JP4311600B2 - 静電チャック用接合構造体及びその製造方法 - Google Patents

静電チャック用接合構造体及びその製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミックス製静電チャック部材と金属部材とが接合されてなる静電チャック用接合構造体、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に示すように、静電チャック用接合構造体２５は、静電チャック部材１０がベース基材としての金属部材１２と接合層１４を介して接合されて構成されている。そして、静電チャック部材１０上にシリコンウエハー１６を静電引力により把持（チャック）した上で、例えばＣＶＤ装置、スパッター、エッチャー等の装置内において、シリコウエハー１６の表面にＣＶＤ、スパッタリング、エッチングなどの処理が施されている。また、静電チャック部材１０中には、静電チャック電極１８が埋設されており、端子２０より電圧を印加し静電チャック部材１０を帯電することにより、その静電引力を利用してシリコンウエハー１６を把持するようになっている。
【０００３】
上記のように構成される静電チャック部材と金属部材との静電チャック用接合構造体２５は、ＣＶＤ、スパッタリング、エッチング処理などのプラズマ反応を利用した処理の場合、プラズマの入熱によりシリコンウエハーの温度上昇が生じ成膜制御が困難となる。その対策として、金属部材１２を水冷する機構や、静電チャック１０とシリコンウエハー１６の間にＡｒ又はＮ2ガス２２を導入して静電チャック部材１０及び金属部材１２を冷却することが行われている。また、ＣＶＤ、スパッタリング、エッチング処理などのプラズマ反応を利用した処理の場合、静電チャック部材１０、金属部材１２、及び接合層１４は化学的に厳しい雰囲気下に晒される。
【０００４】
静電チャック用接合構造体において、静電チャック部材を金属部材に固定する方法として、従来から、クランプ及びボルトを用いたメカニカルクランプ構造を用いる方法、有機性接着剤又はガラスなどを接合層として用いる方法などが知られている。接合層を用いた場合、上記したように、静電チャック用接合構造体は高温で化学的に厳しい雰囲気下に晒されるため、接合層には大きな接合強度のほか、良好な熱伝導性、気密性、耐食性、さらには接合後における静電チャック部材の平坦度が求められる。
【０００５】
近年、セラミックス製静電チャック部材が広く使用されるようになってきたが、セラミックス製静電チャック部材の場合は機械的靭性に劣るため、メカニカルクランプ構造などの機械的方法による固定は困難となる。一般的な有機性接着剤を用いた場合には、広い温度範囲で使用する場合にセラミックス製静電チャック部材表面に歪み、割れが生じるという問題があり、ガラスを用いた場合には高温で接合しなければならないため、金属部材の変形が生じるという問題があった。
【０００６】
これらの問題を解決するために、特開平４−２８７３４４号公報においては、ペースト状のシリコーン樹脂を接合層として用いた接合構造が提案され、特開平３−３２４９号公報においては、インジウムを接合層として用いた接合構造が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ペースト状シリコーン樹脂、あるいはインジウムを接合層に用いてセラミックス製静電チャック部材と金属部材を接合する場合、接合の圧力が小さいと接合欠陥が生じ、接合強度及び気密性の信頼性に問題が生じる。一方、接合の圧力が大きいと接合材が接合面の外にはみ出してしまう問題があった。また、静電チャック部材と金属部材との熱膨張差により、接合後における静電チャック部材の平坦度が悪化するという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、接合層の気密性、接合強度及び耐食性が良好で、接合時における高加圧下での接合材のはみ出しの問題が解消され、さらに接合体の熱伝導性が良好で、温度変化による変形が小さく、吸着面の平坦度が良好であるが故に高精度及び高信頼性が要求される用途に使用されることができる静電チャック用接合構造体とその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
