JP3794823B2 - 静電チャック及びその評価方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャック及びその静電吸着力の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造分野においては、ウエハの搬送、パターン形成及びエッチング時にウエハの吸着、保持等を行うのに静電チャックが使用されている。
【０００３】
静電チャックに要求される特性は、ウエハの大型化に対応できる吸着力と、広範囲な温度域でウエハを十分に保持する吸着力であり、従来より多くの提案がある。例えば、窒化アルミニウム焼結体・膜を利用するものとして、電極上下に窒化アルミニウム焼結体の絶縁性誘電層を形成させたもの（特開平４−３０４９４２号公報）、窒化アルミニウム焼結体表面に導電層を形成後、窒化アルミニウムの絶縁膜をＣＶＤ法により形成させたもの（特開平７−３２６６５５号公報）、窒化アルミニウム焼結体の絶縁性誘電層の厚みを０．５〜５．０ｍｍとするもの（特開平９−１３４９５１号公報）などである。
【０００４】
このような窒化アルミニウム焼結体・膜の利用によって、ウエハの吸着力はかなり改善されてきており、特に高温下での吸着力は１００ｇｆ／ｃｍ2 をこえるものが得られるようになってきたが、室温付近の温度域ではその吸着力が著しく低下するため、その改善が要望されていた。
【０００５】
高温下で静電チャックの機能を発現させるためには、加熱源としてＭｏ、ＴｉＮ等の発熱抵抗体を中間層を介して電極下面に設けた構造がとられている。しかしながら、これら電極層及び発熱抵抗体層の埋設された静電チャックを高温下で使用する場合、各構成材料の熱膨張率差から発生する熱応力によって窒化アルミニウム焼結体・膜が割れたり剥離したりしてその寿命は短いものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする手段】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は室温下において優れた吸着力を示すとともに、高温時の使用でも長寿命の静電チャックを提供することである。また、本発明の他の目的は、窒化アルミニウム焼結体・膜を絶縁性誘電層とする静電チャックにおいて、その静電吸着力をＡｌＯＮ成分量から簡便に評価する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、絶縁性誘電層が、ＡｌＯＮ相を含む窒化アルミニウム質焼結体で構成されてなる静電チャックにおいて、そのＡｌＯＮ相含有量に基づいて静電吸着力の大きさを判断することを特徴とする静電チャックの評価法である。また、ＡｌＯＮ相及び窒化ほう素を含有してなることを特徴とする静電チャック用窒化アルミニウム質焼結体である。更に、本発明は、セラミックス基体、発熱抵抗体層、中間層、電極層及び絶縁性誘電層が順次積層されてなる静電チャックにおいて、上記絶縁性誘電層、上記中間層及び上記セラミックス基体が上記窒化アルミニウム質焼結体で構成されてなることを特徴とする静電チャックである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【０００９】
窒化アルミニウム粉末は難焼結性であるため、通常、イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）等の焼結助剤を添加して焼結される。得られた窒化アルミニウム焼結体の結晶組織は、ＡｌＮが主相で、粒界相にはＹ2 Ｏ3 −Ａｌ2 Ｏ3 化合物、例えば２Ｙ2 Ｏ3 ・Ａｌ2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 ・Ａｌ2 Ｏ3 、３Ｙ2 Ｏ3 ・５Ａｌ2 Ｏ3 が添加する焼結助剤量に応じて析出する。このような窒化アルミニウム焼結体を静電チャックの絶縁性誘電層に用いると、高温下ではウエハの吸着力を高めることができるが、温度が低下するに従いその吸着力が低下し、室温下では１０ｇｆ／ｃｍ2 以下の吸着力であった。
【００１０】
この原因について、本発明者らは、窒化アルミニウム焼結体の製造条件を種々変えて異なる結晶組織の窒化アルミニウム焼結体を製造し、その結晶組織と吸着力との関連を究明した結果、驚くべきことに、ＡｌＯＮ相の存在量に相関して室温下における吸着力が飛躍的に向上し、また高温下の使用における長寿命化は窒化ほう素（ＢＮ）の添加によって達成できることを見いだしたものである。
【００１１】
