半導体集積回路の製造に用いられるシリコンなどを原料とする半導体ウエハや、液晶表示装置の製造に用いられるガラス基板等の試料は、その製造工程において製造装置や検査装置の試料台上に複数回保持される。試料台に試料を保持する方法は、製造工程の種類に応じて様々な装置、保持方法が提案されている。試料を保持する工程とは、例えば、試料をキズの無い鏡面に研磨する工程、波長を揃えた光や電子線により試料上に塗布されたレジストと呼ばれる感光材を部分的に感光させる工程、その感光されたレジストを取り除く工程、そして各工程を終えた試料を検査する工程などがある。また、試料を保持する試料台の周囲は大気の他、窒素や酸素などの特殊な気体(ガス)雰囲気の他、その圧力も大気圧である1×105Paから高真空と呼ばれる1×10−7Paと多岐にわたる。
従来の試料保持具は、これら様々な工程や雰囲気に対応して、材質として耐食性の高いものを用い、試料を保持する手段としてバネなどの機械的な力、差圧力、又は静電気力を用いて成る試料吸着装置が用いられてきた。
最近は、半導体集積回路の更なる微細化、高密度化にともない、試料を保持する際に試料と試料保持具との間の摩擦摩耗により発生するパーティクルの試料への付着、試料保持具の表面に存在するキズなどに入り込んだパーティクルが振動などの外力により散発的に試料へ再付着するなど、様々な問題が認識されてきた。
この問題に対し、試料と試料保持具との接触面積を小さくする方法、接触部を滑らかにすることで摩擦摩耗を低減する方法、試料との接触部を曲線状にする方法、さらに接触部の表面を砥粒や超音波を用いて研磨する方法等が用いられてきた。
特許文献1では、試料保持具のピンの頂面および側面を鏡面研磨することにより、試料をリフトピンなどを用いて試料保持具から離脱する際に、試料の裏面と、ピンの頂面および側面とが接触しても接触が滑らかになり摩擦係数が小さくなるのでパーティクルの発生を防止できると提案されている。ピンの頂面および側面の表面粗さRaは、0.25Sが好ましいとされている。
特許文献2では、平坦な頂面を有するピンを形成した後に、ピンの頂面の周辺部を丸められた滑らかな曲面とすることが提案されている。この提案によれば、ピンのエッジ部を丸められた滑らかな曲面に形成することより、ミクロンレベルでのバリを除去することが可能となり、試料保持具の拭き取り作業において、パーティクルがピンに再付着することを低減できるとされている。ピンのエッジの加工はラウンド加工が好ましいとされている。
特許文献3では、試料とピンとの接触に伴うパーティクル発生の低減を図るために試料とピンの接触比率を低減する手段として、ピンを円錐台形状、角錐台形状、径の異なる円柱を積み重ねた形状などにすることが提案されている。この提案によれば、ピンの剛性を高く保つことができ、ピン上に載置された試料の平面度を高精度に保つことができるとともに、試料とピンの接触比率を低減することができるのでパーティクルの発生を低減できるとされている。
半導体集積回路の製造に用いられる半導体ウエハや、液晶表示装置の製造に用いられるガラス基板等の試料の製造工程の中で、特にこれら試料に露光を施す露光工程に使用される露光装置は、上述の試料保持具により試料を保持し、投影光学系を介して所定パターンを、試料に転写するものである。
特許文献4には、投影光学系と試料表面との間に水を介して露光を行う方法、即ち、液浸法が示されている。これら露光装置に用いられる試料保持具は、試料を保持するための複数のピンを上面に備えた円盤状の基体からなり、この試料保持具の基体の下部にはZチルトステージが接合され、さらにZチルトステージには基体とは別の環状の部材が備えられており、環状部材の上面は試料保持具におけるピンの上面と同一平面となるように形成されている。これにより、試料保持具の基体の外周側面、Zチルトステージおよび環状部材により流路が形成され、露光中に使用する水を回収するための流路として作用するものである。
