JP4103385B2

JP4103385B2 - 真空チャック

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Publication number: JP4103385B2
Application number: JP2001397650A
Authority: JP
Inventors: 靖樹吉富; 忠久荒堀
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP2003197725A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に使用される半導体ウェハ保持用の治具、具体的には、たとえば露光装置用真空チャックまたはウェハ研磨用真空チャックであって、好ましくはコーディエライト、ユークリプタイトのうちの少なくとも１種を主成分とする低熱膨張セラミックスからなり、半導体製造時にウェハに発生する熱を除去し、ウェハ内の温度を均一化するために冷却媒体の通過が可能な構造を有する部材および構造体としての剛性を保ちつつ軽量化を図り得る部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩなどの高度の集積化に伴い、回路の微細化が進められ、半導体の線幅は０．１μｍを切るレベルにまで到達しようとしている。このため、半導体の製造工程において、たとえば露光装置によりマスクを介してウェハ上に転写形成するパターンも微細化し、これに伴い、露光装置に使用される部材についても高精度で熱膨張性の低いものが要求されるようになっている。
【０００３】
特開平１１−２０９１７１号公報や特開平１１−３４３１６８号公報には、ウェハ保持用真空チャックに使用する材料として、１０℃〜４０℃の温度における熱膨張係数が１×１０^-6／℃以下である緻密質低熱膨張セラミックスが紹介されている。かかる低熱膨張セラミックスを使用することにより、処理中のチャックの熱膨張を極力排除することができ、従来の大きな熱膨張係数を保有する金属製やアルミナ製、ＳiＣ製のチャックに比べて、精度を高く保つことが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
低熱膨張セラミックスをチャックの材料として使用した場合、チャック自体に温度差が生じても熱膨張を抑えることが可能となり、ウェハの平坦度を高精度に維持することが可能となる。しかし、処理環境によっては、たとえば、Ｓｉウェハの温度が露光により上昇するような場合には、Ｓi材は熱膨張係数が３.５×１０^-6／℃程度と低熱膨張材ではないため、処理温度や面内温度差により、ウェハ面内の位置ずれが生じやすく、露光精度の悪化などの熱膨張起因の精度低下が避けられない。したがって、ウェハ保持用治具の材料に低熱膨張材料を使用して治具の平坦度を確保するのみならず、ウェハの温度上昇や面内温度差の発生を防止する必要がある。
特開平２−６７７１４号公報には従来技術として、ウェハの露光に伴う温度上昇を抑えるために、ウェハを保持するチャックに温度調整用の冷却媒体を流してチャック上のウェハの温度を一定に保つチャックが紹介されている。しかし、使用に適したチャックの材料が開示されておらず、従来からの材料である金属やアルミナ、ＳiＣなどでチャックを作製し、露光処理をした場合、チャック全体の温度のばらつきによる熱膨張差でチャック自体が変形し、ウェハの平坦度や精度を確保することが困難となる場合がある。
【０００５】
本発明は、半導体製造装置に使用されるウェハ保持用真空チャックであって、処理時の温度上昇に対してもチャックの熱膨張を抑え、チャック上のウェハの温度を一定に保つとともにチャックの重量増加を抑えつつ剛性を高めることによりウェハ上への高精度の加工を可能とし、回路の微細化にも十分に対応できる真空チャックを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の真空チャックは、半導体製造装置を構成するウェハ保持用真空チャックであって、１０℃〜４０℃の温度における熱膨張係数が１．５×１０^-6/℃以下であり、気孔率が０．５％以下である低熱膨張セラミックスからなり、内部に真空吸引経路および空洞が配設されていることを特徴とする。
【０００７】
低熱膨張セラミックスのヤング率は１２０ＧＰａ以上が好ましく、体積抵抗率は１０⁸Ω・ｃｍ以下が好ましい。
【０００８】
