JP2017212406A

JP2017212406A - 静電吸着用部材

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Publication number: JP2017212406A
Application number: JP2016106611A
Authority: JP
Inventors: 古川　茂伸; Shigenobu Furukawa; 茂伸古川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2036-05-27
Also published as: JP6595406B2

Abstract

【課題】内部電極の破損を抑制された静電吸着用部材を提供する。【解決手段】セラミックスからなり、対象物が吸着される吸着面および該吸着面以外の面に開口した凹部を有する基体と、該基体における前記吸着面と前記凹部との間に位置する内部電極と、前記凹部内から前記内部電極につながる導電層とを備え、前記凹部と前記内部電極との間に中空領域を有する静電吸着用部材を提供する。前記凹部における導電層は、ねじ山部を有することが好ましい。【選択図】図１

Description

本開示は、静電吸着用部材に関する。

従来、半導体集積回路の製造工程や液晶表示装置の製造工程では、半導体ウエハ等の各試料を保持するための部品として、静電チャック等の静電吸着用部材が用いられている。

このような静電吸着用部材では、例えばセラミック等からなる誘電体部材の内部に静電吸着用の電極層が設けられている。またこのような静電吸着用部材では、電極層に静電吸着用の電圧を印加するための給電端子が、誘電体部材の外部から内部の電極層まで連続して配置されている。例えば特許文献１では、対象物が吸着される吸着面を有する基材の内部に、吸着面と平行な電極層が設けられており、吸着面と反対側の面から電極層まで基材を貫通した貫通孔に柱状の給電端子が挿入されている。特許文献１では、給電端子の端部が電極層に当接した状態で、給電端子が貫通孔内に機械的に固定されている。

特開２００４−３１１５２２号公報

特許文献１で提案された静電チャックは、昇温および冷却にともなって給電端子が伸縮するため、給電端子の端部に当接した電極層が給電端子の伸縮によって押圧されたり逆に引っ張られたりする場合があった。このため従来は、この押圧や引っ張りによって、電極層に割れや欠け等の破損が発生するという問題があった。

上記課題を解決するため、本願は、セラミックスからなり、対象物が吸着される吸着面および該吸着面以外の面に開口した凹部を有する基体と、該基体における前記吸着面と前記凹部との間に位置する内部電極と、前記凹部内から前記内部電極につながる導電層とを備える静電吸着用部材であって、前記凹部と前記内部電極との間に中空領域を有することを特徴とする静電吸着用部材を提供する。

本実施形態の静電吸着用部材は、内部電極の破損を抑制することができる。

本実施形態の静電吸着用部材である真空チャックの一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面透視図である。図１に示す真空チャックのＡＡ’線における断面の一例を示す、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す内部電極の一部を拡大した断面図である。図１に示す真空チャックのＡＡ’線における断面の他の例を示す、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す内部電極の一部を拡大した断面図である。図１に示す真空チャックのＡＡ’線における断面の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す内部電極の一部を拡大した断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示す導電層の一部を拡大した断面図であり、（ｄ）は（ａ）に示すＢ部を拡大した断面図である。

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について詳細に説明する。ただし、本明細書の全図において、混同を生じない限り、同一部分には同一符号を付し、その説明を適時省略する。

図１および図２は、本実施形態の静電吸着用部材である真空チャックの一例を示す、図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）は平面透視図である。また、図２は、図１に示す真空チャックのＡＡ’線における断面の一例を示す、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す内部電極の一部を拡大した断面図である。

図１、２に示す静電吸着用部材は、セラミックスからなり、対象物（図示しない）が吸着される吸着面１ａおよび吸着面１ａ以外の面に開口した凹部２ａを有する基体（１，２）と、基体（１，２）における吸着面１ａと凹部２ａとの間に位置する内部電極３と、凹部２ａ内から内部電極３につながる導電層４とを備える静電吸着用部材であり、凹部２ａと内部電極３との間に中空領域２ｂを有する。

基体（１，２）は、対象物（図示しない）が吸着される吸着面１ａを有するセラミックスからなる第１構造体１と、吸着面１ａと反対側に設けられたセラミックスからなる第２構造体２とを備え、内部電極３は第１構造体１と第２構造体２との間に配置されている。内部電極３は、１対の分離された内部電極３a、３ｂからなり、一方が給電端子５ａを介
して電源（図示しない）の正極に接続され、他方が給電端子５ｂを介して電源の負極に接続される。例えば、電源の正極に接続される側の電極が内部電極３ａ(以下、内部電極３
ａを正電極３ａという。)であり、負極に接続される側の電極を内部電極３ｂ(以下、内部電極３ｂを負電極３ｂという。)である。また、これとは逆に、内部電極３ａが負極に接
続され、内部電極３ｂが正極に接続されていてもよい。

