(57)【要約】      （修正有）【課題】十分な吸着力を得ることが可能で、加工中にクラックの生じないクーロン力型静電チャックを提供する。【解決手段】アルミナが９９．９ｗｔ％以上、嵩密度が３．９８以上、ビッカース硬度が１７ＧＰａ以上、曲げ強度が４００ＭＰａ以上、体積抵抗率が室温において１０１４Ωｃｍ以上の多結晶アルミナであることを特徴とする静電チャック用誘電基板２４を備え、誘電体基板２４の厚みが０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満である。また、複数の凸部が形成され、凸部上面の合計面積と誘電体基板２４表面の面積との比率が０．００１％以上０／５％未満である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナが９９．９ｗｔ％以上、嵩密度が３．９８以上、体積抵抗率が室温において１０１４Ωｃｍ以上の多結晶アルミナからなる静電チャック用誘電体基板を備え、前記誘電体基板の厚みが０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満であることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
アルミナが９９．９ｗｔ％以上、嵩密度が３．９８以上、ビッカース硬度が１７ＧＰａ以上、体積抵抗率が室温において１０１４Ωｃｍ以上の多結晶アルミナからなる静電チャック用誘電体基板を備え、前記誘電体基板の厚みが０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満であることを特徴とする静電チャック。
【請求項３】
アルミナが９９．９ｗｔ％以上、嵩密度が３．９８以上、曲げ強度が４００ＭＰａ以上、体積抵抗率が室温において１０１４Ωｃｍ以上の多結晶アルミナからなる静電チャック用誘電体基板を備え、前記誘電体基板の厚みが０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満であることを特徴とする静電チャック。
【請求項４】
複数の凸部が形成され被吸着体を該凸部上面に載置する平滑な表面を有する誘電体基板から構成され、前記複数の凸部上面の合計の面積と前記誘電体基板表面の面積との比率が０．００１％以上０．５％未満でありかつ凸部の高さが５〜１５μｍであることを特徴とする請求項１乃至３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】
本発明は半導体ウエハおよびＦＰＤ用ガラス基板等の被吸着物を静電力で吸着固定する静電チャックに関する発明である。 
【背景技術】
【０００２】
エッチング、ＣＶＤ、スパッタリング、イオン注入、アッシングなどを行うプラズマ処理チャンバー内で、半導体基板やガラス基板を吸着保持する手段として、特許文献１〜３に開示される静電チャックが用いられている。
【０００３】
銅配線デバイスなどのエッチングにおける業界の最近の動向として、異なる大きさのプラズマパワーに対応できる装置が求められている。この場合、プラズマパワーは異なるが、エッチング時のウェーハの温度はおよそ８０℃前後で固定化されているため、プラズマパワーの大きさに合わせ、静電チャック部の温度を変化させて、ウェーハの温度を一定にする必要がある。
【０００４】
静電チャックの分類には使用温度における誘電層の体積抵抗率が１×１０１３Ωｃｍ以下である、いわゆるジョンセン・ラーベック力型の静電チャックと、使用温度における誘電層の体積抵抗率が１×１０１4Ωｃｍ以上である、いわゆるクーロン力型の静電チャックがあるが、上記のように静電チャック部の温度を変化させて使用するような場合、温度変化による誘電体基板の体積抵抗率の変化が静電チャックの吸着・離脱特性やリーク電流に大きな影響を与えない、クーロン力型の静電チャックが望ましい。ただ、クーロン力型の静電チャックはジョンセン・ラーベック力型よりも吸着力が弱いため、吸着力を高くすることが望まれている。クーロン力型の静電チャックでは、誘電体の厚みが薄い方が吸着力が強くなることが知られているが、誘電体基板を薄くすると加工時にクラックが生じやすくなるという課題があった。
【０００５】
この加工時のクラックに対しては誘電体基板の強度を上げることで、より薄くまで加工できる。このため誘電体基板として単結晶アルミナを用いることもできるが、単結晶アルミナを得るためには、溶融物からの単結晶引き上げ法という特殊な方法を用いることが必要であり、この単結晶引き上げ法は生産工程が長時間を要し、しかも生産性が低いという問題を有している。（例えば、特許文献４）
【０００６】
【特許文献１】特許第３０８４８６９号公報
【特許文献２】実開平４−１３３４４３号公報
