JP2012178552A

JP2012178552A - 静電チャック部材

Info

Publication number: JP2012178552A
Application number: JP2012016943A
Authority: JP
Inventors: Hirokuni Kugimoto; 弘訓釘本; Kazuto Ando; 和人安藤
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2012-09-13
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: JP6015012B2; US20150070815A1; WO2013114654A1

Abstract

【課題】フッ素系腐食性ガス、塩素系腐食性ガス等のハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマ中で用いられ、十分な吸着力と機械的強度を有する静電チャック部材を提供する。
【解決手段】酸化イットリウムアルミニウムのイットリウムの一部を、イットリウムを除く希土類元素（ＲＥ）で置換してなる複合酸化物焼結体からなり、イットリウムの原子数（Ｎ_Y）とイットリウムを除く希土類元素の原子数（Ｎ_RE）との和（Ｎ_Y＋Ｎ_RE）に対する、イットリウムを除く希土類元素の原子数（Ｎ_RE）の比［Ｎ_RE／（Ｎ_Y＋Ｎ_RE）］が０．０１以上０．５未満であり、体積抵抗値が１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以上１×１０¹⁵Ω・ｃｍ未満である静電チャック部材である。
【選択図】なし

Description

本発明は、静電チャック装置に用いられる静電チャック部材に関する。

従来、ＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の半導体製造ラインにおいては、フッ素系腐食性ガス、塩素系腐食性ガス等のハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマを用いる工程がある。なかでもドライエッチング、プラズマエッチング、クリーニング等の工程において、ＣＦ₄、ＳＦ₆、ＨＦ、ＮＦ₃、Ｆ₂等のフッ素系ガスや、Ｃｌ₂、ＳｉＣｌ₄、ＢＣｌ₃、ＨＣｌ等の塩素系ガスが用いられることから、半導体製造装置の構成部材には優れた耐食性が求められている。

ここで、半導体製造ラインにおいて使用されるＣＶＤ装置、スパッタリング装置等の成膜装置あるいは微細加工を施すためのエッチング装置等においては、ウェハを保持するためにチャック装置が用いられる。チャック装置としては種々のものが知られているが、ウェハ平面度の矯正や均熱性等を考慮して静電チャック方式が用いられるようになってきている。

半導体製造ラインにおいて優れた耐食性を発揮し得る静電チャック用の耐食材料として、最近の開発では、酸化イットリウムアルミニウム結晶構造中にイットリウムを除く希土類酸化物（ＲＥ₂Ｏ₃）を添加した材料が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００４−３１５３０８号公報特開２００１−１５１５５９号公報特開平１０−２３６８７１号公報

静電チャックは半導体製造装置内でウエハを固定する部材であり、電圧印加により表面に生成した表面電荷により大きな吸着力を得るために、誘電分極（比誘電率）が高いことが求められる。しかしながら、上述した従来の耐食性材料（特許文献１〜３）では、比誘電率が低く吸着力は小さい。吸着力を増加させるためには静電チャック材料の厚さを小さくする方法があるが、耐電圧が下がり、静電チャックとして用いた場合に十分な電圧が掛けられないことや、加工中に割れてしまう等の問題があった。

そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、フッ素系腐食性ガス、塩素系腐食性ガス等のハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマ中で用いられ、十分な吸着力と機械的強度を有する静電チャック部材を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意検討した結果、部材の少なくとも腐食性ガス又はそのプラズマに曝される部位を、酸化イットリウムアルミニウムのイットリウムの一部を、イットリウムを除く希土類元素（ＲＥ）で置換してなる複合酸化物焼結体とし、該焼結体において、イットリウムの原子数（Ｎ_Y）とイットリウムを除く希土類元素の原子数（Ｎ_RE）の和（Ｎ_Y＋Ｎ_RE）に対するイットリウムを除く希土類元素の原子数（Ｎ_RE）の比［Ｎ_RE／（Ｎ_Y＋Ｎ_RE）］を０．０１以上０．５未満とし、かつ焼結体の体積抵抗値が１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以上１×１０¹⁵Ω・ｃｍ未満にすることにより、比誘電率が低くても十分な吸着力と機械的強度を有する静電チャック部材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は下記の通りである。

