JP2002047067A

JP2002047067A - 電極内蔵セラミックス及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002047067A
Application number: JP2000231748A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sakagami; 勝伺坂上; Shoji Kosaka; 祥二高坂; Masaki Terasono; 正喜寺園
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2002-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】電極の変形が少なく、吸着特性とその均一性に
優れ、信頼性の高い電極内蔵セラミックス及びその製造
方法、保持装置及び半導体製造用装置を提供する。【解決手段】セラミック焼結体と、該焼結体の内部に埋
設された電極とを具備し、前記焼結体中の少なくとも一
部を電子が移動する電極内蔵セラミックスであって、前
記焼結体表面から前記電極までの距離の最大値を
Ｔ_max、最小値をＴ_min及び平均値をＴ_Avとしたとき、
（Ｔ_max−Ｔ_min）／Ｔ_Avが０．２以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電極内蔵セラミッ
クス及びその製造方法、保持装置、半導体製造用装置に
関するものであり、例えば電子機能材料等に用いられる
電極内蔵セラミックス、半導体製造用装置等においてウ
エハを静電的な吸着保持や搬送に好適に用いられる保持
装置、並びにこれらを用いた半導体製造用装置に関する
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
半導体製造用装置において、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、シリコンウエハ等を保持する必要があ
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】窒化アルミニウムは耐食性が高く、熱伝導
が高く熱衝撃性に比較的強いため静電チャックの主成分
として用いられている。この窒化アルミニウムは、５０
℃における体積固有抵抗が１×１０¹⁴Ωｃｍ以上と絶縁
体であるが、特に、最近では、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２０００−４４３４５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。ここで言う金属とは金属線や金属板を二次元的に延
びるバルク体として形成したものを示している。

【０００５】さらに、特公平５−１１０６９号公報で
は、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、Ｙ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂及びＧ₂
Ｏ₃のうち１種以上と、Ａｌ₂Ｏ₃及びＡｌＮの１種以上
とを含有したＷ又はＭｏペーストをＡｌＮの成形体に塗
布し、これらを同時焼成することにより電極を形成し、
電極のメタライズ強度を高め、電気抵抗の低い電極を実
現している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開２
０００−４４３４５号公報に記載された窒化アルミニウ
ム焼結体中の電極は、ホットプレス焼成時に変形するこ
とが多く、電極と被保持物との距離がばらつき、その結
果、電圧のばらつきが生じ、吸着特性に影響を及ぼし、
製品の信頼性が低下するという問題があった。

【０００７】また、特公平５−１１０６９号公報に記載
された静電チャックは、導電性ペーストを成形体上に形
成するため、ホットプレスを行うと成形体密度分布にし
たがって電極が変形し、断面は波打った状態が観察され
る。そのため、電圧印加初期時には、静電吸着力が場所
によって異なったり、耐電圧が低下し、ウエハ等の被保
持物はウエハの部位による吸着力の違いにより、温度分
布が生じるため、エッチング等の処理においてむらが発
生し、ウエハ離脱時に残留吸着が発生しやすくなり、保
持装置として応答性が悪くなるという問題があった。

【０００８】したがって、本発明は、電極の変形が少な
く、吸着特性とその均一性に優れ、信頼性の高い電極内
蔵セラミックス及びその製造方法、保持装置及び半導体
製造用装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の電極内蔵セラミ
ックスは、例えば電極内蔵セラミックスを静電チャック
として用いてウエハを吸着保持した場合、内部電極と表
面との距離を面内で均一に分布させることによって、保
持基板として応答性が改善されるという知見に基づくも
のである。

【００１０】すなわち、セラミック焼結体と、該焼結体
の内部に埋設された電極とを具備し、前記焼結体中の少
なくとも一部を電子が移動する電極内蔵セラミックスで
あって、前記焼結体表面から前記電極までの距離の最大
値をＴ_max、最小値をＴ_min及び平均値をＴ_Avとしたと
き、（Ｔ_max−Ｔ_min）／Ｔ_Avが０．２以下であることを
特徴とするものである。

