JPS62286247A

JPS62286247A - 静電チヤツク板及びその製造方法

Info

Publication number: JPS62286247A
Application number: JP13050786A
Authority: JP
Inventors: Taketoshi Murakami; 武利村上; Hidefumi Fujimoto; 英史藤本; Yasushi Wada; 和田　安史
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1986-06-05
Filing date: 1986-06-05
Publication date: 1987-12-12
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH0727961B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】３、発明の詳細な説明（産業上の利用分野）本発明は導電性材料或いは半電導性材料からなる試料を
電気的に吸着固定する静電チャック板に関する。

（従来の技術）ＬＳＩ等の大集積回路チップはシリコンウェハー等の半
導体ウェハーにパターンニング等の各種微細加工を施す
ことで製造される。そしてこれら微細加工を行うにあた
ってはウェハーを平坦な面に確実に固定することが必要
となり、このため従来から機械式、吸引式及び電気式の
チャック板が利用されており、特に静電的にウェハーを
吸着固定する静電チャック板はウェハーの平坦度を維持
しつつ固定できるため広く用いられている。

斯る静電チャック板としては特公昭８０−５９１０４号
或いは特公昭８１−４８１１号に開示される構造となっ
ている。

特公昭８０−５９１０４号に開示される静電チャック板
は第５図に示すように、板状の電極（１００）表面にア
ルミナ（Ａ文２０３）を溶射して誘電層（１０１）を形
成し、この誘電層（１０１）上に載置したウェハー等の
試料（＋０２）に他方の電極（１０３）を接触せしめる
ようにしたものであり、また特公昭８１−４８１１号に
開示される静電チャーＩり板は第６図に示すように、複
数の板状電極（１００）を絶縁性誘電層（１０１）内に
埋設することで、試料（１０２）に電極を接触させなく
ても吸着できるようにしている。

（発明が解決しようとする問題点）ところで半導体ウェハー表面をエツチングする場合等、
数百℃の高温下で加工を行なうことがあある。一方、従
来の静電チャック板の電極（１００）は比較的厚い金属
製板状をなしているため、室温から数百℃のヒートサイ
クルを繰り返すと、電極（１００）内部の残留応力等に
より電極が次第に変形し、チャック板の平坦度を維持で
きなくなる。特に誘電層（１０１）表面の平坦度は数ル
以内に抑えることが必要とされており、電極（１００）
の変形は従来の静電チャック板が抱える大きな問題であ
る。

（問題点を解決するための手段）上記問題点を解決すべく本発明に係る静電チャック板は
、セラミックスにて基材を形成し、この基材表面に膜状
電極を形成し、この膜状電極を誘電層で覆うようにした
。

（作用）基材はセラミックスからなり、且つ電極は膜状であるた
め、室温から数百℃のヒートサイクルを繰りｄしてもチ
ャック板の変形は生じない。

（実施例）以下に本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図は本発明に係る静電チャックの縦断面図、第２図
は第１図のＡ−Ａ線断面図であり、チャック板は基材（
１）の上面に膜状内部電極（２）を形成し、基材（１）
に形成した孔（３）を介して外部に外部電極（４）を引
き出し、この外部電極（４）を電源（５）に接続し、ま
た内部電極（２）は絶縁性誘電層（６）にて覆われ、こ
の誘電層（８）上にウェハー等の導電性試料（７）が載
置され、この試料（７）に電源（５）に接続する電極（
８）が接触し、更に基材（１）内には冷却水を通す冷却
通路（９）が形成されている。

ここで、前記基材（１）はセラミックス材料からなり、
具体的にはＡ文２０３等の酸化物Ｓｉ３Ｎ４、Ａ文Ｎ等
の窒化物或いはＳｉＣ等の炭化物を用いる。そして、特
に熱伝導率が高く絶縁性に優れた窒化物又は炭化物を用
いれば、冷却通路（８）を設けた場合に誘電層（Ｂ）１
面の冷却極楽の白ト及び熱分布の均一化を図ることがで
きる。

また、冷却通路（９）は基材（１）燃成時にキャスティ
ング（鋳込み）によって同時に形成される。

このように本発明にあっては基材（１）をセラミックス
にて構成したため基材（１）中に直接冷却通路（９）を
形成することができ、基材を金属製とした従来のチャッ
ク板に比べ、冷却効果、均熱化及びコンパクト化の点で
有利である。

前記内部電極（２）はＡｇ／Ｐｄ等からなり、基材（１
）表面にパターン化して形成されている。このようにパ
ターン化して形成するにはＡｇ／Ｐｄ等の電極材料を含
むペーストをスクリーン印刷法によって基材（１）表面
にプリントした後に焼付けるか。

