JP3808286B2 - 静電チャック - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や液晶装置等の製造に用いる半導体ウエハー、金属ウエハー、ガラス板等の被固定基板を、静電気力を利用して固定することが可能な静電チャックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置や液晶装置等の製造に用いる半導体ウエハー、金属ウエハー、ガラス板等の基板（以下、「被固定基板」と称す。）を固定するために、例えば、減圧力を利用して被固定基板を物理的に吸着して固定することが可能な真空チャックあるいは被固定基板を機械的に固定することが可能なクランプが用いられている。
【０００３】
しかしながら、被固定基板を固定するために真空チャックを用いる場合には、真空条件下では外部雰囲気と真空チャックとの間に圧力差がないため、被固定基板を固定することができないという問題点を有している。また、クランプを用いて被固定基板を機械的に固定する場合には、クランプが被固定基板に接触する箇所をデバイスとして使用することができない、被固定基板に部分的な歪みを生じさせる、クランプの昇降によってパーティクルが発生する等の問題点を有している。
【０００４】
そこで、上記の問題点を解決するために、静電気力を利用して被固定基板を固定することが可能な静電チャックが提案されている。静電チャックは、面状の電極と電極を挟持して対向配置された一対の絶縁部材とを主体として構成されたもので、一対の絶縁部材のうち一方の絶縁部材上に被固定基板を載置し、電極に所定の電圧を印加することにより、静電気力を利用して被固定基板を固定することが可能な構造となっている。
【０００５】
従来、このような静電チャックを構成する絶縁部材としては、酸化チタン、窒化チタン、炭化珪素から選択された１種のセラミックスを酸化アルミニウム等のセラミックスに含有させた複合焼結体、あるいは窒化アルミニウム基焼結体等が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、静電チャックがプラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置、スパッタリング装置、イオン注入装置等のプラズマを使用する装置に装着されて使用される場合、長時間のプラズマ照射により被固定基板に電荷が蓄積されて、異常放電が生じる場合があり、その結果、静電チャックが損傷破損される、被固定基板が損傷される、パーティクルが発生して、製品の性能に悪影響を与えるなどの恐れがあった。
【０００７】
そのため、従来、異常放電を防止するために、被固定基板の表面にアース線を設置して電荷を逃がす、被固定基板の外周部に導電性のリングを設置して電荷を逃がす、あるいは被固定基板にイオナイザーを設置して電荷を逃がすなどの手段が採用されている。
【０００８】
しかしながら、これらの手段を採用した場合、被固定基板にアース線、導電性のリング、イオナイザー等を設置する必要があり、静電チャックの製造コストが高くなるという問題点を有している。
【０００９】
また、上記の手段を採用した場合、異常放電の発生を低減することができるものの、異常放電を完全に防止するには到っておらず、静電チャックの損傷破損、被固定基板の損傷、パーティクルの発生等を充分に防止することができないという問題点を有している。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題点を解決し、静電チャックの製造コストを高くすることなく、静電チャックの損傷破損の原因となる他、被固定基板の損傷やパーティクルの発生の原因にもなっている異常放電を完全に防止することが可能な静電チャックを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、異常放電を完全に防止することができるとともに、少なくとも被固定基板を載置する側の絶縁部材が、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れた静電チャックを開発すべく種々検討を行った結果、少なくとも被固定基板を載置する側の絶縁部材を炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを主成分とする特定の複合焼結体で構成した、本発明の静電チャックを発明するに到った。
【００１２】
本発明の静電チャックは、プラズマ照射時に用いられ、電極を挟持して対向配置された一対の絶縁部材を具備してなる静電チャックであって、前記一対の絶縁部材のうち、少なくとも被固定基板を載置する側の第１の絶縁部材が、４重量％乃至１２重量％の炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを主成分とすると共に、少なくとも一部の前記炭化珪素粒子が前記酸化アルミニウム粒子の内部に形成された複合焼結体からなり、前記第１の絶縁部材は、その体積固有抵抗値が、前記第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が１０００Ｖ以下のときは１×１０ ９ 乃至１×１０ １２ Ω・ｃｍであり、前記第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が３０００Ｖ以上のときは１×１０ ７ 乃至１×１０ ８ Ω・ｃｍであるバリスター特性を有し、かつ、前記第１の絶縁部材には、前記被固定基板の電荷を放電するための手段が連結されていることを特徴とする。
【００１３】
なお、本発明において、炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを「主成分とする」とは、炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを合わせて「９８重量％以上含有すること」と定義する。
【００１４】
本発明者は、被固定基板を載置する側の第１の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素粒子の含有量を制御することにより、第１の絶縁部材の体積固有抵抗値を制御できることを見出し、前記複合焼結体中における炭化珪素粒子の含有量を４重量％乃至１２重量％とすることにより、第１の絶縁部材の体積固有抵抗値を、第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と電極との間の電位差が１０００Ｖ以下のときは１×１０９乃至１×１０１２Ω・ｃｍとし、第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と電極との間の電位差が３０００Ｖ以上のときは１×１０７乃至１×１０８Ω・ｃｍとすることができることを見出した。
すなわち、前記第１の絶縁部材の体積固有抵抗値は、前記第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が１０００Ｖ以下のときは１×１０ ９ 乃至１×１０ １２ Ω・ｃｍ、前記第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が３０００Ｖ以上のときは１×１０ ７ 乃至１×１０ ８ Ω・ｃｍとすることが望ましい。
【００１５】
また、本発明者は、第１の絶縁部材を構成する複合焼結体中において、少なくとも一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在している場合には、第１の絶縁部材の耐プラズマ性が向上すると共に、炭化珪素粒子間の間隔が狭くなり、少量の炭化珪素粒子の添加でバリスター効果を発揮させることができることを見出した。
すなわち、少なくとも一部の前記炭化珪素粒子が前記酸化アルミニウム粒子の内部に形成されていることが望ましい。
また、本発明者は、前記第１の絶縁部材を上記の構成とすることにより、第１の絶縁部材がバリスター特性を備えたものになり、静電チャックへのプラズマ照射時間が長い場合においても、被固定基板に蓄積される電荷を、第１の絶縁部材に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、被固定基板に電荷が蓄積されることはなく、もって、異常放電を完全に防止できることを見出した。
【００１６】
また、本発明の静電チャックを用いた場合には、被固定基板に蓄積される電荷を、第１の絶縁部材に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、従来のように被固定基板側にアース線、導電性のリング、イオナイザー等を設置する必要がないため、静電チャックの製造コストを低減することができる。
【００１７】
また、本発明者は、第１の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素粒子の含有量を４重量％乃至１２重量％とすることによって、第１の絶縁部材の硬度及び強度が著しく向上し、パーティクルの発生が少なくなることを見出した。
【００１８】
さらに、本発明者は上記構成を有する第１の絶縁部材が、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスに対する耐蝕性に優れ、かつ耐熱性、耐熱衝撃性に優れ、高温下の使用においても熱応力による破損の危険性がないものとなることを見出した。
【００１９】
また、本発明者は、第１の絶縁部材を構成する複合焼結体に含有された炭化珪素粒子の平均粒子径が０．５μｍを越える場合には、炭化珪素粒子の添加による第１の絶縁部材の強度向上の効果が少なく、またプラズマ照射時の電場が炭化珪素粒子の部分に集中して、炭化珪素粒子の周辺が損傷を受ける恐れがあることを見出した。
したがって、前記炭化珪素粒子の平均粒子径を０．５μｍ以下とすることが望ましい。
【００２０】
また、本発明者は、第１の絶縁部材を構成する複合焼結体に含有された酸化アルミニウム粒子の平均粒子径が２μｍを越える場合には、第１の絶縁部材がプラズマによりエッチングされやすく、第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面にスパッタ痕が形成されて、表面粗さが大きくなり、静電チャックの静電吸着力が減少することを見出した。
したがって、前記酸化アルミニウム粒子の平均粒子径を２μｍ以下とすることが望ましい。
【００２２】
なお、第１の絶縁部材を構成する複合焼結体において、少量の不純物は許容される。しかしながら、被固定基板が半導体装置の製造に用いるものである場合、半導体装置の製造工程における、ライフタイムおよびゲート電圧の低下は、遷移金属元素やアルカリ金属に起因する。また、アルミニウム、珪素以外の金属不純物が０．１重量％を越えると、ウエハー等の被固定基板を汚染する可能性が高くなるとともに、第１の絶縁部材の電気抵抗の温度依存性が大きくなるので、好ましくないことが本発明者の研究により判明した。
したがって、本発明の静電チャックの一対の絶縁部材のうち、少なくとも第１の絶縁部材を構成する複合焼結体において、アルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量を０．１重量％以下とすることが望ましい。
【００２３】
なお、本発明において、一対の絶縁部材のうち、被固定基板を載置しない側の第２の絶縁部材は、第１の絶縁部材と異なる構造を有する絶縁部材からなっていても良いが、第２の絶縁部材も、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものにすることができるとともに、静電チャックの製造工程を簡略化することができるので、第２の絶縁部材も第１の絶縁部材と同じ構造を有する複合焼結体から構成することが望ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１〜図３に基づいて、本発明に係る実施形態の静電チャック１０の構造について説明する。なお、以下に記載の静電チャックは一例であって、本発明は以下に記載の静電チャックに限定されるものではない。
図１は静電チャック１０を、被固定基板を載置する側の面から見たときの概略平面図、図２は静電チャック１０の後述する電極及び第２の絶縁部材を電極側から見たときの概略平面図、図３は静電チャック１０の概略断面図である。なお、図３は静電チャック１０を図１、図２に示すＡ−Ａ’線に沿って切断したときの断面図である。
本実施形態においては、例として、図１、図２に示すように、円盤状からなる静電チャック１０について説明する。
【００２６】
