JP2003077995A

JP2003077995A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2003077995A
Application number: JP2001266905A
Authority: JP
Inventors: Hironori Ishida; 弘徳石田; Mamoru Ishii; 守石井; Tatsuya Shiogai; 達也塩貝
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2003-03-14
Anticipated expiration: 2021-09-04
Also published as: JP4567249B2

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁層の厚さが小さくとも、不具合が起
き難い静電チャックを提供することである。特に、絶縁
層厚さが０．１〜４．０ｍｍであっても、絶縁層の剥離
などの不具合が起き難い静電チャックを提供することで
ある。【解決手段】窒化アルミニウムを含む焼結体から構成
されたチャック本体１と、このチャック本体１に埋設さ
れた電極２とを具備し、チャック本体１が、電極２を挟
んで互いに対向する基層１１および厚さが０．１〜４．
０ｍｍの絶縁層１２を備えてなる静電チャックを、上記
電極２が平板状のパンチングメタルから構成されてなる
構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハやフ
ラットディスプレイパネル、あるいはフレキシブル基板
などを吸着保持するのに使用される静電チャックに関す
るものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】半導体ウェハには、減
圧雰囲気下において、すなわち減圧された製造装置の内
部で所定の加工が施されるが、こうした減圧雰囲気下
で、半導体ウェハなどの物品（被吸着物）を保持するの
に用いられる治具の一つに静電チャックがある。同治具
は、絶縁層で被覆された電極に電圧を印加することで、
絶縁層表面に被吸着物を静電吸着できるようになってい
る。

【０００３】ところで、上記絶縁層を構成する材料とし
ては、ポリイミドなどの樹脂や、ＣａＴｉＯ_３などの強
誘電体セラミックスが最も一般的である。しかしなが
ら、絶縁層が樹脂からできている静電チャックは、耐摩
耗性や耐熱性の点で問題がある。一方、絶縁層が上記セ
ラミックスから構成された静電チャックについては、こ
うした点は問題とはならない。だが熱伝導性が低いた
め、たとえばエッチング工程などにおいては、被吸着物
の温度が不均一になってしまうといった別の問題が生じ
る。更に言えば、最近では、エッチング工程でフッ素系
のプラズマを使用することが多くなっており、これに対
応するため静電チャックには、耐食性の更なる向上が求
められている。

【０００４】こうした実情に鑑みて、昨今、高い耐摩耗
性や耐熱性を示し、その上、熱伝導性および耐食性にも
優れた窒化アルミニウムを、絶縁層の材料として用いて
なる静電チャックが開発され、広く一般に使用されるよ
うになってきている。ちなみに、こうした静電チャック
は、窒化アルミニウムの粉末（原料粉末）中に電極とな
る金属板を配置し、それを一体焼成（特にホットプレス
焼成）する手法により製造されることが多い。

【０００５】なお、この他にも、窒化アルミニウムグリ
ーンシートを使用する製造方法がある。更に詳しく言う
と、同製製造法では、まず窒化アルミニウムグリーンシ
ートに、タングステンもしくはモリブデンを主成分とす
るペーストを塗布（スクリーン印刷）して、電極となる
層を形成する。次いで、グリーンシートを積層圧着し、
更にそれを焼成することで静電チャックが得られる。だ
が、グリーンシートの積層体は、焼成した際に必ずしも
全体が均一に収縮するわけではなく、電極に歪みが生じ
ることが多い。よって、この製造方法は歩留りが悪く、
実際にはほとんど使用されていない。

【０００６】さて、周知のとおり静電チャックは、他の
条件が同じであれば絶縁層の厚さが小さなものの方が、
より大きな吸着能力を発揮する。このため上記窒化アル
ミニウム製の静電チャックについても、更に絶縁層厚さ
の小さなものが求められており、具体的には、０．１〜
４．０ｍｍが、この絶縁層厚さの目標値となっている。
ところが、この程度にまで絶縁層の厚さを小さくする
と、そのための加工中あるいは使用中に、絶縁層の剥離
（電極からの剥離）が頻発するようになる。すなわち、
電極を挟んで互いに対向し、共同でチャック本体を構成
する基層と絶縁層とが比較的容易に分離してしまう。

【０００７】したがって本発明が解決しようとする課題
は、絶縁層の厚さが小さくとも、不具合の起き難い静電
チャックを提供することである。特に絶縁層厚さが、
０．１〜４．０ｍｍであっても、絶縁層の剥離などの不
具合が起き難い静電チャックを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するべく
鋭意研究を推し進めるなかで、本発明者は、電極として
微細な開口部を多数備えた多孔状のものを用い、これに
よって窒化アルミニウム製の絶縁層と基層とが、数多く
の点で直に接するよう構成すればよいことを見出した。
すなわち、こうした構造を採用した場合、絶縁層の厚さ
が小さくとも、特にそれが０．１〜４．０ｍｍであって
も、絶縁層の剥離などの不具合が極めて起き難くなり、
静電チャックの耐久性や加工容易性の飛躍的な向上が図
れる。

