(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面が板状試料を載置する載置面である基体と、
前記基体において、前記載置面とは反対側または前記基体の内部に設けられた静電吸着用電極と、を備え、
前記静電吸着用電極は、絶縁性を有するマトリックス相と、前記マトリックス相より体積固有抵抗値が低い分散相とを含む複合焼結体からなり、
前記複合焼結体の任意の断面において、前記マトリックス相に周囲を囲まれ独立する前記分散相の領域は、最大フェレー径が３０μｍ以上である凝集部を含み、
前記凝集部は、前記任意の断面における２５００μｍ２の範囲において１以上存在する静電チャック装置。
【請求項２】
前記マトリックス相は、酸化アルミニウムを含む請求項１に記載の静電チャック装置。
【請求項３】
前記分散相は、モリブデン、炭素およびケイ素を含む請求項１または２に記載の静電チャック装置。
【請求項４】
前記静電吸着用電極の厚みが、０．１μｍ以上かつ１００μｍ以下である、請求項１に記載の静電チャック装置。
【請求項５】
前記マトリックス相は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、サマリウムアルミネート（ＳｍＡｌＯ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の一つ以上からなる、請求項１に記載の静電チャック装置。
【請求項６】
前記分散相は、金属炭化物及び／または金属ケイ化物からなる、請求項１に記載の静電チャック装置。
【請求項７】
前記マトリックス相は、実質的に酸化アルミニウムからなる請求項１に記載の静電チャック装置。
【請求項８】
前記分散相は、実質的にモリブデン、炭素およびケイ素からなる請求項１に記載の静電チャック装置。
【請求項９】
請求項１から３のいずれか１項に記載の静電チャック装置の製造方法であって、
酸化アルミニウム粒子と、炭化モリブデン粒子との混合物に、さらに炭化ケイ素粒子および酸化ケイ素粒子のいずれか一方または両方が添加された混合粒子を調整する工程と、
前記混合粒子を成形し成形体を得る工程と、
前記成形体を、真空雰囲気下、４００℃以上１３００℃以下に加熱する第１熱処理工程と、
前記第１熱処理工程の後に、前記成形体を不活性ガス雰囲気下で１５００℃以上に加熱する第２熱処理工程と、を含む静電チャック装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電チャック装置および静電チャック装置の製造方法に関する。本願は、２０１８年３月２３日に出願された特願２０１８−０５５６１９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマ工程を実施する半導体製造装置では、簡単に板状試料（ウエハ）を固定することができる静電チャック装置が用いられている。静電チャック装置は、基体と、静電吸着用電極と、を備えている。基体は、一主面がウエハを載置することのできる載置面となっている。静電吸着用電極は、載置面に載置したウエハとの間に静電気力（クーロン力）を発生させる。【０００３】
静電吸着用電極の形成材料としては、酸化アルミニウム−炭化モリブデンや、酸化アルミニウム−炭化タンタルのような導電性を有する複合焼結体が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１１３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された従来の静電吸着用電極の形成材料は、導電性を有する炭化モリブデンや炭化タンタルなどの炭化物を含む。これらの炭化物は、融点が高いため、焼結しにくい。静電吸着用電極の形成材料である複合焼結体において、焼結が不十分であると、結晶粒界が増え、体積抵抗率が高くなる傾向にある。【０００６】
ウエハを良好に吸着および脱着可能とするために、静電吸着用電極の体積抵抗率は低いほうが好ましい。【０００７】
そのため、従来の静電吸着用電極の形成材料においては、焼結を促進する方法が採用されることがある。静電吸着用電極の形成材料の焼結を促進するために、例えば、形成材料の製造時に焼結温度を高くする方法や、焼結を促進する作用のある酸化アルミニウムの存在比を高める方法などが行われる。【０００８】
しかし、焼結温度を高くする方法を行うと、酸化アルミニウムが蒸発してしまう。そのため、却って良好な焼結体を得ることが難しいられにくいことがある。また、酸化アルミニウムの存在比を高めると、相対的に導電性を有する炭化物の存在比が低下してしまう。そのため、体積固有抵抗率が増加しやすい。【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、体積固有抵抗率が低い、新規な静電吸着用電極を備えた静電チャック装置を提供することを目的とする。また、体積固有抵抗率が低い静電吸着用電極を容易に製造可能とする静電チャック装置の製造方法を提供することを併せて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明の第一の態様は、一主面が板状試料を載置する載置面である基体と、前記基体において、前記載置面とは反対側または前記基体の内部に設けられた静電吸着用電極と、を備え、前記静電吸着用電極は、絶縁性を有するマトリックス相と、前記マトリックス相より体積固有抵抗値が低い分散相とを含む複合焼結体からなり、前記複合焼結体の任意の断面において、前記マトリックス相に周囲を囲まれ独立する前記分散相の領域は、最大フェレー径が３０μｍ以上である凝集部を含み、前記凝集部は、前記任意の断面における２５００μｍ２の範囲において１以上存在する静電チャック装置を提供する。【００１１】
