JPH0982788A - 静電チャックおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造を簡素化してセラミックスから電極への
熱伝導効率を高め、セラミックス部の厚みと結合部の構
造を改善して耐熱衝撃性能を高め、簡単かつ安価に製作
できる静電チャックを提供する。 【解決手段】 基板17を処理するための装置内に設けら
れ、静電気力によって当該基板を固定して支持する静電
チャック13であり、基板を載置するセラミックス層14
と、セラミックス層の基板載置面の反対側に設けられ、
直流電圧が印加されることで基板を固定するための静電
気力を発生させ、かつ所要の耐圧強度を有する電極15と
からなり、セラミックス層と電極は、両者の各熱膨脹係
数の差を緩和する熱膨張緩和層（モリブデン板）20を両
者の間に介在させてロウ材21で接合されるように構成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、ドライエッチング装置、ス
パッタリング装置、その他のプラズマ処理装置に設けら
れる基板を支持するための静電チャック、およびその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを利用して半導体基板を処理す
る技術として、ドライエッチング、スパッタリング、プ
ラズマＣＶＤ等が実施されるプラズマ処理装置が従来知
られている。これらのプラズマ処理装置では基板を支持
する装置として専ら静電チャックが使用される。静電チ
ャックでは静電気力を利用して基板を固定する。静電チ
ャックは、基板の表面をクランプする機械的な部分がな
いため、基板の表面を有効に利用できるという利点があ
る。

【０００３】静電チャックは、基本的に、基板を載置し
支持する絶縁体と、基板を固定するための静電気力を発
生させる電極とからなる。また静電チャックの構造に
は、電極の個数に応じて単極型と双極型が存在する。単
極型は１つの電極からなり、双極型は少なくとも２つの
電極からなる。構造が比較的に簡単であり、プラズマ処
理装置への搭載が容易であることから、専ら単極型が使
用される。

【０００４】また静電チャックの上記絶縁体の部分の材
料としては、通常、セラミックスや高分子樹脂が使用さ
れる。セラミックスとしては、例えばアルミナ、窒化ア
ルミニウム、サファイア、炭化硅素、窒化硅素を主成分
とする材料、またはそのいずれかに導電体物質を添加し
てその体積抵抗値を低減した材料が用いられる。また高
分子樹脂としては、例えばポリイミド、テフロン等が用
いられる。絶縁体の材料は静電チャックの寿命と信頼性
に影響を与えるので、材料の耐熱性、機械的強度、対プ
ラズマ耐蝕性等の観点から現在ではセラミックスが望ま
しいと考えられている。

【０００５】プラズマ処理装置で基板を処理する場合、
基板の温度が処理工程の反応に寄与する重要な要素であ
る。そこで通常、処理中の基板の温度を望ましい一定の
温度に保つように温度制御を行っている。上記静電チャ
ックの基板温度を制御する機構では、基板を基板支持部
に静電気力で強制的に密着・固定させて熱伝導性を高
め、水やＨｅガス等の冷媒を基板の裏面の構造部分に導
入することにより温度制御を行う。

【０００６】従来のセラミックス製静電チャックを示す
文献として特開昭６２−２６４６３８号公報がある。こ
の静電チャックを図５と図６を参照して説明する。図６
は、図５中のＡの部分を拡大して示したものである。

【０００７】５１は静電チャックの上部に設けられる盤
状のセラミックス部であり、ここではこの部分を静電チ
ャック盤と呼ぶことにする。静電チャック盤５１は、厚
さが４〜５ｍｍのセラミックスグリーンシート５２の上
に、厚さ５００μｍの導電体シート５３とこれとほぼ同
じ厚さの可塑変形可能なセラミックス５０とを順次に積
層させ、その後焼成し、表面仕上げを施して作られる。
静電チャック盤５１は、完成時、厚さが約６ｍｍ、直径
が約１００〜２００ｍｍの円板形状を持つ。

【０００８】こうして作られた静電チャック盤５１は、
平面形状が円形で所定の厚みを有する金属製の支持部材
５４の上面に、円形の放熱シート５５を介在させて、結
合部５６によって取り付けられる。支持部材５４の円形
の直径、放熱シート５５の直径は、静電チャック盤５１
の直径とほぼ等しい。放熱シート５５は、厚さが約０．
３ｍｍ以下であり、高熱伝導率の材料で作られる。また
結合部５６は、支持部材５４の中心部と静電チャック盤
５１の中心部とを結合するようにしている。結合部５６
にはネジ５７が使用される。また支持部材５４には、水
等の冷媒を流すための環状の通路５８が形成され、その
中央部に、図中下側からネジ５７を取り付けるための空
所５９、薄肉部６０、ネジを通す孔６１（図６に示す）
が形成される。

