JP3808286B2 - 静電チャック - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や液晶装置等の製造に用いる半導体ウエハー、金属ウエハー、ガラス板等の被固定基板を、静電気力を利用して固定することが可能な静電チャックに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体装置や液晶装置等の製造に用いる半導体ウエハー、金属ウエハー、ガラス板等の基板(以下、「被固定基板」と称す。)を固定するために、例えば、減圧力を利用して被固定基板を物理的に吸着して固定することが可能な真空チャックあるいは被固定基板を機械的に固定することが可能なクランプが用いられている。
【0003】
しかしながら、被固定基板を固定するために真空チャックを用いる場合には、真空条件下では外部雰囲気と真空チャックとの間に圧力差がないため、被固定基板を固定することができないという問題点を有している。また、クランプを用いて被固定基板を機械的に固定する場合には、クランプが被固定基板に接触する箇所をデバイスとして使用することができない、被固定基板に部分的な歪みを生じさせる、クランプの昇降によってパーティクルが発生する等の問題点を有している。
【0004】
そこで、上記の問題点を解決するために、静電気力を利用して被固定基板を固定することが可能な静電チャックが提案されている。静電チャックは、面状の電極と電極を挟持して対向配置された一対の絶縁部材とを主体として構成されたもので、一対の絶縁部材のうち一方の絶縁部材上に被固定基板を載置し、電極に所定の電圧を印加することにより、静電気力を利用して被固定基板を固定することが可能な構造となっている。
【0005】
従来、このような静電チャックを構成する絶縁部材としては、酸化チタン、窒化チタン、炭化珪素から選択された1種のセラミックスを酸化アルミニウム等のセラミックスに含有させた複合焼結体、あるいは窒化アルミニウム基焼結体等が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、静電チャックがプラズマCVD装置、プラズマエッチング装置、スパッタリング装置、イオン注入装置等のプラズマを使用する装置に装着されて使用される場合、長時間のプラズマ照射により被固定基板に電荷が蓄積されて、異常放電が生じる場合があり、その結果、静電チャックが損傷破損される、被固定基板が損傷される、パーティクルが発生して、製品の性能に悪影響を与えるなどの恐れがあった。
【0007】
そのため、従来、異常放電を防止するために、被固定基板の表面にアース線を設置して電荷を逃がす、被固定基板の外周部に導電性のリングを設置して電荷を逃がす、あるいは被固定基板にイオナイザーを設置して電荷を逃がすなどの手段が採用されている。
【0008】
しかしながら、これらの手段を採用した場合、被固定基板にアース線、導電性のリング、イオナイザー等を設置する必要があり、静電チャックの製造コストが高くなるという問題点を有している。
【0009】
また、上記の手段を採用した場合、異常放電の発生を低減することができるものの、異常放電を完全に防止するには到っておらず、静電チャックの損傷破損、被固定基板の損傷、パーティクルの発生等を充分に防止することができないという問題点を有している。
【0010】
そこで、本発明は上記問題点を解決し、静電チャックの製造コストを高くすることなく、静電チャックの損傷破損の原因となる他、被固定基板の損傷やパーティクルの発生の原因にもなっている異常放電を完全に防止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。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、異常放電を完全に防止することができるとともに、少なくとも被固定基板を載置する側の絶縁部材が、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れた静電チャックを開発すべく種々検討を行った結果、少なくとも被固定基板を載置する側の絶縁部材を炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを主成分とする特定の複合焼結体で構成した、本発明の静電チャックを発明するに到った。
【0012】
本発明の静電チャックは、プラズマ照射時に用いられ、電極を挟持して対向配置された一対の絶縁部材を具備してなる静電チャックであって、前記一対の絶縁部材のうち、少なくとも被固定基板を載置する側の第1の絶縁部材が、4重量%乃至12重量%の炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを主成分とすると共に、少なくとも一部の前記炭化珪素粒子が前記酸化アルミニウム粒子の内部に形成された複合焼結体からなり、前記第1の絶縁部材は、その体積固有抵抗値が、前記第1の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が1000V以下のときは1×10 9 乃至1×10 12 Ω・cmであり、前記第1の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が3000V以上のときは1×10 7 乃至1×10 8 Ω・cmであるバリスター特性を有し、かつ、前記第1の絶縁部材には、前記被固定基板の電荷を放電するための手段が連結されていることを特徴とする。
【0013】
なお、本発明において、炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを「主成分とする」とは、炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを合わせて「98重量%以上含有すること」と定義する。
【0014】
本発明者は、被固定基板を載置する側の第1の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素粒子の含有量を制御することにより、第1の絶縁部材の体積固有抵抗値を制御できることを見出し、前記複合焼結体中における炭化珪素粒子の含有量を4重量%乃至12重量%とすることにより、第1の絶縁部材の体積固有抵抗値を、第1の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と電極との間の電位差が1000V以下のときは1×109乃至1×1012Ω・cmとし、第1の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と電極との間の電位差が3000V以上のときは1×107乃至1×108Ω・cmとすることができることを見出した。