【００１１】これにより、ウエハの面内での電圧のばら
つきが小さくなる結果、ウエハ載置面の吸着力が均一化
するとともに、応答性が改善され、耐電圧の極端な低下
を避けることができ、電極の変形が少なく、吸着特性に
優れ、信頼性の高い電極内蔵セラミックスが実現でき
る。

【００１２】また、前記セラミック焼結体の耐電圧が５
ｋＶ/ｍｍ以上で、誘電率が７以上であることが好まし
い。これにより、高電圧の印加にも耐え、電極とウエハ
との間隔を短くすることが可能となり、また、ウエハの
エッチング速度を高く保つことが可能となる。

【００１３】さらに、前記セラミック焼結体は、主成分
以外の金属の含有量が１重量％以下、相対密度が９９％
以上、ボイドの最大径が５μｍ以下であることが好まし
い。これにより、高純度で耐プラズマ腐食に強く、強度
を高くする事が可能となる。

【００１４】さらにまた、前記焼結体表面と前記電極と
の間のセラミック焼結体の体積固有抵抗が１０⁷〜１０
¹²Ωｃｍであることが好ましい。吸着力は電圧印加によ
り、誘電体を容量とするコンデンサを形成して、電極と
被吸着体間に反対の電荷を誘起させたクーロン力と、被
吸着体と誘電体間に、耐電分極して誘起させたジョンソ
ン・ラーベック力がある。この２つは体積固有抵抗値に
より発現される領域が異なるが、ジョンソン・ラーベッ
ク力はクーロン力に比べて強力な吸着力を得るができ
る。したがって、体積固有抵抗が１０⁷〜１０¹²Ωｃｍ
の低抵抗で支配的であるジョンソン・ラーベック力を利
用する事が有用である。

【００１５】また、前記電極が、前記セラミック焼結体
の主成分と金属及び／又は金属化合物とからなり、前記
セラミック焼結体の主成分と前記金属とを除いた金属元
素の含有量が１重量％以下であることが好ましい。これ
により、電極の抵抗を安定化させ、電極の発熱を制御
し、吸着装置として高い脱離応答性が得られ、エッチン
グ等の処理を均一化できる。

【００１６】さらに、前記電極の厚みが７μｍ以上、電
極の相対密度が９０％以上であることが好ましい。これ
により、電極に大きなボイドの発生を抑制でき、その結
果、吸着力の面内分布を均一化しやすくなる。

【００１７】さらにまた、前記セラミック焼結体が窒化
アルミニウムを主体とすることが好ましい。窒化アルミ
ニウムは、耐プラズマ性が高く、また、高熱伝導率を有
するため、温度の制御性に優れることから、特にエッチ
ング装置に好適に用いることができる。

【００１８】また、本発明の電極内蔵セラミックスの製
造方法は、内部の相対密度差が５％以下で分布するセラ
ミックス成形体及び／又は仮焼体の内部に電極が設けた
構造体を、ホットプレス装置に入れ、構造体強度未満の
圧力を加えた後昇温を開始し、焼成温度未満の温度で保
持して一次焼成を行い、その後昇温を再開し、収縮開始
温度から±１００℃以下の温度領域において構造体強度
以上の圧力を加え、さらに昇温し、焼成温度で二次焼成
を行うことを特徴とするものであり、特に、成形体及び
／又は仮焼体が窒化アルミニウム結晶相を主体とし、Ａ
ｌ以外の金属の含有量が１重量％以下であり、一次焼成
の温度が１４００〜１８００℃、二次焼成の温度を２０
００〜２２５０℃とすることを特徴とすることが好まし
い。これにより、上記の信頼性の高い電極内蔵セラミッ
クスが実現できる。

【００１９】さらに、本発明の保持装置は、窒化アルミ
ニウム結晶相を主体とする焼結体と、該焼結体の内部に
埋設された保持電極と、被保持物を保持する載置面とを
具備し、前記保持用電極と載置面との間の体積固有抵抗
が１×１０⁷〜１×１０¹²Ωｃｍで、静電力を利用して
前記被保持物を載置面に保持する保持装置であって、前
記電極と前記載置面との間の焼結体において、前記載置
面から前記電極までの距離の最大値をＴ_max、最小値を
Ｔ_min及び平均値をＴ_Avとしたとき、（Ｔ_max−Ｔ_min）
／Ｔ_Avが０．２以下であることを特徴とするものであ
る。これにより、信頼性の高い保持装置が実現できる。

