JP3899379B2

JP3899379B2 - 静電チャックおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3899379B2
Application number: JP4144999A
Authority: JP
Inventors: 拓士沖田; 英宏遠藤
Original assignee: Nippon Steel Materials Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: JP2000243820A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等においてウェハ等を静電的に吸着保持したり、搬送するための静電チャックに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、半導体製造用装置において、Ｓｉウェハ等に成膜処理やエッチング処理する際にはウェハの平坦度を保ちながら保持する必要があり、このような保持手段としては機械的保持方式、真空吸着方式、静電吸着方式が提案されている。これらの内、静電吸着方式は静電チャックによりウェハを保持する方法であり、ウェハ加工面の平坦度に優れ、真空中での使用も可能であるため多用されつつある。
【０００３】
従来の静電チャックは吸着力としてクーロン力を利用したものと、ジョンセンラーベック力を利用したものがある。クーロン力を利用した静電チャックとしては誘電体としてＣａＴｉＯ₃、ＰｂＴｉＯ₃−Ｌａ₂Ｏ₃系などを用いたものがある（例えば特公平８−３１５１７号公報など）。
【０００４】
また、ジョンセン・ラーベック力は、誘電体とウェーハとの界面の小さなギャップに微少電流が流れ、帯電分極して誘起させことによって生じる力であり、誘電体の体積固有抵抗率が約１０¹²〜１０¹³Ω・ｃｍ以下になると発生する。ジョンセン・ラーベック力を利用した静電チャックには、誘電体としてＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＯ₂系などアルミナに遷移金属元素を添加したセラミック、あるいはＡｌＮを主成分としたセラミックが用いられている（例えば、特公平６−９７６７５、特開平２−１６０４４、特開平８−５５８９９号公報など）。
【０００５】
この静電チャックの製造方法としては、あらかじめ成形、焼成したセラミックからなる誘電体と絶縁体基体のいずれかに、電極層を印刷、メッキ等の方法により形成し、誘電体と絶縁体基体を接着する方法がある。しかし、この方法では、誘電体及び絶縁体基体を別個に加工し、接着せねばならず、加工コストがかかる。また、接着材の耐熱性はセラミックに比べると低いため、使用可能温度が接着剤の物性により決まってしまうなどの問題点がある。
【０００６】
この問題点を解決する方法として、静電チャックの製造方法として、あらかじめ焼成したセラミックからなる誘電体と絶縁体基体を貼り合わせるのではなく、あらかじめ成形したセラミック原料からなる誘電体成形体と絶縁体基体成形体を一体焼成する製造方法がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする問題点】
静電チャックの代表的な一体焼成による製造方法の例を説明する。バインダや分散剤を添加したセラミック原料スラリーをテープ成形する。得られた複数のセラミックスシートを積層し、その積層体上にＷ、Ｍｏ等の高融点金属を電極材料としてスクリーン印刷等で印刷し、更に別のセラミックスシートの積層体を重ね、加圧成形した後、常圧下で一体焼成して製造するのが一般的である。
【０００８】
この様な製造方法において、成形体中や印刷された電極層に含まれたバインダや分散剤の炭素分が焼成時に残存すると、誘電体の電気抵抗値が極端に低下してしまい、使用時に吸着体へのリーク電流が大きくなるという不都合を生じてしまう。
【０００９】
この様な不都合を避けるために、通常は、成形体を脱脂することによりバインダや分散剤中の炭素分を除去してから焼成を行う。
【００１０】
脱脂はアルゴンや窒素など不活性雰囲気中で行う。これは、電極層に含まれる電極材料が微細な粒子であるため、大気中での５００℃程度の温度で脱脂を行うと酸化されてしまい、電極としての機能を果たさないためである。
【００１１】
しかし、脱脂を不活性雰囲気中で行った場合、安定して炭素分を除去することは難しく、得られた誘電体の電気抵抗値にはバラツキが生じやすい。
【００１２】
