(57)【要約】【課題】液晶基板のような絶縁性基板は、半導体基板に用いられるシリコンウエハのような導体、あるいは半導体のように電気的な導電性がない為、高電圧を印可しても大きな吸着力であるグラディエント力を得ることが難しく、絶縁性の基板を吸着させようとしても十分な吸着力が得られないという問題があった。【解決手段】吸着電極の上面を覆うように絶縁層を形成した静電チャックにおいて、上記吸着電極は独立した複数の吸着電極からなり、上記の独立した吸着電極が対向する領域で該吸着電極から等距離にある中間線の密度を５００〜５０００／ｍで、該中間線を挟む上記吸着電極の帯の幅は前記中間線を挟む吸着電極の帯同士の間隔と同等或いは小さく、かつ上記該中間線を均一に分布させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着電極の上面を覆うように絶縁層を形成した静電チャックにおいて、上記吸着電極は独立した帯状の複数の吸着電極からなり、上記の独立した吸着電極が対向する領域で該吸着電極から等距離にある中間線の密度が５００〜５０００／ｍで、該中間線を挟む上記吸着電極の帯の幅は前記中間線を挟む吸着電極の帯同士の間隔と同等或いは小さく、かつ上記中間線がほぼ均一に分布していることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
上記吸着電極の占有面積に対する上記吸着電極の面積の比率が１０〜５５％である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】
上記面積の比率が２５〜４８％であることを特徴とする請求項２に記載の静電チャック。
【請求項４】
前記絶縁層の厚みが１０〜１００μｍで比誘電率が３〜２０であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の静電チャック。
【請求項５】
基体の上に吸着電極と、該吸着電極を覆うように絶縁層を備え、前記基体の誘電率が前記絶縁層の誘電率より小さいことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の静電チャック。
【請求項６】
同一な面に上記吸着電極と該吸着電極に電圧を印加する給電部とを備え、該給電部の幅が吸着電極の幅よりも大きい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、液晶ガラス基板製造装置においてガラス基板である絶縁性基板を静電気力で吸着し保持する静電チャックに関するものであって、特に、液晶注入工程に使用される静電チャックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ガラス基板製造装置等において、上面に導電性の膜を備えたガラス基板や、その上面や下面に導体層のない所謂素ガラスの絶縁性基板からなるウェハＷを固定・搬送するには、これまでクランプリングや真空吸着装置が採用されていた。しかしながら、ウェハＷの大型化やスループットの向上に伴い、半導体ウェハの固定に用いられている静電チャックの採用が検討されている。
【０００３】
液晶製造工程に用いられる静電チャックの構造は一般に半導体製造工程に用いられる静電チャックと類似の原理に基づくものであり、その構造や静電吸着機能を発現させる吸着電極の形状も略同一のものが使用されている。
【０００４】
図８（ａ）は、特許文献１に記載の双極型の静電チャック１０の断面図を示す。円板状の絶縁性基板１１の内部に円を２分割にした吸着電極１２ａ、１２ｂが埋設され、前記絶縁性基板１１の上面を半導体ウェハ１７を載せる載置面１１ｂとし、吸着電極１２と載置面１１ｂとの間を絶縁層１１ａとして、載置面１１ｂに半導体ウェハ１７を載せ、吸着電極１２ａ、１２ｂに電源１５より電圧を印加し、半導体ウェハ１７を吸着している。
【０００５】
このような静電チャック１０の吸着力Ｆは、次式で示される。
【０００６】
Ｆ＝（Ｓ／２）ラε０ラεｒラ（Ｖ／２ｄ）２
尚、Ｓは静電電極の面積、ε０は真空中の誘電率、εｒは絶縁層１１ａの比誘電率、Ｖは印加電圧、ｄは絶縁層１１ａの厚みである。
【０００７】
ここで、吸着力を発現する吸着電極１２の形状は左右対称の一対の電極で構成されている（図８（ｂ））。又、図９のような給電部７１ａ、７１ｂに繋がった数本の帯状の電極７２ａ、７２ｂがそれぞれ交互に配置された櫛形形状の吸着電極も提案されている。この帯状の吸着電極幅はウェハ厚みの１０から２０倍で実質６ｍｍ以上の幅の電極からなっていた。
【０００８】
また、特許文献２や特許文献３においては、吸着電極に電圧をかけた時に発生するグラディエント力Ｆｇを利用して吸着させる方法が提案されている。これは吸着電極パターンにより発生する電界Ｅの勾配と被吸着物の分極αを利用したものである。
【０００９】
Ｆｇ＝１／２×α×ｇｒａｄ（Ｅ２）
櫛歯状に配置した吸着電極は、絶縁体に挟まれた帯状電極に電圧をかけると、分極率αのウェハにグラディエント力Ｆｇが発生する。
【００１０】
また、絶縁性基板を吸着する静電チャックとして、上記の櫛歯状の吸着電極の幅と間隔を１００μｍ以下として吸着力を大きくした静電チャックが開示されている（特許文献４参照）。
