(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、大気雰囲気中の焼成により簡便に作製できるセラミック誘電体を備えた、耐プラズマ性が良好で、ジョンセン・ラーベック力を利用した吸着力の強い静電チャックを提供することである。【解決手段】本発明の一実施形態では、酸化イットリウムを主成分とし、焼成により得られるセラミック材料において、副成分として主成分とは異なる希土類元素酸化物を含有し、体積抵抗率が室温において１×１０８Ωｃｍ以上、１×１０１4Ωｃｍ未満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】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化イットリウムを主成分とし、焼成により得られるセラミック材料において、副成分として主成分とは異なる希土類元素酸化物を含有し、体積抵抗率が室温において１×１０８Ωｃｍ以上、１×１０１4Ωｃｍ未満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】
酸化イットリウムを主成分とし、焼成により得られるセラミック材料において、前記副成分である希土類元素酸化物が酸化テレビウムと酸化プラセオジウムのうち少なくとも1種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。
【請求項３】
酸化イットリウムを主成分とし、焼成により得られるセラミック材料において、前記副成分である希土類元素酸化物の含有量が５〜６０重量％であることを特徴とする請求項１または２に記載の静電チャック。
【請求項４】
酸化イットリウムを主成分とし、焼成により得られるセラミック材料において、このセラミック材料中にホウ素と希土類との化合物Ｍ3BO6（Ｍ＝希土類元素）を含む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。
【請求項５】
前記セラミック誘電体が大気雰囲気中での焼成によって得られることを特徴とする請求項１乃至４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】
本発明の態様は、一般に、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】
プラズマ処理チャンバーはフッ素系ガスや塩素系ガス等の腐食性ガスが導入され、プラズマ処理を行なうため、処理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。
【０００４】
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。このため、チャンバー内部の部材に使用する素材には高い耐プラズマ性が求められ、アルミナに代わって酸化イットリウム素材が用いられてきている。
【０００５】
静電チャックにおいても酸化イットリウムを用いる方法が特許文献１、２に開示されているが、酸化イットリウム素材は体積抵抗率が１×１０１5Ωｃｍ以上であるために、いわゆるクーロン力型の静電チャックである。
【０００６】
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１×１０８Ωｃｍ以上、１×１０１4Ωｃｍ未満の範囲に制御する必要がある。
【０００７】
酸化イットリウムの体積抵抗率を制御する方法として、酸化イットリウムに導電性材料を添加する方法が知られている。特許文献３には、酸化イットリウムにＳｉＣを２〜３０ｗｔ％添加し、ホットプレスを用いて焼結することで１×１０９Ω・ｃｍ以下となることが記載されている。
【０００８】
また、特許文献４には、酸化イットリウムにＴｉＯ２−ｘ（０＜ｘ＜２）を１〜１５ｗｔ％添加し、大気焼成後に不活性還元処理や雰囲気焼成あるいはＨＩＰ処理を行うことで１０５〜１０１４Ω・ｃｍとなることが記載されている。
【０００９】
特許文献５には、酸化イットリウムに金属イットリウム、炭素、窒化イットリウム、炭化イットリウムの何れか一種を０．５〜１０ｗｔ％添加し、不活性加圧雰囲気焼成を行い１０-２〜１０１０Ω・ｃｍとなることが記載されている。
【００１０】
特許文献６には、酸化イットリウムにランタノイド酸化物を５質量％以下添加してなる耐蝕性部材の製造方法が記載されている。
