JPH11214493A - Electrostatic chuck - Google Patents
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- JPH11214493A JPH11214493A JP10015833A JP1583398A JPH11214493A JP H11214493 A JPH11214493 A JP H11214493A JP 10015833 A JP10015833 A JP 10015833A JP 1583398 A JP1583398 A JP 1583398A JP H11214493 A JPH11214493 A JP H11214493A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】0〜50℃の温度範囲内において、ジョンソン
・ラーベック力による高い吸着力が得られる窒化アルミ
ニウム製静電チャックを提供する。
【解決手段】被固定物吸着面5が、窒化アルミニウムを
主成分とするセラミックスからなる静電チャック1であ
って、前記セラミックスが、少なくともセリウム(C
e)を酸化物換算で5〜20体積%を含むとともに、C
e3+/Ce4+の原子比を1〜3の範囲に制御することに
より、0℃から50℃の温度範囲において体積固有抵抗
が108 〜1012Ω−cmとすることができ、これによ
り低温域においてのジョンソン・ラーベック力による高
い吸着力を得ることができる。
(57) [Problem] To provide an aluminum nitride electrostatic chuck capable of obtaining a high adsorption force by Johnson-Rahbek force in a temperature range of 0 to 50 ° C. An object chucking surface (5) is an electrostatic chuck (1) made of a ceramic containing aluminum nitride as a main component, and the ceramic is made of at least cerium (C).
e) containing 5 to 20% by volume in terms of oxide, and C
By controlling the atomic ratio of e 3+ / Ce 4+ to a range of 1 to 3, the volume resistivity can be set to 10 8 to 10 12 Ω-cm in a temperature range of 0 ° C. to 50 ° C. Thereby, a high adsorption force due to the Johnson-Rahbek force in a low temperature region can be obtained.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、被固定物を静電吸
着力によって吸着保持する静電チャックに関するもので
あり、主に半導体装置や液晶基板などの製造工程におい
て半導体ウエハやガラス基板などの被固定物を保持する
のに用いるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic chuck for adsorbing and holding an object to be fixed by an electrostatic attraction force, and is mainly used for manufacturing semiconductor devices, liquid crystal substrates and the like in the process of manufacturing semiconductor wafers and glass substrates. It is used to hold an object to be fixed.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、半導体製造工程において、半導体
ウエハに微細加工を施すためのエッチング工程や薄膜を
形成するための成膜工程、あるいはフォトレジストに対
する露光処理工程等においては、半導体ウエハを保持す
るために静電チャックが使用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor manufacturing process, a semiconductor wafer is held in an etching process for performing fine processing on a semiconductor wafer, a film forming process for forming a thin film, or an exposure process for a photoresist. Therefore, an electrostatic chuck is used.
【0003】この種の静電チャックは、絶縁基体と誘電
体層との間に静電吸着用電極を備え、上記誘電体層の上
面を吸着面としたものであり、この吸着面に被固定物で
ある半導体ウエハを載置して静電吸着用電極と半導体ウ
エハとの間に電圧を印加することで誘電分極によるクー
ロン力やジョンソンラーベック力を発現させてウエハを
吸着保持するものである。[0003] This type of electrostatic chuck has an electrode for electrostatic attraction between an insulating base and a dielectric layer, and has an upper surface of the dielectric layer as an attraction surface, and is fixed to the attraction surface. A semiconductor wafer, which is an object, is placed and a voltage is applied between the electrostatic chucking electrode and the semiconductor wafer to generate Coulomb force or Johnson-Rahbek force due to dielectric polarization to hold the wafer by suction. .
【0004】また、絶縁基体と誘電体層との間に複数枚
の静電吸着用電極を設け、これらの電極間に電圧を印加
することで吸着面に載置したウエハを吸着保持するよう
にした双極型のものも知られている。Further, a plurality of electrostatic chucking electrodes are provided between the insulating base and the dielectric layer, and a voltage is applied between these electrodes so that the wafer mounted on the chucking surface is held by suction. A bipolar type is also known.
【0005】そして、これらの静電チャックを構成する
誘電体層には、ウエハの脱着に伴う摺動摩耗が少なく、
また、各種処理工程で使用される腐食性ガスによって腐
食し難いことが要求され、このような要求特性を満足す
る材質として従来から高い耐摩耗性、耐食性を有するア
ルミナや窒化珪素等の絶縁性セラミックスが用いられて
いた。[0005] The dielectric layer constituting these electrostatic chucks has little sliding wear due to the attachment and detachment of the wafer.
Further, it is required that the material is not easily corroded by corrosive gas used in various processing steps, and as a material satisfying such required characteristics, insulating ceramics such as alumina and silicon nitride having high wear resistance and corrosion resistance have been used. Was used.
