CN101131955A - 带加热器的静电吸盘以及带加热器的静电吸盘的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供吸附特性、热均匀性和耐绝缘破坏性优良的带加热器的静电吸盘。带加热器的静电吸盘(1)具备由包含氧化铝的烧结体做成的基体(2)、在基体中的上侧设置的ESC电极(3)、埋在基体中的下侧而设置的电阻发热体(4)，基体由从ESC电极到基体的上表面(2a)的电介质层(21)、从ESC电极到基体的下表面(2b)的支撑部件(22)构成。支撑部件在与电介质层相接的ESC电极附近区域(22a)和比该ESC电极附近区域(22a)更下方的下方区域(22b)的碳含量不同，电介质层中的碳含量在100wtppm以下，ESC电极附近区域的碳含量在0.13wt％以下，下方区域的碳含量在0.03wt％以上，并且，该ESC电极附近区域的碳含量比下方区域的碳含量更小。电阻发热体(4)含有铌或铂。

Description

带加热器的静电吸盘以及带加热器的静电吸盘的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体器件制造工艺等中所用的带加热器的静电吸盘以及带加热器的静电吸盘的制造方法。
背景技术
原来，在制造半导体器件等时，对半导体晶片进行成膜或刻蚀等表面处理。该表面处理中保持半导体晶片的装置之一为静电吸盘(Electrostatic Chuck)。该静电吸盘具有放置并保持半导体晶片等基板的基板放置面，通过与放置在该基板放置面上的半导体晶片之间产生的静电力来保持该半导体晶片。该静电吸盘有利用库仑力作为静电力的种类。此外，作为该静电吸盘的一种，有具备加热器，可加热半导体晶片的带加热器的静电吸盘。
在库仑型带加热器的静电吸盘的代表例子中，具备由陶瓷做成的基体。在该基体的内部，设有用于在与放置在基板放置面的基板之间产生静电力的静电吸盘电极(以下称为‘ESC电极’)、以及用于加热基板的电阻发热体。此外，基体的上表面形成放置有晶片等基板的基板放置面。这样，从上述基体中的ESC电极到基板放置面的部分形成电介质层，从ESC电极到基体的下表面的部分形成支撑部件(例如，参照专利文献1)。库仑型静电吸盘是利用放置在静电吸盘的电介质层表面的基板和静电吸盘的ESC电极之间产生的静电吸附力(库仑力)来吸附基板。
在库仑型带加热器的静电吸盘中，对基体的陶瓷使用氮化铝(例如，参照上述专利文献1：特开平11-12053号公报)。
在使用氮化铝作为基体的陶瓷的原有的带加热器的静电吸盘中，由于电介质层的体积电阻率小，有可能放置在基板放置面的基板的装卸响应性差。
对此，考虑把体积电阻率和耐腐蚀性都比氮化铝高的氧化铝用作基体。在此场合，较好是对电阻发热体使用与氧化铝的热膨胀系数相近的铌(Nb)等。然而，在上述电阻发热体含有铌(Nb)的场合，会担心铌成分扩散到设有电阻发热体的支撑部件中。因该铌成分扩散，电阻发热体的电阻特性发生变化，会担心产生基板的均匀加热性发生变动的不适。
再有，在静电吸盘中，施加在ESC电极上的电压高的话，基板的吸附力变高，但库仑力所需的在静电吸盘所必要的几千伏左右的高压有可能导致绝缘破坏等。
发明内容
对此，本发明的目的是提供提高放置在基板放置面上的基板的装卸响应性，同时，施加高压来提高吸附力也不会产生绝缘破坏，并且可对基板进行均匀加热的带加热器的静电吸盘以及带加热器的静电吸盘的制造方法。
为了达到上述目的，本发明的带加热器的静电吸盘具备由包含氧化铝的烧结体做成的基体、在该基体中的上部一侧设置的ESC电极、埋在基体中的下部一侧设置的电阻发热体，其特征在于，所述基体由从ESC电极到基体的上表面的电介质层和从ESC电极到基体的下表面的支撑部件构成，所述支撑部件在与所述电介质层相接的ESC电极附近区域和比该ESC电极附近区域更下方的下方区域的碳含量不同，所述电介质层中的碳含量在100wtppm以下，所述支撑部件的所述ESC电极附近区域的碳含量在0.13wt％以下，所述支撑部件的所述下方区域的碳含量在0.03wt％以上，并且，所述电阻发热体含有铌或铂。
此外，本发明的带加热器的静电吸盘的制造方法，是具有烧结陶瓷原料形成基体的电介质层的工序、形成ESC电极的工序、烧结埋设有电阻发热体的陶瓷原料来形成支撑部件的工序的带加热器的静电吸盘的制造方法，其特征在于，形成所述支撑部件的工序包含通过在靠近静电吸盘电极一侧层叠焙烧过的陶瓷原料、在远离静电吸盘电极一侧层叠未焙烧过的陶瓷原料并成形，来调整支撑部件的烧结体的碳含量的工序。
采用本发明的带加热器的静电吸盘以及带加热器的静电吸盘的制造方法的话，由于基体的支撑部件由包含在ESC电极附近区域和下方区域碳含量不同的氧化铝的陶瓷做成，从而可以防止电阻发热体的扩散导致的加热特性的变动，同时可提高ESC电极部的耐绝缘破坏性。
附图说明
图1是表示本发明的带加热器的静电吸盘的一个实施例的俯视图。
图2是图1的A-A截面图。
