(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物を載置する第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、を有し、多結晶セラミック焼結体であるセラミック誘電体基板と、
前記セラミック誘電体基板の前記第１主面と前記第２主面との間に介設され、前記セラミック誘電体基板に一体焼結された電極層と、
前記第２主面側に設けられた温調プレートと、
前記電極層と前記温調プレートとの間に設けられたヒータと、
を備え、
前記セラミック誘電体基板は、前記電極層と前記第１主面との間の第１誘電層と、前記電極層と前記第２主面との間の第２誘電層と、を有し、
前記電極層は、導電性を有する第１部分と、前記第１部分よりも赤外線分光透過率の高い第２部分と、を含み、
前記セラミック誘電体基板の前記第１誘電層および前記第２誘電層における赤外線分光透過率は、厚さ１ミリメートル換算で２０パーセント以上であることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記第１誘電層の厚さは、１００マイクロメートル以上であることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】
前記セラミック誘電体基板に含まれる結晶の粒子どうしは固相焼結または液相焼結により互いに結合したことを特徴とする請求項２記載の静電チャック。
【請求項４】
前記セラミック誘電体基板の純度は、９９．９重量パーセント以上であることを特徴とする請求項３記載の静電チャック。
【請求項５】
前記第１誘電層に含まれる異物の外径は、３ミリメートル以下であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の静電チャック。
【請求項６】
前記異物の外径は、２ミリメートル以下であることを特徴とする請求項５記載の静電チャック。
【請求項７】
前記第１誘電層に含まれる異物の単位面積当たりに占める割合は、０．１６面積パーセント以下であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載の静電チャック。
【請求項８】
前記第１部分は、前記第２部分と直接結合したことを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項９】
前記第２部分は、前記第１誘電層と前記第２誘電層とを機械的に結合し、
前記第２部分は、前記電極層を赤外線が透過するように前記第１誘電層と前記第２誘電層とを光学的に結合したことを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項１０】
前記第２部分は、前記第１主面と非平行な方向に延在する部分を有することを特徴とする請求項９記載の静電チャック。
【請求項１１】
前記セラミック誘電体基板に含まれる結晶の平均粒径は、前記第２部分に含まれる結晶の平均粒径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の静電チャック。
【請求項１２】
前記第２部分の材料は、前記セラミック誘電体基板の材料と同種であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の静電チャック。
【請求項１３】
前記セラミック誘電体基板に含まれる結晶の材料は、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３及びＹＡＧのいずれかであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は、静電チャックに関し、具体的には、吸着保持される処理対象物を所望の温度に維持することができる静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチング、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタリング、イオン注入、アッシングなどを行うプラズマ処理チャンバ内では、半導体ウェーハやガラス基板などの処理対象物を吸着保持する手段として、静電チャックが用いられている。
【０００３】
静電チャックは、アルミナ等のセラミック基材の間に電極を挟み込み、焼成することで作製される。静電チャックは、内蔵する電極に静電吸着用電力を印加し、シリコンウェーハ等の基板を静電力によって吸着するものである。
【０００４】
ところで、プラズマ処理を行った後のチャンバ内面には、半導体ウェーハや塗膜からの残渣及び生成物が付着している。そしてプラズマ処理を繰り返してゆくと、残渣及び生成物が次第に堆積し、やがてチャンバ内面から剥離して半導体ウェーハやガラス基板などの処理対象物の表面に付着して、歩留りを低下させる原因となる。
【０００５】
そこで、従来から定期的にチャンバ内をプラズマによってクリーニングし、チャンバー内面に付着した残渣及び生成物を除去するようにしている。この際、静電チャックの表面をダミーウェーハで覆わずに処理を行う、いわゆるウェーハレスプラズマクリーニングを行うことがある。ウェーハレスプラズマクリーニングでは、クリーニングの際に静電チャックの表面が直接Ｏ２ガスやＣＦ４ガスなどのクリーニングプラズマに曝される。
【０００６】
静電チャックにおいては、ウェーハレスプラズマクリーニングを実施した場合、セラミック表面粒子の脱離及び粒界の浸食が発生し、表面粗さが大きくなる。これにより、静電吸着力の低下、シールリングのガス漏れ量の増大、半導体ウェーハとの固体接触界面の熱伝達率の低下などの不具合が発生し、短期間で静電チャックを交換しなければならなくなる。
【０００７】
そこで、ハロゲンガス等のプラズマ照射による表面粗さの変化を抑える方法として、誘電体に高純度アルミナを用いた内部電極構造の静電チャックの製造方法が特許文献１に開示されている。
【０００８】
特許文献１では、純度９９．５％のアルミナ粉末を用いたグリーンシートに、Ｗ、Ｍｏ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ等の粉末を含むペーストを塗布して導体として用いることが開示されている。
【０００９】
