(57)【要約】【課題】１〜１０ｋＶの電圧を静電電極に印加した場合にも、上記電極の角部に電場が集中することはなく、これに起因して誘電体膜等にクラックが発生することのない静電チャックを提供する。【解決手段】セラミック基板上に静電電極が形成され、上記静電電極上にセラミック誘電体膜が設けられた静電チャックにおいて、上記静電電極は、一対の対向電極からなり、上記対向電極の角部の輪郭は、曲線により構成されてなることを特徴とする静電チャック。【選択図】　　　　　図１
2004064077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板上に電極が形成され、前記電極上にセラミック誘電体膜が設けられた静電チャックにおいて、
前記電極は、一対の対向電極からなり、前記対向電極の角部の輪郭は、曲線により構成されてなることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記対向電極の角部は、曲率半径０．０１〜１０ｍｍの曲線で構成されてなる請求項１に記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に半導体産業において使用される静電チャックに関し、特には、耐電圧が高く、シリコンウエハの吸着力が大きな静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体は種々の産業において必要とされる極めて重要な製品であり、半導体チップは、例えば、シリコン単結晶を所定の厚さにスライスしてシリコンウエハを作製した後、このシリコンウエハに複数の集積回路等を形成することにより製造される。
【０００３】
この半導体チップの製造工程においては、静電チャック上に載置したシリコンウエハに、エッチング、ＣＶＤ等の種々の処理を施して、導体回路や素子等を形成する。
この際、シリコンウエハは、静電チャックにしっかりと固定される必要があり、静電チャックには、このシリコンウエハを吸着、固定するための静電電極が形成されている。
【０００４】
静電的な作用により、シリコンウエハを吸着させるためには、静電電極とシリコンウエハとの間に誘電体層が介在している必要があり、さらに、デポジション用ガス、エッチング用ガス等として腐食性のガスを使用するため、これらのガスによる腐食から静電電極層を保護する必要がある。そのため、静電電極層は、通常、セラミック誘電体膜等により被覆されている。
【０００５】
図１１は、静電チャックを構成する静電電極の一例を模式的に示した水平断面図である。
図１１に示したように、この静電電極は、チャック正極静電層６２とチャック負極静電層６３とからなり、このチャック正極静電層６２は、半円弧状部６２ａと櫛歯部６２ｂとから構成され、チャック負極静電層６３も、同じく半円弧状部６３ａと櫛歯部６３ｂとから構成されている。
【０００６】
そして、これらのチャック正極静電層６２とチャック負極静電層６３とは、櫛歯部６２ｂ、６３ｂを交差するように対向して配置されており、このチャック正極静電層６２およびチャック負極静電層６３には、それぞれ直流電源の＋側と−側とが接続され、直流電圧が印加されるようになっている。また、シリコンウエハ９は、接地されている。
【０００７】
そして、チャック正極静電層６２とチャック負極静電層６３とに直流電圧を印加すると、シリコンウエハ９とチャック正極静電層６２およびチャック負極静電層６３との間に静電気的な相互作用が働き、シリコンウエハ９は、これらの電極にセラミック誘電体膜を介して吸着され、固定されることとなる。
このようにしてシリコンウエハ９を静電チャック１０１上に固定させた後、このシリコンウエハ９に、ＣＶＤ等の種々の処理を施す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このチャック正極静電層６２とチャック負極静電層６３では、図１１においてＸ、Ｙで示したように、角部（エッジ部）の輪郭は、直線の組み合わせにより構成され、その角度もおよそ９０°程度か、それよりも小さく、角張った先端部分が存在していた。
【０００９】
そのため、この電極に数ｋＶの高電圧を印加すると、Ｘ、Ｙ等の角部に電場が集中し、この電場の影響により誘電体膜が歪んでクラック等が発生しやすくなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、対向電極の角部に電場が集中しにくく、これに起因して誘電体膜等にクラックが発生することのない静電チャックを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、セラミック基板上に電極が形成され、前記電極上にセラミック誘電体膜が設けられた静電チャックにおいて、
上記電極は、一対の対向電極からなり、上記対向電極の角部の輪郭は、曲線により構成されてなることを特徴とする。
【００１２】
上記対向電極の角部は、曲率半径０．０１〜１０ｍｍの曲線で構成されてなることが望ましい。曲率半径０．０１ｍｍ未満では、結局電場の集中により、誘電体膜が歪んでクラック等が発生しやすくなり、逆に１０ｍｍを超えると電極が形成されないデッドスペースが多くなり、チャック力が低下してしまうからである。特に、曲率半径は、０．０２〜５ｍｍが最適である。製造時に電極が剥離したり、欠損しにくいからである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の静電チャックは、セラミック基板上にチャック力を誘起するための電極（以下、静電電極と呼ぶ）が形成され、上記静電電極上にセラミック誘電体膜が設けられた静電チャックにおいて、
上記静電電極は、一対の対向電極からなり、上記対向電極の角部の輪郭の少なくとも一部は、曲線により構成されてなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の静電チャックでは、対向電極の角部の輪郭の全部または一部が曲線により構成されており、曲線部分は、直線を組み合わせた屈曲形状のものと比較すると、角部に電場が集中しにくいため、電場の影響によりセラミック誘電体膜に歪みが発生することはなく、これに起因して、クラックが発生することもない。
従って、本発明の静電チャックでは、セラミック誘電体膜の耐電圧も結果的に高くなり、静電電極に１〜１０ｋＶ等の高電圧を印加することができるため、シリコンウエハの吸着力が大きくなる。
