JP4398306B2 - 静電チャック及びセラミック製の静電チャックの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等（以下、単にウエハともいう）を製造するのに使用されるエッチング装置、イオン注入装置、ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置等において、半導体ウエハ等の固定、平面度の矯正、搬送などに使用される静電チャックに関する。

セラミックを使用した電気ヒーター付の静電チャックとして、静電チャック自身の内部に抵抗発熱体からなる電気ヒーターを設けたものが知られている（特許文献１、特許文献２）。このような電気ヒーター付の静電チャックは、従来、セラミックグリーンシートに、タングステン等の高融点金属を主成分とするメタライズペースト（インク）を、チャック用電極層の形成と同様に、電気ヒーター用のパターンをスクリーン印刷し、これらの各シートを積層、圧着して一体化し、同時焼成することで製造されるのが一般的である。

こうして製造された静電チャックは、そのチャック面（吸着面）に載置したウエハを、チャック用電極層に通電することで発生する静電気力にてチャック（固定）し、内部に設けられた電気ヒーター（抵抗発熱体）を通電発熱することによって、チャック面を加熱し、チャックしている半導体ウエハを所望とする温度（例えば１００℃〜６００℃）に加熱し、その下で、エッチング等の処理を行うのに使用される。ところで、近年、このようなウエハ等の被加熱物の加熱においては、これを高度に均一に加熱することが要求されている。このため、このような電気ヒーター付の静電チャックに対し、そのチャック面における温度分布にバラツキが発生しないことが望まれており、その許容範囲は、例えば、１２インチの静電チャックでは、チャック面の全面にわたって±２％以内の温度分布に収まるように要求されている。
実開平２−４３１３４号公報 特開平５−１３５５８号公報

しかしながら、電気ヒーターが上記したようにメタライズペーストの印刷されたグリーンシートを積層、圧着して同時焼成によって製造された静電チャックにおいては、チャック面の全面にわたる温度の均一性は±５％程度となることが避けられず、上記のような要求される高い均一性を得られないというのが実情であった。このように温度分布の幅が広くなってしまう原因としては次の２点がその要因として考えられる。第１には、このような静電チャックにおける抵抗発熱体の製造方法に起因している。すなわち、この抵抗発熱体は、メタライズペーストをグリーンシートにスクリーン印刷し、その後、焼成して形成されてなるものであることから、抵抗発熱体の厚みの誤差が大きいためである。すなわち、メタライズペーストをスクリーン印刷する場合には、その印刷パターンの厚み（通常２０μｍ程度）には±５％程度（±１μｍ程度）の誤差（バラツキ）が生じるのが普通である。このため、焼成後の抵抗発熱体の厚みには、この印刷厚みにおける誤差に対応した誤差が生じる。したがって、このような厚みにばらつきのある抵抗発熱体には局所的或いは部分的に抵抗値のばらつきが発生することから、結果としてチャック面における温度分布を高度に均一化することはできない。

そして、第２には、このようにして印刷、焼成されて形成された抵抗発熱体をなすところの焼結体であるタングステンは、約３８００ｐｐｍの温度係数を持っている。このため、タングステンを主成分とした焼結体からなる抵抗発熱体では、局所的に温度が高くなった部分があると、その部分では電気ヒーターの抵抗値が高くなり、Ｗ＝Ｉ２Ｒであらわされるように、その部分の電力が大きくなり、結果として益々発熱してしまうことになる。こうした特性も温度分布を均一にするのを妨げる要因となっている。

本発明は、電気ヒーター付の静電チャックが持つこうした問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、チャック面の全面にわたる温度（面内温度分布）の均一性を一層高めることのできる静電チャックを提供することにある。

前記の目的達成のために請求項１に記載の本発明は、内部にチャック用電極層及び電気ヒーター用の抵抗発熱体を備えたセラミック製の静電チャックであって、
チャック用電極層を内部に備えて一体で焼成されたチャック用電極層含有セラミック基板と、これとは別の焼成済みセラミック基板との間に、
一定厚さの金属板又は一定断面の金属線から、平面状に形成された電気ヒーター用の抵抗発熱体を挟み込み、
接着剤により両セラミック基板を接着することで、内部に該抵抗発熱体を設けてなる静電チャックにおいて、
前記チャック用電極層含有セラミック基板におけるチャック面と反対側の主面の外周に凸部を周設し、その凸部に包囲される内側の凹部内に、前記抵抗発熱体が配置されるようにして前記焼成済みセラミック基板を嵌め込んで両セラミック基板間に該抵抗発熱体を挟み込み、
接着剤により両セラミック基板を接着し、両セラミック基板の接着面の端縁を、静電チャック自身のチャック面と反対側に存在させ、しかも、前記凸部の先端面と、前記焼成済みセラミック基板のチャック面と反対側を向く主面とを面一にしたことを特徴とする静電チャックである。なお、本発明における一定厚さの金属板又は一定断面の金属線は、上記の各セラミック基板とは別に、予め製造されたもの、すなわち、上記の各セラミック基板と同時に焼成して焼結させた金属からなるものでなければよい。したがって、セラミック基板とは別途に形成されたものである限り、焼結金属から形成されたものであっても、本発明における一定厚さの金属板又は一定断面の金属線とし得る。

