JP2010114416A - ウエハ載置台及びその製法 - Google Patents

Abstract

【課題】大口径でありながらウエハ載置面から平板電極までの厚みのバラツキが十分小さいウエハ載置台を提供する。
【解決手段】ウエハ載置台の製法は、まず、緻密な第１アルミナ焼結体２１の片面を表面平坦度が１０μｍ以下となるように研磨し、該研磨した面に電極ペースト２３を印刷する。続いて、第１アルミナ焼結体２１のうち電極ペースト２３を印刷した面上に、平均粒径が０．２μｍ以下のアルミナ粉末を成形してアルミナ成形体としたあと、１２５０〜１３５０℃の温度でホットプレス焼結を行う。こうすることにより、第１アルミナ焼結体２１上のアルミナ成形体を焼成して支持体層１２としての緻密な第２アルミナ焼結体とすると共に電極ペースト２３を焼成して平板電極１３とすることができる。そして、第１アルミナ焼結体２１のうち第２アルミナ焼結体とは反対側の面を研磨してウエハ載置面とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウエハ載置台及びその製法に関する。

現在、半導体ウエハの搬送、露光、化学的気相成長法、物理的気相成長法、スパッタリング等の成膜プロセス、微細加工、洗浄、プラズマエッチング、ダイシング等の工程において、半導体ウエハをクーロン力やジョンソン・ラーベック力を利用して吸着・保持するためのウエハ載置台が用いられている。例えば、ウエハ載置台としては、静電チャックや高周波印加用のサセプタなどが挙げられる。こうしたウエハ載置台には、平板電極を埋設した緻密な焼結体が用いられている。例えば、特許文献１には、次の手順でウエハ載置台を製造している。すなわち、予め焼結した第１アルミナ焼結体の片面を研磨する。次に、その研磨した面に電極ペーストを印刷する。続いて、第１アルミナ焼結体のうち電極ペーストを印刷した面上にアルミナ粉末を成形してアルミナ成形体としたあとホットプレス焼結を１４００〜１６５０℃で行うことにより、アルミナ成形体を焼成して第２アルミナ焼結体とすると共に電極ペーストを焼成して平板電極とする。その後、第１アルミナ焼結体のうち第２アルミナ焼結体とは反対側の面を研磨してウエハ載置面とする。この結果、直径約２００ｍｍのウエハ載置台において、ウエハ載置面から平板電極までの厚みのバラツキを表す厚み変動度が０．５０ｍｍ以下に収まるものを得ることができる。こうして得られたウエハ載置台は、最終的には、第１アルミナ焼結体が誘電体層、第２アルミナ焼結体が支持体層となり、誘電体層と支持体層の間に平板電極が埋設されたものとなる。

特開２００５−３４３７３３

ところで、近年、ウエハ載置台は従来に比べて一段と大口径化が進み、例えば直径３００ｍｍで厚み変動度が０．１ｍｍ以下のものが要求されている。しかしながら、このようなウエハ載置台を安定に供給することは特許文献１の技術では難しかった。すなわち、特許文献１では、第１アルミナ焼結体を作製するときの焼成温度を１６５０℃、第２アルミナ焼結体を作製するときの焼成温度を１４００〜１６５０℃としているため、第１アルミナ焼結体上のアルミナ成形体を焼成して第２アルミナ焼結体を作製するときに第１アルミナ焼結体が再焼結してわずかに変形すると考えられる。このため、第２アルミナ焼結体を作製した後では、第１アルミナ焼結体のうち電極ペーストを印刷した研磨面に僅かなうねりが発生し、その研磨面上の平板電極にもうねりが発生する。その結果、最終的に得られるウエハ載置台において、ウエハ載置面から平板電極までの厚みのバラツキを十分小さくすることが困難になる。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、大口径でありながらウエハ載置面から平板電極までの厚みのバラツキが十分小さいウエハ載置台を提供することを主目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明者らは、鋭意研究した結果、第１アルミナ焼結体を作製する条件や第２アルミナ焼結体を作製する条件がウエハ載置面の厚み変動度に大きく関与することを見いだし、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のウエハ載置台は、
ウエハを載置可能なウエハ載置台であって、
緻密なアルミナ焼結体である支持体層と、
前記支持体層に積層され、緻密なアルミナ焼結体である誘電体層と、
前記支持体層と前記誘電体層との間に配置された平板電極と、
前記誘電体層のうち前記支持体層とは反対側の面であり前記平板電極までの厚みのバラツキを表す厚み変動度が１００μｍ以下であるウエハ載置面と、
を備え、
前記支持体層におけるアルミナの平均粒径が０．５〜４μｍであり、前記支持体層におけるアルミナの平均粒径に対する前記誘電体層におけるアルミナの平均粒径の比が５〜４０である、
ものである。

