TWI335636B - Electrostatic chuck and manufacturing method thereof - Google Patents

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TWI335636B
TWI335636B TW096109493A TW96109493A TWI335636B TW I335636 B TWI335636 B TW I335636B TW 096109493 A TW096109493 A TW 096109493A TW 96109493 A TW96109493 A TW 96109493A TW I335636 B TWI335636 B TW I335636B
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Mori Yutaka
Nobori Kazuhiro
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Ngk Insulators Ltd
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Description

1335636 九、發明說明： • ♦ [發明所屬之技術領域】 本發明係關於半導體裝置之靜電夾頭及其製造方法。 【先前技術】 ,,以往，在製造半導體之過程中，為固定晶圓等之基板， 靜電夾頭被廣泛使用。此靜電夾頭係利用靜電力來將基板 固定之物，一般而言，係在電極上形成介電體層。作為此 • ©定基板之手段’利用基板與電極間所產生之稱為庫倫力 之靜電力的形式與利用介電體層表面與基板之間所產生之 稱為強森.拉維克力之靜電力的形式被廣泛利用。在此強 森.拉維克力形式之靜電夾頭申，為提高基板吸著力與應 答性，有使基材之體積電阻率低之必要（例如，參照專利文 獻1)。 在此專利文獻1中所記載之氮化鋁材料，係含有釤 .鲁 ，但使用此氮化鋁材料之靜電夾頭，有將體積電阻率 叹定為6E9〜2E10 Ω . cm之必要。若體積電阻率較2Ε10Ω . cm還大，則基板之脫著性能低下’若未滿6Ε9 Ω .⑽之情 況時’則基板吸著力有低下之虞。 此體積電阻率，通常，係根據燒成溫度來控制，在前 述專利文獻1所記載之氮化鋁材料，有在1785〜1815。〇之 小燒成溫度範圍内燒成的必要。若在下限值之〗785 以 下’則體積電阻率不會變低，若在上限值之1815〇c以上， 則材料中之Sm相滲出，有造成外觀不良之虞。 7066-8392-PF/Ahddub 6 1.335636 又如刖述，右使用在氮化鋁（A1N)中添加了釤（s 之原料粉末來成形靜電夾頭之基體，則彭-紹氧化物相有 谷易析出在氮化軸子之粒界部份之性質。此彭―銘氧化 物相由於容易導通雷、;ώ , 守项·¥/爪藉由均一分散於介電體層全體， 被δ忍為可使體積電阻率低下。 【專利文獻1】日本專利特開2〇〇3—55〇52公報 【發明内容】 【發明所欲解決之課題】 在前述靜電炎頭中，通常，埋設著電極，作為此埋設 電極之材質’通常採用鉬。 在使用此鉬之情況，在靜電夾頭之製造時發生之加熱 及冷卻製程中，在電極附近發生微小之應力應變。起因於 此應力應變，在電極附近釤一鋁氧化物相變的更容易偏 析，所以有釤一鋁氧化物相難以在介電體層全體均—分散 之問題。 又，由於原料粉中之氧量有差異，釤一鋁氧化物相之 組合變化，由於此，偏析產生之同時，靜電夾頭之體積電 阻率變動，有基板之吸著特性及脫著特性不安定之問題。 