JP4849887B2

JP4849887B2 - 静電チャック

Info

Publication number: JP4849887B2
Application number: JP2005370338A
Authority: JP
Inventors: 直子糸永
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: JP2007173592A

Description

本発明は、主に半導体ウェハや液晶基板等のウェハを静電吸着力によって吸着保持する静電チャックに関するものである。

従来、半導体デバイスを製造する半導体ウェハ（以下、ウェハという）の処理工程であるＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング等の成膜工程や微細加工を施すエッチング工程、あるいは各種処理工程間での搬送等においては、ウェハを高精度に保持する必要があることから静電チャックが使用されている。

静電チャックは、セラミック基体の一方の主面（最も広い表面）を、ウェハを載せる吸着面とするとともに、上記セラミック基体中の吸着面側に吸着用電極を備えたもので、ウェハを吸着面に載せ、ウェハと吸着用電極との間に静電吸着力を発現させることによりウェハを吸着面に強制的に固定するようになっている。

これらの静電チャックは、セラミック基体中に一つの電極が設けられた単極型静電チャックが主流であったが、近年では、年々多様化する半導体産業の要求特性を満たすため、セラミック基体中に複数の電極が設けられた双極型静電チャックが使用されるようになってきた。セラミック基体に内蔵する吸着用電極とウェハとの間に電圧を印加することにより、ウェハを吸着面に吸着保持する単極型静電チャックに対し、双極型静電チャックは、セラミック基体に内蔵された一対の吸着用電極に正負の電圧を印加することでウェハを吸着面に吸着保持するようになっている。この双極型静電チャックは、単極型静電チャックのようにウェハに通電端子を接触させて直接通電する必要がないため、ウェハ上に形成された回路に与える悪影響が少ないといった利点があった。

このような双極型静電チャックの例として、特許文献１には図６に示すように台座６２の上面に下部誘電体層６８、中間部誘電体層６７、上部誘電体層６６がそれぞれ溶射膜により形成され、下部誘電体層６８上に第２の吸着用電極６４ｂが溶射膜によって設けられるとともに中間部誘電体層６７によって被覆されており、また、中間部誘電体層６７上には溶射膜によって第１の吸着用電極６４ａが設けられるとともに上部誘電体層６６によって被覆されており、その上面を吸着面６３とした静電チャック６１が提案されている。

また、特許文献２には図４に示すようにセラミック基体４２の上面に第１の吸着用電極４４ａと第２の吸着用電極４４ｂがそれぞれ備えられており、これらの吸着用電極４４ａ、４４ｂを覆うようにセラミック基体４２の上面にセラミック誘電体層４６が被覆一体化されており、その上面を吸着面４３とし、上記吸着面４３と第１の吸着用電極４４ａとの間のセラミック誘電体層４６の厚みと、吸着面４３と第２の吸着用電極４４ｂとの間のセラミック誘電体層４６の厚みが等しい静電チャック４１が提案されている。

また、特許文献３には図５に示すようにセラミック基体５２の上面に第１の吸着用電極５４ａと第２の吸着用電極５４ｂがそれぞれ備えられており、これらの吸着用電極５４ａ、５４ｂを覆うようにセラミック基体５２の上面にセラミック誘電体層５６が被覆一体化されており、正電圧を印加する第１の吸着用電極５４ａの面積が、負電圧を印加する第２の吸着用電極５４ｂの面積より大きい静電チャック５１が提案されている。
特開２００３−２４３４９３号公報特開２００５−１１６６８６号公報特開平１０−２４２２５６号公報

近年、半導体産業の急激な拡大のため、ウェハＷ上に形成する回路の微細化技術が進み、ウェハＷ上に微細な回路パターンを正確に形成するためウェハＷを吸着面に均一に吸着させることができる静電チャックが求められている。

特許文献１に示す従来の静電チャック６１は、吸着面６３と第１の吸着用電極６４ａとの間のセラミック誘電体層の厚み（図６中、Ｔｃで示す）と、吸着面６３と第２の吸着用電極６４ｂとの間のセラミック誘電体層の厚み（図６中、Ｔｄで示す）が異なるため、第１の吸着用電極６４ａ側と第２の吸着用電極６４ｂ側とで吸着力の不均一が発生し、ウェハＷを吸着面６３に均一に固定することができないという問題があった。また、各吸着用電極６４ａ、６４ｂは溶射膜によって形成されているためボイドが多く、このボイドにより電極厚みが局部的に薄い部分が生じるため、吸着用電極６４ａ、６４ｂに電圧を印加した際に絶縁破壊を起こすといった問題があった。