また、本発明のウエハ載置台の製法は、
（ａ）アルミナ粉末を１６００℃以上融点未満の温度で焼成することにより緻密な第１アルミナ焼結体を作製する工程と、
（ｂ）該第１アルミナ焼結体の片面を表面平坦度が１０μｍ以下となるように研磨する工程と、
（ｃ）該研磨した面に電極ペーストを印刷する工程と、
（ｄ）前記第１アルミナ焼結体のうち前記電極ペーストを印刷した面上に、平均粒径が０．２μｍ以下のアルミナ粉末を成形してアルミナ成形体としたあと、１２５０〜１３５０℃の温度でホットプレス焼結を行うことにより、前記第１アルミナ焼結体上の前記アルミナ成形体を焼成して前記支持体層としての緻密な第２アルミナ焼結体とすると共に前記電極ペーストを焼成して平板電極とする工程と、
（ｅ）前記第１アルミナ焼結体のうち前記第２アルミナ焼結体とは反対側の面を研磨してウエハ載置面とすることにより、該ウエハ載置面から前記平板電極までの厚みのバラツキを表す厚み変動度が１００μｍ以下のウエハ載置台を得る工程と、
を含むものである。

また、本発明のウエハ載置台の別の製法は、
（ａ）アルミナ粉末を１６００℃以上融点未満の温度で焼成することにより緻密な第１アルミナ焼結体を作製する工程と、
（ｂ）該第１アルミナ焼結体の片面を表面平坦度が１０μｍ以下となるように研磨する工程と、
（ｃ）該研磨した面に電極ペーストを印刷する工程と、
（ｄ）前記第１アルミナ焼結体のうち前記電極ペーストを印刷した面上に、平均粒径が０．３μｍ以下のアルミナ粉末とフッ化物との混合粉末を成形してアルミナ成形体としたあと、１０００〜１３００℃の温度でホットプレス焼結を行うことにより、前記第１アルミナ焼結体上の前記アルミナ成形体を焼成して前記支持体層としての緻密な第２アルミナ焼結体とすると共に前記電極ペーストを焼成して平板電極とする工程と、
（ｅ）前記第１アルミナ焼結体のうち前記第２アルミナ焼結体とは反対側の面を研磨してウエハ載置面とすることにより、該ウエハ載置面から前記平板電極までの厚みのバラツキを表す厚み変動度が１００μｍ以下のウエハ載置台を得る工程と、
を含むものである。

本発明のウエハ載置台によれば、大口径でありながらウエハ載置面から平板電極までの厚みのバラツキを十分小さくすることができる。すなわち、支持体層におけるアルミナの平均粒径に対する前記誘電体層におけるアルミナの平均粒径の比が５〜４０であるため、誘電体層の焼成時における剛性が支持体層に比べてはるかに大きく、誘電体層が焼結時に変形しにくく、平板電極を極めて平坦にすることができるのである。こうしたウエハ載置台は、上述したウエハ載置台の製法によって得られるものである。すなわち、まず、アルミナ粉末を１６００℃以上融点未満の温度で焼成することにより緻密な第１アルミナ焼結体を作製する。この第１アルミナ焼結体におけるアルミナの平均粒径は、高温で焼成しているため比較的大きくなる。ここで、表面平坦度とは、研磨した面上の全ての測定座標から最小二乗法により仮想基準面を設定し、各測定座標からその仮想基準面までの変位の最大値と最小値とに基づいて算出される値であり、例えば最大値が＋ａ，最小値が−ｂのときには表面平坦度はａ−（−ｂ）＝ａ＋ｂとなる。次に、第１アルミナ焼結体の片面を表面平坦度が１０μｍ以下となるように研磨し、研磨した面に電極ペーストを印刷する。続いて、第１アルミナ焼結体のうち電極ペーストを印刷した面上に、（１）平均粒径が０．２μｍ以下のアルミナ粉末を成形してアルミナ成形体としたあと、１２５０〜１３５０℃の温度でホットプレス焼結を行うか、（２）平均粒径が０．３μｍ以下のアルミナ粉末とフッ化物との混合粉末を成形してアルミナ成形体としたあと、１０００〜１３００℃の温度でホットプレス焼結を行う。こうすることにより、支持体層となる第２アルミナ焼結体の粒径を比較的小さくし、且つ、第１アルミナ焼結体上のアルミナ成形体を焼成して支持体層としての緻密な第２アルミナ焼結体とすると共に電極ペーストを焼成して平板電極とする。このとき、第１アルミナ焼結体は、第１アルミナ焼結体を焼成したときの温度が１６００℃以上融点未満であったため、それより２５０℃以上低い第２アルミナ焼結体の焼成温度では再焼結することはほとんどない。このため、第２アルミナ焼結体の焼成温度で第１アルミナ焼結体が変形することはなく、研磨工程での表面平坦度をほぼそのまま維持するため、平板電極に接する面にうねりが生じることもない。その後、第１アルミナ焼結体のうち第２アルミナ焼結体とは反対側の面を研磨してウエハ載置面とする。こうすることにより、該ウエハ載置面から平板電極までの厚みのバラツキを表す厚み変動度が１００μｍ以下のウエハ載置台を得ることができる。つまり、平板電極には第２アルミナ焼結体の焼成温度でうねりが生じないため、ウエハ載置面からその平板電極までの厚みのバラツキを小さく抑えることができる。