【特許文献３】特開２００１−３３８９７０公報
【特許文献４】特開平７−２９９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記単結晶引き上げ法の様な特殊な方法を用いることなく、一般的な焼結法を採用することを前提とし、十分な吸着力を得ることが可能で、加工中にクラックの生じないクーロン力型静電チャックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明においては、アルミナが９９．９ｗｔ％以上、嵩密度が３．９８以上、体積抵抗率が室温において１０１４Ωｃｍ以上の多結晶アルミナからなる静電チャック用誘電体基板を備え、前記誘電体基板の厚みが０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満であることを特徴とする静電チャックを開示した。その結果十分な吸着力を得ることが可能で、加工中にクラックの生じないクーロン力型静電チャックを提供することができるようにした。
【０００９】
前記誘電体基板の体積抵抗率は室温において１×１０１４Ωｃｍ以上であることが望ましい。上記のような体積抵抗率にすることで、前記誘電体基板の温度変化による体積抵抗率の変化が、基板の吸着離脱特性やリーク電流などにほとんど影響を与えない、いわゆるクーロン力型静電チャックとすることができる。
【００１０】
前記クーロン力型静電チャックを実用的な電圧範囲（±１ｋＶ〜±５ｋＶ、より好ましくは±２ｋＶ〜±５ｋＶ）で十分な吸着力で使用するためには、前記誘電体基板の厚みを０．５ｍｍ未満とすることが望ましい。一方、加工中に前記誘電体基板にクラックを生じないようにするためには０．２ｍｍ以上、より好ましくは０．３ｍｍ以上の厚みが必要である。このため前記誘電体基板の厚みを０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満、より好ましくは０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ未満にすることにより、所望の静電チャックを提供することができる。
【００１１】
前記誘電体基板の多結晶アルミナは９９．９ｗｔ％以上、嵩密度３．９８以上であることが望ましい。上記のような純度、嵩密度にすることで、誘電体基板の厚みが０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満でも充分な耐電圧を確保できる。
【００１２】
本発明の他の実施形態においては、アルミナが９９．９ｗｔ％以上、嵩密度が３．９８以上、ビッカース硬度が１７ＧＰａ以上、体積抵抗率が室温において１０１４Ωｃｍ以上の多結晶アルミナからなる静電チャック用誘電体基板を備え、前記誘電体基板の厚みが０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満であることを特徴とする静電チャックを開示した。その結果十分な吸着力を得ることが可能で、加工中にクラックの生じないクーロン力型静電チャックを提供することができるようにした。
【００１３】
前記誘電体基板の多結晶アルミナはビッカース硬度が１７ＧＰａ以上、より好ましくは１８ＧＰａ以上であることが望ましい。上記のようなビッカース硬度にすることで、加工中に前記誘電体基板にクラックを生じることなく、厚みを０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満に加工できる。
【００１４】
本発明の他の実施形態においては、アルミナが９９．９ｗｔ％以上、嵩密度が３．９８以上、曲げ強度が４００ＭＰａ以上、体積抵抗率が室温において１０１４Ωｃｍ以上の多結晶アルミナからなる静電チャック用誘電体基板を備え、前記誘電体基板の厚みが０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満であることを特徴とする静電チャックを開示した。その結果十分な吸着力を得ることが可能で、加工中にクラックの生じないクーロン力型静電チャックを提供することができるようにした。
【００１５】
前記誘電体基板の多結晶アルミナは曲げ強度は４００ＭＰａ以上、より好ましくは５００ＭＰａ以上であることが望ましい。上記のような曲げ強度にすることで、加工中に前記誘電体基板にクラックを生じることなく、厚みを０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満に加工できる。
【００１６】
