JPH11312729A

JPH11312729A - 静電チャック

Info

Publication number: JPH11312729A
Application number: JP10119750A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nagasaki; 浩一長崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた耐プラズマ性とハロゲン系ガスに対する
優れた耐食性を有するとともに、３００〜５５０℃の全
ての温度域においてジョンソン・ラーベック力による静
電吸着力を発現させて試料を固定することができる静電
チャックを提供する。【解決手段】セラミック基板２上に静電吸着用電極３を
有するとともに、該静電吸着用電極３を覆うように上記
セラミック基板２上にセラミック誘電体層４を被覆一体
化し、該セラミック誘電体層４の上面を試料Ｗの保持面
５としてなる静電チャック１において、少なくとも上記
セラミック誘電体層４を、アルミナ含有量が９９重量％
以上で、アルミナの平均結晶粒子径が１〜３μｍである
とともに、気孔率が０．５％以下であるアルミナ焼結体
により形成し、３００〜５５０℃の温度域において上記
セラミック誘電体層４を構成するアルミナ焼結体の体積
固有抵抗値を１×１０⁸〜１０¹¹Ω・ｃｍとし、ジョン
ソン・ラーベック力を発現させて試料Ｗを吸着固定でき
るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電材料や半導体
材料等からなる試料を電気的に保持する静電チャックに
関し、特に、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング等のよう
に、試料を加熱した状態で電気的に保持する成膜装置用
静電チャックとして好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程において、
半導体ウエハ（以下、ウエハと称す。

【０００３】）に薄膜を形成するＰＶＤ、ＣＶＤ、スパ
ッタリング等の成膜装置においては、ウエハを処理室内
に精度良く保持するために静電チャックが使用されてい
る。

【０００４】図８（ａ）（ｂ）に一般的な静電チャック
２１の構造を示すように、円盤状をしたセラミック基板
２２上に静電吸着用電極２３を有するとともに、該静電
吸着用電極２３を覆うように上記セラミック基板２２上
にセラミック誘電体層２４を被覆一体化したもので、上
記静電吸着用電極２３は前記セラミック基板２２とセラ
ミック誘電体層２４との間に内蔵された構造となってい
る。そして、上記セラミック誘電体層２４の上面をウエ
ハ等の試料Ｗの保持面２５とし、該保持面２５に試料Ｗ
を載置したあと、該試料Ｗと上記静電吸着用電極２３と
の間に通電することで、試料Ｗに静電吸着力を発現さ
せ、保持面２５上に吸着固定するようになっていた。

【０００５】なお、図８では単極型の静電チャック２１
を示したが、上記静電吸着用電極２３を２つ以上に分割
し、分割した静電吸着用電極２３間に通電することによ
り、保持面２５上に載置した試料Ｗに静電吸着力を発現
させて保持面２５上に吸着固定するようにした双極型の
静電チャックも提案されている。

【０００６】そして、成膜装置では、デポジッション用
ガス、クリーニング用ガスとしてフッ素系や塩素系等の
腐食性の極めて高いハロゲン系ガスが使用されており、
上記静電チャック２１を構成するセラミック基板２２や
セラミック誘電体層２４の材質として、ハロゲン系ガス
に対する耐蝕性に優れたアルミナ焼結体が使用されてい
た。

【０００７】また、試料Ｗを吸着させる静電吸着力には
誘電分極によるクーロン力と微少な漏れ電流によるジョ
ンソン・ラーベック力の２つの力があり、特に大きな吸
着力が得られるジョンソン・ラーベック力を用いること
が主流となっている。

【０００８】このジョンソン・ラーベック力による静電
吸着力を発現させるためには、静電チャック２１の使用
温度域において、セラミック誘電体層２４の体積固有抵
抗値が１×１０⁸〜１×１０¹¹Ω・ｃｍの範囲にあるこ
とが必要であり、例えば、特開平４−３９５６号公報に
は、セラミック誘電体層２４を構成するアルミナ焼結体
中に不純物を適宜添加して室温域での体積固有抵抗値を
１×１０⁸〜１×１０¹¹Ω・ｃｍとしたものが開示され
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、成膜
装置にはＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma）やＥＣＲ
（Electric Cyclotron Resonance）など高密度プラズ
マ源が使用され、３００℃以上の高温域で成膜が行われ
るようになっており、化学的な反応の強いフッ素系や塩
素系等のハロゲン系ガスが使用されることもあって、ま
すます静電チャックの使用条件が過酷になっていた。

【００１０】ところが、このような高温の条件下でセラ
ミック誘電体層２４として不純物を含有したアルミナ焼
結体からなる静電チャック２１を使用すると、上記アル
ミナ焼結体の体積固有抵抗値が１×１０⁸Ω・ｃｍより
さらに低下して試料Ｗと静電吸着用電極２３間を流れる
漏れ電流量が多くなるため、試料Ｗがウエハである場
合、ウエハ上の微少回路を絶縁破壊させてしまうといっ
た課題があった。