また、各誘電体層６６、６７、６８は溶射膜によって設けられており、時間的なずれを伴って形成されるため、各誘電体層６６、６７、６８は完全には一体化されず境界面が形成される。この静電チャック６１をプラズマ雰囲気中で使用すると、プラズマが上記境界面を侵すため静電チャック６１の側面方向において放電現象が発生するという問題があった。

特許文献２に示す従来の静電チャック４１は、第１の吸着用電極４４ａ及び第２の吸着用電極４４ｂをスクリーン印刷法および誘電体層の同時焼成法にて形成していることから、吸着面４３と第１の吸着用電極４４ａとの間のセラミック誘電体層４６の厚みと、吸着面４３と第２の吸着用電極４４ｂとの間のセラミック誘電体層４６の厚みを等しくしても、正電圧を印加した第１の吸着用電極４４ａ側と負電圧を印加した第２の吸着用電極４４ｂ側とで吸着力の不均一が発生し、ウェハＷを吸着面４３上に均一に固定することができないという問題があった。このような吸着力の不均一が発生する原因として、セラミック誘電体層４６の第１の吸着用電極４４ａ側及び第２の吸着用電極４４ｂ側にｎ型半導体の性質が、吸着面４３側にｐ型半導体の性質が現れ、セラミック誘電体層４６がｐｎ結合された半導体と等価な性質を持つためと考えられている。セラミック誘電体層４６がｐｎ結合された半導体と等価な性質を持つ理由としては、静電チャック４１をスクリーン印刷法および誘電体層の同時焼成法によって形成した際に、吸着用電極４４ａ、４４ｂの金属成分がセラミック誘電体層４６の吸着用電極の周囲に拡散することから、吸着面４３側と比べて吸着用電極４４ａ、４４ｂに近いセラミック誘電体層４６の体積固有抵抗値が小さくなっているためと考えられる。このような半導体の性質を持った静電チャック４１の第１の吸着用電極４４ａに正電圧を印加し、第２の吸着用電極４４ｂに負電圧を印加してウェハＷを吸着面４３に保持させると、負電圧を印加した第２の吸着用電極４４ｂ側のウェハＷは正に帯電することから、ｐｎ結合体に対する順方向のバイアス回路を形成することになるため、第２の吸着用電極４４ｂ側の吸着面４３上へ電荷が素早く移動することによって吸着力を高めることができるものの、正電圧を印加した第１の吸着用電極４４ａ側のウェハＷは負に帯電することからｐｎ結合に対する逆方向のバイアス回路が形成されることになり、第１の吸着用電極４４ａ側の吸着面４３上へ電荷がスムーズに移動し難いことから吸着力が小さいというように、正電圧を印加した第１の吸着用電極４４ａ側と負電圧を印加した第２の吸着用電極４４ｂ側とで吸着力の不均一が発生するという問題があった。

また、特許文献３に記載の静電チャックにおいても、正電圧を印加した吸着用電極側と負電圧を印加した吸着用電極側とで吸着力の不均一が発生していた。

このため、プラズマ雰囲気下でウェハＷにエッチング処理等施す場合、吸着面４３とウェハＷとの間で熱交換効率が不均一となり、ウェハＷ上の温度分布に差が生じるため、成膜工程では、ウェハＷ上に均質な膜を被着することができず、また、エッチング工程では所定の深さに微細加工することができないため、ウェハＷの歩留まりが低下する虞があった。

本発明は、双極型静電チャックにおいてウェハＷを吸着面上に均一に固定するための方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、セラミック基体上に、被保持物の吸着面を有するセラミック誘電体層と、正電圧が印加される第１の吸着用電極及び負電圧が印加される第２の吸着用電極を備えた静電チャックにおいて、前記セラミック誘電体層が純度９８質量％以上の窒化アルミニウムであり、前記吸着用電極の主成分がＭｏ、Ｗ、Ｔｉまたはこれらの合金、ＴｉＮ、ＷＣ、ＴｉＣの少なくとも一種の焼結体からなり、前記吸着面と前記第１の吸着用電極との間の前記セラミック誘電体層の厚（Ｔａ）に対する前記吸着面と前記第２の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚み（Ｔｂ）の比（Ｔｂ／Ｔａ）が２．０〜５．０であることを特徴とする。

また、上記構成において、前記セラミック誘電体層は、前記被保持物の吸着時における体積固有抵抗値が１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍであることを特徴とする。

