(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面が板状試料を載置する載置面とされた第１の絶縁部材と、該第１の絶縁部材の他の一主面側に対向配置された第２の絶縁部材と、前記第１の絶縁部材と前記第２の絶縁部材との間に挟持された内部電極とを備えた静電チャックの製造方法であって、
前記第１の絶縁部材または前記第２の絶縁部材、またはこれら双方を作製する工程は、炭化珪素粉末及び酸化アルミニウム粉末を、炭化珪素が１質量％〜４質量％、酸化アルミニウムが９９質量％〜９６質量％の割合になるよう秤量し、これらを超高圧粉砕分散法により混合する混合工程と、得られた混合粉末を、５〜４０ＭＰａの圧力下、１７００〜１８５０℃の温度にて加圧焼成し、複合セラミックスとする加圧焼成工程を備えていることを特徴とする静電チャックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャックの製造方法に関し、特に、半導体装置、液晶装置、ハイブリッドＩＣ等の製造ラインにおいて用いられる半導体ウエハ、金属ウエハ、ガラス基板等の板状試料を静電気力を利用して固定する際に用いて好適な静電チャックの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置、液晶装置、ハイブリッドＩＣ等の製造ラインにおいては、シリコンウエハ等の半導体ウエハ、銅薄板等の金属ウエハ、ガラス板等の板状試料を固定するために、例えば、これらの板状試料を減圧力を利用して物理的に吸着して固定することが可能な真空チャック、あるいはこれらの板状試料を機械的に固定することが可能なクランプが用いられている。
【０００３】
しかしながら、従来の真空チャックでは、真空条件下では外部雰囲気と真空チャックとの間に圧力差がないために、板状試料を固定することができないという問題点があった。また、従来のクランプでは、クランプが板状試料に接触する箇所をデバイスとして使用することができない、板状試料に部分的に歪みを生じさせる、クランプの昇降によってパーティクルが発生する等の問題点があった。
【０００４】
そこで、これらの問題点を解決するために、静電気力を利用して板状試料を固定することが可能な静電チャックが提案されている。
この静電チャックは、薄厚の円形状の内部電極と、この内部電極を挟持して対向配置された一対の絶縁部材とを主体として構成されたもので、一対の絶縁部材のうち一方の絶縁部材の載置面に板状試料を載置し、前記内部電極に所定の直流電圧を印加することにより、静電気力を利用して前記板状試料を前記載置面上に固定することが可能な構造となっている。
【０００５】
この静電チャックには、用いる静電気力の違いにより２種類のタイプがある。１つのタイプは、静電気力としてジョンソン・ラーベック力を用いた静電チャック（以下、ジョンソン・ラーベック型静電チャックと称する）であり、他のタイプは、静電気力としてクーロン力を用いた静電チャック（以下、クーロン型静電チャックと称する）である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したジョンソン・ラーベック型静電チャックにおいては、漏れ電流が大きいという問題点、静電吸着力が板状試料の種類によって変動するという問題点、直流電圧の印加を中止した後においても、板状試料の脱離性が良好でないという問題点があった。
【０００７】
一方、クーロン型静電チャックは、漏れ電流が小さく、静電吸着力が板状試料の種類により変動することが少なく、直流電圧の印加を中止した後においても板状試料の脱離性が良好であるという特徴があるものの、プラズマクリーニング等を施す場合に、吸着面のチャージアップが生じ易いために、このチャージアップに伴う大きなプラズマ痕が発生し易く、腐食性ガスに対する耐性が十分でないという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、漏れ電流が小さく、静電吸着力が載置される板状試料の種類により変動するおそれがなく、直流電圧の印加を中止した後においても板状試料の脱離性が良好であり、さらに、耐プラズマ性が大幅に改善されて、腐食性ガスに対する耐性も良好な静電チャックの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述した従来の技術が有する問題点を解決すべく種々な検討を行った結果、少なくとも板状試料を載置する側の絶縁部材を炭化珪素と酸化アルミニウムとを主成分とする特定の複合セラミックスで構成し、その体積固有抵抗値を、−２００℃〜２００℃の温度範囲内で特定範囲内とすることにより、上記の問題点を効率よく解決し得ることを知見し、本発明の静電チャックの製造方法を完成するに至った。
【００２０】
