(57)【要約】【課題】  室温での熱膨張係数が小さく、使用時に高い吸着力を発揮する静電チャックを提供する。【解決手段】  本発明の静電チャックは、セラミックス基板と、電極層と、誘電体層を有し、誘電体層が、コーディエライト、スポジューメンおよびユークリプタイトよりなる群から選ばれた少なくとも１種である主要材を９７〜９９．９９ｖｏｌ％含有し、カーボンを０．０１〜３ｖｏｌ％含有するセラミックスであって、誘電体層の室温での熱膨張係数が１×１０-6／℃以下であることを特徴とする。誘電体層に用いられるセラミックスの体積抵抗率は、１×１０8〜１０14Ωｃｍが好ましい。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板と、電極層と、誘電体層を有する静電チャックにおいて、前記誘電体層は、
コーディエライト、スポジューメンおよびユークリプタイトよりなる群から選ばれた少なくとも１種である主要材を９７〜９９．９９ｖｏｌ％含有し、
カーボンを０．０１〜３ｖｏｌ％含有するセラミックスであって、
前記誘電体層の室温での熱膨張係数が１×１０-6／℃以下であることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記誘電体層に用いられるセラミックスの体積抵抗率が、１×１０8〜１０14Ωｃｍ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。
【請求項３】
セラミックス基板と、電極層と、誘電体層を有する静電チャックにおいて、前記誘電体層は、
コーディエライト、スポジューメンおよびユークリプタイトよりなる群から選ばれた少なくとも１種である主要材を６２〜９９．８９ｖｏｌ％含有し、
カーボンを０．０１〜３ｖｏｌ％含有し、さらに
炭化珪素と、
窒化珪素と、
４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、硼化物および珪化物と、
からなる群から選ばれた少なくとも１種を０．１〜３５ｖｏｌ％含有するセラミックスであることを特徴とする静電チャック。
【請求項４】
前記誘電体層に用いられるセラミックスが、誘電体層の少なくとも吸着面に形成された請求項１〜３のいずれかに記載の静電チャック。
【請求項５】
前記セラミックス基板の室温での熱膨張係数が、１×１０-6／℃以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電気の吸着力により、被吸着物を固定する静電チャックに関する。さらに詳細には、半導体などの製造工程において、電子ビーム露光描写装置、エッチング装置、ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置または検査装置などで、半導体ウエハなどの被吸着物を固定するために使用する静電チャックに関する。また、室温環境下においても温度変化による寸法変化が小さく、被吸着物を強固に固定できる静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩなどにおける高度の集積化に伴い回路の微細化が進行し、半導体の線幅は０．１μｍ以下のレベルに到達しようとしている。このため、半導体の製造工程においても、たとえば露光装置によりマスクを介してウエハ上に描写するパターンも微細化し、これに伴い、露光装置にも高精細化が求められ、また露光装置に使用する静電チャックなどの部材にも、温度変化による寸法変化の小さい高精度な部材が要求されるようになっている。
【０００３】
半導体製造工程において使用するセラミックス製静電チャックには、従来よりＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮなどの材質が主として使用されてきたが、半導体の高集積化、微細化に対応して、高精度に使用できる低熱膨張材を誘電体層として用いた静電チャックの提案はない。
【０００４】
低膨張セラミックスとして、コーディエライトなどがあるが、たとえば、Ａｌ2Ｏ3またはコーディエライトなどからなるセラミックス基板上に、電極層を形成した後、被吸着体と接する誘電体層を形成した静電チャックが提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。この静電チャックにおいては、誘電体層として、Ａｌ2Ｏ3を主成分とし、ＴｉＯ2を０．２〜２重量％添加したセラミックスが形成されている。したがって、低熱膨張材であるコーディエライトは、最下層のセラミックス基板用の材料として使用され、誘電体層には使用されていない。
