JP2008053316A

JP2008053316A - ヒータ付き静電チャック及びヒータ付き静電チャックの製造方法

Info

Publication number: JP2008053316A
Application number: JP2006225813A
Authority: JP
Inventors: 和宏 ▲のぼり▼; Kazuhiro Nobori; Tetsuya Kawajiri; 哲也川尻; Akiyoshi Hattori; 亮誉服部; Ikuhisa Morioka; 育久森岡
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-08-22
Also published as: JP4394667B2; US8136820B2; TWI344683B; KR20080018108A; CN101131955A; CN100568482C; EP1892756A2; EP1892756B1; EP1892756A3; KR100920784B1; US20080049374A1; TW200816364A

Abstract

【課題】吸着特性と均熱性と耐絶縁破壊特性に優れるヒータ付き静電チャックの提供。
【解決手段】アルミナを含む焼結体からなる基体２と、基体２中の上部側に設けられたESC電極３と、基体中の下部側に埋設された抵抗発熱体４とを備えているヒータ付き静電チャック１の基体２は、ESC電極３から基体２の上面２ａまでの誘電体層２１と、ESC電極３から基体２の下面２ｂまでの支持部材２２とから構成されている。支持部材２２は、誘電体層２１と接するESC電極近傍領域２２ａと、このESC電極近傍領域２２ａよりも下方の下方領域２２ｂとで炭素含有量が相違し、誘電体層２１中の炭素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下、ESC電極近傍領域２２ａの炭素含有量が、０．１３ｗｔ％以下、下方領域２２ｂの炭素含有量が０．０３ｗｔ％以上であり、このESC電極近傍領域の炭素含有量が下方領域の炭素含有量よりも小さい。抵抗発熱体４はニオブ又は白金を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体デバイスの製造プロセス等において用いられるヒータ付き静電チャック及びヒータ付き静電チャックの製造方法に関する。

従来から、半導体デバイスなどを製造する際においては、半導体ウエハに成膜やエッチングなどの表面処理が施される。この表面処理中に半導体ウエハを保持する装置の一つに、静電チャック（Electrostatic Chuck）がある。この静電チャックは、半導体ウエハ等の基板が載置されて保持する基板載置面を有し、この基板載置面に載置された半導体ウエハとの間に生じさせた静電力により、この半導体ウエハを保持する。この静電チャックには、静電力としてクーロン力を利用するものがある。また、この静電チャックの一種として、ヒータを具備して、半導体ウエハを加熱することのできるヒータ付き静電チャックがある。

クーロンタイプのヒータ付き静電チャックの代表的な例では、セラミックスからなる基体を備えている。該基体の内部には、基板載置面に載置された基板との間に静電力を生じさせるための静電チャック電極（以下、「ESC電極」という。）、及び基板を加熱するための抵抗発熱体が設けられている。また、基体の上面は、ウエハ等の基板が載置される基板載置面に形成されている。そして、前記基体におけるESC電極から基板載置面までの部分は誘電体層に形成されており、ESC電極から基体の下面までの部分は、支持部材に形成されている（例えば、特許文献１参照）。クーロンタイプの静電チャックは、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ESC電極との間に発生する静電吸着力（クーロン力）を利用して基板を吸着するものである。

クーロンタイプのヒータ付き静電チャックにおいて、基体のセラミックスには、窒化アルミニウムが用いられていた（例えば、前述した特許文献１参照）。
特開平１１−１２０５３号公報

基体のセラミックスに窒化アルミニウムが用いられていた従来のヒータ付き静電チャックにおいては、誘電体層の体積抵抗率が小さいため、基板載置面に載置された基板の脱着応答性が低下するおそれがあった。

そこで、窒化アルミニウムよりも体積抵抗率が高く、耐食性も高いアルミナを基体に適用することが考えられる。この場合、抵抗発熱体には、このアルミナと熱膨張係数が近似するニオブ（Ｎｂ）等を用いることが好ましい。しかしながら、前記抵抗発熱体にニオブ（Ｎｂ）が含まれる場合、抵抗発熱体が設けられた支持部材中にニオブ成分が拡散するおそれがあった。このニオブ成分が拡散することにより抵抗発熱体の抵抗特性が変化するため、基板の均一加熱性に変動が生じるという不都合が生ずるおそれがあった。

さらに、静電チャックでは、ESC電極に印加する電圧が高いほど基板の吸着力が高くなるが、クーロン力による静電チャックで必要となる数千ボルト程度の高電圧は絶縁破壊等を生じさせるおそれがあった。

そこで、本発明の目的は、基板載置面に載置する基板の脱着応答性を向上させるとともに、高電圧をかけて吸着力を高めても絶縁破壊が生じず、且つ基板を均一に加熱できるヒータ付き静電チャック及びヒータ付き静電チャックの製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係るヒータ付き静電チャックは、アルミナを含む焼結体からなる基体と、該基体中の上部側に設けられたESC電極と、基体中の下部側に埋設された抵抗発熱体とを備え、前記基体は、ESC電極から基体上面までの誘電体層と、ESC電極から基体下面までの支持部材とから構成されたヒータ付き静電チャックにおいて、前記支持部材は、前記誘電体層と接するESC電極近傍領域と、このESC電極近傍領域よりも下方の下方領域とで炭素含有量が相違し、前記誘電体層中の炭素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下、前記支持部材の前記ESC電極近傍領域の炭素含有量が、０．１３ｗｔ％以下及び前記支持部材の前記下方領域の炭素含有量が０．０３ｗｔ％以上であり、かつ、前記抵抗発熱体はニオブ又は白金を含むことを特徴とすることを特徴とする。

また、本発明のヒータ付き静電チャックの製造方法は、セラミックス原料を焼成して基体の誘電体層を形成する工程と、ESC電極を形成する工程と、抵抗発熱体が埋設されたセラミックス原料を焼成して支持部材を形成する工程と、を有するヒータ付き静電チャックの製造方法であって、前記支持部材を形成する工程は、静電チャック電極に近い側に仮焼したセラミックス原料を、静電チャック電極に遠い側に仮焼していないセラミックス原料を、積層させて成形することにより、支持部材の焼成体の炭素含有量を調整する工程を含むことを特徴とする。