【０００９】静電チャック盤５１と放熱シート５５と支
持部材５４は上記のように一体化され、それを絶縁ケー
ス６２に収容する。その後、絶縁ケース６２の上に環状
のカバー部材６３を取り付ける。静電チャック盤５１の
上面に基板が載置される。

【００１０】金属製の上記支持部材５４は、それ自身導
電性を有し、さらに導電性を有するネジ５７を介して導
電体シート５３と電気的に接続されている。また支持部
材５４は、図示しない電源に接続され、バイアス用直流
電圧が印加されるようになっている。こうして支持部材
５４、ネジ５７、導電体シート５３は、静電チャックの
電極としての機能を有する。

【００１１】図６を参照して結合部５６の構造を詳述す
る。セラミックスグリーンシート５２には第１の孔６５
と第２の孔６６が形成される。第１の孔６５にはネジ孔
を有する金属端子６７が設けられ、金属端子６７はロウ
材６８で孔６５内に固定される。第２の孔６６には金属
ペースト６９が充填される。金属端子６７は金属ペース
ト６９を介して導電体シート５３に電気的に接続され
る。以上の構造は、焼成前のセラミックスグリーンシー
ト５２に設けられる。支持部材５４の下側から孔６１を
通されたネジ５７の先部は、セラミックスグリーンシー
ト５２の下面に設けられた金属端子６７に結合される。
このようして、静電チャック盤５１はネジ５７によって
支持部材５４に固定される。

【００１２】上記構造によって、支持部材５４に所定の
電圧を印加すると、導電体シート５３によって静電気力
が発生し、基板が静電チャック盤５１の上面に吸着さ
れ、固定される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】近年のプラズマ処理装
置では、低圧高密度プラズマ源を搭載し、プラズマの生
成と維持あるいはバイアス印加のために投入される高周
波電力が高くなりつつある。このため、イオンの入射量
と運動エネルギが増大し、基板の温度が従来に比してか
なり上昇する傾向にある。そこで、基板の温度を効率よ
く低減することが必要となる。

【００１４】上記の従来の静電チャックでも、チラー
（図示せず）、支持部材５４の通路５８、放熱シート５
５からなる基板温度制御機構を設け、基板の温度を下げ
るようにしていた。この基板温度制御機構では、基板か
らの熱を、静電チャック盤５１、放熱シート５５を介し
て支持部材５４まで伝え、支持部材５４でチラーから供
給される冷媒と熱交換を行うようにしている。基板を、
より冷却するためには、冷媒の温度を下げる必要があ
る。以上の基板温度制御機構によれば、静電チャック盤
５１が約６ｍｍ程度の厚みを有するセラミックス板であ
り、また放熱シート５５の存在によって静電チャック盤
５１と支持部材５４との熱接触状態が良くないので、熱
伝導がかなり悪いという不具合を有する。

【００１５】また上記の静電チャックでは、静電チャッ
ク盤５１が放熱シート５５を挟んで金属製支持部材５４
にネジ５７で固定される。支持部材５４では、通路５８
を形成する部分を阻害することなく結合部５６を設ける
必要があるので、支持部材５４の形状が複雑になり、ネ
ジ５７の周辺には不必要な空所５９が形成される。この
結果、静電チャック盤５１と支持部材５４の間の熱伝導
効率が低下する。

【００１６】上記の不具合のため、従来の静電チャック
では、高電力化したプラズマ処理条件において、静電チ
ャック盤５１の表裏で１００℃の温度差が発生してい
た。この温度差は、投入される電力の高電力化に伴って
益々大きくなる。

【００１７】また静電チャック盤５１を形成する部品、
すなわちセラミックス、導電体シート、ネジ、金属結合
部等はそれぞれ固有の熱膨張係数を持つため、上記温度
差が大きくなると、各部品の膨脹の差が大きくなり、こ
れによって静電チャック盤５１の内部応力が増大する

【００１８】特に、ロウ材６８で結合された金属端子６
７の接合部分では、静電チャック盤５１の内部応力が大
きくなると、寸法歪みが激しくなり、接合強度を低下さ
せたり、強度限界に達して破壊を生じ、セラミックス製
静電チャックの信頼性を著しく低下させる。

