JP3652862B2 - 静電チャック及びプラズマ発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被固定物を静電吸着力によって吸着保持する静電チャックに関するものであり、主に半導体装置の製造工程において半導体ウエハなどの被固定物を保持するのに使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工程において、半導体ウエハ（以下、ウエハと称す。）に微細加工を施すためのエッチング工程や薄膜を形成するための成膜工程等においては、ウエハを精度良く保持するために静電チャックが使用されている。
【０００３】
この種の静電チャックとしては、例えば、静電吸着用の電極板上にアルミナ、サファイアなどからなるセラミック誘電体層を形成したもの（特開昭６０−２６１３７７号公報）や、絶縁基体の上に静電吸着用の電極を形成し、その上にセラミック誘電体層を形成したもの（特開平４−３４９５３号公報）、さらにはセラミック誘電体の内部に静電吸着用の電極を埋設したもの（特開昭６２−９４９５３号公報）が提案されており、いずれもセラミック誘電体の上面をウエハとの当接面としたものがあった。そして、当接面にウエハを載置して静電吸着用の電極とウエハとの間に通電することで誘電分極によるクーロン力やジョンソン・ラーベック力を発現させてウエハを吸着保持するようになっていた。
【０００４】
なお、上記静電チャックには静電吸着用の電極を複数個に分割し、各電極間に電圧を印加することで当接面に載置したウエハを吸着保持するようにした双極型のものもあった。
【０００５】
ところが、近年、半導体素子における集積回路の集積度が向上するに伴って当接面を構成するセラミック誘電体層には、ウエハの脱着に対する耐摩耗性と、各種処理工程で使用される腐食性ガスに対する耐食性に加え、耐プラズマ性が要求されており、さらには高熱伝導率を有する材料が望まれるようになり、これらの要求を満足する材料として高純度の窒化アルミニウム質焼結体や、焼結助剤としてＹ2 Ｏ3 やＥｒ2 Ｏ3 を含有した窒化アルミニウム質焼結体を用いることが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高純度窒化アルミニウム質焼結体や焼結助剤としてＹ2 Ｏ3 やＥｒ2 Ｏ3 を含有する窒化アルミニウム質焼結体からなる静電チャックは、室温域（２５℃）における体積固有抵抗値が１０15Ω・ｃｍ以上であるために２００℃以下の温度域では高い吸着力が得られず、ウエハを精度良く保持することができなかった。
【０００７】
即ち、静電チャックの吸着力には、誘電分極によるクーロン力と微少な漏れ電流によるジョンソン・ラーベック力の２種類があり、その吸着力はクーロン力よりもジョンソン・ラーベック力の方が高いことが知られているのであるが、このジョンソン・ラーベック力を発現させるためには静電吸着用の電極とウエハとの間に介在するセラミックスの体積固有抵抗値を１０12Ω・ｃｍ未満とする必要があった。その為、２００℃以下の温度域における抵抗値が１０12Ω・ｃｍ以上である上記窒化アルミニウム質焼結体を用いた静電チャックではジョンソン・ラーベック力が得られず、その結果、歪みをもったウエハを吸着させると、ウエハの全面を当接面に接触させることができないためにウエハの平坦化及び均熱化が損なわれ、成膜工程では均一な厚み幅をもった薄膜を形成することができず、エッチング工程では精度の良い加工を施すことができなかった。
【０００８】
また、上記窒化アルミニウム質焼結体は誘電率が９程度とそれほど高くないため、プラズマを発生させると、静電チャックに誘起された電圧とウエハに誘起された電圧との差が大きく、静電チャックの当接面側でのプラズマ密度が高くなり、相対的にウエハの表面でのプラズマ密度が低下するために成膜速度やエッチング速度が遅く、生産効率を高めることができなかった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、静電チャックの少なくとも被固定物との当接面を、誘電率１３以上を有するとともに、２００℃以下の温度域における体積固有抵抗値が１０９Ω・ｃｍ以上１０１２Ω・ｃｍの範囲にある窒化アルミニウム質焼結体により形成し、前記窒化アルミニウム質焼結体がＣｅの酸化物を含有するものである。特に、前記窒化アルミニウム質焼結体がＡｌ、Ｃｅ、Ｏからなる化合物を含有することが好ましい。さらにまた、前記被固定物がプラズマに曝されることが好ましい。また、本発明のプラズマ装置は、被固定物を吸着保持するための静電チャックを具備するとともに、前記被固定物の側面にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生装置において、前記静電チャックが上記の静電チャックであることを特徴とし、前記被固定物に対して前記プラズマで成膜処理又はエッチング処理を施すことが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は本発明に係る静電チャック１の一例を示す図で、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【００１２】
