JP2014112620A

JP2014112620A - 静電チャックおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2014112620A
Application number: JP2012266787A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Fukazawa; 健一深澤; Tetsuo Kitabayashi; 徹夫北林; Hisanori Aoyama; 久範青山; Hironori Ishida; 弘徳石田; Tomoyuki Ogura; 知之小倉
Original assignee: Nihon Ceratec Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; NTK Ceratec Co Ltd
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2014-06-19

Abstract

【課題】基台と絶縁体との接合面における剥離等の発生頻度の低下に加えて、絶縁性および静電吸着性の均等化を図りうる静電チャックおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】静電チャックを構成する基台１０は、開気孔率が０．５％以下であり、かつ、Ａｌ含有量が６０〜９０ｗｔ％の範囲に含まれているＡｌ−ＳｉＣ複合材料により構成されている。基台１０に接合されている絶縁体２０は、Ａｌ₂Ｏ₃またはＹ₂Ｏ₃を原料とするセラミックス溶射膜により構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ、フラットディスプレイパネル、フレキシブル基板などを吸着保持する静電チャックに関する。

金属−セラミックス複合材料（ＭＭＣ）により構成される基台と、セラミックス溶射膜により構成され、かつ、電極が埋設されている絶縁体とが接合された構成の静電チャックが提案されている（特許文献１参照）。

特許第４０６４８３５号公報

しかし、基台と絶縁体との熱膨張率の差に由来して、ウエハ等の吸着保持対象の加熱に伴う静電チャックの昇温によって両者の接合面に剥離、割れまたはクラック等が発生する可能性がある。吸着保持対象であるウエハ等の大型化に伴う静電チャックの大型化によりこの問題はより顕著になる。また、絶縁体との熱膨張率の差を小さくすることが偏重されることによりＭＭＣの加工性が低下し、基台に対してセラミックス溶射膜を形成する粗面化処理等の前処理が不十分となって両者の接合強度が低下する場合がある。

また、ＭＭＣにより構成される基台表面におけるボイドが過多である場合、当該表面に形成されるセラミックス溶射膜の厚みにむらが生じる。このため、当該膜において局所的に薄い箇所の耐電圧が低くなって絶縁破壊を起こす可能性が高くなる。さらに、セラミックス溶射膜の表面電位にもむらが生じる。

そこで、本発明は、基台と絶縁体との接合面における剥離等の発生頻度の低下に加えて、絶縁性および静電吸着性の均等化を図りうる静電チャックおよ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、基台と、前記基台を被覆する絶縁体と、前記絶縁体に埋設されている電極と、を備えている静電チャックであって、前記絶縁体が、Ａｌ₂Ｏ₃またはＹ₂Ｏ₃を原料とするセラミックス溶射膜により構成され、前記基台が、開気孔率が０．５％以下であり、かつ、Ａｌ含有量が６０〜９０ｗｔ％の範囲に含まれているＡｌ−ＳｉＣ複合材料により構成されていることを特徴とする。

本発明の方法は、基台と、前記基台を被覆する絶縁体と、前記絶縁体に埋設されている電極と、を備えている静電チャックの製造方法であって、ＡｌおよびＳｉＣを原料として熱間鍛造法にしたがってＡｌ含有量が６０〜９０ｗｔ％の範囲に含まれているＡｌ−ＳｉＣ複合材料を前記基台として作製する工程と、前記基台に対して、Ａｌ₂Ｏ₃またはＹ₂Ｏ₃を原料粉末として溶射することによりセラミックス溶射膜により構成される前記絶縁体の一部である下部絶縁層として形成する工程と、前記下部絶縁層に前記電極を構成する電極層を溶射により形成する工程と、前記電極層を覆うようにＡｌ₂Ｏ₃またはＹ₂Ｏ₃を原料粉末として溶射することによりセラミックス溶射膜により構成される前記絶縁体の残部である上部絶縁層として形成する工程と、を備えていることを特徴とする。

本発明の静電チャックによれば、基台を構成するＭＭＣおよび絶縁体を構成するセラミックス溶射膜のそれぞれの材質の設計により、当該基台および当該絶縁体の熱膨張率の差の低下が図られている。さらに、基台の開気孔率の設計により、当該基台の表面に形成されるセラミックス溶射膜の厚さの均等化が図られる。よって、基台と絶縁体との接合面における剥離等の発生頻度の低下に加えて、絶縁性および静電吸着性の均等化を図りうる。