【０００９】さて、上記多孔状の電極としては、金属
製のメッシュ材すなわち金網からなるものと、孔が所
定の間隔で多数形成された金属薄板すなわち平板状のパ
ンチングメタルからなるものとが考えられる。ところ
が、更なる研究の結果、金網を用いて構成されたもの
は、本発明に係る静電チャックの電極として好ましくな
いことが判明した。つまり本発明者は、多孔状の電極
が、パンチングメタルから構成されたものに限定される
ことを突き止めた。これは次のような理由による。

【００１０】金網（金属製メッシュ材）は、金属線材同
士を縦横に組み合わせて得たものであるから、金属線材
同士の接触具合は不均一である。ちなみに、特殊な金網
（たとえば亀甲金網や溶接金網など）を使用すれば、こ
うした点は問題とならない。だが、電極を形成する材料
は、したがって金属線材は高融点金属から構成されたも
のでなければならず（焼成時の高温に耐えるため）、そ
の一方で、高融点金属は加工するのが非常に難しいとい
う現実がある。それゆえ金網としては、金属線材同士の
接触具合が必然的に不均一となる平織り金網を使用せざ
るをえない。

【００１１】さて、窒化アルミニウムを用いて構成され
る静電チャックでは、さまざまな事情から、クーロン力
ではなく、ジョンソンラーベック力にて吸着力を発現さ
せるのが一般的である。そして、このジョンソンラーベ
ック力を利用するには、静電チャックの使用温度におけ
る窒化アルミニウムの体積抵抗率が、１×１０^８〜１×
１０^１２Ω・ｃｍの範囲に収まっている必要がある。

【００１２】ところで、周知のとおり窒化アルミニウム
をはじめとするセラミックスは、温度上昇に伴って体積
抵抗率が低下し、この結果、内部を電流が流れやすくな
る。したがって、ジョンソンラーベック力を利用できる
ということは、窒化アルミニウム焼結体が電流の流れや
すい状態になっていると言える。ここで、もし金属線材
同士が確実に接していないとすると、つまり両者が離間
していると、その位置で放電が起こり、周囲の温度を上
昇させる。

【００１３】金属線材同士の接触具合が不均一となる金
網を用いた場合は、こうした現象が随所で頻繁に発生し
て温度が無用に高まる。ところが上述したように、温度
が上昇するセラミックスは、その体積抵抗率が低下し、
その結果、ますます吸着力が増大する。こうした現象が
甚だしいものとなると、たとえば被吸着物である半導体
ウェハに流れるリーク電流が限界値を超えてしまい、ウ
ェハ表面に形成されたデバイスが破壊されるに至る。そ
れゆえ、金網は静電チャックの電極材料として好ましく
ない。

【００１４】これに対して、パンチングメタルから構成
された電極では、当然のことながら、上述したような不
具合（放電による温度上昇）の発生は皆無である。よっ
て静電チャックの温度は、常時、正規の値に保たれるよ
うになり、したがって被吸着物の損壊などのトラブルは
起きない。

【００１５】ひるがえって、金網を用いてなる電極が、
本発明に係る静電チャックの構成要素として好ましくな
く、多孔状の電極が、パンチングメタルから構成された
ものに限定されるのには、次のような理由もある。

【００１６】静電チャックは、温度サイクルと呼ばれる
工程でも使用される。したがって、その温度はかなり広
い範囲で急激に変化する。さて、この際、窒化アルミニ
ウムと電極を構成する金属材料との熱膨張率の差異に起
因して、静電チャック内部には応力が発生する。ところ
が電極が金網からできている場合、それを構成する金属
線材には本質的に亀裂が生じやすいため、電極は容易に
断線状態となり、この結果、早期に本来の機能を発揮で
きなくなる。つまり、吸着ムラが生じるようになる。こ
の状態では、静電チャックが吸着保持した半導体ウェハ
などの被吸着物に温度ムラが発生し、これが被吸着物の
反りやうねりなどを招く。こうした現象が生じた場合に
は、言うまでもなく、被吸着物の表面に形成される膜の
品質は著しく低下する。

【００１７】これに対して、上記のごとくパンチングメ
タルから構成された電極では、金網と違って多少の亀裂
は問題とはならない。言いかえれば、それが金網におけ
る断線のような致命的欠陥となることがないので、温度
が広い範囲で急激に変化する過酷な状況下で使用されて
も、吸着能力が低下するといった問題は長期間にわたっ
て起きない。