本発明の静電チャックは、セラミック基体上に、被保持物の吸着面を有するセラミック誘電体層と、正電圧が印加される第１の吸着用電極及び負電圧が印加される第２の吸着用電極を備えた静電チャックにおいて、前記セラミック誘電体層が純度９８質量％以上の窒化アルミニウムであり、前記吸着用電極の主成分がＭｏ、Ｗ、Ｔｉまたはこれらの合金、ＴｉＮ、ＷＣ、ＴｉＣの少なくとも一種の焼結体からなり、前記吸着面と前記第１の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みよりも前記吸着面と第２の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みを厚くすることにより、正電圧を印加した第１の吸着用電極側と負電圧を印加した第２の吸着用電極側とでウェハＷを吸着面上に均一な吸着力で吸着することができる。

また、上記構成において、前記セラミック誘電体層は、被保持物の吸着時における体積固有抵抗値が１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍであると吸着力がより大きくなりウェハＷと吸着面との間の熱交換効率が高まる。このため、正電圧が印加される第１の吸着用電極及び負電圧が印加される第２の吸着用電極に対応するそれぞれの吸着面におけるウェハＷと吸着面との間の真実接触面積が同等となり吸着面とウェハＷ間の熱交換効率が同等となり、ウェハＷ表面の面内温度差を小さくすることができることから、成膜工程では、ウェハＷ上に均質な膜を被着することができ、また、エッチング工程では所定の深さに微細加工することが可能となることから、ウェハＷの歩留まりを向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の一例である静電チャック１を示す概略図で、（ａ）は概略の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線の概略断面図を示す。

セラミック基体２の上面に設けられた第２の吸着用電極４ｂを覆うように下部セラミック誘電体層６で被覆され、下部セラミック誘電体層６の上面には第１の吸着用電極４ａが設けられており、第１の吸着用電極４ａを覆うように上部セラミック誘電体層６で被覆され一体化されており、その上面が吸着面３となっている。これらの吸着用電極４ａ、４ｂにはそれぞれ通電用の給電端子５が設けられており、吸着面３上にウェハＷを載せ、給電端子５を通じて第１の吸着用電極４ａに正電圧を印加し、第２の吸着用電極４ｂに負電圧を印加することにより第１の吸着用電極４ａ及び第２の吸着用電極４ｂとウェハＷとの間に静電吸着力を発現させ、ウェハＷを吸着面３に固定することができる。

本発明の静電チャック１は、セラミック基体２上に、被保持物の吸着面３を有するセラミック誘電体層６と、正電圧が印加される第１の吸着用電極４ａ及び負電圧が印加される第２の吸着用電極４ｂを備えた静電チャック１において、セラミック誘電体層６が純度９８質量％以上の窒化アルミニウムであり、吸着用電極４ａ、４ｂの主成分がＭｏ、Ｗ、Ｔｉまたはこれらの合金、ＴｉＮ、ＷＣ、ＴｉＣの少なくとも一種の焼結体からなり、吸着面３と第１の吸着用電極４ａとの間のセラミック誘電体層６の厚みＴａよりも吸着面３と前記第２の吸着用電極４ｂとの間のセラミック誘電体層６の厚みＴｂが厚いことを特徴とする。

吸着面３と第１の吸着用電極４ａとの間のセラミック誘電体層６の厚みＴａよりも、吸着面３と第２の吸着用電極４ｂとの間のセラミック誘電体層６の厚みＴｂが厚い静電チャック１の第１の吸着用電極４ａに正電圧を印加し、第２の吸着用電極４ｂに負電圧を印加してウェハＷを吸着面３に保持させると、第１の吸着用電極４ａ側のウェハＷはｐｎ結合に対する逆方向のバイアス回路が形成されるため、第１の吸着用電極４ａ側の吸着面３上へ電荷がスムーズに移動しにくいことから厚みＴａが厚みＴｂと同じでは吸着力が吸着用電極４ａより小さくなるが、厚みをＴｂより小さくすることで吸着力を大きくできる。

