(57)【要約】【課題】均一な吸着力と、良好な脱着応答性を備えた静電チャックとその製造方法を提供する。【解決手段】  使用温度における体積抵抗率が１×１０8Ωcm以上１×１０13Ωcm以下であり、結晶粒界体積抵抗率が、粒内体積抵抗率の１/１０2以下であり、不純物が３atom％以下の窒化アルミニウム焼結体で形成された誘電体層と、誘電体層の一方の面に形成された面状の電極とを有する静電チャックである。また、純度９９．９％以上の窒化アルミニウム原料粉に、酸化サマリウムもしくは酸化ユーロピウムを含む不純物を０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下添加し、窒化アルミニウム混合粉を形成する工程と、その窒化アルミニウム混合粉を用いて、電極を埋設した成形体を形成する工程と、その成形体を、ホットプレス法を用いて、最高温度１７２０℃以上１８７０℃以下で焼成を行う工程とを有する静電チャックの製造方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用温度における体積抵抗率が１×１０8Ωcm以上１×１０13Ωcm以下であり、結晶粒界体積抵抗率が結晶粒内体積抵抗率の１/１０2以下であり、不純物含有濃度が３atom％以下である窒化アルミニウム焼結体で形成された誘電体層と、
前記誘電体層の一方の面に形成された面状電極とを有する静電チャック。
【請求項２】
前記結晶粒内体積抵抗率は、１０14Ωcm以上である、請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】
前記結晶粒界体積抵抗率は、使用温度において１×１０8Ωcm以上１０1１Ωcm以下である、請求項１または２に記載の静電チャック。
【請求項４】
前記不純物は、サマリウムまたはユーロピウムの少なくともいずれか一方を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項５】
前記窒化アルミニウム焼結体中の前記サマリウム及びユーロピウムの合計濃度が、０．１wt％以上１０％wt以下である、請求項４に記載の静電チャック。
【請求項６】
前記サマリウムまたはユーロピウムは、前記窒化アルミニウム焼結体中の結晶粒界に、アルミニウムとの複合酸化物を形成している、請求項４に記載の静電チャック。
【請求項７】
さらに、前記面状電極を介して、前記誘電体層に隣接配置されるセラミックス基材を有し、前記面状電極は、前記誘電体層と前記セラミックス基材との間に埋設されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項８】
前記セラミックス基材は、窒化アルミニウム焼結体で形成されており、前記誘電体層と一体焼結品である、請求項７に記載の静電チャック。
【請求項９】
前記面状電極は、金属バルク体で形成されるメッシュ状電極である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項１０】
前記面状電極は、単一領域、もしくは複数領域に分割されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項１１】
純度９９．９％以上の窒化アルミニウム原料粉に、酸化サマリウムもしくは酸化ユーロピウムを含む不純物を０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下添加し、窒化アルミニウム混合粉を形成する工程と、
前記窒化アルミニウム混合粉を用いて、電極を埋設した成形体を形成する工程と、
前記成形体を、ホットプレス法を用いて、最高温度１７２０℃以上１８７０℃以下で焼成する工程とを有する静電チャックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセス等で基板の固定に使用される静電チャックとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスや液晶ディスプレイ製造プロセスでは、シリコンウエハやガラス等の基板の固定に、静電チャックが広く使用されている。静電チャックは、静電引力（クーロン力）を利用した基板の固定方法であり、一般には、電極の上に誘電体層を積層した構造を有する。誘電体層上に固定すべき基板を載置し、基板と電極との間に生じるクーロン力を利用して、あるいは誘電体層の表面と基板との間に生じるジョンソン・ラーベック力と呼ばれるクーロン力の一種を利用して、基板を誘電体層上に固定する。
