JP2004521052A - 高純度・低比抵抗の静電チャック - Google Patents

Abstract

本質的に窒化アルミニウムからなる物体の体積比抵抗は、本質的にアルゴンからなる雰囲気のような、窒素が不足している雰囲気中で少なくとも約１０００℃の浸漬温度にその物体を曝すことにより低減される。物体は、たとえば、多結晶質体のような緻密化された、もしくは焼成された物体の窒化アルミニウム粉末からなる未焼成体であり得る。静電チャックはチャック体内に電極を有する。電極の第１の面における、チャック体の第１の部分は約２３℃で約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍより小さい体積比抵抗を有する。電極の第２の面における、物体の第２の部分は、第１の部分と１桁違う大きさの範囲内の体積比抵抗を有する。

Description

【０００１】
発明の背景
静電チャック（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｈｕｃｋｓ）は、サセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒｓ）としても知られており、半導体デバイスの製造時にウエハのような種々の基板を支持するために使用される。静電チャックはセラミック材料から製造されることが多い。とりわけ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックスは、たとえば良好な耐衝撃性、良好な熱伝導電性、シリコンに適合する良好な熱膨張、ならびにプラズマに対する良好な耐浸食および耐腐食、のような数多くの魅力的な性質を有する。
【０００２】
クーロンおよびＪｏｈｎｓｏｎ−Ｒａｈｂｅｋ型の両方のチャックがウエハ製造に使用されうる。Ｊｈｏｎｓｏｎ−Ｒａｈｂｅｋ態様で操作するために、チャックの体積（もしくは誘電）比抵抗（ｖｏｌｕｍｅ （ｏｒ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ） ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）は、操作温度、約１０^８〜約１０^１３ｏｈｍ・ｃｍの範囲にあるのが通常であり、そして好ましくは約１０^９〜約１０^１１の範囲である。たとえば、ドライエッチングプロセスにおいて、ウエハが室温近くで処理される場合、チャックは室温で１０^９〜１０^１１ｏｈｍ・ｃｍの比抵抗を示すべきである。蒸着プロセス（ＰＶＤおよびＣＶＤ）については、チャックは比較的高温、たとえば約２５０〜約７００℃で１０^９〜１０^１１ｏｈｍ・ｃｍの体積比抵抗の範囲を示す。
【０００３】
しかし、窒化アルミニウムセラミックスの体積比抵抗は、Ｊｈｏｎｓｏｎ−Ｒａｈｂｅｋ静電チャックを製造するのに適していると考えられるよりも高い傾向にあるのが通常である。たとえば、室温で、窒化アルミニウムセラミック体の体積比抵抗は、ドーパントの不在下に、１０^１３ｏｈｍ・ｃｍを超えるのが通常である。
【０００４】
密な窒化アルミニウム体の体積比抵抗を低減させるのに用いられる方法は、窒化アルミニウムに少量の金属もしくは炭素を添加することを含む。しかし、ウエハ製造においてチャック体に存在する不純物はウエハを汚染し得、一般に望ましくない。
【０００５】
さらに、不純物は従来の（圧力なしの）焼成時に緻密化（ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を促すために用いられる焼成助剤（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ａｉｄｓ）の形態でＡｌＮセラミックス中に導入されうる。焼成助剤の例は、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３），フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、酸化カルシウム（ＣａＯ）および炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を含む。使用される典型的な量は０．１〜３ｗｔ％の範囲である。焼成助剤の存在についての１つの利点は、たとえばアルミン酸イットリウムのような金属−アルミン酸塩相の生成である。ウエハ製造時に、そのような相はプラズマにより改撃され得、望ましくないウエハの汚染を生じさせ得る。
【０００６】
静電チャックを形成するための１つの方法は、アルミニウム以外の金属含量が約１００ｐｐｍより少ない原料ＡｌＮ材料を使用する。この原料は窒素のような不活性雰囲気中で焼成される。しかし、このような方法で体積比抵抗が低減されうる程度は、制限されるのが通常である。
【０００７】
窒化アルミニウム体の誘電特性を変更する１つの方法は従来の（圧力なしの）焼成およびアルゴン雰囲気下で冷却することを用いる。緻密化のために数ｗｔ％ものＹ_２Ｏ_３が添加されるので、得られる材料は純度が高くなく、望ましくないアルミン酸イットリウム相を示しうる。さらに本発明方法により製造される静電チャックの室温体積比抵抗はＪｏｈｎｓｏｎ−Ｒａｈｂｅｋの使用には高すぎる。
【０００８】
したがって、Ｊｏｈｎｓｏｎ−Ｒａｈｂｅｋ型の静電チャックの製造に適した体積比抵抗を有する高純度窒化アルミニウムセラミックスについて、必要性が存在する。