請求項２に記載の本発明は、 前記金属板又は前記金属線をなす金属が、温度係数が２００ｐｐｍ以下のもの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である。そして、請求項３に記載の本発明は、前記接着剤が無機系接着剤であることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電チャックである。また、請求項４に記載の本発明は、前記無機系接着剤がガラスであることを特徴とする請求項３に記載の静電チャックである。

請求項５に記載の本発明は、次記する通りの静電チャックの製造方法である。

請求項５に記載の本発明は、内部にチャック用電極層及び電気ヒーター用の抵抗発熱体を備えたセラミック製の静電チャックを製造する方法であって、
そのチャック面側の部位をなす、チャック用電極層形成用のためのメタライズペーストの印刷パターンを層間に備えたグリーンシート積層体と、チャック面と反対側の部位をなす基板用グリーンシートとを、
前記グリーンシート積層体と該基板用グリーンシートとを重ねて一体化した際にその両者の間に閉塞状の空隙ができるように、少なくともいずれか一方の主面の外周に凸部を周設しておき、
前記グリーンシート積層体と前記基板用グリーンシートとを重ねて一体化するとともに、その際にできる前記閉塞状の空隙内には、一定厚さの金属板又は一定断面の金属線から、平面状に形成された電気ヒーター用の抵抗発熱体を、焼結温度が前記グリーンシートの焼結温度よりも高いセラミック粉末中に埋設した状態で配置しておき、その状態の下で、このセラミック粉末が焼成されない温度で焼成するセラミック製の静電チャックの製造方法である。なお、本発明における基板用グリーンシートは、１枚のグリーンシート又は複数のグリーンシートからなるグリーンシート積層体のいずれであってもよい。

本発明の請求項１〜４に記載の静電チャックに設けられている電気ヒーター用の抵抗発熱体は、一定厚さの金属板又は一定断面の金属線から、平面状に形成されたものである。このような抵抗発熱体は、メタライズペーストの印刷、焼成によって形成されたものに比べると、その金属板の厚み又は金属線の太さ（平面状のものにおける厚み）の誤差（寸法公差）は、金属板又は金属線の製造において付与される誤差と同じと見てよく、したがって、その誤差は２％以内と小さいものとし得る。このため、このような抵抗発熱体は、その断面積の大きさを、誤差の小さい高精度に保持できるから、抵抗値のばらつきを小さくできる。したがって、本願発明におけるような抵抗発熱体を電気ヒーターとして備えた静電チャックによれば、メタライズペーストを印刷後、グリーンシートと同時焼成してなる焼結金属からなる抵抗発熱体を電気ヒーターとして備えた静電チャックに比べると、チャック面の全面にわたる温度（面内温度分布）の均一性を高めることができる。

とくに請求項２に記載の静電チャックにおいては、その金属を温度係数が２００ｐｐｍ以下のものとしたため、温度上昇による抵抗値の増大も小さく、したがって、面内温度分布の均一性を高める上においてより好ましい。

すなわち、本発明において重要な点は次のようである。一定厚さの金属板又は一定断面の金属線（以下、金属板等ともいう）から、平面状に（別途に）形成された電気ヒーター用の抵抗発熱体を、未焼成のグリーンシート間に積層或いは埋設状に（一体化）し、その後、グリーンシートを焼成することで内部に電気ヒーター用の抵抗発熱体を設けることは実現できない。というのは、このような抵抗発熱体はグリーンシートの焼成過程で収縮しないのに対し、セラミックのみが約２０％も大きく収縮するため、所望とするセラミック製の静電チャックの形状、寸法を維持できないためである。つまり、このような抵抗発熱体を用いることは、チャック面の全面にわたる温度の均一性を高めることができるために好ましいのであるが、従来、このような一定厚さの金属板等を電気ヒーター用の抵抗発熱体とした静電チャックはセラミックの焼成収縮の点から実現不可能とされていた。

本発明では、このように従来、実現不可能とされていた、一定厚さの金属板等を電気ヒーター用の抵抗発熱体として内蔵してなる静電チャックを製造するに当たり、焼成済のチャック用電極層含有セラミック基板と、焼成済みのセラミック基板との間に、このような抵抗発熱体を挟み込み、接着剤により両セラミック基板を接着することで、これをその内部に設けることとして実現したものである。すなわち、本願発明のセラミック製の静電チャックは、抵抗発熱体を内部に設けるのに焼成工程を経ることなく形成されたものであるため、製造上の問題もなく、しかも、抵抗値のばらつきが小さい抵抗発熱体を備えた静電チャックとなすことができたのである。かくして、本発明にかかる静電チャックによれば、内部の抵抗発熱体が抵抗値のばらつきも小さいため、その通電発熱によるチャック面の温度分布を従来の静電チャックに比べて小さくできるという顕著な効果が得られる。

本発明に用いる接着剤は、チャック面に要求される加熱温度（１００℃〜６００℃）に耐えう得るように、静電チャックの用途に応じて無機系接着剤又は有機系接着剤から選択して使用すればよい。加熱温度が１００℃ぐらいと、比較的低温であれば、シリコン樹脂やエポキシ樹脂からなる接着剤でもよい。ただし、加熱温度が２５０℃以上であれば、請求項３に記載のように、無機系接着剤とするのが好ましい。とくに、請求項４に記載のように接着剤にガラスを用いるのが好ましい。ガラスを用いる場合には、接着に先立ち、これを接着面に印刷しておくことができるため、工程が複雑化しないし、製造の低コスト化も期待されるからである。