【０００３】
従来の静電チャックでは、誘電体層として、ポリイミド樹脂層や、溶射法で形成したアルミナ（Al2O3）層が使用されていた。しかしながら、ポリイミド等の樹脂材料を使用したものは安価であるが、耐食性や耐熱性に限界があり、１００℃を超える高温域では使用が困難となる。これに対し、アルミナ等のセラミックス材料は、耐食性及び耐熱性の点で良好な特性を有するため、腐食ガスを使用することの多い半導体製造工程においては、主にセラミックス材料が誘電体層として使用されている。
【０００４】
一方、最近、セラミックス材料の中でも、従来使用されてきたアルミナ等に比較して、熱伝導性が高く、静電チャック上に載置した基板の均熱性を改善する効果がある窒化アルミニウム（AlN）が、誘電体層材料として注目されている。また、この窒化アルミニウムとしては、常圧焼結法やホットプレス焼結法を用いて作製した窒化アルミニウム焼結体が使用されている。
【０００５】
セラミックス焼結体の電気伝導には、粒内伝導型と粒界伝導型とがあり、一般に、粒内伝導型では、結晶粒内の抵抗が粒界の抵抗に比較し低く、電荷は主に粒界を介して結晶粒内を移動し、粒界伝導型では、結晶粒界の抵抗が結晶粒内の抵抗より低いため、電荷は主に粒界を移動する。このため、窒化アルミニウム焼結体を誘電体層として使用した静電チャックでは、誘電体層の電気的性質は、粒内伝導型では結晶粒内の電気特性が支配的となり、粒界伝導型では結晶粒界の電気特性が支配的となる。
【０００６】
粒内伝導型の窒化アルミニウム焼結体を誘電体層として使用する静電チャック（特許文献１）、及び粒界伝導型の窒化アルミニウム焼結体を誘電体層として使用する静電チャック（特許文献２）それぞれが知られている。
【特許文献１】特開平９−３１５８６７号公報、［００３１］
【特許文献２】特開平１０−１５４７４６号公報、［００１４］
【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、一般に粒界に高抵抗層を持つ粒内伝導型の窒化アルミニウム焼結体では、結晶自体及び電荷が隣接する結晶粒内に移る際に結晶粒界を通過する必要があるといった構造上の影響により半導体的性質を有する。例えば、粒界が障壁となり、非オーミックな特性（印可電圧が小さい程、材料の抵抗値が大きくなる）を示し、また、粒内には電荷が貯まり易く、キャパシタンス的な挙動も示す。これらの振る舞いは、材料内を流れる電流の良好な応答性の妨げ、ウエハを吸脱着する応答性に悪影響を与える。
【０００８】
一方、従来の粒界伝導型窒化アルミニウム焼結体を誘電体層として使用した静電チャックでは、上記特許文献１に開示されるように、窒化アルミニウム焼結体中に２０％を超える大量の不純物を導入し、結晶粒界に不純物を析出させことで、粒界伝導型の窒化アルミニウムを形成していた。この場合は、結晶の半導体的性質や非オーミック接触の存在に基因する上述する課題を解決することは可能になるが、多量に導入された不純物の存在自体が、静電チャック上に載置される半導体ウエハへの汚染源となり、半導体素子特性に悪影響を与えるおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記従来の課題に鑑み、ウエハへの汚染源とならず、しかも良好な脱着応答性を備えた静電チャックとその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の静電チャックは、使用温度における体積抵抗率が１×１０8Ωcm以上１×１０13Ωcm以下であり、結晶粒界体積抵抗率が結晶粒内体積抵抗率の１/１０2以下であり、不純物含有濃度が３atom％以下である窒化アルミニウム焼結体で形成された誘電体層と、誘電体層の一方の面に形成された面状電極とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の静電チャックの製造方法は、純度９９．９％以上の窒化アルミニウム原料粉に、酸化サマリウムもしくは酸化ユーロピウムを含む不純物を０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下添加し、窒化アルミニウム混合粉を形成する工程と、その窒化アルミニウム混合粉を用いて、電極を埋設した成形体を形成する工程と、その成形体を、ホットプレス法を用いて、最高温度１７２０℃以上１８７０℃以下で焼成を行う工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の静電チャックによれば、誘電体層を形成する窒化アルミニウム焼結体が粒界伝導型であり、結晶粒内への電荷の流入が抑制でき、オーミックな特性を示すため電圧依存性が小さく、粒内の電荷も少ないため、良好な基板脱着応答性が得られる。したがって、脱着時の基板の破損事故を防止し、しかも脱着時間のスピードを上げることにより、スループットの向上を図ることができる。また、不純物含有濃度が低いため、基板への汚染源となることを防止できる。
