JP2000243820A - 静電チャックおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した吸着力を有する静電チャックを製造
する。 【解決手段】 耐酸化性の高い導電性金属珪化物を電極
材料に用いることにより、大気中での脱脂を可能とし、
誘電体の電気抵抗値を安定させる。また、ホットプレス
による一体焼成を施すことにより、成形体の焼成時の反
りを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置等
においてウェハ等を静電的に吸着保持したり、搬送する
ための静電チャックに関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来より、半導体製造用装置において、Ｓ
ｉウェハ等に成膜処理やエッチング処理する際にはウェ
ハの平坦度を保ちながら保持する必要があり、このよう
な保持手段としては機械的保持方式、真空吸着方式、静
電吸着方式が提案されている。これらの内、静電吸着方
式は静電チャックによりウェハを保持する方法であり、
ウェハ加工面の平坦度に優れ、真空中での使用も可能で
あるため多用されつつある。

【０００３】従来の静電チャックは吸着力としてクーロ
ン力を利用したものと、ジョンセンラーベック力を利用
したものがある。クーロン力を利用した静電チャックと
しては誘電体としてＣａＴｉＯ₃、ＰｂＴｉＯ₃−Ｌａ₂
Ｏ₃系などを用いたものがある（例えば特公平８−３１
５１７号公報など）。

【０００４】また、ジョンセン・ラーベック力は、誘電
体とウェーハとの界面の小さなギャップに微少電流が流
れ、帯電分極して誘起させことによって生じる力であ
り、誘電体の体積固有抵抗率が約１０¹²〜１０¹³Ω・ｃ
ｍ以下になると発生する。ジョンセン・ラーベック力を
利用した静電チャックには、誘電体としてＡｌ₂Ｏ₃−Ｔ
ｉＯ₂系などアルミナに遷移金属元素を添加したセラミ
ック、あるいはＡｌＮを主成分としたセラミックが用い
られている（例えば、特公平６−９７６７５、特開平２
−１６０４４、特開平８−５５８９９号公報など）。

【０００５】この静電チャックの製造方法としては、あ
らかじめ成形、焼成したセラミックからなる誘電体と絶
縁体基体のいずれかに、電極層を印刷、メッキ等の方法
により形成し、誘電体と絶縁体基体を接着する方法があ
る。しかし、この方法では、誘電体及び絶縁体基体を別
個に加工し、接着せねばならず、加工コストがかかる。
また、接着材の耐熱性はセラミックに比べると低いた
め、使用可能温度が接着剤の物性により決まってしまう
などの問題点がある。

【０００６】この問題点を解決する方法として、静電チ
ャックの製造方法として、あらかじめ焼成したセラミッ
クからなる誘電体と絶縁体基体を貼り合わせるのではな
く、あらかじめ成形したセラミック原料からなる誘電体
成形体と絶縁体基体成形体を一体焼成する製造方法があ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】静電チャックの代表
的な一体焼成による製造方法の例を説明する。バインダ
や分散剤を添加したセラミック原料スラリーをテープ成
形する。得られた複数のセラミックスシートを積層し、
その積層体上にＷ、Ｍｏ等の高融点金属を電極材料とし
てスクリーン印刷等で印刷し、更に別のセラミックスシ
ートの積層体を重ね、加圧成形した後、常圧下で一体焼
成して製造するのが一般的である。

【０００８】この様な製造方法において、成形体中や印
刷された電極層に含まれたバインダや分散剤の炭素分が
焼成時に残存すると、誘電体の電気抵抗値が極端に低下
してしまい、使用時に吸着体へのリーク電流が大きくな
るという不都合を生じてしまう。

【０００９】この様な不都合を避けるために、通常は、
成形体を脱脂することによりバインダや分散剤中の炭素
分を除去してから焼成を行う。

【００１０】脱脂はアルゴンや窒素など不活性雰囲気中
で行う。これは、電極層に含まれる電極材料が微細な粒
子であるため、大気中での５００℃程度の温度で脱脂を
行うと酸化されてしまい、電極としての機能を果たさな
いためである。