本発明の真空チャックは、溝加工を施したセラミックス基材を含む複数のセラミックス基材を積層した状態で、各基材同士が金属系接合材層または無機系接合材層を介して接合され、各基材の接合面の少なくとも一つに空洞が配設されている態様が好ましい。
【０００９】
低熱膨張セラミックスは、コーディエライトおよびユークリプタイトのうち少なくとも１種を６０ｖｏｌ％〜１００ｖｏｌ％、４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、ホウ化物およびケイ化物ならびに炭化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種を０ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％含有するセラミックスであることが好ましい。
【００１０】
また、低熱膨張セラミックスは、コーディエライトおよびユークリプタイトのうち少なくとも１種を５７ｖｏｌ％〜９９．８９ｖｏｌ％、カーボンを０．０１ｖｏｌ％〜３ｖｏｌ％、４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、ホウ化物およびケイ化物ならびに炭化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種を０．１ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％含有するセラミックスであることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（真空チャック）
本発明の真空チャックは、半導体製造装置を構成するウェハ保持用真空チャックであって、１０℃〜４０℃の温度における熱膨張係数が１．５×１０^-6/℃以下であり、気孔率が０．５％以下である低熱膨張セラミックスからなり、内部に真空吸引経路および空洞が配設されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の真空チャックの構造を図１に示す。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は真空チャックの接合面を示す図である。真空チャックの内部には、真空吸引経路１２および空洞１３が配設されている。空洞１３には、冷却媒体を流通することができる。ウェハは凸部１１上に保持され、露光装置など（図示していない。）に装着される。図１（ｃ）に示す例では、空洞１３はおよそ同心円状をなすが、本発明の真空チャックの空洞は、かかる形状に限定されるものではない。
【００１３】
本発明の別の真空チャックの構造を図２に示す。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｃ）は真空チャックの接合面を示す図である。真空チャックの内部には、真空吸引経路２２および空洞２３が配設されている。図２の例では、空洞２３に冷却媒体は流通しないが、図１の真空チャックに比べて、空洞２３が大きく設計されている。図２(ｃ)に示す例では、空洞２３は同心円状をなす。
【００１４】
本発明のさらに別の真空チャックの構造を図３に示す。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図、図３（ｃ）は真空チャックの接合面を示す図である。真空チャックの内部には、真空吸引経路３２および空洞３３が配設されている。図３の例は、図２の例と同様のものであり、空洞３３の形状を１／４円（扇形）としたものである。なお、空洞部の形状は、上述した同心円状、１／４円（扇形）などに限定されるものではない。
【００１５】
真空吸引経路は、真空吸引用の吸気経路である。真空吸引により、ウェハをチャックに確実に保持することができる。図１、図２および図３においては、チャック中央部でウェハを吸引保持する態様を例示するが、本発明はかかる態様に限定されるものではない。
【００１６】
図１に示す例のように、空洞には、水などの液体または気体などの冷却媒体を循環させることができる。冷却媒体を循環させる空洞を配設することにより、露光や研磨時にウェハに発生する熱を効率的に除くことが可能となり、チャック内の均熱性を確保してチャックの平面度を高精度に保ち、回路の微細化に対応することが可能となる。空洞が小さ過ぎると循環する冷却用の流体が少な過ぎて十分な冷却能力が得られない。一方、空洞が大き過ぎると剛性が不足し、チャックが変形しやすくなり、たとえば露光精度が低下する。空洞のサイズについては、これらを勘案のうえ決定することが好ましい。図１には、冷却媒体がチャック中央部から入り、チャック周縁部から出る態様が例示されているが、本発明はかかる態様に限定されるものではない。