【0006】しかしながら、近年、集積回路の集積度が
向上するに伴って吸着面を構成する誘電体層には耐摩耗
性や耐食性に加え、耐プラズマ性に優れるとともに、高
い熱伝導率を有する材料が望まれるようになり、このよ
うな材料として窒化アルミニウムを用いることが提案さ
れている(特開昭62−286247号)。However, in recent years, as the degree of integration of an integrated circuit has been improved, the dielectric layer constituting the suction surface has excellent plasma resistance in addition to abrasion resistance and corrosion resistance, and has a high thermal conductivity. And the use of aluminum nitride as such a material has been proposed (JP-A-62-286247).
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする問題点】ところが、窒化アル
ミニウムは、300℃以上の高温雰囲気下においては高
い吸着力が得られるものの、それよりも低い温度雰囲気
下で行われる成膜工程や室温雰囲気下(25℃程度)で
行われる露光処理工程、あるいは0℃程度の低温雰囲気
下で行われるエッチング工程などのように200℃以
下、特に0〜50℃の温度雰囲気下においては十分な吸
着力が得られないといった課題があった。However, although aluminum nitride has a high attraction force in a high-temperature atmosphere of 300 ° C. or higher, aluminum nitride has a film-forming step performed in a lower-temperature atmosphere or a room-temperature atmosphere. Sufficient adsorbing power can be obtained in an atmosphere at a temperature of 200 ° C. or lower, particularly 0 to 50 ° C., such as an exposure processing step performed at about 25 ° C. or an etching step performed at a low temperature atmosphere of about 0 ° C. There was a problem that it could not be done.
【0008】即ち、ウエハを吸着させる静電吸着力には
クローン力とジョンソン・ラーベック力の2種類があ
り、クローン力は誘電体層を構成する材質の誘電率に依
存し、ジョンソン・ラーベック力は誘電体層を構成する
材質の体積固有抵抗値に依存することが知られている。That is, there are two types of electrostatic attraction force for attracting a wafer: a Cron force and a Johnson-Rahbek force. The Clone force depends on the dielectric constant of the material constituting the dielectric layer. It is known that it depends on the volume resistivity of the material constituting the dielectric layer.
【0009】具体的には、誘電体層の体積固有抵抗値が
1015Ω−cmより大きい時の吸着力はクーロン力によ
り支配され、誘電体層の体積固有抵抗値が低下するにし
たがってジョンソン・ラーベック力が発現し、誘電体層
の体積固有抵抗値が1011Ω−cm未満となると吸着力
はクーロン力に比べて大きな吸着力が得られるジョンソ
ン・ラーベック力により支配されることになる。More specifically, when the volume resistivity of the dielectric layer is greater than 10 15 Ω-cm, the attraction force is governed by Coulomb force, and as the volume resistivity of the dielectric layer decreases, Johnson. When the Labech force is developed and the volume resistivity of the dielectric layer becomes less than 10 11 Ω-cm, the attraction force is controlled by the Johnson-Rahbek force, which provides a greater attraction force than the Coulomb force.
【0010】一方、セラミックスの体積固有抵抗値は温
度が上昇するに伴って低下するため、例えば、窒化アル
ミニウムの場合、300℃以上の温度雰囲気下における
体積固有抵抗値は1012Ω−cm程度であることからジ
ョンソン・ラーベック力による高い吸着力が得られるも
のの、室温(25℃)付近における体積固有抵抗値は1
016Ω−cm以上と高く、クーロン力による吸着力しか
得られず、また、誘電率もそれほど高くないことから2
00℃以下の温度雰囲気下では充分な吸着力を得ること
ができないものであった。On the other hand, since the volume resistivity of ceramics decreases as the temperature rises, for example, in the case of aluminum nitride, the volume resistivity in a temperature atmosphere of 300 ° C. or more is about 10 12 Ω-cm. Although a high adsorption force due to the Johnson-Rahbek force can be obtained from this fact, the volume resistivity at room temperature (25 ° C.) is 1
0 16 Ω-cm or higher, only an attractive force by Coulomb force is obtained, and the dielectric constant is not so high.
Under an atmosphere at a temperature of 00 ° C. or less, a sufficient adsorption force cannot be obtained.
