JP2000031254A - Ceramic electrostatic chuck and manufacture thereof - Google Patents
Ceramic electrostatic chuck and manufacture thereofInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、静電チャック、特
には導電性、半導電性または絶縁性の対象物を強く静電
気力により吸着保持し、容易に脱着することができる、
半導体や液晶の製造プロセス等に有用とされるセラミッ
クス製静電チャックに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic chuck, and more particularly, to an electrostatic chuck, which can strongly adsorb and hold a conductive, semiconductive or insulating object by strong electrostatic force and can be easily detached.
The present invention relates to a ceramic electrostatic chuck which is useful for a semiconductor or liquid crystal manufacturing process.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体や液晶の製造プロセス、特にドラ
イエッチング、イオン注入、蒸着等の工程については近
年その自動化、ドライ化が進んでおり、従って、真空条
件下で行われる製造工程も増加してきている。2. Description of the Related Art In recent years, processes for manufacturing semiconductors and liquid crystals, especially processes for dry etching, ion implantation, vapor deposition, etc., have been automated and dried, and accordingly, the number of manufacturing processes performed under vacuum conditions has been increasing. I have.
【０００３】また、基板としてのシリコンウエーハやガ
ラス基板などはその大口径化が進み、回路の高集積化、
微細化に伴って、パターニング時の位置合せ精度も益々
厳しくなってきている。そのため、従来から基板の搬送
や吸着固定には真空チャックが使用されているが、この
真空チャックは真空条件下では圧力差がないために使用
できず、また、低真空下では基板を吸着することはでき
るが、吸着部分が局部的に吸引されるために、吸引され
た基板には部分的な歪みを生じ、高精度な位置合せがで
きないという欠点があるため、最近の半導体や液晶の製
造プロセスには不適当なものとされている。[0003] In addition, silicon wafers and glass substrates as substrates have become larger in diameter, and the integration of circuits has been increased.
With miniaturization, the alignment accuracy at the time of patterning is becoming increasingly strict. For this reason, vacuum chucks have conventionally been used for transporting and fixing substrates by suction.However, this vacuum chuck cannot be used because there is no pressure difference under vacuum conditions. However, since the suction part is locally sucked, the sucked substrate has a partial distortion and cannot be positioned with high accuracy. Is inappropriate.
【０００４】このような欠点を改善したものとして、静
電気力を利用して、基板を搬送したり、これを吸着固定
する静電チャックが注目され、使用され始めており、最
近の半導体、液晶の製造プロセスではデバイスの微細化
に伴って、基板であるウエーハやガラス板の平坦度が益
々重視され、その矯正に静電チャックを利用することも
検討されてきている。また、高温腐食性ガス雰囲気のプ
ロセスも多いことからセラミックス製の静電チャックが
出現している。As an improvement over the above drawbacks, an electrostatic chuck which transports a substrate by means of electrostatic force and attracts and fixes the substrate has attracted attention, and has been used. In the process, with the miniaturization of devices, the flatness of a wafer or a glass plate as a substrate is increasingly emphasized, and the use of an electrostatic chuck for correcting the flatness has been studied. Also, since there are many processes in a high-temperature corrosive gas atmosphere, ceramic electrostatic chucks have appeared.
【０００５】この静電チャックは、通常静電チャックの
機能を果たすチャック機能部と、このチャック機能部を
装置に固定するため、およびプロセスにより発生した熱
を逃がす働きをするプレート部とから構成されている。
チャック機能部の材質については、一般的にセラミック
スが採用されてきており、これまで各種のセラミックス
が検討されている。また、プレート部については、熱伝
導性の良好なアルミニウム製のプレートが一般的に採用
されている。そして、この両者を有機系接着剤で接着し
た静電チャックが実用化されているが、スパッタ装置や
ＣＶＤ装置等の高温プロセスには有機系接着剤の耐熱性
の限界から約１８０℃までしか使用することが出来ない
という問題があった。[0005] This electrostatic chuck is generally composed of a chuck function part that performs the function of an electrostatic chuck, and a plate part that serves to fix the chuck function part to the apparatus and to release heat generated by the process. ing.
As the material of the chuck function part, ceramics have generally been adopted, and various ceramics have been studied so far. Further, as the plate portion, an aluminum plate having good heat conductivity is generally adopted. An electrostatic chuck in which the two are bonded with an organic adhesive has been put into practical use, but only a temperature of about 180 ° C. is used in a high-temperature process such as a sputtering apparatus or a CVD apparatus due to the heat resistance limit of the organic adhesive. There was a problem that I could not do it.
【０００６】そこで、耐熱性を改善したものとして、チ
ャック機能部とプレート部とを一体化して、セラミック
ス部材で構成したもの（特開昭５９−１２４１４０号公
報参照）、プレート部を窒化アルミニウムや炭化けい素
等の高熱伝導性セラミックスにしたもの（特開昭６２−
２８６２４７号公報参照）も提案されているが、接合の
不確実性や製造コストの増加等の問題があった。In order to improve the heat resistance, a chuck function portion and a plate portion are integrally formed of a ceramic member (see JP-A-59-124140). High thermal conductive ceramics such as silicon
286247) has been proposed, but there are problems such as uncertainty of joining and an increase in manufacturing cost.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に鑑みなされたもので、チャック機能部とプレー
ト部の接合において、接合力を高め、接合面における層
間剥離、クラック、割れ等の発生を抑え、静電吸着面の
歪み、反りの発生を防止して静電吸着力を高めると共
に、高温耐熱性に優れ、半導体プロセスを汚染すること
のないセラミックス製静電チャックを安価に提供するこ
とを主目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and enhances a joining force in joining a chuck function portion and a plate portion, and causes delamination, cracks, cracks, etc. on a joining surface. Provides a low-cost ceramic electrostatic chuck that suppresses the occurrence of heat, prevents distortion and warpage of the electrostatic chuck surface, enhances the electrostatic chuck force, has excellent high-temperature heat resistance, and does not pollute the semiconductor process. The main purpose is to
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、本発明の請求項１に記載した発明は、導電体層
電極を絶縁性誘電体層で被覆したチャック機能部と該チ
ャック機能部の絶縁性誘電体層の一面にプレート部を接
合して成るセラミックス製静電チャックにおいて、該絶
縁性誘電体層とプレート部との接合層が、ゲルマニウム
−アルミニウム（アルミニウム合金を含む）共晶組成合
金層あるいはシリコン−アルミニウム（アルミニウム合
金を含む）共晶組成合金層であることを特徴とするセラ
ミックス製静電チャックである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve such a problem, an invention according to claim 1 of the present invention is directed to a chuck function section in which a conductor layer electrode is covered with an insulating dielectric layer, and the chuck function section. In a ceramic electrostatic chuck having a plate portion joined to one surface of an insulating dielectric layer, a joining layer between the insulating dielectric layer and the plate portion is made of germanium-aluminum (including an aluminum alloy) eutectic. An electrostatic chuck made of ceramics, which is a composition alloy layer or a silicon-aluminum (including aluminum alloy) eutectic composition alloy layer.
【０００９】このように、セラミックス製静電チャック
のチャック機能部とプレート部との接合に共晶組成合金
層を接合層として使用すると、接合が容易にでき、接合
力が強く、接合面における層間剥離、クラック、割れ等
の発生を抑え、静電吸着面の歪み、反りの発生を防止し
て静電吸着力を高めると共に不純物が少ないので半導体
プロセスを汚染することが殆どないセラミックス製静電
チャックを安価に形成することができる。As described above, when the eutectic composition alloy layer is used as the bonding layer for bonding the chuck function portion and the plate portion of the ceramic electrostatic chuck, the bonding can be easily performed, the bonding force is strong, and the interlayer on the bonding surface is strong. A ceramic electrostatic chuck that suppresses the occurrence of peeling, cracks, cracks, etc., prevents distortion and warpage of the electrostatic adsorption surface, enhances the electrostatic adsorption force, and hardly contaminates the semiconductor process because it has few impurities. Can be formed at low cost.
