JP6698476B2

JP6698476B2 - 静電吸着用部材

Info

Publication number: JP6698476B2
Application number: JP2016168133A
Authority: JP
Inventors: 浩正松藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2036-08-30
Also published as: JP2018037488A

Description

本開示は、静電吸着用部材に関する。

従来、半導体集積回路の製造工程または液晶表示装置の製造工程等において、半導体ウエハ等の各試料を保持するための部品として、静電チャック等の静電吸着用部材が用いられている。

このような静電吸着用部材の例として、特許文献１では、金属層からなる電極が板状の絶縁材料の中に埋設された静電チャックであって、一表面は吸着面であり、その裏面には電極に達する端子を挿入するための端子孔が形成されており、端子孔には電極に接続する給電端子Ａと、給電端子Ａと空間部を設けて位置し外部より電気を供給する給電端子Ｂが配置されており、導電性ペーストで給電端子Ａおよび給電端子Ｂの外周面を取り囲むとともに端子孔を充填して給電端子Ａおよび給電端子Ｂを接続してなる静電チャックが提案されている。

特開２０１２−３９０１１号公報

半導体ウエハ等の各試料を保持するための部品としての静電チャック等の静電吸着用部材は、作業工程において発生するパーティクル等の微細なごみが半導体ウエハ等の各試料の品質に大きな影響を与えるため定期的な洗浄作業が必要となる。しかしながら特許文献１で提案された静電チャックは、給電端子Ａおよび給電端子Ｂを導電性ペーストで接続しているため、給電端子Ｂを接続した状態で静電吸着用部材を洗浄することとなり手間を要するととともに、時間が掛かっていた。

また、特許文献１で提案された静電チャックにおいて、給電端子Ａより給電端子Ｂ取り外し静電吸着用部材を洗浄した後、改めて給電端子Ｂを給電端子Ａに接続するには、端子孔内および給電端子Ｂの表面に付着した導電性ペースト取り除く必要があった。このように、給電端子Ｂを接続したままでの洗浄、給電端子Ｂを取り外した場合の再接続のいずれも時間が掛かり、製造工程に係る時間において、洗浄および再接続までを含む洗浄作業時間の占める割合が大きいという問題があった。

本開示は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、洗浄作業時間が短いとともに、電気的に安定した接続により長期間に亘る使用が可能な静電吸着用部材を提供することを目的とする。

本開示の静電吸着用部材は、対象物が吸着される吸着面および対向面を有する板状の第１のセラミックスからなる基材と、この基材内に位置する内部電極と、対向面から内部電極に位置する端子孔と、この端子孔内に位置する導電部とを備える、そして、導電部は、第２のセラミックスからなる本体部と、この本体部内に位置する、給電端子と脱着可能な凹部と、本体部の表面に位置し、内部電極および給電端子に電気的に接続される導電層とを有し、前記導電層は、前記第１のセラミックスの主成分と同じ成分を含み、前記成分が柱状で存在する。

本開示の静電吸着用部材は、洗浄作業時間が短いとともに、電気的に安定し接続により長期間に亘る使用が可能である。

本実施形態の静電吸着用部材である静電チャックの一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡＡ’線での断面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＢＢ’線での断面図である。（ａ）は図１（ｂ）におけるＣＣ’線での断面図であり、（ｂ）は図１（ｃ）におけるＤＤ’線での断面図である。（ａ）は導電部の構成の一例を示す模式図であり、（ｂ）は導電部の構成の他の例を示す模式図である。（ａ）は導電層を含む断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真の一例であり、（ｂ）は他の例であり、（ｃ）は（ａ）に示すＦ部を拡大した写真である。

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について詳細に説明する。ただし、本明細書の全図において、混同を生じない限り、同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。

図１は、本実施形態の静電吸着用部材である静電チャックの一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡＡ’線での断面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＢＢ’線での断面図である。

また、図２（ａ）は図１（ｂ）におけるＣＣ’線での断面図であり、図２（ｂ）は図１（ｃ）におけるＤＤ’線での断面図である。

さらに、図３（ａ）は図２（ａ）における導電部を拡大した断面図であり、図３（ｂ）は図２（ｂ）における導電部を拡大した断面図である。

図１および図２に示す静電吸着用部材２０は、対象物（図示しない）が吸着される吸着面１ａと、吸着面１ａの反対に位置する対向面１ｂとを有する板状の第１のセラミックスからなる基材１と、基材１内に位置する内部電極２，３と、対向面１ｂから内部電極２にかけて位置する端子孔Ｈ１と、対向面１ｂから内部電極３にかけて位置する端子孔Ｈ２と、端子孔Ｈ１内に位置する導電部４と、端子孔Ｈ２内に位置する導電部５とを備えている。