すなわち、本発明で使用される窒化アルミニウム質焼結体は、窒化アルミニウム焼結体中にＡｌＯＮ相と窒化ほう素を存在させたものであり、ＡｌＯＮ相は少量でも室温下におけるウエハの静電吸着力を向上させることができる。また、ＡｌＯＮ相の存在量に相関して静電吸着力が向上するので、その割合を知ることによって、静電チャックの静電吸着力を簡便に判断することができる。
【００１２】
本発明において、ＡｌＯＮ相はＸ線回折分析によってその存在を確認することができ、またその割合は酸素含有量で規定するものとする。すなわち、本発明における窒化アルミニウム質焼結体の結晶相は、窒化アルミニウムの主相、ＡｌＯＮ及び窒化ほう素の副相からなり、その他に微量な３Ｙ2 Ｏ3 ・５Ａｌ2 Ｏ3 相が粒界相に存在することもあるが、その割合は微量でありそれを窒化アルミニウム質焼結体中の酸素含有量に換算しても多くても０．５重量％未満であるので、本発明においては０．５重量％以上の酸素含有量がＡｌＯＮ相となる。
【００１３】
本発明の窒化アルミニウム質焼結体の好ましい酸素含有量は、１〜６重量％特に２〜５．５重量％である。ＡｌＯＮ相（酸素含有量）が上記よりも少量では室温下の吸着力を１０ｇｆ／ｃｍ２以上に向上させることができず、また上記よりも多いと、窒化アルミニウム質焼結体が緻密質でなくなってそれ自体の強度低下が起こり、更にはリーク電流が発生するなどして静電チャックには不適当なものとなる。酸素含有量は、ＬＥＣＯ社製酸素・窒素同時分析装置を用いて測定することができる。
【００１４】
また、本発明で使用される窒化アルミニウム質焼結体には、その高温下の使用時の耐熱衝撃性を高め、静電チャックの長寿命化を達成するために窒化ほう素が含まれている。窒化ほう素の存在によって、３００℃をこえる高温下で繰り返し使用しても静電チャックが割れたり、電極層又は発熱抵抗体層との界面で剥離したりすることが著しく少なくなる。
【００１５】
窒化ほう素は、窒化アルミニウム及びＡｌＯＮ相と反応しないため、その割合は原料調製時の配合量によって規定することができる。すなわち、窒化アルミニウム粉末１００重量部に対し窒化ほう素粉末１０重量部以下であることが好ましい。これよりも多くなると、窒化アルミニウム質焼結体の熱伝導性が低下し、特に大型ウエハの均熱に時間を要してしまう。なお、ＡｌＯＮ相の存在によっても熱伝導性が低下するので、本発明においては、窒化アルミニウム質焼結体の熱伝導率を９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上保持させて、上記割合でＡｌＯＮ相と窒化ほう素を存在させることが好ましい。
【００１６】
本発明で使用される窒化アルミニウム質焼結体は、ＡｌＯＮ相を生成させるため、窒化アルミニウム粉末にアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）粉末を添加するとともに、窒化ほう素粉末を配合し、成形後、窒素、アルゴン等の非酸化性雰囲気下、温度１８００℃程度又はそれ以上の高温で焼成することによって製造することができる。この場合、窒化アルミニウム粉末に含まれる酸素量を考慮しアルミナ粉末の添加量を制御することが必要となる。具体的には、酸素含有量１重量％程度の窒化アルミニウム粉末１００重量部に対し、アルミナ粉末１〜９重量部が好ましく、更に窒化アルミニウム粉末１００重量部に対し、１重量部以下特に０．５重量部以下のイットリア粉末を添加するが好ましい。
【００１７】
本発明の静電チャックは、セラミックス基体、発熱抵抗体層、中間層、電極層及び絶縁性誘電層が順次積層されてなるものにおいて、その絶縁性誘電層、中間層及びセラミックス基体を上記窒化アルミニウム質焼結体で構成したものである。ここで、電極層はＷ等であり、発熱抵抗体層はＭｏ、ＴｉＮ等である。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００１９】
実施例１〜４ 比較例１
酸素含有量１．０重量％の窒化アルミニウム粉にイットリア粉とアルミナ粉を種々混合し、更に窒化アルミニウム粉１００重量部に対し窒化ほう素粉を表１の割合（重量部）で配合し、アクリル系バインダーを用い、静電チャックの絶縁性誘電層及び中間層を形成するための、厚み５００μｍのシートをそれぞれ成形した。一方、同様の混合物を用い、静電チャックのセラミックス基体を形成するための、厚み４ｍｍの板状体を成形した。
【００２０】
次いで、絶縁性誘電層形成用シートの下面にタングステン電極を、また中間層形成用シートの下面にモリブデン発熱抵抗体をそれぞれペースト印刷してから圧着・積層し、更にそれをセラミックス基体形成用板状体面に圧着・積層し、脱脂処理した後、窒素雰囲気中、１８５０℃で常圧焼成を行って、直径２００ｍｍで、セラミックス基体、発熱抵抗体層、中間層、電極層及び絶縁性誘電層が順次積層されてなる静電チャックを製造した。
