JP6449802B2 - 半導体製造用部品 - Google Patents
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Description
つまり、静電チャックP1全体の温度は製造時や使用時などに変化するので、上述した熱膨張率の違いによって、セラミック基板P2と接着剤層P5との界面の外周側の端部P7や、接着剤層P5と金属基板P6との界面の外周側の端部P8に熱応力が集中し、その界面にて接着剤層P5の剥離が発生することがある。
この半導体製造用部品では、半導体製造用部品を厚み方向から見た場合に(即ち平面視で)、セラミック基板の外周部は、金属基板の外周部に一致するか(即ち平面視で同じ位置)又は金属基板の外周部よりも中心部側に位置している。また、接着剤層の平面方向における外周部側には、全周にわたって、セラミック基板と金属基板とに挟まれた充填空間を有しており、その充填空間は、厚み方向に破断した断面形状として、接着剤層側よりも外周部側が広がった拡開部分を有している。そして、充填空間内の拡開部分には、セラミック基板と金属基板とに接するように接着剤が充填されている。
熱膨張率の異なるセラミック基板と金属基板とが、温度変化によって平面方向の寸法が変化した場合には、その間の接着剤に大きな応力(熱応力)が加わる。そのとき、接着剤の層が薄い(例えば100μm)場合には、その大きな応力がほぼそのまま接着剤に加わるので、接着剤はセラミック基板や金属基板から剥離し易い。
第2局面は、充填空間の好ましい形状を例示したものである。
第3局面は、充填空間の好ましい形状を例示したものである。ここでは、セラミック基板や金属基板の例えば角部等に切り欠き(例えば面取りや溝)を形成することにより、容易に充填空間を構成することができる。
(4)本発明の第4局面では、金属基板の充填空間を構成する切り欠きは、金属基板の外周部の端部より接着剤層側に所定距離ずれた範囲に形成されている。
(5)本発明の第5局面では、セラミック基板の外周面と充填空間側の表面との角部、及び金属基板の外周面と充填空間側の表面との角部の少なくとも一方は、曲面である。
第6局面では、前記角部は曲面であるので、接着剤が角部に到る場合でも、角部近傍の接着部に熱応力が集中しにくく、よって、接着剤が剥離しにくいという利点がある。
第7局面は、充填空間の断面形状の好ましい形状を例示したものである。
これにより、同様な接着剤を用いて、簡易な工程によって、セラミック基板と金属基板とを容易に接合することができる。
接着剤(A)のゴム硬度>接着剤(B)のゴム硬度 ・・(2)
接着剤(A)のちょう度<接着剤(B)のちょう度 ・・(3)
接着剤(A)の針入度 <接着剤(B)の針入度 ・・(4)
第9局面では、前記式(1)〜(4)に示すように、充填空間(特に拡開部分)に充填された接着剤(B)として、接着剤層を構成する接着剤(A)より柔らかい(即ち柔軟な)接着剤(B)を用いるので、熱応力の集中を一層低減でき、よって、接着剤の剥離を一層好適に抑制することができる。
ゴム硬度については、JIS K6253−2の規定に従って求めた値を採用できる。
ちょう度については、JIS K2220の規定に従って求めた値を採用できる。
(10)本発明の第10局面は、前記セラミック基板に、発熱体を備えている。
この発熱体により、例えば半導体製造用部品に載置された半導体(例えば半導体ウェハ)を加熱することができる。
この静電電極(即ち吸着用電極)により、例えば半導体製造用部品に載置された半導体(例えば半導体ウェハ)を吸着して保持することができる。
このRF電極(高周波印加用電極)により、例えば半導体製造用部品に載置された半導体(例えば半導体ウェハ)に対して、例えばプラズマを用いた加工(例えばプラズマエッチング)を行うことができる。
・セラミック基板とは、セラミックを主成分(50質量%以上)とする基板(板状の部材)である。このセラミックの材料としては、酸化アルミニウム(アルミナ)、窒化アルミニウム、酸化イットリウム(イットリア)等が挙げられる。
・主面とは、板材(基板)の厚み方向における表面のことである。
・金属基板は、金属又は合金からなる基板であり、金属基板の材料としては、銅、アルミニウム、鉄、チタンなどの金属、それらの金属の合金などを挙げることができる。
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、セラミック基板と金属基板との熱膨張係数の差が大きい場合には、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。
ここでは、第1実施形態として、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。
[1−1.構成]
まず、第1実施形態の静電チャックの構造について、図1〜図3に基づいて説明する。
