JP2014082277A - 静電チャック誘電体層および静電チャック - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマガスに対する耐食性に優れたジョンソン・ラーベック型静電チャックを提供する。
【解決手段】酸化アルミニウムからなる第１相と、チタンを含む複合炭窒化物（Ｔｉ、Ｍｅ）（Ｃ、Ｎ）を微細な粒子で第２相として有するセラミックス材料で、静電チャック１０の少なくとも誘電体層２を製作することで解決した。Ｍｅは遷移元素を指し、特に有効なのはＭｏ、Ｗなどの４〜６族金属である。第２相が０．０５〜２．５体積％を占めたセラミックスは、ジョンソン・ラーベック型静電チャック１０に必要な１０^８〜１０^１３（Ω・ｃｍ）程度の体積抵抗値を持つ。また、複合炭窒化物は酸化アルミニウムの焼結過程における粒成長を抑制する効果が高い。そのために、使用時に粒子の脱落サイズも小さくでき、更にはプラズマ耐性による損耗量も低減できた。
【選択図】図１

Description

本発明は静電チャックの誘電体層およびその誘電体層を有する静電チャックに関する。

従来、半導体製造装置や液晶ディスプレイ製造装置などでは、Ｓｉなどのウエハ、サファイア基板、ＦＰＤ用ガラス基板、ＴＦＴ基板など、各種基板（以後単に「基板」とも表す）を吸着保持するために静電チャックが使用されている。静電チャックは、耐熱性や耐食性に優れた酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどを主相とする材料で構成されることが多い。中でも酸化アルミニウム材料は、極めて入手しやすい材料で製造も容易である。

静電チャックは一般的に図１に示す構造を有する。基板を吸着保持する部材を「誘電体層２」という。この誘電体層２で基板を保持する面は「設置面ａ」である。設置面ａの裏面には静電吸着に必要な電流を供給する「電極６」を有する。電極６を挟み誘電体層２を保持する「ベース４」を有し、誘電体層２とベース４で電極６を密封する。これらの誘電体層２、電極６とベース４を合せて「静電チャック１０」と呼ぶ。ベース４中にはヒータ８を埋設する場合もある。また、誘電体層２とベース４は同じ材料でもよく、異なる材料でもよい。可能であれば同材種で一体の構造でもよい。

前記静電チャック１０はバッキングプレート２０上に固定される。バッキングプレート２０は一般に、アルミ合金の表面をアルマイト処理した高熱伝導金属からなる。バッキングプレート２０は、内部に冷却水路２２を通し、温度調整をすることが多い。

以上に述べた静電チャック１０とバッキングプレート２０を合せて「チャックユニット１００」と呼ぶ。

半導体製造装置などに使用される静電気を用いた静電チャックの誘電体層は、大きくクーロン力を使用する型（クーロン型）と、ジョンソン・ラーベック（Ｊｏｈｎｓｅｎ−Ｒｈａｂｅｋ）力を使用する型（ジョンソン・ラーベック型）に大別できる。

このうち、ジョンソン・ラーベック型はクーロン型に比べ吸着力が大きく、低電圧で吸着するという利点がある。また、吸着、離脱の際の電圧が比較的低くてよいという利点がある。一方、後述するリーク電流が発生する可能性がある。

ジョンソン・ラーベック型の静電チャックの誘電体層には一般に１０^８〜１０^１３（Ω・ｃｍ）程度の体積抵抗率が求められる。この体積抵抗率よりも誘電体層の体積抵抗率が低ければ、良好な吸着特性が得られない他、耐電圧が低くなることで基板に電流がリークし、基板上に形成された回路素子を破壊する恐れがある。この基板側に流れる電流のことをリーク電流という。

体積抵抗率の他にジョンソン・ラーベック型の静電チャック用誘電体層には以下の特性が求められる。

まず、半導体装置内の雰囲気に対して耐食性を十分有する特性が必要となる。特にプラズマエッチング工程では、腐食性の高いハロゲン系のプラズマガスが使用される。よって、プラズマガスに対する耐食性（以下、単に「耐食性」とも記載する）が必要となる。この耐食性が低ければ、静電チャック成分とプラズマガスによって形成された反応生成物が装置内に拡散する。拡散した生成物はパーティクルとなり基板上に付着することで、コンタミネーションや回路短絡などの悪影響を与える。