【００１１】また、不純物はハロゲン系ガスと反応して
アルミナ焼結体を腐食させたり、プラズマによってエッ
チングされてアルミナ焼結体を摩耗させることから静電
チャック２１の寿命が短く、特にウエハの製造工程では
腐食や摩耗に伴う塵がパーティクルやコンタミネーショ
ンとなりウエハに悪影響を与えるといった課題もあっ
た。

【００１２】一方、セラミック誘電体層２４として、不
純物を含有してない比較的高純度（例えば９７％程度）
のアルミナ焼結体を用いた静電チャック２１を使用する
と、３００℃以上の温度域のうちある温度域においては
アルミナ焼結体の体積固有抵抗値を１×１０⁸〜１×１
０¹¹Ω・ｃｍの範囲に入れることができるものの、通常
アルミナ焼結体は抵抗温度係数が大きいためにある限ら
れた狭い温度域でしかジョンソン・ラーベック力を発現
させることができず、成膜条件の変更により異なる温度
域で処理する場合、それぞれの温度条件にて使用可能な
静電チャック２１を交換しなければならないといった課
題があり、近年、特に使用されている３００〜６００℃
の温度域において広範囲にわたってジョンソン・ラーベ
ック力による静電吸着力を発現させることが可能な静電
チャック２１は未だ得られていなかった。

【００１３】

【発明の目的】本発明の目的は、成膜装置やエッチング
装置において、優れた耐プラズマ性とハロゲン系ガスに
対する優れた耐食性を有するとともに、３００〜５５０
℃という広範囲の温度域にわたってジョンソン・ラーベ
ック力による静電吸着力を発現させて試料を吸着固定す
ることができる静電チャックを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、セラミック基板上に静電吸着用電極を有する
とともに、該静電吸着用電極を覆うように上記セラミッ
ク基板上にセラミック誘電体層を被覆し、該セラミック
誘電体層の上面を試料の保持面としてなる静電チャック
において、少なくとも上記セラミック誘電体層を、アル
ミナ含有量が９９重量％以上で、アルミナの平均結晶粒
子径が１〜３μｍであるとともに、気孔率が０．５％以
下で、かつ３００〜５５０℃の全ての温度域における体
積固有抵抗値が１×１０⁸〜１×１０¹¹Ω・ｃｍの範囲
にあるアルミナ焼結体により形成したことを特徴とす
る。

【００１５】

【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。

【００１６】図１（ａ）は本発明の静電チャックの一例
を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図であ
る。

【００１７】この静電チャック１は、円盤状をしたセラ
ミック基板２上に、例えば上記セラミック基板２より若
干径の小さい図２に示すような半円状をした２つの静電
吸着用電極３を円を構成するように配置するとともに、
上記静電吸着用電極３を覆うように上記セラミック基板
２上には、アルミナ含有量が９９重量％以上で、アルミ
ナの平均結晶粒子径が１〜３μｍであるとともに、気孔
率が０．５％以下であり、かつ３００〜５５０℃の全て
の温度域における体積固有抵抗値が１×１０^８〜１×１
０^１１Ω・ｃｍの範囲にあるアルミナ焼結体からなるセ
ラミック誘電体層４を被覆したもので、上記静電吸着用
電極３は前記セラミック誘電体層４とセラミック基板２
との間に内蔵されている。また、上記セラミック誘電体
層４の上面は中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．２μｍ以下
の平滑面としてあり、誘電材料や半導体材料等の試料Ｗ
の保持面５としてある。なお、上記セラミック基板２の
静電吸着用電極３と反対側の下面には給電端子６を接合
してあり、該給電端子６と前記静電吸着用電極３とは電
気的に接続されている。

【００１８】そして、上記保持面５に試料Ｗを載置する
とともに、別の加熱手段によって試料Ｗを加熱した状態
で、上記２つの静電吸着用電極３間に通電すれば、３０
０〜５５０℃の温度域においてセラミック誘電体層４の
体積固有抵抗値が１×１０⁸〜１×１０¹¹Ω・ｃｍの範
囲にあるため、大きな吸着力が得られるジョンソン・ラ
ーベック力を発現させことができ、試料Ｗを保持面５の
精度に倣わせて精度良く吸着固定することができる。し
かも、３００〜５５０℃の全ての温度域においてジョン
ソン・ラーベック力を発現させることができるため、一
つの静電チャック１で広範囲の温度域を網羅することが
できる。

【００１９】ところで、上記セラミック誘電体層４は、
アルミナ含有量が９９重量％以上であるアルミナ焼結体
により構成し、アルミナ以外の成分、例えば、Ｔｉ
Ｏ₂、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮａＯ
等の成分は１重量％以下とすることが必要である。この
ようにアルミナ以外の成分を１重量％以下とすること
で、ハロゲン系ガスに対する耐食性や耐プラズマ性を高
めることができるため、静電チャック１の寿命を長くす
ることができるとともに、腐食や摩耗による塵の発生を
抑えることができるため、例えば、半導体ウエハのよう
な試料Ｗを固定してもパーティクルやコンタミネーショ
ンを少なくすることができ、試料Ｗに悪影響を与えるこ
とがない。

