JPWO2012014873A1 - 静電チャック - Google Patents

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Abstract

【課題】残留吸着の抑制力が経時的に劣化しにくい静電チャックを提供する。【解決手段】本発明は、絶縁基体（２）と、吸着用電極（３）とを備えた静電チャックであって、絶縁基体（２）の少なくとも上面を含む領域はＭｎを含むとともにＦｅおよびＣｒの少なくとも一方からなる第一の遷移元素を含むセラミックスからなり、Ｍｎの含有量Ｃ１（ｍｏｌ）に対する前記第一の遷移元素の含有量Ｃ２（ｍｏｌ）の比Ｃ２／Ｃ１が１以上であることを特徴とするものである。

Description

本発明は、ＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置、イオンプレーティング装置、蒸着装置等の成膜装置やエッチング装置において、例えば半導体用途のシリコンウェハ等の被加工物が経時的に離脱できなくなる等の不具合が生じることなしに固定保持、矯正、搬送するのに用いる静電チャックに関するものである。
従来、ＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置、イオンプレーティング装置、蒸着装置等の成膜装置やエッチング装置では、シリコンウェハ等の被加工物を精度良く固定するため、平坦かつ平滑に仕上げられた板状体の表面に強制的に吸着させることが行われており、この吸着手段として静電吸着力を利用した静電チャックが用いられている。
これらの成膜装置やエッチング装置に用いられる静電チャックは、セラミックスからなる板状の絶縁基体の一方の主面（一方の最も広い面）を吸着面とするもので、絶縁基体の内部または他方の主面（他方の最も広い面）に吸着用電極を備え、吸着用電極にＤＣ電圧を印加して被加工物との間に誘電分極によるクーロン力や微少な漏れ電流によるジョンソン・ラーベック力等の静電吸着力を発現させることにより、被加工物を吸着面に強制的に吸着固定させることができるようになっている。
なお、静電チャックには、被加工物を吸着面から離脱させるためのリフトピンが、被加工物の周辺部に対応する吸着面の周辺部から突出自在に設けられている。
ところで、プラズマ処理に用いられる従来の静電チャックでは、吸着用電極へのＤＣ電圧印加を解除した後も吸着力が残留する、いわゆる残留吸着が発生することが知られている。この残留吸着は、被加工物にプラズマから電子が注入された際に絶縁基体に固定電荷（正孔）が発生し、ＤＣ電圧を切った後も絶縁基体に固定電荷（正孔）が残留することに起因するものである。
ここで、残留吸着力が大きい状態でリフトピンにより被加工物を吸着面から離脱させようとすると、被加工物を変形または破損させてしまうという問題があった。
これに対し、ＤＣ電圧を切った状態で十分な時間をかけてプラズマ照射（電子注入）して固定電荷を除去する方法が知られている。また、リフトピンにかかるストレスを検知するストレスセンサを有し、リフトピンの動きを制御する静電チャックが提案されている（特許文献１を参照）。このような固定電荷除去方法および静電チャックを用いることで、被加工物の変形または破損を抑制することができる。
特開平５−１２９４２１号公報
静電チャックを使用する半導体業界では、より高度なＩＣの集積化による付加価値の向上および低コスト化が求められている。その要求を満たす重要なアイテムとして、各要素工程の製造タクトの短縮という観点から、静電チャックの残留吸着の低減が求められている。
しかし、静電チャックを長期間使用し、上述の固定電荷除去の目的でプラズマ（高エネルギーを有する加速された電子）の照射を継続的に続けると、残留吸着の抑制力が経時的に劣化して逆に徐々に残留吸着が増長し、もはや固定電荷除去に対してプラズマ照射が意味をなさなくなってしまうという問題があった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、残留吸着の抑制力が経時的に劣化しにくい静電チャックの提供を目的とする。
