JP2022050502A - 静電チャックの製造方法及び静電チャック - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の裏面にて生じる放電を抑制することが可能な静電チャックを提供する。【解決手段】第１の電極層に電圧を印加することにより基板を吸着する静電チャックの製造方法であって、基台上の第１の樹脂層の上に前記第１の電極層を形成するステップと、前記第１の電極層の上にセラミックス又はセラミックス含有物を溶射するステップとを有し、前記セラミックス又はセラミックス含有物を溶射するステップは、フィーダーからノズル内に投入した溶射材料の粉末を、プラズマ生成ガスにより運び、ノズルの先端部の開口から噴射するステップと、噴射されたプラズマ生成ガスを５００Ｗ～１０ｋＷの電力により乖離させて、前記ノズルと軸芯が共通するプラズマを生成するステップと、生成したプラズマにより溶射材料の粉末を液状にして前記第１の電極層の上に成膜するステップとを含む静電チャックの製造方法が提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、静電チャックの製造方法及び静電チャックに関する。
載置台上のウェハを保持するために、電極に電圧を印加し、クーロン力によってウェハを静電吸着して保持する静電チャックが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
静電チャックは、誘電体に電極層が内包された構造をとる。この誘電体が厚くなるほど、静電容量が低下し、ウェハと載置台との電位差が大きくなり、ウェハの裏面にて放電を誘発させる傾向が高まる。例えば、基台側にはウェハを持ち上げるためのピンが通る穴や、ウェハと載置台との間に供給する伝熱ガスを通す穴等が複数形成されている。ウェハと基台との電位差が大きくなると、ウェハの裏面の近傍に形成された複数の穴の近傍等にて異常放電が生じる場合がある。
特開２００９－２００３９３号公報
しかしながら、これまでの静電チャックでは、誘電体の材料にセラミックス焼結材、又は粒径が３０μｍ以上の溶射材料を溶融して溶射されたセラミックスが用いられていた。このため、誘電体の薄板化は困難であった。この結果、ウェハの裏面にて生じる放電を効果的に抑制することはできなかった。
上記課題に対して、一側面では、本発明は、基板の裏面にて生じる放電を抑制することが可能な静電チャックを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、第１の電極層に電圧を印加することにより基板を吸着する静電チャックの製造方法であって、基台上の第１の樹脂層の上に前記第１の電極層を形成するステップと、前記第１の電極層の上にセラミックス又はセラミックス含有物を溶射するステップとを有し、前記セラミックス又はセラミックス含有物を溶射するステップは、フィーダーからノズル内に投入した溶射材料の粉末を、プラズマ生成ガスにより運び、ノズルの先端部の開口から噴射するステップと、噴射されたプラズマ生成ガスを５００Ｗ～１０ｋＷの電力により乖離させて、前記ノズルと軸芯が共通するプラズマを生成するステップと、生成したプラズマにより溶射材料の粉末を液状にして前記第１の電極層の上に成膜するステップと、を含むことを特徴とする静電チャックの製造方法が提供される。
一の側面によれば、基板の裏面にて生じる放電を抑制することが可能な静電チャックを提供することができる。
一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す図。 第１実施形態に係る静電チャックの構成の一例を示す図。 第１実施形態に係るポリイミド及びアルミナの物性値を示す図。 第２実施形態に係る静電チャックの構成の一例を示す図。 第３実施形態に係る静電チャックの構成の一例を示す図。 第４実施形態に係る静電チャックの構成の一例を示す図。 第５実施形態に係る静電チャックの構成の一例を示す図。 第６実施形態に係る静電チャックの構成の一例を示す図。 一実施形態に係る電極コンタクト部及び貫通孔の構造の一例を示す図。 一実施形態に係るプラズマ溶射装置の全体構成の一例を示す図。 一実施形態に係るプラズマジェットを比較例と比較した図。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
［基板処理装置の全体構成］
まず、基板処理装置１の一例について、図１を参照しながら説明する。本実施形態にかかる基板処理装置１は、容量結合型の平行平板基板処理装置であり、略円筒形の処理容器（チャンバ）２を有している。処理容器２の内面には、アルマイト処理（陽極酸化処理）が施されている。処理容器２の内部は、プラズマによりエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理が行われる処理室となっている。
載置台３は、基板の一例である半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）を載置する。載置台３は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている。載置台３は下部電極としても機能する。
載置台３の上側には、ウェハＷを静電吸着するための静電チャック（ＥＳＣ）１０が設けられている。静電チャック１０は、誘電層１０ｂの間に電極層１０ａを挟み込んだ構造になっている。電極層１０ａには直流電源３０が接続されている。スイッチ３１の開閉により直流電源３０から電極層１０ａに直流電圧が印加されると、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０に吸着される。
静電チャック１０の外周側には、ウェハＷの外縁部を囲うように円環状のフォーカスリング１１が載置される。フォーカスリング１１は、例えば、シリコンから形成され、処理容器２においてプラズマをウェハＷの表面に向けて収束し、プラズマ処理の効率を向上させるように機能する。
載置台３の下側は、基台１２になっており、これにより、載置台３は処理容器２の底部に保持される。基台１２の内部には、冷媒流路１２ａが形成されている。チラー３６から出力された例えば冷却水やブライン等の冷却媒体（以下、「冷媒」ともいう。）は、冷媒入口配管１２ｂ、冷媒流路１２ａ、冷媒出口配管１２ｃと流れ、循環する。このようにして循環する冷媒により、金属から構成される載置台３は抜熱され、冷却される。
