JP2008091353A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

【課題】パーティクル発生の低減を図ることのできる静電チャックを提供する。
【解決手段】静電チャック１０は、セラミックスよりなる基体の下部領域１１、上部領域１３ａと、この基体の一つの表面近傍に埋設され静電吸着力を発生させる電極１２ａ、１２ｂと、この基体の上記表面上に形成された樹脂膜１３ｂとを備える。この基体の上部領域１３ａと樹脂膜１３ｂとで静電チャック１０の誘電体層１３が形成される。基体の上部領域１３ａの体積抵抗率が１×１０^９〜１×１０^１２Ω・ｃｍであり、基体の上部領域１３ａの表面の表面粗さが中心線平均粗さＲａで０．４μｍ以下であり、上記樹脂膜が変性フッ素樹脂よりなる。上記樹脂膜の厚さが１μｍ以上、樹脂膜の厚さのばらつきが±３０％以下、樹脂膜の表面の静摩擦係数及び動摩擦係数が０．２以下、樹脂膜の硬度が、鉛筆法で３Ｈ〜Ｆであり、樹脂膜は、水との接触角が８５°以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電チャックに関する。

従来、半導体デバイスの製造工程や液晶デバイスの製造工程では、半導体基板やガラス基板を吸着し、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（Johnsen−Rahbek力）を利用して基板を吸着するものとがある。前者のクーロン力は、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。後者のジョンソン・ラーベック力は、静電チャックの誘電体層表面に載置された基板と誘電体層表面との間で発生する静電吸着力である。ジョンソン・ラーベック力を利用する静電チャックでは、基板に微小なリーク電流を流しているため、誘電体層は、所定の体積抵抗率を有する材料が用いられている。

静電チャックの誘電体層の材料には、セラミックスやポリイミド樹脂等が用いられている（特許文献１参照）。
特開平８―１４８５４９号公報

誘電体層をポリイミド樹脂により形成した静電チャックは、誘電体層をセラミックスにより形成した場合に比べて耐食性や耐熱性に劣り、そのため、静電チャックの耐久性が低くなってしまう。従来の金属電極上に樹脂膜を直接載せた静電チャックでは、樹脂膜の損傷、消失は、電極に印加された高電圧電力の短絡となり、電圧を印加できなくなるので、静電吸着機能はただちに失われる問題があった。また、クーロン力を利用する静電チャックは、誘電体層の厚さのばらつきがそのまま吸着力のばらつきにつながるため、ジョンソン・ラーベック力を利用する静電チャックよりも、誘電体層の厚さを厳しく制御する必要があった。

これに対し、誘電体層にセラミックスを用い、ジョンソン・ラーベック力を利用する静電チャックを構成した場合には、耐食性や耐熱性に優れるセラミックスの誘電体層により、静電チャックの耐久性を向上できる。また、クーロン力を利用する静電チャックほどの厳しい誘電体層の厚さの制御も要求されない。また、一般的に同じ電圧を印加した場合、クーロン力を利用する静電チャックの吸着力は、ジョンソンラーベック力を利用する静電チャックの吸着力よりも小さくなる。

しかし、誘電体層がセラミックスで構成された静電チャックでは、セラミックスの誘電体層は、基板を吸着させたとき、この誘電体層と基板との温度差から生ずる熱膨張差によって、誘電体層表面と基板とが擦れ合う場合がある。このため、誘電体層表面が基板裏面をスクラッチして、その結果、パーティクルの発生を招いてしまうおそれもあった。発生したパーティクルは、基板の吸着時に基板が撓む原因となり、平坦さが求められる半導体デバイス製造プロセス時に不具合を生ずる場合があった。また、パーティクルは、複数の基板を上下に配列させたとき基板表面に付着し、半導体デバイス中の欠陥となってデバイス不良を引き起こす場合があった。

そこで、本発明は、パーティクル発生の低減を図ることのできる吸着力が高く脱着応答性に優れた静電チャックを提供することを目的とする。

本発明の静電チャックは、セラミックスよりなる基体と、この基体の一つの表面近傍に埋設され静電吸着力を発生させる電極と、この基体の上記表面上に形成された樹脂膜とを備え、上記基体の表面と上記電極との間の領域における当該基体の体積抵抗率が１×１０^９〜１×１０^１２Ω・ｃｍであり、この基体の上記表面の表面粗さが中心線平均粗さＲａで０．４μｍ以下であり、上記樹脂膜が変性フッ素樹脂よりなり、この樹脂膜の厚さが１μｍ以上、この樹脂膜の厚さのばらつきが、±３０％以下、この樹脂膜の表面の静摩擦係数及び動摩擦係数が０．２以下、この樹脂膜の硬度が、鉛筆法で３Ｈ〜Ｆであり、そして、この樹脂膜は、水との接触角が８５°以上であることを特徴とする。

