JP4008401B2 - 基板載置台の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板載置台に関し、特にセラミックス基体と冷却部材とを接合させた構造を有する基板載置台の製造方法に関する。

従来、半導体プロセスにおいては、セラミックスヒータや静電チャック等、半導体ウエハを載置する種々の基板載置台が使用されている。
例えば、セラミックスヒータや静電チャックは、ウエハの形状に応じた円盤状のセラミックス基体中に線状、板状、または膜状の電極を埋設したものであり、基板温度を所定温度に設定するため、あるいはクーロン力やジョンソン・ラーベック力により、ウエハを基板載置台上に吸着固定するために使用される。

一方、最近、半導体エッチングプロセス等では、エッチング選択比とエッチング形状のアスペクト比をより改善する目的等のため、ウエハを冷却しながらエッチングを行う、いわゆる低温エッチングプロセスが提案されている。この他にも、種々の薄膜加工や、あるいは基板の特性評価において、ウエハの冷却を必要とする工程が増えてきている。また、高温でのプロセスで使用される場合でも、より短時間に基板温度を室温に戻すため、基板載置台に冷却機能を付帯することが望まれている。

このようなニーズに対応するため、セラミックスと金属とのコンポジット材料（複合材）からなるベース基体をヒートシンクとして使用し、ろう材を用いて基板載置台であるセラミックス体にろう付け接合した基板載置台が提案されている（特許文献）。コンポジット材は、金属部材に比較し低い熱膨張係数を得ることができるとともに、加工性も良好である。
特開平１１−１６３１０９号公報、段落[００１７]等。

しかしながら、コンポジット材は、多孔質セラミックスに金属を充填したものであり、その構造上均質なものを製造することが困難である。したがって、場所により、熱膨張係数、熱伝導率、融点、強度等にばらつきが生じやすい。このため、ろう付けによりセラミックス基体と接合後、その接合部には応力が残留し、基板載置面の反り、熱伝導性の不均一等が発生するおそれがある。

このように、コンポジット材の特性のばらつきは、基板載置台上に載置された半導体ウエハの面内方向での均熱性を低下させ、半導体プロセスの歩留まりを低下させる要因ともなる。

また、従来のセラミックス基体とコンポジット材からなる冷却部材との接合では、ろう付けが使用されていたが、ろう材を液相線温度より高い温度条件にして完全に溶融状態とした後に冷却する。この溶融後の冷却時にろう材が大きく収縮するため、ろう付け部に「引け巣」と呼ばれる孔（ポア）が残り易い。ポア部は接合に寄与しないため、セラミックス基体及びコンポジット材の実質的な接合部の面積が、接合すべき界面全体の面積より狭くなる。したがって、ポアを低減し、実質的な接合面積を広げることが望まれる。または、引け巣の存在は、熱伝導性や強度の面内方向でのばらつきをより悪化させる要因ともなる。

本発明は、上述する従来の課題に鑑みてなされたものであり、セラミックス基体とセラミックスとアルミニウムとのコンポジット材からなる冷却部材との接合構造を有する基板載置台において、コンポジット材の特性ばらつきに起因する不良発生を効果的に防止し、良好な接合強度と均熱性を確保できる基板載置台の製造方法を提供することである。

本発明の基板載置台の製造方法の特徴は、ｉ）一方の面に基板載置面を持つ板状のセラミックス基体と、アルミニウムとセラミックスのコンポジット材で形成された板状の冷却部材とを準備する工程と、ii）セラミックス基体と冷却部材との間にアルミニウム合金層を含む接合材を挿入し、アルミニウム合金層の固相線温度Ｔ_S℃以下、（Ｔ_S−３０）℃以上の加熱条件で、かつセラミックス基体及び冷却部材との接合面に対し略垂直方向に圧力をかけ、接合後のアルミニウム合金層の厚みが５０μｍ以上２００μｍ以下となるように、セラミックス基体と冷却部材とを接合材を介して接合する工程とを有することである。

