静電チャックおよびその製造方法。
【課題】
給電端子付近での電極および誘電層におけるクラック発生がない静電チャックの給電端子形成方法を提供する。
【解決手段】
金属層からなる電極が板状の絶縁材料の中に埋設され、その一表面は吸着面であり、その裏面には前記電極に達する端子を挿入するための端子孔が形成されており、前記端子孔には前記電極に接する給電端子Ａと、給電端子Ａと空間部を設けて位置する給電端子Ｂが配置されており、給電端子ＡおよびＢの外周面を一体の導電性ペーストで囲繞し端子孔との間を満たしており、給電端子Ｂの給電端子Ａと対向しない側の面の面積が、給電端子Ａの給電端子Ｂに対向した側の面積よりも大きい静電チャック。
給電端子付近での電極および誘電層におけるクラック発生がない静電チャックの給電端子形成方法を提供する。
【解決手段】
金属層からなる電極が板状の絶縁材料の中に埋設され、その一表面は吸着面であり、その裏面には前記電極に達する端子を挿入するための端子孔が形成されており、前記端子孔には前記電極に接する給電端子Ａと、給電端子Ａと空間部を設けて位置する給電端子Ｂが配置されており、給電端子ＡおよびＢの外周面を一体の導電性ペーストで囲繞し端子孔との間を満たしており、給電端子Ｂの給電端子Ａと対向しない側の面の面積が、給電端子Ａの給電端子Ｂに対向した側の面積よりも大きい静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体製造装置において各種電気絶縁性基板を静電吸着する用途に用いられる静電チャックとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置用のパターニング用マスクやＬＥＤなどの絶縁材料を加工するプロセスにおいて、これら絶縁材料を固定する方法として、例えば、静電チャックの吸着面上に対して、不均一な電界を形成させることにより発生するグラディエント(Ｇｒａｄｉｅｎｔ)力を利用する方法がある。
【０００３】
この静電チャックの基本的な構造は、土台となる基材部と、その上に吸着力を発生させる電極と、さらにその上に吸着物を保持する誘電体層とからなる。このうち、電極に電流を印加するため、基材部に孔を開け、給電用の金属等の端子を挿入して、電極に印加する給電端子部の構造として、いくつかの方法がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、内部電極が埋設されているセラミック部品において、熱サイクルに曝露される環境下でも、給電端子の脱落や内部電極との導通不良が発生しないセラミック部品用の給電端子の接合構造として、給電端子が表面にニッケル被覆膜を備えたモリブデンまたはタングステンからなり、かつ、給電端子が内部電極に対してロウ付けにより接合されているという技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層にひび割れが発生し難い静電チャックの給電構造として、金属基盤の上下面間を貫通する貫通孔と、この貫通孔内に配設され金属基盤の下面側から供給された電圧を上面側に積層された電極層に供給する給電端子と、電気絶縁性材料で形成され上記貫通孔の内壁と給電端子との間を絶縁すると共に、上記給電端子を保持する絶縁保持部材と、から構成され、この給電端子が、金属基盤の上面側に突出する給電側端部を有し、この給電側端部の先端が上記電極層と下部絶縁層との界面より電極層側で上記電極層と表面絶縁誘電層との界面以下に位置する、という技術が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、表裏を有する板状ガラスの内部に金属層が埋設され、金属層が電極であり、金属層からガラス表面までの距離が短い側が誘電層、金属層からガラス表面までの距離が長い側が基材層であり、誘電層の厚さが４０μｍ以上３００μｍ以下であるガラス製静電チャックにおいて、少なくとも誘電層がシリカガラスからなる基材に加工した給電端子用穴内に、導電ペーストを用いて、金属層に導線を固定するという給電方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１９４８０号公報
【特許文献２】ＷＯ２００８／０３５３９５号公報
【特許文献３】特開２００９−３２７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の技術は、電極と端子の接合にロウ付けを用いているが、この方法では、ロウ付け時８００℃から１０００℃に加熱、その後冷却するので、異なる基材の熱膨張係数の差で基材内部に応力が残留し、電極と端子の接合部付近にクラックが発生するという不具合があった。
【０００９】
特許文献２の技術は、給電端子の給電側端部を、先端に所定の面積を持つ頂面を有すると共に、先端に向かって漸次縮径する突起状に形成することで、下部絶縁層にかかる応力の分散が可能になる。そのため、給電構造の熱勾配による熱負荷や、熱サイクルによる熱負荷による表面絶縁誘電層、電極層及び下部絶縁層でのひび割れが抑制できる。よって、静電チャックの温度特性の局部的劣化やパーティクルの発生等の問題を、可及的に回避できる点が特徴であるといえる。しかしながら、特許文献２では、溶射という方法を用いているので、製造の難易度が高く、また製造コストも増加するという問題があった。
【００１０】
特許文献３の技術は、石英製の静電チャックにおける電極と給電端子の接合方法として、導電ペーストを用いて金属層に導線を固定するものである。しかしこの方法では、給電端子用の孔を開けた基材層に電極と誘電層を形成したのち、誘電層を所定の厚さである４０μｍまで研削する工程において、電極が孔に面している箇所に局所的に応力が集中し、クラックが発生するという問題があった。これは、誘電層が薄いことにより起こる問題である。
【００１１】
吸着力向上の要求に伴い、静電チャックの誘電層の厚さは、さらに薄くすることが求められている。しかし、特にシリカガラスのような非常に脆い材料の静電チャックにおいて、誘電層を薄くした静電チャックを製造することが、従来は困難であった。
【００１２】
本発明は、かかる課題を鑑みてなされたもので、特に誘電層の厚さが薄い静電チャックにおいて、静電チャックの給電端子付近の電極や誘電層において、応力や負荷が軽減されてクラックの発生が抑えられた、高品質の静電チャックとその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る静電チャックは、金属層からなる電極が板状の絶縁材料の中に埋設された静電チャックであって、一表面は吸着面であり、その裏面には前記電極に達する端子を挿入するための端子孔が形成されており、前記端子孔には前記電極に接する給電端子Ａと、前記給電端子Ａと空間部を設けて位置する給電端子Ｂが配置されており、給電端子Ａおよび給電端子Ｂの外周面を一体の導電性ペーストで囲繞し前記端子孔との間を満たしており、給電端子Ｂの給電端子Ａと対向しない側の面の面積が、給電端子Ａの給電端子Ｂに対向した側の面積よりも大きいことを特徴とする。このような構成をとることで、誘電層の厚さが薄い静電チャックにおいて、給電端子とその付近の誘電層にかかる応力や負荷を低減することが可能となる。
【００１４】
また、本発明に係る静電チャックは、前記吸着面に対して鉛直方向における前記空間部の間隔は、１０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。このような構成をとることで、誘電層の厚さが薄い静電チャックにおいて給電端子とその付近の誘電層にかかる応力や負荷に対する強度を、より効果的に高めることが可能となる。