［１］酸化イットリウムアルミニウムのイットリウムの一部を、イットリウムを除く希土類元素（ＲＥ）で置換してなる複合酸化物焼結体からなり、
イットリウムの原子数（Ｎ_Y）とイットリウムを除く希土類元素の原子数（Ｎ_RE）との和（Ｎ_Y＋Ｎ_RE）に対する、イットリウムを除く希土類元素の原子数（Ｎ_RE）の比［Ｎ_RE／（Ｎ_Y＋Ｎ_RE）］が０．０１以上０．５未満であり、
前記複合酸化物焼結体の体積抵抗値が１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以上１×１０¹⁵Ω・ｃｍ未満である静電チャック部材。

［２］前記複合酸化物焼結体の平均粒子径が０．５μｍ以上３０μｍ以下である［１］に記載の静電チャック部材。
［３］前記複合酸化物焼結体の誘電損失（ｔａｎδ）が４０Ｈｚにおいて０．０１以上１未満であり、１ｋＨｚにおいて０．００１以上０．１未満であり、１ＭＨｚにおいて０．００１以下である［１］又は［２］に記載の静電チャック部材。
［４］前記イットリウムを除く希土類元素（ＲＥ）は、サマリウム及び／又はガドリニウムである［１］〜［３］のいずれかに記載の静電チャック部材。
［５］前記複合酸化物焼結体において、含有するガーネット型結晶相の格子定数が、１．２００５ｎｍより大きく１．２０６０ｎｍ以下である［１］〜［４］のいずれかに記載の静電チャック部材。

本発明によれば、フッ素系腐食性ガス、塩素系腐食性ガス等のハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマ中で用いられ、十分な吸着力と機械的強度を有する静電チャック部材を提供することができる。

実施例１，８及び比較例１の焼結体の印加電圧と吸着力との関係を示す図である。

本発明の静電チャック部材は、酸化イットリウムアルミニウムのイットリウムの一部を、イットリウムを除く希土類元素（ＲＥ）で置換してなる複合酸化物焼結体からなる。

ここで、セラミックスマトリックス中に第２相成分を導入して導電性を発現させ、吸着力を向上させた既知の文献としては以下のようなものがある。
Effect of Additives on the Electrostatic Force of Alumina Electrostatic Chucks（Toshiya WATANABE and Tetsuo KITABAYASHI, Journal of the Ceramic Society of Japan 100[1]1-6(1992)）及び特開２００３−１８８２４７号公報は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックスにチタニア（ＴｉＯ₂）セラミックスを導入し、還元雰囲気で焼成することにより導電性を付与し体積抵抗値を減少させ、クーロン力に加え、ジョンソン・ラーベック力が働くことにより吸着力が増加するというものである。
また、特許第３３７０５３２号公報及び特開２００７−２５４１６４号公報は、同様に窒化アルミニウムに窒化チタンや（Ｓｍ、Ｃｅ）Ａｌ₁₁Ｏ₁₈を添加したものを報告している。
しかし、酸化イットリウムアルミニウムセラミックスで同様の報告はない。

これまでの金属酸化物からなる静電チャックは、体積抵抗（／Ω・ｃｍ）が１×１０¹⁴以上あり、クーロン型の静電チャックの特性を示す。そのため、吸着力は誘電率と印加電圧に比例し、厚さに反比例する。本発明者らは、印加電圧と厚さを調整しても、１ＭＨｚ以下の周波数領域で１０未満かつ１ｋＨｚ以下の周波数領域において３０未満の誘電率では十分な吸着力が得られないことを見出していた。しかし、１ＭＨｚ以下の周波数領域で１０未満かつ１ｋＨｚ以下の周波数領域において３０未満の誘電率であっても、酸化イットリウムアルミニウム結晶相中のイットリウムの一部をイットリウムを除く希土類元素（ＲＥ）で置換することにより体積抵抗値が下がり、十分な吸着力が得られることを見出した。

これは、酸化イットリウムアルミニウムのイットリウムの一部を希土類元素（ＲＥ）で置換することにより導電性が発現するためであり、酸化イットリウムアルミニウムの体積抵抗値を下げる効果がある。そのため本来酸化イットリウムアルミニウムが誘電分極により発生するクーロン力に加え、電子伝導が関与するジョンソン・ラーベック力が付与されるため、吸着力が上昇するものと推察される。

