JP2002231796A

JP2002231796A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2002231796A
Application number: JP2001022517A
Authority: JP
Inventors: Junji Oe; 純司大江
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2002-08-16

Abstract

(57)【要約】【課題】高い吸着力を有するとともに、被吸着物の離脱
応答性に優れる静電チャック１を提供する。【解決手段】窒化アルミニウム質焼結体からなる板状セ
ラミック体２の一方の主面を、被吸着物を載せる設置面
３とするとともに、板状セラミック体２中に金属を主成
分とする内部電極４を備える静電チャック１において、
窒化アルミニウム質焼結体中に含有する珪素含有量を１
０重量ｐｐｍ乃至３００重量ｐｐｍとするとともに、不
純物酸素量を３重量％以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、
スパッタリング等の成膜装置や、光エッチングやプラズ
マエッチング等のエッチング装置において、半導体ウエ
ハ等の被吸着物を静電気力でもって吸着保持する静電チ
ャックに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイスの製造工程におい
て、半導体ウエハへの成膜工程やエッチング工程、ある
いは各種処理工程間での搬送等においては、ウエハを高
精度に保持するため静電チャックが使用されている。

【０００３】図４（ａ）（ｂ）に従来の静電チャックを
示すように、この静電チャック５１は、板状セラミック
体５２の上面を、被吸着物Ｗを載せる設置面５３とする
とともに、板状セラミック体５２の内部に静電吸着用の
内部電極５４が埋設され、板状セラミック体５２の下面
に内部電極５４と電気的に接続される通電端子５５が固
定されている。そして、この静電チャック５１の通電端
子５５と、設置面５３に載せた被吸着物Ｗとの間に高圧
直流電源５８から１００〜１０００Ｖの直流電圧を印加
すると、被吸着物Ｗと設置面５３の間に静電吸着力が発
現するため、この静電吸着力によって被吸着物Ｗを設置
面５３に吸着固定するようになっていた。

【０００４】さらに、板状セラミック体５２の周縁部に
は３つの穴５６を穿設してあり、この穴５６よりピン５
７が昇降可能になっている。その為、静電チャック５１
への通電を止め、ピン５７を設置面５３より突出させる
ことにより、被吸着物Ｗを設置面５３より持ち上げて切
り離すようになっていた。

【０００５】ただし、被吸着物Ｗを設置面５３より離脱
させるにあたり、静電チャック５１への通電を止めても
被吸着物Ｗと設置面５３の近傍に帯電した電荷は直ぐに
はなくならず、被吸着物Ｗを設置面５３に吸着させよう
とする力、即ち残留吸着力が発生しているため、このよ
うな状態においてピン５７により被吸着物Ｗを無理に持
ち上げようとすると、被吸着物Ｗが半導体ウエハのよう
な薄板であると破損するといった課題があった。

【０００６】そこで、被吸着物Ｗの離脱時間を短縮する
手段として、特開平９−２１９４４１号公報には、被吸
着物Ｗと設置面５３の間に導電ガスを供給し、被吸着物
Ｗと設置面５３に蓄積した電荷を逃がす技術が提案され
ている。

【０００７】また、特開２０００−１５８２７５公報に
は、静電吸着用の内部電極５４として金網を用い、この
金網からなる内部電極５４の開口部の割合を５０％〜７
０％とするとともに、開口部の最短幅を０．２３ｍｍ以
上とすることにより、実用に供する程度の吸着力を維持
しつつ、被吸着物Ｗの離脱性を向上させる技術が提案さ
れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、半導
体デバイスの製造工程においては、半導体ウエハの生産
性を高めることが求められている中で、この残留吸着力
の消滅時間、即ち半導体ウエハの離脱時間を１０秒以
下、好ましくは５秒以下に短縮することが要求されてい
るが、特開平９−２１９４４１号公報に開示された技術
では、ウエハや設置面５３に帯電する電荷を逃がし、ピ
ン５７によりウエハを破損させずに持ち上げるには１０
秒乃至３０秒かかり、また、特開２０００−１５８２７
５公報に開示された技術でも、ピン５７によりウエハを
破損させずに持ち上げるには約３０秒かかり、いずれの
技術を用いたとしてもウエハを破損させることなく１０
秒以内に離脱させることは難しいものであった。

【０００９】

【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、窒化アルミニウム質焼結体からなる板状セラ
ミック体の一方の主面を、被吸着物を載せる設置面とす
るとともに、上記板状セラミック体中に金属を主成分と
する内部電極を備える静電チャックにおいて、上記窒化
アルミニウム質焼結体中に含有する珪素含有量を１０重
量ｐｐｍ乃至３００重量ｐｐｍとするとともに、不純物
酸素量を３重量％以下としたことを特徴とする。

