JP6650313B2 - 基板支持部材の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板支持部材の補修方法に関し、特に、セラミックス焼結体からなる基板支持部材の基板支持面にクラックなどの損傷が生じた場合における補修方法に関する。

従来、半導体デバイス等の製造過程における薄膜形成工程またはドライエッチング工程においては、半導体ウエハ等の平板状の被処理体に所要の成膜処理またはエッチング処理を施すために、スパッタリング装置、真空蒸着装置、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置、プラズマエッチング装置等の真空処理装置が用いられる。これらの真空処理装置においては、被処理体を載置する載置台上に被処理体を確実に密着させる必要がある。またプラズマを用いた化学蒸着（プラズマＣＶＤ）装置やその他プラズマを利用する装置においては、被処理体は高周波電力を印加する電極を内蔵したサセプタ上に載置される必要がある。このような要求を満たす保持、載置機構として、静電作用を利用して被処理体を載置台上に密着・保持する静電チャック及び電極内蔵サセプタが広く用いられている。

上記のような静電チャック等において、従来、被処理体を密着・保持する吸着面にクラックや部分的欠損などの損傷が生じた場合、その損傷部位を補修せず、吸着面全体を交換するのが通常であった。損傷部位のみを補修をしないのは、その補修が不適切であると、電極等の機能回復が不十分となり吸着保持性能やプラズマ生成機能に支障をきたしたり、補修部位から異常放電が生じたりすることが危惧されるためである。

こうした中、部分的な補修であっても上記のような問題を解消し得る補修方法が提案された（特許文献１参照）。この補修方法は、不良部位とその周囲の被膜を切削して除去する切削工程と、切削により除去された部分に新しい補修被膜として絶縁被膜を溶射などにより形成する被膜再生工程と、を含む。

特開２００８−２８０５２号公報

しかしながら、特許文献１による補修方法では、吸着面を形成する材料とは異なる材料で補修するため、材料の相違に起因し熱応力が発生すること、耐電圧が不足すること、耐食性が悪いこと、補修部位が周囲とは色調が異なることなどの問題があり改善の余地があった。また、補修部位に用いる材料が周囲の材料と異なるとエッチングレートの差が生じ、その表面状態の差及び色調は部材の放射率とも関連し局所的な伝熱特性にも影響しうる。上記のような熱応力発生の問題は、静電チャックのみならず、基板を支持する部材であれば起こり得る問題である。

本発明は、以上の従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、補修後において熱応力の発生が抑えられる基板支持部材の補修方法を提供することにある。

本発明の基板支持部材の補修方法は、基板を上面側で支持するセラミックス焼結体からなる基板支持部材の補修方法であって、
前記上面の損傷部分を含む領域を切削して上面から窪んでいる凹部を形成する工程と、
前記基板支持部材の上面側のセラミックス焼結体と同種又は同一のセラミックス焼結体からなる小片を、前記基板支持部材の上面から部分的に突出した状態で、かつ前記凹部の全面に亘り嵌合した上で前記基板支持部材に、前記セラミックス焼結体と同種又は同一のセラミックスをフィラーとして含有するガラスを用いたガラス接合により接合する工程と、
前記基板支持部材に接合した前記小片の前記上面から突出している部分を前記上面の元通りの形状となるように加工する工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明の基板支持部材の補修方法においては、支持部材の損傷部分を含む領域を切削して凹部を形成し、その凹部に接合する小片が、支持部材を構成するセラミックス焼結体と同じ材料であるため、（１）接合界面での熱応力の発生が抑えられる、（２）補修後において腐食が均一に進行するため平面度の変化が抑制される、（３）補修した部位とその周囲とで同等の色調であり全体の色調が均質となる、といった作用を奏する。また、補修部位はセラミックス焼結体であるため、溶射膜で補修する場合と比較して高い耐電圧が得られる。

