JP6828395B2 - 静電チャック部材、静電チャック装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電チャック部材、静電チャック装置に関するものである。

プラズマ工程を実施する半導体製造装置では、試料台に簡単に板状試料（ウエハ）を取付けて、固定することができるとともに、そのウエハを所望の温度に維持することができる静電チャック装置が用いられている。静電チャック装置は、一主面がウエハを載置する載置面である基体と、載置面に載置したウエハとの間に静電気力（クーロン力）を発生させる静電吸着用電極と、を備えている。

静電チャック装置に用いられる部材（以下、静電チャック部材）として、絶縁性のセラミックス材料を形成材料とするものが知られている。このような静電チャック部材として、例えば、一主面がウエハを載置する載置面である基体は、絶縁性アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックス材料を形成材料としたものが知られている。

このような、静電チャック装置では、ウエハと静電吸着用電極との間に発生させた静電気力を利用して、ウエハを固定している。すなわち、静電チャック装置においては、ウエハを固定する際には、静電吸着用電極に電圧を印加し、ウエハと静電吸着用電極との間に静電気力を発生させる。その際、静電チャック装置が収容される真空チャンバー内の気体と、ウエハ（金属）と、静電チャック装置の基体との接触点（三重点、トリプルジャンクション）では、ウエハから基体への電子の流入が生じやすい。

また、静電チャック装置では、ウエハの載置面を清浄に保つため、ウエハを載置していない状態で、載置面にプラズマを照射する「ウエハレスクリーニング」が行われることがある。この際、載置面を有する基体には、プラズマと共に電子が照射される。

このように、基体は、種々の場面で電子が照射され帯電しやすくなっている。基体が帯電すると、使用中に静電チャック装置内の絶縁不良が生じ、例えば放電してしまうことで破損してしまうおそれがあった。

さらに静電チャック装置においては、例えばプラズマ工程でプラズマが照射されることにより、基体が加熱される。基体が高温になると、基体の体積固有抵抗率が低下し、絶縁破壊しやすい。

この課題に対し、基体の形成材料として、絶縁破壊を起こしにくい材料を用いることが考えられる。このようなセラミックス材料としては、アルミナに遷移金属酸化物とアルカリ土類金属の酸化物とを添加した焼結体が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１１１５２４号公報

しかしながら、上記特許文献の焼結体を静電チャック部材に用いた場合、遷移金属によりウエハが汚染されるおそれがある。また、アルミナに添加した遷移金属酸化物やアルカリ土類金属の酸化物が、ウエハレスドライクリーニングの際のパーティクルの原因となり易い。そのため、上記特許文献の焼結体は、静電チャック部材に適用が困難であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、絶縁破壊が起こりにくい静電チャック部材を提供することを目的とする。また、上記静電チャック部材を備え、絶縁破壊が起こりにくい静電チャック装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため本発明の一態様は、酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを主成分とする焼結体からなり、物体に電子を照射した際に表面から放出される二次電子について、二次電子のエネルギーと、前記エネルギーを有する二次電子の数との対応関係における、２ｅＶから１０ｅＶの範囲での二次電子数の最大値をピーク値としたとき、前記焼結体に電子を照射した際の二次電子のピーク値が、単結晶コランダムに電子を照射した際の二次電子のピーク値に対して５０％以下である静電チャック部材を提供する。

本発明の一態様においては、前記焼結体は、室温から１３０℃までの全範囲における体積固有抵抗率が、１×１０^１４Ω・ｃｍ以上である構成としてもよい。

本発明の一態様においては、前記焼結体は、直流電圧１０ｋＶ／ｍｍの体積固有抵抗率が、直流電圧１ｋＶ／ｍｍの体積固有抵抗率の以下である構成としてもよい。

本発明の一態様においては、前記焼結体全体に対する炭化ケイ素の含有量が、４質量％以上１８質量％以下である構成としてもよい。

本発明の一態様においては、前記焼結体は、アルミニウムおよびケイ素以外の金属不純物含有量が、２００ｐｐｍ以下である構成としてもよい。

本発明の一態様は、上述の静電チャック部材を備える静電チャック装置を提供する。

本発明によれば、絶縁破壊が起こりにくい静電チャック部材を提供することができる。また、上記静電チャック部材を備え、絶縁破壊が起こりにくい静電チャック装置を提供することができる。

本実施形態の静電チャック装置を示す断面図。 実施例で体積固有抵抗率を測定する際の試験片の様子を示す模式図。 実施例３および比較例１の結果を示すグラフ。

本実施形態の静電チャック材料は、酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを主成分とする焼結体からなり、電子を照射した際に表面から放出される二次電子において、２ｅＶから１０ｅＶのエネルギーを有する二次電子数が単結晶コランダムに電子を照射した際に表面から放出される二次電子に対して５０％以下である。

また、本実施形態の静電チャック装置は、上述の静電チャック部材を備える。

以下の説明においては、まず本実施形態の静電チャック部材を適用する静電チャック装置について各構成を説明した後、本実施形態の静電チャック部材について説明する。

［静電チャック装置］
以下、図１を参照しながら、本実施形態に係る静電チャック装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

図１は、本実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。本実施形態の静電チャック装置１は、一主面（上面）側を載置面とした平面視円板状の静電チャック部２と、この静電チャック部２の下方に設けられて静電チャック部２を所望の温度に調整する厚みのある平面視円板状の温度調節用ベース部３と、を備えている。また、静電チャック部２と温度調節用ベース部３とは、静電チャック部２と温度調節用ベース部３の間に設けられた接着剤層８を介して接着されている。
以下、順に説明する。