【００１０】また、上記静電チャックの内部電極として
は、高融点金属又は金属化合物の粒子と窒化アルミニウ
ムの粒子が焼結したものであって、上記高融点金属又は
金属化合物の平均粒径を０．２μｍ乃至１００μｍとし
たものを用いることが好ましい。

【００１１】

【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。

【００１２】図１は本発明に係る静電チャックを示す図
で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断
面図である。

【００１３】この静電チャック１は、円盤状をした窒化
アルミニウム質焼結体からなる板状セラミック体２の上
面を、被吸着物Ｗを載せる設置面３とするとともに、板
状セラミック体２中の設置面３側近傍には、静電吸着用
電極として、図２（ａ）に示すような半円形状をした一
対の内部電極４を円を構成するように埋設してあり、上
記板状セラミック体２の下面には上記一対の内部電極４
と電気的に接続される通電端子５をそれぞれ接合してあ
る。そして、この静電チャック１の通電端子５間に高圧
直流電源８から１００〜１０００Ｖの直流電圧を印加す
ると、被吸着物Ｗと設置面３の間に静電吸着力が発現す
るため、この静電吸着力によって被吸着物Ｗを設置面３
に吸着固定するようになっている。

【００１４】そして、板状セラミック体２を形成する窒
化アルミニウム質焼結体は、弗素や塩素を含むハロゲン
系ガスに対する耐蝕性や耐プラズマ性に優れることか
ら、ハロゲン系ガスやプラズマに曝されるような雰囲気
下で用いたとしても長期間にわたって使用することがで
きるとともに、窒化アルミニウム質焼結体は、他のセラ
ミックスと比較して高い熱伝導率を有することから、静
電チャック１を介して被吸着物Ｗを加熱したり冷却する
際、他のセラミック焼結体からなる静電チャックと比較
して被吸着物Ｗの加工表面における温度分布を均一にす
ることができる。

【００１５】また、図示してないが、設置面３の上方に
別の電極を設置し、この電極と内部電極４との間に高周
波電力を印加しても良く、この場合、設置面３上の被吸
着物Ｗに対してプラズマを発生させることができる。

【００１６】なお、板状セラミック体２中に埋設する内
部電極４のパターン形状としては、図２（ａ）に示すも
のだけに限らず、図２（ｂ）に示すように、一枚の円板
形状をした内部電極４からなるもの、図２（ｃ）に示す
ように、リング形状をした内部電極４を同心円状に配置
したもの、図２（ｄ）に示すように、扇形状をした内部
電極４を円を構成するように配置したもの、さらには図
２（ｅ）に示すように、櫛歯形状の内部電極４を互いの
歯部を互い違いに配置したもの等であっても構わない。
また、内部電極４の性状としては、金属粉体が焼結され
た膜や金網、あるいは金属箔板や多数の穴を有する金属
箔板等、様々な性状のものを用いることができる。

【００１７】さらに、上記内部電極４を形成する材質と
しては、Ｔａ（タンタル），Ｗ（タングステン）、Ｍｏ
（モリブデン）、Ｐｔ（白金），Ｒｅ（レニウム），Ｈ
ｆ（ハフニウム）等の高融点金属を用いることができる
が、板状セラミック体２を形成する窒化アルミニウム質
焼結体との密着性を高める観点から、窒化アルミニウム
質焼結体との熱膨張差が小さい、Ｗ（タングステン）や
Ｍｏ（モリブデン）を用いることが好ましい。

【００１８】また、板状セラミック体２の周縁部には３
つの穴６を穿設してあり、この穴６よりピン７が昇降可
能になっている。その為、静電チャック１への通電を止
め、ピン７を設置面３より突出させることにより、被吸
着物Ｗを設置面３より持ち上げて切り離すことができ
る。

【００１９】そして、本発明の静電チャック１は、板状
セラミック体２を形成する窒化アルミニウム質焼結体中
における珪素含有量を１０重量ｐｐｍ乃至３００重量ｐ
ｐｍとするとともに、不純物酸素量を３重量％以下とし
たことを特徴とする。

