JP6796531B2 - 基板保持装置の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハなどの基板を保持する基板保持装置の補修方法に関する。

成膜又はエッチング等の処理の対象となる半導体ウエハなどの基板をセラミックスからなる基体の上面上に保持する基板保持装置が知られている。このような基板保持装置においては、使用に伴い、基体の上面に摩耗、亀裂などの損傷、プラズマによる腐食などが生じると、基板の良好な保持ができなくなるおそれがある。損傷、腐食などが軽微な場合、補修して再度使用することが費用などの点から好ましい。

例えば、特許文献１には、チャック本体（基体）の表面部分を研磨して形成した粗面上に誘電材料を溶射し、その後、ブラスト加工により当初の形状を形成することが記載されている。

特表２０１４−５２２５７２号公報

上記特許文献１に記載の技術においては、チャック本体（基体）単体で補修することが想定されている。しかしながら、通常、基板保持装置は、基体と冷却盤とが接合層を介して一体化されたモジュールとして構成されている。

そのため、基体を補修するために一旦冷却盤から分離させると、基体の補修後に冷却盤とを接合させる必要が生じる。しかし、補修前後で接合層が変わるため、モジュールとしての基板保持装置の冷却特性が変化するおそれがあり、補修後に基板保持装置に供給する冷却媒体の流量などを設定し直す必要が生じる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、補修の前後においてモジュールとしての基板保持装置の冷却特性の変化を抑制することが可能な基板保持装置の補修方法を提供することを目的とする。

本発明は、基板が載置される表面及び裏面を有するセラミックスからなる基体と、前記基体の裏面に接合層を介して接合され、冷却媒体流路が内部に形成された冷却盤とを備えた基板保持装置の補修方法であって、前記基体の表面部分を除去する工程と、前記冷却媒体流路に冷却媒体を流しながら、前記表面部分の除去により現れる前記基体の表面にセラミックスを溶射してセラミックス溶射膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、全工程において基体と冷却盤とは分離する必要がなく、これらを接合する接合層を同一のものとすることが可能となる。これにより、上記特許文献１に記載の技術のように基体を冷却盤から補修時に分離する必要がある場合と比較して、基板保持装置の冷却特性の変化が抑制される。

さらに、冷却媒体流路に冷却媒体を供給しながら溶射するので、溶射による熱によって接合層が変質、損傷などを受けるおそれを抑制することが可能である。

本発明において、前記基体に電極が設けられ、前記セラミックス溶射膜は、前記基体の表面部分と比較して、体積抵抗率又は表面抵抗率が０．０１倍以上１００倍以下であることが好ましい。

この場合、補修の前後において、モジュールとしての基板保持装置の冷却特性の変化及び電極に電圧を印加することにより発現する静電吸着力の変化を抑制することが可能となる。

本発明の実施形態の補修前の基板保持装置の実施形態に係る静電チャックの模式断面図。 図１の静電チャックの基体の表面部分を除去した状態を示す模式断面図。 本発明の実施形態の補修後の基板保持装置の実施形態に係る静電チャックの模式断面図。 本発明の実施形態の変形例に係る補修前の基板保持装置の実施形態に係る静電チャックの模式断面図。

本発明の実施形態の補修前の基板保持装置の実施形態に係る静電チャック１００について図１を参照して、説明する。なお、図面は、理解しやすいように模式化されたものであり、実際のアスペクト比とは異なる。

補修前の静電チャック１００は、ウエハ（基板）が表面１１に載置される基体１０と、基体１０の裏面に接合層２０を介して接合されている冷却盤（冷却台座）３０とを備えている。

基体１０は、ウエハを載置して保持する表面（上面）１１と、表面１１の反対側の面である裏面（下面）１２を有している。基体１０は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等からなるセラミックス焼結体からなっている。表面１１には、多数の凸部１４が形成されており、この凸部１４の上端面でウエハを保持する。凸部１４の上端面が、基体１０の表面１１を構成する。

さらに、基体１０には、ウエハをクーロン力により表面１１に向けて吸引する電極１３が埋設されている。なお、基体１０内に抵抗発熱体が埋設されたものであってもよく、この場合、本発明の基板保持装置はヒータとして機能する。また、基体１０内に抵抗発熱体及び電極１３が埋設されたものであってもよく、この場合、本発明の基板保持装置はヒータ機能付きの静電チャックとして機能する。さらに、環状の凸部１４を備え、本発明の基板保持装置が真空チャックとして機能するものであってもよい。