【００１７】
図２および図３に示す例のように、冷却媒体を流通しない構造のものでも、空洞を設けることにより、チャックの軽量化とともに剛性を向上させることができる。
【００１８】
すなわち、チャックを同一材料で剛性を向上させるためには、その構造体の高さ（厚さ）を増すことが有効であるが、そのまま高さを増すと重量増となる。たとえば露光装置に使用されるウェハ保持用真空チャックの場合、チャックはＸＹ方向に移動可能な基台上に載置されＸＹ方向に移動しながらチャック上のウェハに露光処理がなされるが、チャックの重量が増加すると、移動時に駆動系への負荷が大きくなるという問題が生じる。そのため、空洞構造（リブ構造）を設けることにより、重量増加を抑制しつつ構造体の剛性を増すことができるものである。
【００１９】
本発明の真空チャックの基材である低熱膨張セラミックスは、コーディエライトおよびユークリプタイトのうち少なくとも１種を６０ｖｏｌ％〜１００ｖｏｌ％、４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、ホウ化物およびケイ化物ならびに炭化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種を０ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％含有することが好ましい。かかる基材を緻密に焼結させることにより、熱膨張係数が１．５×１０^-6/℃以下の低熱膨張セラミックスを得ることができる。
【００２０】
すなわち、この低熱膨張セラミックスは、コーディエライト、ユークリプタイトまたはそれらの組合せからなるものを６０ｖｏｌ％〜１００ｖｏｌ％含有することが好ましい。コーディエライトやユークリプタイトはともに低熱膨張材料であるため熱膨張係数を小さくすることができる。また、コーディエライトおよびユークリプタイトは、基材としてそのまま使用することもできる。一方、チタン酸アルミニウムは、低熱膨張性を有するが、緻密化が困難であり、緻密化できたとしても剛性が低く使用することが困難である。また、スポジューメンは、緻密体となり得るが、ヤング率が７０ＧＰａ程度と低いため使用が難しい。コーディエライトやユークリプタイトは、平均粒径が１０μｍ以下、たとえば２μｍ〜３μｍの粉末で使用することが好ましい。
【００２１】
この低熱膨張セラミックスは、４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、ホウ化物およびケイ化物ならびに炭化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種を含有することが好ましい。４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、ホウ化物およびケイ化物ならびに炭化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムよりなる群から選ばれる材料は、高い硬度と高い剛性を有し、焼結体に耐摩耗性と高い剛性を付与することができるためである。また、これらの大部分は導電性を有し、焼結体に導電性を付与し、発生する静電気を逃がすことができる。さらに、これらの大部分は、添加することにより焼結体を黒色あるいは灰色にし、視認性および防汚性を付与することができる。
【００２２】
炭化物、窒化物、ホウ化物およびケイ化物を構成する４ａ族元素には、たとえば、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）などがあり、５ａ族元素には、たとえば、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）などがあり、６ａ族元素には、たとえば、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などがある。好ましい具体例として、タングステンカーバイド（炭化タングステン）、炭化チタン、炭化タンタル、窒化ジルコニウム、窒化タンタル、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ケイ化タンタル、ケイ化モリブデンを挙げることができる。またこれらの中で、特にタングステンカーバイドは、高い硬度、高い剛性に加え、低い熱膨張性、導電性、黒色の呈色を合わせ持つため、より好ましい。
【００２３】
