JP2000143349A

JP2000143349A - 窒化アルミニウム質焼結体およびそれを用いた静電チャック

Info

Publication number: JP2000143349A
Application number: JP10312598A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Aida; 比呂史会田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1998-11-02
Publication date: 2000-05-23
Anticipated expiration: 2018-11-02
Also published as: JP3663306B2

Abstract

(57)【要約】【課題】０〜５０℃における体積固有抵抗値が１０⁸〜
１０¹²Ω・ｃｍであり、２００℃以下の温度においてジ
ョンソン・ラーベック力による高い吸着力が得られる窒
化アルミニウム質焼結体およびそれを用いた静電チャッ
クを提供する。【解決手段】窒化アルミニウムを主成分とし、窒化チタ
ンを１０〜３０モル％と、セリウムを酸化物（Ｃｅ
Ｏ₂）換算で５〜２０モル％と、全酸素量からＣｅにＣ
ｅＯ₂として結合している酸素量を差し引いた残りの酸
素量をＡｌ₂Ｏ₃換算して０．３〜１０モル％との割合
で含有してなる窒化アルミニウム質セラミック焼結体を
静電チャック１として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性、耐食
性、耐プラズマ性に優れた抵抗体、主に半導体装置や液
晶基板などの製造工程において、半導体ウエハやガラス
基板などの被固定物を保持し、特に、被固定物を静電気
力によって吸着保持する静電チャック等に使用される、
高い静電気力を有する窒化アルミニウム質焼結体とそれ
を用いた静電チャックに関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、半導体製造工程において、半導体ウ
エハ（以下、ウエハと称す。）に微細加工を施すための
エッチング工程や、薄膜を形成するための成膜工程、あ
るいはフォトレジストを行うための露光処理工程等にお
いては、ウエハを保持するために静電チャックが使用さ
れている。

【０００３】この種の静電チャックとしては、静電吸着
用の電極板上にアルミナ、サファイアなどからなる誘電
体層を形成したもの（特開昭６０−２６１３７７号公
報）や、絶縁基体の上に静電吸着用電極を形成し、その
上に誘電体層を形成したもの（特開平４−３４９５３号
公報）、さらには誘電体材料からなる基体の内部に静電
吸着用電極を埋設したもの（特開昭６２−９４９５３号
公報）等誘電体層の上面を吸着面としたものが提案され
ている。

【０００４】上記構造の静電チャックにおいては、吸着
面にウエハを載置して静電吸着用電極とウエハとの間に
電圧を印加することで誘電分極によるクーロン力やジョ
ンソン・ラーベック力等の静電気力を発現させてウエハ
を吸着保持するものである。また、静電吸着用電極を複
数個に分割し、各電極間に電圧を印加することにより吸
着面に載置したウエハを吸着保持する双極型の構造の静
電チャックも提案されている。

【０００５】一方、近年、半導体素子における集積回路
の集積度が向上し、半導体製造工程に過酷な条件が負荷
されるに伴って、吸着面を構成する誘電体層には、ウエ
ハの脱着に対する耐摩耗性と、各種処理工程で使用され
る腐食性ガスに対する耐食性に加え、耐プラズマ性に優
れるとともに、高い熱伝導率を有する材料が望まれるよ
うになり、このような材料として高純度の窒化アルミニ
ウム質焼結体や、焼結助剤として主にＹ₂Ｏ₃やＥｒ₂
Ｏ₃を含有した窒化アルミニウム質焼結体を用いること
が提案されている。

【０００６】ウエハを吸着させる静電気力には、前述し
たように、クーロン力とジョンソン・ラーベック力の２
種類があり、クーロン力は、誘電体層を構成する材質の
誘電率に依存し、ジョンソン・ラーベック力は、誘電体
層を構成する材質の体積固有抵抗値に依存する。具体的
には、誘電体層の体積固有抵抗値が１０¹⁵Ω・ｃｍより
大きい時の吸着力はクーロン力により支配され、誘電体
層の体積固有抵抗値が低下するにしたがってジョンソン
・ラーベック力が発現し、誘電体層の体積固有抵抗値が
１０¹²Ω・ｃｍ未満となると吸着力はクーロン力に比べ
て大きな吸着力が得られるジョンソン・ラーベック力に
より支配されることが知られている。

