JPH11168134A

JPH11168134A - 静電吸着装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH11168134A
Application number: JP9348531A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mogi; 弘茂木; Toshimi Kobayashi; 利美小林
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 1999-06-22
Also published as: TW442888B; KR19990062716A; US6272002B1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】絶縁性誘電体層、導電体層および絶縁体層の
各層間の熱膨張係数の差を極力緩和して材質を一体化
し、焼結体内部の層間剥離、クラック、割れ等の発生を
抑え、静電吸着面の歪み、反りの発生を防止して静電吸
着力を高め、電圧の印加を止めた時の脱着能力の劣化が
なく、耐電圧特性にも優れた静電吸着装置を提供する。【解決手段】絶縁性誘電体層４で被覆された絶縁体層
５上の導電体層電極３に電圧を印加して、絶縁性誘電体
層４に試料を静電吸着させる静電吸着装置において、絶
縁性誘電体層４と導電体層３の間、および／または導電
体層３と絶縁体層５の間に熱膨張緩衝層６を設け、未焼
成の状態で積層して成形体とし、成形体を焼成した焼結
体からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電チャック、特
には導電性、半導電性または絶縁性の対象物を低温から
高温まで強く静電気力により吸着保持し、容易に脱着す
ることができる、半導体や液晶の製造プロセス等に有用
とされる静電吸着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体や液晶の製造プロセス、特にドラ
イエッチング、イオン注入、蒸着等の工程については近
年その自動化、ドライ化が進んでおり、従って、真空条
件下で行われる製造工程も増加してきている。

【０００３】また、基板としてのシリコンウエーハやガ
ラス基板などはその大口径化が進み、回路の高集積化、
微細化に伴って、パターニング時の位置合せ精度も益々
厳しくなってきている。そのため、従来から基板の搬送
や吸着固定には真空チャックが使用されているが、この
真空チャックは真空条件下では圧力差がないために使用
できず、また、低真空下では基板を吸着することはでき
るが、吸着部分が局部的に吸引されるために、吸引され
た基板には部分的な歪みを生じ、高精度な位置合せがで
きないという欠点があるため、最近の半導体や液晶の製
造プロセスには不適当なものとされている。

【０００４】このような欠点を改善したものとして、静
電気力を利用して、基板を搬送したり、これを吸着固定
する静電吸着装置が注目され、使用され始めており、最
近の半導体、液晶の製造プロセスではデバイスの微細化
に伴って、基板であるウエーハやガラス板の平坦度が益
々重視され、その矯正に静電吸着装置を利用することも
検討されてきている。また、高温腐食性ガス雰囲気のプ
ロセスも多いことからセラミックス製の静電吸着装置が
出現している。

【０００５】従来のセラミックス製の静電吸着装置は、
セラミックスからなる焼結体基板（絶縁体層）上に導電
体層を印刷等で形成し、この上に溶射法等で絶縁性誘電
体層を形成する方法や、導電体層上に接着剤を用いて絶
縁性誘電体層（９９％アルミナ焼結体）を貼り付ける方
法が提案されている。また、最近では、耐久性を向上さ
せるために、テープ成形、鋳込み成形あるいはプレス成
形等によって成形された絶縁性誘電体層用グリーンシー
トと絶縁体層用グリーンシートとの間に導電体層を挿ん
で、未焼成状態でこれら３者を積層して一体化し、これ
を焼成した焼結体からなる静電吸着装置が提案されてい
る（特許第２１２９６２１号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように、未焼成状態の絶縁性誘電体層用グリーンシー
トと絶縁体層用グリーンシートとの間に導電体層を挿ん
で、これら３者を積層して一体化し、これを焼成した焼
結体からなる静電吸着装置においては、各層の熱膨張係
数の差に起因すると思われる歪み、反りが静電吸着面に
発生し、また、焼結体内部には層間剥離、クラック、割
れ等が発生し、十分な静電吸着力が得られず、耐電圧が
低いという問題点があった。

【０００７】本発明は、このような問題点に鑑みなされ
たもので、絶縁性誘電体層、導電体層および絶縁体層の
各層間の熱膨張係数の差を極力緩和するようにして材質
を一体化し、焼結体内部の層間剥離、クラック、割れ等
の発生を抑え、静電吸着面の歪み、反りの発生を防止し
て静電吸着力を高め、電圧の印加を止めた時の脱着能力
の劣化がなく、耐電圧特性にも優れた静電吸着装置を提
供することを主目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、本発明の請求項１に記載した発明は、絶縁性誘
電体層で被覆された絶縁体層上の導電体層電極に電圧を
印加して、該絶縁性誘電体層に試料を静電吸着させる静
電吸着装置において、前記絶縁性誘電体層と前記導電体
層の間、および／または前記導電体層と前記絶縁体層の
間に熱膨張緩衝層を設け、未焼成の状態で積層、プレス
して成形体とし、該成形体を焼成した焼結体からなるこ
とを特徴とする静電吸着装置である。