一方、第２の吸着用電極４ｂ側のウェハＷはｐｎ結合に対する順方向のバイアス回路が形成されるため、第１の吸着用電極４ａ側と比べて電荷は移動し易く、大きな吸着力を得易いことから、Ｔｂを大きくすることで吸着用電極４ｂの吸着力を小さく調製することで吸着用電極４ａで吸着する吸着力と同等とすることができる。従って、第１の吸着用電極４ａ側における吸着力の大きさを第２の吸着用電極４ｂ側における吸着力の大きさと、同一あるいは近似させることができるため、ウェハＷを吸着面３に吸着した際に吸着用電極４ａと４ｂで吸着力が略等しいことから、吸着面３とウェハＷ間の熱交換効率が均一となってウェハＷ上の温度分布を均一とすることができる。特に、吸着用電極４が左右に半円形に配設された双極型静電チャック１において吸着面３とウェハＷ間の熱交換効率が均一となってウェハＷ上の温度分布を均一とすることができる。そして、このような静電チャック１を成膜工程に使用すると、ウェハＷ上に均質な膜を被着することができ、また、エッチング工程で使用すると所定の深さに微細加工することが可能となることから、ウェハＷの歩留まりを向上させることができる。

また、第１の吸着用電極４ａと第２の吸着用電極４ｂはそれぞれ異なるセラミックグリーンシートや溶射膜上に形成できることから、一方の電極から他方の電極に至る絶縁破壊を防ぐことが可能となり、セラミック誘電体層６の耐久性に優れた静電チャック１が得られ好ましい。

また、吸着面３と第１の吸着用電極４ａとの間のセラミック誘電体層６の厚み（Ｔａ）に対する吸着面３と第２の吸着用電極４ｂとの間のセラミック誘電体層６の厚み（Ｔｂ）の比（Ｔｂ／Ｔａ）は２．０〜５．０であることが好ましい。その理由は、吸着面３と第１の吸着用電極４ａとの間のセラミック誘電体層６の厚みに対する吸着面３と第２の吸着用電極４ｂとの間のセラミック誘電体層６の厚みの比が２．０未満では静電チャックの第１の吸着用電極４ａに正電圧を印加し、第２の吸着用電極４ｂに負電圧を印加してウェハＷを吸着面３に保持させると、第２の吸着用電極４ｂ側においてセラミック誘電体層６に拡散する電荷の量が少ないため、第２の吸着用電極４ｂ側の吸着面３上に移動する電荷の量が多くなることから、第１の吸着用電極４ａ側と第２の吸着用電極４ｂ側とで吸着面３に移動する電荷の量に差が生じるため、吸着力の不均一が発生し、ウェハＷを吸着面３上に均一に吸着することができないからである。

一方、吸着面３と第１の吸着用電極４ａとの間のセラミック誘電体層６の厚み（Ｔａ）に対する吸着面３と第２の吸着用電極４ｂとの間のセラミック誘電体層６の厚み（Ｔｂ）の比（Ｔｂ／Ｔａ）が５．０を超える静電チャック１の第１の吸着用電極４ａに正電圧を印加し、第２の吸着用電極４ｂに負電圧を印加してウェハＷを吸着面３に保持させると、第２の吸着用電極４ｂ側においてセラミック誘電体層６に拡散する電荷の量が多いため、第２の吸着用電極４ｂ側の吸着面３上に移動する電荷の量が少なくなることから、第１の吸着用電極４ａ側と第２の吸着用電極４ｂ側とで吸着面３に移動する電荷の量に差が生じるため、吸着力の不均一が発生し、ウェハＷを吸着面３上に均一に吸着することができないからである。

また、本発明の静電チャック１は、セラミック誘電体層６が純度９８％以上の窒化アルミニウムからなり吸着用電極４ａ、４ｂの主成分がＭｏ、Ｗ、Ｔｉまたはこれらの合金、ＴｉＮ、ＷＣ、ＴｉＣの少なくとも一種の焼結体からなることが好ましい。特に、純度９８％以上の窒化アルミニウムと上記の焼結体からなる吸着用電極４の接触界面には前記ＰＮ結合による効果が発生し易いことから、請求項１の構成が正負の吸着用電極における吸着力を等しくする上で好ましいと考えられる。純度９８％以上の窒化アルミニウムは、不純物として酸素や酸窒化アルミニウム、珪素等の酸化物やその他の２族の金属酸化物を含むことができる。また、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉまたはこれらの合金、ＴｉＮ、ＷＣ、ＴｉＣは高融点金属である上、熱膨張係数が窒化アルミニウムからなるセラミックスの熱膨張係数に近いため、焼成時にセラミック誘電体層６と吸着用電極４ａ、４ｂの収縮率の差によって生じる電極剥がれや、セラミック基体２の反りや割れを防ぐことが可能となり、セラミック基体２の耐久性が向上するからである。セラミック基体２の反りが大きいと、セラミック基体２に埋設された吸着用電極４ａ、４ｂも同様に反ってしまうため、セラミック基体２に研削加工を施して吸着面３を平坦にしても、セラミック基体２内部の吸着用電極４ａ、４ｂは反ったままであり、ウェハＷを吸着面３上に吸着させても、面内の吸着力バラツキが生じるため好ましくない。好ましくは、吸着用電極４ａ、４ｂは熱膨張係数が４〜６×１０^−６／℃であるＭｏ及びＷが好ましい。