また、特許文献２では、純度９９．９％以上のアルミナ粉末を用いたグリーンシートに、Ｐｄ単体、または４０重量％以下のＡｇを含むＰｄからなる導体を塗布して内部電極とした静電チャックの構造が開示されている。
【００１０】
近年では、ウェハ処理プロセスや条件に合わせて、大きなプラズマパワーでも静電チャックの温度を変化することができることが求められている。静電チャックにおいては、このような温度変化があっても処理対象物を所望の温度に維持できるようにすることが重要である。
【００１１】
そのため所望のウェハ温度にするために、静電チャックにヒータを内蔵し、加熱媒体だけでは足りない熱量をヒータから発熱することで、１台の静電チャックで高温域まで使用可能で、さらに高温域でも処理対象物の温度が均一となるヒータ内蔵静電チャックが要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−２７９３４９号公報
【特許文献２】特開平８−１１９７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、吸着保持される処理対象物を所望の温度に維持することができるヒータ内蔵静電チャックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の発明は、処理対象物を載置する第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、を有し、多結晶セラミック焼結体であるセラミック誘電体基板と、前記セラミック誘電体基板の前記第１主面と前記第２主面との間に介設され、前記セラミック誘電体基板に一体焼結された電極層と、前記第２主面側に設けられた温調プレートと、前記電極層と前記温調プレートとの間に設けられたヒータと、を備え、前記セラミック誘電体基板は、前記電極層と前記第１主面との間の第１誘電層と、前記電極層と前記第２主面との間の第２誘電層と、を有し、前記電極層は、導電性を有する第１部分と、前記第１部分よりも赤外線分光透過率の高い第２部分と、を含み、前記セラミック誘電体基板の前記第１誘電層および前記第２誘電層における赤外線分光透過率は厚さ１ミリメートル（ｍｍ）換算で２０パーセント（％）以上であることを特徴とする静電チャックである。
【００１５】
この静電チャックによれば、内蔵ヒータから放出される赤外線がセラミック誘電体基板を効率良く透過するため、処理対象物に熱を容易にかつ均一に伝達することができる。また、この静電チャックによれば、導電性を有する第１部分よりも赤外線分光透過率の高い第２部分が設けられているため、電極層で赤外線を効率良く透過させることができるようになる。よって、ヒータ形状に応じた温度ムラを抑制することができ、処理対象物の温度を均一にすることができる。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、前記第１誘電層の厚さが、１００マイクロメートル（μｍ）以上であることを特徴とする静電チャックである。
【００１７】
この静電チャックによれば、第１誘電層の厚さが１００μｍ以上あるため、十分な絶縁耐圧を維持することができる。
【００１８】
第３の発明は、第２の発明において、前記セラミック誘電体基板に含まれる結晶の粒子どうしが固相焼結または液相焼結により互いに結合したことを特徴とする静電チャックである。
【００１９】
この静電チャックによれば、セラミック誘電体基板に焼結助剤が含まれないため、焼結助剤による赤外線の透過率低下が発生しない。
【００２０】
第４の発明は、第３の発明において、前記セラミック誘電体基板の純度が、９９．９重量％以上であることを特徴とする静電チャックである。
【００２１】
この静電チャックによれば、セラミック誘電体基板に含まれる不純物が少ないため、不純物による赤外線の透過率低下を抑制することができる。
【００２２】
第５の発明は、第２〜第４のいずれか１つの発明において、前記第１誘電層に含まれる異物の外径が３ｍｍ以下であることを特徴とする静電チャックである。
【００２３】
この静電チャックによれば、第１誘電層に含まれる異物の外径が３ｍｍ以下であるため、異物による赤外線の透過率低下が抑制され、処理対象物の温度制御が妨げられない。
【００２４】
第６の発明は、第５の発明において、前記異物の外径が２ｍｍ以下であることを特徴とする静電チャックである。
【００２５】
この静電チャックによれば、第１誘電層に含まれる異物の外径が２ｍｍ以下であるため、異物による赤外線の透過率低下が抑制され、処理対象物の温度制御が妨げられない。
【００２６】
第７の発明は、第２〜第６のいずれか１つの発明において、前記第１誘電層に含まれる異物の単位面積当たりに占める割合が、０．１６面積％以下であることを特徴とする静電チャックである。
【００２７】
この静電チャックによれば、第１誘電層に含まれる異物の単位面積当たりに占める割合が０．１６面積％以下であるため、異物による赤外線の透過率低下が抑制され、処理対象物の温度制御が妨げられない。
【００３０】
第８の発明は、第１の発明において、前記第１部分が、前記第２部分と接することを特徴とする静電チャックである。
【００３１】
この静電チャックによれば、第１部分と第２部分との間に焼結助剤が含まれないため、焼結助剤による赤外線の透過率低下が発生しない。
【００３２】
第９の発明は、第１の発明において、前記第２部分が、前記第１誘電層と前記第２誘電層とを機械的に結合し、前記第２部分が、前記電極層を赤外線が透過するように前記第１誘電層と前記第２誘電層とを光学的に結合することを特徴とする静電チャックである。
【００３３】
この静電チャックによれば、セラミック誘電体基板と電極層との機械的な密着性が高まるとともに、電極層での赤外線の透過性を高めることができるようになる。
【００３４】
第１０の発明は、第９の発明において、前記第２部分が、前記第１主面と非平行な方向に延在する部分を有することを特徴とする静電チャックである。
【００３５】
この静電チャックによれば、第２部分が第１主面と非平行な方向に延在する部分を有するため、第１主面と非平行な方向に赤外線を透過することができる。これにより、セラミック誘電体基板および電極層の両方を赤外線が透過して、処理対象物やセラミック誘電体基板に熱が蓄積されることを抑制することができ、処理対象物の温度を容易にかつ均一にすることができる。
【００３６】