図３に示すように、静電チャック１０は、半導体ウエハー、金属ウエハー、ガラス板等の被固定基板を載置するための第１の絶縁部材１と、第１の絶縁部材１と対向配置された第２の絶縁部材２と、第１の絶縁部材１と第２の絶縁部材２との間に挟持された面状の電極３とを主体として構成されている。図３において、第１の絶縁部材１の図示上側の面が、被固定基板を載置する側の面１Ｓとなっている。
【００２７】
静電チャック１０は、第１の絶縁部材１上に被固定基板を載置し、電極３に所定の電圧を印加することにより、静電気力を利用して被固定基板を固定することが可能な構造となっている。
【００２８】
図２、図３に示すように、第１の絶縁部材１と第２の絶縁部材２とは、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２間であって、電極３の外側の領域に設けられた絶縁性の接合層４と電極３とを介して気密に接合されている。
【００２９】
また、図３に示すように、静電チャック１０において、静電吸着された被固定基板を脱着するために、図示下方から被固定基板を押圧する押圧部材（図示略）を挿通させるための貫通孔５が、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を貫通して設けられている。貫通孔５において、第１の絶縁部材１の内部に形成された貫通孔を貫通孔１ａとし、第２の絶縁部材２の内部に形成された貫通孔を貫通孔２ａとする。
【００３０】
また、図２、図３に示すように、第２の絶縁部材２において、電極３が形成された領域内には第２の絶縁部材２を貫通する電極挿入孔２ｂが設けられていて、電極挿入孔２ｂ内には電極３に電圧を印加するための、取り出し電極６が装填されている。取り出し電極６の図示上端部は電極３と電気的に接合されている。
また、第１の絶縁部材１には、被固定基板の電荷を放電するための手段、例えば連結線（図示略）を連結することが望ましい。
【００３１】
以下に、上記の第１の絶縁部材１の構造について詳細に説明する。
本実施形態において、第１の絶縁部材１は、４重量％〜１２重量％の炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを主成分とする複合焼結体からなっている。なお、本実施形態において、炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを「主成分とする」とは、炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを合わせて「９８重量％以上含有すること」と定義する。
【００３２】
また、第１の絶縁部材１の体積固有抵抗値は、第１の絶縁部材１の被固定基板を載置する側の面１Ｓと電極３との間の電位差が１０００Ｖ以下のときは１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍとなっていて、第１の絶縁部材１の被固定基板を載置する側の面１Ｓと電極３との間の電位差が３０００Ｖ以上のときは１×１０7〜１×１０8Ω・ｃｍとなっていて、第１の絶縁部材１はバリスター特性を有するものとなっている。
【００３３】
また、本実施形態において、第１の絶縁部材１を構成する複合焼結体に含有された炭化珪素粒子の平均粒子径は０．５μｍ以下、より好ましくは０．２μｍ以下となっていることが望ましく、第１の絶縁部材１を構成する複合焼結体に含有された酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は２μｍ以下となっていることが望ましい。
【００３４】
さらに、第１の絶縁部材１を構成する複合焼結体中において、少なくとも一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在していることが望ましい。
また、第１の絶縁部材１を構成する複合焼結体において、アルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量が０．１重量％以下となっていることが望ましい。
【００３５】
以上の構造を有する第１の絶縁部材１は、良好なバリスター特性を有し、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものとなっている。
【００３６】
なお、本実施形態において、第２の絶縁部材２は、第１の絶縁部材１と異なる構造を有する絶縁部材からなっていても良いが、第２の絶縁部材２も、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものにすることができるとともに、静電チャック１０の製造工程を簡略化することができるので、第２の絶縁部材２も第１の絶縁部材１と同じ構造を有する複合焼結体から構成することが望ましい。
【００３７】
次に、第２の絶縁部材２が第１の絶縁部材１と同じ構造を有する複合焼結体からなる場合を例として、上記の静電チャック１０の製造方法について詳細に説明する。
はじめに、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２の製造方法について説明する。
第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を製造するに際して、炭化珪素粒子の原料粉末としては平均粒子径が０．１μｍ以下の原料粉末を用いることが以下の理由により好ましい。
【００３８】
平均粒子径が０．１μｍを越える炭化珪素原料粉末を使用して形成された複合焼結体においては、炭化珪素粒子の平均粒子径が０．５μｍを超え、炭化珪素粒子の添加による第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２の強度向上の効果が少なくなる。
【００３９】
また、平均粒子径が０．１μｍを越える炭化珪素原料粉末を使用して形成された複合焼結体からなる第１の絶縁部材１はプラズマに曝されたときに、電場が炭化珪素粒子部分に集中して大きな損傷を受け易く、プラズマ損傷後の静電吸着力が低下する恐れがある。
【００４０】
また、平均粒子径が０．１μｍを越える炭化珪素原料粉末を使用する場合、バリスター特性を有する複合焼結体を得るためには、プラズマ耐性が低い炭化珪素粒子の添加量を増加する必要がある。
【００４１】
なお、第１の絶縁部材１の原料として使用する炭化珪素原料粉末としては、プラズマＣＶＤ法によって形成された粉末が好ましく、特に、非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物またはハロゲン化珪素と炭化水素の原料ガスを導入し、反応系の圧力を１気圧未満から１．３３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）の範囲で制御しつつ気相反応させて形成された、平均粒子径０．１μｍ以下の超微粉末が、焼結性に優れ、高純度であり、粒子形状が球状であるために成形時の分散性が良好であるので、好ましい。
【００４２】
一方、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を製造するに際して、酸化アルミニウム粒子の原料粉末としては平均粒子径が０．５μｍ以下の原料粉末を用いることが以下の理由により好ましい。
【００４３】
平均粒子径が０．５μｍを越える酸化アルミニウム原料粉末を使用して形成された複合焼結体においては、複合焼結体中の酸化アルミニウム粒子の平均粒径が２μｍを越え、第１の絶縁部材１がプラズマによりエッチングされやすくなり、第１の絶縁部材１の被固定基板を載置する側の面１Ｓにスパッタ痕が形成されて、表面粗さが大きくなり、静電チャック１０の静電吸着力が減少する恐れがある。
なお、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２の原料として使用する酸化アルミニウム原料粉末としては、平均粒子径が０．５μｍ以下のものであれば特段限定されず、高純度のものであればよい。
【００４４】
前記炭化珪素原料粉末と前記酸化アルミニウム原料粉末とを、炭化珪素が４〜１２重量％、酸化アルミニウムが９６〜８８重量％の割合で混合する。混合に際しては、超高圧粉砕分散法を採用することが好ましい。このとき、分散剤などの少量の不純物が混入することは許容されるが、アルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量が０．１重量％以下となるように、炭化珪素原料粉末と酸化アルミニウム原料粉末とを混合することが望ましい。
【００４５】
「超高圧粉砕分散法」とは、高圧で加速された粒子同士を衝突させて粉砕分散する方法であり、この混合法を採用すると、少量の分散剤を添加するだけで均一分散が容易であり、粗大粒子の生成もなく、しかも不純物、例えば分散剤に起因した炭素や各種金属不純物の混入を減少させることができる。
【００４６】
次に、この混合粉末を公知の方法により成形し、円盤状の成形体を形成する。次いで、得られた成形体を脱脂する。脱脂は、６００℃以下のアルゴン雰囲気中、または３００℃以下の大気雰囲気中で行うことが望ましく、この条件下で脱脂を行うことにより、炭化珪素の酸化を防止することができるとともに、効率的に脱脂を行うことができる。
【００４７】
次に、脱脂を終えた成形体を加圧しながら焼結して、複合焼結体を作製する。加圧力は、特に制限されるものではないが、例えば５〜４０ＭＰａとする。加圧力が５ＭＰａを下回ると充分な焼結体密度の複合焼結体が得られず、一方、加圧力が４０ＭＰａを超えると黒鉛等からなる治具が変形損耗するので好ましくない。
【００４８】
焼結する際の温度としては、１６５０〜１８５０℃が好ましい。焼結温度が１６５０℃を下回ると充分緻密な複合焼結体が得られず、一方１８５０℃を超えると焼結体の分解や粒成長が生じやすいので好ましくない。また、焼結時の雰囲気としては、アルゴン雰囲気あるいは窒素雰囲気が炭化珪素の酸化を防止することができるので好ましい。
【００４９】
最後に、作製された複合焼結体の所定の位置に機械加工によって貫通孔１ａ又は貫通孔２ａ、２ｂを形成して、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２が製造される。この工程において、第１の絶縁部材１と第２の絶縁部材２とを重ね合わせたときに、貫通孔１ａと２ａとが同位置に位置されるように、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２の所定の位置に貫通孔１ａ、２ａを形成する。
【００５０】
次に、以上のようにして製造された第１の絶縁部材１と第２の絶縁部材２とから静電チャック１０を製造する方法について説明する。
上記のように製造された第２の絶縁部材２の面上の電極３を形成する領域（中心から所定の半径内であって、貫通孔２ａ、２ｂの部分を除く領域）に、導電性材料を塗布することにより、最終的に電極３となる導電性材料層を形成し、第２の絶縁部材２の面上において、導電性材料層を形成した領域の外側の領域には、絶縁性材料を塗布することにより、最終的に接合層４となる絶縁性材料層を形成する。
【００５１】
導電性材料層を形成するために塗布する導電性材料としては、炭化タンタル、窒化チタン等の導電セラミックス粉末と酸化アルミニウム−二酸化ケイ素系ガラス粉末との混合粉末を例示することができる。絶縁性材料層を形成するために塗布する絶縁性材料としては、酸化アルミニウム−二酸化ケイ素系ガラス等の各種ガラス粉末を例示することができる。
【００５２】
次に、第１の絶縁部材１と第２の絶縁部材２とを、貫通孔１ａ、２ａが同じ位置になるように導電性材料層、絶縁性材料層を介して重ね合わせた後、加圧しながら加熱処理することにより、導電性材料層と絶縁性材料層とをいったん溶融させた後固化させる。このとき、導電性材料層から電極３が形成されるとともに、絶縁性材料層から絶縁性の接合層４が形成されて、第１の絶縁部材１と第２の絶縁部材２とは電極３と絶縁性の接合層４を介して気密に接合される。
【００５３】
次に、第２の絶縁部材２の電極挿入孔２ｂ内に、炭化タンタル、窒化チタン等の導電性セラミックス等からなる取り出し電極６を挿入し、活性金属、銀ろう等のろう材等を介して、取り出し電極６の上端部を電極３に対して電気的に接合する。
最後に、第１の絶縁部材１に被固定基板の電荷を放電するための手段、例えば連結線を連結させて、静電チャック１０が製造される。
【００５４】
