TWI836170B - 陶瓷接合體、靜電卡盤裝置、陶瓷接合體的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種抑制於陶瓷板與導電層的接合界面處發生絕緣破壞（放電）的陶瓷接合體、靜電卡盤裝置及陶瓷接合體的製造方法。陶瓷接合體1包括：一對陶瓷板2、3，包含導電性物質；以及導電層4及絕緣層5，介於一對陶瓷板2、3之間，且於一對陶瓷板2、3與絕緣層5的界面處的氣孔率為4%以下，構成絕緣層5的絕緣性物質的平均一次粒徑相對於構成陶瓷板2、陶瓷板3的絕緣性物質的平均一次粒徑的比大於1。
Description
本發明是有關於一種陶瓷接合體、靜電卡盤裝置及陶瓷接合體的製造方法。
先前，於製造積體電路（integrated circuit，IC）、大型積體電路（large scale integration，LSI）、超大型積體電路（very large scale integration，VLSI）的半導體裝置的半導體製造步驟中，矽晶圓等的板狀試樣藉由靜電吸附固定於具備靜電卡盤功能的靜電卡盤構件而被施以規定的處理。
例如，於電漿環境下對所述板狀試樣實施蝕刻處理等的情況下，板狀試樣的表面因電漿的熱而成為高溫，發生表面的抗蝕劑膜破裂（爆裂）等問題。
因此，為了將所述板狀試樣的溫度維持於所期望的恆定溫度，使用靜電卡盤裝置。靜電卡盤裝置為如下裝置，即經由矽酮系接著劑將於金屬構件內部形成有使溫度控制用冷卻介質循環的流路的溫度調整用基底構件接合於所述靜電卡盤構件的下表面而使其一體化。
於所述靜電卡盤裝置中，於溫度調整用基底構件的流路使溫度調整用的冷卻介質循環以進行熱交換，在將固定於靜電卡盤構件的上表面的板狀試樣的溫度維持於所期望的恆定溫度的同時進行靜電吸附，對所述板狀試樣進行各種電漿處理。
然而，於靜電卡盤裝置的靜電卡盤構件中，要求耐腐蝕性、耐熱性、耐電漿性、對於熱循環的負荷而言的耐久性等。為了實現此種性能優異的靜電卡盤裝置，已知有一種靜電卡盤構件，其包括：靜電卡盤基體，包含於絕緣性陶瓷材料中添加有導電性材料的複合介電體陶瓷；內部電極，內置於該靜電卡盤基體中；以及供電用端子，以與所述內部電極相接的方式設置（例如，參照專利文獻1、專利文獻2）。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2003-152064號公報
[專利文獻2]日本專利特開2007-051045號公報
[發明所欲解決之課題]
專利文獻1及專利文獻2的靜電卡盤電極內置型基座的內部電極並無特別限定，為導電性高的高熔點材料，亦可為包含絕緣性陶瓷材料以及導電性的高熔點材料的複合體燒結體。複合介電體陶瓷與內部電極的接合面一般於研磨表面後接合。因此，於靜電卡盤基體與內部電極的接合界面處導電性材料露出，於與內部電極的界面處，容易形成導電通路，絕緣性變低。因此，存在於複合介電體陶瓷與內部電極的接合界面處發生絕緣破壞（放電）的課題。
本發明是鑒於所述情況而成，其目的在於提供一種抑制於陶瓷板與導電層的接合界面處發生絕緣破壞（放電）的陶瓷接合體、包含陶瓷接合體的靜電卡盤裝置及陶瓷接合體的製造方法。
[解決課題之手段]
為解決所述課題，本發明的一形態提供一種陶瓷接合體，其包括：一對陶瓷板，包含導電性物質；以及導電層及絕緣層，介於所述一對陶瓷板之間，且於所述一對陶瓷板與所述絕緣層的界面處的氣孔率為4%以下，構成所述絕緣層的絕緣性物質的平均一次粒徑相對於構成所述陶瓷板的絕緣性物質的平均一次粒徑的比大於1。
於本發明的一形態中，所述導電層包含導電性物質以及絕緣性物質，並且所述絕緣層包含絕緣性物質。
於本發明的一形態中，構成所述絕緣層的絕緣性物質的平均一次粒徑可為1.6 μm以上且10.0 μm以下。
於本發明的一形態中，所述陶瓷板可為氧化鋁與碳化矽的複合體。
於本發明的一形態中，構成所述導電層及所述絕緣層的絕緣性物質可為氧化鋁。
於本發明的一形態中，構成所述導電層的導電性物質可為選自由Mo2
C、Mo、WC、W、TaC、Ta、SiC、碳黑、碳奈米管及碳奈米纖維所組成的群組中的至少一種。
本發明的一形態提供一種靜電卡盤裝置，其是將包含陶瓷的靜電卡盤構件以及包含金屬的溫度調整用基底構件經由接著劑層接合而成，其中，所述靜電卡盤構件包含本發明的一形態的陶瓷接合體。
本發明的一形態提供一種陶瓷接合體的製造方法，具有以下步驟：對包含導電性物質的第一陶瓷板的其中一個面實施研削加工或研磨加工，使所述第一陶瓷板的其中一個面的算術平均粗糙度（Ra）為0.25 μm以下；於實施了研削加工或研磨加工的所述第一陶瓷板的其中一個面上塗佈導電層形成用膏而形成導電層塗膜，並且塗佈絕緣層形成用膏而形成絕緣層塗膜；對包含導電性物質的第二陶瓷板的其中一個面實施研削加工或研磨加工，使所述第二陶瓷板的其中一個面的算術平均粗糙度（Ra）為0.25 μm以下；以實施了研削加工或研磨加工的所述第二陶瓷板的其中一個面與所述導電層塗膜及所述絕緣層塗膜的與和所述第一陶瓷板相接的面為相反側的面相接的方式積層所述第二陶瓷板；以及
將包括所述第一陶瓷板、所述導電層塗膜、所述絕緣層塗膜及所述第二陶瓷板的積層體一面進行加熱一面沿厚度方向進行加壓。
[發明的效果]