本発明の静電チャックによれば、静電チャックのパーティクルの発生の低減を図ることが可能となり、吸着力が高く脱着応答性に優れている。

以下、本発明の実施形態に係る静電チャックを、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る静電チャックを示す図であり、同図（ａ）は、この静電チャック１０の平面図、同図（ｂ）は、同図（ａ）の１ａ−１ｂを結ぶ線で切断した断面図である。図１（ａ）及び図（ｂ）に示す静電チャック１０は、セラミックスよりなる基体を備える。図１において、この基体は上下二つの領域に分けて図示されていて、基体の下部領域１１は、静電チャックの支持部となる領域である。基体の下部領域１１の下面には、次に述べる電極１２に向かう端子穴１１ａが形成されている。

この基体の下部領域１１の上面に、静電吸着力を発生させるための電極として、電極１２ａ及び１２ｂが形成されている。図示した電極１２ａと電極１２ｂとは、双極型として、一対をなすものである。

この基体の下部領域１１の上面及び電極１２ａ、電極１２ｂの上面を覆うように基体の上部領域１３ａが形成されている。この上部領域１３ａの上面上には、この上部領域１３ａを覆って、樹脂膜１３ｂが形成されている。この樹脂膜１３ｂの表面は、静電チャック１０により吸着保持される基板としての例えば半導体ウエハＷが接触する接触面である。

電極１２ａ及び電極１２ｂは、基体の下部領域１１と上部領域１３ａの間に形成されている結果、基体に埋設されていることになる。これらの電極１２ａ及び電極１２ｂと、上記接触面との間に配設された基体の上部領域１３ａと樹脂膜１３ｂとは、合わせて静電チャックの誘電体層１３を形成している。そして、これらの電極１２ａ及び電極１２ｂにそれぞれ接続するように端子穴１１ａに端子１４が装入され、ろう付け等により電極１２ａ及び電極１２ｂと接合されて、外部から電力を供給することより、上記接触面に静電吸着力が生じる。図示した静電チャック１０は、クーロン力を利用する静電チャック及びジョンソン・ラーベック力を利用する静電チャックのいずれにも適用できる。

図１に示した本実施形態の静電チャック１０は、セラミックスよりなる基体の上部領域１３ａの表面上に樹脂膜１３ｂが形成されていることから、静電チャック１０に吸着保持される半導体ウエハＷは、セラミックスよりも柔らかい樹脂膜１３ｂと接することになる。したがって、この樹脂膜１３ｂと半導体ウエハＷとが擦れ合ったとしても、従来の静電チャックのように誘電体層がセラミックスのみからなる場合とは異なり、パーティクルの発生が少ない。したがって、本実施形態の静電チャック１０は、パーティクル発生を低減することができる。

また、樹脂膜１３ｂの体積抵抗率（電気抵抗率）が１×１０^１５Ω・ｃｍ以上であると、樹脂膜１３ｂにおいて分極が発生し、クーロン静電吸着力の発生に寄与している。その結果、基板の脱着応答性を向上させることができる。セラミックス誘電体層がジョンソン・ラーベック力を発生させるに足る電気伝導率を有するため、セラミックス誘電体層も電極として作用する。従い、樹脂膜１３ｂに発生するクーロン力の大小は電極と被吸着物の間の距離の関数となるのではなく、樹脂膜１３ｂの厚みの関数に影響されるようになる。すなわち、クーロン力は距離の二乗に逆比例するため、本発明の構成によれば、クーロン力を発生させる距離を電気的に薄くさせることができ、これにより、クーロン力でありながら、吸着力を高くすることが可能になる。しかも、たとえ、この樹脂膜が万が一、剥離等によって部分的に消失したとしても、両者の間にはジョンソン・ラーベック力を発生させるに足るセラミックス誘電体層が存在しているため、ただちに電極と被吸着物とが短絡するわけではなく、吸着力を安定して持続することができる。