【００２０】即ち、本件発明者は、実用に供する程度の
静電吸着力を有するとともに、被吸着物Ｗの離脱応答性
に優れた静電チャック１を得るため研究を重ねたとこ
ろ、図３に示すように、内部電極４の周囲にあるセラミ
ック部Ｐとの境界に内部電極４と平行なクラックＳが発
生していることを知見した。そして、このクラックＳが
設置面３側のセラミック部Ｐと内部電極４との境界に多
数形成されていたり、設置面３と平行に長いクラックＳ
があると、設置面３側のセラミック部Ｐと内部電極４と
の接触面積が少なくなり、設置面３の近傍に帯電する電
荷を内部電極４へ逃がし難く、また、セラミック部Ｐの
クラックＳ表面近傍には電荷が帯電しており、設置面３
の近傍における電荷とでコンデンサーを形成するため、
設置面３の近傍における電荷が逃げ難いため、内部電極
４への通電を止めても設置面３の近傍に帯電する電荷を
直ちに内部電極４へ逃がすことができず、その結果、被
吸着物Ｗの離脱応答性を高めることができないことを知
り、少なくとも設置面３側のセラミック部Ｐと内部電極
４との境界にできるクラックＳの発生を抑制するため、
さらに研究を繰り返したところ、板状セラミック体２を
形成する窒化アルミニウム質焼結体中の珪素と不純物酸
素の含有量が大きく関与していることを見出した。

【００２１】ここで、珪素は窒化アルミニウム質焼結体
中において不純物として含有されており、酸素と結合し
てＳｉＯ₂の状態で存在しているものと思われるが、こ
のＳｉＯ₂は１５００℃以下の温度で液層を生成し、焼
結時に内部電極４とセラミック部Ｐとの境界に作用する
内部応力を吸収、緩和する効果があるものと思われる。

【００２２】ただし、一部の珪素は内部電極４を形成す
るＭｏ（モリブデン）やＷ（タングステン）等の高融点
金属と結合して珪素化物を生成するのであるが、この珪
素化合物は、板状セラミック体２を形成する窒化アルミ
ニウム質焼結体や内部電極４を形成するＭｏ（モリブデ
ン）やＷ（タングステン）等の高融点金属との熱膨張差
が大きいため、珪素含有量が３００重量ｐｐｍを超え、
珪素化合物の生成量が多くなると、内部電極４とセラミ
ック部Ｐとの境界に応力が作用し、この境界に多数の大
きなクラックＳが発生する。

【００２３】また、珪素含有量が１０重量ｐｐｍを下回
ると、窒化アルミニウム質焼結体中に占める珪素の割合
が少ないため、焼結時に内部電極４とセラミック部Ｐと
の境界に作用する応力を吸収、緩和する効果が小さく、
内部電極４とセラミック部Ｐとの境界に多数の大きなク
ラックＳが発生する。

【００２４】その為、前述したように、窒化アルミニウ
ム質焼結体中に含有する珪素の含有量は１０重量ｐｐｍ
乃至３００重量ｐｐｍとすることが好ましい。

【００２５】また、本発明において、不純物酸素量と
は、窒化アルミニウム質焼結体中に焼結等の助剤として
添加される酸化物の酸素量を除いた酸素量のことであ
る。例えば、窒化アルミニウム質焼結体の焼結助剤とし
て含有される成分としては、Ｃａなど周期律表の２ａ族
元素の酸化物（ＣａＯ，ＳｒＯ₂，ＢａＯ₂等）やＹなど
希土類元素を含む周期律表の３ａ族元素の酸化物（Ｙ₂
Ｏ₃，Ｅｒ₂Ｏ₃，Ｌａ₂Ｏ₃，ＣｅＯ₂等）が用いられるの
であるが、この周期律表２ａ族元素や周期律表３ａ族元
素と結合する酸素量を除いたもののことを言う。

【００２６】そして、この不純物酸素量を規定するの
は、不純物酸素は内部電極４を形成するＭｏ（モリブデ
ン）やＷ（タングステン）等の高融点金属と結合して内
部電極４の表面に金属酸化物を生成するのであるが、こ
の金属酸化物も板状セラミック体２を形成する窒化アル
ミニウム質焼結体や内部電極４を形成するＭｏ（モリブ
デン）やＷ（タングステン）等の高融点金属との熱膨張
差が大きいからで、不純物酸素量が３重量％を超える
と、内部電極４の表面に生成される金属酸化物量が多く
なり過ぎるため、セラミック部Ｐとの境界に応力が作用
し、この境界に多数の大きなクラックＳが発生するから
である。

【００２７】かくして、静電チャック１を構成する板状
セラミック体２として、珪素含有量が１０重量ｐｐｍ乃
至３００重量ｐｐｍ、不純物酸素量が３重量％以下の窒
化アルミニウム質焼結体により形成することで、内部電
極４とセラミック部Ｐとの境界にクラックＳが発生する
ことを効果的に低減することができるため、静電チャッ
ク１への通電を止めれば、設置面３の近傍に帯電する電
荷を直ちに内部電極４へ逃がすことができるため、残留
吸着力の消滅時間を短くすることができ、被吸着物Ｗの
離脱応答性を向上させることができる。

