JP2001313332A - Electrostatic attraction device and semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents

Electrostatic attraction device and semiconductor manufacturing apparatus

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JP2001313332A
JP2001313332A JP2000130996A JP2000130996A JP2001313332A JP 2001313332 A JP2001313332 A JP 2001313332A JP 2000130996 A JP2000130996 A JP 2000130996A JP 2000130996 A JP2000130996 A JP 2000130996A JP 2001313332 A JP2001313332 A JP 2001313332A
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JP
Japan
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dielectric
electrode
base
electrostatic attraction
electrostatic
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Hirohisa Sechi
啓久 瀬知
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Kyocera Corp
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Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic attraction device that suppresses changes in the dimensions of a wafer due to changes in the temperature, and can be used for precision machining by using a low-thermal-expansion material for a dielectric corresponding to the attraction surface of the wafer, and a device for manufacturing a semiconductor using the electrostatic attraction device. SOLUTION: At least an attraction surface 4, a dielectric 2, and an electrode 1 are provided. The attraction surface attracts a substance 5 to be attracted. The dielectric 2 has a thermal coefficient of expansion that is equal to 1.0×10-6/ deg.C or lower at 10 to 40 deg.C. The electrode 1 is provided on a surface opposite to the attraction surface 4 of the dielectric 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、静電吸着装置、特
に軽量、低熱膨張、耐食性、耐プラズマ性に優れ、主に
半導体装置や液晶装置などの製造工程における半導体ウ
エハの処理または搬送時における半導体ウエハの固定に
使用される静電吸着装置及びそれを用いた半導体製造装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic attraction device, and more particularly to a light weight, low thermal expansion, excellent corrosion and plasma resistance, and is mainly used for processing or transporting a semiconductor wafer in a manufacturing process of a semiconductor device or a liquid crystal device. The present invention relates to an electrostatic chuck used for fixing a semiconductor wafer and a semiconductor manufacturing apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来技術】従来、半導体製造工程において、半導体ウ
エハ(以下、ウエハと称す)に微細加工を施すためのエ
ッチング工程や、薄膜を形成するための成膜工程、又は
フォトレジストを行うための露光処理工程等において、
ウエハを保持するために静電的に吸着する静電吸着装置
が使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor manufacturing process, an etching process for performing fine processing on a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a wafer), a film forming process for forming a thin film, or an exposure process for performing a photoresist. In the process etc.
2. Description of the Related Art In order to hold a wafer, an electrostatic attraction device that electrostatically attracts a wafer is used.

【0003】この静電吸着装置は、吸着面にウエハを載
置して吸着用電極とウエハとの間に電圧を印加すること
で誘電分極によるクーロン力やジョンソン・ラーベック
力等の静電気力を発現させてウエハを吸着保持するもの
である。ここで、クーロン力は、誘電体を構成する材質
の誘電率に依存し、ジョンソン・ラーベック力は、誘電
体を構成する材質の体積固有抵抗値に依存する。
In this electrostatic chuck, a wafer is mounted on a chucking surface and a voltage is applied between the chucking electrode and the wafer to generate an electrostatic force such as Coulomb force or Johnson-Rahbek force due to dielectric polarization. Then, the wafer is suction-held. Here, the Coulomb force depends on the dielectric constant of the material forming the dielectric, and the Johnson-Rahbek force depends on the volume resistivity of the material forming the dielectric.

【0004】具体的には、誘電体の体積固有抵抗値が1
13Ω・mより大きい時の吸着力はクーロン力により支
配され、誘電体の体積固有抵抗値が低下するにしたがっ
てジョンソン・ラーベック力が発現し、誘電体の体積固
有抵抗値が1010Ω・m以下になると吸着力はクーロン
力に比べて大きな吸着力が得られるジョンソン・ラーベ
ック力により支配されることが知られている。
[0004] Specifically, the volume resistivity of the dielectric is 1
Attraction force greater than 0 13 Ω · m is governed by Coulomb force, and Johnson-Rahbek force develops as the volume resistivity of the dielectric decreases, and the volume resistivity of the dielectric is 10 10 Ω · m. It is known that the adsorbing force is governed by the Johnson-Rahbek force, which is larger than the Coulomb force, when the adsorbing force is less than m.

【0005】この種の静電吸着装置としては、静電吸着
用の電極板上にアルミナ、サファイア、窒化アルミニウ
ムなどからなる誘電体を形成したもの(例えば、特開平
11−54603号公報参照。)が提案されている。
[0005] As this kind of electrostatic attraction device, a dielectric made of alumina, sapphire, aluminum nitride or the like is formed on an electrode plate for electrostatic attraction (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-54603). Has been proposed.

【0006】また、近年、半導体素子における集積回路
の集積度が向上し、半導体製造工程に過酷な条件が負荷
されるに伴って、吸着面を構成する誘電体には、工程中
の温度変化に対して寸法変動の少ないウエハ固定治具が
望まれるようになっている。特に、露光工程においては
1℃の温度変化によって発生するわずかな寸法変化が製
造の歩留まりに大きな影響を及ぼし、装置精度として1
0nmおよびそれ以下が要求され、ウエハの静電吸着装
置にも低熱膨張材料が望まれている。
In recent years, as the degree of integration of an integrated circuit in a semiconductor device has been improved and severe conditions have been applied to the semiconductor manufacturing process, the dielectric material constituting the suction surface has been subjected to temperature changes during the process. On the other hand, a wafer fixing jig with less dimensional fluctuation has been demanded. Particularly, in the exposure step, a slight dimensional change caused by a temperature change of 1 ° C. has a great effect on the manufacturing yield, and the apparatus accuracy is 1
A thickness of 0 nm or less is required, and a low thermal expansion material is also desired for an electrostatic chuck device for a wafer.