【０００９】
発明の要約
約２３℃の温度で約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍより小さい室温体積比抵抗を有する、密で、高純度の窒化アルミニウムセラミック材料は、窒素が不足している（ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎ ｎｉｔｒｏｇｅｎ）雰囲気中で窒化アルミニウムから本質的になるホットプレスセラミック体を熱処理することにより製造されうることが見出された。
【００１０】
本発明は一般的に窒化アルミニウムから本質的になる物体の体積比抵抗を低減させる方法に関する。その方法は窒素が不足している雰囲気中で少なくとも約１０００℃の浸漬（ｓｏａｋ）温度にその物体を曝すことを含む。
【００１１】
もう１つの態様において、本発明は約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍより小さい体積比抵抗を有する多結晶質窒化アルミニウム体を形成させる方法である。この態様において、本質的に窒化アルミニウムからなる未焼成体（ｇｒｅｅｎ ｂｏｄｙ）は焼成されて多結晶質体を形成する。その多結晶体は、約２３℃の温度で、多結晶質体の体積比抵抗を約２３℃の温度で約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍより小さくするのに十分な時間、窒素が不足している雰囲気中で少なくとも約１０００℃の浸漬温度に曝される。
【００１２】
もう１つの態様において、本発明は窒化アルミニウムから本質的になる静電チャックの体積比抵抗を低減させる方法である。この態様において、静電チャックの少なくとも１部分は窒素の不足している雰囲気中で少なくとも１０００℃の浸漬温度に曝される。
【００１３】
さらに本発明は静電チャックに関する。静電チャックは第１の面および第２の面を有する電極を含み、そしてその物体は電極の第１の面に第１の部分、そして電極の第２の面に第２の部分を有する。チャック体の第１の部分は約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍより小さい体積比抵抗を有する。第２の部分の体積比抵抗は第１の部分と１桁異なる大きさの範囲内（ｗｉｔｈｉｎ ｏｎｅ ｏｒｄｅｒ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）にある。
【００１４】
本発明は数多くの利点を有する。たとえば、本発明は、理論密度の９８％より大きい密度、室温で１０^１３ｏｈｍ・ｃｍより低い体積比抵抗、ならびに１０００ｐｐｍ
以下の全金属不純物、そして５００ｐｐｍ以下の炭素、好ましくは４９０ｐｐｍ未満の炭素を含む、多結晶質窒化アルミニウム体を製造しうる。その物体は焼成助剤の不存在下で製造され得、Ｊｏｈｎｓｏｎ−Ｒａｈｂｅｋ態様で操作しうる静電チャックの製造において、特に魅力的にする性質を有する。本発明の静電チャックは再現しうる態様で製造され得、そしてチャック体全体が非常に均一である体積比抵抗を有する。
【００１５】
発明の詳細な説明
本発明の特徴および他の詳細は、本発明の段階として、もしくは本発明の部分の組合わせとして、添付図面によりさらに詳細に説明され、請求項において規定される。本発明の特定の態様は例示として示され、本発明を限定するものではない。本発明の主な特徴は本発明の範囲を逸脱しないで種々の態様で使用されうる。
【００１６】
本発明は一般的に、窒化アルミニウムから本質的になる物体の体積比抵抗を低滅させる方法に関する。もう１つの態様において、本発明は約２３℃の温度で約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍ より小さい体積比抵抗を有する多結晶質窒化アルミニウム体を形成することに関する。さらなる態様において、本発明は本質的に窒化アルミニウムからなる静電チャックの体積比抵抗を低減させる方法に関する。さらにもう１つの態様において、本発明は静電チャックに関し、物体の第１の部分は約２３℃の温度で約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍよりも小さい体積比抵抗を有し、そして第２の部分の体積比抵抗は第１の部分と１桁異なる大きさの範囲内にある。
【００１７】
方法は、窒化アルミニウムを本質的に含む物体を窒素が不足している雰囲気に少なくとも１０００℃の温度に曝すことを含む。好適には、物体は、１０００ｐｐｍ以下の金属不純物、もっと好ましくは５００ｐｐｍ以下、そして最も好ましくは２５０ｐｐｍ以下の金属不純物を含む。「金属不純物」はここで規定されるように、アルミニウムおよびシリコン以外の金属を意味する。
【００１８】
もう１つの態様において、物体は未焼成体である。ここで規定されるように「未焼成体」は、粉末の圧密予備緻密化（ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｐｒｅｄｅｎｓｉｆｉｅｄ）体を意味し、焼成としても知られる緻密化に際して、セラミック体を形成する。適切な窒化アルミニウム粉末は約１０００ｐｐｍより低い金属不純物含量を有する。１つの態様において、窒化アルミニウム粉末はそれぞれ約５００ｐｐｍおよび１００ｐｐｍより低いシリコンおよびホウ素不純物を有する。