また、基板を正常に吸着する上で、静電チャック表面および内部の気孔は望ましくない。気孔は基板の吸着に悪影響を及ぼすだけでなく、気孔がパーティクルを保持するために、これらの基板へ付着を誘発する他、装置内の洗浄を困難にする。

次に、基板の大口径化と回路の微細化にともない、静電チャックには高い形状精度が求められている。多結晶セラミックス材の加工精度は、結晶粒子サイズに大きく依存し、粒子径が小さい材料ほどエッジ角がシャープになるなど、高精度加工が可能となる。

更には、粒子径が比較的大きなセラミックスから静電チャックが構成されている場合、ウエハとの接触や加工時に生じる可能性のある脱粒痕も大きくなる。この脱粒痕は、前述の気孔と同様に、パーティクルを保持するため、基板品質を悪化させる。

また、結晶粒子径が大きくなるに伴い、機械特性、特には曲げ強度が低下する。機械特性の低下は、部材の破損や脱粒によるパーティクルを発生させる。

つまり、静電チャックに用いられる材料としては、微細結晶組織を持つ材料が望ましい。

静電チャックに用いられている材料としては、アルミニウムの酸化物基や窒化物基のものが多く提案されている。特に酸化アルミニウムが多いが、酸化アルミニウム単相材は、体積抵抗率が１０^１５（Ω・ｃｍ）以上と極めて高く、ジョンソン・ラーベック型の静電チャックにはそのまま用いることはできない。

また、例えば９９．５％以上の純粋な酸化アルミニウム単相材は、気孔を内包したままの粒成長が顕著であり、通常の焼結法では緻密な焼結体を得ることは難しい。静電チャック用の材料としては、粒子径を小さくすることが望ましい。

一方、クーロン型の静電チャックは誘電体層が１０^１３Ω・ｃｍ以上であれば使用でき、その他に求められる特性は、ジョンソン・ラーベック型と同様である。

酸化アルミニウム基、窒化アルミニウム基の材料に、１種もしくは複数の添加物を加えることにより、ジョンソン・ラーベック型の静電チャック材料とした例が、特許文献１〜特許文献３に示されている。

特許文献１には窒化アルミニウムを主成分とし、ＴｉＮを１０〜３０ｍｏｌ％、Ｃｅを酸化物換算で５〜２０ｍｏｌ％を含む窒化アルミニウム基の静電チャックが開示されている。絶縁体の窒化アルミニウムに導電性のＴｉＮを添加することにより体積抵抗値を下げ、ジョンソン・ラーベック型の静電チャックを得ることに言及している。

この文献に示された静電チャックは、主成分が窒化アルミニウムであることから熱伝導率は高くできるが、ＴｉＮはＣＦ_４などの腐食プラズマガスプラズマへの耐性が低く、できる限り少なくすることが基板の品質維持のために望ましい。しかし、この文献では、最低でも１０ｍｏｌ％（約９体積％）含むために、Ｔｉによる基板の品質低下は避けられない。

特許文献２には、主成分として酸化アルミニウムが９９．４重量％以上、酸化チタンが０．２〜０．６重量％の組成で、室温における体積抵抗率が１０^８〜１０^１１（Ω・ｃｍ）の静電チャックが開示されている。この構成とすることにより、被吸着体の吸着、離脱特性が優れた、応答性のよい静電チャックが得られると記載されている。

しかし、酸化チタンの酸化アルミニウムへの添加は、焼成温度や焼成雰囲気の条件により体積抵抗率が大きく変化するため、焼結製法にて体積抵抗率を正確に制御することは難しい。また、焼結条件のわずかな変化により色調が変化するために、量産には向いていない。これらは、酸化アルミニウムと酸化チタンからチタン酸アルミニウムなどの複合酸化物を生成することが一因である。また、酸化チタンを添加することでは、酸化アルミニウムの粒成長を十分に抑制することはできない。