因此’本發明之目的為提供在基體中埋設著電極之情 況時’使釤一鋁氧化物相在基體全體均一分散之靜電夾頭 及其製造方法。 【用以解決課題之手段】 為達成前述目的，與本發明有關之靜電夾頭，係包括： 7066-8392-PF；Ahddub 7 L335636 由包括彭之氮化鋁燒結體所形.成之基體、埋設在該基體中 包括la之電極’在前述基體之電極到基體表面冬部分形成 介電體層’在吸著及載置被處理物之基板載置面上構成前 述基板表面’其特徵在於：前述電極之附近之基體部分之 知一銘氧化物相的含有率，設定為面積比率2. 5%以下。 又*與本發明有關之靜電夾頭之製造方法，係包括： 形成由包括氧化釤及氮化鋁之陶瓷形成之預備成形體之預 備成形體製作步驟；在前述預備成形體之既定外面上，配 置包括鉬之電極後，在此既定外面及電極上，配置氧化釤 及氮化鋁之原料粉末，藉由將此預備成形體、電極及原料 粉末加壓成形，來形成埋設了前述電極之成形體之成形體 製作步驟；將此成形體加熱進行燒成後，冷卻到室溫之燒 成.冷卻步驟之靜電夾頭之製造方法，其特徵在於：前述 燒成.冷卻步驟中之冷卻速度為2〇(rc /小時以上❶ 【發明效果】 根據與本發明有關之靜電夾頭及其製造方法，使在電 極附近之釤一鋁氧化物相的偏析量減低，特別是藉由使在 介電體層之彭-絲化物相均—分散’而可安定控制介電 體層之電”，藉由此，可提供絲基板之吸著性能及脫 著性能之靜電夾頭。 【實施方式】 以下，對於本發明之實施形態來說明。 [靜電夹頭之構成] 7066-8392-PF；Ahddub 8 第1圖係表示與本發明有關之實施形態之靜電夾頭之 面圖。此靜電夾頭’外形形成為略圓盤狀，第1圖係表 示通過該徑方向中心之剖面。 靜電夹頭1，係由陶瓷所構成之基體3、埋設於該基體 内。卩之上部側之電極17、與連接於該電極17之電極用端 子19所構成。 [基體] 如後述，在構成基體3之氮化鋁結晶粒子之粒界部份，相 出著釤一鋁氧化物相33(參照第5圖等）。此釤—鋁氧化教 相33’係例如SmAlll〇u相，由於具有電流容易導通之性質 藉由沿著結晶粒子之粒界部份連續形成，而可使體積電阻 率低下。在此，釤—鋁氧化物相33若為SmAiii〇i8相之情況， 使體積電阻率低下之效果特別高。 前述基體3,外形形成為略圓盤狀，在成為基體表面? 之;"面及成為基體内面9之下面，皆形成為平面狀而互相 平订來構成。此基體表自7係構成於吸著及载置被處理物 之基板之基板載置面…基體3之外周側面5，係 基體3之外周來設置 '然後，也可在外周側面5之下端部， 沿者圓周方向之斷面矩形狀之凸緣部11冑出於徑方向外 侧來設置。又’靠近基體3之外周側，頂針孔1315 於基體3之上下方向形成。 [電極] 在前述基體内之上部側， 埋設著包括鉬（Mo)之電極 7066-8392-PF；Ahddub 9 丄功636 17。又，作為電極17，除了鉬（Mo)以外，也可使用鎢（w)、 碳化鎢（WC)等高熔點金屬。又，只要是可埋設的形式，可 使用金網狀（網格狀）、穿孔金屬等各種形狀。 第2圖為表示網格狀電極23之斜視圖，該網格狀電極 23係由配置為格子狀之複數的線狀體25組合而形成。又， 如第3圖所示，也可使用穿孔金屬27所形成之電極。 [介電體層] 在前述基體23之電極與基體表面7之間，形成著介電 體層2卜在該介電體層21，在氮化鋁結晶粒子之粒界部份 析出著釤一鋁氧化物相33。又，由於在電極17與該電極 17附近之基體部分具有熱膨脹係數的差異，因此若在靜電 夹頭1之製造時施以加熱，則在電極周邊部之基體部分與 電極17之間產生微小的應力應變。