JP4064835B2 - 静電チャック及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウェハ、フラットディスプレイパネル或いはフレキシブル基板などを吸着保持する静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体製造過程における薄膜形成工程あるいはドライエッチング工程では、ウェハなどの平板状の物品に所要の成膜処理あるいはエッチング処理を施す為、それを載置台上で確実に保持する必要がある。こうした要求に応える保持装置として、静電作用を利用して物品を密着保持する静電チャックが広く用いられている。
【０００３】
そして、この種の静電チャックは、金属製の板状電極を被覆するようにアルミナ等のセラミックスをプラズマ溶射して絶縁膜を形成することにより構成されている。この為、比較的少ない工程数で製造することが出来、そして得られた静電チャックは、耐熱性や耐久性にも優れていると言った利点が有る。
【０００４】
ところで、最近、基台の上に、下部絶縁層、電極層、上部絶縁層を順に溶射によって形成してなるタイプのものが主流になりつつある。
【０００５】
しかしながら、この種の静電チャックの絶縁膜（溶射皮膜）は、微小な気孔が無数に存在する多孔質状のものであることから、耐電圧特性が高くない。従って、大きな保持力を得るのが難しい。しかも、気孔部分で放電現象が生じる恐れも有る。
【０００６】
尚、導電体にセラミック材を溶射してなる絶縁膜を前記導電体に被覆してあり、被吸着物と前記導電体との間に直流電圧を印加して前記被吸着物を吸着すべくなした静電チャックにおいて、前記溶射により生じた前記絶縁膜の細孔に樹脂を含浸してある前記導電体を具備することを特徴とする静電チャックが提案されている（特許文献１）。
【０００７】
すなわち、この提案の静電チャックは、セラミック材料を溶射して形成した絶縁膜に存在する細孔に樹脂を含浸してある導電体を具備する為、絶縁膜の耐電圧が樹脂の絶縁破壊強度に近い強さとなり、高電圧を印加して被吸着物の吸着保持力を高めることが出来、又、絶縁膜の細孔が封止される為、被吸着物と導電体との間の放電が生じず、試料を保持しなくなる虞が無く、耐電圧特性が高まり、吸着保持能力が向上したと謳われている。
【特許文献１】
特開平６−１９６５４８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、前記提案の技術思想を、基台−下部絶縁層−電極層−上部絶縁層タイプの静電チャックに応用してみた。
しかしながら、多層構造の静電チャックとした場合、完成後に行う封孔処理工程において、封孔処理剤が下部絶縁層にまで含浸せず、下部絶縁層の耐電圧特性が劣化することが判って来た。
【０００９】
そこで、基台−封孔処理した下部絶縁層−電極層−上部絶縁層タイプの静電チャックを試作した。
しかるに、この種の静電チャックは、電極層が剥離し易く、耐久性に欠け、信頼性に劣ることが判って来た。
【００１０】
従って、本発明が解決しようとする課題は、耐電圧特性に優れ、かつ、電極層が剥離し難く、耐久性に富み、信頼性に優れた静電チャックを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、基台と、この基台の表面上に設けられた下部溶射絶縁層と、この下部溶射絶縁層上に密着して設けられた電極層と、この電極層上に設けられた上部絶縁層とを具備する静電チャックにおいて、
前記下部溶射絶縁層は、前記基台側に位置する第１の絶縁層と、該第１の絶縁層の上に密接して設けられ、前記電極層側に位置する第２の絶縁層とを有し、
前記第１の絶縁層は封孔処理されているものの、前記第２の絶縁層は封孔処理されていないことを特徴とする静電チャックによって解決される。
【００１２】
又、基台と、この基台の表面上に溶射により設けられた第１の絶縁層と、この第１の絶縁層の上に溶射により密接して設けられた第２の絶縁層と、この第２の絶縁層上に密着して設けられた電極層と、この電極層上に設けられた上部絶縁層とを具備する静電チャックの製造方法であって、
前記基台上に前記第１の絶縁層を形成する第１の絶縁層形成工程と、
前記第１の絶縁層に封孔処理を行う第１の絶縁層封孔処理工程と、