图3是表示带加热器的静电吸盘的别的实施方式的基体的主要部位的截面图。
图4是表示带加热器的静电吸盘的别的实施方式的基体的主要部位的截面图。
图5是比较例的基体的主要部位的截面图。
图6是实施例的说明图。
图中：
1-带加热器的静电吸盘；2-基体；3-ESC电极；4-电阻发热体；21-电介质层；22-支撑部件；22a-ESC电极附近区域；22b-下方区域。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的带加热器的静电吸盘的实施例进行说明。
图1是表示本发明的带加热器的静电吸盘的一个实施例的俯视图，图2是图1的A-A截面图。图1以及图2所示的带加热器的静电吸盘1具有大致呈圆盘状的基体2。该基体2由以氧化铝为主要成分的陶瓷的烧结体做成。图示的静电吸盘1具备双极型的ESC电极作为ESC电极。并且，本发明的带加热器的静电吸盘并不限定于具备图示的双极型ESC电极的例子，也可以具备单极型或三极以上的ESC电极。
该基体2的上表面为放置有由静电吸盘1保持的半导体晶片等的基板放置面2a。在基体2的内部，用于产生静电力的ESC电极3与该基板放置面2a平行，并且，接近于基板放置面2a而埋设。此外，在基体2的内部，在比ESC电极3更下部的一侧，埋设有电阻发热体4。该电阻发热体将在后面详细叙述，可使用与氧化铝的热膨胀系数接近的材料如Nb。
形成有从该基体2的下表面2b朝向ESC电极3的ESC电极用连接孔2c和朝向电阻发热体4的发热体用连接孔2d。在该ESC电极用连接孔2c的底面露出由导电性材料做成的埋设在基体2内并与ESC电极3连接的连接部件5。把用于从外部供给电力的ESC电极用供电部件6插入该ESC电极用连接孔2c，通过使该ESC电极用供电部件6与连接部件5连接，而经该连接部件5与ESC电极3电连接。此外，发热体用供电部件7被插入发热体用连接孔2d，该发热体用供电部件7与在发热体用连接孔2d的底面露出的电阻发热体4电连接。
以氧化铝为主要成分的陶瓷做成的基体2从基板放置面2a到ESC电极3的区域为电介质层21，此外，从ESC电极到基体下表面2b的区域为支撑该电介质层21的支撑部件22。该电介质层21为了产生应用于保持基板的库仑力，而需要为所定体积电阻率的陶瓷。因此，本实施方式的电介质层21由尽可能少含有使体积电阻率下降的成分的碳的氧化铝，具体地说碳含量在100wtppm以下的氧化铝做成。
支撑该电介质层21的支撑部件22是以氧化铝为主要成分的材料，在包含与ESC电极3相接的区域的ESC电极附近区域22a和比该ESC电极附近区域22a更下方的区域即下方区域22b的碳含量不同。更详细地说，该静电吸盘电极附近区域的碳含量比下方区域的碳含量更少，在此条件基础之上，ESC电极附近区域22a的碳含量在0.13wt％以下，下方区域22b的碳含量在0.03wt％以上。
对该ESC电极附近区域22a以及下方区域22b的碳含量进行说明。
支撑电介质层21的支撑部件22与电介质层固定粘合而成为一体的基体2。因此，支撑部件22的材料较好是由与电介质层21种类相同的氧化铝做成。这是因为在该支撑部件22是与电介质层21种类不同的热膨胀系数不同的材料时，在电介质层21和支撑部件22的接合界面会产生热应力。
并且，在支撑部件22与电介质层21同样由尽可能不合有碳的氧化铝做成时，有可能在埋设于该支撑部件22的电阻发热体4的周围的氧化铝扩散有该电阻发热体4的铌成分，而使得电阻发热体4的电阻特性改变。对此，覆盖电阻发热体4周围的下方区域22b采用可抑制铌的扩散的含有碳的氧化铝，具体地说，采用碳含量为0.03wt％以上的氧化铝。
并且，根据发明者们的研究，为了提高ESC电极3的耐绝缘破坏性，并防止氧化铝中碳的扩散移动引起的对电介质层21的不良影响，把支撑部件22中包含与ESC电极3相接的区域的ESC电极附近区域22a的碳含量抑制到0.13wt％以下。
从上所述，本实施方式的静电吸盘1中，基体2是由包含氧化铝的陶瓷做成，碳含量在电介质层21中为100wtppm以下，在支撑部件22的ESC电极附近区域22a为0.13wt％以下，在下方区域22b为0.03wt％以上。这样，静电吸盘1的电介质层21因氧化铝的优良的体积电阻率，作为库仑型静电吸盘而具备优良的装卸特性。此外，可抑制向电阻发热体4的氧化铝的扩散，得到了稳定的电阻分布，由于产生的焦耳热均匀，从而静电吸盘1的温度控制性优良。并且，由于抑制了支撑部件22的ESC电极附近区域22a的碳含量，从而可抑制ESC电极3的绝缘破坏性，由于可施加高电压，从而具备高的吸附特性，同时可防止电弧向与静电吸盘相邻的部件等发出，静电吸盘1的可靠性进一步提高。该绝缘破坏防止、电弧防止，特别是做成对ESC电极施加高电压而提高吸附力时是很大的优点。
将电介质层21中的碳含量限定在100wtppm以下的数值是为了作为库仑型静电吸盘而具备合适的体积电阻率，电介质层21中的碳含量超过100wtppm的话，难以具备所期望的体积电阻率。本发明的静电吸盘由于电介质层的体积电阻率高，可降低在对ESC电极施加高压时残留在电介质层的电荷，抑制电压断开时的残留电荷引起的基板的吸附，可以极短的时间进行基板装卸。