【０００５】
また、セラミックス基板上に、電極層と誘電体層を形成し、電極層と誘電体層の外周にある露出部分が絶縁性の溶射膜により被覆された静電チャックが提案されている（特許文献３参照）。露出部を被覆する溶射膜にはコーディエライトなどが用いられているが、誘電体層はＡｌ2Ｏ3、ベリリア、ＳｉＣなどからなり、コーディエライトは用いられていない。
【０００６】
一方、セラミックス基板上に、縦、横に正電極と負電極を交互に点在させ、正電極と負電極を、基板内の導体により結線し、外部端子に連結した静電チャックが提案されている（特許文献４参照）。正電極と負電極は絶縁膜により被覆され、セラミックス基板と絶縁膜は、Ａｌ2Ｏ3、コーディエライト、マグネシア、チタニア、フォルステライトなどにより形成される。
【特許文献１】特公平６−９７６７５号公報
【特許文献２】特公平６−９７６７７号公報
【特許文献３】特開平６−２７９９７４号公報
【特許文献４】特開平１−２７４９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、低熱膨張材であるコーディエライトをセラミックス基板に用いても、被吸着物に直接接触する誘電体層に低膨張材を用いなければ、被吸着物に温度変化の影響を及ぼすことになり、寸法変化が大きくなる。一方、低熱膨張材であるコーディエライトを誘電体層に用いても、単に絶縁材として用いる態様では、体積抵抗値が大きくなるため、静電チャックとして十分な吸着力を発現できない。
【０００８】
本発明の課題は、室温での熱膨張係数が小さく、使用時に高い吸着力を発揮する静電チャックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の静電チャックは、セラミックス基板と、電極層と、誘電体層を有し、誘電体層が、
コーディエライト、スポジューメンおよびユークリプタイトよりなる群から選ばれた少なくとも１種である主要材を９７〜９９．９９ｖｏｌ％含有し、
カーボンを０．０１〜３ｖｏｌ％含有するセラミックスであって、
誘電体層の室温での熱膨張係数が１×１０-6／℃以下であることを特徴とする。ここに、室温での熱膨張係数とは、１０℃〜４０℃での熱膨張係数を指す。誘電体層に用いられるセラミックスの体積抵抗率は、１×１０8〜１０14Ωｃｍが好ましい。
【００１０】
また、誘電体層は、
コーディエライト、スポジューメンおよびユークリプタイトよりなる群から選ばれた少なくとも１種である主要材を６２〜９９．８９ｖｏｌ％含有し、
カーボンを０．０１〜３ｖｏｌ％含有し、さらに
炭化珪素と、
窒化珪素と、
４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、硼化物および珪化物と、
からなる群から選ばれた少なくとも１種を０．１〜３５ｖｏｌ％含有するセラミックスが好ましい。
【００１１】
かかる誘電体層に用いられるセラミックスが、誘電体層の少なくとも吸着面に形成されている態様が好適であり、セラミックス基板の室温での熱膨張係数は、１×１０-6／℃以下がより望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、室温で使用しても、温度変化による位置ずれが小さいため、高精度であり、高い吸着力を発揮する静電チャックを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の静電チャックは、セラミックス基板上に電極層と誘電体層を形成した構造を有し、誘電体層に用いられるセラミックスは、コーディエライト、スポジューメンおよびユークリプタイトよりなる群から選ばれた少なくとも１種を主要材として含有する。特に、室温で使用する露光装置および検査装置などに用いる静電チャックでは、高精度の描写および測定を行なうために、室温雰囲気下での温度変化および電子ビーム照射による部分的な温度上昇などによる寸法変化を小さくすることが要求されている。低熱膨張材であるコーディエライト、スポジューメンおよびユークリプタイトを、誘電体層の主要材として用いることにより、室温で使用しても高精度の静電チャックを得ることができる。
