JP4567249B2 - 静電チャック - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハやフラットディスプレイパネル、あるいはフレキシブル基板などを吸着保持するのに使用される静電チャックに関するものである。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
半導体ウェハには、減圧雰囲気下において、すなわち減圧された製造装置の内部で所定の加工が施されるが、こうした減圧雰囲気下で、半導体ウェハなどの物品(被吸着物)を保持するのに用いられる治具の一つに静電チャックがある。同治具は、絶縁層で被覆された電極に電圧を印加することで、絶縁層表面に被吸着物を静電吸着できるようになっている。
【0003】
ところで、上記絶縁層を構成する材料としては、ポリイミドなどの樹脂や、CaTiO3などの強誘電体セラミックスが最も一般的である。しかしながら、絶縁層が樹脂からできている静電チャックは、耐摩耗性や耐熱性の点で問題がある。一方、絶縁層が上記セラミックスから構成された静電チャックについては、こうした点は問題とはならない。だが熱伝導性が低いため、たとえばエッチング工程などにおいては、被吸着物の温度が不均一になってしまうといった別の問題が生じる。更に言えば、最近では、エッチング工程でフッ素系のプラズマを使用することが多くなっており、これに対応するため静電チャックには、耐食性の更なる向上が求められている。
【0004】
こうした実情に鑑みて、昨今、高い耐摩耗性や耐熱性を示し、その上、熱伝導性および耐食性にも優れた窒化アルミニウムを、絶縁層の材料として用いてなる静電チャックが開発され、広く一般に使用されるようになってきている。ちなみに、こうした静電チャックは、窒化アルミニウムの粉末(原料粉末)中に電極となる金属板を配置し、それを一体焼成(特にホットプレス焼成)する手法により製造されることが多い。
【0005】
なお、この他にも、窒化アルミニウムグリーンシートを使用する製造方法がある。更に詳しく言うと、同製製造法では、まず窒化アルミニウムグリーンシートに、タングステンもしくはモリブデンを主成分とするペーストを塗布(スクリーン印刷)して、電極となる層を形成する。次いで、グリーンシートを積層圧着し、更にそれを焼成することで静電チャックが得られる。だが、グリーンシートの積層体は、焼成した際に必ずしも全体が均一に収縮するわけではなく、電極に歪みが生じることが多い。よって、この製造方法は歩留りが悪く、実際にはほとんど使用されていない。
【0006】
さて、周知のとおり静電チャックは、他の条件が同じであれば絶縁層の厚さが小さなものの方が、より大きな吸着能力を発揮する。このため上記窒化アルミニウム製の静電チャックについても、更に絶縁層厚さの小さなものが求められており、具体的には、0.1〜4.0mmが、この絶縁層厚さの目標値となっている。ところが、この程度にまで絶縁層の厚さを小さくすると、そのための加工中あるいは使用中に、絶縁層の剥離(電極からの剥離)が頻発するようになる。すなわち、電極を挟んで互いに対向し、共同でチャック本体を構成する基層と絶縁層とが比較的容易に分離してしまう。
【0007】
したがって本発明が解決しようとする課題は、絶縁層の厚さが小さくとも、不具合の起き難い静電チャックを提供することである。特に絶縁層厚さが、0.1〜4.0mmであっても、絶縁層の剥離などの不具合が起き難い静電チャックを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するべく鋭意研究を推し進めるなかで、本発明者は、電極として微細な開口部を多数備えた多孔状のものを用い、これによって窒化アルミニウム製の絶縁層と基層とが、数多くの点で直に接するよう構成すればよいことを見出した。すなわち、こうした構造を採用した場合、絶縁層の厚さが小さくとも、特にそれが0.1〜4.0mmであっても、絶縁層の剥離などの不具合が極めて起き難くなり、静電チャックの耐久性や加工容易性の飛躍的な向上が図れる。