使支撑部件22的ESC电极附近区域22a的碳含量在0.13wt％以下是为了抑制与ESC电极3相连接的区域的支撑部件22的碳含量，提高耐绝缘破坏特性，同时，防止因氧化铝中的碳的扩散移动而对电介质层21产生不良影响，ESC电极附近区域22a的碳含量超过0.13wt％的话，因碳的导电性，ESC电极3之间的绝缘性下降，有可能产生绝缘破坏性。更好的碳含量是在0.10wt％以下。此外，该ESC电极附近区域22a的碳含量可降低到与上述电介质层21中的碳含量相同的程度。
使支撑部件22的下方区域22b的碳含量在0.03wt％以上是为了抑制电阻发热体4的铌成分向氧化铝中的扩散，下方区域22b的碳含量不到0.03wt％则缺少抑制铌成分的扩散的效果。更好的碳含量是在0.10wt％以上。还有，至于下方区域22b的碳含量的上限，从防止体积电阻率的下降引起的漏电流的观点出发，较好是0.5wt％左右以下。
基体2的支撑部件22的ESC电极附近区域22a的厚度取决于静电吸盘1的尺寸，几mm左右的话，从抑制绝缘破坏的观点出发，是足够的厚度。此外，ESC电极附近区域22a的厚度在几mm左右以上也可。
图3以及图4分别以基体2的主要部位截面图表示使ESC电极附近区域22a的范围不同的静电吸盘的别的实施方式。
图3所示的基体2具有从基板放置面2a到ESC电极3的电介质层21，同时，作为支撑部件22，具有从ESC电极3到电阻发热体4的ESC电极附近区域22a和从电阻发热体4到下表面2b的下方区域22b。即，与图1及图2所示的实施方式相比较的话，ESC电极附近区域22a到与电阻发热体4相接的区域在区域放大这一点上不同。此外的结构都相同。因此，对与图1以及图2所示的实施方式相同的结构及其作用效果省略重复说明。
并且，在图3所示的实施方式中，通过ESC电极附近区域22a形成于从ESC电极到电阻发热体4的范围，可抑制电阻发热体4的铌成分的扩散，同时可以比图2更可靠地抑制ESC电极3的绝缘破坏。以下详细叙述该效果。ESC电极附近区域22a的氧化铝比下方区域22b的碳含量少。这样，碳含量不同的ESC电极附近区域22a和下方区域22b相接形成有支撑部件22的话，虽取决于碳浓度差和温度的程度，但因带加热器的静电吸盘制造时的高温，所以下方区域22b中含有的碳扩散到ESC电极附近区域22a。结果，在电阻发热体4周围的氧化铝中由于含有与下方区域22b的碳含量相同程度以下的碳，因而可充分地抑制电阻发热体4的铌的扩散。此外，由于ESC电极3与下方区域22b的距离比图1以及图2所示的实施方式的更大，从而碳的移动距离更长。因此，因制造带加热器的静电吸盘时的高温，即使下方区域22b中含有的碳扩散到ESC电极附近区域22a，与ESC电极3相接的部分的氧化铝的碳含量的增加也少，结果，可进一步抑制绝缘破坏。
其次，使用图4所示的基体2的主要部位截面图对静电吸盘的其它实施方式进行说明。该图4所示的基体2具有从基板放置面2a到ESC电极3的电介质层21，同时，作为支撑部件22，具有从ESC电极3超过电阻发热体4而延伸到下方的ESC电极附近区域22a和从该ESC电极附近区域22a的下端到下表面2b的下方区域22b。即，与如前所述的图1以及图2所示的实施方式以及图3所示的实施方式相比较的话，ESC电极附近区域22a在超过电阻发热体4而向下方区域扩大这一点不同。对于此外的结构都相同。因此，对于与图1、图2以及图3所示的实施方式相同的结构和其作用效果省略重复说明。
并且，在图4所示的实施方式中，通过ESC电极附近区域22a形成于从电极3超过电阻发热体4直到下方的区域，可比图3所示的实施方式更可靠地抑制ESC电极3的绝缘破坏，同时，可抑制电阻发热体4的铌成分的扩散。该效果与在图3的实施方式中已经说明过的相同。即，ESC电极附近区域22a的氧化铝比下方区域22b的碳含量更少。这样，碳含量不同的ESC电极附近区域22a和下方区域22b相接形成有支撑部件22的话，虽然取决于碳浓度差和温度的程度，因制造带加热器的静电吸盘时的高温，在下方区域22b中含有的碳扩散到ESC电极附近区域22a。结果，在电阻发热体4周围的氧化铝中由于含有与下方区域22b的碳含量相同程度以下的碳，从而可充分地抑制电阻发热体4的铌的扩散。此外，由于ESC电极3和下方区域22b的距离比图3所示的实施方式更大，所以碳的移动距离变长。因此，因制造带加热器的静电吸盘时的高温，在下方区域22b中含有的碳即使扩散到ESC电极附近区域22a，与ESC电极3相连的部分的氧化铝的碳含量的增加也少，结果，可进一步抑制绝缘破坏。
为了与图1-图4所示的实施方式比较，图5用基体200的主要部位截面图表示静电吸盘的比较例。图5所示的基体200具有从基板放置面2a到ESC电极3的电介质层201，同时，具有与该ESC电极3相连的支撑部件202。该支撑部件202由以0.03wt％以上的量含有碳的氧化铝做成，碳可抑制在电阻发热体4中含有的铌成分的扩散。即，图5所示的静电吸盘的支撑部件202与本发明的静电吸盘相比较的话，在没有碳含量不同的2个区域这一点上不同。
