JP3965468B2

JP3965468B2 - 静電チャック

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Publication number: JP3965468B2
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Authority: JP
Inventors: 直子糸永
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2007-08-29
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に半導体ウエハや液晶基板等のウエハを静電吸着力によって吸着保持する静電チャックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造工程において、シリコンウエハ等の半導体ウエハ（以下、単にウエハという）に微細加工を施すエッチング工程、ウエハに薄膜等を形成する成膜工程、あるいは各種処理工程間への搬送等においては、ウエハを高精度に保持する必要があることから静電チャックが使用されている。
【０００３】
この種の静電チャックは、板状セラミックス体の一方の主面（最も広い表面）を、ウエハを載せる載置面とするとともに、上記板状セラミックス体中の載置面側に内部電極を備えたもので、ウエハを載置面に載せ、ウエハと内部電極との間に静電吸着力を発現させることによりウエハを載置面に強制的に吸着固定するようになっていた。
【０００４】
ところで、静電吸着力には、誘電分極によるクーロン力と微小な漏れ電流によるジョンソン・ラーベック力があり、高い吸着力が得られるジョンソン・ラーベック力を発現させることが望まれている。
【０００５】
このジョンソン・ラーベック力を得るには、ウエハ載置面と内部電極との間の絶縁層の体積固有抵抗値が使用温度雰囲気下において、１×１０⁸Ω・ｃｍ程度から１×１０¹²Ω・ｃｍ程度の範囲にあることが必要であり、このジョンソン・ラーベック力を発現させるために、載置面と内部電極との間にある絶縁層を、遷移金属がほぼ均一に含有した低抵抗アルミナ質焼結体により形成したものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された静電チャックは、遷移金属の添加量を制御することにより、載置面と内部電極との間にある絶縁層の体積固有抵抗値を制御するとしているが、主成分であるアルミナに遷移金属を添加した原料を用いて遷移金属がほぼ均一に含有したアルミナ質焼結体を得る事は非常に難しく、抵抗値が大きくばらついたり、収縮率が変化して所望の大きさの焼結体が得られないといった課題があった。
【０００７】
また、特許文献２に開示された静電チャックは、載置面と内部電極との間にある絶縁層中に内部電極の導体成分を分散させることにより、２５０℃〜４５０℃の温度範囲において、上記セラミック部の抵抗値が、１×１０⁹Ω・ｃｍ〜１×１０¹¹Ω・ｃｍの範囲にある静電チャックが提案されている。
【０００８】
更に、特許文献３では、１５０℃〜５００℃という広い温度範囲において、上記載置面と内部電極との間の絶縁層として、炭素を含有する窒化アルミニウム質焼結体により形成し、上記載置面におけるビッカース硬度（Ｈｖ）が８００〜１１００となるようにした静電チャックが提案されている。
【０００９】
また、静電チャックは窒化アルミニウム質焼結体に金属製の基盤を接着して基盤内部にガスを流したり、高温に加熱された状態でウエハー等を処理するため、窒化アルミニウム質焼結体自体に応力がかかる状態で使用される場合が多く、より高強度の窒化アルミニウム質焼結体が望まれており、特許文献４には、機械的強度とその信頼性の優れた窒化アルミニウム質焼結体及びその製造方法が提案されている。
【００１０】
【特許文献１】
特公平６−９７６７５号公報
【特許文献２】
特開２０００−７７５０８号公報
【特許文献３】
特開２００２−１１０７７３号公報
【特許文献４】
特開２０００−３２７４３０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ウエハ上に形成する回路の微小化が進み、より精度の高いウエハの固定が望まれているが、特許文献２に開示した静電チャックでは、載置面が高硬度のセラミックからなるため、ウエハの脱着時において、載置面の磨耗は極めて少ないものの、載置面と摺動するウエハの磨耗が大きく、パーティクルを発生させるため、このパーティクルが載置面に付着すると、次のウエハを吸着固定する際、ウエハと載置面との間にパーティクルが介在することになり、ウエハを高精度に固定することができないといった課題があった。
【００１２】
即ち、ウエハを静電吸着力によって載置面に吸着させる際、高硬度のセラミックからなる載置面上を、硬度の小さいウエハが高い静電吸着力によって滑り合わされる状態となるため、載置面を平坦に仕上げたとしてもウエハを引っかき、ウエハを磨耗させていた。