さらに樹脂膜１３ｂの体積抵抗率が１×１０^９ないし１×１０^１２Ω・ｃｍであると、クーロン力以外に樹脂膜１３ｂを通じて被吸着物に流れるリーク電流によって、被吸着物と樹脂膜１３ｂの間にジョンソン・ラーベック力が発生するので、より高い吸着力を発生させることができる。

なお、樹脂層１３ｂの体積抵抗率が１×１０^１２を超え１×１０^１５Ω・ｃｍ未満の場合はジョンソン・ラーベック力は発現するものの樹脂層１３ｂ内を流れるリーク電流によって移動した電荷を移動させる時間が大きくなるため、印加電圧をオフした際にも吸着力が発現し続け、ひいては被吸着物の脱着応答性不良を引き起こす。そのため、樹脂層１３ｂの体積抵抗率は、１×１０^９ないし１×１０^１２Ω・ｃｍとするか若しくは１×１０^１５Ω・ｃｍ以上とすることが好ましい。

この樹脂膜１３ｂは、耐食性等の観点からフッ素樹脂であることが望ましい。このフッ素樹脂は、一般に、接着性が低いため、セラミックス製の基体の上部領域１３ａの表面に十分な接着力で被成する手段を講ずることが必要である。例えば、基体の上部領域１３ａの表面を粗くし、密着性を高める手法が考えられるが、この手法では、基体の上部領域１３ａの表面が粗くなると、必然的に樹脂膜１３ｂの表面も粗くなる。そのため、この樹脂膜１３ｂの表面の凹凸にパーティクルが溜まり易くなるためにパーティクルを低減できない場合がある。また、基体の上部領域１３ａの表面にプライマー層をコートし、このプライマー層を介してフッ素樹脂膜１３ｂを被成させる手法があるが、この手法では基体の上部領域１３ａより上側の誘電体層の厚さが厚くなりすぎるため、十分な吸着特性が得られない場合がある。

そこで、本実施形態の静電チャック１０では、セラミックスよりなる基体の上部領域１３ａと樹脂膜１３ｂとの密着性を向上させるために、樹脂膜１３ｂにフッ素樹脂のなかでも、変性フッ素樹脂膜（具体的な例としては、フッ素樹脂とポリアミドイミドとの合成品）を適用する。変性フッ素樹脂膜は密着性が良好であるため、この樹脂膜１３ｂが変性フッ素樹脂膜であることにより、上述した表面を粗くしたりプライマーを用いたりすることが不要で、基体の上部領域１３ａの表面粗さを研磨表面に仕上げつつフッ素樹脂の塗布形成が可能となり、よって樹脂膜１３ｂの密着性向上、優れた吸着特性及び低パーティクル特性を鼎立させることができる。

この変性フッ素樹脂膜１３ｂの厚さは、１μｍ以上であることが好ましい。１μｍに満たないと、半導体ウエハＷとの擦れ合いによって摩耗するので、樹脂膜の寿命が短い。また、摩耗によりセラミックス製の基体の上部領域１３ａの上面が露出するとパーティクル特性も悪化する。この変性フッ素樹脂膜１３ｂの厚さの上限は、その樹脂膜１３ｂの体積抵抗率が１×１０^９ないし１×１０^１２Ω・ｃｍであるような、ジョンソン・ラーベック力を発生させるような静電チャックでは特に限定されない。工業的に生産するのに好適な厚さを適宜選択すればよい。また、樹脂膜１３ｂの体積抵抗率が１×１０^１５Ω・ｃｍ以上であるような、クーロン力を発生させるような静電チャックでは、樹脂膜１３ｂの厚さがあまりに大きいと、吸着力の低下を招くおそれがあるので、樹脂膜の厚さの上限は５０μｍ程度であることが好ましい。

樹脂膜１３ｂの厚さの面内ばらつきは、±３０％以下であることが好ましい。面内ばらつきが、±３０％を超えるほどに膜厚レンジが悪いと、局所的に樹脂膜１３ｂの厚さが変化しているから、吸着力や脱着応答性の面内ばらつきが発生する。もっとも、±３０％というおおきなバラツキがあっても、樹脂膜１３ｂの厚さはセラミックス層の厚みに比べて十分小さいため、実用上、支障なく使用することが可能であり、製造上、非常に有利である。