本発明の静電チャックの製造方法は、一主面が板状試料を載置する載置面とされた第１の絶縁部材と、該第１の絶縁部材の他の一主面側に対向配置された第２の絶縁部材と、前記第１の絶縁部材と前記第２の絶縁部材との間に挟持された内部電極とを備えた静電チャックの製造方法であって、前記第１の絶縁部材または前記第２の絶縁部材、またはこれら双方を作製する工程は、炭化珪素粉末及び酸化アルミニウム粉末を、炭化珪素が１質量％〜４質量％、酸化アルミニウムが９９質量％〜９６質量％の割合になるよう秤量し、これらを超高圧粉砕分散法により混合する混合工程と、得られた混合粉末を、５〜４０ＭＰａの圧力下、１７００〜１８５０℃の温度にて加圧焼成し、複合セラミックスとする加圧焼成工程を備えていることを特徴とする。
【００２１】
この静電チャックの製造方法では、炭化珪素粉末及び酸化アルミニウム粉末をそれぞれ所定量秤量し、これらを超高圧粉砕分散法により混合することにより、炭化珪素粉末が少量であっても容易に均一分散が成され、組成の均一性に優れた混合粉末が得られる。これにより、この混合粉末を加圧・焼成すれば、粒子の異常粒成長もなく、分散剤に起因する炭素あるいは各種金属不純物等の不純物の混入もなく、組成の均一性に優れた複合セラミックスを得ることが可能になる。
この複合セラミックスは、ハロゲンガス等の腐食性ガスに対する耐腐食性、プラズマに対する耐プラズマ性、機械的強度、硬度、耐熱性、耐熱衝撃性等の諸特性について極めて優れたものになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の静電チャックの製造方法の各実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００２４】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の静電チャックを示す平面図、図２は同横断面図、図３は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、円板状の静電チャックの例である。
この静電チャック１は、上面（一主面）が半導体ウエハ、金属ウエハ、ガラス基板等の板状試料を載置する載置面２ａとされた第１の絶縁部材２と、第１の絶縁部材２の下面（他の一主面）２ｂ側に対向配置された第２の絶縁部材３と、これら第１の絶縁部材２と第２の絶縁部材３との間に挟持された内部電極４とを主体として構成されている。
【００２５】
これら第１の絶縁部材２と第２の絶縁部材３とは、これらの間かつ内部電極４の外側の領域に設けられた絶縁性の接合層５と、内部電極４とを介して気密に接合されている。
これら第１の絶縁部材２、第２の絶縁部材３及び内部電極４には、静電吸着された板状試料を脱着するために、下方から板状試料を押圧する押圧部材（図示略）を挿通させるための貫通孔６が、これらを貫通して形成されている。
【００２６】
また、第２の絶縁部材３及び内部電極４には、前記貫通孔６と異なる位置に、これらを貫通する貫通孔７が形成され、この貫通孔７には、内部電極４に直流電圧を印加するための取り出し電極８が装填され、この取り出し電極８の上端部は内部電極４と接合され、電気的に接続されている。
【００２７】
第１の絶縁部材２は、１重量％〜４重量％の炭化珪素と、酸化アルミニウムとを主成分とした複合セラミックスにより構成されている。この第１の絶縁部材２の板状試料を載置する載置面２ａの表面粗さＲａは０．１Ｓ以下とされている。第２の絶縁部材３は、第１の絶縁部材２と同等の特性を有する点、及び第１の絶縁部材２と同時に作製することができる点を考慮すると、第１の絶縁部材２と同一の構造を有する複合セラミックスにより構成することが好ましい。
【００２８】
この複合セラミックス中における酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は２μｍ以下、炭化珪素粒子の平均粒子径は１μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以下とされている。
この複合セラミックスにおいては、少なくとも一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在していることが望ましい。また、アルミニウム（Ａｌ）及び珪素（Ｓｉ）以外の金属不純物の含有量が０．１重量％以下となっていることが望ましい。
【００２９】
複合セラミックス中の少量の不純物は許容されるものであるが、特に、板状試料が半導体装置の製造工程に用いるものである場合、遷移金属元素やアルカリ金属等の不純物があると、この不純物に起因して半導体装置の製造工程におけるライフタイムおよびゲート電圧が低下するおそれがある。また、アルミニウム、珪素以外の金属不純物の含有量が０．１重量％を越えると、ウエハ等の板状試料を汚染する可能性が高くなるとともに、第１の絶縁部材２の電気抵抗の温度依存性が大きくなる。
【００３０】
この第１の絶縁部材２の−２００℃〜２００℃の温度範囲における体積固有抵抗値は１×１０14Ωｃｍ〜１×１０16Ωｃｍである。
この温度範囲内においては、発揮される静電気力としてはクーロン力が支配的となり、また、体積固有抵抗値（または電気伝導度）の温度依存性が小さく、しかも、ハロゲンガス等の腐食性ガスに対する耐腐食性、発生するプラズマに対する耐プラズマ性に優れ、高い機械的強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものとなっている。
