(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素の粉末を２０〜８０体積％含有すると共にアルミニウム合金をマトリックスとする金属−セラミックス複合材料から構成された基体と、
この基体の一主面上に設けられた酸化アルミニウム系セラミックスから構成されたセラミックス溶射絶縁層と、
この絶縁層の上に設けられた溶射金属層からなる電極と、
この電極を被覆するよう設けられた酸化チタンを２．５〜１０．０質量％含有する酸化アルミニウム系セラミックスから構成された溶射誘電層と、
前記基体に形成された孔に納まり、前記電極への給電に用いられる静電チャック用給電端子と、
を備えてなる静電チャックであって、
前記給電端子は、一端側が露出した状態で金属層が溶射されることにより、接着剤を介さずに直接前記電極に接続される金属製の本体部と、
少なくとも前記本体部の周面を被覆するよう前記本体部の周囲に設けられたセラミックス製の外被部と、
を具備してなることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記給電端子の外被部は、マシナブルセラミックスから構成されたものであって、本体部への装着によって、この本体部の周囲に設けられていることを特徴とする請求項１の静電チャック。
【請求項３】
前記給電端子の外被部は、本体部の表面に形成された酸化アルミニウムの溶射被膜であることを特徴とする請求項１の静電チャック。
【請求項４】
前記給電端子の外被部は、マシナブルセラミックスから構成され、本体部への装着によって、この本体部の周囲に設けられた、前記本体部の周面の一部を被覆する第１の外被要素と、
前記本体部の表面に形成された、前記本体部の周面の残部を被覆する、酸化アルミニウムの溶射被膜からなる第２の外被要素とを具備してなることを特徴とする請求項１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、たとえば半導体ウェハやフラットディスプレイパネル、あるいはフレキシブル基板などを吸着保持するのに用いられる静電チャックに関するものである。更に詳しくは、金属−セラミックス複合材料を用いて構成された静電チャックの内部電極への給電に用いられる端子（静電チャック用給電端子）の構造に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
減圧雰囲気下において、半導体ウェハなどの物品（被吸着物）を吸着保持するのに用いられている静電チャックは、円盤状の主構造体内に電極が埋設されたものである。更に、この主構造体には給電端子が取り付けられており、これを介して内部の電極に給電できるようになっている。
【０００３】
こうした静電チャックの主構造体は、それに不可欠なさまざまな要件（耐熱性や耐食性、熱伝導性など）を満たすため、たとえば窒化アルミニウムなどのセラミックスから構成されている。ところで最近は、被吸着物が大型化すなわち大径化する傾向にあり、これに伴って、静電チャックについても大きな直径を有するものが求められるようになってきている。ところが、こうした既存の、すなわちセラミックス製の静電チャックは、その直径が大きくなればなるほど製造するのが著しく困難になる。したがって、ある一定以上の大きさまでしか実用化されておらず、年々高まる大径化の要請には、十分に応えることができなかった。
【０００４】
こうした実情に鑑みて、先頃、金属−セラミックス複合材料からなる静電チャック（たとえば特願２００１−２２２７０１号）が開発された。この新型の静電チャックは、基体と、この基体の表面に設けられた絶縁層と、この絶縁層の上に設けられた電極と、この電極を被覆するよう設けられた誘電層とからなり、このうち基体が上記金属−セラミックス複合材料から、なかでも「ＭＭＣ」と呼ばれる金属基複合材から構成されている。
【０００５】
さて、このＭＭＣと呼ばれる金属基複合材から構成された基体（以下、ＭＭＣ製基体と言う）は、金属を含有しているため、当然のことながら高い導電性を有する。それゆえ、次のような点が問題となっている。
【０００６】