また、このような静電チャックがエッチングプロセスに使用される場合には、腐食性ガスであるエッチングガスに晒される。このため、接着剤であるガラスの端縁（周縁）がエッチング処理装置のチャンバ内の雰囲気に露出している場合には、そのガラスが侵食されるし、チャンバ内も汚染される。そこで、請求項１〜４に記載のように、その静電チャック自身のチャック面と反対側の主面、すなわち、焼成済みセラミック基板のチャック面と反対側の主面が前記凸部の先端面と面一になるようにしておくことで、こうした問題が容易に解消できる。すなわち、このような静電チャックは金属ベースの平面上に載置状に取付けられる（接着される）のが普通であり、その状態においては、接着剤の端縁がチャンバ内の雰囲気に露出しないためである。

なお、請求項１〜４に記載した静電チャックは、前記チャック用電極層含有セラミック基板におけるチャック面と反対側の主面の外周に凸部を周設し、その凸部に包囲される内側の凹部内に、前記抵抗発熱体を配置しかつ前記焼成済みセラミック基板を露出側主面が前記凸部の先端面と面一になるようにして嵌め込んで両セラミック基板間に該抵抗発熱体を挟み込み、接着剤により両セラミック基板を接着してから、静電チャックの裏面を研磨（平面研磨）することで、同裏面を容易に面一にできる。

請求項５に記載の製法によれば、焼成前の前記グリーンシート積層体と前記基板用グリーンシートとの間に、一定厚さの金属板又は一定断面の金属線から、平面状に形成された電気ヒーター用の抵抗発熱体を配置した状態で、グリーンシートを焼成する方法でありながら、抵抗値のばらつきが小さい、抵抗発熱体付の静電チャックを、セラミックの焼成収縮にかかわらず製造することができる。上記もしたように、グリーンシート積層体の間に、前記した金属板等からなる抵抗発熱体を直接、挟み込んだ状態で焼成することは、セラミックの焼成収縮率が大き過ぎるため、静電チャックを製造することは不可能である。しかし、本発明に係る製法のように、両グリーンシートの間に、前記抵抗発熱体を挟み込んでから焼成するとしても、抵抗発熱体がその焼成過程で焼結されないセラミック粉末に埋設状にされている場合には、そのセラミック粉末がグリーンシートの焼成収縮を許容する。すなわち、この製法においても、セラミック粉末に埋設状されている金属板等からなる抵抗発熱体は収縮しない。しかし、グリーンシートは、その焼成過程でセラミック粉末をクッションとして、或いはそのセラミック粉末を圧縮するようにして、収縮しない抵抗発熱体の配置にもかかわらず収縮できる。このため、一定厚さの金属板等から平面状に形成された電気ヒーター用の抵抗発熱体を配置した状態で、グリーンシートを焼成する方法でありながら、抵抗値のばらつきが小さい、所望とする形状、寸法を維持したセラミック製の静電チャックを得ることができる。

なお、このようなセラミック粉末は、焼成時におけるグリーンシートの収縮を許容するだけでなく、グリーンシートの焼成過程におけるセラミックの垂れ下がりを防止する機能もある。したがって、焼成後の静電チャックにおいては、抵抗発熱体の周囲に実質的な空間を発生させないので、発熱時の熱伝導の低下を防止する作用もある。本発明における抵抗発熱体をなす金属板又は金属線としては、ステンレス、タングステン、モリブデンなどのように、通電することで効率的に抵抗発熱するものから選択して使用すればよい。ただし、なるべく温度係数の小さい金属を選択するのがよい。なお、抵抗発熱体は、通常、平面視において、渦巻き形状を呈するものとされるが、このような形状を金属板から形成するには、エッチング又は放電加工によればよい。

本発明を実施するための最良の形態について、図１及び図２に基いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る静電チャックの中央縦断面図であり、図２はその製造工程を説明するための分解図である。図中、１は、静電チャックであり、全体としては、一定厚さの円板形状を呈しており、一定厚さの円板形状の金属製（例えばチタン又はチタン合金製）のベース部材１００の上面１０１に接着されて固定されている。このような静電チャック１は、その上面（図示上側の主面）がチャック面（吸着面）２をなしており、静電チャック１を構成する図示における上部が、チャック面２寄り部位にチャック用電極層４を備えて一体焼成されてなるチャック用電極層含有セラミック基板１１である。そして、下部が焼成済みのセラミック基板２１であり、両セラミック基板１１、２１の間に抵抗発熱体３１を備えたものとされている。