【0007】コージェライトは代表的な低熱膨張材料で
あり、特公平6−97675号公報には、静電吸着装置
の基部にコージェライトを使用することが開示されてい
る。すなわち、図3に示すように、コージェライトなど
のセラミックスからなる基部21上に電極22、誘電体
23が順次設けられ、誘電体23上にウエハ24が搭載
される。また、基部21と、電極22と、誘電体23と
が積層体25を形成している。
[0007] Cordierite is a typical low thermal expansion material, and Japanese Patent Publication No. 6-97675 discloses the use of cordierite for the base of an electrostatic chuck. That is, as shown in FIG. 3, an electrode 22 and a dielectric 23 are sequentially provided on a base 21 made of ceramics such as cordierite, and a wafer 24 is mounted on the dielectric 23. The base 21, the electrode 22, and the dielectric 23 form a laminate 25.

【0008】そして、誘電体23がアルミナを主体とす
るセラミックスであり、その熱膨張係数は、コージェラ
イトとの熱膨張係数の数100倍にも達するため、温度
変化により誘電体23のみが大きく変形するために、ウ
エハ吸着面がゆがんで平坦度が低下したり、誘電体23
と基部21との間、電極22と基部21との間、または
電極22と誘電体23との間に大きな応力が発生してい
た。
The dielectric 23 is a ceramic mainly composed of alumina, and its thermal expansion coefficient is several hundred times larger than that of cordierite. Therefore, only the dielectric 23 is greatly deformed by a temperature change. For this reason, the wafer suction surface is distorted and the flatness is reduced,
A large stress was generated between the electrode 22 and the base 21, between the electrode 22 and the base 21, or between the electrode 22 and the dielectric 23.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
6−97675号公報によれば、基部21としてコージ
ェライトを使用するものの、誘電体23にはアルミナを
主体とするセラミックスが用いられており、室内の温度
変化による静電吸着装置の寸法変化が大きくなってしま
うという問題があった。
However, according to Japanese Patent Publication No. 6-97675, although cordierite is used as the base 21, ceramics mainly composed of alumina are used for the dielectric 23, and the indoor However, there is a problem that the dimensional change of the electrostatic attraction device due to the temperature change becomes large.

【0010】また、室内の温度を例えば0.1℃以下に
一定に厳密に制御しようとすると、温度変化を嫌うため
に人間の存在自体が問題となり、無人で自動処理設備が
必要になって多大な投資が必要になったり、余分な空調
設備や制御機器の購入・維持により製品コストが高くな
るということが発生する。
Further, if the room temperature is strictly controlled to a constant value of, for example, 0.1 ° C. or less, the existence of human beings becomes a problem because the temperature change is disliked, and unmanned automatic processing equipment is required. Investment and the purchase and maintenance of extra air-conditioning equipment and control equipment increase product costs.

【0011】したがって、本発明は、ウエハの吸着面に
相当する誘電体に低熱膨張材料を用いることにより、温
度変化によるウエハの寸法変化を抑制し、精密加工にも
使用を可能とする静電吸着装置を提供することを目的と
する。
Therefore, the present invention suppresses a dimensional change of a wafer due to a temperature change by using a low thermal expansion material for a dielectric material corresponding to a suction surface of a wafer, and makes it possible to use it for precision processing. It is intended to provide a device.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、熱膨張係数を
有する部材で構成されており、温度変化に対して変形が
少なく、精密加工が可能になるという知見に基づくもの
である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is based on the finding that it is made of a member having a coefficient of thermal expansion, has a small deformation with respect to a change in temperature, and enables precision machining.

【0013】すなわち、本発明の静電吸着装置は、少な
くとも、被吸着物を吸着するための吸着面を有し、10
〜40℃における熱膨張係数が1.0×10-6/℃以下
である誘電体と、該誘電体の吸着面と反対の面に電極と
を具備していることを特徴とするもので、これにより、
温度変化によるウエハの寸法変化を抑制することが可能
とする静電吸着装置が得られる。
That is, the electrostatic suction device of the present invention has at least a suction surface for suctioning an object to be suctioned,
A dielectric material having a thermal expansion coefficient of 1.0 × 10 −6 / ° C. or less at 〜40 ° C. or less, and an electrode on a surface opposite to an adsorption surface of the dielectric material, This allows
An electrostatic chuck capable of suppressing a change in the size of a wafer due to a change in temperature is obtained.

【0014】特に、本発明の静電吸着装置が、少なくと
も基部と、該基部上に設けられた電極と、該電極を覆う
ように前記基部上に設けられた誘電体とを具備している
ことが好ましい。これにより、耐食性、安全性および安
定性に優れた静電吸着装置を実現することができる。
In particular, the electrostatic chuck of the present invention includes at least a base, an electrode provided on the base, and a dielectric provided on the base so as to cover the electrode. Is preferred. As a result, it is possible to realize an electrostatic attraction device excellent in corrosion resistance, safety and stability.

【0015】また、本発明の静電吸着装置は、基部と誘
電体との熱膨張係数の差が、2.5×10-6/℃以下で
あることが好ましい。これにより、基部と電極と誘電体
とのそれぞれの界面に発生する応力を低減でき、より安
定した静電吸着装置が得られる。
Further, in the electrostatic chuck according to the present invention, it is preferable that the difference between the thermal expansion coefficients of the base and the dielectric is 2.5 × 10 −6 / ° C. or less. Thereby, the stress generated at each interface between the base, the electrode, and the dielectric can be reduced, and a more stable electrostatic adsorption device can be obtained.

【0016】さらに、基部と誘電体とが同一材料であ
り、電極を介して一体となって形成されたことが好まし
い。これにより、基部と電極と誘電体とのそれぞれの界
面に発生する応力を低減でき、より安定した静電吸着装
置が得られる。
Further, it is preferable that the base and the dielectric are made of the same material, and are integrally formed with an electrode interposed therebetween. Thereby, the stress generated at each interface between the base, the electrode, and the dielectric can be reduced, and a more stable electrostatic adsorption device can be obtained.