【００２１】
得られた静電チャックについて、室温下（２５℃）で４００Ｖの電圧を印加し、静電吸着力を測定した。また、発熱抵抗体により、室温から８００℃まで繰り返し通電処理を行い、静電チャックの構成部材の割れ・剥離等の発生の有無を調べた。それらの結果を表２に示す。
【００２２】
更に、絶縁性誘電層を構成している窒化アルミニウム質焼結体の結晶相及び酸素含有量をＸ線回折分析及びＬＥＣＯ社製ＯＮ分析装置により測定した。また、熱伝導率を測定した。それらの結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、室温下における静電吸着力が大で、高温時の使用でも長寿命な静電チャックが提供される。
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャック及びその静電吸着力の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造分野においては、ウエハの搬送、パターン形成及びエッチング時にウエハの吸着、保持等を行うのに静電チャックが使用されている。
【０００３】
静電チャックに要求される特性は、ウエハの大型化に対応できる吸着力と、広範囲な温度域でウエハを十分に保持する吸着力であり、従来より多くの提案がある。例えば、窒化アルミニウム焼結体・膜を利用するものとして、電極上下に窒化アルミニウム焼結体の絶縁性誘電層を形成させたもの（特開平４−３０４９４２号公報）、窒化アルミニウム焼結体表面に導電層を形成後、窒化アルミニウムの絶縁膜をＣＶＤ法により形成させたもの（特開平７−３２６６５５号公報）、窒化アルミニウム焼結体の絶縁性誘電層の厚みを０．５〜５．０ｍｍとするもの（特開平９−１３４９５１号公報）などである。
【０００４】
このような窒化アルミニウム焼結体・膜の利用によって、ウエハの吸着力はかなり改善されてきており、特に高温下での吸着力は１００ｇｆ／ｃｍ2 をこえるものが得られるようになってきたが、室温付近の温度域ではその吸着力が著しく低下するため、その改善が要望されていた。
【０００５】
高温下で静電チャックの機能を発現させるためには、加熱源としてＭｏ、ＴｉＮ等の発熱抵抗体を中間層を介して電極下面に設けた構造がとられている。しかしながら、これら電極層及び発熱抵抗体層の埋設された静電チャックを高温下で使用する場合、各構成材料の熱膨張率差から発生する熱応力によって窒化アルミニウム焼結体・膜が割れたり剥離したりしてその寿命は短いものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする手段】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は室温下において優れた吸着力を示すとともに、高温時の使用でも長寿命の静電チャックを提供することである。また、本発明の他の目的は、窒化アルミニウム焼結体・膜を絶縁性誘電層とする静電チャックにおいて、その静電吸着力をＡｌＯＮ成分量から簡便に評価する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、絶縁性誘電層が、ＡｌＯＮ相を含む窒化アルミニウム質焼結体で構成されてなる静電チャックにおいて、そのＡｌＯＮ相含有量に基づいて静電吸着力の大きさを判断することを特徴とする静電チャックの評価法である。また、ＡｌＯＮ相及び窒化ほう素を含有してなることを特徴とする静電チャック用窒化アルミニウム質焼結体である。更に、本発明は、セラミックス基体、発熱抵抗体層、中間層、電極層及び絶縁性誘電層が順次積層されてなる静電チャックにおいて、上記絶縁性誘電層、上記中間層及び上記セラミックス基体が上記窒化アルミニウム質焼結体で構成されてなることを特徴とする静電チャックである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【０００９】
窒化アルミニウム粉末は難焼結性であるため、通常、イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）等の焼結助剤を添加して焼結される。得られた窒化アルミニウム焼結体の結晶組織は、ＡｌＮが主相で、粒界相にはＹ2 Ｏ3 −Ａｌ2 Ｏ3 化合物、例えば２Ｙ2 Ｏ3 ・Ａｌ2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 ・Ａｌ2 Ｏ3 、３Ｙ2 Ｏ3 ・５Ａｌ2 Ｏ3 が添加する焼結助剤量に応じて析出する。このような窒化アルミニウム焼結体を静電チャックの絶縁性誘電層に用いると、高温下ではウエハの吸着力を高めることができるが、温度が低下するに従いその吸着力が低下し、室温下では１０ｇｆ／ｃｍ2 以下の吸着力であった。