【００１９】
適切な粉末の例は、約０．１〜約５μｍの範囲の平均粒径を有する粉末を含む。好適には、粉末は少なくとも約１．４μｍの中間粒径を有する。さらに、好ましくは、粉末は、約４．５ｍ^２／ｇより小さい比表面積を有する。商業的もしくは工業グレードの粉末が使用されうる。商業的に入手しうるＡｌＮ粉末の例は、Ｔｏｋｕｙａｍａ Ｓｏｄａ Ｇｒａｄｅ ＦおよびＴｏｋｕｙａｍａ Ｓｏｄａ Ｇｒａｄｅ Ｈ（ＴＳ−Ｈ）粉末、Ｅｌｆ Ａｔｏｃｈｅｍ Ｇｒａｄｅ Ａ４粉末、Ｓｔａｒｋ Ｇｒａｄｅ Ｃ粉末等を含むが、これらに限定されない。
【００２０】
粉末はこの分野で知られるような適切な方法により未焼成体に形成されうる。未焼成体を形成する適切な方法の例は、コールドプレスである。あるいは、粉末はテープ注型（ｔａｐｅ ｃａｓｔｉｎｇ）により未焼成体に形成されうる。好ましくは、バインダーもしくは焼成助剤も使用されないで、未焼成体を形成される。
【００２１】
あるいは、本質的に窒化アルミニウムからなる物体は焼成体でありうる。特に好ましい態様において、窒化アルミニウムから本質的になる物体は多結晶質である。好ましくは、多結晶質体は、理論密度の約９８％より大きい相対密度を有する。
【００２２】
ここで規定されるように、「窒素が不足している」（”ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎ ｎｉｔｒｏｇｅｎ”）雰囲気は、約３５ｋＰａより小さい窒素分圧を含む雰囲気をいう。約１０００℃を超える温度および窒素が不足している雰囲気に、本質的に窒化アルミニウムからなる粉末もしくは緻密化体を曝すことにより、増加した数の窒素の空位（ｖａｃａｎｃｉｅｓ）が窒化アルミニウムに創り出され、溶解した酸素不純物により窒素の置換を大幅に減少させる。
【００２３】
窒化アルミニウムにおける酸素の減少した存在は、代わって、体積比抵抗を大幅に低減させる。
【００２４】
任意には、雰囲気は少なくとも１つの他の適切な不活性ガスを含みうる。１つの態様において、雰囲気はアルゴン、ヘリウムもしくはそれらの混合物から本質的になる群から選ばれる。好適な態様において、雰囲気は本質的にアルゴンからなる。
【００２５】
「浸漬温度」（”ｓｏａｋ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ”）は、ここで規定されるように、物体が窒素の不足した雰囲気中に保持され、そして１０００℃を超える温度をいう。浸漬温度は、物体が同時に焼成される温度でありうる。浸漬温度は未焼成体の焼成を生じさせるのに必要であるよりも低い温度でありうる。
【００２６】
１つの態様において、物体は少なくとも約１２００℃の浸漬温度に曝される。好適な態様において、物体は少なくとも約１５００℃の浸漬温度に曝される。特に好適な態様において、物体は少なくとも約１６５０℃の浸漬温度に曝される。
【００２７】
物体は、約２３℃の温度で約１０^１３ｏｈｍ・ｃｍより小さく物体の体積比抵抗を生じさせるのに十分な時間、浸漬温度に曝される。１つの態様において、物体が熱平衡に達した後に、少なくとも約０．５時間、浸漬温度に曝される。好適には、物体は少なくとも約４時間、浸漬温度に曝される。
【００２８】
１つの態様において、窒素が不足している雰囲気は約１Ｐａ〜約１４ｋＰａの範囲の圧力下にある。もう１つの態様において、雰囲気は約７ｋＰａ〜約１４ｋＰａの範囲の圧力下にある。
【００２９】
物体は適切な未焼成体の緻密化の前に、間に、もしくは後のいつでも、本発明方法により、窒素が不足している雰囲気中で浸漬温度に曝されうる。好適な態様において、未焼成体は物体が熱平衡に達した後に、窒素の不足している雰囲気中で約０．５〜約４時間の範囲の時間、約１０００〜約２０００℃の範囲の浸漬温度に曝される。最も好ましくは、この態様において、雰囲気は本質的にアルゴンからなり、そして約７ｋＰａ〜約１４ｋＰａの範囲の圧力下にある。
【００３０】
なおもう１つの態様において、本発明の方法は緻密化につづいて物体を冷却する間に窒素が不足している雰囲気に緻密化した物体を曝すことを含む。この態様において、好ましくは緻密化した物体は約１６５０℃〜約１０００℃の範囲の温度に約１５℃／分より小さい速度で冷却される。最も好ましくは、緻密化した物体は約１６５０℃の温度に冷却される。好ましくは、緻密化した、もしくは多結晶質の物体は、ついで少なくとも約４時間、約１６５０℃の浸漬温度に保持される。好ましくは雰囲気は、緻密化した物体の冷却の間、そして１６５０℃の温度での保持の間、約７〜１４ｋＰａの圧力下に維持される。任意には、ついで緻密化した物体は約１５００℃の温度に約１５℃／分の速度で冷却されうる。好ましくは雰囲気は約２０ＭＰａの圧力下に保持され、そして窒素が不足している雰囲気のままである。その後、緻密化した物体は約１５００℃の浸漬温度に保持されうる。１つの態様において、緻密化した物体は、物体が熱平衡に達した後に、約０．５〜約４時間の範囲の時間、１５００℃の浸漬温度に保持される。ついで、緻密化した物体は外界温度に冷却される。
【００３１】
もう１つの態様において、緻密化した物体は、緻密化に続いて約１５００℃の温度に冷却され、そして物体が熱平衡に達した後に、約０．５〜約４時間の範囲の時間、その温度に保持される。あるいは緻密化した物体は、緻密化に続いて約１２００℃の温度に冷却され、そして物体が熱平衡に達した後に、約０．５〜約４時間の範囲の時間、その温度に保持される。両方の態様において、冷却の好適な速度は約１５℃／分である。さらに、両方の態様において、好ましくは雰囲気は緻密化の間に使用されるのとほとんど同一の圧力に維持される。