また、吸着用電極４ａ、４ｂの厚みは５０μｍ以下であることが好ましい。その理由は、吸着用電極４ａ、４ｂの厚みが５０μｍを超えると吸着用電極４ａ、４ｂの焼結性が低下し焼成時に電極剥がれを起こす虞があるからである。

図２（ａ）〜（ｄ）に、吸着用電極４ａ、４ｂのパターン形状の一例を示す。パターン形状には図２（ａ）に示すような半円状をしたもの、図２（ｂ）に示すような櫛歯形状をしたもの、図２（ｃ）に示すような円とリングを同心円状に組み合わせたものや、更に図２（ｄ）に示すような扇状をしたものを円を構成するように組み合わせたものなど、吸着面３上に載置するウェハＷを均一に吸着できるようなパターン形状であれば良く、これらの形状だけに限定するものではない。

ところで、静電吸着力には、クーロン力とジョンソン・ラーベック力があり、セラミック誘電体層６の体積固有抵抗値が１０^１４Ω・ｃｍより大きいときの吸着力はクーロン力によって支配され、セラミック誘電体層６の体積固有抵抗値が低下するに従ってジョンソン・ラーベック力が発現し、セラミック誘電体層６の体積固有抵抗値が１０^１３Ω・ｃｍ未満となるとクーロン力に比べ大きな吸着力が得られるジョンソン・ラーベック力が発現することによりウェハＷが吸着されることが知られている。

また、被保持物であるウェハＷ等を吸着面３に吸着時におけるセラミック誘電体層６の体積固有抵抗値は１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍであることが好ましい。その理由は、使用時におけるセラミック誘電体層６の体積固有抵抗値が１０^１３Ω・ｃｍを超えると、吸着面３上に移動する電荷の量が少なくなることから吸着力が小さくなるからである。また、クーロン力が発現するようになるため、ウェハＷを吸着面３に強固に固定することができず、吸着面３とウェハＷ間の熱交換効率が悪くなり、ウェハＷの温度が定常状態になるまでの時間も長くなるからである。セラミック誘電体層６の体積固抵抗値が１０^８Ω・ｃｍ未満では、吸着面３上に移動する電荷の量が多くなるため大きな吸着力が得られるが、セラミック誘電体層６を流れる漏れ電流が多くなるため、ウェハＷを吸着面３に吸着させた際、ウェハＷ上の微小回路が破壊される虞があるためである。より好ましくは１０^９〜１０^１２Ω・ｃｍである。

また、吸着面３の中心線平均粗さ（Ｒａ）は１．０μｍ以下であることが好ましい。その理由は、吸着面３の中心線平均粗さ（Ｒａ）が１．０μｍを超えると、吸着面３とウェハＷとの接触面積が小さくなるため吸着力が低下し、吸着面３とウェハＷ間の熱交換効率が悪くなるため、ウェハＷの温度が定常状態になるまでの時間が長くなるからである。このことから、吸着面３の中心線平均粗さ（Ｒａ）を１．０μｍ以下とすることにより、吸着力が大きくなるため吸着面３とウェハＷ間の熱交換効率が良くなり、ウェハＷの温度が定常状態になるまでの時間を短縮することが可能となるため、成膜工程やエッチング工程におけるリードタイムを削減することが可能となる。

以下、本発明の静電チャック１のその他の構成について示す。

本発明の静電チャック１ではセラミック基体２として静電吸着用の電極４ａ、４ｂを設けた例を示したが、図１に示した構造だけに限定されるものではなく、静電吸着用電極４ａ、４ｂ以外に加熱用電極、プラズマ発生用電極を備えても良く、また、これら全ての電極を備えたものであっても構わない。