前記第１の絶縁層封孔処理工程の後、前記第１の絶縁層上に前記第２の絶縁層を形成する第２の絶縁層形成工程と、
前記第２の絶縁層形成工程の後、封孔処理されていない前記第２の絶縁層上に前記電極層を形成する電極層形成工程と、
前記電極層上に前記上部絶縁層を形成する上部絶縁層形成工程と
を具備することを特徴とする静電チャックの製造方法によって解決される。
【００１３】
特に、第１の絶縁層と、この第１の絶縁層の上に設けられた第２の絶縁層と、この第２の絶縁層上に設けられた電極層と、この電極層上に設けられた上部絶縁層とを具備する静電チャックの製造方法であって、
基台上に第１の絶縁層を形成する第１の絶縁層形成工程と、
前記第１の絶縁層に封孔処理を行う第１の絶縁層封孔処理工程と、
前記第１の絶縁層封孔処理工程の後、第１の絶縁層上に第２の絶縁層を溶射手段により形成する第２の絶縁層形成工程と、
前記第２の絶縁層形成工程の後、電極層を溶射手段により形成する電極層形成工程と、
前記電極層上に上部絶縁層を形成する上部絶縁層形成工程
とを具備することを特徴とする静電チャックの製造方法によって解決される。
【００１４】
すなわち、下部絶縁層（封孔処理した第１の絶縁層−封孔処理してない第２の絶縁層）−電極層−上部絶縁層タイプの静電チャックは、下部絶縁層における第１の絶縁層が封孔処理されたものであるから、下部絶縁層へのリーク電流が少なくなり、耐電圧特性に優れたものになる。
【００１５】
かつ、封孔処理した第１の絶縁層と電極層との間には、封孔処理してない第２の絶縁層が介在していることから、そして第１の絶縁層と第２の絶縁層とは同じ絶縁材を選択できるから、電極層は剥離し難く、耐久性に富み、信頼性に優れたものになる。
【００１６】
尚、本発明において、上部絶縁層は封孔処理されても良い。すなわち、上部絶縁層と被吸着物との間のリーク電流を少なくして、耐電圧特性を向上させる為には、上部絶縁層を封孔処理した方が好ましい。
【００１７】
又、第１の絶縁層に封孔処理を行った後、第２の絶縁層が形成されるのであるが、第２の絶縁層の形成前で第１の絶縁層封孔処理後に第１の絶縁層をブラスト処理することが好ましい。これによって、封孔処理された第１の絶縁層表面が粗面化され、第１の絶縁層と第２の絶縁層との密着強度が一層向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明になる静電チャックは、下部絶縁層と、この下部絶縁層上に設けられた電極層と、この電極層上に設けられた上部絶縁層とを具備する静電チャックにおいて、前記下部絶縁層は、第１の絶縁層と、該第１の絶縁層の上に設けられた前記電極層側に位置する第２の絶縁層とを有し、前記第１の絶縁層は封孔処理されているものの、前記第２の絶縁層は封孔処理されていない。
【００１９】
本発明になる静電チャックの製造方法は、第１の絶縁層と、この第１の絶縁層の上に設けられた第２の絶縁層と、この第２の絶縁層上に設けられた電極層と、この電極層上に設けられた上部絶縁層とを具備する静電チャックの製造方法であって、基台上に第１の絶縁層を形成する第１の絶縁層形成工程と、前記第１の絶縁層に封孔処理を行う第１の絶縁層封孔処理工程と、前記第１の絶縁層封孔処理工程の後、第１の絶縁層上に第２の絶縁層を形成する第２の絶縁層形成工程と、前記第２の絶縁層形成工程の後、電極層を形成する電極層形成工程と、前記電極層上に上部絶縁層を形成する上部絶縁層形成工程とを具備する。特に、第１の絶縁層と、この第１の絶縁層の上に設けられた第２の絶縁層と、この第２の絶縁層上に設けられた電極層と、この電極層上に設けられた上部絶縁層とを具備する静電チャックの製造方法であって、基台上に第１の絶縁層を溶射手段により形成する第１の絶縁層形成工程と、前記第１の絶縁層に封孔処理を行う第１の絶縁層封孔処理工程と、前記第１の絶縁層封孔処理工程の後、第１の絶縁層上に第２の絶縁層を溶射手段により形成する第２の絶縁層形成工程と、前記第２の絶縁層形成工程の後、電極層を溶射手段により形成する電極層形成工程と、前記電極層上に上部絶縁層を溶射手段により形成する上部絶縁層形成工程とを具備する。又、第２の絶縁層の形成前で第１の絶縁層封孔処理後に第１の絶縁層にはブラスト処理が行われる。
【００２０】