本発明の静電チャック部材は、イットリウムの原子数（Ｎ_Y）とイットリウムを除く希土類元素の原子数（Ｎ_RE）との和（Ｎ_Y＋Ｎ_RE）に対する、イットリウムを除く希土類元素の原子数（Ｎ_RE）の比［Ｎ_RE／（Ｎ_Y＋Ｎ_RE）］が、０．０１以上０．５未満となっている。
０．０１未満では十分な耐腐食性の効果が認められない。また、０．５以上ではＲＥＡｌＯ₃が異常粒成長するため機械的強度の低下を招く。上記比［Ｎ_RE／（Ｎ_Y＋Ｎ_RE）］は、０．０５以上０．５未満であることが好ましく、０．１以上０．４以下であることがより好ましい。

また、本発明の静電チャック部材は、複合酸化物焼結体の体積抵抗値が１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以上１×１０¹⁵Ω・ｃｍ未満であることを要する。体積抵抗値が１×１０¹⁰Ω・ｃｍ未満ではリーク電流によりシリコンウエハとセラミックス誘電体にダメージを与える。また、１×１０¹⁵Ω・ｃｍを超えるとジョンソン・ラーベック力が働かないために十分な吸着力が得られない。体積抵抗値は１×１０¹¹Ω・ｃｍ以上１×１０¹⁴Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。

複合酸化物焼結体中における平均粒子径は０．５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。
平均粒子径が０．５μｍ以上であると、十分な体積抵抗が得られやすくなって十分な吸着力を発揮することができる。また、３０μｍ以下であると、密度及び機械的強度の低下を抑えることが可能で、腐食性ガス又はそのプラズマ中で脱落や放電による損傷を防ぎことができる。

複合酸化物焼結体の誘電損失（ｔａｎ^TM）は、４０Ｈｚにおいて０．０１以上１未満、１ｋＨｚにおいて０．００１以上０．１未満、１ＭＨｚにおいて０．００１以下であることが好ましい。このような範囲に制御することにより比誘電率が小さくても十分な吸着力を得ることができる。
なお、焼結体の誘電損失が４０Ｈｚにおいて０．０１未満１以上、１ｋＨｚにおいて０．００１未満０．１以上では適当な体積抵抗値が得られない場合がある。また、１ＭＨｚにおいて０．００１より大きな値ではプラズマエッチング工程中に発熱し、温度上昇による吸着力のバラツキや破損の原因となる場合がある。

希土類元素（ＲＥ）は、サマリウム（Ｓｍ）、ガドリニウム（Ｇｄ）から選択されることが耐腐食性の改善効果を考慮すると好ましい。この場合、ＳｍとＧｄを同時に含んでもよい。これらの希土類元素を含むことにより十分な耐腐食性が得られる。

酸化イットリウムアルミニウムのイットリウムの一部を、イットリウムを除く希土類元素（ＲＥ）で置換してなる複合酸化物は、結晶構造として特に限定されないが、ガーネット型単相であるのが機械的強度に優れるため好ましい。しかし、ペロブスカイト型結晶相又は単斜晶系結晶相でもよく、２つの結晶構造を含んでも良い。この複合酸化物では、上記の結晶構造を有することにより、実用上問題ない機械的強度が得られる。

上記複合酸化物焼結体において、含有するガーネット型結晶相の格子定数は１．２００５ｎｍより大きく１．２０６０ｎｍ以下であることが好ましく、さらには、１．２０１０ｎｍ以上１．２０５０ｎｍ以下であることがより好ましい。
格子定数の増加は、酸化イットリウムアルミニウのイットリウムの一部をイットリム（Ｙ）イオン（イオン半径：０．１０４ｎｍ）より大きなサマリウム（Ｓｍ）イオン（イオン半径：０．１０９ｎｍ）あるいはガドリニウム（Ｇｄ）イオン（イオン半径：０．１０７ｎｍ）で置換することにより起こると考えられ、置換の割合を示す指標となる。
格子定数が１．２００５ｎｍ以下では、酸化イットリウムアルミニウムへのサマリウム及びガドリニウムの置換量が少ないため、適当な体積抵抗値が得られない。また、１．２０６０ｎｍを超えると置換上限量となり、ＲＥＡｌＯ₃（ＲＥ＝ＳｍあるいはＧｄ）斜方晶粒子が副生成し、熱膨張係数の異なる材料の混入により曲げ強度が低下する原因となる。