更に、本発明の静電チャック１は、図１には図示していないが、吸着用電極４ａ、４ｂへの通電をＯＦＦにしてから吸着面３に保持したウェハＷの離脱応答性を高めるために、吸着面３のうち吸着用電極４ａ、４ｂを形成していない部分に凹溝を形成してウェハＷの接触面積を小さくすることで離脱応答性を高めることができる。更に、上記凹溝にＨｅ等のガスを供給することによって静電チャック１を加熱した時のウェハＷへの熱伝導特性を向上させることもできる。そして、静電チャック１には、ウェハＷとの熱伝達特性を向上させることから抵抗発熱体を埋設したり、備えることが好ましい。また、セラミック基板２の裏面に板状の金属体を結合し、該金属体に形成した冷却媒体通路に冷却媒体を通しセラミック基体２の裏面からウェハＷを冷却することが好ましい。

また、静電チャック１を構成するセラミック基体２の材質としては、純度９８％以上の窒化アルミニウムからなる焼結体を用いることができ、これらの中でも耐プラズマ性に優れる純度９８％以上の窒化アルミニウムを主成分とする焼結体を用いることが望ましい。

また、セラミック誘電体層６の熱伝導率は４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。その理由は、セラミック誘電体層６の熱伝導率が４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満だと、ウェハＷと吸着面３との熱交換効率が悪いため、ウェハＷの温度が定常状態になるまでの時間が長くなるからである。

次に本発明の静電チャック１の製造方法を説明する。

静電チャック１を構成するセラミック基体２としては、窒化アルミニウム質焼結体を用いることができる。窒化アルミニウム質焼結体の製造に当たっては、酸素量が０．５〜１．５質量％含む窒化アルミニウム粉末と焼結助剤として珪素酸化物を加えることが好ましい。さらに、アクリル系のバインダーと溶媒とを加え、トルエンとセラミックボールを用いてボールミルにより４８時間混合し、得られた窒化アルミニウムの泥漿をドクターブレード法にてテープ成形を行いグリーンシートを複数枚成形する。その後、得られた窒化アルミニウムのグリーンシート上に、導体ペーストにて第１の吸着用電極４ａをスクリーン印刷法で形成する。また他のグリーンシートに第２の吸着用電極４ｂを形成する。この際、第１の吸着用電極４ａの面積と、第２の吸着用電極４ｂの面積はほぼ等しくなるようにしておく。

しかるのち、各グリーンシートを所定の順序で積層するのであるが、図３に示すように第１の吸着用電極４ａが第２の吸着用電極４ｂより吸着面３に近くなるように敷設する。また、積層する際は、グリーンシートを積み重ねる前に密着液を塗布しておく。ここで、密着液とは強い溶解力を持ち、グリーンシートの表面に塗布すると、その表面を侵して活性化させ、グリーンシート同士を熱圧着させ易くする作用を有するものである。

そして、密着液を塗布した各グリーンシートを積層し、圧力を加えながら熱圧着することによりグリーンシート積層体を製作し、このグリーンシート積層体に切削加工を施して円盤状とした成形体を非酸化性ガス気流中にて５００℃で５時間程度の脱脂を行い、更に非酸化性雰囲気にて１９００℃で５時間程度の焼成を行い、吸着用電極４ａ、４ｂがそれぞれ埋設された窒化アルミニウム質焼結体を得る。

こうして得られた窒化アルミニウム質焼結体を所望の形状、所望の吸着面３と第１の吸着用電極４ａとの間のセラミック誘電体層６の厚み及び吸着面３と第２の吸着用電極４ｂとの間のセラミック誘電体層６の厚みが得られるように必要に応じて研削加工を施し、セラミック基体２とした。

次いで、セラミック基体２に研削加工を施し、吸着面３と反対側の表面に上記吸着用電極４ａ、４ｂに連通する穴を形成し、これらの穴に給電端子５をロウ付け等にて接合し、更に、吸着面３を所望の中心線平均粗さとなるよう研磨することにより、静電チャック１を得ることができる。

まず、酸素含有量１．５質量％の窒化アルミニウム粉末と酸素含有量０．５質量％の窒化アルミニウム粉末とにそれぞれ０．００５〜０．５質量％の酸化珪素を添加した原料に夫々アクリル系のバインダーと溶媒を加え、トルエンとセラミックボールを用いてボールミルにより４８時間混合し、得られた窒化アルミニウムの泥漿をドクターブレード法にてテープ成形を行いグリーンシートを複数枚成形する。得られた窒化アルミニウムのグリーンシート上に、図２（ａ）に示すような半円形状となるように各種の導体ペーストを用い、第１の吸着用電極をスクリーン印刷法で形成する。また、他のグリーンシートに第２の吸着用電極を形成する。この際、第１の吸着用電極と第２の吸着用電極の面積比は１．０となるようにする。