【００３１】
また、第２の絶縁部材３も第１の絶縁部材２と同様の構成とすることにより、ハロゲンガス等の腐食性ガスに対する耐腐食性、プラズマに対する耐プラズマ性に優れ、高い機械的強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものとなる。
【００３２】
以上により、この静電チャック１は、第１の絶縁部材２の載置面２ａ上に半導体ウエハ、金属ウエハ、ガラス基板等の板状試料を載置し、内部電極４に所定の直流電圧を印加することにより、クーロン力を利用して前記板状試料を固定することが可能な構造となっている。
【００３３】
次に、本実施形態の静電チャック１の製造方法について説明する。
ここでは、まず、第１の絶縁部材２、第２の絶縁部材３の作製方法について説明し、次いで、得られた第１の絶縁部材２と第２の絶縁部材３を用いて静電チャック１を作製する方法について説明する。
【００３４】
（１）第１の絶縁部材２及び第２の絶縁部材３の作製
これら第１の絶縁部材２及び第２の絶縁部材３を製造するに際しては、炭化珪素粒子の原料粉末としては、平均粒子径が０．５μｍ以下の炭化珪素粉末を用いることが以下の理由により好ましい。
平均粒子径が０．５μｍを越える炭化珪素粉末を用いて作製された複合セラミックスは、炭化珪素粒子の平均粒子径が１μｍを超えてしまい、炭化珪素粒子の添加による第１の絶縁部材２、第２の絶縁部材３の機械的強度を向上させるという効果が小さくなる。
【００３５】
また、平均粒子径が０．５μｍを越える炭化珪素粉末を用いて作製された複合セラミックスからなる第１の絶縁部材２は、プラズマに曝されたときに、電場が半導体である炭化珪素粒子部分に集中して大きな損傷を受け易くなり、プラズマ損傷後の静電吸着力が低下するおそれがある。
また、炭化珪素粉末の平均粒子径が小さい程、複合セラミックス中においては炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の内部に形成され易くなる。
【００３６】
第１の絶縁部材２の原料として用いられる炭化珪素粉末としては、プラズマＣＶＤ法により作製された炭化珪素粉末が好ましく、特に、非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物またはハロゲン化珪素と炭化水素とを含む原料ガスを導入し、反応系の圧力を１気圧未満から１．３３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）の範囲で制御しつつ気相反応させることで作製された、平均粒子径０．１μｍ以下の炭化珪素超微粉末が好ましい。
【００３７】
この炭化珪素超微粉末は、焼結性に優れ、高純度であり、粒子形状が球状であるために成形時の分散性が良好であり、得られる複合セラミックスにおいては、炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の内部に形成され易くなるという優れた特徴を有する粉末である。
【００３８】
また、酸化アルミニウム粒子の原料粉末としては、平均粒子径が１μｍ以下の酸化アルミニウム粉末を用いることが以下の理由により好ましい。
平均粒子径が１μｍを越える酸化アルミニウム粉末を用いて作製された複合セラミックスにおいては、複合セラミックス中の酸化アルミニウム粒子の平均粒径が２μｍを越えてしまい、第１の絶縁部材２がプラズマによりエッチングされ易くなり、第１の絶縁部材２の板状試料を載置する載置面２ａにスパッタ痕が形成されて、表面粗さが大きくなり、静電チャック１の静電吸着力が低下するおそれがある。
また、酸化アルミニウム粉末の平均粒子径が小さい程、複合セラミックス中においては炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の内部に形成され易くなる。
【００３９】
次いで、上述した炭化珪素粉末と酸化アルミニウム粉末とを、炭化珪素が１〜４重量％、酸化アルミニウムが９９〜９６重量％の割合になるよう、それぞれの成分を秤量し混合する。得られる複合セラミックスの体積固有抵抗値は、炭化珪素粉末の平均粒子径とその分散状態が影響するので、所望する体積固有抵抗値、即ち、−２００℃〜２００℃の温度範囲内での体積固有抵抗値が１×１０14Ωｃｍ〜1×１０16Ωｃｍの複合セラミックスが得られるように、炭化珪素粉末と酸化アルミニウム粉末との配合比率や、分散状態を事前に予備実験的に決定しておくのが好ましい。
【００４０】
混合に際しては、超高圧粉砕分散法を採用することが好ましい。このとき、分散剤などの少量の不純物が混入することは許容されるが、アルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量が０．１重量％以下となるように、炭化珪素粉末と酸化アルミニウム粉末とを混合することが望ましい。