本実施形態の静電チャック部材は、例えば、次のようにして製造することができる。
まず、原料粉末である、一次粒子の平均粒径が０．０１〜１．０μｍの、市販の酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）粉末と、市販の酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）粉末、及び市販の酸化サマリウム（Ｓｍ₂Ｏ₃）粉末、市販の酸化ガドリニウム（Ｇｄ₂Ｏ₃）粉末を用い、それぞれ所定の比率で混合する。
ここで、原料粉末の平均粒径が０．０１μｍ未満であると価格が高く、商業上の問題が生じる場合がある。また、１．０μｍより大きくなると焼結性が悪く密度の低下を招くことがあり、焼結体中の粒子径が大きくなることにより腐食性ガス又はそのプラズマ中での劣化が早まる場合がある。

原料粉末の混合には溶媒を含んだ方がよい。溶媒に特に指定はなく、例えば、水、アルコール類等が挙げられる。また、原料粉末の混合には分散剤を含んでもよい。分散剤に特に指定はなく、粒子表面に吸着し分散効率を上げるものを使用する。さらには、金属不純物を低減するため対イオンとして金属イオンを含まないものが望ましい。分散剤は異粒子同士のヘテロ凝集を防止する意味でも添加される。

さらに、原料粉末の混合には、分散機を用いるのが効率的である。分散機により粒子表面への分散剤の吸着を効率よくすると共に異粒子同士の均一な混合が可能となる。分散機は特に指定はなく、例えば、超音波、遊星ボールミル、ボールミル、サンドミル等のメディアを用いた分散機や、超高圧粉砕分散機等のメディアレス分散機が挙げられる。特にボールミルを用いた分散機を採用する場合は、径が１〜５ｍｍのアルミナ製のボールを使用すると、所望の体積抵抗値が得られやすくなり好ましい。アルミナ製のボールの径が小さくなるほど微粒子の混合・分散効率がよくなり、体積抵抗率が低下しやすくなる。また、メディアレス分散機はコンタミの混入が少なく半導体製造装置用の耐食性部材には特に有利である。

次いで、この混合粉末を周知の方法で造粒し顆粒を作製する。顆粒は周知の成型手段により所定形状に成型する。その後、この成型体を、大気中、５０〜６００℃にて脱脂した後、大気中又は不活性雰囲気中、１４００℃〜１８００℃、好ましくは１５５０℃〜１７５０℃にて１〜１０時間焼成することにより、９８％以上の焼結密度を有する緻密な焼結体を作製することができる。１４００℃以下では焼結が進まず密度が上がらない。また、１８００℃以上では溶融が起こるため好ましくない。
焼成方法としては、常圧焼結でもよいが、緻密化のためにはホットプレス、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）等の加圧焼成法が好ましい。加圧焼成時の加圧力は特に制限はないが、通常、１０〜４０ＭＰａ程度である。

以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明する。
［実施例１〜１５］
（原料スラリー及び顆粒の作製）
いずれも透過型電子顕微鏡により計測される一次粒子の平均粒子径が０．１mｍの市販の酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）粉末と、市販の酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）粉末、及び市販の酸化サマリウム（Ｓｍ₂Ｏ₃）粉末、市販の酸化ガドリニウム（Ｇｄ₂Ｏ₃）粉末を用いて、表１−１に示す組成となるように秤量する。これらの混合粉末を調整し、水を溶媒としてφ１ｍｍ〜φ５ｍｍのアルミナボールを用いたボールミルにより湿式混合し、スプレードライにより造粒し混合顆粒とした。

（成型体及び焼結体の作製）
次いで、この混合粉末を周知の成型手段（一軸加圧成型（金型成型））により所定形状に成型して成型体を作製した。次いで、ホットプレスを用いて、アルゴンガス中、１６００℃にて２時間、加圧焼成して焼結体を作製した。この際の加圧力は２０ＭＰａである。

