JPH08125002A - 静電チャック及びその製造方法 - Google Patents

静電チャック及びその製造方法

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JPH08125002A
JPH08125002A JP28391894A JP28391894A JPH08125002A JP H08125002 A JPH08125002 A JP H08125002A JP 28391894 A JP28391894 A JP 28391894A JP 28391894 A JP28391894 A JP 28391894A JP H08125002 A JPH08125002 A JP H08125002A
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JP
Japan
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dielectric
substrate
electrostatic chuck
electrode
sheet
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JP28391894A
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English (en)
Inventor
Shuichi Kawaminami
修一 川南
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Nihon Cement Co Ltd
Original Assignee
Nihon Cement Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 上層の誘電体の厚さを均一にした吸着力の優
れた静電チャックを提供し、さらにその製造方法も提供
すること。 【構成】 上層の誘電体には、TiO2、またはAl2
3とし、中層の電極には、大気中で焼成できるPd−A
g系の導体とし、下層の基盤には、アルミナ、またはA
lNとした静電チャック。上記静電チャックの製造方法
として、下層の基盤をあらかじめ焼成し、その表面を研
削して平坦にした後、平坦にした面に中層の電極を形成
し、その上面に上層の誘電体シートを熱圧着して、ある
いはあらかじめ誘電体シートの下面に電極を形成したシ
ートを基盤の上面に熱圧着してさらに焼成することとし
た静電チャックの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、静電チャックに関し、
特に半導体製造装置などに用いられるセラミックス製の
静電チャック及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、静電チャックとしてはセラミック
スを使用したものが多い。これはセラミックスが、高硬
度、高弾性率で、耐薬品性にも優れていて材料特性が良
いため、静電チャックの材料としてよく使われるからで
ある。
【0003】これらセラミックス製の静電チャックとし
ては、アルミナを誘電体及び基盤とし、それにWなどの
電極を内蔵した構造のものや、チタン酸カルシウムを誘
電体及び基盤とし、それにAg−Pdなどの電極を内蔵
したものなどが知られている。これらは、アルミナやチ
タン酸カルシウムのグリーンシート上に電極を形成し、
そのグリーンシートを積層一体化した後焼成することで
作製されるのが一般的である。そのほかに焼成したアル
ミナなどの基盤の上面に、スパッタ、蒸着、スクリーン
印刷などで導体を形成した後、さらにその上面に蒸着や
スパッタで誘電体の膜を形成して作製する方法も提案さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の内、グリーンシ
ートを積層一体化し、焼成して静電チャックを作製する
方法では、焼成により焼成体にそりを生じてしまう。一
方上層の誘電体の表面は平坦でなければならないため、
その表面を平坦にする必要がある。しかしながら、焼成
によるそりが原因で、誘電体の表面を平坦にすれば誘電
体の厚さがどうしても均一にならず不均一となる。その
ため、誘電体の面内で吸着力に大きなばらつきを生じ、
その結果、静電チャックの吸着力が劣るという問題があ
った。
【0005】本発明は、上述した静電チャックが有する
課題に鑑みなされたものであって、その目的は、上層の
誘電体の厚さを均一にした吸着力の優れた静電チャック
を提供し、さらにその製造方法も提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため、静電チャックの下層の基盤をあらかじめ
焼成し、その表面を研削して平坦にした後、その上面に
電極と誘電体を形成すれば、上層の誘電体の厚さが均一
となる、即ち誘電体面内の吸着力にばらつきの少ない静
電チャックを得ることができるとの知見を得て本発明を
