静電チャックおよびその製造方法
【課題】
ポストファイヤー型の静電チャックには、電極がチャンバー内雰囲気に露出するため、チャンバー内雰囲気と気密隔離することが困難であるという問題と、電極が双極の場合、電極間が空隙になるために電極間で放電がおこり易くなるという問題がある。
【解決方法】
セラミックスからなる二枚の絶縁層の間に内部電極層を挟んで接着した構造の静電チャックの製造方法であって、二枚の絶縁層の間に内部電極層を挟んで二枚の絶縁層を接着する際に、二枚の絶縁層に挟まれた空間の中の、内部電極層の存在しない空間部分に、少なくとも上下の面が接着性材料からなる電気絶縁性接合材を同時に挟んで、二枚の絶縁層の各々に、内部電極層および電気絶縁性接合材を同時に接着する。
ポストファイヤー型の静電チャックには、電極がチャンバー内雰囲気に露出するため、チャンバー内雰囲気と気密隔離することが困難であるという問題と、電極が双極の場合、電極間が空隙になるために電極間で放電がおこり易くなるという問題がある。
【解決方法】
セラミックスからなる二枚の絶縁層の間に内部電極層を挟んで接着した構造の静電チャックの製造方法であって、二枚の絶縁層の間に内部電極層を挟んで二枚の絶縁層を接着する際に、二枚の絶縁層に挟まれた空間の中の、内部電極層の存在しない空間部分に、少なくとも上下の面が接着性材料からなる電気絶縁性接合材を同時に挟んで、二枚の絶縁層の各々に、内部電極層および電気絶縁性接合材を同時に接着する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後焼結型（ポストファイヤー型）の静電チャックおよびその製造方法に関し、さらに詳しくは、後焼結型の静電チャックの電極層とチャンバー内雰囲気との気密隔離性、電極層間の耐絶縁破壊性および吸着面の温度分布特性に優れた新しい静電チャックおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハー等の吸着、固定に使用する静電チャックには、同時焼結型（コファイヤー型）の静電チャックが多く使用されている。
同時焼結型の静電チャックは、電圧を印加する電極が誘電体セラミックスの中に包み込まれて外部雰囲気からシールされた構造からなり、誘電体セラミックスを焼成するときに電極も同時に一体焼成されるものである。
【０００３】
したがって、同時焼結型の静電チャックは、電極以外が誘電体セラミックス材料からなるために、底面から静電チャックを冷却した時、吸着面をムラ無く均一に冷却できる利点がある。また、電極がチャンバー内雰囲気から完全にシールできる点でもきわめて優れた構造である。
【０００４】
しかし、同時焼結型の静電チャックは、同時焼成時にセラミックスが変形（反り）、収縮するために、中央部と中心部で、表面から電極までの距離に違いが発生するという問題がある。このように、表面から電極までの距離に違いが発生すると、静電チャックの吸着力にバラツキが発生し、吸着、保持して処理する製品の品質に問題が発生する。
また、変形（反り）、収縮は、大径になるほど大きくなるので、大径の同時焼結型の静電チャックでは、吸着力のバラツキがより大きくなり、処理する製品品質に重大な影響を及ぼすことになる。
【０００５】
このような同時焼成型の静電チャックの欠点を改良するため、予め焼成された二枚のセラミックス（誘電体）の間に電極膜を挟んだ構造の静電チャックが試みられている。
これは、後焼結型（ポストファイヤー型）と呼ばれる構造である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００６】
特許文献１には、「誘電体セラミックの板と電気絶縁性の台座の間に電極金属層が挟まれて接着一体化された構造の静電チャック」が開示されている。
また、特許文献２には、「誘電体セラミックの裏面に電極膜が形成され、電極面も含む裏面全面を電気絶縁性接着剤あるいはガラスで電気絶縁性の台座に貼り付けた構造の静電チャック」が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−２７９５５０号公報
【特許文献２】特開平０４−３００１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１および特許文献２に記載された後焼結型静電チャックでは、吸着面から電極までの距離が一定になり、全面均一な吸着力が得られる反面、下記の問題を有する。
【０００９】
すなわち、特許文献１に記載された後焼結型静電チャックでは、双極、単極を問わず、電極とセラミックス外周部および穴部（Ｈｅ穴、リフトピン穴等）内面で、電極膜厚に相当する隙間が発生して、電極がチャンバー内雰囲気に露出するという問題がある。かかる電極の露出は、電極材料のチャンバー内雰囲気汚染、あるいはプラズマの回り込み等の問題を引き起こす。
【００１０】
また、特許文献１に記載された後焼結型静電チャックでは、電極が双極の場合、電極間に空隙が発生するという問題がある。かかる電極間の空隙の発生は、電極間の絶縁破壊等の原因になる。また、チャンバー内雰囲気と電極端子部の気密隔離が難しいという問題もある。
【００１１】
特許文献２に記載された後焼結型静電チャックでは、電極間の隙間を無くすことができる。しかし、電極面が電気絶縁性の台座に電気絶縁性接着剤あるいはガラスで接着されているために、台座に冷却ジャケットを接着して冷却する構造の静電チャックでは、この接着層の部分が熱抵抗になって、十分な冷却が行われず、静電チャック吸着面の温度分布が不均一になる欠点がある。
以上、前記した問題を如何に解決するかが、後焼結型の静電チャックの解決すべき課題であるといえる。
【００１２】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、後焼結型の静電チャックであって、電極間の隙間を埋めてチャンバー内雰囲気から気密隔離、電極間の絶縁破壊防止ができ、あわせて底面を冷却した時、吸着面の均一な温度分布が得られる新規な静電チャックおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記課題に関して鋭意研究を行った結果、下記の静電チャックおよびその製造方法によって前記した問題を解決することができることを見出した。
【００１４】
（第１発明）
第１発明に係る静電チャックの製造方法は、セラミックスからなる二枚の絶縁層の間に内部電極層を挟んで二枚の絶縁層を接着する際に、この二枚の絶縁層に挟まれた空間であって内部電極層の存在しない部分に、少なくとも上下の面が接着性材料を有する電気絶縁性接合材を同時に挟んで、二枚の絶縁層の各々に、内部電極層および電気絶縁性接合材を同時に接着するものである。
【００１５】
かかる製法により、内部電極層間の隙間が電気絶縁性接合材で埋められた構造の静電チャックが得られるので、内部電極層間の隙間を埋めてチャンバー内雰囲気から気密隔離、内部電極層間の絶縁破壊防止ができ、あわせて底面を冷却した時、吸着面の均一な温度分布が得ることができる。
【００１６】
（第２発明）
第２発明に係る静電チャックの製造方法は、第１発明において、内部電極層が、二枚の絶縁層と同一またはそれ以上の熱伝導度を有するものである。
【００１７】
かかる製法により、静電チャックに冷却ジャケットを接着して冷却したとき、前記した第１発明と同様の効果が得られるのみならず、内部電極層の熱伝導率が絶縁層の熱伝導率と同一またはそれ以上のとき、吸着面の温度分布は同時焼結型の静電チャックと同等程度に均一にすることができる。
【００１８】
（第３発明）
第３発明に係る静電チャックの製造方法は、第２発明において、内部電極層を有機系接着剤に導電性フィラーを混ぜた複合材料としたものである。
【００１９】
（第４発明）
また、第４発明に係る静電チャックの製造方法は、第３発明において、有機系接着剤を無機−有機ハイブリッド材料としたものである。
【００２０】
（第５発明）
さらに、第５発明に係る静電チャックの製造方法は、第４発明において、無機−有機ハイブリッド材料は珪酸ポリマーを含有するものとしたものである。
これら第３乃至第５発明においても、前記した第２発明の効果と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
（第６発明）