【0009】
さて、上記多孔状の電極としては、▲1▼金属製のメッシュ材すなわち金網からなるものと、▲2▼孔が所定の間隔で多数形成された金属薄板すなわち平板状のパンチングメタルからなるものとが考えられる。ところが、更なる研究の結果、金網を用いて構成されたものは、本発明に係る静電チャックの電極として好ましくないことが判明した。つまり本発明者は、多孔状の電極が、パンチングメタルから構成されたものに限定されることを突き止めた。これは次のような理由による。
【0010】
金網(金属製メッシュ材)は、金属線材同士を縦横に組み合わせて得たものであるから、金属線材同士の接触具合は不均一である。ちなみに、特殊な金網(たとえば亀甲金網や溶接金網など)を使用すれば、こうした点は問題とならない。
だが、電極を形成する材料は、したがって金属線材は高融点金属から構成されたものでなければならず(焼成時の高温に耐えるため)、その一方で、高融点金属は加工するのが非常に難しいという現実がある。それゆえ金網としては、金属線材同士の接触具合が必然的に不均一となる平織り金網を使用せざるをえない。
【0011】
さて、窒化アルミニウムを用いて構成される静電チャックでは、さまざまな事情から、クーロン力ではなく、ジョンソンラーベック力にて吸着力を発現させるのが一般的である。そして、このジョンソンラーベック力を利用するには、静電チャックの使用温度における窒化アルミニウムの体積抵抗率が、1×108〜1×1012Ω・cmの範囲に収まっている必要がある。
【0012】
ところで、周知のとおり窒化アルミニウムをはじめとするセラミックスは、温度上昇に伴って体積抵抗率が低下し、この結果、内部を電流が流れやすくなる。
したがって、ジョンソンラーベック力を利用できるということは、窒化アルミニウム焼結体が電流の流れやすい状態になっていると言える。ここで、もし金属線材同士が確実に接していないとすると、つまり両者が離間していると、その位置で放電が起こり、周囲の温度を上昇させる。
【0013】
金属線材同士の接触具合が不均一となる金網を用いた場合は、こうした現象が随所で頻繁に発生して温度が無用に高まる。ところが上述したように、温度が上昇するセラミックスは、その体積抵抗率が低下し、その結果、ますます吸着力が増大する。こうした現象が甚だしいものとなると、たとえば被吸着物である半導体ウェハに流れるリーク電流が限界値を超えてしまい、ウェハ表面に形成されたデバイスが破壊されるに至る。それゆえ、金網は静電チャックの電極材料として好ましくない。
【0014】
これに対して、パンチングメタルから構成された電極では、当然のことながら、上述したような不具合(放電による温度上昇)の発生は皆無である。よって静電チャックの温度は、常時、正規の値に保たれるようになり、したがって被吸着物の損壊などのトラブルは起きない。
【0015】
ひるがえって、金網を用いてなる電極が、本発明に係る静電チャックの構成要素として好ましくなく、多孔状の電極が、パンチングメタルから構成されたものに限定されるのには、次のような理由もある。
【0016】
静電チャックは、温度サイクルと呼ばれる工程でも使用される。したがって、その温度はかなり広い範囲で急激に変化する。さて、この際、窒化アルミニウムと電極を構成する金属材料との熱膨張率の差異に起因して、静電チャック内部には応力が発生する。ところが電極が金網からできている場合、それを構成する金属線材には本質的に亀裂が生じやすいため、電極は容易に断線状態となり、この結果、早期に本来の機能を発揮できなくなる。つまり、吸着ムラが生じるようになる。この状態では、静電チャックが吸着保持した半導体ウェハなどの被吸着物に温度ムラが発生し、これが被吸着物の反りやうねりなどを招く。こうした現象が生じた場合には、言うまでもなく、被吸着物の表面に形成される膜の品質は著しく低下する。
【0017】
