JP2000247732A - 低抵抗セラミックス及びその製造方法、並びに半導体製造装置用部材 - Google Patents
低抵抗セラミックス及びその製造方法、並びに半導体製造装置用部材Info
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- JP2000247732A JP2000247732A JP11043861A JP4386199A JP2000247732A JP 2000247732 A JP2000247732 A JP 2000247732A JP 11043861 A JP11043861 A JP 11043861A JP 4386199 A JP4386199 A JP 4386199A JP 2000247732 A JP2000247732 A JP 2000247732A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低抵抗化と低熱膨張とを具備する低抵抗セラミ
ックスを得る。 【解決手段】コージェライトを主成分とし、希土類元素
を酸化物換算で1〜20重量%の割合で含有する混合粉
末、あるいはその成形体を、少なくともカーボンを含
み、酸素分圧が0.2気圧以下の還元雰囲気中で焼成す
るか、またはカーボン粉末中に埋設して焼成して、カー
ボンを0.01〜2.0重量%の割合で含有する体積固
有抵抗が107 Ω・cm以下、10〜40℃における熱
膨張係数1×10-6/℃以下、相対密度95%以上の緻
密質な低抵抗セラミックスを得ることができ、これを半
導体製造装置用部材に適用し、部材の帯電性を抑制し、
半導体製造時の帯電による悪影響を防止する。
ックスを得る。 【解決手段】コージェライトを主成分とし、希土類元素
を酸化物換算で1〜20重量%の割合で含有する混合粉
末、あるいはその成形体を、少なくともカーボンを含
み、酸素分圧が0.2気圧以下の還元雰囲気中で焼成す
るか、またはカーボン粉末中に埋設して焼成して、カー
ボンを0.01〜2.0重量%の割合で含有する体積固
有抵抗が107 Ω・cm以下、10〜40℃における熱
膨張係数1×10-6/℃以下、相対密度95%以上の緻
密質な低抵抗セラミックスを得ることができ、これを半
導体製造装置用部材に適用し、部材の帯電性を抑制し、
半導体製造時の帯電による悪影響を防止する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空装置用構造部
材、サセプタ、真空チャック、ラップ盤あるいは露光装
置におけるステージや、ステージ位置測定用ミラー、あ
るいはそれらの支持部材、さらには半導体製造プロセス
における各種治具など、とりわけ半導体ウエハと接触す
る部材に適したコージェライトを主体とする、帯電防止
性に優れた低抵抗セラミックスとその製造方法、ならび
に半導体製造装置用部材に関する。
材、サセプタ、真空チャック、ラップ盤あるいは露光装
置におけるステージや、ステージ位置測定用ミラー、あ
るいはそれらの支持部材、さらには半導体製造プロセス
における各種治具など、とりわけ半導体ウエハと接触す
る部材に適したコージェライトを主体とする、帯電防止
性に優れた低抵抗セラミックスとその製造方法、ならび
に半導体製造装置用部材に関する。
【0002】
【従来技術】従来より、コージェライト系焼結体は、低
熱膨張セラミックスとして知られており、フィルター、
ハニカム、耐火物などに応用されている。このコージェ
ライト系焼結体は、一般には、コージェライト粉末、あ
るいはコージェライトを形成するMgO、Al2 O3 、
SiO2 粉末を配合して、これに焼結助剤として希土類
元素酸化物や、SiO2 、CaO、MgOなどを添加
し、所定形状に成形後、1000〜1400℃の温度で
焼成することによって作製される(特公昭57−362
9号、特開平2−229760号)。
熱膨張セラミックスとして知られており、フィルター、
ハニカム、耐火物などに応用されている。このコージェ
ライト系焼結体は、一般には、コージェライト粉末、あ
るいはコージェライトを形成するMgO、Al2 O3 、
SiO2 粉末を配合して、これに焼結助剤として希土類
元素酸化物や、SiO2 、CaO、MgOなどを添加
し、所定形状に成形後、1000〜1400℃の温度で
焼成することによって作製される(特公昭57−362
9号、特開平2−229760号)。
【0003】一方、LSIなどの半導体装置の製造工程
において、シリコンウエハに配線を形成する工程におい
て、ウエハを支持または保持するためのサセプタ、真空
チャック、静電チャックやラップ盤、絶縁リングとして
あるいはその他の治具等として、これまでアルミナや窒
化珪素が比較的に安価で、化学的にも安定であるため広
く用いられている。また、露光装置のXYテーブル等と
しても従来よりアルミナや窒化珪素などのセラミックス
も用いられている。
において、シリコンウエハに配線を形成する工程におい
て、ウエハを支持または保持するためのサセプタ、真空
チャック、静電チャックやラップ盤、絶縁リングとして
あるいはその他の治具等として、これまでアルミナや窒
化珪素が比較的に安価で、化学的にも安定であるため広
く用いられている。また、露光装置のXYテーブル等と
しても従来よりアルミナや窒化珪素などのセラミックス
も用いられている。
【0004】また、最近では、コージェライト等の低熱
膨張セラミックスを半導体製造装置用部品として応用す
ることが特開平1−191422号や特公平6−976
75号にて提案されている。特開平1−191422号
によれば、X線マスクにおけるマスク基板に接着する補
強リングとして、SiO2 、インバーなどに加え、コー
ジェライトによって形成しメンブレンの応力を制御する
ことが提案されている。また、特公平6−97675号
では、ウエハを載置する静電チャック用基盤としてアル
ミナやコージェライト系焼結体を使用することが提案さ
れている。
膨張セラミックスを半導体製造装置用部品として応用す
