JP2001007189A - Electrostatic chuck and its manufacture - Google Patents
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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、半導体装置の基板
となるウエハー等を静電気を利用して吸着する静電チャ
ック及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic chuck for attracting a wafer or the like serving as a substrate of a semiconductor device by using static electricity and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体
プロセスにおけるＣＶＤやエッチングなどのドライプロ
セスには、プラズマを用いてＳｉ基材などの被処理基材
を処理する方法が用いられ、これらを行うプラズマＣＶ
Ｄ装置やエッチャーには、従来より平行平板型のものが
用いられている。即ち、対向する２枚の金属製の平板電
極間に高周波を含む電圧を印加し、一方の電極上に載置
された被処理基材を処理するという方法である。2. Description of the Related Art In a dry process such as CVD or etching in a semiconductor process, a method of processing a substrate to be processed such as a Si substrate using plasma is used. Plasma CV
Conventionally, a parallel plate type is used for the D apparatus and the etcher. That is, a method of applying a voltage containing a high frequency between two opposing metal plate electrodes to treat a substrate to be treated placed on one of the electrodes.
【０００３】ここで、平板電極のうちの一つには被処理
基材が載置されるが、被処理基材がプロセス中に動いた
りしないよう、また、プロセス中における熱により被処
理基材の温度が変動することを抑えるために、被処理基
材は平板電極に全面固定する方法が採られてきた。具体
的には、被処理基材端部を爪で引っかけて平板電極に押
さえ付けるメカニカルチャック、平板電極に開けられた
穴や溝から真空吸引して平板電極に押さえ付ける真空チ
ャックなどがある。しかしながら、メカニカルチャック
は、爪の部分が処理できない、いわゆるデッドスペース
が出てきたり、被処理基材全体で固定する方式ではない
ためにプロセス中の温度分布の不均一が問題となり、ま
た、真空チャックは、真空プロセス中では使用できない
といった問題があり、近年、静電力を用いて被処理基材
を吸着させるような静電チャックが提案され、使用され
るようになった。Here, a substrate to be processed is placed on one of the plate electrodes. The substrate to be processed does not move during the process, and the substrate to be processed is heated by the heat during the process. In order to suppress the fluctuation of the temperature of the substrate, a method has been adopted in which the substrate to be treated is entirely fixed to the flat electrode. Specifically, there are a mechanical chuck that hooks the edge of the substrate to be processed with a nail and presses the flat electrode, and a vacuum chuck that holds the flat electrode by vacuum suction from holes or grooves formed in the flat electrode. However, the mechanical chuck has a problem that the nail portion cannot be processed, so-called dead space appears, and the temperature distribution during the process is not uniform because it is not a method of fixing the entire substrate to be processed. Has a problem that it cannot be used in a vacuum process, and in recent years, an electrostatic chuck that attracts a substrate to be processed using electrostatic force has been proposed and used.
【０００４】静電チャックは、通常、誘電体を含む２枚
の絶縁体で静電吸着用電極を挟み込む構造を有してお
り、このうち片方の絶縁性誘電体層の表面がウエハー等
被処理基材の吸着面を形成する。ここで、少なくとも吸
着面側の誘電体層は、クーロン力ばかりでなく、ジョン
センラーベック力をも用いて静電吸着力を高めるため、
吸着しようとする温度領域においては１０8〜１０10Ω
ｃｍの抵抗率に調整するのが一般的である。また、誘電
体層の材質は、プラズマに対する耐性の良さから、セラ
ミックスが用いられることが多く、具体的には酸化アル
ミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素
などが用いられる。[0004] An electrostatic chuck usually has a structure in which an electrostatic chucking electrode is sandwiched between two insulators including a dielectric, and one of the insulating dielectric layers has a surface to be processed such as a wafer. Form the adsorption surface of the substrate. Here, at least the dielectric layer on the adsorption surface side uses not only Coulomb force but also Johnsen-Rahbek force to increase the electrostatic adsorption force,
10 8 to 10 10 Ω in the temperature range to be adsorbed
It is common to adjust the resistivity to about cm. As the material of the dielectric layer, ceramics are often used due to its good resistance to plasma, and specifically, aluminum oxide, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, and the like are used.
【０００５】このように、静電チャックは絶縁性の部材
で覆われたものであるため、これ自体を上記高周波用平
板電極、即ちプラズマ電極とすることはできない。As described above, since the electrostatic chuck is covered with the insulating member, the electrostatic chuck itself cannot be used as the high-frequency plate electrode, that is, the plasma electrode.
【０００６】一方、金属プレートと誘電体層とを接合し
て高周波用電極を形成する方法ではなく、金属部材から
なる高周波用平板電極上にセラミックスからなる静電チ
ャックユニットを接合剤を用いず単に載置する方法があ
るが、通常、静電チャックユニットは台座を含めると分
厚くなってしまい、このような厚い絶縁材料を載せてそ
の上部に被処理基材を載せるとプラズマが発生しなくな
ってしまう。On the other hand, instead of forming a high-frequency electrode by bonding a metal plate and a dielectric layer, an electrostatic chuck unit made of ceramic is simply placed on a high-frequency flat electrode made of a metal member without using a bonding agent. There is a method of mounting, but usually, the electrostatic chuck unit becomes thick when including the pedestal, and when such a thick insulating material is mounted and the substrate to be processed is mounted thereon, plasma is not generated. .
