JP2001342070A

JP2001342070A - セラミック抵抗体及び保持部材

Info

Publication number: JP2001342070A
Application number: JP2000158822A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sakagami; 勝伺坂上; Shoji Kosaka; 祥二高坂; Ichio Kiyofuji; 市男清藤; Masaki Terasono; 正喜寺園
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2000-05-29
Publication date: 2001-12-11

Abstract

(57)【要約】【課題】体積固有抵抗が均一で、製品内のばらつきが少
なく、信頼性の高いセラミック抵抗体及び保持部材を提
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、５０℃の体積固有抵抗値が１×１０⁷〜１
×１０¹²Ωｃｍ、前記焼結体の同一面内における厚み方
向の５０℃の体積固有抵抗値の最大値Ｒ_maxと最小値Ｒ
_minの比（Ｒ_max／Ｒ_min）が１００以下であることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック抵抗体
及びその製造方法並びに保持部材及び半導体製造装置に
関するものであり、例えば電子機能材料に用いたり、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
処理又は搬送するための静電チャック等に用いる保持部
材、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。

【０００２】

【従来技術】液晶を含む半導体デバイスの製造に用いる
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、露光などにより加工したり、搬送す
るためには、シリコンウエハを吸着し、保持する必要が
ある。特に、静電的にシリコンウエハを保持する静電チ
ャックは、真空中や腐食性ガス雰囲気での使用が可能で
あり、半導体の製造に適しているため、多用されてい
る。

【０００３】最近では、特に２００℃以下で使用される
静電チャックにおいて、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。

【０００４】例えば、特開平２−２２１６６号公報で
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。

【０００５】しかし、近年における半導体素子の集積度
の向上に伴い、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。

【０００６】例えば、特開平１０−７２２６０号公報で
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。

【０００７】また、特開平１１−１００２７０号公報で
は、窒化アルミニウム結晶粒子に希土類元素を加え、平
均粒子径を３μｍ以下、電子スピン共鳴法によるスペク
トルから得られたアルミニウムの単位ｍｇ当たりのスピ
ン数を５×１０¹²ｓｐｉｎ／ｍｇ以下とするとともに、
１００℃〜５００℃までの体積抵抗率を１×１０⁷〜１
×１０¹⁴Ωｃｍとすることによって、従来よりも広い温
度範囲で体積抵抗率の変化を小さくした静電チャックが
開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−７２２６０号公報に記載された窒化アルミニウム
焼結体は緻密性には優れるが、吸着特性に影響を及ぼす
体積固有抵抗が、特に、０．５ｍｍ以上と厚みが大きい
場合には、面内での抵抗ばらつきが大きくなる傾向があ
るため、特に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。

【０００９】また、特開平１１−１００２７０号公報に
記載された静電チャックは、従来に比べて広い温度範囲
で体積抵抗率の変化が小さくなったものの、一つの基板
面内での体積固有抵抗がばらつきやすく、特に、基板厚
みが大きい場合には、たとえ全体として平均値が１×１
０⁷〜１×１０¹⁴Ωｃｍであっても、部位によっては印
加電圧を停止しても吸着が維持され、いわゆる残留吸着
が発生しやすいという問題があった。

【００１０】したがって、本発明は、厚みが大きい場合
においても面内の体積固有抵抗が均一で、製品内のばら
つきが少なく、信頼性の高いセラミック抵抗体及び保持
部材を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、例えばセラミ
ック抵抗体を静電チャックとして用いて、例えば３００
ｍｍという大きなウエハを吸着保持した場合、吸着電圧
の印加を停止しても残留吸着により、ウエハは次の工程
に移れず、スループットが悪くなって生産性が低下する
現象が発生するが、基板内の部分的な吸着特性の観察に
より、ウエハの一部の場所で残留吸着が発生し、ウエハ
全体の静電チャックからの離脱性を悪化させ、また、こ
の原因がセラミック抵抗体の体積固有抵抗が面内で大き
くばらついているという知見に基づくものである。

