JP2001278665A - セラミック抵抗体及び基板支持体 - Google Patents
セラミック抵抗体及び基板支持体Info
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Abstract
ないセラミック抵抗体および基板支持体を提供する。 【解決手段】窒化アルミニウム結晶相を主体とする焼結
体からなり、該焼結体中の酸素量が0.3〜3重量%、
Al以外の金属の含有量が1重量%以下、50℃の体積
固有抵抗値が1×107〜1×1012Ωcm、X線回折
における窒化アルミニウム(100)面のX線回折強度
IAlNに対する窒化アルミニウム以外の主結晶ピーク強
度Ixのピーク強度比Ix/IAlNが0.06以下である
ことを特徴とする。
Description
及びその製造方法及び基板支持体に関するものであり、
例えば半導体製造装置等においてウエハを静電的に吸着
保持して処理したり、搬送するための静電チャック等に
用いる基板支持体、並びにこれらを用いた半導体製造装
置に関するものである。
半導体製造装置において、シリコンウエハ等の半導体を
成膜やエッチングなどにより加工するためには、シリコ
ンウエハの平坦度を保ちながら保持する必要がある。こ
のような保持手段に用いる基板支持体としては、機械
式、真空吸着式、静電吸着式が提案されている。
保持する静電チャックは、シリコンウエハの加工時に要
求される加工面の平坦度や平行度を容易に実現すること
ができる。また、シリコンウエハを真空中で加工処理す
る事ができ、半導体の製造に適しているため、多用され
ている。
チャックにおいて、シリコンウエハの保持のためにより
高い吸着力が要求されており、より高い吸着力を得るた
めには、抵抗を低くすることが提案されている。
は、アルミナを主成分とするセラミック原料にアルカリ
土類金属及び遷移金属を、酸化物の重量に換算して、そ
れぞれ、1〜6重量%、0.5〜6重量%含有させ、還
元雰囲気下で焼成して静電チャック用のセラミックスを
製造し、その体積固有抵抗を1×1012Ωcmにまで低
下させている。
に伴い、静電チャック自体の高純度化が要求されるとと
もに、静電チャックへの要求特性が高度化してきてお
り、例えば、耐食性、耐摩耗性、耐熱衝撃性、熱伝導性
に優れた静電チャックが要求され、特に、窒化アルミニ
ウムが、注目されている。
は、高純度の窒化アルミニウムの成形体中に金属電極を
埋設し、ホットプレス焼成をすることにより、酸素を窒
化アルミニウム結晶中に固溶させた窒化アルミニウム結
晶相を形成し、室温での体積固有抵抗を1×109〜1
×1013Ωcmとした静電チャックが提案されている。
10−72260号公報に記載された窒化アルミニウム
焼結体の体積固有抵抗は、厚みが大きい場合、電極から
ウエハ載置面にかけて厚み方向の抵抗値の変化などによ
ると考えられる体積固有抵抗のばらつきが発生しやすい
という問題があった。
載された窒化アルミニウム焼結体の吸着特性に影響を及
ぼす体積固有抵抗が、量産時においてばらつき、製品の
信頼性が低下するという問題があった。
は、電極を埋設せず、窒化アルミニウム焼結体の抵抗を
低くする方法も提案しているが、抵抗を低くするために
は、ホットプレスの後に高温での焼成をもう一度行わな
くてはならず、工程が複雑になり、製造コストが高くな
り問題である。
一で、製品毎のばらつきが少ないセラミック抵抗体およ
び基板支持体を提供することを目的とする。
抗体の体積固有抵抗値が、セラミックス中に含有する酸
素量と窒化アルミニウム主結晶相の粒界に存在する粒界
結晶相とに依存し、これらを制御することにより目的の
抵抗値が安定して得られるという知見に基づくものであ
る。
窒化アルミニウムを主体とする焼結体からなり、該焼結
体中の酸素量が0.3〜3重量%、Al以外の金属の含
有量が1重量%以下、50℃の体積固有抵抗値が1×1
07〜1×1012Ωcm、X線回折における窒化アルミ
ニウム(100)面のX線回折強度IAlNに対する窒化
アルミニウム以外の主結晶ピーク強度Ixのピーク強度
比Ix/IAlNが0.06以下であることを特徴とする。
とする焼結体は、窒化アルミニウム主結晶相の粒界に低
抵抗の粒界相を形成し、また、この粒界相の電気的な連