【００１３】
更に、特許文献４に開示した窒化アルミニウム質焼結体及びその製造方法では、任意の切断面における粒界相結晶粒子の累積値７５％粒子径と窒化アルミニウム結晶粒子の累積値５０％粒子径との比が０．５〜１．５であることを特徴とする窒化アルミニウム質焼結体が提案されているが、この製造方法は、焼結助剤の添加量により粒界相結晶粒子の累積値７５％粒子径と窒化アルミニウム結晶粒子の累積値５０％粒子径との比を制御するため、窒化アルミニウム結晶粒子及び粒界相の粒子径ができるだけ等しいことが望ましく、窒化アルミニウム粉末と焼結助剤の混合粉末の平均粒径比を１．１〜２の狭い範囲に調整する必要があり、焼成時の温度分布も非常に狭い範囲とする必要があることから、テストピースなど形状の小さい製品に対しては有効と言えるが、８インチや１２インチ、更には１８インチの静電チャックといった大きな製品の端部から中心部まで焼結助剤の添加量により粒界相結晶粒子の累積値７５％粒子径と窒化アルミニウム結晶粒子の累積値５０％粒子径との比を制御することは極めて実効性が少ないと言える。
【００１４】
更に、近年の半導体産業の趨勢として、扱うウエハの大口径化がある。近年までは８インチのウエハが主流であったが、最近では１２インチまで拡大してきている。将来的には１８インチまで拡大する可能性があり、ウエハの大口径化のためにはウエハをプロセスする装置も大型化しなければならず、大型の静電チャックが必要となってくる。大型化した静電チャックではウエハＷの面内温度差が大きくなるとの課題があった。
【００１５】
本発明の目的は、ジョンソン・ラーベック効果を利用した高い静電吸着力でもってウエハを載置面上に強固に吸着固定することができるとともに、ウエハの脱着を繰り返したとしても載置面及びウエハを磨耗させることがなく、パーティクルの発生が極めて少ない静電チャックであって、更に１２インチや１８インチのウエハの加工プロセスに必要な面内均熱性を備えた静電チャックを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、板状セラミックス体の一方の主面を、ウエハを載せる載置面とするとともに、上記板状セラミックス体中に内部電極を備えた静電チャックにおいて、上記板状セラミックス体は、希土類元素及び／又はアルカリ土類金属元素からなる化合物を酸化物換算で１〜２０重量％含有し、上記化合物と結合している酸素量を差し引いた酸素量が０．５〜１．５重量％である窒化アルミニウム質焼結体からなり、相対密度が９７％以上であり、上記板状セラミックス体の載置面におけるビッカース硬度（Ｈｖ）が８００〜１１００であり、更に窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径を窒化アルミニウム結晶の最大粒径で除した値が１．０〜５．０であるとともに、上記板状セラミックス体の２５℃での体積固有抵抗値が１×１０ ^８ Ω・ｃｍ〜１×１０ ^１２ Ω・ｃｍであることを特徴とする。
【００１７】
また、上記板状セラミックス体中に加熱用の内部電極を備え、上記板状セラミックス体の常温における熱伝導率が４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるとともに、上記板状セラミックス体を１８００℃以上で焼成したことを特徴とする。
【００１８】
また、上記板状セラミックス体の焼結助剤がＣｅ元素を含む化合物からなり、ＣｅＯ₂換算で１〜２０重量％含むことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
図1（a）は本発明の１つの例である静電チャック１をベース基体８に固定した状態を示す斜視図、図1（b）は（a）のＸ−Ｘ線断面図である。この静電チャック1は、円盤状をした板状セラミックス体２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面３とするとともに、上記板状セラミックス体２中の載置面３の近傍には静電吸着用の内部電極4を備え、上記板状セラミックス体２中の他方の主面近傍には加熱用の内部電極５を備えている。
【００２１】
上記静電吸着用の内部電極４は、図２に示すように２つの半円をした導体層４aから構成され配置してある。また、上記加熱用の内部電極５は、図３に示すように略同心円状に配置された円弧状の帯状導体層５aと、隣接する円弧状の帯状導体層5a同士を接続する直線状の帯状導体層５bとから成る。
【００２２】
なお、上記静電吸着用の内部電極４を形成する２つの導体層４aにはそれぞれ給電端子６が電気的に接続してあり、また、加熱用の内部電極５を形成する帯状導体層５bにはそれぞれ給電端子７が電気的に接続している。
【００２３】
また、上記静電チャック１の下面には、金属製のベース基体８を取着してあり、ヒートシンクやプラズマ電極として利用できる。
【００２４】