材質を問わず、静電チャックには、その内部電極に電圧を印加するための給電端子が取り付けられる。更に具体的に言うと、静電チャックの基体には孔が形成されており、その内部に給電端子が納まる。そして、この孔の内奥側開口を閉塞するように存在している内部電極に、この給電端子の上端部が接続されることになる。ところで、これまでのように基体が、絶縁材料であるセラミックスから構成されていれば、何ら問題はなかったが、高い導電性を有するＭＭＣ製基体を採用した場合には、給電端子を従前の方法で基体に取り付けることはできない。そこで、基体の孔の内周面と給電端子の外周面との間に無機接着剤を充填し、給電端子と基体とを絶縁する処置が施されている。
【０００７】
しかしながら、このようにして得た静電チャックを実際に使用した場合、かなりの頻度で、無機接着剤を充填した部分で絶縁破壊が起きる。すなわち、給電端子とＭＭＣ製基体との間に放電現象が発生し、これに起因して静電チャックの吸着性能が著しく低下する。
【０００８】
したがって本発明が解決しようとする課題は、基体が導電性を有する金属−セラミックス複合材料から構成されたものであっても、この基体との間に絶縁破壊による放電現象を生じることがなく、こうした不具合に起因した静電チャックの性能低下が起きない静電チャック用給電端子を提供することである。
【０００９】
上記の課題は、金属−セラミックス複合材料から構成された基体と、この基体の一主面上に設けられたセラミックス溶射絶縁層と、この絶縁層の上に設けられた溶射金属層からなる電極と、この電極を被覆するよう設けられたセラミックス溶射誘電層と、前記基体に形成された孔に納まり、前記電極への給電に用いられる静電チャック用給電端子と、を備えてなる静電チャックであって、
前記給電端子は、一端側が露出した状態で金属層が溶射されることにより、接着剤を介さずに直接前記電極に接続される金属製の本体部と、少なくとも前記本体部の周面を被覆するよう前記本体部の周囲に設けられたセラミックス製の外被部と、を具備し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。
【００１０】
なお上記外被部としては、マシナブルセラミックス（快削性セラミックスとも呼ばれる）から構成されたものが挙げられる。こうした外被部は、本体部への装着（たとえば嵌合や接着剤を用いた装着）によって、この本体部の周囲に設けられることになる。また上記外被部としては、本体部の表面に形成された酸化アルミニウムの溶射被膜からなるものが挙げられる。
【００１１】
上記外被部は、マシナブルセラミックスから構成され、本体部への装着によって、この本体部の周囲に設けられた、本体部周面の一部を被覆する第１の外被要素と、同じく本体部の表面に形成された、本体部周面の残部を被覆する、酸化アルミニウムの溶射被膜からなる第２の外被要素とを具備してなるものが挙げられる。
【００１２】
本発明に係る給電端子を取り付けるのに好適な静電チャックとしては、
基体が、炭化ケイ素の粉末を２０〜８０体積％、特に５０〜７０体積％含有すると共にアルミニウム合金をマトリックスとする複合材料から構成され、また、絶縁層が、酸化アルミニウム系セラミックスから構成され、更に誘電層が、酸化チタンを２．５〜１０．０質量％、特に５．０〜７．５質量％含有する酸化アルミニウム系セラミックスから構成されたものが挙げられる。
【００１３】
さて本発明では、上述したように、基体が金属−セラミックス複合材料から構成された静電チャック用の給電端子を、金属製の本体部と、少なくともこの本体部の周面を被覆するよう、その周囲に設けられたセラミックス製の外被部とを具備してなる構造とした。よって、この給電端子を基体に取り付けた状態では、導電性を有するこの基体と、導電材料（金属）からなる給電端子本体部とは、電気的に完全に絶縁される。
【００１４】
すなわち、本発明の給電端子を用いれば、従前の、無機接着剤の充填による不確実な絶縁方法に比して、格段に優れた絶縁状態が実現する。更に詳しく言うと、無機接着剤を充填した場合、接着剤の層は硬化する際に揮発成分を失い、それに替わって層内部には微小な空隙が生じる。しかも、接着剤層の厚みは非常に小さいので、両者の負の相乗効果により、比較的容易に給電端子と基体との間に放電現象が発生し、絶縁破壊が引き起こされる。
【００１５】