【０００９】このように、絶縁性誘電体層と導電体層の
間、および／または導電体層と絶縁体層の間に熱膨張緩
衝層を設け、未焼成の状態で積層、プレスして成形体と
し、該成形体を焼成した焼結体とすれば、各層固有の熱
膨張係数の差は、熱膨張緩衝層を中心にして小さくな
り、単体に近い熱膨張収縮挙動を示すようになり、静電
吸着面である絶縁性誘電体層表面には歪み、反りが殆ど
なく、焼結体内部にも層間剥離、クラック、割れ等の欠
陥は極めて少なくなる。従って、静電吸着力が強く均一
になり、脱着応答特性が速く、特に離脱が容易であり、
耐電圧特性の高い静電吸着部を形成することができる。

【００１０】そしてこの場合、請求項２に記載したよう
に、前記熱膨張緩衝層の熱膨張係数が、前記絶縁性誘電
体層および絶縁体層の熱膨張係数と、前記導電体層の熱
膨張係数との間にあり、主成分が少なくとも窒化アルミ
ニウム、酸化アルミニウム、窒化けい素、酸化けい素、
酸化ジルコニウム、酸化チタニウム、サイアロン、窒化
ほう素、炭化けい素から選択される１種のセラミック
ス、または２種以上の混合物とすることができる。

【００１１】熱膨張緩衝層のセラミックスとしてこのよ
うな材質を選択すれば、該熱膨張緩衝層の熱膨張係数
が、絶縁性誘電体層および絶縁体層の熱膨張係数と、導
電体層の熱膨張係数との間の値になるように製造するこ
とは極めて容易であり、しかもこの間の値を持った熱膨
張緩衝層を、絶縁性誘電体層と導電体層の間、および／
または導電体層と絶縁体層の間に設け、未焼成の状態で
積層して成形体とし、該成形体を焼成した焼結体とすれ
ば、各層間に存在する熱膨張係数の差を出来るだけ小さ
くすることができるので、焼結後の静電吸着部の吸着面
に歪みや反りを生じたり、焼結体内部に層間剥離、割
れ、クラック等を発生することは殆どなくなり、高い静
電吸着力が得られると共に耐電圧特性が改善され、ひい
ては、吸着固定している半導体ウエーハやガラス板等の
基板に歪み、割れ、クラック等の欠陥の発生を大幅に減
らすことができる。

【００１２】また、請求項３では、前記絶縁性誘電体層
および絶縁体層の主成分が、少なくとも窒化アルミニウ
ム、酸化アルミニウム、窒化けい素、酸化けい素、酸化
ジルコニウム、酸化チタニウム、サイアロン、窒化ほう
素、炭化けい素から選択される１種のセラミックス、ま
たは２種以上の混合物であることが望ましい。このよう
に、絶縁性誘電体層および絶縁体層の材質は、同一であ
っても、異なっても構わないが、熱膨張係数が出来るだ
け近似したもの、焼結し易いもの、また、絶縁性誘電体
層は静電吸着面となるから、特に誘電率の高い材質を選
択することが望ましい。

【００１３】本発明の請求項４に記載した発明は、絶縁
性誘電体層で被覆された絶縁体層上の導電体層電極に電
圧を印加して、該絶縁性誘電体層に試料を静電吸着させ
る静電吸着装置の製造方法において、前記絶縁性誘電体
層と前記導電体層の間、および／または前記導電体層と
前記絶縁体層の間に熱膨張緩衝層を設け、各層のグリー
ンシートを積層した後、プレスして成形体とし、該成形
体を焼成して焼結体とすることを特徴とする静電吸着装
置の製造方法である。

【００１４】このように、先ず各層別にセラミックスグ
リーンシートを作り、これを積層して圧縮成形し、未焼
成状態で一体化して焼結し、静電吸着装置の焼結体を製
造すれば、焼結後の静電吸着部の吸着面に歪みや反りを
生じたり、焼結体内部に層間剥離、割れ、クラック等を
発生することは殆どなく、従って、強力で面内均一な静
電吸着力を有する静電吸着装置を作製することができ
る。