上記本発明の基板載置台の製造方法の特徴によれば、セラミックス基体と冷却部材であるコンポジット材を、Ａｌ合金層を含む接合層により、溶融をさせることなく主に機械的な圧接方法を用いて接合させるため、溶融固化に伴うポアの発生をなくし、良好な接着強度を得ることができる。また、この接合方法によれば、ろう付け接合では得られないＡｌ合金層の厚みを確保することができる。なお、Ａｌ合金層の厚みを５０μｍ以上２００μｍ以下とすることにより、接合部のセラミックス基体に残る残留応力を効果的に低減し、コンポジット材の特性ばらつきを緩和できる。したがって、残留応力による基板設置面のそりを防止し、基板と基板設置面との密着性を改善し、基板の均熱性を高めることができる。

なお、より効果的に接合部に残る残留応力を低減するためには、上記アルミニウム合金層の厚みを１００μｍ以上１５０μｍ以下とすることが好ましい。
また、上記接合層は、第１のアルミニウム合金層と、第２のアルミニウム合金層と、第１及び第２のアルミニウム合金層の間に挟持された金属板とを有してもよい。この金属板としては、熱膨張係数の小さいモリブデン、タングステン、あるいはコバールを使用することが好ましい。

このように、二つのアルミニウム合金層の間に膨張係数の小さい金属板を挟持する場合は、コンポジット材の熱膨張係数などの物性のバラツキがあった場合でも、金属板を挟むことによりコンポジット材とセラミックス基体との熱膨張差を緩和できるため、セラミックス基体のそりや破壊を防止できる。

上記セラミックス基体としては、例えば、窒化アルミニウム、炭化珪素、アルミナ、窒化珪素、及びサイアロンのいずれかのセラミックスを使用してもよい。
上記コンポジット材としては、窒化アルミニウム、炭化珪素、アルミナ、窒化珪素、及びサイアロンのいずれかのセラミックスとアルミニウムのコンポジット材を使用してもよい。

なお、セラミックス基体が窒化アルミニウムを主成分とする場合は、冷却部材としては、炭化珪素とアルミニウムとのコンポジット材を使用することが好ましい。この場合、セラミックス基体と冷却部材との熱膨張係を好適に合わせることができる。

上記セラミックス基体は、線状、膜状もしくは板状の電極を埋設しており、それらの電極が少なくとも静電チャック、ヒータ、高周波プラズマ発生用電極の少なくともいずれかの機能を有することが好ましい。

なお、本発明の基板載置台の製造方法において、接合時に接合面に対し略垂直方向にかける圧力は、４．９ＭＰａ以上１９．６ＭＰａ以下とすることがより好ましい。

以上に説明するように、本発明の基板載置台の製造方法によれば、セラミックス基体とコンポジット材からなる冷却部材とを接合する接合層が、接合欠陥の少ない良好な接合を得ることができるとともに、所定の接合層の厚みにより、残留応力、及び、コンポジット材の特性ばらつきを軽減するため、基板載置面におけるそりを低減できる。したがって、載置された基板は、高い均熱性を得ることができ、半導体プロセスの歩留まりを大幅に向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る基板載置台は、ウエハ載置面を有するセラミックス基体と、セラミックスとアルミニウムとのコンポジット材からなる冷却部材とを有し、セラミックス基体と冷却部材との間に、アルミニウム合金層を含む接合層を備えたものであるが、特に、セラミックス基体、接合層、及び冷却部材を機械的に圧接接合したものであり、アルミニウム合金層の厚みを従来のろう付け接合層より厚い、５０μｍ以上２００μｍ以下としたことを主たる特徴とする。

本実施の形態に係る基板載置台のセラミックス基体は、少なくとも各種ウエハの載置面を有するものであり、セラミックス基体中に膜状、板状、線状の電極を埋設したものの他、電極を埋設しないものも含む。電極を埋設したセラミックス基体は、セラミックスヒータ、静電チャック、ヒータ付静電チャック、高周波プラズマ発生用電極等の機能を有する。また、冷却部材はヒートシンク機能を有するものであればよく、内部に冷媒の流通路を備えたもののみならず、流通路を備えないもの、コンポジット材に隣接する外部に冷媒用パイプやヒートシンクを備えたものでもよい。

（基板載置台の構造）
図１は、本実施の形態に係る基板載置台の構造例を示す装置断面図である。ここでは、セラミックス基体１０が静電チャック機能を有する基板載置台１を例示する。基板載置台１は静電チャック２と冷却部材３から構成される。セラミックス基体１０は、固定するウエハの大きさ、形状にあわせて、例えばφ８０〜φ３００ｍｍの円盤形状を有し、板状の電極１２を埋設している。なお、電極１２からは端子（図示せず）が外部に引き出されている。電極１２に近接する一方の面が、ウエハ吸着面、即ち基板載置面に相当し、例えば図１に示すように、ウエハ４０は、オーバハングする形態で、ウエハ面積よりやや小さい面積を持つ基板載置面上に吸着固定される。