【００１５】
本発明に係る静電チャックは、前記誘電層および前記基材層が、いずれもシリカガラスからなることが好ましい。このような構成をとることで、特に半導体製造装置に好適に用いることが可能なシリカガラスを適用する場合においても、誘電層の厚さが薄い静電チャックの製造時において、給電端子付近の誘電層にかかる応力や負荷を低減することが可能となる。
【００１６】
そして、本発明に係る静電チャックの製造方法は、誘電層を形成する板状の絶縁材料の一面または基材部を形成する他の板状の絶縁材料の一面のいずれかに金属材料による電極パターンを形成して誘電層を作製する工程と、前記他の板状の絶縁材料に対して端子孔を形成して前記基材部を作製する工程と、前記誘電層と前記基材部を貼り合わせて静電チャック本体を作製する工程と、前記静電チャック本体の前記端子孔に導電性ペーストと給電端子を挿入し前記給電端子を固定する工程と、からなることを特徴とする。このような構成をとることで、特に半導体製造装置に好適に用いることができるシリカガラスからなる静電チャックを、効率よく製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、誘電層の厚さが薄い静電チャック、好適にはシリカガラスからなる誘電層の厚さが１０μｍから２００μｍの静電チャックにおいて、給電端子とその付近の誘電層にかかる応力や負荷を低減できる、静電チャックとその製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面をもとに本発明の詳細な内容を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る、静電チャックの給電端子部とその周辺の形状を断面方向から示す概念図である。なお、図１は、本発明の各構成要件を説明する為の概念図であるので、実際の静電チャックにおける寸法比とは異なる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る、静電チャックの給電端子部とその周辺の形状を断面からみた概念図。
【図２】本発明の一実施形態に係る、静電チャックの給電端子部にかかる応力が基材部に伝播される状態を模式的に示した概念図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る、静電チャックの給電端子部とその周辺の形状を断面からみた概念図。
【図４】本発明の一実施形態に係る、静電チャックの電極パターンを上面からみた概念図。
【００２０】
本発明に係る静電チャックは、金属層からなる電極３が板状の絶縁材料の中に埋設された静電チャックであって、一表面は吸着面２１であり、その裏面２２には前記電極３に達する端子を挿入するための端子孔４が形成されており、端子孔４には電極３に接する給電端子Ａ（図１では５１）と、給電端子Ａと空間部７を設けて位置する給電端子Ｂ（図１では５２）が配置されており、給電端子Ａおよび給電端子Ｂの外周面を一体の導電性ペースト６で囲繞して端子孔４との間を満たしており、給電端子Ｂの給電端子Ａと対向しない側の面の面積が、給電端子Ａの給電端子Ｂに対向した側の面積よりも大きい。
【００２１】
本発明に係る静電チャックを、図１に示すように断面から見ると、静電チャック本体１が、絶縁材料からなる誘電層１１と、この誘電層を支持するために設けられ絶縁材料からなる基材層１２とから構成されている。ここで、誘電層側の主面が吸着面２１、基材層側の主面が裏面２２である。そして、誘電層１１と基材層１２の間に形成され、電気を印加することで吸着面に吸引力を発生させる金属層の電極３が埋設されている。また、電極３に電気を供給する給電端子５と、この給電端子５を挿入するために基材部１２に設けられた端子孔４が形成されている。
【００２２】
誘電層１１は、絶縁材料から構成され、静電チャックに用いることのできる各種公知の材料が適用できる。例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、シリカガラスなどが挙げられる。使用環境等の要因で、高純度部材であることを要求される場合は、高純度のシリカガラスが好適に用いられる。
【００２３】
基材層１２は、同じく絶縁材料から構成され、静電チャックに用いることのできる各種公知の材料が適用できる。例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素が挙げられ、好適には、高純度のシリカガラスが用いられる。また、通常は、基材層１２と誘電層１１には同じ材料を適用するが、異なる材料であっても差し支えない。特にシリカガラスを適用する場合は、各種添加物を適量添加してその物性を変化させ、誘電層１１と基材層１２のそれぞれの部位で要求される物性に応じた材料にしてもよい。
【００２４】
電極３は、静電チャックに対して、吸着力としてクーロン力、ジョンソン・ラーベック力、もしくはグラディエント力を発生させるために形成されている。電極３は、吸着面２１に対して所定の幅と、吸着面２１の深さ方向に対して所定の厚さを有した帯状または箔状の金属材料からなる。そして、この電極３同士が平面方向に対して一定の間隔で配置された各種パターン形状となっており、広い面積で吸着物を強力に吸着保持できる。この電極３の幅、厚さ、間隔は、要求される静電チャックの仕様に応じて、適時設計することができる。なお、誘電層１１の厚さとは、この電極３のパターン全体を包含する平面を仮想し、この平面の吸着面側の面から吸着面２１までの平均間隔を示す。平均間隔は特に限定されないが、一例として、中心部と外周１０ｍｍ内側４点からなる面内５点の平均値で示すことが出来る。
【００２５】
電極３の材料には、静電チャックに適用が可能な公知の材料が用いられる。一例としてＮｉ、Ｍｏ、Ｗ、ＰｔおよびＴｉのうちの、いずれか一つからなる単一層、または、これらのうちの２種以上の合金からなる単一層があるが、さらには、２種以上の金属からなる多層構造でもよい。
【００２６】
基材層１２には、電極３に達する給電端子５を挿入する端子孔４が形成されている。端子孔４は、裏面２２から電極３の一表面まで開口した状態のものであるが、ここで、開口するとは、基材層１２の裏面側に孔が空けられ、基材層１２の厚さ方向にほぼ垂直に開口部が形成されていることを示すものとする。端子孔４の形状は、後述する給電端子５の外形状にほぼ準じた内面形状を有している。また、やはり後述する導電ペースト６が、端子孔４の内面と給電端子５の外表面に満たされて、端子孔４と給電端子５が接着，固定された状態となっている。
【００２７】
そして、端子孔４は、電極３と接する側と裏面２２側とで吸着面２１方向に対する断面積が異なるように設計された端子孔４１と端子孔４２とからなる。このとき、端子孔４１は、平面方向に対して電極３の一表面で完全に覆われている、すなわち端子孔４１の開口面積が、電極３との接触面積より小さいことが好ましい。端子孔４１の開口面積が電極３の接触面積より大きいと、あらかじめ空けられた端子孔４１と電極３とを圧着する際に、電極３の一部が剥離し、電極３と給電端子Ａとの電気的導通が取れなくなるおそれがあるので、好ましくない。
【００２８】
ここで、端子孔４を吸着面２１の平面方向からみた形状は、加工のしやすさから、円形状が好適に用いられる。しかしながら、必ずしもいわゆる完全な円である必要はなく、例えば、楕円形状、もしくは角の取れた多角形でもよい。
【００２９】
