JP2001244321A

JP2001244321A - 静電チャックおよびその製造方法

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Publication number: JP2001244321A
Application number: JP2000057162A
Authority: JP
Inventors: Hideyoshi Tsuruta; 英芳鶴田; Naohito Yamada; 直仁山田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】窒化アルミニウム質セラミックスを基材とする
ジョンソン−ラーベックタイプの静電チャックにおい
て、脱着応答性の低下を防止し、これによって脱着応答
性にバラツキが生ずるのを防止する。【解決手段】静電チャックは、前記基体と、基体内に埋
設された静電チャック電極とを備えている。この静電チ
ャック電極が、金属モリブデンまたはモリブデン合金か
らなる本体、およびこの本体を被覆する実質的にモリブ
デン元素を含有しない導電性被膜を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脱着応答性に優れ
た静電チャックに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ジョンソン−ラーベックタイプの静電チ
ャックにおいては、通常、絶縁層の設置面から突出する
多数の突起ないしエンボス部分を設け、この突起の頂面
（接触面）を半導体ウエハーに対して接触させる。そし
て、絶縁層内の静電チャックに直流電圧を印加し、半導
体ウエハーと突起の接触面との接触界面でジョンソン−
ラーベック力を発生させ、接触面上の半導体ウエハーを
吸着する。

【０００３】このようにジョンソン−ラーベック力を利
用するタイプの静電チャックにおいては、基体を半導体
によって構成し、基体内で電子または正孔を移動させ
る。例えば、窒化アルミニウム系セラミックスによって
基体を形成した場合には、窒化アルミニウム質セラミッ
クスはｎ型半導体となる。ｎ型半導体の導電メカニズム
は、主として電子の移動により、正孔の移動はほとんど
ない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、窒化アル
ミニウム質セラミックスを基材とするジョンソン−ラー
ベックタイプの静電チャックを作製していたが、この過
程で、脱着応答時間にムラないし偏差が生ずることがあ
った。即ち、多数の静電チャックを製造したときに、一
部の静電チャックにおいて、静電チャックへの電圧を解
除してから脱着するまでの脱着応答時間が長くなること
があった。特に、１００ボルト程度の電圧ではこうした
問題はほとんど生じないが、３００ボルト以上、更には
５００ボルト以上の電圧領域になると、脱着応答時間が
長くなる。この場合には、半導体ウエハーをリフトピン
で押し上げたときに、ウエハーが跳ねたり、あるいは位
置ずれしたりする。このため、脱着応答性にバラツキが
発生するのを防止する必要がある。

【０００５】本発明の課題は、窒化アルミニウム質セラ
ミックスを基材とするジョンソン−ラーベックタイプの
静電チャックにおいて、脱着応答性の低下を防止、脱着
応答性にバラツキが生ずるのを防止することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、窒化アルミニ
ウム質セラミックスからなる基体と、この基体内に埋設
された静電チャック電極とを備えており、静電チャック
電極が、金属モリブデンまたはモリブデン合金からなる
本体、およびこの本体を被覆するモリブデン元素を実質
的に含有しない導電性被膜を備えていることを特徴とす
る、静電チャックに係るものである。

【０００７】また、本発明は、窒化アルミニウム質セラ
ミックスからなる基体と、この基体内に埋設された静電
チャック電極とを備えている静電チャックを製造する方
法であって、金属モリブデンまたはモリブデン合金から
なる本体を、実質的にモリブデン元素を含有しない導電
性被膜によって被覆することによって静電チャック電極
を作製し、この静電チャック電極を窒化アルミニウム質
セラミックス粉末の成形体中に埋設し、前記成形体を焼
結させることを特徴とする。

【０００８】本発明者は、前述した脱着応答性の低下の
原因について検討していった結果、こうした現象がモリ
ブデン電極を採用した場合に集中して発生していること
に気がついた。更に基体の内部を検討していった結果、
電極と絶縁層の表面との間の体積抵抗が若干上昇してい
ることが分かった。

【０００９】本発明者は、この発見を踏まえ、モリブデ
ン電極の周辺において、局所的に、窒化アルミニウム質
セラミックスの体積抵抗が上昇しているものと推定し
た。そして、電極の周りを導電性被膜によって被覆して
から静電チャックを作製したところ、前述した脱着応答
性の低下が見られなくなり、脱着応答性のバラツキが発
生しなくなった。