【００１３】
また、本発明の静電チャックの製造方法によれば、上記本発明の静電チャックが作製可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る静電チャック、及びその製造方法について説明する。
【００１５】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る静電チャック１０の構造を示す概略的な平面図および断面図である。本発明の実施の形態に係る静電チャック１０は、円盤状に加工されたセラミックス基材１と、このセラミック基材１の上に配置された誘電体層３と、この誘電体層３とセラミックス基材１との間に埋設された面状の電極２とを有する。誘電体層３の表面が基板載置面であり、基板はここに載置され、吸着固定される。
【００１６】
なお、ここに示す面状の電極２は、電極部分が単一電極（単極）であり、電極への給電のため、電極端子４が、基板載置面とは反対側に引き出されている。
【００１７】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の別の実施の形態に係る静電チャック１１の構造を示す概略的な平面図および断面図である。この静電チャック１１は、面状の電極２として、双極型電極を備えている。双極型電極は、面状の電極を二分割したもので、例えば、図２（ａ）に示すように、半円形の電極２Ａ及び２Ｂで構成され、各電極から電極端子４Ａ及び４Ｂが基板載置面とは反対側に引き出されている。なお、電極の分割の仕方は、これに限られず、櫛歯形パターンで二分割する方法、さらにリング状のパターンで二分割する方法等を使用できる。さらに、電極は単極又は双極に限定されるものではなく、より多くの複数電極に分割することもできる。
【００１８】
図３は、本発明のさらに別の実施の形態に係る静電チャック１２の構造を示す概略的な断面図である。この静電チャック１２では、セラミックス基材１中にヒータエレメント５が埋設されており、基板加熱機能が付加されている。ヒータエレメント５は、例えば線状またはリボン状の高融点金属を螺旋状に加工したものである。ヒータエレメント５を埋設する場合は、ヒータエレメントへの給電のためのヒータエレメント端子５Ａ及び５Ｂが設けられる。
【００１９】
本実施の形態に係る静電チャック１０〜１２は、誘電体層３が、窒化アルミニウム焼結体で形成されており、使用温度における体積抵抗率が１×１０8Ωcm以上１×１０13Ωcm以下であり、結晶粒界体積抵抗率（以下、「粒界体積抵抗率」という）が、結晶粒内体積抵抗率（以下「粒内体積抵抗率」という）の１/１００以下であり、不純物濃度が３atom％以下であることを特徴とする。
【００２０】
誘電体層３は、窒化アルミニウム焼結体で形成されているため、耐食性が良好で、機械的強度も高い。また窒化アルミニウム焼結体は熱伝導性が高いため、基板載置面上に置かれた基板の均熱性を上げることができる。特に、図３に示すように、セラミックス基板１にヒータエレメント５を埋設する場合は、基板を均熱性良く加熱できる。また、窒化アルミニウムの体積抵抗率が、使用温度において１×１０8Ωcm以上１×１０13Ωcm以下であるので、主にジョンソン・ラーベック力により基板を静電チャックの載置面上に固定することができる。
【００２１】
また、本実施の形態の誘電体層３では、粒界体積抵抗率が粒内体積抵抗率より小さいため、粒界伝導型を示す。このため、誘電体層３の電気的特性が、主に結晶粒界の電気的特性で決定される。したがって、窒化アルミニウム結晶が有する半導体的性質が抑制されるため、温度依存性が少なく、広い温度範囲で安定した基板吸着性を発揮できる。
【００２２】