伝熱ガス供給源３７は、Ｈｅガス等の伝熱ガスを伝熱ガス供給ライン１６に通して静電チャック１０の表面とウェハＷの裏面との間に供給する。かかる構成により、静電チャック１０は、冷媒流路１２ａに循環させる冷媒と、ウェハＷの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御され、これにより、ウェハＷが所定の温度に制御される。
載置台３には、第１周波数のプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを供給する第１高周波電源３２が第１整合器３３を介して接続されている。また、載置台３には、第２周波数のバイアス電圧発生用の高周波電力ＬＦを供給する第２高周波電源３４が第２整合器３５を介して接続されている。第１周波数は、例えば４０ＭＨｚであってもよい。また、第２周波数は、第１周波数よりも低く、例えば１３．５６ＭＨｚであってもよい。本実施形態では、高周波電力ＨＦは、載置台３に印加されるが、ガスシャワーヘッド２０に印加されてもよい。
第１整合器３３は、処理容器２内にプラズマが生成されているときに第１高周波電源３２の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。第２整合器３５は、処理容器２内にプラズマが生成されているときに第２高周波電源３４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
ガスシャワーヘッド２０は、その外縁部を被覆するシールドリング２１を介して処理容器２の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。ガスシャワーヘッド２０には、可変直流電源２６が接続され、可変直流電源２６から負の直流電圧（ＤＣ）が出力される。ガスシャワーヘッド２０は、シリコンにより形成されていてもよい。ガスシャワーヘッド２０は、載置台３（下部電極）に対向する対向電極（上部電極）としても機能する。
ガスシャワーヘッド２０には、ガスを導入するガス導入口２２が形成されている。ガスシャワーヘッド２０の内部にはガス導入口２２から分岐したセンター側のガス拡散室２４ａ及びエッジ側のガス拡散室２４ｂが設けられている。ガス供給源２３から出力されたガスは、ガス導入口２２を介してガス拡散室２４ａ、２４ｂに供給され、ガス拡散室２４ａ、２４ｂにて拡散されて複数のガス供給孔２５から載置台３に向けて導入される。
処理容器２の底面には排気口１８が形成されており、排気口１８に接続された排気装置３８によって処理容器２内が排気される。これにより、処理容器２内は所定の真空度に維持される。処理容器２の側壁にはゲートバルブ１７が設けられている。ゲートバルブ１７は、ウェハＷを処理容器２へ搬入したり、処理容器２から搬出したりする際に開閉する。
基板処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御装置１００が設けられている。制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０５、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１０及びＲＡＭ（Random Access Memory）１１５を有している。ＣＰＵ１０５は、ＲＡＭ１１５等の記憶領域に格納されたレシピに従って、エッチング等の所望のプラズマ処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、処理容器内温度（上部電極温度、処理容器の側壁温度、ウェハＷ温度、静電チャック温度等）、チラー３６から出力される冷媒の温度などが設定されている。なお、レシピ及び制御装置１００が使用するプログラムは、ハードディスク、半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピ 等は、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
エッチングや成膜等のプラズマ処理が実行される際には、ゲートバルブ１７の開閉が制御され、ウェハＷが処理容器２に搬入され、載置台３に載置される。直流電源３０から電極層１０ａに正又は負の極性の直流電圧が印加されると、ウェハＷが静電チャック１０に静電吸着され、保持される。
プロセス時には、ガス供給源２３から処理容器２内に所望のガスが供給され、第１高周波電源３２から載置台３に高周波電力ＨＦが印加される。第２高周波電源３４から載置台３に高周波電力ＬＦが印加されてもよい。可変直流電源２６から負の直流電圧がガスシャワーヘッド２０に印加されてもよい。これにより、ウェハＷの上方にてガスが乖離してプラズマが生成され、プラズマの作用によりウェハＷにプラズマ処理が施される。
プラズマ処理後、直流電源３０から電極層１０ａに静電吸着時とは正負の極性が逆の直流電圧が印加され、ウェハＷの電荷が除電される。除電後、ウェハＷは、静電チャック１０から剥がされ、ゲートバルブ１７から処理容器２の外に搬出される。
［静電チャックの製造］
次に、第１～第６実施形態に係る静電チャック１０の構成について、図２～図９を参照しながら順に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態に係る静電チャック１０の構成について、図２を参照しながら説明する。静電チャック１０は、基台１２の上に形成される。基台１２は、外周側に凹み部があり、凹み部に環状のフォーカスリング１１が載置されるようになっている。図２（ａ）の左側を図２（ｂ）にて拡大して示すように、基台１２の外周側の凹み部及び基台１２の側壁は、溶射セラミックス１２１により被覆されている。
基台１２の上面に設けられた接着層１２２の上にはポリイミド層１２３が形成され、これによりポリイミド層１２３は基台１２に接着される。電極層１０ａは、ポリイミド層１２３の上に形成され、ポリイミド層１２３と溶射セラミックス１２４とにより挟まれている。第１実施形態では、ポリイミド層１２３及び溶射セラミックス１２４により誘電層１０ｂが形成され、電極層１０ａ、ポリイミド層１２３及び溶射セラミックス１２４により静電チャック１０が形成される。