電極１２としては、例えばＭｏやＷ等の高融点金属が使用でき、その形態に特に限定はなく、金網（メッシュ）等のバルク金属からなる電極のほか、ペースト状の金属を印刷し、乾燥、焼成により形成した膜状電極を使用することもできる。なお、埋設電極として金属バルク体電極を使用する場合は、電極１２を高周波プラズマ発生用電極としても使用することができるため、プラズマエッチングや高周波スパッタおよびプラズマＣＶＤ等に使用する場合は、特に好ましい。なお、電極形状は、一体型の電極に限らず、双極電極等、複数に分割されたものでもよい。

セラミックス基体１０としては、種々のセラミックス材が使用できる。例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の酸化物セラミックス、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、サイアロン等の窒化セラミックス、炭化珪素（ＳｉＣ）等の炭化セラミックスを例示できる。なお、これらの材料の中でも窒化アルミニウムは、耐食性が良好であり、熱伝導性が高いため好適に使用できる。

冷却部材３は、セラミックスとアルミニウムのコンポジット材３０で形成されている。冷却部材３には、必要に応じて冷却機能を高めるために冷媒流路３５を備えてもよい。コンポジット材３０は、多孔質セラミックス体中に金属が充填されたコンポジット材であり、熱膨張係数をセラミックス基体に近づけることができるため、セラミックス基体１０との接合後にそりや接合部での剥がれが生じにくい。また、加工性も良好なため、冷媒流路３５を具備させる場合の加工負担が少ない。さらに、金属が充填されているため、セラミックス単体より高い熱伝導度を示し、効率的にセラミックス基体１０を冷却できる。

コンポジット材３０を構成するセラミックス材としては、特に限定はなく、セラミックス基体１０と同質または異質の多孔質セラミックス材料を使用できる。例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン等を用いることができる。一方、多孔質セラミックス材料に充填する金属としては、耐腐食性が高く、充填性の良いものが好ましく、例えばＡｌもしくはＡｌとＳｉとの合金を好ましく使用できる。

例えば、窒化アルミニウム材料の熱膨張係数が約４．５ppm／Ｋであるのに対し、Ａｌの熱膨張係数は２６ppm／Ｋであるが、窒化アルミニウムとＡｌとのコンポジット材の熱膨張係数は約７〜１０ppm／Ｋであり、炭化珪素とＡｌとのコンポジット材の熱膨張係数は４〜７ppm／Ｋである。よって、セラミックス基体１０として窒化アルミニウムを使用し、コンポジット材として、炭化珪素とＡｌとのコンポジット材を用いる場合は、両者の熱膨張差をかなり小さくできるため、熱膨張係数の相違に起因する接合部での残留応力の発生を低減できる。

本実施の形態に係る接合層２０は、セラミックス基体１０とコンポジット材３０（冷却部材３）との間にＡｌ合金シートを挟み、Ａｌ合金シートをその固相線温度以上液相線温度以下に加熱し、接合面に対し略垂直方向に加圧することで、接合層を介してセラミックス基体とコンポジット材とを接合させたものである。機械的圧接方法による接合であるため、Ａｌ合金シートは溶融状態にはならない。よって、ろう付けを用いた場合のような引け巣（ポア）は生じず、引け巣による接合欠陥の発生を防止し、実質的に広い接合面積を確保できる。

一方、本願発明者等は、本実施の形態に係る基板載置台の構造において、接合層と接合部に残る残留応力との関係を検討した結果、Ａｌ合金層の厚みが一定範囲内にある場合に、接合部に残る残留応力を効果的に低減できることを見出した。すなわち従来のろう付け法を用いた場合より基板載置台のそりを軽減し、少なくとも基板載置面の平面度を１００μｍ以下にするためには、コンポジット材の熱膨張係数のばらつきをも考慮すると、Ａｌ合金層の厚みを約５０μｍ以上約２００μｍ以下とすることが好ましく、さらに、基板載置面の平面度を１００μｍ以下にし、基板の均熱性を高めるためには、Ａｌ合金層の厚みを約１００μｍ以上約１５０μｍ以下とすることが好ましい。