【００１２】すなわち、本発明のセラミック抵抗体は、
窒化アルミニウム結晶相を主体とする焼結体からなり、
５０℃の体積固有抵抗値が１×１０⁷〜１×１０¹²Ωｃ
ｍ、前記焼結体の同一面内における５０℃の体積固有抵
抗値の最大値Ｒ_maxと最小値Ｒ_minの比（Ｒ_max／Ｒ_min）
が１００以下であることを特徴とするものである。

【００１３】これにより、体積固有抵抗を均一にでき、
製品内のばらつきが少なく、吸着電圧の印加を停止して
も、ウエハが部分的にセラミック抵抗体と吸着している
ということを防ぎ、信頼性の高いセラミック抵抗体を提
供することができる。

【００１４】また、窒化アルミニウム結晶相を主体とす
る焼結体からなり、Ａｌ以外の金属の含有量が１重量％
以下、前記焼結体の相対密度が９９％以上、焼結体に５
μｍ以上のボイドが存在せず、０．５〜５μｍのボイド
が２３１個／ｍｍ²以下であることを特徴とするもので
ある。

【００１５】大きなボイドが存在すると、ボイドの壁面
に電荷が蓄積・放電を繰り返すため、吸着特性が不安定
となり、信頼性に欠けるセラミック抵抗体となるが、表
面積の大きな５μｍ以上のボイドをなくし、かつ０．５
〜５μｍのボイドを２３１個／ｍｍ²以下とすることに
より、焼結体の同一面内における厚み方向の５０℃の体
積固有抵抗値の最大値Ｒ_maxと最小値Ｒ_minの比（Ｒ_max
／Ｒ_min）を１００以下にすることができる。

【００１６】特に、前記焼結体中の硼素の含有量が０．
０１重量％以下、ナトリウム（以下、Ｎａと表す）及び
カルシウム（以下、Ｃａと表す）の含有量が、それぞれ
０．１重量％以下であることが好ましい。これらの元素
は窒化アルミニウムに固溶して体積固有抵抗を変化させ
るため、偏在しているとばらつきの発生原因となりやす
い。

【００１７】また、前記焼結体中の炭素は窒化アルミニ
ウムの体積固有抵抗を低下させる傾向があり、局在する
とばらつきの原因になりやすいため、１重量％以下にす
ることが好ましい。

【００１８】さらに、前記焼結体中の酸素が、０．３〜
３重量％であることが好ましい。酸素は、粒界に導電性
の粒界相を形成するために有用であるが、多すぎると窒
化アルミニウムのポリタイプを作って体積固有抵抗を高
めることがある。

【００１９】また、前記焼結体中の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Ｉ_AlNに対
する窒化アルミニウム以外の主結晶ピーク強度Ｉ_xのピ
ーク強度比Ｉ_x／Ｉ_AlNが０．０６以下であることが望ま
しい。窒化アルミニウム以外の結晶が焼結体中の特定の
場所において形成されると、部分的に体積固有抵抗にば
らつきを生じさせやくなる傾向がある。

【００２０】さらに、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、同一面内における平均
粒子径の最大値ｄ_maxと最小値ｄ_minの比（ｄ_max／
ｄ_min）が、１０以下、特に７以下、さらには４以下で
あることが望ましい。例えば、直径３００ｍｍ、厚み１
５ｍｍのセラミック抵抗体の場合、同一面内において少
なくとも１０箇所以上で平均粒子径を測定し、最大値ｄ
_maxと最小値ｄ_minとを算出する。そして、この比（ｄ
_max／ｄ_min）が、１０以下とすることで、５０℃の体積
固有抵抗値を１×１０⁷〜１×１０¹²Ωｃｍにコントロ
ールしやすくなり、面内のばらつきも抑制することがで
きる。

