JP4031732B2

JP4031732B2 - 静電チャック

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Publication number: JP4031732B2
Application number: JP2003147454A
Authority: JP
Inventors: 和一口町
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2023-05-26
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程や液晶製造工程において、半導体ウェハ（以下、ウェハと称す）や液晶ガラスに微細加工を施すエッチング工程や薄膜を形成するための成膜工程、フォトレジスト膜を露光する露光処理工程等において、ウェハや液晶ガラスを保持する静電チャックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工程において、ウェハ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、又はフォトレジスト膜を露光するための露光処理工程等において、ウェハを保持するために静電気的に吸着する静電チャックが使用されている。
【０００３】
この静電チャックは、図５に示すようにセラミック基体５４の上面に一対の吸着用電極５３と、該吸着用電極５３に通電する給電端子５８を備え、該吸着用電極５３を覆うように絶縁膜５２が形成され、該絶縁膜５２の上面はウェハを載せる載置面５２ａとなっている。
【０００４】
静電チャック５１は、静電気のクーロン力を利用する物体保持装置で、誘電率εの絶縁膜５２を厚みｒで形成し、載置面５２ａにウェハを載せ前記吸着用電極５３にＶボルトの電圧を印加すると、ウェハＷと吸着用電極５３の間にその電圧の半分のＶ／２ボルトが印加される。その電圧によりウェハＷを引きつける吸着力Ｆが生じる。
【０００５】
Ｆ＝（ε／２）×（Ｖ^２／４ｒ^２）
物体を保持する保持力である静電気力である吸着力Ｆは、絶縁膜５２の厚みｒが小さい程大きく、また、電圧Ｖが大きければ大きい程大きくなる。電圧Ｖを大きくすればするほど吸着力Ｆが増すが、あまり大きくすると絶縁膜５２の絶縁が破壊されてしまう。また、絶縁膜５２にピンホールなどの空所があると絶縁が破壊される。それで、物体を保持する絶縁膜５２の表面は、滑らかであること、ピンホールがないことが求められる。
【０００６】
ところで、通常の静電チャックは、特許文献１に見られるように、電極としてアルミ等の金属を用い、これを覆う絶縁膜としてガラスあるいはベークライト、アクリル、エポキシ等の有機膜を備えたものが使用されている。しかし、これらの絶縁膜は全て耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性等の点で問題があるだけでなく、硬度が小さいことから使用時に摩耗粉が発生して半導体ウェハに付着しやすく、半導体ウェハに悪影響を及ぼしやすいなどクリーン度の点でも問題がある。
【０００７】
また、図３のように溶射成形したセラミック膜を絶縁膜２５とした静電チャックが特許文献２に記載されているが、この絶縁膜２５はピンホールが多く耐電圧に問題があった。
【０００８】
また、特許文献３にはセラミック基体の主面に吸着用電極を形成し、セラミック基体の主面の全面に数μｍの厚みの絶縁膜をスパッタ、イオンプレーティング、真空蒸着で形成する方法が記載されている。
【０００９】
また、エッチングプロセスで使用される静電チャックの要求特性として、プロセスガスやクリーニングガスのハロゲン腐食ガス中での耐プラズマ性、エッチングする膜種によりプロセス温度が異なるため、―２０〜２００℃という温度範囲でも使用できるものが求められている。
【００１０】
更に、超ＬＳＩのメモリ容量の拡大に伴って、微細加工が益々進み、耐プラズマ性を必要とするプロセスが拡大している。特に、エッチング用ガスやクリーニング用ガスとして、塩素系ガス、及びフッ素系ガスなどのハロゲン系腐食性ガスが多用されている。クリーニングではウェハの載置面にダミーウェハを載せないでクリーニングを行うウェハレスクリーニングが検討され、ウェハの載置面の耐プラズマ性が強く求められることもある。
【００１１】
また、エッチング加工するウェハ上の膜種により、静電チャックの使用温度範囲が広く、広い温度範囲で耐久性のあるものが必要である。静電チャックには導電性基体としてアルミニウム合金を用いてその表面をアルミナ溶射膜で作製されたものや導電性基体としてアルミニウム合金を用いてその表面にアルミニウムの陽極酸化膜を形成して絶縁膜とすることで、耐プラズマ性を兼ねた静電チャックが開示されているが、これらは温度が上がるとアルミニウムベースと上記の絶縁膜の熱膨張の差により、クラックが入る問題があった。その対策として、特許文献４のようにセラミックと金属からなる導電性基体２３の熱膨張係数を考慮してアルミナ溶射膜２５を絶縁膜として、広い温度範囲で使用してもクラックが発生しないものがあった。