本発明は、絶縁基体と、吸着用電極とを備えた静電チャックであって、前記絶縁基体の少なくとも上面を含む領域はＭｎを含むとともにＦｅおよびＣｒの少なくとも一方からなる第一の遷移元素を含むセラミックスからなり、前記Ｍｎの含有量Ｃ１（ｍｏｌ）に対する前記第一の遷移元素の含有量Ｃ２（ｍｏｌ）の比Ｃ２／Ｃ１が１以上であることを特徴とするものである。
本発明によれば、プラズマ環境下において残留吸着の抑制力が経時的に劣化しないため、被加工物の離脱しやすい静電チャックを実現することができる。
本発明の静電チャックの一実施形態を示す図であって、（ａ）は静電チャックの上面図、（ｂ）は静電チャックおよび被加工物の縦断面図である。 図１に示す絶縁基体中のＭｎ、ＦｅまたはＣｒの量的な概念を示す図である。 本発明の静電チャックの他の実施形態を示す縦断面図である。
以下、本発明の静電チャックの一実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の静電チャックの一実施形態を示す図であって、（ａ）は静電チャックの上面図、（ｂ）は静電チャックおよび被加工物の縦断面図である。
図１に示す例の静電チャック１は、絶縁基体２と、吸着用電極３とを備えている。具体的には、絶縁基体２は、シリコンウェハ等の被加工物Ａと同程度の大きさを有する円盤状に形成されていて、この絶縁基体２の内部に吸着用電極３が埋設されている。
そして、図１に示すように、絶縁基体２の一方の主面には、多数の凸部６が設けられていて、この多数の凸部６のそれぞれの突端が平坦な面になっていてこの面が吸着面となっている。なお、凸部６の数は図に示すパターンの数に限定されない。
吸着用電極３にはリード線８が接続されていて、吸着用電極３はリード線８を介して直流電源９に接続されている。一方、吸着面に吸着される被加工物Ａは、アースと直接またはプラズマによる電気的接続がなされている。これにより、吸着用電極３と被加工物Ａとの間に静電吸着力が発現し、吸着固定が達成される。
絶縁基体２の中央部には、他方の主面（図の下面）から一方の主面（図の上面）まで貫通したガス導入孔７が設けられている。また、凸部６と凸部６との間はガス流路５となっていて、このガス流路５とガス導入孔７とが連通している。そして、吸着面に被加工物Ａを吸着したとき、ガス導入孔７から被加工物とガス流路５とで構成される空間にヘリウムガス等の冷却ガスを供給することで、ガス流路５と被加工物Ａとの間および吸着面と被加工物Ａとの間の熱伝達を良好にし、被加工物Ａの温度分布が均一となるように制御している。
なお、図１に示した静電チャック１では、絶縁基体２の一方主面の外周に沿って周壁４が形成されており、凸部６、被加工物Ａおよびガス流路５がなす空間が閉じた空間とされ、ガス導入孔７から供給された冷却ガスが外部に多量に漏れることを防止するようになっている。この周壁４は目的に応じて設置してもよく、設置しないでもよい。また、周壁４は絶縁基体２と一体的に形成されてもよく、別体に形成されてもよい。
絶縁基体２の形成材料としては、例えばボーキサイトから精製される水酸化アルミニウムを出発原料とする材料が挙げられる。この材料には、微量のＭｎがＡｌの不可避不純物として含まれている。
ここで、図２に示すように、絶縁基体２の少なくとも上面（凸部６が形成されている場合は吸着面）を含む領域はＭｎを含むとともにＦｅおよびＣｒの少なくとも一方からなる第一の遷移元素を含むセラミックスからなり、Ｍｎの含有量Ｃ１（ｍｏｌ）に対する前記第一の遷移元素の含有量Ｃ２（ｍｏｌ）の比Ｃ２／Ｃ１が１以上であることが重要である。なお、上面を含む領域とは、例えば上面から０．２〜０．５ｍｍの厚み領域のことを意味する。また、図２は図１（ｂ）に破線で示す領域ＢのＭｎ、ＦｅまたはＣｒの量的な概念を示す図である。