【０００７】そこで、プラズマプロセス用の平行平板装
置における静電チャック付きの高周波用平板電極では、
５００〜２０００μｍの吸着用電極を含む薄い誘電体層
をアルミニウムなどの金属製のプレートに貼り合わせ
て、この金属プレートをプラズマ電極の１つとして用い
る方法が採られている。具体的には、誘電体層の吸着面
側に被処理基材を載置して吸着させ、金属製の電極プレ
ートに例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源をかけてＣ
ＶＤやエッチングを行っていた。Therefore, in a high-frequency plate electrode with an electrostatic chuck in a parallel plate device for a plasma process,
A method has been adopted in which a thin dielectric layer including a 500 to 2000 μm adsorption electrode is attached to a metal plate such as aluminum, and this metal plate is used as one of the plasma electrodes. Specifically, the substrate to be treated is placed on the adsorption surface side of the dielectric layer and adsorbed, and a high frequency power supply of, for example, 13.56 MHz is applied to the metal electrode plate to apply C to the substrate.
VD and etching were performed.
【０００８】ところが、上記の静電チャック付きの高周
波用平板電極では、金属製のプレートとセラミックスか
らなる誘電体層との接合に弾性のある有機接着剤が用い
られ、これを室温〜２００℃の温度範囲で用いる場合に
は、接合によりセラミックスにかかる応力は非常に小さ
いものであるが、２００℃以上の高温で用いる場合に
は、耐熱性の低い有機接着剤を用いることができず、金
属ロウ材やセラミック接着剤又はガラスなどの無機系の
接合材を用いなければならないという問題が生じた。即
ち、誘電体層を形成するセラミックスとプレートの素材
となる金属とでは熱膨張率が異なり、例えば、一般的に
用いられるアルミニウムプレートでは２４×１０-6／
℃、アルミナセラミックスでは７．８×１０-6／℃であ
り、このように熱膨張率が異なる部材同士を接合する場
合、弾性のある有機接着剤等で接合すればこの弾性層に
より温度変化に伴う熱膨張率差を吸収することができる
が、無機系接合材では有機接合に比べて弾性が極端に小
さく、このようなもので熱膨張率差のある金属とセラミ
ックスとを接合すると、接合に伴う熱膨張率差により、
それらの接合界面付近に応力がかかる。このような応力
は、金属プレートとセラミックス誘電体層との接合時の
熱変動や、接合後のプロセスによる加熱の熱変動により
発生するものであり、接合するもの同士の熱膨張率差が
大きければ大きいほど応力が増大する。特に、セラミッ
クス誘電体層の内部に残留した内部応力は、誘電体層に
クラックやマイクロクラックを発生させてこれを破壊す
るという問題を生じた。However, in the above-mentioned high-frequency flat electrode with an electrostatic chuck, an elastic organic adhesive is used for joining a metal plate and a dielectric layer made of ceramics. When used in a temperature range, the stress applied to the ceramic by bonding is very small, but when used at a high temperature of 200 ° C. or higher, an organic adhesive having low heat resistance cannot be used, and metal brazing is not possible. There has been a problem that an inorganic bonding material such as a material, a ceramic adhesive, or glass must be used. That is, the coefficient of thermal expansion differs between the ceramics forming the dielectric layer and the metal used as the material of the plate. For example, a commonly used aluminum plate has a coefficient of thermal expansion of 24 × 10 −6 /.
° C and 7.8 × 10 -6 / ° C for alumina ceramics. When joining members having different coefficients of thermal expansion in this way, if they are joined with an elastic organic adhesive or the like, the elastic layer can change the temperature. Although the difference in thermal expansion coefficient can be absorbed, the elasticity of the inorganic bonding material is extremely low compared to that of organic bonding. Due to the accompanying difference in thermal expansion coefficient,
Stress is applied near the joint interface. Such stress is generated due to heat fluctuation at the time of bonding between the metal plate and the ceramic dielectric layer, or heat fluctuation of heating due to a process after bonding. The larger the stress, the higher the stress. In particular, the internal stress remaining inside the ceramic dielectric layer causes a problem that cracks and microcracks are generated in the dielectric layer and destroyed.
【０００９】セラミックス誘電体層のクラックやマイク
ロクラックを抑制するためには、上記のような接合界面
付近の内在する応力をできるだけ減少させなければなら
ないが、そのための根本的な解決法としては、接合しよ
うとする２つの部材の熱膨張係数を近づけること、理想
的には全く同じにすることである。In order to suppress cracks and microcracks in the ceramic dielectric layer, the intrinsic stress near the bonding interface as described above must be reduced as much as possible. It is to make the thermal expansion coefficients of the two members to be close to each other, ideally to make them exactly the same.