本発明の基板支持部材の補修方法において、前記凹部を下方に向かって縮小するテーパ状に形成し、かつ前記小片を前記凹部に嵌合するテーパ状に形成することが好ましい。支持部材の損傷部分を含む領域を切削して形成する凹部をテーパ状とし、小片を当該テーパ状の凹部に嵌合するテーパ状とすることで、断面矩形状の凹部を形成し、その凹部に嵌合し得る直方体状の小片を接合する場合と比較して側面における密着性を向上することができる。

本発明の基板支持部材の補修方法において、前記小片と前記凹部との接合をガラス接合により行うことができる。この場合、前記凹部と前記小片とのガラス接合により形成されるガラス接合層が、前記凹部の側面よりも底部の方が厚く形成されるようにガラス接合を行うことが好ましい。このように補修を行うと、底面はガラス接合層が厚いため十分に接合し、側面には異種材料であるガラス接合層が薄い（又は不存在）ため熱応力の発生がより効率的に抑えられる。

本実施形態の静電チャックの補修方法の各工程を示す概念図。 図１とは異なる形態の静電チャックの補修方法の各工程を示す概念図。

本発明の基板支持部材の補修方法は、基板を上面側で支持するセラミックス焼結体からなる基板支持部材の補修方法であって、前記上面の損傷部分を含む領域を切削して上面から窪んでいる凹部を形成する工程（以下、「工程Ａ」と称する。）と、前記基板支持部材の上面側のセラミックス焼結体と同種又は同一の材料からなる小片を、前記基板支持部材の上面から部分的に突出した状態で、かつ前記凹部の全面に亘り嵌合した上で前記基板支持部材に接合する工程（以下、「工程Ｂ」と称する。）と、前記基板支持部材に接合した前記小片の前記上面から突出している部分を前記上面の元通りの形状となるように加工する工程（以下、「工程Ｃ」と称する。）と、を含むことを特徴とする。以下に、基板支持部材として静電チャックを用いた形態の各工程について、図面を参照して詳述する。

図１は、静電チャックの吸着面に生じたクラックを補修する工程を概念的に示す図である。図１に示す静電チャック１０はセラミックス焼結体からなり、吸着面１２の下方に電極１４を備え、電極１４には給電パッド１６を介して給電端子１８が接続されている。そして、静電チャック１０の吸着面１２には図１Ａに示すように電極１４まで達したクラック２０が発生しており、このクラック２０を以下の工程により補修する。

［工程Ａ］
工程Ａにおいては、吸着面（静電チャック１０の上面）の損傷部分を含む領域を切削して凹部を形成する。すなわち、図１Ｂに示すようにクラック２０とその周囲を切削して凹部２２を形成する。ここで、凹部２２の形成に当たり、クラック２０のすべてがなくなるように形成してもよいし、一部が残るように形成してもよい。図１Ｂにおいてはクラック２０の一部が残るように形成している。このようにクラック２０の一部が残っていても機能上問題となることはない。また、凹部を形成する手法としては特に制限はなく、例えば、従前のグラインディングセンタによる研削加工によって行うことができる。図１に示すように、吸着面の内部に電極が存在する場合、凹部の形成は当該電極までとなる。

後述するように、工程Ｂにおいて、凹部２２に嵌合する小片２４を凹部２２に接合するのであるが、工程Ａで凹部２２を形成後、この凹部２２に嵌合する形状の小片２４を作製する。

［工程Ｂ］
工程Ｂにおいては、セラミックス焼結体と同種（例えば、構成する主成分が同一）又は同一の材料からなり、凹部に嵌合する小片を静電チャックの吸着面から部分的に突出した状態で、かつ凹部の全面に亘り嵌合した上で静電チャックに接合する。すなわち、図１Ｃ〜図１Ｄに示すように、凹部２２に嵌合する小片２４を、吸着面１２から突出した状態で、かつ凹部の全面に亘り嵌合するように接合する。

小片は、静電チャックを構成するセラミックス焼結体と同種又は同一の材料とする。両者は完全に同一のセラミックス焼結体であることが好ましいが、本発明の効果を損なわない範囲において主成分以外の副成分の組成が若干異なるセラミックス焼結体としてもよい。