すなわち、前記第1の絶縁部材の体積固有抵抗値は、前記第1の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が1000V以下のときは1×10 9 乃至1×10 12 Ω・cm、前記第1の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が3000V以上のときは1×10 7 乃至1×10 8 Ω・cmとすることが望ましい。
【0015】
また、本発明者は、第1の絶縁部材を構成する複合焼結体中において、少なくとも一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在している場合には、第1の絶縁部材の耐プラズマ性が向上すると共に、炭化珪素粒子間の間隔が狭くなり、少量の炭化珪素粒子の添加でバリスター効果を発揮させることができることを見出した。
すなわち、少なくとも一部の前記炭化珪素粒子が前記酸化アルミニウム粒子の内部に形成されていることが望ましい。
また、本発明者は、前記第1の絶縁部材を上記の構成とすることにより、第1の絶縁部材がバリスター特性を備えたものになり、静電チャックへのプラズマ照射時間が長い場合においても、被固定基板に蓄積される電荷を、第1の絶縁部材に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、被固定基板に電荷が蓄積されることはなく、もって、異常放電を完全に防止できることを見出した。
【0016】
また、本発明の静電チャックを用いた場合には、被固定基板に蓄積される電荷を、第1の絶縁部材に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、従来のように被固定基板側にアース線、導電性のリング、イオナイザー等を設置する必要がないため、静電チャックの製造コストを低減することができる。
【0017】
また、本発明者は、第1の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素粒子の含有量を4重量%乃至12重量%とすることによって、第1の絶縁部材の硬度及び強度が著しく向上し、パーティクルの発生が少なくなることを見出した。
【0018】
さらに、本発明者は上記構成を有する第1の絶縁部材が、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスに対する耐蝕性に優れ、かつ耐熱性、耐熱衝撃性に優れ、高温下の使用においても熱応力による破損の危険性がないものとなることを見出した。
【0019】
また、本発明者は、第1の絶縁部材を構成する複合焼結体に含有された炭化珪素粒子の平均粒子径が0.5μmを越える場合には、炭化珪素粒子の添加による第1の絶縁部材の強度向上の効果が少なく、またプラズマ照射時の電場が炭化珪素粒子の部分に集中して、炭化珪素粒子の周辺が損傷を受ける恐れがあることを見出した。
したがって、前記炭化珪素粒子の平均粒子径を0.5μm以下とすることが望ましい。
【0020】
また、本発明者は、第1の絶縁部材を構成する複合焼結体に含有された酸化アルミニウム粒子の平均粒子径が2μmを越える場合には、第1の絶縁部材がプラズマによりエッチングされやすく、第1の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面にスパッタ痕が形成されて、表面粗さが大きくなり、静電チャックの静電吸着力が減少することを見出した。
したがって、前記酸化アルミニウム粒子の平均粒子径を2μm以下とすることが望ましい。
【0022】
なお、第1の絶縁部材を構成する複合焼結体において、少量の不純物は許容される。しかしながら、被固定基板が半導体装置の製造に用いるものである場合、半導体装置の製造工程における、ライフタイムおよびゲート電圧の低下は、遷移金属元素やアルカリ金属に起因する。また、アルミニウム、珪素以外の金属不純物が0.1重量%を越えると、ウエハー等の被固定基板を汚染する可能性が高くなるとともに、第1の絶縁部材の電気抵抗の温度依存性が大きくなるので、好ましくないことが本発明者の研究により判明した。
したがって、本発明の静電チャックの一対の絶縁部材のうち、少なくとも第1の絶縁部材を構成する複合焼結体において、アルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量を0.1重量%以下とすることが望ましい。
【0023】
なお、本発明において、一対の絶縁部材のうち、被固定基板を載置しない側の第2の絶縁部材は、第1の絶縁部材と異なる構造を有する絶縁部材からなっていても良いが、第2の絶縁部材も、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものにすることができるとともに、静電チャックの製造工程を簡略化することができるので、第2の絶縁部材も第1の絶縁部材と同じ構造を有する複合焼結体から構成することが望ましい。
【0024】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。
【0025】
図1〜図3に基づいて、本発明に係る実施形態の静電チャック10の構造について説明する。なお、以下に記載の静電チャックは一例であって、本発明は以下に記載の静電チャックに限定されるものではない。
図1は静電チャック10を、被固定基板を載置する側の面から見たときの概略平面図、図2は静電チャック10の後述する電極及び第2の絶縁部材を電極側から見たときの概略平面図、図3は静電チャック10の概略断面図である。なお、図3は静電チャック10を図1、図2に示すA−A’線に沿って切断したときの断面図である。
本実施形態においては、例として、図1、図2に示すように、円盤状からなる静電チャック10について説明する。
【0026】