【0011】その為、歪みをもったウエハを吸着した時
には、ウエハの全面を吸着面に当接させることができな
いためにウエハの平坦化及び均熱化等が損なわれ、その
結果、成膜工程ではウエハ上に均一な厚みをもった薄膜
を形成することができず、露光処理工程やエッチング工
程では精度の良い処理を施すことができないといった課
題があり、限られた温度雰囲気でしか使用できなかっ
た。Therefore, when a warped wafer is sucked, the entire surface of the wafer cannot be brought into contact with the suction surface, so that flattening and soaking of the wafer are impaired. Cannot form a thin film having a uniform thickness on the wafer, and cannot perform high-precision processing in the exposure process or the etching process, and can be used only in a limited temperature atmosphere. Was.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記問題
点に対して静電チャックの被固定物吸着面を形成するセ
ラミック抵抗体について特に静電チャックを構成する材
料の観点から検討を重ねた結果、窒化アルミニウムを主
成分として、抵抗制御剤として少なくともセリウム(C
e)を含有せしめること、そしてCeによる価数が3価
と4価の比率を特定範囲に制御することにより、少なく
とも0〜50℃の温度領域においても、温度依存性の小
さな抵抗特性を得ることが出来、その結果として低温領
域でも安定した吸着力が得られることを見出した。In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have studied a ceramic resistor forming an object-to-be-fixed adsorbing surface of an electrostatic chuck, particularly from the viewpoint of a material constituting the electrostatic chuck. As a result of stacking, at least cerium (C
e) and by controlling the ratio of trivalent to tetravalent valence by Ce to a specific range, to obtain a resistance characteristic with small temperature dependence even in a temperature range of at least 0 to 50 ° C. Was found, and as a result, a stable adsorption force was obtained even in a low temperature range.
【0013】即ち、本発明の静電チャックは、被固定物
吸着面が、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック
スからなるものであって、前記セラミックスが、少なく
ともセリウム(Ce)を含むとともに、Ce3+/Ce4+
の原子比を1〜3の範囲に制御することを特徴とするも
のである。That is, in the electrostatic chuck according to the present invention, the object-adsorbing surface is made of a ceramic containing aluminum nitride as a main component, and the ceramic contains at least cerium (Ce) and Ce 3 (Ce 3). + / Ce 4+
Is controlled in the range of 1 to 3.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】図1(a),(b)は本発明に係
る静電チャック1を示す斜視図及びそのX−X線断面図
であり、絶縁性を有するセラミック基板2の表面に静電
吸着用電極4を備え、この静電吸着用電極4を覆うよう
に上記セラミック基板2の表面に誘電体層3が設けられ
ており、誘電体層3の上面が被固定物10の吸着面5を
形成している。1 (a) and 1 (b) are a perspective view showing an electrostatic chuck 1 according to the present invention and a sectional view taken along the line XX of FIG. 1, showing a surface of a ceramic substrate 2 having an insulating property. An electrode 4 for electrostatic attraction is provided, and a dielectric layer 3 is provided on the surface of the ceramic substrate 2 so as to cover the electrode 4 for electrostatic attraction. Surface 5 is formed.
【0015】本発明によれば、上記誘電体層3を窒化ア
ルミニウムを主成分とするセラミックスによって形成す
るものであるが、この窒化アルミニウム質セラミックス
中には、少なくともセリウム(Ce)を焼結助剤あるい
は抵抗調整剤として含有されるものである。According to the present invention, the dielectric layer 3 is formed of a ceramic containing aluminum nitride as a main component. In this aluminum nitride ceramic, at least cerium (Ce) is used as a sintering aid. Alternatively, it is contained as a resistance adjuster.
【0016】通常、窒化アルミニウムに対して、Ceの
酸化物を含有せしめた場合、窒化アルミニウム主結晶相
の粒界には、CeAlO3 やCeO2 等のCe化合物が
形成される。これらCe化合物の形成により導電性が発
現すると考えられる。Usually, when Ce oxide is contained in aluminum nitride, Ce compounds such as CeAlO 3 and CeO 2 are formed at the grain boundaries of the main crystal phase of aluminum nitride. It is considered that conductivity is exhibited by the formation of these Ce compounds.
【0017】本発明によれば、これらCe化合物におけ
るCeの価数には3価と4価が存在し、このCe3+/C
e4+の比を制御することにより窒化アルミニウム質焼結
体の体積固有抵抗を制御するものであり、かかる観点か
らCe3+/Ce4+の比を1〜3、特に1.2〜2.5の
範囲に制御することが重要である。According to the present invention, the Ce valence of these Ce compounds is trivalent or tetravalent, and the Ce 3+ / C
The volume resistivity of the aluminum nitride sintered body is controlled by controlling the ratio of e 4+ , and from such a viewpoint, the ratio of Ce 3+ / Ce 4+ is set to 1 to 3, especially 1.2 to 2 It is important to control in the range of 0.5.
【0018】つまり、抵抗値はCe3+/Ce4+の比に依
存し、Ce3+/Ce4+の比が3を越えると、抵抗低下に
効果が少なく目的の抵抗を得にくい。また、Ce3+/C
e4+の比が1未満では、抵抗が低すぎて吸着時に漏れ電
流が大きくなってしまうことから不適当である。That is, the resistance value depends on the ratio of Ce 3+ / Ce 4+ , and if the ratio of Ce 3+ / Ce 4+ exceeds 3, the effect of reducing the resistance is small, and it is difficult to obtain the desired resistance. Also, Ce 3+ / C
If the ratio of e 4+ is less than 1, the resistance is too low and the leakage current at the time of adsorption increases, which is inappropriate.