【００１１】しかし、脱脂を不活性雰囲気中で行った場
合、安定して炭素分を除去することは難しく、得られた
誘電体の電気抵抗値にはバラツキが生じやすい。

【００１２】また、この様な方法では焼成工程において
内部電極に５０〜２００μｍ以上の反りが発生すること
を避けられず、吸着面と内部電極の間の距離が一定とな
らないため、吸着力が不均一になってしまう問題があっ
た。更に、ウェハサイズ１２インチ以上の大型の静電チ
ャック製造においては、反りが非常に大きくなるため、
製造歩留りが大幅に低下するという問題も発生してい
た。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは誘電体の電
気抵抗値を安定させ、また、成形体の焼成時の反りを低
減する方法として、耐酸化性の高い導電性金属珪化物を
電極材料に用いることにより大気中での脱脂を可能と
し、また、従来の常圧下での一体焼成ではなく、ホット
プレスによる一体焼成を施すことにより、反りを著しく
抑えられることを見い出し、本発明を完成させるに至っ
た。即ち、本発明は以下の通りである。 （１）セラミック誘電体層、電極層、セラミック基体か
らなる静電チャックにおいて、電極層が導電性金属珪化
物を含むことを特徴とする静電チャック。 （２）導電性金属珪化物がＴａＳｉ₂、ＮｂＳｉ₂、ＷＳ
ｉ₂、ＭｏＳｉ₂から選ばれた１種もしくは２種以上から
なることを特徴とする（１）項に記載の静電チャック。 （３）誘電体と基体の主組成が同一の化合物であること
を特徴する（１）〜（３）項のいずれかに記載の静電チ
ャック。 （４）セラミック誘電体がアルミナ質セラミックである
ことを特徴とする（１）〜（３）項のいずれかに記載の
静電チャック。 （５）誘電体がＴｉＯ₂を添加したアルミナであること
を特徴とする（４）項に記載の静電チャック。 （６）誘電体がＴｉ₂Ｏ₃を添加したアルミナであること
を特徴とする（４）項に記載の静電チャック。 （７）誘電体が窒化アルミニウム質セラミックであるこ
とを特徴とする（１）もしくは（２）項に記載の静電チ
ャック。 （８）セラミック誘電体層、電極層、セラミック基体か
らなる静電チャックの製造方法において、誘電体原料の
成形体（Ａ）と絶縁体基板原料の成形体（Ｂ）とを作製
し、次いで成形体（Ａ）および／または成形体（Ｂ）の
一主面に導電性金属珪化物を電極材料として含むペース
トを塗布したのちに、大気雰囲気中にて成形体および電
極ペーストの脱脂を行い、次いで成形体（Ａ）と成形体
（Ｂ）との間に上記電極層が挟まれるように重ね合わせ
た後、ホットプレスにより一体焼成することを特徴とす
る静電チャックの製造方法。 （９）導電性珪化物がＴａＳｉ₂、ＮｂＳｉ₂、ＷＳ
ｉ₂、ＭｏＳｉ₂から選ばれた１種もしくは２種以上から
なることを特徴とする（８）項に記載の静電チャックの
製造方法。 （１０）誘電体原料の成形体（Ａ）と絶縁体基板原料の
成形体（Ｂ）のうち少なくとも一方がＣＩＰ成形により
作製されることを特徴とする（８）もしくは（９）項に
記載の静電チャックの製造方法 （１１）誘電体原料の成形体（Ａ）と絶縁体基板原料の
成形体（Ｂ）のうち少なくとも一方がドクターブレード
成形により作製されることを特徴とする（８）もしくは
（９）項に記載の静電チャックの製造方法 （１２）誘電体と基体の主組成が同一の化合物であるこ
とを特徴する（８）〜（１１）項のいずれかに記載の静
電チャックの製造方法 （１３）セラミック誘電体がアルミナ質セラミックであ
ることを特徴とする（８）〜（１２）項のいずれかに記
載の静電チャックの製造方法 （１４）誘電体がＴｉＯ₂を添加したアルミナであるこ
とを特徴とする（１３）項に記載の静電チャックの製造
方法 （１５）誘電体がＴｉ₂Ｏ₃を添加したアルミナであるこ
とを特徴とする（１３）項に記載の静電チャックの製造
方法。 （１６）誘電体が窒化アルミニウム質セラミックである
ことを特徴とする（８）〜（１２）項のいずれかに記載
の静電チャックの製造方法。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明によれば耐酸化性の高い導
電性金属珪化物を電極材料に用いることにより、大気雰
囲気での脱脂が可能となり、安定して炭素分を除去する
ことができる。

