(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極の上面に誘電体層が設けられている静電チャックにおいて、該誘電体層が、主成分がＭｇＯとＡｌ２Ｏ３からなり、そのＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３の比が重量比で０．６７〜２．３３の範囲にあり、その主成分にＴｉＯ２−ｘまたはＣｒ２Ｏ３−ｘを３〜３０重量％含むスピネル質焼結体からなり、かつその電気伝導率が、１０−８〜１０−１４Ｓ／ｃｍであることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記スピネル質焼結体の腐食ガスに対する耐食性が、ハロゲン系プラズマガスに対するエッチングレートで、５μｍ／ｈｒ以下であることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】
前記スピネル質焼結体が、ＭｇＯ粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末、ＴｉＯ２粉末またはＣｒ２Ｏ３粉末とを請求項１記載の組成となるよう配合し、それを混合し、成形し、その成形した成形体を還元雰囲気中で焼結することにより作製された焼結体である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。
【請求項４】
前記スピネル質焼結体が、ＭｇＯ粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末、ＴｉＯ２粉末またはＣｒ２Ｏ３粉末とを請求項１記載の組成となるよう配合し、それを混合し、成形し、その成形した成形体を空気中で焼結した後、それをさらに還元雰囲気中で加熱処理することにより作製された焼結体である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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等において、シリコンウェハ等の被吸着物を固定、搬送、矯正するために用いられる静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電極とその上面に誘電体層が設けられている静電チャックにおいて、その誘電体層としては、従来、アルミナ、サファイア等の絶縁性のセラミックスが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら絶縁性のセラミックスでは、電極に誘起される電荷と静電チャックに吸着すべき被吸着体に誘起される電荷との間に発生する静電吸着力（クーロン力）で吸着することから、高い吸着力を得るためには、誘電体層の厚さを０．１ｍｍ以下と薄くしなければならないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上述した静電チャックが有する課題に鑑みなされたものであって、その目的は、誘電体層の厚さに関係なく吸着できる誘電体層を有する静電チャックを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、誘電体層の材質をＴｉＯ2-xまたはＣｒ2Ｏ3-xを含むスピネル質焼結体とすれば、誘電体層の厚さに関係なく吸着できる誘電体層を有する静電チャックが得られるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち本発明は、
（１）電極の上面に誘電体層が設けられた静電チャックにおいて、該誘電体層が、主成分がＭｇＯとＡｌ2Ｏ3からなり、その組成比がＭｇＯ／Ａｌ2Ｏ3の重量比で０．６７〜２．３３の範囲にあり、その主成分にＴｉＯ2-xを３〜３０重量％含むスピネル質焼結体からなり、かつその電気伝導率が、１０-8〜１０-14Ｓ／ｃｍであることを特徴とする静電チャック（請求項１）とし、
（２）電極の上面に誘電体層が設けられた静電チャックにおいて、該誘電体層が、主成分がＭｇＯとＡｌ2Ｏ3からなり、その組成比がＭｇＯ／Ａｌ2Ｏ3の重量比で０．６７〜２．３３の範囲にあり、その主成分にＣｒ2Ｏ3-xを３〜３０重量％含むスピネル質焼結体からなり、かつその電気伝導率が、１０-8〜１０-14Ｓ／ｃｍであることを特徴とする静電チャック（請求項２）とし、
