(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被吸着物を静電的に吸着する吸着面を有するチャック本体と、前記吸着面に電圧を印加するための電極を備えた静電チャックであって、
前記チャック本体は、ＭｇＯを主成分とし、ＴｉＣが添加されかつＣo3Ｏ4，Ｃr2Ｏ3の中から選択された１種以上の酸化物またはＮｉＯが固溶したセラミックスで、使用温度域において電気伝導性を有し、前記電極に電圧を印加した状態において前記吸着面に帯電分極が誘起されることによりジョンセン・ラーベック力に基く吸着力が生じるセラミックスからなることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記チャック本体が金属部材に固定されていることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体の製造プロセスにおいてウエハー等のワークを保持するのに適した静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワークを所定位置に保持するための手段として、機械式チャックや減圧吸引式チャックあるいは静電式チャックなどが知られている。例えば半導体の製造プロセスにおいて、ウエハーを所定位置に保持するために、静電力を利用した静電チャックが使用されることがある。静電チャックの材料として、所望の静電力を保つためにセラミックス等の電気絶縁体が使用されている。例えば特開平１１−２６０５３４号公報に記載されているように、主にアルミナ（Ａl2Ｏ3）、あるいは窒化アルミニウム（ＡlＮ）系のセラミックス材料を用いた焼結静電チャックが知られている。
【０００３】
半導体製造プロセスのように、マイナス数十℃からプラス数百℃という広範囲な雰囲気温度に静電チャックがさらされる場合、特に低温領域において、純粋なアルミナ、あるいは窒化アルミニウムでは、必要とされる静電吸着力が充分に得られない。このためアルミナや窒化アルミニウムに各種の酸化物、窒化物、炭化物などを微量添加し、セラミックスの組成を調整することで、静電チャックとして使用可能な電気抵抗率（１×１０8〜１×１０12Ω・cm）を得ている。また、上記焼結静電チャックの他に、上記セラミックス材料を金属基体上に溶射した静電チャック（溶射静電チャック）も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体製造プロセスにおいては、主にフッ化物プラズマガス中などの腐食環境に静電チャックがさらされることがある。この場合、静電チャックの表面が腐食され、結晶粒が脱落することでウエハーの汚染や損傷が生じる。
【０００５】
また静電チャックは、金属製の基体に、ろう付けやはんだ付け、接着、機械的締結などによって固定されるのが通例である。しかし金属基体と従来のセラミックス静電チャックとでは熱膨張係数が互いに大きく異なっている。例えばアルミナ系セラミックスの熱膨張係数は８×１０−６／℃程度、窒化アルミニウム系セラミックスの熱膨張係数は４×１０−６／℃程度であるのに対し、アルミニウム合金からなる金属基体の熱膨張係数は、２０×１０−６／℃程度と大きな値である。
【０００６】
このため、半導体の製造プロセス中の急激な温度変化によってセラミックス静電チャックと金属基体との間に大きな熱膨張差が生じる。この熱膨張差によって静電チャックが変形したり、セラミックスと金属基体との接合部に剥離や破壊が生じることがあるなど、半導体の製造プロセスに支障をきたす。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を果たすための本発明は、半導体ウエハー等の被吸着物を静電的に吸着する吸着面を有するチャック本体と、前記吸着面に電圧を印加するための電極とを備えた静電チャックであって、前記チャック本体は、ＭｇＯを主成分とし、ＴｉＣが添加されかつＣo3Ｏ4，Ｃr2Ｏ3の中から選択された１種以上の酸化物またはＮｉＯが固溶したセラミックスで、使用温度域において電気伝導性を有し、前記電極に電圧を印加した状態において前記吸着面に帯電分極が誘起されることによりジョンセン・ラーベック力に基く吸着力が生じるセラミックスからなることを特徴とする。このＭｇＯを主成分とするセラミックスは、半導体製造プロセスなどで用いられるフッ化物雰囲気に対して優れた耐腐食性を有する。またＭｇＯを主成分とするセラミックスは、金属と熱膨張係数が近いため、金属部材と結合された場合に両者の熱膨張差が低減する。
【０００８】
