JP2002110772A

JP2002110772A - 電極内蔵セラミックス及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002110772A
Application number: JP2000297228A
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: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-04-12

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、特性にばらつきが少ない電極内蔵セ
ラミックスと内部に電極を形成してもクラックが発生せ
ず、焼成後に表面加工を特に必要としない電極内蔵セラ
ミックスの製造方法を提供する。【解決手段】セラミック焼結体からなる基板の内部に電
極４を設けてなり、該基板の一主面と前記電極４との間
の焼結体において電子が移動可能である電極内蔵セラミ
ックス２であって、前記一主面の平坦度が５０μｍ以
下、平行度が５０μｍ以下であり、かつ前記一主面から
前記電極４までの距離のばらつきが２００μｍ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、電極内蔵セラミッ
クス及びその製造方法、並びに保持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
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、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】特に、不純物の少ない窒化アルミニウム焼
結体は、耐食性に優れるため、特に腐食性ガス雰囲気で
寿命が長くなり、部品交換の期間を延ばし、メンテナン
スのための装置の停止を少なくできるため、スループッ
トを向上できる。このような窒化アルミニウムは、焼結
助剤が少ないため、加圧下での焼成方法、例えばホット
プレスや熱間等方プレス等の方法が用いられる。

【０００５】例えば、特開平１０−１００２７０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。ここで言う金属電極とは金属線、金網又は金属板を
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。

【０００６】そこで、窒化アルミニウムを含有した導電
性ペーストを用いて密着性の良い電極が提案されてい
る。例えば、特開２０００−２１９６１号公報では、窒
化アルミニウムを主体とし、体積固有抵抗が高く、吸着
力の小さな静電チャックであるものの、グリーンシート
にＷ粒子、分散溶媒、分散剤などを含む導電性ペースト
を印刷し、０．３ｍｍのチャック電極層として他のグリ
ーンシートと積層して成形体を形成し、ホットプレスす
る方法が記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、、特開
平１０−１００２７０号公報に記載の方法では、電極が
金属バルク体であり、例えば、薄板を用いると窒化アル
ミニウムとの界面にクラックが入りやすく、焼結体が割
れやすくなり、また、例えば、金網やパンチングメタル
のような小孔付面状電極を用いると、焼結体と電極との
間にクラックが形成し、応答性が低下して残留応力が発
生するという問題があった。

【０００８】また、特開２０００−２１９６１号公報に
記載された方法では、ホットプレス時に静電チャックの
電極が変形するため、電極の平滑性が十分ではなく、吸
着力が載置面の部位によって異なり、被保持物の温度に
大きな分布が生じるため、エッチングやコーティング等
の処理の面内均一性が低下し、特性がばらつきやすいと
いう問題があった。

【０００９】また、上記のいずれの方法でも、焼成終了
後の焼結体表面の平坦度と平行度が非常に大きいため、
表面を研磨する必要がある。特に、静電チャックとして
用いる場合、ウエハ載置面として電極と平行な表面が必
要となる。しかし、電極が変形したり、焼成時の収縮に
より電極と焼結体表面が平行でないため、電極と表面と
の距離を均一に保つことが困難であるという問題があっ
た。

【００１０】したがって、本発明は、特性にばらつきが
少ない電極内蔵セラミックスと内部に電極を形成しても
クラックが発生せず、焼成後に表面加工を特に必要とし
ない電極内蔵セラミックスの製造方法と、前記電極内蔵
セラミックスを用いた保持装置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】本発明の電極内蔵セラミ
ックスの製造方法は、一対のセラミック焼結体の間に電
極を形成し、これを加圧焼成することにより、焼結体表
面の平坦度、平行度及び表面と電極との距離のばらつき
を小さくできるため、焼成後の加工が容易になり、特性
のばらつきを抑えることができるという知見に基づくも
のである。

【００１２】すなわち、セラミック焼結体からなる基板
の内部に電極を設けてなり、該基板の一主面と前記電極
との間の焼結体において電子が移動可能である電極内蔵
セラミックスであって、前記一主面の平坦度が５０μｍ
以下、平行度が５０μｍ以下であり、かつ前記一主面か
ら前記電極までの距離のばらつきが２００μｍ以下であ
ることを特徴とするものであり、これにより、例えば静
電チャックに用いた場合、吸着力が面内で均一化し、そ
の結果エッチングやコーティング等の処理が被処理物に
わたって均一にすることが可能となる。