完成した。
【0007】上記静電チャックは図1に示される通り、
上層に誘電体、中層に電極、下層に基盤から成るが、該
誘電体としては、TiO2を主成分とするセラミックス
とし、該電極としては、PdにAgを65wt%以下含
む導体とし、該基盤としては、Al23又はAlNセラ
ミックスとする静電チャックとした(請求項1)。
【0008】誘電体にTiO2を用いるのは、誘電率が
100程度と高く吸着力に優るためである。また、誘電
体であるTiO2を還元雰囲気中で焼成すると体積抵抗
率が大きく低下してしまうので、電極としては大気中で
も焼成できるPd−Ag系の電極が好ましく、その組成
としては焼成温度の関係からAgは65wt%以下が望
ましい。
【0009】また、誘電体であるTiO2の体積抵抗率
としては、誘電率による吸着力のほかにジョンソンラー
ベック力による吸着力を生じさせるために、1010〜1
12Ω・cm程度が好ましく、この体積抵抗率になるよ
うに3価や5価の酸化物を微量添加してもよい。さら
に、基盤がすでに焼成されているため、基盤との密着性
が悪く、それを改善するため、適量のガラス成分を添加
してもよい。一方下層の基盤にAl23又はAlNとし
たのは、これらセラミックスは熱伝導性がよく、機械的
強度も大きいので好ましいからである。
【0010】上記TiO2のほかに他の誘電体として
は、Al23を主成分とするセラミックスとし、電極と
しては、PdにAgを40wt%以下含む導体とし、該
基盤としては、Al23又はAlNセラミックスとする
静電チャックとした(請求項2)。
【0011】誘電体に誘電率が10程度と低いアルミナ
を用いるのは、プラズマ中で使用される場合や、耐摩耗
性が必要な場合などには適しているからである。また、
TiO2と同様ジョンソンラーベック力による吸着力を
生じさせるためにチタン酸塩を加えてもよく、基盤との
密着性を改善するため、適量のガラス成分を添加しても
よい。形成される電極としては、大気中でも焼成可能な
Pd−Agが好ましく、その組成は、焼成温度の関係か
らAgが40wt%以下が望ましい。
【0012】上記静電チャックの製造方法としては、下
層の基盤をあらかじめ焼成し、その表面を研削して平坦
にした後、平坦にした面に中層の電極を形成し、その上
面に上層の誘電体シートを熱圧着して、あるいはあらか
じめ誘電体シートの下面に電極を形成したシートを基盤
の上面に熱圧着してさらに焼成する方法とした(請求項
3)。
【0013】下層の基盤をあらかじめ焼成しその表面を
研削して平坦にするのは、基盤がすでに焼成されている
ので、平坦にした基盤の上面に熱圧着された誘電体シー
トを焼成しても基盤のそりがほとんど起こらないため、
その上面の誘電体の厚さが均一になるからである。誘電
体の厚さが一定になることにより誘電体面内の吸着力の
ばらつきが小さくなり、結果として吸着力に優った静電
チャックとなる。
【0014】本発明の静電チャックの製造方法をさらに
詳細に述べると、先ずAl23又はAlNの基盤用原料
を混合した後、プレス成形、押出し成形、シート成形な
どの慣用の方法で成形し、成形した成形体をAl23
場合大気中で、AlNの場合不活性ガス中で同じく慣用
の方法で焼成する。この焼成体を目的の形状に加工し、
その表面を平面研削装置等で研削して平坦にする。
【0015】次に、誘電体用原料としてできるだけ低温
度で焼結可能なように、TiO2の場合、純度で99%
以上、平均粒径で1μ以下のものを使用し、それにバイ
ンダー、分散剤、溶剤などを加えスラリーとした後、ド
クターブレード法などでシート状に成形する。Al23
の場合も同様、純度で99.9%以上、平均粒径で1μ
以下のものを原料として使用し、TiO2と同様にシー
ト状に成形する。
【0016】電極については、所望の組成になるよう金
属粉末とガラスなどの添加剤を配合し、それに有機ビヒ
クルを添加して三本ロールミルにて混練して導体ペース
トを調製し、そのペーストを基盤の表面、あるいは誘電
体シートの裏面にスクリーン印刷することによって形成
される。
【0017】成形したシートを基盤に圧着するには、5
0〜100℃の温度で一軸プレス、または温水等方静水
圧でプレスする方法で熱圧着する。熱圧着したものを4
00〜500℃の温度でバインダーを除去した後、Ti
2を誘電体とする場合には1100〜1300℃の温
度で、Al23の場合には1250〜1400℃の温度
で焼成する。焼成は、基盤がアルミナの場合には大気中
で、AlNの場合には不活性ガス中で焼成する。焼成
後、最後に誘電体の表面を平面研削装置等で研削した
後、ダイアモンド砥粒等で研磨して静電チャックを作製
する。
【0018】以上の通り、静電チャックを上記のような
方法で製造すれば、吸着力に優れた静電チャックが得ら
れる。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明をより詳細に説明する。
【0020】(実施例1〜6) (1)基盤の作製 アルミナ製の基盤については、Al23の純度が99.