本発明では、静電チャックの使用温度域において、静電チャックに望まれる電気抵抗率（１×１０8〜１×１０12Ω・cm）が得られるように、ＭｇＯに１．５％未満の炭化物（例えばＴｉＣ）を添加したセラミックスを用いてもよい。ＴｉＣは電気伝導性を有する材料であるため、ＴｉＣを添加することによって、静電チャックの電気抵抗率を使用温度域に応じた値に調整することができる。ただし、ＴｉＣを１．５％以上添加するとセラミックスの焼結密度の低下をまねくため好ましくない。
【０００９】
本発明では、静電チャックの使用温度域において、静電チャックに望まれる電気抵抗率が得られるように、ＭｇＯに５％未満の遷移金属の酸化物を添加したセラミックスを用いてもよい。ここで言う酸化物は、二酸化チタン（ＴiＯ2）、二酸化ジルコニウム（ＺrＯ2）、五酸化二バナジウム（Ｖ2Ｏ5）、五酸化二ニオブ（Ｎb2Ｏ5）、五酸化二タンタル（Ｔa2Ｏ5）、四酸化三コバルト（Ｃo3Ｏ4）、三酸化二クロム（Ｃr2Ｏ3）などが挙げられる。
【００１０】
ＴiＯ2，ＺrＯ2，Ｖ2Ｏ5，Ｎb2Ｏ5，Ｔa2Ｏ5，Ｃo3Ｏ4，Ｃr2Ｏ3は、ＭｇＯと反応し、固溶して電子的欠陥を生じさせることにより、セラミックスの電気伝導性を増加させる。したがってこれらの酸化物をＭｇＯに添加することにより、静電チャックの電気抵抗率を使用温度域に応じた値に調整することができる。ただし５％以上添加するとセラミックスの焼結密度を低下させることになり、また耐腐食性も低下するため好ましくない。
【００１１】
さらに本発明では、静電チャックの使用温度域において、静電チャックに望まれる電気抵抗率が得られるように、ＭｇＯに１５％未満のＮｉＯを添加してもよい。ＮiＯもＭｇＯに固溶してセラミックスの電気伝導性を増加させる効果がある。したがってＮiＯをＭｇＯに添加することにより、静電チャックの電気抵抗率を使用温度域に応じた値に調整することができる。ただしＮiＯを１５％以上添加すると、セラミックスの焼結密度を低下させることになり、また耐食性も低下するため好ましくない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態について、図１を参照して説明する。
図１に示された静電チャック１０は、例えば半導体の製造プロセスにおいて、半導体ウエハー１１を静電力によって吸着し、所定位置に保持するために使用される。この静電チャック１０は、気密を維持できるチャンバ１２の内部に収容されている。チャンバ１２の内部は、必要に応じて減圧雰囲気あるいは特定ガスの雰囲気に保つことができるようになっている。
【００１３】
この静電チャック１０は、ウエハー１１を静電的に吸着するための平坦な吸着面２０を有するセラミックス２１ａからなるチャック本体２１と、吸着面２０に静電圧を印加するための電極２２と、ウエハー１１およびチャック本体２１を熱伝導によって加熱する電熱部材からなるヒータ２３と、チャック本体２１に固定された金属部材の一例としての金属基体２４等を備えている。図示例の電極２２は単極形であるが、双極形の電極が採用されてもよい。電極２２はチャック本体２１に埋設されている。
【００１４】
金属基体２４は例えばアルミニウム合金等の金属からなる。この基体２４とチャック本体２１は、たとえばろう付け、はんだ付け、接着あるいはボルト等の機械的締結などによって互いに固定されている。この図示例の場合、ヒータ２３は基体２４に埋設されている。ただし、ヒータ２３をチャック本体２１に埋設してもよいし、あるいはチャック本体２１および基体２４とは別に構成されたヒータをチャック本体２１などに取付けてもよい。
【００１５】
電極２２は直流電源３０に接続されており、電極２２に正負いずれかの電圧を印加できるようになっている。ヒータ２３にはヒータ用電源３１が接続されており、ヒータ２３に通電することにより、静電チャック１０とウエハー１１を加熱できるようになっている。
【００１６】
チャック本体２１はＭgＯを主成分とする例えば円盤形のセラミックス２１ａからなる。このセラミックス２１ａは、静電チャック１０の使用温度域において電極２２から吸着面２０にわたって電気伝導性を有するようにその組成が調整されている。
【００１７】
表１に、いくつかの実施例の構成（化学組成）と抵抗率および使用温度を示した。表１に示されるように、微量な窒化物あるいは酸化物からなる添加物を含有することで、マイナス数十℃〜プラス数百℃といった広範な温度領域において、純粋なＭgＯよりも電気抵抗率を小さな値にすることができる。
【００１８】
表１に示されるように、５００℃前後の高い温度域であれば、実質的にＭｇＯのみからなるセラミックスでも、静電チャックとして使用可能な電気伝導性と吸着力が得られるようになる。使用温度が２００℃前後の場合は、ＭｇＯにＮｉＯを添加したセラミックスが適している。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