【００１３】また、前記セラミック焼結体がＡｌＮを主
相とし、Ａｌ−Ｎ−Ｏからなる非晶質相を主体とする粒
界相が形成されてなり、電極を構成する金属とアルミニ
ウムとを除いた金属元素が全量中１重量％以下、前記セ
ラミック焼結体の相対密度が９９％以上、ボイドの最大
径が５μｍ以下であることが好ましい。

【００１４】即ち、窒化アルミニウムは耐プラズマ性が
高く、また粒界相をＡｌ、Ｎ及びＯで構成することで、
粒界相の腐食によるパーテイクルの発生を抑制でき、焼
結体としての耐プラズマ性を高めることができる。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。また、粒界相をＡｌ、Ｎ及びＯからなる非晶質相と
することで、体積固有抵抗を低くすることができる。

【００１５】そして、前記一主面と前記電極との間の体
積固有抵抗が１０⁷〜１０¹²Ωｃｍであることが好まし
い。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、例えば静電チャックに用いた
場合、大きな吸着力が得られる。

【００１６】又、本発明の電極内蔵セラミックスの製造
方法は、相対密度が９０％以上、電極形成面の平坦度が
３０μｍ以下、平行度が３０μｍ以下の一対のセラミッ
ク焼結体の少なくとも一方の表面に電極を形成し、該電
極を挟持するように重ね合せた構造体を加圧焼成するこ
とを特徴とするもので、この方法によれば、収縮量と変
形が小さく、焼成後の寸法精度を高くできるため、加工
なしの焼成面のままであっても、一主面の平坦度を５０
μｍ以下、平行度を５０μｍ以下、かつ前記一主面から
前記電極までの距離のばらつきを２００μｍ以下にでき
るとともに、電極の形成に印刷法を採用できるため、ク
ラックのない信頼性の高い電極内蔵セラミックスを実現
できる。特に、静電チャックに用いた場合、吸着特性を
改善できる。

【００１７】また、１ＭＰａ以上の圧力で加圧焼成する
ことが好ましく、これにより、電極とセラミック焼結体
との間に発生するクラックや剥離ををさらに抑制するこ
とができる。

【００１８】さらに、前記電極が、印刷法により１０〜
１００μｍの厚みに形成することが好ましく、これによ
り、電極の周囲もボイドが少なく緻密な焼結体を得るこ
とができる。

【００１９】さらに、前記セラミック焼結体が、窒化ア
ルミニウム質焼結体であり、かつ前記電極が、モリブデ
ン、タングステン又は炭化タングステンの少なくとも１
種を主体とし、窒化アルミニウム及び／又はアルミナを
含み、加圧焼成の温度が２０００℃以上であることが好
ましく、これにより、電極及びその周囲にクラックの発
生を抑制でき、又、焼結体の体積固有抵抗を１０⁷〜１
０¹²Ωｃｍにすることがで、静電チャックに適応した場
合、高い吸着力を得ることが容易となる。

【００２０】また、本発明の保持装置は、セラミック焼
結体からなる基板と、該基板中に埋設された電極と、前
記基板の一主面に設けられた被保持物の載置面を具備
し、前記セラミック焼結体が本発明の電極内蔵セラミッ
クスを用いたことを特徴とするものであり、これによ
り、均一な吸着力を有し、信頼性の高い保持装置を実現
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、セラ
ミック焼結体の一主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の平坦度と平行度
及びウエハ載置面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、焼結体表面であるウエハ載置面７
はうねりや凹凸があり、又電極４もうねりや凹凸が生じ
ている。このため、ウエハ載置面７を機械加工により、
平坦度が５０μｍ以下、平行度が５０μｍ以下にしたと
しても、ウエハ載置面７と電極４との距離がばらつき、
ウエハを吸着したときに面内で吸着力や温度が変化し、
ウエハ加工処理が不均一になってしまう。

【００２６】したがって、本発明の電極内蔵セラミック
スは、セラミック焼結体の一主面であるウエハ載置面７
が平坦度が５０μｍ以下、平行度が５０μｍ以下であ
り、かつウエハ載置面７から電極４までの距離のばらつ
きが２００μｍ以下であることが重要である。これによ
り、例えば、静電チャックに用いた場合、面内での電圧
ばらつきを抑え、ウエハ全面で吸着力を均一化でき、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。特に、平坦度が４０μｍ以下、平
行度が４０μｍ以下、距離のばらつきが１５０μｍ以
下、さらには平坦度が３０μｍ以下、平行度が３０μｍ
以下、距離のばらつきが１００μｍ以下が好ましい。