ることが特開平1−191422号や特公平6−976
75号にて提案されている。特開平1−191422号
によれば、X線マスクにおけるマスク基板に接着する補
強リングとして、SiO2 、インバーなどに加え、コー
ジェライトによって形成しメンブレンの応力を制御する
ことが提案されている。また、特公平6−97675号
では、ウエハを載置する静電チャック用基盤としてアル
ミナやコージェライト系焼結体を使用することが提案さ
れている。
【0005】近年、LSIなどにおける高集積化に伴
い、回路の微細化が急速に進められ、その線幅もサブミ
クロンオーダーのレベルまで高精密化しつつある。そし
てSiウエハに高精密回路を形成するための露光装置に
対して高い精度が要求され、たとえば露光装置のステー
ジ用部材においては100nm(0.1μm)以下の位
置決め精度が要求され、露光の位置合わせ誤差が製品の
品質向上や歩留まり向上に大きな影響を及ぼしているの
が現状である。
い、回路の微細化が急速に進められ、その線幅もサブミ
クロンオーダーのレベルまで高精密化しつつある。そし
てSiウエハに高精密回路を形成するための露光装置に
対して高い精度が要求され、たとえば露光装置のステー
ジ用部材においては100nm(0.1μm)以下の位
置決め精度が要求され、露光の位置合わせ誤差が製品の
品質向上や歩留まり向上に大きな影響を及ぼしているの
が現状である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
製造装置用として一般に用いられてきたアルミナ、窒化
珪素などのセラミックスは、金属に比べて熱膨張率が小
さいものの、10〜40℃の熱膨張率はそれぞれ5.2
×10-6/℃、1.5×10-6/℃であり、雰囲気温度
が0.1℃変化すると数100nm(0.1μm)の変
形が発生することになり、露光等の精密な工程ではこの
変化が大きな問題となり、従来のセラミックスでは精度
が低く、生産性の低下をもたらしている。
製造装置用として一般に用いられてきたアルミナ、窒化
珪素などのセラミックスは、金属に比べて熱膨張率が小
さいものの、10〜40℃の熱膨張率はそれぞれ5.2
×10-6/℃、1.5×10-6/℃であり、雰囲気温度
が0.1℃変化すると数100nm(0.1μm)の変
形が発生することになり、露光等の精密な工程ではこの
変化が大きな問題となり、従来のセラミックスでは精度
が低く、生産性の低下をもたらしている。
【0007】これに対して、コージェライト系焼結体
は、熱膨張率が0.2×10-6/℃程度と、アルミナや
窒化珪素に比較して熱膨張率が低く、上記のような露光
精度に対する問題はある程度解決される。ところが、従
来のコージェライトは体積固有抵抗が1014Ω・cm以
上と高抵抗であるものしか得られていない。このように
高抵抗材料によって各種部品を製造した場合、その部品
に徐々に静電気が蓄積されるために、その部品にゴミな
どが付着しやすく、また、プラズマ発生装置内において
はプラズマの発生に影響を与えたり、特に半導体ウエハ
と接触する部材においては静電気の放電によって半導体
を破壊するという致命的な問題がある。
は、熱膨張率が0.2×10-6/℃程度と、アルミナや
窒化珪素に比較して熱膨張率が低く、上記のような露光
精度に対する問題はある程度解決される。ところが、従
来のコージェライトは体積固有抵抗が1014Ω・cm以
上と高抵抗であるものしか得られていない。このように
高抵抗材料によって各種部品を製造した場合、その部品
に徐々に静電気が蓄積されるために、その部品にゴミな
どが付着しやすく、また、プラズマ発生装置内において
はプラズマの発生に影響を与えたり、特に半導体ウエハ
と接触する部材においては静電気の放電によって半導体
を破壊するという致命的な問題がある。
【0008】そのために、従来は絶縁性材料からなる従
来のコージェライトセラミックスの表面に帯電を防止す
るために低抵抗の被膜を形成するなどの方法が取られて
いる。しかしながら、低抵抗の被膜を形成する場合、セ
ラミックスと被膜との熱膨張係数の差によって密着性が
悪化し、膜厚が厚くなるにつれて被膜のはがれが発生し
易くなり、低抵抗の悪化とともに、コンタミネーション
の発生を引き起こすという問題があった。
来のコージェライトセラミックスの表面に帯電を防止す
るために低抵抗の被膜を形成するなどの方法が取られて
いる。しかしながら、低抵抗の被膜を形成する場合、セ
ラミックスと被膜との熱膨張係数の差によって密着性が
悪化し、膜厚が厚くなるにつれて被膜のはがれが発生し
易くなり、低抵抗の悪化とともに、コンタミネーション
の発生を引き起こすという問題があった。
【0009】従って、本発明は、低抵抗性および低熱膨
張特性を具備する低抵抗セラミックスとその製造方法を
提供することを目的とするものである。また、本発明
は、低抵抗性によって非帯電性を具備し、且つ低熱膨張
特性を具備し、真空チャックなどの半導体ウエハと接触
するような半導体製造装置用部材を提供することを目的
とするものである。
張特性を具備する低抵抗セラミックスとその製造方法を
提供することを目的とするものである。また、本発明
は、低抵抗性によって非帯電性を具備し、且つ低熱膨張
特性を具備し、真空チャックなどの半導体ウエハと接触
するような半導体製造装置用部材を提供することを目的
とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
に対し鋭意研究を重ねた結果、コージェライトを主成分
とする成形体を、カーボンを含有する還元雰囲気下で焼
成して、雰囲気からカーボンを含浸させるか、またはカ
ーボン源を含有する成形体を不活性雰囲気または非酸化
性雰囲気中で焼成して、カーボンの揮散を抑制すること
によって低抵抗とともに低熱膨張性を有するセラミック
スが得られることを見いだし、本発明に至った。
に対し鋭意研究を重ねた結果、コージェライトを主成分
とする成形体を、カーボンを含有する還元雰囲気下で焼
成して、雰囲気からカーボンを含浸させるか、またはカ