【００１９】通常、アルミナ系セラミックスの耐熱衝撃
温度は２００℃以上である。しかし、前述の従来のアル
ミナ製静電チャックでは、内部に７０℃の温度差が生じ
ると、個々の部品の接合強度は著しく低下し、破壊され
ることがある。

【００２０】本発明の目的は、上記の問題を解決するこ
とにあり、構造を簡素化してセラミックスから電極への
熱伝導効率を高め、かつセラミックス部の厚みと結合部
の構造を改善して耐熱衝撃性能を高め、簡単かつ安価に
製作できる静電チャックとその製造方法を提供すること
にある。

【００２１】

【課題を解決するための手段および作用】第１の本発明
（請求項１に対応）に係る静電チャックは、上記目的を
達成するため、例えば基板を処理するための装置内に設
けられ、静電気力によって当該基板を固定して支持する
ものであり、基板を載置するセラミックス層と、電圧が
印加されることで基板を固定するための静電気力を発生
させ、かつ所要の耐圧強度を有する電極とからなり、セ
ラミックス層と電極の間に両者の各熱膨脹係数の差を緩
和する熱膨張緩和層を介在させる。

【００２２】上記第１の本発明では、セラミックス層の
部分と電極の部分を結合するに当たってネジ等の結合具
を使用しないようにし、また熱膨張係数の異なるセラミ
ックス層と電極を接合するに当たって、両者の間に、両
者の熱膨張係数の差を緩和する熱膨脹緩和層を介設する
ことにより、基板から電極への熱伝導性が非常に高くな
る。電極は、冷媒通路を有し、冷却機構を備えているの
で、これにより効率よく基板の温度を低下することがで
きる。またセラミックス層の部分の厚みを従来に比較し
てかなり薄くしたので、基板側と電極側の温度差が大き
くなっても、これに耐えることができ、耐熱衝撃性を高
くすることが可能である。従って、高い電力の投入が可
能となる。

【００２３】第２の本発明（請求項２に対応）に係る静
電チャックは、第１の発明において、好ましくは、セラ
ミックス層と電極は両者の間に熱膨張緩和層を介在させ
てロウ材で接合される。

【００２４】上記第２の本発明では、セラミックス層の
部分と電極の部分を結合するに当たってロウ材を使用し
て両者を接合し、ネジ等の結合具を使用しないようにし
た。これにより、基板から電極への熱伝導性を高めるこ
とができ、効率よく基板の温度を低下できる。。

【００２５】第３の本発明（請求項３に対応）に係る静
電チャックは、第１の発明において、好ましくは、電極
と熱膨脹緩和層がロウ材で接合され、電極と熱膨張緩和
層の表面にセラミックス層が形成される。

【００２６】第３の本発明では、セラミックス層は、化
学的気相成長法（ＣＶＤ）や溶射を利用して熱膨脹緩和
層等の表面に堆積させて形成することができる。

【００２７】第４の本発明（請求項４に対応）に係る静
電チャックは、上記の各発明において、熱膨脹緩和層の
材料に、モリブデン、タングステン、タンタル、ニッケ
ルのいずれか、またはそれらの合金が用いられる。

【００２８】第５の本発明（請求項５に対応）に係る静
電チャックは、上記の各発明において、セラミックスの
材料に、アルミナ、窒化アルミウム、サファイア、炭化
硅素、窒化硅素のいずれかを主成分としたものが用いら
れる。

【００２９】第６の本発明（請求項６に対応）に係る静
電チャックは、上記の各発明において、セラミックスの
材料に、アルミナ、窒化アルミウム、炭化硅素、窒化硅
素のいずれかに導電体物質を添加し、体積抵抗値を低く
した成分を含むものが用いられる。

【００３０】第７の本発明（請求項７に対応）に係る静
電チャックの製造方法は、静電気力によって基板を固定
して支持する静電チャックの製造方法であり、絶縁層と
して作用する、基板を載置するためのセラミックスシー
トと、電圧が印加されることで基板を固定するための静
電気力を発生させる電極を、セラミックスシートと電極
の各熱膨脹係数の差を緩和する熱膨張緩和層を介在させ
て結合するようにした方法である。

【００３１】上記第７の本発明では、ネジ等の結合部材
を使用することなくセラミック部分と電極部分を結合す
ることができるので、耐熱衝撃性が高い静電チャックを
簡単に製造することができる。