これに対して、上記のごとくパンチングメタルから構成された電極では、金網と違って多少の亀裂は問題とはならない。言いかえれば、それが金網における断線のような致命的欠陥となることがないので、温度が広い範囲で急激に変化する過酷な状況下で使用されても、吸着能力が低下するといった問題は長期間にわたって起きない。
【0018】
本発明は、こうした新知見に基づいてなされたものであり、上記の課題は、
窒化アルミニウムを含む焼結体から構成されたチャック本体と、
このチャック本体に埋設された電極と
を具備し、
前記チャック本体が、前記電極を挟んで互いに対向する基層および厚さが0.1〜4.0mmの絶縁層を備えてなる静電チャックであって、
前記電極は、平板状のパンチングメタルから構成されたものであることを特徴とする静電チャックによって解決される。
【0019】
なお、本発明の静電チャックにおいては、その電極の厚さが、0.05〜2.00mm、特に、0.05〜1.00mmであることが好ましい。これは、次のような理由による。
【0020】
まず、電極の厚さが0.05mmを下回ると、それを窒化アルミニウム粉末に埋設して大きな圧力を加えた際、特にホットプレス焼成処理を実施した際に、ときとして無視し得ない不具合、たとえば断線が生じることがある。一方、電極の厚さが2.00mmを超えると、それが埋設される焼結体(チャック本体)が割れることはなくとも、加工中の絶縁層の剥離が急に起きやすくなる。
【0021】
また、電極を構成するパンチングメタルは、金属板にレーザー処理、あるいはエッチング処理、あるいは打ち抜き処理を施し、無数の開口部すなわち孔を形成することで得られるが、この金属板の厚さが2.00mmを超えると、いずれの手法をもってしても加工が難しくなり、それに要する時間やコストが著しく増大する。したがって、加工性やコストの点を考慮すると、やはり電極の厚さは2.00mm以下、殊に1.00mm以下であることが望ましい。
【0022】
なお、パンチングメタルの孔形状およびその配列(以下、両者を「パターン」と総称する)についてであるが、これは、丸孔千鳥抜き45度、丸孔千鳥抜き60度、丸孔直列抜き90度、角孔直列抜き、角孔千鳥抜き、長孔千鳥抜き、長孔直列抜きなどが一般的である(主要なものは後に図示解説する)。だが、静電チャックは、通常、ホットプレス焼成法を用いて一体焼成することにより製造されるので、その外周部と内部とでは、残留ひずみの蓄積具合に無視しえない差異が生じる。このため、加工時に、電極を起点として割れや剥離が生じることも考えられる。
【0023】
そこで、この残留ひずみが溜まりやすい箇所などには、他の部分とは異なるパターンを採用することもできる。具体的には、孔形状やその配置の変更、異なる形状の孔の混在、更には孔間隔の変更(不等ピッチの採用)などが考えられる。
加えて静電チャックには、突き上げピン孔やヘリウム孔などの各種孔が形成されることが多い。そこで先と同様の理由から、こうした孔の周辺における、パンチングメタルのパターンを他の部分とは異なる好適なものに変更してもよい。
【0024】
ところで本発明の技術が、厚さ0.1〜4.0mmの絶縁層を備えた静電チャックを対象とするのは、上述したとおり、他の条件が同じであれば絶縁層の厚さが小さなものの方が、より大きな吸着能力を発揮するからである。ここで、この点について更に詳しく解説する。
【0025】
一般に、静電チャックは、絶縁層の厚さが小さければ小さいほど、その吸着能力は向上し、また、電気応答性、すなわち電圧を印加した時の吸着作用の時間的特性および電圧の印加を停止した時の離脱作用の時間的特性にも優れるようになる。さて、絶縁層の厚さが0.1mm未満の場合、確かに吸着力はより強くなるが、その反面、加工中に絶縁層が剥離したり、あるいは使用中(使用中は温度が急激に変化する)に絶縁層が剥離したりする問題が頻発するようになる。
【0026】
これに対して、絶縁層の厚さが4.0mmを超える場合、電気応答性が急に悪化し、この結果、被吸着物を吸着するまでの時間やそれを離脱させるのに要する時間が非常に長くなる。なお、絶縁層にはエンボスを形成することも、あるいはヘリウム溝などの凹凸を形成することもある。だが、この場合でも絶縁層は、最も厚い部位が厚さ4.0mm以下となるよう、そして最も薄い部位が厚さ0.1mm以上となるよう構成される。