【0019】また、本発明における窒化アルミニウム質
セラミックス中におけるCeの含有量は酸化物換算で5
〜20体積%、特に7〜15体積%であることが望まし
い。In the present invention, the content of Ce in the aluminum nitride ceramics is 5 in terms of oxide.
It is desirable that the content be 20 to 20% by volume, particularly 7 to 15% by volume.
【0020】これは、Ce量が酸化物換算で5体積%未
満では抵抗低下に効果が少なく、目的の抵抗を得にく
く、20体積%を越えると、Ce3+/Ce4+の比の制御
が困難となり、抵抗値が低くなりすぎる傾向にあり、そ
の結果、吸着時に漏れ電流が発生してしまう可能性が大
きいためである。When the amount of Ce is less than 5% by volume in terms of oxide, the effect of reducing the resistance is small, and the desired resistance is hardly obtained. When the amount exceeds 20% by volume, the control of the ratio of Ce 3+ / Ce 4+ is performed. Is difficult, and the resistance value tends to be too low. As a result, there is a large possibility that a leakage current is generated at the time of adsorption.
【0021】本発明において、被固定物吸着面を具備す
る誘電体層を形成する上記特性の窒化アルミニウム質セ
ラミックス作製するには、窒化アルミニウム粉末に対し
て、CeO2 、CeAlO3 等のCe化合物を酸化物換
算で5〜20体積%、特に7〜15体積%となる割合で
混合した後、所定形状に周知の成形手段、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。その後のその成形体を窒素等の非酸化
性雰囲気中で1750〜2100℃の温度で0.5〜5
時間程度焼成して相対密度95%以上に緻密化すること
により作製される。In the present invention, in order to prepare an aluminum nitride ceramic having the above-mentioned characteristics for forming a dielectric layer having an object-adsorbing surface, a Ce compound such as CeO 2 or CeAlO 3 is added to aluminum nitride powder. After mixing at a ratio of 5 to 20% by volume, especially 7 to 15% by volume in terms of oxide, the mixture is formed into a predetermined shape by a known molding means, for example, a die press, a cold isostatic press, an extrusion molding or the like. Form into shape. Thereafter, the molded body is placed in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen at a temperature of 1750 to 2100 ° C. for 0.5 to 5 ° C.
It is manufactured by firing for about an hour to densify to a relative density of 95% or more.
【0022】本発明において上記セラミックスのCe3+
/Ce4+の比を制御するには、焼成雰囲気中の酸素分圧
等の制御により酸化/還元雰囲気の制御によって容易に
制御することができる。すなわち、Ce3+/Ce4+の比
を2以上に制御する時は、0〜30%の水素を含む窒素
/水素混合ガスを用い、Ce3+/Ce4+の比を1.5以
下に制御する場合には、成形体を入れた焼成用ケース中
にCeO2 粉末を入れ、ケース単位容積中のCeO2 を
コントロールすれば良い。また、Ce3+/ Ce4+の比を
1.5〜2に制御する時は、上記2つの方法を適宜併用
することにより制御できる。In the present invention, the above ceramics Ce 3+
The ratio of / Ce 4+ can be easily controlled by controlling the oxidation / reduction atmosphere by controlling the oxygen partial pressure in the firing atmosphere. That is, when the ratio of Ce 3+ / Ce 4+ is controlled to 2 or more, a nitrogen / hydrogen mixed gas containing 0 to 30% of hydrogen is used, and the ratio of Ce 3+ / Ce 4+ is 1.5 or less. in the case of control, put CeO 2 powder during firing case for containing the molded body may be controlled CeO 2 cases units in volume. Further, when the ratio of Ce 3+ / Ce 4+ is controlled to 1.5 to 2, it can be controlled by appropriately using the above two methods.
【0023】また、吸着面を構成する誘電体層3の抵抗
値は吸着力と密接な関係にあり、誘電体層3の抵抗値が
温度に対する変化が小さいことが望まれる。かかる観点
から、本発明の静電チャックによれば、誘電体層3を形
成する窒化アルミニウム質セラミックスの0℃から50
℃の体積固有抵抗が108 〜1012Ω−cmであること
が望ましい。Further, the resistance value of the dielectric layer 3 forming the suction surface is closely related to the suction force, and it is desired that the resistance value of the dielectric layer 3 has a small change with respect to temperature. From this viewpoint, according to the electrostatic chuck of the present invention, the temperature of the aluminum nitride ceramic forming the dielectric layer 3 is reduced from 0 ° C. to 50 ° C.
It is desirable that the volume resistivity at 10 ° C. is 10 8 to 10 12 Ω-cm.