【００３２】
１つの態様において、窒化アルミニウムから本質的になる物体は約２３℃の温度での物体の体積比抵抗を約１×１０^８ｏｈｍ・ｃｍ〜約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍの範囲にするのに十分な時間、窒素が不足する雰囲気中で少なくとも約１０００℃の温度に曝される。
【００３３】
１つの好適な態様において、本発明は約２３℃の温度で約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍより小さい体積比抵抗を有する多結晶質窒化アルミニウムを生成する方法である。方法は本質的に窒化アルミニウムからなる未焼成体を焼成して多結晶質体を生成させることを含む。１つの態様において、未焼成体は約０．１μｍ〜約５μｍの範囲の粒径を有する窒化アルミニウム粉末を含む。好適には、窒化アルミニウム粉末はＡおよびＢ、ならびにそれらの混合物からなる群より選ばれる。最も好ましくは、窒化アルミニウム粉末は本質的にＢ粉末からなる。これらの粉末についての粉末特性は表１に示される。１つの態様において、未焼成体は窒素が不足する雰囲気で焼成される。好ましくは、雰囲気は、アルゴンから本質的になる。１つの態様において、未焼成体は約１０ＭＰａ〜約５０ＭＰａの範囲の圧力下で焼成される。好適には未焼成体は少なくとも約１０ＭＰａの圧力下で焼成される。１つの態様において、未焼成体は少なくとも４時間、少なくとも約１６５０℃の温度で焼成される。好ましくは、未焼成体は、窒化アルミニウム粉末の理論密度の少なくとも約９８％に緻密化されるまで焼成される。
【００３４】
任意には、窒素の不足した雰囲気中で少なくとも約１０００℃の浸漬温度に曝された物体を形成するのに使用される粉末もたとえばＡｒのような窒素に不足した雰囲気中で少なくとも約１０００℃の浸漬温度に曝されうる。本発明の１つの態様において、粉末は、粉末が平衡に達した後に、少なくとも０．５時間、約１５００℃の浸漬温度に曝される。もう１つの態様において粉末は、粉末が平衡に達した後に、少なくとも０．５時間、約１６５０℃の浸漬温度に曝される。
【００３５】
１つの態様において、未焼成体は得られる多結晶質体の体積比抵抗を、約２３℃の温度で約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍより小さくするのに十分な時間、窒素の不足した雰囲気中で焼成される。任意には、もしくはまたは、多結晶質体は、多結晶質体の体積比抵抗を、約２３℃の温度で約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍより小さくするのに十分な時間、窒素の不足した雰囲気中で少なくとも約１０００℃の温度に緻密化につづいて曝される。１つの態様において、多結晶質体は焼成温度から少なくとも約１０００℃の温度に冷却される。好ましくは多結晶質体は約１５℃／分より小さい速度で冷却される。多結晶質体が冷却される温度、比較的低温で保持される時間、窒素が不足する雰囲気の組成、および雰囲気の圧力、を含む条件は、緻密化した窒化アルミニウム体の処理に関して述べられたもののいずれであってもよい。
【００３６】
もう１つの態様において、本質的に窒化アルミニウムからなる物体の体積比抵抗は多結晶質体のような緻密化体を窒素が不足した雰囲気中で少なくとも約１０００℃の浸漬温度に加熱することにより低減されうる。物体は他の本発明の態様に関して上述されるように、浸漬温度、圧力、雰囲気および時間に保持される。
【００３７】
もう１つの態様において、本発明は、図１に示されるような静電チャックである。本発明の静電チャック１０は、第１の面１４および第２の面１６を有する電極１２を含む。電極１２は、たとえばモリブデン、タングステンもしくはそれらの組合わせ、のような適切な金属から形成されている。電極１２は箔、プレート、メッシュ、スクリーン印刷もしくは他の適切な形状でありうる。任意に、静電チャック１０は付加的な金属要素を含みうる。たとえば、静電チャック１０は付加電極および／または加熱要素（図示せず）を含みうる。
【００３８】
チャック体１８は本質的に窒化アルミニウムからなる。さらにチャック体１８は電極１０の第１の面１４に第１の部分２０、そして電極１０の第２の面１６に第２の部分２２、を有する。物体１８の第１の部分２０は約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍより小さい体積比抵抗を有する。第２の部分２２の体積比抵抗は第１の部分２０と１桁異なる大きさの範囲内にある。たとえば、第２の部分の体積比抵抗は第１の部分の１０％より小さくなく、そして１０倍以下である。端末２４は電極１２から伸びている。好適な静電チャックおよびその製造方法は米国特許出願Ｎｏ．０９／４５７，９６８のＥｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃｋ，Ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（１９９９年１２月９日出願）（引用により全体をここに組入れられる）、ならびに米国仮特許出願Ｎｏ．６０／１６９，８５９のＥｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃｋ ｗｉｔｈ Ｆｌａｔ Ｆｉｌｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ（１９９９年１２月９日出願）（引用により全体をここに組入れられる）に記載されている。