根據本發明，可提供一種抑制於陶瓷板與導電層的接合界面處發生絕緣破壞（放電）的陶瓷接合體、包含陶瓷接合體的靜電卡盤裝置及陶瓷接合體的製造方法。
對本發明的陶瓷接合體、靜電卡盤裝置、陶瓷接合體的製造方法的實施方式進行說明。
再者，本實施方式是為了更好地理解本發明的主旨而進行具體的說明，只要無特別指定，則並不限定本發明。
[陶瓷接合體]
（第一實施方式）
以下，一面參照圖1，一面對本發明的一實施方式的陶瓷接合體進行說明。
再者，於以下的所有圖式中，為了容易觀察圖式，各構成要素的尺寸或比率等適當地不同。
圖1是表示本實施方式的陶瓷接合體的剖面圖。如圖1所示，本實施方式的陶瓷接合體1包括：一對陶瓷板2、3，包含導電性物質；以及導電層4及絕緣層5，介於一對陶瓷板2、3之間。
以下，將陶瓷板2稱為第一陶瓷板2，將陶瓷板3稱為第二陶瓷板3。
如圖1所示，陶瓷接合體1依次積層有第一陶瓷板2、導電層4及絕緣層5、以及第二陶瓷板3。即，陶瓷接合體1是第一陶瓷板2與第二陶瓷板3經由導電層4及絕緣層5接合一體化而成的接合體。
如圖1所示，於第一陶瓷板2與絕緣層5的界面、及第二陶瓷板3與絕緣層5的界面處存在氣孔6。於第一陶瓷板2與絕緣層5的界面、及第二陶瓷板3與絕緣層5的界面處的氣孔率為4%以下，較佳為3%以下。若所述氣孔率超過4%，則無法抑制於陶瓷板2、陶瓷板3與導電層4的接合界面處發生絕緣破壞（放電）。
於第一陶瓷板2與絕緣層5的界面、及第二陶瓷板3與絕緣層5的界面處的氣孔率的測定方法如下所述。藉由日本電子公司製造的場發射型掃描電子顯微鏡（field emission scanning electron microscope，FE-SEM）觀察第一陶瓷板2、第二陶瓷板3及絕緣層5的厚度方向的切斷面，並藉由圖像分析軟體分析所述切斷面的圖像，計算出氣孔6的面積。根據所獲得的計算結果，使用絕緣層5的面積以及氣孔6的面積，並按照下述式（1）計算出氣孔率（%）。
氣孔率=氣孔的面積/（絕緣層的面積+氣孔的面積）×100 （1）
第一陶瓷板2、第二陶瓷板3及絕緣層5包含如後述般的絕緣性物質。構成絕緣層5的絕緣性物質的平均一次粒徑相對於構成第一陶瓷板2及第二陶瓷板3的絕緣性物質的平均一次粒徑的比（（構成絕緣層5的絕緣性物質的平均一次粒徑）/（構成第一陶瓷板2及第二陶瓷板3的絕緣性物質的平均一次粒徑））大於1，較佳為1.3以上。當所述比小於1時，無法抑制於陶瓷板2、陶瓷板3與導電層4的接合界面處發生絕緣破壞（放電）。
關於第一陶瓷板2及第二陶瓷板3，將其重合面的形狀設為相同。
第一陶瓷板2及第二陶瓷板3的厚度並無特別限定，可根據陶瓷接合體1的用途適當調整。
第一陶瓷板2及第二陶瓷板3為相同組成或主成分相同。第一陶瓷板2及第二陶瓷板3包含絕緣性物質與導電性物質的複合體。第一陶瓷板2及第二陶瓷板3中所含的絕緣性物質並無特別限定，例如可列舉氧化鋁（Al2
O3
）、氮化鋁（AlN）、氧化釔（Y2
O3
）、釔鋁石榴石（yttrium aluminum garnet，YAG）等。另外，第一陶瓷板2及第二陶瓷板3中所含的導電性物質並無特別限定，例如可列舉碳化矽（SiC）、氧化鈦（TiO2
）、氮化鈦（TiN）、碳化鈦（TiC）、碳（C）、碳奈米管（carbon nano tube，CNT）、碳奈米纖維、稀土氧化物、稀土氟化物等。
關於第一陶瓷板2及第二陶瓷板3的材料，只要體積固有電阻值為1013
Ω·cm以上且1015
Ω·cm以下左右，且具有機械強度而且具有對於腐蝕性氣體及其電漿而言的耐久性，則並無特別限定。作為此種材料，例如可列舉氧化鋁（Al2
O3
）燒結體、氮化鋁（AlN）燒結體、氧化鋁（Al2
O3
）-碳化矽（SiC）複合燒結體等。就高溫下的介電特性、高耐蝕性、耐電漿性、耐熱性的觀點而言，較佳為氧化鋁（Al2
O3
）-碳化矽（SiC）複合燒結體。
構成第一陶瓷板2及第二陶瓷板3的絕緣性物質的平均一次粒徑較佳為0.5 μm以上且3.0 μm以下，更佳為1.0 μm以上且2.0 μm以下。
若構成第一陶瓷板2及第二陶瓷板3的絕緣性物質的平均一次粒徑為0.5 μm以上且3.0 μm以下，則可獲得緻密且耐電壓性高、耐久性高的第一陶瓷板2及第二陶瓷板3。
構成第一陶瓷板2及第二陶瓷板3的絕緣性物質的平均一次粒徑的測定方法如下所述。藉由日本電子公司製造的場發射型掃描電子顯微鏡（FE-SEM）觀察第一陶瓷板2、第二陶瓷板3的厚度方向的切斷面，藉由截距法將200個絕緣性物質的粒徑的平均設為平均一次粒徑。
導電層4用作電漿產生用電極、靜電卡盤用電極、加熱電極等，所述電漿產生用電極用以通電高頻電力而產生電漿來進行電漿處理，所述靜電卡盤用電極用以產生電荷並藉由靜電吸附力固定板狀試樣，所述加熱電極用以進行通電發熱來加熱板狀試樣。導電層4的形狀（俯視導電層4（自厚度方向觀察）時的形狀）、大小（厚度、俯視導電層4（自厚度方向觀察）時的面積）並無特別限定，可根據陶瓷接合體1的用途適當調整。
導電層4包含導電性物質以及絕緣性物質。
導電層4中所含的導電性物質較佳為選自由碳化鉬（Mo2
C）、鉬（Mo）、碳化鎢（WC）、鎢（W）、碳化鉭（TaC）、鉭（Ta）、碳化矽（SiC）、碳黑、碳奈米管及碳奈米纖維所組成的群組中的至少一種。藉由導電層4中所含的導電性物質為選自由所述物質所組成的群組中的至少一種，可確保導電層的導電率。