图5所示的比较例中ESC电极3周围的耐绝缘破坏特性在实用上足够。但是，由于在与该ESC电极3相接的支撑部件202的氧化铝中含有的碳降低支撑部件202的体积电阻率，所以特别在施加高压的场合，ESC电极附近的耐绝缘破坏特性与本发明的静电吸盘的基体相比较差。
在图1-图4所示的各实施方式中，埋设在基体2中的电阻发热体4含有铌或铂。铌或铂是热膨胀系数与氧化铝相近的材料。因此，通过使电阻发热体4含有铌或铂，含有氧化铝的基体2和电阻发热体4的热膨胀系数差变小。因此，在电阻发热体4发热时，可大幅减少在该电阻发热体4和其周围的基体2之间产生的热变形。由于铂是昂贵的材料，实用上较好是用铌做电阻发热体4。
电阻发热体4例如也可以是通过涂抹含有铌的原料膏等形成的平面状的电阻发热体。并且，线圈状的电阻发热体更好。通过电阻发热体4做成由含有铌的原料线材成型的线圈状的电阻发热体，由于在基体2内电阻发热体4三维地发热，所以能够比平面状的电阻发热体进一步提高基板加热的面内均匀性。此外，线圈状的电阻发热体由于通过均质的线材的加工来制造，所以带加热器的静电吸盘的每批次的发热特性的变动小。此外，通过使线圈间距等局部地变动，能够容易调整在基板放置面上的温度分布。再有，能够比平面状的电阻发热体的密合性更高。
ESC电极3较好是含有碳化钨(WC)和10％以上的氧化铝。通过使ESC电极以碳化钨为主要成分，由于ESC电极物质向氧化铝中的扩散极少，从而能够提高在ESC电极附近的氧化铝的体积电阻率。这样，施加高电压时的绝缘特性得到提高，并且伴随着电介质层的高电阻，可提高被吸附的基板的装卸特性。此外，通过使该ESC电极包含10％以上的氧化铝，ESC电极3部分的密着性得到提高。ESC电极中所含的氧化铝的含有量的上限，从把ESC电极的电阻减小到不妨碍高频电流的程度的观点出发，较好是在30wt％左右以下。
ESC电极3例如可使用把含有所定量的氧化铝和碳化钨的混合粉末的印刷膏印刷成网眼状、梳状、涡旋状等平面状。还有，ESC电极可以是单极或双极，更多极也能够很好地应用于本发明。特别是在双极以及多极ESC电极时，本发明更好地发挥作用。
其次，对本发明的带加热器的静电吸盘的制造方法的一个例子进行说明。还有，以下所述的带加热器的静电吸盘的制造方法代表性地以图1以及图2所示的实施方式的例子来进行说明。此外，制造时，以把该图2的上下反过来的位置关系进行加工工序。即，制作基体2的电介质层21，在该电介质层21上形成ESC电极3，从该ESC电极3之上形成支撑部件。
(电介质层的制作)
首先，制作电介质层21。该电介质层21如上所述由碳含量在100wtppm以下的氧化铝做成。
作为陶瓷原料粉，使用高纯度(例如99.7％)的氧化铝粉末和作为烧结助剂的MgO原料粉。在这些陶瓷原料粉中添加作为粘接剂的聚乙烯醇(PVA)、水以及分散剂等，在滚筒筛中混合所定时间(例如，16小时)，制作原料浆液。把所得到的原料浆液使用喷雾干燥器进行喷雾干燥，然后，进行焙烧。该焙烧是例如在500℃在空气中保持5个小时的处理，得到除去了粘接剂的氧化铝造粒粉。由于在粘接剂中含有碳，从而通过粘接剂的除去，可把电介质层11的碳含量减少到100wtppm以下。
其次，在模具中填充上述氧化铝造粒粉，以所定压力进行压印成型，制作氧化铝成型体。接着，把该氧化铝成型体放置在碳制的烧盆中，用热压印烧结法烧结。烧结是在施加了所定压力的状态并且通过在氮气环境中进行，得到氧化铝烧结体。
其次，对上述氧化铝烧结体进行研削加工，制作所定大小(例如，Φ340mm，厚6mm)的圆盘。此时，通过对圆盘的表面以及背面之中的一个面进行研削加工得到平滑面。
(ESC电极的制作)
把作为ESC电极3的材料的碳化钨粉和10wt％以上的氧化铝粉以及粘接剂混合来制作印刷膏，通过利用丝网印刷法把该印刷膏涂沫到上述氧化铝烧结体的平滑面上，并使之干燥，形成ESC电极3。
(支撑部件的ESC电极附近区域的形成)
把形成有该ESC电极3的氧化铝烧结体放置在模具内，通过进行焙烧填充减少了碳含量的氧化铝造粒粉，在所定压力下进行压印成型。这样，形成图2所示的支撑部件22的ESC电极附近区域22a。
(下方区域的上侧的形成)
其次，在该模具内，在上述ESC电极附近区域22a的氧化铝成型体上不进行预烧填充碳含量在0.03wt％以上的氧化铝造粒粉，在所定压力下进行压印成型。这样，形成图2所示的支撑部件22的下方区域22b，即比电阻发热体4更上侧范围的下方区域22b。
(线圈的配置)
其次，在在模具内成型的下方区域22b(比电阻发热体4更上侧)的氧化铝成型体上放置网眼状、片状或线圈状的铌的电阻发热体4。并且，在该电阻发热体上的所定位置放置用于与供电部件连接的接合部件。
(下方区域的下侧的形成)