冷却盤３０は、熱伝導率が高い材質からなることが好ましく、少なくとも基体１０より熱伝導率が高い材質からなる。このような材質として、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン等の金属、セラミックスとアルミニウムとの複合材料、セラミックスとシリコンとの複合材料等が挙げられる。冷却盤３０が金属からなる場合、ほぼ単一の材料からなる高純度な金属であっても、合金であってもよい。例えば機械的特性を向上させるために、適宜な元素を添加した合金であってもよい。

基体１０及び冷却盤３０の材質は、熱伝導率の他、プラズマ処理時に使用するガスに対する耐食性等の使用環境に応じて定めればよい。

基体１０と冷却盤３０とは接合層２０を介して固定されている。接合層２０は、例えば、有機系接着剤、無機系接着剤等の接着剤が固化してなるものである。接合層２０の熱伝導率は、基体１０より低いことが好ましい。

接着剤の種別等は、ウエハの使用温度、プラズマ処理時に使用するガスに対する耐食性、基体１０と冷却盤３０との気密性といった必要な性能に応じて選択すればよい。例えば、有機系接着剤であれば、エポキシ系、アクリル系、シリコーン系、ポリイミド系の接着剤を使用することができる。無機系接着剤であれば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、カルシア、窒化アルミニウムのどれか１種以上を含む接着剤を使用することができる。

なお、基体１０と冷却盤３０との接合は、接着剤を使用した方法に限定されず、既知の方法で行ってもよい。例えば、基体１０と冷却盤３０とは、インジウムなどの低融点金属又は低融点合金などを用いて接合してもよい。

なお、図示しないが、基体１０と冷却盤３０との間に断熱板を介在させてもよい。この場合、例えば、基体１０と断熱板との間、及び冷却盤３０と断熱板との間にそれぞれ接合層２０を設ければよい。断熱板の熱伝導率は、接合層２０と同様に、基体１０の熱伝導率より低いことが好ましい。

冷却盤３０は、内部に形成された溝３１と、溝３１内に配置された冷却管３２とを備えている。冷却管３２は、図示しない冷却媒体供給手段から水、フッ素系の冷却冷媒等の冷却媒体が供給され、その内部を冷却媒体が流れる。冷却管３２は本発明の冷却媒体流路に相当する。

溝３１の断面形状は、特に限定されないが、例えば、正方形、矩形、円形、楕円形である。溝３１の経路は、特に限定されないが、従来の冷却媒体が供給される溝と同様の経路であってもよい。

冷却管３２は、その材料は特に限定されないが、例えば、金属、樹脂製の管を使用することができる。ただ、冷却管３２は、熱伝導率の低いものからなることが好ましく、例えばＳＵＳ管を好適に使用することができる。冷却管３２の断面形状は、特に限定されないが、例えば、正方形、矩形、円形、楕円形である。冷却管３２の断面積は、従来の冷却媒体が供給される溝の断面積と同様であってもよい。

なお、冷却管３２を備えず、溝３１内を直接冷却媒体が流れるものであってもよく、この場合、溝３１が本発明の冷却媒体流路に相当する。

次に、本発明の基板保持装置の補修方法の実施形態について、上述した静電チャック１００を補修する場合について図１から図３を参照して、説明する。

まず、図２に示すように、基体１０の表面部分を除去する工程を行う。この工程では、基体１０の表面部分、例えば表面１１から数百μｍまでの部分を研磨機などを用いて粗研磨で除去する。その後、研磨面が滑らかな面となるように、ラッピングなどによって仕上げ研磨する。

次に、図３に示すように、表面部分の除去により現れた基体１０の表面１１にセラミックスを溶射してセラミックス溶射膜４０を形成する工程を行う。

この工程では、具体的には、まず、基体１０の表面部分を除去した静電チャック１００を図示しない溶射装置の支持台に固定し、冷却管３２を図示しない冷却媒体供給手段に接続する。そして、冷却媒体供給手段から冷却管３２に冷却媒体を供給しながら、セラミックス材料を溶射装置によって基体１０の表面に溶射する。これにより、基体１０の表面上には、セラミックス溶射膜４０が形成される。

セラミックス溶射膜４０を構成する溶射材料は、基体１０と同じ材料、又は同じ材料に少量の添加物を加えてなる材料からなる。そして、セラミックス溶射膜４０は、基体１０と比較して、体積抵抗率又は表面抵抗率が０．０１倍以上１００倍以下であることが好ましい。

