(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、吸着力の高いジョンセン・ラーベック力を利用した静電チャックで、ハロゲンガス等のプラズマ照射による表面粗さの変化を抑えることができ、静電チャックの特性変化が小さく、プラズマ装置内で長期間使用可能な静電チャックを提供することである。【解決手段】  本発明では、アルミナと酸化チタンから成り、チタン化合物の偏析物の最大粒子径が２μｍ以下であり、体積抵抗率が室温において１０８〜１０１３Ωｃｍであるセラミック誘電体を備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナと酸化チタンから成る焼結体で、チタン化合物の偏析物の最大粒子径が２μｍ以下であり、体積抵抗率が室温において１０８〜１０１３Ωｃｍであるセラミック誘電体を備えたことを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記セラミック誘電体の嵩密度が３．９７ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１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、半導体基板やガラス基板などを吸着する静電チャックに関する。
【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、静電チャックが用いられている。
【０００３】
静電チャックにはジョンセン・ラーベック力とクーロン力を利用する２つの方式があるが、大きな吸着力が必要な用途ではジョンセン・ラーベック力を利用した静電チャックが用いられている。このジョンセン・ラーベック力による静電吸着力を発現させるためには、誘電体の体積抵抗率を１０８〜１０１３Ωｃｍの範囲に制御する必要がある。
【０００４】
誘電体の体積抵抗率を１０８〜１０１３Ωｃｍの範囲に制御する方法として、アルミナに酸化チタンを添加したセラミック誘電体が特許文献１〜５に開示されている。
【特許文献１】特開昭６２−９４９５３号公報
【特許文献２】特開平２−２０６１４７号公報
【特許文献３】特開平３−１４７８４３号公報
【特許文献４】特開平３−２０４９２４号公報
【特許文献５】特開２００６−４９３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プラズマ処理を行った後のチャンバー内面には、半導体ウエハや塗膜からの残渣および生成物が付着している。そしてプラズマ処理を繰り返してゆくと、残渣および生成物が次第に堆積し、やがてチャンバー内面から剥離して半導体基板やガラス基板表面に付着して歩留り低下の原因となる。
【０００６】
そこで、従来から定期的にチャンバー内をプラズマによってクリーニングし、チャンバー内面に付着した残渣および生成物を除去するようにしている。このとき、従来にあっては静電チャックの表面がプラズマに曝されるのを防止するために、ダミーウエハで静電チャックの表面を覆った状態でクリーニングを行っていたが、最近ではタクトタイムを短縮して生産効率を向上させるため、ダミーウエハで静電チャックの表面を覆うことを行わずに、クリーニングの際に静電チャックの表面を直接Ｏ２ガスやＣＦ４ガスなどのクリーニングプラズマに曝す、いわゆるウエハレスプラズマクリーニングが業界の動向である。
【０００７】
ところで、通常広く使用されている主成分がアルミナから成るジョンセン・ラーベック力を利用した静電チャックにおいては、平均粒子径が５〜１００μｍと非常に大きなアルミナ粒子から構成されているため、前記ウエハレスプラズマクリーニングを実施した場合、セラミック表面粒子の脱離および粒界の浸食により、表面粗さが大きくなり、静電吸着力の低下、シールリングのガス漏れ量の増大やウエハとの固体接触界面の熱伝達率の低下などの不具合が発生し、短期間に静電チャックを交換しなければならなくなる。
【０００８】
これらを解決する手段として、酸化チタンを微量添加したアルミナ焼結体で、アルミナの平均粒子径を２μｍ以下に抑えた静電チャックが特許文献５に開示されているが、この場合も添加した酸化チタンがチタン化合物の偏析物を形成すると、プラズマ照射による表面粗さの変化が大きくなるという課題があった。
【０００９】
そこで、本発明では、吸着力の高いジョンセン・ラーベック力を利用した静電チャックで、ハロゲンガス等のプラズマ照射による表面粗さの変化を抑えることができ、静電チャックの特性変化が小さく、プラズマ装置内で長期間使用可能な静電チャックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために本発明に係る静電チャックは、アルミナと酸化チタンから成り、チタン化合物の偏析物の最大粒子径が２μｍ以下であり、体積抵抗率が室温において１０８〜１０１３Ωｃｍであるセラミック誘電体を備えたことを特徴とする。
【００１１】
前記のように、チタン化合物の偏析物の最大粒子径を２μｍ以下、より好ましくは１．３μｍ以下にすることにより、プラズマ照射による表面粗さの変化を抑えることができ、静電チャックの特性変化も小さく、プラズマ装置でより長期間使用できるようになる。また、前記誘電体の体積抵抗を室温において１０８〜１０１３Ωｃｍにすることにより、ジョンセン・ラーベック力を利用した静電チャックが可能となる。
【００１２】