【００３９】
本発明の静電チャックは上述の材料および方法により製造されうる。１つの態様において、圧密化ＡｌＮ粉末の形態の第１の未焼成部分はダイ中におかれる。金属要素もしくは電極は第１の未焼成部分上に置かれる。ＡｌＮ粉末の第２の部分は、金属要素もしくは電極の上に、および、かぶせて（ｏｎ ａｎｄ ｏｖｅｒｌａｙｉｎｇ）、圧密化され、そして得られるプリフォーム（ｐｒｅｆｏｒｍ）はホットプレスされ、多結晶質体の体積比抵抗を約２３℃（室温）の温度で約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍ以下にするのに十分な時間、窒素が不足する雰囲気中で少なくとも約１０００℃の浸漬温度に曝される。
【００４０】
本発明の静電チャックは、チャック体の緻密化もしくは焼成した第１部分を用いて製造されうる。密な部分は上述のように未焼成ＡｌＮ前駆体をホットプレスすることにより得られうる。金属要素もしくは電極は密な第１の部分の１面上に置かれる。機械加工が電極を置くのに適した平らな表面を付与するのに用いられうる。機械加工は他の表面を平滑にするのにも使用されうる。ＡｌＮ粉末は電極の上に、および、かぶせて置かれ、そして圧蜜化される。得られるプリフォームは、ホットプレスされ、多結晶質体の体積比抵抗を約２３℃（室温）の温度で約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍ以下にするのに十分な時間、窒素が不足する雰囲気中で少なくとも約１０００℃の浸漬温度に曝される。
【００４１】
チャックの操作時に、電圧が金属要素もしくは電極にかけられる。１つの配置において、電気的接触もしくは端末は通常１つ以上の接続により、電極に連結され電力を供給する。適切な接続は導電性のワイア、テープ、ケーブル、その他を含むが、これらに限定されない。
【００４２】
本発明の１つの態様において、電極と適切なコネクターの間の電気的接触が形成されうるが、たとえば上述のように熱処理の間に、窒素が不足した雰囲気にチャックが曝される。
【００４３】
１つの態様において、電気的接触はろう付けにより形成されうる。孔がチャック体に開けられ、電極の一部を曝す。ろう付け材は電極のさらされた部分上に、孔の底部に置かれ、そしてコネクターはろう付け材に接続されその場に固着される。アセンブリーは上述のように浸漬温度、および窒素が不足した雰囲気で加熱され、それによりコネクターを電極に結合する。好適な態様において、電極はＭｏ、Ｗもしくはそれらの組合わせを含み、そしてろう付け材は、たとえばＭｏ、Ｗおよびそれらの組合わせのような第１金属、ならびにＮｉ、Ｃｏもしくはそれらの組合わせのような第２金属を含む。第２相もしくは金属間種を生成することなく第１および第２金属が純種（ｔｒｕｅ）の溶液を形成する組成物が好適である。１つの適した組成はＭｏ９９．８％およびＮｉ０．２％である。コネクターもしくはその部分は、第１金属、たとえばＭｏを含むのが好ましい。
【００４４】
本発明は次の例によりさらに説明されるが、それらは例示の目的で供給され、限定的であるものではない。
例
材料および比抵抗測定
これらの実験において用いられたＡｌＮ粉末Ａ、ＢおよびＣの性質は下の表１に要約される。粉末ＡおよびＢはカルボサーマル還元反応に由来するが、Ｃは直接窒素化により製造されると考えられる。
【００４５】
クーポン試料（板状試験片）の電気比抵抗（ＤＣ）は励起時間６０秒および５００ボルトを用いてＡＳＴＭＤ２３７−９３により測定されたが、クーポンは各１ｍｍ厚さであったので、５００Ｖ／ｍｍの電場を表わす。比抵抗は最大３５０℃まで、選ばれたクーポンについて温度の関数として測定された。結果は表２および３（室温）、ならびに図２〜５（比抵抗対温度）に示される。
【００４６】
【表１】

【００４７】
例１
圧力なし（従来）焼成したＡｌＮ試料（５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍ）が焼成助剤としてＹ_２Ｏ_３を有するＡｌＮ粉末Ａを用いて調製された。使用されたＹ_２Ｏ_３の量は約２ｗｔ％〜約５ｗｔ％であった。２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ厚さのクーポンがこれらの試料から切取られ、下の表２に概説される熱処理サイクルに供された。各場合において、クーポンはメタノールで洗浄され、乾燥され、熱処理のためにＡｌＮるつぼ内に置かれる。焼成されたまま、ならびに熱処理後、の比抵抗測定値は表２および図２に示される。
【００４８】
表２および図２にみられるように、アルゴン（Ａｒ）のような、窒素が不足している雰囲気でのアニ−ルはＮ_２中よりももっと効率的に室温比抵抗を低減させた。調節された態様で１２００℃に冷却することは、１５００℃への冷却と有意な差異を生じなかった。結局、熱処理サイクルもしくは使用された雰囲気にかかわらず、比較例はどれも１０^１２ｏｈｍ・ｃｍより小さい室温比抵抗を示さなかった。
