JP4975101B2 - 高抵抗セラミック熱溶射コーティング素材及びこれを含む静電チャックの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体／ディスプレーパネル製造装置の核心部品である静電チャックに関するものであって、優秀な絶縁特性及び誘電特性を示すＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系熱溶射コーティング素材を静電チャックに適用するものである。

最近、半導体及びディスプレーパネル製造工程技術の傾向であるウエハーまたはガラス基板（以下、被処理物と称する）の大型化、回路の高集積化及び超微細加工、またプラズマエッチング工程などの技術動向は薄膜蒸着とエッチング工程で被処理物を固定させる方法に大きい変革を要求している。従来では機械的クランプまたは真空チャックを利用して被処理物を固定したが、最近の次世代半導体／ディスプレーパネル工程装備では静電気力を利用した静電チャックが核心部品として使われている。

静電チャックは、２つ以上の誘電層（または電気的絶縁層）と各誘電層の間に伝導性電極層を挿入し構成されており、伝導性電極層に直流電圧が印加されることにしたがって誘電体の分極現象により被処理物に反対極性が発生されることによって被処理物と誘電体との間の引力を発生させる装置である。静電チャックと被処理物との間の接触面全体にかけて強くて均一な静電気力が発生されることにより、被処理物の表面平滑度を確保することができると共に温度制御が容易であり、汚染粒子の発生を最小化させることができるという長所がある。静電チャックは上部誘電層の種類にしたがって両極酸化型、ポリイミド型、セラミックシーツ（sheet）型などがあり、耐久性と寿命に優れたセラミックシーツ（sheet）型が主に使われる成り行きである。

従来のセラミックシーツ接着型静電チャックは、母材にセラミック絶縁シーツ、伝導性電極シーツ、セラミック誘電体シーツを順次に接着する方式であり、非常に高価な部品である。この場合、高分子樹脂またはシリケート化合物を利用した接着層の形成が必須であり、これらの接着層はセラミックより相対的に低い誘電率と耐プラズマ抵抗性、また低い熱伝導率を有することによって高い電圧の印加下で長時間使用する場合接着層の破断が発生するという短所がある。また、接着剤を使う方式は１００〜１０００μｍ厚さの薄いセラミックシーツの加工が必須であり、これによって大口径の半導体ウエハーと大面積の平板ディスプレーパネルの製造に使われる静電チャックに対しては適用できないという問題点がある。

このような従来のセラミックシーツ接着型静電チャックの問題点を解決するための代替技術として静電チャックの核心構成部分である誘電層と電極層を熱溶射コーティングする方法が提案されている。韓国特開第２００２‐００７０３４０号には熱溶射コーティング工程を利用し図１に示したような積層構造の静電チャック部材を製造する方法が提案されており、これによれば金属母材（１）の表面にアンダーコート（２）を形成し、該アンダーコートの上にＡｌ_２Ｏ_３セラミックからなる下部絶縁層（３）を形成し、該絶縁層の上に金属質電極層（４）を形成し、該電極層の上にはトップコートとしてＡｌ_２Ｏ_３セラミックからなる上部絶縁層（５）とを形成するものである。また、誘電層の素材側面から静電気力を高めるためにＡｌ_２Ｏ_３‐ＴｉＯ_２系セラミックを使うことが日本特開平０６‐００８０８９号、日本特開平０３‐１４７８４３号、日本特開平０３‐２０４９２４号及び韓国特開第１９９７‐１３１８０号などに開始されている。しかし、静電チャックに使われるＡｌ_２Ｏ_３‐ＴｉＯ_２系熱溶射コーティング層は低い体積固有抵抗のために電圧印加時に高い漏洩電流をもたらし、電圧印加を中断した時の応答特性が悪いという短所がある。このような短所を克服するために韓国特開第２００２‐００７０３４０号は誘電層として電気抵抗がより高いＡｌ_２Ｏ_３熱溶射コーティング層を使うものが開始されている。しかし、Ａｌ_２Ｏ_３熱溶射コーティング層が適用された静電チャックも数ｋＶ以上の高電圧が印加された時に高い漏洩電流をもたらし遅い応答特性を示すという短所がある。特に、被処理物としてガラスを使う大面積ディスプレーパネル製造工程は最小３‐５ｋＶ以上の高電圧に耐えられる静電チャックを要求するため高い体積電気抵抗と絶縁破壊電圧を有する誘電体素材を要する。

