JP5644161B2 - 半導体保持用の静電チャックおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エッチング装置、スパッタ装置、プラズマＣＶＤ装置、減圧プラズマＣＶＤ装置、メタルＣＶＤ装置、絶縁膜ＣＶＤ装置、低誘電率膜（Ｌｏｗ−Ｋ）ＣＶＤ装置、ＭＯＣＶＤ装置、デガス装置、イオン注入装置、コータデベロッパなどの半導体製造装置に使用される保持体、更にはそれを搭載した半導体製造装置に関するものである。

従来、半導体の製造工程では、被処理物である半導体基板（ウェハ）に対して成膜処理やエッチング処理など様々な処理が行われる。このような半導体基板に対する処理を行う半導体製造装置では、半導体基板を保持し、半導体基板を加熱するためのセラミックス製の保持体が用いられている。

このような従来のセラミックス製の保持体としては、例えば特許文献１に開示された静電チャックは、窒化アルミニウムの内部に電極を埋設しており、ウェハと内部電極の間の誘電層の体積固有抵抗率を１０^８〜１０^１２Ω・ｃｍとして、低温でウェハの吸着力を高めた所謂ジョンソンラーベック力を発生させてウェハを吸着させている。

一般に、誘電層の体積固有抵抗率は１０^９〜１０^１１Ω・ｃｍであれば充分なウェハ吸着力を発揮するとされている。１０^９Ω・ｃｍ以下であれば、電極間で漏れ電流が発生し、誘電層の表面での電荷の分極が妨げられるためウェハ吸着力が低下する。また、１０^１１Ω・ｃｍ以上に高くなると、誘電層内で電荷の分極が起こりにくくなり、またデチャックの応答性が悪くなる。

つまり、電極間の漏れ電流が発生しないように体積固有抵抗率は高い方がチャック力は高まる。一方で、誘電層表面は電荷の分極が起こりやすいように体積固有抵抗率は低い方が良い。窒化アルミニウムの体積固有抵抗率は、温度が上がるほど低下するので、高温で使用する場合、漏れ電流の発生を抑えることが困難である。

しかし、従来の静電チャックでは、電極間の体積固有抵抗率と誘電層の体積固有抵抗率は、ほぼ等しいので、使用可能な温度範囲が狭い範囲に限られていた。

近年の半導体基板の大型化や配線パターンの微細化などに伴い、広範囲な温度領域で使用可能な静電チャックが求められるようになってきた。

特開２００３−１３３１９６号公報

本発明は、広範囲の温度領域で使用可能な静電チャックを提供することを目的とする。

本発明の静電チャックは、双極型の静電チャック用電極と、ヒータ用電極とを備えた静電チャックであって、誘電層の体積固有抵抗率をρ１、静電チャック用電極の双極間の体積固有抵抗率をρ２、静電チャック用電極とヒータ用電極間の体積固有抵抗率をρ３としたときに、ρ１＜ρ２＜ρ３であることを特徴とする。

また、前記誘電層内の体積固有抵抗率は、静電チャック用電極側からウェハ載置面に向けて順次低くなっていることが好ましい。

本発明によれば、従来に比べて、広範囲な温度領域で使用可能な静電チャックを提供することができる。また、高温で使用する際のウェハ載置面の反りを低減した静電チャックを提供することができる。

本発明の静電チャックの断面構造の模式図を示す。

本発明の静電チャックを、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態の一例である。本発明の静電チャックは、ウェハ載置面側から順に、誘電層１、双極型の静電チャック用電極３、絶縁層４、ヒータ用電極５、支持層７が積層された断面構造であり、誘電層と絶縁層並びに絶縁層と支持層は、それぞれ接着層２と６によって接着されている。

そして、誘電層１の体積固有抵抗率をρ１、双極型の静電チャック用電極の双極間８の体積固有抵抗率をρ２、絶縁層４の体積固有抵抗率をρ３としたとき、ρ１＜ρ２＜ρ３の関係にある。

また、誘電層１内では、接着層２側からウェハ載置面側に向かって体積固有抵抗率が順次低くなっていることが好ましい。

発明者等は、広範囲な温度範囲で使用可能な静電チャックとするために、誘電層の体積固有抵抗率は、ある程度低くして、静電チャック用電極の双極間の体積固有抵抗率は誘電層の体積固有抵抗率よりも高くすることによって、高温での漏れ電流を防止するとともに静電チャック力を維持することができることを見いだした。