第１実施形態に係る静電チャック１０の製造方法について説明する。基台１２には、外周側の凹み部及び基台１２の側壁にセラミックス又はセラミックス含有物である溶射セラミックス１２１が溶射され、基台１２の上面に接着層１２２が設けられている。
第１ステップにおいて、基台１２上の接着層１２２の上にポリイミド層１２３が形成される。ポリイミド層１２３は、シート状のポリイミドを接着層１２２の上に貼り付けてもよいし、塗布してもよい。塗布の場合、接着層１２２は設けなくてもよい。すなわち、塗布の場合、ポリイミド層１２３を直接基台１２上に塗ってもよいし、接着層１２２上に塗ってもよい。ポリイミド層１２３は、第１の樹脂層の一例である。第１の樹脂層は、ポリイミド、シリコーン、エポキシ又はアクリルのいずれかであり得る。本実施形態では、ポリイミド層１２３及び接着層１２２は、基台１２の上面に形成され、基台１２の側面には形成されていない。
次に、第２ステップにおいて、ポリイミド層１２３の上に電極層１０ａを形成する。電極層１０ａは、第１の電極層の一例である。第１の電極層は、金属により構成される。金属層１０ａ及び後述する金属層１０ｂは、本実施形態に係る基板処理装置１を用いて成膜してもよい。
次に、第３ステップにおいて、電極層１０ａの上にセラミックス又はセラミックス含有物である溶射セラミックス１２４を溶射する。本実施形態及び第２～第６実施形態に係る静電チャック１０の製造方法では、溶射セラミックスは、後述するプラズマ溶射装置によりプラズマ溶射される。
第１実施形態に係る静電チャックの製造方法によれば、電極層１０ａの下層材にはポリイミド材を使用し、上層材にはセラミックス溶射を使用する。これにより、静電チャック１０を薄板化することができる。例えば、静電チャック１０の溶射セラミックス１２４の厚さを０．６ｍｍ程度に形成し、静電チャック１０の全体の厚さを１ｍｍ未満に形成することができる。
第１の樹脂層及び後述する第２の樹脂層をポリイミド材にて形成する利点について説明する。静電チャック１０の静電容量Ｃは、誘電層１０ｂの比誘電率εと誘電層１０ｂの厚さｄとを用いて、（１）式から算出される。
Ｃ＝ε０×ε×（Ｓ／ｄ）・・・（１）
ε０：真空の誘電率、ε：比誘電率、Ｓ：誘電層１０ｂの面積、ｄ：誘電層１０ｂの厚さ
例えば、ある絶縁値［ｋＶ］を確保しようとした場合、アルミナの板厚を１とすると、ポリイミドであればアルミナの１／２１の厚さで実現できる。これは、図３の上段に示すように、ポリイミドの絶縁破壊電圧がアルミナ（セラミックス）の絶縁破壊電圧の２１倍であるためである。
このため、図３の下段に示すように、ポリイミドの比誘電率が、アルミナの比誘電率の１／３であっても、同じ厚さで比較すると、ポリイミド層１２３の静電容量は、アルミナの静電容量の７倍（＝２１／３）となる。
また、溶射セラミックス１２１、１２４は、後述するプラズマ溶射装置によりプラズマ溶射することで、厚さを約０．６ｍｍ程度に薄くすることができる。従来、電極層１０ａの上層材には、誘電体の焼結板が使用されており、最低でも１ｍｍ以上、例えば、１ｍｍ～４ｍｍの厚さを有していた。以上から、従来の静電チャック１０の厚さは、最低でも１ｍｍ以上の厚さになる。これに対して、本実施形態に係る静電チャックの製造方法によれば、静電チャック１０の全体の厚さを１ｍｍ未満に形成することができる。
図２（ｃ）に示すように、溶射セラミックス１２４は、ポリイミド層１２３及び接着層１２２を覆うように溶射されてもよい。これによれば、プラズマ耐性が溶射セラミックス１２４よりも低いポリイミド層１２３及び接着層１２２がプラズマに露出しない。これにより、ポリイミド層１２３及び接着層１２２がプラズマに露出して耐食することにより生じる静電チャック１０の寿命の短縮化を回避することができる。
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る静電チャック１０の構成について、図４を参照しながら説明する。第２実施形態に係る静電チャック１０は、ポリイミド層が２層になっている点が、図２に示す第１実施形態に係る静電チャック１０の構成と異なる。
具体的には、第２実施形態に係る静電チャック１０では、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、ポリイミド層１２３と溶射セラミックス１２４との間に、ポリイミド層１２５が形成されている。本実施形態に係るポリイミド層１２３は、第１の樹脂層の一例であり、ポリイミド層１２５は、第２の樹脂層の一例である。本実施形態では、ポリイミド層を２層にすることで、ポリイミドが絶縁破壊電圧が高いために、更に静電チャック１０を薄くすることができる。
ポリイミド層１２５は、ポリイミド層１２３と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。ポリイミド層１２３，１２５は薄いため、異なる材料を使用しても問題なく密着性を保つことができる。
第１の樹脂層と第２の樹脂層との組み合わせは、ポリイミド、シリコーン、エポキシ又はアクリルのうちの、同種又は異種のいずれかの組み合わせであり得る。つまり、第１の樹脂層は、ポリイミド、シリコーン、エポキシ又はアクリルのいずれかであってもよく、同様に、第２の樹脂層は、ポリイミド、シリコーン、エポキシ又はアクリルのいずれかであってもよい。
例えば、ポリイミド層１２３，１２５は、２層のポリイミドで形成されてもよいし、２層のシリコーンで形成されてもよいし、２層のエポキシで形成されてもよいし、２層のアクリルで形成されてもよい。また、ポリイミド層１２３，１２５は、ポリイミド層上にシリコーン層が形成されるパターン、ポリイミド層上にエポキシ層が形成されるパターン、ポリイミド層上にアクリル層が形成されるパターン、シリコーン層上にエポキシ層が形成されるパターン、シリコーン層上にアクリル層が形成されるパターン、その他のすべての第１の樹脂層及び第２の樹脂層の材料の組み合わせであってもよい。