正電極３ａおよび負電極３ｂは、それぞれ半円板状に形成され、半円の弦同士が対向するように配置される。正電極３ａおよび負電極３ｂがこのように配置されることによって、内部電極３全体の外形が円形状となる。内部電極３全体の中心は、第１構造体１の中心に一致するか、第１構造体１の中心の近傍に位置する。また、内部電極３は、第２構造体２の上面に形成され、樹脂からなる接合層６を介して第１構造体１の下面に接合されている。

静電吸着用部材１０は、凹部２ａと内部電極３との間に中空領域２ｂを有している。これにより、給電端子５ａや５ｂが熱膨張した場合なども、給電端子５ａや５ｂの端部が正電極３ａや３ｂに当接せず、この中空領域２ｂに、給電端子５ａや５ｂおよび第２構造体２の変形が留まるため、内部電極３における割れや欠け等の破損が抑制されている。

静電吸着用部材１０は、より具体的には、第２構造体２は、内部電極３と反対側の面から内部電極３に向かって凹んだ凹部２ａは柱状であり、凹部２ａの内部電極３の側の端面から内部電極３まで貫通した貫通孔を備えており、この貫通孔の内部空間が中空領域２ｂとなっている。導電層４は、柱状の凹部２ａの内側側面および中空領域（貫通孔２ｂ）の内側側面に連続して被着するとともに、内部電極３に電気的に接続している。凹部２ａおよび中空領域２ｂの形状は、例えば、円柱状である。導電層４は、厚みが、例えば、０．５５μｍ以上０．８５μｍ以下の板状であっても、円筒状の導体であってもよい。

また、図２に示す静電吸着用部材１０、および後述する図３、４に示す１０ａ、１０ｂでは、内部電極３は、チタンを主成分とする第１電極層３Ａと、窒化チタン、炭化チタンまたは炭窒化チタンを主成分とする第２電極層３Ｂとを有し、第１電極層３Ａ上に第２電
極層３Ｂが位置し、第１電極層３Ａは第２構造体２に接合していることが好適である。このような構成であると、第１電極層３Ａを形成するチタンは活性が高く、第２構造体２を形成するセラミックスに対して良好な濡れ性を示すことから、第２電極層３Ｂは、第２構造体２に対する密着強度が高い。

図３は、図１に示す真空チャックのＡＡ’線における断面の他の例を示す断面図であり（ｂ）は（ａ）に示す内部電極の一部を拡大した断面図である。

図３に示す静電吸着用部材１０ａは、凹部２ａにおける導電層４がねじ山部４ａを有する。この場合、導電層４の表面積が比較的大きくなり、給電端子５ｂの側面との電気的接合面積が大きくなるため、比較的安定した給電を行うことができる。また、側面にねじ山部４ａを設けた給電端子５ｂを用いることで、この給電端子５ｂをねじ山部４ａに係合させて、給電端子５ｂを第２構造体２に対して強固に締結することができる。また、ねじによる締結のため、給電端子５ｂを容易に繰り返し脱着させることが可能であり、給電端子５ｂの洗浄などのメンテナンス作業を比較的容易に長期間にわたって繰り返し実施することができる。

図４は、図１に示す真空チャックのＡＡ’線における断面の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す内部電極の一部を拡大した断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示す導電層の一部を拡大した断面図であり、（ｄ）は（ａ）に示すＢ部を拡大した断面図である。

図４に示す静電吸着用部材１０ｂは、凹部２ａにおける導電層４の内周面に当接する螺旋状の導電性線材７を備えてなるものである。凹部２ａ内部の導電層４は交換が比較的困難で手間を要するが、螺旋状の導電性線材７を備えた構成とした場合、例えば給電端子５ａや５ｂを繰り返し着脱して導電性線材７が摩耗しても、この導電性線材７を交換するだけで、給電端子５ａや５ｂと当接する部分の状態（形状や腐食具合など）をリフレッシュすることができる。

ここで、螺旋状の導電性線材７とは、例えば、ヘリサート(登録商標、(株)ツガミ製)、Ｅ−サート(登録商標、(株)ツガミ製)、イリサート（登録商標、(有)広杉精機）等である。

螺旋状の導電性線材７は、例えば、１８−８ステンレス鋼からなるものであるが、磁性の影響を受けにくくする場合には、リン青銅からなるものを用いればよい。

また、静電吸着用部材１０ｂは、導電性線材７が接合剤８を介して固定されていると、導電性線材７が凹部２ａから外れ難い点で好適である。特に、接合剤８は導電性を有することが好適である。接合剤８を含む領域は、導電性線材７の高さｈに対して、例えば、導電性線材７の上端からｈ／２以内の領域である。