【００１５】
図１は、本発明の静電チャックの一実施形態を模式的に示した縦断面図であり、図２は、図１に示した静電チャックにおけるＡ−Ａ線断面図であり、図３は、図１に示した静電チャックにおけるＢ−Ｂ線断面図である。
【００１６】
この静電チャック１０１では、平面視円形状のセラミック基板１の表面に、半円弧状部２ａと櫛歯部２ｂとからなるチャック正極静電層２と、同じく半円弧状部３ａと櫛歯部３ｂとからなるチャック負極静電層３とから構成される静電電極層が形成され、この静電電極層上にセラミック誘電体膜４が形成されている。
【００１７】
また、このチャック正極静電層２およびチャック負極静電層３には、それぞれ直流電源の＋側と−側とが接続され、直流電圧Ｖ２　が印加されるようになっている。一方、この静電チャック１０１上には、シリコンウエハ９が載置され、接地されている。
【００１８】
この静電電極は、その形状が従来の場合と異なっている。すなわち、チャック正極静電層２及びチャック負極静電層３の角部は、その輪郭が滑らかな曲線により構成されており、尖った部分が存在しない。従って、チャック正極静電層２とチャック負極静電層３との間に、１〜１０ｋＶの直流電圧Ｖ２　を印加した際にも、電場が角部に集中することはない。
【００１９】
一方、セラミック基板１の内部には、シリコンウエハ９の温度をコントロールするために、図３に示したような平面視同心円形状の抵抗発熱体５が設けられており、抵抗発熱体５の両端には、外部端子ピン６が接続、固定され、電圧Ｖ１　が印加されるようになっている。また、図１、２には示していないが、このセラミック基板１には、図３に示したように、測温素子を挿入するための有底孔１１とシリコンウエハ９を支持して上下させる支持ピン（図示せず）を挿通するための貫通孔１２が形成されている。なお、抵抗発熱体５は、セラミック基板の底面に形成されていてもよい。
【００２０】
そして、チャック正極静電層２とチャック負極静電層３との間に直流電圧Ｖ２　を印加すると、シリコンウエハ９は、チャック正極静電層２とチャック負極静電層３との静電的な作用により、セラミック誘電体膜４上に吸着、固定される。
【００２１】
本発明の静電チャックは、例えば、図１〜３に示したような構成を有するものである。以下において、上記静電チャックを構成する各部材、および、本発明の静電チャックの他の実施形態について、順次、詳細に説明していくことにする。
【００２２】
本発明の静電チャックを構成するセラミック誘電体膜は、セラミック基板上に形成された静電電極を被覆するように設けられている。
このセラミック誘電体膜を構成するセラミック材料は特に限定されるものではなく、例えば、窒化物セラミック、炭化物セラミック、酸化物セラミック等が挙げられる。
【００２３】
上記窒化物セラミックとしては、金属窒化物セラミック、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられる。
また、上記炭化物セラミックとしては、金属炭化物セラミック、例えば、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げられる。
【００２４】
上記酸化物セラミックとしては、金属酸化物セラミック、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト等が挙げられる。
これらのセラミックは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２５】
これらのセラミックの中では、窒化物セラミック、炭化物セラミックの方が酸化物セラミックに比べて望ましい。熱伝導率が高いからである。
また、窒化物セラミックの中では窒化アルミニウムが最も好適である。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからである。
【００２６】
通常、窒化物セラミック中には、金属酸化物が含まれていることが好ましい。これらは、焼結助剤として働き、焼結が進行しやすくなり、内部の気孔が小さくなるため、セラミック誘電体膜の耐電圧が改善されるからである。
【００２７】
上記金属酸化物としては、例えば、イットリヤ（Ｙ２　Ｏ３　）、アルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）、酸化ルビジウム（Ｒｂ２　Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ２　Ｏ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３　）等が挙げられる。
これらの金属酸化物の添加量は、窒化物セラミック１００重量部に対して、１〜１０重量部が好ましい。
【００２８】
上記セラミック誘電体膜は、カーボンを含有していることが望ましい。セラミック誘電体膜の高温（約５００℃前後）における熱伝導率を低下させたくない場合には、結晶性のカーボンを添加することが望ましく、高温における体積抵抗率を低下させたくない場合には、非晶質のカーボンを添加することが望ましい。従って、場合によっては、その両方を添加することにより、体積抵抗率と熱伝導率との両方を適切に調整することができる。
カーボンの結晶性は、ラマンスペクトルを測定した際の１５５０ｃｍ−１付近と１３３３ｃｍ−１付近のピークの大きさにより判断することができる。
【００２９】
セラミック誘電体膜にカーボンを含有させる場合、その含有量は、１００〜２０００ｐｐｍが好ましい。カーボンの含有量が１００ｐｐｍ未満であると、輻射熱が低くなるとともに、静電電極を隠蔽することが困難となり、一方、カーボンの含有量が２０００ｐｐｍを超えると、緻密化や体積抵抗率の低下を抑制することが困難となる。
【００３０】
セラミック誘電体膜中のカーボンを非晶質とするためには、原料粉末と樹脂等と溶剤とを混合して成形体を製造する際に、加熱した場合においても結晶質となりにくい樹脂や炭水化物等を添加し、酸素の少ない雰囲気または非酸化性の雰囲気で成形体の脱脂を行えばよい。また、ショ糖等の加熱等により非晶質となりやすい炭水化物や樹脂を加熱することにより、非晶質のカーボンを製造し、それを添加してもよい。さらに、結晶質のカーボンを添加する場合には、結晶質のカーボンブラックや、グラファイトを粉砕して粉末化したものを使用すればよい。
