WO2013168471A1 - 静電チャック及び静電チャックの製造方法 - Google Patents

Abstract

［目的］接着剤を用いた場合における欠点が存在せず、それと共に設計の自由度が高い静電チャック及び静電チャックの製造方法を提供する。［手段］チャック本体を構成する基材部（２）と、基材部（２）の表面（２ａ）に形成された溶射皮膜からなる第１絶縁層（３）と、第１絶縁層（３）の表面（３ａ）に導電性ペーストを塗布して形成された導電体からなるヒー ター部（４）と、ヒーター部（４）を覆うように第１絶縁層（３）の表面（３ａ）に形成された溶射皮膜からなる第２絶縁層（５）と、第２絶縁層（５）の表面（５ａ）に溶射して形成された電極部（６）と、電極部（６）を覆うように第２絶縁層（５）の表面（５ａ）に形成された溶射皮膜からなる誘電層（７）とを備えた静電チャック（１）とし、接着剤を用いず、ヒーター部（４）の体積抵抗率を低くした。

Description

静電チャック及び静電チャックの製造方法

　本発明は、半導体の製造プロセスに使用される半導体製造装置に組み込まれる静電チャックと、その製造方法に関するものである。

　近年、半導体製造プロセスでは、ドライエッチングなどの処理が真空或いは減圧下で行われる乾式法へと変化しており、同プロセスにおいては、パターニング時のウェハの位置決め精度を上げることが重要となっている。そのため、ウェハの搬送や固定に際して、真空チャック及び機械チャックを採用していた。しかし、真空チャックを採用した場合、小さい圧力差のため吸着効果が少ないなどの欠点があり、機械チャックを採用した場合、装置が複雑となり、保守点検に時間を要するなどの欠点があった。そこで、これらの欠点を補うため、近年、静電気を利用した静電チャックが広く採用されている。

　静電チャックは、セラミックスなどの絶縁性部材の間に、タングステンなどからなる電極を配設して構成されており、当該電極に直流電圧を印加して生じるクーロン力などによって、ウェハを吸着保持するようになっている。エッチングの際のウェハには、プラズマからの入熱があるため、静電チャックの接触による熱伝導やウェハ裏面への冷却ガスの導入などによりウェハを冷却して温度を一定に保つようにしている。

　しかしながら、ウェハ面内においてプラズマの密度の相違、冷却ガスの流れ分布の相違が存在し、ウェハの面内温度を精度良く均一に保つのは困難である。そのため、静電チャックにヒーターを内蔵させることで、ウェハの面内温度が均一となるように制御している。例えば、ウェハに同心円状に温度むらが生じている場合には、それに応じてヒーターを分割配置させて、各ヒーターを個別に制御することでウェハの面内温度差が生じないようにしている。さらに、１つのチャンバーで複数のプロセスを実施するマルチプロセスの場合には、静電チャックに内蔵させたヒーターを制御することで、ウェハを各プロセスに最適な温度にしている。

　例えば特許文献１には、厚さのバラツキが所定範囲内のグリーンシートに、抵抗発熱体用の導電ペーストを印刷し、次いで、他のグリーンシートを積層して焼成させる静電チャックが記載されている。特許文献２には、基材上に形成された高抵抗層と、この高抵抗層内に導電体を溶射して形成した複数のヒーターと、高抵抗層内に導電体を溶射して形成した複数の電極とを備えた静電吸着装置が記載されている。

特開２００１－２７４２２９号公報 特開２００７－８８４１１号公報

　特許文献１の静電チャックでは、グリーンシートを焼成した焼結部材を、冷却水路を内在するような金属製基材に接着するための接着剤が必要である。接着剤は低い熱伝導性を有しているため、例えば降温時のレスポンスが非常に低く、さらに、接着剤がプラズマに曝されて消耗するため、接着剤が消耗した部分は熱伝導性が損なわれて冷却できなくなるといった欠点が存在する。

　特許文献２の静電吸着装置では、導電体を溶射してヒーターや電極を形成しているが、溶射によるヒーターでは概して体積抵抗率が高いため、配線形状をできるだけ厚く、幅広く、且つ短くして大電力に対応させる必要がある。ヒーターは、必要な領域にまんべんなく設けなければならないため、自ずと長い配線となり、配線形状をより厚く、幅広くして抵抗値を下げなければならない。しかし、配線形状を厚くすると、それを覆うセラミック高抵抗層も厚くなり、基材と溶射によるヒーターおよびセラミック高抵抗層との熱膨張率の差でセラミック高抵抗層に割れや剥離が生じるおそれがある。配線形状を幅広くすると、配線間距離が小さくなるため、例えばプッシャーピン孔や冷却ガス孔を形成するスペースが限られてくる。つまり、特許文献２の静電吸着装置のように、導電体を溶射してヒーターや電極を形成した場合、極めて設計の自由度が低くなるといった問題がある。

　そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、接着剤を用いた場合における上記のような欠点が存在せず、それと共に設計の自由度が高い静電チャック及び静電チャックの製造方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、次の技術的手段を講じた。
　本発明の静電チャックは、ウェハを保持するためのチャック本体を構成する基材部と、前記基材部のウェハ保持側に形成された溶射皮膜からなる複数の絶縁層と、前記複数の絶縁層のうち１以上の絶縁層のウェハ保持側の表面に導電性ペーストを塗布して形成された導電体からなるヒーター部と、前記複数の絶縁層のうち１以上の絶縁層のウェハ保持側の表面に溶射するか、又は導電性ペーストを塗布して形成された電極部と、前記複数の絶縁層のウェハ保持側に形成された溶射皮膜からなる誘電層と、を備えていることを特徴とする。

　本発明の静電チャックでは、複数の絶縁層、及び誘電層が溶射皮膜からなると共に、電極部が溶射、又は導電性ペーストを塗布して形成されているため、接着剤を用いずに、基材部に複数の絶縁層、誘電層、及び電極部を設けることができる。ヒーター部が、絶縁層の表面に導電性ペーストを塗布して形成された導電体からなるため、ヒーター部の体積抵抗率を低くすることができる。

　本発明の静電チャックは、ウェハを保持するためのチャック本体を構成する基材部と、前記基材部のウェハ保持側の表面に形成された溶射皮膜からなる絶縁層と、前記絶縁層のウェハ保持側の表面に導電性ペーストを塗布して形成された導電体からなるヒーター部と、前記絶縁層のウェハ保持側の表面に溶射するか、又は導電性ペーストを塗布して形成された電極部と、前記絶縁層のウェハ保持側に形成された溶射皮膜からなる誘電層と、を備えていることを特徴とする。

　本発明の静電チャックでは、絶縁層及び誘電層が溶射皮膜からなると共に、電極部が溶射、又は導電性ペーストを塗布して形成されているため、接着剤を用いずに、基材部に絶縁層、誘電層、及び電極部を設けることができる。導電体からなるヒーター部が、絶縁層の表面に導電性ペーストを塗布して形成されているため、ヒーター部の体積抵抗率を低くすることができる。

　前記導電性ペーストは、硬化後の残渣量が５重量％以下となることが好ましい。残渣量が少ないと、導電体であるヒーター部と絶縁層や誘電層との密着力の低下を防ぐことができる。

　前記ヒーター部は、５ｍｍ以下の線幅で細長状に配線されていることが好ましい。５ｍｍ以下の線幅のヒーター部とすれば、絶縁層や誘電層の密着力の低下を防ぐことができる。

　前記ヒーター部が形成されている絶縁層の表面の表面粗さが、Ｒａ値で６μｍ以下であることが好ましい。この場合、導電性ペーストを塗布した際のにじみを無くし、高い精度でヒーター部を形成することができる。

　前記溶射皮膜は、酸化物系セラミック、窒化物系セラミック、及びフッ化物系セラミックから選択される１種以上の材料からなることが好ましい。この場合、適切な熱伝導性及び高い絶縁性を備えた絶縁層と、高い熱伝導性、高い誘電性、耐プラズマ性及び耐摩耗性を備えた誘電層とすることができる。

　本発明の静電チャックの製造方法は、チャック本体を構成する基材部のウェハ保持側で溶射材料を溶射して絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層のウェハ保持側の表面にスクリーン印刷法、インクジェット法、及びディスペンサー法のいずれかによって導電性ペーストを塗布して、導電体からなるヒーター部を形成するヒーター部形成工程と、前記絶縁層のウェハ保持側の表面に溶射するか、又はスクリーン印刷法、インクジェット法、及びディスペンサー法のいずれかによって導電性ペーストを塗布して電極部を形成する電極部形成工程と、前記絶縁層のウェハ保持側で溶射材料を溶射して誘電層を形成する誘電層形成工程と、を備えることを特徴とするものである。

　本発明の静電チャックの製造方法によれば、絶縁層形成工程と誘電層形成工程で、溶射材料を溶射して絶縁層及び誘電層が形成され、ヒーター部形成工程で、絶縁層の表面にスクリーン印刷法、インクジェット法、ディスペンサー法のいずれかによって導電性ペーストを塗布して、導電体からなるヒーター部が形成され、電極部形成工程で、絶縁層の表面に溶射するか、又はスクリーン印刷法、インクジェット法、及びディスペンサー法のいずれかによって導電性ペーストを塗布して電極部が形成されるため、基材部に接着剤を用いずに絶縁層、誘電層及び電極部を設けることができ、ヒーター部の体積抵抗率も低くすることができる。

　上記の通り、本発明によれば、絶縁層及び誘電層が溶射皮膜からなると共に、電極部が溶射、又は導電性ペーストを塗布して形成されているため、接着剤を用いずに、基材部に絶縁層、誘電層及び電極部を設けることができ、ヒーター部が、導電性ペーストを塗布して形成された導電体からなるため、ヒーター部の体積抵抗率を低くすることができる。従って、接着剤を用いた場合における欠点を無くすことができ、かつ設計の自由度を高くすることができる。