本実施形態によれば、被固定基板を載置する側の第１の絶縁部材１を良好なバリスター特性を有する複合焼結体で構成したため、静電チャック１０へのプラズマ照射時間が長い場合においても、被固定基板に蓄積される電荷を、第１の絶縁部材１に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、被固定基板に電荷が蓄積されることはなく、もって、異常放電を完全に防止できる静電チャックを提供することができる。
【００５５】
また、本実施形態の静電チャック１０を用いた場合には、被固定基板に蓄積される電荷を、第１の絶縁部材１に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、従来のように被固定基板側にアース線、導電性のリング、イオナイザー等を設置する必要がないため、静電チャックの製造コストを低減することができる。
【００５６】
また、本実施形態において、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を上記構造を有する複合焼結体で構成したため、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２の硬度、強度を高くすることができるので、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２からのパーティクルの発生を低減することができ、被固定基板の汚染を防止することができる。
【００５７】
さらに、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を上記構造を有する複合焼結体で構成したことにより、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスに対する耐蝕性に優れ、かつ耐熱性、耐熱衝撃性に優れ、高温下の使用においても熱応力による破損の危険性がないものとすることができる。
【００５８】
また、本実施形態の静電チャック１０において、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を構成する複合焼結体に含有された炭化珪素粒子の平均粒子径を０．５μｍ以下、より好ましくは０．２μｍ以下とすることが望ましく、炭化珪素粒子の平均粒子径を０．５μｍ以下、より好ましくは０．２μｍ以下とすることによって、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２のプラズマに対する耐蝕性を向上させることができる。
【００５９】
また、本実施形態の静電チャック１０において、第１の絶縁部材１を構成する複合焼結体に含有された酸化アルミニウム粒子の平均粒子径を２μｍ以下とすることが望ましい。酸化アルミニウム粒子の平均粒子径が２μｍを越える場合には、第１の絶縁部材１がプラズマによりエッチングされやすくなり、第１の絶縁部材１の被固定基板を載置する側の面にスパッタ痕が形成されて、表面粗さが大きくなり、静電チャックの静電吸着力が減少するが、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径を２μｍ以下とすることにより、第１の絶縁部材１がプラズマに曝された場合においても、高い静電吸着力を維持することができる。
【００６０】
また、本実施形態において、第１の絶縁部材１を構成する複合焼結体中において、少なくとも一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在していることが望ましく、この場合には、第１の絶縁部材１の耐プラズマ性を向上させることができると共に、炭化珪素粒子間の間隔が狭くなり、少量の炭化珪素粒子の添加でバリスター効果を発揮させることができる。
【００６１】
なお、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を構成する複合焼結体において、少量の不純物は許容される。しかしながら、被固定基板が半導体装置の製造に用いるものである場合、半導体装置の製造工程における、ライフタイムおよびゲート電圧の低下は、遷移金属元素やアルカリ金属に起因する。また、アルミニウム、珪素以外の金属不純物が０．１重量％を越えると、ウエハー等の被固定基板を汚染する可能性が高くなるとともに、第１の絶縁部材１の電気抵抗の温度依存性が大きくなるので、好ましくない。
【００６２】
したがって、本実施形態の静電チャック１０において、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を構成する複合焼結体において、アルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量を０．１重量％以下とすることが望ましい。
【００６３】
【実施例】
以下に、本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
なお、以下に記載の実施例１、２及び比較例１、２においては、第１、第２の絶縁部材を構成する炭化珪素と酸化アルミニウムの組成比のみを変えて、それ以外の条件は同じ条件で静電チャックを製造し、得られた静電チャックの特性について評価を行っている。
【００６４】
「実施例１」
（静電チャックの製造及び複合焼結体の特性評価）
平均粒子径０．０５μｍの炭化珪素超微粉末を、プラズマＣＶＤ法により気相合成し、この炭化珪素超微粉末５重量％と、平均粒子径０．５μｍの酸化アルミニウム粉末９５重量％とを、超高圧粉砕分散機を用いて２時間混合した。
【００６５】
この混合粉末を乾燥した後、円盤状に成形し、次いで、アルゴン雰囲気中において、１７８０℃の温度で、３時間、加圧しながら焼結することにより、直径１９５ｍｍ、厚み４ｍｍの円盤状の複合焼結体を２枚作製した。加圧力は３０ＭＰａとした。
【００６６】
作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径を、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）観察法により測定した。また、この複合焼結体の負荷電圧５００Ｖ、１０００Ｖ、３０００Ｖにおける体積固有抵抗値（即ちバリスター特性）を静電チャックの使用温度である２０℃の温度で常法に従って測定した。得られた結果を表１、表２、図４に示す。
【００６７】
表１に示すように、作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は、それぞれ０．２μｍ、１μｍであった。また、表２、図４に示すように、作製された複合焼結体の体積固有抵抗値は、負荷電圧が１０００Ｖ以下のときは１×１０11Ω・ｃｍ以上であったのに対し、負荷電圧が３０００Ｖのときは８×１０7Ω・ｃｍとなり、作製された複合焼結体は良好なバリスター効果を有するものであることが判明した。
また、作製された複合焼結体をＳＥＭ観察した際に、一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在することが観察された。
【００６８】
次に、上記２枚の円盤状の複合焼結体のうち、一方の複合焼結体の中心部に、機械加工により内径１５ｍｍの貫通孔を形成し、第１の絶縁部材を製造した。一方、もう一枚の複合焼結体の中心部に内径１５ｍｍの貫通孔を形成し、中心部より２５ｍｍ離れた場所に、内径１０ｍｍの電極挿入孔を機械加工により形成し、第２の絶縁部材を製造した。
【００６９】
次に、第２の絶縁部材の面上の電極を形成する領域内（中心から半径９０ｍｍ内の領域内）に、炭化タンタル（３０ｖｏｌ％）と酸化アルミニウム（７０ｖｏｌ％）との混合粉末を、スクリーン印刷によって塗布し、導電性材料層を形成した。また、第２の絶縁部材の面上において、導電性材料層を形成した領域の外側の領域（半径９０〜半径９７．５ｍｍの領域）に、酸化アルミニウム粉末をスクリーン印刷によって塗布し、絶縁性材料層を形成した。
【００７０】
次に、第１の絶縁部材の第２の絶縁部材と接合させる側の表面を１．３ｍｍ研削し、第２の絶縁部材の電極挿入孔に、炭化タンタル製の取り出し電極を挿入してから、第１の絶縁部材と第２の絶縁部材とを電極材料層と絶縁性材料層とを介して重ね合わせ、次いで、第１の絶縁部材と第２の絶縁部材とを１７００℃に加熱しながら７．５ＭＰａに加圧して、導電性材料層から電極を形成するとともに、絶縁性材料層から接合層を形成して、第１の絶縁部材と第２の絶縁部材とを電極と接合層を介して接合した。
【００７１】
次に、静電チャック（第１の絶縁部材）の被固定基板を載置する側の面を、常法に従って研磨し、表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）を２０Åとし、表面粗さＲｍａｘ（最大高さ）を１００Åとした。
最後に、第１の絶縁部材に被固定基板の電荷を放電するための連結線を連結し、静電チャックを製造した。
【００７２】
（静電吸着特性の測定）
以上のようにして製造された静電チャックの静電吸着力、吸着時間、脱離時間を２０℃の温度下で測定した（静電吸着特性試験）。被固定基板としては、直径２０．３２ｃｍ（８インチ）のシリコンウエハーを用いた。このとき得られた結果を表３に示す。なお、本実施例及び下記に記載の実施例２、比較例１、２において、静電吸着特性の測定に用いた測定装置及び静電吸着特性の測定方法については後述する。
【００７３】
次いで、静電チャックをプラズマＣＶＤ装置内に装着し、１．３３×１０2Ｐａ（１．０Ｔｏｒｒ）のＣＦ4 ２０ｖｏｌ％、Ｏ2 ８０ｖｏｌ％からなる混合ガス雰囲気下（温度５０℃）において、静電チャックに２０時間プラズマ照射を行った後、上記と同様の静電吸着特性試験を実施した。このとき得られた結果を表４に示す。
プラズマ暴露中に、静電チャックには異常放電の発生は認められなかった。また、プラズマ暴露後に、静電チャックの破損、損傷は生じていなかった。
プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）、及び表面粗さＲｍａｘ（最大高さ）を常法により測定し、得られた結果を表４に示す。
【００７４】
表３、表４に示すように、本実施例において製造された静電チャックは、プラズマ暴露前後の双方において、静電吸着力が高く、吸着時間、脱離時間が短く、良好な静電吸着特性を示した。
また、表４に示すように、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さは、プラズマ暴露前に比較すると若干大きくなるものの、静電チャック表面の平坦性を維持することができた。
【００７５】
なお、静電チャックをプラズマに暴露する前後の各静電吸着特性試験において、４００℃まで８０℃／分の昇温速度で昇温したが、いずれの場合においても、静電チャックには、熱応力による破損、損傷は生じなかった。
【００７６】
（静電吸着特性の測定方法）
ここで、図５に基づいて、前記の実施の形態において説明した静電チャック１０の静電吸着特性を測定する場合を例として、本実施例及び下記に記載の実施例２、比較例１、２において、静電チャックの静電吸着特性を測定する際に用いた測定装置の概略構造と静電吸着特性の測定方法について簡単に説明する。
【００７７】
図５は、測定装置２０に静電チャック１０を載置し、さらに静電チャック１０上に被固定基板３０を載置した状態の概略断面図を示している。なお、静電チャック１０の構造については、前記の実施の形態において説明したので、説明は省略する。
【００７８】
図５に示すように、測定装置２０には、貫通孔２３ａを具備する静電チャックステージ２３と、静電チャックステージ２３の貫通孔２３ａに挿通自在とされた押圧部材２１と、押圧部材２１を上下方向に移動させるためのリフター２２とを主体として構成されている。
【００７９】
以下に、測定装置２０を用いた静電吸着特性の測定方法について説明する。
はじめに、静電チャックステージ２３上に、静電チャック１０の貫通孔５の位置が静電チャックステージ２３の貫通孔２３ａと同位置になるように静電チャック１０を載置する。
次いで、静電チャック１０の貫通孔５と静電チャックステージ２３の貫通孔２３ａに、押圧部材２１を挿通させてから、静電チャック１０上に被固定基板３０を載置する。
【００８０】
次に、リフター２２を上下方向に移動させて、押圧部材２１の図示上端部を被固定基板３０に接触させる。この状態を保持したまま、２０℃の温度下で、静電チャック１０の被固定基板３０を載置する側の面１Ｓと取り出し電極６との間に、直流３００Ｖの電圧を印加し、静電チャック１０に被固定基板３０を静電吸着させて５分経過した後に、電圧の印加を中止し、リフター２２を上下方向に移動させることにより押圧部材２１を持ち上げて、被固定基板３０を脱着させる。この際に要する脱着力を、ロードセルにより測定し、静電吸着力とした。
【００８１】