【００１２】
また、特許文献５には導電性基体としてアルミニウム合金基体の表面にアルミニウムの陽極酸化膜を形成し、その上に耐プラズマ性に優れた非晶質なＡｌ酸化物を０．１〜１０μｍ形成したものがあった。
【００１３】
また、特許文献６には、静電チャックにはセラミックス内部に吸着用電極を内蔵したものがあるが、冷却機能を備えた導電性基体とシリコーン接着剤等で接合されて一体化されていた。
【００１４】
【特許文献１】
特開昭５９−９２７８２号公報
【００１５】
【特許文献２】
特開昭５８−１２３３８１号公報
【００１６】
【特許文献３】
特開平４−４９８７９号公報
【００１７】
【特許文献４】
特開平１１−２６５９３０号公報
【００１８】
【特許文献５】
特開平８−２８８３７６号公報
【００１９】
【特許文献６】
特開平４−２８７３４４号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献３や特許文献５に記載の静電チャックの絶縁膜はスパッタやＣＶＤ等で作製され、絶縁膜の厚みは数μｍ以下に限定されていることから吸着電極に電圧を印加すると絶縁膜が絶縁破壊する虞があった。
【００２１】
また、特許文献５には図４に示すようにとしてアルミニウム合金基体２４の表面にアルミニウムの陽極酸化膜２６を形成し、その上に耐プラズマ性に優れた非晶質なアルミニウム酸化物層２２を０．１〜１０μｍ形成したものがあったが、１０μｍ程度の保護膜では成膜中に発生するピンホールは埋まらず下地を侵してしまうという問題があった。また、０．１〜１０μｍ程度ではハードなプラズマ条件ではすぐ浸食されてしまい、実用性に乏しかった。この膜は１０μｍ以上の膜を成膜すると成膜時の内部応力により剥がれると言う問題があった。
【００２２】
更に、導電性基体としてアルミニウム合金基体２４が使用されているため、その上に形成されたアルミニウムの陽極酸化膜２６及び非晶質なアルミニウム酸化物層２２の熱膨張係数が異なるため、１００℃以上の温度で膜にクラックが入ってしまうという問題があった。
【００２３】
また、上層の非晶質酸化アルミニウム膜２２の体積固有抵抗が下層のアルミニウムの陽極酸化膜に対して大きい場合、静電チャック２１の導電性基体２４とウェハ間の電圧が非晶質酸化アルミニウム膜２２側に大きく加わり、非晶質酸化アルミニウム膜２２が絶縁破壊することもあった。
【００２４】
また、非晶質酸化アルミニウム膜とアルミニウムの陽極酸化膜の体積固有抵抗が異なるためと電圧を印加しても吸着力がすぐに立ち上がらず一定になるのに時間を要したり、印加する電圧を切ってもすぐに吸着力が０にならずに残留吸着力が発生するなどの吸着／離脱特性の応答性が悪くなってしまうことがあり、ウェハの脱着に必要以上の時間を要し、プロセス制御に支障をきたすことがあった。
【００２５】
また、特許文献７に記載の静電チャックのシリコーン接着剤等は、エッチング装置等で使用するとプロセスガスでシリコーン接着剤層が侵されてしまうという問題があった。
【００２６】
特許文献２や特許文献４のようにアルミナ溶射層を絶縁膜２５としたものは溶射膜にボイドが多く、そのボイドを有機珪素や無機珪素を使って封孔処理をするがその封孔処理に用いた珪素部分がプラズマでエッチングされ、耐電圧が低下して短期間で静電チャックとして使用不可となる虞があった。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電チャックは、金属または金属とセラミックからなる導電性基体と、該導電性基体を吸着用電極として、前記導電性基体がアルミニウムまたはアルミニウム合金の何れか一つの金属成分と、炭化珪素または窒化アルミニウムの何れか一つのセラミック成分とからなり、該セラミック成分の含有量が５０〜９０質量％であり、前記導電性基体の一方の主面に絶縁膜を備え、その上面をウェハを載せる載置面として、前記絶縁膜は酸化物からなる非晶質セラミックスから成り、その厚みが１０〜１００μｍであることを特徴とする。
【００２８】
また、前記絶縁膜は、希ガス類元素を１〜１０原子％含み、ビッカース硬度が５００〜１０００ＨＶ０．１であることを特徴とする。
【００２９】
また、前記絶縁膜が酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウムまたは希土類の酸化物で形成されていることを特徴とする。
【００３１】
また、前記絶縁膜の形成面以外の前記導電性基体の表面にアルミニウムの陽極酸化膜またはアルミナ溶射膜からなる保護膜が形成されていることを特徴とする。
【００３２】