図3に示すように、静電チャック10は、半導体ウエハー、金属ウエハー、ガラス板等の被固定基板を載置するための第1の絶縁部材1と、第1の絶縁部材1と対向配置された第2の絶縁部材2と、第1の絶縁部材1と第2の絶縁部材2との間に挟持された面状の電極3とを主体として構成されている。図3において、第1の絶縁部材1の図示上側の面が、被固定基板を載置する側の面1Sとなっている。
【0027】
静電チャック10は、第1の絶縁部材1上に被固定基板を載置し、電極3に所定の電圧を印加することにより、静電気力を利用して被固定基板を固定することが可能な構造となっている。
【0028】
図2、図3に示すように、第1の絶縁部材1と第2の絶縁部材2とは、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2間であって、電極3の外側の領域に設けられた絶縁性の接合層4と電極3とを介して気密に接合されている。
【0029】
また、図3に示すように、静電チャック10において、静電吸着された被固定基板を脱着するために、図示下方から被固定基板を押圧する押圧部材(図示略)を挿通させるための貫通孔5が、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2を貫通して設けられている。貫通孔5において、第1の絶縁部材1の内部に形成された貫通孔を貫通孔1aとし、第2の絶縁部材2の内部に形成された貫通孔を貫通孔2aとする。
【0030】
また、図2、図3に示すように、第2の絶縁部材2において、電極3が形成された領域内には第2の絶縁部材2を貫通する電極挿入孔2bが設けられていて、電極挿入孔2b内には電極3に電圧を印加するための、取り出し電極6が装填されている。取り出し電極6の図示上端部は電極3と電気的に接合されている。
また、第1の絶縁部材1には、被固定基板の電荷を放電するための手段、例えば連結線(図示略)を連結することが望ましい。
【0031】
以下に、上記の第1の絶縁部材1の構造について詳細に説明する。
本実施形態において、第1の絶縁部材1は、4重量%〜12重量%の炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを主成分とする複合焼結体からなっている。なお、本実施形態において、炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを「主成分とする」とは、炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを合わせて「98重量%以上含有すること」と定義する。
【0032】
また、第1の絶縁部材1の体積固有抵抗値は、第1の絶縁部材1の被固定基板を載置する側の面1Sと電極3との間の電位差が1000V以下のときは1×109〜1×1012Ω・cmとなっていて、第1の絶縁部材1の被固定基板を載置する側の面1Sと電極3との間の電位差が3000V以上のときは1×107〜1×108Ω・cmとなっていて、第1の絶縁部材1はバリスター特性を有するものとなっている。
【0033】
また、本実施形態において、第1の絶縁部材1を構成する複合焼結体に含有された炭化珪素粒子の平均粒子径は0.5μm以下、より好ましくは0.2μm以下となっていることが望ましく、第1の絶縁部材1を構成する複合焼結体に含有された酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は2μm以下となっていることが望ましい。
【0034】
さらに、第1の絶縁部材1を構成する複合焼結体中において、少なくとも一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在していることが望ましい。
また、第1の絶縁部材1を構成する複合焼結体において、アルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量が0.1重量%以下となっていることが望ましい。
【0035】
以上の構造を有する第1の絶縁部材1は、良好なバリスター特性を有し、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものとなっている。
【0036】
なお、本実施形態において、第2の絶縁部材2は、第1の絶縁部材1と異なる構造を有する絶縁部材からなっていても良いが、第2の絶縁部材2も、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものにすることができるとともに、静電チャック10の製造工程を簡略化することができるので、第2の絶縁部材2も第1の絶縁部材1と同じ構造を有する複合焼結体から構成することが望ましい。
【0037】
次に、第2の絶縁部材2が第1の絶縁部材1と同じ構造を有する複合焼結体からなる場合を例として、上記の静電チャック10の製造方法について詳細に説明する。
はじめに、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2の製造方法について説明する。
第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2を製造するに際して、炭化珪素粒子の原料粉末としては平均粒子径が0.1μm以下の原料粉末を用いることが以下の理由により好ましい。
【0038】
平均粒子径が0.1μmを越える炭化珪素原料粉末を使用して形成された複合焼結体においては、炭化珪素粒子の平均粒子径が0.5μmを超え、炭化珪素粒子の添加による第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2の強度向上の効果が少なくなる。
【0039】
また、平均粒子径が0.1μmを越える炭化珪素原料粉末を使用して形成された複合焼結体からなる第1の絶縁部材1はプラズマに曝されたときに、電場が炭化珪素粒子部分に集中して大きな損傷を受け易く、プラズマ損傷後の静電吸着力が低下する恐れがある。
【0040】
また、平均粒子径が0.1μmを越える炭化珪素原料粉末を使用する場合、バリスター特性を有する複合焼結体を得るためには、プラズマ耐性が低い炭化珪素粒子の添加量を増加する必要がある。
【0041】