【００２０】即ち、アルミナ以外の上記成分は焼結助剤
として作用し、アルミナ焼結体の焼結性を高めることが
できるものの、これらの成分はハロゲン系ガスに対して
腐食し易く、また、焼結体中において粒界層を形成する
ためにプラズマに対してエッチングされ易くなるため、
できるだけ少ない方が良い。なお、好ましくはアルミナ
含有量が９９．５重量％以上、さらに好ましくは９９．
８重量％以上の高純度であるものが良い。

【００２１】また、３００〜５５０℃の全ての温度域に
おけるアルミナ焼結体の体積固有抵抗値を１×１０⁸〜
１×１０¹¹Ω・ｃｍとするためには、焼結体中における
アルミナの平均結晶粒子径を１〜３μｍとすることが重
要である。

【００２２】本件発明者の研究によれば、高純度のアル
ミナ焼結体において、アルミナの平均結晶粒子径と体積
固有抵抗値との間には密接な関係があり、アルミナの平
均結晶粒子径を小さくすれば体積固有抵抗値を小さくで
きるとともに、抵抗温度係数をも小さくできることを知
見した。そして、セラミックスの体積固有抵抗値は温度
が高くなるにつれて小さくなる傾向があることから、３
００℃以上の温度域でできるだけ広い温度域にわたって
アルミナ焼結体の体積固有抵抗値を１×１０⁸〜１×１
０¹¹Ω・ｃｍとすることができる条件について鋭意研究
を重ねたところ、焼結体中におけるアルミナの平均結晶
粒子径を１〜３μｍとすれば良いことを見出したのであ
る。

【００２３】即ち、アルミナの平均結晶粒子径が３μｍ
より大きくなると、体積固有抵抗値と抵抗温度係数を下
げる効果が小さいことから３００〜５５０℃の全ての温
度域におけるアルミナ焼結体の体積固有抵抗値を１×１
０⁸〜１×１０¹¹Ω・ｃｍとすることができず、狭い温
度域でしか大きな吸着力を発現させることができないか
らである。例えば、一般的にアルミナ含有量が９９重量
％以上である高純度のアルミナ焼結体中におけるアルミ
ナの平均結晶粒子径は１０μｍ以上であり、このような
アルミナ焼結体は約４８０℃以上でなければ体積固有抵
抗値を１×１０¹¹Ω・ｃｍ以下とすることができないた
め、３００〜４７０℃の温度域ではジョンソン・ラーベ
ック力を発現させることができず、また、抵抗温度係数
も大きいために、４８０〜６００℃の狭い温度域でしか
大きな吸着力が得られない。なお、アルミナの平均結晶
粒子径の下限値を１μｍ未満としたのは、これ以上小さ
くすることは製造上難しいからである。

【００２４】また、アルミナ含有量を９９重量％以上と
し、焼結体中におけるアルミナの平均結晶粒子径を１〜
３μｍとすることにより、１ＧＨｚにおける誘電損失を
２×１０^-4以下とすることができる。その為、静電チャ
ック１をプラズマ発生下で使用したとしても高周波の吸
収が殆どなく、静電チャック１の発熱を抑えることがで
きるとともに、プラズマの発生効率を悪化させることが
ないため、各種処理精度や処理速度を低下させることが
ない。しかも、アルミナの結晶粒子径が小さいことから
保持面５を平滑で凹凸の少ない面とすることができるた
め、プラズマの集中を抑え、保持面５の耐プラズマ性を
高めることができる。

【００２５】さらに、アルミナ焼結体の耐プラズマ性を
高めるためは気孔率を０．５％以下とすることが必要で
ある。気孔率が０．５％より大きくなると、プラズマが
集中し易い気孔が多くなり、摩耗し易くなるからであ
る。

【００２６】なお、アルミナの平均結晶粒子径は、アル
ミナ焼結体の断面のＳＥＭ写真をもとに、任意の仮想線
を引き、この仮想線の長さを仮想線上に存在するアルミ
ナ粒子の数で割ることにより測定した。このとき、アル
ミナ粒子の数は多いほど測定精度を高めることができる
ため、少なくとも３０個以上とるべきである。また、ア
ルミナ焼結体の気孔率は、同一条件にて作製した試料を
アルキメデス法にて測定した。

【００２７】また、静電チャック１の静電吸着力を高め
るためにはセラミック誘電体層４の厚みはできるだけ薄
い方が良いが、あまり薄くしすぎると絶縁耐圧が低下し
て所要の静電吸着力を得るのに必要な電圧を印可できな
くなる。その為、セラミック誘電体層４の膜厚みは２０
０〜５００μｍとすることが良い。