続性を切断する高抵抗物質が粒界に生成されにくなり、
その結果、焼結体内での体積固有抵抗が均一で、ばらつ
きの小さいセラミック抵抗体を得ることができる。
体中の炭素量が、1重量%以下であることが好ましい。
このように炭素量を少なくすることによって、炭素によ
る1×105Ωcm以下の異常な低抵抗化を防ぐことが
できる。
の平均粒子径が、6μm以上であることが好ましく、耐
プラズマ性を向上することができる。
法は、酸素を0.3〜3重量%含有し、Al以外の金属
の含有量が1重量%以下の窒化アルミニウム粉末からな
る成形体を、1500〜1700℃で保持した後、20
00℃以上の温度で焼成することを特徴とし、この製造
方法により特性の安定化が図れるとともに、抵抗制御の
ために焼成後の熱処理を必要としないので低コスト化が
可能である。
ク抵抗体からなるセラミック平板と、該セラミック平板
の一方の面に設けられた電極と他の面に設けられた被処
理物載置面とを具備し、前記電極に印加された電圧によ
って誘起された静電気力で被処理物を吸着し、固定する
ことを特徴とする。
板の内部に設けられた電極と、前記セラミック平板の少
なくとも一方の表面に、被処理物を載置する被処理物載
置面とを具備し、前記電極に印加された電圧によって誘
起された静電気力で被処理物を吸着し、固定する基板支
持体において、前記セラミック平板内の少なくとも前記
電極と前記被処理物との間のセラミックスが本発明のセ
ラミック抵抗体からなることを特徴とする。
がよく、スループットを高め、製品のコストを低減する
ことができる。
空容器と基板支持体とを具備する半導体製造用装置であ
って、前記真空容器の少なくとも一部および/または基
板支持体に、本発明のセラミック抵抗体および/または
本発明の基板支持体を用いたことを特徴とする。
スト化を可能とし、また、信頼性の高い半導体製造装置
を実現できる。
化アルミニウム結晶相を主体とする焼結体からなり、焼
結体中の酸素量を、0.3〜3重量%に制御することが
重要であり、特に0.4〜2.5重量%、さらには0.
5〜2重量%が好ましい。酸素量が0.3重量%未満ま
たは3重量%を越えると、50℃の抵抗が1×107〜
1×1012Ωcmの範囲を逸脱してしまう。
量が0.3重量%未満では、電荷の移動体となる粒界相
が少なくなり、この粒界相が焼結体中で連続しなくなっ
て電気が流れなくなるため、抵抗が高くなると考えられ
る。換言すれば、導電経路となる粒界相を連続して形成
するために、酸素量を0.3重量%以上にする必要があ
る。
相に高抵抗のAlONやポリタイプの結晶が生成し、電
荷の移動体である粒界相の連続性を遮断するために抵抗
が高くなると考えられる。換言すれば、酸素が過度に含
有されると、AlONやポリタイプが増加し、その結
果、導電経路を分断してセラミック抵抗体の体積固有抵
抗値を高くしてしまう。
窒化アルミニウム(100)面のX線回折強度IAlNに
対する窒化アルミニウム以外の主結晶ピーク強度Ixの
ピーク強度比Ix/IAlNを0.06以下とすることが必
要で、特に0.04以下、さらには0.03以下が好ま
しい。
AlONやポリタイプなどの結晶が生成すると、これら
の粒子が、電荷の移動体である粒界層の連続性を遮断す
るために、窒化アルミニウム結晶相を主体とする焼結体
の抵抗を高くしてしまうと考えられる。特に、酸素量が
多くなるにつれてAlN以外の結晶相の生成が促進され
る。
以下であることが重要であり、特に0.5重量%以下、
さらには0.1重量%以下であることが好ましい。Al
以外の金属の含有量が1重量%よりも多いと金属はフッ
素含有ガス等に対する耐食性が低いため金属不純物の偏
在する部分の耐プラズマ性が劣ってしまう。実際には、
各金属の含有量を分析し、多い順に10種の合計量を上
記のAl以外の金属の含有量とした。分析法としては、
蛍光X線分析またはICP分析が好ましい。
×1012Ωcmであることが重要である。これにより、
電荷の移動を容易にするとともに、移動する電荷量を制
限でき、特に静電チャックに好適に用いることができ
る。また、電荷移動量、すなわち漏れ電流を低く抑制す
る点で、体積固有抵抗値は、特に1×108〜1×101
1Ωcm、さらには1×109〜1×1010Ωcmが好ま
しい。