【0024】この窒化アルミニウム質焼結体は0℃から
50℃の温度範囲においてその抵抗値を108 〜1012
Ω−cmの範囲となるように適宜調整することができる
ため、静電チャック1の静電吸着用電極4と吸着面5に
載置した被固定物10との間に電圧を印加することで、
被固定物10と静電吸着用電極4との間に微小な漏れ電
流が流れることからジョンソン・ラーベック力による吸
着力を発現させることができ、被固定物10を吸着面5
に強固に吸着保持することができる。This aluminum nitride sintered body has a resistance of 10 8 to 10 12 in a temperature range of 0 ° C. to 50 ° C.
Since it can be appropriately adjusted so as to be in the range of Ω-cm, by applying a voltage between the electrostatic chucking electrode 4 of the electrostatic chuck 1 and the fixed object 10 placed on the suction surface 5, ,
Since a very small leakage current flows between the fixed object 10 and the electrostatic chucking electrode 4, the chucking force due to the Johnson-Rahbek force can be developed, and the fixed object 10 is moved to the suction surface 5.
Can be firmly absorbed and held.
【0025】また、本発明によれば、静電チャック1
は、セラミック基板2と誘電体層3とが焼結により一体
化して形成されていることが望ましく、その結果、20
0℃の温度雰囲気下においても使用可能であり、さらに
は静電チャック1全体がプラズマや腐食性ガスに強いセ
ラミックスからなるため、成膜工程やエッチング工程な
どにおいて好適に使用することができる。Further, according to the present invention, the electrostatic chuck 1
It is desirable that the ceramic substrate 2 and the dielectric layer 3 are integrally formed by sintering.
The electrostatic chuck 1 can be used in a temperature atmosphere of 0 ° C., and furthermore, the entire electrostatic chuck 1 is made of ceramics resistant to plasma and corrosive gas, so that it can be suitably used in a film forming step, an etching step, and the like.
【0026】なお、セラミック基板2は、アルミナ、窒
化ケイ素、窒化アルミニウムなどの絶縁性を有するセラ
ミックスで形成すれば良いが、特に窒化アルミニウム質
セラミックスで形成すれば、誘電体層3を構成する窒化
アルミニム質セラミックスとの熱膨張差を無くすことが
できるため、焼成時における反りや歪みなどを生じるこ
とがなく信頼性の高い静電チャックを得ることができ
る。The ceramic substrate 2 may be formed of an insulating ceramic such as alumina, silicon nitride, or aluminum nitride. In particular, if the ceramic substrate 2 is formed of an aluminum nitride ceramic, the aluminum nitride constituting the dielectric layer 3 may be formed. Since the difference in thermal expansion from the porous ceramics can be eliminated, a highly reliable electrostatic chuck can be obtained without warping or distortion during firing.
【0027】なお、本実施形態では単極型の静電チャッ
クの例を示したが、双極型の静電チャックにも適用でき
ることは言うまでもない。In this embodiment, an example of a monopolar electrostatic chuck has been described. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a bipolar electrostatic chuck.
【0028】[0028]
【実施例】(実施例1)次に、室温(25℃)雰囲気下
で使用するのに好適な図1の静電チャック1を試作し、
その吸着特性について測定を行った。まず、純度99
%、平均粒径1.2μmのAlN粉末に有機バインダー
と溶媒のみを加えて泥漿を作製し、ドクターブレード法
により厚さ0.5mm程度のグリーンシートを複数枚成
形してそれらを積層してセラミック基板2を形成するた
めの成形体を得た。そして、その一主面にタングステン
粉末にAlN粉末を5体積%混合したタングステンペー
ストをスクリーン印刷法により印刷塗布して静電吸着用
電極4をなす金属膜を形成した。EXAMPLE 1 Next, an electrostatic chuck 1 shown in FIG. 1 suitable for use in an atmosphere at room temperature (25 ° C.) was prototyped.
The adsorption characteristics were measured. First, purity 99
%, An organic binder and a solvent are added to AlN powder having an average particle size of 1.2 μm to form a slurry, and a plurality of green sheets having a thickness of about 0.5 mm are formed by a doctor blade method, and the green sheets are laminated to form a ceramic. A molded body for forming the substrate 2 was obtained. Then, on one main surface thereof, a tungsten paste in which 5% by volume of AlN powder was mixed with tungsten powder was printed and applied by a screen printing method to form a metal film forming the electrode 4 for electrostatic attraction.
【0029】一方、純度99%、平均粒径1.2μmの
AlN粉末を93体積%に対し、平均粒径0.9μmの
CeO2 を7体積%添加し、さらにバインダーと溶媒を
加えて泥漿を製作し、ドクターブレード法により厚さ
0.5mm程度のグリーンシートを成形し、誘電体層3
用の成形体を得た。On the other hand, for 93% by volume of AlN powder having a purity of 99% and an average particle size of 1.2 μm, 7% by volume of CeO 2 having an average particle size of 0.9 μm was added. Then, a green sheet having a thickness of about 0.5 mm is formed by a doctor blade method.
