JP6711742B2 - 基材構造及び基材製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体の製造に用いられ、表面に溶射膜を備える静電チャックなどの基材構造及び基材製造方法に関する。

従来、基材の表面にセラミックスからなる溶射膜を有する静電チャックなどの基材構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。溶射膜には電極が埋設されている。基材には端子を挿通させる端子穴部が設けられている。端子穴部に挿入される端子の周りには、円筒状の絶縁性セラミックスが配置されている。絶縁性セラミックスは端子穴部に接着固定されている。

特許第４０６４８３５号公報

従来の基材構造では、基材と絶縁性セラミックスとの境界上の溶射膜にひび割れなどの不具合が生じる場合があった。これは、接着剤上では溶射膜の密度が低くなり易かったり、または、基材と絶縁性セラミックスとの熱膨張係数の違いによるわずかな隙間の変化によるものと考えられる。

本発明は、以上の点に鑑み、溶射膜を適切に形成し易い基材構造及び基材製造方法を提供することを目的とする。

［１］上記目的を達成するため、本発明の基材構造は、
表面と、裏面と、前記表面と前記裏面とを連通させる端子穴部とを有する基材と、
前記基材の表面に形成されたセラミックスからなる溶射膜と、
前記溶射膜に埋設された電極と、
前記電極と接触する大径部と、前記大径部よりも小径であり前記大径部に連続する小径部とを有する端子と、
前記大径部よりも小径の挿通孔を有すると共に、前記端子穴部に圧入固定された絶縁性セラミックスとを備え、
前記小径部の少なくとも一部は前記挿通孔に挿入され、
前記絶縁性セラミックスの少なくとも一部は、前記大径部よりも大径であり、
前記絶縁性セラミックスの前記大径部側の端面は前記大径部と接触しており、
前記小径部に連結される連結体を備え、
前記連結体と前記大径部とで前記絶縁性セラミックスを挟み込むことを特徴とする。

本発明では、絶縁性セラミックスを端子穴部に圧入固定しており、接着剤で固定していない。すなわち、絶縁性セラミックスと端子穴部との間に接着層が存在しない。このため、本発明によれば、接着剤の上に溶射膜が形成されることがなく、接着剤の上に形成される溶射膜の低密度化を防止することができる。また、絶縁性セラミックスを端子穴部に圧入固定しているため、熱膨張係数の差による隙間の発生を防止することができる。さらに、端子の大径部が絶縁性セラミックスの端面において接触して支持されているため、端子が脱落することを防止することができる。

また、本発明においては、前記小径部に連結される連結体を備え、前記連結体と前記大径部とで前記絶縁性セラミックスを挟み込んでいる。かかる構成によれば、端子の大径部と連結体とで絶縁性セラミックスを挟み込むように取り付けられ、端子がしっかりと基材に固定される。

［２］また、本発明においては、前記小径部には雄ネジが形成され、前記連結体には前記雄ネジに螺着する雌ネジが形成され、前記雄ネジと前記雌ネジとが螺合することにより前記小径部と前記連結体とが連結されていることが好ましい。かかる構成によれば、小径部に雌ネジを形成し連結体に雄ネジを形成する場合と比較して、端子の小型化を図ることができる。

［３］また、本発明においては、前記絶縁性セラミックスの前記大径部側の端面は、前記基材の表面と面一であることが好ましい。かかる構成によれば、絶縁性セラミックスの大径部側の端面と基材の表面との間に段差がなくなり、溶射膜が均質に堆積する。その結果、絶縁性セラミックスに堆積する溶射膜の部分と基材に堆積する溶射膜の部分との間で密度差が生じることが抑制され、溶射膜にクラックなどの不具合が発生するリスクを低減することができる。これにより、溶射膜をしっかりと基材の表面に形成することができ、溶射膜と基材との親和性を高めることができる。

