JPWO2012056915A1 - 静電チャック - Google Patents

Abstract

静電チャック１Ａは、半導体を吸着する吸着面１１ａを有するサセプター１１Ａと、このサセプター内に埋設されている静電チャック電極４とを備える。サセプター１１Ａが、板状本体部３と、吸着面１１ａに面する表面耐食層２とを備えている。表面耐食層２が、マグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料からなり、このセラミックス材料が、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とする。

Description

本発明は、半導体を吸着して処理する静電チャック装置に関するものである。

半導体製造におけるドライプロセスやプラズマコーティングなどに用いられる半導体製造装置には、エッチング用やクリーニング用として、反応性の高いＦ、Ｃｌ等のハロゲン系プラズマが使用される。このため、そのような半導体製造装置に組み付けられる部材には、高い耐食性が要求され、一般的にはアルマイト処理を施したアルミニウムやハステロイ等の高耐食金属やセラミックス部材が使用される。特にＳｉウエハを支持固定する静電チャック材やヒーター材には高耐食と低発塵性が必要なため、窒化アルミニウム、アルミナ、サファイア等の高耐食セラミックス部材が用いられている。これらの材料では長期間の使用によって徐々に腐食が進行して発塵原因となるため、更なる高耐食材料が求められている。このような要求に応えるべく、材料としてアルミナ等より高耐食であるマグネシアやスピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、それらの複合材を用いることが検討されている（例えば特許文献１：特許第３５５９４２６号公報）。
半導体デバイスの製造工程においては、静電チャックのウエハ載置面に半導体ウエハを吸着保持し、その吸着保持した半導体ウエハに加熱処理やエッチング処理等の各種処理が施される。静電チャックは、ウエハ載置面が形成された円盤状のセラミックス基体に、ウエハ載置面に静電気的な力を生じさせるための静電電極が埋設されたものであり、必要に応じてウエハ載置面を加熱するためのヒーター電極（抵抗発熱素子ともいう）が埋設されている。セラミックス基体は、アルミナ焼結体や窒化アルミニウム焼結体で形成されたもののほか、静電チャックがフッ素を含むガスと接触する環境下で使われることを考慮してフッ素に対する耐蝕性の高い材料、例えば、イットリア焼結体やマグネシア焼結体で形成されたものも提案されている。例えば、特許文献２（特開２００１−３０８１６７号公報）では、マグネシア（ＭｇＯ）を主成分とするセラミックスを用いたジョンソンラーベック型の静電チャックが提案されている。

通常、半導体製造プロセスはウエハの汚染防止の為、ハロゲン系ガス等の腐食性の強いガスを装置クリーニングに用いている。又、ウエハ上に均一に成膜を行う為、ウエハ上の温度均一性が求められる。
半導体製造装置内でＳｉウエハを保持し更に加温する部材として、上述のようにＡｌＮ（窒化アルミニウム）製のセラミック静電チャック付きヒーターが既存技術として広く用いられており、使用初期には良好なウエハ上温度均一性を示す事ができる。しかし、腐食性ガスによるクリーニングによって、ＡｌＮが腐食され、ヒータ表面の形状や粗さが変化してしまう事により、使用期間が経過するに従って温度分布が変化し、温度均一性が保てなくなり、吸着力が劣化するという問題があった。
本発明の課題は、半導体処理に使用する静電チャックにおいて、ハロゲン系腐食性ガスまたそのプラズマ雰囲気下で使用したとき、良好な温度均一性を長期間にわたって保持でき、吸着力の劣化を防止できるようにすることである。
本発明は、半導体を吸着する吸着面を有するサセプターと、このサセプター内に埋設されている静電チャック電極とを備えている静電チャックであって、
サセプターが、板状本体部と、吸着面に面する表面耐食層とを備えており、表面耐食層がマグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料からなり、このセラミックス材料が、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とする。
本発明のセラミックス材料は、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相としているが、窒化アルミニウムと比較して、ハロゲン系ガス等の腐食性の強いガスに対する耐食性に優れている。このセラミックス材料によってサセプターの表面耐食層を形成すると、腐食環境下で長く使用されても、腐食による表面状態の変化を生じにくく、この結果として良好なウエハ上温度均一性および吸着力を長期間にわたって発現する事が可能となった。
また、板状本体部を前記セラミックス材料と別の熱伝導性のより高い材質で形成することが可能であり、これによって、サセプターの平面方向の熱伝導を促進することで、ウエハ上温度均一性を、より一層向上させることが可能である。

図１は、実験例１のＸＲＤ解析チャートである。
図２は、実験例１，４のＥＰＭＡ元素マッピング像である。
図３は、実験例７のＸＲＤ解析チャートである。
図４は、実験例１０のＸＲＤ解析チャートである。
図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、本発明の実施形態にかかる静電チャック１Ａ、１Ｂ、１Ｃを模式的に示す断面図である。
図６（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、本発明の実施形態にかかる静電チャック１Ｄ、１Ｅ、１Ｆを模式的に示す断面図である。
図７は、本発明の実施形態にかかる静電チャック１Ｇを模式的に示す断面図である。
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）（ｄ）は、静電チャックの好適な製造プロセスを説明するための図である。