炭化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムやタングステンカーバイドは、低熱膨張性を有する点で、より好ましい。焼結体の熱膨張係数は、混合する各材料の熱膨張係数および体積比率と関係するため、低熱膨張基材を使用すると、他の材料よりもより多くの量を使用することが可能となる。したがって、焼結体のヤング率および耐磨耗性の両方を向上させることが可能となる。かかる添加剤の平均粒径は１μｍ以下が好ましい。
【００２４】
また、炭化ケイ素、窒化アルミニウムなどの高熱伝導材の添加は、焼結体の熱伝導率を向上させる上で好ましい。これは、焼結体の熱伝導率は、混合する各材料の熱伝導率と体積比率とに関係するためである。高熱伝導率の材料を使用することにより、露光や研磨時にウエハに発生する熱の伝導が速やかになされ、チャック内の均熱性を向上することができる。
【００２５】
４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、ホウ化物およびケイ化物ならびに炭化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素や窒化アルミニウムの含有量は４０ｖｏｌ％以下が好ましい。添加量が４０ｖｏｌ％を越えると、低熱膨張性を損なう虞が大きくなる。
【００２６】
また、この低熱膨張セラミックスは、コーディエライトおよびユークリプタイトのうち少なくとも１種を６０ｖｏｌ％〜９８ｖｏｌ％、、４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、ホウ化物およびケイ化物ならびに炭化ホウ素よりなる群から選ばれた少なくとも１種を２〜４０ｖｏｌ％含有すると、より好ましい。２ｖｏｌ％以上添加することにより焼結体の剛性や耐摩耗性を際立って向上させることができる。
【００２７】
本発明の真空チャックの基材である別の低熱膨張セラミックスは、コーディエライトおよびユークリプタイトのうち少なくとも１種を５７ｖｏｌ％〜９９．８９ｖｏｌ％、カーボンを０．０１ｖｏｌ％〜３ｖｏｌ％、４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、ホウ化物およびケイ化物ならびに炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ケイ素および窒化アルミニウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種を０．１ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％含有することが好ましい。かかる条件を満たすときは、低熱膨張性を有するとともに、低抵抗性と耐磨耗性に加えて高い剛性を有し、さらに黒色を呈するセラミックスを得ることができる。かかる黒色低熱膨張セラミックスは、低熱膨張性、低抵抗性、耐磨耗性および剛性が要求される種々の用途に適用することができ、特に、露光装置用真空チャック、ステージ部材などの半導体製造装置用部品あるいは液晶製造装置用部品に適する。
【００２８】
低熱膨張セラミックスにおいてカーボンを添加する理由は、カーボンを添加することにより、焼結体の低抵抗化を容易に図ることができるためである。一方、添加量が３ｖｏｌ％より多くなると、焼結体の緻密性を得ることが困難になる。カーボンは、平均粒径が０.１μｍ以下の粉末で使用することが好ましい。カーボンは、カーボン粉末としてそのままを添加してもよいが、焼成後にカーボンが残り得る樹脂、たとえばフェノール樹脂やフラン樹脂を成形前に添加してもよい。このようにすると、混合する際にアルコールや水などに樹脂を溶かすことができるため、成形体においてカーボンを均一に分散させることができる。
【００２９】
なお、基材中の成分含有量を示す体積百分率（ｖｏｌ％）は、たとえば、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）あるいは原子吸光法、ＩＣＰ発光分析法などの方法によって成分の重量％を求めた後、その重量％をその成分の一般的な比重で除することにより、求めることができる。
【００３０】
低熱膨張セラミックスの熱膨張係数は、１０℃〜４０℃の温度において１.５×１０^-6／℃以下である。熱膨張係数が１.５×１０^-6／℃より大きいと、高い精度を必要とする微細回路の製造に十分に対応することができない。熱膨張係数は、−０.５〜１.５×１０^-6／℃が好ましく、−０.５〜１.０×１０^-6／℃がより好ましい。