其次，在氧化铝成型体、电阻发热体4以及接合部件上不进行预烧就填充碳含量在0.03wt％以上的氧化铝造粒粉，在所定压力下加压，进行压印成型。这样，形成图2所示的支撑部件22的下方区域22b，即比电阻发热体4更下侧范围的下方区域22b。
以上那样，就制作了作为基体2的氧化铝成型体。
其次，把成为上述基体2的氧化铝成型体放置于碳制烧盆中，用热压印成型法等进行烧结。烧结是在所定的单轴加压压力下并且在氮气环境中进行，通过在高温中保持所定时间来进行(即，热压印烧结)。然后，用金刚石磨石对经过了两次烧结工序的氧化铝烧结体(即，电介质层)的表面进行平面研削加工，调整氧化铝烧结体的厚度。并且，研削氧化铝烧结体的侧面，同时，通过进行必要的钻孔加工、供电部件6、7的安装，完成带加热器的静电吸盘1。
在上述制造方法的一个例子中，基体2的ESC电极附近区域22a的碳含量的调整是通过焙烧氧化铝造粒粉来进行的。此外，基体2的下方区域22b的碳含量的调整是通过调整添加在陶瓷原料粉中的粘接剂的量来进行的。并且，ESC电极附近区域22a的碳含量和下方区域22b的碳含量的调整并不限定于上述方法。例如，可使用混合了进行焙烧而减少了碳含量的氧化铝造粒粉和不进行焙烧而残留有粘接剂(碳)的氧化铝造粒粉的粉，通过该混合粉的混合比例来调整碳含量。此外，把通过焙烧减少了碳含量的氧化铝造粒粉填充在对基体进行成型的模具内，接着把没进行焙烧而残留有粘接剂(碳)的氧化铝造粒粉填充在模具内后，进行热压印，利用该热压印时的粘接剂的扩散，也可调整ESC电极附近区域22a和下方区域22b的碳含量。
实施例
在以下所述的实施例中，为了调整基体的氧化铝中的碳含量而准备了两种氧化铝造粒粉。一个是焙烧了的氧化铝造粒粉，另一个是未焙烧的造粒粉。
前者焙烧了的氧化铝造粒粉使用纯度99.7％的氧化铝粉末(颗粒半径1μm)和烧结助剂MgO原料粉作为陶瓷原料粉末。还有，使陶瓷原料粉中的MgO的含有量为0.04％。在该陶瓷原料粉中添加作为粘接剂的聚乙烯醇(PVA)(陶瓷原料比2wt％)、水以及分散剂，在滚筒筛中混合16小时，制作了浆液。把所得到的浆液用喷雾干燥器喷雾干燥，然后，500℃下保持5个小时，去除粘接剂制作了平均80μm的造粒颗粒。
后者未焙烧的氧化铝造粒粉使用纯度99.7％的氧化铝粉末(颗粒半径1μm)和烧结助剂MgO原料粉作为陶瓷原料粉末。还有，使陶瓷原料粉中的MgO的含有量为0.04％。在该陶瓷原料粉中添加作为粘接剂的聚乙烯醇(PVA)(陶瓷原料比2wt％)、水以及分散剂，在滚筒筛中混合16小时，制作了浆液。把所得到的浆液用喷雾干燥器喷雾干燥，制作了未焙烧的氧化铝造粒粉。
(实施例1)
实施例1是基体2的ESC电极附近区域的下端在比电阻发热体更上方，电阻发热体的周围为下方区域而成的例子，相当于图1所示的实施方式。
首先，制作了成为电介质层的氧化铝烧结体。为此，使用纯度99.7％的氧化铝粉末(颗粒半径1μm)和烧结助剂MgO原料粉作为陶瓷原料粉末。还有，使陶瓷原料粉中的MgO的含量为0.04wt％。在该陶瓷原料粉中添加作为粘接剂的聚乙烯醇(PVA)、水以及分散剂，在滚筒筛中混合16小时，制作了浆液。把所得到的浆液用喷雾干燥器喷雾干燥，然后，在500℃保持5个小时，除去粘接剂，制作了平均约80μm的造粒颗粒。在模具中填充该氧化铝颗粒，以200kg/cm2的压力进行压印成型。接着，把该成型体放入碳制的烧盆，用热压印烧结法进行烧结。烧结是在100kg/cm2的加压下，并且在氮加压环境(150KPa)下进行，以300℃/h的速率升温，在1600℃保持2小时，得到相当于电介质层的部分的氧化铝烧结体。
对该氧化铝烧结体进行研削加工，制作Φ300mm、厚6mm的圆盘。此时，通过对一个面进行研削加工，得到表面粗燥度Ra在0.8μm以下的平滑面。
其次，在氧化铝烧结体上形成ESC电极。为了形成该ESC电极，把WC和氧化铝(含量20％)、作为粘接剂的松油醇进行混合，制作印刷膏，用丝网印刷法在上述氧化铝烧结体的平滑面上形成Φ290mm、厚10μm的ESC电极，并使之干燥。
其次，为了做成成为ESC电极附近区域22a的部分，在模具上放置形成有上述印刷ESC电极的氧化铝烧结体，填充焙烧过的氧化铝造粒粉，以200kg/cm2的压力进行压印成型。
其次，为了做成成为下方区域的一部分的部分，在模具内压印成型了的上述烧结过的氧化铝成型体上填充未烧结的氧化铝造粒粉，以200kg/cm2的压力进行压印成型。
在所得到的下方区域的一部分的氧化铝成型体上放置线圈状的铌的电阻发热体(线径Φ0.5mm，卷径Φ3.0mm)。并且，把电阻发热体插入直径4.0mm的球状的铌接合部件的通孔，铌接合部件也放置在成型体上。
然后，为了做成成为下方区域的残余部分的部分，在氧化铝成型体、电阻发热体、粘接部件上填充未烧结的氧化铝造粒粉，以200kg/cm2的压力加压，进行压印成型。通过以上工序，做成成为基体2的氧化铝成型体。
接着，把该成型体放在碳制烧盆中，用热压印烧结法进行烧结。烧结是在100kg/cm2的压力下，氮气加压环境(150kPa)进行，以300℃/h的速率升温，在1600℃保持2小时。这样，得到埋设了ESC电极和电阻发热体的烧结体。
