JP6769439B2 - フォーカスリング、フォーカスリングの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォーカスリング、フォーカスリングの製造方法に関するものである。

近年、プラズマ工程を実施する半導体製造装置では、試料台に簡単にウエハを取付けて、固定することができるとともに、そのウエハを所望の温度に維持することができる静電チャック装置が用いられている。この静電チャック装置は、上部に、ウエハ積載面を囲んでウエハ吸着部の外周縁部に配置されたリング部材（フォーカスリング）を備えている。

静電チャック装置にウエハを載置した状態では、フォーカスリングは、平面視でウエハの外周を囲むように配置されている。そのため、フォーカスリングの形成材料を選択することにより、ウエハの周縁部においては、プラズマに対する電気的な環境をウエハと略一致させることができ、ウエハの中央部と周縁部とでプラズマ処理の差や偏りを生じにくくすることができる。従来のフォーカスリングは、加工対象物であるウエハと電気伝導性を揃えやすい形成材料として、ウエハと同じ物質を用いることが多い。例えば、シリコンウエハを加工するための静電チャック装置においては、シリコン製のフォーカスリングが用いられる。

しかし、このようなシリコン製のフォーカスリングは、塩素系プラズマを用いたプラズマ工程においてシリコンウエハを加工する際、同時に消耗してしまう。その結果、フォーカスリング近傍の高周波透過性が変化したり、熱伝導性が変化する。更にフォーカスリングの熱および消耗に伴う形状の変化により、フォーカスリングとフォーカスリング搭載面との熱伝達率の変化に伴うフォーカスリングの温度変化が生じ、プラズマ工程の処理条件が不安定になってしまうという課題を有していた。

そのため、近年では、プラズマで消耗しにくい形成材料である炭化ケイ素製のフォーカスリングが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３７６６９号公報

上記特許文献１に記載された発明においては、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で作製した炭化ケイ素のバルク材を加工成型し、フォーカスリングを得ている。しかし、フォーカスリングのような肉厚の部材をＣＶＤ法により形成するには、大きなバルク材が必要となり高額になり易い。

また、上記特許文献１では、３Ｃ型（閃亜鉛鉱型）結晶の炭化ケイ素（以下、β−ＳｉＣ）を主体とする炭化ケイ素が用いられている。静電チャック装置が用いられるプラズマ工程では、種々のプラズマが用いられるが、β−ＳｉＣ製のフォーカスリングは、シリコンウエハの酸化膜を除去する際に用いるフッ素系ガス及び酸素ガスを原料ガスとして用いるプラズマに弱い。そのため、β−ＳｉＣ製のフォーカスリングは、プラズマ工程で消耗してしまうという課題を依然として有しており、改善が求められていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、耐プラズマ性が高いフォーカスリングを提供することを目的とする。また、耐プラズマ性が高いフォーカスリングを容易に製造可能なフォーカスリングの製造方法を提供することをあわせて目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、炭化ケイ素の焼結体からなるフォーカスリングであって、前記焼結体は、α−ＳｉＣ型の結晶構造を有する複数の第１結晶粒及びβ−ＳｉＣ型の結晶構造を有する複数の第２結晶粒を含み、前記第１結晶粒及び前記第２結晶粒の合計に対して、前記第１結晶粒を７０体積％以上含み、前記第１結晶粒の体積平均結晶子径は、１０μｍ以下であるフォーカスリングを提供する。

本発明の一態様においては、前記第２結晶粒の体積平均結晶子径は、前記第１結晶粒の体積平均結晶子径よりも小さい構成としてもよい。

本発明の一態様においては、前記焼結体の平均体積固有抵抗値は、０．１Ω・ｃｍ以上、１００Ω・ｃｍ以下である構成としてもよい。

本発明の一態様においては、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上であり、周方向および径方向の熱伝導率が、厚さ方向の熱伝導率よりも大きい構成としてもよい。

本発明の一態様においては、前記焼結体の相対密度が９５％以上である構成としてもよい。

本発明の一態様においては、前記フォーカスリング全体の質量に対する不純物の質量の比率が、５００ｐｐｍ以下である構成としてもよい。

本発明の一態様は、α−ＳｉＣ型の結晶構造を有し平均粒子径が５μｍ以下である第１粒子及びβ−ＳｉＣ型の結晶構造を有し平均粒子径が０．１μｍ以下である第２粒子を、前記第１粒子と前記第２粒子との合計に対して前記第１粒子が７０体積％以上となるように混合する工程、前記第１粒子と前記第２粒子との混合粒子を含む混合物をホットプレスにより焼結する工程、を含み、前記焼結する工程において、２２００℃以上、２５００℃以下、２０ＭＰａ以上、５０ＭＰａ以下に加熱加圧し、並びに１４００℃から２０００℃までにおける加熱昇温速度が、１０℃／分以上、３０℃／分以下である、フォーカスリングの製造方法を提供する。

本発明の一態様においては、前記混合する工程に先立って、熱プラズマＣＶＤ法により前記第２粒子を合成する工程を含む製造方法としてもよい。

本発明の一態様においては、前記混合する工程において、前記第１粒子及び前記第２粒子をそれぞれ高速で噴射して互いに衝突させる製造方法としてもよい。

本発明の一態様においては、前記混合する工程において、ケイ素および炭素以外の元素である不純物元素を含む化合物をさらに混合し、前記混合粒子の全体の質量に対する、前記不純物元素の質量の比率が、５００ｐｐｍ以下である製造方法としてもよい。

本発明によれば、耐プラズマ性が高いフォーカスリングを提供することができる。また、耐プラズマ性が高いフォーカスリングを容易に製造可能なフォーカスリングの製造方法を提供することができる。

実施形態のフォーカスリングを備えた静電チャック装置を示す断面図。

以下、図１を参照しながら、本実施形態に係るフォーカスリングについて説明する。なお、以下の図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