本発明の方法によれば、基台を構成するＭＭＣおよび絶縁体を構成するセラミックス溶射膜のそれぞれの材質の設計により、当該基台および当該絶縁体の熱膨張率の差の低下が図られている。また、熱間鍛造法にしたがって基台が作製されることにより、当該基台に存在するボイドの低減、ひいては当該基台の表面に形成されるセラミックス溶射膜の厚さの均等化が図られる。よって、前記のように基台と絶縁体との接合面における剥離等の発生頻度の低下に加えて、絶縁性および静電吸着性の均等化を図りうる静電チャックが製造されうる。

本発明の一実施形態としての静電チャックの構成説明図。

（静電チャックの構成）
図１に示されている本発明の一実施形態としての静電チャックは、基台１０と、基台１０の上面に対して接合されている絶縁体２０と、絶縁体２０に埋設されている静電チャック電極４０とを備えている。

基台１０は、熱間鍛造法にしたがって作製され、開気孔率が０．５％以下であり、かつ、Ａｌ含有量が６０〜９０ｗｔ％の範囲に含まれているＡｌ−ＳｉＣ複合材料（ＭＭＣ）により構成されている。基台１０には、給電線４１を被覆する筒状部材４２を通すための貫通孔が形成されている。

絶縁体２０は、基台１０に対して接合されている下部絶縁層２１および下部絶縁層２１に対して電極４０を間に挟んだ状態で接合されている上部絶縁層２２により構成されている。下部絶縁層２１および上部絶縁層２２のそれぞれは、Ａｌ₂Ｏ₃またはＹ₂Ｏ₃を原料とするセラミックス溶射膜により構成されている。下部絶縁層２１には、給電線４１を被覆する筒状部材４２を通すための貫通孔が設けられている。

絶縁体２０の耐電圧特性の向上の観点から、特許文献１に記載されているように、下部絶縁層２１が、基台１０上に形成された上で封孔処理された第１絶縁層と、第１絶縁層上に形成された第２絶縁層とにより構成されていてもよい。

静電チャック電極４０は、Ｎｉ等の金属により構成され、当該電極４０に給電線４１を通じて電圧が印加されることにより、上部絶縁層２２に載置されたウエハ等が静電チャックに吸着保持される。給電線４１は、基台１０および下部絶縁層２１により支持されるセラミックス製の筒状部材４２により被覆された状態で静電チャック電極４０に接続されている。筒状部材４２は、たとえば絶縁体２０を構成するセラミックスと同系統のセラミックスの焼結体からなる。

静電チャック電極４０よりも基台１０に近い箇所で静電チャック電極４０から離反しているヒータ電極が絶縁体２０に埋設されていてもよい。この場合、絶縁体２０は、ヒータ電極および静電チャック電極４０のそれぞれを挟むように３つの絶縁層により構成される。

（静電チャックの製造方法）
図１に示されているような構成の静電チャックは、以下の手順にしたがって製造される。

ＡｌおよびＳｉＣを原料として、熱間鍛造法にしたがってＡｌ含有量が６０〜９０ｗｔ％の範囲に含まれているＡｌ−ＳｉＣ複合材料からなる基台１０が作製される。基台１０の上面が、必要に応じて均等に粗面化処理またはブラスト処理され、さらに適宜洗浄される。熱間鍛造法としては、特開２０１２−２２４９３６号公報に記載されている方法が採用される。

Ａｌ₂Ｏ₃またはＹ₂Ｏ₃粉末が原料セラミックス粉末として、基台１０の上面を覆うように溶射されることにより、所定の厚さ（たとえば４００〜５００μｍ）の下部絶縁層２１が形成される。基台１０の上面に下部絶縁層２１との密着性を高めるため、金属薄膜がアーク溶射法またはプラズマ溶射法にしたがってアンダーコート層として形成されてもよい。下部絶縁層２１の形成時点で、筒状部材４２が給電線４１とともに基台１０の貫通孔に挿入されていてもよい。

下部絶縁層２１の上面に静電チャック電極４０を構成する所定の厚さ（たとえば５０μｍ）の電極層が形成される。電極層の形成方法としては、プラズマ溶射法等、さまざまな方法が採用されうる。

さらに、下部絶縁層２１と同じ原料セラミックス粉末が、静電チャック電極４０を覆うように溶射されることにより、所定の厚さ（たとえば４００〜５００μｍ）の上部絶縁層２２が形成される。そして、上部絶縁層２２の表面に封孔処理、研削加工およびラッピング加工処理が順に施される。