ここで、超高圧粉砕分散法とは、高圧で加速された粒子同士を衝突させて粉砕分散する方法であり、この超高圧粉砕分散法を採用することにより、少量の分散剤を添加するだけで均一分散が容易になり、粗大粒子の生成もなく、しかも不純物、例えば分散剤に起因した炭素や各種金属不純物の混入を減少させることができる。
【００４１】
次いで、この混合粉末を公知の成形方法により成形し、円板状の成形体を作製する。次いで、得られた成形体を脱脂する。脱脂は、６００℃以下のアルゴン（Ａｒ）雰囲気中、または３００℃以下の大気雰囲気中で行うことが望ましい。
これらの条件下で脱脂を行うことにより、炭化珪素の酸化を防止することができるとともに、効率的に脱脂を行うことができる。
【００４２】
次いで、脱脂済みの成形体を、例えば熱間静水圧加圧法（ＨＩＰ：hot isostatic pressing）等を用いて、所定の条件下で加圧しながら焼成し、複合セラミックスとする。
加圧力は、特に制限されるものではないが、例えば、５〜４０ＭＰａとする。その理由は、加圧力が５ＭＰａを下回ると充分な焼結体密度の複合セラミックスが得られず、一方、加圧力が４０ＭＰａを超えると黒鉛等からなる治具が変形損耗するので好ましくないからである。
【００４３】
焼成する際の温度としては、１７００〜１８５０℃が好ましい。その理由は、焼成温度が１７００℃を下回ると焼結が十分に進まないために緻密な複合セラミックスが得られず、一方、１８５０℃を超えると、焼結が進み過ぎて得られた焼結体が分解したり、あるいは異常粒成長が生じたりし易くなるからである。
また、焼成時の雰囲気としては、アルゴン（Ａｒ）雰囲気、あるいは窒素（Ｎ2）雰囲気が、炭化珪素の酸化を防止することができるので好ましい。
【００４４】
最後に、上記により作製された１つの複合セラミックスの所定の位置に、機械加工により貫通孔６を形成し、第１の絶縁部材２とする。また、上記により作製された他の１つの複合セラミックスの所定の位置に、機械加工により貫通孔６、７を形成し、第２の絶縁部材３とする。
また、第１の絶縁部材２のいずれか一方の面を、通常の研磨法を用いて、例えば、表面粗さＲａが０．１Ｓ以下となるように研磨する。
ここでは、第１の絶縁部材２と第２の絶縁部材３とを重ね合わせたときに、それぞれに形成された貫通孔６が１つの貫通孔となるように、貫通孔６、７の位置決めがなされる。
【００４５】
（２）静電チャック１の作製
上記により作製された第２の絶縁部材３の面上の内部電極４を形成する領域（中心から所定の半径内であって、貫通孔６、７を除く領域）に、導電性材料を塗布することにより最終的に内部電極４となる導電性材料層を形成し、この第２の絶縁部材３の面上の導電性材料層を形成した領域より外側の環状の領域に、絶縁性材料を塗布することにより最終的に絶縁性の接合層５となる絶縁性材料層を形成する。
【００４６】
この導電性材料としては、炭化タンタル、窒化チタン等の導電性セラミックス粉末と酸化アルミニウム−二酸化珪素系ガラス粉末との混合粉末を例示することができる。また、上記の絶縁性材料としては、酸化アルミニウム−二酸化珪素系ガラス等の絶縁性を有する各種ガラス粉末を例示することができる。
【００４７】
次いで、第１の絶縁部材２と第２の絶縁部材３のそれぞれの貫通孔６が同じ位置になるように、これらの絶縁部材２、３を導電性材料層、絶縁性材料層を介して重ね合わせ、その後、加圧しながら加熱処理することにより、導電性材料層と絶縁性材料層とを接合させる。このとき、導電性材料層から内部電極４が形成されるとともに、絶縁性材料層から絶縁性の接合層５が形成されるので、第１の絶縁部材２と第２の絶縁部材３とは、内部電極４及び絶縁性の接合層５を介して気密に接合される。
【００４８】
次いで、第２の絶縁部材３及び内部電極４の貫通孔７に、炭化タンタル、窒化チタン等の導電性セラミックス等からなる取り出し電極８を挿入し、活性金属、銀ろう等のろう材等を介して、取り出し電極８の上端部と内部電極４とを電気的に接合する。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態の静電チャック１によれば、板状試料を載置する側の第１の絶縁部材２を１重量％〜４重量％の炭化珪素と、酸化アルミニウムとを主成分とした複合セラミックスにより構成し、かつ、−２００℃〜２００℃の温度範囲における体積固有抵抗値を１×１０14Ωｃｍ〜１×１０16Ωｃｍとしたので、内部電極４に直流電圧を印加したときに発揮される静電気力としてはジョンソン・ラーベック力よりもクーロン力が支配的となり、漏れ電流を小さくすることができ、板状試料の種類にかかわらず静電吸着力を安定化させることができ、直流電圧の印加を中止した後においても、板状試料を容易に脱離させることができる。さらに、耐プラズマ性、耐腐食性を大幅に改善することができる。
【００５０】
また、第１の絶縁部材２の載置面２ａの表面粗さＲａを０．１Ｓ以下としたので、第１の絶縁部材２、第２の絶縁部材３の硬度及び機械的強度を高めることができる。また、第１の絶縁部材２及び第２の絶縁部材３からのパーティクルの発生を低減させることができ、半導体ウエハ等の板状試料の汚染を防止することができる。
【００５１】