【００１５】そして、請求項５に記載した発明は、絶縁
性誘電体層で被覆された絶縁体層上の導電体層電極に電
圧を印加して、該絶縁性誘電体層に試料を静電吸着させ
る静電吸着装置の製造方法において、積層された導電体
層と熱膨張緩衝層用グリーンシートを、絶縁性誘電体層
用グリーンシートで覆い、底に絶縁体層用グリーンシー
トを積層した後、プレスして成形体とし、該成形体を焼
成して焼結体とすることを特徴とする静電吸着装置の製
造方法である。このようにすれば、焼結体周縁も絶縁性
誘電体層で覆われることになり、導電体層より不純物が
発生することもなく、静電吸着特性や耐電圧特性も向上
させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。本発明者らは、静電吸着装置において、絶縁性誘電
体層、導電体層電極および絶縁体層を一体化した静電吸
着部の吸着面に発生する歪み、反り、割れ、クラック等
あるいは静電吸着部内の層間剥離やクラックを防止する
には、各層間の熱膨張係数の差を吸収させる手段が必要
と考え、絶縁性誘電体層と導電体層との間および／また
は導電体層と絶縁体層の間に熱膨張緩衝層を設けた焼結
体とすれば、焼結体内部に層間剥離、クラック、割れ等
の欠陥がなく、焼結体表面に歪み、反りのないフラット
な吸着面が得られ、静電吸着力は強く、脱着が十分機能
すると共に、耐電圧も低下しない長寿命で、高性能な静
電吸着装置を作製できることを見出し、諸条件を精査し
て本発明を完成させたものである。

【００１７】本発明の静電吸着装置の一例として、図１
にその縦断面図を示した。この静電吸着装置１は、双極
型電極３と熱膨張緩衝層６を絶縁性誘電体層４と絶縁体
層５で被覆した板状構造を有する静電吸着部２を、プレ
ート部８の上面に接着剤層７を介して接合したもので、
外部電源からリード線９を通して電極３に電圧を印加す
ると、静電吸着部２の上面に置かれた試料、例えば半導
体ウエーハとの間に静電力が発生し、ウエーハを強力に
吸着保持あるいは平坦度を矯正保持することができると
いうものである。

【００１８】本発明の静電吸着部２は、絶縁性誘電体層
４と導電体層３の間、および／または導電体層３と絶縁
体層５の間に熱膨張緩衝層６を設け、未焼成の状態で積
層した後、プレスして成形体とし、該成形体を焼成した
焼結体からできている。図１の静電吸着部２は導電体層
３と絶縁体層５の間に熱膨張緩衝層６を設けた場合の一
例を示している。

【００１９】このように、絶縁性誘電体層４と導電体層
３の間、および／または導電体層３と絶縁体層５の間に
熱膨張緩衝層６を設け、未焼成の状態で積層して成形体
とし、該成形体を焼成した焼結体（静電吸着部２）とす
れば、各層固有の熱膨張係数の差は、熱膨張緩衝層６を
中心にして小さくなり、単体に近い熱膨張収縮挙動を示
すようになり、静電吸着面である絶縁性誘電体層４の表
面には歪み、反りが殆どなく、焼結体内部にも層間剥
離、クラック、割れ等の欠陥は極めて少なくなり、従っ
て、静電吸着力が強く均一になり、脱着応答特性が速
く、特に離脱が容易であり、耐電圧特性の高い静電吸着
部２を形成することができる。

【００２０】本発明の静電吸着部２を構成する絶縁性誘
電体層４および絶縁体層５の主成分は、少なくとも窒化
アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化けい素、酸化け
い素、酸化ジルコニウム、酸化チタニウム、サイアロ
ン、窒化ほう素、炭化けい素から選択される１種のセラ
ミックス、または２種以上の混合物とすることが望まし
い。このように、絶縁性誘電体層４および絶縁体層５の
材質は、同一であっても、異なっても構わないが、熱膨
張係数が出来るだけ近似したもの、焼結し易いもの、ま
た、絶縁性誘電体層４は静電吸着面となるから、特に誘
電率の高い材質であって、吸着する半導体ウエーハ等の
試料に対して不純物とならないものを選択することが望
ましい。

