KR20180108637A - 세라믹스 재료, 정전 척 장치 - Google Patents

세라믹스 재료, 정전 척 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180108637A
KR20180108637A KR1020187022183A KR20187022183A KR20180108637A KR 20180108637 A KR20180108637 A KR 20180108637A KR 1020187022183 A KR1020187022183 A KR 1020187022183A KR 20187022183 A KR20187022183 A KR 20187022183A KR 20180108637 A KR20180108637 A KR 20180108637A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sic
sintered body
crystal grains
particles
crystal
Prior art date
Application number
KR1020187022183A
Other languages
English (en)
Inventor
요시키 요시오카
노부히로 히다카
히로노리 구기모토
Original Assignee
스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤 filed Critical 스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
Publication of KR20180108637A publication Critical patent/KR20180108637A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/117—Composites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B25J11/0095—Manipulators transporting wafers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0085—Gripping heads and other end effectors with means for applying an electrostatic force on the object to be gripped
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/06—Gripping heads and other end effectors with vacuum or magnetic holding means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0054—Cooling means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0009—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases
    • B25J9/0012—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases making use of synthetic construction materials, e.g. plastics, composites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261—Milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625—Wet mixtures
    • C04B35/6264—Mixing media, e.g. organic solvents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62655—Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32477—Vessel characterised by the means for protecting vessels or internal parts, e.g. coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/3255—Material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32697—Electrostatic control
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H01L21/6833—Details of electrostatic chucks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68757—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a coating or a hardness or a material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N13/00—Clutches or holding devices using electrostatic attraction, e.g. using Johnson-Rahbek effect
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3826—Silicon carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3826—Silicon carbides
    • C04B2235/3834—Beta silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/606—Drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661—Multi-step sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/781—Nanograined materials, i.e. having grain sizes below 100 nm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • C04B2235/85—Intergranular or grain boundary phases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • C04B2235/87—Grain boundary phases intentionally being absent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/004—Charge control of objects or beams
    • H01J2237/0041—Neutralising arrangements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

고출력의 플라즈마에 노출되어도 파손되기 어려운 정전 척용 복합 소결체를 제공한다. 또, 이와 같은 정전 척용 복합 소결체를 이용한 정전 척 장치, 및 정전 척용 복합 소결체의 제조 방법을 제공한다. 절연성 세라믹스와 탄화 규소의 복합 소결체이며, 탄화 규소의 결정립은, 절연성 세라믹스의 결정립이 소결되어 이루어지는 주상의 결정립계 및 결정립 내부에 분산되어 있고, 탄화 규소의 결정립의 전체에 대하여, β-SiC형의 결정 구조를 갖는 결정립을 60체적%보다 많이 포함하며, 복합 소결체는, 결정립계에 존재하는 기공을 포함하고, 복합 소결체가 기공을 포함하지 않는다고 했을 때의 가상 진밀도에 대한, 복합 소결체의 겉보기 밀도의 비율은 97% 이상인 정전 척용 복합 소결체.

Description

세라믹스 재료, 정전 척 장치
본 발명은, 세라믹스 재료, 정전 척 장치에 관한 것이다.
본원은, 2016년 1월 27일에, 일본에 출원된 특허출원 2016-013843호, 및 2016년 3월 29일에, 일본에 출원된 특허출원 2016-065345호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근, 플라즈마 공정을 실시하는 반도체 제조 장치에서는, 시료대에 간단히 판 형상 시료(웨이퍼)를 장착하여, 고정할 수 있음과 함께, 그 웨이퍼를 원하는 온도로 유지할 수 있는 정전 척 장치가 이용되고 있다. 정전 척 장치는, 일 주면(主面)이 웨이퍼를 재치하는 재치면인 기체(基體)와, 재치면에 재치한 웨이퍼의 사이에 정전기력(쿨롱력)을 발생시키는 정전 흡착용 전극을 구비하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1).
이와 같은 정전 척 장치에 있어서는, 최근, 종래보다 높은 흡착력으로 판 형상 시료를 고정하여 사용하고자 하는 요구가 높아지고 있다. 이에 대하여, 높은 전압을 인가하여 흡착력을 높이면, 사용 중에 정전 척 장치 내의 절연 불량이 발생하며, 예를 들면 방전됨으로써 파손되는 문제가 발생하고 있었다.
이와 같은 문제에 대하여, 최근에는, 정전 척 장치에 이용되는 세라믹스 재료의 고내전압화가 도모되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 2에 있어서는, 절연 파괴 강도가 100kV/mm를 초과하는 재료가 제안되고 있다.