5%の粉末を用い、その粉末にメチルセルローズ、グリ
セリン、水などを加えて混練し、押出し成形により15
0mm角で、厚さ5mmの板状の成形体を得た。この成
形体を大気中で1600℃の温度で焼成した後、それを
100mm角で、厚さ3mmに加工し、その表面を平面
研削装置で研削して基盤を作製した。この時の表面の平
坦の度合い、即ち平面度は、オプティカルフラットで測
定した結果2〜4μmであった。AlN製の基盤につい
ては、AlN粉末に焼結助剤を添加し、それにアクリル
系のバインダーを加えて混合し乾燥した後、CIP成形
によりブロック状の成形体を作製し、そのブロックから
150mm角で、厚さ5mmの板状の成形体を切り出し
た。これを窒素雰囲気中で1800℃の温度で焼成した
後、アルミナと同様100mm角で、厚さ3mmに加工
し、表面を平面研削装置で研削して基盤を作製した。こ
の時の表面の平面度は、2〜5μmであった。
【0021】(2)誘電体シートの成形 TiO2シートについては、原料として純度99%以上
で、平均粒径が0.25μmの粉末を用い、これに表1
に示す材質の添加物を表1に示す割合で加えた後、アク
リルバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤などを加え、ボ
ールミルで混合した後脱泡し、ドクターブレード法にて
厚さ約200μmのシートを成形して図3に示す形状に
切断した。Al23については、原料として純度99.
9%以上で、平均粒径が0.25μmの粉末を用い、T
iO2と同様厚さ約200μmのシートを成形して図3
に示す形状に切断した。
【0022】(3)導体ペーストの調製 Pd粉末として市販の平均粒径0.5μmの粉末を、A
g粉末として市販の平均粒径0.7μmの粉末を用い
た。それらを表1に示す割合で配合し、これにアルミノ
ケイ酸塩ガラスを適量加え混合した後、エチルセルロー
ズをテルピネオールに溶解したものを三本ロールミルで
混練して導体ペーストを調製した。
【0023】(4)静電チャックの作製 得られた基盤に、調製した導体ペーストを図2に示す電
極部にスクリーン印刷し、その上に誘電体シートを重
ね、これに70℃の温度で200kg/cm2の圧力で
シートを熱圧着した。これを大気中で400℃の温度で
バインダーを除去した後、基盤がアルミナの場合、大気
中で表1に示す温度で焼成した。基盤がAlNの場合
は、窒素雰囲気中で表1に示す温度で焼成し、その後、
TiO2の体積抵抗率を調製するため、大気中で900
℃の温度で再焼成した。得られた焼成体の上面を、平面
研削装置で研削した後、研磨機でラップ研磨して静電チ
ャックを作製した。
【0024】(5)評価 誘電体表面の平面度は、得られた静電チャックの研磨面
をオプティカルフラットで測定した。また、上層の誘電
体の厚さは、図4に示す位置をダイヤモンドカッターで
切断し、その切断面の4カ所(a、b、c、dの位置)
を光学顕微鏡で測定した。吸着力の良、不良について
は、直径3インチで厚さが0.5mmのシリコンウェハ
を静電チャックの上に載せ、500Vの電圧を静電チャ
ックの端子間に印加し、吸着したシリコンウェハを吸着
させたまま逆さまにしてシリコンウェハが脱落するか、
しないかをチェックして判断した。それらの結果を表2
に示す。
【0025】(比較例) (1)静電チャックの作製 比較のために、Al23の純度が99.5%の粉末を用
い、これにアクリルバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤
などを加え、ボールミルで混合した後脱泡し、ドクター
ブレード法にて厚さ約200μmのシートを成形した。
成形したシートを、焼成後図3に示す大きさになるよう