【００１１】
一方、本出願人は、酸化イットリウム粉末に対し焼結助剤としてホウ素化合物を添加することにより、１４００〜１５００℃で焼成し、緻密体が得られることを開示している。（特許文献７）
【特許文献１】特開平１０−１８９６９７号公報
【特許文献２】特開２００７−１７３５９６号公報
【特許文献３】特開２００６−０６９８４３号公報
【特許文献４】特開２００１−０８９２２９号公報
【特許文献５】特開２００５−２０６４０２号公報
【特許文献６】特開２００５−３３５９９１号公報
【特許文献７】特開２００７−４５７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１〜３の製法は体積抵抗率の低い酸化イットリウムが得られるが、工程が繁雑であり、特別な設備が必要となる。特許文献４の製法では、残留炭素の影響を考慮するため、酸素過剰の雰囲気での焼成が好ましく、作製には煩雑な工程が必要となり、コスト高となってしまう。
【００１３】
本発明の態様は、大気雰囲気中の焼成により簡便に作製できるセラミック誘電体を備えた、耐プラズマ性が良好で、ジョンセン・ラーベック力を利用した吸着力の強い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】
【００１４】
前記課題を解決するために本発明の一実施形態に係る静電チャックは、酸化イットリウムを主成分とし、焼成により得られるセラミック材料において、副成分として主成分とは異なる希土類元素酸化物を含有し、体積抵抗率が室温において１×１０８Ωｃｍ以上、１×１０１4Ωｃｍ未満であるセラミック誘電体を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の好ましい形態においては、前記セラミック誘電体において、副成分である希土類元素酸化物として酸化テレビウムと酸化プラセオジウムのうち少なくとも1種以上を含有したものが好ましい。
【００１６】
また、本発明の好ましい形態においては、前記セラミック誘電体において、前記副成分の含有量が５〜６０重量％であることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明の好ましい形態においては、前記セラミック誘電体において、このセラミック材料中にホウ素と希土類との化合物M3BO6（Ｍ＝希土類元素）を含むものとしてもよい。
【００１８】
また、本発明の好ましい形態においては、前記セラミック誘電体は、大気雰囲気中での焼成によって得られることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の態様によれば、大気雰囲気中の焼成により簡便に作製できるセラミック誘電体を備えた、耐プラズマ性が良好で、ジョンセン・ラーベック力を利用した吸着力の強い静電チャックを提供することが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】
【００２０】
本件で使用する語句の説明を以下に行う。
【００２１】
（セラミック材料）
本発明におけるセラミック材料とは、酸化イットリウム粉末の焼成により得られるセラミック材料である。酸化イットリウムを主成分とするとは、セラミック材料を構成する金属元素のうち主たる部分を占めるものがイットリウム元素であることを指す。
【００２２】
（開気孔率）
本発明における開気孔率とは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｒ１６３４）に示される測定方法を用い、試料の外形容積を１とした場合、この中に占める開気孔部分の容積を百分比で表したものである。
【００２３】
（密度）
本発明における密度とは、見かけ密度をさす。具体的には、試料の質量を外容積から開気孔を除いた容積で除した値であり、アルキメデス法により測定を行った。
【００２４】
（アルキメデス法）
本発明におけるアルキメデス法とは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｒ１６３４）に示される密度測定方法である。飽水方法は真空法、媒液には蒸留水を用いて測定を行った。気孔率の算出方法もＪＩＳ  Ｒ１６３４に従って行った。
【００２５】
（体積抵抗率）