일본 특허공보 제4744855호 일본 공개특허공보 2012-216816호
정전 척 장치가 갖는 기체의 형성 재료로서, 세라믹스 복합 소결체인 Al2O3-SiC가 알려져 있다. 그러나, 종래의 Al2O3-SiC를 이용한 정전 척 장치는, 반도체 기술의 미세화나 3D화가 진행되어, 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 장치에서 사용하는 정전 척 장치의 사용 조건이 엄격해짐에 따라, 정전 척 장치는, 보다 내구성을 높일 것이 요구되고 있다. 이로 인하여, 정전 척 장치에 이용되는 세라믹스 재료에 대하여, 고내전압화가 요구되고 있었다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 정전 척 장치에 적합하게 이용되며, 내구성이 우수한 세라믹스 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 이와 같은 세라믹스 재료를 이용한 정전 척 장치를 제공하는 것을 아울러 목적으로 한다.
SiC에는, 결정 구조가 다수 있는 것이 알려져 있고, 입방정계로 3C형(섬아연광형)의 결정 구조를 갖는 것, 4H형, 6H형 등의 육방정계로 우르차이트(wurtzite)형의 결정 구조를 갖는 것, 능면체정계로 15R형의 결정 구조를 갖는 것을 들 수 있다. 이 중, 3C형의 결정 구조를 갖는 것을 "β-SiC"라고 칭한다.
정전 척 장치를 사용했을 때에 파손된 기체에 대하여, 발명자가 검토한바, 기체를 구성하는 Al2O3-SiC에 포함되는 α-SiC 결정립을 기점으로 하여 파손되어 있는 것이 많은 것을 알 수 있었다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 그 1 실시형태의 세라믹스 재료는, 절연성 세라믹스와 탄화 규소의 복합 소결체(세라믹스 재료)이며, 상기 탄화 규소의 결정립은, 상기 절연성 세라믹스의 결정립이 소결되어 이루어지는 주상(主相)의 결정립계 및 결정립 내부에 분산되어 있고, 상기 탄화 규소의 결정립의 전체에 대하여, β-SiC형의 결정 구조를 갖는 결정립을 60체적%보다 많이 포함하며, 상기 복합 소결체는, 결정립계에 존재하는 기공(氣孔)을 포함하고, 상기 복합 소결체가 상기 기공을 포함하지 않는다고 했을 때의 가상 진밀도에 대한, 상기 복합 소결체의 겉보기 밀도의 비율은 97% 이상인 정전 척용 복합 소결체(세라믹스 재료)를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 있어서는, 상기 탄화 규소의 결정립의 X선 회절 결과로부터 구한 결정자경은, 50nm 이상인 구성으로 해도 된다.
본 발명의 일 양태에 있어서는, 상기 β-SiC형의 결정 구조를 갖는 결정립끼리가 소결된 부분을 포함하는 구성으로 해도 된다.
본 발명의 일 양태에 있어서는, 상기 절연성 세라믹스가 산화 알루미늄인 구성으로 해도 된다.
본 발명의 일 양태는, 산화 알루미늄과 탄화 규소의 복합 소결체이며, 상기 탄화 규소의 결정립은, 상기 산화 알루미늄의 결정립이 소결되어 이루어지는 주상의 결정립계 및 결정립 내부에 분산되어 있고, 상기 복합 소결체의 표면에 CuKα선을 조사하여 얻은 X선 회절 패턴에 있어서, 2θ=33.7도 부근에 보이는 피크 (I1)과, 2θ=35.8도 부근에 보이는 피크 (I3)의 비율(I1/I3)이 0.05 이하이며, 상기 X선 회절 패턴에 있어서, 2θ=34.1도 부근에 보이는 피크 (I2)와, 2θ=35.8도 부근에 보이는 피크 (I3)의 비율(I2/I3)이 0.01 이하인 정전 척용 복합 소결체를 제공한다.
본 발명의 일 양태는, 상기의 정전 척용 복합 소결체를 형성 재료로 하며, 일 주면이 판 형상 시료를 재치하는 재치면인 기체와, 상기 기체에 있어서 상기 재치면과는 반대 측, 또는 상기 기체의 내부에 마련된 정전 흡착용 전극을 구비하는 정전 척 장치를 제공한다.
또, 발명자는, 상기 특허문헌 2와는 다른 사고방식에 의하여, 정전 척 장치에 이용되는 재료의 고내전압화를 도모하는 검토를 행했다.