【００１８】本発明は、こうした新知見に基づいてなさ
れたものであり、上記の課題は、窒化アルミニウムを含
む焼結体から構成されたチャック本体と、このチャック
本体に埋設された電極とを具備し、前記チャック本体
が、前記電極を挟んで互いに対向する基層および厚さが
０．１〜４．０ｍｍの絶縁層を備えてなる静電チャック
であって、前記電極は、平板状のパンチングメタルから
構成されたものであることを特徴とする静電チャックに
よって解決される。

【００１９】なお、本発明の静電チャックにおいては、
その電極の厚さが、０．０５〜２．００ｍｍ、特に、
０．０５〜１．００ｍｍであることが好ましい。これ
は、次のような理由による。

【００２０】まず、電極の厚さが０．０５ｍｍを下回る
と、それを窒化アルミニウム粉末に埋設して大きな圧力
を加えた際、特にホットプレス焼成処理を実施した際
に、ときとして無視し得ない不具合、たとえば断線が生
じることがある。一方、電極の厚さが２．００ｍｍを超
えると、それが埋設される焼結体（チャック本体）が割
れることはなくとも、加工中の絶縁層の剥離が急に起き
やすくなる。

【００２１】また、電極を構成するパンチングメタル
は、金属板にレーザー処理、あるいはエッチング処理、
あるいは打ち抜き処理を施し、無数の開口部すなわち孔
を形成することで得られるが、この金属板の厚さが２．
００ｍｍを超えると、いずれの手法をもってしても加工
が難しくなり、それに要する時間やコストが著しく増大
する。したがって、加工性やコストの点を考慮すると、
やはり電極の厚さは２．００ｍｍ以下、殊に１．００ｍ
ｍ以下であることが望ましい。

【００２２】なお、パンチングメタルの孔形状およびそ
の配列（以下、両者を「パターン」と総称する）につい
てであるが、これは、丸孔千鳥抜き４５度、丸孔千鳥抜
き６０度、丸孔直列抜き９０度、角孔直列抜き、角孔千
鳥抜き、長孔千鳥抜き、長孔直列抜きなどが一般的であ
る（主要なものは後に図示解説する）。だが、静電チャ
ックは、通常、ホットプレス焼成法を用いて一体焼成す
ることにより製造されるので、その外周部と内部とで
は、残留ひずみの蓄積具合に無視しえない差異が生じ
る。このため、加工時に、電極を起点として割れや剥離
が生じることも考えられる。

【００２３】そこで、この残留ひずみが溜まりやすい箇
所などには、他の部分とは異なるパターンを採用するこ
ともできる。具体的には、孔形状やその配置の変更、異
なる形状の孔の混在、更には孔間隔の変更（不等ピッチ
の採用）などが考えられる。加えて静電チャックには、
突き上げピン孔やヘリウム孔などの各種孔が形成される
ことが多い。そこで先と同様の理由から、こうした孔の
周辺における、パンチングメタルのパターンを他の部分
とは異なる好適なものに変更してもよい。

【００２４】ところで本発明の技術が、厚さ０．１〜
４．０ｍｍの絶縁層を備えた静電チャックを対象とする
のは、上述したとおり、他の条件が同じであれば絶縁層
の厚さが小さなものの方が、より大きな吸着能力を発揮
するからである。ここで、この点について更に詳しく解
説する。

【００２５】一般に、静電チャックは、絶縁層の厚さが
小さければ小さいほど、その吸着能力は向上し、また、
電気応答性、すなわち電圧を印加した時の吸着作用の時
間的特性および電圧の印加を停止した時の離脱作用の時
間的特性にも優れるようになる。さて、絶縁層の厚さが
０．１ｍｍ未満の場合、確かに吸着力はより強くなる
が、その反面、加工中に絶縁層が剥離したり、あるいは
使用中（使用中は温度が急激に変化する）に絶縁層が剥
離したりする問題が頻発するようになる。

【００２６】これに対して、絶縁層の厚さが４．０ｍｍ
を超える場合、電気応答性が急に悪化し、この結果、被
吸着物を吸着するまでの時間やそれを離脱させるのに要
する時間が非常に長くなる。なお、絶縁層にはエンボス
を形成することも、あるいはヘリウム溝などの凹凸を形
成することもある。だが、この場合でも絶縁層は、最も
厚い部位が厚さ４．０ｍｍ以下となるよう、そして最も
薄い部位が厚さ０．１ｍｍ以上となるよう構成される。

