JP2006269826A - 静電チャック及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温環境でクーロン力を利用する静電チャックについて、高体積抵抗且つ高熱伝導を有する静電チャック及びその製造方法を提供する。
【解決手段】静電チャック１００は熱伝導率が誘電体層１２よりも高いセラミックスの基体１１と、基体１１上に形成され、１００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上で基体１１と主成分が同じであるセラミックスの誘電体層１２と、静電吸着力を発生させる電極２０とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】静電チャック１００は熱伝導率が誘電体層１２よりも高いセラミックスの基体１１と、基体１１上に形成され、１００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上で基体１１と主成分が同じであるセラミックスの誘電体層１２と、静電吸着力を発生させる電極２０とを備える。
【選択図】図１
Description
本発明は、静電チャック及びその製造方法に関する。
従来、半導体製造工程や液晶製造工程では、半導体基板やガラス基板などを吸着し、保持する静電チャックが使用されている。静電チャックには、クーロン力を利用して基板を吸着するものと、ジョンソン・ラーベック力を利用して基板を吸着するものとがある。クーロン力は、静電チャックの誘電体層表面に載置された基板と、静電チャックの電極との間に発生する静電吸着力である。クーロン力を利用して基板を吸着する静電チャックでは、基板の脱離特性を良くするためには、使用温度範囲において高い体積抵抗率が必要とされる。
一般的には常温で高い体積抵抗率を示し、安価なアルミナ等が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２８３６０７号公報
しかしながら、近年、半導体製造装置において使用される静電チャックも、益々高温環境に曝される傾向にある。例えば、ＣＶＤ装置等における基板の加熱やエッチング装置やＰＶＤ装置における高プラズマ化による基板への高入熱環境のように新たな構成材料の成膜やエッチング等を目的として行われるようになってきている。これに伴って、静電チャックにも均熱性向上や基板の熱を効率よく逃がすための高熱伝導が求められようになってきている。
アルミナの熱伝導率は、３０Ｗ／ｍＫ以下と低い。これにより、静電チャックは、基体の材料にアルミナが用いられると基板の放熱性が低いという課題があった。
そこで、本発明は、高温環境でクーロン力を利用する静電チャックについて、高体積抵抗且つ高熱伝導を有する静電チャック及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の静電チャックは、熱伝導率が誘電体層よりも高いセラミックスの基体と、基体上に形成され、１００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上で、基体と主成分が同じであるセラミックスの誘電体層と、静電吸着力を発生させる電極とを備えることを特徴とする。このような静電チャックによれば、熱伝導率が誘電体層よりも高いセラミックスを基体に利用し、１００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上で、基体と主成分を同じにしたセラミックスを誘電体層に利用することにより、高温環境でクーロン力を利用する静電チャックについて、高体積抵抗且つ高熱伝導を有する静電チャックを提供することができる。基体は、熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。
１５０℃及び２００℃における誘電体層の体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。これによれば、更に高温環境で、クーロン力を利用する静電チャックについて、高体積抵抗且つ高熱伝導を有する静電チャックを提供することができる。静電チャックに用いられるセラミックスは、窒化アルミニウムを主成分とすることが好ましい。これによれば、セラミックスの主成分に窒化アルミニウムを用いることにより、更に熱伝導率が向上する。