【００１０】熱膨張係数が異なる部材同士の接合におい
て、内部応力を減少させる方法としては、間に展性のあ
る金属などを挿入し、その層で応力を吸収する方法や、
接合させようとする部材のもつ熱膨張係数の中間の熱膨
張係数値をもつ部材を挿入する方法などが考えられる
が、これらの中間に挿入する物質は、熱膨張係数の許容
範囲からも限られてしまうし、半導体装置に入れること
ができる物質となると更に限定されてしまう。また、こ
れらがクリアされたとしても、接着剤との濡れ性や反応
の問題から接合できなかったり、融点が接合材の接合温
度、あるいは装置の使用温度まで満たない場合などもあ
り、このような方法で応力緩和することは非常に困難で
あった。[0010] In joining members having different thermal expansion coefficients, as a method of reducing internal stress, there is a method of inserting a malleable metal or the like between the layers and absorbing the stress in the layer.
A method of inserting a member having a coefficient of thermal expansion intermediate to the coefficient of thermal expansion of the member to be joined may be considered, but the substance to be inserted between these is limited from the allowable range of the coefficient of thermal expansion. In addition, a substance that can be included in a semiconductor device is further limited. In addition, even if these are cleared, there are cases where joining cannot be performed due to problems of wettability and reaction with the adhesive, or the melting point is lower than the joining temperature of the joining material or the operating temperature of the device. It was very difficult to relieve stress by the method.
【００１１】本発明は、上記事情を改善するためになさ
れたもので、高周波用平板電極としての機能を兼備し、
割れ・反り、クラックの発生を防止した静電チャック及
びその製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made to improve the above situation, and has a function as a high-frequency plate electrode.
An object of the present invention is to provide an electrostatic chuck in which cracks, warpage, and cracks are prevented from occurring, and a method for manufacturing the same.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結
果、チャック機能部とプレート部とを接合してなる静電
チャックにおいて、このプレート部のチャック機能部と
の接合面に凹状溝を形成し、この凹状溝の内部に高周波
用電極を埋設することにより、静電チャック自体が高周
波用平板電極の機能をも兼ね備えることができ、このた
め従来の金属プレートと静電チャックとの貼り合わせタ
イプのものにおける両材質の熱膨張率の差違から生じる
割れ・反り、クラックの発生といった問題を解決するこ
とを見出し、本発明をなすに至った。Means for Solving the Problems and Embodiments of the Invention The present inventor has conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, in an electrostatic chuck in which a chuck function section and a plate section are joined, By forming a concave groove on the joint surface of the plate part with the chuck function part and burying the high-frequency electrode inside the concave groove, the electrostatic chuck itself can also have the function of the high-frequency flat electrode. Therefore, the present inventors have found that solving the problems such as cracks / warpages and cracks caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the two materials in the conventional type in which the metal plate and the electrostatic chuck are bonded to each other, and forming the present invention. Reached.
【００１３】即ち、プレートの凹状溝の中に配置された
高周波用電極は、静電チャックと対面するもう１枚の平
板電極との間に極薄いセラミックス誘電体層分の厚さの
絶縁物しか介在しないので、プラズマの発生に殆ど影響
を与えず、また、高周波用電極と被処理基材とが極近傍
に配置されているので、イオンシース内の有効な領域に
て被処理基材を処理することができるものである。That is, the high-frequency electrode arranged in the concave groove of the plate has only an insulator having a thickness of an extremely thin ceramic dielectric layer between the electrostatic chuck and another flat plate electrode facing the high-frequency electrode. Since it does not intervene, it hardly affects the generation of plasma, and since the high-frequency electrode and the substrate to be processed are located very close to each other, the substrate to be processed is processed in an effective area in the ion sheath. Is what you can do.
【００１４】また、好ましくは上記プレート部を静電チ
ャックの絶縁性誘電体層と同一・類似の熱膨張率を有す
るセラミックスで構成することにより、両者の熱膨張率
差が極めて小さくなるため、幅広い温度領域において内
部応力を最小限にすることができると共に、熱膨張率差
を考慮に入れずに接合剤を選択することができるため、
接合剤選択の幅が広がる。ガラスを主成分とする無機系
接合剤など高耐熱性の接合剤を用いれば、得られる静電
チャックを高温下で使用することが可能となる。Preferably, the plate portion is made of ceramics having the same or similar coefficient of thermal expansion as the insulating dielectric layer of the electrostatic chuck, so that the difference in coefficient of thermal expansion between them is extremely small. Since the internal stress can be minimized in the temperature region and the bonding agent can be selected without considering the difference in thermal expansion coefficient,
The range of choice of bonding agent is expanded. If a high heat-resistant bonding agent such as an inorganic bonding agent containing glass as a main component is used, the obtained electrostatic chuck can be used at a high temperature.
