JP4241571B2 - 双極型静電チャックの製造方法 - Google Patents
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絶縁性支持板と、
前記支持板上に交互にかつ互に離間して配置された正電極と負電極とを含む双極型静電気吸着用内部電極手段と、
前記支持板及び前記内部電極手段を被覆している誘電体板と、
前記正負電極の各々に連結され、かつ前記支持板により支持されている給電用端子とを有する静電チャック前駆体を形成する工程及び、
この前駆体から静電チャックを製造する工程を含み、
(1)前記静電チャック前駆体の形成工程において、前記誘電体板を、絶縁性セラミックスと、導電性材料との混合物を、成形、焼結して得られた複合焼結体から形成し、
(2)前記静電チャックの製造工程において、前記静電チャック前駆体の誘電体板の開放面上に、それを被覆する電圧印加用電極を載置し、この電圧印加用電極と、前記給電用端子との間に、前記静電チャックの使用電圧より高い電圧を印加し、それによって、前記誘電体板の、前記正・負電極のそれぞれの電極面に直角をなして対向する部分の体積固有抵抗値(R1)を、前記誘電体板の残余の部分の体積固有抵抗値(R2)より低く調整する
ことを特徴とするものである。
本発明の双極型静電チャックの製造方法において、前記誘電体板の、前記正又は負電極の電極面に直角をなして対向する部分の体積固有抵抗値(R1)を、1×109Ωcm〜1×1013Ωcmの範囲にあるように調整し、かつ前記誘電体板の残余の部分の体積固有抵抗値(R2)を、前記体積固有抵抗値(R2)の5倍以上に調整することが好ましい。
本発明の双極型静電チャックの製造方法において、互に隣り合う前記正電極と前記負電極との離間距離を、0.5〜5mmにすることが好ましい。
本発明の双極型静電チャックの製造方法において、前記誘電体板用複合焼結体を、酸化アルミニウム、酸化イットリア、酸化珪素、酸化ゲルマニウム及びムライトから選ばれた1種以上の絶縁性セラミックスと、導電性炭化珪素、モリブデン、タングステン、タンタル及びカーボンから選ばれた1種以上の導電性材料との混合物を成形し、焼結して形成することが好ましい。
本発明の双極型静電チャックの製造方法において、前記絶縁性セラミックスとして、酸化アルミニウムを用い、前記導電性材料として導電性炭化珪素を用いることが好ましい。
前記支持板及び前記内部電極手段を被覆している誘電体板と、前記正・負電極の各々に連結され、かつ支持板により支持されている給電用端子とを有する静電チャックを製造し、
この静電チャックの前記誘電体板の開放面上に、それを被覆する電圧印加用電極を載置し、前記電圧印加用電極と、前記給電用端子との間に、前記静電チャックの使用電圧より高い電圧を印加し、それによって、前記誘電体板の、前記正・負電極に対向している部分の体積固有抵抗値(R1)を、前記誘電体板の前記正・負電圧に対向していない部分の体積固有抵抗値(R2)より低く調整することを特徴とするものである。
まず、前記の「双極型静電チャック」の実施態様について説明する。
図1及び図2(図1の部分拡大部)に示されている双極型静電チャック10は、正電極1と負電極2からなる双極型の静電吸着用内部電極手段3が誘電体板4と絶縁性支持板5との間に挟持され、前記誘電体板4と絶縁性支持板5とが接合または接着されて一体化されたものである。
この誘電体板4の表面(上面)が板状試料W(図示されていない)を載置して静電吸着するための静電吸着面6を構成し、静電吸着用内部電極手段3に直流電圧を印加するための給電用端子(電圧印加手段)7,7が、前記絶縁性支持板5により保持されている。
前記の体積固有抵抗値(R1)が1×109Ωcmを下回ると、誘電体板上に載置される板状試料W等への漏れ電流が発生して漏れ電流によって板状試料Wを破壊する危険性が高くなることがあり、一方、前記の体積固有抵抗値(R1)が1×1013Ωcmを超えると板状試料Wの吸着、脱着後の応答性が著しく低下することがある。
前記誘電体板4の、前記正・負電極に直角対向していない残余の部分9の体積固有抵抗値R2がこのように高抵抗化されたことにより、互に隣り合う正電極1と負電極2との間の電位の分布は、前記残余部分8の低抵抗化以前においては図5aに示されている状態であったが、前記部分8が低抵抗化された後は、図5bに示されている状態に変化し、前記部分8上の電位は、静電吸着用内部電極手段3に印加された電位とほぼ同一になる。このため、誘電体板4の厚さを薄くすることなく、大きな静電吸着力が得られる。なお、図5a、図5bにおいて、正電極1と負電極2との間に±3000Vの直流電圧を印加した場合の等電位線が模式的に示されている。