【００３２】第８の本発明（請求項８に対応）に係る静
電チャックの製造方法は、第７の発明において、セラミ
ックスシートと電極は前記熱膨張緩和層を介在させてロ
ウ材で接合されるようにした方法である。

【００３３】第９の本発明（請求項９に対応）に係る静
電チャックの製造方法は、第７の発明において、セラミ
ックスシートに対して熱膨張緩和層をロウ材で接合し、
その後、熱膨張緩和層に対して電極をロウ材で接合する
方法である。

【００３４】第１０の本発明（請求項１０に対応）に係
る静電チャックの製造方法は、上記第８の発明におい
て、所定の厚み（例えば２ｍｍ以上）を有するセラミッ
クス製板材（例えばアルミナ板）を予め用意し、このセ
ラミックス製板材に接合用の凹所を形成し、当該凹所に
熱膨張緩和層とロウ材を配置し、セラミックス製板材と
電極とを熱膨脹緩和層を介してロウ材で接合し、その後
においてセラミックス製板材を研削してその厚みや形状
を調整し、こうして前述のセラミックスシートを形成す
る方法である。この製造方法によれば、セラミックシー
トが厚みが薄く十分な強度を得ることができない場合で
あっても、セラミックシートと電極との接合を容易にか
つ確実に行える。

【００３５】第１１の本発明（請求項１１に対応）に係
る静電チャックの製造方法は、上記第７の発明におい
て、電極と熱膨張緩和層をロウ材を介して接合し、電極
と熱膨張緩和層の表面に化学的気相成長法でセラミック
スの膜を堆積させることによりセラミックスシートを形
成したことを特徴とする。この製造方法では、薄膜堆積
方法でセラミックスシートを形成するようにしたため、
セラミックスの接合や加工のプロセスが不要となり、製
造工程が簡易化される。

【００３６】第１２の本発明（請求項１２に対応）に係
る静電チャックの製造方法は、上記第１１の発明におい
て、化学的気相成長法の代りに溶射を用いることも可能
である。

【００３７】第１３の本発明（請求項１３に対応）に係
る静電チャックの製造方法は、上記の各発明において、
熱膨脹緩和層の材料には、モリブデン、タングステン、
タンタル、ニッケルのいずれか、またはそれらの合金が
使用される。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の最良な実施の形
態を添付図面に基づいて説明する。図１は静電チャック
の内部構造を示し、図２は静電チャックを備えるプラズ
マ処理装置の全体システムを示す。

【００３９】本実施形態では、単極型の静電チャックの
場合を説明する。なお本発明の要旨は、単極型静電チャ
ックのみに限定されず、双極型静電チャックに適用でき
るのは勿論である。

【００４０】図１において、１１は上部が開放された絶
縁ケース、１２は環状のカバー部材である。絶縁ケース
１１の内部には円形凹所状のスペースを有し、この内部
スペースに、本実施形態によるセラミックス製の静電チ
ャック１３が組み込まれる。静電チャック１３と、これ
を収容する絶縁ケース１１およびカバー部材１２とから
なる構成を、ここでは静電チャック装置と呼ぶ。

【００４１】静電チャック１３は、上部に位置するシー
ト状（または膜状）のセラミックス部１４と、電極１５
と、セラミックス部１４と電極１５を接合する接合部１
６によって構成される。セラミックス部１４は絶縁層を
形成する。電極１５は、セラミックス部１４を支持する
支持部材としての機能と、基板を冷却する冷却装置とし
ての機能とを有する。電極１５には電源によって所要の
高電圧が印加される。また接合部１６は導電性を有す
る。

【００４２】本実施形態によるセラミックス部１４に
は、例えば、厚みが３００μｍ（０．３ｍｍ）で、熱膨
脹係数が８×１０^-6／℃の膜状のアルミナが使用され
る。図示例では、セラミックス部１４は、平面形状が円
形であり、上方に凸で下方に開いた中央凸部１４ａと周
辺鍔部１４ｂを有する。中央凸部１４ａの下側の内部ス
ペースに上記接合部１６が設けられる。また、中央凸部
１４ａの上面が基板載置面（すなわち基板吸着面）とな
る。１７は基板載置面に載置された基板である。

【００４３】電極１５は、平面形状がほぼ円形であって
外観形状が偏平な形をなし、全体にわたって一定の厚み
を有し、内部に水等の冷媒を流すための環状の通路１８
が形成されている。通路１８にはチラー（図示せず）か
ら温度が調整された冷媒が供給される。この冷媒は循環
する。電極１５は導電性を有する金属材で作られ、所要
の耐圧強度を有し、上記セラミックス部１４の熱膨脹係
数とは異なる熱膨脹係数を持つ。