ウエハ載置台の製法の工程説明図であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ工程（ａ）〜（ｅ）を表す。 ウエハ載置台１０の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 厚み変動度の測定点を表す説明図である。

本発明のウエハ載置台の製法は、工程（ａ）〜（ｅ）を含むものである。図１は、ウエハ載置台の製法の工程説明図であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ工程（ａ）〜（ｅ）を表す。図２は、ウエハ載置台１０の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

工程（ａ）では、アルミナ粉末を１６００℃以上融点未満の温度で焼成することにより緻密な第１アルミナ焼結体２１を作製する（図１（ａ）参照）。具体例を以下に示す。まず、アルミナを主成分とするセラミックス原料粉末を準備する。このセラミックス原料粉末としては、アルミナ粉末単体でもよいが、アルミナ粉末のほかにＭｇＯ等の焼結助剤粉末を添加したものでもよい。アルミナ粉末の純度は９９．５％以上のものを用いることが好ましい。続いて、このセラミックス原料粉末に、バインダを所定の配合比で調合し、トロンメル等を用いて混合してスラリーとし、そのスラリーを乾燥して混合粉末を得る。次いで、その混合粉末の成形体を作製する。成形体を作製するには、金型成形法やＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法、スリップキャスト法などの方法を用いることができる。成形体の形状は、特に限定するものではないが、例えば円板状や多角形板状などが挙げられる。その後、得られた成形体を、常圧焼結法やホットプレス焼結法を用いて１６００℃以上融点未満で大気中又は不活性ガス中で数時間焼成を行う。こうして第１アルミナ焼結体２１を得る。この工程（ａ）では、平均粒径が０．３〜３μｍのアルミナ粉末を使用することが好ましい。平均粒径が０．３μｍ未満では造粒時にかさが多く粉体操作が比較的難しいため好ましくなく、平均粒径が３μｍを超えると焼結後の粗大粒により表面粗さが粗くなるため好ましくない。本明細書におけるアルミナ粉末の平均粒径は、レーザー回折法によって求めた値である。この工程（ａ）で得られる緻密な第１アルミナ焼結体２１は最終的には誘電体層１１になるものである。誘電体層１１は、ウエハＷと平板電極１３との間に電圧を印加した際に電気的絶縁性を維持することが要求されるが、緻密であれば平板電極１３とウエハＷとの間に電圧を印加したときに絶縁破壊が生じるおそれがない。ここで、緻密とは、例えばアルキメデス法による気孔率が０％であることをいう。なお、アルキメデス法による気孔率の値は小数点以下を切り捨てた値とした（以下同じ）。

工程（ｂ）では、第１アルミナ焼結体２１の片面を表面平坦度が１０μｍ以下となるように研磨する（図１（ｂ）参照）。後述する工程（ｄ）では、第２アルミナ焼結体を作成するときの焼成温度が第１アルミナ焼結体２１の焼成温度に比べて低温であるため、第１アルミナ焼結体２１が再度焼結して変形することがほとんどなく、第１アルミナ焼結体２１の研磨した面の表面平坦度がそのまま維持されると考えられる。このため、第１アルミナ焼結体２１のうち電極ペーストを印刷する面の表面平坦度は、最終的にウエハ載置面１１ａから平板電極１３までの厚みのバラツキである厚み変動度に大きく関与するパラメータである。そして、厚み変動度を１００μｍ以下にするためには、工程（ｂ）の段階で研磨した面の表面平坦度が１０μｍ以下とすることが好ましく、５μｍ以下とすることがより好ましい。