【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。
【００３３】
図１は本発明の静電チャック１の一例である概略の構造を示す。金属または金属とセラミックからなる導電性基体３の上面に非晶質セラミックからなる絶縁膜２が形成されている。その非晶質セラミック絶縁膜２の上面をウェハを吸着させる載置面２ａとする。
【００３４】
導電性基体３が金属のみからなる場合は非晶質セラミックからなる絶縁膜２の熱膨張に合わせて導電性基体３の金属を選定するのが好ましい。金属は非晶質セラミックに比べて熱膨張率が大きいものが多いことから、導電性基体３の材質としてＷ、Ｍｏ、Ｔｉなどの低熱膨張金属が好ましい。
【００３５】
また、導電性基体３として金属とセラミックの複合部材を用いる場合は三次元編目構造の多孔質セラミック体を骨格とし、その気孔部に隙間なくアルミニウムやアルミニウム合金を充填した複合材料を使うことが好ましい。このような構造とすることで、絶縁膜２と導電性基体３の熱膨張係数を近づけることができる。
【００３６】
更に、導電性基体３の電気抵抗値が約１０^−７Ω・ｍと小さく、導電性基体３を吸着電極として使うことが可能となり好ましい。しかも、導電性基体３の熱伝導率が約１６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と大きな材料が得られ、プラズマ等の雰囲気からウェハＷに伝わった熱を導電性基体３を通して取り除くことが容易となり好ましい。
【００３７】
そして、載置面２ａの上にウェハＷを載せ、導電性基体３とウェハＷの間に数百Ｖの吸着電圧を給電口５から印加して、導電性基体３とウェハＷの間に静電吸着力を発現させ、ウェハＷを載置面２ａに吸着することができる。上記のウェハへの給電の方法として、導体をウェハＷに直接接触させる方法もあるが、プラズマ中で使用するとプラズマを伝ってウェハＷに給電されるため、ウェハＷに直接導体を接続し給電する必要はない。
【００３８】
上記のように本発明の静電チャック１の絶縁膜２は均一な非晶質セラミックから成る絶縁膜２の１層のみから形成され、導電性基体３から載置面２ａの間の絶縁膜２の体積固有抵抗が一様であることから、絶縁膜２の中を電界が一様に形成され吸着電圧を印加した時に吸着力が素早く発現し一定の吸着力になる。そして、印加する吸着電圧を切ると、すぐに吸着力が０になりウェハＷを離脱できる。このように吸着／離脱特性の優れた静電チャック１とすることができる。
【００３９】
また、絶縁膜２を均一な非晶質セラミックからなる絶縁膜２とする理由は、以下のように考えられる。
【００４０】
結晶質セラミックからなる絶縁膜は結晶格子が強固に結合されていることから、格子間距離が応力で変化し難く、結晶質セラミックからなる絶縁膜を静電チャックの絶縁膜とすると、導電性基体３から上記の絶縁膜に発生する内部応力や熱膨張差などの熱応力を緩和する機能に乏しいが、非晶質セラミックからなる絶縁膜２は結晶質セラミックからなる絶縁膜と異なり格子間距離が一定でなく応力に対して格子間距離が変化する機能があり、内部応力を結晶質セラミックからなる絶縁膜より小さくすることができる。また、非晶質セラミックからなる絶縁膜２は非晶質であるため原子配列が周期的でなく、原子レベルの空間ができやすく不純物を取り込みやすい構造になっている。そのため、非晶質セラミックからなる絶縁膜２と導電性基体３との熱膨張差や成膜時の応力などによる内部応力が発生しても、原子配列が不規則であるのと原子レベルの欠陥が多くあるため、若干変位することができ、絶縁膜２にかかる応力を低減することができる。そして、その非晶質セラミックからなる絶縁膜２は同等組成の対応する結晶の化学量論組成よりも酸素量や窒素量が少ない状態になっているため、原子レベルの欠陥ができやすく絶縁膜２と導電性基体３との間の応力を緩和することが容易となる。
【００４１】
そして、上記非晶質セラミックからなる絶縁膜２の厚みは１０〜１００μｍが好ましい。非晶質セラミック絶縁膜２の厚みが１０μｍ未満では、導電性基体３の表面のボイドやパーティクルの影響を受けて、非晶質セラミックからなる絶縁膜２にピンホールや膜厚が極端に薄いところが発生し、プラズマ中で使用するとその部分が欠陥となり、絶縁膜２を貫通して導電性基体３を浸食することがあり、絶縁膜２の絶縁破壊による異常放電やパーティクルを発生することがある。そのため、絶縁膜は少なくとも１０μｍ以上の厚みが必要である。
【００４２】
また、絶縁膜２の厚みが１００μｍを越えると非晶質セラミックからなる絶縁膜２を成膜する時間が数十時間以上となり量産性に乏しく、また内部応力も大きくなりすぎるため絶縁膜２が導電性基体３から剥離するという問題が発生する虞がある。更に好ましい絶縁膜２の厚みは３０〜７０μｍである。
【００４３】