本発明の静電チャックの誘電層、絶縁層、支持層の主成分は、セラミックスが好ましい。セラミックスとしては、温度分布の均一性を重視するならば、熱伝導率の高い窒化アルミニウムや炭化珪素が好ましい。信頼性を重視するならば、窒化珪素が高強度で熱衝撃にも強いので好ましい。コストを重視するのであれば、酸化アルミニウムが好ましい。

これらのセラミックスの中でも、性能とコストのバランスを考慮すれば、熱伝導率が高く、耐食性にも優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好適である。以下に、本発明の静電チャックの製造方法をＡｌＮの場合で詳述する。

ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２．０〜５．０ｍ^２／ｇのものが好ましい。比表面積が２．０ｍ^２／ｇ未満の場合は、窒化アルミニウムの焼結性が低下する。また、５．０ｍ^２／ｇを超えると、粉末の凝集が非常に強くなるので取扱いが困難になる。更に、原料粉末に含まれる酸素量は、２ｗｔ％以下が好ましい。酸素量が２ｗｔ％を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。また、原料粉末に含まれるアルミニウム以外の金属不純物量は、２０００ｐｐｍ以下が好ましい。金属不純物量がこの範囲を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。特に、金属不純物として、ＳｉなどのＩＶ族元素や、Ｆｅなどの鉄族元素は、焼結体の熱伝導率を低下させる作用が高いので、含有量は、それぞれ５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

ＡｌＮは難焼結性材料であるので、ＡｌＮ原料粉末に焼結助剤を添加することが好ましい。添加する焼結助剤は、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は、焼結中に窒化アルミニウム粉末粒子の表面に存在するアルミニウム酸化物あるいはアルミニウム酸窒化物と反応して、窒化アルミニウムの緻密化を促進するとともに、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を低下させる原因となる酸素を除去する働きもあるので、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を向上させることができる。

希土類元素化合物は、特に酸素を除去する働きが顕著であるイットリウム化合物が好ましい。添加量は、０．０１〜５ｗｔ％が好ましい。ＡｌＮ焼結体の体積固有抵抗は、この焼結助剤の添加量に依存する。また、添加量が０．０１ｗｔ％未満であると、緻密な焼結体を得ることが困難であるとともに、焼結体の熱伝導率が低下する。また、５ｗｔ％を超えると、窒化アルミニウム焼結体の粒界に焼結助剤が存在することになるので、腐食性雰囲気で使用する場合、この粒界に存在する焼結助剤がエッチングされ、脱粒やパーティクルの原因となる。更に、好ましくは焼結助剤の添加量は、１ｗｔ％以下である。１ｗｔ％以下であれば、粒界の３重点にも焼結助剤が存在しなくなるので、耐食性が向上する。

また、希土類元素化合物は、酸化物、窒化物、フッ化物、ステアリン酸化合物などが使用できる。この中で、酸化物は安価で入手が容易であり好ましい。また、ステアリン酸化合物は、有機溶剤との親和性が高いので、窒化アルミニウム原料粉末と焼結助剤などを有機溶剤で混合する場合には、混合性が高くなるので特に好適である。

次に、これら窒化アルミニウム原料粉末や焼結助剤粉末に、所定量の溶剤、バインダー、更には必要に応じて分散剤や邂逅剤を添加し、混合する。混合方法は、ボールミル混合や超音波による混合等が可能である。このような混合によって、原料スラリーを得ることができる。

得られたスラリーを成形し、焼結することによって窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。前記スラリーをスプレードライアー等の手法によって、顆粒を作成する。この顆粒を所定の金型に挿入し、プレス成形を施す。この時、プレス圧力は、９．８ＭＰａ以上であることが望ましい。９．８ＭＰａ未満の圧力では、成形体の強度が充分に得られないことが多く、ハンドリングなどで破損し易くなる。

成形体の密度は、バインダーの含有量や焼結助剤の添加量によって異なるが、１．５ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。１．５ｇ／ｃｍ^３未満であると、原料粉末粒子間の距離が相対的に大きくなるので、焼結が進行しにくくなる。また、成形体密度は、２．５ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。２．５ｇ／ｃｍ^３を超えると、次工程の脱脂処理で成形体内のバインダーを充分除去することが困難となる。このため、前述のように緻密な焼結体を得ることが困難となる。