上部絶縁層は、封孔処理した場合と、封孔処理していない場合とがある。封孔処理にはメラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂などの各種樹脂を用いることが出来るが、その他のものであっても良い。例えば、シリカゾル、アルミナゾル、マグネシアゾルなどのコロイダル状のスラリや、ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２等の金属アルコキシド系ポリマ等が挙げられる。そして、封孔処理、すなわち前記材料の絶縁層における気孔への充填（絶縁層への含浸）は、例えば真空デシケータ内にセットし、真空吸引することによって効果的に行える。そして、気孔に充填されたスラリは、その特性を考慮して乾燥させられる。
【００２１】
本発明は、内部電極を一つしか持たない単極型静電チャックであっても、内部電極を二つ持つ双極型静電チャックであっても適用できる。
【００２２】
以下、更に具体的に説明する。
図１は、本発明になる静電チャックの実施形態の概略図である。
【００２３】
本実施形態の静電チャックは、基本的に、主要構成要素として、基台１と、基台１の上に設けられた下部絶縁層２と、下部絶縁層２の上に設けられた電極層３と、電極層３の上に設けられた上部絶縁層４とを具備する。５は電極層３に接続されている給電ピンであり、給電ピン５を介して電極層３に電圧を印加することで、上部絶縁層４の表面に物品を吸着できるようになる。尚、給電ピン５の基台１への取付けは、セラミックス製の絶縁管６を用いて行われている。
【００２４】
基台１は、金属−セラミックス複合材料（ＭＭＣ）から構成されており、実際には、給電ピン５を設置する為の孔が形成されている。尚、基台１の材質は、基本的に、如何なるものでも良い。上記金属−セラミックス複合材料以外にも、例えばアルミニウムなどの金属単体、或いはアルミニウム合金、若しくは他の低熱膨張合金などから構成される。どのような材料を用いるかは、静電チャックの使用温度を考慮して選択される。しかしながら、最も好ましくは、ＭＭＣである。
【００２５】
尚、基台１の表面は、必要に応じて、アルミナや炭化ケイ素などのブラスト材料を用いて均一に粗面化処理（ブラスト処理）される。そして、必要に応じて、洗浄後、更に、基台１の上に形成される絶縁層との密着性を高める為、アンダーコート層が形成される。具体的には、Ｎｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｍｏ等の金属単体あるいはこれら金属の合金からなる金属薄膜がアーク溶射法またはプラズマ溶射法を用いて形成される。
【００２６】
基台１の表面（アンダーコート層表面）には下部絶縁層２が設けられる。本発明にあっては、下部絶縁層２は複数層から構成されている。すなわち、下部絶縁層２は、基台１側の第１の絶縁層２ａと、電極層３側の第２の絶縁層２ｂとを持っている。
【００２７】
先ず、基台１の表面（アンダーコート層表面）に所定の絶縁材料、例えばアルミナがプラズマ溶射される。これにより、例えば４００μｍ厚さの第１の絶縁層（アルミナ層）２ａが基台１上に設けられる。
【００２８】
この後、第１の絶縁層２ａに対してエチルシリケート樹脂を刷毛塗りし、封孔処理が行われる。尚、この封孔処理は大気下で行われた。
【００２９】
封孔処理後、上記ブラスト処理と同様なブラスト処理（粗面化処理）を行い、封孔処理が行われた第１の絶縁層２ａの表面を粗面化する。
【００３０】
そして、ブラスト処理後、ローカイド（ＲＯＫＩＤＥ）プロセスのセラミック溶射法またはプラズマ溶射法によって、第２の絶縁層２ｂが第１の絶縁層２ａ表面に密接して設けられる。尚、第２の絶縁層２ｂの絶縁材料は如何なるものでも良いが、第１の絶縁層２ａとの密着力を鑑みると、同質系統のものが良い。本実施の形態では、第１の絶縁層２ａがアルミナ層であるから、第２の絶縁層２ｂも同じアルミナ層であり、プラズマ溶射法で形成した。但し、その厚さは、例えば５０μｍである。
【００３１】
下部絶縁層２（封孔処理された第１の絶縁層２ａ−封孔処理されていない第２の絶縁層２ｂ）が構成された後、第２の絶縁層２ｂ上に電極層３が設けられる。この電極層３の構成手法としては如何なる手法をも採用できる。本実施形態では、電極層３は、例えばプラズマ溶射法により設けられた厚さが５０μｍの金属（Ｎｉ）層である。
