型接着剤と同じもの（硬化後に同一組成のもの）を用いることができ、また、その塗布の際の粘度も同じものを用いることができるが、本実施例では、ダムの成形性を高めるために、塗布の際の粘度としては、ダム形成用の熱硬化型接着剤の粘度の方が高いものを用いる。
また、本実施例では、図９（ａ）に示すように、金属ベース１５の接合面１１の領域Ｓに、熱硬化型接着剤をスクリーン印刷して領域塗布部Ｓａを形成する場合には、その厚みを、各ダム９１、９３、９５の厚みよりも大きくする（例えば５０μｍ程度厚くする）。
(4)次に、図７（ｄ）に示すように、金属ベース１５の接合面１１側（同図上方）から、セラミック絶縁板９を押し当てるようにする。
具体的には、セラミック絶縁板９の接合面７側（同図下方）から下方に延びる接続端子６１〜６７を、金属ベース１５の各端子用貫通孔８８に嵌めるようにして、セラミック絶縁板９を下方に移動させる。
具体的には、セラミック絶縁板９の接合面７側（同図下方）から下方に延びる接続端子６１〜６７を、金属ベース１５の各端子用貫通孔８８に嵌めるようにして、セラミック絶縁板９を下方に移動させる。
(5)次に、図７（ｅ）に示すように、セラミック絶縁板９の接合面７にて、熱硬化型接着剤を上方より押圧する。
具体的には、セラミック絶縁板９に（例えば錘によって）荷重をかけて、大気雰囲気にて１００℃程度に加熱し、熱硬化型接着剤を乾燥硬化させて、接着剤層９７を形成する。
具体的には、セラミック絶縁板９に（例えば錘によって）荷重をかけて、大気雰囲気にて１００℃程度に加熱し、熱硬化型接着剤を乾燥硬化させて、接着剤層９７を形成する。
なお、熱硬化型接着剤をセラミック絶縁板９で押圧する際に、領域塗布部Ｓａの厚さが各ダム９１、９３、９５の厚さよりも大きいので、余剰の熱硬化型接着剤が僅かに各ダム９１、９３、９５の上部（先端）を乗り超えて、図９（ｂ）に示すようなオーバーフロー層１０１が形成される。
これによって、セラミック絶縁板９と金属ベース１５とが熱硬化型接着剤によって接合されて、静電チャック１が完成する。
ｅ）次に、本実施例の効果について説明する。
ｅ）次に、本実施例の効果について説明する。
・本実施例の静電チャック１では、接着剤層９７を囲むように各ダム９１〜９５が形成されており、このダム９１〜９５は、金属ベース１５の接合面１１上に、ダム９１〜９５となるペースト状の熱硬化型接着剤が塗布された後に硬化することによって形成されたものである。
従って、セラミック絶縁板９や金属ベース１５に複数の細径の（端子用貫通孔８８等の）開口部８７ａ、８８ａが形成されている場合でも、容易に且つ精度良くダム９１〜９５を形成することができる。
また、この様にダム９１〜９５が形成されているので、（接合時に）熱硬化型接着剤がセラミック絶縁板９の外周側や開口部８７ａ、８８ａに流出しないようにできる。よって、熱硬化型接着剤の未充填部が生じ難いので、平面方向における熱伝導性のムラが少ない（従って吸着面５における均熱性が高い）という利点がある。
・本実施例では、ダム９１〜９５の先端と対向する接合面７との間に、熱硬化型接着剤からなるオーバーフロー層１０１が形成されているので、セラミック絶縁板９と金属ベース１５との密着性（従って接着性）が高いという利点がある。
・本実施例では、ダム９１〜９５は、例えばシリコーン樹脂からなり、押圧によって変形可能な弾性（例えばヤング率が１．５ＭＰａ）を有しているので、接合時に、セラミック絶縁板９が押圧されると、その押圧力によってダム９１〜９５も柔軟に変形して、ダム９１〜９５の先端の相手側の接合面７と密着する。よって、セラミック絶縁板９と金属ベース１５との接着性が高いという利点がある。
・本実施例では、ダム９１〜９５の材料及び接着剤層９７の材料は、熱硬化型接着剤であるので、ダム９１〜９５を容易に形成できるとともに、セラミック絶縁板９と金属ベース１５との接合を容易に行うことができる。
しかも、ダム９１〜９５の材料及び接着剤層９７の材料は、同一の熱硬化型接着剤であるので、ダム９１〜９５と接着剤層９７の特性（例えば熱的、機械的特性）が揃っている。従って、静電チャック１の吸着面５における均熱性を高めることができる。
・本実施例の静電チャック１の製造方法では、金属ベース１５の接合面１１上にて、領域Ｓを囲むように、熱硬化型接着剤を塗布して塗布部９１ａ、９３ａ、９５ａを形成した後に、その熱硬化型接着剤を加熱し硬化させて、ダム９１〜９５を形成し、その後、領域Ｓに同様な熱硬化型接着剤を塗布した後に、熱硬化型接着剤を挟むようにセラミック絶縁板９と金属ベース１５とを押圧して加熱し、熱硬化型接着剤を硬化させることにより、セラミック絶縁板９と金属ベース１５とを接合している。