試料保持具に試料を載置する際に、試料裏面とピンの間にパーティクルが挟み込まれることにより試料の局所的な盛り上がりが発生することがある。この試料の局所的な盛り上がりは、例えば露光などを行う場合、露光の焦点が合わなくなり、露光パターンがぼけてしまい、試料に形成する回路パターンが短絡するなどの半導体不良が発生する。この半導体不良による歩留まり低下を軽減するために、外部から持ち込まれたパーティクルが試料表裏に残留しないように試料保持具のクリーニングが行われている。
特に、最近の試料の広面積化に伴い、試料保持具の面積も広くなり、試料保持具を洗浄槽でクリーニングすることが困難になってきており、試料保持具をワイピングクロスと溶剤などを用いて拭き取ることによってクリーニングする作業が多用されてきている。
特許文献1および2では、パーティクルの原因は異なるものの、パーティクルの対策においては、ピンの頂面、側面あるいは頂面の周辺部を滑らかに加工することにより、ピンから発生するパーティクルを軽減する点では共通している。
しかしながら、ピンをセラミックスにて形成した場合、セラミックスは多結晶体であり、結晶の3重点に存在するボイドを完全に除去することは非常に困難である。したがって、前記の通り、ピンの頂面および側面を鏡面加工してもボイドが存在するためボイドに介在するパーティクルが振動等の外力により散発的に試料へ再付着するという問題があった。
ワイピングクロスを用いた拭き取り時に、ワイピングクロスがピンの頂面を拭き取る際、ピンのエッジにワイピングクロスが接触すると、ワイピングクロスに付着していたパーティクルが掻き取られ、掻き取られたパーティクルがピンに再付着するなどの問題があった。
特許文献3のように、ピンが円錐台、角錐台などの先細りの形状であったとしても、ピン先端がエッジ状となり、ワイピングクロスに付着したパーティクルを掻き取り、再付着させてしまうばかりでなく、ワイピングクロスの繊維をせん断し、新たにパーティクルを発生させてしまうという問題があった。
径の異なる円柱を積み重ねた形状のピンでは、円柱の上面に堆積したパーティクルを拭き取る際に、各円柱のエッジ部でワイピングクロスの繊維を切断してしまい、ワイピングクロス自体がパーティクル発生の原因となるという問題があった。
また、試料保持具を感光工程で用いる場合、特許文献4では流路が基体に形成されているものではなく、基体の外周側面、Zチルトステージおよび環状部材により形成されている。そのため、各部材の平坦面が直角状に連続したものとなっており、使用した水が角部に残存しやすく素早く回収することが困難であった。回収できなかった水は、周囲のパーティクル(空気中を浮遊する粉塵など)を吸着し、この水が試料に接触し、さらにこの水が乾燥することで試料にはウォーターマークと呼ばれるパーティクルを含んだ汚染を引き起こすという問題があった。また、流路の一部は基体の外周側面を利用して形成されているため、基体の厚みにより流路の深さが決まるため、水が回収されるまでの時間が長くなってしまい、回収前に試料保持具の上で水が乾燥し、ウォーターマークが発生するおそれもあった。
ここで前記課題に鑑み、本発明の試料保持具は、セラミック基体の一主面上に、試料を保持するための複数のピンと、該複数のピンの周囲に配置され、保持される試料との間を密閉するためのシール部と、を備えた試料保持具であって、前記ピンは、先端に向かって先細り状であり、且つ、該先端に位置する頂面と、該頂面に接続するとともに外周にわたって形成された複数の傾斜面とを備え、該複数の傾斜面は、前記頂面に接続するとともに
内方に向かって凸である第1曲面部と、該第1曲面部における前記頂面と反対側の端部に接続するとともに外方に向かって凸である第2曲面部とを有することを特徴とするものである。
本発明の試料保持具は、前記セラミック基体の一主面に開口し、前記複数のピンの外側を周回するように配置された、底部に向かって先細り状の少なくとも1つの溝と、該溝の底部に開口し、前記溝内の水を回収するための吸引穴と、を備えたことを特徴とする。
