JPH10189698A

JPH10189698A - 静電チャック

Info

Publication number: JPH10189698A
Application number: JP35007596A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Aida; 比呂史会田; Takeo Fukutome; 武郎福留; Kazuhiko Mikami; 一彦三上; Yumiko Itou; 裕見子伊東
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】２００℃以下の温度雰囲気下においてジョンソ
ン・ラーベック力による高い吸着力が得られる窒化アル
ミニウム製静電チャックを提供する。【解決手段】静電チャックの吸着面を窒化アルミニウム
を主相とし、窒化チタンを１２〜４０容量％とイットリ
ウム、エルビウム、イッテルビウムのうち少なくとも１
種を酸化物換算で１〜８容量％含有してなる窒化アルミ
ニウム質焼結体、又は窒化アルミニウムを主相とし、窒
化チタンを５〜２０容量％とニッケルを酸化物換算で
０．１〜１０容量％含有してなる窒化アルミニウム質焼
結体により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被固定物を静電吸
着力によって吸着保持する静電チャックに関するもので
あり、主に半導体装置や液晶基板などの製造工程におい
て半導体ウエハやガラス基板などの被固定物を保持する
のに用いるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造工程において、半導体
ウエ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、あるいはフォトレジストに対
する露光処理工程等においては、半導体ウエハを保持す
るために静電チャックが使用されている。

【０００３】この種の静電チャックは、絶縁基体と誘電
体層との間に静電吸着用電極を備え、上記誘電体層の上
面を吸着面としたものであり、この吸着面に被固定物で
ある半導体ウエハを載置して静電吸着用電極と半導体ウ
エハとの間に電圧を印加することで誘電分極によるクー
ロン力やジョンソン・ラーベック力を発現させてウエハ
を吸着保持するようになっていた。

【０００４】また、絶縁基体と誘電体層との間に複数枚
の静電吸着用電極を設け、これらの電極間に電圧を印加
することで吸着面に載置したウエハを吸着保持するよう
にした双極型のものもあった。

【０００５】そして、これらの静電チャックを構成する
誘電体層には、ウエハの脱着に伴う摺動摩耗が少なく、
また、各種処理工程で使用される腐食性ガスによって腐
食し難いことが必要であることから、このような材質と
して高い耐摩耗性、耐食性を有するアルミナや窒化珪素
等の絶縁性セラミックスが用いられていた。

【０００６】しかしながら、近年、集積回路の集積度が
向上するに伴って吸着面を構成する誘電体層には耐摩耗
性や耐食性に加え、耐プラズマ性に優れるとともに、高
い熱伝導率を有する材料が望まれるようになり、このよ
うな材料として窒化アルミニウムを用いることが提案さ
れている（特開昭62−286247号公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、窒化アルミ
ニウムは２５０℃以上の高温雰囲気下においては高い吸
着力が得られるものの、２００℃付近の温度雰囲気下で
行われる成膜工程や室温雰囲気下（２５℃程度）で行わ
れる露光処理工程、あるいは−３０〜０℃程度の低温雰
囲気下で行われるエッチング工程などのように２００℃
以下の温度雰囲気下においては十分な吸着力が得られな
いといった課題があった。

【０００８】即ち、ウエハを吸着させる静電吸着力には
前述したようにクローン力とジョンソン・ラーベック力
の２種類があり、クローン力は誘電体層を構成する材質
の誘電率に依存し、ジョンソン・ラーベック力は誘電体
層を構成する材質の体積固有抵抗値に依存することが知
られている。

【０００９】具体的には、誘電体層の体積固有抵抗値が
１０¹⁵Ω・ｃｍより大きい時の吸着力はクーロン力によ
り支配され、誘電体層の体積固有抵抗値が低下するにし
たがってジョンソン・ラーベック力が発現し、誘電体層
の体積固有抵抗値が１０¹²Ω・ｃｍ未満となると吸着力
はクーロン力に比べて大きな吸着力が得られるジョンソ
ン・ラーベック力により支配されることになる。

【００１０】一方、セラミックスの体積固有抵抗値は温
度が上昇するに伴って低下するため、例えば、窒化アル
ミニウムの場合、３００℃以上の温度雰囲気下における
体積固有抵抗値は１０¹¹Ω・ｃｍ程度であることからジ
ョンソン・ラーベック力による高い吸着力が得られるも
のの、室温（２５℃）付近における体積固有抵抗値は１
０¹⁶Ω・ｃｍ以上と高く、クーロン力による吸着力しか
得られず、また、誘電率もそれほど高くないことから２
００℃以下の温度雰囲気下では充分な吸着力を得ること
ができなかった。