발명자는, 절연 불량이나 방전이 발생하는 원인이, 정전 척 장치의 사용 환경에 있어서 이용되는 플라즈마에 있다고 생각했다. 즉, 정전 척 장치가 플라즈마에 노출됨으로써, 정전 척 장치에 이용되는 세라믹스 재료에는 전하가 축적되어, 세라믹스 재료의 전위가 높아진다. 이로써, 세라믹스 재료의 절연이 파괴됨으로써, 절연 불량이나 방전이 발생한다고 생각했다.
따라서 발명자는, 정전 척 장치에 이용되는 세라믹스 재료로서, 정전 척 장치로서 사용 가능한 적합한 절연성을 갖고, 또한 플라즈마에 의하여 축적되는 전하를 서서히 방출할 수 있는 재료를 이용함으로써, 정전 척 장치의 내구성을 높일 수 있다고 생각했다.
즉, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 그 2 실시형태의 세라믹스 재료는,
하기 (i) 및 (ii)를 충족시키는 세라믹스 재료를 제공한다.
(i) JIS C2110-2에서 규정하는 단시간 시험에 준하여, 두께 0.3mm의 상기 세라믹스 재료의 시험편을 동일 직경인 직경 20mm의 전극으로 협지하고, 전압 상승 속도 1000V/초로 측정했을 때, 상기 시험편에 흐르는 전륫값이 1㎂를 초과했을 때의 전압값이 10kV/mm 이상
(ii) 상기 (i)과 동일 조건으로 행하는 시험에 있어서, 상기 시험편에 흐르는 전륫값을 0.1초마다 측정했을 때, 전륫값이 0.1초당 10㎂를 초과하여 증가한 시간에 대하여, 상기 시간의 0.1초 전의 전압값에 대응하는 전륫값이 5㎂ 이상
본 발명의 일 양태에 있어서는, 소결체인 구성으로 해도 된다.
본 발명의 일 양태에 있어서는, 절연성 세라믹스와 탄화 규소의 복합 소결체인 구성으로 해도 된다.
본 발명의 일 양태에 있어서는, 상기 절연성 세라믹스가 산화 알루미늄인 구성으로 해도 된다.
본 발명의 일 양태에 있어서는, 알루미늄 및 규소 이외의 금속 불순물 함유량이, 1000ppm 이하인 구성으로 해도 된다.
또, 본 발명의 일 양태는, 상기의 세라믹스 재료를 형성 재료로 하며, 일 주면이 판 형상 시료를 재치하는 재치면인 기체와, 상기 기체에 있어서 상기 재치면과는 반대 측, 또는 상기 기체의 내부에 마련된 정전 흡착용 전극을 구비하는 정전 척 장치를 제공한다.
본 발명의 그 1 실시형태에 의하면, 고출력의 플라즈마에 노출되어도 파손되기 어려운 정전 척용 복합 소결체를 제공할 수 있다. 또, 이와 같은 정전 척용 복합 소결체를 이용한 정전 척 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 그 2 실시형태에 의하면, 정전 척 장치에 적합하게 이용되며, 내구성이 우수한 세라믹스 재료를 제공할 수 있다. 또, 이와 같은 세라믹스 재료를 이용한 정전 척 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도.
도 2는 실시예 1의 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 3은 실시예 2의 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 4는 비교예 1의 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 5는 비교예 2의 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 6은 실시예 1의 복합 소결체의 SIM상(像)이다.
본 발명의 그 1 실시형태의 세라믹스 재료는, 절연성 세라믹스와 탄화 규소의 복합 소결체이며, 상기 탄화 규소의 결정립은, 상기 절연성 세라믹스의 결정립이 소결되어 이루어지는 주상의 결정립계와 결정립 내부 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두에 분산되어 있고, 상기 탄화 규소의 결정립의 전체에 대하여, β-SiC형의 결정 구조를 갖는 결정립을 60체적%보다 많이 포함하며, 상기 복합 소결체는, 결정립계에 존재하는 기공을 포함하고, 상기 복합 소결체가 상기 기공을 포함하지 않는다고 했을 때의 가상 진밀도에 대한, 상기 복합 소결체의 겉보기 밀도의 비율은 97% 이상이다.
본 발명의 그 2 실시형태의 세라믹스 재료는, 하기 (i) 및 (ii)를 충족시킨다.