【００３１】
上記セラミック誘電体膜の厚さは、５０〜５０００μｍであることが望ましい。上記セラミック誘電体膜の厚さが５０μｍ未満であると、膜厚が薄すぎるために充分な耐電圧が得られず、シリコンウエハを載置し、吸着した際にセラミック誘電体膜が絶縁破壊する場合があり、一方、上記セラミック誘電体膜の厚さが５０００μｍを超えると、シリコンウエハと静電電極との距離が遠くなるため、シリコンウエハを吸着する能力が低くなってしまうからである。セラミック誘電体膜の厚さは、５０〜１５００μｍがより好ましい。
【００３２】
また、上記セラミック誘電体膜の気孔率は、５％以下で、最大気孔の気孔径が５０μｍ以下であることが望ましい。
上記気孔率が５％を超えると、セラミック誘電体膜中の気孔数が増加し、また、気孔径が大きくなりすぎ、その結果、気孔同士が連通しやすくなり、このような構造のセラミック誘電体膜では、耐電圧が低下してしまうからである。
また、最大気孔の気孔径が５０μｍを超えると、セラミック誘電体膜の厚さに対する気孔径の比率が大きくなり、また、気孔同士か連通する割合も多くなるため、やはり耐電圧が低下してしまうからである。
気孔率は、０または３％以下がより好ましく、最大気孔の気孔径は、０または１０μｍ以下がより好ましい。
【００３３】
気孔率や最大気孔の気孔径は、焼結時の加圧時間、圧力、温度、ＳｉＣやＢＮなどの添加物で調整する。ＳｉＣやＢＮは焼結を阻害するため、気孔を導入させることができる。
最大気孔の気孔径の測定は、試料を５個用意し、その表面を鏡面研磨し、２０００〜５０００倍の倍率で表面を電子顕微鏡で１０箇所撮影することにより行う。そして、撮影された写真で最大の気孔径を選び、５０ショットの平均を最大気孔の気孔径とする。
【００３４】
気孔率は、アルキメデス法により測定する。焼結体を粉砕して有機溶媒中あるいは水銀中に粉砕物を入れて体積を測定し、粉砕物の重量と体積から真比重を求め、真比重と見かけの比重から気孔率を計算するのである。
なお、上記のように、セラミック誘電体膜中にある程度の気孔があってもよいとしているのは、セラミック誘電体膜の表面にある程度の開気孔が存在する方が、デチャックをスムーズに行うことができるからである。
【００３５】
上記セラミック誘電体膜中には、０．１〜５重量％の酸素を含有してなることが望ましい。０．１重量％未満では、耐電圧を確保することができず、逆に５重量％を超えると酸化物の高温耐電圧特性の低下により、耐電圧はやはり低下してしまうからである。また、酸素量が５重量％を超えると熱伝導率が低下して昇温降温特性が低下するからである。
上記窒化物セラミックに酸素を含有させるため、通常、窒化物セラミックの原料粉末を空気中または酸素中で加熱するか、原料粉末に金属酸化物を混合して焼成を行う。
上記金属酸化物としては、例えば、イットリヤ（Ｙ２　Ｏ３　）、アルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）、酸化ルビジウム（Ｒｂ２　Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ２　Ｏ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３　）等が挙げられる。
これらの金属酸化物の添加量は、窒化物セラミック１００重量部に対して、１〜１０重量部が好ましい。
【００３６】
セラミック基板上に形成される静電電極としては、例えば、金属または導電性セラミックの焼結体、金属箔等が挙げられる。金属焼結体としては、タングステン、モリブデンから選ばれる少なくとも１種からなるものが好ましい。金属箔も、金属焼結体と同じ材質からなることが望ましい。これらの金属は比較的酸化しにくく、電極として充分な導電性を有するからである。また、導電性セラミックとしては、タングステン、モリブデンの炭化物から選ばれる少なくとも１種を使用することができる。
【００３７】
図４および図５は、他の静電チャックにおける静電電極を模式的に示した水平断面図であり、図４に示す静電チャック２０では、セラミック基板１の内部に半円形状のチャック正極静電層２２とチャック負極静電層２３が形成されており、図５に示す静電チャックでは、セラミック基板１の内部に円を４分割した形状のチャック正極静電層３２ａ、３２ｂとチャック負極静電層３３ａ、３３ｂが形成されている。また、２枚の正極静電層２２ａ、２２ｂおよび２枚のチャック負極静電層３３ａ、３３ｂは、それぞれ交差するように形成されている。
静電チャックには、ＲＦ電極を設けておいてもよく、静電電極は、セラミック基板の両面にあってもよい。
【００３８】
図４および図５に示した静電電極における角部は、従来の場合と異なり、いずれもその輪郭が曲線により構成されており、１〜１０ｋＶの電圧を印加した場合にも、電場が角部に集中しないようになっている。
なお、円形等の電極が分割された形態の電極を形成する場合、その分割数は特に限定されず、５分割以上であってもよく、その形状も扇形に限定されない。
【００３９】
本発明の静電チャックで使用されるセラミック基板の材質としては、例えば、窒化物セラミック、炭化物セラミック、酸化物セラミック等が挙げられる。
上記窒化物セラミック、上記炭化物セラミック、上記酸化物セラミックとしては、例えば、セラミック誘電体膜の説明で記載したものが挙げられる。
【００４０】
これらのセラミックの中では、窒化物セラミックが望ましい。窒化物セラミックは熱伝導率が高く、抵抗発熱体で発生した熱を良好に伝達することができるからである。
また、セラミック誘電体膜とセラミック基板とは同じ材料であることが望ましい。この場合、同じ方法で作製したグリーンシートを積層し、同一条件で焼成することにより、容易に製造することができるからである。
また、窒化物セラミックの中では窒化アルミニウムが最も好適である。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからである。
【００４１】
上記セラミック基板は、カーボンを含有していてもよい。これにより、高輻射熱が得られるからである。カーボンの含有量は、１００〜２０００ｐｐｍ程度が好ましい。
カーボンとしては、Ｘ線回折で検出可能な結晶質または検出不能な非晶質の一方を用いてもよく、結晶質および非晶質の両方を用いてもよい。
【００４２】