【００１０】こうした顕著な作用効果が見られた理由は
明確ではない。しかし、前述したように、基体の絶縁層
部分に体積抵抗の上昇が観測される以上、窒化アルミニ
ウム質セラミックスが電極の周辺において変質し、その
体積抵抗が上昇しているものと推定することは可能であ
る。ここで、窒化アルミニウム質セラミックスはｎ型半
導体であり、電子がキャリアとして働いている。従っ
て、モリブデン金属がセラミックス内に拡散し、カウン
タードープ材として作用し、キャリアである電子の数を
減少させたものと考えられる。

【００１１】キャリアである電子数が減少すると、電極
の周辺には局所的に体積抵抗の高い領域が生ずるはずで
ある。一方、静電チャックへの印加電圧を解除したとき
には、絶縁層内をキャリアが移動し、絶縁層の表面電荷
を消失させるはずである。しかし、前述のように電極の
周辺に局所的に体積抵抗の高い領域が生成していると、
その領域内では電荷の移動速度が遅くなる。なぜなら、
静電チャックのような平行平板形の誘電体層の場合に
は、電荷の除去を時定数で示せば、ＣＲ＝εε₀ ρ（Ｃ
は静電容量であり、Ｒは抵抗であり、ρは体積抵抗であ
る）となる。従って、体積抵抗ρが高くなると、電荷の
移動は遅くなる。電極の周辺で局所的に電荷の移動が遅
くなると、残留吸着力が発生する。

【００１２】そして、こうした体積抵抗の高い領域の発
生率や領域の大きさは、各個体ごとに大きな差があるの
で、脱着応答性のバラツキとなって現れるものと思われ
る。

【００１３】モリブデン金属の窒化アルミニウム質セラ
ミックス中への拡散現象も明確には理解されていない
が、窒化アルミニウム粒子の表面の酸素とモリブデンが
反応して酸化モリブデンを生成し、酸化モリブデンが焼
成工程において揮発し、窒化アルミニウム粒子中に拡散
している可能性がある。

【００１４】窒化アルミニウム質セラミックスは、窒化
アルミニウムを主成分とするセラミックスである。窒化
アルミニウムの割合は限定されないが、一般に９５重量
％以上であることが好ましく、９９．９重量％以上であ
ることが更に好ましい。窒化アルミニウム質セラミック
ス中には、イットリア、セリア、カルシア、マグネシア
等の焼結助剤を添加することができる。また、窒化珪
素、炭化珪素、アルミナ等を少量複合化することもでき
る。

【００１５】静電チャック電極の材質は、金属モリブデ
ン、あるいはモリブデン合金である。モリブデンと合金
化されるべき金属は特に限定されないが、基体を焼結す
る場合には、タングステン等の高融点金属が好ましい。
また、モリブデン合金の場合には、モリブデンの割合の
上限は特になく、１００重量％（純金属）まで増やして
よいが、本発明の作用効果を奏する上では、モリブデン
の割合の下限は、５０重量％であってもよい。

【００１６】導電性被膜の材質は、モリブデン元素を実
質的に含有しない材質であれば特に限定されないが、タ
ングステン、アルミニウム、白金、またはこれらの化合
物からなる群より選ばれた材質が特に好ましい。この化
合物としては、炭化物、窒化物が好ましく、炭化物が特
に好ましい。

【００１７】導電性被膜の厚さは特に限定されないが、
モリブデン金属の窒化アルミニウム質セラミックス中へ
の拡散を防止するという観点から、０．１μｍ以上が好
ましく、０．５μｍ以上が更に好ましい。また、導電性
被膜の厚さが大きくなると、導電性被膜と本体との間で
亀裂が発生し易くなるので、５０μｍ以下が好ましく、
５μｍ以下が更に好ましい。

【００１８】導電性被膜の形成方法は限定されないが、
スパッタリング法、イオンプレーティング法、化学的気
相成長法を利用できる。また、導電性被膜を構成する材
質の体積抵抗率は１×１０^-8−５．３×１０^-5Ω・ｃｍ
であることが好ましい。

【００１９】本体上に導電性被膜を形成する前に、本体
を真空中で加熱することによって、本体に付着している
モリブデン酸化物を除去することが好ましい。この際の
雰囲気圧力は１×１０^-4Ｔｏｒｒ以下であることが好ま
しく加熱温度は４００−６００℃であることが好まし
い。