【００２１】本発明の静電吸着部２を構成する導電体層
電極３の材料としては、アルミニウム、鉄、銅、銀、
金、チタン、タングステン、モリブデン、白金等の金
属、グラファイト、カーボン、炭化けい素、窒化チタ
ン、炭化チタン等の導電性セラミックスから選択される
１種または２種以上の合金或はこれらの混合焼結体等を
使用することができるが、これら電極材料の熱膨張係数
が、絶縁性誘電体層４あるいは絶縁体層５の熱膨張係数
に出来るだけ近似していることが望ましい。

【００２２】本発明の最大の特徴である熱膨張緩衝層６
については、その熱膨張係数を、絶縁性誘電体層４およ
び絶縁体層５の熱膨張係数と、導電体層電極３の熱膨張
係数との間となる値に調整するのが好ましい。また、材
質は、主成分が少なくとも窒化アルミニウム、酸化アル
ミニウム、窒化けい素、酸化けい素、酸化ジルコニウ
ム、酸化チタニウム、サイアロン、窒化ほう素、炭化け
い素から選択される１種のセラミックス、または２種以
上の混合物とすることが望ましい。

【００２３】熱膨張緩衝層のセラミックスとしてこのよ
うな材質を選択すれば、該熱膨張緩衝層の熱膨張係数
を、絶縁性誘電体層および絶縁体層の熱膨張係数と、導
電体層の熱膨張係数との間の値に設定し、これを製造す
ることは極めて容易であり、しかもこの間の値を持った
熱膨張緩衝層を、絶縁性誘電体層と導電体層の間、およ
び／または導電体層と絶縁体層の間に設け、未焼成の状
態で積層、プレスして成形体とし、該成形体を焼成した
焼結体とすれば、各層間に存在する熱膨張係数の差を出
来るだけ小さくすることができるので、焼結後の静電吸
着部の吸着面に歪みや反りを生じたり、焼結体内部に層
間剥離、割れ、クラック等を発生することは殆どなくな
り、高い静電吸着力が得られると共に耐電圧特性が改善
され、ひいては、吸着固定している半導体ウエーハやガ
ラス板等の基板に歪み、割れ、クラック等の欠陥の発生
を大幅に減らすことができる。

【００２４】このような熱膨張緩衝層の熱膨張係数の調
整は、例えば表１の本発明Ａに示したように、絶縁性誘
電体層および絶縁体層としてアルミナ（熱膨張係数：
７．８×１０^-6／℃）を選択し、導電体層電極としてタ
ングステン（熱膨張係数：８．６×１０^-6／℃）を選択
した場合、その間の熱膨張係数を得るには、アルミナに
アルミナよりも熱膨張係数の大きい酸化マグネシウムま
たは酸化けい素あるいは両混合物を数％添加して調整す
ることができ、熱膨張緩衝層の熱膨張係数として８．２
×１０^-6／℃を得た。これらの各層をグリーンシートの
状態で積層、プレスして成形し、焼結して得た静電吸着
部の反りは１０μｍと極めて小さく、クラックの発生は
なく、静電吸着装置として十分機能するものである。表
１の比較例Ａは、熱膨張緩衝層のない場合で、焼結体の
反りは大きく、焼結体内部の電極パターン周辺にクラッ
クが発生し、静電吸着装置としては使用できないもので
ある。

【００２５】

【表１】

【００２６】また、熱膨張緩衝層の熱膨張係数の異なる
数種類のセラミックスグリーンシートを作製し、上記と
同様に処理して静電吸着部を製造したところ、表２に示
したような結果が得られた。

【表２】

【００２７】表２の結果から、熱膨張緩衝層の熱膨張係
数は、絶縁性誘電体層および絶縁体層の熱膨張係数以上
で導電体層の熱膨張係数以下の範囲内がよく、さらに好
ましくは、静電吸着部の絶縁性誘電体層および絶縁体層
と、導電体層とのほぼ中間値が好ましく、この範囲内で
あれば、焼結体内部の積層界面にはがれが生じたり、電
極パターン周辺部にクラックが発生する、あるいは焼結
体自体に反りやクラック等が発生することが殆どなくな
り、静電吸着力は面内均一で向上し、耐電圧特性も改善
され、耐久性にも優れた静電吸着部を形成することがで
きる（表２の本発明Ｂ、Ｃ、Ｄ）。逆にこの範囲外で
は、十分に熱膨張係数の差を緩和することができず、静
電吸着部自体に大きな反りや応力によるクラックの発
生、焼結体内部に層間剥離やクラックの発生等の欠陥を
生ずることになる（表２の比較例Ｂ、Ｃ、Ｄ）。

