(57)【要約】  金属基盤の上面側に、金属基盤から近い順に下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層を備えてなる静電チャックにおいて、下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層にひび割れが発生し難い静電チャックの給電構造を提供する。  上記金属基盤の上下面間を貫通する貫通孔と、この貫通孔内に配設され、金属基盤の下面側から供給された電圧を上面側に積層された電極層に供給する給電端子と、電気絶縁性材料で形成されて上記貫通孔の内壁と給電端子との間を絶縁すると共に上記給電端子を保持する絶縁保持部材とで構成された静電チャックの給電構造であり、上記給電端子が、金属基盤の上面側に突出する給電側端部を有し、この給電側端部の先端が、上記電極層と下部絶縁層との界面より電極層側であり上記電極層と表面絶縁誘電層との界面以下に位置する。
2008035395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基盤の上面側に、金属基盤から近い順に下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層を備えてなる静電チャックにおいて、上記金属基盤の上下面間を貫通する貫通孔と、この貫通孔内に配設され、金属基盤の下面側から供給された電圧を上面側に積層された電極層に供給する給電端子と、電気絶縁性材料で形成されて上記貫通孔の内壁と給電端子との間を絶縁すると共に上記給電端子を保持する絶縁保持部材とで構成された静電チャックの給電構造であり、上記給電端子が、金属基盤の上面側に突出する給電側端部を有し、この給電側端部の先端が、上記電極層と下部絶縁層との界面より電極層側であり上記電極層と表面絶縁誘電層との界面以下に位置することを特徴とする静電チャックの給電構造。
【請求項２】
給電端子の給電側端部が、先端に所定の面積を持つ頂面を有すると共に、先端に向かって漸次縮径する突起状に形成されている請求項１に記載の静電チャックの電極構造。
【請求項３】
少なくとも下部絶縁層と接する給電端子の給電側端部の側面が、所定の曲率を有した曲面である請求項２に記載の静電チャックの電極構造。
【請求項４】
給電端子が、金属チタンから形成される請求項１に記載の静電チャックの電極構造。
【請求項５】
絶縁保持部材が、少なくとも金属基盤の上面側に露出する部分が多孔質セラミックからなり、下部絶縁層が、上記多孔質セラミックに接するようにセラミック粉末を溶射してなる請求項１に記載の静電チャックの電極構造。
【請求項６】
金属基盤の上面側に、金属基盤から近い順に下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層を備えてなる静電チャックにおいて、上記金属基盤の上下面間を貫通する貫通孔と、この貫通孔内に配設され、金属基盤の下面側から供給された電圧を上面側に積層された電極層に供給する給電端子と、電気絶縁性材料で形成されて上記貫通孔の内壁と給電端子との間を絶縁すると共に上記給電端子を保持する絶縁保持部材とで構成される静電チャック給電構造の製造方法であり、貫通孔内に絶縁保持部材を介して給電端子が配設されると共に、金属基盤の上面側に給電端子の一部が突出した金属基盤の上面側に、セラミック粉末を溶射して下部絶縁層を形成する工程と、金属粉末を溶射して、金属基盤の上面側に突出した給電端子の給電側端部の先端を埋設するように、又は給電側端部の先端と面一になるように電極層を形成する工程と、セラミック粉末を溶射して表面絶縁誘電層を形成する工程とを有することを特徴とする静電チャック給電構造の製造方法。
【請求項７】
絶縁保持部材が、少なくとも金属基盤の上面側に露出する部分が多孔質セラミックからなり、この多孔質セラミックに接して下部絶縁層を形成する請求項６に記載の静電チャック給電構造の製造方法。
【請求項８】