なお、従来のろう付け接合方法を使用したのでは、Ａｌ合金が溶融により流れるため、せいぜい１０μｍ程度のＡｌ合金層しか作製することはできない。しかし、上述するような本実施の形態に係る機械的な圧接方法を用いる場合は、約５０μｍ以上約２００μｍ以下のＡｌ合金層を形成することができる。

また、Ａｌ合金層が５０μｍ以上の厚みを持つ場合は、コンポジット材３０に面内方向で熱伝導率のばらつきが存在しても、Ａｌ合金層が面内方向に高い熱伝導率を有するため、コンポジット材の熱伝導率のばらつきを抑えることができる。また、Ａｌ合金層が５０μｍ以上の厚みを有する場合は、Ａｌ合金層の塑性変形能によりＡｌ合金層の強度ばらつきを低減することもできる。

さらに、Ａｌ合金層は、アルミニウムを主成分とするが、セラミックス基体１０への濡れ性を改善するため、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、又はハフニウムからなる群から少なくとも１種以上の金属を添加することが好ましい。なお、これらの添加金属は、多すぎると耐食性が悪化するため、０．３ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下とすることが好ましい。

また、Ａｌ合金層に、さらに珪素または硼素を添加することによって、液相線温度を降下させてもよい。珪素または硼素の添加量は、耐食性の悪化を防止するため、２０ｗｔ％以下、より好ましくは１〜１２ｗｔ％以下とする。

図２に、本発明の実施の形態の別の態様の基板載置台の構造例を示す。ここでは、セラミックス基体１０とコンポジット材３０とを接合するための接合層２０として、二つのＡｌ合金層２１、２２の間に低熱膨張係数の金属板を挟んだ三層構造の積層体を使用している。このような金属板としては、例えばモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）及びコバール等が挙げられる。このように接合層の間に金属板を挟むと、仮にコンポジット材に製造条件のバラツキに由来する熱膨張率のバラツキがあったとしても、その影響を軽減できる。

なお、基板載置台のそりを防止するためには、セラミックス基体と金属板とが、熱膨張係数がほぼ近似していることが好ましい。したがって、セラミックス基体として窒化アルミニウムを使用する場合は、金属板としてＭｏを使用することが好ましく、セラミックス基体として炭化珪素を使用する場合は、金属板としてＷを使用することが好ましく、さらに、セラミックス基体としてアルミナを使用する場合は、金属板としてコバールを使用することが好ましい。

（基板載置台の製造方法）
次に、本実施の形態に係る基板載置台の製造方法について説明する。まず、セラミックス基体と冷却部材をそれぞれ作製する。

セラミックス基体を作製するには、窒化アルミニウム等のセラミックス原料紛とイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）、シリカ（ＳｉＯ₂）又はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の焼結助剤原料紛を所定の配合比で調合し、ポットミルあるいはボールミル等を用いて混合する。混合は湿式、乾式いずれでもよく、湿式を用いた場合は、混合後乾燥を行い、原料混合紛を得る。この後、原料混合紛をそのまま、若しくはバインダを加えて造粒したものを用いて成形を行い、例えば円盤状の成形体を得る。成形方法は限定されず、種々の方法を用いることができる。例えば、金型成形法、ＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing）法、スリップキャスト法等の方法を用いることができる。さらに、得られた成型体を、ホットプレス法もしくは常圧焼結法等を用いて、窒化アルミニウムの場合は約１７００℃〜約１９００℃、アルミナの場合は約１６００℃、サイアロンの場合は約１７００℃〜約１８００℃、炭化珪素の場合は約２０００℃〜約２２００℃で焼成して、焼結体を作製する。

なお、静電チャックやヒータを作製する場合は、成形工程において、所定の電極を埋設する。例えば静電チャックの場合は、金属バルク体からなる穴明きの面状の電極、より好ましくは、メッシュ（金網）状電極を原料紛中に埋設するとよい。また、ヒータを作製する場合は、静電チャックと同様に、コイル状、スパイラル状等の所定形状に加工した金属バルク体を埋設する。いずれの電極も、例えばモリブデンやタングステン等の高融点金属を使用することが好ましい。

