特許 6496604 静電チャックおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6496604

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】静電チャックおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20190325BHJP

   C04B 37/00 20060101ALI20190325BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20190325BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 R

   C04B37/00 A

   H02N13/00 D

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-92996(P2015-92996)

(22)【出願日】2015年4月30日

(65)【公開番号】特開2016-213237(P2016-213237A)

(43)【公開日】2016年12月15日

【審査請求日】2017年12月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】梅木 俊哉

【審査官】 内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−２８６２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０７７９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１９７７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−００７１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３１６１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３０８０７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｃ０４Ｂ ３７／００

Ｈ０２Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平板状のセラミックス焼結体からなる一対の基体がガラス系材料からなる中間層により接合されることにより構成されている基体と、前記中間層に埋設されている独立した複数の電極と、を備え、
前記中間層における気孔率が３〜１０［％］の範囲に含まれていることを特徴とする静電チャック。

【請求項2】

請求項１記載の静電チャックにおいて、
前記中間層において前記複数の電極の間隙に存在する部分または前記複数の電極と前記基体の外縁との間に存在する部分における気孔率が５［％］以下の範囲に含まれていることを特徴とする静電チャック。

【請求項3】

請求項１記載の静電チャックの製造方法であって、
平板状の一対のセラミック焼結体を作製する工程と、
一方のセラミックス焼結体の接合面に、相互に独立している複数の電極を配置する工程と、
ガラス系材料を含むシートまたは粉末成形体を挟むように前記一対のセラミックス焼結体が接合面を対向させて重ねられ、更には複数の電極が中間層の下側に設置された状態で、当該重ね方向に５〜２０［ｇ／ｃｍ²］で加圧しながら前記ガラス系材料の軟化点＋２０［℃］〜当該軟化点＋１７０［℃］の温度で加熱する工程と、を含んでいることを特徴とする静電チャックの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウエハ等の基板を保持する静電チャックに関する。

【背景技術】

【0002】

３次元高集積化回路を作製する等の目的で半導体ウエハが薄型化された場合、その撓みまたは反りのため、当該ウエハを直線状のスリットを開口として有するカセットに収納することが困難になる場合がある。そこで、薄型の静電チャックの残留設置力によりウエハを静電チャックの設置面に設置保持した状態で搬送することが考えられる。たとえば、第１のグリーンシートの一主面に金属ペーストを塗布して電極層を形成し、当該電極層を挟むように第１のグリーンシートに対して第２のグリーンシートを重ねた状態で圧着し、それを焼成して薄型の静電チャックを作製する方法が提案されている（特許文献１参照）。

【0003】

しかし、グリーンシートに含まれるバインダに由来して設置面に気孔が露出し、この気孔（開気孔）に潜伏するパーティクルによってウエハが汚染される可能性があった。そこで、ガラス系材料を用いてセラミック焼結体同士を接合することにより薄型の静電チャックを作製することが考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−７７９９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、セラミックス焼結体およびガラス中間層の間の熱膨張係数の差のために接合時に応力が発生し、この応力が残留することによって薄型の静電チャックの平面度が悪化する可能性がある。

【0006】

そこで、本発明は、薄型化および平面度向上を図りうる静電チャック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】

【0007】

本発明の静電チャックは、平板状のセラミックス焼結体からなる、一対の基体がガラス系材料からなる中間層により接合されることにより構成されている基体と、前記中間層に埋設されている独立した複数の電極と、を備え、前記中間層における気孔率が３〜１０［％］の範囲に含まれていることを特徴とする。

【0008】

本発明の静電チャックによれば、ガラス粘度が高いガラス軟化点付近で加熱することにより軟化時に発生するガスをガラス材料中に留めることで、中間層に前記のように制御された気孔を内在させ、一対の基体のそれぞれ（セラミックス焼結体）と、中間層（ガラス系材料）との熱膨張係数の差に由来する残留応力の低減が図られる。このため、静電チャックの薄型化（たとえば１〜２［ｍｍ］以下）を図りながらも、静電チャック、ひいてはそのウエハ設置面の平面度の向上が図られる。

【0009】

前記中間層において前記複数の電極の間隙に存在する部分または前記複数の電極と前記基体の外縁との間に存在する部分における気孔率は、電極が中間層の下側に配置された状態で加熱接合されることにより気泡が電極面とは反対面に存在するように制御し、５［％］以下の範囲に含まれていることが好ましい。

【0010】

当該構成の静電チャックによれば、複数の電極の間隙、または、電極および基体の外縁部分の間隙に存在する気孔の過多が回避されている。このため、複数の電極間、または、電極と基体の外縁部分との間の絶縁性が破壊される事態が確実に回避される。