この静電チャック１は、円盤状をしたセラミック基体２の一主面を被固定物Ｗとの当接面３とし、セラミック基体２の内部に円板状をした静電吸着用の電極４を埋設したものであり、上記セラミック基体２は、誘電率１３以上を有するとともに、２００℃以下の体積固有抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍの範囲にある窒化アルミニウム質焼結体により形成してある。また、上記当接面３と反対側の面には静電吸着用の電極４と電気的に接続された給電端子５を接合してある。
【００１３】
そして、上記当接面３に載置する被固定物Ｗとセラミック基体２内に埋設する静電吸着用の電極４との間に電圧を印加すれば、２００℃以下におけるセラミック基体２の体積固有抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍの範囲にあるため、この温度域においてジョンソン・ラーベック力を発現させて被固定物Ｗを強固に吸着保持することができる。
【００１４】
また、上記セラミック基体２を構成する窒化アルミニウム質焼結体は、従来の窒化アルミニウム質焼結体と比較して誘電率が１３以上と高いことから、被固定物Ｗに成膜処理やエッチングの処理を施すためにプラズマを発生させれば、静電チャック１に誘起された電圧と被固定物Ｗに誘起された電圧との差を小さくできるため、静電チャック１の当接面側でのプラズマ密度が低くなり、相対的に被固定物Ｗの表面でのプラズマ密度を高めることができ、被固定物Ｗへの成膜速度やエッチング速度を高めて生産性を向上させることができる。また、本発明のプラズマ発生装置は、上記の静電チャックを具備するため、生産性が高く、特に成膜装置やエッチング装置として処理速度が高く、生産性の向上したプラズマ発生装置を実現できる。
【００１５】
さらに、静電吸着用の電極４は耐熱性に優れたセラミック基体２内に完全に埋設された構造であることから、比較的高温の２００℃付近においても使用可能であり、さらには静電チャック１全体が他のセラミックスに比べて優れた耐プラズマ性、耐食性を有する窒化アルミニウム質焼結体からなるため、成膜工程やエッチング工程などにおいてプラズマや腐食性ガスに曝されたとしても腐食摩耗が少なく、長期使用が可能である。
【００１６】
ところで、このような誘電率１３以上を有するとともに、２００℃以下の温度域における体積固有抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍの範囲にある窒化アルミニウム質焼結体としては、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，ＮｂＮ，ＴａＮ，ＶＮ等の周期律表４Ａ，５Ａ族元素の窒化物やＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，ＶＣ等の周期律表４Ａ，５Ａ族元素の炭化物を含む窒化アルミニウム質焼結体を用いれば良い。
【００１７】
ここで、周期律表４Ａ，５Ａ族元素の窒化物や炭化物は、窒化アルミニウム質焼結体の体積固有抵抗値を下げるとともに、誘電率を高めるために含有したものであり、焼結体中において窒化アルミニウム主結晶相の粒界相に存在するものであるが、この含有量が１２容量％未満では、粒界相に存在する周期律表４Ａ，５Ａ族元素の窒化物や炭化物同士の導通がとり難いために焼結体の抵抗値を下げる効果が小さく、また、焼結体の誘電率を高める効果も小さいからであり、逆に、含有量が２２．５容量％より多くなると、焼結体の誘電率を１３以上とすることができるものの、焼結体の抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ未満となり、漏れ電流量が多くなるために被固定物Ｗがシリコンウエハである場合には悪影響を与える恐れがある。
【００１８】
従って、上記周期律表４Ａ，５Ａ族元素の窒化物や炭化物は、１２〜２２．５容量％の範囲で含有することが良く、好ましくは１５〜２０容量％の範囲が良い。なお、好ましい窒化アルミニウム質焼結体としては誘電率が１５以上、抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ以上１０11Ω・ｃｍの範囲にあるものが良い。
【００１９】
また、上記窒化アルミニウム質焼結体にはセリウム（Ｃｅ）の酸化物を含有することが重要である。セリウム（Ｃｅ）は焼成時に主成分をなすＡｌＮと反応し、Ａｌ，Ｃｅ，Ｏからなる化合物（例えば、ＣｅＡｌＯ３）を粒界相に生成し、所望の抵抗値を有する焼結体を再現性良く製造することができるとともに、温度変化に対する焼結体の抵抗値の変化を小さくする効果もあるため、広範囲な温度域で使用可能な静電チャック１を提供できるからである。