以下、本発明で用いる新規なセラミックス材料を説明し、次いで静電チャックの構成を説明する。
［セラミックス材料］
本発明者らは、酸化マグネシウムとアルミナと窒化アルミニウムとの混合粉末を成形後ホットプレス焼成することにより得られるセラミックス材料の耐食性を鋭意検討したところ、特定位置にＸＲＤピークを有するマグネシウム−アルミニウム酸窒化物を主相とするセラミックス材料が非常に高い耐食性を示すことを見いだした。
すなわち、本発明のセラミックス材料は、マグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料であって、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とするものである。
本発明のセラミックス材料は、耐食性がスピネルと同等かそれよりも高い。このため、本発明のサセプターは、半導体製造プロセスにおいて使用される反応性の高いＦ、Ｃｌ等のハロゲン系プラズマに長期間耐えることができ、この部材からの発塵量を低減することができる。しかも，腐食環境下で長く使用されても、腐食による表面状態の変化を生じにくく、この結果として良好なウエハ上温度均一性を長期間にわたって発現する。
本発明のセラミックス材料は、マグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とし、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とするものである。このマグネシウム−アルミニウム酸窒化物は、ハロゲン系プラズマに対する耐食性がスピネルと同等かそれより高いため、この酸窒化物を主相とする本発明のセラミックス材料も耐食性が高くなったと考えられる。また、このマグネシウム−アルミニウム酸窒化物は、スピネルと同等の耐食性を持ちながらスピネルよりも線熱膨張係数が低いものとすることもできる。
本発明のセラミックス材料は、酸化マグネシウムに窒化アルミニウムが固溶したＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体の結晶相を副相として含んでいてもよい。このＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体も耐食性が高いため、副相として含まれていても問題ない。このＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体は、ＣｕＫα線を用いたときの（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークが酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝４２．９〜４４．８°，６２．３〜６５．２°に現れるものとしてもよく、更に、（１１１）面のＸＲＤピークが酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝３６．９〜３９°に現れるものとしてもよい。（１１１）面のピークが他の結晶相のピークとの判別を行いにくい場合があることから、（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークのみ上記範囲に現れるものとしてもよい。同様に、（２００）面または（２２０）面のピークも他の結晶相のピークとの判別を行いにくい場合がある。
本発明のセラミックス材料は、スピネルと同等かそれよりも高い耐食性を得るには、副相としてＡｌＮ結晶相を含むと耐食性が低下する傾向があるため、ＡｌＮ結晶相は少ないことが好ましく、含まないことがより好ましい。また、スピネルは、アルミナやＡｌＮ結晶よりも耐食性が高いため、少量を含有してもよい。但し、スピネルは、本発明のマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相、及びＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体よりも耐食性が劣るため、より少ないことが好ましい。一方、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数を低くするには、スピネルやＡｌＮ結晶相を少量含有していてもよい。
本発明のセラミックス材料は、スピネルと同等かそれよりも高い耐食性を得るには、原料粉末中のマグネシウム／アルミニウムのモル比が０．２０以上２以下であることが好ましいが、マグネシウム／アルミニウムのモル比が０．７５以上２以下であることがより好ましい。マグネシウム／アルミニウムのモル比が０．２０未満であると窒化アルミニウム、スピネル、酸化アルミニウムのいずれかの生成量が多くなり、高耐食な特徴が失われることが懸念される。マグネシウム／アルミニウムのモル比が２を超えるとＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体が主相になりやすい。一方、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数を低くするには、原料粉末中のマグネシウム／アルミニウムのモル比が０．０５以上１．５以下であることが好ましいが、マグネシウム／アルミニウムのモル比が０．１以上１以下であることがより好ましい。
本発明のセラミックス材料において、開気孔率は５％以下であることが好ましい。ここでは、開気孔率は、純水を媒体としたアルキメデス法により測定した値とする。開気孔率が５％を超えると、強度が低下するおそれや材料自身が脱粒によって発塵し易くなるおそれがあり、更に材料加工時等で気孔内に発塵成分がたまり易くなるため好ましくない。また、開気孔率は、できるだけゼロに近いほど好ましい。このため、特に下限値は存在しない。
本発明のセラミックス材料において、主相をなすマグネシウム−アルミニウム酸窒化物の４０〜１０００℃の線熱膨張係数は、６〜７ｐｐｍ／Ｋである。そこで、副相成分のＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（１２〜１４ｐｐｍ／Ｋ）や、スピネル（８〜９ｐｐｍ／Ｋ）、窒化アルミニウム（５〜６ｐｐｍ／Ｋ）の比率を変えることにより、高耐食性を維持したまま、線熱膨張係数を５．５〜１０ｐｐｍ／Ｋに制御することができる。但し、スピネルや窒化アルミニウムは、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物やＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体よりも耐食性が低いことから、より少ないことが好ましい。このような熱膨張の調整によって、酸化アルミニウム、酸化イットリウム及び窒化アルミニウムなど、半導体製造装置部材として用いられている材料との熱膨張を合わせる、または、熱膨張差を小さくすることができる。これによって、本発明のセラミックス材料と従来材料との積層や貼り合わせが可能となる。こうすれば、表面（第１構造体）のみを本発明の高い耐食性を有するセラミックス材料とし、下部（第２構造体）の基材に従来材料を使用することができる。特に、一体焼結においてこのような積層構造及び熱膨張調整は有効となる。なかでも、第２構造体の基材に窒化アルミニウムを主体とした材料を用いることにより、高熱伝導を維持することができ、高耐食であるセラミックス材料の表面温度を均一に保ちやすくなる。このような構成は、特にヒーター内蔵型の半導体製造装置において有効である。
本発明のセラミックス材料は、上述したセラミックス材料を利用した第１構造体と、窒化アルミニウム、酸化イットリウム及び酸化アルミニウムのうち少なくとも１種を主相とする第２構造体と、を有する積層体に用いるものとしてもよい。また、この第１構造体と第２構造体とが積層又は接合された構造を有するものとしてもよい。こうすれば、耐食性の高い第１構造体と、第１構造体と異なる特性（例えば伝熱性や機械的強度など）を有する第２構造体とにより、耐食性に加えて他の特性をより高めることができる。ここで、第１構造体は、上記セラミックス材料によって形成された薄膜や板状体、層状体としてもよい。また、第２構造体は、窒化アルミニウム、酸化イットリウム及び酸化アルミニウムを主相とする薄膜や板状体、層状体としてもよい。なお、接合はどのような態様で行われたものでもよく、例えば焼結により接合されていてもよいし、接着剤により接合されていてもよい。
このとき、第１構造体と第２構造体とが中間層を介して接合されていてもよい。こうすれば、中間層によって、例えば熱膨張率の違いによる第１構造体と第２構造体との剥離などをより抑制することができる。この中間層は、第１構造体と第２構造体との中間の性質を有する層としてもよい。この中間層は、例えば、第１構造体の主相と第２構造体の主相とを混合した層としてもよい。また、この中間層は、含有する成分、若しくは成分比の異なる複数の層を含むものとしてもよい。こうすれば、傾斜材料的な特性とすることができる。
また、第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が０．３ｐｐｍ／Ｋ以下であり、第１構造体と第２構造体とが直接接合されていてもよい。こうすれば、第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が小さいため、両構造体を高温で接合（例えば焼結により接合）した際やこの積層体の高温−低温での使用を繰り返したりした際にクラックや剥離が生じるおそれがない。
［セラミックス材料の製造］
本発明のセラミックス材料は、酸化マグネシウムとアルミナと窒化アルミニウムとの混合粉末を、成形後焼成することにより製造することができる。例えば、スピネルと同等かそれよりも高い耐食性を得るには、酸化マグネシウムを１５質量％以上６６．２質量％以下、アルミナを６３質量％以下、窒化アルミニウムを５７．７質量％以下となるように混合した粉末を成形後焼成してもよい。更には、酸化マグネシウムを３７質量％以上６６．２質量％以下、アルミナを６３質量％以下、窒化アルミニウムを５７．７質量％以下となるように混合した粉末を成形後焼成してもよい。一方、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数を低くして温度均一性を高くするには、酸化マグネシウムを５質量％以上６０質量％以下、アルミナを６０質量％以下、窒化アルミニウムを９０質量％以下となるように混合した粉末を成形後焼成してもよい。また、焼成温度は１７５０℃以上とすることが好ましい。焼成温度が１７５０℃未満では、目的とするマグネシウム−アルミニウム酸窒化物が得られないおそれがあるため好ましくない。なお、焼成温度の上限は、特に限定するものではないが、例えば１８５０℃とか１９００℃としてもよい。また、焼成はホットプレス焼成を採用することが好ましく、ホットプレス焼成時のプレス圧力は、５０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ^２で設定することが好ましい。焼成時の雰囲気は、酸化物原料の焼成に影響を及ぼさない雰囲気であることが好ましく、例えば窒素雰囲気やアルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気などの不活性雰囲気であることが好ましい。成形時の圧力は、特に制限するものではなく、形状を保持することのできる圧力に適宜設定すればよい。
［静電チャック］
第５〜７図を適宜参照しつつ、本発明の静電チャックを説明する。
第５図（ａ）の静電チャック１Ａにおいては、サセプター１１Ａは、板状本体部３と誘電体層２とからなる。本例では、板状本体部３の背面３ｃがサセプター１１Ａの背面１１ｂをなしている。板状本体部の上面３ａ側には誘電体層２が設けられており、誘電体層２の上面が吸着面１１ａをなしている。本例では、誘電体層２の板状本体部側の主面２ａ上に静電チャック電極４が形成されている。本例では、板状本体部３の側面３ｂ、背面３ｃは耐食層によって被覆されていない。
本例では、誘電体層２が表面耐食層をなしており、これを本発明の前記セラミックス材料によって形成する。
吸着面１１ａは全面にわたって平坦である必要はなく、凹凸加工を行ったり、基板の大きさにあわせた溝を形成したり、パージガス用の溝を形成しても良い。
図５（ｂ）の静電チャック１Ｂにおいては、サセプター１１Ｂは、板状本体部３と誘電体層２とからなる。本例では、板状本体部３の背面３ｃがサセプター１１Ｂの背面１１ｂをなしている。板状本体部の上面３ａ側には誘電体層２が設けられており、誘電体層２の上面が吸着面１１ａをなしている。本例では、更に、板状本体部の側面３ｂを被覆する側面耐食層５ａが設けられている。
本例では、誘電体層２が表面耐食層をなしており、これを本発明の前記セラミックス材料によって形成する。側面耐食層５ａも本発明の前記セラミックス材料によって形成する。サセプター側面が腐蝕すると、パーティクルの原因となるだけでなく、側面からの熱放射特性が変化することでウエハ上温度均一性にも悪影響がある。本実施形態では、ウエハ側だけでなく、側面における腐蝕も抑制できる。
図５（ｃ）の静電チャック１Ｃにおいては、サセプター１１Ｃは、板状本体部３と誘電体層２とからなる。本例では、板状本体部３の背面３ｃがサセプター１１Ｃの背面１１ｂをなしている。板状本体部の上面３ａ側には誘電体層２が設けられており、誘電体層２の上面が吸着面１１ａをなしている。本例では、更に、板状本体部の背面３ｃを被覆する背面被覆層５ｂが設けられている。本例では、誘電体層２が表面被覆層をなしており、これを本発明の前記セラミックス材料によって形成する。背面被覆層５ｂも本発明の前記セラミックス材料によって形成する。
板状本体部の材質として、熱伝導率が前記セラミックス材料よりも高い材料を使用した場合には，板状本体部全体の熱伝導によってウエハ上温度均一性は向上する。しかし、この場合には、板状本体部３の背面３ｃ側からの放熱量も大きくなるので、不均等な熱放射によってウエハ上温度均一性がかえって劣化する可能性がある。本実施形態では、板状本体部の背面側に前記セラミックス材料からなる背面被覆層を設けているので、背面側の耐食を図れるだけでなく、サセプター背面側からの熱放射を全体に抑制し、ウエハ上温度均一性を一層改善できる。
図６（ａ）に示す静電チャック１Ｄは、図５（ａ）の静電チャック１Ａと同様のものであるが、ただしサセプター１１Ｄの板状本体部３中に抵抗発熱体６が埋設されている。
図６（ｂ）に示す静電チャック１Ｅは、図５（ｂ）の静電チャック１Ｂと同様のものであるが、ただしサセプター１１Ｅの板状本体部３中に抵抗発熱体６が埋設されている。
図６（ｃ）に示す静電チャック１Ｆは、図５（ｃ）の静電チャック１Ｃと同様のものであるが、ただしサセプター１１Ｆの板状本体部３中に抵抗発熱体６が埋設されている。
発熱体は、サセプター内に埋設されていることが好ましいが、サセプターに取り付けられていても良い。また、発熱体は、サセプターから離れた位置に設けられた赤外線加熱素子のような外部発熱体であってよい。
また、図７に示すように支持部を設けることもできる。すなわち、サセプター１Ａの下面（背面）３ｃに支持部９が接合されている。本例では支持部は管状であり、支持部９中に電力供給部材１０が収容されている。電力供給部材は、給電端子８を介して静電チャック電極４に接続されている。
支持部は、好ましくは途中に段差を有しており、段差を境にしてサセプター側が大径部９ｂ、反対側が小径部９ａとなっている。大径部９ｂの端部にはフランジ９ｃが形成されている。そして、支持部はサセプターと中心軸が同軸となるように、大径部の端部がサセプターの背面に接合されている。
サセプターは盤状であり、好ましくは略円盤状である。サセプターの大きさは、特に限定するものではないが、例えば直径２８０〜３８０ｍｍ、厚さ８〜２０ｍｍである。
また、支持部を設ける場合には、サセプターと支持部との接合部分の外径は、直径として例えば４０〜１２０ｍｍである。
上述の例では、誘電体層が一層の表面耐食層からなる。しかし、誘電体層が、表面耐食層と一層以上の中間層とからなっていてよく、この場合には誘電体層と板状本体部との接着力を一層向上させることができる。
本実施形態の静電チャックの使用例について以下に簡単に説明する。この静電チャックの吸着面にウエハを載置し、電極４の給電端子を介して電極４に直流高電圧を印加することにより静電気的な力を発生させ、それによってウエハを吸着面に吸着する。また、抵抗発熱体の給電端子にヒーター電源を接続し、供給する電力を制御することによりウエハを所望の温度に調節する。この状態で、ウエハにプラズマＣＶＤ成膜を施したり、プラズマエッチングを施したりする。
［発熱体および静電チャック電極］
発熱体、静電チャック電極は、例えば線状の導体を屈曲させ、巻回体に加工したものを使用可能である。発熱体の線径は０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であり、コイル形状の場合には巻径は２ｍｍ〜４ｍｍ程度であり、ピッチは１ｍｍ〜７ｍｍ程度である。ここで「巻径」とは、コイルの内径を意味する。
発熱体、静電チャック電極の形状としては、コイル形状の他にも、リボン状、メッシュ状、コイルスプリング状、シート状、膜状、印刷電極等の種々の形態を採用することもできる。なお、リフトピン等やパージガス用に設けられた貫通孔に隣接する部分では、発熱体を迂回させたりするなど、必要に応じてパターンの変形を行うことが望ましい。
発熱体、静電チャック電極の材料としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン／モリブデン化合物等の高融点導電材料を好ましく使用できる。
また、タングステン、ニオブ、モリブデン、これらの合金、タングステン／モリブデン化合物、タングステンカーバイド等の高融点導電性材料粉末を含む印刷ペーストにアルミナ粉末を混合し、サーメットとすることができる。
［板状本体部の材質］
前記セラミックス材料において、主相をなすマグネシウム−アルミニウム酸窒化物の４０〜１０００℃の熱膨張係数は、６〜７ｐｐｍ／Ｋである。そこで、副相成分のＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（１２〜１４ｐｐｍ／Ｋ）や、スピネル（８〜９ｐｐｍ／Ｋ）、窒化アルミニウム（５〜６ｐｐｍ／Ｋ）の比率を変えることにより、高耐食性を維持したまま、線熱膨張係数を５．５〜１０ｐｐｍ／Ｋに制御することができる。但し、スピネルや窒化アルミニウムは、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物やＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体よりも耐食性が低いことから、より少ないことが好ましい。このような熱膨張の調整によって、酸化アルミニウム、酸化イットリウム及び窒化アルミニウムなど、半導体製造装置部材として用いられている材料との熱膨張差を小さくすることができる。これによって、本発明のセラミックス材料と従来材料との積層や貼り合わせが可能となる。
具体的には、板状本体部の材質は、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素を例示でき、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウムが特に好ましい。
特に、窒化アルミニウムを主相とする材質によって板状本体部を形成することにより、高熱伝導を維持でき、高耐食である前記セラミックス材料の表面温度を均一に保ちやすくなる。
好適な実施形態においては、表面耐食層と板状本体部との線熱膨張係数差が０．３ｐｐｍ／Ｋ以下である。この場合には、表面耐食層と板状本体部とを高温で接合（例えば一体焼結により接合）した際やこの積層体の高温−低温での使用を繰り返したりした際に、クラックや剥離が生じるおそれがない。
板状本体部と各耐食層，背面被覆層とは、中間層を介して接合されていてもよい。こうすれば、例えば熱膨張率の違いによる耐食層、背面被覆層の剥離を、いっそう抑制することができる。この中間層は、耐食層、背面被覆層と板状本体部との中間の性質を有する層とする。
具体的には、中間層は、前記セラミックス材料と、板状本体部の材料との混合物を焼結した複合セラミックスであってよい。
また、中間層を複数層形成することができ、各中間層の組成を互いに異ならせることによって、傾斜材料層を形成することができる。
［支持部の材質］
支持部３（いわゆるシャフト）の材質は必ずしも限定はされず、以下を例示できる。
窒化アルミニウム、アルミナ、スピネル、酸化マグネシウム
好ましくは、支持部３の材質も前記セラミックス材料とする。ただし、この場合にも、サセプターを形成する前記セラミックス材料と、支持部を形成する前記セラミックス材料とは、同一組成である必要はなく、前記の範囲で互いに異なる組成であってよい。
本発明者らは、設計温度から外れると温度均一性が悪化する原因について考察した結果、高温では３種の熱伝導の形態のうち放射熱伝導による放熱への寄与が大きくなるためであると考えた。例えば、サセプターの中心部に支持部が接合されているため、低温で支配的な固体熱伝導が大きく寄与して、低温ではサセプター中心部からの熱の逃げが大きく、中心部の温度は高くならない。しかし、高温では放射熱伝導の寄与が相対的に大きく、サセプターの中央付近と比べて支持部がない外周付近の方が放射により熱が逃げやすいため、外周部の放射による放熱が相対的に大きくなり、外周部の温度が中心部に比較して低くなり、高温で温度均一性が悪化すると考えた。このため、支持部を前記セラミックス材料で形成すると、窒化アルミニウムなどに比べて熱伝導性が低いので、広い範囲の作動温度において良好な温度均一性が得られ易い。
［静電チャックの製造］
本発明の静電チャックの製法は限定されるものではないが、好適な製法について、図８を参照しつつ説明する。
（ａ） 前記した製法に従い、酸化マグネシウムとアルミナと窒化アルミニウムとの混合粉末を焼成することにより、緻密な焼結体を作製する。すなわち、前述のような調合粉末を一軸加圧成形し、板状の成形体を作製する。この成形体をホットプレス焼結することにより、誘電体層用のセラミック焼結体２Ａを得る。
（ｂ） 次いで、図８（ａ）に示すように、焼結体２Ａの片面２ａを研磨加工し、平坦面を得る。後述する工程では、板状本体部用の焼結体を製造するときの焼成温度が、誘電体層用の焼結体の焼成温度に比べて、同程度若しくは低温である為、工程（ｂ）で研磨した面の表面平坦度がほぼそのまま維持されると考えられる。このため、焼結体のうち電極を形成する主面２ａの表面平坦度は、最終的にウエハ吸着面から平板電極までの厚みのバラツキである厚み変動度に大きく関与するパラメーターである。そして厚み変動度を１００μｍ以下にする為には、工程（ｂ）の段階で研磨した面２ａの表面平坦度が１０μｍ以下とすることが好ましく、５μｍ以下とすることがより好ましい。
（ｃ） 次いで、図８（ｂ）に示すように、焼結体２Ａの研磨面２ａに静電チャック電極４を形成する。
例えば、電極や抵抗発熱体は、焼結体表面にスクリーン印刷法等により、印刷することにより形成できる。この場合、タングステン、ニオブ、モリブデン、これらの合金、タングステンカーバイド等の高融点導電性材料粉末を含む印刷ペーストにアルミナ粉末を混合することが好ましい。これによれば、電極や抵抗発熱体と基体との密着性を向上できる。又、電極は、焼結体上にメッシュ状の高融点導電性材料のバルク体（金網）や、多数の穴があけられた高融点導電性材料のバルク体（パンチングメタル）等を載置することによっても形成できる。又、抵抗発熱体は、焼結体上にコイル状線状の高融点導電性材料のバルク体や、メッシュ状の高融点導電性材料のバルク体（金網）を載置することによっても形成できる。
（ｄ） 図８（ｃ）に示すように、焼結体のうち電極ペーストを印刷した主面２ａ上に、窒化アルミニウムなどのセラミックスを主成分とする原料粉末を成型して、窒化アルミナ成型体１４とする。そして、軸方向に加圧しながら、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で、焼結する。
窒化アルミニウムの場合には、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で、１４００〜２０００℃で焼結することが好ましい。焼成温度が１４００℃未満の場合、緻密化し難くなってしまう。焼成温度が２０００℃を超えると、体積抵抗が低下してしまう。より好ましい温度は、１６００〜２０００℃であり、得られる基体の特性をより安定化できる。また、最高温度までは、昇温速度２００℃／時間以下で昇温することが好ましい。また、最高温度では１〜１０時間保持することが好ましい。焼成方法は限定されないが、ホットプレス法を用いることが好ましい。緻密な窒化アルミニウム焼結体とすることができ、得られる窒化アルミニウム焼結体の体積抵抗率をより向上させることができるからである。この場合加える圧力は、１０〜３０ＭＰａが好ましい。基体としてより緻密な焼結体を得ることができるからである。例えば、形成された成形体に、プレス圧力２０ＭＰａ、最高温度１８３０℃で、２時間保持することにより焼成する。
（ｅ） 次いで、図８（ｄ）に示すように、焼結体２Ａのうち窒化アルミニウム粉末焼結体３とは反対側の主面１２を研磨してウエハ吸着面１ａとする。これにより、該ウエハ吸着面から電極４までの厚みのバラツキを表す厚み変動度が１００μｍ以下のサセプターを得ることができる。
つまり電極４は窒化アルミナ焼結体の焼成温度でうねりが発生することがないため、ウエハ吸着面からその平板電極までの厚みバラツキを小さく抑えることができる。こうして得られたサセプターの板状本体部３の背面中央に平板電極に至る挿通穴をあけ、その挿通穴に円筒状の端子８（図７参照）を取り付け、この端子を介して平板電極に電圧を印加できる様にする。
［ハロゲン系腐食性ガス］
本発明のサセプターは、ハロゲン系腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐蝕性に優れているが、特に以下のハロゲン系腐食性ガスまたはその混合物またはこれらのプラズマに対する耐蝕性が特に優れている。
ＮＦ_３、ＣＦ_４、ＣｌＦ_３、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒ

［セラミックス材料の製造と評価］
以下に、本発明の好適な適用例について説明する。ＭｇＯ原料、Ａｌ_２Ｏ_３原料及びＡｌＮ原料は、純度９９．９質量％以上、平均粒径１μｍ以下の市販品を使用した。ここで、ＡｌＮ原料については１％程度の酸素の含有は不可避であるため、酸素を不純物元素から除いた純度である。なお、ＭｇＯ原料は、純度９９質量％以上のものを使用した場合でも純度９９．９質量％以上のものを使用した場合と同等のセラミックス材料が作製できた。
１．セラミックス材料
まず、マグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料について説明する（実験例１〜１９）。なお、実験例１〜３、６〜１６が本発明の実施例に相当し、実験例４，５，１７〜１９が比較例に相当する。
［実験例１〜３］
・調合
ＭｇＯ原料、Ａｌ_２Ｏ_３原料及びＡｌＮ原料を、表１に示す質量％となるように秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、直径５ｍｍのアルミナ玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。なお、この調合粉末のＭｇ／Ａｌのモル比は１．２である。
・成形
調合粉末を、２００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で一軸加圧成形し、直径３５ｍｍ、厚さ１０ｍｍ程度の円盤状成形体を作製し、焼成用黒鉛モールドに収納した。
・焼成
円盤状成形体をホットプレス焼成することによりセラミックス材料を得た。ホットプレス焼成では、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ^２とし、表１に示す焼成温度（最高温度）で焼成し、焼成終了までＡｒ雰囲気とした。焼成温度での保持時間は４時間とした。
［実験例４］
ＭｇＯ原料及びＡｌ_２Ｏ_３原料を、表１に示す質量％となるように秤量した以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。
［実験例５］
焼成温度を１６５０℃に設定した以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。
［実験例６〜１２］
ＭｇＯ原料、Ａｌ_２Ｏ_３原料及びＡｌＮ原料を、表１に示す質量％となるように秤量し、焼成温度を、表１に示す温度とした以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。
［実験例１３〜１９］
ＭｇＯ原料、Ａｌ_２Ｏ_３原料及びＡｌＮ原料を、表１に示す質量％となるように秤量し、焼成温度を、表１に示す温度とし、焼成雰囲気をＮ_２にした以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。
［評価］
実験例１〜１９で得られた各材料を各種評価用に加工し、以下の評価を行った。各評価結果を表１に示す。なお、実験例１〜１９では、直径５０ｍｍのサンプルも作製したが、それらについても表１と同様の評価結果が得られた。
（１）嵩密度・開気孔率
純水を媒体としたアルキメデス法により測定した。
（２）結晶相評価
材料を乳鉢で粉砕し、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫα，４０ｋＶ，４０ｍＡ，２θ＝５−７０°とし、封入管式Ｘ線回折装置（ブルカー・エイエックスエス製 Ｄ８ ＡＤＶＡＮＣＥ）を使用した。
（３）エッチングレート
各材料の表面を鏡面に研磨し、ＩＣＰプラズマ耐食試験装置を用いて下記条件の耐食試験を行った。段差計により測定したマスク面と暴露面との段差を試験時間で割ることにより各材料のエッチングレートを算出した。
ＩＣＰ：８００Ｗ、バイアス：４５０Ｗ、導入ガス：ＮＦ_３／Ｏ_２／Ａｒ＝７５／３５／１００ｓｃｃｍ ０．０５Ｔｏｒｒ（６．６７Ｐａ）、暴露時間：１０ｈ、試料温度：室温
（４）構成元素
ＥＰＭＡを用いて、構成元素の検出及び同定と、各構成元素の濃度分析を行った。
（５）平均線熱膨張係数（４０〜１０００℃）
ディラトメーター（ブルカー・エイエックスエス製）を用いてアルゴン雰囲気中で測定した。
（６）曲げ強度
ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準拠した曲げ強度試験によって測定した。
（７）体積抵抗率測定
ＪＩＳ−Ｃ２１４１に準じた方法により、大気中、室温（２５℃）にて測定した。試験片形状は、直径５０ｍｍ×（０．５〜１ｍｍ）とし、主電極は直径２０ｍｍ、ガード電極は内径３０ｍｍ、外径４０ｍｍ、印加電極は直径４０ｍｍとなるよう各電極を銀で形成した。印加電圧は２ｋＶ／ｍｍとし、電圧印加後１分時の電流値を読み取り、その電流値から室温体積抵抗率を算出した。また、実験例７と実験例１９（ＭｇＯ焼結体）について、真空下（０．０１Ｐａ以下）、６００℃にて測定した。試験片形状は直径５０ｍｍ×（０．５〜１ｍｍ）とし、主電極は直径２０ｍｍ、ガード電極は内径３０ｍｍ、外径４０ｍｍ、印加電極は直径４０ｍｍとなるよう各電極を銀で形成した。印加電圧は５００Ｖ／ｍｍとし、電圧印加後１時間時の電流値を読み取り、その電流値から体積抵抗率を算出した。なお、表１の体積抵抗率において、「ａＥｂ」はａ×１０^ｂを表し、例えば「１Ｅ１６」は１×１０^１６を表す。
［評価結果］
図１に実験例１のＸＲＤ解析チャートを示す。なお、実験例２，３のＸＲＤ解析チャートは実験例１とほぼ同じだったため、図示を省略する。また、実験例１〜１９で検出された結晶相をまとめて表１に示す。図１に示すように、実験例１〜３のセラミックス材料のＸＲＤ解析チャートは、同定不能な複数のピーク（図１中□）と酸化マグネシウムに窒化アルミニウムが固溶したＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体のピーク（図１中○）で構成されていた。同定不能ピーク（□）はマグネシア、スピネル、窒化アルミニウムのいずれにも合致しない２θ＝４７〜４９°（４７〜５０°）にピークを有しており、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物と推定された。なお、これらのマグネシウム−アルミニウム酸窒化物のピークは、例えば、参考文献１（Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，９３［２］３２２−３２５（２０１０））や参考文献２（特開２００８−１１５０６５）に示されているＭｇＡｌＯＮ（又はマグアロン）のピークとは一致しない。一般に、これらのＭｇＡｌＯＮはスピネルにＮ成分が固溶したものとして知られており、本発明のマグネシウム−アルミニウム酸窒化物とは異なる結晶構造を有すると考えられる。
ＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体の（１１１）面、（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークは、酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝３６．９〜３９°，４２．９〜４４．８°，６２．３〜６５．２°に現れた。図２に実験例１のＥＰＭＡ元素マッピング像を示す。図２より、実験例１は図１に示したマグネシウム−アルミニウム酸窒化物（ｘ部）とＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（ｙ部）の２相で構成されることが確認され、前者が主相であることが分かった。ここで、主相とは、体積割合において５０％以上を有する成分をいい、副相とは、主相以外でＸＲＤピークが同定された相をいう。断面観察における面積比は体積割合を反映すると考えられるため、主相はＥＰＭＡ元素マッピング像で５０％以上の面積を有する領域とし、副相は主相以外の領域とする。図２より、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物の面積比は約６６％であり、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物が主相であることがわかった。なお、ｘ部がマグネシウム−アルミニウム酸窒化物であると特定した根拠は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ、Ｎの４成分で構成され、実験例４のスピネル材（ｚ部）と比較してＭｇ、Ｎ濃度は高く、Ａｌ濃度は同程度、Ｏ濃度は低かったからである。すなわち、このマグネシウム−アルミニウム酸窒化物はスピネルよりも多くのＭｇを含む特徴がある。その他の実験例についても同様の解析を行い、例えば実験例１０のマグネシウム−アルミニウム酸窒化物の面積比は約８７％であり、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物が主相であることがわかった。また、ここでは、一例として、主相と副相との判定をＥＰＭＡ元素マッピングにて行うものとしたが、各相の体積割合を識別できる方法であれば、他の方法を採用してもよい。
なお、ＥＰＭＡ元素マッピング像は、濃度に応じて、赤・橙・黄・黄緑・緑・青・藍に色分けされており、赤が最も高濃度、藍が最も低濃度、黒はゼロを表す。しかし、図２はモノクロで表示されているため、以下に図２の本来の色について説明する。実験例１では、Ｍｇはｘ部が黄緑でｙ部が赤、Ａｌはｘ部が橙でｙ部が青、Ｎはｘ部が橙でｙ部が青、Ｏはｘ部が水色でｙ部が橙だった。実験例４では、Ｍｇは全体（ｚ部）が緑、Ａｌは全体が橙、Ｎは全体が黒、Ｏは全体が赤だった。
また、実験例４では、窒化アルミニウムを用いなかったため、上述したマグネシウム−アルミニウム酸窒化物が生成せず、そのセラミックス材料は、主相としてスピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）を含むものであった。実験例５では、焼成温度が低かったため、上述したマグネシウム−アルミニウム酸窒化物が生成せず、そのセラミックス材料は、主相として酸化マグネシウム、副相としてスピネルや窒化アルミニウムを含むものであった。図３に実験例７のＸＲＤ解析チャートを示し、図４に実験例１０のＸＲＤ解析チャートを示す。図３、４より、実験例７，１０共に２θ＝４７〜４９°（又は４７〜５０°）にピークを有するマグネシウム−アルミニウム酸窒化物（図中□）が主として検出され、実験例７はスピネル（図中△）、実験例１０はＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（図中○）を副相とすることが分かった。なお、実験例６，８，９，１１，１２については、ＸＲＤ解析チャートの図示を省略し、主相と副相を表１に示した。
そして、実験例１〜３、６〜８のセラミックス材料のエッチングレートは、実験例４の８０％以下、実験例９〜１２のエッチングレートは、実験例４の９０％以下という低い値であり、耐食性が非常に高いものであることがわかった。実験例５は耐食性が低いスピネルや窒化アルミニウムを多く含むため、エッチングレートが高くなった。なお、実験例１８に示したアルミナのエッチングレートは、実験例４のセラミックス材料（スピネル）よりも更に高い値である。また、実験例１〜３，６〜８のセラミックス材料は、曲げ強度や体積抵抗率も十分高い値を持つものである。
また、高温でのエッチングレートも測定した。ここでは、実験例２及び実験例１０のセラミックス材料について、各材料の表面を鏡面に研磨し、ＩＣＰプラズマ耐食試験装置を用いて下記条件の高温での耐食試験を行った。そして、段差計により測定したマスク面と暴露面との段差を試験時間で割ることにより、各材料のエッチングレートを算出した。その結果、各材料のエッチングレートは、アルミナの１／３倍以下、窒化アルミニウムの１／５倍以下、スピネルと同レベルであり、高温下でのプラズマ耐食性も良好であった。
ＩＣＰ：８００Ｗ、バイアス：なし、導入ガス：ＮＦ_３／Ａｒ＝３００／３００ｓｃｃｍ ０．１Ｔｏｒｒ、暴露時間：５ｈ、試料温度：６５０℃
実験例１２〜１６のセラミックス材料では、エッチングレートが実験例４のスピネルとほぼ同等（２１２〜２７０ｎｍ／ｈ）であり、線熱膨張係数がスピネルより低かった（５．８〜６．９ｐｐｍ／Ｋ）。つまり、実験例１２〜１６のセラミックス材料は、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数が低いものであるといえ、静電チャック材やヒーター材、特にヒーター材として有用といえる。なお、実験例１７は、原料組成を実験例６と同一としたが、焼成温度が低かったため、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物ではなくスピネルが主相となったため、実験例６に比べて耐食性が低くなると共に線熱膨張係数が高くなった。また、実験例１２〜１６のセラミックス材料は、曲げ強度や体積抵抗率も十分高い値を持つものである。
また、実験例７と実験例１９の６００℃での体積抵抗率はそれぞれ５×１０^８Ωｃｍ、２×１０^１２Ωｃｍであり、ＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜４９°（又は４７〜５０°）に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とするセラミックス材料はＭｇＯに比べて低い電気抵抗を有することがわかった。
以上のことから、実験例１〜３，６〜１６で作製したセラミックス材料も、酸化マグネシウムより低い電気抵抗を有すると予測される。
２．積層焼結
次に、上述したセラミックス材料を利用した第１構造体と第２構造体とを積層焼結した積層体について説明する（実験例２０〜２６）。なお、実験例２０〜２４が本発明の実施例に相当し、実験例２５，２６が比較例に相当する。
［実験例２０、２１］