【００１１】
一方、静電吸着力を最大とする吸着電極の構造として、吸着電極の幅と間隔の比を３／１から２／１とした静電チャックが開示されている（特許文献５参照）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平４−２３７１４８号公報
【特許文献２】
特開２００１−４４２６２号公報
【特許文献３】
特開２００２−３４５２７３号公報
【特許文献４】
特表２０００−５０２５０９号公報
【特許文献５】
特公平５−６６０２２号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶基板のような絶縁性基板は、半導体基板に用いられるシリコンウエハのような導体、あるいは半導体のように電気的な導電性がない為、高電圧を印可しても大きな吸着力であるグラディエント力を得ることが難しく、絶縁性の基板を吸着させようとしても十分な吸着力を得る事ができないという問題があった。
【００１４】
また、櫛歯状の吸着電極の幅や間隔を１００μｍ以下とした静電チャックは低電圧で絶縁性基板を吸着できるとしているが、吸着電極の間隔が小さく電極間で放電したり短絡し吸着力を発現することができないとの問題があった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
吸着電極の上面を覆うように絶縁層を形成した静電チャックにおいて、上記吸着電極は独立した帯状の複数の吸着電極からなり、上記の独立した吸着電極が対向する領域で該吸着電極から等距離にある中間線の密度が５００〜５０００／ｍで、該中間線を挟む上記吸着電極の帯の幅は前記中間線を挟む吸着電極の帯同士の間隔と同等或いは小さく、該中間線が均一に分布していることを特徴とする。
【００１６】
また、上記吸着電極の占有面積に対する上記吸着電極の面積の比率が１０〜５５％であることを特徴とする。
【００１７】
また、上記比率が２５〜４８％であることを特徴とする。
【００１８】
また、前記絶縁層の厚みが１０〜１００μｍで比誘電率が３〜２０であることを特徴とする。
【００１９】
また、基体の上に吸着電極と、該吸着電極を覆うように絶縁層を備え、前記基体の誘電率が前記絶縁層の誘電率より小さいことを特徴とする。
【００２０】
また、同一な面に上記吸着電極と該吸着電極に電圧を印加する給電部とを備え、該給電部の幅が吸着電極の幅よりも大きいことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明の静電チャック１の一例である概略の構造を示す斜視図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。基体３の上面に一対の吸着電極４が形成され、それぞれの吸着電極４は独立した帯状の複数の吸着電極４からなり、吸着電極４の上面には、絶縁層２が形成されている。その絶縁層２の上面をウェハを吸着させる載置面２ａとする。また、吸着電極４にはそれぞれ給電端子９が基体３の給電端子孔を通し接続されている。
【００２２】
そして、吸着面２ａの上にウェハＷを載せ、給電端子９の間に電源１９から数百から数キロボルトの電圧を印加すると吸着電極４とウェハＷの間に静電吸着力が発現して、ウェハＷを載置面２ａに吸着することができる。
【００２３】
吸着電極４は、好ましくはプラス電圧を印加するプラス電極４ａとマイナス電圧を印加するマイナス電極４ｂとからなり、図２に記載の直線の帯状の電極を交互に配設された櫛歯構造の吸着電極４や、図３に記載のジグザグの帯状の吸着電極４や、図４に記載の同心円状に交互に配置した吸着電極４や、図５、６に記載の複数の正多角形の電極を接続した格子状の吸着電極４等からなる。
【００２４】
本発明の静電チャック１は、絶縁性基板からなるウェハＷを吸着することができるもので、吸着電極の上面を覆うように絶縁層を形成した静電チャックにおいて、上記吸着電極は独立した帯状の複数の吸着電極４ａ、４ｂからなり、上記の独立した吸着電極４が対向する領域で該吸着電極４から等距離にある中間線の密度が５００〜５０００／ｍで、該中間線を挟む上記吸着電極４の帯の幅ｈは前記中間線を挟む吸着電極４の帯同士の間隔ｄと同等或いは小さく、該中間線が均一に分布していることを特徴とする。
【００２５】
中間線の密度が５００／ｍを下回ると、独立した吸着電極４の間に生じる勾配電界の発生領域が小さくなり絶縁基板からなるウェハＷを吸着する力が小さくなるからである。
【００２６】
また、中間線の密度が５０００／ｍを越えると独立した吸着電極４間の間隔が小さくなり、極性の異なる吸着電極４の間で絶縁破壊を発生する虞があるからである。より好ましくは、中間線の密度は２０００〜４５００／ｍである。
【００２７】
尚、中間線の密度とは、載置面２ａに垂直な方向から見た吸着電極４において、吸着電極４が対向する中間線の長さＬを吸着電極４が占める占有面積Ｓｔで除した値Ｌ／Ｓｔである。吸着電極４の占有面積Ｓｔとは吸着電極４そのものの面積と吸着電極４が対抗する領域の面積との和である。更に詳細には、上記中間線は異なる極性の互いに対向する吸着電極４で挟まれ、吸着電極の外辺から対向する吸着電極４までの最短線分の中間点を結ぶ線からなる。例えば、図２、３、４、５、６、７の点線で示す線Ｌｔの長さＬを意味する。また、占有面積Ｓｔは図２においてＳｔ＝Ｌａ×Ｌｂである。