【０００７】上記高純度の窒化アルミニウム質焼結体や
焼結助剤として主にＹ₂Ｏ₃やＥｒ₂Ｏ₃を含有した窒
化アルミニウム質焼結体は、２５０℃以上の高温下にお
いては高い吸着力が得られるものの、２００℃以下の温
度下で行われる成膜工程や露光処理工程、あるいはエッ
チング工程などでは十分な吸着力が得られないといった
課題があった。

【０００８】すなわち、上記窒化アルミニウム質焼結体
の体積固有抵抗値は温度が上昇するに伴って低下し、３
００℃以上の温度下では１０¹¹Ω・ｃｍ程度であること
からジョンソン・ラーベック力による高い吸着力が得ら
れるものの、２００℃以下の温度下では１０¹⁶Ω・ｃｍ
以上と絶縁性が高いためにクーロン力による吸着力しか
得られず、また、誘電率もそれほど高くないことからク
ーロン力による吸着力も小さく、十分な吸着力を得るこ
とができなかった。

【０００９】そのため、歪みをもったウエハを吸着した
時には、静電チャックの吸着力が小さいためにウエハの
全面を吸着面に当接させることができず、成膜面でのウ
エハの平坦化さらには均熱化等が損なわれ、成膜工程で
はウエハ上に均一な厚みをもった薄膜を形成することが
できず、露光処理工程やエッチング工程では精度の高い
処理を施すことができないといった課題があり、高温下
でしか使用できなかった。

【００１０】そこで、本出願人は、特開平１０−１５４
７４６号において、窒化アルミニウムに窒化チタンを１
０〜３０モル％と、ＣｅをＣｅＯ₂換算で２〜１０モル
％の範囲で含有させることにより、２００℃以下での体
積固有抵抗値をジョンソン・ラーベック力を発現させる
ことができる抵抗値にまで小さくできることを提案し
た。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−１５４７４６によれば、２００℃以下での体積固
有抵抗値をジョンソン・ラーベック力を発現させること
ができる抵抗値にまで小さくできるものの、ＡｌＮまた
はＡｌ₂Ｏ₃と、ＣｅＯ₂から焼成により形成されるＣ
ｅＡｌＯ₃の含有割合が少ないため、焼結体中に存在す
る導電性の高い物質間を焼結により接触させるためには
多量の液相の生成が必要であった。

【００１２】しかも、焼成温度が高いために、多量の液
相成分が生成し、それが固化するに伴って焼結体中にボ
イドが発生した。これにより、焼結体の強度が著しく低
下するとともに、耐食性および耐磨耗性が低下するとい
う問題があった。

【００１３】さらに、焼結体中での導電性を示す物質間
の接続が不充分であったり、ボイドが生成するために部
分的な偏りが生じ、焼結体として安定した抵抗値を得る
ことが難しかった。

【００１４】そのため、ボイドのない焼結体を得るため
には組成や焼成条件を制御する必要があるが、焼成可能
な温度領域が狭く、安定した特性の焼結体を再現性良く
得ることができないという問題があった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は、上
記課題に対し、窒化アルミニウム質焼結体について、２
００℃以下の低温領域における吸着力を高める組成につ
いて検討を重ねた結果、焼結体中にＴｉＮを特定範囲で
含有させるとともに、原料中のＣｅＯ₂およびＡｌ₂Ｏ
₃の添加量を増やすことにより、焼結体中にＣｅＡｌＯ
₃相の析出量を増加させ、焼結体中に存在する導電性の
高いＴｉＮ相、ＣｅＡｌＯ₃相間の接触点を増加させる
ことができることから、比較的低い温度での焼成が可能
であるとともに、安定した抵抗特性を有する焼結体の作
製が可能となることを知見した。

【００１６】即ち、本発明の窒化アルミニウム質焼結体
は、窒化アルミニウムを主成分とし、窒化チタンを１０
〜３０モル％と、セリウムを酸化物（ＣｅＯ₂）換算で
５〜２０モル％と、全酸素量からＣｅにＣｅＯ₂として
結合している酸素量を差し引いた残りの酸素量をＡｌ₂
Ｏ₃換算して０．３〜１０モル％との割合で含有してな
ることを特徴とするものである。