また、第１の絶縁部材２に加えて、第２の絶縁部材３を、１重量％〜４重量％の炭化珪素と、酸化アルミニウムとを主成分とした複合セラミックスにより構成し、かつ、−２００℃〜２００℃の温度範囲における体積固有抵抗値を１×１０14Ωｃｍ〜１×１０16Ωｃｍとしたので、これら第１の絶縁部材１、第２の絶縁部材２を、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスに対する耐蝕性に優れ、かつ耐熱性、耐熱衝撃性に優れ、高温下の使用においても熱応力による破損の危険性がないものとすることができる。
【００５２】
また、第１の絶縁部材２及び第２の絶縁部材３を構成する複合セラミックスに含有される炭化珪素粒子の平均粒子径を１μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以下としたので、これら第１の絶縁部材２及び第２の絶縁部材３のプラズマに対する耐蝕性を向上させることができる。
【００５３】
本実施形態の静電チャックの製造方法によれば、炭化珪素粉末と酸化アルミニウム粉末とを、超高圧粉砕分散法により混合するので、少量の分散剤を添加するだけで容易に均一分散することができ、分散剤等の不純物に起因する炭素や各種金属不純物の混入を減少させることができる。
したがって、耐プラズマ性、耐腐食性が大幅に改善され、しかも、硬度及び機械的強度が高い静電チャックを容易に得ることができる。
【００５４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態の静電チャックは、上述した第１の実施形態の静電チャック１を構成する第１の絶縁部材２の材料組成を変更したものであり、それ以外の点については第１の実施形態の静電チャック１と全く同様である。
【００５５】
本実施形態における第１の絶縁部材は、炭化珪素と、酸化アルミニウムとを主成分とする複合セラミックスにより作製され、炭化珪素粒子の表面には、例えば０．２μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下の厚みのムライト系物質からなる被膜が形成されている。
ムライト系物質としては、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）の他、酸化アルミニウムとムライトとの固溶体またはガラス状物質、もしくは二酸化珪素（ＳｉＯ2）とムライトとの固溶体またはガラス状物質が好適である。
この被膜の厚みは０．２μｍ以下が望ましい。なぜならば、厚みが０．２μｍを超えると、耐プラズマ性が低下するからである。
【００５６】
この複合セラミクスは、炭化珪素と酸化アルミニウムを合計で９８重量％以上含有するとされ、この複合セラミクス中の炭化珪素の含有量は、好ましくは４〜１３重量％とされている。
この複合セラミックスの電気伝導度は、主として半導体である炭化珪素により決定される。そこで、複合セラミックス中の炭化珪素粒子同士が直接接触して導電パスを形成する可能性が高くなる、例えば、炭化珪素含有量が４〜１３重量％の高炭化珪素含有域では、ムライト系物質等の絶縁性の被膜を炭化珪素粒子の表面に形成させることにより、体積固有抵抗値の急減な低下を抑制することができ、体積固有抵抗値を容易に制御することができる。
【００５７】
本実施形態の静電チャックにおいても、第１の実施形態の静電チャック１と同様、第１の絶縁部材を構成する複合セラミックス中の酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は２μｍ以下とされ、また、炭化珪素粒子の平均粒子径は１μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以下とされ、この第１の絶縁部材の載置面の表面粗さＲａは０．１Ｓ以下とされている。
【００５８】
また、第１の絶縁部材を構成する複合セラミックス中の少なくとも一部の炭化珪素粒子は酸化アルミニウム粒子内に存在していることが望ましい。また、この複合セラミックスにおいては、アルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量が０．１重量％以下となっていることが望ましい。
【００５９】
なお、第２の絶縁部材は、第１の絶縁部材と異なる構造を有する絶縁部材により構成されたものであってもよいが、第１の絶縁部材と同一の構造を有する複合セラミックスにより構成すれば、ハロゲンガス等の腐食性ガスに対する耐腐食性やプラズマに対する耐プラズマ性に優れ、高い機械的強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものとすることができるとともに、静電チャックの製造工程を簡略化することができるので望ましい。
【００６０】
本実施形態の静電チャックの製造方法が、上述した第１の実施形態の静電チャックの製造方法と異なる点は、表面を酸化処理することにより、その表面に二酸化珪素からなる被膜（以下、酸化膜とも称する）が形成された炭化珪素粉末を原料として用いた点である。