【００２８】
中間線の密度は絶縁性基板からなるウェハＷを吸着する上で必要なグラディエント力を大きくする上で重要な因子であることを見出したもので、より大きなグラディエント力を発生する上で、必要な静電チャックの電極構成を示すものである。
【００２９】
また、上記の吸着電極４は中間線の密度を大きくすることで吸着力を高めることができるが、中間線の密度を大きくし過ぎると独立した複数の吸着電極４の間の絶縁破壊が発生することから、中間線を挟む上記吸着電極４の幅ｈは前記中間線を挟む吸着電極同士の間隔ｄと同等或いは小さいことが必要である。ここで同等とは幅ｈが間隔ｄの２倍未満好ましくは１．５倍程を示す。
【００３０】
更に、吸着力が大きく絶縁破壊を防ぐには、占有面積Ｓｔに対応した領域において中間線が均一に分布していることが必要である。例えば、特許文献３のように吸着電極の幅や間隔を小さくしても吸着電極の占有面積Ｓｔの内部に吸着電極の幅ｈや間隔ｄの大きな領域があると中間線が均一に分布しないことから載置面２ａに均一な吸着力を発生しないとともに、載置面２ａの一部に吸着力が小さな領域が発生しウェハＷを効率良く吸着できないことから、載置面２ａの全面からの吸着力も小さくなり本発明の静電チャック１として機能しないからである。
【００３１】
そして、上記中間線の密度を高めるには、上記占有面積Ｓｔに対する吸着電極４の面積Ｓｅの比率Ｒ（Ｒ＝Ｓｅ／Ｓｔ×１００）が１０〜５５％であることが好ましい。
【００３２】
上記比率Ｒが１０％未満では、吸着電極４が細くなり過ぎて、帯状の吸着電極４が断線する危険があるからである。
【００３３】
また、上記比率Ｒが５５％を超えると、中間線の密度が５００／ｍを下回り吸着力が小さくなるからである。
【００３４】
より好ましくは、比率Ｒが２５〜４８％である。比率Ｒが２５％以上では独立した吸着電極４同士の間隔が大きくなり吸着電極４同士の間で絶縁破壊する虞が小さくなり、吸着電極４に加える電圧を大きくすることが可能となり、吸着力を大きくすることができる。また、比率Ｒが４８％以下では、吸着電極４に加える電圧が大きくしかも電界勾配の大きな領域を発生できるからである。
【００３５】
尚、特許文献１に記載の静電チャックの吸着電極の幅はウェハＷの厚み例えば０．７ｍｍの１０〜２０倍と大きく、前記の中間線の密度は５０／ｍ程と小さく本願発明とは全く異なる。また、特許文献２には吸着電極の幅が４ｍｍで間隔が１ｍｍであり前記中間線の密度は２００／ｍと小さく本発明の範囲外であることは明らかである。また、この静電チャックに６０００Ｖ以上の高電圧を印加し吸着することが記載されているが、吸着電極の幅と間隔を更に小さくして吸着電極間の絶縁破壊を防ぎつつ、印加電圧を下げて吸着力を大きくすることが可能であることは何らの記載もない。特許文献４に記載の静電チャックは吸着電極の間隔が１００μｍで吸着電極の幅も１００μｍと小さく、中間線の密度は５２００／ｍと大きく本発明の範囲外である。更に、特許文献５は吸着電極と吸着電極の間隔を３：１乃至２：１に設定することが特徴であり本願特許とは明らかに異なることは明らかである。
【００３６】
次に、載置面２ａの上に載せたウェハＷに大きな電界勾配を生じさせるには吸着電極４を覆う絶縁層２の厚みが重要であり、上記の電界分布を得るには絶縁層２の厚みが１０〜１００μｍであることが好ましい。絶縁層２の厚みが１０μｍ未満では絶縁層２内の欠陥を充分に除去することができないことから、絶縁層２が絶縁破壊する虞があるからで、絶縁層２の厚みが１００μｍを超えると絶縁層２内に電界の大部分が通過し、絶縁層２の外部に生じる電界強度が小さくなる虞があるからである。更に好ましくは３０〜７０μである。ここで、１０μｍの下限は最小厚みで規定され、上限は平均厚みで代表することができる。
【００３７】
また、上記のような特性を得るには絶縁層２の厚みと同時に比誘電率が３〜２０であることが好ましい。その理由は、載置面２ａからウェハＷに向けて発生する電界強度を大きくすることができるからである。比誘電率が３未満では絶縁層２内の電界強度が小さくなり大きな吸着力を得ることが難しい。また、比誘電率が２０を超えると、吸着電極４の間の電界密度が大きくなり載置面２ａから発する電界強度が小さくなるからである。
【００３８】
また、基体３の誘電率が前記絶縁層２の誘電率より小さいことが好ましい。その理由は、載置面２ａに置かれたウェハＷに向けて大きな電界勾配を設けるには吸着電極４の上面である絶縁層２に大きな電界を生じさせ、吸着電極４の下面である基体３側の電界密度を小さくすると、載置面２ａから発する電界強度を大きくすることができる。そして大きな電界強度の元で、前述の吸着電極４の中心線の密度を大きくすると電界強度の変化を大きくすることが可能となり、絶縁性基板からなるウェハＷを大きな力で吸着できることが判明した。
【００３９】