一般的な粒内伝導型の窒化アルミニウム焼結体では、結晶粒内に較べ結晶粒界の抵抗が高いため、電荷は主に結晶粒内を通過するが、隣接する結晶粒に電荷が移る際にかならず結晶粒界を通過する必要がある。この結晶粒界にエネルギー障壁が存在し、導電パス中に非オーミック性の接触が多数存在するため、体積抵抗の電圧依存性が大きく、電流値が電圧値により変動する。特に図２(a)及び図２(b)に示す双極型のように、複数電極を備え、各電極に異なる電圧を印加する構成を持つ静電チャックでは、印加電圧の異なる領域ごとに基板の吸着力にばらつきが生じてしまう。しかし、本実施の形態に係る誘電体層３のように、粒界伝導型でしかも粒内抵抗が大きい場合は、電荷は結晶粒界パスを連続に移動するため、電荷の移動経路に非オーミック性の接触が存在しないので、電流-電圧特性がほぼリニアなオーミック性を示し、粒内伝導型に比較し誘電体層の体積抵抗率の電圧依存性を抑制できる。また、結晶の半導体的性質や非オーミック接触の影響を受けないため、電圧の変化に対しても瞬時に安定した電流値を得ることができる。
【００２３】
特に、本実施の形態に係る誘電体層３は、粒界体積抵抗率が粒内体積抵抗率の１/１００以下であり、粒界と粒内での体積抵抗率の差が極めて大きいため、結晶粒内への電荷の流入が効果的に阻止できる。なお、粒界体積抵抗率が粒内体積抵抗率の１/１０００以下であればさらに好ましい。粒界伝導型の場合でも粒界と粒内の体積抵抗率がそれほど相違がない場合は、一部の電荷は結晶粒内に流れこみ、結晶粒内を伝導する場合がある。しかし、結晶粒界の体積抵抗率に対し、結晶粒内の体積抵抗率が２桁以上大きい場合は、結晶粒内への電荷の流入を効果的に阻止できる。したがって、より確実に粒界伝導型の誘電体層３を得ることができるため、窒化アルミニウム結晶の半導体的性質による影響や結晶と粒界との間で生じる非オーミック接触の影響を効果的に抑制する。その結果、体積抵抗の電圧依存性及び粒内への残留電荷を防止し、基板面内で良好なウエハ脱着応答レスポンスを再現よく得ることが可能になる。
【００２４】
すなわち、静電チャック上に載置した基板を取りはずす際に、静電チャックの電極にかかる印加電圧を解除するが、このとき、静電チャック表面、すなわち基板載置面上の残留電荷は誘電体層を介して静電チャックの電極に流れ消滅する。粒界伝導型では、結晶粒界のパスを通して残留電位の除去が進行するが、一部の電荷が比較的抵抗の高い結晶粒内に流入すると、残留電位の消滅時間は粒内伝導によって律速されるため、脱着応答に時間がかかる。しかし、粒界体積抵抗率が粒内体積抵抗率の１/１０2倍以下の場合は、結晶粒内への電荷の流れ込みが効果的に阻止され、粒内伝導の影響を受けないため、残留電位の消滅時間が粒界伝導時間のみで律速されるので、短時間に電荷の除去が進行し、脱着応答性を大幅に改善できる。
【００２５】
なお、「粒内体積抵抗率」は後述する実施例に示すように、結晶格子乗数から推算することができる。また、「粒界体積抵抗率」については、本実施の形態に係る粒界伝導型の場合は、誘電体層そのものの体積抵抗率がほぼ「粒界体積抵抗率」に相当することになる。
【００２６】
また、本発明の実施の形態に係る誘電体層３は、上述するような粒界伝導型の特性を得ることができるにもかかわらず、不純物が３atom％以下であり、窒化アルミニウム焼結体の純度が高い。したがって、静電チャック上に載置された基板の汚染源となることを抑制できる。
【００２７】
なお、本実施の形態に係る誘電体層３において、粒内体積抵抗率は１×１０1４Ωcm以上であることが好ましい。粒内体積抵抗率が１×１０1４Ωcm以上の極めて高い値を有する場合は、結晶粒子の絶縁性が高く、上述する結晶粒内への電荷の流入はさらに効果的に阻止される。したがって、静電チャックの脱着応答性をさらに改善することが可能になる。
【００２８】
また、本実施の形態に係る誘電体層３は、粒界体積抵抗率が、使用温度において、１×１０1１Ωcm以下であることが好ましい。結晶粒界の体積抵抗率が１０1１Ωcm以下の場合は、電荷の移動が早いため、基板載置面上に残留電荷の消滅を短時間に行うことが可能である。特に粒内体積抵抗率が、粒界体積抵抗率より二桁以上大きい場合には、結晶粒内への電荷の移動は効果的に阻止され、主に粒界で電荷移動が生じるため、短時間内に残留電荷を消滅させることができ、より確実に良好な基板脱着応答性を得ることができる。
【００２９】
本実施の形態に係る静電チャックの誘電体層３は、上述するように、不純物濃度を３atom％以下に抑制しながら、粒界伝導型の窒化アルミニウム層を形成しているが、このように、低濃度の不純物で窒化アルミニウム粒界に低抵抗な粒界相を形成するためには、例えば添加物として、サマリウムもしくはユーロピウムあるいはその両方を含むことが望ましい。サマリウム及びユーロピウムは、少量の添加で、結晶粒界にアルミニウムとの複合酸化物からなる網状組織を形成し、粒界体積抵抗を低減する。特にＳｍＡｌ11Ｏ18相或いはＥｕＡｌ11Ｏ18相もしくはＥｕＡｌ1２Ｏ19又は両方を結晶粒界に形成する場合に、粒界体積抵抗率の低減効果が顕著に表れる。