【0027】
更に言えば、本発明の技術は、電極を一つしか持たない単極型、および二つの電極を備えた双極型のいずれにも採用できる。また、電極の形状(平面形状)は任意であるが、特に双極型とする場合には、互いに噛み合う櫛歯形状を採用するのが一般的である。
【0028】
本発明に係る静電チャックについて、その電極を構成するパンチングメタルは、開孔率が、3.1〜81.0%、特に、3.1〜70.0%のものであることが好ましい。これは次のような理由による。
【0029】
まず、開孔率が3.1%を下回るような総開口面積の過少なパンチングメタルを用いた場合には、電極を挟んで対向する基層と絶縁層とが直に接する面積が、好ましい値以下となる。この結果、絶縁層加工中や使用中に、それが電極から剥離してしまうといった問題が生じることも稀にある。これに対して、開孔率が81.0%を上回るような総開口面積の過多なパンチングメタルを用いた場合には、金網の断線にも似た現象が比較的簡単に発生するようになり、その上、十分な吸着力を得られないこともある。更に言えば、実際には、開孔率が70.0を超えると、開孔率の値は同じでも、パターンによって吸着性能に若干の差異が生じるようになる。参考までに、上記開孔率α(%)は、次式にて算出される。
α=(A/S)×100
ここで、Aは総開口面積(孔の総面積)、Sは孔部分の面積をも含んだ電極面積である。
【0030】
ところで、孔形状およびその配列、すなわちパターンは異なるが、開孔率は同じである2種類のパンチングメタルを電極として用いて静電チャックを構成した場合、具体的に言うと、たとえば、一辺の長さが3.0mmの角孔を、中心距離(ピッチ)が6.0mmとなるよう配置したパンチングメタル(開孔率25%)と、一辺の長さが20.0mmの角孔を、中心距離が40.0mmとなるよう配置したパンチングメタル(開孔率25%)とを用いて2種類の静電チャックを構成した場合、小さな孔を多数有するパンチングメタルを採用したものの方が、吸着力のムラが少なく、概して好ましい特性を発揮する。
【0031】
だが、いずれが好ましいかは、実際のところ、被吸着物の性状にも依存するので簡単には判定できない。たとえば、シリコンウェハなどを加熱し、その後、ドライエッチング処理を施す作業にて使用する場合、大きな孔が大きな間隔で形成されたパンチングメタルを電極とする静電チャックを用いても、なんら問題はない。
【0032】
ところが、銅箔をポリイミドシートで挟んでなるフレキシブル基板にドライエッチング処理を施す作業などに使用する場合、パンチングメタルの孔が大きいと、この部分だけ吸着力が極端に低下するため、フレキシブル基板における、その位置に対応する部分が、あたかも浮き上がったような状態となる。こうなると、ドライエッチング処理中に、この浮き上がった部分が燃えてしまうことがある。
よって、こうした処理に用いる場合には、小さな孔を多数具備したパンチングメタルを電極とする静電チャックの方が好ましいと言える。
【0033】
また、シリコンウェハを加熱し、その後、CVD処理を施す作業で使用する場合であるが、こうした処理に用いられる静電チャックはヒーターを内蔵し、被吸着物を加熱できるようになっていることが多い。よって、この場合でも、やはり被吸着物を良好に吸着でき、均一な温度分布状態が得られるので、小さな孔を多数具備したパンチングメタルを電極とする静電チャックの方が好ましい。
【0034】
本発明に係る静電チャックについて、その電極を構成するパンチングメタルは、タングステンあるいはモリブデンを含む金属材料から、殊にそれらを主成分とする金属材料からなるものであることが好ましい。すなわち、電極を構成するパンチングメタルは、融点が2000℃を上回る高融点金属から形成されている必要があるが、全ての高融点金属が等しい熱膨張係数を持つわけではない。そして本発明に係る静電チャックは、窒化アルミニウムを主要な成分とするものであるから、電極を構成する金属材料も、この窒化アルミニウムと同等の熱膨張係数(相対的に小さな熱膨張係数)を持つことが望ましい。それゆえ電極は、こうした条件を満足する高融点金属であるタングステンあるいはモリブデンから構成されてなることが好ましい。