【００２７】更に言えば、本発明の技術は、電極を一つ
しか持たない単極型、および二つの電極を備えた双極型
のいずれにも採用できる。また、電極の形状（平面形
状）は任意であるが、特に双極型とする場合には、互い
に噛み合う櫛歯形状を採用するのが一般的である。

【００２８】本発明に係る静電チャックについて、その
電極を構成するパンチングメタルは、開孔率が、３．１
〜８１．０％、特に、３．１〜７０．０％のものである
ことが好ましい。これは次のような理由による。

【００２９】まず、開孔率が３．１％を下回るような総
開口面積の過少なパンチングメタルを用いた場合には、
電極を挟んで対向する基層と絶縁層とが直に接する面積
が、好ましい値以下となる。この結果、絶縁層加工中や
使用中に、それが電極から剥離してしまうといった問題
が生じることも稀にある。これに対して、開孔率が８
１．０％を上回るような総開口面積の過多なパンチング
メタルを用いた場合には、金網の断線にも似た現象が比
較的簡単に発生するようになり、その上、十分な吸着力
を得られないこともある。更に言えば、実際には、開孔
率が７０．０を超えると、開孔率の値は同じでも、パタ
ーンによって吸着性能に若干の差異が生じるようにな
る。参考までに、上記開孔率α（％）は、次式にて算出
される。 α＝（Ａ／Ｓ）×１００ここで、Ａは総開口面積（孔の総面積）、Ｓは孔部分の
面積をも含んだ電極面積である。

【００３０】ところで、孔形状およびその配列、すなわ
ちパターンは異なるが、開孔率は同じである２種類のパ
ンチングメタルを電極として用いて静電チャックを構成
した場合、具体的に言うと、たとえば、一辺の長さが
３．０ｍｍの角孔を、中心距離（ピッチ）が６．０ｍｍ
となるよう配置したパンチングメタル（開孔率２５％）
と、一辺の長さが２０．０ｍｍの角孔を、中心距離が４
０．０ｍｍとなるよう配置したパンチングメタル（開孔
率２５％）とを用いて２種類の静電チャックを構成した
場合、小さな孔を多数有するパンチングメタルを採用し
たものの方が、吸着力のムラが少なく、概して好ましい
特性を発揮する。

【００３１】だが、いずれが好ましいかは、実際のとこ
ろ、被吸着物の性状にも依存するので簡単には判定でき
ない。たとえば、シリコンウェハなどを加熱し、その
後、ドライエッチング処理を施す作業にて使用する場
合、大きな孔が大きな間隔で形成されたパンチングメタ
ルを電極とする静電チャックを用いても、なんら問題は
ない。

【００３２】ところが、銅箔をポリイミドシートで挟ん
でなるフレキシブル基板にドライエッチング処理を施す
作業などに使用する場合、パンチングメタルの孔が大き
いと、この部分だけ吸着力が極端に低下するため、フレ
キシブル基板における、その位置に対応する部分が、あ
たかも浮き上がったような状態となる。こうなると、ド
ライエッチング処理中に、この浮き上がった部分が燃え
てしまうことがある。よって、こうした処理に用いる場
合には、小さな孔を多数具備したパンチングメタルを電
極とする静電チャックの方が好ましいと言える。

【００３３】また、シリコンウェハを加熱し、その後、
ＣＶＤ処理を施す作業で使用する場合であるが、こうし
た処理に用いられる静電チャックはヒーターを内蔵し、
被吸着物を加熱できるようになっていることが多い。よ
って、この場合でも、やはり被吸着物を良好に吸着で
き、均一な温度分布状態が得られるので、小さな孔を多
数具備したパンチングメタルを電極とする静電チャック
の方が好ましい。

【００３４】本発明に係る静電チャックについて、その
電極を構成するパンチングメタルは、タングステンある
いはモリブデンを含む金属材料から、殊にそれらを主成
分とする金属材料からなるものであることが好ましい。
すなわち、電極を構成するパンチングメタルは、融点が
２０００℃を上回る高融点金属から形成されている必要
があるが、全ての高融点金属が等しい熱膨張係数を持つ
わけではない。そして本発明に係る静電チャックは、窒
化アルミニウムを主要な成分とするものであるから、電
極を構成する金属材料も、この窒化アルミニウムと同等
の熱膨張係数（相対的に小さな熱膨張係数）を持つこと
が望ましい。それゆえ電極は、こうした条件を満足する
高融点金属であるタングステンあるいはモリブデンから
構成されてなることが好ましい。

【００３５】ここで参考までに言うと、本発明に係る静
電チャックの製造方法としては、大別して次の二つが挙
げられる。一つ目は、窒化アルミニウムを含む原料粉末
の成形体（基層となる部分）表面に、電極となるパンチ
ングメタルを載置し、その上に更に窒化アルミニウムを
含む原料粉末を被せてからホットプレス焼成する方法で
ある。二つ目は、窒化アルミニウムを含む焼結体（基層
となる部分）表面に、電極となるパンチングメタルを載
置し、その上に窒化アルミニウムを含む原料粉末を被せ
てからホットプレス焼成する方法である。