（３）前記スピネル質焼結体の腐食ガスに対する耐食性が、ハロゲン系プラズマガス対するエッチングレートで、５μｍ／ｈｒ以下である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（請求項３）とし、
（４）前記スピネル質焼結体が、ＭｇＯ粉末、Ａｌ2Ｏ3粉末、ＴｉＯ2粉末とを請求項１記載の組成となるよう配合し、それを混合し、成形し、その成形した成形体を還元雰囲気中で焼結することにより作製された焼結体であることを特徴とする請求項１または３記載の静電チャック（請求項４）とし、
（５）前記スピネル質焼結体が、ＭｇＯ粉末、Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｃｒ2Ｏ3粉末とを請求項２記載の組成となるよう配合し、それを混合し、成形し、その成形した成形体を還元雰囲気中で焼結することにより作製されと焼結体であることを特徴とする請求項２または３記載の静電チャック（請求項５）とし、
（６）前記スピネル質焼結体が、ＭｇＯ粉末、Ａｌ2Ｏ3粉末、ＴｉＯ2粉末とを請求項１記載の組成となるよう配合し、それを混合し、成形し、その成形した成形体を空気中で焼結した後、それをさらに還元雰囲気中で加熱処理することにより作製された焼結体であることを特徴とする請求項１または３記載の静電チャック（請求項６）とし、
（７）前記スピネル質焼結体が、ＭｇＯ粉末、Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｃｒ2Ｏ3粉末とを請求項２記載の組成となるよう配合し、それを混合し、成形し、その成形した成形体を空気中で焼結した後、それをさらに還元雰囲気中で加熱処理することにより作製された焼結体であることを特徴とする請求項２または３記載の静電チャック（請求項７）とすることを要旨とする。
以下さらに詳細に説明する。
【０００７】
上記で述べたように、本発明の静電チャックとしては、ウェハを吸着する誘電体層を主成分がＭｇＯとＡｌ2Ｏ3からなり、そのＭｇＯ／Ａｌ2Ｏ3比が重量比で０．６７〜２．３３の範囲にあり、その主成分にＴｉＯ2-xまたはＣｒ2Ｏ3-xを３〜３０重量％含むスピネル質焼結体からなり、かつその電気伝導率が、１０-8〜１０-14Ｓ／ｃｍであることとする静電チャックとした（請求項１、２）
【０００８】
静電チャックとして、その誘電体層の材質をＴｉＯ2-xまたはＣｒ2Ｏ3-xを含むスピネル質焼結体としたのは、導電性のあるＴｉＯ2-xまたはＣｒ2Ｏ3-xを含ませることにより、誘電体層に導電性を持たせ、その導電性によりジョンセン・ラーベック力を発現させ、誘電体層の厚さに関係なく吸着できる誘電体層となり、加えてスピネルを母体とすることにより、ハロゲン系プラズマガスに優れた耐食性を有する誘電体層となることによる。
【０００９】
そのスピネル質焼結体のＭｇＯ／Ａｌ2Ｏ3の比としては、０．６７〜２、３３が好ましく、その比が０．６７より小さいと焼結体の強度が大きく低下して好ましくなく、２．３３より高くてもやはり焼結体の強度が大きく低下して好ましくない。
【００１０】
そのスピネル質焼結体のＴｉＯ2-xまたはＣｒ2Ｏ3-xの含有率としては、３〜３０重量％が好ましく、３重量％より少ないと電気伝導率が１０-14Ｓ／ｃｍ以上とならないので好ましくなく、３０重量％より多いと１０-8Ｓ／ｃｍ以下とならないので好ましくない。
【００１１】
そして、そのスピネル質焼結体の電気伝導率としては、１０-8〜１０-14Ｓ／ｃｍの範囲の電気伝導率がジョンセン・ラーベック力が有効に働くため好ましく、電気伝導率が１０-8Ｓ／ｃｍより高いと吸着したウェハにリーク電流が流れてウェハに形成されている回路が破壊される恐れがあり、１０-14Ｓ／ｃｍより低いとジョンセン・ラーベック力が有効に働かず高い吸着力が得られない。このような範囲の電気伝導率は、少なくとも−５０〜２００℃の範囲で得られていればよい。
【００１２】