本発明のヒータ付き静電チャック及びヒータ付き静電チャックの製造方法によれば、基体の支持部材が、ESC電極近傍領域と下方領域とで炭素含有量の異なるアルミナを含むセラミックスよりなることから、抵抗発熱体の拡散による加熱特性の変動を防止しつつ、ESC電極部における耐絶縁破壊特性を向上させることが可能となる。

以下、本発明のヒータ付き静電チャックの実施例について図面を用いて説明する。

図１は、本発明のヒータ付き静電チャックに係る一実施例を示す平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ視断面図である。図１及び図２に示されるヒータ付き静電チャック１は、概略円盤形状の基体２を有している。この基体２は、アルミナを主成分とするセラミックスの焼結体からなる。図示された静電チャック１は、ESC電極として、双極型のESC電極を具備している。もっとも、本発明のヒータ付き静電チャックは、図に示された双極型のESC電極を具備する例に限定されず、単極型のもの、又は三極以上のESC電極を具備するものであってもよい。

この基体２の上面は、静電チャック１により保持される半導体ウエハ等が載置される基板載置面２ａとなる。基体２の内部には、静電力を生じさせるためのESC電極３が、この基板載置面２ａと平行でかつ、基板載置面２ａに近接して埋設されている。また、基体２の内部でESC電極３よりも下部側には、抵抗発熱体４が埋設されている。この抵抗発熱体は、後で詳述するが、アルミナと熱膨張係数が近似する材料、例えばニオブを用いることができる。

この基体２の下面２ｂからESC電極３に向かうESC電極用接続孔２ｃと、抵抗発熱体４に向かう発熱体用接続孔２ｄが形成されている。このESC電極用接続孔２ｃの底面には、導電性材料からなり、基体２内に埋設されてESC電極３と接続している接続部材５が露出している。このESC電極用接続孔２ｃに外部から電力を供給するためのESC電極用給電部材６が挿入されて、このESC電極用給電部材６が接続部材５と接続することにより、この接続部材５を介してESC電極３と電気的に接続されている。また、発熱体用接続孔２ｄに発熱体用給電部材７が挿入され、この発熱体用給電部材７が、発熱体用接続孔２ｄの底面に露出している抵抗発熱体４と電気的に接続されている。

アルミナを主成分とするセラミックスよりなる基体２は、基板載置面２ａからESC電極３までの領域が誘電体層２１となり、また、このESC電極から基体下面２bまでの領域が、この誘電体層２１を支持する支持部材２２となる。この誘電体層２１は、基板を保持するのに適したクーロン力を生じさせるために、所定の体積抵抗率になるセラミックスである必要がある。そのため、本実施形態の誘電体層２１は、体積抵抗率を低下させる成分である炭素を極力含有しないアルミナ、具体的には炭素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下のアルミナよりなる。

この誘電体層２１を支持する支持部材２２は、アルミナを主成分とする材料であって、ESC電極３と接している領域を含むESC電極近傍領域２２ａと、このESC電極近傍領域２２ａよりも下方の領域である下方領域２２ｂとでは、炭素含有量が異なっている。より詳しくは、この静電チャック電極近傍領域の炭素含有量が、下方領域の炭素含有量よりも小さく、この条件のもとでESC電極近傍領域２２ａの炭素含有量は、０．１３ｗｔ％以下であり、下方領域２２ｂの炭素含有量は０．０３ｗｔ％以上である。

このESC電極近傍領域２２ａ及び下方領域２２ｂの炭素含有量について説明する。

誘電体層２１を支持する支持部材２２は、誘電体層２１と固着して一体的な基体２となる。そのため、支持部材２２の材料は、誘電体層２１と同種のアルミナよりなることが好ましい。この支持部材２２が誘電体層２１とは異種の、熱膨張係数の異なる材料である場合には、誘電体層２１と支持部材２２との接合界面において熱応力が生じるためである。

もっとも、支持部材２２が、誘電体層２１と同様に、炭素を極力含有しないアルミナのみからなる場合には、この支持部材２２に埋設された抵抗発熱体４の周囲のアルミナに、この抵抗発熱体４のニオブ成分が拡散してしまい、抵抗発熱体４の抵抗特性が変化するおそれがある。そこで、抵抗発熱体４の周囲を覆う下方領域２２ｂは、ニオブの拡散を抑制することができる炭素を含有したアルミナ、具体的には、炭素含有量が０．０３ｗｔ％以上のアルミナとしている。

更に、発明者らの研究により、ESC電極３の耐絶縁破壊特性の向上、また、アルミナ中の炭素の拡散移動による誘電体層２１への悪影響防止のためには、支持部材２２におけるESC電極３と接する領域を含むESC電極近傍領域２２ａの炭素量を０．１３ｗｔ％以下に抑制するとよいことが判明した。

以上述べたことから、本実施形態の静電チャック１は、基体２がアルミナを含むセラミックスからなり、炭素含有量が誘電体層２１では１００ｗｔｐｐｍ以下、支持部材２２のESC電極近傍領域２２ａでは０．１３ｗｔ％以下、下方領域２２ｂでは０．０３ｗｔ％以上である。このことにより、静電チャック1の誘電体層２１は，アルミナの優れた体積抵抗率によりクーロンタイプ静電チャックとして優れた脱着特性を備えている。また、支持部材２２は、下方領域２２ｂが所定量の炭素を含有していることにより、抵抗発熱体４のアルミナへの拡散を抑制でき、安定した抵抗分布を発現し、発生するジュール熱が均一になることから、静電チャック１の温度制御性に優れている。更に、支持部材２２のESC電極近傍領域２２ａの炭素量が抑制されているので、ESC電極３の絶縁破壊を抑制でき、高電圧を印加することが可能なため高い吸着特性を備えるとともに、静電チャックに隣接する部材等へアーキングが飛ぶのを防止できるため、静電チャック１の信頼性がより一層向上する。この絶縁破壊防止、アーキング防止は、特にESC電極３に高電圧をかけて吸着力を高くしようとするときに大きなメリットとなる。