可想到此應力應變發生 之電極附近部分，釤一鋁氧化物相33較容易析出。 如此，在基體内部，若埋設包括鉬之電極17,在該電 極17之附近部分，# —銘氧化物相33容易集中析出，亦 即變的容易偏析之故，有礙於釤—鋁氧化物相33均一分散 在介電體層全體。因此，有必要儘量防止在電極17之附近 之彭一紹氧化物相3 3之偏析。 與本發明有關之靜電夾頭〗，係根據如此之技術思想， 藉由使電極17之附近的釤一铭氧化物相33之析出量減 低，來使釤一鋁氧化物相33均一分散於介電體層全體之 物。 [彭一紹氧化物相] ， 7066-8392-PF;Ahddub 10 1335636 釤—鋁氧化物相33之含 下。求得此面積比之方… …面積比2.5%以 矣去係使用第8圖來說明》第8圖係 圖U却口㈣33 Μ出程度之概略 圖，.，、色邛为係表示釤〜鋁氧化物相qq 色來表示。 氧化物相33,其他部分係以白 t »又疋以電極j 7為中心之既定長度的範圍，求得 在此範圍内之彭，化物相33之面積比率。具體而言， 如第8圖所示’例如以網格狀電M3之線狀體25為中心， 算出在橫方向之長度為31〇"，縱方向之長度為23〇口 之矩形範圍内存在之黑色部分的面積比率。若此面積比在 2. 5%以下，則網格狀電極23之線狀體25附近之釤—鋁氧 化物相33之偏析變少，具有可使釤—鋁氧化物相33均一 分散在基體3之全體之效果。 [靜電夹頭之製造方法] 以下，簡單說明與本貫施形態有關之靜電夾頭1之製 造方法。
此製造方法，係包括：形成由包括氧化釤及氮化鋁之 陶瓷形成之預備成形體之預備成形體製作步驟；在前述預 備成形體之既定外面上，配置包括翻之電極17後，在此既 定外面及電極17上，配置氧化釤及氮化紹之原料粉末，藉 由將此預備成形體、電極17及原料粉末加壓成形，來形成 埋設了前述電極17之成形體之成形體製作步驟；將此成形 體加熱進行燒成後，冷卻到室溫之燒成·冷卻步驟。 然後，在前述燒成.冷卻步驟之冷卻速度，為200°C/ 7066-8392-PF;Ahddub 11 636 時以上，而以200〜90(TC/小時為佳。更且，以3〇〇〜9〇〇 °c/小時更佳。冷卻速度若較9〇(rc/小時還大時則有發 生氮化鋁燒結體之冷卻破裂等可能性，因此以設定在 °C /小時以下之冷卻速度為佳。 根據此製造方法，由於在釤一鋁氧化物相33之粒界上 凝集或偏析變的非常少，因此釤—鋁氧化物相33在介電體 層全體之分散變的均-，即使在電極附近之凝集或偏析也 減少。藉由彭—銘氧化物相33均一分散，析出於結晶粒界 之釤—鋁氧化物相33互相連結而形成導電路徑，介電體層 王體之電阻率下降之同時，體積電阻率安定。 【實施例】 根據實施例而更具體說明本發明。 如下述表1所示，在燒成.冷卻步驟時之冷卻迷度， 以loot/小時、200T：/小時、300t/小時、以及·。c/ 小時（爐冷）來冷卻基H 3,卩各種冷卻條件分別各製作6 個靜電夾頭》對於此分別切出試料，冑包括電極之剖面部 分研磨’進行電子顯微鏡觀察。在電極附近部分之基體部 分之釤-銘氧化物才目33之析出面積比率藉由二值化來算 出，另-方面，測定體積電阻率β體積電阻率之測定係藉 由m C2141法。又，在此之體積電阻率係使用簡略法來 表不。例如hWO'。係以UEiO來表示。將在各條件之以 同一條件來製作之靜電夾頭之體積電阻率之差旦，以最大 =與最小值之對數差來表示。此差愈小，則表;可得到體 積電阻率近似之靜電夾頭。 