次に、前記成形体を非酸化性雰囲気中で加熱し、脱脂処理を行う。大気等の酸化性雰囲気で脱脂処理を行うと、ＡｌＮ粉末の表面が酸化されるので、焼結体の熱伝導率が低下する。非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンが好ましい。脱脂処理の加熱温度は、５００℃以上、１０００℃以下が好ましい。５００℃未満の温度では、バインダーを充分除去することができないので、脱脂処理後の積層体中にカーボンが過剰に残存するので、その後の焼結工程での焼結を阻害する。また、１０００℃を超える温度では、残存するカーボンの量が少なくなり過ぎるので、ＡｌＮ粉末表面に存在する酸化被膜の酸素を除去する能力が低下し、焼結体の熱伝導率が低下する。

また、脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、１．０ｗｔ％以下であることが好ましい。１．０ｗｔ％を超える炭素が残存していると、焼結を阻害するので、緻密な焼結体を得ることができない。

次いで、焼結を行う。焼結は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１７００〜２０００℃の温度で行う。この時、使用する窒素などの雰囲気ガスに含有する水分は、露点で−３０℃以下であることが好ましい。これ以上の水分を含有する場合、焼結時にＡｌＮが雰囲気ガス中の水分と反応して酸窒化物が形成されるので、熱伝導率が低下する可能性がある。また、雰囲気ガス中の酸素量は、０．００１ｖｏｌ％以下であることが好ましい。酸素量が多いと、ＡｌＮの表面が酸化して、熱伝導率が低下する可能性がある。

更に、焼結時に使用する治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）成形体が好適である。このＢＮ成形体は、前記焼結温度に対し充分な耐熱性を有するとともに、その表面に固体潤滑性があるので、焼結時に積層体が収縮する際の治具と積層体との間の摩擦を小さくすることができるので、歪みの少ない焼結体を得ることができる。得られた焼結体は、必要に応じて加工を施す。

特に、絶縁層となる焼結体は、次工程の導電ペーストをスクリーン印刷する場合、焼結体の表面粗さは、Ｒａで５μｍ以下であることが好ましい。５μｍを超えるとスクリーン印刷により回路形成した際に、パターンのにじみやピンホールなどの欠陥が発生しやすくなる。表面粗さはＲａで１μｍ以下であればさらに好適である。

上記表面粗さを研磨加工する際には、焼結体の両面にスクリーン印刷する場合は当然であるが、片面のみにスクリーン印刷を施す場合でも、スクリーン印刷する面と反対側の面も研磨加工を施す方がよい。スクリーン印刷する面のみを研磨加工した場合、スクリーン印刷時には、研磨加工していない面で焼結体を支持することになる。その時、研磨加工していない面には突起や異物が存在することがあるので、焼結体の固定が不安定になり、スクリーン印刷で回路パターンがうまく描けないことがあるからである。

また、この時、両加工面の平行度は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。平行度が０．５ｍｍを超えるとスクリーン印刷時に導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平行度は０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。さらに、スクリーン印刷する面の平面度は、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。０．５ｍｍを超える平面度の場合にも、導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平面度も０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。

研磨加工を施した焼結体に、スクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、静電チャック用電極やヒータ用電極等の電気回路の形成を行う。導電ペーストは、金属粉末と必要に応じて酸化物粉末と、バインダーと溶剤を混合することにより得ることができる。金属粉末は、セラミックスとの熱膨張係数のマッチングから、タングステンやモリブデンが好ましい。

また、ＡｌＮとの密着強度を高めるために、酸化物粉末を添加することもできる。酸化物粉末は、ＩＩａ族元素やＩＩＩａ族元素の酸化物やＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などが好ましい。特に、酸化イットリウムはＡｌＮに対する濡れ性が非常に良好であるので、好ましい。これらの酸化物の添加量は、０．１〜３０ｗｔ％が好ましい。０．１ｗｔ％未満の場合、形成した電気回路である金属層とＡｌＮとの密着強度が低下する。また３０ｗｔ％を超えると、電気回路である金属層の電気抵抗値が高くなる。

導電ペーストの厚みは、乾燥後の厚みで、５μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。厚みが５μｍ未満の場合は、電気抵抗値が高くなりすぎるとともに、密着強度も低下する。また、１００μｍを超える場合も、密着強度が低下する。

