(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属もしくは炭素基板上に、金属アンダーコートと、その上に積層したNiＯ：４〜10wt％、残部が主としてAl2O3であるAl2O3−NiＯセラミックスからなる気孔率が１〜８％の溶射膜からなるオーバーコートと、からなる絶縁膜を有することを特徴とする静電チャック部材。
【請求項２】
金属もしくは炭素基板上に、金属アンダーコートと、その上に積層したNiＯ：４〜10wt％、残部が主としてAl2O3であるAl2O3−NiＯセラミックスからなる気孔率が１〜８％の溶射膜からなるオーバーコートと、さらにその上に積層した保護用セラミックストップコートとからなる絶縁膜を有することを特徴とする静電チャック部材。
【請求項３】
上記金属基板が、Al,Mo,Ｗ，Si,TaおよびMgのうちから選ばれるいずれか１種の金属またはこれらの合金である請求項１または２に記載の部材。
【請求項４】
上記金属アンダーコートが、Ni,Al,Cr,Co,Mo,ＷおよびTaのうちから選ばれるいずれか１種の金属またはこれらの合金の溶射膜である請求項１または２に記載の部材。
【請求項５】
上記トップコートのセラミックスが、Al2O3,SiCおよびAlNのうちから選ばれるいずれか１種または２種以上の混合物からなる汚染防止用皮膜である請求項２に記載の部材。
【請求項６】
金属もしくは炭素基板上に溶射施工されたアンダーコートは、その厚さが30〜150μｍの範囲内にあり、その上に溶射施工されたオーバーコートはその厚さが50〜800μｍの範囲内にあり、さらにその上に溶射施工されるトップコートはその厚さが10〜500μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１または２記載の部材。
【請求項７】
金属もしくは炭素基板上に積層被覆する金属アンダーコート、Al2O3−NiＯセラミックスオーバーコートおよびセラミックストップコートのいずれもが、大気プラズマ溶射法もしくは減圧プラズマ溶射法またはこれらの溶射法の組合せによって施工されたものである請求項１または２に記載の部材。
【請求項８】
金属アンダーコート上に積層するAl2O3−NiＯセラミックスオーバーコートは、固有抵抗値が109〜1010Ω/cmの範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性部材、半導電性部材、絶縁性部材などを静電吸着力によって固定保持するときに用いられる静電チャック部材, とくにその表面を形造る絶縁膜の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造プロセスは、自動化ならびに公害防止の要請もあって従来の湿式法から乾式法、たとえばドライエッチング法、イオン注入法、化学的蒸着法（ＣＶＤ法）、物理的蒸着法（ＰＶＤ法）などによる乾式処理法へと変化している。
【０００３】
このような乾式処理法においては、パターニング時、エッチング時、成膜時などの各処理ステ−ジに、回路の高集積化、微細加工化のために、ウエハのような基板材料の固定保持に際して平坦度を確保することが必要である。
このような要請に応えるために従来、乾式処理法において基板固定のために用いられるている真空チャックや機械式チャツクについて、それの代わりに、真空下で使用できしかも構造の簡単な静電チャックが採用されるようになってきた。しかし、この静電チャック利用技術も、なお次のような問題点を抱えていた。
【０００４】
それは、静電チャックによって基板を吸着保持する場合に、印加を止めたあとも基板と静電チャックとの間に電荷が残留し、この両者に吸着力が作用するため、基板の取外しに時間がかかるという問題があった。
ただし、この問題に対しては、静電チャックの表面に被覆した絶縁膜の材質を改良する方法による対策がある。例えば、
▲１▼  特開平６−８０８９号公報では、絶縁物の窒化アルミ粉末と窒化チタン粉末の混合物の焼結体またはその溶射膜を提案し、
▲２▼  特開平６−３０２６７７号公報では、高絶縁物に酸化チタンを被覆した後、その上にアルミニウムを被覆し、Si＋SiＣプレートを接着したものを提案し、
▲３▼  特公平６−３６５８３号公報では、高絶縁体（酸化アルミニウム）を使用することを提案し、
▲４▼  特開平４−３０４９４２号公報、特開平５−２３５１５２号公報および特開平６−８０８９号公報等では、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、石英、窒化硼素、サイアロンなどを使用することを提案している。
【０００５】