【００１０】そしてこの場合、請求項２に記載したよう
に、絶縁性誘電体層の主成分が、少なくとも窒化アルミ
ニウム、酸化アルミニウム、窒化けい素、酸化けい素、
酸化ジルコニウム、酸化チタニウム、サイアロン、窒化
ほう素、炭化けい素から選択される１種のセラミック
ス、または２種以上の混合物であることが望ましい。In this case, as described in claim 2, the main component of the insulating dielectric layer is at least aluminum nitride, aluminum oxide, silicon nitride, silicon oxide,
It is desirable to use one type of ceramic selected from zirconium oxide, titanium oxide, sialon, boron nitride, and silicon carbide, or a mixture of two or more types.
【００１１】チャック機能部の絶縁性誘電体層のセラミ
ックスとしてこのような誘電率の高い材質を選択すれ
ば、高い静電吸着力が得られると共に耐熱性、プラズマ
耐久性が高いものとなる。また、これらのセラミックス
は、前記共晶組成合金からなる接合層を介してプレート
部と強力に接合するので、接合面に層間剥離、割れ、ク
ラック等を発生することは殆どなくなり、吸着面に歪み
や反りを生じることも無く、高い静電吸着力が得られる
ものとなる。If a material having such a high dielectric constant is selected as the ceramic of the insulating dielectric layer of the chuck function portion, a high electrostatic attraction force can be obtained, and heat resistance and plasma durability can be high. In addition, since these ceramics are strongly bonded to the plate portion through the bonding layer made of the eutectic composition alloy, delamination, cracks, cracks, and the like hardly occur on the bonding surface, and distortion occurs on the adsorption surface. High electrostatic attraction force can be obtained without causing warpage.
【００１２】さらに、請求項３に記載したように、プレ
ート部の材質が、アルミニウムまたはアルミニウム合金
であることが好ましい。このように、プレート部の材質
にＡｌまたはＡｌ合金を使用すると、前記したように、
本発明におけるチャック機能部とプレート部との接合に
は、Ａｌ（Ａｌ合金を含む）とＧｅまたはＳｉとの共晶
組成合金を接合層として使用するので、Ａｌ製プレート
部の表層は共晶組成合金のＡｌ分の供給源となって、容
易に共晶融液を形成し、冷却すれば凝固してチャック機
能部と絶縁性誘電体層を強力に接合するからである。さ
らに、Ａｌが展性金属であることから剥離、反り、ヒビ
割れ等が発生しなくなると共に、耐熱性が改善され、不
純物が少ないのでスパッタ装置、ＣＶＤ装置等の半導体
高温プロセスにおいて被処理ウエーハを汚染することが
なく、熱伝導率が高いので放熱性がよく、生産性も高
く、安価であるのでコスト削減が可能となる。Furthermore, as described in claim 3, the material of the plate portion is preferably aluminum or an aluminum alloy. As described above, when Al or an Al alloy is used for the material of the plate portion, as described above,
Since the eutectic composition alloy of Al (including an Al alloy) and Ge or Si is used as a bonding layer for bonding the chuck function part and the plate part in the present invention, the surface layer of the Al-made plate part has a eutectic composition. This is because the eutectic melt is easily formed as a supply source of the Al content in the alloy, and solidifies when cooled to solidify the chuck functional portion and the insulating dielectric layer. Further, since Al is a malleable metal, peeling, warping, cracking, etc. do not occur, heat resistance is improved, and impurities are small, so that a wafer to be processed is contaminated in a semiconductor high-temperature process such as a sputtering apparatus or a CVD apparatus. Since the heat conductivity is high, the heat dissipation is good, the productivity is high, and the cost is low, so that the cost can be reduced.
【００１３】本発明の請求項４に記載した発明は、導電
体層電極を絶縁性誘電体層で被覆したチャック機能部の
絶縁性誘電体層の一面にプレート部を接合してセラミッ
クス製静電チャックを製造する方法において、該絶縁性
誘電体層の表面および／またはプレート部の表面にゲル
マニウム薄膜あるいはシリコン薄膜を形成し、さらに絶
縁性誘電体層とプレート部との間にアルミニウム層また
はアルミニウム合金層を介在させ、接合温度範囲として
共晶生成温度以上に加熱し、その後冷却固着させ、接合
することを特徴とするセラミックス製静電チャックを製
造する方法である。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a ceramic electrostatic capacitor formed by joining a plate portion to one surface of an insulating dielectric layer of a chuck function portion in which a conductive layer electrode is covered with an insulating dielectric layer. In a method of manufacturing a chuck, a germanium thin film or a silicon thin film is formed on a surface of the insulating dielectric layer and / or a surface of a plate portion, and an aluminum layer or an aluminum alloy is provided between the insulating dielectric layer and the plate portion. This is a method for producing a ceramic electrostatic chuck characterized in that a layer is interposed, heated to a temperature equal to or higher than a eutectic formation temperature as a bonding temperature range, then cooled and fixed, and then bonded.
【００１４】このように、チャック機能部の絶縁性誘電
体層の表面および／またはプレート部の表面に、接合層
となる共晶組成合金の一方の金属であるＧｅまたはＳｉ
の薄膜を形成し、さらに絶縁性誘電体層とプレート部と
の間にＡｌ（Ａｌ合金を含む）層を介在させて積層し、
共晶生成温度以上に加熱して、共晶組成合金の融液層を
形成させ、その後冷却して凝固させれば接合が完了す
る。 この方法によれば、チャック機能部とプレート部
は強固に接合され、接合面に層間剥離、割れ、クラック
等を発生したり、接合後の静電吸着面に歪みや反りを生
じたりすることは殆どなく、従って、強力で面内均一な
静電吸着力を有する静電チャックを作製することができ
る。As described above, Ge or Si, which is one of the eutectic composition alloys serving as the bonding layer, is formed on the surface of the insulating dielectric layer of the chuck function part and / or the surface of the plate part.
Is formed, and an Al (including an Al alloy) layer is interposed between the insulating dielectric layer and the plate portion, and laminated.
The joining is completed by heating to a temperature higher than the eutectic formation temperature to form a melt layer of the eutectic composition alloy, and then cooling and solidifying. According to this method, the chuck function portion and the plate portion are firmly joined, and delamination, cracks, cracks, and the like are generated on the joining surface, and distortion or warpage is generated on the electrostatic adsorption surface after joining. Almost no, and therefore, an electrostatic chuck having a strong and uniform in-plane electrostatic chucking force can be manufactured.
【００１５】そして、請求項５に記載した発明は、絶縁
性誘電体層の製法として、シート成形、鋳込み成形また
はプレス成形の内の１種を使用することが望ましい。こ
れらの製法により、例えば先ずセラミックスグリーンシ
ートを二枚作り、電極を挟んで積層し、圧縮成形し、焼
結すれば、静電吸着面である絶縁性誘電体層の表面には
歪み、反り等が殆ど無く、焼結体内部にも層間剥離、ク
ラック、割れ等の欠陥は極めて少なくなり、静電吸着力
が強く、均一なチャック機能部を形成することができ
る。In the invention described in claim 5, it is desirable to use one of sheet molding, casting molding and press molding as a method of manufacturing the insulating dielectric layer. According to these manufacturing methods, for example, first, two ceramic green sheets are formed, laminated with an electrode interposed therebetween, compression-molded, and sintered, so that the surface of the insulating dielectric layer, which is an electrostatic attraction surface, is distorted or warped. Defects such as delamination, cracks, cracks and the like are extremely reduced inside the sintered body, and the electrostatic chucking force is strong and a uniform chuck function portion can be formed.