【００１１】その為、歪みをもったウエハを吸着した時
には、ウエハの全面を吸着面に当接させることができな
いためにウエハの平坦化さらには均熱化等が損なわれ、
成膜工程ではウエハ上に均一な厚みをもった薄膜を形成
することができず、露光処理工程やエッチング工程では
精度の良い処理を施すことができないといった課題があ
り、限られた温度雰囲気でしか使用できなかった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで、本件発明者らは
上記課題に対して静電チャックの吸着面を構成する誘電
体層として注目されている窒化アルミニウムに着目し、
この材料について検討を重ねた結果、窒化アルミニウム
質焼結体中に窒化チタン（ＴｉＮ）を含有させるととも
に、さらに、酸化イットリウム、酸化エルビウム、酸化
イッテルビウムのうち少なくとも１種、又は酸化ニッケ
ルを含有させることで、２００℃以下の温度雰囲気下に
おける体積固有抵抗値をジョンソン・ラーベック力を発
現させることができる抵抗値にまで小さくできることを
見出した。

【００１３】即ち、第１の発明は、被固定物を吸着保持
する吸着面を、窒化アルミニウムを主相とし、窒化チタ
ンを１２〜４０容量％含有するとともに、イットリウ
ム、エルビウム、イッテルビウムのうち少なくとも１種
を酸化物換算で１〜８容量％含有してなる窒化アルミニ
ウム質焼結体により形成して静電チャックを構成したも
のである。

【００１４】また、第２の発明は、被固定物を吸着保持
する吸着面を、窒化アルミニウムを主相とし、窒化チタ
ンを５〜１８容量％含有するとともに、ニッケルを酸化
物換算で０．１〜１０容量％含有してなる窒化アルミニ
ウム質焼結体により形成して静電チャックを構成したも
のである。

【００１５】本発明において、窒化チタンは窒化アルミ
ニウム質焼結体の体積固有抵抗値（以下、抵抗値と略称
する。）を下げるために含有したものであり、焼結体中
において窒化アルミニウムの粒界に介在する。しかしな
がら、本件発明者らによると窒化チタンを含有しただけ
では焼結体の抵抗値を制御することが難しく、所望の値
が得られないことを知見した。即ち、窒化アルミニウム
質焼結体に含有する窒化チタンはその抵抗値が２１〜１
３０μΩ・ｃｍ程度と小さく、また、窒化アルミニウム
は難焼結材であるために焼結時において、粒界に介在す
る窒化チタン同士が結合し易いために電流が流れ易くな
り抵抗値が急激に低下するといった問題があった。

【００１６】そこで、研究を重ねたところ、第１の発明
として、窒化チタン（ＴｉＮ）以外に酸化イットリウム
（Ｙ₂Ｏ₃）、酸化エルビウム（Ｅｒ₂Ｏ₃）、酸化イ
ッテルビウム（Ｙｂ₂Ｏ₃）のうち少なくとも１種を含
有することで、抵抗値の急激な低下を抑え、所望の値に
容易に制御できることを見出したものである。

【００１７】ここで、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、
酸化エルビウム（Ｅｒ₂Ｏ₃）、酸化イッテルビウム
（Ｙｂ₂Ｏ₃）は焼結助剤として作用し、難焼結材であ
る窒化アルミニウムの焼結性を高めるとともに、それぞ
れが窒化アルミニウムと反応して化合物を形成し、粒界
に介在することになる。その為、粒界における窒化チタ
ン同士の結合を防いで均一に分散させることができるた
め、抵抗値の急激な低下を抑えることができる。

【００１８】ただし、窒化チタン（ＴｉＮ）の含有量が
１２容量％未満では粒界に存在する窒化チタン量が少な
過ぎるために焼結体の抵抗値を下げる効果が小さいため
に、２００℃以下の温度雰囲気下における窒化アルミニ
ウム質焼結体の抵抗値を１０¹²Ω・ｃｍ未満とすること
が難しい。逆に、４０容量％を越えると、窒化アルミニ
ウム質焼結体の抵抗値が１０⁸Ω・ｃｍ未満となるため
に、吸着時における漏れ電流が大きくなり、その結果、
被固定物が半導体ウエハである時には微小回路の絶縁破
壊を生じるなどの悪影響を生じる恐れがあるとともに、
被固定物の離脱時における応答性が悪くなり、さらには
焼結体そのものの焼結性が悪くなることから好ましくな
い。

【００１９】また、焼結体中におけるイットリウム
（Ｙ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）
等の含有量が酸化物換算で１容量％より少ないと、抵抗
値の急激な低下を抑える効果が小さく、逆に、８容量％
より多くなると抵抗値が大きくなり過ぎるといった不都
合がある。

