JP6257540B2 - Electrostatic chuck and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ウエハ等の基板を保持する静電チャックに関する。 The present invention relates to an electrostatic chuck for holding a substrate such as a wafer.
半導体ウエハなどの基板のプラズマ処理に際して、当該基板を保持するために用いられる静電チャックには、当該基板の周囲に対してヘリウムガスなどを供給するための通気経路が設けられている場合、この通気経路においてアーキング（異常放電）が発生する可能性がある。 In plasma processing of a substrate such as a semiconductor wafer, an electrostatic chuck used for holding the substrate is provided with a ventilation path for supplying helium gas or the like around the substrate. There is a possibility of arcing (abnormal discharge) in the ventilation path.
そこで、アルミニウム等の導電性のプレートの開口に嵌め込まれたアルミナ等からなる誘電体チューブと、当該チューブの一端部を覆う多孔質性のアルミナ等からなる誘電体層によりガス流路を構成することが提案されている（特許文献１参照）。チューブの一端部および誘電体層の密着性の向上のため、当該チューブとしてマシナブルセラミックスからなるチューブを採用することが提案されている（特許文献２参照）。 Therefore, a gas flow path is constituted by a dielectric tube made of alumina or the like fitted into an opening of a conductive plate such as aluminum and a dielectric layer made of porous alumina or the like covering one end of the tube. Has been proposed (see Patent Document 1). In order to improve the adhesion between the one end of the tube and the dielectric layer, it has been proposed to employ a tube made of machinable ceramics as the tube (see Patent Document 2).
しかし、マシナブルセラミックスに含有されているナトリウム等の物質により、基板のコンタミネーション（汚染）が生じる可能性がある。 However, there is a possibility that contamination (contamination) of the substrate may occur due to a substance such as sodium contained in the machinable ceramic.
そこで、本発明は、アーキングの発生を防止しながらも保持対象である基板のコンタミネーションの防止を図りうる静電チャックを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrostatic chuck capable of preventing contamination of a substrate to be held while preventing occurrence of arcing.
本発明は、上端面から下方に延在する部分を有する連通孔が形成されている導電性の基体と、前記連通孔のうち前記基体の上端面から下方に延在する部分の側面に対して側面が全周にわたって密着している筒状の絶縁性のマシナブルセラミックスからなる成形体と、前記基体のおよび前記成形体のそれぞれの上端面を被覆し、前記成形体の中空部に連通する貫通孔を有するセラミックスコーティング膜からなる保護層と、を備え、前記成形体の中空部および前記保護層の貫通孔を含むように通気経路が構成されている静電チャックに関する。 The present invention relates to a conductive substrate having a communication hole having a portion extending downward from an upper end surface, and a side surface of a portion of the communication hole extending downward from the upper end surface of the substrate. A molded body made of a cylindrical insulating machinable ceramic whose side surfaces are in close contact with the entire circumference, and a through hole that covers the upper end surface of each of the base body and the molded body and communicates with the hollow portion of the molded body And a protective layer made of a ceramic coating film having holes, and an air flow path configured to include a hollow portion of the molded body and a through hole of the protective layer.
本発明の静電チャックは、前記成形体のうち、前記通気経路に面している部分の少なくとも一部の表面粗さＲａが０．１〜１．０［μｍ］の範囲に含まれていることを特徴とする。 In the electrostatic chuck of the present invention, the surface roughness Ra of at least a part of the molded body facing the ventilation path is included in a range of 0.1 to 1.0 [μm]. It is characterized by that.
本発明の静電チャックによれば、成形体の中空部およびこれに連通する保護層の貫通孔により構成される通気経路におけるアーキングの発生が、成形体によって防止または抑制されうる。成形体がマシナブルセラミックスからなるので、その上端面とセラミックスコーティング膜からなる保護層との密着性の向上が図られている。成形体において通気経路に面する部分の少なくとも一部の表面粗さＲａが０．１〜１．０［μｍ］の範囲に含まれている。これにより、マシナブルセラミックスが含有する材料が通気経路を通じて基板の周囲に供給されることによる当該基板におけるコンタミネーションの発生が抑制されうる。 According to the electrostatic chuck of the present invention, occurrence of arcing in the ventilation path constituted by the hollow portion of the molded body and the through hole of the protective layer communicating with the hollow portion can be prevented or suppressed by the molded body. Since the molded body is made of machinable ceramics, the adhesion between the upper end surface and the protective layer made of the ceramic coating film is improved. The surface roughness Ra of at least a part of the portion facing the ventilation path in the molded body is included in the range of 0.1 to 1.0 [μm]. Thereby, the occurrence of contamination in the substrate due to the material contained in the machinable ceramics being supplied to the periphery of the substrate through the ventilation path can be suppressed.
前記静電チャックにおいて、前記成形体の内側面および下端面の環状の境界部分が面取り加工されていることが好ましい。前記成形体の内側面が段差部分を有し、当該段差部分が面取り加工されていることが好ましい。 In the electrostatic chuck, it is preferable that an annular boundary portion between an inner surface and a lower end surface of the molded body is chamfered. It is preferable that the inner surface of the molded body has a stepped portion, and the stepped portion is chamfered.
当該構成の静電チャックによれば、当該面取り加工がされていない場合と比較して、基板のコンタミネーションを発生させる事態がより確実に防止または抑制されうる。 According to the electrostatic chuck having this configuration, it is possible to more reliably prevent or suppress the occurrence of substrate contamination as compared with the case where the chamfering is not performed.
前記静電チャックにおいて、前記成形体が、その上端面の面積が下端面の面積よりも大きくなるように形成されていることが好ましい。 In the electrostatic chuck, the molded body is preferably formed such that the area of the upper end surface is larger than the area of the lower end surface.
当該構成の静電チャックによれば、成形体の上端面および保護層の密着性の向上が図られる。成形体において通気経路に面する部分の表面積が低減されることにより、吸着対象となる基板のコンタミネーションを発生させる事態がより確実に防止される。 According to the electrostatic chuck having such a configuration, the adhesion between the upper end surface of the molded body and the protective layer can be improved. By reducing the surface area of the part facing the ventilation path in the molded body, it is possible to more reliably prevent the occurrence of contamination of the substrate to be adsorbed.