この炭化珪素粉末の含有量は、４〜１３重量％が好ましいとされている。
【００６１】
複合セラミックスの体積固有抵抗値は、表面が酸化処理された炭化珪素粉末の平均粒子径とその分散状態、酸化膜の厚みが影響するので、所望する体積固有抵抗値、すなわち、−２００℃〜２００℃の温度範囲における体積固有抵抗値が１×１０14Ωｃｍ〜１×１０16Ωｃｍの複合セラミックスが得られるように、酸化膜の厚み、炭化珪素粉末と酸化アルミニウム粉末の配合比率、分散状態を事前に予備実験的に決定しておくのが望ましい。
【００６２】
炭化珪素粒子の表面を酸化する方法としては、大気中で熱処理する方法を例示することができる。例えば、大気中、３５０℃の温度下で５０時間熱処理する等である。これにより、表面に厚さ０．２μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下の酸化膜を有する表面被覆炭化珪素粉末を得ることができる。
そして、この表面被覆炭化珪素粉末と酸化アルミニウム粉末とを、炭化珪素が４〜１３重量％、酸化アルミニウムが９６〜８７重量％の割合になるように、超高圧粉砕分散法を用いて混合し、得られた混合粉末を、例えば、熱間静水圧加圧法（ＨＩＰ：hot isostatic pressing）等を用いて、所定の条件下で加圧しながら焼成し、複合セラミックスとする。
【００６３】
この加圧焼成過程では、まず、炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子との接触部分で、炭化珪素粒子の表面に形成された二酸化珪素と、酸化アルミニウム粒子とが反応し、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）を主成分として含むムライト系物質が生成する。このムライト系物質は、反応が進むとともに炭化珪素粒子の表面を覆うようになる。
焼結が進むにつれて、ムライト系物質により表面が被覆された炭化珪素粒子と、酸化アルミニウム粒子とは、粒成長するとともに、このムライト系物質を介して粒子同士の接合が進行する。
焼結がさらに進むと、炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子との間の気孔が消滅して緻密な焼結体、すなわち本実施形態の複合セラミックスとなる。
【００６４】
このように、ムライト系物質からなる絶縁性の被膜を炭化珪素粒子の表面に生成させることができ、したがって、体積固有抵抗値の急激な低下を抑制することができる。
なお、複合セラミックスの焼成時の雰囲気は、炭化珪素の過度の酸化を抑制するため、非酸化性雰囲気とするのがよい。その他の条件などは、第１の実施形態の静電チャックの製造方法に準ずればよい。
【００６５】
本実施形態の静電チャック及びその製造方法においても、上述した第１の実施形態の静電チャック及びその製造方法と同様の効果を奏することができる。
しかも、炭化珪素粒子の表面にムライト系物質からなる絶縁性の被膜を形成したので、ハロゲンガス等の腐食性ガスに対する耐腐食性、プラズマに対する耐プラズマ性をさらに高めることができる。
【００６６】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明する。
「実施例１」
プラズマＣＶＤ法により、平均粒子径０．０５μｍの炭化珪素超微粉末を気相合成し、この炭化珪素超微粉末３重量％と、平均粒子径０．５μｍの酸化アルミニウム粉末９７重量％とを、超高圧粉砕分散機を用いて２時間混合し、混合粉末を得た。
【００６７】
得られた混合粉末を乾燥した後、円板状に成形し、次いで、熱間静水圧加圧法（ＨＩＰ）により、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中において、１７８０℃の温度で、３時間、加圧しながら焼結することにより、直径１９５ｍｍ、厚み４ｍｍの円板状の複合セラミックスを２枚作製した。なお、加圧力は３０ＭＰａとした。
【００６８】
次いで、この２枚の円板状の複合セラミックスのうち、一方の複合セラミックスの中心部に、機械加工により内径５ｍｍの貫通孔を形成し、第１の絶縁部材とした。また、他方の複合セラミックスの中心部に内径５ｍｍの貫通孔を形成し、さらに、中心部より２５ｍｍ離れた位置に内径１０ｍｍの電極挿入孔（貫通孔）を機械加工により形成し、第２の絶縁部材とした。
【００６９】
次いで、第２の絶縁部材の面上の電極を形成する領域内、例えば、中心から半径９０ｍｍ内の領域内に、炭化タンタル粉末（３０ｖｏｌ％）と酸化アルミニウム粉末（７０ｖｏｌ％）とを含む導電性塗布材をスクリーン印刷法により塗布し、導電性材料層とした。さらに、この第２の絶縁部材の面上の導電性材料層を形成した領域の外側の環状の領域、例えば、半径が９０〜９７．５ｍｍの環状の領域に、酸化アルミニウム粉末を含む絶縁性塗布材をスクリーン印刷により塗布し、絶縁性材料層とした。
【００７０】