有する炭素量が1重量%以下にするのが好ましい。炭素
は導電性粒界相の形成に関係があると考えられるが、炭
素量を1重量%以下にすることにより、50℃における
体積固有抵抗を1×107〜1×1012Ωcmの範囲に
設定することが、容易になる。
結晶相の平均粒子径は、6μm以上、特に10μm以
上、さらには20μm以上であることが好ましい。この
粒子径を6μm以上にすることにより、耐プラズマ性を
向上させる傾向がある。
焼結体を製造するための方法について説明する。まず、
出発原料として純度99重量%以上、粒子径が5μm以
下、好ましくは3μm以下のAlN粉末を用意する。用
いるAlN粉末は、還元窒化法、または直接窒化法のい
ずれの製造方法で作製した粉末でも良い。
の範囲になるように調整することができる。すなわちA
l2O3、SiO2等の酸化物を添加することにより、混
合粉末中の酸素量を0.3〜3重量%に調整する。
を調整することができる。すなわち、例えば、炭素源と
して、炭素粉末、加熱により炭素に変化する有機物、高
分子化合物等を添加すればよい。
し、所望の形状にする。成形の方法は、金型プレス、C
IP、テープ成形、鋳込み等どの成型方法を用いてもよ
い。成形体は、成形の時に必要なバインダー成分を除去
した後、焼成を行う。
1700℃、好ましくは1550〜1650℃での保持
を設ける。導電性粒界相の形成を助長し、かつ過剰の炭
素等の制御をすることにより、体積固有抵抗値を安定化
することができる。この温度保持は、窒素ガスなどの不
活性ガス雰囲気または真空中などの雰囲気において行う
ことができる。雰囲気の圧力は特に限定されないが、1
気圧以下、特に1kPa、さらには100Pa以下の減
圧下において行うことが好ましい。保持時間は、試料の
量、組成によって異なるが、焼結が進むのを考慮すると
20分以上、特に1時間以上であることが好ましい。ま
た、圧力計を用いてガスの発生が少なくなるのを観察
し、それを保持終了の目安としても良い。
て、焼成を行う。したがって、例えばホットプレス装置
を用いて10Paの真空度で、1600℃で1時間保持
した後、昇温して温度を2100℃に保持し、200M
Paの圧力を加えて2時間保持して焼成を行う。なお、
焼成は炭素の存在する雰囲気の中で行うことが好まし
い。
持体のひとつの例としてSiウエハなどを静電的に吸着
する静電チャックについて説明する。
ックを図1に示す。これは、双極タイプの静電チャック
1であり、セラミック平板2の内部に電極3および4が
設けられている。電極3および4には、正、負の電圧が
それぞれ印加される。したがって、図1には記載してな
いが、外部から電極3および4に電圧を供給するための
接続端子を含むことは言うまでもない。
5などの被処理物を載置する被処理物載置面6が設けら
れており、電極3および4に電圧を加えると、ウエハ5
は、静電チャック1に静電的に吸着される。
の位置から被処理物載置面6までの吸着部位2aと、そ
の反対の支持部位2bとに、実質的に分けられ、少なく
とも吸着部位2aを本発明のセラミック抵抗体にするこ
とにより、特性の優れた静電チャックを実現することが
できる。
ック平板2と、その内部に設けられた電極3および4
と、セラミック平板2の少なくとも一方の表面に、ウエ
ハ5などの被処理物を載置する被処理物載置面6とを具
備し、電極3および4に印加された電圧によって誘起さ
れた静電気力でウエハ5などの被処理物を吸着し、固定
する基板支持体において、セラミック平板2内の少なく
とも電極3および4と被処理物載置面6との間のセラミ
ックス、すなわち吸着部位2aのセラミックスが本発明
のセラミック抵抗体からなる。
2aの体積固有抵抗値が1×107〜1×1012Ωcm
であることが重要である。また、電圧を印加した時、流
れる電流を低く抑制する点で、体積固有抵抗値は、特に
1×108〜1×1011Ωcm、さらには1×109〜1
×1010Ωcmが好ましい。
体積固有抵抗は1×107〜1×1012Ωcmで、−7
0〜200℃の温度範囲において、ウエハを静電吸着す
ることができる。
造を示すもので、単極タイプの静電チャック11の例で
ある。セラミック平板12の内部に電極13が埋設する
ように設けられ、セラミック平板12の一面にウエハ1