【００２０】
ただし、セリウム（Ｃｅ）の含有量が酸化物換算で２容量％より少ないと、抵抗値の急激な低下を抑えるとともに、抵抗値を制御する効果が得られず、逆に、２０容量％より多くなると焼結体の抵抗値が１０8 Ω・ｍ未満と小さくなりすぎるために吸着時における漏れ電流量が多くなり、被固定物Ｗがシリコンウエハである場合には悪影響を与えることになる。
【００２１】
従って、セリウム（Ｃｅ）は酸化物換算で２〜２０容量％、特に１０〜１５容量％の範囲で含有することが良い。
【００２２】
なお、主成分である窒化アルミニウムは難焼結材であるため、焼結性を高める観点から焼結助剤としてイットリウム（Ｙ），エルビウム（Ｅｒ），イッテルビウム（Ｙｂ）等を酸化物換算で２容量％以下の範囲で含有しても良い。
【００２３】
さらに、焼結体中における窒化アルミニウムの平均結晶粒子径は２〜５０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍであるものが良い。これは、窒化アルミニウムの平均結晶粒子径を２μｍ未満とすることは製造上難しく、平均結晶粒子径が５０μｍより大きくなると緻密化することが難しくなり、焼結体の強度、硬度が大幅に低下することからウエハＷとの脱着に伴う摺動によって静電チャック１の当接面３が摩耗し易くなり、また、成膜工程やエッチング工程等におけるプラズマや腐食性ガスによって腐食摩耗し易くなるために、静電チャック１の寿命が短くなるとともに、被固定物Ｗにパーティクルを発生させるからである。
【００２４】
一方、セラミック基体２に埋設する静電吸着用の電極４としては、焼成時及び加熱時におけるセラミック基体２との密着性を高めるために、セラミック基体２を構成する窒化アルミニウム質焼結体と熱膨張係数が近似したタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）等の耐熱性金属により形成することが良く、また、給電端子５もセラミック基体２との熱膨張差を小さくするために、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）等の耐熱性金属や鉄−コバルト−クロム合金により形成すれば良い。
【００２５】
ところで、図１に示す静電チャック１を製造するには、まず、セラミック基板２を構成する窒化アルミニウム質焼結体として、ＡｌＮ粉末に対し、ＴｉＮ，ＮｂＮ，ＴａＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，ＶＮ等の周期律表４Ａ，５Ａ族元素の窒化物やＴｉＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＶＣ等の周期律表４Ａ，５Ａ族元素の炭化物を１２〜２２．５容量％の範囲で添加するとともに、ＣｅＯ2 の粉末を２〜２０容量％の範囲で添加する。なお、前記周期律表４Ａ，５Ａ族元素の窒化物や炭化物は、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖなどの金属酸化物の状態で添加しても良く、還元雰囲気中で焼成することによりそれぞれの炭化物や窒化物とすることができる。そして、この混合物にバインダーと溶媒を加えて泥漿を作製したあと、ドクターブレード法にてグリーンシートを複数枚成形し、このうち１枚のグリーンシート上に静電吸着用の電極４をなす金属ペーストをスクリーン印刷機にて所定の電極パターン形状に敷設する。
【００２６】
そして、この電極パターンを覆うように残りのグリーンシートを積層し、５０〜１５０℃、３０〜７０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で熱圧着することによりグリーンシート積層体を製作したあと、上記グリーンシート積層体に切削加工を施して円盤状とする。しかるのち、上記グリーンシート積層体を真空脱脂したあと、窒素雰囲気下において１５００〜２０００℃程度の温度で１〜数時間程度焼成することにより、タングステンからなる静電吸着用の電極４を埋設してなる円盤状のセラミック基体２を製作したあと、静電吸着用の電極４が埋設されている側の表面に研磨加工を施して当接面３を形成するとともに、当接面３と反対側の面に前記静電吸着用の電極４と連通する穴を穿孔し、該穴に給電端子５をロウ付け接合することにより図１に示す静電チャック１を得ることができる。
【００２７】
なお、図１に示す静電チャック１では、セラミック基体２の内部に静電吸着用の電極４のみを備えた例を示したが、例えば、上記静電吸着用の電極４以外にヒータ用の電極を埋設しても良く、この場合、ヒータ用の電極により静電チャック１を直接発熱させることができるため、間接加熱方式のものに比べて熱損失が少なく、また、セラミック基体２そのものが高熱伝導特性を有する窒化アルミニウム質焼結体からなるため、当接面３に保持した被固定物Ｗをムラなく均一に加熱することができる。さらに、静電吸着用の電極４以外にプラズマ発生用電極をセラミック基体２内に埋設しても良く、この場合成膜装置やエッチング装置の構造を簡略化することができる。