【００２７】なお、ウエハ載置面７に代表される電極内
蔵セラミックス２の一主面の平坦度は京セラ製ナノウェ
イ装置を用いて、対角線法と井げた法とを組み合わせて
測定し、平行度は、ミツトヨ製三次元測定器を用いて測
定した。また、ウエハ載置面７から電極４との距離は、
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、ウエハ載置面７から電極４までの距離を任意の１
０箇所以上、好ましくは５０箇所以上で測定し、それら
のばらつきで表される。

【００２８】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、炭化物及び窒化物等を用いることができる。これら
の中で、耐プラズマ性が高い点でアルミナ、コージェラ
イト及びマグネシアが好ましく、また温度の制御性に優
れる点で窒化珪素及び炭化珪素が、両者を兼ね備える点
で窒化アルミニウムが好適である。

【００２９】また、電極４が、ニッケル、モリブデン、
タングステン、炭化タングステン、炭化チタン及び窒化
チタンの少なくとも１種と、窒化アルミニウム粉末とを
含むとともに、電極４の厚みが５μｍ以上、相対密度が
９０％以上であることが重要である。

【００３０】これは、電極４の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であり、又、
電極４の厚みは５μｍ以上、特に７μｍ以上、さらには
１０μｍ以上であることが好ましく、また、電極４の相
対密度が９０％以上特に９５％以上、さらには９８％以
上であることが好ましく、これによって電極４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。

【００３１】なお、電極４の厚みは、電極内蔵セラミッ
クス２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１０ｍｍ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４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。

【００３２】また、電極４の相対密度は、電極内蔵セラ
ミックス２の一部を電極４と並行に切断し、電極４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４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。

【００３３】また、前記焼結体の主相がＡｌＮであり、
粒界相がＡｌ−Ｎ−Ｏ組成からることが好ましい。これ
は、耐プラズマ性の高いＡｌＮを用いると同時に、さら
に粒界相をＡｌ−Ｎ−Ｏ組成にすることで、粒界相の腐
食によるパーテイクルの発生を抑制でき、耐プラズマ性
を高めることができる。

【００３４】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
向があり、また、不純物量が増えると体積固有抵抗が変
化し、大きな吸着力が得られなくなる危険がある。

【００３５】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。

【００３６】また、上記セラミック焼結体の相対密度が
９９％以上、かつ焼結体に最大径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、かつ焼結体に最大径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。

【００３７】なお、本発明における最大径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。

【００３８】また、内部に埋設された電極４に電圧が印
加されるため、焼結体は電流漏れを考慮して１×１０⁶
Ωｃｍ以上、さらに静電チャックとして用いる場合、１
×１０¹⁴Ωｃｍ以上であればよいが、特に高い吸着力を
得るため、ウエハ載置面７と電極４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。

【００３９】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×
１０⁸〜１×１０¹⁰Ωｃｍに設定することが好ましい。

【００４０】また、本発明における電極４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４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。

【００４１】そして、電極４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４
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４が部分的に発熱することを防ぎ、
また、保持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。

【００４２】上記電極４を構成する金属としては、Ｔ
ｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、ＴｉＮ、Ｗ
Ｃ、Ｗ₂Ｃ、ＴｉＣ、ＴｉＢ₂、Ｂ₄Ｃ等が仕様できる
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及びＷＣが好ましい。

【００４３】本発明にかかる電極内蔵セラミックス２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３
μｍ以下、特に１．５μｍ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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】次に、成形体を一次焼成するが、一次焼成
の前に所望によりバインダー成分を除去してもよい。一
次焼成は、相対密度９０％以上、さらには９５％以上、
さらには９８％以上のセラミック焼結体を作製すること
が好ましい。この焼結体は、常圧、ガス圧焼成、真空焼
成によって作製することができる。この方法により、仮
焼体の収縮や変形を抑制し、試料の割れ、電極形成部の
断線や大きな変形を防ぐことができる。

【００４７】作製した焼結体の外径は電極内蔵セラミッ
クス２の最終形状に影響するため、精密に加工され、平
坦度が３０μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下、平行度
が３０μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下にしておくこ
とが好ましい。