実験例４，６〜１２のセラミックス材料は、４０〜１０００℃の平均線熱膨張係数が７〜９ｐｐｍ／Ｋであった。実験例２０，２１では、表２に示すように、実験例１０のセラミックス材料を第１構造体とすると共に、窒化アルミニウムを第２構造体とし、第１及び第２構造体を積層し直径５０ｍｍに成形した試料にて積層焼結を行った。この窒化アルミニウムには酸化イットリウムを焼結助剤として外配で５質量％添加したもの（つまりＡｌＮ１００質量部に対してＹ_２Ｏ_３５質量部の割合で添加したもの、ＡｌＮ［１］という）、または５０質量％添加したもの（つまりＡｌＮ１００質量部に対してＹ_２Ｏ_３５０質量部の割合で添加したもの、ＡｌＮ［２］という）を用いた。窒化アルミニウム、酸化イットリウム原料は、それぞれ純度９９．９質量％以上、平均粒径１μｍ以下の市販品を使用した。ここで、ＡｌＮ原料については１質量％程度の酸素の含有は不可避であるため、酸素を不純物元素から除いた純度である。また、４０〜１０００℃の平均線熱膨張係数は、ＡｌＮ［１］が５．７ｐｐｍ／Ｋ、ＡｌＮ［２］が６．２ｐｐｍ／Ｋであることから、第１構造体と第２構造体との間には熱膨張差が生じる。このため、第１構造体と第２構造体との間に、ＡｌＮ［１］あるいはＡｌＮ［２］と実験例１０の原料とを混合した中間層を設けた。この中間層により、熱膨張差を緩和することができる。中間層は、ＡｌＮ［１］を用いた実験例２０では、質量比２５：７５、５０：５０、７５：２５で混合した３層とし、ＡｌＮ［２］を用いた実験例２１では質量比４０：６０、６０：４０で混合した２層とした。以下、調合、成形、焼成の各工程について詳説する。
・調合
第１構造体の原料は、上記の実験例１０と同様の手法で作製した調合粉末を用いた。第２構造体の原料は、窒化アルミニウムを主相とし、以下のように調合した。第２構造体のＡｌＮ［１］では、まず、窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウム粉末を１００質量％、５．０質量％の割合で秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、ナイロン製玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後、３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。さらに、得られた調合粉末を４５０℃で５時間以上、大気雰囲気中で熱処理し、湿式混合中に混入したカーボン成分を焼失除去した。ＡｌＮ［１］を用いた積層体の中間層は、以下のように調合した。まず、実験例１０の調合粉末と上記の窒化アルミニウムの調合粉末とを質量比７５：２５（中間層１）、５０：５０（中間層２）、２５：７５（中間層３）の割合で秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、ナイロン製玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。第２構造体のＡｌＮ［２］では、窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウム粉末を１００質量％、５０質量％の割合で秤量した他はＡｌＮ［１］と同様の方法で調合した。また、ＡｌＮ［２］を用いた積層体の中間層は、実験例１０の調合粉末と上記の窒化アルミニウムの調合粉末を質量比６０：４０（中間層１）、４０：６０（中間層２）の割合で秤量した他はＡｌＮ［１］の場合と同様の方法で調合した。
・成形
最初に第２構造体の原料である窒化アルミニウム調合粉末を直径５０ｍｍの金型内に充填し、２００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で一軸加圧成形した。窒化アルミニウム成形体は型抜きせず、その上部に窒化アルミニウム比が多い順に中間層の調合粉末を充填し、２００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で充填毎に一軸加圧成形した。最後に第１構造体の原料である実験例１０の調合粉末を充填し、２００ｋｇｆ／ｃｍ^２にて加圧成形を行った。ＡｌＮ［１］を用いた積層体については、第２構造体の窒化アルミニウム層が１０ｍｍ、中間層が各１ｍｍ×３層、第１構造体の実験例１０の層が１０ｍｍからなる計２３ｍｍの円盤状成形体とした。また、ＡｌＮ［２］を用いた積層体については、第２構造体の窒化アルミニウム層が１０ｍｍ、中間層が各１ｍｍ×２層、第１構造体の実験例１０の層が１０ｍｍからなる計２２ｍｍの円盤状成形体とし、これら積層した円盤状成形体を焼成用黒鉛モールドに収納した。
・焼成
焼成用黒鉛モールドに収納した円盤状成形体をホットプレス焼成することにより、一体焼成したセラミックス材料を得た。ホットプレス焼成では、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ^２とし、焼成温度１８００℃で焼成し、焼成終了までＡｒ雰囲気とした。焼成温度での保持時間は４時間とした。なお、実験例２０、２１については焼成温度１７５０℃での焼成も実施した（実験例２０−１，２１−１）。
上述の製造方法で得られた焼結体は、ＡｌＮ［１］を用いた積層体（実験例２０，２０−１）、ＡｌＮ［２］を用いた積層体（実験例２１、２１−１）共に、上部が高耐食なマグネシウム−アルミニウム酸窒化物、焼結体の下部が高熱伝導な窒化アルミニウムを主とする焼結体で構成され、その中間に中間層が配置されていた。中間層は、第１構造体から第２構造体に近づくにつれてＡｌＮの含有量が高くなるように傾斜させたものである。これらの焼結体には、各層間のクラック、ヒビ等はなかった。これは、第１構造体と第２構造体との間に中間層を有することで焼成中の熱応力が回避されたと考えられた。また、基材である窒化アルミニウムの熱膨張率を制御することで、基材とマグネシウム−アルミニウム酸窒化物間に生じる熱応力が小さくなり、中間層を薄くすることができた。このような焼結体は、例えば、静電チャックやサセプター、ヒーター、プレート、内壁材、監視窓、マイクロ波導入窓、マイクロ波結合用アンテナなどの半導体製造装置用部材に好適に用いられると推察された。
［実験例２２〜２４］
実験例２２では、表２に示すように、実験例６のセラミックス材料を第１構造体、酸化アルミニウムを第２構造体とし、中間層なしでＮ_２雰囲気で積層焼結したこと以外は、実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２３では、表２に示すように、実験例６のセラミックス材料を第１構造体、酸化イットリウムを第２構造体とし、中間層なしでＮ_２雰囲気で積層焼結したこと以外は、実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２４では、表２に示すように、実験例１３のセラミックス材料を第１構造体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ［１］）を第２構造体とし、中間層なしでＮ_２雰囲気で積層焼結したこと以外は、実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２２〜２４のいずれにおいても、層間にクラックやヒビ等はみられなかった。また、実験例２２〜２４では、いずれも第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が０．３ｐｐｍ／Ｋ以下と小さかったため、中間層なしでクラックやヒビ等の発生を防止することができた。これらの積層体も、実験例２０，２１と同様、静電チャックやサセプター、ヒーター、プレート、内壁材、監視窓、マイクロ波導入窓、マイクロ波結合用アンテナなどの半導体製造装置用部材に好適に用いられると推察された。なお、実験例２２〜２４においても、実験例２０，２０−１，２１、２１−１のように中間層を設けても構わない。
［実験例２５，２６］
実験例２５では、表２に示すように、アルミナを第１構造体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ［１］）を第２構造体とし、Ｎ_２雰囲気で積層焼結したこと以外は実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２６では、表２に示すように、スピネルを第１構造体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ［１］）を第２構造体とし、Ｎ_２雰囲気で積層焼結したこと以外は実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２５，２６のいずれにおいても、層間にクラックが発生した。これは、第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が大き過ぎ、その結果、中間層を設けたにもかかわらず、熱膨張差によるクラックを防止しきれなかったと考えられる。
［静電チャックの製造と評価］
図５（ａ）にタイプの静電チャックを、図８を参照しつつ述べた製法によって作製した。ただし、具体的には以下のように実施した。
（ａ） ＭｇＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、ＡｌＮ原料を、前記表１の各実験例１、８、１２に示す質量％になるように秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、直径５ｍｍのアルミナ玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。次いで、調合粉末を、２００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で一軸加圧成形し、円盤状成形体を得た。この成形体をホットプレス焼結することによりセラミック焼結体２Ａを得た。ホットプレス焼結は、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ^２とし、表１に示す各温度で焼成し、焼成終了までＡｒ雰囲気とした。焼成温度での保持時間は４時間とした。工程（ａ）では平均粒径１μｍ以下の市販品を使用した。
（ｂ） 焼結体２Ａの主面２ａを、表面平坦度が１０μｍとなるように研磨する。
（ｃ） タングステンカーバイド粉末とアルミナ粉末とを混合し、テルピネオールを加えてペーストとする。このペーストを研磨面２ａ上に印刷する。
（ｄ） 焼結体２Ａの主面２ａ上に、イットリアを５重量％含む窒化アルミニウム粉末（純度９９．５％）を成型して、窒化アルミニウム成型体１４とする。軸方向に加圧しながら、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で、１８３０℃で焼結する。また、最高温度までは、昇温速度１００℃／時間で昇温し、最高温度では２時間保持する。圧力は２０ＭＰａとする。
（ｅ） 焼結体２Ａの主面１２を研磨して吸着面１ａを形成することにより、厚み変動度が１００μｍ以下のサセプターを得る。得られたサセプターの板状支持部３の背面中央に電極４に至る挿通穴をあけ、その挿通穴に円筒状の端子８を取り付け、この端子を介して電極４に電圧を印加できる様にする。
なお、表３の実験Ｎｏ．１、２、３において誘電体層（表面耐食層）を形成した材質は、前記実施例（表１）における実験例１，８，１２のものである。
（実験Ｎｏ．４）
実験Ｎｏ．４として、上述の誘電体層２を、イットリアを５重量％含む窒化アルミニウム粉末（純度９９．５％）の焼結によって形成した。他は実験Ｎｏ．１〜３と同様にして静電チャックを製造した。
［試験条件］
・耐食試験：ＩＣＰ：８００Ｗ，バイアス：４５０Ｗ，導入ガス：ＮＦ３／Ｏ２／Ａｒ＝７５／３５／１００ｓｃｃｍ，０．０５Ｔｏｒｒ，暴露時間：１００ｈｒｓ．，試料温度：５００℃
・評価特性：上記の耐食試験前後における、ウエハ上温度均一性、吸着力、表面粗度を測定する。
均熱性測定
Ｓｉウエハを静電チャックの載置面に置き、±５００Ｖの直流電圧を静電電極に印加してＳｉウエハを吸着させた。チャンバー真空度：１Ｅ−４Ｔｏｒｒに設定し、抵抗発熱体にパワーを印加することにより昇温速度１０℃／ｍｉｎで評価温度４００℃まで加熱した。入熱パワーが一定になったことを確認し、ＩＲカメラ（日本電子製：６１００，２１ｐｔｓ）にて温度を確認し、ウエハ上の温度の最大値と最小値の差ΔＴを均熱性（単位：℃）とした。均熱性ΔＴの値が小さい方が良好な均熱性を示し、例えば、ウエハのエッチング処理などにおいて均質なエッチングを可能とする。
吸着力
Ｓｉプローブ（５ｃｍ^２）を製品上にセッティングし、真空状態（１Ｅ−４Ｔｏｒｒ）で±５００Ｖの直流電圧を静電電極に印加してＳｉプローブを吸着させた。１ｍｉｎ後プローブを引き上げて離脱時の力を測定した。測定ポイントは面内の４箇所（−４０，４０）（−４０，−４０）（４０−４０）（４０，４０）である。このとき、製品外径の任意の３点を通る円の中心を（０，０）とする。
表面粗度
製品表面の粗さをテーラーホブソン粗さ測定器にて測定した。測定箇所は面内の内側と外側の任意の二箇所である。
実験Ｎｏ．１、２、３では、耐食試験前のウエハ上温度均一性が比較的良好であり、耐食試験後におけるウエハ上温度均一性の劣化が非常に少なく、かつ吸着力の低下が非常に少ない。
実験Ｎｏ．４では、初期のウエハ上温度均一性は非常に良好であるが、耐食試験後のウエハ上温度均一性、吸着力ともに著しく劣化していた。
これらの作用効果は、半導体処理装置分野において画期的であり、産業上多大な利用を期待できることが明らかである。
［支持部９付きの静電チャックの製造］
前述の（ａ）〜（ｅ）のように静電チャックを作製した後、その背面に支持部９（シャフト）を取り付けた。
（ｆ） 窒化アルミニウム粉末に０．５重量％のイットリア粉末を混合した混合粉を金型を用いて冷間静水圧成形（ＣＩＰ成形）により、筒のシャフト状に成形し、常圧の窒素中で焼成して、研削加工し、筒状シャフトを得た。次にセラミックスプレートの電極露出面側の中央に筒状シャフトを接合した。接合にあたっては、接合する表面の平坦度を１０μｍ以下にした。次に、シャフトの接合面に、接合剤の量が１４ｇ／ｃｍ２となるように均一に塗布した。セラミックスプレートと筒状シャフトとの接合面同士を貼り合わせ、窒素ガス中で、接合温度１４５０℃で２時間保持した。昇温速度は３．３℃／分とし、窒素ガス（Ｎ２ １．５ａｔｍ）は１２００℃から導入した。又、接合面と垂直な方向から窒化アルミニウム焼結体同士を押しつけるように加圧した。加圧は、圧力４ＭＰａで行い、１２００℃から開始し、接合温度１４５０℃で保持している間続け、７００℃に冷却した時点で終了した。接合材は５４重量％ＣａＯ−４６重量％Ａｌ２Ｏ３の組成比となるように炭酸カルシウムとアルミナ粉末を少量の水に混合してペースト状にしたものを用いた。なお、接合部の直径は７２ｍｍである。こうして、セラミックスプレートと筒状シャフトとを接合したのち、セラミックスプレートの電極露出部に金ロウを用いて、ニッケル製の給電ロッドをコバール金属を介在させて接続端子にロウ付け接合した。
本発明の特定の実施形態を説明してきたけれども、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の範囲から離れることなく、種々の変更や改変を行いながら実施できる。