誘電チャックの誘電体層は、０．４〜２．５ｗｔ％のマグネシウムと、２．０〜５．０ｗｔ％のイットリウムとを含有し、前記誘電体層の平均粒径は、１．０μｍ以下であることが好ましい。これによれば、誘電体層の体積抵抗率は、窒化アルミニウムを主成分とし、０．４〜２．５ｗｔ％のマグネシウムと、２．０〜５．０ｗｔ％のイットリウムとを含有し、平均粒径が、１．０μｍ以下であることで更に向上する。
本発明の静電チャックの製造方法は、熱伝導率が誘電体層よりも高いセラミックスの基体を形成する工程と、基体上に、１００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上で、基体と主成分が同じであるセラミックスの誘電体層を形成する工程と、静電吸着力を発生させる電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。このような製造方法によれば、熱伝導率が誘電体層よりも高いセラミックスを基体に利用し、１００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上のセラミックスを誘電体層に利用することにより、高温環境でクーロン力を利用する静電チャックについて、高体積抵抗且つ高熱伝導を有する静電チャックを提供することができる。基体は、熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。
１５０℃及び２００℃における誘電体層の体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。これによれば、更に高温環境で、クーロン力を利用する静電チャックについて、高体積抵抗且つ高熱伝導を有する静電チャックを提供することができる。
基体もしくは基体になる第１成形体と、誘電体層もしくは誘電体層になる第２成形体と、電極とがホットプレス法により一体に焼成される工程を含むことが好ましい。これによれば、ホットプレス法にて一体に焼成することにより、緻密な焼結体とすることができ、更に体積抵抗率が向上する。
本発明によれば、高温環境でクーロン力を利用する静電チャックについて、高体積抵抗且つ高熱伝導を有する静電チャック及びその製造方法を提供することができる。
〔静電チャック〕
図１に示すように、静電チャック１００は、基体１１と、電極２０と、誘電体層１２と、端子２１とを備える。
図１に示すように、静電チャック１００は、基体１１と、電極２０と、誘電体層１２と、端子２１とを備える。
静電チャック１００は、熱伝導率が誘電体層１２よりも高いセラミックスの基体１１と、基体１１上に形成され、１００℃、１５０℃及び２００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上で、基体１１と主成分が同じであるセラミックスの誘電体層１２と、静電吸着力を発生させる電極２０とを備える。これによれば、高温環境で、高体積抵抗且つ高熱伝導の静電チャックとして機能することができる。
静電チャック１００は、基体１１と、誘電体層１２との間に電極２０が介在する構成となっている。静電チャック１００は、クーロン力を利用する静電チャックであり、誘電体層１２は、誘電層として機能する。静電チャック１００は、誘電体層１２の表面（以下基板接触面１２ｄ）で基板を吸着する。
基体１１は、電極２０及び誘電体層１２を支持する。基体１１は、熱伝導率が誘電体層１２よりも高いセラミックスにより形成できる。基体１１は、熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。これによれば、基体１１は、高熱伝導を有することにより、基板の放熱性を向上できる。より好ましい基体１１の熱伝導率は１５０Ｗ／ｍＫ以上である。
基体１１は、誘電体層１２と主成分が同じであるセラミックスにより形成される。これによれば、基体１１は、誘電体層１２との緻密性を向上できる。
基体１１は、窒化アルミニウムを主成分とすることが好ましい。これによれば、基体１１は、更に熱伝導率を向上できる。基体１１を窒化アルミニウム焼結体で構成した場合、その相対密度は、９８％以上であることが好ましい。これによれば、基体１１は、緻密性及び絶縁性を向上できる。
基体１１には、マグネシア、イットリア、酸化チタン、サマリア、アルミナ、イットリビウム、セリア等を焼結助剤として含むことができる。但し、主成分の原料以外の成分総量は、１０wt％以下であることが好ましい。基体１１は、円盤状等の板状とでき、端子２１を挿入するための孔１１ａを有する。
