JP4565136B2 - Electrostatic chuck - Google Patents

Electrostatic chuck Download PDF

Info

Publication number
JP4565136B2
JP4565136B2 JP2008188276A JP2008188276A JP4565136B2 JP 4565136 B2 JP4565136 B2 JP 4565136B2 JP 2008188276 A JP2008188276 A JP 2008188276A JP 2008188276 A JP2008188276 A JP 2008188276A JP 4565136 B2 JP4565136 B2 JP 4565136B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dielectric layer
electrostatic chuck
substrate
layer
fine particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2008188276A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008277862A (en
Inventor
正勝 清原
広典 鳩野
勝彦 森
達郎 横山
朋和 伊藤
雄二 麻生
徹夫 北林
純 明渡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toto Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Toto Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toto Ltd, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical Toto Ltd
Priority to JP2008188276A priority Critical patent/JP4565136B2/en
Publication of JP2008277862A publication Critical patent/JP2008277862A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4565136B2 publication Critical patent/JP4565136B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Description

本発明は、半導体ウェハやガラス基板等の被処理物を吸着する静電チャックとその製造方法に関する。   The present invention relates to an electrostatic chuck that attracts an object to be processed such as a semiconductor wafer or a glass substrate, and a method for manufacturing the same.

静電チャックは、例えば半導体ウェハをドライエッチングやスパッタリング、CVDなどの手法で処理する半導体製造装置に、半導体ウェハの平坦度を維持しつつ強力に固定する部材として広く用いられており、ウェハと接触して保持する誘電体層と、固定保持するための静電力を発生させる電極からなり、冷却機能を持つジャケットと呼ばれる冷却プレート上に接着固定されて使用される。誘電体層はセラミックスや高分子材料が用いられている。   An electrostatic chuck is widely used as a member that strongly fixes a semiconductor wafer while maintaining the flatness of the semiconductor wafer, for example, in a semiconductor manufacturing apparatus that processes the semiconductor wafer by a method such as dry etching, sputtering, or CVD. It is composed of a dielectric layer to be held and an electrode for generating an electrostatic force for fixing and holding, and is used by being bonded and fixed on a cooling plate called a jacket having a cooling function. Ceramics and polymer materials are used for the dielectric layer.

従来の静電チャックは、酸化アルミニウムなどのセラミックスを誘電体層として使用する場合は、使用温度環境で最適な吸着力を発揮する様、酸化チタンなどを添加した二元系以上の組成のものが使用されており、純粋な静電力であるクーロン力のほか極微小な電流が流れる状態で発生するジョンセン・ラーベック力を利用して強力な吸着力を得ている。あるいは高分子材料の誘電体層としてポリイミドなどが使用された静電チャックも使用されている。  When using ceramics such as aluminum oxide as a dielectric layer, conventional electrostatic chucks have a binary or higher composition with titanium oxide added so that optimum adsorption force can be achieved in the operating temperature environment. In addition to the Coulomb force, which is a pure electrostatic force, it uses the Johnsen-Rahbek force generated in the state where a very small current flows to obtain a strong adsorption force. Alternatively, an electrostatic chuck using polyimide or the like as a dielectric layer of a polymer material is also used.

静電チャックの従来の製法としては例えば特開昭62−264638号公報にあるように、セラミックスのグリーンシート上に電極となる導体層を形成し、この上にセラミックスのグリーンシートを積層させて焼成し、表面から研削・研磨を行う手法が代表的である。  As a conventional method for producing an electrostatic chuck, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-264638, a conductor layer to be an electrode is formed on a ceramic green sheet, and the ceramic green sheet is laminated thereon and fired. A typical method is grinding and polishing from the surface.

また別の従来製法として、例えば特開平9−69554号公報にあるように、金属基板をブラストして表面に凹凸を形成させた後、金属溶射皮膜をアンダーコート層として形成し、この上に酸化アルミニウム・酸化チタン二元系のセラミック溶射材料をプラズマ溶射法により被覆してトップコート層を形成し、表面を研磨仕上げして、さらにケイ素化合物を塗布して表面に生成している孔を封孔する手法がある。この方法は生産性に優れ、また従来の溶射法よりも電気抵抗率の安定や密着性などの面で向上が期待される。  As another conventional manufacturing method, for example, as disclosed in JP-A-9-69554, a metal substrate is blasted to form irregularities on the surface, and then a metal sprayed coating is formed as an undercoat layer, and an oxide is formed thereon. Aluminum / titanium oxide binary ceramic sprayed material is coated by plasma spraying to form a topcoat layer, the surface is polished, and a silicon compound is applied to seal the holes generated on the surface. There is a technique to do. This method is excellent in productivity and is expected to be improved in terms of stability of electrical resistivity and adhesion as compared with the conventional thermal spraying method.

また、静電チャックへの適用についての記載はないが、基板表面にセラミックスの層を形成する新たな被膜形成方法として、ガスデポジション法(加集誠一郎:金属 1989年1月号)や静電微粒子コーティング法(井川 他:昭和52年度精密機械学会秋季大会学術講演会前刷)が知られている。前者は金属やセラミックス等の超微粒子をガス攪拌にてエアロゾル化し、微小なノズルを通して加速せしめ、基板に衝突した際に運動エネルギーの一部が熱エネルギーに変換され、微粒子間あるいは微粒子と基板間を焼結することを基本原理としており、後者は微粒子を帯電させ電場勾配を用いて加速せしめ、この後はガスデポジション法と同様に衝突の際に発生する熱エネルギーを利用して焼結することを基本原理としている。  Although there is no description about application to an electrostatic chuck, as a new film forming method for forming a ceramic layer on a substrate surface, a gas deposition method (Keishu Seiichiro: Metal January 1989 issue) or electrostatic The fine particle coating method (Ikawa et al .: Preprint of the academic meeting of the Fall Meeting of the Japan Society for Precision Machinery in 1977) is known. In the former, ultrafine particles such as metals and ceramics are aerosolized by gas agitation and accelerated through a minute nozzle. When they collide with the substrate, part of the kinetic energy is converted into thermal energy, and between the particles or between the particles and the substrate. The basic principle is to sinter. The latter is charged with fine particles and accelerated using an electric field gradient. After that, as with the gas deposition method, sintering is performed using the thermal energy generated during the collision. Is the basic principle.

また、上記のガスデポジション法あるいは静電微粒子コーティング法を改良した先行技術として、特開平8−81774号公報、特開平10−202171号公報、特開平11−21677号公報或いは特開2000−212760号公報に開示されるものが知られている。これらの先行技術も静電チャックへの適用についての記載はない。  Further, as prior arts that improve the gas deposition method or the electrostatic fine particle coating method described above, JP-A-8-81774, JP-A-10-202171, JP-A-11-21677, or JP-A-2000-212760. What is disclosed in the Gazette is known. These prior arts also do not describe application to an electrostatic chuck.

特開平8−81774号公報に開示される技術は、融点の異なる2種類の金属または有機物を、抵抗線加熱、電子ビーム加熱、高周波誘導加熱、スパッタリング、アークプラズマ等で加熱蒸発させ、この加熱蒸発により粒子径が0.1μm以下の表面が非常に活性な超微粒子とし、この超微粒子を融点の異なる金属ごとにノズルを用い、3次元立体形状の断面CADデータに基づいて基板に吹き付け、これを繰り返すことで融点の異なる2種類の金属からなる3次元立体形状物を形成し、この後、2種類の金属の融点の中間温度で3次元立体形状物を加熱することで低融点金属部分を溶融除去し、高融点金属部分のみを残すようにしている。  In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-81774, two types of metals or organic substances having different melting points are heated and evaporated by resistance wire heating, electron beam heating, high frequency induction heating, sputtering, arc plasma, etc. By using a nozzle for each metal having a different melting point, the ultrafine particles are sprayed onto the substrate based on the cross-sectional CAD data of a three-dimensional shape. By repeating, a three-dimensional solid object composed of two types of metals having different melting points is formed, and then the low-melting point metal part is melted by heating the three-dimensional solid object at an intermediate temperature between the melting points of the two types of metals. It is removed to leave only the refractory metal part.

特開平10−202171号公報に開示される技術は、前記した抵抗線加熱、電子ビーム加熱、高周波誘導加熱、スパッタリング、アークプラズマ等で加熱蒸発することで得た超微粒子を基板に向けて噴射するにあたり、マスクの開口を通して行うことで、肩だれのない3次元立体形状物を得るようにしている。  The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-202171 is for spraying ultrafine particles obtained by heating and evaporation using the resistance wire heating, electron beam heating, high frequency induction heating, sputtering, arc plasma, or the like toward the substrate. In this case, a three-dimensional object having no shoulder is obtained by performing through the opening of the mask.

特開平11−21677号公報に開示される技術は、前記した超微粒子を含むエアロゾルを搬送する際あるいは金属やセラミックスを加熱蒸発させる際に、超微粒子同士が凝集して大きな粒子となるのを防止するために、中間の経路に分級装置を配置するようにしている。  The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-21677 prevents the ultrafine particles from aggregating into large particles when transporting the aerosol containing the ultrafine particles or when the metal or ceramic is heated and evaporated. In order to do so, a classifier is arranged in an intermediate path.

特開2000−212760号公報に開示される技術は、粒径が10nm〜5μmの超微粒子(前記先行技術と異なり加熱蒸発させて得たものではない)に、イオンビーム、原子ビーム、分子ビーム或いは低温プラズマなどを照射することにより、超微粒子を溶融せしめることなく活性化し、この状態のまま基板に3m/sec〜300m/secの速度で吹き付けることで、超微粒子相互の結合を促進して誘電体層を形成するようにしたものである。
The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-212760 is an ultrafine particle having a particle diameter of 10 nm to 5 μm (unlike that obtained by heating and evaporation unlike the prior art), an ion beam, an atomic beam, a molecular beam, or By irradiating with low temperature plasma etc., the ultrafine particles are activated without melting them, and sprayed on the substrate at a speed of 3 m / sec to 300 m / sec in this state, thereby promoting the bonding between the ultrafine particles and the dielectric. A layer is formed.

上述した従来法のうち、グリーンシート法では、可塑変形体の積層物の焼成を行なうため、必然的に焼成後に反りが発生する。焼成後、表面から平面研削を行なって最上部の誘電体層をなるべく薄くなるよう加工を施すわけであるが、内部電極が反っているため、誘電体層の研削に限度が有り電極から表面までの距離は数百μmまでで抑えることが一般的である。しかも反りのある内部電極から表面までの距離は一個体内でもまちまちであり、個体差も発生する。このことは静電チャックの吸着性能の個体差を生む原因となっている。また、誘電体層が厚いため、十分な吸着力を発生させるべく、酸化アルミニウムなどの比較的高電気抵抗率を持ち機械的特性に優れたセラミックスに、酸化チタンなどの比較的低電気抵抗率の物質をまぜて、ジョンセン・ラーベック効果を発現させる工夫を持たせていたが、チタンなどの金属成分が静電チャック使用時にウェハとの摩擦摩耗により付着し、ウェハを汚染するという問題を抱えていた。 Among the conventional methods described above, the green sheet method inevitably causes warping after firing because the laminate of plastic deformable bodies is fired. After firing, surface grinding is performed from the surface to process the thinnest dielectric layer as thin as possible, but the internal electrode is warped, so there is a limit to the grinding of the dielectric layer from the electrode to the surface The distance is generally limited to a few hundred μm. In addition, the distance from the warped internal electrode to the surface varies within an individual, and individual differences also occur. This causes an individual difference in the adsorption performance of the electrostatic chuck. In addition, since the dielectric layer is thick, ceramics with relatively high electrical resistivity, such as aluminum oxide, and excellent mechanical properties, in order to generate sufficient adsorption power, have relatively low electrical resistivity, such as titanium oxide. The material was mixed to devise the Johnsen-Rahbek effect, but there was a problem that metal components such as titanium adhered due to frictional wear with the wafer when using an electrostatic chuck and contaminated the wafer. .

さらにグリーンシート法で作製される静電チャックは、金属製の冷却プレートに例えばインジウムなどのボンディング材により熱融着させて使用されるが、熱伝導率に劣るセラミックス誘電体の厚み、すなわち静電チャック自体の厚みが数mmあることから冷却効率が悪く、従ってドライエッチング工程でウェハに導入される熱量を抑える必要があったり、あるいはウェハ面内で温度の不均一分布を生じさせる原因となるなどの問題点があった。  Furthermore, an electrostatic chuck manufactured by the green sheet method is used by thermally fusing a metal cooling plate with a bonding material such as indium, for example, but the thickness of the ceramic dielectric having inferior thermal conductivity, ie, electrostatic Since the thickness of the chuck itself is several millimeters, the cooling efficiency is poor, and therefore it is necessary to suppress the amount of heat introduced into the wafer in the dry etching process, or it may cause a non-uniform temperature distribution within the wafer surface. There was a problem.

また、グリーンシート法では、ナノメートルレベルの結晶粒からなる多結晶体を形成させることは困難で、焼結助剤を用いて焼成するため、粒子同士の界面に特定の元素が偏析を起こし、所望の特性の達成を阻害する原因になる。 In addition, in the green sheet method, it is difficult to form a polycrystalline body composed of nanometer-level crystal grains, and since firing is performed using a sintering aid, a specific element segregates at the interface between the particles, It becomes a cause that obstructs achievement of a desired characteristic.

一方、PVDやCVDなどでは、原子の堆積によって誘電体層を形成させるというその手法の特徴から、結晶成長エネルギーの低い結晶面から優先的に成長する為、配向性を持ったり、基板から柱状に結晶が形成されるなどの特徴的な構造を持ち、無秩序な結晶配向の粒状多結晶体を形成させることは困難である。  On the other hand, in PVD, CVD, etc., because of the characteristics of the method of forming a dielectric layer by depositing atoms, it grows preferentially from a crystal plane with a low crystal growth energy, so that it has orientation or is columnar from the substrate. It is difficult to form a granular polycrystal having a characteristic structure such as formation of crystals and disordered crystal orientation.

また溶射法を用いた場合では、誘電体層は一般に多孔体となり、この膜中の孔の存在が膜の絶縁破壊電圧を低下させるために、あるいは使用するセラミック溶射材料の制限を受けるなどして、その被覆厚さを50〜500μmの比較的厚膜で形成させる必要がある。さらに表面研磨した場合に、表面が多孔性となるため、比表面積が大きくなり、使用環境によっては、誘電体層の腐食などによる劣化を早める原因となっていた。このため表面にあらためてケイ素化合物を塗布する必要もある。  When the thermal spraying method is used, the dielectric layer is generally porous, and the presence of pores in the film reduces the dielectric breakdown voltage of the film or is restricted by the ceramic spray material used. It is necessary to form the coating thickness with a relatively thick film of 50 to 500 μm. Further, when the surface is polished, the surface becomes porous, so that the specific surface area becomes large, and depending on the use environment, the deterioration due to corrosion of the dielectric layer is caused. For this reason, it is necessary to apply a silicon compound to the surface again.