ーボン源を含有する成形体を不活性雰囲気または非酸化
性雰囲気中で焼成して、カーボンの揮散を抑制すること
によって低抵抗とともに低熱膨張性を有するセラミック
スが得られることを見いだし、本発明に至った。
【0011】即ち、本発明の低抵抗セラミックスは、コ
ージェライトを主成分とし、希土類元素を酸化物換算で
1〜20重量%、カーボンを0.01〜2.0重量%の
割合で含有するとともに、10〜40℃における熱膨張
係数1×10-6/℃以下、相対密度95%以上、室温に
おける体積固有抵抗が107 Ω・cm以下であることを
特徴とするものである。なお、かかるセラミックスによ
れば、コージェライト結晶の粒界に、希土類元素のシリ
ケート結晶相が存在することが望ましい。
ージェライトを主成分とし、希土類元素を酸化物換算で
1〜20重量%、カーボンを0.01〜2.0重量%の
割合で含有するとともに、10〜40℃における熱膨張
係数1×10-6/℃以下、相対密度95%以上、室温に
おける体積固有抵抗が107 Ω・cm以下であることを
特徴とするものである。なお、かかるセラミックスによ
れば、コージェライト結晶の粒界に、希土類元素のシリ
ケート結晶相が存在することが望ましい。
【0012】さらに、本発明によれば、かかる低抵抗セ
ラミックスを真空チャックをはじめとする半導体製造装
置用部材として用いることを特徴とするものである。
ラミックスを真空チャックをはじめとする半導体製造装
置用部材として用いることを特徴とするものである。
【0013】このような低抵抗セラミックスの製造方法
としては、コージェライト粉末を主成分とし、希土類元
素酸化物を1〜20重量%およびカーボン源を含有する
混合粉末または成形体を酸素分圧が0.2気圧以下の不
活性雰囲気または非酸化性雰囲気中で1100〜145
0℃の温度で焼成して、カーボン含有量が0.01〜
2.0重量%、相対密度95%以上のセラミックスを得
ることを特徴とするものであり、かかる製造方法におい
ては、前記焼成を、100kg/cm2 以上の加圧下で
行うことが望ましい。
としては、コージェライト粉末を主成分とし、希土類元
素酸化物を1〜20重量%およびカーボン源を含有する
混合粉末または成形体を酸素分圧が0.2気圧以下の不
活性雰囲気または非酸化性雰囲気中で1100〜145
0℃の温度で焼成して、カーボン含有量が0.01〜
2.0重量%、相対密度95%以上のセラミックスを得
ることを特徴とするものであり、かかる製造方法におい
ては、前記焼成を、100kg/cm2 以上の加圧下で
行うことが望ましい。
【0014】また、他の製造方法としては、コージェラ
イトを主成分とし、希土類元素酸化物を1〜20重量%
の割合で含有する成形体を酸素分圧が0.2気圧以下の
カーボンを含む還元雰囲気中にて、1100〜1450
℃の温度で焼成し、前記雰囲気から成形体中にカーボン
を含浸せしめ、カーボン含有量が0.01〜2.0重量
%、相対密度95%以上のセラミックスを得ることを特
徴とするものであり、特に、前記焼成を、前記成形体の
周囲にカーボン粉末を配置して行うこと、さらには、前
記焼成を、100kg/cm2 以上の加圧下で行うこと
が望ましい。
イトを主成分とし、希土類元素酸化物を1〜20重量%
の割合で含有する成形体を酸素分圧が0.2気圧以下の
カーボンを含む還元雰囲気中にて、1100〜1450
℃の温度で焼成し、前記雰囲気から成形体中にカーボン
を含浸せしめ、カーボン含有量が0.01〜2.0重量
%、相対密度95%以上のセラミックスを得ることを特
徴とするものであり、特に、前記焼成を、前記成形体の
周囲にカーボン粉末を配置して行うこと、さらには、前
記焼成を、100kg/cm2 以上の加圧下で行うこと
が望ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の低抵抗セラミックスは、
2MgO・2Al2 O3 ・5SiO2 で表されるコージ
ェライト系の複合酸化物を主体とするものであり、この
コージェライト結晶は、平均粒径が1〜10μmの結晶
粒子として存在するものであり、10〜40℃における
熱膨張係数1×10-6/℃以下、特に0.5×10-6/
℃以下の低熱膨張特性と、相対密度が95%以上、特に
97%以上の高緻密体からなり、且つ室温における体積
固有抵抗が107 Ω・cm以下、特に103 Ω・cm以
下の低抵抗特性を有するものである。
2MgO・2Al2 O3 ・5SiO2 で表されるコージ
ェライト系の複合酸化物を主体とするものであり、この
コージェライト結晶は、平均粒径が1〜10μmの結晶
粒子として存在するものであり、10〜40℃における
熱膨張係数1×10-6/℃以下、特に0.5×10-6/
℃以下の低熱膨張特性と、相対密度が95%以上、特に
97%以上の高緻密体からなり、且つ室温における体積
固有抵抗が107 Ω・cm以下、特に103 Ω・cm以
下の低抵抗特性を有するものである。
【0016】この熱膨張係数を1×10-6/℃以下に限
定したのは、熱膨張係数がこれより大きいと温度変化に
よる寸法変動が大きくなるために、半導体製造装置など
に適用した場合に、露光処理の際のずれなどが発生しや
すくなる。また、体積固有抵抗が107 Ω・cmよりも
大きいと帯電性が高くなり、非帯電性部材としては不適
となるためである。また、相対密度が95%よりも低い
と、気孔への付着物によるコンタミネーションの発生を
引き起こすためである。
定したのは、熱膨張係数がこれより大きいと温度変化に
よる寸法変動が大きくなるために、半導体製造装置など
に適用した場合に、露光処理の際のずれなどが発生しや
すくなる。また、体積固有抵抗が107 Ω・cmよりも
大きいと帯電性が高くなり、非帯電性部材としては不適
となるためである。また、相対密度が95%よりも低い
と、気孔への付着物によるコンタミネーションの発生を
引き起こすためである。
【0017】上記のような特性を有する上で、本発明の
低抵抗セラミックス中には、カーボンを0.01〜2.