本発明における体積抵抗率とは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｃ２１４１）に示される試験材料の電気抵抗を単位体積当りに換算した値である。室温（２５℃）における体積抵抗率を三端子法を用いて測定した。
【００２６】
絶縁体である酸化イットリウム焼結体に導電性を付与するには、導電性を示すセラミックの添加が有効であることは良く知られている。一般に、ＳｉＣやＴｉＯ２−ｘ（０＜ｘ＜２）を添加すると体積抵抗率が低下するが、この場合にはＨＩＰ処理、不活性還元雰囲気での焼成等が必要となり、製作時間を要さなければならず、またコスト高となってしまう。
【００２７】
本発明の一実施形態の静電チャックでは、酸化イットリウムを主成分とし、焼成により得られるセラミック材料において、副成分として主成分とは異なる希土類元素酸化物を含有し、体積抵抗率が室温において１×１０８Ωｃｍ以上、１×１０１4Ωｃｍ未満であるセラミック誘電体を備えたことを特徴とする。
【００２８】
セラミック誘電体を、耐プラズマ性の良好な酸化イットリウムと希土類酸化物で構成することにより、耐プラズマ性の優れた静電チャックを提供できる。ここで、希土類元素酸化物とは、元素周期律表の３ａ族元素の酸化物をさす。
【００２９】
さらに、セラミック誘電体の体積抵抗率を、室温において１×１０８Ωｃｍ以上、１×１０１4Ωｃｍ未満にすることで、吸着力の強いジョンセン・ラーベック力を利用した静電チャックを作製することができる。
【００３０】
本発明の好ましい形態においては、前記セラミック誘電体において、副成分である希土類元素酸化物として酸化テレビウムと酸化プラセオジウムのうち少なくとも1種以上を含有したものが好ましい。これらの希土類元素酸化物を添加することにより、酸化イットリウムに導電性を付与することができる。
【００３１】
また、前記セラミック誘電体において、前記副成分希土類酸化物の含有量が５〜６０重量％であることが好ましい。副成分希土類酸化物の含有量を５重量％以上にすることで、体積抵抗率が１×１０１４Ω・ｃｍ未満になり、ジョンセン・ラーベック力を利用した静電チャックとして利用できるようになる。また、６０重量％以下とすることで、安定した焼結体の作製が可能となる。
【００３２】
さらに、より好ましい形態においては、前記セラミック誘電体において、このセラミック材料中にホウ素と希土類との化合物M3BO6（Ｍ＝希土類元素）を含むものとしてもよい。  
【００３３】
前記Ｍ３ＢＯ６（Ｍ＝希土類元素）を生成するホウ素化合物としては、酸化ホウ素、ほう酸に限らず、窒化ホウ素、炭化ホウ素、ＹＢＯ３、Ｙ３ＢＯ６等のホウ素化合物が利用可能であり、中でも酸化ホウ素、ホウ酸、ＹＢＯ３が好適に利用できる。
【００３４】
前記ホウ素化合物を用いることにより、酸化イットリウムの大気焼成温度を１５５０℃以下に下げることが可能となる。この低温焼成により、ＳｉＣ発熱体やカンタル発熱体を有する電気炉での焼成が可能となり、簡便に焼結体を作製することができる。
【００３５】
さらに、前記ホウ素化合物を用いることにより、気孔の少ない酸化イットリウム焼結体を得ることができ、静電チャックに用いた場合、絶縁破壊が起こりにくくなる。
【００３６】
また本発明の一実施形態にかかるセラミック誘電体は大気雰囲気中で焼成によって得られることを特徴とする。これまでのようなホットプレスや不活性加圧雰囲気焼成などの特別の設備を必要とせず、簡単な大気焼成炉で作製することができる。
【００３７】
（混合・原料粉末）
原料の混合方法は、ボールミルのようなセラミックスの製造工程に利用される一般的な方法が利用できる。酸化イットリウム原料粉末の粒子径に制限はないが、平均１０μｍ以下が好ましく、より好ましくは２μｍ以下が好ましい。下限値の制限はないが、成形性の低下があることから、０．１μｍ以上が好ましい。希土類酸化物原料粉末の粒子径においても制限はないが、平均１０μｍ以下が好ましく、より好ましくは２μｍ以下が好ましい。下限値の制限はないが、成形性の低下があることから、０．１μｍ以上が好ましい。ボールミルのような粉砕工程を伴う混合方法は、粒子径を細かくするだけでなく粗大粒子を粉砕する効果があり、均質で微細な粒子からなるセラミック部材を得るには好ましい。
【００３８】
（成形）
本発明の一実施形態における成形方法は、造粒した粉末をプレス成形やＣＩＰなどの乾式成形方法により成形体を得ることができる。乾式成形の場合、バインダーを加えてスプレードライヤーなどを利用し、顆粒にし利用できる。また、押し出し成形、射出成形、鋳込み成形、シート成形などの湿式成形法も利用できる。