尚、本発明において厚み１０μｍ以上とは、導電性基体３の上の絶縁膜２の最小厚みが１０μｍ以上のことであり、厚み１００μｍ以下とは導電性基体３の上の絶縁膜２の最大厚みが１００μｍ以下のことである。
【００４４】
上記静電チャック１の非晶質セラミックからなる絶縁膜２中には他の元素と反応していない希ガス類元素としてアルゴンが存在しており、希ガス類元素を膜中に多く入れることにより、非晶質セラミックからなる絶縁膜２の変形が容易となり内部応力を緩和する効果が大きくなる。そのため、本発明のような１０μｍ以上の厚みの非晶質セラミックからなる絶縁膜２を導電性基体３に成膜しても絶縁膜２を剥離するような大きな応力の発生を防ぐことができる。
【００４５】
絶縁膜２の中の前記アルゴン量のコントロールは成膜時のアルゴンのガス圧力を大きくして、成膜する導電性基体３に印加するマイナスバイアス電圧を大きくすることにより、プラズマ中で電離したアルゴンイオンを絶縁膜２中に多く取り込むことができる。
【００４６】
絶縁膜２中のアルゴン量は１〜１０原子％が好ましい。更に好ましくは３〜８原子％である。希ガス類元素の含有量が１原子％以下であると、非晶質セラミックからなる絶縁膜２が充分変位できなくなるため応力を緩和する効果が小さくなり、１０μｍ程度の厚みでもクラックが発生しやすくなる。また、逆に希ガス類元素を１０原子％以上とするのは製作上困難である。
【００４７】
また、前記希ガス類元素としてアルゴンの代わりに他の希ガス類元素を使ってスパッタを行っても同じ効果が得られるが、スパッタ効率とガスのコストを考えると、アルゴンガスはスパッタ効率が高く安価で好ましい。
【００４８】
上記絶縁膜２中のアルゴンの定量分析方法としては酸化アルミニウム焼結体に非晶質セラミック膜２を２０μｍの厚みで成膜したものを比較試料として作製し、該試料をラザフォード後方散乱法により分析し、検出した全原子量とアルゴンの原子量を計測して、アルゴンの原子量を全原子量で割った値を原子％として算出した。
【００４９】
また、非晶質セラミックからなる絶縁膜２は上記のように希ガス類元素を含むことから、類似組成のセラミック焼結体に比べて硬度が小さくなっている。希ガス類元素を多く入れることにより、硬度を小さくすることができ、膜中の内部応力を低下することができる。
【００５０】
また、非晶質セラミックからなる絶縁膜２はスパッタ等の成膜工程で形成され絶縁膜２の表面には凹部が存在するが、絶縁膜２の内部にはボイドがほとんど存在しない。そこで、表面の凹部は表面を研磨加工して除去することにより、プラズマに曝される表面積をいつでも最小にすることができ、更に多結晶体のような粒界が存在しないことからエッチングが一様で脱粒も発生し難い。その結果、従来から使われているセラミック多焼結体からなる絶縁膜より各段に耐プラズマ性に優れたものとなる。また、結晶粒界を含むセラミックス多結晶焼結体では面粗さがＲａ０．０２程度までであるが、非晶質セラミック絶縁膜はＲａ０．０００３程度まで小さくすることが可能であり耐プラズマ性の観点から好ましい。
【００５１】
更に、上記の希ガス類元素を含む非晶質セラミックからなる絶縁膜２のビッカース硬度は５００〜１０００ＨＶ０．１が好ましく、１０００ＨＶ０．１を超えると内部応力が大きくなり絶縁膜２が剥がれる虞がある。絶縁膜２のビッカース硬度が５００ＨＶ０．１未満では絶縁膜２の内部応力は小さくなり絶縁膜２の剥離の問題は生じ難いが、硬度が小さ過ぎることから絶縁膜２に大きな傷が入りやすく、この結果として耐電圧低下を発生する。これはウェハＷと静電チャック１の載置面２ａの間に入り込んだ硬質のゴミにより絶縁膜２に傷が入り、この傷の部分の耐電圧が低下したりすることがある。従って、絶縁膜２のビッカース硬度は５００〜１０００ＨＶ０．１が好ましく、更に好ましくは６００〜９００ＨＶ０．１である。
【００５２】
また、上記非晶質セラミックからなる絶縁膜２は耐プラズマ性の優れた酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウムまたは希土類酸化物で構成されることが好ましい。特に、酸化イットリウムが優れている。
【００５３】
また、本発明の金属とセラミックからなる導電性基体３は、導電性基体３の熱膨張係数が骨格をなす多孔質セラミック体の熱膨張係数に依存するところが大きく、上記セラミックとして炭化珪素や窒化アルミニウムが好ましい。また、導電性基体３の熱伝導率は気孔部に充填した金属の熱伝導率に依存するところが大きいため、両者の配合比をそれぞれ変えることにより、導電性基体３の熱膨張係数と熱伝導率を適宜に調整することができる。特に、上記金属としてはウェハＷに影響の少ないアルミニウムやアルミニウム合金が好ましい。
【００５４】
導電性基体３のセラミック成分の含有量が５０質量％より少なくなると導電性基体３の強度が大きく低下するとともに、導電性基体３の熱膨張係数が多孔質セラミック体よりもアルミニウム合金の熱膨張係数による依存度が大きく導電性基体３の熱膨張係数が大きくなり、非晶質セラミック絶縁膜２との熱膨張差が大きくなり過ぎることから絶縁膜２が剥離する虞がある。