誘電体層２１中の炭素含有量を１００ｗｔｐｐｍ以下と数値限定するのは、クーロンタイプの静電チャックとして好適な体積抵抗率を具備するためであって、誘電体層２１中の炭素含有量が１００ｗｔｐｐｍを超えると、所期した体積抵抗率を具備することが困難となる。本発明の静電チャックは、誘電体層の体積抵抗率が高いため、ESC電極に高電圧をかけたときに誘電体層に残留する電荷を低減でき、電圧開放時の残留電荷による基板の吸着を抑制し、基板脱着を極めて短時間で行える。

支持部材２２のESC電極近傍領域２２ａの炭素含有量を、０．１３ｗｔ％以下とするのは、ESC電極３に接する領域の支持部材２２の炭素量を抑制して、耐絶縁破壊特性を向上させるとともに、アルミナ中の炭素の拡散移動により誘電体層２１へ悪影響が生ずるのを防止するためであって、ESC電極近傍領域２２ａの炭素含有量が０．１３ｗｔ％を超えると、炭素の導電性によりESC電極３間の絶縁性が低下して、絶縁破壊を生ずるおそれがあるためである。より好ましい炭素含有量は、０．１０ｗｔ％以下である。また、このESC電極近傍領域２２ａの炭素含有量は、前述した誘電体層２１中の炭素含有量と同程度にまで低減することも可能である。

支持部材２２の下方領域２２ｂの炭素含有量を０．０３ｗｔ％以上とするのは、抵抗発熱体４のニオブ成分のアルミナ中への拡散を抑制するためであって、下方領域２２ｂの炭素含有量が０．０３ｗｔ％未満では、ニオブ成分の拡散を抑制する効果が乏しくなる。より好ましい炭素含有量は、０．１０ｗｔ％以上である。なお、下方領域２２ｂの炭素含有量の上限については、体積抵抗率の低下によるリーク電流を防止する観点から０．５ｗｔ％程度以下とすることが好ましい。

基体２の支持部材２２のESC電極近傍領域２２ａの厚みは、静電チャック１のサイズにもよるが、数ｍｍ程度あれば絶縁破壊を抑制する観点からは十分な厚みである。また、ESC電極近傍領域２２ａの厚みは、数ｍｍ程度以上あってもよい。

図３及び図４に、ESC電極近傍領域２２ａの範囲を異ならせた、静電チャックの別の実施形態を、基体２の要部断面図でそれぞれ示す。

図３に示した基体２は、基板載置面２ａからESC電極３までの誘電体層２１を有するとともに、支持部材２２として、ESC電極３から抵抗発熱体４までのESC電極近傍領域２２ａと、抵抗発熱体４から下面２ｂまでの下方領域２２ｂとを有している。すなわち、図１及び図２に示した実施形態と比べると、ESC電極近傍領域２２ａが、抵抗発熱体４に接する領域まで領域拡大している点で相違している。それ以外の構成については同じである。したがって、図１及び図２に示した実施形態と同じ構成とその作用効果については、重複する説明を省略する。

そして、図３に示した実施形態では、ESC電極近傍領域２２ａがESC電極３から抵抗発熱体４までの範囲に形成されることにより、抵抗発熱体４のニオブ成分の拡散を抑制しつつ、ESC電極３の絶縁破壊を、図２より確実に抑制することが可能となる。この効果を、以下詳述する。ESC電極近傍領域２２ａのアルミナは、下方領域２２ｂよりも炭素含有量が少ない。このように炭素含有量の異なるESC電極近傍領域２２ａと下方領域２２ｂとが接して支持部材２２が形成されていると、炭素濃度差や温度の程度にもよるが、ヒータ付き静電チャックの製造時の高温により、下方領域２２ｂに含まれる炭素が、ESC電極近傍領域２２ａに拡散移動する。その結果、抵抗発熱体４の周囲のアルミナには、下方領域２２ｂの炭素含有量と同程度以下の炭素が含有されるから、抵抗発熱体４のニオブの拡散を、十分に抑制することができる。また、図１及び図２に示した実施形態よりもESC電極３と下方領域２２ｂとの距離が離れているので、炭素の移動距離が長くなっている。そのため、ヒータ付き静電チャックの製造時の高温により、下方領域２２ｂに含まれる炭素が、ESC電極近傍領域２２ａに拡散移動しても、ESC電極３に接している部分のアルミナの炭素含有量の増加は少なく、その結果、絶縁破壊を、いっそう抑制することが可能となる。

次に、図４に示した基体２の要部断面図を用いて、静電チャックの別の実施形態を説明ずる。この図４に示された基体２は、基板載置面２ａからESC電極３までの誘電体層２１を有するとともに、支持部材２２として、ESC電極３から抵抗発熱体４を超えて下方にまで延びるESC電極近傍領域２２ａと、このESC電極近傍領域２２ａの下端から下面２ｂまでの下方領域２２ｂとを有している。すなわち、先に述べた図１及び図２に示した実施形態並びに図３に示した実施形態と比べると、ESC電極近傍領域２２ａが、抵抗発熱体４を超えて下方まで領域拡大している点で相違している。それ以外の構成については同じである。したがって、図１、図２及び図３に示した実施形態と同じ構成とその作用効果については、重複する説明を省略する。