【００１５】電極の導電物質として金属珪化物を単独で
用いても良いが、焼結性を良くする、熱膨張率を調整す
る等の目的で、フリットなどの添加物を添加しても良
い。

【００１６】また、導電性金属珪化物としては、ＴａＳ
ｉ₂、ＮｂＳｉ₂、ＷＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂を用いると、熱膨
張率および融点が、誘電体や基体として用いられている
セラミック、特にアルミナ系セラミックに近いため、電
極層での剥離が生じにくく、より好ましい。

【００１７】誘電体としては公知の誘電体セラミックス
が使用可能であり、請求項４〜７に示したようにアルミ
ナ質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックス等
が使用される。アルミナ質セラミックスの場合、ＴｉＯ
₂、Ｔｉ₂Ｏ₃などの遷移金属酸化物の添加により誘電体
の体積固有抵抗率を１０⁹〜１０¹³Ω・ｃｍの範囲で制
御でき、ジョンセン・ラーベック力による強い吸着力が
発現する。絶縁体基板としてはアルミナ、窒化アルミニ
ウム、窒化珪素、等が使用可能であるが、請求項３及び
１２に示したように、誘電体と主組成が同一の化合物を
用いると焼成時の誘電体、絶縁体基板間の反応や収縮率
の違いによる反り、クラックの発生などのトラブルを防
止することができ、より好ましい。ここで言う主組成が
同一とは、当該セラミックスの焼成収縮挙動、熱膨張率
がほぼ同一となる組成ということである。従って、アル
ミナ、窒化アルミニウムの場合、焼成収縮挙動、熱膨張
率がほぼ同一である限り、添加する助剤の種類、量に若
干の差があってもかまわない。誘電体、絶縁体基板の成
形体は原料粉末にバインダー、分散剤、等を加え、ＣＩ
Ｐ（静水圧加圧）成形、プレス成形、あるいはドクター
ブレード成形等により作製したものが用いられる。電極
は前述の材料を含んだペーストをスクリーン印刷等によ
り誘電体もしくは絶縁体基板の成形体上に塗布される。
電極を挟んで、誘電体、絶縁体基板の成形体を重ね合わ
せ、大気中にて脱脂を行った後、ホットプレス装置にセ
ットし、加圧一体焼成を行う。焼成後のサンプルを所定
形状に加工し、静電チャックが完成する。焼成時の反り
があまり問題とならない場合には、ホットプレス焼成で
なく、常圧にて一体焼成してもよい。また、両面に吸着
部を形成させるときには、絶縁体基板の成形体の上下面
に、誘電体の成形体を重ね合わせたのちに、脱脂、一体
焼成を行えばよい。

【００１８】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。

【００１９】（実施例１）α−Ａｌ₂Ｏ₃の粉末に５重量
％のＴｉＯ₂の粉末を加え、蒸留水、バインダー、分散
剤を加えてボールミル混合した。スラリーをスプレード
ライヤーで造粒し、粒径約７０μｍの造粒粉とした。こ
れを円盤状に２枚、ＣＩＰ成形し、それぞれ誘電体、絶
縁体基板の成形体とした。誘電体の成形体上にＴａＳｉ
₂ペーストをスクリーン印刷した後、絶縁体基板の成形
体を重ね合わせた。５００℃、大気中で脱脂後、ホット
プレス装置にセットし、アルゴンガス中で１５００℃、
３０ＭＰａで２時間、加圧焼成した。得られた焼結体の
誘電体部分を厚さ３００μｍになるように研削加工し、
更に全体を直径２００ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状に加工
した。絶縁体部分に直径５ｍｍの穴をあけ、リード電極
を結合し、図１に示すような静電チャックを製造した。

