JPH11157953A - セラミックスと金属との構造体及びそれを用いた静電チャック装置 - Google Patents

セラミックスと金属との構造体及びそれを用いた静電チャック装置

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JPH11157953A
JPH11157953A JP9332157A JP33215797A JPH11157953A JP H11157953 A JPH11157953 A JP H11157953A JP 9332157 A JP9332157 A JP 9332157A JP 33215797 A JP33215797 A JP 33215797A JP H11157953 A JPH11157953 A JP H11157953A
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metal
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ceramics
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隆司 茅本
Toshihiko Hanamachi
年彦 花待
Tadashi Iguchi
忠士 井口
Ryusuke Adachi
隆介 安達
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度、耐久性に優れた金属とセラミッ
クスとの構造体及びこの構造体を用い、熱伝達効率が高
く、強度、耐久性に優れた静電チャック装置を提供す
る。 【解決手段】 セラミックスが、マグネシアセラミッ
クスを含み、これと金属とを直接またはその熱膨張係数
に応じて両者の複合材を介して接合することにより、構
造体の強度、耐久性を向上することができる。また、こ
れを用いることで、熱伝達効率が高く、強度、耐久性に
優れた静電チャック装置を作製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックスと金
属との構造体及びそれを用いた静電チャック装置に関
し、特にセラミックスの材質及び接合部分に特徴を有す
る上記構造体及びそれを用いた静電チャック装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、セラミックスと金属とを接合して
なる構造体は、例えば本願出願人による特願平８−２０
９３６２号明細書に記載されているような静電チャック
装置などの様々な分野で利用されており、これらのろう
接接合技術はいくつか確立されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年上記静
電チャック装置も含めてセラミックスと金属との構造体
として大型のものも求められている。しかしながら、小
型のものであれば接合が可能なセラミックスと金属との
組み合わせでも、そのサイズが大きいために接合が困難
であることが多い。
【０００４】また、この構造体の使用環境として温度的
に厳しいと、金属とセラミックスとの熱膨張係数の差が
大きいために熱衝撃によって接合部にて剥離したり、セ
ラミックスにクラックが生じるという問題があった。
【０００５】加えて、この構造体の使用環境として厳し
い腐食雰囲気であるとセラミックスの耐食性が問題とな
り、更にこの腐食によってセラミックスに添加されてい
る焼結助剤が不純物として漏出し、使用環境を汚染する
という問題もある。
【０００６】本発明は上記したような従来技術の問題点
に鑑みなされたものであり、その主な目的は、強度、耐
久性に優れた金属とセラミックスとの構造体及びこの構
造体を用い、熱伝達効率が高く、強度、耐久性に優れた
静電チャック装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述した目的は本発明に
よれば、セラミックスと金属との構造体であって、前記
セラミックスが、マグネシアセラミックスを含み、前記
マグネシアセラミックスと前記金属とが直接またはその
熱膨張係数に応じてセラミックスと金属との複合材（例
えばＡｌ−ＳｉＣ）を介して接合されていることを特徴
とするセラミックスと金属との構造体及びこの構造体を
用いた静電チャック装置を提供することにより達成され
る。
【０００８】マグネシアセラミックスはアルミナ、窒化
アルミ等のセラミックスと比較して比較的熱膨張係数が
大きい（表１）。
【０００９】
【表１】
【００１０】従って、熱膨張係数の差によりアルミナ、
窒化アルミ等のセラミックスとは接合が不可能であった
多くの種類の金属とも直接のろう接が可能となり、サイ
ズ的にも大型のものが製作可能である。更に、使用時の
熱的衝撃に対しても強く、剥離やセラミックスへのクラ