誘電体層１２は、電極２０を介して基体１１上に形成される。誘電体層１２は、１００℃、１５０℃及び２００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上で、基体１１と主成分が同じであるセラミックスにより形成できる。これによれば、誘電体層１２は、高温環境で高体積抵抗を有することにより、基板と接触する誘電体層１２の表面である基板接触面１２ｄと基板との間で発生するクーロン力を向上できる。これにより、誘電体層１２は、高温環境で高体積抵抗を有するクーロン力を利用する静電チャック１００の誘電層として機能することができる。
誘電体層１２は、窒化アルミニウムを主成分とすることが好ましい。これによれば、誘電体層１２は、熱伝導率を向上できる。これによれば、誘電体層１２は、高体積抵抗且つ更に高熱伝導を有することができる。
誘電体層１２は、窒化アルミニウムを主成分とし、０．４〜２．５ｗｔ％のマグネシウムと２．０〜５．０ｗｔ％のイットリウムとを含有し、誘電体層１２の平均粒径は、１．０μｍ以下であることが好ましい。これによれば、誘電体層１２は、更に体積抵抗率が向上することにより、基板接触面１２ｄと基板との間で発生するクーロン力を更に向上できる。より好ましい窒化アルミニウム焼結体に含まれるマグネシウムの量は、０．５〜２．５ｗｔ％である。これによれば、誘電体層１２は、更に体積抵抗率を向上できる。
誘電体層１２は、真空中、室温に保持され、１分間の電圧印加２ｋＶ／ｍｍにおける、体積抵抗率が、１×１０15Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。これによれば、誘電体層１２は、高電圧環境において、高い静電吸着力を得ることができる。真空中、室温に保持され、１分間の電圧印加２ｋＶ／ｍｍにおける、より好ましい誘電体層１２の体積抵抗率は、１×１０16Ω・ｃｍ である。
更に、誘電体層１２は、真空中、１００℃に保持され１分間の電圧印加２ｋＶ／ｍｍにおける、体積抵抗率が、１×１０15Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。同様にして誘電体層１２は、真空中、１５０℃に保持され１分間の電圧印加２ｋＶ／ｍｍにおける、体積抵抗率が、１×１０15Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。更に、誘電体層１２は、真空中、２００℃に保持され１分間の電圧印加２ｋＶ／ｍｍにおける、体積抵抗率が、１×１０15Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。これによれば、誘電体層１２は、高温、高電圧環境において、高い静電吸着力を得ることができる。真空中、２００℃に保持され、１分間の電圧印加２ｋＶ／ｍｍにおける、より好ましい誘電体層１２の体積抵抗率は、１×１０16Ω・ｃｍである。
誘電体層１２を窒化アルミニウム焼結体で構成した場合、その相対密度は、９８％以上であることが好ましい。これによれば、誘電体層１２は、緻密にできる。誘電体層１２を窒化アルミニウム焼結体で構成した場合、その粒径は、１．０μｍ以下であることが好ましい。これによれば、誘電体層１２は、体積抵抗率を向上できる。
誘電体層１２には、マグネシア、イットリア、酸化チタン等を焼結助剤として含むことができる。但し、主成分の原料以外の成分総量は、１２ｗｔ％以下であることが好ましい。
誘電体層１２の厚さが、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。これによれば、高い静電吸着力を得ることができる。誘電体層１２の厚さは、０．４ｍｍ以下であることがより好ましい。
更に、基板接触面１２ｄの中心線平均表面粗さ（Ｒａ）（ＪＩＳ Ｂ０６０１）は、１．６μｍ以下であることが好ましい。これによれば、吸着力向上と基板裏面にバックサイドガスを流した場合にガスリークレートを小さくすることができる。中心線平均表面粗さ（Ｒａ）は、０．８μｍ以下であることがより好ましい。
電極２０は、基板接触面１２ｄと基板との間でクーロン力を発生させる。電極２０は、基体１１と誘電体層１２との間に介在する。静電チャック１００では、電極２０は、基体１１と誘電体層１２との間に埋設されている。電極２０は、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、白金（Ｐｔ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）及びそれら合金や化合物等の高融点材料を用いることができる。基体１１及び誘電体層１２に窒化アルミニウムを主成分として用いた場合、電極材料としては、モリブデン、タングステン、タングステンカーバイト等が窒化アルミニウムと熱膨張係数が近く、基体１１と誘電体層１２との密着性を良くすることができる。