従来の静電チャックに使われているＡｌ_２Ｏ_３からなる熱溶射コーティング層は焼結セラミック材料に比べて高い気孔度及び欠陷を内在している。例えば、前記韓国特開第２００２‐００７０３４０号には１〜８％の気孔率を有するＡｌ_２Ｏ_３熱溶射誘電層について記載されている。熱溶射コーティング層における気孔及び欠陷の生成原因は未溶融された粒子の積層混入と溶融液滴の凝固収縮に起因し、これらは数ないし数十μｍの大きさを有し局部的な領域で孤立して存在する場合もあるが、殆どの場合にはコーティング層の全般にわたって相互に連結され３次元のネットワークを形成している。図２は、上述した従来の静電チャックに使われているプラズマ溶射Ａｌ_２Ｏ_３コーティング層の断面を観察した微細組職を示したものであり、約５〜１５μｍの大きさを有する気孔がコーティング層全般にわたって無秩序に生成されている。一般的に広く利用されている気孔率の測定方法である２００倍の倍率における映像分析を通じた気孔率は約１〜２％を示している。しかし、より高い倍率（１０００倍以上）で観察したＡｌ_２Ｏ_３熱溶射コーティング層は、図３に図示されたように、図２から見られるやや大きな気孔の以外にも積層粒子間の界面に薄い気孔層が存在しており、また積層粒子内に微細割れ目が生成されている。これら気孔層と微細割れ目は相互に連結されコーティング層内に３次元の欠陥ネットワークを成しており、コーティング層の表面にまで連結されている。

上述したＡｌ_２Ｏ_３熱溶射コーティング層の気孔ネットワークは電荷を持っている汚染物質の侵入により伝導経路で作用するようになる。ここで、汚染物質としては大気中の電荷を持っている多様な粒子と水分が挙げられ、また静電チャックを含む装置内でのプラズマ粒子もここに含まれる。したがって、従来のＡｌ_２Ｏ_３を熱溶射してなるセラミックコーティング型静電チャックに高い電圧を印加するようになると、Ａｌ_２Ｏ_３誘電層より相対的に低い絶縁破壊電圧を示す汚染物質の存在によって静電チャックの漏洩電流が大きく増加するようになり、結局静電力を消失するようになるという問題点がある。これを解決するための方法で、前記韓国特開第２００２‐００７０３４０号に記載したように、外部からコーティング層への汚染物質の侵入を断絶するために有機系または無機系シーリング剤をＡｌ_２Ｏ_３熱溶射コーティング層に注入し、これを通じて静電チャックの抵抗を向上させる方法を講ずることができる。しかし、シーリング剤の注入でコーティング層の気孔を完全にとり除くことは難しくて、またＡｌ_２Ｏ_３に比べて相対的に低い誘電率と低いプラズマエッチング抵抗力を有するシーリング剤を多量使うことによって静電チャックの静電気力減少、耐久性減少及び寿命短縮をもたらすことができる。したがって、熱溶射法により行われるセラミックコーティング層の気孔率を最小化させることが必要である。

また、ガーネット（garnet）結晶構造を含むセラミック粉末を熱溶射してコーティング層を形成する方法がＷＯ０３／０５９６１５号に開始されている。前記特許は半導体エッチングチャンバ内の静電チャックを含めた多様な部品の表面に数十ミクロメーター厚さのガーネット結晶構造のコーティング層の形成を通じてプラズマガスに対する耐腐食性を向上させることを目的としている。これは部品の表面を保護するための方法であり、これを通じて静電チャック部品の静電特性の向上を期待することは難しい。

本発明は上述した問題点を解決するために案出されたものであって、熱溶射法を利用しセラミックコーティング静電チャックを製造することにおいて、体積固有抵抗と絶縁破壊電圧の高いセラミックコーティング層を下部絶縁層または／及び上部誘電層に適用することによって、静電チャックの漏洩電流を減少させ静電気力を高めると共に高電圧印加の時にも優秀な静電特性を発揮するようにすることに目的がある。

また、本発明は静電チャックを構成するセラミックコーティング層を製造することにおいて、気孔ネットワークと微細割れ目のような欠陷の生成を抑制させることによって外部からコーティング層内への異種の汚染物質が侵入することを防止しシーリング剤の使用を最小化することに目的がある。

