JP4043219B2

JP4043219B2 - Electrostatic chuck

Info

Publication number: JP4043219B2
Application number: JP2001347276A
Authority: JP
Inventors: 清一丹治; 一右南澤; 幸男岸
Original assignee: Nihon Ceratec Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; NTK Ceratec Co Ltd
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: JP2003152062A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等においてシリコンウエハ等の被吸着物を静電的に吸着して、被処理体の処理または搬送を行うために用いられる静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置において、半導体基板であるシリコンウエハに対して成膜やエッチング等の処理を行うためには、シリコンウエハの平坦度を保ちながら保持する必要があるが、このような保持手段としては機械式、真空吸着式、静電吸着式が採用されている。
【０００３】
これらの保持手段の中で静電吸着式のもの、すなわち静電チャックは、シリコンウエハを静電的に保持することができるため、チップの収率の向上を図ることができるとともに、加工を行うに際して要求される加工面の平坦度や平行度を容易に実現することができる。さらに、静電チャックは、成膜装置やエッチング装置等の真空処理を行う装置においてもシリコンウエハを保持することができるため、半導体製造装置の保持手段として最も多用されている。
【０００４】
一方、半導体製造プロセスにおいてはフッ素系ガス、塩素系ガス等のハロゲン系腐食ガス雰囲気あるいはそのプラズマ中で使用される。したがって、静電チャックの誘電体層としては、従来、耐腐食性が高い高絶縁性セラミックスであるアルミナ等が用いられている。ところが、静電チャックの誘電体層として窒化アルミニウムやアルミナ等の高絶縁性材料を用いる場合、電極および被吸着体に誘起された電荷の間に発生する静電吸着力（クーロン力）を用いるため、高い吸着力を得るためには、絶縁層の厚さを極めて薄くしなければならず、加工中に破損する可能性が高い。
【０００５】
そこで、誘電体層に多少導電性をもたせて誘電体層中での電荷の移動を生じさせることにより、１〜２ｍｍの厚い絶縁層でも高い静電吸着力（ジョンセン・ラーベック力）が得られることから、誘電体層として主成分のアルミナに酸化チタンを含有させて導電性をもたせた複合セラミックスを用いることが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような複合セラミックスは、絶縁性の原料粉末と導電性の原料粉末とを混合して焼結しなければならず、混合性や焼結条件により体積抵抗率がばらつきやすく、また、体積抵抗率の温度変化が大きいという問題点がある。このような複合セラミックスを静電チャックの誘電体層として用いると、吸着特性にばらつきが生じ、また、使用可能温度域が狭いという問題が生じる。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、腐食ガスのプラズマに対する耐食性に優れるとともに導電性成分を添加して吸着性を高めた誘電体層を前提とし、その体積抵抗率のばらつきおよび温度変化が小さく、結果的に吸着特性のばらつきが小さくかつ使用可能温度域の広い静電チャックを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、絶縁性でプラズマ耐食性の優れている窒化アルミニウムに、導電性の炭化ケイ素を添加して体積抵抗率を１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍに調整した上で、第３成分として、窒化チタン、炭化チタン、および炭化タングステンのうち１種以上を所定量添加した複合セラミックスを誘電体層として用いることにより、体積抵抗率のばらつきおよび体積抵抗率の温度変化を抑制することができ、吸着特性のばらつきが小さくかつ使用可能温度域が広い静電チャックを得ることができることを見出した。つまり、窒化アルミニウムに、導電性の炭化ケイ素を添加しただけでは体積抵抗率にばらつきが生じ、体積抵抗率の温度変化が大きくなるが、窒化チタン、炭化チタン、および炭化タングステンのうち１種以上を第３成分として添加することにより、体積抵抗率の絶対値に影響を及ぼすことなく、原料粉末の状態や焼結条件の微妙なばらつきによる体積抵抗率のばらつきや体積抵抗率の温度変化を生じ難くすることができる。
【０００９】