しかるのち、第１の吸着用電極が第２の吸着用電極より吸着面に近くなるように敷設した後、密着液を塗布した各グリーンシートを積層し、圧力を加えながら熱圧着させてグリーンシート積層体を製作し、このグリーンシート積層体に切削加工を施して円板状とした成形体を形成した。

上記成形体を非酸化性ガス気流中にて５００℃で５時間程度の脱脂を行い、更に非酸化性雰囲気にて１９００℃で５時間程度の焼成を行い、第１の吸着用電極と第２の吸着用電極がそれぞれ埋設された窒化アルミニウム質焼結体を得た。

こうして得られた窒化アルミニウム質焼結体に研削加工を施し、外径２００ｍｍ、板厚みが１０ｍｍとし、吸着面と第１の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みと、吸着面と第２の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みをそれぞれ変更した複数のセラミック基体を作製した。

その後、各セラミック基体の吸着面と反対側の表面に各吸着用電極に連通する穴を形成し、これらの穴に給電端子をロウ付けした。その後、吸着面を中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍとなるようラッピング研磨をして各種の静電チャックを作製した。

セラミック誘電体層の体積固有抵抗の測定方法は、内部にＷからなる電極が埋設された成形体を静電チャックと同様の方法で形成した後、静電チャックと同時に焼成を行い、得られた焼結体に研削加工を施して外径５０ｍｍ、厚み２ｍｍとし、電極が埋設されている側の表面から電極との間のセラミック誘電体層の厚みが１ｍｍのセラミック基体を作製する。次いで、このセラミック基体に日本工業規格Ｃ２１４１に基づき、銀ペーストを塗布した後、２５０℃で焼成することにより電極を焼き付け、次に電極を焼き付けたセラミック基体を真空中、２５０℃で１時間熱処理した後にドライ窒素を導入し、窒素雰囲気中の室温（２５℃）おいて絶縁計を用いて測定した。セラミック基体の温度を３００℃にして体積固有抵抗値を測定した所、１０^１０Ω・ｃｍであった。

電極材質及び吸着面と第１の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みに対する吸着面と第２の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みの比をそれぞれ変更した場合の、第１の吸着用電極側と第２の吸着用電極側の吸着力及びウェハ面内温度バラツキについてそれぞれ測定を行なった。

吸着力の測定は、静電チャックを３００℃に加熱した状態で、第１の吸着用電極側の給電端子に＋２５０Ｖ、１インチ角のウェハに−２５０Ｖを印加し、第１の吸着用電極側の吸着面にウェハを吸着させ、このウェハをロードセルにて引き剥がすのに要した力を第１の吸着用電極側の吸着力とした。なお、測定は４回行いその平均値を測定値とした。また、同様に第２の吸着用電極側の給電端子に−２５０Ｖ、１インチ角のウェハに＋２５０Ｖを印加し、第２の吸着用電極側の吸着力を測定した。

ウェハ面内温度バラツキは、静電チャックを３００℃に加熱した状態で、両給電端子に＋２５０Ｖ、８インチの測温ウェハに−２５０Ｖを印加して吸着面にウェハを吸着させ、測定点１３箇所の最大温度と最小温度と差を測定点１３箇所の平均値で除した値をバラツキとして計算した。面内温度のバラツキが小さい試料ほど、ウェハＷの均熱性が優れていると言える。

本発明の比較例として、吸着面と第１の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みに対する吸着面と第２の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みの比が０．５及び１．０の試料を準備し、それ以外は他の試料と同様に作製し、評価を行った。

表１にその結果を示す。

試料Ｎｏ．７は、吸着面と第１の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みに対する吸着面と第２の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みの比が０．５であることから、第２の吸着用電極側の吸着力が第１の吸着用電極側の吸着力の４．２倍と大きいため吸着面とウェハ間の熱交換効率が悪く、ウェハ面内温度バラツキが１５％と大きく劣っていた。

試料Ｎｏ．８は、吸着面と第１の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みに対する吸着面と第２の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みの比が１．０であることから、第２の吸着用電極側の吸着力が第１の吸着用電極側の吸着力の３．１倍と大きいため吸着面とウェハ間の熱交換効率が悪く、ウェハ面内温度バラツキが１０％と大きかった。