【0017】また、誘電体の体積固有抵抗値が50℃に
おいて106〜1010Ωmであることが好ましい。これ
により、大きな吸着力で被着物を保持することができ、
温度変化による被着物の変形を最小限に抑えることがで
きる。
It is preferable that the dielectric material has a volume resistivity of 10 6 to 10 10 Ωm at 50 ° C. Thereby, the adherend can be held with a large suction force,
Deformation of the adherend due to temperature change can be minimized.

【0018】さらにまた、誘電体がコージェライトを主
成分とすることが好適である。これにより、該誘電体の
10〜40℃における熱膨張係数が1.0×10-6/℃
以下にでき、かつ低熱膨張材料としては強度が高いた
め、寿命を延ばすことができる。
Further, it is preferable that the dielectric contains cordierite as a main component. Thereby, the coefficient of thermal expansion at 10 to 40 ° C. of the dielectric is 1.0 × 10 −6 / ° C.
It is possible to extend the life of the low thermal expansion material because the strength is high.

【0019】また、誘電体が希土類元素を酸化物換算で
1〜20重量%含有することが好ましい。希土類元素の
含有により、誘電体の焼成時の緻密化温度幅が拡大し、
97%以上の緻密体を容易に得ることが可能となる。
Preferably, the dielectric contains 1 to 20% by weight of a rare earth element in terms of oxide. The inclusion of rare earth elements increases the densification temperature range during firing of the dielectric,
A dense body of 97% or more can be easily obtained.

【0020】さらにまた、誘電体がカーボンを0.05
〜2重量%含有することが好ましい。これにより、コー
ジェライトの体積固有抵抗を50℃において106〜1
10Ωmにすることができる。
Further, the dielectric material may be composed of 0.05% of carbon.
Preferably, it is contained in an amount of up to 2% by weight. Thereby, the volume resistivity of cordierite is 10 6 to 1 at 50 ° C.
0 10 Ωm.

【0021】また、本発明の半導体製造装置は、容器及
び基板支持体を具備し、半導体デバイスを製造するため
の装置であって、前記容器の少なくとも一部の容器構成
部材および/または基板支持体に、本発明の静電吸着装
置を用いたことを特徴とする。
Further, the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention comprises a container and a substrate support, and is an apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein at least a part of the container and / or the substrate support of the container. Further, the present invention is characterized in that the electrostatic suction device of the present invention is used.

【0022】この装置を用いることにより、製品の精密
加工を可能とし、また、信頼性の高い半導体製造装置を
実現できる。
By using this apparatus, it is possible to carry out precision processing of a product and to realize a highly reliable semiconductor manufacturing apparatus.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】本発明の静電吸着装置は、少なく
とも、被吸着物を吸着するための吸着面を有している。
すなわち、図1に示すように、電極1が誘電体2の一方
の側面である電極面3に形成されており、誘電体2の他
方の側面である吸着面4にウエハなどの被吸着物5が搭
載される。そして、電極1に電圧が印加されると、被吸
着物5は誘電体2の吸着面4に静電的に吸着される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The electrostatic suction device of the present invention has at least a suction surface for sucking an object to be suctioned.
That is, as shown in FIG. 1, an electrode 1 is formed on an electrode surface 3 which is one side surface of a dielectric 2, and an adsorption object 4 such as a wafer is formed on an adsorption surface 4 which is the other side surface of the dielectric 2. Is mounted. When a voltage is applied to the electrode 1, the object 5 is electrostatically attracted to the attracting surface 4 of the dielectric 2.

【0024】誘電体2は、少なくとも被吸着物5を吸着
するための吸着面4を形成しており、10〜40℃にお
ける熱膨張係数が1.0×10-6/℃以下、特に0.5
×10-6/℃以下、さらには0.2×10-7/℃以下で
あることが重要である。熱膨張係数が小さいため、1日
の温度変化や季節毎の温度変化などに左右されない精密
な加工を実現することができる。
The dielectric 2 forms an adsorbing surface 4 for adsorbing at least the substance 5 to be adsorbed, and has a coefficient of thermal expansion at 10 to 40 ° C. of 1.0 × 10 −6 / ° C. or less, especially 0.1 × 10 −6 / ° C. 5
It is important that it is not more than × 10 −6 / ° C., further not more than 0.2 × 10 −7 / ° C. Since the coefficient of thermal expansion is small, it is possible to realize precise processing that is not affected by a temperature change in a day or a temperature change in each season.

【0025】また、誘電体2の熱膨張係数が上記の範囲
にあれば、本発明の静電吸着装置をヒータや冷却装置に
より特定の温度に設定して使用した場合においても、同
様に温度変化に左右されない処理を実現でき、また、温
度制御システムも安価で簡便なものにすることが可能で
ある。
Further, if the coefficient of thermal expansion of the dielectric 2 is within the above range, the temperature change similarly occurs even when the electrostatic chuck of the present invention is used at a specific temperature set by a heater or a cooling device. And a temperature control system that is inexpensive and simple.

【0026】電極1は、金属などの導電性材料を用いれ
ば良いが、誘電体2にセラミックスを用いる場合には焼
成時および加熱時における誘電体2との密着性を高める
ために、高融点でセラミックスとの反応性の低い材料が
好ましい。例えば、タングステン(W)、モリブデン
(Mo)、白金(Pt)などの耐熱性金属や、TiC、
TiNなどの導電性セラミックスにより形成することが
良い。
The electrode 1 may be made of a conductive material such as a metal. However, when ceramics are used for the dielectric 2, in order to improve the adhesion to the dielectric 2 during firing and heating, a high melting point is used. Materials having low reactivity with ceramics are preferred. For example, heat-resistant metals such as tungsten (W), molybdenum (Mo), platinum (Pt), TiC,
It is preferable to form the conductive ceramic such as TiN.

【0027】また、電極1は、誘電体2と接着される
が、これは、導電性の樹脂などの有機接着剤やセラミッ
ク接着剤などによって接着したり、誘電体の作製後、上
記に示した導電性材料の粉末のペーストを印刷して、焼
き付けしたりして形成する。また、誘電体の仮焼体に電
極を印刷し、一体として焼成することもできる。
The electrode 1 is adhered to the dielectric 2, which is adhered by an organic adhesive such as a conductive resin or a ceramic adhesive, or as described above after the dielectric is produced. The conductive material powder paste is formed by printing and baking. In addition, electrodes can be printed on a calcined body of a dielectric and fired integrally.