或いは電極面のエツチング等の厚膜技術を利用して行う
、尚、外部電極（４）についてはスルーホール技術を利
用し、基材（１）中を貫通して外部にその一部を引き出
す。

前記誘電層（６）はセラミックスからなる基材（１）表
面にセラミックス材料をプラズマ溶射等することで形成
される。ここで一般に溶射は、溶射材料よりも被溶射材
（基材）が硬度が小さくないと良好な密着性をもつ溶射
膜（誘電層）を形成しにくい、そこで本実施例にあって
はセラミックスを焼成することで基材（１）を形成した
後、基材（１）表面にサンドブラスト処理或いはエツチ
ング処理を施し、表面を粗くした後にセラミックス溶射
材を溶射するようにしている。尚、第３図は基材（１）
の表面粗さと密着強度との関係を示すグラフであり、こ
のグラフから明らかなように、基材（１）の表面粗度は
１００〜３００メツシユとすることが好ましい。

また誘電層（６）を構成するセラミックス溶射材として
は、ＡＭ２０３粉のみとしてもよいが、Ａ、１２０３粉
にＴｉ０ｚ粉、ＺｒＯ２粉、Ｓｉ３Ｎ４粉或いはＳｉＣ
粉を混合したものを用いれば、誘電層（６）の絶縁抵抗
及び熱伝導率を高めることができる。

即ち、絶縁抵抗（Ｒ）は一般に次式で表わされる。

Ｒ；ρマｉ／Ｓ　　　　　ρマ：体積抵抗率文　：絶縁
距離Ｓ　：絶縁面積そして、誘電層（８）の面積（Ｓ）をたとえば７８．５
ｃｍ′厚さく愛）は５０　ＪＡ　（５Ｘ　１０＋ｓ　　
ａｍ）程度とし、絶縁抵抗（Ｒ）を１０１０Ω以上とす
るには体積抵抗率（ρマ）が２Ｘ１０１４Ω−ｃｍ以上
でなければならない、ここで溶射材料としての焼結アル
ミナの結晶構造はα型でありその体積抵抗率（ρマ）は
１０１４〜１６Ω−ｃｍであるのに対し、溶射後にあっ
ては結晶構造がγ、η型に近いものとなり、体積抵抗率
（ρマ）は１０１０Ω−ｃｍ程度まで低下する。

そこで、溶射材料としてＡｉｚＯ：＋粉に対しＳｉ：＋
Ｎ＋粉を１５重量％程度混合したものを用いた結果、体
積抵抗率（ρマ）が１０＋６Ω−０５４台となった。特
にチャック板は２００℃程度の高温下で使用され、斯る
高温下では体積抵抗率（ρマ）が１ｏ２”３　　程度低
下することを考慮すれば、溶射材としてＳＩ３Ｎ４粉を
混合することは極めて有効である。

マタ、ＡｉｚＯ３粉に対し、Ｓ、ｉＣ粉ヲ１５重量％Ｏ
３のみを用いた場合の熱伝導率が０．０３ｃａＪＬ　１
ｃｍ。

ｓｅｃ、”０であったのに対し、　０．０５ｃａｌ　／
ｃｓ、Ｓｅｃ、　’Ｃとなり、熱伝導率が大巾に改善さ
れる。このことは基材（１）を前記した冷却通路（８）
によって若しくは他の冷却手段で冷却する場合に冷却効
率が向上し、誘電層（８）上面の均熱化が図れ、試料（
７）の加工中品質管理の面で有効である。

更にＡ文２０３粉に対し、Ｔｉ０ｚ粉、Ｓｉ３Ｎ４粉、
ＺｒＯ２粉或いはＳｉＣ粉を混合することで、誘電層（
６）の耐摩耗性が百Ｅする。

また、チャック板の製造方法を改良しても誘電層（８）
の絶縁抵抗（Ｒ）を高めることができる。つまり基材（
１）の温度を低温（２００℃以下）のままで、基材（１
）表面に溶射を行って誘電層（６）を形成すると、誘電
！　（８）を構成するＡ文２０３の結晶構造は前記した
如くγ型に近いものとなり、絶縁抵抗（Ｒ）が低下する
が、基材（１）を１０００℃以と例えば１２００℃に加
熱した状態で溶射を行うと、基材（１）表面に形成され
る誘電層（６）の構造はα型が主体となり、絶縁抵抗（
Ｒ）は低下せず誘電吸着力を高めることができる。

また、誘電層（６）を溶射によって形成する場合には誘
電層（６）表面の平滑度を高めるためガラス等の無機含
浸膜を形成するようにしてもよい。

第４図は別実施例に係る静電チャック板の縦断面図であ
り、この実施例にあっては基材（１）の表面に内部電極
（２）を形成するにあたり、スクリーン印刷法或いはエ
ツチング等の厚膜技術によればパターン化できることを
利用して、基材（１）上に複数の内部電極（２）、　（
２）を形成し、これら内部電極（２）、　（２）を誘電
層（６）で覆い、試料（７）に電極を接触させずに静電
力で吸着し得るようにしたものである。