【００１６】また、請求項６に記載した発明は、ゲルマ
ニウムまたはシリコンの薄膜は、スパッタ法またはＣＶ
Ｄ法で形成されることが望ましい。このように、チャッ
ク機能部とプレート部との接合層となる共晶組成合金の
一方の金属（ＧｅまたはＳｉ）をスパッタ膜またはＣＶ
Ｄ膜としてチャック機能部表面および／またはプレート
部表面に形成しておけば、共晶生成温度以上に加熱され
た時に、もう一方の金属であるＡｌ（Ａｌ合金を含む）
層と容易に融合して融液層を形成し、接合される表面の
全面がよく濡れたものとなるので、これを冷却凝固すれ
ば接合面の全面で強力な接合力を得ることができる。According to a sixth aspect of the present invention, the thin film of germanium or silicon is formed by sputtering or CV.
Desirably, it is formed by Method D. As described above, one metal (Ge or Si) of the eutectic composition alloy serving as a bonding layer between the chuck function portion and the plate portion is deposited on the sputtered film or the CV film.
If a D film is formed on the surface of the chuck function part and / or the surface of the plate part, when heated to a temperature higher than the eutectic formation temperature, the other metal is Al (including an Al alloy).
The melted layer is easily fused with the layer to form a melt layer, and the entire surface to be joined becomes well wet. If this is cooled and solidified, a strong joining force can be obtained over the entire joint surface.
【００１７】さらに、請求項７に記載したように、接合
温度範囲が、ゲルマニウム−アルミニウム（アルミニウ
ム合金を含む）共晶の場合は、共晶生成温度である４５
０℃以上、６２０℃以下であることが望ましい。また、
請求項８に記載したように、接合温度範囲が、シリコン
−アルミニウム（アルミニウム合金を含む）共晶の場合
は、共晶生成温度である６００℃以上、６２０℃以下と
するのが望ましい。Further, when the joining temperature range is germanium-aluminum (including an aluminum alloy) eutectic, the eutectic temperature is 45.
Desirably, the temperature is 0 ° C or more and 620 ° C or less. Also,
As described in claim 8, when the bonding temperature range is silicon-aluminum (including an aluminum alloy) eutectic, it is preferable that the eutectic generation temperature be 600 ° C. or more and 620 ° C. or less.
【００１８】このように、チャック機能部とプレート部
との接合温度範囲を、共晶生成温度以上、６２０℃以下
とすれば、Ａｌ（Ａｌ合金を含む）はＧｅまたはＳｉと
容易に共晶組成合金を作って融液層となり、チャック機
能部の絶縁性誘電体層表面とプレート部表面を十分に濡
らすので、冷却凝固させればチャック機能部とプレート
部とを完全に固着、接合させることができる。As described above, if the joining temperature range between the chuck function portion and the plate portion is set to be equal to or higher than the eutectic formation temperature and equal to or lower than 620 ° C., Al (including the Al alloy) can be easily mixed with Ge or Si with the eutectic composition An alloy is formed into a melt layer, and the surface of the insulating dielectric layer of the chuck function and the surface of the plate are sufficiently wetted, so that it can be completely fixed and joined by cooling and solidifying. it can.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。本発明者らは、静電チャックにおいて、チャック機
能部の絶縁性誘電体層とプレート部との接合層に発生す
る、層間剥離、接合不良、有機系接着剤の耐熱性不足等
を解決するには、接合層として金属系共晶組成合金を利
用すればよいことを見出し、諸条件を精査して本発明を
完成させたものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail, but the present invention is not limited to these embodiments. In order to solve the problem of delamination, poor bonding, insufficient heat resistance of the organic adhesive, and the like, which occur in the bonding layer between the insulating dielectric layer of the chuck function part and the plate part in the electrostatic chuck. Have found that a metal-based eutectic composition alloy may be used as the bonding layer, and scrutinized various conditions to complete the present invention.
【００２０】本発明の静電チャックの一例として、図１
にその縦断面図を示した。この静電チャック１は、双極
型の電極４を絶縁性誘電体層５で被覆した板状構造を有
するチャック機能部２を、プレート部３の上面に接合層
６を介して接合したもので、外部電源からリード線９を
通して電極４に電圧を印加すると、チャック機能部２の
上面に置かれた試料、例えば半導体ウエーハとの間に静
電力が発生し、ウエーハを強力に吸着保持あるいは平坦
度を矯正保持することができるというものである。FIG. 1 shows an example of the electrostatic chuck of the present invention.
FIG. This electrostatic chuck 1 has a chuck function unit 2 having a plate-like structure in which a bipolar electrode 4 is covered with an insulating dielectric layer 5 and bonded to the upper surface of a plate unit 3 via a bonding layer 6. When a voltage is applied to the electrode 4 from the external power supply through the lead wire 9, an electrostatic force is generated between the electrode 4 and a sample, for example, a semiconductor wafer placed on the upper surface of the chuck function unit 2, and the wafer is strongly attracted and held or the flatness is reduced. It can be corrected and held.
【００２１】本発明の静電チャック１におけるチャック
機能部２を構成する導電体層電極４の材料としては、ア
ルミニウム、鉄、銅、銀、金、チタン、タングステン、
モリブデン、白金等の金属、グラファイト、カーボン、
炭化けい素、窒化チタン、炭化チタン等の導電性セラミ
ックスから選択される１種または２種以上の合金或はこ
れらの混合焼結体等を使用することができるが、これら
電極材料の熱膨張係数が、絶縁性誘電体層５の熱膨張係
数に出来るだけ近似していることが望ましい。The material of the conductor layer electrode 4 constituting the chuck function part 2 in the electrostatic chuck 1 of the present invention is aluminum, iron, copper, silver, gold, titanium, tungsten, or the like.
Molybdenum, metals such as platinum, graphite, carbon,
One or more alloys selected from conductive ceramics such as silicon carbide, titanium nitride, and titanium carbide, or a mixed sintered body thereof can be used. However, it is desirable that the coefficient of thermal expansion of the insulating dielectric layer 5 be as close as possible.
【００２２】この導電体層電極４を形成するには、スク
リーン印刷法、溶射法、フォトリソグラフィあるいはメ
ッキ法等が使用される。また、電極の形式は、単極型と
して被吸着基板を一方の電極とし、もう片方をチャック
機能部２内に設けるか、チャック機能部２内に二つの電
極を対向させて設ける双極型としてもよい。To form the conductor layer electrode 4, a screen printing method, a thermal spraying method, photolithography, a plating method, or the like is used. Further, the type of the electrode may be a unipolar type, in which the substrate to be sucked is used as one electrode and the other is provided in the chuck function unit 2 or two electrodes are provided in the chuck function unit 2 so as to face each other. Good.
【００２３】本発明の静電チャック１におけるチャック
機能部２の絶縁性誘電体層５は、上記導電体層電極４の
両面または導電体層電極４の両面および側面を被覆する
か、あるいは、同時に焼結して一体化するもので、セラ
ミックス製とするのがよく、セラミックス焼結体または
プラズマによる溶射セラミックスを使用することができ
る。The insulating dielectric layer 5 of the chuck function section 2 of the electrostatic chuck 1 of the present invention covers both surfaces of the conductor layer electrode 4 or both surfaces and side surfaces of the conductor layer electrode 4 or simultaneously. It is sintered and integrated, and is preferably made of ceramics, and a ceramics sintered body or plasma sprayed ceramics can be used.