また、静電チャックの電極として、ペースト状の金属を印刷し、乾燥、焼成により形成した膜状電極を使用することもできる。この場合は、成形工程で、例えば円盤状のグリーンシートを２枚作製し、その一方の表面にペースト状の金属電極を印刷し、この印刷電極を挟んで、もう一方のグリーンシートを積層し、グリーンシート積層体を作製し、このグリーンシート積層体を、焼成してもよい。静電チャックやヒータのように、セラミックス基体内部に埋設電極を有する場合は、焼成後、焼結体に埋設電極から電極引き出し端子用の孔加工を施す。

冷却部材となるコンポジット材は、市販のものを購入することも可能であるが、作製する場合には、まず多孔質セラミックス体を作製する。セラミックス粉末を成形した後、通常よりやや低い焼成温度で焼成することにより例えば気孔率１０％〜７０％の多孔質セラミックスを作製する。この多孔質セラミックスに、溶融Ａｌを流し込み、多孔質セラミックスに溶融Ａｌを含浸させる。こうして得られたコンポジット材を冷却部材として使用するため、所定形状に加工する。

次に、セラミックス基体とコンポジット材との接合を行う。この接合工程では、約５０μｍ〜２００μｍ厚みのＡｌ合金シートをセラミックス基体とコンポジット材との間に挿入する。その後、１３．３Pa（０．１Torr）以下の真空中でＡｌ合金シートを、アルミニウム合金の固相線温度Ｔ_S℃以下、（Ｔ_S−３０）℃以上の加熱条件で加熱する。接合時の温度条件を上記範囲内に設定することにより、Ａｌ合金シートが溶融することなく、ほぼ初期の厚みを維持した状態で、主に機械的圧接による接合を行うことができる。例えば、Ａｌ合金層として、Ｓｉを１０wt%、Ｍｇを１．５wt%含むＡｌ合金を用いる場合は、Ａｌ合金の固相線温度Ｔ_Sが５６０℃であるため、接合時の加熱条件は５００℃〜５６０℃、より好ましくは５３０℃〜５５０℃に設定する。

温度がほぼ安定したところで、接合面に略垂直な一軸方向に加圧を行う。加圧荷重は、４．９ＭＰａ〜１９．６ＭＰａ（５０〜２００kgｆ/cm²）とする。固液状態のＡｌ合金は、上記加圧荷重をかけることにより、セラミックス基体とコンポジット材とに強固に接合される。

この接合工程において、Ａｌ合金シートは溶融状態にならないため、溶融後の固化で生じる引け巣（ポア）がなく、実質的な接合面積をろう付けの場合に較べ広げることができる。したがって、接合層の接着強度を改善できる。また、上述する接合方法では、Ａｌ合金シートの厚みを接合後もほぼ維持することができるため、５０μｍ以上の厚い接合層を形成できる。なお、接合前に接合面となるセラミックス基体に、予め金属薄膜等を形成してもよい。

図２に示すような金属板をＡｌ合金層で挟んだ三層構造の接合層を作製する場合は、Ａｌ合金シートをセラミックス基体とコンポジット材との間に挿入するかわりに、二つのＡｌ合金シートとその間に金属板を挿入すればよい。この場合は、各Ａｌ合金シートの厚みを約５０μｍ〜２００μｍ、より好ましくは１００μｍ〜１５０μｍとする。また、金属板としてはＭｏ等を使用し、その厚みは５０μｍ〜５００μｍとする。

以上に説明するように、本実施の形態に係る基板載置台及びその製造方法によれば、セラミックス基体と冷却部材とを強固に接合することができるとともに、冷却部材を構成するコンポジット材に特性ばらつきがあった場合でも、接合層の厚みがその緩衝材となり、面内方向における各種特性のばらつきを緩和するため、そりが少なく、均熱性の高い基板載置台を提供できる。

以下、本発明の実施例および比較例について説明する。
（実施例１〜３）
まず、静電チャック機能を持つセラミックス基体を作製した。すなわち、還元窒化法によって得られた窒化アルミニウム粉末に、アクリル系樹脂バインダを添加し、噴霧造粒法により造粒顆粒を作製した。この造粒顆粒を金型を用いて、一軸加圧成形を行った。なお、この成形に際して、成形体中に板状のメッシュ電極であるＭｏバルク電極を埋設させた。この成形体をホットプレス焼成し、一体焼結品を作製した。なお、ホットプレス時の圧力は２００ｋｇ/ｃｍ^２とし、焼成時は、最高温度である１９００℃まで１０℃/時間の昇温速度で温度を上昇させ、この最高温度条件を１時間保持した。こうして、Φ２００ｍｍ、厚み１０ｍｍの円盤状窒化アルミニウムセラミックス基体を作製した。なお、焼成後のセラミックス基体には、中心軸から半径９０ｍｍの円弧上の３箇所に外径Φ５ｍｍの貫通穴を形成した。