【００４４】セラミックス部１４の最外径と電極１５の
直径とは実質的に等しく、両者は上記接合部１６を介し
て接合される。接合部１６は、セラミックス部１４の中
央凸部１４ａの下側スペースに配置され、中央凸部１４
ａと電極１５の中央部とを接合する。また電極１５の上
面の周辺部とセラミックス部１４の周辺鍔部１４ｂとが
絶縁性接着剤１９によって結合される。

【００４５】接合部１６は、この例では三層構造を有
し、中間部に位置する厚さが例えば１ｍｍで熱膨脹係数
が６×１０^-6／℃のモリブデン板２０と、その両側に位
置するロウ材２１とからなる。モリブデン板２０は、セ
ラミックス部１４と電極１５の各々の熱膨脹係数の差を
緩和する熱膨張緩和層としての機能を有する。またロウ
材２０には融点が３００℃以上のＡｕ系の金属が使用さ
れることが望ましい。

【００４６】上記構造を有する静電チャック１３は、ア
ルミナを望ましくは耐熱金属粉末焼結法によりメタライ
ズしてシート状のセラミックス部１４を形成した後、こ
のセラミックス部１４に対してロウ材２１でモリブデン
板２０を熱膨張緩和層として接合し、その後、モリブデ
ン板２０の残りの面に電極１５をロウ材２１で接合する
ことにより形成される。この際、セラミックス部１４の
周辺鍔部１４ｂと電極１５の上面周辺部との間に絶縁性
接着剤１９が介設される。

【００４７】なおセラミックス部１４、モリブデン板２
０、電極１５をロウ材２１で同時に接合することも可能
である。

【００４８】また、静電チャック１３の他の製造方法と
して、図３に示す方法が考えられる。この製造方法で
は、図３に示すように、最初の段階（Ａ）では、２ｍｍ
以上の厚みを有しかつ平面形状が円形の例えばアルミナ
板４１を予め用意し、このアルミナ板４１の電極側の面
に接合用の凹所４２が形成される（段階（Ｂ））。この
凹所４２は、前述のモリブデン板２０やロウ材２１が収
容されるのに望ましい形状となるように形成される。次
に、凹所４２のスペースを利用してモリブデン板２０や
その両側にロウ材２１を配置して、アルミナ板４１と電
極１５とが接合される（段階（Ｃ））。このときアルミ
ナ板４１と電極１５との間には上記の絶縁性接着剤１９
が介設される。その後、段階（Ｄ）でアルミナ板４１の
周囲部４３が研削されて周辺鍔部１４ｂが形成され、さ
らに段階（Ｅ）でアルミナ板４１の中央部の上部４４が
研削されて中央凸部１４ａが形成される。このようにし
て、所定の厚みを有するアルミナ板４１を利用すること
により、最終的に、電極１５に接合された、中央凸部１
４ａと周辺鍔部１４ｂからなるシート状のセラミックス
部１４が形成される。この静電チャックの製造方法は、
シート状の薄いセラミックス部を電極に確実に接合する
ことを可能とし、極めて実用性が高いものである。

【００４９】静電チャック１３の他の製造方法としては
さらに図４に示す方法も考えられる。この製造方法で
は、図４に示すように、最初の段階（Ａ）で、電極１５
の上面において、その中央部にロウ材２１によって熱膨
脹緩和層であるモリブデン板２０が接合される。次の段
階（Ｂ）では、モリブデン板２０の上面と電極１５の上
面に、化学的気相成長法（ＣＶＤ）または溶射によって
セラミックスの膜、すなわちセラミックス部１１４が形
成される。この製造方法によれば、セラミックス部を作
製するに当たって、成膜技術や溶射技術を用いるため、
セラミックス部と熱膨脹緩和層（モリブデン板）を接合
するプロセスや、セラミックス部を所定形状に加工する
プロセスが不要となり、製造工程を簡略化できる。

【００５０】このように形成された静電チャック１３
は、絶縁ケース１１の内部スペースに収容され、カバー
部材１２を取り付けて絶縁ケース１１内に固定される。
こうして静電チャック１３を備える静電チャック装置が
作られる。