（実験結果）
Ａｌ−ＳｉＣ複合材料からなる２００［ｍｍ］×２００［ｍｍ］×ｔ１０［ｍｍ］の基台１０の上面にｔ０．５［ｍｍ］のＡｌ₂Ｏ₃溶射膜からなる絶縁体２０が形成されることにより、実施例１〜４の試料および比較例１〜６の試料が製造された。表１に示されているように、実施例１〜４ならびに比較例５および６のそれぞれの基台１０は熱間鍛造法にしたがって作製され、比較例１〜４の基台１０は鋳造法（鋳込み法）にしたがって作製された。実施例１〜４および比較例１〜６のそれぞれの基台１０の原料であるＡｌおよびＳｉＣの質量比が、表１に示されているように調節された。

各試料の基台１０の開気孔率が測定された。２５〜２５０［℃］の熱サイクルが５０回繰り返された後、基台１０と絶縁体２０との接合面における割れまたはクラックの有無が確認された。各試料が油槽に沈められた後、基台１０の下面および絶縁体２０の上面のそれぞれに電極が取り付けられ、当該電極間に電圧が印加された上で絶縁破壊の有無または絶縁破壊電圧が測定された。各試料の表面の複数個所（たとえば９箇所）のそれぞれにおける表面電位が測定され、表面電位の最大値−最小値の偏差Δが測定された。当該測定結果が表１にまとめて示されている。

表１によれば、基台１０が「熱間鍛造法」にしたがって作製され、開気孔率が０．５％以下であり、かつ、Ａｌ含有量が６０〜９０ｗｔ％の範囲に含まれているＡｌ−ＳｉＣ複合材料により構成されている実施例１〜４の試料によれば、基台１０と絶縁体２０との接合界面に割れ等が発生せず、５［ｋＶ］の電圧が印加されても絶縁破壊は生じず、かつ、表面電位差Δは２［Ｖ］以下である。

また、Ａｌ含有量が６０〜９０ｗｔ％の範囲に含まれているものの、基台１０が「鋳造法」にしたがって作製され、かつ、開気孔率が０．５％を超えて１．１〜２．８％であるＡｌ−ＳｉＣ複合材料により構成されている比較例１〜４の試料によれば、５［ｋＶ］より低い０．７〜１．８［ｋＶ］の範囲で絶縁破壊が生じ、かつ、表面電位差Δは２［Ｖ］より大きい２１〜４０［Ｖ］である。基台１０が「熱間鍛造法」にしたがって作製されたものの、Ａｌ含有量が前記範囲の上限である９０ｗｔ％を上回る９５ｗｔ％である比較例５の試料によれば、熱サイクル試験中に基台１０と絶縁体２０との接合界面に割れが発生し、基台１０と絶縁体２０とが剥離した。基台１０が「熱間鍛造法」にしたがって作製されたものの、Ａｌ含有量が前記範囲の下限である６０ｗｔ％を下回る３０ｗｔ％である比較例６の試料によれば、溶射膜形成前の基台１０の表面加工に際してＳｉＣ量の多さに由来してその表面粗さが小さくなり、溶射膜を形成したが熱サイクル試験途中で基台１０と絶縁体２０とが剥離した。

１０‥基台、２０‥絶縁体、２１‥下部絶縁層、２２‥上部絶縁層、４０‥電極。

Claims

基台と、前記基台を被覆する絶縁体と、前記絶縁体に埋設されている電極と、を備えている静電チャックであって、
前記絶縁体が、Ａｌ₂Ｏ₃またはＹ₂Ｏ₃を原料とするセラミックス溶射膜により構成され、
前記基台が、開気孔率が０．５％以下であり、かつ、Ａｌ含有量が６０〜９０ｗｔ％の範囲に含まれているＡｌ−ＳｉＣ複合材料により構成されていることを特徴とする静電チャック。
基台と、前記基台を被覆する絶縁体と、前記絶縁体に埋設されている電極と、を備えている静電チャックの製造方法であって、
ＡｌおよびＳｉＣを原料として熱間鍛造法にしたがってＡｌ含有量が６０〜９０ｗｔ％の範囲に含まれているＡｌ−ＳｉＣ複合材料を前記基台として作製する工程と、
前記基台に対して、Ａｌ₂Ｏ₃またはＹ₂Ｏ₃を原料粉末として溶射することによりセラミックス溶射膜により構成される前記絶縁体の一部である下部絶縁層として形成する工程と、
前記下部絶縁層に前記電極を構成する電極層を溶射により形成する工程と、
前記電極層を覆うようにＡｌ₂Ｏ₃またはＹ₂Ｏ₃を原料粉末として溶射することによりセラミックス溶射膜により構成される前記絶縁体の残部である上部絶縁層として形成する工程と、を備えていることを特徴とする方法。