第２実施形態に係る静電チャック１０の製造方法について説明する。溶射セラミックス１２１及び接着層１２２が付された基台１２に対して、第１ステップにおいて、基台１２上の接着層１２２の上にポリイミド層１２３を形成する。ポリイミド層１２３を塗布する場合、接着層１２２は設けなくてもよい。次に、第２ステップにおいて、ポリイミド層１２３の上に電極層１０ａを形成する。
次に、第３ステップにおいて、ポリイミド層１２５を形成した後、第４ステップにおいて、ポリイミド層１２５の上に溶射セラミックス１２４を溶射する。
第２実施形態に係る静電チャックの製造方法によれば、電極層１０ａは２層の下層材のポリイミドによりラミネートされ、上層材にはセラミックス溶射を使用する。かかる構成では、絶縁破壊電圧が高い２層のポリイミドを設けることにより、さらに静電チャック１０を薄板化することができる。
第２実施形態においても、ポリイミド層１２３，１２５及び接着層１２２は、基台１２の上面に形成され、基台１２の側面には形成されていない。また、図４（ｃ）に示すように、溶射セラミックス１２４は、ポリイミド層１２３，１２５及び接着層１２２を覆うように溶射されてもよい。これによれば、プラズマ耐性が溶射セラミックス１２４よりも低いポリイミド層１２３，１２５及び接着層１２２がプラズマに露出しない。これにより、ポリイミド層１２３，１２５及び接着層１２２がプラズマに露出して耐食されず、静電チャック１０の寿命を長くすることができる。
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る静電チャック１０の構成について、図５を参照しながら説明する。第３実施形態に係る静電チャック１０は、ポリイミド層１２３及び接着層１２２が、基台１２の側面及び凹み部の上面に延在して形成されている点、及びフォーカスリング１１用の電極層１０ｃが、電極層１０ａとは別に設けられる点が、図２の第１実施形態と異なる。
第３実施形態に係る静電チャック１０の製造方法について説明する。第１ステップにおいて、基台１２の側面及び凹み部の上面に延在して形成されている接着層１２２の上にポリイミド層１２３が形成される。
次に、第２ステップにおいて、ポリイミド層１２３上の中央側に電極層１０ａを形成し、ポリイミド層１２３上の外周側に電極層１０ｃを形成する。電極層１０ｃは、第２の電極層の一例である。第２の電極層は、金属により構成される。電極層１０ａは、ウェハＷを静電吸着させるために直流電圧を印加する電極であり、電極層１０ｃは、フォーカスリング１１を静電吸着させるために直流電圧を印加する電極である。
次に、第３ステップにおいて、電極層１０ｃの上に溶射セラミックス１２１を溶射し、電極層１０ａの上に溶射セラミックス１２４を溶射する。本実施形態に係るポリイミド層１２３は、第１の樹脂層の一例である。
第３実施形態に係る静電チャックの製造方法によれば、電極層１０ａ、１０ｃの下層材にはポリイミド材を使用し、上層材にはセラミックス溶射を使用する。これにより、ウェハＷ用の電極層１０ａを有する静電チャック１０及びフォーカスリング１１用の電極層１０ｃを有する静電吸着機構とを一体型に形成し、かつ静電チャック１０及び静電吸着機構を薄板化することができる。
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態に係る静電チャック１０の構成について、図６を参照しながら説明する。図５の第３実施形態と比べると、第４実施形態に係る静電チャック１０は、ポリイミド層が２層になっている点が異なる。
第４実施形態に係る静電チャック１０の製造方法について説明する。第１ステップにおいて、基台１２の側面及び凹み部の上面に延在して形成されている接着層１２２の上にポリイミド層１２３を形成する。
次に、第２ステップにおいて、ポリイミド層１２３上の中央側に電極層１０ａを形成し、ポリイミド層１２３上の外周側に電極層１０ｃを形成する。
次に、第３ステップにおいて、電極層１０ｃの上にポリイミド層１２６を形成し、電極層１０ａの上にポリイミド層１２５を形成する。その後、第４ステップでポリイミド層１２６の上に溶射セラミックス１２１を溶射し、ポリイミド層１２５の上に溶射セラミックス１２４を溶射する。本実施形態に係るポリイミド層１２３は，第２の樹脂層の一例であり、ポリイミド層１２５，１２６は、第２の樹脂層の一例である。
第４実施形態に係る静電チャックの製造方法によれば、電極層１０ａ、１０ｃをラミネートする静電チャック１０の下層材には２層のポリイミド材を使用し、その上層材にはセラミックス溶射を使用する。これにより、ウェハＷ用の静電チャック１０及びフォーカスリング１１用の静電吸着機構を一体型に形成し、かつさらに薄板化することができる。
＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態に係る静電チャック１０の構成について、図７を参照しながら説明する。図５の第３実施形態と比べると、第５実施形態に係る静電チャック１０は、基台１２の側面にポリイミド層及び接着層が存在しない点が、基台１２の全面にポリイミド層及び接着層が存在する第３実施形態と異なる。
第５実施形態に係る静電チャック１０の製造方法について説明する。第１ステップにおいて、基台１２の上面に形成されている接着層１２２の上にポリイミド層１２３を形成し、基台１２の凹み部の上面に分かれて形成されている接着層１２７の上にポリイミド層１２８を形成する。
次に、第２ステップにおいて、ポリイミド層１２３の上に電極層１０ａを形成し、ポリイミド層１２８の上に電極層１０ｃを形成する。次に、第３ステップにおいて、電極層１０ｃの上に溶射セラミックス１２１を溶射し、電極層１０ａの上に溶射セラミックス１２４を溶射する。ポリイミド層１２３，１２８は、第１の樹脂層の一例である。
第５実施形態に係る静電チャックの製造方法によれば、電極層１０ａ、１０ｃの下層材のポリイミド層及び接着層を基台１２の全面に形成する替わりに、基台１２の上面だけに形成する。これにより、基台１２の側面にはポリイミド層及び接着層を形成する必要がなくなり、ポリイミド層及び接着層の形成をより容易に行うことができる。この結果、ウェハＷ用の静電チャック１０及びフォーカスリング１１用の静電吸着機構とを一体型にかつ薄板化し、さらにより容易にこれらの構造を形成することができる。
＜第６実施形態＞