なお、本第1実施形態では、セラミック基板5の外周面15aと金属基板7の外周面15bとが同一の外周面15を構成する場合を例に挙げるが、後述するように、平面視で、セラミック基板5の外周面15aが金属基板7の外周面15bより中心側にあってもよい。つまり、セラミック基板5の外径が金属基板7の外径以下であってもよい。
<セラミック基板>
図1に示すように、セラミック基板5の内部には、図1の上方より、静電電極11、発熱体13等が、順番に配置されている。なお、セラミック基板5の内部には、図示しないが、静電電極11や発熱体13と電気的に接続される内部配線層やビア等が配置されている。
このセラミック基板5は、例えば外径φ310mm×厚み5mmの円盤形状であり、その外周部17には、後述するように、全周にわたって環状に切り欠き19が設けられている。
金属基板7は、例えば組成がA1050やA6061のアルミニウム合金からなる金属板であり、その熱膨張率は23ppm/Kである。つまり、金属基板7の熱膨張率は、静電チャック1の使用温度範囲において、セラミック基板5の熱膨張率よりも大きい。
この金属基板7には、図示しないが、セラミック基板5(従って半導体ウェハ3)を冷却するために、冷却用流体(冷媒)が流される流路(冷却路)が設けられている。
接着部9は、例えばシリコーン系の熱硬化型接着剤(例えば信越化学製のKE−1855)からなる。
静電電極11は、例えば平面形状が円形の電極から構成されている。この静電電極11とは、静電チャック1を使用する場合には、直流高電圧が印加され、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。なお、静電電極11については、これ以外に、周知の各種の構成(単極性や双極性の電極など)を採用できる。なお、静電電極11は、例えばW等の導電材料からなる。
発熱体13は、電圧が印加されて電流が流れると発熱する金属材料(W等)からなる抵抗発熱体である。
[1−2.外周部の構造]
次に、本第1実施形態の要部である静電チャック1の外周部31の構成について説明する。
この充填空間33は、接着剤層25の平面方向(厚み方向に対して垂直方向)における外周部31側にて、セラミック基板5と金属基板7とに挟まれた空間であり、全周にわたって設けられている。
[1−3.製造方法]
次に、本第1実施形態の静電チャック1の製造方法について、簡単に説明する。
(2)次に、この粉末に溶剤等を加え、ボールミルで混合して、スラリーとする。
(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、スラリー状にして、メタライズインクとする。
(6)次に、各アルミナグリーンシートを熱圧着し、積層シートを形成する。
(8)次に、カットした積層シートを、還元雰囲気にて、1400〜1600℃の範囲(例えば1550℃)にて5時間焼成(本焼成)し、アルミナ質焼結体を作製する。
また、アルミナ質焼結体の第2主面Bの外周側を、全周にわたってグラインダーで削って面取りし、テーパ形状の切り欠き19を形成する。これによって、セラミック基板5を作製する。
(11)次に、セラミック基板5と金属基板7とを接合して一体化する。
[1−4.効果]
次に、本第1実施形態の効果について説明する。
[1−5.その他の構成]
・テーパ状となった充填空間33の幅Wとしては、0.5mm〜10mmの範囲が好適である。0.5mm未満では、接着剤のはみ出し防止のためには体積が小さく、有効性が低い。また、10mmを超えると、半導体ウェハ3よりもセラミック基板5や金属基板7が大きくなり過ぎ、半導体ウェハ3の温度を調節する場合に効率が悪い。
[2.第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。
[2−1.構成]
図6に示すように、第2実施形態の静電チャック41は、第1実施形態とほぼ同様に、円盤形状のセラミック基板43と円盤形状の金属基板45とが円盤形状の接着部47により接合されたものである。また、接着部47は、円盤形状の接着剤層49と環状の外周接着部51とから構成されている。
従って、本第2実施形態では、この切り欠き53の形状に対応して、接着部47の外周接着部51は、図6の下側部分がテーパ状に突出した形状となっている。
[2−2.製造方法]
環状の溝である切り欠き53を形成する場合には、図7に示すように、金属基板45となる円盤形状の金属板55の第3主面Cに、切り欠き53の形状に対応する環状の刃先57を有する工具59(即ち金属板55より硬質な工具)を押し当てる。これにより、切り欠き53を形成することができる。なお、必要に応じて、切り欠き53の内部等を研磨して、表面を滑らかにしてもよい。
本第2実施形態においても、前記第1実施形態と同様な効果を奏する。
[3.第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。なお、第1実施形態と同様な構成には同様な番号を付す。