【００２８】一方、セラミック基板２を構成する材質と
しては、アルミナ焼結体、ＹＡＧ（アルミニウム−イッ
トリウム−ガーネット）焼結体等の酸化物セラミックス
を用いることができるが、静電チャック１の製作時や各
種処理時における破損等を防ぐためにはセラミック誘電
体層４を構成するアルミナ焼結体と同種のアルミナ焼結
体が良く、さらに好ましくは熱膨張係数が一致したセラ
ミック誘電体層４を構成するアルミナ焼結体と同一のア
ルミナ焼結体により形成することが望ましい。

【００２９】また、上記静電吸着用電極３を構成する材
質としては、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍ
ｏ）、さらには炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン
（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等を用いることがで
きる。これらの材質はセラミック誘電体層４を構成する
アルミナ焼結体やセラミック基板２を構成する酸化物セ
ラミックスとの熱膨張差が小さいことから、セラミック
誘電体層４とセラミック基板２との間に内蔵した状態で
一体的に焼結させたとしても反りや剥離を発生させるこ
とがない。特にモリブデン（Ｍｏ）はアルミナ焼結体と
の熱膨張差が非常に小さく好適である。

【００３０】次に、図１に示す静電チャック１の製造方
法について説明する。

【００３１】まず、セラミック誘電体層４として、出発
原料にＴｉＯ₂、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、Ｆｅ₂Ｏ
₃、ＮａＯ等の不純物が少ない純度９９％以上でかつ平
均粒子径が１．２μｍ以下のアルミナ粉末を使用する。
ここで、アルミナ粉末の平均粒子径を１．２μｍ以下と
するのは、１．２μｍより大きくなると後述する温度で
焼成したとしてもアルミナが粒成長して焼結体中におけ
るアルミナの平均結晶粒子径を３μｍ以下とすることが
できないからである。

【００３２】そして、上記アルミナ粉末に対して溶媒や
バインダーを添加混練して泥漿を作成し、ドクターブレ
ード法などのテープ成形法にて図３（ａ）に示すように
アルミナのグリーンシート１１を複数枚製作し、これら
を積み重ねてグリーンシート積層体１２とする。なお、
焼結性を高めるために必要に応じてＭｇＯを添加するこ
ともできるが、その添加量は焼結後におけるアルミナ以
外の成分の合計含有量が１重量％以下の範囲であること
が必要である。

【００３３】一方、セラミック基板２として、出発原料
に前述した酸化物セラミック粉末を用意し、これに溶媒
やバインダーを添加混練して泥漿を作成し、ドクターブ
レード法などのテープ成形法にて図３（ａ）に示すよう
に酸化物セラミックスのグリーンシート１３を複数枚製
作し、これらを積み重ねてグリーンシート積層体１４と
する。

【００３４】そして、図３（ａ）のように、上記グリー
ンシート積層体１４上に、静電吸着用電極３としてタン
グステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、炭化タングステ
ン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）等のいずれかからなる粉末を含むペースト１５をス
クリーン印刷機にて例えば図２に示すパターン形状に敷
設し、該パターン形状を覆うように上記グリーンシート
積層体１４上に前記アルミナのグリーンシート積層体１
２を積み重ねることにより、図３（ｂ）に示すような静
電吸着用のペースト１５を内蔵してなるグリーンシート
積層体１６を製作する。しかるのち、得られたグリーン
シート積層体１６に切削加工を施して円盤状に成形した
ものを脱脂し、次いで大気雰囲気中や真空雰囲気中、あ
るいは水素や窒素を含む雰囲気中にて焼成するのである
が、この時、焼成温度は１５５０〜１６００℃とするこ
とが重要である。即ち、焼成温度が１５５０℃未満では
セラミック誘電体層４を構成するアルミナ粒子を焼結さ
せることができないために緻密化することができず、逆
に１６００℃より高くなると、セラミック誘電体層４を
構成するアルミナ粒子が粒成長し易くなり、焼結体中に
おけるアルミナの平均結晶粒子径を３μｍ以下とするこ
とができないからである。

【００３５】このような条件にて焼成すれば、図３
（ｃ）に示すようにセラミック基板２とセラミック誘電
体層４との間に静電吸着用電極３を内蔵してなるセラミ
ック体７を製作することができ、上記セラミック誘電体
層４を、アルミナ含有量が９９重量％以上で、アルミナ
の平均結晶粒子径が１〜３μｍであるとともに、気孔率
が０．５％以下であり、かつ３００〜５５０℃の全ての
温度域における体積固有抵抗値が１×１０⁸〜１×１０
¹¹Ω・ｃｍの範囲にあるアルミナ焼結体により形成する
ことができる。

