JP4510358B2

JP4510358B2 - 静電チャックおよびその製造方法

Info

Publication number: JP4510358B2
Application number: JP2002087933A
Authority: JP
Inventors: 守石井; 知之小倉; 亜希子梅木
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP2003282693A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャックおよびその製造方法に関し、特に、大型の被吸着物の支持固定に適した静電チャックおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレー等の製造過程における薄膜形成またはドライエッチング工程においては、ガラス基板等の平板状の被処理体に所要の成膜処理またはエッチング処理を施すために、被処理体を載置する載置台上にウエハを確実に密着させる必要がある。このような要求を満たす保持機構として、静電作用を利用して被処理体を載置台上に密着・保持する静電チャックが広く用いられている。
【０００３】
このような液晶ディスプレーの製造プロセスにおいては、フッ素系ガス、塩素系ガス等のハロゲン系腐食ガス雰囲気あるいはそのプラズマ中で使用される。したがって、静電チャックの誘電体層としては、従来、耐腐食性が高いアルミナ等のセラミックスが用いられている。このような静電チャックは、電極および被吸着体に誘起された電荷の間に発生する静電吸着力（クーロン力）を用いており、高い吸着力を得るために誘電体層を極力薄くする必要がある。
【０００４】
このような静電チャックとしては、表面に絶縁層が形成された基台上に、金属電極を形成し、その上にアルミナ等のセラミック粉末をプラズマ溶射することによって誘電体層を被覆して構成されるものが知られている。これにより、静電チャックの誘電体層を少ない工程で薄く製造することができる。
【０００５】
一方、誘電体層に多少導電性をもたせれば、誘電体層中での電荷の移動を生じさせることによりジョンセンラーベック力が生じ、より高い吸着力が得られることから、誘電体層として主成分のアルミナに酸化チタンを含有させて導電性をもたせたセラミックスを用いることが提案されている。
【０００６】
このような誘電体層は、従来、減圧プラズマ溶射により製造することにより、安定して例えば１０^１０Ω・ｃｍ程度の低い体積抵抗率を得ることができ、これにより安定して高い吸着力の静電チャックが得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近時、被処理体である液晶ディスプレー用のガラス基板が益々大型化しており、減圧プラズマ溶射装置の減圧チャンバーがガラス基板の大型化に対応することができなくなっている。
【０００８】
このため、大気雰囲気でのプラズマ溶射によりＡｌ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２系の誘電体層を製造することが試みられているが、この場合には、減圧プラズマ溶射の場合に体積抵抗率が１０^１０Ω・ｃｍであったものでも１０^１２Ω・ｃｍ程度に上昇するという不都合が生じる。このような不都合を防止するため、ＴｉＯ_２の量を増加することが試みられているが、その場合にはリーク電流が流れやすくなり、誘電体層の耐電圧特性が劣化するという問題がある。また、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２系の誘電体層を大気雰囲気でのプラズマ溶射により製造する場合には、体積抵抗率のばらつきが大きく、ひいては吸着力のばらつきが大きくなるという問題点もある。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、大気雰囲気での溶射により、耐電圧を低下させることなく所望の低い体積抵抗率を安定して得ることができる誘電体層を有し、安定した吸着力を有する静電チャックを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、誘電体層の抵抗率調整成分として、ＴｉＯ_２のみならず、さらに周期律表５ａ族金属であるＮｂおよびＳｂの少なくとも１種を添加することにより、大気雰囲気での溶射を行ってもＴｉＯ_２を増加させることなく安定して所望の低い体積抵抗率を得ることができ、また体積抵抗率のばらつきも小さいことを見出し、本発明を完成させた。