第１１の発明は、第１〜第１０のいずれか１つの発明において、前記セラミック誘電体基板に含まれる結晶の平均粒径が、前記第２部分に含まれる結晶の平均粒径よりも大きいことを特徴とする静電チャックである。
【００３７】
この静電チャックによれば、第２部分に含まれる結晶の平均粒径が小さいことで、第１部分による導電性のネットワークを阻害せず、かつ、赤外線を透過する性能を両立することができる。
【００３８】
第１２の発明は、第１〜第１１のいずれか１つの発明において、前記第２部分の材料が、前記セラミック誘電体基板の材料と同種であることを特徴とする静電チャックである。
【００３９】
この静電チャックによれば、セラミック誘電体基板とともに電極層でも効率良く赤外線を透過することができるようになる。
【００４０】
第１３の発明は、第１〜第１２のいずれか１つの発明において、前記セラミック誘電体基板に含まれる結晶の材料が、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３及びＹＡＧのいずれかであることを特徴とする静電チャックである。
【００４１】
この静電チャックによれば、赤外線透過性、絶縁耐圧、プラズマ耐久性を高めることができ、内蔵するヒータからの熱を効率よく均一に処理対象物に伝えることができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の態様によれば、吸着保持される処理対象物を所望の温度で均一に維持することができるヒータ内蔵静電チャックが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態に係る静電チャックの構成を例示する模式的断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、電極層の構成を例示する模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は静電チャックの表面を例示する図である。
【図４】電極層を例示する図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、セラミック誘電体基板の赤外線分光透過率を例示する図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、電極層の赤外線分光透過率を例示する図である。
【図７】ウェーハの温度均一性を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００４５】
図１は、本実施形態に係る静電チャックの構成を例示する模式的断面図である。
図１に表したように、本実施形態に係る静電チャック１１０は、セラミック誘電体基板１１と、電極層１２と、ヒータ１３１を備える。
【００４６】
セラミック誘電体基板１１は、例えば多結晶セラミック焼結体による平板状の基材であり、半導体ウェーハ等の処理対象物Ｗを載置する第１主面１１ａと、この第１主面１１ａとは反対側の第２主面１１ｂと、を有する。
【００４７】
電極層１２は、セラミック誘電体基板１１の第１主面１１ａと、第２主面１１ｂと、の間に介設されている。すなわち、電極層１２は、セラミック誘電体基板１１の中に挿入されるように形成される。電極層１２は、セラミック誘電体基板１１に一体焼結されている。静電チャック用基板１００は、セラミック誘電体基板１１と、セラミック誘電体基板１１に設けられた電極層１２と、を含む板状の構造物である。
【００４８】
静電チャック１１０は、この電極層１２に吸着保持用電圧８０を印加することによって、電極層１２の第１主面１１ａ側に電荷を発生させ、静電力によって処理対象物Ｗを吸着保持する。ヒータ１３１にヒータ用電流１３３を流すことによって、ヒータに発熱が起こり、処理対象物Ｗの温度を昇温することができる。
【００４９】
ヒータは例えば第２誘電層１１２に内蔵されている。ただし、ヒータの形態は内蔵型に限定されるものではなく、ヒータ金属を第１誘電層１１１または第２誘電層１１２に凹部を形成して接合したものや、ヒータを内蔵した誘電体を第２誘電層に接合または積層したものでも良い。またヒータ電極電流導入部１３２の形状も金属埋め込みや接合など、形状を限定しない。
【００５０】
ヒータ１３１は、ヒータ位置とヒータの形状を限定しない。図１はヒータ１３１の位置が第２主面より電極側に位置しているが、ヒータは第２主面と同じ位置でもよく、第２主面より温調プレート側でも良い。
【００５１】
ヒータ１３１の位置が第２主面より電極側に位置している場合は、例えばグリーンシートに電極とヒータを印刷して、積層したグリーンシートを焼成した焼結体内部にヒータを内蔵したものや、ヒータ金属を第１誘電層１１１または第２誘電層１１２に凹部を形成して接合したものでも良い。
【００５２】
ヒータ１３１の位置が第２主面と同じ位置に存在している場合は、例えば第２主面にスクリーン印刷など適切な方法で電極を形成しても良く、溶射、ＰＶＤ（Physical VaporDeposition）、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などでヒータ１３１を形成しても良い。
【００５３】
ヒータ１３１の位置が第２主面より温調プレート側に位置している場合は、例えばヒータを内蔵した誘電体を第２主面に接合または積層しても良い。
【００５４】
ここで、本実施形態の説明においては、第１主面１１ａと第２主面１１ｂとを結ぶ方向をＺ方向、Ｚ方向と直交する方向の１つをＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向に直交する方向をＹ方向ということにする。
【００５５】
電極層１２は、セラミック誘電体基板１１の第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂに沿って設けられている。電極層１２は、処理対象物Ｗを吸着保持するための吸着電極である。電極層１２は、単極型でも双極型でもよい。また、三極型やその他の多極型であってもよい。電極層１２の数や配置は適宜選択される。図１に表した電極層１２は双極型であり、同一面上に２極の電極層１２が設けられている。
【００５６】