例２
Ｂ、ＡおよびＣのＡｌＮ原料粉末はステンレス鋼ダイ中でコールドプレスされ、約７５ｍｍ径で２０ｍｍ厚さのパック（ｐｕｃｋ）プリフォームにされた。焼成助剤はこれらの粉末とともに使用されなかった。これらのパックプリフォームは黒鉛ホットプレスダイ中に含まれるＢＮ被覆黒鉛スリーブ中に装填された。プリフォームはＢＮ被覆黒鉛スペーサで互いに分離された。ホットプレスは２０．６ＭＰａ（３０００ｐｓｉ）でＮ_２中において、１８５０℃で２時間、実施された。加熱速度は、浸漬温度が４．５時間で到達されるようにされた。浸漬後に、装填は取除かれ、冷却速度は１５００℃まで１．４℃／分に保持された。この点で、電力が止められ、アセンブリーは室温に自由に冷却された。ホットプレスされたパックのかさ密度が測定された。各パックは３．２６ｇ／ｃｃ、すなわち理論密度の１００％に近づいた。ついで２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ厚さのクーポンがこれらのパックから切取られ、上述のように洗浄され、そして下の表３に概説される熱処理サイクルに供された。電気比抵抗測定値は表３および図３〜５に示される。
【００４９】
【表２】

【００５０】
ホットプレスされたままのクーポンは、使用された高純度ＡｌＮ粉末の種類にかかわらず約１０^１４ｏｈｍ・ｃｍの室温電気比抵抗を示した（図３参照）。それらをＮ_２存在下で熱処理に供することは、比抵抗を有意に変えなかった。しかし、Ａｒ中でのアニ−ルは、ＡにもとづくＡｌ、そして特にＢにもとづくＡｌＮクーポンに関して比抵抗の劇的な低減を生じさせた。ＢのＡｌＮについては、ほとんど５桁の大きさの低下が記録された。その劇的な比抵抗低減は比較例に照らすと、大幅で、かつ予想外であった。
【００５１】
【表３】

【００５２】
例３
静電チャックは次のように製造された。
（ｉ）約３０５ｍｍ（１２インチ）径の成型キャビティが、黒鉛ダイ、黒鉛スリーブインサート、頂部に黒鉛箔（ｇｒａｆｏｉｌ）の薄いシートを有する黒鉛スペーサ、および黒鉛ピストンを組合わせることにより形成された。ＡｌＮ原料粉末Ａ（焼成助剤なし）が成型キャビティに直接注入された。ついで、粉末は平らな上方表面を与えるためにアルミニウムプランジャーで圧密された。孔をあけたモリブデン電極箔（約２５４ｍｍ（１０インチ）径で０．１２５ｍｍ厚さ（０．００５インチ））がこの表面の中央に置かれた。追加のＡｌＮ粉末が電極の頂部に注入され、そして全アセンブリーがアルミニウムプランジャーで圧密された。もう１つの黒鉛箔シートが黒鉛スペーサおよびピストンにつづく頂部の上に置かれた。このアセンブリーはついで２０．６ＭＰａ（３０００ｐｓｉ）でＮ_２中において、１８５０℃で２時間ホットプレスされた。加熱速度は浸漬温度が６時間で到達されるようにされた（すなわち約５℃／分）。浸漬後に、装入は徐々に減少され、そして冷却速度は１５００℃まで１．４℃／分に保持された。この点で、電力は止められ、そしてダイアセンブリーはＮ_２外気中で室温まで自由に冷却された。得られたホットプレスチャックのかさ密度は３．３３３ｇ／ｃｃであり、チャックが比較的密なＭｏを埋め込まれた（ｅｍｂｅｄｄｅｄ）電極を含む事実を表わす。微小焦点（ｍｉｃｒｏｆｏｃｕｓ）Ｘ線はチャック体にいかなる欠陥もしくはクラックも示さなかった。チャックの室温比抵抗（５００Ｖで測定）は２．１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍであった。
（ｉｉ）同一の方法がＡｌＮのＢ粉末について繰返され３００ｍｍＪｏｈｎｓｏｎ−Ｒａｈｂｅｋチャックを形成した。
（ｉｉｉ）Ｍｏ箔電極を用いる代わりに、Ｍｏメッシュ電極がＡｌＮ静電チャックを製造するのに用いられた。たとえばメッシュ電極は０．００８５インチ径のワイアを用いてインチあたり３０ワイア、または０．００５インチ径のワイアを用いてインチあたり５０ワイアを有していた。
（ｉｖ）２段階法がチャックの製造に用いられた。（ｉ）、（ｉｉ）もしくは（ｉｉｉ）におけるように電極を埋め込む代わりに、密なＡｌＮのみが第１段階として上述のようにホットプレスにより製造された。両方の面が機械処理で平らにされた後、この物体は上述の黒鉛ダイ／スリーブアセンブリに配置された．Ｍｏ電極（箔もしくはメッシュ形態）が密なＡｌＮ表面に置かれた。ＡｌＮ原料粉末が電極頂部に注がれ、そしてアルミニウムプランジャーで圧蜜された。黒鉛箔シートならびに黒鉛スペーサおよびピストンがアセンブリーを完結させた。このアセンブリーは（ｉ）におけるのと同一条件でホットプレスされた。
【００５３】
（ｉ）〜（ｉｉ）の方法に記載されるように調製されたチャックは次のように比抵抗調節に供された。
（Ａ）３００ｍｍ部品への熱処理の影響を確認するために、埋め込まれた電極を有さないブランクのチャックがアルゴン中で１７００℃、４時間からなるアニ−ルサイクルに供された。ＡｌＮブランクチャックの５００Ｖ／ｍｍ電場において得られた比抵抗は室温で３．３×１０^９ｏｈｍ・ｃｍであった。ついでメッシュ電極にもとづくチャックが同一サイクルを用いてアニ−ルされた。得られた室温比抵抗は１．３×１０^１０ｏｈｍ・ｃｍであった。