【００２８】
また、本実施形態ではセラミック基体２の全体を、誘電率１３以上を有するとともに、２００℃以下の温度域における体積固有抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ未満の範囲にある窒化アルミニウム質焼結体により形成した例を示したが、少なくとも被固定物Ｗを吸着保持する当接面３が上記誘電率と抵抗値を有する窒化アルミニウム質焼結体により形成してあれば良い。
【００２９】
（実施例）
誘電率及び体積固有抵抗値の異なる窒化アルミニウム質焼結体によりセラミック基体２を形成した図１の静電チャック１を試作し、プラズマ機能を備えたエッチング装置に組み込んでシリコンウエハＷを加工した時の吸着力とエッチング速度についてそれぞれ実験を行った。
【００３０】
本実験では、セラミック基体２を構成する窒化アルミニウム質焼結体としてＴｉＮ，ＴａＮ，ＴｉＣ，ＮｂＮ，ＶＮ，ＺｒＮのいずれか一種とＣｅＯ2 を含有したものを用い、これらの含有量を異ならせることにより誘電率と抵抗値の異なるものを製作した。
【００３１】
そして、２５℃の温度域でこれらの静電チャック１に５００Ｖの電圧を印加してウエハＷを吸着保持させ、その時の吸着力を測定するとともに、この状態でプラズマを発生させてウエハＷをエッチングし、単位時間あたりの処理速度をエッチング速度として算出した。
【００３２】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００３３】
【表１】
【００３４】
この結果、試料Ｎｏ．１〜３では、ＴｉＮの添加量が少ないために窒化アルミニウム質焼結体の抵抗値が１０13Ω・ｃｍ以上と高く、その結果、クーロン力による吸着力しか得られず、その吸着力は高いものでも７０ｇ／ｃｍ2 程度であった。また、誘電率も１３未満であることから、エッチング速度は高いものでも１１００Å／ｍｉｎであった。
【００３５】
また、試料Ｎｏ．６，８，１０は、窒化アルミニウム質焼結体の抵抗値が１０9 Ω・ｃｍであるため、ジョンソン・ラーベック力による吸着力を発現させることができ、その吸着力を１００ｇ／ｃｍ2 以上とすることができたものの、誘電率が１３未満であることから、エッチング速度は１１００Å／ｍｉｎであった。
【００３６】
さらに、試料Ｎｏ．９，11では、ＴｉＮの添加量が多すぎるために窒化アルミニウム質焼結体の抵抗値が１０5 Ω・ｃｍにまで低下し、吸着力を高めることができたものの、漏れ電流量が多くウエハＷに悪影響を与える恐れがあった。
【００３７】
これに対し、試料Ｎｏ．４，５，７，12〜16は、窒化アルミニウム質焼結体の抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ未満の範囲にあるため、ジョンソン・ラーベック力による吸着力を発現させることができ、その吸着力を１００ｇ／ｃｍ2 以上とすることができるとともに、誘電率も１３以上であることからエッチング速度を１５００Å／ｍｉｎ以上にまで高めることができた。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の静電チャックによれば、ウエハを静電吸着力により吸着保持する当接面が、誘電率１３以上を有するとともに、２００℃以下の温度域における体積固有抵抗値が１０９Ω・ｃｍ以上１０１２Ω・ｃｍ未満の範囲にある窒化アルミニウム質焼結体からなり、前記窒化アルミニウム質焼結体がＣｅの酸化物を含有するため、２００℃以下の温度雰囲気下においてジョンソン・ラーベック力による吸着力を発現させ、高い吸着力でもって被固定物を精度良く保持することができることから、被固定物への成膜精度やエッチング精度を高めることができるとともに、被固定物へのプラズマ密度を高めることができるため、成膜やエッチングの処理速度を高めることができ、生産効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る静電チャック１の一例を示す図で、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
１・・・静電チャック ２・・・セラミック基体 ３・・・当接面
４・・・静電吸着用の電極 ５・・・給電端子 Ｗ・・・被固定物
【発明の属する技術分野】
本発明は、被固定物を静電吸着力によって吸着保持する静電チャックに関するものであり、主に半導体装置の製造工程において半導体ウエハなどの被固定物を保持するのに使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工程において、半導体ウエハ（以下、ウエハと称す。）に微細加工を施すためのエッチング工程や薄膜を形成するための成膜工程等においては、ウエハを精度良く保持するために静電チャックが使用されている。
【０００３】