前記静電チャックにおいて、、前記保護層との熱膨張係数の偏差が−３［ｐｐｍ］〜＋３［ｐｐｍ］の範囲内であるマシナブルセラミックスからなることが好ましい。 The electrostatic chuck is preferably made of machinable ceramics having a thermal expansion coefficient deviation from the protective layer within a range of −3 [ppm] to +3 [ppm].
当該構成の静電チャックによれば、成形体および保護層の間の熱膨張の差の低減が図られるので、当該差の過大によって保護層が成形体から剥離する可能性の低減が図られるので、当該剥離に伴う基板のコンタミネーションが確実に抑制される。 According to the electrostatic chuck having such a configuration, the difference in thermal expansion between the molded body and the protective layer can be reduced, so that the possibility of the protective layer peeling from the molded body due to the excessive difference is reduced. , Contamination of the substrate accompanying the peeling is reliably suppressed.
本発明の静電チャックの製造方法は、絶縁性のマシナブルセラミックスを筒状または柱状に成形することで成形体を作製する工程と、金属からなる基体において上端面から下方に延在する部分を有するように形成されている連通孔に対して前記成形体をその上端面が露出するように圧入し、前記連通孔のうち前記基体の上端面から下方に延在する部分の側面に対して全周にわたって前記成形体の外側面を密着させる工程と、前記基体および前記成形体のそれぞれの上端面に、溶射によりセラミックコーティング膜からなる保護層を形成する工程と、前記成形体が柱状である場合、前記成形体にその軸線方向に貫通し、前記保護層の貫通孔に連通する中空部を形成する工程と、前記保護層をその厚み方向に貫通し、前記成形体の中空部に連通する貫通孔を形成する工程と、内側面および下端面のそれぞれの少なくとも一部を、表面粗さＲａが０．１〜１．０［μｍ］の範囲に含まれるように仕上げ加工する工程と、を含むことを特徴とする。 The method of manufacturing an electrostatic chuck according to the present invention includes a step of forming a molded body by molding an insulating machinable ceramic into a cylindrical shape or a columnar shape, and a portion extending downward from the upper end surface of a base made of metal. The formed body is press-fitted into the communication hole formed so as to have an upper end surface exposed, and the molded body is entirely inserted into the side surface of the portion extending downward from the upper end surface of the base body. A step of closely contacting the outer surface of the molded body over the circumference, a step of forming a protective layer made of a ceramic coating film by thermal spraying on each of the upper surfaces of the base body and the molded body, and the molded body is columnar A step of forming a hollow portion penetrating the molded body in the axial direction thereof and communicating with a through hole of the protective layer; and penetrating the protective layer in a thickness direction thereof and communicating with the hollow portion of the molded body. A step of forming a through hole, and a step of finishing at least a part of each of the inner side surface and the lower end surface so that the surface roughness Ra is included in a range of 0.1 to 1.0 [μm]. It is characterized by including.
（構成（第１実施形態））
図１には、本発明の第１実施形態としての静電チャックのうち、当該静電チャックが有する複数の通気経路のうち一の通気経路の周辺部分のみが示されている。静電チャックは、全体的には略円板形状に形成され、複数の通気経路は当該円板と中心を同じくする同心円に沿って断続的に配置されている。静電チャックは、半導体製造装置またはフラットパネルディスプレイ製造装置などにおいて、シリコンウエハ等の基板を固定するために用いられる。静電チャックは、基体１、成形体２および保護層４を備えている。
(Configuration (first embodiment))
FIG. 1 shows only the peripheral portion of one ventilation path among a plurality of ventilation paths of the electrostatic chuck of the electrostatic chuck as the first embodiment of the present invention. The electrostatic chuck is generally formed in a substantially disk shape, and the plurality of ventilation paths are intermittently arranged along a concentric circle having the same center as that of the disk. The electrostatic chuck is used for fixing a substrate such as a silicon wafer in a semiconductor manufacturing apparatus or a flat panel display manufacturing apparatus. The electrostatic chuck includes a base body 1, a molded body 2, and a protective layer 4.
基体１は、金属（たとえば、ＡｌもしくはＴｉ）または金属−セラミックス複合体（たとえば、Ａｌ−ＳｉＣ複合体もしくはＳｉ−ＳｉＣ複合体）などの導電性材料により形成されている。基体１には、その上端面から下端面まで下方に延在する直径２〜１０［ｍｍ］程度の断面円形状の連通孔１０が形成されている。連通孔１０は、基体１の上端面から下方に延在する部分を有していればよく、たとえば中空構造の基体１の内部に形成された横方向に延在する中空空間から分岐する経路に連通する孔であってもよい。連通孔１０の断面形状は円形のほか、楕円形、矩形または三角形などの任意の形状が採用されてもよい。基体１には、連通孔１０をその下部から上部にかけて徐々に拡径させる段差が設けられている。当該段差は複数あってもよいし、省略されてもよい。連通孔１０がその軸線方向について断続的にではなく連続的にその径または面積が変化するような形状であってもよい。 The substrate 1 is formed of a conductive material such as a metal (for example, Al or Ti) or a metal-ceramic composite (for example, an Al-SiC composite or a Si-SiC composite). A communication hole 10 having a circular cross section having a diameter of about 2 to 10 [mm] extending downward from the upper end surface to the lower end surface is formed in the base body 1. The communication hole 10 only needs to have a portion extending downward from the upper end surface of the base body 1. For example, the communication hole 10 is formed in a path branched from a hollow space extending in the lateral direction formed inside the base body 1 having a hollow structure. It may be a hole that communicates. The cross-sectional shape of the communication hole 10 may be any shape such as an ellipse, a rectangle, or a triangle in addition to a circle. The base 1 is provided with a step for gradually increasing the diameter of the communication hole 10 from the lower part to the upper part. There may be a plurality of the steps, or they may be omitted. The communication hole 10 may have a shape whose diameter or area continuously changes in the axial direction instead of intermittently.
