特開 2017-31039 静電チャック用セラミック組成物、これを用いた静電チャック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-31039(P2017-31039A)

(43)【公開日】2017年2月9日

(54)【発明の名称】静電チャック用セラミック組成物、これを用いた静電チャック

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/111 20060101AFI20170120BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20170120BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20170120BHJP

【ＦＩ】

   C04B35/10 D

   H01L21/68 R

   H02N13/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-16678(P2016-16678)

(22)【出願日】2016年1月29日

(31)【優先権主張番号】10-2015-0106618

(32)【優先日】2015年7月28日

(33)【優先権主張国】KR

(71)【出願人】

【識別番号】594023722

【氏名又は名称】サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド．

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】チョー、ホ スン

(72)【発明者】

【氏名】中澤 秀司

(72)【発明者】

【氏名】ウー、セオク キョーン

【テーマコード（参考）】

4G030

5F131

【Ｆターム（参考）】

4G030AA36

4G030AA61

4G030BA12

4G030GA04

5F131AA02

5F131CA68

5F131EB14

5F131EB18

5F131EB23

5F131EB78

5F131EB79

(57)【要約】      （修正有）

【課題】静電チャック用セラミック組成物、これを用いた静電チャックに関する。
【解決手段】静電チャックは、第１セラミック粉末及び第１導電性粉末を含むセラミック組成物で形成された第１セラミック層１０を含む。だい１セラミック層１０は低い比抵抗を有することができ、これにより、静電チャックの静電吸着力を向上させることができる。第１セラミック層１０と、第１導電性粉末で作製した電極２０、その上に第２セラミック粉末、第２導電性粉末、及びガラスを含む第２セラミック層３０で構成される静電チャックを図１に示す。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

主成分であるセラミック粉末と、
導電性粉末と、を含む、静電チャック用セラミック組成物。

【請求項2】

前記導電性粉末の含量は前記主成分１００重量％に対して２〜６重量％である、請求項１に記載の静電チャック用セラミック組成物。

【請求項3】

前記導電性粉末の粒径は１μｍ以下である、請求項１または２に記載の静電チャック用セラミック組成物。

【請求項4】

前記導電性粉末は銀（Ａｇ）である、請求項１から３のいずれか一項に記載の静電チャック用セラミック組成物。

【請求項5】

前記セラミック粉末はアルミナである、請求項１から４のいずれか一項に記載の静電チャック用セラミック組成物。

【請求項6】

前記セラミック組成物はガラスをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の静電チャック用セラミック組成物。

【請求項7】

前記ガラスの含量は前記主成分１００重量％に対して５０〜９０重量％である、請求項６に記載の静電チャック用セラミック組成物。

【請求項8】

第１セラミック粉末で形成された第１セラミック層と、
前記第１セラミック層上に配置され、第１導電性粉末で形成された電極と、
前記電極上に配置され、第２セラミック粉末及び第２導電性粉末を含むセラミック組成物で形成された第２セラミック層と、を含む、静電チャック。

【請求項9】

前記第２導電性粉末の含量は前記第２セラミック粉末１００重量％に対して２〜６重量％である、請求項８に記載の静電チャック。

【請求項10】

前記第１導電性粉末の粒径をｄ１とし、前記第２導電性粉末の粒径をｄ２とすると、前記ｄ２はｄ２≦０．５ｄ１を満たす、請求項８または９に記載の静電チャック。

【請求項11】

前記第２導電性粉末の粒径は１μｍ以下である、請求項８から１０のいずれか一項に記載の静電チャック。

【請求項12】

前記第１及び第２導電性粉末は銀（Ａｇ）である、請求項８から１１のいずれか一項に記載の静電チャック。

【請求項13】

前記第１及び第２セラミック粉末はアルミナである、請求項８から１２のいずれか一項に記載の静電チャック。

【請求項14】

前記セラミック組成物はガラスをさらに含む、請求項８から１３のいずれか一項に記載の静電チャック。

【請求項15】

前記ガラスの含量は前記第２セラミック粉末１００重量％に対して５０〜９０重量％である、請求項１４に記載の静電チャック。

【請求項16】

前記セラミック組成物は低温同時焼成セラミック組成物である、請求項１４または１５に記載の静電チャック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電チャック用セラミック組成物及びこれを用いた静電チャックに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造工程の進行時に、半導体の基板として用いられるウェハ（ｗａｆｅｒ）の固定が必要である。このとき、静電チャック（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｈｕｃｋ）を用いるが、静電チャックは静電気の力を用いて工程時にウェハを固定する部品である。