更に、上記静電チャック１の吸着電極４に安定して電圧を印加するには、吸着電極４に通電する給電端子９と接続する給電部７の最大幅が吸着電極４の最大幅より大きなことが好ましい。そして、前記の絶縁層２の厚みを１０〜１００μｍと小さく、しかも厚みばらつきが５％以下の均一な厚みの絶縁層２を得るには、吸着電極４と給電部７は同一面上にあることが好ましい。同一面上とすることで、基体３に給電部として複雑なビヤホール等を埋設する必要もなく短絡等を発生させる虞が小さく、電極の構成が強固である。
【００４０】
更に本発明の静電チャック１の構成に付いて、詳細に説明する。
【００４１】
図２は、一対の櫛歯形状の吸着電極４を示す図である。中間線はＬｔで示すように、矩形上に連続していることが特徴である。
【００４２】
図３は、一対の折れ線形状の吸着電極４を示す。中間線Ｌｔは折れ線状に連続していることが分かる。
【００４３】
図４は、一対の吸着電極４が円環状であることを示す。円環は交互に接続しているので間に中間線Ｌｔを取ることができる。この場合複数の円からなる中間線Ｌｔの長さの総和で中間線の長さを示すことができる。各円環は交互に吸着電極の下方に埋設されたビヤホールを通して基体３の内部あるいは基体３の下面で接続されている。
【００４４】
図５は複数の６角形の吸着電極４をそれぞれ帯状の電極でシグザグに連結したもので、中間線Ｌｔはジグザグ線で示すことができる。
【００４５】
図６は複数の吸着電極４が四角形であるものを示す。各吸着電極４は吸着電極の下方に延びる給電子で吸着電極４が交互にプラス電極とマイナス電極と接続できるよう結線されている。このように接続することで吸着電極の回りに強い電界を発生することが可能である。
【００４６】
図７は、図６の吸着電極４を同一平面で帯状の接続部で連結したもので作製が容易でありまた各給電電極間の接続が確実となることから大きな電圧を加えても給電部での放電や絶縁破壊の虞が少なく好ましい。
【００４７】
また、絶縁層２は吸着電極４からの大きな電界を発生するには、上記絶縁層２は非晶質膜からなることが好ましい。
【００４８】
非晶質セラミック膜２中には他の元素と反応していない希ガス類元素としてアルゴンが存在しており、希ガス類元素を膜中に多く入れることにより、非晶質セラミックからなる絶縁膜２の変形が容易となり内部応力緩和効果が得られる。絶縁層２中のアルゴン量は１〜１０原子％が好ましい。更に好ましくは３〜８原子％である。希ガス類元素の含有量が１原子％以下であると、充分変位できなくなるため応力緩和効果も小さくなるため、クラックが発生しやすくなる。また、逆に希ガス類元素を１０原子％以上とするのは製作上困難である。
【００４９】
また、希ガス類元素としてアルゴンの代わりに他の希ガス類元素としてヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンを使ってスパッタを行っても同じ効果が得られるが、スパッタ効率とガスのコストを考えるとアルゴンが好ましい。
【００５０】
アルゴンの定量分析方法としては酸化アルミニウム焼結体に非晶質セラミック膜２を２０μｍ成膜したものを用いてラザフォード後方散乱法により分析を行い、全原子量とアルゴンの原子量を計測して、アルゴンの原子量を全原子量で割ったものを原子％として算出した。
【００５１】
また、非晶質セラミックからなる絶縁層２は上記のように希ガス元素を含むことから、セラミック焼結体に比べて硬度が低くなっている。本発明の非晶質セラミックからなる絶縁層２のビッカース硬度は５００〜１０００ＨＶ０．１である。シリコンウェハのビッカース硬度は１０００ＨＶ０．１であり、絶縁層２のビッカース硬度はシリコンウェハより小さいため、静電チャック１表面でシリコンウェハがこすれることが少なくなり、非晶質セラミックからなることから脱粒が起こり難く、パーティクルの発生は減少する。絶縁層２のビッカース硬度は５００〜１０００ＨＶ０．１が好ましく、更に好ましくは６００〜９００ＨＶ０．１である。絶縁層２のビッカース硬度が５００ＨＶ０．１以下ではウェハと静電チャック１の吸着面２ａの間に入り込んだ硬質のゴミにより傷が入りやすいため、傷の部分の耐電圧が低下したりすることがあった。また、傷の部分からパーティクルが発生し易くなる。絶縁層２のビッカース硬度が１０００ＨＶ０．１以上では逆にウェハに傷が入ってパーティクルが発生しやすくなってしまう。
【００５２】
上記非晶質セラミックからなる絶縁層２は酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウムまたは希土類の酸化物または窒化アルミニウム、窒化珪素の何れかで、耐プラズマ用途で使用される場合は酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウムまたは希土類の酸化物または窒化アルミニウムなどで形成されるのが好ましい。
【００５３】
基体３は酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウムまたは希土類の酸化物または窒化アルミニウム、窒化珪素あるいはコージライトなどを用いて構わないが、静電チャックの利用目的により選択して使うのが好ましい。例えば、耐プラズマ性の必要な用途には酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウムまたは希土類の酸化物または窒化アルミニウムなどが好ましく、更にこれに冷却性が必要であれば、窒化アルミニウムを選択するのが好ましい。また、静電チャックに載せたウェハができるだけ変位しないものにしなければならない場合は低熱膨張材料のコージライトを選択すればよい。