【００１７】また、本発明の静電チャックは、被固定物
を静電気力によって吸着保持するものであって、被固定
物を吸着保持する吸着面を、窒化アルミニウムを主成分
とし、窒化チタンを１０〜３０モル％と、セリウムを酸
化物（ＣｅＯ₂）換算で５〜２０モル％と、全酸素量か
らＣｅにＣｅＯ₂として結合している酸素量を差し引い
た残りの酸素量をＡｌ₂Ｏ₃換算して０．３〜１０モル
％との割合で含有してなる窒化アルミニウム質焼結体に
より形成したことを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】窒化チタンは、絶縁材料である窒化アルミニウ
ム粒子の粒界に存在し、焼結体の抵抗値を下げる効果を
示す。窒化アルミニウム質焼結体中に特定量の窒化チタ
ンを含有させることにより、焼結体の体積固有抵抗値を
所望の範囲に制御することができる。

【００１９】また、セリウム（Ｃｅ）は難焼結材である
窒化アルミニウムの焼結性を高めるために加える焼結助
剤成分であるが、セリウム（Ｃｅ）は焼成により窒化ア
ルミニウムまたはアルミナと化１または化２のように反
応し、粒界にＣｅＡｌＯ₃相として存在する。

【００２０】

【化１】

【００２１】

【化２】

【００２２】セリウム（Ｃｅ）は酸化物を構成する場
合、その価数は通常４価であるが、ＣｅＡｌＯ₃相を構
成する際には３価と価数変化する結果、結晶中に空孔が
生成し導電性を示す。

【００２３】そして、絶縁材料である窒化アルミニウム
粒子間、すなわち粒界に、これらの導電性を示すＴｉＮ
相およびＣｅＡｌＯ₃相を連続的に存在させることによ
り、粒界を介して導通を図ることができ、窒化アルミニ
ウム質焼結体の抵抗値を下げることができる。

【００２４】本発明によれば、原料中のＣｅＯ₂および
Ａｌ₂Ｏ₃の添加量を増し、焼結体中にＣｅＡｌＯ₃相
の含有量を増加させるとともに、焼結体中にＴｉＮを特
定範囲で含有させることにより、焼結体中に存在する導
電性の高いＴｉＮ結晶相、ＣｅＡｌＯ₃結晶相間の接触
点を増加させることができる。これにより、安定した抵
抗特性を有する焼結体の作製が可能となる。

【００２５】本発明によれば、ＣｅＡｌＯ₃を生成せし
めるために必要なＡｌ₂Ｏ₃よりも過剰のＡｌ₂Ｏ₃を
含有せしめることから、液相生成が可能となり、磁器の
焼成温度を低下させることができる。また、導電粒子が
多いために、導電粒子間を結合させるための液相量が少
なくてすみ、多量の液相の生成および固化がないことか
ら、ボイドの発生を抑制することができ、焼結体の強
度、耐食性および耐磨耗性を高めることができる。

【００２６】さらに、ＣｅＡｌＯ₃相を粒界に介在させ
ることで温度変化に対する抵抗値の変化率を小さくでき
る（抵抗温度係数が小さい）といった効果も有すること
から、広範囲の温度領域において使用可能な静電チャッ
クを提供することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の窒化アルミニウム質抵抗
体は、窒化アルミニウムを主成分とし、窒化チタンを１
０〜３０モル％と、セリウムを酸化物（ＣｅＯ₂）換算
で５〜２０モル％と、全酸素量からＣｅにＣｅＯ₂とし
て結合している酸素量を差し引いた残りの酸素量をＡｌ
₂Ｏ₃換算して０．３〜１０モル％との割合で含有して
なるものである。

【００２８】−５０℃〜２００℃の温度域でジョンソン
・ラーベック力による吸着力を得るためには、０℃から
５０℃の温度域における体積固有抵抗値が１０⁸〜１０
¹²Ω・ｃｍであることが必要であり、焼結体中の各元素
を上記の含有割合とすることにより、０℃から５０℃の
温度域における体積固有抵抗値を１０⁸〜１０¹²Ω・ｃ
ｍ、特に１０⁹〜１０¹¹Ω・ｃｍとすることができ、ジ
ョンソン・ラーベック力による吸着力を得ることができ
るため、かかる焼結体の吸着力が飛躍的に向上する。

【００２９】即ち、窒化チタンの含有量が上記範囲から
逸脱すると、焼結体の体積固有抵抗値を１０⁸〜１０¹²
Ω・ｃｍの範囲に制御することができない。窒化チタン
の含有量としては、特に、１５〜２５モル％が望まし
い。また、セリウム（Ｃｅ）の含有量が酸化物（ＣｅＯ
₂）換算で５モル％未満であると、粒界に生成されるＣ
ｅＡｌＯ₃相の量が少なくなり、前述したとおり、焼結
体の体積固有抵抗値の再現性が悪くなる。逆に２０モル
％より多いと、ＣｅＡｌＯ₃の生成量が多いのため、焼
結体の強度および熱伝導率等が低下する。含有されるセ
リウム（Ｃｅ）の酸化物（ＣｅＯ₂）換算量としては、
特に、８〜１５モル％が望ましい。