また、形成する電気回路が、ヒータ用電極の場合は、電気回路のパターンの間隔は０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。０．１ｍｍ未満の間隔では、ヒータ用電極に電流を流したときに、印加電圧及び温度によっては漏れ電流が発生し、ショートする。特に、５００℃以上の温度で使用する場合には、パターン間隔は１ｍｍ以上とすることが好ましく、３ｍｍ以上であれば更に好ましい。

本発明においては、絶縁層となる焼結体の片面に双極型の静電チャック用電極を、他の面にヒータ用電極をスクリーン印刷する。

次に、導電ペーストを脱脂した後、焼成する。脱脂は、窒素やアルゴン等の非酸化性雰囲気中で行う。脱脂温度は５００℃以上が好ましい。５００℃未満では、導電ペースト中のバインダーの除去が不十分で金属層内にカーボンが残留し、焼成したときに金属の炭化物を形成するので、電気回路の電気抵抗値が高くなる。

焼成は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１５００℃以上の温度で行うのが好適である。１５００℃未満の温度では、導電ペースト中の金属粉末の粒成長が進行しないので、焼成後の電気回路の電気抵抗値が高くなり過ぎる。また、焼成温度はセラミックスの焼結温度を超えない方がよい。セラミックスの焼結温度を超える温度で導電ペーストを焼成すると、セラミックス中の含有する焼結助剤などが揮散しはじめ、更には導電ペースト中の金属粉末の粒成長が促進されてセラミックスと電気回路との密着強度が低下する。

また、導電ペーストとして、銀やパラジウム、白金などの混合物や合金を使用することも可能である。これらの金属は、銀の含有量に対してパラジウムや白金を添加することによって、導体の体積抵抗率が増加するため、回路パターンに応じてその添加量を調整すればよい。またこれらの添加物は回路パターン間のマイグレーションを防止する効果があるため、銀１００重量部に対して、０.１重量部以上添加することが好ましい。

また、導電ペーストとして、ＮｉとＣｒの混合物や合金を使用することも可能である。特に、ＮｉにＣｒを２０重量％程度添加することにより、電気抵抗が高く、耐熱性や耐食性に優れた発熱体を形成することができる。コストを下げるために、Ｆｅを２５重量％まで添加したり、加工性を増すために、Ｍｎを１重量％添加してもよい。

これらの金属粉末に、ＡｌＮとの密着性を確保するために、金属酸化物を添加することが好ましい。例えば酸化アルミニウムや酸化ケイ素、酸化銅、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化鉛、希土類酸化物、遷移金属元素酸化物、アルカリ土類金属酸化物などを添加することができる。添加量としては、０．１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下が好ましい。含有量がこれより少ないと、窒化アルミニウムとの密着性が低下するため好ましくない。また、含有量がこれより多いと、銀等の金属成分の焼結が阻害されるため好ましくない。

これら金属粉末と無機物の粉末を混合し、更に有機溶剤やバインダーを添加し、ペースト状にし、上記同様スクリーン印刷により回路形成することができる。この場合、形成した回路パターンに対して、窒素などの不活性ガス雰囲気中もしくは大気中にて７００℃から１０００℃の温度範囲にて焼成する。

更にこの場合、回路間の絶縁を確保するために、結晶化ガラスやグレーズガラス、有機樹脂などを塗布し、焼成、もしくは硬化させることで絶縁層を形成することができる。ガラスの種類としては硼珪酸ガラス、酸化鉛、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、などが使用できる。これら粉末に有機溶剤やバインダーを添加し、ペースト状にし、スクリーン印刷により塗布する。塗布する厚みに特に制限はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満では、絶縁性を確保することが困難となるからである。また焼成温度としては、上記回路形成時の温度より低温であることが好ましい。上記回路焼成時より高い温度で焼成すると、回路パターンの抵抗値が大きく変化するため好ましくない。

次に、電気回路を形成したＡｌＮ焼結体と、誘電層および支持層を積層する。誘電層と支持層は、目的とする体積固有抵抗率に応じて、焼結助剤の添加量を変えて、前記同様にしてＡｌＮ焼結体を作製する。

積層は、接着層を介して行う。接着層は、接合剤をＡｌＮ焼結体に塗布し、脱脂、焼成することによって形成する。接合剤は、窒化アルミニウム粉末に、ＩＩＩａ族元素化合物とバインダーや溶剤を加え、ペースト化したものを接合面にスクリーン印刷等の手法で塗布する。塗布する接合剤の厚みに特に制約はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満の厚みでは、接合層にピンホールや接合ムラ等の接合欠陥が生じやすくなる。