【００１０】
この原因について、本発明者らは、窒化アルミニウム焼結体の製造条件を種々変えて異なる結晶組織の窒化アルミニウム焼結体を製造し、その結晶組織と吸着力との関連を究明した結果、驚くべきことに、ＡｌＯＮ相の存在量に相関して室温下における吸着力が飛躍的に向上し、また高温下の使用における長寿命化は窒化ほう素（ＢＮ）の添加によって達成できることを見いだしたものである。
【００１１】
すなわち、本発明で使用される窒化アルミニウム質焼結体は、窒化アルミニウム焼結体中にＡｌＯＮ相と窒化ほう素を存在させたものであり、ＡｌＯＮ相は少量でも室温下におけるウエハの静電吸着力を向上させることができる。また、ＡｌＯＮ相の存在量に相関して静電吸着力が向上するので、その割合を知ることによって、静電チャックの静電吸着力を簡便に判断することができる。
【００１２】
本発明において、ＡｌＯＮ相はＸ線回折分析によってその存在を確認することができ、またその割合は酸素含有量で規定するものとする。すなわち、本発明における窒化アルミニウム質焼結体の結晶相は、窒化アルミニウムの主相、ＡｌＯＮ及び窒化ほう素の副相からなり、その他に微量な３Ｙ2 Ｏ3 ・５Ａｌ2 Ｏ3 相が粒界相に存在することもあるが、その割合は微量でありそれを窒化アルミニウム質焼結体中の酸素含有量に換算しても多くても０．５重量％未満であるので、本発明においては０．５重量％以上の酸素含有量がＡｌＯＮ相となる。
【００１３】
本発明の窒化アルミニウム質焼結体の好ましい酸素含有量は、１〜６重量％特に２〜５．５重量％である。ＡｌＯＮ相（酸素含有量）が上記よりも少量では室温下の吸着力を１０ｇｆ／ｃｍ２以上に向上させることができず、また上記よりも多いと、窒化アルミニウム質焼結体が緻密質でなくなってそれ自体の強度低下が起こり、更にはリーク電流が発生するなどして静電チャックには不適当なものとなる。酸素含有量は、ＬＥＣＯ社製酸素・窒素同時分析装置を用いて測定することができる。
【００１４】
また、本発明で使用される窒化アルミニウム質焼結体には、その高温下の使用時の耐熱衝撃性を高め、静電チャックの長寿命化を達成するために窒化ほう素が含まれている。窒化ほう素の存在によって、３００℃をこえる高温下で繰り返し使用しても静電チャックが割れたり、電極層又は発熱抵抗体層との界面で剥離したりすることが著しく少なくなる。
【００１５】
窒化ほう素は、窒化アルミニウム及びＡｌＯＮ相と反応しないため、その割合は原料調製時の配合量によって規定することができる。すなわち、窒化アルミニウム粉末１００重量部に対し窒化ほう素粉末１０重量部以下であることが好ましい。これよりも多くなると、窒化アルミニウム質焼結体の熱伝導性が低下し、特に大型ウエハの均熱に時間を要してしまう。なお、ＡｌＯＮ相の存在によっても熱伝導性が低下するので、本発明においては、窒化アルミニウム質焼結体の熱伝導率を９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上保持させて、上記割合でＡｌＯＮ相と窒化ほう素を存在させることが好ましい。
【００１６】
本発明で使用される窒化アルミニウム質焼結体は、ＡｌＯＮ相を生成させるため、窒化アルミニウム粉末にアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）粉末を添加するとともに、窒化ほう素粉末を配合し、成形後、窒素、アルゴン等の非酸化性雰囲気下、温度１８００℃程度又はそれ以上の高温で焼成することによって製造することができる。この場合、窒化アルミニウム粉末に含まれる酸素量を考慮しアルミナ粉末の添加量を制御することが必要となる。具体的には、酸素含有量１重量％程度の窒化アルミニウム粉末１００重量部に対し、アルミナ粉末１〜９重量部が好ましく、更に窒化アルミニウム粉末１００重量部に対し、１重量部以下特に０．５重量部以下のイットリア粉末を添加するが好ましい。
【００１７】
本発明の静電チャックは、セラミックス基体、発熱抵抗体層、中間層、電極層及び絶縁性誘電層が順次積層されてなるものにおいて、その絶縁性誘電層、中間層及びセラミックス基体を上記窒化アルミニウム質焼結体で構成したものである。ここで、電極層はＷ等であり、発熱抵抗体層はＭｏ、ＴｉＮ等である。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００１９】
実施例１〜４ 比較例１
