JP2004031479A

JP2004031479A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2004031479A
Application number: JP2002182748A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Shiogai; 塩貝　達也; Tomoyuki Ogura; 小倉　知之; Akiko Umeki; 梅木　亜希子
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-24
Also published as: JP4104386B2

Abstract

【課題】内部に形成される電極層を開孔を有する構造にすることによって、封孔処理剤の含浸性を向上させ、耐電圧特性の極めて優れた静電チャックを提供する。
【解決手段】基台１と、この基台１の上面に溶射により形成された下部絶縁層２と、この下部絶縁層２の上に形成された電極層３と、この電極層３を被覆するように下部絶縁層２の上に溶射により形成された上部絶縁層４と、を具備する静電チャックであって、電極層３の開孔率を５〜８０％とする。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャックに関するもので、さらに詳しくは、基台と、この基台の上面に溶射により形成された下部絶縁層と、この下部絶縁層の上に形成された電極層と、この電極層を被覆するように前記下部絶縁層の上に溶射により形成された上部絶縁層と、を具備する静電チャックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造過程における薄膜形成工程またはドライエッチング工程においては、ウェハ等の平板状の試料を載置する保持装置上に試料を確実に密着させる必要があり、このような要求を満たす試料保持装置としては、静電作用を利用して試料を載置台上に密着・保持する静電チャックが広く用いられている。
ここで、静電チャックとしては、窒化アルミニウム等のセラミックス中に電極を埋設させたものが従来から一般的に使用されているが、最近では、ウェハ等の平板状の試料が大型化する傾向にあり、セラミックスでは対応できなくなってきている現状にある。
従って、金属や金属−セラミックス複合材料等からなる基台に、下部絶縁層とその上に形成された電極層と上部絶縁層とを具備する静電チャックが大型化が可能で、しかも耐熱性及び耐久性が高いことから検討されてきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した静電チャックの絶縁層は溶射法により形成される場合が多く、その絶縁層は多くの微小な細孔が存在する多孔質状になっているため、耐電圧が低いため試料の保持力が低いという課題がある。また、試料と電極層との間で放電が起こる場合があるなどの問題を有している。そこで、静電チャックとして使用する場合に、耐電圧特性を向上させる目的で、特開平６−１９６５４８号公報にて開示されているように、封孔処理による微小な細孔を充填することが必要となる。
【０００４】
しかしながら、基台に、下部絶縁層とその上に形成された電極層と上部絶縁層とを具備する静電チャックにおいては、内部に形成されている電極層が、溶射法により全面に形成されていることから、封孔処理剤が下部絶縁層にまで、含浸せず、耐電圧特性が劣化するという問題があった。
この為、基台の上面に形成する絶縁層ごとに封孔処理を実施するという方法もあるが、この場合、その上面に形成される溶射皮膜層の密着性が低下し、かえって剥離等の問題が発生しやすくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した静電チャックが有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、内部に形成される電極層を開孔を有する構造にすることによって、封孔処理剤の含浸性を向上させ、耐電圧特性の極めて優れた静電チャックを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した本発明の目的は、基台と、この基台の上面に溶射により形成された下部絶縁層と、この下部絶縁層の上に形成された電極層と、この電極層を被覆するように前記下部絶縁層の上に溶射により形成された上部絶縁層と、を具備する静電チャックであって、前記電極層の開孔率が５〜８０％であることを特徴とする静電チャックによって達成される。
【０００７】