【００５１】上記構造を有する静電チャックによれば、
ネジ等の結合部材が不要となり、構造および形態が簡素
で、製造方法が容易となる。セラミックス部１４（１１
４も含む）の厚みが相対的に薄くなるので、セラミック
ス部の熱伝導性が非常に高くなり、耐熱衝撃性能が高く
なる。すなわち高い電力を供給されて基板の温度が高く
なっても、これを効率的に逃がし、高温に十分に耐える
能力を有する。

【００５２】またセラミックス部１４と電極１５の各々
の温度が上昇し、それらの温度差および熱膨張係数の差
異に起因して各々が異なる変形を生じても、それらの変
形の差異を熱膨張緩和層として作用する前記モリブデン
板２０が吸収して緩和するので、機械的な圧力あるいは
衝撃に対しても高い耐力を発揮する。

【００５３】前述の実施形態は、次のように変更するこ
とができる。

【００５４】静電チャック１３を構成するセラミックス
部１４の材料としてアルミナを用いたが、それ他に、例
えば窒化アルミニウム、サファイア、炭化硅素、窒化硅
素を主成分とする材料、またはサファイアを除くいずれ
かに導電体物質を添加して体積抵抗値を下げた材料を用
いることもできる。

【００５５】熱膨張緩和層の材料としてモリブデン板２
０を用いた例を説明したが、それ他に、例えばタングス
テン、タンタル、ニッケル、またはそれからなる合金等
の材料を用いることもできる。なおアルミナ以外のセラ
ミックス材料を用いる場合、熱膨脹緩和層には、当該セ
ラミックス材料と熱膨張係数が近接した値を持つ他の材
料を用いることが望ましい。

【００５６】セラミックスをメタライジングする場合、
耐熱金属粉末焼結法以外にも、活性金属法等のような他
の高融点金属法を活用することもできる。

【００５７】また、セラミックス部１４としてアルミナ
をメタライズした後、モリブデン、電極の順にロウ材で
接合する場合に、ロウ材２１としてＡｕ系以外にＴｉ系
を用いてもよい。

【００５８】金属製電極１５の構造は、図１中に示した
破線３６で分割して、冷媒用の通路１８が形成された下
部材１５ａと、円盤形態を有する上部材１５ｂとからな
る分割構造とすることもできる。この構造によれば、セ
ラミックス部１４と電極１５の上部材１５ｂとを前述の
手順で接合部１６で接合し、その後に上部材１５ｂと下
部材１５ａを接合して静電チャックを製造する。この構
造によれば、静電チャック製造方法がさらに容易とな
る。

【００５９】図２に従って上記静電チャック装置を備え
るプラズマ処理装置の構成を説明する。２２は内部にプ
ラズマを拡散し、内部に配置した基板を処理する真空容
器である。この真空容器２２には、上部にプラズマ発生
室２３、側壁に反応ガスを等を導入するためのガス導入
口３５と、真空容器２２を真空排気し内部圧力を制御す
る圧力制御装置２４およびガス排気システム（図示せ
ず）を設けている。プラズマ発生室２３には、プラズマ
生成用高周波電源２５からインピーダンス整合器２６を
介して高周波電力が供給されるアンテナ２７が設けら
れ、さらにその周囲外側には磁場発生用コイル２８が設
置される。各磁場発生用コイル２８にはコイル用電源２
９が接続されている。

【００６０】図１で示した静電チャック１３を内蔵する
静電チャック装置３０は真空容器２２の下壁に取り付け
られる。静電チャック１３の上面には基板１７が載置さ
れ、静電気力で吸着され固定されている。電極１５に
は、高周波フィルタ３１を介して直流電源３２が接続さ
れ、インピーダンス整合器３３を介してバイアス用高周
波電源３４が接続されている。

【００６１】なお、プラズマ生成用高周波電源２５およ
びバイアス用高周波電源３４の出力電力の周波数には、
１３．５６ＭＨｚが使用されている。

【００６２】次に、本実施形態による静電チャック１３
を装備した上記プラズマ処理装置の使用方法、動作を説
明する。

【００６３】基板１７をセラミックス部１４の上面に載
置し、直流電源３２によって負の直流電圧を、例えば１
ｋＶ程度印加する。次にガス導入口３５を通して真空容
器２２にアルゴンガスを流量４０sccmで導入し、真空容
器２２内の圧力を圧力制御装置２４により、１０mTorr
程度に一定に制御する。