前記セラミック誘電体としては、嵩密度が３．９７ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。嵩密度を上げることにより、ポアの少ない緻密なセラミック誘電体となり、プラズマ照射による表面粗さの変化を抑えることができる。なお、好ましい嵩密度の上限値は４．２ｇ／ｃｍ３である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、吸着力の高いジョンセン・ラーベック力を利用した静電チャックで、ハロゲンガス等のプラズマ照射による表面粗さの変化を抑えることができ、静電チャックの特性変化が小さく、プラズマ装置内で長期間使用可能な静電チャックが提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明におけるアルミナと酸化チタンから成るセラミック誘電体とは、アルミナと酸化チタンを混合した粉体を成形した後、焼成することにより得られる焼結体であり、コランダム結晶粒子のアルミナとチタン化合物からなるセラミック焼結体である。
また、アルミナに対する酸化チタンの添加量は、１０１３Ωｃｍ程度の体積抵抗率を得るためには、酸化チタン添加量が０．１ｗｔ％以上であることが好ましく、０．２ｗｔ％以上であることがより好ましい。一方、酸化チタンの過剰添加はチタン偏析物を形成し、耐プラズマ性を低下させる原因となるため、酸化チタン添加量が２ｗｔ％以下であることが好ましく、１ｗｔ％以下であることがより好ましい。
【００１５】
本発明におけるチタン化合物の偏析物とは、前記誘電体中に存在する酸化チタンや、チタン酸アルミニウム等の酸化チタンと酸化アルミニウムとの化合物から成る粒状の偏析物を指し、前記誘電体を切断、研磨し、走査電子顕微鏡（SEM）の観察で確認することができる。
【００１６】
本発明におけるチタン化合物の偏析物の最大粒子径とは、前記切断面の走査電子顕微鏡撮影写真において偏析物粒子を１００個以上観察し、その粒子径の最大長さを測定して得られる累積度数で９９％に相当する粒子径を指す。偏析物が観察されないものは、０とした。前記走査電子顕微鏡の観察倍率は４０００倍とし、偏析物の観察個数が１００個以上になるように視野数を調整して撮影した。
【００１７】
本発明における表面粗さＲａとは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＢ０６０１）に示される中心線平均表面粗さである。
【００１８】
本発明における嵩密度とは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＲ１６３４）に示されるアルキメデス法により測定した値である。飽水方法は真空法、溶媒には蒸留水を用いて測定した。
【００１９】
本発明における体積抵抗率とは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｃ  ２１４１：１９９２電気絶縁用セラミックス材料試験方法）に示される三端子法を用いて測定した値である。測定は室温（２５℃）で行なった。
【００２０】
本発明における原料の粒子径は次の方法で測定した。アルミナの平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（日機装株式会社  マイクロトラックＭＴ３０００）を用いて測定した。ただし、原料中の凝集粒を解砕、分散処理するために超音波ホモジナイザーを１５〜３０分間照射した後で測定した。
一方、酸化チタンの平均粒子径は光散乱光度計（大塚電子株式会社  ＦＰＡＲ―１０００）より求めたキュムラント平均粒子径を用いた。
【００２１】
本発明における焼成体のアルミナ粒子の平均粒子径は、プラニメトリック法により算出した。測定は、試料を鏡面研磨した後、大気雰囲気中で適切な温度でサーマルエッチングを行い、粒子が見えるようにした後、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察像を用いて行なった。
【００２２】
本発明によれば、アルミナと酸化チタンから成るセラミック誘電体において、チタン化合物の偏析物の最大粒子径を２μｍ以下にすることが好ましく、１．３μｍ以下にすることがより好ましい。チタン化合物はアルミナに比べて耐プラズマ性が弱く、プラズマ照射により簡単に浸食され、その部分が凹部を形成する。このためチタン化合物の偏析物の大きさを小さくすることで、プラズマ照射による表面粗さの変化を飛躍的に小さくできる。なお、好ましいチタン化合物の偏析物の最大粒子径の下限値は０．１μｍである。
【００２３】
次に本発明の静電チャックの作製方法について説明する。
まず、原料としてアルミナと酸化チタンを用意する。用いるアルミナ及び酸化チタンは微粒のものが好ましく、アルミナ粉末は平均粒子径０．３μｍ以下、より好ましくは０．２μｍ以下のものが用いられる。一方、酸化チタン粉末は平均粒子径０．１μｍ以下、より好ましくは０．０５μｍ以下のものが用いられる。原料に微粒粉を用いることで分散が良くなり、粒子径の大きなチタン化合物の偏析物ができにくくなる。
なお、好ましいアルミナ粉末の平均粒子径の下限値は１０ｎｍである。また、好ましい酸化チタン粉末の平均粒子径の下限値は５ｎｍである。
【００２４】
（スラリー調整、造粒、生加工）
前記原料を所定量秤量し、さらに分散剤・バインダー・離型剤を加えてボールミルによる粉砕攪拌混合を行う。混合にはイオン交換水等を用い、不純物が混入しないようにすることが好ましい。混合後スプレードライヤーによる造粒を行い、得られた造粒粉末をプレス成形することで、生成形体を作製することができる。さらに、前記生成形体はＣＩＰ成形を行うことが好ましい。ＣＩＰ成形することで生成形体の密度が上がり、焼成体の密度を上げることができる。また、本発明の実施形態においては、成形は乾式成形に限るものではなく、押し出し成形、射出成形、シート成形、鋳込み成形、ゲルキャスト成形などの成形方法を利用しても生成形体を得ることができる。