酸素含有量１．０重量％の窒化アルミニウム粉にイットリア粉とアルミナ粉を種々混合し、更に窒化アルミニウム粉１００重量部に対し窒化ほう素粉を表１の割合（重量部）で配合し、アクリル系バインダーを用い、静電チャックの絶縁性誘電層及び中間層を形成するための、厚み５００μｍのシートをそれぞれ成形した。一方、同様の混合物を用い、静電チャックのセラミックス基体を形成するための、厚み４ｍｍの板状体を成形した。
【００２０】
次いで、絶縁性誘電層形成用シートの下面にタングステン電極を、また中間層形成用シートの下面にモリブデン発熱抵抗体をそれぞれペースト印刷してから圧着・積層し、更にそれをセラミックス基体形成用板状体面に圧着・積層し、脱脂処理した後、窒素雰囲気中、１８５０℃で常圧焼成を行って、直径２００ｍｍで、セラミックス基体、発熱抵抗体層、中間層、電極層及び絶縁性誘電層が順次積層されてなる静電チャックを製造した。
【００２１】
得られた静電チャックについて、室温下（２５℃）で４００Ｖの電圧を印加し、静電吸着力を測定した。また、発熱抵抗体により、室温から８００℃まで繰り返し通電処理を行い、静電チャックの構成部材の割れ・剥離等の発生の有無を調べた。それらの結果を表２に示す。
【００２２】
更に、絶縁性誘電層を構成している窒化アルミニウム質焼結体の結晶相及び酸素含有量をＸ線回折分析及びＬＥＣＯ社製ＯＮ分析装置により測定した。また、熱伝導率を測定した。それらの結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明によれば、室温下における静電吸着力が大で、高温時の使用でも長寿命な静電チャックが提供される。
Claims (2)
- ＡｌＯＮ相と窒化ほう素とを含有する窒化アルミニウム質焼結体において、酸素含有量で規定した上記ＡｌＯＮ相の含有量が酸素含有量で１〜６重量％であり、上記窒化ほう素の含有量が窒化アルミニウム１００重量部に対して１０重量部以下であり、かつ０重量部を含まない量であることを特徴とする静電チャック用窒化アルミニウム質焼結体。
- セラミックス基体、発熱抵抗体層、中間層、電極層及び絶縁性誘電層が順次積層されてなる静電チャックにおいて、上記絶縁性誘電層、上記中間層及び上記セラミックス基体が請求項１記載の窒化アルミニウム質焼結体で構成されてなることを特徴とする静電チャック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12315198A JP3794823B2 (ja) | 1998-05-06 | 1998-05-06 | 静電チャック及びその評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12315198A JP3794823B2 (ja) | 1998-05-06 | 1998-05-06 | 静電チャック及びその評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11317441A JPH11317441A (ja) | 1999-11-16 |
| JP3794823B2 true JP3794823B2 (ja) | 2006-07-12 |
Family
ID=14853457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12315198A Expired - Fee Related JP3794823B2 (ja) | 1998-05-06 | 1998-05-06 | 静電チャック及びその評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3794823B2 (ja) |
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| JP2020126913A (ja) * | 2019-02-04 | 2020-08-20 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックス部材 |
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Family Cites Families (4)
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1998
- 1998-05-06 JP JP12315198A patent/JP3794823B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11317441A (ja) | 1999-11-16 |
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