【００１５】即ち、本発明は、（１）静電吸着用電極を
セラミックスからなる絶縁性誘電体層で被覆してなるチ
ャック機能部と、該チャック機能部を支持するプレート
部とを互いに接合してなる静電チャックにおいて、上記
プレート部のチャック機能部との接合面に凹状溝が形成
され、この凹状溝の内部に高周波用電極が埋設されてい
ることを特徴とする静電チャック、（２）上記セラミッ
クスからなる絶縁性誘電体層が、窒化アルミニウム、酸
化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化ジルコ
ニウム、酸化チタニウム、サイアロン、窒化ホウ素、炭
化ケイ素、ホウ化アルミニウム、窒化アルミニウムとホ
ウ化アルミニウムとの複合体の中から選ばれた一種以上
からなることを特徴とする（１）記載の静電チャック、
（３）上記セラミックスからなる絶縁性誘電体層と上記
プレート部とが、同一の材料組成からなるセラミックス
により形成されていることを特徴とする（１）又は
（２）記載の静電チャック、（４）上記高周波用電極
が、金属板、金属箔、導電性セラミックスから選ばれた
一種以上からなることを特徴とする（１），（２）又は
（３）記載の静電チャック、（５）上記セラミックスか
らなる絶縁性誘電体層と上記プレート部とが、ガラスを
主成分とする無機系接合材層を介して接合されてなるこ
とを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項記載の静
電チャック、（６）上記プレート部に加熱用ヒーターが
付設されていることを特徴とする（１）〜（５）のいず
れか１項記載の静電チャック、（７）静電吸着用電極を
セラミックスからなる絶縁性誘電体層で被覆してチャッ
ク機能部を形成し、このチャック機能部の片面にこれを
支持するプレート部を接合して静電チャックを製造する
にあたり、上記プレート部のチャック機能部との接合面
に凹状溝を形成し、この凹状溝の内部に高周波用電極を
埋設することを特徴とする静電チャックの製造方法、
（８）上記高周波用電極が上記凹状溝の内部に埋め込み
又は貼り合わせにより埋設されてなることを特徴とする
（７）記載の静電チャックの製造方法、（９）上記絶縁
性誘電体層の原料セラミックス前駆体を上記静電吸着用
電極と共にシート成型法、鋳込み成型法、プレス成型法
又はＣＶＤ成膜法のいずれかの成型方法によりセラミッ
クス化することにより上記チャック機能部を作成するこ
とを特徴とする（７）又は（８）記載の静電チャックの
製造方法、（１０）上記セラミックスからなる絶縁性誘
電体層と上記プレート部とを、ガラスを主成分とする無
機系接合材により接合してなることを特徴とする
（７），（８）又は（９）記載の静電チャックの製造方
法を提供する。That is, according to the present invention, (1) a chuck function part in which an electrode for electrostatic attraction is covered with an insulating dielectric layer made of ceramics and a plate part supporting the chuck function part are joined to each other. (2) An electrostatic chuck, comprising: a concave groove formed in a joint surface of the plate portion with the chuck function portion; and a high-frequency electrode embedded in the concave groove. ) The insulating dielectric layer made of the above ceramic is made of aluminum nitride, aluminum oxide, silicon nitride, silicon oxide, zirconium oxide, titanium oxide, sialon, boron nitride, silicon carbide, aluminum boride, aluminum nitride and aluminum boride. The electrostatic chuck according to (1), wherein the electrostatic chuck comprises at least one member selected from a composite.
(3) The electrostatic chuck according to (1) or (2), wherein the insulating dielectric layer made of the ceramics and the plate portion are made of ceramics having the same material composition. (4) The electrostatic chuck according to (1), (2) or (3), wherein the high-frequency electrode is made of at least one selected from a metal plate, a metal foil, and a conductive ceramic. Any one of (1) to (4), wherein the insulating dielectric layer made of the ceramics and the plate portion are joined via an inorganic joining material layer containing glass as a main component. (6) The electrostatic chuck according to any one of (1) to (5), wherein a heating heater is attached to the plate portion, (7) the electrostatic chuck. The adsorption electrode is made of ceramics. Forming a chuck function part by coating with a conductive dielectric layer, and joining a plate part supporting the chuck function part to one surface of the chuck function part to manufacture an electrostatic chuck; Forming a concave groove on the surface, embedding a high-frequency electrode inside the concave groove, a method for manufacturing an electrostatic chuck,
(8) The method for manufacturing an electrostatic chuck according to (7), wherein the high-frequency electrode is buried in the concave groove by embedding or bonding. The chuck function part is created by forming the raw ceramic precursor together with the electrode for electrostatic adsorption into a ceramic by any one of a sheet forming method, a casting method, a press forming method and a CVD film forming method. (7) The method of manufacturing an electrostatic chuck according to (7) or (8), (10) bonding the insulating dielectric layer made of the ceramics and the plate portion with an inorganic bonding material containing glass as a main component. (7) The method for manufacturing an electrostatic chuck according to (7), (8) or (9) is provided.
【００１６】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の静電チャックは、図１に示すように、導電体か
らなる静電吸着用電極１をセラミックスからなる絶縁性
誘電体層２で被覆してなるチャック機能部３と、高周波
用電極４を備えたプレート部８とがガラス系接合剤９に
より接合されて形成されている。Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
As shown in FIG. 1, the electrostatic chuck according to the present invention comprises a chuck function unit 3 in which an electrostatic chucking electrode 1 made of a conductor is covered with an insulating dielectric layer 2 made of ceramics, and a high-frequency electrode 4. And a plate portion 8 provided with a glass-based bonding agent 9.
