JP2005210077A - 静電チャック及びその製造方法並びにアルミナ焼結部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
静電チャックは、室温における体積固有抵抗値が1×1017Ω・cm以上、300℃における体積固有抵抗値が1×1014Ω・cm以上であるアルミナ焼結体からなるセラミックス誘電体層と、セラミックス誘電体層の一方の面に形成された面状の電極とを有する。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施の形態に係る静電チャック10の構造を示す(a)平面図及び(b)断面図である。静電チャック10は、セラミックス誘電体層3と、セラミックス誘電体層3の一方の面に形成された面状の電極2と、電極2を介してセラミックス誘電体層3と接合されたセラミックス基体1と、電極端子4とを備える。セラミックス基体1上に、電極2とセラミックス誘電体層3が配置され、電極2が、セラミックス基体1とセラミックス誘電体層3との間に埋設された状態となっている。
(1)式において、εはセラミックス誘電体層3の誘電率、ε0は真空誘電率、Vは電極2への印加電圧、dは電極2と基板との距離、即ち、セラミックス誘電体層3の厚みである。セラミックス誘電体層3が、広い温度範囲で高い体積固有抵抗値を維持することにより、(1)式における誘電率εを高くできる。その結果、静電チャック10は、高い吸着力(F)を、室温から200℃又は300℃という広い温度範囲で維持できる。更に、このようなセラミックス誘電体層3は、室温以下でも高い体積固有抵抗値を維持できるため、非常に広い温度範囲で高い吸着力を維持することができる。
更に、300℃における体積固有抵抗値が1×1014Ω・cm以上のセラミックス誘電体層3を形成するアルミナ焼結体は、400℃における体積固有抵抗値が1×1014Ω・cm以上であることが好ましい。これによれば、静電チャック10は、より広い温度範囲、具体的には、室温以下から400℃という広い温度範囲で、高い吸着力を維持でき、漏れ電流を低減でき、良好な脱着応答性を得ることができる。
次に、静電チャック10の製造方法について説明する。静電チャック10は、アルミナを99.5重量%以上含むセラミックス原料粉末を用いて、不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気でホットプレス法により焼成し、アルミナ焼結体を作製する工程と、面状の電極を形成する工程とを有する。これらの工程の順番は限定されない。
上記したセラミックス誘電体層3に用いたアルミナ焼結体は、静電チャック10〜30のセラミックス誘電体層3としてだけでなく、アルミナ焼結部材として単体で、あるいは別の部材と組み合わせて使用することができる。即ち、アルミナ焼結体は、室温における体積固有抵抗値が1×1017Ω・cm以上、300℃における体積固有抵抗値が1×1014Ω・cm以上であるアルミナ焼結部材や、室温における体積固有抵抗値が1×1017Ω・cm以上、200℃における体積固有抵抗値が1×1015Ω・cm以上であるアルミナ焼結部材として用いることができる。
セラミックス原料粉末として、純度99.7重量%のアルミナ粉末(平均粒子径1μm)と、焼結助剤であるMgO粉末との混合粉末を使用した。セラミックス原料粉末中のMgOの含有量は0.04重量%とした。このセラミックス原料粉末に、水、分散剤、バインダとしてポリビニルアルコール(PVA)を添加し、トロンメルで16時間混合し、スラリーを作製した。得られたスラリーをスプレードライヤを用いて噴霧乾燥し、平均粒子径約80μmの造粒顆粒を作製した。
その後、金型に印刷電極12が形成されたアルミナ焼結体13をセットし、別途用意したセラミックス原料粉末を充填し、200kg/cm2の圧力でプレス成形を行った。尚、なお、充填したセラミックス原料粉末は、バインダを添加しない以外は、アルミナ焼結体13を作製する際と同様な方法で準備した。
実施例1と同様な手順で、純度99.7重量%のアルミナ粉末を使用し、平均粒子径約80μmのアルミナ造粒顆粒を作製した。このアルミナ造粒顆粒を金型に充填し、200kg/cm2の圧力にてプレス成形した。得られたアルミナ成形体上に線径Φ0.12mmのMo製金網電極(メッシュ状電極)を載置した。更に、アルミナ成形体及び金網電極上に、同じアルミナ造粒顆粒を充填し200kg/cm2の圧力にてプレス成形を行った。