この端子孔４には、電極３に電気を供給する給電端子５が配置されており、その給電端子５は、給電端子Ａ（図１では５１）と空間部７を設けて位置する給電端子Ｂ（図１では５２）から構成されている。そして、この給電端子５の外表面を一体の導電性ペースト６で囲繞し端子孔４との間を満たしている。このような構造をとることで、電極３の一表面と給電端子Ａの一端面が接し、導電ペースト６と給電端子Ｂを介して、給電用導線８から電極３に電流が印加される。
【００３０】
給電端子５の材料は、静電チャックに適用が可能な公知の材料が用いられ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、ＰｔおよびＴｉのうちの、いずれか一つ、または、これらのうちの２種以上の合金、さらには、２種以上の金属からなる複合構造でもよい。なお、給電端子Ａと給電端子Ｂは、同じ材料である必要はなく、異なる材料であってもよい。
【００３１】
さらに、給電端子Ａと給電端子Ｂとの間には、空間部７が形成されている。すなわち、給電端子Ａと給電端子Ｂの対向する端面とほぼ同じ形状、面積を有するとともに、吸着面２１に対して鉛直方向においてほぼ一定の間隔をもった空間部７が形成されている。これは、給電端子Ａと給電端子Ｂを一旦接した状態からわずかに離して、いわゆるギャップ、隙間が形成された、というイメージに近いものといえる。
【００３２】
本発明におけるこの空間部７は、給電端子Ｂから吸着面２１に対して鉛直方向に加えられた負荷が、給電端子Ａへ伝播するのを防止する作用を有する。図２はその応力の伝播する様子を模式的に示した概念図である。図２に示すように、給電端子Ｂから吸着面２１に対して鉛直方向に加えられた負荷１０１は、給電端子Ａと給電端子Ｂが離れているので、給電端子Ａには伝播しない。この負荷１０１により給電端子Ｂ内に発生する応力１０２は、基材部１２にのみ伝播する。また、給電端子Ｂが押し上げられて若干上方に移動したとしても、この空間部７の存在により、給電端子Ｂと給電端子Ａとが接触せず、応力１０２はやはり給電端子Ａには伝播しない。
【００３３】
そして、端子孔４と給電端子５との隙間には、導電性ペースト６が充填されている。導電性ペースト６は、給電端子５と電極３の間における通電の確保と、給電端子５と基材部１２とを固定する機能をもつ。なお、給電端子Ａと給電端子Ｂ間の通電も、導電ペースト６で確保されているので、給電端子Ａと給電端子Ｂが直接接していなくても、この点で特に問題はない。
【００３４】
導電性ペースト６には、例えば、樹脂に金属等の導電性材料を混合したものが挙げられるが、格別限定されるわけではなく、公知の材料を広く適用できる。
【００３５】
給電端子Ａと給電端子Ｂは、給電端子Ｂの給電端子Ａと対向しない側の面の面積が、給電端子Ａの給電端子Ｂに対向した側の面積よりも大きい。これにより、給電端子Ｂにかかる負荷による応力を、給電端子Ａにではなく基材層１２へ伝播させることができる。
【００３６】
図２において、吸着面２１に対して鉛直方向の力１０１が、給電端子Ｂに加えられると、給電端子Ｂ内を応力１０２が伝播し、端子孔４１と端子孔４２の吸着面の平面方向における境界面１０３において、給電端子Ｂが押し上げられて、基材層１２の端子孔４１より広い箇所と接するので、応力１０２は基材層１２へのみ伝播される。すなわち、給電端子Ｂの給電端子Ａと対向しない側の面の面積が、給電端子Ａの給電端子Ｂに対向した側の面積よりも大きいという構成は、面積の大小関係を規定することで、このように応力が伝播する状態を作り出すものである。
【００３７】
これにより、給電端子Ａにかかる負荷が原因で発生していた、電極３の破損、さらには電極３から伝播される応力による誘電層１１への亀裂発生が回避される。特に、誘電層１１が非常に薄い場合は、電極３と誘電層１１との界面に発生する応力の影響が非常に大きいので、本発明により、この応力の発生を極めて効果的に抑制できる。
【００３８】
なお、給電端子Ａと給電端子Ｂの端面の面積の比を、図１で示す５１ａ：５２ａでみたとき、１：５〜１：２２５の範囲が好ましく、１：５〜１：１５０がさらに好ましい。この比が小さすぎると、給電端子Ｂと基材層１２との接触面積が少なくなり、この部位における単位面積当たりの応力が高くなり、過大な負荷が印加されたとき基材部１２に損傷が発生する懸念がある。しかし、この比が大きすぎると、本発明の効果にほとんど寄与しない一方で、コスト高や静電チャックの設計自由度の制限が厳しくなる、あるいは設計難易度が上がることが懸念されるので、こちらも好ましくない。
【００３９】
本発明に係る端子孔４と給電端子５の形態は、その一態様として図１に示すような、断面形状が１つの段差からなる形状を例示したが、特にその形状は限定されない。例えば、図３（１）に示すような多段形状、図３（２）に示すような連続した曲面で形成された形状、図３（３）に示すような直線形状でもよい。また、給電端子Ａの断面形状も、特に限定されるものではなく、例えば、図３（４）に示すような、給電端子Ａの上下の端面の面積が異なっていてもよい。もちろん、給電端子Ａの断面形状が給電端子Ｂの他の例で明示したような、曲線形状であってもよい。
【００４０】
なお、給電端子Ｂには、空間部７と裏面２２側が開空間になるように、貫通孔９を設けることもできる。この貫通孔９は、電極３付近に残る隙間に溜っているガスを静電チャック１の外部に逃がす役割をもつ。ガスが溜ると、特に真空下で静電チャックを使用した場合において、静電チャック１の外部との圧力差が発生して、滞留ガスが膨張して基材層１２への亀裂発生や電極３の剥離の原因になるので、好ましいものではない。
【００４１】
また、本発明に係る静電チャックにおいて、前記吸着面２１に対して鉛直方向における前記空間部７の間隔は、１０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。１０μｍ未満では、導電ペースト６が介在して応力が伝播される影響が懸念されるほどに間隔が狭く、必ずしも好ましいものとはいえない。しかし、１０００μｍを越えると、本発明の効果には影響ない一方で、空間部７の側壁に塗布した導電性ペースト６を介して給電端子Ａと給電端子Ｂとの電気的導通が損なわれるおそれがあり、これも好ましくない。
【００４２】
また、本発明に係る静電チャックは、前記誘電層１１および前記基材層１２が、いずれもシリカガラスからなることが好ましい。シリカガラスは高純度のものが作製でき、加工性にも優れているので、特に半導体製造装置への適用により好適である。あるいは、使用目的に応じて、シリカガラスに各種金属元素を適時添加したものを用いてもよい。
【００４３】
本発明に係る静電チャックの製造方法の一形態は、誘電層を形成する板状の絶縁材料の一面または基材部を形成する他の板状の絶縁材料の一面のいずれかに金属材料による電極パターンを形成して誘電層を作製する工程と、前記他の板状の絶縁材料に対して端子孔を形成して前記基材部を作製する工程と、前記誘電層と前記基材部を貼り合わせて静電チャック本体を作製する工程と、前記静電チャック本体の前記端子孔に導電性ペーストと給電端子を挿入し前記給電端子を固定する工程と、からなる。なお、これらの各工程は、格別特殊な方法を必要とするものではなく、使用する材料や使用目的に応じて、広く公知の方法が適用できる。
【００４４】
以上のとおり、本発明に係る静電チャックは、給電端子とその付近の誘電層にかかる応力や負荷が軽減されることで、誘電層から基材層へ伝わる負荷を抑えることができる。これにより、基材層のクラック発生も低減される。また、特に誘電層の厚さが薄い場合において、クラックや亀裂の発生が抑制された静電チャックを提供することが可能となる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図１を用いて説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。
