JP2021521653A - 静電チャック及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
高い体積抵抗により漏れ電流が低減し、半導体ウェハの吸着及び脱着応答特性を向上させることができる、静電チャック及びその製造方法が開示される。前記静電チャックは、内部に電極が含浸されて静電気力により半導体ウェハを固定させる焼結体であって、アルミナ；焼結助剤；及び２〜５個の互いに異なる希土類金属を含む希土類複合酸化物；を含み、半導体ウェハの吸着及び脱着応答特性が２秒以内であり、常温での体積抵抗率が１．０Ｅ＋１６〜１．０Ｅ＋１７Ω・ｃｍであることを特徴とする。
Description
本出願は、２０１８年１１月８日付け韓国特許出願第１０−２０１８−０１３６６７１号に基づく優先権利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含む。
本発明は、静電気力により半導体ウェハなどを固定させる静電チャックに関し、より詳細には、高い体積抵抗により漏れ電流が低減され、半導体ウェハの吸着及び脱着応答特性を向上させることができる、静電チャック及びその製造方法に関する。
静電チャック（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｈｕｃｋ；ＥＳＣ）は、静電気力を利用して半導体ウェハやＬＣＤガラス基板などを水平固定させる装置であって、吸着方法によって大きくクーロン（Ｃｏｕｌｏｍｂ）型静電チャックとジョンソン−ラベック（Ｊｏｈｎｓｅｎ−Ｒａｈｂｅｋ）型静電チャックに分類される。このうち、ジョンソン−ラベック型静電チャックは、一般的に、１×１０９〜１×１０１２Ω・ｃｍ程度の低い体積抵抗特性を有し、低い体積抵抗特性により誘電体のウェハ吸着面に電荷が充電され、このような表面電荷の静電気的引力を介してウエハが固定される。一方、クーロン型静電チャックは、誘電体上下面に存在する互いに異なる電荷間の静電気的引力を利用してウェハを固定するものであって、誘電体の体積抵抗値が１×１０１５Ω・ｃｍ以上であれば漏れ電流が少なく、ウェハ脱着性能に優れ、半導体ウェハのサイズが大きくなるほど十分な静電吸着力をウェハ接触面の全体に均一に形成できないことがある。
一方、静電チャックには、通常、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のようなアルミニウムを主原料とする素材が用いており、酸化アルミニウム焼結体は、常温で体積抵抗率が１×１０１４Ω・ｃｍ以上であるところ、酸化アルミニウムを主原料とし、また、十分な吸着率と優れた電流応答特性を持つためには、ジョンソン−ラベック型方式よりはクーロン型方式を利用して静電チャックを製造しなければならない。
しかし、従来のクーロン型静電チャックは、特定の温度範囲を外れた場合、体積抵抗率が高くなく、特定の温度下でも体積抵抗率の維持が容易ではないため、吸着力が不安定な問題を持っている。この他にも、従来の静電チャックは、静電チャックから基板に漏れる電流が多く、基板脱着時の応答速度が遅く、良好な脱着応答性を得ることができない欠点がある。そこで、前記のような問題を解消することができる新規なクーロン型静電チャックの開発が求められている。
したがって、本発明の目的は、高い体積抵抗により漏れ電流が低減され、半導体ウェハの吸着及び脱着応答特性を向上させることができる、静電チャック及びその製造方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明は、内部に電極が含浸されて静電気力により半導体ウェハを固定させる焼結体であって、アルミナ；焼結助剤；及び２〜５個の互いに異なる希土類金属を含む希土類複合酸化物；を含み、半導体ウェハの吸着及び脱着応答特性が２秒以内であり、常温での体積抵抗率が１．０Ｅ＋１６〜１．０Ｅ＋１７Ω・ｃｍであることを特徴とする、静電チャックを提供する。