本発明の一態様においては、前記マトリックス相は、酸化アルミニウムを含む構成としてもよい。【００１２】
本発明の一態様においては、前記分散相は、モリブデン、炭素およびケイ素を含む構成としてもよい。【００１３】
本発明の一態様においては、前記静電吸着用電極の厚みは、０．１μｍ以上かつ１００μｍ以下であってもよい。【００１４】
本発明の一態様においては、前記マトリックス相は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、サマリウムアルミネート（ＳｍＡｌＯ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の一つ以上からなってもよい。【００１５】
本発明の一態様においては、前記分散相は、金属炭化物及び／または金属ケイ化物からなっていてもよい。【００１６】
本発明の一態様においては、前記マトリックス相は、実質的に酸化アルミニウムからなっていてもよい。【００１７】
本発明の一態様においては、前記分散相は、実質的にモリブデン、炭素およびケイ素からなっていてもよい。【００１８】
また、本発明の第二の態様は、酸化アルミニウム粒子と、炭化モリブデン粒子との混合物に、さらに炭化ケイ素粒子および酸化ケイ素粒子のいずれか一方または両方が添加された混合粒子を調整する工程と、前記混合粒子を成形し成形体を得る工程と、前記成形体を、真空雰囲気下、４００℃以上１３００℃以下に加熱する第１熱処理工程と、前記第１熱処理工程の後に、前記成形体を不活性ガス雰囲気下で１５００℃以上に加熱する第２熱処理工程と、を含む静電チャック装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、体積固有抵抗率が低い、新規な静電吸着用電極を備えた静電チャック装置を提供することができる。また、体積固有抵抗率が低い静電吸着用電極を容易に製造可能とする静電チャック装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態の静電チャック装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】実施例１の焼結体についてＥＰＭＡ測定により得られたＳＥＭ像およびＭｏ、Ｓｉ、Ｃ元素の面分析画像である。
【図３】比較例１の焼結体についてＥＰＭＡ測定により得られたＳＥＭ像およびＭo、Ｓｉ、Ｃ元素の面分析画像である。
【図４】参考例の焼結体についてＥＰＭＡ測定により得られたＳＥＭ像およびＭo、Ｓｉ、Ｃ元素の面分析画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図１を参照しながら、本実施形態に係る静電チャック装置の好ましい例について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。本発明は、以下に示す実施形態のみに限定されるものではなく、その効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。例えば、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、数や数値や量や比率や特性などについて、省略や追加や変更をすることが可能である。
【００２２】
［静電チャック装置］
図１は、本実施形態の静電チャック装置の一例を示す断面図である。図１に示す静電チャック装置１は、静電チャック部２と、この静電チャック部２の下方に設けられる平面視円板状の温度調節用ベース部３と、を備えている。静電チャック部２と温度調節用ベース部３とは、静電チャック部２と温度調節用ベース部３の間に設けられた接着剤層８を介して接着されている。静電チャック部２は、平面視したときに円板状であり、一主面（上面）側を載置面とする。温度調節用ベース部３は、厚みがあり、静電チャック部２を所望の温度に調整することができる。
以下、順に説明する。
【００２３】
（静電チャック部）
静電チャック部２は、載置板１１と、この載置板１１と一体化された支持板１２と、これら載置板１１と支持板１２との間に設けられた静電吸着用電極１３および絶縁材層１４と、を有している。載置版１１は、上面に半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置する。支持板１２は、載置板１１の底部側を支持する。載置板１１および支持板１２は、本発明における「基体」に該当する。絶縁層１４は、静電吸着用電極１３の周囲を絶縁する。
【００２４】
載置板１１および支持板１２は、円板状の部材である。載置版１１および支持板１２は、重ね合わせた面の形状が略同一である。載置板１１および支持板１２は、機械的な強度を有し、かつ腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性を有するセラミックス焼結体からなる。載置板１１および支持板１２について、詳しくは後述する。
【００２５】