【００３６】そして、得られたセラミック体７のうち、
セラミック誘電体層４の上面を中心線平均粗さ（Ｒａ）
０．２μｍ以下に研磨して保持面５とするとともに、セ
ラミック基板２の下面に上記静電吸着用電極３に連通す
る凹部をそれぞれ穿設し、該凹部に給電端子６をロウ材
等にて接合して該給電端子６と前記静電吸着用電極３と
を電気的に接続することにより図１の静電チャック１を
製作することができる。

【００３７】次に、本発明の静電チャックの他の例につ
いて説明する。

【００３８】図４は円盤状をしたセラミック誘電体層１
４の上面を試料Ｗの保持面１５とするとともに、下面に
円形の凹部１４ａを備え、該凹部１４ａに円盤状をした
セラミック基板１２を嵌入し、上記セラミック基板１２
の上面と前記セラミック誘電体層１４の下面に凹設した
凹部１４ａの底面に介在させた金属膜により接合一体化
したもので、該金属膜を静電吸着用電極１３としてあ
る。

【００３９】そして、上記セラミック誘電体層１４は、
アルミナ含有量が９９重量％以上で、アルミナの平均結
晶粒子径が１〜３μｍであるとともに、気孔率が０．５
％以下であり、かつ３００〜５５０℃の全ての温度域に
おける体積固有抵抗値が１×１０⁸〜１×１０¹¹Ω・ｃ
ｍの範囲にあるアルミナ焼結体により形成してある。

【００４０】その為、この静電チャック１１の保持面１
５に試料Ｗを載置するとともに、別の加熱手段によって
試料Ｗを加熱した状態で、上記試料Ｗと前記静電吸着用
電極１３間に通電すれば、３００〜５５０℃の温度域に
おいてセラミック誘電体層１４の体積固有抵抗値が１×
１０⁸〜１×１０¹¹Ω・ｃｍの範囲にあるため、３００
〜５５０℃の全ての温度域においてジョンソン・ラーベ
ック力を発現させることができ、試料Ｗを保持面１５の
精度に倣わせて精度良く吸着固定することができる。

【００４１】また、上記セラミック誘電体層１４は静電
吸着用電極１３を覆うようにセラミック基板１２上に被
覆一体化してあり、上記静電吸着用電極１３はセラミッ
ク誘電体層１４とセラミック基板１２との間に内蔵され
た構造としてあることから、腐食性の強いハロゲン系ガ
スやプラズマに曝されることがない。

【００４２】なお、上記セラミック誘電体層１４とセラ
ミック基板１２を接合する金属膜としてはチタンなどの
活性金属を含む金ロウや銀ロウを用いることができ、こ
れらのロウ材を用いれば接合時に活性金属がセラミック
誘電体層１４やセラミック基板１２に拡散し、高温域で
も両者を強固に接合することができるとともに、導電性
を有することから静電吸着用電極１３として十分に機能
させることができる。

【００４３】この図４に示す静電チャック１１を製造す
る方法としては、まず、セラミック誘電体層１４を製作
するために、出発原料としてＴｉＯ₂、ＭｇＯ、ＳｉＯ
₂、ＣａＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮａＯ等の不純物が少ない純
度９９％以上でかつ平均粒子径が１．２μｍ以下のアル
ミナ粉末を用い、このアルミナ粉末に対して溶媒やバイ
ンダーを添加混練して泥漿を作成し、ドクターブレード
法などのテープ成形法にてアルミナのグリーンシートを
複数枚製作し、これらのグリーンシートを積層するとと
もに、切削加工を施すことにより凹部を有する円盤状の
グリーンシート積層体を形成し、該グリーンシート積層
体を大気雰囲気中や真空雰囲気中、あるいは水素や窒素
を含む雰囲気中にて１５５０〜１６００℃温度にて焼成
することによりアルミナ含有量が９９重量％以上で、ア
ルミナの平均結晶粒子径が１〜３μｍであるとともに、
気孔率が０．５％以下であり、かつ３００〜５５０℃の
温度域における体積固有抵抗値が１×１０⁸〜１×１０
¹¹Ω・ｃｍの範囲にあるアルミナ焼結体からなる図５
（ａ）に示すような凹部１４ａを備えた円盤状のセラミ
ック誘電体層１４を製作する。

【００４４】一方、セラミック基板１２を製作するため
に、出発原料として前述した酸化物セラミック粉末に対
して溶媒やバインダーを添加混練して泥漿を作成し、ド
クターブレード法などのテープ成形法にて酸化物セラミ
ックスのグリーンシートを複数枚形成し、これらのグリ
ーンシートを積層するとともに、切削加工を施して円盤
状のグリーンシート積層体を形成し、該グリーンシート
積層体を大気雰囲気中や真空雰囲気中、あるいは水素や
窒素を含む雰囲気中にて酸化物セラミック粉末を焼結さ
せることができる温度にて焼成することにより図５
（ａ）に示すような円盤状のセラミック基板１２を製作
する。