なお、第1の絶縁部材1の原料として使用する炭化珪素原料粉末としては、プラズマCVD法によって形成された粉末が好ましく、特に、非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物またはハロゲン化珪素と炭化水素の原料ガスを導入し、反応系の圧力を1気圧未満から1.33×10Pa(0.1Torr)の範囲で制御しつつ気相反応させて形成された、平均粒子径0.1μm以下の超微粉末が、焼結性に優れ、高純度であり、粒子形状が球状であるために成形時の分散性が良好であるので、好ましい。
【0042】
一方、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2を製造するに際して、酸化アルミニウム粒子の原料粉末としては平均粒子径が0.5μm以下の原料粉末を用いることが以下の理由により好ましい。
【0043】
平均粒子径が0.5μmを越える酸化アルミニウム原料粉末を使用して形成された複合焼結体においては、複合焼結体中の酸化アルミニウム粒子の平均粒径が2μmを越え、第1の絶縁部材1がプラズマによりエッチングされやすくなり、第1の絶縁部材1の被固定基板を載置する側の面1Sにスパッタ痕が形成されて、表面粗さが大きくなり、静電チャック10の静電吸着力が減少する恐れがある。
なお、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2の原料として使用する酸化アルミニウム原料粉末としては、平均粒子径が0.5μm以下のものであれば特段限定されず、高純度のものであればよい。
【0044】
前記炭化珪素原料粉末と前記酸化アルミニウム原料粉末とを、炭化珪素が4〜12重量%、酸化アルミニウムが96〜88重量%の割合で混合する。混合に際しては、超高圧粉砕分散法を採用することが好ましい。このとき、分散剤などの少量の不純物が混入することは許容されるが、アルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量が0.1重量%以下となるように、炭化珪素原料粉末と酸化アルミニウム原料粉末とを混合することが望ましい。
【0045】
「超高圧粉砕分散法」とは、高圧で加速された粒子同士を衝突させて粉砕分散する方法であり、この混合法を採用すると、少量の分散剤を添加するだけで均一分散が容易であり、粗大粒子の生成もなく、しかも不純物、例えば分散剤に起因した炭素や各種金属不純物の混入を減少させることができる。
【0046】
次に、この混合粉末を公知の方法により成形し、円盤状の成形体を形成する。次いで、得られた成形体を脱脂する。脱脂は、600℃以下のアルゴン雰囲気中、または300℃以下の大気雰囲気中で行うことが望ましく、この条件下で脱脂を行うことにより、炭化珪素の酸化を防止することができるとともに、効率的に脱脂を行うことができる。
【0047】
次に、脱脂を終えた成形体を加圧しながら焼結して、複合焼結体を作製する。加圧力は、特に制限されるものではないが、例えば5〜40MPaとする。加圧力が5MPaを下回ると充分な焼結体密度の複合焼結体が得られず、一方、加圧力が40MPaを超えると黒鉛等からなる治具が変形損耗するので好ましくない。
【0048】
焼結する際の温度としては、1650〜1850℃が好ましい。焼結温度が1650℃を下回ると充分緻密な複合焼結体が得られず、一方1850℃を超えると焼結体の分解や粒成長が生じやすいので好ましくない。また、焼結時の雰囲気としては、アルゴン雰囲気あるいは窒素雰囲気が炭化珪素の酸化を防止することができるので好ましい。
【0049】
最後に、作製された複合焼結体の所定の位置に機械加工によって貫通孔1a又は貫通孔2a、2bを形成して、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2が製造される。この工程において、第1の絶縁部材1と第2の絶縁部材2とを重ね合わせたときに、貫通孔1aと2aとが同位置に位置されるように、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2の所定の位置に貫通孔1a、2aを形成する。
【0050】
次に、以上のようにして製造された第1の絶縁部材1と第2の絶縁部材2とから静電チャック10を製造する方法について説明する。
上記のように製造された第2の絶縁部材2の面上の電極3を形成する領域(中心から所定の半径内であって、貫通孔2a、2bの部分を除く領域)に、導電性材料を塗布することにより、最終的に電極3となる導電性材料層を形成し、第2の絶縁部材2の面上において、導電性材料層を形成した領域の外側の領域には、絶縁性材料を塗布することにより、最終的に接合層4となる絶縁性材料層を形成する。
【0051】
導電性材料層を形成するために塗布する導電性材料としては、炭化タンタル、窒化チタン等の導電セラミックス粉末と酸化アルミニウム−二酸化ケイ素系ガラス粉末との混合粉末を例示することができる。絶縁性材料層を形成するために塗布する絶縁性材料としては、酸化アルミニウム−二酸化ケイ素系ガラス等の各種ガラス粉末を例示することができる。
【0052】
次に、第1の絶縁部材1と第2の絶縁部材2とを、貫通孔1a、2aが同じ位置になるように導電性材料層、絶縁性材料層を介して重ね合わせた後、加圧しながら加熱処理することにより、導電性材料層と絶縁性材料層とをいったん溶融させた後固化させる。このとき、導電性材料層から電極3が形成されるとともに、絶縁性材料層から絶縁性の接合層4が形成されて、第1の絶縁部材1と第2の絶縁部材2とは電極3と絶縁性の接合層4を介して気密に接合される。
【0053】
次に、第2の絶縁部材2の電極挿入孔2b内に、炭化タンタル、窒化チタン等の導電性セラミックス等からなる取り出し電極6を挿入し、活性金属、銀ろう等のろう材等を介して、取り出し電極6の上端部を電極3に対して電気的に接合する。
最後に、第1の絶縁部材1に被固定基板の電荷を放電するための手段、例えば連結線を連結させて、静電チャック10が製造される。
【0054】
本実施形態によれば、被固定基板を載置する側の第1の絶縁部材1を良好なバリスター特性を有する複合焼結体で構成したため、静電チャック10へのプラズマ照射時間が長い場合においても、被固定基板に蓄積される電荷を、第1の絶縁部材1に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、被固定基板に電荷が蓄積されることはなく、もって、異常放電を完全に防止できる静電チャックを提供することができる。
【0055】