【００４８】電極４の形成は、例えば、少なくとも一方
の焼結体に印刷法によりＮｉ、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、仮焼体上に電極を印刷する。
又、一対のプレス仮焼体間にテープ上に電極印刷したも
のを挿入してもよい。

【００４９】また、電極４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５μｍ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１０〜１００
μｍ、特に２０〜８０μｍ、さらには３０〜６０μｍに
形成しておくことが好ましい。

【００５０】次に、少なくとも一方に電極を印刷した一
対のセラミック焼結体を、電極４が両焼結体の重ね合わ
せ部にくるように重ね合わせて構造体を作製する。この
とき、有機系の接着剤等により固定したり、上記の電極
４上及び電極４の形成されていない焼結体表面上に窒化
アルミニウムを主体とするペーストを塗布し、乾燥する
前に重ね合わせ、動かないようにしてもかまわない。

【００５１】この構造体を二次焼成する。二次焼成では
加圧す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、電極の変形の抑制が可能とな
る。特に、ホットプレス法を用いることが装置と工程の
簡便さから好ましい。

【００５２】例えば、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する。このとき、構造体の周
りにはカーボン型との反応を防ぐために、カーボンや窒
化硼素等の離形剤を塗布しておくことが望ましい。

【００５３】また、焼成圧力は１ＭＰａ以上、特に５Ｍ
Ｐａ以上、さらには１０ＭＰａ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、特に限定されないが、圧力は収縮
が始まる前までに印加しておくことが、電極４の変形を
防ぐために好ましい。

【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、焼成の
温度を２０００〜２２５０℃とすることが望ましく、こ
れにより、焼結体表面から電極４までの距離のばらつき
を更に小さくすることができる。そして、焼結体内の酸
素量を１〜５重量％に制御することにより、得られる電
極内蔵セラミックス２の体積固有抵抗を１×１０⁷〜１
×１０¹²Ωｃｍの範囲にすることが容易となる。なお、
焼成保持時間は、２０分以上、特に１時間以上が好まし
い。

【００５５】このようにして作製した電極内蔵セラミッ
クス２は、表面加工したセラミック焼結体を用いて加圧
焼成するため、焼成後に加工を行わなくとも基板の一主
面の平坦度が５０μｍ以下、平行度が５０μｍ以下にで
き、かつ一主面から電極４までの距離のばらつきを２０
０μｍ以下にすることができる。

【００５６】本発明の電極内蔵セラミックス２を用いた
保持装置は、ウエハ６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。

【００５７】

【実施例】実施例１原料として平均粒子径０．８μｍ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
０．５μｍの炭素粉末及び平均粒子径０．６μｍのＡｌ
₂Ｏ₃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。

【００５８】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、Ｎ₂ガスの常圧焼成にて焼成した。

【００５９】この焼結体を平坦度が３０μｍ以下、平行
度が３０μｍ以下となるように加工する。平坦度、平行
度は、研削加工を行った後に、ラップ加工を行った。平
坦度はナノウェイ装置で、平行度は三次元測定装置にて
測定した。得られた焼結体の特性を表１に示した。

【００６０】この加工後の焼結体上に、Ｗ、ＷＣ又はＷ
₂ＣとＡｌＮと有機バインダからなるペーストを用いて
スクリーン印刷を行って電極を形成した。電極の厚みは
２０μｍであった。電極を挟むように一対の焼結体を重
ねて構造体を作製し、この構造体をカーボン型に入れ、
このカーボン型をホットプレス炉にセットした。真空排
気後窒素を充填し、表１の条件で加圧焼成を行った。

【００６１】また、成形体上にＷＣを用いてスクリーン
印刷により電極を形成し、電極を挟持するように他の成
形体を載せ、真空排気後窒素を充填し、表１の条件で加
圧焼成を行い試料Ｎｏ．３０を作製した。

【００６２】ウエハ載置面から電極までの距離（距離
Ｘ）、電極厚み及び最大径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、電極厚みと最大径５μｍ以上のボイド
形を測定した。

【００６３】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。

【００６４】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、を測定し、それぞれ１０点の
平均を算出し、厚みばらつきを求めた。