載置板１１の載置面１１ａには、突起部１１ｂが複数所定の間隔で形成され、これらの突起部１１ｂが板状試料Ｗを支える。突起部１１ｂの直径は、板状試料の厚みよりも小さい。
【００２６】
載置板１１、支持板１２、静電吸着用電極１３および絶縁材層１４を含めた全体の厚み、即ち、静電チャック部２の厚みは、一例として０．７ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下であり、１．０ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下が好ましい。
【００２７】
静電チャック部２の厚みが０．７ｍｍを下回ると、静電チャック部２の機械的強度を確保することが難しくなる。静電チャック部２の厚みが５．０ｍｍを上回ると、静電チャック部２の熱容量が大きくなり、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化し、静電チャック部の横方向の熱伝達の増加により、板状試料Ｗの面内温度を所望の温度パターンに維持することが難しくなる。なお、ここで説明した各部の厚さは一例であって、前記範囲に限るものではない。
【００２８】
静電吸着用電極１３は、電荷を発生させて静電吸着力で板状試料Ｗを固定するための静電チャック用電極として用いられるものである。静電吸着用電極１３は、その用途によって、その形状や、大きさが適宜調整される。
【００２９】
静電吸着用電極１３の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、０．１μｍ以上かつ１００μｍ以下の厚みを選択することができ、３μｍ以上かつ５０μｍ以下の厚みが好ましく、５μｍ以上かつ２０μｍ以下の厚みがより好ましい。
【００３０】
静電吸着用電極１３の厚みが０．１μｍを下回ると、充分な導電性を確保することが難しくなることがある。静電吸着用電極１３の厚みが１００μｍを越えると、静電吸着用電極１３と載置板１１および支持板１２との間の熱膨張率差に起因し、静電吸着用電極１３と載置板１１および支持板１２との接合界面にクラックが入り易くなる。
【００３１】
静電吸着用電極１３の材料、および静電吸着用電極１３の製造方法については、後に詳述する。
【００３２】
絶縁材層１４は、静電吸着用電極１３を囲繞して腐食性ガスおよびそのプラズマから静電吸着用電極１３を保護するとともに、載置板１１と支持板１２との境界部、すなわち静電吸着用電極１３以外の外周部領域を接合一体化する。絶縁材層１４は、載置板１１および支持板１２を構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁材料により構成されている。
【００３３】
（温度調整用ベース部）
温度調節用ベース部３は、厚みのある円板状である。温度調整用ベース部３は、静電チャック部２を所望の温度に調整する。この温度調節用ベース部３としては、例えば、その内部に冷媒を循環させる流路３Ａが形成された液冷ベース等が好適である。
【００３４】
この温度調節用ベース部３を構成する材料としては、熱伝導性、導電性、加工性に優れた金属、またはこれらの金属を含む複合材であれば特に制限はない。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ） 等が好適に用いられる。この温度調節用ベース部３の少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理が施されているか、あるいは酸化アルミニウム等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。
【００３５】
温度調節用ベース部３の上面側には、接着層６を介して絶縁板７が接着されている。接着層６はポリイミド樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性、および、絶縁性を有するシート状の接着性樹脂からなる。接着層は例えば厚み５〜１００μｍ程度に形成される。絶縁板７はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの耐熱性を有する樹脂の薄板、シートあるいはフィルムからなる。
【００３６】
なお、絶縁板７は、樹脂シートに代え、絶縁性のセラミック板でもよく、また酸化アルミニウム等の絶縁性を有する溶射膜でもよい。
【００３７】
（フォーカスリング）
フォーカスリング１０は、温度調節用ベース部３の周縁部に載置される平面視円環状の部材である。フォーカスリング１０は、例えば、載置面に載置されるウエハと同等の電気伝導性を有する材料を形成材料としている。このようなフォーカスリング１０を配置することにより、ウエハの周縁部においては、プラズマに対する電気的な環境をウエハと略一致させることができる。そのため、ウエハの中央部と周縁部とでプラズマ処理の差や偏りを生じにくくすることができる。
【００３８】
（その他の部材）
静電吸着用電極１３には、給電用端子１５が接続されている。給電用端子１５は、静電吸着用電極１３に直流電圧を印加する。給電用端子１５は、温度調節用ベース部３、接着剤層８、支持板１２を厚み方向に貫通する貫通孔１６の内部に挿入されている。給電用端子１５の外周側には、絶縁性を有する碍子１５ａが設けられる。この碍子１５ａにより金属製の温度調節用ベース部３に対し給電用端子１５が絶縁されている。
【００３９】