【００２０】この静電チャックの誘電体の電気抵抗率を
測定したところ１×１０¹¹Ωｃｍと安定していた。この
静電チャックに真空中で５００Ｖの直流電圧を２０秒間
印加し、シリコンウェーハを吸着したときの吸着力を測
定したところ、４５００ｇ／ｃｍ²の均一な吸着力を示
した。静電チャックを切断し、内部電極の反りを測定し
たところ、反りは最大１１μｍと非常に小さいことが分
かった。

【００２１】（実施例２）焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃を１．
０重量％含むＡｌＮの粉末にエタノール、バインダー、
分散剤を加えてボールミル混合した。スラリーをスプレ
ードライヤーで造粒し、粒径約５０μｍの造粒粉とし
た。これを実施例１と同様に円盤状に２枚ＣＩＰ成形
し、それぞれ誘電体、絶縁体基板の成形体とした。誘電
体の成形体上にＮｂＳｉ₂ペーストをスクリーン印刷し
た後、絶縁体基板の成形体を重ね合わせた。５００℃、
大気中で脱脂後、ホットプレス装置にセットし、窒素中
で１８５０℃、３０ＭＰａで２時間、加圧焼成した。得
られた焼結体の誘電体部分を厚さ３００μｍになるよう
に研削加工し、更に全体を直径２００ｍｍ、厚さ５ｍｍ
の円盤状に加工した。絶縁体部分に直径５ｍｍの穴をあ
け、リード電極を結合し、図１に示すような静電チャッ
クを作製した。この静電チャックの誘電体の電気抵抗率
を３００℃にて測定したところ１．１×１０¹⁰Ωｃｍと
安定していた。この静電チャックに真空中で５００Ｖの
直流電圧を２０秒間印加し、シリコンウェーハを吸着し
たときの吸着力を測定したところ、４８００ｇ／ｃｍ²
の均一な吸着力を示した。静電チャックを切断し、内部
電極の反りを測定したところ、反りは最大１０μｍと非
常に小さいことが分かった。

【００２２】（実施例３）α−Ａｌ₂Ｏ₃の粉末に０．５
重量％のＴｉ₂Ｏ₃の粉末を加え、蒸留水、アクリルバイ
ンダー、分散剤を加えてボールミル混合し、粘度約１５
０００ｃＰのスラリーを得た。これをドクターブレード
成形後、乾燥して、厚さ約３００μｍのシート成形体を
得た。これを数枚ずつ積層し、円盤状に切断して、誘電
体、絶縁体基板の成形体とした。絶縁体基板の成形体上
にＷＳｉ₂ペーストをスクリーン印刷した後、絶縁体基
板の成形体を積層し加圧成形した。５００℃、大気中で
脱脂後、雰囲気焼成炉にてアルゴンガス中で１６００
℃、４時間、常圧焼成した。得られた焼結体の誘電体部
分を厚さ２ｍｍになるように研削加工し、更に全体を直
径３００ｍｍ、厚さ４ｍｍの円盤状に加工した。絶縁体
部分に直径５ｍｍの穴をあけ、リード電極を結合し、静
電チャックを製造した。

【００２３】この静電チャックの誘電体の電気抵抗率を
測定したところ１×１０¹¹Ωｃｍと安定していた。この
静電チャックに真空中で５００Ｖの直流電圧を２０秒間
印加し、シリコンウェーハを吸着したときの吸着力を測
定したところ、平均４３００ｇ／ｃｍ²の吸着力を示し
た。静電チャックを切断し、内部電極の反りを測定した
ところ、反りは最大１５０μｍと実施例１および実施例
２に比較すると大きいものの、電極層としては問題なく
機能した。