(i) JIS C2110-2에서 규정하는 단시간 시험에 준하여, 두께 0.3mm의 상기 세라믹스 재료의 시험편을 동일 직경인 직경 20mm의 전극으로 협지하고, 전압 상승 속도 1000V/초로 측정했을 때, 상기 시험편에 흐르는 전륫값이 1㎂를 초과했을 때의 전압값이 10kV/mm 이상
(ii) 상기 (i)과 동일 조건으로 행하는 시험에 있어서, 상기 시험편에 흐르는 전륫값을 0.1초마다 측정했을 때, 전륫값이 0.1초당 10㎂를 초과하여 증가한 시간에 대하여, 상기 시간의 0.1초 전의 전압값에 대응하는 전륫값이 5㎂ 이상
또한, 본 실시형태에 있어서 "JIS C2110-2에서 규정하는 단시간 시험에 준하여"란, 상기 규격에 있어서 규정되어 있는 직경 25mm의 전극 대신에 동일 직경인 직경 20mm의 전극을 이용하는 것으로 하고, 그 이외의 조건은 상기 규격의 조건에 따르는 것을 의미한다.
이와 같은 세라믹스 재료는, 주로 정전 척 장치의 형성 재료로서 적합하게 이용된다. 이로 인하여, 이하의 설명에 있어서는, 먼저 본 발명의 그 1 및 그 2 실시형태의 세라믹스 재료를 적용하는 본 발명의 일 실시형태의 정전 척 장치에 대하여 각 구성을 설명한 후, 각각의 실시형태의 세라믹스 재료에 대하여 설명한다.
또한, 본 명세서에 있어서는, 각 용어에 대하여 다음의 의미를 나타내는 것으로 한다.
"임계 전류"란, 세라믹스 재료의 시험편에 흐르는 전륫값을 0.1초마다 측정했을 때, 전륫값이 0.1초당 10㎂를 초과하여 증가한 시간에 대하여, 상기 시간의 0.1초 전의 전압값에 대응하는 전류를 가리킨다.
예를 들면, 시간 t1, t2, t3…(각 사이는 0.1초)으로 시험편에 흐르는 전륫값을 측정했을 때, t1→t2에서는 전륫값의 증가분이 10㎂를 초과하지 않고, t2→t3으로 전륫값의 증가분이 10㎂를 초과하는 경우는, 다음과 같이 된다. 즉, "전륫값이 0.1초당 10㎂를 초과하여 증가한 시간"은 t3이며, "임계 전류"는, t3의 0.1초 전의 전압값에 대응하는 전륫값, 즉 t2에 있어서의 전류이다. 임계 전륫값이란, t2에 있어서의 전륫값이다.
"내전압"이란, 세라믹스 재료의 시험편에 흐르는 전륫값이 1㎂를 초과했을 때의 전압값을 가리킨다.
상기 용어를 이용하면, 본 실시형태의 세라믹스 재료에 대하여 규정한 상기 (i) (ii)는, 다음과 같이 나타낼 수도 있다.
(i) JIS C2110-2에서 규정하는 단시간 시험에 준하여, 두께 0.3mm의 세라믹스 재료의 시험편을 동일 직경인 직경 20mm의 전극으로 협지하고, 전압 상승 속도 1000V/초로 측정했을 때, 세라믹스 재료의 시험편의 내전압이 10kV/mm 이상
(ii) 상기 (i)과 동일 조건으로 행하는 시험에 있어서, 세라믹스 재료의 시험편의 임계 전륫값이 5㎂ 이상
"절연 파괴"란, 세라믹스 재료의 불가역인 절연성의 열화를 가리킨다. 이 점에 있어서, 시험 중, 세라믹스 재료의 시험편이 대전함으로써 절연성이 저하되었다고 해도, 시험편이 전하를 방출함으로써 시험편의 절연성이 시험 전의 상태에까지 회복되는 경우에는, "불가역인 절연성의 열화"를 나타낸 것이 되지는 않기 때문에, 절연 파괴는 되어 있지 않다고 판단한다. 또, 동일하게 시험편이 전하를 방출함으로써 시험편의 절연성이 회복된다고 해도, 시험 전의 상태로까지는 회복되지 않는 경우에는, 시험 전의 상태와 전하 방전 후의 상태의 절연성의 차분만큼 절연 파괴가 발생하고 있다고 판단한다.
"절연 불량"이란, 본 실시형태의 세라믹스 재료를 형성 재료로서 이용한 정전 척 장치에 대하여, 세라믹스 재료를 형성 재료로 하는 부재의 절연 파괴가 진행된 결과, 정전 척 장치로서 사용할 수 없게 된 상태를 가리킨다.
"세라믹스 재료의 방전"이란, 세라믹스 재료로부터 공간에 발생하는 방전을 가리킨다. 세라믹스 재료 내에서의 절연 파괴에 따라, 세라믹스 재료 내의 결정립끼리에서 발생한다고 생각되는 방전에 대해서는 세라믹스 재료의 방전에는 포함시키지 않는다.