この種の静電チャックとしては、例えば、静電吸着用の電極板上にアルミナ、サファイアなどからなるセラミック誘電体層を形成したもの（特開昭６０−２６１３７７号公報）や、絶縁基体の上に静電吸着用の電極を形成し、その上にセラミック誘電体層を形成したもの（特開平４−３４９５３号公報）、さらにはセラミック誘電体の内部に静電吸着用の電極を埋設したもの（特開昭６２−９４９５３号公報）が提案されており、いずれもセラミック誘電体の上面をウエハとの当接面としたものがあった。そして、当接面にウエハを載置して静電吸着用の電極とウエハとの間に通電することで誘電分極によるクーロン力やジョンソン・ラーベック力を発現させてウエハを吸着保持するようになっていた。
【０００４】
なお、上記静電チャックには静電吸着用の電極を複数個に分割し、各電極間に電圧を印加することで当接面に載置したウエハを吸着保持するようにした双極型のものもあった。
【０００５】
ところが、近年、半導体素子における集積回路の集積度が向上するに伴って当接面を構成するセラミック誘電体層には、ウエハの脱着に対する耐摩耗性と、各種処理工程で使用される腐食性ガスに対する耐食性に加え、耐プラズマ性が要求されており、さらには高熱伝導率を有する材料が望まれるようになり、これらの要求を満足する材料として高純度の窒化アルミニウム質焼結体や、焼結助剤としてＹ2 Ｏ3 やＥｒ2 Ｏ3 を含有した窒化アルミニウム質焼結体を用いることが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高純度窒化アルミニウム質焼結体や焼結助剤としてＹ2 Ｏ3 やＥｒ2 Ｏ3 を含有する窒化アルミニウム質焼結体からなる静電チャックは、室温域（２５℃）における体積固有抵抗値が１０15Ω・ｃｍ以上であるために２００℃以下の温度域では高い吸着力が得られず、ウエハを精度良く保持することができなかった。
【０００７】
即ち、静電チャックの吸着力には、誘電分極によるクーロン力と微少な漏れ電流によるジョンソン・ラーベック力の２種類があり、その吸着力はクーロン力よりもジョンソン・ラーベック力の方が高いことが知られているのであるが、このジョンソン・ラーベック力を発現させるためには静電吸着用の電極とウエハとの間に介在するセラミックスの体積固有抵抗値を１０12Ω・ｃｍ未満とする必要があった。その為、２００℃以下の温度域における抵抗値が１０12Ω・ｃｍ以上である上記窒化アルミニウム質焼結体を用いた静電チャックではジョンソン・ラーベック力が得られず、その結果、歪みをもったウエハを吸着させると、ウエハの全面を当接面に接触させることができないためにウエハの平坦化及び均熱化が損なわれ、成膜工程では均一な厚み幅をもった薄膜を形成することができず、エッチング工程では精度の良い加工を施すことができなかった。
【０００８】
また、上記窒化アルミニウム質焼結体は誘電率が９程度とそれほど高くないため、プラズマを発生させると、静電チャックに誘起された電圧とウエハに誘起された電圧との差が大きく、静電チャックの当接面側でのプラズマ密度が高くなり、相対的にウエハの表面でのプラズマ密度が低下するために成膜速度やエッチング速度が遅く、生産効率を高めることができなかった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、静電チャックの少なくとも被固定物との当接面を、誘電率１３以上を有するとともに、２００℃以下の温度域における体積固有抵抗値が１０９Ω・ｃｍ以上１０１２Ω・ｃｍの範囲にある窒化アルミニウム質焼結体により形成し、前記窒化アルミニウム質焼結体がＣｅの酸化物を含有するものである。特に、前記窒化アルミニウム質焼結体がＡｌ、Ｃｅ、Ｏからなる化合物を含有することが好ましい。さらにまた、前記被固定物がプラズマに曝されることが好ましい。また、本発明のプラズマ装置は、被固定物を吸着保持するための静電チャックを具備するとともに、前記被固定物の側面にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生装置において、前記静電チャックが上記の静電チャックであることを特徴とし、前記被固定物に対して前記プラズマで成膜処理又はエッチング処理を施すことが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は本発明に係る静電チャック１の一例を示す図で、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【００１２】
この静電チャック１は、円盤状をしたセラミック基体２の一主面を被固定物Ｗとの当接面３とし、セラミック基体２の内部に円板状をした静電吸着用の電極４を埋設したものであり、上記セラミック基体２は、誘電率１３以上を有するとともに、２００℃以下の体積固有抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍの範囲にある窒化アルミニウム質焼結体により形成してある。また、上記当接面３と反対側の面には静電吸着用の電極４と電気的に接続された給電端子５を接合してある。