【００３０】さらに、全酸素量からＣｅにＣｅＯ₂とし
て結合している酸素量を差し引いた残りの酸素量がＡｌ
₂Ｏ₃換算して０．３モル％よりも少ないと、液相量が
少なくなり、導電粒子の結合状態が悪いために抵抗が高
くなり、目標の特性が得られず、また、逆に全酸素量か
らＣｅにＣｅＯ₂として結合している酸素量を差し引い
た残りの酸素量がＡｌ₂Ｏ₃換算して１０モル％よりも
多いと、液相量が多くなりすぎて液相の固化収縮による
ボイドの発生が顕著となる。前記酸素量のＡｌ₂Ｏ₃換
算量としては、特に３〜７モル％が望ましい。

【００３１】なお、窒化アルミニウムの平均結晶粒子径
は０．５〜５０μｍ、特に３〜３０μｍが望ましい。こ
れは、窒化アルミニウムの平均結晶粒子径が５０μｍよ
り大きくなると焼結体の強度や硬度等が大きく低下する
ため、被固定物との脱着に伴う摺動によって吸着面が摩
耗したり、成膜工程やエッチング工程等におけるプラズ
マや腐食性ガスによって腐食摩耗し易くなるために、静
電チャックの寿命が短くなるとともに、被固定物にパー
ティクルが付着するからであり、逆に、窒化アルミニウ
ムの平均結晶粒子径を０．５μｍより小さくすることは
製造上難しいからである。

【００３２】また、耐食性および耐摩耗性を高める上
で、焼結体の相対密度は９５％以上、特に９８％以上で
あることが望ましく、また、熱伝導率は１５ｗ／ｍＫ以
上、特に３０ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。さら
に、強度は、薄層化に伴う機械的信頼性の点で１００Ｍ
Ｐａ以上、特に２００ＭＰａ以上であることが望まし
い。

【００３３】また、本発明のセラミック抵抗体では、緻
密化を促進させるために焼結助剤としてセリウム（Ｃ
ｅ）化合物以外にイットリウム（Ｙ）、エルビウム（Ｅ
ｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類元素酸化物を
２モル％以下の範囲で含有してもよい。これにより、セ
ラミックスの緻密化がさらに促進されるため、耐食性お
よび耐摩耗性が向上し、静電チャックとして用いた場
合、セラミックス表面から発生する脱粒等によるパーテ
ィクルの発生を低減でき、静電チャックとしての信頼性
が向上する。

【００３４】以下に本発明のセラミック焼結体の製造方
法について説明する。まず、出発原料である窒化アルミ
ニウム粉末（純度９９％以上、平均粒径０．４μｍ〜
５．５μｍ）に対し、ＴｉＮ粉末（純度９９％以上、平
均粒径１．５〜２．５μｍ）、酸化セリウム（Ｃｅ
Ｏ₂）粉末（純度９９％以上、平均粒径０．５μｍ〜１
８μｍ）をセリウムの酸化物（ＣｅＯ₂）換算量で５〜
２０モル％の範囲で添加混合する。

【００３５】また、アルミナ粉末( 純度９９％以上、平
均粒径０．５〜１．５μｍ）を窒化アルミニウム原料粉
末中に含まれる不可避的酸素との酸素をアルミナ換算し
た量との合量で０．３〜１０モル％となるように添加す
る。

【００３６】この時、ＣｅＡｌＯ₃相の生成率を高める
ために、予め、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）と酸化
セリウム（ＣｅＯ₂）とを反応させて、ＣｅＡｌＯ₃の
粉末を作製しておき、これを窒化アルミニウムの粉末と
所定の割合で均一に混合してもよい。

【００３７】また、本発明においては、セリウム（Ｃ
ｅ）以外の焼結助剤としてイットリウム（Ｙ）、エルビ
ウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類酸化
物を２モル％以下の範囲で添加してもよく、これにより
焼結体の密度をさらに向上させることができる。