【００３２】
電極層３が設けられた後、電極層３を被覆する如く、上部絶縁層４が設けられる。この上部絶縁層４の構成手法としては如何なる手法をも採用できる。本実施形態では、上部絶縁層４は、例えばプラズマ溶射法により設けられた厚さが５００μｍのＡｌ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２層である。
そして、最後に、上部絶縁層４の表面に封孔処理、研削加工、ラッピング加工を順に必要に応じて施す。
【００３３】
上記のようにして得られた静電チャックの耐電圧特性および電極層３の密着性を調べたので、その結果を表−１に示す。

＊耐電圧特性は、静電チャック表面にＳｉウェハを吸着させて測定した。
＊電極層の密着性はＪＩＳ Ｈ８６６６に準じて測定された。
＊Ｎｏ１の静電チャックは、上記実施形態のものである。
＊Ｎｏ２の静電チャックは、下部絶縁層として封孔処理された第１の絶縁層２ａを有するのみのものである。
＊Ｎｏ３の静電チャックは、下部絶縁層として封孔処理されていない第１の絶縁層２ａを有するのみのものである。
【００３４】
これによれば、本発明になる静電チャックは、下部絶縁層２における第１の絶縁層２ａが封孔処理されたものであるから、下部絶縁層２と基台１との間ではリーク電流が少なく、耐電圧特性に優れていることが判る。かつ、封孔処理した第１の絶縁層２ａと電極層３との間には、封孔処理してない第２の絶縁層２ｂが介在していることから、電極層３は剥離し難く、耐久性に富み、信頼性に優れたものであることが判る。尚、この密着力は約２ＭＰａ程度あれば問題ないものであった。
【００３５】
これに反して、下部絶縁層として封孔処理された絶縁層を持たないＮｏ３の静電チャックは、電極層は強固に密着されているものの、下部絶縁層と基台との間でリーク電流が多く、耐電圧特性に劣っている。
【００３６】
又、下部絶縁層として封孔処理されていない絶縁層を持たないＮｏ２の静電チャックは、電極層が簡単に剥離してしまい、信頼性に劣るものであった。
【００３７】
【発明の効果】
下部絶縁層と基台との間でのリーク電流が少なく、耐電圧特性に優れていると共に、電極層が剥離し難く、耐久性に富み、信頼性に優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる静電チャックの実施形態の概略図
【符号の説明】
１ 基台
２ 下部絶縁層
２ａ 第１の絶縁層
２ｂ 第２の絶縁層
３ 電極層
４ 上部絶縁層
５ 給電ピン

Claims (3)

1. 基台と、この基台の表面上に設けられた下部溶射絶縁層と、この下部溶射絶縁層上に密着して設けられた電極層と、この電極層上に設けられた上部絶縁層とを具備する静電チャックにおいて、
   前記下部溶射絶縁層は、前記基台側に位置する第１の絶縁層と、該第１の絶縁層の上に密接して設けられ、前記電極層側に位置する第２の絶縁層とを有し、
   前記第１の絶縁層は封孔処理されているものの、前記第２の絶縁層は封孔処理されていないことを特徴とする静電チャック。
2. 基台と、この基台の表面上に溶射により設けられた第１の絶縁層と、この第１の絶縁層の上に溶射により密接して設けられた第２の絶縁層と、この第２の絶縁層上に密着して設けられた電極層と、この電極層上に設けられた上部絶縁層とを具備する静電チャックの製造方法であって、
   前記基台上に前記第１の絶縁層を形成する第１の絶縁層形成工程と、
   前記第１の絶縁層に封孔処理を行う第１の絶縁層封孔処理工程と、
   前記第１の絶縁層封孔処理工程の後、前記第１の絶縁層上に前記第２の絶縁層を形成する第２の絶縁層形成工程と、
   前記第２の絶縁層形成工程の後、封孔処理されていない前記第２の絶縁層上に前記電極層を形成する電極層形成工程と、
   前記電極層上に前記上部絶縁層を形成する上部絶縁層形成工程と
   を具備することを特徴とする静電チャックの製造方法。
3. 前記第２の絶縁層および前記電極層は溶射手段により形成されることを特徴とする請求項２の静電チャックの製造方法。

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