樹脂膜１３ｂの表面の静摩擦係数及び動摩擦係数は、それぞれ０．２以下であることが好ましい。静摩擦係数及び動摩擦係数がそれぞれ０．２以下であることにより、半導体ウエハＷと静電チャックとが擦れ合う際の摩擦力を小さくすることができ、パーティクルの発生をいっそう低減することができる。このような静摩擦係数及び動摩擦係数は、変性フッ素樹脂の材料を適切に選択することによって実現できる。

樹脂膜１３ｂの硬度は、鉛筆法で３Ｈ〜Ｆであることが好ましい。鉛筆法は、ＪＩＳ Ｋ５６００−５−４ ＪＩＳ／ＩＳＯに従い、樹脂膜１３ｂの引っかき硬度を評価するものであって、硬度が２Ｂでは、樹脂膜１３ｂが柔らかすぎて半導体ウエハＷと静電チャック表面との擦れ合いによって樹脂膜１３ｂに剥がれが生じ、パーティクルが発生し、かつ、寿命が短くなるおそれがある。硬度がBやHBにおいても樹脂膜１３ｂが柔らかすぎ剥がれが生じパーティクルが発生するおそれがある。４Ｈでは樹脂膜１３ｂが硬すぎて半導体ウエハＷにキズが生じる可能性があり、パーティクルが発生するおそれがある。このような硬度は、変性フッ素樹脂の材料を適切に選択することによって実現できる。

樹脂膜１３ｂは、水との接触角が８５°以上であることが好ましい。接触角が大きいと樹脂膜１３ｂに付着し難く、また、付着した汚染物を洗浄により容易に除去することが可能である。したがって、接触角が８５°以上であることにより、静電チャックの表面を清浄に保ち易いためパーティクルの発生を減少させることができる。このような接触角は、変性フッ素樹脂の材料を適切に選択することによって実現できる。

変性フッ素樹脂の材料としては、フッ素樹脂とポリアミドイミドを含むものであって、例えば、デュポン社製ワンコート塗料等を適用することができる。

変性フッ素樹脂膜１３ｂを形成させる基体の上部領域１３ａの上面の表面粗さは、中心線平均粗さＲａで０．４μｍ以下であることが好ましい。この上面の表面粗さを平滑化した状態で変性フッ素樹脂膜１３ｂを形成させることにより、パーティクル特性が向上する。上面の表面粗さがＲａで０．４μｍを超えると、樹脂膜１３ｂの表面が粗くなり、凹凸に外部から到来するパーティクル等が溜まり易くなるためにパーティクル特性が悪化する。

誘電体層１３を構成する基体の上部領域１３ａの室温における体積抵抗率は、１×１０^９〜１×１０^１２Ω・ｃｍであることが好ましい。セラミックスよりなる基体の上部領域１３ａがジョンソン・ラーベック力を発生させるに足りる体積抵抗率を具備し、そして、この基体の上部領域１３ａと樹脂膜１３ｂとの組み合わせにより誘電体層１３が形成されることにより、本発明に係る静電チャックは、クーロン力を利用する静電チャックとして、又はジョンソン・ラーベック力を利用する静電チャックとして、今までにない特異な作用効果を発揮して、優れた特性を有するのである。

また、この、上部領域１３ａ及び上記樹脂膜１３ｂとをあわせた誘電体層１３全体の室温における体積抵抗率は、１×１０^９Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。

このような体積抵抗率を得ることができ、また、静電チャックの耐久性及び耐電圧を向上できるセラミックスとして、基体の上部領域１３ａは、窒化アルミニウム、又は、酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスであることが好ましい。例えば、窒化アルミニウム焼結体、酸化アルミニウム焼結体、酸化アルミニウム及び酸化チタンを含む焼結体等により形成できる。

また、基体の上部領域１３ａと樹脂膜１３ｂとの熱膨張係数の差は、５×１０^−４／Ｋ以下とすることが好ましい。これによれば、セラミックス層と樹脂層との密着性を向上でき、過剰なリーク電流の発生をより一層、抑制できる。なお、基体の上部領域１３ａと樹脂膜１３ｂとの間にプライマー層を備えることは、密着性の向上は図れるが吸着力が不十分となるおそれがあるので、望ましくない。

電極１２ａ、１２ｂは、平面形状について図１（ａ）に示すような半円形状には限定されない。例えば、櫛歯形状、渦状としてもよい。なお、電極数は、図示された２つの例に限られず、更に多数に分割されてもよく、１つの単極型であってもよい。