前記誘電体基板の厚みを０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満にすることにより大きな吸着力を発生することができ、その結果としてクーロン力型の静電チャックの表面に凸部を設けることが可能となり、被吸着物との接触面積を吸着面の面積に対して１〜１０％と少なくすることができる。
【００１７】
更に、表面に設けた凸部の高さを５〜１５μｍにすることによって被接触部でも吸着力がはたらかせることができる。その結果凸部の面積を吸着面の面積に対して０．００１％以上０．５％未満にすることができる。被吸着物の温度は凸部の接触面積が小さくなるにつれ接触部を介して伝熱がなされるため、例え凸部の組織がプラズマによる侵食を受けてもその影響は小さくなる。従って、プラズマ耐性をあげることと、被吸着物との接触を極力少なくすることで結果的に経時変化の少ない静電チャックが実現できる。
【００１８】
本発明の好ましい形態においては、複数の凸部が形成され被吸着体を該凸部上面に載置する平滑な表面を有する誘電体基板から構成され、前記複数の凸部上面の合計の面積と前記誘電体基板表面の面積との比率が０．００１％以上０．５％未満でありかつ凸部の高さが５〜１５μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の静電チャックを開示した。その結果、被吸着物との接触部分のプラズマによる侵食による表面の荒れの影響による被吸着物への吸着状態の変化の影響を最小限にすることができる。このとき接触面積の比率が０．００１％以下になると凸部１ケあたりの寸法が微細になりすぎ加工が困難になる。また１％より大きくなると被吸着体と接触する凸部の面のプラズマに対する浸食の影響が無視できなくなってくる。
【００１９】
前記誘電体基板を構成する多結晶アルミナの粒子径としては平均粒子径が４μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下のものが耐プラズマ性を向上させる上で好ましい。平均粒子径を４μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下とすることで、ウェーハレスクリーニングを繰返し行っても、誘電体基板の吸着面粗さの変化が小さい静電チャックを提供することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、十分な吸着力を得ることが可能で、加工中にクラックの生じないクーロン力型静電チャックを製作できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本件明細書で使用する語句の説明を行う。
（スラリー調整、造粒、生加工）
上記アルミナ原料粉末にアクリル系バインダーを添加、調整後スプレードライヤーで造粒し顆粒粉を作製した。この顆粒粉をＣＩＰ（ラバープレス）成形またはメカプレス成形後、所定の形状に加工した。ＣＩＰ成形では顆粒粉はゴム型に詰めた後圧力１ｔｏｎ／ｃｍ２を実施してインゴットを作製し、その後所定の形状に加工し生成形体を作製した。
（焼成）
上記生加工体を大気中または窒素、水素ガス還元雰囲気下で焼成した。実施例１は還元雰囲気で焼成、実施例２、３は大気中で焼成した。焼成温度は１２５０〜１４５０℃、焼成時間は１〜８時間とし、最も嵩密度が高い条件を選択した。
（ＨＩＰ処理）
さらにＨＩＰ処理をおこない、誘電体基板を作製した。ＨＩＰ条件はＡｒガス１０００気圧以上とし、温度は１２５０〜１４５０℃とした。
（電極作製）
前記誘電体基板の表面を研削加工した後に片面側にＣＶＤやＰＶＤによってＴｉＣやＴｉなどの導電膜を形成し、この導電膜をサンドブラストやエッチングすることで、所定の電極パターンを得た。
（接合）
前記電極が形成された誘電体基板を、予めアルミナ溶射により絶縁体膜を形成した金属プレートに、金属プレートの絶縁体膜と誘電体基板の電極が対向するようにして絶縁性接着剤を介して両者を接合した。
（表面パターン作製）
金属プレートに接合した誘電体基板を０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の所定の厚みになるように研削加工した後、サンドブラストにより表面に所定の大きさ、高さの凸部を形成した。
【００２２】
（物性測定）
上記ＨＩＰ処理により得られたものは焼成嵩密度、焼成体組織ＳＥＭ観察による平均粒子径測定、曲げ強度、ビッカース硬度、体積抵抗率測定、真空中での摩擦力測定を行った。曲げ強さの測定は、ＪＩＳ  Ｒ１６０１による室温三点曲げ強度を測定した。測定機は島津製作所製小型卓上試験機イージーグラフを用い、試験片寸法は、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍ、下部支点間長さは３０ｍｍとした。ビッカース硬度の測定は、ＪＩＳ  Ｒ１６１０による室温ビッカース硬度を測定した。測定機は、アカシ製ビッカース硬度試験機ＨＶ−１１３を用い、試験荷重は９．８０７Ｎ、試験力速度100μｍ／ｓ、保持時間１５Ｓで行った。