（実験１）
【００４６】
誘電層１１として、直径１５０ｍｍ、平均厚さ５ｍｍのシリカガラス板を用意し、この上面の直径１４８ｍｍの範囲に対して、Ｍｏ金属膜を用い、円形状のくし型パターンの双極型の電極３を真空蒸着法により形成した。電極３のパターンを上面から見た図を図４に示す。電極３の膜厚は、平均で０．３μｍ、電極３の幅は平均で２ｍｍ、電極３間の間隔は平均で０．５ｍｍである。次に、基材層１２として、直径１５０ｍｍ、平均厚さ５ｍｍのシリカガラス板を用意した。電極パターンの最外部の電極部に相当する２箇所に、真円の端子孔４を形成した。そして、裏面２２に直径５．１ｍｍの端子孔４２と、裏面２２から鉛直方向４ｍｍの位置において、直径１．１ｍｍの端子孔４１からなる端子孔４のサンプル（実施例１）と、裏面２２側から鉛直方向の全域において、直径５．１ｍｍの端子孔４のみからなるサンプル（比較例１）を、それぞれ作製した。
【００４７】
次に、電極パターンを形成した誘電層１１と基材層１２を重ね合わせ、１０Ｐａの減圧下で、１３００℃、２０ＭＰａの加圧融着を実施し、一体化させることで電極が埋設された静電チャックの母体を得た。そして、この静電チャックの母体の誘電層１１の平均厚さが１５０μｍになるように研削、研磨を行った。そして、端子孔４の形状に合わせて加工された直径１ｍｍ、長さ０．９５ｍｍのＭｏ製の円柱状の給電端子Ａと、中心に直径１ｍｍの貫通孔を付した直径５ｍｍ、長さ５ｍｍのＭｏ製の給電端子Ｂをそれぞれ準備し、端子孔４の内壁面と端子孔４に露出した電極３の一面に対して、ドータイト D-753（藤倉化成）の導電ペーストを塗布してから、空間部７の間隔が１０μｍとなるように、給電端子Ａと給電端子Ｂを続けて挿入し、固定した。このようにして実施例１の静電チャックを得た。また、中心に直径１ｍｍの貫通孔を付した端子孔の形状に合わせて加工された直径５ｍｍ、長さ６ｍｍのＭｏ製の円柱状の給電端子を準備し、これ以外の条件、方法は実施例１と同じにして、比較例１の静電チャックを得た。
【００４８】
評価方法は、裏面２２からはみ出した各サンプルの給電端子Ｂに対して、裏面２２の鉛直方向に０．５３ｋｇ／ｍｍ２の負荷を印加した。具体的には、給電端子Ｂに板を介して１０ｋｇの重しを載せた。その後、各サンプルの給電端子５とその近辺（約５ｍｍ径の範囲）について、暗視野スポット灯下にて、上面、および下面から目視で観察し、誘電層１１または基材層１２へのクラック発生の有無、および電極３への亀裂発生の有無を確認した。
【００４９】
評価の結果、実施例１では、誘電層、基材層へのクラック発生、亀裂発生のいずれも見られなかったが、比較例１では、クラック発生、亀裂発生の両方が確認された。
（実験２）
【００５０】
実施例１と同様にして誘電層１１を作製した。次に、基材層１２として、実施例１と同様のものを準備し、裏面２２から鉛直方向４ｍｍの位置において、直径１．１ｍｍの端子孔４１からなる端子孔４と直径１ｍｍの給電端子Ａという条件は固定し、裏面２２に位置する端子孔４２と、給電端子Ｂの直径を数種類振ったサンプルを作製した。その内容を表１に示す。なお、表１に示した条件以外の製造条件、および評価方法は、すべて実施例１に準拠した。
【００５１】
【表１】
【００５２】
表１の結果から、本発明の実施範囲においては、一部を除いて、誘電層、基材層へのクラック発生、電極への亀裂発生のいずれも見られず、実施例１と同等の結果が得られた。しかしながら、給電端子の端面の面積比１：５を外れた場合、すなわち１：２の場合は、実施例１に比べると、軽微ながら誘電層へのクラック発生が確認された。また、面積比１：２２５を外れた場合、すなわち１：３００と１：５００のものは、誘電層、基材層へのクラック発生、電極への亀裂発生のいずれも見られなかったものの、電極の設計が困難である点が懸念された。従って、本発明のより好ましい実施範囲のものに比べると、これらはやや見劣りするものであった。
（実験３）
【００５３】
実施例１のサンプルの作製条件を用いて、給電端子Ａの長さを変更することで、空間部７の間隔を表２の内容で変更したサンプルを作製し、実験１と同様にして、静電チャックの製造と評価を行った。
【００５４】
【表２】
【００５５】
表２の結果から、本発明の好ましい実施範囲では、実施例１と同等の結果が得られた。しかしながら、空間部７の間隔が１０μｍを下回るもの、すなわち５μｍのものでは、電極３に程度の軽い亀裂がみられた。また、空間部７の間隔が１０００μｍを超えるもの、すなわち２０００μｍのものでは、空間の側壁に塗布した導電性ペーストを介して給電端子Ａと給電端子Ｂとの電気的導通を損なうおそれがあった。これらは、本発明のより好ましい実施範囲と比較すると、やや見劣りするものであった。
【００５６】
以上、本発明にかかる静電チャックにおいては、特に誘電層の厚さが薄い静電チャックにおいて、給電端子とその付近の誘電層にかかる応力や負荷を効率的に分散させることでき、薄い誘電層を安定して得られる静電チャックとその製造方法を提供することが可能なる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る静電チャックは、例えば半導体製造装置において、各種電気絶縁性基板を静電吸着する用途に好適に用いられる。また、本発明に係る静電チャックの給電端子部の構造は、絶縁物の内部に電気を供給するための給電部を設ける構造のもの、例えばヒーター、センサーなどにも、好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５８】
1…静電チャック本体、11…誘電層、12…基材層、21…吸着面、22…裏面、3…電極、4…端子孔、41…端子孔１、42…端子孔２、5…給電端子、51…給電端子Ａ、52…給電端子Ｂ、51a…給電端子Ａの給電端子Ｂと対向した側の端面部、52a…給電端子Ｂの給電端子Ａと対向しない側の端面部、6…導電性ペースト、7…空間部、8…給電用導線、9…貫通孔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体製造装置において各種電気絶縁性基板を静電吸着する用途に用いられる静電チャックとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置用のパターニング用マスクやＬＥＤなどの絶縁材料を加工するプロセスにおいて、これら絶縁材料を固定する方法として、例えば、静電チャックの吸着面上に対して、不均一な電界を形成させることにより発生するグラディエント(Ｇｒａｄｉｅｎｔ)力を利用する方法がある。
【０００３】