すなわち、本発明は、電極と、その上に設けられ、該電極に電圧を印加することにより被吸着体を吸着する誘電体層とを有する静電チャックであって、前記誘電体層は、窒化アルミニウムに、全体に対する割合で、炭化ケイ素を０．５〜４５質量％と、窒化チタン、炭化チタンおよび炭化タングステンのうち１種以上を総量で０．１〜１０質量％とを添加してなり、かつ、使用温度での体積抵抗率が１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍ、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である複合セラミックスで構成されていることを特徴とする静電チャックを提供する。
【００１０】
上記静電チャックにおいて、誘電体層を構成する複合セラミックスは、−１００〜８００℃での体積抵抗率から計算される活性化エネルギーの絶対値が７×１０^５Ｊ／ｍｏｌ以下であることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１および図２は、本発明の実施形態に係る静電チャックを示す断面図であり、図１は単極型のものを示し、図２は双極型ものを示す。
【００１２】
図１の単極型の静電チャック１は、アルミニウム等からなる基台５の上に固定されて設けられており、吸着面を有する誘電体層２と、その下に設けられた電極３と、電極３と基台５との間に設けられた絶縁層４とを有しており、電極３には直流電源６が接続されており、この直流電源６から電極３に給電されることにより、誘電体層２の上に載置された被吸着体であるシリコンウエハ１０が静電吸着される。
【００１３】
図２の双極型の静電チャック１’は、誘電体層２の間に一対の電極３ａ、３ｂが設けられており、これらに直流電源６が接続されており、直流電源６からこれらの電極にそれぞれ逆極性の電荷が供給されて上の誘電体層２の上に載置されたシリコンウエハ１０が静電吸着される。
【００１４】
誘電体層２は、窒化アルミニウムに、全体に対する割合で、炭化ケイ素を０．５〜４５質量％と、窒化チタン、炭化チタンおよび炭化タングステンのうち１種以上を総量で０．１〜１０質量％とを添加してなり、かつ、使用温度での体積抵抗率が１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍ、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である複合セラミックスで構成されている。
【００１５】
誘電体層２を構成する複合セラミックスにおいて、絶縁性の窒化アルミニウムに、導電性の炭化ケイ素を添加するのは、適度な導電性が付与されて高い静電吸着性を発揮しつつ、ハロゲン系の腐食ガスやそのプラズマに対する耐食性を高くすることができ、さらに熱伝導性が高いのでプラズマ中で破損し難いからである。また、窒化チタン、炭化チタンおよび炭化タングステンのうち１種以上を添加するのは、絶縁性の窒化アルミニウムと導電性の炭化ケイ素のみでは粒界成分の移動等により体積抵抗率にばらつきが生じ、体積抵抗率の温度変化も大きくなるが、これら成分を添加することによって体積抵抗率のばらつきおよび温度変化を抑制することができるからである。すなわち、これら成分は、複合セラミックス焼結体の粒界に存在することによって粒界成分のトラップ効果を発揮し、このトラップ効果により焼結中に生じる粒界成分の表面近傍への移動が抑制される結果、体積抵抗率のばらつきおよび温度変化が抑制されるものと考えられる。
【００１６】
窒化アルミニウムに添加する炭化ケイ素の量を複合セラミックス全体に対する割合で０．５〜４５質量％にしたのは、０．５質量％未満では炭化ケイ素の体積抵抗率を低下させる効果が発揮されず、４５質量％を超えるとプラズマ環境下で使用した場合の耐食性が不十分であるからである。なお、窒化アルミニウムには、通常用いられるＹ_２Ｏ_３等の焼結助剤が含まれていてもよい。
【００１７】
窒化チタン、炭化チタンおよび炭化タングステンのうち１種以上の総量を複合セラミックス全体に対する割合で０．１〜１０質量％としたのは、０．１質量％未満では体積抵抗率のばらつきを抑制する効果が不十分であり、一方、１０質量％を超えると耐プラズマ性や熱伝導率を低下させてしまうからである。
【００１８】
誘電体層２の体積抵抗率を１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍに調整するのは、この範囲であれば、シリコンウエハに形成された回路に悪影響を及ぼすことなく高い吸着力を得ることができるからである。つまり、１０^８Ω・ｃｍ未満では吸着したウエハに大きなリーク電流が流れて、ウエハに形成された回路が破壊されるおそれがあり、また、１０^１３Ω・ｃｍを超えるとジョンセン・ラーベック力が有効に作用せず高い静電吸着力が得られない。
【００１９】
熱伝導率を３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とするのは、３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満では、静電チャックの使用中に誘電体層表面が非常に高温になって熱衝撃により破損したり、プラズマ集中による局部加熱により誘電体層の一部が溶融し欠陥（ポア）が発生し破損に至る場合があるからである。なお、熱伝導率は温度の上昇にともなって低下する傾向にあるが、室温での熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば高温での熱衝撃による破損を有効に防止することができる。
