(57)【要約】【課題】  緻密であり低熱膨張性を有するとともに、黒色を呈し抵抗値の低い半導体製造装置用部材として好適なセラミックスを提供する。【解決手段】  ユークリプタイトを７０〜８５体積％、ＴｉＢ2、ＺｒＢ2、ＷＣ、ＴｉＣ、ＺｒＮ、β−ＳｉＣから選ばれる１種以上の導電性化合物を４．９〜２３体積％、窒化ケイ素を０．１〜３．９体積％、カーボンを３．１〜１０体積％含有し、かつ、体積固有抵抗率が１０5Ω・ｃｍ以下、２０℃〜３０℃における熱膨張係数が−１×１０-6〜１×１０-6／℃、相対密度が９５％以上である黒色低抵抗セラミックスを半導体製造装置用部材として用いる。【選択図】       なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒色を呈する黒色低抵抗セラミックスであって、該セラミックスが、ユークリプタイトを７０〜８５体積％、ＴｉＢ2、ＺｒＢ2、ＷＣ、ＴｉＣ、ＺｒＮ、β−ＳｉＣから選ばれる１種以上の導電性化合物を４．９〜２３体積％、窒化ケイ素を０．１〜３．９体積％、カーボンを３．１〜１０体積％含有し、かつ、該セラミックスの体積固有抵抗率が１０5Ω・ｃｍ以下、２０℃〜３０℃における熱膨張係数が−１×１０-6〜１×１０-6／℃、相対密度が９５％以上であることを特徴とする黒色低抵抗セラミックス。
【請求項２】
前記黒色低抵抗セラミックスが、原料粉末を不活性ガス雰囲気中の１２５０℃〜１４００℃の温度で、５０ｋｇｆ／ｃｍ2以上の加圧下で焼結することにより得られることを特徴とする請求項１に記載の黒色低抵抗セラミックス。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の黒色低抵抗セラミックスを少なくとも基材の一部として用いることを特徴とする半導体製造装置用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒色低抵抗セラミックス、特に、露光装置等の半導体製造装置用部材として好適に用いられる黒色を呈し、低抵抗で低熱膨張なセラミックスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体などの製造工程におけるシリコンウェハを処理する工程において、ウェハ支持治具等の部材には、従来はアルミナ、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウムなどのセラミックが広く用いられていた。（たとえば、特許文献１参照。）  
【０００３】
ところが、近年、デバイスの微細化に伴い、その微細化を達成するために高い精度が求められ、例えば、半導体の露光装置においては、ステージの位置決めに１０ｎｍ未満の精度が要求されている。したがって、位置合わせ誤差の低減が、今後の製品の品質向上や歩留まり向上の大きな要素技術として捉えられるようになってきている。しかしながら、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウムを用いた部材では、熱膨張係数が高いために温度の影響を受けやすく、このような極めて微小な位置決めはできないという問題点があった。
【０００４】
このため、負の熱膨張係数を示すユークリプタイトに、正の熱膨張係数を示す炭化珪素を複合化させて熱膨張係数を制御した低熱膨張セラミックスを得て、これを微小な位置決めが要求される半導体製造装置用材料として適用することが検討されるようになってきた。（たとえば、特許文献２参照。）  
【０００５】
さらには、近年の半導体製造装置の露光工程での反射率を抑制したいという要求から部材が黒色を呈していることと、及び、半導体ウェハの微細回路の露光に際して静電気による悪影響を除去したいという要求からセラミックスの低抵抗化の検討も行なわれている。（たとえば、特許文献３参照。）
【特許文献１】特開昭５３−９６７６２号公報
【特許文献２】特開２００１−３０２３３８号公報
【特許文献３】特開２００２−２２０２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したユークリプタイト（理論化学組成式：ＬｉＡｌＳｉＯ4）と炭化珪素の複合セラミックスは緻密化するのが困難で、高密度に焼結するためには熱間静水圧プレス処理（ＨＩＰ処理とも言う）する必要があり、しかも、１３６０℃以上の高温を必要とする。したがって、大型な焼結体が得られないという課題を有していた。
【０００７】
また、黒色を呈するためにカーボンを添加すると、セラミックスの緻密化がさらに阻害されるという課題もでてきた。
【０００８】