【００３８】上記混合粉末に対し、所望により有機バイ
ンダを添加した後、所定形状に周知の成形手段、例え
ば、金型プレス、冷間静水圧プレス、ドクターブレード
法、圧延法等のテープ成形法、押し出し成形等により成
形する。その後、この成形体を所望により真空中または
窒素中で脱脂した後、窒素等の非酸化性雰囲気中、１７
００℃〜１９５０℃、特に１７５０℃〜１９００℃で１
〜数時間焼成することにより窒化アルミニウム質焼結体
を作製することができる。

【００３９】焼成方法としては、常圧焼成、ホットプレ
ス法あるいはガス圧焼成法等が用いられる。さらに、焼
結体の密度を高めるために、焼結体に対してＨＩＰ処理
を施すこともできる。

【００４０】図１（ａ）、（ｂ）は本発明に係る静電チ
ャック１を示す斜視図およびＸ−Ｘ線断面図であり、絶
縁性を有するセラミック基体２の表面に静電吸着用電極
４を備え、この静電吸着用電極４を覆うように上記セラ
ミック基体２の表面に誘電体層３が設けられており、誘
電体層３の上面が被固定物１０を吸着する吸着面５を形
成している。さらに、吸着面５の反対の面に静電吸着用
電極４と電気的に接続された給電端子６が埋設されてい
る。

【００４１】吸着面５を構成する誘電体層３の抵抗値は
吸着力と密接な関係にあるが、本発明の静電チャック１
によれば、誘電体層３を上述の窒化アルミニウム質焼結
体によって形成する、すなわち誘電体層３を形成する上
述した窒化アルミニウム質セラミックスの０〜５０℃の
体積固有抵抗値が１０⁸〜１０¹²Ω・ｃｍの範囲となる
ように適宜調整することができるため、静電チャック１
の静電吸着用電極４と吸着面５に載置した被固定物１０
との間に電圧を印加することで、被固定物１０と静電吸
着用電極４との間に微弱な漏れ電流が流れることからジ
ョンソン・ラーベック力による吸着力を発現させること
ができ、被固定物１０を吸着面５に強固に吸着保持する
ことができる。

【００４２】また、耐食性および耐摩耗性を高める上
で、誘電体層３の相対密度は９５％以上、特に９８％以
上であることが望ましく、また、熱伝導率は、１５ｗ／
ｍＫ以上、特に３０ｗ／ｍＫ以上であることが望まし
い。さらに、誘電体層３の強度については、薄層化に伴
う機械的な信頼性の観点から１００ＭＰａ以上であるこ
とが望ましい。

【００４３】セラミック基体２は、アルミナ、窒化珪
素、窒化アルミニウム等の絶縁性を有するセラミックス
で形成すればよいが、特に窒化アルミニウム質焼結体で
形成することにより、誘電体層３を構成する窒化アルミ
ニウム質焼結体と同時焼成が可能で、両者間の熱膨張係
数差を無くすことができるため、焼成時における反りや
歪み等を生じることがなく信頼性の高い静電チャックを
得ることができる。

【００４４】静電吸着用電極４および給電端子６は、焼
成時及び加熱時におけるセラミック基体２との密着性を
高めるために、セラミック基体２を構成する窒化アルミ
ニウム質焼結体と熱膨張係数が近似したタングステン、
モリブデン、白金等の耐熱性金属により形成する。ま
た、給電端子６が腐食性ガスに曝されるような時には鉄
−コバルト−クロム合金により形成することが良い。

【００４５】また、静電吸着用電極４が耐熱性に優れた
セラミック基体２内に完全に埋設された構造であること
から、比較的高温の２００℃付近においても使用可能で
あり、さらに、静電チャック１は優れた耐プラズマ性、
耐食性を有する窒化アルミニウム質焼結体からなるた
め、成膜工程やエッチング工程などにおいてプラズマや
腐食性ガスに曝されたとしても腐食が少なく、長期使用
が可能である。しかも、静電吸着用電極４への通電をＯ
ＦＦにすれば、ただちに吸着力を除去することができる
ため、離脱応答性にも優れている。

【００４６】なお、図１に示す静電チャック１では、セ
ラミック基体２の内部に静電吸着用電極４のみを備えた
例を示したが、例えば、上記静電吸着用電極４以外にヒ
ータ電極を埋設しても良く、この場合、ヒータ電極によ
り静電チャック１を直接発熱させることができるため、
間接加熱方式のものに比べて熱損失を大幅に押さえるこ
とができる。

