(57)【要約】【課題】  保持力が大きい静電チャックを得るためには、上部絶縁層を厚くする必要があるが、この場合、静電チャックの端部から絶縁膜の剥離が発生するという問題があった。したがって、上部絶縁層の厚みが大きくしても、剥離の発生にない、優れた耐電圧特性を発揮する静電チャックを提供することを課題とする。【解決手段】  基台と、この基台の上面に形成された下部絶縁層と、この下部絶縁層の上に形成された電極層と、この電極層を被覆するように前記下部絶縁層の上に形成された上部絶縁層と、を具備してなる静電チャックであって、前記上部絶縁層の縁部がテーパー状に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２
2005057214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、この基台の上面に形成された下部絶縁層と、この下部絶縁層の上に形成された電極層と、この電極層を被覆するように前記下部絶縁層の上に形成された上部絶縁層と、を具備してなる静電チャックであって、前記上部絶縁層の縁部がテーパー状に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】
基台と、この基台の上面に形成された下部絶縁層と、この下部絶縁層の上に形成された電極層と、この電極層を被覆するよう前記下部絶縁層の上に形成された上部絶縁層と、を具備してなる静電チャックを製造するための方法であって、
前記基台の上面に前記下部絶縁層となる材料を溶射する第１工程と、
この第１工程で得た前記下部絶縁層の縁部を除いて前記電極層となる材料を溶射する第２工程と、
前記下部絶縁層の縁部表面の上部絶縁層形成領域との間に空隙が形成されるようこの上部絶縁層形成領域の上に突出する張り出し部を備えた枠状マスキング治具を前記基台の周縁部を取り囲むように配置した状態で、前記下部絶縁層の縁部表面および前記電極層を被覆するように前記上部絶縁層となる材料を溶射する第３工程と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の静電チャックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電チャック及びその製造方法に関する。特に、基台と、この基台の上面に形成された下部絶縁層と、この下部絶縁層の上に形成された電極層と、この電極層を被覆するよう前記下部絶縁層の上に形成された上部絶縁層と、を具備してなる静電チャック及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、半導体製造過程における薄膜形成工程あるいはドライエッチング工程では、ウエハなどの平板上の物品に所要の成膜処理あるいはエッチング処理を施すため、それを載置台上で確実に保持する必要がある。こうした要求に応える保持装置としては、静電作用を利用して物品を密着保持する静電チャックが広く用いられている。
【０００３】
従来型の静電チャックは、金属製の板状電極を被覆するよう、それにアルミナなどのセラミックスをプラズマ溶射して絶縁膜を形成することにより構成されている。このため、比較的少ない工程数で製造することができ、その上、得られた静電チャックは、耐熱性や耐久性にも優れるといった利点がある。だが最近では、基台の上に下部絶縁層、電極層及び上部絶縁層を順に溶射によって形成してなるタイプのものが主流になりつつある。
【０００４】
しかしながら、この様にして得られた静電チャックの絶縁膜すなわち溶射皮膜は、微小な気孔が無数に存在する多孔質状となるため耐電圧特性はあまり高くない。したがって大きな保持力を得るのが難しい。しかも、気孔部分で放電現象が生じることがある。すなわち、吸着保持した物品と電極層との間に、気孔を経由して電流が流れるといった不具合が稀に発生することがあり、依然として改善の余地が残されていた。こうした実情に鑑みて、気孔に樹脂を充填して耐電圧特性を高め、吸着保持能力を向上させる封孔処理技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５９−１５２６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、大きな保持力を得ることを目的として、耐電圧特性を高めた静電チャックの要求が高まってきている。