セラミックス原料粉末として、純度99.7重量%のアルミナ粉末(平均粒子径1μm)と、焼結助剤であるMgO粉末との混合粉末を使用した。セラミックス原料粉末中のMgOの含有量は0.04重量%とした。このセラミックス原料粉末に、水、分散剤、バインダとしてポリビニルアルコール(PVA)を添加し、トロンメルで16時間混合し、スラリーを作製した。得られたスラリーをスプレードライヤを用いて噴霧乾燥し、500℃で5時間保持することによりバインダを除去し、平均粒子径約80μmの造粒顆粒を作製した。
その後、金型に印刷電極12が形成されたアルミナ焼結体13をセットし、アルミナ焼結体13に用いた造粒顆粒を充填し、200kg/cm2の圧力でプレス成形を行った。続いて、この成形体をカーボン製のサヤにセットし、図4(c)に示すように、ホットプレス法を用いて焼成した。焼成は、窒素加圧雰囲気(150kPa)で、10MPaで加圧しながら、300℃/hで昇温し、1600℃で2時間保持して行った。こうして、アルミナ焼結体13と、電極2と、セラミックス焼結体が一体化された一体焼結体を得た。
セラミックス原料粉末として、純度99.5重量%のアルミナ粉末(平均粒子径1μm)と焼結助剤であるMgO原料粉末の混合粉末を使用した。なお、セラミックス原料粉末中のMgOの含有量は0.04重量%とした。このセラミックス原料粉末に、バインダ、有機溶剤を添加し、トロンメルで16時間で混合しスラリーを作製した。なお、バインダとしては、メタクリル酸イソブチルエステル、ブチルエステル及びニトロセルロースを使用し、有機溶剤としては、トリクロルエチレン及びnブタノールを使用した。このスラリーを用いて、ドクターブレード法により、厚み0.1mmのアルミナのシート状成形体を作製した。
実施例1〜3及び比較例の各静電チャックのセラミックス誘電体層であるアルミナ焼結体について、アルミナ焼結体の体積固有抵抗値、純度、密度、開気孔率、最大気孔径、熱伝導率、耐電圧、曲げ強度、含有不純物について評価した。
(3)密度:純水を媒体に使い、アルキメデス法を用いて評価した。
(4)開気孔率:純水を媒体に使い、アルキメデス法を用いて評価した。
(6)熱伝導率:レーザフラッシュ法により測定した。
(7)耐電圧:JIS C2141に準じた方法により測定した。
(8)曲げ強度:JIS R1601に準じた方法により室温四点曲げ強度を測定した。
(9)含有不純物の定量:誘導結合プラズマ(ICP)発光スペクトル分析により定量した。
(セラミックス誘電体の体積固有抵抗値)
体積固有抵抗値の測定結果を表1及び図5に示す。図5において、縦軸は体積固有抵抗値(Ω・cm)を示し、グラフ上部の横軸は温度(℃)を示し、グラフ下部の横軸は1000/T(K−1)を示す。
純度、密度、開気孔率、最大気孔径、熱伝導率、耐電圧、曲げ強度の測定結果を表2に示す。含有不純物の定量結果を表3に示す。
吸着力の測定結果を図6に、脱着応答性の測定結果を図7に示す。図6において、縦軸は吸着力(Torr)を示し、横軸は温度(℃)を示す。図7において、縦軸は脱着時間(デチャック時間)(秒)を示し、横軸は温度(℃)を示す。
2,22a,22b 電極
3 セラミックス誘電体層
4,24a,24b 電極端子
5 ヒータエレメント
5a,5b ヒータエレメント端子
10,20,30 静電チャック
11 セラミックス成形体
12 印刷電極
13 アルミナ焼結体
Claims (23)
- 室温における体積固有抵抗値が1×1017Ω・cm以上であり、300℃における体積固有抵抗値が1×1014Ω・cm以上であるアルミナ焼結体からなるセラミックス誘電体層と、
前記セラミックス誘電体層の一方の面に形成された面状の電極と
を有することを特徴とする静電チャック。 - 前記アルミナ焼結体は、400℃における体積固有抵抗値が1×1014Ω・cm以上であることを特徴とする請求項1に記載の静電チャック。
- 前記アルミナ焼結体は、純度が99.5重量%以上であり、密度が3.80〜4.00g/cm3であることを特徴とする請求項1又は2に記載の静電チャック。
- 前記アルミナ焼結体は、不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気でホットプレス法により焼成されたものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の静電チャック。
- 前記セラミックス誘電体層は、厚みが0.05mm〜0.50mmであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の静電チャック。
- 前記電極を介して、前記セラミックス誘電体層と接合されたセラミックス基体を有し、