これに対して本発明の給電端子では、金属製の本体部がセラミックス製の外被部によって完全に被覆されているから、こうした不具合は極めて起きにくく、すなわち長期間にわたって、給電端子の本体部と静電チャックの基体との間の良好な絶縁状態が維持される。総じて、本発明の給電端子を用いれば、静電チャックの基体が導電性を有する金属−セラミックス複合材料から構成されたものであっても、この基体との間に絶縁破壊による放電現象が生じることはなく、こうした不具合に起因した静電チャックの性能低下といった問題は起きない。ゆえに、基体が金属−セラミックス複合材料から構成されたものである静電チャックの信頼性が大幅に向上する。
【００１６】
なお、上記基体を構成する金属−セラミックス複合材料としては、たとえば、フィラーとしてセラミックス強化材を用い、それを金属マトリックスと一体化してなる金属基複合材すなわちＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）が挙げられる。
【００１７】
ちなみに、このＭＭＣ製基体を製造するための代表的な方法としては、非加圧金属浸透法がある。同法では、まず、セラミック強化材を加圧成形することにより、内部に無数の空隙が存在するプリフォームを形成する。次いで、８００℃程度に保った窒素ガス雰囲気中で、このプリフォームを溶融金属と接触させて、内部に金属を浸透させる。その後、これを急冷すれば、ＭＭＣ製基体ができあがる。一方、こうした方法に替えて、鋳造法が用いられることもある。これは、セラミックス強化材を溶融金属中に均一分散させ、こうして得た溶融物を型内に流し込んで所要の形状に成形するものである。
【００１８】
金属−セラミックス複合材料を形成するセラミックス材料としては、上述した炭化ケイ素以外にも、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、カーボンなどが挙げられる。また同じく、この金属−セラミックス複合材料を形成する金属材料としては、上述したアルミニウム合金以外にも、ケイ素、銅、マグネシウム、チタンなどが挙げられる。
【００１９】
更に、静電チャックの電極を構成する金属材料としては、たとえば、ニッケル、タングステン、アルミニウム、銀などが挙げられる。また、本発明に係る給電端子の本体部を構成する金属材料としては、たとえば、アルミニウム（単体あるいは合金のいずれでも可）やステンレス（ＳＵＳ４３０など）、スーパーインバー（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）などが挙げられる。
【００２０】
本発明に係る給電端子の外被部を構成するセラミックス材料としては、たとえば、上述したマシナブルセラミックスと呼ばれる特殊な組成のセラミックスや酸化アルミニウム以外にも、酸化ジルコニウムやアルミン酸マグネシウム（ＭｇＡｌ２Ｏ４）などの絶縁性セラミックスを用いることができる。
【００２１】
ここで参考までに言うと、マシナブルセラミックスとは、非常に硬く加工が極めて困難である一般的なセラミックスに比して、機械加工が格段に容易な、すなわち切削などの処理を難なく施すことが可能で、自在に所望の形状に加工できる特性を備えたセラミックスを指す。具体的には、住金セラミックス社製のホトベール（登録商標）が挙げられる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
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および図２は本実施形態に係る静電チャック用給電端子の外観図および縦断面図、図３は同静電チャック用給電端子が取り付けられた状態での静電チャックの一部断面図である。
【００２３】
本実施形態に係る静電チャック用給電端子（以下、本給電端子と言う）は、静電チャック、特に後述するごとく、基体が金属−セラミックス複合材料を用いて構成された静電チャックの内部電極（以下、単に電極とも言う）への給電に用いられるものである。
【００２４】
さて本給電端子は、図１からわかるように、下側に位置する略直方体状の部分と、上側に位置する円柱状の部分とからなる。本実施形態では、基体に取り付けた際の位置安定性を考慮して、給電端子をこうした様態としたが、言うまでもなく、その形状は任意である。
【００２５】