【００３６】なお、ここで使用する窒化アルミニウム粉
末には、希土類元素の酸化物などの焼結助剤が添加され
ていてもよい。また、電気的特性や機械的特性、色調な
どを変化させるために各種添加物が加えられていてもよ
い。但し、これらの添加量は、熱膨張係数の変化が無視
できる程度に抑えられるようなものとするのが望まし
い。なぜなら、添加物により熱膨張係数が大きく変化す
ると、電極となるパンチングメタルを埋設してホットプ
レス焼成を行った際に、主として窒化アルミニウムから
なる部分（チャック本体）が割れてしまうことがあるか
らである。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、図１および図２を用いて、
本発明の一実施形態を具体的に説明する。なお、図１は
本実施形態に係る静電チャックの断面図、図２は電極の
一部平面図である。

【００３８】本実施形態に係る静電チャック（以下、本
静電チャックと言う）は、減圧雰囲気下において、すな
わちたとえば減圧された製造装置の内部において、半導
体ウェハやフラットディスプレイパネル、あるいはフレ
キシブル基板などの物品（被吸着物）に所定の加工を施
す際、それを一時的に吸着保持するのに使用されるもの
である。

【００３９】本静電チャックは、図１からわかるよう
に、チャック本体１と、このチャック本体１の内部に埋
設された平板状の電極２とを具備する。このうちチャッ
ク本体１は、窒化アルミニウムを主成分とする焼結体か
ら構成されている。更に詳しく言うと、チャック本体１
は、まず窒化アルミニウムを主成分とする原料粉末を所
定形状に成形し、次いで、それをホットプレス焼成する
ことにより得たものである。本実施形態では、このチャ
ック本体１を、厚さに比べて直径が著しく大きな円盤状
としたが、その外形はいかなるものであってもよい。

【００４０】チャック本体１は、電極２を挟んで互いに
対向する基層１１および絶縁層１２からなる。言いかえ
れば、本静電チャックは、基層１１、電極２、そして絶
縁層１２を順に積重した様態となっている。但し、言う
までもなく、基層１１および絶縁層１２は一体である。
なお、被吸着物と接する絶縁層１２の厚さ（図１中、Ｔ
_１で示す）は、０．１〜４．０ｍｍである。

【００４１】さて本実施形態では、上記電極２を平板状
のパンチングメタルから構成している。この電極２を構
成するパンチングメタルは、熱膨張係数が窒化アルミニ
ウムのそれとほぼ等しい高融点金属であるタングステン
を主成分とする金属材料からなるものである。但し、タ
ングステンに替えて、同じく熱膨張係数が窒化アルミニ
ウムのそれとほぼ等しい高融点金属であるモリブデンを
主成分とする金属材料を採用してもよい。

【００４２】電極２の厚さ（図１中、Ｔ_２で示す）は、
０．０５〜２．００ｍｍ、殊に０．０５〜１．００ｍｍ
である。また、電極２を構成するパンチングメタルは、
その開孔率が、３．１〜８１．０％、特に３．１〜７
０．０％のものである。

【００４３】更に言うと、本実施形態にて電極材料とし
て用いたパンチングメタルは、図２に示すごとく、金属
薄板に円形の孔２１を、たとえば打ち抜き処理によって
多数形成して得たものである。なお、同図中、Ｐで示す
孔２１同士の間隔（中心間の距離）は全て同じである。
また、最も近接した孔２１同士の中心を結ぶ二つの線分
Ｌ_１，Ｌ_２のなす角度θ_１は９０度である。したがっ
て、線分Ｌ_１と、これと線分Ｌ_２と共に直角二等辺三角
形を作る線分Ｌ_３とのなす角度θ_２は４５度となる。打
ち抜き処理によって、こうした様態となるよう孔を形成
すること、そしてこうしたパターンを、一般に「千鳥抜
き」と言う。特に、この場合には、孔が円形で、かつ上
記線分Ｌ_１，Ｌ_３のなす角度θ_２が４５度であることか
ら、パターンは「丸孔千鳥抜き４５度」と呼ばれる。

【００４４】本静電チャックは、電極２に電圧を印加す
るための給電用の端子３を更に具備する。この端子３
は、基層１１に後加工により形成した貫通孔内に挿入さ
れ、電極２に接続されている。これを用いて電極２に所
定の電圧を印加することで、本静電チャックは、絶縁層
１２の表面に被吸着物を静電吸着できるようになる。つ
まり、被吸着物を本静電チャックによって保持固定した
状態が得られる。なお、特に図示してはいないが、基層
１１の内部には、必要に応じてヒーターが埋設される。