また、第６発明に係る静電チャックは、セラミックスからなる二枚の絶縁層と、この二枚の絶縁層の間に挟まれて接着された内部電極層と、この内部電極層の存在しない二枚の絶縁層に挟まれた空間部分に設けられ、少なくとも上下の面に接着性材料を有する電気絶縁性接合材と、を備えたものである。
かかる構成により、前記した第１発明の効果と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、内部電極層間の隙間が電気絶縁性接合材で埋められた構造の静電チャックが得られるので、内部電極層間の隙間を埋めてチャンバー内雰囲気から気密隔離、内部電極層間の絶縁破壊防止およびプラズマの回りこみを防止できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明におけるセラミックスからなる絶縁層とは、１０８Ωｃｍ以上の体積固有抵抗値を持つ酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物セラミックス、若しくはこれらの複合セラミックス、又はその他のセラミックスからなる絶縁体セラミックスをいう。
【００２４】
体積固有抵抗値が１０８Ωｃｍ未満のセラミックスからなる絶縁層を用いた静電チャックは、リーク電流による被処理物の絶縁破壊を防止する観点から、通常使用されていない。
【００２５】
また、絶縁層は、焼結されたセラミックスのみに限定されるものではなく、溶射によって形成されたセラミックスを用いることができる。
例えば、静電チャックにアルミニウム等の金属製冷却ジャケットを接着して冷却する静電チャックでは、冷却ジャケットの表面にアルミナ等のセラミックスを溶射して絶縁層を形成するが、本発明における静電チャックの絶縁層の一方は、冷却ジャケットに溶射したセラミックス溶射層であっても良い。
【００２６】
絶縁層の上下面（図１の上面１０と吸着面１１）は平坦面である。つまり、二枚の絶縁層を絶縁層１（台座側）、絶縁層２（吸着側）とすると、絶縁層１の上面１０および絶縁層２の下面（吸着面１１）は平坦面である。
【００２７】
しかし、絶縁層における内部電極層および電気絶縁性接合材が接着する面は、必ずしも平坦面でなくても良い。つまり、絶縁層１の下面８および絶縁層２の上面９は平坦面でなくても良い。このため、絶縁層１の下面８または絶縁層２の上面９は、内部電極層または電気絶縁性接合材を埋め込んで接着できるように、凹溝加工しても良い。絶縁層１の下面８および絶縁層２の上面９の一方の面に凹加工、他方の面を凸加工して、凹面に一方の絶縁層の凸面を嵌め込んで接着しても良い。
【００２８】
内部電極層は導電性であって、なおかつ二枚の絶縁層の両方に接着させる必要があるので、導電性フィラーを混ぜて高熱伝導化、導電化した有機系接着剤が好ましい。
【００２９】
内部電極層の熱伝導率は、絶縁層の熱伝導率と同等以上であることが望ましい。通常、二枚の絶縁層は同じ材料が使用されるが、例えば一方が溶射層のような場合、熱伝導率が高い方の絶縁層の熱伝導率と同等以上にすることが望ましい。
【００３０】
なぜならば、内部電極層の熱伝導率が絶縁層の熱伝導率と同等以上の場合、冷却ジャケットで絶縁層の底面を冷却した時、吸着面の温度分布が同時焼結型の静電チャックと同等の温度分布の均一性が得られるが、内部電極層の熱伝導率が絶縁層の熱伝導率未満の場合、冷却ジャケットで絶縁層底面を冷却した時、吸着面の温度分布が同時焼結型の静電チャックと同等程度の温度分布の均一性が得られないからである。
【００３１】
本発明に係る静電チャックが単極構造の場合、電極間の隙間は存在しないので、同時焼結型の静電チャックと実質的に同じ構造となる。
したがって、熱伝導率を絶縁層の熱伝導率と同等以上（同一またはそれ以上）にすることにより、同時焼結型と同等以上の温度分布の均一性が得られることになる。
【００３２】
また、本発明に係る静電チャックが双極構造の場合、電極間の隙間に熱伝導の悪い電気絶縁性材料が存在しても、隙間は数ｍｍ程度と狭く、しかも吸着面に占める面積率も数％〜十数％程度で、一箇所に集中することなく全体に均等に分散する。このため、電極間の隙間の存在は無視できる程度に軽減され、内部電極層の熱伝導率を絶縁層の熱伝導率以上にすることにより、同時焼結型の静電チャックとほぼ同等程度の温度分布の均一性が得られるものと推察される。
【００３３】
内部電極層は、導電性フィラーを混合するだけで導電化することができ、静電チャックの電極として使用することができるが、必要に応じて、補助的に吸着面の裏面（絶縁層２の上面）に金属皮膜を被覆しても良い。例えば、メッキ、スパッタリング、厚膜印刷皮膜等々、既存のメタライズの手法を併用しても良い。
【００３４】
内部電極層の電極端子は、台座側の絶縁層１に電極孔をあけ、そこから金属電極を差し込んで、内部電極層と電気的に接続すれば良い。
内部電極層の熱伝導率を絶縁層の熱伝導率以上に調整するためには、混合するフィラーの材質、配合率を調整すれば良い。
【００３５】
絶縁層の熱伝導率が１０〜３０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミナの場合、熱伝導フィラーとしてはカーボンファイバ（炭素繊維）、膨張黒鉛、カーボン粒子、金属微粒子等を、補強剤としては窒化アルミニウム、窒化硼素を用いて、有機接着剤に５０〜８００質量％配合すればよい。
【００３６】
有機接着剤は、通常市販されている有機接着剤であればすべて使用できる。
例えば、シリコーン接着剤、変性シリコーン接着剤、エポキシ接着剤、変性エポキシ接着剤、ホットメルト系樹脂接着剤、例えばＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）等の熱可塑性耐熱樹脂を主成分にしたホットメルト系樹脂接着剤等である。また、新素材である有機−無機ハイブリッド材料を主成分とする接着剤等を用いることができる。この有機−無機ハイブリッド材料を主成分とする接着剤は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）とテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）からなるハイブリッド材料等が好適に使用できる。本発明において最も好ましいのは、有機−無機ハイブリッド材料を主成分とする有機接着剤である。
【００３７】
ここで、有機−無機ハイブリッド材料とは、有機物であるポリマーと金属アルコキシド類から合成されるものをいう。
ポリマーに珪酸ポリマーのような耐熱性ポリマーを用いることにより、柔軟性と耐熱性を兼ね備えた新素材を提供することができる。特に、ＰＤＭＳ系有機−無機ハイブリッド材料は、耐熱性、柔軟性、接着性、耐候性に優れた特徴を示す。
また、ポリマー骨格にポリアミドなどの耐熱ポリマーを有する有機−無機ハイブリッド材料は、３００℃以上の耐熱性と基材との接着性を示す新素材として知られている。
【００３８】
一般に、有機−無機ハイブリッド材料の多くは、有機物と無機物の相溶性を上げることを目的に、特殊な溶剤を多量に含んでいる。このようなハイブリッド液を接着剤として利用する場合、接着層に沸きや亀裂が入り、接着強度が低下するなどの問題が発生する。このため、有機−無機ハイブリッド材料の中でも接着剤として使用できるのは、珪酸ポリマー系のハイブリッド材料に限られる。有機−無機ハイブリッド材料として珪酸ポリマーを含有するものは、無機成分との相溶性も良く溶剤含有量が少ない。また、耐熱性も高く、本発明には特に好ましい。
【００３９】
本発明の電気絶縁性接合材には、内部電極層と同じ有機接着剤あるいは必要に応じて無機接着剤も使用できる。
無機接着剤は、バインダーに珪酸アルカリ、燐酸塩、乳酸塩、各種ゾル類を使用する通常使用されている全ての無機接着剤を適宜使用できる。
【００４０】
有機接着剤は、電気絶縁性有機接着剤はすべて使用できる。例えば、シリコーン接着剤、変性シリコーン接着剤、エポキシ接着剤、変性エポキシ接着剤、ホットメルト系樹脂接着剤、例えばＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）等の熱可塑性耐熱樹脂を主成分にしたホットメルト系樹脂接着剤等、あるいは有機−無機ハイブリッド接着剤にあっては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）とテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）からなるハイブリッド材料等が好適に使用できる。最も好ましいのは、内部電極層と同じ有機−無機ハイブリッド材料である。