0重量%、好ましくは0.02〜1.0重量%の割合で
含有することが重要である。これは、カーボン含有量が
0.01重量%より少ないと107 Ω・cm以下の低抵
抗特性が得られず、カーボン含有量が2.0重量%を超
えると、熱膨張係数が1×10-6/℃よりも大きくなる
とともに緻密体が得られない。
低抵抗セラミックス中には、カーボンを0.01〜2.
0重量%、好ましくは0.02〜1.0重量%の割合で
含有することが重要である。これは、カーボン含有量が
0.01重量%より少ないと107 Ω・cm以下の低抵
抗特性が得られず、カーボン含有量が2.0重量%を超
えると、熱膨張係数が1×10-6/℃よりも大きくなる
とともに緻密体が得られない。
【0018】また、このセラミックス中には、希土類元
素を酸化物換算で1〜20重量%、特に5〜15重量%
の割合で含有することが望ましい。コージェライトが1
00重量%であってもある程度の緻密化が可能であって
も、その焼成温度が高く、その焼成可能温度領域が±5
℃と非常に狭いために緻密体を安定に作製することが難
しい。これに対して、希土類元素を1重量%以上含有す
ると、焼成時にコージェライトの成分と反応し液相を生
成することから焼結性を高める作用が発揮され、低温焼
成化とともに焼成可能温度領域を±25℃程度まで拡げ
ることができるために量産性を高めることができる。従
って、上記希土類元素量が1重量%よりも少ないと焼結
性が低下し20重量%を越えると熱膨張係数が大きくな
り、1.0×10-6/℃以下の特性が達成できない。
素を酸化物換算で1〜20重量%、特に5〜15重量%
の割合で含有することが望ましい。コージェライトが1
00重量%であってもある程度の緻密化が可能であって
も、その焼成温度が高く、その焼成可能温度領域が±5
℃と非常に狭いために緻密体を安定に作製することが難
しい。これに対して、希土類元素を1重量%以上含有す
ると、焼成時にコージェライトの成分と反応し液相を生
成することから焼結性を高める作用が発揮され、低温焼
成化とともに焼成可能温度領域を±25℃程度まで拡げ
ることができるために量産性を高めることができる。従
って、上記希土類元素量が1重量%よりも少ないと焼結
性が低下し20重量%を越えると熱膨張係数が大きくな
り、1.0×10-6/℃以下の特性が達成できない。
【0019】セラミックス中に含有される希土類元素と
しては、Y、Yb、Lu、Er、Ce、Nd、Sm等が
挙げられ、これらの中でも安価に入手できる点で、Y、
Ybが好適に含まれる。
しては、Y、Yb、Lu、Er、Ce、Nd、Sm等が
挙げられ、これらの中でも安価に入手できる点で、Y、
Ybが好適に含まれる。
【0020】なお、この希土類元素は、コージェライト
結晶の粒界に存在するが、この希土類元素は、RE2 O
3 ・SiO2 またはRE2 O3 ・2SiO2 などのシリ
ケート化合物結晶相として存在することが望ましい。こ
れは、粒界相の結晶化による低熱膨張化を図るためであ
る。
結晶の粒界に存在するが、この希土類元素は、RE2 O
3 ・SiO2 またはRE2 O3 ・2SiO2 などのシリ
ケート化合物結晶相として存在することが望ましい。こ
れは、粒界相の結晶化による低熱膨張化を図るためであ
る。
【0021】上記のような低抵抗セラミックスを作製す
るには、まず、平均粒径が10μm以下のコージェライ
ト粉末に対して、平均粒径が10μm以下の希土類酸化
物粉末を1〜20重量%の割合で添加する。場合によっ
てはカーボン粉末または熱分解後炭素に変化しうる有機
化合物を添加し、出発原料組成物を調製する。この時、
用いられるコージェライト粉末および希土類元素酸化物
粉末としては、平均粒径が10μm以下であることが焼
結性を高める上で望ましい。
るには、まず、平均粒径が10μm以下のコージェライ
ト粉末に対して、平均粒径が10μm以下の希土類酸化
物粉末を1〜20重量%の割合で添加する。場合によっ
てはカーボン粉末または熱分解後炭素に変化しうる有機
化合物を添加し、出発原料組成物を調製する。この時、
用いられるコージェライト粉末および希土類元素酸化物
粉末としては、平均粒径が10μm以下であることが焼
結性を高める上で望ましい。
【0022】本発明の方法によれば、第1の方法とし
て、まず、コージェライト粉末を主成分とし、希土類元
素酸化物を1〜20重量%およびカーボン源を含有する
出発原料組成物を充分にボールミルなどによって充分に
混合して混合粉末を作製する。また、場合によってはこ
の混合粉末を所定形状に所望の成形手段、例えば、金型
プレス、冷間静水圧プレス、押出し成形等により任意の
形状に成形する。
て、まず、コージェライト粉末を主成分とし、希土類元
素酸化物を1〜20重量%およびカーボン源を含有する
出発原料組成物を充分にボールミルなどによって充分に
混合して混合粉末を作製する。また、場合によってはこ
の混合粉末を所定形状に所望の成形手段、例えば、金型
プレス、冷間静水圧プレス、押出し成形等により任意の
形状に成形する。