次いで、第１の絶縁部材の第２の絶縁部材と接合させる側の表面を１．３ｍｍ研削し、第２の絶縁部材の電極挿入孔に、炭化タンタルからなる取り出し電極を挿入し、その後、第１の絶縁部材と第２の絶縁部材とを導電性材料層及び絶縁性材料層を介して重ね合わせ、これらを１７００℃に加熱しながら７．５ＭＰａに加圧した。この加圧焼成により、導電性材料層は焼成されて内部電極となり、絶縁性材料層は焼成されて絶縁層となり、第１の絶縁部材及び第２の絶縁部材は、内部電極及び絶縁層を介して接合され一体化された。
次いで、第１の絶縁部材の載置面を、通常の研磨方法により表面粗さＲａが０．００４Ｓとなるように研磨し、実施例１の静電チャックとした。
【００７１】
「実施例２」
実施例１に準じて、実施例２の静電チャックを製造した。ただし、実施例１の炭化珪素超微粉末の替わりに、実施例１の炭化珪素超微粉末を大気中、３５０℃の温度下にて５０時間保持することにより、その表面が酸化処理された表面被覆炭化珪素超微粉末を用い、さらに、この表面被覆炭化珪素超微粉末の配合量を１０重量％、酸化アルミニウム粉末の配合量を９０重量％とした。
この表面被覆炭化珪素超微粉末には、厚み０．００５μmの二酸化珪素からなる被膜が形成されていた。
【００７２】
「比較例１」
実施例１に準じて、比較例１の静電チャックを製造した。ただし、第１の絶縁部材及び第２の絶縁部材として、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）１００％のアルミナセラミックスを用いた。また、第１の絶縁部材の載置面を、その表面粗さＲａが０．０５Ｓとなるように研磨した。
【００７３】
「比較例２」
実施例１に準じて、比較例２の静電チャックを製造した。ただし、炭化珪素超微粉末及び酸化アルミニウム粉末それぞれの配合量を、炭化珪素超微粉末７重量％、酸化アルミニウム粉末９３重量％とした。
【００７４】
「評価」
以上により作製された実施例１、２、比較例１、２の各静電チャックについて下記の評価を行った。
【００７５】
（１）複合セラミックスの評価
実施例１、２、比較例１、２の静電チャックに用いられた複合セラミックスの所定の温度における体積固有抵抗値を常法に従って測定した。測定温度は−１８０℃、−１００℃、２５℃、１００℃、１８０℃の５点とした。
また、これらの複合セラミックス中の酸化アルミニウム粒子及び炭化珪素粒子粒子の平均粒子径を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定した。
また、実施例１、２の複合セラミックスにおいては、ＳＥＭを用いて観察した際に、一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の内部に存在することが観察された。測定結果を表１に示す。
【００７６】
【表１】
0004008230.tif 000002
【００７７】
（２）静電吸着特性の評価
実施例１、２、比較例１、２の静電チャックの静電吸着力、吸着時間、脱離時間を２５℃の温度下で測定した。測定に用いられる板状試料としては、表面に酸化膜が形成されていない直径２０３．２ｍｍのＳｉウエハと、表面に厚み２μｍの酸化膜が形成された同一径のＳｉウエハとを用いた。
酸化膜が形成されていないＳｉウエハの測定結果を表２に、酸化膜が形成されたＳｉウエハの測定結果を表３に、それぞれ示す。
なお、静電吸着特性の測定方法及び測定装置については後述する。
【００７８】
（３）プラズマ暴露後の静電吸着特性の評価
実施例１、２、比較例１、２の静電チャックをプラズマＣＶＤ装置内に装着し、圧力が１．３３×１０2Ｐａ（１．０Ｔｏｒｒ）温度が５０℃のＣＦ4２０ｖｏｌ％及びＯ2８０ｖｏｌ％からなる混合ガス雰囲気下において、静電チャックに２０時間プラズマ照射を行った後、上記と同様の静電吸着特性の評価を行った。酸化膜が形成されていないＳｉウエハの測定結果を表２に、酸化膜が形成されたＳｉウエハの測定結果を表３に、それぞれ示す。
【００７９】
【表２】
0004008230.tif 000003
【００８０】
【表３】
0004008230.tif 000004
【００８１】
（４）表面粗さの評価
実施例１、２、比較例１、２の静電チャックについて、通常市販されている表面粗さ計を用いて、プラズマ暴露前後の静電チャックの載置面の表面粗さＲａを測定した。測定結果を表４に示す。
【００８２】
【表４】
0004008230.tif 000005
【００８３】
（静電吸着特性の測定方法及び測定装置）
ここで、静電チャックの静電吸着特性の測定方法、及びこの測定の際に用いられた測定装置について説明する。
図４は、静電吸着特性の測定装置を示す断面図であり、この測定装置１１は、中央部に貫通孔１２ａが形成された静電チャックステージ１２と、この貫通孔１２ａに挿通自在とされた棒状の押圧部材１３と、この押圧部材１３を上下方向に移動させかつ上下方向の任意の位置に固定させるリフター１４と、直流電圧を印加するための電源１５とを主体として構成されている。
【００８４】
次に、この測定装置１１を用いて板状試料の静電吸着特性を測定する方法について説明する。ここでは、板状試料としてＳｉウエハ１６を例にとり説明する。まず、静電チャックステージ１２上に、静電チャック１の貫通孔６の位置が静電チャックステージ１２の貫通孔１２ａと同位置になるように、この静電チャック１を載置した。