【００４１】
本発明の電気絶縁性接合材には必要に応じて電気絶縁性熱伝導性フィラーを混合しても良い。すなわち、電気絶縁性接合材にアルミナ、シリカ、ＡｌＮ、ＢＮ等の粒子、繊維等からなるセラミックスフィラーを混合すると熱伝導性が大幅に改善できる。
【００４２】
以下に、図面によって本発明を説明する。
図１は双極型静電チャックの平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１および図２に示した静電チャックの製造方法の一例の説明図である。
尚、図１において、双極型の内部電極層３（３１および３２）は二枚の絶縁層１および２によって挟まれており、外部から見ることができないので、説明を分かりやすくするために点線で示した。
また、内部電極層および電気絶縁性接合材の厚さは、数十μｍ〜数百μｍであるが、説明を分かりやすくするために実際よりも厚く図示した。
【００４３】
（静電チャック）
図１および図２に示すように、本発明に係る静電チャック６は、体積固有抵抗値が１０８Ωｃｍ以上のセラミックスからなる絶縁層１および絶縁層２と、これら２枚の絶縁層の間に挟まれて接着された内部電極層３とを有する。
【００４４】
そして、内部電極層３は２つに分割された双極であり（内部電極層３１、３２）、絶縁層１および絶縁層２に挟まれた空間であって、内部電極層３１および３２の存在しない部分は、少なくとも上下の面が有機−無機ハイブリッド材料を主成分とする接着性材料が塗られた電気絶縁性接合材５で満たされている。この電気絶縁性接合材５は、一層または二層以上の積層構造を有していても良い。
【００４５】
二つの内部電極層３１および３２には、それぞれ電極端子４および７が接着されている。
電極端子４および７は、台座側の絶縁層１に孔をあけて、その孔から金属製の端子を差し込んで内部電極層３１および３２にそれぞれ電気的に接続される。
【００４６】
隣り合う内部電極層３１および３２は、＋極、−極の関係にあり、電極端子４および７を介して数百ボルト〜数千ボルトの高電圧が印加される。
【００４７】
これらの内部電極層３１および３２は、二枚の絶縁層（絶縁層１および２）に接着されている。つまり、内部電極層３１および３２は、二枚の絶縁層を接着する接着層でもある。
尚、内部電極層３１および３２の形状は、前記したもののみに限定されるものではなく、他の全ての双極形状および単極電極にも適用することができる。
【００４８】
内部電極層３１および３２の材料は、シリコーン接着剤、変性シリコーン接着剤、エポキシ接着剤、変性エポキシ接着剤、ホットメルト系樹脂接着剤等、例えばＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）等の熱可塑性耐熱樹脂を主成分にしたホットメルト系樹脂接着剤等の通常市販されている有機系接着剤、あるいは有機−無機ハイブリッド接着剤にあっては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）とテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）等に、導電性フィラーを混ぜて導電性、熱伝導性を付与した接着性の複合材料である。
【００４９】
絶縁層１および絶縁層２の間に挟まれた空間であって、内部電極層３１および３２の存在しない部分、すなわち、内部電極層３１および３２の間の隙間、および内部電極層３１および３２の外周部に存する隙間には、電気絶縁性接合材５が満たされ、内部電極層３１および３２は、絶縁層１および２の内面に気密に接着（密着）されている。
【００５０】
この電気絶縁性接合材５が存在しない場合、内部電極層３１および３２は、チャンバー内雰囲気と連通することになる。しかし、この電気絶縁性接合材５の存在により、内部電極層３１および３２の隙間と、チャンバー内雰囲気と連通する隙間が塞がれるので、内部電極層３１および３２は、気密にチャンバー内雰囲気から隔離されることになる。
【００５１】
電気絶縁性接合材５は、少なくとも、絶縁層１および絶縁層２と接着される上下の面には接着性材料を有している。つまり、電気絶縁性接合材５は、接着性材料に電気絶縁性フィラーを混合して形成しても良いし、一層あるいは二層以上の積層構造からなっていて表面に接着性材料が塗られていても良い。
【００５２】
（静電チャックの製造方法）
以下に本発明に係る静電チャック６の製造方法について説明する。
内部電極層３（内部電極層３１および３２）の厚さは、数十μｍ〜数百μｍ程度の厚さであるため、二枚の絶縁層（絶縁層１および絶縁層２）を最初に接着した後、内部電極層３１と３２間の隙間、および内部電極層３１および３２の外周部の隙間に、後から電気絶縁性接合材５を密に設ける（充填する）ことは不可能である。
【００５３】
このため、二枚の絶縁層１および２の間に挟まれた空間であって、内部電極層３１および３２の存在しない部分への電気絶縁性接合材５の充填は、二枚の絶縁層１および２と、内部電極層３１および３２とを接着する前に行わなければならない。
【００５４】
すなわち、二枚の絶縁層１および２の間に内部電極層３１および３２を挟んで、二枚の絶縁層１および２を接着する際に、二枚の絶縁層１および２に挟まれ内部電極層３１および３２の存在しない空間部分に、少なくとも上下の面が接着性材料からなる電気絶縁性接合材５を同時に挟み込む必要がある。
【００５５】
言い換えれば、電気絶縁性接合材５は一種の接着材料であり、二枚の絶縁層１および２に対して内部電極層３１および３２と、電気絶縁性接合材５を同時に接着しなければならない。
【００５６】
以下に、静電チャック６の製造方法について、図３を用いてより具体的に説明する。
まず、図３に示すように、台座側の絶縁層１の下面８に内部電極層３１および３２の接着剤のペーストを印刷し、絶縁層２の上面９に電気絶縁性接合材５のペーストを印刷する。
【００５７】
次に、絶縁層１および絶縁層２を位置決めして重ね合わせ、内部電極層３１および３２のペーストを絶縁層２の上面９に、電気絶縁性接合材５のペーストを絶縁層１の下面８に密着させる。
そして、内部電極層３１および３２のペーストと、電気絶縁性接合材５のペーストを同時に硬化させて、絶縁層１、絶縁層２、内部電極層３（３１および３２）および電気絶縁性接合材５を同時に接着させる。
【００５８】
電極端子４は、絶縁層１に事前にあけた穴から金属端子を差込み、絶縁層１および２の接着時に、同時に内部電極層３に接着しても良いし、絶縁層接着後に内部電極層３に接着しても良い。
【００５９】
以上の工程で図１、図２の構造の静電チャック６を製造することができる。
尚、接着剤はペースト状のものに限定されるものではなく、必要に応じて固形状のものを使用して、加熱溶融して接着させるものでも良い。
【実施例１】
【００６０】
実施例によって本発明を詳細に説明する。
〔静電チャック〕
図１および図２に示した静電チャックは、以下に示すものにより構成されている。
（絶縁層）
絶縁層１および２の材質は、体積固有抵抗が１０１１Ω・ｃｍであり、熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３＝９１％、ＳｉＯ２＝３．９％、ＴｉＯ２＝１．９％、その他＝３．２％）である。
また、絶縁層２（吸着側）の寸法は縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ１ｍｍであり、絶縁層１（台座側）の寸法は縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ５ｍｍである。
【００６１】
（電極端子）
電極端子４はコパール製であり、絶縁層１に端子孔を２個あけて、そこから２本の電極端子を差込み、内部電極層３と接着した。
【００６２】
（内部電極層）
内部電極層３の接着剤成分はＰＤＭＳ系ハイブリッド材料（エチルシリケート（多摩化学製エチルシリケート４５）１ｍｏｌ＋変性ＰＤＭＳ（荒川化学製ＨＢＳ１Ｌ０３９）１ｍｏｌ）である。また、内部電極層３の導電性フィラーは、カーボンファイバである。そして、補強を目的として窒化アルミニウム（古河電子製ｆ５０）および窒化硼素（電気化学工業製ＳＰ−２）を用いている（補強剤）。