【００２８】なお、静電力は、一般に次式、Ｆ＝Ａ・ε・（Ｖ／ｔ）² ［（ここにＦ：静電力（Ｃ）、ε：誘電率（Ｆ／ｍ）、
Ｖ：印加電圧（ｖ）、ｔ：厚さ（μｍ）、Ａ：定数］で表される。従って、誘電力を高めるために、絶縁性誘
電体層、絶縁体層、熱膨張緩衝層には、副成分として高
誘電体のセラミックス粉末、例えば、チタン酸バリウ
ム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコニウム、ＰＬＺＴ（ジ
ルコン酸チタン酸鉛ランタン）、シリカ、マグネシア等
を、被吸着物である半導体デバイスにダメージを発生さ
せない程度であれば添加しても構わない。

【００２９】本発明の静電吸着部２を製造する方法の一
例としては、先ず、セラミックス粉末にバインダー、溶
剤を混練して絶縁性誘電体層４用および絶縁体層５用グ
リーンシートを作り、この絶縁性誘電体層４用グリーン
シートの一面に金属粉末ペーストを用いてスクリーン印
刷で導電体層電極３を印刷する。次いで、別組成の熱膨
張緩衝層６用のグリーンシートを重ね合せ、さらに絶縁
体層５用グリーンシートを重ね合せて高圧プレスで加圧
して一体化し、高温で焼結して焼結体とし、最後にこの
焼結体の両面を精密に研磨して板状の静電吸着部２を得
ることができる。

【００３０】他の例としては、先ず、セラミックス粉末
にバインダー、溶剤を混練して絶縁性誘電体層４用およ
び絶縁体層５用グリーンシートを作り、この絶縁性誘電
体層４用グリーンシートは静電吸着部２厚みを考慮して
やや大きめに作っておく。そしてその一面に金属粉末ペ
ーストを用いてスクリーン印刷で導電体層電極３を印刷
する。次いで、別組成の熱膨張緩衝層６用のグリーンシ
ートを重ね合せ、この積層板周縁を絶縁性誘電体層用グ
リーンシートで被覆し、底に絶縁体層５用グリーンシー
トを重ね合せた後、高圧プレスで加圧して一体化し、高
温で焼結して焼結体とし、最後にこの焼結体の両面を精
密に研磨して板状の静電吸着部２を得ることができる。

【００３１】さらに別の例としては、電極３として金属
板または導電性セラミックスシートを用意し、この片面
に熱膨張緩衝層６用セラミックスを所望の厚さまで溶射
し、さらにこの両面に絶縁性誘電体層４用セラミックス
を所望の厚さまで溶射して板状に成形した後、この両面
を高精度に研磨して静電吸着部２を作ることができる
（この場合、絶縁性誘電体層は絶縁体層を兼ねてい
る）。

【００３２】導電体層電極３を形成するには、スクリー
ン印刷法、溶射法、フォトリソグラフィー或はメッキ法
等が使用される。そして、この静電吸着用電場を形成す
るには、被吸着物を一方の電極とし、もう片方の電極を
静電吸着部２内に置いた単極型のものとするか、また
は、静電吸着部２内に二つの電極を配置した双極型とす
ることができる。

【００３３】静電吸着部２に静電力を発生させるために
は、内部電極３に電圧を印加する必要があるため、電極
を被覆するセラミックスの一部に内部電極３に通じる穴
（電極給電部）を設け、外部電源から電極３にリード線
９を配線している。電極の材質が、銅、白金、ニッケル
メッキや金メッキを施したタングステン等のように半田
付けが可能な場合には、静電チャック使用温度以上の融
点を持つ半田により電極にリード線を半田付けしてい
る。また、この電極がグラファイト、タングステン、窒
化チタン等のように半田付け不可能な材質の場合には、
セラミックスの熱膨張率に合致した合金等でネジ付きピ
ンを孔部に通して電極に銀ロウ付けする構造がとられて
いる。

【００３４】ここで、プレート部８は、前記静電吸着部
２が薄い板状で破損し易いので、静電吸着部２の基板と
なる絶縁体層５に対して必要に応じて貼り合わせる補強
材の役割をしている。さらに、一般的には熱伝導が良好
で放熱し易いもの、かつ、熱膨張係数が小さくて静電吸
着部に歪み、反り等を与えないものがよく、酸化アルミ
ニウム、窒化アルミニウム、窒化けい素、酸化けい素、
酸化ジルコニウム、酸化チタン、サイアロン、窒化ほう
素および炭化けい素等から選択される１種のセラミック
ス、または２種以上の混合焼結体が好ましい。また、こ
れらセラミックス板とＡｌ、Ｃｕ、Ｔｉ等の金属板また
はステンレス等の合金板とを一体化した積層板も使用す
ることができる。

