JP2018037488A - 静電吸着用部材 - Google Patents

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Abstract

【課題】洗浄作業時間が短いとともに、電気的に安定した接続により長期間に亘る使用が可能な静電吸着用部材を提供する。【解決手段】本開示の静電吸着用部材は、対象物が吸着される吸着面および対向面を有する板状の第1のセラミックスからなる基材と、この基材内に位置する内部電極と、対向面から内部電極に位置する端子孔と、この端子孔内に位置する導電部とを備える。そして、導電部は、第2のセラミックスからなる本体部と、この本体部内に位置する、給電端子と脱着可能な凹部と、本体部の表面に位置し、内部電極および給電端子に電気的に接続される導電層とを有する。【選択図】 図3

Description

本開示は、静電吸着用部材に関する。
従来、半導体集積回路の製造工程または液晶表示装置の製造工程等において、半導体ウエハ等の各試料を保持するための部品として、静電チャック等の静電吸着用部材が用いられている。
このような静電吸着用部材の例として、特許文献1では、金属層からなる電極が板状の絶縁材料の中に埋設された静電チャックであって、一表面は吸着面であり、その裏面には電極に達する端子を挿入するための端子孔が形成されており、端子孔には電極に接続する給電端子Aと、給電端子Aと空間部を設けて位置し外部より電気を供給する給電端子Bが配置されており、導電性ペーストで給電端子Aおよび給電端子Bの外周面を取り囲むとともに端子孔を充填して給電端子Aおよび給電端子Bを接続してなる静電チャックが提案されている。
特開2012−39011号公報
半導体ウエハ等の各試料を保持するための部品としての静電チャック等の静電吸着用部材は、作業工程において発生するパーティクル等の微細なごみが半導体ウエハ等の各試料の品質に大きな影響を与えるため定期的な洗浄作業が必要となる。しかしながら特許文献1で提案された静電チャックは、給電端子Aおよび給電端子Bを導電性ペーストで接続しているため、給電端子Bを接続した状態で静電吸着用部材を洗浄することとなり手間を要するととともに、時間が掛かっていた。
また、特許文献1で提案された静電チャックにおいて、給電端子Aより給電端子B取り外し静電吸着用部材を洗浄した後、改めて給電端子Bを給電端子Aに接続するには、端子孔内および給電端子Bの表面に付着した導電性ペースト取り除く必要があった。このように、給電端子Bを接続したままでの洗浄、給電端子Bを取り外した場合の再接続のいずれも時間が掛かり、製造工程に係る時間において、洗浄および再接続までを含む洗浄作業時間の占める割合が大きいという問題があった。
本開示は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、洗浄作業時間が短いとともに、電気的に安定した接続により長期間に亘る使用が可能な静電吸着用部材を提供することを目的とする。
本開示の静電吸着用部材は、対象物が吸着される吸着面および対向面を有する板状の第1のセラミックスからなる基材と、この基材内に位置する内部電極と、対向面から内部電極に位置する端子孔と、この端子孔内に位置する導電部とを備える、そして、導電部は、第2のセラミックスからなる本体部と、この本体部内に位置する、給電端子と脱着可能な凹部と、本体部の表面に位置し、内部電極および給電端子に電気的に接続される導電層とを有する。
本開示の静電吸着用部材は、洗浄作業時間が短いとともに、電気的に安定し接続により長期間に亘る使用が可能である。
本実施形態の静電吸着用部材である静電チャックの一例を示す、(a)は斜視図であり、(b)は(a)におけるAA’線での断面図であり、(c)は(a)におけるBB’線での断面図である。 (a)は図1(b)におけるCC’線での断面図であり、(b)は図1(c)におけるDD’線での断面図である。 (a)は導電部の構成の一例を示す模式図であり、(b)は導電部の構成の他の例を示す模式図である。 (a)は導電層を含む断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真の一例であり、(b)は他の例であり、(c)は(a)に示すF部を拡大した写真である。
以下、図面を参照して、本開示の実施形態について詳細に説明する。ただし、本明細書の全図において、混同を生じない限り、同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。
図1は、本実施形態の静電吸着用部材である静電チャックの一例を示す、(a)は斜視図であり、(b)は(a)におけるAA’線での断面図であり、(c)は(a)におけるBB’線での断面図である。
また、図2(a)は図1(b)におけるCC’線での断面図であり、図2(b)は図1(c)におけるDD’線での断面図である。
さらに、図3(a)は図2(a)における導電部を拡大した断面図であり、図3(b)は図2(b)における導電部を拡大した断面図である。