【００４５】そして、図５（ａ）に示すように、上記セ
ラミック基板１２上にチタンなどの活性金属を含む金ロ
ウや銀ロウ等のロウ材１８を塗布し、セラミック誘電体
層４の凹部４ａに嵌入した状態で加熱処理を施すことに
より、図５（ｂ）に示すようにセラミック基板１２とセ
ラミック誘電体層１４との間に静電吸着用電極１３を内
蔵してなるセラミック体１７を製作する。

【００４６】そして、得られたセラミック体１７のう
ち、セラミック誘電体層１４の上面を中心線平均粗さ
（Ｒａ）０．２μｍ以下に研磨して保持面１５とすると
ともに、セラミック基板１２の下面に上記静電吸着用電
極１３に連通する凹部をそれぞれ穿設し、該凹部に給電
端子１６をロウ材等にて接合して該給電端子１６と前記
静電吸着用電極１３とを電気的に接続することにより図
４の静電チャック１１を製作することができる。

【００４７】以上のように、本実施形態は、図１や図４
に示したものだけに限定されるものではなく、例えば、
セラミック誘電体層４，１４が円盤状をしたもの以外
に、多角形や楕円形をしたものでも良く、また、セラミ
ック誘電体層４，１４とセラミック基板２，１２との間
に内蔵する静電吸着用電極３，１３のパターン形状も図
２に示したものだけに限らず、図６（ａ）に示すような
扇状や図６（ｂ）に示すようなリング状、あるいは図６
（ｃ）に示すような櫛歯状をしたものなどさまざまなパ
ターン形状をしたものに適用可能である。

【００４８】また、図１では図示していないが、セラミ
ック基板２，１２に内部電極を埋設しても良く、例えば
内部電極として抵抗発熱体を埋設すれば、静電チャック
１，１１を直接加熱することができるため、保持面５，
１５に固定する試料Ｗを短時間で所定の温度に加熱する
ことができ、生産性を高めることができるとともに、内
部電極としてプラズマ発生用電極を埋設すれば、プラズ
マ発生装置を簡略化することができるとともに、保持面
５，１５に固定する試料Ｗに対して一様にプラズマを発
生させることができるため、各種処理精度を高めること
ができる。

【００４９】（実施例）平均粒子径１. ２μｍで、純度
９９．５％のアルミナ粉末にバインダーおよび溶媒を添
加混練して泥漿を作製したあと、ドクターブレード法に
て厚さ０. ３ｍｍのアルミナのグリーンシート１１，１
３を複数枚製作した。このうち数枚のグリーンシート１
１を積み重ねた上に、比表面積（ＢＥＴ）が２ｍ²／ｇ
以上のモリブデン（Ｍｏ）粉末に若干アルミナ粉末を添
加して粘度調整したペースト１５をスクリーン印刷機に
て図２に示すようなパターン形状に敷設したあと、該図
２に示すパターン形状を覆うように残りのグリーンシー
ト１３を積み重ね、６０℃、５００ｋｇ／ｃｍ²の圧力
で熱圧着し、その後切削加工を施して円盤状をしたアル
ミナのグリーンシート積層体１６を形成した。そして、
このグリーンシート積層体１６を脱脂を施し、１５７０
℃の水素窒素混合雰囲気下で焼成することにより、静電
吸着用電極３をセラミック基板２とセラミック誘電体層
４との間に内蔵したアルミナ焼結体からなるセラミック
体７を得た。

【００５０】なお、同様の条件にて製作したアルミナ焼
結体の組成をＩＣＰにて調べたところ、アルミナ含有量
が９９．５重量％で、不純物としてＭｇＯ、ＳｉＯ₂、
Ｎａ₂Ｏを合計で０．５重量％含んだものであった。ま
た、上記アルミナ焼結体の気孔率をアルキメデス法にて
測定したこところ０．３％であり、アルミナ焼結体中に
おけるアルミナの平均結晶粒子径は２μｍであった。

【００５１】また、このアルミナ焼結体の強度を３点曲
げ試験により測定したところ、５５０ＭＰａもの強度を
有し、熱伝導率は３４Ｗ／ｍｋとサファイアに近い値ま
で高めることができた。

【００５２】次に、得られたセラミック体７のセラミッ
ク誘電体層４の上面を中心線平均粗さ（Ｒａ）０．２μ
ｍに研磨して保持面５とし、セラミック基板２の下面に
は静電吸着用電極３に連通する凹部を穿設し、該凹部に
Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金からなる給電端子をロウ付け固定
することにより外径が約２００ｍｍの図１に示す静電チ
ャック１を得た。