【００２０】さらにまた、本発明の半導体製造用装置
は、保持装置を具備する半導体製造用装置であって、前
記半導体製造用装置の少なくとも一部の半導体製造用装
置構成部材および／または保持部材に、上記の電極内蔵
セラミックスおよび／または上記の保持装置を用いたこ
とを特徴とするもので、これにより、印加電圧の面内ば
らつきが小さいため、静電吸着力が均一であり、ウエハ
全面にわたって均一な処理を施すことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の電極内蔵セラミックス
を、Ｓｉウエハ等の保持装置の一種で、ウエハを静電的
に吸着する静電チャックを用いて説明する。

【００２２】図１（ａ）は、本発明の電極内蔵セラミッ
クスを用いた静電チャックの構造を示している。これ
は、単極タイプの静電チャック１が電極内蔵セラミック
ス２から構成されており、電極内蔵セラミックス２は、
その内部に電極４を設けた構造となっている。したがっ
て、図１には記載してないが、外部から電極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。
そして、電極内蔵セラミックス２の一面にウエハ６など
の被保持物を載置するウエハ載置面７が設けられてお
り、電極４に電圧を加えると、ウエハ６は、ウエハ載置
面７に静電的に吸着される。

【００２３】この電極内蔵セラミックス２は、セラミッ
ク焼結体からなり、その内部に電極４が埋設され、焼結
体表面であるウエハ載置面７と電極４との間で電子が移
動するものである。

【００２４】そして、ウエハ載置面７と電極４との距離
のばらつきを制御することによって、吸着力を均一化
し、その結果ウエハの温度分布を小さくし、エッチング
等の処理を均一化させ、また、電圧分布を均一化させ、
耐電圧を高め、信頼性を向上させることができる。

【００２５】例えば、図１（ａ）の一部を拡大した図１
（ｂ）に示すように、ウエハ載置面７から電極４との距
離の最大値をＴ_max、最小値をＴ_min及び平均値をＴ_Avと
したとき、（Ｔ_max−Ｔ_min）／Ｔ_Avが０．２以下である
ことが重要である。これにより、面内での電圧ばらつき
を抑え、ウエハ面内での吸着力を均一にすることがで
き、その結果、吸着特性に優れ、信頼性の高い電極内蔵
セラミックスが実現できるため、例えば、静電チャック
に好適に用いることができる。特に、／Ｔ_Avは０．１、
さらには０．０５以下が好ましい。

【００２６】なお、ウエハ載置面７から電極４との平均
距離は、実際には図１（ｂ）のように電極内蔵セラミッ
クス２を切断し、その切断面をさらに研削およびポリッ
シングした後、表面から電極表面の距離を任意の１０箇
所以上でそれぞれ最大値、最小値、平均値を測定し、そ
れらの平均値をそれぞれ最大値Ｔｍａｘ、最小値Ｔｍｉ
ｎ及び平均値Ｔ_Avとした。なお、上記距離のばらつきは
最大値と最小値の差（Ｔ_max−Ｔ_min）で表される。

【００２７】セラミック焼結体の主成分としては、アル
ミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ジルコ
ニア、ムライト、コージェライト、マグネシア等の酸化
物、窒化物等を用いることができる。これらの中で、耐
プラズマ性が高く、温度の制御性に優れるため、窒化ア
ルミニウムが特に好ましい。

【００２８】また、セラミック焼結体は、高電圧が印加
されるため、耐電圧が高いことが好ましい。即ち、高い
耐電圧を有すると、不慮の高電圧が印加されても破壊さ
れにくく、信頼性が高い。また、印加電圧に関して広範
な仕様にも対応でき、さらにはウエハと吸着電極間や吸
着電極と高周波電極間の間隔を小さくすることが可能と
なり、保持装置等への応用時に設計の自由度が広がる。
したがって、耐電圧は５ｋＶ／ｍｍ以上、特に７ｋＶ／
ｍｍ、さらには１０ｋＶ／ｍｍであることが好ましい。