工程（ｃ）では、第１アルミナ焼結体２１のうち研磨した面に電極ペースト２３を印刷する（図１（ｃ）参照）。この工程（ｃ）で使用する電極ペースト２３に含まれる電極材料は、特に限定されるものではないが、アルミナとの熱膨張率の差が小さいものが好ましく、例えば炭化モリブデンや炭化タングステンが好ましい。電極材料の平均粒径は、０．４μｍ以下が好ましい。さらには、０．２μｍ以下がより好ましい。また、電極ペースト２３は、電極材料のほかにアルミナ粉末を含んでいてもよい。このときのアルミナ粉末の平均粒径は０．２μｍ以下であることが好ましい。アルミナ粉末の平均粒径が０．２μｍを超えると、後述する工程（ｄ）で平板電極１３の焼結が未成熟となり、平板電極１３の界面せん断強度が低下して剥離しやすくなるため好ましくない。

工程（ｄ）では、第１アルミナ焼結体２１のうち電極ペースト２３を印刷した面上に、（１）平均粒径が０．２μｍ以下のアルミナ粉末を成形してアルミナ成形体２２としたあと、１２５０〜１３５０℃の温度でホットプレス焼結を行うか、（２）平均粒径が０．３μｍ以下のアルミナ粉末とフッ化物との混合粉末を成形してアルミナ成形体２２としたあと、１０００〜１３００℃の温度でホットプレス焼結を行う（図１（ｄ）参照）。こうすることにより、第１アルミナ焼結体２１上のアルミナ成形体２２を焼成して支持体層１２としての緻密な第２アルミナ焼結体とすると共に電極ペースト２３を焼成して平板電極１３とする。このとき、第１アルミナ焼結体２１は、自身の焼成温度が１６００℃以上融点未満であったため、それより２５０℃以上低い第２アルミナ焼結体の焼成温度では再焼結することはほとんどない。このため、第２アルミナ焼結体の焼成温度で第１アルミナ焼結体２１が変形することはなく、平板電極１３にうねりが生じることもない。また、第２アルミナ焼結体は最終的には支持体層１２になるものであり、支持体層１２もウエハＷと平板電極１３との間に電圧を印加した際に絶縁破壊されないことが要求されるため、緻密であることが要求される。

工程（ｄ）の（１）では、平均粒径が０．２μｍ以下、好ましくは０．１μｍのアルミナ粉末を成形してアルミナ成形体２２としたあと、１２５０〜１３５０℃の温度でホットプレス焼結を行うことにより、アルミナ成形体２２を焼成して第２アルミナ焼結体とする。ここでは、アルミナ粉末にフッ化物を添加することなくホットプレス焼結を行う。この場合、アルミナ粉末の平均粒径が０．２μｍを超えると、厚み変動度を１００μｍｍ以下に収めることが困難となるため好ましくない。また、焼成温度が１２５０℃未満だと、得られる第２アルミナ焼結体の緻密さが不足して絶縁耐圧が十分でなくなることから好ましくなく、焼成温度が１３５０℃を超えると、第１アルミナ焼結体が僅かに再焼結して変形し平板電極１３にうねりが生じて厚み変動度が１００μｍを超えることから好ましくない。