電極２０の形状は限定されず、メッシュ状、バルク状、シート状、櫛形形状のものを用いることができる。また、電極２０は、図１の単極形状に限定されず、双極もしくは複数に分割されてもよい。
電極２０は、印刷ペーストを印刷したもの、バルク体、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）による薄膜等を用いることができる。
端子２１は、ろう付け等により電極２０に接続されている。
基体１１と、誘電体層１２とは主成分が同じであり、電極２０とが、一体焼結体となっていることが好ましい。これによれば、基体１１と、電極２０と、誘電体層１２との緻密性と、密着性とを向上することができる。基体１１と、電極２０と、誘電体層１２は、特に、ホットプレス法により一体焼結体に焼結されたものであることが好ましい。
電極２０は、基体１１と誘電体層１２との間に位置されていなくてもよい。例えば、電極２０は誘電体層１２に埋設されていてもよい。
又、静電チャック１００は、基体１１に抵抗発熱体を埋設させ、基板を加熱可能な静電チャックとすることもできる。抵抗発熱体は、ニオブ、モリブデン、タングステン等を用いることができる。抵抗発熱体は、線状、コイル状、帯状、メッシュ状、膜状等の物を用いることができる。抵抗発熱体は、電力供給を受けて発熱する。
〔製造方法〕
このような静電チャック１００は、熱伝導率が誘電体層１２よりも高いセラミックスの基体１１を形成する工程と、基体１１上に、１００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上で、基体１１と主成分が同じであるセラミックスの誘電体層１２を形成する工程と、静電吸着力を発生させる電極２０を形成する工程によって製造できる。なお、基体１１は、熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。また、誘電体層１２は、１５０℃及び２００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。
このような静電チャック１００は、熱伝導率が誘電体層１２よりも高いセラミックスの基体１１を形成する工程と、基体１１上に、１００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上で、基体１１と主成分が同じであるセラミックスの誘電体層１２を形成する工程と、静電吸着力を発生させる電極２０を形成する工程によって製造できる。なお、基体１１は、熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。また、誘電体層１２は、１５０℃及び２００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。
基体１１を形成し、基体１１の上に電極２０を介して誘電体層１２を形成する場合を例にとって説明する。
まず、熱伝導率が誘電体層１２よりも高くなる基体１１のセラミックス原料粉末に、バインダー、必要に応じて、有機溶剤、分散剤等を添加して混合し、スラリーを作製する。セラミックス原料粉末は、主成分となるセラミックスの粉末と、焼結助剤とバインダーとを含むことができる。例えば、窒化アルミニウム粉末を主成分とし、マグネシア、イットリア、酸化チタン、サマリア、アルミナ、イットリビウム、セリア粉末などを焼結助剤として添加する。但し、主成分の原料以外の成分総量は、１０ｗｔ％以下であることが好ましい。また、窒化アルミニウムを主成分として原料粉末に用いた場合、平均粒径は１μｍ程度であることが好ましい。これによれば、焼結温度を低くすることができる。
得られたスラリーを噴霧造粒法等により造粒して造粒顆粒を得る。得られた造粒顆粒を、金型成形法、ＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing）法、スリップキャスト法等の成形方法により成形する。
得られた成形体をセラミックス原料粉末に応じた焼成条件（焼成雰囲気、焼成方法、焼成温度、焼成時間等）で焼成し、セラミックスの基体１１を形成する。窒化アルミニウムを主成分として原料粉末に用いた場合、具体的には、一軸方向に加圧しながら、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で、１４００〜２０００℃で焼結することが好ましい。焼成温度が １４００℃未満の場合、緻密化し難くなってしまう。焼成温度が２０００℃を超えると、体積抵抗が低下してしまう。より好ましい温度は、１６００〜２０００℃であり、得られる基体１１の特性をより安定化できる。また、最高温度までは、昇温速度２００℃／時間以下で昇温することが好ましい。また、最高温度では１〜１０時間保持することが好ましい。