【００１３】
そして、上記当接面３に載置する被固定物Ｗとセラミック基体２内に埋設する静電吸着用の電極４との間に電圧を印加すれば、２００℃以下におけるセラミック基体２の体積固有抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍの範囲にあるため、この温度域においてジョンソン・ラーベック力を発現させて被固定物Ｗを強固に吸着保持することができる。
【００１４】
また、上記セラミック基体２を構成する窒化アルミニウム質焼結体は、従来の窒化アルミニウム質焼結体と比較して誘電率が１３以上と高いことから、被固定物Ｗに成膜処理やエッチングの処理を施すためにプラズマを発生させれば、静電チャック１に誘起された電圧と被固定物Ｗに誘起された電圧との差を小さくできるため、静電チャック１の当接面側でのプラズマ密度が低くなり、相対的に被固定物Ｗの表面でのプラズマ密度を高めることができ、被固定物Ｗへの成膜速度やエッチング速度を高めて生産性を向上させることができる。また、本発明のプラズマ発生装置は、上記の静電チャックを具備するため、生産性が高く、特に成膜装置やエッチング装置として処理速度が高く、生産性の向上したプラズマ発生装置を実現できる。
【００１５】
さらに、静電吸着用の電極４は耐熱性に優れたセラミック基体２内に完全に埋設された構造であることから、比較的高温の２００℃付近においても使用可能であり、さらには静電チャック１全体が他のセラミックスに比べて優れた耐プラズマ性、耐食性を有する窒化アルミニウム質焼結体からなるため、成膜工程やエッチング工程などにおいてプラズマや腐食性ガスに曝されたとしても腐食摩耗が少なく、長期使用が可能である。
【００１６】
ところで、このような誘電率１３以上を有するとともに、２００℃以下の温度域における体積固有抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍの範囲にある窒化アルミニウム質焼結体としては、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，ＮｂＮ，ＴａＮ，ＶＮ等の周期律表４Ａ，５Ａ族元素の窒化物やＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，ＶＣ等の周期律表４Ａ，５Ａ族元素の炭化物を含む窒化アルミニウム質焼結体を用いれば良い。
【００１７】
ここで、周期律表４Ａ，５Ａ族元素の窒化物や炭化物は、窒化アルミニウム質焼結体の体積固有抵抗値を下げるとともに、誘電率を高めるために含有したものであり、焼結体中において窒化アルミニウム主結晶相の粒界相に存在するものであるが、この含有量が１２容量％未満では、粒界相に存在する周期律表４Ａ，５Ａ族元素の窒化物や炭化物同士の導通がとり難いために焼結体の抵抗値を下げる効果が小さく、また、焼結体の誘電率を高める効果も小さいからであり、逆に、含有量が２２．５容量％より多くなると、焼結体の誘電率を１３以上とすることができるものの、焼結体の抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ未満となり、漏れ電流量が多くなるために被固定物Ｗがシリコンウエハである場合には悪影響を与える恐れがある。
【００１８】
従って、上記周期律表４Ａ，５Ａ族元素の窒化物や炭化物は、１２〜２２．５容量％の範囲で含有することが良く、好ましくは１５〜２０容量％の範囲が良い。なお、好ましい窒化アルミニウム質焼結体としては誘電率が１５以上、抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ以上１０11Ω・ｃｍの範囲にあるものが良い。
【００１９】
また、上記窒化アルミニウム質焼結体にはセリウム（Ｃｅ）の酸化物を含有することが重要である。セリウム（Ｃｅ）は焼成時に主成分をなすＡｌＮと反応し、Ａｌ，Ｃｅ，Ｏからなる化合物（例えば、ＣｅＡｌＯ３）を粒界相に生成し、所望の抵抗値を有する焼結体を再現性良く製造することができるとともに、温度変化に対する焼結体の抵抗値の変化を小さくする効果もあるため、広範囲な温度域で使用可能な静電チャック１を提供できるからである。
【００２０】
ただし、セリウム（Ｃｅ）の含有量が酸化物換算で２容量％より少ないと、抵抗値の急激な低下を抑えるとともに、抵抗値を制御する効果が得られず、逆に、２０容量％より多くなると焼結体の抵抗値が１０8 Ω・ｍ未満と小さくなりすぎるために吸着時における漏れ電流量が多くなり、被固定物Ｗがシリコンウエハである場合には悪影響を与えることになる。
【００２１】
従って、セリウム（Ｃｅ）は酸化物換算で２〜２０容量％、特に１０〜１５容量％の範囲で含有することが良い。
【００２２】
なお、主成分である窒化アルミニウムは難焼結材であるため、焼結性を高める観点から焼結助剤としてイットリウム（Ｙ），エルビウム（Ｅｒ），イッテルビウム（Ｙｂ）等を酸化物換算で２容量％以下の範囲で含有しても良い。