【００５４】
また、基体３は絶縁シートを上面に絶縁シートの下面に金属製のペデスタルを接合したものでも良い。絶縁シートの比誘電率は絶縁層２の比誘電率より小さいと、載置面２ａから大きな磁界が放出され好ましい。
【００５５】
吸着用電極４は金属や導電性セラミックなどの導電性材料を用いれば良く、特に製造方法は限定されることはなく、スパッタ、ＣＶＤ、イオンプレーティング、メッキ法やメタライズ法などを用いても構わない。吸着用電極４の厚みは、０．１〜１００μｍの範囲であれば構わない。０．１μｍ以下では吸着用電極４の平面的な導通がとりにくい。１００μｍ以上であればセラミック基体３との熱膨張差のため、セラミック基体３との界面が剥がれが生じやすい。好ましくは５〜５０μｍであり更に好ましくは１０〜３０μである。
【００５６】
上記の吸着電極４に電圧を印加する給電端子接続構造について説明する。
【００５７】
給電端子９は基体３の裏面側から給電できるよう基板３に貫通孔６を設け、貫通孔６内に基体３と同等の熱膨張を有する導電材料からなる給電子５を備え接続することが好ましい。基体３がアルミナや窒化アルミニウムからなる場合には、給電子５の材質として鉄―ニッケルーコバルト系の合金が熱膨張係数が近く好ましい。
【００５８】
また、基体３の熱膨張係数の影響を受けにくい給電子５として貫通孔６にロウ材またははんだを充填し給電子５としたものが使える。
【００５９】
上記の貫通孔６の内径は基体３と給電子５の熱膨張率が異なるため、小径でなくてはならない。貫通孔６の内径としては直径１ｍｍ以下、好ましくは直径０．５ｍｍ以下が好ましい。これは、直径１ｍｍを越えるとロウ材８と基体３の熱膨張差による応力で基体３の貫通孔６周辺にクラックを生じてしまうためである。
【００６０】
しかし径があまり小さくなると加工が困難で、メタライズ層１０を貫通孔６内面に形成したりやロウ材やはんだを充填するのが困難となってくるため、貫通孔６は直径０．２ｍｍ以上必要である。
【００６１】
また、貫通孔６の形状は楕円や四角形などもあるが、最大径の大きさが１ｍｍ以内にする必要がある。但し、円形状が理想的に応力が穴の内面に均一にかかるため最も好ましい形状である。
【００６２】
ロウ材またははんだの充填方法としては途中工程で貫通孔６を有底穴にした状態で穴表面にメタライズ層１０を形成し、その後ロウ材やはんだを真空中、Ｎ２中または還元雰囲気で溶融して有底穴に流し込んで溜めて充填し、その後板状セラミック体の一方の主面を研削加工し給電子５を露出させて形成する。このような方法により、小径の給電子５に対して、良好にロウ材やはんだを充填できる。
【００６３】
また、給電子５のロウ材またははんだの充填具合としては有底穴の底にロウ材やはんだが充填されており、吸着用電極４を基体３の表面を研削加工して給電子５を露出させた際に、給電子５のロウ材またははんだが空隙なく充填されいればよい。従って、給電子５の吸着面の反対面側に多少の凹みが生じても、導通の機能上は特に問題とならないため構わない。
【００６４】
ロウ材またははんだの熱膨張率は基体３の熱膨張率より大きいため、溶けたロウ材またははんだが貫通孔６内で固まってから温度を室温に下げる際に応力を発生する。つまり、熱膨張率に温度差を掛けた物が収縮となることから、高温でロウ材またははんだが固化するほど大きな応力が発生する。そのため、ロウ材またははんだの融点が低い金属を使う方が好ましい。
【００６５】
ロウ材としては銀系、銀銅系、金スズ系、インジウム系のものや、鉛系やすず系のはんだを用いるのが好ましい。ロウ材またははんだの融点としては８５０℃以下のものを使うのが好ましい。また、貫通孔６にロウ材またははんだを充填した後に絶縁層２や吸着電極４を形成するため、絶縁層２や吸着電極４を形成するプロセスより高い融点のロウ材またははんだを使う必要がある。この点からロウ材またははんだの融点としては２００℃以上のものが好ましい。
【００６６】
基体３がセラミックからなる場合、ロウ材は直接セラミックとはほとんど濡れないため、基体３の貫通孔６の内面はロウ材が濡れるように金属化処理が必要である。活性金属法や高融点金属法で貫通孔６の内面にメタライズ層１０を形成したり、無電界メッキにより貫通孔６の内面にメッキ層を形成しても構わない。
【００６７】
メタライズ層１０やメッキ層の厚みは０．２μｍ以上が好ましい。０．２μｍより薄いとロウ材の流れが悪くなるためである。メッキを使用した場合には１０μｍを越えるとメッキの剥がれが発生しやすくなる。メタライズ層１０に高融点金属を使用した場合は３０μｍを越えるとメタライズ層１０の剥離が発生する。しかし、活性金属法を用いる場合はロウ材にＴｉなどの活性金属を添加した組成になっているので、メタライズ材を充填するだけでも同じ効果を得られるため、厚みの上限は限定されない。
【００６８】