特許文献３には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮの絶縁体セラミックス中に、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＷＣ、ＴａＣ、ＭｏＣ、ＮｂＣ、ＶＣのいずれか一種以上の導電性セラミックスが分散し、１×１０^−２（Ω・ｃｍ）以下の体積抵抗率を有し、導電性セラミックス粒子が２μｍ以下のセラミックスが示されている。しかし、この範囲の体積抵抗率では所望の静電チャックは得られない。

特開２０００−１４３３４９号公報 特開２００６−０４９３５６号公報 特開２００８−０８７９８８号公報

静電チャックが高い吸着力を発現するためには、その誘電体層が適切な体積抵抗率を有することが重要である。酸化アルミニウムは前述のように比較的安価で耐食性も高い。しかし、酸化アルミニウム単相のセラミックスは、特にジョンソン・ラーベック力を利用する静電チャックとして機能する上で適切な体積抵抗率を有していない。そのため、酸化アルミニウムの第1相に加えて、若干の導電性（１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍ）を付与するための第２相の存在が必要である。

しかし、静電チャックには吸着特性に加え、パーティクルおよびコンタミネーションの低減や、容易に粒子が離脱しない程度の機械的強度も求められるのは前述のとおりである。例えば、高スループット化を目的として、エッチングプロセスの高エネルギー化と非分解でのクリーニングが導入され、静電チャックは、より厳しいハロゲン系腐食性ガスのプラズマ環境に曝されるようになっている。一方、酸化アルミニウムよりも耐食性に劣る第２相を一定量以上含む従来技術の静電チャック用誘電体層は、その腐食量を少なくできない。

問題点が耐食性のみにあるのならば、第２相の含有量を減らすことで腐食ガスプラズマへの耐性の劣化を抑制することは可能である。しかし、ＴｉＯ_２を除く添加物の場合は少量の添加では体積抵抗率を十分に下げることはできない。一方、ＴｉＯ_２を添加した場合は、少量で体積抵抗率を十分下げることは可能であるが、酸化アルミニウムの粒子は非常に大きく成長する。そのために、粒子が脱落した場合は誘電体層を大きく破損する。また、前述のように量産には不向きである。

以上に鑑み、本発明は以下に示す特性を有する静電チャック誘電層を提供することを目的とする。
（１）ジョンソン・ラーベック力による吸着に適した体積抵抗率を示すこと
（２）酸化アルミニウムに添加する添加物の体積量が十分に少なく、基板に有害なパーティクルの発生が少ないこと
（３）気孔が少ないこと。すなわち、相対密度が十分に高いこと
（４）微細組織からなり、高い機械強度と高加工精度を有し、脱粒サイズが小さいこと
（５）焼結条件などのわずかな変化により体積抵抗率、色調が影響を受けず、安定的に量産が可能なこと

本発明の静電チャックの誘電体層は、アルミニウムの酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３）を主相とするセラミックスである。酸化アルミニウムは単体では１０^１５（Ω・ｃｍ）以上の体積抵抗率を有する絶縁体である。

前述のように、ジョンソン・ラーベック型の静電チャックは体積抵抗率で１０^８〜１０^１３（Ω・ｃｍ）程度が必要である。そのために、体積抵抗率を下げる添加物を主相に対して添加する。

添加するのは、チタンと遷移元素との複合炭窒化物である。この複合炭窒化物は化学式で（Ｔｉ、Ｍｅ）（Ｃ、Ｎ）で表される。各成分を考慮すると（Ｔｉ_ｘ、Ｍｅ_１−ｘ）（Ｃ_ｙＮ_１−ｙ）とさらに表すことができる。式中のＭｅはＴｉを除く周期律表３族〜１１族の遷移元素の１種または２種以上を表す。Ｔｉ、Ｍｅともに必須であるが、特には、ｘは０．０２以上、０．３以下を、ｙは０.１以上、０．７以下の値をとる。

この複合炭窒化物はＮａＣｌ構造を有し、ｘが０．３を超えると単相として安定に存在することが難しい。ｘが０．０２より小さい場合、粉末が酸化しやすくなる。また、ｙが０．７を超えると、粉末製造時にＮが抜けやすくなり、品質の安定した粉末が得られにくい。ｙが０．１より小さい場合は、ｘと同様に粉末が酸化しやすくなる。