また、この様な方法では焼成工程において内部電極に５０〜２００μｍ以上の反りが発生することを避けられず、吸着面と内部電極の間の距離が一定とならないため、吸着力が不均一になってしまう問題があった。更に、ウェハサイズ１２インチ以上の大型の静電チャック製造においては、反りが非常に大きくなるため、製造歩留りが大幅に低下するという問題も発生していた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは誘電体の電気抵抗値を安定させ、また、成形体の焼成時の反りを低減する方法として、耐酸化性の高い導電性金属珪化物を電極材料に用いることにより大気中での脱脂を可能とし、また、従来の常圧下での一体焼成ではなく、ホットプレスによる一体焼成を施すことにより、反りを著しく抑えられることを見い出し、本発明を完成させるに至った。即ち、本発明は以下の通りである。
（１）誘電体原料の成形体（Ａ）および／または絶縁体基板原料の成形体（Ｂ）の一主面に、導電性金属珪化物であるＴａＳｉ _２、ＮｂＳｉ _２、ＷＳｉ _２、ＭｏＳｉ _２から選ばれた１種もしくは２種以上を電極材料として含むペーストを塗布したのちに、大気雰囲気中にて成形体および電極ペーストの脱脂を行い、次いで成形体（Ａ）と成形体（Ｂ）との間に上記電極層が挟まれるように重ね合わせた後、ホットプレスにより一体焼成して得られるセラミック誘電体層、電極層、セラミック基体からなる静電チャックにおいて、電極層が導電性金属珪化物であるＴａＳｉ_２、ＮｂＳｉ_２、ＷＳｉ_２、ＭｏＳｉ_２から選ばれた１種もしくは２種以上からなることを特徴とする静電チャック。
（２）誘電体と基体の主組成が同一の化合物であることを特徴とする（１）に記載の静電チャック。
（３）セラミック誘電体がアルミナ質セラミックであることを特徴とする（１）に記載の静電チャック。
（４）誘電体がＴｉＯ_２を添加したアルミナであることを特徴とする（３）に記載の静電チャック。
（５）誘電体がＴｉ_２Ｏ_３を添加したアルミナであることを特徴とする（３）に記載の静電チャック。
（６）誘電体が窒化アルミニウム質セラミックであることを特徴とする（１）に記載の静電チャック。
（７）セラミック誘電体層、電極層、セラミック基体からなる静電チャックの製造方法において、誘電体原料の成形体（Ａ）と絶縁体基板原料の成形体（Ｂ）とを作製し、次いで成形体（Ａ）および／または成形体（Ｂ）の一主面に導電性金属珪化物であるＴａＳｉ_２、ＮｂＳｉ_２、ＷＳｉ_２、ＭｏＳｉ_２から選ばれた１種もしくは２種以上を電極材料として含むペーストを塗布したのちに、大気雰囲気中にて成形体および電極ペーストの脱脂を行い、次いで成形体（Ａ）と成形体（Ｂ）との間に上記電極層が挟まれるように重ね合わせた後、ホットプレスにより一体焼成することを特徴とする静電チャックの製造方法。
（８）誘電体原料の成形体（Ａ）と絶縁体基板原料の成形体（Ｂ）のうち少なくとも一方がＣＩＰ成形により作製されることを特徴とする（７）に記載の静電チャックの製造方法。
（９）誘電体原料の成形体（Ａ）と絶縁体基板原料の成形体（Ｂ）のうち少なくとも一方がドクターブレード成形により作製されることを特徴とする（７）に記載の静電チャックの製造方法。
（１０）誘電体と基体の主組成が同一の化合物であることを特徴とする（７）乃至（９）のいずれかに記載の静電チャックの製造方法。
（１１）セラミック誘電体がアルミナ質セラミックであることを特徴とする（７）乃至（１０）のいずれかに記載の静電チャックの製造方法。
（１２）誘電体がＴｉＯ_２を添加したアルミナであることを特徴とする（１１）に記載の静電チャックの製造方法。
（１３）誘電体がＴｉ_２Ｏ_３を添加したアルミナであることを特徴とする（１１）に記載の静電チャックの製造方法
（１４）誘電体が窒化アルミニウム質セラミックであることを特徴とする（７）乃至（１０）のいずれかに記載の静電チャックの製造方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明によれば耐酸化性の高い導電性金属珪化物を電極材料に用いることにより、大気雰囲気での脱脂が可能となり、安定して炭素分を除去することができる。
【００１５】
電極の導電物質として金属珪化物を単独で用いても良いが、焼結性を良くする、熱膨張率を調整する等の目的で、フリットなどの添加物を添加しても良い。
【００１６】