これらの配合割合は、ＰＤＭＳ系ハイブリッド材料１００質量部に対して、カーボンファイバ５０質量部、窒化アルミニウム４００質量部、窒化硼素２０質量部である。この内部電極層の熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋであり、内部電極層の電気抵抗は１０１０Ωである。
【００６３】
また、内部電極層３１および３２の寸法は縦９４ｍｍ×横４７ｍｍ、内部電極層３１および３２間の隙間は２ｍｍ、内部電極層３１および３２と絶縁層１および２の外周部までの隙間は４面共２ｍｍである。
【００６４】
（電気絶縁性接合材）
電気絶縁性接合材５の接着剤成分は内部電極層の接着剤成分と同じＰＤＭＳ系ハイブリッド材料（エチルシリケート（多摩化学製エチルシリケート４５）１ｍｏｌ＋変性ＰＤＭＳ（荒川化学製ＨＢＳ１Ｌ０３９）１ｍｏｌ）であり、電気絶縁性接合材５の電気絶縁性フィラーはアルミナ（マイクロン）および窒化硼素（電気化学工業製ＳＰ−２）である。そして、接着剤成分と電気絶縁性フィラーの配合割合は、ＰＤＭＳ系ハイブリッド材料１００質量部に対して、マイクロン７００質量部、窒化硼素１００質量部である。この電気絶縁性接合材５の熱伝導率は、４．２Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００６５】
〔静電チャックの製造方法〕
図４を用いて、本発明に係る静電チェック６の製造方法の一例を説明する。
前記したＰＤＭＳ系ハイブリッドゾルに、前記したフィラーおよび補強剤を配合し、モーターグラインダー（ＦＲＩＴＳＣＨ製Ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ２）を用いて混練りを行った。得られた粘度状ハイブリッドをカレンダーロールを用いて延伸し、厚さ１００μｍの厚さのシートに加工した。そのシートを、前記した内部電極層の大きさに型抜きして内部電極層３１および３２を成形し、絶縁層１の裏面８の所定の電極層の位置に配置した。
【００６６】
次に、同様にして前記したＰＤＭＳ系ハイブリッドゾルに、前記したフィラーを配合し、得られた厚さ１００μｍの電気絶縁性シート（電気絶縁性接合材のシート）を、幅２ｍｍの細帯状に加工し、同じく絶縁層１の裏面８に配置した電極層間の隙間および電極層と絶縁層１の外周部までの隙間に配置した。
【００６７】
絶縁層１の裏面８に並べて配置した内部電極層３１および３２のシートと、電気絶縁性接合材５のシートの上に、絶縁層２を位置決めして重ね合わせ、その後、絶縁層１にあけた２個の端子孔から２本の電極端子４および７を差込み、静電チャック６を組み立てた。
【００６８】
その静電チャック６を緩衝シートで挟んだ状態で加熱プレス機に入れ、真空中で２００℃に加熱しながら、加圧圧着した。加圧プレス機は、北川精機製の高性能加熱プレス装置を用いた。
【００６９】
その後、冷却し、加熱プレス機から取り出すことにより、図１および図２に示す静電チャック６を得た。
そして、実際に使用している静電チャックと同じ条件にするために、吸着面１１（電極端子４および７の無い側の面）に、上下左右６ｍｍ間隔に、直径１．３ｍｍ、高さ２５μｍのディンプルをブラストで形成した。
【００７０】
この静電チャックの性能を確認するため、以下に示す各種試験を行った。
〔接着部の超音波試験〕
吸着側の絶縁層２から接着部の接着状況を超音波で調べた。電極層３１および３２と、電気絶縁性接合材５は、絶縁層１の裏面８および絶縁層２の表面に完全に接着（溶着）しており、接着不良は認められなかった。また、ボイドも認められなかった。
【００７１】
〔絶縁破壊試験〕
電極端子４、９間に直流３０００Ｖを印加したが絶縁破壊はなかった。
【００７２】
〔吸着試験〕
絶縁層２の吸着面１１のディンプル表面にシリコンウエハーを載置した後、電極端子４、９間に直流１０００Ｖを印加し、良好なシリコンウエハーの吸着力（全面で１ｋｇ）が得られた。
【００７３】
〔吸着表面の温度分布の均一性の測定〕
（全体が同一材料からなる板の温度分布（同時焼結型の場合に相当））
本静電チャックと同じ成分、同じ寸法（縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ６ｍｍ）で、伝導度１５Ｗ／ｍ・Ｋのアルミナ板の片面に、本発明に係る静電チャック６と同じ前記したディンプルを形成した。
【００７４】
そして、ディンプル面に縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍのシリコンウエハーを載置し、アルミナ板の底面（吸着面）全面を、大気中で１００℃±０．１℃に加熱した時、シリコンウエハー面の温度分布は、１００℃±１℃であった。
【００７５】
（本発明に係る静電チャックの温度分布）
一方、本発明に係る静電チャック６のディンプル面に縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍのシリコンウエハーを載置し、絶縁層２の底面（吸着面１１）を１００℃±０．１℃に加熱した。この時のシリコンウエハー面の温度分布をは、１００℃±１℃で、前記した全体が均一なアルミナ材料からなるアルミナ板の場合と同等の温度分布が得られることが確認できた。
【００７６】
本発明に係る静電チャック６は、温度分布の均一性が極めて優れていることが確認できた。
【００７７】
前記した実施例は、説明のために例示したものであって、本発明としてはそれに限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更、削除および付加が可能である。
【００７８】
例えば、前記した実施例１においては、はじめに電極端子４および９を絶縁層１に取り付けた構成を示したが、はじめに電極端子４および９を絶縁層２に取り付けても良い。
【００７９】
また、図５に示す様に、絶縁層２の上面９に内部電極層３１、３２および電気絶縁性接合材５を載せた後、これら内部電極層３１、３２および電気絶縁性接合材５の上に絶縁層１を載せて、絶縁層１および絶縁層２の間に内部電極層３１、３２および電気絶縁性接合材５を挟んで接着しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、シリコンウエハー、液晶ガラス基板等のワークを、エッチング、成膜処理する場合、当該ワークの位置決め等に使用する静電チャックに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】双極型静電チャックの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１および図２に示した静電チャックの製造方法の一例の説明図である。
【図４】図１および図２に示した静電チャックの製造方法の一例の説明図である。
【図５】図１および図２に示した静電チャックの製造方法の一例の説明図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 絶縁層
２ 絶縁層
３ 内部電極層
５ 電気絶縁性接合材
６ 静電チャック
３１ 内部電極層
３２ 内部電極層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後焼結型（ポストファイヤー型）の静電チャックおよびその製造方法に関し、さらに詳しくは、後焼結型の静電チャックの電極層とチャンバー内雰囲気との気密隔離性、電極層間の耐絶縁破壊性および吸着面の温度分布特性に優れた新しい静電チャックおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハー等の吸着、固定に使用する静電チャックには、同時焼結型（コファイヤー型）の静電チャックが多く使用されている。
同時焼結型の静電チャックは、電圧を印加する電極が誘電体セラミックスの中に包み込まれて外部雰囲気からシールされた構造からなり、誘電体セラミックスを焼成するときに電極も同時に一体焼成されるものである。
【０００３】
したがって、同時焼結型の静電チャックは、電極以外が誘電体セラミックス材料からなるために、底面から静電チャックを冷却した時、吸着面をムラ無く均一に冷却できる利点がある。また、電極がチャンバー内雰囲気から完全にシールできる点でもきわめて優れた構造である。