上述した目的を達成するための本発明の静電チャック部材及びこの製造方法は、静電チャック部材は下部誘電（絶縁）層、伝導性電極層及び上部誘電（絶縁）層を含んでなり、前記下部誘電層及び上部誘電絶縁層の中で少なくとも１つはＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物系非結晶質コーティング層からなることを特徴とする。

前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物系非結晶質コーティング層は、Ａｌ _２ Ｏ _３ 粉末とＹＡＧ（Ｙ _３ Ａｌ _５ Ｏ _１２ ）粉末の混合物を熱処理して得られるＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系複合酸化物粉末を熱溶射する工程によって形成するが、前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系複合酸化物粉末はそれぞれ純度９８．０ｗｔ％以上であるアルミナ粉末とＹＡＧ粉末とを含むスラリーを製造した後、スラリーを噴霧乾燥して製造されたことを使うのが好ましい。

また、前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系複合酸化物粉末は５ないし９５重量％のＹＡＧ 及び５ないし９５重量％のＡｌ_２Ｏ_３からなることが好ましく、これは前記ＹＡＧの含量が５重量％未満である場合熱溶射コーティング層内に非結晶質相が形成されにくくて、前記含量が９５重量％を超過する場合には微細割れ目の発生頻度が大きく増加するという問題点があるためである。Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系複合酸化物粉末は熱溶射コーティング層内の非結晶質相の生成により積層粒子の凝固収縮を最小化させることと共に積層粒子間の結合力を増大させることが可能であり、結局、積層粒子界面における気孔層と微細割れ目の発生が抑制される。

また、前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系熱溶射コーティング層からなる誘電層は１００〜１０００μｍの厚さを有するのが好ましくて、Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物を熱溶射コーティングして形成された誘電層は体積固有抵抗値が１×１０^１２Ωｃｍ以上、また大気中における絶縁破壊電圧が１５ｋＶ／ｍｍ以上の値を有し、またコーティング層の気孔度が２％以下で優秀である。

また、前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物粉末を熱溶射してなる下部及び上部誘電（絶縁）層の中でいずれか１つ以上のコーティング層は液状の有機系または無機系シーリング液に含浸させシーリング処理することによって体積固有抵抗値及び絶縁破壊電圧をさらに向上させることが可能であり、シーリング処理された誘電層の体積固有抵抗値が１×１０^１５Ωｃｍ以上、そして大気の中での絶縁破壊電圧が３０ｋＶ／ｍｍ以上の静電チャック用誘電（絶縁）層でさらに優秀な効果を示す。

以下本発明をより詳しく説明する。

本発明は金属母材に下部誘電層、伝導性電極層及び上部誘電層とを積層して形成する熱溶射方法による静電チャック製造方法に関するものであって、前記下部誘電層または上部誘電層の中で１層以上がＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系非結晶質コーティング層から形成されることを特徴とする。

先ず、Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物粉末を製造する方法に対してよく察して見る。

Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物粉末はＡｌ_２Ｏ_３とペロブスカイト（perovskite）構造を有するＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）の原料粉末を利用し熱溶射法に相応しい大きさである５〜１００μｍのＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系粉末顆粒を噴霧乾燥法で製造する。しかし、前記粒度範囲を有する粉末を製造することができると複合酸化物粉末の製造方法に制限を置く必要はない。この時、初期原料粉末は純度９８ｗｔ％以上と粒度０．０５〜５．０μｍの範囲を有するのが好ましい。複合酸化物の全体重量に対してＹＡＧの含量は本発明の効果を具現するために５乃至９５重量％であることが好ましい。前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物粉末の製造方法の一例として噴霧乾燥法による製造過程を説明すれば次のようである。Ａｌ_２Ｏ_３粉末とＹＡＧ粉末、またバインダーと分散剤を液状溶媒で投入し、ボールミーリングして均一に混合したスラリーを作る。前記のスラリー混合溶液を高速で回転するアトマイザー（atomizer）または高圧のガスアトマイザーによってミクロンサイズの液滴で噴射し高温の空気または不活性ガス雰囲気で溶媒をとり除くことによってＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系顆粒粉末を製造する。噴霧乾燥されたＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物は球形の形状を有することが好ましく、粒度は５〜１００μｍの範囲が相応しい。粉末の粒度が５μｍより小さいかまたは球形の形状ではない場合には粉末の流動性の低下によってプラズマ火炎としての均一な噴射が難しくて、一方、粉末粒度が１００μｍより大きい場合にはプラズマ火炎内で完全な溶融が起こらないようになることによってコーティング層内に欠陷を多量形成するようになる。噴霧乾燥された顆粒粉末はすぐ熱溶射コーティングに使われることが可能であり、また顆粒粉末の強度を増大させるために１０００〜１６００℃で熱処理して熱溶射コーティングに使われることができる。熱処理温度が１０００℃より低い場合には低い顆粒粉末の強度によって粉末の割れが発生するようになり、一方、１６００℃より高くなると顆粒粉末間の焼結によって粗大した粉末粒度を示すようになる。