［比較例１〜７］
実施例１〜１５と同様の手法により、表１−１に示す組成となるように焼結体を作製した。

次いで、上記実施例と比較例の焼結体を評価した。評価結果を表１−２に示す。なお、評価項目及び評価方法は次のとおりである。

（１）金属酸化物粉末原料の一次平均粒径
透過型電子顕微鏡［日立製作所製、機種名「Ｈ−８００」］を用いて測定した。

（２）相対密度測定
アルキメデス法により、焼結体の密度を測定し、下記により求めた理論密度に対する割合（相対密度）を算出した。
＜理論密度＞
理論密度＝単位胞重量（ｇ）／単位胞体積（ｃｍ³）
単位胞重量：（酸化イットリウムアルミニウム結晶相の各単位胞重量×各結晶相のｍｏｌ％）＋（ＲＥＡｌＯ₃結晶相の各単位胞重量×各結晶相のｍｏｌ％）
単位胞体積：（酸化イットリウムアルミニウム結晶相の各単位胞体積×各結晶相のｍｏｌ％）＋（ＲＥＡｌＯ₃結晶相の各単位胞体積×各結晶相のｍｏｌ％）
なお、酸化イットリウムアルミニウムとＲＥＡｌＯ₃の各結晶相のｍｏｌ％は、原料粉体の仕込み量およびＸ線回折ピーク強度から推測して算出した。

（３）複合酸化物焼結体の平均粒子径
焼結体表面を鏡面研磨した後、１３００℃で３０分のサーマルエッチングを施し、走査型電子顕微鏡［日立製作所社製、機種名「Ｓ−４０００」］を用いて、任意５点のＳＥＭ像から平均粒子径を測定した。
なお、任意５点のＳＥＭ像は、各点において、１０００倍スケールで１００μｍ×７０μｍ長方形範囲内の粒子について測定した。

（４）焼結体における結晶相の同定
粉末Ｘ線回折法により、Ｘ線回折装置として、ＰＡＮａｌｙｔｉａｌ社製、機種名「Ｘ’ ＰｅｒｔＰＲＯＭＰＤ」を用いて、結晶相の同定を行った。表１−１中、ＧとＭは酸化イットリウムアルミニウムのガーネット型結晶相および単斜晶系結晶相をそれぞれ表している。また、ＯはＲＥＡｌＯ₃の斜方晶系結晶相を表している。
（５）格子定数の測定
粉末Ｘ線回折法により、上記Ｘ線回折装置を用いて格子定数の測定を行った。焼結体は粉砕して粉末状とし内部標準法により、ガーネット型結晶相に同定される２θが９０°付近の６個以上のピークを用いることにより格子定数を計算した。

（６）焼結体の比誘電率、誘電損失
４０Ｈｚ、１ｋＨｚ、１ＭＨｚの周波数における誘電率、誘電損失を、測定機器としてＡｇｉｌｅｎｔ社製、機種名「Ａｇｉｌｅｎｔ４２９４Ａプレシジョン・インピーダンス・アナライザー」を用いて測定した。焼結体は６０ｍｍ×６０ｍｍ×２ｍｍに加工したものを用いた。

（７）固有体積抵抗値
固有体積抵抗値は３端子法にて測定した。測定機器としてアドバンテスト社製、機種名「デジタル超高抵抗／電流計Ｒ８３０４０Ａ」を用いて、印加電圧５００Ｖ、保持時間６０秒での電流値から、換算して求めた。焼結体は６０ｍｍ×６０ｍｍ×１ｍｍに加工したものを用いた。

（８）焼結体の吸着力
焼結体を厚さ０．５ｍｍに加工し、アルミナセラミックス／電極／焼結体の構成で接着し、印加電圧０．５ｋＶ、１．０ｋＶ、１．５ｋＶ、２．０ｋＶ、２．５ｋＶにて、印加時間６０秒、真空中（＜０．５Ｐａ）の条件で、２インチのシリコンウエハに対する吸着力を測定した。測定はロードセルを用いた引き剥がしにより行い、そのとき発生した最大引き剥がし応力を吸着力とした。
なお、図１に、実施例１，８及び比較例１の焼結体の上記印加電圧における吸着力の測定結果を示す。図１中の点線は、各印加電圧においてクーロン力型静電チャックの吸着力を後述する式（１）から求めた結果を示すものである。当該点線よりも各例の測定結果が上方にあるほど、クーロン力に加え、ジョンソン・ラーベック力が働くことにより吸着力が増加したことを示す。
また、表１−２には各実施例及び比較例の焼結体の１．５ｋＶにおける吸着力の測定結果を示す。