また、本発明は、ａ）ミーリング下で２種以上の互いに異なる希土類金属酸化物パウダー及び溶媒を湿式混合した後、乾燥させて顆粒化し、熱処理し、２〜５個の互いに異なる希土類金属を含む希土類複合酸化物を製造する段階；ｂ）前記製造された希土類複合酸化物にアルミナ、焼結助剤、アルコール及びバインダーを供給した後、混合する段階；ｃ）前記ｂ）段階の混合物を乾燥させてアルコール成分を除去する段階；ｄ）前記乾燥された混合物を成形及び加工して予備成形体を製造する段階；ｅ）前記予備成形体を脱脂してバインダー成分を除去する段階；及びｆ）前記脱脂された予備成形体を焼結した後、研磨する段階；を含む、静電チャックの製造方法を提供する。
本発明に係る静電チャック及びその製造方法によれば、高い体積抵抗により漏れ電流が低減され、半導体ウェハの吸着及び脱着応答特性を向上させることができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る静電チャックは、クーロン（Ｃｏｕｌｏｍｂ）型の静電チャックであり、内部に電極が含浸されて静電気力により半導体ウェハを固定させる焼結体であって、アルミナ；焼結助剤；及び２〜５個の互いに異なる希土類金属を含む希土類複合酸化物；を含み、半導体ウェハの吸着及び脱着応答特性が２秒以内であり、常温での体積抵抗率が１．０Ｅ＋１６〜１．０Ｅ＋１７Ω・ｃｍであることを特徴とする。
前記希土類複合酸化物は、静電チャックの導電性を下げるためのもので極少量用いることができ、２種以上、好ましくは２〜５個の互いに異なる希土類金属酸化物を含むことができる。前記希土類金属（ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ ｍｅｔａｌ）は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）などであってもよい。また、このような希土類金属を含む希土類金属酸化物の純度は９９％以上が好ましいが、これに制限されない。また、希土類金属酸化物の性状はパウダー（ｐｏｗｄｅｒ）であり、その粒度は１０μｍ以下が好ましいが、これに制限されない。
したがって、前記希土類複合酸化物は、例えば、ユウロピウム−ガドリニウム複合酸化物（ＥｕＧｄＯＸ）、サマリウム−ガドリニウム複合酸化物（ＳｍＧｄＯＸ）、セリウム−ユウロピウム複合酸化物（ＣｅＥｕＯＸ）、サマリウム−セリウム複合酸化物（ＳｍＣｅＯＸ）、ガドリニウム−サマリウム複合酸化物（ＧｄＳｍＯＸ）、ランタン−セリウム複合酸化物（ＬａＣｅＯＸ）などの２種の互いに異なる希土類金属を含む複合酸化物であるか、サマリウム−セリウム−ユウロピウム複合酸化物（ＳｍＣｅＥｕＯＸ）、ガドリニウム−セリウム−ランタン複合酸化物（ＧｄＣｅＬａＯＸ）及びユウロピウム−ガドリニウム−サマリウム複合酸化物（ＥｕＧｄＳｍＯＸ）などの３種の互いに異なる希土類金属を含む複合酸化物であるか、サマリウム−セリウム−ガドリニウム−ユウロピウム複合酸化物（ＳｍＣｅＧｄＥｕＯＸ）及びガドリニウム−サマリウム−ユウロピウム−ランタン複合酸化物（ＧｄＳｍＥｕＬａＯＸ）などの４種の互いに異なる希土類金属を含む複合酸化物であるか、サマリウム−セリウム−ユウロピウム−ガドリニウム−ランタン複合酸化物（ＳｍＣｅＥｕＧｄＬａＯＸ）などの５種の互いに異なる希土類金属を含む複合酸化物であってもよいなど、互いに異なる２〜５種の希土類金属酸化物が複合されたものであれば特に制限はない。
前記希土類複合酸化物が互いに異なる２種以上の希土類金属酸化物を含む場合、いずれかの希土類金属は残りの一つの（または、いずれかの）希土類金属酸化物内に固溶されることができる。これにより、いずれかの希土類金属酸化物結晶が変化するようになり、したがって、前記希土類複合酸化物は単一の希土類金属酸化物に比べて酸素格子欠陥が増加することができる。すなわち、本発明に適用される希土類複合酸化物は、単一の希土類金属酸化物はもちろんこと、２種の希土類金属酸化物が単純混合されたものとは差異がある。