【００２５】
（焼成）
前記生成形体を窒素、水素ガス還元雰囲気下で焼成することにより、セラミック誘電体が作製できる。還元焼成を行うことで、酸化チタンが非化学量論組成になり、体積抵抗率を制御することができる。焼成温度としては１１５０〜１３５０℃、より好ましくは１１５０〜１２００℃の温度範囲が好適である。低温で焼成することにより、アルミナ粒子の粒子成長を抑制し、偏析するチタン化合物の成長も抑えることができ、その最大粒子径をより小さくすることができる。このため、アルミナ粒子の平均粒子径を５μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下にすることが望ましい。ここにおいて、好ましいアルミナ粒子の平均粒子径の下限値は１０ｎｍである。
また、焼成の最高温度での保持時間は、焼成体の物性値を安定化するためには２時間以上、より好ましくは４時間以上取ることが望ましい。
得られた焼結体はＨＩＰ処理を施すことが好ましい。これにより緻密質なセラミック誘電体を得ることができる。
【００２６】
（電極作製）
前記セラミック誘電体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形成することができる。
【００２７】
（接合）
前記電極が形成されたセラミック誘電体を、予めセラミック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セラミック誘電体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する。セラミック溶射には、アルミナやイットリア等のセラミックを用いることが好ましい。
【００２８】
（表面パターン作製）
金属プレートに接合したセラミック誘電体を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、高さの凸部を形成する。
【００２９】
前記セラミック誘電体の体積抵抗を室温において１０８〜１０１３Ωｃｍにすることにより、ジョンセン・ラーベック効果を用いることができ、非常に大きな吸着力が発現できるようになり、表面への凸部形成が可能な静電チャックが作製できる。
【００３０】
（実施例）
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
原料としてアルミナ（平均粒子径０．１５μｍ、純度９９．９９％以上）と酸化チタン（平均粒子径０．０３２μｍ）を用意し、酸化チタン添加量を０．２〜０．８ｗｔ％とし、分散剤・バインダー・離型剤を加えてボールミルによる粉砕攪拌混合を行った。混合後スプレードライヤーによる造粒を行った。得られた造粒粉末はプレス成形を行った後、ＣＩＰ成形を行った。得られた成形体は、窒素、水素ガス還元雰囲気下で、１１５０℃〜１３５０℃で４時間焼成した。さらにＡｒガス１５００気圧、１１３０℃〜１３００℃でＨＩＰ処理を行なった。
【００３１】
得られたセラミック誘電体の嵩密度、体積抵抗率、チタン化合物の偏析物の最大粒子径を表１に示す。図１に実施例４のセラミック誘電体の断面SEM写真を示す。写真中の色の白い部分がチタン化合物の偏析物である。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
さらに、表面をラップしたサンプルにプラズマを照射し、表面粗さＲａの変化を測定した。サンプルの初期状態の表面粗さはＲａ０．０１μｍ以下にした。プラズマ照射は、リアクティブイオンエッチング装置（アネルバ株式会社  ＤＥＡ−５０６）を用いて、エッチングガスはＣＦ４（４０ｓｃｃｍ）＋Ｏ２（１０ｓｃｃｍ）で１０００Ｗ、３０時間行なった。プラズマ照射後のＲａを表１に示す。
【００３４】
実施例１〜４では、体積抵抗率が１０８〜１０１３Ωｃｍと、ジョンセン・ラーベック力を利用したのに適したセラミック誘電体が得られた。さらにチタン化合物の偏析物の最大粒子径が２μｍ以下のセラミック誘電体が得られ、プラズマ照射後の表面粗さＲａが０．１５μｍ以下と、表面粗さの変化が小さいことがわかる。
【００３５】
比較例１は、酸化チタン添加量を１ｗｔ％としたものである。チタン化合物の偏析物の最大粒子径は２．４μｍである。プラズマ照射後の表面粗さＲａは０．３０μｍと大きく増加した。
【００３６】
比較例２は、酸化チタン添加量を５ｗｔ％としたものである。断面のＳＥＭ写真を図２に示す。大きなチタン化合物の偏析物が存在していることが分かる。チタン化合物の偏析物の最大粒子径は４．１μｍである。プラズマ照射後の表面粗さＲａは０．４２μｍと大きく増加した。
【００３７】
以上の結果より、チタン化合物の偏析物の最大粒子径を２μｍ以下にすることにより、ハロゲンガス等のプラズマ照射による表面粗さの変化を抑えることができ、静電チャックの特性変化も小さくなり、プラズマ装置でより長期間使用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例４に示す本発明のセラミック誘電体の断面ＳＥＭ写真である。
【図２】比較例２に示すセラミック誘電体の断面ＳＥＭ写真である。
【図１】
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【図２】
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