この為、静電チャックを構成する各、溶射皮膜を厚くする方法で対処していたが、この場合、上部絶縁層形成時に溶射皮膜の収縮応力によって、静電チャックの端部から、溶射皮膜の剥離が発生するといった問題があった。したがって本発明が解決する課題は、上部絶縁層の厚みが大きなものであっても、上部絶縁層の剥離が発生せずに、優れた耐電圧特性を発揮する静電チャックとその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するべく鋭意研究を推し進める過程で、本発明者らは、上部絶縁層溶射時に溶射皮膜の収縮応力を小さくできる形状にすれば、溶射皮膜の剥離が抑制することが可能であると考えた。そしてこのために、特殊な形状の枠状マスキング治具、すなわち張り出し部を備えた枠状マスキング治具を用いて溶射を行えば、その張り出し部の作用で、溶射粒子の堆積量が、治具本体側に向かって漸減するので、上部絶縁層の縁部は自然にテ−パ−状のものとなり、収縮応力が大きくなることはないとの着想に基づいて本発明を完成した。この結果、上部絶縁層の厚みが大きなものであっても、溶射により形成した上部絶縁層皮膜の剥離のない、優れた耐電圧特性を発揮する静電チャックを得ることが可能となったものである。
【０００７】
すなわち、上記の課題は、基台と、この基台の上面に形成された下部絶縁層と、この下部絶縁層の上に形成された電極層と、この電極層を被覆するように前記下部絶縁層の上に形成された上部絶縁層と、を具備してなる静電チャックであって、前記上部絶縁層の縁部がテーパー状に構成されてなることを特徴とする静電チャックによって解決される。
【０００８】
そして更に、上記の課題は、
基台と、この基台の上面に形成された下部絶縁層と、この下部絶縁層の上に形成された電極層と、この電極層を被覆するよう前記下部絶縁層の上に形成された上部絶縁層と、を具備してなる静電チャックを製造するための方法であって、
前記基台の上面に前記下部絶縁層となる材料を溶射する第１工程と、
この第１工程で得た前記下部絶縁層の縁部を除いて前記電極層となる材料を溶射する第２工程と、
前記下部絶縁層の縁部表面の上部絶縁層形成領域との間に空隙が形成されるようこの上部絶縁層形成領域の上に突出する張り出し部を備えた枠状マスキング治具を前記基台の周縁部を取り囲むように配置した状態で、前記下部絶縁層の縁部表面および前記電極層を被覆するように前記上部絶縁層となる材料を溶射する第３工程と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の静電チャックの製造方法によって解決される。
【０００９】
なお、本発明において「テーパー状」とは、端に向かって厚みが小さくなっていくような形状を意味する。したがってテーパー状の縁部の斜面は、偏平なものであっても、上側（あるいは下側）に凸な曲面であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上部絶縁層溶射時に溶射皮膜の収縮応力を小さくできる形状（すなわち、上部絶縁層の縁部がテーパー状に構成されている。）にとなっており、後述する実施例と比較例の検討結果より明らかなように、膜厚の厚い上部絶縁層を具備して静電チャックを構成しても、溶射により形成した上部絶縁層皮膜の剥離のない、耐電圧特性に優れる静電チャックが得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図１〜図３を用いて、本発明の第１実施形態を具体的に説明する。なお、図１は本発明に係る静電チャックの平面図、図２は図１におけるＸ−Ｘ線での同静電チャックの要部拡大断面図、図３（ａ）〜（ｅ）は本実施形態に係る静電チャックの製造方法の手順を示す概略図である。（なお、図１〜図３は、すべて模式的に示した概略図である。）
【００１２】
