JPS62286248A - 静電チヤツク板及びその製造方法 - Google Patents

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型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θ０−５９１０４号
或いは特公昭６ｔ−４８１１号に開示される構造のもの
が知られている。

特公昭８０−５９１０４号に開示される静電チャック板
は第４図に示すように、板状の電極（ｉｏｏ）表面にア
ルミナ（Ａｌ２Ｏ２）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（１０２）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８１−４６１１号に
開示される静電チャック板は第５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（＋０２）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°Ｃの高温下で加工を行なうことがある。一方、従
来の静電チャック板の電極（１００）は比較的厚い金属
板状をなしているため、室温かう数百℃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。

また特公昭ＧＯ−５９１０４号の静電チャックは板状の
電極（１００）表面に直接溶射を行って誘電層（１０１
）を形成するため、溶射の際の酸化高温雰囲気に電極金
属が晒されて酸化するとともに、溶射膜と電極金属との
熱膨張差が大であるため、電極（１００）から誘電層（
１０１）が剥離する問題がある。

そこで本出願人は、板状のセラミックス基材表面に膜状
の電極を形成し、更に基材表面にセラミックス材を溶射
することで誘電層を形成する技術を開発した。

しかしながら斯る構造とするとセラミックス表面にセラ
ミックス材を溶射することとなる。ここで良好な密着性
をもつ溶射膜（ｖｇ誘電層を得るには溶射材料よりも被
溶射材（基材）の硬度が小さいことが条件となることを
考えると、単にセラミックス基材表面にセラミックス溶
射材を溶射しただけでは、十分な密着性をもった誘電層
を形成することができない。

（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
、セラミックス性基材表面に膜状電極及びこの膜状電極
を覆うガラス中間層を形成し、このガラス中間層表面に
誘電層を形成するようにした。

（作用） 膜状電極をその表面に形成したセラミックス製基材と誘
電層との間にガラス中間層を介在させたことしこより、
室温から数百℃のヒートサイクルを繰り返してもチャッ
ク板の変形は生じることがなく且つ誘電層の剥離も生じ
ない。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

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Ａ−Ａ線断面図である。

静電チャック板は直径約１００１、厚さ約１０ｍ＋ｍの
セラミックス製基材（１）の上面に膜状内部電極（２）
を形成するとともに、基材（１）に縦設した孔（３）を
介して外部電極（４）を引き出し、この外部電極（４）
を電源（５）に接続し、また基材（１）の上面には内部
電極（２）を覆うガラス中間層（６）を形成し、このガ
ラス中間層（６）の上面に試料（７）を載置する絶縁性
誘電層（８）を形成し、この誘電層（８）の表面には無
機含浸層（３）を形成している。

そして試料（７）には他方の電極（１０）を接触せしめ
ることで静電吸着力で試料（７）を誘電層（８）表面に
吸着固定するようにしている。また基材（１）には冷却
水を通す冷却通路（１１）が基材（１）の焼成時にキャ
スティングＣＩ込み）によって同時に成形されている。

ここで前記基材（１）を構成するセラミックス材料とし
てはＡｌｔ０３等の酸化物の他、Ｓｉ３Ｎ４゜Ａ文Ｎ等
の窒化物或いはＳｉＣ等の炭化物を用いてもよい。特に
セラミックス材料として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基材（１）の冷却効果を向
上でき、誘電層（８）表面の均熱化が図れる。

前記内部電極（２）は基材（１）表面にパターン化して
形成されている。このように内部電極（２）をパターン
化した膜状に形成するには１例えばＡｇ／Ｐｄ等の導体
粉を含むペーストをスクリーン印刷法によって基材（１
）表面にパターン化して塗布し、このペーストを焼付け
（例えば８５０℃Ｘ１５分）することで形成する。また
上記スクリーン印刷法の他電極面のエツチングを行うよ
うにしてもよく、更に内部電極（２）の厚みを０．５ル
以下とする場合にはＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖ
ａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、或いはＰ　Ｖ　
Ｄ　（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）等の蒸着法を用いればよい。

前記ガラス中間層（８）は基材（１）及び内部電極（２
）の表面に、絶縁性に優れ且つ誘電率を調整したペース
ト状ガラス（グレーズ）をスクリーン印刷法或いはスプ
レー等によって塗布し、このペースト状ガラスを焼成（
例えば８５０℃×１時間）することで形成される。ここ
でガラス中間層（６）を構成するガラスは後述する誘電
層（８）の熱処理との関債である程度軟化点の高いもの
を選択する。