また、吸着時間は、静電チャック１０の被固定基板３０を載置する側の面１Ｓと取り出し電極６との間に、直流３００Ｖの電圧を印加したときに、静電チャック１０の静電吸着力が９．８×１０4Ｐａ（１００ｇｆ／ｃｍ2）になるまでの時間とし、脱離時間は、静電チャック１０の被固定基板３０を載置する側の面１Ｓと取り出し電極６との間に、直流３００Ｖの電圧を５分間印加した後に、電圧の印加を中止し、その時から静電チャック１０の静電吸着力が９．８×１０3Ｐａ（１０ｇｆ／ｃｍ2）となるまでの時間とした。
【００８２】
「実施例２」
実施例１と同様の方法により複合焼結体を作製した。ただし、複合焼結体の組成は炭化珪素９重量％、酸化アルミニウム９１重量％とした。作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径、及び複合焼結体の負荷電圧５００Ｖ、１０００Ｖ、３０００Ｖにおける体積固有抵抗値（バリスター特性）を実施例１と同じ方法で測定した。得られた結果を表１、表２、図４に示す。
【００８３】
表１に示すように、作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は、それぞれ０．２μｍ、１μｍであった。また、表２、図４に示すように、作製された複合焼結体の体積固有抵抗値は、負荷電圧が１０００Ｖ以下のときは５×１０10Ω・ｃｍ以上であったのに対し、負荷電圧が３０００Ｖのときは５×１０7Ω・ｃｍとなり、作製された複合焼結体は良好なバリスター効果を有するものであることが判明した。
また、作製された複合焼結体をＳＥＭ観察した際に、一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在することが観察された。
【００８４】
この複合焼結体を用い、実施例１と同じ条件にて、静電チャックを製造し、実施例１と同じ条件で、製造された静電チャックのハロゲンガス雰囲気下でのプラズマ暴露前、暴露後の静電吸着特性を測定した。得られた結果を表３、表４に示す。
プラズマ暴露中に、静電チャックには異常放電の発生が認められず、静電チャックの破損、損傷は生じなかった。
また、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）、及び表面粗さＲｍａｘ（最大高さ）を常法により測定し、得られた結果を表４に示す。
【００８５】
表３、表４に示すように、本実施例において製造された静電チャックは、プラズマ暴露前後の双方において、静電吸着力が高く、吸着時間、脱離時間が短く、良好な静電吸着特性を示した。
また、表４に示すように、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さは、プラズマ暴露前に比較すると若干大きくなるものの、静電チャック表面の平坦性を維持することができた。
【００８６】
なお、ハロゲンガス雰囲気下でのプラズマ暴露前、暴露後の静電吸着特性試験の際に、いずれも４００℃まで８０℃／分の昇温速度で昇温したが、いずれの場合においても、静電チャックには、熱応力による破損、損傷は生じなかった。
【００８７】
「比較例１」
実施例１と同様の方法にて、複合焼結体を作製した。ただし、複合焼結体の組成を炭化珪素３重量％、酸化アルミニウム９７重量％とした。作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径、及び複合焼結体の負荷電圧５００Ｖ、１０００Ｖ、３０００Ｖにおける体積固有抵抗値（バリスター特性）を、実施例１と同じ方法で測定した。得られた結果を表１、表２、図４に示す。
【００８８】
表１に示すように、作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は、それぞれ０．２μｍ、２μｍであった。また、表２、図４に示すように、作製された複合焼結体の体積固有抵抗値は、負荷電圧が高くなるにつれて減少するものの、実施例１、２において作製された複合焼結体に比較して、その減少率は小さく、作製された複合焼結体は良好なバリスター効果を有するものではないことが判明した。
また、作製された複合焼結体をＳＥＭ観察した際に、すべての炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒外に存在していることが観察された。
【００８９】
作製された複合焼結体を用い、実施例１と同じ方法で静電チャックを製造し、実施例１と同じ条件で、製造された静電チャックのハロゲンガス雰囲気下でのプラズマ暴露前、暴露後の静電吸着特性を測定した。得られた結果を表３、表４に示す。
プラズマ暴露中に、静電チャックには異常放電の発生が認められ、静電チャックの破損、損傷が生じた。また、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）、及び表面粗さＲｍａｘ（最大高さ）を常法によりそれぞれ測定し、得られた結果を表４に示す。
【００９０】
表３、表４に示すように、本実施例において製造された静電チャックは、プラズマ暴露前においても充分な静電吸着力を有しないものとなり、また、プラズマ暴露によって静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さが大きくなり、静電チャック表面の平坦性が著しく悪化した。
【００９１】
「比較例２」
実施例１と同様の方法で、複合焼結体を作製した。ただし、複合焼結体の組成を炭化珪素１５重量％、酸化アルミニウム８５重量％とした。作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径、及び複合焼結体の負荷電圧５００Ｖ、１０００Ｖ、３０００Ｖにおける体積固有抵抗値（バリスター特性）を実施例１と同じ方法で測定した。得られた結果を表１、表２、図４に示す。
【００９２】
表１に示すように、作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は、それぞれ０．２μｍ、１μｍであった。また、表２、図４に示すように、作製された複合焼結体の体積固有抵抗値は、負荷電圧が高くなるにつれて減少するものの、実施例１、２において作製された複合焼結体に比較して、その減少率は小さく、作製された複合焼結体は良好なバリスター効果を有するものではないことが判明した。
また、作製された複合焼結体をＳＥＭ観察した際に、すべての炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒外に存在していることが観察された。
【００９３】
作製された複合焼結体を用い、実施例１と同じ方法で静電チャックを製造し、製造された静電チャックのハロゲンガス雰囲気下でのプラズマ暴露前、暴露後の静電吸着特性を測定した。得られた結果を表３、表４に示す。
プラズマ暴露中に、静電チャックには異常放電の発生が認められ、静電チャックの破損、損傷が生じた。また、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）、及び表面粗さＲｍａｘ（最大高さ）を常法により測定し、得られた結果を表４に示す。
【００９４】
表３、表４に示すように、本実施例において製造された静電チャックは、プラズマ暴露前には高い静電吸着力を有したものの、プラズマ暴露後には静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さが大きくなって静電吸着力が著しく減少した。
【００９５】
【表１】
【００９６】
【表２】
【００９７】
【表３】
【００９８】
【表４】
【００９９】
第１の絶縁部材、第２の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素の含有量を４〜１２重量％の範囲内の５重量％、９重量％に設定した実施例１、２においては、プラズマ暴露前後の双方において、良好な静電吸着特性を示し、第１の絶縁部材が良好なバリスター特性を有する静電チャックが得られ、プラズマ雰囲気中で異常放電の発生が認められず、静電チャックの一部が欠損することもなかった。
【０１００】
これに対して、第１の絶縁部材、第２の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素の含有量を３重量％に設定した比較例１においては、製造された静電チャックはプラズマ暴露前においても充分な静電吸着力を有しないものとなり、また、プラズマ暴露後には静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さが大きくなり、プラズマ暴露中での異常放電の発生が認められ、静電チャックの破損、損傷が生じた。
【０１０１】
また、第１の絶縁部材、第２の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素の含有量を１５重量％に設定した比較例２においては、製造された静電チャックはプラズマ暴露前には高い静電吸着力を有したものの、プラズマ暴露後には静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さが大きくなって静電吸着力が著しく減少し、また、プラズマ雰囲気中での異常放電の発生が認められ、静電チャックの一部が欠損した。
【０１０２】
なお、上記の実施例１、２においては、第１の絶縁部材、第２の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素の含有量を５重量％、９重量％とした場合についてのみ説明したが、４〜１２重量％の範囲内であれば、同等の効果を有する静電チャックが製造できることを本発明者は確認している。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少なくとも被固定基板を載置する側の第１の絶縁部材を良好なバリスター特性を有する特定組成の複合焼結体で構成したので、静電チャックの損傷破損の原因となる他、被固定基板の損傷やパーティクルの発生の原因にもなっているプラズマ雰囲気中での異常放電の発生を完全に防止することができるとともに、少なくとも被固定基板を載置する側の第１の絶縁部材が、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れ、さらに被固定基板の吸脱着の応答性に優れた静電チャックを提供することができる。
【０１０４】
また、本発明の静電チャックを用いた場合には、被固定基板に蓄積される電荷を、第１の絶縁部材に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、従来のように被固定基板側にアース線、導電性のリング、イオナイザー等を設置する必要がないため、静電チャックの製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る実施形態の静電チャックを、被固定基板を載置する側の面から見たときの概略平面図である。
【図２】 図２は、本発明に係る実施形態の静電チャックの電極と第２の絶縁部材の構造を示す概略平面図である。
【図３】 図３は、本発明に係る実施形態の静電チャックの構造を示す概略断面図である。
【図４】 図４は、本発明に係る実施例及び比較例において、複合焼結体の体積固有抵抗値を示す図である。
【図５】 図５は、本発明に係る実施例及び比較例において、静電チャックの静電吸着特性の測定装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０ 静電チャック
１ 第１の絶縁部材
１Ｓ 被固定基板を載置する側の面
２ 第２の絶縁部材
１ａ、２ａ、５ 貫通孔
２ｂ 電極挿入孔
３ 電極
４ 接合層
６ 取り出し電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や液晶装置等の製造に用いる半導体ウエハー、金属ウエハー、ガラス板等の被固定基板を、静電気力を利用して固定することが可能な静電チャックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置や液晶装置等の製造に用いる半導体ウエハー、金属ウエハー、ガラス板等の基板（以下、「被固定基板」と称す。）を固定するために、例えば、減圧力を利用して被固定基板を物理的に吸着して固定することが可能な真空チャックあるいは被固定基板を機械的に固定することが可能なクランプが用いられている。
【０００３】