［静電チャック装置］
図１は、本実施形態のフォーカスリングを備えた静電チャック装置を示す断面図である。本実施形態の静電チャック装置１は、一主面（上面）側を載置面とした平面視円板状の静電チャック部２、この静電チャック部２の下方に設けられて静電チャック部２を所望の温度に調整する厚みのある平面視円板状の温度調節用ベース部３、及び円板状の静電チャック部２と同心の円環状に設けられたフォーカスリング１０、を備えている。また、静電チャック部２及び温度調節用ベース部３は、静電チャック部２及び温度調節用ベース部３の間に設けられた接着剤層８を介して互いに接着されている。
以下、本実施形態のフォーカスリングを備えている静電チャック装置の各構成について、順に説明する。

（静電チャック部）
静電チャック部２は、上面を半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置する載置面１１ａとした載置板１１、この載置板１１と一体化され該載置板１１の底部側を支持する支持板１２、これら載置板１１及び支持板１２の間に設けられた静電吸着用電極（静電吸着用内部電極）１３、並びに静電吸着用電極１３の周囲を絶縁する絶縁材層１４、を有している。

載置板１１及び支持板１２は、重ね合わせた面の形状を同じくする円板状の部材である。載置板１１及び支持板１２は、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）複合焼結体、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、及び酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）焼結体等の焼結体から構成され、機械的な強度を有し、かつ腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性を有する絶縁性のセラミックス焼結体である。

載置板１１の載置面１１ａには、直径が板状試料の厚みより小さい突起部１１ｂが複数所定の間隔で形成され、これらの突起部１１ｂが板状試料Ｗを支える。

載置板１１、支持板１２、静電吸着用電極１３、及び絶縁材層１４を含む静電チャック部２の厚みは、一例として０．７ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下である。

例えば、静電チャック部２全体の厚みが０．７ｍｍを下回ると、静電チャック部２の機械的強度を確保することが難しくなる。静電チャック部２全体の厚みが５．０ｍｍを上回ると、静電チャック部２の熱容量が大きくなり、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化し、静電チャック部の横方向の熱伝達が増加する。そのため板状試料Ｗの面内温度を所望の温度パターンに維持することが難しくなる。なお、ここで説明した各部の厚さは一例であって、本願発明の静電チャック部全体の厚みを前記範囲に限定するものではない。

静電吸着用電極１３は、電荷を発生させて、その静電吸着力で板状試料Ｗを載置板１１の載置面１１ａに固定するための静電チャック用電極として用いられるもので、その用途によって、その形状や、大きさが適宜調整される。

静電吸着用電極１３は、酸化アルミニウム−炭化タンタル（Ａｌ_２Ｏ_３−Ｔａ_４Ｃ_５）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−タングステン（Ａｌ_２Ｏ_３−Ｗ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タングステン（ＡｌＮ−Ｗ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タンタル（ＡｌＮ−Ｔａ）導電性複合焼結体、酸化イットリウム−モリブデン（Ｙ_２Ｏ_３−Ｍｏ）導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、あるいは、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属により形成されることが好ましい。

静電吸着用電極１３の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、０．１μｍ以上、１００μｍ以下の厚みとすることができ、５μｍ以上、２０μｍ以下の厚みとすることが好ましい。

静電吸着用電極１３の厚みが０．１μｍを下回ると、充分な導電性を確保することが難しくなる。静電吸着用電極１３の厚みが１００μｍを越えると、静電吸着用電極１３と載置板１１および支持板１２との間の熱膨張率差に起因し、静電吸着用電極１３と載置板１１および支持板１２との接合界面にクラックが入り易くなる。

このような厚みの静電吸着用電極１３は、スパッタ法や蒸着法等の成膜法、あるいはスクリーン印刷法等の塗工法により容易に形成することができる。

絶縁材層１４は、静電吸着用電極１３の外周を取り囲むことで腐食性ガスおよびそのプラズマから静電吸着用電極１３を保護するとともに、載置板１１と支持板１２との境界部、すなわち静電吸着用電極１３以外の外周部領域を接合一体化するものであり、載置板１１及び支持板１２を構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁材料により構成されている。

（温度調整用ベース部）
温度調節用ベース部３は、静電チャック部２を所望の温度に調整するためのもので、厚みのある円板状のものである。この温度調節用ベース部３としては、例えば、その内部に冷媒を循環させる流路３Ａが形成された液冷ベース等が好適である。

この温度調節用ベース部３を構成する材料としては、熱伝導性、導電性、加工性に優れた金属、またはこれらの金属を含む複合材であれば特に制限はない。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等が好適に用いられる。この温度調節用ベース部３の少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理が施されているか、あるいはアルミナ等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。

温度調節用ベース部３の上面側には、接着層６を介して絶縁板７が接着されている。接着層６はポリイミド樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性及び絶縁性を有する、シート状またはフィルム状の接着性樹脂からなるものとすることができる。接着層は例えば厚み５〜１００μｍ程度に形成される。絶縁板７はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の、耐熱性を有する樹脂の薄板、シート、又はフィルムからなるものとすることができる。

なお、絶縁板７は、樹脂シートに代え、絶縁性のセラミック板でもよく、またアルミナ等の絶縁性を有する溶射膜でもよい。

（フォーカスリング）
フォーカスリング１０は、温度調節用ベース部３の上面の周縁部に載置される平面視円環状の部材であり、本発明に係るフォーカスリングである。フォーカスリング１０は、炭化ケイ素の焼結体を含むものである。フォーカスリング１０について、詳しくは後述する。