［정전 척 장치］
이하, 도 1을 참조하면서, 본 실시형태에 관한 정전 척 장치에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 모든 도면에 있어서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위하여, 각 구성 요소의 치수나 비율 등은 적절히 다르게 하고 있다.
도 1은, 본 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다. 본 실시형태의 정전 척 장치(1)는, 일 주면(상면) 측을 재치면으로 한 평면에서 보았을 때 원판 형상인 정전 척부(2)와, 이 정전 척부(2)의 하방에 마련되어 정전 척부(2)를 원하는 온도로 조정하는 두께가 있는 평면에서 보았을 때 원판 형상인 온도 조절용 베이스부(3)를 구비하고 있다. 또, 정전 척부(2)와 온도 조절용 베이스부(3)는, 정전 척부(2)와 온도 조절용 베이스부(3)의 사이에 마련된 접착제층(8)을 개재하여 접착되어 있다.
이하, 순서대로 설명한다.
(정전 척부)
정전 척부(2)는, 상면을 반도체 웨이퍼 등의 판 형상 시료(W)를 재치하는 재치면(11a)으로 한 재치판(11)과, 이 재치판(11)과 일체화되어 그 재치판(11)의 바닥부 측을 지지하는 지지판(12)과, 이들 재치판(11)과 지지판(12)의 사이에 마련된 정전 흡착용 전극(13) 및 정전 흡착용 전극(13)의 주위를 절연하는 절연재층(14)을 갖고 있다. 재치판(11) 및 지지판(12)은, 본 발명에 있어서의 "기체"에 해당한다.
재치판(11) 및 지지판(12)은, 중첩한 면의 형상을 동일하게 하는 원판 형상의 부재이다. 재치판(11) 및 지지판(12)은, 기계적인 강도를 갖고, 또한 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성을 갖는 세라믹스 소결체로 이루어진다. 재치판(11) 및 지지판(12)에 대하여, 자세하게는 후술한다.
재치판(11)의 재치면(11a)에는, 직경이 판 형상 시료의 두께보다 작은 돌기부(11b)가 복수 소정의 간격으로 형성되며, 이들 돌기부(11b)가 판 형상 시료(W)를 지지한다.
재치판(11), 지지판(12), 정전 흡착용 전극(13) 및 절연재층(14)을 포함하는 전체의 두께, 즉, 정전 척부(2)의 두께는, 일례로서 0.7mm 이상 또한 5.0mm 이하이다.
예를 들면, 정전 척부(2)의 두께가 0.7mm를 하회하면, 정전 척부(2)의 기계적 강도를 확보하는 것이 어려워진다. 정전 척부(2)의 두께가 5.0mm를 상회하면, 정전 척부(2)의 열용량이 커져, 재치되는 판 형상 시료(W)의 열응답성이 열화되며, 정전 척부의 가로 방향의 열전달의 증가에 의하여, 판 형상 시료(W)의 면내 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지하는 것이 어려워진다. 또한, 여기에서 설명한 각부의 두께는 일례이며, 상기 범위에 한정되는 것은 아니다.
정전 흡착용 전극(13)은, 전하를 발생시켜 정전 흡착력으로 판 형상 시료(W)를 고정하기 위한 정전 척용 전극으로서 이용되는 것으로, 그 용도에 따라, 그 형상이나, 크기가 적절히 조정된다.
정전 흡착용 전극(13)은, 산화 알루미늄-탄화 탄탈럼(Al2O3-Ta4C5) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-텅스텐(Al2O3-W) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-텅스텐(AlN-W) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-탄탈럼(AlN-Ta) 도전성 복합 소결체, 산화 이트륨-몰리브데넘(Y2O3-Mo) 도전성 복합 소결체 등의 도전성 세라믹스, 혹은 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 몰리브데넘(Mo) 등의 고융점 금속에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
정전 흡착용 전극(13)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 0.1㎛ 이상 또한 100㎛ 이하의 두께를 선택할 수 있으며, 5㎛ 이상 또한 20㎛ 이하의 두께가 보다 바람직하다.
정전 흡착용 전극(13)의 두께가 0.1㎛를 하회하면, 충분한 도전성을 확보하는 것이 어려워진다. 정전 흡착용 전극(13)의 두께가 100㎛를 초과하면, 정전 흡착용 전극(13)과 재치판(11) 및 지지판(12)의 사이의 열팽창율 차에 기인하여, 정전 흡착용 전극(13)과 재치판(11) 및 지지판(12)의 접합 계면에 크랙이 들어가기 쉬워진다.
이와 같은 두께의 정전 흡착용 전극(13)은, 스퍼터법이나 증착법 등의 성막법, 혹은 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의하여 용이하게 형성할 수 있다.