また、導電性金属珪化物としては、ＴａＳｉ₂、ＮｂＳｉ₂、ＷＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂を用いると、熱膨張率および融点が、誘電体や基体として用いられているセラミック、特にアルミナ系セラミックに近いため、電極層での剥離が生じにくく、より好ましい。
【００１７】
誘電体としては公知の誘電体セラミックスが使用可能であり、請求項３〜６に示したようにアルミナ質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックス等が使用される。アルミナ質セラミックスの場合、ＴｉＯ₂、Ｔｉ₂Ｏ₃などの遷移金属酸化物の添加により誘電体の体積固有抵抗率を１０⁹〜１０¹³Ω・ｃｍの範囲で制御でき、ジョンセン・ラーベック力による強い吸着力が発現する。絶縁体基板としてはアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、等が使用可能であるが、請求項２及び１０に示したように、誘電体と主組成が同一の化合物を用いると焼成時の誘電体、絶縁体基板間の反応や収縮率の違いによる反り、クラックの発生などのトラブルを防止することができ、より好ましい。ここで言う主組成が同一とは、当該セラミックスの焼成収縮挙動、熱膨張率がほぼ同一となる組成ということである。従って、アルミナ、窒化アルミニウムの場合、焼成収縮挙動、熱膨張率がほぼ同一である限り、添加する助剤の種類、量に若干の差があってもかまわない。誘電体、絶縁体基板の成形体は原料粉末にバインダー、分散剤、等を加え、ＣＩＰ（静水圧加圧）成形、プレス成形、あるいはドクターブレード成形等により作製したものが用いられる。電極は前述の材料を含んだペーストをスクリーン印刷等により誘電体もしくは絶縁体基板の成形体上に塗布される。電極を挟んで、誘電体、絶縁体基板の成形体を重ね合わせ、大気中にて脱脂を行った後、ホットプレス装置にセットし、加圧一体焼成を行う。焼成後のサンプルを所定形状に加工し、静電チャックが完成する。また、両面に吸着部を形成させるときには、絶縁体基板の成形体の上下面に、誘電体の成形体を重ね合わせたのちに、脱脂、一体焼成を行えばよい。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００１９】
（実施例１）
α−Ａｌ₂Ｏ₃の粉末に５重量％のＴｉＯ₂の粉末を加え、蒸留水、バインダー、分散剤を加えてボールミル混合した。スラリーをスプレードライヤーで造粒し、粒径約７０μｍの造粒粉とした。これを円盤状に２枚、ＣＩＰ成形し、それぞれ誘電体、絶縁体基板の成形体とした。誘電体の成形体上にＴａＳｉ₂ペーストをスクリーン印刷した後、絶縁体基板の成形体を重ね合わせた。５００℃、大気中で脱脂後、ホットプレス装置にセットし、アルゴンガス中で１５００℃、３０ＭＰａで２時間、加圧焼成した。得られた焼結体の誘電体部分を厚さ３００μｍになるように研削加工し、更に全体を直径２００ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状に加工した。絶縁体部分に直径５ｍｍの穴をあけ、リード電極を結合し、図１に示すような静電チャックを製造した。
【００２０】
この静電チャックの誘電体の電気抵抗率を測定したところ１×１０¹¹Ωｃｍと安定していた。この静電チャックに真空中で５００Ｖの直流電圧を２０秒間印加し、シリコンウェーハを吸着したときの吸着力を測定したところ、４５００ｇ／ｃｍ²の均一な吸着力を示した。静電チャックを切断し、内部電極の反りを測定したところ、反りは最大１１μｍと非常に小さいことが分かった。
【００２１】
（実施例２）
焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃を１．０重量％含むＡｌＮの粉末にエタノール、バインダー、分散剤を加えてボールミル混合した。スラリーをスプレードライヤーで造粒し、粒径約５０μｍの造粒粉とした。これを実施例１と同様に円盤状に２枚ＣＩＰ成形し、それぞれ誘電体、絶縁体基板の成形体とした。誘電体の成形体上にＮｂＳｉ₂ペーストをスクリーン印刷した後、絶縁体基板の成形体を重ね合わせた。５００℃、大気中で脱脂後、ホットプレス装置にセットし、窒素中で１８５０℃、３０ＭＰａで２時間、加圧焼成した。得られた焼結体の誘電体部分を厚さ３００μｍになるように研削加工し、更に全体を直径２００ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状に加工した。絶縁体部分に直径５ｍｍの穴をあけ、リード電極を結合し、図１に示すような静電チャックを作製した。この静電チャックの誘電体の電気抵抗率を３００℃にて測定したところ１．１×１０¹⁰Ωｃｍと安定していた。この静電チャックに真空中で５００Ｖの直流電圧を２０秒間印加し、シリコンウェーハを吸着したときの吸着力を測定したところ、４８００ｇ／ｃｍ²の均一な吸着力を示した。静電チャックを切断し、内部電極の反りを測定したところ、反りは最大１０μｍと非常に小さいことが分かった。