ックが発生し難い。そのためアルミナ、窒化アルミ等と
金属とを接合したものでは耐えられなかった熱サイクル
に対しても十分耐えられる構造体の作製が可能である。
【００１１】また、焼結方法によってはマグネシアセラ
ミックスは焼結助剤を添加することなく緻密な焼結体を
得ることが可能である。即ち、９９．９％以上の高純度
なマグネシアセラミックスを得ることが可能であり、腐
食によって使用環境を汚染するなどの問題がない。
【００１２】尚、用途によってはマグネシアに二酸化珪
素、二酸化チタン、炭化チタン及びアルミナ等を混合
し、配合比を変化させることによって、所望の絶縁性、
熱伝導性などの特性を付与したものを作製することも可
能である。
【００１３】ここで、直接マグネシアセラミックスと接
合できる金属は、フェライト系ステンレスなどのマグネ
シアセラミックスと同等の熱膨張係数を有するものであ
り、アルミニウムやアルミニウム合金のような高熱膨張
合金とはその熱膨張係数に応じてセラミックスと金属と
の複合材を介して接合すると良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
について添付の図面を参照して詳しく説明する。
【００１５】図１は、本発明が適用されたセラミックス
と金属との構造体としての加熱／冷却ステージの構造を
示す断面図である。この加熱／冷却ステージは、ステン
レスなどの熱膨張係数が１４×１０-6／℃付近の金属か
らなり、冷却用のウォータジャケット１ａが設けられた
ベース部材１と、このベース部材１上にろう接により接
合されたマグネシアセラミックスからなるプレート２と
を有している。
【００１６】マグネシアの熱膨張係数は比較的大きく
（１４×１０-6（１／℃））、ステンレスなどの金属と
の熱膨張係数（1２×10-6（１／℃）〜1５×10-6（１／
℃））の差が小さいため、これら金属とは直接接合する
ことが可能となっている。また、そのサイズもφ１５０
ｍｍ〜φ３００ｍｍの大型のものもろう接可能となって
いる。また、熱サイクルに対して耐久性が高く、接合部
で剥離することや、セラミックスからなるプレート２に
クラックが発生することがない。更に、ろう接接合は接
合界面での面接触を得ることができることから、マグネ
シアと金属とをろう接接合することによって、両者間の
密着性が向上し、接合部での熱損失が最小限に抑えられ
る。加えて、マグネシアセラミックスは、熱伝導率が比
較的大きいことから他のセラミックスと比較して効率良
く加熱／冷却を行うことができ、また均熱性の保持が可
能である。従って、この構造体を用いることでステージ
上のサンプルの緻密な温度制御が可能となる。
【００１７】尚、ベース部材１の材料はステンレスに限
らず熱膨張係数がマグネシアセラミックスと同程度、具
体的には1２×10-6（１／℃）〜1５×10-6（１／℃）の
範囲のものであれば良い。この範囲は本発明者の知見及
び各種試験から定められるものであり、これを外れると
接合部の剥離、セラミックスのクラックの発生頻度が急
増する。
【００１８】図２は、本発明が適用されたシリコンウエ
ハを保持するための静電チャック装置の構造を示す断面
図である。この静電チャック装置は、冷却用のウォータ
ジャケット１１ａが設けられたアルミニウムまたはその
合金からなるベース部材１１と、このベース部材１１上
に設けられたダンパ層１３と、このダンパ層１３上に設
けられたマグネシア静電チャック１２とを有している。
【００１９】マグネシア静電チャック１２は、マグネシ
アをベースとし、これに二酸化珪素、二酸化チタン、炭
化チタン及びアルミナから選択される１種または２種以
上を添加したセラミックスからなる下部絶縁層と、金属
電極層と、上部絶縁層とから構成されている。金属電極
層には外部から選択的に電源が供給されるようになって
いる。
【００２０】ベース部材１１とダンパ層１３との間及び
静電チャック１２とダンパ層１３との間はその全面でろ
う接されている。これにより密着性が高くなり、機械的
な締結や接着剤を用いる場合と比較して、静電チャック
１２からベース部材１１に効率良く熱が伝達されること
となる。逆にウォータジャケットに代えてベース部材１
１にヒータを組み込んだ場合には、シリコンウエハが効
率的に加熱されることとなる。
【００２１】ここで、アルミニウムまたはその合金から
なるベース部材１１の熱膨張係数は１２×１０-6（１／
℃）よりも大きくなっているが、ダンパ層１３がセラミ
ックスと金属との複合材（例えばＡｌ−ＳｉＣ）からな
り、その熱膨張係数が１２×１０-6（１／℃）〜１５×
１０-6（１／℃）となっていることから、マグネシア静
電チャック１２の下部絶縁層（熱膨張係数：１４×１０
-6（１／℃）程度）との間の応力が緩和され、接合部の
剥離、セラミックスのクラック発生が防止される。ま
た、マグネシアセラミックスは熱膨張係数が比較的大き