一方、そのスピネル質焼結体の耐食性の度合いとしては、ハロゲン系プラズマガスに対するエッチングレートで、５μｍ／ｈｒ以下になるとした（請求項３）。このスピネル質焼結体がＴｉＯ2-xまたはＣｒ2Ｏ3-xを含んでもこのような優れた耐食性を有するのは、恐らくＴｉＯ2-xまたはＣｒ2Ｏ3-xがスピネル結晶格子中に固溶するためか、あるいはＭｇＴｉＯ3-x、ＭｇＴｉ2Ｏ5-x、ＭｇＣｒ2Ｏ4-xなどの複合酸化物を生成するためではないかと思われる。これにより極めて耐食性に強い誘電体層となる。
【００１３】
そのスピネル質焼結体の作製方法としては、所定の組成となるよう配合し、それを混合し、成形し、その成形した成形体を還元雰囲気中で焼結することにより作製されることとした（請求項４、５）。ＴｉＯ2またはＣｒ2Ｏ3は、酸素欠損が生じないと導電性を有しないので、それを還元雰囲気中で焼結することにより、酸素欠損を生じさせるものである。
【００１４】
また、別の作製方法としては、所定の組成となるよう配合し、それを混合し、成形し、その成形した成形体を空気中で焼結した後、さらに還元雰囲気中で加熱処理することにより作製されることとした（請求項６、７）。これは、一旦、酸素欠損のない焼結体を作製し、その焼結体を還元雰囲気中で加熱処理するものであり、この方法でも同じように酸素欠損を生じさせるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
静電チャックの作製について述べると、先ずスピネル質焼結体を作製するためにＭｇＯ粉末、Ａｌ2Ｏ3粉末、ＴｉＯ2粉末を、またはＭｇＯ粉末、Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｃｒ2Ｏ3粉末を所定の配合に調合する。前記した粉末の代わりに例えばＭｇＯとＡｌ2Ｏ3を含むＭＡｌ2Ｏ4などの複合酸化物を用いてもよい。これら粉末の調合は、従来法に準じて調製すればよい。例えば先に述べた粉末を所定の割合で配合し、その配合粉末にアルコール等の有機溶媒または水を加え、ボールミルで混合後、乾燥する方法、あるいは所定の配合の塩類、アルコキシド等の溶液から共沈物を分離し乾燥する方法等がある。
【００１６】
得られた混合粉末を一軸プレスまたは冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）等によって所定形状に成形する。得られた成形体を還元雰囲気中で所定の温度で焼結することにより、あるいは得られた成形体を大気中で所定の温度で焼結し、これをさらに還元雰囲気中で所定の温度で加熱処理することにより、導電性を有するスピネル質焼結体が作製される。酸素を欠損させる度合いは、還元雰囲気中の還元力によって異なるが、通常使用されるカーボン雰囲気程度の還元力では、ＴｉＯ2またはＣｒ2Ｏ3の酸素のみが欠損されるだけで、スピネル中の酸素をも欠損させることはない。
【００１７】
その焼結体を焼結する温度としては、１５００〜１６５０℃が好ましく、１５００℃より低いと緻密化が不十分となり、１６５０℃より高いと焼結体が分解する恐れがある。その焼結した焼結体をさらに加熱処理する温度としては、焼結する温度と同じでよいが、熱間静水圧処理（ＨＩＰ処理）する場合には、１４００〜１６５０℃が好ましく、１４００℃より低い、または１６５０℃より高いとＨＩＰ処理の効果が少なく、その時の圧力としては１８００ｋｇ／ｃｍ2より低いとこれもＨＩＰ処理の効果が少ない。
【００１８】
得られたスピネル質焼結体に含まれるＳｉＯ2、ＣａＯ、Ｎａ2Ｏ、Ｆｅ2Ｏ3等の不純物成分としては、３重量％以下が好ましく、３重量％より多いと、例えば、半導体製造装置の装置内で絶縁不良を起こすなどの問題が生じるので好ましくない。また、得られたスピネル質焼結体の気孔率としては、１％以下が好ましく、気孔率が１％を越えると焼結体中に気孔が多く存在するため、表面を加工するとその気孔が表面に現れ、その気孔の部分でハロゲン系プラズマガスの腐食反応が激しく起こり、表面が著しく腐食されるため好ましくない。
【００１９】
次いで、得られたスピネル質焼結体を加工などして誘電体層を作製し、その誘電体層を電極を形成したセラミックス基体の上面に接着して、あるいは得られた誘電体層を電極の上面に接着して、もしくは誘電体層の下面に電極を形成して単極型または双極型の静電チャックを作製する。なお、上記は誘電体層を焼結で作製しているが、このほかセラミックス、金属などの基体表面に溶射やスパッタ等により成膜し、それを還元雰囲気中で還元処理したものであってもよい。
【００２０】