また十分な吸着力を発生させるには、例えば主原料に酸化アルミニウムを使用する場合には、これに酸化チタンを添加して電気抵抗率を下げる必要が有り、やはり酸化チタンがウェハの汚染源として問題となる。特に表面が多孔性の場合では、耐摩耗性も緻密質に比べて劣るため、ウェハの汚染を進める原因ともなっている。汚染源という観点からは、溶射ノズルに使用されるアノード、カソードが僅かに溶出し、誘電体層に混ざり込むことも上げられる。これは電気抵抗率や耐電圧値にも影響を与える。  In order to generate sufficient adsorption power, for example, when aluminum oxide is used as the main raw material, it is necessary to add titanium oxide to this to lower the electrical resistivity. Titanium oxide is still a problem as a contamination source for wafers. It becomes. In particular, when the surface is porous, the wear resistance is inferior to that of the dense material, which causes the contamination of the wafer. From the viewpoint of the contamination source, the anode and cathode used for the thermal spray nozzle are slightly eluted and mixed into the dielectric layer. This also affects the electrical resistivity and the withstand voltage value.

誘電体層にポリイミドなどの高分子材料を用いる場合には、耐摩耗性に劣るため、ウェハや製造装置内の汚染を助長するとともに、静電チャックの交換頻度も高くなるという不具合があった。また有機材料ゆえに耐熱性にも劣る。  In the case where a polymer material such as polyimide is used for the dielectric layer, there is a problem that the wear resistance is inferior, which promotes contamination in the wafer and the manufacturing apparatus and increases the frequency of replacement of the electrostatic chuck. In addition, it is inferior in heat resistance because of organic materials.

また、ゾルゲル法によるセラミック膜の作製においては比較的結晶子の小さな膜が低温で作製できる技術が開発されてきている。しかしながら一般的に一回の製膜工程で達成される膜厚は数nmから数百nmレベルであり、厚膜を形成させようとする場合はこの工程を繰り返す必要がある。この際実質的には下地膜を強固にする為に加熱処理を施す必要があり下地層の粒成長が起こる。粒成長を起こさない低温での製膜では緻密度が大きくならない問題がある。また多数回の製膜工程を経ると膜にクラックが発生するという問題が解決できていない。またこのゾルゲル法あるいは溶液中析出法などの微細組織のセラミック膜作製方法は湿式が多く、膜中に溶液中の他の溶質や溶媒が混入して膜特性の劣化や組成のずれなどが生じる場合がある。  In the production of a ceramic film by the sol-gel method, a technique has been developed that can produce a film having a relatively small crystallite at a low temperature. However, generally, the film thickness achieved in one film formation process is several nanometers to several hundreds of nanometers, and this process needs to be repeated when forming a thick film. At this time, in order to substantially strengthen the underlayer film, it is necessary to perform a heat treatment, and grain growth of the underlayer occurs. There is a problem that the density does not increase in the case of film formation at a low temperature that does not cause grain growth. Moreover, the problem that a crack occurs in the film after many film forming steps has not been solved. In addition, there are many wet methods for producing a fine-structure ceramic film such as the sol-gel method or the precipitation method in solution, and other solutes or solvents in the solution are mixed in the film, resulting in deterioration of film characteristics or compositional deviation. There is.

一方、特開平8−81774号公報、特開平10−202171号公報および特開平11−21677号公報に開示される方法にあっては、超微粒子を得るための加熱手段(抵抗線加熱、電子ビーム加熱、高周波誘導加熱、スパッタリング、アークプラズマ等)が必要となり。また基本原理が衝突の際に運動エネルギーを熱エネルギーに変換して焼結させるというものであり、これを静電チャックの製造に応用した場合、基板上に形成される誘電体層の粒子径は粒成長により、原料の超微粒子よりも大きくなってしまう。 On the other hand, in the methods disclosed in JP-A-8-81774, JP-A-10-202171, and JP-A-11-21777, heating means for obtaining ultrafine particles (resistance wire heating, electron beam) Heating, high frequency induction heating, sputtering, arc plasma, etc.) are required. The basic principle is to convert kinetic energy into thermal energy and sinter in the event of a collision, and when this is applied to the manufacture of an electrostatic chuck, the particle size of the dielectric layer formed on the substrate is Due to grain growth, it becomes larger than the ultrafine particles of the raw material.

一方、本発明者らは特開2000−212760号公報に開示される技術について引き続き追試を行ってきた。その結果、金属(延展性材料)とセラミックスや半金属などの脆性材料とでは異なる挙動を示すことが判明した。即ち、脆性材料にあっては、イオンビーム、原子ビーム、分子ビーム或いは低温プラズマなどを照射することなく、つまり特別な活性化手段を用いることなく誘電体層を形成することができた。しかしながら、同公報に記載された条件である微粒子の粒径を10nm〜5μm、衝突速度を3m/sec〜300m/secとしただけでは誘電体層の剥離強度が不足していたり、或いは部分的に剥離しやすかったり、密度も不均一となるなど新たな問題が生じた。  On the other hand, the present inventors have continued to make additional tests on the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-2127760. As a result, it was found that metals (extensible materials) and brittle materials such as ceramics and metalloids behave differently. That is, in the case of a brittle material, a dielectric layer could be formed without irradiation with an ion beam, an atomic beam, a molecular beam, a low temperature plasma, or the like, that is, without using a special activation means. However, the peel strength of the dielectric layer is insufficient or only partially when the particle size of the fine particles, which are the conditions described in the publication, is 10 nm to 5 μm and the collision speed is 3 m / sec to 300 m / sec. New problems such as easy peeling and non-uniform density occurred.

本発明は、これらの問題点を鑑みてなされた静電チャックの提案とその製造方法であり、静電吸着力に大きく関係するセラミック誘電体部分の膜厚が従来に比べ比較的薄く、緻密質で、重金属を含まないため、熱伝導性、耐摩耗性、耐食性、汚染性などの静電チャックに要求される諸特性に優れた静電チャックを提供することにある。  The present invention is a proposal of an electrostatic chuck and a manufacturing method thereof in view of these problems, and the thickness of the ceramic dielectric portion, which is largely related to the electrostatic attraction force, is relatively thin and dense. Therefore, an object of the present invention is to provide an electrostatic chuck excellent in various characteristics required for an electrostatic chuck such as thermal conductivity, wear resistance, corrosion resistance, and contamination because it does not contain heavy metals.

本発明は以下の知見に基づいてなされたものである。セラミックスは自由電子をほとんど持たない共有結合性あるいはイオン結合性が強い原子結合状態にある。それゆえ硬度は高いが衝撃に弱い。シリコンやゲルマニウムのような半金属も、延展性を持たない脆性材料である。従ってこれらの脆性材料に機械的衝撃力を付加した場合、例えば結晶子同士の界面などの壁開面に沿って結晶格子のずれを生じたり、あるいは破砕されたりなどする。これらの現象が起こると、ずれ面や破面にはもともと内部に存在し、別の原子と結合していた原子が剥き出しの状態となり、すなわち新生面が形成される。この新生面の原子一層の部分は、もともと安定した原子結合状態から外力により強制的に不安定な表面状態に晒される。すなわち表面エネルギーが高い状態となる。この活性面が隣接した脆性材料表面や同じく隣接した脆性材料の新生面あるいは基板表面と接合して安定状態に移行する。外部からの連続した機械的衝撃力の付加は、この現象を継続的に発生させ、微粒子の変形、破砕などの繰り返しにより接合の進展、それによって形成された堆積物の緻密化が行われる。このようにして、脆性材料の堆積物が形成される。 The present invention has been made based on the following findings. Ceramics are in an atomic bond state having a strong covalent bond or ionic bond with few free electrons. Therefore, the hardness is high, but it is vulnerable to impact. Semimetals such as silicon and germanium are also brittle materials that do not have spreadability. Therefore, when a mechanical impact force is applied to these brittle materials, for example, the crystal lattice shifts along the wall open surface such as the interface between crystallites, or is crushed. When these phenomena occur, the atoms that were originally present inside the slipping surface or fracture surface and were bonded to another atom are exposed, that is, a new surface is formed. The part of the atomic layer on this new surface is exposed to an unstable surface state by an external force from an originally stable atomic bond state. That is, the surface energy is high. The active surface joins the adjacent brittle material surface, the newly formed brittle material surface, or the substrate surface, and shifts to a stable state. The addition of a continuous mechanical impact force from the outside causes this phenomenon to occur continuously, and the joining progresses and the deposits formed thereby are densified by repeated deformation and crushing of fine particles. In this way, a deposit of brittle material is formed.

上記の知見に基づいて製造された本発明に係る静電チャックの誘電体層の微視的な構造は従来の製法で得られたものと明らかに異なっている。即ち、本発明に係る静電チャックの誘電体層は、電極である基板あるいは電極を複数配置した基板に直接接合され、多結晶であり、また前記結晶同士の界面にはガラス質からなる粒界層が実質的に存在せず、更に前記誘電体層の一部は基板表面に食い込むアンカー部となっており、かつ、前記誘電体層は、平均結晶子径が500nm以下で緻密度が70%以上となっている。  The microscopic structure of the dielectric layer of the electrostatic chuck according to the present invention manufactured based on the above knowledge is clearly different from that obtained by the conventional manufacturing method. That is, the dielectric layer of the electrostatic chuck according to the present invention is bonded directly to a substrate as an electrode or a substrate on which a plurality of electrodes are arranged, and is polycrystalline, and a glassy grain boundary is formed at the interface between the crystals. The dielectric layer substantially does not exist, and a part of the dielectric layer is an anchor portion that bites into the substrate surface, and the dielectric layer has an average crystallite diameter of 500 nm or less and a density of 70%. That's it.

ここで、本発明を理解する上で重要となる語句の解釈を以下に行う。
(多結晶)本件では結晶子が接合・集積してなる構造体を指す。結晶子は実質的にそれひとつで結晶を構成しその径は通常5nm以上である。本願の製法においては、その平均径は、一般的にナノメートルレベルと非常に微細となる。ただし、微粒子が破砕されずに誘電体層中に取り込まれるなどの場合がまれに生じるが、実質的には多結晶である。
(結晶配向性)本件では多結晶である誘電体層中での結晶軸の配向具合を指し、配向性があるかないかは、一般には実質的に配向性のないと考えられる粉末X線回折などによって標準データとされたJCPDS(ASTM)データを指標として判断する。本件では後述する実施例4に示すような見方において、主要なピークのずれが30%以内に収まっている場合を実質的に配向性がないと称する。
(界面)本件では結晶子同士の境界を構成する領域を指す。
(粒界層)界面あるいは焼結体でいう粒界に位置するある厚み(通常数nm〜数μm)を持つ層で、通常結晶粒内の結晶構造とは異なるアモルファス構造をとり、また場合によっては不純物の偏析を伴う。
(アンカー部)本件の場合には、基板と誘電体層の界面に形成された凹凸を指し、特に、予め基板に凹凸を形成させるのではなく、誘電体層形成時に、元の基板の表面精度を変化させて形成される凹凸のことを指す。
(平均結晶子径)X線回折法におけるScherrerの方法によって算出される結晶子のサイズであり、本件ではマックサイエンス社製MXP-18を使用して測定・算出した。
(内部歪)微粒子に含まれる格子歪のことで、X線回折測定におけるHall法を用いて算出される値であり、微粒子を十分にアニールした標準物質を基準として、そのずれを百分率表示する。
(再凝集)微粒子の粉砕中に微粒子の一次粒子の表面から破砕・脱落した微細な断片が(必ずしも同一でない)一次粒子表面に付着・結合して表面層を形成した状態を指す。
(基板に衝突する際の脆性材料微粒子の速度)脆性材料微粒子の速度に関しては、実施例3に記載の方法に従って測定した平均速度のことを意味する。
Here, the interpretation of the words that are important for understanding the present invention will be described below.
(Polycrystalline) In this case, it refers to a structure in which crystallites are joined and accumulated. The crystallite is essentially one crystal, and its diameter is usually 5 nm or more. In the manufacturing method of the present application, the average diameter is generally very fine at the nanometer level. However, rare cases occur in which the fine particles are taken into the dielectric layer without being crushed, but are substantially polycrystalline.
(Crystal orientation) In this case, it refers to the orientation of crystal axes in a dielectric layer that is polycrystalline. Whether or not there is orientation is generally X-ray powder diffraction, etc. JCPDS (ASTM) data, which is standard data by, is determined as an index. In the present case, in the view as shown in Example 4 described later, a case where the deviation of the main peak is within 30% is referred to as having substantially no orientation.
(Interface) In this case, it refers to the region that forms the boundary between crystallites.
(Grain boundary layer) A layer with a certain thickness (usually several nanometers to several micrometers) located at the grain boundary in the interface or sintered body, and usually takes an amorphous structure different from the crystal structure in the crystal grain, and in some cases Is accompanied by segregation of impurities.
(Anchor part) In this case, it refers to the irregularities formed at the interface between the substrate and the dielectric layer. In particular, the surface accuracy of the original substrate is not determined when the dielectric layer is formed, rather than having irregularities formed on the substrate in advance. It refers to the unevenness formed by changing.
(Average crystallite diameter) This is the crystallite size calculated by Scherrer's method in the X-ray diffraction method. In this case, it was measured and calculated using MXP-18 manufactured by Mac Science.
(Internal strain) Lattice strain contained in fine particles, which is a value calculated by using the Hall method in X-ray diffraction measurement, and the deviation is expressed in percentage with reference to a standard material in which fine particles are sufficiently annealed.
(Re-aggregation) This refers to the state in which fine fragments crushed and dropped from the surface of the primary particles of the fine particles during pulverization of the fine particles adhere to and bind to the surface of the primary particles (not necessarily the same) to form a surface layer.
(Velocity of the brittle material fine particles when colliding with the substrate) With respect to the velocity of the brittle material fine particles, it means the average velocity measured according to the method described in Example 3.