このように、酸素格子欠陥が増加した希土類複合酸化物は界面反応性が向上し、これにより、アルミナの界面または格子酸素と効果的に反応することにより、複合酸化物はアルミナの粒界に沿って形成されることができる（すなわち、言い換えれば、アルミナの粒界に沿って伝導性の結晶相が生成される）。一方、前記希土類複合酸化物の使用量によって伝導性が大きくなったり、下がったりすることができ、具体的に、１重量％以下で用いられると、界面に位置して伝導性を下げることができ、数重量％が用いられると、むしろ伝導性が大きくなり、数十重量％が用いられると、再び伝導性が下がることになる。したがって、クーロンタイプの静電チャックに関する本発明においては、前記希土類複合酸化物を焼結体全体（アルミナ＋酸化マグネシウムなどの焼結助剤＋希土類複合酸化物）の重量に対して０超過１重量％以下（好ましくは０．０１〜１重量％、より好ましくは０．１〜１重量％）の極少量で用いるか、または数十重量％の含有量で用いることができる。
また、前記希土類複合酸化物は、互いに異なる多種の希土類金属酸化物を種々の配合比で含むことができる。例えば、前記希土類複合酸化物は、２種の希土類金属酸化物を２．５〜３．５：１の重量比で含むか、３種の希土類金属酸化物を１〜３．５：０．５〜２．５：１の重量比で含むか、４種の希土類金属酸化物を１．５〜３．５：０．５〜２．５：１〜２．５：１の重量比で含むか、５種の希土類金属酸化物を１〜３：０．５〜１．５：０．５〜１．５：１〜２：１の重量比で含むことができるなど、目的とする希土類複合酸化物の効果が極大化できるように、単一の希土類金属酸化物を適切に配合させることができる。
より具体的には、ＳｍＣｅＥｕＯＸは各希土類金属酸化物が２：１：１、ＧｄＣｅＬａＯＸは３：２：１、ＥｕＧｄＳｍＯＸは１．５：１．５：１、ＳｍＣｅＧｄＥｕＯＸは２：１：１．５：１、ＧｄＳｍＥｕＬａＯＸは３：２：２：１、ＳｍＣｅＥｕＧｄＬａＯＸは２：１：１：１．５：１の重量比であってもよい。
前記アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）は、静電チャックの表面温度を均一に維持するために用いられる静電チャックの主成分として、純度が９９％以上、好ましくは９９．５％を上回ることが良い。また、前記アルミナの含有量は、焼結体全体の重量に対して９０〜９９重量％、好ましくは９２〜９９重量％、より好ましくは９５〜９９重量％であり、前記アルミナの含有量が９０重量％未満である場合、残りの焼結助剤などの含有量が高くなることにより体積抵抗率及び応答性などのアルミナ本来の物性が全般的に低下することができ、９９重量％を超える場合には、均一な焼結体を得ることが困難な問題が発生することができる。その他に、ここで説明されていないアルミナに関する内容は、当業界に知られている公知の内容を準用することができる。
前記焼結助剤は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる群より選択されるいずれか一つ以上を含むものであり、前記希土類複合酸化物内の希土類金属の高容量を増加させ、焼結時に液相の生成、粒界移動の抑制、物質輸送速度の促進などの役割をするために用いられるものであり、前記焼結助剤の含有量は、焼結体全体の重量に対して０超過１０重量％以下、好ましくは０．５〜 １０重量％以下、さらに好ましくは１〜１０重量％以下であり、前記焼結助剤の含有量が前記範囲を外れた場合、静電チャックの体積抵抗率が低くなる問題が発生することができる。その他に、ここで説明されていない酸化マグネシウムに関する内容は、当業界に知られている公知の内容を準用することができる。
一方、本発明に係る静電チャックは、前述のように、常温での体積抵抗率が１．０Ｅ＋１６〜１．０Ｅ＋１７Ω・ｃｍ、好ましくは約１．０Ｅ＋１７Ω・ｃｍである。また、本発明の静電チャックは、漏れ電流量が０．０８μＡ未満、好ましくは０．０３〜０．０７５μＡであることを特徴とする。
一方、前記アルミナ及び焼結助剤は様々な性状からなったものであってもよいが、パウダー性状が最も好ましく、パウダー粒子はナノメートル〜マイクロメートルサイズを有していてもよい。したがって、前記アルミナと焼結助剤はナノ−ナノ、ナノ−マイクロ、マイクロ−ナノ及びマイクロ−マイクロサイズになることができ、前記アルミナと焼結助剤のうち少なくともいずれかがナノサイズを有する場合、静電チャックの応答特性及び体積抵抗などが優秀になることができ、アルミナと焼結助剤の両方がナノサイズの粒子を有する場合、最も優れた特性を持つことができる。これは、ナノサイズの場合がマイクロサイズに比べて、より複雑な微細構造を有し、電荷の生成と移動がより制限的であるからである。その他に一例として、前記アルミナと焼結助剤の両方をナノサイズに設定する場合には、焼結温度が約１，４５０〜１，５５０℃であり、両方をマイクロサイズに設定する場合には、焼結温度が約１，６００〜１，７００℃であり、相対的に低温焼結をするとき、工程に要する時間が短くなるなどの利点があり、また、ナノパウダーを焼結させる場合、均一なグレーン（Ｇｒａｉｎ）を得ることができ、前記アルミナと焼結助剤の両方はナノサイズの粒子であることが好ましい。