【0023】この時に配合されるカーボン源としては、
カーボン粉末、または熱処理によってカーボンを生成し
得るフェノール樹脂などの有機樹脂が用いられる。
カーボン粉末、または熱処理によってカーボンを生成し
得るフェノール樹脂などの有機樹脂が用いられる。
【0024】そして、この混合粉末あるいは成形体を酸
素分圧が0.2気圧以下、特に0.1気圧以下、さらに
は0.05気圧以下のArまたはN2 などの不活性雰囲
気または非酸化性雰囲気中で1100〜1450℃の温
度で焼成して、相対密度95%以上に緻密化する。この
時の雰囲気の酸素分圧が0.2気圧を超えると、混合粉
末または成形体中に含まれるカーボンが揮散してしま
い、最終的にセラミックス中に0.01〜2.0重量%
の割合で残存させることが難しい。また、焼成温度が1
100℃よりも低いと緻密なセラミックスを作製するこ
とができず、1500℃を超えると、コージェライトが
溶融してしまう。
素分圧が0.2気圧以下、特に0.1気圧以下、さらに
は0.05気圧以下のArまたはN2 などの不活性雰囲
気または非酸化性雰囲気中で1100〜1450℃の温
度で焼成して、相対密度95%以上に緻密化する。この
時の雰囲気の酸素分圧が0.2気圧を超えると、混合粉
末または成形体中に含まれるカーボンが揮散してしま
い、最終的にセラミックス中に0.01〜2.0重量%
の割合で残存させることが難しい。また、焼成温度が1
100℃よりも低いと緻密なセラミックスを作製するこ
とができず、1500℃を超えると、コージェライトが
溶融してしまう。
【0025】特に、緻密化を促進させるためには、ホッ
トプレス焼成などによって焼成時に100kg/cm2
以上の加圧下で焼成することが望ましい。その場合に
は、1100〜1400℃の焼成温度で緻密化できる。
トプレス焼成などによって焼成時に100kg/cm2
以上の加圧下で焼成することが望ましい。その場合に
は、1100〜1400℃の焼成温度で緻密化できる。
【0026】また、第2の製造方法としては、コージェ
ライトを主成分とし、希土類元素酸化物を1〜20重量
%の割合で含有する成形体を酸素分圧0.2気圧以下、
特に0.1気圧以下、さらには0.05気圧以下のカー
ボンを含む還元雰囲気中にて、1100〜1450℃の
温度で焼成し、雰囲気中からカーボンを成形体中に含浸
させる。この時のカーボンを含む還元雰囲気は、カーボ
ン製の匣鉢内に成形体を収納して焼成するか、または成
形体の周囲にカーボン粉末を配置することにより形成で
きるが、成形体中への含浸を効率的に行うためには、成
形体の周囲にをカーボン粉末を配置する、さらには成形
体をカーボン粉末中に埋設して焼成することが最も望ま
しい。
ライトを主成分とし、希土類元素酸化物を1〜20重量
%の割合で含有する成形体を酸素分圧0.2気圧以下、
特に0.1気圧以下、さらには0.05気圧以下のカー
ボンを含む還元雰囲気中にて、1100〜1450℃の
温度で焼成し、雰囲気中からカーボンを成形体中に含浸
させる。この時のカーボンを含む還元雰囲気は、カーボ
ン製の匣鉢内に成形体を収納して焼成するか、または成
形体の周囲にカーボン粉末を配置することにより形成で
きるが、成形体中への含浸を効率的に行うためには、成
形体の周囲にをカーボン粉末を配置する、さらには成形
体をカーボン粉末中に埋設して焼成することが最も望ま
しい。
【0027】また、緻密化を促進させる上では、ホット
プレス焼成などによって、成形体をカーボン粉中に埋設
して100kg/cm2 以上の加圧下で焼成することが
望ましい。その場合には1100〜1400℃の焼成温
度で緻密化できる。
プレス焼成などによって、成形体をカーボン粉中に埋設
して100kg/cm2 以上の加圧下で焼成することが
望ましい。その場合には1100〜1400℃の焼成温
度で緻密化できる。
【0028】このようにして、最終的にカーボン含有量
が0.01〜2.0重量%、相対密度95%以上のセラ
ミックスを得ることができ、特にホットプレス法を採用
した場合には、セラミックスの鏡面における最大ボイド
径を5μm以下にまで小さくすることができる。
が0.01〜2.0重量%、相対密度95%以上のセラ
ミックスを得ることができ、特にホットプレス法を採用
した場合には、セラミックスの鏡面における最大ボイド
径を5μm以下にまで小さくすることができる。
【0029】また、上記のようにして作製されたセラミ
ックスをさらに緻密化する上では、ArまたはN2 によ
る1000気圧以上の加圧雰囲気中で900〜1400
℃の温度で熱間静水圧処理(HIP処理)することも可
能である。
ックスをさらに緻密化する上では、ArまたはN2 によ
る1000気圧以上の加圧雰囲気中で900〜1400
℃の温度で熱間静水圧処理(HIP処理)することも可
能である。
【0030】さらに、上記のようにして作製されたセラ
ミックスを非酸化性雰囲気中で1100〜1400℃で
熱処理してコージェライト結晶の粒界の結晶化を促進す
ることにより、前述したような希土類元素のシリケート