【0003】

静電チャックの原理は、静電チャックに陽または陰の電圧を印加すると、対象物には反対の電位である陰または陽の電位が帯電し、これにより、互いに引き寄せる力が発生する原理で対象物を固定することができるということである。

【0004】

具体的には、静電チャックは、チャックに用いられるチャッキング（ｃｈｕｃｋｉｎｇ）用基板の全面で電気的な力によって発生するクーロン力（ｃｏｕｌｏｍｂ ｆｏｒｃｅ）とジョンソン−ラーベック力（Ｊｏｈｎｓｅｎ−ｒａｈｂｅｋ ｆｏｒｃｅ）を用いてウェハを固定するようになる。

【0005】

上記クーロン力とジョンソン−ラーベック力を応用するために、一般に、静電チャックは、セラミックの絶縁体と、絶縁体の内部に配置された静電吸着用電極と、を含む。

【0006】

電極に電圧が印加されると、上記電極は静電発生用電極になり、上記絶縁体は誘電体として作動する。上記誘電体上にはウェハが配置され、ウェハを一つの電荷とみなし、電極を他の一つの電荷とみなして、電荷の間に絶縁体を中間層として含むことで静電吸着力が発生する。

【0007】

静電吸着力の向上に影響を及ぼす要因としては、静電チャック内に配置された電極及びウェハの間にある絶縁体の比抵抗が挙げられる。セラミックを含む絶縁体の場合、セラミックの比抵抗値が高いため静電吸着力を高めるのに限界がある。

【0008】

したがって、高い静電吸着力を確保するために、絶縁体の比抵抗を減少させることが非常に重要である。

【0009】

下記特許文献１はセラミック静電チャックに関する発明である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】韓国公開特許第２００２−００３１３１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

一方、セラミック材料を含む静電チャックは、比抵抗が高いため静電吸着力を高めるのに限界がある。

【0012】

本発明の多様な目的のうちの一つは、低い比抵抗を有し、静電吸着力が向上することができる静電チャック用セラミック組成物及びこれを用いた静電チャックを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明を通じて提案する多様な解決手段のうち一つは、静電チャックのセラミック層に導電性粉末を含ませることにより、セラミック層の比抵抗を減らし、これにより、静電吸着力が向上することができるようにする。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一実施例による静電チャックは、低い比抵抗を有し、これにより、静電吸着力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施例による静電チャックの断面図を概略的に示すものである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施例について説明する。しかし、本発明の実施例は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施例に限定されない。また、本発明の実施例は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

【0017】

以下、本発明の静電チャック用セラミック組成物について説明する。

【0018】

本発明の一実施例による静電チャック用セラミック組成物は、主成分のセラミック粉末と、導電性粉末と、を含む。

【0019】

上記セラミック粉末は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２の群より選択される少なくとも１種であることができ、これに限定されないが、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）であることができる。

【0020】

上記導電性粉末は、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）及び金（Ａｕ）のうち少なくとも一つまたはこれらの合金であることができ、これに限定されないが、銀（Ａｇ）であることができる。

【0021】

上記導電性粉末の含量は、上記主成分１００重量％に対して２〜６重量％であることができる。

【0022】

上記導電性粉末の含量が２重量％未満であるとセラミック組成物で形成されたセラミック層の比抵抗値が高くなる可能性があり、上記導電性粉末の含量が６重量％を超過すると静電チャックの絶縁破壊電圧が減少して信頼性が低くなるおそれがある。

【0023】

上記導電性粉末の粒径は１μｍ以下であることができる。

【0024】

上記導電性粉末の粒径が１μｍ以下であると、セラミック層の比抵抗が減少し、これにより、静電チャックの静電吸着力を向上させることができる。また、上記導電性粉末が微細化するほどセラミック層及び電極の焼結後に緻密化することができるため、静電チャックの機械的強度を確保することができる。

【0025】

導電性粉末は、空気中で焼結することができ、脱バインダーなどが容易な材料である。セラミック粉末の場合、大概焼結温度が高いため、セラミック粉末と導電性粉末を同一の温度で焼結すると、導電性粉末が溶融される可能性がある。したがって、焼結時に、銀（Ａｇ）が溶融されずにセラミックが焼結される温度範囲で焼結する必要がある。