以下前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系複合酸化物粉末を熱溶射コーティング法によって下部誘電層及び上部誘電層を形成する静電チャック製造方法に対して図１に基づいてより詳しく説明する。静電チャック構成のために機械的加工または研磨された母材を利用し、図１に示したように、その表面にアンダーコート、下部誘電層、電極層、上部誘電層とを熱溶射コーティング法で順次に形成する。

母材の表面は熱溶射コーティング層の界面接合力を高めるためにブラスト処理し、その後粗面化処理した基板表面に金属材溶射材料を溶射してアンダーコートを形成する。アンダーコートは静電チャック母材と下部誘電層の間に高い界面接合力を付与するために必要であり、もし静電チャックの母材が下部誘電層と似ている熱膨脹係数を有する場合には略しても良い。

アンダーコートの上には、前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系複合酸化物粉末を熱溶射し下部誘電層を形成する。下部誘電層の厚さは静電チャックに印加する直流電圧に強さによって決まり、絶縁破壊が起こらないほど充分に厚くなければならない。下部誘電層の厚さは通常１００〜１０００μｍの範囲にすることが好ましい。

前記下部誘電層の表面には同じく熱溶射コーティング法により、好ましくは周縁部を残して伝導性電極層を形成する。伝導性電極層は常温で高い電気伝導度を持たなければならなくて、大概の場合１×１０^−４Ωｃｍ以下の電気比抵抗を有することが好ましい。電極層は高い直流電圧の印加に長時間耐えなければならないため、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｎｉ、Ｎｂなどの融点が高い耐熱金属及びその合金を利用するのが好ましく、また伝導性セラミック素材の適用も可能である。伝導性電極層の厚さは２０〜１００μｍ範囲にすることが好ましい。

前記伝導性電極層上には、前記下部誘電層と同じく、Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系複合酸化物粉末を熱溶射して上部誘電層を形成する。上部誘電層は被処理物に直接的に静電気力を付与する役割をして、与えられた誘電材料からより高い静電気力を得るためには誘電層の厚さが薄いながらも高い直流電圧に耐えなければならない。したがって、Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系誘電層は１００〜５００μｍ範囲の厚さを有するようにすることが好ましい。

前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系複合酸化物からなる下部及び上部誘電層は高い体積固有抵抗と絶縁破壊電圧を持たなければならないし、同時に漏洩電流を最小化しなければならない。このために前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系溶射コーティング層は気孔度を２％以下に制限するのが好ましくて、またコーティング層内３次元のネットワーク構造の微細気孔チャンネルの発生を最小限に抑制しなければならない。

本発明によれば、下部及び上部誘電層に適用されるＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系熱溶射コーティング層は積層粒子の間の緻密な結合によって従来のＡｌ_２Ｏ_３熱溶射コーティング層から観察される微細気孔ネットワーク及びチャンネルを含まない特徴がある。図４は本発明によるＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系熱溶射コーティング層の断面の微細組職を１０００倍の倍率で観察したもので、積層粒子の間にいずれの気孔層も形成されていない。Ｘ‐線回折分析を通じて前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系熱溶射コーティング層は均一な組成の非結晶質構造を有する相だけでなっていることを確認した。即ち、高温の火炎によって完全溶融された前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系液状粒子は母材の表面に到逹することと同時に急速に凝固され、この時Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合材の高い非結晶質形成性能によって液状における不規則結晶構造がそのまま固相に変態する。したがって、液状から固相への変態時発生する凝固収縮が最小化されることによって積層粒子間の界面分離が発生しなくなるし、結局積層粒子間の界面気孔層が発生しなくなると共に３次元の気孔ネットワークの生成も抑制される。このようなＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系熱溶射コーティング層の微細組職学的な特徴によって、本発明の実施例に記述されたように、前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系熱溶射コーティング層が適用された静電チャックは非常に高い体積固有抵抗と絶縁破壊電圧を示していることを実験を通じて確認した。