この静電チャックの基本的な構造は、土台となる基材部と、その上に吸着力を発生させる電極と、さらにその上に吸着物を保持する誘電体層とからなる。このうち、電極に電流を印加するため、基材部に孔を開け、給電用の金属等の端子を挿入して、電極に印加する給電端子部の構造として、いくつかの方法がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、内部電極が埋設されているセラミック部品において、熱サイクルに曝露される環境下でも、給電端子の脱落や内部電極との導通不良が発生しないセラミック部品用の給電端子の接合構造として、給電端子が表面にニッケル被覆膜を備えたモリブデンまたはタングステンからなり、かつ、給電端子が内部電極に対してロウ付けにより接合されているという技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、下部絶縁層、電極層及び表面絶縁誘電層にひび割れが発生し難い静電チャックの給電構造として、金属基盤の上下面間を貫通する貫通孔と、この貫通孔内に配設され金属基盤の下面側から供給された電圧を上面側に積層された電極層に供給する給電端子と、電気絶縁性材料で形成され上記貫通孔の内壁と給電端子との間を絶縁すると共に、上記給電端子を保持する絶縁保持部材と、から構成され、この給電端子が、金属基盤の上面側に突出する給電側端部を有し、この給電側端部の先端が上記電極層と下部絶縁層との界面より電極層側で上記電極層と表面絶縁誘電層との界面以下に位置する、という技術が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、表裏を有する板状ガラスの内部に金属層が埋設され、金属層が電極であり、金属層からガラス表面までの距離が短い側が誘電層、金属層からガラス表面までの距離が長い側が基材層であり、誘電層の厚さが４０μｍ以上３００μｍ以下であるガラス製静電チャックにおいて、少なくとも誘電層がシリカガラスからなる基材に加工した給電端子用穴内に、導電ペーストを用いて、金属層に導線を固定するという給電方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１９４８０号公報
【特許文献２】ＷＯ２００８／０３５３９５号公報
【特許文献３】特開２００９−３２７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の技術は、電極と端子の接合にロウ付けを用いているが、この方法では、ロウ付け時８００℃から１０００℃に加熱、その後冷却するので、異なる基材の熱膨張係数の差で基材内部に応力が残留し、電極と端子の接合部付近にクラックが発生するという不具合があった。
【０００９】
特許文献２の技術は、給電端子の給電側端部を、先端に所定の面積を持つ頂面を有すると共に、先端に向かって漸次縮径する突起状に形成することで、下部絶縁層にかかる応力の分散が可能になる。そのため、給電構造の熱勾配による熱負荷や、熱サイクルによる熱負荷による表面絶縁誘電層、電極層及び下部絶縁層でのひび割れが抑制できる。よって、静電チャックの温度特性の局部的劣化やパーティクルの発生等の問題を、可及的に回避できる点が特徴であるといえる。しかしながら、特許文献２では、溶射という方法を用いているので、製造の難易度が高く、また製造コストも増加するという問題があった。
【００１０】
特許文献３の技術は、石英製の静電チャックにおける電極と給電端子の接合方法として、導電ペーストを用いて金属層に導線を固定するものである。しかしこの方法では、給電端子用の孔を開けた基材層に電極と誘電層を形成したのち、誘電層を所定の厚さである４０μｍまで研削する工程において、電極が孔に面している箇所に局所的に応力が集中し、クラックが発生するという問題があった。これは、誘電層が薄いことにより起こる問題である。
【００１１】
吸着力向上の要求に伴い、静電チャックの誘電層の厚さは、さらに薄くすることが求められている。しかし、特にシリカガラスのような非常に脆い材料の静電チャックにおいて、誘電層を薄くした静電チャックを製造することが、従来は困難であった。
【００１２】
本発明は、かかる課題を鑑みてなされたもので、特に誘電層の厚さが薄い静電チャックにおいて、静電チャックの給電端子付近の電極や誘電層において、応力や負荷が軽減されてクラックの発生が抑えられた、高品質の静電チャックとその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る静電チャックは、金属層からなる電極が板状の絶縁材料の中に埋設された静電チャックであって、一表面は吸着面であり、その裏面には前記電極に達する端子を挿入するための端子孔が形成されており、前記端子孔には前記電極に接する給電端子Ａと、前記給電端子Ａと空間部を設けて位置する給電端子Ｂが配置されており、給電端子Ａおよび給電端子Ｂの外周面を一体の導電性ペーストで囲繞し前記端子孔との間を満たしており、給電端子Ｂの給電端子Ａと対向しない側の面の面積が、給電端子Ａの給電端子Ｂに対向した側の面積よりも大きいことを特徴とする。このような構成をとることで、誘電層の厚さが薄い静電チャックにおいて、給電端子とその付近の誘電層にかかる応力や負荷を低減することが可能となる。
【００１４】
また、本発明に係る静電チャックは、前記吸着面に対して鉛直方向における前記空間部の間隔は、１０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。このような構成をとることで、誘電層の厚さが薄い静電チャックにおいて給電端子とその付近の誘電層にかかる応力や負荷に対する強度を、より効果的に高めることが可能となる。
【００１５】
本発明に係る静電チャックは、前記誘電層および前記基材層が、いずれもシリカガラスからなることが好ましい。このような構成をとることで、特に半導体製造装置に好適に用いることが可能なシリカガラスを適用する場合においても、誘電層の厚さが薄い静電チャックの製造時において、給電端子付近の誘電層にかかる応力や負荷を低減することが可能となる。
【００１６】
そして、本発明に係る静電チャックの製造方法は、誘電層を形成する板状の絶縁材料の一面または基材部を形成する他の板状の絶縁材料の一面のいずれかに金属材料による電極パターンを形成して誘電層を作製する工程と、前記他の板状の絶縁材料に対して端子孔を形成して前記基材部を作製する工程と、前記誘電層と前記基材部を貼り合わせて静電チャック本体を作製する工程と、前記静電チャック本体の前記端子孔に導電性ペーストと給電端子を挿入し前記給電端子を固定する工程と、からなることを特徴とする。このような構成をとることで、特に半導体製造装置に好適に用いることができるシリカガラスからなる静電チャックを、効率よく製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、誘電層の厚さが薄い静電チャック、好適にはシリカガラスからなる誘電層の厚さが１０μｍから２００μｍの静電チャックにおいて、給電端子とその付近の誘電層にかかる応力や負荷を低減できる、静電チャックとその製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面をもとに本発明の詳細な内容を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る、静電チャックの給電端子部とその周辺の形状を断面方向から示す概念図である。なお、図１は、本発明の各構成要件を説明する為の概念図であるので、実際の静電チャックにおける寸法比とは異なる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る、静電チャックの給電端子部とその周辺の形状を断面からみた概念図。
【図２】本発明の一実施形態に係る、静電チャックの給電端子部にかかる応力が基材部に伝播される状態を模式的に示した概念図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る、静電チャックの給電端子部とその周辺の形状を断面からみた概念図。
【図４】本発明の一実施形態に係る、静電チャックの電極パターンを上面からみた概念図。
【００２０】