金属基盤の上面側に、金属基盤から近い順に下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層を備えてなる静電チャックにおいて、上記金属基盤の上下面間を貫通する貫通孔と、この貫通孔内に配設され、金属基盤の下面側から供給された電圧を上面側に積層された電極層に供給する給電端子と、電気絶縁性材料で形成されて上記貫通孔の内壁と給電端子との間を絶縁すると共に上記給電端子を保持する絶縁保持部材とで構成される静電チャックの給電構造を再生する方法であり、使用済み静電チャックの金属基盤から表面絶縁誘電層、電極層及び下部絶縁層を除去する工程と、貫通孔内に絶縁保持部材を介して給電端子が配設されていると共に、金属基盤の上面側に給電端子の一部が突出した金属基盤の上面側に、セラミック粉末を溶射して下部絶縁層を形成する工程と、金属粉末を溶射して、金属基盤の上面側に突出した給電端子の給電側端部の先端を埋設するように、又は給電側端部の先端と面一になるように電極層を形成する工程と、セラミック粉末を溶射して表面絶縁誘電層を形成する工程とを有することを特徴とする静電チャック給電構造の再生方法。
【請求項９】
電極層を形成する工程に先駆けて、給電端子の給電側端部を、先端に所定の面積を持つ頂面を有すると共に先端に向かって漸次縮径する突起状に加工する工程を含む請求項８に記載の静電チャック給電構造の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子製造プロセスで用いられるプラズマ処理装置、電子露光装置、イオン注入装置等や、液晶パネルの製造に用いられるイオンドーピング装置等に具備される静電チャックにおいて、静電チャックの電極層に給電するための給電構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造プロセスで用いられるプラズマ処理装置、電子露光装置、イオン注入装置等や、液晶パネルの製造に用いられるイオンドーピング装置等では、被処理物である半導体ウエハやガラス基板に損傷を与えることなく、半導体ウエハやガラス基板を確実に保持することが求められている。特に近時では、処理する対象である半導体ウエハやガラス基板への汚染が厳しく管理されることから、従来において用いられていた機械的に半導体ウエハ等をクランプする方式は、その大部分が電気的な静電吸着力を利用する静電チャック方式へと置き換えられている。【０００３】
静電チャックは、金属基盤上に下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層を備えてなり、表面絶縁誘電層が半導体ウエハやガラス基板を保持する吸着面を形成する。そして、金属基盤の上下面を貫通する貫通孔内に設けた給電端子を介して、外部から上記電極層に高電位を付与することで、表面絶縁誘電層の表面（すなわち吸着面）に分布する電荷と、吸着面に載置した被処理物に分極帯電した電荷との間にクーロン力やジャンセン−ラーベック力が発生して、あるいは静電気によるグラディエント力が発生して、被処理物である半導体ウエハ等を吸着保持する。【０００４】
ところで、例えばプラズマ装置で半導体ウエハをエッチング処理する場合、半導体ウエハの温度は２００℃〜４００℃程度まで上昇する。そのため、処理中のウエハ温度を適温に冷却するため、金属基盤の内部に設けられた管路に冷媒を流すことでウエハの温度上昇を防いでいる。ところが、静電チャックの表面絶縁誘電層側は高温に晒され、金属基盤側はおよそ冷媒の温度に保持されることから、これらの間では温度勾配が生じ、例えば表面絶縁誘電層と下部絶縁層との間で最大数百度の温度勾配が生じる。また、当然ながら、装置の稼動時と休止時との間においても静電チャック自体に最大数百度の温度勾配が生じる。【０００５】
静電チャックにこのような温度サイクルの負荷がかかると、特に電極層に電圧を供給する給電構造において種々のトラブルが生じるおそれがある。すなわち、給電端子や電極層等のような導電体と、下部絶縁層や表面絶縁誘電層等のような絶縁体とではそれぞれ熱膨張率が異なるため、導電体と絶縁体とが接触する箇所が複雑に入り組む給電端子の周辺ではひび割れが発生しやすい。このようなひび割れは、静電チャックの温度特性の局部的劣化などの問題やパーティクルの発生等を引き起こす要因になる。【０００６】
図４は、静電チャックの給電構造の従来例を示す。金属基盤１に設けられた貫通孔７には、絶縁保持部材２を介して給電端子３が配設され、この給電端子３は、図１（ｂ）に示すように、その先端が電極層５と接触することで、金属基盤１の下面側から供給された電圧を電極層３に供給する。ここで、上述したようなひび割れは、例えば、給電端子３の先端が電極層５と接触する部分の縁で発生しやすく（ひび割れ8a）、また、給電端子３、絶縁保持部材２、及び下部絶縁層４が互いに接する部分でも、同様にひび割れが発生しやすい（ひび割れ8b）。【０００７】