（９）焼結体の四点曲げ強度
試料から、ＪＩＳＲ１６０１に準じる試験片を切り出し、ＩＮＳＴＲＯＮ社製、機種名「インストロン４２０６型万能材料試験機」を用い、四点曲げ試験にて曲げ強度（１０本平均）を測定した。

（１０）焼結体の消耗速度（エッチングレート）
試料から、１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍの板状体を切り出し、一方の面を鏡面研磨し、この研磨面を試験面とする試験片を作製した。次いで、この試験片をアセトン洗浄した後、その重量を測定し、プラズマエッチング装置のチャンバー内に設置した。次いで、このチャンバー内にＣＦ₄ガス及びマイクロ波（１００Ｗ）を導入してＣＦ₄プラズマを発生させ、このＣＦ₄プラズマに各試験片を暴露させた。その後、この試験片の暴露後の重量を測定し、暴露前後の重量変化から消耗速度（エッチングレート）を算出し、耐食性の評価とした。
なお、暴露条件は、雰囲気圧：１１ｔｏｒｒ、暴露時間：１０分、暴露温度：９００℃である。

上記の評価結果により、次の事項が判明した。
実施例１〜３のように酸化イットリウムアルミニウムに酸化サマリウム（Ｓｍ₂Ｏ₃）を導入した組成では、相対密度が９８％以上で緻密化しておりガーネット型の結晶構造であった。また、格子定数は１．２０２ｎｍ程度であった。焼結温度の上昇に伴い、平均粒子径が大きくなると共に、周波数４０Ｈｚと１ｋＨｚの誘電損失は増加し、体積抵抗値は低下し、吸着力は増加する傾向にあった。比誘電率は７．５〜８と低いが、吸着力は印加電圧１．５ｋＶ以上において２０ｋＰａ以上と大きな値となった。クーロン力型静電チャックの吸着力は以下の式で表される。印加電圧１．５ｋＶにおける計算値は２．５ｋＰａ程度であるので８倍ほどの値となっている（図１参照）。

Ｆ＝１／２ε₀ε_r ²（Ｖ／ｄ）² 式（１）
上記式（１）において、ε₀は真空の誘電率であり、ε_rは誘電体の誘電率であり、Ｖ：印加電圧（Ｖ）であり、ｄは誘電体の厚み（ｍ）である。

これらの結果は、酸化イットリムアルミニウムに酸化サマリウムを導入することにより電気伝導性が発現することを現している。そして、体積抵抗値の減少に伴いシリコンウエハと焼結体表面のギャップに微少電流が流れ誘電分極を起こし、クーロン力と共にジョンソン・ラーベック力が働いたために吸着力が増加したものと考えられる。また、曲げ強度と消耗速度は実用上十分な値であった。

実施例４でＡｌ₂Ｏ₃−Ｙ₂Ｏ₃−Ｓｍ₂Ｏ₃の組成を変化させて、酸化イットリウムアルミニウム結晶構造をガーネット型と単斜晶型の混晶体にしたが、実施例１〜３とほぼ同様の結果であった。
また、実施例５〜７のように原子比（Ｎ_RE／Ｎ_Y＋Ｎ_RE）を０．２から０．４まで増加させると、平均粒子径と格子定数が大きくなると共に、周波数４０Ｈｚと１ｋＨｚの誘電損失は増加し、体積抵抗値は低下し、吸着力が増加する傾向にあった。ここで、Ｎ_RE／Ｎ_Y＋Ｎ_REは希土類元素の比率がイットリウムの原子数（Ｎ_Y）とサマリウム及びガドリニウムのうちいずれか一方又は双方の原子数（Ｎ_RE）の和（Ｎ_Y＋Ｎ_RE）に対するサマリウム及びガドリニウムのうちいずれか一方又は双方の原子数（Ｎ_RE）の比を表している。
実施例８〜１４は、実施例１〜７の組成の酸化サマリウムを酸化ガドリニウムに変更して実施したが、酸化サマリウムを導入した場合と同様の結果が得られた。
実施例１５は、酸化イットリウムアルミニウムに希土類酸化物として酸化サマリウムと酸化ガドリニウムを同時に導入した系である。この系においても実施例２や９と同様の結果が得られ、大きな吸着力と共に、実用上十分な曲げ強度と消耗速度が得られた。