また、本実施形態の静電チャック10を用いた場合には、被固定基板に蓄積される電荷を、第1の絶縁部材1に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、従来のように被固定基板側にアース線、導電性のリング、イオナイザー等を設置する必要がないため、静電チャックの製造コストを低減することができる。
【0056】
また、本実施形態において、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2を上記構造を有する複合焼結体で構成したため、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2の硬度、強度を高くすることができるので、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2からのパーティクルの発生を低減することができ、被固定基板の汚染を防止することができる。
【0057】
さらに、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2を上記構造を有する複合焼結体で構成したことにより、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2を、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスに対する耐蝕性に優れ、かつ耐熱性、耐熱衝撃性に優れ、高温下の使用においても熱応力による破損の危険性がないものとすることができる。
【0058】
また、本実施形態の静電チャック10において、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2を構成する複合焼結体に含有された炭化珪素粒子の平均粒子径を0.5μm以下、より好ましくは0.2μm以下とすることが望ましく、炭化珪素粒子の平均粒子径を0.5μm以下、より好ましくは0.2μm以下とすることによって、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2のプラズマに対する耐蝕性を向上させることができる。
【0059】
また、本実施形態の静電チャック10において、第1の絶縁部材1を構成する複合焼結体に含有された酸化アルミニウム粒子の平均粒子径を2μm以下とすることが望ましい。酸化アルミニウム粒子の平均粒子径が2μmを越える場合には、第1の絶縁部材1がプラズマによりエッチングされやすくなり、第1の絶縁部材1の被固定基板を載置する側の面にスパッタ痕が形成されて、表面粗さが大きくなり、静電チャックの静電吸着力が減少するが、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径を2μm以下とすることにより、第1の絶縁部材1がプラズマに曝された場合においても、高い静電吸着力を維持することができる。
【0060】
また、本実施形態において、第1の絶縁部材1を構成する複合焼結体中において、少なくとも一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在していることが望ましく、この場合には、第1の絶縁部材1の耐プラズマ性を向上させることができると共に、炭化珪素粒子間の間隔が狭くなり、少量の炭化珪素粒子の添加でバリスター効果を発揮させることができる。
【0061】
なお、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2を構成する複合焼結体において、少量の不純物は許容される。しかしながら、被固定基板が半導体装置の製造に用いるものである場合、半導体装置の製造工程における、ライフタイムおよびゲート電圧の低下は、遷移金属元素やアルカリ金属に起因する。また、アルミニウム、珪素以外の金属不純物が0.1重量%を越えると、ウエハー等の被固定基板を汚染する可能性が高くなるとともに、第1の絶縁部材1の電気抵抗の温度依存性が大きくなるので、好ましくない。
【0062】
したがって、本実施形態の静電チャック10において、第1の絶縁部材1、第2の絶縁部材2を構成する複合焼結体において、アルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量を0.1重量%以下とすることが望ましい。
【0063】
【実施例】
以下に、本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
なお、以下に記載の実施例1、2及び比較例1、2においては、第1、第2の絶縁部材を構成する炭化珪素と酸化アルミニウムの組成比のみを変えて、それ以外の条件は同じ条件で静電チャックを製造し、得られた静電チャックの特性について評価を行っている。
【0064】
「実施例1」
(静電チャックの製造及び複合焼結体の特性評価)
平均粒子径0.05μmの炭化珪素超微粉末を、プラズマCVD法により気相合成し、この炭化珪素超微粉末5重量%と、平均粒子径0.5μmの酸化アルミニウム粉末95重量%とを、超高圧粉砕分散機を用いて2時間混合した。
【0065】
この混合粉末を乾燥した後、円盤状に成形し、次いで、アルゴン雰囲気中において、1780℃の温度で、3時間、加圧しながら焼結することにより、直径195mm、厚み4mmの円盤状の複合焼結体を2枚作製した。加圧力は30MPaとした。
【0066】
作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径を、SEM(走査電子顕微鏡)観察法により測定した。また、この複合焼結体の負荷電圧500V、1000V、3000Vにおける体積固有抵抗値(即ちバリスター特性)を静電チャックの使用温度である20℃の温度で常法に従って測定した。得られた結果を表1、表2、図4に示す。
【0067】
表1に示すように、作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は、それぞれ0.2μm、1μmであった。また、表2、図4に示すように、作製された複合焼結体の体積固有抵抗値は、負荷電圧が1000V以下のときは1×1011Ω・cm以上であったのに対し、負荷電圧が3000Vのときは8×107Ω・cmとなり、作製された複合焼結体は良好なバリスター効果を有するものであることが判明した。