これにより、セラミック絶縁板９の周囲などに熱硬化型接着剤を流出させることなく、しかも、熱硬化型接着剤の未充填部を生じさせることなく、セラミック絶縁板９と金属ベース１５とを確実に接合することができる。また、スクリーン印刷によって、ダム９１〜９５を精度良く形成することができる。
・特に本実施例では、セラミック絶縁板９や金属ベース１５の接合面７、１１には、開口部８７ａ、８８ａが形成されているが、セラミック絶縁板９と金属ベース１５との接合の際には、開口部８７ａ、８８ａの周囲を囲むように、ダム（第１、第２内部ダム）９３、９５を形成するので、接着剤層９７を形成するための熱硬化型接着剤が開口部８７ａ、８８ａ内に流入することがない。
・また、本実施例では、ダム９１〜９５の熱硬化型接着剤の塗布の際の粘度は、接着剤層９７の熱硬化型接着剤の塗布の際の粘度より大であるので、（ダム９１〜９５の）塗布部９１ａ、９３ａ、９５ａの形状を保ち易く、よって、精度良くダム９１〜９５を形成することができる。
［特許請求の範囲と実施例との関係］
セラミック絶縁板９が第１の部材に、金属ベース１５が第２の部材に、外部ダム９１が第２のダムに、第１、第２内部ダム９３、９５が第１のダムに該当する。
［特許請求の範囲と実施例との関係］
セラミック絶縁板９が第１の部材に、金属ベース１５が第２の部材に、外部ダム９１が第２のダムに、第１、第２内部ダム９３、９５が第１のダムに該当する。
尚、本発明は前記実施形態や実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）例えば、前記実施例では、金属ベース側にダムや接着剤層を設けたが、セラミック絶縁板側に接着剤を設けてよく、或いは、金属ベースとセラミック絶縁板側の両方に設けてよい。
（１）例えば、前記実施例では、金属ベース側にダムや接着剤層を設けたが、セラミック絶縁板側に接着剤を設けてよく、或いは、金属ベースとセラミック絶縁板側の両方に設けてよい。
（２）また、前記実施例では、複合部材として静電チャックを挙げたが、本発明は、それ以外に、ＣＶＤ用ヒータ、ＰＶＤ用ヒータ、シャワーヘッドなどに適用できる。
（３）また、前記実施例では、ダムを構成する接着剤として、シリコーン樹脂を例に挙げたが、シリコーン樹脂に限らず、塗布によってダムを形成できる各種の熱硬化型接着剤等の接着剤を使用できる。また、熱硬化型樹脂に限らず、塗布によってダムを形成できる例えば湿気（水分）硬化型樹脂などの接着剤を利用できる。
（３）また、前記実施例では、ダムを構成する接着剤として、シリコーン樹脂を例に挙げたが、シリコーン樹脂に限らず、塗布によってダムを形成できる各種の熱硬化型接着剤等の接着剤を使用できる。また、熱硬化型樹脂に限らず、塗布によってダムを形成できる例えば湿気（水分）硬化型樹脂などの接着剤を利用できる。
同様に、前記実施例では、接着剤層を構成する接着剤として、シリコーン樹脂を例に挙げたが、シリコーン樹脂に限らず、各種の熱硬化型接着剤等の接着剤を使用できる。また、熱硬化型樹脂に限らず、例えば湿気（水分）硬化型樹脂などの接着剤を利用できる。
（４）前記ダムや接着剤層を構成する接着剤としては、同じ熱的特性（例えば熱伝導率）や機械的特性（例えばヤング率）などの特性を有する同種の接着剤を使用できるが、それらの特性が異なる別種の接着剤を使用してもよい。
具体的には、例えばダムの材料として、信越化学製KE-1867を用い、接着剤層の材料として信越化学製KE-1820を用いてもよい。
また、ダムの熱伝導率と接着剤層の熱伝導率とが異なるように、異なる材料（接着剤）を用いてよい。つまり、ダムと接着剤層の熱伝導率が異なるようにすることによって、吸着面における熱的特性を任意に変更することができる。これによって、接合面の開口部に、セラミック絶縁体の外周部や端子部などにより熱的に特異領域となる場合であっても、熱的な特異領域を調整できるという利点がある。
また、ダムの熱伝導率と接着剤層の熱伝導率とが異なるように、異なる材料（接着剤）を用いてよい。つまり、ダムと接着剤層の熱伝導率が異なるようにすることによって、吸着面における熱的特性を任意に変更することができる。これによって、接合面の開口部に、セラミック絶縁体の外周部や端子部などにより熱的に特異領域となる場合であっても、熱的な特異領域を調整できるという利点がある。
（５）前記実施例では、領域Ｓに塗布する接着剤の厚みをダムの高さより大きくしてオーパーフロー層を形成したが、オーパーフロー層を形成しないように、領域Ｓに塗布する接着剤の厚みを設定してもよい。
１…静電チャック
３…半導体ウェハ
５…吸着面
７、１１…接合面
９…セラミック絶縁板
１５…金属ベース
１７…複合接着剤層
８７ａ、８８ａ…開口部
９１、９３、９５…ダム
９１ａ、９３ａ、９５ａ…塗布部
９７…接着剤層
１０１…オーバーフロー層