【００３０】
また、サマリウム及びユーロピウムの含有濃度は、０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下であることが好ましい。より好ましくは、１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下とする。１ｗｔ％以上とすることで、室温での結晶粒界の体積抵抗率を１×１０1３Ωcm以下にできる。一方、１０ｗｔ％を越えると、抵抗値及び製造上の制御性が悪くなる。
【００３１】
なお、本実施の形態に係る静電チャックのセラミックス基材１は特にセラミックス材料に限定されることなく、セラミックス材の代わりに金属材や金属とコンポジット材を使用することもできる。しかし、プラズマＣＶＤやドライエッチング装置中等の腐食性ガス中で使用する静電チャックの場合は、耐熱性、耐腐食性を備えているセラミックス材料を使用することが好ましく、さらに、誘電体層３との間で熱応力が発生しないよう、誘電体層３と同一材料である窒化アルミニウム焼結体を使用することが好ましい。なお、図１（ａ）や図２（ａ）に示す静電チャックでは、セラミックス基材１及び誘電体層３を、円盤状とし、基板載置面上に基板を載置させた際に、基板が静電チャックの円周端部よりはみ出すよう、上層の端円部に段差を設けているが、この形状に特に限定されるものではない。また円盤状に限らず、載置する基板の形状に合わせて、種々の変形が可能である。
【００３２】
また、電極２については、使用する電極材料に特に限定はないが、例えばＭｏ、Ｗ、及びＷＣ等の高融点金属が使用することが好ましい。また、面状電極の具体的形態は、特に限定はなく、金属バルク体で形成した板状、メッシュ状、パンチングメタルのような板状の電極に穴を開けたものの他、印刷用の金属ペーストを用いた膜状電極、蒸着やスパッタ等で形成した金属薄膜電極でもよい。なお、金属バルク体電極を用いた場合には、低抵抗化が可能なため、静電チャック電極としてのみならず、プラズマ発生用のＲＦ電極として使用することもできる。さらに、静電チャックは、腐食ガス雰囲気中で使用されることも多いため、いずれの電極２も図１（ｂ）に示すように、セラミックス基材１と誘電体層３との接合体中に完全に埋設し、外部に露出しない構成とすることが望ましい。
【００３３】
次に本実施の形態に係る静電チャックの製造方法について説明する。静電チャックの製造工程は、大きく１）原料粉の調合、２）成形、３）焼成、４）加工に分けられる。
【００３４】
原料粉の調合工程１）においては、窒化アルミニウム原料粉と酸化サマリウムもしくは酸化ユーロピウムとその他の添加剤を所定の比率で調合し、トロンメル等を用いて混合する。混合は湿式、乾式いずれでもよく、湿式を用いた場合は、ＳＤ（スプレードライヤ）等を用いて混合後乾燥を行い、原料混合粉を得る。窒化アルミニウム原料は、直接窒化法、還元窒化法、気相合成法など種々の製造方法で製造されたものを使用できる。好ましくは、９９．８ｗｔ％以上、より好ましくは９９．９ｗｔ％以上の高純度の窒化アルミニウム原料粉を使用する。酸化サマリウムもしくは酸化ユーロピウムは、原料混合粉中に酸化物換算で０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％とすることが好ましい。なお、製品の色むらを抑制し、良好な外観を得るために、黒色化剤を添加してもよい。黒色化剤としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ等の遷移金属元素を金属単体、あるいは金属酸化物、窒化物、炭化物の他硫酸塩、硝酸塩、有機金属化合物などの金属化合物が挙げられる。また黒色化剤の添加率は、０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下であることが好ましい。
【００３５】