本発明に係る静電チャックは、金属層からなる電極３が板状の絶縁材料の中に埋設された静電チャックであって、一表面は吸着面２１であり、その裏面２２には前記電極３に達する端子を挿入するための端子孔４が形成されており、端子孔４には電極３に接する給電端子Ａ（図１では５１）と、給電端子Ａと空間部７を設けて位置する給電端子Ｂ（図１では５２）が配置されており、給電端子Ａおよび給電端子Ｂの外周面を一体の導電性ペースト６で囲繞して端子孔４との間を満たしており、給電端子Ｂの給電端子Ａと対向しない側の面の面積が、給電端子Ａの給電端子Ｂに対向した側の面積よりも大きい。
【００２１】
本発明に係る静電チャックを、図１に示すように断面から見ると、静電チャック本体１が、絶縁材料からなる誘電層１１と、この誘電層を支持するために設けられ絶縁材料からなる基材層１２とから構成されている。ここで、誘電層側の主面が吸着面２１、基材層側の主面が裏面２２である。そして、誘電層１１と基材層１２の間に形成され、電気を印加することで吸着面に吸引力を発生させる金属層の電極３が埋設されている。また、電極３に電気を供給する給電端子５と、この給電端子５を挿入するために基材部１２に設けられた端子孔４が形成されている。
【００２２】
誘電層１１は、絶縁材料から構成され、静電チャックに用いることのできる各種公知の材料が適用できる。例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、シリカガラスなどが挙げられる。使用環境等の要因で、高純度部材であることを要求される場合は、高純度のシリカガラスが好適に用いられる。
【００２３】
基材層１２は、同じく絶縁材料から構成され、静電チャックに用いることのできる各種公知の材料が適用できる。例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素が挙げられ、好適には、高純度のシリカガラスが用いられる。また、通常は、基材層１２と誘電層１１には同じ材料を適用するが、異なる材料であっても差し支えない。特にシリカガラスを適用する場合は、各種添加物を適量添加してその物性を変化させ、誘電層１１と基材層１２のそれぞれの部位で要求される物性に応じた材料にしてもよい。
【００２４】
電極３は、静電チャックに対して、吸着力としてクーロン力、ジョンソン・ラーベック力、もしくはグラディエント力を発生させるために形成されている。電極３は、吸着面２１に対して所定の幅と、吸着面２１の深さ方向に対して所定の厚さを有した帯状または箔状の金属材料からなる。そして、この電極３同士が平面方向に対して一定の間隔で配置された各種パターン形状となっており、広い面積で吸着物を強力に吸着保持できる。この電極３の幅、厚さ、間隔は、要求される静電チャックの仕様に応じて、適時設計することができる。なお、誘電層１１の厚さとは、この電極３のパターン全体を包含する平面を仮想し、この平面の吸着面側の面から吸着面２１までの平均間隔を示す。平均間隔は特に限定されないが、一例として、中心部と外周１０ｍｍ内側４点からなる面内５点の平均値で示すことが出来る。
【００２５】
電極３の材料には、静電チャックに適用が可能な公知の材料が用いられる。一例としてＮｉ、Ｍｏ、Ｗ、ＰｔおよびＴｉのうちの、いずれか一つからなる単一層、または、これらのうちの２種以上の合金からなる単一層があるが、さらには、２種以上の金属からなる多層構造でもよい。
【００２６】
基材層１２には、電極３に達する給電端子５を挿入する端子孔４が形成されている。端子孔４は、裏面２２から電極３の一表面まで開口した状態のものであるが、ここで、開口するとは、基材層１２の裏面側に孔が空けられ、基材層１２の厚さ方向にほぼ垂直に開口部が形成されていることを示すものとする。端子孔４の形状は、後述する給電端子５の外形状にほぼ準じた内面形状を有している。また、やはり後述する導電ペースト６が、端子孔４の内面と給電端子５の外表面に満たされて、端子孔４と給電端子５が接着，固定された状態となっている。
【００２７】
そして、端子孔４は、電極３と接する側と裏面２２側とで吸着面２１方向に対する断面積が異なるように設計された端子孔４１と端子孔４２とからなる。このとき、端子孔４１は、平面方向に対して電極３の一表面で完全に覆われている、すなわち端子孔４１の開口面積が、電極３との接触面積より小さいことが好ましい。端子孔４１の開口面積が電極３の接触面積より大きいと、あらかじめ空けられた端子孔４１と電極３とを圧着する際に、電極３の一部が剥離し、電極３と給電端子Ａとの電気的導通が取れなくなるおそれがあるので、好ましくない。
【００２８】
ここで、端子孔４を吸着面２１の平面方向からみた形状は、加工のしやすさから、円形状が好適に用いられる。しかしながら、必ずしもいわゆる完全な円である必要はなく、例えば、楕円形状、もしくは角の取れた多角形でもよい。
【００２９】
この端子孔４には、電極３に電気を供給する給電端子５が配置されており、その給電端子５は、給電端子Ａ（図１では５１）と空間部７を設けて位置する給電端子Ｂ（図１では５２）から構成されている。そして、この給電端子５の外表面を一体の導電性ペースト６で囲繞し端子孔４との間を満たしている。このような構造をとることで、電極３の一表面と給電端子Ａの一端面が接し、導電ペースト６と給電端子Ｂを介して、給電用導線８から電極３に電流が印加される。
【００３０】
給電端子５の材料は、静電チャックに適用が可能な公知の材料が用いられ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、ＰｔおよびＴｉのうちの、いずれか一つ、または、これらのうちの２種以上の合金、さらには、２種以上の金属からなる複合構造でもよい。なお、給電端子Ａと給電端子Ｂは、同じ材料である必要はなく、異なる材料であってもよい。
【００３１】
さらに、給電端子Ａと給電端子Ｂとの間には、空間部７が形成されている。すなわち、給電端子Ａと給電端子Ｂの対向する端面とほぼ同じ形状、面積を有するとともに、吸着面２１に対して鉛直方向においてほぼ一定の間隔をもった空間部７が形成されている。これは、給電端子Ａと給電端子Ｂを一旦接した状態からわずかに離して、いわゆるギャップ、隙間が形成された、というイメージに近いものといえる。
【００３２】
本発明におけるこの空間部７は、給電端子Ｂから吸着面２１に対して鉛直方向に加えられた負荷が、給電端子Ａへ伝播するのを防止する作用を有する。図２はその応力の伝播する様子を模式的に示した概念図である。図２に示すように、給電端子Ｂから吸着面２１に対して鉛直方向に加えられた負荷１０１は、給電端子Ａと給電端子Ｂが離れているので、給電端子Ａには伝播しない。この負荷１０１により給電端子Ｂ内に発生する応力１０２は、基材部１２にのみ伝播する。また、給電端子Ｂが押し上げられて若干上方に移動したとしても、この空間部７の存在により、給電端子Ｂと給電端子Ａとが接触せず、応力１０２はやはり給電端子Ａには伝播しない。
【００３３】
そして、端子孔４と給電端子５との隙間には、導電性ペースト６が充填されている。導電性ペースト６は、給電端子５と電極３の間における通電の確保と、給電端子５と基材部１２とを固定する機能をもつ。なお、給電端子Ａと給電端子Ｂ間の通電も、導電ペースト６で確保されているので、給電端子Ａと給電端子Ｂが直接接していなくても、この点で特に問題はない。
【００３４】
導電性ペースト６には、例えば、樹脂に金属等の導電性材料を混合したものが挙げられるが、格別限定されるわけではなく、公知の材料を広く適用できる。
【００３５】
給電端子Ａと給電端子Ｂは、給電端子Ｂの給電端子Ａと対向しない側の面の面積が、給電端子Ａの給電端子Ｂに対向した側の面積よりも大きい。これにより、給電端子Ｂにかかる負荷による応力を、給電端子Ａにではなく基材層１２へ伝播させることができる。