【００２０】その為、第１の発明における窒化アルミニ
ウム質焼結体には、窒化チタン（ＴｉＮ）を１２〜４０
容量％の範囲で含有量するとともに、イットリウム
（Ｙ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）
のうち少なくとも１種を酸化物換算で１〜８容量％含有
することが重要であり、これらの範囲で窒化チタン（Ｔ
ｉＮ）とイットリウム（Ｙ）、エルビウム（Ｅｒ）、イ
ッテルビウム（Ｙｂ）のうち少なくとも１種を含有すれ
ば窒化アルミニウム質焼結体の抵抗値を下げることがで
き、２００℃以下の温度雰囲気下における抵抗値を１０
⁸〜１０¹²Ω・ｃｍに制御してジョンソン・ラーベック
力による高い吸着力を発現させることができる。なお、
窒化アルミニウム質焼結体の抵抗値を制御し易くするた
めに窒化チタンの平均粒子径は０．８〜２．０μｍの範
囲にあることが好ましい。また、イットリウム（Ｙ）、
エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）以外の周
期律表３ａ族元素を用いても同様の効果が期待できる。

【００２１】一方、主体をなす窒化アルミニウムは、そ
の含有量が５２容量％より少なくなると静電チャックの
誘電体層を構成するのに必要な耐電圧性、耐摩耗性、耐
食性、耐プラズマ性といった特性が大きく低下する。た
だし、８７容量％より多くなると、２００℃以下の温度
雰囲気下における窒化アルミニウム質焼結体の抵抗値を
１０¹²Ω・ｃｍ未満とすることができないため、窒化ア
ルミニウムは５２〜８７容量％の範囲で含有ことが好ま
しい。

【００２２】また、焼結体中における窒化アルミニウム
の平均結晶粒子径は２〜５０μｍ、好ましくは５〜３０
μｍとすることが良い。これは、窒化アルミニウムの平
均結晶粒子径が５０μｍより大きくなると窒化チタン
（ＴｉＮ）の分散が悪くなり、焼結体の強度、硬度が大
幅に低下するため、被固定物との脱着に伴う摺動によっ
て吸着面が摩耗したり、成膜工程やエッチング工程等に
おけるプラズマや腐食性ガスによって腐食摩耗し易くな
るために、静電チャックの寿命が短くなるとともに、被
固定物にパーティクルが付着するからであり、逆に、窒
化アルミニウムの平均結晶粒子径を２μｍより小さくす
ることは製造上難しいからである。

【００２３】このような第１の発明に係る窒化アルミニ
ウム質焼結体を製作するには、純度９９％以上、平均粒
径３μｍ以下のＡｌＮ粉末を５２〜８７容量％に対し、
ＴｉＮを１２〜４０容量％と、Ｙ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃、
Ｙｂ₂Ｏ₃のうち少なくとも一種を１〜８容量％添加
し、これらにバインダーと溶媒を添加して泥漿を作製
し、ドクターブレード法などのテープ成形法により成形
するか、あるいは泥漿を乾燥させて造粒体を作製し、こ
の造粒体を型内に充填して金型プレスやラバープレスな
どの成形法を用いて成形する。なお、各成形後、所定の
形状とするために切削加工を施せば良い。

【００２４】しかるのち、真空脱脂を施したあと焼成温
度１８００〜２１００℃程度の非酸化性雰囲気中で焼成
することにより得ることができる。この窒化アルミニウ
ム質焼結体を観察すると、窒化チタン（ＴｉＮ）は粒界
中においてほとんど結合することなく分散した状態で存
在することから、−３０〜２００℃の温度雰囲気下にお
ける窒化アルミニウム質焼結体の抵抗値をジョンソン・
ラーベック力による吸着力が得られる１０⁸〜１０¹²Ω
・ｃｍに設定することができる。

【００２５】なお、窒化アルミニウム質焼結体の緻密化
を促進するために、ホットプレスやガス圧焼成法、さら
にはＨＩＰ処理を施しても良いことは言うまでもない。

【００２６】次に、第２の発明は、上記イットリウム
（Ｙ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）
に代えてニッケル（Ｎｉ）を窒化アルミニウム質焼結体
中に含有させたものであり、第１の発明と同様に焼結体
の抵抗値を制御できることを見出したものである。

【００２７】即ち、窒化チタン（ＴｉＮ）以外に酸化ニ
ッケル（ＮｉＯ）を含有させると、この酸化ニッケル
（ＮｉＯ）が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化チタン
（ＴｉＮ）と反応して導電性をもった化合物を形成す
る。そして、この化合物は粒界に存在する粒状の窒化チ
タン（ＴｉＮ）間に介在し、一部が粒界相として存在す
ることから、抵抗値の急激な低下を抑えて所望の値に容
易に制御することができる。

【００２８】ただし、第２の発明において、窒化アルミ
ニウム質焼結体に含有させる窒化チタン（ＴｉＮ）は５
〜１８容量％、ニッケル（Ｎｉ）は酸化物換算で０．１
〜１０容量％とすることが重要である。

