(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体製造時の２００℃の温度域においても十分に使用可能であるとともに、近年の省資源奨励の観点から給電端子部を再利用することができる静電チャックを提供する。【解決手段】基材３０と、上記基材３０の上面に溶射され、内部電極３３が埋設された誘電体層３１，３４と、上記基材３０の下方から上記内部電極３３まで延在し、電極３７を備える給電端子部３８とを備える静電チャックにおいて、給電端子部３８と上記基材３０との固定を機械的締結により行う。【選択図】        図４
2004311522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材の上面に溶射され、内部電極が埋設された誘電体層と、前記基材の下方から前記内部電極まで延在し、電極を備える給電端子部とを備える静電チャックにおいて、給電端子部と前記基材との固定を機械的締結により行うことを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記給電端子部の各構成部材の固定をろう付、拡散接合またははんだ付により行うことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】
前記給電端子部に備えられた電極が弾性体から構成されていることを特徴とする請求項１または２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、半導体処理装置の処理チャンバ内に形成される静電チャックに係り、特に、半導体製造時の高温雰囲気においても十分に使用可能であるとともに、給電端子部を再利用することができる静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造を行う処理チャンバ内には、静電チャックが設けられており、この静電チャック上にウエハ等を吸着させて半導体が形成される。このような静電チャックは、図１に示すように、媒体流路１ａを適宜に形成した基材１と、基材１の上面に被覆され、内部電極２ａが埋設された誘電体層２と、基材１の下方から内部電極２ａまで延在し、電極３ａが埋設された給電端子部３とを備えるものである。同図に示す静電チャックの構成部材のうち、給電端子部３は、外部から電圧を印加する重要な部材であることから、近年においては、この給電端子部３について種々の構造のものが提案されている。
【０００３】
給電端子を有する装置に関する従来技術としては、セラミック基板の加熱面とは反対側の表面に、発熱体を設けてなるセラミックヒータの、その発熱体端部に給電端子をクリップ止めして電気的に接続したセラミックヒータの給電端子接続構造等が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。そして、これら給電端子に関する技術を静電チャックに適用した場合には、図２に示すように、電極１１ａを溶射膜１１ｂおよび樹脂層１１ｃで被覆するとともに、溶射膜１１ｂを樹脂層１１ｄでさらに被覆した構成の給電端子部１１を、金属製の基材１２および内部電極１３ａを有する誘電体層１３と一体化した静電チャックが得られる。
この静電チャックの半導体製造時の雰囲気については、図２に示す給電端子部１１の下方は大気であり、誘電体層１３の上方は真空であるため、給電端子部１１の各構成部材の固定およびこれらと基材１２との固定には優れた気密性が要求される。このような観点から、電極１１ａ、溶射膜１１ｂおよび樹脂層１１ｃ，１１ｄの固定、ならびにこれらと基材１２との固定には接着剤が使用されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２０３６６０号公報
【特許文献２】
特開２００２−２０３６６１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２に示した静電チャックにおいては、各構成部材１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１２の固定を接着剤により行っていたこと、および半導体製造時に処理チャンバ内の温度が２００℃以上になることから、高温における上記各構成部材の固定が不安定となったり、真空気密性が低下したり、場合によっては静電チャックを介して真空リークが起こり、電極１１ａと基材１２との間でスパークによる絶縁破壊を生ずるおそれがあった。このように、絶縁破壊が起こると、給電端子部を交換する必要があるが、給電端子部を接着している場合には、交換が非常に困難であり、また交換時には誘電体層を破壊する可能性が高い。
【０００６】
また、静電チャックを構成する誘電体層１３は、半導体製造を幾度も行うと、その絶縁性が劣化するため、新たな誘電体層１３との交換が必要となる。この誘電体層１３の交換に際しては、内部電極１３ａを含む誘電体層１３を除去して新たに誘電体層１３を溶射するという手法が採用されている。しかしながら、誘電体層１３を完全に除去する場合には、図２に示すように、給電端子部１１の上部が基材１２に対して上方に突出していることから、給電端子部１１の上部が削られてしまう場合があり、このような場合には、誘電体層１３の交換とともに給電端子部１１も新たに交換しなければならないという問題があり、これは近年の省資源奨励の趣旨にも反する。なお、給電端子部１１が固定されたまま誘電体層１３を削るには、給電端子部１１に損傷を与え、または加工に時間がかかるといった問題があることから、再溶射は困難であり、たとえ再溶射が可能である場合でもその回数は制限されるのが現状である。