セラミック誘電体基板１１は、電極層１２と第１主面１１ａとの間の第１誘電層１１１と、電極層１２と第２主面１１ｂとの間の第２誘電層１１２と、を有する。セラミック誘電体基板１１のうち少なくとも第１誘電層１１１における赤外線分光透過率は２０％以上である。本実施形態において、赤外線分光透過率は、厚さ１ｍｍ換算での値である。
【００５７】
セラミック誘電体基板１１のうち少なくとも第１誘電層１１１における赤外線分光透過率が２０％以上あることで、第１主面１１ａに処理対象物Ｗを載置した状態でヒータ１３１から放出される赤外線がセラミック誘電体基板１１を効率良く透過することができる。したがって、処理対象物Ｗに熱が蓄積し難くなり、処理対象物Ｗの温度の制御性が高まる。
【００５８】
例えば、プラズマ処理を行うチャンバ内で静電チャック１１０が使用される場合、プラズマパワーの増加に伴い処理対象物Ｗの温度は上昇しやすくなる。本実施形態の静電チャック１１０では、プラズマパワーによって処理対象物Ｗに伝わった熱がセラミック誘電体基板１１に効率良く伝わる。さらにヒータ１３１によって誘電層に伝わった熱が処理対象物Ｗに効率よく伝わる。したがって、処理対象物Ｗを効率良く伝熱して所望の温度に維持しやすくなる。
【００５９】
本実施形態に係る静電チャック１１０では、第１誘電層１１１に加え、第２誘電層１１２における赤外線分光透過率も２０％以上あることが望ましい。第１誘電層１１１及び第２誘電層１１２の赤外線分光透過率が２０％以上あることで、ヒータ１３１から放出される赤外線がさらに効率良くセラミック誘電体基板１１を透過することになり、処理対象物Ｗの温度制御性を高めることができる。
【００６０】
ここで、静電チャック１１０の具体的な構成例について説明する。
図１に表したように、静電チャック１１０は、ベースプレート５０の上に取り付けられている。静電チャック１１０をベースプレート５０に取り付けるには、シリコーン等の耐熱性樹脂、インジウム接合及びろう付などが用いられる。接着材料は、使用温度帯やコスト等の観点から適宜選択されるが、赤外線を透過しやすい材料がより好ましい。
【００６１】
ベースプレート５０は、例えば、アルミニウム製の上部５０ａと下部５０ｂとに分けられており、上部５０ａと下部５０ｂとの間に連通路５５が設けられている。連通路５５は、一端側が入力路５１に接続され、他端側が出力路５２に接続される。
【００６２】
ベースプレート５０は、静電チャック１１０の温度調整を行う役目を果たす。例えば、静電チャック１１０を冷却する場合には、入力路５１から冷却媒体を流入し、連通路５５を通過させ、出力路５２から流出させる。これにより、冷却媒体によってベースプレート５０の熱を吸収し、その上に取り付けられた静電チャック１１０を冷却することができる。
【００６３】
一方、静電チャック１１０を加熱する場合には、連通路５５内に加熱媒体を入れることも可能である。または、静電チャック１１０やベースプレート５０にヒータ１３１を内蔵させることも可能である。このように、ベースプレート５０を介して静電チャック１１０の温度が調整されると、静電チャック１１０で吸着保持される処理対象物Ｗの温度を容易に調整することができる。
【００６４】
また、セラミック誘電体基板１１の第１主面１１ａ側には、必要に応じて凸部１３が設けられており、凸部１３の間に溝１４が設けられている。この溝１４は連通していて、静電チャック１１０に搭載された処理対象物Ｗの裏面と溝１４との間に空間が形成される。
【００６５】
溝１４には、ベースプレート５０及びセラミック誘電体基板１１を貫通する導入路５３が接続されている。処理対象物Ｗを吸着保持した状態で導入路５３からヘリウム（Ｈｅ）等の伝達ガスを導入すると、処理対象物Ｗと溝１４との間に設けられた空間に伝達ガスが流れ、処理対象物Ｗを伝達ガスによって直接加熱もしくは冷却することができるようになる。
【００６６】
ここで、凸部１３の高さ（溝１４の深さ）、凸部１３及び溝１４の面積比率、形状等を適宜選択することで、処理対象物Ｗの温度や処理対象物Ｗに付着するパーティクルを好ましい状態にコントロールすることができる。
【００６７】
セラミック誘電体基板１１の第２主面１１ｂには接続部２０が設けられる。接続部２０の位置と対応するベースプレート５０の上部５０ａにはコンタクト電極６１が設けられている。したがって、静電チャック１１０をベースプレート５０の上部５０ａに取り付けると、コンタクト電極６１が接続部２０と接触し、これによりコンタクト電極６１と電極層１２とが、接続部２０を介して電気的に導通することになる。
【００６８】
コンタクト電極６１には、例えば可動式プローブが用いられている。これにより、コンタクト電極６１と接続部２０との確実な接触と、コンタクト電極６１が接触することによる接続部２０へのダメージを最小限に抑制している。なお、コンタクト電極６１は、上記に限定されず、接続部２０と単に接触するだけの構成や、接続部２０と嵌合または螺合によって接続されるものなど、どのような形態であってもよい。
【００６９】
次に、セラミック誘電体基板１１について具体的に説明する。
セラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の材料は、例えばＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３及びＹＡＧのいずれかである。この材料を用いることで、セラミック誘電体基板１１における赤外線透過性、絶縁耐性及びプラズマ耐久性を高めることができる。
【００７０】
セラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の粒子どうしは固相焼結または液相焼結により互いに結合していることが望ましい。すなわち、結晶間に焼結助剤を含めることなく結晶の粒子どうしが結合している状態である。焼結助剤を用いないことで、セラミック誘電体基板１１において、焼結助剤による赤外線の透過率低下が発生しない。
【００７１】
セラミック誘電体基板１１の純度は、９９．９重量％以上であることが望ましい。セラミック誘電体基板１１に含まれる不純物を少なくすれば、不純物による赤外線の透過率低下を抑制することができる。
【００７２】
セラミック誘電体基板１１のうち第１誘電層１１１の厚さは１００μｍ以上である。第１誘電層１１１の厚さが１００μｍ以上あると、静電チャック１１０における十分な絶縁耐圧を維持することができる。第１誘電層１１１の厚さは吸着力に大きく影響し、処理対象物Ｗの温度を所望の温度にするために、適宜設定することができる。実施形態では、第１誘電層１１１の厚さは、例えば１００μｍから１０００μｍ、より好ましくは１００μｍから５００μｍに設定することができる。