しかしながら、被固定基板を固定するために真空チャックを用いる場合には、真空条件下では外部雰囲気と真空チャックとの間に圧力差がないため、被固定基板を固定することができないという問題点を有している。また、クランプを用いて被固定基板を機械的に固定する場合には、クランプが被固定基板に接触する箇所をデバイスとして使用することができない、被固定基板に部分的な歪みを生じさせる、クランプの昇降によってパーティクルが発生する等の問題点を有している。
【０００４】
そこで、上記の問題点を解決するために、静電気力を利用して被固定基板を固定することが可能な静電チャックが提案されている。静電チャックは、面状の電極と電極を挟持して対向配置された一対の絶縁部材とを主体として構成されたもので、一対の絶縁部材のうち一方の絶縁部材上に被固定基板を載置し、電極に所定の電圧を印加することにより、静電気力を利用して被固定基板を固定することが可能な構造となっている。
【０００５】
従来、このような静電チャックを構成する絶縁部材としては、酸化チタン、窒化チタン、炭化珪素から選択された１種のセラミックスを酸化アルミニウム等のセラミックスに含有させた複合焼結体、あるいは窒化アルミニウム基焼結体等が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、静電チャックがプラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置、スパッタリング装置、イオン注入装置等のプラズマを使用する装置に装着されて使用される場合、長時間のプラズマ照射により被固定基板に電荷が蓄積されて、異常放電が生じる場合があり、その結果、静電チャックが損傷破損される、被固定基板が損傷される、パーティクルが発生して、製品の性能に悪影響を与えるなどの恐れがあった。
【０００７】
そのため、従来、異常放電を防止するために、被固定基板の表面にアース線を設置して電荷を逃がす、被固定基板の外周部に導電性のリングを設置して電荷を逃がす、あるいは被固定基板にイオナイザーを設置して電荷を逃がすなどの手段が採用されている。
【０００８】
しかしながら、これらの手段を採用した場合、被固定基板にアース線、導電性のリング、イオナイザー等を設置する必要があり、静電チャックの製造コストが高くなるという問題点を有している。
【０００９】
また、上記の手段を採用した場合、異常放電の発生を低減することができるものの、異常放電を完全に防止するには到っておらず、静電チャックの損傷破損、被固定基板の損傷、パーティクルの発生等を充分に防止することができないという問題点を有している。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題点を解決し、静電チャックの製造コストを高くすることなく、静電チャックの損傷破損の原因となる他、被固定基板の損傷やパーティクルの発生の原因にもなっている異常放電を完全に防止することが可能な静電チャックを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、異常放電を完全に防止することができるとともに、少なくとも被固定基板を載置する側の絶縁部材が、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れた静電チャックを開発すべく種々検討を行った結果、少なくとも被固定基板を載置する側の絶縁部材を炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを主成分とする特定の複合焼結体で構成した、本発明の静電チャックを発明するに到った。
【００１２】
本発明の静電チャックは、プラズマ照射時に用いられ、電極を挟持して対向配置された一対の絶縁部材を具備してなる静電チャックであって、前記一対の絶縁部材のうち、少なくとも被固定基板を載置する側の第１の絶縁部材が、４重量％乃至１２重量％の炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを主成分とすると共に、少なくとも一部の前記炭化珪素粒子が前記酸化アルミニウム粒子の内部に形成された複合焼結体からなり、前記第１の絶縁部材は、その体積固有抵抗値が、前記第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が１０００Ｖ以下のときは１×１０ ９ 乃至１×１０ １２ Ω・ｃｍであり、前記第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が３０００Ｖ以上のときは１×１０ ７ 乃至１×１０ ８ Ω・ｃｍであるバリスター特性を有し、かつ、前記第１の絶縁部材には、前記被固定基板の電荷を放電するための手段が連結されていることを特徴とする。
【００１３】
なお、本発明において、炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを「主成分とする」とは、炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを合わせて「９８重量％以上含有すること」と定義する。
【００１４】
本発明者は、被固定基板を載置する側の第１の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素粒子の含有量を制御することにより、第１の絶縁部材の体積固有抵抗値を制御できることを見出し、前記複合焼結体中における炭化珪素粒子の含有量を４重量％乃至１２重量％とすることにより、第１の絶縁部材の体積固有抵抗値を、第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と電極との間の電位差が１０００Ｖ以下のときは１×１０９乃至１×１０１２Ω・ｃｍとし、第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と電極との間の電位差が３０００Ｖ以上のときは１×１０７乃至１×１０８Ω・ｃｍとすることができることを見出した。
すなわち、前記第１の絶縁部材の体積固有抵抗値は、前記第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が１０００Ｖ以下のときは１×１０ ９ 乃至１×１０ １２ Ω・ｃｍ、前記第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が３０００Ｖ以上のときは１×１０ ７ 乃至１×１０ ８ Ω・ｃｍとすることが望ましい。
【００１５】
また、本発明者は、第１の絶縁部材を構成する複合焼結体中において、少なくとも一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在している場合には、第１の絶縁部材の耐プラズマ性が向上すると共に、炭化珪素粒子間の間隔が狭くなり、少量の炭化珪素粒子の添加でバリスター効果を発揮させることができることを見出した。
すなわち、少なくとも一部の前記炭化珪素粒子が前記酸化アルミニウム粒子の内部に形成されていることが望ましい。
また、本発明者は、前記第１の絶縁部材を上記の構成とすることにより、第１の絶縁部材がバリスター特性を備えたものになり、静電チャックへのプラズマ照射時間が長い場合においても、被固定基板に蓄積される電荷を、第１の絶縁部材に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、被固定基板に電荷が蓄積されることはなく、もって、異常放電を完全に防止できることを見出した。
【００１６】
また、本発明の静電チャックを用いた場合には、被固定基板に蓄積される電荷を、第１の絶縁部材に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、従来のように被固定基板側にアース線、導電性のリング、イオナイザー等を設置する必要がないため、静電チャックの製造コストを低減することができる。
【００１７】
また、本発明者は、第１の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素粒子の含有量を４重量％乃至１２重量％とすることによって、第１の絶縁部材の硬度及び強度が著しく向上し、パーティクルの発生が少なくなることを見出した。
【００１８】
さらに、本発明者は上記構成を有する第１の絶縁部材が、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスに対する耐蝕性に優れ、かつ耐熱性、耐熱衝撃性に優れ、高温下の使用においても熱応力による破損の危険性がないものとなることを見出した。
【００１９】
また、本発明者は、第１の絶縁部材を構成する複合焼結体に含有された炭化珪素粒子の平均粒子径が０．５μｍを越える場合には、炭化珪素粒子の添加による第１の絶縁部材の強度向上の効果が少なく、またプラズマ照射時の電場が炭化珪素粒子の部分に集中して、炭化珪素粒子の周辺が損傷を受ける恐れがあることを見出した。
したがって、前記炭化珪素粒子の平均粒子径を０．５μｍ以下とすることが望ましい。
【００２０】
また、本発明者は、第１の絶縁部材を構成する複合焼結体に含有された酸化アルミニウム粒子の平均粒子径が２μｍを越える場合には、第１の絶縁部材がプラズマによりエッチングされやすく、第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面にスパッタ痕が形成されて、表面粗さが大きくなり、静電チャックの静電吸着力が減少することを見出した。
したがって、前記酸化アルミニウム粒子の平均粒子径を２μｍ以下とすることが望ましい。
【００２２】
なお、第１の絶縁部材を構成する複合焼結体において、少量の不純物は許容される。しかしながら、被固定基板が半導体装置の製造に用いるものである場合、半導体装置の製造工程における、ライフタイムおよびゲート電圧の低下は、遷移金属元素やアルカリ金属に起因する。また、アルミニウム、珪素以外の金属不純物が０．１重量％を越えると、ウエハー等の被固定基板を汚染する可能性が高くなるとともに、第１の絶縁部材の電気抵抗の温度依存性が大きくなるので、好ましくないことが本発明者の研究により判明した。
したがって、本発明の静電チャックの一対の絶縁部材のうち、少なくとも第１の絶縁部材を構成する複合焼結体において、アルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量を０．１重量％以下とすることが望ましい。
【００２３】
なお、本発明において、一対の絶縁部材のうち、被固定基板を載置しない側の第２の絶縁部材は、第１の絶縁部材と異なる構造を有する絶縁部材からなっていても良いが、第２の絶縁部材も、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものにすることができるとともに、静電チャックの製造工程を簡略化することができるので、第２の絶縁部材も第１の絶縁部材と同じ構造を有する複合焼結体から構成することが望ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１〜図３に基づいて、本発明に係る実施形態の静電チャック１０の構造について説明する。なお、以下に記載の静電チャックは一例であって、本発明は以下に記載の静電チャックに限定されるものではない。
図１は静電チャック１０を、被固定基板を載置する側の面から見たときの概略平面図、図２は静電チャック１０の後述する電極及び第２の絶縁部材を電極側から見たときの概略平面図、図３は静電チャック１０の概略断面図である。なお、図３は静電チャック１０を図１、図２に示すＡ−Ａ’線に沿って切断したときの断面図である。
本実施形態においては、例として、図１、図２に示すように、円盤状からなる静電チャック１０について説明する。
【００２６】
図３に示すように、静電チャック１０は、半導体ウエハー、金属ウエハー、ガラス板等の被固定基板を載置するための第１の絶縁部材１と、第１の絶縁部材１と対向配置された第２の絶縁部材２と、第１の絶縁部材１と第２の絶縁部材２との間に挟持された面状の電極３とを主体として構成されている。図３において、第１の絶縁部材１の図示上側の面が、被固定基板を載置する側の面１Ｓとなっている。
【００２７】
静電チャック１０は、第１の絶縁部材１上に被固定基板を載置し、電極３に所定の電圧を印加することにより、静電気力を利用して被固定基板を固定することが可能な構造となっている。
【００２８】
図２、図３に示すように、第１の絶縁部材１と第２の絶縁部材２とは、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２間であって、電極３の外側の領域に設けられた絶縁性の接合層４と電極３とを介して気密に接合されている。
【００２９】