従来の焼結によって形成した誘電体層は、結晶が熱による粒成長を伴っており、特に焼結助剤を用いた場合には粒界層としてガラス層が生じる。一方、本発明に係る静電チャックの誘電体層は、原料微粒子の変形または破砕を伴うため、原料微粒子よりも誘電体層の構成粒子の方が小さくなっている。例えば、レーザ回折法やレーザ散乱法で計測される微粒子の平均粒径を0.1〜5μmとすることで形成される誘電体層の平均結晶子径は100nm以下となるような場合が多く、このような微細結晶子からなる多結晶体をその組織として持つ。その結果、平均結晶子径が500nm以下で緻密度が70%以上、または平均結晶子径が100nm以下で緻密度が95%以上、または平均結晶子径が50nm以下で緻密度が99%以上の緻密な誘電体層とすることができる。ここで、緻密度(%)は、文献値、理論計算値による真比重と、誘電体層の重量および体積値から求めた嵩比重を用い、嵩比重÷真比重×100(%)の式から算出される。  In a dielectric layer formed by conventional sintering, crystals are accompanied by grain growth due to heat, and in particular when a sintering aid is used, a glass layer is formed as a grain boundary layer. On the other hand, since the dielectric layer of the electrostatic chuck according to the present invention involves deformation or crushing of the raw material fine particles, the constituent particles of the dielectric layer are smaller than the raw material fine particles. For example, the average crystallite size of the dielectric layer formed by setting the average particle size of the fine particles measured by the laser diffraction method or the laser scattering method to 0.1 to 5 μm is often 100 nm or less, It has a polycrystalline body composed of such fine crystallites as its structure. As a result, the average crystallite diameter is 500 nm or less and the density is 70% or more, or the average crystallite diameter is 100 nm or less and the density is 95% or more, or the average crystallite diameter is 50 nm or less and the density is 99% or more. It can be a dense dielectric layer. Here, the density (%) is obtained from the formula of bulk specific gravity / true specific gravity × 100 (%) using the true specific gravity based on literature values and theoretical calculation values and the bulk specific gravity obtained from the weight and volume value of the dielectric layer. Calculated.

静電チャックはシリコンなどの半導体ウェハを数万回に亘ってチャックさせる機能を持ち、エッチングなどの加熱操作によって数万回の昇温、冷却サイクルにさらされる。このとき熱膨張率の違いなどによってウェハと静電チャックの間で摩擦摩耗が生じ、摩耗粉のウェハへの付着による汚染が問題になっているが、本発明の静電チャックの誘電体層は微細な多結晶であるため耐摩耗性に優れ、汚染を低減させることができる。  The electrostatic chuck has a function of chucking a semiconductor wafer such as silicon several tens of thousands of times, and is exposed to a heating and cooling cycle of tens of thousands of times by a heating operation such as etching. At this time, frictional wear occurs between the wafer and the electrostatic chuck due to a difference in the coefficient of thermal expansion, and contamination due to adhesion of wear powder to the wafer is a problem. The dielectric layer of the electrostatic chuck of the present invention Since it is a fine polycrystal, it has excellent wear resistance and can reduce contamination.

また、本発明に係る誘電体層の特徴は、衝突などの機械的衝撃による変形または破砕を伴うため、結晶の形状として扁平なもの或いは細長いものは存在しにくく、その結晶子形状はおおよそ粒状と見て良く、アスペクト比はおおよそ2.0以下となる。また微粒子が破砕した断片粒子の再接合部であるため、結晶配向を持つことはなく、ほとんど緻密質であるため、硬さ、耐摩耗性、耐食性などの機械的・化学的特性に優れる。  Further, the dielectric layer according to the present invention is characterized by deformation or crushing due to mechanical impact such as collision, so that flat or elongated crystals are unlikely to exist, and the crystallite shape is roughly granular. As you can see, the aspect ratio is about 2.0 or less. Further, since it is a rejoined portion of fragmented particles, it has no crystal orientation and is almost dense, so it has excellent mechanical and chemical properties such as hardness, wear resistance, and corrosion resistance.

また本発明にあっては、原料微粒子の破砕から再接合までが瞬時に行われるため、接合時に微細断片粒子の表面付近で原子の拡散はほとんど行われない。従って、誘電体層の結晶子同士の界面の原子配列に乱れがなく溶解層である粒界層(ガラス層)は殆ど形成されず、形成されても1nm以下である。そのため、耐食性などの化学的特性に優れる特徴を示す。  Further, in the present invention, from the crushing of the raw material fine particles to the re-bonding is instantaneously performed, the atoms are hardly diffused near the surface of the fine fragment particles at the time of bonding. Therefore, the atomic arrangement at the interface between the crystallites of the dielectric layer is not disturbed, and the grain boundary layer (glass layer) which is a dissolved layer is hardly formed, and even if formed, it is 1 nm or less. Therefore, it shows the characteristics excellent in chemical characteristics such as corrosion resistance.

即ち、半導体製造工程において、腐食性のガスを用いて製造装置を洗浄する場合があり、静電チャックがこの腐食性ガスに暴露されるが、多結晶のセラミックスからなる誘電体層のうち、結晶子同士の界面すなわち粒界のガラス層が最も腐食され易く、従ってガラス層がエッチングされて誘電体層表面の精度を劣化させる。これは静電チャックの耐摩耗性を劣化させることになり、チャックの寿命を短くする原因となる。本発明では結晶子同士の界面のガラス層を全くなくす、あるいはガラス層の厚みを1nm以下に抑えることにより、耐食性を向上させ、静電チャックの特性の劣化を遅らせることが可能となる。  That is, in the semiconductor manufacturing process, the manufacturing apparatus may be cleaned using a corrosive gas, and the electrostatic chuck is exposed to the corrosive gas. Of the dielectric layers made of polycrystalline ceramic, The interfacial interface, that is, the glass layer at the grain boundary, is most easily corroded, and thus the glass layer is etched to degrade the accuracy of the surface of the dielectric layer. This deteriorates the wear resistance of the electrostatic chuck and shortens the life of the chuck. In the present invention, by eliminating the glass layer at the interface between crystallites at all, or by suppressing the thickness of the glass layer to 1 nm or less, it is possible to improve the corrosion resistance and delay the deterioration of the characteristics of the electrostatic chuck.

また、本発明にかかる静電チャックの構造の別の一態様では、上述の静電チャックにおいて、基板が冷却機能を有することを特徴とする。チャックされたウェハにエッチング操作を行なう場合、ウェハ表面は加熱されるため、ウェハを冷却しつつ一定のプロセス温度に制御する必要がある。通常アルミニウム合金素材などで作られた液冷冷却プレートに静電チャックをインジウムボンディングなどの手法により張り付け、あるいはボルト固定して接触させ、冷却プレートを低温にすることにより静電チャックを介してウェハの温度制御を行なうが、本発明では、冷却プレート上に上述の特性を有するセラミック誘電体層を形成させて、冷却プレートそのものにチャック特性を持たせるため、その冷却効率が著しく良好になる。この場合は冷却プレートを電極として用いることができる。  According to another aspect of the structure of the electrostatic chuck according to the present invention, the above-described electrostatic chuck is characterized in that the substrate has a cooling function. When an etching operation is performed on a chucked wafer, the wafer surface is heated, and thus it is necessary to control the wafer to a constant process temperature while cooling the wafer. Usually, an electrostatic chuck is attached to a liquid-cooled cooling plate made of an aluminum alloy material or the like by indium bonding or the like, or fixed with bolts, and the temperature of the cooling plate is lowered to lower the temperature of the wafer via the electrostatic chuck. Although temperature control is performed, in the present invention, the ceramic dielectric layer having the above-described characteristics is formed on the cooling plate, and the cooling plate itself has the chuck characteristics, so that the cooling efficiency is remarkably improved. In this case, a cooling plate can be used as an electrode.

また、本発明にかかる静電チャックの構造の別の一態様では、上述のセラミック誘電体層において、結晶子同士の界面に、結晶子を構成する主要な元素以外の金属元素あるいは半金属元素が偏析していないことを特徴とする。セラミック焼結体などでは、結晶子同士の界面に焼結助剤などが偏析し、これが耐食性の劣化、あるいは耐摩耗性の劣化の原因となる。偏析した金属元素などがウェハに付着して汚染の原因ともなる。本発明ではこれらの懸念がない。  In another aspect of the structure of the electrostatic chuck according to the present invention, in the ceramic dielectric layer, a metal element or a semi-metal element other than the main element constituting the crystallite is present at the interface between the crystallites. It is characterized by not being segregated. In a ceramic sintered body or the like, a sintering aid segregates at the interface between crystallites, which causes deterioration of corrosion resistance or wear resistance. Segregated metal elements adhere to the wafer and cause contamination. The present invention does not have these concerns.

また、本発明にかかる静電チャックの構造の別の一態様では、上述のセラミック誘電体層が、酸化アルミニウムが主成分であり、その純度が99%以上が望ましい。酸化アルミニウムは静電チャックの用途としてみて良好な機械的特性、電気的特性、化学的特性を保有しており、従来の静電チャックにも多く使用されている素材である。従来は製造プロセスの制約のため、酸化アルミニウムを主成分としていても、これに焼結助剤が混在していたり、多孔体であったりするなどで十分な素材の特性を活かすことができなかった。この素材を用いて上述のような微細多結晶の緻密質誘電体層を形成させることにより、さらに耐摩耗性、表面平滑性、絶縁性、耐食性を向上させることができる。  In another aspect of the structure of the electrostatic chuck according to the present invention, the ceramic dielectric layer described above is mainly composed of aluminum oxide and preferably has a purity of 99% or more. Aluminum oxide has good mechanical properties, electrical properties, and chemical properties as an electrostatic chuck application, and is a material that is often used in conventional electrostatic chucks. In the past, due to restrictions on the manufacturing process, even if aluminum oxide was the main component, it was not possible to make full use of the characteristics of the material due to the inclusion of a sintering aid in it or a porous material. . By using this material to form a fine polycrystalline dense dielectric layer as described above, it is possible to further improve wear resistance, surface smoothness, insulation and corrosion resistance.

酸化アルミニウムの純度を上げることにより、これらの特性をさらに向上させることができる。不純物が存在しなければ、それらによるウェハの汚染の心配もない。  These properties can be further improved by increasing the purity of the aluminum oxide. If impurities are not present, there is no worry of contamination of the wafer by them.

場合によっては誘電体層が、酸化アルミニウムと酸化チタンの固溶体であってもよい。酸化アルミニウムに比べて若干電気抵抗率が低いこの元素を添加することにより、ジョンセン・ラーベック力を発現させることが容易となり、すなわち静電チャックの吸着力を向上させることが可能となる。  In some cases, the dielectric layer may be a solid solution of aluminum oxide and titanium oxide. By adding this element, which has a slightly lower electrical resistivity than aluminum oxide, it is easy to develop the Johnsen-Rahbek force, that is, it is possible to improve the adsorption force of the electrostatic chuck.

また場合によっては誘電体層が、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化クロム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、窒化硼素を構成する成分のいずれかあるいはこれらの組み合わせを含む。これらは、耐摩耗性の向上、電気抵抗率の制御、耐食性の向上などの目的に合わせて選択し、添加される。  In some cases, the dielectric layer is one of the components constituting silicon nitride, silicon carbide, aluminum nitride, zirconium oxide, silicon oxide, chromium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, strontium oxide, barium oxide, boron nitride or these. Including a combination of These are selected and added according to purposes such as improvement of wear resistance, control of electrical resistivity, and improvement of corrosion resistance.

また、本発明にかかる静電チャックの構造の別の一態様では、誘電体層における酸素量が制御され、誘電体層の組成が酸素の欠損あるいは過剰に基づく非化学量論組成であることを特徴とする。  In another aspect of the electrostatic chuck structure according to the present invention, the amount of oxygen in the dielectric layer is controlled, and the composition of the dielectric layer is a non-stoichiometric composition based on oxygen deficiency or excess. Features.

例えば酸化アルミニウムを静電チャックの構成成分とした場合、酸化アルミニウムは電気抵抗率が高いためにほとんど電流が流れない。このことはチャック力にほとんどクーロン力を利用するしかないという意味であり、低電圧で十分な吸着力を発生させることが困難である。誘電体層の組成内の元素例えば酸素の量を制御し、特に粒界における酸素を欠損させたり過剰に存在させて化学量論組成からのずれを生じさせたり、あるいは酸素を含む化合物である水を誘電体層の組織内特に粒界などに吸着させたり水酸基として化学結合させるなどの修飾を行うことによってこれがために電子が移動し易い状態になることが考えられる。従って電圧印加をした場合、粒界付近に沿って極微小電流が流れる。これはすなわちジョンセン・ラーベック効果を発現させることであり、低電気抵抗率の元素を添加する必要なく、高純度酸化アルミニウムにて吸着力の大きなセラミック誘電体層を形成させることができる。これにより添加物による耐摩耗性、耐食性の劣化、ウェハの汚染の心配がなくなり、また低電圧でも大きな吸着力が得られる。また結晶子が微細であるがゆえに界面総面積が大きく、すなわち電流の流れるルートを多く採ることができる点は、微細多結晶体の優位点である。  For example, when aluminum oxide is used as a constituent component of the electrostatic chuck, almost no current flows because aluminum oxide has a high electrical resistivity. This means that the Coulomb force can only be used for the chuck force, and it is difficult to generate a sufficient adsorption force at a low voltage. Control the amount of elements such as oxygen in the composition of the dielectric layer, and in particular cause oxygen to be deficient or excessively present at the grain boundaries to cause a deviation from the stoichiometric composition, or water as a compound containing oxygen It is conceivable that by making modifications such as adsorbing to the structure of the dielectric layer, particularly to the grain boundary, or chemically bonding as a hydroxyl group, the electrons can easily move. Therefore, when a voltage is applied, a very small current flows along the vicinity of the grain boundary. This means that the Johnsen-Rahbek effect is manifested, and it is possible to form a ceramic dielectric layer having a high adsorptive power with high-purity aluminum oxide without the need to add an element with low electrical resistivity. As a result, there is no fear of wear resistance, corrosion resistance deterioration and wafer contamination due to the additive, and a large adsorption force can be obtained even at a low voltage. Further, since the crystallite is fine, the total interface area is large, that is, it is possible to take many routes through which current flows, which is an advantage of the fine polycrystal.

本発明にかかる静電チャックの一態様では、セラミック誘電体層の厚さが50μm以下、望ましくは30μm以下である。例えば純度の高い酸化アルミニウムをセラミック誘電体層として使用する場合においては、電気抵抗値が高いため、層厚さが比較的厚いとクーロン力が効果的に発現できず、この分吸着力が稼げない。また層厚さが厚いと熱伝導性にも劣り、ウェハの冷却効率の低下や温度分布の乱れを起こす原因となる。例えば酸化アルミニウムからなる誘電体層の厚さを50μm以下、望ましくは30μm以下にすることにより、低電圧下でも吸着力が大きく、熱伝導特性の優れた、ウェハ汚染性の少ない静電チャックが得られる。  In one aspect of the electrostatic chuck according to the present invention, the thickness of the ceramic dielectric layer is 50 μm or less, desirably 30 μm or less. For example, when high-purity aluminum oxide is used as the ceramic dielectric layer, the electrical resistance value is high, so if the layer thickness is relatively thick, the Coulomb force cannot be expressed effectively, and the adsorption power cannot be increased accordingly. . Further, if the layer thickness is large, the thermal conductivity is also inferior, which causes a decrease in the cooling efficiency of the wafer and a disturbance in the temperature distribution. For example, by setting the thickness of the dielectric layer made of aluminum oxide to 50 μm or less, preferably 30 μm or less, an electrostatic chuck having a large adsorption force even under a low voltage, excellent thermal conductivity, and low wafer contamination can be obtained. It is done.