内部電極２は、対象物を吸着するための電極であり、櫛歯状に形成される。この櫛歯状に形成された内部電極２の幅は、例えば、２ｍｍ以上２５ｍｍ以下に設定され、隣り合う内部電極２の間隔は１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定される。

また、内部電極３は、基材１内において内部電極２より対向面１ｂ側に位置しており、高周波（ＲＦ）電源（図示しない）より電力が供給される電極である。そして、内部電極３は、静電吸着用部材２０がプラズマ処理装置（図示しない）内の所定位置に配置された場合において、プラズマを発生させるための高周波放電に用いられる。

次に、導電部４について説明する。なお、導電部５の構成に関し、導電部４と同じ構成である場合は、カッコ内にて符号を付すものとする。図３に示す導電部４（５）は、第２のセラミックスからなる本体部６（７）と、この本体部６（７）内に位置する、給電端子
１０（１１）と脱着可能な凹部６ｈ（７ｈ）と、本体部６（７）の表面に位置し、内部電極２（３）および給電端子１０（１１）に電気的に接続される導電層８（９）とを備える。

なお、凹部６ｈ（７ｈ）において、給電端子１０（１１）と脱着可能とは、接合や接着ではなく、螺合や係合によって給電端子１０（１１）を取り付けることができるとともに、螺合や係合を解くことによって給電端子１０（１１）の取り外しができるということである。

このような構成であることにより、本実施形態の静電吸着用部材２０は、給電端子１０（１１）の取り外しができるため、洗浄作業時間が短い。また、給電端子１０（１１）の繰り返しの取り付けによっても電気的に安定して接続されることから、長期間に亘って用いることができる。導電層８（９）の厚みは、例えば、８μｍ以上３２μｍ以下に設定される。

なお、図３（ａ）および図３（ｂ）の例では、本体部６，７における凹部６ｈ，７ｈと給電端子１０，１１とをネジ止め方式で脱着可能に装着する方法を例示している。図３（ａ）の場合、給電端子１０の外周面が導電層８の端部と電気的に接続する構造を示しており、図３（ｂ）の例では、給電端子１１の接続部Ｔが凹部７ｈの開口部側に位置する導電層９と電気的に接続する構造を示している。図３（ｂ）で示す例のように、給電端子１１が凹部７ｈの開口径よりも大きな径の接続部Ｔを有する場合、給電端子１１と導電層９との電気的接続をより強固なものとすることができる。

本体部６，７を構成する第２のセラミックスは、凹部６ｈ、７ｈを有している有底筒状体である。なお、本体部６，７の軸方向の断面形状は、円状、角状のいずれでもよいが、応力集中の観点からは、角状における角部が鈍角であることが好適であり、円状であることがより好適である。

また、本実施形態の静電吸着用部材２０では、本体部６，７を構成する第２のセラミックスが、基材１を構成する第１のセラミックスとの線膨張係数差が０．５×１０^−６／℃以下であることが好適である。このような構成を満たすときには、第１のセラミックスおよび第２のセラミックスともに残留応力が蓄積しにくいため、長期間に亘って用いることができる。ここで、線膨張係数（４０℃〜４００℃）は、ＪＩＳＲ１６１８−２００２に準拠して測定すればよい。なお、一方の試料寸法が小さく、ＪＩＳＲ１６１８−２００２に準拠した試料寸法を得ることができない場合は、形状も含めて小さい方の試料寸法に合わせた上で測定を行ない比較すればよい。

そして、第１のセラミックスおよび第２のセラミックスは、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックス、炭化珪素質セラミックスおよび窒化珪素質セラミックスのいずれかからなることが好適である。

ここで、酸化アルミニウム質セラミックスとは、セラミックスを構成する成分の含有量の合計１００質量％のうち、酸化アルミニウムの含有量が８０質量％以上を占めるセラミックスのことをいう。酸化アルミニウム質セラミックスにおいて、８０質量％以上の含有量を占める酸化アルミニウムは主成分ということができるものである。なお、窒化アルミニウム質セラミックス、炭化珪素質セラミックスおよび窒化珪素質セラミックスについても同様である。

それぞれのセラミックスを構成する成分は、まず、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて同定し、次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置（ＩＣＰ）または
蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）を用いて金属元素の含有量を測定した後、ＸＲＤを用いて同定された化合物の成分に換算することにより求められる。例えば、ＸＲＤで同定された化合物がＡｌ_２Ｏ_３であれば、ＩＣＰで測定したＡｌの含有量をＡｌ_２Ｏ_３に換算すればよい。

また、本実施形態の静電吸着用部材２０では、導電層８，９は、主成分が白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、金、銀およびこれらの合金の少なくともいずれか（以下、これらの金属成分を貴金属という。）であることが好適である。