本実施形態に係る静電チャック（以下、本静電チャックと言う）は、図１および図２に示すごとく単極型であり、短形平板状の外形を有する。本静電チャックは、後に群述するように、本実施形態に係る静電チャックの製造方法（以下、本製造方法と言う）を用いて得られたものであり、図２からもわかるように主要構成要素として、基台１、下部絶縁層２、電極層３、そして上部絶縁層（誘電層）４を具備する。また、上部絶縁層４の縁部がテーパー状（図中の４ａ）に構成されている。
【００１３】
このうち基台１は、金属−セラミックス複合材料（ＭＭＣ）から構成されており、実際には、後述の電極端子を設置するための貫通孔が複数形成されている。ただし、基台１の材質は基本的にいかなるものであってもよく、金属−セラミックス複合材料以外にも、たとえばアルミニウムなどの金属単体、あるいはアルミニウム合金、あるいは他の低熱膨張合金などから構成される。いかなる材料を用いるかは、静電チャックの使用温度を考慮して選択される。
【００１４】
次に、基台１の上面に設けられた下部絶縁層２についてであるが、これは、たとえばアルミナなどを基台１の上面にプラズマ溶射することにより形成されている。一方、下部絶縁層２の上に設けられた電極層３は、基台１よりもやや小さな短形状のものであって、たとえばニッケル（あるいはアルミニウム、クロム、コバルト、モリブデン、タングステンなどの金属単体あるいはこれらの金属からなる合金）を下部絶縁層２の表面にプラズマ溶射することにより形成されている。そして更に、電極層３の縁部はテーパー状に、言い換えれば、縁部は端に向かって厚みが漸減する、上に凸な曲面から構成されている。
【００１５】
電極層３を被覆するよう下部絶縁層２の上に設けられた上部絶縁層４は、たとえば酸化チタンを少量含むアルミナなどを、電極層３の表面に、したがって下部絶縁層２の上にプラズマ溶射することにより形成されている。この上部絶縁層４の表面粗さＲａは、０．１〜２．０μm程度である。ただしアルミナ以外にも、要求される誘電率の値などに応じて適切な材料を選定して使用できる。本実施形態では、単極型静電チャックを例に挙げたが、むろん二つの電極を有する双極型静電チャックについても本発明の技術を適用できる。  またここでは、基台１や電極層３を短形状としたが、言うまでもなく、これらの形状は任意である。
【００１６】
なお、特に図示いていないが、電極層３には上述した給電用の電極端子が接続されている。これを用いて電極層３に電圧を印加することで、本静電チャックは、上部絶縁層４の表面に物品を吸着保持できるようになる（このとき物品は接地されることになる。）
【００１７】
本実施形態では、下部絶縁層２の厚さおよび上部絶縁層４の有効厚さを、ともに１００〜８００μｍをした。それらの厚さがこの範囲内であれば、十分な耐電圧性能が得られるので絶縁破壊が起き難く、その上、基台１との熱膨張量の差がまったく問題とならない程度に抑えられるので熱衝撃による亀裂や破損も起き難くなる。これに対して電極層３の厚さは３０〜１００μｍ程度である。電極層３の厚さがこの範囲内にあれば、特に均一な溶射皮膜が得られるので、吸着力にムラが生じなくなる。また、電極層３と下部絶縁層２との間の段差が十分に小さく抑えられるので、この段差の存在に起因して、上部絶縁層４の耐電圧特性が劣化することはない。
【００１８】
続いて本製造方法、すなわち基台１、その上面に形成された下部絶縁層２、その上に形成された電極層３、そしてこれを被覆するよう下部絶縁層２の上に形成された上部絶縁層４を具備してなる本静電チャックの製造手順について説明する。
【００１９】
本静電チャックを得るには、まず、基台１の表面をアルミナあるいは炭化ケイ素などのブラスト材料を用いて均一に粗面化する。洗浄後、更に、基台１とその上に形成される絶縁層との密着性を高めるためのアンダーコート層を基台１の表面に形成する。具体的には、ニッケル、アルミニウム、クロム、コバルト、モリブデンなどの金属単体あるいはこれら金属の合金からなる金属薄膜を、基台１の表面にアーク溶射法もしくはプラズマ溶射法を用いて形成する。なお、このアンダーコート層は必要不可欠なものではなく、それを設けるか否かは静電チャックの使用環境を考慮して決定される。
【００２０】