また、本発明にかかる静電チャックの一態様では、セラミック誘電体層の表面が研削あるいは/および研磨処理を行なったものである。ウェハの各種処理では、工程中のウェハの平面度の維持が重要であり、従ってこれを保持する静電チャックの誘電体層の平面度が要求される。静電チャック表面を超精密研削あるいは研磨処理を行なうことにより、十分な平面度を達成できる。  In one aspect of the electrostatic chuck according to the present invention, the surface of the ceramic dielectric layer is ground or / and polished. In various processing of wafers, it is important to maintain the flatness of the wafer during the process. Therefore, the flatness of the dielectric layer of the electrostatic chuck that holds the wafer is required. Sufficient flatness can be achieved by performing ultraprecision grinding or polishing on the surface of the electrostatic chuck.

場合によっては、誘電体層の平面度が優れるゆえに、面積の大きなウェハを吸着させた場合に、吸着力が強すぎ、各種処理後のウェハ取り外しの際に大きな力を要することがあり、ウェハの破壊を招く恐れすらある。このような場合には、誘電体層に凹凸を形成させて吸着実効面積を制御し、吸着力の制御を行なうようにするとよい。  In some cases, because the flatness of the dielectric layer is excellent, when a wafer with a large area is attracted, the attracting force is too strong, and a large force may be required when removing the wafer after various processing. There is even a risk of destruction. In such a case, it is preferable to control the suction force by controlling the effective suction area by forming irregularities in the dielectric layer.

一方、本願の静電チャックの製造方法は、先ず脆性材料微粒子に前処理を施して脆性材料微粒子に内部歪を付与し、次いでこの内部歪を蓄えた脆性材料微粒子を基材表面に高速で衝突させるか、基材表面に盛り付けた内部歪を蓄えた脆性材料微粒子に機械的衝撃力を付加することで、前記脆性材料微粒子を変形または破砕し、この変形または破砕にて生じた活性な新生面を介して微粒子同士を再結合せしめることで、基材との境界部にその一部が基材表面に食い込む多結晶脆性材料からなるアンカー部を形成し、更にこのアンカー部の上に多結晶脆性材料からなる誘電体を形成する。  On the other hand, in the manufacturing method of the electrostatic chuck of the present application, the brittle material fine particles are first subjected to pretreatment to give internal strain to the brittle material fine particles, and then the brittle material fine particles stored with the internal strain collide with the substrate surface at high speed. Or by applying a mechanical impact force to the brittle material fine particles that store internal strain accumulated on the surface of the base material, deforming or crushing the brittle material fine particles, and forming an active new surface generated by the deformation or crushing. By recombining the fine particles with each other, an anchor portion made of a polycrystalline brittle material that partially penetrates the surface of the base material is formed at the boundary with the base material, and the polycrystalline brittle material is further formed on the anchor portion. A dielectric made of is formed.

内部歪が少ないと、脆性材料微粒子を衝突させた際に変形或いは破砕しにくく、逆に内部歪が大きくなると内部歪をキャンセルするために大きなクラックが生じ、衝突させる前に脆性材料微粒子が破砕・凝集し、この凝集物を基材に衝突させても新生面は形成されにくい。したがって、本発明に係る静電チャックを得るには、脆性材料微粒子の粒径および衝突速度は重要であるが、それ以上に原料の脆性材料微粒子に予め所定範囲の内部歪を与えておくことが重要である。 最も好ましい内部歪としては、クラックが形成される直前まで大きくなった歪ということになるが、多少クラックが形成されていても内部歪が残っている微粒子であれば構わない。微粒子に歪を与える粉砕処理は、微粒子にかかる粉砕のための衝撃を大きく与えることのできる粉砕手段を用いるのが好ましい。微粒子に比較的一様に大きな歪を付与することができるからである。このような粉砕手段としては、セラミックスの粉砕処理によく用いられるボールミルに比べて大きな重力加速度を与えることの出来る振動ミルやアトライタ、遊星ミルを用いるのが好ましく、とりわけボールミルに比べて格段に大きな重力加速度を与えることの出来る遊星ミルを用いることが最も好ましい。  If the internal strain is small, it is difficult to be deformed or crushed when the brittle material fine particles collide. Conversely, if the internal strain increases, a large crack is generated to cancel the internal strain. Even if these aggregates collide with the base material, a new surface is hardly formed. Therefore, in order to obtain the electrostatic chuck according to the present invention, the particle size and the collision speed of the brittle material fine particles are important, but more than that, it is necessary to give the raw material brittle material fine particles in advance within a predetermined range. is important. The most preferred internal strain is a strain that has increased until just before the crack is formed, but any fine particles may be used as long as the internal strain remains even if some cracks are formed. For the pulverization treatment that distorts the fine particles, it is preferable to use a pulverizing means that can give a large impact for the pulverization of the fine particles. This is because a large strain can be imparted to the fine particles relatively uniformly. As such a pulverizing means, it is preferable to use a vibration mill, an attritor, or a planetary mill that can give a large acceleration of gravity compared to a ball mill often used for pulverizing ceramics. Most preferably, a planetary mill that can provide acceleration is used.

脆性材料微粒子を高速で衝突させる手法には、搬送ガスを用いる方法や、静電力を用いて微粒子を加速する方法、溶射法、クラスターイオンビーム法、コールドスプレー法などが挙げられる。このうち搬送ガスを用いる方法は従来ガスデポジション法と呼ばれており、金属や半金属、セラミックの微粒子を含むエアロゾルをノズルより噴出させて高速で基板に吹き付け、微粒子を基材上に堆積させて誘電体層を形成することによって、微粒子の組成を持つ圧粉体などの堆積層を形成させる構造物形成法である。  Examples of the method of causing the brittle material fine particles to collide at high speed include a method using a carrier gas, a method of accelerating the fine particles using an electrostatic force, a thermal spraying method, a cluster ion beam method, and a cold spray method. Of these, the method using a carrier gas is conventionally called the gas deposition method, in which an aerosol containing fine particles of metal, metalloid, or ceramic is ejected from a nozzle and sprayed onto a substrate at a high speed to deposit the fine particles on a substrate. In this structure forming method, a dielectric layer is formed to form a deposited layer such as a green compact having a fine particle composition.

そのうち、ここでは特に構造物を基板上にダイレクトで形成する方法を超微粒子ビーム堆積法(Ultra−Fine particles beam deposition method)あるいはエアロゾルデポジション法と呼び、この明細書では本発明に係る作製方法を以下この名称で呼ぶ。  Of these, the method of directly forming a structure on a substrate is called an ultra-fine particle beam deposition method or an aerosol deposition method, and in this specification, the fabrication method according to the present invention is referred to. Hereinafter, this name is used.

本発明に係る静電チャックの製造方法(超微粒子ビーム堆積法)にあっては、前記脆性材料微粒子は平均粒径が0.1〜5μmで、予め内部歪の大きなものを用いることが好ましい。これらの条件は基材に衝突させた際などに新生面が形成されるかに密接に関係しており、粒径0.1μm未満では、粒径が小さすぎて破砕や変形が生じにくい。5μmを超えると一部破砕は起こるものの、実質的にはエッチングによる膜の削り取り効果が現れるようになり、また破砕が生じないで微粒子の圧粉体の堆積に止まる場合が生じる。同じく、この平均粒径で構造物形成を行なう場合、50m/s以下では、圧粉体が構造物中へ混在する現象が観察されており、450m/s以上では、エッチング効果が目立つようになり、構造物形成効率が低下することがわかっている。さらには、150〜400m/s以下の範囲内であると、これらの不具合がより良く解消される。ここで微粒子の速度については、下記の実施例3に挙げた速度測定方法により算出したものである。  In the electrostatic chuck manufacturing method (ultrafine particle beam deposition method) according to the present invention, it is preferable that the brittle material fine particles have an average particle diameter of 0.1 to 5 μm and have a large internal strain in advance. These conditions are closely related to whether a new surface is formed when the substrate is caused to collide with the substrate. If the particle size is less than 0.1 μm, the particle size is too small to cause crushing or deformation. When the thickness exceeds 5 μm, although partial crushing occurs, the effect of removing the film by etching appears substantially, and there are cases where the deposition of the green compact of fine particles is stopped without crushing. Similarly, when the structure is formed with this average particle size, a phenomenon in which the green compact is mixed in the structure is observed at 50 m / s or less, and the etching effect becomes noticeable at 450 m / s or more. It has been found that structure formation efficiency is reduced. Furthermore, these inconveniences are better solved when the ratio is in the range of 150 to 400 m / s or less. Here, the speed of the fine particles is calculated by the speed measurement method described in Example 3 below.

また、原料粒子にクラックが生じると内部歪はキャンセルされるためクラックはない方が好ましいが、クラックがあっても所定の内部歪が存在すればよい。換言すれば、クラックが入る直前まで内部歪が蓄積されている原料微粒子が最も好ましい。  In addition, when a crack occurs in the raw material particles, the internal strain is canceled, so it is preferable that there is no crack. However, even if there is a crack, it is sufficient that a predetermined internal strain exists. In other words, the raw material fine particles in which the internal strain is accumulated until just before the crack is generated are most preferable.

特開2000−212766号公報に開示した内容を追試してきた際に、セラミックスなどの脆性材料については必ずしもよい結果が得られなかったのは、上記の条件が整っていなかった可能性がある。  When the content disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-212766 has been re-examined, the above-mentioned conditions may not have been satisfied because brittle materials such as ceramics have not necessarily obtained good results.

本発明にかかる静電チャックの製造方法の別の一態様では、脆性材料微粒子に含まれる酸素の量を制御した工程を経た後に、次いでこの酸素の量を制御された脆性材料微粒子を基材表面に高速で衝突させるか、基材表面に盛り付けた、酸素の量を制御された脆性材料微粒子に機械的衝撃力を付加することで、前記脆性材料微粒子を変形または破砕し、この変形または破砕にて生じた活性な新生面を介して微粒子同士を再結合せしめることで、基材との境界部にその一部が基材表面に食い込む多結晶脆性材料からなるアンカー部を形成し、更にこのアンカー部の上に多結晶脆性材料からなる誘電体を形成する。  In another aspect of the method for producing an electrostatic chuck according to the present invention, after the step of controlling the amount of oxygen contained in the brittle material fine particles, the brittle material fine particles whose oxygen amount is controlled are then applied to the substrate surface. The brittle material fine particles are deformed or crushed by applying a mechanical impact force to the brittle material fine particles with controlled oxygen amount, which are collided at a high speed or on the surface of the substrate. By recombining the fine particles with each other through the newly formed active surface, an anchor portion made of a polycrystalline brittle material that partially bites into the base material surface is formed at the boundary with the base material. A dielectric made of a polycrystalline brittle material is formed on the substrate.

脆性材料微粒子含まれる酸素とは、酸素原子あるいは酸素を含む化合物例えば水や水酸基のことであり、これらが微粒子の表面などに吸着や結合をした状態の脆性材料微粒子を用意する。この方法は例えば水蒸気の存在する環境中でメカノケミカル的な作用、ボールミルや振動ミル、遊星ミルなどの装置によった処理を行うことが有効な手段として挙げられる。特に乾式にて処理することがより効率よく酸素の吸着を行うことができる。これら酸素量を制御された脆性材料微粒子を原料として誘電体層を形成することにより、誘電体層中の酸素量を過剰にすることができ、このため体積固有抵抗値などの電気的特性を変化させることができると考えられる。  The oxygen contained in the brittle material fine particles is an oxygen atom or a compound containing oxygen, such as water or a hydroxyl group, and the brittle material fine particles in a state in which they are adsorbed or bonded to the surface of the fine particles are prepared. In this method, for example, it is effective to perform a mechanochemical action in an environment where water vapor is present, or a treatment using an apparatus such as a ball mill, a vibration mill, or a planetary mill. In particular, oxygen can be adsorbed more efficiently by a dry process. By forming a dielectric layer using these fine particles of brittle material with controlled oxygen content as a raw material, the amount of oxygen in the dielectric layer can be made excessive, which changes electrical characteristics such as volume resistivity. It is thought that it can be made.

本発明に係る静電チャックの製造方法の特徴の1つは、室温あるいは比較的低温で行える点であり、基材として樹脂などの融点の低い材料を選定することができる。ただし、本発明方法においては加熱工程を付加してもよい。例えば、静電チャックの実使用条件が数百度の高温である場合では、セラミック誘電体層の形成時の温度を同じとすることにより、基板とセラミック誘電体層の熱膨張の違いによる熱応力がこの温度でキャンセルされることとなり好適である。また前記多結晶脆性材料からなる誘電体層を形成した後に、当該脆性材料の融点以下の温度で加熱処理して結晶の組織制御を行うことが可能である。  One of the features of the manufacturing method of the electrostatic chuck according to the present invention is that it can be performed at room temperature or at a relatively low temperature, and a material having a low melting point such as a resin can be selected as the base material. However, a heating step may be added in the method of the present invention. For example, when the actual usage condition of the electrostatic chuck is a high temperature of several hundred degrees, the thermal stress due to the difference in thermal expansion between the substrate and the ceramic dielectric layer can be reduced by making the temperature during the formation of the ceramic dielectric layer the same. It is preferable that the temperature is canceled at this temperature. Further, after forming the dielectric layer made of the polycrystalline brittle material, it is possible to control the crystal structure by heat treatment at a temperature lower than the melting point of the brittle material.

また、本発明に係る静電チャックの製造方法においては、原料微粒子に形成された新生面の活性をある程度の時間持続させるために、減圧下で行なうことが好ましい。  In the method of manufacturing an electrostatic chuck according to the present invention, it is preferable to carry out the process under reduced pressure in order to maintain the activity of the new surface formed on the raw material fine particles for a certain period of time.

また、超微粒子ビーム堆積法により本発明に係る静電チャックの製造方法を実施する場合には、搬送ガスの種類および/または分圧を制御して、前記脆性材料からなる誘電体層を構成する化合物の元素量を制御したり、誘電体層中の酸素濃度を制御したり、誘電体層中の結晶界面近傍に前記酸化物の酸素欠損層や過剰層を形成することで、誘電体層の電気的特性・機械的特性・化学的特性・光学的特性・磁気的特性を制御するなどのことが考えられる。  Further, when the manufacturing method of the electrostatic chuck according to the present invention is performed by the ultrafine particle beam deposition method, the kind of the carrier gas and / or the partial pressure is controlled to form the dielectric layer made of the brittle material. By controlling the element amount of the compound, controlling the oxygen concentration in the dielectric layer, or forming an oxygen-deficient layer or excess layer of the oxide near the crystal interface in the dielectric layer, It is conceivable to control electrical characteristics, mechanical characteristics, chemical characteristics, optical characteristics, and magnetic characteristics.