小片２４と凹部２２とを接合する接合手法としては、ガラス接合、固相接合、有機材接合、無機材接合などが挙げられ、中でも、ガラス接合により行うことが好ましい。当該接合手法は、静電チャック等の使用温度を加味して選択すればよい。ガラス接合には、セラミックス焼結体と同種又は同一の材料のセラミックスまたは絶縁性セラミックスをフィラーとして含有するものも含まれる。固相接合とは、接合材を使用しない拡散接合およびセラミックス焼結体と同種又は同一の材料のセラミックスまたはその焼結助剤を主成分とする接合材とするものを含む。有機材接合とは、ポリイミド系、シリコーン系、アクリル系等の接合材による接合を含む。無機材接合とは、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、シリカ等の接合材による接合を含む。

凹部２２と小片２４とをガラス接合により行う場合、凹部２２と小片２４との界面に異種材料たるガラス接合層が存在することとなり、接合界面における熱応力の発生が危惧される。そこで、ガラス接合層は、熱応力の発生を抑えつつ、かつ小片２４を十分な強度で接合できるような厚さに設定することが好ましい。また、そのことに関連して、ガラス接合により形成されるガラス接合層は、凹部２２の側面よりも底部の方が厚く形成されるようにガラス接合を行うことが好ましい。側面においては異種材料たるガラス接合層を薄くし、底面にのみガラス接合層を形成することで熱応力の発生を抑制しつつ、接合強度も確保することができる。熱応力の発生をさらに抑制するには、ガラス接合は底面にのみとし、側面にはガラス接合層を形成しないことがより好ましい。なお、ガラス接合の手法については公知であるためその説明を省略する。

［工程Ｃ］
工程Ｃにおいては、静電チャックに接合した小片の上面から突出している部分を上面の元通りの形状となるように加工する。例えば、図１Ｄ〜図１Ｅに示す形態においては、小片２４を接合した部位及びその周辺を面一となるように加工する。すなわち、工程Ｂにおいて凹部２２に接合した小片２４は吸着面１２に対して突出した状態となるため、これを面一となるように加工する。当該加工方法としては、特に限定はなく、例えば、マシニングセンタ（グライディングセンタ）、平面研削盤、ラップ盤などが挙げられる。

図１においては、補修部位が平坦であり、面一になるように加工する場合を示したが、補修部位にチャックピンが存在するなど凹凸がある場合には、元通りの形状となるように加工するに当たり凸部を残すように加工することが好ましい。

以上のように、本発明の補修方法により、損傷部分を含む領域を切削して形成した凹部に接合する小片が、吸着面を構成するセラミックス焼結体と同じ材料であるため、（１）接合界面での熱応力の発生が抑えられる、（２）補修後において腐食が均一に進行するため平面度の変化が抑制される、（３）補修した部位とその周囲とで同等の色調であり全体の色調が均質となる。また、補修部位はセラミックス焼結体であるため高い耐電圧が得られる。具体的には、１ｋＶにおける絶縁抵抗を２０００ＭΩ超とすることができる。

一方、図１に示す形態では、凹部２２は断面矩形状としたが、図２に示すようにテーパー状とすることが好ましい。図１の形態と図２の形態とでは、凹部の断面が矩形状であるかテーパ状であるかにおいてのみ異なるため、実質的に同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略し、相違点である凹部についてのみ以下に説明する。

図２の形態においては、吸着面１２の損傷部分を含む領域を切削して形成する凹部２２をテーパ状としつつ、小片２４をこの凹部２２に嵌合する形態としている。このように、小片をテーパ状の凹部に嵌合する形態とすることで、断面矩形状の凹部を形成し、直方体状の小片を接合する場合と比較して側面における密着性を向上することができる。より詳細には、断面矩形状に凹部に対しては直方体状の小片を接合することとなるが、その場合、凹部と小片との寸法精度が高くないと、側面において密着しない領域（すなわち隙間）が生じたり、小片を凹部に完全に埋入できなかったりすることがある。ところが、凹部及びそれに接合する小片がテーパ状であると確実に埋入することができ、しかも側面での密着面積が広いため密着性が高くなる。