前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系複合酸化物からなる上部誘電層は必要に応じてコーティング層の厚さ精密性を確保し表面粗度を減少させるために機械的に研磨して仕上げられる。

最終的に、熱溶射コーティングによって製造された静電チャックは有機系または無機系シーリング剤を塗布しシーリング（sealing）処理して体積固有抵抗及び絶縁破壊電圧をより向上させることができる。このシーリング処理は熱溶射コーティング層に残存する微細気孔部をシーリング剤で充填することによって異物と電荷を示している粒子の浸透を防止することで、静電チャックに電圧印加時の漏洩電流を最小化して静電気力を高めることができ、また絶縁破壊による静電気力消失を防止することができる。従来の静電チャックの誘電層は欠陥または気孔度が高くてＡｌ_２Ｏ_３に比べて相対的に低い誘電率と低いプラズマエッチング抵抗力を有するシーリング剤を多量に使うことによって静電チャックの静電気力減少、耐久性減少及び寿命短縮をもたらすという問題点があるが、本発明による静電チャックの誘電層の気孔度が２％未満であるため少量のシーリング剤を使って効果的に気孔をシーリングすることができるため静電チャック性能を向上させることができるという長所がある。前記シーリング剤はエポキシ樹脂系、フェノール樹脂系のような有機系シーリング剤とケイ素化合物を含む無機系シーリング剤などを使う。

ここで、前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系複合酸化物からなる静電チャックの下部及び上部誘電層を形成することに使われる熱溶射法としては、ガス火炎溶射法、低速及び高速火炎溶射法、爆発溶射法、大気プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法などいずれの公知された方法を使っても良いが、品質安全性と生産性の観点から大気プラズマ溶射法または減圧プラズマ溶射法などを使うことが好ましい。

上述したように本発明によれば、熱溶射コーティング法を利用した静電チャックの製造において体積固有抵抗と絶縁破壊電圧が非常に大きいＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系コーティング層を下部または／及び上部誘電層に適用することによって静電チャックの静電気力を増加させると共に耐久性及び寿命を大きく向上させることができる。

また、本発明によれば静電チャックを構成する誘電層をＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系熱溶射コーティング層から形成し気孔ネットワーク及びチャンネル生成が抑制されることによって外部からコーティング層内への異種汚染物質の侵入を抑制しシーリング剤の使用を最小化することができる。

静電チャックの断面構造を概略的に図示した図面である。 従来の静電チャックに使われているプラズマ溶射Ａｌ_２Ｏ_３コーティング層の断面を２００倍の倍率で観察した微細組職を示したものである。 従来の静電チャックに使われているプラズマ溶射Ａｌ_２Ｏ_３コーティング層の断面を１０００倍の倍率で観察した微細組職を示したものである。 本発明の好ましい実施例によるＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系コーティング層の 断面を１０００倍の倍率で観察した微細組職を示したものである。

以下、本発明を実施例を挙げてより詳しく説明するが、下記実施例によって本発明の範囲が限定されるものではない。

（製造例）
Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物粉末の製造
通常の知られた噴霧乾燥工程（単行本：Ceramic precursor technology and its applications, 著者：C. K. Narula, 出版社：M. Dekker (N. Y.) 出版年度：1995）を利用して下記表１に示したような組成及び平均粒径を有するＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物粉末を製造した。

（実施例１乃至４）
平板のＡｌ母材（幅１００ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ５ｍｍ）の一面を＃１００Ａｌ_２Ｏ_３粒子を利用しブラスティング処理して表面粗度（Ｒａ：２〜３μｍ）を与えた後、その表面の全面に前記製造例から製造された相互に違う組成を有する４種のＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物粉末を使って大気プラズマ溶射法で５００μｍ厚さで誘電層であるＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系コーティング層を形成した。Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系コーティング層の表面に５０ｍｍ×５０ｍｍの面積部分を伝導性電極層であるタングステンを大気プラズマ溶射法によって５０μｍ厚さで形成し、前記プラズマ熱溶射後コーティング層のシーリング処理はしなかった。
（比較例１）