【0028】本発明によれば、ウエハなどの被吸着物5
を、低熱膨張材料からなる誘電体2の吸着面4に強固に
吸着させることにより、温度変化による被吸着物5の寸
法変化を抑制し、被吸着物5の平坦度を向上させ、精密
な加工を可能にすることができる。
According to the present invention, the object 5 such as a wafer
Is firmly adsorbed on the adsorbing surface 4 of the dielectric 2 made of a low thermal expansion material, thereby suppressing a dimensional change of the object 5 due to a temperature change, improving the flatness of the object 5 and performing precision processing. Can be made possible.

【0029】また、図2は本発明の他の構造であり、少
なくとも基部11と、該基部11上に設けられた電極1
2と、該電極12を覆うように前記基部11上に設けら
れた誘電体13とを具備していることが好ましい。すな
わち、基部11上に電極12が設けられ、電極12上を
覆うように基部11上に誘電体13が形成されている。
誘電体13の電極と反対側には吸着面14が設けてあ
り、吸着面14上に被吸着物15を搭載する。
FIG. 2 shows another structure of the present invention, in which at least a base 11 and an electrode 1 provided on the base 11 are provided.
2 and a dielectric 13 provided on the base 11 so as to cover the electrode 12. That is, the electrode 12 is provided on the base 11, and the dielectric 13 is formed on the base 11 so as to cover the electrode 12.
An adsorbing surface 14 is provided on the opposite side of the dielectric 13 from the electrodes, and an object 15 to be adsorbed is mounted on the adsorbing surface 14.

【0030】電極12は、図2には記載されてないが、
外部への接続配線が設けられており、電極12に電圧が
印加されると、被吸着物15が誘電体13に吸着され
る。
The electrode 12 is not shown in FIG.
An external connection wiring is provided, and when a voltage is applied to the electrode 12, the object 15 is adsorbed by the dielectric 13.

【0031】また、本発明の静電吸着装置においては、
基部11と誘電体13との熱膨張係数の差が、2.5×
10-6/℃以下、特に1.5×10-6/℃以下、さらに
0.5×10-6/℃以下であることが好ましい。すなわ
ち、誘電体13の10〜40℃における熱膨張係数が
1.0×10-6/℃以下であることから、基部11の1
0〜40℃における熱膨張係数が3.5×10-6/℃以
下であることが好ましい。これにより、基部11と電極
12と誘電体13とのそれぞれの界面に発生する応力を
低減でき、より安定した静電吸着装置が得られる。
Further, in the electrostatic chuck according to the present invention,
The difference in the coefficient of thermal expansion between the base 11 and the dielectric 13 is 2.5 ×
It is preferably 10 −6 / ° C. or less, particularly preferably 1.5 × 10 −6 / ° C. or less, and more preferably 0.5 × 10 −6 / ° C. or less. That is, since the coefficient of thermal expansion at 10 to 40 ° C. of the dielectric 13 is 1.0 × 10 −6 / ° C. or less,
It is preferable that the coefficient of thermal expansion at 0 to 40 ° C. is 3.5 × 10 −6 / ° C. or less. Thereby, the stress generated at each interface between the base 11, the electrode 12, and the dielectric 13 can be reduced, and a more stable electrostatic chuck device can be obtained.

【0032】換言すれば、静電吸着装置においてウエハ
などの被吸着物15と接触する側の吸着面14が誘電体
13で、被吸着物15と反対側の部位が基部11で、内
部に電極12が埋め込まれており、電極12とウエハと
の間に電圧が印加されると、静電的な吸着により被吸着
物15を静電吸着装置に強固に固定させることができ
る。
In other words, in the electrostatic attraction device, the attraction surface 14 on the side in contact with the to-be-attached object 15 such as a wafer is the dielectric 13, the part opposite to the to-be-adsorbed object 15 is the base 11, and the electrode When the voltage is applied between the electrode 12 and the wafer, the object 15 can be firmly fixed to the electrostatic attraction device by electrostatic attraction.

【0033】本発明の静電吸着装置に用いられる基部1
1は、各種のガラス、アルミナ、窒化アルミニウム、ジ
ルコニア、窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素、YAG、
コージェライト、ムライト、またはスピネルなどのセラ
ミックスや、プラスチック、樹脂または木材などの有機
材料などを用いることができる。その中で、耐食性や寿
命の観点で、セラミックスが好ましい。
Base 1 used in the electrostatic chuck of the present invention
1 is various kinds of glass, alumina, aluminum nitride, zirconia, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon carbide, YAG,
Ceramics such as cordierite, mullite, and spinel, and organic materials such as plastic, resin, and wood can be used. Among them, ceramics are preferable from the viewpoint of corrosion resistance and life.

【0034】さらに、基部11と誘電体13とが同一材
料であり、電極12を介して一体となって形成されたこ
とが好ましい。すなわち、例えば、基部11と誘電体1
3の材料が同一で、内部に電極12を有する成形体を作
製し、焼成して一体となった静電吸着装置を得ることが
できる。これにより、基部11と電極12と誘電体13
とのそれぞれの界面に発生する応力を低減でき、より安
定した静電吸着装置が得られる。
Further, it is preferable that the base 11 and the dielectric 13 are made of the same material, and are formed integrally with the electrode 12 interposed therebetween. That is, for example, the base 11 and the dielectric 1
A molded body having the same material as that of No. 3 and having the electrode 12 therein is manufactured and fired to obtain an integrated electrostatic attraction device. Thereby, the base 11, the electrode 12, and the dielectric 13
Can be reduced at the respective interfaces with each other, and a more stable electrostatic adsorption device can be obtained.