【００２１】また、本発明のセラミック抵抗体の製造方
法は、硼素を０．０１重量％以下、ナトリウム及びカル
シウムをそれぞれ０．１重量％以下、炭素を１重量％以
下、酸素を０．３〜３重量％、Ａｌ以外の金属を１重量
％以下の割合で含有する窒化アルミニウム粉末からなる
成形体を、１５００〜１８００℃の温度で一時的に保持
した後、２０００℃以上の温度で焼成することを特徴と
する。この方法により、焼結体の面内ばらつきの少ない
セラミック抵抗体を実現できる。

【００２２】特に、前記成形体を、高純度カーボンシー
トを介してカーボン型に装填し、１ＭＰａ以上の圧力下
で焼成することが好ましい。これにより、Ａｌ以外の金
属不純物が焼結体中へ混入し、体積固有抵抗のばらつき
を大きくすることを抑制できる。カーボンシートは、薄
いために、窒化アルミニウムとたとえ反応したとして
も、研削や研磨により容易に除去でき、製品コストを低
く維持できる。

【００２３】さらに、本発明の保持部材は、本発明のセ
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、保
持することを特徴とするものである。

【００２４】また、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、保持する保持部
材において、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ものである。

【００２５】いずれも本発明のセラミック抵抗体を用い
た保持部材は、体積固有抵抗の面内ばらつきがちいさい
ため、静電吸着のために印加されていた電圧を解除した
時に、部分的な残留吸着が発生することを抑制し、離脱
性の良好な保持部材を実現できる。

【００２６】さらに本発明の半導体製造装置は、真空容
器と基板の保持部材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／または保持部材に、本発明のセラミック抵抗体お
よび／または本発明の保持部材を用いたことを特徴とす
る。これにより、スループットが高くなり、半導体等の
製品の生産性を向上することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明のセラミック抵抗体は、窒
化アルミニウム結晶相を主体とする焼結体からなること
が重要である。窒化アルミニウム自体は絶縁体である
が、酸素を適量含有すると導電性粒界相を形成し、焼結
体の体積固有抵抗を低下させることが可能であり、特定
の体積固有抵抗を有するセラミックスを実現できる。

【００２８】また、５０℃の体積固有抵抗値が１×１０
⁷〜１×１０¹²Ωｃｍであることが重要である。５０℃
の体積固有抵抗値を１×１０⁷〜１×１０¹²Ωｃｍとす
ることにより、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、例えば静電チャックに好適に用
いることができる。５０℃の体積固有抵抗値は、電荷移
動量、すなわち漏れ電流を低く抑制する点で、特に１×
１０⁸〜１×１０¹¹Ωｃｍ、さらには１×１０⁹〜１×１
０¹⁰Ωｃｍに設定することが好ましい。

【００２９】さらに、前記焼結体の同一面内における５
０℃の体積固有抵抗値の最大値Ｒ_ma _xと最小値Ｒ_minの比
（Ｒ_max／Ｒ_min）が１００以下であることが重要であ
り、特に５０以下、さらには２５以下、より好適には１
０以下が好ましい。即ち、ウエハを吸着させるための印
加電圧を停止したときに、抵抗が比較的大きな場合、移
動距離が大きいと電荷の移動に時間を要するため、電圧
を停止したにも関わらず、一定以上の時間にわたって吸
着が維持され、残留吸着という現象が発生する。したが
って、同一面内での５０℃の体積固有抵抗の最大値Ｒ
_maxと最小値Ｒ_minの比（Ｒ_max／Ｒ_min）が１００を越え
ると、場所により電荷の移動速度に大きな差が生じるた
め、最大値Ｒ_maxを有する部位では残留吸着が発生し、
ウエハは抵抗体に吸着した状態が維持される場合が多く
なる。また、最小値Ｒ_minが１×１０⁷Ωｃｍ未満になっ
た場合、流れる電流が大きくなり、ウエハ上に形成した
デバイスを破壊する危険性が生じるため、製品歩留まり
を低下させることとなる。