【００２０】
誘電体層２を構成する複合セラミックスは、−１００〜８００℃での体積抵抗率から計算される活性化エネルギーの絶対値が７×１０^５Ｊ／ｍｏｌ以下であることが好ましい。活性化エネルギーの絶対値が７×１０^５Ｊ／ｍｏｌを超えると体積抵抗率のばらつきが大きくなり、かつ体積抵抗率の温度変化が大きくなるため静電チャックの使用可能温度域が狭くなる傾向にある。この活性化エネルギーの絶対値は、窒化チタン、炭化チタン、炭化タングステンの１種以上を添加することにより低下するが、これはこれらが複合セラミックス焼結体の粒界に存在することによって粒界での電子の流れを妨げる障壁となるためであると考えられる。
【００２１】
次に、本発明の静電チャックにおける誘電体層２の製造方法について説明する。
まず、誘電体層２を構成するセラミックス材料の出発原料の調合は、常法によって行うことができる。例えば、所定の配合の原料粉末にアルコール等の有機溶媒または水を加え、ボールミルで混合後、乾燥する方法、所定の配合の塩類、アルコキシド等の溶液から共沈物を分離する方法等がある。これらの原料の混合物には、より緻密化を容易にするため、通常用いられる焼結助剤を添加してもよい。焼結助剤の添加形態に関しては、酸化物粉末、塩類、アルコキシド等、どのような形態であってもよく、特に限定されない。
【００２２】
このようにして得られた、窒化アルミニウムに、炭化ケイ素と、窒化チタン、炭化チタンおよび炭化タングステンの１種以上とを添加した混合粉末を一軸プレスまたは冷間等方圧プレス（ＣＩＰ）によって所定形状に成形する。次いで得られた成形体を還元雰囲気中１６００〜２０００℃で焼成を行う。焼成時間は特に限定しないが、２〜４時間程度でよい。焼成温度が上記範囲未満であると緻密化が不十分となり体積抵抗率がばらつくおそれがあり、上記範囲を超えると分解するおそれがある。
【００２３】
なお、誘電体層２の製造方法としては、上述のようにプレス成形した後に焼成するものに限らず、ドクターブレード法でシートを作成した後に焼成するものや、原料粉末をホットプレス焼成するものであってもよい。
【００２４】
静電チャックの製造方法は、通常の方法を用いることができ特に限定されない。例えば、電極を形成したセラミックス基体（絶縁層４）の上に上述のようにして製造された誘電体層２を接着する方法、上記誘電体層２を形成するためのグリーンシートおよび絶縁層４を形成するためのグリーンシートをドクターブレード法で作成し、焼成前の段階でこれらで電極層を挟んで積層した後に焼成する方法、電極を粉末内に埋没させてホットプレスする方法等を挙げることができる。
【００２５】
なお、静電チャックの構造は特に限定されるものではなく、図１、図２に示す構造の他に、一方の面に電極が形成された誘電体層をセラミックス板あるいはアルミニウム台座に接着剤により貼り付けた構造など、種々の構造を採用することができる。また、電極構造は特に限定されず、上述のように単極型電極でも双極型電極でもよく、その形状も限定されるものではない。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
ここでは、表１に示す実施例１〜９および比較例１〜４の組成の複合セラミックス焼結体を作製した。表１に示す各原料粉末を合計２００ｇ秤量し、ポリエチレンポット中にそれぞれの粉末とメタノール２００ｇとφ１０ｍｍの鉄芯入りナイロンボール２５０ｇとを装入し、１６時間混合した。得られたスラリーをロータリーエバポレータで減圧乾燥した後、得られた粉末を＃１００のナイロンメッシュを用いてメッシュパスした。メッシュパス後の粉末をφ１５０ｍｍの金型を用いて０．９８ＭＰａの圧力で厚さ６ｍｍに一次成形した後、１１７．６ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形して成形体を得た。得られた成形体を表１に示す条件で２時間焼成した。なお、実施例５については原料粉末を混合後、圧力１４７ＭＰａでホットプレス成形を行った。
【００２７】
得られた焼結体の各２０個を１００^φ×２^ｔｍｍに加工して、代表的な使用温度での体積抵抗率、室温での熱伝導率を測定した。また、活性化エネルギーは、−１００〜８００℃で体積抵抗率を測定し、温度に対して体積抵抗率をアレニウスプロットして算出した。それらの結果を表１に示す。なお、各サンプルについて、体積抵抗率が１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍになりうる温度を使用可能温度として表１に記載した。
【００２８】
また、１００^φ×２^ｔｍｍに加工した焼結体に電極を形成してアルミナ基体の上に無機系の接着剤で接着し、静電チャックを作製した。なお、各組成のセラミックス焼結体を用いた静電チャックを各２０個作製した。
【００２９】