7066-8392-PF；Ahddub 12 表1 降溫速度 100°C/hr 200°C/hr 300°C/hr 400°C/hr(爐冷） 釤一鋁氧化物相之面穑比率 8.1% 2.4% 2.2% 1.9% 體積電阻丰之平均值 (Ω * cm) 25E10 9.9E9 9.2E9 9.0E9 體積電阻率之對數標準偏差 log(Q · cm) 0.75 0.56 0.50 0.43 從表1可知，藉由冷卻速度在20 〇〇C/小時以上之情 況，釤一鋁氧化物相3 3之析出面積比率，為較冷卻速度為 100°C/小時之情況還小之2. 5%以下，體積電阻率下降到適 合作為靜電夾頭來使用之範圍内，差異變少。更藉由使冷 卻速度為300C/小時以上，可使體積電阻率之差異變的更 小，而可將體積電阻率控制在更適合之範圍内。 係表1所示冷卻速度在4 〇 〇。〇 / 照片。第4圖、第5圖係與本
又，第4圖〜第7圖， 小時之實施例所得到之SEM 發明有關之物，顯示冷卻速度在4〇(rc /小時之情況。但是 第4圖為倍φ 200倍、第5圖為倍率4〇〇倍。又，第8圖 係將第5圖二值化之概略圖’黑色部分係表示釤—鋁氧化 物相，其他部分係以白色表示。 另-方面，第6圖、第7圖係表示在表i中與比較例 有關之物，冷卻速度為10(rc/小時之情況。但是，第6圖 為倍率200倍，第7圖為倍率400倍。又，第9圖係將第 7圖二值化之概略圖。黑色部分係表示釤—鋁氧化物相， 其他部分係以白色表示。 ，釤—鋁氧化物相33 由此可知，在第5圖及第8圖中 7〇66-8392-PF;Ahddub 13 1335636 本發明例4 400°C/hr (爐冷） 0.7 3 1.02 0.5 6.5Ε9Ί.5Ε10 0. 98E10 0. 36 本發明例5 400 C/hr (爐冷） 0.84 3 1.36 0.5 7E9-1.5E10 1.0E10 0.33 本發明例6 400 C/hr (爐冷） 0.87 3 1.30 0.5 7E9-1.5E10 1.0E10 0. 33 本發明例7 400°C/hr (爐冷） 0.89 3 1.26 0.5 8E9-1.3E10 1.0E10 0.21 本發明例8 400 C/hr (爐冷） 1.0 3 1.66 0.5 8E9-1.3E10 1.0E10 0.21 比較例1 100 C/hr 0. 84 3 1.08 0.5 1E10-5E10 2.2E10 0.70 比較例2 100 C/hr 0.87 3 1.08 0.5 8E9-4E10 1.8E10 0.70 比較例3 100 C/hr 0.89 3 1.08 0.5 5E9-3E10 1.2E10 0.78
本發明例1〜8，係表示冷卻速度以400°C /小時（爐冷） 冷卻之物，比較例1〜3，係表示冷卻速度以i〇〇°c/小時冷 卻之物。根據這些結果可知，本發明例較比較例^ 之體積電阻率差異小，顯示良好之體積電阻率。 又以下對於氧化釤/氧化|g之莫耳比來說明。 一表1之本發明1〜3及比較例1〜3，係使氧化釤/氧化鋁 莫耳比為0.3。另一方面，本發明係使氧化釤/氧化 鋁之莫耳比為。28。本發明4〜8較本發明卜3及比較例Η 之差異小，顯示良好之體積電阻率。 运是如前述’在氮化鋁之結晶粒子之粒界部份，釤一 銘氧化物相析出，作由 彳一由於此釤—鋁氧化物相之一之
SmAl丨丨〇丨8相連續形成， w电丨^早低下。原本之原料氧量 相同的情況，藉由增加氧仆钮 巩化鋁添加直，減少氧化釤/氧化鋁 莫耳比，❿可使SmAlllGl8相之析出量增加。 更且，將氧化釤/氧化鋁莫耳 下之調和方法0 冥耳比--為0.3,係採用以 首先，將原本之原料氧量 為i.84g。又，在氧化釤/氧化 〇. 87wt%以氧化鋁來換算則 鋁之莫耳比為0.3的情況時 7〇66-8392-PF;Ahddub 1335636 =氧化鋁的必要量之合計為2..92g。因此，氧化鋁之添加 量為 2.92g—1.84g=l.〇8g。 另一方面，為將氧化釤/氧化鋁之莫耳比設定為〇.28 , 若原本的原料氧量為0.84wt%之情況時之氧化銘添加量為
