JP4879929B2 - 静電チャック及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)印加電圧2000Vにおける室温体積抵抗率:E16Ω・cm以上
(2)印加電圧2000Vにおける使用温度上限での体積抵抗率:E15Ω・cm以上
(3)吸着力:20Torr以上(RT〜使用温度上限)
本発明の第2の特徴は、窒化アルミニウム部材を含む基体を形成する工程と、基体上に静電吸着力を発生させる電極を形成する工程と、電極を介在して基体上に25℃〜300℃における体積抵抗率が1×1015Ω・cm以上であり、誘電体層の全質量基準で酸化イットリウム2〜5質量%、酸化イッテルビウム2〜5質量%、他の成分が窒化アルミニウムである部材を備える誘電体層を形成する工程とを含むことを要旨とする。
図1に示すように、実施形態にかかる静電チャック100は、窒化アルミニウムを含む部材からなる基体11と、基体11上に配置された静電吸着力を発生させる電極20と、電極20を介在して基体11上に形成された25℃〜300℃における体積抵抗率が1×1015Ω・cm以上、誘電体層の全質量基準で酸化イットリウム2〜5質量%、酸化イッテルビウム2〜5質量%、他の成分が窒化アルミニウムである部材からなる誘電体層12とを備える。基体11は、円盤状等の板状であり、端子21を挿入するための孔11aを有する。端子21は、ろう付け等により電極20に接続されている。
基体11は、熱伝導率が80W/mK以上が好ましく、150W/mK以上がさらに好ましい。基体11が高熱伝導性を有することで、基板の放熱性が向上するからである。
誘電体層12は、窒化アルミニウムを主成分とすることが好ましい。具体的には、誘電体層の全質量基準で酸化イットリウム2〜5質量%、酸化イッテルビウム2〜5質量%、他の成分が窒化アルミニウムであることが好ましい。高体積抵抗及び高熱伝導性を維持しつつ、低温から高温までの広い温度領域における良好な脱着応答性が得られるからである。
電極20は、基板接触面12dと基板との間でクーロン力を発生させる。静電チャック100では、電極20は、基体11と誘電体層12との間に埋設されている。電極20は、タングステン(W)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、白金(Pt)、タングステンカーバイド(WC)及びそれら合金や化合物等の高融点材料を用いることができる。基体11及び誘電体層12に窒化アルミニウムを主成分として用いた場合、電極材料としては、モリブデン、タングステン、タングステンカーバイト等が窒化アルミニウムと熱膨張係数が近く、基体11と誘電体層12との密着性を良くすることができる。
静電チャック100の製造方法は、窒化アルミニウム部材を含む基体11を形成する工程と、基体11上に静電吸着力を発生させる電極20を形成する工程と、電極20を介在して基体11上に25℃〜300℃における体積抵抗率が1×1015Ω・cm以上であり、誘電体層の全質量基準で酸化イットリウム2〜5質量%、酸化イッテルビウム2〜5質量%、他の成分が窒化アルミニウムである部材を備える誘電体層12を形成する工程とを含む。以下詳細に説明する。
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
(実施例1〜実施例19、比較例1)
(基体の製造工程)
まず、混合粉末の全質量基準で酸化イットリウム(Y2O3)と、酸化イッテルビウム(Yb)と、他の成分が還元窒化法により得られた窒化アルミニウム粉末とを表1に示す組成で備える混合粉末を準備した。混合粉末にアクリル系樹脂バインダーを添加し、ボールミルを用いて混合し、スラリーを得た。噴霧造粒法により造粒顆粒を作製した。具体的には、得られたスラリーをスプレードライヤーにより噴霧乾燥し、造粒顆粒を作製した。
成形体を窒素ガス雰囲気でホットプレス法により焼成し窒化アルミニウム焼結体を得た。
具体的には、20MPaで加圧しながら、最高温度まで10〜150℃/時間の昇温速度で温度を上昇させ、最高温度で2時間保持した。なお、最高温度は、実施例では1830℃、比較例では1700℃を利用した。窒化アルミニウム焼結体を研削加工し、直径215mm厚さ10mmの円盤を作製した。
次に、炭化タングステン(WC)粉末に、バインダーとしてセルロース、アクリル、ポリビニルブチラール等を混合して印刷ペーストを作製した。窒化アルミニウム焼結体上にスクリーン印刷法により、直径209mm、厚さ20μmの半円形状双極となるように電極を形成し、乾燥させた。双極の電極間隔は4mmとした。
電極を形成した窒化アルミニウム焼結体を金型にセットした。窒化アルミニウム焼結体及び電極上に、窒化アルミニウム造粒顆粒を充填して加圧し、プレス成形を行った。
得られた静電チャックについて次の(1)〜(5)の評価を行った。
JISC2141に準じた方法により体積抵抗測定をした。具体的には、真空雰囲気下において室温から400℃までの測定を行った。試験形状は、直径200mm×10mmの静電チャック表面に、主電極径を20mm、ガード電極内径を30mm、ガード電極外径を40mmとし、各電極を銀ペーストで形成した。静電チャック電極に2kV/mmを印加し、電圧印加後1分時の電流を読み取り、体積抵抗率を算出した。
JISR1611に準じたレーザーフラッシュ法により室温での熱伝導率を測定した。