［４］また、本発明においては、前記絶縁性セラミックスの前記挿通孔を通過して突出
する前記小径部の部分及び前記連結体の少なくとも一方を覆う碍子を備えることが好まし
い。かかる構成によれば、碍子によって小径部あるいは連結体と基材との間の絶縁性をし
っかりと確保することができる。

［５］また、本発明においては、前記端子の小径部及び前記連結体の少なくとも一方は、前記碍子に対して前記小径部の軸線方向に変位可能であることが好ましい。かかる構成によれば、端子が熱膨張で伸縮しても小径部や連結体が碍子に対して変位可能であるため、端子の熱膨張を連結体側へ逃がすことができ、端子の熱膨張の影響を溶射膜側に与えることを抑制することができる。

［７］また、本発明の基材製造方法は、基材の表面と裏面とを連通させる端子穴部に、挿通孔を有する絶縁性セラミックスを圧入する圧入工程と、前記絶縁性セラミックスの少なくとも一部よりも小径で前記挿通孔よりも大径の大径部、及び前記大径部よりも小径の小径部を有する端子の前記小径部を前記挿通孔に挿入する挿入工程と、前記表面に下地としてのセラミックスからなる溶射膜を形成する下地工程と、前記下地工程で形成された溶射膜の上に前記大径部と接続されるように電極を形成する電極工程と、前記電極を覆うセラミックスからなる溶射膜を形成する被覆工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、絶縁性セラミックスを端子穴部に圧入固定しており、接着剤で固定していないため、接着剤による溶射膜の低密度化を防止することができる。また、絶縁性セラミックスを端子穴部に圧入固定しているため、熱膨張係数の差による隙間の発生を防止することができる。

本発明の実施形態の基材構造を模式的に示す説明図。

図１を参照して、本発明の基材構造を適用した実施形態の静電チャック１を説明する。静電チャック１は、半導体製造用ウエハＷをジョンセン−ラーベック力又はクーロン力により引き付けるものであり、表面２ａと裏面（図示省略）と表面２ａと裏面とを連通させる端子穴部２ｂとを有する基材２を備える。基材２は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、またはチタン合金などの金属からなる。

基材２の表面２ａには、アルミナ等のセラミックスからなる溶射膜３が形成されている。溶射膜３には、アルミニウムを溶射して形成された電極４が埋設されている。

基材２の端子穴部２ｂには、端子５が挿入されている。端子５は、電極４に接触する大径部５ａと、大径部５ａよりも小径であり大径部５ａに連続する小径部５ｂとを備える。

基材２の端子穴部２ｂには、大径部５ａよりも小径の挿通孔６ａを有する円筒形状の絶縁性セラミックス６が圧入固定されている。絶縁性セラミックス６は、例えば市販されているホトベール（フェローテックセラミックス社製）やマコール（石原ケミカル社製）などのマシナブルセラミックスからなる。端子５の小径部５ｂの少なくとも一部が挿通孔６ａに挿入されている。

絶縁性セラミックス６の大径部５ａ側の端面６ｂは、基材２の表面２ａと面一となっている。これにより、絶縁性セラミックス６の大径部５ａ側の端面６ｂと基材２の表面２ａとの間に段差がなく、溶射膜３が均質に堆積する。その結果、絶縁性セラミックス６に堆積する溶射膜３の部分と基材２に堆積する溶射膜３の部分との間で密度差が生じることが抑制され、溶射膜３にクラック等の不具合が発生するリスクを低減することができる。従って、溶射膜３を基材２の表面２ａにしっかりと形成することができ、溶射膜３と基材２との親和性を高めることができる。

絶縁性セラミックス６は、端子５の大径部５ａよりも大径に形成されている。なお、本発明の絶縁性セラミックスは、その少なくとも一部が端子の大径部よりも大径であればよい。絶縁性セラミックス６の大径部５ａ側の端面６ｂは、大径部５ａと接触している。