本発明において接合剤は、窒化アルミニウム粉末にＹ_２Ｏ_３を添加したものあるいは、窒化アルミニウム粉末にＹｂ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＣａＣＯ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３を添加したものが特に好ましい。

窒化アルミニウムにＹ_２Ｏ_３を添加する場合、Ｙ_２Ｏ_３の添加量は、０．１〜１０重量％の範囲が好ましい。０．１重量％未満では、接着層に接合欠陥が発生しやすくなる。また、１０重量％を超えると、金属層の電気抵抗が高くなる。

Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＣａＣＯ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３を添加する場合は、これらの合計添加量が２重量％以上であることが好ましい。２重量％未満では、接着層に接合欠陥が発生しやすくなる。

接合剤を塗布したセラミックス基板を、非酸化性雰囲気中、５００℃以上の温度で脱脂する。その後、積層するＡｌＮ焼結体を重ね合わせ、所定の荷重を加え、非酸化性雰囲気中で加熱することにより、ＡｌＮ焼結体同士を接合する。荷重は、０．１ＭＰａ以上であることが好ましい。０．１ＭＰａ未満の荷重では、充分な接合強度が得られないか、もしくは前記接合欠陥が生じやすい。

接合するための加熱温度は、ＡｌＮ焼結体同士が接合層を介して十分密着する温度であれば、特に制約はないが、１５００℃以上であることが好ましい。１５００℃未満では、十分な接合強度が得られにくく、接合欠陥を生じやすい。前記脱脂ならびに接合時の非酸化性雰囲気は、窒素やアルゴンなどを用いることが好ましい。

誘電層と絶縁層、絶縁層と支持層は、それぞれ別個に積層することもできるが、結合剤によっては同時に積層することも可能である。以上のようにして、本発明の静電チャックを得ることができる。

次に、静電チャックに給電用電極を取り付ける。取付は、公知の手法で行うことができる。例えば、静電チャックの被処理物搭載面と反対側から電気回路までザグリ加工を施し、電気回路にメタライズを施すかあるいはメタライズなしで直接活性金属ろうを用いて、モリブデンやタングステン等の引出電極１０を接続すればよい。その後必要に応じて電極にメッキを施し、耐酸化性を向上させることができる。

また、本発明の静電チャックを半導体装置に組み込んで、半導体ウェハを処理することができる。本発明の半導体製造装置用保持体は、セラミックス保持部や支持体の割損トラブルが少なく、品質の優れた半導体や液晶を製造することができる。

９６重量部の窒化アルミニウム粉末と４重量部のＹ_２Ｏ_３粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより造粒し、顆粒を作成した。この顆粒を、一軸プレスにより、焼結、加工後に直径３５０ｍｍ、厚み８ｍｍとなるように成形した。なお、窒化アルミニウム粉末は、平均粒径０．６μｍ、比表面積３．４ｍ^２／ｇのものを使用した。

この成形体を、窒素雰囲気中で９００℃にて脱脂を行い、窒素雰囲気中で１９００℃、５時間の条件で焼結を行った。得られた焼結体の熱伝導率は、１８０Ｗ／ｍＫであった。なお、焼結後、上下面はＲａで１μｍ以下になるよう研磨加工を施した。

平均粒径が２．０μｍのＷ粉末を１００重量部として、Ｙ_２Ｏ_３を１重量部と、５重量部のバインダーであるエチルセルロースと、溶剤としてブチルカルビトールを用いてＷペーストを作製した。混合には雷かい機と三本ロールを用いた。このＷペーストをスクリーン印刷で、前記直径３５０ｍｍのＡｌＮ焼結体一方の面上に、ヒータ用電極パターンを印刷した。また、ＡｌＮ焼結体の他方の面には、静電チャック用電極を印刷した。これを窒素雰囲気中で９００℃にて脱脂し、窒素雰囲気中１８５０℃で１時間加熱して焼き付けた。

また、上記と同様の顆粒を用いて、直径３５０ｍｍ、厚み９ｍｍの支持層となるＡｌＮ焼結体を作製した。更に、９９．５重量部の窒化アルミニウム粉末と０．５重量部のＹ_２Ｏ_３粉末を混合し、上記と同様にして直径３５０ｍｍ、厚み３ｍｍの誘電層となるＡｌＮ焼結体を作製した。