【００６５】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。

【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
印加後、吸着力が３０秒間変化のない状態を飽和時間と
した。さらに、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圧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、９〜１４、１
６〜１７及びＮｏ．１９〜２９は粒界相がＡｌ−Ｎ−Ｏ
−Ｃからなり、距離Ｘのばらつきがが２００μｍ以下、
吸着力のばらつきが１ＫＰａ以下、応答性の指針となる
飽和時間及び除圧時間がいずれも４．５ｓｅｃ以下であ
った。

【００７０】一方、ウエハ載置面の平坦度及び平行度が
５０μｍを越え、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．６〜８、
１５、１８は距離Ｘのばらつきが２２０μｍ以上、吸着
力のばらつきが２ＫＰａ以上と大きく、応答性も６ｓｅ
ｃ以上であり、信頼性も不十分であった。

【００７１】また、成形体中に電極を形成し、加圧焼成
した本発明の範囲外の試料Ｎｏ．３０は、粒界相がＡｌ
−Ｎ−Ｏ−Ｃからなり、焼結体表面の平坦度と平行度が
１５０μｍ以上と大きく、また距離Ｘのばらつきが２０
０μｍを越え、吸着力のばらつきが大きかった。

【００７２】実施例２実施例１と同様の方法で成形用粉末を作製し、テープ成
形により直径３００ｍｍ、厚み６ｍｍの円板に成形し、
重石をのせて２０００℃のＮ₂ガスの常圧焼成にて理論
密度９８％の焼結体を作製した。

【００７３】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、上下から上記の仮焼体で挟み、
構造体を形成した。

【００７４】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。

【００７５】このようにして得られた図１の静電チャッ
クは、ウエハ載置面から電極までの距離のばらつきが１
５μｍであり、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。

【００７６】

【発明の効果】本発明は、一対のセラミック焼結体の間
に電極を形成し、これを加圧焼成することにより、平坦
度と平行度に優れた表面と位置制御された電極とを形成
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を用いた静電チ
ャックの構造を示す断面図であり、（ａ）全体を示す断
面図、（ｂ）一部を示す断面図

【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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G001 BA03 BA36 BA60 BA71 BA73 BB03 BB36 BB60 BB71 BB73 BC52 BC55 BD38 BE26 BE33 4K055 AA08 HA02 HA11 HA27 5F031 CA02 HA02 HA03 HA16 HA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック焼結体からなる基板の内部に電
極を設けてなり、該基板の一主面と前記電極との間の焼
結体において電子が移動可能である電極内蔵セラミック
スであって、前記一主面の平坦度が５０μｍ以下、平行
度が５０μｍ以下であり、かつ前記一主面から前記電極
までの距離のばらつきが２００μｍ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がＡｌＮを主相と
し、Ａｌ−Ｎ−Ｏからなる非晶質相を主体とする粒界相
が形成されてなり、電極を構成する金属とアルミニウム
とを除いた金属元素が全量中１重量％以下、前記セラミ
ック焼結体の相対密度が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記載の電極
内蔵セラミックス。
【請求項３】前記一主面と前記電極との間の体積固有抵
抗が１０⁷〜１０¹²Ωｃｍであることを特徴とする請求
項１又は２記載の電極内蔵セラミックス。
【請求項４】相対密度が９０％以上、電極形成面の平坦
度が３０μｍ以下、平行度が３０μｍ以下の一対のセラ
ミック焼結体の少なくとも一方の表面に電極を形成し、
該電極を挟持するように重ね合せた構造体を加圧焼成す
る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５】１ＭＰａ以上の圧力で加圧焼成することを
特徴とする請求項４記載の電極内蔵セラミックスの製造
方法。
【請求項６】前記電極が、印刷法により１０〜１００μ
ｍの厚みに形成することを特徴とする請求項４又は５記
載の電極内蔵セラミックスの製造方法。
【請求項７】前記セラミック焼結体が、窒化アルミニウ
ム質焼結体であり、かつ前記電極が、モリブデン、タン
グステン又は炭化タングステンの少なくとも１種を主体
とし、窒化アルミニウム及び／又はアルミナを含み、加
圧焼成の温度が２０００℃以上であることを特徴とする
請求項４乃至６のうちいずれかに記載の電極内蔵セラミ
ックスの製造方法。
【請求項８】セラミック焼結体からなる基板と、該基板
中に埋設された電極と、前記基板の一主面に設けられた
被保持物の載置面を具備し、前記セラミック焼結体が請
求項１乃至３のいずれかに記載の電極内蔵セラミックス
を用いたことを特徴とする保持装置。