【０００７】
そこで、近年においては、２００℃以上の温度域における半導体製造においても十分に使用可能であり、しかも誘電体層の交換に際して給電端子部を新たに交換する必要がない、すなわち給電端子部が再利用可能であり、または交換可能な静電チャックに関する技術開発が要請されていた。
【０００８】
本発明は、上記要請に鑑みてなされたものであり、半導体製造時の２００℃以上の温度域においても十分に使用可能であるとともに、近年の省資源奨励の観点から給電端子部を再利用または交換可能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している。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記要請を考慮して、特に、給電端子部と基材との固定を従来のような接着剤を用いた化学的手段により実現するのではなく、機械的締結手段により実現することで、給電端子部を基材から着脱可能な構造とし、これにより、誘電体層の交換に際して給電端子部の上部が削られることを未然に防止し、ひいては給電端子部を再利用できるとの知見を得た。また、本発明者らは、静電チャックの給電端子部について鋭意研究を重ねた結果、給電端子部の構成部材である電極、溶射膜および樹脂層の固定を従来のような融点の低い接着剤により実現するのではなく、ろう付、拡散接合またははんだ付により実現することで、半導体製造時の高温においても各構成部材間の固定が安定性に優れ、これにより電極と基材との間でのスパークによる絶縁破壊の発生を防止することができるとの知見も得た。本発明はこれらの知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
本発明の静電チャックは、基材と、基材の上面に溶射され、内部電極が埋設された誘電体層と、基材の下方から内部電極まで延在し、電極を備える給電端子部とを備え、給電端子部と基材との固定を機械的締結により行うことを特徴としており、とくに給電端子部の各構成部材の固定をろう付、拡散接合またははんだ付により行うことが望ましい。
【００１１】
本発明の静電チャックは、給電端子部と基材との固定を機械的締結により行うことにより、給電端子部を基材から着脱可能な構造としている。このため、誘電体層の交換に際して給電端子部の上部が削られることを未然に防止し、ひいては給電端子部を再利用することができる。また、上述したように、給電端子部の各構成部材の固定をろう付、拡散接合またははんだ付により行っている場合には、半導体製造時に処理チャンバ内の温度が２００℃以上の温度域になっても、各構成部材の固定が不安定となることはなく、電極と基材との間でスパークによる絶縁破壊を生ずることはない。したがって、このような静電チャックは、半導体製造時の高温雰囲気においても十分に使用可能である。
【００１２】
このような静電チャックにおいては、給電端子部に備えられた電極を弾性体から構成することができる。例えば、この弾性体は、コイルばねや波形板ばね等のような各種のばねとすることができ、またスポンジ状の導電性材料とすることもできる。
【００１３】
次に、上記した本発明の静電チャックの製造方法の一例を以下に説明する。この製造方法は上記した静電チャックを好適に製造する方法であって、基材の上面に第１の誘電体層を溶射する工程と、電極の一部および治具を基材に装着する工程と、電極の一部、上記治具および上記第１の誘電体層の上面に内部電極を溶射する工程と、内部電極の上面に第２の誘電体層を溶射する工程と、基材から治具を取り外す工程と、各構成部材を予めろう付、拡散接合またははんだ付により固定した給電端子部を基材に機械的締結手段により装着する工程とを備えるものである。
【００１４】
この静電チャックの製造方法は、基材の上面に第１の誘電体層、内部電極および第２の誘電体層を順に溶射した後に、基材から治具を取り外し、その後給電端子部を基材に機械的締結手段により装着するものである。このため、一度静電チャックを製造した後に、誘電体層を交換することが必要となった場合には、上記機械的締結を解除して給電端子部を基材から取り外すことができる。したがって、従来のように、誘電体層の交換に際して給電端子部の上部が削られることを未然に防止することができる。なお、上記誘電体層の交換が完了した場合には、給電端子部を再度基材に機械的締結手段により固定することができるため、給電端子部を再利用することができる。
【００１５】
また、本発明の静電チャックの製造方法では、基材に固定する給電端子部の各構成部材を予めろう付、拡散接合またははんだ付により固定している。このため、半導体製造時に処理チャンバ内の温度が２００℃以上の温度域になっても、各構成部材の固定が不安定となることはなく、電極と基材との間でスパークによる絶縁破壊を生ずることはない。したがって、本発明の静電チャックの製造方法により、半導体製造時の高温雰囲気においても十分に使用可能な静電チャックを得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の静電チャックの製造方法を、図面を参照して具体的に説明する。