【００２８】なお、珪素含有量と不純物酸素量の測定
は、窒化アルミニウム焼結体を、アルミナ質乳鉢を用い
て粉砕し、堀場製作所ＥＧＭＡ−６５０Ａ酸素、窒素
分析装置にて、全酸素量を定量分析する。具体的には、
黒鉛ルツボを加熱炉とし、Ｈｅガスを流しながら１００
０℃以上の温度に熱して発生する二酸化炭素量を赤外線
検出器によって検出定量する。次に、粉砕した粉体を１
５％ＨＦ／HNO₃混酸より加熱溶融分解して溶液化し、Ａ
ｌを除く全ての陽イオンをＩＣＰ（Inductively Couple
d Plasma Atomic Emission Spectroscopy）分析により
定量分析する。そして、得られた陽イオンの内、珪素の
量を珪素含有量とするとともに、周期律表２ａ族元素や
周期律表３ａ族元素など焼結助剤となる元素について
は、酸化物に換算した時の酸素量、即ち、Ｃａの酸化物
はＣａＯ、Ｓｒの酸化物はＳｒＯ₂、Ｂａの酸化物はＢ
ａＯ₂、ＹやＥｒ，Ｌａ，Ｃｅの酸化物はＹ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂
Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂として求め、全酸素量から差し
引いた残りの酸素量を不純物酸素量とした。また、Ｓｉ
Ｏ₂の生成と内部電極４を形成する金属酸化物の生成の
確認は、静電チャック１を切断した断面をＥＰＭＡ分析
（波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー）にて測定する
と、内部電極４の周辺における珪素及び酸素の濃度が高
くなっていることから判断することがきる。

【００２９】また、板状セラミック体２を形成する窒化
アルミニウム質焼結体として、周期律表２ａ族元素や周
期律表３ａ族元素の酸化物からなる焼結助剤を含有する
ものでは、１重量％〜１０重量％の範囲で含有したもの
が良く、この範囲で焼結助剤を含有した窒化アルミニウ
ム質焼結体は、３点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上、ビッ
カース硬度が９ＧＰａ以上と十分な機械的強度を有する
とともに、７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を有する
ことから、吸着保持した被吸着物Ｗを均熱化するのに好
適であり、また、板状セラミック体２を形成する窒化ア
ルミニウム質焼結体として、焼結助剤を含有せず、珪素
と不純物酸素以外は実質的に窒化アルミニウムのみから
なるものでは、焼結体中の粒界層が占める割合が少ない
ため、窒化アルミニウム質焼結体の耐蝕性及び耐プラズ
マ性をより一層向上させることができ、ハロゲン系ガス
やプラズマ雰囲気下で使用したとしても寿命の長い静電
チャック１とすることができる。

【００３０】また、内部電極４がＷ（タングステン）や
Ｍｏ（モリブデン）等の高融点金属粒子を焼結した膜か
らなるものである場合、高融点金属粒子の平均粒径は
０．２μｍ乃至１００μmの範囲にあることが良い。な
ぜなら、高融点金属の平均粒径が０．２μmより小さい
と、窒化アルミニウム質焼結体中に含まれている不純物
酸素と反応し易くなって高融点金属粒子の表面に金属酸
化物層を生成するのであるが、金属酸化物は、高融点金
属や窒化アルミニウムとの熱膨張係差が大きいため、加
熱や冷却が繰り返されると、高融点金属粒子とセラミッ
ク部Ｐとの界面にクラックＳが生じ易くなるからであ
り、逆に高融点金属の平均粒径が１００μmを超える
と、均一な厚みを持った内部電極４を形成することが難
しく、均一な静電吸着力が得られなくなるからである。
なお、好ましくは高融点金属粒子の平均粒径を０．５μ
ｍ乃至１００μmとすることが良い。

【００３１】ところで、このような静電チャック１を製
造するには、出発原料として珪素や酸素の含有が少ない
窒化アルミニウム粉末を用いることが重要であり、珪素
含有量は多くても３００重量ｐｐｍ以下、不純物酸素量
は多くても３重量％以下の範囲で含有するものを選択す
ることが良い。