【００１７】チャック機能部３は、導電体からなる静電
吸着用電極１の両側又は両側及び側面を焼結体及び／又
は溶射セラミックスからなる絶縁性誘電体層で被覆、又
は同時に一体として焼結して形成され、例えば上記絶縁
性誘電体層の原料セラミックス前駆体を上記静電吸着用
電極と共にシート成型法、鋳込み成型法、プレス成型法
又はＣＶＤ成膜法等の成型方法によりセラミックス化す
る方法を採用し得る。ここで、絶縁性誘電体層２を形成
するセラミックスとしては、酸化アルミニウム、窒化ア
ルミニウム、ホウ化アルミニウム、窒化アルミニウムと
ホウ化アルミニウムとの複合体、酸化ケイ素、酸化ジル
コニウム、酸化チタニウム、サイアロン、窒化ケイ素、
窒化ホウ素、炭化ケイ素等が挙げられ、これらは単独で
或いは二種以上の混合物として使用できる。また、静電
吸着用電極１は、金属板、金属箔、導電性セラミックス
等からなる電極を使用し得、電源と接続されて電圧が印
加されることにより、絶縁性誘電体層２に試料を静電吸
着させて静電チャック機能が与えられるように公知のパ
ターン方式に従って形成することができる。The chuck function portion 3 is formed by covering both sides or both sides and the side surfaces of the electrostatic attraction electrode 1 made of a conductor with a sintered body and / or an insulating dielectric layer made of sprayed ceramics, or simultaneously sintering integrally. For example, a method of forming the ceramic precursor from the raw material ceramic precursor of the insulating dielectric layer together with the electrode for electrostatic adsorption by a molding method such as a sheet molding method, a casting molding method, a press molding method, or a CVD film forming method. Can be adopted. Here, ceramics forming the insulating dielectric layer 2 include aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum boride, a composite of aluminum nitride and aluminum boride, silicon oxide, zirconium oxide, titanium oxide, sialon, and silicon nitride. ,
Examples thereof include boron nitride and silicon carbide, which can be used alone or as a mixture of two or more. The electrode 1 for electrostatic adsorption may be an electrode made of a metal plate, a metal foil, a conductive ceramic, or the like, and is connected to a power supply and applied with a voltage to apply a sample to the insulating dielectric layer 2. It can be formed according to a known pattern method so that an electrostatic chuck function is provided by electrostatic chucking.
【００１８】一方、プレート部８は、チャック機能部３
側の接合面に高周波用電極４を埋設するための凹状溝５
を有する。この凹状溝５は、例えば複数のリング溝が同
心円状に形成されるものや、渦巻き状、放射状、平行す
る複数本の直線状、蛇行状及びこれらの破線状のもの
等、種々の形状を採用することができ、溝の深さは高周
波用電極４の厚さよりも大きくして、高周波用電極表面
が接合界面に飛び出さないような十分な深さとする。ま
たプレート部８は、接合すべきチャック機能部の絶縁性
誘電体層と同様にセラミックスにより形成することが望
ましく、特には、接合される絶縁性誘電体層２と同一の
熱膨張率を有するか同一組成のセラミックスを用いるこ
とが好ましい。On the other hand, the plate section 8 is
Groove 5 for embedding high-frequency electrode 4 in the joint surface on the side
Having. The concave groove 5 adopts various shapes such as a plurality of ring grooves formed concentrically, a spiral shape, a radial shape, a plurality of parallel straight lines, a meandering shape, and a broken line shape thereof. The depth of the groove is made larger than the thickness of the high-frequency electrode 4 so that the surface of the high-frequency electrode does not protrude to the bonding interface. The plate portion 8 is desirably made of ceramics like the insulating dielectric layer of the chuck function portion to be joined. In particular, the plate portion 8 has the same coefficient of thermal expansion as the insulating dielectric layer 2 to be joined. It is preferable to use ceramics having the same composition.
【００１９】高周波用電極４としては、導電体からなる
電極が特に制限なく用いられ、例えば凹状溝５の形状に
合わせてステンレス板をレーザー加工したものを該凹状
溝に埋め込んだり、或いは該凹状溝に貼り合わせて配設
することができる。As the high-frequency electrode 4, an electrode made of a conductor is used without any particular limitation. For example, a stainless steel plate processed by laser processing according to the shape of the concave groove 5 is buried in the concave groove, or It can be arranged by bonding.
【００２０】なお、プレート部８には、プレート部を加
熱するためのヒーター６を付設することもできる。ヒー
ター６は、プレート部８が均一な熱分布を示すように設
けられることが望ましく、例えばヒーターユニット７を
プレート部に対してガラス接合材層を介して設ける方
法、或いはプレート部８の下部に溝を形成し、接着剤を
介して渦巻き状等種々の形状のシースヒーターをこの溝
内部に敷設・固定する方法等により設けることができ
る。The plate portion 8 may be provided with a heater 6 for heating the plate portion. The heater 6 is desirably provided so that the plate portion 8 exhibits a uniform heat distribution. For example, a method in which the heater unit 7 is provided on the plate portion via a glass bonding material layer, or a groove is provided below the plate portion 8 And a sheath heater of various shapes such as a spiral shape is laid and fixed in the groove via an adhesive.