【０００４】
しかし、同時焼結型の静電チャックは、同時焼成時にセラミックスが変形（反り）、収縮するために、中央部と中心部で、表面から電極までの距離に違いが発生するという問題がある。このように、表面から電極までの距離に違いが発生すると、静電チャックの吸着力にバラツキが発生し、吸着、保持して処理する製品の品質に問題が発生する。
また、変形（反り）、収縮は、大径になるほど大きくなるので、大径の同時焼結型の静電チャックでは、吸着力のバラツキがより大きくなり、処理する製品品質に重大な影響を及ぼすことになる。
【０００５】
このような同時焼成型の静電チャックの欠点を改良するため、予め焼成された二枚のセラミックス（誘電体）の間に電極膜を挟んだ構造の静電チャックが試みられている。
これは、後焼結型（ポストファイヤー型）と呼ばれる構造である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００６】
特許文献１には、「誘電体セラミックの板と電気絶縁性の台座の間に電極金属層が挟まれて接着一体化された構造の静電チャック」が開示されている。
また、特許文献２には、「誘電体セラミックの裏面に電極膜が形成され、電極面も含む裏面全面を電気絶縁性接着剤あるいはガラスで電気絶縁性の台座に貼り付けた構造の静電チャック」が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−２７９５５０号公報
【特許文献２】特開平０４−３００１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１および特許文献２に記載された後焼結型静電チャックでは、吸着面から電極までの距離が一定になり、全面均一な吸着力が得られる反面、下記の問題を有する。
【０００９】
すなわち、特許文献１に記載された後焼結型静電チャックでは、双極、単極を問わず、電極とセラミックス外周部および穴部（Ｈｅ穴、リフトピン穴等）内面で、電極膜厚に相当する隙間が発生して、電極がチャンバー内雰囲気に露出するという問題がある。かかる電極の露出は、電極材料のチャンバー内雰囲気汚染、あるいはプラズマの回り込み等の問題を引き起こす。
【００１０】
また、特許文献１に記載された後焼結型静電チャックでは、電極が双極の場合、電極間に空隙が発生するという問題がある。かかる電極間の空隙の発生は、電極間の絶縁破壊等の原因になる。また、チャンバー内雰囲気と電極端子部の気密隔離が難しいという問題もある。
【００１１】
特許文献２に記載された後焼結型静電チャックでは、電極間の隙間を無くすことができる。しかし、電極面が電気絶縁性の台座に電気絶縁性接着剤あるいはガラスで接着されているために、台座に冷却ジャケットを接着して冷却する構造の静電チャックでは、この接着層の部分が熱抵抗になって、十分な冷却が行われず、静電チャック吸着面の温度分布が不均一になる欠点がある。
以上、前記した問題を如何に解決するかが、後焼結型の静電チャックの解決すべき課題であるといえる。
【００１２】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、後焼結型の静電チャックであって、電極間の隙間を埋めてチャンバー内雰囲気から気密隔離、電極間の絶縁破壊防止ができ、あわせて底面を冷却した時、吸着面の均一な温度分布が得られる新規な静電チャックおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記課題に関して鋭意研究を行った結果、下記の静電チャックおよびその製造方法によって前記した問題を解決することができることを見出した。
【００１４】
（第１発明）
第１発明に係る静電チャックの製造方法は、セラミックスからなる二枚の絶縁層の間に内部電極層を挟んで二枚の絶縁層を接着する際に、この二枚の絶縁層に挟まれた空間であって内部電極層の存在しない部分に、少なくとも上下の面が接着性材料を有する電気絶縁性接合材を同時に挟んで、二枚の絶縁層の各々に、内部電極層および電気絶縁性接合材を同時に接着するものである。
【００１５】
かかる製法により、内部電極層間の隙間が電気絶縁性接合材で埋められた構造の静電チャックが得られるので、内部電極層間の隙間を埋めてチャンバー内雰囲気から気密隔離、内部電極層間の絶縁破壊防止ができ、あわせて底面を冷却した時、吸着面の均一な温度分布が得ることができる。
【００１６】
（第２発明）
第２発明に係る静電チャックの製造方法は、第１発明において、内部電極層が、二枚の絶縁層と同一またはそれ以上の熱伝導度を有するものである。
【００１７】
かかる製法により、静電チャックに冷却ジャケットを接着して冷却したとき、前記した第１発明と同様の効果が得られるのみならず、内部電極層の熱伝導率が絶縁層の熱伝導率と同一またはそれ以上のとき、吸着面の温度分布は同時焼結型の静電チャックと同等程度に均一にすることができる。
【００１８】
（第３発明）
第３発明に係る静電チャックの製造方法は、第２発明において、内部電極層を有機系接着剤に導電性フィラーを混ぜた複合材料としたものである。
【００１９】
（第４発明）
また、第４発明に係る静電チャックの製造方法は、第３発明において、有機系接着剤を無機−有機ハイブリッド材料としたものである。
【００２０】
（第５発明）
さらに、第５発明に係る静電チャックの製造方法は、第４発明において、無機−有機ハイブリッド材料は珪酸ポリマーを含有するものとしたものである。
これら第３乃至第５発明においても、前記した第２発明の効果と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
（第６発明）
また、第６発明に係る静電チャックは、セラミックスからなる二枚の絶縁層と、この二枚の絶縁層の間に挟まれて接着された内部電極層と、この内部電極層の存在しない二枚の絶縁層に挟まれた空間部分に設けられ、少なくとも上下の面に接着性材料を有する電気絶縁性接合材と、を備えたものである。
かかる構成により、前記した第１発明の効果と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、内部電極層間の隙間が電気絶縁性接合材で埋められた構造の静電チャックが得られるので、内部電極層間の隙間を埋めてチャンバー内雰囲気から気密隔離、内部電極層間の絶縁破壊防止およびプラズマの回りこみを防止できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明におけるセラミックスからなる絶縁層とは、１０８Ωｃｍ以上の体積固有抵抗値を持つ酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物セラミックス、若しくはこれらの複合セラミックス、又はその他のセラミックスからなる絶縁体セラミックスをいう。
【００２４】
体積固有抵抗値が１０８Ωｃｍ未満のセラミックスからなる絶縁層を用いた静電チャックは、リーク電流による被処理物の絶縁破壊を防止する観点から、通常使用されていない。
【００２５】
また、絶縁層は、焼結されたセラミックスのみに限定されるものではなく、溶射によって形成されたセラミックスを用いることができる。
例えば、静電チャックにアルミニウム等の金属製冷却ジャケットを接着して冷却する静電チャックでは、冷却ジャケットの表面にアルミナ等のセラミックスを溶射して絶縁層を形成するが、本発明における静電チャックの絶縁層の一方は、冷却ジャケットに溶射したセラミックス溶射層であっても良い。
【００２６】
絶縁層の上下面（図１の上面１０と吸着面１１）は平坦面である。つまり、二枚の絶縁層を絶縁層１（台座側）、絶縁層２（吸着側）とすると、絶縁層１の上面１０および絶縁層２の下面（吸着面１１）は平坦面である。
【００２７】
しかし、絶縁層における内部電極層および電気絶縁性接合材が接着する面は、必ずしも平坦面でなくても良い。つまり、絶縁層１の下面８および絶縁層２の上面９は平坦面でなくても良い。このため、絶縁層１の下面８または絶縁層２の上面９は、内部電極層または電気絶縁性接合材を埋め込んで接着できるように、凹溝加工しても良い。絶縁層１の下面８および絶縁層２の上面９の一方の面に凹加工、他方の面を凸加工して、凹面に一方の絶縁層の凸面を嵌め込んで接着しても良い。
【００２８】