この電極１２ａ、１２ｂとしては、印刷ペーストを印刷したもの、金網、バルク体、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）により形成された薄膜等を用いることができる。電極１２ａ、１２ｂの材料には、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の高融点材料を用いることができる。

電極１２ａ、１２ｂと接する基体の下部領域１１は、セラミックス、金属及びセラミックスと金属との複合材料等により形成できるが、上部領域１３ａと同種のセラミックス材料により形成されることが好ましい。

この基体の下部領域１１と、上部領域１３ａと電極１２ａ、１２ｂとは、一体焼結体となっていることが好ましい。これによれば、下部領域１１と上部領域１３ａと電極１２ａ、１２ｂとを強固に接合でき、過剰なリーク電流の発生をより抑制できる。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。

本発明の実施例に係る静電チャック１０の製造方法の例を説明する。まず、基体の下部領域１１となる部分を作製する。基体の下部領域１１の作製では、まず、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、主成分となる窒化アルミニウムや酸化アルミニウムの粉末と、焼結助剤とを含むことができる。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の下部領域１１を作製する。

次に、基体の下部領域１１となる部分の上面上に電極１２ａ、１２ｂを形成する。電極１２ａ、１２ｂは、例えば、基体の下部領域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、渦状に印刷することにより形成できる。また、印刷法に限られず、基体の下部領域１１表面に、金網等のバルク体を載置することによっても形成できる。更に、基体の下部領域１１表面に薄膜をＣＶＤやＰＶＤによって形成してもよい。

電極１２ａ、１２ｂ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、基体の上部領域１３ａや基体の下部領域１１と同種のセラミックス粉末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１２ａ、１２ｂと、基体の上部領域１３ａや下部領域１１と熱膨張係数を近づけることができ、下部領域１１や上部領域１３ａと、電極１２ａ、１２ｂとの接合強度を向上させることができる。

次に、誘電体層１３の上部領域１３ａとなる部分を形成する。基体の下部領域１１作製時と同様にして、上部領域１３ａの主成分となるセラミックス原料粉末を用い、造粒顆粒を作製する。金型等に、電極１２ａ、１２ｂが形成された基体の下部領域１１をセットし、この基体の下部領域１１及び電極１２ａ、１２ｂ上に、上記造粒顆粒を充填し、加圧成形してセラミックスの成形体を形成する。あるいは、造粒顆粒から別途、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作製したセラミックスの成形体を、基体の下部領域１１上に載置してプレスすることにより、セラミックスの成形体を形成してもよい。

そして、基体の下部領域１１となる部分と、電極１２ａ、１２ｂと、上部領域１３ａとなるセラミックスの成形体とを、ホットプレス法により一体に焼成し、一体焼結体を得る。これにより、上部領域１３ａを焼成できる。具体的には、一軸方向に加圧しながら、基体の下部領域１１やセラミックス成形体の種類に応じた焼成条件（焼成雰囲気、焼成温度、焼成時間等）で焼成する。

なお、製造工程順は、上述の例に限られず、例えば、先に基体の上部領域１３ａとなる部分を焼成し、この上部領域１３ａ上に電極１２ａ、１２ｂを形成してから、この基体の上部領域１３ａ及び電極１２ａ、１２ｂ上に、基体の下部領域１１となる成形体を形成して、一体に焼成してもよい。

その後、得られた一体焼結体を機械加工する。具体的には、基体の上部領域１３ａ上面を、平滑化するとともに、上部領域１３ａの厚さ等が所定の値となるように研削加工や研磨加工を行う。また、基体の下部領域１１に端子１４を挿入するための端子穴１１ａを穴あけ加工により形成する。

次に、機械加工後の一体焼結体を、有機溶剤を用いて洗浄し、汚れや油分を除去する。次に、端子１４を基体の下部領域１１の端子穴１１ａに挿入し、端子１４を電極１２ａ、１２ｂにろう付けにより接合して樹脂膜コーティング前の静電チャックを作成する。

次に、基体における樹脂膜１３ｂが形成される表面上に、樹脂膜１３ｂとなる成分（以下「樹脂層成分」という）を含むコーティング液をコーティングする。コーティング液は、樹脂膜成分として、例えば、変性フッ素樹脂を含むことができる。コーティングは、例えば、基体の表面上に、コーティング液を刷毛塗りやスプレーにより塗布したり、コーティング液をスクリーン印刷により印刷したり、コーティング液中に浸漬したりすることにより行うことができる。