比較例１は、酸化イットリウムアルミニウム単体であるが、希土類元素の導入がないと周波数４０Ｈｚと１ｋＨｚの誘電損失は０．０１、０．００１よりそれぞれ小さく、格子定数も１．２００５ｎｍと小さな値を示した。また、体積抵抗値は１×１０¹⁵Ω・ｃｍ以上あり、印加電圧１．５ｋＶにおける吸着力は７ｋＰａと小さい。さらに、消耗速度も０．１μｍ／分以上であり耐腐食性に劣ることが分かる。
比較例２と３では原子比（Ｎ_RE／Ｎ_Y＋Ｎ_RE）を０．５と増加させ、導入する希土類酸化物量を増加させた系であるが、格子定数は１．２０６０ｎｍ以上と大きな値を示すと共に、斜方晶系結晶相であるＲＥＡｌＯ₃が（ＲＥ＝Ｓｍ又はＧｄ）副生成物として生成しており、熱膨張係数の異なる材料の混入により曲げ強度が低下する原因となっている。
比較例４と６のように焼結温度が低い場合、平均粒子径は０．５μｍより小さく、周波数４０Ｈｚと１ｋＨｚの誘電損失は０．０１、０．００１よりそれぞれ小さく、体積抵抗値は１×１０¹⁵Ω・ｃｍ以上であり、印加電圧１．５ｋＶにおける吸着力は５ｋＰａと小さい。体積抵抗値が高い原因としては、焼結温度が低い場合、酸化イットリウムアルミニウムのイットリウムサイトへの希土類元素（ＲＥ）の置換が起こりにくいためであり、格子定数は１．２００５ｎｍと小さな値を示した。さらには、未反応の絶縁性の高い層が存在するためであると考えられる。逆に、比較例５と７のように焼結温度を高くしたものでは、吸着力は十分であるが曲げ強度や消耗速度が劣る。また、体積抵抗値が１×１０¹⁰以下であり、１ＭＨｚの誘電損失が０．００１以上あるため、プラズマエッチング工程中でのシリコンウエハやセラミックス誘電体層へのダメージが懸念される。

以上説明したように、本発明の静電チャック部材によれば、ハロゲン系腐食性ガス又はそのプラズマに曝される部位を、酸化イットリウムアルミニウムのイットリウムの一部を、イットリウムを除く希土類元素（ＲＥ）で置換した焼結体において、添加する希土類酸化物量、焼結体の誘電損失、体積抵抗値を制御することにより、上記の腐食性ガスやプラズマに曝されても劣化や、パーティクルの発生は起こらず、半導体製造用静電チャックとして１．５ｋＶの印加電圧で１０ｋＰａ以上と商業上十分な吸着力を有することができる。
また、吸着力の増加により、従来の金属酸化物に比べると誘電体層の厚みを上げることができるため、耐電圧も上がり、操業時の破損のリスクが減る。また、加工中に割れるリスクも減る。

Claims

酸化イットリウムアルミニウムのイットリウムの一部を、イットリウムを除く希土類元素（ＲＥ）で置換してなる複合酸化物焼結体からなり、
イットリウムの原子数（Ｎ_Y）とイットリウムを除く希土類元素の原子数（Ｎ_RE）との和（Ｎ_Y＋Ｎ_RE）に対する、イットリウムを除く希土類元素の原子数（Ｎ_RE）の比［Ｎ_RE／（Ｎ_Y＋Ｎ_RE）］が０．０１以上０．５未満であり、
前記複合酸化物焼結体の体積抵抗値が１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以上１×１０¹⁵Ω・ｃｍ未満である静電チャック部材。
前記複合酸化物焼結体の平均粒子径が０．５μｍ以上３０μｍ以下である請求項１に記載の静電チャック部材。
前記複合酸化物焼結体の誘電損失（ｔａｎδ）が４０Ｈｚにおいて０．０１以上１未満であり、１ｋＨｚにおいて０．００１以上０．１未満であり、１ＭＨｚにおいて０．００１以下である請求項１又は２に記載の静電チャック部材。
前記イットリウムを除く希土類元素（ＲＥ）は、サマリウム及び／又はガドリニウムである請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電チャック部材。
前記複合酸化物焼結体において、含有するガーネット型結晶相の格子定数が、１．２００５ｎｍより大きく１．２０６０ｎｍ以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電チャック部材。