（Ｂ）上述の比抵抗調節は、さらにホットプレスサイクルに組入れられた。このために、７５ｍｍブランクパック（電極が埋め込まれていない）が通常のＮ_２外気の代わりにＡｒでホットプレスされた検討が実施された。うまくいったＡｌＮ緻密化（すなわち理論値の９９．５％より良好な結果）のみならず、室温電気比抵抗測定値は、パックの比抵抗も５．８×１０^１０ｏｈｍ・ｃｍに下方に調節されたことを示した。
（Ｃ）別に、埋め込まれた電極を含む３００ｍｍＡｌＮチャックが、通常のＮ_２雰囲気の代わりにＡｒ雰囲気中で２０．６ＭＰａ（３０００ｐｓｉ）で、１８５０℃、３時間、ホットプレスすることにより製造された。浸漬後に、温度１５００℃まで１．４℃／分で低下され、そこで電力が止められた。ホットプレスされたままの比抵抗は約１×１０^１４ｏｈｍ・ｃｍ（ホットプレスの間、通常のＮ_２大気）から約１×１０^１１〜１×１０^１２ｏｈｍ・ｃｍに低減した。チャックの１つは、空気中に１７００℃で、４時間、熱処理された。クーポンは熱処理されたチャックから比抵抗測定のためのホットプレスのままのチャックとして切取られた。これらのクーポンは２つの半径方向の位置−中央および端から約２５ｍｍで、電極の上方および下方から得られた。５００Ｖ／ｍｍで得られた室温比抵抗値は表４に示される。
【００５４】
【表４】

【００５５】
ホットプレスされたままのクーポンの比抵抗はすでに１０^１１〜１０^１２ｏｈｍ・ｃｍの範囲にあり、かなり均一である。熱処理後に、比抵抗値はすべて所望の範囲にあり、埋め込まれた電極の上方および下方ともに、すなわち、半径方向および厚さ方向に、非常に均一である。ホットプレス時にダイ／スリーブ／チャックアセンブリーがかなり蜜に充填されていること、ならびにいくつかのチャックが同時に処理されることを考えると、１段階で目標レベルに比抵抗を調節するために、組合わされたホットプレス／アニ−ルサイクルを最適化する必要がある。
例４
ＡｌＮホットプレス材料の分析は選択された材料特性を確かめるために実施された。純度の情報は燃焼分析および誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）により測定され、そしてＡｌＮ粒径情報は定量画像分析により、研磨されエッチングされた試料から得られ、表５に示される。
【００５６】
【表５】

【００５７】
例５
本質的に例３に示されるように、静電チャック試料が焼成され、熱処理され、もしくは窒素が不足している雰囲気に曝された。２種類の電極が用いられた：メッシュにもとづくものとスクリーン印刷。孔は静電チャックアセンブリーの後ろ（厚い方の側）から形成され、埋め込まれた電極を曝す。Ｍｏ９９．８％−Ｎｉ０．２％の名目的組成を有する粉末が孔の底部に置かれ、電極の曝された部分と接触する。Ｍｏコネクターが粉末と物理的に接触して孔に挿入され、その場で固着された。試料はＡｒ中で約１７００℃に４時間加熱された。得られる試料は冷却され、２つの種類の電極間で強い電気的接触から形成されたことを示す引張り試験（ｐｕｌｌ ｔｅｓｔｓ）に供された。同時に、チャック体の体積比抵抗は５×１０^９〜５×１０^１０ｏｈｍ・ｃｍに低減した。
例６
ＡｌＮ粉末のＢはるつぼに入れられ、本質的に、焼成ＡｌＮ体の体積比抵抗を低減させるのに用いられるように約１６５０℃でＡｒ雰囲気に曝される。粉末は室温に冷却され、必要ならば解凝集され、そして上述のように、静電チャックを形成するのに用いられた。得られるチャックは５００Ｖ／ｍｍで測定して約２．２×１０^７の室温比抵抗値を有していた。
均等物
当業者は、日常の実験以外のものを用いないで、ここに具体的に記載された本発明の特定の態様と均等な多くのことを認識し、もしくは確かめうる。このような均等物は請求の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の静電チャックの断面図。
【図２】
従来の圧力なしの焼成により調製された焼成多結晶ＡｌＮ材料の比抵抗の温度依存性のプロット表示。
【図３】
粉末Ａ、Ｂ、およびＣから調製された焼成多結晶質試料の温度依存性のプロット表示。
【図４】
粉末Ｂから調製された焼成多結晶質試料の温度依存性のプロット表示。
【図５】
粉末Ｃから調製された焼成多結晶質試料の温度依存性のプロット。

Claims (46)

1. 本質的に窒化アルミニウムからなる物体の体積比抵抗を低減する方法であり、その物体を窒素が不足している雰囲気において少なくとも約１０００℃の温度に曝すことを含む方法。
2. 該物体が多結晶質である請求項１記載の方法。
3. 該雰囲気において窒素の分圧が約３５ｋＰａより小さい請求項２記載の方法。
4. 該雰囲気がアルゴン、ヘリウム、およびそれらの混合物からなる群より選ばれるガスから本質的になる請求項３記載の方法。
5. 該雰囲気がアルゴンから本質的になる請求項４記載の方法。
6. 物体が少なくとも約１２００℃の温度に曝される請求項５記載の方法。
7. 物体が少なくとも約１５００℃の温度に曝される請求項６記載の方法。
8. 物体が少なくとも約１６５０℃の温度に曝される請求項７記載の方法。
9. 物体が熱平衡に達した後に少なくとも約０．５時間、該温度に曝される請求項４記載の方法。
10. 物体が熱平衡に達した後に少なくとも約４時間、該温度に曝される請求項９記載の方法。
11. 約１２００℃よりも低い温度に約１５℃／分より小さい速度で物体を冷却する段階をさらに含む請求項８記載の方法。
12. 約１５００℃の温度に物体が冷却される請求項１１記載の方法。
13. 雰囲気が少なくとも約１Ｐａの圧力下にある請求項１記載の方法。