【００３０】また、本発明のセラミック抵抗体は、窒化
アルミニウム結晶相を主体とする焼結体からなり、Ａｌ
以外の金属の含有量が１重量％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％を越えると、体積固有抵抗値がばらつき、１×１
０⁷〜１×１０¹²Ωｃｍの範囲に安定させることが困難
となる。なお、実際には、各金属の含有量を分析し、多
い順から１０種類の金属の合計量を上記の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。

【００３１】さらに、窒化アルミニウム結晶相を主体と
する焼結体の相対密度が９９％以上、かつ焼結体に５μ
ｍ以上のボイドが存在せず、０．５〜５μｍのボイドが
２３１個／ｍｍ²以下であることが必要であり、特に１
６２個／ｍｍ²以下、さらには１１５個／ｍｍ²以下、よ
り好適には６９個／ｍｍ²以下が好ましい。

【００３２】焼結体の密度が９９％未満では、窒化アル
ミニウム以外の異相が含まれ体積固有抵抗値にばらつき
を生じたり、大きなボイドが発生し、体積固有抵抗値を
安定化させることが困難となる。

【００３３】特に、５μｍ以上のボイドが存在している
とボイド内の壁面の表面積が大きいため、そこに電荷が
蓄積・放電を繰り返し、体積固有抵抗が不安定となるば
かりか、比較的大きな電流が流れやすく、短絡によりウ
エハに形成されたデバイスを破壊する危険性がある。ま
た、０．５〜５μｍのボイドが２３１個／ｍｍ²を越え
ると電気の経路である粒界の連続性がとぎれるため、体
積固有抵抗が高くなり、１×１０⁷〜１×１０¹²Ωｃｍ
の範囲にすることが難しくなる。

【００３４】なお、本発明における５μｍ以上のボイド
の測定は、走査型電子顕微鏡により、５００倍の写真を
少なくとも１０箇所で撮影し、これらの写真上で観察で
きる５μｍ以上のボイドを数えることにより行ってい
る。また、同様に、０．５〜５μｍのボイドの測定は、
３０００倍の写真を少なくとも１０箇所で撮影し、これ
らの写真上で観察できる０．５〜５μｍのボイドを数
え、単位面積当たりのボイド密度を算出している。な
お、２３１個／ｍｍ²以下のボイド密度は、５００倍の
写真（縦２４０μｍ、横１８０μｍ）において、約１０
個のボイドに相当する量である。

【００３５】本発明のセラミック抵抗体において、硼素
の含有量は０．０１重量％以下、特に０．００５重量％
以下、さらには０．００２重量％以下が好ましい。ま
た、Ｎａ及びＣａの含有量は、各々０．１重量％以下、
特に０．０５重量％以下、さらには０．０３重量％以下
が好ましい。これらの元素は窒化アルミニウムに固溶し
て体積固有抵抗を変化させる傾向が強いため、特に焼結
体中に偏在していると体積固有抵抗のばらつきの原因と
なり易い。

【００３６】また、焼結体中の炭素の含有量は、１重量
％以下が好ましい。炭素は導電性粒界相の形成に関係が
あると考えられ、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１×１０⁷〜１×１
０¹²Ωｃｍの範囲に設定することが、容易になる。炭素
量は、特に０．５重量％以下、さらには０．２重量％以
下が好ましい。

【００３７】さらに、焼結体中の酸素の含有量は、０．
３〜３重量％であることが好ましい。酸素量は、体積固
有抵抗値と強く関連しており、その理由については明確
ではないが、粒界に酸素を含む導電性の粒界相を形成す
ると考えられるため、０．３重量％以上であれば、電荷
の移動体となる粒界相は十分で、３次元的連続性が得ら
れ、体積固有抵抗を低下させやすい。また、酸素が３重
量％を越えると、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傾向があるため、酸素の含有量
が０．３〜３重量％の時、５０℃の体積固有抵抗値を１
×１０⁷〜１×１０¹²Ωｃｍの範囲にすることが容易に
なり、特に０．４〜２．５重量％、さらには０．５〜２
重量％が好ましい。