そして、図４に示した実施形態では、ESC電極近傍領域２２ａがESC電極３から抵抗発熱体４を超えて下方の領域にまで形成されることにより、ESC電極３の絶縁破壊を、図３に示した実施形態よりも確実に抑制しつつ、抵抗発熱体４のニオブ成分の拡散を抑制することが可能となる。この効果は、図３の実施形態において既に説明したのと同様である。すなわち、ESC電極近傍領域２２ａのアルミナは、下方領域２２ｂよりも炭素含有量が少ない。このように炭素含有量の異なるESC電極近傍領域２２ａと下方領域２２ｂとが接して支持部材２２が形成されていると、炭素濃度差や温度の程度にもよるが、ヒータ付き静電チャックの製造時の高温により、下方領域２２ｂに含まれる炭素が、ESC電極近傍領域２２ａに拡散移動する。その結果、抵抗発熱体４の周囲のアルミナには、下方領域２２ｂの炭素含有量と同程度以下の炭素が含有されるから、抵抗発熱体４のニオブの拡散を、十分に抑制することができる。また、図３に示した実施形態よりもESC電極３と下方領域２２ｂとの距離が離れているので、炭素の移動距離が長くなっている。そのため、ヒータ付き静電チャックの製造時の高温により、下方領域２２ｂに含まれる炭素が、ESC電極近傍領域２２ａに拡散移動しても、ESC電極３に接している部分のアルミナの炭素含有量の増加は少なく、その結果、絶縁破壊を、いっそう抑制することが可能となる。

図１〜４に示した実施形態との比較のために、図５に、静電チャックの比較例を、基体２００の要部断面図で示す。図５に示した基体２００は、基板載置面２ａからESC電極３までの誘電体層２０１を有するとともに、このESC電極３に接している支持部材２０２を有している。この支持部材２０２は、抵抗発熱体４に含まれるニオブ成分の拡散を抑制することが可能な炭素を、０．０３ｗｔ％以上の量で含有しているアルミナよりなる。つまり、図５に示した静電チャックの支持部材２０２は、本発明に係る静電チャックと比較すると、炭素含有量の異なる２つの領域を有するものではない点で相違している。

図５に示した比較例は、ESC電極３の周囲の耐絶縁破壊特性は実用上十分である。しかし、このESC電極３に接している支持部材２０２のアルミナに含まれる炭素が支持部材２０２の体積抵抗率を下げるので、特に高電圧をかけた場合には、ESC電極近傍の耐絶縁破壊特性は本発明に係る静電チャックの基体に比較して劣る。

図１〜４に示した各実施形態において、基体２に埋設される抵抗発熱体４は、ニオブ又は白金を含む。ニオブや白金は、アルミナと熱膨張係数が近似する材料である。したがって、抵抗発熱体４がニオブ又は白金を含むことにより、アルミナを含む基体２と抵抗発熱体４との熱膨張係数差が小さくなる。したがって、抵抗発熱体４が発熱したときに、この抵抗発熱体４と、その周囲の基体２との間に生じる熱歪みを大幅に低減させることができる。白金は高価な材料であるため、実用上は抵抗発熱体４がニオブよりなることが好ましい。

抵抗発熱体４は、例えばニオブを含む原料ペーストの塗布等により形成された平面形状の抵抗発熱体であってもよい。もっとも、コイル状の抵抗発熱体であることは、より好ましい。抵抗発熱体４が、ニオブを含む原料線材から成形されたコイル状の抵抗発熱体であることより、基体２内で抵抗発熱体４が三次元的に発熱するため、平面形状の抵抗発熱体よりも基板加熱の面内均一性を向上させることができる。また、コイル状の抵抗発熱体は均質な線材の加工により製造されるので、ヒータ付き静電チャックのロットごとの発熱特性の変動が小さい。また、コイルピッチ等を局所的に変動させることにより、基板載置面上での温度分布を容易に調整することができる。更に、さらに、平面形状の抵抗発熱体のよりも密着性を向上させることができる。

ESC電極３は、炭化タングステン（ＷＣ）と、１０％以上のアルミナとを含むものであることが好ましい。ESC電極が炭化タングステンを主成分とすることにより、アルミナ中へのESC電極物質の拡散が極めて少ないため、ESC電極近傍でのアルミナの体積抵抗率を高くすることができる。このことにより、高電圧を印加した場合の絶縁特性が向上し、且つ、誘電層の高抵抗に伴い、吸着される基板の脱着特性が向上する。また、このESC電極が１０％以上のアルミナを含むものであることにより、ESC電極３部分の密着性が向上する。ESC電極に含まれるアルミナの含有量の上限は、ESC電極部の電気抵抗を高周波電流を阻害しない程度に小さくする観点から、３０ｗｔ％程度以下とすることが好ましい。

ESC電極３は、例えば、所定の量のアルミナと炭化タングステンとの混合粉末を含む印刷ペーストを、メッシュ状，櫛形、渦巻状等の平面形状に印刷したものを用いることでできる。なお、ESC電極は単極、双極いずれでもよく、複数極であっても好適に本発明を適用することができる。特に双極ならびに複数極ESC電極において、本発明はより好適に作用する。

次に本発明に係るヒータ付き静電チャックの製造方法の一例を説明する。なお、以下に述べるヒータ付き静電チャックの製造方法は、代表的に、図１及び図２に示した実施形態の例で説明するものである。また、製造の際は、この図２の上下を逆にした位置関係で工程が進む。すなわち、基体２の誘電体層２１を作製し、この誘電体層２１上にESC電極３を形成し、このESC電極３の上から支持部材２２を形成する。

（誘電体層の作製）
まず、誘電体層２１を作製する。この誘電体層２１は、前述したように炭素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下のアルミナよりなる。

セラミックス原料粉として、高い純度（例えば９９．７％）のアルミナ粉末と、焼結助剤であるＭｇＯ原料粉とを使用する。これらのセラミックス原料粉に、バインダであるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、水及び分散剤などを添加し、トロンメルで所定時間（例えば、１６時間）混合し、原料スラリーを作製する。得られた原料スラリーを、スプレードライヤーを用いて噴霧乾燥し、その後、仮焼する。この仮焼は、例えば５００℃で５時間、空気中で保持する処理であり、バインダが除去されたアルミナ造粒粉が得られる。バインダには炭素が含有されているため、バインダの除去により、誘電体層１１の炭素含有量を１００ｗｔｐｐｍ以下に低減することができる。