また、図１（ａ）、（ｂ）に示す板状セラミックス体２は、絶縁性の窒化アルミニウム質焼結体により成る。この板状セラミックス体２の上部の絶縁層２aは、静電吸着力に影響を与える重要な部分であり、通常の厚みは５０〜１５００μmであり、好ましくは１００〜１０００μmに設定されている。５０μｍ未満だと膜厚が薄すぎるため、充分な耐電圧が得られず、シリコンウエハＷを載置し吸着した際に絶縁破壊を起こす可能性がある。一方、１５００μmを超えるとシリコンウエハＷと内部電極４との距離が大きくなるため、吸着力が小さくなる。
【００２５】
本発明の静電チャック１は、上記板状セラミックス体の一方の主面を、ウエハを載せる載置面とするとともに、上記板状セラミックス体中に内部電極を備えた静電チャックにおいて、上記板状セラミックス体は、希土類元素及び／又はアルカリ土類金属元素からなる化合物を酸化物換算で１〜２０重量％含有し、前記化合物と結合している酸素量を差し引いた酸素量が０．５〜１．５重量％である窒化アルミニウム質焼結体からなり、相対密度が９７％以上であり、上記板状セラミックス体の載置面におけるビッカース硬度（Ｈｖ）が８００〜１１００であり、更に窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径を窒化アルミニウム結晶の最大粒径で除した値が１．０〜５．０であることを特徴とする。
【００２６】
本発明では、上記板状セラミックス体２の希土類元素及び／又はアルカリ土類金属元素からなる化合物を酸化物換算での含有量を１〜２０重量％の範囲とする。
【００２７】
その理由は、希土類元素及び／又はアルカリ土類金属元素からなる化合物を酸化物換算で１重量％未満とすると、生成される希土類元素及び／又はアルカリ土類金属元素とアルミニウムとからなる複合化合物相の量が少ないため、窒化アルミニウム質焼結体の体積固有抵抗値を１×１０⁸Ω・ｃｍ程度から１×１０¹²Ω・ｃｍ程度の範囲に制御することが困難になり、また、焼結が進行しにくいため、焼結体中の窒化アルミニウム結晶粒子に不純物酸素が残存し、高熱伝導率を持つ焼結体が得られにくくなるからである。
【００２８】
一方、希土類元素及び／又はアルカリ土類金属元素からなる化合物を酸化物換算で２０重量％を超えると希土類元素及び／又はアルカリ土類金属元素とアルミニウムからなる複合化合物相の生成量が多くなり、窒化アルミニウム質焼結体の強度及び熱伝導率が小さくなるからである。更に、窒化アルミニウム質焼結体のビッカース硬度が小さくなるため、パーティクルが発生しやすく、このパーティクルが上記載置面３に付着すると、ウエハＷを吸着固定する際に高精度に固定することができなくなるからである。
【００２９】
希土類元素やアルカリ土類金属元素からなる化合物は、窒化アルミニウム粉末と伴に希土類元素やアルカリ土類金属元素の酸化物や炭酸塩や窒化物として添加することが好ましい。前記の酸化物や炭酸塩や窒化物の例としてＣｅＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃やＣａＣＯ₃やＣｅＮ、ＣｅＯＮが挙げられる。
【００３０】
また、希土類元素やアルカリ土類金属元素とアルミニウムからなる複合化合物相は、希土類金属元素の窒化物、酸化物、酸窒化物と窒化アルミニウムが焼成により反応して窒化アルミニウム結晶以外の結晶として存在する。
【００３１】
特に、希土類元素としてセリウムを使うとＣｅＡｌＯ₃相を生成しＣｅＡｌＯ₃相は導電性を示すことから、この相を絶縁材料である窒化アルミニウムの粒子間、すなわち窒化アルミニウム結晶以外の結晶として連続的に存在させることにより導電性を図ることができ、窒化アルミニウム質焼結体の体積固有抵抗値を小さくさせることができる。
【００３２】
また、本発明では、上記板状セラミックス体２が、希土類元素及び／又はアルカリ土類金属元素からなる化合物と結合している酸素量を差し引いた酸素量を０．５〜１．５重量％の範囲とする。
【００３３】
その理由は、酸素量が０．５重量％未満では相対密度が９７％未満となるためパーティクルが発生しやすく、このパーティクルが上記載置面３に付着すると、ウエハを吸着固定する際に高精度に固定することができないからである。一方、酸素量が１．５重量％を越えると、酸素が粒子境界に偏析して粒子境界の熱伝導率が低下し、熱抵抗が生じる為、窒化アルミニウム質焼結体全体の熱伝導率が小さくなり均熱性も低下するからである。
【００３４】
また、本発明の板状セラミックス体２の相対密度が９７％以上とする。その理由は、相対密度が９７％未満でパーティクルが発生しやすく、このパーティクルが上記載置面３に付着すると、ウエハを吸着固定する際に高精度に固定することができないからであり、さらに、気孔数が多いため緻密な焼結体が得られず耐食性や耐磨耗性が低下するからである。
【００３５】