成形体２はガラス、酸化物セラミックスまたは非酸化物などをマトリックスとし、雲母、窒化ホウ素などをフィラーとする、マコール、ホトベール、アルマタイト、シェイパル、ホトベールＩＩ（いずれも登録商標）などの絶縁性のマシナブルセラミックスからなる。 The molded body 2 is made of an insulating machine such as Macor, Photovale, Almatite, Shapepal, Photovale II (all are registered trademarks) using glass, oxide ceramics or non-oxide as a matrix and mica, boron nitride or the like as a filler. Made of nablable ceramics.
特に、成形体２および保護層４との熱膨張の差が過大になって保護層４が成形体２から剥離する可能性を低減させる観点から、保護層４に対する熱膨張係数の偏差が−３［ｐｐｍ］〜＋３［ｐｐｍ］での範囲に含まれるようなマシナブルセラミックスにより成形体２が構成されていることが好ましい。保護層４がＡｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3およびＺｒＯ2のそれぞれからなる場合、その熱膨張係数は８［ｐｐｍ］、７．３［ｐｐｍ］および９〜１０［ｐｐｍ］のそれぞれである。これらの場合、成形体２は熱膨張係数９．３［ｐｐｍ］のマコールまたは熱膨張係数８．５［ｐｐｍ］のホトベールからなることが好ましい。 In particular, from the viewpoint of reducing the possibility that the protective layer 4 is peeled from the molded body 2 due to an excessive difference in thermal expansion between the molded body 2 and the protective layer 4, the deviation of the thermal expansion coefficient from the protective layer 4 is −3. It is preferable that the molded body 2 is composed of machinable ceramics included in the range of [ppm] to +3 [ppm]. When the protective layer 4 is made of Al 2 O 3 , Y 2 O 3 and ZrO 2 , the thermal expansion coefficients are 8 [ppm], 7.3 [ppm] and 9 to 10 [ppm], respectively. In these cases, the molded body 2 is preferably made of macor having a thermal expansion coefficient of 9.3 [ppm] or a photobail having a thermal expansion coefficient of 8.5 [ppm].
成形体２は、上部が下部よりも大径である略二段円筒状であり、その上端面２０１の面積は、下端面２０２の面積よりも大きくなるように形成されている。成形体２の断面形状は、円形のほか、楕円形、矩形または三角形などであってもよい。上端面２０１の面積が下端面２０２の面積よりも大きくなるような成形体２の形状としては、たとえば、下底が上端面２０１を構成し、上底が下端面２０２を構成する略錘台状であってもよい。錘台が二段重ねされた形状であってもよい。成形体２の内側面２００および下端面２０２の表面粗さＲａが０．１〜１．０［μｍ］の範囲に含まれるように仕上げ加工されている。当該表面粗さＲａが０．１［μｍ］未満になるまで成形体２の表面加工をすることは困難であり、莫大な費用および時間がかかることになるため、その下限値は０．１［μｍ］であることが好ましい。 The molded body 2 has a substantially two-stage cylindrical shape whose upper part has a larger diameter than the lower part, and the area of the upper end face 201 is formed to be larger than the area of the lower end face 202. The cross-sectional shape of the molded body 2 may be an ellipse, a rectangle, or a triangle in addition to a circle. As the shape of the molded body 2 in which the area of the upper end surface 201 is larger than the area of the lower end surface 202, for example, a substantially frustum shape in which the lower base configures the upper end surface 201 and the upper base configures the lower end surface 202. It may be. It may have a shape in which frustums are stacked in two stages. Finishing is performed so that the surface roughness Ra of the inner surface 200 and the lower end surface 202 of the molded body 2 is included in the range of 0.1 to 1.0 [μm]. It is difficult to perform surface processing of the molded body 2 until the surface roughness Ra becomes less than 0.1 [μm], and enormous costs and time are required. μm] is preferable.
成形体２の外側面が基体１の連通孔１０の側面に対して全周にわたり、かつ、当該円筒の全長にわたり密着している。成形体２の上端面２０１の位置は、基体１の上端面の位置と同一であるが、当該位置が相互にずれていてもよい。成形体２は連通孔１０に圧入され、その結果生じる応力で連通孔１０の側面において基体１に対して密着している。接着剤を用いて、成形体２および連通孔１０の側面接着させることも可能である。シリコーン接着剤などを用いることができるが、その際には保護層４との密着性も考慮して接着剤を選ぶ必要がある。 The outer surface of the molded body 2 is in close contact with the side surface of the communication hole 10 of the base body 1 over the entire circumference and over the entire length of the cylinder. The position of the upper end surface 201 of the molded body 2 is the same as the position of the upper end surface of the base 1, but the positions may be shifted from each other. The molded body 2 is press-fitted into the communication hole 10 and is in close contact with the base body 1 on the side surface of the communication hole 10 due to the resulting stress. It is also possible to adhere the side surfaces of the molded body 2 and the communication hole 10 using an adhesive. A silicone adhesive or the like can be used, but in that case, it is necessary to select an adhesive in consideration of adhesion to the protective layer 4.
成形体２には、基体１の段差に相当する位置で外径をその下部から上部にかけて徐々に拡径させる外側段差２１１が設けられている。成形体２には、内径（中空部２０の径）を断続的に縮径させるような内側段差２１２が設けられている。外側段差２１１および内側段差２１２の高さ位置は同じであってもよく、外側段差２１１のほうが内側段差２１２より上に位置してもよく、内側段差２１２のほうが外側段差２１１より上に位置してもよい。外側段差２１１および内側段差２１２の少なくとも一方が複数あってもよいし、省略されてもよい。 The molded body 2 is provided with an outer step 211 that gradually increases in diameter from the lower part to the upper part at a position corresponding to the step of the base body 1. The molded body 2 is provided with an inner step 212 that intermittently reduces the inner diameter (the diameter of the hollow portion 20). The heights of the outer step 211 and the inner step 212 may be the same, the outer step 211 may be located above the inner step 212, and the inner step 212 is located above the outer step 211. Also good. There may be a plurality of at least one of the outer step 211 and the inner step 212 or may be omitted.