次に、本発明に係る静電チャックの製造方法について説明する。前記静電チャックの製造方法は、ａ）ミーリング下で２種以上の互いに異なる希土類金属酸化物パウダー及び溶媒を湿式混合した後、乾燥させて顆粒化し、熱処理して、２〜５個の互いに異なる希土類金属を含む希土類複合酸化物を製造する段階、ｂ）前記製造された希土類複合酸化物にアルミナ、焼結助剤、アルコール及びバインダーを供給した後、混合する段階、ｃ）前記ｂ）段階の混合物を乾燥させてアルコール成分を除去する段階、ｄ）前記乾燥された混合物を成形（第１成形）及び加工して予備成形体を製造する段階、ｅ）前記予備成形体を脱脂してバインダー成分を除去する段階及び；ｆ）前記脱脂された予備成形体を焼結（第２成形）した後研磨する段階を含む。
前記ａ）段階で用いられる希土類金属酸化物と製造される希土類複合酸化物及びｂ）段階の焼結助剤に関する説明は、前述の通りであり、前記溶媒としては、当業界において用いられる通常のものが挙げられ、具体的には、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、エタノール、メタノール、及びＤＩ ｗａｔｅｒなど、通常使用される有機溶媒などを例示することができる。その他に、前記希土類複合酸化物、アルミナ及び焼結助剤は様々な性状からなるものであってもよいが、パウダー性状が最も好ましい。
前記ａ）段階のミーリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）はボールミル（ｂａｌｌ ｍｉｌｌ）、遊星ミル（ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｍｉｌｌ）及びアトリションミル（ａｔｔｒｉｔｉｏｎ ｍｉｌｌ）など、通常のミーリング方式によることができる。このうち、ボールミルに用いられるボールとしてはジルコニアなどがあり、ボールの大きさは同一であってもよく異なっていてもよく、ミーリング時間やミーリング機の回転速度は、目的とする粒子の大きさなどを考慮して適切に設定することができる。また、前記湿式混合は１２時間以上行うことができ、パウダーを顆粒化するための乾燥は１００℃以下の温度で行うことができ、熱処理は１，０００℃以下の温度下で５〜１０時間行うことができる。その他に、前記ａ）段階で製造される希土類複合酸化物は、必要に応じて追加の粉砕工程により微粒子の形態になることができる。
前記ｂ）段階で添加されるアルコール（化合物）は、希土類酸化物間の適切な混合のために用いられるものであって、エタノール、メタノール及びイソプロピルアルコールなどを例示することができる。同様に、前記ｂ）段階で添加されるバインダー（ｂｉｎｄｅｒ）は、前記希土類複合酸化物、アルミナ及び酸化マグネシウムの結合力を向上させて成形体を製造するためのものであって、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）及びポリビニルブチラル（ＰＶＢ）などを例示することができる。一方、前記ｂ）段階で混合される希土類複合酸化物、アルミナ及び焼結助剤は、それぞれ１重量％以下、９０〜９９重量％及び０超過１０重量％以下の含有量として配合されることができる。
前記ｃ）段階の乾燥は、噴霧（ｓｐｒａｙ）乾燥法及び真空乾燥法など、当業界において公知の方式によることができ、乾燥時間は目的とする静電チャックの物性などにより多様に適用することができる。