【0035】また、誘電体3の体積固有抵抗値が50℃
において106〜1010Ωmであることが好ましい。こ
の範囲に体積固有抵抗を制御することにより、最低温度
が−50℃、特に0℃、さらには20℃、最高温度が2
00℃、特に100℃、さらには50℃で規定される温
度範囲においてジョンソン・ラーベック力を発現でき、
誘電体13の吸着力を飛躍的が向上する。
The dielectric 3 has a volume resistivity of 50 ° C.
Is preferably 10 6 to 10 10 Ωm. By controlling the volume resistivity in this range, the minimum temperature is -50 ° C, especially 0 ° C, further 20 ° C, and the maximum temperature is 2 ° C.
It can exhibit Johnson-Rahbek force in a temperature range defined by 00 ° C., particularly 100 ° C., and even 50 ° C.,
The adsorption force of the dielectric 13 is dramatically improved.

【0036】大きな吸着力で被吸着物15を強固に吸着
すると、被吸着物15の熱膨張係数が誘電体13に比べ
て大きい時でも、例え温度のゆらぎがあったとしても被
吸着物15の変形が抑制されて、精密加工処理が実現で
きる。
When the object 15 is firmly adsorbed with a large adsorption force, even when the coefficient of thermal expansion of the object 15 is larger than that of the dielectric 13, even if the temperature of the object 15 fluctuates, the object 15 is not affected. Deformation is suppressed, and precision processing can be realized.

【0037】特に、誘電体13がコージェライトを主成
分とすることが好適である。すなわち、コージェライト
を主成分とし、その10〜40℃における熱膨張係数が
1.0×10-6/℃以下であれば、強度が低熱膨張材料
としては高く、耐食性が高いため、寿命を延ばすことが
できる。特に、コージェライトを主成分とする誘電体1
3のヤング率が100GPa以上、特に115GPa以
上、さらには130GPa以上であることが好ましい。
また、室温における抗折強度が100MPa以上、特に
150MPa以上、さらには200MPa以上であるこ
とが好ましい。
In particular, it is preferable that the dielectric 13 contains cordierite as a main component. That is, if cordierite is a main component and its coefficient of thermal expansion at 10 to 40 ° C. is 1.0 × 10 −6 / ° C. or less, the strength is high as a low thermal expansion material and the corrosion resistance is high, so the life is extended. be able to. In particular, a dielectric material 1 mainly comprising cordierite
The Young's modulus of No. 3 is preferably 100 GPa or more, particularly 115 GPa or more, and more preferably 130 GPa or more.
Further, the transverse rupture strength at room temperature is preferably 100 MPa or more, particularly 150 MPa or more, and more preferably 200 MPa or more.

【0038】また、本発明の静電吸着装置において、誘
電体13がコージェライトを主体とする場合、希土類元
素を酸化物換算で全量中1〜20重量%含有することが
好ましい。なお、希土類元素とは、周期律表第3a族元
素で、イットリウム(Y)及びランタノイド(原子番号
57〜71)の元素をいう。
In the electrostatic chuck of the present invention, when the dielectric 13 is mainly made of cordierite, it is preferable that the dielectric material contains 1 to 20% by weight of the total amount of the rare earth element in terms of oxide. The rare earth element is a group 3a element of the periodic table, which means an element of yttrium (Y) and a lanthanoid (atomic numbers 57 to 71).

【0039】そして、希土類元素を酸化物換算で全量中
1〜20重量%含有させるとコージェライトの緻密化温
度範囲が広くなると共に、誘電体の焼成時の緻密化温度
範囲が拡大して製造が容易になる傾向があり、相対密度
97%以上の緻密体を得ることが容易になる。なお、耐
食性を高める上で、誘電体13の相対密度は97%以
上、特に98%以上、さらには99%以上であることが
望ましく、また、熱伝導率が高いと温度をより低く保つ
ことができるため、誘電体13の熱伝導率は、15W/
mK以上、特に30W/mK以上、さらには50W/m
K以上であることが望ましい。
When the rare earth element is contained in an amount of from 1 to 20% by weight in terms of oxide, the densification temperature range of cordierite is widened, and the densification temperature range at the time of firing the dielectric is expanded. It tends to be easy, and it becomes easy to obtain a dense body having a relative density of 97% or more. In order to enhance the corrosion resistance, the relative density of the dielectric 13 is preferably 97% or more, particularly 98% or more, and more preferably 99% or more. When the thermal conductivity is high, the temperature can be kept lower. Therefore, the thermal conductivity of the dielectric 13 is 15 W /
mK or more, especially 30 W / mK or more, furthermore 50 W / m
It is desirably K or more.

【0040】さらに、本発明の静電吸着装置において、
誘電体13がコージェライトを主体とする場合、誘電体
13にカーボンを0.05〜2重量%含有することが好
ましい。導電機構は明らかではないが、コージェライト
中にカーボンを含有させることにより電気抵抗を低下さ
せることができる。そして、カーボンの含有量が0.0
5〜2重量%の範囲にあるとき、コージェライトの体積
固有抵抗を50℃において106〜1010Ωmにしやす
くなる傾向がある。したがって、ジョンソン・ラーベッ
ク力の発現による大きな吸着力を得ることができ、静電
吸着装置の安定性に寄与できる。
Further, in the electrostatic chuck according to the present invention,
When the dielectric 13 is mainly made of cordierite, the dielectric 13 preferably contains 0.05 to 2% by weight of carbon. Although the conductive mechanism is not clear, the electric resistance can be reduced by adding carbon to the cordierite. And the content of carbon is 0.0
When it is in the range of 5 to 2% by weight, the cordierite tends to have a volume resistivity of 10 6 to 10 10 Ωm at 50 ° C. Therefore, a large suction force due to the expression of the Johnson-Rahbek force can be obtained, which can contribute to the stability of the electrostatic suction device.

【0041】なお、電極12は、外部への取出し電極が
形成されており、電極12に電圧を印加できるもので、
被吸着物15の吸着に支障がなければ、その構造はどの
ようなものであっても差し支えない。
The electrode 12 is provided with an extraction electrode to the outside and can apply a voltage to the electrode 12.
Any structure may be used as long as it does not hinder the adsorption of the object 15.