静電チャックの評価は、上述のようにして作製した静電チャックに１２００Ｖの電圧を印加し、φ１００ｍｍのシリコンウエハを吸着させ、吸着特性を測定した。ウエハの吸着特性は、測定ゲージでウエハを上方に引張り、ウエハが剥離したときの最大荷重を面積で割った単位面積当たりの値とした。また、シリコンウエハを吸着した状態の静電チャッを平行平板型ＲＩＥエッチング装置のチャンバー内に設置し、チャンバー内にＣＦ_４＋Ｏ_２（１０％）ガスを０．１Ｌ／ｍｉｎの流量で供給し、チャンバー内の圧力を７．０Ｐａとし、周波数が１３．５６ＭＨｚ、出力が１．５Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力を平行平板電極に印加して上記ガスのプラズマを形成し、静電チャックをそのプラズマに４時間暴露する暴露試験を行い、静電チャックの破損、表面の欠陥発生の有無を調査した。これらの評価結果を表１に併記する。
【００３０】
【表１】

【００３１】
表１から明らかなように、実施例１〜９は誘電体層を構成する複合セラミックスの組成が本発明の範囲内であり、体積抵抗率：１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍ、熱伝導率：３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上といずれも本発明の範囲内であり、活性化エネルギーの絶対値も７×１０^５Ｊ／ｍｏｌ以下であるため、体積抵抗率のばらつきが小さく、静電チャックの吸着特性のばらつきも小さかった。また、体積抵抗率の温度変化も小さいため静電チャックの使用可能温度域が広いものとなった。さらに、実施例１〜９は吸着特性自体も良好な値を示し、プラズマ暴露試験でも静電チャックの破損や表面欠陥が発生せず、静電チャックとして良好な特性が得られた。
【００３２】
これに対して、比較例１，４は、いずれも窒化チタン、炭化チタンおよび炭化タングステンを含んでいないため、体積抵抗率のばらつきが大きかった。また、体積抵抗率の温度変化が大きいため静電チャックの使用可能温度域が狭いものとなった。また、比較例２，３は、窒化チタン、炭化チタン、炭化タングステンの総量が３０質量％、３５質量％と多いため、熱伝導率が低く、プラズマ暴露試験で半分以上の試料に破損が生じた。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誘電体層が、窒化アルミニウムに、全体に対する割合で、炭化ケイ素を０．５〜４５質量％と、窒化チタン、炭化チタンおよび炭化タングステンのうち１種以上を総量で０．１〜１０質量％とを添加してなり、かつ、使用温度での体積抵抗率が１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍ、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である複合セラミックスで構成されているので、腐食ガスのプラズマに対する耐食性および吸着性が高いことに加え、さらに体積抵抗率のばらつきおよび温度変化が小さい誘電体層を有する静電チャックを得ることができ、結果的に吸着特性のばらつきが小さくかつ使用温度域の広い静電チャックが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される単極型の静電チャックを示す断面図。
【図２】本発明が適用される双極型の静電チャックを示す断面図。
【符号の説明】
１，１’……静電チャック
２……誘電体層
３，３ａ，３ｂ……電極
４……絶縁層
５……基台
６……直流電源
１０……シリコンウエハ（被吸着体）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic chuck used for electrostatically adsorbing an object to be adsorbed such as a silicon wafer in a semiconductor manufacturing apparatus or the like to process or convey an object to be processed.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a semiconductor manufacturing apparatus, in order to perform processing such as film formation and etching on a silicon wafer which is a semiconductor substrate, it is necessary to hold the silicon wafer while maintaining the flatness. The mechanical type, vacuum adsorption type, and electrostatic adsorption type are adopted.