内部電極層は導電性であって、なおかつ二枚の絶縁層の両方に接着させる必要があるので、導電性フィラーを混ぜて高熱伝導化、導電化した有機系接着剤が好ましい。
【００２９】
内部電極層の熱伝導率は、絶縁層の熱伝導率と同等以上であることが望ましい。通常、二枚の絶縁層は同じ材料が使用されるが、例えば一方が溶射層のような場合、熱伝導率が高い方の絶縁層の熱伝導率と同等以上にすることが望ましい。
【００３０】
なぜならば、内部電極層の熱伝導率が絶縁層の熱伝導率と同等以上の場合、冷却ジャケットで絶縁層の底面を冷却した時、吸着面の温度分布が同時焼結型の静電チャックと同等の温度分布の均一性が得られるが、内部電極層の熱伝導率が絶縁層の熱伝導率未満の場合、冷却ジャケットで絶縁層底面を冷却した時、吸着面の温度分布が同時焼結型の静電チャックと同等程度の温度分布の均一性が得られないからである。
【００３１】
本発明に係る静電チャックが単極構造の場合、電極間の隙間は存在しないので、同時焼結型の静電チャックと実質的に同じ構造となる。
したがって、熱伝導率を絶縁層の熱伝導率と同等以上（同一またはそれ以上）にすることにより、同時焼結型と同等以上の温度分布の均一性が得られることになる。
【００３２】
また、本発明に係る静電チャックが双極構造の場合、電極間の隙間に熱伝導の悪い電気絶縁性材料が存在しても、隙間は数ｍｍ程度と狭く、しかも吸着面に占める面積率も数％〜十数％程度で、一箇所に集中することなく全体に均等に分散する。このため、電極間の隙間の存在は無視できる程度に軽減され、内部電極層の熱伝導率を絶縁層の熱伝導率以上にすることにより、同時焼結型の静電チャックとほぼ同等程度の温度分布の均一性が得られるものと推察される。
【００３３】
内部電極層は、導電性フィラーを混合するだけで導電化することができ、静電チャックの電極として使用することができるが、必要に応じて、補助的に吸着面の裏面（絶縁層２の上面）に金属皮膜を被覆しても良い。例えば、メッキ、スパッタリング、厚膜印刷皮膜等々、既存のメタライズの手法を併用しても良い。
【００３４】
内部電極層の電極端子は、台座側の絶縁層１に電極孔をあけ、そこから金属電極を差し込んで、内部電極層と電気的に接続すれば良い。
内部電極層の熱伝導率を絶縁層の熱伝導率以上に調整するためには、混合するフィラーの材質、配合率を調整すれば良い。
【００３５】
絶縁層の熱伝導率が１０〜３０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミナの場合、熱伝導フィラーとしてはカーボンファイバ（炭素繊維）、膨張黒鉛、カーボン粒子、金属微粒子等を、補強剤としては窒化アルミニウム、窒化硼素を用いて、有機接着剤に５０〜８００質量％配合すればよい。
【００３６】
有機接着剤は、通常市販されている有機接着剤であればすべて使用できる。
例えば、シリコーン接着剤、変性シリコーン接着剤、エポキシ接着剤、変性エポキシ接着剤、ホットメルト系樹脂接着剤、例えばＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）等の熱可塑性耐熱樹脂を主成分にしたホットメルト系樹脂接着剤等である。また、新素材である有機−無機ハイブリッド材料を主成分とする接着剤等を用いることができる。この有機−無機ハイブリッド材料を主成分とする接着剤は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）とテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）からなるハイブリッド材料等が好適に使用できる。本発明において最も好ましいのは、有機−無機ハイブリッド材料を主成分とする有機接着剤である。
【００３７】
ここで、有機−無機ハイブリッド材料とは、有機物であるポリマーと金属アルコキシド類から合成されるものをいう。
ポリマーに珪酸ポリマーのような耐熱性ポリマーを用いることにより、柔軟性と耐熱性を兼ね備えた新素材を提供することができる。特に、ＰＤＭＳ系有機−無機ハイブリッド材料は、耐熱性、柔軟性、接着性、耐候性に優れた特徴を示す。
また、ポリマー骨格にポリアミドなどの耐熱ポリマーを有する有機−無機ハイブリッド材料は、３００℃以上の耐熱性と基材との接着性を示す新素材として知られている。
【００３８】
一般に、有機−無機ハイブリッド材料の多くは、有機物と無機物の相溶性を上げることを目的に、特殊な溶剤を多量に含んでいる。このようなハイブリッド液を接着剤として利用する場合、接着層に沸きや亀裂が入り、接着強度が低下するなどの問題が発生する。このため、有機−無機ハイブリッド材料の中でも接着剤として使用できるのは、珪酸ポリマー系のハイブリッド材料に限られる。有機−無機ハイブリッド材料として珪酸ポリマーを含有するものは、無機成分との相溶性も良く溶剤含有量が少ない。また、耐熱性も高く、本発明には特に好ましい。
【００３９】
本発明の電気絶縁性接合材には、内部電極層と同じ有機接着剤あるいは必要に応じて無機接着剤も使用できる。
無機接着剤は、バインダーに珪酸アルカリ、燐酸塩、乳酸塩、各種ゾル類を使用する通常使用されている全ての無機接着剤を適宜使用できる。
【００４０】
有機接着剤は、電気絶縁性有機接着剤はすべて使用できる。例えば、シリコーン接着剤、変性シリコーン接着剤、エポキシ接着剤、変性エポキシ接着剤、ホットメルト系樹脂接着剤、例えばＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）等の熱可塑性耐熱樹脂を主成分にしたホットメルト系樹脂接着剤等、あるいは有機−無機ハイブリッド接着剤にあっては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）とテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）からなるハイブリッド材料等が好適に使用できる。最も好ましいのは、内部電極層と同じ有機−無機ハイブリッド材料である。
【００４１】
本発明の電気絶縁性接合材には必要に応じて電気絶縁性熱伝導性フィラーを混合しても良い。すなわち、電気絶縁性接合材にアルミナ、シリカ、ＡｌＮ、ＢＮ等の粒子、繊維等からなるセラミックスフィラーを混合すると熱伝導性が大幅に改善できる。
【００４２】
以下に、図面によって本発明を説明する。
図１は双極型静電チャックの平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１および図２に示した静電チャックの製造方法の一例の説明図である。
尚、図１において、双極型の内部電極層３（３１および３２）は二枚の絶縁層１および２によって挟まれており、外部から見ることができないので、説明を分かりやすくするために点線で示した。
また、内部電極層および電気絶縁性接合材の厚さは、数十μｍ〜数百μｍであるが、説明を分かりやすくするために実際よりも厚く図示した。
【００４３】
（静電チャック）
図１および図２に示すように、本発明に係る静電チャック６は、体積固有抵抗値が１０８Ωｃｍ以上のセラミックスからなる絶縁層１および絶縁層２と、これら２枚の絶縁層の間に挟まれて接着された内部電極層３とを有する。
【００４４】
そして、内部電極層３は２つに分割された双極であり（内部電極層３１、３２）、絶縁層１および絶縁層２に挟まれた空間であって、内部電極層３１および３２の存在しない部分は、少なくとも上下の面が有機−無機ハイブリッド材料を主成分とする接着性材料が塗られた電気絶縁性接合材５で満たされている。この電気絶縁性接合材５は、一層または二層以上の積層構造を有していても良い。
【００４５】
二つの内部電極層３１および３２には、それぞれ電極端子４および７が接着されている。
電極端子４および７は、台座側の絶縁層１に孔をあけて、その孔から金属製の端子を差し込んで内部電極層３１および３２にそれぞれ電気的に接続される。
【００４６】
隣り合う内部電極層３１および３２は、＋極、−極の関係にあり、電極端子４および７を介して数百ボルト〜数千ボルトの高電圧が印加される。
【００４７】
これらの内部電極層３１および３２は、二枚の絶縁層（絶縁層１および２）に接着されている。つまり、内部電極層３１および３２は、二枚の絶縁層を接着する接着層でもある。
尚、内部電極層３１および３２の形状は、前記したもののみに限定されるものではなく、他の全ての双極形状および単極電極にも適用することができる。