【００４５】さて、上述したように本実施形態では、窒
化アルミニウム製のチャック本体１に埋設される電極２
として、パンチングメタルから構成されたものを用い、
チャック本体１を構成する基層１１と絶縁層１２とが、
数多くの点で直に接するよう構成した。このため、絶縁
層１２の厚さが小さくとも、特にそれが、０．１〜４．
０ｍｍであっても、加工中あるいは使用中に、絶縁層１
２の剥離などの不具合は起きない。すなわち本静電チャ
ックは、加工容易性および耐久性に優れる。

【００４６】更に言えば、本静電チャックは、電極を金
網から構成した場合のような問題も起きない。すなわち
金網は、それを形成する金属線材同士の接触具合が不均
一であるため、局所的に内部放電を引き起こし、温度を
無用に上昇させる。ところでこれは体積抵抗率を低下さ
せて必要以上に吸着力を増大させるが、こうした現象が
甚だしいものとなると、被吸着物、たとえば半導体ウェ
ハに流れるリーク電流が限界値を超えてしまい、ウェハ
表面に形成されたデバイスが破壊されるといったトラブ
ルが発生する。

【００４７】ところが、上述したようにパンチングメタ
ルから構成された電極を用いた場合には、内部放電によ
る温度上昇は皆無である。よって、静電チャックの温度
は常に正規の値に保たれ、したがって被吸着物の損壊な
どのトラブルは起きない。

【００４８】また、使用中、静電チャックの温度はかな
り広い範囲で急激に変化するが、この際、窒化アルミニ
ウムと電極を構成する金属材料との熱膨張率の差異に起
因して、内部には応力が発生する。ところが、電極が金
網からできている場合、それを構成する金属線材には亀
裂が生じやすいため、電極は容易に断線状態となる。こ
の結果、金網を電極とした静電チャックは、早期に本来
の性能を発揮できなくなり、吸着ムラを生じる。そし
て、この吸着ムラは被吸着物に温度ムラを発生させ、被
吸着物表面に形成される膜の品質を著しく低下させる。

【００４９】これに対して本実施形態のごとく、パンチ
ングメタルから構成された電極を用いてなる静電チャッ
クでは、多少の電極の亀裂は問題とならない。換言すれ
ば、若干の亀裂は、金網における断線のような致命的欠
陥とはならないので、温度が広い範囲で急激に変化する
ような状況下で長期にわたって使用されても、本静電チ
ャックには吸着能力が低下するといった問題は起きな
い。

【００５０】ちなみに電極としては、正確に言うと、こ
の電極の材料となるパンチングメタルとしては、上記様
態以外にも、図３〜図５に示すようなものが挙げられ
る。

【００５１】図３に一部を示すパンチングメタルも、や
はり金属薄板に円形の孔３１を、たとえば打ち抜き処理
によって多数形成して得たものである。なお、同図中、
Ｐで示す丸孔３１同士の間隔（中心間の距離）は全て同
じである。また、隣合う丸孔３１同士の中心を結ぶ二つ
の線分Ｌ_１，Ｌ_２のなす角度θは６０度である。こうし
たパターンは、特に「丸孔千鳥抜き６０度」と称され
る。

【００５２】図４に示すのは、「丸孔直列抜き９０度」
と呼ばれるパターンが採用されたパンチングメタルの一
部であり、同図中、Ｐで示す丸孔４１同士の間隔（中心
間の距離）は全て同じである。また、隣合う丸孔４１同
士の中心を結ぶ二つの線分Ｌ _１，Ｌ_２のなす角度θは、
言うまでもなく９０度である。

【００５３】図５に示すのは、「角孔直列抜き」と呼ば
れるパターンが採用されたパンチングメタルの一部であ
り、同図中、Ｐで示す角孔５１同士の間隔（中心間の距
離）は全て同じである。また、隣合う角孔５１同士の中
心を結ぶ二つの線分Ｌ_１，Ｌ _２のなす角度θは９０度で
ある。なお、角孔を図２や図３に示すごとく配置したパ
ターンは、特に「角孔千鳥抜き」と呼ばれる。更に、真
円形の孔に替えて、楕円形の孔や長円形の孔を採用した
場合、そうしたパターンは、孔の配列によって、「長孔
千鳥抜き」あるいは「長孔直列抜き」と呼ばれる。