절연재층(14)은, 정전 흡착용 전극(13)을 위요(圍繞)하여 부식성 가스 및 그 플라즈마로부터 정전 흡착용 전극(13)을 보호함과 함께, 재치판(11)과 지지판(12)의 경계부, 즉 정전 흡착용 전극(13) 이외의 외주부 영역을 접합 일체화하는 것이며, 재치판(11) 및 지지판(12)을 구성하는 재료와 동일 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료에 의하여 구성되어 있다.
(온도 조정용 베이스부)
온도 조절용 베이스부(3)는, 정전 척부(2)를 원하는 온도로 조정하기 위한 것으로, 두께가 있는 원판 형상의 것이다. 이 온도 조절용 베이스부(3)로서는, 예를 들면 그 내부에 냉매를 순환시키는 유로(3A)가 형성된 액랭 베이스 등이 적합하다.
이 온도 조절용 베이스부(3)를 구성하는 재료로서는, 열전도성, 도전성, 가공성이 우수한 금속, 또는 이들 금속을 포함하는 복합재이면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 구리 합금, 스테인리스강(SUS) 등이 적합하게 이용된다. 이 온도 조절용 베이스부(3)의 적어도 플라즈마에 노출되는 면은, 알루마이트 처리가 실시되어 있거나, 혹은 산화 알루미늄(Al2O3, 알루미나) 등의 절연막이 성막되어 있는 것이 바람직하다. 이하, 본 명세서에 있어서는, 산화 알루미늄을 "Al2O3"로서 나타낸다.
온도 조절용 베이스부(3)의 상면 측에는, 접착층(6)을 개재하여 절연판(7)이 접착되어 있다. 접착층(6)은 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 내열성, 및 절연성을 갖는 시트 형상 또는 필름 형상의 접착성 수지로 이루어진다. 접착층은 예를 들면 두께 5~100㎛ 정도로 형성된다. 절연판(7)은 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등의 내열성을 갖는 수지의 박판, 시트 혹은 필름으로 이루어진다.
또한, 절연판(7)은, 수지 시트 대신에 절연성의 세라믹판이어도 되고, 또 Al2O3 등의 절연성을 갖는 용사막(溶射膜)이어도 된다.
(포커스 링)
포커스 링(10)은, 온도 조절용 베이스부(3)의 주연부에 재치되는 평면에서 보았을 때 원환 형상의 부재이다. 포커스 링(10)은, 예를 들면 재치면에 재치되는 웨이퍼와 동등한 전기 전도성을 갖는 재료를 형성 재료로 하고 있다. 이와 같은 포커스 링(10)을 배치함으로써, 웨이퍼의 주연부에 있어서는, 플라즈마에 대한 전기적인 환경을 웨이퍼와 대략 일치시킬 수 있으며, 웨이퍼의 중앙부와 주연부에서 플라즈마 처리의 차나 편향을 발생하기 어렵게 할 수 있다.
(그 외의 부재)
정전 흡착용 전극(13)에는, 정전 흡착용 전극(13)에 직류 전압을 인가하기 위한 급전용 단자(15)가 접속되어 있다. 급전용 단자(15)는, 온도 조절용 베이스부(3), 접착제층(8), 지지판(12)을 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍(16)의 내부에 삽입되어 있다. 급전용 단자(15)의 외주 측에는, 절연성을 갖는 애자(碍子)(15a)가 마련되며, 이 애자(15a)에 의하여 금속제의 온도 조절용 베이스부(3)에 대하여 급전용 단자(15)가 절연되어 있다.
도면에서는, 급전용 단자(15)를 일체의 부재로서 나타내고 있지만, 복수의 부재가 전기적으로 접속하여 급전용 단자(15)를 구성하고 있어도 된다. 급전용 단자(15)는, 열팽창 계수가 서로 다른 온도 조절용 베이스부(3) 및 지지판(12)에 삽입되어 있기 때문에, 예를 들면 온도 조절용 베이스부(3) 및 지지판(12)에 삽입되어 있는 부분에 대하여, 각각 다른 재료로 구성하는 것으로 하면 된다.
급전용 단자(15) 중, 정전 흡착용 전극(13)에 접속되며, 지지판(12)에 삽입되어 있는 부분(취출 전극)의 재료로서는, 내열성이 우수한 도전성 재료이면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 열팽창 계수가 정전 흡착용 전극(13) 및 지지판(12)의 열팽창 계수에 근사한 것이 바람직하다. 예를 들면, Al2O3-TaC 등의 도전성 세라믹 재료로 이루어진다.