工程（ｄ）の（２）では、平均粒径が０．３μｍ以下、好ましくは０．１μｍのアルミナ粉末とフッ化物との混合粉末を成形してアルミナ成形体２２としたあと、１０００〜１３００℃の温度でホットプレス焼結を行うことにより、アルミナ成形体２２を焼成して第２アルミナ焼結体とする。ここでは、フッ化物を焼結助剤としてアルミナ粉末に添加してホットプレス焼結を行う。この場合、アルミナ粉末の平均粒径が０．１〜０．３μｍの範囲であれば、厚み変動度を１００μｍ以下に収めることができると共に、得られる第２アルミナ焼結体が緻密になり十分な絶縁耐圧が得られる。また、焼成温度が１０００〜１３００℃であれば、得られる第２アルミナ焼結体が緻密となり、且つ、第１アルミナ焼結体２１が再焼結して変形することもなく厚み変動度を１００μｍ以下にすることができる。フッ化物は焼結助剤として機能するものであり、希土類元素のフッ化物のほか、フッ化アルミニウムやフッ化カルシウムなどを用いることができる。希土類元素のフッ化物としては、フッ化スカンジウム、フッ化イットリウム、フッ化ランタン、フッ化セリウム、フッ化プラセオジム、フッ化ネオジム、フッ化プロメチウム、フッ化サマリウム、フッ化ユウロピウム、フッ化ガドリニウム、フッ化テルビウム、フッ化ジスプロシウム、フッ化ホルミウム、フッ化エルビウム、フッ化ツリウム、フッ化イッテルビウム、フッ化ルテチウムが挙げられる。こうしたフッ化物の中で、特に融点の低いフッ化イットリウム（融点１１４９℃）やフッ化イッテルビウム（融点１１５７℃）が好ましい。また、フッ化物としては、１５ｗｔ％ＭｇＦ₂−ＹＦ₃（フッ化マグネシウムを１５ｗｔ％含むフッ化イットリウム）（共融点９６０℃）、３８ｍｏｌ％ＣｅＦ₃−ＹＦ₃ （共融点１１１０℃）、８１ｗｔ％ＬａＦ₃−ＹＦ₃（共融点１０７３℃）などの共晶フッ化物や２０ｗｔ％ＣａＦ₂−ＹＦ₃などの混合フッ化物を用いるのが好ましい。さらにこれらのフッ化物は、水に不溶又は難溶であることから、ウエハ載置台１０を洗浄したときに溶出するおそれがないため好ましい。混合粉末中のフッ化物の含有量は、特に限定するものではないが、４ｗｔ％以上であることが好ましく、４〜８ｗｔ％であることがより好ましい。この範囲であれば、焼結助剤として好適に作用するからである。４ｗｔ％未満では第２アルミナ焼結体が緻密でなくなるため好ましくない。８ｗｔ％以上にすると、アルミナ焼結体の熱膨張係数が不要に大きくなり、工程（ａ）のアルミナ焼結体の熱膨張係数と差異が大きくなり、好ましくない。

工程（ｅ）では、第１アルミナ焼結体２１のうち支持体層１２である第２アルミナ焼結体とは反対側の面を研磨してウエハ載置面１１ａとすることにより、厚み変動度が１００μｍ以下のウエハ載置台１０を得る（図１（ｅ）参照）。つまり、平板電極１３は第２アルミナ焼結体の焼成温度でうねりが発生することがないため、ウエハ載置面１１ａからその平板電極１３までの厚みのバラツキを小さく抑えることができる。こうして得られたウエハ載置台１０の支持体層１２の裏面中央に平板電極１３に至る挿通穴１４をあけ、その挿通穴１４に円筒状の端子（図示せず）を取り付け、この端子を介して平板電極１３に電圧を印加できるようにした。

本発明のウエハ載置台の製法によって得られるウエハ載置台１０は、緻密なアルミナ焼結体である支持体層１２と、その支持体層１２に積層された緻密なアルミナ焼結体である誘電体層１１と、支持体層１２と誘電体層１１との間に配置された平板電極１３と、誘電体層１１のうち支持体層１２とは反対側の面であり平板電極１３までの厚みのバラツキを表す厚み変動度が１００μｍ以下であるウエハ載置面１１ａと、を備え、支持体層１２におけるアルミナの平均粒径が０．５〜４μｍであり、支持体層１２におけるアルミナの平均粒径に対する誘電体層１１におけるアルミナの平均粒径の比が５〜４０であるものとなる。

［実施例１］
（ａ）第１アルミナ焼結体の作製
セラミックス原料粉として、純度９９．５％のアルミナ粉末（平均粒径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、平均粒径約８０μｍの造粒顆粒を作製した。この造粒顆粒を室温から５００℃まで昇温し、５００℃で５時間保持してバインダを除去した。次に、上記顆粒をゴム型に入れＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）装置により、１ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力をかけてアルミナ成形体を作製した。このアルミナ成形体を乾燥した後、カーボン製のサヤの上下にシリンダが挿入されたホットプレス用金型にアルミナ成形体をセットし、ホットプレス焼成法を用いて焼成した（一次焼成）。焼成条件は、１００ｋｇ／ｃｍ²の加圧下で、室温から５００℃までは１０℃／ｈで昇温し、５００℃から１６５０℃まで３０℃／ｈで昇温し、１６５０℃で４時間保持した。こうして、第１アルミナ焼結体を得た。この第１アルミナ焼結体の気孔率は０％であった。