【００７３】
セラミック誘電体基板１１のうち第２誘電層１１２の厚さも同様に適宜設定できる。セラミック誘電体基板１１に電極層１２を設けた静電チャック用基板１００の全体の厚さは、セラミック誘電体基板１１の機械的強度、熱伝導率、加熱性、信頼性および歩留まりなどを考慮して、例えば約０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。静電チャック用基板１００の全体の厚さは、好ましくは約０．５ｍｍ〜７ｍｍ程度である。静電チャック用基板１００の全体の厚さは、さらに好ましくは約０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度である。
【００７４】
本発明者の得た知見によれば、相対的に薄いセラミック誘電体基板１１よりも、相対的に厚いセラミック誘電体基板１１において、本実施形態の優位性は大きくなる。セラミック誘電体基板１１が赤外線を透過する効果により、セラミック誘電体基板１１において生ずる温度差を小さくすることができる。これにより、相対的に厚いセラミック誘電体基板１１の冷却特性は、相対的に薄いセラミック誘電体基板１１の冷却特性よりも優れている。相対的に厚いセラミック誘電体基板１１の加熱特性は、相対的に薄いセラミック誘電体基板１１の加熱特性よりも優れている。
【００７５】
セラミック誘電体基板１１の厚さが厚くなると、第２誘電層１１２の厚さが厚くなる。すると、電極層１２とヒータ１３１との間の距離が遠くなる。これによれば、電極層１２からヒータ１３１までの絶縁距離をより長く確保することができ、静電チャック１１０の信頼性を向上させることができる。
【００７６】
後述するように、静電チャック１１０の製造方法の一例として、シート成形が挙げられる。例えば、シートの積層枚数を変更することで、セラミック誘電体基板１１の厚みを調整することができる。例えば、焼成体の厚さを厚くすると、焼成体の荷重が増加する。本発明者が得た知見によれば、焼成体の荷重が増加すると、焼成体の反りが低減する。これにより、第１誘電層１１１および第２誘電層１１２の厚さと誘電体厚みとが略均一となる。すると、静電チャック１１０が発生する吸着力も均一となり、半導体ウェーハ等の処理対象物Ｗの温度が略均一となる。
【００７７】
次に、電極層１２について具体的に説明する。
図２（ａ）及び（ｂ）は、電極層の構成を例示する模式的断面図である。
図２（ａ）には、電極層部分を拡大した模式的断面図が表され、図２（ｂ）には、（ａ）に示すＡ部の断面ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像が表されている。
【００７８】
図２（ａ）に表したように、電極層１２は、セラミック誘電体基板１１の第１誘電層１１１と第２誘電層１１２との間に設けられる。電極層１２は、セラミック誘電体基板１１と一体焼結されている。電極層１２の厚さは、約１５μｍである。
【００７９】
図２（ｂ）に表したように、電極層１２は、第１部分１２１と、第２部分１２２と、を有する。第１部分１２１は導電性を有する。第１部分１２１は、金属材料を含む。金属材料としては、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）などが挙げられる。本実施形態では、第１部分１２１の材料としてＰｄが用いられる。
【００８０】
第１部分１２１は、金属材料の粒子どうしが密着して連続した領域を有する。図２（ｂ）に表した断面ＳＥＭ画像では、第１部分１２１として複数の領域が現れているが、各領域はいずれかの場所で連結している。したがって、電極層１２に電圧を印加した状態では第１部分１２１の各領域は同電位になる。
【００８１】
第２部分１２２は、第１部分１２１よりも赤外線分光透過率の高い部分である。第２部分１２２の材料は、セラミック誘電体基板１１の材料と同種である。第２部分１２２の材料は、例えばセラミック誘電体基板１１と同じ多結晶セラミック焼結体である。
【００８２】
第２部分１２２は、第１誘電層１１１と第２誘電層１１２とを繋ぐように設けられる。第２部分１２２は、第１主面１１ａに沿った方向（Ｘ−Ｙ平面に沿った方向）と非平行な方向に延在する部分１２２ａを有する。部分１２２ａは、第１導電層１１１と第２導電層１１２とを結合する。
【００８３】
第２部分１２２は、第１部分１２１における金属材料の粒子間に埋め込まれるように設けられる。すなわち、第１部分１２１は、例えば蟻の巣状に設けられる。第２部分１２２は、第１部分１２１の隙間に入り込むように設けられる。第２部分１２２は、第１部分１２１の金属粒子に囲まれる部分１２２ｂと、第１部分１２１をＺ方向に貫通するように延在する部分１２２ａと、を有する。
【００８４】
第２部分１２２は、第１誘電層１１１と第２誘電層１１２とを機械的に結合する。すなわち、第２部分１２２のうち部分１２２ａは、第１誘電層１１１及び第２誘電層１１２と一体的に焼結されている。部分１２２ａは、第１誘電層１１１と第２誘電層１１２とを連結する機能を有する。これにより、電極層１２とセラミック誘電体基板１１との機械的な密着性を高めることができる。
【００８５】
第２部分１２２は、第１誘電層１１１と第２誘電層１１２とを光学的に結合する。すなわち、第２部分１２２のうち部分１２２ａは、第１誘電層１１１と第２誘電層１１２との間を繋ぐように連続的に設けられる。したがって、第２部分１２２は、赤外線を透過することができる光路になる。第２部分１２２の材料はセラミック誘電体基板１１の材料と同種であるため、部分１２２ａは、セラミック誘電体基板１１とともに効率良く赤外線を透過させる。
【００８６】
電極層１２は、第１部分１２１及び第２部分１２２との混成によって、導電性を備えつつ、赤外線を透過できる構成になる。このような電極層１２をセラミック誘電体基板１１に組み込むことで、赤外線は、セラミック誘電体基板１１及び電極層１２の両方を透過でき、第１主面１１ａに載置した処理対象物Ｗに熱を容易にかつ均一に伝達することができる。
【００８７】
電極層１２において、第１部分１２１は第２部分１２２と直接結合していることが望ましい。すなわち、第１部分１２１及び第２部分１２２は互いに接する。第１部分１２１と第２部分１２２との間に焼結助剤は含まれない。これにより、焼結助剤による赤外線の透過率低下が発生しない。