３…半導体ウェハ
５…吸着面
７、１１…接合面
９…セラミック絶縁板
１５…金属ベース
１７…複合接着剤層
８７ａ、８８ａ…開口部
９１、９３、９５…ダム
９１ａ、９３ａ、９５ａ…塗布部
９７…接着剤層
１０１…オーバーフロー層
Claims (13)
- 第１の部材と、該第１の部材とは異なる材料からなる第２の部材とを、互いの接合面の間に配置された接着剤からなる接着剤層によって接合した複合部材において、
前記第１の部材と前記第２の部材との接合面の間に、前記接着剤層の外周に沿って、該接着剤層を囲むように形成されたダムを備えるとともに、
前記ダムは、前記第１の部材又は前記第２の部材の接合面上に、前記ダムとなる材料が塗布された後に硬化することによって形成されたものであることを特徴とする複合部材。 - 前記ダムと、該ダムに対向する接合面との間に、前記接着剤からなるオーバーフロー層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の複合部材。
- 前記ダムは、押圧によって変形可能な弾性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の複合部材。
- 前記ダムの材料及び前記接着剤層の材料は、熱硬化型接着剤であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合部材。
- 前記ダムの材料及び前記接着剤層の材料は、同種の接着剤であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合部材。
- 前記ダムの熱伝導率と前記接着剤層の熱伝導率とが異なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合部材。
- 前記ダムが形成される接合面には開口部が形成されており、該開口部の周囲を囲むように第１のダムが形成されるとともに、前記接合面の外縁部には該接合面を囲むように第２のダムが形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合部材。
- 前記第１の部材は、板状のセラミック部材であり、前記第２の部材は、板状の金属部材であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の複合部材。
- 前記複合部材は、前記第１の部材が電気絶縁材性料からなるとともに、該第１の部材に吸着電極を有し、前記吸着電極に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物を吸着させる静電チャックであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の複合部材。
- 第１の部材と、該第１の部材とは異なる材料からなる第２の部材とを、互いの接合面の間に配置した接着剤によって接合する複合部材の製造方法において、
前記接合の際に流動性を有する前記接着剤の流出を阻止するダムを形成するために、前記第１の部材又は前記第２の部材の接合面上にて、前記接着剤を塗布する領域を囲むように、ダム形成用材料を塗布して塗布部を形成する第１工程と、
前記ダム形成用材料からなる前記塗布部を硬化させて、前記ダムを形成する第２工程と、
前記ダムに囲まれた領域に、前記流動性を有する接着剤を塗布する第３工程と、
前記接着剤を挟むように前記第１の部材と前記第２の部材とを配置して、前記接着剤を硬化させることにより、前記第１の部材と前記第２の部材とを接合する第４工程と、
を有することを特徴とする複合部材の製造方法。 - 前記ダムの高さよりも前記塗布する接着剤の高さを高くし、その後、前記第１の部材と前記第２の部材とを圧着することにより、前記接着剤を前記ダムの先端側に溢れさせてオーバーフロー層を形成することを特徴とする請求項１０に記載の複合部材の製造方法。
- 前記ダムを形成する接合面に開口部を有する場合には、前記開口部の周囲を囲むように、第１のダムを形成するとともに、前記接合面の外縁部に沿って該接合面を囲むように第２のダムを形成し、その後、前記第１のダムと前記第２のダムとの間に、前記流動性を有する接着剤を塗布することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の複合部材の製造方法。
- 前記ダム形成用材料の粘度は、前記流動性を有する接着剤の粘度より大であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の複合部材の製造方法。
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