【００３１】
低熱膨張セラミックスの気孔率は、０.５％以下であり、０.２％以下が好ましく、０.１％以下がより好ましい。気孔率が０.５％より大きくなると、セラミックスに必要な剛性や強度を得にくくなる。また、気孔へパーティクルが付着し、ウェハ保持時にウェハの高さがずれてしまい、露光装置においては、焦点ずれによる露光不良の原因となりやすい。したがって、気孔サイズも小さい方がよく、セラミックスの気孔サイズは、露光装置に使用するウェハ保持用真空チャックの基材とする場合を想定すると、５μｍ以下が好ましく、２μｍ以下がより好ましい。
【００３２】
低熱膨張セラミックスのヤング率は、１２０ＧＰａ以上が好ましく、１３０ＧＰａ以上がより好ましい。露光装置に使用されるウェハ保持用真空チャックは、ＸＹ方向にステッピング可能なステージ上に載置されＸＹ方向に移動しながら露光処理がなされる。そのため、剛性が低いと移動時の振動が減衰せず、露光不良が発生しやすくなる。また、本発明の真空チャックは、内部に冷却媒体を流通させることができる構造を有するが、真空チャックの剛性が低いと、冷却媒体の流通に際してチャック内に発生する振動を抑えることができず、このため露光不良が発生しやすくなる。
【００３３】
低熱膨張セラミックスの体積抵抗率は１０⁸Ω・ｃｍ以下が好ましく、１０⁷Ω・ｃｍ以下がより好ましい。体積抵抗率が１０⁸Ω・ｃｍより大きいと、ウェハ処理時に発生した静電気が逃げにくくなるため、パーティクルが真空チャックの表面に付着しやすくなる。その結果、ウェハを保持する際にウェハの高さがずれてしまい、たとえば露光装置であれば焦点ずれによる露光不良が生じやすくなる。１０⁸Ω・ｃｍという体積抵抗値は、製品表面に発生する静電気を除去するための限界値であり、体積抵抗率が１０⁸Ω・ｃｍ以下であることは、静電気を速やかに除去できることを意味する。
【００３４】
（真空チャックの製造方法）
コーディエライトやユークリプタイトのほか、必要に応じてカーボン、４ａ族元素の炭化物などを調合し、アルコールや水などの溶媒中でボールミルを用いて混合する。混合後、乾燥し、原料粉末を得る。得られた粉末をホットプレスにより焼成し、緻密質焼結体を得る。焼成の条件は、コーディエライトを主材とする場合には、窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下、１３００℃〜１４５０℃、４９０Ｐａ〜４９００Ｐａ（５０ｋｇｆ／ｃｍ²〜５００ｋｇｆ／ｃｍ²）が好ましく、ユークリプタイトを主材とする場合には、不活性ガス雰囲気下、１１５０℃〜１３００℃、４９０Ｐａ〜４９００Ｐａ（５０ｋｇｆ／ｃｍ²〜５００ｋｇｆ／ｃｍ²）が好ましい。大型の製品を量産したい場合、常圧焼結法または高温等方加圧焼結法（ＨＩＰ）を使用する。得られた焼結体は、所望の形状に機械加工して製品化する。
【００３５】
本発明の真空チャックは、溝加工を施したセラミックス基材を含む複数のセラミックス基材を積層し、各基材同士を金属系接合材層または無機系接合材層を介して接合することにより、基材の接合面の部分に空洞を設ける態様が好ましい。
【００３６】
空洞の形成方法としては、接合することなく、真空チャックの外周から２本以上の孔を内部で交差するようにして形成する方法や、あらかじめ溝加工した基材と溝加工していない基材とを積層し、接合することにより形成する方法がある。形成する空洞の形状や大きさを容易に設計することができる点で、後者の接合方法が好ましいからである。
【００３７】
積層する基材は、異なる材質のものを使用することもでき、たとえばウェハを真空吸引する側の基材を、パーティクル対策を織り込んで導電材とし、真空吸引と関係のない側の基材を絶縁材としたり、またはヤング率や熱膨張係数の異なる基材を積層することもできる。
【００３８】
接合方法としては、エポキシ樹脂などの樹脂接合材による方法と、ガラスなどの無機系接合材による方法、金属接合材による方法の３種類があるが、樹脂接合材による方法は、樹脂分の経時劣化による接合強度の低下や接合部の剛性低下、熱抵抗の増大などが生じやすいため、無機系接合材による方法や金属接合材による方法が好ましい。
【００３９】
無機系接合材により接合する方法では、典型的には、無機系接合材としてガラスが使用される。ガラスとしては、熱膨張係数が０℃〜３００℃の温度において４×１０^-6／℃以下のものが好ましく、３×１０^-6／℃以下のものがより好ましい。ガラスの熱膨張係数が４×１０^-6／℃より大きくなると、接合する基材が低熱膨張材であるため、ガラスと基材の熱膨張差により界面のクラックや剥離が生じやすくなる。このような低熱膨張性ガラスとしては、たとえばホウケイ酸ガラスなどがある。接合後のガラスの厚さは、接合界面に発生する応力緩和の必要性から、５μｍ〜１００μｍが好ましく、５μｍ〜５０μｍがより好ましい。