結晶相を析出させることができる。
ミックスを非酸化性雰囲気中で1100〜1400℃で
熱処理してコージェライト結晶の粒界の結晶化を促進す
ることにより、前述したような希土類元素のシリケート
結晶相を析出させることができる。
【0031】なお、かかる低抵抗セラミックスにおいて
は、室温における体積固有抵抗が107 Ω・cm以下、
10〜40℃における熱膨張係数1×10-6/℃以下、
相対密度が95%以上の特性を満足することを条件に、
上記のコージェライト成分および希土類元素化合物以外
に、製造上の不可避的不純物や、焼結性や特性向上のた
めに他の成分を含有してもよい。例えば、W、Mo、N
i、Fe、Zr、Sr等の酸化物等が挙げられる。
は、室温における体積固有抵抗が107 Ω・cm以下、
10〜40℃における熱膨張係数1×10-6/℃以下、
相対密度が95%以上の特性を満足することを条件に、
上記のコージェライト成分および希土類元素化合物以外
に、製造上の不可避的不純物や、焼結性や特性向上のた
めに他の成分を含有してもよい。例えば、W、Mo、N
i、Fe、Zr、Sr等の酸化物等が挙げられる。
【0032】このようにして作製される本発明の低抵抗
セラミックスは、半導体製造装置用部材、例えば、半導
体素子を製造する際に用いられる真空装置内の部材、サ
セプタ、真空チャック、静電チャック、ラップ盤あるい
は露光装置におけるステージや、ステージ位置測定用ミ
ラー、あるいはそれらの支持部材、さらには半導体製造
プロセスにおける各種治具などに好適に使用される。特
に、非帯電性が必要とされる、真空チャックなどに最も
好適に使用される。
セラミックスは、半導体製造装置用部材、例えば、半導
体素子を製造する際に用いられる真空装置内の部材、サ
セプタ、真空チャック、静電チャック、ラップ盤あるい
は露光装置におけるステージや、ステージ位置測定用ミ
ラー、あるいはそれらの支持部材、さらには半導体製造
プロセスにおける各種治具などに好適に使用される。特
に、非帯電性が必要とされる、真空チャックなどに最も
好適に使用される。
【0033】
【実施例】(実施例1)純度99%以上、平均粒径が3
μmのコージェライト粉末に対して、平均粒径が1μm
のY2 O3 、Yb2 O3 、Er2 O3 、CeO2 の各希
土類元素酸化物粉末を表1に示す割合で調合後、ボール
ミルで24時間混合した。その混合物をプレス成形した
後、その成形体をカーボン粉末中に埋設(C埋焼き)す
るか、またはカーボン匣鉢内の成形体の周囲にカーボン
粉末を配置(C周囲)して表1の条件で非加圧焼成(P
LS)するか、または成形体をカーボン製プレス型内に
てカーボン粉末中に埋設して、表1に示す条件でホット
プレス焼成(HP)した。
μmのコージェライト粉末に対して、平均粒径が1μm
のY2 O3 、Yb2 O3 、Er2 O3 、CeO2 の各希
土類元素酸化物粉末を表1に示す割合で調合後、ボール
ミルで24時間混合した。その混合物をプレス成形した
後、その成形体をカーボン粉末中に埋設(C埋焼き)す
るか、またはカーボン匣鉢内の成形体の周囲にカーボン
粉末を配置(C周囲)して表1の条件で非加圧焼成(P
LS)するか、または成形体をカーボン製プレス型内に
てカーボン粉末中に埋設して、表1に示す条件でホット
プレス焼成(HP)した。
【0034】得られたセラミックスに対してアルキメデ
ス法によって相対密度を測定した。また、セラミックス
を研磨し、3×4×15mmの大きさに研削加工し、こ
のセラミックスの10〜40℃までの熱膨張係数を測定
した。また、室温における体積固有抵抗を測定した。ま
た、セラミックスの鏡面研磨面を走査型電子顕微鏡によ
って観察し、最大ボイド径を測定した。結果は、表1に
示した。
ス法によって相対密度を測定した。また、セラミックス
を研磨し、3×4×15mmの大きさに研削加工し、こ
のセラミックスの10〜40℃までの熱膨張係数を測定
した。また、室温における体積固有抵抗を測定した。ま
た、セラミックスの鏡面研磨面を走査型電子顕微鏡によ
って観察し、最大ボイド径を測定した。結果は、表1に
示した。
【0035】
【表1】
【0036】表1にみられるように、本発明に基づき、
コージェライトおよび希土類元素酸化物を所定量含有す
る成形体を1300〜1450℃の温度でカーボン埋め
焼きによって焼成することにより、相対密度95%以
上、体積固有抵抗が107 Ω・cm以下の低抵抗のセラ
ミックスを作製することができた。
コージェライトおよび希土類元素酸化物を所定量含有す
る成形体を1300〜1450℃の温度でカーボン埋め
焼きによって焼成することにより、相対密度95%以
上、体積固有抵抗が107 Ω・cm以下の低抵抗のセラ
ミックスを作製することができた。
【0037】しかし、焼成温度が1450℃を越える試
料No.15では、試料の一部が溶融し、焼成温度が90
0℃である試料No.11では、相対密度95%以上に緻
密化できなかった。また、焼成時にカーボンによる埋め
焼きを行わなかった試料No.21は、カーボン量を0.