次に、前記アルミナ造粒粉を金型に充填し、所定圧力でプレス成形を行ってアルミナ成形体を作製する。続いて、このアルミナ成形体をカーボン製のサヤにセットし、ホットプレス焼成法を用いて焼成する。焼成は、所定圧力を加えた状態で、かつ、窒素雰囲気中で行うことによりアルミナ焼結体が得られる。

次に、前記アルミナ焼結体を研削加工し、所定の大きさ（例えば、φ３４０ｍｍ、厚さ６ｍｍ）の円盤を作製する。この際、円盤の表面及び裏面のうち一方の面を研削加工により平滑面に仕上げる。

（ESC電極の作製）
ESC電極３の材料となる炭化タングステン粉、１０ｗｔ％以上のアルミナ粉及びバインダを混合して印刷ペーストを作製し、この印刷ペーストをスクリーン印刷法により、上記したアルミナ焼結体の平滑面上に塗布し、乾燥させることにより、ESC電極３を形成する。

（支持部材のESC電極近傍領域の形成）
このESC電極３が形成されたアルミナ焼結体を金型内にセットし、予め仮焼を行うことにより炭素含有量を低減したアルミナ造粒粉を充填し、所定圧力でプレス成形を行う。これにより、図２に示す支持部材２２のESC電極近傍領域２２ａを形成する。

（下方領域の上側の形成）
次に、この金型内で、上記したESC電極近傍領域２２ａのアルミナ成形体上に、仮焼を行わずに炭素含有量が０．０３ｗｔ％以上であるアルミナ造粒粉を充填し、所定圧力でプレス成形を行う。これにより、図２に示す支持部材２２の下方領域２２ｂであって、抵抗発熱体４より上側の範囲の下方領域２２ｂを形成する。

（コイルの配設）
次に、金型内で成形された下方領域２２ｂ（抵抗発熱体４より上側）のアルミナ成形体上にメッシュ状、シート状又はコイル状のニオブの抵抗発熱体４を載置する。更に、この抵抗発熱体上の所定の位置に、給電部材と接続するための接合部材を載置する。

（下方領域の下側の形成）
次に、アルミナ成形体、抵抗発熱体４及び接合部材上に、仮焼を行わずに炭素含有量が０．０３ｗｔ％以上であるアルミナ造粒粉を充填し、所定の圧力で加圧し、プレス成形を行う。これにより、図２に示す支持部材２２の下方領域２２ｂであって、抵抗発熱体４より下側の範囲の下方領域２２ｂを形成する。

以上により、基体２となるアルミナ成形体が作製される。

次いで、上述した基体２となるアルミナ成形体をカーボン製のサヤにセットし、ホットプレス成形法等を用いて焼結する。焼結は、所定の一軸加圧圧力下で、かつ、窒素雰囲気で行い，高温に所定時間保持することにより行う（すなわち、ホットプレス焼成）。この後、２回の焼結工程を経たアルミナ焼結体（すなわち、誘電体層）の表面をダイアモンド砥石にて平面研削加工を行い、アルミナ焼結体の厚みを調整する。更に、アルミナ焼結体の側面を研削するとともに、必要な穴あけ加工、給電部材６，７の取り付けを行うことにより、ヒータ付き静電チャック１が完成する。

上述した製造方法の一例においては、基体２のESC電極近傍領域２２ａの炭素量の調整は、アルミナ造粒粉を仮焼することによって行われる。また、基体２の下方領域２２ｂの炭素量の調整は、セラミックス原料粉に加えられるバインダの量を調整することによって行われる。もっとも、ESC電極近傍領域２２ａの炭素量や、下方領域２２ｂの炭素量の調整は上記の方法に限定されるものではない。例えば、仮焼を行って炭素量を低減したアルミナ造粒粉と、仮焼を行わないでバインダ（炭素分）が残留するアルミナ造粒粉とを混合した粉を用い、その混合粉の混合割合によって炭素量を調整することができる。また、仮焼を行って炭素量を低減したアルミナ造粒粉を、基体を成形する金型内に充填し、次いで仮焼を行わないでバインダ（炭素分）が残留するアルミナ造粒粉を金型内に充填した後、ホットプレスを行い、このホットプレス時のバインダーの拡散移動によって、ESC電極近傍領域２２ａや下方領域２２ｂの炭素量を調整することも可能である。

以下に述べる実施例においては、基体のアルミナ中の炭素含有量を調整するために２種類のアルミナ造粒粉を用意した。一つは仮焼ありアルミナ造粒粉であり、もう一つは仮焼なしアルミナ造粒粉である。

前者の仮焼ありアルミナ造粒粉は、セラミックス原料粉として、純度９９．７％のアルミナ粉末（粒子径１μｍ）と焼結助剤であるＭｇＯ原料粉を使用した。なお、セラミックス原料粉中のＭｇＯの含有量は０．０４％とした。このセラミックス原料粉にバインダであるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（セラミックス原料比２ｗｔ％）、水及び分散剤を添加し、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、その後、５００℃で５時間保持してバインダを除去して平均約８０μmの造粒顆粒を作製した。

後者の仮焼なしアルミナ造粒粉は、セラミックス原料粉として、純度９９．７％のアルミナ粉末（粒子径１μｍ）と焼結助剤であるＭｇＯ原料粉を使用した。なお、セラミックス原料粉中のＭｇＯの含有量は０．０４％とした。このセラミックス原料粉にバインダであるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（セラミックス原料比２ｗｔ％）、水及び分散剤を添加し、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、この仮焼なしアルミナ造粒粉を作製した。

［実施例1］
実施例１は、基体２のESC電極近傍領域の下端が、抵抗発熱体よりも上方にあり、抵抗発熱体の周囲が下方領域よりなる例であり、図１に示した実施形態に相当する。