5などの被処理物を載置する被処理物載置面16が設け
られている。セラミック平板12は、実質的に吸着部位
12aおよび支持部位12bに分割され、少なくとも吸
着部位12aには、本発明のセラミック抵抗体が用いら
れている。
圧が印可され、静電的な吸着が起こる。なお、図2には
記載してないが、外部から電極13に電圧を供給するた
めの接続端子が含まれることは言うまでもない。
らに他の構造を示すもので、静電チャック21は、本発
明のセラミック抵抗体からなる平板22の一方の面に設
けられた電極23と、他の面に設けられたウエハ25な
どの被処理物を載置する被処理物載置面26とを具備
し、電極23に印加された電圧によって誘起された静電
気力によってウエハ25を吸着し、ウエハ25を基板支
持体である静電チャック21に固定するものである。
部には高周波用電極やヒーター用電極を埋設し、使用す
ることも可能である。これら電極には、周知の導電材料
が使用でき、例えば、タンタル、白金、レニウム、ハフ
ニウム、W、Mo、Mo−Mn、Ag、WC、C、Ti
N、TiB2等を例示できる。
路をセラミック平板内に設けたり、ペルチェ素子などの
冷却用装置を内蔵することもできる。
用いた基板支持体の一例である静電チャックは、吸着力
が高く、吸着の離脱応答性が向上し、スループットが速
くなる。また、その製造方法においては、歩留まりが向
上し、焼成後の熱処理も不要のため、製造コストを低減
できる。
ム粉末(A1)または粒子径1μmの直接窒化法の窒化
アルミニウム粉末(A2)とを用いた。また、粒子径1
μmの炭素粉末及び粒子径1μmのAl2O3粉末を表1
に示す組成になるように混合した。
合し、バインダを加えて成型用粉末を作製した。これを
直径50mm、厚み6mmの円板に成形し、脱脂してホ
ットプレス用成形体とした。ホットプレスは、カーボン
型に上記のホットプレス用成形体をセットし、表1に示
す条件で焼成した。なお、焼成前の1500〜1700
℃での保持は、すべて2時間とした。
られた回折パターンにおいて、窒化アルミニウム以外の
主結晶ピーク強度Ixと窒化アルミニウムの(100)
面のX線回折強度IAlNの比(Ix/IAlN)を算出し
た。
成は焼結体の蛍光X線分析から分析し、金属不純物の多
い元素10種の総量を算出した。
抵抗を、JIS3端子法により、50℃で測定した。こ
の時、各試料番号毎に10個ずつ測定し、平均値と、最
大値の対数と最小値の対数との差で表される体積固有抵
抗の幅とを算出した。すなわち、体積固有抵抗のばらつ
きはlog(最大値)−log(最小値)で表され、こ
の値は対数のため、桁を意味する。例えば、体積固有抵
抗の幅が1の時、1桁の範囲、例えば1×109〜1×
1010の範囲内で、ばらつくことを意味する。
磨し、走査型電子顕微鏡により400、1000および
3000倍の写真を撮影し、コード法により窒化アルミ
ニウムの結晶粒子径を算出した。
性を評価した。すなわち、20mm×20mmで厚みが
2mmの試験片を作製し、表面を鏡面加工したものを試
料とした。表面のRaは0.4μm以下であった。
オン・エッチング)装置を用いてCH4とCHF3とAr
の混合ガスプラズマに試験片を曝し、エッチング率をテ
スト前後の重量変化から算出した。ガス流量100sc
cm、エッチング圧力は5Pa、RF出力は0.8W/
cm2、エッチング時間は3時間であった。
電チャックを作製し、吸着力、吸着力が飽和するまでの
飽和時間、および電荷が除去されるまでの除電時間を測
定し、評価した。すなわち、吸着力は50℃で400V
を印加し、印加から30秒後までの吸着力の時間依存性
を測定した。吸着力が飽和するまでの時間(飽和時間)
と、電圧の印加を停止し吸着力がなくなるまでの時間
(除電時間)を測定した。すなわち、飽和時間は、電圧
印加30秒後の吸着力を100%とした時、90%の吸
着力を示す時間とした。また、除電時間は、電圧の印加
停止から吸着力が10MPaまで低下するのに要した時
間とした。結果を表1および表2に示した。
16〜20、23〜24、26〜34および37〜48
は、焼結体中の酸素量が0.3〜3重量%、Al以外の
金属の含有量が1重量%以下、体積固有抵抗値は平均値
が1×107〜9×1011Ωcm、幅が1.7桁以下、