前記ｄ）段階の成形は、前記ｃ）段階で乾燥された混合物を目的とする大きさ及び形態で制御するための一番目の成形（すなわち、第１成形）工程としてプレス成形などが挙げられる。このとき、より緻密な規格の製品製造のために、必要に応じて冷間等方圧成形（ＣＩＰ）をさらに行うことができる。前記プレス成形は、常温及び一般大気下で行われることが好ましいが、これに限定されず、成形時の雰囲気は、混合物の成形に影響を及ぼさない程度であれば良い。その他に、前記ｄ）段階の成形工程が行われた後には、グリーン加工（焼結前に行われることで、生加工とも呼ばれる）方式などによる加工が行われることで、予備成形体を製造することができる。
前記ｅ）段階の脱脂は、バインダー及び油脂性を有する汚染物質を除去するための過程であり、３５０〜６００℃の温度で６０時間以内で行われることができる。最後に、前記ｆ）段階の焼結は、静電チャックの体積抵抗率をより向上させるための二番目の成形（すなわち、第２成形）工程として（Ｈｏｔ Ｐｒｅｓｓ）、高温加圧焼結炉で３００ｂａｒ以下の圧力及び１，４００〜１，７００ ℃の温度下で行われることができる。
以上のような本発明に係る静電チャック及びその製造方法によれば、クーロン型の静電チャックが広い温度範囲でも非常に高い体積抵抗率を有するだけでなく、安定した吸着力を提供することができる。また、本発明に係る静電チャックは、静電チャックから基板への漏れ電流を低減することができ、基板吸着及び脱着時の応答速度が２秒以内で速く良好な吸着応答特性と脱着応答特性を得ることができるなど、本発明は、従来の静電チャックに比べて著しい効果を有する固有の技術であるといえる。
以下、具体的な実施例を通じて本発明をさらに詳細に説明する。下記実施例は、本発明を例示するためのものであり、本発明が下記実施例により限定されるものではない。
[実施例１] 希土類複合酸化物を用いた静電チャックの製造
まず、ボールミルの存在下で３：１の重量比のサマリウム酸化物及びセリウム酸化物とエタノール（溶媒）を湿式混合した後、噴霧乾燥方法で乾燥させ、８００℃の温度下で３時間熱処理して、サマリウム−セリウム複合酸化物（ＳｍＣｅＯＸ）を製造した。続いて、前記製造されたサマリウム−セリウム複合酸化物０．５重量％とアルミナ９８．５重量％、酸化マグネシウム１重量％、エタノール及びポリビニルブチラルを混合及び乾燥させ、前記乾燥された混合物をプレス成形及び加工して予備成形体を製造し、次いで５００℃の温度で３０時間脱脂させ、最後に、脱脂された予備成形体を高温加圧焼結炉（２５０ｂａｒの圧力、１，７００℃の温度）で焼結させ、研磨して、クーロン型タイプの静電チャックを製造した。
まず、ボールミルの存在下で３：１の重量比のサマリウム酸化物及びセリウム酸化物とエタノール（溶媒）を湿式混合した後、噴霧乾燥方法で乾燥させ、８００℃の温度下で３時間熱処理して、サマリウム−セリウム複合酸化物（ＳｍＣｅＯＸ）を製造した。続いて、前記製造されたサマリウム−セリウム複合酸化物０．５重量％とアルミナ９８．５重量％、酸化マグネシウム１重量％、エタノール及びポリビニルブチラルを混合及び乾燥させ、前記乾燥された混合物をプレス成形及び加工して予備成形体を製造し、次いで５００℃の温度で３０時間脱脂させ、最後に、脱脂された予備成形体を高温加圧焼結炉（２５０ｂａｒの圧力、１，７００℃の温度）で焼結させ、研磨して、クーロン型タイプの静電チャックを製造した。
[実施例２] 希土類複合酸化物を用いた静電チャックの製造
サマリウム酸化物とセリウム酸化物のみを混合する代わりに、サマリウム酸化物、セリウム酸化物及びユウロピウム酸化物を２：１：１の重量比で混合してサマリウム−セリウム−ユウロピウム複合酸化物（ＳｍＣｅＥｕＯＸ）を製造したことを除いては、前記実施例１と同様に行い、クーロン型タイプの静電チャックを製造した。
サマリウム酸化物とセリウム酸化物のみを混合する代わりに、サマリウム酸化物、セリウム酸化物及びユウロピウム酸化物を２：１：１の重量比で混合してサマリウム−セリウム−ユウロピウム複合酸化物（ＳｍＣｅＥｕＯＸ）を製造したことを除いては、前記実施例１と同様に行い、クーロン型タイプの静電チャックを製造した。
[実施例３] 希土類複合酸化物を用いた静電チャックの製造
サマリウム酸化物とセリウム酸化物のみを混合する代わりに、サマリウム酸化物、セリウム酸化物、ユウロピウム酸化物、ガドリニウム酸化物及びランタン酸化物を２：１：１：１．５：１の重量比で混合してサマリウム−セリウム−ユウロピウム−ガドリニウム−ランタン複合酸化物（ＳｍＣｅＥｕＧｄＬａＯＸ）を製造したことを除いては、前記実施例１と同様に行い、クーロン型タイプの静電チャックを製造した。