【0026】

本発明の一実施例によるセラミック組成物はガラスをさらに含む。

【0027】

上記セラミック組成物にガラスを含ませると、セラミック粉末と導電性粉末の焼成が同時に行われることができる。即ち、上記セラミック組成物は、低温同時焼成セラミック組成物（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏ−ｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ、ＬＴＣＣ）であることができる。

【0028】

上記ガラスの含量は、上記主成分１００重量％に対して５０〜９０重量％であることができる。

【0029】

上記ガラス含量が５０〜９０重量％であると、上記セラミック粉末と上記導電性粉末の同時焼成が可能となることができる。

【0030】

以下、本発明の静電チャックについて説明する。

【0031】

図１は本発明の一実施例による静電チャックの断面図を概略的に示すものである。

【0032】

図１を参照すると、本発明の一実施例による静電チャックは、第１セラミック粉末で形成された第１セラミック層１０と、上記第１セラミック層１０上に配置され、第１導電性粉末で形成された電極２０と、上記電極２０上に配置され、第２セラミック粉末及び第２導電性粉末を含むセラミック組成物で形成された第２セラミック層３０と、を含む。

【0033】

上記第１セラミック層１０は、静電チャックにおいて下部ベース（図示せず）上に配置されることができる。

【0034】

即ち、本発明の静電チャックは、下部ベース（図示せず）、第１セラミック層１０、電極２０、及び第２セラミック層３０が積層された構造である。

【0035】

上記第１セラミック層１０は、第１セラミック粉末及びガラスを含むセラミック組成物で形成されることができる。

【0036】

上記第２セラミック粉末は、ＭｇＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４、ＢａＴｉ_４Ｏ_９、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、（Ｍｇ，Ｔｉ）_２（ＢＯ_４）Ｏ、ＺｒＯ_２の群より選択される少なくとも１種であることができ、これに限定されないが、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）であることができる。

【0037】

上記電極２０は、第１導電性粉末を含むことができ、上記第１導電性粉末は、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）及び金（Ａｕ）のうち少なくとも一つまたはこれらの合金であることができ、これに限定されないが、銀（Ａｇ）であることができる。

【0038】

上記電極２０は、上記第１セラミック層１０及び上記第２セラミック層３０の間に配置されることができる。

【0039】

上記電極のうち外部に引き出される電極を形成するために、下部ベース及び第１セラミック層の中心に貫通孔（図示せず）を形成することができる。

【0040】

上記貫通孔（図示せず）に上記電極の一部を挿入して一つの電極２０として形成されることができる。

【0041】

上記第２セラミック層３０は、上記電極上に配置されて、電極に電圧が印加されるとき、静電吸着力が発生する役割をすることができる。

【0042】

上記第２セラミック層は、第２セラミック粉末及び第２導電性粉末を含むセラミック組成物で形成されることができる。

【0043】

上記第２セラミック粉末は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２の群より選択される少なくとも１種であることができ、これに制限されないが、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）であることができる。また、上記第２セラミック粉末は、上記第１セラミック粉末と同一の材料であってよい。

【0044】

上記第２導電性粉末は、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）及び金（Ａｕ）のうち少なくとも一つまたはこれらの合金であることができ、これに制限されないが、銀（Ａｇ）であることができる。また、上記第２導電性粉末は、上記第１導電性粉末と同一の材料であってよい。

【0045】

上記第２導電性粉末は、第２セラミック層の比抵抗を減少させるために含まれる。

【0046】

上記第２導電性粉末を含むことにより、上記第２セラミック層の体積比抵抗は１×１０^１１Ωｃｍ以下であることができる。

【0047】

上記第２セラミック層の形成時に、セラミック組成物に第２導電性粉末を含ませると、第２セラミック層の比抵抗が減少し、これにより、静電チャックの静電吸着力が向上することができる。

【0048】

上記第２導電性粉末の含量は、上記第２セラミック粉末１００重量％に対して２〜６重量％であることができる。

【0049】

上記第２導電性粉末の含量が２重量％未満であると、第２セラミック層の比抵抗値が高くなる可能性がある。また、上記第２導電性粉末の含量が６重量％を超過すると、比抵抗の減少効果がわずかであり、静電チャックの絶縁破壊電圧が減少して信頼性が低くなるおそれがある。

【0050】

上記導電性粉末の粒径は１μｍ以下であることができる。

【0051】

上記導電性粉末の粒径が１μｍ以下であると、セラミック層の比抵抗が減少し、これにより、静電チャックの静電吸着力を向上させることができる。また、上記導電性粉末が微細化するほどセラミック層及び電極の焼結後に緻密化することができるため、静電チャックの機械的強度を確保することができる。