また、本発明では、板状セラミックス体２のビッカース硬度（Ｈｖ）が８００〜１１００の範囲とする。その理由は、ビッカース硬度が８００未満だと、載置面３を形成する窒化アルミニウム質焼結体そのものの焼結が不十分となり、脱粒等によるパーティクルが発生しやすく、このパーティクルが上記載置面３に付着すると、ウエハＷを吸着固定する際に高精度に固定することができないからであり、一方、ビッカース硬度が１１００を越えるとウエハの脱着時において載置面の磨耗は極めて少ないものの、載置面３と摺動するウエハの磨耗が多くパーティクルを発生させるため、このパーティクルが上記載置面３に付着すると、ウエハＷを吸着固定する際に高精度に固定することができないからである。
【００３６】
また、本発明では、窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径を窒化アルミニウム結晶の最大粒径で除した値Ｒが１．０〜５．０の範囲とする。
【００３７】
その理由は、窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径を窒化アルミニウム結晶の最大粒径で除した値が５．０を超えると、載置面３を形成する窒化アルミニウム質焼結体の脱粒によるパーティクルが発生しやすく、このパーティクルが上記載置面３に付着すると、ウエハＷを吸着固定する際に高精度に固定することができなくなる。
【００３８】
また、窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径を窒化アルミニウム結晶の最大粒径で除した値が１．０未満ではウエハＷの摩耗が大きくなり、ウエハＷの脱着時において載置面の磨耗は極めて少ないものの、載置面と摺動するウエハＷの磨耗が多くパーティクルを発生させるため、このパーティクルが上記載置面３に付着すると、ウエハを吸着固定する際に高精度に固定することができなくなる。
【００３９】
パーティクルの発生には窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径を窒化アルミニウム結晶の最大粒径で除した値がパーティクルの発生に大きく関与しているからである。窒化アルミニウムの結晶は元来硬質粒子であり、ウエハＷを摩耗させてパーティクルを発生させやすい。窒化アルミニウム結晶以外の結晶は窒化アルミニウム結晶よりも硬度が小さいため、緩衝剤として働き、ウエハＷの摩耗を低減する。しかしながら、窒化アルミニウム結晶以外の結晶が大きすぎると窒化アルミニウム結晶以外の結晶自体が脱粒しやすくなる。
【００４０】
尚、窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径と窒化アルミニウム結晶の最大粒径を測定する方法として、窒化アルミニウム質焼結体の断面を表面粗さＲｍａｘ０．１μｍ以下の表面に仕上げて、中心部、外周部それぞれ３ヶ所をＢＥＭ（Ｂａｃｋ−ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で１０００倍に拡大して組織を観察した際に、１ヶ所につき０．０１平方メートルの範囲内にある窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径と、窒化アルミニウム結晶の最大粒径をそれぞれ測定する。そして、中心部、外周部それぞれ３ヶ所からそれぞれ得られた窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径の平均値と、同様に窒化アルミニウム結晶の最大粒径の平均値を算出した。そして、上記の窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径の平均値を窒化アルミニウム結晶の最大粒径の平均値で除した値をＲとした。
【００４１】
窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径を窒化アルミニウム結晶の最大粒径で除した値Ｒは、１８５０℃焼成時の保持時間によって制御できる。保持時間が０．５時間未満では、窒化アルミニウム結晶以外の結晶の拡散が十分でなく、かつ窒化アルミニウム結晶が成長していないため、Ｒは５以上となる。０．５〜３時間では、Ｒの値は１〜５の間で推移し、３時間を超えるとＲは１未満となる。
【００４２】
尚、特許文献４に記載の窒化アルミニウムは、結晶の最大粒径には言及していないが、粒界相結晶粒子の累積値７５％粒子径と窒化アルミニウム結晶粒子の累積値５０％結晶粒子径との比が０．５〜１．５であることから、本発明とは構成が異なり、窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径を窒化アルミニウム結晶の最大粒径で除した値は１．０よりも小さくなっているものと推察できる。
【００４３】
本発明の静電チャック１によれば、ウエハＷの脱着時に、シリコンやガリウム砒素等からなるウエハＷが載置面３と摺り合わされたとしても、載置面３の硬度をウエハＷの硬度に近似させることができるため、載置面３の磨耗を抑えつつ、ウエハＷの磨耗も低減することができ、その結果、パーティクルの発生を大幅に低減し、載置面３へのパーティクルの付着を抑制することができる。