また、作製された複合焼結体をSEM観察した際に、一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在することが観察された。
【0068】
次に、上記2枚の円盤状の複合焼結体のうち、一方の複合焼結体の中心部に、機械加工により内径15mmの貫通孔を形成し、第1の絶縁部材を製造した。一方、もう一枚の複合焼結体の中心部に内径15mmの貫通孔を形成し、中心部より25mm離れた場所に、内径10mmの電極挿入孔を機械加工により形成し、第2の絶縁部材を製造した。
【0069】
次に、第2の絶縁部材の面上の電極を形成する領域内(中心から半径90mm内の領域内)に、炭化タンタル(30vol%)と酸化アルミニウム(70vol%)との混合粉末を、スクリーン印刷によって塗布し、導電性材料層を形成した。また、第2の絶縁部材の面上において、導電性材料層を形成した領域の外側の領域(半径90〜半径97.5mmの領域)に、酸化アルミニウム粉末をスクリーン印刷によって塗布し、絶縁性材料層を形成した。
【0070】
次に、第1の絶縁部材の第2の絶縁部材と接合させる側の表面を1.3mm研削し、第2の絶縁部材の電極挿入孔に、炭化タンタル製の取り出し電極を挿入してから、第1の絶縁部材と第2の絶縁部材とを電極材料層と絶縁性材料層とを介して重ね合わせ、次いで、第1の絶縁部材と第2の絶縁部材とを1700℃に加熱しながら7.5MPaに加圧して、導電性材料層から電極を形成するとともに、絶縁性材料層から接合層を形成して、第1の絶縁部材と第2の絶縁部材とを電極と接合層を介して接合した。
【0071】
次に、静電チャック(第1の絶縁部材)の被固定基板を載置する側の面を、常法に従って研磨し、表面粗さRa(中心線平均粗さ)を20Åとし、表面粗さRmax(最大高さ)を100Åとした。
最後に、第1の絶縁部材に被固定基板の電荷を放電するための連結線を連結し、静電チャックを製造した。
【0072】
(静電吸着特性の測定)
以上のようにして製造された静電チャックの静電吸着力、吸着時間、脱離時間を20℃の温度下で測定した(静電吸着特性試験)。被固定基板としては、直径20.32cm(8インチ)のシリコンウエハーを用いた。このとき得られた結果を表3に示す。なお、本実施例及び下記に記載の実施例2、比較例1、2において、静電吸着特性の測定に用いた測定装置及び静電吸着特性の測定方法については後述する。
【0073】
次いで、静電チャックをプラズマCVD装置内に装着し、1.33×102Pa(1.0Torr)のCF4 20vol%、O2 80vol%からなる混合ガス雰囲気下(温度50℃)において、静電チャックに20時間プラズマ照射を行った後、上記と同様の静電吸着特性試験を実施した。このとき得られた結果を表4に示す。
プラズマ暴露中に、静電チャックには異常放電の発生は認められなかった。また、プラズマ暴露後に、静電チャックの破損、損傷は生じていなかった。
プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さRa(中心線平均粗さ)、及び表面粗さRmax(最大高さ)を常法により測定し、得られた結果を表4に示す。
【0074】
表3、表4に示すように、本実施例において製造された静電チャックは、プラズマ暴露前後の双方において、静電吸着力が高く、吸着時間、脱離時間が短く、良好な静電吸着特性を示した。
また、表4に示すように、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さは、プラズマ暴露前に比較すると若干大きくなるものの、静電チャック表面の平坦性を維持することができた。
【0075】
なお、静電チャックをプラズマに暴露する前後の各静電吸着特性試験において、400℃まで80℃/分の昇温速度で昇温したが、いずれの場合においても、静電チャックには、熱応力による破損、損傷は生じなかった。
【0076】
(静電吸着特性の測定方法)
ここで、図5に基づいて、前記の実施の形態において説明した静電チャック10の静電吸着特性を測定する場合を例として、本実施例及び下記に記載の実施例2、比較例1、2において、静電チャックの静電吸着特性を測定する際に用いた測定装置の概略構造と静電吸着特性の測定方法について簡単に説明する。
【0077】
図5は、測定装置20に静電チャック10を載置し、さらに静電チャック10上に被固定基板30を載置した状態の概略断面図を示している。なお、静電チャック10の構造については、前記の実施の形態において説明したので、説明は省略する。
【0078】
図5に示すように、測定装置20には、貫通孔23aを具備する静電チャックステージ23と、静電チャックステージ23の貫通孔23aに挿通自在とされた押圧部材21と、押圧部材21を上下方向に移動させるためのリフター22とを主体として構成されている。
【0079】
以下に、測定装置20を用いた静電吸着特性の測定方法について説明する。
はじめに、静電チャックステージ23上に、静電チャック10の貫通孔5の位置が静電チャックステージ23の貫通孔23aと同位置になるように静電チャック10を載置する。
次いで、静電チャック10の貫通孔5と静電チャックステージ23の貫通孔23aに、押圧部材21を挿通させてから、静電チャック10上に被固定基板30を載置する。
【0080】
次に、リフター22を上下方向に移動させて、押圧部材21の図示上端部を被固定基板30に接触させる。この状態を保持したまま、20℃の温度下で、静電チャック10の被固定基板30を載置する側の面1Sと取り出し電極6との間に、直流300Vの電圧を印加し、静電チャック10に被固定基板30を静電吸着させて5分経過した後に、電圧の印加を中止し、リフター22を上下方向に移動させることにより押圧部材21を持ち上げて、被固定基板30を脱着させる。この際に要する脱着力を、ロードセルにより測定し、静電吸着力とした。
【0081】
また、吸着時間は、静電チャック10の被固定基板30を載置する側の面1Sと取り出し電極6との間に、直流300Vの電圧を印加したときに、静電チャック10の静電吸着力が9.8×104Pa(100gf/cm2)になるまでの時間とし、脱離時間は、静電チャック10の被固定基板30を載置する側の面1Sと取り出し電極6との間に、直流300Vの電圧を5分間印加した後に、電圧の印加を中止し、その時から静電チャック10の静電吸着力が9.8×103Pa(10gf/cm2)となるまでの時間とした。