そこで、静電チャックが熱負荷を受けた場合の影響を軽減するための方法がいくつか提案されている。例えば、セラミック基体の内部に設けられた電極層に給電する給電端子をろう付けし、かつ、給電端子の端面に中空部を設けて、この中空部にセラミック基体と同程度の熱膨張係数を有する応力緩和材を挿嵌する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、給電端子の端面と金属-セラミックス複合材料からなる基盤の上面とが同じ高さになるように、基盤に設けられた貫通孔内にセラミックス製の外被部を介して給電端子を配設し、ついで、給電端子の端面にマスキングをして溶射処理で絶縁層を形成し、更にマスキングを取り除いて給電端子の端面を露出させた上で、金属材料を溶射して電極層を形成する方法が提案されている（特許文献２参照）。更に、内部に電極層を備えたセラミック基体の下面側から電極層を貫通する貫通孔を設け、その内壁にメタライズ層を形成すると共に、ろう付けにより貫通孔内に給電端子を固定する方法が提案されている（特許文献３参照）。【０００８】
しかしながら、特許文献１及び３のように、ろう付けによって給電端子を固定する場合、ろう材自身に熱負荷がかかるため問題をより複雑化する。また、ろう付け作業そのものは手作業であるため信頼性にも欠ける。一方、特許文献２のように、基盤内に配設された給電端子の端面を基盤の上面と同じ高さになるように調整した上で、溶射によって電極層を形成して給電端子の端面と電極層とを接触させる方法では、作業効率は改善されるものの、熱負荷に対する信頼性の面ではさらに改善が必要である。すなわち、給電端子と電極層とは、互いに面で接触するため、熱負荷がかかった場合に信頼性に問題が残る。
【特許文献１】特開平１１−０７４３３６号公報
【特許文献２】特開２００３−１７９１２７号公報
【特許文献３】特開平１０−１８９６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
静電チャックの熱負荷による影響は、静電チャックの給電構造に関係し、具体的には、給電端子と電極層との界面の形状や、実際に熱負荷がかかった場合に金属基盤、給電端子、絶縁保持部材、下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層の間における力のかかり方に関係する。これらの関係について、これまでには十分に検討がなされていなかった。【００１０】
そこで、本発明は、静電チャックが熱負荷や熱サイクルを受けた際に、給電構造で発生する熱応力を緩和できて、下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層にひび割れが発生し難い給電構造にすることで、静電チャックの温度特性の局部的劣化やパーティクルの発生等の問題を可及的に回避し、更には静電チャックの寿命を延ばすことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層にひび割れが発生し難い静電チャックの給電構造を提供することにある。また、本発明の別の目的は、このような静電チャックの給電構造を製造する方法を提供することにある。
更に、本発明の別の目的は、各種装置で使用された静電チャックの給電構造を再生することで、使用済み静電チャックを有効利用することができる静電チャック給電構造の再生方法を提供することにある。【００１２】
すなわち、本発明は、金属基盤の上面側に、金属基盤から近い順に下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層を備えてなる静電チャックにおいて、上記金属基盤の上下面間を貫通する貫通孔と、この貫通孔内に配設され、金属基盤の下面側から供給された電圧を上面側に積層された電極層に供給する給電端子と、電気絶縁性材料で形成されて上記貫通孔の内壁と給電端子との間を絶縁すると共に上記給電端子を保持する絶縁保持部材とで構成された静電チャックの給電構造であり、上記給電端子が、金属基盤の上面側に突出する給電側端部を有し、この給電側端部の先端が、上記電極層と下部絶縁層との界面より電極層側であり上記電極層と表面絶縁誘電層との界面以下に位置することを特徴とする静電チャックの給電構造である。【００１３】