次に、第６実施形態に係る静電チャック１０の構成について、図８を参照しながら説明する。図６の第４実施形態と比べると、第６実施形態に係る静電チャック１０は、基台１２の側面にポリイミド層が存在しない点が、基台１２の全面にポリイミド層が存在する第４実施形態と異なる。
第６実施形態に係る静電チャック１０の製造方法について説明する。第１ステップにおいて、基台１２の上面に形成されている接着層１２２の上にポリイミド層１２３を形成し、基台１２の凹み部の上面に分かれて形成されている接着層１２７の上にポリイミド層１２８を形成する。
次に、第２ステップにおいて、ポリイミド層１２３の上に電極層１０ａを形成し、ポリイミド層１２８の上に電極層１０ｃを形成する。
次に、第３ステップにおいて、電極層１０ｃの上にポリイミド層１２９を形成し、電極層１０ａの上にポリイミド層１２５を形成する。その後、第４ステップにおいて、ポリイミド層１２９の上に溶射セラミックス１２１を溶射し、ポリイミド層１２５の上に溶射セラミックス１２４を溶射する。ポリイミド層１２３，１２８は、第１の樹脂層の一例であり、ポリイミド層１２５，１２９は、第２の樹脂層の一例である。
第６実施形態に係る静電チャックの製造方法によれば、電極層１０ａ、１０ｃをラミネートする静電チャック１０の下層材には２層のポリイミド材を使用し、その上層材にはセラミックス溶射を使用する。これにより、一体型かつさらに薄板化したウェハＷ用の静電チャック１０及びフォーカスリング１１用の静電吸着機構を、より容易に形成することができる。
［電極コンタクト部及び貫通孔の構造］
次に、電極層１０ａ、１０ｃとのコンタクト部及び貫通孔近傍の構造について、図９を参照しながら説明する。図９（ａ）は、電極層１０ａとのコンタクト部の構造の一例を示し、図９（ｂ）は、貫通孔の構造の一例を示す。電極層１０ｃとのコンタクト部の構造については、電極層１０ａとのコンタクト部の構造と同様であるため、ここでは説明を省略する。
電極層１０ａとのコンタクト部の製造方法としては、まず、基台１２に形成された電極用の貫通孔に誘電体のスリーブ１３０を装着し、その後、基台１２及びスリーブ１３０上の接着層１２２の上にポリイミド層１２３を形成する。その後、ポリイミド層１２３の上に形成した電極層１０ａ上に溶射セラミックス１２４を溶射する。スリーブ１３０の内部に直流電源３０と接続される給電棒１３１の先端部を挿入し、電極層１０ａに当接させる。これにより、電極層１０ａとのコンタクト部が形成される。
図９（ｂ）に示す貫通孔は、例えば、基台１２側に形成された、ウェハＷを持ち上げるためのピンが通る穴や、Ｈｅ等の伝熱ガスを通す穴等である。貫通孔の製造方法としては、例えば、基台１２に形成された電極用の貫通孔に誘電体のスリーブ１３０を装着し、その後、基台１２及びスリーブ１３０上の接着層１２２の上にポリイミド層１２３を形成する。その後、ポリイミド層１２３の上に形成した電極層１０ａ上に溶射セラミックス１２４を溶射する。スリーブ１３０の内部は貫通孔１３２となり、この貫通孔１３２にウェハＷ持ち上げ用のピンや伝熱ガスを通すことができる。
以上、各実施形態に係る静電チャック１０の製造方法によれば、静電チャック１０を薄板化することができ、静電容量を向上させることができる。例えば、静電チャック１０の誘電層をポリイミド材及びシリコーンで形成した場合の合成静電容量Ｃ１について説明する。
直径が３００ｍｍの基台１２の上面に、比誘電率が３．２のポリイミド材を２５μｍの厚さに形成し、その上に、比誘電率が２．７のシリコーンを４０μｍの厚さに形成する。この場合、静電容量Ｃ１は、式（１）に基づき２７６６０ｐＦとなる。
これに対して、直径が３００ｍｍの基台１２の上面に、比誘電率が９．９のアルミナセラミックス板材を１００μｍの厚さに形成したときの静電容量Ｃ２は、上記式（１）に基づき６１９６ｐＦとなる。
静電チャック１０のセラミックス板材の電流の流れにくさはリアクタンスＸｃで示され、周波数ｆと静電容量Ｃとにより、以下の式（２）を用いて算出される。
Ｘｃ＝１／（２πｆＣ）・・・（２）
静電チャック１０の電極に所定の直流電圧を印加したときに流れる電流をＩとすると、ポリイミド及びシリコーンの誘電層、及びセラミックス板材にかかる電圧Ｖｃは、式（３）により表される。
Ｖｃ＝Ｘｃ×Ｉ・・・（３）
式（２）及び式（３）のより、ポリイミド及びシリコーンの誘電層の合成静電容量Ｃ１は、セラミックス板材の静電容量Ｃ２よりも大きいため、リアクタンスＸｃが小さくなり、電圧Ｖｃ、つまり、ウェハＷと静電チャック１０との電位差を低下させることができる。
以上、各実施形態に係る静電チャック１０によれば、静電チャック１０を薄板化することにより顕著に静電容量を上げることができる。これにより、ウェハＷと基台１２との電位差を小さくすることができる。これにより、本実施形態に係る静電チャック１０の製造方法によれば、ウェハＷの裏面にて生じる放電を抑制することが可能な静電チャック１０を提供することができる。
また、各実施形態に係る静電チャック１０の製造方法によれば、誘電層にセラミックス焼結材を用いず、ポリイミド層と溶射セラミックスとを使用する。セラミックス焼結材は、作成時に焼成炉内の処理時間が長く、静電チャック１０の製造時間が長くなる要因となる。よって、本実施形態及び後述する各実施形態に係る静電チャック１０の製造方法によれば、従来よりも静電チャック１０の製造時間を短縮することができる。
［バリエーション］
第１～第６実施形態に係る静電チャック１０の製造方法では、溶射セラミックス１２１、１２４の溶射材料は、セラミックス又はセラミックスに金属を添加した複合材料であってもよい。具体的には、溶射セラミックス１２１、１２４の溶射材料は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、アルミナに金属の添加材を添加した複合材料、イットリア（Ｙ２Ｏ３）又はイットリアに金属の添加材を添加した複合材料であってもよい。このとき、金属の添加材は、チタン、アルミニウム又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）であってもよい。例えば、アルミナにチタン、アルミニウム又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）を添加した材料や、イットリアにチタン、アルミニウム又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）を添加した材料を使用することができる。