【0042】また、図2に示す静電吸着装置では、基部
11または誘電体13の内部に静電吸着用の電極12の
みを備えた例を示したが、例えば、上記静電吸着用の電
極12以外にヒータ用の抵抗体を埋設しても良く、この
場合、ヒータ用の抵抗体により静電吸着装置を直接発熱
させることができるため、間接加熱方式のものに比べて
熱損失が少ない。さらには、冷却媒体を接触させたり冷
却媒体の流路(図示せず)を設けて静電チャックを所定
温度に維持するための温度保持手段を設けてもよい。
Further, in the electrostatic attraction device shown in FIG. 2, an example is shown in which only the electrode for electrostatic attraction 12 is provided inside the base portion 11 or the dielectric 13. A resistor for heater may be buried in addition to 12, and in this case, since the heater for resistor can directly generate heat in the electrostatic attraction device, heat loss is smaller than that of the indirect heating type. Further, a temperature holding means for maintaining the electrostatic chuck at a predetermined temperature by contacting a cooling medium or providing a flow path (not shown) of the cooling medium may be provided.

【0043】さらに、静電吸着用の電極12以外にプラ
ズマ発生用電極を基部11または誘電体13内に埋設し
ても良く、この場合、成膜装置やエッチング装置の構造
を簡略化することができる。
Further, in addition to the electrode 12 for electrostatic attraction, an electrode for plasma generation may be embedded in the base 11 or the dielectric 13. In this case, the structure of a film forming apparatus or an etching apparatus can be simplified. it can.

【0044】また、本発明の静電吸着装置の誘電体13
は、厚さ1mm以下の薄板として使用されることもある
ため、強度は機械的信頼性の点で100MPa以上が、
好適には200MPaであることが望ましく、強度を向
上することにより、さらに機械部品などへ応用すること
ができる。例えば、導電性を有するため、チャージアッ
プを嫌う構造部品などに使用することもできる。
Further, the dielectric 13 of the electrostatic chuck of the present invention is used.
Is sometimes used as a thin plate having a thickness of 1 mm or less, and the strength is 100 MPa or more in terms of mechanical reliability.
Preferably, it is 200 MPa, and by improving the strength, it can be further applied to mechanical parts and the like. For example, since it has conductivity, it can also be used for structural parts or the like that do not like charge-up.

【0045】また、本発明の半導体製造装置は、容器及
び基板支持体を具備し、半導体デバイスを製造するため
の装置であって、前記容器の少なくとも一部の容器構成
部材および/または基板支持体に、本発明の静電吸着装
置を用いることによって、製品の精密加工を可能とし、
また、精度の高い製品を歩留まり高く製造でき、信頼性
の高い半導体製造装置を実現できる。
Further, the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention comprises a container and a substrate support, and is an apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein at least a part of the container and / or the substrate support of the container. In addition, by using the electrostatic suction device of the present invention, enables precision processing of products,
Further, highly accurate products can be manufactured with high yield, and a highly reliable semiconductor manufacturing apparatus can be realized.

【0046】この静電吸着装置は、例えば図2に示され
た構造の静電吸着装置は次のようにして製造される。
For example, the electrostatic chuck having the structure shown in FIG. 2 is manufactured as follows.

【0047】まず、基部11と誘電体13とをコージェ
ライトを主体とするセラミックスで作製する。すなわ
ち、10μm以下のコージェライト粉末を73〜98.
95重量%に対して、平均粒径が10μm以下の希土類
元素酸化物粉末(例えばEr23、Yb23、Y23
ど)1〜20重量%、特に好適には5〜15重量%、さ
らに好適には8〜12重量%の割合で添加し、さらに所
望によりカーボンを0.05〜2重量%の割合で添加す
る。なお、基部11は、絶縁性の観点でカーボンを添加
しないことが好ましく、誘電体13はジョンソン・ラー
ベック力による大きな吸着力を得るためにカーボンを添
加することが好ましい。
First, the base 11 and the dielectric 13 are made of a ceramic mainly composed of cordierite. That is, cordierite powder having a particle size of 10 μm or less is used.
Rare earth element oxide powder having an average particle diameter of 10 μm or less (eg, Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Y 2 O 3 ) is 1 to 20% by weight, preferably 5 to 15% by weight, based on 95% by weight. % By weight, more preferably 8 to 12% by weight, and if necessary, carbon at a rate of 0.05 to 2% by weight. In addition, it is preferable that carbon is not added to the base 11 from the viewpoint of insulating properties, and it is preferable that carbon is added to the dielectric 13 in order to obtain a large adsorption force by Johnson-Rahbek force.

【0048】この混合粉末を回転ミルなどにより十分に
混合した後、所定形状に所望の成形手段、例えば、金型
プレス、冷間静水圧プレス、鋳込み成形、テープ成形、
押出し成形等の所望な方法を用いて適当な厚みに成形す
る。
After sufficiently mixing the mixed powder with a rotary mill or the like, desired molding means such as a mold press, a cold isostatic press, a casting molding, a tape molding, and the like are formed into a predetermined shape.
It is formed into an appropriate thickness using a desired method such as extrusion.

【0049】なお、電極12は、板状またはメッシュ状
のWやMo金属などを成形体中に挿入する。また、W、
MoまたはTiNなどの導電性粉体とコージェライト粉
末とからなるスラリーペーストを用いて印刷法により成
形体表面に導電層を形成し、電極12とすることもでき
る。そして、表面に電極12を有する成形体を、電極1
2が接触するように2枚重ね合わせ、再度プレスする。
なお、印刷時に形成する電極12の形状は、円板状、格
子状、メッシュ状など任意の形状にすることができる。
For the electrode 12, a plate-shaped or mesh-shaped metal such as W or Mo is inserted into the molded body. Also, W,
The electrode 12 can also be formed by forming a conductive layer on the surface of the molded body by a printing method using a slurry paste composed of a conductive powder such as Mo or TiN and a cordierite powder. Then, the molded body having the electrode 12 on the surface is
Two sheets are overlapped so that 2 may contact, and it presses again.
In addition, the shape of the electrode 12 formed at the time of printing can be any shape such as a disk shape, a grid shape, and a mesh shape.