【００２９】これは、窒化チタン（ＴｉＮ）の含有量が
５容量％未満であると、粒界に存在する窒化チタン量が
少な過ぎるためにニッケル（Ｎｉ）を含有していたとし
ても焼結体の抵抗値を下げる効果が小さく、２００℃以
下の温度雰囲気下における窒化アルミニウム質焼結体の
抵抗値を１０¹²Ω・ｃｍ未満とすることが難しいからで
あり、逆に、窒化チタン（ＴｉＮ）の含有量が１８容量
％を越えると、ニッケル（Ｎｉ）を含む導電性化合物と
の影響により窒化アルミニウム質焼結体の抵抗値が１０
⁸Ω・ｃｍ未満と小さくなり過ぎるために、吸着時にお
ける漏れ電流が大きくなるとともに、被固定物の離脱時
における応答性が悪くなり、さらには焼結体そのものの
焼結性が悪くなるためである。

【００３０】また、ニッケル（Ｎｉ）においては、その
含有量が酸化物換算で０．１容量％より少ないと、抵抗
値の急激な低下を抑える効果が小さく、逆に、１０容量
％より多くなると窒化アルミニウム質焼結体の抵抗値が
１０⁸Ω・ｃｍ未満と小さくなりすぎるために、吸着時
における漏れ電流が大きくなるとともに、被固定物の離
脱時における応答性が悪くなるからである。なお、窒化
アルミニウム質焼結体の抵抗値を制御し易くするために
窒化チタンの平均粒子径は０．８〜２．０μｍの範囲に
あることが好ましい。

【００３１】一方、主体をなす窒化アルミニウムは、そ
の含有量が７２容量％より少なくなると静電チャックの
誘電体層を構成するのに必要な耐電圧性、耐摩耗性、耐
食性、耐プラズマ性といった特性が低下するからであ
り、逆に、９５容量％より多くなると、２００℃以下の
温度雰囲気下における窒化アルミニウム質焼結体の抵抗
値を１０¹²Ω・ｃｍ未満とすることができない。

【００３２】その為、窒化アルミニウムは７２〜９５容
量％の範囲で含有ことが好ましい。

【００３３】また、焼結体中における窒化アルミニウム
の平均結晶粒子径は第１の発明と同様に２〜５０μｍ、
好ましくは１０〜３０μｍとすれば良い。

【００３４】このような第２の発明に係る窒化アルミニ
ウム質焼結体を製作するには、純度９９％以上、平均粒
径３μｍ以下のＡｌＮ粉末を７２〜９５容量％に対し、
ＴｉＮを５〜１８容量％とＮｉＯを０．１〜１０容量％
添加し、これらにバインダーと溶媒を添加して泥漿を作
製し、ドクターブレード法などのテープ成形法により成
形するか、あるいは泥漿を乾燥させて造粒体を作製し、
この造粒体を型内に充填して金型プレスやラバープレス
などの成形法を用いて成形する。なお、各成形後、所定
の形状とするために切削加工を施せば良い。

【００３５】しかるのち、真空脱脂を施したあと焼成温
度１８００〜２０００℃程度の非酸化性雰囲気中で焼成
することにより得ることができる。また、この窒化アル
ミニウム質焼結体を観察すると、粒状の窒化チタン（Ｔ
ｉＮ）が粒界に介在し、この間にニッケル（Ｎｉ）を含
む導電性化合物が介在して一部が粒界相を形成している
ことから、−３０〜２００℃の温度雰囲気下における窒
化アルミニウム質焼結体の抵抗値をジョンソン・ラーベ
ック力による吸着力が得られる１０⁸〜１０¹²Ω・ｃｍ
に設定することができる。

【００３６】

【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。

【００３７】図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る静電チ
ャック１を示す斜視図及びそのＸ−Ｘ線断面図であり、
絶縁性を有するアルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム
などからなるセラミック基板２の表面に静電吸着用電極
４を備え、この静電吸着用電極４を覆うように上記セラ
ミック基板２の表面に誘電体層３を焼結によって被覆・
一体化し、その上面を吸着面５としてあり、上記誘電体
層３は、窒化アルミニウムを主相とし、窒化チタンを１
２〜４０容量％と、イットリウム、エルビウム、イッテ
ルビウムのうち少なくとも１種を酸化物換算で１〜８容
量％含有してなる窒化アルミニウム質焼結体、又は窒化
アルミニウムを主相とし、窒化チタンを５〜１８容量
％、ニッケルを酸化物換算で０．１〜１０容量％含有し
てなる窒化アルミニウム質焼結体により形成してある。