【００２４】
比較のため、電極材料をＷとして、同様の方法で作製した誘電体、電極、絶縁体基板の積層成形体を大気中、５００℃で脱脂したところ、電極材料が酸化されてしまい、内部電極として機能しなかった。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の静電チャックおよびその製造方法を用いると、吸着力が均一な高性能の静電チャック得ることができるため、産業上極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電チャック断面の概略を示す図である。
【符号の説明】
１．誘電体層
２．電極層
３．絶縁体基板
４．リード電極
５．被着体

Claims

誘電体原料の成形体（Ａ）および／または絶縁体基板原料の成形体（Ｂ）の一主面に、導電性金属珪化物であるＴａＳｉ _２、ＮｂＳｉ _２、ＷＳｉ _２、ＭｏＳｉ _２から選ばれた１種もしくは２種以上を電極材料として含むペーストを塗布したのちに、大気雰囲気中にて成形体および電極ペーストの脱脂を行い、次いで成形体（Ａ）と成形体（Ｂ）との間に上記電極層が挟まれるように重ね合わせた後、ホットプレスにより一体焼成して得られるセラミック誘電体層、電極層、セラミック基体からなる静電チャックにおいて、電極層が導電性金属珪化物であるＴａＳｉ_２、ＮｂＳｉ_２、ＷＳｉ_２、ＭｏＳｉ_２から選ばれた１種もしくは２種以上からなることを特徴とする静電チャック。
誘電体と基体の主組成が同一の化合物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。
セラミック誘電体がアルミナ質セラミック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。
誘電体がＴｉＯ_２を添加したアルミナであることを特徴とする請求項３に記載の静電チャック。
誘電体がＴｉ_２Ｏ_３を添加したアルミナであることを特徴とする請求項３に記載の静電チャック。
誘電体が窒化アルミニウム質セラミック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。
セラミック誘電体層、電極層、セラミック基体からなる静電チャックの製造方法において、誘電体原料の成形体（Ａ）と絶縁体基板原料の成形体（Ｂ）とを作製し、次いで成形体（Ａ）および／または成形体（Ｂ）の一主面に導電性金属珪化物であるＴａＳｉ_２、ＮｂＳｉ_２、ＷＳｉ_２、ＭｏＳｉ_２から選ばれた１種もしくは２種以上を電極材料として含むペーストを塗布したのちに、大気雰囲気中にて成形体および電極ペーストの脱脂を行い、次いで成形体（Ａ）と成形体（Ｂ）との間に上記電極層が挟まれるように重ね合わせた後、ホットプレスにより一体焼成することを特徴とする静電チャックの製造方法。
誘電体原料の成形体（Ａ）と絶縁体基板原料の成形体（Ｂ）のうち少なくとも一方がＣＩＰ成形により作製されることを特徴とする請求項７に記載の静電チャックの製造方法。
誘電体原料の成形体（Ａ）と絶縁体基板原料の成形体（Ｂ）のうち少なくとも一方がドクターブレード成形により作製されることを特徴とする請求項７に記載の静電チャックの製造方法。
誘電体と基体の主組成が同一の化合物であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の静電チャックの製造方法。
セラミック誘電体がアルミナ質セラミックであることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の静電チャックの製造方法。
誘電体がＴｉＯ_２を添加したアルミナであることを特徴とする請求項１１に記載の静電チャックの製造方法。
誘電体がＴｉ_２Ｏ_３を添加したアルミナであることを特徴とする請求項１１に記載の静電チャックの製造方法。
誘電体が窒化アルミニウム質セラミックであることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の静電チャックの製造方法。