JP2008118064A

JP2008118064A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2008118064A
Application number: JP2006302203A
Authority: JP
Inventors: Hironori Ishida; 弘徳石田; Tamotsu Harada; 保原田
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2008-05-22

Abstract

【課題】窒化アルミニウム焼結体の色むらを解消でき、かつ、窒化チタンの添加による体積抵抗率の変化を受けにくい静電チャックを提供する。
【解決手段】電極２と、その上に設けられ、電極２に電圧を印加することにより被吸着体を吸着する誘電体層３とを具備する静電チャックであって、誘電体層３として、サマリウムを酸化物換算で０．３〜３質量％含有し、かつ、チタンの炭化物、酸化物もしくは窒化物のいずれか一種を６〜１０質量％含有してなる窒化アルミニウム焼結体を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置や液晶パネル等のフラットディスプレイパネル製造装置などに使用され、半導体ウエハーなど被吸着体を吸着して固定させる工程に用いられる静電チャックに関するものである。
特に、１００〜３００℃での体積抵抗率が１×１０⁹〜１×１０¹³Ω・ｃｍと温度変化に伴う体積抵抗値の変化が小さい窒化アルミニウム焼結体を用いた静電チャックに関するものである。

従来、半導体ウエハー等の被吸着体を静電気力で吸着させる静電チャックに用いる誘電層の素材としては、熱伝導性に優れている窒化アルミニウム焼結体が用いられている。
しかし、窒化アルミニウム焼結体の室温での体積抵抗率が適性であっても、高温ではその体積抵抗率が極端に低下してしまい、その結果、過大なリーク電流により半導体ウエハーに形成されたデバイスを破損させるという問題があった。
したがって、サマリウムとランタンの少なくとも１種を含有させて温度変化に伴う体積抵抗値の変化が小さい窒化アルミニウム焼結体を誘電層の素材として用いることが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００６−４５０００号公報

しかし、このように窒化アルミニウムの焼結に際して、希土類元素を添加すると窒化アルミニウム焼結体が、半透明性を有しているため、色むらが発生して顧客クレームに繋がるという課題があった。したがって、この色むら対策として窒化チタニウムを添加することを検討したところ、窒化チタニウムが導電物質であるため、添加量によっては、窒化アルミニウム焼結体の体積抵抗率が低下するため従来どおりの吸着操作ができず、製造工程の仕様を大幅に見直さなければならないという問題点があった。

本発明者らは、前記した課題を解決するために鋭意検討して本発明を完成したものであり、本発明は、色むらの発生を抑制した窒化アルミニウム焼結体を用いた静電チャックを提供することを目的としている。
さらには、１００〜３００℃での体積抵抗率が１×１０⁹〜１×１０¹³Ω・ｃｍと温度変化に伴う体積抵抗値の変化が小さく、かつ、チタンの無添加品と比較して体積抵抗率の差が常用対数で1以下である窒化アルミニウム焼結体を用いた静電チャックを提供することを目的としている。

上記した本発明の目的は、下記した手段によって解決することができる。
（１）電極と、その上に設けられ、前記電極に電圧を印加することにより被吸着体を吸着する誘電体層とを具備する静電チャックであって、前記誘電体層として、サマリウムを酸化物換算で０．３〜３質量％含有し、かつ、チタンの炭化物、酸化物もしくは窒化物のいずれか一種を６〜１０質量％含有してなる窒化アルミニウム焼結体を用いることを特徴とする静電チャック。

（２）前記窒化アルミニウム焼結体が、窒化アルミニウム相以外にサマリウム-アルミニウム-酸素からなる化合物相を含むことを特徴とする（１）に記載の静電チャック。

本発明によれば、色むらの発生を抑制した窒化アルミニウム焼結体を用いた静電チャックが得られる効果がある。
さらには、１００〜３００℃での体積抵抗率が１×１０⁹〜１×１０¹³Ω・ｃｍと温度変化に伴う体積抵抗値の変化が小さく、かつ、チタンの無添加品と比較して体積抵抗率の差が常用対数で1以下である窒化アルミニウム焼結体を用いた静電チャックが得られる。したがって、従来の製造工程の仕様を大幅に変更せずに適用できるという効果がある。

本発明では、電極と、その上に設けられ、前記電極に電圧を印加することにより被吸着体を吸着する誘電体層とを具備する静電チャックであって、前記誘電体層として、サマリウムを酸化物換算で０．３〜３質量％含有し、かつ、チタンの炭化物、酸化物もしくは窒化物のいずれか一種を６〜１０質量％含有してなる窒化アルミニウム焼結体を用いることを特徴とする静電チャックを提案している。