【００１１】
すなわち、本発明は、ＴｉＯ _２粉末に対して、Ｎｂ _２Ｏ _５およびＳｂ _２Ｏ _５の少なくとも１種を０．０１〜１０ｍｏｌ％の割合で加えて混合、乾燥した後、還元雰囲気中で１０００〜１４００℃で焼成することによって混合粉末を作製する工程と、この混合粉末を抵抗率調整成分としてＡｌ _２Ｏ _３に対して２０ｍａｓｓ％以下の割合で添加して溶射材とする工程と、少なくともその表面が絶縁体からなる基台の上に電極層を形成する工程と、前記電極層の上に大気雰囲気でのプラズマ溶射により前記溶射材を溶射して誘電体層を形成する工程とを含むことを特徴とする静電チャックの製造方法を提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、上記製造方法によって製造された静電チャックを提供するものである。このような静電チャックにおいて、前記抵抗率調整成分は、Ａｌ_２Ｏ_３に対して２．５〜１０ｍａｓｓ％であることが好ましい。また、前記誘電体層の厚さが５０〜５００μｍであることが好ましい。さらに、前記誘電体層は、溶射後に封孔処理されており、かつ、中心線表面粗さが１．０μｍ以下に研磨加工されたものであることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る静電チャックを示す断面図である。
【００１４】
図１の静電チャックは、基台２と、基台２の上に形成された電極層３と、電極層３の上に形成され、その表面に被吸着体１０を吸着する誘電体層４とを有している。被吸着体としては液晶ディスプレー用のガラス基板や半導体ウエハが例示される。
【００１５】
基台２は、基材１１と、基材１１の上に形成された下地層１２と、下地層１２の上に形成された絶縁層１３とを有している。基材１１の材料は特に限定されないが、ＳｉＣ−Ａｌ等の金属−セラミックス複合材料が好ましい。このような金属セラミックス複合材料は、軽量かつ高強度であり、熱膨張係数が低いという利点がある。下地層１２は金属からなり、好ましくは溶射で形成される。絶縁層１３はＡｌ_２Ｏ_３等の絶縁体セラミックスからなり、好ましくは大気雰囲気での溶射で形成される。絶縁層１３が薄い場合には、下地層１２を省略してもよい。
【００１６】
電極層３は、例えばＮｉ、Ｗからなり、基台２の絶縁層１３上に、好ましくは大気雰囲気での溶射により形成される。
【００１７】
誘電体層４は、大気雰囲気での溶射により電極層３上に形成される。この誘電体層４は、実質的に主成分のＡｌ_２Ｏ_３と抵抗率調整成分とからなり、この抵抗率調整成分は、実質的に主成分のＴｉＯ_２と周期律表５ａ族金属であるＮｂおよびＳｂの少なくとも１種とからなる。このように、抵抗率調整成分として周期律表５ａ族金属を添加することにより、大気雰囲気での溶射においても安定して低い体積抵抗率を得ることができる。この抵抗率調整成分は、周期律表５ａ族金属であるＮｂおよびＳｂの少なくとも１種を酸化物換算でＴｉＯ_２に対して０．０１〜１０ｍｏｌ％含有することが好ましい。
【００１８】
周期律表５ａ族金属としては、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｔａが好適であり、これらのうち少なくとも１種を用いることができる。これらの中ではＮｂが特に好ましく、Ｎｂを単独で抵抗率調整剤として有効に機能する。
【００１９】
抵抗率調整剤の量は、目標とする体積抵抗率によって変化するものであり、その値に応じて適宜決定されるが、Ａｌ _２Ｏ _３に対して２０ｍａｓｓ％を超えて添加すると耐電圧特性が低下することから２０ｍａｓｓ％以下とする。また、抵抗率調整剤の量はＡｌ _２Ｏ _３に対して２．５〜１０ｍａｓｓ％であることが好ましい。
【００２０】
誘電体層４の厚さは５０〜５００μｍが好ましい。５０μｍより薄くなると耐電圧特性が低くなる傾向にあり、５００μｍを超えると吸着力が低下する傾向にある。特に、厚さが３００μｍ付近の場合には、クーロン力とジョンセン・ラーベック力の両方が有効に作用してより大きな吸着力を得ることができる。
【００２１】