本発明の一実施形態に係る静電チャックが真空チャンバー内に設置された状態を示す模式図である。 静電チャックの断面模式図である。 ヒーター部を表す平面模式図である。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る静電チャック１が真空チャンバー５０内に設置された状態を示す模式図である。図１のように真空チャンバー５０内には、ウェハ５１を保持するための静電チャック１が設けられており、図示しない搬送アームなどによってウェハ５１が真空チャンバー５０の内外へ出し入れされるようになっている。真空チャンバー５０には、ガス導入装置５２や、上部電極５３などが設置されている。静電チャック１は下部電極も兼ねており、この下部電極（静電チャック１）と上部電極５３に高周波電源５４が接続されている。下部電極１と上部電極５３の間に高周波をかけると、導入された処理ガスがプラズマ化され、発生したプラズマのイオンがウェハ５１に引き込まれることでエッチングが行われ、その際、ウェハ５１の温度が上昇する。

　図２は静電チャック１の断面模式図である。本実施形態の静電チャック１は、ウェハ５１を保持するためのチャック本体を構成する基材部２と、この基材部２のウェハ保持側の表面２ａに形成された第１絶縁層３と、第１絶縁層３の表面３ａに形成された導電体からなるヒーター部４と、ヒーター部４を覆うように第１絶縁層３の表面３ａに形成された第２絶縁層５と、第２絶縁層５の表面５ａに形成された電極部６と、電極部６を覆うように最外層に形成された誘電層７とを備えている。

　静電チャック１の外側は、Ａｌ_２Ｏ_３溶射皮膜からなる被覆層８で被覆されており、静電チャック１自体にプラズマの影響が及ばないようにしている。

　静電チャック１には、図２上下方向に貫通するガス孔９が形成されており、このガス孔９は、誘電層７の表面７ａに形成された図示しない冷却溝に繋がっている。例えばヘリウムガスが、ガス孔９を通じてウェハ５１と静電チャック１との間に導入される。真空チャンバー５０内は減圧されているため、ウェハ５１から静電チャック１への熱伝導性が低い。ガスをウェハ５１と静電チャック１との間に導入することで、ウェハ５１から静電チャック１へ熱が伝導し、これによりウェハ５１の冷却効果が確保される。

　導電体からなるヒーター部４は、通電により発熱するようになっている。このヒーター部４に電力を送るための第１給電ピン１０が、第１絶縁層３及び基材部２を貫通して当該ヒーター部４に電気的に接続されており、当該ヒーター部４への出力が調節される。電極部６に電力を送るための第２給電ピン１１が、第２絶縁層５、第１絶縁層３及び基材部２を貫通して当該電極部６に電気的に接続されており、当該電極部６への電圧の印加が調節される。基材部２中には、冷媒を通す冷却路１２が形成されており、当該冷却路１２に通される冷媒により当該基材部２が冷却されるようになっている。

　本実施形態の基材部２はアルミニウム合金で構成されているが、基材部２を構成する材料は限定されるものではなく、チタン合金、銅合金、ステンレス、カーボン、ＡｌＮセラミックなどのセラミック類や、或いはＡｌ_２Ｏ_３－Ａｌ複合材などの複合材を採用することができる。基材部２の冷却路１２に流す冷媒の温度は－２０～５０℃である。この冷媒の温度は、ウェハ５１を冷却する速度とヒーター部４の加温能力に応じて調整される。

　基材部２の表面２ａに形成された第１絶縁層３は、溶射により形成されたＡｌ_２Ｏ_３溶射皮膜からなり、基材部２とヒーター部４とを絶縁している。ヒーター部４を覆うように第１絶縁層３の表面３ａに形成された第２絶縁層５は、溶射により形成されたＡｌ_２Ｏ_３溶射皮膜からなり、ヒーター部４と電極部６とを絶縁している。本実施形態の第１絶縁層３の厚みｔ１及び第２絶縁層５の厚みｔ２は５０～４００μｍである。第１絶縁層３及び第２絶縁層５の厚みや素材を変更することによって、当該第１絶縁層３及び第２絶縁層５による抜熱効率を制御することができる。

　第１絶縁層３の厚みｔ１及び第２絶縁層５の厚みｔ２を薄く、素材を熱伝導係数の高いものにすると、抜熱効率を高くすることができる。抜熱効率が高められると、ウェハ５１の冷却速度が上がる。その反面、第１絶縁層３の厚みｔ１が薄くなったことで、基材部２がヒーター部４の熱を奪いやすくなるため、ヒーター部４を高出力化する必要がある。第１絶縁層３の厚みｔ１及び第２絶縁層５の厚みｔ２を厚く、素材を熱伝導係数の低いものにすると、抜熱効率を低くすることができる。低い熱伝導係数を有する代表的なものとして、ＰＳＺ（部分安定化ジルコニア）がある。抜熱効率を低くすると、ウェハ５１の冷却速度が下がる。その反面、第１絶縁層３の厚みｔ１が厚くなったこと、又は素材が熱伝導係数の低いものになったことにより、基材部２がヒーター部４の熱を奪いにくくなるため、ヒーター部４を高出力化する必要がなくなる。例えばウェハ５１の冷却速度が大きすぎる場合には、第１絶縁層３の厚みｔ１及び第２絶縁層５の厚みｔ２を厚く、素材を熱伝導係数の低いものにすればよく、この場合、ヒーター部４の最大出力を下げることができる。