実施例１と同一の方法で誘電層及び伝導性電極層を形成するが、誘電層形成の時Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物粉末の代りに純度が９９．９ｗｔ％であるＡｌ_２Ｏ_３溶射粉末を利用して５００μｍ厚さの誘電層を形成した。

前記実施例１乃至４及び比較例から製造された試片を利用しＡｌ母材とタングステンコーティング層の両方に直流電圧を印加し抵抗を測定した後、体積固有抵抗値を計算し、また０．５ｋＶ単位で印加電圧を増加させコーティング層の絶縁破壊電圧を測定した。前記実験の結果を表２に示した。

表２に示した結果から分かるように、測定条件に関係なく、本発明のＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系コーティング層は従来のＡｌ_２Ｏ_３コーティング層より約１０００倍以上の高い体積固有抵抗と高い絶縁破壊電圧を示した。２つのコーティング層は全て湿度に敏感な電気的絶縁特性が見られ、特にＡｌ_２Ｏ_３コーティングの場合１．５ｋＶ／ｍｍ以下の非常に低い電圧印加に対しても大きい漏洩電流が流れた。即ち、図３に示したように、Ａｌ_２Ｏ_３コーティング層内に多量含まれている微細な気孔ネットワーク／チャンネルは周りから浸透した水分によって伝導経路として作用する。静電チャックが使われる実際の環境は電荷を有するプラズマに露出されているため、前記Ａｌ_２Ｏ_３コーティング層は静電チャックの誘電層として使えない。一方、Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系コーティング層は表１に記載したすべての組成で限定された気孔ネットワーク／チャンネルによって、湿度が高い環境でも比較的高い絶縁破壊電圧を保持している。

（実施例５乃至８）
実施例１乃至４から形成した上部誘電（絶縁）層の表面に有機系液状シーリング剤を（Metcoseal ERS, Sulzer Metco Inc., USA）塗布した後、真空において１５０℃で３時間加熱するシーリング処理を行ったことを除いては実施例１乃至４と同様にして誘電層及び伝導性電極層を形成した。

（比較例２）
実施例５と同一の方法でシーリング処理された誘電層及び伝導性電極層を形成するが、誘電層をＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物粉末の代りに純度が９９．９ｗｔ％のＡｌ_２Ｏ_３溶射粉末を使った。

表３は、シーリング処理された比較例２のＡｌ_２Ｏ_３コーティング層と実施例２のＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系コーティング層の電気的絶縁特性を示したものである。

従来のＡｌ_２Ｏ_３プラズマコーティング層の場合シーリング処理を行うことによって大きく増加した体積固有抵抗と絶縁破壊電圧を示したが、シーリング処理を行った後にシーリング処理をしない本発明のＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系コーティング層と比べて似た値の体積固有抵抗と絶縁破壊電圧を示した。一方、本発明による実施例のＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系コーティング層は表１に記載したすべての組成でシーリング処理によって１×１０^１５Ωｃｍ以上の非常に高い体積固有抵抗を示し、４４ｋＶ／ｍｍ以上の非常に高い直流電圧印加にも絶縁破壊を見せなかった。

（実施例９）
実施例９においては、従来のＡｌ_２Ｏ_３プラズマコーティング層と本発明の実施例によるＡｌ_２Ｏ_３ＹＡＧ系プラズマコーティング層の実際静電チャックとしての適用による電気的絶縁特性を評価した結果である。これのために直流電圧を印加することができる金属電極棒が含まれた縮まった大きさ（幅１００ｍｍ×長さ１２０ｍｍ）のＡｌ静電チャック母材を加工し、その上部にアンダーコート、下部絶縁（誘電）層、導電性電極層、上部誘電（絶縁）層をプラズマ溶射法を利用して順次に積層した。この時、導電性電極層のコーティング面積は８０ｍｍ×１００ｍｍであった。金属電極棒は中間の伝導性電極層と直接的に連結され、金属電極棒の周りは下部絶縁（誘電）層と同一の材料で処理しＡｌ母材と絶縁した。アンダーコートとしては１００μｍ厚さのＮｉコーティング層を形成し、伝導性電極層としては５０μｍ厚さのＷコーティング層を形成した。比較例の場合は下部及び上部誘電（絶縁）層として純度が９９．９ｗｔ％のＡｌ_２Ｏ_３コーティング層を、本発明の実施例の場合は製造例２のＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物粉末（Ａｌ_２Ｏ_３：ＹＡＧ重量比＝５０：５０、平均粒径３５μｍ）を使ってＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系コーティング層をそれぞれ４００μｍ厚さでプラズマ溶射法を利用し形成した。プラズマコーティング完了後、上部誘電（絶縁）層の表面にエポキシ系液状シーリング剤（Metcoseal ERS, Sulzer Metco Inc., USA）を塗布した後、真空において１５０℃で３時間加熱するシーリング処理を行った。