【００２９】さらに、セラミック焼結体の比誘電率が高
いと、ウエハと基板内電極間の静電容量を大きくするこ
とが可能で、その結果、プラズマのセルフバイアス電位
を高めることができ、エッチング処理効率を上げること
ができる。従って、セラミックスの誘電率は７以上、特
に８以上、さらには９以上が好ましい。

【００３０】さらにまた、前記セラミック焼結体は、主
成分以外の金属の含有量が１重量％以下、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。特に、主成分以外の金属の含有量が１重量％を越
えると、金属がプラズマによって腐食され、ウエハのプ
ロセス中に混入する不純物量が多くなる傾向があり、パ
ーテイクルが発生して、デバイスの不良率が高くなる傾
向がある。

【００３１】なお、主成分以外の金属の含有量測定に
は、各金属の含有量をそれぞれ分析し、多い順から１０
種類の金属の合計量を上記主成分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。

【００３２】また、上記セラミック焼結体の相対密度が
９９％以上、かつ焼結体に５μｍ以上のボイドが存在し
ないことが好ましい。焼結体の密度が９９％以上、かつ
焼結体に５μｍ以上のボイドを排除することにより、基
板表面の平滑性を向上することができ、その結果、高純
度で耐プラズマ腐食に強く、強度を高くすることが可能
となる。また、相対密度が９９％以上としてボイドの数
を低減し、５μｍ以上の大きなボイドを排除することに
より、表面積の大きなボイド内壁に電荷が蓄積し、放電
によって吸着特性が不安定となり、短絡時にウエハ上の
デバイスが破壊される危険性を低減することができる。

【００３３】なお、本発明における５μｍ以上のボイド
の測定は、走査型電子顕微鏡で５００倍の写真を少なく
とも１０箇所で撮影し、５μｍ以上のボイドを測定す
る。

【００３４】また、焼結体表面と電極との間で、５０℃
の体積固有抵抗値が１×１０⁷〜１×１０¹²Ωｃｍであ
ることが好ましい。これによって、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５×１０⁷〜１×１０¹¹Ωｃｍ、さらに
は１×１０⁸〜１×１０ ¹⁰Ωｃｍに設定することが好ま
しい。

【００３５】また、本発明における電極は、セラミック
焼結体の主成分と金属及び／又は金属化合物とからなる
ことが好ましい。これは、電極とセラミック焼結体との
密着性を向上させるためであり、その組成は、金属及び
／又は金属化合物が主成分となり、特に７０重量％以上
となることが、導電率を高める点で好ましい。

【００３６】そして、電極中の金属元素の含有量は、前
記セラミック焼結体の主成分と前記金属とを除いて１重
量％以下であることが好ましい。これにより、電極の抵
抗の均一性が電極前面にわたって保たれ、抵抗が安定化
するため、電極が部分的に発熱することを防ぎ、また、
吸着装置として高い脱離応答性を実現する事ができる。
特に、前記金属元素の含有量が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。

【００３７】上記電極を構成する金属としては、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、ＴｉＮ、ＷＣ、Ｗ₂Ｃ、
ＴｉＣ、ＴｉＢ₂、Ｂ₄Ｃ等を用いる事ができるが、導電
率とセラミックスの焼成温度が高いこととを考慮する
と、Ｗ、Ｍｏが好ましい。

【００３８】また、電極形成時に電極厚みの薄い部分が
形成されて電圧分布が不均一になって吸着力の面内ばら
つきが大きくなることをさけるため、電極の厚みは７μ
ｍ以上、特に１０μｍ以上、さらには１５μｍ以上であ
ることが好ましい。また、電極の相対密度が９０％以上
特に９５％以上、さらには９７％以上であることが好ま
しい。電極に大きなボイドの発生を抑制でき、その結
果、吸着力の面内分布を均一化しやすくなる。