【００４０】
ここで挙げたホウケイ酸ガラス自体は絶縁材であるが、体積抵抗率が１０⁵Ω・ｃｍ以下の基材の場合、ホウケイ酸ガラスでの接合後にも基材同士の電気的導通が確保されることがある。これは、たとえばカーボンなどの基材の導電成分のガラスへの拡散によると考えられる。
【００４１】
ガラスによる接合は、ガラス粉末を溶剤と混合し、基材に塗布し、乾燥後、焼成炉にて溶融させ、その後、固化する手順で行なうことができる。焼成は、基材に非酸化性の添加材を加える場合には、窒素などの不活性雰囲気下で行なうことが好ましい。添加剤に酸化する成分がないときや添加材を加えない場合には大気雰囲気下での焼成も可能である。焼成温度は、たとえばホウケイ酸ガラスを接合材として使用する場合は、ガラスの溶融を進行させ、気泡を排除し、接合後の冷却媒体の漏れを避けたり、接合部の剛性を高める点で、１１５０℃〜１３００℃が好ましい。
【００４２】
金属接合材による方法では、たとえば銀を主成分とするロウ材やチタンを主成分とするロウ材、あるいはアルミ材などを使用する。ロウ材は、接合強度や冷却媒体による耐食性などを基準にして選択することが好ましい。ロウ材は、接合後の冷却媒体の漏れを確実に防止するために、塗布厚さを均一にすることが好ましく、ペースト状のものよりも均一な厚さの箔状のものが好ましい。ロウ材の厚さは、１０μｍ〜５０μｍが好ましく、１０μｍ〜３０μmがより好ましい。
【００４３】
接合法によらない場合には、真空チャックの外周から穴加工をした後、露光装置用真空チャックであれば、ウェハを保持する面に凸部（ピン）やリングなどを設けることが好ましい。一方、接合法による場合は、ウェハを保持する面に凸部（ピン）やリングなどを設けるのは接合前でも接合後でもどちらでもよい。さらに冷却媒体との熱交換を促進するために、空洞の形状に改良を加えたり、ウェハに発生する熱を除くために、ウェハを保持する面に無数に設けている凸部の間に冷却ガスを流通させるなどの追加改良を加えることもできる。
【００４４】
実施例
純度９９％以上で平均粒径が３μｍのコーディエライト粉末やユークリプタイト粉末を主材とし、これに必要に応じて平均粒径が０.１μｍのカーボン粉末、平均粒径が０.５μｍの４ａ族元素、５ａ族元素もしくは６族元素の炭化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物、炭化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素や窒化アルミニウムの粉末を、焼結後に表１〜７に示す割合となるように調合した後、エタノールを溶媒として使用しボールミルで２４時間混合した。得られた混合物を乾燥した後、表１〜７に示す温度で、窒素またはアルゴンの不活性ガスの雰囲気下、４９００Ｐa（５００ｋｇｆ／ｃｍ²）の圧力によりホットプレス焼成し、気孔率が０．１％以下の緻密質焼結体を得た。得られた焼結体の物性を調査した結果を表１〜７に示す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
【表２】

【００４７】
【表３】

【００４８】
【表４】

【００４９】
【表５】

【００５０】
【表６】

【００５１】
【表７】

【００５２】
耐摩耗性はピンオンディスク法で測定した。測定された耐磨耗性が主材の耐磨耗性とほぼ同一のものには△、主材よりも優れているものには○を付している。
【００５３】
導電性について、体積抵抗率が１０⁸Ω・ｃｍを超えるものには△、１０⁸Ω・ｃｍ以下のものには○を付している。
【００５４】
表１〜７に示す結果から明らかなとおり、本発明のセラミックスは温度上昇に対する熱膨張係数がいずれも１．５×１０^-6／℃以下であり、また気孔率は０．５％以下の緻密質セラミックスであった。したがって、このような緻密質の低熱膨張セラミックスを基材とする真空チャックを使用することにより、ウェハ処理時の温度上昇に対しても熱膨張を低く抑えて、高精度のウェハの加工を可能とし、回路の微細化にも十分に対応できることがわかった。
【００５５】