【００４８】
内部電極層３１および３２の材料は、シリコーン接着剤、変性シリコーン接着剤、エポキシ接着剤、変性エポキシ接着剤、ホットメルト系樹脂接着剤等、例えばＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）等の熱可塑性耐熱樹脂を主成分にしたホットメルト系樹脂接着剤等の通常市販されている有機系接着剤、あるいは有機−無機ハイブリッド接着剤にあっては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）とテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）等に、導電性フィラーを混ぜて導電性、熱伝導性を付与した接着性の複合材料である。
【００４９】
絶縁層１および絶縁層２の間に挟まれた空間であって、内部電極層３１および３２の存在しない部分、すなわち、内部電極層３１および３２の間の隙間、および内部電極層３１および３２の外周部に存する隙間には、電気絶縁性接合材５が満たされ、内部電極層３１および３２は、絶縁層１および２の内面に気密に接着（密着）されている。
【００５０】
この電気絶縁性接合材５が存在しない場合、内部電極層３１および３２は、チャンバー内雰囲気と連通することになる。しかし、この電気絶縁性接合材５の存在により、内部電極層３１および３２の隙間と、チャンバー内雰囲気と連通する隙間が塞がれるので、内部電極層３１および３２は、気密にチャンバー内雰囲気から隔離されることになる。
【００５１】
電気絶縁性接合材５は、少なくとも、絶縁層１および絶縁層２と接着される上下の面には接着性材料を有している。つまり、電気絶縁性接合材５は、接着性材料に電気絶縁性フィラーを混合して形成しても良いし、一層あるいは二層以上の積層構造からなっていて表面に接着性材料が塗られていても良い。
【００５２】
（静電チャックの製造方法）
以下に本発明に係る静電チャック６の製造方法について説明する。
内部電極層３（内部電極層３１および３２）の厚さは、数十μｍ〜数百μｍ程度の厚さであるため、二枚の絶縁層（絶縁層１および絶縁層２）を最初に接着した後、内部電極層３１と３２間の隙間、および内部電極層３１および３２の外周部の隙間に、後から電気絶縁性接合材５を密に設ける（充填する）ことは不可能である。
【００５３】
このため、二枚の絶縁層１および２の間に挟まれた空間であって、内部電極層３１および３２の存在しない部分への電気絶縁性接合材５の充填は、二枚の絶縁層１および２と、内部電極層３１および３２とを接着する前に行わなければならない。
【００５４】
すなわち、二枚の絶縁層１および２の間に内部電極層３１および３２を挟んで、二枚の絶縁層１および２を接着する際に、二枚の絶縁層１および２に挟まれ内部電極層３１および３２の存在しない空間部分に、少なくとも上下の面が接着性材料からなる電気絶縁性接合材５を同時に挟み込む必要がある。
【００５５】
言い換えれば、電気絶縁性接合材５は一種の接着材料であり、二枚の絶縁層１および２に対して内部電極層３１および３２と、電気絶縁性接合材５を同時に接着しなければならない。
【００５６】
以下に、静電チャック６の製造方法について、図３を用いてより具体的に説明する。
まず、図３に示すように、台座側の絶縁層１の下面８に内部電極層３１および３２の接着剤のペーストを印刷し、絶縁層２の上面９に電気絶縁性接合材５のペーストを印刷する。
【００５７】
次に、絶縁層１および絶縁層２を位置決めして重ね合わせ、内部電極層３１および３２のペーストを絶縁層２の上面９に、電気絶縁性接合材５のペーストを絶縁層１の下面８に密着させる。
そして、内部電極層３１および３２のペーストと、電気絶縁性接合材５のペーストを同時に硬化させて、絶縁層１、絶縁層２、内部電極層３（３１および３２）および電気絶縁性接合材５を同時に接着させる。
【００５８】
電極端子４は、絶縁層１に事前にあけた穴から金属端子を差込み、絶縁層１および２の接着時に、同時に内部電極層３に接着しても良いし、絶縁層接着後に内部電極層３に接着しても良い。
【００５９】
以上の工程で図１、図２の構造の静電チャック６を製造することができる。
尚、接着剤はペースト状のものに限定されるものではなく、必要に応じて固形状のものを使用して、加熱溶融して接着させるものでも良い。
【実施例１】
【００６０】
実施例によって本発明を詳細に説明する。
〔静電チャック〕
図１および図２に示した静電チャックは、以下に示すものにより構成されている。
（絶縁層）
絶縁層１および２の材質は、体積固有抵抗が１０１１Ω・ｃｍであり、熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３＝９１％、ＳｉＯ２＝３．９％、ＴｉＯ２＝１．９％、その他＝３．２％）である。
また、絶縁層２（吸着側）の寸法は縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ１ｍｍであり、絶縁層１（台座側）の寸法は縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ５ｍｍである。
【００６１】
（電極端子）
電極端子４はコパール製であり、絶縁層１に端子孔を２個あけて、そこから２本の電極端子を差込み、内部電極層３と接着した。
【００６２】
（内部電極層）
内部電極層３の接着剤成分はＰＤＭＳ系ハイブリッド材料（エチルシリケート（多摩化学製エチルシリケート４５）１ｍｏｌ＋変性ＰＤＭＳ（荒川化学製ＨＢＳ１Ｌ０３９）１ｍｏｌ）である。また、内部電極層３の導電性フィラーは、カーボンファイバである。そして、補強を目的として窒化アルミニウム（古河電子製ｆ５０）および窒化硼素（電気化学工業製ＳＰ−２）を用いている（補強剤）。
これらの配合割合は、ＰＤＭＳ系ハイブリッド材料１００質量部に対して、カーボンファイバ５０質量部、窒化アルミニウム４００質量部、窒化硼素２０質量部である。この内部電極層の熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋであり、内部電極層の電気抵抗は１０１０Ωである。
【００６３】
また、内部電極層３１および３２の寸法は縦９４ｍｍ×横４７ｍｍ、内部電極層３１および３２間の隙間は２ｍｍ、内部電極層３１および３２と絶縁層１および２の外周部までの隙間は４面共２ｍｍである。
【００６４】
（電気絶縁性接合材）
電気絶縁性接合材５の接着剤成分は内部電極層の接着剤成分と同じＰＤＭＳ系ハイブリッド材料（エチルシリケート（多摩化学製エチルシリケート４５）１ｍｏｌ＋変性ＰＤＭＳ（荒川化学製ＨＢＳ１Ｌ０３９）１ｍｏｌ）であり、電気絶縁性接合材５の電気絶縁性フィラーはアルミナ（マイクロン）および窒化硼素（電気化学工業製ＳＰ−２）である。そして、接着剤成分と電気絶縁性フィラーの配合割合は、ＰＤＭＳ系ハイブリッド材料１００質量部に対して、マイクロン７００質量部、窒化硼素１００質量部である。この電気絶縁性接合材５の熱伝導率は、４．２Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００６５】
〔静電チャックの製造方法〕
図４を用いて、本発明に係る静電チェック６の製造方法の一例を説明する。
前記したＰＤＭＳ系ハイブリッドゾルに、前記したフィラーおよび補強剤を配合し、モーターグラインダー（ＦＲＩＴＳＣＨ製Ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ２）を用いて混練りを行った。得られた粘度状ハイブリッドをカレンダーロールを用いて延伸し、厚さ１００μｍの厚さのシートに加工した。そのシートを、前記した内部電極層の大きさに型抜きして内部電極層３１および３２を成形し、絶縁層１の裏面８の所定の電極層の位置に配置した。
【００６６】
次に、同様にして前記したＰＤＭＳ系ハイブリッドゾルに、前記したフィラーを配合し、得られた厚さ１００μｍの電気絶縁性シート（電気絶縁性接合材のシート）を、幅２ｍｍの細帯状に加工し、同じく絶縁層１の裏面８に配置した電極層間の隙間および電極層と絶縁層１の外周部までの隙間に配置した。
【００６７】