本発明の試料保持具は、前記溝の開口部は、前記セラミック基体の一主面との境界部が曲面状であることを特徴とする。
本発明の試料保持具は、前記溝は、前記シール部の外側を周回するように配置されていることを特徴とする。
本発明の試料保持具は、前記セラミック基体は、炭化珪素質焼結体からなることを特徴とする。
本発明の試料保持具によれば、セラミック基体の一主面上に配置された前記ピンは、先端に向かって先細り状であり、且つ、該先端に位置する頂面と、該頂面に接続するとともに外周にわたって形成された複数の傾斜面とを備え、該複数の傾斜面は、前記頂面に接続するとともに内方に向かって凸である第1曲面部と、該第1曲面部における前記頂面と反対側の端部に接続するとともに外方に向かって凸である第2曲面部とを有することから、ワイピングクロスに過剰に付着したパーティクルを掻き取った後でも、傾斜面および頂面のワイピングクロスによる拭き取りを同時に行うことが無くなるため、ピンにパーティクルが再付着することを防止できるとともに、拭き取り作業の短縮化を図ることができる。
本発明の試料保持具によれば、試料と複数の傾斜面との接触を低減することが可能となり、試料へのキズの発生もしくはピンからのパーティクルの発生を低減することができる。
本発明の試料保持具によれば、前記複数の傾斜面は、その傾斜面が外方に向かって凸の曲面部と、内方に向かって凸の曲面部とを有することから、ワイピングクロスが滑らかに拭き取ることになるので、ワイピングクロスの繊維の破断を防止でき、ワイピングクロス自体がパーティクルの発生原因となることを防止することができる。
本発明の試料保持具によれば、セラミック基体の一主面に開口し、前記複数のピンの外側を周回するように配置された、底部に向かって先細り状の少なくとも1つの溝と、該溝の底部に連通するように開口した吸引穴と、を備えたことから、感光工程中で水を用いた際に、試料上面から漏洩する水を先細りの溝で素早く、十分に回収し、吸引穴から効率的に回収することができる。その結果、試料には水の残存によるパーティクルの付着等がほとんど生じることはない。
本発明の試料保持具によれば、前記溝の開口部は、前記セラミック基体の一主面との境界部が曲面状であることから、漏洩した水をこの曲面状の境界でさらに強く溝側に導くことができるため、溝の外側への水の飛散がほとんどなく、より効率良く水を回収することができる。
本発明の試料保持具によれば、前記溝は、前記シール部の外側を周回するように配置されていることから、半導体ウエハなどの試料の外周側のどの部分から水が漏洩しても、水を飛散させることなく回収することができる。
本発明の試料保持具によれば、前記セラミック基体が炭化珪素質焼結体からなることから、基体と水との濡れ性が高くなり、試料保持具を用いた試料吸着装置において試料保持具が高速で移動しても水を飛散させることなく基体で保持することができるので、ステージ等の周辺機器への水の漏洩を防止することができる。
以下、本発明の試料保持具について説明する。
図1は本発明の試料保持具の一実施形態を示す図面であり、図1(a)は試料保持具の一部を破断した斜視図を示し、(b)は同図(a)のA部の拡大斜視図および断面図である。また、図2(a)〜(c)は、本発明の試料保持具におけるピンの種々の例を示した断面図である。
図1に示すように、本発明の試料保持具100は、セラミック基体3の一主面上に、試料を保持するための複数のピン1と、複数のピン1の周囲に配置され、保持される試料との間を密閉するためのシール部2とを備えている。
ピン1は、図2(a)〜(c)に示すように、先端に向かって先細り状であり、複数の傾斜面6からなるショルダー部4をピン1の外周にわたって少なくとも1つ備えているものであり、ピン1の側面7に連続してショルダー部4、頂面5と、を有するものである。なお、複数のピン1は、セラミック基体3の主面の中心から同心円状に配置されていることが好ましい。