（静電チャック部）
静電チャック部２は、上面を半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置する載置面１１ａとした載置板１１と、この載置板１１と一体化され該載置板１１の底部側を支持する支持板１２と、これら載置板１１と支持板１２との間に設けられた静電吸着用電極１３および静電吸着用電極１３の周囲を絶縁する絶縁材層１４と、を有している。

載置板１１および支持板１２は、重ね合わせた面の形状を同じくする円板状の部材である。載置板１１および支持板１２は、機械的な強度を有し、かつ腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性を有するセラミックス焼結体からなる。載置板１１および支持板１２は、本発明における静電チャック部材に該当する。載置板１１および支持板１２について、詳しくは後述する。

載置板１１の載置面１１ａには、直径が板状試料の厚みより小さい突起部１１ｂが複数所定の間隔で形成され、これらの突起部１１ｂが板状試料Ｗを支える。

載置板１１、支持板１２、静電吸着用電極１３および絶縁材層１４を含めた全体の厚み、即ち、静電チャック部２の厚みは、一例として０．７ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である。

例えば、静電チャック部２の厚みが０．７ｍｍを下回ると、静電チャック部２の機械的強度を確保することが難しくなる。静電チャック部２の厚みが５．０ｍｍを上回ると、静電チャック部２の熱容量が大きくなり、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化し、静電チャック部の横方向の熱伝達の増加により、板状試料Ｗの面内温度を所望の温度パターンに維持することが難しくなる。なお、ここで説明した各部の厚さは一例であって、前記範囲に限るものではない。

静電吸着用電極１３は、電荷を発生させて静電吸着力で板状試料Ｗを固定するための静電チャック用電極として用いられるもので、その用途によって、その形状や、大きさが適宜調整される。

静電吸着用電極１３は、酸化アルミニウム−炭化タンタル（Ａｌ_２Ｏ_３−Ｔａ_４Ｃ_５）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−タングステン（Ａｌ_２Ｏ_３−Ｗ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タングステン（ＡｌＮ−Ｗ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タンタル（ＡｌＮ−Ｔａ）導電性複合焼結体、酸化イットリウム−モリブデン（Ｙ_２Ｏ_３−Ｍｏ）導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、あるいは、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属により形成されることが好ましい。

静電吸着用電極１３の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、０．１μｍ以上１００μｍ以下の厚みを選択することができ、５μｍ以上２０μｍ以下の厚みがより好ましい。

静電吸着用電極１３の厚みが０．１μｍを下回ると、充分な導電性を確保することが難しくなる。静電吸着用電極１３の厚みが１００μｍを越えると、静電吸着用電極１３と載置板１１および支持板１２との間の熱膨張率差に起因し、静電吸着用電極１３と載置板１１および支持板１２との接合界面にクラックが入り易くなる。

このような厚みの静電吸着用電極１３は、スパッタ法や蒸着法等の成膜法、あるいはスクリーン印刷法等の塗工法により容易に形成することができる。

絶縁材層１４は、静電吸着用電極１３を囲繞して腐食性ガスおよびそのプラズマから静電吸着用電極１３を保護するとともに、載置板１１と支持板１２との境界部、すなわち静電吸着用電極１３以外の外周部領域を接合一体化するものであり、載置板１１および支持板１２を構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁材料により構成されている。

（温度調整用ベース部）
温度調節用ベース部３は、静電チャック部２を所望の温度に調整するためのもので、厚みのある円板状のものである。この温度調節用ベース部３としては、例えば、その内部に冷媒を循環させる流路３Ａが形成された液冷ベース等が好適である。

この温度調節用ベース部３を構成する材料としては、熱伝導性、導電性、加工性に優れた金属、またはこれらの金属を含む複合材であれば特に制限はない。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ） 等が好適に用いられる。この温度調節用ベース部３の少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理が施されているか、あるいは酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナ）等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。以下、本明細書においては、酸化アルミニウムを「Ａｌ_２Ｏ_３」として示す。

温度調節用ベース部３の上面側には、接着層６を介して絶縁板７が接着されている。接着層６はポリイミド樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性、および、絶縁性を有するシート状またはフィルム状の接着性樹脂からなる。接着層は例えば厚み５〜１００μｍ程度に形成される。絶縁板７はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの耐熱性を有する樹脂の薄板、シートあるいはフィルムからなる。

なお、絶縁板７は、樹脂シートに代え、絶縁性のセラミック板でもよく、またＡｌ_２Ｏ_３等の絶縁性を有する溶射膜でもよい。

（フォーカスリング）
フォーカスリング１０は、温度調節用ベース部３の周縁部に載置される平面視円環状の部材である。フォーカスリング１０は、例えば、載置面に載置されるウエハと同等の電気伝導性を有する材料を形成材料としている。このようなフォーカスリング１０を配置することにより、ウエハの周縁部においては、プラズマに対する電気的な環境をウエハと略一致させることができ、ウエハの中央部と周縁部とでプラズマ処理の差や偏りを生じにくくすることができる。

（その他の部材）
静電吸着用電極１３には、静電吸着用電極１３に直流電圧を印加するための給電用端子１５が接続されている。給電用端子１５は、温度調節用ベース部３、接着剤層８、支持板１２を厚み方向に貫通する貫通孔１６の内部に挿入されている。給電用端子１５の外周側には、絶縁性を有する碍子１５ａが設けられ、この碍子１５ａにより金属製の温度調節用ベース部３に対し給電用端子１５が絶縁されている。