いことから、熱サイクルに対して耐久性が高いことから
も接合部の剥離、セラミックスのクラック発生が防止さ
れる。
【００２２】また、上記加熱／冷却ステージの場合と同
様に静電チャック１２とダンパ層１３とベース部材１１
との間がろう接により接合されているため、密着性が高
く、接合界面での熱損失が最小限に抑えられている。更
に、マグネシアセラミックスは熱伝導率が比較的大きな
セラミックスであることから、この静電チャックモジュ
ールを用いることによって高い熱伝導効率を得ることが
可能となり、シリコンウエハの加熱、冷却、均熱等の緻
密な温度制御が可能となる。
【００２３】加えて、マグネシアセラミックスは耐プラ
ズマ性に優れたセラミックスであることから、これを用
いることで、従来のアルミナ静電チャックよりも寿命が
長くなる利点もある。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明によるセラミックスと金属との構造体及びそれを用い
た静電チャック装置によれば、セラミックスが、マグネ
シアセラミックスを含み、これと金属とを直接またはそ
の熱膨張係数に応じて両者の複合材を介して接合するこ
とにより、構造体の強度、耐久性を向上することができ
る。また、これを用いることで、熱伝達効率が高く、強
度、耐久性に優れた静電チャック装置を作製することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】、本発明が適用された加熱／冷却ステージの構
造を示す断面図。
【図２】本発明が適用されたシリコンウエハを保持する
ための静電チャック装置の構造を示す断面図。
【符号の説明】
１ ベース部材 １ａ ウォータジャケット ２ プレート １１ ベース部材 １１ａ ウォータジャケット １２ 静電チャック １３ ダンパ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安達 隆介 神奈川県横浜市金沢区福浦３丁目10番地 日本発条株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミックスと金属との構造体であ
    って、 前記セラミックスが、マグネシアセラミックスを含み、 前記金属が、前記マグネシアセラミックスと同程度の熱
    膨張係数を有し、 前記マグネシアセラミックスと前記金属とが直接接合さ
    れていることを特徴とするセラミックスと金属との構造
    体。
  2. 【請求項２】 セラミックスと金属との構造体であっ
    て、 前記セラミックスが、マグネシアセラミックスを含み、 前記金属が、前記マグネシアセラミックスよりも大きな
    熱膨張係数を有し、 前記マグネシアセラミックスと前記金属とが、セラミッ
    クスと金属との複合材を介して接合されていることを特
    徴とするセラミックスと金属との構造体。
  3. 【請求項３】 前記セラミックス及び前記金属の熱膨
    張係数が１２×１０-6（１／℃）乃至１５×１０-6（１
    ／℃）となっていることを特徴とする請求項１に記載の
    セラミックスと金属との構造体。
  4. 【請求項４】 前記セラミックスの熱膨張係数が１２
    ×１０-6（１／℃）乃至１５×１０-6（１／℃）であ
    り、 前記金属の熱膨張係数が１５×１０-6（１／℃）よりも
    大きく、 前記複合材の熱膨張係数が１２×１０-6（１／℃）乃至
    １５×１０-6（１／℃）となっていることを特徴とする
    請求項２に記載のセラミックスと金属との構造体。
  5. 【請求項５】 前記セラミックスが、焼結助剤を含ま
    ない高純度なマグネシア単体またはマグネシアに二酸化
    珪素、二酸化チタン、炭化チタン及びアルミナから選択
    される１種または２種以上を添加したものからなると共
    に熱膨張係数が１２×１０-6（１／℃）乃至１５×１０
    -6（１／℃）となっていることを特徴とする請求項１乃
    至請求項４のいずれかに記載のセラミックスと金属との
    構造体。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記
    載の構造体に於けるセラミックスの内部に電極を埋設し
    て構成されていることを特徴とする静電チャック装置。
  7. 【請求項７】 前記金属が加熱／冷却機構を有するア
    ルミニウム及びアルミニウム合金からなることを特徴と
    する請求項６に記載の静電チャック装置。
JP9332157A 1997-12-02 1997-12-02 セラミックスと金属との構造体及びそれを用いた静電チャック装置 Pending JPH11157953A (ja)

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