また、本発明の目的は、前記静電チャックの表面が封孔処理されていることを特徴とする静電チャックによって達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下さらに詳細に説明する。
図１に本発明の構成による静電チャックの模式的断面図を示した。
ここで、本発明の静電チャックは、基台１と、この基台１の上面に溶射により形成された下部絶縁層２と、この下部絶縁層２の上に形成された電極層３と、この電極層３を被覆するように前記下部絶縁層２の上に溶射により形成された上部絶縁層４とを具備する。また、５は電極層３と導通している電極端子であり、６は電極端子５と基台１との絶縁を目的とした絶縁管である。
【０００９】
本発明では、上記電極層の開孔率が５〜８０％であることと静電チャックの表面が封孔処理されていることを提案している。
その理由は、溶射法により形成された皮膜の耐電圧特性向上のために実施する封孔処理工程において、封孔処理剤の含浸性を向上させることを目的としたものである。
ここで、電極層の開孔率が５％未満の場合は、封孔処理剤の含浸性の向上が十分でなく、一方、電極層の開孔率が８０％を越えると電極面積が減少するため静電チャックとしての吸着力低下し好ましくない。
【００１０】
次に、絶縁層としては、最も一般的なものは酸化アルミニウムであるが、これに限定されるものではなく、必要な特性、たとえば、高い誘電率が必要であれば、必要な誘電率の大きさに応じてセラミックスの種類を適宜選べばよい。
【００１１】
本発明の製造方法を述べると、まず基台となる材料を用意する。この基台としては、アルミニウム合金、低熱膨張合金、金属−セラミックス複合材料等を、使用温度を考慮して適宜選択する。
次に、基台表面を酸化アルミニウム、炭化ケイ素等のブラスト材料を用いて表面を均一に粗面化すると共に、洗浄化する。その後、基台との密着性を考慮してアンダ−コ−トとして、ニッケル、アルミニウム、クロム、コバルト、モリブデン等の金属またはこれらの金属の合金をア−ク溶射法もしくはプラズマ溶射法によって形成する。このアンダ−コ−ト層の形成は、使用環境によって適宜実施し、必ずしも必要なものではない。その後、このアンダ−コ−ト層上面にプラズマ溶射法等により、酸化アルミニウム等のセラミックス層からなる下部絶縁層を形成する。
【００１２】
次に、その上面にプラズマ溶射法等で電極層を形成する。ここで、電極層に開孔を形成させるには、所望の開孔率を有するマスキングテ−プ（耐熱性テ−プ）を下部絶縁層であるアルミナ上に被覆してから電極層を溶射後にマスキングテ−プをはがしても良いし、もしくは、あらかじめ電極層を溶射後に所望の開孔率を有するパンチングメタル等の金属板を電極層上に置いてからブラスト処理を行い金属板の開孔部にあたる電極層を除去する方法を用いても良い。
【００１３】
その後、所定の開孔率を有する電極層上面に、更にプラズマ溶射法等で酸化アルミニウム等のセラミックス層からなる上部絶縁層を形成して静電チャックとする。
【００１４】
ここで、形成する絶縁層の厚さは、１００〜５００μｍ程度が好ましく、１００μｍより薄いと耐電圧が低くなり絶縁破壊が起こりやすく、５００μｍより厚いと電極層および基台との熱膨張差が顕著になり、熱衝撃による亀裂や破損が生じやすく、しかも吸着力も低下するため好ましくない。
ここで、絶縁層であるセラミックス層の種類は最も一般的なものは酸化アルミニウムであるが、これに限定されるものではなく、必要な特性、たとえば、高い誘電率が必要であれば、必要な誘電率の大きさに応じてセラミックスの種類を適宜選べばよい。
【００１５】
次に、電極層の厚さとしては、３０〜１００μｍ程度が好ましい。その理由は、３０μｍより薄いと皮膜層が均一に形成されず、吸着力にムラが生じやすくなり、１００μｍより厚いと、電極層と下部絶縁層との間の段差が大きくなり、その上部に形成される絶縁層の耐電圧特性が低化するため好ましくないからである。
【００１６】
また、本発明では、表面が封孔処理されていることを特徴とする静電チャックを提案している。ここで、封孔処理で充填する処理材としては、シリカゾル、アルミナゾル、マグネシアゾルなどのコロイダル状のスラリ−、あるいは、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等の金属アルコキシド系ポリマ−及びこれらのポリマ−とメラミン、アクリル、フェノ−ル、フッ素、シリコン、アクリル樹脂等の各種樹脂を含有するものを使用することができる。
【００１７】
封孔処理は、溶射被覆により得られた静電チャックを真空デシケ−タ−中で真空吸引した後、上記スラリ−を表面から含浸させ、含浸スラリ−をそのスラリ−の特性を考慮し、乾燥させることによる。