導電層4中所含的絕緣性物質並無特別限定，例如可列舉氧化鋁（Al2
O3
）、氮化鋁（AlN）、氧化釔（Y2
O3
）、釔鋁石榴石（YAG）等。導電層4中所含的絕緣性物質較佳為與第一陶瓷板2及第二陶瓷板3的主成分一致。
藉由導電層4包含導電性物質以及絕緣性物質，與第一陶瓷板2及第二陶瓷板3的接合強度、以及作為電極而言的機械強度變強。
藉由導電層4中所含的絕緣性物質為氧化鋁（Al2
O3
），可保持高溫下的介電特性、高耐蝕性、耐電漿性、耐熱性。
導電層4中的導電性物質與絕緣性物質的含量的比（調配比）並無特別限定，可根據陶瓷接合體1的用途適當調整。
絕緣層5是為了將第一陶瓷板2與第二陶瓷板3的邊界部、即導電層4形成部以外的外緣部區域接合而設置。絕緣層5的形狀（俯視絕緣層5（自厚度方向觀察）時的形狀）並無特別限定，可根據導電層4的形狀適當調整。
於本實施方式的陶瓷接合體1中，絕緣層5的厚度與導電層4的厚度相等。
絕緣層5包含絕緣性物質。
構成絕緣層5的絕緣性物質並無特別限定，但較佳為與第一陶瓷板2及第二陶瓷板3的主成分相同，例如可列舉氧化鋁（Al2
O3
）、氮化鋁（AlN）、氧化釔（Y2
O3
）、釔鋁石榴石（YAG）等。構成絕緣層5的絕緣性物質較佳為氧化鋁（Al2
O3
）。藉由構成絕緣層5的絕緣性物質為氧化鋁（Al2
O3
），可保持高溫下的介電特性、高耐蝕性、耐電漿性、耐熱性。
構成絕緣層5的絕緣性物質的平均一次粒徑較佳為1.6 μm以上且10.0 μm以下，更佳為1.6 μm以上且6.0 μm以下。
若構成絕緣層5的絕緣性物質的平均一次粒徑為1.6 μm以上，則可獲得充分的耐電壓性。另一方面，若構成絕緣層5的絕緣性物質的平均一次粒徑為10.0 μm以下，則研削等加工性良好。
構成絕緣層5的絕緣性物質的平均一次粒徑的測定方法與構成第一陶瓷板2及第二陶瓷板3的絕緣性物質的平均一次粒徑的測定方法相同。
根據本實施方式的陶瓷接合體1，包括：一對陶瓷板2、3，包含導電性物質；以及導電層4及絕緣層5，介於陶瓷板2、陶瓷板3之間，且於陶瓷板2、陶瓷板3與絕緣層5的界面處的氣孔率為4%以下，構成絕緣層5的絕緣性物質的平均一次粒徑相對於構成陶瓷板2、陶瓷板3的絕緣性物質的平均一次粒徑的比大於1，因此可抑制於陶瓷板2、陶瓷板3與導電層4的接合界面處發生絕緣破壞（放電）。
[陶瓷接合體的製造方法]
本實施方式的陶瓷接合體的製造方法具有：對包含導電性物質的第一陶瓷板的其中一個面實施研削加工或研磨加工，使第一陶瓷板的其中一個面的算術平均粗糙度（Ra）為0.25 μm以下的步驟（以下，稱為「第一步驟」）；於實施了研削加工或研磨加工的第一陶瓷板的其中一個面上塗佈導電層形成用膏而形成導電層塗膜，並且塗佈絕緣層形成用膏而形成絕緣層塗膜的步驟（以下，稱為「第二步驟」）；對包含導電性物質的第二陶瓷板的其中一個面實施研削加工或研磨加工，使第二陶瓷板的其中一個面的算術平均粗糙度（Ra）為0.25 μm以下的步驟（以下，稱為「第三步驟」）；以實施了研削加工或研磨加工的第二陶瓷板的其中一個面與導電層塗膜及絕緣層塗膜的與和第一陶瓷板相接的面為相反側的面相接的方式積層第二陶瓷板的步驟（以下，稱為「第四步驟」）；以及將包括第一陶瓷板、導電層塗膜、絕緣層塗膜及第二陶瓷板的積層體一面進行加熱一面沿厚度方向進行加壓的步驟（以下，稱為「第五步驟」）。
以下，一面參照圖1一面對本實施方式的陶瓷接合體的製造方法進行說明。
於第一步驟中，對第一陶瓷板2的其中一個面（與絕緣層5相向的面）2a實施研削加工或研磨加工，使第一陶瓷板2的其中一個面2a的算術平均粗糙度（Ra）為0.25 μm以下。
第一陶瓷板2的其中一個面2a的算術平均粗糙度（Ra）為0.25 μm以下，較佳為0.20 μm以下。
第一陶瓷板2的其中一個面2a的算術平均粗糙度（Ra）是使用東京精密公司製造的觸針式表面粗糙度計，並依據日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）B 0601：2013「製品的幾何特性規格（Geometrical Product Specifications，GPS）-表面性狀：輪廓曲線方式-用語、定義及表面性狀參數」進行測定。
為了使第一陶瓷板2的其中一個面2a的算術平均粗糙度（Ra）為0.25 μm以下，較佳為於研削加工或研磨加工時使用適當粒徑的研磨粒。作為研磨粒的粒徑，例如較佳為使用粒度JIS表示#200至#4000的範圍。
於第二步驟中，藉由網版印刷法等塗敷法，於實施了研削加工或研磨加工的第一陶瓷板2的其中一個面2a上塗佈導電層形成用膏，形成成為導電層4的塗膜（導電層塗膜）。
作為導電層形成用膏，使用使形成導電層4的導電性物質及絕緣性物質分散於溶劑中而成者。
作為導電層形成用膏中所含的溶劑，使用異丙醇等。
另外，於第二步驟中，藉由網版印刷法等塗敷法，於實施了研削加工或研磨加工的第一陶瓷板2的其中一個面2a上塗佈絕緣層形成用膏，形成成為絕緣層5的塗膜（絕緣層塗膜）。
作為絕緣層形成用膏，使用使形成絕緣層5的絕緣性物質分散於溶劑中而成者。
作為絕緣層形成用膏中所含的溶劑，使用異丙醇等。