　第２絶縁層５の表面５ａに形成された電極部６は、溶射により形成されたタングステン溶射皮膜からなる。電極部６に電圧が印加されることによって、ウェハ５１が静電チャック１に吸着される。電極部６を覆うように第２絶縁層５の表面５ａに形成された誘電層７は、溶射による形成されたＡｌ_２Ｏ_３溶射皮膜からなる。本実施形態の電極部６の厚みｔ３は３０～１００μｍであり、誘電層７の厚みｔ４は５０～４００μｍである。

　第１絶縁層３、第２絶縁層５、及び誘電層７を構成するＡｌ_２Ｏ_３溶射皮膜は、それぞれ基部材２、第１絶縁層３、第２絶縁層５の表面２ａ、３ａ、５ａに、Ａｌ_２Ｏ_３溶射粉末を大気プラズマ溶射法で溶射して形成されたものである。電極部６を構成するタングステン溶射皮膜は、第２絶縁層５の表面５ａに、タングステン溶射粉末を大気プラズマ溶射法で溶射して形成したものである。Ａｌ_２Ｏ_３溶射皮膜及びタングステン溶射皮膜を得るための溶射法は、大気プラズマ溶射法に限られず、減圧プラズマ溶射法、水プラズマ溶射法、高速および低速フレーム溶射法であってもよい。

　溶射粉末には、粒径５～８０μｍの粒度範囲のものを採用している。その理由は、粒径が５μｍよりも小さいと、粉末の流動性が低下して安定した供給ができず、皮膜の厚みが不均一となり、粒径が８０μｍを超えると、完全に溶融しないまま成膜され、過度に多孔質化されて膜質が粗くなるからである。

　第１絶縁層３、第２絶縁層５、電極部６、及び誘電層７を構成する各溶射皮膜の厚みｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、及びヒーター部４の厚みｔ５の総和は、２００～１５００μｍの範囲が好適であり、より好ましくは３００～１０００μｍの範囲である。厚みが２００μｍ未満では、当該溶射皮膜の均一性が低下し、皮膜機能を十分に発揮できず、１５００μｍを超えると、当該溶射皮膜内の残留応力の影響が大きくなり、これが機械的強度の低下に繋がってしまうからである。

　上記の各溶射皮膜は多孔質体であり、その平均気孔率は５～１０％の範囲が好適である。平均気孔率は、溶射法や溶射条件によって変化する。５％よりも小さい気孔率では、各溶射皮膜内に存在する残留応力の影響が大きくなり、これが機械的強度の低下に繋がる。１０％を超える気孔率では、半導体製造プロセスに使用される各種のガスが、各溶射皮膜内へ侵入し易くなり、当該各溶射皮膜の耐久性が低下する。

　本実施形態では、第１絶縁層３、第２絶縁層５、及び誘電層７を構成する各溶射皮膜の材料としてＡｌ_２Ｏ_３を採用しているが、他の酸化物系セラミック、窒化物系セラミック、フッ化物系セラミック、炭化物系セラミック、硼化物系セラミックやそれらの混合物であってもよい。中でも、酸化物系セラミック、窒化物系セラミック、フッ化物系セラミック及びそれらの混合物が好適である。

　酸化物系セラミックは、プラズマエッチングプロセスで使用されるＯ系のプラズマ中で安定であり、Ｃｌ系のプラズマ中でも比較的良好な耐プラズマ性を示す。窒化物系セラミックは高硬度であるため、ウェハとの摩擦による損傷が少なく、摩耗粉などが生じにくい。また、比較的熱伝導率が高いため、処理中のウェハの温度を制御しやすい。フッ化物系セラミックは、Ｆ系のプラズマ中で安定であり、優れた耐プラズマ性を発揮することが出来る。

　他の酸化物系セラミックの具体例としては、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯが挙げられる。窒化物系セラミックとしては、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＨｆＮ、ＮｂＮ、ＹＮ、ＺｒＮ、Ｍｇ_３Ｎ_２、Ｃａ_３Ｎ_２が挙げられる。フッ化物系セラミックとしては、ＬｉＦ、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＹＦ_３、ＡｌＦ_３、ＺｒＦ_４　ＭｇＦ_２が挙げられる。

　炭化物系セラミックとしては、ＴｉＣ、ＷＣ、ＴａＣ、Ｂ_４Ｃ、ＳｉＣ、ＨｆＣ、ＺｒＣ、ＶＣ、Ｃｒ_３Ｃ_２が挙げられる。硼化物系セラミックとしては、ＴｉＢ_２、ＺｒＢ_２、ＨｆＢ_２、ＶＢ_２、ＴａＢ_２、ＮｂＢ_２、Ｗ_２Ｂ_５、ＣｒＢ_２、ＬａＢ_６が挙げられる。第１絶縁層３及び第２絶縁層５に関しては、上記の中でも所要の熱伝導性と絶縁性を両立させる材料が特に好適であり、誘電層７に関しては、上記の中でも熱伝導性(誘電層の熱伝導率は高い方がよい)、誘電性、耐プラズマ性、及び耐摩耗性を兼ね備えたものが特に好適である。