小径部５ｂの先端部周面には雄ネジ７が形成されている。小径部５ｂには、雄ネジ７と螺着する雌ネジ８を備える連結体９が螺合されている。このように構成することによって、小径部５ｂに雌ネジを形成し、連結体９に雄ネジを形成する場合と比較して、端子５の径方向寸法の小型化を図ることができ、静電チャック１全体としても小型化を図ることができる。

小径部５ｂの一部及び連結体９は、アルミナ等のセラミックスからなる筒状の碍子１０によって覆われている。これにより、端子５の小径部５ｂ及び連結体９と基材２との間の絶縁性をしっかりと確保することができる。碍子１０は接着剤によって端子穴部２ｂに固定される。

また、碍子１０の上端部には、絶縁性セラミックス６と連結体９との間に挟まれることによって碍子１０の脱落を防止するための端子穴部２ｂの径方向内側へ延びる引掛け部１０ａが設けられている。端子５は、大径部５ａと連結体９との間で碍子１０の引掛け部１０ａと絶縁性セラミックス６とを挟み込むようにして、しっかりと固定されている。なお、碍子１０は接着剤で端子穴部２ｂに固着されるため、引掛け部１０ａはなくてもよい。

端子５の小径部５ｂ及び連結体９は碍子１０に対して小径部５ｂの軸線方向に変位可能とされている。これにより、端子５が熱膨張で伸縮しても小径部５ｂや連結体９が小径部５ｂの軸線方向へ延びて端子５の接膨張を連結体９側へ逃がすことができ、端子５の熱膨張の影響を溶射膜３側へ与えることを抑制することができる。

次に、本実施形態の静電チャック１の製造方法（基材製造方法）を説明する。まず、圧入工程として、端子穴部２ｂに絶縁性セラミックス６を圧入して固定する。次に、挿入工程として、端子５の小径部５ｂを挿通孔６ａに挿入する。次に、碍子工程として、端子穴部２ｂの下方（裏面側）から外周面に接着剤が塗布された碍子１０を挿入する。次に、螺着工程として、連結体９を端子穴部２ｂの下方（裏面側）から挿入して小径部５ｂに螺着させて、大径部５ａと連結体９とで絶縁性セラミックス６と碍子１０の引掛け部１０ａとを挟み込むようにして端子５が基材２にしっかりと固定される。

次に、下地工程として、基材２の表面２ａに下地としてのセラミックスからなる溶射膜を形成する。次に、端子露出工程として、下地としての溶射膜の表面を削って端子５の大径部５ａの上面を露出させる。

次に、電極工程として、下地工程で形成された溶射膜の上に、大径部５ａと接続されるようにアルミニウムの電極を溶射で形成する。次に、被覆工程として、下地との間で電極４を覆い隠すようにセラミックスからなる溶射膜を形成する。このようにして、アルミニウムの溶射で形成された電極４が埋設された溶射膜３が基材２の表面２ａに形成される。

本実施形態の静電チャック１によれば、絶縁性セラミックス６を端子穴部２ｂに圧入して固定しており、接着剤で固定していない。このため、絶縁性セラミックス６と端子穴部２ｂの間に接着剤が存在せず、溶射膜３が接着剤の上に堆積されることもない。その結果、接着剤の上に堆積される場合に生じる溶射膜３の低密度化を防止することができる。また、絶縁性セラミックス６を端子穴部２ｂに圧入固定しているため、熱膨張係数の際による隙間の発生を圧入で防止し、絶縁性セラミックス６と基材２との境界部分での溶射膜３のひび割れ等の不具合の発生を抑制することができる。

なお、本実施形態においては、絶縁性セラミックス６の大径部５ａ側（上方）の端面６ｂと基材２の表面２ａとが面一になっているものを説明した。しかしながら、本発明の基材構造はこれに限らず、絶縁性セラミックスの大径部側の端面が基材の表面よりも上方に位置していてもよく、逆に、絶縁性セラミックスの大径部側の端面が基材の表面よりも下方に位置していてもよい。また、端子５の大径部５ａの厚みは薄い方が好ましい。大径部５ａの厚みが厚いと下地の溶射膜を形成した際に、絶縁性セラミックス６と大径部５ａとの間に無視できない段差が生じ、溶射膜３に不具合が生じるリスクがある。そのため、大径部５ａの厚みは０．０５〜１ｍｍが好適であり、０．１〜０．５ｍｍがより好適である。