【００３８】上記誘電体層３をなす窒化アルミニウム質
焼結体は、−３０〜２００℃の温度範囲においてその抵
抗値を１０⁸〜１０¹²Ω・ｃｍの範囲となるように適宜
調整することができるため、静電チャック１の静電吸着
用電極４と吸着面５に載置した被固定物１０との間に電
圧を印加することで、被固定物１０と静電吸着用電極４
との間に微小な漏れ電流が流れることからジョンソン・
ラーベック力による吸着力を発現させることができ、被
固定物１０を吸着面５に強固に吸着保持することができ
る。しかも、静電吸着用電極４への通電をＯＦＦにする
とただちに吸着力を除去することができるため、離脱応
答性に優れている。

【００３９】また、この静電チャック１はセラミック基
板２と誘電体層３とが焼結により一体化してあるため、
２００℃の温度雰囲気下においても使用可能であり、さ
らには静電チャック１全体がプラズマや腐食性ガスに強
いセラミックスからなるため、成膜工程やエッチング工
程などにおいて好適に使用することができる。

【００４０】さらに、図１に示す静電チャック１では、
静電吸着用電極４のみを有する例を示したが、例えば、
セラミック基体２中にヒータ電極を埋設しても良く、こ
の場合、ヒータ電極に通電すればただちに吸着面５に保
持する被固定物１０を加熱することができるとともに、
被固定物１０の加熱ムラを小さくすることができ、さら
に、セラミック基体２中にプラズマ発生用の電極を埋設
すれば、複雑な装置構造を簡単にすることができる。

【００４１】なお、セラミック基板２は前述したように
絶縁性を有するセラミックスで形成してあれば良いが、
特に窒化アルミニウム質焼結体で形成すれば、誘電体層
を構成する窒化アルミニウム質焼結体との熱膨張差を無
くすことができるため、焼成時における反りや歪みなど
を生じることがなく、信頼性の高い静電チャックとする
ことができる。

【００４２】図２（ａ），（ｂ）は本発明に係る他の静
電チャック２１を示す斜視図及びそのＹ−Ｙ線断面図で
あり、誘電体層２３の上面を吸着面２５とするととも
に、下面に静電吸着用電極２４を備えてなり、上記誘電
体層２３は、窒化アルミニウムを主相とし、窒化チタン
を１２〜４０容量％と、イットリウム、エルビウム、イ
ッテルビウムのうち少なくとも１種を酸化物換算で１〜
８容量％含有してなる窒化アルミニウム質焼結体、又は
窒化アルミニウムを主相とし、窒化チタンを５〜１８容
量％、ニッケルを酸化物換算で０．１〜１０容量％含有
してなる窒化アルミニウム質焼結体で形成してある。

【００４３】また、誘電体層２３の下面にはガラス、ロ
ウ材、メタライズなどの接合剤２７を介して絶縁性を有
する単結晶アルミナまたはアルミナ、窒化珪素、窒化ア
ルミニウムなどの各種セラミックス、あるいは樹脂から
なるベース基体２２を接合して板状体とし、該板状体の
内部に静電吸着用電極２４を内蔵するように構成してあ
る。

【００４４】この静電チャック２１においても誘電体層
２３をなす窒化アルミニウム質焼結体は、−３０〜２０
０℃の温度範囲においてその抵抗値を１０⁸〜１０¹²Ω
・ｃｍの範囲となるように適宜調整することができるた
め、ジョンソン・ラーベック力による強固な吸着力が得
られるとともに、離脱応答性を高めることができる。

【００４５】その為、被固定物１０が反りをもった半導
体ウエハなどの基板であっても吸着面２５の精度に倣わ
せて保持することができるために、例えば、露光処理工
程において精度の良い露光処理を施すことができる。

【００４６】しかも、この静電チャック２１は、誘電体
層２３、静電吸着用電極２４、及びベース基体２２をそ
れぞれ別々に形成すれば良いため、簡単に製造すること
ができる。

【００４７】なお、本実施形態では単極型の静電チャッ
クの例を示したが、本発明は双極型の静電チャックにも
適用できることは言うまでもない。

【００４８】

【実施例】

（実施例１）第１の発明である、窒化チタンとイットリ
ウムを含有する窒化アルミニウム質焼結体により誘電体
層３を形成した図１の静電チャック１を試作し、室温
（２５℃）雰囲気下における吸着特性について測定を行
った。

【００４９】本実験で使用する静電チャック１は、セラ
ミック基板２を構成する窒化アルミニウム質焼結体とし
て、純度９９％、平均粒径１．２μｍのＡｌＮ粉末にバ
インダーと溶媒のみを加えて泥漿を製作し、ドクターブ
レード法により厚さ０．５ｍｍ程度のグリーンシートを
複数枚成形してそれらを積層し、その上面にＡｌＮ粉末
を混ぜたタングステンペーストをスクリーン印刷機にて
敷設することで静電吸着用電極４をなす金属膜を形成し
た。