焼成方法は限定されないが、ホットプレス法を用いることが好ましい。これによれば、緻密な窒化アルミニウム焼結体とすることができ、得られる窒化アルミニウム焼結体の体積抵抗率をより向上させることができる。この場合加える圧力は、１０〜３０ＭＰａが好ましい。これによれば、基体１１として、より緻密な焼結体を得ることができる。
例えば、形成された成形体に、プレス圧力２０ＭＰａ、最高温度１８３０℃で、２時間保持することにより焼成する。
次に、基体１１上に電極２０を形成する。例えば、電極２０は、基体１１表面に印刷ペーストを、スクリーン印刷法等を用いて、半円形状や櫛歯形状、メッシュ状に印刷することにより形成できる。電極２０を印刷により形成する場合、タングステン、ニオブ、モリブデン、タングステンカーバイド等の高融点材料の粉末と、基体１１と同種のセラミックス粉末と、バインダーとしてセルロース、アクリル、ポリビニルブチラール等とを混合した印刷ペーストを用いることが好ましい。これによれば、電極２０と、基体１１と熱膨張係数を近づけることができ、基体１１と、電極２０との緻密性を向上させることができる。
また、電極２０は、基体１１表面にメッシュ状やバルク状の電極２０を載置することによっても形成できる。また、電極２０は、基体１１表面に電極２０の薄膜をＣＶＤやＰＶＤによって形成してもよい。
次に、誘電体層１２を形成する。基体１１の主成分と同じで、１００℃、１５０℃、２００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上となるセラミックス原料粉末に、バインダー、必要に応じて、水、分散剤等を添加して混合し、スラリーを作製する。セラミックス原料粉末は、主成分となるセラミックスの粉末と、焼結助剤とバインダーとを含むことができる。例えば、窒化アルミニウム粉末を主成分とし、マグネシア、イットリア、酸化チタン粉末などを焼結助剤として添加する。但し、主成分の原料以外の成分総量は、１２ｗｔ％以下であることが好ましい。また、窒化アルミニウムを主成分として原料粉末に用いた場合、平均粒径は１μｍ程度であることが好ましい。これによれば、焼結温度を低くすることができる。得られたスラリーを噴霧造粒法等により造粒して造粒顆粒を得る。金型等に、電極２０が形成された基体１１をセットし、基体１１及び電極２０上に、得られた造粒顆粒を充填し、基体１１上に誘電体層１２となる成形体を形成する。あるいは、造粒顆粒を用いて、金型プレス成形法、ＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing）法、スリップキャスト法等により、誘電体層１２となる成形体を形成し、基体１１上に誘電体層１２となる成形体を載置してプレスすることにより、基体１１上に誘電体層１２となる成形体を形成してもよい。
そして、基体１１と、電極２０と、誘電体層１２となる成形体とを、ホットプレス法により成形体のセラミックス原料粉末に応じた焼成条件（焼成雰囲気、焼成方法、焼成温度、焼成時間等）で一体に焼成し、一体焼結体を得る。これにより、誘電体層１２を形成できる。窒化アルミニウムを主成分として原料粉末に用いた場合、一軸方向に加圧しながら、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で、１５５０〜２０００℃で焼結することが好ましい。焼成温度が１５５０℃未満の場合、緻密化し難くなってしてしまう。焼成温度が、２０００℃を超えた場合体積抵抗が低下してしまう。より好ましい温度は、１６００〜２０００℃であり、得られる誘電体層１２の体積抵抗率をより安定化できる。また、最高温度までは、昇温速度２００℃／時間以下で昇温することが好ましい。また、最高温度では１〜１０時間保持することが好ましい。また、加える圧力は、１０〜３０ＭＰａが好ましい。これによれば、誘電体層１２として、より緻密な焼結体を得ることができる。
なお、工程の順番は問わない。例えば、先に誘電体層１２を形成し、誘電体層１２上に電極２０を形成し、誘電体層１２及び電極２０上に、基体１１となる成形体を形成して、一体に焼成してもよい。