また、本発明は、金属基盤の上面側に、金属基盤から近い順に下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層を備えてなる静電チャックにおいて、上記金属基盤の上下面間を貫通する貫通孔と、この貫通孔内に配設され、金属基盤の下面側から供給された電圧を上面側に積層された電極層に供給する給電端子と、電気絶縁性材料で形成されて上記貫通孔の内壁と給電端子との間を絶縁すると共に上記給電端子を保持する絶縁保持部材とで構成される静電チャック給電構造の製造方法であり、貫通孔内に絶縁保持部材を介して給電端子が配設されると共に、金属基盤の上面側に給電端子の一部が突出した金属基盤の上面側に、セラミック粉末を溶射して下部絶縁層を形成する工程と、金属粉末を溶射して、金属基盤の上面側に突出した給電端子の給電側端部の先端を埋設するように、又は給電側端部の先端と面一になるように電極層を形成する工程と、セラミック粉末を溶射して表面絶縁誘電層を形成する工程とを有することを特徴とする静電チャック給電構造の製造方法である。【００１４】
更に本発明は、金属基盤の上面側に、金属基盤から近い順に下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層を備えてなる静電チャックにおいて、上記金属基盤の上下面間を貫通する貫通孔と、この貫通孔内に配設され、金属基盤の下面側から供給された電圧を上面側に積層された電極層に供給する給電端子と、電気絶縁性材料で形成されて上記貫通孔の内壁と給電端子との間を絶縁すると共に上記給電端子を保持する絶縁保持部材とで構成される静電チャックの給電構造を再生する方法であり、使用済み静電チャックの金属基盤から表面絶縁誘電層、電極層及び下部絶縁層を除去する工程と、貫通孔内に絶縁保持部材を介して給電端子が配設されていると共に、金属基盤の上面側に給電端子の一部が突出した金属基盤の上面側に、セラミック粉末を溶射して下部絶縁層を形成する工程と、金属粉末を溶射して、金属基盤の上面側に突出した給電端子の給電側端部の先端を埋設するように、又は給電側端部の先端と面一になるように電極層を形成する工程と、セラミック粉末を溶射して表面絶縁誘電層を形成する工程とを有することを特徴とする静電チャック給電構造の再生方法である。尚、本発明においては、静電チャックの表面絶縁誘電層側に半導体ウエハやガラス基板等の被処理物を載置して吸着させるため、金属基盤の上下面を呼ぶ場合は、被処理物を載置する表面絶縁誘電層側を上面側と呼び、その反対側を下面側と呼ぶ。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の静電チャックの給電構造は、給電端子の給電側端部の先端が、電極層と下部絶縁層との界面より電極層側であり電極層と表面絶縁誘電層との界面以下に位置するため、給電端子と電極層とが確実に接触してひび割れの発生を防ぐ。特に、給電端子の給電側端部を、先端に所定の面積を持つ頂面を有すると共に、先端に向かって漸次縮径する突起状に形成することで、下部絶縁層にかかる応力の分散が可能になり、給電構造の熱勾配による熱負荷や、熱サイクルによる熱負荷による表面絶縁誘電層、電極層及び下部絶縁層でのひび割れが抑制できて、静電チャックの温度特性の局部的劣化やパーティクルの発生等の問題を可及的に回避できる耐久性に優れた静電チャックを得ることが可能になる。更には静電チャックの寿命を延ばすことができる。【００１６】
また、本発明の静電チャック給電構造の再生方法によって、種々の装置で使用された使用済みの静電チャックに本発明の給電構造を適用することで、使用済み静電チャックを有効利用することができると共に、長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の静電チャックの給電構造を示す断面説明図である。
【図２】図２は、電極層に対する給電側端部3aの先端の位置関係を表す断面説明図である。
【図３】図３は、絶縁保持部材の一部（下部絶縁層４側）を多孔質セラミックで形成した給電構造の断面説明図である。
【図４】図４（ａ）は従来の静電チャックの断面説明図であり、図４（ｂ）は給電構造の拡大図（一部）である。
【符号の説明】
【００１８】