　図３はヒーター部４を表す平面模式図である。導電体からなるヒーター部４は、導電性ペーストを第１絶縁層３の表面３ａにスクリーン印刷によって塗布して形成されたものである。導電性ペーストの塗布方法は、スクリーン印刷に限られず、インクジェット法、ディスペンサー法を用いてもよい。スクリーン印刷、インクジェット法、及びディスペンサー法のいずれかで導電性ペーストを塗布してヒーター部４を形成すれば、接着剤を用いずに、しかも簡単な操作で、第１絶縁層３の表面３ａにヒーター部４を形成することができる。

　導電性ペーストとして、一般的には銀粉などの金属粉や炭素粉等の導電体を、アルキッド系樹脂、エポキシ系樹脂等のバインダーに分散したものがあるが、本実施形態では、バインダーを殆ど含まないバインダーレスタイプの導電性ペーストを採用している。この導電性ペーストには、硬化後の残渣量が好ましくは５重量％以下、より好ましくは１重量％以下となるものが選択される。なお、バインダーレスタイプの導電性ペーストの硬化後の体積抵抗率は、例えば４×１０^－６（Ωcm）、１×１０^－５（Ωcm）であり、バインダータイプの導電性ペーストの硬化後の体積抵抗率は、例えば８×１０^－５（Ωcm）、２×１０^－５（Ωcm）であり、タングステン溶射皮膜の体積抵抗率は、例えば２×１０^－４（Ωcm）である

　硬化後の残渣量が多いバインダー含有タイプの導電性ペーストで、ヒーター部を形成すると、ヒーター部の上に溶射した際にバインダーが焼けるか、或いは溶融してしまう。その結果、ヒーター部とその上に溶射した溶射皮膜との密着力が低下することや、ヒーター部の性能が損なわれることになる。本実施形態のように、バインダーを殆ど含まず、硬化後の残渣量が極めて少ないバインダーレスタイプの導電性ペーストを用いれば、ヒーター部４とその上に溶射した第２絶縁層５との密着力の低下を防ぐことができ、ヒーター部４の性能を損なうこともない。

　硬化後の残渣量が少ない導電性ペーストの多くは金属粒子を焼成によって融合させ導電体とするものであるが、粒子径を小さくすれば、それに応じて比表面積が大きくなることから、粒子径が小さい方が融合させやすくなる。従って、より小さい粒子径をもつ導電性ペーストを用いれば、それだけ低い焼成温度でヒーター部４を形成することができる。本実施形態で用いている銀ペーストは、水や有機溶剤に銀のナノパウダーを界面活性剤などで分散させたものであり、低温で分解し蒸発するため、比較的低い温度で焼成することができる。

　導電性ペーストは、硬化後の残渣量や体積抵抗率の他に、基部材２を構成する材料に応じて選択される。本実施形態のように基材部２がアルミニウム合金で構成されている場合には、硬化に要する焼成温度が好ましくは２００℃以下、より好ましくは１５０℃以下の導電性ペーストが選択される。基材部２がチタン合金で構成されている場合には、焼成温度が好ましくは３００℃以下の導電性ペーストが選択される。基部材２の表面２ａに第１絶縁層３が形成され、この第１絶縁層３の表面３ａに導電性ペーストをスクリーン印刷することになるため、導電性ペーストの焼成温度が高すぎると、基部材２と第１絶縁層３との熱膨張率の差が大きくなり、第１絶縁層３に割れが生じてしまうからである。

　導電性ペーストは限定されるものではなく、例えば金、銀、白金、パラジウムなどの貴金属、タングステン、モリブデン、ニッケル、クロム、鉄、銅、アルミニウム、チタンなどの金属、それらの合金からなる金属粒子が用いられる。実施形態では、導電性ペーストとして銀ペーストを採用しており、半導体製造プロセスの処理温度、エッチングガスの種類、薬液の種類などに応じて最適なものが選択される。

　ヒーター部４が形成された第１絶縁層３の表面３ａの表面粗さは、Ｒａ値で６μｍ以下が好ましく、Ｒａ値で３μｍ以下がより好ましい。Ｒａ値で６μｍを超えると、導電性ペーストを塗布した際ににじみが生じ、ヒーター部の配線が不鮮明になってしまう。ヒーター部の断面積が変化するため、部分的に抵抗値が大きく変化して異常発熱を生じる事となる。また、隣接するヒーター部の配線同士が短絡する可能性がある。第１絶縁層３の表面３ａの表面粗さを、Ｒａ値で６μｍ以下とすることで、導電性ペーストを塗布した際のにじみを無くし、高い精度でヒーター部４を形成することができる。第１絶縁層３の表面３ａに形成する第２絶縁層５の良好な密着力を得るには、Ｒａ値で１～３μｍの表面粗さであることが好ましい。