コンポジット材は、粒径５０μｍ〜１００μｍの炭化珪素（ＳｉＣ）粒子を一軸プレスを用いて成形した後、この成形体を窒素雰囲気中、１９００℃〜２２００℃の温度条件で焼成を行った。こうして、気孔率約３０％の多孔質のＳｉＣ焼結体を得た。このＳｉＣ焼結体に、溶融したアルミニウム（Ａｌ）合金を含浸させ、ＡｌとＳｉＣとの容積比が３０：７０のコンポジット材を得た。このコンポジット材を外径Φ２３０ｍｍ、厚み２０ｍｍの円盤状に加工し、さらに、穴あけ加工により、セラミックス基体と同じ位置にΦ５ｍｍの貫通穴を設けた。

Ｓｉを１０wt%、Ｍｇを１．５wt%含むＡｌ合金（以下、「Al-10Si-1.5Mg」と示す）からなる厚み１２０μｍのＡｌ合金シートをセラミックス基体の接合面形状に合わせて、外径Φ２００ｍｍに切り抜き加工するとともに、貫通穴部分も同様に切り抜いた。切り抜き加工後のＡｌ合金シートをセラミックス基体とコンポジット材の間に挿入し、１×１０^-4Torr（１．３３×１０^-2Pa）、１００kg/cm²（９．８×１０⁶Pa）の条件で接合を行った。なお、実施例１については接合時の温度を５５０℃、実施例２については接合時の温度を５３５℃、実施例３については５５５℃とした。いずれもこれらの温度条件は、Ａｌ合金の固相線温度（Ｔ_ｓ）５６０℃以下、固相線温度（Ｔ_ｓ）−３０℃以上であった。

（比較例１）
セラミックス基体とコンポジット材との接合温度を、Ａｌ合金の液相線温度より９℃高い６００℃とした。すなわち、ろう付けによる接合をおこなった。それ以外の条件は、実施例１〜３と同様な条件を用いた。

（比較例２）
比較例１と同様に、セラミックス基体とコンポジット材との接合温度を、Ａｌ合金の液相線温度より９℃高い６００℃とした。ただし、セラミックス基体の接合面へのＡｌ合金の濡れ性を改善するため、予め接合面にＴｉ層をスパッタ法により形成し、その後接合を行った。これ以外の条件は実施例１〜３と同様の条件を用いた。

（比較例３）
比較例２と同様に、セラミックス基体の接合面へのＡｌ合金の濡れ性を改善するため、予め接合面にＴｉ層をスパッタ法により形成し、その後６００℃で、接合を行った。ただし、接合時のプレス荷重を、１/１００、すなわち１kg/cm²（９．８×１０^４Pa）とし、Ａｌ合金の薄層化の防止を試みた。これ以外の条件は実施例１〜３と同様の条件を用いた。

（比較例４）
接合層材料として、Ａｌ合金ペースト（ＪＩＳＡＣ９Ｂ）を使用した。また、接合時の温度は、Ａｌ合金粉ペーストの液相線温度５７０℃より高い６００℃とし、接合時のプレス荷重は１kg/cm²（９．８×１０^４Pa）とした。それ以外の条件は、実施例１〜３と同様な条件を用いた。

（比較例５）
Ｍｏ板を、実施例１のコンポジット材と同じ形状に加工し、冷却部材として使用した。それ以外の条件は実施例１と同様な条件を用いた。

（評価）
各実施例、比較例の基板載置台について、接合後のａ）接合層の厚み、ｂ）基板載置台のそり、ｃ）接合面における欠陥面積、及びｄ）接合部のシール性について評価した。

基板載置台のそりの度合いは、基板吸着面の平面度として評価した。この平面度は三次元測定器を用いて測定した。接合面における欠陥面積は、超音波探傷装置を用いてセラミックス基板と接合層の界面における欠陥面積を測定した。さらに接合部のシール性については、３箇所の貫通穴にＨｅを流し、接合部外周囲へのＨｅのリーク量をＨｅリークディテクタを用いて測定する方法で評価を行った。