【００３２】そして、窒化アルミニウム粉末に対し、必
要に応じて周期律表２ａ族元素や周期律表３ａ族元素の
酸化物等からなる焼結助剤を添加するとともに、有機バ
インダーを添加し、さらにアルミナや窒化珪素からなる
粉砕ボールを加えて混練する。この時、粉砕ボールが摩
耗して摩耗粉が混入するのであるが、出発原料中の珪素
含有量が比較的多い場合には、できるだけ不純物が少な
く、特に珪素含有量の少ないアルミナや窒化珪素からな
る粉砕ボールを用いることが好ましく、また、出発原料
中の珪素含有量が少ない場合には、珪素含有量が５重量
％を超えない範囲で珪素を含むアルミナからなる空ずり
摩耗率が１０００ｐｐｍ／時間以下の粉砕ボールや、窒
化珪素からなる空ずり摩耗率が１０ｐｐｍ／時間以下粉
砕ボールを用いる。

【００３３】そして、混練したものを泥しょうや造粒粉
とし、テープ成形法、鋳込み成形法、プレス成形法、ホ
ットプレス法等のセラミック成形手段を用いて内部電極
４を埋設した板状セラミック体２を製作する。

【００３４】例えば、セラミック成形手段としてテープ
成形法、鋳込み成形法、プレス成形法を用いる場合、テ
ープ成形法にて複数枚のＡｌＮグリーンシートを製作し
た後、数枚のＡｌＮグリーンシートを積層し、その上に
内部電極４を配置する。ここで、金網や金属箔板を内部
電極４として用いる場合、所定のパターン形状に加工し
たものを所定位置に配置すれば良く、金属粉体が焼結さ
れた膜を内部電極４として用いる場合、金属粉体に溶剤
と有機結合剤を混ぜた導体ペーストを予定のパターン形
状となるように所定位置に印刷すれば良い。

【００３５】次いで、内部電極４を覆うように残りのＡ
ｌＮグリーンシートを積み重ねて熱圧着し、内部電極４
が埋設された板状のグリーンシート積層体を製作する。
ここで、金属粉体が焼結された膜を内部電極４として用
いる場合、熱圧着時の圧力は３〜１５ＭＰａとすること
が良い。なぜなら、加圧力が３ＭＰａ以下では、金属粒
子とＡｌＮグリーンシートが物理的に密着せず、その界
面にクラックが発生し易いからであり、加圧力が１５Ｍ
Ｐａより大きいと、セラミック積層体が変形するととも
に、内部電極４の外径寸法が変化し、所望の寸法にコン
トロールできないからである。

【００３６】しかる後、得られたセラミック積層体を焼
成することにより、内部電極４が埋設された板状セラミ
ック体２を製作するのであるが、焼成にあたっては最高
温度を１７５０〜２２００℃とし、この最高温度で１時
間以上保持することが好ましい。

【００３７】ここで、最高温度を１７５０〜２２００℃
とするのは、最高温度が１７５０℃より低いと、緻密化
することが難しいからであり、最高温度が２２００℃よ
り高いと、窒化アルミニウム結晶の異常粒成長が発生
し、窒化アルミニウム質焼結体の機械的特性（３点曲げ
強度やビッカース硬度等）が大幅に低下するからであ
る。また、最高温度での保持時間を１時間以上とするの
は、ＡｌＮグリーンシート中の不純物酸素を有機バイン
ダーの炭素と反応させ、ＣＯガスとして外部に放出する
ためで、最高温度での保持時間が１時間未満であると、
ＡｌＮグリーンシート中に含まれている余剰の不純物酸
素をＣＯガスとして十分に放出することができず、不純
物酸素量を３重量％以下とすることができないからであ
る。ただし、最高温度での保持時間が長すぎると不経済
であるため、長くても１０時間以内とすれば良い。

【００３８】また、セラミック成形手段としてホットプ
レス法を用いる場合、造粒粉を金型内に充填し、プレス
成形にて成形体を形成した後、この成形体上に内部電極
４を配置する。ここで、金網や金属箔板を内部電極４と
して用いる場合、所定のパターン形状に加工したものを
所定位置に配置すれば良く、金属粉体が焼結された膜を
内部電極４として用いる場合、金属粉体に溶剤と有機結
合剤を混ぜた導体ペーストを予定のパターン形状となる
ように所定位置に印刷すれば良い。

【００３９】次いで、内部電極４を覆うように金型内に
残りの造粒粉を充填した後、ホットプレス法により、高
温下で一軸加圧することにより、内部電極４が埋設され
た板状セラミック体２を製作するのであるが、焼成にあ
たっては焼成温度を１７５０〜２２００℃とし、５ＭＰ
ａ以上の圧力で１時間以上加圧することが良く、好まし
くは１０ＭＰａ以上の圧力で２時間以上加圧することが
良い。