また、実際にプラズマを照射しセラミックスの表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）変化を測定した。初期状態では表面粗さはＲａ０．０２μｍ以下にした。プラズマはリアクティブイオンエッチング装置、エッチングガスはＣＦ４＋Ｏ２で１０００Ｗ、３０時間プラズマ放電させた。
【００２３】
（比較品）
また比較のため従来の製法によるアルミナセラミックスを例示した。その配合は平均粒子径０．５μｍのアルミナ９９．７ｗｔ％で焼成温度は１５８０℃である。比較品はHIP処理していない。尚、プラズマを照射は実施例の条件と同じとし、表面粗さは初期状態でＲａ０．０２μｍ以下にした。本比較例の誘電体基板は金属プレートに接合し、誘電体基板を０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の所定の厚みになるように研削加工した。
【００２４】
【表１】
2007214288.tif 000003
【００２５】
【表２】
2007214288.tif 000004
上記試験の結果を表１に示す。実施例の誘電体基板は全て、金属プレートに接合した後、誘電体基板厚みを０．２ｍｍまで研削加工でき、さらに表面に凸部を形成してもクラック等の発生はなかった。ただし、０．２ｍｍより薄くすると基板にクラックが発生した。一方、比較例では厚み０．５ｍｍまでは加工できたが、それ以下の厚みではクラックが発生した。この違いは基板の強度の差によるものと考えられた。すなわち、研削加工時の応力に対して基板の強度が弱い場合にクラックが発生する。本実施例のように金属プレートに接合した後で研削加工する場合には、曲げ強度で４００ＭＰａ以上が必要であることがわかった。また、曲げ強度とビッカース硬度には相関があることが知られており、同じようにビッカース硬度で１７ＧＰａ以上が必要であることがわかった。
【００２６】
本発明では全ての焼成条件で体積低効率が１０１４Ωｃｍ以上になっており、クーロンチャック用の誘電体に要求される室温における体積抵抗率１０１４Ωｃｍ以上を満足してすることがわかった。さらに、誘電体基板の厚みを０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満にすることにより、誘電体基板の表面に凸部を形成しても十分な吸着力を発生することができた。
【００２７】
さらに、誘電体基板のアルミナ純度を９９．９ｗｔ％以上、嵩密度３．９８以上にすることにより、誘電体基板の厚み０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満でも充分な耐電圧を確保できた。
【００２８】
本発明では平均粒子径０．２μｍ未満、純度９９．９％以上の高純度で微粒のアルミナ原料を用いることにより、焼成温度１４５０℃以下での焼成が可能となり、比較例に比べて大幅に低温で焼成することが可能となった。この低温での焼成により、粒子径が小さく、均一そろったまま焼成できたことで、曲げ強度やビッカース硬度が大幅に向上したものと考えられる。本実施例では、アルミナ原料として平均粒子径０．１μｍ、純度９９．９９％以上のものを用いた。
【００２９】
複数の凸部が形成され被吸着体を該凸部上面に載置する平滑な表面を有し、体積抵抗率が１０１４Ωｃｍ以上である静電チャック用誘電体を含む静電チャックの凸部上面の合計の面積と前記誘電体表面の面積との比率が０．０８９％である静電チャックを作製した。このとき表面にはφ０．２５ｍｍの凸部を一辺が８ｍｍの正三角形の各頂点に連続して配置している。凸部の高さは１０μｍである。
【００３０】
その結果、プラズマ照射後の表面粗さの変化が少なかったことおよび、被吸着物との接触面積が非常に少ないことが重畳し、被吸着物であるシリコンウェハのプロセス時の温度変化の経時変化がきわめて少なくすることができた。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の静電チャックを表す図である。
【図２】本発明の静電チャックの表面パターンの拡大図である。
【符号の説明】
【００３２】
２１…金属プレート、２１ａ…冷媒通路、２２…絶縁体膜、２３…絶縁性接着剤層、２４…誘電体基板、２５…電極、２６…リード線、
【図１】
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【図２】
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