此后，用金刚石磨石对经过了2次烧结工序的氧化铝烧结体表面进行平面研削加工，使氧化铝烧结体的厚度，即从埋设的ESC电极到表面的厚度为0.3mm。并且，研削烧结体的侧面，同时，进行必要的钻孔加工和端子的安装，完成静电吸盘。
(实施例2)
实施例2是基体2的ESC电极附近区域22a的下端与电阻发热体相接的例子，相当于图3所示的实施方式。
首先，制作成为电介质层的氧化铝烧结体，在该氧化铝烧结体上形成ESC电极。氧化铝烧结体的制作条件以及ESC电极的形成条件与实施例1相同。
然后，为了制作成为ESC电极附近区域22a的部分，在模具上放置形成有上述印刷ESC电极的氧化铝烧结体，填充烧结过的氧化铝造粒粉，以200kg/cm2的压力进行压印成型。
在所得到的成为ESC电极附近区域22a的部分的氧化铝成型体上放置线圈状的铌的电阻发热体以及铌接合部件。铌的电阻发热体以及铌接合部件与实施例1相同。
然后，为了做成成为下方区域的部分，在氧化铝成型体、电阻发热体、粘接部件上填充未烧结的氧化铝造粒粉，以200kg/cm2的压力加压，进行压印成型。通过以上工序，做成成为基体2的氧化铝成型体。
接着，把该成型体放在碳制烧盆中，用热压印烧结法进行烧结。烧结条件与实施例1相同。这样，得到埋设了ESC电极和电阻发热体的烧结体。
此后，用金刚石磨石对经过了2次烧结工序的氧化铝烧结体表面进行平面研削加工，使氧化铝烧结体的厚度，即从埋设的ESC电极到表面的厚度为0.3mm。并且，研削烧结体的侧面，同时，进行必要的钻孔加工和端子的安装，完成静电吸盘。
(实施例3)(实施例4)
实施例3以及实施例4是基体2的ESC电极附近区域的下端在比电阻发热体4更下方的例子，相当于图4所示的实施方式。该实施例3以及实施例4在基体的ESC电极附近区域22a的碳含量不同。
<实施例3、4>
首先，与实施例1同样，制作成为电介质层的氧化铝烧结体。
然后，为了做成成为ESC电极附近区域22a一部分的部分，在模具上放置形成有上述印刷ESC电极的氧化铝烧结体，填充焙烧过的氧化铝造粒粉，以200kg/cm2的压力进行压印成型。
其次，在所得到的氧化铝成型体上放置线圈状的铌的电阻发热体以及铌结合部件。铌的电阻发热体以及铌结合部件与实施例1以及实施例2相同。
然后，为了做成成为ESC电极附近区域22a的剩余部分的部分，在氧化铝成型体、电阻发热体、粘接部件上填充焙烧过的氧化铝造粒粉，以200kg/cm2的压力进行压印成型。在实施例3中，填充焙烧过的氧化铝造粒粉使得从电阻发热体的厚度方向中心的厚度为1.5mm。在实施例4中，填充焙烧过的氧化铝造粒粉使得厚度为4.5mm。
然后，为了做成成为下方区域的部分，在所得到的氧化铝成型体上填充未烧结的氧化铝造粒粉使得整体的厚度为20mm，以200kg/cm2的压力进行压印成型。通过以上工序，做成成为基体2的氧化铝成型体。
接着，把该成型体放在碳制烧盆中，用热压印烧结法烧结。烧结条件与实施例1以及实施例2相同。这样，得到埋设了ESC电极和电阻发热体的烧结体。
此后，用金刚石磨石对经过了2次烧结工序的氧化铝烧结体表面进行平面研削加工，使氧化铝烧结体的厚度，即从埋设的ESC电极到表面的厚度为0.3mm。并且，研削烧结体的侧面，同时，进行必要的钻孔加工和端子的安装，完成静电吸盘。
(比较例1)(比较例2)
比较例1以及比较例2是基体2的支撑部件22没有碳含量高的区域的例子。该比较例1以及比较例2中ESC电极的材料不同。
首先，与实施例1同样，制作成为电介质层的氧化铝烧结体。
其次，在氧化铝烧结体上形成ESC电极。为了形成该ESC电极，在比较例1中把WC粉末和氧化铝(含有量20％)，在比较例2中将W粉末，分别与作为粘接剂的松油醇混合，制作印刷膏，利用丝网印刷法在氧化铝烧结体的平滑面上形成Φ290mm、厚10μm的ESC电极，并使之干燥。
然后，为了做成成为支撑部件一部分的部分，在模具上放置形成有上述印刷ESC电极的氧化铝烧结体，填充焙烧过的氧化铝造粒粉，以200kg/cm2的压力进行压印成型。
其次，在所得到的氧化铝成型体上放置线圈状的铌的电阻发热体以及铌结合部件。铌的电阻发热体以及铌结合部件与实施例1-4相同。
然后，为了做成成为支撑部件的剩余部分的部分，在氧化铝成型体、电阻发热体、粘接部件上填充焙烧过的氧化铝造粒粉，以200kg/cm2的压力进行压印成型。通过以上工序，做成成为基体2的氧化铝烧结体。
接着，把该成型体放在碳制烧盆中，用热压印烧结法进行烧结。烧结条件与实施例1-4相同。这样，得到埋设了ESC电极和电阻发热体的烧结体。
此后，用金刚石磨石对经过了2次烧结工序的氧化铝烧结体表面进行平面研削加工，使氧化铝烧结体的厚度，即从埋设的ESC电极到表面的厚度为0.3mm。并且，研削烧结体的侧面，同时，进行必要的钻孔加工和端子的安装，完成静电吸盘。
(比较例3)(比较例4)(比较例5)