【００２３】
さらに、焼結体中における窒化アルミニウムの平均結晶粒子径は２〜５０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍであるものが良い。これは、窒化アルミニウムの平均結晶粒子径を２μｍ未満とすることは製造上難しく、平均結晶粒子径が５０μｍより大きくなると緻密化することが難しくなり、焼結体の強度、硬度が大幅に低下することからウエハＷとの脱着に伴う摺動によって静電チャック１の当接面３が摩耗し易くなり、また、成膜工程やエッチング工程等におけるプラズマや腐食性ガスによって腐食摩耗し易くなるために、静電チャック１の寿命が短くなるとともに、被固定物Ｗにパーティクルを発生させるからである。
【００２４】
一方、セラミック基体２に埋設する静電吸着用の電極４としては、焼成時及び加熱時におけるセラミック基体２との密着性を高めるために、セラミック基体２を構成する窒化アルミニウム質焼結体と熱膨張係数が近似したタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）等の耐熱性金属により形成することが良く、また、給電端子５もセラミック基体２との熱膨張差を小さくするために、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）等の耐熱性金属や鉄−コバルト−クロム合金により形成すれば良い。
【００２５】
ところで、図１に示す静電チャック１を製造するには、まず、セラミック基板２を構成する窒化アルミニウム質焼結体として、ＡｌＮ粉末に対し、ＴｉＮ，ＮｂＮ，ＴａＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，ＶＮ等の周期律表４Ａ，５Ａ族元素の窒化物やＴｉＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＶＣ等の周期律表４Ａ，５Ａ族元素の炭化物を１２〜２２．５容量％の範囲で添加するとともに、ＣｅＯ2 の粉末を２〜２０容量％の範囲で添加する。なお、前記周期律表４Ａ，５Ａ族元素の窒化物や炭化物は、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖなどの金属酸化物の状態で添加しても良く、還元雰囲気中で焼成することによりそれぞれの炭化物や窒化物とすることができる。そして、この混合物にバインダーと溶媒を加えて泥漿を作製したあと、ドクターブレード法にてグリーンシートを複数枚成形し、このうち１枚のグリーンシート上に静電吸着用の電極４をなす金属ペーストをスクリーン印刷機にて所定の電極パターン形状に敷設する。
【００２６】
そして、この電極パターンを覆うように残りのグリーンシートを積層し、５０〜１５０℃、３０〜７０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で熱圧着することによりグリーンシート積層体を製作したあと、上記グリーンシート積層体に切削加工を施して円盤状とする。しかるのち、上記グリーンシート積層体を真空脱脂したあと、窒素雰囲気下において１５００〜２０００℃程度の温度で１〜数時間程度焼成することにより、タングステンからなる静電吸着用の電極４を埋設してなる円盤状のセラミック基体２を製作したあと、静電吸着用の電極４が埋設されている側の表面に研磨加工を施して当接面３を形成するとともに、当接面３と反対側の面に前記静電吸着用の電極４と連通する穴を穿孔し、該穴に給電端子５をロウ付け接合することにより図１に示す静電チャック１を得ることができる。
【００２７】
なお、図１に示す静電チャック１では、セラミック基体２の内部に静電吸着用の電極４のみを備えた例を示したが、例えば、上記静電吸着用の電極４以外にヒータ用の電極を埋設しても良く、この場合、ヒータ用の電極により静電チャック１を直接発熱させることができるため、間接加熱方式のものに比べて熱損失が少なく、また、セラミック基体２そのものが高熱伝導特性を有する窒化アルミニウム質焼結体からなるため、当接面３に保持した被固定物Ｗをムラなく均一に加熱することができる。さらに、静電吸着用の電極４以外にプラズマ発生用電極をセラミック基体２内に埋設しても良く、この場合成膜装置やエッチング装置の構造を簡略化することができる。
【００２８】
また、本実施形態ではセラミック基体２の全体を、誘電率１３以上を有するとともに、２００℃以下の温度域における体積固有抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ未満の範囲にある窒化アルミニウム質焼結体により形成した例を示したが、少なくとも被固定物Ｗを吸着保持する当接面３が上記誘電率と抵抗値を有する窒化アルミニウム質焼結体により形成してあれば良い。
【００２９】
（実施例）