図では、給電用端子１５を一体の部材として示しているが、複数の部材が電気的に接続して給電用端子１５を構成していてもよい。給電用端子１５は、熱膨張係数が互いに異なる温度調節用ベース部３および支持板１２に挿入されている。そのため、例えば、給電用端子１５のうち温度調節用ベース部３および支持板１２に挿入されている部分を、それぞれ異なる材料で構成することとするとよい。
【００４０】
給電用端子１５のうち、静電吸着用電極１３に接続され、支持板１２に挿入されている部分を便宜上、取出電極とする。取出電極の材料は、耐熱性に優れた導電性材料であれば特に制限されるものではないが、熱膨張係数が静電吸着用電極１３および支持板１２の熱膨張係数に近似したものが好ましい。取出電極は、例えば、Ａｌ２Ｏ３−ＴａＣなどの導電性セラミック材料からなる。
【００４１】
給電用端子１５のうち、温度調節用ベース部３に挿入されている部分は、例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、コバール合金等の金属材料からなる。
【００４２】
これら２つの部材は、柔軟性と耐電性を有するシリコン系の導電性接着剤で接続するとよい。
【００４３】
静電チャック部２の下面側には、ヒータエレメント５が設けられている。ヒータエレメント５は、非磁性金属薄板を所望のヒータ形状、に加工することで得られる。非磁性金属薄板は、一定の厚みを有するものであれば公知の非磁性金属薄板を用いることができる。ここでいう一定の厚みとは、例えば、０．２ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１ｍｍ以上である。非磁性金属薄板は、例えばチタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、モリブデン（Ｍｏ）薄板等を用いることができる。非磁性金属薄板をヒータエレメントに加工する方法は、フォトリソグラフィー法やレーザー加工法等を用いることができる。また、ヒータエレメント５の所望のヒータ形状とは、例えば、帯状の導電性薄板を蛇行させた形状の全体輪郭を円環状に加工した形状である。
【００４４】
このようなヒータエレメント５は、静電チャック部２に非磁性金属薄板を接着した後に、静電チャック部２の表面で加工成型することで設けてもよい。また、静電チャック部２とは異なる位置でヒータエレメント５を加工成形したものを、静電チャック部２の表面に転写印刷することで設けてもよい。
【００４５】
ヒータエレメント５は、厚みの均一な耐熱性および絶縁性を有するシート状またはフィルム状のシリコン樹脂またはアクリル樹脂からなる接着層４により支持板１２の底面に接着・固定されている。
【００４６】
ヒータエレメント５には、ヒータエレメント５に給電するための給電用端子１７が接続されている。給電用端子１７を構成する材料は先の給電用端子１５を構成する材料と同等の材料を用いることができる。給電用端子１７は、温度調節用ベース部３に形成された貫通孔３ｂを貫通するように設けられている。すなわち、この給電用端子１７は温度調節用ベース部３と絶縁層７とそれらの周囲に存在する接着剤層８をそれらの厚さ方向に部分的に貫通して配置されている。また、給電用端子１７の外周面には絶縁用の筒型の碍子１８が装着され、温度調節用ベース部３と給電用端子１７が絶縁されている。
【００４７】
また、温度センサー２０は、ヒータエレメント５の下面側に設けられている。本実施形態の静電チャック装置１では、温度調節用ベース部３と絶縁板７を厚さ方向に貫通するように設置孔２１が形成され、これらの設置孔２１の最上部に温度センサー２０が設置されている。なお、温度センサー２０はできるだけヒータエレメント５に近い位置に設置することが望ましい。そのため、図に示す構造から更に接着剤層８側に突き出るように設置孔２１を延在して形成し、温度センサー２０とヒータエレメント５とを近づけてもよい。
【００４８】
温度センサー２０は一例として石英ガラス等からなる直方体形状の透光体の上面側に蛍光体層が形成された蛍光発光型の温度センサーである。この温度センサー２０は、透光性および耐熱性を有するシリコン樹脂系接着剤等によりヒータエレメント５の下面に接着されている。
【００４９】
蛍光体層は、ヒータエレメント５からの入熱に応じて蛍光を発生する材料からなる。蛍光体層の形成材料としては、発熱に応じて蛍光を発生する材料であれば多種多様の蛍光材料を選択できる。蛍光体層の形成材料は、一例として、発光に適したエネルギー順位を有する希土類元素が添加された蛍光材料、ＡｌＧａＡｓ等の半導体材料、酸化マグネシウム等の金属酸化物、ルビーやサファイア等の鉱物であり、これらの材料の中から適宜選択して用いることができる。
【００５０】
温度センサー２０は、給電用端子などと干渉しない位置であってヒータエレメント５の下面周方向の任意の位置に設けられている。
【００５１】
温度計側部２２は、これらの温度センサー２０の蛍光からヒータエレメント５の温度を測定する。温度計測部２２は、一例として、励起部２３と、蛍光検出器２４と、制御部２５とを備える。励起部２３は、温度調節用ベース部３の設置孔２１の外側（下側）に前記蛍光体層に対し励起光を照射する。蛍光検出器２４は、蛍光体層から発せられた蛍光を検出する。制御部２５は、励起部２３および蛍光検出器２４を制御すると共に前記蛍光に基づき主ヒータの温度を算出する。
【００５２】