成形体２の中空部２０のうち上部（細穴）の直径は、アーキング発生防止の観点から０．５［ｍｍ］以下、特に０．２［ｍｍ］以下であることが好ましい。中空部２０の小径上部の直径の大小によりガス流量の多少が調節される。１つの成形体２に独立した複数の中空部が設けられることによってガス流量が調節される。中空部２０の下部（太穴またはザグリ穴）の直径は２［ｍｍ］以上であることが好ましい。 The diameter of the upper part (thin hole) in the hollow part 20 of the molded body 2 is preferably 0.5 [mm] or less, particularly preferably 0.2 [mm] or less from the viewpoint of preventing arcing. The gas flow rate is adjusted depending on the diameter of the upper portion of the small diameter of the hollow portion 20. The gas flow rate is adjusted by providing a plurality of independent hollow portions in one molded body 2. The diameter of the lower part (thick hole or counterbore hole) of the hollow part 20 is preferably 2 [mm] or more.
保護層４は、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３もしくはＺｒＯ２またはこれらを主成分とした複合物等のセラミックスのコーティング膜からなる。保護層４は、基体１の上端面および成形体２の上端面２０１のそれぞれを被覆する。保護層４は、溶射のほか、ＣＶＤ、イオンプレーティング、スパッタリング、またはエアロゾルデポジション等による乾式製膜、または、セラミックペーストを当該上端面に塗布し、乾燥後焼き付ける湿式製膜の方法により形成されていてもよい。保護層４の厚みは、１００〜１０００［μｍ］であることが好ましい。保護層４には、厚み方向に貫通する、成形体２の中空部２０に連通する貫通孔４０が設けられている。成形体２の中空部２０および保護層４の貫通孔４０により静電チャックの通気経路が構成されている。 The protective layer 4 is made of a ceramic coating film such as Al 2 O 3 , Y 2 O 3 or ZrO 2 or a composite containing these as main components. The protective layer 4 covers the upper end surface of the base 1 and the upper end surface 201 of the molded body 2. In addition to thermal spraying, the protective layer 4 is formed by a dry film formation method such as CVD, ion plating, sputtering, or aerosol deposition, or a wet film formation method in which a ceramic paste is applied to the upper end surface and dried and baked. It may be. The thickness of the protective layer 4 is preferably 100 to 1000 [μm]. The protective layer 4 is provided with a through hole 40 that penetrates in the thickness direction and communicates with the hollow portion 20 of the molded body 2. The hollow portion 20 of the molded body 2 and the through hole 40 of the protective layer 4 constitute an air passage for the electrostatic chuck.
（構成（第２実施形態））
図２には、本発明の第２実施形態としての静電チャックのうち、当該静電チャックが有する複数の通気経路のうち一の通気経路の周辺部分のみが示されている。本発明の第１実施形態としての静電チャック（図１参照）と共通の構成については同一符号を用いるとともに説明を省略する。第２実施形態の静電チャックは、成形体２の内側面２００と下端面２０２との間の環状の境界部分が面取り加工（Ｃ面加工またはＲ面加工）されることで第１勾配部２１が形成され、かつ、成形体２の内側段差２１２も面取り加工されることで第２勾配部２２が形成されている点で第１実施形態の静電チャックと異なっている。なお、第１勾配部２１および第２勾配部２２のうち一方が省略されてもよい。
(Configuration (second embodiment))
FIG. 2 shows only a peripheral portion of one ventilation path among a plurality of ventilation paths of the electrostatic chuck of the electrostatic chuck as the second embodiment of the present invention. Constituent elements common to the electrostatic chuck (see FIG. 1) as the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the electrostatic chuck of the second embodiment, the first gradient portion 21 is formed by chamfering (C surface processing or R surface processing) an annular boundary portion between the inner surface 200 and the lower end surface 202 of the molded body 2. And the second step portion 22 is formed by chamfering the inner step 212 of the molded body 2, which is different from the electrostatic chuck of the first embodiment. One of the first gradient part 21 and the second gradient part 22 may be omitted.
（静電チャックの製造方法）
マシナブルセラミックスからなる外側段差２１１および内側段差２１２を有する略二段円筒状の成形体２が形成される。略円柱状のマシナブルセラミックスの上端面２０１の中心から軸線方向に延在する細穴と、下端面２０２の中心から同じく軸線方向に延在する、当該細穴より大径の太穴とが形成されることにより中空部２０が形成される。成形体２の内側面２００（中空部２０の側面）および下端面２０２が、その表面粗さＲａが０．１〜１．０［μｍ］の範囲に含まれるように電着ドリルにしたがって加工される。成形体２の上端面２０１の表面粗さＲａが３〜６［μｍ］の範囲に含まれるようにブラスト加工によって仕上げられる。
(Electrostatic chuck manufacturing method)
A substantially two-stage cylindrical shaped body 2 having an outer step 211 and an inner step 212 made of machinable ceramics is formed. A narrow hole extending in the axial direction from the center of the upper end surface 201 of the substantially cylindrical machinable ceramic, and a thick hole having a larger diameter than the narrow hole extending in the same axial direction from the center of the lower end surface 202 are formed. As a result, the hollow portion 20 is formed. The inner surface 200 (the side surface of the hollow portion 20) and the lower end surface 202 of the molded body 2 are processed according to an electrodeposition drill so that the surface roughness Ra is in the range of 0.1 to 1.0 [μm]. The The molded body 2 is finished by blasting so that the surface roughness Ra of the upper end surface 201 is included in the range of 3 to 6 [μm].