静電チャックを真空チャンバー内に設置し、真空チャンバー圧力を1Torr(133Pa)に減圧した。真空チャンバー中の静電チャックの上部にはランプヒーターが設置されており、静電チャックを所定の温度に加熱することができる。次にSiウェハを静電チャックの基板載置面に置き、ランプヒータに入熱し、ウェハ中心部の温度が各設定温度に到達後、ランプヒータ出力を一定にして1分経過後に、±500Vの直流電圧を静電電極に印加してSiウェハを吸着させた。ウェハ吸着後、ウェハ裏面にバックサイドガスを導入して、バックサイドガス圧力を5Torr(675Pa)とした後、ウェハ吸着状態でさらに1分経過後、直流電圧を0V(電極間短絡)にした。電圧を0Vにしてから、ウェハが静電チャックから脱離して、バックサイドガス圧力が急減するまでの時間を測定し、この時間を脱着応答性(単位:秒)とした。設定温度を100℃、200℃、300℃、400℃として脱着応答性を測定した。
真空中で静電チャックの基板接触面上にシリコン製プローブを接触させ、静電チャックの電極とシリコン製プローブ間に2kV/mmの電圧印加し、シリコン製プローブを静電チャックに吸着固定させた。電圧印加から60秒後に電圧を印加したまま、シリコン製プローブを載置面から引き剥がす方向に引上げ、引き剥がすために要した力を吸着力として測定した。なお、シリコン製プローブ先端の面積は3cm2とし、23℃、100℃、200℃、300℃、400℃において測定した。
Siウェハを静電チャックの載置面に置き、±500Vの直流電圧を静電電極に印加してSiウェハを吸着させた。ウェハ吸着状態で、ランプヒータに入熱し、ウェハ中心部の温度が各設定温度に到達後、ランプヒータ出力を一定にして1分経過後に入熱を停止し、直後のウェハ表面の温度分布をTCウェハにて測定した。このときのTCウェハ上の温度の最大値と最小値の差ΔTを均熱性(単位:℃)とした。均熱性ΔTの値が小さい方が良好な均熱性を示し、例えば、ウェハのエッチング処理などにおいて均質なエッチングを可能とする。設定温度を100℃、200℃、300℃、400℃として均熱性を測定した。
表2より、体積抵抗率が1×1015Ω・cm以上である本実施例では、脱着応答性が1秒となっており、室温から300℃までの広い温度範囲で非常に優れた脱着応答性が示された。
表3より、比較例、実施例共に、300℃までは実用上十分な吸着力を発生していたものの、比較例は400℃に加熱する途中でクラックが発生し、各データを測定することができなかった。このことから、実施例によれば広い温度範囲において良好な吸着力を発揮することが示された。
表4より、本発明例での均熱性は比較例にかかるアルミナ静電チャックに比べて非常に良好な均熱性が示された。これは、本発明の窒化アルミニウムがアルミナと比べて遜色ない高い抵抗率を有するとともに、窒化アルミニウムの高熱伝導性を兼ね備えていることによるものと思われる。
一般に、熱伝導率とセラミックスの色彩は密接に関係し、色彩が濃いほど、熱の伝導性や放散性が良いことが経験的に知られている。各実施例にかかる静電チャックは、目視観察によれば、JIS8721による三属性の色の表示で表すと色相、明度/彩度=5P、8〜6/1〜4の薄い紫色(濃い色彩)を呈していた。このことから、各実施例にかかる静電チャックは、熱の伝導性や放散性が良く、電極パターン間のセラミックス部分の温度が下がらないことが目視観察から推認された。目視観察結果と表4に示す均熱性試験の結果に同様の傾向が見られた。
Claims (5)
- 窒化アルミニウムを含む部材からなる基体と、
前記基体上に配置された静電吸着力を発生させる電極と、
前記電極を介在して前記基体上に形成された25℃〜300℃における体積抵抗率が1×1015Ω・cm以上、誘電体層の全質量基準で酸化イットリウム2〜5質量%、酸化イッテルビウム2〜5質量%、他の成分が窒化アルミニウムである部材からなる誘電体層と
を備えることを特徴とする静電チャック。 - 前記誘電体層の熱伝導率が180W/mK以上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。
- 基体と、
前記基体上に配置された静電吸着力を発生させる電極と、
前記電極を介在して前記基体上に形成された誘電体層とを備え、
前記基体と前記誘電体層は、25℃〜300℃における体積抵抗率が1×1015Ω・cm以上、前記基体と前記誘電体層のぞれぞれの全質量基準で酸化イットリウム2〜5質量%、酸化イッテルビウム2〜5質量%、他の成分が窒化アルミニウムである部材からなることを特徴とする静電チャック。 - 前記基体と前記誘電体層の熱伝導率が180W/mK以上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。
- 窒化アルミニウム部材を含む基体を形成する工程と、
前記基体上に静電吸着力を発生させる電極を形成する工程と、
前記電極を介在して前記基体上に25℃〜300℃における体積抵抗率が1×1015Ω・cm以上であり、誘電体層の全質量基準で酸化イットリウム2〜5質量%、酸化イッテルビウム2〜5質量%、他の成分が窒化アルミニウムである部材を備える誘電体層を形成する工程と
を含むことを特徴とする静電チャックの製造方法。
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