また、さらに大きな静電吸着力を必要とする場合には、高絶縁体に比誘電率の高い酸化チタンを添加して固有抵抗値を低下させて静電吸着力を向上させる方法がある。例えば、特開昭６２−９４９５３号公報、特開平２−２０６１４７公報、特開平３−１４７８４３公報、特開平３−２０４９２４公報、特開平６−２７５７０６公報、特開平６−２７５７０７公報および特公昭６０−５９１０４号公報などにおける提案がそれである。
【０００６】
最近、上述した乾式処理法において用いられる各種の乾式処理装置は、高性能化および高生産性指向が強くなっており、一層の改善が求められている。例えば、プラズマエッチング処理装置の場合、被エッチング材料により処理温度が大きく異なっており、そのために静電チャックの使用温度範囲も当然広くなっている。しかし、従来技術で採用している静電チャックに用いている各種絶縁膜は、固有抵抗値の温度依存性までは考慮しておらず、適用できる温度範囲が狭いという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の静電チャック用部材の絶縁膜、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化珪素、酸化ジルコニウム、窒化珪素、窒化硼素、サイアロンなどは、その製造プロセス、例えば焼結法、溶射法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などの処理法の違いに関係なく、固有抵抗値の温度依存性が大きいために、室温で最適な固有抵抗値を示していても高温下では固有抵抗値が低下し、被処理物中に流れるリ−ク電流の増加を招いて被処理物が絶縁破壊されるという問題があった。一方、逆に低温下では固有抵抗値が高くなり、残留吸着力を除去するための時間が長くなるという問題があった。
なお、その対策として、高温下でもまた低温下でも使用が可能な固有抵抗値を有する材料を用いる方法があるが、室温では使用できなくなるので、装置の稼動条件が狭くなり、生産性が妨げられるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、固有抵抗値の温度依存性を低減すること、そして適用できる温度範囲の広い絶縁膜を被覆してなる静電チャック用部材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、静電チャック用部材に施工してある絶縁膜の固有抵抗値の温度依存性を低減するため、次に示すような部材を提案する。
(1)金属もしくは炭素基板上に、金属アンダーコートと、その上に積層したNiＯ：４〜10wt％、残部が主としてAl2O3であるAl2O3−NiＯセラミックスからなる気孔率が１〜８％の溶射膜からなるオーバーコートと、からなる絶縁膜を有することを特徴とする静電チャック部材。
(2)金属もしくは炭素基板上に、金属アンダーコートと、その上に中間層として積層したNiＯ：４〜10wt％、残部が主としてAl2O3であるAl2O3−NiＯセラミックスからなる気孔率が１〜８％の溶射膜からなるオーバーコートと、さらにその上に最上層として積層した保護用セラミックストップコートとからなる絶縁膜を有することを特徴とする静電チャック部材。
【００１０】
本発明において上記金属基板は、Al, Mo, Ｗ，Si, TaおよびMgのうちから選ばれるいずれか１種または２種以上の合金を用いることが好ましい。
【００１１】
本発明において上記金属アンダーコートは、Ni, Al, Cr, Co, Mo, ＷおよびTaのうちから選ばれるいずれか１種の金属またはこれらの合金の溶射膜を用いることが好ましい。
【００１２】
本発明において上記トップコートのセラミックスは、Al2O3 , SiC およびAlN のうちから選ばれるいずれか１種または２種以上の混合物の溶射膜を用いることが好ましい。
【００１３】
本発明において上記金属基板上に溶射施工されたアンダーコートは、その厚さが30〜150 μｍの範囲内にあり、オーバーコートはその厚さが50〜800 μｍの範囲内にあり、そしてトップコートはその厚さが10〜500 μｍの範囲内にあることが好ましい。
【００１４】
本発明において金属基板上に積層被覆する金属アンダーコート、Al2O3 −NiＯセラミックスオーバーコートおよびセラミックストップコートはいずれも、大気プラズマ溶射法もしくは減圧プラズマ溶射法またはこれらの溶射法の組合せによって施工されたものを用いることが好ましい。
【００１６】