【００５４】

【実施例】上記実施形態に係る静電チャックを、次のよ
うにして製作した。まず、原料となる窒化アルミニウム
の粉末とイットリア（酸化イットリウム）の粉末を準備
した。そして、窒化アルミニウム粉末９７質量％、イッ
トリア３質量％からなる混合物を形成し、更に、それを
型に充填して、９．８ＭＰａ（約１００ｋｇｆ／ｃ
ｍ^２）の圧力で一軸加圧処理を施した。これによって、
直径２００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤状成形体（基層と
なる部分）を形成した。

【００５５】次に、この円盤状成形体の上に、電極とな
る直径１９０ｍｍの円形金属薄板を載置した。但し、こ
の金属薄板は平板状のパンチングメタルを円形にカット
して得たものである。続いては、先に形成した原料混合
物を円形金属薄板の上に更に所定の厚さに充填した。そ
して、再び９．８ＭＰａ（約１００ｋｇｆ／ｃｍ^２）の
圧力で加圧しながら、２時間かけて、１９００℃でホッ
トプレス焼成を行い、焼結体を形成した。

【００５６】ここで、この焼結体の表面を観察し、クラ
ックが生じていないことを確認した。また、軟Ｘ線装置
を用いて、その内部状態を観察し、埋設された電極に断
線様の欠陥が生じていないことを確認した。更にこの
後、同焼結体における絶縁層の厚さが１．０ｍｍとなる
よう、それを研削した。最後に、焼結体の基層部分に直
径４ｍｍの孔を形成し、埋設されている電極を露出させ
た。そして、給電用の端子をこのようにして露出させた
電極に接続し、最終製品すなわち上記実施形態に係る静
電チャック（試料）を得た。

【００５７】なお、パンチングメタルとしては、パター
ンや材質の異なる１４種類のものを用いたので、試料と
なる静電チャックも当然ながら１４種類である。以下で
は、これらを実施例１〜１４と言う。各実施例にて、電
極として採用したパンチングメタルの詳細は、以下の表
１に示すとおりである。

【００５８】一方、パンチングメタルからなる円形金属
薄板に替えて、金網からなる円形金属シートを配置する
ことで、実施例１〜１４とは別に、比較用の静電チャッ
クを製作した。但し、他の条件は先と同じである。な
お、金網としては、線材径や網目の細粗（以下、パター
ンと言う）が異なる３種類のものを用いたので、試料と
なる比較用の静電チャックも３種類である。以下では、
これらを比較例１〜３と言う。各比較例で採用した金網
の詳細も表１に併せて示す。

【００５９】表１試料パターン開孔率厚さ材質実施例１丸９０１．０／５．０３．１０．０５Ｍｏ実施例２丸９０３．０／１０．０７．１１．００Ｍｏ実施例３角９０６．３／１２．０２７．６１．５０Ｍｏ実施例４丸６０８．０／１２．０４０．２２．００Ｗ実施例５角９０２．５／３．２６１．００．０５Ｗ実施例６丸９０４．０・１０．０／１２．０６３．２１．５０Ｍｏ実施例７丸６０４．５／５．０７３．４２．００Ｗ実施例８角９０４．５／５．０８１．０１．００Ｗ実施例９丸９０１．２／１０．０１．１０．０５Ｗ実施例１０角９０７．５／８．０８７．９２．００Ｗ実施例１１角９０６．３／１２．０２７．６０．０２Ｍｏ実施例１２丸６０４．５／５．０７３．４２．５０Ｗ実施例１３丸９０３．０／１０．０７．１０．１０Ｔａ実施例１４丸６０４．５／５．０７３．４１．００Ｎｂ比較例１０．０３／１５０平織りＷ比較例２０．０５／１００平織りＭｏ比較例３０．１０／１００平織りＷ

【００６０】ここで、パターンの欄における「丸」は、
パンチングメタルの孔が丸孔であることを、他方、同欄
における「角」は、それが角孔であることを、それぞれ
意味する。また、「丸」あるいは「角」の次に位置する
２桁の数値は、隣接する孔の中心を結ぶ線分同士のなす
角度（単位は度）を意味する。すなわち、９０度のもの
は直列抜きが採用されたパンチングメタルであり、６０
度のものは千鳥抜きが採用されたパンチングメタルであ
る。

【００６１】その次に位置する数値の組「Ｍ／Ｎ」は、
孔の大きさおよび間隔（ピッチ）を示す。更に具体的に
言うと、「Ｍ」に該当する数値は、孔の直径（孔が丸孔
の場合／単位はｍｍ）あるいは孔の一辺の長さ（孔が角
孔の場合／単位はｍｍ）を示す。但し、実施例６につい
ては、直径の異なる２種類の丸孔が形成されたパンチン
グメタルを使用したので、この直径を示す数値を中点で
区切って、二つ並べて記載した。

