JP2000031254A - セラミックス製静電チャックおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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、Ｇｅ−Ａｌ（Ａｌ合金を含む）共晶組成合金
層あるいはＳｉ−Ａｌ（Ａｌ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
及びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【符号の説明】

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。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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。
2. 【請求項２】 前記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
   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。
3. 【請求項３】 前記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。
4. 【請求項４】 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。
5. 【請求項５】 前記絶縁性誘電体層の製法が、シート成
   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。
6. 【請求項６】 前記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。
7. 【請求項７】 前記接合温度範囲が、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。
8. 【請求項８】 前記接合温度範囲が、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。