双極型の静電チャック用電極を印刷した面に、ＡｌＮ粉末にＹｂ_２Ｏ_３を１重量％、Ｎｄ_２Ｏ_３を１重量％、ＣａＣＯ_３を０．２５重量％、ＳｉＯ_２を０．２５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を０．４重量％添加した接合剤にエチレンセルロース系のバインダーを添加、混錬したものを塗布した。ヒータ用電極を印刷した面に、ＡｌＮ粉末に４重量％のＹ_２Ｏ_３を添加した接合剤にエチレンセルロース系のバインダーを添加、混錬したものを塗布した。

接合剤を塗布したＡｌＮ焼結体を、窒素雰囲気中９００℃で脱脂した。前記静電チャック用電極を形成した面と誘電層とを合わせ、また前記ヒータ用電極を形成した面と、支持層とをあわせて、ずれ防止のために、０．１ＭＰａの荷重をかけて、１７００℃で１時間加熱して、接合した。

支持層の底面側から、前記ヒータ用電極および静電チャック用電極までザグリ加工を行い、ヒータ用電極および静電チャック用電極を一部露出させた。この露出したヒータ用電極および静電チャック用電極にＷ製の電極を活性金属ろうを用いて８５０℃で直接接合し、系外に電気的に接続される引出線を接合し、更に誘電層を研磨して、誘電層の厚みを０．５ｍｍとした静電チャックを作製した。

作製した静電チャックのチャック力を、常温（２５℃）、１００℃、２００℃、３００℃、４００℃の各温度で測定した。チャック力の測定は、ヒータ用電極に通電して各設定温度に昇温した後、静電チャック用電極に±５００Ｖを印加してＳｉウェハを吸着し、吸着したウェハが７．８４ｋＰａ（８０ｇ／ｃｍ^２）以下の力ではがれた場合を×、７．８４ｋＰａ（８０ｇ／ｃｍ^２）でもはがれなかった場合を○として評価した。

更に、チャック力の測定後、静電チャックを破壊して、誘電層、静電チャック用電極の双極間（電極間、図１の符号８の部分）、絶縁層からサンプルを切り出し、３００℃での体積抵抗率を測定した。体積抵抗率の測定は、５００Ｖメガテスターで抵抗値を測定して、体積抵抗率に換算した。

比較として、誘電層のＹ_２Ｏ_３を４重量％とし、誘電層と絶縁層の接合剤を前記絶縁層と支持層の接合剤と同じにした比較例１を上記と同様に作製した。また、誘電層、絶縁層、支持層のＹ_２Ｏ_３を０．５重量％とし、誘電層と絶縁層、絶縁層と支持層の接合に、ＡｌＮ粉末に０．５重量％のＹ_２Ｏ_３を添加した接合剤とした比較例２も作製し、上記と同様に評価した。これらの結果を表１と表２に示す。

表１から判るように、本発明の静電チャックは、常温（２５℃）から４００℃の範囲で、チャック力を維持しているが、比較例１では３００℃以上、比較例２では２００℃以下でしかチャック力が維持できない。

実施例１では、誘電層のＹ_２Ｏ_３を０．５重量％と低くしたので、接合工程で、４重量％と高Ｙ_２Ｏ_３の絶縁層からＹ_２Ｏ_３が接合層へ拡散して、誘電層と絶縁層との間の接合層のＹ_２Ｏ_３が多くなり、電極間の体積抵抗率が高くなったと考えられる。誘電層の体積抵抗率が低く、電極間の体積抵抗率が高いので、高温まで漏れ電流が小さく広い温度範囲で静電チャックとして機能することができた。

一方、比較例１では、全ての層で、４重量％Ｙ_２Ｏ_３であるので、電極間の体積抵抗率が高く、漏れ電流は小さくすることができたが、誘電層の体積抵抗率も高いので、低温では、静電チャックとして機能しなかった。

また、比較例２では、全ての層で、０．５重量％Ｙ_２Ｏ_３であるので、電極間の体積抵抗率が低く、高温では漏れ電流が大きくなるので、高温では静電チャックとして機能しなかった。

誘電層と絶縁層との間の接合剤をＡｌＮ粉末に０．５重量％のＹ_２Ｏ_３を添加したものにしたことと、誘電層と絶縁層、絶縁層と支持層の接合温度を１８００℃にしたこと以外は、実施例１と同様の静電チャックを作製した。