本発明は、これらの課題を解決するために鋭意検討して完成したもので、その目的は、緻密であり低熱膨張性を有するとともに、黒色を呈し抵抗値の低い半導体製造装置用部材として好適なセラミックスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した本発明の目的は、黒色を呈する黒色低抵抗セラミックスであって、該セラミックスが、ユークリプタイトを７０〜８５体積％、ＴｉＢ2、ＺｒＢ2、ＷＣ、ＴｉＣ、ＺｒＮ、β−ＳｉＣから選ばれる１種以上の導電性化合物を４．９〜２３体積％、窒化ケイ素を０．１〜３．９体積％、カーボンを３．１〜１０体積％含有し、かつ、該セラミックスの体積固有抵抗率が１０5Ω・ｃｍ以下、２０℃〜３０℃における熱膨張係数が−１×１０-6〜１×１０-6／℃、相対密度が９５％以上であることを特徴とする黒色低抵抗セラミックスによって達成する。
【００１０】
また本発明の目的は、前記黒色低抵抗セラミックスが、原料粉末を不活性ガス雰囲気中の１２５０℃〜１４００℃の温度で、５０ｋｇｆ／ｃｍ2以上の加圧下で焼結することにより得られることを特徴とする黒色低抵抗セラミックスによって達成される。
【００１１】
また、本発明の目的は、前記載の黒色低抵抗セラミックスを少なくとも基材の一部として用いることを特徴とする半導体製造装置用部材によっても達成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、不活性ガス雰囲気中の１２５０℃〜１４００℃の温度で、５０ｋｇｆ／ｃｍ2以上の加圧下で、相対密度９５％以上に緻密化することが可能なユークリプタイトを主要構成成分とする低熱膨張セラミックスを提供することが可能であり、しかも、黒色を呈し抵抗値の低い半導体製造装置用部材として好適なセラミックスが得られるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明者らは、たとえば、半導体製造装置、精密機器、計測機器等に用いられる材料として、種々の材料からなる低熱膨張セラミックスを提案している。
特に、ユークリプタイトは負の熱膨張係数を示すので、正の熱膨張係数を示す第２の材料と組み合わせることにより、極めて低い熱膨張係数を得ることが可能である。このため、第２の材料として炭化珪素を組み合わせた複合材料からなる低熱膨張セラミックスについても鋭意検討を行ってきた。
【００１４】
ここで、本発明のセラミックスが、ユークリプタイトを７０〜８５体積％、ＴｉＢ2、ＺｒＢ2、ＷＣ、ＴｉＣ、ＺｒＮ、β−ＳｉＣから選ばれる１種以上の導電性化合物を４．９〜２３体積％、窒化ケイ素を０．１〜３．９体積％、カーボンを３．１〜１０体積％含有する理由は、この範囲で構成することにより、２０〜３０℃における熱膨張係数が−１×１０-6〜１×１０-6／℃と低熱膨張で、かつ、相対密度が９５％以上と緻密にすることができ、さらには、剛性も高めることができるため好ましいからである。したがって、本発明のセラミックスは半導体回路の微細化に適合可能な半導体製造装置部材として好適となる。
【００１５】
ここで、本発明の低熱膨張セラミックスを構成する材料組成で、窒化ケイ素を０．１〜３．９体積％含有することが、相対密度を９５％以上に緻密化するために重要である。ただし、窒化ケイ素を３．９体積％を超えて含有するとセラミックスにクラックが発生して好ましくない。
【００１６】
また、本発明の低熱膨張セラミックスを構成する材料組成で、カーボンを３．１〜１０体積％含有することが、均一で斑のない黒色セラミックスを得るために重要である。ここで、カーボンの含有量が３．１体積％未満では黒色度が十分でないか色斑が発生して好ましくなく、カーボンの含有量が１０体積％を超えると緻密化が困難となるため好ましくない。
【００１７】
また、本発明の低熱膨張セラミックスを構成する材料組成で、ＴｉＢ2、ＺｒＢ2、ＷＣ、ＴｉＣ、ＺｒＮ、β−ＳｉＣから選ばれる１種以上の導電性化合物を４．９〜２３体積％含有することが重要である。
これにより、セラミックスの体積固有抵抗率を１０5Ω・ｃｍ以下とすることが可能となり、静電気による帯電を除去することが可能となる。
ただし、導電性化合物を２３体積％を超えて含有すると緻密化が困難となるため好ましくない。また、導電性化合物が４．９体積％より少ないとセラミックスの体積固有抵抗率を１０5Ω・ｃｍ以下とすることができない。
ここで、２０℃〜３０℃における熱膨張係数を−１×１０-6〜１×１０-6／℃と本発明の範囲に調整する場合、導電性化合物としては、β−ＳｉＣが特に好ましい。その理由は、ユークリプタイト以外の構成成分としては導電性化合物の体積割合が最も多く、したがって、前記の導電性化合物のうちで最も熱膨張係数が小さいβ−ＳｉＣが、熱膨張制御に好適であるからである。