１：金属基盤、２：絶縁保持部材、３：給電端子、3a：給電側端部、3b：頂面、3c：側面、４：下部絶縁層、５：電極層、６：表面絶縁誘電層、７：貫通孔、8a，8b：ひび割れ、ｌ１：電極層と下部絶縁層との界面、ｌ２：電極層と表面絶縁誘電層との界面、ｘ：給電側端部の先端の位置。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。【００２０】
先ず、本発明の静電チャックの給電構造について説明する。図１は、静電チャックの給電構造を示す断面説明図であり、金属基盤１の上面側に、金属基盤１から近い順に下部絶縁層４、電極層５及び表面絶縁誘電層６を備えてなる静電チャックの給電構造を拡大したものである。すなわち、この給電構造は、金属基盤１の上下面間を貫通する貫通孔７と、この貫通孔７内に配設され、金属基盤１の下面側から供給された電圧を上面側に積層された電極層５に供給する給電端子３と、電気絶縁性材料で形成されて貫通孔７の内壁と給電端子３との間を絶縁すると共に給電端子２を保持する絶縁保持部材２とで構成される。【００２１】
そして、上記給電端子３は、金属基盤１の上面側に突出する給電側端部3aを有し、この給電側端部3aの先端が、上記電極層５と下部絶縁層４との界面より電極層５側であって、上記電極層５と表面絶縁誘電層６との界面以下に位置するようにする。すなわち、電極層５と下部絶縁層４との界面をｌ１、電極層５と表面絶縁誘電層６との界面をｌ２とすれば、本発明においては、給電側端部3aの先端の位置ｘがｌ１＜ｘ≦ｌ２の関係式を満たすようにする。【００２２】
この関係について、図２を用いて具体的に説明すると、図２（ａ）では、給電側端部3aの先端の位置ｘが電極層５と下部絶縁層４との界面であり（ｘ＝ｌ１）、ｘは上記関係式を満たさない。一方、図２（ｄ）では、ｘが電極層５と表面絶縁誘電層６との界面を超えるため（ｘ＞ｌ２）、上記関係式を満たさない。給電側端部3aの先端が表面絶縁誘電層６の内部にまで達すると、その部分の表面絶縁誘電層が薄くなり、高電圧に対する絶縁性が保てないおそれがあるためである。これに対し、図２（ｂ）では、電極層５の内部に給電側端部3aの先端が位置して（ｘ＞ｌ１）、ｘは上記関係式を満たし、また、図２（ｃ）では、ｘが電極層５と表面絶縁誘電層６との界面であり（ｘ＝ｌ２）、上記関係式を満たす。【００２３】
また、本発明においては、給電側端部3aの先端の位置ｘが上記関係式を満たすものであれば、給電側端部3aの先端の形状は特に制限されず、所定の面積を有した頂面を形成してもよく、或いは頂点を形成してもよい。好ましくは、給電端子３の給電側端部3aが、先端に所定の面積を持つ頂面3bを有すると共に、先端に向かって漸次縮径する突起状に形成されているのがよい。給電側端部3aが突起状に形成されて、先端に頂面3bを有することで、給電端子３と電極層５とが確実に接触して放電等を引き起こすおそれが可及的に排除される。また、給電側端部3aが先端に向かって漸次縮径することで、下部絶縁層４に対して給電側端部の側面3cが嵌め合いの関係で接触することになり、熱負荷によって生じる応力を比較的広範囲に分散させることができてひび割れの発生を防ぐことができる。尚、給電端子３の具体的な大きさについては、処理する半導体ウエハ等の大きさや静電チャックを装備する装置の形状等によっても異なるが、通常、外径はφ２〜１０ｍｍである。また、給電側端部3aの先端に頂面を形成する場合には、例えば直径２〜４．５ｍｍの円形状にするのがよい。【００２４】
更に、給電側端部の側面3cについては、少なくとも下部絶縁層４と接する部分を所定の曲率を有した曲面となるようにするのがより好ましい。上記のような応力分散効果をより一層向上させることができる。ここで、曲面を形成する曲率半径については特に制限されず、給電側端部3aの長さや先端に設ける頂面の大きさ等によっても異なるが、応力の分散の観点や電極層との接触面積を総合して決定すればよい。具体的には、Ｒ０．２５ｍｍ〜Ｒ１．５ｍｍ程度の範囲にするのがよく、放電のおそれも可及的に排除できる。尚、本発明において、給電側端部3aが先端に向かって漸次縮径するとは、給電側端部3aが先端に向かって径が拡がる場合を排除する意味である。すなわち、同じ径である部分が存在してもよく、例えば、電極層５の内部に存在する給電側端部3aについて、先端まで径が同じになるようにしてもよい。【００２５】
次に、上記給電構造の製造方法を例示しながら、本発明について更に説明する。