本発明において金属アンダーコート上に積層する Al2O3−NiＯセラミックスオーバーコートは、固有抵抗値が109 〜1010Ω/cm の範囲内のものを用いることが好ましい。なお、この固有抵抗値の上限は、残留吸着力の除電時間短縮の観点から決めた値であり、下限はリ−ク電流による被処理物の絶縁破壊防止の観点から決めた値である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる静電チャック用部材に設けた絶縁膜, とくに基板上に形成した絶縁性積層皮膜の特徴を製造工程順に説明する。
図１および図２において、符号の１および21は金属基板であり、Al、Mo、Ｗなどの金属およびそれらの合金がとくに有利に用いられるが、基板としてはその他に炭素基板なども使用することができる。以下は、主として金属基板の例で説明する。
【００１８】
(1) 金属基板上へのアンダーコートの施工
ａ．金属基板, たとえばAl, Mo, Ｗ，Si, Ta, Mgやそれらの合金の絶縁膜形成面に、Al2O3 粒子等を吹き付けて、その表面を均一に粗面化するとともに清浄化する。
ｂ．次に、上記のようにして活性化させた基材表面に、Ni, Al, Cr, Co, MoおよびＷなどの金属またはこれらの合金を溶射材料として、アーク溶射法もしくは大気プラズマ溶射法によって、30〜150 μｍの厚さに金属アンダ−コ−ト２、22を施工する。
【００１９】
この金属アンダーコート２, 22は、厚さが30μｍより薄いとアンダーコートとしての機能が弱く、一方、150 μｍ以上厚くても格別の効果が得られないうえ、施工に長時間を要するので得策でない。従って、金属アンダーコート２, 22の厚さは30〜150 μｍとする。この厚さは、好ましくは50〜100 μｍの範囲とする。
【００２０】
この金属アンダーコートの役割は二つある。一つは、基板１との密着力はもとより、その上に積層する Al2O3−NiＯセラミックスオーバーコート３、23との密着力を向上させることである。また、もう一つは、静電チャック部材の昇温時または降温時に基板との線膨張係数の差により、Al2O3 −NiＯセラミックスオーバーコート３、２３あるいはセラミックストップコート４に生じる熱応力を低減して膜割れを防止することにある。
【００２１】
(2) Al2O3 −NiＯセラミックスオーバーコートの施工
ａ．前記金属アンダーコート２, 22の上に、本発明において最も重要な役割を果すAl2O3 −NiＯセラミックスオーバーコート３, 23を、大気プラズマ溶射法もしくは減圧プラズマ溶射法によって施工する。
オーバーコートとして用いるAl2O3 それ自体は、高い絶縁性能を有しているため、単独では使用することができない。しかし、少量のNiＯを添加混合させると、温度変化に対して鈍感な固有抵抗値を示すようになる。そのために、Al2O3 に対するNiＯの混合率はとくに重要であり、発明者の研究によると、４〜10％の範囲内がよいことがわかった。この範囲に限定される理由は、４％より少ないとNiＯ添加効果が乏しく、一方10％より多いと最適固有抵抗値（109 〜1010Ω/cm)を維持できなくなることによる。
【００２２】
かかる Al2O3−NiＯセラミックスオーバーコート３, 23は、その厚さが50〜800 μｍの範囲内に制御することが好ましい。この理由は、50μｍより薄いと抵抗特性の改善効果が乏しく、一方 800μｍより厚くなっても効果の向上が認められないので経済的に得策でない。
【００２３】
また、かかる Al2O3−NiＯセラミックスオーバーコート３, 23は、気孔率を１〜８％の範囲内に制御することが好ましい。この理由は、気孔率１％以下の溶射膜は大気中はもとより減圧プラズマ溶射法によっても形成させることが難しく工業的でない。一方、８％以上の気孔率を有する溶射膜は、抵抗値のバラツキが大きく、品質が安定しない原因となる。
なお、気孔率が４〜８％の溶射膜は大気プラズマで溶射法で、１〜３％の溶射膜は減圧プラズマ溶射法を用いるのが好適である。
【００２４】
(3) 保護用セラミックストップコートの施工
上述したAl2O3 −NiＯセラミックスオーバーコート３, 23の上に、Al2O3 , SiC , AlN のような保護用セラミックストップコート24を減圧プラズマ溶射法によって、10〜500 μｍの厚さに施工する。このセラミックストップコート24は、被処理物であるウエハの裏面にNiＯが付着して、該ウエハが重金属汚染されるのを防止するために設けたものである。これらのセラミックスはいずれも硬度（ビッカース硬さ 900〜1100）が高いため、長時間使用しても摩耗することはない。
また、かかるセラミックストップコート24の気孔率も Al2O3−NiＯセラミックスオーバーコート３と同様に１〜８％の範囲が適当であるが、好ましくは１〜５％の範囲がよい。気孔率が８％より大きい場合は次工程で研磨しても、Ｒａ：0.1 〜2.0 μｍの範囲に仕上がらない原因となる。