【００６４】続いてプラズマ発生用高周波電源２５によ
って高周波電力１．５ｋＷを投入し、プラズマ発生室２
３にプラズマを発生させる。プラズマが発生すると、単
極型の静電チャック１３では基板１７と電極１５との間
に電荷が誘起され、基板１７を吸着するための静電気力
を発生する。これによって基板１７は、セラミックス部
１４の基板載置面に吸着され固定される。このとき、バ
イアス用高周波電源３４によって高周波電力０．６ｋＷ
を印加する。

【００６５】上記静電チャック１３のセラミックス部１
４の表裏での温度差を蛍光式光ファイバ温度計を用いて
測定すると、６０℃であった。これに対して、従来のセ
ラミックス製静電チャックを用いて同条件のプラズマ処
理を行った場合、上記と同様に温度差を計測すると、前
述の静電チャック盤５１の表裏の温度差は１００℃にも
達していた。以上を比較すると、本実施形態による静電
チャックにおける前記温度差は、従来の静電チャックの
対応部分の温度差よりも４０℃小さくなることが分か
る。この理由として、本実施形態では静電チャック１３
のセラミックス部１４の厚さを従来の厚さの２０分の１
の３００μｍに薄くしたこと、セラミックス部１４を、
放熱シートを用いずに、温調された電極１５上に直に接
合することで、互いの熱接触を改善したことが挙げられ
る。

【００６６】上記のように、本実施形態による静電チャ
ック１３によれば、従来よりも基板冷却効率を増加させ
ることができる。

【００６７】また、プラズマ発生用高周波電源２５によ
って高周波電力３ｋＷを投入しプラズマ発生室２３にプ
ラズマを発生させ、さらにバイアス印加用の高周波電源
３４より高周波電力１．２ｋＷを電極１５に投入する
と、前記温度差は１００℃に上昇する。温度差が１００
℃になると、従来のセラミックス製静電チャックでは金
属端子６７（図４参照）の結合部から亀裂が入り、静電
チャックは完全に破壊される。これに対して、本実施形
態によるセラミックス製静電チャック１３は温度差が１
００℃であっても、機械的強度限界による破壊は全く観
察されず、殆ど影響を受けていなかった。

【００６８】次に、上記の条件下で、バイアス用の高周
波電力のみを２．４ｋＷにしたところ、前記温度差はさ
らに２００℃にも上昇した。しかし、本実施形態による
セラミックス製静電チャック１３には、機械的強度限界
による破壊は全く観察されず、その後の処理に用いて
も、静電チャックとして支障がなく機能することが確認
された。

【００６９】上記のごとく本実施形態による本静電チャ
ック１３では、アルミナのセラミックス部１４と電極１
５の間にアルミナと熱膨張係数が近接した値を持つモリ
ブデン板２０を挟んで両者を接合するようにしたため、
セラミックス部１４と電極１５の各熱膨張係数の差で静
電チャック内部に応力が生じても、その応力はモリブデ
ン板２０すなわち熱膨張緩和層で吸収され、その結果、
静電チャック１３の破壊を防ぐことが可能になった。

【００７０】さらに静電チャック１３の構造は従来より
も単純化されており、これも静電チャックの内部応力を
抑制するために有利である。

【００７１】なおアルミナでは、温度差が２００℃をは
るかに越えると、耐熱衝撃生が損なわれて、静電チャッ
クが破壊されるが、このような場合には、アルミナ以外
のセラミックスで静電チャックを形成することにより対
処できる。例えば、窒化アルミニウムを用いると温度差
は３００℃まで、炭化硅素を用いると５００℃まで、窒
化硅素を用いると６５０℃まで、各々使用できる。

【００７２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、次の効果を発揮する。セラミックス部と電極との
間に熱膨張緩和層を設け、これらをロウ材で接合するこ
とによって、または熱膨張緩和層を接合した電極の上に
ＣＶＤ等を利用してセラミックスを成膜しセラミックス
部を形成することによって、静電チャックを形成したた
め、採用したセラミックス材料が有する耐熱衝撃温度ま
で耐えることが可能となり、耐熱衝撃性能が向上する。
また静電チャックにおけるセラミックス部と電極との結
合で、放熱シートを挟んでネジ止めすることが不要にな
り、構造が簡素で、製造プロセスが簡単となり、プラズ
マ処理装置への搭載が容易となり、さらに基板に対する
熱伝導効率を向上させることができる。また静電チャッ
クの構造が簡略化され、納期の短縮および製造コストの
大幅削減が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電チャックの最良な実施形態を
示す縦断面図である。