【００６２】次に「Ｎ」に該当する数値についてである
が、これは、ある孔の中心と、それに最も近い位置にあ
る他の孔の中心との距離（単位はｍｍ）を意味する。更
に言えば、開孔率の単位は％、厚さの単位はｍｍであ
る。また、材質の欄における「Ｍｏ」はモリブデンを、
「Ｗ」はタングステンを、「Ｔａ」はタンタルを、そし
て「Ｎｂ」はニオブを、それぞれ意味する。

【００６３】一方、比較例１〜３のパターンの欄に記載
した数値の組「Ｘ／Ｙ」について、「Ｘ」に該当する数
値は、金網を構成する金属線材の線径（単位はｍｍ）を
意味し、他方、「Ｙ」に該当する数値は、網目サイズ
（単位はメッシュ）を示す。

【００６４】さて、上記のごとくして得た全ての静電チ
ャック（実施例１〜１４および比較例１〜３）につい
て、２０〜５５０℃の温度サイクルを計１００回繰り返
し実施した後、吸着力の測定を行った。測定方法は次の
とおりである。

【００６５】まず、窒化アルミニウムの体積抵抗率が、
１×１０^１０Ω・ｍとなるまで静電チャックを加熱し、
この後、静電チャック吸着面の所定の位置に、直径３０
ｍｍのシリコンウェハを吸着させた。但し、印加電圧は
１ｋＶである。また、シリコンウェハを吸着させた位置
は、静電チャックの中心、直径９０ｍｍの同心円上の４
箇所（９０度おき）、そして直径１８０ｍｍの同心円上
の４箇所（９０度おき）である。

【００６６】こうした状況での各地点における静電吸着
力（単位はＮ）を測定し、そのデータに基づいて、実施
例１〜１４および比較例１〜３のそれぞれについて、静
電吸着力の均一性の度合い（単位は％）を計算した。結
果は、以下の表２に示すとおりである。なお、この均一
性の度合いＫは、次式により算出される。Ｋ＝（３δ／２ｘ_ａｖｇ）×１００ δ＝〔Σ（ｘ_ｉ−ｘ_ａｖｇ）^２／ｎ〕^１／２ｘ_ａｖｇ＝（Σｘ_ｉ）／ｎここで、ｘ_ｉはｉ番目の地点での静電吸着力の大きさ、
ｎは測定を行った箇所の総数（ここではｎ＝９）であ
る。

【００６７】表２試料均一性の度合い試料均一性の度合い実施例１１．３実施例１０２．５実施例２１．１実施例１１２．８実施例３１．０実施例１２１．９実施例４０．９実施例１３２．１実施例５１．２実施例１４２．８実施例６１．２比較例１７．１実施例７１．３比較例２６．５実施例８１．５比較例３５．６実施例９２．２

【００６８】〔評価〕本発明の実施形態に係る静電チ
ャックは、いずれのものについても、比較例に比して、
良好な均一性の度合いを示している。したがって吸着能
力に偏りがなく、極めて均一に被吸着物を吸着保持でき
ることがわかる。殊に表２からは、好ましい様態のパン
チングメタルを電極として用いてなる静電チャックが、
際立って優れた特性を有していることが窺える。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、絶縁層の厚さが小さく
とも、不具合が起き難い静電チャックが得られる。特
に、絶縁層厚さが０．１〜４．０ｍｍであっても、絶縁
層の剥離などの不具合が起き難い静電チャックが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る静電チャックの断面図

【図２】本発明の実施形態に係る静電チャックを構成す
る電極の一部平面図

【図３】電極の他の様態を示す一部平面図

【図４】電極の他の様態を示す一部平面図

【図５】電極の他の様態を示す一部平面図

【符号の説明】

１チャック本体２電極３端子１１基層１２絶縁層２１孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塩貝達也千葉県佐倉市大作２−４−２太平洋セメント株式会社中央研究所内Ｆターム(参考） 5F004 BB22 BB29 5F031 CA02 CA04 CA09 HA02 HA03 HA18 HA37 MA30 NA05 PA11 PA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化アルミニウムを含む焼結体から構成
されたチャック本体と、このチャック本体に埋設された電極とを具備し、前記チャック本体が、前記電極を挟んで互いに対向する
基層および厚さが０．１〜４．０ｍｍの絶縁層を備えて
なる静電チャックであって、前記電極は、平板状のパンチングメタルから構成された
ものであることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】電極の厚さを、０．０５〜２．００ｍｍ
とした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】電極を構成するパンチングメタルは、開
孔率が、３．１〜８１．０％のものであることを特徴と
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】電極を構成するパンチングメタルは、タ
ングステンあるいはモリブデンを含む金属材料からなる
ものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいず
れかに記載の静電チャック。