成形体２の内側面２００（中空部２０の側面）および下端面２０２部の加工は、通常の切削ドリルに穴あけ加工される。その際、当該穴の壁面の表面面粗さＲａは通常１．６［μｍ］程度にとどまる。そこで、さらに電着ドリルにてその表面粗さＲａが０．１〜１．０［μｍ］の範囲に含まれるように仕上げ加工される。 The inner surface 200 (side surface of the hollow portion 20) and the lower end surface 202 of the molded body 2 are processed by drilling with a normal cutting drill. At that time, the surface roughness Ra of the wall surface of the hole is normally only about 1.6 [μm]. Then, it finishes with an electrodeposition drill so that the surface roughness Ra may be included in the range of 0.1 to 1.0 [μm].
続いて、基体１にあらかじめ設けられている、その厚み方向に貫通する連通孔１０に対して、成形体２が上側から、基体１の上端面と、成形体２の上端面２０１とが同一の高さになるまで圧入される。なお、成形体２の上端面が基体１の上端面より高くなるように、成形体２が連通孔１０に圧入された後、成形体２の上端面および基体１の上端面の高さが同一になるように成形体２の上端部が加工されてもよい。 Subsequently, the upper end surface of the base body 1 and the upper end surface 201 of the base body 2 are the same from the upper side with respect to the communication hole 10 that is provided in the base body 1 and penetrates in the thickness direction. It is press-fitted until it reaches a height. After the molded body 2 is press-fitted into the communication hole 10 so that the upper end surface of the molded body 2 is higher than the upper end surface of the base body 1, the upper end surface of the molded body 2 and the upper end surface of the base body 1 have the same height. The upper end portion of the molded body 2 may be processed so that
次に、基体１の上端面および成形体２の上端面２０１のそれぞれにセラミックス粒子の溶射によりセラミックスコーティング膜を形成する。当該セラミックスコーティング膜の表面を所定厚さまで研削し、滑らかに仕上げ加工することで保護層４が形成される。そして、保護層４にその厚さ方向に貫通し、成形体２の中空部２０に連通する貫通孔４０が形成される。以上の手順により、静電チャックが作製される。 Next, a ceramic coating film is formed on each of the upper end surface of the substrate 1 and the upper end surface 201 of the molded body 2 by thermal spraying of ceramic particles. The protective layer 4 is formed by grinding the surface of the ceramic coating film to a predetermined thickness and finishing it smoothly. And the through-hole 40 which penetrates the protective layer 4 in the thickness direction and communicates with the hollow portion 20 of the molded body 2 is formed. The electrostatic chuck is manufactured by the above procedure.
なお、略二段円柱状の成形体が基体１の連通孔１０に対して圧入された後、当該成形体にその軸線方向に貫通する中空部２０が形成されることにより静電チャックが作製されてもよい。 In addition, after a substantially two-stage cylindrical molded body is press-fitted into the communication hole 10 of the base 1, an electrostatic chuck is manufactured by forming a hollow portion 20 penetrating in the axial direction in the molded body. May be.
（実施例）
（実施例１）
本発明の第１実施形態にしたがって、実施例１の静電チャックが作製された。成形体２の材料として、マシナブルセラミックスの１つであるマコール（マトリックス：硼珪酸ガラス（ＳｉＯ2：５０％、Ａｌ2Ｏ3：２０％、Ｂ2Ｏ3：１３％、ＭｇＯ：８％、Ｒ2Ｏ：９％） フィラー：ＺｒＯ2、ＫＭｇ3ＡｌＳｉ3Ｏ10Ｆ2（フッ素金雲母））、熱膨張率：９．３ｐｐｍが採用された。成形体２は、上段外径が２．５［ｍｍ］、下段外径が２．０［ｍｍ］、上段内径が０．２［ｍｍ］、下段内径が１．０［ｍｍ］である略二段円筒状に形成された。成形体２の内側面２００および下端面２０２のそれぞれの表面粗さＲａが０．６［μｍ］になるように仕上げ加工された。成形体２の保護層４は、Ａｌ２Ｏ３溶射膜により作製され、その厚さが２５０［μｍ］になるように形成された。
(Example)
Example 1
According to the first embodiment of the present invention, the electrostatic chuck of Example 1 was manufactured. As a material of the molded body 2, Macor (matrix: borosilicate glass (SiO 2 : 50%, Al 2 O 3 : 20%, B 2 O 3 : 13%, MgO: 8%), which is one of machinable ceramics. R 2 O: 9%) Filler: ZrO 2 , KMg 3 AlSi 3 O 10 F 2 (fluorine phlogopite)), coefficient of thermal expansion: 9.3 ppm were employed. The molded body 2 has an upper outer diameter of 2.5 [mm], a lower outer diameter of 2.0 [mm], an upper inner diameter of 0.2 [mm], and a lower inner diameter of 1.0 [mm]. It was formed in a stepped cylindrical shape. Finishing was performed so that the surface roughness Ra of the inner surface 200 and the lower end surface 202 of the molded body 2 was 0.6 [μm]. The protective layer 4 of the molded body 2 was made of an Al 2 O 3 sprayed film and formed so as to have a thickness of 250 [μm].
（実施例２）
成形体２の内側面２００および下端面２０２のそれぞれの表面粗さＲａが０．２［μｍ］になるように仕上げ加工されたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって実施例２の静電チャックが作製された。
(Example 2)
The static electricity of Example 2 was subjected to the same conditions as in Example 1 except that the inner surface 200 and the lower end surface 202 of the molded body 2 were each finished to have a surface roughness Ra of 0.2 [μm]. An electric chuck was produced.
（実施例３）
成形体２の内側面２００および下端面２０２のそれぞれの表面粗さＲａが０．３［μｍ］になるように仕上げ加工されたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって実施例３の静電チャックが作製された。
(Example 3)
The static electricity of Example 3 was subjected to the same conditions as in Example 1 except that each of the inner surface 200 and the lower end surface 202 of the molded body 2 was finished so that the surface roughness Ra was 0.3 [μm]. An electric chuck was produced.
（実施例４）
成形体２の内側面２００および下端面２０２のそれぞれの表面粗さＲａが０．８［μｍ］になるように仕上げ加工されたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって実施例４の静電チャックが作製された。
Example 4
The static electricity of Example 4 was subjected to the same conditions as in Example 1 except that each of the inner surface 200 and the lower end surface 202 of the molded body 2 was finished to have a surface roughness Ra of 0.8 [μm]. An electric chuck was produced.