本発明は、半導体を吸着して処理する静電チャック装置に関するものである。

半導体製造におけるドライプロセスやプラズマコーティングなどに用いられる半導体製造装置には、エッチング用やクリーニング用として、反応性の高いＦ、Ｃｌ等のハロゲン系プラズマが使用される。このため、そのような半導体製造装置に組み付けられる部材には、高い耐食性が要求され、一般的にはアルマイト処理を施したアルミニウムやハステロイ等の高耐食金属やセラミックス部材が使用される。特にＳｉウエハを支持固定する静電チャック材やヒーター材には高耐食と低発塵性が必要なため、窒化アルミニウム、アルミナ、サファイア等の高耐食セラミックス部材が用いられている。これらの材料では長期間の使用によって徐々に腐食が進行して発塵原因となるため、更なる高耐食材料が求められている。このような要求に応えるべく、材料としてアルミナ等より高耐食であるマグネシアやスピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）、それらの複合材を用いることが検討されている（例えば特許文献１：特許第３５５９４２６号公報）。

半導体デバイスの製造工程においては、静電チャックのウエハ載置面に半導体ウエハを吸着保持し、その吸着保持した半導体ウエハに加熱処理やエッチング処理等の各種処理が施される。静電チャックは、ウエハ載置面が形成された円盤状のセラミックス基体に、ウエハ載置面に静電気的な力を生じさせるための静電電極が埋設されたものであり、必要に応じてウエハ載置面を加熱するためのヒーター電極（抵抗発熱素子ともいう）が埋設されている。セラミックス基体は、アルミナ焼結体や窒化アルミニウム焼結体で形成されたもののほか、静電チャックがフッ素を含むガスと接触する環境下で使われることを考慮してフッ素に対する耐蝕性の高い材料、例えば、イットリア焼結体やマグネシア焼結体で形成されたものも提案されている。例えば、特許文献２（特開２００１−３０８１６７号公報）では、マグネシア（ＭｇＯ）を主成分とするセラミックスを用いたジョンソンラーベック型の静電チャックが提案されている。

特許第３５５９４２６号公報 特開２００１−３０８１６７号公報

通常、半導体製造プロセスはウエハの汚染防止の為、ハロゲン系ガス等の腐食性の強いガスを装置クリーニングに用いている。又、ウエハ上に均一に成膜を行う為、ウエハ上の温度均一性が求められる。

半導体製造装置内でSiウエハを保持し更に加温する部材として、上述のようにAlN（窒化アルミニウム）製のセラミック静電チャック付きヒーターが既存技術として広く用いられており、使用初期には良好なウエハ上温度均一性を示す事ができる。しかし、腐食性ガスによるクリーニングによって、AlNが腐食され、ヒータ表面の形状や粗さが変化してしまう事により、使用期間が経過するに従って温度分布が変化し、温度均一性が保てなくなり、吸着力が劣化するという問題があった。

本発明の課題は、半導体処理に使用する静電チャックにおいて、ハロゲン系腐食性ガスまたそのプラズマ雰囲気下で使用したとき、良好な温度均一性を長期間にわたって保持でき、吸着力の劣化を防止できるようにすることである。

本発明は、半導体を吸着する吸着面を有するサセプターと、このサセプター内に埋設されている静電チャック電極とを備えている静電チャックであって、
サセプターが板状本体部と表面耐食層とを備えており、表面耐食層の上面が前記吸着面を構成しており、表面耐食層がマグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料からなり、このセラミックス材料が、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とする。

本発明のセラミックス材料は、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相としているが、窒化アルミニウムと比較して、ハロゲン系ガス等の腐食性の強いガスに対する耐食性に優れている。このセラミックス材料によってサセプターの表面耐食層を形成すると、腐食環境下で長く使用されても、腐食による表面状態の変化を生じにくく、この結果として良好なウエハ上温度均一性および吸着力を長期間にわたって発現する事が可能となった。

また、板状本体部を前記セラミックス材料と別の熱伝導性のより高い材質で形成することが可能であり、これによって、サセプターの平面方向の熱伝導を促進することで、ウエハ上温度均一性を、より一層向上させることが可能である。

図１は、実験例１のＸＲＤ解析チャートである。 図２は、実験例１，４のＥＰＭＡ元素マッピング像である。 図３は、実験例７のＸＲＤ解析チャートである。 図４は、実験例１０のＸＲＤ解析チャートである。 図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、本発明の実施形態にかかる静電チャック1Ａ、1Ｂ、1Ｃを模式的に示す断面図である。 図６（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、本発明の実施形態にかかる静電チャック1Ｄ、1Ｅ、1Ｆを模式的に示す断面図である。 図７は、本発明の実施形態にかかる静電チャック１Ｇを模式的に示す断面図である。 図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）（ｄ）は、静電チャックの好適な製造プロセスを説明するための図である。

以下、本発明で用いる新規なセラミックス材料を説明し、次いで静電チャックの構成を説明する。

［セラミックス材料］
本発明者らは、酸化マグネシウムとアルミナと窒化アルミニウムとの混合粉末を成形後ホットプレス焼成することにより得られるセラミックス材料の耐食性を鋭意検討したところ、特定位置にＸＲＤピークを有するマグネシウム−アルミニウム酸窒化物を主相とするセラミックス材料が非常に高い耐食性を示すことを見いだした。

すなわち、本発明のセラミックス材料は、マグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料であって、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とするものである。

本発明のセラミックス材料は、耐食性がスピネルと同等かそれよりも高い。このため、本発明のサセプターは、半導体製造プロセスにおいて使用される反応性の高いＦ、Ｃｌ等のハロゲン系プラズマに長期間耐えることができ、この部材からの発塵量を低減することができる。しかも，腐食環境下で長く使用されても、腐食による表面状態の変化を生じにくく、この結果として良好なウエハ上温度均一性を長期間にわたって発現する。

本発明のセラミックス材料は、マグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とし、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とするものである。このマグネシウム−アルミニウム酸窒化物は、ハロゲン系プラズマに対する耐食性がスピネルと同等かそれより高いため、この酸窒化物を主相とする本発明のセラミックス材料も耐食性が高くなったと考えられる。また、このマグネシウム−アルミニウム酸窒化物は、スピネルと同等の耐食性を持ちながらスピネルよりも線熱膨張係数が低いものとすることもできる。

本発明のセラミックス材料は、酸化マグネシウムに窒化アルミニウムが固溶したＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体の結晶相を副相として含んでいてもよい。このＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体も耐食性が高いため、副相として含まれていても問題ない。このＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体は、ＣｕＫα線を用いたときの（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークが酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝４２．９〜４４．８°，６２．３〜６５．２°に現れるものとしてもよく、更に、（１１１）面のＸＲＤピークが酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝３６．９〜３９°に現れるものとしてもよい。（１１１）面のピークが他の結晶相のピークとの判別を行いにくい場合があることから、（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークのみ上記範囲に現れるものとしてもよい。同様に、（２００）面または（２２０）面のピークも他の結晶相のピークとの判別を行いにくい場合がある。

本発明のセラミックス材料は、スピネルと同等かそれよりも高い耐食性を得るには、副相としてＡｌＮ結晶相を含むと耐食性が低下する傾向があるため、ＡｌＮ結晶相は少ないことが好ましく、含まないことがより好ましい。また、スピネルは、アルミナやＡｌＮ結晶よりも耐食性が高いため、少量を含有してもよい。但し、スピネルは、本発明のマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相、及びＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体よりも耐食性が劣るため、より少ないことが好ましい。一方、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数を低くするには、スピネルやＡｌＮ結晶相を少量含有していてもよい。

本発明のセラミックス材料は、スピネルと同等かそれよりも高い耐食性を得るには、原料粉末中のマグネシウム／アルミニウムのモル比が０．２０以上２以下であることが好ましいが、マグネシウム／アルミニウムのモル比が０．７５以上２以下であることがより好ましい。マグネシウム／アルミニウムのモル比が０．２０未満であると窒化アルミニウム、スピネル、酸化アルミニウムのいずれかの生成量が多くなり、高耐食な特徴が失われることが懸念される。マグネシウム／アルミニウムのモル比が２を超えるとＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体が主相になりやすい。一方、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数を低くするには、原料粉末中のマグネシウム／アルミニウムのモル比が０．０５以上１.５以下であることが好ましいが、マグネシウム／アルミニウムのモル比が０．１以上１以下であることがより好ましい。

本発明のセラミックス材料において、開気孔率は５％以下であることが好ましい。ここでは、開気孔率は、純水を媒体としたアルキメデス法により測定した値とする。開気孔率が５％を超えると、強度が低下するおそれや材料自身が脱粒によって発塵し易くなるおそれがあり、更に材料加工時等で気孔内に発塵成分がたまり易くなるため好ましくない。また、開気孔率は、できるだけゼロに近いほど好ましい。このため、特に下限値は存在しない。

本発明のセラミックス材料において、主相をなすマグネシウム−アルミニウム酸窒化物の４０〜１０００℃の線熱膨張係数は、６〜７ｐｐｍ／Ｋである。そこで、副相成分のＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（１２〜１４ｐｐｍ／Ｋ）や、スピネル（８〜９ｐｐｍ／Ｋ）、窒化アルミニウム（５〜６ｐｐｍ／Ｋ）の比率を変えることにより、高耐食性を維持したまま、線熱膨張係数を５．５〜１０ｐｐｍ／Ｋに制御することができる。但し、スピネルや窒化アルミニウムは、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物やＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体よりも耐食性が低いことから、より少ないことが好ましい。このような熱膨張の調整によって、酸化アルミニウム、酸化イットリウム及び窒化アルミニウムなど、半導体製造装置部材として用いられている材料との熱膨張を合わせる、または、熱膨張差を小さくすることができる。これによって、本発明のセラミックス材料と従来材料との積層や貼り合わせが可能となる。こうすれば、表面（第１構造体）のみを本発明の高い耐食性を有するセラミックス材料とし、下部（第２構造体）の基材に従来材料を使用することができる。特に、一体焼結においてこのような積層構造及び熱膨張調整は有効となる。なかでも、第２構造体の基材に窒化アルミニウムを主体とした材料を用いることにより、高熱伝導を維持することができ、高耐食であるセラミックス材料の表面温度を均一に保ちやすくなる。このような構成は、特にヒーター内蔵型の半導体製造装置において有効である。

本発明のセラミックス材料は、上述したセラミックス材料を利用した第１構造体と、窒化アルミニウム、酸化イットリウム及び酸化アルミニウムのうち少なくとも１種を主相とする第２構造体と、を有する積層体に用いるものとしてもよい。また、この第１構造体と第２構造体とが積層又は接合された構造を有するものとしてもよい。こうすれば、耐食性の高い第１構造体と、第１構造体と異なる特性（例えば伝熱性や機械的強度など）を有する第２構造体とにより、耐食性に加えて他の特性をより高めることができる。ここで、第１構造体は、上記セラミックス材料によって形成された薄膜や板状体、層状体としてもよい。また、第２構造体は、窒化アルミニウム、酸化イットリウム及び酸化アルミニウムを主相とする薄膜や板状体、層状体としてもよい。なお、接合はどのような態様で行われたものでもよく、例えば焼結により接合されていてもよいし、接着剤により接合されていてもよい。

このとき、第１構造体と第２構造体とが中間層を介して接合されていてもよい。こうすれば、中間層によって、例えば熱膨張率の違いによる第１構造体と第２構造体との剥離などをより抑制することができる。この中間層は、第１構造体と第２構造体との中間の性質を有する層としてもよい。この中間層は、例えば、第１構造体の主相と第２構造体の主相とを混合した層としてもよい。また、この中間層は、含有する成分、若しくは成分比の異なる複数の層を含むものとしてもよい。こうすれば、傾斜材料的な特性とすることができる。

また、第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が０．３ｐｐｍ／Ｋ以下であり、第１構造体と第２構造体とが直接接合されていてもよい。こうすれば、第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が小さいため、両構造体を高温で接合（例えば焼結により接合）した際やこの積層体の高温−低温での使用を繰り返したりした際にクラックや剥離が生じるおそれがない。

［セラミックス材料の製造］
本発明のセラミックス材料は、酸化マグネシウムとアルミナと窒化アルミニウムとの混合粉末を、成形後焼成することにより製造することができる。例えば、スピネルと同等かそれよりも高い耐食性を得るには、酸化マグネシウムを１５質量％以上６６．２質量％以下、アルミナを６３質量％以下、窒化アルミニウムを５７．７質量％以下となるように混合した粉末を成形後焼成してもよい。更には、酸化マグネシウムを３７質量％以上６６．２質量％以下、アルミナを６３質量％以下、窒化アルミニウムを５７．７質量％以下となるように混合した粉末を成形後焼成してもよい。一方、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数を低くして温度均一性を高くするには、酸化マグネシウムを５質量％以上６０質量％以下、アルミナを６０質量％以下、窒化アルミニウムを９０質量％以下となるように混合した粉末を成形後焼成してもよい。また、焼成温度は１７５０℃以上とすることが好ましい。焼成温度が１７５０℃未満では、目的とするマグネシウム−アルミニウム酸窒化物が得られないおそれがあるため好ましくない。なお、焼成温度の上限は、特に限定するものではないが、例えば１８５０℃とか１９００℃としてもよい。また、焼成はホットプレス焼成を採用することが好ましく、ホットプレス焼成時のプレス圧力は、５０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ²で設定することが好ましい。焼成時の雰囲気は、酸化物原料の焼成に影響を及ぼさない雰囲気であることが好ましく、例えば窒素雰囲気やアルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気などの不活性雰囲気であることが好ましい。成形時の圧力は、特に制限するものではなく、形状を保持することのできる圧力に適宜設定すればよい。

［静電チャック］
第５〜７図を適宜参照しつつ、本発明の静電チャックを説明する。
第５図（ａ）の静電チャック１Ａにおいては、サセプター１１Ａは、板状本体部３と誘電体層２とからなる。本例では、板状本体部３の背面３ｃがサセプター１１Ａの背面１１ｂをなしている。板状本体部の上面３ａ側には誘電体層２が設けられており、誘電体層２の上面が吸着面１１ａをなしている。本例では、誘電体層２の板状本体部側の主面２ａ上に静電チャック電極４が形成されている。本例では、板状本体部３の側面３ｂ、背面３ｃは耐食層によって被覆されていない。

本例では、誘電体層２が表面耐食層をなしており、これを本発明の前記セラミックス材料によって形成する。

吸着面１１ａは全面にわたって平坦である必要はなく、凹凸加工を行ったり、基板の大きさにあわせた溝を形成したり、パージガス用の溝を形成しても良い。

図５（ｂ）の静電チャック１Ｂにおいては、サセプター１１Ｂは、板状本体部３と誘電体層２とからなる。本例では、板状本体部３の背面３ｃがサセプター１１Ｂの背面１１ｂをなしている。板状本体部の上面３ａ側には誘電体層２が設けられており、誘電体層２の上面が吸着面１１ａをなしている。本例では、更に、板状本体部の側面３ｂを被覆する側面耐食層５ａが設けられている。

