JP2007194393A

JP2007194393A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2007194393A
Application number: JP2006010800A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Ogura; 知之小倉; Noboru Miyata; 昇宮田; Toshiya Umeki; 俊哉梅木
Original assignee: Nihon Ceratec Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; NTK Ceratec Co Ltd
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2007-08-02

Abstract

【課題】複雑形状の内部電極構造であっても作製が容易にでき、かつ基台の変形の少ない、優れた耐電圧特性を発揮する静電チャック提供する。
【解決手段】基台１と、この基台１の上面に形成された電極層２と、この電極層２を被覆するように前記基台１の上に、溶射により形成された上部絶縁層３とを具備してなる静電チャックであって、前記基台１のヤング率が６０ＧＰa以上のセラミックスから構成されてなり、かつ、前記電極層２がメッキ処理により形成されてなる。また、前記基台１と前記上部絶縁層３を構成する材料の２０〜３０℃における各々の平均の熱膨張係数の値の差が２×１０^-6／℃以下であり、かつ、前記基台１の厚みが２〜１０ｍｍ、前記上部絶縁層３の厚みが０．１５〜１．００ｍｍである。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電チャックに関するもので、特に、基台と、この基台の上面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基台の上に、溶射により形成された上部絶縁層とを具備してなる静電チャックに関する。

たとえば、半導体製造過程における薄膜形成工程あるいはドライエッチング工程では、ウエハなどの平板上の物品に所要の成膜処理あるいはエッチング処理を施すため、それを載置台上で確実に保持する必要がある。こうした要求に応える保持装置としては、静電作用を利用して物品を密着保持する静電チャックが広く用いられている。

従来型の静電チャックは、金属製の板状電極を被覆するよう、アルミナなどのセラミックスをプラズマ溶射して絶縁膜を形成することにより構成されている。このため、比較的少ない工程数で製造することができ、得られた静電チャックは、耐熱性や耐久性にも優れるといった利点があった。
また最近では、基台の上に下部絶縁層、電極層及び上部絶縁層を順に溶射によって形成してなるタイプのものが提案されている。

しかしながら、この様にして得られた静電チャックの絶縁層すなわち溶射皮膜は、微小な気孔が無数に存在する多孔質状となるため耐電圧特はあまり高くなかった。したがって、高い電圧を印加できなくなり、大きな保持力を得るのが難しいという課題があった。しかも、気孔部分で放電現象が生じることがある。すなわち、吸着保持した物品と電極層との間に、気孔を経由して電流が流れるといった不具合が稀に発生することがあり、依然として改善の余地が残されていた。こうした実情に鑑みて、気孔に樹脂を充填して耐電圧特性を高め、吸着保持能力を向上させる封孔処理技術が提案されている。（例えば、特許文献１を参照。）
特開昭５９−１５２６３６号公報

ところで、近年、大きな保持力を得ることを目的として、耐電圧特性を高めた静電チャックの要求が高まってきている。この為、静電チャックを構成するそれぞれの溶射皮膜を厚くする方法で対処していたが、この場合、特に、下部絶縁層を形成している溶射皮膜中の気孔への封孔処理剤の含浸性が劣化し、十分な耐電圧特性が得られないといった問題があった。
また、基台上に形成される溶射皮膜が厚くなると、溶射皮膜の収縮応力が大きくなり、基台の変形が大きくなるといった問題があった。更に、装置のスペック上静電チャック構造のトータルの厚みを変更できないといった問題もあった。

また、内部電極層の形状においては、吸着力の均一性を目的として双極の櫛型形状が好適に用いられるようになりつつある。しかし、溶射により複雑形状の電極層を形成する場合、マスキングテープやマスキング治具を用いる方法が一般的であるが、この場合、マスキングテープ施工では、テープの設置が非常に煩雑であり、更にテープ剥離後に電極層にバリが発生するといった問題が発生し信頼性に劣るものであった。また、マスキング治具を用いる方法では、特定形状のマスキング治具を作製しなければならず、汎用性にかけるといった問題があった。

したがって本発明の目的は、複雑形状の内部電極構造であっても作製が容易にでき、かつ基台の変形の少ない、優れた耐電圧特性を発揮する静電チャックを提供することである。

上記課題を解決するべく鋭意研究を推し進める過程で、本発明者らは、基台にヤング率６０ＧＰa以上のセラミックスを用い、内部電極をメッキ処理により形成し、更に上部絶縁層をプラズマ溶射する方法で静電チャックを作製すれば、複雑形状の内部電極構造であっても作製でき、かつ基台の変形の少ない、優れた耐電圧特性を発揮する静電チャックを得ることが可能となるとの知見のもとに本発明を完成した。