【００３５】前記静電吸着部２とプレート部８との接合
には、通常耐熱性の高い、熱硬化性合成樹脂接着剤が使
用される。特に、常温において液状のものを用いれば、
静電吸着部とプレート部の接合が均一に容易に行える
し、あらゆる形態のものに適用できる。この液状接着剤
の塗布には、スピンコート、バーコート、スプレーコー
トなどの塗装方法が使用される。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。（実施例１）アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）粉末９２重量％、
酸化マグネシウム粉末２．０重量％および酸化けい素粉
末６．０重量％からなるセラミックス混合物１００重量
部に、ブチラール樹脂８重量部、エタノール６０重量部
およびフタル酸ジオクチル１２重量部を添加した後、ボ
ールミル中で５０時間混練してスラリーを作製した。

【００３７】次いで、このスラリーを真空脱泡機で処理
して、その溶剤の一部を蒸発させて粘度３０，０００ｃ
ｐｓとし、ドクターブレードを用いて厚さ０．７ｍｍの
グリーンシートを作り、それから直径が２５０ｍｍの円
板を２枚切り出し、その内の１枚を絶縁性誘電体層用と
してその片面にタングステンペーストを用いてスクリー
ン印刷により双極型電極を２．５ｍｍの間隔で同心円状
に印刷した（タングステン焼結体からなる導電体層の熱
膨張係数は８．６×１０^-6／℃）。また、もう１枚は絶
縁体層用としてグリーンシート円板の中心部に直径２ｍ
ｍの孔を開け電極とリード線の接続用貫通孔（電極給電
部）とした。これとは別に上記と同様な手法でグリーン
シート円板を作製し、このものを１００℃に加熱したプ
レスで８０ｋｇ／ｃｍ² の圧力をかけて圧縮し、その
後、水素２５容量％、窒素７５容量％の雰囲気ガス中で
１，６５０℃の温度で焼結し、焼結体の熱膨張係数を測
定したところ、７．８×１０^-6／℃であった。

【００３８】さらに熱膨張緩衝層用として、アルミナ粉
末９８重量％、酸化マグネシウム粉末０．５重量％およ
び酸化けい素粉末１．５重量％からなるセラミックス混
合物１００重量部に、ブチラール樹脂８重量部、エタノ
ール６０重量部およびフタル酸ジオクチル１２重量部を
添加した後、ボールミル中で５０時間混練してスラリー
を作製した。次いで、このスラリーを真空脱泡機で処理
して、その溶剤の一部を蒸発させて粘度３０，０００ｃ
ｐｓとし、ドクターブレードを用いて厚さ０．４ｍｍの
グリーンシートを作り、それから直径が２５０ｍｍの円
板を切り出し、その中心部に直径２ｍｍの孔を開け電極
給電部とした。これとは別に、上記と同様な手法でグリ
ーンシート円板を作製し、このものを１００℃に加熱し
たプレスで８０ｋｇ／ｃｍ² の圧力をかけて圧縮し、そ
の後、水素２５容量％、窒素７５容量％の雰囲気ガス中
で１，６５０℃の温度で焼結し、焼結体の熱膨張係数を
測定したところ、８．４×１０^-6／℃であった。

【００３９】そして、上記電極を印刷した絶縁性誘電体
層用グリーンシートの印刷面上に、熱膨張緩衝層用のグ
リーンシートを重ね合せ、さらにその上に電極給電部を
設けた絶縁体層用グリーンシートを重ね合せて、１００
℃に加熱したプレスで８０ｋｇ／ｃｍ² の圧力をかけて
一体化し、その後、水素２５容量％、窒素７５容量％の
雰囲気ガス中で１，６５０℃の温度で焼結した。得られ
た焼結体の反り量を３次元測定器により、直径２００ｍ
ｍの面内を測定した所、８μｍであった。次いでこの焼
結体の両面を研磨し、厚さ１．２ｍｍの静電吸着部を作
製した。そして、電極給電部から覗いて見えるタングス
テン電極にニッケルメッキおよび金メッキを施し、これ
にリード線を２本、融点３５０℃の半田で半田付けし
て、静電吸着装置を作製した。