基体１０と比較してセラミックス溶射膜４０の体積抵抗率又は表面抵抗率が０．０１倍よりも小さいと、ウエハ（基板）と静電チャックとの間の接触抵抗が小さくなりすぎるためウエハを吸着するのに必要な静電吸着力が発現しなくなる。基体１０と比較してセラミックス溶射膜４０の体積抵抗率又は表面抵抗率が１００倍よりも大きくなると、補修前の静電チャック１００と比較してウエハを静電吸着するのに必要な電圧が高くなりすぎる、又は補修前の静電チャック１００と同じ条件で使用した場合に必要な静電吸着力が得られなくなる。

セラミックス溶射膜４０の厚さは、表面部分を除去した基体１０の厚さとセラミックス溶射膜４０の厚さとの合計が、当初の基体１０の厚さを超えるように定めればよい。

次に、セラミックス溶射膜４０の表面部分を除去する工程を行う。この工程では、表面部分を除去した基体１０の厚さとセラミックス溶射膜４０の厚さとの合計が、当初の基体１０の厚さと同じとなるように、セラミックス溶射膜４０の表面部分を除去する。

最後に、セラミックス溶射膜４０の表面部分に、図示しないが、基体１０の表面１１に形成されていた前記凸部などを形成する工程を行う。この工程では、セラミックス溶射膜４０の表面上にマスクを載置してブラスト加工などを行う。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、補修の全工程において基体１０と冷却盤３０とを分離する必要がなく、これらを接合する接合層２０もそのまま維持することが可能となる。これにより、上記特許文献１に記載の技術のように基体を冷却盤から補修時に分離する必要がある場合と比較して、静電チャック１００の冷却特性の変化が抑制される。よって、補修後に冷却管３２に供給する冷却媒体の流量などを設定し直す程度が小さくなる。

また、冷却管３２に冷却媒体を供給しながら溶射しているので、溶射による熱によって接合層２０が変質、損傷などを受けるおそれを抑制する。さらに、溶射時に基体１０が冷却され過度に高温化しないので、緻密なセラミックス溶射膜４０を形成することが可能となる。

なお、図４に変形例を示すように、静電チャック１００の基体１０が、セラミックス焼結体からなる本体部１０Ａと、この本体部１０Ａの上面に形成され、セラミックスからなる絶縁層１０Ｂとかなるものであってもよい。このものでは、例えば、本体部１０Ａの表面上にセラミックスを溶射することにより、絶縁層１０Ｂが形成されている。

このような場合、前述した基体１０の表面部分を除去する工程において、絶縁層１０Ｂのみを除去するものであっても、絶縁層１０Ｂ及び本体部１０Ａを除去するものであってもよい。

（実施例１）
基体１０として、アルミナ焼結体からなり、直径２００ｍｍ、厚さ７ｍｍの円板状の本体部１０Ａの表面上に、厚さ１ｍｍの絶縁層１０Ｂが形成されているものを用意した。絶縁層１０Ｂは、アルミナ溶射体からなり、体積抵抗率が１×１０^１１[Ω・ｃｍ］、表面抵抗率が５×１０^１０[Ω／□］であった。

冷却盤３０として、銅からなり、直径２００ｍｍ、厚さ２５ｍｍの円板状のものを用意した。

基体１０と冷却盤３０とは、インジウム（融点１５７℃）を用いて接合されており、接合層２０の厚さの２００μｍであった。

このように構成された静電チャック１００の基体１０の表面部分を０．５ｍｍだけ研削機で除去した。

次に、この静電チャック１００を図示しない溶射装置の支持台に固定し、冷却管３２を図示しない冷却媒体供給手段に接続した。そして、図示しない冷却媒体供給手段から冷却管３２に流量３［ｌ／ｍ］で水を供給しながら、酸化チタンを２．５重量％添加したアルミナ顆粒を溶射原料として溶射装置によって基体１０の表面に溶射した。

溶射は、大気圧下で、流量４１［ｌ／ｍ］のアルゴン及び流量４５［ｌ／ｍ］の酸素からなる混合基体を溶射部分に供給しながら、溶射ガンと基体１０との距離を８０［ｍｍ］、溶射出力を６０［ｋＷ］、スキャン速度を６５０［ｍｍ／秒］、原料供給量を３０［ｇ／分］として溶射を行った。セラミックス溶射膜４０の厚さは８００［μｍ］となった。