続いては、このアンダーコート層の上に、したがって基台１の上に下部絶縁層２となる材料を溶射する。つまり、プラズマ溶射によりアルミナなどのセラミックスからなる下部絶縁層２を形成する〔第１工程：図３（ａ）参照〕。ただし、図３においては、アンダーコート層を図示していない。
【００２１】
上記第１工程により下部絶縁層２を得たならば、その下部絶縁層の縁部表面に、電極層形成領域（図１中、破線にて囲まれた領域）を取り囲むようマスキングテープ５を貼り付ける。そして、このマスキングテープ５で囲まれた下部絶縁層２の上の特定領域に、ニッケル（電極層となる材料）をプラズマ溶射し、電極層３を形成する〔第２工程：図３（ｂ）参照〕。
【００２２】
この後、マスキングテープ５を除去することになるが、その際、上記第２工程で得た電極層３の縁部には、図３（ｃ）に示すようにバリ３ａが形成される。そこで本製造方法では、ダイヤモンド工具（図示せず）を用いて、このバリ３ａを除去する。つまり、電極層３の縁部を、端に向かって厚みが小さくなるようテーパー状に研磨加工する〔図３（ｄ）参照〕
【００２３】
上記工程が完了したならば、下部絶縁層の縁部表面および前記電極層３を被覆するよう、酸化チタンを少量含むアルミナ（上部絶縁層となる材料）をプラズマ溶射し、上部絶縁層（誘電層）４を形成する〔第３工程：図３（ｅ）参照〕。この際、図４に示した特殊な形状の枠状マスキング治具６を図３（ｅ）に示した様に、基台１の周縁部を取り囲むように治具載置台７の上に配置する。このようにすることにより、本発明の上部絶縁層の縁部がテーパー状に構成されてなることを特徴とする静電チャックが得られる。この形状は、上部絶縁層溶射時に溶射皮膜の収縮応力を小さくできる作用があるため上部絶縁層皮膜の剥離を抑制する効果がある。
【００２４】
ここで、枠状マスキング治具６について詳細に説明する。図４に、本発明に係る枠状マスキング治具の一部破断した斜視図（ａ）と要部拡大断面図（ｂ）を示した。
枠状マスキング治具６は、ステンレス(SUS304)から構成された口の字形のものであって、その全周にわたって図４に拡大して示すような略Ｌ字形の断面となっている。つまりマスキング治具は、上部絶縁層形成領域の上に突出する張り出し部を具備している。この張り出し部は、この枠状マスキング治具を基台の周縁部を取り囲むよう載置した際、下部絶縁層の縁部表面の上部絶縁層形成領域との間に空隙が形成されるよう、この上部絶縁層形成領域の上に突出することになる。したがって枠状マスキング治具の開口の縦横寸法は、上部絶縁層形成領域の縦横寸法よりもわずかに小さいものとなっている。
【００２５】
ちなみに本実施形態では、張り出し部の長さ(図４中、Ｌで示す)を１〜２mm、厚さ（図４中、Ｗで示す）を１〜３mm、そして張り出し部底面の高さ、すなわち空隙幅(図４中、Ｈで示す)を１〜３mmとした。また、張り出し部と上記上部絶縁層とのオ−バ−ラップ量(図３中、Ｕで示す)は、０．３〜１．０mmとなるよう設定した。なお、言うまでもなく本製造方法で使用される枠状マスキング治具は、図４に限定されるわけではなく、必要に応じて、その他さまざまな形状のものが使用される。
【００２６】
さて、枠状マスキング治具を基台の周縁部を取り囲むように配置したならば、その状態で、酸化チタンを少量含むアルミナを電極層を被覆するようにプラズマ溶射し、上部絶縁層を形成する。最後に、上部絶縁層４の表面に封孔処理、研削加工、ラッピングを順に施すことで、図２に示すような断面を有する本静電チャックが完成する。
【００２７】
なお、上記封孔処理に用いられる物質、つまり気孔に充填される物質としては、シリカゾル、アルミナゾル、マグネシアゾルなどのコロイダル状のスラリーや、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2などの金属アルコキシド系ポリマー、そしてこれらポリマーの他にメラミン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂などの各種樹脂を含有するものが挙げられる。こうした物質の気孔への充填（絶縁層への含浸）は、半完成状態の静電チャックを真空デシケーター内にセットし、真空吸引することにより行う。これによってスラリーは、絶縁層の表面からその内部に浸透していく。こうして気孔に充填させたスラリーは、その特性を考慮して乾燥させられ、続いて上述した研削加工が行われることとなる。