以上の実施形態においては、基板支持部材を静電チャックとした形態を示したが、基板支持部材としては、静電チャック以外に、真空チャック、電極内蔵サセプタ、発熱抵抗体内蔵セラミックヒーターなどが挙げられる。特に、本発明は、静電チャックなど、内部電極を有する基板支持部材であっても好適に補修することができる。すなわち、当該基板支持部材の内部電極に達するクラックが生じた場合でも元通りに補修することができる。更に被処理体の吸着面と電極との距離が１ｍｍ以下と薄い場合であっても、元通りに補修することができる。

以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる静電チャック（絶縁層厚み１ｍｍ）の吸着面にクラック（長さ：約５ｍｍ）が生じている部材を準備した。当該クラックを取り囲むように周囲を切削し、φ１５ｍｍ×０.６ｍｍの凹部を形成した。次いで、形成した凹部に嵌合しうる窒化アルミニウム焼結体の小片（φ１５ｍｍ×１．０ｍｍ）を準備し、その小片をガラス接合（作業温度８００℃）により上記凹部に接合した。最後に、接合した小片とその周囲が面一となるように研削及び研磨により加工した。以上のようにして吸着面のクラックの補修を行った。補修後において、補修部位とその周囲とで同じ色調であるため、吸着面の色調が均質であった。

［実施例２］
凹部を４５°のテーパ状とし、窒化アルミニウム焼結体の小片をその凹部に嵌合し得る形状に変更したこと以外は実施例１と同様にして補修した。

［比較例１］
実施例１と同様にして形成した凹部に対して、アルミナを溶射することで凹部を埋め、最後に実施例１と同様にして面一となるように加工した。補修後においては、補修した部位とその周囲とで色調が異なるため、補修箇所が一目で視認可能であった。

［評価］
１．熱応力
各実施例・比較例において、補修後の静電チャックに対し、５００℃に加熱して熱応力を評価した。評価はクラックの発生や浮きなどの変形を目視により行い、クラックや変形がなかった場合を「良好」、あった場合「不良」として評価した。評価結果を表１に示す。
２．耐電圧
各実施例・比較例において、補修後の静電チャックの吸着面を水中に浸し、静電チャックの内部電極と水との間に電圧を印加することによって絶縁抵抗及び耐電圧を測定した。測定結果を表１に示す。

表１より、実施例１及び２は、熱応力の評価及び耐電圧の評価のいずれも良好な結果が得られたことが分かる。また、実施例２より、小片形状がテーパ状の凹部であっても十分に熱応力の発生が抑えられることが分かる。

１０ 静電チャック（基板保持部材）
１２ 吸着面
１４ 電極
１６ 給電パッド
１８ 給電端子
２０ クラック
２２ 凹部
２４ 小片

Claims (3)

1. 基板を上面側で支持するセラミックス焼結体からなる基板支持部材の補修方法であって、
   前記上面の損傷部分を含む領域を切削して上面から窪んでいる凹部を形成する工程と、
   前記基板支持部材の上面側のセラミックス焼結体と同種又は同一のセラミックス焼結体からなる小片を、前記基板支持部材の上面から部分的に突出した状態で、かつ前記凹部の全面に亘り嵌合した上で前記基板支持部材に、前記セラミックス焼結体と同種又は同一のセラミックスをフィラーとして含有するガラスを用いたガラス接合により接合する工程と、
   前記基板支持部材に接合した前記小片の前記上面から突出している部分を前記上面の元通りの形状となるように加工する工程と、
   を含むことを特徴とする基板支持部材の補修方法。
2. 請求項１に記載の基板支持部材の補修方法において、前記凹部を下方に向かって縮小するテーパ状に形成し、かつ前記小片を前記凹部に嵌合するテーパ状に形成することを特徴とする基板支持部材の補修方法。
3. 請求項１又は２に記載の基板支持部材の補修方法において、前記凹部と前記小片とのガラス接合により形成されるガラス接合層が、前記凹部の側面よりも底部の方が厚く形成されるようにガラス接合を行うことを特徴とする基板支持部材の補修方法。