ピン1に備えたショルダー部4は、ピン1の頂面5の周縁部5aからピン1の側面7上方の周縁部7aにわたる範囲をいい、図2(a)〜(c)における点線で囲まれた部分であり、複数の傾斜面6によって連続して形成されている。
ここで、図3(a)、(b)に、この試料保持具100に対し、ワイピングクロスを用いて拭き取り作業を行った際の概念図を示す。
試料保持具100には、複数のピン1が備えられており、拭き取り作業が進行するにしたがってワイピングクロス20へのパーティクルの付着量が増すことになるが、本発明のピン1であれば、図3(a)に示すように、ワイピングクロス20は、先ずピン1のショルダー部4における側面7の周縁部7aに接触することにより、ワイピングクロス20に付着したパーティクルをこの部分で掻き取った後に、傾斜面6および頂面5を拭き取ることになるので、頂面5にパーティクルが再付着することを防止できる。一方、ショルダー部4がない従来のピン21であれば、図3(b)に示すように、ワイピングクロス20は、直接ピン21の頂面15もしくは頂面15の周縁部15aに最初に当接するため、ワイピングクロス20に過剰に付着したパーティクルの掻き取りと頂面15の拭き取りをほぼ同時に行うことになるので、頂面15上にパーティクルを再付着させやすい。
ピン1のショルダー部4は、複数の傾斜面6からなることから、試料搬送時のチャッキングや吸着による応力によって試料に応力が加わり、試料に撓みなどの変形が生じた場合でも、試料とショルダー部4との接触を低減することが可能となり、試料へのキズの発生や、ピン1からのパーティクルの発生を低減することができる。仮に、ショルダー部4にパーティクルが堆積しても、試料との間隔を保つことができるので、試料へのパーティクルの付着を防止することが可能になる。
ショルダー部4の各傾斜面6が成す角度θは90度以上であることが好ましい。これは、角度θが90度未満となると、試料保持具100をワイピングクロス20で拭き取ったときに、各傾斜面6の境界部にパーティクルが入り込みやすく、入り込んだパーティクルの拭き取りが困難になるためであり、角度θを90度以上に設定することによりパーティクルの拭き取りを容易にするとともに、拭き取り作業の短縮化を図ることができるからである。さらには角度θを120度以上とすることが好ましい。
図4のピン1の断面図に示すように、ショルダー部4は、その傾斜面6が外方に向かって凸の曲面部6aと、内方に向かって凸の曲面部6bを有することが好ましい。
外方に向かって凸の曲面部6aは、ピン1の側面7に連続する傾斜面6のことであり、内方に向かって凸の曲線部6bは、頂面5から連続する傾斜面6のことをいう。ピン1が外方に向かって凸の曲面部6aを有すると、拭き取り作業において、ワイピングクロス20がこの部分に当接しても、ワイピングクロス20が滑らかに拭き取ることになるので、ワイピングクロス20の繊維の破断を防止でき、ワイピングクロス20自体がパーティクルの発生原因となることを防止することができる。同時に、内方に向かって凸の曲面部6bを有すると、傾斜面6に存在するパーティクルの拭き取りを容易にすることができ、パーティクルの残留を防ぐことが可能となり、拭き取り作業の短縮化を図ることができる。
パーティクルの発生低減もしくは試料へのキズの発生を低減させるために試料とピン1の頂面5との接触面積を極力小さくすることが要求されているが、上述のように傾斜面6が内方に向かって凸の曲面部6bを有することにより、ピン1の機械的強度、特に試料と接触する直下の部分の剛性を保つことが可能となり、ピン1に試料が載置された際のピン1の変形を防止することができるので、試料の平坦度を精度良く保つことができるとともに頂面5の面積を小さくすることができる。さらに、外方に向かって凸の曲面部6aを有することから、ピン1上に載置された試料の撓みなどにより傾斜面6に試料が接触したとしても、試料へのキズの発生を低減でき、また、接触によるパーティクルの発生を低減することができる。