次に、セラミックス溶射膜４０の表面部分を３００［μｍ］研削した。セラミックス溶射膜４０は、体積抵抗率が４×１０^１１[Ω・ｃｍ］、表面抵抗率が１×１０^１０[Ω／□］であった。

なお、表面抵抗率及び体積抵抗率は、株式会社三菱化学アナリテック社製のハイレスターを使用して測定した。セラミックス溶射膜４０の体積抵抗率は、セラミックス溶射膜４０の下面側に電極が存在しないため、内蔵する電極とその電極上の基体１０の本体部１０Ａの体積抵抗を溶射前に予め測定しておき、溶射後に本体部１０Ａとセラミックス溶射膜４０との合成された体積抵抗率から差し引くことによりセラミックス溶射膜４０の体積抵抗率を推測した。

（実施例２〜５）
実施例２〜５は、セラミックス溶射膜４０の体積抵抗率及び表面抵抗率を変更した点を除いて実施例１と同様の条件で補修を行った。なお、実施例２〜５の体積抵抗率を変えるために、溶射原料中の酸化チタンの添加量を変更した。

（比較例１）
比較例１は、基体１０と冷却盤３０とを一旦分離した後に、基体１０の補修を行い、セラミックス溶射膜４０が形成された基体１０を冷却盤３０と接合することにより作製した。なお、比較例１のセラミックス溶射膜４０を構成する材料及び作製条件は、冷却管３２に冷却媒体を供給しながら溶射を行わなかった点を除いて実施例１と同じである。

(評価方法)
実施例１〜５及び比較例１について、前述したセラミックス溶射膜４０の表面抵抗率及び体積抵抗率に加えて、静電吸着力、リーク電流、ウエハ温度の評価を実施した。

静電吸着力の評価は、ウエハを吸着した状態で図示しないセラミックス溶射膜４０の上面に開口するガス供給孔よりウエハが載置されるセラミックス溶射膜４０とウエハとの間にＨｅガスを封入し、セラミックス溶射膜４０とウエハとの間の空間から外側に漏れ出すＨｅガスのリーク量が２ｓｃｃｍ以上になるときのＨｅガスの圧力を測定した。ガス圧力の測定は、ガス供給孔に繋がるガス供給経路上に設けた圧力計を用いて行った。

リーク電流は、静電チャック１００に載置されるウエハを基体１０に埋設された電極との間に５００Ｖの電位差を与えて静電吸着したときのウエハに流れ込む直流電流を、微小電流計(アドバンテスト社製Ｒ８３４０Ａ)を用いて測定した。

ウエハ温度は静電チャック１００をプラズマプロセス装置に搭載し、補修前と同一条件でプラズマエッチングを行ったときのウエハ温度を測定した。

実施例１〜３の補修方法によると、補修前と同一条件でプラズマエッチングを行った場合に、補修前とウエハ温度及び静電吸着力をほぼ同じに維持できることが確認された。

一方、実施例４，５の補修方法によると、補修前と同一条件でプラズマエッチングを行った場合に、補修前とウエハ温度がほぼ同じに維持できないことが確認された。さらに、比較例１の補修方法によると、補修前と同一条件でプラズマエッチングを行った場合に、補修前とウエハ温度が大きく変化することが確認された。

また、実施例４，５の補修方法によると、補修前と同一条件でプラズマエッチングを行った場合に、補修前と静電吸着力もばぼ同じに維持できないことが確認された。

１０…基体、 １０Ａ…本体部、 １０Ｂ…絶縁層、 １１…表面、 １２…裏面、 １３…電極、 １４…凸部、 ２０…接合層、 ３０…冷却盤、 ３１…溝、 ３２…冷却管（冷却媒体流路）、 ４０…セラミックス溶射膜、 １００…静電チャック（基板保持装置）。

Claims (2)

1. 基板が載置される表面及び裏面を有するセラミックスからなる基体と、前記基体の裏面に接合層を介して接合され、冷却媒体流路が内部に形成された冷却盤とを備えた基板保持装置の補修方法であって、
   前記基体の表面部分を除去する工程と、
   前記冷却媒体流路に冷却媒体を流しながら、前記表面部分の除去により現れる前記基体の表面にセラミックスを溶射してセラミックス溶射膜を形成する工程とを備えることを特徴とする方法。
2. 前記基体に電極が設けられ、
   前記セラミックス溶射膜は、前記基体の表面部分と比較して、体積抵抗率又は表面抵抗率が０．０１倍以上１００倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の方法。