図1および図2に示す静電吸着用部材20は、対象物(図示しない)が吸着される吸着面1aと、吸着面1aの反対に位置する対向面1bとを有する板状の第1のセラミックスからなる基材1と、基材1内に位置する内部電極2,3と、対向面1bから内部電極2にかけて位置する端子孔H1と、対向面1bから内部電極3にかけて位置する端子孔H2と、端子孔H1内に位置する導電部4と、端子孔H2内に位置する導電部5とを備えている。
内部電極2は、対象物を吸着するための電極であり、櫛歯状に形成される。この櫛歯状に形成された内部電極2の幅は、例えば、2mm以上25mm以下に設定され、隣り合う内部電極2の間隔は1mm以上3mm以下に設定される。
また、内部電極3は、基材1内において内部電極2より対向面1b側に位置しており、高周波(RF)電源(図示しない)より電力が供給される電極である。そして、内部電極3は、静電吸着用部材20がプラズマ処理装置(図示しない)内の所定位置に配置された場合において、プラズマを発生させるための高周波放電に用いられる。
次に、導電部4について説明する。なお、導電部5の構成に関し、導電部4と同じ構成である場合は、カッコ内にて符号を付すものとする。図3に示す導電部4(5)は、第2のセラミックスからなる本体部6(7)と、この本体部6(7)内に位置する、給電端子
10(11)と脱着可能な凹部6h(7h)と、本体部6(7)の表面に位置し、内部電極2(3)および給電端子10(11)に電気的に接続される導電層8(9)とを備える。
なお、凹部6h(7h)において、給電端子10(11)と脱着可能とは、接合や接着ではなく、螺合や係合によって給電端子10(11)を取り付けることができるとともに、螺合や係合を解くことによって給電端子10(11)の取り外しができるということである。
このような構成であることにより、本実施形態の静電吸着用部材20は、給電端子10(11)の取り外しができるため、洗浄作業時間が短い。また、給電端子10(11)の繰り返しの取り付けによっても電気的に安定して接続されることから、長期間に亘って用いることができる。導電層8(9)の厚みは、例えば、8μm以上32μm以下に設定される。
なお、図3(a)および図3(b)の例では、本体部6,7における凹部6h,7hと給電端子10,11とをネジ止め方式で脱着可能に装着する方法を例示している。図3(a)の場合、給電端子10の外周面が導電層8の端部と電気的に接続する構造を示しており、図3(b)の例では、給電端子11の接続部Tが凹部7hの開口部側に位置する導電層9と電気的に接続する構造を示している。図3(b)で示す例のように、給電端子11が凹部7hの開口径よりも大きな径の接続部Tを有する場合、給電端子11と導電層9との電気的接続をより強固なものとすることができる。
本体部6,7を構成する第2のセラミックスは、凹部6h、7hを有している有底筒状体である。なお、本体部6,7の軸方向の断面形状は、円状、角状のいずれでもよいが、応力集中の観点からは、角状における角部が鈍角であることが好適であり、円状であることがより好適である。
また、本実施形態の静電吸着用部材20では、本体部6,7を構成する第2のセラミックスが、基材1を構成する第1のセラミックスとの線膨張係数差が0.5×10−6/℃以下であることが好適である。このような構成を満たすときには、第1のセラミックスおよび第2のセラミックスともに残留応力が蓄積しにくいため、長期間に亘って用いることができる。ここで、線膨張係数(40℃〜400℃)は、JIS R 1618−2002に準拠して測定すればよい。なお、一方の試料寸法が小さく、JIS R 1618−2002に準拠した試料寸法を得ることができない場合は、形状も含めて小さい方の試料寸法に合わせた上で測定を行ない比較すればよい。
そして、第1のセラミックスおよび第2のセラミックスは、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックス、炭化珪素質セラミックスおよび窒化珪素質セラミックスのいずれかからなることが好適である。
ここで、酸化アルミニウム質セラミックスとは、セラミックスを構成する成分の含有量の合計100質量%のうち、酸化アルミニウムの含有量が80質量%以上を占めるセラミックスのことをいう。酸化アルミニウム質セラミックスにおいて、80質量%以上の含有量を占める酸化アルミニウムは主成分ということができるものである。なお、窒化アルミニウム質セラミックス、炭化珪素質セラミックスおよび窒化珪素質セラミックスについても同様である。
それぞれのセラミックスを構成する成分は、まず、X線回折装置(XRD)を用いて同定し、次に、ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析装置(ICP)または
蛍光X線分析装置(XRF)を用いて金属元素の含有量を測定した後、XRDを用いて同定された化合物の成分に換算することにより求められる。例えば、XRDで同定された化合物がAlであれば、ICPで測定したAlの含有量をAlに換算すればよい。
また、本実施形態の静電吸着用部材20では、導電層8,9は、主成分が白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、金、銀およびこれらの合金の少なくともいずれか(以下、これらの金属成分を貴金属という。)であることが好適である。