ここで、外方に向かって凸の曲面部6aおよび内方に向かって凸の曲面6bは、傾斜面6内において連続して形成されていても良く、両曲面部6a、6bの間に直線部からなる傾斜面6が形成されていても構わない。
ピン1は、図1においてセラミック基体3の一主面上に複数の行列状で配置されているが、セラミック基体3の中心から放射状に配置されていることがより好ましく、試料をより安定して保持することができる。
本発明の試料保持具100は、図1に示すように複数のピン1を備えた領域の外周部に保持される試料との間を閉鎖するためのシール部2を備えている。
このシール部2は、図5(a)〜(c)の断面図に示すように、複数の傾斜面26からなるショルダー部24をシール部2の外周27a側と、内周27b側にわたってそれぞれ少なくとも1つ備えていることが好ましい。
特に、図5(b)に示すように、ショルダー部24は、その傾斜面26がシール部2の外方に向かって凸の曲面部26aと内方に向かって凸の曲面部26bにより連結されていることが好ましい。
これらの形態における作用効果は前述のピン1において記述したことと同様であり、拭き取り作業の容易化、および拭き取り作業の短縮化を図ることができる。特に、シール部2の内周27側においては、試料の載置、離脱において試料の端部がショルダー部24bと接触する確率が高いが、ショルダー部24bを外方に向かって凸の曲面部26aと内方に向かって凸の曲面部26bにより連結させることにより、傾斜面26bに対して試料の滑りが発生するので、パーティクルの発生もしくは試料へのキズの発生を低減することができる。
次いで、本発明の試料保持具に於ける他の実施形態について、図6を用いて説明する。
図6は、本発明の試料保持具200に於いて、他の実施形態を示す図面であり、図6(a)は試料保持具の一部を破断した斜視図、(b)は同図(a)のB部の拡大斜視図および断面図、(c)は溝近傍の断面図である。
この試料保持具200は、上述の実施形態と同様に、セラミック基体3と、セラミック基体3の一主面上に試料を保持する複数のピン1と、複数のピン1の周囲に配置され、保持される試料との間を密閉するためのシール部2とを備えており、さらに、セラミック基体3の一主面に開口し、複数のピン1の外側を周回するように配置された、底部に向かって先細り状の少なくとも1つの溝9と、溝9の底部に連通するように開口する吸引穴8と、を備えたものである。
図6に示すようにセラミック基体3の一主面、即ち、ピン1、シール部2が形成された主面に開口するように溝9および吸引穴8を設けることにより、半導体ウエハなどの試料を液浸露光する工程で用いる試料保持具として有効である。液浸露光の工程では、投影光学系と試料表面との間に水等の液体を介して露光を行う。溝9および吸引孔8は、使用された水等の液体を回収する作用をなし、保持された試料上から漏洩した水を溝9により効率よく集め、吸引孔8の下方側に真空ポンプ(不図示)等の吸引手段を接続することで吸引除去することができる。吸引孔8は、図6(b)に示すように溝9の底部に間隔をおいて開口するよう複数形成されている。
溝9の形状は、底部に向かって先細り状であるため、漏洩した水を効率よく捕捉でき、さらに溝9の底部に向かうほど回収速度を大きくすることができる。その結果、吸引穴8から効率的に液体を回収し、残存した水が試料に吸着し、乾燥することで発生するウォーターマークと呼ばれるパーティクルを含んだ汚染の問題を無くすことができる。
溝9の形状は、図6(b)に示す角度θが50〜85度とすることが好ましく、さらには60〜70度とすることで、水等の液体の回収速度をより向上させることができる。また、溝9の底部は図6(b)に示すように曲面状であることが好ましく、吸引穴8から離れた位置にある溝9の底部に水が捕捉されたまま残留するおそれをなくすことができるからである。