［プラズマ溶射装置］
上記各実施形態に係る静電チャック１０では、セラミックス溶射することで、誘電体を約０．６ｍｍ程度の薄さに製造することができる。このために、本発明の一実施形態に係るプラズマ溶射装置１５０を使用して、溶射セラミックス１２１，１２４を形成する。以下、本実施形態に係るプラズマ溶射装置１５０の構成の一例について、図１０を参照しながら説明する。
プラズマ溶射装置１５０は、溶射材料の粉末をノズル５１の先端部の開口５１ｂから噴射して、高速のガスにより形成されたプラズマジェットＰの熱により溶融しながら基台１２に向かって噴き出し、基台１２上に溶射セラミックス１２１，１２４を形成する。
本実施形態では、溶射材料の粉末の一例として、１μｍ～２０μｍの粒径のアルミナの微粉末(パウダー)（以下、「アルミナ粉末Ｒ１」という。）を使用する。ただし、溶射材料の粉末は、上記セラミックス又はセラミックスに金属を添加した複合材料であって、１μｍ～２０μｍの粒径であればよい。
本実施形態に係るプラズマ溶射装置１５０は、後述するように、低エネルギーで溶射材料を溶融するため、溶射材料の粉末が昇華せずに、液状のまま存在し、成膜できる。このため、本実施形態に係るプラズマ溶射装置１５０の利点の一つとしては、融点の低い特定の溶射材料であっても本実施形態に係るプラズマ溶射装置１５０を使用して溶射成膜できる点が挙げられる。
プラズマ溶射装置１５０は、供給部５０、制御部１０１、ガス供給部４０、プラズマ生成部６５、チャンバＣ、回収廃棄機構８３及びドライ室８８を含む。供給部５０は、ノズル５１及びフィーダー６０を有する。アルミナ粉末Ｒ１は、フィーダー６０内の容器６１に収納されている。アルミナ粉末Ｒ１は、１μｍ～２０μｍの粒径の微粉末である。フィーダー６０は、アルミナ粉末Ｒ１をノズル５１に供給する。アルミナ粉末Ｒ１は、プラズマ生成ガスによりノズル５１内を運ばれ、先端部の開口５１ｂから噴射する。
フィーダー６０には、アクチュエータ６２が設けられている。ノズル５１は棒状の環状部材であり、その内部にアルミナ粉末Ｒ１が運ばれる流路５１ａが形成されている。ノズル５１の流路５１ａと容器６１内とは連通する。アルミナ粉末Ｒ１は、アクチュエータ６２の動力により容器６１を振動させることで、容器６１からノズル５１内の流路５１ａに投入される。
ノズル５１には、アルミナ粉末Ｒ１とともにプラズマ生成ガスが供給される。プラズマ生成ガスは、プラズマを生成するためのガスであり、また、流路５１ａにてアルミナ粉末Ｒ１を運ぶキャリアガスとしても機能する。ガス供給部４０では、ガス供給源４１からプラズマ生成ガスが供給され、バルブ４６及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ：mass flow controller）を通って開閉及び流量制御され、パイプ４２を通ってノズル５１内の流路５１ａに供給される。プラズマ生成ガスとしては、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス及びこれら各種ガスを組合わせたガスが利用できる。本実施形態では、プラズマ生成ガスとしてＡｒガスを供給する場合を例に挙げて説明する。
ノズル５１は、プラズマ生成部６５の本体部５２を貫通し、その先端部がプラズマ生成空間Ｕに突出する。アルミナ粉末Ｒ１は、プラズマ生成ガスによりノズル５１の先端部まで運搬され、プラズマ生成ガスとともに先端部の開口５１ｂからプラズマ生成空間Ｕに噴射される。
ノズル５１は、金属により形成されている。本体部５２は、絶縁材料により形成されている。本体部５２は、中央部に貫通口５２ａを有している。ノズル５１の前方部分５１ｃは、本体部５２の貫通口５２ａに挿入されている。ノズル５１の前方部分５１ｃは、直流電源４７に接続され、直流電源４７から電流が供給される電極（カソード）としても機能する。
プラズマ生成空間Ｕは、主に本体部５２の凹み部５２ｂと張出部５２ｄとにより画定された空間であり、プラズマ生成空間Ｕにはノズル５１の先端部が突出している。張出部５２ｄは、本体部５２の外壁に設けられた金属板５２ｃと一端部で連結している。金属板５２ｃは、直流電源４７に接続されている。これにより、金属板５２ｃ及び張出部５２ｄは電極（アノード）として機能する。
電極間には、直流電源４７から５００Ｗ～１０ｋＷの電力が供給され、これにより、ノズル５１の先端部と張出部５２ｄとの間で放電が生じる。これにより、プラズマ生成部６５は、プラズマ生成空間Ｕにおいてノズル５１から噴射したアルゴンガスを乖離させ、アルゴンプラズマを生成する。
また、プラズマ生成空間Ｕには、アルゴンガスが旋回流となって供給される。具体的に説明すると、アルゴンガスは、ガス供給源４１から供給され、バルブ４６及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を通って開閉及び流量制御され、パイプ４３を通って本体部５２内を流れ、横方向からプラズマ生成空間Ｕに供給される。
プラズマ生成空間Ｕに導入されるアルゴンガスの供給流路は、本体部５２に複数設けられている。これにより、アルゴンガスは、複数の供給流路から横方向に旋回流となってプラズマ生成空間Ｕに供給される。これにより、生成されるプラズマの拡散を防ぎ、プラズマジェットＰが直線偏向となる。これにより、プラズマ生成部６５は、ノズル５１の先端部から噴射したプラズマ生成ガスを乖離させ、ノズル５１と軸芯Ｏが共通するプラズマジェットＰを生成する。なお、本実施形態にて「軸芯が共通する」とは、供給部５０（ノズル５１）の中心軸とプラズマジェットの吹き付け方向の中心軸とが一致する又はほぼ同一方向になることをいう。
かかる構成によれば、アルミナ粉末Ｒ１は、高速のアルゴンガスにより形成されたプラズマジェットＰの熱により溶融しながら基台１２の表面に向かって噴き出され、これにより、溶射セラミックス１２４が形成される。同様にして、基台１２の外周側に溶射セラミックスノズル１２１が形成される。