先ず、貫通孔７内に絶縁保持部材２を介して給電端子３が配設された金属基盤１を準備する。この際、金属基盤１の上面側に給電端子３の一部を突出させて、給電側端部3aを形成させる。そして、この金属基盤１の上面側に、アルミナ、窒化アルミ等のセラミック粉末を溶射して下部絶縁層を形成する。ここで、セラミック粉末の純度については好ましくは９９．９〜９９．９９％であるのがよい。また、下部絶縁層４の膜厚は、装置の使用される環境によっても異なるが、通常２００〜５００μｍとするのがよい。【００２６】
上記給電端子３の材質については特に制限されないが、耐食性の観点から、好ましくは金属チタンから形成されたものであるのがよい。尚、金属基盤については、通常用いられるものであればよく、例えばアルミニウム、銅、ステンレス、これらを含めた各種合金のほか、セラミックと金属の複合材（ＭＭＣ）等が挙げられる。また、給電端子３と絶縁保持部材２との間、絶縁保持部材２と貫通孔７の内壁との間については、例えばエポキシ系やシリコン系の接着剤を用いて接合するようにしてもよい。【００２７】
一方、絶縁保持部材２の材質については、例えば樹脂、マシナブルセラミック、アルミナセラミック、溶射によるアルミナセラミック等を挙げることができるが、好ましくは、少なくとも金属基盤の上面側に露出する部分については多孔質セラミックからなるようにするのがよい。図３には、絶縁保持部材２の下部絶縁層４側の一部を多孔質セラミック2aで形成した場合の断面説明図を示す。このように、金属基盤１の上面側に露出する部分を多孔質セラミックで形成した上で、セラミック粉末の溶射によって下部絶縁層４を形成すれば、多孔質の孔にセラミック粉末が溶射されて強固な接合部分を形成することができる。尚、下部絶縁層４側の一部を多孔質セラミックにして下部絶縁層と接触させた場合の効果は、給電側端部の先端の位置や給電端子の形状によらず独立に発揮し得る。ただし、本発明の給電構造による給電側端部の先端の位置や形状と組み合わせることで、ひび割れ発生を抑制する効果がより一層向上する。【００２８】
例えば給電端子が金属チタン製の場合、チタンの熱膨張係数は８．６×１０−６／℃であって、下部絶縁層や後述する電極層を形成する材質よりも一般的に大きい（例えばアルミナ6.5×10-6/℃、タングステン4.5×10−６/℃）。そのため、給電端子３が熱負荷を受けると絶縁保持部材２の方向に応力が発生し、下部絶縁層４と絶縁保持部材２との間で互いに引き離される力が働き、ひび割れの原因に成りかねない。そこで、上記のように絶縁保持部材２と下部絶縁層４とを同等の材質で形成すると共に、両者の界面での接合をより強固にすることで、ひび割れの発生を効果的に防止することができる。また、多孔質セラミックの気孔率については、好ましくは０．５〜３０％であるのがよく、特に５〜１０％であれば、下部絶縁層４との連続性が確保され易く、また、シリコン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を用いて行う気孔の封孔処理性の観点からより好ましい。尚、絶縁保持部材２の材質を多孔質セラミックにする場合は、図３に示したように、少なくとも下部絶縁層４と接触する部分のみを多孔質セラミックで形成してもよく、或いは絶縁保持部材２を全て多孔質セラミックから形成してもよい。【００２９】
次いで、上記で形成した下部絶縁層４に金属粉末を溶射して電極層５を形成する。この際、金属基盤１の上面側に突出した給電端子３の給電側端部3aの先端の位置ｘがｌ１＜ｘ≦ｌ２の関係式を満たすように、すなわち、給電側端部3aの先端が電極層５内に埋設されるように、又は給電側端部3aの先端と電極層５とが同一面を形成するようにする。電極層５を形成するために用いる金属粉末については特に制限はないが、耐久性や溶射の簡易性の観点から、好ましくは高融点金属であるのがよく、具体的にはモリブデンやタングステンを用いるのがよい。用いる金属粉末の純度は９９．９９％以上であるのが好ましい。また、電極層５の膜厚については、装置の使用される環境によっても異なるが、通常２０〜６０μｍとするのがよい。尚、電極層５は上記のような高融点金属をペースト状にしたものを塗布して形成することも可能であるが、耐久性の点で溶射よりも劣る。【００３０】