　図３のようにヒーター部４は、同心円状に内側ヒーター４ｕとその外側に位置する外側ヒーター４ｓとで構成されている。ヒーター部４の構成は限定されるものではなく、加熱する領域に応じて１つのヒーターで構成してもよいし、或いは３つ以上のヒーターで構成してもよい。１つのヒーターで構成する場合、例えば、外側の領域に１周だけ設けるようにしてもよい。本実施形態では、内側ヒーター４ｕと外側ヒーター４ｓとを、それぞれ独立制御することで、静電チャック１の内側の領域と外側の領域とを互いに異なった温度に昇温させることができる。

　ヒーター部４は、ウェハ５１の温度を調整するための必要な出力に応じて、厚み、線幅、線長、及び体積抵抗率が決められて所定の抵抗値に収まるように設計される。しかし実際には、ヒーター部４を形成する際のばらつきが存在するため、設計通りの抵抗値にならない場合がある。特に、厚み及び線幅は重要であり、局部的に厚みや線幅が大きくなった場合、その部分の抵抗値が下がることで発熱しにくくなり、ウェハ５１に温度の低い部分が生じてしまう。

　そのような場合には、ヒーター部４を形成した後、抵抗値が低くなる部分を検知して、抵抗値が所定の範囲に収まるように、ヒーター部４の一部分を削り落として厚みや線幅を修正するトリミングを行う。抵抗値が低い部分を検知するには、例えばある区間毎に４端子法で抵抗値を計測するか、又はヒーター部４に通電して発熱状態をサーモカメラなどで確認する方法がある。トリミングは、レーザー加工や機械的な削り込みなどによって行う。

　実際には、加工量と抵抗値の変化は線形的ではないため、抵抗値の低い部分を削り落とすだけでは各部分の抵抗値のばらつきを充分に低減することは難しい。トリミングをより精度良く行うためには、トリミング加工中に抵抗値や発熱状態の変化を監視するのがよい。例えば、ある区間毎に４端子法で抵抗値を計測した時、どの部位を何Ωにトリミングすれば良いかが分かる。この部位の抵抗値を監視しながらトリミング加工を進め、監視している抵抗値が所望の抵抗値になった時にトリミング加工を終了する。他の方法として、静電チャック内に熱拡散板を設けて温度むらを低減させるようにしてもよい。

　ヒーター部４を形成する前に、当該ヒーター部４に電力を送る第１給電ピン１０を基材部２及び第１絶縁層３に予め貫通させておき、当該第１給電ピン１０の上端面１０ａを当該第１絶縁層３の表面３ａへ露出させておく。その後、第１絶縁層３の表面３ａにヒーター部４をスクリーン印刷することで、第１給電ピン１０とヒーター部４とが電気的に接続される。電極部６の場合も同様であり、当該電極部６に電力を送る第２給電ピン１１を基材部２、第１絶縁層３、及び第２絶縁層５に予め貫通させておき、当該第２給電ピン１１の上端面１１ａを当該第２絶縁層５の表面５ａへ露出させておく。その後、第２絶縁層５の表面５ａに電極部６を溶射することで、第２給電ピン１１と電極部６とが電気的に接続される。

　内側ヒーター４ｕと外側ヒーター４ｓは、それぞれ２ｍｍの線幅ｄで細長状に配線されている。内側ヒーター４ｕと外側ヒーター４ｓの線幅ｄは、５ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以下がより好ましい。第２絶縁層５のヒーター部４への密着力は、第１絶縁層３への密着力より低いので、ヒーター部４の線幅ｄが５ｍｍを超え、第１絶縁層３の表面３ａの露出範囲が少なくなると、第２絶縁層５の密着力が低下してしまうからである。

　各ヒーター４ｕ、４ｓの線間距離ｆは、１ｍｍ以上が好ましく、２ｍｍ以上がより好ましい。各ヒーター４ｕ、４ｓの線間距離ｆが小さすぎると短絡してしまうからである。また、第２絶縁層５のヒーター部４への密着力は、第１絶縁層３への密着力より低いため、各ヒーター４ｕ、４ｓの線間距離ｆが小さく、第１絶縁層３の表面３ａの露出範囲が少なくなると、第２絶縁層５の密着力が低下してしまうからである。

　ヒーター部４への出力の調整は、サイリスタやインバータなどが用いられ、所望の昇温状態を得るために、例えば１００ｋＷ／ｍ^２程度の電力が当該ヒーター部４へ出力される。静電チャック１内の所要部位に温度センサーを内蔵させて、各部位の温度を検知することや、ウェハ５１の温度を非接触で検知することで、ヒーター部４をフィードバック制御してもよい。

　静電チャック１は、次の工程を備える静電チャックの製造方法で製造される。即ち、ウェハ５１を保持するためのチャック本体を構成する基材部２の表面２ａに、溶射材料を溶射して第１絶縁層３及び第２絶縁層５を形成する絶縁層形成工程と、第１絶縁層３の表面３ａにスクリーン印刷法、インクジェット法、及びディスペンサー法のいずれかによって導電性ペーストを塗布し、導電体からなるヒーター部４を形成するヒーター部形成工程と、第２絶縁層５の表面５ａに溶射材料を溶射して電極部６を形成する電極部形成工程と、電極部６を覆うように第２絶縁層５の表面５ａに溶射材料を溶射して誘電層７を形成する誘電層形成工程と、を備える静電チャックの製造方法である。