【００３９】なお、電極内蔵セラミックスの断面を観察
するため、試料の中央部付近で２箇所切断して幅１０ｍ
ｍ程度の板形状に切り出し、切断面を研削及びポリッシ
ングして観察試料とする。次に、走査型電子顕微鏡を用
いて任意の１０箇所以上で電極の厚みを測定し、平均値
を算出する。この平均値を電極厚みとした。

【００４０】また、電極の相対密度は、電極内蔵セラミ
ックスの一部を電極と並行に切断し、電極を周囲のセラ
ミックスとともに切り出し、測定試料とする。この測定
試料をアルキメデス法によって密度を測定し、セラミッ
クス単体の密度、測定試料の寸法及び電極厚みから電極
の密度を算出し、理論密度との比にて相対密度を算出し
た。

【００４１】本発明にかかる電極内蔵セラミックスを製
造するための方法について、窒化アルミニウム焼結体の
場合を例にとって説明する。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３μ
ｍ以下のＡｌＮ粉末を用意する。この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、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
有量を１重量％以下にすると、Ａｌ以外の金属の含有量
が１重量％以下の焼結体を得るのが容易になる。

【００４３】次に、上記の窒化アルミニウム粉末を、成
形し、内部に電極を設けた所望の形状にする。成形の方
法は、金型プレス、ＣＩＰ、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、所望により、成形の
時に必要なバインダー成分を除去した後、仮焼を行うこ
とができる。本発明で用いる仮焼体の相対密度は、６０
〜８５％、特に７０〜８０％が好ましい。

【００４４】電極の形成は、例えば、相対密度差が５％
以下の一対の成形体及び／又は仮焼体を用意し、一方に
印刷法によりＷやＭｏ等の金属及び／又はＴｉＮ等の金
属化合物とセラミック焼結体の主成分と、有機バイン
ダ、溶剤とを混合してなるペーストを塗布して電極を形
成した後、電極を挟むように重ねればよい。また、他の
方法としてテープ成形体上に電極を印刷し、仮焼後に一
対のプレス仮焼体間に挿入してもよい。

【００４５】この時、金型プレスで成形し、仮焼したプ
レス仮焼体とテープ仮焼体との相対密度差を５％以下に
調整しておくことが重要で、特に３％以下が好ましい。
これにより、焼成収縮時の変形を減少させ、電極と焼結
体表面との距離のばらつきを小さくできる。

【００４６】また、電極の形成の際には、あらかじめ焼
成後の収縮を確認し、焼結後に電極厚みが７μｍ以上に
形成されるように、形成時の電極厚みを決めることが望
ましい。例えば、電極形成用ペーストの組成、濃度、粘
度やプレス圧等にもよるが、電極厚みが２０μｍ以上、
特に３０μｍ以上、さらには４５μｍ以上に形成してお
くことが好ましい。

【００４７】なお、電極ペーストを塗布する成形体又は
仮焼体の平面度を２００μｍ以下、特に１００μｍ以
下、さらには５０μｍ以下にすることが好ましい。これ
により、前記載置面から前記電極との平均距離からのば
らつきを制御することが容易となる。

【００４８】次に、内部に電極を設けた構造体を焼成す
るが、焼成の前に所望によりバインダー成分を除去して
もよい。また、焼成はホットプレス法を用いることが重
要であり、これにより、収縮を３次元でなく１次元に拘
束でき、電極の変形を抑制することが可能となる。

【００４９】焼成の手順は、まず、上記の構造体をホッ
トプレス装置のカーボン型に装填し、構造体の強度未満
の圧力を加えてから昇温することが重要である。圧力を
加えないと昇温により収縮や変形が生じ、また、圧力が
構造体強度以上では、加圧で試料が割れ、電極形成部の
断線や大きな変形が起こるため、これを防ぐことができ
る。

【００５０】次に、焼成温度未満の温度で保持し、一次
焼成を行う。この一次焼成により、構造体の温度を均一
にする効果を有し、一次焼成温度が収縮開始温度に近い
ことが好ましい。この一次焼成の圧力は、構造体の強度
未満の圧力に設定することが重要であり、特に０．１〜
３ＭＰａに設定する。