前記セラミックス誘電体層、前記電極及び前記セラミックス基体は、ホットプレス法により焼成された一体焼結品であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の静電チャック。 - 前記セラミックス基体は、アルミナ焼結体であることを特徴とする請求項6に記載の静電チャック。
- 室温における体積固有抵抗値が1×1017Ω・cm以上であり、200℃における体積固有抵抗値が1×1015Ω・cm以上であるアルミナ焼結体からなるセラミックス誘電体層と、
前記セラミックス誘電体層の一方の面に形成された面状の電極と
を有することを特徴とする静電チャック。 - 前記アルミナ焼結体は、純度が99.5重量%以上であり、密度が3.80〜4.00g/cm3であることを特徴とする請求項8に記載の静電チャック。
- 前記アルミナ焼結体は、不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気でホットプレス法により焼成されたものであることを特徴とする請求項8又は9に記載の静電チャック。
- 前記セラミックス誘電体層は、厚みが0.05mm〜0.50mmであることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の静電チャック。
- 前記電極を介して、前記セラミックス誘電体層と接合されたセラミックス基体を有し、
前記セラミックス誘電体層、前記電極及び前記セラミックス基体は、ホットプレス法により焼成された一体焼結品であることを特徴とする請求項8乃至11のいずれか1項に記載の静電チャック。 - 前記セラミックス基体は、アルミナ焼結体であることを特徴とする請求項12に記載の静電チャック。
- アルミナを99.5重量%以上含むセラミックス原料粉末を用いて、不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気でホットプレス法により焼成し、アルミナ焼結体を作製する工程と、
面状の電極を形成する工程と
を有することを特徴とする静電チャックの製造方法。 - 室温における体積固有抵抗値が1×1017Ω・cm以上であり、300℃における体積固有抵抗値が1×1014Ω・cm以上であることを特徴とするアルミナ焼結部材。
- 400℃における体積固有抵抗値が1×1014Ω・cm以上であることを特徴とする請求項15に記載のアルミナ焼結部材。
- 純度が99.5重量%以上であり、密度が3.80〜4.00g/cm3であることを特徴とする請求項15又は16に記載のアルミナ焼結部材。
- 不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気でホットプレス法により焼成されたものであることを特徴とする請求項15乃至17のいずれか1項に記載のアルミナ焼結部材。
- 室温における体積固有抵抗値が1×1017Ω・cm以上であり、200℃における体積固有抵抗値が1×1015Ω・cm以上であることを特徴とするアルミナ焼結部材。
- 純度が99.5重量%以上であり、密度が3.80〜4.00g/cm3であることを特徴とする請求項19に記載のアルミナ焼結部材。
- 不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気でホットプレス法により焼成されたものであることを特徴とする請求項19又は20に記載のアルミナ焼結部材。
- アルミナを99.5重量%以上含むセラミックス原料粉末を用いて、不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気でホットプレス法により焼成することにより、室温における体積固有抵抗値が1×1017Ω・cm以上であり、300℃における体積固有抵抗値が1×1014Ω・cm以上のアルミナ焼結体を作製する工程を有することを特徴とするアルミナ焼結部材の製造方法。
- アルミナを99.5重量%以上含むセラミックス原料粉末を用いて、不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気でホットプレス法により焼成することにより、室温における体積固有抵抗値が1×1017Ω・cm以上であり、200℃における体積固有抵抗値が1×1015Ω・cm以上のアルミナ焼結体を作製する工程を有することを特徴とするアルミナ焼結部材の製造方法。
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