セラミックからなる基体３とロウ材またははんだの熱膨張率が異なるため、ヤング率が大きいロウ材またははんだになるとロウ材またははんだに変形が起こらず、基体３に大きな応力がかかってしまう。熱膨張率による応力を緩和できるように軟らかいロウ材やはんだである方が好ましい。ロウ材やはんだのヤング率としては９０ＧＰａ以下が望ましく、更に好ましくは８０ＧＰａ以下である。このようなロウ材７としては銀系、銀銅系、金スズ系、インジウム系のものや、鉛系やすず系のはんだを用いるのが好ましい。
【００６９】
実際に製造装置に静電チャック１を組み込んで静電チャック１の吸着用電極４に電圧を印加するには、電源１９からのリード線と接続する必要がある。リード線を静電チャック１に直接接続するには給電子５と電気的導通のとれた雌ネジを設けた給電端子９が必要となる。また、静電チャックの給電子５に給電ピンをバネで押し当てることもあるが、確実に給電を取るには平滑で接触面積が大きな給電端子９が好ましい。給電端子９は貫通孔６にロウ材またははんだを充填した給電部７に、ロウ材やはんだまたは導電性接着剤を用いて接合する。給電端子８の固定にロウ材やはんだを用いる場合は充填したロウ材より融点の低いものを用いなければならない。
【００７０】
また、給電端子９の外径が５ｍｍより大きい場合は、低温で付けられる導電性接着剤やはんだが好ましい。導電性接着剤としては銀エポキシが好ましい。
【００７１】
また、ウェハＷの製造プロセスでは電子ビームや高周波を使うために磁性材料は問題となることがあるため、給電端子９の材質としては銅、真鍮、チタンモリブデン、タングステンなどの非磁性材料が好ましい。
【００７２】
次に本発明の静電チャック１の製法について述べる。ここでは基体３として酸化アルミニウムを用いて、非晶質セラミックからなる絶縁層２は酸化アルミニウム膜をスパッタ法により形成したものを説明する。
【００７３】
大気圧で焼成した板状の酸化アルミニウム基板を用意し、その酸化アルミニウム基板を約１４００℃、２０００気圧でＨＩＰ（ＨＯＴ  ＩＳＯＳＴＡＴＩＣ  ＰＲＥＳＳ）を施し、ボイドの大きさを数μｍ程度に小さくした酸化アルミニウム基板をセラミック基体２として用意する。ボイドを小さくする方法としてはホットプレスにより焼成しても構わない。そして酸化アルミニウム基板に給電端子用の穴を作製し、その内面に活性金属法や高融点金属法によるメタライズを施す。更にその中に給電子５を挿入した状態で銀銅ロウや銀ロウによってロウ付けすることにより給電子５が固定される。給電子５についてはそれぞれのセラミック材と熱膨張率が近いようにモリブデン、タングステン、チタン、ＦｅＮｉＣｏ合金等を用いればよい。また、上記金属の代わりに同材質セラミックや熱膨張率が近いセラミック材を用いてピンを作り、その周囲にメタライズを施し、給電ピン８として給電端子穴に挿入してロウ付けすることもできる。更に、給電子５として直径１ｍｍの貫通孔６にロウ材を充填し、基体３の裏面に給電端子９を給電子５とロウ材で接続することができる。
【００７４】
電源１９からのリード線の接続がネジを用いたものであれば給電端子９はリード線を取り付けやすいようにネジ加工が施してあった方が好ましい。ネジ加工を施した給電端子９は外径が大きくなり、接合時の応力が大きくなってしまい、給電子５の周辺にクラックが生じたり、基体３に破損が生じる。そのため、給電子５はφ０．５〜φ４程度とし、これとは別にネジ加工を施した外部接続用の接続端子（不図示）を前記ピンに半田付けや導電性接着剤やロウ材等で固定するのが好ましい。
【００７５】
基体３と給電端子９をロウ付けした後、吸着電極４の成膜面と給電子５の端面が面一となるように加工を施し、脱粒が起こらないようにラップをして成膜する面を整える。
【００７６】
その後、基体３の上の成膜する面の全面と給電子５の端面とにＴｉからなる膜を成膜する。その後Ｔｉの上にレジストを塗布してエッチング加工して所望の形状の吸着用電極４を形成する。
【００７７】
セラミック基体３の表面に吸着用電極４を形成した後、吸着用電極４上に非晶質セラミックからなる絶縁層２を形成する。この非晶質セラミックからなる絶縁層２はスパッタによって作製する。平行平板型のスパッタ装置に絶縁層２として成膜したい材質のターゲットをセットする。ここでは酸化アルミニウム焼結体をターゲットとし、該ターゲットと対向するようにして吸着用電極４を備えた基体３をセットする。基体３は銅製のホルダーの中にセットする。基体３の裏面とホルダー表面はＩｎとＧａからなる液状合金を塗り貼り合わせることにより基板とホルダーの熱伝達が良くなり、セラミック基体３の冷却効率を上げることができることから良質な非晶質セラミックからなる絶縁層２を形成することができる。
【００７８】
このように基体３をスパッタのチャンバー内にセットし、真空度を０．００１Ｐａとした後、アルゴンガスを２５〜７５ｓｃｃｍ流す。
【００７９】
そして、ターゲットとホルダーの間にＲＦをかけることによりプラズマが発生する。そして、ターゲットのプレスパッタ及び基体３側のエッチングを数分間行いターゲットと基体３のクリーニングを行う。
【００８０】