本発明で、窒化アルミニウム焼結体にサマリウムを含有させる理由は、窒化アルミニウム焼結体の温度変化に伴う体積抵抗値の変化を小さくし、かつ、チタンの無添加品と比較した体積抵抗率の差を小さくするためである。
ここで、窒化アルミニウム焼結体におけるサマリウムの含有量が酸化物換算で０．３質量％未満と少ないと、チタンの添加による体積抵抗率の変化を受けやすくなり、チタンの無添加品と比較して体積抵抗率の差が常用対数で1を超えて大きくなるため好ましくない。
また、、窒化アルミニウム焼結体におけるサマリウムの含有量が酸化物換算で３質量％を超えて多いと、窒化アルミニウム焼結体の２００〜３００℃での体積抵抗率が１×１０⁸Ω・ｃｍ未満となり、静電チャックとして有効な吸着力を発現できる体積抵抗率である１×１０⁸〜１×１０¹³Ω・ｃｍの範囲から外れてしまうため好ましくない。

次に、本発明で窒化アルミニウム焼結体にチタンの炭化物、酸化物もしくは窒化物のいずれか一種を６〜１０質量％含有させる理由は、焼結体の色むらを低減させるためである。ここで、チタンの炭化物、酸化物もしくは窒化物のいずれか一種の含有量が６質量％未満と少ないと、色むらの低減効果が十分でないため好ましくなく、逆に、チタンの含有量が１０質量％より多いと窒化アルミニウム焼結体の１００〜３００℃での体積抵抗率が１×１０⁸Ω・ｃｍ未満となり好ましくない。
なお、チタンの炭化物、酸化物もしくは窒化物のいずれか一種でも、前記した効果が得られるが、チタンの窒化物が特に、好ましい。

また、本発明では、前記窒化アルミニウム焼結体が、窒化アルミニウム相以外にサマリウム-アルミニウム-酸素からなる化合物相を含むことを特徴とする前記載の静電チャックを提案している。その理由は、窒化アルミニウム焼結体を静電チャックとして実用上有効な吸着力を発現できる体積抵抗率とするためである。
ここで、酸化サマリウムを添加することにより形成されるサマリウム-アルミニウム-酸素の化合物相の作用は、その化合物層が新たな導電帯となることにより、窒化アルミニウム焼結体の１００〜３００℃での体積抵抗率を、静電チャックとして有効な吸着力を発現できる体積抵抗率である１×１０⁸〜１×１０¹³Ω・ｃｍの範囲に調整できることである。
ちなみに、本発明のサマリウム-アルミニウム-酸素の化合物相はＸ線回折結果よりＳｍＡｌＯ₃であると同定された。

ここで、本発明に係る窒化アルミニウム焼結体を用いた静電チャックについて説明する。図１は、双極型の静電チャックの一例を模式的な断面図として示したものである。
本発明の静電チャックは、窒化アルミニウム焼結体からなる基台セラミックス１の上に例えば、モリブデンからなる板状もしくは網目状の電極２が設けられている。また、該電極２と該基台セラミックス１とを被覆する誘電体層３と、基台セラミックス１とが、一体に焼結された構成となっている。ここで、電極２に給電すれば誘電体層の上面に載置された半導体ウエハー等の被吸着体（図示せず。）が静電吸着されることとなる。
なお、図１では、双極型の静電チャックの例を示したが、単極型でもよく構造は限定されるものではない。

以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的にあげ、本発明をさらに詳細に説明する。
（１)静電チャック用部材の作製
市販の窒化アルミニウム粉末に酸化サマリウムおよび窒化チタンを表1の割合で含有するように添加した混合粉末を、１００ｋｇ／ｃｍ²（＝９．８ＭＰａ）で一軸加圧し、φ２００ｍｍ×１０ｍｍの盤状の成形体を作製した。（焼結後に、図１に示した基台セラミックス１に相当する。）
次に、前記成形体の上に厚さ０．１ｍｍの板状のモリブデンからなる双極型電極（図１に示した電極２に相当する。）を配置し、その上に前記した混合粉末を充填した（焼結後に、図１に示した誘電体層に相当する。）後、焼成温度；１９００℃、焼成時間；２時間、プレス圧；１００ｋｇ／ｃｍ²の条件でホットプレス焼結を行うことで、φ２００ｍｍ×１５ｍｍの盤状の窒化アルミニウム焼結体からなる静電チャック用部材を得た。

（２）静電チャック用部材の評価
得られた窒化アルミニウム焼結体表面の色むらの発生状況を目視観察により評価し、その結果を表１に示した。本発明の実施例の窒化アルミニウム焼結体には色むらは皆無であったが、窒化チタンを添加しなかった比較例の窒化アルミニウム焼結体には色むらが発生していた。