【００４４】
また、各給電端子６より静電吸着用の内部電極４を構成する２つの導体層４ａ間に直流電圧を印加することにより、ウエハＷと内部電極４との間にジョンソン・ラーベック力による静電吸着力を発現させることができ、ウエハＷを載置面３に強固に吸着固定させることができる。
【００４５】
かくして、本発明の静電チャック１を用いれば、ウエハＷを載置面３上に精度良く固定することができるため、成膜工程では均一な厚みの膜をウエハＷの上に被着することができ、また、エッチング工程では、所定の寸法精度に微細加工を施すことが可能となる。
【００４６】
また本発明は、上記板状セラミックス体２中に加熱用の内部電極５を備え、上記板状セラミックス体２の常温における熱伝導率が４０Ｗ/（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。
【００４７】
上記板状セラミックス体２中に加熱用の内部電極５を備えることで、ウェハＷを加熱することができる。そして板状セラミックス体２の常温における熱伝導率が４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満では１２インチや１８インチのウエハを加工処理する際に必要な２００℃においてレンジ１０℃のウェハＷ面内の均熱性が得られないからである。上記板状セラミックス体２として、セラミックスの中でも大きな熱伝導率を有する窒化アルミニウム質焼結体により形成すると、１２インチや１８インチのウエハをプロセスする際に必要なウェハＷ面内の均熱性が得られる。
【００４８】
また、成膜工程やエッチング工程におけるスループットを向上させることができるとともに、載置面３の温度分布を均一にすることができるため、成膜工程では、ウエハ上に均質な膜を被着することができ、また、エッチング工程では所定の深さに微細加工することができる。
【００４９】
しかも、窒化アルミニウム質焼結体は、成膜ガスやエッチングガス等に用いられる弗素系ガスや塩素系ガス等のプロセスガスに対する耐食性にも優れることから、腐食磨耗によるパーティクルの発生も低減することができる。
【００５０】
次に、本発明の具体的な製造方法について説明する。
【００５１】
静電チャック１を製造するには、主成分であるＡｌＮ粉末に対し酸素を含有させ、必要に応じて希土類酸化物、アルカリ土類金属酸化物及び炭酸塩などの焼結助剤を添加する。特にＣｅの窒化物、酸化物、酸窒化物を添加し、バインダー及び溶媒を添加混合して泥奬を製作し、ドクターブレード法等のテープ成形法にて窒化アルミニウムグリーンシート９を複数枚形成する。酸素の含有方法としては、出発原料であるＡｌＮ粉末の酸素含有量を０．５〜１．５重量％とするか、ＡｌＮ粉末の酸素含有量が０．５〜１．５重量％に満たない場合は酸素含有量が０．５〜１．５重量％となるようにＡｌ₂Ｏ₃を添加しても良い。
【００５２】
そして、一つの窒化アルミニウムグリーンシート９に静電吸着用の内部電極４をなす導体ペーストを図２に示すパターン形状に敷設するとともに、別の窒化アルミニウムグリーンシート９に加熱用の内部電極５をなす導体ペーストを、図３に示すパターン形状に敷設する。
【００５３】
この時、少なくとも静電吸着用の内部電極４をなす導体ペースト１１には、ＷＣやＴｉＣ等の金属炭化物を主体とする導体ペーストを用いる。なお、加熱用の内部電極５をなす導体ペースト１２には、静電吸着用の内部電極４と同様に、ＷＣやＴｉＣ等の金属炭化物を主体とする導体ペースト、あるいはＷやＭｏ等の金属を主体とする導体ペーストを用いれば良い。
【００５４】
次いで、図４に示すように、各窒化アルミニウムグリーンシート９を溶剤とバインダーからなる密着液１０を介して所定の順序で積み重ね、圧力を加えながら熱圧着することにより窒化アルミニウムグリーンシート積層体を製作する。この時、必要に応じて切削加工を施してもよい。
【００５５】
しかる後、窒化アルミニウムグリーンシート積層体に脱脂処理を施した後、窒素雰囲気や不活性ガス雰囲気下で焼成するのであるが、ここで焼成温度は１８００℃以上、好ましくは１８５０℃以上とする。
【００５６】
上述した条件にて焼成することにより、静電吸着用の内部電極４と加熱用の内部電極５がそれぞれ埋設された板状セラミックス体２を製作することができる。
【００５７】