次いで、静電チャック１の貫通孔６と静電チャックステージ１２の貫通孔１２ａに押圧部材１３を挿通させてから、静電チャック１の載置面２ａにＳｉウエハ１６を載置した。
【００８５】
次いで、リフター１４を上方に向けて移動させることにより、押圧部材１３を上方に向けて移動させ、この押圧部材１３の上端部をＳｉウエハ１６の下面に接触させた。
この状態を保持したままで、２０℃の温度下で、電源１５により静電チャック１の載置面２ａと取り出し電極８との間に所定の直流電圧を印加し、静電チャック１にＳｉウエハ１６を静電吸着させた。引加される直流電圧は、実施例１、２及び比較例１では２０００Ｖ、比較例２では５００Ｖとした。
この静電吸着した状態が５分経過した後、直流電圧の印加を停止した。
その後、リフター１４をさらに上方に向けて移動させることにより、押圧部材１３を上方に押し上げ、Ｓｉウエハ１６を載置面２ａから脱離させた。この脱離に要する力をロードセルにより測定し、静電吸着力とした。
【００８６】
また、吸着時間は、静電チャック１の載置面２ａと取り出し電極８との間に、実施例１、２及び比較例１では２０００Ｖ、比較例２では５００Ｖの直流電圧を印加した時から、静電チャック１の静電吸着力が９．８×１０4Ｐａ（１００ｇｆ／ｃｍ2）に達するまでの時間とし、脱離時間は、静電チャック１の載置面２ａと取り出し電極８との間に、実施例１、２及び比較例１では２０００Ｖ、比較例２では５００Ｖの直流電圧を５分間印加した後に、直流電圧の印加を停止し、この印加を停止した時から、静電チャック１の静電吸着力が９．８×１０3Ｐａ（１０ｇｆ／ｃｍ2）に達するまでの時間とした。
【００８７】
表１によれば、実施例１、２の静電チャックの第１の絶縁部材の体積固有抵抗値は、−１８０℃〜１８０℃の温度範囲内で１×１０14Ωｃｍ〜１×１０16Ωｃｍであり、絶縁性が良好であることが確かめられた。これにより、発揮される静電気力としてはクーロン力が支配的となり、漏れ電流の発生もないことが分かった。
一方、比較例１、２の静電チャックの第１の絶縁部材の体積固有抵抗値は、−１８０℃〜１８０℃の温度範囲内で１×１０14Ωｃｍを下回るものがあり、絶縁性が不十分であることが分かった。これにより、漏れ電流が大きいことが分かった。
【００８８】
また、表２及び表３によれば、実施例１、２の静電チャックは、プラズマ暴露前後のいずれの場合にあっても、板状試料の種類（酸化膜無しＳｉウエハと、酸化膜付きＳｉウエハ）に係わらず静電吸着力、吸着時間、脱離時間の変動がないことが分かった。
一方、比較例１の静電チャックは、板状試料の種類に係わらず、プラズマ暴露前では実施例１、２と遜色がないものの、プラズマ暴露後では、静電吸着力が大きく低下していた。
また、比較例２の静電チャックでは、板状試料の種類により静電吸着力、吸着時間、脱離時間が変動することが分かり、また、プラズマ暴露前後においては静電吸着力が大きく低下していた。
【００８９】
さらに、表４によれば、比較例１、２の静電チャックは表面粗さＲａに変化があるのに対して、実施例１、２の静電チャックは表面粗さＲａに変化がないことが分かった。
以上のことから、実施例１、２の静電チャックは、耐プラズマ性、耐腐食性が大幅に向上していることが分かった。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電チャックの製造方法によれば、炭化珪素粉末及び酸化アルミニウム粉末を超高圧粉砕分散法により混合するので、炭化珪素粉末が少量であっても容易に均一分散させることができ、組成の均一性に優れた混合粉末を得ることができる。したがって、この混合粉末を加圧・焼成することにより、粒子の異常粒成長もなく、分散剤に起因する炭素あるいは各種金属不純物等の不純物の混入もなく、組成の均一性に優れた複合セラミックスを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態の静電チャックを示す平面図である。
【図２】  本発明の第１の実施形態の静電チャックを示す横断面図である。
【図３】  図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】  静電吸着特性の測定装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１  静電チャック
２  第１の絶縁部材
２ａ  載置面
２ｂ  下面
３  第２の絶縁部材
４  内部電極
５  絶縁性の接合層
６  貫通孔
７  貫通孔
８  取り出し電極
１１  静電吸着特性の測定装置
１２  静電チャックステージ
１２ａ  貫通孔
１３  押圧部材
１４  リフター
１５  電源
１６  Ｓｉウエハ
【図１】
0004008230.tif 000006
【図２】
0004008230.tif 000007
【図３】
0004008230.tif 000008
【図４】
0004008230.tif 000009