（その他の部材）
静電吸着用電極１３には、静電吸着用電極１３に直流電圧を印加するための給電用端子１５が接続されている。給電用端子１５は、温度調節用ベース部３、接着剤層８、及び支持板１２を厚み方向に貫通する貫通孔１６の内部に挿入されている。給電用端子１５の外周側には、絶縁性を有する碍子１５ａが設けられ、この碍子１５ａにより金属製の温度調節用ベース部３に対し給電用端子１５が絶縁されている。

図１では、給電用端子１５を一体の部材として示しているが、複数の部材が電気的に接続して給電用端子１５を構成していてもよい。給電用端子１５は、熱膨張係数が互いに異なる温度調節用ベース部３及び支持板１２に挿入されているため、例えば、温度調節用ベース部３及び支持板１２に挿入されている部分について、それぞれ異なる材料で構成することができる。

給電用端子１５のうち、静電吸着用電極１３に接続され、支持板１２に挿入されている部分（取出電極）の材料としては、耐熱性に優れた導電性材料であれば特に制限されるものではないが、熱膨張係数が静電吸着用電極１３および支持板１２の熱膨張係数に近似したものが好ましい。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴａＣなどの導電性セラミック材料を挙げることができる。

給電用端子１５のうち、温度調節用ベース部３に挿入されている部分は、例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、コバール合金等の金属材料から構成することができる。

これら２つの部材は、柔軟性と耐電性を有するシリコン系の導電性接着剤で接続することができる。

静電チャック部２の下面側には、ヒータエレメント５が設けられている。ヒータエレメント５は、一例として、厚みが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ程度の一定の厚みを有する非磁性金属薄板である。この非磁性金属薄板は、例えばチタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、モリブデン（Ｍｏ）薄板等をフォトリソグラフィー法やレーザー加工により所望のヒータ形状に加工することで得られる。形状としては、例えば帯状の導電薄板を蛇行させた形状の全体輪郭を円環状にすることが挙げられる。

このようなヒータエレメント５は、静電チャック部２に非磁性金属薄板を接着した後に、静電チャック部２の表面で加工成型することで設けてもよい。あるいは、静電チャック部２とは異なる位置でヒータエレメント５を加工成形したものを、静電チャック部２の表面に転写印刷することで設けてもよい。

ヒータエレメント５は、厚みの均一な耐熱性および絶縁性を有するシート状又はフィルム状の、シリコン樹脂又はアクリル樹脂からなる接着層４により支持板１２の底面に接着・固定されている。

ヒータエレメント５には、ヒータエレメント５に給電するための給電用端子１７が接続されている。給電用端子１７を構成する材料は先の給電用端子１５を構成する材料と同等の材料を用いることができる。給電用端子１７は、それぞれ温度調節用ベース部３に形成された貫通孔３ｂを貫通するように設けられている。

また、ヒータエレメント５の下面側には温度センサー２０が設けられている。本実施形態の静電チャック装置１では、温度調節用ベース部３と絶縁板７を厚さ方向に貫通するように設置孔２１が形成され、これらの設置孔２１の最上部に温度センサー２０が設置されている。なお、温度センサー２０はできるだけヒータエレメント５に近い位置に設置することが望ましいため、図１に示す構造から更に接着剤層８側に突き出るように設置孔２１を延在して形成し、温度センサー２０をヒータエレメント５に近づけてもよい。

温度センサー２０は一例として石英ガラス等からなる直方体形状の透光体の上面側に蛍光体層が形成された蛍光発光型の温度センサーである。この温度センサー２０が、透光性及び耐熱性を有するシリコン樹脂系接着剤等によりヒータエレメント５の下面に接着されている。

蛍光体層は、ヒータエレメント５からの入熱に応じて蛍光を発生する材料からなる。蛍光体層の形成材料としては、発熱に応じて蛍光を発生する材料であればよく、多種多様の蛍光材料から選択することができる。蛍光体層の形成材料は、一例として、発光に適したエネルギー準位を有する希土類元素が添加された蛍光材料、ＡｌＧａＡｓ等の半導体材料、酸化マグネシウム等の金属酸化物、ルビーやサファイア等の鉱物を挙げることができ、これらの材料の中から適宜選択して用いることができる。

各ヒータエレメント５に対応して設けられている各温度センサー２０は、それぞれ給電用端子などと干渉しない位置であってヒータエレメント５の下面周方向の任意の位置に設けられている。

温度センサー２０からの蛍光に基づきヒータエレメント５の温度を測定する温度計測部２２は、一例として、温度調節用ベース部３の設置孔２１の外側（下側）に前記蛍光体層に対し励起光を照射する励起部２３、蛍光体層から発せられた蛍光を検出する蛍光検出器２４、並びに励起部２３及び蛍光検出器２４を制御するとともに前記蛍光に基づき主ヒータの温度を算出する制御部２５から構成されている。

さらに、静電チャック装置１は、温度調節用ベース部３から載置板１１までをそれらの厚さ方向に貫通するように設けられたピン挿通孔２８を有している。このピン挿通孔２８には、板状試料離脱用のリフトピンが挿通される。ピン挿通孔２８の内周部には筒状の碍子２９が設けられている。

さらに、静電チャック装置１は、温度調節用ベース部３から載置板１１までをそれらの厚さ方向に貫通するように設けられたガス穴（図示せず）を有している。ガス穴は、例えばピン挿通孔２８と同様の構成を採用することができる。ガス穴には、板状試料Ｗを冷却するための冷却ガスが供給される。冷却ガスはガス穴を介して、載置板１１の上面において複数の突起部１１ｂの間に形成された溝１９に供給され、板状試料Ｗを冷却する。
静電チャック装置１は、以上のような構成となっている。