また、静電力（Ｆ）は−藉に次式で表わされる。

εＯ：真空誘電率 εＳ：比誘電率Ｓ：誘電面積 ■：電圧ｄ：誘電層の厚さここで、εＯ２εＳ、Ｓはそれぞれ材質、構造で決まり
、電圧（ｖ）を高くすることなく静電力（Ｆ）を高める
は誘電層の厚さを（ｄ）を薄くすれば良いのであるが、
前述したスクリーン印刷或いは溶射では薄膜化に限度が
ある。そこでＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅ−ｍｉｃａｌ　Ｖａｐ
ｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又はＰ　Ｖ　Ｄ　（Ｐ
ｈｙＳｉｃ−ａｔＶａｐｏｕｒ　ＤｅｐｏＳｉｔｉｏｎ
）等の薄膜形成法により、内部電極（２）及び誘電層（
８）を形成してもよい。

具体的には上記ＣＶＤ又はＰＶＤによって基材（１）上
にＴｉＣ，ＴｉＮ等を０．５用以下形成し、これを内部
電極（２）とし、この内部型８ｉｉ（２）の上にＡ文２
０ｘ　、Ｓｉ３Ｎ４等の緻Ｖ：な絶縁性薄膜を１０〜２
０μ形成し、これを誘電層（６）とすれば、静電力を大
巾に高めることが可能となる。

（発明の効果）以上に説明した如く本発明に係る静電チャック板は、セ
ラミックス基材の表面に膜状電極を形成したので、ヒー
トサイクルの繰り返りによってチャック板が変形するこ
となく、試料を載置する誘電層表面の平坦度を数ル以下
に維持することができ、長期の使用に耐える。

また、基材を構成するセラミックスをＡ文Ｎ、ＳｉＣ等
の熱伝導率の高いものとすれば、冷却効率を高めること
ができ、電極をスクリーン印刷等の厚膜法にて形成すれ
ば電極のパターン化を容易になすことができ、誘電層を
構成する溶射材としてｓ　ｉ３Ｎ４　、Ｓ　ｉｃ、Ｔｒ
ｏｚ又はＺ　ｒ　Ｏ２を添加すれば、静電力、熱伝導率
更には耐摩耗性を向上せしめることができ、また電極及
び誘電層をＣＶＤ、ＰＶＤ等にて形成すれば静電力の向
上が図れ、更に基材表面に誘電層を溶射によって形成す
るにあたり、基材表面を粗面としておくことで誘電層の
密着強度を高めることができる等多くの効果を発揮する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る静電チャック板の縦断面図、第２
図は第１図の入−Ａ＆１断面図、第３図は基材の表面粗
さと誘電層の密着強度との関係を示すグラフ、第４図は
別実施例に係る静電チャック板の縦断面図、第５図及び
第６図は従来の静電チャック板の縦断面図である。尚、図面中（１）は基材、（２）は内部電極、（５）は
電源、（６）は誘電層、（７）は試料、（９）は冷却通
路である。特　許　出願　人　　　　東陶機器株式会社代理人　　
弁理士　　　　　下　　１）　容一部間　　　　　弁理
士　　　　　　　大　　　橋　　　邦　　金回　　　弁
理士　　　　　小　　山　　　　右同　　　弁理士　　
　　　野　　１）　　　茂第４図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミックス製基材上面に膜状電極を形成し、こ
の膜状電極を絶縁性誘電層にて被覆したことを特徴とす
る静電チャック板。
（２）前記基材を構成するセラミックスはＡｌＮ或いは
ＳｉＣ等の熱伝導率が高いものとしたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の静電チャック板。
（３）前記膜状電極はスクリーン印刷法或いはエッチン
グにより基材表面に形成されることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の静電チャック板。
（４）前記誘電層は溶射によって形成され、この溶射材
はＡｌ＿２Ｏ＿３を主原料とし、これにＳｉ＿３Ｎ＿４
、ＳｉＣ、ＴｉＯ＿２又はＺｒＯ＿２のうちの少なくと
も１つが混合されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の静電チャック板。
（５）前記膜状電極及び誘電層はＣＶＤ或いはＰＶＤ等
の蒸着法により形成されることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の静電チャック板。
（６）セラミックス材料を焼成することで基材を形成し
、この基材の一面にサンドブラスト或いはエッチング等
の表面処理を施して表面粗度を１００〜３００メッシュ
とし、次いで基材の一面に膜状電極を形成した後、この
膜状電極を覆うように基材の一面に絶縁性溶射材を溶射
して誘電層を形成するようにしたことを特徴とする静電
チャック板の製造方法。