図では、給電用端子１５を一体の部材として示しているが、複数の部材が電気的に接続して給電用端子１５を構成していてもよい。給電用端子１５は、熱膨張係数が互いに異なる温度調節用ベース部３および支持板１２に挿入されているため、例えば、温度調節用ベース部３および支持板１２に挿入されている部分について、それぞれ異なる材料で構成することとするとよい。

給電用端子１５のうち、静電吸着用電極１３に接続され、支持板１２に挿入されている部分（取出電極）の材料としては、耐熱性に優れた導電性材料であれば特に制限されるものではないが、熱膨張係数が静電吸着用電極１３および支持板１２の熱膨張係数に近似したものが好ましい。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴａＣなどの導電性セラミック材料からなる。

給電用端子１５のうち、温度調節用ベース部３に挿入されている部分は、例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、コバール合金等の金属材料からなる。

これら２つの部材は、柔軟性と耐電性を有するシリコン系の導電性接着剤で接続するとよい。

静電チャック部２の下面側には、ヒータエレメント５が設けられている。ヒータエレメント５は、一例として、厚みが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ程度の一定の厚みを有する非磁性金属薄板、例えばチタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、モリブデン（Ｍｏ）薄板等をフォトリソグラフィー法やレーザー加工により所望のヒータ形状、例えば帯状の導電薄板を蛇行させた形状の全体輪郭を円環状に加工することで得られる。

このようなヒータエレメント５は、静電チャック部２に非磁性金属薄板を接着した後に、静電チャック部２の表面で加工成型することで設けてもよく、静電チャック部２とは異なる位置でヒータエレメント５を加工成形したものを、静電チャック部２の表面に転写印刷することで設けてもよい。

ヒータエレメント５は、厚みの均一な耐熱性および絶縁性を有するシート状またはフィルム状のシリコン樹脂またはアクリル樹脂からなる接着層４により支持板１２の底面に接着・固定されている。

ヒータエレメント５には、ヒータエレメント５に給電するための給電用端子１７が接続されている。給電用端子１７を構成する材料は先の給電用端子１５を構成する材料と同等の材料を用いることができる。給電用端子１７は、それぞれ温度調節用ベース部３に形成された貫通孔３ｂを貫通するように設けられている。

また、ヒータエレメント５の下面側には温度センサー２０が設けられている。本実施形態の静電チャック装置１では、温度調節用ベース部３と絶縁板７を厚さ方向に貫通するように設置孔２１が形成され、これらの設置孔２１の最上部に温度センサー２０が設置されている。なお、温度センサー２０はできるだけヒータエレメント５に近い位置に設置することが望ましいため、図に示す構造から更に接着剤層８側に突き出るように設置孔２１を延在して形成し、温度センサー２０とヒータエレメント５とを近づけることとしてもよい。

温度センサー２０は一例として石英ガラス等からなる直方体形状の透光体の上面側に蛍光体層が形成された蛍光発光型の温度センサーであり、この温度センサー２０が透光性および耐熱性を有するシリコン樹脂系接着剤等によりヒータエレメント５の下面に接着されている。

蛍光体層は、ヒータエレメント５からの入熱に応じて蛍光を発生する材料からなる。蛍光体層の形成材料としては、発熱に応じて蛍光を発生する材料であれば多種多様の蛍光材料を選択できる。蛍光体層の形成材料は、一例として、発光に適したエネルギー順位を有する希土類元素が添加された蛍光材料、ＡｌＧａＡｓ等の半導体材料、酸化マグネシウム等の金属酸化物、ルビーやサファイア等の鉱物を挙げることができ、これらの材料の中から適宜選択して用いることができる。

ヒータエレメント５に対応する温度センサー２０はそれぞれ給電用端子などと干渉しない位置であってヒータエレメント５の下面周方向の任意の位置にそれぞれ設けられている。

これらの温度センサー２０の蛍光からヒータエレメント５の温度を測定する温度計測部２２は、一例として、温度調節用ベース部３の設置孔２１の外側（下側）に前記蛍光体層に対し励起光を照射する励起部２３と、蛍光体層から発せられた蛍光を検出する蛍光検出器２４と、励起部２３および蛍光検出器２４を制御するとともに前記蛍光に基づき主ヒータの温度を算出する制御部２５とから構成されている。

さらに、静電チャック装置１は、温度調節用ベース部３から載置板１１までをそれらの厚さ方向に貫通するように設けられたピン挿通孔２８を有している。このピン挿通孔２８には、板状試料離脱用のリフトピンが挿通される。ピン挿通孔２８の内周部には筒状の碍子２９が設けられている。

さらに、静電チャック装置１は、温度調節用ベース部３から載置板１１までをそれらの厚さ方向に貫通するように設けられた不図示のガス穴を有している。ガス穴は、例えばピン挿通孔２８と同様の構成を採用することができる。ガス穴には、板状試料Ｗを冷却するための冷却ガスが供給される。冷却ガスは、ガス穴を介して載置板１１の上面において複数の突起部１１ｂの間に形成される溝１９に供給され、板状試料Ｗを冷却する。
静電チャック装置１は、以上のような構成となっている。