[フォーカスリング]
次に、本実施形態のフォーカスリング１０について、詳述する。
フォーカスリング１０は、炭化ケイ素焼結体を含む材料より構成される。また、フォーカスリング１０を構成する焼結体は、４Ｈ型、６Ｈ型等の六方晶系でウルツ鉱型の結晶構造を有する複数の第１結晶粒、及びβ−ＳｉＣ型の結晶構造を有する複数の第２結晶粒を含む。炭化ケイ素についての六方晶系の結晶構造については、本願明細書においては「α−ＳｉＣ」と記載する。
フォーカスリング１０を構成する前記焼結体は、第１結晶粒及び第２結晶粒の合計に対して、第１結晶粒を７０体積％以上含み、第１結晶粒の体積平均結晶子径は１０μｍ以下となっている。

また、フォーカスリング１０においては、第２結晶粒の体積平均結晶子径は、前記第１結晶粒の体積平均結晶子径よりも小さいことが好ましい。
また、フォーカスリング１０を構成する焼結体の平均体積固有抵抗値は、０．１Ω・ｃｍ以上かつ１００Ω・ｃｍ以下であり、フォーカスリング内の抵抗値の変動は、抵抗値の最大値を抵抗値の最小値で除した値（抵抗値の最大値／抵抗値の最小値）で表したとき、１０未満であることが好ましい。
また、フォーカスリング１０全体に対する不純物の質量の比率が、５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

フォーカスリング１０を炭化ケイ素焼結体から構成するのは以下の理由による。
ＳｉＣの耐食性は、ＳｉＣの結晶構造（結晶系）に依存する。上述した２種の結晶系（α−ＳｉＣ、β−ＳｉＣ）のうちフッ素系ガス及び酸素ガスプラズマに対する耐食性（耐プラズマ性）が高いのは、α−ＳｉＣである。そのため、フッ素系ガス及び酸素ガスプラズマによるドライエッチング工程に静電チャック装置を用いる場合、フォーカスリング１０の形成材料にα−ＳｉＣを用いる方が、製品寿命が長寿命となり好ましい。一方で、α−ＳｉＣは、β−ＳｉＣよりも導電性が低い（抵抗値が高い）。

一方、ＣＶＤ法で作成されたＳｉＣはβ−ＳｉＣである。そのため、ＣＶＤ法で作成されたＳｉＣは、上述のようにα−ＳｉＣと比べると耐プラズマ性に劣り、導電性が高くなる。

これらに対し、炭化ケイ素焼結体は、焼結前の原料粉末としてα−ＳｉＣ粉末を用いることにより、容易にα−ＳｉＣを含む炭化ケイ素焼結体が得られる。また、炭化ケイ素焼結体は、ＣＶＤに比較して低廉なコストで作製可能である。さらに、原料粉末としてα−ＳｉＣ粉末及びβ−ＳｉＣ粉末を用いると共に、両粉末の混合比を調整する事により、炭化ケイ素焼結体に含まれるα−ＳｉＣとβ−ＳｉＣの比率を調整することができる。これにより、炭化ケイ素焼結体の抵抗値を調整することができる。

フォーカスリングは、エッチング処理物であるウエハ外周部のプラズマ状態を均一にするために用いられているものである。そのため、フォーカスリングの抵抗値は、ウエハの抵抗値と一致するものが好ましい。フォーカスリングとシリコンウエハに抵抗値の差異がある場合、シリコンウエハ外周部のプラズマの均一性に悪影響を及ぼすとともに、フォーカスリングとウエハとの間での放電の原因となるからである。

そのため、本実施形態のフォーカスリング１０を構成する焼結体においては、第１結晶粒（α−ＳｉＣ）と第２結晶粒（β−ＳｉＣ）との合計に対して、α−ＳｉＣを７０体積％以上であることとする。フォーカスリング１０を構成する焼結体において、α−ＳｉＣ及びβ−ＳｉＣの合計に対するα−ＳｉＣの割合は、好ましくは８０体積％以上であり、より好ましくは９０体積％以上であり、上限は９９体積％である。

なお、第１結晶粒の含有率が７０体積％未満となると、焼結体の耐プラズマ性が低下し、焼結体のエッチング速度が速くなるため、好ましくはない。

また、焼結体の抵抗値と耐プラズマ性を考慮すると、フォーカスリング１０を構成する焼結体の平均体積固有抵抗値は、０．１Ω・ｃｍ以上、１００Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、シリコンと同程度の抵抗値である０．５Ω・ｃｍ以上、１００Ω・ｃｍ以下であることがより好ましく、１Ω・ｃｍ以上、５０Ω・ｃｍ以下であることがさらに好ましい。焼結体の平均体積固有抵抗値が１００Ω・ｃｍを超えると、焼結体のエッチング速度のばらつきが大きくなる。このような焼結体を原料とするフォーカスリングを、成膜工程で用いる静電チャック装置が備えていると、当該成膜工程で得られる膜の膜厚のばらつきが大きくなるため、好ましくない。また、焼結体の平均体積固有抵抗値が０.１Ω・ｃｍ未満であると、抵抗値が低すぎるため、電荷がたまりにくい。このような焼結体を原料とするフォーカスリングを静電チャック装置に使用すると、エッチングレートが低下するため、好ましくない。

また、フォーカスリング１０において、第１結晶粒の体積平均結晶子径を１０μｍ以下とするのは以下の理由による。

α−ＳｉＣは、β−ＳｉＣと比べ耐プラズマ性に優れるが、結晶方位によりエッチングレートが異なる。そのため、第１結晶粒を含むフォーカスリングでは、使用により表面がプラズマに曝露されると、表面粗さが大きくなる傾向がある。このような表面粗さは、プラズマの電界集中に伴う異常放電や、結晶粒の脱粒によるパーティクルの発生の原因となる。

また、フォーカスリングの使用に伴って変化する表面粗さは、焼結体を構成する結晶粒の結晶子径に影響される。そこで、第１結晶粒の体積平均結晶子径を１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上、５μｍ以下とすることで、異常放電、粒子の脱粒によるパーティクルの発生軽減することができる。