【００３８】さらにまた、焼結体のＸ線回折強度におい
て、窒化アルミニウム（１００）面のＸ線回折強度Ｉ
_AlNに対する窒化アルミニウム以外の主結晶ピーク強度
Ｉ_xのピーク強度比Ｉ_x／Ｉ_AlN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。窒化アルミニウム以外に、例えば高抵抗の
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。

【００３９】また、焼結体の窒化アルミニウム主結晶相
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。

【００４０】そして、焼結体の窒化アルミニウム結晶相
の平均粒子径の最大値ｄ_maxと最小値ｄ_minの比（ｄ_max
／ｄ_min）が、１０以下、特に７以下、さらには４以下
であることが好ましい。粒子径が小さく粒界の量が多い
場合は抵抗が大きくなり、粒子径が大きく粒界の量が少
ない場合は抵抗が小さくなる傾向があり、平均粒子径を
上記の範囲に収めることにより、体積固有抵抗のばらつ
きを小さくすることが容易となる。

【００４１】次に、本発明にかかる窒化アルミニウム質
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％以上、平均粒子径が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。

【００４２】また、原料中のＡｌ以外の金属の含有量は
１重量％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％を越えると、焼
結体中のＡｌ以外の金属の含有量は１重量％を越える危
険性が高く、その結果、体積固有抵抗値がばらつき、１
×１０⁷〜１×１０¹²Ωｃｍの範囲に安定させることが
困難となる。なお、実際には、各金属の含有量を分析
し、多い順から１０種類の金属の合計量を上記の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。

【００４３】ＡｌＮ粉末の硼素は、０．０１重量％以
下、Ｎａ及びＣａをそれぞれ０．１重量％以下、炭素を
１重量％以下とすることが重要である。原料中にこれら
の不純物が多量に含まれていると、焼結体中に残留しや
すい。また、ＡｌＮ粉末の酸素量は、０．３〜３重量％
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。

【００４４】なお、炭素は１重量％以下にすればよく、
所望により炭素源を混合し、炭素量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。

【００４５】次に上記の窒化アルミニウム粉末を、成形
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。

【００４６】まず、焼成温度に達する前に、１５００〜
１８００℃、好ましくは１５５０〜１７５０℃での保持
を一時的に設ける。この保持によって導電性粒界相の形
成を助長し、かつ過剰の炭素等の制御できるため、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。次いで、２０００℃以上の温度に昇温して、
０．５〜６時間程度の焼成を行う。

【００４７】この焼成にはホットプレス法を適用するこ
とが好ましい。具体例としては、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、窒素ガスを導入し、昇温して温度を２１００℃に保
持し、２０ＭＰａ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。なお、ホットプレス時の圧力について
は、焼結性を高め、体積固有抵抗をる点で１ＭＰａ以
上、特に５ＭＰａ以上、さらには１０ＭＰａ以上、最も
好適には１５ＭＰａであることが望ましい。

【００４８】また、ホットプレス時に、成形体をカーボ
ン型に装填し、上下からカーボン板で挟み込み、加圧す
る際に、焼結体とカーボン型との分離をよくするために
窒化硼素を塗布できるが、窒化硼素は焼結体中に侵入
し、電極に蓄積され、電極の抵抗を著しく高めるため、
成形体を窒化硼素から保護するためにカーボンシートを
用いることが好ましい。これにより、硼素の侵入を防ぐ
ことができる。さらに、窒化硼素を塗布しなくても焼結
体に付着したカーボンシートは薄いため、簡単に除去で
きる。さらに、カーボンシートは他のＡｌ以外の金属の
侵入も抑制する効果があり、雰囲気焼成においても同様
の効果がある。

【００４９】本発明のセラミック抵抗体を用いた保持部
材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。