本発明の静電チャックでは、通常、図１に示したように、抵抗発熱体等の温度制御手段が設けられている。静電チャック上に載置したシリコンウエハの加熱等を行いながら、ＣＶＤ処理等を行う必要があるからである。
【００４３】
上記温度制御手段としては、図３に示した抵抗発熱体５のほかに、ペルチェ素子（図８参照）が挙げられる。抵抗発熱体は、セラミック基板の内部に設けてもよく、セラミック基板の底面に設けてもよい。抵抗発熱体を設ける場合は、静電チャックを嵌め込む支持容器に、冷却手段としてエアー等の冷媒の吹きつけ口などを設けてもよい。
【００４４】
抵抗発熱体をセラミック基板の内部に設ける場合には、複数層設けてもよい。この場合は、各層のパターンは相互に補完するように形成されて、加熱面からみるとどこかの層にパターンが形成された状態が望ましい。例えば、互いに千鳥の配置になっている構造である。
【００４５】
抵抗発熱体としては、例えば、金属または導電性セラミックの焼結体、金属箔、金属線等が挙げられる。金属焼結体としては、タングステン、モリブデンから選ばれる少なくとも１種が好ましい。これらの金属は比較的酸化しにくく、発熱するに充分な抵抗値を有するからである。
【００４６】
また、導電性セラミックとしては、タングステン、モリブデンの炭化物から選ばれる少なくとも１種を使用することができる。
さらに、セラミック基板の底面に抵抗発熱体を形成する場合には、金属焼結体としては、貴金属（金、銀、パラジウム、白金）、ニッケルを使用することが望ましい。具体的には銀、銀−パラジウムなどを使用することができる。
上記金属焼結体に使用される金属粒子は、球状、リン片状、もしくは球状とリン片状の混合物を使用することができる。
【００４７】
金属焼結体中には、金属酸化物を添加してもよい。上記金属酸化物を使用するのは、セラミック基板と金属粒子を密着させるためである。上記金属酸化物により、セラミック基板と金属粒子との密着性が改善される理由は明確ではないが、金属粒子の表面はわずかに酸化膜が形成されており、セラミック基板は、酸化物の場合は勿論、非酸化物セラミックである場合にも、その表面には酸化膜が形成されている。従って、この酸化膜が金属酸化物を介してセラミック基板表面で焼結して一体化し、金属粒子とセラミック基板とが密着するのではないかと考えられる。
【００４８】
上記金属酸化物としては、例えば、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ２　Ｏ３　）、アルミナ、イットリア、チタニアから選ばれる少なくとも１種が好ましい。これらの酸化物は、抵抗発熱体の抵抗値を大きくすることなく、金属粒子とセラミック基板との密着性を改善できるからである。
【００４９】
上記金属酸化物は、金属粒子１００重量部に対して０．１重量部以上１０重量部未満であることが望ましい。この範囲で金属酸化物を用いることにより、抵抗値が大きくなりすぎず、金属粒子とセラミック基板との密着性を改善することができるからである。
【００５０】
また、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ２　Ｏ３　）、アルミナ、イットリア、チタニアの割合は、金属酸化物の全量を１００重量部とした場合に、酸化鉛が１〜１０重量部、シリカが１〜３０重量部、酸化ホウ素が５〜５０重量部、酸化亜鉛が２０〜７０重量部、アルミナが１〜１０重量部、イットリアが１〜５０重量部、チタニアが１〜５０重量部が好ましい。但し、これらの合計が１００重量部を超えない範囲で調整されることが望ましい。これらの範囲が特にセラミック基板との密着性を改善できる範囲だからである。
【００５１】
抵抗発熱体をセラミック基板の底面に設ける場合は、抵抗発熱体１５の表面は、金属層１５０で被覆されていることが望ましい（図６参照）。抵抗発熱体１５は、金属粒子の焼結体であり、露出していると酸化しやすく、この酸化により抵抗値が変化してしまう。そこで、表面を金属層１５０で被覆することにより、酸化を防止することができるのである。
【００５２】
金属層１５０の厚さは、０．１〜１０μｍが望ましい。抵抗発熱体の抵抗値を変化させることなく、抵抗発熱体の酸化を防止することができる範囲だからである。
被覆に使用される金属は、非酸化性の金属であればよい。具体的には、金、銀、パラジウム、白金、ニッケルから選ばれる少なくとも１種以上が好ましい。なかでもニッケルがさらに好ましい。抵抗発熱体には電源と接続するための端子が必要であり、この端子は、半田を介して抵抗発熱体に取り付けるが、ニッケルは半田の熱拡散を防止するからである。接続端子しては、コバール製の端子ピンを使用することができる。
【００５３】
なお、抵抗発熱体をヒータ板内部に形成する場合は、抵抗発熱体表面が酸化されることがないため、被覆は不要である。抵抗発熱体をヒータ板内部に形成する場合、抵抗発熱体の表面の一部が露出していてもよい。
【００５４】
抵抗発熱体として使用する金属箔としては、ニッケル箔、ステンレス箔をエッチング等でパターン形成して抵抗発熱体としたものが望ましい。
パターン化した金属箔は、樹脂フィルム等ではり合わせてもよい。
金属線としては、例えば、タングステン線、モリブデン線等が挙げられる。
【００５５】
温度制御手段としてペルチェ素子を使用する場合は、電流の流れる方向を変えることにより発熱、冷却両方行うことができるため有利である。
ペルチェ素子８は、図８に示すように、ｐ型、ｎ型の熱電素子８１を直列に接続し、これをセラミック板８２などに接合させることにより形成される。
ペルチェ素子としては、例えば、シリコン・ゲルマニウム系、ビスマス・アンチモン系、鉛・テルル系材料等が挙げられる。
【００５６】
本発明における静電チャックとしては、例えば、図１に示すように、セラミック基板１とセラミック誘電体膜４との間にチャック正極静電層２とチャック負極静電層３とが設けられ、セラミック基板１の内部には抵抗発熱体５が設けられた構成の静電チャック１０１、図６に示すように、セラミック基板１とセラミック誘電体膜４との間にチャック正極静電層２とチャック負極静電層３とが設けられ、セラミック基板１の底面に抵抗発熱体１５が設けられた構成の静電チャック２０１、図７に示すように、セラミック基板１とセラミック誘電体膜４との間にチャック正極静電層２とチャック負極静電層３とが設けられ、セラミック基板１の内部に抵抗発熱体である金属線７が埋設された構成の静電チャック３０１、図８に示すように、セラミック基板１とセラミック誘電体膜４との間にチャック正極静電層２とチャック負極静電層３とが設けられ、セラミック基板１の底面に熱電素子８１とセラミック板８２からなるペルチェ素子８が形成された構成の静電チャック４０１等が挙げられる。