また、第２結晶粒の体積平均結晶子径が、第１結晶粒の体積平均結晶子径よりも小さく、好ましくは第２結晶粒の体積平均結晶子径が第１結晶粒の体積平均結晶子径の１／２以下である、とするのは以下の理由による。

β−ＳｉＣは、α−ＳｉＣと比べて耐プラズマ性に劣る。そのため、フォーカスリング１０において、耐プラズマ性の低下を抑制するためには、第２結晶粒の含有量をできるだけ少量としながら、目的のフォーカスリングの抵抗値とすることが好ましい。

フォーカスリングの抵抗値を下げるために第２結晶粒の存在比を高めると、耐プラズマ性が低下することになる。しかし、第２結晶粒の粒子径が小さいと、第２結晶粒の含有量が少なくても、フォーカスリング全体に第２結晶粒が分散される。そのため、粒子径が小さい第２結晶粒を少量含むフォーカスリングでは、導電性を確保しやすくなり、第１結晶粒の比率を７０体積％以上としても所定の抵抗値のフォーカスリングが得られやすくなる。

フォーカスリング１０全体の質量に対する不純物の質量の比率（不純物の含有率）が、５００ｐｐｍ以下とするのは、以下の理由による。

エッチング工程では、フォーカスリング自体がエッチングされる。フォーカスリングを構成する焼結体を製造する際、焼結助剤（ケイ素及び炭素以外の元素である不純物元素を含む化合物）としてＢ、Ａｌ、Ｙ、Ｂｅ等を含む化合物を用いることがある。その場合、これら焼結助剤に含まれるケイ素及び炭素以外の元素（不純物元素）も、焼結体（フォーカスリング）に残存する。そのため、エッチング工程においてフォーカスリング自体がエッチングされると、これら焼結助剤に由来する不純物元素がフォーカスリングから放出され、エッチング工程で製造される製品（例えば半導体）の特性に悪影響を及ぼすおそれがある。

また、これら不純物により生じたＳｉＣの欠陥は、プラズマ照射時の高温環境下での抵抗値および熱伝導性の低下原因となり、フォーカスリングに温度分布（フォーカスリングの部位ごとの温度差）を生じさせる原因となる。

これに対し、フォーカスリング１０全体の質量に対する不純物の含有率を、５００ｐｐｍ以下とすることで、これら予想される不具合を抑制することができる。

フォーカスリング１０は、プラズマへの暴露および高周波による自己発熱により加熱される。加熱されたフォーカスリングに温度分布が生じた場合、フォーカスリングの部位ごとに熱膨張量の差を生じ、フォーカスリングにひずみが生じるおそれがある。この場合、加熱前と加熱後とを比べると、冷却ベースとフォーカスリングと間の接触状態が変化する。すると、フォーカスリングと冷却ベースとの間の熱伝達量に変化が生じ、フォーカスリング内の温度差がさらに拡大することとなる。

そのため、フォーカスリング１０は、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、１５０Ｗ／ｍＫ以上であるとより好ましい。これにより、フォーカスリング１０内の温度差の発生を抑え、フォーカスリング１０の変形を抑えることができる。

なお、フォーカスリング１０は、周方向および径方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも大きいと、フォーカスリング１０の温度分布を抑制しやすく、より好ましい。

フォーカスリング１０を構成する焼結体の相対密度（ＳｉＣの理論密度に対する実測密度の比）が９５％以上であるとするのは、以下の理由による。
焼結体の密度が９５％以下の場合、耐プラズマ性が劣り、パーティクルの発生原因となり好ましくない。また、熱伝導率も低下し、温度ムラの原因ともなる。

なお、本実施形態において、フォーカスリング１０の形成材料である焼結体の平均体積固有抵抗値は、測定対象物（焼結体またはフォーカスリング）について４探針法（測定機器：ロレスタＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６１０、（株）三菱化学アナリテック社製）で抵抗値を測定し、試験片の形状および厚みにより体積固有抵抗値を算出した値を採用する。

また、本実施形態において、不純物の含有率は、ＩＣＰ−ＭＳ法にて測定した値を採用する。

また、本実施形態において、フォーカスリング１０の形成材料である焼結体における、第１結晶粒及び第２結晶粒の合計に対する第１結晶粒の比率は、まず、焼結体についてＸＲＤ測定を行い、第１結晶粒（α−ＳｉＣ型結晶）および第２結晶粒（β−ＳｉＣ型結晶）のそれぞれのピーク強度（ピーク面積）を求める。次いで、第１結晶粒のピーク強度と、第２結晶粒のピーク強度の合計に対する第１結晶粒のピーク強度の比を、焼結体における第１結晶粒の体積比として採用する。

また、本実施形態において、熱伝導率は、レーザーフラッシュ法にて測定した値を採用する。

本実施形態のフォーカスリング１０は、以上のような構成となっている。

［フォーカスリングの製造方法］
本実施形態に係るフォーカスリングの製造方法は、平均粒子径が５μｍ以下のα−ＳｉＣ型の結晶構造を有する第１粒子、及びβ−ＳｉＣ型の結晶構造を有し平均粒子径が０．１μｍ以下である第２粒子を、第１粒子及び第２粒子の合計に対して第１粒子が７０体積％以上となるように混合する工程、並びに得られた混合粒子をホットプレスにより焼結する工程、を有している。

また、焼結する工程においては、２２００℃以上、２５００℃以下の温度、２０ＭＰａ以上、５０ＭＰａ以下の圧力で加熱加圧し、並びに１４００℃から２０００℃までにおける加熱昇温速度を１０℃／分以上、３０℃／分以下とする。