【００５０】本発明の保持部材の一例である静電チャッ
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。

【００５１】そして、セラミック平板２の一面にウエハ
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。

【００５２】なお、セラミック平板２は電極３および４
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。

【００５３】すなわち、本発明の保持部材は、セラミッ
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
る保持部材において、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。

【００５４】特に、高い吸着力を得るために、吸着部位
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。

【００５５】また、吸着部位２ａのうち、同一面内にお
ける同一面内部位Ａ部７〜同一面内部位Ｄ部１０の体積
固有抵抗をそれぞれ測定したとき、最大値Ｒ_maxと最小
値Ｒ_m _inの比（Ｒ_max／Ｒ_min）が１００以下であること
が重要であり、また、いずれも平均粒子径が６μｍ以上
であって、同一面内における平均粒子径の最大値ｄ_max
と最小値ｄ_minの比（ｄ_max／ｄ_min）が１０以下である
ことが好ましい。

【００５６】したがって、このようなばらつきの少ない
セラミック抵抗体を用いた保持部材は、−７０〜２００
℃の温度範囲において、ウエハの脱離性が良く、信頼性
の高い静電吸着をすることができる。

【００５７】また、図２は本発明の保持部材の他の構造
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１５
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１
２ａ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。

【００５８】そして、電極１３とウエハ１５との間に電
圧が印可され、電流がわずかにながれて静電的な吸着が
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。

【００５９】さらに、図３は、本発明の保持部材のさら
に他の構造を示すもので、単極タイプの静電チャック２
１の例である。セラミック平板２２の内部に電極２３が
埋設するように設けられ、セラミック平板２２の一面に
ウエハ２５などの被処理物を載置する被処理物載置面２
６が設けられている。セラミック平板２２は、実質的に
吸着部位２２ａおよび支持部位２２ｂに分割され、少な
くとも吸着部位２２ａには、本発明のセラミック抵抗体
が用いられている。

【００６０】そして、電極２３とウエハ２５との間に電
圧が印可され、電流がわずかにながれて静電的な吸着が
起こる。なお、図３には記載してないが、外部から電極
２３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。

【００６１】さらに、図４は、静電チャック３１は、本
発明のセラミック抵抗体からなる平板３２の一方の面に
設けられた電極３３と、他の面に設けられたウエハ３５
などの被処理物を載置する被処理物載置面３６とを具備
し、電極３３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３５を吸着し、ウエハ３５を保持部
材である静電チャック３１に固定するものである。

【００６２】なお、図示はしないが、静電チャックの内
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。

【００６３】さらには、所望により、冷却用の冷媒の通
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。

【００６４】このように、本発明のセラミック抵抗体を
用いた保持部材の一例である静電チャックは、ウエハの
固定や搬送に好適であり、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。

【００６５】そして、本発明の半導体製造装置は、真空
容器と保持部材とを具備し、本発明のセラミック抵抗体
又は保持部材を用いることにより、生産性が高く、低コ
ストで信頼性の高い半導体を実現できる。

【００６６】

【実施例】原料として平均粒子径１μｍの還元窒化法の
窒化アルミニウム粉末（Ａ１）、又は粒子径１μｍの直
接窒化法の窒化アルミニウム粉末（Ａ２）を用いた。ま
た、所望により平均粒子径１μｍの炭素粉末及び平均粒
子径１μｍのＡｌ₂Ｏ₃粉末を添加し、硼素、Ｎａ、Ｃ
ａ、炭素、酸素及びＡｌ以外の金属が表１に示す組成に
なるように混合した。

【００６７】これらの混合粉末をエタノールを用いて混
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３００ｍｍ、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及
び表２に示す条件で焼成した。なお、カーボン型と成形
体との間に所望によりカーボンシートを挿入した。ま
た、焼成前の１５００〜１８００℃での保持は、すべて
２時間とした。