実施例1〜３において、Ａｌ合金層の厚みは接合後も接合前とほぼ変わらず、約１２０μｍの厚みを維持できたが、比較例１〜３では、接合面へのＴｉスパッタによる濡れ性の改善、接合時のプレス荷重の低減にもかかわらず、Ａｌ合金層は溶融化し接合部周囲に流れ出し、接合後は５μｍ〜１０μｍの厚みとなった。

比較例４の場合は、Ａｌ合金層に代えてＪＩＳ−ＡＣ９Ｂを用いたが、接合時の温度を液相線温度以上の条件としたため、接合後の接合層の厚みは１０μｍ程度しか得られなかった。

また、比較例１〜４では、いずれも接合面に引け巣によるポアが残り、この部分が接合欠陥部となったため、実施例１〜３に較べ、接合欠陥面積率がかなり高くなった。比較例１は、接合そのものができなかった。比較例２〜４においては、セラミックス基体と冷却部材との接合はできたものの、接合部のシール性が悪く、貫通穴に供給したＨｅは接合層周囲からかなりの量がリークした。

比較例１〜４では、接合層が、コンポジット材の特性ばらつきを緩衝できず、基板載置台の基板載置面にそりを生じた。また、比較例５では、冷却部材としてコンポジット材の代わりにＭｏ材を使用したが、このように金属材を冷却部材として使用する場合には、セラミックス基体と金属材との間で、熱膨張係数の違いで生じる応力を接合層により十分低減できないため、基板載置台にそりが生じた。

一方、実施例１〜３においては、接合欠陥が少なくシール性の高い良好な接合を得るとともに、接合層が応力の緩衝材として機能するため、基板載置台のそりが軽減され、平面度を４０μｍ〜５０μｍと小さくできた。

以上、実施の形態および実施例に沿って本発明の基板載置台、及び、その製造方法について説明したが、本発明は、これらの実施の形態および実施例の記載に限定されるものでない。種々の改良および変更が可能なことは当業者には明らかである。上記実施の形態及び実施例は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含されるものとする。

本発明の実施の形態に係る基板載置台の構造を示す装置断面図である。 本発明の実施の形態の別の態様による基板載置台の構造を示す装置断面図である。

符号の説明

１・・・基板載置台
２・・・静電チャック
３・・・冷却部材
１０・・・セラミックス基体
１２・・・電極
２０・・・接合層
２１，２２・・・Ａｌ合金層
２５・・・金属板
３０・・・コンポジット材
３５・・・冷媒流路
４０・・・ウエハ

Claims (5)

1. 一方の面に基板載置面を持つ、窒化アルミニウムを主成分とする板状のセラミックス基体と、炭化珪素とアルミニウムとのコンポジット材で形成された板状の冷却部材とを準備する工程と、
   前記セラミックス基体と前記冷却部材との間にＳｉ及びＭｇを含有するアルミニウム合金層を含む接合材を挿入し、前記接合材の固相線温度Ｔ_S℃以下、（Ｔ_S−３０）℃以上の加熱条件で、前記セラミックス基体及び前記冷却部材との接合面に対し略垂直方向に４．９ＭＰａ以上１９．６ＭＰａ以下の圧力をかけ、接合後の前記アルミニウム合金層の厚みが５０μｍ以上２００μｍ以下となるように、前記セラミックス基体と前記冷却部材とを前記接合材を介して接合する工程と
   を有することを特徴とする基板載置台の製造方法。
2. 接合後の前記アルミニウム合金層の厚みを１００μｍ以上１５０μｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の基板載置台の製造方法。
3. 前記接合材は、第１のアルミニウム合金層と、第２のアルミニウム合金層と、前記第１
   及び第２のアルミニウム合金層の間に挟持された、金属板とを有する積層体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板載置台の製造方法。
4. 前記金属板は、モリブデン、タングステン、及びコバールからなる群から選択されるいずれかの金属であることを特徴とする請求項１に記載の基板載置台の製造方法。
5. 前記セラミックス基体は、膜状、板状もしくは線状の電極を埋設しており、少なくとも前記電極は、静電チャック、ヒータ、もしくは高周波プラズマ発生用電極として機能することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板載置台の製造方法。

Images