これらの低熱膨張セラミックス体を用いて、接合により、内部に空洞を有する真空チャックを作製した。低熱膨張セラミックス体は、（ａ）コーディエライト１００％品（表１の実施例１２）、（ｂ）コーディエライト９５％＋ＷＣ５％品（表１の実施例２）、（ｃ）コーディエライト９７．５％＋カーボン１．５％＋Ｓｉ₃Ｎ₄１．０％品（表７の実施例７０）の３種類を用意した。これらのいずれの材料についても、一方は同心円状の溝を加工により形成したものと、もう一方に溝を形成していないものを準備し、ロウ材で接合を行った。ロウ材は、銀７０％、銅２７％、チタン３％を含有するもので、箔状（厚さ２０μｍ）のものとした。ロウ付け時の加熱温度は８５０℃とした。接合後、仕上げ加工を施した。このようにして得られた真空チャックに、３気圧の水を通流させたが、水の漏れはなかった。
【００５６】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５７】
【発明の効果】
本発明のウェハ保持用真空チャックは、処理時の温度上昇に対してもチャックの熱膨張を抑え、チャック上のウェハの温度を一定に保つことが可能である。また、チャックの重量増加を抑えつつ剛性を高めることによりウェハ上に高精度の加工を可能とし、回路の微細化にも十分に対応できる。
【００５８】
本発明の真空チャックは、露光装置用真空チャック、ウェハ研磨装置用真空チャックなどとして有用であり、半導体製造装置のほか液晶製造装置にも使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空チャックの構造を示す概略図である。
【図２】本発明の別の真空チャックの構造を示す概略図である。
【図３】本発明のさらに別の真空チャックの構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１１凸部、１２真空吸引経路、１３空洞、１４接合面。

Claims

半導体製造装置を構成するウェハ保持用真空チャックであって、１０℃〜４０℃の温度における熱膨張係数が１．５×１０^-6/℃以下であり、気孔率が０．５％以下である低熱膨張セラミックスからなり、内部に真空吸引経路および空洞が配設されており、
前記空洞は、複数配設され、そのうち少なくとも一は、冷却媒体を流通しない位置に配設される空洞であり、
前記空洞は、溝加工を施したセラミックス基材を含む複数のセラミックス基材を積層した状態で、各基材同士が金属系接合材層または無機系接合材層を介して接合されることにより、各基材の接合面の少なくとも一つに配設され、
前記低熱膨張セラミックスは、コーディエライトおよびユークリプタイトのうち少なくとも１種を６０ｖｏｌ％〜１００ｖｏｌ％、４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、ホウ化物およびケイ化物ならびに炭化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種を０ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％含有するセラミックスである真空チャック。
半導体製造装置を構成するウェハ保持用真空チャックであって、１０℃〜４０℃の温度における熱膨張係数が１．５×１０ ^-6 / ℃以下であり、気孔率が０．５％以下である低熱膨張セラミックスからなり、内部に真空吸引経路および空洞が配設されており、
前記空洞は、複数配設され、そのうち少なくとも一は、冷却媒体を流通しない位置に配設される空洞であり、
前記空洞は、溝加工を施したセラミックス基材を含む複数のセラミックス基材を積層した状態で、各基材同士が金属系接合材層または無機系接合材層を介して接合されることにより、各基材の接合面の少なくとも一つに配設され、
前記低熱膨張セラミックスは、コーディエライトおよびユークリプタイトのうち少なくとも１種を５７ｖｏｌ％〜９９．８９ｖｏｌ％、カーボンを０．０１ｖｏｌ％〜３ｖｏｌ％、４ａ族元素、５ａ族元素および６ａ族元素の炭化物、窒化物、ホウ化物およびケイ化物ならびに炭化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種を０．１ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％含有するセラミックスである真空チャック。
前記空洞は、冷却媒体を流通する構造を有する空洞を含む請求項１または２記載の真空チャック。
前記低熱膨張セラミックスのヤング率は、１２０ＧＰａ以上である請求項１〜３のいずれかに記載の真空チャック。
前記低熱膨張セラミックスの体積抵抗率は、１０⁸Ω・ｃｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の真空チャック。