さらに、静電チャック装置１は、温度調節用ベース部３から載置板１１までをそれらの厚さ方向に貫通するピン挿通孔２８を有している。このピン挿通孔２８を介して、リフトピンを挿通することができる。ピン挿通孔２８よりリフトピンを挿通することで、静電チャック装置１に載置された板状試料を取り外すことができる。ピン挿通孔２８の内周部には筒状の碍子２９が設けられている。
【００５３】
さらに、静電チャック装置１は、温度調節用ベース部３から載置板１１までをそれらの厚さ方向に貫通する不図示のガス穴を有している。ガス穴は、例えばピン挿通孔２８と同様の構成を採用することができる。ガス穴には、板状試料Ｗを冷却するための冷却ガスが供給される。冷却ガスは、ガス穴を介して載置板１１の上面において複数の突起部１１ｂの間に形成される溝１９に供給され、板状試料Ｗを冷却する。
静電チャック装置１は、以上のような構成となっている。
【００５４】
次に、本実施形態の静電吸着用電極１３について、詳述する。
本実施形態の静電吸着用電極１３は、絶縁性を有するマトリックス相と、前記マトリックス相より体積固有抵抗値が低い分散相とを含む複合焼結体を備える。静電吸着用電極１３が含むマトリックス相の量は、任意に選択することができるが、好ましくは、１０〜９０質量％であり、より好ましくは３０〜７０質量％である。すなわち、静電吸着用電極１３が含む分散相の量は、任意に選択することができるが、好ましくは、１０〜９０質量％であり、より好ましくは３０〜７０質量％である。
【００５５】
マトリックス相の形成材料としては、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、サマリウムアルミネート（ＳｍＡｌＯ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）などが挙げられる。
マトリックス相は、これら形成材料から選択される、少なくとも１つの材料を含んでよい。なおマトリックス相は、前記形成材料の少なくとも１つからなっても良い。
例えば、マトリックス相は、実質的に酸化アルミニウムのみからなってもよいし、酸化アルミニウムと酸化イットリウムとイットリウムアルミニウムガーネットとの混合物であってもよい。マトリックス相が実質的に酸化アルミニウムのみからなるとは、例えば、酸化アルミニウムの量がマトリックス相の量の９０質量部以上のことであってもよい。
【００５６】
分散相の形成材料としては、分散相の形成材料は、金属炭化物と、ケイ化物と、を含むものであれば適宜選択することができる。分散相の形成材料は例えば、炭化タンタル（Ｔａ４Ｃ５）、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）などの金属炭化物と、炭化ケイ素、酸化ケイ素などのケイ化物とが挙げられる。
分散相は、例えば、これら形成材料により形成される。そのため、分散相は実質的にモリブデン、炭素、ケイ素のみからなっていてもよい。ここでいう実質的にモリブデン、炭素、ケイ素のみからなるとは、例えば分散相の量の９０質量部以上がモリブデン、炭素、ケイ素からなることを意味する。
【００５７】
本実施形態の静電吸着用電極１３は、分散相に金属炭化物とケイ素とが反応した生成物を含むと考えられる。静電吸着用電極１３を構成する複合焼結体についてＥＰＭＡ測定を行うと、金属炭化物を構成する金属原子および炭素が存在する位置と同じ位置に、ケイ素原子も存在することが確認できる。そのため、生成物の詳細は不明であるが、原料である金属炭化物を構成する元素と、ケイ化物を構成するケイ素原子とが反応し、ＥＰＭＡ測定において同じ位置に検出されているものと考えられる。
【００５８】
静電吸着用電極１３においては、複合焼結体の出発原料として、酸化アルミニウムと、炭化モリブデンと、ケイ化物とを用い、マトリックス相に酸化アルミニウムを含み、分散相にモリブデン、炭素およびケイ素を含むことが好ましい。
【００５９】
このような複合焼結体においては、任意の断面において、マトリックス相に周囲を囲まれ独立する分散相の領域は、最大フェレー径が３０μｍ以上である凝集部を含んでいる。すなわち、分散相からなる、最大フェレ―径が３０μｍ以上である凝集部が形成されている。凝集部は、粒子状の焼結によって形成された凝集体であってもよい。凝集部は、連続していれば１つの凝集部として考えてよく、例えば、連続する不定形などの形状を有してよい。
分散相の領域の最大フェレー径は、上述のＥＰＭＡ測定で得られるＳＥＭ画像を画像解析することにより測定することができる。なお、最大フェレ―径とは、測定領域を２本の平行線で挟んだときの、前記平行線の間隔の最大値を意味してよい。
【００６０】
分散相の領域の最大フェレー径は、４０μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上であることがより好ましい。
【００６１】
また、このような複合焼結体においては、上述の凝集部が、任意の断面における２５００μｍ２の範囲において１以上存在している。
【００６２】
このような複合焼結体においては、分散相に含まれる最大フェレー径が３０μｍ以上の凝集部がネットワークを形成し、導電性を向上させると考えられる。そのため、このような複合焼結体は、上述の凝集部を含まず、導電性を示すネットワークが形成されていない複合焼結体と比べ、体積固有抵抗率が低下する。
【００６３】
マトリックス相の形成材料に対する金属炭化物の含有割合が増加すると、体積固有抵抗率は低下する傾向にある。