【0082】
「実施例2」
実施例1と同様の方法により複合焼結体を作製した。ただし、複合焼結体の組成は炭化珪素9重量%、酸化アルミニウム91重量%とした。作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径、及び複合焼結体の負荷電圧500V、1000V、3000Vにおける体積固有抵抗値(バリスター特性)を実施例1と同じ方法で測定した。得られた結果を表1、表2、図4に示す。
【0083】
表1に示すように、作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は、それぞれ0.2μm、1μmであった。また、表2、図4に示すように、作製された複合焼結体の体積固有抵抗値は、負荷電圧が1000V以下のときは5×1010Ω・cm以上であったのに対し、負荷電圧が3000Vのときは5×107Ω・cmとなり、作製された複合焼結体は良好なバリスター効果を有するものであることが判明した。
また、作製された複合焼結体をSEM観察した際に、一部の炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒内に存在することが観察された。
【0084】
この複合焼結体を用い、実施例1と同じ条件にて、静電チャックを製造し、実施例1と同じ条件で、製造された静電チャックのハロゲンガス雰囲気下でのプラズマ暴露前、暴露後の静電吸着特性を測定した。得られた結果を表3、表4に示す。
プラズマ暴露中に、静電チャックには異常放電の発生が認められず、静電チャックの破損、損傷は生じなかった。
また、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さRa(中心線平均粗さ)、及び表面粗さRmax(最大高さ)を常法により測定し、得られた結果を表4に示す。
【0085】
表3、表4に示すように、本実施例において製造された静電チャックは、プラズマ暴露前後の双方において、静電吸着力が高く、吸着時間、脱離時間が短く、良好な静電吸着特性を示した。
また、表4に示すように、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さは、プラズマ暴露前に比較すると若干大きくなるものの、静電チャック表面の平坦性を維持することができた。
【0086】
なお、ハロゲンガス雰囲気下でのプラズマ暴露前、暴露後の静電吸着特性試験の際に、いずれも400℃まで80℃/分の昇温速度で昇温したが、いずれの場合においても、静電チャックには、熱応力による破損、損傷は生じなかった。
【0087】
「比較例1」
実施例1と同様の方法にて、複合焼結体を作製した。ただし、複合焼結体の組成を炭化珪素3重量%、酸化アルミニウム97重量%とした。作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径、及び複合焼結体の負荷電圧500V、1000V、3000Vにおける体積固有抵抗値(バリスター特性)を、実施例1と同じ方法で測定した。得られた結果を表1、表2、図4に示す。
【0088】
表1に示すように、作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は、それぞれ0.2μm、2μmであった。また、表2、図4に示すように、作製された複合焼結体の体積固有抵抗値は、負荷電圧が高くなるにつれて減少するものの、実施例1、2において作製された複合焼結体に比較して、その減少率は小さく、作製された複合焼結体は良好なバリスター効果を有するものではないことが判明した。
また、作製された複合焼結体をSEM観察した際に、すべての炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒外に存在していることが観察された。
【0089】
作製された複合焼結体を用い、実施例1と同じ方法で静電チャックを製造し、実施例1と同じ条件で、製造された静電チャックのハロゲンガス雰囲気下でのプラズマ暴露前、暴露後の静電吸着特性を測定した。得られた結果を表3、表4に示す。
プラズマ暴露中に、静電チャックには異常放電の発生が認められ、静電チャックの破損、損傷が生じた。また、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さRa(中心線平均粗さ)、及び表面粗さRmax(最大高さ)を常法によりそれぞれ測定し、得られた結果を表4に示す。
【0090】
表3、表4に示すように、本実施例において製造された静電チャックは、プラズマ暴露前においても充分な静電吸着力を有しないものとなり、また、プラズマ暴露によって静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さが大きくなり、静電チャック表面の平坦性が著しく悪化した。
【0091】
「比較例2」
実施例1と同様の方法で、複合焼結体を作製した。ただし、複合焼結体の組成を炭化珪素15重量%、酸化アルミニウム85重量%とした。作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径、及び複合焼結体の負荷電圧500V、1000V、3000Vにおける体積固有抵抗値(バリスター特性)を実施例1と同じ方法で測定した。得られた結果を表1、表2、図4に示す。
【0092】
表1に示すように、作製された複合焼結体中の炭化珪素粒子、酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は、それぞれ0.2μm、1μmであった。また、表2、図4に示すように、作製された複合焼結体の体積固有抵抗値は、負荷電圧が高くなるにつれて減少するものの、実施例1、2において作製された複合焼結体に比較して、その減少率は小さく、作製された複合焼結体は良好なバリスター効果を有するものではないことが判明した。
また、作製された複合焼結体をSEM観察した際に、すべての炭化珪素粒子が酸化アルミニウム粒子の粒外に存在していることが観察された。
【0093】
作製された複合焼結体を用い、実施例1と同じ方法で静電チャックを製造し、製造された静電チャックのハロゲンガス雰囲気下でのプラズマ暴露前、暴露後の静電吸着特性を測定した。得られた結果を表3、表4に示す。