この構成により、プラズマ環境下において、残留吸着の抑制力が経時的に劣化しないため、被加工物の離脱しやすい静電チャックを実現することができる。
この効果は、以下のメカニズムによるものと思われる。
残留吸着は、静電チャックを構成する絶縁基体２の表層、すなわち微量のＭｎを含んだセラミックスの表層において発現する。具体的には、プラズマ照射時に、プラズマのエネルギーを励起エネルギーとして、ＭｎがＭｎ２＋からＭｎ３＋に酸化される。このとき、Ｍｎからの電荷がＦｅ３＋およびＣｒ３＋の還元に供され、Ｍｎ酸化物内では酸素空孔（正孔）が生成し、この正孔が微弱な表面電流の因子となる。そして、この表面電流が残留吸着として発現する。
この残留吸着の抑制力が経時的に劣化しないようにするには、図２に示すように、Ｍｎからの電荷を受容するＦｅおよびＣｒの少なくとも一方からなる第一の遷移元素の含有量を多くして、具体的にはＭｎの含有量Ｃ１に対する前記第一の遷移元素の含有量Ｃ２の比Ｃ２／Ｃ１を１以上とすればよい。これにより、可逆的にＭｎと前記第一の遷移元素（ＦｅおよびＣｒの少なくとも一方）との間での電荷の授受が生じやすく、Ｍｎ３＋が基底状態であるＭｎ２＋に戻りやすくなり、絶縁基体の表層での正孔の生成を効果的に抑制することができる。これに対し、Ｃ２／Ｃ１が１未満では、Ｍｎ３＋がＦｅまたはＣｒから電荷を効果的に再供給されず、Ｍｎ２＋への還元反応が進行し難い為に、見かけの励起状態が継続し、残留吸着の抑制力が経時的に劣化してしまう。
このような効果は、絶縁基体２がＡｌ２Ｏ３，ＡｌＮおよびＡｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２のうちの少なくとも１種を主成分とする場合に、特に効果的である。この場合、絶縁基体２に生じた酸素空孔が荷電粒子（ホール）となって漏れ電流を生じやすくなるからである。
また、吸着用電極３の形成材料としては、白金、Ｗ等の金属が挙げられる。この吸着用電極３は、絶縁基体２の他方の主面（下面）に露出するように設けられていてもよいが、図に示すように絶縁基体２に埋設されているのが好ましい。
さらに、吸着用電極３が絶縁基体２の内部に埋設されている場合において、図３に示すように、絶縁基体２の上面側領域２１は前記第一の遷移元素（ＦｅおよびＣｒの少なくとも一方）を含んでいて、Ｍｎの含有量Ｃ１（ｍｏｌ）に対する前記第一の遷移元素の含有量Ｃ２（ｍｏｌ）の比Ｃ２／Ｃ１が１以上であるのが好ましい。ここで、図３は本発明の静電チャックの他の実施形態を示す縦断面図であり、上面側領域２１とは、絶縁基体２の上面（凸部６が形成されている場合は吸着面）と吸着用電極３との間の領域、または絶縁基体２の上面（凸部６が形成されている場合は吸着面）と吸着用電極３との間の領域および吸着用電極３の下側近傍までの領域を意味している。ここで、吸着用電極３の下側近傍までの領域とは、吸着用電極３の下方約０．５ｍｍまでの領域である。
そして、上面側領域２１のみに前記第一の遷移元素を含んでいて、Ｍｎの含有量Ｃ１（ｍｏｌ）に対する前記第一の遷移元素の含有量Ｃ２（ｍｏｌ）の比Ｃ２／Ｃ１が１以上である。なお、上面側領域２１の厚みは通常０．２〜０．５ｍｍである。
この領域でＣ２／Ｃ１が１以上であれば、プラズマ環境下において残留吸着の抑制力が経時的に劣化せず、さらに、絶縁基体２のこの領域以外の部位（下面側領域２２）が低誘電損失のため、均熱に対し温度ムラを改善することが可能である。このことは、絶縁基体２のうち吸着に関与する領域以外の部位である下面側領域２２において粒界のＦｅ不純物が抑制されるため低誘電損失を維持可能だからである。上面側領域２１と下面側領域２２の厚みの合計は通常２〜１０ｍｍであり、下面側領域２２の厚みが上面側領域２１に比較し大きいため、高周波環境下での絶縁基体自身の均熱性は下面側領域２２が低誘電損失であれば好適に維持可能である。