　本実施形態の静電チャック１及びその製造方法によれば、第１絶縁層３、第２絶縁層５、電極部６、及び誘電層７が溶射皮膜で構成されているため、接着剤を用いずに基材部２に、第１絶縁層３、第２絶縁層５、電極部６、及び誘電層７を設けることができる。従って、接着剤の使用によるレスポンスの低下や、プラズマによる消耗で熱伝導性が損なわれ冷却できなくなるといった問題をなくすことができる。グリーンシートを用いて静電チャックを製作した場合、ガラス成分や焼結助剤の存在により、不純物が多くなるが、ガラス成分や焼結助剤を用いない本実施形態の静電チャック１では、不純物を極力低減させることができる。また、静電チャック１を大型化する場合には、グリーンシートを焼成した焼結部材を用いて製作するよりも低コストで製作することができる。

　ヒーター部を溶射で形成した場合、体積抵抗率が大きくなり、配線をできるだけ厚く、幅広く、且つ短くして大電力に対応させる必要があるのに対して、導電性ペーストを塗布した導電体でヒーター部４を形成しているため、ヒーター部４の体積抵抗率が低くなっている。体積抵抗率が低いので、ヒーター部４の設計の自由度を高くすることができる。これにより、ヒーター部４の配線を長くしても、薄く、幅狭の形状とすることができ、第１絶縁層３とヒーター部４との熱膨張率の差による当該ヒーター部４の割れや剥離を防ぐことができる。ヒーター部４の配線を幅広くする必要がないので、線間距離ｆを大きくでき、例えばプッシャーピン孔や冷却ガス孔を形成するスペースを確保しやすい。また、第２絶縁層５の第１絶縁層３への十分な密着力を確保することができる。さらに、溶射で形成した場合よりも、発熱状態のばらつきを少なくでき、ウェハ５１の温度を精度よく制御することができる。

　上記実施形態は例示であり制限的なものではない。例えばヒーター部と電極部の位置を入れ替えてもよい。即ち、ウェハを保持するためのチャック本体を構成する基材部と、この基材部のウェハ保持側の表面に形成された溶射皮膜からなる第１絶縁層と、この第１絶縁層のウェハ保持側の表面に溶射して形成された電極部と、この電極部を覆うように第１絶縁層のウェハ保持側の表面に形成された溶射皮膜からなる第２絶縁層と、この第２絶縁層のウェハ保持側の表面に導電性ペーストを塗布して形成された導電体からなるヒーター部と、このヒーター部を覆うように第２絶縁層のウェハ保持側の表面に形成された溶射皮膜からなる誘電層と、を備えた静電チャックである。

　ヒーター部と電極部を同じ層に形成してもよい。即ち、ウェハを保持するためのチャック本体を構成する基材部と、この基材部のウェハ保持側の表面に形成された溶射皮膜からなる絶縁層と、この絶縁層のウェハ保持側の表面に導電性ペーストを塗布して形成された導電体からなるヒーター部と、上記絶縁層のウェハ保持側に溶射して形成された電極部と、これら電極部及びヒーター部を覆うように上記絶縁層のウェハ保持側の表面に形成された溶射皮膜からなる誘電層とを備えた静電チャックである。

　ヒーター部が電極部を兼ねるようにしてもよい。即ち、ウェハを保持するためのチャック本体を構成する基材部と、この基材部のウェハ保持側の表面に形成された溶射皮膜からなる絶縁層と、この絶縁層のウェハ保持側の表面に導電性ペーストを塗布して形成された導電体からなるヒーター部（電極部）と、このヒーター部を覆うように上記絶縁層のウェハ保持側の表面に形成された溶射皮膜からなる誘電層とを備えた静電チャックである。

　上記の各構成の静電チャックにおいても、絶縁層、ヒーター部、電極部、及び誘電層は上記実施形態と同様の方法によって形成され、接着剤を用いた場合における欠点が存在せず、それと共に設計の自由度が高いものとすることができる。上記実施形態では、絶縁層及び誘電層で３層構造としているが、上記構成のように絶縁層及び誘電層で２層構造とすることや、或いは４層以上の構造としてヒーター部や電極部を２層以上の各層に形成してもよい。電極部、給電ピン、ガス孔、及び冷却路の形態は、半導体製造プロセスに応じて適宜変更することができる。ウェハが接触する誘電層の表面をエンボス状として吸着性を制御してもよい。静電チャックで保持する対象物は、どのようなものでもよく、ウェハの他、フラットパネルディスプレーのガラス基板などが挙げられる。

　電極部を、ヒーター部と同様に導電性ペーストによって形成してもよい。この場合の電極部は、導電性ペーストをスクリーン印刷、インクジェット法、又はディスペンサー法によって塗布して形成される。また、静電チャックによる静電吸着の方式は、上記各実施形態のクーロン力を利用したものに限られず、例えばグラジエント力やジョンソン・ラーベック力を利用したものであってもよい。