Ix/IAlNが0.06以下の材料特性を有しており、こ
れを用いた静電チャックの吸着力は200MPa以上、
吸着力の飽和時間は5秒以下、電荷の除電時間は6秒以
下であった。また、エッチング率は、10nm/min
以下であった。
び25は、焼結体中の酸素量が0.1重量%と少なく、
体積固有抵抗値も2×1012Ωcm以上と大きいため、
静電チャックに用いた場合、吸着力は150MPaと小
さく、吸着力の飽和時間は8秒以上、電荷の除電時間は
10秒以上であった。
よび35は、焼結体中の酸素量が5重量%と多く、XR
Dピーク比が0.1以上と大きく、体積固有抵抗値も3
×1012Ωcm以上と大きいため、静電チャックに用い
た場合、吸着力は150MPa以下と小さく、吸着力の
飽和時間は9秒以上、電荷の除電時間は11秒以上であ
った。
以上と大きく、本発明の範囲外の試料No.22および
36は、静電チャックに用いた場合、吸着力は150M
Pa以下、吸着力の飽和時間は9秒以上、電荷の除電時
間は11秒以上であった。
Ωcmと小さく、本発明の範囲外の試料No.21は、
吸着しないため、吸着特性の測定が不可能であった。
は、Al以外の金属の含有量が1.5重量%と大きいた
め、エッチング率が18nm/minと大きかった。
により形成した導電性粒界相の導電性を利用することに
より、材料中の体積固有抵抗の均一性を高めると共に、
抵抗ばらつきのない信頼性の高い抵抗体を提供するとと
もに、吸着力が高く、吸着の離脱応答性に優れた基板支
持体を提供する。
る。
ある。
面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】窒化アルミニウム結晶相を主体とする焼結
体からなり、該焼結体中の酸素量が0.3〜3重量%、
Al以外の金属の含有量が1重量%以下、50℃の体積
固有抵抗値が1×107〜1×1012Ωcm、X線回折
における窒化アルミニウム(100)面のX線回折強度
IAlNに対する窒化アルミニウム以外の主結晶ピーク強
度Ixのピーク強度比Ix/IAlNが0.06以下である
ことを特徴とするセラミック抵抗体。 - 【請求項2】前記焼結体中の炭素量が、1重量%以下で
あることを特徴とする請求項1記載のセラミック抵抗
体。 - 【請求項3】前記焼結体の窒化アルミニウム結晶相の平
均粒子径が、6μm以上であることを特徴とする請求項
1または2記載のセラミック抵抗体。 - 【請求項4】酸素を0.3〜3重量%含有し、Al以外
の金属の含有量が1重量%以下の窒化アルミニウム粉末
からなる成形体を、1500〜1700℃で保持した
後、2000℃以上の温度で焼成することを特徴とする
セラミック抵抗体の製造方法。 - 【請求項5】請求項1乃至3のうちいずれかに記載のセ
ラミック抵抗体からなるセラミック平板と、該セラミッ
ク平板の一方の面に設けられた電極と他の面に設けられ
た被処理物載置面とを具備し、前記電極に印加された電
圧によって誘起された静電気力で被処理物を吸着し、固
定することを特徴とする基板支持体。 - 【請求項6】セラミック平板と、該セラミック平板の内
部に設けられた電極と、前記セラミック平板の少なくと
も一方の表面に、被処理物を載置する被処理物載置面と
を具備し、前記電極に印加された電圧によって誘起され
た静電気力で被処理物を吸着し、固定する基板支持体に
おいて、前記セラミック平板内の少なくとも前記電極と
前記被処理物との間のセラミックスが請求項1乃至3の
うちいずれかに記載のセラミック抵抗体からなることを
特徴とする基板支持体。 - 【請求項7】真空容器と基板支持体とを具備する半導体
製造用装置であって、前記真空容器の少なくとも一部の
容器構成部材および/または基板支持体に、請求1乃至
3のうちいずれかに記載のセラミック抵抗体および/ま
たは請求項5または6記載の基板支持体を用いたことを
特徴とする半導体製造装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2000
- 2000-03-29 JP JP2000092466A patent/JP2001278665A/ja active Pending
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