なお、ＦｅおよびＣｒの少なくとも一方の含有率は、８０ｐｐｍ以上とするのがよい。これにより、静電チャック１の残留吸着の抑制力がより経時的に劣化しにくくなる。前述の通り、ボーキサイトから精製される水酸化アルミニウムを出発原料とする場合、Ｍｎ源となるＭｎＯは概ねＭｎ換算で８０ｐｐｍ未満であるため、絶縁基体２中の前記第一の遷移元素（ＦｅおよびＣｒの少なくとも一方）の含有率が８０ｐｐｍ以上であることで、Ｍｎ３＋が前記第一の遷移元素からより効果的に電子を再供給される。なお、前記第一の遷移元素が上面側領域２１のみに含まれている場合、前記第一の遷移元素の含有率は、絶縁基体２の全体に対する割合ではなく、上面側領域２１のみの所定の体積における割合である。この割合は、絶縁基体２の所定の部分を研削、切断、研磨等の公知の手法で取り出し、取り出した部位をＩＣＰ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ）法により測定して求めることができる。
また、絶縁基体２であるセラミックス中のＦｅ量は、上限を５００ｐｐｍ以下とするのがよい。これにより、絶縁基体２の誘電損失（tanδ）を低く安定させることができ、このため高周波環境下での絶縁基体の磁器発熱が抑制され、吸着面内の均熱ムラ（プロセスムラ）が抑制できる。セラミックス中の粒界のＦｅ不純物が抑制され、低誘電損失を維持可能であるためである。一方、５００ｐｐｍを越えると、粒界のＦｅ不純物濃度が増大し、セラミックスの誘電損失が増大するため高周波域でセラミックスが発熱する不具合が発生しやすい。なお、前記第一の遷移元素（ＦｅおよびＣｒの少なくとも一方）が上面側領域２１のみに含まれている場合、Ｆｅ量の上限についても、絶縁基体２の全体に対する割合ではなく、上面側領域２１のみの所定の体積における割合である。
以上述べた実施の形態は、本発明の趣旨をより明解にするために具体的に説明したものであり、本発明はこの形態に限定されるものではない。
以下、本発明の静電チャックの一実施形態についての製造方法について説明する。なお、Ａｌ２Ｏ３を例に説明するが、ＡｌＮやＡｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２等でも同じ手法で作製できる。
まず、主原料となるＡｌ２Ｏ３粉末を所定量秤量し、ボールミル中でイオン交換水や有機溶媒等の溶媒、有機分散剤および９９．６％以上の高純度Ａｌ２Ｏ３製ボールと共に２４〜７２Ｈｒ湿式粉砕混合をする。
ここで、主原料のＡｌ２Ｏ３粉末は予め、ＩＣＰ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ）法等によりＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒ存在量を同定しておく。通常、高純度Ａｌ２Ｏ３粉末中に前述の元素はＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３等の酸化物として存在するが、特にＭｎＯはＭｎ元素として１〜５ｐｐｍ程度（モル換算で９．０×１０−９〜９．２×１０−８ｍｏｌ程度）の存在量がある。
上述の湿式粉砕混合時に、Ｍｎの含有量Ｃ１（ｍｏｌ）に対するＦｅおよびＣｒの少なくとも一方からなる第一の遷移元素の含有量Ｃ２（ｍｏｌ）の比Ｃ２／Ｃ１が１以上となるように、試薬Ｆｅ２Ｏ３またはＣｒ２Ｏ３を添加する。ここで、Ｆｅ２Ｏ３は例えば関東化学株式会社製の酸化鉄（III）鹿特級を用い、Ｃｒ２Ｏ３は例えば関東化学株式会社製の酸化クロム（III）鹿特級を用いる。
こうして粉砕混合した原料スラリー中に、ポリビニルアルコールやポリビニルブチラール、アクリル樹脂等の有機バインダ、補助的な有機材料として可塑剤、消泡剤を所定量添加し、さらに２４〜４８Ｈｒ混合する。混合された有機−無機混合スラリーは、ドクターブレード法、カレンダーロール法、プレス成形法、押し出し成形法などによって厚さ２０〜２００００μｍ、特に１００〜３００μｍのセラミックグリーンシートに成形される。