このように、基体１１又は誘電体層１２のいずれかを焼成して得た後に、電極２０を形成し、一体に焼成することにより、電極２０の平坦度を向上させることができる。これにより、静電チャックの静電吸着力の均一性や均熱性を向上できる。
また、基体１１となる成形体と、電極２０と、誘電体層１２となる成形体との積層体を形成し、得られた積層体をホットプレス法等により一体に焼成してもよい。
また、電極２０は、基体１１と誘電体層１２との間に位置されていなくてもよい。例えば、電極２０は誘電体層１２に埋設されていてもよい。
次に、得られた一体焼結体を加工する。具体的には、誘電体層１２の厚さが０．５ｍｍ以下となるように誘電体層１２を研削することが好ましい。また、誘電体層１２の基板接触面１２ｄの中心線平均表面粗さ（Ｒａ）が１．６μｍ以下となるように誘電体層１２を研削することが好ましい。また、基体１１に端子２１を挿入するための孔１１ａを穴あけ加工により形成する。最後に、端子２１を基体１１の孔１１ａに挿入し、端子２１を電極２０にろう付けすることにより、静電チャック１００を得る。
このように、熱伝導率が誘電体層１２よりも高いセラミックスの基体１１を形成する工程と、基体１１上に、１００℃、１５０℃及び２００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上で、基体１１と主成分が同じであるセラミックスの誘電体層１２を形成する工程と、静電吸着力を発生させる電極２０を形成する工程とを含むことにより、高温環境でクーロン力を利用する静電チャックについて、高体積抵抗且つ高熱伝導を有する静電チャックを得ることができる。そして、このような製造条件の範囲内において、原料粉末の平均粒径、組成、焼成温度や焼成時間、焼成方法などの焼成条件などを調整して、焼結体の組成や開気孔率、嵩密度、平均粒径などを適宜調整することができる。その結果、得られる静電チャックの熱伝導率、体積抵抗率などを適宜調整することができる。
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
［静電チャック］
（実施例１〜４、比較例１、２）
はじめに、基体を形成した。具体的には、セラミックス原料粉末として、還元窒化法により得られた窒化アルミニウム粉末９２．５〜１００．０ｗｔ％と、マグネシア粉末０〜２．０ｗｔ％と、イットリア粉末０〜５．０ｗｔ％と、酸化チタン粉末０〜０．５ｗｔ％との混合粉末を準備した。セラミック原料粉末にアクリル系樹脂バインダーを添加し、ボールミルを用いて混合し、スラリーを得た。
（実施例１〜４、比較例１、２）
はじめに、基体を形成した。具体的には、セラミックス原料粉末として、還元窒化法により得られた窒化アルミニウム粉末９２．５〜１００．０ｗｔ％と、マグネシア粉末０〜２．０ｗｔ％と、イットリア粉末０〜５．０ｗｔ％と、酸化チタン粉末０〜０．５ｗｔ％との混合粉末を準備した。セラミック原料粉末にアクリル系樹脂バインダーを添加し、ボールミルを用いて混合し、スラリーを得た。
噴霧造粒法により造粒顆粒を作製した。具体的には、得られたスラリーをスプレードライヤーにより噴霧乾燥し、造粒顆粒を作製した。得られた造粒顆粒を金型成形法により一軸加圧成形し、板状の成形体に形成した。
成形体を窒素ガス雰囲気でホットプレス法により焼成し窒化アルミニウム焼結体を得た。具体的には、２０ＭＰaで加圧しながら、最高温度まで１０〜１５０℃／時間の昇温速度で温度を上昇させ、最高温度で２時間保持した。なお、最高温度は、実施例では１８３０℃、比較例では１７００℃を利用した。窒化アルミニウム焼結体を研削加工し、直径２１５ｍｍ厚さ１０ｍｍの円盤を作製した。
次に、炭化タングステン（ＷＣ）粉末に、バインダーとしてセルロース、アクリル、ポリビニルブチラール等を混合して印刷ペーストを作製した。窒化アルミニウム焼結体上にスクリーン印刷法により、厚さ２０μｍの電極を形成し、乾燥させた。
次に、電極を形成した窒化アルミニウム焼結体を金型にセットした。窒化アルミニウム焼結体及び電極上に、窒化アルミニウム造粒顆粒を充填して加圧し、プレス成形を行った。
一体に成形された窒化アルミニウム焼結体、電極、窒化アルミニウム成形体をカーボン製のサヤにセットし、窒素ガス雰囲気でホットプレス法により焼成した。具体的には、２０ＭＰａで加圧しながら、最高温度１７００℃まで１０℃／時間の昇温速度で温度を上昇させ、この最高温度１７００℃で２時間保持して一体に焼成した。
誘電体層表面をダイアモンド砥石にて平面研削加工を行い、誘電体層の厚みを０．５ｍｍ以下にした。このようにして、誘電体層を形成した。