上述と同様に水の回収効率をより向上させることができる。
溝9は、図6(a)に示すように、試料保持具200の中心から径方向の中央部に、複数のピン1の内、所定のピン1の外側を周回するように配置されている。これは、液浸露光の工程中に、試料保持具200に試料が保持された状態で移動しても、漏洩した液体を素早く回収することができるためである。さらにはシール部2の外周を周回するように配置されることがより好ましく、試料の外周側のどの部分から水が漏洩しても、水を飛散させることなく回収することができる。図6(a)に示す試料保持具200は、シール部2は2個設けられており、そのうち試料保持具200の径方向の中央部に設けられたシール部2は、保持される試料との間を閉鎖する作用を成す。また、試料保持具200の径方向の外周部に設けられたシール部2は、前記保持される試料を高精度に位置決めするための円環状の平板治具を保持するためのものであり、この平板治具に設けられた円状の空隙に保持する試料を嵌め込むように載置することで、高精度な位置決めを行うものである。この場合、吸引孔8を有する溝8は、試料保持具200の径方向の中央部に設けられたシール部2を周回するものの他、試料保持具200の径方向の外周部に設けられたシール部2を周回するように配置してもよい。
溝9は、図6(b),(c)に示すように、溝9の開口部がセラミック基体3の一主面との境界部10が曲面状であることが好ましい。これは、漏洩した水を境界部10の曲面でさらに効率よく捕捉することができ、溝9の外側への水の飛散を特に防止して、水を吸引穴8から効率良く回収することができる。また、図6に示すように、溝9の開口部とセラミック基体3の一主面との境界部10が曲面状の段差を形成することで、漏洩した液体が境界部10の段差に一時的に貯まることで吸引孔8から溝9内に負圧を与えやすくなるので、シール部2に付着した液体を回収しやすくできる
本発明の試料保持具100,200は、炭化珪素、アルミナ、窒化珪素等を主成分とする焼結体から形成されるが、特に、炭化珪素質焼結体からなることが好ましい。炭化珪素質焼結体は、室温における熱伝導率を180W/(m・K)以上とすることができるので、試料に局所的に熱が加わった場合でも放熱性優れ熱膨張に伴う試料の歪みが生じにくく、半導体製造の露光の発熱による精度の悪化を低減することができる。なお、室温における熱伝導率とは、測定温度を22℃から24℃の範囲内として測定した値であり、この温度範囲内のうち何れかの設定温度で測定した熱伝導率が180W/(m・K)以上であることを示す。さらに、室温を超える環境においても、熱伝導率を高い値で保持することができ、例えば600℃以上での用途でも、熱伝導率60W/(m・K)以上を保つことができる。
また試料保持具を、水を用いる工程で使用する場合、炭化珪素質焼結体は水との濡れ性が高く、試料保持具100または200を搭載して試料吸着装置のステージが高速で移動しても、漏洩した水が試料保持具100または200から離れずに、ステージなどの周辺機器に漏れることを抑制できるからである。
この炭化珪素質焼結体は、平均結晶粒径が3〜10μmの範囲が好ましい。その理由として、3μm未満であると、炭化珪素質焼結体中の結晶粒子が十分に充填していない状態になり、焼結体の機械的特性が損なわれるためである。特に、強度や剛性の面で低いものとなってしまうため、ピン1の剛性が不足し、載置された試料の平面度を精度良く保つことができなくなる。また、平均結晶粒径が10μmよりも大きいサイズの結晶となれば、結晶間に存在するボイドが潰れずに残ってしまうことがあるため、このボイド内にパーティクルが入り込み拭き取り作業の効率を低下させるとともに、残留したパーティクルが試料に付着し歩留まりの原因となったりする。したがって、平均結晶粒径は3〜10μmの範囲がよく、好ましくは3〜7μmの範囲が好ましい。