次に、得られた板状セラミックス体２において、内部電極４が埋設されている側の表面に研削加工を施して内部電極４から載置面３までの距離を５０〜１５００μｍとし、さらに載置面３を算術平均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍ以下に研磨することによりウエハＷを載せる載置面３を形成するとともに、加熱用の内部電極５が埋設されている側の表面に、静電吸着用の内部電極４及び加熱用の内部電極５と連通する穴をそれぞれ穿孔し、各穴に給電端子６、７を挿入してロウ付けすることにより得ることができる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態では、静電チャック１を構成する板状セラミックス体２が焼結にて一体的に形成され、各板状セラミックス体２中に静電吸着用の内部電極４を埋設した例を示したが、板状セラミックス体２が２つの部材から構成されたものでも良く、例えば、図５に示すように、板状セラミックス体２を、ウエハＷの載置面３と静電吸着用の内部電極４との間にある絶縁層２ａと、それ以外のセラミック部２ｂとに分割し、両者を接着やロウ付け等にて接合したものでも良く、この場合、上記絶縁層２ａは、絶縁層２ａとなる窒化アルミニウムグリーンシート９上に、静電吸着用の内部電極４となるＷＣやＴｉＣ等の金属炭化物を主体とする導体ペーストを印刷した状態で、１８００℃以上の温度で同時焼成することにより、絶縁層２ａ上に静電吸着用の内部電極が一体的に形成された窒化アルミニウム質焼結体により形成すれば良い。
【００５９】
また、本発明は上記実施形態に示したものだけに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良や変更したものでも良いことは言うまでもない。
【００６０】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の方法を具体的に説明するための実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例及び比較例における各種物性値の測定は次の方法により行った。
【００６１】
１）窒化アルミニウム質焼結体の酸素含有量
窒化アルミニウム質焼結体からなる板状セラミックス体２から３×４×４０ｍｍの試験片を切り出し、窒化珪素製乳鉢で２００Ｍｅｓｈアンダーまで粉砕し、ＬＥＣＯ社製酸素分析機にて酸素量を測定した。
【００６２】
２）相対密度
窒化アルミニウム質焼結体からなる板状セラミックス体２から３×４×４０ｍｍの試験片を切り出し、アルキメデス法で求めた嵩比重の理論密度に対する比である相対密度を算出した。
【００６３】
３）熱伝導率
窒化アルミニウム質焼結体からなる板状セラミックス体２からφ１０×２ｔの試験片を切り出し、レーザーフラッシュ法により測定した。
【００６４】
４）ビッカース硬度（Ｈｖ）
載置面３のビッカース硬度はＡＫＡＳＨＩ製作所製のビッカース硬度計を用い、１ｋｇ加重を１５秒間加えた後の圧痕の長さを測定し、ＪＩＳに定められたビッカース硬度測定式から硬度を算出した。
【００６５】
５）ウエハＷに付着するパーティクル数
静電チャック１の静電吸着用の内部電極４に５００Ｖの直流電圧を印加して１２インチのシリコンウエハＷを吸着させた後、ウエハＷに付着する０．３μｍ以上のパーティクル数をＴＥＮＫＯＲ社製のウエハーパーティクルカウンタ（機種名：ＳＰ１）で測定した。このパーティクルカウンタは、アルゴンイオンレーザを用いてウエハＷ表面の異物等を検出し、画像処理するもので、半導体製造プロセスにおいて広く用いられている装置である。
【００６６】
以下、図1に示す本発明の静電チャック1の具体例を示す。
【００６７】
純度９９％、平均粒径１．２μmのＡｌＮ粉末に、焼結助剤としてＣｅＯ₂を１５重量％添加した。更に有機バインダーと溶媒を加えて泥奬を作製し、ドクターブレード法にて厚さ約０．５ｍｍの窒化アルミニウムグリーンシート９を複数枚製作した。このうち一枚の窒化アルミニウムグリーンシート９には、図２に示すようなパターン形状となるように、導体ペーストを静電吸着用の内部電極４の形状にスクリーン印刷した。また、もう一枚の窒化アルミニウムグリーンシート９には、図３に示すようなパターン形状となるように、加熱用の内部電極５となる導体ペーストをそれぞれスクリーン印刷法にて敷設した。
【００６８】
上記静電吸着用の内部電極４となる導体ペースト１１には、ＷＣ粉末とＡｌＮ粉末とを混合して粘度調整した導体ペーストを用いた。また、加熱用の内部電極５となる導体ペースト１２は、タングステン粉末とＡｌＮ粉末とを混合して粘度を調整した導体ペーストを用いた。
【００６９】
そして、各窒化アルミニウムグリーンシート９を所定の順序で積み重ね、５０℃で、４．９ｋＰａの圧力で熱圧着することにより窒化アルミニウムグリーンシート積層体を形成し、切削加工を施して円盤状に形成した。
【００７０】
次いで、窒化アルミニウムグリーンシート積層体を真空脱脂した後、窒素雰囲気下で１８５０℃の温度で焼成することにより、静電吸着用の内部電極４と加熱用の内部電極５がそれぞれ埋設された窒化アルミニウム質焼結体からなる板状セラミックス体２を製作した。
【００７１】
しかる後、得られた板状セラミックス体２に研削加工を施して、外形２００ｍｍ、板厚９ｍｍで、載置面３から内部電極４までの距離が１２００μmとなるように研削加工した後、上記載置面３にラップ加工を施し、その表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．２μｍに仕上げて載置面３を形成するとともに、載置面３と反対側の表面に、静電吸着用の内部電極４と加熱用の内部電極５とそれぞれ連通する穴を穿孔し、各穴に給電端子６、７を挿入してロウ付けすることにより静電チャック１を得た。