【００６８】得られた焼結体の相対密度は、まずアルキ
メデス法から嵩密度をもとめた後、焼結体を粉砕してＪ
ＩＳＲ１６２０に基づいたヘリウム置換法によって得ら
れた真密度と比較して算出した。

【００６９】また、Ｘ線回折分析により得られた回折パ
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Ｉ_xと窒化アルミニウムの（１００）面のＸ線回折
強度Ｉ_AlNの比（Ｉ_x／Ｉ_AlN）を算出した。

【００７０】さらに、組成は焼結体の蛍光Ｘ線分析から
分析した。なお、Ａｌ以外の金属の含有量は、金属不純
物の多い方から１０種類の元素の総量を算出した。

【００７１】さらにまた、体積固有抵抗は、ＪＩＳ３端
子法により、５０℃で測定した。この時、各試料それぞ
れ１６箇所で測定し、平均値と比（Ｒ_max／Ｒ_min）を算
出した。そして、体積固有抵抗値の比（Ｒ_max／Ｒ_min）
の値を算出し、比として表３及び４に示した。

【００７２】粒子径は、焼結体を鏡面状態に研磨し、走
査型電子顕微鏡により５００及び３０００倍で１試料に
つき１０箇所の破面の写真を撮影し、コード法により窒
化アルミニウムの平均粒子径を測定し、最大の平均粒子
径ｄ_max及び最小の平均粒子径ｄ_minを算出した。そし
て、比（ｄ_max／ｄ_min）を計算し、比として表３及び４
に示した。さらに、上記写真を用いてボイドの数と大き
さを測定し、大粒子（５μｍ以上）と小粒子（０．５〜
５μｍ）に分類し、大粒子は５００倍写真１０箇所中の
数を測定し、小粒子は単位当たりの粒子数として算出
し、表３及び４に示した。

【００７３】吸着特性は、図１に示した構造を有する静
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５００Ｖ
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５００Ｐａまで低下するのに要した時
間とした。結果を表１〜４に示した。

【００７４】

【表１】

【００７５】

【表２】

【００７６】

【表３】

【００７７】

【表４】

【００７８】本発明の試料Ｎｏ．１〜３、５〜８、１０
〜１３、１５〜１９、２２〜２８、３０〜３２、３４〜
３９、４１〜５３は、体積固有抵抗値の比（Ｒ_max／Ｒ
_min）が１００以下で、その結果、保持部材特性の吸着
力が２５０ＭＰａ以上と大きく、飽和時間及び徐電時間
は、それぞれ１６ｓｅｃ以下、２０ｓｅｃ以下であっ
た。

【００７９】一方、体積固有抵抗値が６×１０¹²Ωｃｍ
以上と本発明の範囲外の試料Ｎｏ．２０及び２１は保持
部材特性の吸着力が、それぞれ１００、９０ＭＰａと小
さかった。また、同一面内における体積固有抵抗値の最
大値Ｒ_maxと最小値Ｒ_minの比（Ｒ_max／Ｒ_min）が１００
を越え、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．４、９、１４、２
９及び３３は飽和時間及び徐電時間が、いずれも３０ｓ
ｅｃ以上と長いため、スループット及び生産性が不十分
であった。

【００８０】また、相対密度が９４％と９９％に満たな
い本発明の範囲外の試料Ｎｏ．４０は、体積固有抵抗が
１×１０¹⁶Ωｃｍと１×１０⁷〜１×１０¹²Ωｃｍの範
囲を大きく越え、吸着力が著しく小さかった。

【００８１】さらに、焼成の途中で、１５００〜１８０
０℃の温度で一時的に保持を入れない本発明の範囲外の
試料Ｎｏ．５４、５５は、比（Ｒ_max／Ｒ_min）が１３０
以上となり、残留吸着が発生した。

【００８２】

【発明の効果】本発明のセラミック抵抗体は、焼結体の
密度とボイド量とを制御することにより、体積固有抵抗
の面内ばらつきを抑え、所定の範囲の体積固有抵抗を有
するセラミック抵抗体を安定して実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の保持部材の構造を示す断面図である。