【図２】本発明に係る静電チャックを備えたプラズマ処
理装置のシステム構成を示す図である。

【図３】本発明に係る静電チャックの製造方法を説明す
る図である。

【図４】本発明に係る静電チャックの他の製造方法を説
明する図である。

【図５】従来の静電チャックの構造を示す縦断面図であ
る。

【図６】図５中の要部Ａを拡大して示す図である。

【符号の説明】

１１ 絶縁ケース １２ カバー部材 １３ 静電チャック １４，１１４ セラミックス部 １５ 電極 １６ 接合部 １７ 基板 １８ 通路 ２０ モリブデン板 ２１ ロウ材 ２２ 真空容器 ３０ 静電チャック装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｓ 21/205 21/205 21/3065 Ｈ０２Ｎ 13/00 Ｄ Ｈ０２Ｎ 13/00 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電気力によって基板を固定して支持す
   る静電チャックであり、前記基板を載置するセラミック
   ス層と、電圧が印加されることで前記基板を固定するた
   めの前記静電気力を発生させる電極とを含み、前記セラ
   ミックス層と前記電極の間に両者の各熱膨脹係数の差を
   緩和する熱膨張緩和層を設けたことを特徴とする静電チ
   ャック。
2. 【請求項２】 前記セラミックス層と前記電極は、前記
   熱膨張緩和層を両者の間に介在させてロウ材で接合され
   ることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
3. 【請求項３】 前記電極と前記熱膨脹緩和層がロウ材で
   接合され、前記電極と前記熱膨張緩和層の表面に前記セ
   ラミックス層が形成されることを特徴とする請求項１記
   載の静電チャック。
4. 【請求項４】 前記熱膨脹緩和層の材料は、モリブデ
   ン、タングステン、タンタル、ニッケルのいずれか、ま
   たはそれらの合金であることを特徴とする請求項１〜４
   のいずれか１項に記載の静電チャック。
5. 【請求項５】 前記セラミックスの材料は、アルミナ、
   窒化アルミウム、サファイア、炭化硅素、窒化硅素のい
   ずれかを主成分とすることを特徴とする請求項１〜３の
   いずれか１項に記載の静電チャック。
6. 【請求項６】 前記セラミックスの材料は、アルミナ、
   窒化アルミウム、炭化硅素、窒化硅素のいずれかに導電
   体物質を添加してなり、体積抵抗値が低い成分であるこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の静
   電チャック。
7. 【請求項７】 静電気力によって基板を固定して支持す
   る静電チャックの製造方法であり、 絶縁層として作用する、前記基板を載置するためのセラ
   ミックスシートと、電圧が印加されることで前記基板を
   固定するための前記静電気力を発生させる電極を、前記
   セラミックスシートと前記電極の各熱膨脹係数の差を緩
   和する熱膨張緩和層を介在させて結合するようにした、
   ことを特徴とする静電チャックの製造方法。
8. 【請求項８】 前記セラミックスシートと前記電極は前
   記熱膨張緩和層を介在させてロウ材で接合されることを
   特徴とする請求項７記載の静電チャックの製造方法。
9. 【請求項９】 前記セラミックスシートに対して前記熱
   膨張緩和層をロウ材で接合し、その後、前記熱膨張緩和
   層に対して前記電極をロウ材で接合したことを特徴とす
   る請求項７記載の静電チャックの製造方法。
10. 【請求項１０】 所定の厚みを有するセラミックス製板
    材を用意し、前記セラミックス製板材に接合用凹所を形
    成し、前記凹所に前記熱膨張緩和層と前記ロウ材を配置
    し、前記セラミックス製板材と前記電極とを前記熱膨脹
    緩和層を介して前記ロウ材で接合し、その後に前記セラ
    ミックス製板材を研削して前記セラミックスシートを形
    成するようにしたことを特徴とする請求項８記載の静電
    チャックの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記電極と前記熱膨張緩和層をロウ材
    を介して接合し、前記電極と前記熱膨張緩和層の表面に
    化学的気相成長法でセラミックスの膜を堆積させること
    により前記セラミックスシートを形成したことを特徴と
    する請求項７記載の静電チャックの製造方法。
12. 【請求項１２】 前記化学的気相成長法の代りに溶射を
    用いることを特徴とする請求項１１記載の静電チャック
    の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記熱膨脹緩和層の材料には、モリブ
    デン、タングステン、タンタル、ニッケルのいずれか、
    またはそれらの合金が使用されることを特徴とする請求
    項７〜１２のいずれか１項に記載の静電チャックの製造
    方法。