このような構成であると、導電層8,9の主成分がエッチングガスに対する耐食性の高い貴金属であることから、長期間に亘って修復せずに用いることができる。
また、本実施形態の静電吸着用部材20では、導電層8,9は、第1のセラミックスの主成分と同じ成分(以下、成分Aと記載する。)を含むことが好適である。このような構成であると、昇温および冷却を繰り返しても導電層8,9の伸縮の挙動が第1のセラミックスの伸縮の挙動に近づくため、導電層8,9と基材1との間に隙間が生じにくくなる。
また、本実施形態の静電吸着用部材20では、導電層8,9は、成分Aの含有量は2質量%以上15質量%以下であることが好適である。このような構成であると、導電層8,9の導電性を維持しつつ、導電層8,9と基材1との間の隙間をより生じにくくさせることができる。
そして、第1のセラミックスの主成分および導電層8,9の成分Aが同じであるとは、例えば、第1のセラミックスの主成分がXRDで同定された化合物がAlであった場合、導電層8,9を電子線マイクロアナライザ(EPMA)のカラーマッピングにおいて、AlとO(酸素)とが重なり合って存在する領域があればよい。また、成分Aの含有量は、ICPで測定したAlの含有量をAlに換算すればよい。
図4は、導電層を含む断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真の(a)は一例であり、(b)は他の例であり、(c)は(a)に示すF部を拡大したものである。
図4(a)は、成分Aの含有量が3質量%である導電層8を含む断面の写真であり、図4(b)は、成分Aの含有量が12質量%である導電層8を含む断面の写真である。
本実施形態の静電吸着用部材20では、図4(a)および図4(b)に示すように導電層8は、成分Aが柱状で存在することが好適である。以下、柱状の成分Aを、柱状体12、柱状体13と記載する。
導電層8において、柱状体12,13が存在するときには、導電層8の主成分が構成するマトリックス内にクラックが生じても柱状体12,13が楔のように作用してその進展を抑制する。導電層9においても、同様の理由により、成分Aからなる柱状体12,13を含むことが好適である。
なお、柱状体12,13は、不可避不純物(例えば、炭素、鉄等)を含んでいてもよく、その含有量の合計は、柱状体12,13を構成する元素100質量%のうち、1質量%以下である。そして、本実施形態における柱状体とは、JIS R 1670:2006で規定されるアスペクト比が1.8以上であることをいう。そして、柱状体12,13を構成する元素の含有量は、エネルギー分散型分析装置(EDS)を用いて確認することができる。
次に、本実施形態の静電吸着用部材の製造方法の一例について説明する。
いずれも外径が同じである円板状の第1のセラミック成形体、第2のセラミック成形体および第3のセラミック成形体(以下、これらの成形体を円板状成形体ということがある。)を静水圧プレス成形法(ラバープレス)によって作製する。ここで、それぞれの円板状成形体には、同じ原料を用いる。
また、焼成後に本体部6,7となる円柱状の第4のセラミック成形体および第5のセラミック成形体(以下、これらの成形体を円柱状成形体ということがある。)を静水圧プレス成形法によって作製する。ここで、円柱状成形体を得るための成形圧力は、円板状成形体の成形に用いた成形圧力よりも高くし、その差は、例えば、5MPa以上10MPa以下とする。また、それぞれの円柱状成形体の成形に用いる原料は、円板状成形体の成形時の原料と同じものを用いることが好適である。
そして、第1のセラミック成形体には、端子孔H1,H2となる第1の貫通孔および第2の貫通孔を、また、第2のセラミック成形体には、第1の貫通孔に対応する位置に第3の貫通孔を切削加工によって形成する。
また、円柱状の第4のセラミック成形体および第5のセラミック成形体については、給電端子10,11に対応するネジ溝を含む凹部となる部分を形成する加工を行なう。
次に、導電層8,9および内部電極2,3となる貴金属を含むペーストを準備する。以下、ペーストAという。
ここで、第1のセラミックスの主成分と同じ成分Aを含む導電層8,9を得るには、第1のセラミックスの主成分と同じ成分をペーストA内に予め添加しておき、その含有量が、導電層8,9を構成する成分の含有量の合計100質量%のうち、例えば、2質量%以上15質量%以下となるように調整しておけばよい。以下、このペーストをペーストA’という。導電層8,9において、成分Aを柱状体で存在させるには、添加する粉末として柱状の粉末を用いればよい。
次に、円板状成形体の成形時に用いたものと同じ原料粉末と、有機溶媒(例えば、α−テルピネオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール,プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコールまたはシクロヘキサンジメタノール)と、増粘剤とを所定量秤量し、攪拌装置内の収納容器に入れ、混合・攪拌して、各円板状成形体を接合するためのペースト(以下、このペーストをペーストBという。)を作製する。