（ｂ）第１アルミナ焼結体の加工
次に、第１アルミナ焼結体を研削加工し、直径３２０ｍｍ、厚さ４ｍｍ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以下で表面平坦度が１０μｍ以下の平滑面とした。

（ｃ）電極パターンの作製
平均粒径０．１μｍのアルミナ粉末１５重量部と平均粒径０．２μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末８５重量部、バインダであるエチルセルロース１重量部、蒸留水２重量部を混合し、電極ペーストを作製し、スクリーン印刷法により、第１アルミナ焼結体の平滑面上に直径２９５ｍｍ、厚さ２０μｍの電極パターンを形成し、乾燥させた。

（ｄ）第２アルミナ焼結体及び平板電極の作製
その後、成形用金型に、先ほどの電極パターンが形成された第１アルミナ焼結体をセットし、別途用意した純度９９．５％ 平均粒径０．１μｍのアルミナ粉末を充填し、２００ｋｇ／ｃｍ²の圧力でプレス成形を行った。これにより、第１アルミナ焼結体のうち電極パターンを形成した面上にアルミナ成形体が積層された。続いて、カーボン製のサヤの上下にシリンダが挿入されたホットプレス用金型に、アルミナ成形体が積層された第１アルミナ焼結体をセットし、ホットプレス焼成法を用いて焼成した（二次焼成）。この焼成は、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、１３００℃で２時間保持した。こうして、アルミナ成形体を第２アルミナ焼結体すなわち支持体層にすると共に電極パターンを焼成してアルミナ焼結体中に埋設して平板電極とした。この第２アルミナ焼結体の気孔率は０％、平板電極の界面せん断強度は１８０〜２２０ＭＰａであった（表３の試験１参照）。

（ｅ）静電チャックの作製
その後、第１アルミナ焼結体のうち第２アルミナ焼結体とは反対側の面をダイヤモンド砥石にて平面研削加工を行い、第１アルミナ焼結体の厚み、すなわち埋設した平板電極からウエハ載置面までの平均厚みが０．３５ｍｍとなるように研削し、誘電体層とした。このときの厚みは渦電流式膜厚計を用いて測定した。また、ウエハ載置面の表面粗さＲａが０．５μｍ以下で表面平坦度が１０μｍ以下となるように研磨した。さらに、第１及び第２アルミナ焼結体の側面を研削して焼結体の直径を２９８ｍｍにするとともに、第２アルミナ焼結体の裏面中央から平板電極に至る挿通穴をあけ、その挿通穴の内周を覆う円筒部の取り付けと、平板電極の端子の引き出しを行い、静電チャックを完成した。この静電チャックの厚み変動度を測定したところ、６０μｍであった。

なお、各パラメータの値は以下のようにして求めた。
・厚み変動度：ウエハ載置台をウエハ載置面に垂直に切断し、その断面を工学顕微鏡で観察し、ウエハ載置面から平板電極までの厚みを測定した。測定点は図３に示す４９点とし、測定した厚みの最大値から最小値を引いた差を厚み変動度とした。
・表面平坦度：図３に示す４９点を測定点とし、各測定点における表面の座標を使って最小２乗法で仮想基準面を作成し、各測定点と仮想基準面との変位（距離）の最大値（正の値）から最小値（負の値）を引いた差を表面平坦度とした。
・気孔率：アルキメデス法により測定した。
・アルミナ焼結体におけるアルミナの平均粒径：厚み変動度を測定した試料の断面を研磨加工し、１％硝酸溶液に３秒漬けて粒界エッチングを施し、走査型電子顕微鏡にて撮影した写真において１００μｍ長さの直線２０本を横切る粒子の数に基づいてインターセプト法にて粒径を算出し、その平均値を平均粒径とした。インターセプト法については、J. Am. Ceram. Soc., vol.52, p443-446(1969)を参照。
・アルミナ粉末の平均粒径：レーザー回折法で測定した。
・電極材量の平均粒径：レーザー回折法で測定した。
・界面せん断強度：印刷電極を含む誘電体層と支持体層の界面せん断強度をマイクロドロプレット法により測定した。測定装置は複合材界面特性評価装置（東栄産業社製）を使用した。尚、製作した静電チャックから、φ９．９ｍｍ、厚さ４ｍｍの円盤を切り出し、界面せん断強度の測定を行った。

［実施例２〜４］
実施例２〜４では、第２アルミナ焼結体を作製する際のアルミナの平均粒径と焼成温度を表１に示す値に変更した以外は、実施例１と同様にして静電チャックを作製した。