酸化アルミニウムの非晶質セラミックからなる絶縁層２の成膜は上記のＲＦのパワーを３〜９Ｗ／ｃｍ２にしてスパッタを行う。また、基体３側には−１００〜−２００Ｖ程度のバイアスをかけてターゲットから電離した分子及び電離したアルゴンイオンを引きつける。しかし、基体３が絶縁体であると電離したアルゴンイオンにより基体３の表面が帯電してしまい、次のアルゴンイオンが入りにくい状態になる。膜中に入ったアルゴンイオンは電荷を放出してアルゴンの状態に戻り、膜中に残留する。アルゴンを膜中に多く取り込むには成膜時に吸着用電極４と給電子５からＩｎＧａ層、ホルダーの経路で電荷を逃がし、常にアルゴンを絶縁層２に取り込みやすい状態にしておくことが必要である。
【００８１】
また、基体３の冷却が悪いと部分的に非晶質セラミックからなる絶縁層２が結晶化してしまい、部分的に耐電圧が悪くなることがある。基体３の冷却は装置の冷却板に冷却水を流すことで基板ホルダー内を充分冷却して基体３の温度を数十度の保つようにしておく。
【００８２】
絶縁層２の成膜レートは３μｍ／時間にて１７時間成膜し、約５０μｍの膜厚の非晶質セラミックからなる絶縁層２を作製した。
【００８３】
その後、リフトピン穴などの加工を施し、基体３の裏面等を所定の厚みにして形状を整える。非晶質セラミックからなる絶縁層２上にブラストや平研やエッチングなどの手法で凹部を形成した後、非晶質セラミックからなる絶縁層２の表面をポリッシング等で整えることにより静電チャック１を作製する。
【００８４】
ここで、絶縁層２が酸化物の場合、上記の成膜雰囲気はアルゴン中に酸素を導入することもある。また、絶縁層２が窒化物の場合は窒素を導入して反応させながらスパッタするリアクティブスパッタを用いて成膜しても構わない。特に窒化物はリアクティブスパッタを行うのが好ましい。
【００８５】
【実施例】
（実施例１）
アルミナ純度９９質量％の直径２００ｍｍ、厚み５ｍｍのセラミック製からなる基体に吸着電極としてＴｉを０．２μｍ成膜した後、吸着電極を櫛歯状として吸着電極間の中心線の密度を１００から７０００／ｍに変えた吸着電極を作製した。そして、吸着電極の上に非晶質セラミックからなる絶縁層を成膜した。
【００８６】
絶縁膜の厚みは２０μｍで一定とした。
【００８７】
吸着力の測定は真空中で行い、厚みが０．７ｍｍの液晶用ガラス基板からなるウェハＷを載置面に配置して、吸着電極に１０００Ｖを印加し１分間経過後に前記ウェハＷを引き上げ、その引き上げに要した力をロードセルで測定して、その値を吸着面の面積で除して単位面積当たりの静電吸着力とした。また、残留吸着力測定は真空中で行い、１インチ角の上記ウェハＷを載置面に配置して、１０００Ｖを２分間印加した後、電圧を切り３秒後に上記ウェハＷを引き上げ、その引き上げに要した力をロードセルで測定して、その値をウェハＷの面積で除して単位面積当たりの残留吸着力とした。なお、残留吸着力の測定温度は常温２５℃と１００℃の２水準として大きな方の値を残留吸着力として表に記載した。
【００８８】
尚、試作した静電チャックを使って、ガラス基板等のウェハＷを保持できる最小の吸着力を得るための印加電圧として１ｋＶとしたが、実際に静電チャックを使うには使用条件により大きな吸着力を得るには大きな印加電圧を、１００Ｐａ程度の吸着力を得るには小さな電圧を印加して静電チャックを利用できる。
【００８９】
また、絶縁破壊は一対の吸着電極との間に直流電圧を印加して絶縁破壊する電圧を絶縁破壊電圧として測定した。
その結果を表１に示す。
【００９０】
【表１】
2005012144.tif 000003
【００９１】
本発明の範囲の静電チャック１である中間線の密度が５００〜５０００／ｍで中間線を挟む上記吸着電極の帯の幅は前記中間線を挟む吸着電極の帯同士の間隔と同等或いは小さく、該中間線が均一に分布している試料Ｎｏ．３〜８は、吸着力が３００〜６３２Ｐａと大きくガラス基板を吸着することができた。また、残留吸着力は１５〜２２Ｐａと小さく、絶縁破壊電圧は２．１ｋＶから４．５ｋＶと大きく優れた特性を示した。
【００９２】
これに対し、試料Ｎｏ．１，２は特許文献１や２に記載の静電チャックで、中間線の密度が１００、２００／ｍと小さいことから吸着力が８０Ｐａ以下と小さく使用できなかった。
【００９３】
また、試料Ｎｏ．９，１０は特許文献４に記載の静電チャックで、中間線の密度が６０００、７０００／ｍと大きいことから吸着電極の間の絶縁破壊電圧が０．３ｋＶと小さく吸着電極に電圧を印加すると吸着電極間で絶縁破壊して静電チャックとして使用できなかった。
【００９４】
（実施例２）
実施例１の試料Ｎｏ．４と同様に静電チャックを作製し、その吸着電極の占有面積に対する吸着電極の面積の比率を変えた静電チャックを準備した。
【００９５】
そして、実施例１と同様に評価した。
【００９６】
また、載置面にウェハを載せた状態で、吸着電極の間に１ｋＶの電圧を印加し一分間保持し、その後０ｋＶとして１分間保持することを１サイクルとする吸着サイクルを繰り返し、吸着電極の間で絶縁性破壊するまでの吸着サイクル数を評価した。
【００９７】
その結果を表２に示す。
【００９８】
【表２】
2005012144.tif 000004
【００９９】
吸着電極の比率Ｒが１０〜５５％である試料Ｎｏ．１２〜１８は、吸着力が１８９〜３７８Ｐａと大きく、しかも残留吸着力は２５Ｐａ以下と小さく好ましい特性が得られることが分かった。更に比率Ｒが２５〜４８％の試料Ｎｏ．１４、１５、１６は残留吸着力が１５Ｐａ以下と小さく優れた特性を示した。