そして、絶縁基体２を形成するセラミックグリーンシートに吸着用電極３を形成するための白金、タングステン等のペースト状電極材料を公知のスクリーン印刷法等により印刷成形する。
ここで、絶縁基体２における所定の位置に吸着用電極３が形成されるように、ペースト状電極材料の印刷されていないセラミックグリーンシートとペースト状電極材料の印刷された電極形成グリーンシートとを重ねて積層する。積層は、セラミックグリーンシートの降伏応力値以上の圧力を印加しながら、所定の温度で積層するが、圧力印加手法としては、一軸プレス法、等方加圧法（乾式、湿式法）等の公知の技術を応用すればよい。
次に、得られた積層体を所定の温度、雰囲気中にて焼成して、吸着用電極が埋設または表面に形成された絶縁基体が作製される。
なお、絶縁基体２の一方主面（上面）に凸部６を形成する方法としては、マスクを用いたサンドブラスト法、マシニング加工法あるいは超音波加工法等の公知の手法を用いることができ、これにより高さが数μｍから数十μｍの凸部６を所定のパターン形状に形成することができる。
以上の製造方法により、プラズマ環境下において残留吸着の抑制力が経時的に劣化しない静電チャックを作製することができる。
図１の構造を有する本発明の静電チャック１について、以下の通り作製した。具体的には、絶縁基体２の出発原料を以下の６種の材料とした。
材料１として、純度９９．６質量％のＡｌ２Ｏ３粉末を用いた。このＡｌ２Ｏ３粉末の平均粒径Ｄ５０は０．５μｍであった。
材料２として、純度９９．６質量％のＡｌ２Ｏ３粉末（平均粒径Ｄ５０は０．５μｍ）に焼結助剤としてＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＣａＯ各粉末を添加し、Ａｌ２Ｏ３粉末を９８質量％、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＣａＯ各粉末を合計で２質量％の割合とした。
材料３として、純度９９質量％のＡｌＮ粉末を用いた。このＡｌＮ粉末の平均粒径Ｄ５０は１．２μｍであった。
材料４として、純度９９．６質量％Ａｌ２Ｏ３粉末（平均粒径Ｄ５０は０．５μｍ）粉末に、ＴｉＯ２（平均粒径Ｄ５０は０．７μｍ）粉末を添加し、Ａｌ２Ｏ３粉末９９質量％、ＴｉＯ２粉末１質量％の割合のＡｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２粉末とした。
材料５として、純度９９質量％のムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）粉末を用いた。このムライト粉末の平均粒径Ｄ５０は０．６μｍであった。
材料６として、純度９９質量％のコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）粉末を用いた。このコージェライト粉末の平均粒径Ｄ５０は０．９μｍであった。
上記材料１〜６の原料粉末１００質量部に対し、トルエン８０質量部、分散剤０．５質量部を、ボールミル内でΦ２０ｍｍの高純度Ａｌ２Ｏ３製ボールと共に４８Ｈｒ湿式粉砕混合をした。
なお、上述の湿式粉砕混合時に、表１に示す量の試薬Ｆｅ２Ｏ３または試薬Ｃｒ２Ｏ３を添加した。ここで、Ｆｅ２Ｏ３は関東化学株式会社製の酸化鉄（III）鹿特級を用い、Ｃｒ２Ｏ３は関東化学株式会社製の酸化クロム（III）鹿特級を用いた。また、それぞれの原料粉末は、予めＩＣＰ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ）法によりＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒ存在量を同定した。
続いて、この湿式粉砕混合スラリーに対し、可塑剤とバインダーを添加した。可塑剤は、原料粉末１００質量部に対しＤＢＰおよびＤＯＰを各々２質量部、バインダーはポリビニルブチラールを固形分換算で１２質量部添加し、さらに３０Ｈｒ湿式混合をした。