【００３９】
（焼成）
本発明の一実施形態において、成形体は、乾燥後に適当な温度で脱脂作業を行う。脱脂工程は焼成工程と連続して行うことも可能である。焼成温度は酸化ホウ素を含有しない場合においては１６００〜１８００℃の焼成が必要である。焼結助剤を含有する場合には１２００〜１５５０℃、好ましくは１４００〜１５００℃である。焼成は大気雰囲気で、ＳｉＣ発熱体やカンタル発熱体を有する電気炉での焼成が可能である。  
【００４０】
焼結性を高めるために、セラミック部材中にホウ素化合物を入れた場合には、焼成中にホウ素化合物が蒸散しやすいことから、マッフル等を施し焼成することが好ましい。ホウ素化合物は焼成の過程でＭ３ＢＯ６（Ｍ＝Ｙ、Ｔｂ、Ｐｒ）を形成し、１１００〜１６００℃の温度で液相を形成し焼結を促進する。
【００４１】
（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。
【００４２】
（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、アルミナや酸化イットリウム等のセラミックを用いることが好ましい。
【００４３】
（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。
【００４４】
前記セラミック誘電体の体積抵抗を室温において１×１０８Ωｃｍ以上、１×１０１4Ωｃｍ未満にすることにより、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。
【００４５】
また、本発明の一実施形態によるセラミック誘電体は、大気雰囲気中での焼成によって得られることを特徴とする。
（実施例）
【００４６】
原料として酸化イットリウム粉末（平均粒子径約１μｍ）、酸化テレビウム粉末、酸化プラセオジウム粉末、及び酸化ホウ素(試薬級)を用意し、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、大気雰囲気中で焼成した。焼成温度は酸化ホウ素を含有しない場合には１６５０〜１８００℃、含有する場合には１３００〜１５５０℃とした。得られたセラミック誘電体の開気孔率および体積抵抗率を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2009152570.tif 000002
【００４８】
実施例１〜７では、体積抵抗率が１×１０８Ωｃｍ以上、１×１０１4Ωｃｍ未満と、ジョンセン・ラーベック力を利用した静電チャックに適したセラミック誘電体が得られた。さらに開気孔率も１％未満と緻密で、絶縁破壊が起こりにくいセラミック誘電体が得られた。
【００４９】
さらに、表面をラップしたサンプルにプラズマを照射し、浸食深さや表面粗さ（Ｒａ）の変化を測定した。プラズマ照射は、ドライエッチング装置（ＤＥＡ−５０６／アネルバ社製）を用い、腐食ガスとしてＣＦ4（４０ｓｃｃｍ）＋Ｏ2（１０ｓｃｃｍ）、マイクロ波出力１ｋＷ、周波数：１３．５６ＭＨｚ、照射時間３０時間で行なった。表２は各試料とエッチング速度の関係である。本発明のセラミック誘電体は高純度アルミナに比較して非常にエッチング速度が遅く、優れた耐プラズマ特性を有することが明らかとなった。
【００５０】
【表２】
2009152570.tif 000003
【００５１】
比較例１、２は、酸化テレビウムを１および２．５重量％添加したものである。体積抵抗率は１×１０１４Ωｃｍ以上で、ジョンセン・ラーベック力を利用した静電チャックには使用できない。
【００５２】
比較例３、４は、酸化セリウムを５および１０重量％添加したものである。体積抵抗率は１×１０１４Ωｃｍ以上で、ジョンセン・ラーベック力を利用した静電チャックには使用できない。
【００５３】
酸化セリウム添加の結果より、価数の異なる希土類元素酸化物同士の組み合わせが導電性を発現するのではなく、添加する希土類元素酸化物の種類とその量に適切な条件があることが確認された。
【００５４】
以上の結果より、酸化イットリウムを主成分として酸化テレビウムと酸化プラセオジウムのうち少なくとも1種以上を含有することにより、大気雰囲気中の焼成により簡便にセラミック誘電体が作製でき、耐プラズマ性が良好で、ジョンセン・ラーベック力を利用した吸着力の強い静電チャックを提供できるようになる。