サマリウム酸化物とセリウム酸化物のみを混合する代わりに、サマリウム酸化物、セリウム酸化物、ユウロピウム酸化物、ガドリニウム酸化物及びランタン酸化物を２：１：１：１．５：１の重量比で混合してサマリウム−セリウム−ユウロピウム−ガドリニウム−ランタン複合酸化物（ＳｍＣｅＥｕＧｄＬａＯＸ）を製造したことを除いては、前記実施例１と同様に行い、クーロン型タイプの静電チャックを製造した。
[比較例１] 希土類金属酸化物を排除した静電チャックの製造
アルミナと二酸化チタン（ＴｉＯ２）のみを含む通常のクーロン型静電チャックを製造した。
アルミナと二酸化チタン（ＴｉＯ２）のみを含む通常のクーロン型静電チャックを製造した。
[比較例２] 酸化マグネシウムを排除した静電チャックの製造
酸化マグネシウムの代わりに二酸化チタンを用いたことを除いては、前記実施例１と同様に行い、クーロン型タイプの静電チャックを製造した。
酸化マグネシウムの代わりに二酸化チタンを用いたことを除いては、前記実施例１と同様に行い、クーロン型タイプの静電チャックを製造した。
[比較例３] 希土類金属酸化物を排除した静電チャックの製造
アルミナと酸化マグネシウムのみを含む通常のクーロン型静電チャックを製造した。
アルミナと酸化マグネシウムのみを含む通常のクーロン型静電チャックを製造した。
[比較例４] 酸化マグネシウムを排除した静電チャックの製造
酸化マグネシウムの代わりにニットリア（Ｙ２Ｏ３）を用いたことを除いては、前記実施例１と同様に行い、クーロン型タイプの静電チャックを製造した。
酸化マグネシウムの代わりにニットリア（Ｙ２Ｏ３）を用いたことを除いては、前記実施例１と同様に行い、クーロン型タイプの静電チャックを製造した。
[比較例５] 希土類金属酸化物及び酸化マグネシウムを排除した静電チャックの製造
希土類複合酸化物と酸化マグネシウムの代わりにイットリア（Ｙ２Ｏ３）を用いて、クーロン型タイプの静電チャックを製造した。
希土類複合酸化物と酸化マグネシウムの代わりにイットリア（Ｙ２Ｏ３）を用いて、クーロン型タイプの静電チャックを製造した。
[比較例６] アルミナのみを適用した静電チャックの製造
希土類複合酸化物と酸化マグネシウムを排除し、アルミナのみを用いて、クーロン型タイプの静電チャックを製造した。
希土類複合酸化物と酸化マグネシウムを排除し、アルミナのみを用いて、クーロン型タイプの静電チャックを製造した。
[実験例１] 静電チャックの基板吸着及び脱着応答特性の評価
前記実施例１〜３、比較例１〜６から製造されたそれぞれの静電チャック（下記表１に各組成を示す）にシリコン基板（半導体ウエハ）を吸着させた後、脱着する過程を５回繰り返して基板の吸脱着応答特性を評価し、その結果を下記表２に示した。一方、基板の吸着及び脱着応答特性の評価には、ＥＳＣ電圧印加用パワーソース（ＥＳＣ ３Ｄ、ＣＯＭＤＥＬ社）が用いられ、１，０００Ｖの電圧を印加した後、ＥＳＣ上Ｓｉウェハの吸脱着時間を調査した。
前記実施例１〜３、比較例１〜６から製造されたそれぞれの静電チャック（下記表１に各組成を示す）にシリコン基板（半導体ウエハ）を吸着させた後、脱着する過程を５回繰り返して基板の吸脱着応答特性を評価し、その結果を下記表２に示した。一方、基板の吸着及び脱着応答特性の評価には、ＥＳＣ電圧印加用パワーソース（ＥＳＣ ３Ｄ、ＣＯＭＤＥＬ社）が用いられ、１，０００Ｖの電圧を印加した後、ＥＳＣ上Ｓｉウェハの吸脱着時間を調査した。
図１は、本発明の一実施例に係る静電チャック（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋希土類複合酸化物、実施例１）の基板吸脱着時間と比較例に係る静電チャック（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ、比較例３）の基板吸脱着時間を比較対照したグラフである。前記表２と図１から確認できるように、アルミナ、酸化マグネシウム及び希土類複合酸化物をともに含まない比較例１〜６の静電チャックが最初の電圧印加後の安定化される時間と電圧を除去した後、安定化される時間が５〜１０秒内外であるのに対し、本発明に係る静電チャックは、電圧印加後と除去後に安定化される時間がすべて２秒以内であることを確認することができた。これは、希土類複合酸化物の使用はもちろん、アルミナ、酸化マグネシウム及び希土類複合酸化物の特定の含有量により、基板のチャッキング（ｃｈｕｃｋｉｎｇ）時間とデチャッキング（ｄｅｃｈｕｃｋｉｎｇ）時間の安定化が速くなったことに起因する。