すなわち、本発明の目的は、基台と、この基台の上面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基台の上に、溶射により形成された上部絶縁層とを具備してなる静電チャックであって、前記基台のヤング率が６０ＧＰa以上のセラミックスから構成されてなり、かつ、前記電極層がメッキ処理により形成されてなることを特徴とする静電チャックによって達成される。

また、本発明の目的は、前記基台と前記上部絶縁層を構成する材料の２０〜３０℃における各々の平均の熱膨張係数の値の差が２×１０^-6／℃以下であり、かつ、前記基台の厚みが２〜１０ｍｍ、前記上部絶縁層の厚みが０．１５〜１．００ｍｍであることを特徴とする静電チャックによっても達成される。

本発明によれば、複雑形状の内部電極構造であっても作製が容易にでき、かつ基台の変形の少ない、優れた耐電圧特性を発揮する静電チャック提供することができる。

本発明に係る静電チャックの概略構成断面図を図１に示した。本発明の静電チャックは、基台１と、この基台１の上面に形成された電極層２と、この電極層２を被覆するように前記基台１の上に、溶射により形成された上部絶縁層３とを具備してなる。
ここで、本発明の静電チャックは、前記基台のヤング率が６０ＧＰa以上のセラミックスから構成されてなり、かつ、前記電極層がメッキ処理により形成されてなることを特徴としている。

ここで、基台を、ヤング率が６０ＧＰa以上のセラミックスにより構成する理由は、溶射により形成された上部絶縁層の凝固収縮による基台の変形を防止するためである。すなわち、基台のヤング率が６０ＧＰa未満のセラミックス上に、溶射により上部絶縁層を形成して静電チャックとした場合、上部絶縁層となる溶射皮膜の凝固収縮により基台が変形し、静電チャック表面が変形するため、この変形を加工により研磨除去した場合、上部絶縁層の厚みが不均一となるからである。このため、静電チャックの載置面内で均一な吸着力が得られないといった問題が発生する。
ここで、基台となるヤング率が６０ＧＰa以上のセラミックスの素材とそしては、酸化アルミニウム、スピネル、コーディエライト、酸化ジルコニウム、ムライト、窒化珪素、炭化珪素、マシナブルセラミックス等が挙げられるが、その中で、酸化物セラミックスである酸化アルミニウム、スピネル、コーディエライト、酸化ジルコニウム、ムライト、マシナブルセラミックス等が上部絶縁層をプラズマ溶射した場合、安定であり好ましい。更に、耐久性、耐食性を考慮した場合、酸化アルミニウムが最も好ましい。

なお、本発明において電極層がメッキ処理により形成される理由は、従来の溶射法によるよりも、複雑形状の電極構造であっても作製が容易にできるからである。ここで、電極層のメッキ処理は、無電解ニッケルメッキ、硬質クロムメッキ等の公知の方法が用いられる。この中で、基台のセラミックスとの密着性を考慮すると無電解ニッケルメッキが特に、好ましい。

次に、本発明では、前記基台と前記上部絶縁層を構成する材料の２０〜３０℃における各々の平均の熱膨張係数の値の差が２×１０^-6／℃以下であり、かつ、前記基台の厚みが２〜１０ｍｍ、前記上部絶縁層の厚みが０．１５〜１．００ｍｍであ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、本発明で、前記基台と前記上部絶縁層を構成する材料の２０〜３０℃における各々の平均の熱膨張係数の値の差が２×１０^-6／℃以下とした理由は、各々の平均の熱膨張係数の値の差が２×１０^-6／℃を超えて大きいと、熱膨張差による上部絶縁層の剥離や反りが発生して好ましくないからである。
この面から、特に、前記基台と前記上部絶縁層を構成する材料を同一素材とすることがさらに好ましい。

ここで、基台の厚みが２〜１０ｍｍとする理由は、厚みが２ｍｍ未満では、溶射により形成された上部絶縁層の凝固収縮による基台の変形を防止することができないからである。また、基台の厚みが１０ｍｍを超えて大きいと静電チャックが大型となり装置設計上において好ましくないからである。