【００５１】上記の一次焼成が終了した後、再度昇温を
開始し、収縮開始温度から±１００℃の温度範囲におい
て加圧圧力を構造体の強度以上の圧力に設定する。この
圧力は、電極の変形を矯正しながら一次元の収縮をさ
せ、電極を平坦に保つことができる。上記の加圧温度
は、特に、収縮開始温度から±５０℃の温度範囲である
ことが好ましい。また、一次焼成が終了した時点で昇温
を再開すると同時に、加圧を行っても差し支えない。

【００５２】なお、収縮開始温度とは、図2の一定の昇
温速度における寸法収縮曲線において、Ｔｓで示される
点であり、未収縮時の直線の外挿線１１と、収縮時の曲
線の接線の外挿線１２との交点である。

【００５３】そして、焼成温度以上の温度において二次
焼成をおこなって、電極内蔵セラミックスを得ることが
できる。二次焼成では、収縮を終了させ、緻密体を安定
して得るため、焼成温度で一定時間保持することが好ま
しい。さらに、構造体の収縮量の９０％が収縮した時点
以降で焼成圧力より高い圧力を加えて、さらに電極の変
形を矯正することが好ましい。これにより、焼結体表面
から電極までの距離のばらつきを更に小さくすることが
できる。

【００５４】セラミック焼結体が窒化アルミニウム結晶
相を主体とする場合、局部的な変形や部位による収縮量
の相異、あるいは焼結助剤の不均一分散による応力変形
を防ぐため、Ａｌ以外の金属の含有量が１重量％以下で
あることが好ましい。更に、焼成にあたっては、一次焼
成の温度が１４００〜１８００℃、二次焼成の温度を２
０００〜２２５０℃とすることが望ましく、これによ
り、焼結体表面から電極までの距離のばらつきを更に小
さくすることができる。

【００５５】また、焼成圧力は１０ＭＰａ以上、特に２
０ＭＰａ以上であることが、相対密度９９％以上を達成
するために好ましい。なお、圧力をかけるスピードは、
特に限定されない。更に、一次焼成は２０分以上、特に
１時間以上が好ましく、二次焼成も、２０分以上、特に
１時間以上が好ましい。

【００５６】したがって、例えば、初期圧力として０．
１〜３ＭＰａを印加し、１７５０℃で１時間保持後、昇
温を再開し、１８００℃で１０ＭＰａの圧力を加え、２
１００℃で４時間の二次焼成を行う。また、所望により
二次焼成後に、例えば２２００℃で１５ＭＰａの圧力を
加え、３０分保持してもよい。

【００５７】本発明のセラミック抵抗体を用いた保持装
置は、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。

【００５８】そして、本発明の半導体製造用装置は、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。

【００５９】

【実施例】実施例１原料として平均粒子径１μｍの還元窒化法の窒化アルミ
ニウム粉末を用いた。また、所望により平均粒子径１μ
ｍの炭素粉末及び平均粒子径１μｍのＡｌ₂Ｏ₃粉末を添
加し、硼素、Ｎａ、Ｃａ、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。

【００６０】これらの混合粉末にエタノールを加えて混
合し、バインダを加えて成形用粉末を作製した。これを
プレス成形により直径３００ｍｍ、厚み６ｍｍの円板に
成形した。また、ＷＣとＡｌＮと有機バインダからなる
ペーストを用いて電極を形成した。電極を挟むように一
対の円板を重ね、この成形体を脱脂して構造体とした。
この構造体をカーボン型に入れ、このカーボン型を炉に
セットした。まず、加圧圧力を表１の初期加圧圧力に設
定し、昇温を開始した。表１の温度で保持し、一次焼成
を行った。そして、表１の条件で焼成加圧を行い、昇温
を再開した。最後に、表１にように一定温度で保持し、
二次焼成を行った。なお、収縮開始温度は１６５０℃で
あった。

【００６１】電極厚み及び５μｍ以上のボイドは、焼結
体を鏡面状態に研磨し、走査型電子顕微鏡によりそれぞ
れ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、電極厚みと５μｍ以上のボイド数を測
定した。