01重量%以上含有させることができず、室温における
体積固有抵抗が107 Ω・cm以下にならなかった。ま
た、希土類元素酸化物の添加量が20重量%より多い試
料No.6は、1.0×10-6/℃以下の熱膨張特性が達
成できず、希土類元素酸化物量が1重量%未満の試料N
o.1では、相対密度95%以上に緻密化できず、焼成可
能温度領域も±5℃と非常に狭いものであった。焼成時
に100kg/cm2 以上に加圧した試料No.16〜1
9では、最大ボイド径を5μm以下に小さくすることが
できた。
料No.15では、試料の一部が溶融し、焼成温度が90
0℃である試料No.11では、相対密度95%以上に緻
密化できなかった。また、焼成時にカーボンによる埋め
焼きを行わなかった試料No.21は、カーボン量を0.
01重量%以上含有させることができず、室温における
体積固有抵抗が107 Ω・cm以下にならなかった。ま
た、希土類元素酸化物の添加量が20重量%より多い試
料No.6は、1.0×10-6/℃以下の熱膨張特性が達
成できず、希土類元素酸化物量が1重量%未満の試料N
o.1では、相対密度95%以上に緻密化できず、焼成可
能温度領域も±5℃と非常に狭いものであった。焼成時
に100kg/cm2 以上に加圧した試料No.16〜1
9では、最大ボイド径を5μm以下に小さくすることが
できた。
【0038】(実施例2)純度99%以上、平均粒径が
3μmのコージェライト粉末に対して、平均粒径が1μ
mのY2 O3 、Yb2 O3 、Er2 O3 、CeO2 の各
希土類元素酸化物粉末と、炭化によってカーボンを生成
し得るフェノール樹脂をカーボン換算で表2に示す割合
で調合後、ボールミルで24時間混合した。その混合粉
末をプレス成形した後、その成形体を表2に示す条件下
で非加圧焼成(PLS)した。また、上記混合粉末を表
2の条件でホットプレス焼成(HP)した。なお、非加
圧焼成では、カーボン匣鉢内に成形体を設置し、またホ
ットプレス焼成では、カーボン製プレス型を用いた。そ
して、実施例1と同様な評価を行った。
3μmのコージェライト粉末に対して、平均粒径が1μ
mのY2 O3 、Yb2 O3 、Er2 O3 、CeO2 の各
希土類元素酸化物粉末と、炭化によってカーボンを生成
し得るフェノール樹脂をカーボン換算で表2に示す割合
で調合後、ボールミルで24時間混合した。その混合粉
末をプレス成形した後、その成形体を表2に示す条件下
で非加圧焼成(PLS)した。また、上記混合粉末を表
2の条件でホットプレス焼成(HP)した。なお、非加
圧焼成では、カーボン匣鉢内に成形体を設置し、またホ
ットプレス焼成では、カーボン製プレス型を用いた。そ
して、実施例1と同様な評価を行った。
【0039】なお、試料No.42については、カーボン
粉末中にコージェライト、希土類元素酸化物およびカー
ボン源を含有する成形体を埋設して表2の条件で焼成
し、同様に評価を行った。
粉末中にコージェライト、希土類元素酸化物およびカー
ボン源を含有する成形体を埋設して表2の条件で焼成
し、同様に評価を行った。
【0040】
【表2】
【0041】表2にみられるように、本発明に基づき、
コージェライト、希土類元素酸化物およびカーボン源を
所定量含有する原料粉末を酸素分圧0.1気圧以下のカ
ーボン雰囲気で1100〜1450℃の温度で焼成する
ことにより、相対密度95%以上、電気抵抗が107 Ω
・cm以下の特性が達成された。
コージェライト、希土類元素酸化物およびカーボン源を
所定量含有する原料粉末を酸素分圧0.1気圧以下のカ
ーボン雰囲気で1100〜1450℃の温度で焼成する
ことにより、相対密度95%以上、電気抵抗が107 Ω
・cm以下の特性が達成された。
【0042】しかし、焼成温度が1450℃を越える試
料No.36では、試料の一部が溶融し、焼成温度が90
0℃未満の試料No.32では、緻密化が進行しなかっ
た。また、希土類元素酸化物の添加量が20重量%より
多い試料No.27は、熱膨張係数が大きく1.0×10
-6/℃以下の特性が達成できず、希土類元素酸化物量が
1重量%未満の試料No.22では、緻密化が不十分であ
り、焼成可能温度領域も±5℃と非常に狭いものであっ
た。焼成時に100kg/cm2 以上に加圧した試料N
o.37〜40では、最大ボイド径を5μm以下に小さく
することができた。
料No.36では、試料の一部が溶融し、焼成温度が90
0℃未満の試料No.32では、緻密化が進行しなかっ
た。また、希土類元素酸化物の添加量が20重量%より
多い試料No.27は、熱膨張係数が大きく1.0×10
-6/℃以下の特性が達成できず、希土類元素酸化物量が
1重量%未満の試料No.22では、緻密化が不十分であ
り、焼成可能温度領域も±5℃と非常に狭いものであっ
た。焼成時に100kg/cm2 以上に加圧した試料N
o.37〜40では、最大ボイド径を5μm以下に小さく
することができた。
【0043】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の低抵抗セラ
ミックスは、コージェライトの優れた低熱膨張特性を維
持しつつ体積固有抵抗107 Ω・cm以下の低抵抗化を
実現することができる。その結果、この低熱膨張セラミ
ックスをSiウエハ表面に高微細な回路を形成するため
の露光処理を行うなどの露光装置、真空装置などの種々
の部材、特に、半導体ウエハと接触する真空チャックな
どとして用いることにより、雰囲気の温度変化に対して
も寸法の変化がなく、また、部材表面の帯電によるゴミ
の付着防止やプラズマの発生に影響を与えたり、半導体
ウエハと接触した場合において静電気によって破壊する
こともなく、半導体素子製造時の品質と量産性を高める
ことができる。
ミックスは、コージェライトの優れた低熱膨張特性を維
持しつつ体積固有抵抗107 Ω・cm以下の低抵抗化を
実現することができる。その結果、この低熱膨張セラミ
ックスをSiウエハ表面に高微細な回路を形成するため
の露光処理を行うなどの露光装置、真空装置などの種々
の部材、特に、半導体ウエハと接触する真空チャックな
どとして用いることにより、雰囲気の温度変化に対して
も寸法の変化がなく、また、部材表面の帯電によるゴミ
の付着防止やプラズマの発生に影響を与えたり、半導体
ウエハと接触した場合において静電気によって破壊する
こともなく、半導体素子製造時の品質と量産性を高める
ことができる。
Claims (9)
- 【請求項1】コージェライトを主成分とし、希土類元素
を酸化物換算で1〜20重量%、カーボンを0.01〜
2.0重量%の割合で含有するとともに、10〜40℃
における熱膨張係数1×10-6/℃以下、相対密度95
%以上、室温における体積固有抵抗が107 Ω・cm以
下であることを特徴とする低抵抗セラミックス。 - 【請求項2】コージェライト結晶の粒界に、希土類元素