[0003]
Among these holding means, the electrostatic chuck type, that is, the electrostatic chuck can hold the silicon wafer electrostatically, so that the yield of the chip can be improved and the processing is performed. The flatness and parallelism of the machined surface required at the time can be easily realized. Furthermore, electrostatic chucks are most frequently used as holding means in semiconductor manufacturing apparatuses because they can hold a silicon wafer even in apparatuses that perform vacuum processing such as film forming apparatuses and etching apparatuses.
[0004]
On the other hand, in a semiconductor manufacturing process, it is used in a halogen-based corrosive gas atmosphere such as a fluorine-based gas or a chlorine-based gas or in its plasma. Therefore, alumina or the like, which is a highly insulating ceramic having high corrosion resistance, has been conventionally used as the dielectric layer of the electrostatic chuck. However, when a highly insulating material such as aluminum nitride or alumina is used as the dielectric layer of the electrostatic chuck, the electrostatic adsorption force (Coulomb force) generated between the charge induced in the electrode and the object to be adsorbed is used. In order to obtain a high adsorptive power, the thickness of the insulating layer has to be extremely thin, and there is a high possibility of breakage during processing.
[0005]
Therefore, a high electrostatic adsorption force (Johnsen-Rahbek force) can be obtained even with a thick insulating layer of 1 to 2 mm by causing the dielectric layer to have some conductivity and causing the movement of charges in the dielectric layer. Therefore, it has been proposed to use a composite ceramic material in which titanium oxide is contained in the main component alumina to provide conductivity as the dielectric layer.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, such composite ceramics must be sintered by mixing the insulating raw material powder and the conductive raw material powder, and the volume resistivity tends to vary depending on the mixing property and sintering conditions. There is a problem that the temperature change of resistivity is large. When such a composite ceramic is used as a dielectric layer of an electrostatic chuck, there arises a problem that the adsorption characteristics vary and the usable temperature range is narrow.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and is premised on a dielectric layer that has excellent corrosion resistance to corrosive gas plasma and has enhanced the adsorptivity by adding a conductive component. It is an object of the present invention to provide an electrostatic chuck having a small temperature change, resulting in a small variation in adsorption characteristics and a wide usable temperature range.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have added volumetric resistivity of 10 ⁸ to 10 ¹³ by adding conductive silicon carbide to aluminum nitride that is insulating and excellent in plasma corrosion resistance. After adjusting to Ω · cm, as a third component, by using a composite ceramic to which a predetermined amount of one or more of titanium nitride, titanium carbide, and tungsten carbide is added as a dielectric layer, variation in volume resistivity and It has been found that an electrostatic chuck that can suppress a temperature change in volume resistivity, has a small variation in adsorption characteristics, and has a wide usable temperature range can be obtained. In other words, volume resistivity varies only by adding conductive silicon carbide to aluminum nitride, and the temperature change of volume resistivity increases, but at least one of titanium nitride, titanium carbide, and tungsten carbide is used. Addition as a third component makes it difficult to cause variations in volume resistivity and changes in volume resistivity due to subtle variations in the state of raw material powder and sintering conditions without affecting the absolute value of volume resistivity. can do.
[0009]
That is, the present invention is an electrostatic chuck having an electrode and a dielectric layer that is provided on the electrode and adsorbs an adsorbent by applying a voltage to the electrode, and the dielectric layer is nitrided In addition to aluminum, 0.5 to 45% by mass of silicon carbide and 0.1 to 10% by mass in total of one or more of titanium nitride, titanium carbide and tungsten carbide, And the electrostatic chuck characterized by being comprised with the composite ceramics whose volume resistivity in use temperature is 10 < ⁸ > -10 < ¹³ > (omega | ohm) * cm and whose heat conductivity is 30 W / m * K or more is provided.
[0010]
In the electrostatic chuck, the composite ceramic constituting the dielectric layer preferably has an absolute value of activation energy calculated from a volume resistivity at −100 to 800 ° C. of 7 × 10 ⁵ J / mol or less. .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
1 and 2 are sectional views showing an electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a monopolar type, and FIG. 2 shows a bipolar type.