【0011】

本発明の静電チャックの製造方法は、平板状の一対のセラミック焼結体を作製する工程と、一方のセラミックス焼結体の接合面に、相互に独立している複数の電極を配置する工程と、ガラス系材料を含むシートまたは粉末成形体を挟むように前記一対のセラミックス焼結体が接合面を対向させて重ねられた状態で、当該重ね方向に５〜２０［ｇ／ｃｍ²］で加圧しながら前記ガラス系材料の軟化点＋２０〜軟化点＋１７０［℃］の温度で加熱する工程と、を含んでいることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態としての静電チャックの上面図。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。

【図3】中間層の詳細に関する説明図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（構成）
図１〜図３に示されている本発明の一実施形態としての静電チャックは、略円板形状の基体１と、基体１に埋設されている相互に独立した平板状の複数の電極２と、各電極２に対して電圧を印可するための複数の接続端子２０と、を備えている。本実施形態では、基体１の中心を基準として配置されている８つの略扇形状の導電体のうち、周方向に数えて奇数番目に該当する相互に電気的に接続されている４つの導電体からなる一の導電体群と、周方向に数えて偶数番目に該当する相互に電気的に接続されている４つの導電体からなる他の導電体群とにより、一対の電極２が構成されている。

【0014】

基体１は円板状のほか、三角形板状、矩形板状または楕円板状などのさまざまな形状であってもよい。

【0015】

基体１は、セラミックス焼結体からなる第１基体１１および第２基体１２が、ガラス系材料からなる中間層１４により接合されることにより構成されている。セラミックス焼結体としては、Ａｌ₂Ｏ₃のほか、ＡｌＮなどが採用される。第１基体１１および第２基体１２は異なるセラミックスからなってもよいが、熱膨張係数の差による応力の低下を図るため、同一種類（かつ同一組成）のセラミックスからなることが好ましい。中間層１４を構成するガラス系材料としては、石英、ソーダ石灰ガラス、硼珪酸ガラスなどが採用される。第１基体１１および第２基体１２の接合時の加熱による残留応力の低下を図る観点から、ソーダ石灰ガラス、硼珪酸ガラスのような低融点ガラスが用いられることが好ましい。

【0016】

ジョンソン−ラーベック力またはクーロン力によりウエハＷを設置面１１１に設置保持する観点および基体１の全体的な機械的強度の確保の観点から、第１基体１１が第２基体１２よりも薄く形成されること（第２基体１２が第１基体１１よりも厚く形成されること）が好ましい。

【0017】

第１基体１１の上端面１１１（一方の主面）がウエハＷの設置面を構成する。複数の平板状の電極２が第１基体１１の下端面１１２（他方の主面）に設けられている。接続端子２０は、各電極第２基体１２の下端面１２２まで連続している。

【0018】

中間層１４の厚み方向について第１基体１１の下端面１１２から各電極２の端面２２に至るまでの第１中間層１４１における気孔率が５［％］以下の範囲に含まれている。第１中間層１４１が、複数の電極２の間隙および電極２と基体１の外縁との間隙に存在する中間層１４の部分に該当する。中間層１４の厚み方向について各電極２の端面２２から第２基体１２の上端面１２１（一方の主面）に至るまでの第２中間層１４２における気孔率が３〜１０［％］の範囲に含まれている。すなわち、中間層１４における気孔率が３〜１０［％］の範囲に含まれている。

【0019】

なお、中間層１４が第１中間層１４１のみからなっていてもよい。すなわち、中間層１４の厚さが各電極２の厚さと同一であってもよい。

【0020】

（作製方法）
セラミックス粉末にバインダおよび水またはアルコール水溶液が添加されたうえで混錬されることでスラリーが作製される。当該スラリーが型に流し込まれ、乾燥されることで略円板状の一対のセラミックス成形体が作製される。セラミックス成型体は顆粒化したセラミックス粉末をプレス等の圧力により固めることで製作されても構わない。各セラミックス成形体は、脱脂によりバインダが除去された後、焼成されることにより、第１基体１１および第２基体１２のそれぞれを構成する第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が作製される。セラミックス粉末として、平均粒径が１〜１０［μｍ］の範囲に含まれ、かつ、純度が９９．５［％］以上、より好ましくは９９．９［％］以上のセラミックス粉末が用いられる。

【0021】

第１セラミックス焼結体の接合面に、相互に独立している複数の電極が印刷により形成される。バルク金属（金属箔）が電極２として第１セラミックス焼結体の接合面に配置されてもよい。第２セラミックス焼結体の接合面にガラス系材料を含むシートまたは粉末成形体が貼付けられる。貼付けは、例えばセラミックス焼結体表面に塗布された糊材等により固定されることで行われる。