比较例3-5是基体2的支撑部件22是由从与ESC电极相接的上端直到作为基体下表面的下端碳含量多的氧化铝做成的例子。比较例3、比较例4和比较例5中ESC电极的材料以及基体中的碳含量不同。
<比较例3、4、5>
首先，与实施例1同样，制作成为电介质层的氧化铝烧结体。
其次，在氧化铝烧结体上形成ESC电极。为了形成该ESC电极，在比较例3中用W粉末、在比较例4以及5中用WC粉末和氧化铝(含量20％)，分别与作为粘接剂的松油醇混合，制作印刷膏，利用丝网印刷法在氧化铝烧结体的平滑面上形成Φ290mm、厚10μm的ESC电极，并使之干燥。
然后，为了做成成为支撑部件一部分的部分，在模具上放置形成有上述印刷ESC电极的氧化铝烧结体，在比较例3以及4中填充未焙烧的氧化铝造粒粉，在比较例5中填充以5∶1混合未焙烧的氧化铝造粒粉和焙烧过的氧化铝造粒粉的粉体，分别以200kg/cm2的压力进行压印成型。
在所得到的氧化铝成型体上放置线圈状的铌的电阻发热体以及铌结合部件。铌的电阻发热体以及铌结合部件与实施例1-4以及比较例1-2相同。
然后，为了做成成为支撑部件的剩余部分的部分，在氧化铝成型体、电阻发热体、粘接部件上，在比较例3以及4中填充未焙烧的氧化铝造粒粉，在比较例5中填充以5∶1混合未焙烧的氧化铝造粒粉和焙烧过的氧化铝造粒粉的粉体，分别以200kg/cm2的压力进行压印成型。
接着，把该成型体放在碳制烧盆中，用热压印烧结法进行烧结。烧结条件与实施例1-4以及比较例1-2相同。这样，得到埋设了ESC电极和电阻发热体的烧结体。
此后，用金刚石磨石对经过了2次烧结工序的氧化铝烧结体表面进行平面研削加工，使氧化铝烧结体的厚度，即从埋设的ESC电极到表面的厚度为0.3mm。并且，研削烧结体的侧面，同时，进行必要的钻孔加工和端子的安装，完成静电吸盘。
(比较例6)
比较例6是从基体2的上表面到下表面由碳含量多的氧化铝做成的例子。
<比较例6>
首先，制作成为电介质层的氧化铝烧结体。为此，使用纯度99.7％的氧化铝粉末(颗粒半径1μm)和烧结助剂MgO原料粉作为陶瓷原料粉末。还有，使陶瓷原料粉中的MgO的含量为0.04wt％。在该陶瓷原料粉中添加作为粘接剂的聚乙烯醇(PVA)、水以及分散剂，在滚筒筛中混合16小时，制作了浆液。把所得到的浆液用喷雾干燥器喷雾干燥，制作了颗粒。即，不进行除去粘接剂的加热处理。
在模具中填充该氧化铝颗粒，以200kg/cm2的压力进行压印成型。接着，把该成型体放入碳制的烧盆，用热压印烧结法进行烧结。烧结是在100kg/cm2的加压下，并且在氮加压环境(150KPa)下进行，以300℃/h的速率升温，在1600℃保持2小时，得到相当于电介质层的部分的氧化铝烧结体。
其次，对该氧化铝烧结体进行研削加工，制作Φ300mm、厚6mm的圆盘。此时，通过对一个面进行研削加工，得到表面粗燥度Ra在0.8μm以下的平滑面。
其次，在氧化铝烧结体上形成ESC电极。为了形成该ESC电极，把WC和氧化铝(含量20％)、作为粘接剂的松油醇进行混合，制作印刷膏，用丝网印刷法在上述氧化铝烧结体的平滑面上形成Φ290mm、厚10μm的ESC电极，并使之干燥。
然后，为了做成成为支撑部件的一部分的部分，在模具上放置形成有上述印刷ESC电极的氧化铝烧结体，填充未焙烧的氧化铝造粒粉，以200kg/cm2的压力进行压印成型。
在所得到的下方区域的一部分的氧化铝成型体上放置线圈状的铌的电阻发热体以及铌接合部件。该铌的电阻发热体以及铌接合部件与实施例1-4、比较例1-5相同。
然后，为了做成成为支撑部件的剩余部分的部分，在氧化铝成型体、电阻发热体、粘接部件上填充未烧结的氧化铝造粒粉，以200kg/cm2的压力加压，进行压印成型。
接着，把该成型体放在碳制烧盆中，用热压印烧结法进行烧结。烧结条件与实施例1-4以及比较例1-5相同。这样，得到埋设了ESC电极和电阻发热体的烧结体。
此后，用金刚石磨石对经过了2次烧结工序的氧化铝烧结体表面进行平面研削加工，使氧化铝烧结体的厚度，即从埋设的ESC电极到表面的厚度为0.3mm。并且，研削烧结体的侧面，同时，进行必要的钻孔加工和端子的安装，完成静电吸盘。
表1表示这些实施例1-4、比较例1-6的静电吸盘的部件构成以及C量。此外，表1中还一并表示这些静电吸盘的ESC电极间的耐绝缘破坏性、电阻发热体周围铌扩散的有无、加热器电阻值以及热均匀性的结果。还有，表1中对于基体的陶瓷的结构是与图6所示的基体截面图所示的区域对应，#1是电介质层21，#2是与ESC电极3相接的区域(ESC电极附近区域)，#3是从ESC电极附近区域与电阻发热体4的上半部相接的区域，#4是电阻发热体4的下半部附近的区域，#5是从#4到下表面的区域。对于这些#1-#5的各区域，在表1中对陶瓷原料粉使用了焙烧过的氧化铝造粒粉的例子记为‘白’，使用未焙烧的氧化铝粉的例子记为‘黑’。
表1
实施例   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   比较例1   比较例2   比较例3   比较例4   比较例5   比较例6