即ち、本発明によれば、セラミックス製静電チャック部材と金属部材が接合層により接合されてなる静電チャック用接合構造体であって、該接合層が、該セラミックス製静電チャック部材と接合する第一の最外接合層、該金属部材と接合する第二の最外接合層、及びそれぞれの最外接合層の間のポリイミド層を少なくとも有し、かつそれぞれの最外接合層がシリコーン層又はアクリル層からなり、該セラミックス製静電チャック部材は、基材が窒化アルミニウムであり、静電チャック電極が該基材中に埋設されて一体焼結されて構成されたものであり、且つ該接合層の厚さが０．０５〜０．５ｍｍで、該セラミックス製静電チャック部材における吸着面の平坦度が３０μｍ以下であることを特徴とする静電チャック用接合構造体が提供される。
【００１０】
また本発明によれば、セラミックス製静電チャック部材と金属部材を接合層により接合する静電チャック用接合構造体の製造方法において、
２つの最外層がシリコーン層又はアクリル層からなり、その間にポリイミド層を有する少なくとも３層からなるシートを接合層として用い、
該静電チャック部材、該接合層及び該金属部材を、該シートが該静電チャック部材と該金属部材に挟まれた状態で真空パックをする工程、及び
該真空パックされた該静電チャック部材、該接合層及び該金属部材を等方加圧下において加熱し接合する工程
を含むことを特徴とする静電チャック用接合構造体の製造方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づきその実施形態に従って説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
図１は本発明に係る静電チャック用接合構造体の特徴部分である接合層の一実施形態を示す。図１に示すように、本発明に用いる接合層５は、セラミックス製静電チャック部材１０（図２参照）と接合する第一の最外接合層１、金属部材１２（図２参照）と接合する第二の最外接合層２、及びそれぞれの最外接合層１，２の間のポリイミド層３を少なくとも有し、かつそれぞれの最外接合層１，２がシリコーン層又はアクリル層から構成されるものである。
【００１２】
本発明に係る静電チャック用接合構造体では、接合層を上記のように構成したので、接合層の気密性、接合強度及び耐食性が良好で、かつ接合構造体製造時（接合時）における接合材のはみ出しの問題が解消され、さらに接合構造体の熱伝導性が良好であって、温度変化による変形が小さく、吸着面の平坦度が良好なために高精度及び高信頼性が要求される用途に使用することができる。
【００１３】
本発明に用いる接合層を構成する各部材について説明する。
第一及び第二の最外接合層１，２はシリコーン層又はアクリル層からなる。第一及び第二の最外接合層１，２は、両層ともアクリル層又はシリコーン層であっても良く、何れか一方がアクリル層で他方がシリコーン層であっても良い。
【００１４】
第一及び第二の最外接合層１，２の間に介在するポリイミド層３は、ポリイミドを主成分とする。ポリイミドは主鎖中に酸イミド結合を持つ高分子物質であり、好ましくは式（１）で表される繰り返し単位をポリイミド全体の５０モル％以上有する。
【００１５】
【化１】
Figure 0004311600
【００１６】
〔ここで、Ａｒ１は少なくとも１個の芳香環を含み、イミド環を形成する２つのカルボニル基は芳香環上の隣接する炭素原子に結合しており；Ａｒ２は有機の基であり、好ましくは芳香環を含む。〕
【００１７】
さらに好ましくは、ポリイミドは式（２）で表される繰り返し単位をポリイミド全体の５０モル％以上有する。
【００１８】
【化２】
Figure 0004311600
【００１９】
アクリル層はアクリル樹脂を主成分とする。アクリル樹脂は、アクリル酸及びその誘導体を重合したものを総称し、アクリル酸及びそのエステル、アクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリル酸及びそのエステルなどの重合体及び共重合体が包含され、架橋されたものであっても非架橋性のものであってもよい。シリコーン層はシリコーン樹脂を主成分とする。シリコーン樹脂は、シロキサン結合を主骨格とするケイ素化合物重合体であって、架橋されたものであっても非架橋性のものであっても良く、例えば式（３）及び／又は式（４）の繰り返し単位からなる成分を主成分とする。