このような構成であると、導電層８，９の主成分がエッチングガスに対する耐食性の高い貴金属であることから、長期間に亘って修復せずに用いることができる。

また、本実施形態の静電吸着用部材２０では、導電層８，９は、第１のセラミックスの主成分と同じ成分（以下、成分Ａと記載する。）を含むことが好適である。このような構成であると、昇温および冷却を繰り返しても導電層８，９の伸縮の挙動が第１のセラミックスの伸縮の挙動に近づくため、導電層８，９と基材１との間に隙間が生じにくくなる。

また、本実施形態の静電吸着用部材２０では、導電層８，９は、成分Ａの含有量は２質量％以上１５質量％以下であることが好適である。このような構成であると、導電層８，９の導電性を維持しつつ、導電層８，９と基材１との間の隙間をより生じにくくさせることができる。

そして、第１のセラミックスの主成分および導電層８，９の成分Ａが同じであるとは、例えば、第１のセラミックスの主成分がＸＲＤで同定された化合物がＡｌ_２Ｏ_３であった場合、導電層８，９を電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）のカラーマッピングにおいて、ＡｌとＯ（酸素）とが重なり合って存在する領域があればよい。また、成分Ａの含有量は、ＩＣＰで測定したＡｌの含有量をＡｌ_２Ｏ_３に換算すればよい。

図４は、導電層を含む断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真の（ａ）は一例であり、（ｂ）は他の例であり、（ｃ）は（ａ）に示すＦ部を拡大したものである。

図４（ａ）は、成分Ａの含有量が３質量％である導電層８を含む断面の写真であり、図４（ｂ）は、成分Ａの含有量が１２質量％である導電層８を含む断面の写真である。

本実施形態の静電吸着用部材２０では、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように導電層８は、成分Ａが柱状で存在することが好適である。以下、柱状の成分Ａを、柱状体１２、柱状体１３と記載する。

導電層８において、柱状体１２，１３が存在するときには、導電層８の主成分が構成するマトリックス内にクラックが生じても柱状体１２，１３が楔のように作用してその進展を抑制する。導電層９においても、同様の理由により、成分Ａからなる柱状体１２，１３を含むことが好適である。

なお、柱状体１２，１３は、不可避不純物(例えば、炭素、鉄等)を含んでいてもよく、その含有量の合計は、柱状体１２，１３を構成する元素１００質量％のうち、１質量％以下である。そして、本実施形態における柱状体とは、ＪＩＳＲ１６７０：２００６で規定されるアスペクト比が１．８以上であることをいう。そして、柱状体１２，１３を構成する元素の含有量は、エネルギー分散型分析装置（ＥＤＳ）を用いて確認することができる。

次に、本実施形態の静電吸着用部材の製造方法の一例について説明する。
いずれも外径が同じである円板状の第１のセラミック成形体、第２のセラミック成形体および第３のセラミック成形体（以下、これらの成形体を円板状成形体ということがある。）を静水圧プレス成形法（ラバープレス）によって作製する。ここで、それぞれの円板状成形体には、同じ原料を用いる。

また、焼成後に本体部６，７となる円柱状の第４のセラミック成形体および第５のセラミック成形体（以下、これらの成形体を円柱状成形体ということがある。）を静水圧プレス成形法によって作製する。ここで、円柱状成形体を得るための成形圧力は、円板状成形体の成形に用いた成形圧力よりも高くし、その差は、例えば、５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とする。また、それぞれの円柱状成形体の成形に用いる原料は、円板状成形体の成形時の原料と同じものを用いることが好適である。

そして、第１のセラミック成形体には、端子孔Ｈ１，Ｈ２となる第１の貫通孔および第２の貫通孔を、また、第２のセラミック成形体には、第１の貫通孔に対応する位置に第３の貫通孔を切削加工によって形成する。

また、円柱状の第４のセラミック成形体および第５のセラミック成形体については、給電端子１０，１１に対応するネジ溝を含む凹部となる部分を形成する加工を行なう。

次に、導電層８，９および内部電極２，３となる貴金属を含むペーストを準備する。以下、ペーストＡという。

ここで、第１のセラミックスの主成分と同じ成分Ａを含む導電層８，９を得るには、第１のセラミックスの主成分と同じ成分をペーストＡ内に予め添加しておき、その含有量が、導電層８，９を構成する成分の含有量の合計１００質量％のうち、例えば、２質量％以上１５質量％以下となるように調整しておけばよい。以下、このペーストをペーストＡ’という。導電層８，９において、成分Ａを柱状体で存在させるには、添加する粉末として柱状の粉末を用いればよい。