また、ガラス中間層（６）中には高誘電性材料。

高導電性材料或いは高熱伝導率材料を添加してもよい。

高誘電性材料としては、　　Ｔｉ０ｚ　、　　ＰｂＴｉ
Ｏ３゜ＢａＴｉＯ３等が挙げられ、高誘電性材料を添加
することで誘ＴＬ層（８）の誘電率を高め静電吸着力を
大とすることが可能となる。

即ち、静電吸着力（Ｆ）は一般に次式で表わされる。

ε：誘電率 Ｓ二誘電面積 Ｖ二″ＴＬ圧 ｄ：誘電層の厚さ この式から明らかなように誘電率（ε）を高めれば静電
力は大となるのであるが、誘電層（８）を形成するため
の溶射材中にＴｉ（ｈ等を誘電率を高めるために添加す
ると、絶縁抵抗が低下してしまう。そこで誘電層（８）
の溶射材ではなくガラス中間層（８）にＴｉＯ２等を添
加すれば、絶縁抵抗は損なわれることなく誘電率を高く
できる。

また、高導電性材料としては酸化雰囲気処理しても導電
性が高い貴金属（Ａｕ等）が挙げられ、このような高導
電性材料をガラス中間層（８）中に添加することで、試
料（７）のチャック板からの取外し時間を短縮できる。

即ち、誘電層（８）の誘電率（ε）を高めれば静電吸着
力（Ｆ）が大となるが、静電吸着力（Ｆ）を大として試
料（７）をチャック板で吸着した後、試料（７）をチャ
ック板から取外す際、誘電率（ε）も絶縁抵抗（Ｒ）も
高いと、電荷の抜ける時間が絶縁抵抗（Ｒ）を静電容量
（Ｃ）の積で表わされるため、誘電層（８）中に留った
電荷が抜けにくく、試料（７）を誘電層（８）表面から
取外すのに時間がかかる。

ここで絶縁抵抗（Ｒ）は次式で表わされる。

Ｒ＝ρマ　・文／Ｓ　　　ρマ：体植抵抗率交　：絶縁
距離 Ｓ　：絶縁面積 上式から明らかなように体積抵抗率（ρマ）を低くすれ
ば絶縁抵抗（Ｒ）を下げることができ、ガラス中間層（
６）中に貴金属を添加すれば誘電層（８）の体積抵抗率
（ρマ）を下げられるので、静電吸着力が犬で且つ試料
（７）の取外しが容易なチャック板とすることができる
。

更にガラス中間層（８）に添加する高熱伝導率材料とし
てはＢｅｄ、　ＨｇＯ，ＳｉＣ等が挙げられる。これら
の材料を添加することで、静電チャック板を冷却する際
の冷却効率の向上及び誘電層（８）表面の均熱化を図る
ことができる。

一方、前記ｙＪｇ電層（８）は１００μ程度の厚みを有
し、セラミックス材料をプラズマ溶射することで形成さ
れる。ここで溶射するセラミックス材料としてはＡｕ２
　ｈ粉のみとしてもよいが、ＳｉＣ粉を混合すれば誘電
層（８）の熱伝導率を０．０５ｃａｌ／ｃｍ＊ｓｅｃ　
・°Ｃ程度まで高め冷却効率の向上が図れ、更に１ｒ（
Ｊｔ粉、Ｓｉ３　Ｎ４粉等を混合すれば誘電層（８）の
耐摩耗性を向上することができる。また、上記の溶射を
行うにあたっては、基材（１）及びガラス中間層（６）
を１０００℃程度に加熱した状態で行ってもよい。この
ように加熱下において溶射を行うとガラス中間層（６）
の表面に形成される誘電層のＡ文２０３の結晶構造はα
型が主体となり、絶縁抵抗が低下せず静電吸着力を高く
維持でき、更に誘電層（８）の組織も緻密となり密着性
も向上する。

また、前述した静電吸着力（Ｆ）の式からも明らかなよ
うに、誘電層（８）の厚さくｄ）を薄くすれば静電吸着
力（Ｆ）を高めることができる。そこで、誘電層（８）
を溶射法でなく、ＣＶＤ　、ＰＶＤ等の蒸着法にて形成
し、誘電層（８）の厚さくｄ）を１０〜２０牌としても
よい。