【００７２】
尚、試料Ｎｏ．１は上記に説明した方法で作製したが、試料Ｎｏ．２〜７は焼結助剤の添加量を変えた点を除き試料Ｎｏ．１と同様の方法で作製した。
【００７３】
試料Ｎｏ．８〜１１は酸素含有量が０．４重量％であるＡｌＮ粉末にＡｌ₂Ｏ₃をそれぞれ０．１８重量％、１．１１重量％、２．０５重量％、２．２５重量％添加することにより、希土類元素及び／又はアルカリ土類金属元素からなる化合物と結合している酸素量を差し引いた酸素量が０．５重量％、１．０重量％、１．５重量％、１．６重量％となるように調整した。
【００７４】
試料Ｎｏ．１４、試料Ｎｏ．１５は窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径を窒化アルミニウム結晶の最大粒径で除した値Ｒを変えるため、焼結時の保持時間をこれまでの０．５〜３時間を５時間、１時間として値Ｒを変えた試料を作製した。それ以外の作製工程は試料Ｎｏ．１と同様の方法とした。
【００７５】
試料Ｎｏ．１７〜２０は、焼結助剤の種類を変えた試料を作製した。それ以外の作製工程は試料Ｎｏ．１と同様の方法とした。
【００７６】
上記のように作製した静電チャックを室温２５℃において、静電吸着用の内部電極４に５００Ｖの直流電圧を印加して１２インチのシリコンウエハＷを吸着させた後、ウエハＷに付着する０．３μｍ以上のパーティクルの数をパーティクルカウンターで測定した。その後、発熱用の内部電極５に通電しウエハＷの平均温度を２００℃としウエハＷの面内温度差を測温点９箇所の測温ウエハＷを用いて測定した。また、各種物性値について測定した結果を表１に示す。
【００７７】
【表１】

【００７８】
試料Ｎｏ．６は、前記化合物の含有量が０．９重量％であることから熱伝導率が３７Ｗ／（ｍ・Ｋ）と小さく、ウエハＷの面内温度差が１１℃と大きく均熱性が劣った。
【００７９】
試料Ｎｏ．7は、前記化合物の含有量が２１重量％と大きいことから熱伝導率が３４Ｗ／（ｍ・Ｋ）と小さくなり、ウエハＷの均熱性が劣った。また窒化アルミニウム質焼結体の硬度が小さくなるため、パーティクル数が５０００ヶと多かった。
【００８０】
試料Ｎｏ．１０は、前記化合物と結合している酸素量を差し引いた酸素量が０．４重量％と小さいことから、相対密度が９６％と小さくパーティクル数が２００００ヶと多かった。
【００８１】
また試料Ｎｏ．１１は、前記化合物と結合している酸素量を差し引いた酸素量が１．６重量％と多いことから、熱伝導率が３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）と小さくなりウエハＷの面内温度差が１２℃と大きかった。
【００８２】
試料Ｎｏ．１３は相対密度が９６％と小さいことからパーティクル数が２００００ヶと多かった。
【００８３】
試料Ｎｏ．１４は、窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径を窒化アルミニウム結晶の最大粒径で除した値Ｒが０．９であることからパーティクル数が６０００ヶと多かった。
【００８４】
試料Ｎｏ．１５は、窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径を窒化アルミニウム結晶の最大粒径で除した値が２．１であることからパーティクル数が６０００ヶと多かった。
【００８５】
この結果、上記板状セラミックス体は、希土類元素及び／又はアルカリ土類金属元素からなる化合物を酸化物換算で１〜２０重量％含有し、前記化合物と結合している酸素量を差し引いた酸素量が０．５〜１．５重量％である窒化アルミニウム質焼結体からなり、相対密度が９７％以上であり、上記板状セラミックス体の載置面におけるビッカース硬度（Ｈｖ）が８００〜１１００であり、更に窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径を窒化アルミニウム結晶の最大粒径で除した値が１．０〜５．０であると、パーティクルの発生を大幅に低減することができることから、静電チャックとして優れた特性を示す事が分った。
【００８６】
また、発熱用の内部電極５を埋設し、前記板状セラミックス体の熱伝導率が４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることにより、１２インチのウエハＷを加工処理する際に必要な９℃以下の面内均熱性を得ることができ優れていることが分かる。
（実施例２）
次に、試料Ｎｏ.１と同様の製造方法で、焼結助剤の添加量を変えて窒化アルミニウム質焼結体の試料を作製し、室温２５℃において静電吸着用の内部電極４に５００Ｖの直流電圧を印加して１２インチのシリコンウエハＷを吸着させ、このシリコンウエハＷをロードセルにて引き剥がすのに要する荷重を吸着力として測定し、また、シリコンウエハＷと吸着用の内部電極との間の絶縁層の体積固有抵抗値を測定した。その結果を表２に示す。