【００４７】また、セラミック基体２を窒化アルミニウ
ム質セラミックスにより形成した場合、熱伝導特性がよ
いために、吸着面５に保持した被固定物１０をムラなく
均一に加熱することができる。また、静電吸着用電極４
以外にプラズマ発生用電極をセラミック基体２内に埋設
すれば、装置の構造を簡略化することができる。また、
本発明の静電チャック１は主に２００℃以下の温度域で
使用されるものであるが、２００℃より高い温度域でも
もちろん使用可能である。

【００４８】ところで、このような静電チャック１を作
製するには、セラミック基体２を形成する原料として、
例えば、純度９９％以上、平均粒径３μｍ以下の窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）あるいはこの窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）粉末にイットリウム（Ｙ）、エルビウム（Ｅ
ｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類酸化物を添加
した粉末に適宜有機バインダを用い、また誘電体層３を
形成する原料として、前述した組成の混合粉末を用い
て、所定形状に周知の成形方法、例えば、金型プレス、
冷間静水圧プレス、ドクターブレード法や圧延法等のテ
ープ成形法、押し出し成形等により任意の形状に成形す
る。

【００４９】例えば、テープ成形法を用いる場合、セラ
ミック基体２を形成するグリーンシートを複数枚成形
し、このうちの１枚上に導体ペーストを印刷して静電吸
着用電極４をす電極パターンを形成した後、各グリーン
シートを積層する。

【００５０】一方、誘電体層３を形成する前述した本発
明による組成物からなるグリーンシートを成形し、前記
のグリーンシート積層体上に積層し、該積層体に切削加
工を施して所望の形状とする。

【００５１】また、金型プレスを用いる場合には、金型
内に上記粉末を充填するとともに板状または粉末状の静
電吸着用電極４を粉末中に埋設してプレス成形すること
により、静電吸着用電極４を埋設したセラミック成形体
を作製することも可能である。

【００５２】得られた成形体を所望により真空または窒
素中で脱脂した後、非酸化性雰囲気下において１７００
〜１９５０℃、特に１７５０〜１９００℃で１〜数時間
焼成する。焼成方法としては、常圧焼成、ホットプレス
法あるいはガス圧焼成法等が用いられる。さらに、焼結
体の密度を高めるために、焼結体に対してＨＩＰ処理を
施すこともできる。

【００５３】そして、誘電体層３の表面に研磨加工を施
して吸着面５を形成するとともに、吸着面５と反対側の
面に静電吸着用電極４と連通する穴を穿孔し、該穴に給
電端子６をロウ付け等の方法により接合することによ
り、図１に示す静電チャック１を得ることができる。

【００５４】次に、図２は本発明に係る静電チャック１
１の他の実施形態を示す図で、（ａ）は斜視図であり、
（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。この静電チャ
ック１１は、窒化アルミニウム質焼結体からなる円盤状
をした誘電板１２と、該誘電板１２の下面に敷設した静
電吸着用電極１４と、該静電吸着用電極１４を覆うベー
ス基体１５とからなり、上記誘電板１２とベース基体１
５とはガラス、ロウ材、あるいは接着剤などの接合剤１
６を介して接合し、静電吸着用電極１４を誘電板１２と
ベース基体１５との間に内蔵するとともに、前記誘電板
１２の上面を吸着面１３としてある。なお、ベース基体
１５の裏面には上記静電吸着用電極１４と電気的に接続
された給電端子１７を埋設してある。

【００５５】上記ベース基体１５は、サファイアあるい
はアルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウムなどの各種セ
ラミックス、あるいは樹脂などの絶縁材料により形成し
てある。また、静電吸着用電極１４は銅、チタンなどの
金属やＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＣなどの材質からなり、誘電
板１２の下面に蒸着、メタライズ、メッキ、ＰＶＤ、Ｃ
Ｄ等の方法により形成してある。

【００５６】また、静電チャック１１の吸着面１３を構
成する誘電板１２は、セリウムを酸化物（ＣｅＯ₂）換
算で５〜２０モル％の範囲で含み、かつＣｅＡｌＯ₃相
を含有する窒化アルミニウム質焼結体により形成してあ
る。そして、この窒化アルミニウム質焼結体は、０〜５
０℃の温度域において１０⁸〜１０¹²Ω・ｃｍの体積固
有抵抗値を有することから、静電チャック１１の静電吸
着用電極１４と吸着面１３に載置した被固定物１０との
間に電圧を印加すれば、被固定物１０と静電吸着用電極
１４との間に微小な漏れ電流が流れ、ジョンソン・ラー
ベック力による吸着力を発現させることができるため、
−５０℃から２００℃の温度域において被固定物１０を
吸着面１３に強固に吸着保持することができる。