Molded article was obtained.
【0030】そして、静電吸着用電極4をなす金属膜を
備えたセラミック基板2用成形体の表面に、誘電体層3
用の成形体を積層して、80℃、50kg/cm2 の圧
力で熱圧着した。しかるのち、上記積層体に切削加工を
施して円板状とし、該円板状の積層体を真空脱脂したあ
と、1900℃程度の焼成温度で10体積%の水素(H
2 )を含む水素/窒素混合雰囲気下で3時間焼成するこ
とにより、セラミック基板および誘電体層ともに相対密
度99%以上の、外径200mm、厚み8mmで、かつ
内部に膜厚15μmの静電吸着用電極4を備えた板状体
を形成した。そして、誘電体層3をなす窒化アルミニウ
ム質セラミックスの表面を研磨して吸着面5を形成して
静電チャックを形成した。The dielectric layer 3 is formed on the surface of the formed body for the ceramic substrate 2 provided with the metal film forming the electrode 4 for electrostatic attraction.
And a thermocompression bonding at 80 ° C. under a pressure of 50 kg / cm 2 . Thereafter, the laminate is subjected to a cutting process to form a disc, and the disc-shaped laminate is vacuum degreased. Then, at a firing temperature of about 1900 ° C., 10% by volume of hydrogen (H
By baking for 3 hours in a hydrogen / nitrogen mixed atmosphere containing 2 ), the ceramic substrate and the dielectric layer are both electrostatically adsorbed with a relative density of 99% or more, having an outer diameter of 200 mm, a thickness of 8 mm, and a thickness of 15 μm inside. The plate-shaped body provided with the electrode 4 was formed. Then, the surface of the aluminum nitride ceramics forming the dielectric layer 3 was polished to form the suction surface 5 to form an electrostatic chuck.
【0031】作製した静電チャックにおける誘電体層の
Ce3+/Ce4+の比をX線光電子分光装置(XPS)
(アルバックファイ製QUANTUM2000)により
Ceの状態分析を行い、狭域スペクトルにおけるCe3+
とCe4+のピークを分離処理した後、それぞれの面積比
率からCe3+/Ce4+の比を算出した結果、2.3であ
った。The ratio of Ce 3+ / Ce 4+ of the dielectric layer in the manufactured electrostatic chuck was measured by using an X-ray photoelectron spectrometer (XPS).
The state of Ce was analyzed by (QUANTUM2000 manufactured by ULVAC-PHI) and Ce 3+ in the narrow band spectrum was analyzed.
After separation of the peaks of Ce 4+ and Ce 4+, the ratio of Ce 3+ / Ce 4+ was calculated from the respective area ratios. As a result, it was 2.3.
【0032】作製した静電チャックに対して、室温(2
5℃)下において、吸着面5に8インチ径のシリコンウ
エハを載置して静電吸着用電極4との間に300Vの電
圧を印加することによりウエハ10を吸着面5に吸着保
持させ、この状態でシリコンウエハを剥がすのに必要な
力を吸着力として測定したところ、520g/cm2の
吸着力が得られた。At room temperature (2
5 ° C.), an 8-inch diameter silicon wafer is placed on the suction surface 5, and a voltage of 300 V is applied between the silicon wafer and the electrostatic suction electrode 4 to cause the wafer 10 to be suction-held on the suction surface 5, In this state, when a force required to peel the silicon wafer was measured as a suction force, a suction force of 520 g / cm 2 was obtained.
【0033】比較例 これに対し、比較のためにセラミック基板2と同様の材
質からなる高純度窒化アルミニウム質セラミックスを誘
電体層とした静電チャック(比較例1)、及びCe3+/
Ce4+の比が0.5(比較例2)、あるいは4(比較例
3)の窒化アルミニウム質セラミックスを誘電体層とし
た静電チャックをそれぞれ作製し、実施例1と同様の条
件にてシリコンウエハを剥がすのに必要な力(吸着力)
について測定した。Comparative Example On the other hand, for comparison, an electrostatic chuck (Comparative Example 1) using a high-purity aluminum nitride ceramic made of the same material as the ceramic substrate 2 as a dielectric layer (Comparative Example 1) and Ce 3+ /
Electrostatic chucks each having a dielectric layer of aluminum nitride ceramics having a Ce 4+ ratio of 0.5 (Comparative Example 2) or 4 (Comparative Example 3) were manufactured under the same conditions as in Example 1. Force required to peel off silicon wafer (adsorption force)
Was measured.
【0034】その結果、誘電体層が高純度の窒化アルミ
ニウム質セラミックスからなる比較例1は、室温(25
℃)における体積固有抵抗値が1016Ω−cm以上であ
るため、10g/cm2 の吸着力しか得られなかった。As a result, Comparative Example 1 in which the dielectric layer was made of high-purity aluminum nitride ceramics
° C) is 10 16 Ω-cm or more, so that only an adsorption force of 10 g / cm 2 was obtained.