また、誘電体板4の、正・負電極1,2の電極面1a,2aに直角をなして対向していない前記残余部分9の体積固有抵抗値が、図5bに示されているように高抵抗化されたことにより通常の印加電圧、すなわち直流電圧:数千V程度の印加電圧下で正電極と負電極の間の漏れ電流の発生を防止することができ、この漏れ電流に起因する発熱による静電チャック10の損傷のおそれがなくなる。
前記絶縁性支持板5は、前記誘電体板4と同等以上の絶縁性の材料で形成された板状板の焼結体であれば特に制限されないが、熱膨張係数が前記絶縁体性誘電体板4の熱膨張係数に近似する焼結体であることが好ましく、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)焼結体、酸化アルミニウム(Al2O3)−炭化珪素(SiC)複合焼結体等を例示することができ、例えば、前記誘電体板4と同一の焼結体で形成されていてもよい。
即ち、本発明の双極型静電チャックは、
(1)板状の焼結体で形成された絶縁性支持板5の表面上に形成された正電極1と負電極2からなる静電吸着用内部電極手段3が前記の誘電体板4を構成する成分と同一の成分を有する溶射材料で形成されたものであってもよく、また、
(2)板状の焼結体で形成された誘電体板4の下面上に形成され、かつ正電極1と負電極2からなる静電吸着用内部電極手段3が、前記の絶縁性支持板5を構成する成分と同一の成分を有する溶射材料で被覆されていてもよく、
(3)さらには、誘電体板4と同一成分の板状の圧粉体中に正電極1と負電極2からなる静電吸着用内部電極手段3を埋設し、これを焼結して得られたものであってもよい。
(1)誘電体板4の厚さを薄くすることなく、静電吸着力の増大を図ることができる。
(2)従って、従来型の双極型静電チャックと同一の静電吸着力を得るに要する印加電圧は低電圧で十分となる。
(3)均一な静電吸着力が得られ静電吸着される板状試料Wの部分的な浮き上がりを防止することができる。
(5)静電吸着用内部電極手段3と板状試料Wとの間、または正電極1と負電極2との間の漏れ電流が少なく、発熱して板状試料Wや静電チャック10が損傷するおそれがない。
という効果を奏するものとなる。
次いで、本発明の「双極型静電チャックの製造方法」の実施態様について説明する。
まず、絶縁性セラミックス粉末と導電性材料粉末とを混合して混合粉末とし、この混合粉末を公知の方法に従って成形、焼結して板状焼結体を作製し、誘電体板を得る。
絶縁性セラミックス粉末と導電性材料粉末との混合比は、焼結後において、静電チャックの使用条件(印加電圧、使用温度)下で誘電体板として要求される体積固有抵抗値よりも、例えば5〜数100倍高い体積固有抵抗値となる混合比率であり、より具体的には、以下に詳述する正・負電極1,2の電極面1a,2aに直角をなして対向する部分の低抵抗値化を考慮し、低抵抗値化される分だけ高抵抗値化された体積固有抵抗値となるような混合比率を用いる。
即ち、前記絶縁性支持板に穿設された挿入孔に、給電用端子を押し込み、組み込み固定する。ついで、この給電用端子が組み込み固定された絶縁性支持板上に、後の加圧下での熱処理工程で、正電極と負電極からなる静電吸着用内部電極となるよう、タンタルカーバイト(TaC)等の導電性セラミックス材料粉末を含む塗布材を印刷塗布し、乾燥して、静電吸着用内部電極形成層を形成し、次いで、絶縁性支持板上の前記静電吸着用内部電極形成層以外の領域に、酸化アルミニウム(Al2O3)等の絶縁性材料粉末を含む塗布材を印刷塗布し、乾燥して、絶縁材層を形成する。
印加される電圧は直流電圧、交流電圧のいずれであってもよいが、作業上の安全性の点から直流電圧が好適である。電圧を印加すると、電圧印加部近傍領域(即ち、正・負電極面1a,2aに直角に対向する部分8)の体積固有抵抗値が低下する。電圧印加する時間は、電圧印加部近傍領域(即ち、正・負電極面1a,2aに直角に対向する部分)の体積固有抵抗値が静電チャックとして最適の体積固有抵抗値、例えば、1×109Ωcm〜1×1013Ωcmの範囲内となるまでとする。
印加される電圧が「静電チャックの使用電圧」以下であっても、前記誘電体板の電圧印加部近傍領域の体積固有抵抗値は低下するが、印加される電圧が最終的に製造される静電チャックの使用印加電圧以下の電圧であると、静電チャックの使用中に絶縁性誘電体の体積固有抵抗値が低下し続けることとなる。電圧印加する際の雰囲気は限定されず、通常、大気中で電圧印加する。
即ち、前記電圧の印加を一時的に中止した後、この電極間に500V程度の直流電圧を印加し、流れる電流値を測定し、オームの法則から抵抗値を算出することによりその部分の体積固有抵抗値を算出する。このように前記誘電体板の抵抗値を測定しながら前記電圧を印加することにより、正確な所望の体積固有抵抗値を有する静電チャックを、廉価に効率的に製造することができる。
実施例1
平均粒子径0.06μmの炭化珪素超微粉末をプラズマCVD法により気相合成し、この炭化珪素超微粉末9重量%と、平均粒子径0.15μmの酸化アルミニウム粉末91重量%とを均一に混合した。