又、基板接触面の中心線平均表面粗さ（Ｒａ）が０．８μｍ以下となるように研削加工を行った。更に窒化アルミニウム焼結体側面を研削するとともに、必要な穴あけ加工、及び電極にコネクトする端子を接合することにより静電チャックが完成した。
得られた静電チャックについて次の（１）〜（４）の評価を行った。
（１）体積抵抗測定
ＪＩＳ Ｃ２１４１に準じた方法により体積抵抗測定をした。具体的には、真空雰囲気下において室温から１５０℃までの測定を行った。試験形状は、直径２００ｍｍ×１０ｍｍの静電チャック表面に、主電極径を２０ｍｍ、ガード電極内径を３０ｍｍ、ガード電極外径を４０ｍｍとし、各電極を銀ペーストで形成した。静電チャック電極に２ｋＶ／ｍｍを印加し、電圧印加後１分時の電流を読み取り、体積抵抗率を算出した。
ＪＩＳ Ｃ２１４１に準じた方法により体積抵抗測定をした。具体的には、真空雰囲気下において室温から１５０℃までの測定を行った。試験形状は、直径２００ｍｍ×１０ｍｍの静電チャック表面に、主電極径を２０ｍｍ、ガード電極内径を３０ｍｍ、ガード電極外径を４０ｍｍとし、各電極を銀ペーストで形成した。静電チャック電極に２ｋＶ／ｍｍを印加し、電圧印加後１分時の電流を読み取り、体積抵抗率を算出した。
（２）熱伝導率測定
ＪＩＳ Ｒ１６１１に準じたレーザーフラッシュ法により熱伝導率測定をした。
ＪＩＳ Ｒ１６１１に準じたレーザーフラッシュ法により熱伝導率測定をした。
（３） 温度測定
静電チャック上下面の温度差を測定した。具体的には、製作した直径２００ｍｍ×厚さ１０ｍｍの静電チャック表面にランプヒータにより３ｋＷを入熱した。静電チャック裏面に冷却プレートを接触させ、裏の温度を２０℃に固定した。この時の静電チャック表面の温度を測定し、静電チャック上下面の温度差を算出した。
静電チャック上下面の温度差を測定した。具体的には、製作した直径２００ｍｍ×厚さ１０ｍｍの静電チャック表面にランプヒータにより３ｋＷを入熱した。静電チャック裏面に冷却プレートを接触させ、裏の温度を２０℃に固定した。この時の静電チャック表面の温度を測定し、静電チャック上下面の温度差を算出した。
（４）吸着力測定
真空中で静電チャックの基板接触面上にシリコン製プローブを接触させ、静電チャックの電極とシリコン製プローブ間に２ｋＶ／ｍｍの電圧印加し、シリコン製プローブを静電チャックに吸着固定させた。電圧印加から６０秒後に電圧を印加したまま、シリコン製プローブを載置面から引き剥がす方向に引上げ、引き剥がすために要した力を吸着力として測定した。
真空中で静電チャックの基板接触面上にシリコン製プローブを接触させ、静電チャックの電極とシリコン製プローブ間に２ｋＶ／ｍｍの電圧印加し、シリコン製プローブを静電チャックに吸着固定させた。電圧印加から６０秒後に電圧を印加したまま、シリコン製プローブを載置面から引き剥がす方向に引上げ、引き剥がすために要した力を吸着力として測定した。
なお、シリコン製プローブ先端の面積は３ｃｍ2とし、室温、及び１５０℃において測定した。
（１）〜（４）の評価の結果を表１に示す。
実施例１〜４は、主成分である窒化アルミニウムと０〜５ｗｔ％のイットリアとを含み１８３０℃で焼成した基体と、主成分である窒化アルミニウムと、２ｗｔ％のマグネシアと、５ｗｔ％のイットリアと、０〜０．５ｗｔ％の酸化チタンとを含み１７００℃で焼成した誘電体層と、電極とを有する静電チャックである。実施例1〜４の成分量を、表１に示す。
比較例１、２は、主成分である窒化アルミニウムと、２ｗｔ％のマグネシアと、５ｗｔ％のイットリアと、０〜０．５ｗｔ％の酸化チタンとを含み１７００℃で焼成した基体と、主成分である窒化アルミニウムと、２ｗｔ％のマグネシアと、５ｗｔ％のイットリアと、０〜０．５ｗｔ％の酸化チタンとを含み１７００℃で焼成した誘電体層と、電極とを有する静電チャックである。比較例１、２の成分量を表１に示す。
実施例１〜４は、基体を１８３０℃で焼成しており、非常に高い熱伝導率を有する基体となっていた。
また、実施例１〜４の静電チャックは、いずれも熱伝導率が８９〜１７０Ｗ／ｍＫ、温度測定による差が５．５〜１０．６℃であり、熱伝導率が４１〜４８Ｗ／ｍＫ、温度測定による温度差が２０〜２３．９℃である比較例１〜４の静電チャックに比べて常温、１００℃、１５０℃における体積抵抗率を維持しつつ熱伝導率と、それに伴う温度測定による温度差とが向上していた。
特に、実施例２は、窒化アルミニウムと、５ｗｔ％のイットリアとを含み、１８３０℃で焼成した基体と、窒化アルミニウムと、２ｗｔ％のマグネシアと、５ｗｔ％のイットリアとを含み、１７００℃で焼成した誘電体層と、電極とを有する静電チャックであり、熱伝導率が、１７０Ｗ／ｍＫ、温度測定による温度差が５．５℃と、比較1、２に比べ飛躍的に向上していた。