【００１４】
被吸着物と直接接触する誘電体層に、これらの材料を用いることにより、被吸着物に対する温度変化の影響を低く抑えることができる。したがって、かかるセラミックスが、誘電体層の少なくとも吸着面に形成されている態様が好ましい。
【００１５】
誘電体層に用いられるセラミックスは、カーボンを含有する。コーディエライト、スポジューメンおよびユークリプタイトは低熱膨張材であり、静電チャックの精度を高めるが、かかるセラミックス材料のみでは体積抵抗が大きく、静電チャックの吸着力は、クーロン力のみに依存することになり、吸着力が小さい。このため、セラミックスからなる主要材のほかに、適量のカーボンを配合することにより体積抵抗率を下げ、ジョンソンラーベック力による吸着効果を利用するのが望ましい。
【００１６】
主要材とカーボンとは、主要材を９７〜９９．９９ｖｏｌ％と、カーボンを０．０１〜３ｖｏｌ％含有する組成とする。カーボンの配合量は、セラミックスの導電性を高める点で、０．０１ｖｏｌ％以上必要である。一方、カーボンは、配合し過ぎると、熱膨張係数の増大や、電気抵抗が低くなり過ぎ、印加する電圧によりリーク電流が発生しやすくなって、被吸着物である半導体などに障害を与えやすい。したがって、カーボンの配合量は、３ｖｏｌ％以下が好ましい。
【００１７】
なお、本発明におけるカーボンには、加熱により生成したカーボンも含む。すなわち、たとえば、フェノール樹脂やフラン樹脂などをアルコールや水などに溶かして添加することにより、より少量でカーボンと同等の添加効果を得ることができ、低膨張特性への悪影響を及ぼさずに体積抵抗率の制御を行なうことができる。
【００１８】
本明細書におけるｖｏｌ％は、たとえば、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）あるいは原子吸光法またはＩＣＰ発光分析法などの方法によって各成分の重量％を求めた後、その重量％をその成分の比重で除することにより求める。
【００１９】
誘電体層に用いるセラミックスの室温での熱膨張係数は、室温雰囲気で精度の高い静電チャックを得る点で、１×１０-6／℃以下が好ましく、−０．５〜０．５×１０-6／℃がより好ましい。また、添加するカーボンの形態および粒径などにより、得られるセラミックスの体積抵抗率は異なるが、静電チャックの吸着力を高める上で、セラミックスの体積抵抗率は１０14Ωｃｍ以下が好ましく、１０12Ωｃｍ以下がより好ましい。また、電圧印加時のリーク電流を抑える上で、体積抵抗率は１０8Ωｃｍ以上が好ましい。
【００２０】
誘電体層に用いられるセラミックスは、炭化珪素、窒化珪素、４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、硼化物および珪化物よりなる群から選ばれた少なくとも１種を含有する態様が好ましい。炭化珪素、窒化珪素、４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、硼化物および珪化物よりなる群から選ばれる材料は、高い硬度と高い剛性を有し、焼結体に耐摩耗性と高い剛性を付与することができる。
【００２１】
炭化物、窒化物、硼化物および珪化物を構成する４ａ族元素には、たとえば、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）などがあり、５ａ族元素には、たとえば、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）などがあり、６ａ族元素には、たとえば、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などがある。
【００２２】
好ましい具体例としては、タングステンカーバイド（炭化タングステン）、炭化チタン、炭化タンタル、窒化ジルコニウム、窒化タンタル、硼化チタン、硼化ジルコニウム、珪化タンタル、珪化モリブデンを挙げることができる。これらのうち、タングステンカーバイドは、高い硬度、高い剛性に加え、低い熱膨張性を合わせ持つため、より好ましい。
【００２３】