チャック用電極層含有セラミック基板１１は、詳しくは図示しないがセラミック積層構造をなし、内部のチャック面２寄り部位にチャック用電極層４を備えている。ただし、本形態では、このチャック用電極層含有セラミック基板１１は円板形状を呈しているが、その裏面（チャック面と反対側の主面）１３には、外周に沿って環状に、一定の幅、高さで凸部１４を有しており、その凸部１４に包囲される内側が凹設された形の凹部１５をなしている。ただし、その凹部１５の深さ（凸部１４の高さ）は、例えば、０．５ｍｍとされ、この凸部１４を含むチャック用電極層含有セラミック基板１１の全体の厚みは５ｍｍとされ、外径は３００ｍｍとされている。なお、凸部１４の幅は２ｍｍとされている。また、本形態では、表裏の両面間に貫通するように適所に、吸着したウエハ（図示せず）を、処理後に突き上げるための突き上げピンを挿通するためのピン孔１６が平面視において、中心から等角度間隔で３箇所設けられている（１箇所のみ図示）。ただし、凹部１５内においてはこのピン孔１６は、同ピン孔１６より大径の横断面円形のボス１７の中心に設けられている。なお、この裏面１３側におけるボス１７は外周の凸部１４と同一高さとされている。

また、図示はしないが、チャック用電極層含有セラミック基板１１には、裏面１３側に向かって、図示しない貫通孔（ビアホール）がピン孔１６と同様にボス中に形成され、同ホール内はメタライズされて後述する焼成済みのセラミック基板２１を通して静電チャックの裏面３側にチャック用電極層の端子が引き出されるように形成されている。このように、チャック用電極層含有セラミック基板１１の裏面１３は、外周の凸部１４と、ボス１７を残す形で、一定の深さで凹設されている。なお、このようなチャック用電極層含有セラミック基板１１は、チャック用電極層の形成のためのメタライズパターンが印刷されたグリーンシート等を積層、圧着等し、その後、焼成することで製造される。

一方、このようなチャック用電極層含有セラミック基板１１における裏面１３側の凹部１５内には、一定厚さの焼成済みのセラミック基板２１が嵌め込まれている。ただし、両基板１１，２１の間には接着剤であるガラス３０が充填状に設けられており、両基板１１，２１を接着している。セラミック基板２１は、凹部１５にちょうど嵌り込む大きさ、形状の円板形に形成されており、各ボス１７が嵌合する貫通孔２０も備えている。そして、焼成済みのセラミック基板２１の上には、次に説明する抵抗発熱体３１が載置状に配置されている。なお、チャック用電極層含有セラミック基板１１における裏面１３側の凹部１５内に、セラミック基板２１が嵌め込まれている状態において、同セラミック基板２１の裏面（チャック面と反対側を向く主面）２３と、チャック用電極層含有セラミック基板１１の裏面側の外周の凸部１４及びボス１７の先端面（下面）１４ａ、１７ａは略面一又は面一となるように設定されている。また、図示はしないが、焼成済みセラミック基板２１のうち、抵抗発熱体３１の各端子に対応する位置には、リード線が挿通される貫通孔が設けられており、この貫通孔中には抵抗発熱用の電源に接続される端子（メタライズ）が形成されている。なお、チャック用電極層４の端子は、別の電源に接続されるように形成されている。

さて、本形態において使用されている抵抗発熱体３１は、焼結体（焼結金属）でない、例えばステンレス鋼製の一定厚さの金属板（例えば厚さ１００μｍの薄板）から、エッチングによって平面視、図示はしないが一定の幅で渦巻き形状をなすように、平面状に形成されたものであり、これが、上記したようにセラミック基板２１の上面２２に載置状に配置されている。そして、両セラミック基板１１，２１の間のうち、抵抗発熱体３１の周囲に充填状に設けられた接着剤であるガラス３０によって両基板１１，２１を接着している。なお、このような抵抗発熱体３１をなすステンレス鋼製の薄板は、その厚みが±０．０２ｍｍ（２％以下）の公差で製造されたものである。そして、その温度係数は約５０ｐｐｍである。

このような静電チャック１は次のようにして製造される。すなわち、下の焼成済みのセラミック基板２１の上面２２の全体にガラス３０を所定厚さ（例えば０．１ｍｍ）に印刷し、その上に、抵抗発熱体３１を載置状に位置決めして配置する。そして、チャック用電極層含有セラミック基板１１を被せるようにして、その凹部１５内に、抵抗発熱体３１を載置したセラミック基板２１が嵌め込まれるようにする。その後、還元雰囲気中にて、例えば６００〜７００℃に加熱してガラスを溶融して両セラミック基板１１，２１を同ガラスにて接着する。こうして得られた静電チャック１は、適宜に研磨され、その後、ベース部材１００の上面１０１に例えばシリコン樹脂を接着剤として接着されることで図１に示したものとなる。このような静電チャック１は、チャック用電極層４に電流を印加し、ウエハをチャック面２にチャック（吸着）し、通電発熱した抵抗発熱体３１をして、そのチャック面２の全体を加熱し、ウエハを加熱した状態においてエッチング等の処理がされるが、その際には次のような効果がある。