【0052】

上記第２セラミック層のセラミック組成物はガラスをさらに含むことができる。

【0053】

上記ガラスの含量は、上記主成分１００重量％に対して５０〜９０重量％であることができる。

【0054】

上記ガラス含量が５０〜９０重量％であると、上記セラミック粉末と上記導電性粉末の同時焼成が可能であることができる。

【0055】

上記第２セラミック層は、低温同時焼成セラミック組成物で形成されることができる。

【0056】

上記低温同時セラミック組成物は、第２導電性粉末と同時焼成が可能な非結晶化組成、部分結晶化組成、完全結晶化組成などのうち少なくとも一つであることができる。

【0057】

上記低温同時セラミック組成物が部分結晶化組成または完全結晶化組成である場合、セラミック組成物の焼結前及び中間工程ではガラス的性質を有し、低い焼結温度（９００℃以下）で緻密化が十分に行われるのに対し、焼結後には結晶相に変わって高い機械的強度及び摩耗特性を有することができる。

【0058】

本発明の静電チャックの製造時に、電極及び第２セラミック粉末のそれぞれを形成するための組成物を積層し焼結させることにより、電極及び第２セラミック層を形成することができる。

【0059】

上記第２セラミック層の製造時に、上記第２導電性粉末は、セラミック組成物の焼結温度で完全に溶融されてガラスの内部に拡散される必要がある。

【0060】

上記第１及び第２導電性粉末の粒径は、焼結温度及び焼結時間と密接に関わっている。

【0061】

一般に、相対的に粒径が小さいものが溶融状態のガラスと接触面積が広く、表面活性の程度が高いため、低い温度及び短い時間で所望する完全固溶の状態に容易に達することができる。

【0062】

上記第２セラミック層の第２導電性粉末は、上記電極の第１導電性粉末より粒径が小さくてよい。

【0063】

上記第１導電性粉末の粒径をｄ１とし、上記第２導電性粉末の粒径をｄ２とすると、上記ｄ２はｄ２≦０．５ｄ１を満たすことができる。

【0064】

上記ｄ２≦０．５ｄ１を満たすと、上記第２セラミック層と上記電極の緻密化を向上させることができる。

【0065】

（実施例）
下記実施例は本発明の一実施例であり、下記実施例によって限定されるものではない。

【0066】

第２導電性粉末を含むセラミック組成物、及び第１導電性粉末を設け、焼結工程を通じて第２セラミック層及び電極を形成した。

【0067】

上記第２セラミック層及び電極の形成時に、焼結工程は８５０℃の温度で１時間行った。

【0068】

第１導電性粉末の粒径はｄ１、第２導電性粉末の粒径はｄ２と記載した。

【0069】

下記表１は第２セラミック層の第２導電性粉末の粒径による第２セラミック層の比抵抗及び静電チャックの絶縁破壊電圧を示す。

【0070】

【表1】

【0071】

実施例と比較例を比較すると、第２導電性粉末の粒径が大きいほど第２セラミック層の比抵抗が減少することが分かる。また、比較例の場合、実施例に比べて第２セラミック層の比抵抗が高いことが分かる。

【0072】

実施例１〜３は、第２導電性粉末の粒径が１μｍ以下であるとともに、ｄ２≦０．５ｄ１を満たすもので、低い比抵抗を有する第２セラミック層を確保することができるため、静電チャックの静電吸着力を向上させることができる。

【0073】

下記表２は第２セラミック層の第２導電性粉末の含量による第２セラミック層の比抵抗及び静電チャックの絶縁破壊電圧を示す。

【0074】

【表2】

【0075】

実施例と比較例を比較すると、第２導電性粉末の含量が増加するにつれて、第２セラミック層の比抵抗が減少することが分かる。また、比較例３の場合、実施例４〜６に比べて第２セラミック層の比抵抗が高いことが分かる。

【0076】

比較例４〜６は実施例４〜６に比べて第２セラミック層の比抵抗が低いが、絶縁破壊電圧が低いため静電チャックの信頼性が問題になり得る。

【0077】

したがって、第２導電性粉末の含量は２〜６重量％を満たすことが好ましい。これにより、第２セラミック層の比抵抗が低くなるため静電チャックの静電吸着力を向上させることができ、絶縁破壊電圧を確保することができるため静電チャックの信頼性を向上させることができる。

【0078】

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。

【符号の説明】

【0079】

１０ 第１セラミック層
２０ 電極
３０ 第２セラミック層

【図1】