【００５７】
本発明では、図１〜３および図６〜８に示したように、セラミック基板１とセラミック誘電体膜４との間にチャック正極静電層２とチャック負極静電層３とが設けられ、セラミック基板１の内部に抵抗発熱体５や金属線７が形成されているため、これらと外部端子とを接続するための接続部（スルーホール）１６、１７が必要となる。スルーホール１６、１７は、タングステンペースト、モリブデンペーストなどの高融点金属、タングステンカーバイド、モリブデンカーバイドなどの導電性セラミックを充填することにより形成される。
【００５８】
また、接続部（スルーホール）１６、１７の直径は、０．１〜１０ｍｍが望ましい。断線を防止しつつ、クラックや歪みを防止できるからである。
このスルーホールを接続パッドとして外部端子ピン６、１８を接続する（図９（ｄ）参照）。
【００５９】
接続は、半田、ろう材により行う。ろう材としては銀ろう、パラジウムろう、アルミニウムろう、金ろうを使用する。金ろうとしては、Ａｕ−Ｎｉ合金が望ましい。Ａｕ−Ｎｉ合金は、タングステンとの密着性に優れるからである。
【００６０】
Ａｕ／Ｎｉの比率は、〔８１．５〜８２．５（重量％）〕／〔１８．５〜１７．５（重量％）〕が望ましい。
Ａｕ−Ｎｉ層の厚さは、０．１〜５０μｍが望ましい。接続を確保するに充分な範囲だからである。また、１０−６〜１０−５Ｐａの高真空で５００〜１０００℃の高温で使用するとＡｕ−Ｃｕ合金では劣化するが、Ａｕ−Ｎｉ合金ではこのような劣化がなく有利である。また、Ａｕ−Ｎｉ合金中の不純物元素量は全量を１００重量部とした場合に１重量部未満であることが望ましい。
【００６１】
本発明では、必要に応じて、セラミック基板１の有底孔１２に熱電対を埋め込んでおくことができる。熱電対により抵抗発熱体の温度を測定し、そのデータをもとに電圧、電流量を変えて、温度を制御することができるからである。
熱電対の金属線の接合部位の大きさは、各金属線の素線径と同一か、もしくは、それよりも大きく、かつ、０．５ｍｍ以下がよい。このような構成によって、接合部分の熱容量が小さくなり、温度が正確に、また、迅速に電流値に変換されるのである。このため、温度制御性が向上してウエハの加熱面の温度分布が小さくなるのである。
上記熱電対としては、例えば、ＪＩＳ−Ｃ−１６０２（１９８０）に挙げられるように、Ｋ型、Ｒ型、Ｂ型、Ｓ型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対が挙げられる。
【００６２】
図１０は、以上のような構成の本発明の静電チャックを配設するための支持容器４１を模式的に示した断面図である。
支持容器４１には、静電チャック１０１が断熱材４５を介して嵌め込まれるようになっている。また、この支持容器１１には、冷媒吹き出し口４２が形成されており、冷媒注入口４４から冷媒が吹き込まれ、冷媒吹き出し口４２を通って吸引口４３から外部に出ていくようになっており、この冷媒の作用により、静電チャック１０１を冷却することができるようになっている。
【００６３】
次に、本発明の静電チャックの製造方法の一例を図９に示した断面図に基づき説明する。
（１）まず、酸化物セラミック、窒化物セラミック、炭化物セラミックなどのセラミックの粉体をバインダおよび溶剤と混合してグリーンシート５０を得る。
前述したセラミック粉体としては、例えば、窒化アルミニウム、炭化ケイ素などを使用することができ、必要に応じて、イットリアなどの焼結助剤などを加えてもよい。
【００６４】
なお、後述する静電電極層印刷体５１が形成されたグリーンシートの上に積層する数枚または１枚のグリーンシート５０′は、セラミック誘電体膜４となる層である。
通常、セラミック誘電体膜４の原料とセラミック基板１の原料とは、同じものを使用することが望ましい。これらは、一体として焼結することが多いため、焼成条件が同じになるからである。ただし、材料が異なる場合には、まず先にセラミック基板を製造しておき、その上に静電電極層を形成し、さらにその上にセラミック誘電体膜を形成することもできる。
【００６５】
通常用いられるバインダとしては、アクリル系バインダ、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコール等が挙げられ、これらから選ばれる少なくとも１種は、セラミック基板を形成するためのバインダとして用いることができる。
さらに、溶媒としては、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少なくとも１種が望ましい。
これらを混合して得られるペーストをドクターブレード法でシート状に成形してグリーンシート５０を作製する。
【００６６】
グリーンシート５０に、必要に応じてシリコンウエハの支持ピンを挿通する貫通孔や熱電対を埋め込む凹部を設けておくことができる。貫通孔や凹部は、パンチングなどで形成することができる。
グリーンシート５０の厚さは、０．１〜５ｍｍ程度が好ましい。
【００６７】
次に、グリーンシート５０に静電電極層や抵抗発熱体となる導体ペーストを印刷する。
印刷は、グリーンシート５０の収縮率を考慮して所望のアスペクト比が得られるように行い、これにより静電電極層印刷体５１、抵抗発熱体層印刷体５２を得る。
印刷体は、導電性セラミック、金属粒子などを含む導体ペーストを印刷することにより形成する。
【００６８】
これらの導体ペースト中に含まれる導電性セラミック粒子としては、タングステンまたはモリブデンの炭化物が最適である。酸化しにくく、熱伝導率が低下しにくいからである。
また、金属粒子としては、例えば、タングステン、モリブデン、白金、ニッケルなどを使用することができる。
【００６９】
導電性セラミック粒子、金属粒子の平均粒子径は０．１〜５μｍが好ましい。これらの粒子は、大きすぎても小さすぎても導体用ペーストを印刷しにくいからである。