図３は、本発明の静電チャックの製造工程を順次示す概略図である。本発明の静電チャックを製造する場合には、まず、図３（ａ）に示すように、基材２０の上面に第１の誘電体層２１を溶射し、図３（ｂ）に示すように、電極の一部２２および治具２３を基材２０に装着する。次いで、図３（ｃ）に示すように、電極の一部２２、治具２３および第１の誘電体層２１の上面に内部電極２４を溶射し、図３（ｄ）に示すように、内部電極２４の上面に第２の誘電体層２５を溶射する。そして最後に、図３（ｅ）に示すように、基材２０から治具２３を取り外し、図３（ｆ）に示すように、各構成部材を予めろう付により固定した給電端子部２６を基材２０に機械的締結手段により装着する。
【００１７】
図３に示す静電チャックの製造方法は、上述したように、基材２０の上面に第１の誘電体層２１、内部電極２４および第２の誘電体層２５を順に溶射した後に、基材２０から治具２３を取り外し、その後給電端子部２６を基材２０に機械的締結手段により装着するものである。このため、一度静電チャックを製造した後に、誘電体層を交換することが必要となった場合には、上記機械的締結を解除して給電端子部２６を基材２０から取り外すことができる。したがって、従来のように、誘電体層２１，２５の交換に際して給電端子部２６の上部が削られることを未然に防止することができる。なお、誘電体層２１，２５の交換が完了した場合には、給電端子部２６を再度基材に機械的締結手段により固定することができるため、給電端子部２６を再利用することができる。
【００１８】
また、図３に示す静電チャックの製造方法では、基材２０に固定する給電端子部２６の各構成部材を予めろう付により固定している。このため、半導体製造時に処理チャンバ内の温度が２００℃以上の温度域になっても、各構成部材の固定が不安定となることはなく、電極と基材２０との間でスパークによる絶縁破壊を生ずることはない。したがって、同図に示す静電チャックの製造方法により、半導体製造時の高温雰囲気においても十分に使用可能な静電チャックを得ることができる。
【００１９】
【実施例】
以上に示した本発明の静電チャックの製造方法を前提として、以下に、実施例により本発明の静電チャックの製造方法のバリエーションをより具体的に説明する。
［実施例１］
図４は、本発明の静電チャックの一例を示す図である。同図に示す静電チャックは、その製造に際して、アルミニウム製の基材３０に第１の誘電体層３１を溶射し、中央部に導体である電極３２を図示しない治具とともに設置した。次いで、タングステン製の内部電極３３を溶射し、その上に第２の誘電体層３４を溶射し、さらに、治具を基材３０から取り外した。一方、酸化マグネシウムや酸化アルミニウムからなるセラミックス製の絶縁材３５、ブッシュ３６および電極３７を、ろう付、拡散接合またははんだ付等により接合するとともに、金属ばね３８を挿入して給電端子部品を予め作製しておき、これをばね３８の上部が電極３２と接するように、基材に組み込み、ボルト３９とシール４０とにより一体化した。ここで、上記シールは、カルレッツ等の耐熱性Ｏリングやメタルガスケットを使用することができる。このように製造された静電チャックは、各部材に固定において、良好な気密性が確保されるので、半導体製造時の高温雰囲気においても十分に使用可能である。また、機械的に給電端子部を基材に取り付けていることから、給電端子部を再利用することができる。なお、図示していないが、電極３２と金属ばね３８との間には、少なくとも一箇所に弾性部材が挿入されており、電極３２の接触部の少なくとも一箇所は固定されずに電流が流れるように接続されている。
【００２０】
［実施例２］
図５は、本発明の静電チャックの他の例を示す図であり、実施例１の静電チャックと同様に製造した。図５に示す静電チャックは、実施例１の静電チャックに比して、ブッシュ３６の形状が異なるとともに、各部材の固定において気密性を確保する上で、ろう付を採用している点を異にする。このように製造された静電チャックにおいても、各部材の固定において、十分な気密性が確保されることにより半導体製造時の高温雰囲気においても十分に使用可能であり、また給電端子部を再利用することができる。
【００２１】
［実施例３］
図６は、本発明の静電チャックの他の例を示す図であり、実施例２の静電チャックと同様に製造した。図６に示す静電チャックは、実施例２の静電チャックに比して、ブッシュ３６の形状が異なるとともに、これに伴い、ボルト３９の長さおよびシール４０の位置を異にする。このように製造された静電チャックにおいても、各部材の固定において、十分な気密性が確保されることにより半導体製造時の高温雰囲気においても十分に使用可能であり、また給電端子部を再利用することができる。
【００２２】
［実施例４］
図７は、本発明の静電チャックの他の例を示す図であり、実施例２の静電チャックと同様に製造した。図７に示す静電チャックは、実施例２の静電チャックに比して、ブッシュ３６を使用せずに絶縁材３５を基材３０に直接組み込んだ構成としている点を異にする。これに伴い、ボルト３９の締結部分にワッシャ４１を介在させており、またシール４０の位置も異にする。このように製造された静電チャックにおいても、各部材の固定において、十分な気密性が確保されることにより半導体製造時の高温雰囲気においても十分に使用可能であり、また給電端子部を再利用することができる。
【００２３】
［実施例５］