混合工程は、第１粒子及び第２粒子を所定の配合で混合し、得られた混合粒子を分散媒に分散させて分散液とした後、２流衝突式混合装置を用い、分散液を向かいあう２方向より高圧で噴出させ、粒子同士を衝突させることにより混合分散させ、乾燥造粒して混合粉末とすることが好ましい。

また、混合する工程において、焼結助剤をさらに混合し、混合粒子の全体の質量に対する、当該焼結助剤中の不純物元素の質量の比率が、５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。不純物が５００ｐｐｍを超えると、消耗したフォーカスリングから不純物が飛び出してウエハ表面を汚染するため好ましくない。

本実施形態において、第１粒子および第２粒子の粒子径は、各粉末を溶媒に分散させたスラリーを調製し、当該スラリーをレーザー回折／散乱式粒度分布想定装置（マスターサイザー２０００Ｓ、Malvern社製）で測定して求められるｄ（５０）の値を採用する。

本実施形態のフォーカスリングの製造方法において、α−ＳｉＣ型の結晶構造を有する第１粒子、及びβ−ＳｉＣ型の結晶構造を有し平均粒子径が０．１μｍ以下である第２粒子を、第１粒子及び第２粒子の合計に対して第１粒子が７０体積％以上となるように混合するのは以下の理由による。

このような製造方法においては、第１粒子及び第２粒子の混合比や、第１粒子及び第２粒子のそれぞれの粒子径を制御することにより、焼結体及び焼結体を加工して得られるフォーカスリングの耐プラズマ性や平均体積固有抵抗値を制御することができる。

すなわち、第１粒子の量を増やすと、得られるフォーカスリングは、フッ素系ガス及び酸素ガスを原料ガスとして用いるプラズマに対する耐性が高まり、平均体積固有抵抗値が高くなる。

また、フォーカスリングに含まれるβ−ＳｉＣの量が同じ場合、第２粒子の粒子径が小さくなると、得られるフォーカスリングの平均体積固有抵抗値が低くなる。そのため、第２粒子の平均粒子径は、第１粒子の平均粒子径よりも小さいことが好ましい。

さらに、α-ＳｉＣに比較して、フッ素系ガス及び酸素ガスを原料ガスとして用いるプラズマに対する耐性が低いβの粒子径を小さくすることで、エッチングに伴うフォーカスリングの表面粗さの増加を抑制し、パーティクルの発生を抑制する事ができる。

また、第２粒子として、熱プラズマＣＶＤ法で合成されたものを用いることで、焼結助剤を用いなくても緻密な焼結体を得ることができる。そのため、緻密で微細な結晶構造を有し、高純度なフォーカスリングを製造することができる。

また、混合する工程においては、２流粒子衝突型の粉砕混合装置を用い、第１粒子及び第２粒子をそれぞれ加圧することで高速で噴射して互いに衝突させながら混合することが好ましい。

第１粒子及び第２粒子を衝突させる際、大きい粒子は、衝突時の運動エネルギーが大きく、粉砕されやすい。一方、小さい粒子は、衝突時の運動エネルギーが小さく、粉砕されにくい。そのため、粗大粒子や過粉砕の粒子の少ない、粒度分布幅を狭い粉体を得ることができる。したがって、２流粒子衝突型の粉砕混合装置を用いて粉砕混合した混合物を用いると、焼結工程において、粗大粒子を核とする異常粒成長を抑制することができる。

また、本粉砕混合方法では、粒子径の大きいα-ＳｉＣ粒子が選択的に粉砕され、粒子径衝突速度（噴出圧力）により粉砕の程度を容易に調整できるため、α-ＳｉＣのロット間での初期の粒度分布のバラツキの影響を軽減でき、ロット間の粒度分布の差異による、焼結体の組織および抵抗値の変動を抑制することができる。

さらに、本方法は原料粉自体を衝突させるため、ボールミル等の容器およびボールからの不純物の混入を抑制することができる。

また、焼結する工程において、２２００℃以上、２５００℃以下の温度、２０ＭＰａ以上、５０ＭＰａ以下の圧力で加熱加圧し、１４００℃から２０００℃までの加熱昇温速度を、１０℃／分以上、３０℃／分以下とするのは以下の理由による。
２２００℃未満の温度では十分な焼結密度が得られず、２５００℃を超える温度ではＳｉＣの粒成長が生じ好ましくない。
また、焼結圧力を２０ＭＰａ以上、５０ＭＰａ以下とするのは、２０ＭＰａ未満の圧力では十分な密度が得られず、５０ＭＰａを超える圧力ではホットプレスを行う治具の破損変形のおそれがあるためである。
また、１４００℃から２０００℃までにおける昇温速度を１０℃／分以上、３０℃／分以下にて実施するのは、１０℃／分未満の昇温速度においてはＳｉＣの粒成長のみが進行し緻密な焼結体が得られないためであり、３０℃／分より速い昇温速度の場合は、相当な電力が必要であり、フォーカスリング製造装置の内部消耗が著しく早くなり、更には装置内の温度分布ができるため、フォーカスリングの面内抵抗値のばらつきができてしまうためである。
本実施形態のフォーカスリングの製造方法は、以上のようなものである。

以上のような構成のフォーカスリング１０によれば、耐プラズマ性が高いフォーカスリングを提供することができる。
また、以上のような構成のフォーカスリングの製造方法によれば、耐プラズマ性が高いフォーカスリングを容易に製造可能なフォーカスリングの製造方法を提供することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下の実施例においては、フォーカスリングの形成材料である焼結体を用いて試験片を作製し、当該試験片の耐プラズマ性を評価するモデル実験を行い、本発明の効果を確認した。

（実施例１）
平均粒子径が０．８μｍのα−ＳｉＣ粉末、及び平均粒子径が０．０５μｍのβ−ＳｉＣ粉末（熱プラズマＣＶＤ粉末）を、質量比率でα−ＳｉＣ粉末：β−ＳｉＣ粉＝１０：１で予備混合の後、水に分散させて分散液とした。