[0012]
The monopolar electrostatic chuck 1 of FIG. 1 is fixedly provided on a base 5 made of aluminum or the like, and includes a dielectric layer 2 having an attracting surface, and an electrode 3 provided therebelow. And an insulating layer 4 provided between the electrode 3 and the base 5, a DC power supply 6 is connected to the electrode 3, and power is supplied to the electrode 3 from the DC power supply 6. Then, the silicon wafer 10, which is an object to be adsorbed, placed on the dielectric layer 2 is electrostatically adsorbed.
[0013]
The bipolar electrostatic chuck 1 ′ in FIG. 2 is provided with a pair of

electrodes

3 a and 3 b between dielectric layers 2, to which a DC power supply 6 is connected. The silicon wafer 10 placed on the upper dielectric layer 2 is electrostatically attracted by being supplied with charges having opposite polarities.
[0014]
Dielectric layer 2 is 0.5 to 45% by mass of silicon carbide, and 0.1 to 10% by mass in total of one or more of titanium nitride, titanium carbide, and tungsten carbide in aluminum nitride at a ratio to the whole. And a composite ceramic material having a volume resistivity of 10 ⁸ to 10 ¹³ Ω · cm at a use temperature and a thermal conductivity of 30 W / m · K or more.
[0015]
In the composite ceramic constituting the dielectric layer 2, the addition of conductive silicon carbide to the insulating aluminum nitride is achieved by imparting appropriate conductivity and exhibiting high electrostatic adsorptivity, while being halogen-based. This is because the corrosion resistance against the corrosive gas and its plasma can be increased, and furthermore, since the thermal conductivity is high, it is difficult to break in the plasma. In addition, the addition of one or more of titanium nitride, titanium carbide and tungsten carbide is caused by variation in volume resistivity due to the movement of grain boundary components, etc., only with insulating aluminum nitride and conductive silicon carbide. This is because the temperature change of the resistivity also increases, but by adding these components, variation in volume resistivity and temperature change can be suppressed. That is, these components exhibit the trapping effect of the grain boundary component by being present at the grain boundary of the composite ceramic sintered body, and this trapping effect suppresses the movement of the grain boundary component that occurs during sintering to the vicinity of the surface. As a result, it is considered that variation in volume resistivity and temperature change are suppressed.
[0016]
The amount of silicon carbide added to aluminum nitride is 0.5 to 45% by mass with respect to the entire composite ceramic. If less than 0.5% by mass, the effect of lowering the volume resistivity of silicon carbide is not exhibited. This is because when it exceeds 45% by mass, the corrosion resistance when used in a plasma environment is insufficient. Aluminum nitride may contain a commonly used sintering aid such as Y ₂ O ₃ .
[0017]
The reason why the total amount of one or more of titanium nitride, titanium carbide and tungsten carbide is set to 0.1 to 10% by mass with respect to the entire composite ceramic is that the effect of suppressing variation in volume resistivity is less than 0.1% by mass. On the other hand, if it exceeds 10% by mass, plasma resistance and thermal conductivity are lowered.
[0018]
If the volume resistivity of the dielectric layer 2 is adjusted to 10 ⁸ to 10 ¹³ Ω · cm within this range, a high adsorbing force can be obtained without adversely affecting the circuit formed on the silicon wafer. Because. In other words, if it is less than 10 ⁸ Ω · cm, a large leakage current may flow in the adsorbed wafer and the circuit formed on the wafer may be destroyed. If it exceeds 10 ¹³ Ω · cm, the Johnsen-Rahbek force is effective. High electrostatic attraction force cannot be obtained.
[0019]
The thermal conductivity is set to 30 W / m · K or more if it is less than 30 W / m · K, the surface of the dielectric layer becomes extremely hot during use of the electrostatic chuck and is damaged by thermal shock, or plasma concentration This is because a part of the dielectric layer is melted due to local heating due to the occurrence of defects (pores) and may be damaged. The thermal conductivity tends to decrease as the temperature rises. However, if the thermal conductivity at room temperature is 30 W / m · K or more, breakage due to thermal shock at high temperature can be effectively prevented. .