【００２５】
(4) 研磨仕上げと封孔処理
セラミックスオーバーコート３もしくは保護用セラミックストップコート24は、表面粗さＲａ：0.1 〜2.0 μｍの範囲に納まるように研磨仕上げを行う。このとき、必要に応じ有機質珪素化合物、もしくは無機質珪素化合物を塗布あるいは噴霧した後 110〜130 ℃で乾燥し、その後、130 〜350 ℃で 0.5〜５時間加熱して封孔処理を行うとともに、封孔剤中の揮発成分を完全に除去する。この処理によって積層絶縁膜の耐電圧を向上させることができる。
【００２６】
図２は、積層絶縁膜を溶射処理によって施工した静電チャック部材の断面を模式的に示したものである。すなわち、基板１の上に金属アンダーコート22、Al2O3 −NiＯセラミックスオーバーコート (中間層) 23、そして最上層として施工された保護用セラミックストップコート24とから構成され、トップコートの表面は必要に応じ珪素質封孔剤により封孔処理されている（図示せず）。
なお、最上層として施工された保護用セラミックストップコート24は、溶射法によって形成される皮膜以外に、その焼結体やSiＣなどのセラミックス焼結体を接着剤を用いて固定し、使用できる。この意味で、最上層は溶射皮膜のみに限定されるものではない。
【００２７】
図１は、セラミックストップコート24の施工を省略して最上層がオーバーコート３である場合の静電チャック部材の断面を模式的に示したものである。ウエハをはじめとする被処理物への汚染が問題とならない場合にはこのような構造のものでも使用することができる。
【００２８】
【実施例】
本発明にかかる静電チャック部材に用いられている絶縁膜と、従来使用されている静電チャック用絶縁膜との固有抵抗値の温度依存性を比較する実験を行ったので、その結果を以下に説明する。
(1) 本発明にかかる静電チャック用部材に設けた絶縁膜
アルミニウム基板上に、金属アンダーコートとして、Ni−10wt％Al合金を約80μｍの厚さに大気溶射法により施工した。その上に、減圧プラズマ溶射法（100 hap 下で溶射）でAl2O3 −６wt％NiＯセラミックスオーバーコートを約 300μｍの厚さに施工した。そして、その表面をＲａ：0.5 μｍに仕上げ、さらに無機質珪素化合物により封孔処理し、300 ℃で１時間加熱した。
【００２９】
(2) 従来静電チャック用部材に設けた絶縁膜
アルミニウム基板上に、アンダーコートとして、Ni−10wt％Al合金を約80μｍの厚さに大気溶射法により施工した。その上に、減圧プラズマ溶射法によりAl2O3 −10wt％TiO2セラミックスオーバーコートを約 300μｍの厚さに施工したものを準備した。表面の研磨仕上げおよび珪素質封孔処理は、本発明のと同一条件、同一仕様とした。
【００３０】
(3) 固有抵抗値の温度依存性試験結果
固有抵抗値の温度依存性を20〜−50℃の温度範囲について測定した結果を図３に示す。この図に示すように、従来の Al2O3−10wt％TiO2絶縁膜は、固有抵抗値が−50℃において20℃の時の約30倍高くなっており、１種類の絶縁膜で適用できる温度範囲が約45℃と狭いことがわかる。
これに対して、本発明部材に設けた絶縁膜では、固有抵抗値の温度依存性が従来の絶縁膜に比べて約１／３程度であり、１種類の絶縁膜で適用できる温度範囲を約７５℃に広くできることが確認された。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、静電チャック用部材に施工されている絶縁膜は、固有抵抗値の温度依存性が小さくかつ適用温度範囲が広く、そのために半導体製造装置などの高性能化、高生産性化に大きく寄与する静電チャック用部材とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二層構造を有する静電チャック部材の断面を模式的に示したものである。
【図２】本発明の三層構造を有する静電チャック部材の断面を模式的に示したものである。
【図３】本発明部材を用いた絶縁膜と従来部材に用いられている絶縁膜の固有抵抗値の温度依存性の比較図である。
【符号の説明】
１、２１…金属基板、
２、２２…金属アンダーコート、
３、２３…Al2O3 −NiＯセラミックスオーバーコート、
４…保護用セラミックストップコート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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