プラズマ暴露中に、静電チャックには異常放電の発生が認められ、静電チャックの破損、損傷が生じた。また、プラズマ暴露後の静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さRa(中心線平均粗さ)、及び表面粗さRmax(最大高さ)を常法により測定し、得られた結果を表4に示す。
【0094】
表3、表4に示すように、本実施例において製造された静電チャックは、プラズマ暴露前には高い静電吸着力を有したものの、プラズマ暴露後には静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さが大きくなって静電吸着力が著しく減少した。
【0095】
【表1】
【0096】
【表2】
【0097】
【表3】
【0098】
【表4】
【0099】
第1の絶縁部材、第2の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素の含有量を4〜12重量%の範囲内の5重量%、9重量%に設定した実施例1、2においては、プラズマ暴露前後の双方において、良好な静電吸着特性を示し、第1の絶縁部材が良好なバリスター特性を有する静電チャックが得られ、プラズマ雰囲気中で異常放電の発生が認められず、静電チャックの一部が欠損することもなかった。
【0100】
これに対して、第1の絶縁部材、第2の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素の含有量を3重量%に設定した比較例1においては、製造された静電チャックはプラズマ暴露前においても充分な静電吸着力を有しないものとなり、また、プラズマ暴露後には静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さが大きくなり、プラズマ暴露中での異常放電の発生が認められ、静電チャックの破損、損傷が生じた。
【0101】
また、第1の絶縁部材、第2の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素の含有量を15重量%に設定した比較例2においては、製造された静電チャックはプラズマ暴露前には高い静電吸着力を有したものの、プラズマ暴露後には静電チャックの被固定基板を載置する側の面の表面粗さが大きくなって静電吸着力が著しく減少し、また、プラズマ雰囲気中での異常放電の発生が認められ、静電チャックの一部が欠損した。
【0102】
なお、上記の実施例1、2においては、第1の絶縁部材、第2の絶縁部材を構成する複合焼結体中の炭化珪素の含有量を5重量%、9重量%とした場合についてのみ説明したが、4〜12重量%の範囲内であれば、同等の効果を有する静電チャックが製造できることを本発明者は確認している。
【0103】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少なくとも被固定基板を載置する側の第1の絶縁部材を良好なバリスター特性を有する特定組成の複合焼結体で構成したので、静電チャックの損傷破損の原因となる他、被固定基板の損傷やパーティクルの発生の原因にもなっているプラズマ雰囲気中での異常放電の発生を完全に防止することができるとともに、少なくとも被固定基板を載置する側の第1の絶縁部材が、電気伝導度の温度依存性が少なく、ハロゲンガスやプラズマに対する耐食性に優れ、高い強度及び硬度を有し、耐熱性、耐熱衝撃性に優れ、さらに被固定基板の吸脱着の応答性に優れた静電チャックを提供することができる。
【0104】
また、本発明の静電チャックを用いた場合には、被固定基板に蓄積される電荷を、第1の絶縁部材に連結線等を設けることにより容易に放電することができるので、従来のように被固定基板側にアース線、導電性のリング、イオナイザー等を設置する必要がないため、静電チャックの製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明に係る実施形態の静電チャックを、被固定基板を載置する側の面から見たときの概略平面図である。
【図2】 図2は、本発明に係る実施形態の静電チャックの電極と第2の絶縁部材の構造を示す概略平面図である。
【図3】 図3は、本発明に係る実施形態の静電チャックの構造を示す概略断面図である。
【図4】 図4は、本発明に係る実施例及び比較例において、複合焼結体の体積固有抵抗値を示す図である。
【図5】 図5は、本発明に係る実施例及び比較例において、静電チャックの静電吸着特性の測定装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
10 静電チャック
1 第1の絶縁部材
1S 被固定基板を載置する側の面
2 第2の絶縁部材
1a、2a、5 貫通孔
2b 電極挿入孔
3 電極
4 接合層
6 取り出し電極
Claims (4)
- プラズマ照射時に用いられ、電極を挟持して対向配置された一対の絶縁部材を具備してなる静電チャックであって、
前記一対の絶縁部材のうち、少なくとも被固定基板を載置する側の第1の絶縁部材が、4重量%乃至12重量%の炭化珪素粒子と酸化アルミニウム粒子とを主成分とすると共に、少なくとも一部の前記炭化珪素粒子が前記酸化アルミニウム粒子の内部に形成された複合焼結体からなり、
前記第1の絶縁部材は、その体積固有抵抗値が、前記第1の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が1000V以下のときは1×10 9 乃至1×10 12 Ω・cmであり、前記第1の絶縁部材の被固定基板を載置する側の面と前記電極との間の電位差が3000V以上のときは1×10 7 乃至1×10 8 Ω・cmであるバリスター特性を有し、
かつ、前記第1の絶縁部材には、前記被固定基板の電荷を放電するための手段が連結されていることを特徴とする静電チャック。 - 前記炭化珪素粒子の平均粒子径が0.5μm以下とされたことを特徴とする請求項1記載の静電チャック。
- 前記酸化アルミニウム粒子の平均粒子径が2μm以下とされたことを特徴とする請求項1または2記載の静電チャック。
- 前記複合焼結体におけるアルミニウム及び珪素以外の金属不純物の含有量が0.1重量%以下とされたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の静電チャック。
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