【0035】
ここで参考までに言うと、本発明に係る静電チャックの製造方法としては、大別して次の二つが挙げられる。一つ目は、窒化アルミニウムを含む原料粉末の成形体(基層となる部分)表面に、電極となるパンチングメタルを載置し、その上に更に窒化アルミニウムを含む原料粉末を被せてからホットプレス焼成する方法である。二つ目は、窒化アルミニウムを含む焼結体(基層となる部分)表面に、電極となるパンチングメタルを載置し、その上に窒化アルミニウムを含む原料粉末を被せてからホットプレス焼成する方法である。
【0036】
なお、ここで使用する窒化アルミニウム粉末には、希土類元素の酸化物などの焼結助剤が添加されていてもよい。また、電気的特性や機械的特性、色調などを変化させるために各種添加物が加えられていてもよい。但し、これらの添加量は、熱膨張係数の変化が無視できる程度に抑えられるようなものとするのが望ましい。なぜなら、添加物により熱膨張係数が大きく変化すると、電極となるパンチングメタルを埋設してホットプレス焼成を行った際に、主として窒化アルミニウムからなる部分(チャック本体)が割れてしまうことがあるからである。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、図1および図2を用いて、本発明の一実施形態を具体的に説明する。なお、図1は本実施形態に係る静電チャックの断面図、図2は電極の一部平面図である。
【0038】
本実施形態に係る静電チャック(以下、本静電チャックと言う)は、減圧雰囲気下において、すなわちたとえば減圧された製造装置の内部において、半導体ウェハやフラットディスプレイパネル、あるいはフレキシブル基板などの物品(被吸着物)に所定の加工を施す際、それを一時的に吸着保持するのに使用されるものである。
【0039】
本静電チャックは、図1からわかるように、チャック本体1と、このチャック本体1の内部に埋設された平板状の電極2とを具備する。このうちチャック本体1は、窒化アルミニウムを主成分とする焼結体から構成されている。更に詳しく言うと、チャック本体1は、まず窒化アルミニウムを主成分とする原料粉末を所定形状に成形し、次いで、それをホットプレス焼成することにより得たものである。本実施形態では、このチャック本体1を、厚さに比べて直径が著しく大きな円盤状としたが、その外形はいかなるものであってもよい。
【0040】
チャック本体1は、電極2を挟んで互いに対向する基層11および絶縁層12からなる。言いかえれば、本静電チャックは、基層11、電極2、そして絶縁層12を順に積重した様態となっている。但し、言うまでもなく、基層11および絶縁層12は一体である。なお、被吸着物と接する絶縁層12の厚さ(図1中、T1で示す)は、0.1〜4.0mmである。
【0041】
さて本実施形態では、上記電極2を平板状のパンチングメタルから構成している。この電極2を構成するパンチングメタルは、熱膨張係数が窒化アルミニウムのそれとほぼ等しい高融点金属であるタングステンを主成分とする金属材料からなるものである。但し、タングステンに替えて、同じく熱膨張係数が窒化アルミニウムのそれとほぼ等しい高融点金属であるモリブデンを主成分とする金属材料を採用してもよい。
【0042】
電極2の厚さ(図1中、T2で示す)は、0.05〜2.00mm、殊に0.05〜1.00mmである。また、電極2を構成するパンチングメタルは、その開孔率が、3.1〜81.0%、特に3.1〜70.0%のものである。
【0043】