於第三步驟中，以與第一步驟相同的方式，對第二陶瓷板3的其中一個面（與絕緣層5相向的面）3a實施研削加工或研磨加工，使第二陶瓷板3的其中一個面3a的算術平均粗糙度（Ra）為0.25 μm以下。
第二陶瓷板3的其中一個面3a的算術平均粗糙度（Ra）為0.25 μm以下，較佳為0.20 μm以下。
於第四步驟中，以實施了研削加工或研磨加工的第二陶瓷板3的其中一個面3a與導電層塗膜及絕緣層塗膜的與和第一陶瓷板2相接的面為相反側的面相接的方式積層第二陶瓷板3。
於第五步驟中，將包括第一陶瓷板2、成為導電層4的塗膜、成為絕緣層5的塗膜及第二陶瓷板3的積層體一面進行加熱一面沿厚度方向進行加壓。將積層體一面進行加熱一面沿厚度方向進行加壓時的環境較佳為真空、或者Ar、He、N2
等惰性環境。
加熱所述積層體的溫度（熱處理溫度）較佳為1600℃以上且1900℃以下，更佳為1650℃以上且1850℃以下。
若加熱積層體的溫度為1600℃以上且1900℃以下，則可使各塗膜中所含的溶劑揮發，於第一陶瓷板2與第二陶瓷板3之間形成導電層4及絕緣層5。另外，可經由導電層4及絕緣層5將第一陶瓷板2及第二陶瓷板3接合一體化。
沿厚度方向對所述積層體進行加壓的壓力（加壓力）較佳為1.0 MPa以上且50.0 MPa以下，更佳為5.0 MPa以上且20.0 MPa以下。
若沿厚度方向對積層體進行加壓的壓力為1.0 MPa以上且50.0 MPa以下，則可於第一陶瓷板2與第二陶瓷板3之間形成相互密接的導電層4及絕緣層5。另外，可經由導電層4及絕緣層5將第一陶瓷板2及第二陶瓷板3接合一體化。
[靜電卡盤裝置]
以下，一面參照圖2，一面對本發明的一實施方式的靜電卡盤裝置進行說明。
圖2是表示本實施方式的靜電卡盤裝置的剖面圖。再者，於圖2中，對與圖1所示的陶瓷接合體相同的結構標注相同的符號，並省略重覆的說明。
如圖2所示，本實施方式的靜電卡盤裝置100具有圓板狀的靜電卡盤構件102、將靜電卡盤構件102調整為所期望的溫度的圓板狀的溫度調整用基底構件103、將所述靜電卡盤構件102與溫度調整用基底構件103接合一體化的接著劑層104。於本實施方式的靜電卡盤裝置100中，靜電卡盤構件102例如包含所述實施方式的陶瓷接合體1或陶瓷接合體1。此處，對靜電卡盤構件102包含陶瓷接合體1的情況進行說明。
於以下的說明中，有時將載置板111的載置面111a側記載為「上」，將溫度調整用基底構件103側記載為「下」，表示各結構的相對位置。
[靜電卡盤構件]
靜電卡盤構件102具有：載置板111，上表面為載置半導體晶圓等板狀試樣的載置面111a且包含陶瓷；支持板112，設置於載置板111的與載置面111a為相反的面側；靜電吸附用電極113，夾持於所述載置板111與支持板112之間；環狀的絕緣材114，被載置板111及支持板112夾持且將靜電吸附用電極113的周圍包圍；以及供電用端子116，以與靜電吸附用電極113相接的方式設置於溫度調整用基底構件103的固定孔115內。
於靜電卡盤構件102中，載置板111相當於所述第二陶瓷板3，支持板112相當於所述第一陶瓷板2，靜電吸附用電極113相當於所述導電層4，絕緣材114相當於所述絕緣層5。
[載置板]
於載置板111的載置面111a上，豎立設置有用於支持半導體晶圓等板狀試樣的多個突起（省略圖示）。進而，亦可於載置板111的載置面111a的周緣部以繞所述周緣部一周的方式設置剖面為四邊形狀的環狀突起部，以防止氦（He）等冷卻氣體洩漏。進而，亦可於所述載置面111a上的被環狀突起部所包圍的區域，設置高度與環狀突起部相同且橫剖面為圓形形狀且縱剖面為大致矩形形狀的多個突起部。
載置板111的厚度較佳為0.3 mm以上且3.0 mm以下，更佳為0.5 mm以上且1.5 mm以下。若載置板111的厚度為0.3 mm以上，則耐電壓性優異。另一方面，若載置板111的厚度為3.0 mm以下，則靜電卡盤構件102的靜電吸附力不會降低，載置於載置板111的載置面111a上的板狀試樣與溫度調整用基底構件103之間的熱傳導性亦不會降低，而可將處理中的板狀試樣的溫度保持為較佳的恆定溫度。
[支持板]
支持板112自下側支持載置板111及靜電吸附用電極113。
支持板112的厚度較佳為0.3 mm以上且3.0 mm以下，更佳為0.5 mm以上且1.5 mm以下。若支持板112的厚度為0.3 mm以上，則可確保充分的耐電壓。另一方面，若支持板112的厚度為3.0 mm以下，則靜電夾盤構件102的靜電吸附力不會降低，載置於載置板111的載置面111a上的板狀試樣與溫度調整用基底構件103之間的熱傳導性亦不會降低，而可將處理中的板狀試樣的溫度保持為較佳的恆定溫度。
[靜電吸附用電極]
於靜電吸附用電極113中，藉由施加電壓，於載置板111的載置面111a上產生保持板狀試樣的靜電吸附力。
靜電吸附用電極113的厚度較佳為5 μm以上且200 μm以下，更佳為10 μm以上且100 μm以下。若靜電吸附用電極113的厚度為5 μm以上，則可確保充分的導電性。另一方面，若靜電吸附用電極113的厚度為200 μm以下，則載置於載置板111的載置面111a上的板狀試樣與溫度調整用基底構件3之間的熱傳導性不會降低，而可將處理中的板狀試樣的溫度保持為所期望的恆定溫度。另外，可電漿透過性不會降低的情況下穩定地產生電漿。