【００５５】
逆に、導電性基体３のセラミック成分の含有量が９０質量％より多くなると、セラミックの開気孔率が小さくなりアルミニウム合金を充分に充填できなくなり、熱伝導や電気伝導が極端に低下してしまい、導電性基体として機能を果たさなくなる。上記セラミックとして窒化珪素や炭化珪素や窒化アルミニウム、アルミナなど低熱膨張で高剛性の多孔質セラミックを用いる。気孔部に隙間なくアルミニウム合金を充填するためには、気孔径が１０〜１００μｍの多孔質セラミック体を用いることが望ましい。
【００５６】
なお、多孔質セラミック体の気孔部に金属を充填する方法としては、予め多孔質セラミック体を入れて加熱しておいたプレス機に溶融金属を注入し、加圧プレスすれば良い。
【００５７】
ＳｉＣの質量比率を５０〜９０％にすることにより、導電性基体３の熱膨張率を１１×１０^−６〜５×１０^−６／℃程度に変えることができるため、絶縁膜２の熱膨張率や成膜応力に合わせることが可能となる。
【００５８】
また、本発明の静電チャック１が用いられるエッチング工程の腐食性のガスは不記載のカバーリング等で保護された静電チャック１の側面や裏面の雰囲気露出面にも若干侵入するため、プラズマに対する耐食性を高める上で保護膜４があることが好ましい。
【００５９】
ウェハ載置面２ａに比べて浸食が少ない導電性基体３の側面及び裏面にアルミナ溶射膜やアルミニウムの陽極酸化膜を形成し保護膜４とすることが好ましい。上記のアルミナ溶射膜の厚みは５０〜５００μｍ形成することが好ましい。また、上記のアルミニウムの陽極酸化膜の厚みは２０〜２００μｍ形成することが好ましい。
【００６０】
保護膜４としてアルミナの溶射膜を形成する場合は導電性基体３の表面の材質は問わないが、保護膜４としてアルミニウムの陽極酸化膜を形成する場合は導電性基体３の表面がアルミニウム合金である必要がある。前述の多孔質セラミック体にアルミニウム合金を含浸させた導電性基体３に陽極酸化膜を施しても表面のアルミニウム部分のみに陽極酸化膜が成長するだけで部分的にセラミック部分が露出した構造になり、耐プラズマ性が低下し、プラズマ雰囲気と導電性基体３との間の絶縁性が悪くなるため、アルミニウム合金を含浸させる際に、アルミニウム合金を導電性基体３の表面に形成した導電性基体３を作製することが好ましい。そして、アルミニウムの陽極酸化膜を形成することにより、耐プラズマ性を高め、更に表面のアルミニウムを酸化することで表面の絶縁性を備えることができる。
【００６１】
尚、裏面のプラズマ保護膜４の一部には導電性基体３と導通が取れるように給電口５が設けてあることが好ましい。
【００６２】
次に本発明の静電チャック１の製法について述べる。ここでは導電性基体３として炭化珪素の多孔質体にアルミニウム合金を含浸させると同時に表面層をアルミニウム合金とした導電性基体３に陽極酸化膜を形成して耐プラズマの保護膜４とし、酸化アルミニウムからなる非晶質セラミック絶縁膜２をスパッタ法により形成した静電チャック１について説明する。
【００６３】
平均粒径６０μｍ程度の炭化珪素粉末に対し、酸化珪素（ＳｉＯ_２）粉末とバインダー及び溶媒を添加混練したあとスプレードライヤーにて顆粒を製作した。そして、この顆粒をラバープレス成形法にて円盤状の成形体を形成したあと、真空雰囲気下にて通常の焼成温度より低い１０００℃程度の温度で焼成することにより、気孔率２０％を有する、窒化珪素製の多孔質セラミック体を作製し、所望する形状に加工する。
【００６４】
そして、この多孔質セラミック体をプレス機のダイに装填し、このダイを６８０℃まで加熱したあと、溶融させた純度９９％以上のアルミニウム合金をダイに充填し、パンチを降下させて９８ＭＰａにて加圧した。そして、この加圧状態のまま冷却することにより、気孔部に金属としてアルミニウム合金が充填された多孔質セラミック体を形成し、ダイのサイズは多孔質セラミック体のサイズより大きめのものを使用すると導電性基体３の表面の全面にアルミニウム合金層が形成され、所定の形状にすることにより導電性基体３を得ることができる。
【００６５】
そして上記導電性基体３の表面のアルミニウム合金層の表面を陽極酸化被膜処理を行いアルミニウムの陽極酸化膜を得ることができる。陽極酸化被膜処理は蓚酸または硫酸等の酸に導電性基体３を陽極として、炭素等を陰極として浸し電気分解すると、アルミニウム合金の表面にγ−Ａｌ_２０_３が被膜して生成する。この被膜は多孔質状であるため、該被膜を沸騰水に浸す、あるいは加熱蒸気と反応させることにより緻密なベーマイト（ＡｌＯＯＨ）被膜からなる保護膜４が得られる。
【００６６】