更に言うと、本実施形態にて電極材料として用いたパンチングメタルは、図2に示すごとく、金属薄板に円形の孔21を、たとえば打ち抜き処理によって多数形成して得たものである。なお、同図中、Pで示す孔21同士の間隔(中心間の距離)は全て同じである。また、最も近接した孔21同士の中心を結ぶ二つの線分L1,L2のなす角度θ1は90度である。したがって、線分L1と、これと線分L2と共に直角二等辺三角形を作る線分L3とのなす角度θ2は45度となる。打ち抜き処理によって、こうした様態となるよう孔を形成すること、そしてこうしたパターンを、一般に「千鳥抜き」と言う。特に、この場合には、孔が円形で、かつ上記線分L1,L3のなす角度θ2が45度であることから、パターンは「丸孔千鳥抜き45度」と呼ばれる。
【0044】
本静電チャックは、電極2に電圧を印加するための給電用の端子3を更に具備する。この端子3は、基層11に後加工により形成した貫通孔内に挿入され、電極2に接続されている。これを用いて電極2に所定の電圧を印加することで、本静電チャックは、絶縁層12の表面に被吸着物を静電吸着できるようになる。つまり、被吸着物を本静電チャックによって保持固定した状態が得られる。なお、特に図示してはいないが、基層11の内部には、必要に応じてヒーターが埋設される。
【0045】
さて、上述したように本実施形態では、窒化アルミニウム製のチャック本体1に埋設される電極2として、パンチングメタルから構成されたものを用い、チャック本体1を構成する基層11と絶縁層12とが、数多くの点で直に接するよう構成した。このため、絶縁層12の厚さが小さくとも、特にそれが、0.1〜4.0mmであっても、加工中あるいは使用中に、絶縁層12の剥離などの不具合は起きない。すなわち本静電チャックは、加工容易性および耐久性に優れる。
【0046】
更に言えば、本静電チャックは、電極を金網から構成した場合のような問題も起きない。すなわち金網は、それを形成する金属線材同士の接触具合が不均一であるため、局所的に内部放電を引き起こし、温度を無用に上昇させる。ところでこれは体積抵抗率を低下させて必要以上に吸着力を増大させるが、こうした現象が甚だしいものとなると、被吸着物、たとえば半導体ウェハに流れるリーク電流が限界値を超えてしまい、ウェハ表面に形成されたデバイスが破壊されるといったトラブルが発生する。
【0047】
ところが、上述したようにパンチングメタルから構成された電極を用いた場合には、内部放電による温度上昇は皆無である。よって、静電チャックの温度は常に正規の値に保たれ、したがって被吸着物の損壊などのトラブルは起きない。
【0048】
また、使用中、静電チャックの温度はかなり広い範囲で急激に変化するが、この際、窒化アルミニウムと電極を構成する金属材料との熱膨張率の差異に起因して、内部には応力が発生する。ところが、電極が金網からできている場合、それを構成する金属線材には亀裂が生じやすいため、電極は容易に断線状態となる。
この結果、金網を電極とした静電チャックは、早期に本来の性能を発揮できなくなり、吸着ムラを生じる。そして、この吸着ムラは被吸着物に温度ムラを発生させ、被吸着物表面に形成される膜の品質を著しく低下させる。
【0049】
これに対して本実施形態のごとく、パンチングメタルから構成された電極を用いてなる静電チャックでは、多少の電極の亀裂は問題とならない。換言すれば、若干の亀裂は、金網における断線のような致命的欠陥とはならないので、温度が広い範囲で急激に変化するような状況下で長期にわたって使用されても、本静電チャックには吸着能力が低下するといった問題は起きない。
【0050】
ちなみに電極としては、正確に言うと、この電極の材料となるパンチングメタルとしては、上記様態以外にも、図3〜図5に示すようなものが挙げられる。
【0051】
図3に一部を示すパンチングメタルも、やはり金属薄板に円形の孔31を、たとえば打ち抜き処理によって多数形成して得たものである。なお、同図中、Pで示す丸孔31同士の間隔(中心間の距離)は全て同じである。また、隣合う丸孔31同士の中心を結ぶ二つの線分L1,L2のなす角度θは60度である。こうしたパターンは、特に「丸孔千鳥抜き60度」と称される。