この静電チャックを実施例１と同様に評価した結果、常温（２５℃）から４００℃の温度範囲で、静電チャックとして機能した。誘電層の体積抵抗率は、５．８×１０^８Ωｃｍであり、電極間の体積抵抗率は、１．１×１０^１０Ωｃｍ、絶縁層の体積抵抗率は１．９×１０^１０Ωｃｍであった。

実施例１の反り量は、中央部が１０．１μｍ高い状態であったのに対し、実施例２のウェハ載置面の反り量は、中央部が６．８μｍ高い状態であった。これは、実施例１においては接合温度が実施例２に比べて低いため、Ｙ_２Ｏ_３の拡散が進まなかったことに対して、実施例２においては接合温度が高いため、Ｙ_２Ｏ_３の拡散が進み、誘電層のＹ_２Ｏ_３量が増え、絶縁層や支持層の組成に近づいたので、反り量が少なくなったと考えられる。

実施例１、比較例１、２および実施例２の静電チャックの誘電層（ウェハ載置面側、中間部、接着層側）、接着層、絶縁層からサンプルを切り出し、Ｙ_２Ｏ_３量をＥＰＭＡにて分析した。その結果を表３に示す。

実施例２では、誘電層内でＹ_２Ｏ_３量が、接着層側からウェハ載置面に向かって。順次少なくなっているので、体積抵抗率が順次少なくなっていることが判る。

本発明によれば、従来に比べて、広範囲な温度領域で使用可能な静電チャックを提供することができる。また、高温で使用する際のウェハ載置面の反りを低減した静電チャックを提供することができる。

１ 誘電層
２ 接着層
３ 双極型静電チャック用電極
４ 絶縁層
５ ヒータ用電極
６ 接着層
７ 支持層
８ 双極型静電チャックの電極間
１０ 引出電極

Claims (5)

1. 絶縁層の片面に双極型の静電チャック用電極を、前記絶縁層の他の面にヒータ用電極をそれぞれ備えた静電チャックであって、
   前記静電チャック用電極の前記絶縁層とは反対側の面を覆うように誘電層を備え、
   前記絶縁層と前記誘電層とは接着層を介して接着されており、
   前記誘電層の材料と、前記静電チャック用電極の双極間の前記接着層の材料と、前記静電チャック用電極と前記ヒータ用電極間の材料は、いずれも同一のセラミックスを主成分とし、かつ同一の希土類元素化合物を含んでおり、
   前記誘電層の体積固有抵抗率をρ１、前記静電チャック用電極の双極間の体積固有抵抗率をρ２、前記静電チャック用電極と前記ヒータ用電極間の体積固有抵抗率をρ３としたときに、ρ１＜ρ２＜ρ３であることを特徴とする、半導体保持用の静電チャック。
2. 前記セラミックスは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であり、前記希土類元素化合物は酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）である、請求項１に記載の半導体保持用の静電チャック。
3. 前記誘電層内の体積固有抵抗率は、静電チャック用電極側からウェハ載置面に向けて順次低くなっている、請求項１または請求項２に記載の半導体保持用の静電チャック。
4. 前記体積固有抵抗率の差は、前記希土類元素化合物の濃度差により形成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体保持用の静電チャック。
5. 主成分としてのセラミックスに希土類元素化合物を添加した材料を焼結、成形して絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層の片面に静電チャック用電極、他の面にヒータ用電極をそれぞれ形成する工程と、
   前記静電チャック用電極の双極間を埋めるように、前記セラミックスを主成分とする接着層を形成する工程と、
   前記セラミックスを主成分として前記希土類元素化合物を添加した材料を焼結、成形して誘電層を形成する工程と、
   前記絶縁層の前記静電チャック用電極を形成した側に、前記誘電層を積層して加熱処理をする積層工程とを有し、
   前記誘電層の材料と、前記接着層の材料と、前記絶縁層の材料は、いずれも同一のセラミックスを主成分とし、かつ同一の希土類元素化合物を含んでおり、
   前記絶縁層に含まれる前記希土類元素化合物の濃度が、前記誘電層に含まれる前記希土類元素化合物の濃度よりも高く添加されており、前記加熱処理において前記希土類元素化合物の拡散による濃度勾配が生じることで、
   前記誘電層の体積固有抵抗率をρ１、前記静電チャック用電極の双極間の体積固有抵抗率をρ２、前記静電チャック用電極と前記ヒータ用電極間の体積固有抵抗率をρ３としたときに、ρ１＜ρ２＜ρ３となるようにする、半導体保持用の静電チャックの製造方法。

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