炭化珪素質焼結体は、その密度が3.18g/cm3以上、ヤング率が440GPa以上、比剛性が135GPa・cm3/g以上とすることが好ましく、ピン1の頂面5に載置された試料の平面度を精度良く保つことが可能になる。また、熱伝導率がいくら高くても、線膨張係数が室温で2.6×10−6/℃以下であることが重要であり、上述の放熱性と相まって半導体製造装置用部材として好適な材質となる。加えて平均ボイド径が1.5μm以下、最大ボイド径が5μm以下であることで、試料に直接接触する部材であってもボイドが小さく、炭化珪素質結晶間に発生するパーティクルの発生を抑制することができる。
次いで、上述の試料保持具100,200を得るための製造方法について説明する。
先ず、主成分として炭化珪素の粉末に、添加剤として少なくともホウ素の化合物及び炭素の化合物の粉末を添加した原料粉末を得る。次いで、この原料粉末を種々の成形方法を用いて成形して成形体を得た後、この成形体を炭化珪素の粒子が粒成長するのを抑制した温度で一次焼結を終了させ一次焼結体を得た後、熱間静水圧プレス成形(HIP)処理を行うものである。
以下、さらに詳細に説明する。主成分として炭化珪素粉末に、添加剤としてホウ素成分を成すホウ素の化合物として炭化ホウ素(B4C)や金属ホウ素等、炭素成分を成す炭素の化合物ではカーボンブラック、グラファイト等の他に熱分解により炭素を生成しうるフェノール樹脂やコールタールピッチ等を用いることができる。これら添加剤の含有量は、原料粉末中の酸素量に依存し、炭化珪素原料中の酸素量1モルに対して0.15〜3モルのホウ素、1〜5モルの炭素が残ることが必要である。
これらの原料粉末を所定の割合で秤量し、ボールミル等の混合手段により充分に混合した後、この粉末にバインダーを添加し、周知の成形方法、例えば、プレス成形、押出成形、鋳込み成形、冷間静水圧成形等により所望の形状に成形することで成形体を得る。なお、添加剤としてフェノール樹脂等を添加した場合には、600〜800℃で成形体を非酸化性雰囲気中で仮焼処理して熱分解することにより炭素を生成することができる。
次に、高熱伝導を得るために、前記のようにして得られた成形体を真空中またはAr等の不活性雰囲気中で、1900〜2100℃の比較的低温で一次焼結を行う。これにより、一次焼結の際の熱量を少なくして活性を上げずに粒成長を抑制できるため、成形体の炭化珪素粒子が粒成長するのを抑制でき、且つ結晶間に存在するボイドも小さくすることができる。一次焼結の温度が1900℃よりも低い温度となると、結晶の焼結が進まず、その後にいくらHIP処理を行っても十分なボイドの消滅が困難となる。一方、2100℃よりも高い温度となると、一次焼結体の結晶が肥大化してしまうため、さらにHIP処理を行う場合に、いくら低温で処理しても得られる炭化珪素質焼結体の結晶が大きく、ボイドの消滅が困難となってしまう。さらに、結晶の焼結が不十分であると、粒子の結合も不十分となり、この炭化珪素質焼結体を基板保持盤に使用すると、突起形成時にブラスト加工を行う際に結晶の脱粒が起きやすく、チッピングの原因となってしまう。また、結晶が肥大化した場合は、結晶1つが脱粒した際に一度に欠損部が生じるため、この場合でも突起形成時のブラスト加工時において好ましくない。
最後に、得られた一次焼結体をHIP処理する。これにより、炭化珪素の結晶の大きさを一次焼結の終了時の大きさとほぼ同じ大きさに維持したまま、ボイド径が5μmを超えるボイドをほとんど消滅させることができる。加えて、ホウ素や炭素の化合物からなる添加剤や添加物中の陽イオンの炭化珪素への固溶を制御することが可能となり、炭化珪素粒子の粒成長を有効に抑制することができる。