前記遷移元素中で、より適した元素Ｍｅは、周期律表の４〜６族の遷移金属であり、具体的にはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗのうち１種または２種以上である。

前記複合炭窒化物は、焼結体中に０．０５〜２．５体積％分散していることが好ましい。前記複合炭窒化物は導電性の粒子であり、後述するが微小な粒子である。炭窒化物を微小な粒子とし、焼結体中に０．０５体積％以上分散させることで、誘電体層の抵抗率を容易に、１０^８〜１０^１３（Ω・ｃｍ）の範囲とすることができる。０．０５体積％未満では体積抵抗率が前記範囲まで下がらないことがあり、一方、２．５体積％を超えると、体積抵抗率が下がり過ぎることがある。

前記複合炭窒化物の平均粒子径は、好ましくは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。出発原料としての複合炭窒化物は、Ｔｉと遷移元素を複合化すること、および、炭窒化物とすることの両方を満たすことで１０〜３００ｎｍと極めて細かく生成することが可能である。一方、遷移元素単体の炭窒化物、複合遷移元素の炭化物、複合遷移元素の窒化物はいずれもこの大きさまで微粒化することは、現在の技術では困難である。

また、複合炭窒化物はそれ自体も焼結温度での粒成長が殆ど生じない。そのために、原料粉末の粒子径と同等あるいは若干粒子径が大きくなるにとどまる（例：２００ｎｍの原料が、焼結体中で３００ｎｍ）。これは、複合炭窒化物の特徴である。前述した単体元素の炭化物や、窒化物、複合炭化物、複合窒化物の粒子などは、出発原料の粒子径を複合炭窒化物ほど小さくするのが困難であるだけでなく、焼結温度での粒成長が比較的容易に起こる。そのために、これらの原料を用いれば、焼結後に３００ｎｍ以下の平均粒子径を有することは著しく困難である。

複合炭窒化物の平均粒子径が小さいことは、設置面の面粗さの維持にも寄与する。耐食性が酸化アルミニウムと比較して劣る複合炭窒化物の粒子が３００ｎｍ以下であれば、特に腐食後の設置面の面荒れが小さく抑えられる。

複合炭窒化物は酸化アルミニウムの焼結温度（１２００〜２０００℃程度）でいずれとも化学的に反応せず、互いに安定である。例えば反応相や粒界での組成の変化などはいずれも認められていない。

平均粒子径が３００ｎｍ以下の微細な炭窒化物を添加することにより、酸化アルミニウムの結晶粒界に比較的少量で導電パスを形成しやすくなるため、前述した単体元素の炭化物や、窒化物、複合炭化物、複合窒化物の粒子などと比べ少量の添加にて体積抵抗率を低減することが可能となる。

前述のようにＴｉＣなどの通常の添加材は腐食ガスプラズマへの耐性が低く、パーティクルおよびコンタミネーションを発生させ、基板に大きな不具合を与える可能性があり、その含有量は少ないほどよい。一方、酸化アルミニウムは前述のように耐腐食性が十分に高いために、装置内の汚染という意味では非常に適した材料である。酸化アルミニウムに対して炭窒化物を少量に押さえて所望の体積抵抗率とすることはこの利点がある。

（Ｔｉ、Ｍｅ）（Ｃ、Ｎ）で表わされる複合炭窒化物は、酸化アルミニウムの粒成長の抑制効果が高い。前記複合炭窒化物は非常に微細な粒子とすることが可能であり、０．０５体積％と少ない添加量でも粒成長抑制効果が発現する。特に０．５体積％以上で顕著に粒成長を抑制できる。

複合炭窒化物の粒成長の抑制効果としては、出発原料の粒子径には左右されるが、典型的には酸化アルミニウムの平均粒子径を５μｍ以下とすることができる。そのために、高い機械的強度を実現できる他、使用の際に脱粒を生じても、パーティクルの発生は最小限で抑えられる。なおかつ設置面の面荒れも小さい。