[0020]
The composite ceramic constituting the dielectric layer 2 preferably has an absolute value of activation energy calculated from a volume resistivity at −100 to 800 ° C. of 7 × 10 ⁵ J / mol or less. When the absolute value of the activation energy exceeds 7 × 10 ⁵ J / mol, the variation in volume resistivity becomes large, and the temperature change of volume resistivity becomes large, so that the usable temperature range of the electrostatic chuck tends to be narrowed. is there. The absolute value of the activation energy is reduced by adding one or more of titanium nitride, titanium carbide, and tungsten carbide. This is because the presence of these at the grain boundary of the composite ceramic sintered body. This is considered to be a barrier that hinders the flow of electrons.
[0021]
Next, a method for manufacturing the dielectric layer 2 in the electrostatic chuck of the present invention will be described.
First, the starting material of the ceramic material constituting the dielectric layer 2 can be prepared by a conventional method. For example, there are a method in which an organic solvent such as alcohol or water is added to a raw material powder of a predetermined composition, the mixture is mixed by a ball mill, and then dried, and a coprecipitate is separated from a solution of salts, alkoxide, etc. of a predetermined composition. In order to make densification easier, a commonly used sintering aid may be added to the mixture of these raw materials. The form of addition of the sintering aid may be any form such as oxide powder, salts, alkoxide, etc., and is not particularly limited.
[0022]
The mixed powder obtained by adding silicon carbide and one or more of titanium nitride, titanium carbide, and tungsten carbide to aluminum nitride thus obtained has a predetermined shape by uniaxial pressing or cold isostatic pressing (CIP). To form. Next, the obtained molded body is fired at 1600 to 2000 ° C. in a reducing atmosphere. The firing time is not particularly limited, but may be about 2 to 4 hours. If the firing temperature is less than the above range, densification may be insufficient and the volume resistivity may vary, and if it exceeds the above range, decomposition may occur.
[0023]
The method for producing the dielectric layer 2 is not limited to the method of firing after press molding as described above, but the method of firing after forming a sheet by the doctor blade method, or the method of hot-press firing the raw material powder. There may be.
[0024]
The manufacturing method of the electrostatic chuck can be a normal method and is not particularly limited. For example, a method of adhering the dielectric layer 2 manufactured as described above on a ceramic substrate (insulating layer 4) on which electrodes are formed, a green sheet for forming the dielectric layer 2, and the insulating layer 4 Examples include a method in which a green sheet for forming is formed by a doctor blade method, and the electrode layer is sandwiched between these layers before firing, followed by firing, a method in which the electrode is embedded in powder and hot pressed, etc. it can.
[0025]
The structure of the electrostatic chuck is not particularly limited. In addition to the structure shown in FIGS. 1 and 2, a dielectric layer having an electrode formed on one surface is bonded to a ceramic plate or an aluminum pedestal with an adhesive. Various structures such as a pasted structure can be employed. The electrode structure is not particularly limited, and may be a monopolar electrode or a bipolar electrode as described above, and the shape thereof is not limited.
[0026]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
Here, composite ceramic sintered bodies having compositions of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 4 shown in Table 1 were produced. A total of 200 g of each raw material powder shown in Table 1 was weighed, and each powder, 200 g of methanol, and 250 g of φ10 mm iron-cored nylon balls were placed in a polyethylene pot and mixed for 16 hours. The obtained slurry was dried under reduced pressure using a rotary evaporator, and then the obtained powder was passed through a mesh using a # 100 nylon mesh. The powder after the mesh pass was first molded into a thickness of 6 mm at a pressure of 0.98 MPa using a φ150 mm mold, and then CIP molded at a pressure of 117.6 MPa to obtain a molded body. The obtained molded body was fired for 2 hours under the conditions shown in Table 1. In Example 5, after mixing the raw material powder, hot press molding was performed at a pressure of 147 MPa.
[0027]
Twenty of each of the obtained sintered bodies was processed to 100 ^φ × 2 ^t mm, and the volume resistivity at a typical use temperature and the thermal conductivity at room temperature were measured. In addition, the activation energy was calculated by measuring the volume resistivity at −100 to 800 ° C. and Arrhenius plotting the volume resistivity against the temperature. The results are shown in Table 1. For each sample, the temperature at which the volume resistivity can be 10 ⁸ to 10 ¹³ Ω · cm is shown in Table 1 as the usable temperature.
[0028]
In addition, an electrode was formed on a sintered body processed to 100 ^φ × 2 ^t mm and adhered to the alumina substrate with an inorganic adhesive to produce an electrostatic chuck. In addition, 20 electrostatic chucks each using a ceramic sintered body having each composition were produced.