炭化珪素および窒化珪素は、前述の元素に比べ低熱膨張性を有する点で、より好ましい。焼結体の熱膨張係数は、混合する各材料の熱膨張係数および混合比率と関係するため、低熱膨張材料を使用すると、他の材料よりもより多くの量を使用することが可能となる。したがって、焼結体の耐摩耗性を一層高めることができる。
【００２４】
炭化珪素と窒化珪素、４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、硼化物および珪化物は、低熱膨張性を維持する上で、含有量は、３５ｖｏｌ％以下が好ましく、２０ｖｏｌ％以下がより好ましい。４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、硼化物および珪化物ならびに炭化珪素と窒化珪素は、焼結体の剛性または耐摩耗性を向上させる上で、配合量は、０．１ｖｏｌ％以上が好ましい。
【００２５】
すなわち、コーディエライト、スポジューメンおよびユークリプタイトよりなる群から選ばれた少なくとも１種である主要材を６２〜９９．８９ｖｏｌ％含有し、カーボンを０．０１〜３ｖｏｌ％含有し、さらに炭化珪素と、窒化珪素と、４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、硼化物および珪化物とからなる群から選ばれた少なくとも１種を０．１〜３５ｖｏｌ％含有する態様が好ましい。
【００２６】
これらの耐摩耗性向上材の添加量は、材質、粒径、選択する材料の導電性などを加味し決定する。さらに導電性を有する耐摩耗性向上材の場合、誘電体層全体の体積抵抗率への影響を加味する必要がある。主要材とカーボンの適正な配合比率は前述と同様である。
【００２７】
以上は、被吸着物と直接接触する誘電体層に用いられるセラミックスについて説明しているが、同様のセラミックスをセラミックス基板に使用する態様も好ましい。セラミックス基板に低熱膨張性セラミックスを使用し、誘導体層の低熱膨張性に合わせることにより、周囲の温度に変化が生じた場合でも、静電チャックに反りが発生するのを抑え、平面精度を維持することができる。したがって、セラミックス基板の室温での熱膨張係数は、誘電体層と同様に、１×１０-6／℃以下が好ましく、−０．５〜０．５×１０-6／℃がより好ましい。
【００２８】
実施例
純度９９％以上で平均粒径が３μｍのコーディエライト粉末（ＣＯ）、ユークリプタイト粉末（ＥＵ）およびスポジューメン粉末（ＳＰ）を主要材とし、粉末状のフェノール樹脂、平均粒径が０.５μｍの窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、タングステンカーバイト（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）または硼化チタン（ＴｉＢ）の各粉末を、原料段階で表１に示す割合となるように調合した。つぎに、溶媒としてエタノールを配合した後、ボールミルで２４時間混合した。得られた混合物を乾燥仮焼した後、１３００℃で、アルゴンガスの雰囲気下、４００ｋｇｆ／ｃｍ2によりホットプレス焼成し、セラミックスを得た。得られたセラミックスの物性を表１に示す。
【００２９】
【表１】
2005252170.tif 000002
【００３０】
耐摩耗性はピンオンディスク法で測定した。測定された耐摩耗性が主要材の耐摩耗性とほぼ同一のものには△、主要材よりも優れているものには○、また主要材よりも劣るものには×を付した。
【００３１】
吸着性は、電極を内蔵した静電チャックを作成し、電極に電圧を印加したときの被吸着物との吸着の有無、および被吸着物へのリーク電流を測定し評価した。吸着を有するものには○、吸着がないもの、または吸着はあるもののリーク電流の大きいものは×とした。
【００３２】
表１の結果から明らかなとおり、本発明のセラミックスは温度上昇に対する熱膨張係数がいずれも１×１０-6／℃以下であり、吸着性も優れていた。したがって、かかる低熱膨張セラミックスを誘電体層とする静電チャックは、半導体製造時において室温での温度上昇に対しても熱膨張を低く抑え、回路の微細化に十分に対応できるとともに、被吸着物を強固に固定でき、有用であった。
【００３３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、半導体などの製造時において、室温雰囲気でも高精度の加工が可能であり、被吸着物を堅固に固定する静電チャックを提供することができる。