［比較例１〜５］
比較例１〜５では、第２アルミナ焼結体を作製する際のアルミナの平均粒径と焼成温度を表１に示す値に変更した以外は、実施例１と同様にして静電チャックを作製した。

［評価］
実施例１〜４及び比較例１〜５につき、支持体層の気孔率と静電チャックの厚み変動度を測定し、気孔率が０％で且つ厚み変動度が１００μｍ（０．１ｍｍ）以下のものを総合評価で良好（○）とし、気孔率が１％以上か又は厚み変動度が１００μｍを超えるものを総合評価で不良（×）とした。その結果を表１に示す。表１中、平均粒径の比率は、支持体層におけるアルミナの平均粒径に対する前記誘電体層におけるアルミナの平均粒径の比である。表１から明らかなように、実施例１〜４では総合評価が良好であったが、比較例１〜５では総合評価が不良であった。実施例１〜４では、二次焼成で、第１アルミナ焼結体のうち電極ペーストを印刷した面上に、平均粒径が０．２μｍ以下のアルミナ粉末を成形してアルミナ成形体としたあと、１２５０〜１３５０℃の温度でホットプレス焼結を行ったが、アルミナ粉末の粒径が細かいため第２アルミナ焼結体は十分に緻密化したと考えられる。また、第１アルミナ焼結体は一次焼成で１６００℃で焼結したものであるため、それより２５０℃以上低い二次焼成の焼成温度では再焼結することはほとんどなく、その結果、二次焼成時に第１アルミナ焼結体が変形したり平板電極にうねりが生じたりすることがなく、厚み変動度が１００μｍ以下になったと考えられる。これに対して、比較例１，２では、二次焼成の温度が高すぎて第１アルミナ焼結体が変形し平板電極にうねりが生じた結果、厚み変動度が１００μｍを超えたと考えられる。また、比較例３，５では、二次焼成時のアルミナ原料粉末の粒径が大きすぎたため、１３００℃では十分焼結せず、第２アルミナ焼結体の緻密化が不十分になったと考えられる。比較例４では、二次焼成時のアルミナ原料粉末の粒径は小さかったものの焼成温度が低すぎたため、第２アルミナ焼結体の緻密化が不十分になったと考えられる。なお、実施例１〜４では、支持体層におけるアルミナの平均粒径が１．５〜４μｍであり、支持体層におけるアルミナの平均粒径に対する誘電体層におけるアルミナの平均粒径の比が５〜１３．３であった。

［実施例５〜２８］
実施例５〜２８の静電チャックの作製条件を表２に示す。これらの実施例では、誘電体層となる第１アルミナ焼結体は実施例１と同じ方法で作製し、平板電極も実施例１と同じ組成、方法で作成した。一方、支持体層となる第２アルミナ焼結体は、アルミナ粉末に焼結助剤としてフッ化物を混合したものを用いて成形後、焼成することにより作製した。具体的には、表２に示すフッ化物とアルミナ粉末とを湿式スラリー混合し、噴霧造粒法で造粒してフッ化物混合粉末とした。このフッ化物混合粉末を用いて、表２に示す二次焼成時の焼成温度で焼結させた。そのほかはすべて実施例１と同じ条件で作成した。表２に示すように、実施例５〜２８では、フッ化物を焼結助剤として加えることによって、実施例１〜４と比べてより低温の焼成温度で実施例１〜４と同等の静電チャックを得ることができた。また、実施例５〜２８では、フッ化物を焼結助剤として用いたため、アルミナ原料の平均粒径は０．３μｍまで使用できたが、より細かい方が好ましい。フッ化物の添加量は、４ｗｔ％未満の場合、支持体層が緻密にならず気孔が残存して絶縁耐圧が低下するおそれがあるため（比較例６）、４ｗｔ％以上であることが好ましい。なお、実施例５〜２８では、支持体層におけるアルミナの平均粒径が０．５〜３μｍであり、支持体層におけるアルミナの平均粒径に対する誘電体層におけるアルミナの平均粒径の比が６．７〜４０であった。

［電極ペーストに関する試験及び評価］
別途、電極ペーストに用いるアルミナ及びＷＣの平均粒径を種々変更して界面せん断強度を求めた結果を表３の試験２〜５に示す。この表３から明らかなように、界面せん断強度を考慮すると、電極ペーストに用いるアルミナの平均粒径は０．２μｍ以下が好ましい。