[絕緣材]
絕緣材114用於圍繞靜電吸附用電極113來保護靜電吸附用電極113免受腐蝕性氣體及其電漿的影響。
藉由絕緣材114，載置板111與支持板112經由靜電吸附用電極113接合一體化。
[供電用端子]
供電用端子116用對靜電吸附用電極113施加電壓。
供電用端子116的數量、形狀等根據靜電吸附用電極113的形態、即單極型還是雙極型來決定。
供電用端子116的材料只要為耐熱性優異的導電性材料則並無特別限制。作為供電用端子116的材料，較佳為熱膨脹係數與靜電吸附用電極113及支持板112的熱膨脹係數近似者，例如，適宜地使用科伐合金、鈮（Nb）等金屬材料、各種導電性陶瓷。
[導電性接著層]
導電性接著層117設置於溫度調整用基底構件103的固定孔115內及支持板112的貫穿孔118內。另外，導電性接著層117介於靜電吸附用電極113與供電用端子116之間，將靜電吸附用電極113與供電用端子116電連接。
構成導電性接著層117的導電性接著劑包含碳纖維、金屬粉等導電性物質以及樹脂。
作為導電性接著劑中所含的樹脂，只要為不易因熱應力引起凝聚破壞的樹脂，則並無特別限定，例如可列舉矽酮樹脂、丙烯酸樹脂、環氧樹脂、酚樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、不飽和聚酯樹脂等。
該些中，就伸縮度高、且不易因熱應力的變化而引起凝聚破壞的觀點而言，較佳為矽酮樹脂。
[溫度調整用基底構件]
溫度調整用基底構件103為包含金屬及陶瓷中的至少一者的具有厚度的圓板狀構件。溫度調整用基底構件103的主體構成為兼作電漿產生用內部電極。於溫度調整用基底構件103的主體的內部，形成有使He氣體、N2
氣體等冷卻介質循環的流路121。
溫度調整用基底構件103的主體與外部的高頻電源122連接。另外，於溫度調整用基底構件103的固定孔115內，經由絕緣材料123而固定有其外周被絕緣材料123圍繞的供電用端子116。供電用端子116與外部的直流電源124連接。
構成溫度調整用基底構件103的材料只要為熱傳導性、導電性、加工性優異的金屬或包含該些金屬的複合材，則並無特別限制。作為構成溫度調整用基底構件3的材料，例如適宜地使用鋁（Al）、銅（Cu）、不鏽鋼（SUS）、鈦（Ti）等。
溫度調整用基底構件103的至少暴露於電漿的面較佳為被施以耐酸鋁處理或利用聚醯亞胺系樹脂的樹脂塗敷。另外，溫度調整用基底構件103的整個面更佳為被施以所述耐酸鋁處理或樹脂塗敷。
藉由對溫度調整用基底構件103實施耐酸鋁處理或樹脂塗敷，而提高溫度調整用基底構件103的耐電漿性，並且防止異常放電。因此，提高溫度調整用基底構件103的耐電漿穩定性，並且亦可防止溫度調整用基底構件103的表面產生損傷。
[接著劑層]
接著劑層104將靜電卡盤部102與冷卻用基底部103接著一體化。
接著劑層104的厚度較佳為100 μm以上且200 μm以下，更佳為130 μm以上且170 μm以下。
若接著劑層104的厚度為所述範圍內，則可充分保持靜電卡盤部102與冷卻用基底部103之間的接著強度。另外，可充分確保靜電卡盤部102與冷卻用基底部103之間的熱傳導性。
接著劑層104例如由將矽酮系樹脂組成物加熱硬化而成的硬化體、丙烯酸樹脂、環氧樹脂等形成。
矽酮系樹脂組成物為具有矽氧烷鍵（Si-O-Si）的矽化合物，且為耐熱性、彈性優異的樹脂，因此更佳。
作為此種矽酮系樹脂組成物，特佳為熱硬化溫度為70℃～140℃的矽酮樹脂。
此處，若熱硬化溫度低於70℃，則於使靜電卡盤部102與冷卻用基底部103相向的狀態下進行接合時，於接合過程中硬化不會充分進行，因此作業性變差，故欠佳。另一方面，若熱硬化溫度超過140℃，則靜電卡盤部102與冷卻用基底部103的熱膨脹差大，靜電卡盤部102與冷卻用基底部103之間的應力增加，有時於該些之間發生剝離，故欠佳。
根據本實施方式的靜電卡盤裝置100，由於靜電卡盤構件102包含陶瓷接合體1，故可抑制於靜電卡盤構件102中發生絕緣破壞（放電）。
以下，對本實施方式的靜電卡盤裝置的製造方法進行說明。
準備以如上方式獲得的包含陶瓷接合體1的靜電卡盤構件102。
於冷卻用基底部103的一主面103a的規定區域塗佈包含矽酮系樹脂組成物的接著劑。此處，將接著劑的塗佈量進行調整以使靜電卡盤部102與冷卻用基底部103可進行接合一體化。
作為所述接著劑的塗佈方法，除了使用刮刀等手動塗佈以外，亦可列舉硬塗法、網版印刷法等。
於冷卻用基底部103的一主面103a上塗佈接著劑後，使靜電卡盤部102與塗佈有接著劑的冷卻用基底部103重合。
另外，將豎立設置的供電用端子116插入並嵌入至於冷卻用基底部103中進行穿孔而得的固定孔115。
接著，以規定的壓力將靜電卡盤部102按壓至冷卻用基底部103上，將靜電卡盤部102與冷卻用基底部103接合一體化。藉此，靜電卡盤部102與冷卻用基底部103經由接著劑層104而接合一體化。
藉此，可獲得靜電卡盤部102與冷卻用基底部103經由接著劑層104接合一體化而成的本實施方式的靜電卡盤裝置100。