【００１８】
次に、本発明においては、原料粉末を不活性ガス雰囲気中の１２５０℃〜１４００℃の温度で、５０ｋｇｆ／ｃｍ2以上の加圧下で焼結することにより得られる黒色低抵抗セラミックスを提案している。
【００１９】
ここで、本発明においては、原料粉末を前記した条件化で焼結する理由は、セラミックスの２０〜３０℃における熱膨張係数を−１×１０-6〜１×１０-6／℃の範囲とすることができ、さらには、相対密度を９５％以上とすることができるため半導体回路の精細化に適合可能な半導体製造装置部材として好適となるからである。
ここで、不活性ガス雰囲気としては、窒素やアルゴン等を用いることができる。
また、本発明における原料粉末の粉砕工程には、公知のボールミル粉砕以外にも、乳鉢による粉砕や、遊星型ボールミルによる粉砕等が適用できる。
さらに、成形工程を伴う場合はでは、一軸加圧成形や静水圧加圧成形等が適用できる。
【００２０】
また、本発明では、前記した黒色低抵抗セラミックスを少なくとも基材の一部として用いることを特徴とする半導体製造装置用部材を提案している。
すなわち、本発明の黒色低抵抗セラミックスを半導体製造装置用部材の基材の一部として用いると、低熱膨張であるため微細な回路も高歩留まりで製造可能となり、部材が黒色を呈していることから半導体の露光工程での反射率を抑制でき、低抵抗であるため静電気による半導体ウェハへの微細回路形成のへの悪影響を除去することができる。したがって、信頼性の高い半導体を高歩留まりで製造することが可能となる。
【００２１】
次に、本発明を具体的な実施例と比較例により説明する。
（１）原料粉末の配合と粉砕
原料粉末としては、市販のβ−ユークリプタイト粉末とβ−ＳｉＣなどの導電性化合物と窒化ケイ素粉末とカーボン粉末とを用い、各原料粉末の配合はセラミックス焼結体中の各構成成分の含有率が表１の組成（体積％）となるようにした。
次に、表１に示した組成割合の各原料粉末をエタノール溶媒とアルミナボールと共にボールミル内に投入し、１６時間湿式にて混合粉砕を行った。このようにして得られた混合粉砕粉末を乾燥し、解砕した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
（２）焼結体の作製と相対密度の測定
上記のようにして得られた混合粉砕粉末を表１に示した焼成温度で、窒素の不活性ガス雰囲気中で、５０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ2の加圧下で焼結を行いセラミックス焼結体を作製した。
【００２４】
以上のようにして得られたセラミックス焼結体をアルキメデス法により相対密度を測定し、それらの測定結果を表１にまとめて示した。
（３）熱膨張率と体積抵抗率の測定
表１中の焼結体について、クラックが発生しなかった焼結体について、別途同様にして試験体を作成し、これらの試験体をＪＩＳ  Ｒ３２５１「低膨張ガラスのレーザ干渉計による線膨張率の測定方法」に規定されている方法により２０〜３０℃における熱膨張係数を測定した。
また、体積抵抗率は、寸法４×３×３０ｍｍの試料の両端部及び端部から１０ｍｍの位置に、導電性ペーストで１ｍｍ幅の電極を形成し、四端子法（ＪＩＳ Ｋ７１９４「導電性プラスチックの４探針法による抵抗率試験方法」に準拠）により測定した。得られた結果を表１にまとめて示した。
【００２５】
（４）焼結体の呈色度合いの評価
表１中の焼結体について、黒色の呈色の状況と色斑の発生度合いを目視により観測して評価した。その結果も表１にまとめて示した。
【００２６】
（５）評価結果
表１の結果から、実施例であるＮｏ．１〜１２の全ての試験体が、体積固有抵抗率が１０5Ω・ｃｍ以下と低抵抗であり、２０℃〜３０℃における熱膨張係数が−１×１０-6〜１×１０-6／℃と低熱膨張であり、相対密度が９５％以上と緻密であることを確認した。また、呈色の状況も色斑がなく均一な黒色を呈していた。
一方、比較例であるＮｏ．１３〜２２のいずれも、緻密で黒色を呈し抵抗値の低い半導体製造装置用部材として好適なセラミックスとして使用可能なものは得られなかった。
【００２７】
以上説明したように、本発明によれば、不活性ガス雰囲気中の１２５０℃〜１４００℃の温度で、５０ｋｇｆ／ｃｍ2以上の加圧下で、相対密度９５％以上に緻密化できるユークリプタイトを主要構成成分とする低熱膨張セラミックスを提供することが可能であり、しかも、黒色を呈し抵抗値の低い半導体製造装置用部材として好適なセラミックスが得られるという効果がある。