［静電チャック部材］
次に、本実施形態の静電チャック部材について、詳述する。
上述したように、本実施形態の静電チャック部材は、酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを主成分とする焼結体からなり、物体に電子を照射した際に表面から放出される二次電子について、二次電子のエネルギーと、このエネルギーを有する二次電子の数との対応関係における、２ｅＶから１０ｅＶの範囲での二次電子数の最大値をピーク値としたとき、焼結体に電子を照射した際の二次電子のピーク値が、単結晶コランダムに電子を照射した際の二次電子のピーク値に対して５０％以下である。
ただし、１ｅＶ＝１．６０２×１０^−１９Ｊである。

本実施形態の静電チャック部材が上記の要件を満たすことで、絶縁破壊が起こりにくいものとなる。特にそのため、本実施形態の静電チャック部材を備える静電チャック装置では、プラズマ工程などの高温条件下においても電圧を印加した際に絶縁破壊しにくく、信頼性が高いものとなる。

本実施形態において、「電子を照射した際に表面から放出される二次電子」は、オージェ電子分光装置を用いて測定した結果に基づいて求めることができる。オージェ電子分光装置としては、例えばＪＡＭＰ−７８００（日本電子社製）を用いることができる。

具体的には、オージェ電子分光装置を用い、静電チャック部材または静電チャック部材と同じ形成材料からなる試験片に、一次電子を加速電圧１００Ｖにて照射した際に放出される二次電子を「電子を照射した際に表面から放出される二次電子」とする。

評価においては、静電チャック部材または試験片に対し、一次電子を加速電圧１００Ｖにて照射した際に放出される二次電子のエネルギーを横軸、測定される電流量（電子の数）を縦軸にプロットしてグラフを作成する。一方、リファレンス試料として、単結晶コランダムからなる試験片（サファイアガラス）を用いて同様の測定を行い、結果をプロットしてグラフを作成する。

得られるグラフにおいて、静電チャック部材および単結晶コランダムの、二次電子エネルギーが２ｅＶから１０ｅＶの範囲における電流量（電子数）を比較することで、本願発明の要件を満たすか否かを判断することができる。

静電チャック部材の「電子を照射した際に表面から放出される二次電子」は、焼結体全体に対する炭化ケイ素の添加量により制御することができる。

たとえば、焼結体全体に対する炭化ケイ素の添加量を４質量％未満とすると、測定される電流量のピーク値（ピーク電流量）は、単結晶コランダムについて同様に測定したときに測定される電流値のピーク値の５０％を超えるものとなる。

また、焼結体全体に対する炭化ケイ素の添加量を増やすと、放出される二次電子が減り、サファイアのピーク電流値に対する焼結体のピーク電流値の比は低減する。しかし、焼結体全体に対する炭化ケイ素の添加量が１８質量％を超えると、焼結体は導電体としての特性を強く示すようになる。すると、焼結体は、体積固有抵抗率が低下し、耐電圧も低下する。

以上の観点から、本実施形態の静電チャック部材は、焼結体全体に対する炭化ケイ素の含有量が４質量％以上１８質量％以下であることが好ましい。

本実施形態の本実施形態の静電チャック部材は、焼結体全体に対する炭化ケイ素の含有量が５質量％以上であることが好ましく、７質量％以上であることがより好ましい。また、本実施形態の静電チャック部材は、焼結体全体に対する炭化ケイ素の含有量が１５質量％以下であることが好ましく、１３質量％以下であることがより好ましい。
上記焼結体全体に対する炭化ケイ素の含有量について、上限値および下限値は任意に組み合わせることができる。

また、静電チャック部材の「体積固有抵抗率」は、酸化アルミニウム中の金属不純物含有量を制御することで調整可能である。酸化アルミニウム中の不純物量が高い場合、酸化アルミニウムは、共有結合性が低下し、格子欠陥が増加する。これにより、酸化アルミニウムの高温での体積固有抵抗率が減少する。

そのため、酸化アルミニウム中のアルミニウムおよびシリコン以外の金属不純物含有量を２００ｐｐｍ以下に抑制することで、酸化アルミニウムの高温での体積固有抵抗率を増加させることができる。結果として、焼結体の高温での体積固有抵抗率を増加させる方向に調整することができる。
酸化アルミニウム中の金属不純物含有量を低減することで、結果として静電チャック部材中の金属不純物含有量も低減させることができる。静電チャック部材を構成する焼結体中のアルミニウムおよびシリコン以外の金属不純物含有量は２００ｐｐｍ以下が好ましく、１００ｐｐｍ以下がより好ましく、５０ｐｐｍ以下がさらに好ましい。

また、本実施形態の静電チャック部材は、直流電圧１０ｋＶ／ｍｍの体積固有抵抗率が、直流電圧１ｋＶ／ｍｍの体積固有抵抗率の１／２以下であることが好ましい。本実施形態の静電チャック部材において、直流電圧１０ｋＶ／ｍｍの体積固有抵抗率は、直流電圧１ｋＶ／ｍｍの体積固有抵抗率の１／３以下であることがより好ましく、１／４以下であることがさらに好ましい。静電チャック部材の直流電圧１０ｋＶ／ｍｍの体積固有抵抗率は、直流電圧１ｋＶ／ｍｍの体積固有抵抗率の１／５０であってもよい。

このような物性値を示す静電チャック部材は、高電圧下においてバリスタ材料の挙動を示す。すなわち、上記物性値を示す静電チャック部材は、低電圧下においては、セラミックス基材として絶縁体のように振る舞うが、高電圧下においては急激に抵抗値が低下する。抵抗値が低下した静電チャック部材では、溜まっていた電荷が逃げる。そのため、上記物性値を示す静電チャック部材を用いた静電チャック装置では、高電圧印加時に静電チャック部材の破損を起こしにくくなる。