図８は、本発明の静電チャックの他の例を示す図である。同図に示す静電チャックは、その製造に際して、アルミニウム製の基材５０に第１の誘電体層５１を溶射し、中央部に導体である電極５２を図示しない治具とともに設置した。次いで、タングステン製の内部電極５３を溶射し、その上に第２の誘電体層５４を溶射し、さらに、電極５２および治具を基材５０から取り外した。一方、酸化マグネシウムや酸化アルミニウムからなるセラミックス製の絶縁材５５と電極５６とを、ろう付、拡散接合、またははんだ付等により接合し、接合体を作成した。次いで、電極５２を取り付けたばね５９、セラミックス製の絶縁材６０および絶縁材６１を挿入し、最後に絶縁体５５と電極５６からなる接合体をボルト５７およびシール５８により基材５０に機械的に接合した。ここで、各部材の固定には、気密性を確保する上で、ろう付を採用している。また上記シールは、カルレッツ等の耐熱性Ｏリングやメタルガスケットを使用することができる。このように製造された静電チャックは、各部材に固定においても、十分な気密性が確保されるので、半導体製造時の高温雰囲気においても十分に使用可能である。また、機械的に給電端子部を基材に取り付けていることから、給電端子部を再利用することができる。なお、図示していないが、電極５２と内部電極５３との間には、少なくとも一箇所に弾性部材が挿入されており、電極５２の接触部の少なくとも一箇所は固定されずに電流が流れるように接続されている。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、給電端子部の構成部材である電極、溶射膜および樹脂層の固定をろう付やはんだ付等により実現すること、および給電端子部と基材との固定を機械的締結手段により実現することで、半導体製造時の２００℃以上の温度域においても十分に使用可能であるとともに、近年の省資源奨励の観点から給電端子部を再利用または交換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。したがって、本発明は、半導体処理装置の処理チャンバ内に形成するのに好適な静電チャックを提供することができる点で有望である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の静電チャックを示す側面図である。
【図２】従来の静電チャックの一部を示す側面図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の静電チャックの製造工程を順次示す側面図である。
【図４】本発明の静電チャックの一の例を示す側面図である。
【図５】本発明の静電チャックの他の例を示す側面図である。
【図６】本発明の静電チャックの他の例を示す側面図である。
【図７】本発明の静電チャックの他の例を示す側面図である。
【図８】本発明の静電チャックの他の例を示す側面図である。
【符号の説明】
３０…基材、３１…第１の誘電体層、３２…電極、３３…内部電極、３４…第２の誘電体層、３５…絶縁材、３６…ブッシュ、３７…電極、３８…金属ばね、３９…ボルト、４０…シール。
【図１】
2004311522.tif 000003
【図２】
2004311522.tif 000004
【図３】
2004311522.tif 000005
【図４】
2004311522.tif 000006
【図５】
2004311522.tif 000007
【図６】
2004311522.tif 000008
【図７】
2004311522.tif 000009
【図８】
2004311522.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成15年4月3日(2003.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
このような静電チャックにおいては、給電端子部に備えられた電極を弾性体から構成する。例えば、この弾性体は、コイルばねや波形板ばね等のような各種のばねとすることができ、またスポンジ状の導電性材料とすることもできる。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
［実施例５］
図８は、本発明の静電チャックの他の例を示す図である。同図に示す静電チャックは、その製造に際して、アルミニウム製の基材５０に第１の誘電体層５１を溶射した。中央部に、導体である電極５２と絶縁材６０とを、ろう付、拡散接合、またははんだ付により一体化した接合体を、図示しない治具とともに設置した。次いで、タングステン製の内部電極５３を溶射し、その上に第２の誘電体層５４を溶射し、さらに、電極５２と絶縁体６０とからなる接合体、および治具を基材５０から取り外した。一方、酸化マグネシウムや酸化アルミニウムからなるセラミックス製の絶縁材５５と電極５６とを、ろう付、拡散接合、またははんだ付等により接合し、接合体を作製した。次いで、電極５２と絶縁体６０とからなる接合体を取り付けたばね５９、セラミックス製の絶縁材６０および絶縁材６１を挿入し、最後に絶縁体５５と電極５６とからなる接合体をボルト５７およびシール５８により基材５０に機械的に接合した。ここで、各部材の固定には、気密性を確保する上で、ろう付を採用している。また上記シールは、カルレッツ等の耐熱性Ｏリングやメタルガスケットを使用することができる。このように製造された静電チャックは、各部材に固定においても、十分な気密性が確保されるので、半導体製造時の高温雰囲気においても十分に使用可能である。また、機械的に給電端子部を基材に取り付けていることから、給電端子部を再利用することができる。なお、図示していないが、電極５２と内部電極５３との間には、少なくとも一箇所に弾性部材が挿入されており、電極５２の接触部の少なくとも一箇所は固定されずに電流が流れるように接続されている。