次いで、得られた分散液を、２流粒子衝突型の粉砕混合装置を用いて粉砕混合した後、スプレードライにより造粒・乾燥し、α−ＳｉＣ粉末及びβ−ＳｉＣ粉末の混合粉末を得た。

次いで、得られた混合粉末を成形した後、温度２４００℃、圧力４０ＭＰａの条件にて、アルゴン雰囲気中で４時間焼結し、φ３７０ｍｍの焼結体を得た。なお、焼結時１４００℃〜２０００℃の昇温速度は１５℃／分とした。

得られた焼結体の外周および両面を研削加工し、密度、抵抗分布測定を行った。また、焼結体から試験片を切り出し、試験片を用いて、焼結体に含まれるα−ＳｉＣ型の結晶粒の体積比（α率）、α−ＳｉＣ型の結晶粒の平均粒子径、焼結体の熱伝導率の計測を行った。

また、酸素＋フッ素塩素系プラズマ中でのエッチング速度の比較を実施した。結果を表１に示す。

また、φ３７０ｍｍの焼結体の中央部および外周部を研削加工し、内径φ２９８ｍｍ、外径φ３４５ｍｍ、肉厚４ｍｍのフォーカスリングを作製した。得られたフォーカスリングを静電チャック装置に設置し、シリコンウエハのエッチング処理を行った。

なお、熱伝導率は、φ１０ｍｍ×１ｍｍ厚のサンプルによるレーザーフラッシュ法にて測定した。

焼結体のα率は、焼結体の一面についてＸＲＤ測定のピーク比より算出した。

平均粒子径は、焼結体を研磨・エッチングした後、焼結体の一面について、ＳＥＭ写真を撮影し、画像処理により得られたＳＥＭ写真から結晶粒ごとに分離した。その後、各結晶粒の長方向及び短方向の算術平均値を粒子径とし、最小で５０個の結晶粒の結晶子径を求め、算術平均により平均結晶子径を求めた。

測定対象物（焼結体またはフォーカスリング）の平均体積固有抵抗値は、４探針法（測定機器：ロレスタＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６１０、（株）三菱化学アナリテック社製）にて測定し、試験片の形状および厚みより体積固有抵抗値を算出した。

（実施例２）
α−ＳｉＣ粉末と及びβ−ＳｉＣ粉末の混合比を、質量比率でα−ＳｉＣ粉末：β−ＳｉＣ粉＝１０：３としたこと以外は実施例１と同様にして、実施例２の焼結体を得た。
得られた焼結体について実施例１に準拠して測定を実施した。試験結果について表１に示す。

（実施例３）
β−ＳｉＣ粉末を用いずα−ＳｉＣ粉末のみ用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例３の焼結体を得た。
得られた焼結体について実施例１に準拠して測定を実施した。試験結果について表１に示す。

（実施例４）
α−ＳｉＣ粉末及びβ−ＳｉＣ粉末の混合比を、質量比率でα−ＳｉＣ粉末：β−ＳｉＣ粉＝１０：２としたこと、および焼結温度を２５００℃としたこと以外は実施例１と同様にして、実施例４の焼結体を得た。
得られた焼結体について実施例１に準拠して測定を実施した。試験結果について表１に示す。

（実施例５）
β−ＳｉＣ粉末として、平均粒子径０．８μｍのシリカ還元法によるβ−ＳｉＣ粉末を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例５の焼結体を得た。
得られた焼結体について実施例１に準拠して測定を実施した。試験結果について表１に示す。

（実施例６）
α−ＳｉＣ粉末及びβ−ＳｉＣ粉末の混合比を、質量比率でα−ＳｉＣ粉末：β−ＳｉＣ粉＝１０：０．５としたこと以外は実施例１と同様にして、実施例６の焼結体を得た。
得られた焼結体について実施例１に準拠して測定を実施した。試験結果について表１に示す。

（実施例７）
α−ＳｉＣ粉末及びβ−ＳｉＣ粉末の混合比を、質量比率でα−ＳｉＣ粉末：β−ＳｉＣ粉＝１０：３としたこと、および焼結温度を２５００℃としたこと以外は実施例１と同様にして、実施例７の焼結体を得た。
得られた焼結体について実施例１に準拠して測定を実施した。試験結果について表１に示す。

（比較例１）
α−ＳｉＣ粉末の代わりに０．８μｍのβ−ＳｉＣ粉末を用いたこと以外は実施例１と同様にして、比較例１の焼結体を得た。
得られた焼結体について実施例１に準拠して測定を実施した。試験結果について表１に示す。

（比較例２）
α−ＳｉＣ粉末及びβ−ＳｉＣ粉末の混合比を、質量比率でα−ＳｉＣ粉末：β−ＳｉＣ粉＝１０：１０としたこと以外は実施例１と同様にして、比較例２の焼結体を得た。
得られた焼結体について実施例１に準拠して測定を実施した。試験結果について表１に示す。

（比較例３）
α−ＳｉＣ粉末として平均粒子径が５μｍのα−ＳｉＣ粉末を用いたこと、並びにα−ＳｉＣ粉末及びβ−ＳｉＣ粉末の混合比を、質量比率でα−ＳｉＣ粉末：β−ＳｉＣ粉＝１０：１としたこと以外は実施例１と同様にして、比較例３の焼結体を得た。
得られた焼結体について実施例１に準拠して測定を実施した。試験結果について表１に示す。

（比較例４）
α−ＳｉＣ粉末を用いずβ−ＳｉＣ粉末のみ用いたこと以外は実施例１と同様にして、比較例４の焼結体を得た。
得られた焼結体について実施例１に準拠して測定を実施した。試験結果について表１に示す。