【0050】焼成は、大気中やアルゴン、窒素および/
または水素などの非酸化性雰囲気中において、1100
〜1500℃の温度で焼成することができるが、より具
体的には、非加圧焼成法、ホットプレス法、熱間静水圧
焼成法などが採用できる。非加圧焼成法によって焼成す
る場合には、1300〜1500℃の温度で、また、ホ
ットプレス法によって焼成する場合には、前記成形体を
1100〜1400℃の温度で、100kg/cm2
上の加圧下で焼成することにより相対密度97%以上に
緻密化することができる。
The calcination is carried out in the air, argon, nitrogen and / or
Or 1100 in a non-oxidizing atmosphere such as hydrogen.
Although firing can be performed at a temperature of about 1500 ° C., more specifically, a non-pressure firing method, a hot press method, a hot isostatic pressure firing method, or the like can be employed. When firing by a non-pressure firing method, at a temperature of 1300 to 1500 ° C., and when firing by a hot press method, the molded body is heated at a temperature of 1100 to 1400 ° C. and 100 kg / cm 2 or more. By sintering under pressure, it can be densified to a relative density of 97% or more.

【0051】なお、ホットプレスを行うときには、コー
ジェライトを主体とする成形体2枚の間にW、Moまた
はTiNなどの板状やメッシュ状の電極を配置して焼成
してもよい。
When hot pressing is performed, a plate-like or mesh-like electrode such as W, Mo or TiN may be arranged between two molded bodies mainly made of cordierite and fired.

【0052】[0052]

【実施例】図2の静電チャックを作製した。平均粒径が
3μmのコージェライト粉末に対し、焼結助剤として平
均粒径が1μmのY23、Yb23、Er23、CeO
2粉末を表1のように調合し、バインダー及び溶媒を添
加して24時間混合乾燥したあと、98MPa(1t/
cm2)の圧力にて金型成形法により成形体を作製し、
基部11とした。
EXAMPLE An electrostatic chuck shown in FIG. 2 was manufactured. For cordierite powder having an average particle size of 3 μm, Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Er 2 O 3 , and CeO having an average particle size of 1 μm are used as sintering aids.
2 The powder was prepared as shown in Table 1, and after adding a binder and a solvent and mixing and drying for 24 hours, 98 MPa (1 t /
A molded body is produced by a mold molding method at a pressure of 2 cm 2 ).
The base 11 was used.

【0053】また、同様にして、平均粒径が2μmのカ
ーボンおよび希土類酸化物0〜20重量%を添加した原
料から、成形体を作製し、誘電体13とした。そして、
基部11および誘電体13に対応する成形体の表面に、
タングステン粉末を用いて印刷し、電極12を有する基
部11と上記誘電体13とを電極12が接触するように
合わせ、CIPにより圧着した。
Similarly, a molded body was produced from a raw material to which carbon having an average particle diameter of 2 μm and 0 to 20% by weight of a rare earth oxide were added, and a dielectric 13 was obtained. And
On the surface of the molded body corresponding to the base 11 and the dielectric 13,
Printing was performed using tungsten powder, and the base 11 having the electrode 12 and the dielectric 13 were aligned with each other so that the electrode 12 was in contact with the base 11, and pressed by CIP.

【0054】その後、これを表1に示す還元雰囲気下で
炭化珪素質の匣鉢に入れて表1の条件で電気炉にて焼成
した。
Thereafter, this was placed in a silicon carbide sagger under a reducing atmosphere shown in Table 1 and fired in an electric furnace under the conditions shown in Table 1.

【0055】得られたセラミックスを研磨し、3×4×
15mmの大きさに研削加工し、このセラミックスの1
0〜40℃までの平均熱膨張係数をJIS R3251
−1995に規定される方法により測定した。相対密度
はJIS C2141−1992に規定された方法を用
いて測定した嵩密度ならびにJIS R1620に規定
された方法にて測定した粉砕試料の密度から算出した。
体積固有抵抗はJISC2141−1992に規定され
た方法を用いて測定した。吸着力は25mm角のSi立
方体と静電チャック内部の導体層間に電圧(500V)
を印加して測定を行った。なお静電チャック表面は、ラ
ップ加工により表面粗さRa<0.1に加工して測定を
行った。また、ウエハの変形の評価として、10℃の温
度差でのウエハ変形量を調べた。まず、300mmウエ
ハの表面において、200mm離れた2点に20℃でレ
ーザーマーキングを行い、20℃で2点間の距離を測定
し、ずれのないことを確認した。次に、静電チャック上
に300mmウエハを搭載して吸着し、200mm離れ
た2点に30℃でレーザーマーキングを行い、20℃で
2点間の距離を測定した。結果は表1に示した。
The obtained ceramic was polished and 3 × 4 ×
Grinding to a size of 15mm, this ceramic 1
The average coefficient of thermal expansion from 0 to 40 ° C is determined according to JIS R3251.
-Measured by the method specified in 1995. The relative density was calculated from the bulk density measured using the method specified in JIS C2141-1992 and the density of the pulverized sample measured using the method specified in JIS R1620.
The volume resistivity was measured using the method specified in JISC2141-1992. Adsorption force is a voltage (500V) between a 25mm square Si cube and a conductor layer inside the electrostatic chuck.
Was applied for measurement. The surface of the electrostatic chuck was measured by lapping to a surface roughness Ra <0.1. In addition, as an evaluation of wafer deformation, the amount of wafer deformation at a temperature difference of 10 ° C. was examined. First, laser marking was performed at two points 200 mm apart on the surface of a 300 mm wafer at 200 ° C., and the distance between the two points was measured at 20 ° C. to confirm that there was no deviation. Next, a 300 mm wafer was mounted on the electrostatic chuck and sucked, laser marking was performed at two points 200 mm apart at 30 ° C., and the distance between the two points was measured at 20 ° C. The results are shown in Table 1.