更に溶射によって誘電層（８）を形成する場合には、誘
電層（８）に２〜３％の気孔率が存在し、この気孔が誘
電層（８）の表面から内部まで貫通していると誘電層（
８）の絶縁特性が大幅に劣化する。そこで、誘電層（８
）の表面に例えば５ｊＯｚ−Ａ旦２０３の系の無機含浸
剤を含浸させた後に焼成してなる無機含浸層（８）を形
成することが好ましい。このように無機含浸層（！３）
　ｔ−形成すると、絶縁特性が向上するだけでなく、溶
射材の粒界に含浸剤が浸透して粒子間の結合力が高まり
、誘電層（８）の表面硬度もビッカーズ高度でＨマ１２
００　（通常は）！７７００〜８００）程度まで高まる
。特にＳ機含浸剤を焼成する際に高温高圧（旧Ｐ）処理
すれば、更なる組織の緻密化が図れる。

ここで、誘電層（８）の表面に無機含浸層（８）を形成
する場合には、前記したように誘電層（８）を形成した
後に加熱処理を施すこととなるが、無機含浸層（９）を
形成しない場合でも誘電層（８）を形成した後に加熱処
理（例えばａＯＯ℃以上で３０分以上）することが好ま
しい。

即ち、セラミックス材料を溶射して誘電層（８）を形成
する場合、溶射ノズル中のアークによって７ノード及び
カソード電極（王にＣｕ、　Ｗ）が僅かに溶出し、誘電
層（８）中にこれらが点在することとなり、絶縁抵抗及
び耐電圧等の電気特性が劣化するが、誘電層（８）を熱
処理することで、点在するＣｕ、　Ｗ等が酸化して不導
体化することで電気特性の改善が図れる。

第３図は別実施例に係る静電チャック板の縦断面図であ
り、前記実施例と同一部材については同一番号を付して
いる。

この実施例にあっては基材（１）表面に内部電極（２）
を形成するにあたり、パターン化技術を応用することで
、内部電極（２）を複数形成し、試料（７）に電極を接
触させることなく試料（７）を吸着し得るようにしたも
のである。・ （発明の効果） 以上に説明した如く本発明によれば、静電チャック板の
基材をセラミフクスとするとともに基材と誘電層との間
にガラス中間層を介在せしめたので、ヒートサイクルを
繰り返してもチャック板の変形がなく、試料載置面の平
坦度を数ル以下に維持しつつ誘電層の古着強度を高める
ことができる。

また、基材中、ガラス中間層或いは誘電層中に各種の材
料を添加することで、静電チャック板の電気特性の向上
が図れ、更に誘電層を熱処理することによっても静電チ
ャック板の物理的強度及び電気特性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Ａ−Ａ線断面図、第３図は別実施例に係る
静電チャック板の縦断面図、第４図及び第５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、（４）は
外部電極、（５）は電源、（６）はガラス中間層、（７
）は試料、（８）は誘電層である。 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　　産量　　　弁
理士　　　　　小　　山　　　　右同　　　弁理士　　
　　　野　　１）　　　茂第１図 第２図 第３図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス製基材上面に膜状電極を形成し、こ
   の膜状電極を覆うガラス中間層を基材上面に積層し、こ
   のガラス中間層の上面に絶縁性誘電層を形成したことを
   特徴とする静電チャック板。
2. （２）前記ガラス中間層にはＴｉＯ＿２、ＰｂＴｉＯ＿
   ３、ＢａＴｉＯ＿３等の高誘電性材料、Ａｕ等の導電性
   の高い材料及びＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｉＣ等の熱伝導率の
   高い材料のうち少なくとも１種が添加されていることを
   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
   。
3. （３）前記絶縁性誘電層は溶射によって形成され、この
   誘電層表面には無機含浸層が形成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。
4. （４）セラミックス材料を焼成することで基材を形成し
   、この基材の表面に膜状電極を形成し、膜状電極を形成
   した基材表面にペースト状ガラスを塗布してこれを焼成
   することでガラス中間層を形成し、このガラス中間層の
   表面に絶縁材料を溶射して誘電層を形成した後、中間層
   を構成するガラスの軟化点以下の温度で誘電層を熱処理
   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。