本形態の静電チャック１においては、その抵抗発熱体３１は、従来のセラミック製の静電チャックにおけるような、セラミックと同時焼成された焼結体（焼結金属）ではなく、厚さが一定の寸法公差（±１％）にあるステンレス鋼からなる薄板をエッチングによって、別途、製造したものを焼成済みのセラミック基板１１，２１間に挟んで接着したものである。すなわち、このような抵抗発熱体３１は、タングステン等の高融点金属を主成分とするメタライズペーストを印刷して焼成してなるものと異なり、その厚みの誤差がその薄板の公差と同じであり、極めて小さいものであるから、その厚みの誤差に起因する抵抗値のばらつきが少ない。しかも、本形態では抵抗発熱体３１をなす金属がステンレス鋼であり、その温度係数も約５０ｐｐｍと小さい。したがって、チャック面２の全面にわたる温度（面内温度分布）の均一性は、従来のタングステン等を主成分とするメタライズペーストを焼成してなる抵抗発熱体に比べると、著しく高いものとすることができる。具体的には、１２インチの半導体ウエハを加熱した際において、その温度分布を初めて±２％のバラツキ内に収めることができた。

また、本形態では、接着剤であるガラス３０の端縁３０ａが静電チャック１の裏面３に位置するため、その裏面３を金属ベース１００に載置状にして例えばシリコン樹脂で接着した際には、ガラスの端縁３０ａが外部に露出することを防止できる。このため、接着剤であるガラスの端縁３０ａがエッチングガス等の雰囲気に晒されないため、侵食の問題もないし、汚染源の発生も防止されるという効果がある。なお、両基板１１，２１からなる静電チャック１の裏面３は、要すれば、金属ベース１００に接着する前に、面一（一平面）となるように平面研磨しておくのが好ましい。

なお、本形態に用いたチャック用電極層含有セラミック基板（例えば厚さ５ｍｍ）１１自体等の各部品は、公知の手法（製法）によって次のようにして製造できる。まず、チャック用電極層含有セラミック基板１１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする複数のセラミックグリーンシートを作り、各グリーンシートに所定の加工、メタライズペーストの印刷を行った後に、積層、圧着してなる積層体を作る。次に、チャック面と反対側の主面に凹部１５を形成するための加工をする。そして、チャック用電極層とともに同時焼成し、研磨することで所望とする基板１１を得る。なお、セラミックグリーンシートにおける所定の加工には、切断、端子用のビアホールの加工、突き上げピン挿通孔の穴あけ等があり、メタライズペーストの印刷はチャック用電極層パターンや各端子の形成用のものである。また、裏面をなすセラミック基板（例えば厚さ１ｍｍ）２１についても同様にして製造する。すなわち、セラミックグリーンシートに、所定の加工、所定のメタライズペーストの印刷を行った後に、積層、圧着して積層体とし、これを焼結し、その後、研磨等により仕上げることで製造される。なお、抵抗発熱体３１は、一定厚さのステンレス鋼からなる薄板を放電加工することで形成しても良い。また、後述するが、抵抗発熱体３１は、一定断面の金属線（ステンレス鋼線など）を曲げ加工して例えば螺旋の平面状に形成してもよい。

さて次に本発明とは別の参考形態について図３及び図４に基づいて説明する。ただし、この静電チャック２０１は、前記形態と基本的に共通するものであるため、相違点を中心として説明し、同一の部位には同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。すなわち、本参考形態では、チャック用電極層含有セラミック基板１１は、前記形態と同様に、平面視、円板形状を呈しているが、その裏面（チャック面と反対側の主面）１３は平坦面（平面）とされている。ただし、チャック面（上面）２寄りの外周面は、全周にわたって、平面視、同心で縮径状に形成されており、断面視において段部１８を備えている。なお、説明を容易とするため、本形態及び以下の説明においては、突き上げピンのピン孔等は図示していない（省略している）。

そして、このようなチャック用電極層含有セラミック基板１１の裏面１３には、外径がこれと同じ円板形状の焼成済みのセラミック基板２１が抵抗発熱体３１を介在させて接着されている。ただし、このセラミック基板２１は、一定厚さの円板形状の基板に対し、図示における上面２２に、断面が一定の横長矩形の凹溝２５が、図示はしないが平面視において、螺旋形状に形成されている。この凹溝２５は、上記したのと同じ抵抗発熱体３１が収容可能に形成されている。なお、本発明における抵抗発熱体３１の平面形状は渦巻き形状のものに限定されるものではない。したがって、本参考形態のように凹溝２５を設ける場合において、その凹溝２５の平面形状は、抵抗発熱体３１が収容、配置され得るように形成すればよい。しかして、この凹溝２５を含む焼成済みのセラミック基板２１の上面（表面）２２に、ガラス３０を所定厚さに印刷し、その凹溝２５内に抵抗発熱体３１を載置し、裏面１３にガラス３０を印刷したチャック用電極層含有セラミック基板１１を被せる。その後で、還元雰囲気中にて加熱して接着剤であるガラス３０を溶かして両基板１１，２１を接着する。こうして内部に抵抗発熱体３１を固定し、図３に示した静電チャック２０１としたものである。なお、本参考形態では、チャック用電極層含有セラミック基板１１の上面外周の段部１８に、断面Ｌ字形で、セラミック製のリング１９がシール材（図示せず）を介して固定されており、外周面に位置する接着剤（本例ではガラス）の端縁３０ａが露出するのを防止している。