本例では、誘電体層２が表面耐食層をなしており、これを本発明の前記セラミックス材料によって形成する。側面耐食層５ａも本発明の前記セラミックス材料によって形成する。サセプター側面が腐蝕すると、パーティクルの原因となるだけでなく、側面からの熱放射特性が変化することでウエハ上温度均一性にも悪影響がある。本実施形態では、ウエハ側だけでなく、側面における腐蝕も抑制できる。

図５（ｃ）の静電チャック１Ｃにおいては、サセプター１１Ｃは、板状本体部３と誘電体層２とからなる。本例では、板状本体部３の背面３ｃがサセプター１１Ｃの背面１１ｂをなしている。板状本体部の上面３ａ側には誘電体層２が設けられており、誘電体層２の上面が吸着面１１ａをなしている。本例では、更に、板状本体部の背面３ｃを被覆する背面被覆層５ｂが設けられている。本例では、誘電体層２が表面被覆層をなしており、これを本発明の前記セラミックス材料によって形成する。背面被覆層５ｂも本発明の前記セラミックス材料によって形成する。

板状本体部の材質として、熱伝導率が前記セラミックス材料よりも高い材料を使用した場合には，板状本体部全体の熱伝導によってウエハ上温度均一性は向上する。しかし、この場合には、板状本体部３の背面３ｃ側からの放熱量も大きくなるので、不均等な熱放射によってウエハ上温度均一性がかえって劣化する可能性がある。本実施形態では、板状本体部の背面側に前記セラミックス材料からなる背面被覆層を設けているので、背面側の耐食を図れるだけでなく、サセプター背面側からの熱放射を全体に抑制し、ウエハ上温度均一性を一層改善できる。

図６（ａ）に示す静電チャック１Ｄは、図５（ａ）の静電チャック１Ａと同様のものであるが、ただしサセプター１１Ｄの板状本体部３中に抵抗発熱体６が埋設されている。

図６（ｂ）に示す静電チャック１Ｅは、図５（ｂ）の静電チャック１Ｂと同様のものであるが、ただしサセプター１１Ｅの板状本体部３中に抵抗発熱体６が埋設されている。

図６（ｃ）に示す静電チャック１Ｆは、図５（ｃ）の静電チャック１Ｃと同様のものであるが、ただしサセプター１１Ｆの板状本体部３中に抵抗発熱体６が埋設されている。

発熱体は、サセプター内に埋設されていることが好ましいが、サセプターに取り付けられていても良い。また、発熱体は、サセプターから離れた位置に設けられた赤外線加熱素子のような外部発熱体であってよい。

また、図７に示すように支持部を設けることもできる。すなわち、サセプター１Ａの下面（背面）３ｃに支持部９が接合されている。本例では支持部は管状であり、支持部９中に電力供給部材１０が収容されている。電力供給部材は、給電端子８を介して静電チャック電極４に接続されている。

支持部は、好ましくは途中に段差を有しており、段差を境にしてサセプター側が大径部９ｂ、反対側が小径部９ａとなっている。大径部９ｂの端部にはフランジ９ｃが形成されている。そして、支持部はサセプターと中心軸が同軸となるように、大径部の端部がサセプターの背面に接合されている。

サセプターは盤状であり、好ましくは略円盤状である。サセプターの大きさは、特に限定するものではないが、例えば直径280〜380ｍｍ、厚さ8〜20ｍｍである。
また、支持部を設ける場合には、サセプターと支持部との接合部分の外径は、直径として例えば40〜120ｍｍである。

上述の例では、誘電体層が一層の表面耐食層からなる。しかし、誘電体層が、表面耐食層と一層以上の中間層とからなっていてよく、この場合には誘電体層と板状本体部との接着力を一層向上させることができる。

本実施形態の静電チャックの使用例について以下に簡単に説明する。この静電チャックの吸着面にウエハを載置し、電極４の給電端子を介して電極４に直流高電圧を印加することにより静電気的な力を発生させ、それによってウエハを吸着面に吸着する。また、抵抗発熱体の給電端子にヒーター電源を接続し、供給する電力を制御することによりウエハを所望の温度に調節する。この状態で、ウエハにプラズマＣＶＤ成膜を施したり、プラズマエッチングを施したりする。

［発熱体および静電チャック電極］
発熱体、静電チャック電極は、例えば線状の導体を屈曲させ、巻回体に加工したものを使用可能である。発熱体の線径は０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であり、コイル形状の場合には巻径は２ｍｍ〜４ｍｍ程度であり、ピッチは１ｍｍ〜７ｍｍ程度である。ここで「巻径」とは、コイルの内径を意味する。
発熱体、静電チャック電極の形状としては、コイル形状の他にも、リボン状、メッシュ状、コイルスプリング状、シート状、膜状、印刷電極等の種々の形態を採用することもできる。なお、リフトピン等やパージガス用に設けられた貫通孔に隣接する部分では、発熱体を迂回させたりするなど、必要に応じてパターンの変形を行うことが望ましい。

発熱体、静電チャック電極の材料としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン／モリブデン化合物等の高融点導電材料を好ましく使用できる。

また、タングステン、ニオブ、モリブデン、これらの合金、タングステン／モリブデン化合物、タングステンカーバイド等の高融点導電性材料粉末を含む印刷ペーストにアルミナ粉末を混合し、サーメットとすることができる。

［板状本体部の材質］
前記セラミックス材料において、主相をなすマグネシウム−アルミニウム酸窒化物の４０〜１０００℃の熱膨張係数は、６〜７ｐｐｍ／Ｋである。そこで、副相成分のＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（１２〜１４ｐｐｍ／Ｋ）や、スピネル（８〜９ｐｐｍ／Ｋ）、窒化アルミニウム（５〜６ｐｐｍ／Ｋ）の比率を変えることにより、高耐食性を維持したまま、線熱膨張係数を５．５〜１０ｐｐｍ／Ｋに制御することができる。但し、スピネルや窒化アルミニウムは、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物やＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体よりも耐食性が低いことから、より少ないことが好ましい。このような熱膨張の調整によって、酸化アルミニウム、酸化イットリウム及び窒化アルミニウムなど、半導体製造装置部材として用いられている材料との熱膨張差を小さくすることができる。これによって、本発明のセラミックス材料と従来材料との積層や貼り合わせが可能となる。

具体的には、板状本体部の材質は、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素を例示でき、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウムが特に好ましい。

特に、窒化アルミニウムを主相とする材質によって板状本体部を形成することにより、高熱伝導を維持でき、高耐食である前記セラミックス材料の表面温度を均一に保ちやすくなる。

好適な実施形態においては、表面耐食層と板状本体部との線熱膨張係数差が０．３ｐｐｍ／Ｋ以下である。この場合には、表面耐食層と板状本体部とを高温で接合（例えば一体焼結により接合）した際やこの積層体の高温−低温での使用を繰り返したりした際に、クラックや剥離が生じるおそれがない。

板状本体部と各耐食層，背面被覆層とは、中間層を介して接合されていてもよい。こうすれば、例えば熱膨張率の違いによる耐食層、背面被覆層の剥離を、いっそう抑制することができる。この中間層は、耐食層、背面被覆層と板状本体部との中間の性質を有する層とする。
具体的には、中間層は、前記セラミックス材料と、板状本体部の材料との混合物を焼結した複合セラミックスであってよい。
また、中間層を複数層形成することができ、各中間層の組成を互いに異ならせることによって、傾斜材料層を形成することができる。

［支持部の材質］
支持部３（いわゆるシャフト）の材質は必ずしも限定はされず、以下を例示できる。
窒化アルミニウム、アルミナ、スピネル、酸化マグネシウム

好ましくは、支持部３の材質も前記セラミックス材料とする。ただし、この場合にも、サセプターを形成する前記セラミックス材料と、支持部を形成する前記セラミックス材料とは、同一組成である必要はなく、前記の範囲で互いに異なる組成であってよい。

本発明者らは、設計温度から外れると温度均一性が悪化する原因について考察した結果、高温では３種の熱伝導の形態のうち放射熱伝導による放熱への寄与が大きくなるためであると考えた。例えば、サセプターの中心部に支持部が接合されているため、低温で支配的な固体熱伝導が大きく寄与して、低温ではサセプター中心部からの熱の逃げが大きく、中心部の温度は高くならない。しかし、高温では放射熱伝導の寄与が相対的に大きく、サセプターの中央付近と比べて支持部がない外周付近の方が放射により熱が逃げやすいため、外周部の放射による放熱が相対的に大きくなり、外周部の温度が中心部に比較して低くなり、高温で温度均一性が悪化すると考えた。このため、支持部を前記セラミックス材料で形成すると、窒化アルミニウムなどに比べて熱伝導性が低いので、広い範囲の作動温度において良好な温度均一性が得られ易い。

［静電チャックの製造］
本発明の静電チャックの製法は限定されるものではないが、好適な製法について、図８を参照しつつ説明する。

（ａ） 前記した製法に従い、酸化マグネシウムとアルミナと窒化アルミニウムとの混合粉末を焼成することにより、緻密な焼結体を作製する。すなわち、前述のような調合粉末を一軸加圧成形し、板状の成形体を作製する。この成形体をホットプレス焼結することにより、誘電体層用のセラミック焼結体２Ａを得る。

（ｂ） 次いで、図８（ａ）に示すように、焼結体２Ａの片面２ａを研磨加工し、平坦面を得る。後述する工程では、板状本体部用の焼結体を製造するときの焼成温度が、誘電体層用の焼結体の焼成温度に比べて、同程度若しくは低温である為、工程（ｂ）で研磨した面の表面平坦度がほぼそのまま維持されると考えられる。このため、焼結体のうち電極を形成する主面２ａの表面平坦度は、最終的にウエハ吸着面から平板電極までの厚みのバラツキである厚み変動度に大きく関与するパラメーターである。そして厚み変動度を100μm以下にする為には、工程（ｂ）の段階で研磨した面２ａの表面平坦度が10μm以下とすることが好ましく、5μm以下とすることがより好ましい。

（ｃ） 次いで、図８（ｂ）に示すように、焼結体２Ａの研磨面２ａに静電チャック電極４を形成する。
例えば、電極や抵抗発熱体は、焼結体表面にスクリーン印刷法等により、印刷することにより形成できる。この場合、タングステン、ニオブ、モリブデン、これらの合金、タングステンカーバイド等の高融点導電性材料粉末を含む印刷ペーストにアルミナ粉末を混合することが好ましい。これによれば、電極や抵抗発熱体と基体との密着性を向上できる。又、電極は、焼結体上にメッシュ状の高融点導電性材料のバルク体（金網）や、多数の穴があけられた高融点導電性材料のバルク体（パンチングメタル）等を載置することによっても形成できる。又、抵抗発熱体は、焼結体上にコイル状線状の高融点導電性材料のバルク体や、メッシュ状の高融点導電性材料のバルク体（金網）を載置することによっても形成できる。

（ｄ） 図８（ｃ）に示すように、焼結体のうち電極ペーストを印刷した主面２ａ上に、窒化アルミニウムなどのセラミックスを主成分とする原料粉末を成型して、窒化アルミナ成型体１４とする。そして、軸方向に加圧しながら、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で、焼結する。

窒化アルミニウムの場合には、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で、１４００〜２０００℃で焼結することが好ましい。焼成温度が１４００℃未満の場合、緻密化し難くなってしまう。焼成温度が２０００℃を超えると、体積抵抗が低下してしまう。より好ましい温度は、１６００〜２０００℃であり、得られる基体の特性をより安定化できる。また、最高温度までは、昇温速度２００℃／時間以下で昇温することが好ましい。また、最高温度では１〜１０時間保持することが好ましい。焼成方法は限定されないが、ホットプレス法を用いることが好ましい。緻密な窒化アルミニウム焼結体とすることができ、得られる窒化アルミニウム焼結体の体積抵抗率をより向上させることができるからである。この場合加える圧力は、１０〜３０ＭＰａが好ましい。基体としてより緻密な焼結体を得ることができるからである。例えば、形成された成形体に、プレス圧力２０ＭＰａ、最高温度１８３０℃で、２時間保持することにより焼成する。

（ｅ） 次いで、図８（ｄ）に示すように、焼結体２Ａのうち窒化アルミニウム粉末焼結体３とは反対側の主面１２を研磨してウエハ吸着面１ａとする。これにより、該ウエハ吸着面から電極４までの厚みのバラツキを表す厚み変動度が100μm以下のサセプターを得ることができる。

つまり電極４は窒化アルミナ焼結体の焼成温度でうねりが発生することがないため、ウエハ吸着面からその平板電極までの厚みバラツキを小さく抑えることができる。こうして得られたサセプターの板状本体部３の背面中央に平板電極に至る挿通穴をあけ、その挿通穴に円筒状の端子８（図７参照）を取り付け、この端子を介して平板電極に電圧を印加できる様にする。

［ハロゲン系腐食性ガス］
本発明のサセプターは、ハロゲン系腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐蝕性に優れているが、特に以下のハロゲン系腐食性ガスまたはその混合物またはこれらのプラズマに対する耐蝕性が特に優れている。
ＮＦ_３、ＣＦ_４、ClF₃、Cl₂、BCl₃、HBr

［セラミックス材料の製造と評価］
以下に、本発明の好適な適用例について説明する。ＭｇＯ原料、Ａｌ₂Ｏ₃原料及びＡｌＮ原料は、純度９９．９質量％以上、平均粒径１μｍ以下の市販品を使用した。ここで、ＡｌＮ原料については１％程度の酸素の含有は不可避であるため、酸素を不純物元素から除いた純度である。なお、ＭｇＯ原料は、純度９９質量％以上のものを使用した場合でも純度９９．９質量％以上のものを使用した場合と同等のセラミックス材料が作製できた。