급전용 단자(15) 중, 온도 조절용 베이스부(3)에 삽입되어 있는 부분은, 예를 들면 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 몰리브데넘(Mo), 나이오븀(Nb), 코바르 합금 등의 금속 재료로 이루어진다.
이들 2개의 부재는, 유연성과 내전성을 갖는 실리콘계의 도전성 접착제로 접속하면 된다.
정전 척부(2)의 하면 측에는, 히터 엘리먼트(5)가 마련되어 있다. 히터 엘리먼트(5)는, 일례로서 두께가 0.2mm 이하, 바람직하게는 0.1mm 정도의 일정한 두께를 갖는 비자성(非磁性) 금속 박판, 예를 들면 타이타늄(Ti) 박판, 텅스텐(W) 박판, 몰리브데넘(Mo) 박판 등을 포토리소그래피법이나 레이저 가공에 의하여 원하는 히터 형상, 예를 들면 띠 형상의 도전 박판을 사행시킨 형상의 전체 윤곽을 원환 형상으로 가공함으로써 얻어진다.
이와 같은 히터 엘리먼트(5)는, 정전 척부(2)에 비자성 금속 박판을 접착한 후에, 정전 척부(2)의 표면에서 가공 성형함으로써 마련해도 되고, 정전 척부(2)와는 다른 위치에서 히터 엘리먼트(5)를 가공 성형한 것을, 정전 척부(2)의 표면에 전사 인쇄함으로써 마련해도 된다.
히터 엘리먼트(5)는, 두께가 균일한 내열성 및 절연성을 갖는 시트 형상 또는 필름 형상의 실리콘 수지 또는 아크릴 수지로 이루어지는 접착층(4)에 의하여 지지판(12)의 바닥면에 접착·고정되어 있다.
히터 엘리먼트(5)에는, 히터 엘리먼트(5)에 급전하기 위한 급전용 단자(17)가 접속되어 있다. 급전용 단자(17)를 구성하는 재료는 앞서 급전용 단자(15)를 구성하는 재료와 동등한 재료를 이용할 수 있다. 급전용 단자(17)는, 각각 온도 조절용 베이스부(3)에 형성된 관통 구멍(3b)을 관통하도록 마련되어 있다.
또, 히터 엘리먼트(5)의 하면 측에는 온도 센서(20)가 마련되어 있다. 본 실시형태의 정전 척 장치(1)에서는, 온도 조절용 베이스부(3)와 절연판(7)을 두께 방향으로 관통하도록 설치 구멍(21)이 형성되며, 이들 설치 구멍(21)의 최상부에 온도 센서(20)가 설치되어 있다. 또한, 온도 센서(20)는 가능한 한 히터 엘리먼트(5)에 가까운 위치에 설치하는 것이 바람직하기 때문에, 도면에 나타내는 구조로부터 더 접착제층(8) 측으로 돌출되도록 설치 구멍(21)을 연장하여 형성하고, 온도 센서(20)와 히터 엘리먼트(5)를 근접시키는 것으로 해도 된다.
온도 센서(20)는 일례로서 석영 유리 등으로 이루어지는 직육면체 형상의 투광체의 상면 측에 형광체층이 형성된 형광 발광형 온도 센서이며, 이 온도 센서(20)가 투광성 및 내열성을 갖는 실리콘 수지계 접착제 등에 의하여 히터 엘리먼트(5)의 하면에 접착되어 있다.
형광체층은, 히터 엘리먼트(5)로부터의 입열에 따라 형광을 발생시키는 재료로 이루어진다. 형광체층의 형성 재료로서는, 발열에 따라 형광을 발생시키는 재료이면 다종다양한 형광 재료를 선택할 수 있다. 형광체층의 형성 재료는, 일례로서 발광에 적절한 에너지 순위를 갖는 희토류 원소가 첨가된 형광 재료, AlGaAs 등의 반도체 재료, 산화 마그네슘 등의 금속 산화물, 루비나 사파이어 등의 광물을 들 수 있으며, 이들 재료 중에서 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
히터 엘리먼트(5)에 대응하는 온도 센서(20)는 각각 급전용 단자 등과 간섭하지 않는 위치로서 히터 엘리먼트(5)의 하면 둘레 방향의 임의의 위치에 각각 마련되어 있다.
이들 온도 센서(20)의 형광으로부터 히터 엘리먼트(5)의 온도를 측정하는 온도 계측부(22)는, 일례로서 온도 조절용 베이스부(3)의 설치 구멍(21)의 외측(하측)에 상기 형광체층에 대하여 여기광을 조사하는 여기부(23)와, 형광체층으로부터 발해진 형광을 검출하는 형광 검출기(24)와, 여기부(23) 및 형광 검출기(24)를 제어함과 함께 상기 형광에 근거하여 주히터의 온도를 산출하는 제어부(25)로 구성되어 있다.