上記の保護膜４を形成した導電性基体３に絶縁膜２を形成するには、絶縁膜２を形成する面の上記保護膜４を切削加工で除去した後、導電性基体３表面の鏡面加工を行い、成膜面として仕上げる。
【００６７】
また、上記導電性基体３に保護膜４としてアルミナ溶射膜を形成する場合は、導電性基体３の表面をブラスト処理等で粗面化したのちにアルミナの溶射を施す方が密着性を大きくできる。更にアルミナの溶射をする前の下地処理としてＮｉ系の金属膜を溶射すると保護膜４との密着性が大きく好ましい。アルミナの溶射膜は、４０〜５０μｍ程度のアルミナ粉末を大気プラズマや減圧プラズマで溶融・照射することで形成する。気密性を高めるために減圧プラズマで行うことが好ましい。
【００６８】
溶射膜のみでは開気孔が存在するため、有機珪素化合物や無機珪素化合物を含浸させて加熱することで封孔処理を行い保護膜４とする。
【００６９】
上記導電性基体３の上記仕上げ面に形成する非晶質セラミックからなる絶縁膜２はスパッタによって作製する。平行平板型のスパッタ装置に絶縁膜２として成膜したい組成のターゲットをセットする。ここでは酸化アルミニウム焼結体をターゲットとし、該ターゲットと対向するように導電性基体３を銅製のホルダーの中にセットする。導電性基体３の裏面とホルダー表面はＩｎとＧａからなる液状合金を塗り貼り合わせることにより導電性基体３とホルダーとの間の熱伝達が大きくなり、導電性基体３の冷却効率を上げることができることから良質な非晶質セラミックからなる絶縁膜２を形成することができる。
【００７０】
このように導電性基体３をスパッタのチャンバー内にセットし、真空度を０．００１Ｐａとした後、アルゴンガスを２５〜７５ｓｃｃｍ流す。
【００７１】
そして、ターゲットとホルダーの間にＲＦ電圧をかけることによりプラズマが発生する。そして、ターゲットのプレスパッタ及び導電性基体３側のエッチングを数分間行いターゲットと導電性基体３のクリーニングを行う。
【００７２】
酸化アルミニウム製の非晶質セラミックからなる絶縁膜２の成膜は上記のＲＦ電力を３〜９Ｗ／ｃｍ^２にしてスパッタを行う。また、導電性基体３側には−１００〜−２００Ｖ程度のバイアスをかけてターゲットから電離した分子及び電離したアルゴンイオンを引きつける。しかし、導電性基体３が絶縁されていると電離したアルゴンイオンにより導電性基体３の表面が帯電してしまい、次のアルゴンイオンが入りにくい状態になる。膜中に入ったアルゴンイオンは電荷を放出してアルゴンの状態に戻り、膜中に残留する。アルゴンを膜中に多く取り込むには成膜時に導電性基体３の給電口からＩｎＧａ層、ホルダーの経路で電荷を逃がし、常にアルゴンを非晶質セラミックからなる絶縁膜２に取り込みやすい状態にしておくことが必要である。
【００７３】
また、導電性基体３の冷却が悪いと部分的に非晶質セラミック絶縁膜２が非晶質から結晶化してしまい、部分的に耐電圧が悪くなったり、耐プラズマ性が悪くなってしまう。導電性基体３の冷却は装置の冷却板に冷却水を流すことで基板ホルダー内を充分冷却して導電性基体３の温度を数十度に保つことが良い。
【００７４】
絶縁膜２の成膜レートは３μｍ／時間にて１７時間成膜し、約５０μｍの膜厚の非晶質セラミックからなる絶縁膜２を作製した。
【００７５】
その後、非晶質セラミック絶縁膜２の表面をポリッシング等で整えることによりウェハ載置面を形成し静電チャック１を完成する。
【００７６】
【実施例】
（実施例１）直径１９８ｍｍで、厚み５ｍｍのＳｉＣ多孔質体にアルミニウム合金を含浸させ、側面と上下面に厚み１ｍｍのアルミニウム合金層を設けたＳｉＣが８０質量％とアルミ合金が２０質量％とからなる直径２００ｍｍ、厚み７ｍｍの導電性基体３を得た。そして、その上面に非晶質セラミックからなる絶縁膜を形成し試料Ｎｏ.１〜１０として、絶縁膜の絶縁破壊、クラック、剥離や耐プラズマ性の評価を行った。
【００７７】
絶縁膜の絶縁破壊の評価は、ウェハと導電性基体との間に３ｋＶ電圧を印加して絶縁破壊の有無を評価した。
【００７８】
また、耐プラズマ性の評価は、静電チャックの側面にカバーリングを設けて側面をカバーして、ウェハ載置面にウェハＷを載せない状態で、ハロゲンガスとしてＣｌ_２を６０ｓｃｃｍ流しながら４Ｐａの真空度として、載置面の上方に配置した対抗電極と導電性基体３の間に２ｋＷの高周波電力を供給しながらプラズマを対抗電極と載置面の間に発生させ１００時間載置面にプラズマを曝した。その後、絶縁膜の状態を観察し、絶縁膜が腐食し導電性基体が露出していないものや、載置面の表面に凹凸が発生していない優れた特性を示すものを○で示し、それ以外を×とした。
【００７９】
また、比較例として同じ形状の導電性基体３の全面にアルミナ溶射膜を設けた試料Ｎｏ.１０と、アルミニウム合金に陽極酸化膜を生成し、その上に１０μｍの非晶質酸化アルミニウム膜を形成した試料Ｎｏ．１１を用いた。
【００８０】
その結果を表１に示す。
【００８１】
【表１】

【００８２】