次に、混合された有機−無機混合スラリーを、ドクターブレード法により厚さ２００μｍのセラミックグリーンシートに成形した。
次に、絶縁基体となるセラミックグリーンシートに吸着用電極となるタングステンペーストをスクリーン印刷法により印刷成形した。
絶縁基体における所定の位置に吸着用電極が形成されるように、タングステンペーストを印刷していないセラミックグリーンシートとタングステンペーストを印刷した電極形成グリーンシートとを重ね、一軸プレス法にてグリーンシートの降伏応力以上の圧力、具体的には５ＭＰａを印加しながら、８０℃以上の温度で積層した。
次に、得られた積層体を、還元雰囲気中、所定の温度（材料３，５，６の原料粉末以外は１６００℃、材料３の原料粉末は２０００℃、材料５および材料６の原料粉末は１４００℃）で、３Ｈｒ焼成した。
得られた絶縁基体にロータリー研削加工にて厚み加工を施し、マシニング加工にてガス導入孔を形成、さらに吸着面にマスクを用いたサンドブラスト法にて、高さが１２μｍの凸部を所定のパターン形状に形成した。また、吸着用電極には金属端子（図示せず）をロー付けにより取り付けて、静電チャックを作製した。
そして、作製された静電チャックの吸着面が１４０℃になるように、ハロゲンランプで加熱された真空チャンバー内で以下の評価を実施した。なお、１４０℃加熱は、ＭｎとＦｅおよびＣｒ間での電荷授受をより促進する目的である。
静電チャックの吸着に対して、１サイクル７０秒のプラズマ処理を３０００回繰り返した後、吸着用電極に所定の電圧を３００秒印加し、シリコンウェハを吸着固定した。
その後、吸着用電極への電圧印加を停止し、停止１秒後の残留吸着力についてロードセルを用いて測定した。なお、残留吸着力のロードセルの評価は、単結晶サファイアのマスターにて測定し、１．５Ｔｏｒｒ以下を残留吸着力無しと判断した。全試料についてプラズマ処理前の残留吸着力は１．５Ｔｏｒｒ未満であった。
また、各試料について、シート積層、同一焼成バッチで作製した試験片（厚み１ｍｍ）を準備し、室温、１ＭＨｚでの誘電損失を測定した。測定はＨｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ社製ＨＰ−４２７８Ａを用いて、ブリッジ回路法で実施した。なお、電極形状はΦ３７ｍｍ（ガードリング法）である。
これらの結果を表１に示す。
Figure 2012014873
表１によれば、試料Ｎｏ．１，８，１５，２２，２８，３４，３６以外の試料は、Ｃ２／Ｃ１モル比が１以上であり、残留吸着力が効果的に抑制されていることが解る。
この理由として、プラズマ処理時に、Ｍｎ２＋からＭｎ３＋への酸化反応で生成した酸素空孔は、Ｍｎからの電子を受容するＦｅおよびＣｒの少なくとも一方からなる第一の遷移元素の共存量が多いほど、Ｆｅおよび／またはＣｒから電子を効果的に再供給され、Ｍｎが基底状態であるＭｎ２＋に戻りやすく、絶縁基体の表層での継続的な酸素空孔（荷電粒子）生成を抑制していることを意味する。
これに対し、試料Ｎｏ．１，８，１５，２２，２８，３４，３６はＣ２／Ｃ１が１未満であり、Ｍｎ３＋がＦｅおよび／またはＣｒから電子を効果的に再供給されず、還元反応が進行しにくい為に、見かけの励起状態が継続し、残留吸着が著しく発生（繰り返しプラズマ処理した事による経時劣化）した。
また、上記材料１（９９．６質量％Ａｌ２Ｏ３）において、Ｆｅを添加した試料Ｎｏ．３と試料Ｎｏ．４との比較、Ｃｒを添加した試料Ｎｏ．１０と試料Ｎｏ．１１との比較から明らかなように、絶縁基体を形成するセラミックス中の前記第一の遷移元素（ＦｅおよびＣｒの少なくとも一方）の含有率が８０ｐｐｍ以上では、Ｍｎ３＋が前記第一の遷移元素から、電子をより効果的に再供給されており、このために残留吸着力が効果的に低減している。この効果は、材料２（９８質量％Ａｌ２Ｏ３）では試料Ｎｏ．１８と試料Ｎｏ．１９、材料３（ＡｌＮ）では試料Ｎｏ．２４と試料Ｎｏ．２５との比較から明白であり、材料４（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２）では試料Ｎｏ．３０と試料Ｎｏ．３１との比較から明白である。