【図２】本発明の保持部材の他の構造を示す断面図であ
る。

【図３】本発明の保持部材のさらに他の構造を示す断面
図である。

【図４】本発明の保持部材のさらに他の構造を示す断面
図である。

【符号の説明】

１・・・静電チャック２・・・セラミック平板２ａ・・・吸着部位２ｂ・・・支持部位３、４・・・電極５・・・ウエハ６・・・被処理物載置面７・・・同一面内部位Ａ部８・・・同一面内部位Ｂ部９・・・同一面内部位Ｃ部１０・・・同一面内部位Ｄ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者寺園正喜鹿児島県国分市山下町１番１号京セラ株式会社鹿児島国分工場内Ｆターム(参考） 4G001 BA03 BA36 BA60 BA61 BA67 BA68 BA71 BA73 BB36 BB60 BB61 BB67 BB68 BB71 BB73 BC42 BE12 BE22 BE33 5E033 AA05 BB09 BE01 BH02 5F031 CA02 DA01 DA11 HA16 PA30

Claims

【特許請求の範囲】

【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、５０℃の体積固有抵抗値が１×１０⁷〜１
×１０¹²Ωｃｍ、前記焼結体の同一面内における５０℃
の体積固有抵抗値の最大値Ｒ_maxと最小値Ｒ_minの比（Ｒ
_max／Ｒ_min）が１００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】窒化アルミニウム結晶相を主体とする焼結
体からなり、Ａｌ以外の金属の含有量が１重量％以下、
前記焼結体の相対密度が９９％以上、焼結体に５μｍ以
上のボイドが存在せず、０．５〜５μｍのボイドが２３
１個／ｍｍ²以下であることを特徴とするセラミック抵
抗体。
【請求項３】前記焼結体中の硼素の含有量が０．０１重
量％以下、ナトリウム及びカルシウムの含有量が、それ
ぞれ０．１重量％以下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】前記焼結体中の炭素の含有量が、１重量％
以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいず
れかに記載のセラミック抵抗体。
【請求項５】前記焼結体中の酸素の含有量が０．３〜３
重量％であることを特徴とする請求項１乃至４のうちい
ずれかに記載のセラミック抵抗体。
【請求項６】前記焼結体中の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Ｉ_AlNに対する窒
化アルミニウム以外の主結晶ピーク強度Ｉ_xのピーク強
度比Ｉ_x／Ｉ_AlNが０．０６以下であることを特徴とする
請求項１乃至５のうちいずれかに記載のセラミック抵抗
体。
【請求項７】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
乃至６のうちいずれかに記載のセラミック抵抗体。
【請求項８】前記焼結体の同一面内における平均粒子径
の最大値ｄ_maxと最小値ｄ_minの比（ｄ_max／ｄ_min）が１
０以下であることを特徴とする請求項１乃至７のうちい
ずれかに記載のセラミック抵抗体。
【請求項９】硼素を０．０１重量％以下、ナトリウム及
びカルシウムをそれぞれ０．１重量％以下、炭素を１重
量％以下、酸素を０．３〜３重量％、Ａｌ以外の金属を
１重量％以下の割合で含有する窒化アルミニウム粉末か
らなる成形体を、１５００〜１８００℃の温度で一時的
に保持した後、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１０】前記成形体を、高純度カーボンシートを
介してカーボン型に装填し、１ＭＰａ以上の圧力下で焼
成することを特徴とする請求項９記載のセラミック抵抗
体の製造方法。
【請求項１１】請求項１乃至８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、
保持することを特徴とする保持部材。
【請求項１２】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、保持する保持部材に
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８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
特徴とする保持部材。
【請求項１３】真空容器と基板の保持部材とを具備する
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／または保持部材に、請求１
乃至８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１１または１２記載の保持部材を用いた
ことを特徴とする半導体製造装置。