本体部５２の内部には冷媒流路７２が形成されている。チラーユニット７０から供給された冷媒は、バルブ７４、７５の開閉により冷媒管７１、冷媒流路７２、冷媒管７３を通って循環し、チラーユニット７０に戻る。これにより、本体部５２は冷却され、本体部５２がプラズマの熱により高温になることを防ぐ。なお、チャンバＣの側壁には、チャンバＣの内部を目視するための窓８２が付けられている。
［軸芯構造］
かかる構成の本実施形態に係るプラズマ溶射装置１５０では、図１１（ｂ）に示すように、供給部５０のノズル５１とプラズマジェットＰとの軸芯を共通にする構造となっている。これにより、アルミナ粉末Ｒ１の噴出方向をプラズマジェットＰの進行方向とを同一にすることができる。つまり、プラズマジェットＰと同一軸でアルミナ粉末Ｒ１が供給される。これにより、溶射の指向性を高め、基台１２の特定の面にアルミナセラミックスの薄膜を形成することができる。
これに対して、比較例のプラズマ溶射装置９では、図１１（ａ）に示すように、溶射粒子の粉末は、ノズル８の前方に形成されたプラズマジェットＰに対して垂直方向に設けられた供給管７から、プラズマジェットＰに対して垂直に供給される。このため、溶射用粉末Ｒ２の粒径が小さいと、その粉末Ｒ２がプラズマジェットＰの境界にてはじかれ、プラズマ内に入り込むことができない。そこで、比較例のプラズマ溶射装置９の場合、図１１（ａ）の下表に示すように、溶射材料の粉末Ｒ２の粒径は、３０μｍ～１００μｍとなる。これに対して、本実施形態に係るプラズマ溶射装置１５０で使用する溶射材料の粉末Ｒ１の粒径は、図１１（ｂ）の下表に示すように１μｍ～２０μｍである。よって、比較例にて使用する溶射材料の粉末Ｒ２は、本実施形態にて使用する溶射材料の粉末Ｒ１と比較して、粒径が１０倍、体積が１０００倍程度大きくなる。
よって、比較例のプラズマ溶射装置９の場合、溶射材料の粉末Ｒ２をプラズマにより溶融するためには、直流電源から供給する電力量を、本実施形態のプラズマ溶射装置１５０の場合と比べて２倍以上にしなければならない。この結果、最大電力量が大きい、より高価な直流電源が必要となる。
これに対して、本実施形態のプラズマ溶射装置１５０の場合、溶射材料の粉末Ｒ１は、粒径が数μｍ程度の微粒子であり、比較例と比べて１／１０程度のフィード量で少しずつ供給する。これにより、従来よりも溶射材料の粉末が溶融するための電力量を小さくすることができる。本実施形態では、５００Ｗ～１０ｋＷの出力電力量を確保できればよいため、最大電力量が小さな直流電源４７を使ってプラズマ溶射を行うことができる。このため、高価な熱源を不要とし、プラズマ溶射時の消費電力を小さくし、コストを低下させることができる。また、これにより、本実施形態のプラズマ溶射装置１５０は、比較例のプラズマ溶射装置９と比較して、装置の総重量を約１／１０にすることができる。
また、本実施形態のプラズマ溶射装置１５０の場合、供給部５０のノズル５１とプラズマジェットＰとの軸芯を共通にする構造を有し、アルミナ粉末Ｒ１の噴出方向がプラズマジェットＰの進行方向と同一方向である。このため、溶射に指向性を有し、基台１２の上面や側面や角部にセラミックス溶射を行うことができる。
［チャンバ］
図１０に戻り、プラズマ溶射装置１５０のチャンバＣについて説明する。チャンバＣは、円柱状の中空の容器であり、例えばアルミニウムやステンレスや石英により形成されている。チャンバＣは、天井部にて本体部５２を支持し、供給部５０及びプラズマ生成部６５を閉空間とする。基台１２は、チャンバＣの底部８１に配置されたステージ８０に置かれている。本実施形態では、チャンバＣの内部は、所定の圧力に減圧されている。ただし、チャンバＣの内部は必ずしも減圧されなくてもよい。
チャンバＣの内部は、アルゴンガスにより充填されている。アルゴンガスは、ガス供給源４１からパイプ４５を通ってチャンバＣ内に供給される。ただし、チャンバＣの内部に充填されるガスは、アルゴンガスに限らず、不活性ガスであればよい。
回収廃棄機構８３は、チャンバＣの内部のアルゴンガス及びアルミナ粉末をバルブ８５の開閉に従い排気管８４に通して吸い込み、アルミナ粉末を廃棄する。
ドライ室８８は、チャンバＣに隣接して設けられ、所定の湿度に除湿された閉空間を形成している。また、ドライ室８８は、排気装置８９により所定の圧力に減圧されている。ただし、ドライ室８８は、減圧されていなくてもよい。セラミックス溶射が施された基台１２は、ゲートバルブ８６、８７からドライ室８８に搬送され、次工程へと運ばれる。
［制御部］
プラズマ溶射装置１５０は、制御部１０１を有する。制御部１０１は、プラズマ溶射装置１５０を制御する。制御部１０１は、ガス供給源４１、フィーダー６０（アクチュエータ６２）、直流電源４７、チラーユニット７０及び回収廃棄機構８３等を制御する。
制御部１０１は、特定の溶射材料をプラズマ溶射するためのレシピ又はプログラムを選択し、該レシピ又はプログラムに基づきプラズマ溶射装置１５０の各部を制御する。
具体的には、制御部１０１は、以下の各ステップを実行する。これにより、基台１２の上に約０．６ｍｍ程度の溶射セラミックス１２１、１２４を形成することができる。
・フィーダー６０からノズル５１内に投入したアルミナ等の溶射材料の粉末Ｒ１を、プラズマ生成ガスにより運び、ノズル５１の先端部の開口５１ｂから噴射するステップ
・噴射されたプラズマ生成ガスを、直流電源４７から出力された５００Ｗ～１０ｋＷの電力により乖離させて、ノズル５１と軸芯が共通するプラズマを生成するステップ
・生成したプラズマにより溶射材料の粉末を液状にして成膜し、溶射セラミックスを形成するステップ
以上、静電チャックの製造方法及び静電チャックを上記実施形態により説明したが、本発明にかかる静電チャックの製造方法及び静電チャックは上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本発明に係る基板処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP),Inductively Coupled Plasma(ICP),Radial Line Slot Antenna, Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR),Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。