また、図４に示す静電吸着用部材１０ｂでは、図４（ｂ）に示すように、導電層４は、チタンを主成分とする第１層４Ａと、窒化チタン、炭化チタンまたは炭窒化チタンを主成分とする第２層４Ｂとを有し、第１層４Ａ上に第２層４Ｂが位置し、第１層４Ａはセラミックスからなる基体（第２構造体２）に接合されていることが好適である。このような構成であると、第１層４Ａを形成するチタンは活性が高く、第２構造体２を形成するセラミックスに対して良好な濡れ性を示すことから、第１層４Ａは、基体（第２構造体２）に対する密着強度が高くなる。例えば、第１層４Ａの厚みは０．１５μｍ以上０．２５μｍ以下であり、第２層４Ｂの厚みは０．４μｍ以上０．６μｍ以下である。

また、図４に示す静電吸着用部材１０ｂでは、導電性線材７の内周側の表面は、露出してなることが好適である。

内周側の表面が露出してなる状態とは、接合剤８等が内周側の表面に付着していない状態をいい、このような状態にすることで、接合剤８に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。

なお、第１層４Ａ、第２層４Ｂ、第１電極層３Ａ、および第２電極層３Ｂにおける主成分とは、これら各層を構成する成分の合計１００質量％のうち、９５％以上を占める成分をいい、主成分以外の成分として、不可避不純物を含んでいてもよい。これらの各層を構成する成分は、薄膜Ｘ線回折法によって同定し、各成分の含有量はリートベルト法で求めればよい。

また、図２、３、４に示す静電吸着用部材１０、１０ａ、１０ｂにおいて、吸着面１ａの算術平均粗さＲａは０．８５μｍ以下（但し、０μｍを除く。）であるときには、吸着面１ａにおける凹凸が小さくなるため、対象物に対する吸着力を向上させることができる。吸着面１ａの算術平均粗さＲａは０．４μｍ以下、特に０．２μｍ以下であることがより好適である。

なお、算術平均粗さＲａはＪＩＳＢ０６０１−２０１３に準拠して測定すればよく、測定長さおよびカットオフ値をそれぞれ５ｍｍおよび０．８ｍｍとし、触針式の表面粗さ計を用いて測定する場合であれば、例えば、吸着面１ａに、触針先端半径が２μｍの触針を当て、触針の走査速度は０．５ｍｍ／秒に設定し、この測定で得られた５箇所の平均値を算術平均粗さＲａの値とすればよい。

また、図２、３、４に示す静電吸着用部材１０、１０ａ、１０ｂでは、基体（第１構造体１，第２構造体２）が、吸着面１ａを有する第１構造体１と、凹部２ａが位置する第２構造体２からなり、第１構造体１を形成するセラミックスは、第２構造体２を形成するセラミックスよりも絶縁破壊強さが大きいことが好適である。

このような構成であると、対象物はジョンソンラーベック力よりも吸着力の小さいクーロン力によって吸着面１ａに吸着されるので、高い脱離応答性が求められる静電吸着用部材に有効である。

例えば、第１構造体１を形成するセラミックスの絶縁破壊強さは、１４ＫＶ／ｍｍ以上１５ＫＶ／ｍｍ以下であり、第２構造体１を形成するセラミックスの絶縁破壊強さは、１５ＫＶ／ｍｍよりも大きく、５０ＫＶ／ｍｍ以下である。特に、第１構造体１を形成するセラミックスは、多結晶の酸化アルミニウムが主成分であり、例えば、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化珪素等の焼結助剤を含むセラミックスである。第２構造体３を形成するセラミックスは多結晶の酸化アルミニウムが主成分であり前記焼結助剤を含まないセラミックス、または単結晶の酸化アルミニウムを主成分とするセラミックス（サファイア）であることが好適である。それぞれのセラミックスの絶縁破壊強さは、ＪＩＳＣ２１４１−１９９２に準拠して求めればよい。

また、上記構成とは別に、図２、３、４に示す静電吸着用部材１０、１０ａ、１０ｂでは、第１構造体１を形成するセラミックスは、吸着面１ａを含む表層部の少なくとも一部が導電性または半導電性を有することが好適である。このような構成の場合、ジョンソンラーベック力によって対象物を吸着面１ａに吸着する場合、吸着力を比較的高くできる点で好適である。

なお、本実施形態における導電性とは、体積固有抵抗が１０^−２Ω・ｃｍ未満をいい、半導電性とは、体積固有抵抗が１０^−２Ω・ｃｍ以上１０^１３Ω・ｃｍ未満の範囲をいう。

ここで、第１構造体１を形成するセラミックスは、例えば、多結晶の酸化アルミニウムを主成分とし、金属元素としてチタンおよびニオブの少なくともいずれかを含んでなり、表層部における前記金属元素の含有量が、内部における前記金属元素の含有量よりも多い。