例えば外周接着部27を構成する接着剤(B)として、接着剤層25を構成する接着剤(A)より柔らかい接着剤を用いる。具体的には、接着剤層25の接着剤(A)として、信越化学製K−1855を用い、外周接着部27を構成する接着剤(B)として、信越化学製K−1884を用いる。
第1実施形態と同様に、金属基板7の第3主面Cの接着剤層25を形成する部分に、接着剤層25を構成する接着剤(A)を円形に塗布する。さらに、例えば注入用の工具等を用いて、金属基板7の切り欠き23の中心側に、接着剤(A)の外周に沿って、第3主面Cより盛り上がるようにして接着剤(B)を注入する。このとき、接着剤(B)の注入量は、充填空間33を埋める量に調製する。
接着剤(A)の弾性率 >接着剤(B)の弾性率 ・・(1)
接着剤(A)のゴム硬度>接着剤(B)のゴム硬度 ・・(2)
接着剤(A)のちょう度<接着剤(B)のちょう度 ・・(3)
接着剤(A)の針入度 <接着剤(B)の針入度 ・・(4)
[4.第4実施形態]
次に、第4実施形態について説明するが、第2実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。なお、第2実施形態と同様な構成には同様な番号を付す。
つまり、外周接着部51を構成する接着剤(B)として、接着剤層49の接着剤(A)より柔らかい接着剤を用いる。具体的には、接着剤層49の接着剤(A)として、信越化学製K−1855を用い、外周接着部51を構成する接着剤(B)として、信越化学製K−1884を用いる。
[5.第5実施形態]
次に、第5実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。なお、第1実施形態と同様な構成には同様な番号を付す。
[6.第6実施形態]
次に、第6実施形態について説明するが、第2実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。なお、第2実施形態と同様な構成には同様な番号を付す。
[7.変形例]
次に、前記各実施形態の変形例について、簡単に説明する。なお、以下の変形例1〜6では、各構成に同じ番号を付して説明する。
図11(a)に示すように、変形例1の静電チャック121は、第1実施形態と同様に、セラミック基板131と金属基板133とが、接着剤層135及び外周接着部137からなる接合部139によって接合されている。
また、平面視で、セラミック基板131の外周面131aと金属基板133の外周面133aとは同じ位置にあるが、図11(a)の一点鎖線で示すように、セラミック基板131の外周面131aが金属基板133の外周面133aより中心側にあってもよい。この場合、充填空間145内の接着剤は、例えば前記一点鎖線より中心側に充填されている。
この変形例1でも、前記第1実施形態と同様な効果を奏する。なお、この変形例1において、セラミック基板131の外周面131aと金属基板133の外周面133aとが同じ位置にある場合は、前記第1実施形態と同様な外形形状となる。
図11(b)に示すように、変形例2の静電チャック151は、基本的な構成は変形例1と同様であるが、各傾斜角度θc、θmが、変形例1と異なる。
<変形例3>
図11(c)に示すように、変形例3の静電チャック161は、基本的な構成は変形例1、2とほぼ同様であるが、金属基板133のみに切り欠き143が設けられている点が大きく異なる。なお、切り欠き143の傾斜角度θmは(例えば11.3°)である。
<変形例4>
図12(a)に示すように、変形例4の静電チャック171は、基本的な構成は第2実施形態と同様である。
この変形例4でも、前記第2実施形態と同様な効果を奏する。なお、この変形例4において、セラミック基板131の外周面131aと金属基板133の切り欠き143の外周側の端面133bとが同じ位置にある場合は、前記第2実施形態と同様な外形形状となる。
図12(b)に示すように、変形例5の静電チャック181は、基本的な構成は変形例4と同様であるが、各傾斜角度θc、θmが、変形例4と異なる。
<変形例6>
図12(c)に示すように、変形例6の静電チャック191は、基本的な構成は変形例4、5とほぼ同様であるが、金属基板133のみに切り欠き143が設けられている点が大きく異なる。なお、切り欠き143の傾斜角度θmは(例えば8°)である。
[8.実験例]
次に、本発明の効果を確認した実験例について説明する。
接合体の各試料については、下記に記載する以外は、基本的に第1実施形態と同様である。
<実験方法>
各接合体の試料に用いる接着剤(A)及び接着剤(B)に対して、デュロメータを用いて硬さを測定した。また、JIS K6251に従い弾性率を測定した。
この端部の伸びとは、接着剤層の厚さTに対する半径方向におけるセラミック基板と金属基板との寸法のずれZの割合(Z×100/T[%])である。