しかして、本参考形態の静電チャック２０１においても、上記した本発明の実施の形態のものと同様に、既に焼成済のチャック用電極層含有セラミック基板１１と、焼成済みセラミック基板２１との間に、一定厚さのステンレス鋼製の金属板（薄板）から形成した抵抗発熱体３１を挟み込み、ガラスを加熱溶融してなる接着剤により両セラミック基板１１，２１を接着することで、抵抗発熱体３１を両セラミック基板１１，２１の内部に封止状に設けたものである。このため、上記した本発明の実施の形態の静電チャック１と同様に、抵抗値のばらつきがなく、しかも温度係数も小さい抵抗発熱体３１を備えた静電チャックとなすことができる。これにより、チャック面２の全面にわたる温度（面内温度分布）の均一性の高い静電チャックとなすことができる。なお、本参考形態では、セラミック基板２１の上面２２に、渦巻き形状の抵抗発熱体３１が収容可能の凹溝２５を設けたため、その位置決めが容易となる。なお、これより理解されるが、このような凹溝２５は上部のチャック用電極層含有セラミック基板１１の裏面（裏面側の主面）１３に設けてもよい。

さらに、本参考形態では、上部のチャック用電極層含有セラミック基板１１の裏面１３に上記した本発明の実施の形態の場合のように凹部１５を設けていない。このため、上記もしたように、その上面外周の段部１８に、セラミック製のリング１９をシール材を介して固定することで、接着面の端縁が露出するのを防止している。かくして、このものにおいても、エッチングガスによる接着面の端縁の侵食の防止が図られている。なお、このようなリング１９に対応する部位を上部のチャック用電極層含有セラミック基板１１と一体で形成しておいてももちろん良い。

上記した各形態では、抵抗発熱体３１をステンレス鋼から形成したが、抵抗発熱体３１は、抵抗発熱に適した金属から、適宜に選択して形成すればよい。例えば、タングステン、モリブデンが例示できる。また、金属板でなく、一定断面（通常は、円断面）、太さの線材から形成してもよい。なお、抵抗発熱体３１をなす金属は温度係数が２００ｐｐｍ以下のものを用いるのが良い。ただし、特に好ましくは１００ｐｐｍ以下のものであり、例えばＳＵＳ４３０が例示される。

そして、上記においては接着剤としてガラスを用い、これを加熱溶融することで両基板１１，２１を接着（一体化）した場合を例示したが、その他の無機系接着剤（例えばアロンセラミック）を用いることもできるし、抵抗発熱温度が低ければ、シリコン樹脂、エポキシ樹脂などの有機系接着剤を用いることもできる。

さて次に、本発明の請求項５に係るセラミック製の静電チャックの製造方法の実施の形態について図５に基づいて説明する。なお、図６は、本製造方法にて製造される静電チャック３０１であり、その断面構造は、図１に示したものと共通するため、同一又は対応する部位には同一の符号を付すに止めるが、その構造上の基本的な相違点は次のようである。すなわち、本形態の製法で製造される静電チャック３０１は、上記した各形態に用いたのと同様の抵抗発熱体３１が、その周囲を未焼成のセラミック粉末９９に埋設された状態（くるまれた状態で）で、静電チャック３０１自身の内部に配置されてセラミック製の静電チャック３０１をなしている。しかして、このような静電チャック３０１は次のようにして製造される。

すなわち、図５−Ａに示したように、予め、静電チャック３０１におけるチャック面２側の部位をなす、チャック用電極層４等の形成用のためのメタライズペーストの印刷パターン１０４を層間に備えたグリーンシート積層体１１１と、チャック面２と反対側の部位をなす基板用グリーンシート１２１とを、それぞれ製造しておく。このうち、前者のグリーンシート積層体１０４は、図１に示した静電チャック１におけるチャック用電極層含有セラミック基板１１の製造における焼成前のグリーンシート積層体の製法と同様にして、図５−Ａに示した断面形状に形成しておく。すなわち、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする複数のセラミックグリーンシートを作り、各グリーンシートに所定の加工、メタライズペーストの印刷を行った後に、積層、圧着してグリーンシート積層体を作る。次に、そのうちのチャック面をなすのと反対側の主面１１３に、外周に一定の幅及び高さからなる凸部１１４が周設されるように、上記したように各ボス（図示せず）の部位を除いて平面視、円形の凹部１１５を形成する。この凹部１１５の深さは、この凹部１１５に未焼成の基板用グリーンシート１２１が嵌め込み状に一体化され、その凸部１１４の先端面１１４ａと基板用グリーンシート１２１の裏面１２３が面一とされた際に、両グリーンシート１１１，１２１の間に所定の高さの空隙が確保されるように設定されている。

一方、基板用グリーンシート１２１は、単層又はグリーンシート積層体からなるもので、本形態では図１に示した静電チャック１におけるセラミック基板２１の製造における焼成前のグリーンシートの製法と同様にして、グリーンシート積層体１１１の裏面１１３の凹部１１５に径方向に略隙間なく嵌るように加工しておく。