【００５０】一方、誘電体層３を構成する窒化アルミニ
ウム質焼結体として、純度９９％、平均粒径１．２μｍ
のＡｌＮ粉末を６５容量％に対し、平均粒径１．６μｍ
のＴｉＮを３０容量％と、平均粒径１μｍのＹ₂Ｏ₃を
５容量％添加し、さらにバインダーと溶媒を加えて泥漿
を製作し、ドクターブレード法により厚さ０．５ｍｍ程
度のグリーンシートを成形した。

【００５１】そして、このグリーンシートを前記静電吸
着用電極４をなす金属膜を備えたグリーンシート上に積
層して８０°Ｃ、５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で熱圧着する
ことによりグリーンシート積層体を形成した。しかるの
ち、上記グリーンシート積層体に切削加工を施して円板
状とし、該円板状の積層体を真空脱脂したあと、窒素雰
囲気下において２０００℃程度の温度で１〜数時間程度
焼成することにより、外径２００ｍｍ、厚み８ｍｍで、
かつ内部に膜厚１５μｍ程度の静電吸着用電極４を備え
た板状体を形成した。そして、誘電体層３をなす窒化ア
ルミニウム質焼結体の表面を研磨して吸着面５を形成す
ることにより、吸着面５が、窒化アルミニウムを主相と
し、窒化チタン（ＴｉＮ）を３０容量％、イットリウム
（Ｙ）を酸化物換算で５容量％含有してなる窒化アルミ
ニウム質焼結体からなる静電チャック１を形成した。

【００５２】また、上記誘電体層３と同様の条件にて製
作した試料（直径６０ｍｍ、厚み２ｍｍの円盤）を用意
し、この試料を−３０℃から１５０℃の範囲で冷却及び
加熱した時の体積固有抵抗値について３端子法により測
定したところ、図３にその結果を示すように温度の逆数
と体積固有抵抗値との間に比例関係が得られ、−３０か
ら１５０℃の温度範囲で窒化アルミニウム質焼結体の体
積固有抵抗値が１０⁸〜１０¹²Ω・ｃｍであった。

【００５３】そこで、室温（２５℃）下において、試作
した静電チャック１の吸着面５に８インチ径のシリコン
ウエハを載置して静電吸着用電極４との間に３００Ｖの
電圧を印加することによりウエハを吸着面５に吸着保持
させ、この状態でシリコンウエハを剥がすのに必要な力
を吸着力として測定したところ、５００ｇ／ｃｍ²の吸
着力が得られた。

【００５４】また、図３から判るように、本発明の静電
チャック１は−３０〜１５０℃の温度範囲における誘電
体層３の抵抗値が１０⁸〜１０¹²Ω・ｃｍであるため、
広範囲の温度領域にわたって使用可能な静電チャック１
とできることが判る。

【００５５】これに対し、比較のためにセラミック基板
２と同じ材質からなる高純度の窒化アルミニウム質焼結
体を誘電体層とした静電チャック及びＴｉＮを１８容量
％、２０容量％のみ含有した窒化アルミニウム質焼結体
を誘電体層とした静電チャックをそれぞれ用いて同様の
条件にてシリコンウエハを剥がすのに必要な力（吸着
力）について測定したところ、誘電体層が高純度の窒化
アルミニウム質焼結体からなるものは、図３に示すよう
に室温（２５℃）における体積固有抵抗値が１０¹⁶Ω・
ｃｍ以上であるため、１０ｇ／ｃｍ²しか得られず、誘
電体層がＴｉＮを１８容量％のみ含有する窒化アルミニ
ウム質焼結体からなるものは、図３に示すように室温
（２５℃）における体積固有抵抗値が１０¹³Ω・ｃｍ程
度であるため、吸着力は５０ｇ／ｃｍ²程度であった。

【００５６】また、誘電体層がＴｉＮを２０容量％のみ
含有する窒化アルミニウム質焼結体からなるものでは、
吸着力については本発明に係る静電チャック１と同程度
であったものの、図３に示すように室温（２５℃）にお
ける体積固有抵抗値が１０⁵Ω・ｃｍ程度と１０⁸Ω・
ｃｍ未満であるために漏れ電流量が多く、ウエハに悪影
響を与える恐れがあった。

【００５７】（実施例２）次に、窒化チタン（ＴｉＮ）
とイットリウム（Ｙ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテル
ビウム（Ｙｂ）のうち少なくとも１種の含有量（酸化物
換算）をそれぞれ変化させた窒化アルミニウム質焼結体
（直径６０ｍｍ、厚み２ｍｍの円盤）を試作し、室温
（２５℃）における各々の体積固有抵抗値を３端子法に
て測定した。

【００５８】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００５９】

【表１】

【００６０】この結果、表１より判るように、試料Ｎ
ｏ．８，９では、窒化チタン（ＴｉＮ）の含有量が１２
容量％より少ないために、体積固有抵抗値を１０¹²Ω・
ｃｍ以下とするができなかった。