また、試料Ｎｏ．１２は吸着面と第１の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みに対する吸着面と第２の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みの比が６．０で本発明の範囲内であるが、第２の吸着用電極側の吸着力が第１の吸着用電極側の吸着力の０．６７倍であるため、吸着面とウェハ間の熱交換効率が悪く、ウェハ面内温度バラツキが６％と劣っていた。

これに対し、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６及び試料Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１１は吸着面と第１の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みに対する吸着面と第２の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みの比が２．０〜５．０であり、第２の吸着用電極側の吸着力が第１の吸着用電極側の吸着力の０．８４〜１．３倍となるため、吸着面とウェハ間の熱交換効率が良くなり、ウェハの面内温度バラツキが６％未満と小さく優れていた。

実施例１と同様に吸着用電極の形状を半円形の双極形とした。吸着用電極の材質としてＷを用い、第１の吸着用電極と第２の吸着用電極の面積比が１．０、吸着面と第１の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚みに対する吸着面と第２の吸着用電極の間のセラミック誘電体層の厚みの比を３．０とした窒化アルミニウムからなるセラミック基体を複数作製した。

その後、実施例１と同様に各セラミック基体の吸着面と反対側の表面に各吸着用電極に連通する穴を形成し、これらの穴に給電端子をロウ付けして静電チャックを作製した。

静電チャックの使用温度を変更してセラミック誘電体層の体積固有抵抗値が変化した時の吸着力についてそれぞれ測定を行なった。セラミック誘電体層の体積固有抵抗値は、実施例１と同様に測定した。

吸着力の測定は、静電チャックをそれぞれの使用温度に加熱した状態で、両給電端子に＋２５０Ｖ、８インチ角のウェハに−２５０Ｖを印加して吸着面にウェハを吸着させ、このウェハをロードセルにて引き剥がすのに要した力を吸着力とした。また、この際生じる漏れ電流を微小電流計により測定した。

表２にその結果を示す。

試料Ｎｏ．１は使用温度６００℃において、セラミック誘電体層の体積固有抵抗値が１０^７Ω・ｃｍであることから吸着力が大きく、吸着面とウェハ間の熱交換効率が良くなるため、ウェハ面内温度バラツキが０．３％と優れていたが、漏れ電流が４ｍＡと大きいためウェハ上の回路に悪影響を及ぼす虞があった。

試料Ｎｏ．５は使用温度５０℃において、セラミック誘電体層の体積固有抵抗値が１０^１４Ω・ｃｍであることから漏れ電流が０．０１ｍＡ未満となり優れていたが、吸着力が小さいため、吸着面とウェハ間の熱交換効率が悪くなり、ウェハ面内温度バラツキが６％と劣っていた。

これに対し、試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４は、使用温度１２０℃〜５００℃において、セラミック誘電体層の体積固有抵抗値が１０^８Ω・ｃｍ〜１０^１３Ω・ｃｍであることから、ジョンソン・ラーベック力により大きな吸着力が得られるため、吸着面とウェハ間の熱交換効率が良くなり、面内温度バラツキが１％以下と優れていた。

（ａ）は本発明の概略の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線の概略の断面図を示す。（ａ）〜（ｄ）は静電吸着用の電極の様々なパターン形状を示す概略の平面図である。本発明に係る静電チャックの製造方法を説明するための概略図である。従来の静電チャックを示す概略図である。従来の静電チャックを示す概略図である。従来の静電チャックを示す概略図である。

符号の説明

１、４１：静電チャック
２、４２：セラミック基体
３、４３：吸着面
４ａ、４４ａ：第１の吸着用電極
４ｂ、４４ｂ：第２の吸着用電極
５、４５：給電端子
６、４６：セラミック誘電体層

Claims

セラミック基体上に、被保持物の吸着面を有するセラミック誘電体層と、正電圧が印加される第１の吸着用電極及び負電圧が印加される第２の吸着用電極を備えた静電チャックにおいて、前記セラミック誘電体層が純度９８質量％以上の窒化アルミニウムであり、前記吸着用電極の主成分がＭｏ、Ｗ、Ｔｉまたはこれらの合金、ＴｉＮ、ＷＣ、ＴｉＣの少なくとも一種の焼結体からなり、前記吸着面と前記第１の吸着用電極との間の前記セラミック誘電体層の厚み（Ｔａ）に対する前記吸着面と前記第２の吸着用電極との間のセラミック誘電体層の厚み（Ｔｂ）の比（Ｔｂ／Ｔａ）が２．０〜５．０であることを特徴とする静電チャック。
前記セラミック誘電体層は、前記被保持物の吸着時における体積固有抵抗値が１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。