本給電端子は、図１に加えて更に図2からもわかるように、金属製の本体部１と、この本体部１の周囲に設けられたセラミックス製の外被部２とからできている。このうち本体部１は、径がほぼ一定な円柱状のものであって、その上端面は外被部２の上端面と等しい高さに位置する。言いかえれば、給電端子の上端面は平坦であって、中央に本体部１の上端面が露出した格好となっている。本体部１の一端側は、静電チャックが有する電極に接続されるのであるが、この電極と接することになるのが本体部１の上端面である。
【００２６】
本体部１の下端面には凹部１ａが形成されている。この凹部１ａには、電源装置（図示せず）から延びるリード線の先端が納まり接続状態となる。なお本実施形態では、凹部１ａの内周面にネジ溝を形成している。したがってリード線として、ネジ山を有する導通部材が先端に取り付けられたものを用い、この導通部材を凹部１ａに螺着させるようにすれば、より確実かつ堅固なリード線の接続状態が得られる。
【００２７】
次に外被部２は、上述したようにセラミックスから構成されており、本体部１の周面を被覆するよう、その周囲に設けられている。更に詳しく言うと、外被部２は、機械加工が容易なマシナブルセラミックスを用いて、つまりそれを切削加工して形成された、いわば管状のものである。ここでは、その内径を本体部１の外径と等しく設定しており、したがって外被部２は、本体部１に嵌合装着された状態となっている。特に本実施形態では、更に堅固な固定状態を得るため、たとえばエポキシ系の接着剤３を用いて、外被部２をその下端面側で本体部１へ接着している。
【００２８】
続いて、本給電端子が取り付けられる静電チャックの構造および本給電端子が、いかにしてこの静電チャックに取り付けられるかについて、図３を用いて詳しく説明する。
【００２９】
本給電端子が取り付けられる静電チャックは、概して、基体１１、この基体１１の上面（一主面）上に設けられた絶縁層１２、この絶縁層１２の上に設けられた電極（内部電極）１３、そしてこの電極１３を被覆するよう設けられた誘電層１４からなる。このうち基体１１は、金属−セラミックス複合材料から構成されている。また基体１１には、本給電端子の外形に対応した断面形状を有する孔１１ａが、一つ以上設けられている。電極１３へ給電する役割を果す本給電端子は、この孔１１ａに納まり、そして更に、上述したごとく本体部１の上端面が電極１３に接した状態となる。
【００３０】
なお、基体１１を構成するのは、炭化ケイ素の粉末を２０〜８０体積％、特に５０〜７０体積％含有すると共にアルミニウム合金をマトリックスとする複合材料、すなわちＭＭＣ（金属基複合材）である。一方、絶縁層１２は、酸化アルミニウム系セラミックス、殊に純粋な酸化アルミニウムから構成されている。また、電極１３はニッケルからできており、更に誘電層１４は、酸化チタンを２．５〜１０．０質量％、特に５．０〜７．５質量％含有する酸化アルミニウム系セラミックスから構成されている。
【００３１】
基体１１の厚さ（図３中、Ｔ１で示す）は１０〜４０ｍｍ程度であり、その上に存在する絶縁層１２の厚さ（図３中、Ｔ２で示す）は、３００〜４００μｍ程度である。また、電極１３の厚さ（図３中、Ｔ３で示す）は５０〜１００μｍ程度であり、そして更に誘電層１４の厚さ（図３中、Ｔ４で示す）は３００〜４００μｍ程度である。
【００３２】
ところで本給電端子は、上記構造の静電チャックが完成してから、それに取り付けられるわけではない。本給電端子は、静電チャックを製造する工程の途中で、その構成要素すなわち基体１１に取り付けられる。この後、基体１１の上に絶縁層１２、電極１３、そして誘電層１４が順に形成され、静電チャックが完成する。以下、この製造過程について更に詳しく説明する。
【００３３】
上記静電チャックを得るには、まず、ＭＭＣ製の基体１１に本給電端子をセットする。すなわち、基体１１の孔１１ａに本給電端子を押し込み、更に、たとえば無機接着剤（図３中、１５で示す）を用いて、本給電端子を基体１１に接着する。なおこの際、本給電端子は、その上端面が基体１１の上面と同じ高さになるよう位置が調整される。
【００３４】
こうして基体１１に本給電端子をセットしたならば、その上端面、特に本体部１の上端面にマスキング処理を施す。そして基体１１の上面に、溶射処理によって酸化アルミニウムの層（絶縁層１２）を形成する。