このようなペーストとしては、金属粒子または導電性セラミック粒子８５〜９７重量部、アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソルブおよびポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種のバインダ１．５〜１０重量部、α−テルピネオール、グリコール、エチルアルコールおよびブタノールから選ばれる少なくとも１種の溶媒を１．５〜１０重量部混合して調製した導体用ぺーストが最適である。
さらに、パンチング等で形成した孔に、導体用ペーストを充填してスルーホール印刷体５３、５４を得る。
【００７０】
次に、図９（ａ）に示すように、印刷体５１、５２、５３、５４を有するグリーンシート５０と、印刷体を有さないグリーンシート５０′とを積層する。静電電極層印刷体５１が形成されたグリーンシート上には、上述した構成の数枚または１枚のグリーンシート５０′を積層する。抵抗発熱体形成側に印刷体を有さないグリーンシート３０′を積層するのは、スルーホールの端面が露出して、抵抗発熱体形成の焼成の際に酸化してしまうことを防止するためである。もしスルーホールの端面が露出したまま、抵抗発熱体形成の焼成を行うのであれば、ニッケルなどの酸化しにくい金属をスパッタリングする必要があり、さらに好ましくは、Ａｕ−Ｎｉの金ろうで被覆してもよい。
【００７１】
（２）次に、図９（ｂ）に示すように、積層体の加熱および加圧を行い、グリーンシートおよび導体ペーストを焼結させる。
加熱温度は、１０００〜２０００℃、加圧は１００〜２００ｋｇ／ｃｍ２　が好ましく、これらの加熱および加圧は、不活性ガス雰囲気下で行う。不活性ガスとしては、アルゴン、窒素などを使用することができる。この工程で、スルーホール１６、１７、チャック正極静電層２、チャック負極静電層３、抵抗発熱体５等が形成される。
【００７２】
（３）次に、図９（ｃ）に示すように、外部端子接続のための袋孔１３、１４を設ける。
袋孔１３、１４の内壁は、その少なくともその一部が導電化され、導電化された内壁は、チャック正極静電層２、チャック負極静電層３、抵抗発熱体５等と接続されていることが望ましい。
【００７３】
（７）最後に、図９（ｄ）に示すように、袋孔１３、１４に金ろうを介して外部端子６、１８を設ける。さらに、必要に応じて、有底孔１２を設け、その内部に熱電対を埋め込むことができる。
半田は銀−鉛、鉛−スズ、ビスマス−スズなどの合金を使用することができる。なお、半田層の厚さは、０．１〜５０μｍが望ましい。半田による接続を確保するに充分な範囲だからである。
【００７４】
なお、上記説明では静電チャック１０１（図１参照）を例にしたが、静電チャック２０１（図６参照）を製造する場合は、静電電極層を有するセラミック板を製造した後、このセラミック板の底面に導体ペーストを印刷、焼成し、抵抗発熱体１５を形成し、この後、無電解めっき等により金属層１５０を形成すればよい。また、静電チャック３０１（図７参照）を製造する場合は、セラミック粉末中に金属箔、金属線を静電電極や抵抗発熱体として埋め込み、焼結すればよい。
さらに、静電チャック４０１（図８参照）を製造する場合は、静電電極層を有するセラミック板を製造した後、このセラミック板に溶射金属層を介してペルチェ素子を接合すればよい。
【００７５】
【実施例】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１）静電チャック（図１参照）の製造
（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径：０．４μｍ）４重量部、アクリルバインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレード法による成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。
【００７６】
（２）次に、このグリーンシートを８０℃で５時間乾燥させた後、パンチングにより直径１．８ｍｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍの半導体ウエハ支持ピンを挿通する貫通孔となる部分、外部端子と接続するためのスルーホールとなる部分を設けた。
【００７７】
（３）平均粒子径１μｍのタングステンカーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡを調製した。
平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオール溶媒３．７重量部および分散剤０．２重量部を混合して導体ペーストＢを調製した。
この導体ペーストＡをグリーンシートにスクリーン印刷で印刷し、導体ペースト層を形成した。印刷パターンは、同心円パターンとした。また、他のグリーンシートに図２に示した角部の輪郭が滑らかな曲線より構成される形状の静電電極パターンからなる導体ペースト層を形成した。
なお、スクリーン印刷に使用されるスクリーン版は、ムラカミ社製、ＳＵＳ　♯３２５、乳剤厚５μｍのものを使用した。このスクリーン版は、ステンレス板をエッチングして製造されており、微細な曲率をもったパターンを印刷することができる。以後の実施例、比較例はすべてこのスクリーン版を使用した。
【００７８】
さらに、外部端子を接続するためのスルーホール用の貫通孔に導体ペーストＢを充填した。
上記処理の終わったグリーンシート５０に、さらに、タングステンペーストを印刷しないグリーンシート５０′を上側（加熱面）に３４枚、下側に１３枚積層し、その上に静電電極パターンからなる導体ペースト層を印刷したグリーンシート５０を積層し、さらにその上にタングステンペーストを印刷していないグリーンシート５０′を２枚積層し、これらを１３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ２　の圧力で圧着して積層体を形成した（図９（ａ））。
【００７９】
（４）次に、得られた積層体を窒素ガス中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ２　で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。これを２３０ｍｍの円板状に切り出し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発熱体５および厚さ１０μｍのチャック正極静電層２、チャック負極静電層３を有する窒化アルミニウム製の板状体とした（図９（ｂ））。