絶縁層１の裏面８に並べて配置した内部電極層３１および３２のシートと、電気絶縁性接合材５のシートの上に、絶縁層２を位置決めして重ね合わせ、その後、絶縁層１にあけた２個の端子孔から２本の電極端子４および７を差込み、静電チャック６を組み立てた。
【００６８】
その静電チャック６を緩衝シートで挟んだ状態で加熱プレス機に入れ、真空中で２００℃に加熱しながら、加圧圧着した。加圧プレス機は、北川精機製の高性能加熱プレス装置を用いた。
【００６９】
その後、冷却し、加熱プレス機から取り出すことにより、図１および図２に示す静電チャック６を得た。
そして、実際に使用している静電チャックと同じ条件にするために、吸着面１１（電極端子４および７の無い側の面）に、上下左右６ｍｍ間隔に、直径１．３ｍｍ、高さ２５μｍのディンプルをブラストで形成した。
【００７０】
この静電チャックの性能を確認するため、以下に示す各種試験を行った。
〔接着部の超音波試験〕
吸着側の絶縁層２から接着部の接着状況を超音波で調べた。電極層３１および３２と、電気絶縁性接合材５は、絶縁層１の裏面８および絶縁層２の表面に完全に接着（溶着）しており、接着不良は認められなかった。また、ボイドも認められなかった。
【００７１】
〔絶縁破壊試験〕
電極端子４、９間に直流３０００Ｖを印加したが絶縁破壊はなかった。
【００７２】
〔吸着試験〕
絶縁層２の吸着面１１のディンプル表面にシリコンウエハーを載置した後、電極端子４、９間に直流１０００Ｖを印加し、良好なシリコンウエハーの吸着力（全面で１ｋｇ）が得られた。
【００７３】
〔吸着表面の温度分布の均一性の測定〕
（全体が同一材料からなる板の温度分布（同時焼結型の場合に相当））
本静電チャックと同じ成分、同じ寸法（縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ６ｍｍ）で、伝導度１５Ｗ／ｍ・Ｋのアルミナ板の片面に、本発明に係る静電チャック６と同じ前記したディンプルを形成した。
【００７４】
そして、ディンプル面に縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍのシリコンウエハーを載置し、アルミナ板の底面（吸着面）全面を、大気中で１００℃±０．１℃に加熱した時、シリコンウエハー面の温度分布は、１００℃±１℃であった。
【００７５】
（本発明に係る静電チャックの温度分布）
一方、本発明に係る静電チャック６のディンプル面に縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍのシリコンウエハーを載置し、絶縁層２の底面（吸着面１１）を１００℃±０．１℃に加熱した。この時のシリコンウエハー面の温度分布をは、１００℃±１℃で、前記した全体が均一なアルミナ材料からなるアルミナ板の場合と同等の温度分布が得られることが確認できた。
【００７６】
本発明に係る静電チャック６は、温度分布の均一性が極めて優れていることが確認できた。
【００７７】
前記した実施例は、説明のために例示したものであって、本発明としてはそれに限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更、削除および付加が可能である。
【００７８】
例えば、前記した実施例１においては、はじめに電極端子４および９を絶縁層１に取り付けた構成を示したが、はじめに電極端子４および９を絶縁層２に取り付けても良い。
【００７９】
また、図５に示す様に、絶縁層２の上面９に内部電極層３１、３２および電気絶縁性接合材５を載せた後、これら内部電極層３１、３２および電気絶縁性接合材５の上に絶縁層１を載せて、絶縁層１および絶縁層２の間に内部電極層３１、３２および電気絶縁性接合材５を挟んで接着しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、シリコンウエハー、液晶ガラス基板等のワークを、エッチング、成膜処理する場合、当該ワークの位置決め等に使用する静電チャックに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】双極型静電チャックの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１および図２に示した静電チャックの製造方法の一例の説明図である。
【図４】図１および図２に示した静電チャックの製造方法の一例の説明図である。
【図５】図１および図２に示した静電チャックの製造方法の一例の説明図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 絶縁層
２ 絶縁層
３ 内部電極層
５ 電気絶縁性接合材
６ 静電チャック
３１ 内部電極層
３２ 内部電極層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる二枚の絶縁層の間に内部電極層を挟んで接着する静電チャックの製造方法であって、
該二枚の絶縁層の間に該内部電極層を挟む際に、該二枚の絶縁層の間に形成される空間における該内部電極層の存在しない部分に、少なくとも上下の面に接着性材料を有する電気絶縁性接合材を同時に挟んだ後、
該二枚の絶縁層の各々に、該内部電極層および該電気絶縁性接合材を同時に接着することを特徴とする静電チャックの製造方法
【請求項２】
前記内部電極層が、前記二枚の絶縁層と同一またはそれ以上の熱伝導度を有する請求項１に記載の静電チャックの製造方法
【請求項３】
前記内部電極層が、有機系接着剤に導電性フィラーを混ぜた複合材料からなる請求項２に記載の静電チャックの製造方法
【請求項４】
前記有機系接着剤が、無機−有機ハイブリッド材料である請求項３に記載の静電チャックの製造方法
【請求項５】
無機−有機ハイブリッド材料が、珪酸ポリマーを含有する請求項４に記載の静電チャックの製造方法
【請求項６】
セラミックスからなる二枚の絶縁層と、
該二枚の絶縁層の間に挟まれて接着された内部電極層と、
該内部電極層の存在しない該二枚の絶縁層に挟まれた空間部分に設けられ、少なくとも上下の面に接着性材料を有する電気絶縁性接合材と、
を備えた静電チャック
【請求項１】
セラミックスからなる二枚の絶縁層の間に内部電極層を挟んで接着する静電チャックの製造方法であって、
該二枚の絶縁層の間に該内部電極層を挟む際に、該二枚の絶縁層の間に形成される空間における該内部電極層の存在しない部分に、少なくとも上下の面に接着性材料を有する電気絶縁性接合材を同時に挟んだ後、
該二枚の絶縁層の各々に、該内部電極層および該電気絶縁性接合材を同時に接着することを特徴とする静電チャックの製造方法
【請求項２】
前記内部電極層が、前記二枚の絶縁層と同一またはそれ以上の熱伝導度を有する請求項１に記載の静電チャックの製造方法
【請求項３】
前記内部電極層が、有機系接着剤に導電性フィラーを混ぜた複合材料からなる請求項２に記載の静電チャックの製造方法
【請求項４】
前記有機系接着剤が、無機−有機ハイブリッド材料である請求項３に記載の静電チャックの製造方法
【請求項５】
無機−有機ハイブリッド材料が、珪酸ポリマーを含有する請求項４に記載の静電チャックの製造方法
【請求項６】
セラミックスからなる二枚の絶縁層と、
該二枚の絶縁層の間に挟まれて接着された内部電極層と、
該内部電極層の存在しない該二枚の絶縁層に挟まれた空間部分に設けられ、少なくとも上下の面に接着性材料を有する電気絶縁性接合材と、
を備えた静電チャック
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１７６９２８（Ｐ２００９−１７６９２８Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３７１９（Ｐ２００８−１３７１９）
【出願日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【出願人】（０００２５１２８８）鈴鹿富士ゼロックス株式会社 (156)
【出願人】（３９８０７４０３８）株式会社材研 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【出願人】（０００２５１２８８）鈴鹿富士ゼロックス株式会社 (156)
【出願人】（３９８０７４０３８）株式会社材研 (8)
【Ｆターム（参考）】
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