【００８８】
セラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の平均粒径は、電極層１２の第２部分１２２に含まれる結晶の平均粒径よりも大きい。すなわち、第２部分１２２に含まれる結晶の平均粒径は、セラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の平均粒径以下である。
【００８９】
電極層１２のＸＹ面に沿った断面において、第２部分１２２の占有率は、１２面積％以上６５面積％以下、好ましくは１５面積％以上５８面積％以下、さらに好ましくは１８面積％以上４９面積％以下である。
【００９０】
また、電極層１２のＺＸ面に沿った断面において、第１部分１２１の第２部分１２２に対する占有率は、３０面積％以上９０面積％以下、好ましくは４０面積％以上８０面積％以下、さらに好ましくは４２面積％以上７３面積％以下である。
【００９１】
図３（ａ）及び（ｂ）は静電チャックの表面を例示する図である。
図３（ａ）は、電極層１２の表面におけるＳＥＭ画像であり、図３（ｂ）は、セラミック誘電体基板１１の表面（第１主面１１ａ）におけるＳＥＭ画像である。
図３（ａ）に表したＳＥＭ画像に基づき、電極層１２の第２部分１２２に含まれる結晶の粒子１００個の平均粒径を測定すると、約１．０μｍになる。一方、図３（ｂ）に表したＳＥＭ画像に基づき、セラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の粒子１００個の平均粒径を測定すると、約１．７μｍになる。
【００９２】
ここで、平均粒径は、例えば以下の方法で算出される。すなわち、粒界が判定できるように、破断やサーマルエッチング等の加工を施したセラミック誘電体基板１１を用意し、５０００倍のＳＥＭ写真で複数箇所の測定を行う。１つの測定箇所については、粒界を楕円近似したときの長径を粒径とする。そして、該粒径を１００個測定した平均値を平均粒径とする。
【００９３】
第２部分１２２に含まれる結晶の平均粒径がセラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の平均粒径よりも大きいと、第１部分１２１による導電性のネットワークが阻害されやすくなる。一方、第２部分１２２に含まれる結晶の平均粒径をセラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の平均粒径以下にすると、第１部分１２１による導電性のネットワークを阻害せず、かつ、赤外線を透過する性能を両立することができる。
【００９４】
次に、本実施形態に係る静電チャック１１０の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態では、シート成形での一例を挙げるが、ホットプレスや押し出し成形等、製造方法を限定するものではない。
【００９５】
（アルミナグリーンシートの作製）
アルミナ粉末にバインダー及び溶媒等を加え、ボールミルで混合粉砕後、脱泡を経て、グリーンシートを成形する。アルミナ粉末は不純物が少ないものが好ましく、純度９９．９重量％以上、より好ましくは９９．９９重量％以上のものが用いられる。バインダーは、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルクロライドなどのビニル系樹脂、メチルセルロース、エチルセルロースハイドロキシエチルセルロースなどのセルロース系樹脂及びポリアクリルエステル、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂で構成されたグループから選択された、少なくとも１種類の樹脂を選択することができる。他には、水溶性バインダー樹脂、あるいはその他のセラミックシート製品のプロセッシングに使用可能なバインダー、を使用してもよい。次に溶媒は、メチルエチルケトン、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、トルエン、ジエチルエーテル、三塩化エチレン、メタノールなどの単一溶媒あるいは複数の溶媒を選択することができる。しかし、バインダーを溶解させることのできる溶媒であればよく、溶媒を限定するものではない。
【００９６】
（メタライズペーストの作製、形成）
電極層１２を形成するためのメタライズペーストは、次のようにして作製する。アルミナ粉末と、Ｐｄ粉末とを混ぜたものに、バインダー等を加え、３本ロールにより混合してメタライズペーストとする。
【００９７】
次に、アルミナグリーンシート上に、前記メタライズペーストを用いて、スクリーン印刷法により、電極層１２になる内部電極パターンを印刷する。また、他のアルミナグリーンシートには、後で形成する外部端子に接続するために開けられたスルーホールまたはビアホール内にメタライズペーストを印刷しておいてもよい。また、電極の形成は、スクリーン印刷法に限らず、蒸着法（ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）、ＣＶＤ）や金属埋め込みなどでも良い。
【００９８】
次に、アルミナグリーンシート上に、例えば前記メタライズペーストを用いて、スクリーン印刷法により、ヒータパターンを印刷する。また、他のアルミナグリーンシートには、後で形成する外部端子に接続するために開けられたスルーホールまたはビアホール内にメタライズペーストを印刷しておいてもよく、材質を限定しない。また、ヒータの形成は、スクリーン印刷法に限らず、例えば蒸着法（ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）、ＣＶＤ）や金属箔埋め込み、などでも良く、ヒータを内蔵した誘電体層を適切な方法で接合または積層しても良い。
【００９９】
（アルミナグリーンシートの積層）
次に、アルミナグリーンシートを互いに位置合わせしつつ、積層、熱圧着し、全体の厚さを所定の厚さにした積層体を作製する。
【０１００】
（積層したアルミナグリーンシートの焼成、ＨＩＰ処理）