【００６４】
［静電チャック装置の製造方法］
本実施形態に係る静電チャック装置の製造方法は、酸化アルミニウム粒子と炭化モリブデン粒子との混合物に、さらに炭化ケイ素粒子および酸化ケイ素粒子のいずれか一方または両方が添加された混合粒子を調整する工程と、混合粒子を成形し成形体を得る工程と、成形体を焼結する工程とを含む。
上記工程で得られた焼結体は、静電吸着用電極などに好ましく使用することができる。
【００６５】
まず、出発原料である混合粒子を調整する。
【００６６】
本実施形態に係る静電チャック装置の製造方法で製造される静電チャック装置は、主に半導体製造装置に用いられる。半導体製造装置における歩留まりの低下を抑制する観点から、静電チャック装置の製造方法で用いられる各出発原料は、高純度であることが好ましい。
【００６７】
例えば、本実施形態に係る静電チャック装置の製造方法では、用いる酸化アルミニウム粒子は、酸化アルミニウムの含有量が９９．９９％以上であることが好ましい。このような高純度の酸化アルミニウム粒子は、ミョウバン法を用いることにより調整可能である。
ミョウバン法を用いて調整した酸化アルミニウム粒子は、例えばバイヤー法を用いて調整した酸化アルミニウム粒子と比べると、金属不純物であるナトリウム原子の含有量を大幅に低減することが可能である。また、所望の純度の酸化アルミニウム粒子が得られるのであれば、種々の方法を採用可能である。
【００６８】
また、用いる酸化アルミニウム粒子の粒径は、任意に選択できるが平均粒子径が０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、０．０８μｍ以上０．３μｍ以下である。このような平均粒子径の酸化アルミニウム粒子は、混合粒子の調整時に分散させやすく、均質な混合粒子が得られるため好ましい。
【００６９】
また、用いる酸化モリブデン粒子の粒径は、任意に選択できるが、平均粒子径が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上０．６μｍ以下であることがより好ましい。このような平均粒子径の酸化モリブデン粒子は、混合粒子の調整時に分散させやすく、均質な混合粒子が得られるため好ましい。
【００７０】
また、用いる炭化ケイ素粒子の粒径は、任意に選択できるが、平均粒子径が０．０１μｍ以上０．１μｍ以下であることが好ましく、０．０２μｍ以上０．０６以下であることがより好ましい。このような平均粒子径の炭化ケイ素粒子は、混合粒子の調整時に分散させやすく、均質な混合粒子が得られるため好ましい。
【００７１】
また、用いる酸化ケイ素粒子の粒径は、任意に選択できるが、平均粒子径が０．０１μｍ以上０．１μｍ以下であることが好ましく、０．０２μｍ以上０．０５μｍ以下であることがより好ましい。このような平均粒子径の酸化ケイ素粒子は、混合粒子の調整時に分散させやすく、均質な混合粒子が得られるため好ましい。
【００７２】
なお、本実施形態において、各出発原料の平均粒子径は、各出発原料の１次粒子の平均粒子径であり、レーザー回折・散乱法により測定した体積平均粒子径を採用する。
前記原料粒子の量は、任意に選択できる。例えば、酸化アルミニウム粒子の量は、酸化アルミニウム粒子と、炭化モリブデンと、炭化珪素及び／又は酸化ケイ素の総量に対して１０〜９０質量部であることが好ましく、３０〜６０質量部であることがより好ましい。
炭化モリブデンの量は、酸化アルミニウム粒子と、炭化モリブデンと、炭化珪素及び／又は酸化ケイ素の総量に対して１０〜９０質量部であることが好ましく、１０〜７０質量部であることがより好ましい。
炭化珪素及び／又は酸化ケイ素は、酸化アルミニウム粒子と、炭化モリブデンと、炭化珪素及び／又は酸化ケイ素の総量に対して１〜３０質量部であることが好ましく、５〜２０質量部であることがより好ましい。
【００７３】
混合する工程においては、酸化アルミニウム粒子、炭化モリブデン粒子に、さらに炭化ケイ素粒子および酸化ケイ素粒子のいずれか一方または両方、分散媒を添加した後に、ボールミルを用いて均一に混合する。具体的には、直径１ｍｍ以上５ｍｍ以下の酸化アルミニウム製のメディアを用いたボールミルを使用し、分散ポットの大きさに適合した回転数および撹拌時間で撹拌混合することにより、均一に混合する。ボールミルの回転数および撹拌時間は、使用する原料の量や分散ポットの大きさ、使用するメディアの直径および量に応じて定まる。ボールミルの回転数および撹拌時間は、適宜予備実験を行い決定しておくとよい。
【００７４】
次いで、得られた分散液をスプレードライすることにより、酸化アルミニウム粒子と炭化モリブデン粒子に、さらに炭化ケイ素粒子および酸化ケイ素粒子のいずれか一方または両方が混合した混合粒子からなる顆粒を得る。
【００７５】
次いで、成形体を得る工程においては、目的とする焼結体の形状に応じて、得られた顆粒を一軸成形（一軸プレス成形）し、成形体を得る。
【００７６】
次いで、上述の成形体を、真空雰囲気下、４００℃以上１３００℃以下に加熱する。より好ましくは、６００℃以上１３００℃以下、更に好ましくは８００℃以上１２５０℃以下である。本工程は、第１熱処理工程に該当する。第１熱処理工程は、一軸プレスによる加圧を行うことなく実施してもよく、一軸プレスによる加圧を行いながら実施してもよい。加熱時間は、任意に選択できるが、一例をあげれば、１〜１０時間などであってもよい。
【００７７】