また、本実施形態の静電チャック部材は、室温から１３０℃までの全範囲における体積固有抵抗率が、１×１０^１４Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。本実施形態の静電チャック部材において、室温から１３０℃までの全範囲における体積固有抵抗率は１×１０^１５Ω・ｃｍ以上であることがより好ましく、１×１０^１６Ω・ｃｍ以上であることがさらに好ましい。

静電チャック部材において、室温から１３０℃までの全範囲における体積固有抵抗率が、１×１０^１４Ω・ｃｍ以上であることにより、高温下においても、安定したウエハ吸着性を維持することができる。

［静電チャック部材の製造方法］
上述のような静電チャック部材は、酸化アルミニウム粒子と炭化ケイ素粒子とを、それぞれ高速で噴射してお互いに衝突させながら混合する工程と、混合する工程で得られたスラリーから分散媒を除去した後、成形する工程と、得られる成形体を、非酸化性雰囲気下、２５ＭＰａ以上の圧力で押し固めながら１６００℃以上に加熱して加圧焼結する工程と、得られるセラミックス焼結体を研削して静電チャック部材（例えば、載置板１１および支持板１２）を形成する工程と、を有する製造方法により製造することができる。

本実施形態に係る静電チャック部材の製造方法では、用いる酸化アルミニウム粒子は、酸化アルミニウムの含有量が９９．９９％以上であることが好ましい。このような高純度の酸化アルミニウム粒子は、ミョウバン法を用いることにより調整可能である。ミョウバン法を用いて調整した酸化アルミニウム粒子は、例えばバイヤー法を用いて調整した酸化アルミニウム粒子と比べると、金属不純物であるナトリウム原子の含有量を大幅に低減することが可能である。また、所望の純度の酸化アルミニウム粒子が得られるのであれば、種々の方法を採用可能である。

混合する工程においては、２流粒子衝突型の粉砕混合装置を用い、分散媒に分散させた酸化アルミニウム粒子と炭化ケイ素粒子とをそれぞれ加圧することで高速で噴射してお互いに衝突させながら混合する。これにより、酸化アルミニウム粒子と炭化ケイ素粒子とが粉砕され、これらの粉砕粒子を含む分散液が得られる。

酸化アルミニウム粒子と炭化ケイ素粒子とを衝突させる際、大きい粒子は、衝突時の運動エネルギーが大きく、粉砕されやすい。一方、小さい粒子は、衝突時の運動エネルギーが小さく、粉砕されにくい。そのため、上記粉砕混合装置を用いて得られる酸化アルミニウム粒子と炭化ケイ素粒子は、粗大粒子や過粉砕の粒子の少ない、粒度分布幅の狭い粒子となる。したがって、２流粒子衝突型の粉砕混合装置を用いて粉砕混合した混合粒子を用いると、焼結工程において、粗大粒子を核とする異常粒成長を抑制することができる。

また、このような粉砕混合装置を用いて粉砕混合する場合、例えば、ボールミルやビーズミル等のメディアを用いて粉砕混合する方法と比べると、各メディアの破損に起因した不純物の混入を抑制することが可能である。

成形する工程においては、まず、粉砕混合装置で得られた分散液をスプレードライすることにより、酸化アルミニウム粒子と炭化ケイ素粒子との混合粒子からなる顆粒を得る。

次いで、目的とする焼結体の形状に応じて、得られた顆粒を一軸成形（一軸プレス成形）する。

次いで、得られた成形体を不活性ガス雰囲気下、常圧で（プレスすることなく）例えば５００℃に加熱し、成形体に含まれる水分や分散媒等の夾雑物を除去する。不活性ガスとしては、窒素またはアルゴンを用いることができる。この操作においては、成形体を変性することなく成形体から夾雑物を除去できるならば、加熱温度は５００℃に限られない。

さらに、夾雑物を除去した成形体を、大気中、例えば４００℃で加熱して成形体を構成する混合粒子を、酸化処理する酸化工程を有することが好ましい。このような操作によれば、酸化処理において混合粒子に含まれる炭化ケイ素粒子の表面には酸化膜が形成される。酸化膜には、混合粒子に含まれる金属不純物が溶け出しやすいため、混合粒子に含まれる金属不純物が粒子表面に偏って存在することになる。すると、後述する加圧焼結する工程において、金属不純物を除去しやすいため好ましい。

加圧焼成する工程においては、まず、上述の成形体を、真空雰囲気（第１の非酸化性雰囲気）において、１６００℃よりも低い温度且つ常圧で（プレスすることなく）加熱（予備加熱）する。このような操作によれば、予備加熱時の温度を適宜設定することにより、混合粒子に含まれるアルカリ金属等の金属不純物が蒸発し、金属不純物を容易に除去できる。そのため、このような操作によれば、混合粒子の純度を向上しやすくなり、基体の体積固有抵抗率を制御しやすくなる。

また、成形する工程において、上述したように夾雑物を除去した成形体に対し酸化処理を施すと、真空雰囲気下で予備加熱することにより、粒子表面に形成された酸化膜が揮発する。同時に、酸化膜に含まれる金属不純物が蒸発する。そのため、成形体から金属不純物を容易に除去できる。したがって、このような操作によれば、混合粒子の純度を向上しやすくなり、基体の体積固有抵抗率を制御しやすくなる。