誘電率及び体積固有抵抗値の異なる窒化アルミニウム質焼結体によりセラミック基体２を形成した図１の静電チャック１を試作し、プラズマ機能を備えたエッチング装置に組み込んでシリコンウエハＷを加工した時の吸着力とエッチング速度についてそれぞれ実験を行った。
【００３０】
本実験では、セラミック基体２を構成する窒化アルミニウム質焼結体としてＴｉＮ，ＴａＮ，ＴｉＣ，ＮｂＮ，ＶＮ，ＺｒＮのいずれか一種とＣｅＯ2 を含有したものを用い、これらの含有量を異ならせることにより誘電率と抵抗値の異なるものを製作した。
【００３１】
そして、２５℃の温度域でこれらの静電チャック１に５００Ｖの電圧を印加してウエハＷを吸着保持させ、その時の吸着力を測定するとともに、この状態でプラズマを発生させてウエハＷをエッチングし、単位時間あたりの処理速度をエッチング速度として算出した。
【００３２】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００３３】
【表１】
この結果、試料Ｎｏ．１〜３では、ＴｉＮの添加量が少ないために窒化アルミニウム質焼結体の抵抗値が１０13Ω・ｃｍ以上と高く、その結果、クーロン力による吸着力しか得られず、その吸着力は高いものでも７０ｇ／ｃｍ2 程度であった。また、誘電率も１３未満であることから、エッチング速度は高いものでも１１００Å／ｍｉｎであった。
【００３５】
また、試料Ｎｏ．６，８，１０は、窒化アルミニウム質焼結体の抵抗値が１０9 Ω・ｃｍであるため、ジョンソン・ラーベック力による吸着力を発現させることができ、その吸着力を１００ｇ／ｃｍ2 以上とすることができたものの、誘電率が１３未満であることから、エッチング速度は１１００Å／ｍｉｎであった。
【００３６】
さらに、試料Ｎｏ．９，11では、ＴｉＮの添加量が多すぎるために窒化アルミニウム質焼結体の抵抗値が１０5 Ω・ｃｍにまで低下し、吸着力を高めることができたものの、漏れ電流量が多くウエハＷに悪影響を与える恐れがあった。
【００３７】
これに対し、試料Ｎｏ．４，５，７，12〜16は、窒化アルミニウム質焼結体の抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ未満の範囲にあるため、ジョンソン・ラーベック力による吸着力を発現させることができ、その吸着力を１００ｇ／ｃｍ2 以上とすることができるとともに、誘電率も１３以上であることからエッチング速度を１５００Å／ｍｉｎ以上にまで高めることができた。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の静電チャックによれば、ウエハを静電吸着力により吸着保持する当接面が、誘電率１３以上を有するとともに、２００℃以下の温度域における体積固有抵抗値が１０９Ω・ｃｍ以上１０１２Ω・ｃｍ未満の範囲にある窒化アルミニウム質焼結体からなり、前記窒化アルミニウム質焼結体がＣｅの酸化物を含有するため、２００℃以下の温度雰囲気下においてジョンソン・ラーベック力による吸着力を発現させ、高い吸着力でもって被固定物を精度良く保持することができることから、被固定物への成膜精度やエッチング精度を高めることができるとともに、被固定物へのプラズマ密度を高めることができるため、成膜やエッチングの処理速度を高めることができ、生産効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る静電チャック１の一例を示す図で、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
１・・・静電チャック ２・・・セラミック基体 ３・・・当接面
４・・・静電吸着用の電極 ５・・・給電端子 Ｗ・・・被固定物
Claims (5)
- 被固定物を静電吸着力により吸着保持する当接面が、誘電率１３以上を有するとともに、２００℃以下の温度域における体積固有抵抗値が１０９Ω・ｃｍ以上１０１２Ω・ｃｍ未満の範囲にある窒化アルミニウム質焼結体からなり、前記窒化アルミニウム質焼結体がＣｅの酸化物を含有す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質焼結体がＡｌ、Ｃｅ、Ｏからなる化合物を形成してなることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
- 前記被固定物がプラズマに曝されることを特徴とする請求項１又は２記載の静電チャック。
- 被固定物を吸着保持するための静電チャックを具備するとともに、前記被固定物の側面にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生装置において、前記静電チャックが請求項１〜３のいずれかに記載の静電チャックであることを特徴とするプラズマ発生装置。
- 前記被固定物に対して前記プラズマで成膜処理又はエッチング処理を施すことを特徴とする請求項４記載のプラズマ発生装置。
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