前記第１熱処理工程の後に、前記成形体を不活性ガス雰囲気下で１５００℃以上に加熱する第２熱処理工程と、を含む。より好ましくは、１５００℃以上１８５０℃以下、更に好ましくは、１６００℃以上１８００℃以下である。加熱時間は、任意に選択できるが、一例を挙げれば、１〜１０時間などであってもよい。
【００７８】
第１熱処理工程によれば、予備加熱時の温度を適宜設定することにより、混合粒子に含まれるアルカリ金属等の金属不純物が蒸発し、金属不純物を容易に除去できる。そのため、第１熱処理工程によれば、混合粒子の純度を向上しやすくなり、得られる複合焼結体の体積固有抵抗値が低くなる。
【００７９】
なお、本実施形態において「真空」とは、「大気圧より低い圧力の基体で満たされた空間内の状態」のことであり、ＪＩＳ規格において工業的に利用できる圧力として定義された状態のことを指す。本実施形態においては、真空雰囲気は、低真空（１００Ｐａ以上）であってもよいが、中真空（０．１Ｐａ〜１００Ｐａ）であると好ましく、高真空（１０−５Ｐａ〜０．１Ｐａ）であるとより好ましい。
【００８０】
本実施形態の静電チャック装置の製造方法においては、例えば、真空雰囲気下、１２００℃で２時間以上加熱した後、大気圧までアルゴンで気圧を戻す。
【００８１】
次いで、予備加熱を施した成形体を、不活性ガス雰囲気下、２ＭＰａ以上の圧力で押し固めながら１５００℃以上に加熱して焼結する。このような操作によれば、成形体に含まれる酸化アルミニウム粒子、炭化モリブデン粒子、炭化ケイ素粒子、酸化ケイ素粒子の焼結が進行し、気孔の少ない緻密な焼結体が得られる。
【００８２】
本実施形態の静電チャック装置の製造方法においては、例えば、アルゴン雰囲気下、１５００℃以上１８５０℃以下で、焼結圧力２ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の範囲で成形体に含まれる酸化アルミニウム粒子、炭化モリブデン粒子、炭化ケイ素粒子、酸化ケイ素粒子は、焼結する。焼結温度を１８５０℃以下とすることで、酸化アルミニウムが蒸発することを抑制することができる。
【００８３】
このような方法で製造して得られた複合焼結体は、焼結時に、炭化ケイ素や酸化ケイ素などのケイ化物が炭化モリブデンの表面で反応して、ケイ化モリブデンを生成すると考えられる。ケイ化モリブデンが表面に生成した炭化モリブデン粒子は、表面のケイ化モリブデンにより、粒子間の焼結が促進される。その結果、分散相において、最大フェレー径が３０μｍを超える凝集部が成長し、体積固有抵抗率が低い複合焼結体が得られる。
【００８４】
次いで、得られた複合焼結体を適宜研削し、所望の静電吸着用電極を形成する。
【００８５】
以上のような構成の静電チャック装置によれば、体積固有抵抗率が低い、新規な静電吸着用電極を備えた静電チャック装置を提供することができる。
【００８６】
また、以上のような静電チャック装置の製造方法によれば、体積固有抵抗率が低い静電吸着用電極を容易に製造可能とする静電チャック装置の製造方法を提供することができる。
【００８７】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【実施例】
【００８８】
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【００８９】
［体積固有抵抗値の測定］
本実施例においては、ＪＩＳ  Ｋ  ７１９４に準拠した測定方法により円板状の焼結体の体積固有抵抗値を測定した。【００９０】
具体的には、後述の方法で得られる複合焼結体から直径４８ｍｍ、厚み４ｍｍの円板状の試験片を切りだし、この試験片の体積固有抵抗を、抵抗率計（ロレスタＧＰ、三菱化学アナリテック社製）を用いて四端子法により測定した。ここでは、測定電圧を９０Ｖとした。【００９１】
［複合焼結体の元素分布の分析］
後述の方法で得られる複合焼結体について、焼結時の加圧軸方向と直交する断面を形成した後、断面を鏡面研磨した。次いで、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer、電子線マイクロアナライザ）により、断面のモリブデン、炭素およびケイ素について、ＳｉＫα、ＣＫα、ＭｏＬαの面分析を行った。
「モリブデンの存在する領域」および「炭素の存在する領域」については、導電性を有する分散相と判断した。【００９２】
（測定条件）
測定機器：日本電子社製、ＪＸＡ−８８００
測定範囲：５０μｍ×５０μｍ
加速電圧：１５ｋＶ
測定倍率：５００倍【００９３】
ＥＰＭＡ測定により得られた拡大画像（５００倍）のＳＥＭ画像のうち、５０μｍ×５０μｍ角の視野内の任意の１０箇所について、モリブデンおよび炭素の存在する領域の最大フェレー径を測定した。【００９４】
「モリブデンの存在する領域」および「炭素の存在する領域」の最大フェレー径の測定にあたっては、予めＳＥＭ画像を二値化することにより測定対象となる領域の境界を明確にした。また、「モリブデンの存在する領域」および「炭素の存在する領域」の全体が視野内に含まれるものについて、最大フェレー径を求めた。【００９５】
なお、測定にあたって、１個の粒子で５０μｍ×５０μｍの測定領域を横断する粒子については、最大フェレー径を「＞５０μｍ」とした。
また、測定における基本的操作については、ＪＩＳＺ８８２７−１「粒子径解析−画像解析法−第１部：静的画像解析法」に記載の方法に準拠した。【００９６】