また、本実施形態においては、碍子１０を端子穴部２ｂに接着固定したものを説明したが、碍子は接着しなくてもよい。また、碍子１０の引掛け部１０ａは無くてもよい。この場合、端子５は、大径部５ａと連結体９とで絶縁性セラミックス６を挟み込むようにして、基材２にしっかりと固定する。

なお、溶射膜３、電極４や絶縁性セラミックス６の材料としては、本実施形態で例示した材料以外に種々の材料を使用できる。溶射膜３としては、Ａｌ（アルミニウム）やＹ（イットリウム）を含む、酸化物、窒化物、フッ化物を用いることができる。電極４としては、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）やそれらの合金を使用できる。絶縁性セラミックス６としては、マシナブルセラミックスの他、アルミナやその他の絶縁性セラミックスの焼結体または多孔体を使用できる。

また、本明細書において、「径」とは、径方向の大きさ（寸法）を表したものであり、「断面円形状」のものだけでなく、「断面多角形状」などの様々な断面形状を含むものである。従って、大径部５ａや小径部５ｂは、円柱形状のみならず、角柱形状をも含む。

また、絶縁性セラミックス６は、少なくとも一部が大径部５ａよりも大径であれば、絶縁性セラミックス６の大径部５ａ側の端面６ｂの少なくとも一部が溶射膜３と接触することができ、絶縁性セラミックス６と溶射膜３との親和性を高めて、適切な絶縁性能を発揮させることができる。

１ 静電チャック
２ 基材
２ａ 表面
２ｂ 端子穴部
３ 溶射膜
４ 電極
５ 端子
５ａ 大径部
５ｂ 小径部
６ 絶縁性セラミックス
６ａ 挿通孔
６ｂ 端面
７ 雄ネジ
８ 雌ネジ
９ 連結体
１０ 碍子
１０ａ 引掛け部

Claims (5)

1. 表面と、裏面と、前記表面と前記裏面とを連通させる端子穴部とを有する基材と、
   前記基材の表面に形成されたセラミックスからなる溶射膜と、
   前記溶射膜に埋設された電極と、
   前記電極と接触する大径部と、前記大径部よりも小径であり前記大径部に連続する小径部とを有する端子と、
   前記大径部よりも小径の挿通孔を有すると共に、前記端子穴部に圧入固定された絶縁性セラミックスとを備え、
   前記小径部の少なくとも一部は前記挿通孔に挿入され、
   前記絶縁性セラミックスの少なくとも一部は、前記大径部よりも大径であり、
   前記絶縁性セラミックスの前記大径部側の端面は前記大径部と接触しており、
   前記小径部に連結される連結体を備え、
   前記連結体と前記大径部とで前記絶縁性セラミックスを挟み込むことを特徴とする基材構造。
2. 請求項１に記載の基材構造であって、
   前記小径部には雄ネジが形成され、前記連結体には前記雄ネジに螺着する雌ネジが形成され、前記雄ネジと前記雌ネジとが螺合することにより前記小径部と前記連結体とが連結されていることを特徴とする基材構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の基材構造であって、
   前記絶縁性セラミックスの前記大径部側の端面は、前記基材の表面と面一であることを特徴とする基材構造。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の基材構造であって、
   前記絶縁性セラミックスの前記挿通孔を通過して突出する前記小径部の部分及び前記連結体の少なくとも一方を覆う碍子を備えることを特徴とする基材構造。
5. 請求項４に記載の基材構造であって、
   前記端子の小径部及び前記連結体の少なくとも一方は、前記碍子に対して前記小径部の軸線方向に変位可能であることを特徴とする基材構造。