【００２４】比較のため、電極材料をＷとして、同様の
方法で作製した誘電体、電極、絶縁体基板の積層成形体
を大気中、５００℃で脱脂したところ、電極材料が酸化
されてしまい、内部電極として機能しなかった。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の静電チャッ
クおよびその製造方法を用いると、吸着力が均一な高性
能の静電チャック得ることができるため、産業上極めて
有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電チャック断面の概略を示す図であ
る。

【符号の説明】

１．誘電体層 ２．電極層 ３．絶縁体基板 ４．リード電極 ５．被着体

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック誘電体層、電極層、セラミッ
   ク基体からなる静電チャックにおいて、電極層が導電性
   金属珪化物を含むことを特徴とする静電チャック。
2. 【請求項２】 導電性金属珪化物がＴａＳｉ₂、ＮｂＳ
   ｉ₂、ＷＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂から選ばれた１種もしくは２
   種以上からなることを特徴とする請求項１に記載の静電
   チャック。
3. 【請求項３】 誘電体と基体の主組成が同一の化合物で
   あることを特徴する請求項１乃至３のいずれかに記載の
   静電チャック。
4. 【請求項４】 セラミック誘電体がアルミナ質セラミッ
   クであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに
   記載の静電チャック。
5. 【請求項５】 誘電体がＴｉＯ₂を添加したアルミナで
   あることを特徴とする請求項４に記載の静電チャック。
6. 【請求項６】 誘電体がＴｉ₂Ｏ₃を添加したアルミナで
   あることを特徴とする請求項４に記載の静電チャック。
7. 【請求項７】 誘電体が窒化アルミニウム質セラミック
   であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
   静電チャック。
8. 【請求項８】 セラミック誘電体層、電極層、セラミッ
   ク基体からなる静電チャックの製造方法において、誘電
   体原料の成形体（Ａ）と絶縁体基板原料の成形体（Ｂ）
   とを作製し、次いで成形体（Ａ）および／または成形体
   （Ｂ）の一主面に導電性金属珪化物を電極材料として含
   むペーストを塗布したのちに、大気雰囲気中にて成形体
   および電極ペーストの脱脂を行い、次いで成形体（Ａ）
   と成形体（Ｂ）との間に上記電極層が挟まれるように重
   ね合わせた後、ホットプレスにより一体焼成することを
   特徴とする静電チャックの製造方法。
9. 【請求項９】 導電性珪化物がＴａＳｉ₂、ＮｂＳｉ₂、
   ＷＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂から選ばれた１種もしくは２種以上
   からなることを特徴とする請求項８に記載の静電チャッ
   クの製造方法。
10. 【請求項１０】 誘電体原料の成形体（Ａ）と絶縁体基
    板原料の成形体（Ｂ）のうち少なくとも一方がＣＩＰ成
    形により作製されることを特徴とする請求項８又は請求
    項９に記載の静電チャックの製造方法。
11. 【請求項１１】 誘電体原料の成形体（Ａ）と絶縁体基
    板原料の成形体（Ｂ）のうち少なくとも一方がドクター
    ブレード成形により作製されることを特徴とする請求項
    ８又は請求項９に記載の静電チャックの製造方法。
12. 【請求項１２】 誘電体と基体の主組成が同一の化合物
    であることを特徴する請求項８乃至１１のいずれかに記
    載の静電チャックの製造方法。
13. 【請求項１３】 セラミック誘電体がアルミナ質セラミ
    ックであることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれ
    かに記載の静電チャックの製造方法。
14. 【請求項１４】 誘電体がＴｉＯ₂を添加したアルミナ
    であることを特徴とする請求項１３に記載の静電チャッ
    クの製造方法。
15. 【請求項１５】 誘電体がＴｉ₂Ｏ₃を添加したアルミナ
    であることを特徴とする請求項１３に記載の静電チャッ
    クの製造方法。
16. 【請求項１６】 誘電体が窒化アルミニウム質セラミッ
    クであることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか
    に記載の静電チャックの製造方法。