さらに、上記材料１（９９．６質量％Ａｌ２Ｏ３）において試料Ｎｏ．５〜７、材料２（９８質量％Ａｌ２Ｏ３）では試料Ｎｏ．２０と試料Ｎｏ．２１、材料３（ＡｌＮ）では試料Ｎｏ．２６と試料Ｎｏ．２７、材料４（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２）では試料Ｎｏ．３２と試料Ｎｏ．３３の各々の比較から明らかな通り残留吸着力は効果的に抑制され、特にＦｅ５００ｐｐｍ以下では低誘電損失が維持されていることが解る。これは、粒界のＦｅ不純物が誘電損失に影響しない量に抑制されていることを意味する。
しかしながら、粒界のＦｅ不純物濃度が５００ｐｐｍ以上では、絶縁基体の誘電損失が増大する傾向にある。このようにＦｅは５００ｐｐｍ以上では誘電損失を劣化させることが解った。
総括すると、表１から上述の事実は、材料１〜６の組成によらず残留吸着力の劣化はＭｎに対するＦｅおよび／またはＣｒの量的効果であることは明らかである。
図３の構造を有する本発明の静電チャック１について、以下の通り作製した。
絶縁基体２の出発原料は、純度９９．６質量％Ａｌ２Ｏ３粉末（平均粒径Ｄ５０は０．５μｍ）とし、原料粉末１００質量部に対し、トルエン８０質量部、分散剤０．５質量部を、ボールミル内でΦ２０ｍｍの高純度Ａｌ２Ｏ３製ボールと共に４８Ｈｒ湿式粉砕混合をした。
なお、上述の湿式粉砕混合時に、表２に示す量の試薬Ｆｅ２Ｏ３または試薬Ｃｒ２Ｏ３を添加したものと添加しないものとを用意した。ここで、試薬Ｆｅ２Ｏ３または試薬Ｃｒ２Ｏ３を添加したものについて、Ｆｅ２Ｏ３は関東化学株式会社製の酸化鉄（III）鹿特級を用い、Ｃｒ２Ｏ３は関東化学株式会社製の酸化クロム（III）鹿特級を用いた。また、それぞれの原料粉末は、予めＩＣＰ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ）法によりＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒ存在量を同定した。
続いて、この湿式粉砕混合スラリーに対し、可塑剤とバインダーを添加した。可塑剤は、原料粉末１００質量部に対しＤＢＰおよびＤＯＰを各々２質量部、バインダーはポリビニルブチラールを固形分換算で１２質量部添加し、さらに３０Ｈｒ湿式混合をした。
次に、混合された有機−無機混合スラリー（Ｆｅ２Ｏ３およびＣｅ２Ｏ３添加品と無添加品）を、ドクターブレード法により厚さ２００μｍのセラミックグリーンシートに成形した。
次に、Ｆｅ２Ｏ３およびＣｅ２Ｏ３を添加したＡｌ２Ｏ３のセラミックグリーンシートに吸着用電極となるタングステンペーストをスクリーン印刷法により印刷成形した。
そして、図３に示すように、絶縁基体における所定の位置に吸着用電極が形成されるように、タングステンペーストを印刷していないＦｅ２Ｏ３およびＣｅ２Ｏ３を添加したＡｌ２Ｏ３セラミックグリーンシートを吸着面側に重ねて上面側領域２１となし、裏面側にＦｅ２Ｏ３およびＣｅ２Ｏ３無添加のＡｌ２Ｏ３セラミックグリーンシートを重ねて下面側領域２２とした。このとき、上面側領域２１および下面側領域２２は、一軸プレス法にてグリーンシートの降伏応力以上の圧力、具体的には５ＭＰａを印加しながら、８０℃以上の温度で一体的に積層した。
なお、Ｆｅ２Ｏ３およびＣｅ２Ｏ３を添加したＡｌ２Ｏ３セラミックグリーンシートを吸着用電極の下面（吸着面とは反対側の面）に焼成後の厚みが０．５ｍｍ以内となるように重ねた試料も作製した。
次に、得られた積層体を、還元雰囲気中、所定の温度（１６００℃）で、３Ｈｒ焼成し絶縁基体磁器とした。