酸化アルミニウムと前記複合炭窒化物のほかに、焼結助剤等の添加も可能である。例としてはＭｇＯ、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＣａＯ、Ｃｅ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などを加えてもよい。また、酸化アルミニウムと複合炭窒化物に加えて、その他の化合物を含むことも許容できる。その際に許容される量は、酸化アルミニウムに対しておよそ５体積％以下である。すなわち、酸化アルミニウムを主成分とする第１相（主相）に占める酸化アルミニウムの体積割合は、典型的には９５体積％超である。

酸化アルミニウムにＴｉＯ_２を加えたセラミックスが、焼結条件などのわずかな変化によってその体積抵抗率、色調の変化が引き起こされるのは前述のとおりである。これは、焼結温度や雰囲気によりＴｉＯ_２の還元状態が異なる他、酸化アルミニウムとＴｉＯ_２とが焼結温度にて化学的な反応や固溶などを起こすためである。本発明の静電チャックを構成する酸化アルミニウムと（Ｔｉ、Ｍｅ）（Ｃ、Ｎ）は互いに固溶や反応を起こさない。そのために、組成比や出発原料の粒子径を制御すれば、体積抵抗率や色調の変化なく製造が可能である。

本発明によれば、前記（１）から（５）の特性を有する静電チャック誘電体層を提供することができる。また、ジョンソン・ラーベック型の静電チャックについて、組織を微細化し、プラズマガスに対する耐食性、機械的強度を高めることができる。

静電チャックの一般的な構造を示す。

本発明の静電チャック誘電体層は、典型的には以下の形態にて製造、使用できる。

原料粉末は主相用として平均粒子径が０．２〜３μｍの酸化アルミニウムを用いる。酸化アルミニウムは純度の高いものでもよいし、少量のＭｇＯ、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＴｉＣ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＯ、Ｃｅ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などの焼結助剤等を付加したものでもよい。

複合炭窒化物は、Ｔｉを必ず含む遷移元素の複合炭窒化物である。遷移元素をＭｅで表すと（Ｔｉ、Ｍｅ）（Ｃ、Ｎ）の化学式で表される。静電チャックの原料粉末に使用する複合炭窒化物の出発原料は、平均粒子径が１０〜２００ｎｍである。この複合炭窒化物は、還元法、気相法や液相法にて得られたものでよいし、粉砕法にて得られたものでもよい。Ｍｅは前述のように、周期律表の４〜６族の遷移元素（Ｔｉを除く）が好ましく、特に好ましいのはＷ、Ｍｏの一種または両方である。

両者の混合比は体積比で酸化アルミニウムの主相が９７．５〜９９．９５体積％、複合炭窒化物相が０．０５〜２．５体積％となるように秤量する。たとえば焼結助剤のような、Ａｌ_２Ｏ_３、複合炭窒化物以外の添加物を入れる際には、それらは全て主相に入るものとして扱う。重要なのは複合炭窒化物の体積分率だからである。

粉末秤量後に、前記割合で混合、場合によっては粉砕も行う。この作業に使用するのはボールミル、アトライタ、らいかい機、ビーズミルなどが代表として挙げられるが、十分に混合できるのであれば方法は問わない。湿式でも乾式でもよい。湿式の場合はさらにこの後に乾燥させて、混合粉末を得る。

混合粉末を粉末のまま、あるいは粉末を一度機械的にプレスして圧粉体とした状態で、ホットプレス用モールドに投入する。

ホットプレスは公知の方法で行なえばよい。特記するべき温度および圧力は１１００〜２０００℃、５〜３０ＭＰａである。保持時間は１０分〜２時間程度が適している。

冷却後にホットプレス体を取り出し、機械加工にて面形状を整え、最終形状へと加工する。

以上はホットプレスによる焼結について記載したが、特に金型プレスや、焼結前の整形を行う場合は、粉末の混合後に成形用バインダーを添加してもよい。成形用バインダーは、パラフィン、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などの公知の有機バインダーでよい。有機バインダーは焼結前に高温にすることにより２００〜６００℃の範囲で気化、蒸発する。このような脱脂体を真空中、還元雰囲気ガス中で焼結することも可能である。