１．セラミックス材料
まず、マグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料について説明する（実験例１〜１９）。なお、実験例１〜３、６〜１６が本発明の実施例に相当し、実験例４，５，１７〜１９が比較例に相当する。

［実験例１〜３］
・調合
ＭｇＯ原料、Ａｌ₂Ｏ₃原料及びＡｌＮ原料を、表１に示す質量％となるように秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、直径５ｍｍのアルミナ玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。なお、この調合粉末のＭｇ／Ａｌのモル比は１．２である。
・成形
調合粉末を、２００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で一軸加圧成形し、直径３５ｍｍ、厚さ１０ｍｍ程度の円盤状成形体を作製し、焼成用黒鉛モールドに収納した。
・焼成
円盤状成形体をホットプレス焼成することによりセラミックス材料を得た。ホットプレス焼成では、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ²とし、表１に示す焼成温度（最高温度）で焼成し、焼成終了までＡｒ雰囲気とした。焼成温度での保持時間は４時間とした。

［実験例４］
ＭｇＯ原料及びＡｌ₂Ｏ₃原料を、表１に示す質量％となるように秤量した以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。

［実験例５］
焼成温度を１６５０℃に設定した以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。

［実験例６〜１２］
ＭｇＯ原料、Ａｌ₂Ｏ₃原料及びＡｌＮ原料を、表１に示す質量％となるように秤量し、焼成温度を、表１に示す温度とした以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。

［実験例１３〜１９］
ＭｇＯ原料、Ａｌ₂Ｏ₃原料及びＡｌＮ原料を、表１に示す質量％となるように秤量し、焼成温度を、表１に示す温度とし、焼成雰囲気をＮ₂にした以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。

［評価］
実験例１〜１９で得られた各材料を各種評価用に加工し、以下の評価を行った。各評価結果を表１に示す。なお、実験例１〜１９では、直径５０ｍｍのサンプルも作製したが、それらについても表１と同様の評価結果が得られた。

（１）嵩密度・開気孔率
純水を媒体としたアルキメデス法により測定した。
（２）結晶相評価
材料を乳鉢で粉砕し、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫα，４０ｋＶ，４０ｍＡ，２θ＝５−７０°とし、封入管式Ｘ線回折装置（ブルカー・エイエックスエス製 Ｄ８ ＡＤＶＡＮＣＥ）を使用した。

（３）エッチングレート
各材料の表面を鏡面に研磨し、ＩＣＰプラズマ耐食試験装置を用いて下記条件の耐食試験を行った。段差計により測定したマスク面と暴露面との段差を試験時間で割ることにより各材料のエッチングレートを算出した。
ＩＣＰ：８００Ｗ、バイアス：４５０Ｗ、導入ガス：ＮＦ₃／Ｏ₂／Ａｒ＝７５／３５／１００ｓｃｃｍ ０．０５Ｔｏｒｒ（６．６７Ｐａ）、暴露時間：１０ｈ、試料温度：室温

（４）構成元素
ＥＰＭＡを用いて、構成元素の検出及び同定と、各構成元素の濃度分析を行った。
（５）平均線熱膨張係数（４０〜１０００℃）
ディラトメーター（ブルカー・エイエックスエス製）を用いてアルゴン雰囲気中で測定した。
（６）曲げ強度
ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準拠した曲げ強度試験によって測定した。
（７）体積抵抗率測定
ＪＩＳ−Ｃ２１４１に準じた方法により、大気中、室温（２５℃）にて測定した。試験片形状は、直径５０ｍｍ×（０．５〜１ｍｍ）とし、主電極は直径２０ｍｍ、ガード電極は内径３０ｍｍ、外径４０ｍｍ、印加電極は直径４０ｍｍとなるよう各電極を銀で形成した。印加電圧は２ｋＶ／ｍｍとし、電圧印加後１分時の電流値を読み取り、その電流値から室温体積抵抗率を算出した。また、実験例７と実験例１９（ＭｇＯ焼結体）について、真空下（０．０１Ｐａ以下）、６００℃にて測定した。試験片形状は直径５０ｍｍ×（０．５〜１ｍｍ）とし、主電極は直径２０ｍｍ、ガード電極は内径３０ｍｍ、外径４０ｍｍ、印加電極は直径４０ｍｍとなるよう各電極を銀で形成した。印加電圧は５００Ｖ／ｍｍとし、電圧印加後１時間時の電流値を読み取り、その電流値から体積抵抗率を算出した。なお、表１の体積抵抗率において、「ａＥｂ」はａ×１０^bを表し、例えば「１Ｅ１６」は１×１０¹⁶を表す。

［評価結果］
図１に実験例１のＸＲＤ解析チャートを示す。なお、実験例２，３のＸＲＤ解析チャートは実験例１とほぼ同じだったため、図示を省略する。また、実験例１〜１９で検出された結晶相をまとめて表１に示す。図１に示すように、実験例１〜３のセラミックス材料のＸＲＤ解析チャートは、同定不能な複数のピーク（図１中□）と酸化マグネシウムに窒化アルミニウムが固溶したＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体のピーク（図１中○）で構成されていた。同定不能ピーク（□）はマグネシア、スピネル、窒化アルミニウムのいずれにも合致しない２θ＝４７〜４９°（４７〜５０°）にピークを有しており、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物と推定された。なお、これらのマグネシウム−アルミニウム酸窒化物のピークは、例えば、参考文献１（J. Am. Ceram. Soc.,93[2] 322-325(2010)）や参考文献２（特開２００８−１１５０６５）に示されているＭｇＡｌＯＮ（又はマグアロン）のピークとは一致しない。一般に、これらのＭｇＡｌＯＮはスピネルにＮ成分が固溶したものとして知られており、本発明のマグネシウム−アルミニウム酸窒化物とは異なる結晶構造を有すると考えられる。

ＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体の（１１１）面、（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークは、酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝３６．９〜３９°，４２．９〜４４．８°，６２．３〜６５．２°に現れた。図２に実験例１のＥＰＭＡ元素マッピング像を示す。図２より、実験例１は図１に示したマグネシウム−アルミニウム酸窒化物（ｘ部）とＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（ｙ部）の２相で構成されることが確認され、前者が主相であることが分かった。ここで、主相とは、体積割合において５０％以上を有する成分をいい、副相とは、主相以外でＸＲＤピークが同定された相をいう。断面観察における面積比は体積割合を反映すると考えられるため、主相はＥＰＭＡ元素マッピング像で５０％以上の面積を有する領域とし、副相は主相以外の領域とする。図2より、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物の面積比は約６６％であり、マグネシウム-アルミニウム酸窒化物が主相であることがわかった。なお、ｘ部がマグネシウム−アルミニウム酸窒化物であると特定した根拠は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ、Ｎの４成分で構成され、実験例４のスピネル材（ｚ部）と比較してＭｇ、Ｎ濃度は高く、Ａｌ濃度は同程度、Ｏ濃度は低かったからである。すなわち、このマグネシウム−アルミニウム酸窒化物はスピネルよりも多くのＭｇを含む特徴がある。その他の実験例についても同様の解析を行い、例えば実験例１０のマグネシウム-アルミニウム酸窒化物の面積比は約８７％であり、マグネシウム-アルミニウム酸窒化物が主相であることがわかった。また、ここでは、一例として、主相と副相との判定をＥＰＭＡ元素マッピングにて行うものとしたが、各相の体積割合を識別できる方法であれば、他の方法を採用してもよい。

なお、ＥＰＭＡ元素マッピング像は、濃度に応じて、赤・橙・黄・黄緑・緑・青・藍に色分けされており、赤が最も高濃度、藍が最も低濃度、黒はゼロを表す。しかし、図２はモノクロで表示されているため、以下に図２の本来の色について説明する。実験例１では、Ｍｇはｘ部が黄緑でｙ部が赤、Ａｌはｘ部が橙でｙ部が青、Ｎはｘ部が橙でｙ部が青、Ｏはｘ部が水色でｙ部が橙だった。実験例４では、Ｍｇは全体（ｚ部）が緑、Ａｌは全体が橙、Ｎは全体が黒、Ｏは全体が赤だった。

また、実験例４では、窒化アルミニウムを用いなかったため、上述したマグネシウム−アルミニウム酸窒化物が生成せず、そのセラミックス材料は、主相としてスピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）を含むものであった。実験例５では、焼成温度が低かったため、上述したマグネシウム−アルミニウム酸窒化物が生成せず、そのセラミックス材料は、主相として酸化マグネシウム、副相としてスピネルや窒化アルミニウムを含むものであった。図３に実験例７のＸＲＤ解析チャートを示し、図４に実験例１０のＸＲＤ解析チャートを示す。図３、４より、実験例７，１０共に２θ＝４７〜４９°（又は４７〜５０°）にピークを有するマグネシウム−アルミニウム酸窒化物（図中□）が主として検出され、実験例７はスピネル（図中△）、実験例１０はＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（図中○）を副相とすることが分かった。なお、実験例６，８，９，１１，１２については、ＸＲＤ解析チャートの図示を省略し、主相と副相を表１に示した。

そして、実験例１〜３、６〜８のセラミックス材料のエッチングレートは、実験例４の８０％以下、実験例９〜１２のエッチングレートは、実験例４の９０%以下という低い値であり、耐食性が非常に高いものであることがわかった。実験例５は耐食性が低いスピネルや窒化アルミニウムを多く含むため、エッチングレートが高くなった。なお、実験例１８に示したアルミナのエッチングレートは、実験例４のセラミックス材料（スピネル）よりも更に高い値である。また、実験例１〜３，６〜８のセラミックス材料は、曲げ強度や体積抵抗率も十分高い値を持つものである。

また、高温でのエッチングレートも測定した。ここでは、実験例２及び実験例１０のセラミックス材料について、各材料の表面を鏡面に研磨し、ＩＣＰプラズマ耐食試験装置を用いて下記条件の高温での耐食試験を行った。そして、段差計により測定したマスク面と暴露面との段差を試験時間で割ることにより、各材料のエッチングレートを算出した。その結果、各材料のエッチングレートは、アルミナの１/３倍以下、窒化アルミニウムの１/５倍以下、スピネルと同レベルであり、高温下でのプラズマ耐食性も良好であった。
ＩＣＰ：８００Ｗ、バイアス：なし、導入ガス：ＮＦ₃/Ａｒ＝３００／３００ｓｃｃｍ ０．１Ｔｏｒｒ、暴露時間：５ｈ、試料温度：６５０℃

実験例１２〜１６のセラミックス材料では、エッチングレートが実験例４のスピネルとほぼ同等（２１２〜２７０ｎｍ／ｈ）であり、線熱膨張係数がスピネルより低かった（５．８〜６．９ｐｐｍ／Ｋ）。つまり、実験例１２〜１６のセラミックス材料は、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数が低いものであるといえ、静電チャック材やヒーター材、特にヒーター材として有用といえる。なお、実験例１７は、原料組成を実験例６と同一としたが、焼成温度が低かったため、マグネシウム-アルミニウム酸窒化物ではなくスピネルが主相となったため、実験例６に比べて耐食性が低くなると共に線熱膨張係数が高くなった。また、実験例１２〜１６のセラミックス材料は、曲げ強度や体積抵抗率も十分高い値を持つものである。

また、実験例７と実験例１９の６００℃での体積抵抗率はそれぞれ５×１０⁸Ωｃｍ、２×１０¹²Ωｃｍであり、ＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜４９°（又は４７〜５０°）に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とするセラミックス材料はＭｇＯに比べて低い電気抵抗を有することがわかった。
以上のことから、実験例１〜３，６〜１６で作製したセラミックス材料も、酸化マグネシウムより低い電気抵抗を有すると予測される。

２．積層焼結
次に、上述したセラミックス材料を利用した第１構造体と第２構造体とを積層焼結した積層体について説明する（実験例２０〜２６）。なお、実験例２０〜２４が本発明の実施例に相当し、実験例２５，２６が比較例に相当する。

[実験例２０、２１]
実験例４，６〜１２のセラミックス材料は、４０〜１０００℃の平均線熱膨張係数が７〜９ｐｐｍ／Ｋであった。実験例２０，２１では、表２に示すように、実験例１０のセラミックス材料を第１構造体とすると共に、窒化アルミニウムを第２構造体とし、第１及び第２構造体を積層し直径５０ｍｍに成形した試料にて積層焼結を行った。この窒化アルミニウムには酸化イットリウムを焼結助剤として外配で５質量％添加したもの（つまりＡｌＮ１００質量部に対してＹ₂Ｏ₃５質量部の割合で添加したもの、ＡｌＮ［１］という）、または５０質量％添加したもの（つまりＡｌＮ１００質量部に対してＹ₂Ｏ₃５０質量部の割合で添加したもの、ＡｌＮ［２］という）を用いた。窒化アルミニウム、酸化イットリウム原料は、それぞれ純度９９．９質量％以上、平均粒径１μｍ以下の市販品を使用した。ここで、ＡｌＮ原料については１質量％程度の酸素の含有は不可避であるため、酸素を不純物元素から除いた純度である。また、４０〜１０００℃の平均線熱膨張係数は、ＡｌＮ［１］が５．７ｐｐｍ／Ｋ、ＡｌＮ［２］が６．２ｐｐｍ／Ｋであることから、第１構造体と第２構造体との間には熱膨張差が生じる。このため、第１構造体と第２構造体との間に、ＡｌＮ［１］あるいはＡｌＮ［２］と実験例１０の原料とを混合した中間層を設けた。この中間層により、熱膨張差を緩和することができる。中間層は、ＡｌＮ［１］を用いた実験例２０では、質量比２５：７５、５０：５０、７５：２５で混合した３層とし、ＡｌＮ［２］を用いた実験例２１では質量比４０：６０、６０：４０で混合した２層とした。以下、調合、成形、焼成の各工程について詳説する。