そして、コーティングしたコーティング液を乾燥させた後、焼成する。焼成は、コーティング液に含まれる樹脂層成分に応じた焼成条件（焼成温度、焼成時間等）で行うことができる。このような樹脂層成分を含むコーティング液のコーティングとその焼成により、樹脂膜１３ｂを形成できる。

なお、樹脂膜１３ｂを形成は、コーティング液の塗布に限られず、シート状の樹脂膜１３ｂを基体の上部領域１３ａ上に接着することにより、樹脂膜１３ｂを形成することもできる。

基体の下部領域となる部分を作製するために、セラミックス原料粉末として、窒化アルミニウム粉末９５重量％と、酸化イットリウム粉末（焼結助剤）５重量％との混合粉末を準備した。セラミックス原料粉末に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。得られたスラリーをスプレードライヤーを用いて噴霧乾燥し、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板状の成形体に成形した。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た。具体的には、加圧しながら１８６０℃で６時間焼成した。

次に、タングステン（W）８０重量％と窒化アルミニウム粉末２０重量％の混合粉末に、バインダーとしてエチルセルロースを混合して印刷ペーストを作製した。この印刷ペーストを、上述した窒化アルミニウム焼結体表面上にスクリーン印刷法により印刷することにより電極を形成し、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、造粒顆粒を充填して加圧し、基体の上部領域となる部分のプレス成形を行った。

そして、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、加圧しながら、１８６０℃で６時間保持して一体に焼成した。

このようにして得られた窒化アルミニウム焼結体の基体、電極、窒化アルミニウム焼結体のセラミックス層の一体焼結体を、機械加工した。具体的には、基体の上部領域の厚さ等が所定の値となるように研削加工を行った。また、基体に端子を挿入するための穴を穴あけ加工により形成した。この時点の基体の上部領域の室温における体積抵抗率は２．１×１０^９Ω・ｃｍであり、セラミックス層上面の中心線平均表面粗さ（Ｒａ）は、０．２μｍであった。

次に、基体と電極とセラミックス層の一体焼結体を、有機溶剤を用いて洗浄し、汚れや油分を除去した。次に、端子を基体の穴に挿入し、端子と電極をろう付けにより接合した。

次に、基体の上部領域の上面に、変性フッ素樹脂としてフッ素樹脂及びポリアミドイミドを含む変性フッ素樹脂のコーティング液をスプレーにより塗布し、コーティング液を２３℃で乾燥させた。そして、３５０〜４００℃で１時間焼成し、表面に樹脂膜を形成された、静電チャックを得た。

最終的に得られた静電チャックの誘電体層は、基体の上部領域と樹脂膜とからなる。この上部領域の表面粗さ、樹脂膜の厚さ、樹脂膜の厚さの面内ばらつき、樹脂膜の体積抵抗率、樹脂膜の硬度、樹脂膜の水との接触角などが異なる、複数の静電チャックを作成した。また、基体の上部領域と樹脂膜とを合わせた誘電体層全体の体積抵抗率を測定した。

得られた静電チャックの吸着力及び脱着応答性を以下のようにして評価した。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電圧を印加し、シリコン製プローブを静電チャックに吸着固定させた。シリコン製プローブを静電チャックの基板接触面から引き剥がす方向に引き上げ、引き剥がすために要した力を吸着力として測定した。更に、電圧印加を解除し、静電チャックとシリコン製プローブが剥がれるまでに要した時間を脱着時間として測定した。

尚、シリコン製プローブ先端の面積は３ｃｍ²、シリコン製プローブと基板接触面との接触面積は基板接触面の４％とし、室温において測定した。また、印加電圧は、３００Ｖ、５００Ｖ、７００Ｖ、１０００Ｖ、２０００Ｖと変化させた。

また、得られた静電チャックにウエハを吸着させた後、ウエハ吸着面側のパーティクルを測定した。

これらの結果を表１及び表２に示す。

表１及び表２から分かるように、本発明に従う実施例１〜１４は、樹脂膜の密着性、静電チャックの吸着力及び脱着応答性、パーティクル特性、寿命に優れている。

なかでも、実施例１〜３、８〜１０及び１３は樹脂膜の体積抵抗率が１×１０^９〜１×１０^１２の範囲であり、ウエハと樹脂膜の間にジョンソン・ラーベック力が発生し、より高い吸着力を発生させるから、吸着特性が向上していた。