そして、グリーンシート積層体１１１の裏面１１３の凹部１１５に、基板用グリーンシート１２１を嵌め込むようにして重ねて、図５−Ｂに示したように一体化するのであるが、嵌め込んだ状態で形成される両者の間の閉塞状の空隙（空間）Ｋ内には、図１の実施の形態で示したのと同様の抵抗発熱体３１を、グリーンシートより焼結温度の高い未焼成のセラミック粉末９９にて埋設された状態（くるまれた状態）で配置しておく。なお、このように一体化したときは、グリーンシート積層体（以下、単にグリーンシートとも言う）１１１の裏面１１３の凹部１１５の内周面と、基板用グリーンシート（以下、単にグリーンシートとも言う）１２１の外周面との間はセラミックペースト（図示せず）で接合（接着）しておく。この段階では、抵抗発熱体３１の周囲は、セラミック粉末９９で覆われており、空隙Ｋ内はそのセラミック粉末９９が充填された状態にある。なお、このセラミック粉末９９は、本形態では高純度のアルミナセラミック粉末としており、その焼結温度は１７００度であり、各グリーンシート１１１、１２１の焼結温度（１５００度）より高いものとされている。また、凹部１１５における内径は、焼結によってこれらグリーンシートが２０％程度収縮しても、抵抗発熱体３１にてその収縮が妨げられないように、その大きさが設定されている。

このようにして一体化された図５−Ｂに示した仕掛品を、図示しない耐熱性の基台上に載置し、セラミック粉末９９が焼成されない温度で、各グリーンシート（未焼成セラミック基板）１１１、１２１及びメタライズペーストを同時焼成する。こうすることで、内部に、焼結されないセラミック粉末９９に埋設された状態にある抵抗発熱体３１を備えたセラミック製の静電チャックが得られる。すなわち、この方法によれば、焼成によって各グリーンシート１１１、１２１は大きく収縮するが、内部の抵抗発熱体３１と、各グリーンシート１１１、１２１との間には焼成されないセラミック粉体９９が介在されているため、そのような大きな焼成収縮があっても、内部のセラミック粉末９９を圧縮するようにして収縮する形となる。これにより、内部に別途に製造された、一定厚さの金属板から平面状に形成された電気ヒーター用の抵抗発熱体３１を有する静電チャックを得ることができる。

かくては、その後、必要な研磨加工等の仕上げをし、金属ベース部材１００の上面に静電チャック３０１の裏面３を接合することで、図６に示した通りの金属ベース部材１００付のセラミック製の静電チャック３０１が得られる。なお、図６において静電チャック３０１は、図５−Ａ、Ｂに記したの同じ大きさで示されているが、実際には焼成収縮分、小さくなる。そして、このような静電チャック３０１は、その内部に設けられた抵抗発熱体３１が、上記した各形態のものと同様、タングステン等の高融点金属を主成分とするメタライズペーストを印刷して焼成したものと異なり、その厚みの誤差がその金属板における公差と同じであり、極めて小さいものであるから、その厚みの誤差に起因する抵抗値のばらつきが少ない。しかも、金属板が温度係数も小さいステンレス鋼製のものである。したがって、チャック面２の全面にわたる温度（面内温度分布）の均一性は、従来のタングステン等を主成分とするメタライズペーストを焼成してなる抵抗発熱体に比べると、著しく高いものとすることができる。

本形態の製法によれば、グリーンシートの積層後の焼成過程で、静電チャックとして一体化できる。そして、図１に示したもののような焼成後のセラミック基板１１，２１同士を接着剤で接着することにより一体化するものでないため、ガラス等の接着剤が露出するといった問題もない。なお、内部の焼成されないセラミック粉末９９は、焼成過程では、グリーンシートの垂れ下がりを防ぐと共に、静電チャック３０１として完成した状態においては、内部が充填状態となることから、熱伝導上における問題もない。なお、焼成前に充填すべきセラミック粉末９９の量は、各グリーンシート１１１，１２１の焼成収縮率を考慮し、その収縮を妨げない範囲で、しかも、焼成後においては内部が適度に充実状態となるように設定して充填すればよい。

すなわち、本製法で製造された静電チャック３０１によれば、上記した各形態の静電チャックと同様に、抵抗発熱体３１が、従来のようにタングステン等の高融点金属を主成分とするメタライズペーストをグリーンシートに印刷し、このグリーンを積層圧着して、同時焼成してなるものではなく、別途に、一定厚さの金属板等から製造されたものであるから、従来のようにその厚みに大きな誤差はない。したがって、発熱温度にバラツキがないため、静電チャック３０１のチャック面２が均一な温度分布となる。

なお、このように、各グリーンシートの焼成過程で一体化するものにおいても、抵抗発熱体は、一定断面の金属線から平面状に形成したものとしてもよい。また、図５においては、静電チャックの上部をなすグリーンシート積層体１１１のチャック面をなす側と反対側の主面１１３の外周に凸部１１４を周設し、それに包囲される内側の凹部１１５に静電チャックの下部をなす基板用グリーンシート１２１を嵌め込むことで、その両者を重ねて一体化した際にその両者の間に閉塞状の空隙ができるようにしたが、本発明ではこれに限定されるものではない。すなわち、これとは逆に基板用グリーンシート１２１の上面の外周に凸部を周設することとしてもよいし、両者の対向する面の外周に凸部を周設してもよい。本製法では、そのグリーンシート積層体１１１と、基板用グリーンシート１２１の両者を重ねて一体化した際、その両者の間に、一定厚さの金属板又は一定断面の金属線から、平面状に形成された電気ヒーター用の抵抗発熱体を、焼結温度が前記グリーンシートの焼結温度よりも高いセラミック粉末中に埋設した状態で配置できる閉塞状の空隙ができるものであればよい。