【００２１】上記のようにして得られるチャック機能部
３とプレート部８とは、有機系接着剤、無機系耐熱性接
着剤等の接合剤を用いて接合することができ、高温下で
の使用には耐熱性の点からガラス材又は金属ロウ材を主
成分とする無機系接着剤の使用が好ましい。The chuck function section 3 and the plate section 8 obtained as described above can be joined using a joining agent such as an organic adhesive or an inorganic heat resistant adhesive, and can be used at high temperatures. From the viewpoint of heat resistance, it is preferable to use an inorganic adhesive mainly composed of a glass material or a metal brazing material.
【００２２】[0022]
【実施例】以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではな
い。The present invention will be described below in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
【００２３】〔実施例〕 プレート部の作成：アルミナ粉末に焼結助剤であるＳｉ
Ｏ2、可塑剤、バインダー、有機溶剤を混練し、アルミ
ナ混合体を作成して、泥漿鋳込みによってグリーン体を
作成して焼結したものを直径φ１９６ｍｍ，厚さ３０ｍ
ｍに調整、研磨した。セラミックスの純度は９７．５％
であった。この基材の片側上面に幅１０ｍｍ，深さ１．
５ｍｍの凹状溝を半径２０ｍｍ間隔で同心円状に彫り、
更に放射状に９０°間隔で内周の溝から最外周の溝まで
直線状の凹状溝を設けた。これらの溝の内部に厚さ１．
０ｍｍ，幅８．０ｍｍに、前記溝と同形状にレーザー加
工されたステンレス板を挿入、埋設し、このステンレス
板からは、外周付近に設けられたプレート部を貫通する
穴よりステンレス板に溶接された高周波印加用の端子を
引き出し、高周波用電極とした。[Example] Preparation of plate portion: Alumina powder was added to Si as a sintering aid.
O 2 , a plasticizer, a binder, and an organic solvent are kneaded to form an alumina mixture, and a green body is formed by slurry casting and sintered to have a diameter of 196 mm and a thickness of 30 m.
m and polished. The purity of ceramics is 97.5%
Met. On one side of this substrate, a width of 10 mm and a depth of 1.
5mm concave grooves are concentrically carved at a radius of 20mm,
Further, linear concave grooves were provided radially at 90 ° intervals from the inner peripheral groove to the outermost peripheral groove. The thickness 1.
A stainless steel plate laser-processed in the same shape as the groove is inserted and buried at 0 mm and a width of 8.0 mm, and the stainless steel plate is welded to the stainless steel plate from a hole passing through a plate portion provided near the outer periphery. The terminal for applying a high frequency was drawn out and used as a high-frequency electrode.
【００２４】チャック機能部の作成：絶縁性誘電体層
は、前記と同様なアルミナ混合体をドクターブレード法
によってテープ状に成形し、グリーン体を作成した。こ
れを２枚の円板状グリーン体に切断し、このうちの１枚
に静電吸着用電極を所定のパターンにスクリーン印刷し
て、残りの１枚と積層して焼成し、得られた同時焼成体
アルミナ誘電体層の両面を研磨して、トータル厚さ１０
００μｍ（両層５００μｍずつ）になるように研磨を行
い、外周をφ１９６ｍｍに研磨した。静電吸着用の端子
は、絶縁性誘電体層の片側の層の中心部に開けられた穴
部で静電吸着用電極にロウ付けされ、プレート部の中心
部に開けられた貫通穴から外部に露出させた。Preparation of Chuck Function: The insulating dielectric layer was formed into a green body by forming the same alumina mixture as described above into a tape shape by a doctor blade method. This was cut into two disc-shaped green bodies, one of them was screen-printed with an electrode for electrostatic attraction in a predetermined pattern, and the other was laminated and fired. Polishing both sides of the calcined alumina dielectric layer to a total thickness of 10
Polishing was performed so as to be 00 μm (each layer was 500 μm), and the outer circumference was polished to φ196 mm. The terminal for electrostatic attraction is soldered to the electrode for electrostatic attraction at a hole formed at the center of one layer of the insulating dielectric layer, and is externally connected to a through hole at the center of the plate. Exposed.
【００２５】ヒーターユニットの作成：本実施例では、
静電チャック付き高周波電極を加熱できるよう、加熱手
段であるヒーターユニットも具備した。作成法は絶縁性
誘電体層と同じ同時焼成法であるが、それとは内部の電
極パターンが異なっており、渦巻き状の１ゾーンヒータ
ーである。このヒーターは、その端子部分がロウ付けし
たピンを介して外部に接続できるようになっている。ま
た、センター及び外周付近には、それぞれ静電吸着用、
高周波印加用の端子を取り出すための穴を開けた。Preparation of heater unit: In this embodiment,
In order to heat the high frequency electrode with an electrostatic chuck, a heater unit as a heating means was also provided. The production method is the same co-firing method as that for the insulating dielectric layer, except that the internal electrode pattern is different, and a spiral one-zone heater is used. This heater can be connected to the outside via pins whose terminals are soldered. In addition, near the center and outer periphery, for electrostatic attraction,
A hole for taking out a terminal for applying a high frequency was made.