【００４０】ここで、焼成温度を１７５０〜２２００℃
とするのは、焼成温度が１７５０℃より低いと、緻密化
することが難しいからであり、焼成温度が２２００℃を
超えると、窒化アルミニウム結晶の異常粒成長が発生
し、窒化アルミニウム質焼結体の機械的特性（３点曲げ
強度やビッカース硬度等）が大幅に低下するといった不
都合があるからである。また、加圧力を５ＭＰａ以上と
するのは、５ＭＰａ未満であると、緻密化することが難
しく、セラミック部Ｐと内部電極４の境界にクラックＳ
が生じ易いといった不都合があるからである。さらに、
加圧時間を１時間以上とするのは、ＡｌＮグリーンシー
ト中の不純物酸素を有機バインダーの炭素と反応させ、
ＣＯガスとして外部に放出するためで、加圧時間が１時
間未満であると、ＡｌＮグリーンシート中に含まれてい
る余剰の不純物酸素をＣＯガスとして十分に放出するこ
とができず、不純物酸素量を３重量％以下とすることが
できないからである。ただし、最高温度で保持時間が長
すぎると不経済であるため、長くても１０時間以内とす
れば良い。

【００４１】このようにして板状セラミック体２を製作
することにより、板状セラミック体２を形成する窒化ア
ルミニウム質焼結体中の珪素含有量を１０重量ｐｐｍ乃
至３００重量ｐｐｍ、不純物酸素量を３重量％以下とす
ることができる。

【００４２】しかる後、得られた板状セラミック体２の
一方の主面に研磨加工を施し、その表面粗さを算術平均
粗さ（Ｒａ）で１μｍ以下とすることにより被吸着物Ｗ
の設置面３を形成するとともに、板状セラミック体２の
他方の主面に内部電極４と連通する穴を穿孔し、この穴
内に通電端子５を挿入してロウ付け等の手段にて接合す
ることにより得ることができる。

【００４３】なお、本発明の静電チャック１は、本実施
例で示した構造をしたものだけに限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良や変更したも
のでも良いことは言うまでもない。

【００４４】

【実施例】（実施例１）ここで、内部電極４に金網を用
いた図１（ａ）（ｂ）に示すような静電チャック１を用
意し、静電チャック１の板状セラミック体２を形成する
窒化アルミニウム質焼結体中の珪素含有量と不純物酸素
量を異ならせた時の被吸着物の離脱応答性を調べる実験
を行った。

【００４５】まず、出発原料として還元窒化法にて製作
した平均粒径１μｍ程度の窒化アルミニウム粉末を用意
し、焼結助剤として酸化カルシウム粉末を１重量％、酸
化イットリウム粉末を０．５重量％添加するとともに、
平均粒径１μｍ程度のアルミナ粉末およびコロイダルシ
リカ粉末を添加量を異ならせて添加し、さらにエタノー
ル及びバインダーを加えて混練乾燥することにより造粒
粉を製作した。得られた造粒粉を金型中に充填し、プレ
ス成形法にて直径２００ｍｍ、厚み６ｍｍの円板状の予
備成形体を製作した後、この予備成形体上にモリブデン
線よりなる金網を図２（ａ）に示すパターン形状となる
ように加工したものを載せ、この上に残りの造粒粉を充
填し、さらにプレス成形にて内部電極４を埋設してな
り、厚みが１５ｍｍの成形体を製作した。

【００４６】なお、内部電極４としては、線径が０．５
ｍｍ、開口部の形状が正方形、開口率が６５％程度の金
網を用いた。

【００４７】次に、得られた成形体をカーボン製のホッ
トプレス成形型に設置し、一軸加圧すると共に、１２０
０℃まで真空雰囲気とし、５℃／分の昇温速度で加熱し
た後、窒素ガスを導入し、１７５０℃まで窒素雰囲気と
し、８℃／分の昇温速度で加熱し、１７５０℃の温度で
表１に示す時間保持した後、さらに１９００℃まで５℃
／分の速度で昇温し、１９００℃の温度で３時間保持す
ることにより、円盤状をした板状セラミック体２を製作
した。

【００４８】この時、板状セラミック体２と同じ条件に
て形成した試料片としての窒化アルミニウム質焼結体の
密度をアルキメデス法にて測定した。

【００４９】次に、得られた板状セラミック体２を、ダ
イヤモンド砥石を用いたロータリー研磨装置にて研磨
し、厚みを４ｍｍとするとともに、万能研磨装置にて外
径を２００ｍｍとし、さらにマシニングセンターにて穴
径が５ｍｍの貫通した穴６を３個、板状セラミック体２
の周縁部に等間隔で穿孔するとともに、板状セラミック
体２の一方の主面に穴径が３ｍｍの電極供給用の穴を２
個穿孔し、電極供給用の穴に通電端子５を挿入し、ロウ
付け固定することにより静電チャック１を製作した。