【００８７】
【表２】

【００８８】
試料Ｎｏ.２４は前記化合物の含有量が０．８重量％と少ないことから、体積固有抵抗値が２ｘ１０¹²Ω・ｃｍと大きく、吸着力は０．９８ｋＰａと小さかった。
【００８９】
また、試料Ｎｏ.２５は前記化合物の含有量が２５重量％と多いことから、体積固有抵抗値が９ｘ１０⁷Ω・ｃｍと小さく、ウエハＷと載置面の間の漏れ電流が大きく、吸着力は０．９８ｋＰａと小さかった。
【００９０】
これに対し、試料Ｎｏ.２1〜２３は前記化合物を１〜２０重量％含有し、静電吸着力が１９．６ｋＰａ〜３４．３ｋＰａと大きく好ましいことが分かった。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、板状セラミックス体の一方の主面を、ウエハを載せる載置面とするとともに、上記板状セラミックス体中に内部電極を備えた静電チャックにおいて、上記板状セラミックス体は、希土類元素及び／又はアルカリ土類金属元素からなる化合物を酸化物換算で１〜２０重量％含有し、上記化合物と結合している酸素量を差し引いた酸素量が０．５〜１．５重量％である窒化アルミニウム質焼結体からなり、相対密度が９７％以上であり、上記板状セラミックス体の載置面におけるビッカース硬度（Ｈｖ）が８００〜１１００であり、更に窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径を窒化アルミニウム結晶の最大粒径で除した値が１．０〜５．０であるとともに、上記板状セラミックス体の２５℃での体積固有抵抗値が１×１０ ^８ Ω・ｃｍ〜１×１０ ^１２ Ω・ｃｍであることにより、ジョンソン・ラーベック効果を利用した大きな静電吸着力でもってウエハを載置面上に強固に吸着固定することができるとともに、シリコン、ガリウム砒素等からなるウエハの脱着を繰り返したとしても、載置面の硬度がウエハの硬度に近似していることから、載置面及びウエハの磨耗を抑えることができ、パーティクルの発生を大幅に低減することができる。更に１２インチや１８インチのウエハをプロセスする際に必要な面内均熱性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る静電チャックをベース基体に固定した状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図２】図１の静電チャックに備える静電吸着用の内部電極のパターン形状を示す平面図である。
【図３】図1の静電チャックに備える加熱用の内部電極のパターン形状を示す平面図である。
【図４】本発明に係る静電チャックの製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明に係る静電チャックの他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１：静電チャック
２：板状セラミックス体
２ａ：絶縁層
２ｂ：あるセラミック部
３：載置面
４：内部電極
４ａ：導体層
５：内部電極
５ａ：帯状導体層
５ｂ：帯状導体層
６：給電端子
７：給電端子
８：ベース基体
９：窒化アルミニウムグリーンシート
１０：密着液
１１：導体ペースト
１２：導体ペースト
Ｗ：ウエハ

Claims

板状セラミックス体の一方の主面をウエハを載せる載置面とするとともに、上記板状セラミックス体中に内部電極を備えた静電チャックにおいて、上記板状セラミックス体は、希土類元素及び／又はアルカリ土類金属元素からなる化合物を酸化物換算で１〜２０重量％含有し、上記化合物と結合している酸素量を差し引いた酸素量が０．５〜１．５重量％である窒化アルミニウム質焼結体からなり、相対密度が９７％以上であり、上記載置面におけるビッカース硬度（Ｈｖ）が８００〜１１００であり、更に窒化アルミニウム結晶以外の結晶の最大粒径を窒化アルミニウム結晶の最大粒径で除した値が１．０〜５．０であるとともに、上記板状セラミックス体の２５℃での体積固有抵抗値が１×１０ ^８ Ω・ｃｍ〜１×１０ ^１２ Ω・ｃｍであることを特徴とする静電チャック。
上記板状セラミックス体中に加熱用の内部電極を備え、上記板状セラミックス体の常温における熱伝導率が４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるとともに、上記板状セラミックス体を１８００℃以上で焼成したことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
上記板状セラミックス体の焼結助剤がＣｅ元素を含む化合物からなり、ＣｅＯ_２換算で１〜２０重量％含む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。