【0022】

必要に応じてシートに含まれているバインダが脱脂により除去された後、第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が接合面を対向させて重ねられる。そして、第１セラミック焼結体および第２セラミックス焼結体が、これらの重ね方向に５〜２０［ｇ／ｃｍ²］で加圧されながらガラス系材料の軟化点＋２０［℃］〜軟化点＋１７０［℃］の温度で加熱される。接合のための加熱時間は、２〜５［ｈｒ］の範囲に含まれるように調節されることが好ましい。軟化したガラス系粉末が冷却されることによって第１セラミックス焼結体（第１基体１１）および第２セラミックス焼結体（第２基体１２）を接合する中間層１４が構成される。

【0023】

加圧・加熱工程に際して、第１セラミックス焼結体が第２セラミックス焼結体の下側に配置されてもよい。加圧・加熱工程において、第１セラミックス焼結体よりも第２セラミックス焼結体が高温になるように加熱されてもよい。たとえば、第１セラミックス焼結体に当接させる押圧部材の温度が、第２セラミックス焼結体に当接させる押圧部材の温度よりも高くなるように制御されることにより、温度差が実現される。

【0024】

ガラス層（中間層１４）により接合された第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が機械加工されることにより、厚さおよび表面粗さが調節される。設置面１１１の表面粗さＲａは０．０１〜１．０［μｍ］の範囲に含まれるように調節される。第２セラミックス焼結体（第２基体１２）の他方の主面から中間層１４を経て電極２まで連通する穴が穿設され、この穴に接続端子２０が設けられる。これにより、本発明の一実施形態としての静電チャックが作製される。

【0025】

（実施例）
（実施例１）
平均粒径５［μｍ］、純度９９．５％以上のアルミナ粉末を原料粉末として、φ３００［ｍｍ］、厚さ１［ｍｍ］の略円板状の第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が作製された。第１セラミックス焼結体の他方の主面にＡｇペーストが印刷され、図１に示されているような配置パターンを有する、厚さ１０［μｍ］の一対の電極２が形成された。一対の電極２の最小間隔および電極２と基体１の外縁までの最小間隔がともに３［ｍｍ］に設計された。日本琺瑯釉薬（株）製ＰＣＳ−Ｆ（組成：ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ(Ｒはアルカリ成分)−ＣａＯ、ガラス軟化点：６８０［℃］）を含む厚さ１００［μｍ］のシートまたは粉末成形体がガラス系材料として用いられた。

【0026】

ガラス系材料を含むシートを挟むように重ねられた第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が、第１セラミックス焼結体が接合炉内の下側になるように設置されて、その重なり方向について５［ｇ／ｃｍ²］で加圧された状態で、３［ｈｒ］にわたって７００［℃］（ガラス軟化点＋２０［℃］）で加熱された。これにより、厚さ０．０７［ｍｍ］の中間層１４が形成された。その後、第１基体１１の厚さが０．３０［ｍｍ］になり、第２基体１２の厚さが０．６３［ｍｍ］になるように第１基体１１および第２基体１２が加工されることにより、厚さ１．００［ｍｍ］の基体１を有する実施例１の静電チャックが作製された。

【0027】

（実施例２）
第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が、その重なり方向について２０［ｇ／ｃｍ²］で加圧された状態で、３［ｈｒ］にわたって７００［℃］で加熱されたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって実施例２の静電チャックが作製された。

【0028】

（実施例３）
第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が、その重なり方向について５［ｇ／ｃｍ²］で加圧された状態で、３［ｈｒ］にわたって８００［℃］（ガラス軟化点＋１２０［℃］）で加熱されたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって実施例３の静電チャックが作製された。

【0029】

（実施例４）
第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が、その重なり方向について１０［ｇ／ｃｍ²］で加圧された状態で、３［ｈｒ］にわたって８００［℃］で加熱されたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって実施例４の静電チャックが作製された。

【0030】

（実施例５）
第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が、その重なり方向について５［ｇ／ｃｍ²］で加圧された状態で、３［ｈｒ］にわたって８５０［℃］（ガラス軟化点＋１７０［℃］）で加熱され、第１基体１１の厚さが０．２０［ｍｍ］になり、第２基体１２の厚さが０．６３［ｍｍ］になるように第１基体１１および第２基体１２が加工されることにより、厚さ０．９０［ｍｍ］の基体１に加工されるほかは、実施例１と同様の条件にしたがって実施例５の静電チャックが作製された。

【0031】

（実施例６）
第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が、その重なり方向について２０［ｇ／ｃｍ²］で加圧された状態で、３［ｈｒ］にわたって８５０［℃］で加熱されたほかは、実施例５と同様の条件にしたがって実施例６の静電チャックが作製された。

【0032】

（実施例７）
ガラス系材料が日本琺瑯釉薬（株）製４６９２（組成：ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ−ＲＯ(Ｒはアルカリ成分)、ガラス軟化点：６３０［℃］）となり、第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が、その重なり方向について５［ｇ／ｃｍ²］で加圧された状態で、３［ｈｒ］にわたって６５０［℃］（ガラス軟化点＋２０［℃］）で加熱されたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって実施例７の静電チャックが作製された。