即ち、例えば酸化アルミニウムなどの酸化物を超微粒子ビーム堆積法の原料微粒子として用い、これに使用するガスの酸素分圧を抑えて誘電体層形成を行なうと、微粒子が破砕し、微細断片粒子を形成した際に、微細断片粒子の表面から酸素が気相中に抜け出して、表面相で酸素の欠損が起こるということが考えられる。こういったことが起こるとするならばこのあと微細断片粒子同士が再接合するため、結晶粒同士の界面近傍に酸素欠損層が形成される。また、欠損させる元素は酸素に限らず、窒素、硼素、炭素などもでもよく、これらも特定のガス種のガス分圧を制御して、気相・固相間の元素量の非平衡状態による分配あるいは反応による元素の脱落が起こることが考えられる。  That is, for example, when an oxide such as aluminum oxide is used as a raw material fine particle of the ultrafine particle beam deposition method and the dielectric layer is formed while suppressing the oxygen partial pressure of the gas used for this, the fine particle is crushed and the fine fragment particle When formed, it is conceivable that oxygen escapes from the surface of the fine fragment particles into the gas phase and oxygen deficiency occurs in the surface phase. If this happens, since the fine fragment particles are rejoined thereafter, an oxygen deficient layer is formed in the vicinity of the interface between the crystal grains. Also, the element to be deficient is not limited to oxygen, but may be nitrogen, boron, carbon, etc. These also control the gas partial pressure of a specific gas type, depending on the non-equilibrium state of the element amount between the gas phase and the solid phase It is conceivable that element dropout occurs due to distribution or reaction.

本発明にかかる静電チャックの製造方法の別の一態様では、基板のチャック層被覆位置に、絶縁層を介して一極以上の電極を形成し、次いで電極層上に、超微粒子ビーム堆積法によりセラミック誘電体層を厚さ1μmから50μmで形成し、次いでセラミック誘電体層を表面から研削および/あるいは研磨して厚さ0.5μmから30μmのチャック層を形成する。 In another aspect of the method for manufacturing an electrostatic chuck according to the present invention, one or more electrodes are formed through an insulating layer at a position where the chuck layer of the substrate is covered, and then an ultrafine particle beam deposition method is performed on the electrode layer. Then, a ceramic dielectric layer is formed with a thickness of 1 μm to 50 μm, and then the ceramic dielectric layer is ground and / or polished from the surface to form a chuck layer with a thickness of 0.5 μm to 30 μm.

基板として絶縁体を用いる場合においては、予め基板上に導電性の電極を印刷や蒸着、めっきなどの手段で形成しておき、この上に超微粒子ビーム堆積法によってセラミック誘電体層を形成させることができる。この手法は、2極以上の電極を必要とする場合に好適である。  In the case of using an insulator as a substrate, a conductive electrode is previously formed on the substrate by means of printing, vapor deposition, plating, etc., and a ceramic dielectric layer is formed thereon by an ultrafine particle beam deposition method. Can do. This method is suitable when two or more electrodes are required.

本発明にかかる静電チャックの製造方法の別の一態様では、基板のチャック層被覆位置に、絶縁層を介して一極以上の電極を形成し、次いでチャック層被覆位置を覆うように絶縁体層を厚さ5μm以下で形成し、次いで超微粒子ビーム堆積法によりセラミック誘電体層を厚さ1μmから50μmで形成し、次いでセラミック誘電体層を表面から研削および/あるいは研磨して厚さ0.5μmから30μmのチャック層を形成する。  In another aspect of the method for manufacturing an electrostatic chuck according to the present invention, one or more electrodes are formed on the chuck layer coating position of the substrate via the insulating layer, and then the insulator is covered so as to cover the chuck layer coating position. The layer is formed with a thickness of 5 μm or less, then the ceramic dielectric layer is formed with a thickness of 1 μm to 50 μm by ultrafine particle beam deposition, and then the ceramic dielectric layer is ground and / or polished from the surface to a thickness of 0. A chuck layer of 5 to 30 μm is formed.

基板として熱伝導性に優れる金属材質を用いたい場合においては、導電性であるがゆえに基板を複数の電極として用いることが困難である。従って金属基板に予め絶縁体の皮膜を形成させた後、必要数の電極を形成させ、超微粒子ビーム堆積法によりセラミック誘電体層を形成する。絶縁体の皮膜形成には、超微粒子ビーム堆積法を用いても良いし、あるいはゾルゲル法、PVD、CVD法などを用いても良い。これらの絶縁体皮膜は薄い方が熱伝導に優れるため好適である。  When it is desired to use a metal material having excellent thermal conductivity as the substrate, it is difficult to use the substrate as a plurality of electrodes because of its conductivity. Therefore, after forming an insulating film on the metal substrate in advance, a necessary number of electrodes are formed, and a ceramic dielectric layer is formed by an ultrafine particle beam deposition method. For the formation of the insulating film, an ultrafine particle beam deposition method may be used, or a sol-gel method, PVD, CVD method, or the like may be used. A thinner one of these insulator films is preferable because of excellent heat conduction.

超微粒子ビーム堆積法は、粉体が噴射されるノズルと基板との相対位置を変化させながら誘電体層を形成させるが、ノズルと基板の相対速度など、製膜速度を制御することにより基板上のセラミック誘電体層の堆積厚さを制御することが容易である。上述したように、場合によってはセラミック誘電体層に凹凸をつけることが有効であり、必要に応じて厚みを制御すると良い。例えば、吸着に利用される領域には必要な吸着力が得られる程度の厚みで形成し、吸着に関与しない領域では、基板の耐食性を向上させる意味での薄膜コーティングとしてセラミック被覆をするという方法が採用できる。  In the ultrafine particle beam deposition method, the dielectric layer is formed while changing the relative position between the nozzle to which the powder is sprayed and the substrate. However, by controlling the film forming speed such as the relative speed between the nozzle and the substrate, It is easy to control the deposition thickness of the ceramic dielectric layer. As described above, in some cases, it is effective to make the ceramic dielectric layer uneven, and the thickness may be controlled as necessary. For example, a method of forming a ceramic coating as a thin film coating for the purpose of improving the corrosion resistance of a substrate in a region that does not participate in the adsorption is formed in a region that is used for the adsorption to have a necessary adsorption force. Can be adopted.

本発明にかかる静電チャックの製造方法の一態様では、上述のような静電チャックの製造方法にて製造された静電チャックについて、その基板およびセラミック誘電体層の融点以下の温度で熱処理を行ない、セラミック誘電体層の結晶子の粒成長を生じせしめる。  In one aspect of the method for manufacturing an electrostatic chuck according to the present invention, the electrostatic chuck manufactured by the method for manufacturing an electrostatic chuck as described above is subjected to heat treatment at a temperature below the melting point of the substrate and the ceramic dielectric layer. This causes crystallite grain growth in the ceramic dielectric layer.

超微粒子ビーム堆積法によって形成されるセラミック誘電体層は、その結晶子径が著しく小さいことに特徴が有るが、硬度、耐摩耗性、内部歪量、耐食性、誘電率、絶縁破壊電圧、電気抵抗値などの諸特性を所望の値にするために、誘電体層の熱処理を行なうとよい。  The ceramic dielectric layer formed by the ultrafine particle beam deposition method is characterized by its extremely small crystallite diameter, but hardness, wear resistance, internal strain, corrosion resistance, dielectric constant, dielectric breakdown voltage, electrical resistance In order to set various characteristics such as values to desired values, the dielectric layer may be heat-treated.

本発明にかかる静電チャックの製造方法の一態様では、上述のような製造方法にて製造された静電チャックの表面にマスクを配置し、ブラスト処理を行ない、セラミック誘電体層に任意形状の凹凸を形成する。  In one aspect of the method for manufacturing an electrostatic chuck according to the present invention, a mask is disposed on the surface of the electrostatic chuck manufactured by the above-described manufacturing method, blasting is performed, and an arbitrary shape is formed on the ceramic dielectric layer. Unevenness is formed.

超微粒子ビーム堆積法によりセラミック誘電体層形成時にその表面に凹凸やスポットを形成させる手法のほかにも、セラミック誘電体層を形成後に、あらためて表面を凹凸にするブラスト処理やエッチング処理も有効な手法である。これにより吸着力の最適化が可能となる。  In addition to the method of forming irregularities and spots on the surface of the ceramic dielectric layer by the ultrafine particle beam deposition method, it is also effective to perform blasting and etching to make the surface irregular again after the ceramic dielectric layer is formed It is. This makes it possible to optimize the adsorption force.

本発明にかかる静電チャックの製造方法の一態様では、基板に冷却機能を有する冷却プレートを使用する。特に銅あるいはアルミニウムを主成分とする金属を使用する。  In one aspect of the method for manufacturing an electrostatic chuck according to the present invention, a cooling plate having a cooling function is used for a substrate. In particular, a metal mainly composed of copper or aluminum is used.

熱伝導性の良い銅やアルミニウムを半導体製造装置の冷却器に使用することは、その性能を向上させるに都合が良い。現状でもアルミニウム合金などが使用されている。超微粒子ビーム堆積法でセラミック誘電体層を形成させる基板にこの冷却器の表面を用いることにより、構造が簡潔にして、冷却器と静電チャックとの接着層などの不安定要素の介在を無くし、熱伝導性にも優れた冷却機能付き静電チャックを製造することができる。  Use of copper or aluminum having good thermal conductivity for a cooler of a semiconductor manufacturing apparatus is convenient for improving its performance. Even at present, aluminum alloys are used. By using the surface of this cooler on the substrate on which the ceramic dielectric layer is formed by ultrafine particle beam deposition, the structure is simplified and the presence of unstable elements such as the adhesive layer between the cooler and electrostatic chuck is eliminated. In addition, an electrostatic chuck with a cooling function having excellent thermal conductivity can be manufactured.

本発明にかかる静電チャックの製造方法の一態様では、超微粒子ビーム堆積法で使用されるセラミック微粒子が純度99%以上の酸化アルミニウムであることを特徴とする。純度については湿式質量分析法にて、アルミニウムの他に含まれる場合があるマグネシウム、ケイ素、鉄などを含んだ総量の酸化物換算量に対する酸化アルミニウムの換算量として重量%で表すものであり、すなわち陽イオン中のアルミニウムの存在割合を意味する。さらに場合によっては、使用されるセラミック微粒子からなる粉体に、酸化アルミニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化クロム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、窒化硼素の2種類以上の混合粉体あるいは2種類以上の固溶体からなる粉体を使用する。  In one aspect of the method for manufacturing an electrostatic chuck according to the present invention, the ceramic fine particles used in the ultrafine particle beam deposition method are aluminum oxide having a purity of 99% or more. The purity is expressed by weight% as a conversion amount of aluminum oxide with respect to the oxide conversion amount of the total amount including magnesium, silicon, iron, etc., which may be included in addition to aluminum, by wet mass spectrometry. It means the abundance of aluminum in the cation. Further, in some cases, the powder composed of ceramic fine particles used may be converted into aluminum oxide, titanium oxide, silicon nitride, silicon carbide, aluminum nitride, zirconium oxide, silicon oxide, chromium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, strontium oxide, oxidation A mixed powder of two or more kinds of barium and boron nitride or a powder made of two or more kinds of solid solutions is used.

セラミック誘電体層に99%以上の高純度の酸化アルミニウムを適用したい場合には、その原料粉体に純度99%以上の酸化アルミニウムを用い、超微粒子ビーム堆積法で形成させることにより、この純度を厳密に保つことができる。超微粒子ビーム堆積法は、焼成などの様に加熱による元素の蒸発からくる元素比のずれなどが生じない。PVDやCVDのようにガス種や圧力などの環境を微妙に制御してはじめて、所望の組成の形成物が得られるという煩雑さもない。粉体の組成を予め制御していれば、それに従った組成の形成物が得られるため、簡便にして正確である。  When it is desired to apply 99% or more high-purity aluminum oxide to the ceramic dielectric layer, this purity is achieved by using an aluminum oxide having a purity of 99% or more as a raw material powder and forming it by an ultrafine particle beam deposition method. Can be kept strictly. The ultrafine particle beam deposition method does not cause a deviation in element ratio due to element evaporation due to heating unlike firing. There is no inconvenience that a product having a desired composition can be obtained only by finely controlling the environment such as gas type and pressure as in PVD and CVD. If the composition of the powder is controlled in advance, a composition having a composition according to the powder composition can be obtained.

上述のように、本発明に係る静電チャックは、基板上に形成される誘電体層が多結晶であり、前記誘電体層を構成する結晶は実質的に結晶配向性がなく、また前記結晶同士の界面にはガラス質からなる粒界層が実質的に存在せず、更に前記誘電体層の一部は基板表面に食い込むアンカー部となっているので、剥離強度などの機械的特性、機械的及び電気的化学的特性に優れる。   As described above, in the electrostatic chuck according to the present invention, the dielectric layer formed on the substrate is polycrystalline, the crystals constituting the dielectric layer have substantially no crystal orientation, and the crystal There is virtually no glassy grain boundary layer at the interface between them, and a part of the dielectric layer is an anchor part that bites into the substrate surface. Excellent in electrical and electrochemical properties.

また、本発明に係る静電チャックの製造方法によれば、内部歪をもった原料脆性材料微粒子を高速で基板表面に噴出することで誘電体層を形成するため、簡単に且つ短時間のうちに静電チャックを製造することができる。  Further, according to the manufacturing method of the electrostatic chuck according to the present invention, since the dielectric layer is formed by ejecting the raw material brittle material fine particles having internal strain to the surface of the substrate at a high speed, it is easy and within a short time. An electrostatic chuck can be manufactured.