次に、静電チャックの表面の研削加工、ラッピングを行い、所望の表面粗さＲａ：０．１〜２．０μｍ程度とする。以上の方法で静電チャックを作製すれば、電極層下部の絶縁層にまで封孔処理剤が含浸し、耐電圧特性が極めて優れた静電チャックが得られる。
【００１８】
以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的にあげ、本発明をさらに詳細に説明する。
（１）基台の作製
強化材として＃１８０（平均粒径６６μｍ）の市販のＳｉＣ粉末７０重量部と＃５００（平均粒径２５μｍ）の市販のＳｉＣ粉末３０重量部を用い、それにバインダ−としてコロイダルシリカ液をそのシリカ固形分が２重量部となる量を添加し、それに消泡剤としてフォ−マスタＶＬ（サンノプコ社製）を０．２重量部、イオン交換水を２４重量部加え、ポットミルで１２時間混合した。得られたスラリ−をサイズ：２０９×１５７ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体が得られるメッシュ付金型に流し込んでフィルタ−プレスし、それを脱型した後、１０００℃で焼成してプリフォ−ムを形成した。
得られたプリフォ−ムとＡｌ−１２Ｓｉ−３Ｍｇ−２Ｃｕ−３Ｔｉ組成のアルミニウム合金とを組み合わせ、その合金をプリフォ−ム中に窒素気流中で８２５℃の温度で６０時間非加圧浸透させた後、冷却してＳｉＣ粉末の含有率が６５体積％の金属−セラミックス複合材料を作製した（サイズ：２０９×１５７×１０ｍｍｔ）。この金属−セラミックス複合材料を基台として使用した。
【００１９】
（２）絶縁層と電極層の形成
基台表面を絶縁層とよく密着するために、表面粗さがＲｍａｘで５μｍ以上になるまで、ブラスト処理した後、その上面にプラズマ溶射で酸化アルミニウム層を３００μｍの厚さに形成する。その後、Ｎｉ電極層を５０μｍの厚さにプラズマ溶射した後、所望の開孔率を有するパンチングメタル用い、これをマスクと使用してブラスト処理を実施し、５〜８０％の開孔率を有するＮｉ電極層とした。その後、この上面にプラズマ溶射により酸化アルミニウム層を４００μｍの厚さに形成した。また比較例として、開孔を有しないものと開孔率が５〜８０％の範囲外のＮｉ電極層についても作製した。
【００２０】
（３）封孔処理と静電チャックの作製
その後、真空下でＳｉＯ_２系の金属アルコキシドを用いて封孔処理を実施した後、研削加工、ラップ処理を実施し、トップ層の膜厚が３００μｍで、かつ、表面粗さＲａが０．２μｍの静電チャックを作製した。
【００２１】
（４）評価
上記のようにして得られた静電チャックに、１０ＫＶまでの直流電圧を印加し、下部絶縁層の絶縁破壊電圧を測定することにより耐電圧特性を評価した。
また、印加電圧：１０００Ｖ時の吸着力を評価した。この際、　吸着力は、真空チャンバ−試験装置内に静電チャックを固定し、真空中でＨｅガスを吸着物であるＳｉウエハの裏面から導入し、Ｓｉウエハが剥がれる圧力をモニタ−しこの値を吸着力とした。
得られた評価結果を表１にまとめて示した。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表１の結果から、本発明の実施例であるＮｏ．１〜７は下部絶縁層の絶縁破壊電圧が１０ＫＶよりも大きく、かつ、吸着力は１０００ｇ／ｃｍ^２を越えて実用上十分な大きさであった。
一方、比較例であるＮｏ．８〜１０は下部絶縁層の絶縁破壊電圧が小さく、また、Ｎｏ．１１は、吸着力が小さくなり実用上十分ではなかった。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基台に、溶射法により形成した下部絶縁層とその上に形成された電極層と上部絶縁層とを具備する静電チャックにおいて、電極層の開孔率が５〜８０％であることにより封孔処理剤の含浸性を向上させることができ、耐電圧特性が極めて優れ、かつ、吸着力の大きい静電チャックを提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成による静電チャックの模式的断面図である。
【符号の説明】
１　基台
２　下部絶縁層
３　電極層
４　上部絶縁層
５　電極端子
６　絶縁管

Claims

基台と、この基台の上面に溶射により形成された下部絶縁層と、この下部絶縁層の上に形成された電極層と、この電極層を被覆するように前記下部絶縁層の上に溶射により形成された上部絶縁層と、を具備する静電チャックであって、前記電極層の開孔率が５〜８０％であることを特徴とする静電チャック。
前記静電チャックの表面が封孔処理されていることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。