静電チャック１０の吸着面２０の所定位置にウエハー１１を乗せ、直流電源３０によって電極２２に電圧を印加する。この静電電圧により、吸着面２０とこの吸着面２０が対向するウエハー１１との間に分極による吸引力が生じることで、ウエハー１１が吸着面２０に静電力によって吸着される。さらにこの静電電圧により、吸着面２０の微小な凹凸に帯電分極が誘起されるため、これらの微小凹凸において、いわゆるジョンセン・ラーベック（Johnsen‐Rahbek）力に基く吸着力が生じる。このジョンセン・ラーベック力によって、従来の絶縁体セラミックスを用いた静電チャック（主としてクーロン力によるもの）よりも強い吸着力を得ることが可能となる。
【００２１】
ジョンセン・ラーベック力は、吸着面２０の微小な凹凸に生じた帯電分極による静電力であるため、電圧を除くと瞬時に分極が解消される。このため電源３０を断ったときに短時間で吸着力が解消し、ウエハー１１が吸着面２０に貼りついたままになることがない。このジョンセン・ラーベック力とクーロン力とが協働することにより、強力な静電吸着力が得られ、しかも電源３０をオフにしたときにウエハー１１が速やかに解放されることになる。
【００２２】
必要に応じてヒータ用電源３１によってヒータ２３に通電し、静電チャック１０および半導体ウエハー１１を加熱する。従来のアルミナ系セラミックスや窒化アルミニウム系セラミックスからなる静電チャックの場合、金属基体とセラミックスの熱膨張差によって両者の接合面が剥離したり、静電チャックが変形あるいは破損することがあった。
【００２３】
本発明のＭgＯを主成分とするセラミックス２１ａを用いた静電チャック１０は、ＭgＯの熱膨張係数（１３×１０−６／℃）がアルミニウム合金等の金属の熱膨張係数に近い。このため、温度変化が大きくても、チャック本体２１と金属基体２４との熱膨張差による変形が少なく、両者の接合面に剥離や破壊が生じることを回避できる。
【００２４】
ＭgＯを主成分とするセラミックス２１ａは、半導体の製造プロセス中で使用される腐食雰囲気（主にフッ化物プラズマガス）にさらされた場合でも、これらの腐食環境に対する耐食性に優れている。このため、静電チャック１０の表面が腐食されて結晶粒子が脱落したり、結晶粒子の脱落によるウエハー１１の汚染や損傷も回避でき、ウエハー１１の品質が向上する。
【００２５】
なお、この発明を実施するに当たって、被吸着物はウエハーに制約されることはなく、また、チャック本体や吸着面、電極、金属基体など、この発明の構成要素をこの発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施できることは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、主成分がＭgＯからなりかつ使用温度域で電気伝導性を有するセラミックスを使用したことで、例えば半導体ウエハーの製造プロセスで用いるフッ化物等の腐食環境に対して良好な耐食性を発揮できる。また、主成分がＭgＯからなるセラミックスの熱膨張係数は金属の熱膨張係数と近いため、このセラミックスに固定される金属部材との熱膨張差を少なくすることができる。そしてジョンセン・ラーベック力を利用できることにより、例えば半導体ウエハーの製造プロセスで適用される広い温度域において大きな吸着力を発揮することができる。
【００２７】
この発明によれば、ＭｇＯにＴｉＣを添加することによって、使用温度域に応じた電気抵抗率が得られる。
また、ＭｇＯに遷移金属の酸化物を添加することによって、広い使用温度域に応じた電気抵抗率が得られる。
【００２８】
また、ＭｇＯにＮｉＯを添加することによって、使用温度域に応じた電気抵抗率が得られる。
請求項２に記載した発明によれば、金属部材とセラミックス製のチャック本体とを有する静電チャックにおいて、熱膨張差によって静電チャックが変形したりセラミックスと金属部材との界面が剥離あるいは破損するなどの不具合を回避でき、耐久性に優れた静電チャックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の静電チャックを示す断面図。
【符号の説明】
１０…静電チャック
１１…半導体ウエハー
２０…吸着面
２１…チャック本体
２１ａ…セラミックス
２２…電極
２３…ヒータ
２４…金属基体（金属部材）
３０…電源
【図１】
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