【００２４】このセラミックスの主成分は、少なくとも
窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化けい素、酸
化けい素、酸化ジルコニウム、酸化チタニウム、サイア
ロン、窒化ほう素、炭化けい素から選択される１種のセ
ラミックス、または２種以上の混合物とすることができ
る。また、絶縁性誘電体層５は静電吸着面となるから、
特に誘電率の高い材質であって、吸着する半導体ウエー
ハ等の試料に対して不純物とならないものを選択するこ
とが望ましい。The main component of the ceramic is at least one ceramic selected from aluminum nitride, aluminum oxide, silicon nitride, silicon oxide, zirconium oxide, titanium oxide, sialon, boron nitride, silicon carbide, or It can be a mixture of two or more. Further, since the insulating dielectric layer 5 becomes an electrostatic attraction surface,
In particular, it is desirable to select a material having a high dielectric constant that does not become an impurity in a sample such as a semiconductor wafer to be adsorbed.
【００２５】さらに、絶縁性誘電体層５の熱膨張係数と
導電体層電極４の熱膨張係数との間に大きな差があると
焼結体内部に剥離、クラック、割れ等が発生し、チャッ
ク機能部２に歪み、反りが生じたりして十分な静電吸着
力が得られず、耐電圧が低くなるので、この熱膨張係数
を適切な値に調整するために熱膨張緩衝層（不図示）を
設けることがある。その材質としては、主成分が少なく
とも、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化けい
素、酸化けい素、酸化ジルコニウム、酸化チタニウム、
サイアロン、窒化ほう素、炭化けい素から選択される１
種のセラミックス、または２種以上の混合物とすること
が望ましい。Further, if there is a large difference between the coefficient of thermal expansion of the insulating dielectric layer 5 and the coefficient of thermal expansion of the conductor layer electrode 4, peeling, cracking, cracking, etc. occur inside the sintered body, and Since a sufficient electrostatic attraction force cannot be obtained due to distortion or warpage of the functional unit 2 and the withstand voltage is reduced, a thermal expansion buffer layer (not shown) is required to adjust the thermal expansion coefficient to an appropriate value. ) May be provided. As its material, the main component is at least aluminum nitride, aluminum oxide, silicon nitride, silicon oxide, zirconium oxide, titanium oxide,
1 selected from sialon, boron nitride, silicon carbide
It is desirable to use various kinds of ceramics or a mixture of two or more kinds.
【００２６】この絶縁性誘電体層５の体積固有抵抗値は
使用する温度により適正な値があり、例えば、保持され
るウエーハの温度が３００℃の場合には、体積固有抵抗
値は１×１０8 以上１×１０12Ω・ｃｍ未満であれば静
電吸着力は十分に発生し、デバイスダメージも起こさな
い。The volume resistivity of the insulating dielectric layer 5 has an appropriate value depending on the temperature to be used. For example, when the temperature of the held wafer is 300 ° C., the volume resistivity is 1 × 10 5 If it is 8 or more and less than 1 × 10 12 Ω · cm, the electrostatic attraction force is sufficiently generated, and no device damage is caused.
【００２７】このような、最適の体積固有抵抗値を採用
すれば、微小なリーク電流が絶縁体とウエーハに流れる
ので、ジョンセン・ラーベック効果により静電吸着力が
強く発生して、良好な吸着保持状態となり、応答特性の
良好なチャック機能部２が得られる。If such an optimal volume resistivity value is employed, a minute leak current flows through the insulator and the wafer, so that a strong electrostatic attraction force is generated due to the Johnsen-Rahbek effect, resulting in good suction holding. In this state, the chuck function unit 2 having good response characteristics can be obtained.
【００２８】また、チャック機能部２の静電力は、一般
に式、 Ｆ＝Ａ・ε・（Ｖ／ｔ）2 ［（ここにＦ：静電力（Ｃ）、ε：誘電率（Ｆ／ｍ）、
Ｖ：印加電圧（ｖ）、ｔ：厚さ（μｍ）、Ａ：定数］で
表される。従って、誘電力を高めるために、絶縁性誘電
体層５には、副成分として高誘電体のセラミックス粉
末、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸
ジルコニウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタ
ン）、シリカ、マグネシア等を、被吸着物である半導体
デバイスにダメージを発生させない程度であれば添加し
ても構わない。The electrostatic force of the chuck function unit 2 is generally expressed by the following equation: F = A ・ ε (V / t) 2 [where F: electrostatic force (C), ε: dielectric constant (F / m) ,
V: applied voltage (v), t: thickness (μm), A: constant]. Therefore, in order to enhance the dielectric strength, the insulating dielectric layer 5 is provided with a high dielectric ceramic powder such as barium titanate, lead titanate, zirconium titanate, or PLZT (lanthanum lead titanate zirconate) as an auxiliary component. ), Silica, magnesia, etc. may be added to the extent that the semiconductor device, which is the object to be adsorbed, is not damaged.
【００２９】本発明のチャック機能部２を製造する方法
の一例としては、先ず、セラミックス粉末にバインダ
ー、溶剤を混練して絶縁性誘電体層５用グリーンシート
を作り、その一面に金属粉末ペーストを用いてスクリー
ン印刷で導電体層電極４を印刷する。さらに絶縁性誘電
体層５用グリーンシートを重ね合せて高圧プレスで加圧
して一体化し、高温で焼結して焼結体とし、最後にこの
焼結体の両面を精密に研磨して板状のチャック機能部２
を作製することができる。As an example of a method of manufacturing the chuck function portion 2 of the present invention, first, a binder and a solvent are kneaded with ceramic powder to form a green sheet for the insulating dielectric layer 5, and a metal powder paste is coated on one surface thereof. The conductor layer electrode 4 is printed by screen printing. Further, the green sheets for the insulating dielectric layer 5 are superposed, integrated by pressing with a high-pressure press, sintered at a high temperature to form a sintered body, and finally, both sides of the sintered body are precisely polished to form a plate. Chuck function part 2
Can be produced.
【００３０】別の例としては、電極４として金属板また
は導電性セラミックスシートを用意し、この両面に絶縁
性誘電体層５用セラミックスを所望の厚さまで溶射して
板状に成形した後、この両面を高精度に研磨してチャッ
ク機能部２を作ることができる。As another example, a metal plate or a conductive ceramic sheet is prepared as the electrode 4, and ceramics for the insulating dielectric layer 5 are sprayed on both surfaces thereof to a desired thickness, and formed into a plate shape. The chuck function unit 2 can be made by polishing both sides with high precision.
【００３１】このチャック機能部２に静電力を発生させ
るためには、内部電極４に電圧を印加する必要があるた
め、電極４を被覆するセラミックスの一部に内部電極４
に通じる孔（電極給電部）を設け、外部電源から電極４
にリード線９を配線している。電極４の材質が、銅、白
金、ニッケルメッキや金メッキを施したタングステン等
のように半田付けが可能な場合には、静電チャック使用
温度以上の融点を持つ半田により電極４にリード線９を
半田付けしている。また、この電極４がグラファイト、
タングステン、窒化チタン等のように半田付け不可能な
材質の場合には、セラミックスの熱膨張率に合致した合
金等でネジ付きピンを孔に通して電極４に銀ロウ付けす
る構造がとられている。In order to generate an electrostatic force in the chuck function part 2, it is necessary to apply a voltage to the internal electrode 4. Therefore, the internal electrode 4
A hole (electrode feeding section) leading to the
Is connected to the lead wire 9. If the material of the electrode 4 can be soldered, such as copper, platinum, nickel-plated or gold-plated tungsten, etc., the lead wire 9 is attached to the electrode 4 with a solder having a melting point higher than the operating temperature of the electrostatic chuck. Soldering. The electrode 4 is made of graphite,
In the case of a material that cannot be soldered, such as tungsten or titanium nitride, a structure is adopted in which a threaded pin is passed through a hole and silver-brazed to the electrode 4 using an alloy or the like that matches the coefficient of thermal expansion of the ceramic. I have.