【0035】また、誘電体層のCe3+/Ce4+の比が4
の窒化アルミニウム質セラミックスからなる比較例3
は、室温(25℃)における体積固有抵抗値が1014Ω
−cm程度であるため、吸着力は150g/cm2 と低
いものであったが、残留吸着があり、実用上問題があっ
た。Further, the ratio of Ce 3+ / Ce 4+ of the dielectric layer is 4
Comparative Example 3 of Aluminum Nitride Ceramics
Has a volume resistivity of 10 14 Ω at room temperature (25 ° C.)
Since the pressure was about −cm, the adsorption power was as low as 150 g / cm 2 , but there was residual adsorption, and there was a problem in practical use.
【0036】また、誘電体層がCe3+/Ce4+の比が
0.5の窒化アルミニウム質セラミックスからなる比較
例2では、吸着力については本発明に係る実施例1と同
程度であったものの、室温(25℃)における体積固有
抵抗値が105 Ω−cm程度と108 Ω−cm未満であ
るために漏れ電流量が多く、ウエハに悪影響を与える恐
れがあった。In Comparative Example 2 in which the dielectric layer was made of an aluminum nitride ceramic having a Ce 3+ / Ce 4+ ratio of 0.5, the adsorptive power was almost the same as in Example 1 according to the present invention. However, since the volume resistivity at room temperature (25 ° C.) is about 10 5 Ω-cm and less than 10 8 Ω-cm, the amount of leakage current is large, which may adversely affect the wafer.
【0037】しかも、比較例1の高純度窒化アルミニム
質セラミックスは、300℃で体積固有抵抗が1×10
12Ω−cm、500℃で5×109 Ω−cmであり、比
較例3の誘電体層のCe3+/Ce4+の比が4の窒化アル
ミニム質セラミックスは25℃で1×1014Ω−cm、
50℃で5×1011Ω−cmと、いずれも抵抗値の変化
率が大きいために狭い温度範囲でしか使用できないもの
であった。Further, the high-purity aluminum nitride ceramic of Comparative Example 1 has a volume resistivity of 1 × 10 3 at 300 ° C.
12 Ω-cm, 5 × 10 9 Ω-cm at 500 ° C., and the aluminum nitride ceramics of Comparative Example 3 having a dielectric layer ratio of Ce 3+ / Ce 4+ of 4 was 1 × 10 14 at 25 ° C. Ω-cm,
At 50 ° C., 5 × 10 11 Ω-cm, all of which had a large rate of change in resistance value and could be used only in a narrow temperature range.
【0038】(実施例2)次に、セリウム(Ce)の含
有量(酸化物換算)およびCe3+/Ce4+の比をそれぞ
れ変化させた窒化アルミニウム質セラミックス(直径6
0mm、厚み2mmの円盤)を実施例1と同様にして作
製し、25℃、0〜50℃における体積固有抵抗値を3
端子法にて測定した。Ce3+/Ce4+の比は焼成時の雰
囲気中の水素ガス量を変えたり、成形体を収納する匣鉢
内にCeO2 粉末を所定量配置して制御した。それぞれ
の結果は表1に示す通りである。(Example 2) Next, aluminum nitride ceramics (diameter 6) in which the content of cerium (Ce) (in terms of oxide) and the ratio of Ce 3+ / Ce 4+ were respectively changed were used.
A disk having a thickness of 0 mm and a thickness of 2 mm) was prepared in the same manner as in Example 1, and the volume resistivity at 25 ° C. and 0 to 50 ° C. was 3
It was measured by the terminal method. The ratio of Ce 3+ / Ce 4+ was controlled by changing the amount of hydrogen gas in the atmosphere at the time of firing, or by arranging a predetermined amount of CeO 2 powder in a sagger containing a compact. Each result is as shown in Table 1.
【0039】[0039]
【表1】 [Table 1]
【0040】この結果、表1より判るように、Ce3+/
Ce4+の比が0.5と1より小さい試料No.4,13は
50℃の体積固有抵抗がいずれも1×105 Ω−cm以
下と小さく漏れ電流が大きかった。一方、Ce3+/Ce
4+の比が4よりも大きい試料No.2、9は、0〜50℃
の温度範囲内で体積固有抵抗値を1×108 〜1×10
12Ω−cmとすることができなかった。As a result, as can be seen from Table 1, Ce 3+ /
Samples Nos. 4 and 13 in which the ratio of Ce 4+ was less than 0.5 and 1 had a volume resistivity at 50 ° C. of 1 × 10 5 Ω-cm or less and a large leakage current. On the other hand, Ce 3+ / Ce
Samples Nos. 2 and 9 having a 4+ ratio of more than 4 were 0 to 50 ° C.
Within the temperature range of 1 × 10 8 to 1 × 10
12 Ω-cm could not be achieved.