[実験例２] 静電チャックの漏れ電流量の評価
前記実施例１〜３、比較例１〜６から製造されたそれぞれの静電チャックにシリコン基板を吸着させ、電力を供給した後、ＤＭＭ−４０２０マルチメータ装備（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ社、米国）を利用して漏れる電流の量を測定し、その結果を下記表３に示した。前記の漏れ電流量を測定する方法をより具体的に説明すると、まず、常温でセラミックｐｕｃｋを当該装備に設置した後、Ｓｉ ｗａｆｅｒを上に位置させ、次いで、前記実験例１で用いられたＥＳＣ電圧印加用パワーソース装備を利用してアルミナｐｕｃｋに１，５００Ｖを印加し、最後に、ＤＭＭ−４０２０マルチメータ装備と利用して、シリコンウエハの両端にかかる漏れ電流を測定し、このとき、測定は１，５００Ｖ印加後１０秒後の電流値を測定したものである。
前記実施例１〜３、比較例１〜６から製造されたそれぞれの静電チャックにシリコン基板を吸着させ、電力を供給した後、ＤＭＭ−４０２０マルチメータ装備（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ社、米国）を利用して漏れる電流の量を測定し、その結果を下記表３に示した。前記の漏れ電流量を測定する方法をより具体的に説明すると、まず、常温でセラミックｐｕｃｋを当該装備に設置した後、Ｓｉ ｗａｆｅｒを上に位置させ、次いで、前記実験例１で用いられたＥＳＣ電圧印加用パワーソース装備を利用してアルミナｐｕｃｋに１，５００Ｖを印加し、最後に、ＤＭＭ−４０２０マルチメータ装備と利用して、シリコンウエハの両端にかかる漏れ電流を測定し、このとき、測定は１，５００Ｖ印加後１０秒後の電流値を測定したものである。
前記表３から確認できるように、アルミナ、酸化マグネシウム及び希土類複合酸化物をともに含まない比較例１〜６の静電チャックが０．０９〜１．５μＡ程度の電流が漏れるのに対し、本発明に係る静電チャックは漏れ電流量が０．０６〜０．０７μＡに過ぎなかった。一方、半導体工程において、漏れ電流量が大きいほど基板に影響を与えたり、工程に影響を与えたりすることができるので、ＥＳＣやヒーターでは、当該工程プロセスでの漏れ電流量が最大限小さいほど良い。したがって、前記のような結果により、本発明の優位性を確認することができる。
[実験例３] 静電チャックの体積抵抗率の評価
前記実施例１〜３、比較例１〜６から製造されたそれぞれの静電チャックに５００Ｖ／ｍｍの電圧を印加した後、１分が経過した時点で電流を測定（真空雰囲気及び室温下で測定）して体積抵抗率を算出し、その結果を下記表４に示した。
前記実施例１〜３、比較例１〜６から製造されたそれぞれの静電チャックに５００Ｖ／ｍｍの電圧を印加した後、１分が経過した時点で電流を測定（真空雰囲気及び室温下で測定）して体積抵抗率を算出し、その結果を下記表４に示した。
前記表４に示すように、本発明に係る希土類複合酸化物を用いた実施例１〜３の静電チャックの体積抵抗率はすべて常温及び３００℃で比較例と同様の値を示した。これにより、静電チャックに希土類複合酸化物が含まれても体積抵抗が低くも高くもないため、従来の優れた体積抵抗率を持つクーロン型静電チャックとほとんど対等な体積抵抗を持つことが分かった。すなわち、本発明の静電チャックは、従来の静電チャックに比べて同様の体積抵抗を有するにも基板吸脱着応答特性と漏れ電流量は改善させたという意味を持っている。
Claims (10)
- 内部に電極が含浸されて静電気力により半導体ウェハを固定させる焼結体であって、
アルミナ；焼結助剤；及び２〜５個の互いに異なる希土類金属を含む希土類複合酸化物；を含み、