次に、積層体を１２５０℃以上、１７００℃以下、より好ましくは１３００℃以上、１４５０℃以下で焼成し、内部電極パターンと同時に焼成する。焼成は、大気雰囲気、還元雰囲気など焼成雰囲気を限定しない。焼成後、さらに温度と圧力を設定しＨＩＰ（Hot Isostatic Pressing）処理を行う。ＨＩＰ処理の条件は加圧用ガス（例えば、Ａｒ）を約１０００気圧以上とし、温度は焼成温度に応じて１２００℃以上、１６００℃以下にすることが好ましい。
【０１０１】
（外部端子の形成）
次に、外部電極を形成する。誘電体（アルミナ焼結体）の片面側からドリル等でザグリ加工を行い、内部のスルーホールまたはビアホールを露出させる。このザグリ加工部分にロー付け、半田付け、導電性接着剤等により電極端子を接合する。
【０１０２】
（アルミナ焼結体の加工）
アルミナ焼結体（セラミック誘電体基板１１）の表裏両面を研削加工して、アルミナ焼結体基板の第１誘電層１１１の厚さ（吸着面から電極層１２までの距離）を所望の厚さにする。
【０１０３】
（接合）
電極層１２が形成されたセラミック誘電体基板１１と、ベースプレート５０と、を接合する。
【０１０４】
（表面パターン作製）
ベースプレート５０に接合したセラミック誘電体基板１１が所定の厚さになるように研削加工した後、サンドブラスト法により表面に所定の大きさ、高さの凸部１３を形成する。
【０１０５】
以上のようにして、表面に凸部１３が形成された静電チャック１１０を得ることができる。
【０１０６】
（実施例）
以下、実施例に基づき電極層１２に関してさらに例示をする。
Ｐｄ粉末とアルミナ粉末（純度９９．９９％）を用意し、メタライズペーストを作製し、静電チャックを作製した。
【０１０７】
図４は、電極層を例示する図である。
図４には、焼成後の電極層１２の断面ＳＥＭ画像が表されている。図４において、白い部分がＰｄである。
【０１０８】
図４に表したように、電極層１２には空隙がなく緻密になり、Ｐｄ粒子どうしも密着して、連続している。したがって、導電性も良くなり、さらに、電極層１２とその上下の高純度アルミナ層（第１誘電層１１１及び第２誘電層１１２）との密着性も良好な状態である。
【０１０９】
また、焼結助剤等を含まない高純度アルミナと電極原料とを混合焼成するため、アルミナどうしの接触面積が減少することにより、電極層１２に添加したアルミナ粒子は大きく成長することなく、微粒子のまま存在している。これにより、密着性と導電性の両方を満足する電極層１２を作製することができる。
【０１１０】
（耐プラズマ性評価）
プラズマ照射によるアルミナ焼結体の表面粗さの低下（耐久性）について、次のようなサンプルによるプラズマ照射試験を行い、評価した。試験サンプルは実施例１及び２で作製した静電チャックの一部を切り出し、その表面を表面粗さＲａ０．０３μｍ以下に研磨して用いた。この試験サンプルにプラズマを照射し、表面粗さＲａの変化を測定した。プラズマ照射は、リアクティブイオンエッチング装置（アネルバ株式会社  ＤＥＡ−５０６）を用い、エッチングガスはＣＦ４：Ｏ２＝４：１で１０００Ｗ、３０時間まで行った。
【０１１１】
結果は、プラズマ照射１０時間後の表面粗さＲａは０．１２μｍ、３０時間照射後の表面粗さＲａは０．１３μｍとなった。プラズマ照射１０時間以上では表面粗さＲａはほとんど変化せず、耐プラズマ性の良好なアルミナ焼結体が作製できたことを確認した。
【０１１２】
静電チャック１１０の赤外線分光透過率について説明する。
図５（ａ）及び（ｂ）は、セラミック誘電体基板の赤外線分光透過率を例示する図である。
図５（ａ）には、本実施形態に係る静電チャック１１０に用いられるセラミック誘電体基板１１（純度９９．９重量％）の赤外線分光透過率が表されている。図５（ｂ）には、低純度アルミナ（純度９０．０重量％）を用いたセラミック誘電体基板の赤外線の透過率が表されている。
いずれの図においても、横軸は波数（波長の逆数：ｃｍ−１）、縦軸は透過率を表している。
透過率は、それぞれのセラミック誘電体基板について厚さ１ｍｍのサンプルを作製し、各サンプルにおける透過率を測定した結果である。
【０１１３】
図５（ａ）に表したように、本実施形態に係る静電チャック１１０に用いられるセラミック誘電体基板１１では、波数１４００ｃｍ−１以上で透過率１％を超え、波数５０００ｃｍ−１程度まで透過率２０％以上になっている。
一方、図５（ｂ）に表したように、低純度アルミナを用いたセラミック誘電体基板では、いずれの波数においても透過率１％を超えない。
このように、本実施形態に係る静電チャック１１０に用いられるセラミック誘電体基板１１においては、赤外分光透過率、すなわち赤外線領域（波数約２０００ｃｍ−１以上、約４０００ｃｍ−１以下）での透過率が２０％以上になっている。
【０１１５】
図６（ａ）及び（ｂ）は、電極層を含んだセラミック誘電体基板の赤外線分光透過率を例示する図である。
図６（ａ）には、本実施形態に係る電極層１２を内蔵した静電チャック１１０の赤外線分光透過率が表されている。図６（ａ）には、第１主面１１ａから第２主面１１ｂに向けての赤外線分光透過率（ＴＡ）及び第２主面１１ｂから第１主面１１ａに向けての赤外線分光透過率（ＴＢ）が示されている。図６（ｂ）には、電極材料（Ｐｄ）をペースト状に塗布形成した電極層の赤外線分光透過率が表されている。
いずれの図においても、横軸は波数（波長の逆数：ｃｍ−１）、縦軸は透過率を表している。
透過率は、それぞれの電極層についてサンプルを作製して赤外線分光透過率を測定し、１ｍｍ厚換算した結果である。
【０１１６】
図６（ａ）に表したように、本実施形態に係る静電チャック１１０に用いられる電極層１２においては、波数１５００ｃｍ−１以上で透過率１％を超え、波数５０００ｃｍ−１程度まで透過率７％以上になっている。
一方、図６（ｂ）に表したように、ペースト状に塗布形成した電極層では、ほとんどの波数で透過率２％を超えない。
このように、本実施形態に係る静電チャック１１０に用いられる電極層１２においては、赤外線領域（波数約２０００ｃｍ−１以上、約４０００ｃｍ−１以下）での赤外線分光透過率が７％以上になっている。
【０１１７】
図７は、ウェーハの温度均一性を表す図である。
図７の横軸はセラミック誘電体基板１１の第１誘電層１１１における赤外線の透過率を表し、縦軸はシリコンウェーハの温度均一性を表している。セラミック誘電体基板１１の厚さは１ｍｍである。図７には、このセラミック誘電体基板１１について、第１誘電層１１１の赤外線の透過率と、セラミック誘電体基板１１の上に載置したシリコンウェーハの温度均一性との関係が表されている。