【００２８】
（実施例１）  
基台の原料として、強化材となる♯180(平均粒径６６μm)の市販のＳｉＣ粉末を７０重量部と、同じく強化材となる♯５００(平均粒径２５μｍ)の市販のＳｉＣ粉末を３０重量部と、バインダーとなるコロイダルシリカ液を適量(シリカ固形分が２重量部となる量)と、消泡材となるフォーマスターＶＬ（サンノプコ社製）を０．２重量部と、そしてイオン交換水を２４重量部とを、それぞれ準備し、これらをポットミルを用いて１２時間かけて混合した。次いで、こうして得られたスラリーをメッシュ付き金型(矩形平板状成形体が得られるもの)に流し込んでフィルタープレスを行い、脱型後、１０００℃で焼成してプリフォームを形成した。
【００２９】
続いて、このプリフォーム中にアルミニウム合金(Ａｌ−１２Ｓｉ―３Ｍｇ−２Ｃｕ―３Ｔｉ)を、窒素気流中において、８２５℃で６０時間かけて非加圧浸透させ、その後、冷却する。こうして、ＳｉＣ粉末の含有量が６５体積％の金属―セラミックス複合材料からなる基台（縦２０９ｍｍ、横１５７ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）を作製した。
【００３０】
次に、密着性を高める為、表面粗さがＲmaxで少なくとも５μm以上となるまで、この基台表面にブラスト処理を施す。そして、その上面にプラズマ溶射によって、厚さ７００μmのＡｌ2Ｏ3の層すなわち下部絶縁層を形成する。その後、更にプラズマ溶射によって、下部絶縁層上の、マスキングテープで取り囲んだ  形状の特定領域に、厚さ５０μmのＮｉ電極層を形成する。
【００３１】
こうして電極層を設けたならばマスキングテープを剥がし、ダイヤモンド工具を用いて、その縁部をテーパー状に研磨加工する。そして更に、枠状マスキング治具を設置し、この電極層を覆うように、その上面にプラズマ溶射によって厚さ８００μｍのＡｌ2Ｏ3の層、すなわち上部絶縁層を形成した。このようにして、上部絶縁層の縁部がテーパー状に構成されてなる静電チャックを得た。最後に、真空中でＳｉＯ２系の金属アルコキシドを用いて封孔処理し、更に研削加工、ラップ処理を順に行い、上部絶縁層の厚さが６５０μｍで、表面粗さＲａが０．２μmの、本発明の実施例の静電チャックを作製した。
ここで、使用した枠状マスキング治具の主要な寸法値は次の通りである。
張り出し部の長さＬ：２ｍｍ
張り出し部の厚さＷ：２ｍｍ
張り出し部底面の高さ（空隙幅）Ｈ：２ｍｍ
張り出し部と電極層形成領域とのオーバーラップ量Ｕ：１ｍｍ
【００３２】
（比較例）
上部絶縁層溶射時に枠状マスキング治具を使用しなかった以外は、実施例と同様にして比較例用の静電チャックを作製した。
【００３３】
（評価結果）
まず、溶射後の静電チャックの概観検査を実施し、溶射皮膜の剥離の有無を確認した。その後、健全なものについては、静電チャック上面に、ＩＴＯ膜を有するガラス基板を設置した状態で、５ＫＶまで直流電圧を印加して耐電圧試験を実施した。
実施例の静電チャックは、上部絶縁層となる溶射皮膜の剥離の発生もなく、健全な状態であり、印加電圧、５ＫＶの耐電圧試験をクリアした。一方、比較例の静電チャックは、上部絶縁層を溶射後、溶射皮膜の剥離が発生しており、静電チャック機能を発揮できないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る静電チャックの平面図である。
【図２】本発明に係る静電チャックの要部拡大断面図である。
【図３】本発明に係る静電チャックの製造方法の手順を示す概略図である。
【図４】本発明に係る枠状マスキング治具の一部破断した斜視図と要部拡大断面図ある。
【符号の説明】
【００３５】
１；基台
２；下部絶縁層
３；電極層
４；上部絶縁層（誘電層）
５；マスキングテープ
６：枠状マスキング治具
７；治具載置台
【図１】
2005057214.tif 000003
【図２】
2005057214.tif 000004
【図３】
2005057214.tif 000005
【図４】
2005057214.tif 000006