【0052】
図4に示すのは、「丸孔直列抜き90度」と呼ばれるパターンが採用されたパンチングメタルの一部であり、同図中、Pで示す丸孔41同士の間隔(中心間の距離)は全て同じである。また、隣合う丸孔41同士の中心を結ぶ二つの線分L1,L2のなす角度θは、言うまでもなく90度である。
【0053】
図5に示すのは、「角孔直列抜き」と呼ばれるパターンが採用されたパンチングメタルの一部であり、同図中、Pで示す角孔51同士の間隔(中心間の距離)は全て同じである。また、隣合う角孔51同士の中心を結ぶ二つの線分L1,L2のなす角度θは90度である。なお、角孔を図2や図3に示すごとく配置したパターンは、特に「角孔千鳥抜き」と呼ばれる。更に、真円形の孔に替えて、楕円形の孔や長円形の孔を採用した場合、そうしたパターンは、孔の配列によって、「長孔千鳥抜き」あるいは「長孔直列抜き」と呼ばれる。
【0054】
【実施例】
上記実施形態に係る静電チャックを、次のようにして製作した。まず、原料となる窒化アルミニウムの粉末とイットリア(酸化イットリウム)の粉末を準備した。そして、窒化アルミニウム粉末97質量%、イットリア3質量%からなる混合物を形成し、更に、それを型に充填して、9.8MPa(約100kgf/cm2)の圧力で一軸加圧処理を施した。これによって、直径200mm、厚さ10mmの円盤状成形体(基層となる部分)を形成した。
【0055】
次に、この円盤状成形体の上に、電極となる直径190mmの円形金属薄板を載置した。但し、この金属薄板は平板状のパンチングメタルを円形にカットして得たものである。続いては、先に形成した原料混合物を円形金属薄板の上に更に所定の厚さに充填した。そして、再び9.8MPa(約100kgf/cm2)の圧力で加圧しながら、2時間かけて、1900℃でホットプレス焼成を行い、焼結体を形成した。
【0056】
ここで、この焼結体の表面を観察し、クラックが生じていないことを確認した。また、軟X線装置を用いて、その内部状態を観察し、埋設された電極に断線様の欠陥が生じていないことを確認した。更にこの後、同焼結体における絶縁層の厚さが1.0mmとなるよう、それを研削した。最後に、焼結体の基層部分に直径4mmの孔を形成し、埋設されている電極を露出させた。そして、給電用の端子をこのようにして露出させた電極に接続し、最終製品すなわち上記実施形態に係る静電チャック(試料)を得た。
【0057】
なお、パンチングメタルとしては、パターンや材質の異なる14種類のものを用いたので、試料となる静電チャックも当然ながら14種類である。以下では、これらを参考例1、実施例2〜4、参考例5〜14と言う。各参考例及び実施例にて、電極として採用したパンチングメタルの詳細は、以下の表1に示すとおりである。
【0058】
一方、パンチングメタルからなる円形金属薄板に替えて、金網からなる円形金属シートを配置することで、参考例1、実施例2〜4、参考例5〜14とは別に、比較用の静電チャックを製作した。但し、他の条件は先と同じである。なお、金網としては、線材径や網目の細粗(以下、パターンと言う)が異なる3種類のものを用いたので、試料となる比較用の静電チャックも3種類である。以下では、これらを比較例1〜3と言う。各比較例で採用した金網の詳細も表1に併せて示す。
【0059】
【表1】
【0060】
ここで、パターンの欄における「丸」は、パンチングメタルの孔が丸孔であることを、他方、同欄における「角」は、それが角孔であることを、それぞれ意味する。また、「丸」あるいは「角」の次に位置する2桁の数値は、隣接する孔の中心を結ぶ線分同士のなす角度(単位は度)を意味する。すなわち、90度のものは直列抜きが採用されたパンチングメタルであり、60度のものは千鳥抜きが採用されたパンチングメタルである。
【0061】
その次に位置する数値の組「M/N」は、孔の大きさおよび間隔(ピッチ)を示す。更に具体的に言うと、「M」に該当する数値は、孔の直径(孔が丸孔の場合/単位はmm)あるいは孔の一辺の長さ(孔が角孔の場合/単位はmm)を示す。但し、実施例6については、直径の異なる2種類の丸孔が形成されたパンチングメタルを使用したので、この直径を示す数値を中点で区切って、二つ並べて記載した。