【００５３】そして、この静電チャック１を別に設けた
ヒータによって３００℃以上に加熱し、セラミック誘電
体層４の体積固有抵抗値を給電端子６と電源との間に介
在させた電流計から測定したところ、３００〜５５０℃
の全ての温度域においてセラミック誘電体層４を構成す
るアルミナ焼結体の体積固有抵抗値が１０⁸〜１０¹¹Ω
・ｃｍの範囲にあり、実際、上記静電チャック１に保持
した１ｃｍ角のシリコンウエハを持ち上げるのに要する
力について測定したところ、５００ｇ／ｃｍ²と十分な
吸着力を有していた。

【００５４】（実験例１）ここで、アルミナ焼結体のア
ルミナ含有量がエッチングレートに及ぼす影響を調べる
実験を行った。なお、本実験ではアルミナ含有量を異な
らせる以外は焼結体中におけるアルミナの平均結晶粒径
は１〜３μｍ、気孔率は０. ５％以下、１ＧＨｚにおけ
る誘電損失は２×１０^-4以下となるようにした。また、
エッチング条件はエッチング用ガスにＣｌ₂、流量１０
０ｓｃｃｍ、真空度４Ｐａ、プラズマ発生用電極に印加
する高周波電力２ｋＷ、プラズマ照射時間を１時間とし
た。

【００５５】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００５６】この結果、表１よりまず、アルミナ含有量
が高いほど、エッチングレートを小さくできることが判
る。そして、アルミナ含有量が９９重量％未満では、エ
ッチングレートが１００Å／ｍｉｎより多くなり、格別
優れた効果が得られなかった。

【００５７】これに対し、アルミナ含有量が９９重量％
以上であれば、エッチングレートを１００Å／ｍｉｎ以
下とすることができ、アルミナ含有量が９９．６重量％
にあってはエッチングレートをさらに低減することがで
き、優れた耐プラズマ性が得られることが判る。

【００５８】この結果、ハロゲン系ガス下での耐プラズ
マ性を高めるためには、アルミナ含有量を９９重量％以
上、より好ましくは９９．５重量％以上とすれば良いこ
とが判る。

【００５９】

【表１】

【００６０】（実験例２）次に、アルミナ焼結体の気孔
率がエッチングレートに及ぼす影響について実験例１と
同様の条件にて実験を行った。なお、本実験ではアルミ
ナ焼結体の気孔率を異ならせる以外はアルミナ含有量を
９９．５重量％とし、焼結体中におけるアルミナの平均
粒子径が１〜３μｍ、１ＧＨｚにおける誘電損失は２×
１０^-4以下となるようにした。

【００６１】それぞれの結果は表２に示す通りである。

【００６２】この結果、表２より判るように、気孔率が
小さくなるにつれてエッチングレートを小さくすること
ができ、特に気孔率０．５％を境にエッチングレートを
１００Å／ｍｉｎ以下にまで大幅に小さくできることが
判る。

【００６３】この結果、気孔率は０．５％以下とすれば
良いことが判る。

【００６４】

【表２】

【００６５】（実験例３）次に、アルミナの平均結晶粒
径がアルミナ焼結体の体積固有抵抗値と抵抗温度係数に
及ぼす影響を調べる実験を行った。なお、本実験ではア
ルミナ焼結体中におけるアルミナの平均結晶粒径を異な
らせる以外は、アルミナ含有量を９９．５重量％とし、
アルミナ焼結体の気孔率は０．５％以下、１ＧＨｚにお
ける誘電損失は２×１０^-4以下となるようにした。

【００６６】実験に際しては、アルミナの平均結晶粒径
を異ならせたアルミナ焼結体を徐々に加熱して、その時
の体積固有抵抗値を４端子法にて測定した。

【００６７】それぞれの結果は図７に示す通りである。

【００６８】この結果、まず、アルミナの平均結晶粒径
を小さくすることで、アルミナ焼結体の体積固有抵抗値
と抵抗温度係数をそれぞれ小さくでき、アルミナの平均
結晶粒径が３μｍ以下では、殆ど変化が見られないこと
が判る。

【００６９】そして、アルミナの平均結晶粒径が１〜３
μｍの範囲にあるものでは、３００℃から５５０℃とい
う最も広い温度域でアルミナ焼結体の体積固有抵抗値を
１×１０⁸〜１×１０¹¹Ω・ｃｍとできることが判る。

【００７０】このことから、アルミナの平均結晶粒径を
１〜３μｍとすることで、３００〜５５０℃という広い
温度域で大きな静電吸着力を発現させることができる静
電チャックを製作できることが判る。

【００７１】そこで、図７におけるアルミナの平均結晶
粒径が３μｍ、６μｍ、２０μｍであるアルミナ焼結体
によりセラミック誘電体層４とセラミック基板２を形成
した図１の静電チャック１を製作し、この静電チャック
１をヒータによって４００℃に加熱した時の吸着特性を
調べる実験を行った。

【００７２】なお、静電チャック１の製作にあたっては
静電吸着用電極３をモリブデンにより構成し、給電端子
６をＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金により構成した。