まず、誘電体層となるアルミナ焼結体を作製した。そのために、セラミックス原料粉として、純度９９．７％のアルミナ粉末（粒子径１μｍ）と焼結助剤であるＭｇＯ原料粉を使用した。なお、セラミックス原料粉中のＭｇＯの含有量は０．０４ｗｔ％とした。このセラミックス原料粉にバインダであるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、水及び分散剤を添加し、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、その後、５００℃で５時間保持してバインダを除去し、平均約８０μmの造粒顆粒を作製した。このアルミナ顆粒を金型に充填し、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、ホットプレス焼成法を用いて焼成した。焼成は、１００kg/cm²の加圧下で、かつ窒素加圧雰囲気（１５０ｋPa）で行い、３００℃／ｈで昇温し、１６００℃で２時間保持し誘電体層に相当する部分のアルミナ焼結体を得た。

このアルミナ焼結体を研削加工し、Φ３００ｍｍ、厚さ６ｍｍの円盤を作製した。この際、一方の面を研削加工により、表面粗さRaが０．８μｍ以下の平滑面となるように仕上げた。

次に、ESC電極をアルミナ焼結体上に形成した。このESC電極の形成のために、ＷCと、アルミナ（含有量２０％）と、バインダであるテルピネオールとを混合して印刷ペーストを作製し、スクリーン印刷法により、上記のアルミナ焼結体の平滑面上にΦ２９０ｍｍ、厚さ１０μｍのESC電極を形成し、乾燥させた。

次に、ESC電極近傍領域２２ａとなる部分を作成するために、金型に上記の印刷ESC電極が形成されたアルミナ焼結体をセットし、仮焼ありアルミナ造粒粉を充填し、２００kg/cm²の圧力でプレス成形を行った。

次に、下方領域の一部分となる部分を作成するために、金型内でプレス成形された、上記の仮焼ありアルミナ成形体上に、仮焼なしアルミナ造粒粉を充填し、２００kg/cm²の圧力でプレス成形を行った。

得られた下方領域の一部分のアルミナ成形体上に、コイル状のニオブの抵抗発熱体（線径Φ０．５ｍｍ、巻き径Φ３．０ｍｍ）を載置した。更に、直径４．０ｍｍの球状のニオブ接合部材の貫通孔に、抵抗発熱体の端部を挿入し、ニオブ接合部材も成形体上に載置した。

その後、下方領域の残りの部分となる部分を作成するために、アルミナ成形体、抵抗発熱体、接合部材上に仮焼なしアルミナ造粒粉を充填し、２００ｋｇ／ｃｍ²で加圧し、プレス成形を行った。以上の工程により、基体２となるアルミナ成形体を作成した。

続いて、この成形体をカーボン製のサヤにセットし、ホットプレス焼成法を用いて焼成した。焼成は、１００kg/cm²の加圧下で、かつ窒素加圧雰囲気（１５０ｋPa）で行い、３００℃／ｈで昇温し、１６００℃で２時間保持した。こうして、ESC電極と抵抗発熱体を埋設した焼成体を得た。

この後、２回の焼成工程を経たアルミナ焼結体の表面をダイヤモンド砥石にて平面研削加工を行い、アルミナ焼結体の厚み、すなわち埋設したESC電極から表面までの厚みを０．３ｍｍとした。さらに、焼成体の側面を研削するとともに、必要な穴あけ加工と、端子の取り付けを行い、静電チャックを完成した。

［実施例２］
実施例２は、基体２のESC電極近傍領域２２ａの下端が、抵抗発熱体に接している例であり、図３に示した実施形態に相当する。

まず、誘電体層となるアルミナ焼結体を作製し、このアルミナ焼結体上にESC電極を形成した。アルミナ焼結体の作成条件及びESC電極の形成条件は、実施例１と同じである。

その後、ESC電極近傍領域２２ａとなる部分を作製するために、金型に上記印刷ESC電極が形成されたアルミナ焼結体をセットし、仮焼ありアルミナ造粒粉を充填し、２００kg/cm²の圧力でプレス成形を行った。

得られたESC電極近傍領域２２ａとなる部分のアルミナ成形体上に、コイル状のニオブの抵抗発熱体及びニオブ接合部材を載置した。ニオブの抵抗発熱体及びニオブ接合部材は、実施例１と同じである。

その後、下方領域となる部分を作成するために、アルミナ成形体、抵抗発熱体、接合部材上に仮焼なしアルミナ造粒粉を充填し、２００ｋｇ／ｃｍ²で加圧し、プレス成形を行った。以上の工程により、基体２となるアルミナ成形体を作成した。

続いて、この成形体をカーボン製のサヤにセットし、ホットプレス焼成法を用いて焼成した。焼成条件は、実施例１と同じである。こうして、ESC電極と抵抗発熱体を埋設した焼成体を得た。

［実施例３］［実施例４］
実施例３及び実施例４は、基体２のESC電極近傍領域の下端が、抵抗発熱体４よりも下方にある例であり、図４に示した実施形態に相当する。この実施例３と実施例４とは、基体のESC電極近傍領域２２ａにおける炭素含有量が相違している。

＜実施例３、４＞
はじめに、実施例１と同様にして、誘電体層となるアルミナ焼結体を作製した。

次に、実施例１と同様にしてESC電極を上記アルミナ焼結体上に形成した。

その後、ESC電極近傍領域２２ａの一部分となる部分を作製するために、金型に上記印刷ESC電極が形成されたアルミナ焼結体をセットし、仮焼ありアルミナ造粒粉を充填し、２００kg/cm²の圧力でプレス成形を行った。

次に、得られたアルミナ成形体上にコイル状のニオブの抵抗発熱体及びニオブ接合部材を載置した。ニオブの抵抗発熱体及びニオブ接合部材は、実施例１及び実施例２と同じである。

その後、ESC電極近傍領域２２ａの残りの部分となる部分を作製するために、アルミナ成形体、抵抗発熱体、接合部材上に、仮焼ありアルミナ造粒粉を充填し、２００kg/cm²の圧力でプレス成形を行った。実施例３では抵抗発熱体の厚み方向中心から１．５ｍｍの厚さとなるように仮焼ありアルミナ造粒粉を充填し、実施例４では４．５ｍｍの厚さとなるように仮焼ありアルミナ造粒粉を充填した。