【００５０】このようにして製作した静電チャック１
を、真空度０．１Ｐａの真空装置内に入れ、静電チャッ
ク１の貫通した一つの穴６に、接触式のセンサーを埋め
込んだピンを昇降可能に設置し、他の貫通した２つの穴
６にはＨｅガスを６００Ｐａの圧力で供給するようにし
た。

【００５１】そして、静電チャック１の設置面３に被吸
着物としてシリコンウエハを載せ、通電端子５間に５０
０Ｖの電圧を印加して静電吸着力を発現させ、シリコン
ウエハを設置面５に吸着固定し、１０秒後、通電端子５
間への通電を遮断した後、ピン７によりシリコンウエハ
を１５Ｎの力にて押圧し、シリコンウエハが設置面３よ
り離脱するまでの時間を３回測定し、その平均値を被吸
着物の離脱時間とした。

【００５２】その後、ダイヤモンド砥石にて内部電極４
と垂直な方向に切断し、切断面を走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）にて１０００倍に拡大して観察し、設置面３側の
セラミック部と内部電極４との境界におけるクラックの
有無とその大きさを観察した。結果は表１に示す通りで
ある。

【００５３】

【表１】

【００５４】この結果、試料Ｎｏ．３，４，７，８，１
０，１１，１２，１３，１６のように、板状セラミック
体２を形成する窒化アルミニウム質焼結体中における珪
素含有量が１０重量ｐｐｍ乃至３００重量ｐｐｍで、か
つ不純物酸素量が３重量％以下の範囲にあるものは、設
置面３側のセラミック部と内部電極４との境界における
クラックの大きさが、いずれも幅１μm以下、長さ２０
μm以下と小さく、その結果、シリコンウエハの離脱時
間が１０秒以内と短く、離脱応答性に優れたものであっ
た。

【００５５】（実施例２）次に、内部電極４に金属粒子
を焼き固めた膜を用いた図１（ａ）（ｂ）に示すような
静電チャック１を用意し、静電チャック１の板状セラミ
ック体２を形成する窒化アルミニウム質焼結体中の珪素
含有量と不純物酸素量を異ならせた時の被吸着物の離脱
応答性を調べる実験を行った。

【００５６】まず、出発原料として還元窒化法にて製作
した平均粒径１μｍ程度の窒化アルミニウム粉末を用意
し、焼結助剤として酸化カルシウム粉末を１重量％、酸
化イットリウム粉末を０．５重量％添加するとともに、
平均粒径１μｍ程度のアルミナ粉末およびコロイダルシ
リカ粉末を添加量を異ならせて添加し、さらにバインダ
ーとしてポリビニルブチラールを、溶剤としてトルエン
とキシレンを加え、ボールミル中で混合することにより
スラリーを製作した。

【００５７】次に、得られたスラリーをドクターブレー
ド法により、一辺が２５０ｍｍ、厚みが３００μｍのＡ
ｌＮグリーンシートを１１枚製作した。

【００５８】一方、タングステン粉末にポリビニルブチ
ラール樹脂とテルピネオールを混合することにより導体
ペーストを作製し、得られた導体ペーストを、数枚積み
重ねたＡｌＮグリーンシートの上面にスクリーン印刷法
により図２（ａ）のパターン形状となるように塗布した
後、残りのＡｌＮグリーンシートを積み重ね、７０℃の
温度で熱圧着することにより、内部電極４をなす導体ペ
ーストを埋設したセラミック積層体を製作した。

【００５９】次に、得られたセラミック積層体を真空雰
囲気下で５００℃に加熱して脱脂処理を行った後、カー
ボン焼成炉にて、ＢＮ製の焼成鉢に設置し、真空雰囲気
下で１２００℃まで５℃／分の速度で昇温した後、窒素
ガスを導入し、窒素雰囲気下で１７５０℃まで８℃／分
の速度で昇温し、１７５０℃の温度で表２に示す時間保
持した後、さらに１９８０℃まで５℃／分の速度で昇温
し、１９８０℃の温度で３時間保持することにより、円
盤状をした板状セラミック体２を製作した。

【００６０】この時、板状セラミック体２と同じ条件に
て形成した試料片としての窒化アルミニウム質焼結体の
密度をアルキメデス法にて測定した。

【００６１】次に、得られた板状セラミック体２を、ダ
イヤモンド砥石を用いたロータリー研磨装置にて研磨
し、厚みを４ｍｍとするとともに、万能研磨装置にて外
径を２００ｍｍとし、さらにマシニングセンターにて穴
径が５ｍｍの貫通した穴６を３個、板状セラミック体２
の周縁部に等間隔で穿孔するとともに、板状セラミック
体２の一方の主面に穴径が３ｍｍの電極供給用の穴を２
個穿孔し、電極供給用の穴に通電端子５を挿入し、ロウ
付け固定することにより静電チャック１を製作した。