この誘電体層４は、溶射後に有機材料または無機材料で封孔処理されることが好ましく、中心線表面粗さが１．０μｍ以下に研磨加工されることが好ましい。封孔処理することにより耐電圧をより高くすることができる。また、中心線表面粗さが１．０μｍ以下になるように研磨加工することにより、被吸着体の吸着力を高く維持することができる。
【００２２】
誘電体層４を形成する際の溶射処理は、大気雰囲気中で行う溶射処理であればその方法は問わないが、プラズマ溶射処理が好ましい。
【００２３】
誘電体層４を溶射により形成する際の溶射材は、以下のように製造することが好ましい。まず、ＴｉＯ_２粉末に対して、好ましくは酸化物換算で０．０１〜１０ｍｏｌ％の周期律表５ａ族金属であるＮｂおよびＳｂの少なくとも１種（Ｎｂ _２Ｏ _５、Ｓｂ _２Ｏ _５のうち少なくとも１種）を加えて混合、乾燥した後、還元雰囲気中で１０００〜１４００℃で焼成することによって混合粉末を作製する。この混合粉末を抵抗率調整成分としてＡｌ_２Ｏ_３に対して所定量添加して溶射材とする。
【００２４】
次に、以上のように構成される静電チャック１の好ましい製造方法について説明する。
まず、金属−セラミックス複合材料からなる基材１１に、大気雰囲気中の溶射処理により金属材料からなる下地層１２およびＡｌ_２Ｏ_３等のセラミックスからなる絶縁層１３を順に形成して基台２を作成する。
【００２５】
続いて、この基台２の表面、すなわち絶縁層１３の上に電極層３を大気雰囲気中の溶射により形成する。引き続き、この電極層３の上に上記のようにして製造された誘電体層形成用の溶射材を用いて大気雰囲気中で溶射し誘電体層４を形成する。
【００２６】
このような静電チャック１は、誘電体層４の抵抗率調整成分としてＴｉＯ_２の他に周期律表５ａ族金属が適量含有されていることにより、大気雰囲気での溶射によってもＴｉＯ_２を増加することなく所望の低い体積抵抗率を安定して得ることができ、高い耐電圧を確保しつつ安定した吸着力を得ることができる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。上記実施形態では、単極型の静電チャックを例示したが、これに限らず双極型であっても構わない。基台として基材の上に絶縁層を形成したものを用いたが、全体が絶縁体からなる基台を用いてもよい。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
金属−セラミックス複合材料（７０ｖｏｌ％ＳｉＣ−３０ｖｏｌ％Ａｌ）からなる基材の上に、大気雰囲気でのプラズマ溶射により厚さ５０μｍのＡｌ下地層および厚さ３００μｍのＡｌ_２Ｏ_３絶縁層を順に形成し基台を製造した。その上に大気雰囲気でのプラズマ照射によりＮｉ電極層を５０μｍの厚さに形成し、さらにその上に大気雰囲気でのプラズマ照射により表１に示す種々の誘電体層を３００μｍの厚さに形成した。
【００２９】
誘電体層の溶射材としては、Ａｌ_２Ｏ_３粉末にＴｉＯ_２を主体とする抵抗率調整成分を混合したものを用いた。実施例１〜９における誘電体層の溶射材は、以下のようにして製造した。まず、所定割合のＮｂ _２Ｏ _５またはＳｂ _２Ｏ _５をＴｉＯ_２に添加し、これらをエタノールおよびジルコニアボールを装入したボールミルで粉砕混合した。その後、混合試料をロータリーエバポレーターで乾燥し、還元雰囲気で１１００〜１４００℃で焼成し、抵抗率調整成分とした。次いで、Ａｌ_２Ｏ_３に対して２．５〜１０ｍａｓｓ％の抵抗率調整成分を添加し、これらをイオン交換水およびジルコニアボールを装入したボールミルで混合してスラリーとし、適量の有機バインダーを添加してモービルマイナー型のスプレーを用いて造粒し、溶射材とした。一方、比較例１，２における誘電体層の溶射材は、Ａｌ_２Ｏ_３粉末に抵抗率調整成分としてのＴｉＯ_２を添加し、同様にスラリー調整および造粒を行って製造した。
【００３０】
体積抵抗率は、このように製造された静電チャック（２０９×１５７×１０ｍｍ）に被吸着体である裏面にＩＴＯ膜を形成したガラス基板（７．５ｍｍ^□）を載せ、電圧を印加し、そのリーク電流から算出した。
【００３１】
その際のリーク電流値、抵抗値、誘電体層の体積抵抗率、ｌｏｇρ、体積抵抗率のばらつきを表１に併記する。なお、体積抵抗率のばらつきは、１０回測定したときの最大値から最小値を引いた値を平均値で割った値を百分率表示したものである。