成形工程２）においては、調合工程により得られた窒化アルミニウム原料粉を原料混合粉のまま、若しくはバインダを加えて造粒したものを用いて成形を行い、円盤等の形状の成形体を得る。成形方法は限定されず、種々の方法を用いることができる。例えば、金型成形法、ＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing）法、スリップキャスト法等の方法を用いることができる。静電チャックの電極２は、成形時に埋設することが好ましい。具体的には、誘電体層に相当する成形体を形成し、その上に電極を載せ、これを金型に入れ、さらに原料混合粉を入れ、再度成形を行い、電極を埋設した一体成形品を作製する。
【００３６】
焼成工程３）において、焼成方法に特に限定はないが、ホットプレス焼成法を使用することが好ましい。得られた一体成形品を焼成用の黒鉛モールド内に収納し、プレス圧力２００kgf/cm2（1.96×107  Pa）、最高焼成温度１６８０℃〜１９００℃で焼成する。焼成雰囲気は、室温から１０００℃までは真空とし、１０００℃〜焼成温度までは窒素ガス中とする。なお、誘電体層３の結晶粒内抵抗を結晶粒界抵抗より高くするためには、結晶成長が進行しすぎないようにすることが望ましい。本実施の形態の製造方法では、原料混合粉中の焼結助剤の添加量が上述するように制限されているので、上記焼成温度条件でも比較的高い粒内体積抵抗率を得ることができるが、結晶粒内抵抗を１０14Ωｃｍ以上の高抵抗なものにするためには、最高焼成温度を１７２０℃以上１８７０℃以下、より好ましくは１８００℃以下にすることが望ましい。また、焼成終了後、冷却工程では、２００℃/hrの比較的早い冷却を行うことが望ましい。
【００３７】
加工工程４）では、焼成工程で得られた窒化アルミニウム焼結体を所定形状になるよう研削加工を行う。誘電体層３の厚みは、０．１ｍｍ〜５ｍｍとなるように調整する。また、必要に応じて、電極の端子を引き出すための、開孔を形成し、端子の引き出しを行う。なお、これらの端子の引き出しを収納する円筒状のシャフトをセラミックス基材の裏面に接合してもよい。
【００３８】
上述する本実施の形態に係る静電チャックの製造方法によれば、少量の酸化サマリウムもしくは酸化ユーロピウムの添加により、粒界体積抵抗率を下げ、不純物の添加量を制限し焼成温度を調整することにより粒内体積抵抗率を上げることができるため、粒界伝導型の誘電体層３を有する本実施の形態に係る静電チャックを提供できる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述する実施の形態の記載に限定されるものではない。例えば、上述する実施の形態に係る静電チャックの製造方法では、セラミックス基材もホットプレス法を用いて焼成することで作製しているが、誘電体層となる窒化アルミニウム焼結体のみをホットプレス法により焼成し、セラミックス基材については、常圧焼成法等の別方法で作製してもよい。例えば、誘電体層となる窒化アルミニウム焼結体のみをホットプレス法を用いて作製した後、片側面に印刷法、または各種蒸着法を用いて膜状電極を形成し、別途作製したセラミックス焼結体に接着材を介して接着した簡易な構造のものでも良い。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
【００４１】
＜実施例１〜１３、比較例１〜５＞
（製造条件）
市販の純度９９．９ｗｔ％以上の窒化アルミニウム粉体に、市販の純度９９．９ｗｔ％以上、平均粒径１．１μｍの酸化サマリウム（Ｓｍ2Ｏ3）と酸化チタン（ＴiＯ2）を０ｗｔ％〜５ｗｔ％、酸化アルミニウム(Ａｌ2Ｏ3)を０〜８ｗｔ％の範囲で、表１に示す配合比率で加え、窒化アルミニウム原料混合粉を調合した。
【００４２】
この窒化アルミニウム原料混合粉にイソプロピルアルコールを溶媒として加え、ナイロン製のポット及び玉石を用いて４ｈｒ湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、１１０℃で乾燥した。更に、乾燥粉末を４５０℃で５ｈｒ、大気雰囲気中で熱処理し、湿式混合中に混入したナイロン成分を焼失させ、窒化アルミニウム造粒顆粒を作製した。
【００４３】
この窒化アルミニウム造粒顆粒を金型に充填し、２００kgf/cm2（1.96×107  Pa）の圧力にてプレス成形した後、Ｍｏ製メッシュ（金網）からなる単極型電極をセットした。さらにその上に、同じ窒化アルミニウム造粒顆粒を充填し２００kgf/cm2（1.96×107  Pa）の圧力にてプレス成形を行った。
【００４４】
得られた成形体を黒鉛モールドに収納し、ホットプレス焼成を行い、焼結体を得た。ホットプレス焼成の条件は、プレス圧力を２００kgf/cm2（1.96×107  Pa）とし、表１に示す条件で最高焼成温度を設定した。この最高焼成温度を２時間保持したのち、４００℃/hrで室温まで冷却した。