次に、得られた窒化アルミニウム焼結体について室温から３００℃までの体積抵抗率を測定した。体積抵抗率はＪＩＳＣ 2141「電気絶縁用セラミックス材料試験方法」に準じ、三端子法で行った。また、焼結により生成した物質をＸ線回折測定装置（リガク社製、MultiFlex）を用いて同定を行った。
評価測定した窒化アルミニウム焼結体の体積抵抗率とＸ線回折結果によって同定された物質を表２にまとめて示した。

表２の結果から明らかなように、本発明の実施例である実施例１〜５において、１００〜３００℃での体積抵抗率が１×１０⁹〜１×１０¹³Ω・ｃｍの範囲となり温度変化に伴う体積抵抗値の変化が小さく、かつ、静電チャックとして有効な吸着力を発現できる体積抵抗率であることが確認できた。さらに、実施例と比較例である窒化チタン無添加品との体積抵抗率の差は常用対数で1以下であり、体積抵抗率の差を小さくすることができた。
これは、表２のＸ線回折結果によって同定された物質からも明らかなように、本発明の
窒化アルミニウム焼結体が、窒化アルミニウム相以外にサマリウム-アルミニウム-酸素からなる化合物相（ＳｍＡｌＯ₃と同定された。）を含むことにより、その化合物層が新たな導電帯となり、窒化アルミニウム焼結体の１００〜３００℃での体積抵抗率を、静電チャックとして有効な吸着力を発現できる体積抵抗率に調整できたためと思われる。

（比較例）
酸化サマリウムと窒化チタンの含有量を表３の割合に変更した以外は前記した方法と同じ方法で作製した静電チャック用部材について、同様の方法で体積抵抗率を測定した。得られた体積抵抗率の測定結果とＸ線回折結果によって同定された物質を表４にまとめて示した。

酸化サマリウムの含有量が本発明の範囲外である比較例６は、３００℃での体積抵抗率が１×１０⁹〜１×１０¹³Ω・ｃｍの範囲から外れて小さくなり、しかも、窒化チタン無添加品である比較例５との体積抵抗率の差は常用対数で1を越えて大きくなった。これは、比較例６では、ＳｍＡｌＯ₃が形成されなかったことが原因であると思われる。
次に、酸化サマリウムの含有量が本発明の範囲外で５質量％と多い比較例７と比較例８では、ＳｍＡｌＯ₃が形成されたものの、２００〜３００℃での体積抵抗率が１×１０⁸Ω・ｃｍを下回って小さくなり、静電チャックとして所望の吸着力が発現できる範囲外であった。

（３）静電チャックとしての評価
実施例と比較例による静電チャック用部材を用いて、内部の電極に±４００Ｖの電圧を給電し、窒化アルミニウム焼結体からなる誘電体層の上面に載置した３インチの半導体ウエハーを静電吸着した。次に、温度３００℃における静電チャックとしての吸着力を圧力ゲージによる引っ張り試験により評価した。（静電吸着した３インチの半導体ウエハーを引っ張って、吸着面から剥がれたときの力を吸着力とした。）また、温度３００℃におけるリーク電流の測定もあわせて行ない、その結果を表５にまとめて示した。

表５の結果から明らかなように、実施例１〜５による静電チャックは、静電吸着した３インチの半導体ウエハー当たり９００ｇ以上の吸着力を発現し、実用上十分な吸着力であった。
また、リーク電流についても、実施例１〜５による静電チャックは３５０μＡ以下と、実用上問題ないほど低い値であった。しかし、Ｓｍ₂Ｏ₃を本発明の範囲外の５質量％添加した比較例７と比較例８ではリーク電流が１０００μＡを超えて大きくなり、吸着力を測定することができなかった。

以上説明したように、本発明によれば、窒化アルミニウム焼結体にサマリウムの酸化物と窒化チタンとあわせて含有させることにより、色むらを解消でき、かつ、窒化チタンの添加による体積抵抗率の変化を受けにくい静電チャックを提供することができることが分かった。
さらに、本発明の静電チャックは、実用上十分な吸着力を示し、かつ、リーク電流は実用上問題ないほど低い値であった。

本発明に係る静電チャックの模式的断面図である。

符号の説明

１；基台セラミックス
２；電極
３；誘電体層

Claims

電極と、その上に設けられ、前記電極に電圧を印加することにより被吸着体を吸着する誘電体層とを具備する静電チャックであって、前記誘電体層として、サマリウムを酸化物換算で０．３〜３質量％含有し、かつ、チタンの炭化物、酸化物もしくは窒化物のいずれか一種を６〜１０質量％含有してなる窒化アルミニウム焼結体を用いることを特徴とする静電チャック。
前記窒化アルミニウム焼結体が、窒化アルミニウム相以外にサマリウム-アルミニウム-酸素からなる化合物相を含むことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。