【００６１】また、試料Ｎｏ．１，２では、イットリウ
ム（Ｙ）の含有量が８容量％より多いために、体積固有
抵抗値を１０¹²Ω・ｃｍ以下とするができなかった。

【００６２】これに対し、試料Ｎｏ．３〜７及び１０〜
１４は、窒化チタン（ＴｉＮ）の含有量が１２〜４０容
量％でかつイットリウム（Ｙ）、エルビウム（Ｅｒ）、
イッテルビウム（Ｙｂ）のうち少なくとも１種の含有量
（酸化物換算）が１〜８容量％の範囲にあるため、体積
固有抵抗値を各々１０⁸〜１０¹²Ω・ｃｍの範囲に設定
することができた。

【００６３】このことから、吸着面を構成する誘電体層
を、窒化アルミニウムを主相とし、窒化チタンを１２〜
４０容量％と、イットリウム、エルビウム、イッテルビ
ウムのうち少なくとも１種を酸化物換算で１〜８容量％
含有してなる窒化アルミニウム質焼結体で形成した本発
明の静電チャックを用いれば、室温付近の温度雰囲気下
で行われる各種処理工程においてジョンソン・ラーベッ
ク力による吸着力が得られ、被固定物を高い吸着力でも
って保持できることが判る。

【００６４】（実施例３）次に、第２の発明である、窒
化チタンとニッケルを含有する窒化アルミニウム質焼結
体により誘電体層３を形成した図１の静電チャック１を
試作し、室温（２５℃）雰囲気下における吸着特性につ
いて測定を行った。

【００６５】本実験で使用する静電チャック１は、セラ
ミック基板２に実施例１と同じ高純度の窒化アルミニウ
ムからなるグリーンシートの積層体を形成し、この上面
にＡｌＮ粉末を混ぜたタングステンペーストをスクリー
ン印刷機にて敷設することで静電吸着用電極４をなす金
属膜を形成した。

【００６６】また、誘電体層３を構成する窒化アルミニ
ウム質焼結体としては、純度９９％、平均粒径１．２μ
ｍのＡｌＮ粉末を８１容量％に対し、平均粒径１．６μ
ｍのＴｉＮを１５容量％と、平均粒径０．８μｍのＮｉ
Ｏを４容量％添加し、さらにバインダーと溶媒を加えて
泥漿を製作し、ドクターブレード法により厚さ０．５ｍ
ｍ程度のグリーンシートを成形した。

【００６７】そして、このグリーンシートを前記静電吸
着用電極４をなす金属膜を備えたグリーンシート上に積
層して８０°Ｃ、５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で熱圧着する
ことによりグリーンシート積層体を形成した。しかるの
ち、上記グリーンシート積層体に切削加工を施して円板
状とし、該円板状の積層体を真空脱脂したあと、窒素雰
囲気下において１８００℃程度の焼成温度で１〜数時間
程度焼成することにより、外径２００ｍｍ、厚み８ｍｍ
で、かつ内部に膜厚１５μｍ程度の静電吸着用電極４を
備えた板状体を形成した。そして、誘電体層３をなす窒
化アルミニウム質焼結体の表面を研磨して吸着面５を形
成することにより、吸着面５が、窒化アルミニウムを主
相とし、ＴｉＮ１５容量％、Ｎｉを酸化物換算で４容量
％含有してなる窒化アルミニウム質焼結体からなる静電
チャック１を形成した。

【００６８】また、上記誘電体層３と同様の条件にて製
作した試料（直径６０ｍｍ、厚み２ｍｍの円盤）を用意
し、この試料を室温（２５℃）から２００℃の範囲で加
熱した時の体積固有抵抗値について３端子法により測定
したところ、図４にその結果を示すように温度の逆数と
体積固有抵抗値との間に比例関係が得られ、２５〜２０
０℃の温度範囲で窒化アルミニウム質焼結体の体積固有
抵抗値が１０⁸〜１０¹²Ω・ｃｍであった。

【００６９】その為、室温（２５℃）下において、試作
した静電チャック１の吸着面５に８インチ径のシリコン
ウエハを載置して静電吸着用電極４との間に３００Ｖの
電圧を印加することによりウエハ１０を吸着面５に吸着
保持させて吸着力を測定したところ、６００ｇ／ｃｍ²
の吸着力が得られ、実施例１と同様に高い吸着力が得ら
れた。

【００７０】しかも、図４から判るように、２５〜２０
０℃における誘電体層３の抵抗値が１０⁸〜１０¹²Ω・
ｃｍであるため、この窒化アルミニウム質焼結体を誘電
体層３とする静電チャック１においても広範囲の温度領
域にわたって使用可能であることが判った。