【００５７】そのため、被固定物１０が反りをもった半
導体ウエハなどの基板であっても吸着面１３の精度に倣
わせて保持することができるために、例えば、露光処理
工程において精度の良い露光処理を施すことができる。

【００５８】また、静電吸着用電極１４への通電をＯＦ
Ｆにすれば、ただちに吸着力を除去することができるた
め、離脱応答性にも優れている。

【００５９】しかも、この静電チャック１１は、誘電板
１２及びベース基体１５をそれぞれ別々に作製してお
き、接合剤１６により接合するだけで良いため簡単に製
造することができる。

【００６０】なお、本実施形態では単極型の静電チャッ
クの例を示したが、双極型の静電チャックにも適用でき
ることは言うまでもない。

【００６１】

【実施例】図１に示す本発明の静電チャック１を試作
し、室温（２５℃）における吸着特性について測定を行
った。

【００６２】まず、純度９９％、平均粒径１．２μｍの
ＡｌＮ粉末にバインダと溶媒を加えて泥漿を作製した
後、ドクターブレード法により厚さ０．５ｍｍ程度のグ
リーンシートを複数枚成形してそれらを積層し、セラミ
ック基体２を構成するための成形体とした。そして、そ
の一主面にＡｌＮ粉末を５モル％混合したタングステン
ペーストをスクリーン印刷法により印刷塗布して静電吸
着用電極４をなす電極パターンを形成した。

【００６３】一方、純度９９％、平均粒径１．２μｍの
ＡｌＮ粉末と、平均粒径１．６μｍのＴｉＮと、平均粒
径０．９μｍのＣｅＯ₂と、平均粒径０．７μｍのＡｌ
₂Ｏ₃とを焼結体の組成がＩＣＰ分析により表１となる
ように添加混合し、さらにバインダと溶媒を加えて泥漿
を作製した後、ドクターブレード法により厚さ０．５ｍ
ｍ程度のグリーンシートを成形し、誘電体層３用の成形
体とした。なお、Ａｌ₂Ｏ₃量は窒化アルミニウム粉末
中の不純物酸素のＡｌ₂Ｏ₃換算量と添加したＡｌ₂Ｏ
₃との合計量である。

【００６４】そして、静電吸着用電極４をなす金属膜を
備えたセラミック基体２用成形体の金属膜の表面に、誘
電体層３用の成形体を積層して、８０℃、５０ｋｇ／ｃ
ｍ²の圧力で熱圧着した。しかる後に、上記積層体に切
削加工を施して円板状とし、真空脱脂した後、窒素雰囲
気下、１８５０℃程度の温度で３時間程度焼成すること
により、外径２００ｍｍ、厚み８ｍｍで、かつ内部に膜
厚１５μｍの静電吸着用電極４を備えた板状体を形成し
た。

【００６５】その後、誘電体層３をなす窒化アルミニム
質焼結体の表面に研磨加工を施して吸着面５を形成する
とともに、吸着面５と反対側の面に、前記静電吸着用電
極４と連通する穴を穿孔し、該穴に鉄−コバルト−ニッ
ケル合金からなる給電端子をロウ付けして静電チャック
１を形成した。

【００６６】得られた静電チャックについて、２５℃に
て、静電チャック１の吸着面５に８インチ径のシリコン
ウエハを載置し、静電吸着用電極４との間に３００Ｖの
電圧を印加することによりウエハを吸着面に吸着保持さ
せ、この状態でシリコンウエハを剥がすのに必要な力を
吸着力として測定した。結果は表１に示した。

【００６７】また、誘電体層３と同じ組成のセラミック
スを上記同様に作製し、２５℃における体積固有抵抗値
を測定した。また、アルキメデス法により焼結体の密度
を測定し、理論密度に対する比率である相対密度（％）
を算出した。さらに、厚み２ｍｍの試料について、レー
ザーフラッシュ法により熱伝導率を測定した。さらに、
ＪＩＳＲ１６０１に従い、室温における４点曲げ強度を
測定した。また、リークチェックにより多量のボイド発
生の有無を確認した。結果は、表１に示した。