焼成工程において、一次焼結は温度1900〜2100℃、真空雰囲気で行うことが、HIP処理は温度1800〜2000℃、180MPa以上の不活性ガス雰囲気にて行うことにより、得られる炭化珪素質焼結体の平均ボイド径を1.5μm以下、最大ボイド径を5μm以下にすることができ、半導体や液晶製造装置の部材である基板保持盤や、試料保持具100として用いた際に、炭化珪素質結晶間に発生するパーティクルの発生を抑制することができる。HIP処理の温度が1800℃よりも低くなると、一次焼結体を形成した温度に対して低いため、緻密化の促進が行われない。さらに、一次焼結の温度よりも100℃以下の低い温度でHIP処理の温度を設定することが好ましく、この温度範囲であれば結晶が軟化した際に高圧にすることができるため、ボイドがより消滅しやすい。一方、2000℃よりも高い温度となると、一次焼結の温度よりも高い温度範囲となるので、結晶の成長が促進されてボイドが消滅しにくく、試料保持具100として用いた際に正反射率が低くなりやすい。同時に、180MPa以上の不活性ガス雰囲気とすることで、炭化硅素粒子間に存在するボイドを押しつぶすため、さらにボイドが消滅しやすい。
さらに好ましくは、前記一次焼結の温度が1950〜2050℃の真空雰囲気にて焼成するとともに、前記HIP処理の温度が1850〜1950℃、190MPa以上の不活性ガス雰囲気にて処理すればよい。
また、添加剤として、TiC、TiN、TiO2等のチタンの化合物をチタン換算で200ppm以上、且つ400ppm以下の範囲で添加することが好ましい。これは、200ppm未満となると、得られる焼結体の熱伝導率が180W/(m・K)以上、600〜800℃における熱伝導率が60W/(m・K)以上を得ることができず、400ppmを超えると、これらの金属化合物が炭化珪素結晶中に固溶しやすく、炭化珪素質焼結体の強度や剛性を劣化させてしまうためである。また、他の焼結助剤であるホウ素と化合物を生成しやすくなり、焼結性が阻害され、密度が上がらないなどの影響が出てしまう。
HIP処理した焼結体を加工して、セラミック基体3を製造する。ピン1とシール部2は、エッチングなどの方法によりピンとシール部を形成した後、上述したワイピングクロスを用いた方法で表面加工して形成することができる。
図6に示すような溝9を有する試料保持具200を製造する方法は、上述した製造方法によって、セラミック基体3にピン1、シール部2を形成する。次に、溝9を形成しようとする部分以外のセラミック基体3の表面を硬質部材でマスクして保護する。
溝9および吸引孔8を形成する方法として、試料保持具100を製造後、細いノズルの先端から微粒のセラミック砥粒をセラミック基体3に高速で吹き付けるいわゆるブラスト処理によってセラミック基体3の中心から見て同心円状にノズルを移動させながら溝9を形成する。この場合、底部に向かって先細り状の溝9にするためには、ノズルから放出されるセラック砥粒が、溝9の開口部両側から溝9の底部の中心に向かって、それぞれセラミック砥粒が吹き付けられるように、セラミック砥粒を吹き付ける方向を保ちながらブラスト処理を行うことが好ましい。さらに好ましくは、ブラスト処理の後、溝9の内面には凹凸があり、次いで、ワイピングクロスに微粒のダイヤモンドペーストを付けて溝9内を研磨する。これにより、溝9の表面の表面粗さが小さくなり溝9内を流れる水の抵抗が小さくなり、吸引穴8に素早く水等の液体を回収できる。
最後に、吸引穴8を所定位置に例えば等間隔にドリルで開けて試料保持具200を得ることができる。
このようにして製造された試料保持具100,200は、例えば、セラミック基体3の上方の主面上に電極部を形成し、試料に電位を与えるための電源部を備え、電極端子よりそれぞれ電極部と試料に電圧を印加することで、試料と電極部間とに発生する静電気力により、ピン1により試料を保持する試料吸着装置や、シール部2と載置された試料との空隙を排気するための排気手段を備え、吸引力により試料の上下間に発生する差圧力により試料を保持する試料吸着装置として、試料に研磨や感光などの各処理、搬送等の種々の工程で用いることができる。