【００３２】
表１に示すように、実施例１〜９は、誘電体層を大気雰囲気中で製造したにも拘わらず、抵抗調整成分の量に応じて、適切な体積抵抗率が得られ、体積抵抗率のばらつきも小さかった。特に、抵抗率調整成分中のＮｂ _２Ｏ _５またはＳｂ _２Ｏ _５の割合が０．１０ｍｏｌ％以上で、かつ抵抗率調整成分の量が５ｍａｓｓ％以上の場合には、１０^１０Ω．ｃｍオーダー以下の低い体積抵抗率が得られた。
【００３３】
これに対して、抵抗率調整成分としてＴｉＯ_２のみを添加した比較例のうち、比較例１は、抵抗率調整成分を５ｍａｓｓ％添加したにも拘わらず、体積抵抗率が２．６×１０^１２Ω・ｃｍと高い値になり体積抵抗率のばらつきも大きかった。また、比較例２は、ＴｉＯ_２のみからなる抵抗率調整成分を２０ｍａｓｓ％添加して体積抵抗率を１０^１０Ω・ｃｍにしたが、体積抵抗率のばらつきが大きいのみならず、耐電圧特性が他のものが５ｋＶ以上であるのに対し２ｋＶ以下と低いことが確認された。
【００３４】
【表１】

【００３５】
次に、表１の実施例３の静電チャック（誘電体層の抵抗率調整成分が５ｍａｓｓ％でその中のＮｂ_２Ｏ_５が０．１ｍｏｌ％）と比較例１の静電チャック（誘電体層の抵抗率調整成分が５ｍａｓｓ％でＴｉＯ_２のみ）の吸着力を比較した。
【００３６】
吸着試験は以下の手順で行った。まず、静電チャックを真空チャンバー内に設置し、静電チャック表面に被吸着体であるガラス基板を設置する。次に、静電チャックの電極層に電圧を印加し、チャンバー内を真空に排気する。その後、静電チャックの裏面からＨｅガスを導入し、その圧力をキャパシタンスマノメータにより測定し、ガラス基板が剥離した圧力を測定し、その値から吸着力を求めた。
【００３７】
その結果を図２に示す。図２に示すように、抵抗率調整成分としてＮｂ_２Ｏ_５を用いた実施例３のほうが、抵抗率調整成分としてＴｉＯ_２のみの比較例１よりも吸着力が高いことが確認された。また、吸着力のばらつきも比較例１よりも実施例３のほうが小さいことが確認された。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誘電体層を主成分のＡｌ_２Ｏ_３とＡｌ _２Ｏ _３に対して２０ｍａｓｓ％以下の抵抗率調整成分とで構成し、抵抗率調整成分を主成分のＴｉＯ_２とＴｉＯ _２に対して酸化物換算で０．０１〜１０ｍｏｌ％のＮｂおよびＳｂの少なくとも１種とで構成することにより、大気雰囲気でのプラズマ溶射によってもＴｉＯ_２を増加することなく所望の低い体積抵抗率を安定して得ることができ、高い耐電圧を確保しつつ安定した吸着力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る静電チャックを示す断面図。
【図２】実施例３と比較例１の静電チャックの吸着力を比較して示すグラフ。
【符号の説明】
１……静電チャック
２……基台
３……電極層
４……誘電体層
１０……被吸着体

Claims

ＴｉＯ_２粉末に対して、Ｎｂ_２Ｏ_５およびＳｂ_２Ｏ_５の少なくとも１種を０．０１〜１０ｍｏｌ％の割合で加えて混合、乾燥した後、還元雰囲気中で１０００〜１４００℃で焼成することによって混合粉末を作製する工程と、
この混合粉末を抵抗率調整成分としてＡｌ_２Ｏ_３に対して２０ｍａｓｓ％以下の割合で添加して溶射材とする工程と、
少なくともその表面が絶縁体からなる基台の上に電極層を形成する工程と、
前記電極層の上に大気雰囲気でのプラズマ溶射により前記溶射材を溶射して誘電体層を形成する工程と
を含むことを特徴とする静電チャックの製造方法。
請求項１に記載の製造方法によって製造された静電チャック。
前記抵抗率調整成分は、Ａｌ_２Ｏ_３に対して２．５〜１０ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項２に記載の静電チャック。
前記誘電体層の厚さが５０〜５００μｍであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の静電チャック。
前記誘電体層は、溶射後に封孔処理されており、かつ、中心線表面粗さが１．０μｍ以下に研磨加工されたものであることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の静電チャック。