【００４５】
（評価）
得られた各実施例、比較例の静電チャックのについて、１）誘電体層の体積抵抗率、２）誘電体層の粒内体積抵抗率、３）残留電位、４）吸着力について評価を行った。以下に、各評価の方法について説明する。評価結果は表２に示す。
【００４６】
１）誘電体層の体積抵抗率
図４に測定方法を示す。ノイズ対策用密閉チャンバ４１内の絶縁体４３の台座の上にステンレス製容器４４に載せた後、作製した静電チャック１０をステンレス容器４４内に絶縁ブロック４５を介して置き、さらに同容器内に静かに水４２を注ぎ込み、静電チャック１０を水４２中に浮かべた。水４２は、静電チャック用電極の端子孔内に進入し、静電チャック電極に接する。この状態で高圧電源の端子を静電チャック表面の誘電体層３上に接触させるとともに、電流計のケーブルをステンレス容器４４に接触させた。高圧電源により５００Vを水４２を介して静電チャック表面と電極間に約１分間印加した後、電流値を測定した。同様に、電圧印加と、電流値の測定を３回繰り返し、その平均をとった。この平均値を用いて、以下の計算式より誘電体層３の体積抵抗率を計算した。
【００４７】
ρ＝  （（V×S）/（I×ｔ））×１０9  ・・・・（ｆ１）
ここで、            ρ：体積抵抗率（Ωcm）
V：印加電圧（ｖ）
S：電極面積（ｃｍ2）    
I：電流値（ｎＡ）
ｔ：誘電体層３の厚み（ｃｍ）
２）誘電体層の粒内体積抵抗率
粒内体積抵抗率は、結晶性に相関を有するため、結晶性の指標である結晶格子乗数から結晶粒内の体積抵抗率を推算することができる。図５（ａ）は、ａ軸長とｃ軸長及び体積抵抗率が知られている４つの標準窒化アルミニウム結晶サンプルＡ〜Ｆのａ軸長及びｃ軸長を示すグラフであり、図５（ｂ）は、ａ軸長とｃ軸長から求めた単位胞体積と体積抵抗率の関係を示す。単位胞体積と粒内体積抵抗率とは線形の関係がある。そこで、各実施例、比較例の窒化アルミニウム焼結体サンプルについてＸ線回折分析を行い、そのデータより結晶格子の軸長を求め、その値より単位胞の体積を計算し、図５（ｂ）示すグラフに基づき、各結晶の粒内体積抵抗率を推算した。
【００４８】
３）残留電位
基板を取り除いた後に静電チャックの基板載置面上に残る残留電位を、以下の手順で測定した。静電チャック上にシリコンウエハを載置し、GNDに接続した後、電極に+１０００Ｖを印加し、シリコンウエハを１分間固定した。この後電圧を切り、静電チャック載置面よりシリコンウエハを脱着した。シリコンウエハ脱着後の静電チャック載置面上の残留電位を測定した。なお、残留電位が小さい方がウエハの脱着応答性は速いと考えられる。
【００４９】
４）吸着力
図６に吸着力の測定方法を示す。真空チャンバ１０１内のXYステージ１０３上に静電チャックを固定した。真空中で静電チャック１０の基板載置面上にシリコンプローブ１０２を接触させ、埋設電極とシリコンプローブ間に５００Vの電圧を印加し、シリコンプローブ１０２を静電チャック１０に吸着固定させた。電圧印加から６０秒後に電圧を印加したまま、ステッピングモータ１０８を稼動し、シリコンプローブ１０２を静電チャックの載置面から引き剥がす方向に引き上げ、引き剥がすために要した力（吸着力）をロードセル１０７で測定した。
【００５０】
XYステージ１０３により、静電チャックを移動し、シリコンプローブ１０２の接触位置を変えて、同様の測定を行った。こうして、静電チャック上の４箇所の位置で吸着力の測定を行い、その平均を求めた。
【００５１】
５)不純物の定量
誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光スペクトル分析により、誘電体層中の不純物濃度及びサマリウムの濃度を測定した。
【００５２】
（評価まとめ）
窒化アルミニウム原料粉に、酸化サマリウムを５ｗｔ％以下加えて作製した静電チャック（実施例１〜１３及び比較例１〜４）の静電チャックの誘電体層は、いずれも粒界伝導型の導電性を示し、粒内伝導型の導電性を示す比較例５に対し、低い残留電位を示し、脱着応答性が良好なことが確認できた。また、誘電体層自体の体積抵抗率が１×１０8Ωcm以上１×１０1３Ωcm以下である実施例１〜１３は、比較例１〜５に比較しＪ−Ｒ力による高い吸着力を示した。また、実施例のうち、粒界体積抵抗率が粒内体積抵抗率に対し１/１００以下、すなわち両者が二桁以上であって、かつ粒内抵抗値が１×１０1４Ωcmである実施例１〜８の場合は、残留電位は１０V以下となり、残留電位の値が顕著に低下した。脱着応答性が大幅に改善することが確認できた。