なお、本実施形態において「真空」とは、「大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間の状態」のことであり、ＪＩＳ規格において工業的に利用できる圧力として定義された状態のことを指す。本実施形態においては、真空雰囲気は、低真空（１００Ｐａ以上）であってもよいが、中真空（０．１Ｐａ〜１００Ｐａ）であると好ましく、高真空（１０^−５Ｐａ〜０．１Ｐａ）であるとより好ましい。

本実施形態の静電チャック部材の製造方法においては、例えば、真空雰囲気下、１２００℃で４時間以上予備加熱した後、大気圧までアルゴンで気圧を戻す。

次いで、予備加熱を施した成形体を、アルゴン雰囲気（第２の非酸化性雰囲気）において、２５ＭＰａ以上の圧力で押し固めながら１６００℃以上に加熱して加圧焼結する。このような操作によれば、成形体に含まれる酸化アルミニウム粒子や炭化ケイ素粒子の焼結が進行し、気孔の少ない緻密な焼結体が得られる。

本実施形態の静電チャック部材の製造方法においては、例えば、アルゴン雰囲気下、１６００℃以上１８５０℃以下で、焼結圧力２５ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の範囲で焼結する。

このような方法で製造して得られた焼結体は、金属不純物含有量が低減し高純度なものとなる。金属不純物含有量が目標値に達しない場合には、予備加熱の時間を長くする、または予備加熱の温度を高くするとよい。

次いで、静電チャック部材を形成する工程では、得られた焼結体を研削し、所望の静電チャック部材を形成する。
本実施形態の静電チャック部材は、以上のようにして製造することができる。

上述したように、静電チャック装置においてウエハを載置する基体をセラミックス焼結体とした場合、静電チャック装置を高周波（ＲＦ）の電場で用いると、ウエハと、基体（セラミックス焼結体）と、静電チャック装置が収容される真空チャンバー内の気体（例えばヘリウム）と、のトリプルジャンクションでは、ウエハから基体へ電子の流入が生じやすい。基体の表面では、電子の衝突に伴い、二次電子が放出される。基体において二次電子が放出された箇所は、電圧印加後も局所的に正(プラス)に帯電し、沿面放電（破壊）や、絶縁破壊の原因となっていた。

これに対して、本願の静電チャック部材においては、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＣとを主成分とする焼結体において、２ｅＶから１０ｅＶのエネルギーを有する二次電子数が単結晶コランダムに電子を照射した際に表面から放出される二次電子に対して５０％以下であるように電気的特性を調製することで、静電チャック部材（基体）の表面に溜まった電荷を徐々に逃がすことができる。これにより、静電チャック装置に用いて使用する際に、沿面破壊や、絶縁破壊を起こしにくい静電チャック部材とすることができる。

したがって、以上のような構成の静電チャック部材によれば、絶縁破壊が起こりにくい静電チャック部材を提供することができる。

また、以上のような静電チャック装置によれば、上記静電チャック部材を備え、絶縁破壊が起こりにくい静電チャック装置を提供することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例において、実施例２は参考例とする。

［金属不純物量］
本実施例においては、ＩＣＰ−ＭＳ法にて測定した値を金属不純物量として採用した。

測定においては、原料および焼結体ともに、適切な濃度の酸に溶解させた後、ＩＣＰ−ＭＳを用い不純物の定量を行った。

［焼結体の結晶粒径］
焼結体の結晶粒径は、粉末Ｘ線回折法により求めた。Ｘ線回折装置として、ＰＡＮａｌｙｔｉａｌ社製、機種名「Ｘ’ Ｐｅｒｔ ＰＲＯ ＭＰＤ」を用い、結晶粒径を得た。

［二次電子］
本実施例においては、オージェ電子分光装置（ＪＡＭＰ−７８００（日本電子社製））を用い、後述の実施例および比較例で得られた焼結体からなる試験片に、一次電子を加速電圧１００Ｖにて照射した際に放出される二次電子を測定した。

測定された二次電子のエネルギーを横軸、測定される電流量（電子の数）を縦軸にプロットしてグラフを作成した。一方、リファレンス試料として、単結晶コランダムからなる試験片（サファイアガラス）を用いて同様の測定を行い、結果をプロットしてグラフを作成した。

得られたグラフにおいて、静電チャック部材およびサファイアガラスの、二次電子エネルギーが２ｅＶから１０ｅＶの範囲における電流量（電子数）を比較し、サファイアガラスおよび試験片に一次電子を加速電圧１００Ｖにて照射した際に放出される二次電子の比率を求めた。

［体積固有抵抗率］
本実施例においては、直流三端子法により円盤状の試験片の体積固有抵抗率（単位：Ω・ｃｍ）を測定した。

（使用機器）
スクリーン印刷機：ＭＯＤＥＬ ＭＥＣ−２４００、ミタニマイクロニクス株式会社製
抵抗測定装置：西山製作所製
絶縁計：デジタル絶縁計（型式ＤＳＭ−８１０３、日置電気株式会社製）

（測定条件）
温度：室温（２４℃）、１３０℃
雰囲気：窒素（純度９９．９９９９５％、流量２００ｍｌ／分）
印加電圧：０．５ｋＶ、１ｋＶ、１０ｋＶ

（測定方法）
スクリーン印刷機を用いて、銀ペースト（ＮＰ−４６３５、株式会社ノリタケカンパニーリミテッド製）を試験片の上面及び下面に印刷し、大気中１００℃で１２時間乾燥させた後、大気中４５０℃で１時間焼き付け、主電極、ガード電極、対極を形成した。体積固有抵抗率については、電流値による変化と、温度による変化の２つの項目を調べた。