次に、円板状成形体の成形時に用いたものと同じ原料粉末と、有機溶媒（例えば、α−テルピネオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール，プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコールまたはシクロヘキサンジメタノール）と、増粘剤とを所定量秤量し、攪拌装置内の収納容器に入れ、混合・攪拌して、各円板状成形体を接合するためのペースト（以下、このペーストをペーストＢという。）を作製する。

なお、ペーストＢにおける混合粉末の充填率は、例えば、２５体積％以上３５体積％以下とし、ペーストＢの粘度が、４Ｐａ・ｓ以上７Ｐａ・ｓ以下となるように、有機溶媒および増粘剤の量で調整する。そして、攪拌条件としては、大気中において、回転数を８００ｒｐｍ以上１２００ｒｐｍとし、回転時間を８分以上１６分以下とする。

そして、第４のセラミック成形体および第５のセラミック成形体における凹部となる以外の部分に、ペーストＡまたはペーストＡ’を塗布した後、第１のセラミック成形体の第１の貫通孔に第５のセラミック成形体を、第２の貫通孔に第４のセラミック成形体を挿入する。

次に、第１のセラミック成形体の第２のセラミック成形体に対向する主面に、ペースト
ＡまたはペーストＡ’、ペーストＢを順次塗布した後、第１の貫通孔が一致するように第２のセラミック成形体を載置する。次に、第２のセラミック成形体の第３のセラミック成形体に対向する主面に、ペーストＡまたはペーストＡ’，ペーストＢを順次塗布した後、塗布した主面上に第３セラミック成形体を載置する。

そして、円板状成形体の各主面の法線方向から６．１ｋＰａ以上２４．５ｋＰａ以下の圧力を加える。次に、常温で、湿度を制御しながら、１２時間以上４８時間以下保持することにより、ペーストを乾燥させる。

成形体を乾燥させた後、成形体を構成する主成分が酸化アルミニウムである場合、大気雰囲気中で、１５００℃以上１７００℃以下の温度で、５時間以上８時間以下保持して焼成することにより、各部材を接合することができる。

また、成形体を構成する主成分が窒化アルミニウムである場合、大気雰囲気中で、昇温速度を８℃／時間以上１６℃／時間以下として昇温し、４５０℃以上５５０℃以下の温度で、８時間以上１２時間以下保持することにより脱脂し、脱脂体を得る。

この脱脂体を窒素雰囲気中で、１９３０℃以上２０３０℃以下の温度で、５時間以上８時間以下保持して焼成することにより、各部材を接合することができる。

また、凹部６ｈ、７ｈの形成にあたっては、円柱状成形体を用いて焼成まで行なった後、本体部６，７の対向面１ｂ側から、ドリルやタップを用いてネジ溝を含む凹部を形成してもよい。なお、給電端子１０，１１は、対向面１ｂ側に位置する凹部６ｈ、７ｈの端部と接続される。また、図３（ｂ）の例のように、給電端子１１を接続部Ｔを有する形状とすることにより、電気的接続をより強固なものとすることができる。

このような構成とすると、給電端子１０，１１を繰り返し脱着しても導電層８，９が剥離しにくく、長期間に亘って用いることができる。また、導電層８，９の給電端子１０，１１との接続箇所に摩耗あるいは剥離があったとしても、接続箇所が露出しているためその部分を精度よく容易に修復することができる。

最後に、第３のセラミック成形体が焼成された主面を研削加工または研磨加工することによって、本実施形態の静電吸着用部材を得ることができる。

本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。

１基材
１ａ吸着面
１ｂ対向面
２，３内部電極
４，５導電部
６，７本体部
６ｈ，７ｈ凹部
８，９導電層
１０，１１給電端子
１２，１３柱状体
２０静電吸着用部材
Ｈ１，Ｈ２端子孔

Claims

対象物が吸着される吸着面と、該吸着面の反対に位置する対向面とを有する板状の第１のセラミックスからなる基材と、該基材内に位置する内部電極と、前記対向面から前記内部電極にかけて位置する端子孔と、該端子孔内に位置する導電部と、を備えてなる静電吸着用部材であって、
前記導電部は、第２のセラミックスからなる本体部と、該本体部内に位置する、給電端子と脱着可能な凹部と、前記本体部の表面に位置し、前記内部電極および前記給電端子に電気的に接続される導電層とを有し、
前記導電層は、前記第１のセラミックスの主成分と同じ成分を含み、前記成分が柱状で存在することを特徴とする静電吸着用部材。
前記第２のセラミックスは、前記第１のセラミックスとの線膨張係数差が０．５×１０^−６／℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の静電吸着用部材。
前記導電層は、主成分が白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、金、銀およびこれらの合金の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電吸着用部材。
前記成分の含有量が、２質量％以上１５質量％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の静電吸着用部材。