（実施例１）
出発原料として、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）粒子（大明化学工業株式会社製、平均粒子径０．２μｍ）４０質量部と、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）粒子（日本新金属株式会社製、平均粒子径０．５μｍ）５０質量部と、炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子（住友大阪セメント株式会社製、平均粒子径０．０５μｍ）１０質量部とを用いた。【００９７】
Ａｌ２Ｏ３粒子４０質量部と、Ｍｏ２Ｃ粒子５０質量部と、ＳｉＣ粒子１０質量部と、２−プロパノール１５０質量部とを混合した。得られた混合物を、ボールミルを用いて分散させた後にスプレードライにて乾燥させ、混合粒子を得た。具体的には、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ以下の酸化アルミニウム製のメディアを用いたボールミルを使用し、分散ポットの大きさに適合した回転数にて、１２時間分散した。【００９８】
金型成形法により混合粒子をプレス圧５ＭＰａで一軸プレス成形し、直径５０ｍｍ×６ｍｍ厚の成形体とした。【００９９】
得られた成形体を黒鉛製のモールドにセットし、加圧焼結を行った。まず、成形体を、真空雰囲気下、プレス圧を加えることなく室温から１２００℃まで１０℃／分の昇温速度で昇温させた。加熱温度が１２００℃に達した後２時間保持し、その後大気圧のアルゴン雰囲気とし、プレス圧１０ＭＰａ、１８００℃で３時間保持することにより焼結を行い、実施例１の焼結体を得た。【０１００】
（実施例２）
炭化ケイ素粒子の代わりに、酸化ケイ素粒子（日本アエロジル株式会社製、平均粒径０．０３μｍ）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２の焼結体を得た。【０１０１】
（比較例１）
一軸プレスして得られた成形体を加圧焼結する際、室温から１２００℃までの真空雰囲気下の加熱を行わず、室温から１８００℃まで大気圧のアルゴン雰囲気下、プレス圧１０ＭＰａで昇温したこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１の焼結体を得た。【０１０２】
（参考例）
出発原料としてＳｉＣ粒子を用いることなく、Ａｌ２Ｏ３粒子４０質量部、Ｍｏ２Ｃ粒子６０質量部、２−プロパノール１５０質量部の混合物をボールミルで分散させたこと以外は比較例１と同様にして、参考例の焼結体を得た。【０１０３】
図２〜４は、実施例１（図２）、比較例１（図３）および参考例（図４）のＥＰＭＡ測定により得られたＳＥＭ画像、およびＳＥＭ画像と同じ視野における面分析画像である。
各図においては、ＳＥＭ画像およびＭｏ、Ｃ、Ｓｉの元素分布をそれぞれ示す。【０１０４】
ＳＥＭ画像においては、相対的に黒い部分がマトリックス相であり、相対的に白い部分が分散相である。
また、面分析画像においては、黒い領域には分析対象となる元素が存在せず、相対的に白い領域には、分析対象となる元素が存在していることを示す。【０１０５】
実施例、比較例の条件比較を表１、測定結果を表２に示す。表中「真空熱処理」とは、一軸プレスして得られた成形体を室温から１２００℃まで真空雰囲気下で加熱する操作を指す。表２においては、測定領域に含まれる「モリブデンの存在する領域」および「炭素の存在する領域」の最大フェレー径のうち、最大値を記載した。【０１０６】
【表１】
0006798640.tif 000002
【０１０７】
【表２】
0006798640.tif 000003
【０１０８】
評価の結果、実施例１，２の焼結体の分散相の最大フェレー径は５０μｍより大きく、参考例と比べてもそれぞれの値が大きいことを確認した。実施例１、２の焼結体の体積固有抵抗値は、参考例の焼結体の体積固有抵抗値と比べ、低下していた。【０１０９】
また、実施例１，２においては、焼結体の製造時に真空熱処理を実施している。この真空熱処理により、Ｍｏ２Ｃ粒子表面の不純物が除去された結果、Ｍｏ２Ｃ粒子と周囲のＳｉＣ粒子またはＳｉＯ２粒子との反応が促進し、Ｍｏ２Ｃ粒子のネットワーク形成が促進した結果、体積固有抵抗率が低下したものと考えている。【０１１０】
対して、実施例１と同じ組成の原料を出発原料とする比較例１の分散相は、最大フェレー径が参考例と同等以下であった。比較例１の焼結体の体積固有抵抗値は、参考例の焼結体の体積固有抵抗値と比べ、大きく増加していた。【０１１１】
ＳｉＣ粒子は炭化物であり焼結しにくい物質であることから、結晶粒界を増やす要因となり得る。そのため、参考例の組成に単にＳｉＣ粒子を追加し、真空熱処理を行っていない比較例１においては、追加されたＳｉＣ粒子によってＭｏ２Ｃ粒子のネットワーク形成を阻害し、体積固有抵抗率の増加につながったものと考えられる。【０１１２】
以上の結果より、本発明が有用であることが分かった。
【符号の説明】
【０１１３】
１…静電チャック装置、１１…載置板（基体）、１１ａ…載置面、１２…支持板（基体）、１３…静電吸着用電極、Ｗ…板状試料
【図１】
0006798640.tif 000004
【図２】
0006798640.tif 000005
【図３】
0006798640.tif 000006
【図４】
0006798640.tif 000007