Wwt%’原本的原料氧量為G.87wt%之情況時氧化紹添加 量為1.3〇wt%，原本的原料氧量為〇 89wt%t情況時氧化鋁 添加量為1. 26wt%。 又，在第10 ®㈣*關於實施例之本發明例2 _ 藉由xrd之結晶相解析結果之圖表。 本發明例6之氧化彭/氧化紹之莫耳比為。28，本發 明例2之氧化釤/氧化銘莫耳比為〇3。從此第1〇圖，可 知藉由將氧化彭/氧化紹之莫耳比從〇3降低為Ο】， SmAlO^ Al5〇6相變少，SinAhi〇i8 相增加。 益如以上，藉由使氧化釤/氧化链之莫耳比成10.28’ 藉由配合原本的原料之惫暑 竹叉軋1來控制氧化鋁之添加量，使
SmA 1丨丨0丨8相增加，來使所制从 % —、 斤製作之靜電夾頭之體積電阻率安 又為可能’因此，使靜觉+ 電夾碩之吸著特性及脫著特性提高 馬可能。 圖式簡單說明】 第1圖係表示根據本發 面圖 第2圖係表示 斜視圖。 $乃 < 貫施形態之靜電夾頭之剖 之 叹於第1圖之基體中之網格狀電極 7066-8392-PF；Ahddub 16 1335636 第圖係表示由穿孔金屬·所形成之電極之斜視圖β 生第4圓係表示使用根據本發明之實施形態之方法所製 造之基體之一部分的剖Φ SEM照片。（倍率：2〇〇倍） 第5圖係表示使用根據本發明之實施形態之方法所製 造之基體中網格狀電極之附近剖面SEM照片。（倍率：4〇〇 倍） 第6圖係表示使用根據比較例之方法所製造之基體之 一部分的剖面SEM照片。（倍率：200倍） 第7圏係表示使用根攄比較例之方法所製造之基體中 網格狀電極之附近剖面SEM照片。（倍率：4〇〇倍） 第8圖係表示將第5圖二值化之概略圖，黑色部分表 示彭一銘氧化物相，其他部分以白色表示。 第9圖係表示將第7圖二值化之概略圖，黑色部分表 示彭一鋁氧化物相，其他部分以白色表示。 第1 〇圖係表示對於實施例之本發明例2 ' 6，根據XRD 之結晶相解析的結果之圖表。 【主要元件符號說明】 3~基體； 7〜基體表面（上面）； 13、15〜頂針孔； 19~電極用端子； 23~網格狀電極（電極）； 27〜穿孔金屬； 卜靜電夾頭 5〜外周側面 11〜凸緣部； 17〜電極； 2卜介電體層 25〜線狀體； 7066-8392-PF;Ahddub 17 1.335636 3 3〜釤一鋁氧化物相。
7066-8392-PF;Ahddub 18

Claims (1)

  1. 第9610如93號申請專利範圍修正本 十、申請專利範圍： 1. 一種靜電央頭之製造方法，包括·· 形成由包括氧化釤及氮化鋁之陶瓷形成之預備成形體 之預備成形體製作步驟； 在前述預備成形體之既定外面上’配置包括鉬之電極 後，在此既定外面及電極上，配置氧化釤及氮化鋁之原料 粉末，藉由將此預備成形體、電極及原料粉末加壓成形， 來形成埋設了前述電極之成形體之成形體製作步驟；以及 將此成形體加熱進行燒成後，冷卻到室溫之燒成·冷 卻步驟， 其特徵在於： 刚述燒成·冷卻步驟中之冷卻速度為2〇(rc /小時以上，
    使燒結體中析出SmAln0l8相。 2.如申請專利範圍第1 項之靜電失頭之製造方法，其 中，前述冷卻速度係設定為3〇〇~9〇(rc^j^。 7066-8392-PF1 19
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