図７に表したように、第１誘電層１１１における赤外線の透過率が２０％以上であれば、ウェーハの温度を約９０％以上均一にすることができる。より好ましくは第１誘電層１１１における赤外線の透過率が２５％以上であれば、ウェーハの温度を約９５％以上均一にすることができる。
【０１１８】
なお、セラミック誘電体基板１１の材料としてＹ２Ｏ３またはＹＡＧを用いた場合、厚さ１ｍｍ換算での赤外線の透過率は約２０％以上約９０％以下である。Ｙ２Ｏ３またはＹＡＧを用いたセラミック誘電体基板１１では、ウェーハの温度を約９５％以上均一にすることができる。  
セラミック誘電体基板１１の材料としてＡｌ２Ｏ３を用いた場合、厚さ１ｍｍ換算での赤外線の透過率は約２０％以上９０％以下である。より好ましくは、セラミック誘電体基板１１の材料としてＡｌ２Ｏ３を用いた場合、厚さ１ｍｍ換算での赤外線の透過率は３０％よりも大きく９０％以下である。本発明者の得た知見によれば、セラミック誘電体基板１１の材料としてＡｌ２Ｏ３を用いた場合において、厚さ１ｍｍ換算での赤外線の透過率が３０％よりも大きく９０％以下のセラミック誘電体基板１１を作製することができる。
【０１１９】
次に、異物とウェーハの温度ムラとの関係を説明する。
表１は、異物の外径とウェーハの温度ムラとの関係を表している。
【０１２０】
【表１】
0005441021.tif 000002
【０１２１】
表１において、異物外径は、セラミック誘電体基板１１の第１誘電層１１１に含まれる異物の外径（ｍｍ）を表し、温度差は、ウェーハの温度ムラ（℃）を表している。すなわち、表１においては、第１誘電層１１１に含まれる異物の大きさによって、この第１誘電層１１１の上に載置した処理対象物Ｗであるウェーハの温度が局所的にどの程度変化するかを表している。ウェーハの温度は、直径５０ｍｍの範囲で測定している。ここで、判定は、ウェーハの温度ムラが５℃以下の場合に○印が付され、５℃を超える場合に×印が付されている。
【０１２２】
表１に表したように、異物の外径が３ｍｍ以下であれば、ウェーハの温度ムラを５℃以下に抑制することができる。あるいは、外径が０．０５ｍｍ以上の異物を実体顕微鏡により確認することができることを考慮すると、異物の外径が０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であれば、ウェーハの温度ムラを５℃以下に抑制することができる。
【０１２３】
次に、異物の面積率とウェーハの温度ムラとの関係を説明する。
表２は、異物の面積率とウェーハの温度ムラとの関係を表している。
【０１２４】
【表２】
0005441021.tif 000003
【０１２５】
表２において、異物比率は、セラミック誘電体基板１１をＺ方向にみた場合の面積に対する異物の面積の比率（％）を表し、ΔＴは、ウェーハの温度ムラ（℃）を表している。
【０１２６】
表２に表したように、異物の比率が０．１６％以下であればウェーハの温度ムラを５℃以下に抑制することができる。あるいは、外径が０．１ｍｍ以上の異物を想定すると、異物の比率が０．００２％以上０．１６％以下であればウェーハの温度ムラを５℃以下に抑制することができる。
【０１２７】
次に、焼成体の反りについて説明する。  
焼成体の任意面（例えば第１主面１１ａや第２主面１１ｂなど）を上面（測定面）とした状態で、その焼成体を３点で支持し設置した。測定面の任意の３箇所を電気マイクロメータで測定し、その３箇所により形成される平面の平面度をゼロに設定した。続いて、測定面において、電気マイクロメータの測定値の最大値と、電気マイクロメータの測定値の最小値と、の間の差を計算し平面度とした。この平面度に基づいて、焼成体の反りを評価した。
【０１２８】
その結果の一例は、以下の通りである。すなわち、焼成体の厚さが１ｍｍであるときの平面度は、約２０００μｍ程度であった。焼成体の厚さが３．５ｍｍであるときの平面度は、約７００μｍ程度であった。焼成体の厚さが５ｍｍであるときの平面度は、約３００μｍ程度であった。これにより、焼成体の厚さが相対的に厚いと、焼成体の反りが相対的に小さいことが分かった。
【０１２９】
静電チャック用基板１００の厚さは、例えば約０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。静電チャック用基板１００の厚さは、好ましくは約０．５ｍｍ〜７ｍｍ程度である。静電チャック用基板１００の厚さは、さらに好ましくは約０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度である。
【０１３０】
本実施形態によれば、吸着保持される処理対象物を所望の温度に均一に維持することができる静電チャックを提供することができる。
【０１３１】
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１３２】
１１…セラミック誘電体基板、１１ａ…第１主面、１１ｂ…第２主面、１２…電極層、１３…凸部、２０…接続部、５０…ベースプレート、５０ａ…上部、５０ｂ…下部、６１…コンタクト電極、８０…吸着保持用電圧、１００…静電チャック用基板、１１０…静電チャック、１１１…第１誘電層、１１２…第２誘電層、１２１…第１部分、１２２…第２部分、１３１…ヒータ、Ｗ…処理対象物
【要約】
【課題】吸着保持される処理対象物を所望の温度に維持することができる静電チャックを提供することを目的とする。
【解決手段】処理対象物を載置する第１主面と、第１主面とは反対側の第２主面と、を有し、多結晶セラミック焼結体であるセラミック誘電体基板と、セラミック誘電体基板の第１主面と第２主面との間に介設され、セラミック誘電体基板に一体焼結された電極層と、第２主面側に設けられた温調プレートと、電極層と温調プレートとの間に設けられたヒータと、を備え、セラミック誘電体基板は、電極層と第１主面との間の第１誘電層と、電極層と第２主面との間の第２誘電層と、を有し、セラミック誘電体基板の第１誘電層および第２誘電層における赤外線分光透過率は、厚さ１ミリメートル（ｍｍ）換算で２０パーセント（％）以上であることを特徴とする静電チャックが提供される。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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