　以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。実施例１～４として上記実施形態の図２に示す静電チャックを製作し、比較例１～８として上記実施形態の図２に示す静電チャックのうちヒーター部を導電性ペーストを塗布して形成したものと、溶射して形成としたものを製作し、施工の可否の判定、耐熱温度試験、５０００Ｗ印加試験を実施した。実施例１～４及び比較例１～８の表面は、＃４００研磨仕上げとし、ヒーターは１チャンネル、５０００Ｗ仕様とし、基材はφ３００のアルミ合金とし、全てトリミングなしとした。各実施例及び各比較例の製作条件を表１に示す。

　５０００Ｗ仕様のヒーター部を作る場合の膜厚の計算例を説明する。商業電源の電圧は２００Ｖであり、従って電流値は５０００÷２００＝２５Ａである。２００Ｖをかけて２５Ａ流すには、ヒーター部の端子間の抵抗値Ｒは２００÷２５＝８Ωとなる。ヒーター部をφ３００の基材上に線幅：３mm、ピッチ６mm（線間距離３mm）で同心円状に配置すると、全長Ｌは約１１３１０mmとなり、次の式で抵抗値Ｒが８Ωとなるように体積抵抗率ρに応じて膜厚（断面積÷線幅）を決定する。
断面積＝体積抵抗率ρ×全長Ｌ÷抵抗値Ｒ

　耐熱温度試験は、恒温機に静置し（基材は冷却なし）、室温から２℃／分で昇温したとき、皮膜外観に割れが生じる温度とした。５０００Ｗ印加試験は、基材の裏面を２０℃に冷却しながら、ヒーター部に５０００Ｗの電力を投入し、１０分間保持する。表１の×印は、途中でヒーター部が焼けることによる断線や、試験前後でヒーター部全体の抵抗値の大きな変化、又は第２絶縁層以降を溶射して、その前後における抵抗値の１０％を超える変動を示す。

　結果を表２に示す。実施例ではいずれも施工が可能であり、耐熱温度は１８０℃であり、５０００Ｗ印加試験も良好であった。これに対し、比較例では、施工できない場合が多く、施工できても、耐熱温度が低く、５０００Ｗ印加試験でも抵抗値の上昇がみられた。

　　１　　静電チャック
　　２　　基部材
　　２ａ　表面
　　３　　第１絶縁層
　　３ａ　表面
　　４　　ヒーター部
　　５　　第２絶縁層
　　５ａ　表面
　　６　　電極部
　　７　　誘電層
　　９　　ガス孔
　　１０　第１給電ピン
　　１１　第２給電ピン
　　１２　冷却路
　　５０　真空チャンバー
　　５１　ウェハ

Claims (7)

1. 　ウェハを保持するためのチャック本体を構成する基材部と、
   　前記基材部のウェハ保持側に形成された溶射皮膜からなる複数の絶縁層と、
   　前記複数の絶縁層のうち１以上の絶縁層のウェハ保持側の表面に導電性ペーストを塗布して形成された導電体からなるヒーター部と、
   　前記複数の絶縁層のうち１以上の絶縁層のウェハ保持側の表面に溶射するか、又は導電性ペーストを塗布して形成された電極部と、
   　前記複数の絶縁層のウェハ保持側に形成された溶射皮膜からなる誘電層と、
   　を備えていることを特徴とする静電チャック。
2. 　ウェハを保持するためのチャック本体を構成する基材部と、
   　前記基材部のウェハ保持側の表面に形成された溶射皮膜からなる絶縁層と、
   　前記絶縁層のウェハ保持側の表面に導電性ペーストを塗布して形成された導電体からなるヒーター部と、
   　前記絶縁層のウェハ保持側の表面に溶射するか、又は導電性ペーストを塗布して形成された電極部と、
   　前記絶縁層のウェハ保持側に形成された溶射皮膜からなる誘電層と、
   　を備えていることを特徴とする静電チャック。
3. 　前記導電性ペーストは、硬化後の残渣量が５重量％以下となることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電チャック。
4. 　ヒーター部は、５ｍｍ以下の線幅で細長状に配線されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の静電チャック。
5. 　前記ヒーター部が形成されている絶縁層の表面の表面粗さが、Ｒａ値で６μｍ以下であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の静電チャック。
6. 　前記溶射皮膜は、酸化物系セラミック、窒化物系セラミック、及びフッ化物系セラミックから選択される１種以上の材料からなることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の静電チャック。
7. 　チャック本体を構成する基材部のウェハ保持側で溶射材料を溶射して絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
   　前記絶縁層のウェハ保持側の表面にスクリーン印刷法、インクジェット法、及びディスペンサー法のいずれかによって導電性ペーストを塗布して、導電体からなるヒーター部を形成するヒーター部形成工程と、
   　前記絶縁層のウェハ保持側の表面に溶射するか、又はスクリーン印刷法、インクジェット法、及びディスペンサー法のいずれかによって導電性ペーストを塗布して電極部を形成する電極部形成工程と、
   　前記絶縁層のウェハ保持側で溶射材料を溶射して誘電層を形成する誘電層形成工程と、を備えることを特徴とする静電チャックの製造方法。

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