１０ ウエハ載置台、１１ 誘電体層、１１ａ ウエハ載置面、１２ 支持体層、１３ 平板電極、１４ 挿通穴、２１ 第１アルミナ焼結体、２２ アルミナ成形体、２３ 電極ペースト、Ｗ ウエハ。

Claims (7)

1. ウエハを載置可能なウエハ載置台であって、
   緻密なアルミナ焼結体である支持体層と、
   前記支持体層に積層され、緻密なアルミナ焼結体である誘電体層と、
   前記支持体層と前記誘電体層との間に配置された平板電極と、
   前記誘電体層のうち前記支持体層とは反対側の面であり前記平板電極までの厚みのバラツキを表す厚み変動度が１００μｍ以下であるウエハ載置面と、
   を備え、
   前記支持体層におけるアルミナの平均粒径が０．５〜４μｍであり、前記支持体層におけるアルミナの平均粒径に対する前記誘電体層におけるアルミナの平均粒径の比が５〜４０である、
   ウエハ載置台。
2. 前記支持体層は、フッ化物に由来する成分を含んでいる、
   請求項１記載のウエハ載置台。
3. 前記フッ化物は、融点が１２００℃以下であり、添加量が４ｗｔ％以上８ｗｔ％以下である、
   請求項２記載のウエハ載置台。
4. 前記フッ化物は、フッ化イットリウム、フッ化イッテルビウム、１５ｗｔ％ＭｇＦ₂−ＹＦ₃、３８ｍｏｌ％ＣｅＦ₃−ＹＦ₃及び８１ｗｔ％ＬａＦ₃−ＹＦ₃からなる群より選ばれる１種以上である、
   請求項２又は３記載のウエハ載置台。
5. （ａ）アルミナ粉末を１６００℃以上融点未満の温度で焼成することにより緻密な第１アルミナ焼結体を作製する工程と、
   （ｂ）該第１アルミナ焼結体の片面を表面平坦度が１０μｍ以下となるように研磨する工程と、
   （ｃ）該研磨した面に電極ペーストを印刷する工程と、
   （ｄ）前記第１アルミナ焼結体のうち前記電極ペーストを印刷した面上に、平均粒径が０．２μｍ以下のアルミナ粉末を成形してアルミナ成形体としたあと、１２５０〜１３５０℃の温度でホットプレス焼結を行うことにより、前記第１アルミナ焼結体上の前記アルミナ成形体を焼成して前記支持体層としての緻密な第２アルミナ焼結体とすると共に前記電極ペーストを焼成して平板電極とする工程と、
   （ｅ）前記第１アルミナ焼結体のうち前記第２アルミナ焼結体とは反対側の面を研磨してウエハ載置面とすることにより、該ウエハ載置面から前記平板電極までの厚みのバラツキを表す厚み変動度が１００μｍ以下のウエハ載置台を得る工程と、
   を含むウエハ載置台の製法。
6. （ａ）アルミナ粉末を１６００℃以上融点未満の温度で焼成することにより緻密な第１アルミナ焼結体を作製する工程と、
   （ｂ）該第１アルミナ焼結体の片面を表面平坦度が１０μｍ以下となるように研磨する工程と、
   （ｃ）該研磨した面に電極ペーストを印刷する工程と、
   （ｄ）前記第１アルミナ焼結体のうち前記電極ペーストを印刷した面上に、平均粒径が０．３μｍ以下のアルミナ粉末とフッ化物との混合粉末を成形してアルミナ成形体としたあと、１０００〜１３００℃の温度でホットプレス焼結を行うことにより、前記第１アルミナ焼結体上の前記アルミナ成形体を焼成して前記支持体層としての緻密な第２アルミナ焼結体とすると共に前記電極ペーストを焼成して平板電極とする工程と、
   （ｅ）前記第１アルミナ焼結体のうち前記第２アルミナ焼結体とは反対側の面を研磨してウエハ載置面とすることにより、該ウエハ載置面から前記平板電極までの厚みのバラツキを表す厚み変動度が１００μｍ以下のウエハ載置台を得る工程と、
   を含むウエハ載置台の製法。
7. 前記工程（ａ）では、平均粒径が０．３〜３μｍのアルミナ粉末を使用し、前記工程（ｃ）では電極ペーストに用いるアルミナ粉末の平均粒径を０．２μｍ以下、導電性粉末の平均粒径を０．４μｍ以下とする、請求項５又は６に記載のウエハ載置台の製法。

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