その後、下方領域となる部分を作成するために、得られたアルミナ成形体上に仮焼なしアルミナ造粒粉を全体の厚みが２０mmとなるように充填し、２００kg/cm²の圧力でプレス成形を行った。以上の工程により、基体２となるアルミナ成形体を作成した。

続いて、この成形体をカーボン製のサヤにセットし、ホットプレス焼成法を用いて焼成した。焼成条件は、実施例１及び実施例２と同じである。こうして、ESC電極と抵抗発熱体を埋設した焼成体を得た。

［比較例１］［比較例２］
比較例１及び比較例２は、基体２の支持部材２２が、炭素含有量の高い領域を有しない例である。この比較例１と比較例２とはESC電極の材料が相違している。

まず、実施例１と同様にして誘電体層となるアルミナ焼結体を作製した。

次に、ESC電極をアルミナ焼結体上に形成した。このESC電極の形成のために、比較例１ではＷC粉末とアルミナ（含有量２０％）とを、比較例２ではW粉末を、それぞれバインダであるテルピネオールと混合し、印刷ペーストを作製し、スクリーン印刷法により、アルミナ焼結体の平滑面上にΦ２９０ｍｍ、厚さ１０μｍのESC電極を形成し、乾燥させた。

その後、支持部材の一部分となる部分を作成するために、金型に上記印刷ESC電極が形成されたアルミナ焼結体をセットし、仮焼ありアルミナ造粒粉を充填し、２００kg/cm²の圧力でプレス成形を行った。

次に、得られたアルミナ成形体上にコイル状のニオブの抵抗発熱体及びニオブ接合部材を載置した。ニオブの抵抗発熱体及びニオブ接合部材は、実施例１〜４と同じである。

その後、支持部材の残りの部分となる部分を作成するために、アルミナ成形体、抵抗発熱体、接合部材上に、仮焼ありアルミナ造粒粉を充填し、２００kg/cm²の圧力でプレス成形を行った。以上の工程により、基体２となるアルミナ成形体を作成した。

続いて、この成形体をカーボン製のサヤにセットし、ホットプレス焼成法を用いて焼成した。焼成条件は、実施例１〜４と同じである。こうして、ESC電極と抵抗発熱体を埋設した焼成体を得た。

［比較例３］［比較例４］［比較例５］
比較例３〜５は、基体２の支持部材２２が、ESC電極と接する上端から基体下面となる下端にわたって、炭素含有量が多いアルミナよりなる例である。比較例３と、比較例４と比較例５とは、ESC電極の材料及び基体中の炭素含有量が相違している。

＜比較例３、４、５＞
まず、実施例１と同様にして誘電体層となるアルミナ焼結体を作製した。

次に、ESC電極をアルミナ焼結体上に形成した。このESC電極の形成のために、比較例３ではＷ粉末を用い、比較例４及び５ではＷＣ粉末とアルミナ（含有量２０％）を用い、それぞれ、バインダであるテルピネオールと混合し、印刷ペーストを作製し、スクリーン印刷法により、上記のアルミナ焼結体の平滑面上にΦ２９０ｍｍ、厚さ１０μｍのESC電極を形成し、乾燥させた。

その後、支持部材の一部分となる部分を作成するために、金型に上記の印刷ESC電極が形成されたアルミナ焼結体をセットし、比較例３及び４では仮焼なしアルミナ造粒粉を充填し、比較例５では仮焼なしアルミナ造粒粉と仮焼ありアルミナ造粒粉を５：１で混合した粉体を充填して、それそれ、２００kg/cm²の圧力でプレス成形を行った。

得られたアルミナ成形体上にコイル状のニオブの抵抗発熱体及びニオブ接合部材を載置した。ニオブの抵抗発熱体及びニオブ接合部材は、実施例１〜４及び比較例１〜２と同じである。

その後、支持部材の残りの部分となる部分を作成するために、アルミナ成形体、抵抗発熱体、接合部材上に、比較例３及び４では仮焼なしアルミナ顆粒を充填し、比較例５では仮焼なしアルミナ造粒粉と仮焼ありアルミナ造粒粉を５：１で混合した粉体を充填して、それぞれ２００kg/cm²の圧力でプレス成形を行った。

続いて、成形体をカーボン製のサヤにセットし、ホットプレス焼成法を用いて焼成した。焼成条件は、実施例１〜４及び比較例１〜２と同じである。こうして、ESC電極と抵抗発熱体を埋設した焼成体を得た。

［比較例６］
比較例６は、基体２の上面から下面にわたって、炭素含有量が多いアルミナよりなる例である。

＜比較例6＞
まず、誘電体層となるアルミナ焼結体を作製した。そのために、セラミックス原料粉として、純度９９．７％のアルミナ粉末（粒子径１μｍ）と焼結助剤であるＭｇＯ原料粉を使用した。なお、セラミックス原料粉中のＭｇＯの含有量は０．０４ｗｔ％とした。このセラミックス原料粉にバインダであるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（セラミックス原料粉比２ｗｔ％）、水、及び分散剤を添加し、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、顆粒を作製した。すなわち、バインダを除去する加熱処理は行っていない。

このアルミナ顆粒を金型に充填し、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、ホットプレス焼成法を用いて焼成した。焼成は、１００kg/cm²の加圧下で、かつ窒素加圧雰囲気（１５０ｋPa）で行い、３００℃／ｈで昇温し、１６００℃で２時間保持し誘電体層に相当する部分のアルミナ焼結体を得た。

次に、このアルミナ焼結体を研削加工し、Φ３００ｍｍ、厚さ６ｍｍの円盤を作製した。この際、一方の面を研削加工により、表面粗さRaが０．８μｍ以下の平滑面となるように仕上げた。