また、図３に示すように、静電チャック１０において、静電吸着された被固定基板を脱着するために、図示下方から被固定基板を押圧する押圧部材（図示略）を挿通させるための貫通孔５が、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を貫通して設けられている。貫通孔５において、第１の絶縁部材１の内部に形成された貫通孔を貫通孔１ａとし、第２の絶縁部材２の内部に形成された貫通孔を貫通孔２ａとする。
【００３０】
また、図２、図３に示すように、第２の絶縁部材２において、電極３が形成された領域内には第２の絶縁部材２を貫通する電極挿入孔２ｂが設けられていて、電極挿入孔２ｂ内には電極３に電圧を印加するための、取り出し電極６が装填されている。取り出し電極６の図示上端部は電極３と電気的に接合されている。
また、第１の絶縁部材１には、被固定基板の電荷を放電するための手段、例えば連結線（図示略）を連結することが望ましい。
【００３１】
以下に、上記の第１の絶縁部材１の構造について詳細に説明する。
本実施形態において、第１の絶縁部材１は、４重量％〜１２重量％の炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを主成分とする複合焼結体からなっている。なお、本実施形態において、炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを「主成分とする」とは、炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを合わせて「９８重量％以上含有すること」と定義する。
【００３２】
また、第１の絶縁部材１の体積固有抵抗値は、第１の絶縁部材１の被固定基板を載置する側の面１Ｓと電極３との間の電位差が１０００Ｖ以下のときは１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍとなっていて、第１の絶縁部材１の被固定基板を載置する側の面１Ｓと電極３との間の電位差が３０００Ｖ以上のときは１×１０7〜１×１０8Ω・ｃｍとなっていて、第１の絶縁部材１はバリスター特性を有するものとなっている。
【００３３】
また、本実施形態において、第１の絶縁部材１を構成する複合焼結体に含有された炭化珪素粒子の平均粒子径は０．５μｍ以下、より好ましくは０．２μｍ以下となっていることが望ましく、第１の絶縁部材１を構成する複合焼結体に含有された酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は２μｍ以下となっていることが望ましい。
【００３４】
さらに、第１の絶縁部材１を構成する複合焼結体中において、少なくとも一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在していることが望ましい。
また、第１の絶縁部材１を構成する複合焼結体において、アルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量が０．１重量％以下となっていることが望ましい。
【００３５】
以上の構造を有する第１の絶縁部材１は、良好なバリスター特性を有し、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものとなっている。
【００３６】
なお、本実施形態において、第２の絶縁部材２は、第１の絶縁部材１と異なる構造を有する絶縁部材からなっていても良いが、第２の絶縁部材２も、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものにすることができるとともに、静電チャック１０の製造工程を簡略化することができるので、第２の絶縁部材２も第１の絶縁部材１と同じ構造を有する複合焼結体から構成することが望ましい。
【００３７】
次に、第２の絶縁部材２が第１の絶縁部材１と同じ構造を有する複合焼結体からなる場合を例として、上記の静電チャック１０の製造方法について詳細に説明する。
はじめに、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２の製造方法について説明する。
第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を製造するに際して、炭化珪素粒子の原料粉末としては平均粒子径が０．１μｍ以下の原料粉末を用いることが以下の理由により好ましい。
【００３８】
平均粒子径が０．１μｍを越える炭化珪素原料粉末を使用して形成された複合焼結体においては、炭化珪素粒子の平均粒子径が０．５μｍを超え、炭化珪素粒子の添加による第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２の強度向上の効果が少なくなる。
【００３９】
また、平均粒子径が０．１μｍを越える炭化珪素原料粉末を使用して形成された複合焼結体からなる第１の絶縁部材１はプラズマに曝されたときに、電場が炭化珪素粒子部分に集中して大きな損傷を受け易く、プラズマ損傷後の静電吸着力が低下する恐れがある。
【００４０】
また、平均粒子径が０．１μｍを越える炭化珪素原料粉末を使用する場合、バリスター特性を有する複合焼結体を得るためには、プラズマ耐性が低い炭化珪素粒子の添加量を増加する必要がある。
【００４１】
なお、第１の絶縁部材１の原料として使用する炭化珪素原料粉末としては、プラズマＣＶＤ法によって形成された粉末が好ましく、特に、非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物またはハロゲン化珪素と炭化水素の原料ガスを導入し、反応系の圧力を１気圧未満から１．３３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）の範囲で制御しつつ気相反応させて形成された、平均粒子径０．１μｍ以下の超微粉末が、焼結性に優れ、高純度であり、粒子形状が球状であるために成形時の分散性が良好であるので、好ましい。
【００４２】
一方、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を製造するに際して、酸化アルミニウム粒子の原料粉末としては平均粒子径が０．５μｍ以下の原料粉末を用いることが以下の理由により好ましい。
【００４３】
平均粒子径が０．５μｍを越える酸化アルミニウム原料粉末を使用して形成された複合焼結体においては、複合焼結体中の酸化アルミニウム粒子の平均粒径が２μｍを越え、第１の絶縁部材１がプラズマによりエッチングされやすくなり、第１の絶縁部材１の被固定基板を載置する側の面１Ｓにスパッタ痕が形成されて、表面粗さが大きくなり、静電チャック１０の静電吸着力が減少する恐れがある。
なお、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２の原料として使用する酸化アルミニウム原料粉末としては、平均粒子径が０．５μｍ以下のものであれば特段限定されず、高純度のものであればよい。
【００４４】
前記炭化珪素原料粉末と前記酸化アルミニウム原料粉末とを、炭化珪素が４〜１２重量％、酸化アルミニウムが９６〜８８重量％の割合で混合する。混合に際しては、超高圧粉砕分散法を採用することが好ましい。このとき、分散剤などの少量の不純物が混入することは許容されるが、アルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量が０．１重量％以下となるように、炭化珪素原料粉末と酸化アルミニウム原料粉末とを混合することが望ましい。
【００４５】
「超高圧粉砕分散法」とは、高圧で加速された粒子同士を衝突させて粉砕分散する方法であり、この混合法を採用すると、少量の分散剤を添加するだけで均一分散が容易であり、粗大粒子の生成もなく、しかも不純物、例えば分散剤に起因した炭素や各種金属不純物の混入を減少させることができる。
【００４６】
次に、この混合粉末を公知の方法により成形し、円盤状の成形体を形成する。次いで、得られた成形体を脱脂する。脱脂は、６００℃以下のアルゴン雰囲気中、または３００℃以下の大気雰囲気中で行うことが望ましく、この条件下で脱脂を行うことにより、炭化珪素の酸化を防止することができるとともに、効率的に脱脂を行うことができる。
【００４７】
次に、脱脂を終えた成形体を加圧しながら焼結して、複合焼結体を作製する。加圧力は、特に制限されるものではないが、例えば５〜４０ＭＰａとする。加圧力が５ＭＰａを下回ると充分な焼結体密度の複合焼結体が得られず、一方、加圧力が４０ＭＰａを超えると黒鉛等からなる治具が変形損耗するので好ましくない。
【００４８】
焼結する際の温度としては、１６５０〜１８５０℃が好ましい。焼結温度が１６５０℃を下回ると充分緻密な複合焼結体が得られず、一方１８５０℃を超えると焼結体の分解や粒成長が生じやすいので好ましくない。また、焼結時の雰囲気としては、アルゴン雰囲気あるいは窒素雰囲気が炭化珪素の酸化を防止することができるので好ましい。
【００４９】
最後に、作製された複合焼結体の所定の位置に機械加工によって貫通孔１ａ又は貫通孔２ａ、２ｂを形成して、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２が製造される。この工程において、第１の絶縁部材１と第２の絶縁部材２とを重ね合わせたときに、貫通孔１ａと２ａとが同位置に位置されるように、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２の所定の位置に貫通孔１ａ、２ａを形成する。
【００５０】
次に、以上のようにして製造された第１の絶縁部材１と第２の絶縁部材２とから静電チャック１０を製造する方法について説明する。
上記のように製造された第２の絶縁部材２の面上の電極３を形成する領域（中心から所定の半径内であって、貫通孔２ａ、２ｂの部分を除く領域）に、導電性材料を塗布することにより、最終的に電極３となる導電性材料層を形成し、第２の絶縁部材２の面上において、導電性材料層を形成した領域の外側の領域には、絶縁性材料を塗布することにより、最終的に接合層４となる絶縁性材料層を形成する。
【００５１】
導電性材料層を形成するために塗布する導電性材料としては、炭化タンタル、窒化チタン等の導電セラミックス粉末と酸化アルミニウム−二酸化ケイ素系ガラス粉末との混合粉末を例示することができる。絶縁性材料層を形成するために塗布する絶縁性材料としては、酸化アルミニウム−二酸化ケイ素系ガラス等の各種ガラス粉末を例示することができる。
【００５２】
次に、第１の絶縁部材１と第２の絶縁部材２とを、貫通孔１ａ、２ａが同じ位置になるように導電性材料層、絶縁性材料層を介して重ね合わせた後、加圧しながら加熱処理することにより、導電性材料層と絶縁性材料層とをいったん溶融させた後固化させる。このとき、導電性材料層から電極３が形成されるとともに、絶縁性材料層から絶縁性の接合層４が形成されて、第１の絶縁部材１と第２の絶縁部材２とは電極３と絶縁性の接合層４を介して気密に接合される。
【００５３】
次に、第２の絶縁部材２の電極挿入孔２ｂ内に、炭化タンタル、窒化チタン等の導電性セラミックス等からなる取り出し電極６を挿入し、活性金属、銀ろう等のろう材等を介して、取り出し電極６の上端部を電極３に対して電気的に接合する。
最後に、第１の絶縁部材１に被固定基板の電荷を放電するための手段、例えば連結線を連結させて、静電チャック１０が製造される。
【００５４】
本実施形態によれば、被固定基板を載置する側の第１の絶縁部材１を良好なバリスター特性を有する複合焼結体で構成したため、静電チャック１０へのプラズマ照射時間が長い場合においても、被固定基板に蓄積される電荷を、第１の絶縁部材１に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、被固定基板に電荷が蓄積されることはなく、もって、異常放電を完全に防止できる静電チャックを提供することができる。
【００５５】
また、本実施形態の静電チャック１０を用いた場合には、被固定基板に蓄積される電荷を、第１の絶縁部材１に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、従来のように被固定基板側にアース線、導電性のリング、イオナイザー等を設置する必要がないため、静電チャックの製造コストを低減することができる。
【００５６】
また、本実施形態において、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を上記構造を有する複合焼結体で構成したため、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２の硬度、強度を高くすることができるので、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２からのパーティクルの発生を低減することができ、被固定基板の汚染を防止することができる。