【0041】これに対し、Ce3+/Ce4+の比が1〜3
の試料No.3、5〜8、10〜12は、0〜50℃の温
度雰囲気下において体積固有抵抗値を1×108 〜1×
1012Ω−cmの範囲に設定することができた。On the other hand, when the ratio of Ce 3+ / Ce 4+ is 1 to 3,
Samples Nos. 3, 5 to 8 and 10 to 12 have a volume resistivity value of 1 × 10 8 to 1 × in a temperature atmosphere of 0 to 50 ° C.
It could be set in the range of 10 12 Ω-cm.
【0042】このことから、本発明に係る静電チャック
を用いれば、0〜50℃の温度雰囲気下で行われる各種
処理工程においてジョンソン・ラーベック力による吸着
力が得られ、被固定物を高い吸着力でもって保持できる
ことが判る。From this, when the electrostatic chuck according to the present invention is used, in various processing steps performed at a temperature of 0 to 50 ° C., an attractive force by Johnson-Rahbek force can be obtained, and the object to be fixed can be highly absorbed. It turns out that it can be held with force.
【0043】[0043]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、被固定
物を吸着保持する吸着面を、Ceを含有する窒化アルミ
ニウム質セラミックスにより形成し、Ce3+/Ce4+比
を特定範囲に制御することにより、50℃以下の温度雰
囲気下においてジョンソン・ラーベック力による吸着力
を発現させ、高い吸着力でもって被固定物を保持するこ
とが可能であるとともに、温度変化に対する誘電体層の
抵抗値の変化が小さいため、広範囲の温度領域をカバー
することができる静電チャックを提供することができ
る。As described above, according to the present invention, the adsorption surface for adsorbing and holding an object to be fixed is formed of aluminum nitride ceramic containing Ce, and the Ce 3+ / Ce 4+ ratio is set to a specific range. By controlling the temperature to 50 ° C. or less, it is possible to express the adsorption force by the Johnson-Rahbek force in an atmosphere at a temperature of 50 ° C. or less, and to hold the fixed object with a high adsorption force. Since the change in the resistance value is small, it is possible to provide an electrostatic chuck that can cover a wide temperature range.
【0044】その為、例えば、本発明の静電チャックを
成膜処理工程に用いれば、被固定物上に均一な厚みをも
った薄膜を被覆することができ、露光処理工程やエッチ
ング処理工程に用いれば、被固定物に精度の良い露光や
加工を施すことができる。Therefore, for example, when the electrostatic chuck of the present invention is used in a film forming process, a thin film having a uniform thickness can be coated on an object to be fixed. If used, the object to be fixed can be subjected to accurate exposure and processing.
【図1】(a)は本発明に係る静電チャックを示す斜視
図であり、(b)は(a)のX−X線断面図である。FIG. 1A is a perspective view showing an electrostatic chuck according to the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line XX of FIG.
1・・・静電チャック 2・・・セラミック基板 3・・・誘電体層 4・・・静電吸着用電極 5・・・吸着面 10・・被固定物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrostatic chuck 2 ... Ceramic substrate 3 ... Dielectric layer 4 ... Electrostatic adsorption electrode 5 ... Suction surface 10 ... Fixed object
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 裕見子 鹿児島県国分市山下町1番4号 京セラ株 式会社総合研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Yumiko Ito 1-4-4 Yamashita-cho, Kokubu-shi, Kagoshima Inside the Kyocera Research Institute
Claims (3)
成分とするセラミックスからなる静電チャックであっ
て、前記セラミックスが、少なくともセリウム(Ce)
を含むとともに、Ce3+/Ce4+の原子比が1〜3であ
ることを特徴とする静電チャック。An object to be fixed is an electrostatic chuck made of a ceramic containing aluminum nitride as a main component, wherein the ceramic is made of at least cerium (Ce).
And an atomic ratio of Ce 3+ / Ce 4+ is 1 to 3.
酸化物換算で5〜20体積%を含むことを特徴とする請
求項1記載の静電チャック。2. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the ceramic contains 5 to 20% by volume of cerium (Ce) in terms of oxide.
固有抵抗が108 〜1012Ω−cmであることを特徴と
する請求項1記載の静電チャック。3. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the ceramic has a volume resistivity at 0 ° C. to 50 ° C. of 10 8 to 10 12 Ω-cm.
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| JPH11214493A true JPH11214493A (en) | 1999-08-06 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS6217074A (en) * | 1985-07-12 | 1987-01-26 | 電気化学工業株式会社 | Aluminum nitride mixed powder for sintering |
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| JPH104083A (en) * | 1996-06-17 | 1998-01-06 | Kyocera Corp | Corrosion resistant materials for semiconductor manufacturing |
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1998
- 1998-01-28 JP JP01583398A patent/JP3527840B2/en not_active Expired - Fee Related
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