（実施例５）
成形体２の内側面２００および下端面２０２のそれぞれの表面粗さＲａが０．９［μｍ］になるように仕上げ加工されたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって実施例５の静電チャックが作製された。
(Example 5)
The static pressure of Example 5 is the same as that of Example 1 except that the inner surface 200 and the lower end surface 202 of the molded body 2 are finished so that the surface roughness Ra is 0.9 [μm]. An electric chuck was produced.
（実施例６）
成形体２の下端面２０２の表面粗さＲａが１．６［μｍ］になるように穴あけ加工されたほかは、実施例３と同様の条件にしたがって実施例６の静電チャックが作製された。
(Example 6)
An electrostatic chuck of Example 6 was produced according to the same conditions as Example 3 except that the surface roughness Ra of the lower end surface 202 of the molded body 2 was 1.6 [μm]. .
（実施例７）
成形体２の内側面２００の表面粗さＲａが１．６［μｍ］になるように穴あけ加工されたほかは、実施例３と同様の条件にしたがって実施例６の静電チャックが作製された。
(Example 7)
An electrostatic chuck of Example 6 was produced according to the same conditions as Example 3 except that the surface roughness Ra of the inner surface 200 of the molded body 2 was 1.6 [μm]. .
（実施例８）
本発明の第２実施形態にしたがって、成形体２の内側面２００および下端面２０２の境界部分が全周にわたって面取り加工されることで第１勾配部２１が形成され、かつ、内側段差２１２が全周にわたって面取り加工されることで第２勾配部２２が形成されたほかは、実施例３と同様の条件にしたがって実施例８の静電チャックが作製された。
(Example 8)
In accordance with the second embodiment of the present invention, the first gradient portion 21 is formed by chamfering the boundary portion between the inner surface 200 and the lower end surface 202 of the molded body 2 over the entire circumference, and the inner step 212 is entirely formed. The electrostatic chuck of Example 8 was manufactured according to the same conditions as in Example 3 except that the second gradient portion 22 was formed by chamfering the periphery.
（実施例９）
第２勾配部２２が省略されたほかは、実施例８と同様の条件にしたがって実施例９の静電チャックが作製された。
Example 9
An electrostatic chuck of Example 9 was produced according to the same conditions as in Example 8 except that the second gradient portion 22 was omitted.
（実施例１０）
第１勾配部２１が省略されたほかは、実施例８と同様の条件にしたがって実施例１０の静電チャックが作製された。
(Example 10)
An electrostatic chuck of Example 10 was fabricated according to the same conditions as in Example 8 except that the first gradient portion 21 was omitted.
（実施例１１）
成形体２の下端面２０２の面積が広くなって上端面２０１の面積と同一になるように、成形体２の外側段差２１１が省略されて略円柱状に形成され、これに応じて、基体１の連通孔１０における段差も省略された（細穴および太穴の別がない）ほかは、実施例１と同様の条件にしたがって実施例１１の静電チャックが作製された。
(Example 11)
The outer step 211 of the molded body 2 is omitted and formed into a substantially cylindrical shape so that the area of the lower end surface 202 of the molded body 2 becomes larger and equal to the area of the upper end surface 201. The electrostatic chuck of Example 11 was manufactured according to the same conditions as in Example 1 except that the step in the communication hole 10 was omitted (there was no distinction between narrow holes and thick holes).
（実施例１２）
成形体２の材料として、マシナブルセラミックスの１つであるホトベール（マトリックス：硼珪酸ガラス、フィラー：ＺｒＯ2、ＫＭｇ3ＡｌＳｉ3Ｏ10Ｆ2（フッ素金雲母））熱膨張率８．５ｐｐｍを使用したほかは、実施例１と同様の条件にしたがって実施例１２の静電チャックが作製された。
(Example 12)
As a material of the molded body 2, one of machinable ceramics, photoveel (matrix: borosilicate glass, filler: ZrO 2 , KMg 3 AlSi 3 O 10 F 2 (fluorine phlogopite)) thermal expansion coefficient of 8.5 ppm is used. Otherwise, the electrostatic chuck of Example 12 was fabricated according to the same conditions as in Example 1.
（実施例１３）
成形体２の材料として、ホトベールを使用したほかは、実施例３と同様の条件にしたがって実施例１３の静電チャックが作製された。
(Example 13)
An electrostatic chuck of Example 13 was produced according to the same conditions as in Example 3 except that a photo veil was used as the material of the molded body 2.
（実施例１４）
成形体２の材料として、ホトベールを使用したほかは、実施例５と同様の条件にしたがって実施例１４の静電チャックが作製された。
(Example 14)
An electrostatic chuck of Example 14 was produced according to the same conditions as in Example 5 except that a photo veil was used as the material of the molded body 2.
各実施例の静電チャックにおける成形体２の材料、内側面２００の表面粗さＲａ、下端面２０２の表面粗さＲａ、第１勾配部２１の有無、第２勾配部２２の有無、基板の汚染度の測定結果、熱サイクル試験結果が表１にまとめて示されている。 The material of the molded body 2 in the electrostatic chuck of each embodiment, the surface roughness Ra of the inner surface 200, the surface roughness Ra of the lower end surface 202, the presence or absence of the first gradient portion 21, the presence or absence of the second gradient portion 22, the substrate Table 1 summarizes the measurement results of the pollution degree and the thermal cycle test results.