また、閉塞状の空隙内において、抵抗発熱体を埋設状にする、焼結されないセラミック粉末は、グリーンシートを焼成する際において焼成されないものであればよく、したがって、グリーンシート１１１，１２１の焼結温度との関係で設定すればよい。

その他、本発明は、上記した各実施の形態のものに限定されるものではなく、適宜に変更して具体化できる。また、上記においては、静電チャック板をなすグリーンシートにアルミナを用いたがこれに限定されるものでない。グリーンシートは、ＳｉＣやＡｌＮであってもよい。なお、ベース部材と静電チャック板と接着剤としては、シリコン樹脂を用いるのが好ましい。また、ベース部材については、アルミニウム又はアルミニウム合金製のものとしても具体化できる、

また、本発明の静電チャックは、内部に一対の電極を備えてその電極間に電圧を印加することで靜電力を発生させる双極型のもの、又は内部の電極とウエハとの間に電圧を印加することで、静電チャック板上にウエハを吸着させる単極型のものにおいても適用できる。さらに、静電チャックは、その平面形状が円形のものに限定されるものでもなく、適宜の形状のものにおいて具体化できることはいうまでもない。

本発明に係る静電チャックの中央縦断面図。 図１の静電チャックの製造工程を説明するための分解図（断面図）。 本発明とは別の参考形態の静電チャックの中央縦断面図。 図３の静電チャックの製造工程を説明するための分解図（断面図）。 請求項５の静電チャックの製造工程を説明するための分解図（断面図）及び断面図。 請求項５の製法で製造される静電チャックの断面図。

１，２０１、３０１ 静電チャック
２ チャック面
４ チャック用電極層
１１ 一体で焼成されたチャック用電極層含有セラミック基板
１３ チャック面と反対側の主面
１４ 凸部
１４ａ 凸部の先端面
１５ 凹部
２１ 別の焼成済みセラミック基板
２３ 焼成済みセラミック基板のチャック面と反対側を向く主面
３０ ガラス（接着剤）
３０ａ 接着面の端縁
３１ 抵抗発熱体
９９ セラミック粉末
１０４ チャック用電極層形成用のためのメタライズペーストの印刷パターン
１１１ グリーンシート積層体
１１３ グリーンシート積層体におけるチャック面と反対側を向く主面
１１４ グリーンシートの外周に凸部
１２１ チャック面と反対側の部位をなす基板用グリーンシート
Ｋ 閉塞状の空隙

Claims (5)

1. 内部にチャック用電極層及び電気ヒーター用の抵抗発熱体を備えたセラミック製の静電チャックであって、
   チャック用電極層を内部に備えて一体で焼成されたチャック用電極層含有セラミック基板と、これとは別の焼成済みセラミック基板との間に、
   一定厚さの金属板又は一定断面の金属線から、平面状に形成された電気ヒーター用の抵抗発熱体を挟み込み、
   接着剤により両セラミック基板を接着することで、内部に該抵抗発熱体を設けてなる静電チャックにおいて、
   前記チャック用電極層含有セラミック基板におけるチャック面と反対側の主面の外周に凸部を周設し、その凸部に包囲される内側の凹部内に、前記抵抗発熱体が配置されるようにして前記焼成済みセラミック基板を嵌め込んで両セラミック基板間に該抵抗発熱体を挟み込み、
   接着剤により両セラミック基板を接着し、両セラミック基板の接着面の端縁を、静電チャック自身のチャック面と反対側に存在させ、しかも、前記凸部の先端面と、前記焼成済みセラミック基板のチャック面と反対側を向く主面とを面一にしたことを特徴とする静電チャック。
2. 前記金属板又は前記金属線をなす金属が、温度係数が２００ｐｐｍ以下のもの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。
3. 前記接着剤が無機系接着剤であることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電チャック。
4. 前記無機系接着剤がガラスであることを特徴とする請求項３に記載の静電チャック。
5. 内部にチャック用電極層及び電気ヒーター用の抵抗発熱体を備えたセラミック製の静電チャックを製造する方法であって、
   そのチャック面側の部位をなす、チャック用電極層形成用のためのメタライズペーストの印刷パターンを層間に備えたグリーンシート積層体と、チャック面と反対側の部位をなす基板用グリーンシートとを、
   前記グリーンシート積層体と該基板用グリーンシートとを重ねて一体化した際にその両者の間に閉塞状の空隙ができるように、少なくともいずれか一方の主面の外周に凸部を周設しておき、
   前記グリーンシート積層体と前記基板用グリーンシートとを重ねて一体化するとともに、その際にできる前記閉塞状の空隙内には、一定厚さの金属板又は一定断面の金属線から、平面状に形成された電気ヒーター用の抵抗発熱体を、焼結温度が前記グリーンシートの焼結温度よりも高いセラミック粉末中に埋設した状態で配置しておき、その状態の下で、このセラミック粉末が焼成されない温度で焼成するセラミック製の静電チャックの製造方法。

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