実施例3では、テーパが小さく且つ外周接着部が接着剤層より柔らかい接着剤からなる。そのため、端部の伸びは67%であり、端部の応力は1.7MPaと実施例2よりやや小さい。そのため、剥離がやや生じにくいと考えられる。
[9.その他の実施形態]
本発明は、前記実施形態や実験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。
例えば、図13(a)に示すように、半導体製造用部品として、CVDヒータ201が挙げられる。このCVDヒータ201は、円盤形状のヒータ基板203と円筒状の支持体205とを備えている。ヒータ基板203は、前記第1実施形態と同様に、セラミック基板207と金属基板209とが接着部211により接合されている。
このCVDヒータ201も、前記第1実施形態と同様な効果を奏する。
(2)前記各実施形態では、充填空間が拡開部分となっていたが、充填空間の一部が拡開部分となっていてもよい。また、接着剤は、充填空間や拡開部分の全てに充填されていることが望ましいが、少なくとも拡開部分の一部(接着剤層と連続するような接着剤層側)に充填されていればよい。
(4)切り欠き、充填空間の形状としては、本発明の条件を満たす範囲で、各種の形状を採用できる。
5、43、131、207、223…セラミック基板
7、45、133、209、225…金属基板
9、47、139、211、227…接着部
11…静電電極
13、213、229…発熱体
15、15a、15b、15c、43a、45a、131a…外周面
19、27、53、141、143…切り欠き
25、49、135…接着剤層
27、51、137…外周接着部
33、145…充填空間
93、95、111…角部
107、133b…端面
201…CVDヒータ
215…RF電極
Claims (10)
- セラミック基板の主面と前記セラミック基板より熱膨張率の大きな金属基板の主面とが接着剤層により接合された半導体製造用部品において、
前記半導体製造用部品を厚み方向から見た場合に、前記セラミック基板の外周部は、前記金属基板の外周部に一致するか又は該金属基板の外周部よりも中心部側に位置し、
前記接着剤層の平面方向における外周部側には、全周にわたって、前記セラミック基板と前記金属基板とに挟まれた充填空間を有し、
前記充填空間は、前記厚み方向に破断した断面形状として、前記接着剤層側よりも前記外周部側が広がった拡開部分を有し、
前記充填空間内の前記拡開部分には、前記セラミック基板と前記金属基板とに接するように接着剤が充填されているものであって、
前記セラミック基板及び前記金属基板のうち少なくとも前記金属基板に、前記充填空間を構成する切り欠きが形成されており、
前記金属基板の前記充填空間を構成する切り欠きは、前記金属基板の外周部の端部より前記接着剤層側に所定距離ずれた範囲に形成されていることを特徴とする半導体製造用部品。 - 前記充填空間の前記断面形状は、前記外周部側が開口する溝の形状であることを特徴とする請求項1に記載の半導体製造用部品。
- 前記金属基板の切り欠きの頂点部分が、曲面であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体製造用部品。
- 前記金属基板の前記切り欠きの前記外周側の端面と前記金属部材の前記主面との角部は、曲面であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体製造用部品。
- 前記充填空間の前記断面形状は、前記接着剤層側から前記外周側に向かって徐々に広がるテーパ形状であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体製造用部品。
- 前記接着剤層を構成する接着剤と前記充填空間に充填された接着剤とが同一であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体製造用部品。
- 前記接着剤層を構成する接着剤(A)と前記充填空間に充填された接着剤(B)とが異なる接着剤であって、下記(1)〜(4)式のうち少なくとも1種の関係を満たすことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体製造用部品。
接着剤(A)の弾性率 >接着剤(B)の弾性率 ・・(1)
接着剤(A)のゴム硬度>接着剤(B)のゴム硬度 ・・(2)
接着剤(A)のちょう度<接着剤(B)のちょう度 ・・(3)
接着剤(A)の針入度 <接着剤(B)の針入度 ・・(4) - 前記セラミック基板に、発熱体を備えたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体製造用部品。
- 前記セラミック基板に、更に静電電極を備えたことを特徴とする請求項8に記載の半導体製造用部品。
- 前記セラミック基板に、更にRF電極を備えたことを特徴とする請求項8に記載の半導体製造用部品。
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