成形体２の内側面２００の表面粗さは、成形体２をその中心軸線を含む平面で切断して中空部２０の側面を露出させたうえで、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１にしたがって測定された。表面粗さ静電チャックにより吸着保持されている基板に対して通気経路を通じてＨｅガスが１５［ｍｉｎ］にわたり供給された後、ＩＣＰ−ＭＳ分析によって当該基板に対するＮａの付着量が汚染度として測定された。熱サイクル試験は、静電チャックに対して５０〜２００［℃］の熱サイクルが３０回繰り返された後において、保護層４における通気経路付近でのクラック発生有無が観測されることにより行われた。 The surface roughness of the inner surface 200 of the molded body 2 was measured in accordance with JIS B 0601-2001 after the molded body 2 was cut along a plane including its central axis to expose the side surface of the hollow portion 20. After He gas is supplied for 15 [min] through the ventilation path to the substrate that is attracted and held by the surface roughness electrostatic chuck, the amount of Na attached to the substrate is measured as the degree of contamination by ICP-MS analysis. It was. The thermal cycle test was performed by observing the presence or absence of cracks in the vicinity of the ventilation path in the protective layer 4 after the thermal cycle of 50 to 200 [° C.] was repeated 30 times for the electrostatic chuck. .
表１から次のことがわかる。実施例１〜１４の静電チャックによれば、基板の汚染度が１０10［ａｔｍ／ｃｍ2］のオーダーであり、かつ、保護層４にクラックが発生していない。成形体２の内側面２００および下端面２０２のそれぞれの表面粗さＲａがともに０．１〜１．０［μｍ］の範囲に含まれている実施例１〜５および実施例８〜１４の静電チャックによれば、成形体２の内側面２００および下端面２０２のうち一方の表面粗さＲａが０．１〜１．０［μｍ］の範囲から外れている実施例６および７の静電チャックと比較して基板の汚染度が同程度であるまたは低い。第１勾配部２１および第２勾配部２２のうち少なくとも一方が形成されている実施例８〜１０の静電チャックによれば、第１勾配部２１および第２勾配部２２が形成されていない実施例１〜７および実施例１１〜１４の静電チャックと比較して基板の汚染度が同程度であるまたは低い。成形体２の下端面２０２の面積が上端面２０１の面積よりも小さい実施例１〜１０および実施例１２〜１４の静電チャックによれば、成形体２の下端面２０２の面積が上端面２０１の面積と等しい実施例１１の静電チャックと比較して基板の汚染度が同程度であるまたは低い。 Table 1 shows the following. According to the electrostatic chucks of Examples 1 to 14, the degree of contamination of the substrate is on the order of 10 10 [atm / cm 2 ], and no cracks are generated in the protective layer 4. Statics of Examples 1 to 5 and Examples 8 to 14 in which the surface roughness Ra of each of the inner surface 200 and the lower end surface 202 of the molded body 2 is included in the range of 0.1 to 1.0 [μm]. According to the electric chuck, the electrostatic force of Examples 6 and 7 in which one surface roughness Ra of the inner surface 200 and the lower end surface 202 of the molded body 2 is out of the range of 0.1 to 1.0 [μm]. The degree of contamination of the substrate is comparable or low compared to the chuck. According to the electrostatic chucks of Examples 8 to 10 in which at least one of the first gradient portion 21 and the second gradient portion 22 is formed, the first gradient portion 21 and the second gradient portion 22 are not formed. Compared with the electrostatic chucks of Examples 1 to 7 and Examples 11 to 14, the degree of contamination of the substrate is similar or low. According to the electrostatic chucks of Examples 1 to 10 and Examples 12 to 14 in which the area of the lower end surface 202 of the molded body 2 is smaller than the area of the upper end surface 201, the area of the lower end surface 202 of the molded body 2 is the upper end surface 201. As compared with the electrostatic chuck of Example 11 which is equal to the area of the substrate, the degree of contamination of the substrate is the same or low.
実施例１２〜１４によれば材質にホトベールを使用しても基材の汚染度は同等でありクラックも発生していない。 According to Examples 12 to 14, even when a photo veil is used as the material, the degree of contamination of the substrate is the same and no cracks are generated.
（比較例）
（比較例１）
成形体２の内側面２００および下端面２０２のそれぞれの表面粗さＲａが１．６［μｍ］になるように穴あけ加工されたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって比較例１の静電チャックが作製された。
(Comparative example)
(Comparative Example 1)
The static electricity of Comparative Example 1 according to the same conditions as in Example 1 except that the inner surface 200 and the lower end surface 202 of the molded body 2 were drilled so that the surface roughness Ra was 1.6 [μm]. An electric chuck was produced.
（比較例２）
第１勾配部２１および第２勾配部２２が形成されたほかは、比較例１と同様の条件にしたがって比較例２の静電チャックが作製された。
(Comparative Example 2)
An electrostatic chuck of Comparative Example 2 was fabricated according to the same conditions as Comparative Example 1 except that the first gradient part 21 and the second gradient part 22 were formed.
（参考例１）
成形体２の上端面２０１の表面粗さＲａが１．６［μｍ］に仕上げられたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって参考例１の静電チャックが作製された。
(Reference Example 1)
The electrostatic chuck of Reference Example 1 was manufactured according to the same conditions as in Example 1 except that the surface roughness Ra of the upper end surface 201 of the molded body 2 was finished to 1.6 [μm].
（参考例２）
成形体２の材料として、マシナブルセラミックスの１つであるホトベールII（マトリックス：窒化アルミニウムＡｌＮ、フィラー：窒化ホウ素ＢＮ、熱膨張率１．４ｐｐｍを使用したほかは、実施例１と同様の条件にしたがって参考例２の静電チャックが作製された。
(Reference Example 2)
As the material of the molded body 2, Photovale II (matrix: aluminum nitride AlN, filler: boron nitride BN, thermal expansion coefficient 1.4 ppm), which is one of machinable ceramics, was used under the same conditions as in Example 1. Therefore, the electrostatic chuck of Reference Example 2 was produced.
各比較例および各参考例の静電チャックにおける成形体２の材料、内側面２００の表面粗さＲａ、下端面２０２の表面粗さＲａ、第１勾配部２１の有無、第２勾配部２２の有無、基板の汚染度の測定結果、熱サイクル試験結果が表１にまとめて示されている。 The material of the molded body 2 in the electrostatic chuck of each comparative example and each reference example, the surface roughness Ra of the inner surface 200, the surface roughness Ra of the lower end surface 202, the presence or absence of the first gradient portion 21, the second gradient portion 22 Table 1 summarizes the presence / absence, measurement results of the degree of contamination of the substrate, and thermal cycle test results.