のシリケート結晶相が存在することを特徴とする請求項
1記載の低抵抗セラミックス。 - 【請求項3】コージェライト粉末を主成分とし、希土類
元素酸化物を1〜20重量%およびカーボン源を含有す
る混合粉末または成形体を酸素分圧が0.2気圧以下の
不活性雰囲気または非酸化性雰囲気中で1100〜14
50℃の温度で焼成して、カーボン含有量が0.01〜
2.0重量%、相対密度95%以上のセラミックスを得
ることを特徴とする低抵抗セラミックスの製造方法。 - 【請求項4】前記焼成を、100kg/cm2 以上の加
圧下で行うことを特徴とする請求項3記載の低抵抗セラ
ミックスの製造方法。 - 【請求項5】コージェライトを主成分とし、希土類元素
酸化物を1〜20重量%の割合で含有する成形体を酸素
分圧が0.2気圧以下のカーボンを含む還元雰囲気中に
て、1100〜1450℃の温度で焼成し、前記雰囲気
から成形体中にカーボンを含浸せしめ、カーボン含有量
が0.01〜2.0重量%、相対密度95%以上のセラ
ミックスを得ることを特徴とする低抵抗セラミックスの
製造方法。 - 【請求項6】前記焼成を、前記成形体の周囲にカーボン
粉末を配置して行うことを特徴とする請求項5記載の低
抵抗セラミックスの製造方法。 - 【請求項7】前記焼成を、100kg/cm2 以上の加
圧下で行うことを特徴とする請求項5または請求項6記
載の低抵抗セラミックスの製造方法。 - 【請求項8】コージェライトを主成分とし、希土類元素
酸化物を1〜20重量%、カーボンを0.01〜2.0
重量%の割合で含有するとともに、10〜40℃におけ
る熱膨張係数1×10-6/℃以下、相対密度が95%以
上、室温における体積固有抵抗が107 Ω・cm以下の
セラミックスからなることを特徴とする半導体製造装置
用部材。 - 【請求項9】少なくとも半導体ウエハと接触する部材か
らなる請求項8記載の半導体製造装置用部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11043861A JP2000247732A (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | 低抵抗セラミックス及びその製造方法、並びに半導体製造装置用部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11043861A JP2000247732A (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | 低抵抗セラミックス及びその製造方法、並びに半導体製造装置用部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000247732A true JP2000247732A (ja) | 2000-09-12 |
Family
ID=12675492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11043861A Pending JP2000247732A (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | 低抵抗セラミックス及びその製造方法、並びに半導体製造装置用部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000247732A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002321967A (ja) * | 2001-04-24 | 2002-11-08 | Toray Ind Inc | 低熱膨張セラミックス |
| JP2003137644A (ja) * | 2001-11-05 | 2003-05-14 | Nippon Tungsten Co Ltd | 低熱膨張セラミックスおよびそれを用いた超精密機械構造用部材、測定機器部材および半導体製造装置用部材および低熱膨張セラミックスの製造方法 |
| JP5409917B2 (ja) * | 2010-07-26 | 2014-02-05 | 京セラ株式会社 | 静電チャック |
| CN118580058A (zh) * | 2024-05-08 | 2024-09-03 | 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 | 一种高压断路器用合闸电阻碳陶瓷材料及其制备方法 |
| CN120441302A (zh) * | 2025-07-11 | 2025-08-08 | 西安交通大学 | 一种碳复合陶瓷线性电阻及其制备方法 |
-
1999
- 1999-02-22 JP JP11043861A patent/JP2000247732A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002321967A (ja) * | 2001-04-24 | 2002-11-08 | Toray Ind Inc | 低熱膨張セラミックス |
| JP2003137644A (ja) * | 2001-11-05 | 2003-05-14 | Nippon Tungsten Co Ltd | 低熱膨張セラミックスおよびそれを用いた超精密機械構造用部材、測定機器部材および半導体製造装置用部材および低熱膨張セラミックスの製造方法 |
| JP5409917B2 (ja) * | 2010-07-26 | 2014-02-05 | 京セラ株式会社 | 静電チャック |
| CN118580058A (zh) * | 2024-05-08 | 2024-09-03 | 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 | 一种高压断路器用合闸电阻碳陶瓷材料及其制备方法 |
| CN120441302A (zh) * | 2025-07-11 | 2025-08-08 | 西安交通大学 | 一种碳复合陶瓷线性电阻及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
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|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
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|
| A02 | Decision of refusal |
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