本発明の非晶質セラミック絶縁膜２の厚みが１０〜１００μｍの試料Ｎｏ．３〜５、７〜９は絶縁膜の絶縁破壊、クラックや剥離は見られず、耐プラズマ性も良好であり優れた特性を示すことが分かった。
【００８３】
また、非晶質セラミックからなる絶縁膜２であるが厚みが薄い試料Ｎｏ.１、２はクラックや剥離は見られなかったが、プラズマにより腐食し導電性基体が露出し短時間で使用できなかった。非晶質セラミックからなる絶縁膜２の厚みが１５０μｍと厚い試料Ｎｏ.６は絶縁膜にクラックや剥離が短時間で発生した。比較例の試料Ｎｏ.１０のアルミナ溶射膜やＮｏ.１１のアルミニウムの陽極酸化膜はクラックや剥離は見られなかったが、プラズマにより膜の一部が破れて導電性基体が露出してウェハと導電性基体との絶縁がとれなくなり、静電チャックの機能を果たさなくなった。
【００８４】
本発明の絶縁膜２の厚みが１０〜１００μｍの範囲のものは絶縁膜２の剥がれやクラックがなく、プラズマに曝されても表面の凹凸が発生することなく優れた特性を示した。
【００８５】
更に、上記の実験で絶縁破壊や膜の剥離がなく、耐プラズマ性の優れた試料Ｎｏ．３、４、５、７、８、９を用いて吸着力と離脱性の評価を行った。また、その比較例としてアルミニウム合金に陽極酸化膜を生成し、その上に非晶質酸化アルミニウム膜を形成した試料Ｎｏ．１１を用いた。
【００８６】
静電吸着力の測定は常温、真空中で行い、１インチ角のＳｉウェハを載置面に配置して、ウェハＷと導電性基体３に５００Ｖを印加し１分間経過後にＳｉウェハを引き上げ、その引き上げに要した力をロードセルで測定して、その値を載置面の面積で除して単位面積当たりの静電吸着力とした。また、残留吸着力の測定は真空中で行い、１インチ角のＳｉウェハを載置面に配置して、５００Ｖを２分間印加した後、電圧を切り３秒後にＳｉウェハを引き上げ、その引き上げに要した力をロードセルで測定して、その値を載置面の１インチ角の面積で除して単位面積当たりの残留吸着力とした。
【００８７】
本発明の非晶質セラミックからなる絶縁膜２の厚みが１０〜１００μｍの試料Ｎｏ．３〜５、７〜９は静電吸着力が１０００Ｎ／ｍ^２以上と大きく、残留吸着力は０Ｎ／ｍ^２であり、吸着特性に優れていた。
【００８８】
また、アルミニウムの陽極酸化膜の上に非晶質アルミナからなる絶縁膜を備えた試料Ｎｏ．１１は、吸着力が３５００Ｎ／ｍ^２と大きく好ましいが、残留吸着力が６００Ｎ／ｍ^２と大きく使用できなかった。この残留吸着力が大きいのは陽極酸化膜と非晶質アルミニウム酸化膜の体積固有抵抗が異なることが原因と考えられる。
【００８９】
（実施例２）
次に導電性基体３は実験１で用いた直径２００ｍｍで厚みが７ｍｍのものを用いて、絶縁膜２として非晶質酸化アルミニウムを用い、様々な成膜条件を変え、非晶質セラミック絶縁膜２に含まれるアルゴン量を変えた膜を作製し、剥離やクラックの発生の有無を評価した。
【００９０】
【表２】

【００９１】
アルゴン量が０．５原子％と小さい試料Ｎｏ．２１は、絶縁膜にクラックが生じた。
【００９２】
しかし、本発明の希ガス類元素としてアルゴンを１〜１０原子％含む試料Ｎｏ．２２〜２５は絶縁膜にクラックが発生することが無く、絶縁破壊していないことから希ガス類元素は１〜１０原子％が好ましいことが分った。
【００９３】
次に導電性基体３は実験１で用いた直径２００ｍｍで厚みが７ｍｍを使い、絶縁膜２として非晶質の酸化アルミニウムを用い、成膜条件を変えて絶縁膜２のビッカース硬度を変えた膜を作製し、剥離やクラックの発生の有無を確認した。
【００９４】
導電性基体３の上に様々な成膜条件で作った３０μｍの酸化アルミニウムの非晶質セラミックからなる絶縁膜２を備えたものを評価した。
【００９５】
尚、ビッカース硬度は、ＪＩＳＲ１６１０の硬さ記号ＨＶ０．１に対応し荷重０．９８Ｎを１５秒間加えその圧痕の大きさから測定した。
【００９６】
【表３】

【００９７】
ビッカース硬度が４００ＨＶ０．１と小さい試料Ｎｏ．３１はクラックが発生しなかったが、絶縁破壊が生じた。これは硬度が小さすぎるため膜に傷が入り、そのため絶縁破壊が発生したと考えられる。また、ビッカース硬度が１２００ＨＶ０．１と大きな試料Ｎｏ．３５は絶縁膜にクラックが発生した。これは膜が内部応力を緩和できずにクラックが発生したと考えられる。
【００９８】
従って、試料Ｎｏ.３２〜３４のようにビッカース硬度は５００〜１０００ＨＶ０．１が好ましいことが分かった。
【００９９】
（実施例３）
非晶質セラミックからなる絶縁膜の材質を酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム、酸化セリウムと変えた試料Ｎｏ．４１〜４４と比較例として絶縁膜が多結晶アルミナからなる試料Ｎｏ．４５をプラズマに曝して絶縁膜のエッチングレートを比較した。
【０１００】