【表１】
2005294648.tif 000003
【表２】
2005294648.tif 000004
【００５３】
さらに実施例６（結晶粒界伝導型）及び比較例５（結晶粒内伝導型）において、６）体積抵抗率の電圧依存性と、７）電流応答性について、以下の方法で評価を行った。
【００５４】
６）体積抵抗率の電圧依存性
誘電体層の体積抵抗率の測定に使用した図４に示す測定系を使用し、印加電圧を変化させ、各印加電圧における体積抵抗率を測定した。なお、測定は室温、空気中で行った。結果を図７に示す。
【００５５】
７）電流応答性
図８に示す方法を用いて電流応答性を測定した。すなわち、静電チャックの電極端子に直接高圧電源を接続し、一方、基板載置面である誘電体層表面にリング状電極と、その内側に円形電極７１を導電ペースト等で形成し、リング状電極を接地した。電極７１と静電チャック電極間に流れる電流値を測定した。
【００５６】
図９に,実施例６（粒界伝導タイプ）の電流応答性を示す。また、図９に、比較例５（粒内伝導タイプ）電流応答性を示す。
【００５７】
（評価のまとめ）
図７から明らかなように、粒内伝導型である比較例５は、印加電圧の値によって大幅に体積抵抗率が変化し、特に０〜１００Vの間で大きく変動するのに対し、粒界伝導型の実施例６は、印加電圧変化に対する体積抵抗率の変化が小さく、リニアな変化を示した。粒内伝導型の比較例では、結晶粒と粒界との非オーミック接触が要因と考えられる。
【００５８】
また、電流応答性については、粒内伝導型の比較例５の場合は、印加電圧の切り替え時に、スパイク状の電流が生じるとともに、電流値は経時変化を示した。また、印加電圧の反転に対し、電流値の絶対値は異なる値を示した。これに対し、粒界伝導型である実施例６では、印加電圧のオンとオフに極めて高い追従性を示し、瞬時に安定した電流値を示した。また、印加電圧の反転に対し、電流値の絶対値はほぼ同じ値を示した。このことは互いに反転した電位が生じる双極型静電チャックの場合、それぞれの電極においても等しい吸着力を示すことを意味し、基板面内における吸着力を均一にできることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態に係る単極型静電チャックの構造を示す概略的な装置平面図及び断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る双極型静電チャックの構造を示す概略的な装置平面図及び断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るヒータ埋設型静電チャックの構造を示す概略的な装置断面図である。
【図４】誘電体層の体積抵抗率の測定方法を示す図である。
【図５】粒内体積抵抗率の導出に使用した、結晶格子乗数と体積抵抗率の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例及び比較例の静電チャックの吸着力を測定する測定装置である。
【図７】本発明の実施例６及び比較例５に係る静電チャックの体積抵抗率の電圧依存性を示すグラフである。
【図８】静電チャックの電流応答性の測定方法を示す図である。
【図９】本発明の実施例６及び比較例５に係る静電チャックの電流応答性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１    セラミックス基材
２    電極
３    誘電体層
４、４Ａ、４Ｂ    端子
５    ヒータエレメント
６A、６B    ヒータエレメント端子
１０、１１、１２    静電チャック
【図１】
2005294648.tif 000005
【図２】
2005294648.tif 000006
【図３】
2005294648.tif 000007
【図４】
2005294648.tif 000008
【図５】
2005294648.tif 000009
【図６】
2005294648.tif 000010
【図７】
2005294648.tif 000011
【図８】
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【図９】
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