本明細書では、基板の一例として半導体ウェハＷを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、LCD(Liquid Crystal Display)、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
１ 基板処理装置
２ 処理容器（チャンバ）
３ 載置台
１０ 静電チャック
１０ａ、１０ｃ 電極層
１０ｂ 誘電層
１１ フォーカスリング
１２ 基台
１２ａ 冷媒流路
１７ ゲートバルブ
２０ ガスシャワーヘッド
２１ シールドリング
２２ ガス導入口
２３ ガス供給源
２４ａ、２４ｂ ガス拡散室
２５ ガス供給孔
２６ 可変直流電源
３０ 直流電源
３１ スイッチ
３２ 第１高周波電源
３３ 第１整合器
３４ 第２高周波電源
３５ 第２整合器
３６ チラー
３７ 伝熱ガス供給源
３８ 排気装置
１００ 制御装置
１２１ 溶射セラミックス
１２２，１２７ 接着層
１２３，１２５，１２６，１２８，１２９ ポリイミド層
１２１、１２４ 溶射セラミックス
１５０ プラズマ溶射装置
５０ 供給部
５１ ノズル
５１ａ 流路
５１ｂ 開口
５２ 本体部
５２ｂ 凹み部
５２ｄ 張出部
６０ フィーダー
６１ 容器
６２ アクチュエータ
１０１ 制御部
４０ ガス供給部
４１ ガス供給源
４７ 直流電源
６５ プラズマ生成部
７０ チラーユニット
８０ ステージ
８３ 回収廃棄機構
８８ ドライ室
Ｃ チャンバ
Ｕ プラズマ生成空間

Claims (15)

  1. 第１の電極層に電圧を印加することにより基板を吸着する静電チャックの製造方法であって、
    基台上の第１の樹脂層の上に前記第１の電極層を形成するステップと、
    前記第１の電極層の上にセラミックス又はセラミックス含有物を溶射するステップとを有し、
    前記セラミックス又はセラミックス含有物を溶射するステップは、
    フィーダーからノズル内に投入した溶射材料の粉末を、プラズマ生成ガスにより運び、ノズルの先端部の開口から噴射するステップと、
    噴射されたプラズマ生成ガスを５００Ｗ～１０ｋＷの電力により乖離させて、前記ノズルと軸芯が共通するプラズマを生成するステップと、
    生成したプラズマにより溶射材料の粉末を液状にして前記第１の電極層の上に成膜するステップと、
    を含むことを特徴とする静電チャックの製造方法。
  2. 前記溶射材料は、セラミックス又はセラミックスに金属を添加した複合材料である、
    請求項１に記載の静電チャックの製造方法。
  3. 前記溶射材料は、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３に金属の添加材を添加した複合材料、Ｙ２Ｏ３又はＹ２Ｏ３に金属の添加材を添加した複合材料のいずれかである、
    請求項２に記載の静電チャックの製造方法。
  4. 前記金属の添加材は、チタン、アルミニウム又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）である、
    請求項３に記載の静電チャックの製造方法。
  5. 前記溶射材料の粉末は、１μｍ～２０μｍの粒径である、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の静電チャックの製造方法。
  6. 第１の樹脂層の上に前記第１の電極層を形成するステップの後であって、前記第１の電極層の上にセラミックス又はセラミックス含有物を溶射するステップの前に、第２の樹脂層を形成するステップを有する、
    請求項１～５のいずれか一項に記載の静電チャックの製造方法。
  7. 前記第１の樹脂層は、ポリイミド、シリコーン、エポキシ又はアクリルのいずれかである、
    請求項１～６のいずれか一項に記載の静電チャックの製造方法。
  8. 前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との組み合わせは、ポリイミド、シリコーン、エポキシ又はアクリルのうちの、同種又は異種のいずれかの組み合わせである、
    請求項６に記載の静電チャックの製造方法。
  9. 前記第１の樹脂層を覆うように前記セラミックス又はセラミックス含有物を溶射する、
    請求項１～８のいずれか一項に記載の静電チャックの製造方法。
  10. 前記第１の樹脂層の上にフォーカスリング用の第２の電極層を形成するステップを有し、
    前記第１の電極層及び前記第２の電極層の上にセラミックス又はセラミックス含有物を溶射する、
    請求項９に記載の静電チャックの製造方法。
  11. 前記第１の樹脂層は、前記基台の上面に形成され、該基台の側面には形成されていない、
    請求項１０に記載の静電チャックの製造方法。
  12. 前記第１の樹脂層及び前記第２の樹脂層を覆うように前記セラミックス又はセラミックス含有物を溶射する、
    請求項６又は８に記載の静電チャックの製造方法。
  13. 前記第１の樹脂層の上にフォーカスリング用の第２の電極層を形成するステップと、
    前記第１の電極層及び前記第２の電極層の上に前記第２の樹脂層を形成するステップとを有し、
    前記第２の樹脂層の上にセラミックス又はセラミックス含有物を溶射する、
    請求項１２に記載の静電チャックの製造方法。
  14. 前記第１の樹脂層及び前記第２の樹脂層は、前記基台の上面に形成され、該基台の側面には形成されていない、
    請求項１３に記載の静電チャックの製造方法。
  15. 第１の電極層に電圧を印加することにより基板を吸着する静電チャックであって、
    基台の上の第１の樹脂層と、
    前記第１の樹脂層の上に積層された前記第１の電極層と、
    前記第１の電極層の上に積層されたセラミックス又はセラミックス含有物とを有し、
    前記セラミックス又はセラミックス含有物は、
    １μｍ～２０μｍの粒径の溶射材料の粉末を用いて溶射された、厚さが１ｍｍ未満の層である、
    ことを特徴とする静電チャック。
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