14. 雰囲気が約７ｋＰａ〜１４ｋＰａの圧力下にある請求項１記載の方法。
15. 多結晶質体物体が少なくとも４時間、少なくとも約１６５０℃の温度で該雰囲気に曝され、そして雰囲気が約２０ＭＰａの圧力下にある請求項４載の方法。
16. 約１５００℃の温度に約１５℃／分の速度で多結晶質体を冷却する段階をさらに含む請求項１５記載の方法。
17. 多結晶質体が理論密度の約９８％より大きい相対密度を有する請求項１６記載の方法。
18. 該物体が未焼成体である請求項１記載の方法。
19. 未焼成体が約０．１μｍ〜５．０μｍの範囲の平均粒径を有する窒化アルミニウムを含む請求項１８記載の方法。
20. 該未焼成体を焼成する段階をさらに含む請求項１９記載の方法。
21. 該未焼成体が少なくとも１６００℃の温度で焼成される請求項２０記載の方法。
22. 該未焼成体は窒素が不足している雰囲気において焼成される請求項２１記載の方法。
23. 該雰囲気がアルゴンから本質的になる請求項２２記載の方法。
24. 該未焼成体を焼成して該体を多結晶質にする請求項２３記載の方法。
25. 多結晶質体を窒素が不足している雰囲気に少なくとも約１０００℃の温度に曝す前に、該多結晶質体を約２５℃に冷却する段階をさらに含む請求項２４記載の方法。
26. 多結晶質体が少なくとも約４時間、少なくとも約１６００℃の温度に曝される請求項２５記載の方法。
27. 約１５００℃よりも低い温度に約１５℃／分より小さい速度で多結晶質体を冷却する段階をさらに含む請求項２６記載の方法。
28. 多結晶質体が理論密度の約９８％より大きい相対密度を有する請求項２７記載の方法。
29. 未焼成体が約１０ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲の圧力下で焼成される請求項２０記載の方法。
30. 未焼成体が少なくとも約１０ＭＰａの圧力下で焼成される請求項２０記載の方法。
31. 未焼成体が約２０ＭＰａの圧力下で焼成される請求項２１〜３０のいずれかに記載の方法。
32. 物体が、約２３℃の温度で約１×１０^８ｏｈｍ・ｃｍ〜約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍの範囲の体積比抵抗を生じさせるのに十分な時間、約１０００℃を超える該温度に曝される請求項１記載の方法。
33. 物体はＡｌＮ粉末から形成され、該粉末は窒素が不足している雰囲気に少なくとも約１０００℃の温度に曝される請求項１記載の方法。
34. 約２３℃の温度で約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍより小さい体積比抵抗を有する多結晶質窒化アルミニウム体の形成方法であり：
    ａ） 本質的に窒化アルミニウムからなる未焼成体を焼成して多結晶質体を形成させること；および
    ｂ） 多結晶質体の体積比抵抗を約２３℃の温度で約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍより小さくするのに十分な時間、窒素が不足している雰囲気に少なくとも約１０００℃の浸漬温度に該多結晶質体を曝すこと、
    の段階を含む方法。
35. 窒素が不足している雰囲気がアルゴンから本質的になる請求項３４記載の方法。
36. 未焼成体が約０．１μｍ〜５．０μｍの範囲の平均粒径を有する窒化アルミニウムを含む請求項３５記載の方法。
37. 多結晶質体が約１５℃／分より小さい速度で焼成温度から冷却される請求項３６記載の方法。
38. 未焼成体は窒素が不足している雰囲気において焼成される請求項３７記載の方法。
39. 未焼成体がアルゴンから本質的になる雰囲気において焼成される請求項３８記載の方法。
40. 未焼成体が約１０ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲の圧力下で焼成される請求項３９記載の方法。
41. 未焼成体が少なくとも約１０ＭＰａの圧力下で焼成され請求項３９記載の方法。
42. 未焼成体は、窒素が不足している雰囲気に少なくとも約１０００℃の浸漬温度に曝されたＡｌＮ粉末から形成される請求項３４記載の方法。
43. 窒化アルミニウムから本質的になる静電チャックの体積比抵抗を低減させる方法であり、該静電チャックの少なくとも一部を窒素が不足している雰囲気に少なくとも約１０００℃の温度に曝すことを含む方法。
44. 雰囲気がアルゴンから本質的になる請求項４３記載の方法。
45. 静電チャックが、約２３℃の温度で約１×１０^８ｏｈｍ・ｃｍ〜約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍの範囲のチャック体積比抵抗を生じさせるのに十分な時間、約１０００℃を超える該温度に曝される請求項４３記載の方法。
46. ａ） 第１の面および第２の面を有する電極；ならびに
    ｂ） 窒化アルミニウムから本質的になる物体であり、該物体は該電極の第１の面に第１の部分ならびに該電極の第２の面に第２の部分を有し、該物体の第１の部分は約２３℃の温度で約１×１０^１３ｏｈｍ・ｃｍより小さい体積比抵抗を有し、そして第２の部分の体積比抵抗は第１の部分と一桁異なる大きさの範囲内にある、
    ことを含む静電チャック。

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