そして、上記電極層５にアルミナ、窒化アルミ等のセラミック粉末を溶射して表面絶縁誘電層６を形成すれば、本発明の給電構造を備えた静電チャックを得ることができる。この表面絶縁誘電層６を形成するセラミック粉末の純度については、下部絶縁層４の場合と同様である。また、表面絶縁誘電層６の膜厚については、装置の使用される環境によっても異なるが、通常２００〜５００μｍとするのがよい。尚、半導体ウエハ等を吸着させる表面絶縁誘電層６の表面については、平坦性が５〜１０μｍの範囲内になるように平坦化処理を行うのがよい。また、下部絶縁層４、電極層５及び表面絶縁誘電層６の露出面については、溶射によって形成された気孔を封孔する目的で、例えばシリコン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を用いて真空含浸処理してもよい。【００３１】
また、本発明の給電構造の製造方法を利用して、使用済みの静電チャックの給電構造を再生することもできる。すなわち、使用済み静電チャックの金属基盤１から表面絶縁誘電層６、電極層５及び下部絶縁層４を機械的又は化学的に除去して、貫通孔内に給電端子が配設されていると共に、金属基盤の上面側に給電端子の一部が突出した金属基盤を用意する。そして、給電構造の製造方法と同様にして、下部絶縁層４、電極層５及び表面絶縁誘電層６を形成すれば、本発明の給電構造を備えた静電チャックに再生することができる。【００３２】
電極層を形成する工程に先駆けて、給電端子の給電側端部の高さを調整したり、先端に所定の面積を持つ頂面を有すると共に先端に向かって漸次縮径する突起状に加工するようにしてもよい。また、使用済み静電チャックから表面絶縁誘電層６、電極層５及び下部絶縁層４を除去する際に絶縁保持部材２も除去するようにして、新品に交換するようにしてもよい。この際、少なくとも金属基盤１の上面側に露出する部分が多孔質セラミックからなるようにしてもよい。尚、使用済み静電チャックについては、各種装置で所定時間使用されて製品寿命を終えたもののほか、製品寿命に達する前に何らかのトラブルによって表面絶縁誘電層６が劣化したり、ひび割れが発生したり、その他損傷や消耗等によって使用を続けることができなくなったものも含む。
【実施例１】
【００３３】
図１に示した給電構造を有する静電チャックの実施例を説明する。
φ２３０ｍｍ×厚さ４８ｍｍのアルミニウム製金属基盤１を用意した。この金属基盤１の上面側の平坦度は１０μｍ以下である。金属基盤１には、上下面を貫通する最大径がφ１１．１ｍｍの貫通孔７が形成されており、また、図示外の管路が複数形成されている。管路については、冷却水を用いて金属基盤１を直接冷却することができるものと、静電チャックに載置した半導体ウエハ等の被処理物の裏面にヘリウム等のガスを導くことができるものである。【００３４】
給電端子３はチタン材を機械加工して得たものであり、最大外径はφ５ｍｍ、長さ４７ｍｍである。また、給電側端部3aの先端には直径３ｍｍの頂面3bが形成されており、給電側端部3aの側面3cは、曲率半径Ｒが１ｍｍの曲面からなる。この給電端子３は、金属基盤１の上面側に３５０μｍ突出した給電側端部3aが形成されるように、樹脂製の絶縁保持部材２を介して貫通孔７内に配設され、給電端子３と絶縁保持部材２との間及び絶縁保持部材２と貫通孔７の内壁との間は、それぞれ図示外のエポキシ系の接着剤によって接合される。尚、図１に示した絶縁保持部材２の外径は１１ｍｍである。【００３５】
上記のように給電端子３を貫通孔７内に配設し、給電端子３の給電側端部3aが突出した金属基盤１の上面側に、純度９９．９９％のアルミナを溶射して厚さ３００μｍの下部絶縁層４を形成した。次いで、純度９９．９９％のタングステンを溶射し、給電端子３の頂面3bと同じ高さになるように厚さ５０μｍの電極層５を形成した。尚、電極層５を形成する工程の前には、下部絶縁層４を形成するために用いたアルミナが給電端子３に付着していたため、不要なアルミナを除去した。【００３６】
次いで、電極層５の上に、純度９９．９９％のアルミナを溶射して厚さ３００μｍの表面絶縁誘電層６を形成した。その後、表面絶縁誘電層６の表面の平坦性が５〜１０μｍの範囲内になるように処理し、また、下部絶縁層４、電極層５及び表面絶縁誘電層６の露出面を封孔するため、シリコンを用いて真空含浸処理を行い、静電チャックを完成させた。尚、下部絶縁層４、電極層５及び表面絶縁誘電層６を溶射する際には大気溶射で行った。
【実施例２】
【００３７】
次に、使用済み静電チャックの給電構造を再生する場合の実施例を説明する。