【００２０】
【化３】
Figure 0004311600
【００２１】
【化４】
Figure 0004311600
【００２２】
接合層５の厚さは、０．０５〜０．５ｍｍであることが好ましい。接合層５の厚さが、０．０５ｍｍより薄いと接合後の静電チャック部材１０の吸着面の平坦度が悪くなり、０．５ｍｍより厚いと静電チャック部材１０の熱を金属部材１２へ逃がしにくくなるからである。接合層５の厚さは、さらに好ましくは０．０８〜３．０ｍｍであり、もっとも好ましくは１．０〜２．５ｍｍである。接合層５の厚さを０．０５〜０．５ｍｍにすることにより、静電チャック部材１０の平坦度を３０μｍ以内にすることができる。静電チャックの平坦度を３０μｍ以内とすることにより、本発明の静電チャック用接合構造体をより高精度、高信頼性が要求される用途に使用することができる。
【００２３】
平坦度の測定方法を以下に示す。定盤の上に静電チャック部材を上向きに置き、静電チャック部材表面の高さをハイトゲージにて測定した。測定箇所は、静電チャックの中心を原点として、Ｘ−Ｙ方向に各８点、原点を合わせて計１７点測定し、最高値と最低値の差を平坦度と規定した。
【００２４】
また、第一及び第二の最外接合層１，２、およびポリイミド層３には、熱伝導を向上するため、熱伝導の良好な粒子状、もしくは鱗片状のフィラーが分散されていても良い。このフィラーの材質としては、アルミナ、窒化アルミニウム、ＳｉＣのようなセラミックスや、Ａｌのような金属が良く、フィラーの大きさは、０．５μｍ〜５０μｍが良く、その含有量は５０ｖｏｌ％以下が良い。
【００２５】
次に、本発明に係る静電チャック用接合構造体を構成する他の部材について説明する。
静電チャック部材１０はセラミックスからなるもので、例えば、窒化アルミニウム(ＡｌＮ)、アルミナ(Ａｌ2Ｏ3)、チタン酸カルシウム(ＣａＴｉＯ3)、チタン酸バリウム(ＢａＴｉＯ3)から成り、好ましくは窒化アルミニウム(ＡｌＮ)からなる。
【００２６】
静電チャック部材１０には、静電チャック電極１８が埋設されている。埋設は一体焼結により行われることが使用時の剥離防止などの点から好ましい。静電チャック電極１８に端子２０を介して電圧を印加することにより静電チャック部材１０表面を帯電させ、これにより発生する静電引力により静電チャック部材１０の上面である吸着面上にシリコンウエハー１６を吸着させることができる。
【００２７】
金属部材１２は静電チャック部材１０を支持し、静電チャック部材１０の熱を逃がす働きをするものであって、例えばアルミニウム、しんちゅう等からなる。なお、静電チャック用接合構造体２５の静電チャック部材１０及び金属部材１２には、冷却用媒体、例えばアルゴンガス（Ａｒガス）や窒素ガス（Ｎ2ガス）等を通すための冷却媒体用孔２４を設けることもできる。また、これに替わって、またはこれに加えて、金属部材１２に他の冷却機構、例えば水冷機構等が設けられても良い。
【００２８】
次に、本発明に係る静電チャック用接合構造体の製造方法の一例を図３に従って説明する。
まず、２つの最外層がシリコーン層又はアクリル層からなり、その間にポリイミド層を有する少なくとも３層からなるシートを接合層３０として用い、図３（ａ）に示すように、静電チャック部材３２と金属部材３４とを仮接着して仮接着体を作製する。次いで、図３（ｂ）のように、この仮接着体を真空パックする。真空パックは、市販の真空パック機を用いて行うことができる。真空パック機により、例えば両端が開口した耐熱性のチューブ状フィルム３３内に被仮接着体を入れ、一端の開口部を閉塞し、他端から空気を抜きとり、他端を閉塞して密封状態の真空パックとすることができる。次に、図３（ｃ）に示すように、真空パックされた仮接着体を、オートクレーブなどの等方加圧装置にて、等方的に加圧しながら加熱、冷却を行って静電チャック部材３２と金属部材３４とを接合し、静電チャック用接合構造体を製造する。
【００２９】
オートクレーブは等方加圧と加熱が同時にできるため本発明に好適に使用することができる。等方加圧と加熱の条件は、例えば、図４に示すスケジュールとすることが好ましい。すなわち、５〜２０ａｔｍの圧力、１００〜１５０℃の温度に１〜５時間保持することが好ましい。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３１】