【００８０】
（５）次に、（４）で得られた板状体を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、ＳｉＣ等によるブラスト処理で表面に熱電対のための有底孔（直径：１．２ｍｍ、深さ：２．０ｍｍ）を設けた。
【００８１】
（６）さらに、スルーホールが形成されている部分をえぐり取って袋孔１３、１４とし（図９（ｃ））、この袋孔１３、１４にＮｉ−Ａｕからなる金ろうを用い、７００℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子６、１８を接続させた（図９（ｄ））。
なお、外部端子の接続は、タングステンの支持体が３点で支持する構造が望ましい。接続信頼性を確保することができるからである。
【００８２】
（７）次に、温度制御のための複数の熱電対を有底孔に埋め込み、抵抗発熱体を有する静電チャックの製造を完了した。
【００８３】
（実施例２）静電チャック（図６参照）の製造
（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径：０．４μｍ）４重量部、アクリルバインダー１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレード法による成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。
【００８４】
（２）次に、このグリーンシートを８０℃で５時間乾燥させた後、パンチングにより直径１．８ｍｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍの半導体ウエハ支持ピンを挿通する貫通孔となる部分、外部端子と接続するためのスルーホールとなる部分を設けた。
【００８５】
（３）平均粒子径１μｍのタングステンカーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡを調製した。
平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオール溶媒３．７重量部および分散剤０．２重量部を混合して導体ペーストＢを調製した。
この導体ペーストＡをグリーンシートにスクリーン印刷で印刷し、図５に示した角部の輪郭が滑らかな曲線から構成される形状の静電電極パターンからなる導体ペースト層を形成した。
【００８６】
さらに、外部端子を接続するためのスルーホール用の貫通孔に導体ペーストＢを充填した。
上記処理の終わったグリーンシート５０に、さらに、タングステンペーストを印刷しないグリーンシート５０′を上側（加熱面）に１枚、下側に４８枚積層し、これらを１３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ２　の圧力で圧着して積層体を形成した。
【００８７】
（４）次に、得られた積層体を窒素ガス中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ２　で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。これを２３０ｍｍの円板状に切り出し、内部に厚さ１５μｍのチャック正極静電層２およびチャック負極静電層３を有する窒化アルミニウム製の板状体とした。
【００８８】
（５）上記（４）で得た板状体の底面にマスクを載置し、ＳｉＣ等によるブラスト処理で表面に熱電対のための凹部（図示せず）等を設けた。
【００８９】
（６）次に、ウエハ載置面に対向する面（底面）に抵抗発熱体１５を印刷した。印刷は導体ペーストを用いた。導体ペーストは、プリント配線板のスルーホール形成に使用されている徳力化学研究所製のソルベストＰＳ６０３Ｄを使用した。この導体ペーストは、銀／鉛ペーストであり、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素、アルミナからなる金属酸化物（それぞれの重量比率は、５／５５／１０／２５／５）を銀１００重量部に対して７．５重量部含むものであった。
また、銀の形状は平均粒径４．５μｍでリン片状のものであった。
【００９０】
（７）導体ペーストを印刷した板状体を７８０℃で加熱焼成して、導体ペースト中の銀、鉛を焼結させるとともにセラミック基板に焼き付けた。さらに硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３０ｇ／ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌおよびロッシェル塩６０ｇ／ｌを含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に板状体を浸漬して、銀の焼結体１５の表面に厚さ１μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以下のニッケル層１５０を析出させた。この後、板状体に、１２０℃で３時間アニーリング処理を施した。
銀の焼結体からなる抵抗発熱体は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍであり、面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった。
【００９１】
（８）次に、セラミック基板にスルーホール１６を露出させるための袋孔を設けた。この袋孔にＮｉ−Ａｕ合金（Ａｕ８１．５重量％、Ｎｉ１８．４重量％、不純物０．１重量％）からなる金ろうを用い、９７０℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子ピンを接続させた。また、抵抗発熱体に半田（スズ９／鉛１）を介してコバール製の外部端子ピンを形成した。
【００９２】
（９）次に、温度制御のための複数熱電対を凹部に埋め込み、静電チャック２０１を得た。
【００９３】
（１０）次に、この静電チャック２０１を図１０の断面形状を有するステンレス製の支持容器４１にセラミックファイバー（イビデン社製　商品名　イビウール）からなる断熱材４５を介して嵌め込んだ。この支持容器４１は冷却ガスの冷媒吹き出し口４２を有し、静電チャック２０１の温度調整を行うことができる。