その評価方法は、静電チャックの外周表面及び側面にカバーリングを設けて絶縁膜がついていない箇所をカバーして、絶縁膜表面にプラズマを照射した。プラズマの条件としてはハロゲンガスとしてＣｌ_２を６０ｓｃｃｍ流しながら４Ｐａの真空度として、載置面の上方に配置した対抗電極と導電性基体の間に２ｋＷの高周波電力を供給しながらプラズマを対抗電極と載置面の間に発生させ２時間プラズマに曝した。そして、絶縁膜のエッチングによる磨耗厚みからエッチングレートを算出した。各膜の磨耗厚みを焼結アルミナの磨耗厚みで除した値をエッチングレートとした。その結果を表５に示す。
【０１０１】
【表４】

【０１０２】
多結晶アルミナからなる試料Ｎｏ．４５のエッチングレートに対して非晶質セラミックからなる酸化アルミニウム膜Ｎｏ．５１は０．７と小さく、酸化イットリウムや酸化イットリウムアルミニウム、酸化セリウムなどの非晶質セラミックからなる絶縁膜２のエッチングレートはそれぞれ０．２、０．３、０．３と更に小さく、非常に耐プラズマ性が優れることが分かった。
【０１０３】
（実施例４）
直径１９８ｍｍ、厚み５ｍｍののＳｉＣの含有率を５０〜９０質量％（残りはアルミニウム合金）に変えた物を用いて、側面と上下面に厚み１ｍｍのアルミニウム合金層を設けた直径２００ｍｍ、厚み７ｍｍの導電性基体３の上面に非晶質セラミックからなる酸化アルミニウム膜を成膜し、―２０℃〜２００℃の温度サイクルテストを行ったが、非晶質酸化アルミニウム膜にクラックの発生は見られなかった。
【０１０４】
（実施例５）
直径１９８ｍｍ、厚み５ｍｍのＳｉＣが８０質量％とアルミ合金が２０質量％となるＳｉＣ多孔質体にアルミニウム合金を含浸させ、側面と上下面に厚み１ｍｍのアルミニウム合金層を設けた直径２００ｍｍ、厚み７ｍｍの導電性基体３の上面に非晶質酸化アルミニウム、それ以外の面に耐プラズマ保護膜としてアルミニウムの陽極酸化膜を生成したものとアルミナの溶射膜を成膜し作製した静電チャック１を−２０℃〜２００℃の温度サイクルでテストしたが、保護膜にクラックの発生は見られなかった。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明の静電チャックは、金属または金属とセラミックからなる導電性基体を吸着用電極として、前記導電性基体の一方の主面に絶縁膜を備え、その上面をウェハを載せる載置面として、前記導電性基体がアルミニウムまたはアルミニウム合金の何れか一つの金属成分と、炭化珪素または窒化アルミニウムの何れか一つのセラミック成分とからなり、該セラミック成分の含有量が５０〜９０質量％であり、前記絶縁膜は酸化物からなる均一な非晶質セラミックスから成り、その厚みを１０〜１００μｍとすると、絶縁膜にクラックが発生することがなく、絶縁破壊を防止できる。また、ウェハＷの離脱特性に優れた静電チャックが得られる。
【０１０６】
更に、保護膜を形成するとプラズマに対する耐久性に優れた静電チャックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電チャックの断面構造図である。
【図２】本発明の他の静電チャックの断面構造図である。
【図３】従来の静電チャックの断面構造図である。
【図４】従来の他の静電チャックの断面構造図である。
【図５】従来の他の静電チャックの断面構造図である。
【符号の説明】
１、２１、５１：静電チャック
２、５２：絶縁膜
２ａ、２２ａ、５２ａ：ウェハ載置面
３：導電性基体
４：保護膜
５：給電口
２３：金属とセラミックからなる複合材料
２４：アルミニウム合金基体
２５：アルミナ溶射膜
２６：陽極酸化膜

Claims

金属または金属とセラミックスからなる導電性基体を吸着用電極とし、前記導電性基体の一方の主面に絶縁膜を備えてその上面をウェハの載置面とし、前記導電性基体がアルミニウムまたはアルミニウム合金の何れか一つの金属成分と、炭化珪素または窒化アルミニウムの何れか一つのセラミック成分とからなり、該セラミック成分の含有量が５０〜９０質量％であり、前記絶縁膜は酸化物からなる非晶質セラミックスから成るとともにその厚みが１０〜１００μｍであることを特徴とする静電チャック。
前記絶縁膜は、希ガス類元素を１〜１０原子％含み、ビッカース硬度が５００〜１０００ＨＶ０．１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。
前記絶縁膜が酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウムまたは希土類の酸化物の何れか一つを主成分とすることを特徴とする請求項１または２に記載の静電チャック。
前記絶縁膜を形成した面以外の前記導電性基体の表面に、アルミニウムの陽極酸化膜またはアルミナ溶射膜からなる保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の静電チャック。