【0062】
次に「N」に該当する数値についてであるが、これは、ある孔の中心と、それに最も近い位置にある他の孔の中心との距離(単位はmm)を意味する。更に言えば、開孔率の単位は%、厚さの単位はmmである。また、材質の欄における「Mo」はモリブデンを、「W」はタングステンを、「Ta」はタンタルを、そして「Nb」はニオブを、それぞれ意味する。
【0063】
一方、比較例1〜3のパターンの欄に記載した数値の組「X/Y」について、「X」に該当する数値は、金網を構成する金属線材の線径(単位はmm)を意味し、他方、「Y」に該当する数値は、網目サイズ(単位はメッシュ)を示す。
【0064】
さて、上記のごとくして得た全ての静電チャック(参考例1、実施例2〜4、参考例5〜14および比較例1〜3)について、20〜550℃の温度サイクルを計100回繰り返し実施した後、吸着力の測定を行った。測定方法は次のとおりである。
【0065】
まず、窒化アルミニウムの体積抵抗率が、1×1010Ω・mとなるまで静電チャックを加熱し、この後、静電チャック吸着面の所定の位置に、直径30mmのシリコンウェハを吸着させた。但し、印加電圧は1kVである。また、シリコンウェハを吸着させた位置は、静電チャックの中心、直径90mmの同心円上の4箇所(90度おき)、そして直径180mmの同心円上の4箇所(90度おき)である。
【0066】
こうした状況での各地点における静電吸着力(単位はN)を測定し、そのデータに基づいて、参考例1、実施例2〜4、参考例5〜14および比較例1〜3のそれぞれについて、静電吸着力の均一性の度合い(単位は%)を計算した。結果は、以下の表2に示すとおりである。なお、この均一性の度合いKは、次式により算出される。
K=(3δ/2xavg)×100
δ=〔Σ(xi−xavg)2/n〕1/2
xavg=(Σxi)/n
ここで、xiはi番目の地点での静電吸着力の大きさ、nは測定を行った箇所の総数(ここではn=9)である。
【0067】
【表2】
【0068】
〔評価〕 本発明の実施形態に係る静電チャックは、いずれのものについても、比較例に比して、良好な均一性の度合いを示している。したがって吸着能力に偏りがなく、極めて均一に被吸着物を吸着保持できることがわかる。殊に表2からは、好ましい様態のパンチングメタルを電極として用いてなる静電チャックが、際立って優れた特性を有していることが窺える。
【0069】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁層の厚さが小さくとも、不具合が起き難い静電チャックが得られる。特に、絶縁層厚さが0.1〜4.0mmであっても、絶縁層の剥離などの不具合が起き難い静電チャックが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る静電チャックの断面図
【図2】本発明の実施形態に係る静電チャックを構成する電極の一部平面図
【図3】電極の他の様態を示す一部平面図
【図4】電極の他の様態を示す一部平面図
【図5】電極の他の様態を示す一部平面図
【符号の説明】
1 チャック本体
2 電極
3 端子
11 基層
12 絶縁層
21 孔
Claims (1)
- 窒化アルミニウムを含む焼結体から構成されたチャック本体と、このチャック本体に埋設された電極とを具備し、前記チャック本体が、前記電極を挟んで互いに対向する基層および厚さが0.1〜4.0mmの絶縁層を備えてなる静電チャックであって、前記電極は、電極の厚さが0.05〜2.00mm、開孔率が7.1〜40.2%の平板状のタングステンあるいはモリブデンを含む金属材料からなるパンチングメタルから構成されたものであることを特徴とする静電チャック。
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