结构     #1   白 白 白 白 白 白   白   白   白 黑
    #2   黑   黑   黑
    #3 黑
    #4   黑
    #5   黑   黑
电介质层   原料浆液中的粘接剂量     [wt％]   2   2   2   2   2   2   2   2   2   2
  烧结体中的碳含量     [ppm]   ＜100ppm   ＜100ppm   ＜100ppm   ＜100ppm   ＜100ppm   ＜100ppm   ＜100ppm   ＜100ppm   ＜100ppm   0.2
  体积电阻率     23℃ [Ω·cm]   ＞1e17   ＞1e17   ＞1e17   ＞1e17   ＞1e17   ＞1e17   ＞1e17   ＞1e17   ＞1e17   9E+16
200℃ 1E+16 2E+16 8E+15 1E+16 9E+16 2E+16 1E+16 9E+15 2E+16 1E+13
基体   ESC电极附近的碳含量 [wt％]   0.13   0.10   0.04   0.01   ＜100ppm   ＜100ppm   0.18   0.18   0.15   0.22
电阻发热体附近的碳含量 0.20 0.15 0.10 0.03 ＜100ppm ＜100ppm 0.20 0.19 0.15 0.21
ESC电极材料   WC+Al2O320％   WC+Al2O320％   WC+Al2O320％   WC+Al2O320％   WC+Al2O320％   W   W   WC+Al2O320％   WC+Al2O320％   WC+Al2O320％
  结果   极间绝缘破坏@6KV   无   无   无   无   无   绝缘破坏   绝缘破坏   绝缘破坏   绝缘破坏   绝缘破坏
  Nb线圈扩散   无   无   无   无   有   有   无   无   无   无
加热器阻抗值(设计值8Ω) [Ω] 8 8 8 8 12 10 8 8 8 8
  热均匀性(设计值3℃)     [℃]   3   3   3   3   10   8   3   3   3   3
从表1可知，实施例1-4中与基体的支撑部件相当的#2-#5的区域在ESC电极附近区域(#2)和比它更下方的区域的碳含量不同。结果，由于ESC电极附近区域的碳含量低，ESC电极间的绝缘破坏即使施加6kV的电压也不会产生。此外，由于铌线圈周围的碳含量高，从而不产生铌线圈的扩散，加热器电阻值为设计值，热均匀性也优良。此外，由于ESC电极由碳化钨以及氧化铝做成，所以ESC电极部分的密合性优良。
相对于此，比较例1以及比较例2由于基体的电介质层以及支撑部件的碳含量都低，所以铌线圈周围的氧化铝中扩散进了铌，加热器电阻值比设计值高，同时，热均匀性也差。
此外，比较例3-5由于基体的支撑部件区域(#2-5)的碳含量高，所以铌扩散得到抑制，ESC电极部的耐绝缘破坏特性比实施例差。
比较例6由于基体的电介质层以及支撑部件的碳含量都高，所以虽然铌的扩散不会产生，但电介质层的体积电阻率作为库仑型静电吸盘是不足够的，装卸特性差，并且，因施加高压而产生绝缘破坏。还有，从比较例1和比较例2的比较可知，在本发明中，通过使用WC和氧化铝的混合电极作为ESC电极的材料，向ESC电极材料的周围氧化铝的扩散得到抑制，并且可提高耐绝缘破坏特性。

Claims (3)

1.一种带加热器的静电吸盘，具备由包含氧化铝的烧结体构成的基体、在该基体中的上部一侧设置的静电吸盘电极、在基体中的下部一侧埋入设置的电阻发热体，所述基体由从静电吸盘电极到基体上表面的电介质层、从静电吸盘电极到基体下表面的支撑部件构成，其特征在于，
所述支撑部件在与所述电介质层相接的静电吸盘电极附近区域和比该静电吸盘电极附近区域更下方的下方区域的碳含量不同，
所述电介质层中的碳含量在100wtppm以下，
所述支撑部件的所述静电吸盘电极附近区域的碳含量在0.13wt％以下，
所述支撑部件的所述下方区域的碳含量在0.03wt％以上，并且，所述静电吸盘电极附近区域的碳含量比所述下方区域的碳含量更小，
所述电阻发热体含有铌或铂。
2.根据权利要求1所述的带加热器的静电吸盘，其特征在于，
所述静电吸盘电极包含10wt％以上的氧化铝和碳化钨。
3.一种带加热器的静电吸盘的制造方法，具有烧结陶瓷原料而形成基体的电介质层的工序、形成静电吸盘电极的工序、烧结埋设有电阻发热体的陶瓷原料来形成支撑部件的工序，其特征在于，
形成所述支撑部件的工序包含通过在靠近静电吸盘电极一侧层叠成形焙烧过的陶瓷原料，并在远离静电吸盘电极一侧层叠成形未焙烧的陶瓷原料，从而调整支撑部件的烧结体的碳含量的工序。
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