また、上部絶縁層の厚みが０．１５〜１．００ｍｍである理由は、０．１５ｍｍ未満では耐電圧特性が劣り、上部絶縁層の厚みが１．００ｍｍを超えると静電チャックとして十分な吸着力が得られないためである。

以下に、本発明を実施例と比較例によりさらに詳細に説明する。

〔実施例１〕
φ３００ｍｍで厚さ５ｍｍの酸化アルミニウム焼結体（ヤング率３９０ＧＰａ）を基台として準備する。これに、ブラスト処理を実施し、Ｒmaxで少なくとも５μm以上となるまで粗面化処理を実施する。その後、Ｎｉ製の給電端子を接着した後、無電解ニッケルメッキにより２０μmの厚さに電極層を形成する。本実施例では、電極層を櫛型形状とし両者の間隔を５ｍｍとした。更に、この電極層を覆うように、上部絶縁層としての酸化アルミニウムを５００μmの厚さにプラズマ溶射した。（基台と上部絶縁層を構成する材料は、同一素材であるため両部材の熱膨張係数の差はない。）ここで、静電チャック表面に発生する反りを接触式の三次元測定器で測定した結果、１００μm以下と小さかった。
次に、無機系の封孔処理剤を用いて上部絶縁層の封孔処理を実施し、研削加工、ラップ処理を順に行い、上部絶縁層の厚さが２５０μmで、表面粗さＲａが０．１μmの静電チャックを得た。次に、±３ＫＶまでの直流電圧を印加して耐電圧特性と、吸着力を評価した。すなわち、一般的な真空チャンバー試験装置に静電チャックを固定し、この静電チャックと吸着させたシリコンウエハとの間にヘリウムガスを導入した。そして、シリコンウエハが静電チャックから剥がれた瞬間の圧力を検出し、この値から吸着力を算出した。その結果、耐電圧は、±３ＫＶ以上と高く、吸着力は、１０００g／ｃｍ²以上(測定限界)となり、静電チャックとしての吸着力は十分な値が得られた。

〔実施例２〕
上部絶縁層の厚さを１０００μmとした以外は、実施例１と同様にして静電チャックを得た。その結果、その結果、静電チャック表面に発生する反り量は、１３０μmと実施例１より若干大きくなった。
また、耐電圧は±３ＫＶ以上と高くなることを確認したものの吸着力は、７００g／ｃｍ²程度となり、実施例１より見劣りするものであった。しかし、静電チャックとしての実用性は十分であった。

〔実施例３〕
基台の厚みを２ｍｍ、上部絶縁層の厚さを１５０μmとした以外は、実施例１と同様にして静電チャックを得た。
その結果、静電チャック表面に発生する反り量は、実施例１と略同等で、かつ、静電吸着力は１０００g／ｃｍ²以上となり、実施例１と同等となった。

〔比較例１〕
基台の厚みを１ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして静電チャックを得た。その結果、静電チャック表面に発生する反り量は、３００μm以上と大きく、このため、封孔処理し、研削加工し、ラップ処理した後に得られた静電チャックの面内での吸着力は一様とならず不均一となり、静電チャックとしての実用性はなかった。

〔比較例２〕
上部絶縁層の厚さを０．１０μmとした以外は、実施例１と同様にして静電チャックを得た。その結果、耐電圧特性が劣り、高い電圧を印加できないため静電チャックとして十分な吸着力を得ることができなかった。

本発明の実施例から明らかなように、複雑形状の内部電極構造であっても作製が容易にでき、かつ基台の変形の少ない、優れた耐電圧特性と静電吸着力を発揮する静電チャックが本発明により得られることが確認できた。

本発明に係る静電チャックの概略構成断面図である。

符号の説明

１；基台
２；電極層
３；上部絶縁層

Claims

基台と、この基台の上面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基台の上に、溶射により形成された上部絶縁層とを具備してなる静電チャックであって、前記基台のヤング率が６０ＧＰa以上のセラミックスから構成されてなり、かつ、前記電極層がメッキ処理により形成されてなることを特徴とする静電チャック。
前記基台と前記上部絶縁層を構成する材料の２０〜３０℃における各々の平均の熱膨張係数の値の差が２×１０^-6／℃以下であり、かつ、前記基台の厚みが２〜１０ｍｍ、前記上部絶縁層の厚みが０．１５〜１．００ｍｍ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。