【００３６】
図２において、吸着面２１に対して鉛直方向の力１０１が、給電端子Ｂに加えられると、給電端子Ｂ内を応力１０２が伝播し、端子孔４１と端子孔４２の吸着面の平面方向における境界面１０３において、給電端子Ｂが押し上げられて、基材層１２の端子孔４１より広い箇所と接するので、応力１０２は基材層１２へのみ伝播される。すなわち、給電端子Ｂの給電端子Ａと対向しない側の面の面積が、給電端子Ａの給電端子Ｂに対向した側の面積よりも大きいという構成は、面積の大小関係を規定することで、このように応力が伝播する状態を作り出すものである。
【００３７】
これにより、給電端子Ａにかかる負荷が原因で発生していた、電極３の破損、さらには電極３から伝播される応力による誘電層１１への亀裂発生が回避される。特に、誘電層１１が非常に薄い場合は、電極３と誘電層１１との界面に発生する応力の影響が非常に大きいので、本発明により、この応力の発生を極めて効果的に抑制できる。
【００３８】
なお、給電端子Ａと給電端子Ｂの端面の面積の比を、図１で示す５１ａ：５２ａでみたとき、１：５〜１：２２５の範囲が好ましく、１：５〜１：１５０がさらに好ましい。この比が小さすぎると、給電端子Ｂと基材層１２との接触面積が少なくなり、この部位における単位面積当たりの応力が高くなり、過大な負荷が印加されたとき基材部１２に損傷が発生する懸念がある。しかし、この比が大きすぎると、本発明の効果にほとんど寄与しない一方で、コスト高や静電チャックの設計自由度の制限が厳しくなる、あるいは設計難易度が上がることが懸念されるので、こちらも好ましくない。
【００３９】
本発明に係る端子孔４と給電端子５の形態は、その一態様として図１に示すような、断面形状が１つの段差からなる形状を例示したが、特にその形状は限定されない。例えば、図３（１）に示すような多段形状、図３（２）に示すような連続した曲面で形成された形状、図３（３）に示すような直線形状でもよい。また、給電端子Ａの断面形状も、特に限定されるものではなく、例えば、図３（４）に示すような、給電端子Ａの上下の端面の面積が異なっていてもよい。もちろん、給電端子Ａの断面形状が給電端子Ｂの他の例で明示したような、曲線形状であってもよい。
【００４０】
なお、給電端子Ｂには、空間部７と裏面２２側が開空間になるように、貫通孔９を設けることもできる。この貫通孔９は、電極３付近に残る隙間に溜っているガスを静電チャック１の外部に逃がす役割をもつ。ガスが溜ると、特に真空下で静電チャックを使用した場合において、静電チャック１の外部との圧力差が発生して、滞留ガスが膨張して基材層１２への亀裂発生や電極３の剥離の原因になるので、好ましいものではない。
【００４１】
また、本発明に係る静電チャックにおいて、前記吸着面２１に対して鉛直方向における前記空間部７の間隔は、１０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。１０μｍ未満では、導電ペースト６が介在して応力が伝播される影響が懸念されるほどに間隔が狭く、必ずしも好ましいものとはいえない。しかし、１０００μｍを越えると、本発明の効果には影響ない一方で、空間部７の側壁に塗布した導電性ペースト６を介して給電端子Ａと給電端子Ｂとの電気的導通が損なわれるおそれがあり、これも好ましくない。
【００４２】
また、本発明に係る静電チャックは、前記誘電層１１および前記基材層１２が、いずれもシリカガラスからなることが好ましい。シリカガラスは高純度のものが作製でき、加工性にも優れているので、特に半導体製造装置への適用により好適である。あるいは、使用目的に応じて、シリカガラスに各種金属元素を適時添加したものを用いてもよい。
【００４３】
本発明に係る静電チャックの製造方法の一形態は、誘電層を形成する板状の絶縁材料の一面または基材部を形成する他の板状の絶縁材料の一面のいずれかに金属材料による電極パターンを形成して誘電層を作製する工程と、前記他の板状の絶縁材料に対して端子孔を形成して前記基材部を作製する工程と、前記誘電層と前記基材部を貼り合わせて静電チャック本体を作製する工程と、前記静電チャック本体の前記端子孔に導電性ペーストと給電端子を挿入し前記給電端子を固定する工程と、からなる。なお、これらの各工程は、格別特殊な方法を必要とするものではなく、使用する材料や使用目的に応じて、広く公知の方法が適用できる。
【００４４】
以上のとおり、本発明に係る静電チャックは、給電端子とその付近の誘電層にかかる応力や負荷が軽減されることで、誘電層から基材層へ伝わる負荷を抑えることができる。これにより、基材層のクラック発生も低減される。また、特に誘電層の厚さが薄い場合において、クラックや亀裂の発生が抑制された静電チャックを提供することが可能となる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図１を用いて説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。
（実験１）
【００４６】
誘電層１１として、直径１５０ｍｍ、平均厚さ５ｍｍのシリカガラス板を用意し、この上面の直径１４８ｍｍの範囲に対して、Ｍｏ金属膜を用い、円形状のくし型パターンの双極型の電極３を真空蒸着法により形成した。電極３のパターンを上面から見た図を図４に示す。電極３の膜厚は、平均で０．３μｍ、電極３の幅は平均で２ｍｍ、電極３間の間隔は平均で０．５ｍｍである。次に、基材層１２として、直径１５０ｍｍ、平均厚さ５ｍｍのシリカガラス板を用意した。電極パターンの最外部の電極部に相当する２箇所に、真円の端子孔４を形成した。そして、裏面２２に直径５．１ｍｍの端子孔４２と、裏面２２から鉛直方向４ｍｍの位置において、直径１．１ｍｍの端子孔４１からなる端子孔４のサンプル（実施例１）と、裏面２２側から鉛直方向の全域において、直径５．１ｍｍの端子孔４のみからなるサンプル（比較例１）を、それぞれ作製した。
【００４７】
次に、電極パターンを形成した誘電層１１と基材層１２を重ね合わせ、１０Ｐａの減圧下で、１３００℃、２０ＭＰａの加圧融着を実施し、一体化させることで電極が埋設された静電チャックの母体を得た。そして、この静電チャックの母体の誘電層１１の平均厚さが１５０μｍになるように研削、研磨を行った。そして、端子孔４の形状に合わせて加工された直径１ｍｍ、長さ０．９５ｍｍのＭｏ製の円柱状の給電端子Ａと、中心に直径１ｍｍの貫通孔を付した直径５ｍｍ、長さ５ｍｍのＭｏ製の給電端子Ｂをそれぞれ準備し、端子孔４の内壁面と端子孔４に露出した電極３の一面に対して、ドータイト D-753（藤倉化成）の導電ペーストを塗布してから、空間部７の間隔が１０μｍとなるように、給電端子Ａと給電端子Ｂを続けて挿入し、固定した。このようにして実施例１の静電チャックを得た。また、中心に直径１ｍｍの貫通孔を付した端子孔の形状に合わせて加工された直径５ｍｍ、長さ６ｍｍのＭｏ製の円柱状の給電端子を準備し、これ以外の条件、方法は実施例１と同じにして、比較例１の静電チャックを得た。
【００４８】
評価方法は、裏面２２からはみ出した各サンプルの給電端子Ｂに対して、裏面２２の鉛直方向に０．５３ｋｇ／ｍｍ２の負荷を印加した。具体的には、給電端子Ｂに板を介して１０ｋｇの重しを載せた。その後、各サンプルの給電端子５とその近辺（約５ｍｍ径の範囲）について、暗視野スポット灯下にて、上面、および下面から目視で観察し、誘電層１１または基材層１２へのクラック発生の有無、および電極３への亀裂発生の有無を確認した。
【００４９】
評価の結果、実施例１では、誘電層、基材層へのクラック発生、亀裂発生のいずれも見られなかったが、比較例１では、クラック発生、亀裂発生の両方が確認された。