本実施例では、種々の条件で本発明の静電チャック誘電体層を得る条件および物性値を示す。

主相を構成する酸化アルミニウムは、平均粒子径が０．５μｍで純度９９．９％の市販の粉末を使用した。

主相に任意で含まれる焼結助剤等であるＴｉＯ_２、ＴｉＣについては平均粒子径が１〜２μｍで、純度が９９％以上の原料粉末を使用した。

複合炭窒化物粉末は、平均粒子径が１００ｎｍ、純度９９．５％以上の粉末を使用した。組成については（Ｔｉ、Ｍｅ）（Ｃ、Ｎ）で表される。

また、上記以外の酸化物、炭化物、窒化物、複合炭化物、複合窒化物の出発原料としては、それぞれ平均粒子径が０．５μｍ（５００ｎｍ）の原料粉末を用いた。これらは複合炭窒化物粉末よりも粒子径が大きいが、これより微細な粉末は極めて入手が困難である。

以上に述べた出発原料を表１に示す配合組成にて混合した。

以下、混合から評価についての説明は、表１中のＮｏ．３の試料を用いて説明する。

表１に示す組成にて、酸化アルミニウム粉末、複合炭窒化物粉末を焼結後の体積分率で９９．５：０．５となるように秤量し、メタノールとアルミナボールを加え、ボールミルにて２０時間粉砕、混合してスラリーを得た。複合炭窒化物粉末としては（Ｔｉ_０．８Ｍｏ_０．２）（Ｃ_０．６Ｎ_０．４）の粉末を用いた。

スラリーをスプレードライヤーで乾燥、造粒を行い、混合粉末を得た。

混合粉末をホットプレス炉で、窒素ガスフロー下で１５ＭＰａの圧力を掛けホットプレスを行った。焼結温度は１４００℃でまず焼結し、９９％以上の相対密度が得られない場合は５０℃温度を上げるという方法で適した条件を探した。１６５０℃で相対密度の９９％を超えたために、この温度を焼結温度とした（他の試料も同様の方法で焼結温度を設定した）。なお、Ｎｏ．３以外の試料、比較試料について温度を上げても相対密度が９９％に達しなかったものは、得られた中で最高の相対密度を記載した。

得られた焼結体を研削盤にて体積抵抗率測定試験片（φ２０×１．５ｍｍ）および抗折力試験片（３×４×４０ｍｍ）形状に機械加工し、酸化アルミニウムの平均結晶粒子径、体積抵抗率および機械的物性値をそれぞれ測定した。体積抵抗率は、ＪＩＳ Ｃ ２１５１に記載の方法で測定した。体積抵抗率は、静電チャックの実際の使用環境に近い１００℃にて測定をした値である。

以上の方法にて、表1に示す種々組成が異なる試料も、同様の試験を行った。測定結果を表１に示す。

表１の結果より下記のことが分かる。

（結晶粒径）
本発明の範囲の試料である試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１０の組織を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いた組織観察した。本発明の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１０は、*比較試料Ｎｏ．１１〜１９と比べ、酸化アルミニウムの結晶平均粒子径は小さいことが確認された。つまり、他の添加剤と比べ、高い粒成長抑制効果を有する微細な複合炭窒化物（Ｔｉ、Ｍｅ）（Ｃ、Ｎ）（ただしＭｅはＭｏまたはＷ）を添加することで、酸化アルミニウムの結晶粒子径を十分に小さくすることができた。このことは第２相の添加物を同量加えた試料Ｎｏ．３と*比較試料Ｎｏ．１２および１４、試料Ｎｏ．６と*比較試料Ｎｏ．１３、１５、１６、１７、１８の対比からも明らかである。試料Ｎｏ．１０は複合炭窒化物として（Ｔｉ_０．８５、Ｗ_０．１５）（Ｃ_０．７、Ｎ_０．３）を用いた例である。（Ｔｉ、Ｍｏ）（Ｃ、Ｎ）を用いた試料にはやや劣るが、ＭｅとしてＭｏ以外の遷移元素を用いても、酸化アルミニウムの結晶粒子径を小さくする作用は高いことが分かった。