【0033】

（実施例８）
第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が、その重なり方向について２０［ｇ／ｃｍ²］で加圧された状態で、３［ｈｒ］にわたって７５０［℃］（ガラス軟化点＋１２０［℃］）で加熱されたほかは、実施例７と同様の条件にしたがって実施例８の静電チャックが作製された。

【0034】

（評価方法）
各実施例の静電チャックを作製する際、基体の接合時に用いられたガラス系材料、圧力および温度、ならびに、静電チャックを構成する基体１、第１基体１１および第２基体１２のそれぞれの厚さが表１にまとめて示されている。各実施例の静電チャックの中間層１４、第１中間層１４１および第２中間層１４２のそれぞれにおける気孔率、設置面１１１の反り量（平面度）、ならびに、基体１の絶縁耐力の測定結果が表１にまとめて示されている。

【0035】

設置面１１１に対して垂直な基体１の複数（たとえば５つ）の断面のそれぞれを観察し、当該断面において設置面１１１に対して平行な方向について第１中間層１４１および第２中間層１４２のそれぞれの延在長に対する、気孔の長さの比率を算出し平均化することで第１中間層１４１および第２中間層１４２のそれぞれにおける気孔率として測定された。第１中間層１４１における気孔率および第２中間層１４２における気孔率の平均値が中間層１４における気孔率として測定された。設置面１１１の反り量は、三次元測定器により測定された。基体１の絶縁耐力は、電極間に高電圧を印加することによって測定された。

【0036】

【表1】

【0037】

表１から次のことがわかる。実施例１〜８の静電チャックによれば、接合温度がガラス軟化点＋２０〜ガラス軟化点＋１７０［℃］の範囲に含まれ、かつ、接合圧力が５〜２０［ｇ／ｃｍ²］の範囲に含まれることにより、中間層１４における気孔率が３〜１０［％］の範囲に含まれている。このため、基体１またはその設置面１１１の反り量が０．３３［ｍｍ］以下である。

【0038】

実施例１および３〜８の静電チャックによれば、接合温度がガラス軟化点＋２０〜ガラス軟化点＋１７０［℃］の範囲に含まれ、かつ、接合圧力が５〜２０［ｇ／ｃｍ²］の範囲に含まれることにより、第１中間層１４１における気孔率が５［％］以下の範囲に含まれている。このため、基体１の絶縁耐力が８［ｋＶ］以上である。特に、実施例３〜６、および８の静電チャックによれば、接合温度がガラス軟化点＋１２０〜ガラス軟化点＋１７０［℃］の範囲に含まれ、かつ、接合圧力が５〜２０［ｇ／ｃｍ²］の範囲に含まれることにより、第１中間層１４１における気孔率が４．５［％］以下の範囲に含まれている。このため、基体１の絶縁耐力が１０［ｋＶ］以上とさらに高くなっている。

【0039】

（比較例）
（比較例１）
第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が、その重なり方向について２０［ｇ／ｃｍ²］で加圧された状態で、３［ｈｒ］にわたって６８０［℃］で加熱されたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって比較例１の静電チャックが作製された。

【0040】

（比較例２）
第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が、その重なり方向につい１００［ｇ／ｃｍ²］で加圧された状態で、３［ｈｒ］にわたって８５０［℃］で加熱されたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって比較例２の静電チャックが作製された。

【0041】

（比較例３）
第１セラミックス焼結体および第２セラミックス焼結体が、その重なり方向について２０［ｇ／ｃｍ²］で加圧された状態で、３［ｈｒ］にわたって９００［℃］で加熱されたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって比較例３の静電チャックが作製された。

【0042】

【表2】

【0043】

比較例１の静電チャックによれば、接合温度がガラス軟化点であることにより、中間層１４における気孔率が１０［％］を超えている。このため、基材加工中にガラス接合層から基材が剥離している。

【0044】

比較例２の静電チャックによれば、接合温度がガラス軟化点＋１７０［℃］の範囲に含まれているが、接合圧力が２０［ｇ／ｃｍ²］を超えていることで中間層１４における気孔率が３［％］を下回っている。このため、基材加工後の反り量が１．０［ｍｍ］と大きくなっている。

【0045】

比較例３の静電チャックによれば、接合温度がガラス軟化点＋１７０［℃］の範囲を超えていることで中間層１４における気孔率が３［％］を下回っている。このため、基材加工後の反り量が１．２［ｍｍ］と大きくなっている。

【符号の説明】

【0046】

１‥基体、２‥電極、１１‥第１基体、１２‥第２基体、１４‥中間層、１１１‥設置面、１４１‥第１中間層、１４２‥第２中間層。

【図1】

【図2】

【図3】