先ず、使用済み静電チャックから一部手作業を交えながら機械的切削により表面絶縁誘電層６、電極層５、及び下部絶縁層４を除去した。金属基盤１から下部絶縁層４を取り除く際には、０．１〜０．５ｍｍの範囲で金属基盤１の上面側を除去して、平坦性を１０μｍ以下にした。【００３８】
次いで、図１に示すように、給電端子の給電側端部をボールエンドミルで加工し、先端に直径３ｍｍの頂面3bを形成し、また、Ｒ１ｍｍの曲率半径を有する側面3cを形成した。そして、下部絶縁層４の膜厚を３００μｍ＋α（αは金属基盤１の上面側を削った分に相当）とする以外は実施例１と同様にして下部絶縁層４、電極層５及び表面絶縁誘電層６を形成し、本発明の給電構造を備えた静電チャックに再生した。尚、上記αは、再生前後における金属基盤の厚み調整量であり、例えば金属基盤を研磨して０．５ｍｍ取り除いた場合は、α＝０．５ｍｍとして下部絶縁層４を形成する。その結果、再生前後の静電チャックの能力を等しくすることができる。
【実施例３】
【００３９】
図３に示す給電構造を有する静電チャックの実施例を説明する。
実施例１と同様の金属基盤１及び給電端子３を準備し、金属基盤１の貫通孔７内に絶縁保持部材２を介して配設した。この際、下部絶縁層４側には気孔率は５〜１０％のアルミナ製絶縁保持部材2aを使用した。このアルミナ製絶縁保持部材2aは、後に形成する下部絶縁層４と同じ材質であり、外径が１１ｍｍ、長さが１０ｍｍである。それ以外は実施例１と同じにした。【００４０】
次いで、アルミナ製絶縁保持部材2aが露出した金属基盤１の上面側に、純度９９．９９％のアルミナ粉末を溶射して膜厚３００μｍの下部絶縁層４を形成した。この際、下部絶縁層４の一部がアルミナ製絶縁保持部材2aと接触して強固な接合面を形成した。以降、実施例１と同様にして本発明の給電構造を備えた静電チャックを完成させた。
【実施例４】
【００４１】
図４に示した従来例の静電チャックを用いて、図３に示す給電構造を有する静電チャックを再生する実施例を説明する。
先ず、実施例２と同様にして、使用済み静電チャックから表面絶縁誘電層６、電極層５、及び下部絶縁層４を除去し、その後、金属基盤１の貫通孔７から使用済みの給電端子及び絶縁保持部材を取り除いた。次いで、金属基盤１の上面側を研磨して０．１〜０．５ｍｍの範囲で取り除き、平坦性を１０μｍ以下にした。また、実施例２と同様に給電端子の給電側端部をボールエンドミルで加工し、先端に直径３ｍｍの頂面3bを形成し、また、側面にはＲ１ｍｍの曲率半径を有する曲面3cを形成した。【００４２】
そして、上記給電端子を金属基盤１の貫通孔７内に絶縁保持部材２を介して配設した。この際、下部絶縁層４側には気孔率は５〜１０％のアルミナ製絶縁保持部材2aを使用した。このアルミナ製絶縁保持部材2aは、後に形成する下部絶縁層４と同じ材質であり、外径が１１ｍｍ、長さが１０ｍｍである。それ以外は実施例１と同じにした。【００４３】
次いで、アルミナ製絶縁保持部材2aが露出した金属基盤１の上面側に、純度９９．９９％のアルミナ粉末を溶射して膜厚３００μｍ＋α（αは金属基盤１の上面側を削った分に相当）の下部絶縁層４を形成した。この際、下部絶縁層４の一部がアルミナ製絶縁保持部材2aと接触して強固な接合面を形成した。以降、実施例１と同様にして本発明の給電構造を備えた静電チャックを再生した。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、静電チャックが熱負荷や熱サイクルを受けた際、給電構造で発生する熱応力を緩和できて、下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層にひび割れが発生し難い給電構造にすることができるため、静電チャックの温度特性の局部的劣化やパーティクルの発生等の問題を可及的に回避し、更には静電チャックの寿命を延ばすことが可能である。そのため、新規の静電チャックを製造する場合はもちろん、使用済みの静電チャックを利用して本発明の給電構造を備えた静電チャックに再生することも可能であり、従来、場合によっては廃棄されていた使用済み静電チャックを有効利用することができる。また、特に静電チャックの給電構造に限らず、同様の熱負荷や機械的負荷を受けるようなもの、例えば自動車のエンジン、高熱炉、電力のタービン等にも適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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