【００３５】
この後、不要になったマスキングを取り除いて、給電端子の本体部１の上端面を再び露出させる。そして、この状態で、絶縁層１２の上に、たとえばニッケルなどの金属材料を溶射して、金属層（電極１３）を形成する。これによって電極１３と本体部１とが、したがって電極１３と本給電端子とが電気的に接続された状態となる。なお溶射する金属材料としては、ニッケル以外にも、タングステンやアルミニウム、銀などが用いられる。
【００３６】
最後に、電極１３の上に、セラミックス材料（酸化チタンを少量含む酸化アルミニウム系セラミックス）を溶射して、誘電層１４を形成することで、図３に一部断面を示す、本給電端子が取り付けられてなる静電チャックが得られる。但し実際には、誘電層１４となるセラミックス材料を溶射した後、同層中の微細な空孔をなくすための封孔処理が行われ、更に続いて、その表面の凹凸を除去するための切削処理が行われる。
【００３７】
さて、上述したように本実施形態では、基体１１が金属−セラミックス複合材料から構成されたものである静電チャック用の給電端子を、金属製の本体部１と、その周面を被覆するよう、この本体部１に装着されたセラミックス製の外被部２とからなる構造とした。このため、導電性を有する基体１１と金属製の本体部１とは、電気的に完全に絶縁された状態となる。
【００３８】
言いかえれば、本給電端子を用いることで、従来の絶縁方法に比して、格段に優れた絶縁状態が実現する。すなわち、従来の絶縁方法では、比較的容易に給電端子と基体との間に放電現象が発生し、絶縁破壊が引き起こされていた。しかしながら本給電端子にあっては、金属製の本体部１がセラミックス製の外被部２によって完全に被覆されているから、こうした不具合は極めて起きにくく、長期にわたって、本体部１と静電チャックの基体１１との間の良好な絶縁状態が維持される。
【００３９】
総括すると、本給電端子を用いれば、静電チャックの基体１１が、ＭＭＣなど導電性を有する金属−セラミックス複合材料から構成されたものであるにも関わらず、この基体１１との間で絶縁破壊による放電現象が発生することはなく、こうした不具合に起因した静電チャックの性能低下といった問題は起きない。ゆえに、本給電端子が取り付けられてなる静電チャックは、基体が純粋なセラミックスから構成されているものと同等の高い信頼性を発揮する。
【００４０】
ちなみに、本給電端子が取り付けられてなる上記構成の静電チャックについて、まず、室温〜２００℃の温度サイクル試験を１０回繰り返し、次いで、１０００回のオン・オフ試験を行った。その後、分解して給電部分の様子を観察したが、絶縁破壊による放電が起こった形跡は皆無であった。
【００４１】
ところで本実施形態では、給電端子を構成する金属製の本体部の上端面を、外被部の上端面と同じ高さにした。しかしながら、図４（給電端子が取り付けられた状態での静電チャックの一部断面図）に示すごとく、本体部２１の上端面を僅かに、たとえば静電チャックの絶縁層２２の厚さ分（数百μｍ）程度、外被部２３の上端面から突出させてもよい。給電端子をこのような構造とした場合には、電極２４の表面が極めて平坦なものとなる。殊に、給電端子と接する部分に窪みが形成されることはなく、静電チャックの電気的特性が更に向上する。
【００４２】
続いて、本発明の第２実施形態に係る静電チャック用給電端子（以下、再び本給電端子と言う）について、その縦断面を示す図５を用いて詳しく説明する。なお本実施形態（および後に説明する第３実施形態）についても、その基本的な技術思想や作用・効果などは、おおむね上記第1実施形態のそれと同じである。よって以下では第１実施形態との相違点を中心に解説する。
【００４３】
本給電端子もやはり、金属製の本体部３１と、この本体部３１の周囲に設けられたセラミックス製の外被部３２とからできている。だが本体部３１は円柱状ではなく、下側に位置する略直方体状の部分と、これと一体であって上側に位置する円柱状の部分とからなる（但し言うまでもなく本体部の形状は任意である）。
【００４４】