【００７１】（実施例４）次に、窒化チタン（ＴｉＮ）
とニッケル（Ｎｉ）の含有量（酸化物換算）をそれぞれ
変化させた窒化アルミニウム質焼結体（直径６０ｍｍ、
厚み２ｍｍの円盤）を試作し、室温（２５℃）における
各々の体積固有抵抗値を３端子法にて測定した。

【００７２】それぞれの結果は表２に示す通りである。

【００７３】

【表２】

【００７４】この結果、表２より判るように、試料Ｎ
ｏ．４，９では、窒化チタン（ＴｉＮ）の含有量が１８
容量％より多いために、体積固有抵抗値が１０⁴Ω・ｃ
ｍ以下と小さく、１０⁸Ω・ｃｍ以上とするができなか
った。

【００７５】また、試料Ｎｏ．７では、ニッケル（Ｎ
ｉ）の含有量が５容量％より少ないために、体積固有抵
抗値が８×１０¹³Ω・ｃｍと１０¹²Ω・ｃｍ以下とする
ができなかった。

【００７６】一方、試料Ｎｏ．８では、窒化チタン（Ｔ
ｉＮ）が５〜１８容量％の範囲にあるものの、ニッケル
（Ｎｉ）の含有量が０．１容量％未満であるために、体
積固有抵抗値を１０¹²Ω・ｃｍ以下とするができず、試
料Ｎｏ．１０では、ニッケル（Ｎｉ）の含有量が１０容
量％より多いために、体積固有抵抗値が７×１０³Ω・
ｃｍと小さく、１０⁸Ω・ｃｍ以上とするができなかっ
た。

【００７７】これに対し、試料Ｎｏ．１〜３及び５，６
は、窒化チタン（ＴｉＮ）の含有量が５〜１８容量％で
かつニッケル（Ｎｉ）の含有量（酸化物換算）が０．１
〜１０容量％の範囲にあるため、体積固有抵抗値を各々
１０⁸〜１０¹²Ω・ｃｍの範囲に設定することができ
た。

【００７８】このことから、吸着面を構成する誘電体層
を、窒化アルミニウムを主相とし、窒化チタンを５〜１
８容量％、ニッケルを酸化物換算で０．１〜１０容量％
含有してなる窒化アルミニウム質焼結体で形成した本発
明の静電チャックを用いれば、室温付近の温度雰囲気下
で行われる各種処理工程においてジョンソン・ラーベッ
ク力による吸着力が得られ、被固定物を高い吸着力でも
って保持できることが判る。

【００７９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、被固定
物を吸着保持する吸着面を、窒化アルミニウムを主相と
し、窒化チタンを１２〜４０容量％とイットリウム、エ
ルビウム、イッテルビウムのうち少なくとも１種を酸化
物換算で１〜８容量％含有してなる窒化アルミニウム質
焼結体、又は窒化アルミニウムを主相とし、窒化チタン
を５〜１８容量％とニッケルを酸化物換算で０．１〜１
０容量％含有してなる窒化アルミニウム質焼結体により
形成して静電チャックを構成したことにより、誘電体層
が窒化アルミニウムからなるものの、２００℃以下の温
度雰囲気下においてジョンソン・ラーベック力による吸
着力を発現させ、高い吸着力でもって被固定物を保持す
ることが可能であるとともに、広範囲の温度領域をカバ
ーすることができる静電チャックを提供することができ
る。

【００８０】その為、例えば、本発明の静電チャックを
成膜処理工程に用いれば、被固定物上に均一な厚みをも
った薄膜を被覆することができ、露光処理工程やエッチ
ング処理工程に用いれば、被固定物に精度の良い露光や
加工を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る静電チャックを示す斜視
図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。

【図２】（ａ）は本発明に係る他の静電チャックを示す
斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図であ
る。

【図３】第１の発明及び比較例における窒化アルミニウ
ム質焼結体の体積固有抵抗値と温度との関係を示すグラ
フである。

【図４】第２の発明における窒化アルミニウム質焼結体
の体積固有抵抗値と温度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１・・・静電チャック２・・・セラミック基板３・
・・誘電体層４・・・静電吸着用電極５・・・吸着面１０・・・
被固定物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊東裕見子鹿児島県国分市山下町１番４号京セラ株式会社総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被固定物を吸着保持する吸着面が、窒化ア
ルミニウムを主相とし、窒化チタンを１２〜４０容量％
含有するとともに、さらにイットリウム、エルビウム、
イッテルビウムのうち少なくとも一種を酸化物換算で１
〜８容量％含有してなる窒化アルミニウム質焼結体から
なることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】被固定物を吸着保持する吸着面が、窒化ア
ルミニウムを主相とし、窒化チタンを５〜１８容量％
と、ニッケルを酸化物換算で０．１〜１０容量％含有し
てなる窒化アルミニウム質焼結体からなることを特徴と
する静電チャック。