なお、第１構造体１を形成するセラミックスが上記セラミックスである場合、セラミックスの全体、表層部、内部におけるアルミナや金属元素の含有量は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置を用いて、Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂの含有量を求め、アルミナについては、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３に換算し、ＴｉおよびＮｂは得られた測定値をそのまま含有量とすればよい。なお、セラミックスの全体における含有量を求めるときは、表層部および内部を含む焼結体を満遍なく粉砕した試料を用いればよく、表層部および内部であれば、表層部および内部に相当する領域から試料を採取して粉砕した試料を用いればよい。

次に、本実施形態の静電吸着用部材の製造方法の一例について説明する。

まず、第１構造体１および第２構造体２に対応するセラミック部材を準備する。第２構造体２には、一方の主面に、所定の形状の凹部２と、凹部２と他方の主面との間に中空領域２ｂに対応する貫通孔を形成しておく。凹部２の内面には、必要に応じてねじ山部を形成してもよい。

この第２構造体２に、例えばイオンプレーティング法によって金属膜を形成することで、内部電極３および導電層４を形成する。例えば第２構造体２の一方の主面に、内部電極３となる以外の部分にマスキングを施した状態で、チタンを主成分とする第１電極層３Ａと、窒化チタン、炭化チタンまたは炭窒化チタンを主成分とする第２電極層３Ｂとを形成した後、マスキングを除去する。また第２構造体２の、凹部２が設けられている側の面から、イオンプレーティング法によって、チタンを主成分とする第１層４Ａと、窒化チタン、炭化チタンまたは炭窒化チタンを主成分とする第２層４Ｂとを形成する。

または、第２セラミック構造体２を回転させながら、イオンプレーティング法で金属膜を形成することで、内部電極３と導電層４とを同時に形成してもよい。この際、例えば、所定の領域にマスキングを施した第２構造体２を、第２構造体２の厚みの半分の位置における径方向の直線を軸心として回転させながら、すなわち、イオンプレーティング法におけるターゲット金属に対して、第２構造体の２つの主面が交互に対面するように第２構造体を回転させながら金属膜を成膜すればよい。この場合、チタンを主成分とする金属膜として、第１電極層３Ａと第１層４Ａとを同時に形成し、窒化チタン、炭化チタンまたは炭窒化チタンを主成分とする金属膜として、第２電極層３Ｂと第２層４Ｂとを同時に形成することができる。

この後、第２構造体２の他方の主面にエポキシ系接着剤を塗布する。そして、第２構造体２の他方の主面上に、第１構造体１を対向配置して押圧することにより、第１構造体１と第２構造体２とを接合することにより接合体を得る。この後、接合体の表面を研削することによって、本実施形態の静電吸着用部材を得ることができる。

ここで、吸着面の算術平均粗さＲａが０．８５μｍ以下（但し、０μｍを除く。）である静電吸着用部材を得るには、例えば、平均粒径が３μｍ以下のダイヤモンド砥粒で研磨
することによって得ることができる。

本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。

１第１構造体
１ａ吸着面
２第２構造体
２ａ凹部
２ｂ内部領域
３内部電極
３Ａ第１電極層
３Ｂ第２電極層
４導電層
４ａねじ山部
４Ａ第１層
４Ｂ第２層
５ａ、５ｂ給電端子
６接合層
７導電性線材
８接合剤

Claims

セラミックスからなり、対象物が吸着される吸着面および該吸着面以外の面に開口した凹部を有する基体と、
該基体における前記吸着面と前記凹部との間に位置する内部電極と、
前記凹部内から前記内部電極につながる導電層とを備える静電吸着用部材であって、
前記凹部と前記内部電極との間に中空領域を有することを特徴とする静電吸着用部材。
前記凹部における導電層が、ねじ山部を有することを特徴とする請求項１に記載の静電吸着用部材。
前記凹部における導電層に当接する螺旋状の導電性線材を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電吸着用部材。
前記導電性線材が、接合剤を介して前記凹部における導電層に固定されていることを特徴とする求項３に記載の静電吸着用部材。
前記導電層は、チタンを主成分とする第１層と、窒化チタン、炭化チタンまたは炭窒化チタンを主成分とする第２層とを有し、前記第１層上に前記第２層が位置し、前記第１層はセラミックスからなる前記基体に接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の静電吸着用部材。
前記吸着面の算術平均粗さＲａは０．８５μｍ以下（但し、０μｍを除く。）であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の静電吸着用部材。
前記基体が、前記吸着面を有する第１構造体と、前記凹部が位置する第２構造体からなり、前記第１構造体が前記第２構造体よりも絶縁破壊強さが大きい請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の静電吸着用部材。
前記基体が、前記吸着面を有する第１構造体と、前記凹部が位置する第２構造体からなり、前記第１構造体における前記吸着面を含む表層部の少なくとも一部が導電性または半導電性を有する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の静電吸着用部材。