（実験２）
【００５０】
実施例１と同様にして誘電層１１を作製した。次に、基材層１２として、実施例１と同様のものを準備し、裏面２２から鉛直方向４ｍｍの位置において、直径１．１ｍｍの端子孔４１からなる端子孔４と直径１ｍｍの給電端子Ａという条件は固定し、裏面２２に位置する端子孔４２と、給電端子Ｂの直径を数種類振ったサンプルを作製した。その内容を表１に示す。なお、表１に示した条件以外の製造条件、および評価方法は、すべて実施例１に準拠した。
【００５１】
【表１】
【００５２】
表１の結果から、本発明の実施範囲においては、一部を除いて、誘電層、基材層へのクラック発生、電極への亀裂発生のいずれも見られず、実施例１と同等の結果が得られた。しかしながら、給電端子の端面の面積比１：５を外れた場合、すなわち１：２の場合は、実施例１に比べると、軽微ながら誘電層へのクラック発生が確認された。また、面積比１：２２５を外れた場合、すなわち１：３００と１：５００のものは、誘電層、基材層へのクラック発生、電極への亀裂発生のいずれも見られなかったものの、電極の設計が困難である点が懸念された。従って、本発明のより好ましい実施範囲のものに比べると、これらはやや見劣りするものであった。
（実験３）
【００５３】
実施例１のサンプルの作製条件を用いて、給電端子Ａの長さを変更することで、空間部７の間隔を表２の内容で変更したサンプルを作製し、実験１と同様にして、静電チャックの製造と評価を行った。
【００５４】
【表２】
【００５５】
表２の結果から、本発明の好ましい実施範囲では、実施例１と同等の結果が得られた。しかしながら、空間部７の間隔が１０μｍを下回るもの、すなわち５μｍのものでは、電極３に程度の軽い亀裂がみられた。また、空間部７の間隔が１０００μｍを超えるもの、すなわち２０００μｍのものでは、空間の側壁に塗布した導電性ペーストを介して給電端子Ａと給電端子Ｂとの電気的導通を損なうおそれがあった。これらは、本発明のより好ましい実施範囲と比較すると、やや見劣りするものであった。
【００５６】
以上、本発明にかかる静電チャックにおいては、特に誘電層の厚さが薄い静電チャックにおいて、給電端子とその付近の誘電層にかかる応力や負荷を効率的に分散させることでき、薄い誘電層を安定して得られる静電チャックとその製造方法を提供することが可能なる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る静電チャックは、例えば半導体製造装置において、各種電気絶縁性基板を静電吸着する用途に好適に用いられる。また、本発明に係る静電チャックの給電端子部の構造は、絶縁物の内部に電気を供給するための給電部を設ける構造のもの、例えばヒーター、センサーなどにも、好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５８】
1…静電チャック本体、11…誘電層、12…基材層、21…吸着面、22…裏面、3…電極、4…端子孔、41…端子孔１、42…端子孔２、5…給電端子、51…給電端子Ａ、52…給電端子Ｂ、51a…給電端子Ａの給電端子Ｂと対向した側の端面部、52a…給電端子Ｂの給電端子Ａと対向しない側の端面部、6…導電性ペースト、7…空間部、8…給電用導線、9…貫通孔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属層からなる電極が板状の絶縁材料の中に埋設された静電チャックであって、一表面は吸着面であり、その裏面には前記電極に達する端子を挿入するための端子孔が形成されており、前記端子孔には前記電極に接する給電端子Ａと、前記給電端子Ａと空間部を設けて位置する給電端子Ｂが配置されており、給電端子Ａおよび給電端子Ｂの外周面を一体の導電性ペーストで囲繞し前記端子孔との間を満たしており、給電端子Ｂの給電端子Ａと対向しない側の面の面積が、給電端子Ａの給電端子Ｂに対向した側の面積よりも大きいことを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記吸着面に対して鉛直方向における前記空間部の間隔は、１０μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】
前記誘電層および前記基材層が、いずれもシリカガラスからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電チャック。
【請求項４】
誘電層を形成する板状の絶縁材料の一面または基材部を形成する他の板状の絶縁材料の一面のいずれかに金属材料による電極パターンを形成して誘電層を作製する工程と、前記他の板状の絶縁材料に対して端子孔を形成して前記基材部を作製する工程と、前記誘電層と前記基材部を貼り合わせて静電チャック本体を作製する工程と、前記静電チャック本体の前記端子孔に導電性ペーストと給電端子を挿入し前記給電端子を固定する工程と、からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電チャックの製造方法。
【請求項１】
金属層からなる電極が板状の絶縁材料の中に埋設された静電チャックであって、一表面は吸着面であり、その裏面には前記電極に達する端子を挿入するための端子孔が形成されており、前記端子孔には前記電極に接する給電端子Ａと、前記給電端子Ａと空間部を設けて位置する給電端子Ｂが配置されており、給電端子Ａおよび給電端子Ｂの外周面を一体の導電性ペーストで囲繞し前記端子孔との間を満たしており、給電端子Ｂの給電端子Ａと対向しない側の面の面積が、給電端子Ａの給電端子Ｂに対向した側の面積よりも大きいことを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記吸着面に対して鉛直方向における前記空間部の間隔は、１０μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】
前記誘電層および前記基材層が、いずれもシリカガラスからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電チャック。
【請求項４】
誘電層を形成する板状の絶縁材料の一面または基材部を形成する他の板状の絶縁材料の一面のいずれかに金属材料による電極パターンを形成して誘電層を作製する工程と、前記他の板状の絶縁材料に対して端子孔を形成して前記基材部を作製する工程と、前記誘電層と前記基材部を貼り合わせて静電チャック本体を作製する工程と、前記静電チャック本体の前記端子孔に導電性ペーストと給電端子を挿入し前記給電端子を固定する工程と、からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電チャックの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−３９０１１（Ｐ２０１２−３９０１１Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７９６８５（Ｐ２０１０−１７９６８５）
【出願日】平成２２年８月１０日（２０１０．８．１０）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１０日（２０１０．８．１０）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
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