再者，作為本實施方式的板狀試樣，並不限於半導體晶圓，例如亦可為液晶顯示器（liquid crystal display，LCD）、電漿顯示器（plasma display panel，PDP）、有機電致發光（electroluminescence，EL）顯示器等平板型顯示器（flat panel display，FPD）用玻璃基板等。另外，只要根據所述基板的形狀、大小來設計本實施方式的靜電卡盤裝置即可。
[實施例]
以下，藉由實施例及比較例對本發明進行進一步具體說明，但本發明並不限定於以下實施例。
[實施例1]
[陶瓷接合體的製作]
將91質量%的氧化鋁粉末與9質量%的碳化矽粉末的混合粉末成型並進行燒結，製作直徑450 mm、厚度5.0 mm的圓盤狀的包含氧化鋁-碳化矽複合燒結體的陶瓷板（第一陶瓷板、第二陶瓷板）。
對第一陶瓷板的其中一個面（與絕緣層相接的面）實施研磨加工，使第一陶瓷板的其中一個面的算術平均粗糙度（Ra）為0.2 μm。另外，對第二陶瓷板的其中一個面（與絕緣層相接的面）實施研磨加工，使第二陶瓷板的其中一個面（與絕緣層相接的面）的算術平均粗糙度（Ra）為0.2 μm。
接著，藉由網版印刷法於第一陶瓷板的其中一個面上塗佈導電層形成用膏，形成導電層塗膜，並且藉由網版印刷法於第一陶瓷板的其中一個面上塗佈絕緣層形成用膏，形成絕緣層塗膜。
作為導電層形成用膏，使用將氧化鋁粉末以及碳化鉬粉末分散於異丙醇中而成者。將導電層形成用膏中的氧化鋁粉末的含量設為25質量%，將碳化鉬粉末的含量設為25質量%。作為絕緣層形成用膏，使用將平均一次粒徑為2.0 μm的氧化鋁粉末分散於異丙醇中而成者。將絕緣層形成用膏中的氧化鋁粉末的含量設為50質量%。
接著，以實施了研削加工或研磨加工的第二陶瓷板的其中一個面與導電層塗膜及絕緣層塗膜的與和第一陶瓷板相接的面為相反側的面相接的方式積層第二陶瓷板。
接著，將包括第一陶瓷板、導電層塗膜、絕緣層塗膜及第二陶瓷板的積層體一面於氬環境下進行加熱一面沿厚度方向進行加壓。將熱處理溫度設為1700℃，將加壓力設為10 MPa，將進行熱處理及加壓的時間設為2小時。
藉由以上的步驟，獲得如圖1所示般的實施例1的陶瓷接合體。
（氣孔率的測定）
於所獲得的陶瓷接合體中，測定於第一陶瓷板與絕緣層的界面、以及第二陶瓷板與絕緣層的界面處的氣孔率。將結果示於表1。
如下述般測定於第一陶瓷板與絕緣層的界面、以及第二陶瓷板與絕緣層的界面處的氣孔率。藉由日本電子公司製造的場發射型掃描電子顯微鏡（FE-SEM）觀察第一陶瓷板、第二陶瓷板及絕緣層的厚度方向的切斷面，並藉由圖像分析軟體分析所述切斷面的圖像，計算出氣孔的面積。根據所獲得的計算結果，使用絕緣層的面積以及氣孔的面積，並按照下述式（1）計算出氣孔率（%）。
氣孔率=氣孔的面積/（絕緣層的面積+氣孔的面積）×100 （1）
（絕緣性物質的平均一次粒徑的測定）
於所獲得的陶瓷接合體中，測定構成第一陶瓷板及第二陶瓷板的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑。另外，測定構成絕緣層的絕緣性物質的平均一次粒徑（於表1中，「記為Al2
O3
粉末的平均一次粒徑」），結果為2.0 μm。進而，計算出構成絕緣層的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑相對於構成第一陶瓷板及第二陶瓷板的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑的比（於表1中，「記為Al2
O3
粉末的平均一次粒徑的比」），結果為1.3。將結果示於表1。
如下述般測定構成第一陶瓷板及第二陶瓷板的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑、以及構成絕緣層的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑。藉由日本電子公司製造的場發射型掃描電子顯微鏡（FE-SEM）觀察第一陶瓷板及第二陶瓷板的厚度方向的切斷面，藉由截距法將200個絕緣性物質的粒徑的平均設為平均一次粒徑。
（絕緣性評價）
以如下方式評價陶瓷接合體的絕緣性。
於陶瓷接合體的側面（陶瓷接合體的厚度方向的側面），以與第一陶瓷板、導電層、絕緣層及第二陶瓷板相接的方式貼附碳膠帶。
將第一陶瓷板沿其厚度方向貫穿，形成自第一陶瓷板的與和導電層相接的面為相反側的面至導電層的貫穿電極。
經由碳膠帶以及貫穿電極，對陶瓷接合體施加電壓，測定陶瓷接合體發生絕緣破壞的電壓。具體而言，於施加了3000 V的電壓的狀態下施加射頻（radio frequency，RF）電壓並保持10分鐘，然後以每次500 V逐漸地施加電壓，保持10分鐘，進行測定，將所得的電流值超過0.1 mA（毫安）的時候設為絕緣破壞。將結果示於表1。
[實施例2]
使第一陶瓷板的其中一個面及第二陶瓷板的其中一個面的算術平均粗糙度（Ra）為0.07 μm，除此以外，以與實施例1相同的方式，獲得實施例2的陶瓷接合體。
以與實施例1相同的方式，測定實施例2的陶瓷接合體的氣孔率及Al2
O3
粉末的平均一次粒徑，並評價絕緣性。將結果示於表1。
[實施例3]