【０１００】
一方、試料Ｎｏ．１９、２０は比率Ｒが６０、８０％と大きいことから絶縁破壊電圧が１．７、１．５ｋＶとやや小さく、吸着サイクル試験を１００００回以下で絶縁破壊を発生し、寿命がやや短いことが判明した。
【０１０１】
また、絶縁破壊電圧が大きな静電チャックの吸着サイクル試験回数は大きくなることから、絶縁破壊電圧の大きな静電チャックは寿命が長いと伴に、印加電圧を大きくすることが可能であり、より大きな吸着力を得ることができることが分かった。
【０１０２】
（実施例３）
実施例１と同様の工程で絶縁層の厚みを５〜３００μｍまで変えた試料を作製し、実施例と同様に評価した。
【０１０３】
尚、中間線の密度は１０００／ｍとした。
【０１０４】
その結果を表３に示す。
【０１０５】
【表３】
2005012144.tif 000005
【０１０６】
試料Ｎｏ．３２から３７のように絶縁層の厚みが大きくなるに従い、吸着力は小さくなることが分かる。
【０１０７】
そして、試料Ｎｏ．３２のように絶縁層の厚みが５μｍと小さいと絶縁破壊電圧が１．４ｋＶと小さく、吸着サイクル試験を行うと３０６８サイクルで絶縁層が絶縁破壊して使えなくなることが分かった。
【０１０８】
一方、試料Ｎｏ．３７のように絶縁層の厚みが１００μｍを超えると吸着力がやや小さく静電チャックとして使いにくいことが分かった。
【０１０９】
また、試料Ｎｏ．３８のように絶縁層の比誘電率が３を下回ると吸着力がやや小さく、試料Ｎｏ．４２のように絶縁層の比誘電率が２０を超えるとやはり吸着力がやや小さくなることが判明した。
【０１１０】
従って、試料Ｎｏ．３３〜３６、３９〜４１のように、絶縁層の厚みは１０〜１００μｍでしかも絶縁層の比誘電率は３〜２０であると吸着力が大きく、残留吸着力が相対的に小さく、さらに吸着サイクルが大きく好ましいことが判明した。
【０１１１】
一方、吸着電極への給電部は吸着電極と同一面とすることで、厚みの１０〜１００μｍの絶縁層を均一に成膜することができるとともに、給電構造が簡単で給電部の放電等の虞が少なく特性の優れた静電チャックが得られた。
【０１１２】
（実施例４）
基体の材質として比誘電率の異なる各種のセラミックス材料を使い実施例１と同様に吸着電極を作製し、吸着電極を覆うように絶縁層として非晶質アルミナ成膜し、実施例１と同様に評価した。
【０１１３】
その結果を、表４に示す。
【０１１４】
【表４】
2005012144.tif 000006
【０１１５】
試料Ｎｏ．５１、５２、５３の静電チャックは絶縁層の比誘電率が基体の比誘電率より大きいことから、吸着力が大きく好ましいことが分かった。
【０１１６】
これに対し、試料Ｎｏ．５４、５５のように絶縁層の誘電率より基体の比誘電率が大きな静電チャックは吸着力が小さいことが分かった。
【０１１７】
従って、絶縁層の比誘電率が基体の比誘電率より大きいことが好ましいことが判明した。
【０１１８】
【発明の効果】
本発明によれば、吸着電極の上面を覆うように絶縁層を形成した静電チャックにおいて、上記吸着電極は独立した帯状の複数の吸着電極からなり、上記の独立した吸着電極が対向する領域で該吸着電極から等距離にある中間線の密度が５００〜５０００／ｍで、該中間線を挟む上記吸着電極の帯の幅は前記中間線を挟む吸着電極の帯同士の間隔と同等或いは小さく、かつ上記中間線が均一に分布していることによって、絶縁性基板からなるウェハを強固に吸着できる静電チャックを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の静電チャックの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図２】本発明の静電チャックの吸着電極の概略図である。
【図３】本発明の静電チャックにおける他の吸着電極の概略図である。
【図４】本発明の静電チャックにおける他の吸着電極の概略図である。
【図５】本発明の静電チャックにおける他の吸着電極の概略図である。
【図６】本発明の静電チャックにおける他の吸着電極の概略図である。
【図７】本発明の静電チャックにおける他の吸着電極の概略図である。
【図８】（ａ）は従来の静電チャックの概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図９】従来の静電チャックの吸着電極の概略図である。
【符号の説明】
１：静電チャック
２：絶縁層
３：基体
４：吸着電極
５：給電子
６：貫通孔
７：給電部
９：給電端子
１１：電源
【図１】
2005012144.tif 000007
【図２】
2005012144.tif 000008
【図３】
2005012144.tif 000009
【図４】
2005012144.tif 000010
【図５】
2005012144.tif 000011
【図６】
2005012144.tif 000012
【図７】
2005012144.tif 000013
【図８】
2005012144.tif 000014
【図９】
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