【００７３】そして、保持面５に１ｃｍ角のシリコンウ
エハからなる試料Ｗを載置し、４００℃に加熱した状態
で試料Ｗを剥がすのに必要な力を測定した。また、静電
吸着用電極３への通電を終了してから試料Ｗを容易に離
脱させることができまでの時間を離脱応答性として測定
した。

【００７４】それぞれの結果は表３に示す通りである。

【００７５】この結果、表３より判るように、アルミナ
焼結体の平均結晶粒径が３μｍより大きなものは、４０
０℃の温度域において体積固有抵抗値が１×１０¹¹Ω・
ｃｍより大きく、吸着力が小さいことが判る。しかも、
静電吸着用電極３への通電を終了してから試料Ｗを容易
に離脱させるまでに要する離脱応答性も悪かった。

【００７６】これに対し、アルミナ焼結体の平均結晶粒
径が３μｍのものは、４００℃の温度域における体積固
有抵抗値が１×１０⁸〜１×１０¹¹Ω・ｃｍの範囲にあ
るため、吸着力が５０３ｇ／ｃｍ²と大きく、また、離
脱応答性も０．５秒と非常に短かった。

【００７７】このことから、セラミック誘電体層４を構
成するアルミナ焼結体中におけるアルミナの平均結晶粒
子径を１〜３μｍとすれば、３００〜５５０℃という広
範囲の温度域でジョンソン・ラーベック力による大きな
静電吸着力が得られ、強固に試料Ｗを固定できるととも
に、離脱応答性が良いため、試料Ｗの入替え時間を短く
でき、結果として生産性を高めることができることが判
る。

【００７８】

【表３】

【００７９】なお、実験例３ではアルミナ含有量が９
９．５重量％であるアルミナ焼結体についてのみ示した
が、アルミナ含有量が９９重量％以上であるアルミナ焼
結体にあっては同様の傾向が見られ、高純度アルミナ焼
結体の体積固有抵抗値はその平均結晶粒子径に依存する
ことが判った。

【００８０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、セラミ
ック基板上に静電吸着用の電極を有するとともに、該静
電吸着用の電極を覆うように上記セラミック基板上にセ
ラミック誘電体層を被覆一体化し、該セラミック誘電体
層の上面を試料の保持面としてなる静電チャックにおい
て、少なくとも上記セラミック誘電体層を、アルミナ含
有量が９９重量％以上で、アルミナの平均結晶粒子径が
１〜３μｍであるとともに、気孔率が０．５％以下であ
るアルミナ焼結体により形成したことによって、３００
〜５５０℃の全ての温度域において上記セラミック誘電
体層を構成するアルミナ焼結体の体積固有抵抗値を１×
１０⁸〜１０¹¹Ω・ｃｍとし、ジョンソン・ラーベック
力を発現させることができるため、３００〜５５０℃の
全ての温度域において試料を大きな吸着力で吸着保持す
ることができる。しかも、上記アルミナ含有量が９９重
量％以上と高く、また、アルミナ焼結体中におけるアル
ミナの平均結晶粒径を１〜３μｍ、気孔率を０. ５％以
下としてあることから腐食性の強いハロゲン系ガスに曝
されたとしても殆ど腐食することがなく、また、耐プラ
ズマ性にも極めて優れていることから、長寿命の静電チ
ャックとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の静電チャックの一例を示す斜
視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。

【図２】図１の静電チャックに内蔵してある静電吸着用
電極のパターン形状を示す図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は図１の静電チャックの製造方
法を説明するための図である。

【図４】（ａ）は本発明の静電チャックの他の例を示す
斜視図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。

【図５】（ａ），（ｂ）は図４の静電チャックの製造方
法を説明するための図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は静電チャックに内蔵する静電
吸着用電極の様々なパターン形状を示す図である。

【図７】アルミナの平均結晶粒子径を異ならせた時のア
ルミナ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８】（ａ）は一般的な静電チャックの一例を示す斜
視図、（ｂ）は（ａ）のＺ−Ｚ線断面図である。

【符号の説明】

１,11,21・・・静電チャック２,12,22・・・セラミック基板３,13,23・・・静電吸着用の電極４,14,24・・・セラミック誘電体層５,15,25・・・保持面６,16,26・・・給電端子Ｗ・・・試料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板上に静電吸着用電極を有す
るとともに、該静電吸着用電極を覆うように上記セラミ
ック基板上にセラミック誘電体層を被覆一体化し、該セ
ラミック誘電体層の上面を試料の保持面としてなる静電
チャックにおいて、少なくとも上記セラミック誘電体層
を、アルミナ含有量が９９重量％以上で、アルミナの平
均結晶粒子径が１〜３μｍであるとともに、気孔率が
０．５％以下で、かつ３００〜５５０℃の全ての温度域
における体積固有抵抗値が１×１０⁸〜１×１０¹¹Ω・
ｃｍの範囲にあるアルミナ焼結体により形成したことを
特徴とする静電チャック。