【００６２】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ＪＩＳＲ１
６２０に基づいたＨｅ置換法で得られた真密度と比較し
て算出した。また、電極の相対密度は、電極をセラミッ
クスとともに２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさに切り出し、
研削加工により厚みを１ｍｍとした。これをアルキメデ
ス法によって密度の測定を行い、上記焼結体の密度と電
極厚みから電極の密度を算出し、理論密度との比にて相
対密度を算出した。

【００６３】また、中央部から板を切断し、切断面を研
削及びポリッシングし、焼結体表面から電極表面の距離
を測定した。測定は、光学顕微鏡で写真撮影を行い、各
写真上で最大値、最小値、平均値を測定し、それぞれ１
０点の平均を算出し、（Ｔ_ma _x−Ｔ_min）／Ｔ_Avを求め
た。

【００６４】焼結体及び電極中の金属含有量は、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。また、体積固有抵抗は、ＪＩＳＣ２１４１に
準拠した３端子法により、５０℃で測定した。

【００６５】誘電率は、１ＭＨｚにおける電流と電圧と
を測定してインピーダンスを求め、その試料厚みから算
出した。

【００６６】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、１インチ角のシリコン片を用い、
２５℃にて静電チャック上の１０箇所で吸着力を測定
し、吸着力の最大値と最終値の差（吸着力差）をばらつ
きとして算出した。吸着力は５０℃で５００Ｖを印加
し、印加から３０秒後の吸着力を測定した。また、電圧
印加停止後、吸着力が０．１ｋＰａ以下になるまでの時
間を除電時間として測定した。結果を表１及び２に示し
た。

【００６７】

【表１】

【００６８】

【表２】

【００６９】本発明の試料Ｎｏ．１〜５及び９〜２９は
吸着力のばらつきが１．２ＫＰａ以下であり、エッチン
グ等の処理において信頼性が向上し、応答性も４．５ｓ
ｅｃ以下であった。

【００７０】一方、前記焼結体表面から前記電極までの
距離の最大値をＴ_max、最小値をＴ_m _in及び平均値をＴ_Av
としたとき、（Ｔ_max−Ｔ_min）／Ｔ_Avが０．２を越える
本発明の範囲外の試料Ｎｏ．６〜８は吸着力及びウエハ
温度のばらつきが３．５ＫＰａ以上と大きく、応答性も
１３ｓｅｃ以上であり、信頼性も不十分であった。

【００７１】また、一次焼成を行わず、（Ｔ_max−
Ｔ_min）／Ｔ_Avが０．２を越える本発明の範囲外の試料
Ｎｏ．３０は、吸着力のばらつきが４ｋＰａと大きく、
また除電時間が１５ｓｅｃと応答性が悪かった。実施例２実施例１と同様の方法で成形用粉末を作製し、プレス成
形により直径３００ｍｍ、厚み６ｍｍの円板に成形し、
重石をのせて１７００℃で仮焼した。また、テープ成形
により直径３２０ｍｍ、厚み０．８ｍの円板を２枚作製
し、その一方の上に、実施例１と同様に電極を印刷し
た。２枚のテープを電極が内部になるように重ね、重石
を載せて１７５０℃で仮焼してプレス仮焼体との密度差
を３％とした後、上下から上記のプレス成形体で挟み、
構造体を形成した。

【００７２】得られた構造体をホットプレス装置に入
れ、初期圧力１ＭＰａを加え、１７５０℃まで真空中で
昇温し、２時間保持した。次いで、１℃／ｍｉｎの速度
で昇温を再開するとともに、窒素ガスを導入した。１８
００℃で１０ＭＰａを印加し、２１００℃で４時間保持
した。保持終了後に、圧力を２０ＭＰａに上げ、２２０
０℃で０．５時間保持した。

【００７３】このようにして得られた図１の静電チャッ
クは、（Ｔ_max−Ｔ_min）／Ｔ_Avが０．０２、耐電圧が９
ｋＶ、吸着力のばらつきが０．２ｋＰａ、除電時間が
０．５ｓｅｃと優れた特性が得られた。