【００２６】静電チャックの作成：上記のプレート部・
チャック機能部・ヒーターユニットを、接合材として軟
化点が５９０℃であるホウケイ酸ガラスを用いて、図１
に示した如く接合した。接合はガラス接合材が十分溶け
る温度である７５０℃にて行われ、雰囲気はステンレス
電極の酸化を抑えるため、Ａｒ雰囲気で接合した。ロウ
付け時の昇降温速度は炉内設定で１℃／分で行われた。Preparation of the electrostatic chuck:
As shown in FIG. 1, a borosilicate glass having a softening point of 590.degree.
Were joined as shown in FIG. The joining was performed at 750 ° C., which is a temperature at which the glass joining material was sufficiently melted, and the atmosphere was joined in an Ar atmosphere to suppress oxidation of the stainless steel electrode. The temperature rise / fall rate during brazing was set at 1 ° C./min in the furnace.
【００２７】この接合工程の後、十分な冷却時間を経過
して、炉内から静電チャックを取り出した。絶縁性誘電
体層及びヒーターユニット表面に割れはなく、実体顕微
鏡で全面を観察した結果もマイクロクラックはみられな
かった。After a sufficient cooling time after the joining step, the electrostatic chuck was taken out of the furnace. There were no cracks on the insulating dielectric layer and the surface of the heater unit, and no microcracks were observed as a result of observing the entire surface with a stereomicroscope.
【００２８】次に、実仕様である室温〜４００℃までの
ヒートサイクル試験を行った。昇降温速度は炉内設定で
２℃／分で、本静電チャックに具備されているヒーター
ユニットによって自己昇温した。なお、センサーの熱電
対は絶縁性誘電体層吸着面の中央部に設置し、昇温は大
気中にて行った。このようなヒートサイクル試験を１０
０サイクル行った後でも、絶縁性誘電体層及びヒーター
ユニットにクラックは入らず、またマイクロクラックも
顕微鏡観察でみられなかった。Next, a heat cycle test from room temperature to 400 ° C., which is the actual specification, was performed. The temperature was raised and lowered at a rate of 2 ° C./min in a furnace, and the temperature was raised by a heater unit provided in the electrostatic chuck. In addition, the thermocouple of the sensor was installed at the center of the adsorption surface of the insulating dielectric layer, and the temperature was raised in the air. Such a heat cycle test is performed 10 times.
Even after 0 cycles, no cracks were found in the insulating dielectric layer and the heater unit, and no microcracks were observed under a microscope.
【００２９】次に、本発明による静電チャックをプラズ
マＣＶＤ実験装置の下部電極として組み込み、上部には
ステンレス製のφ１９６ｍｍ，厚さ１０．０ｍｍの電極
をそれぞれ対向させて、下部電極と上部電極との電極間
隔を３０ｍｍとなるように調節した。チャンバー内を真
空引きした後、炉内にＡｒガスを導入して、炉内圧力を
１００ｍＴｏｒｒになるように調節し、上部ステンレス
電極と下部電極の高周波用電極との間に１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電圧を１００Ｗ印加した。この状態でチャン
バー内を覗き窓を介して確認したところ、上下の電極間
にプラズマが発生していることが確認できた。Next, the electrostatic chuck according to the present invention was incorporated as a lower electrode of a plasma CVD experimental apparatus, and a stainless-steel φ196 mm-thickness 10.0 mm-thick electrode was opposed to the upper part. Was adjusted so as to be 30 mm. After the chamber was evacuated, Ar gas was introduced into the furnace, the furnace pressure was adjusted to 100 mTorr, and 13.56 MH was placed between the upper stainless steel electrode and the lower electrode for high frequency.
100 W of a high frequency voltage of z was applied. In this state, when the inside of the chamber was confirmed through a viewing window, it was confirmed that plasma was generated between the upper and lower electrodes.
【００３０】[0030]
【発明の効果】本発明によれば、高周波電圧の印加を遮
断することなくプラズマを発生させることができるた
め、静電チャック自体が高周波用平板電極の機能をも兼
ね備えることができると共に、チャック機能部とプレー
ト部の材質を共にセラミックスにする等、両者の熱膨張
率差を小さく設計することが可能となり、幅広い温度領
域において内部応力を最小限にすることができ、チャッ
ク機能部とプレート部との間の割れ・反り、クラックの
発生を大幅に防止し得る静電チャック及びその製造方法
を提供することができる。According to the present invention, the plasma can be generated without interrupting the application of the high-frequency voltage, so that the electrostatic chuck itself can also have the function of the high-frequency plate electrode and the chuck function. It is possible to design the material of both the part and the plate part to be ceramics, etc., to minimize the difference in the coefficient of thermal expansion between them, and to minimize the internal stress in a wide temperature range. And a method for manufacturing the same, which can significantly prevent the occurrence of cracks, warpage, and cracks between them.
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of the present invention.