【００３２】次に、プレート部３は、前記チャック機能
部２が薄い板状で破損し易いので、チャック機能部２の
基板となる絶縁性誘電体層５に対して貼り合わせる補強
材の役割をしている。さらに、一般的には熱伝導が良好
で放熱し易いもの、かつ、熱膨張係数が小さくてチャッ
ク機能部２に歪み、反り等を与えないものがよく、金属
ではアルミニウム、アルミニウム合金、銅、チタン等の
金属板、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化け
い素、酸化けい素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、サ
イアロン、窒化ほう素および炭化けい素等から選択され
る１種のセラミックス、または２種以上の混合焼結体が
好ましい。また、これらセラミックス板とＡｌ、Ｃｕ、
Ｔｉ等の金属板またはステンレス等の合金板とを一体化
した積層板も使用することができる。アルミニウム合金
としては、半導体プロセスに悪影響を与える不純物を考
慮して、ＡｌとＳｉの合金、ＡｌとＳｉＣの合金等を使
用することが出来る。Next, the plate portion 3 serves as a reinforcing material to be bonded to the insulating dielectric layer 5 serving as a substrate of the chuck function portion 2 because the chuck function portion 2 is thin and easily broken. are doing. Further, in general, a material having good heat conduction and easy heat dissipation, and a material having a small coefficient of thermal expansion and not giving a strain or warp to the chuck function portion 2 are preferable, and metals such as aluminum, aluminum alloy, copper, and titanium are preferable. , One kind of ceramics selected from aluminum oxide, aluminum nitride, silicon nitride, silicon oxide, zirconium oxide, titanium oxide, sialon, boron nitride, silicon carbide, etc., or a mixture of two or more kinds Sintered bodies are preferred. In addition, these ceramic plates and Al, Cu,
A laminated plate obtained by integrating a metal plate such as Ti or an alloy plate such as stainless steel can also be used. As the aluminum alloy, an alloy of Al and Si, an alloy of Al and SiC, or the like can be used in consideration of impurities that adversely affect a semiconductor process.
【００３３】本発明では、プレート部３の材質として、
特にアルミニウムまたはアルミニウム合金を使用するの
が望ましい。その理由は、チャック機能部２とプレート
部３との接合にＡｌ（Ａｌ合金を含む）とＧｅまたはＳ
ｉとの共晶組成合金を利用したからである。具体的な接
合方法は後述するが、プレート部３の材質をＡｌ（Ａｌ
合金を含む）としたことにより、チャック機能部２の絶
縁性誘電体層５との接合強度が大幅に増強され、Ａｌが
展性金属であることから接合面に剥離、クラック、ヒビ
割れ等が発生しなくなり、静電吸着面に歪み、反りが殆
ど生じ無くなると共に、耐熱性が改善され、不純物が少
ないのでスパッタ装置、ＣＶＤ装置等の半導体高温プロ
セスにおいて被処理ウエーハを汚染することがなく、熱
伝導率が高いので放熱性がよく、生産性も高く、安価で
あるのでコスト削減が可能となった。In the present invention, as the material of the plate portion 3,
In particular, it is desirable to use aluminum or an aluminum alloy. The reason is that Al (including an Al alloy) and Ge or S
This is because an eutectic composition alloy with i was used. Although a specific joining method will be described later, the material of the plate portion 3 is changed to Al (Al
(Including an alloy), the bonding strength of the chuck function portion 2 to the insulating dielectric layer 5 is greatly enhanced, and since Al is a malleable metal, peeling, cracks, cracks, etc., occur on the bonding surface. No longer occurs, distortion and warpage hardly occur on the electrostatic adsorption surface, heat resistance is improved, and impurities are small. Since the conductivity is high, the heat dissipation is good, the productivity is high, and the cost is low, so the cost can be reduced.
【００３４】本発明のチャック機能部２とプレート部３
との接合は次のようにして行われる。図２は、本発明の
セラミックス製静電チャックの接合層を形成する方法の
一例を示す縦断面図である。The chuck function part 2 and the plate part 3 of the present invention
Is performed as follows. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an example of a method for forming a bonding layer of the ceramic electrostatic chuck of the present invention.
【００３５】本発明のセラミックス製静電チャックの製
造方法は、図２に示したように、導電体層電極４を絶縁
性誘電体層５で被覆したチャック機能部２の絶縁性誘電
体層５の一面および／またはプレート部３の表面にＧｅ
薄膜あるいはＳｉ薄膜７を形成し、さらに絶縁性誘電体
層５とプレート部３との間にＡｌ層８（Ａｌ合金層を含
む）を介在させ、接合温度範囲として共晶生成温度以上
に加熱し、その後冷却固着させ、接合させてセラミック
ス製静電チャック１を製造するというものである。As shown in FIG. 2, the method of manufacturing a ceramic electrostatic chuck according to the present invention uses the insulating dielectric layer 5 of the chuck function unit 2 in which the conductor layer electrode 4 is covered with the insulating dielectric layer 5. Ge and / or the surface of the plate portion 3
A thin film or a Si thin film 7 is formed, and an Al layer 8 (including an Al alloy layer) is interposed between the insulating dielectric layer 5 and the plate portion 3, and heated to a joining temperature range equal to or higher than the eutectic formation temperature. Then, it is cooled, fixed, and joined to manufacture the ceramic electrostatic chuck 1.
【００３６】この接合方法の一例を具体的に挙げると、
セラミックス製のチャック機能部２とＡｌ（Ａｌ合金を
含む）製のプレート部３とを、Ａｌ−ＧｅまたはＡｌ−
Ｓｉの共晶組成合金から成る接合層６（図１参照）を介
して接合するもので、この場合、共晶を構成する一方の
金属であるＧｅまたはＳｉの薄膜７は、厚さが１００μ
ｍ以下、例えば１０μｍ程度のスパッタ膜またはＣＶＤ
膜を絶縁性誘電体層５および／またはプレート部３の表
面に形成すればよい。また、介在させるＡｌ（Ａｌ合金
を含む）層８は、厚さが１ｍｍ以下、例えば５０μｍ程
度のＡｌ箔を用いることができる。あるいは高純度のＡ
ｌを蒸着させてもよいし、Ａｌペーストを塗布してもよ
く、プレート部３のＡｌ表面をそのまま利用してもよ
い。A specific example of this joining method is as follows.
The chuck function part 2 made of ceramics and the plate part 3 made of Al (including an Al alloy) are connected with Al-Ge or Al-
The bonding is performed via a bonding layer 6 (see FIG. 1) made of a eutectic alloy of Si. In this case, the thin film 7 of Ge or Si, which is one of the metals constituting the eutectic, has a thickness of 100 μm.
m or less, for example, about 10 μm sputtered film or CVD.
A film may be formed on the surface of the insulating dielectric layer 5 and / or the plate portion 3. The Al (including Al alloy) layer 8 to be interposed can be an Al foil having a thickness of 1 mm or less, for example, about 50 μm. Or high purity A
1 may be deposited, an Al paste may be applied, or the Al surface of the plate portion 3 may be used as it is.
【００３７】また、Ａｌ合金で行う時は、半導体プロセ
スに悪影響を与えないことを考慮してＡｌとＳｉの合
金、ＡｌとＳｉＣとの合金を板状、箔状、ペースト状等
に加工して使用することが出来る。また、プレート部３
のＡｌ合金表面をそのまま使用してもよい。When using an Al alloy, an alloy of Al and Si or an alloy of Al and SiC is processed into a plate, foil, paste or the like in consideration of not adversely affecting the semiconductor process. Can be used. Plate part 3
May be used as it is.