本発明に基づく静電チャックの一態様として、冷却プレート一体型静電チャック1の構成図を図1に示す。冷却プレート一体型静電チャック1は、黄銅材質の上面が円形で平坦である冷却プレート11に純度99.8%の酸化アルミニウムからなる最大膜厚10μmのセラミック誘電体層であるアルミナチャック層12を有する。このアルミナチャック層12は膜厚3μmの薄膜層の上に、縦横10mmのスポット状のチャック部が7μmの厚さで多数点在している構造となっている。また、このアルミナチャック層12の気孔率は1%以下であり、平均の結晶子径はX線回折法のScherror & Hall Method計算式による算出で9.8nmであることがわかっている。図2に示すこの組織のTEM観察では、10nm程度の粒状の結晶子が、無秩序な配向で分布してお互い接合しているのが確認されており、これらの界面には界面層(粒界層)が見られていない。スポット状のチャック部の上面はフラットで、十分な平面度を有している。冷却プレート11内は空洞となっており、この内部に冷却媒13例えばフロリナートが流れる仕組みとなっている。図中の矢印は冷却媒13の流れを示している。アルミナチャック層12上には、ウェハ14が載せられる。冷却プレート11は電極の一端を構成しており、電源15と接続され、ウェハ14に導電線が接触するよう電気配線が取られている。 FIG. 1 shows a configuration diagram of a cooling plate integrated electrostatic chuck 1 as one aspect of the electrostatic chuck according to the present invention. The cooling plate-integrated electrostatic chuck 1 has an alumina chuck layer 12 which is a ceramic dielectric layer having a maximum thickness of 10 μm made of aluminum oxide with a purity of 99.8% on a cooling plate 11 whose upper surface is made of brass and is flat. Have. The alumina chuck layer 12 has a structure in which a plurality of spot-like chuck portions 10 mm in length and width are scattered in a thickness of 7 μm on a thin film layer having a thickness of 3 μm. The alumina chuck layer 12 has a porosity of 1% or less, and the average crystallite diameter is 9.8 nm as calculated by the Scherror & Hall Method calculation formula of the X-ray diffraction method. In the TEM observation of this structure shown in FIG. 2, it is confirmed that granular crystallites of about 10 nm are distributed in disordered orientation and joined to each other. ) Is not seen. The upper surface of the spot-like chuck portion is flat and has sufficient flatness. The inside of the cooling plate 11 is hollow, and a cooling medium 13 such as florinate flows through the cooling plate 11. The arrows in the figure indicate the flow of the cooling medium 13. A wafer 14 is placed on the alumina chuck layer 12. The cooling plate 11 constitutes one end of the electrode, is connected to the power source 15, and is electrically wired so that the conductive wire contacts the wafer 14.

この静電チャックの作用と効果を述べる。図示しないウェハ移動アームによりウェハ14は、同じく図示しない半導体製造装置内に設置された冷却プレート一体型静電チャック1上に搬送される。ウェハ14に導電線を設置し、これにつながる電源のスイッチを入れることにより、ウェハ14と電極である冷却プレート11との間にアルミナチャック層12を介して準静電的引力が働き、ウェハ14が良好な平面度を保持して冷却プレート一体型静電チャック1に強固に固定される。このときの吸着力は図3に示すように、真空中において例えば200Vの電圧印加時で2000gf/cm2程度を示し、電圧オンに際した吸着力応答性も数秒以内で定値に達するなど、その特性は非常に良好である。冷却プレート11内に25℃に維持された冷却媒13を流しつつ、ウェハ14上面よりエッチング操作などの半導体製造プロセスを経る。このとき、ウェハ14は数kWの熱量が加えられるが、10μmと極端に薄膜であるアルミナチャック層12は良好な熱伝導特性を示し、またアルミナチャック層12と冷却プレート11の間には熱伝導を妨げる空隙や接着層が存在しない為、冷却媒13の冷却効果を十分に受けてウェハ14の冷却が効率よく行われ、プロセス温度を低下させることとともに、ウェハ14面内での不均一温度分布も抑制される。このプロセス温度の低下は、ウェハ14の熱膨張を抑制させる為、アルミナチャック層12とウェハ14との界面での熱膨張を受けての摩擦摩耗が減って、アルミナチャック層12の寿命を向上させる。また高純度の酸化アルミニウムを用いたアルミナチャック層12ゆえに、耐摩耗性も良好で、さらに摩擦摩耗によるウェハ14の不純物汚染がない。  The action and effect of this electrostatic chuck will be described. The wafer 14 is transferred onto the cooling plate integrated electrostatic chuck 1 installed in a semiconductor manufacturing apparatus (not shown) by a wafer moving arm (not shown). By installing a conductive wire on the wafer 14 and switching on the power supply connected thereto, a quasi-electrostatic attractive force acts between the wafer 14 and the cooling plate 11 serving as an electrode via the alumina chuck layer 12. Is firmly fixed to the cooling plate integrated electrostatic chuck 1 while maintaining good flatness. As shown in FIG. 3, the adsorption force at this time shows, for example, about 2000 gf / cm 2 when a voltage of 200 V is applied in vacuum, and the adsorption force responsiveness when the voltage is turned on reaches a constant value within a few seconds. Very good. A semiconductor manufacturing process such as an etching operation is performed from the upper surface of the wafer 14 while flowing the cooling medium 13 maintained at 25 ° C. through the cooling plate 11. At this time, a heat amount of several kW is applied to the wafer 14, but the alumina chuck layer 12, which is an extremely thin film of 10 μm, exhibits good heat conduction characteristics, and heat conduction between the alumina chuck layer 12 and the cooling plate 11. Therefore, the cooling effect of the cooling medium 13 is sufficiently received and the wafer 14 is efficiently cooled, the process temperature is lowered, and the non-uniform temperature distribution in the surface of the wafer 14 is obtained. Is also suppressed. This decrease in the process temperature suppresses the thermal expansion of the wafer 14, thereby reducing the frictional wear due to the thermal expansion at the interface between the alumina chuck layer 12 and the wafer 14 and improving the life of the alumina chuck layer 12. . Further, because of the alumina chuck layer 12 using high-purity aluminum oxide, the wear resistance is also good and there is no impurity contamination of the wafer 14 due to frictional wear.

エッチングなどの操作を終えた後、電源をオフにしてウェハ14を取り外すことによって一連のプロセスが終了するが、本実施例の静電チャックは、高純度の酸化アルミニウムを用いているがため吸着力発現においてジョンセン・ラーベック効果への依存性が少なく、電源オフ時の吸着開放までの時間が1秒以内と極端に短く、プロセス時間を短縮できる利点を持つ。  After the operation such as etching is completed, the power supply is turned off and the wafer 14 is removed to complete the series of processes. However, since the electrostatic chuck of this embodiment uses high-purity aluminum oxide, it has an attractive force. There is little dependence on the Johnsen-Rahbek effect in the expression, and the time until the adsorption is released when the power is turned off is extremely short, within one second, and the process time can be shortened.

図1においては、冷却プレート11は黄銅材質がむき出しの状態にあるが、半導体製造装置の腐食ガスなどを使用した洗浄の際の材質の劣化が懸念される場合には、黄銅の表面部を耐食性部材で被覆すると好適である。 In FIG. 1, the cooling plate 11 is in a state in which the brass material is exposed. However, when there is a concern about deterioration of the material during cleaning using a corrosive gas or the like of a semiconductor manufacturing apparatus, the surface portion of the brass is corrosion-resistant. It is preferable to cover with a member.

図4は、冷却プレート一体型静電チャック1の製造装置2の構成を示したものである。製造装置2は真空ポンプ201に接続された真空チャンバー202内にプログラム操作が可能なXYステージ203が設置され、そのステージに冷却プレート204(図1の11に等しい)が設置される。冷却プレート204のアルミナチャック層被覆位置に対向して、ノズルマスク205を有する製膜ノズル206が配置され、これがエアロゾル搬送管207を介して、真空チャンバー202の外に配置され、酸化アルミニウム微粒子を含むエアロゾルを発生させるエアロゾル発生器208に接続される。エアロゾル発生器208はガス搬送管209を介して窒素ガスボンベ210と接続している。  FIG. 4 shows the configuration of the manufacturing apparatus 2 for the cooling plate-integrated electrostatic chuck 1. In the manufacturing apparatus 2, an XY stage 203 that can be programmed is installed in a vacuum chamber 202 connected to a vacuum pump 201, and a cooling plate 204 (equivalent to 11 in FIG. 1) is installed on the stage. A film-forming nozzle 206 having a nozzle mask 205 is disposed opposite to the alumina chuck layer coating position of the cooling plate 204, which is disposed outside the vacuum chamber 202 via the aerosol transport pipe 207, and contains aluminum oxide fine particles. It is connected to an aerosol generator 208 that generates aerosol. The aerosol generator 208 is connected to the nitrogen gas cylinder 210 via the gas transport pipe 209.

図5に製膜ノズル206の先端部の斜視図を示す。製膜ノズル206の先端は長軸10mm短軸0.4mmの開口を有しており、開口の先の空間部に幅9.5mmのズリット開口を有するノズルマスク205が配される。 FIG. 5 shows a perspective view of the tip of the film forming nozzle 206. The tip of the film forming nozzle 206 has an opening with a major axis of 10 mm and a minor axis of 0.4 mm, and a nozzle mask 205 having a slit opening with a width of 9.5 mm is disposed in the space portion at the tip of the opening.

次に、上述の製造装置2による冷却プレート一体型静電チャックの製造プロセスを述べる。真空ポンプ201を稼動させて真空チャンバー202内を数kPa程度に保った状態で、窒素ガスボンベ210を開栓し、所定流量で窒素ガスをエアロゾル発生器208内に送り込んで内圧350kPa程度とする。エアロゾル発生器208により酸化アルミニウム粒子を窒素ガスと混合させてエアロゾルを発生させ、これをエアロゾル搬送管207で加速させて、製膜ノズル206の先端の開口より、エアロゾル中の酸化アルミニウム粒子の速度が亜音速程度で、冷却プレート204のアルミナチャック層被覆位置に向けて噴射する。酸化アルミニウム粒子は上述のような速度でアルミナチャック層被覆位置に衝突し、微細断片粒子に破砕されるなどして後、瞬時に再結合し、微細な結晶子の接合物として、この位置に堆積し製膜される。これが単なる粉体の堆積物である圧粉体ではないことは、このアルミナチャック層の硬さがビッカース硬さで1000kgf/mm2以上、冷却プレート204との間の密着力で約700kgf/cm2の値が確認されていることより明白である。 Next, a manufacturing process of the cooling plate integrated electrostatic chuck by the manufacturing apparatus 2 will be described. In a state where the vacuum pump 201 is operated and the inside of the vacuum chamber 202 is maintained at about several kPa, the nitrogen gas cylinder 210 is opened, and nitrogen gas is fed into the aerosol generator 208 at a predetermined flow rate so that the internal pressure is about 350 kPa. The aerosol generator 208 mixes aluminum oxide particles with nitrogen gas to generate aerosol, which is accelerated by the aerosol transport pipe 207, and the velocity of the aluminum oxide particles in the aerosol is increased from the opening at the tip of the film forming nozzle 206. Injected toward the alumina chuck layer coating position of the cooling plate 204 at a subsonic speed. The aluminum oxide particles collide with the alumina chuck layer coating position at the speed as described above, and after being crushed into fine fragment particles, they are recombined instantly and deposited at this position as a fine crystallite joint. The film is formed. Is that this is not a green compact is the deposition of a mere powder, the hardness of alumina chucking layer is 1000 kgf / mm 2 or more in Vickers hardness from about 700 kgf / cm 2 in the adhesion between the cooling plate 204 It is clear from the fact that the value of is confirmed.

エアロゾルが衝突し、製膜が行われる状況下においては、上述のような微細断片粒子の生成およびその後の瞬時の接合のほか、酸化アルミニウム粒子の膜面への衝突によるエッチング(膜の削れ)、一部凝集している酸化アルミニウム粒子の膜面への付着と離脱のような現象が同時に起こっている。すなわち膜の形成を阻害する要因が並在しており、これらの悪要因を排除することは、製膜速度の向上、製膜面の清浄化の重要な要素となる。本発明ではエアロゾルの噴射方向はアルミナチャック層被覆位置の鉛直方向に対して角度30°の傾斜がなされている。これは、酸化アルミニウム粒子の膜面への付着を低減させる手段として好適で、角度0°の場合に付着によって膜面にクレータ状凹部の形成が見られるのに対し、角度15°から45°で、このクレータ状凹部の形成が著しく低減されることが実験にて確認されている。 In the situation where aerosol collides and film formation is performed, in addition to the generation of fine fragment particles as described above and subsequent instantaneous bonding, etching (film scraping) by collision of aluminum oxide particles with the film surface, Phenomenon such as adhesion and detachment of partially aggregated aluminum oxide particles to the film surface occurs simultaneously. That is, there are coexisting factors that inhibit film formation, and eliminating these adverse factors is an important factor for improving the film-forming speed and cleaning the film-forming surface. In the present invention, the aerosol injection direction is inclined at an angle of 30 ° with respect to the vertical direction of the alumina chuck layer coating position. This is suitable as a means for reducing the adhesion of aluminum oxide particles to the film surface. When the angle is 0 °, crater-like depressions are formed on the film surface due to the adhesion, whereas the angle is 15 ° to 45 °. It has been experimentally confirmed that the formation of the crater-like recess is remarkably reduced.

製膜ノズル206から噴射されたエアロゾル中の酸化アルミニウム粒子の速度は、ノズルの開口面内である速度分布を持ち、開口の中央部が製膜に適した速度で制御されている場合、壁面近傍ではこれより速度が遅くなる。従って、ノズル周囲部、すなわち縦10mm横0.4mmである製膜部のうちの周辺部位に当たる場所では製膜性が良くない。製膜操作中、XYステージ204はプログラム運転され、製膜ノズル206との相対位置を変化させつつ必要面積にアルミナチャック層を製膜する。縦10mm横0.4mmの製膜部位を徐々にずらしながら大面積を確保していくわけであるが、したがって、製膜性に劣る製膜部の周辺部位の上に膜を重ねていく状態となり、このようにして得られたアルミナチャック層は冷却プレート204との密着性が劣り、アルミナチャック層との界面での剥離を生じる場合がある。これを解決する為に、製膜ノズル206の先にノズルマスク205を配置して速度の遅いノズル周囲部の酸化アルミニウム粒子を除外する機構を設けている。本発明の場合、ノズル周囲部の横すなわち短辺につきマスクがされているが、ノズルマスクを長方形として、長辺と短辺ともマスクし、速度の遅い粒子をすべて除外するとなお効果は向上する。すなわち、密着性に優れたアルミナチャック層を得ることが可能となる。 The velocity of the aluminum oxide particles in the aerosol sprayed from the film forming nozzle 206 has a velocity distribution within the opening surface of the nozzle, and the vicinity of the wall surface when the central portion of the opening is controlled at a speed suitable for film formation. Then it will be slower. Accordingly, the film forming property is not good at the nozzle peripheral part, that is, the place corresponding to the peripheral part of the film forming part of 10 mm in length and 0.4 mm in width. During the film forming operation, the XY stage 204 is programmed to form an alumina chuck layer in a required area while changing the relative position with the film forming nozzle 206. Although a large area is secured while gradually shifting the film forming part of 10 mm in length and 0.4 mm in width, the film is overlaid on the peripheral part of the film forming part inferior in film forming property. The alumina chuck layer thus obtained has poor adhesion to the cooling plate 204 and may cause peeling at the interface with the alumina chuck layer. In order to solve this, a nozzle mask 205 is disposed at the tip of the film forming nozzle 206 to provide a mechanism for excluding aluminum oxide particles around the slow nozzle. In the case of the present invention, a mask is provided on the side of the nozzle periphery, that is, on the short side. However, if the nozzle mask is rectangular and both the long side and the short side are masked and all particles having a low speed are excluded, the effect is further improved. That is, it is possible to obtain an alumina chuck layer having excellent adhesion.