表２から次のことがわかる。比較例１および２の静電チャックによれば、実施例１〜１４の静電チャックと比較して基板の汚染度が高く、１０11［ａｔｍ／ｃｍ2］よりも大きいオーダーである。参考例１の静電チャックによれば、保護層４にクラックが発生している。 Table 2 shows the following. According to the electrostatic chucks of Comparative Examples 1 and 2, the degree of contamination of the substrate is higher than that of the electrostatic chucks of Examples 1 to 14, and the order is larger than 10 11 [atm / cm 2 ]. According to the electrostatic chuck of Reference Example 1, cracks are generated in the protective layer 4.
参考例２の静電チャックによれば熱膨張率が溶射膜からなる保護層４と比較し小さいマシナブルセラミックス（ホトベールＩＩ）により成形体２が構成されているため、保護層４にクラックが発生している。 According to the electrostatic chuck of Reference Example 2, since the molded body 2 is composed of machinable ceramics (Photoveel II) having a smaller thermal expansion coefficient than the protective layer 4 made of a sprayed film, cracks are generated in the protective layer 4. doing.
１‥基体、２‥成形体、４‥保護層、１０‥連通孔、２０‥成形体の中空部、４０‥貫通孔。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base | substrate, 2 ... Molded object, 4 ... Protective layer, 10 ... Communication hole, 20 ... Hollow part of a molded object, 40 ... Through-hole.
Claims (6)
前記連通孔のうち前記基体の上端面から下方に延在する部分の側面に対して側面が全周にわたって密着している筒状の絶縁性のマシナブルセラミックスからなる成形体と、
前記基体のおよび前記成形体のそれぞれの上端面を被覆し、前記成形体の中空部に連通する貫通孔を有するセラミックスコーティング膜からなる保護層と、を備え、
前記成形体の中空部および前記保護層の貫通孔を含むように通気経路が構成されている静電チャックであって、
前記成形体のうち、前記通気経路に面している部分の少なくとも一部の表面粗さＲａが０．１〜１．０［μｍ］の範囲に含まれていることを特徴とする静電チャック。 A conductive substrate having a communication hole having a portion extending downward from the upper end surface;
A molded body made of a cylindrical insulating machinable ceramic, the side surface of which is in close contact with the side surface of the portion extending downward from the upper end surface of the base in the communication hole;
A protective layer made of a ceramic coating film covering the upper end surfaces of the base body and the molded body and having a through-hole communicating with the hollow portion of the molded body,
An electrostatic chuck in which a ventilation path is configured to include a hollow portion of the molded body and a through hole of the protective layer,
The electrostatic chuck characterized in that a surface roughness Ra of at least a part of a portion facing the ventilation path in the molded body is included in a range of 0.1 to 1.0 [μm]. .
前記成形体の内側面および下端面の環状の境界部分が面取り加工されていることを特徴とする静電チャック。 The electrostatic chuck according to claim 1,
An electrostatic chuck characterized in that an annular boundary portion between an inner surface and a lower end surface of the molded body is chamfered.
前記成形体の内側面が段差部分を有し、当該段差部分が面取り加工されていることを特徴とする静電チャック。 The electrostatic chuck according to claim 1 or 2,
An electrostatic chuck characterized in that an inner surface of the molded body has a stepped portion, and the stepped portion is chamfered.
前記成形体が、その上端面の面積が下端面の面積よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする静電チャック。 In the electrostatic chuck according to any one of claims 1 to 3,
An electrostatic chuck characterized in that the molded body is formed such that the area of its upper end surface is larger than the area of its lower end surface.
前記成形体が、前記保護層との熱膨張係数の偏差が−３［ｐｐｍ］〜＋３［ｐｐｍ］の範囲内であるマシナブルセラミックスからなることを特徴とする静電チャック。 In the electrostatic chuck according to any one of claims 1 to 4,
The electrostatic chuck characterized in that the molded body is made of machinable ceramics having a deviation of thermal expansion coefficient from the protective layer in a range of -3 [ppm] to +3 [ppm].
金属からなる基体において上端面から下方に延在する部分を有するように形成されている連通孔に対して前記成形体をその上端面が露出するように圧入し、前記連通孔のうち前記基体の上端面から下方に延在する部分の側面に対して全周にわたって前記成形体の外側面を密着させる工程と、
前記基体および前記成形体のそれぞれの上端面に、溶射によりセラミックコーティング膜からなる保護層を形成する工程と、
前記成形体が柱状である場合、前記成形体にその軸線方向に貫通し、前記保護層の貫通孔に連通する中空部を形成する工程と、
前記保護層をその厚み方向に貫通し、前記成形体の中空部に連通する貫通孔を形成する工程と、
内側面および下端面のそれぞれの少なくとも一部を、表面粗さＲａが０．１〜１．０［μｍ］の範囲に含まれるように仕上げ加工する工程と、を含むことを特徴とする静電チャックの製造方法。 A step of producing a molded body by molding an insulating machinable ceramic into a cylindrical shape or a columnar shape;
The formed body is press-fitted into a communicating hole formed so as to have a portion extending downward from the upper end surface in a base made of metal so that the upper end surface is exposed, A step of closely contacting the outer surface of the molded body over the entire circumference with respect to the side surface of the portion extending downward from the upper end surface;
Forming a protective layer made of a ceramic coating film by thermal spraying on the upper end surface of each of the base body and the molded body;
When the molded body is columnar, a step of forming a hollow portion penetrating in the axial direction in the molded body and communicating with a through hole of the protective layer;
A step of penetrating the protective layer in the thickness direction and forming a through hole communicating with the hollow portion of the molded body;
And a step of finishing at least a part of each of the inner side surface and the lower end surface so that the surface roughness Ra falls within the range of 0.1 to 1.0 [μm]. Manufacturing method of the chuck.
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