・調合
第１構造体の原料は、上記の実験例１０と同様の手法で作製した調合粉末を用いた。第２構造体の原料は、窒化アルミニウムを主相とし、以下のように調合した。第２構造体のＡｌＮ［１］では、まず、窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウム粉末を１００質量％、５．０質量％の割合で秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、ナイロン製玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後、３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。さらに、得られた調合粉末を４５０℃で５時間以上、大気雰囲気中で熱処理し、湿式混合中に混入したカーボン成分を焼失除去した。ＡｌＮ［１］を用いた積層体の中間層は、以下のように調合した。まず、実験例１０の調合粉末と上記の窒化アルミニウムの調合粉末とを質量比７５：２５（中間層１）、５０：５０（中間層２）、２５：７５（中間層３）の割合で秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、ナイロン製玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。第２構造体のＡｌＮ［２］では、窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウム粉末を１００質量％、５０質量％の割合で秤量した他はＡｌＮ［１］と同様の方法で調合した。また、ＡｌＮ［２］を用いた積層体の中間層は、実験例１０の調合粉末と上記の窒化アルミニウムの調合粉末を質量比６０：４０（中間層１）、４０：６０（中間層２）の割合で秤量した他はＡｌＮ［１］の場合と同様の方法で調合した。

・成形
最初に第２構造体の原料である窒化アルミニウム調合粉末を直径５０ｍｍの金型内に充填し、２００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で一軸加圧成形した。窒化アルミニウム成形体は型抜きせず、その上部に窒化アルミニウム比が多い順に中間層の調合粉末を充填し、２００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で充填毎に一軸加圧成形した。最後に第１構造体の原料である実験例１０の調合粉末を充填し、２００ｋｇｆ／ｃｍ²にて加圧成形を行った。ＡｌＮ［１］を用いた積層体については、第２構造体の窒化アルミニウム層が１０ｍｍ、中間層が各１ｍｍ×３層、第１構造体の実験例１０の層が１０ｍｍからなる計２３ｍｍの円盤状成形体とした。また、ＡｌＮ［２］を用いた積層体については、第２構造体の窒化アルミニウム層が１０ｍｍ、中間層が各１ｍｍ×２層、第１構造体の実験例１０の層が１０ｍｍからなる計２２ｍｍの円盤状成形体とし、これら積層した円盤状成形体を焼成用黒鉛モールドに収納した。

・焼成
焼成用黒鉛モールドに収納した円盤状成形体をホットプレス焼成することにより、一体焼成したセラミックス材料を得た。ホットプレス焼成では、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ²とし、焼成温度１８００℃で焼成し、焼成終了までＡｒ雰囲気とした。焼成温度での保持時間は４時間とした。なお、実験例２０、２１については焼成温度１７５０℃での焼成も実施した（実験例２０−１，２１−１）。

上述の製造方法で得られた焼結体は、ＡｌＮ［１］を用いた積層体（実験例２０，２０−１）、ＡｌＮ［２］を用いた積層体（実験例２１、２１−１）共に、上部が高耐食なマグネシウム−アルミニウム酸窒化物、焼結体の下部が高熱伝導な窒化アルミニウムを主とする焼結体で構成され、その中間に中間層が配置されていた。中間層は、第１構造体から第２構造体に近づくにつれてＡｌＮの含有量が高くなるように傾斜させたものである。これらの焼結体には、各層間のクラック、ヒビ等はなかった。これは、第１構造体と第２構造体との間に中間層を有することで焼成中の熱応力が回避されたと考えられた。また、基材である窒化アルミニウムの熱膨張率を制御することで、基材とマグネシウム-アルミニウム酸窒化物間に生じる熱応力が小さくなり、中間層を薄くすることができた。このような焼結体は、例えば、静電チャックやサセプター、ヒーター、プレート、内壁材、監視窓、マイクロ波導入窓、マイクロ波結合用アンテナなどの半導体製造装置用部材に好適に用いられると推察された。

[実験例２２〜２４]
実験例２２では、表２に示すように、実験例６のセラミックス材料を第１構造体、酸化アルミニウムを第２構造体とし、中間層なしでＮ₂雰囲気で積層焼結したこと以外は、実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２３では、表２に示すように、実験例６のセラミックス材料を第１構造体、酸化イットリウムを第２構造体とし、中間層なしでＮ₂雰囲気で積層焼結したこと以外は、実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２４では、表２に示すように、実験例１３のセラミックス材料を第１構造体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ［１］）を第２構造体とし、中間層なしでＮ₂雰囲気で積層焼結したこと以外は、実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２２〜２４のいずれにおいても、層間にクラックやヒビ等はみられなかった。また、実験例２２〜２４では、いずれも第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が０．３ｐｐｍ／Ｋ以下と小さかったため、中間層なしでクラックやヒビ等の発生を防止することができた。これらの積層体も、実験例２０，２１と同様、静電チャックやサセプター、ヒーター、プレート、内壁材、監視窓、マイクロ波導入窓、マイクロ波結合用アンテナなどの半導体製造装置用部材に好適に用いられると推察された。なお、実験例２２〜２４においても、実験例２０，２０−１，２１、２１−１のように中間層を設けても構わない。

［実験例２５，２６］
実験例２５では、表２に示すように、アルミナを第１構造体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ［１］）を第２構造体とし、Ｎ₂雰囲気で積層焼結したこと以外は実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２６では、表２に示すように、スピネルを第１構造体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ［１］）を第２構造体とし、Ｎ₂雰囲気で積層焼結したこと以外は実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２５，２６のいずれにおいても、層間にクラックが発生した。これは、第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が大き過ぎ、その結果、中間層を設けたにもかかわらず、熱膨張差によるクラックを防止しきれなかったと考えられる。

［静電チャックの製造と評価］
図５（ａ）にタイプの静電チャックを、図８を参照しつつ述べた製法によって作製した。ただし、具体的には以下のように実施した。
（ａ） MgO原料、Al2O3原料、AlN原料を、前記表1の各実験例１、８、１２に示す質量%になるように秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、直径5mmのアルミナ玉石を用いて4時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中110℃で乾燥した。その後30メッシュの篩に通し、調合粉末とした。次いで、調合粉末を、200kgf/cm²の圧力で一軸加圧成形し、円盤状成形体を得た。この成形体をホットプレス焼結することによりセラミック焼結体２Ａを得た。ホットプレス焼結は、プレス圧力を200kgf/cm²とし、表１に示す各温度で焼成し、焼成終了までAr雰囲気とした。焼成温度での保持時間は4時間とした。工程（ａ）では平均粒径1μm以下の市販品を使用した。

（ｂ） 焼結体２Ａの主面２ａを、表面平坦度が10μｍとなるように研磨する。
（ｃ） タングステンカーバイド粉末とアルミナ粉末とを混合し、テルピネオールを加えてペーストとする。このペーストを研磨面２ａ上に印刷する。
（ｄ） 焼結体２Ａの主面２ａ上に、イットリアを５重量％含む窒化アルミニウム粉末（純度９９．５％）を成型して、窒化アルミニウム成型体１４とする。軸方向に加圧しながら、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で、１８３０℃で焼結する。また、最高温度までは、昇温速度100℃／時間で昇温し、最高温度では２時間保持する。圧力は２０ＭＰａとする。
（ｅ） 焼結体２Ａの主面１２を研磨して吸着面１ａを形成することにより、厚み変動度が100μm以下のサセプターを得る。得られたサセプターの板状支持部３の背面中央に電極４に至る挿通穴をあけ、その挿通穴に円筒状の端子８を取り付け、この端子を介して電極４に電圧を印加できる様にする。

なお、表３の実験No.１、２、３において誘電体層（表面耐食層）を形成した材質は、前記実施例（表１）における実験例１，８，１２のものである。

（実験Ｎｏ．４）
実験Ｎｏ．４として、上述の誘電体層２を、イットリアを５重量％含む窒化アルミニウム粉末（純度９９．５％）の焼結によって形成した。他は実験Ｎｏ．１〜３と同様にして静電チャックを製造した。

［試験条件］
・耐食試験： ICP: 800W, バイアス: 450W, 導入ガス:NF3/O2/Ar=75/35/100sccm, 0.05Torr, 暴露時間：100hrs.,
試料温度: 500℃
・評価特性： 上記の耐食試験前後における、ウエハ上温度均一性、吸着力、表面粗度を測定する。
均熱性測定
Ｓｉウエハを静電チャックの載置面に置き、±５００Vの直流電圧を静電電極に印加してＳｉウエハを吸着させた。チャンバー真空度:1E-4Torrに設定し、抵抗発熱体にパワーを印加することにより昇温速度10℃/minで評価温度400℃まで加熱した。入熱パワーが一定になったことを確認し、IRカメラ(日本電子製:6100,21pts)にて温度を確認し、ウエハ上の温度の最大値と最小値の差ΔＴを均熱性（単位：℃）とした。均熱性ΔＴの値が小さい方が良好な均熱性を示し、例えば、ウエハのエッチング処理などにおいて均質なエッチングを可能とする。

吸着力
Siプローブ(5cm²)を製品上にセッティングし、真空状態(1E-4Torr)で±５００Vの直流電圧を静電電極に印加してＳｉプローブを吸着させた。1min後プローブを引き上げて離脱時の力を測定した。測定ポイントは面内の4箇所(-40,40)(-40,-40)(40-40)(40,40)である。このとき、製品外径の任意の3点を通る円の中心を(０，０)とする。

表面粗度
製品表面の粗さをテーラーホブソン粗さ測定器にて測定した。測定箇所は面内の内側と外側の任意の二箇所である。

実験Ｎｏ．１、２、３では、耐食試験前のウエハ上温度均一性が比較的良好であり、耐食試験後におけるウエハ上温度均一性の劣化が非常に少なく、かつ吸着力の低下が非常に少ない。

実験Ｎｏ．４では、初期のウエハ上温度均一性は非常に良好であるが、耐食試験後のウエハ上温度均一性、吸着力ともに著しく劣化していた。

これらの作用効果は、半導体処理装置分野において画期的であり、産業上多大な利用を期待できることが明らかである。

［支持部９付きの静電チャックの製造］
前述の（ａ）〜（ｅ）のように静電チャックを作製した後、その背面に支持部９（シャフト）を取り付けた。

（ｆ） 窒化アルミニウム粉末に０．５重量％のイットリア粉末を混合した混合粉を金型を用いて冷間静水圧成形（ＣＩＰ成形）により、筒のシャフト状に成形し、常圧の窒素中で焼成して、研削加工し、筒状シャフトを得た。次にセラミックスプレートの電極露出面側の中央に筒状シャフトを接合した。接合にあたっては、接合する表面の平坦度を１０μｍ以下にした。次に、シャフトの接合面に、接合剤の量が１４ｇ／ｃｍ2となるように均一に塗布した。セラミックスプレートと筒状シャフトとの接合面同士を貼り合わせ、窒素ガス中で、接合温度１４５０℃で２時間保持した。昇温速度は３．３℃／分とし、窒素ガス（Ｎ2 １．５ａｔｍ）は１２００℃から導入した。又、接合面と垂直な方向から窒化アルミニウム焼結体同士を押しつけるように加圧した。加圧は、圧力４ＭＰａで行い、１２００℃から開始し、接合温度１４５０℃で保持している間続け、７００℃に冷却した時点で終了した。接合材は５４重量％ＣａＯ−４６重量％Ａｌ2Ｏ3の組成比となるように炭酸カルシウムとアルミナ粉末を少量の水に混合してペースト状にしたものを用いた。なお、接合部の直径は７２ｍｍである。こうして、セラミックスプレートと筒状シャフトとを接合したのち、セラミックスプレートの電極露出部に金ロウを用いて、ニッケル製の給電ロッドをコバール金属を介在させて接続端子にロウ付け接合した。

本発明の特定の実施形態を説明してきたけれども、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の範囲から離れることなく、種々の変更や改変を行いながら実施できる。

Claims (13)

1. 半導体を吸着する吸着面を有するサセプターと、このサセプター内に埋設されている静電チャック電極とを備えている静電チャックであって、
   前記サセプターが、板状本体部と、前記吸着面に面する表面耐食層とを備えており、前記表面耐食層がマグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料からなり、このセラミックス材料が、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とすることを特徴とする、静電チャック。
2. 前記静電チャック電極に高周波電圧を印加可能であることを特徴とする、請求項１記載の静電チャック。
3. 前記表面耐食層の前記板状本体部側の主面上に前記静電チャック電極が設けられていることを特徴とする、請求項１または２記載の静電チャック。
4. 前記板状本体部の内部に埋設されている発熱体を備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の静電チャック。
5. 前記サセプターの背面に接合されている支持部を備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の静電チャック。
6. 前記支持部が前記セラミックス材料からなることを特徴とする、請求項５記載の静電チャック。
7. 前記支持部の内側空間に収容されており、前記静電チャック電極に電気的に接続されている電力供給部材を備えていることを特徴とする、請求項５または６記載の静電チャック。
8. 前記２θは４７〜４９°である、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の静電チャック。
9. 前記セラミックス材料が、酸化マグネシウムに窒化アルミニウムが固溶したＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体の結晶相を副相とする、請求項１〜８のいずれか一つの請求項に記載の静電チャック。
10. 前記ＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体は、ＣｕＫα線を用いたときの（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークが酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝４２．９〜４４．８°，６２．３〜６５．２°に現れる、請求項９記載の静電チャック。
11. 前記ＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体は、ＣｕＫα線を用いたときの（１１１）面のＸＲＤピークが酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝３６．９〜３９°に現れる、請求項１０記載の静電チャック。
12. 前記セラミックス材料がＡｌＮ結晶相を含まない、請求項１〜１１のいずれか一つの請求項に記載の静電チャック。
13. 前記板状本体部が、窒化アルミニウム、酸化イットリウムまたは酸化アルミニウムを主相とするセラミックスからなることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つの請求項に記載の静電チャック。