【００５７】
さらに、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を上記構造を有する複合焼結体で構成したことにより、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスに対する耐蝕性に優れ、かつ耐熱性、耐熱衝撃性に優れ、高温下の使用においても熱応力による破損の危険性がないものとすることができる。
【００５８】
また、本実施形態の静電チャック１０において、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を構成する複合焼結体に含有された炭化珪素粒子の平均粒子径を０．５μｍ以下、より好ましくは０．２μｍ以下とすることが望ましく、炭化珪素粒子の平均粒子径を０．５μｍ以下、より好ましくは０．２μｍ以下とすることによって、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２のプラズマに対する耐蝕性を向上させることができる。
【００５９】
また、本実施形態の静電チャック１０において、第１の絶縁部材１を構成する複合焼結体に含有された酸化アルミニウム粒子の平均粒子径を２μｍ以下とすることが望ましい。酸化アルミニウム粒子の平均粒子径が２μｍを越える場合には、第１の絶縁部材１がプラズマによりエッチングされやすくなり、第１の絶縁部材１の被固定基板を載置する側の面にスパッタ痕が形成されて、表面粗さが大きくなり、静電チャックの静電吸着力が減少するが、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径を２μｍ以下とすることにより、第１の絶縁部材１がプラズマに曝された場合においても、高い静電吸着力を維持することができる。
【００６０】
また、本実施形態において、第１の絶縁部材１を構成する複合焼結体中において、少なくとも一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在していることが望ましく、この場合には、第１の絶縁部材１の耐プラズマ性を向上させることができると共に、炭化珪素粒子間の間隔が狭くなり、少量の炭化珪素粒子の添加でバリスター効果を発揮させることができる。
【００６１】
なお、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を構成する複合焼結体において、少量の不純物は許容される。しかしながら、被固定基板が半導体装置の製造に用いるものである場合、半導体装置の製造工程における、ライフタイムおよびゲート電圧の低下は、遷移金属元素やアルカリ金属に起因する。また、アルミニウム、珪素以外の金属不純物が０．１重量％を越えると、ウエハー等の被固定基板を汚染する可能性が高くなるとともに、第１の絶縁部材１の電気抵抗の温度依存性が大きくなるので、好ましくない。
【００６２】
したがって、本実施形態の静電チャック１０において、第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を構成する複合焼結体において、アルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量を０．１重量％以下とすることが望ましい。
【００６３】
【実施例】
以下に、本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
なお、以下に記載の実施例１、２及び比較例１、２においては、第１、第２の絶縁部材を構成する炭化珪素と酸化アルミニウムの組成比のみを変えて、それ以外の条件は同じ条件で静電チャックを製造し、得られた静電チャックの特性について評価を行っている。
【００６４】
「実施例１」
（静電チャックの製造及び複合焼結体の特性評価）
平均粒子径０．０５μｍの炭化珪素超微粉末を、プラズマＣＶＤ法により気相合成し、この炭化珪素超微粉末５重量％と、平均粒子径０．５μｍの酸化アルミニウム粉末９５重量％とを、超高圧粉砕分散機を用いて２時間混合した。
【００６５】
この混合粉末を乾燥した後、円盤状に成形し、次いで、アルゴン雰囲気中において、１７８０℃の温度で、３時間、加圧しながら焼結することにより、直径１９５ｍｍ、厚み４ｍｍの円盤状の複合焼結体を２枚作製した。加圧力は３０ＭＰａとした。
【００６６】
作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径を、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）観察法により測定した。また、この複合焼結体の負荷電圧５００Ｖ、１０００Ｖ、３０００Ｖにおける体積固有抵抗値（即ちバリスター特性）を静電チャックの使用温度である２０℃の温度で常法に従って測定した。得られた結果を表１、表２、図４に示す。
【００６７】
表１に示すように、作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は、それぞれ０．２μｍ、１μｍであった。また、表２、図４に示すように、作製された複合焼結体の体積固有抵抗値は、負荷電圧が１０００Ｖ以下のときは１×１０11Ω・ｃｍ以上であったのに対し、負荷電圧が３０００Ｖのときは８×１０7Ω・ｃｍとなり、作製された複合焼結体は良好なバリスター効果を有するものであることが判明した。
また、作製された複合焼結体をＳＥＭ観察した際に、一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在することが観察された。
【００６８】
次に、上記２枚の円盤状の複合焼結体のうち、一方の複合焼結体の中心部に、機械加工により内径１５ｍｍの貫通孔を形成し、第１の絶縁部材を製造した。一方、もう一枚の複合焼結体の中心部に内径１５ｍｍの貫通孔を形成し、中心部より２５ｍｍ離れた場所に、内径１０ｍｍの電極挿入孔を機械加工により形成し、第２の絶縁部材を製造した。
【００６９】
次に、第２の絶縁部材の面上の電極を形成する領域内（中心から半径９０ｍｍ内の領域内）に、炭化タンタル（３０ｖｏｌ％）と酸化アルミニウム（７０ｖｏｌ％）との混合粉末を、スクリーン印刷によって塗布し、導電性材料層を形成した。また、第２の絶縁部材の面上において、導電性材料層を形成した領域の外側の領域（半径９０〜半径９７．５ｍｍの領域）に、酸化アルミニウム粉末をスクリーン印刷によって塗布し、絶縁性材料層を形成した。
【００７０】
次に、第１の絶縁部材の第２の絶縁部材と接合させる側の表面を１．３ｍｍ研削し、第２の絶縁部材の電極挿入孔に、炭化タンタル製の取り出し電極を挿入してから、第１の絶縁部材と第２の絶縁部材とを電極材料層と絶縁性材料層とを介して重ね合わせ、次いで、第１の絶縁部材と第２の絶縁部材とを１７００℃に加熱しながら７．５ＭＰａに加圧して、導電性材料層から電極を形成するとともに、絶縁性材料層から接合層を形成して、第１の絶縁部材と第２の絶縁部材とを電極と接合層を介して接合した。
【００７１】
次に、静電チャック（第１の絶縁部材）の被固定基板を載置する側の面を、常法に従って研磨し、表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）を２０Åとし、表面粗さＲｍａｘ（最大高さ）を１００Åとした。
最後に、第１の絶縁部材に被固定基板の電荷を放電するための連結線を連結し、静電チャックを製造した。
【００７２】
（静電吸着特性の測定）
以上のようにして製造された静電チャックの静電吸着力、吸着時間、脱離時間を２０℃の温度下で測定した（静電吸着特性試験）。被固定基板としては、直径２０．３２ｃｍ（８インチ）のシリコンウエハーを用いた。このとき得られた結果を表３に示す。なお、本実施例及び下記に記載の実施例２、比較例１、２において、静電吸着特性の測定に用いた測定装置及び静電吸着特性の測定方法については後述する。
【００７３】
次いで、静電チャックをプラズマＣＶＤ装置内に装着し、１．３３×１０2Ｐａ（１．０Ｔｏｒｒ）のＣＦ4 ２０ｖｏｌ％、Ｏ2 ８０ｖｏｌ％からなる混合ガス雰囲気下（温度５０℃）において、静電チャックに２０時間プラズマ照射を行った後、上記と同様の静電吸着特性試験を実施した。このとき得られた結果を表４に示す。
プラズマ暴露中に、静電チャックには異常放電の発生は認められなかった。また、プラズマ暴露後に、静電チャックの破損、損傷は生じていなかった。
プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）、及び表面粗さＲｍａｘ（最大高さ）を常法により測定し、得られた結果を表４に示す。
【００７４】
表３、表４に示すように、本実施例において製造された静電チャックは、プラズマ暴露前後の双方において、静電吸着力が高く、吸着時間、脱離時間が短く、良好な静電吸着特性を示した。
また、表４に示すように、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さは、プラズマ暴露前に比較すると若干大きくなるものの、静電チャック表面の平坦性を維持することができた。
【００７５】
なお、静電チャックをプラズマに暴露する前後の各静電吸着特性試験において、４００℃まで８０℃／分の昇温速度で昇温したが、いずれの場合においても、静電チャックには、熱応力による破損、損傷は生じなかった。
【００７６】
（静電吸着特性の測定方法）
ここで、図５に基づいて、前記の実施の形態において説明した静電チャック１０の静電吸着特性を測定する場合を例として、本実施例及び下記に記載の実施例２、比較例１、２において、静電チャックの静電吸着特性を測定する際に用いた測定装置の概略構造と静電吸着特性の測定方法について簡単に説明する。
【００７７】
図５は、測定装置２０に静電チャック１０を載置し、さらに静電チャック１０上に被固定基板３０を載置した状態の概略断面図を示している。なお、静電チャック１０の構造については、前記の実施の形態において説明したので、説明は省略する。
【００７８】
図５に示すように、測定装置２０には、貫通孔２３ａを具備する静電チャックステージ２３と、静電チャックステージ２３の貫通孔２３ａに挿通自在とされた押圧部材２１と、押圧部材２１を上下方向に移動させるためのリフター２２とを主体として構成されている。
【００７９】
以下に、測定装置２０を用いた静電吸着特性の測定方法について説明する。
はじめに、静電チャックステージ２３上に、静電チャック１０の貫通孔５の位置が静電チャックステージ２３の貫通孔２３ａと同位置になるように静電チャック１０を載置する。
次いで、静電チャック１０の貫通孔５と静電チャックステージ２３の貫通孔２３ａに、押圧部材２１を挿通させてから、静電チャック１０上に被固定基板３０を載置する。
【００８０】
次に、リフター２２を上下方向に移動させて、押圧部材２１の図示上端部を被固定基板３０に接触させる。この状態を保持したまま、２０℃の温度下で、静電チャック１０の被固定基板３０を載置する側の面１Ｓと取り出し電極６との間に、直流３００Ｖの電圧を印加し、静電チャック１０に被固定基板３０を静電吸着させて５分経過した後に、電圧の印加を中止し、リフター２２を上下方向に移動させることにより押圧部材２１を持ち上げて、被固定基板３０を脱着させる。この際に要する脱着力を、ロードセルにより測定し、静電吸着力とした。
【００８１】
また、吸着時間は、静電チャック１０の被固定基板３０を載置する側の面１Ｓと取り出し電極６との間に、直流３００Ｖの電圧を印加したときに、静電チャック１０の静電吸着力が９．８×１０4Ｐａ（１００ｇｆ／ｃｍ2）になるまでの時間とし、脱離時間は、静電チャック１０の被固定基板３０を載置する側の面１Ｓと取り出し電極６との間に、直流３００Ｖの電圧を５分間印加した後に、電圧の印加を中止し、その時から静電チャック１０の静電吸着力が９．８×１０3Ｐａ（１０ｇｆ／ｃｍ2）となるまでの時間とした。
【００８２】
「実施例２」
実施例１と同様の方法により複合焼結体を作製した。ただし、複合焼結体の組成は炭化珪素９重量％、酸化アルミニウム９１重量％とした。作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径、及び複合焼結体の負荷電圧５００Ｖ、１０００Ｖ、３０００Ｖにおける体積固有抵抗値（バリスター特性）を実施例１と同じ方法で測定した。得られた結果を表１、表２、図４に示す。