【００６８】

【表１】

【００６９】表１の結果から明らかなように、窒化チタ
ン（ＴｉＮ）の含有量が１０モル％より少ない試料Ｎ
ｏ．８では、２００℃以下の温度における体積固有抵抗
値を１０¹²Ω・ｃｍ以下とすることができず、逆に、窒
化チタン（ＴｉＮ）の含有量が３０モル％より多い試料
Ｎｏ．９では、２００℃以下の温度において体積固有抵
抗値が１０⁸Ω・ｃｍより小さくなり、吸着力が低下し
た。

【００７０】また、ＣｅＯ₂の含有量が５モル％未満で
ある試料Ｎｏ．１０では、多量のボイド生成がみられ、
強度が低下した。また、逆に、ＣｅＯ₂の含有量が２０
モル％より多い試料Ｎｏ．１１でも、ボイドの生成がみ
られ、強度が低下した。

【００７１】さらに、全酸素量からＣｅにＣｅＯ₂とし
て結合している酸素量を差し引いた残りの酸素量のＡｌ
₂Ｏ₃換算量が０．３モル％未満である試料Ｎｏ．１で
は、ボイドの生成がみられ、強度が低下した。逆に、Ａ
ｌ₂Ｏ₃の含有量が１０モル％より多い試料Ｎｏ．５で
は、２００℃以下の温度において体積固有抵抗値が１０
⁸Ω・ｃｍよりも小さくなった。

【００７２】これに対し、本発明の範囲内である試料Ｎ
ｏ．２〜４及び６、７、１３、１４では、２００℃以下
の温度において体積固有抵抗値を各々１０⁸〜１０¹²Ω
・ｃｍの範囲に設定することができ、吸着力３５０ｇ／
ｃｍ²以上、強度２００ＭＰａ以上、熱伝導率５０Ｗ／
ｍＫ以上の優れた特性を示した。

【００７３】このことから、本発明に係る静電チャック
を用いれば、２００℃以下の温度で行われる各種処理工
程においてジョンソン・ラーベック力による吸着力が得
られ、被固定物を高い吸着力でもって保持できることが
わかる。

【００７４】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明のセラミッ
ク抵抗体およびそれを用いた静電チャックは、０〜５０
℃における体積固有抵抗値が１０⁸〜１０¹²Ω・ｃｍで
あることから、２００℃以下の温度下においてもジョン
ソン・ラーベック力による吸着力を発現させることがで
きるため、広範囲な温度領域で使用可能であり、また高
い吸着力でもって被固定物を強固に保持することができ
る。

【００７５】そのため、例えば、本発明の静電チャック
を成膜処理工程に用いれば、被固定物上に均一な厚みを
もった薄膜を被覆することができ、露光処理工程やエッ
チング処理工程に用いれば、被固定物に精度の良い露光
や加工を施すことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電チャックの一実施形態を示す
図で、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ
線断面図である。

【図２】本発明に係る静電チャックの他の実施形態を示
す図で、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＹ−
Ｙ線断面図である。

【符号の説明】

１・・・静電チャック２・・・セラミック基体３・
・・誘電体層４・・・静電吸着用電極５・・・吸着面６・・・給
電端子１０・・・被固定物１１・・・静電チャック１２・・・誘電板１３・・
・吸着面１４・・・静電吸着用電極１５・・・ベース基体１
６・・・接合剤１７・・・給電端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化アルミニウムを主成分とし、窒化チタ
ンを１０〜３０モル％と、セリウムを酸化物（Ｃｅ
Ｏ₂）換算で５〜２０モル％と、全酸素量からＣｅにＣ
ｅＯ₂として結合している酸素量を差し引いた残りの酸
素量をＡｌ₂Ｏ₃換算して０．３〜１０モル％との割合
で含有してなることを特徴とする窒化アルミニウム質焼
結体。
【請求項２】被固定物を静電気力によって吸着保持する
静電チャックであって、被固定物を吸着保持する吸着面
が、窒化アルミニウムを主成分とし、窒化チタンを１０
〜３０モル％と、セリウムを酸化物（ＣｅＯ₂）換算で
５〜２０モル％と、全酸素量からＣｅにＣｅＯ₂として
結合している酸素量を差し引いた残りの酸素量をＡｌ₂
Ｏ₃換算して０．３〜１０モル％との割合で含有してな
る窒化アルミニウム質焼結体からなることを特徴とする
静電チャック。