なお、ペーストBにおける混合粉末の充填率は、例えば、25体積%以上35体積%以下とし、ペーストBの粘度が、4Pa・s以上7Pa・s以下となるように、有機溶媒および増粘剤の量で調整する。そして、攪拌条件としては、大気中において、回転数を800rpm以上1200rpmとし、回転時間を8分以上16分以下とする。
そして、第4のセラミック成形体および第5のセラミック成形体における凹部となる以外の部分に、ペーストAまたはペーストA’を塗布した後、第1のセラミック成形体の第1の貫通孔に第5のセラミック成形体を、第2の貫通孔に第4のセラミック成形体を挿入する。
次に、第1のセラミック成形体の第2のセラミック成形体に対向する主面に、ペースト
AまたはペーストA’、ペーストBを順次塗布した後、第1の貫通孔が一致するように第2のセラミック成形体を載置する。次に、第2のセラミック成形体の第3のセラミック成形体に対向する主面に、ペーストAまたはペーストA’,ペーストBを順次塗布した後、塗布した主面上に第3セラミック成形体を載置する。
そして、円板状成形体の各主面の法線方向から6.1kPa以上24.5kPa以下の圧力を加える。次に、常温で、湿度を制御しながら、12時間以上48時間以下保持することにより、ペーストを乾燥させる。
成形体を乾燥させた後、成形体を構成する主成分が酸化アルミニウムである場合、大気雰囲気中で、1500℃以上1700℃以下の温度で、5時間以上8時間以下保持して焼成することにより、各部材を接合することができる。
また、成形体を構成する主成分が窒化アルミニウムである場合、大気雰囲気中で、昇温速度を8℃/時間以上16℃/時間以下として昇温し、450℃以上550℃以下の温度で、8時間以上12時間以下保持することにより脱脂し、脱脂体を得る。
この脱脂体を窒素雰囲気中で、1930℃以上2030℃以下の温度で、5時間以上8時間以下保持して焼成することにより、各部材を接合することができる。
また、凹部6h、7hの形成にあたっては、円柱状成形体を用いて焼成まで行なった後、本体部6,7の対向面1b側から、ドリルやタップを用いてネジ溝を含む凹部を形成してもよい。なお、給電端子10,11は、対向面1b側に位置する凹部6h、7hの端部と接続される。また、図3(b)の例のように、給電端子11を接続部Tを有する形状とすることにより、電気的接続をより強固なものとすることができる。
このような構成とすると、給電端子10,11を繰り返し脱着しても導電層8,9が剥離しにくく、長期間に亘って用いることができる。また、導電層8,9の給電端子10,11との接続箇所に摩耗あるいは剥離があったとしても、接続箇所が露出しているためその部分を精度よく容易に修復することができる。
最後に、第3のセラミック成形体が焼成された主面を研削加工または研磨加工することによって、本実施形態の静電吸着用部材を得ることができる。
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。
1 基材
1a 吸着面
1b 対向面
2,3 内部電極
4,5 導電部
6,7 本体部
6h,7h 凹部
8,9 導電層
10,11 給電端子
12,13 柱状体
20 静電吸着用部材
H1,H2 端子孔

Claims (6)

  1. 対象物が吸着される吸着面と、該吸着面の反対に位置する対向面とを有する板状の第1のセラミックスからなる基材と、該基材内に位置する内部電極と、前記対向面から前記内部電極にかけて位置する端子孔と、該端子孔内に位置する導電部と、を備えてなる静電吸着用部材であって、
    前記導電部は、第2のセラミックスからなる本体部と、該本体部内に位置する、給電端子と脱着可能な凹部と、前記本体部の表面に位置し、前記内部電極および前記給電端子に電気的に接続される導電層とを有することを特徴とする静電吸着用部材。
  2. 前記第2のセラミックスは、前記第1のセラミックスとの線膨張係数差が0.5×10−6/℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の静電吸着用部材。
  3. 前記導電層は、主成分が白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、金、銀およびこれらの合金の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の静電吸着用部材。
  4. 前記導電層は、前記第1のセラミックスの主成分と同じ成分を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の静電吸着用部材。
  5. 前記成分の含有量が、2質量%以上15質量%以下であることを特徴とする請求項4に記載の静電吸着用部材。
  6. 前記成分が、柱状で存在することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の静電吸着用部材。
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