使第一陶瓷板的其中一個面及第二陶瓷板的其中一個面的算術平均粗糙度（Ra）為0.01 μm，除此以外，以與實施例1相同的方式，獲得實施例3的陶瓷接合體。
以與實施例1相同的方式，測定實施例3的陶瓷接合體的氣孔率及Al2
O3
粉末的平均一次粒徑，評價絕緣性。將結果示於表1。
[實施例4]
將95.5質量%的氧化鋁粉末與4.5質量%的碳化矽粉末的混合粉末成型並進行燒結，製作直徑450 mm、厚度5.0 mm的圓盤狀的包含氧化鋁-碳化矽複合燒結體的陶瓷板（第一陶瓷板、第二陶瓷板）。
使構成絕緣層的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑為3.0 μm，使構成絕緣層的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑相對於構成第一陶瓷板及第二陶瓷板的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑的比為2.0，除此以外，以與實施例1相同的方式，獲得實施例4的陶瓷接合體。
以與實施例1相同的方式，測定實施例4的陶瓷接合體的氣孔率及Al2
O3
粉末的平均一次粒徑，評價絕緣性。將結果示於表1。
[實施例5]
使構成絕緣層的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑為3.3 μm，使構成絕緣層的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑相對於構成第一陶瓷板及第二陶瓷板的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑的比為2.2，使包括第一陶瓷板、導電層塗膜、絕緣層塗膜及第二陶瓷板的積層體的熱處理溫度為1750℃，除此以外，以與實施例4相同的方式，獲得實施例5的陶瓷接合體。
以與實施例1相同的方式，測定實施例5的陶瓷接合體的氣孔率及Al2
O3
粉末的平均一次粒徑，評價絕緣性。將結果示於表1。
[實施例6]
使構成絕緣層的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑為5.8 μm，使構成絕緣層的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑相對於構成第一陶瓷板及第二陶瓷板的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑的比為3.9，使包括第一陶瓷板、導電層塗膜、絕緣層塗膜及第二陶瓷板的積層體的熱處理溫度為1800℃，除此以外，以與實施例4相同的方式，獲得實施例6的陶瓷接合體。
以與實施例1相同的方式，測定實施例6的陶瓷接合體的氣孔率及Al2
O3
粉末的平均一次粒徑，評價絕緣性。將結果示於表1。
[比較例1]
使第一陶瓷板的其中一個面及第二陶瓷板的其中一個面的算術平均粗糙度（Ra）為0.3 μm，除此以外，以與實施例1相同的方式，獲得比較例1的陶瓷接合體。
以與實施例1相同的方式，測定比較例1的陶瓷接合體的氣孔率及Al2
O3
粉末的平均一次粒徑，評價絕緣性。將結果示於表1。
[比較例2]
使構成絕緣層的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑為1.5 μm，使構成絕緣層的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑相對於構成第一陶瓷板及第二陶瓷板的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑的比為1.0，使包括第一陶瓷板、導電層塗膜、絕緣層塗膜及第二陶瓷板的積層體的熱處理溫度為1650℃，除此以外，以與實施例1相同的方式，獲得比較例2的陶瓷接合體。
以與實施例1相同的方式，測定比較例2的陶瓷接合體的氣孔率及Al2
O3
粉末的平均一次粒徑，評價絕緣性。將結果示於表1。
[比較例3]
使構成絕緣層的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑為1.0 μm，使構成絕緣層的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑相對於構成第一陶瓷板及第二陶瓷板的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑的比為0.7，使包括第一陶瓷板、導電層塗膜、絕緣層塗膜及第二陶瓷板的積層體的熱處理溫度為1600℃，除此以外，以與實施例1相同的方式，獲得比較例3的陶瓷接合體。
以與實施例1相同的方式，測定比較例3的陶瓷接合體的氣孔率及Al2
O3
粉末的平均一次粒徑，評價絕緣性。將結果示於表1。
[表1]
| 熱處理溫度[℃] | 算術平均粗糙度（Ra）[μm] | 氣孔率[%] | Al2 O3 粉末的平均一次粒徑[μm] | Al2 O3 粉末的平均一次粒徑的比 | 絕緣耐壓[kV/mm] | |
| 實施例1 | 1700 | 0.2 | 3.0 | 2.0 | 1.3 | 8 |