（参考例１，２）
耐プラズマ性の参照サンプルとして、シリコンインゴッドから試験片を作製し、耐プラズマ性の比較を行った（参考例１）。
また、ＳｉＣ−ＣＶＤインゴッド（ＣＶＤ法でＳｉＣを堆積させて得たインゴッド）から試験片を作製し、耐プラズマ性の比較を行った（参考例２）。

本実施例においては、下記条件により２種のプラズマに試験片を暴露してエッチングし、エッチングレートを測定することで耐プラズマ性を確認した。

（塩素系プラズマ）
高周波電源（出力）：７０Ｗ
高周波電源（周波数）：１３．５６ＭＨｚ
セルフバイアス（Ｖｄｃ）：−３００Ｖ
圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）
エッチングガス流量（塩素）：１０ｓｃｃｍ
キャリアガス流量（Ａｒ）：９０ｓｃｃｍ

（フッ素＋酸素系プラズマ）
高周波電源（出力）：７０Ｗ
高周波電源（周波数）：１３．５６ＭＨｚ
セルフバイアス（Ｖｄｃ）：−３００Ｖ
圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）
エッチングガス流量（ＣＦ_４）：１０ｓｃｃｍ
エッチングガス流量（Ｏ_２）：１０ｓｃｃｍ
キャリアガス流量（Ａｒ）：９０ｓｃｃｍ

実施例、比較例の焼結体の組成および焼結温度について、表１に示す。フッ素＋酸素系プラズマおよび塩素系プラズマによるエッチングの結果を、下記表２に示す。

評価の結果、実施例１〜７の焼結体は、フッ素＋酸素系プラズマによるエッチングレートが３μｍ／時未満であったのに対し、比較例１〜４および参考例２（ＳｉＣ ＣＶＤ）の焼結体のエッチングレートは、３μｍ／時以上であった。そのため、実施例１〜７の焼結体は、比較例１〜４および参考例２の焼結体と比較しフッ素＋酸素系プラズマに対する耐プラズマ性が高いことが分かった。

また、実施例１〜７の試験片は、参考例１（Ｓｉ）の試験片よりも塩素系プラズマによるエッチングレートが小さいことが分かった。

以上より、本発明はフォーカスリングとして耐プラズマ性が高くて有用であることが確かめられた。

１…静電チャック装置、２…静電チャック部、３…温度調節用ベース部、３Ａ…流路、３ｂ…貫通孔、４…接着層、５…ヒータエレメント、６…接着層、７…絶縁板、８…接着剤層、Ｗ…板状試料、１０…フォーカスリング、１１…載置板、１１ａ…載置面、１１ｂ…突起部、１２…支持板、１３…静電吸着用電極、１４…絶縁材層、１５…給電用端子、１５ａ…碍子、１６…貫通孔、１７…給電用端子、２０…温度センサー、２１…設置孔、２２…温度計測部、２３…励起部、２４…蛍光検出器、２５…制御部、２８…ピン挿通孔、２９…碍子

Claims (10)

1. 炭化ケイ素の焼結体からなるフォーカスリングであって、
   前記焼結体は、
   α−ＳｉＣ型の結晶構造を有する複数の第１結晶粒及びβ−ＳｉＣ型の結晶構造を有する複数の第２結晶粒を含み、
   前記第１結晶粒及び前記第２結晶粒の合計に対して、前記第１結晶粒を７０体積％以上含み、
   前記第１結晶粒の体積平均結晶子径は１０μｍ以下である、フォーカスリング。
2. 前記第２結晶粒の体積平均結晶子径は、前記第１結晶粒の体積平均結晶子径よりも小さい、請求項１に記載のフォーカスリング。
3. 前記焼結体の平均体積固有抵抗値は、０．１Ω・ｃｍ以上、１００Ω・ｃｍ以下である、請求項１または２に記載のフォーカスリング。
4. 熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上であり、
   周方向および径方向の熱伝導率が、厚さ方向の熱伝導率よりも大きい、請求項１から３のいずれか１項に記載のフォーカスリング。
5. 前記焼結体の相対密度が９５％以上である、請求項１から４のいずれか１項に記載のフォーカスリング。
6. 前記フォーカスリング全体の質量に対する不純物の質量の比率が、５００ｐｐｍ以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載のフォーカスリング。
7. α−ＳｉＣ型の結晶構造を有し平均粒子径が０．８μｍ以下である第１粒子、及びβ−ＳｉＣ型の結晶構造を有し平均粒子径が０．１μｍ以下である第２粒子を、前記第１粒子及び前記第２粒子の合計に対して前記第１粒子が７０体積％以上となるように混合する工程、並びに
   前記第１粒子及び前記第２粒子の混合粒子を含む混合物をホットプレスにより焼結する工程、を含み、
   前記焼結する工程において、２２００℃以上、２５００℃以下、及び２０ＭＰａ以上、５０ＭＰａ以下に加熱加圧し、並びに１４００℃から２０００℃までにおける加熱昇温速度が、１０℃／分以上、３０℃／分以下である、フォーカスリングの製造方法。
8. 前記混合する工程に先立って、熱プラズマＣＶＤ法により前記第２粒子を合成する工程を含む、請求項７に記載のフォーカスリングの製造方法。
9. 前記混合する工程において、前記第１粒子及び前記第２粒子をそれぞれ高速で噴射して互いに衝突させる、請求項７または８に記載のフォーカスリングの製造方法。
10. 前記混合する工程において、ケイ素および炭素以外の元素である不純物元素を含む化合物をさらに混合し、
    前記混合粒子の全体の質量に対する、前記不純物元素の質量の比率が、５００ｐｐｍ以下である、請求項７から９のいずれか１項に記載のフォーカスリングの製造方法。

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