この支持容器４１に嵌め込まれた静電チャック２０１の抵抗発熱体１５に通電を行って、温度を上げ、また、支持容器に冷媒を流して静電チャック２０１の温度を制御したが、極めて良好に温度を制御することができた。
【００９４】
（実施例３）　静電チャック３０１（図７）の製造
（１）厚さ１０μｍのタングステン箔を打抜き加工することにより図４に示した角部の輪郭が滑らかな曲線から構成される形状の電極２枚を形成した。
この電極２枚とタングステン線を窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径０．４μｍ）４重量部とともに、成形型中に入れて窒素ガス中で１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ２　で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。これを直径２３０ｍｍの円状に切り出して板状体とした。このとき、静電電極層の厚さは、１０μｍであった。
【００９５】
（２）この板状体に対し、実施例１の（５）〜（７）の工程を実施し、静電チャック３０１を得た。
【００９６】
（実施例４）　静電チャック４０１（図８）の製造
実施例２の（１）〜（５）の工程を実施した後、さらに底面にニッケルを溶射し、この後、鉛・テルル系のペルチェ素子を接合させることにより、静電チャック４０１を得た。
【００９７】
（比較例１）
グリーンシートに図１１に示した角部の輪郭が直線の組み合わせにより構成される形状の静電電極パターンからなる導体ペースト層を形成したほかは、実施例１と同様にして静電チャックを製造した。
【００９８】
（比較例２）
グリーンシートに図５に示した形状とほぼ同様の形状で、角部の輪郭が直線の組み合わせにより構成される静電電極パターンからなる導体ペースト層を形成したほかは、実施例２と同様にして静電チャックを製造した。
【００９９】
実施例１〜４および比較例１〜２の抵抗発熱体を有する静電チャックについて、静電電極の曲率半径を測定するとともに、１０ｋＶの電圧を印加した後、誘電体膜を顕微鏡で観察することによりクラックが発生するか否かを判断した。また、４５０℃におけるチャック力も測定した。その結果を下記の表１に示した。
【０１００】
【表１】
2004064077.tif 000003
【０１０１】
上記表１より明らかなように、実施例１〜４に係る静電チャックでは、セラミック誘電体膜にクラック等は全く発生していなかった。また、チャック力も１０００ｇ／ｃｍ２　程度を確保できる。
【０１０２】
これに対し、比較例１〜２に係る静電チャックでは、セラミック誘電体膜にクラックが発生したり、チャック力が充分ではない。
高電圧を印加した際、電極の角部への電場の集中によりセラミック誘電体膜に歪みが発生し、この歪みに起因してクラックが発生し、絶縁破壊してしまったからであると考えられる。また、曲率半径を大きくすると電極面積が小さくなり、チャック力が低下する。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明のように、本発明の静電チャックでは、静電電極を構成する一対の対向電極の角部の輪郭が曲線により構成されているので、１〜１０ｋＶの電圧を静電電極に印加した場合にも、上記電極の角部に電場が集中することはなく、この電場の影響でセラミック誘電体膜が歪むことはなく、歪みに起因してクラックが発生することもない。また、充分なチャック力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電チャックの一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示した静電チャックのＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示した静電チャックのＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本発明の静電チャックを構成する静電電極の形状を模式的に示した水平断面図である。
【図５】本発明の静電チャックを構成する静電電極の形状を模式的に示した水平断面図である。
【図６】本発明の静電チャックの一例を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の静電チャックの一例を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の静電チャックの一例を模式的に示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の静電チャックの製造工程の一部を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の静電チャックを支持容器に嵌め込んだ状態を模式的に示した断面図である。
【図１１】従来の静電チャックの水平断面図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１　静電チャック
１　セラミック基板
２、２２、３２ａ、３２ｂ　チャック正極静電層
３、２３、３３ａ、３３ｂ　チャック負極静電層
２ａ、３ａ　半円弧状部
２ｂ、３ｂ　櫛歯部
４　セラミック誘電体膜
５　抵抗発熱体
６、１８　外部端子ピン
７　金属線
８　ペルチェ素子
９　シリコンウエハ
１１　有底孔
１２　貫通孔
１３、１４　袋孔
１５　抵抗発熱体
１５０　金属層
１６、１７　スルーホール
４１　支持容器
４２　冷媒吹き出し口
４３　吸入口
４４　冷媒注入口
４５　断熱材
【図１】
2004064077.tif 000004
【図２】
2004064077.tif 000005
【図３】
2004064077.tif 000006
【図４】
2004064077.tif 000007
【図５】
2004064077.tif 000008
【図６】
2004064077.tif 000009
【図７】
2004064077.tif 000010
【図８】
2004064077.tif 000011
【図９】
2004064077.tif 000012
【図１０】
2004064077.tif 000013
【図１１】
2004064077.tif 000014