【0056】[0056]

【表1】 [Table 1]

【0057】本発明の試料No.1〜8、10〜25
は、10〜40℃の熱膨張係数が1.0×10-6/℃以
下の低熱膨張特性を示し、マーキングの位置ずれが1.
6μm以下であった。特に、体積固有抵抗が1×10-6
〜1×1010Ω・mの試料No.16〜25は、250
Vの印加電圧に対して450N以上の高い吸着力を示し
た。
Sample No. of the present invention 1-8, 10-25
Shows low thermal expansion characteristics having a coefficient of thermal expansion of 1.0 × 10 −6 / ° C. or less at 10 to 40 ° C., and a positional deviation of the marking is 1.
It was 6 μm or less. In particular, the volume resistivity is 1 × 10 -6
試 料 1 × 10 10 Ω · m sample No. 16-25 is 250
It exhibited a high attraction force of 450 N or more with respect to the applied voltage of V.

【0058】一方、熱膨張係数が1×10-6/℃より大
きな試料No.9、26〜28は、マーキングの位置ず
れが2.5μm以上と大きかった。
On the other hand, Sample No. having a coefficient of thermal expansion of more than 1 × 10 −6 / ° C. 9, 26 to 28, the displacement of the marking was as large as 2.5 μm or more.

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明の静電静電吸着装置では、低熱膨
張であるため温度変化による被吸着物の変形を最小限に
抑えることができ、化学的・機械的耐久性に優れ、絶縁
層表面の高精度加工が可能である為に残留静電力の大き
さを自由に制御でき、用途範囲を拡大できる。
According to the electrostatic and electrostatic chuck of the present invention, deformation of the object due to temperature change can be minimized due to low thermal expansion, chemical and mechanical durability is excellent, and insulation layer is excellent. Since the surface can be processed with high precision, the magnitude of the residual electrostatic force can be freely controlled, and the range of application can be expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の静電吸着装置の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of an electrostatic suction device of the present invention.

【図2】本発明の他の静電吸着装置の構造を示す断面図
である。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of another electrostatic attraction device of the present invention.

【図3】従来の静電吸着装置の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a conventional electrostatic attraction device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・電極 2・・・誘電体 3・・・電極面 4・・・吸着面 5・・・被吸着物 11・・・基部 12・・・電極 13・・・誘電体 14・・・吸着面 15・・・被吸着物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrode 2 ... Dielectric 3 ... Electrode surface 4 ... Adsorption surface 5 ... Adsorbed object 11 ... Base 12 ... Electrode 13 ... Dielectric 14 ... Adsorbing surface 15: object to be adsorbed

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも、被吸着物を吸着するための吸
着面を有し、10〜40℃における熱膨張係数が1.0
×10-6/℃以下である誘電体と、該誘電体の吸着面と
反対の面に電極とを具備していることを特徴とする静電
吸着装置。
An at least one adsorbing surface for adsorbing an object to be adsorbed, and having a thermal expansion coefficient of 1.0 to 10 ° C.
An electrostatic chuck comprising: a dielectric having a temperature of 10-6 / C or lower; and an electrode on a surface of the dielectric opposite to a suction surface of the dielectric.
【請求項2】少なくとも基部と、該基部上に設けられた
電極と、該電極を覆うように前記基部上に設けられた誘
電体とを具備していることを特徴とする請求項1記載の
静電吸着装置。
2. The apparatus according to claim 1, further comprising at least a base, an electrode provided on said base, and a dielectric provided on said base so as to cover said electrode. Electrostatic suction device.
【請求項3】基部と誘電体との熱膨張係数の差が、2.
5×10-6/℃以下であることを特徴とする請求項2記
載の静電吸着装置。
3. The difference in thermal expansion coefficient between the base and the dielectric is 2.
3. The electrostatic attraction device according to claim 2, wherein the temperature is 5 × 10 −6 / ° C. or less.
【請求項4】基部と誘電体とが略同一材料であり、電極
を介して一体となって形成されたことを特徴とする請求
項2記載の静電吸着装置。
4. The electrostatic attraction device according to claim 2, wherein the base and the dielectric are made of substantially the same material, and are integrally formed via electrodes.
【請求項5】誘電体の体積固有抵抗値が50℃において
106〜1010Ωmであることを特徴とする請求項1乃
至4のうちいずれかに記載の静電吸着装置。
5. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the dielectric material has a volume resistivity of 10 6 to 10 10 Ωm at 50 ° C.
【請求項6】誘電体がコージェライトを主成分とする特
徴とする請求項1乃至5のうちいずれかに記載の静電吸
着装置。
6. The electrostatic attraction device according to claim 1, wherein the dielectric comprises cordierite as a main component.
【請求項7】誘電体が希土類元素を酸化物換算で1〜2
0重量%含有することを特徴とする請求項6記載の静電
吸着装置。
7. A dielectric material comprising a rare earth element in an amount of from 1 to 2 in terms of oxide.
7. The electrostatic attraction device according to claim 6, wherein the content is 0% by weight.
【請求項8】誘電体がカーボンを0.05〜2重量%含
有することを特徴とする請求項6または7記載の静電吸
着装置。
8. The electrostatic attraction device according to claim 6, wherein the dielectric contains 0.05 to 2% by weight of carbon.
【請求項9】容器及び基板支持体を具備し、半導体デバ
イスを製造するための装置であって、前記容器の少なく
とも一部の容器構成部材および/または基板支持体に、
請求項1乃至8のうちいずれかに記載の静電吸着装置を
用いたことを特徴とする半導体製造装置。
9. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising a container and a substrate support, wherein at least a part of the container constituent member and / or the substrate support of the container includes:
A semiconductor manufacturing apparatus using the electrostatic attraction device according to claim 1.
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