アルミナチャック層をスポット状に形成する為には、まず膜厚3μmとなるようなプログラム運転にてチャック層被覆位置に一面に製膜する。その後、スポット形成位置に製膜ノズル206を移動させ、この位置でプログラム運転を行ない縦横10mm、高さ7μm以上の製膜を行なってスポットを形成させる。もちろんスポットの形状はこれに限らず、円形でも良い。スポット面積も任意である。 In order to form the alumina chuck layer in a spot shape, first, a film is formed on the entire surface of the chuck layer covering position by a program operation that results in a film thickness of 3 μm. Thereafter, the film forming nozzle 206 is moved to a spot forming position, and a program operation is performed at this position to form a film having a length and width of 10 mm and a height of 7 μm or more to form a spot. Of course, the shape of the spot is not limited to this, and it may be circular. The spot area is also arbitrary.

本実施態様では、使用するガスに窒素ガスを使用しているが、ガス種類はこれに限らず、酸素、ヘリウム、アルゴン、水素、空気などを使用することができる。 In this embodiment, nitrogen gas is used as the gas to be used, but the gas type is not limited to this, and oxygen, helium, argon, hydrogen, air, and the like can be used.

こうして得られたアルミナチャック層を有する冷却プレートは、製造装置2から取り外され、図示しない研削研磨機により表面から研削研磨され、スポット表面が十分な平面度を持って分布する冷却プレート一体型静電チャック1として達成される。スポット形成は、製膜量を低減させることによる時間、コストの削減に好適であるばかりでなく、ウェハとの接触面積を任意に制御することによる吸着力や熱伝導特性のコントロールにも好適となる。またスポット形成は、例えば厚さ10μmのアルミナチャック層を形成させた後、表面にマスクを配置させて、サンドブラストなどにより、スポット部を残してブラスト処理することによって行なっても良い。 The cooling plate having the alumina chuck layer thus obtained is removed from the manufacturing apparatus 2, ground and polished from the surface by a grinding and polishing machine (not shown), and the cooling plate integrated electrostatic in which the spot surface is distributed with sufficient flatness. Achieved as a chuck 1. Spot formation is suitable not only for reducing time and cost by reducing the amount of film formation, but also for controlling adsorption force and heat conduction characteristics by arbitrarily controlling the contact area with the wafer. . Further, spot formation may be performed, for example, by forming an alumina chuck layer having a thickness of 10 μm, then placing a mask on the surface, and performing blasting treatment by sandblasting or the like leaving a spot portion.

またここでは、液冷の冷却プレートを用いているが、空冷の場合も考えられる。この場合冷却プレートは例えば円盤状であり、この上にアルミナチャック層が実施例1のようなスポット状で配置され、スポットのない部分に冷却プレートを貫通させる通気口を設ける。この通気口を利用してヘリウムガスなどの冷却ガスを流し、ウェハとアルミナチャック層との隙間にこの冷却ガスを充満させることにより、ウェハの冷却を行なうことができる。 Here, a liquid-cooled cooling plate is used, but an air-cooled case is also conceivable. In this case, the cooling plate has a disk shape, for example, and the alumina chuck layer is disposed in a spot shape as in the first embodiment, and a ventilation hole through which the cooling plate passes is provided in a spot-free portion. The wafer can be cooled by flowing a cooling gas such as helium gas using this vent and filling the gap between the wafer and the alumina chuck layer with this cooling gas.

図6に本発明の別の一態様としての冷却プレート一体型静電チャック3の構成図を示す。冷却プレート一体型静電チャック3は、黄銅材質の上面が円形で平坦である冷却プレート31に酸化珪素からなる絶縁層32が配置され、この上に2極の電極33a、33bが配置され、これらを被覆するように純度99.8%の酸化アルミニウムからなる膜厚10μmで十分な平面度を有する、セラミック誘電体層であるアルミナチャック層34が配置される。冷却プレート31内は空洞となっており、この内部に冷却媒35例えばフロリナートが流れる仕組みとなっている。図中の矢印は冷却媒35の流れを示している。電極33a、33bは導電線を介して電源36に接続されている。アルミナチャック層34上には、ウェハ37が載せられる。  FIG. 6 shows a configuration diagram of a cooling plate-integrated electrostatic chuck 3 as another embodiment of the present invention. The cooling plate-integrated electrostatic chuck 3 has an insulating layer 32 made of silicon oxide disposed on a cooling plate 31 whose brass upper surface is circular and flat, and two electrode electrodes 33a and 33b are disposed thereon. An alumina chuck layer 34, which is a ceramic dielectric layer having a thickness of 10 μm and made of aluminum oxide having a purity of 99.8% and having sufficient flatness, is disposed so as to cover the surface. The inside of the cooling plate 31 is hollow, and the cooling medium 35, for example, fluorinate flows through the inside of the cooling plate 31. The arrows in the figure indicate the flow of the cooling medium 35. The electrodes 33a and 33b are connected to a power source 36 through conductive wires. A wafer 37 is placed on the alumina chuck layer 34.

この静電チャックの作用と効果については、前述の冷却プレート一体型静電チャック1に準じる。この場合は、電極33a、33bによって発生する電場を吸着力発現の原動力としており、静電チャックの一般的な形態のひとつである。アルミナチャック層34をスポット状にしてもよいし、膜厚も任意である。電極33a、33bは、PVD、CVD、印刷、メッキなどの様々な手法により、様々な導電性物質を利用して形成することが容易である。電極厚さも任意であるが、アルミナチャック層34の形成に大きな影響を与えないよう、10μm以下が適当である。絶縁層32は、ゾルゲル法やポリシラザン法(東燃株式会社製)などにより容易に形成できる。また特に酸化珪素に限ることもなく、絶縁性が確保できれば材質は問わない。もちろん冷却プレート31の材質も黄銅に限ることはなく、熱伝導性に優れた比較的硬質のものであればなんでも良い。絶縁性の材質であれば、絶縁層32を設ける必要もない。 The action and effect of this electrostatic chuck are the same as those of the above-described cooling plate integrated electrostatic chuck 1. In this case, the electric field generated by the electrodes 33a and 33b is used as a driving force for the attraction force, which is one of the general forms of the electrostatic chuck. The alumina chuck layer 34 may have a spot shape, and the film thickness is also arbitrary. The electrodes 33a and 33b can be easily formed using various conductive materials by various methods such as PVD, CVD, printing, and plating. The electrode thickness is arbitrary, but 10 μm or less is appropriate so as not to greatly affect the formation of the alumina chuck layer 34. The insulating layer 32 can be easily formed by a sol-gel method or a polysilazane method (manufactured by Tonen Corporation). The material is not particularly limited to silicon oxide, and any material can be used as long as insulation can be secured. Of course, the material of the cooling plate 31 is not limited to brass, and any material can be used as long as it is relatively hard and excellent in thermal conductivity. If it is an insulating material, it is not necessary to provide the insulating layer 32.

(実施例1)前述の冷却プレート一体型静電チャック1および2で用いた原料微粒子には、予め前処理を施して内部歪を形成しておく方が好ましいと考えられる。その理由を以下に示す。原料微粒子の内部歪とそれを用いて超微粒子ビーム堆積法にて形成した誘電体層となる構造物の膜厚の関係について実験した結果を図7に示す。実験は、純度99.6%の酸化アルミニウム微粒子に遊星ミルを用いて粉砕処理を行い、微粒子のキャラクタリゼーションを変化させた後、超微粒子ビーム堆積法によりアルミニウム基板上に構造物を形成した。微粒子の内部歪はX線回折により測定し、歪量は同微粒子に熱エージングを施して内部歪を除去したものを0%として基準にした。  (Embodiment 1) It is considered that it is preferable to pre-treat the raw material fine particles used in the above-described cooling plate integrated electrostatic chucks 1 and 2 to form internal strains in advance. The reason is as follows. FIG. 7 shows the results of an experiment conducted on the relationship between the internal strain of the raw material fine particles and the thickness of the structure serving as a dielectric layer formed by the ultrafine particle beam deposition method. In the experiment, aluminum oxide fine particles having a purity of 99.6% were pulverized using a planetary mill to change the characterization of the fine particles, and then a structure was formed on the aluminum substrate by an ultrafine particle beam deposition method. The internal strain of the fine particles was measured by X-ray diffraction, and the amount of strain was determined based on 0% obtained by subjecting the fine particles to thermal aging to remove the internal strain.

また、図7中のポイントA,B,Cにおける微粒子のSEM写真(日立製インレンズSEM S−5000)を図8、図9及び図10に示す。図7から内部歪は0.25%〜2.0%の内部歪が好ましいことが分かる。クラックと内部歪との関係は、内部歪がない場合には図8に示すようにクラックは発生しないが、内部歪が一定値以上、本件の場合には2.0%以上となると完全にクラックが形成されてしまい、さらには脱落した断片が表面に付着して図10に示すような再凝集状態となってしまう。  Moreover, the SEM photograph (Hitachi in-lens SEM S-5000) of the microparticles | fine-particles in point A, B, C in FIG. 7 is shown in FIG.8, FIG.9 and FIG.10. It can be seen from FIG. 7 that the internal strain is preferably 0.25% to 2.0%. As shown in FIG. 8, when there is no internal strain, the crack does not occur when there is no internal strain. However, when the internal strain exceeds a certain value, in this case, 2.0% or more, the crack is completely cracked. Are formed, and the fragments that fall off adhere to the surface, resulting in a re-aggregation state as shown in FIG.

(実施例2)この実施例は結晶配向性について行ったものである。平均粒径0.4μmの酸化アルミニウム微粒子を用いて本発明の超微粒子ビーム堆積法によりステンレス基板上に厚さ20μmの酸化アルミニウム構造物を形成した。この構造物の結晶配向性をX線回折法(マックサイエンス社製MXP−18)により測定した。この結果を表1に示す。 (Example 2) This example was conducted for crystal orientation. An aluminum oxide structure having a thickness of 20 μm was formed on a stainless steel substrate by using the ultrafine particle beam deposition method of the present invention using aluminum oxide fine particles having an average particle diameter of 0.4 μm. The crystal orientation of this structure was measured by an X-ray diffraction method (MXP-18 manufactured by Mac Science). The results are shown in Table 1.

Figure 0004565136
Figure 0004565136

表1では代表的な面形のピーク4点の積分強度計算結果を[hkl]=[113]を100とした強度比で示す。左から原料微粒子を薄膜光学系で測定した結果、構造物を薄膜光学系で測定した結果、JCPDSカード74−1081コランダム酸化アルミニウムデータ、原料微粒子を集中光学系で測定した結果を記載する。  Table 1 shows the integrated intensity calculation results of four peak points of a typical surface shape as an intensity ratio with [hkl] = [113] as 100. From the left, as a result of measuring raw material fine particles with a thin film optical system, as a result of measuring a structure with a thin film optical system, JCPDS card 74-1081 corundum aluminum oxide data, and a result of measuring raw material fine particles with a concentrated optical system are described.

原料微粒子の集中光学系と薄膜光学系の結果がほぼ等しい為、原料粉体の薄膜光学系の結果を無配向状態と基準し、このときの構造物の強度比のずれを百分率表示したものを表2に示す。[113]を基準として、他の3ピークのずれは11%以内に収まっており、実質上構造物は結晶配向性がないと言える。 Since the results of the concentrated optical system of the raw material fine particles and the thin film optical system are almost the same, the result of the thin film optical system of the raw material powder is based on the non-oriented state, and the deviation of the strength ratio of the structure at this time is displayed as a percentage It shows in Table 2. On the basis of [113], the deviation of the other three peaks is within 11%, and it can be said that the structure has substantially no crystal orientation.

Figure 0004565136
Figure 0004565136

(実施例3)この実施例は、超微粒子ビーム堆積法で構造物が形成される際の、ノズルから噴出される微粒子の速度を測定した結果である。図11に微粒子速度測定装置を示す。図示しないチャンバー内にエアロゾルを噴射するノズル41が開口を上に向けて設置され、その先にモーターによって回転運動する回転羽根42の先に設置された基板43およびその基板表面から19mm下に離れて固定された幅0.5mmの切りかきをもつスリット44を有する微粒子速度測定装置4を配置する。ノズル41の開口から基板表面までの距離は24mmである。 (Example 3) This example is a result of measuring the velocity of fine particles ejected from a nozzle when a structure is formed by the ultrafine particle beam deposition method. FIG. 11 shows a fine particle velocity measuring apparatus. A nozzle 41 for injecting aerosol into a chamber (not shown) is installed with the opening facing upward, and a substrate 43 installed at the tip of a rotary blade 42 that is rotated by a motor and a substrate surface 19 mm below the substrate surface. A fine particle velocity measuring device 4 having a slit 44 having a notch having a fixed width of 0.5 mm is arranged. The distance from the opening of the nozzle 41 to the substrate surface is 24 mm.

次に微粒子速度測定方法を記す。エアロゾルの噴射は、実際の構造物作製方法に準じて行う。構造物形成装置内で構造物を形成する基板の代わりに、図の微粒子速度測定装置4を設置して行うことが好適である。図示しないチャンバーを減圧下におき、数Torr以下の圧力としたのちにノズル41から微粒子を含むエアロゾルが噴射させ、この状態で微粒子速度測定装置4を一定回転速度で運転させる。ノズル41の開口から飛び出した微粒子は、基板43がノズル41の上部に来た際にその一部がスリット44の切りかきの隙間を通過して基板表面に衝突し、基板43上に構造物(衝突痕)を形成する。微粒子がスリットから19mm離れた基板表面に到達する間に基板43は回転羽根42の回転によって位置を変化させているため、基板43上におけるスリット44の切りかきからの垂線交差位置よりその変位量分ずれた位置に衝突する。この垂線交差位置から衝突して形成された構造物までの距離を表面凹凸測定により計測し、この距離およびスリット44と基板表面からの距離、回転羽根42の回転速度の値を用いて、ノズル41から噴射された微粒子の速度としては、ノズル41の開口から5mm離れた場所から24mm離れた場所までの平均速度を算出し、これを本件における微粒子の速度とした。 Next, the fine particle velocity measurement method will be described. The aerosol is sprayed according to the actual structure manufacturing method. In place of the substrate on which the structure is formed in the structure forming apparatus, it is preferable to install the fine particle velocity measuring device 4 shown in the figure. A chamber (not shown) is placed under reduced pressure, and after a pressure of several Torr or less, aerosol containing fine particles is ejected from the nozzle 41. In this state, the fine particle velocity measuring device 4 is operated at a constant rotational speed. Part of the fine particles that have jumped out from the opening of the nozzle 41 collide with the surface of the substrate through the gaps in the slit 44 when the substrate 43 comes to the top of the nozzle 41, and the structure ( Collision marks) are formed. Since the position of the substrate 43 is changed by the rotation of the rotary blade 42 while the fine particles reach the substrate surface 19 mm away from the slit, the amount of displacement is larger than the perpendicular crossing position from the notch of the slit 44 on the substrate 43. Collide with the displaced position. The distance from the perpendicular crossing position to the structure formed by the collision is measured by surface unevenness measurement, and using this distance, the distance from the slit 44 and the substrate surface, and the value of the rotational speed of the rotary blade 42, the nozzle 41 is measured. As the velocity of the fine particles ejected from the nozzle 41, the average velocity from a location 5 mm away from the opening of the nozzle 41 to a location 24 mm away was calculated, and this was used as the velocity of the fine particles in this case.