【００３８】本接合方法は、チャック機能部２の絶縁性
誘電体層５の一面とプレート部３の表面とのどちらか一
方、または両面にＧｅまたはＳｉの薄膜を形成すること
により、共晶組成合金が形成され易くなり、接合される
セラミックス表面とＡｌ表面に対して共晶組成合金の融
液が濡れ易くなることを発見したことに基づいている。
この薄膜は、スパッタ法またはＣＶＤ法で形成すればよ
く、基材表面に密着し、共晶融液生成時には基材表面を
十分に濡らすことができ、接合強度増強に寄与する。In the present bonding method, a eutectic composition is formed by forming a Ge or Si thin film on one or both surfaces of the insulating dielectric layer 5 of the chuck function portion 2 and the surface of the plate portion 3. This is based on the discovery that an alloy is easily formed and the melt of the eutectic alloy is easily wetted on the ceramic surface and the Al surface to be joined.
This thin film may be formed by a sputtering method or a CVD method, adheres tightly to the surface of the base material, can sufficiently wet the surface of the base material when the eutectic melt is generated, and contributes to an increase in bonding strength.
【００３９】具体的な接合温度範囲は、Ｇｅ−Ａｌ（Ａ
ｌ合金を含む）共晶の場合は、共晶生成温度である４５
０℃以上、６２０℃以下であることが望ましく、シリコ
ン−アルミニウム（アルミニウム合金を含む）共晶の場
合は、共晶生成温度である６００℃以上、６２０℃以下
とするのが望ましい。ここで接合温度の上限を６２０℃
以下としたのは、６２０℃を超えるとＡｌの融点が６６
０℃であるから、プレート部３のＡｌ板が変形し易くな
るからである。The specific bonding temperature range is Ge-Al (A
In the case of eutectic, the eutectic formation temperature is 45.
The temperature is preferably from 0 ° C. to 620 ° C., and in the case of a silicon-aluminum (including an aluminum alloy) eutectic, the eutectic generation temperature is preferably from 600 ° C. to 620 ° C. Here, the upper limit of the joining temperature is 620 ° C.
The reason is that the melting point of Al exceeds 66 ° C.
This is because the temperature of 0 ° C. easily deforms the Al plate of the plate portion 3.
【００４０】以上のような接合温度範囲に加熱すれば、
ＧｅまたはＳｉの薄膜とＡｌまたはＡｌ合金とが反応し
て融液層（接合層）が生成し、セラミックス表面および
Ａｌ表面を十分濡らすので、これを室温まで冷却すれば
この融液層が凝固し、それによりチャック機能部２とプ
レート部３とが強固に接合されて、本発明のセラミック
ス製静電チャック１が完成する。By heating to the above bonding temperature range,
The thin film of Ge or Si and Al or Al alloy react with each other to form a melt layer (joining layer), which sufficiently wets the ceramic surface and the Al surface. If this is cooled to room temperature, the melt layer solidifies. Thereby, the chuck function part 2 and the plate part 3 are firmly joined, and the ceramic electrostatic chuck 1 of the present invention is completed.
【００４１】[0041]
【実施例】以下、本発明の実施例、比較例を挙げて具体
的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。 （実施例１）アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）粉末９２重量％、
酸化マグネシウム粉末２．０重量％および酸化けい素粉
末６．０重量％からなるセラミックス混合物１００重量
部に、ブチラール樹脂８重量部、エタノール６０重量部
およびフタル酸ジオクチル１２重量部を添加した後、ボ
ールミル中で５０時間混練してスラリーを作製した。EXAMPLES The present invention will now be described specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. (Example 1) 92% by weight of alumina (Al 2 O 3 ) powder,
To 100 parts by weight of a ceramic mixture consisting of 2.0% by weight of magnesium oxide powder and 6.0% by weight of silicon oxide powder, 8 parts by weight of butyral resin, 60 parts by weight of ethanol and 12 parts by weight of dioctyl phthalate were added, and then the ball mill was used. The mixture was kneaded for 50 hours in a slurry to prepare a slurry.
【００４２】次いで、このスラリーを真空脱泡機で処理
して、その溶剤の一部を蒸発させて粘度３０，０００ｃ
ｐｓとし、ドクターブレードを用いて厚さ０．７ｍｍの
グリーンシートを作り、それから直径が２５０ｍｍの円
板を２枚切り出し、その内の１枚を絶縁性誘電体層用と
してその片面にタングステンペーストを用いてスクリー
ン印刷により双極型電極を２．５ｍｍの間隔で同心円状
に印刷した。また、もう１枚も絶縁性誘電体層用として
グリーンシート円板の中心部に直径２ｍｍの孔を開け電
極とリード線の接続用貫通孔（電極給電部）とした。Next, this slurry was treated with a vacuum defoamer to evaporate a part of the solvent to obtain a viscosity of 30,000 c.
ps, make a green sheet 0.7 mm thick using a doctor blade, then cut out two 250 mm diameter disks, and use one of them as an insulating dielectric layer with tungsten paste on one side. The bipolar electrodes were printed concentrically at 2.5 mm intervals by screen printing. In addition, a hole having a diameter of 2 mm was formed in the center of the green sheet disk for use as an insulating dielectric layer as a through hole (electrode power supply part) for connecting an electrode and a lead wire.
【００４３】さらに熱膨張緩衝層用として、アルミナ粉
末９８重量％、酸化マグネシウム粉末０．５重量％およ
び酸化けい素粉末１．５重量％からなるセラミックス混
合物１００重量部に、ブチラール樹脂８重量部、エタノ
ール６０重量部およびフタル酸ジオクチル１２重量部を
添加した後、ボールミル中で５０時間混練してスラリー
を作製した。次いで、このスラリーを真空脱泡機で処理
して、その溶剤の一部を蒸発させて粘度３０，０００ｃ
ｐｓとし、ドクターブレードを用いて厚さ０．４ｍｍの
グリーンシートを作り、それから直径が２５０ｍｍの円
板を切り出し、その中心部に直径２ｍｍの孔を開け電極
給電部とした。Further, for a thermal expansion buffer layer, 100 parts by weight of a ceramic mixture comprising 98% by weight of alumina powder, 0.5% by weight of magnesium oxide powder and 1.5% by weight of silicon oxide powder, 8 parts by weight of butyral resin, After adding 60 parts by weight of ethanol and 12 parts by weight of dioctyl phthalate, the mixture was kneaded in a ball mill for 50 hours to prepare a slurry. Next, this slurry is treated with a vacuum defoamer to evaporate a part of the solvent to obtain a viscosity of 30,000 c.
A green sheet having a thickness of 0.4 mm was prepared using a doctor blade, and a disk having a diameter of 250 mm was cut out from the green sheet.
【００４４】そして、上記電極を印刷した絶縁性誘電体
層用グリーンシートの印刷面上に、熱膨張緩衝層用のグ
リーンシートを重ね合せ、さらにその上に電極給電部を
設けた絶縁性誘電体層用グリーンシートを重ね合せて、
１００℃に加熱したプレスで８０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を
かけて一体化し、その後、水素２５容量％、窒素７５容
量％の雰囲気ガス中で１，６５０℃の温度で焼結した。Then, a green sheet for a thermal expansion buffer layer is superimposed on the printed surface of the green sheet for an insulating dielectric layer on which the electrodes are printed, and an insulating power supply is further provided thereon. Stack the green sheets for layers,
It was integrated by applying a pressure of 80 kg / cm 2 by a press heated to 100 ° C., and then sintered at a temperature of 1,650 ° C. in an atmosphere gas of 25% by volume of hydrogen and 75% by volume of nitrogen.
【００４５】得られた焼結体の反り量を３次元測定器に
より、直径２００ｍｍの面内を測定した所、８μｍであ
った。次いでこの焼結体の両面を研磨し、厚さ１．２ｍ
ｍのチャック機能部を作製した。そして、電極給電部か
ら覗いて見えるタングステン電極にニッケルメッキおよ
び金メッキを施し、これにリード線を２本、融点７００
℃の半田で半田付けして、チャック機能部を作製した。The warpage of the obtained sintered body was measured with a three-dimensional measuring device on a plane having a diameter of 200 mm and found to be 8 μm. Next, both sides of this sintered body were polished to a thickness of 1.2 m.