半導体ウェハの吸着及び脱着応答特性が２秒以内であり、常温での体積抵抗率が１．０Ｅ＋１６〜１．０Ｅ＋１７Ω・ｃｍであることを特徴とする、静電チャック。 - 前記静電チャックの漏れ電流量は、０．０８μＡ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック。
- 前記希土類金属はスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群より選択されることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック。
- 前記希土類複合酸化物は、ユウロピウム−ガドリニウム複合酸化物（ＥｕＧｄＯＸ）、サマリウム−ガドリニウム複合酸化物（ＳｍＧｄＯＸ）、セリウム−ユウロピウム複合酸化物（ＣｅＥｕＯＸ）、サマリウム−セリウム複合酸化物（ＳｍＣｅＯＸ）、ガドリニウム−サマリウム複合酸化物（ＧｄＳｍＯＸ）及びランタン−セリウム複合酸化物（ＬａＣｅＯＸ）からなる群より選択される２種の互いに異なる希土類金属を含む複合酸化物；サマリウム−セリウム−ユウロピウム複合酸化物（ＳｍＣｅＥｕＯＸ）、ガドリニウム−セリウム−ランタン複合酸化物（ＧｄＣｅＬａＯＸ）及びユウロピウム−ガドリニウム−サマリウム複合酸化物（ＥｕＧｄＳｍＯＸ）からなる群より選択される３種の互いに異なる希土類金属を含む複合酸化物；サマリウム−セリウム−ガドリニウム−ユウロピウム複合酸化物（ＳｍＣｅＧｄＥｕＯＸ）またはガドリニウム−サマリウム−ユウロピウム−ランタン複合酸化物（ＧｄＳｍＥｕＬａＯＸ）である４種の互いに異なる希土類金属を含む複合酸化物；及びサマリウム−セリウム−ユウロピウム−ガドリニウム−ランタン複合酸化物（ＳｍＣｅＥｕＧｄＬａＯＸ）である５種の互いに異なる希土類金属を含む複合酸化物；からなる群より選択されることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック。
- 前記焼結助剤は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる群より選択されるいずれか一つ以上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。
- 前記アルミナの含有量は９０〜９９重量％であり、前記焼結助剤の含有量は０超過１０重量％以下であり、前記希土類複合酸化物の含有量は０超過１重量％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック。
- 前記希土類複合酸化物は、２種の希土類金属酸化物を２．５〜３．５：１の重量比で含むか、３種の希土類金属酸化物を１〜３．５：０．５〜２．５：１の重量比で含むか、４種の希土類金属酸化物を１．５〜３．５：０．５〜２．５：１〜２．５：１の重量比で含むか、５種の希土類金属酸化物を１〜３：０．５〜１．５：０．５〜１．５：１〜２：１の重量比で含むことを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック。
- ａ）ミーリング下で２種以上の互いに異なる希土類金属酸化物パウダー及び溶媒を湿式混合した後、乾燥させて顆粒化し、熱処理して、２〜５個の互いに異なる希土類金属を含む希土類複合酸化物を製造する段階；
ｂ）前記製造された希土類複合酸化物にアルミナ、焼結助剤、アルコール及びバインダーを供給した後、混合する段階；
ｃ）前記ｂ）段階の混合物を乾燥させてアルコール成分を除去する段階；
ｄ）前記乾燥された混合物を成形及び加工して予備成形体を製造する段階；
ｅ）前記予備成形体を脱脂してバインダー成分を除去する段階；及び
ｆ）前記脱脂された予備成形体を焼結した後、研磨する段階；を含む、静電チャックの製造方法。 - 前記バインダーは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）またはポリビニルブチラル（ＰＶＢ）であることを特徴とする、請求項８に記載の静電チャックの製造方法。
- 前記希土類複合酸化物、アルミナ及び焼結助剤はパウダー性状であることを特徴とする、請求項８に記載の静電チャックの製造方法。
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