【００４０】次に、この静電吸着装置に直径８インチの
シリコンウエーハを載置し、ウエーハの温度が０℃とな
るように冷却しながら、リード線間にＤＣ±１ｋＶの電
圧を印加して静電力テスターでその静電力を測定した
所、１ｋｇ／ｃｍ² の大きさで、ウエーハの平坦度矯正
に充分なものであった。また、印加電圧を切断した所、
素早く追従してウエーハを離脱させることができた。

【００４１】（実施例２）実施例１における熱膨張緩衝
層用セラミックスの組成を、アルミナ粉末９５重量％、
酸化マグネシウム粉末２．０重量％および酸化けい素粉
末３．０重量％からなるセラミックス混合物１００重量
部としたほかは、実施例１と同様に処理して焼結体を得
た。この熱膨張緩衝層用焼結体の熱膨張係数を測定した
所、８．０×１０^-6／℃であった。次いで、この熱膨張
緩衝層用グリーンシートを用いて焼成した静電吸着部焼
結体の直径２００ｍｍの面内の反り量は１５μｍであっ
た。続いてこの焼結体の両面を研磨し、厚さ１．２ｍｍ
の静電吸着部を作製し、これにリード線を２本、半田付
けして静電吸着装置を作製した。

【００４２】次に、この静電吸着装置に直径８インチの
シリコンウエーハを載置し、ウエーハの温度が０℃とな
るように冷却しながら、リード線間にＤＣ±１ｋＶの電
圧を印加して静電力テスターでその静電力を測定した
所、１ｋｇ／ｃｍ² の大きさで、ウエーハの平坦度矯正
に充分なものであった。また、印加電圧を切断した所、
素早く追従してウエーハを離脱させることができた。

【００４３】（比較例１）アルミナ粉末９２重量％、酸
化マグネシウム粉末２．０重量％および酸化けい素粉末
６．０重量％からなるセラミックス混合物１００重量部
に、ブチラール樹脂８重量部、エタノール６０重量部お
よびフタル酸ジオクチル１２重量部を添加した後、ボー
ルミル中で５０時間混練してスラリーを作製した。

【００４４】次いで、このスラリーを真空脱泡機で処理
して、その溶剤の一部を蒸発させて粘度３０，０００ｃ
ｐｓとし、ドクターブレードを用いて厚さ０．７ｍｍの
絶縁性誘電体層および絶縁体層用グリーンシートを作
り、それから直径が２５０ｍｍの円板を２枚切り出し、
この円板１枚の片面にタングステンペーストを用いてス
クリーン印刷により双極型電極を２．５ｍｍの間隔で同
心円状に印刷した。また、もう１枚の絶縁体層用グリー
ンシート円板の中心部に直径２ｍｍの孔を開け電極給電
部とした。別にこのグリーンシートを焼成し、焼結体の
熱膨張係数を測定したところ、７．８×１０^-6／℃であ
った。

【００４５】次に、上記の電極を印刷したグリーンシー
トの印刷面上に絶縁体層用のグリーンシートを重ね合
せ、このものを１００℃に加熱したプレスで８０ｋｇ／
ｃｍ²の圧力をかけて一体化し、その後、水素２５容量
％、窒素７５容量％の雰囲気ガス中で１，６５０℃の温
度で焼結し、焼結体の直径２００ｍｍ面内の反り量を測
定したところ、６５０μｍであった。

【００４６】次いでこの焼結体の両面を研磨し、厚さ
１．２ｍｍの静電吸着部を作製した。そして、電極給電
部から覗いて見えるタングステン電極にニッケルメッキ
および金メッキを施し、これにリード線を２本、融点３
５０℃の半田で半田付けして、静電吸着装置を作製し
た。次に、この静電吸着装置に直径８インチのシリコン
ウエーハを載置し、ウエーハの温度が０℃となるように
冷却しながら、リード線間にＤＣ±１ｋＶの電圧を印加
して静電力テスターでその静電力を測定した所、積層さ
れた層間に剥離が生じており、誘電体層の厚さにバラツ
キがあり、特にこの厚さの薄い所で誘電体層自体の絶縁
破壊が生じてしまい、十分な静電吸着力を得ることがで
きなかった。