Then, a chuck function part of m was manufactured. Then, a nickel electrode and a gold plate are applied to the tungsten electrode which can be seen from the electrode power supply portion, and two lead wires are provided on the tungsten electrode, and the melting point is 700.
A soldering device was used to form a chuck function part.
【００４６】一方、直径２５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの純
アルミニウムからプレート部を作り、このプレート部お
よびチャック機能部の接合面側にスパッタ装置でゲルマ
ニウム薄膜を形成し、その厚さを８μｍとした。On the other hand, a plate portion was formed from pure aluminum having a diameter of 250 mm and a thickness of 20 mm, and a germanium thin film was formed on the joining surface side of the plate portion and the chuck function portion by a sputtering device, and the thickness was 8 μm.
【００４７】そして、これらゲルマニウム薄膜の間に直
径２００ｍｍ、厚さ５０μｍの純度９９．９％のアルミ
ニウム箔を挟み、この積層体を熱処理炉に入れて真空雰
囲気下６００℃に熱処理した後冷却したところ、チャッ
ク機能部とプレート部は良く接合し、一体化されて、セ
ラミックス製の高温耐熱性のある静電チャックが得られ
た。Then, an aluminum foil having a diameter of 200 mm and a thickness of 50 μm and a purity of 99.9% was sandwiched between these germanium thin films, and this laminate was placed in a heat treatment furnace, heat-treated at 600 ° C. in a vacuum atmosphere, and then cooled. The chuck function part and the plate part were well bonded and integrated, and a high-temperature heat-resistant electrostatic chuck made of ceramics was obtained.
【００４８】次に、この静電チャックに直径８インチの
シリコンウエーハを載置し、ウエーハの温度が３００℃
となるように加熱しながら、リード線間にＤＣ±１ｋＶ
の電圧を印加して静電力テスターでその静電力を測定し
た所、１ｋｇ／ｃｍ2 の大きさで、ウエーハの平坦度矯
正に充分なものであった。また、印加電圧を切断した
所、素早く追従してウエーハを離脱させることができ
た。Next, a silicon wafer having a diameter of 8 inches is placed on this electrostatic chuck, and the temperature of the wafer is set at 300 ° C.
DC ± 1kV between lead wires while heating so that
When the electrostatic force was measured with an electrostatic force tester, a magnitude of 1 kg / cm 2 was sufficient for correcting the flatness of the wafer. Further, when the applied voltage was cut off, the wafer could be detached by following quickly.
【００４９】なお、この静電チャックについては、これ
に２５℃と４００℃の間の熱サイクルを１０００回繰り
返したが、チャック機能部およびプレート部共反りおよ
び割れは発生しなかった。また、スパッタ装置にこのセ
ラミックス製静電チャックを取付け、スパッタを１５０
回行ったが、ウエーハにプレート部より発生するゴミは
全く付着しなかった。In this electrostatic chuck, a thermal cycle between 25 ° C. and 400 ° C. was repeated 1,000 times, but no warping and cracks occurred in the chuck function portion and the plate portion. Also, this ceramic electrostatic chuck was attached to a sputtering device,
The dusting was repeated, but no dust generated from the plate portion adhered to the wafer.
【００５０】（実施例２）実施例１におけるゲルマニウ
ム薄膜の代わりに厚さ８μｍのシリコン薄膜をスパッタ
装置で形成し、接合温度を６２０℃とした以外は、実施
例１と同一条件、同一材料でセラミックス製静電チャッ
クを作製した。この接合温度６２０℃でチャック機能部
とプレート部とが一体化され、セラミックス製の高温耐
熱性を有する静電チャックが得られた。Example 2 Instead of the germanium thin film in Example 1, an 8 μm-thick silicon thin film was formed by a sputtering apparatus, and the same conditions and the same material as in Example 1 were used except that the bonding temperature was 620 ° C. A ceramic electrostatic chuck was produced. At this joining temperature of 620 ° C., the chuck function part and the plate part were integrated, and a high-temperature heat-resistant electrostatic chuck made of ceramics was obtained.
【００５１】次に、この静電チャックに直径８インチの
シリコンウエーハを載置し、ウエーハの温度が３００℃
となるように加熱しながら、リード線間にＤＣ±１ｋＶ
の電圧を印加して静電力テスターでその静電力を測定し
た所、１ｋｇ／ｃｍ2 の大きさで、ウエーハの平坦度矯
正に充分なものであった。また、印加電圧を切断した
所、素早く追従してウエーハを離脱させることができ
た。Next, a silicon wafer having a diameter of 8 inches is placed on this electrostatic chuck, and the temperature of the wafer is set at 300 ° C.
DC ± 1kV between lead wires while heating so that
When the electrostatic force was measured with an electrostatic force tester, a magnitude of 1 kg / cm 2 was sufficient for correcting the flatness of the wafer. Further, when the applied voltage was cut off, the wafer could be detached by following quickly.
【００５２】なお、この静電チャックについては、これ
に２５℃と４００℃の間の熱サイクルを１０００回繰り
返したが、チャック機能部およびプレート部共反りおよ
び割れは発生しなかった。また、スパッタ装置にこのセ
ラミックス製静電チャックを取付け、スパッタを１５０
回行ったが、ウエーハにプレート部より発生するゴミは
全く付着しなかった。In this electrostatic chuck, a thermal cycle between 25 ° C. and 400 ° C. was repeated 1,000 times, but no warping and cracks occurred in the chuck function portion and the plate portion. Also, this ceramic electrostatic chuck was attached to a sputtering device,
The dusting was repeated, but no dust generated from the plate portion adhered to the wafer.
【００５３】（比較例）実施例１で作製したチャック機
能部とプレート部を、ゲルマニウムの薄膜もシリコンの
薄膜も形成せずに、厚さ５０μｍの純アルミニウム箔の
みを介在させて接合したところ、５５０℃の熱処理では
完全に接合させることが出来ず、さらに熱処理温度を上
げて６４０℃にしたところ、プレート部のアルミニウム
表面が変形してしまった。(Comparative Example) When the chuck function portion and the plate portion manufactured in Example 1 were joined with only a 50 μm thick pure aluminum foil interposed therebetween without forming a germanium thin film or a silicon thin film, The heat treatment at 550 ° C. did not allow complete bonding, and when the heat treatment temperature was raised to 640 ° C., the aluminum surface of the plate portion was deformed.
【００５４】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an exemplification, and has substantially the same configuration as the technical idea described in the scope of the claims of the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
【００５５】[0055]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
チャック機能部を構成する絶縁性誘電体層とプレート部
を、ＧｅまたはＳｉ薄膜とＡｌ（Ａｌ合金を含む）層と
の共晶組成合金を接合層として強力に接合、一体化でき
るので、層間剥離やクラックの発生がなく、チャック機
能部の反りがなく、従って静電吸着力が強く均一で、脱
着応答特性に優れ、不純物が少ないので半導体プロセス
を汚染することのないセラミックス製静電チャックを製
造することができる。特にプレート部の材質をＡｌ（Ａ
ｌ合金を含む）とした場合は、接合が容易で、接合力も
強く、耐熱性が向上し、熱伝導性が高いので放熱性が良
いものになると共に生産性の向上と、安価なのでコスト
の削減を図ることができる。As described above, according to the present invention,
Since the insulating dielectric layer and the plate part constituting the chuck function part can be strongly joined and integrated using a eutectic composition alloy of a Ge or Si thin film and an Al (including an Al alloy) layer as a joining layer, delamination can occur. Manufacture of ceramic electrostatic chucks with no cracks or cracks, no warpage of the chuck function part, and therefore a strong and uniform electrostatic attraction force, excellent desorption response characteristics, and low impurities, which do not pollute the semiconductor process can do. In particular, if the material of the plate portion is Al (A
l alloy is included), the joining is easy, the joining force is strong, the heat resistance is improved, and the heat conductivity is high, so that the heat dissipation is good and the productivity is improved, and the cost is low, so the cost is reduced. Can be achieved.