【００２０】

【実施例】（比較例）単極型の静電チャックを製造し
た。具体的には、還元窒化法によって得られた窒化アル
ミニウム粉末を使用し、この粉末にアクリル系樹脂バイ
ンダーを添加し、噴霧造粒装置によって造粒し、造粒顆
粒を得た。この造粒顆粒を成形し、直径２００ｍｍ、厚
さ３０ｍｍの円盤状予備成形体を作製した。この際、成
形体の中に電極を埋設した。この際の成形圧力を２００
ｋｇ／ｃｍ² とした。電極としては、モリブデン製の金
網を使用した。この金網としては、直径φ０．２０ｍの
モリブデン線を、１インチ当たり５０本の密度で編んだ
金網を使用した。この円盤状成形体をホットプレス型中
に収容し、密封した。昇温速度３００℃／時間で温度を
上昇させ、この際、室温〜１３００℃の温度範囲で減圧
を行った。この温度の上昇と同時にプレス圧力を上昇さ
せた。最高温度を１９００℃とし、最高温度で５時間保
持し、焼結体を得た。この焼結体を機械加工し、絶縁層
の厚さを１ｍｍとした。この焼結体の吸着面側に、ブラ
スト加工によって、平面円形の多数の突起を形成した。

【００２１】（実施例１）比較例と同様にして静電チャ
ックを作製した。ただし、モリブデン製の金網を４００
℃で１×１０^-4Ｔｏｒｒの真空中に保持することによっ
て、金網の表面からモリブデン酸化物を蒸発させた。次
いで、スパッタリングによって炭化タングステンの被膜
を形成した。被膜の厚さは１−２μｍであった。

【００２２】（実施例２）実施例１と同様にして静電チ
ャックを作製した。ただし、導電性被膜の材質を、炭化
タングステンの代わりに金属アルミニウムとした。

【００２３】（実施例３）実施例１と同様にして静電チ
ャックを作製した。ただし、導電性被膜の材質を、炭化
タングステンの代わりに白金とした。

【００２４】（特性の測定）比較例および実施例１−３
の各静電チャックについて、電極と表面との間の体積抵
抗を測定した。この結果を表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】また、比較例の静電チャックと実施例１−
３の各静電チャックの上に、直径２００ｍｍのシリコン
ウエハーを設置し、１００−５００ボルトの直流電圧を
印加し、シリコンウエハーを静電チャックに吸着させ
た。そして、印加電圧を切り、シリコンウエハーが静電
チャックから脱着するまでに必要な時間（脱着時間：秒
単位）を測定し、この結果を表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の静電チャッ
クによれば、窒化アルミニウム質セラミックスを基材と
するジョンソン−ラーベックタイプの静電チャックにお
いて、脱着応答性の低下を防止でき、これによって脱着
応答性にバラツキが生ずるのを防止できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化アルミニウム質セラミックスからなる
基体と、この基体内に埋設された静電チャック電極とを
備えており、前記静電チャック電極が、金属モリブデン
またはモリブデン合金からなる本体、およびこの本体を
被覆する実質的にモリブデン元素を含有しない導電性被
膜を備えていることを特徴とする、静電チャック。
【請求項２】前記導電性被膜を構成する材質の体積抵抗
率が１×１０^-8−５．３×１０^-5Ω・ｃｍであることを
特徴とする、請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】前記導電性被膜を構成する材質が、金属タ
ングステン、金属アルミニウム、白金およびこれらの化
合物からなる群より選ばれた一種以上の材質であること
を特徴とする、請求項１または２記載の静電チャック。
【請求項４】窒化アルミニウム質セラミックスからなる
基体と、この基体内に埋設された静電チャック電極とを
備えている静電チャックを製造する方法であって、金属モリブデンまたはモリブデン合金からなる本体を、
実質的にモリブデン元素を含有しない導電性被膜によっ
て被覆することによって静電チャック電極を作製し、こ
の静電チャック電極を窒化アルミニウム質セラミックス
粉末の成形体中に埋設し、前記成形体を焼結させること
を特徴とする、静電チャックの製造方法。
【請求項５】前記導電性被膜をスパッタリング法、化学
的気相成長法あるいはイオンプレーティング法によって
形成することを特徴とする、請求項４記載の静電チャッ
クの製造方法。
【請求項６】前記導電性被膜を構成する材質が、金属タ
ングステン、金属アルミニウム、白金およびこれらの化
合物からなる群より選ばれた一種以上の材質であること
を特徴とする、請求項４または５記載の静電チャックの
製造方法。
【請求項７】前記本体を真空中で加熱した後に前記導電
性被膜を形成することを特徴とする、請求項４−６のい
ずれか一つの請求項に記載の静電チャックの製造方法。