図２は、本実施例で体積固有抵抗率を測定する際の試験片の様子を示す模式図である。図において、符号１００は試験片、符号１１０は主電極、符号１２０はガード電極、符号１３０は対極を示す。

このとき、主電極直径は１．４７ｃｍであり、ガード電極の内径は１．６０ｃｍであった。

上述のように電極を形成した試験片に対し、各測定温度において直流電圧を印加し、１分間充電後の電流を測定して、試験片の体積抵抗値を求めた。その後、試験片の厚み、および電極面積を用いて下記式（１）より体積固有抵抗率（ρｖ）を算出した。
ρｖ＝Ｓ／ｔ×Ｒｖ＝Ｓ／ｔ×Ｖ／Ｉ …（１）
（Ｓ：電極の有効面積（ｃｍ^２）、ｔ：試験片の厚み（ｃｍ）、Ｒｖ：体積抵抗値（Ω）、Ｖ：直流電圧（Ｖ）、Ｉ：電流（Ａ））

［耐電圧］
本実施例においては、以下のようにして耐電圧を測定した。

まず、後述の実施例および比較例で作製した焼結体を基体として備える静電チャック装置を用意した。この静電チャック装置にシリコンウエハを載せない状態で、静電吸着用電極に２５００Ｖの電位を印加した状態で、ＲＦ電力を印加し、静電チャック装置の吸着面にプラズマを発生させた状態を２時間保持した。

プラズマ発生の雰囲気は、以下のようなものとした。
混合ガス：ＣＦ_４とＨ_２との１：１混合ガス
混合ガス供給量：流量３０ｓｃｃｍ、ガス圧５Ｐａ
ＰＦ投入電力：５ｋＷ

上記プラズマ雰囲気下で静電吸着用電極への印加電圧を３０００Ｖとし、同条件で１０分保持した。この状態で、静電チャック装置の載置面における放電の有無を確認した。

以後同様に、印加放電の上昇を５００Ｖ間隔で行い、各印加電圧において１０分間保持して、静電チャック部材（基体）に１０μＡの電流が観測されるまで試験を実施した。なお、耐電圧の値は、１０μＡの電流が観測されない印加電圧のうち最大値（最大電圧値）とした。本実施例においては、各印加電圧にて１０分保持する間に、基体に１０μＡ以上の電流が観測された場合、静電チャック装置が「破損」したものと判断した。

なお、静電チャック装置の温度は、温度調節用ベース部を用いて、１３０℃となるように管理した。

（実施例１）
出発原料として、平均粒子径が０．１μｍである酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粒子と、平均粒子径が０．０３μｍであり熱プラズマＣＶＤで合成されたβ−ＳｉＣ型の炭化ケイ素（β−ＳｉＣ）粒子と、を用いた。

用いたＡｌ_２Ｏ_３粒子の金属不純物含有量は１５０ｐｐｍ、用いたβ−ＳｉＣ粒子の金属不純物含有量は５０ｐｐｍであった。

β−ＳｉＣ粒子とＡｌ_２Ｏ_３粒子との全体量に対し、β−ＳｉＣ粒子が５質量％となるように秤量し、分散剤が入った蒸留水に投入した。β−ＳｉＣ粒子とＡｌ_２Ｏ_３粒子とを投入した分散液について、超音波分散装置にて分散処理の後、２流粒子衝突型の粉砕混合装置を用いて粉砕混合した。

得られた混合溶液をスプレードライ装置にて噴霧乾燥させ、β−ＳｉＣとＡｌ_２Ｏ_３との混合粒子とした。

混合粒子をプレス圧８ＭＰａで一軸プレス成形し、直径３２０ｍｍ×１５ｍｍ厚の成形体とした。

次いで、成形体を窒素雰囲気下、プレス圧を加えることなく５００℃まで昇温させ、水分および分散剤（夾雑物）を除去した。その後、夾雑物を除去した成形体を大気中４００℃に加熱し、成形体に含まれるβ−ＳｉＣ粒子の表面を酸化した。

得られた成形体を黒鉛製のモールドにセットし、加圧焼結を行った。まず、成形体を、真空雰囲気下、プレス圧を加えることなく１２００℃まで昇温させた。その後、アルゴン雰囲気下、プレス圧４０ＭＰａ、１８００℃で焼結を行い、実施例１の焼結体からなる試験片を得た。

実施例１の焼結体の金属不純物含有量は、５０ｐｐｍであった。

（実施例２）
出発原料であるＡｌ_２Ｏ_３粒子として、金属不純物含有量が２００ｐｐｍ、平均粒子径が０．１μｍのものを用い、β−ＳｉＣ粒子とＡｌ_２Ｏ_３粒子との全体量に対し、β−ＳｉＣ粒子が１０質量％となるように秤量したこと、および、夾雑物を除去した成形体を、室温から焼結温度に至るまで真空雰囲気に曝すことなく、アルゴン雰囲気下で熱処理（焼結）を行ったこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２の焼結体からなる試験片を得た。
実施例２の焼結体の金属不純物含有量は、１８０ｐｐｍであった。