【００８３】
表１に示すように、作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は、それぞれ０．２μｍ、１μｍであった。また、表２、図４に示すように、作製された複合焼結体の体積固有抵抗値は、負荷電圧が１０００Ｖ以下のときは５×１０10Ω・ｃｍ以上であったのに対し、負荷電圧が３０００Ｖのときは５×１０7Ω・ｃｍとなり、作製された複合焼結体は良好なバリスター効果を有するものであることが判明した。
また、作製された複合焼結体をＳＥＭ観察した際に、一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在することが観察された。
【００８４】
この複合焼結体を用い、実施例１と同じ条件にて、静電チャックを製造し、実施例１と同じ条件で、製造された静電チャックのハロゲンガス雰囲気下でのプラズマ暴露前、暴露後の静電吸着特性を測定した。得られた結果を表３、表４に示す。
プラズマ暴露中に、静電チャックには異常放電の発生が認められず、静電チャックの破損、損傷は生じなかった。
また、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）、及び表面粗さＲｍａｘ（最大高さ）を常法により測定し、得られた結果を表４に示す。
【００８５】
表３、表４に示すように、本実施例において製造された静電チャックは、プラズマ暴露前後の双方において、静電吸着力が高く、吸着時間、脱離時間が短く、良好な静電吸着特性を示した。
また、表４に示すように、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さは、プラズマ暴露前に比較すると若干大きくなるものの、静電チャック表面の平坦性を維持することができた。
【００８６】
なお、ハロゲンガス雰囲気下でのプラズマ暴露前、暴露後の静電吸着特性試験の際に、いずれも４００℃まで８０℃／分の昇温速度で昇温したが、いずれの場合においても、静電チャックには、熱応力による破損、損傷は生じなかった。
【００８７】
「比較例１」
実施例１と同様の方法にて、複合焼結体を作製した。ただし、複合焼結体の組成を炭化珪素３重量％、酸化アルミニウム９７重量％とした。作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径、及び複合焼結体の負荷電圧５００Ｖ、１０００Ｖ、３０００Ｖにおける体積固有抵抗値（バリスター特性）を、実施例１と同じ方法で測定した。得られた結果を表１、表２、図４に示す。
【００８８】
表１に示すように、作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は、それぞれ０．２μｍ、２μｍであった。また、表２、図４に示すように、作製された複合焼結体の体積固有抵抗値は、負荷電圧が高くなるにつれて減少するものの、実施例１、２において作製された複合焼結体に比較して、その減少率は小さく、作製された複合焼結体は良好なバリスター効果を有するものではないことが判明した。
また、作製された複合焼結体をＳＥＭ観察した際に、すべての炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒外に存在していることが観察された。
【００８９】
作製された複合焼結体を用い、実施例１と同じ方法で静電チャックを製造し、実施例１と同じ条件で、製造された静電チャックのハロゲンガス雰囲気下でのプラズマ暴露前、暴露後の静電吸着特性を測定した。得られた結果を表３、表４に示す。
プラズマ暴露中に、静電チャックには異常放電の発生が認められ、静電チャックの破損、損傷が生じた。また、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）、及び表面粗さＲｍａｘ（最大高さ）を常法によりそれぞれ測定し、得られた結果を表４に示す。
【００９０】
表３、表４に示すように、本実施例において製造された静電チャックは、プラズマ暴露前においても充分な静電吸着力を有しないものとなり、また、プラズマ暴露によって静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さが大きくなり、静電チャック表面の平坦性が著しく悪化した。
【００９１】
「比較例２」
実施例１と同様の方法で、複合焼結体を作製した。ただし、複合焼結体の組成を炭化珪素１５重量％、酸化アルミニウム８５重量％とした。作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径、及び複合焼結体の負荷電圧５００Ｖ、１０００Ｖ、３０００Ｖにおける体積固有抵抗値（バリスター特性）を実施例１と同じ方法で測定した。得られた結果を表１、表２、図４に示す。
【００９２】
表１に示すように、作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は、それぞれ０．２μｍ、１μｍであった。また、表２、図４に示すように、作製された複合焼結体の体積固有抵抗値は、負荷電圧が高くなるにつれて減少するものの、実施例１、２において作製された複合焼結体に比較して、その減少率は小さく、作製された複合焼結体は良好なバリスター効果を有するものではないことが判明した。
また、作製された複合焼結体をＳＥＭ観察した際に、すべての炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒外に存在していることが観察された。
【００９３】
作製された複合焼結体を用い、実施例１と同じ方法で静電チャックを製造し、製造された静電チャックのハロゲンガス雰囲気下でのプラズマ暴露前、暴露後の静電吸着特性を測定した。得られた結果を表３、表４に示す。
プラズマ暴露中に、静電チャックには異常放電の発生が認められ、静電チャックの破損、損傷が生じた。また、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）、及び表面粗さＲｍａｘ（最大高さ）を常法により測定し、得られた結果を表４に示す。
【００９４】
表３、表４に示すように、本実施例において製造された静電チャックは、プラズマ暴露前には高い静電吸着力を有したものの、プラズマ暴露後には静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さが大きくなって静電吸着力が著しく減少した。
【００９５】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
第１の絶縁部材、第２の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素の含有量を４〜１２重量％の範囲内の５重量％、９重量％に設定した実施例１、２においては、プラズマ暴露前後の双方において、良好な静電吸着特性を示し、第１の絶縁部材が良好なバリスター特性を有する静電チャックが得られ、プラズマ雰囲気中で異常放電の発生が認められず、静電チャックの一部が欠損することもなかった。
【０１００】
これに対して、第１の絶縁部材、第２の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素の含有量を３重量％に設定した比較例１においては、製造された静電チャックはプラズマ暴露前においても充分な静電吸着力を有しないものとなり、また、プラズマ暴露後には静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さが大きくなり、プラズマ暴露中での異常放電の発生が認められ、静電チャックの破損、損傷が生じた。
【０１０１】
また、第１の絶縁部材、第２の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素の含有量を１５重量％に設定した比較例２においては、製造された静電チャックはプラズマ暴露前には高い静電吸着力を有したものの、プラズマ暴露後には静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さが大きくなって静電吸着力が著しく減少し、また、プラズマ雰囲気中での異常放電の発生が認められ、静電チャックの一部が欠損した。
【０１０２】
なお、上記の実施例１、２においては、第１の絶縁部材、第２の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素の含有量を５重量％、９重量％とした場合についてのみ説明したが、４〜１２重量％の範囲内であれば、同等の効果を有する静電チャックが製造できることを本発明者は確認している。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少なくとも被固定基板を載置する側の第１の絶縁部材を良好なバリスター特性を有する特定組成の複合焼結体で構成したので、静電チャックの損傷破損の原因となる他、被固定基板の損傷やパーティクルの発生の原因にもなっているプラズマ雰囲気中での異常放電の発生を完全に防止することができるとともに、少なくとも被固定基板を載置する側の第１の絶縁部材が、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れ、さらに被固定基板の吸脱着の応答性に優れた静電チャックを提供することができる。
【０１０４】
また、本発明の静電チャックを用いた場合には、被固定基板に蓄積される電荷を、第１の絶縁部材に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、従来のように被固定基板側にアース線、導電性のリング、イオナイザー等を設置する必要がないため、静電チャックの製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る実施形態の静電チャックを、被固定基板を載置する側の面から見たときの概略平面図である。
【図２】 図２は、本発明に係る実施形態の静電チャックの電極と第２の絶縁部材の構造を示す概略平面図である。
【図３】 図３は、本発明に係る実施形態の静電チャックの構造を示す概略断面図である。
【図４】 図４は、本発明に係る実施例及び比較例において、複合焼結体の体積固有抵抗値を示す図である。
【図５】 図５は、本発明に係る実施例及び比較例において、静電チャックの静電吸着特性の測定装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０ 静電チャック
１ 第１の絶縁部材
１Ｓ 被固定基板を載置する側の面
２ 第２の絶縁部材
１ａ、２ａ、５ 貫通孔
２ｂ 電極挿入孔
３ 電極
４ 接合層
６ 取り出し電極
Claims (4)
- プラズマ照射時に用いられ、電極を挟持して対向配置された一対の絶縁部材を具備してなる静電チャックであって、
前記一対の絶縁部材のうち、少なくとも被固定基板を載置する側の第１の絶縁部材が、４重量％乃至１２重量％の炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを主成分とすると共に、少なくとも一部の前記炭化珪素粒子が前記酸化アルミニウム粒子の内部に形成された複合焼結体からなり、
前記第１の絶縁部材は、その体積固有抵抗値が、前記第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が１０００Ｖ以下のときは１×１０ ９ 乃至１×１０ １２ Ω・ｃｍであり、前記第１の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が３０００Ｖ以上のときは１×１０ ７ 乃至１×１０ ８ Ω・ｃｍであるバリスター特性を有し、
かつ、前記第１の絶縁部材には、前記被固定基板の電荷を放電するための手段が連結されていることを特徴とする静電チャック。 - 前記炭化珪素粒子の平均粒子径が０．５μｍ以下とされたことを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
- 前記酸化アルミニウム粒子の平均粒子径が２μｍ以下とされたことを特徴とする請求項１または２記載の静電チャック。
- 前記複合焼結体におけるアルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量が０．１重量％以下とされたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の静電チャック。
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