(実施例4)本発明に関連して、静電チャックの誘電体層に相当する構造物につき、その特性を評価した。まず大気中で種種の粉砕条件で乾式遊星ミルを用いて、平均粒径0.6μm、純度99.8%の酸化アルミニウム微粒子を粉砕して前処理を行い、4種類の処理微粒子を用意し、これらを用いて超微粒子ビーム堆積法により金属基材上におおよそ10μmの形成高さの酸化アルミニウム構造物をそれぞれ形成させた。図12に形成された酸化アルミニウム構造物の酸素とアルミニウムの比であるO/Alの組成比と酸化アルミニウム構造物を電圧100V印加状態で測定した時の室温での体積抵抗率(体積固有抵抗値)をプロットした結果を示す。O/Alの組成比及び体積固有抵抗値は、酸化アルミニウム構造物上にφ13mmの円形の電極とその外側に幅1mmの電極を1mmのギャップをかいして円周上設けた外部電極を設けた試料を作製し、円形電極と導電性の基材すなわち下部電極との間で100Vの電圧を印加し、印加後約30sec間放置し安定したの電流値をマイクロ電流計で読みとり、各試料の値をオームの法則にて求めた。なお、比較のために1700℃で焼成した酸化アルミニウム焼結体のO/Alの組成比及び体積固有抵抗値もプロットした。 (Example 4) In relation to the present invention, characteristics of a structure corresponding to a dielectric layer of an electrostatic chuck were evaluated. First, using a dry planetary mill under various pulverization conditions in the atmosphere, aluminum oxide fine particles having an average particle size of 0.6 μm and a purity of 99.8% are pulverized and pretreated, and four types of treated fine particles are prepared. Using these, an aluminum oxide structure having a formation height of approximately 10 μm was formed on a metal substrate by an ultrafine particle beam deposition method. The composition ratio of O / Al, which is the ratio of oxygen to aluminum in the aluminum oxide structure formed in FIG. 12, and the volume resistivity (volume resistivity value) when the aluminum oxide structure was measured with a voltage of 100 V applied. ) Is plotted. The O / Al composition ratio and volume resistivity were measured by providing a circular electrode with a diameter of 13 mm on an aluminum oxide structure and an external electrode having a 1 mm width electrode on the outside with a 1 mm gap on the circumference. Prepare a sample, apply a voltage of 100 V between the circular electrode and the conductive base material, ie, the lower electrode, leave it for about 30 seconds after application, read the stable current value with a microammeter, Was obtained by Ohm's law. For comparison, the O / Al composition ratio and volume resistivity of the aluminum oxide sintered body fired at 1700 ° C. are also plotted.

前記した構造物形成法で形成された酸化アルミニウム構造物は、O/Alの組成比が大きくなるに従い体積固有抵抗値は小さくなる傾向が認められた。例えば、O/Alの組成比が0.049の酸化アルミニウム構造物においては、酸化アルミニウム焼成体の0.044に比べて体積固有抵抗値が1014Ω・cmから108Ω・cmと下がり、電気を流しやすくなったことを示唆した。

In the aluminum oxide structure formed by the above-described structure forming method, the volume resistivity value tended to decrease as the O / Al composition ratio increased. For example, in an aluminum oxide structure having an O / Al composition ratio of 0.049, the volume resistivity decreases from 10 14 Ω · cm to 10 8 Ω · cm as compared to 0.044 of the aluminum oxide fired body, This suggested that it became easier to carry electricity.

冷却プレート一体型静電チャックの構成図Configuration diagram of electrostatic chuck with integrated cooling plate 誘電体層の組織のTEMイメージTEM image of dielectric layer structure 印加電圧と吸着力との関係を示すグラフGraph showing the relationship between applied voltage and adsorption force 冷却プレート一体型静電チャックの製造装置の全体図Overall view of cooling plate integrated electrostatic chuck manufacturing equipment ノズル先端部の斜視図Perspective view of nozzle tip 別の実施例に係る冷却プレート一体型静電チャックの構成図Configuration diagram of electrostatic chuck with integrated cooling plate according to another embodiment 使用した原料微粒子の内部歪と膜厚の関係を示すグラフGraph showing the relationship between internal strain and film thickness of the raw material used 図7のポイントAに相当する微粒子のSEMイメージSEM image of fine particles corresponding to point A in FIG. 図7のポイントBに相当する微粒子のSEMイメージSEM image of fine particles corresponding to point B in FIG. 図7のポイントCに相当する微粒子のSEMイメージSEM image of fine particles corresponding to point C in FIG. 微粒子の速度測定装置Particle velocity measuring device 実施例4にかかる酸化アルミニウム構造物におけるO/Alの組成比と体積固有抵抗値の関係Relationship between O / Al composition ratio and volume resistivity value in aluminum oxide structure according to Example 4

符号の説明Explanation of symbols

1…冷却プレート一体型静電チャック、11…冷却プレート、12…アルミナチャック層(誘電体層)、13…冷却媒、14…ウェハ、15…電源。2…製造装置、201…真空ポンプ、202…真空チャンバー、203…XYステージ、204…冷却プレート、205…ノズルマスク、206…製膜ノズル、207…エアロゾル搬送管、208…エアロゾル発生器、209…ガス搬送管、210…窒素ガスボンベ。3…冷却プレート一体型静電チャック、31…冷却プレート、32…絶縁層、33a、33b…電極、34…アルミナチャック(誘電体層)、35…冷却媒、36…電源、37…ウェハ。       DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cooling plate integrated electrostatic chuck, 11 ... Cooling plate, 12 ... Alumina chuck layer (dielectric layer), 13 ... Cooling medium, 14 ... Wafer, 15 ... Power supply. DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Manufacturing apparatus, 201 ... Vacuum pump, 202 ... Vacuum chamber, 203 ... XY stage, 204 ... Cooling plate, 205 ... Nozzle mask, 206 ... Film-forming nozzle, 207 ... Aerosol transport pipe, 208 ... Aerosol generator, 209 ... Gas transport pipe, 210 ... nitrogen gas cylinder. DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Cooling plate integrated electrostatic chuck, 31 ... Cooling plate, 32 ... Insulating layer, 33a, 33b ... Electrode, 34 ... Alumina chuck (dielectric layer), 35 ... Coolant, 36 ... Power supply, 37 ... Wafer.

Claims (4)

導電性基板の表面に誘電体層が形成され、前記基板に電圧を印加することにより前記誘電体層を介して前記基板と被吸着物間に吸着作用を生じさせる静電チャックにおいて、前記誘電体層は多結晶の脆性材料からなるとともに前記基板の表面に直接接合され、また前記結晶同士の界面にはガラス層からなる粒界層が実質的に存在せず、さらに前記誘電体層の一部は基板表面に食い込むアンカー部となっており、かつ、前記誘電体層は、平均結晶子径が500nm以下で緻密度が70%以上であることを特徴とする静電チャック。  In the electrostatic chuck in which a dielectric layer is formed on a surface of a conductive substrate and a voltage is applied to the substrate to cause an adsorption action between the substrate and an object to be adsorbed via the dielectric layer. The layer is made of a polycrystalline brittle material and is directly bonded to the surface of the substrate, and there is substantially no grain boundary layer made of a glass layer at the interface between the crystals, and a part of the dielectric layer Is an anchor portion that bites into the substrate surface, and the dielectric layer has an average crystallite diameter of 500 nm or less and a density of 70% or more. 絶縁体上に複数の電極を設けた基板の表面に誘電体層が形成され、前記電極に電圧を印加することにより前記誘電体層を介して前記基板と被吸着物間に吸着作用を生じさせる静電チャックにおいて、前記誘電体層は多結晶の脆性材料からなるとともに前記基板の表面に直接接合され、また前記結晶同士の界面にはガラス層からなる粒界層が実質的に存在せず、さらに前記誘電体層の一部は基板表面に食い込むアンカー部となっており、かつ、前記誘電体層は、平均結晶子径が500nm以下で緻密度が70%以上であることを特徴とする静電チャック。  A dielectric layer is formed on the surface of a substrate provided with a plurality of electrodes on an insulator. By applying a voltage to the electrodes, an adsorbing action is generated between the substrate and an object to be adsorbed via the dielectric layer. In the electrostatic chuck, the dielectric layer is made of a polycrystalline brittle material and directly bonded to the surface of the substrate, and there is substantially no grain boundary layer made of a glass layer at the interface between the crystals, Further, a part of the dielectric layer serves as an anchor portion that bites into the substrate surface, and the dielectric layer has an average crystallite diameter of 500 nm or less and a density of 70% or more. Electric chuck. 請求項1または請求項2に記載の静電チャックにおいて、前記誘電体層は、平均結晶子径が100nm以下で緻密度が95%以上であることを特徴とする静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the dielectric layer has an average crystallite diameter of 100 nm or less and a density of 95% or more. 請求項1または請求項2に記載の静電チャックにおいて、前記誘電体層は、平均結晶子径が50nm以下で緻密度が99%以上であることを特徴とする静電チャック。
The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the dielectric layer has an average crystallite diameter of 50 nm or less and a density of 99% or more.
JP2008188276A 2000-10-11 2008-07-22 Electrostatic chuck Expired - Lifetime JP4565136B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008188276A JP4565136B2 (en) 2000-10-11 2008-07-22 Electrostatic chuck

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000310601 2000-10-11
JP2008188276A JP4565136B2 (en) 2000-10-11 2008-07-22 Electrostatic chuck

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001314442A Division JP4201502B2 (en) 2000-10-11 2001-10-11 Electrostatic chuck and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008277862A JP2008277862A (en) 2008-11-13
JP4565136B2 true JP4565136B2 (en) 2010-10-20

Family

ID=40055353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008188276A Expired - Lifetime JP4565136B2 (en) 2000-10-11 2008-07-22 Electrostatic chuck

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4565136B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5305295B2 (en) * 2009-09-03 2013-10-02 国立大学法人信州大学 Method for forming metal film
US9543184B2 (en) 2012-01-26 2017-01-10 Kyocera Corporation Electrostatic chuck
JP2022094933A (en) 2020-12-15 2022-06-27 信越化学工業株式会社 Slurry for plasma spray coating, manufacturing method for spray coating film, aluminum oxide spray coating film, and spray coating member

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000032153A (en) * 1998-07-14 2000-01-28 Sharp Corp Home control system
JP2000135246A (en) * 1998-11-02 2000-05-16 Mikuni Corp Wheelchair
JP2000143349A (en) * 1998-11-02 2000-05-23 Kyocera Corp Aluminum nitride-based sintered compact and electrostatic chuck using the same
JP2000212766A (en) * 1998-07-24 2000-08-02 Agency Of Ind Science & Technol Method for forming ultrafine particles into film
JP2000313970A (en) * 1999-04-28 2000-11-14 Fuji Seisakusho:Kk Formation of ceramic thin film layer
JP3348154B2 (en) * 1999-10-12 2002-11-20 独立行政法人産業技術総合研究所 Composite structure, method of manufacturing the same, and manufacturing apparatus

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000032153A (en) * 1998-07-14 2000-01-28 Sharp Corp Home control system
JP2000212766A (en) * 1998-07-24 2000-08-02 Agency Of Ind Science & Technol Method for forming ultrafine particles into film
JP2000135246A (en) * 1998-11-02 2000-05-16 Mikuni Corp Wheelchair
JP2000143349A (en) * 1998-11-02 2000-05-23 Kyocera Corp Aluminum nitride-based sintered compact and electrostatic chuck using the same
JP2000313970A (en) * 1999-04-28 2000-11-14 Fuji Seisakusho:Kk Formation of ceramic thin film layer
JP3348154B2 (en) * 1999-10-12 2002-11-20 独立行政法人産業技術総合研究所 Composite structure, method of manufacturing the same, and manufacturing apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008277862A (en) 2008-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6711592B2 (en) Plasma resistant coating for plasma chamber parts
JP4201502B2 (en) Electrostatic chuck and manufacturing method thereof
US7338724B2 (en) Composite structure body and method for manufacturing thereof
US20190194817A1 (en) High purity metallic top coat for semiconductor manufacturing components
TWI427188B (en) Thermal spray powder, method for forming thermal spray coating, and plasma resistant member
US7255934B2 (en) Composite structure body and method and apparatus for manufacturing thereof
KR100767395B1 (en) Composite structured material
JP6808168B2 (en) Plasma resistant member
TW201350209A (en) Plasma spray coating process enhancement for critical chamber components
US11473181B2 (en) Yittrium granular powder for thermal spray and thermal spray coating produced using the same
KR100940812B1 (en) Method for manufacturing a ceramic coating material for thermal spray on the parts of semiconductor processing devices
WO2018221504A1 (en) Aluminum nitride-based sintered compact and semiconductor holding device
JP2002235181A (en) Composite structure, its manufacturing method and fabricating device
JP4565136B2 (en) Electrostatic chuck
JP2021077899A (en) Member for semiconductor manufacturing device, semiconductor manufacturing device including the member, and display manufacturing device
KR102266658B1 (en) Yittrium granular powder for thermal spray and thermal spray coating produced using the same
TWI405743B (en) Multi-component thermal spray coating material for semiconductor processing equipment, and manufacturing and coating method thereof
JP2021077900A (en) Member for semiconductor manufacturing device, semiconductor manufacturing device including the member, and display manufacturing device
JP2002203893A (en) Electrostatic chuck
US11661650B2 (en) Yttrium oxide based coating composition
TWI779071B (en) Material for thermal spray, thermal spray coating using the same and manufacture methods thereof
JP6526569B2 (en) Parts for plasma apparatus and method for manufacturing the same
Mihara Development of Coating Technologies Using Nano Particles

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080805

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20080807

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080916

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100629

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100630

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100705

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4565136

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130813

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250