（実施例３）
出発原料であるＡｌ_２Ｏ_３粒子として、金属不純物含有量が２００ｐｐｍ、平均粒子径が０．１μｍのものを用い、β−ＳｉＣ粒子とＡｌ_２Ｏ_３粒子との全体量に対し、β−ＳｉＣ粒子が１０質量％となるように秤量したこと、以外は実施例１と同様にして、実施例３の焼結体からなる試験片を得た。
実施例３の焼結体の金属不純物含有量は、８０ｐｐｍであった。

（実施例４）
β−ＳｉＣ粒子とＡｌ_２Ｏ_３粒子との全体量に対し、β−ＳｉＣ粒子が１５質量％となるように秤量したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例３の焼結体からなる試験片を得た。
実施例３の焼結体の金属不純物含有量は、５０ｐｐｍであった。

（比較例１）
出発原料として、平均粒子径が１．０μｍであり金属不純物含有量が１５０ｐｐｍのＡｌ_２Ｏ_３粒子のみを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１の焼結体からなる試験片を得た。
比較例１の焼結体の金属不純物含有量は、５０ｐｐｍであった。

（比較例２）
出発原料であるＡｌ_２Ｏ_３粒子として、金属不純物含有量が８００ｐｐｍ、平均粒子径が０．５μｍのものを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、比較例２の焼結体からなる試験片を得た。
比較例２の焼結体の金属不純物含有量は、５００ｐｐｍであった。

（比較例３）
出発原料であるＡｌ_２Ｏ_３粒子として、金属不純物含有量が８００ｐｐｍ、平均粒子径が０．５μｍのものを用い、出発原料であるβ−ＳｉＣ粒子として、金属不純物含有量が１０００ｐｐｍ、平均粒子径が１．０μｍのものを用いたこと以外は、実施例２と同様にして、比較例３の焼結体からなる試験片を得た。
比較例３の焼結体の金属不純物含有量は、９００ｐｐｍであった。

（比較例４）
β−ＳｉＣ粒子とＡｌ_２Ｏ_３粒子との全体量に対し、β−ＳｉＣ粒子が２０質量％となるように秤量したこと以外は、実施例１と同様にして、比較例４の焼結体からなる試験片を得た。
比較例４の焼結体の金属不純物含有量は、５０ｐｐｍであった。

図３は、実施例３および比較例１の結果を示すグラフである。図３においては、横軸が二次電子のエネルギー（単位：ｅＶ）、縦軸が電流値（単位：ｐＡ）を示している。図に示すように、実施例３の焼結体においては、２ｅＶから１０ｅＶのエネルギーを有する二次電子数がサファイアガラス（単結晶コランダム）に対して５０％以下となっている。

実施例１〜４、比較例１〜４で得られた焼結体の作製条件、焼結体の組成について表１、２に示す。また、実施例１〜４、比較例１〜４についての評価結果を表３に示す。なお、表３に記載した「二次電子ピーク電流値」は、ファイアガラスについての二次電子のピーク電流の測定値に対する、各サンプルのピーク電流の測定値の比である。各ピーク電流はいずれも、対応する二次電子のエネルギーが、２ｅＶから１０ｅＶの範囲に含まれることを確認した。

評価の結果、実施例１〜４の静電チャック部材は、いずれも１３０℃における耐電圧が１０ｋＶ以上となった。そのため、実施例１〜３の静電チャック部材は、高温での耐久性に優れたものであると判断できる。

対して、比較例１〜４の静電チャック部材は、いずれも１３０℃における耐電圧が５ｋＶ未満となった。そのため、比較例１〜４の静電チャック部材は、高温での耐久性が不足していると判断できる。

実施例２と実施例３の差異は、真空熱処理の有無である。真空熱処理を行った実施例３は、真空熱処理を行わなかった実施例２と比べて、不純物が１００ｐｐｍ低減した。これは、焼結工程においての酸化工程で、酸化珪素を生成することで、焼結材料内の金属不純物が酸化珪素に取り込まれ、その後の真空熱処理工程において、不純物とともに酸化珪素が焼結体の系外に移動するためと考えられる。

以上から真空熱処理を工程に含めることにより、従来では不純物が多く、求められた特性を得られない焼結体についても、使用できる可能性が示唆された。

以上の結果から、本発明が有用であることが確かめられた。

１…静電チャック装置、１１ａ…載置面、１３…静電吸着用電極、Ｗ…板状試料

Claims (4)

1. 酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを主成分とする焼結体からなり、
   前記焼結体は、物体に電子を照射した際に表面から放出される二次電子について、二次電子のエネルギーと、前記エネルギーを有する二次電子の数との対応関係における、２ｅＶから１０ｅＶの範囲での二次電子数の最大値をピーク値としたとき、前記焼結体に電子を照射した際の二次電子のピーク値が、単結晶コランダムに電子を照射した際の二次電子のピーク値に対して５０％以下であり、
   室温から１３０℃までの全範囲における体積固有抵抗率が、１×１０ ^１４ Ω・ｃｍ以上であり、
   アルミニウムおよびケイ素以外の金属不純物含有量が、１００ｐｐｍ以下である静電チャック部材。
2. 前記焼結体は、直流電圧１０ｋＶ／ｍｍの体積固有抵抗率が、直流電圧１ｋＶ／ｍｍの体積固有抵抗率の１／２以下である請求項１に記載の静電チャック部材。
3. 前記焼結体全体に対する炭化ケイ素の含有量が、４質量％以上１８質量％以下である請求項１又は２に記載の静電チャック部材。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の静電チャック部材を備える静電チャック装置。

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