一方、外被部３２は、セラミックス塊を切削加工して得たものではなく、本体部３１の表面に形成された酸化アルミニウムの溶射被膜である。ここでは、この外被部（被膜）３２の厚みを３００μｍ程度としている。また、この外被部３２は給電端子の本体部３１の周面だけでなく、その下端面の大部分（リード線接続用凹部３１ａの開口を除いた全面）をも覆うよう設けられている。但し実際には、酸化アルミニウムを溶射した後、その被膜中の微細な空孔をなくすための封孔処理が行われ、更に続いて、その表面の凹凸を除去するための切削処理が行われる。
【００４５】
こうした構造を有する本給電端子についても、静電チャックの基体へは、上記第１実施形態と同様、静電チャックの製造工程の途中で、たとえば無機接着剤などを用いて取り付けられることになる。なお、本体部３１を外被部３２の上端縁から、やや上方に突出させた様態としてもよい。
【００４６】
続いて、本発明の第３実施形態に係る静電チャック用給電端子について、その縦断面を示す図６を用いて詳しく説明する。
【００４７】
本実施形態に係る給電端子も、金属製の本体部４１と、この本体部４１の周囲に設けられたセラミックス製の外被部４２とからできている。そして、本体部４１については、下側に位置する略直方体状の部分と、これと一体であって上側に位置する円柱状の部分とからなる。これに対して外被部４２は、一体ではない二つの部分からできている。すなわち、マシナブルセラミックスから構成され、本体部４１への嵌合装着によって、その周囲に設けられた、本体部４１の周面の一部（円柱状区間）を被覆する第１の外被要素４２ａと、本体部４１の表面に形成された、その周面の残部（略直方体状区間）を被覆する酸化アルミニウムの溶射被膜、すなわち第２の外被要素４２ｂとから、上記外被部４２は構成されている。
【００４８】
なお実際には、本体部４１の下半分に、まず第２の外被要素４２ｂを形成し、その後、セラミックス製のパイプすなわち第１の外被要素４２ａを本体部４１の上半分に装着することになる。ここでは、この第２の外被要素（被膜）４２ｂの厚みを３００μｍ程度としている。また、第２の外被要素４２ｂは、本体部４１の下端面の大部分（リード線接続用凹部４１ａの開口を除いた全面）をも覆うよう設けられている。
【００４９】
こうした構造を有する本給電端子についても、上記第１実施形態や第２実施形態と同様、静電チャックの基体へは、静電チャック製造工程の途中で、たとえば無機接着剤などを用いて取り付けられることになる。なお、本体部４１を外被部４２の上端面から、やや上方に突出させた様態としてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の静電チャック用給電端子によれば、静電チャックの基体が導電性を有する金属−セラミックス複合材料から構成されたものであっても、基体との間で絶縁破壊による放電現象が発生することがなく、したがって本発明の静電チャック用給電端子を用いて構成された静電チャックは、こうした不具合に起因した性能低下が起きず、信頼性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る静電チャック用給電端子の外観図
【図２】本発明の第１実施形態に係る静電チャック用給電端子の縦断面図
【図３】本発明の第１実施形態に係る静電チャック用給電端子が取り付けられた状態での静電チャックの一部断面図
【図４】本発明の第１実施形態の変形例に係る静電チャック用給電端子が取り付けられた状態での静電チャックの一部断面図
【図５】本発明の第２実施形態に係る静電チャック用給電端子の縦断面図
【図６】本発明の第３実施形態に係る静電チャック用給電端子の縦断面図
【符号の説明】
１              本体部
２              外被部
３              接着剤
１１              静電チャックの基体
１２              静電チャックの絶縁層
１３              静電チャックの電極
１４              静電チャックの誘電層
１５              接着剤
【図１】
0004272373.tif 000002
【図２】
0004272373.tif 000003
【図３】
0004272373.tif 000004
【図４】
0004272373.tif 000005
【図５】
0004272373.tif 000006
【図６】
0004272373.tif 000007