試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１０の酸化アルミニウム相の平均粒子径は１．９〜１０．２μｍであった。特に試料Ｎｏ．３〜７、１０は極めて小さく、１．９〜３．３μｍの範囲であった。一方、酸化アルミニウムとＴｉＯ_２を０．５〜２体積%有する*比較試料Ｎｏ．１２、１３のそれぞれの平均粒子径は１０．３μｍ、２７．５μｍであった。一般にセラミックの粒子の脱落は、粒界破壊に伴い、結晶粒子単位で発生する。そのために、本発明の静電チャック用誘電体層は、粒子の脱落が生じたとしても、従来技術の酸化アルミニウム−ＴｉＯ_２系の静電チャック用誘電体層と比較して、脱落サイズおよび量が極めて少ない。

（体積抵抗率）
本発明の範囲である試料３〜６と*比較試料１２〜１８は、第２相の体積分率は同量である。試料Ｎｏ．３と*比較試料Ｎｏ．１２および１４、試料Ｎｏ．６と*比較試料Ｎｏ．１３、１５、１６、１７、１８との体積抵抗率の比較において、本発明のセラミックスの方が、より低い値を示した。つまり、微細かつ焼結中に殆ど粒成長しない複合炭窒化物（Ｔｉ、Ｍｏ）（Ｃ、Ｎ）を用いることで、少ない第２相の体積分率で体積抵抗率を下げることができた。同等の体積抵抗率を実現する為に必要な添加量は、他の添加物と比べ少量でよいことが分かる。更には、上述したとおり、本発明のセラミックスの方が平均粒径が小さく、一般に、組成が同じ場合は、組織の粒子径が小さいほど強度や硬さが高く、破損しにくいことも利点として挙げられる。

また、複合炭窒化物（Ｔｉ、Ｍｅ）（Ｃ、Ｎ）（ただしＭｅはＭｏまたはＷ）相の量が０．０５体積％から２．５体積％の範囲にある試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１０は、１０^８〜１０^１３（Ω・ｃｍ）の範囲の体積抵抗率を示しており、ジョンソン・ラーベック型の静電チャックに適する。

（その他の特性）
３点曲げ強度、ビッカース硬さを測定した。曲げ強度は、３点曲げ法（ＪＩＳ Ｒ １６０１）にて測定した。ビッカース硬さは加圧力１Ｋｇｆで試験した。体積抵抗率は室温にてＪＩＳ Ｃ ２１５１に記載の方法で測定した。

本発明の静電チャック用誘電体層を構成する試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１０は、その３点曲げ抗折力が４００（試料Ｎｏ．１）〜７１２（試料Ｎｏ．７）ＭＰａ、ビッカース硬さが１５１７（試料Ｎｏ．１）〜２０１４（試料Ｎｏ．５）Ｈｖの範囲であり、静電チャック用誘電体層として使用する上で問題のない特性を有していた。

Claims (7)

1. 酸化アルミニウムを主成分とする第１相中に、（Ｔｉ、Ｍｅ）（Ｃ、Ｎ）で表されるＴｉとＭｅとの複合炭窒化物（ただしＭｅは周期律表３族〜１１族の遷移元素のうちの１種または２種以上）からなる第２相が分散したセラミックス材料からなる静電チャック誘電体層。
2. 前記セラミックス材料に占める前記第２相の体積割合が０．０５〜２．５体積％である請求項１に記載の静電チャック誘電体層。
3. 前記ＴｉとＭｅとの複合炭窒化物の平均粒子径が１０〜３００ｎｍである請求項１または請求項２に記載の静電チャック誘電体層。
4. 前記Ｍｅが周期律表４〜６族元素の１種または２種以上である請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電チャック誘電体層。
5. 前記ＭｅがＭｏ、またはＭｏを必ず有する２種以上の遷移金属である請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電チャック誘電体層。
6. 前記（Ｔｉ、Ｍｅ）（Ｃ、Ｎ）を（Ｔｉ_１−ｘ、Ｍｅ_ｘ）（Ｃ_１−ｙ、Ｎ_ｙ）と表した際に、
   ０．０２≦ｘ≦０．３ かつ ０．１≦ｙ≦０．７
   の関係を満たす請求項１から請求項５のいずれかに記載の静電チャック誘電体層。
7. 請求項１から請求項６のいずれかの静電チャック誘電体層を有する静電チャック。