【００７４】

【発明の効果】本発明の電極内蔵セラミックスは、ホッ
トプレス焼成における焼成条件を制御することにより、
電極の変形を減らし、吸着特性をウエハ面内で均一にで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電極内蔵セラミックスの構造を示す断
面図である。

【図２】収縮開始温度を求めるために用いた収縮曲線を
示す説明図である。

【符号の説明】

１・・・静電チャック２・・・電極内蔵セラミックス４・・・電極６・・・ウエハ７・・・ウエハ載置面

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック焼結体と、該焼結体の内部に埋
設された電極とを具備し、前記焼結体中の少なくとも一
部を電子が移動する電極内蔵セラミックスであって、前
記焼結体表面から前記電極までの距離の最大値を
Ｔ_max、最小値をＴ_min及び平均値をＴ_Avとしたとき、
（Ｔ_max−Ｔ_min）／Ｔ_Avが０．２以下であることを特徴
とする電極内蔵セラミックス。
【請求項２】前記セラミック焼結体の耐電圧が５ｋＶ/
ｍｍ以上で、誘電率が７以上であることを特徴とする請
求項１記載の電極内蔵セラミックス。
【請求項３】前記セラミック焼結体は、主成分以外の金
属の含有量が１重量％以下、相対密度が９９％以上、ボ
イドの最大径が５μｍ以下であることを特徴とする請求
項１又は２記載の電極内臓セラミックス。
【請求項４】前記焼結体表面と前記電極との間のセラミ
ック焼結体の体積固有抵抗が１０⁷〜１０¹²Ωｃｍ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
載の電極内蔵セラミックス。
【請求項５】前記電極が、前記セラミック焼結体の主成
分と金属及び／又は金属化合物とからなり、前記セラミ
ック焼結体の主成分と前記金属とを除いた金属元素の含
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４のうちいずれかに記載の電極内臓セラミックス。
【請求項６】前記電極の厚みが７μｍ以上、電極の相対
密度が９０％以上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電極内蔵セラミックス。
【請求項７】前記セラミック焼結体が窒化アルミニウム
を主体とすることを特徴とする請求項１乃至６のうちい
ずれかに記載の電極内臓セラミックス。
【請求項８】内部の相対密度差が５％以下で分布するセ
ラミックス成形体及び／又は仮焼体の内部に電極が設け
た構造体を、ホットプレス装置に入れ、構造体強度未満
の圧力を加えた後昇温を開始し、焼成温度未満の温度で
保持して一次焼成を行い、その後昇温を再開し、収縮開
始温度から±１００℃以下の温度領域において構造体強
度以上の圧力を加え、さらに昇温し、焼成温度で二次焼
成を行うことを特徴とする電極内蔵セラミックスの製造
方法。
【請求項９】成形体及び／又は仮焼体が窒化アルミニウ
ムを主体とし、Ａｌ以外の金属の含有量が１重量％以下
であり、一次焼成の温度が１４００〜１８００℃、二次
焼成の温度を２０００〜２２５０℃とすることを特徴と
する請求項８記載の電極内蔵セラミックスの製造方法。
【請求項１０】窒化アルミニウム結晶相を主体とする焼
結体と、該焼結体の内部に埋設された保持電極と、被保
持物を保持する載置面とを具備し、前記保持用電極と載
置面との間の体積固有抵抗が１×１０⁷〜１×１０¹²Ω
ｃｍで、静電力を利用して前記被保持物を載置面に保持
する保持装置であって、前記電極と前記載置面との間の
焼結体において、前記載置面から前記電極までの距離の
最大値をＴ_max、最小値をＴ_min及び平均値をＴ_Avとした
とき、（Ｔ_max−Ｔ_min）／Ｔ_Avが０．２以下であること
を特徴とする保持装置。
【請求項１１】保持装置を具備する半導体製造用装置で
あって、前記半導体製造用装置の少なくとも一部の半導
体製造用装置構成部材および／または保持部材に、請求
１乃至７のいずれかに記載の電極内蔵セラミックスおよ
び／または請求項１０記載の保持装置を用いたことを特
徴とする半導体製造用装置。