【００４７】（比較例２）実施例１における熱膨張緩衝
層用セラミックスの組成を、アルミナ粉末９０重量％、
酸化マグネシウム粉末５．０重量％および酸化けい素粉
末５．０重量％からなるセラミックス混合物１００重量
部としたほかは、実施例１と同様に処理して焼結体を得
た。この熱膨張緩衝層用焼結体の熱膨張係数を測定した
所、７．０×１０^-6／℃であり、直径２００ｍｍの面内
の反り量は、６７０μｍであった。また、この熱膨張緩
衝層用グリーンシートを用いて焼成した静電吸着部焼結
体には内部導電体層に積層界面でのはがれがあった。次
いでこの焼結体の両面を研磨し、厚さ１．２ｍｍの静電
吸着部を作製し、これにリード線を２本、半田付けして
静電吸着装置を作製した。

【００４８】次に、この静電吸着装置に直径８インチの
シリコンウエーハを載置し、ウエーハの温度が０℃とな
るように冷却しながら、リード線間にＤＣ±１ｋＶの電
圧を印加して静電力テスターでその静電力を測定した
所、絶縁性誘電体層の厚さにバラツキがあり、特にこの
厚さの薄い所で絶縁性誘電体層自体の絶縁破壊が生じて
しまい、十分な静電吸着力を得ることができなかった。

【００４９】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００５０】

【発明の効果】本発明の静電吸着装置は、試料を静電吸
着する静電吸着部を構成する絶縁性誘電体層および絶縁
体層の熱膨張係数と導電体層（電極）の熱膨張係数との
間の熱膨張係数を有する熱膨張緩衝層を、絶縁性誘電体
層と導電体層の間、および／または導電体層と絶縁体層
の間に設け、各層が未焼成状態のグリーンシートの段階
で積層一体化し、焼結したことにより、熱膨張係数の差
に起因する静電吸着部焼結体における層間剥離やクラッ
クの発生がなく、焼結体自体の反りがなくなり、誘電体
層厚の均一性が向上し、従って静電吸着力が強く均一
で、脱着応答特性に優れ、不純物が少ないので半導体デ
バイスにダメージを与えることが極めて少ないものとな
り、産業上その利用価値は極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電吸着装置の一例を示す縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１…静電吸着装置、２…静電吸着部、３…導電体層（電極）、４…絶縁性誘電体層、５…絶縁体層、６…熱膨張緩衝層、７…接着剤層、８…プレート部、９…リード線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性誘電体層で被覆された絶縁体層上
の導電体層電極に電圧を印加して、該絶縁性誘電体層に
試料を静電吸着させる静電吸着装置において、前記絶縁
性誘電体層と前記導電体層の間、および／または前記導
電体層と前記絶縁体層の間に熱膨張緩衝層を設け、未焼
成の状態で積層、プレスして成形体とし、該成形体を焼
成した焼結体からなることを特徴とする静電吸着装置。
【請求項２】前記熱膨張緩衝層の熱膨張係数が、前記
絶縁性誘電体層および絶縁体層の熱膨張係数と、前記導
電体層の熱膨張係数との間にあり、主成分が少なくとも
窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化けい素、酸
化けい素、酸化ジルコニウム、酸化チタニウム、サイア
ロン、窒化ほう素、炭化けい素から選択される１種のセ
ラミックス、または２種以上の混合物であることを特徴
とする請求項１に記載した静電吸着装置。
【請求項３】前記絶縁性誘電体層および絶縁体層の主
成分が、少なくとも窒化アルミニウム、酸化アルミニウ
ム、窒化けい素、酸化けい素、酸化ジルコニウム、酸化
チタニウム、サイアロン、窒化ほう素、炭化けい素から
選択される１種のセラミックス、または２種以上の混合
物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記
載した静電吸着装置。
【請求項４】絶縁性誘電体層で被覆された絶縁体層上
の導電体層電極に電圧を印加して、該絶縁性誘電体層に
試料を静電吸着させる静電吸着装置の製造方法におい
て、前記絶縁性誘電体層と前記導電体層の間、および／
または前記導電体層と前記絶縁体層の間に熱膨張緩衝層
を設け、各層のグリーンシートを積層した後、プレスし
て成形体とし、該成形体を焼成して焼結体とすることを
特徴とする静電吸着装置の製造方法。
【請求項５】絶縁性誘電体層で被覆された絶縁体層上
の導電体層電極に電圧を印加して、該絶縁性誘電体層に
試料を静電吸着させる静電吸着装置の製造方法におい
て、積層された導電体層と熱膨張緩衝層用グリーンシー
トを、絶縁性誘電体層用グリーンシートで覆い、底に絶
縁体層用グリーンシートを積層した後、プレスして成形
体とし、該成形体を焼成して焼結体とすることを特徴と
する静電吸着装置の製造方法。