| 實施例2 | 1700 | 0.07 | 2.1 | 2.0 | 1.3 | 18 |
| 實施例3 | 1700 | 0.01 | 1.0 | 2.0 | 1.3 | 19 |
| 實施例4 | 1700 | 0.2 | 3.0 | 3.0 | 2.0 | 9 |
| 實施例5 | 1750 | 0.2 | 3.0 | 3.3 | 2.2 | 18 |
| 實施例6 | 1800 | 0.2 | 3.0 | 5.8 | 3.9 | 19 |
| 比較例1 | 1700 | 0.3 | 4.5 | 2.0 | 1.3 | 4 |
| 比較例2 | 1650 | 0.2 | 3.0 | 1.5 | 1.0 | 3.5 |
| 比較例3 | 1600 | 0.2 | 3.0 | 1.0 | 0.7 | 0.5 |
根據表1的結果可知，氣孔率為4.5%（超過4%）的比較例1的陶瓷接合體的絕緣耐壓低，氣孔率為3.0%以下的實施例1～實施例6的陶瓷接合體的絕緣耐壓高。
另外，可知構成絕緣層的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑相對於構成陶瓷板的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑的比為1.0以下的比較例2及比較例3的陶瓷接合體的絕緣耐壓低。與此相對，可知構成絕緣層的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑相對於構成陶瓷板的Al2
O3
粉末的平均一次粒徑的比超過1的實施例1～實施例6的陶瓷接合體的絕緣耐壓高。
[產業上的可利用性]
本發明的陶瓷接合體於一對陶瓷板與絕緣層的界面處的氣孔率為4%以下，構成絕緣層的絕緣性物質的平均一次粒徑相對於構成陶瓷板的絕緣性物質的平均一次粒徑的比大於1。因此，為抑制於陶瓷板與導電層的接合界面處發生絕緣破壞（放電）者。因此，本發明的陶瓷接合體適宜地用於靜電夾盤裝置的靜電夾盤構件，其有用性非常大。
1:陶瓷接合體
2:陶瓷板（第一陶瓷板）
2a、3a:面
3:陶瓷板（第二陶瓷板）
4:導電層
5:絕緣層
6:氣孔
100:靜電夾盤裝置
102:靜電夾盤構件（靜電卡盤部）
103:溫度調整用基底構件（冷卻用基底部）
103a:主面
104:接著劑層
111:載置板
111a:載置面
112:支持板
113:靜電吸附用電極
114:絕緣材
115:固定孔
116:供電用端子
117:導電性接著層
118:貫穿孔
121:流路
122:高頻電源
123:絕緣材料
124:直流電源
圖1是表示本發明的一實施方式的陶瓷接合體的剖面圖。
圖2是表示本發明的一實施方式的靜電卡盤裝置的剖面圖。
1:陶瓷接合體
2:陶瓷板(第一陶瓷板)
2a、3a:面
3:陶瓷板(第二陶瓷板)
4:導電層
5:絕緣層
6:氣孔
Claims (8)
- 一種陶瓷接合體，包括：一對陶瓷板，包含導電性物質；以及導電層及絕緣層，介於一對所述陶瓷板之間，且於一對所述陶瓷板與所述絕緣層的界面處的氣孔率為4%以下，構成所述絕緣層的絕緣性物質的平均一次粒徑相對於構成所述陶瓷板的絕緣性物質的平均一次粒徑的比大於1。
- 如請求項1所述的陶瓷接合體，其中，所述導電層包含導電性物質以及絕緣性物質，並且所述絕緣層包含絕緣性物質。
- 如請求項2所述的陶瓷接合體，其中，構成所述絕緣層的絕緣性物質的平均一次粒徑為1.6μm以上且10.0μm以下。
- 如請求項1至請求項3中任一項所述的陶瓷接合體，其中，所述陶瓷板為氧化鋁與碳化矽的複合體。
- 如請求項2或請求項3所述的陶瓷接合體，其中，構成所述導電層及所述絕緣層的絕緣性物質為氧化鋁。
- 如請求項2或請求項3所述的陶瓷接合體，其中，構成所述導電層的導電性物質為選自由Mo2C、Mo、WC、W、TaC、Ta、SiC、碳黑、碳奈米管及碳奈米纖維所組成的群組中的至少一種。
- 一種靜電卡盤裝置，是將包含陶瓷的靜電卡盤構件以及包含金屬的溫度調整用基底構件經由接著劑層接合而成，其 中，所述靜電卡盤構件包含如請求項1至請求項6中任一項所述的陶瓷接合體。
- 一種陶瓷接合體的製造方法，具有以下步驟：對包含導電性物質的第一陶瓷板的其中一個面實施研削加工或研磨加工，使所述第一陶瓷板的其中一個面的算術平均粗糙度(Ra)為0.25μm以下；於實施了研削加工或研磨加工的所述第一陶瓷板的其中一個面上塗佈導電層形成用膏而形成導電層塗膜，並且塗佈絕緣層形成用膏而形成絕緣層塗膜；對包含導電性物質的第二陶瓷板的其中一個面實施研削加工或研磨加工，使所述第二陶瓷板的其中一個面的算術平均粗糙度(Ra)為0.25μm以下；以實施了研削加工或研磨加工的所述第二陶瓷板的其中一個面與所述導電層塗膜及所述絕緣層塗膜的與和所述第一陶瓷板相接的面為相反側的面相接的方式積層所述第二陶瓷板；以及將包括所述第一陶瓷板、所述導電層塗膜、所述絕緣層塗膜及所述第二陶瓷板的積層體一面進行加熱一面沿厚度方向進行加壓，其中構成所述絕緣層塗膜的絕緣性物質的平均一次粒徑相對於構成所述第一陶瓷板與所述第二陶瓷板的絕緣性物質的平均一次粒徑的比大於1。
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