また、実施例４は、窒化アルミニウムと、５ｗｔ％のイットリアとを含み、１８３０℃で焼成した基体と、窒化アルミニウムと、２ｗｔ％のマグネシアと、５ｗｔｌ％のイットリアと、０．５ｗｔ％の酸化チタンを含み、１７００℃で焼成した誘電体層と、電極とを有する静電チャックであり、熱伝導率が、１７０Ｗ／ｍＫ、温度測定による温度差が５．６℃と、比較1、２に比べ飛躍的に向上していた。
これに対して、比較例１は、２ｗｔ％のマグネシアと５ｗｔ％のイットリアを含み、１７００℃で焼成した基体と、窒化アルミニウムと、２ｗｔ％のマグネシアと５ｗｔ％のイットリアを含み、１７００℃で焼成した誘電体層と、電極とを有する静電チャックであり、熱伝導率が非常に劣っていた。これに伴い、温度測定の温度差も非常に劣っていた。
比較例２は、２ｗｔ％のマグネシアと５ｗｔ％のイットリアと、０．５ｗｔ％の酸化チタンと１７００℃で焼成した基体と、窒化アルミニウムと、２ｗｔ％のマグネシアと５ｗｔ％のイットリアと、０．５ｗｔ％酸化チタンとを含み、１７００℃で焼成した誘電体層と、電極とを有する静電チャックであり、熱伝導率が非常に劣っていた。これに伴い、温度測定の温度差も非常に劣っていた。
１１…基体
１１ａ…孔
１２…誘電体層
１２ｄ…基板接触面
２０…電極
２１…端子
１００…静電チャック
１１ａ…孔
１２…誘電体層
１２ｄ…基板接触面
２０…電極
２１…端子
１００…静電チャック
Claims (11)
- セラミックスの基体と、前記基体上に形成され、１００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上で前記基体と主成分が同じであるセラミックスの誘電体層と、静電吸着力を発生させる電極とを備え、
前記基体は、前記誘電体層よりも熱伝導率が高いことを特徴とする静電チャック。 - 前記基体の熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ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。
- １５０℃における前記誘電体層の体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電チャック。
- ２００℃における前記誘電体層の体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の静電チャック。
- 前記セラミックスは、窒化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の静電チャック。
- 前記誘電体層は、０．４〜２．５ ｗｔ％のマグネシウムと、 ２．０〜５．０ｗｔ％のイットリウムとを含有し、前記誘電体層の平均粒径は、１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の静電チャック。
- セラミックスの基体を形成する工程と、
前記基体上に、１００℃における体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上で、前記セラミックスと主成分が同じであるセラミックスの誘電体層を形成する工程と、
静電吸着力を発生させる電極を形成する工程とを含み、前記基体は、前記誘電体層よりも熱伝導率が高いことを特徴とする静電チャックの製造方法。 - 前記基体の熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項７に記載の静電チャックの製造方法。
- １５０℃における前記誘電体層の体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の静電チャックの製造方法。
- ２００℃における前記誘電体層の体積抵抗率が１×１０15Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の静電チャックの製造方法。
- 前記基体もしくは前記基体になる第１成形体と、前記誘電体層もしくは前記誘電体層になる第２成形体と、前記電極とがホットプレス法により一体に焼成される工程を含むことを特徴とする請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の静電チャックの製造方法。
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