【図１】本発明のセラミックス製静電チャックの構成の
一例を示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of the configuration of a ceramic electrostatic chuck according to the present invention.
【図２】本発明のセラミックス製静電チャックの接合層
を形成する方法の一例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing an example of a method for forming a bonding layer of a ceramic electrostatic chuck according to the present invention.
１…静電チャック、２…チャック機能部、３…プレート
部、４…導電体層電極、５…絶縁性誘電体層、６…接合
層、７…Ｇｅ薄膜またはＳｉ薄膜、８…Ａｌ層またはＡ
ｌ合金層、９…リード線。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrostatic chuck, 2 ... Chuck function part, 3 ... Plate part, 4 ... Conductor layer electrode, 5 ... Insulating dielectric layer, 6 ... Joining layer, 7 ... Ge thin film or Si thin film, 8 ... Al layer or A
1 alloy layer, 9 ... lead wire.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大谷 義和 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 新井 健一 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 田村 和義 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 Ｆターム(参考） 3C016 GA10 5F031 BB09 BC01 FF03 KK07 MM01 MM12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Yoshikazu Otani 2-13-1, Isobe, Annaka-shi, Gunma Shin-Etsu Chemical Industry Co., Ltd. Precision Functional Materials Laboratory (72) Inventor Kenichi Arai Isobe, Annaka-shi, Gunma No.2-13-1 Shin-Etsu Kagaku Kogyo Co., Ltd. Precision Functional Materials Research Laboratory (72) Inventor Kazuyoshi Tamura 2-13-1 Isobe Annaka-shi Gunma Prefecture Shin-Etsu Kagaku Kogyo Co., Ltd. Precision Functional Materials Research Laboratory F-term ( Reference) 3C016 GA10 5F031 BB09 BC01 FF03 KK07 MM01 MM12
Claims (8)
たチャック機能部と該チャック機能部の絶縁性誘電体層
の一面にプレート部を接合して成るセラミックス製静電
チャックにおいて、該絶縁性誘電体層とプレート部との
接合層が、ゲルマニウム−アルミニウム（アルミニウム
合金を含む）共晶組成合金層あるいはシリコン−アルミ
ニウム（アルミニウム合金を含む）共晶組成合金層であ
ることを特徴とするセラミックス製静電チャック。1. A ceramic electrostatic chuck comprising: a chuck function part having a conductor layer electrode covered with an insulating dielectric layer; and a plate part joined to one surface of the insulating dielectric layer of the chuck function part. The bonding layer between the insulating dielectric layer and the plate portion is a germanium-aluminum (including an aluminum alloy) eutectic composition alloy layer or a silicon-aluminum (including an aluminum alloy) eutectic composition alloy layer. Ceramic electrostatic chuck.
とも窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化けい
素、酸化けい素、酸化ジルコニウム、酸化チタニウム、
サイアロン、窒化ほう素、炭化けい素から選択される１
種のセラミックス、または２種以上の混合物であること
を特徴とする請求項１に記載したセラミックス製静電チ
ャック。2. The main component of the insulating dielectric layer is at least aluminum nitride, aluminum oxide, silicon nitride, silicon oxide, zirconium oxide, titanium oxide,
1 selected from sialon, boron nitride, silicon carbide
2. The ceramic electrostatic chuck according to claim 1, wherein the electrostatic chuck is a kind of ceramics or a mixture of two or more kinds.
またはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項
１または請求項２に記載したセラミックス製静電チャッ
ク。3. A ceramic electrostatic chuck according to claim 1, wherein said plate portion is made of aluminum or an aluminum alloy.
たチャック機能部の絶縁性誘電体層の一面にプレート部
を接合してセラミックス製静電チャックを製造する方法
において、該絶縁性誘電体層の表面および／またはプレ
ート部の表面にゲルマニウム薄膜あるいはシリコン薄膜
を形成し、さらに絶縁性誘電体層とプレート部との間に
アルミニウム層またはアルミニウム合金層を介在させ、
接合温度範囲として共晶生成温度以上に加熱し、その後
冷却固着させ、接合することを特徴とするセラミックス
製静電チャックを製造する方法。4. A method of manufacturing a ceramic electrostatic chuck by joining a plate portion to one surface of an insulating dielectric layer of a chuck function portion in which a conductor layer electrode is covered with an insulating dielectric layer, the method comprising: Forming a germanium thin film or a silicon thin film on the surface of the dielectric layer and / or the surface of the plate portion, further interposing an aluminum layer or an aluminum alloy layer between the insulating dielectric layer and the plate portion,
A method for manufacturing an electrostatic chuck made of ceramics, which comprises heating at a temperature equal to or higher than a eutectic formation temperature as a joining temperature range, and then cooling and fixing the joined material.
形、鋳込み成形またはプレス成形の内の１種であること
を特徴とする請求項４に記載したセラミックス製静電チ
ャックを製造する方法。5. The method for manufacturing a ceramic electrostatic chuck according to claim 4, wherein the method of manufacturing the insulating dielectric layer is one of sheet forming, casting, and press forming. .
は、スパッタ法またはＣＶＤ法で形成されることを特徴
とする請求項４または請求項５に記載したセラミックス
製静電チャックを製造する方法。6. The method for manufacturing a ceramic electrostatic chuck according to claim 4, wherein the germanium or silicon thin film is formed by a sputtering method or a CVD method.
ルミニウム（アルミニウム合金を含む）共晶の場合は、
共晶生成温度である４５０℃以上、６２０℃以下である
ことを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１
項に記載したセラミックス製静電チャックを製造する方
法。7. When the bonding temperature range is germanium-aluminum (including aluminum alloy) eutectic,
The temperature is 450 ° C. or more and 620 ° C. or less, which is a eutectic formation temperature, and is one of claims 4 to 6.
The method for producing a ceramic electrostatic chuck described in the paragraph.
ニウム（アルミニウム合金を含む）共晶の場合は、共晶
生成温度である６００℃以上、６２０℃以下であること
を特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に
記載したセラミックス製静電チャックを製造する方法。8. The method according to claim 4, wherein said bonding temperature range is not less than 600 ° C. and not more than 620 ° C., which is the eutectic formation temperature, in the case of silicon-aluminum (including aluminum alloy) eutectic. A method for manufacturing the ceramic electrostatic chuck according to claim 6.
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010197309A (en) * | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Alps Electric Co Ltd | Mems sensor, and method for manufacturing the same |
| JP2010272730A (en) * | 2009-05-22 | 2010-12-02 | Shinko Electric Ind Co Ltd | Electrostatic chuck |
| KR101475860B1 (en) * | 2013-07-03 | 2014-12-23 | (주)나노엘엔피 | Ceramic electrostatic chuck for applications of co-fired by direct bonding and method for manufacturing the same |
| JP2017126640A (en) * | 2016-01-13 | 2017-07-20 | 日本特殊陶業株式会社 | Holding device |
| JP2020114789A (en) * | 2019-01-17 | 2020-07-30 | 新光電気工業株式会社 | Ceramic member and method for producing the same |
-
1998
- 1998-07-07 JP JP20871398A patent/JP2000031254A/en active Pending
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| JP7378210B2 (en) | 2019-01-17 | 2023-11-13 | 新光電気工業株式会社 | Ceramic component manufacturing method |
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