次に、ESC電極をアルミナ焼結体上に形成した。このESC電極の形成のために、ＷCと、アルミナ（含有量２０％）と、バインダであるテルピネオールとを混合し、印刷ペーストを作製し、スクリーン印刷法により、アルミナ焼結体の平滑面上にΦ２９０ｍｍ、厚さ１０μｍのESC電極を形成し、乾燥させた。

その後、支持部材の一部分となる部分を作成するために、金型に上記印刷ESC電極が形成されたアルミナ焼結体をセットし、仮焼なしアルミナ造粒粉を充填し、２００kg/cm²の圧力でプレス成形を行った。

得られたアルミナ成形体上にコイル状のニオブの抵抗発熱体及びニオブ接合部材を載置した。ニオブの抵抗発熱体及びニオブ接合部材は、実施例１〜４、比較例１〜５と同じである。

その後、支持部材の残りの部分となる部分を作成するために、アルミナ成形体、抵抗発熱体、接合部材上に仮焼なしアルミナ造粒粉を充填し、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、ホットプレス焼成法を用いて焼成した。焼成条件は、実施例１〜４及び比較例１〜５と同じである。こうして、ESC電極と抵抗発熱体を埋設した焼成体を得た。

これらの実施例１〜４、比較例１〜６の静電チャックについて、部材構成及びＣ量を表１に示す。また、これらの静電チャックについて、ESC電極間の耐絶縁破壊特性と、抵抗発熱体周囲のニオブ拡散の有無，ヒータ抵抗値及び均熱性について調べた結果を表１に併記する。なお、表１中、基体のセラミックスの構成については、図６に示す基体断面図に示された領域に対応するものであり、＃１が誘電体層２１、＃２がESC電極３に接している領域（ESC電極近傍領域）、＃３がESC電極近傍領域から抵抗発熱体４の上半分に接している領域、＃４が抵抗発熱体４の下半分近傍の領域、＃５が、＃４から下面までの領域である。これらの＃１〜＃５の各領域について、セラミックス原料粉に、仮焼ありアルミナ造粒粉を用いた例を表１では「白」と記し、仮焼なしアルミナ造粒粉を用いた例を「黒」と記した。

表１から分かるように、実施例１〜４は、基体の支持部材に相当する＃２〜＃５の領域が、ESC電極近傍領域（＃２）と、それより下方の領域とで、炭素量が相違している。その結果、ESC電極近傍領域の炭素量が低いため、ESC電極間の絶縁破壊は６kVの電圧を加えても生じなかった。また、ニオブコイルの周囲の炭素量が高いため、ニオブコイルの拡散は生じず、ヒータ抵抗値は設計どおりになり、均熱性も優れていた。また、ESC電極が炭化タングステン及びアルミナよりなるため、ESC電極部分の密着性に優れていた。

これに対して、比較例１及び比較例２は、基体の誘電体層及び支持部材のいずれも炭素含有量が低かったため、ニオブコイルの周囲のアルミナにニオブが拡散してしまい、ヒーター抵抗値が設計値より高くなるとともに、均熱性がよくなかった。

また、比較例３〜５は、基体の支持部材領域（＃２〜５）の炭素量が高かったため、ニオブ拡散は抑制されたものの、ESC電極部の耐絶縁破壊特性は実施例より劣っていた。

比較例６は、基体の誘電体層及び支持部材のいずれも炭素含有量が高かったため、ニオブコイルの拡散は生じなかったが、誘電体層の体積抵抗率が、クーロンタイプ静電チャックとしては十分でなく、脱着特性が悪く、且つ、高電圧の印加で絶縁破壊が生じた。なお、比較例１と比較例２の比較からわかるように、本発明においては、ESC電極の材料をWCとアルミナの混合電極とすることにより、ESC電極材料の周囲アルミナへの拡散を抑制し、もって耐絶縁破壊特性を向上させることができる。

本発明のヒータ付き静電チャックに係る一実施例を示す平面図である。図１のＡ−Ａ視断面図である。ヒータ付き静電チャックの別の実施形態を示す基体の要部断面図である。ヒータ付き静電チャックの別の実施形態を示す基体の要部断面図である。比較例の基体の要部断面図である。実施例の説明図である。

符号の説明

１ヒータ付き静電チャック
２基体
３ ESC電極
４抵抗発熱体
２１誘電体層
２２支持部材
２２ａ ESC電極近傍領域
２２ｂ下方領域

Claims

アルミナを含む焼結体からなる基体と、該基体中の上部側に設けられた静電チャック電極と、基体中の下部側に埋設された抵抗発熱体とを備え、前記基体は、静電チャック電極から基体上面までの誘電体層と、静電チャック電極から基体下面までの支持部材とから構成されたヒータ付き静電チャックにおいて、
前記支持部材は、前記誘電体層と接する静電チャック電極近傍領域と、この静電チャック電極近傍領域よりも下方の下方領域とで炭素含有量が相違し、
前記誘電体層中の炭素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下、
前記支持部材の前記静電チャック電極近傍領域の炭素含有量が、０．１３ｗｔ％以下及び
前記支持部材の前記下方領域の炭素含有量が０．０３ｗｔ％以上であり、かつ、前記静電チャック電極近傍領域の炭素含有量が前記下方領域の炭素含有量よりも小さく、
前記抵抗発熱体はニオブ又は白金を含むことを特徴とするヒータ付き静電チャック。
前記静電チャック電極が、１０ｗｔ％以上のアルミナと、炭化タングステンとを含むことを特徴とする請求項１に記載のヒータ付き静電チャック。
セラミックス原料を焼成して基体の誘電体層を形成する工程と、静電チャック電極を形成する工程と、抵抗発熱体が埋設されたセラミックス原料を焼成して支持部材を形成する工程と、を有するヒータ付き静電チャックの製造方法であって、
前記支持部材を形成する工程は、静電チャック電極に近い側に仮焼したセラミックス原料を、静電チャック電極に遠い側に仮焼していないセラミックス原料を、積層させて成形することにより、支持部材の焼成体の炭素含有量を調整する工程を含むことを特徴とするヒータ付き静電チャックの製造方法。