[0029]
For the evaluation of the electrostatic chuck, a voltage of 1200 V was applied to the electrostatic chuck manufactured as described above to adsorb a silicon wafer having a diameter of 100 mm, and the adsorption characteristics were measured. The adsorption property of the wafer was a value per unit area obtained by dividing the maximum load when the wafer was peeled off by pulling the wafer upward with a measurement gauge. In addition, an electrostatic chuck with a silicon wafer adsorbed is installed in a chamber of a parallel plate RIE etching apparatus, and CF ₄ + O ₂ (10%) gas is supplied into the chamber at a flow rate of 0.1 L / min. The pressure in the chamber is 7.0 Pa, a high frequency power with a frequency of 13.56 MHz and an output of 1.5 W / cm ² is applied to the parallel plate electrode to form the plasma of the gas, and the electrostatic chuck is used as the plasma. An exposure test was conducted for 4 hours to investigate whether the electrostatic chuck was broken or surface defects were generated. These evaluation results are also shown in Table 1.
[0030]
[Table 1]

[0031]
As is apparent from Table 1, in Examples 1 to 9, the composition of the composite ceramics constituting the dielectric layer is within the scope of the present invention, and the volume resistivity: 10 ⁸ to 10 ¹³ Ω · cm, the thermal conductivity: Since 30 W / m · K or more are both within the scope of the present invention and the absolute value of the activation energy is 7 × 10 ⁵ J / mol or less, the variation in volume resistivity is small, and the adsorption characteristics of the electrostatic chuck The variation of was also small. In addition, since the temperature change of the volume resistivity is small, the usable temperature range of the electrostatic chuck is wide. Further, in Examples 1 to 9, the adsorption characteristics themselves showed good values, and even in the plasma exposure test, damage to the electrostatic chuck and surface defects did not occur, and good characteristics as an electrostatic chuck were obtained.
[0032]
On the other hand, since Comparative Examples 1 and 4 did not contain titanium nitride, titanium carbide, or tungsten carbide, variation in volume resistivity was large. In addition, since the temperature change of the volume resistivity is large, the usable temperature range of the electrostatic chuck is narrow. In Comparative Examples 2 and 3, the total amount of titanium nitride, titanium carbide, and tungsten carbide was as large as 30% by mass and 35% by mass, so the thermal conductivity was low, and more than half of the samples were damaged in the plasma exposure test. .
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the dielectric layer is 0.5 to 45% by mass of silicon carbide in proportion to the whole of aluminum nitride, and one kind of titanium nitride, titanium carbide, and tungsten carbide. A composite comprising 0.1 to 10% by mass of the above, a volume resistivity at the operating temperature of 10 ⁸ to 10 ¹³ Ω · cm, and a thermal conductivity of 30 W / m · K or more. Since it is made of ceramics, in addition to high corrosion resistance and adsorption to corrosive gas plasma, it is possible to obtain an electrostatic chuck having a dielectric layer with small variation in volume resistivity and small temperature change. In addition, an electrostatic chuck with a small variation in adsorption characteristics and a wide operating temperature range is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a monopolar electrostatic chuck to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a sectional view showing a bipolar electrostatic chuck to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1 '... Electrostatic chuck 2 ...

Dielectric layer

3, 3a, 3b ... Electrode 4 ... Insulating layer 5 ... Base 6 ... DC power supply 10 ... Silicon wafer (adsorbed body)

Claims

An electrostatic chuck having an electrode and a dielectric layer provided on the electrode and adsorbing an object to be adsorbed by applying a voltage to the electrode, wherein the dielectric layer is a ratio of aluminum nitride to the whole In addition, 0.5 to 45% by mass of silicon carbide and 0.1 to 10% by mass in total of at least one of titanium nitride, titanium carbide, and tungsten carbide are added, and at the use temperature. An electrostatic chuck comprising a composite ceramic having a volume resistivity of 10 ⁸ to 10 ¹³ Ω · cm and a thermal conductivity of 30 W / m · K or more.

2. The composite ceramic constituting the dielectric layer has an absolute value of activation energy calculated from a volume resistivity at −100 to 800 ° C. of 7 × 10 ⁵ J / mol or less. The electrostatic chuck described in 1.