次に、得られた絶縁基体にロータリー研削加工にて厚み加工を施し、絶縁基体の総厚みを２ｍｍとした。このとき、上面側領域２１は０．３５μｍとした。続いて、マシニング加工にてガス導入孔を形成、さらに吸着面にマスクを用いたサンドブラスト法にて、高さが１２μｍの凸部を所定のパターン形状に形成した。また、吸着用電極には金属端子（図示せず）をロー付けにより取り付けて静電チャックを作製するとともに、これをさらに冷却ベースプレート（図示せず）に接着した。
そして、作製された静電チャックの吸着面が１４０℃になるように、実施例１と同様に、ハロゲンランプで加熱された真空チャンバー内で以下の評価を実施した。
静電チャックの吸着面に対して、１サイクル７０秒のプラズマ処理を３０００回繰り返した後、吸着用電極に所定の電圧を３００秒印加し、シリコンウェハを吸着固定した。
その後、吸着用電極への電圧印加を停止し、停止１秒後の残留吸着力についてロードセルを用いて測定した。なお、全試料についてプラズマ処理前の残留吸着力は１．５Ｔｏｒｒ未満であった。
また、各試料について、シート積層、同一焼成バッチで作製した試験片（厚み１ｍｍ）を準備し、室温、１ＭＨｚでの誘電損失を測定した。測定はＨｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ社製ＨＰ−４２７８Ａを用いて、ブリッジ回路法で実施した。なお、電極形状はΦ３７ｍｍ（ガードリング法）である。
さらに、各試料についてベースプレートに１５ＭＨｚの高周波ＲＦを印加し、静電チャック表面を赤外温度計で測定し、最高温度と最低温度の差（ΔＴ）を評価した。
これらの結果を表２に示す。
Figure 2012014873
表２から明らかな通り、上面側領域２１（吸着用電極３の直下０．５ｍｍまで含む）のみにＦｅ２Ｏ３および／またはＣｒ２Ｏ３を高濃度で存在させた場合、下面側領域２２までＦｅ２Ｏ３および／またはＣｒ２Ｏ３が高濃度で存在する場合（試料Ｎｏ．１およびＮｏ．５）よりも、高周波環境下での吸着面内の均熱性（ΔＴ）が良好であった。
これは、吸着に関与する領域以外の部位（下面側領域２２）が低誘電損失のため、絶縁基体全体として均熱に対し温度ムラを改善することが可能であることを意味する。さらに、Ｃ２／Ｃ１が１以上であることから残留吸着の抑制力が経時的に劣化することはなかった。
１：静電チャック
２：絶縁基体
３：吸着用電極
４：周壁
５：ガス流路
６：凸部
７：ガス導入孔
８：リード線
９：直流電源
２１：上面側領域
２２：下面側領域

Claims (5)

  1. 絶縁基体と、吸着用電極とを備えた静電チャックであって、前記絶縁基体の少なくとも上面を含む領域はＭｎを含むとともにＦｅおよびＣｒの少なくとも一方からなる第一の遷移元素を含むセラミックスからなり、前記Ｍｎの含有量Ｃ１（ｍｏｌ）に対する前記第一の遷移元素の含有量Ｃ２（ｍｏｌ）の比Ｃ２／Ｃ１が１以上であることを特徴とする静電チャック。
  2. 前記吸着用電極は前記絶縁基体の内部に設けられ、前記絶縁基体の上面側領域は前記第一の遷移元素を含んでいて、前記Ｃ１に対する前記Ｃ２の比Ｃ２／Ｃ１が１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。
  3. 前記ＦｅおよびＣｒの少なくとも一方の含有率が８０ｐｐｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電チャック。
  4. 前記セラミックスに、前記Ｆｅが５００ｐｐｍ以下の含有率で含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の静電チャック。
  5. 前記絶縁基体がＡｌ２Ｏ３，ＡｌＮおよびＡｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２のうちの少なくとも１種を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の静電チャック。
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