切断して基盤シートを作製した。誘電体シートは、実施
例と同様に作製した。導体ペーストは、W粉末を用いて
実施例と同様に調製した。このペーストを基盤シートに
スクリーン印刷し、このシートと誘電体シートとを実施
例と同様に積層熱圧着した後、N2雰囲気中で1100
℃の温度で脱バインダーした後、N2−H2中で1600
℃の温度で焼成した。得られた焼成体の上面を、実施例
と同様に研削、研磨して静電チャックを作製した。
【0026】(2)評価 得られた静電チャックに対して、実施例と同様に評価し
た。その結果を表2に示す。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】表2から明らかなように、実施例1〜6に
おいては、上層の誘電体の4カ所の厚さの平均が120
μm前後でそのばらつきは、Rで9μm以下と小さかっ
た。そのため、誘電率の低いアルミナでも、静電チャッ
クを逆さまにしてもシリコンウェハは静電チャックから
離れて脱落することはなかった。
【0030】これに対して本発明の範囲外、即ち、静電
チャックの基盤を、あらかじめ焼成しないで誘電体層と
一体焼成した場合、平面度は実施例とほぼ同じである
が、誘電体の厚さを実施例と同じ程度の厚さにしようと
研磨すると、表1に示す通り一部は非常に厚くなり、そ
のばらつきもRで96μmと実施例に比べ極めて大きく
なり、そのため、静電チャックを逆さまにするとシリコ
ンウェハが脱落してしまった。
【0031】
【発明の効果】以上の通り、本発明にかかる方法で静電
チャックを製造すれば、基盤にAl23、またはAlN
を使っているので、熱伝導性がよく、機械的強度も大き
い、また、誘電体の厚さのばらつきが少なく、吸着力が
誘電体面内で一定しているので、吸着力に優れた静電チ
ャックを得ることが可能となった。このことにより、半
導体製造装置などの種々の装置に充分適応可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における静電チャックの断面図
である。
【図2】本発明の実施例における電極の平面図である。
【図3】本発明の実施例における上層誘電体の形状を示
す平面図である。
【図4】本発明の実施例における静電チャックの誘電体
厚さの測定箇所を示す平面図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上層に誘電体、中層に電極、下層に基盤
    から成る静電チャックにおいて、該誘電体がTiO2
    主成分とするセラミックスであり、該電極がPdにAg
    を65wt%以下含む導体であり、該基盤がAl23
    はAlNセラミックスであることを特徴とする静電チャ
    ック。
  2. 【請求項2】 上層に誘電体、中層に電極、下層に基盤
    から成る静電チャックにおいて、該誘電体がAl23
    主成分とするセラミックスであり、該電極がPdにAg
    を40wt%以下含む導体であり、該基盤がAl23
    はAlNセラミックスであることを特徴とする静電チャ
    ック。
  3. 【請求項3】 静電チャックの製造方法において、下層
    の基盤をあらかじめ焼成し、その表面を研削して平坦に
    した後、平坦にした面に中層の電極を形成し、その上面
    に上層の誘電体シートを熱圧着して、あるいはあらかじ
    め誘電体シートの下面に電極を形成したシートを基盤の
    上面に熱圧着してさらに焼成することを特徴とする静電
    チャックの製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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