この混合粉末を円盤状に成形し、次いで、アルゴン雰囲気中において、1800℃の温度で4時間、加圧しながら焼結することにより、直径298mm、厚み1mmの円盤状複合焼結体を作製し、絶縁性誘電体を得た。加圧力は40MPaとした。
次に、この絶縁性支持板の面上の静電吸着用内部電極を形成する領域内に、図3に示される双極型の形状(電極幅は正電極、負電極共に2mm、正電極と負電極との間の距離1mm)に、炭化タンタル(TaC)35vol%と酸化アルミニウム(Al2O3)65vol%との混合粉末をスクリーン印刷によって塗布して導電性材料層を形成し、導電性材料層を形成した領域外の領域に、酸化アルミニウム(Al2O3)粉末をスクリーン印刷によって塗布し、絶縁性材料層を形成した。
実施例に準じて比較双極型静電チャックを得た。ただし、電圧印加処理は施さなかった。正電極と負電極からなる静電吸着用内部電極上の体積固有抵抗値は、吸着領域全域にわたって、8×1013Ωcmであった。
実施例に準じて比較双極型静電チャックを得た。ただし、酸化アルミニウムと炭化珪素の混合比率を90重量%:10重量%に変更し、電圧印加処理は施さなかった。正電極と負電極からなる静電吸着用内部電極面に対して直角をなして対向する部分の体積固有抵抗値は、吸着領域全域にわたって、4×1011Ωcmであった。
実施例及び比較例1で得られた双極型静電チャックの静電吸着力、正電極と負電極間の漏れ電流をそれぞれ測定した。その結果を表2に示す。測定条件は次のとおりであった。
(1)静電吸着力
板状試料として、ガラス板と導電膜付きガラス板とを用いた。これらのガラス板は100mm×100mm×0.7mmの大きさであり、導電膜付きガラス板の導電膜の表面抵抗値は10Ω/□である。この2種類のガラス板を静電チャックの板状試料載置面に(導電膜付きガラス板は、導電膜面が上面となるように)設置後、真空下(<0.1Pa)、印加電圧±3000Vを印加し、そのまま60秒保持し、その後電圧を印加した状態で板状試料を垂直方向に引上げ、静電吸着力を測定した。
(2)漏れ電流
静電吸着力測定時の電極間に流れる電流を測定した。
1a 正電極面
2 負電極
2a 負電極面
3 双極型静電吸着用内部電極手段
4 誘電体板
5 絶縁性支持板
6 静電吸着面
7 給電用端子
8 誘電体板の正・負電極の電極面に直角をなして対向している部分
9 誘電体板の正・負電極の残余の部分
10 双極型静電チャック
10a 双極型静電チャック前駆体
11 金属電極板
Claims (5)
- 絶縁性支持板と、
前記支持板上に交互にかつ互に離間して配置された正電極と負電極とを含む双極型静電気吸着用内部電極手段と、
前記支持板及び前記内部電極手段を被覆している誘電体板と、
前記正負電極の各々に連結され、かつ前記支持板により支持されている給電用端子とを有する静電チャック前駆体を形成する工程及び、
この前駆体から静電チャックを製造する工程を含み、
(1)前記静電チャック前駆体の形成工程において、前記誘電体板を、絶縁性セラミックスと、導電性材料との混合物を、成形、焼結して得られた複合焼結体から形成し、
(2)前記静電チャックの製造工程において、前記静電チャック前駆体の誘電体板の開放面上に、それを被覆する電圧印加用電極を載置し、この電圧印加用電極と、前記給電用端子との間に、前記静電チャックの使用電圧より高い電圧を印加し、それによって、前記誘電体板の、前記正・負電極のそれぞれの電極面に直角をなして対向する部分の体積固有抵抗値(R1)を、前記誘電体板の残余の部分の体積固有抵抗値(R2)より低く調整する
ことを特徴とする、双極型静電チャックの製造方法。 - 前記誘電体板の、前記正又は負電極の電極面に直角をなして対向する部分の体積固有抵抗値(R1)を、1×109Ωcm〜1×1013Ωcmの範囲にあるように調整し、かつ前記誘電体板の残余の部分の体積固有抵抗値(R2)を、前記体積固有抵抗値(R2)の5倍以上に調整する、請求項1に記載の製造方法。
- 互に隣り合う前記正電極と前記負電極との離間距離を、0.5〜5mmにする、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記誘電体板用複合焼結体を、酸化アルミニウム、酸化イットリア、酸化珪素、酸化ゲルマニウム及びムライトから選ばれた1種以上の絶縁性セラミックスと、導電性炭化珪素、モリブデン、タングステン、タンタル及びカーボンから選ばれた1種以上の導電性材料との混合物を成形し、焼結して形成する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記絶縁性セラミックスとして、酸化アルミニウムを用い、前記導電性材料として導電性炭化珪素を用いる、請求項4に記載の製造方法。
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