実施例１では、２つの最外層がシリコーン層で、その間にポリイミド層を有する３層からなるシートを接合層３０として用い、実施例２では２つの最外層がアクリル層で、その間にポリイミド層を有する３層からなるシートを接合層３０として用い、静電チャック部材と金属部材の間にはさみ、真空パック後、オートクレーブにて、１４ａｔｍの圧力で、１２０℃、２ｈｒ保持して接合した。
【００３２】
一方、比較例１ではシリコーンペーストを接着剤に用いて、スクリーン印刷で、静電チャック部材表面と金属部材表面に厚さ０．１ｍｍずつ塗布後、静電チャック部材と金属部材を貼り合わせて、大気圧で１２０℃、２ｈｒ保持して接合した。
【００３３】
表１に静電チャック部材の接合前後での平坦度を示す。接合前の静電チャック部材の平坦度はいずれも２０μｍ以下であるが、実施例１および実施例２では接合後ほとんど変化しないにもかかわらず、比較例１では１００μｍ以上に増加してしまった。また、Ｈｅリーク検知装置を用いて、ガス穴と接合部の気密を測定した結果、実施例１および実施例２はともに１Ｅ−９Ｐａ・ｍ3／ｓ以下と良好な気密を示した。
【００３４】
【表１】
Figure 0004311600
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る静電チャック用接合構造体によれば、接合層の気密性、接合強度及び耐食性が良好であって、かつ接合時における高加圧下での接合材のはみ出しの問題が改良され、さらに接合構造体の熱伝導性が良好であり、温度変化による変形が小さく、吸着面の平坦度が良好なために高精度及び高信頼性が要求される用途に使用されることができる。また、本発明に従う製造方法を用いることにより、高加圧化でのはみ出しがほとんどなくなり、さらに高い接着強度及び気密性が得られ、かつ静電吸着面の平坦度がさらに良好な接合構造体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に用いる接合層の一実施態様を示す断面図である。
【図２】 本発明に係る静電チャック用接合構造体によりシリコンウエハーを把持した状態を示す断面説明図である。
【図３】 本発明に係る静電チャック用接合構造体の製造方法を示す工程説明図で、図３（ａ）は仮接着工程、図３（ｂ）は真空パック工程、図３（ｃ）は等方加圧工程を示す。
【図４】 等方加圧・加熱スケジュールを示すグラフである。
【符号の説明】
１…第一の最外接合層、２…第二の最外接合層、３…ポリイミド層、５…接合層、１０…静電チャック部材、１２…金属部材、１４…接合層、１６…シリコンウエハー、１８…静電チャック電極、２０…端子、２５…静電チャック用接合構造体。

Claims (2)

  1. セラミックス製静電チャック部材と金属部材が接合層により接合されてなる静電チャック用接合構造体であって、
    該接合層が、該セラミックス製静電チャック部材と接合する第一の最外接合層、該金属部材と接合する第二の最外接合層、及びそれぞれの最外接合層の間のポリイミド層を少なくとも有し、かつそれぞれの最外接合層がシリコーン層又はアクリル層からなり、
    該セラミックス製静電チャック部材は、基材が窒化アルミニウムであり、静電チャック電極が該基材中に埋設されて一体焼結されて構成されたものであり、且つ
    該接合層の厚さが０．０５〜０．５ｍｍで、
    該セラミックス製静電チャック部材における吸着面の平坦度が３０μｍ以下であることを特徴とする静電チャック用接合構造体。
  2. セラミックス製静電チャック部材と金属部材を接合層により接合する静電チャック用接合構造体の製造方法において、
    ２つの最外層がシリコーン層又はアクリル層からなり、その間にポリイミド層を有する少なくとも３層からなるシートを接合層として用い、
    該静電チャック部材、該接合層及び該金属部材を、該シートが該静電チャック部材と該金属部材に挟まれた状態で真空パックをする工程、及び
    該真空パックされた該静電チャック部材、該接合層及び該金属部材を等方加圧下において加熱し接合する工程、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック用接合構造体の製造方法。
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