【００６２】このようにして製作した静電チャック１
を、真空度０．１Ｐａの真空装置内に入れ、静電チャッ
ク１の貫通した一つの穴６に、接触式のセンサーを埋め
込んだピンを昇降可能に設置し、他の貫通した２つの穴
６にはＨｅガスを６００Ｐａの圧力で供給するようにし
た。

【００６３】そして、静電チャック１の設置面３に被吸
着物としてのシリコンウエハを載せ、通電端子５間に５
００Ｖの電圧を印加して静電吸着力を発現させ、シリコ
ンウエハを設置面３に吸着固定し、１０秒後、通電端子
５間への通電を遮断した後、ピンによりシリコンウエハ
を１５Ｎの力で押圧し、シリコンウエハが設置面３より
離脱するまでの時間を３回測定し、その平均値を被吸着
物の離脱時間とした。その後、ダイヤモンド砥石にて内
部電極４と垂直な方向に切断し、切断面を走査型電子顕
微鏡（ＳＥＭ）にて１０００倍に拡大して観察し、設置
面３側のセラミック部と内部電極４との境界におけるク
ラックの有無とその大きさ、及び内部電極４を形成する
タングステン粒子の平均粒径を観察した。結果は表２に
示す通りである。

【００６４】

【表２】

【００６５】この結果、資料Ｎｏ．２０，２３，２４，
２７，２８，２９，３１のように、板状セラミック体２
を形成する窒化アルミニウム質焼結体中における珪素含
有量が１０重量ｐｐｍ乃至３００重量ｐｐｍで、かつ不
純物酸素量が３重量％以下の範囲にあり、内部電極４を
形成するタングステン粒子の平均粒径が０．２乃至１０
０μｍの範囲にあるものは、設置面３側のセラミック部
と内部電極４との境界におけるクラックの大きさが、い
ずれも幅１μm以下、長さ２０μm以下と小さく、その結
果、シリコンウエハの離脱時間が１０秒以内と短く、離
脱応答性に優れたものであった。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、窒化ア
ルミニウム質焼結体からなる板状セラミック体の一方の
主面を、被吸着物を載せる設置面とするとともに、上記
板状セラミック体中に金属を主成分とする内部電極を備
える静電チャックにおいて、上記窒化アルミニウム質焼
結体中に含有する珪素含有量を１０重量ｐｐｍ乃至３０
０重量ｐｐｍとするとともに、不純物酸素量を３重量％
以下とすることによって、実用に供する程度の大きさを
有する静電吸着力を維持しつつ、静電チャックへの通電
を止めれば１０秒以内に被吸着物を離脱させることがで
き、離脱応答性を大幅に高めることができる。

【００６７】その為、本発明の静電チャックを半導体ウ
エハへの成膜工程やエッチング工程に用いれば、精度の
高い成膜やエッチング加工を施すことができるととも
に、静電チャックへの通電を止めれば直ちに半導体ウエ
ハを離脱させることができるため、次の半導体ウエハを
処理するまでの時間を短縮することができるため、半導
体デバイスの生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電チャックの一例を示す図で、
（ａ）はその斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図
である。

【図２】（ａ）〜（ｅ）は内部電極のさまざまなパター
ン形状を示す平面図である。

【図３】静電チャックを切断した時の設置面側における
セラミック部と内部電極との境界付近を拡大した模式断
面図である。

【図４】従来の静電チャックの一例を示す図で、（ａ）
はその斜視図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図であ
る。

【符号の説明】

１，５１：静電チャック２，５２：板状セラミック体
３，５３：設置面４，５４：内部電極５，５５：通電端子６，５６：
穴７，５７：ピン８，５８：電源Ｐ：セラミック部Ｓ：クラック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化アルミニウム質焼結体からなる板状セ
ラミック体の一方の主面を、被吸着物を載せる設置面と
するとともに、上記板状セラミック体中に金属を主成分
とする内部電極を備える静電チャックにおいて、上記窒
化アルミニウム質焼結体中に含有する珪素含有量が１０
重量ｐｐｍ乃至３００重量ｐｐｍで、且つ不純物酸素量
が３重量％以下であることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】上記内部電極は高融点金属又は金属化合物
の粒子と窒化アルミニウムの粒子が焼結したものであっ
て、上記高融点金属又は金属化合物の平均粒径が０．２
μｍ乃至１００μmの範囲にあることを特徴とする請求
項１に記載の静電チャック。