前記製造された静電チャックの電気的特性を評価するために、大気の中で金属電極棒に０．５〜５．０ｋＶの直流電圧を６０秒間印加し、静電チャックの漏洩電流及び絶縁抵抗を測定した。

従来のＡｌ_２Ｏ_３プラズマコーティング層が含まれた静電チャックは、印加電圧の増加とともに漏洩電流の急激な増加を示し、約３．１ｋＶの印加電圧で絶縁破壊現象が発生した。一方、本発明によるＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系コーティング層が適用された静電チャックは同一の印加電圧に対してＡｌ_２Ｏ_３静電チャックに比べて約５倍以上の高い絶縁抵抗を示し、印加電圧の増加による漏洩電流の増加が大きくなかった。また、前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系コーティング層が適用された静電チャックに５．０ｋＶの直流電圧を１０分間以上長時間印加しても誘電（絶縁）層の絶縁破壊が生じなかった。

（実施例１０）
前記実施例９よりも小さい静電チャックの特性に基づいて、実際の大きさのディスプレーパネル装備用静電チャック（横１９５０ｍｍ×縦２１５０ｍｍ）を実施例９と同一の方法で製造し、静電チャックの電気的絶縁特性を評価した。従来のＡｌ_２Ｏ_３熱溶射コーティング層が適用された静電チャックは、印加電圧の増加とともに漏洩電流が大きく増加し、１〜２ｋＶ範囲の低い印加電圧下でアーク放電（arcing）が発生するかまたは絶縁破壊になることによって静電チャックの機能を消失した。一方、本発明のＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ系コーティング層が適用された静電チャックの場合、印加電圧２．５〜３．０ｋＶでガラス基板を固定するための十分な静電気力を発生させ、その以上の電圧でも絶縁破壊が生じないと共に許容された範囲の漏洩電流を示した。

１０：静電チャック １：金属母材 ２：アンダーコート
３：下部絶縁層 ４：電極層 ５：上部絶縁層
６：シリコンウェーハ ７：直流電源

Claims (5)

1. 金属母材に下部誘電層、伝導性電極層及び上部誘電層を積層して形成する静電チャック製造方法において、
   前記下部誘電層または上部誘電層の中で１層以上が、Ａｌ _２ Ｏ _３ 粉末とＹＡＧ（Ｙ _３ Ａｌ _５ Ｏ _１２ ）粉末の混合物を熱処理して得られるＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物粉末を熱溶射コーティングして形成されることを特徴とする、Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物系誘電層を有する静電チャックの製造方法。
2. 前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物は、５乃至９５重量％のＹＡＧ及び５乃至９５重量％のＡｌ_２Ｏ_３とからなるＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物系誘電層を有することを特徴とする請求項１に記載の静電チャックの製造方法。
3. 前記上部誘電層または下部誘電層の中でいずれか１つ以上の表面は液状の有機系または無機系シーリング液によってシーリング処理され、シーリング処理された誘電層は１×１０^１５Ω・ｃｍ以上の体積固有抵抗及び３０ｋＶ／ｍｍ以上の絶縁破壊電圧を有することを特徴とする請求項２に記載のＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物系誘電層を有する静電チャックの製造方法。
4. 前記Ａｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物粉末は、Ａｌ_２Ｏ_３粉末及びＹＡＧ粉末を含むスラリー混合液を噴霧乾燥させて５乃至１００μｍの大きさに製造されたことを特徴とする請求項１に記載のＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物系誘電層を有する静電チャックの製造方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の製造方法によって製造されたＡｌ_２Ｏ_３‐ＹＡＧ複合酸化物系誘電層を有する静電チャック。