１ 導電体電極 ２ 絶縁性誘電体層 ３ チャック機能部 ４ 高周波用電極 ５ 凹状溝 ６ ヒーター ７ ヒーターユニット ８ プレート部 ９ ガラス系接合材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductor electrode 2 Insulating dielectric layer 3 Chuck function part 4 High frequency electrode 5 Concave groove 6 Heater 7 Heater unit 8 Plate part 9 Glass-based bonding material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 小林 利美 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） 5F031 CA02 HA02 HA03 HA08 HA16 HA18 HA37 MA28 MA32 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kenichi Arai 2-13-1, Isobe, Annaka-shi, Gunma Shin-Etsu Chemical Industry Co., Ltd.Precision Functional Materials Research Laboratory (72) Inventor Tosumi Kobayashi Annaka-shi, Gunma 2-13-1, Isobe Shin-Etsu Kagaku Kogyo Co., Ltd. Precision Functional Materials Laboratory F-term (reference) 5F031 CA02 HA02 HA03 HA08 HA16 HA18 HA37 MA28 MA32
Claims (10)
絶縁性誘電体層で被覆してなるチャック機能部と、該チ
ャック機能部を支持するプレート部とを互いに接合して
なる静電チャックにおいて、上記プレート部のチャック
機能部との接合面に凹状溝が形成され、この凹状溝の内
部に高周波用電極が埋設されていることを特徴とする静
電チャック。1. An electrostatic chuck comprising: a chuck function part in which an electrode for electrostatic attraction is covered with an insulating dielectric layer made of ceramic; and a plate part supporting the chuck function part are joined to each other. An electrostatic chuck, wherein a concave groove is formed on a joint surface of the plate part with the chuck function part, and a high-frequency electrode is embedded in the concave groove.
層が、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ
素、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタニウム、
サイアロン、窒化ホウ素、炭化ケイ素、ホウ化アルミニ
ウム、窒化アルミニウムとホウ化アルミニウムとの複合
体の中から選ばれた一種以上からなることを特徴とする
請求項１記載の静電チャック。2. The method according to claim 1, wherein the insulating dielectric layer made of the ceramic is made of aluminum nitride, aluminum oxide, silicon nitride, silicon oxide, zirconium oxide, titanium oxide,
2. The electrostatic chuck according to claim 1, comprising at least one selected from sialon, boron nitride, silicon carbide, aluminum boride, and a composite of aluminum nitride and aluminum boride.
層と上記プレート部とが、同一の材料組成からなるセラ
ミックスにより形成されていることを特徴とする請求項
１又は２記載の静電チャック。3. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the insulating dielectric layer made of ceramics and the plate portion are made of ceramics having the same material composition.
導電性セラミックスから選ばれた一種以上からなること
を特徴とする請求項１，２又は３記載の静電チャック。4. The method according to claim 1, wherein the high-frequency electrode is a metal plate, a metal foil,
4. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the electrostatic chuck is made of at least one selected from conductive ceramics.
層と上記プレート部とが、ガラスを主成分とする無機系
接合材層を介して接合されてなることを特徴とする請求
項１乃至４のいずれか１項記載の静電チャック。5. The method according to claim 1, wherein the insulating dielectric layer made of ceramics and the plate portion are joined via an inorganic joining material layer containing glass as a main component. The electrostatic chuck according to claim 1.
されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
１項記載の静電チャック。6. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein a heating heater is attached to the plate portion.
絶縁性誘電体層で被覆してチャック機能部を形成し、こ
のチャック機能部の片面にこれを支持するプレート部を
接合して静電チャックを製造するにあたり、上記プレー
ト部のチャック機能部との接合面に凹状溝を形成し、こ
の凹状溝の内部に高周波用電極を埋設することを特徴と
する静電チャックの製造方法。7. An electrostatic chuck in which an electrostatic chucking electrode is covered with an insulating dielectric layer made of ceramics to form a chuck function portion, and a plate portion supporting the chuck function portion is joined to one surface of the chuck function portion. A method for manufacturing an electrostatic chuck, comprising: forming a concave groove on a joint surface of the plate portion with the chuck function portion; and embedding a high-frequency electrode in the concave groove.
埋め込み又は貼り合わせにより埋設されてなることを特
徴とする請求項７記載の静電チャックの製造方法。8. The method for manufacturing an electrostatic chuck according to claim 7, wherein said high-frequency electrode is embedded in said concave groove by embedding or bonding.
前駆体を上記静電吸着用電極と共にシート成型法、鋳込
み成型法、プレス成型法又はＣＶＤ成膜法のいずれかの
成型方法によりセラミックス化することにより上記チャ
ック機能部を作成することを特徴とする請求項７又は８
記載の静電チャックの製造方法。9. The ceramic precursor of the raw material ceramics for the insulating dielectric layer is formed into a ceramic together with the electrode for electrostatic adsorption by any one of a sheet forming method, a casting method, a press forming method and a CVD film forming method. 9. The chuck function section is thereby created.
A manufacturing method of the electrostatic chuck according to the above.
体層と上記プレート部とを、ガラスを主成分とする無機
系接合材により接合してなることを特徴とする請求項
７，８又は９記載の静電チャックの製造方法。10. The method according to claim 7, wherein the insulating dielectric layer made of the ceramic and the plate portion are joined by an inorganic joining material containing glass as a main component. Manufacturing method of electrostatic chuck.
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