また、実施例５〜７及び１４は、樹脂膜の体積抵抗率が１×１０^１５Ω・ｃｍ以上であり、ウエハと樹脂膜の間にクーロン力が発生し、より高い吸着力を発生させるから、吸着特性が向上していた。

これに対して、比較例１は、この基体の上部領域の上面の表面粗さが粗いため、樹脂膜の表面も粗くなり凹凸にゴミが溜まりやすくなるためにパーティクル特性が悪化していた。

また、比較例２は、樹脂膜がフッ素樹脂単体であったため密着性が悪い。

また、比較例３は、樹脂膜がフッ素樹脂単体でプライマーを使用して厚くコートした例であり、良好な密着性は得られたが吸着力が不十分であった。

比較例４は、樹脂膜の厚さが薄すぎたため摩耗によって樹脂膜が削れ、寿命が短かった。また、樹脂が摩耗することによりセラミック製の基体の上部領域が露出するのでパーティクル特性も悪化した。

比較例５は、基体の上部領域の上面の表面粗さが粗くいため、樹脂膜の表面も粗くなり凹凸にゴミが溜まりやすくなるためにパーティクル特性が悪化していた。

比較例６は、樹脂膜がなかったため、パーティクルが多量に発生した。

比較例７は、変性フッ素樹脂膜の膜厚変動が±５０％であったため、吸着力や脱着応答性について面内バラツキが大きかった。

比較例８は、樹脂膜の静摩擦係数及び動摩擦係数が０．４であったことから、半導体ウエハと静電チャックとが擦れる際の摩擦力が大きく、よってパーティクル特性に劣っていた。

比較例９は、樹脂膜の硬度が２Ｂと柔らかかったことにより、パーティクル特性に劣り、寿命が短かった。

比較例１０は、樹脂膜の硬度が４Ｈと硬かったことにより、却ってパーティクル特性に劣っていた。

比較例１１は、樹脂膜の水との接触角が６０°であったことにより、汚染物が付着し、また付いた汚染物を洗浄で除去することが困難であった。したがい、パーティクル特性に劣っていた。

以上、図面及び実施例に従い本発明の静電チャックを説明したが、本発明の静電チャックは、これらの図面及び実施例の記載に限定されるものではない。例えば、静電チャック１０は、基体に抵抗発熱体を埋設させて、半導体ウエハＷを加熱可能なヒータ付き静電チャックとすることもできる。この場合、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。また、この抵抗発熱体は、線状、コイル状、帯状、メッシュ状等のものを用いることができる。

本発明の実施形態に係る静電チャックを示す図である。

符号の説明

１０…静電チャック
１１…基体の下部領域
１１ａ…端子穴
１２ａ，１２ｂ…電極
１３…誘電体層
１３ａ…基体の上部領域
１３ｂ…樹脂膜
１４…端子

Claims (5)

1. セラミックスよりなる基体と、
   この基体の一つの表面近傍に埋設され静電吸着力を発生させる電極と、
   この基体の上記表面上に形成された樹脂膜と
   を備え、
   上記基体の表面と上記電極との間の領域における当該基体の体積抵抗率が１×１０^９〜１×１０^１２Ω・ｃｍであり、
   この基体の上記表面の表面粗さが中心線平均粗さＲａで０．４μｍ以下であり、
   上記樹脂膜が変性フッ素樹脂よりなり、
   この樹脂膜の厚さが１μｍ以上、
   この樹脂膜の厚さのばらつきが、±３０％以下、
   この樹脂膜の表面の静摩擦係数及び動摩擦係数が０．２以下、
   この樹脂膜の硬度が、鉛筆法で３Ｈ〜Ｆであり、そして、
   この樹脂膜は、水との接触角が８５°以上である
   ことを特徴とする静電チャック。
2. 前記樹脂膜の変性フッ素樹脂は、フッ素樹脂とポリアミドイミドを含むもの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。
3. 前記樹脂膜の体積抵抗率が、１×１０^９〜１×１０^１２Ω・ｃｍ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。
4. 前記樹脂膜の体積抵抗率が、１×１０^１５Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２項に記載の静電チャック。
5. 前記樹脂膜の厚さが１〜５０μｍである請求項４に記載の静電チャック。

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