以上述べた方法で静電チャックを作製すれば、導電性を有し、かつ耐食性を有する誘電体層が形成された静電チャックが得られる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【００２２】
（実施例１〜７）
（１）静電チャックの作製
純度９９％のＭｇＡｌ2Ｏ4粉末と純度９９．９％のＭｇＯ粉末をＭｇＯ／Ａｌ2Ｏ3の比が重量比で表１となるように調合し、それにＴｉＯ2またはＣｒ2Ｏ3粉末をその添加率が表１となるよう添加し、それにエタノールを加え、それをボールミルで７２時間混合粉砕した。
【００２３】
それを乾燥した混合粉末をＣＩＰ処理してφ２５０×６ｍｍｔに成形し、その成形体を還元雰囲気中で１５００〜１６５０℃の温度で焼結し（実施例１〜４）、あるいは成形体を大気中で１５００〜１６５０℃の温度で焼結し、それにさらに還元雰囲気中で１４００〜１６５０℃の温度で１８００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でＨＩＰ処理して（実施例５〜７）スピネル質焼結体を作製した。それら焼結体をφ２００×２ｍｍｔに加工して誘電体層を作製した。
【００２４】
得られた誘電体層の一方の面にＡｇペーストを印刷・焼き付けして電極を形成し、他方の面を表面粗さがＲａで０．３４μｍとなるよう研磨し、その研磨面を表面をアノーダイジング（陽極酸化）したＡｌ台座に接着剤で貼り付け静電チャックを作製した。
【００２５】
（２）評価
得られたスピネル質焼結体の曲げ強度を３点曲げ試験法で測定した。また、得られた静電チャックの誘電体層の電気伝導率を直流３端子法で測定した。さらに、得られた静電チャックを平行平板電極型プラズマエッチング装置に組み込み、１ｋＶの電荷を印加してシリコンウェハが吸着されるか否かを、シリコンウェハ上に形成されている回路が破壊されるか否かを調べた。さらにまた、周波数が２．４５ＧＨｚで、出力が８００Ｗで、ＣＦ4とＯ2の体積比が４：１のプラズマガスを吸着面に４０分間エッチングし、そのエッチング後の誘電体層のエッチングレートを誘電体層の減少した重量で算出した。それらの結果を表１に示す。
【００２６】
（比較例１〜７）
比較のために比較例１、２、５、６では、誘電体層のＭｇＯ／Ａｌ2Ｏ3の比を本発明の範囲外にした他は、比較例３、４では、ＴｉＯ2の添加率を本発明の範囲外にした他は、また、比較例７では、誘電体層をアルミナとした他は実施例と同様に静電チャックを作製し、評価した。それらの結果も表１に示す。
【００２７】
【表１】
0004585129.tif 000002
【００２８】
表１から明らかなように、誘電体層の電気伝導率は、実施例全てが本発明の範囲内にあった。そのため、シリコンウェハの吸着性が全て良好であった。また、ハロゲン系プラズマガスに対するエッチングレートが全て５μｍ／ｈｒ以下にあり、従前の比較例７のアルミナに比べてはるかによく、しかもＴｉＯ2の添加率が多くてもその添加率が少ない比較例３に比べて遜色なかった。このことは、本発明の静電チャックとすれば、誘電体層の厚さに関係なく吸着でき、しかも耐食性を有する誘電体層が形成された静電チャックとすることができることを示している。
【００２９】
これに対して、比較例１、２、５、６では、ＭｇＯ／Ａｌ2Ｏ3の比が本発明の範囲外にあるので、誘電体層の強度が低く、以後の評価を行わなかった。また、比較例３では、ＴｉＯ2の添加率が低すぎたため、電気伝導率が低く、シリコンウェハを吸着できず、吸着性が悪かった。さらに、比較例４では、ＴｉＯ2の添加率が多すぎたため、吸着性は良好なものの、電気伝導率が高すぎて回路がショートし回路破壊が生じてしまっており、しかもＴｉＯ2-xの単味のものが残存してしまったためか耐食性も悪かった。なお、比較例７では、耐食性が悪いばかりでなく、誘電体層が厚いため、吸着性が不良であった。
【００３０】
【発明の効果】
以上の通り、本発明にかかる静電チャックであれば、導電性を有し、しかも耐食性の良好な誘電体層を有する静電チャックとすることができるようになった。
このことにより、誘電体層の厚さに関係なく吸着できる静電チャックとなり、しかもＴｉＯ2-xまたはＣｒ2Ｏ3-xの含有率を調整することにより、必要とする電気伝導率に変えることのできる静電チャックともなるようになった。