또한, 정전 척 장치(1)는, 온도 조절용 베이스부(3)부터 재치판(11)까지를 그들의 두께 방향으로 관통하도록 마련된 핀 삽통 구멍(28)을 갖고 있다. 이 핀 삽통 구멍(28)에는, 판 형상 시료 이탈용 리프트 핀이 삽통된다. 핀 삽통 구멍(28)의 내주부에는 통 형상의 애자(29)가 마련되어 있다.
또한, 정전 척 장치(1)는, 온도 조절용 베이스부(3)부터 재치판(11)까지를 그들의 두께 방향으로 관통하도록 마련된 도시하지 않은 가스 구멍을 갖고 있다. 가스 구멍은, 예를 들면 핀 삽통 구멍(28)과 동일한 구성을 채용할 수 있다. 가스 구멍에는, 판 형상 시료(W)를 냉각하기 위한 냉각 가스가 공급된다. 냉각 가스는, 가스 구멍을 통하여 재치판(11)의 상면에 있어서 복수의 돌기부(11b)의 사이에 형성되는 홈(19)에 공급되어, 판 형상 시료(W)를 냉각한다.
정전 척 장치(1)는, 이상과 같은 구성으로 되어 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시형태의 기체(재치판(11) 및 지지판(12))에 대하여, 상세하게 설명한다.
본 실시형태의 재치판(11) 및 지지판(12)은, 절연성 세라믹스와 탄화 규소(SiC)의 복합 소결체를 형성 재료로 하고 있다. 재치판(11) 및 지지판(12)의 형성 재료는, 본 발명에 있어서의 정전 척용 복합 소결체(이하, 복합 소결체 또는 단지 세라믹스 재료)이다. 이하, 본 명세서에 있어서는, 탄화 규소를 "SiC"로서 나타낸다.
［세라믹스 재료(복합 소결체) 그 1］
본 발명의 그 1 실시형태의 복합 소결체에 포함되는 절연성 세라믹스로서는, Al2O3, 산화 이트륨(Y2O3), 질화 알루미늄(AlN), 질화 규소(Si3N4), 멀라이트(3Al2O3·2SiO2), 산화 마그네슘(MgO), 불화 마그네슘(MgF2), 산화 하프늄(HfO2), 산화 스칸듐(Sc2O3), 산화 네오디뮴(Nd2O3), 산화 나이오븀(Nb2O5), 산화 사마륨(Sm2O3), 산화 이터븀(Yb2O3), 산화 어븀(Er2O3), 산화 세륨(CeO2)의 군으로부터 선택된 1종만으로 이루어지는 산화물, 또는 2종 이상을 혼합하여 이루어지는 혼합물을 예시할 수 있다.
또, 복합 소결체에 포함되는 절연성 세라믹스로서는, 2종 이상의 금속 이온을 포함하는 산화물인 복산화물(複酸化物)을 이용해도 된다. 이와 같은 복산화물로서는, 이트륨·알루미늄·가닛(YAG: 3Y2O3·5Al2O3)을 예시할 수 있다.
이들 중에서도, 특히 Al2O3은, 저가이며 내열성이나 내식성이 우수하고, 복합 소결체의 기계적 특성도 양호하기 때문에, 본 실시형태의 복합 소결체에 있어서도 적합하게 이용된다.
또, 알루미늄 함유량이 적은 절연성 세라믹스를 사용하고자 하는 경우에는, 산화 이트륨(Y2O3)을 이용할 수도 있다. 또, Al2O3보다 내식성을 더 높이고자 하는 경우에는, Y2O3, 이트륨·알루미늄·가닛(YAG: 3Y2O3·5Al2O3) 등을 이용할 수도 있다.
본 실시형태에 있어서는, 절연성 세라믹스로서 Al2O3을 이용하는 것으로서 설명한다.
복합 소결체에 포함되는 SiC는, α-SiC형의 결정 구조를 갖는 결정립(이하, α-SiC 입자)과, β-SiC형의 결정 구조를 갖는 결정립(이하, β-SiC 입자)을 갖는다.
본 실시형태의 기체를 구성하는 복합 소결체에 있어서, SiC의 결정립은, 절연성 세라믹스인 Al2O3의 결정립이 소결되어 이루어지는 주상의, 결정립계 및 결정립 내부에 분산되어 있다.
이 복합 소결체에 있어서의 SiC의 함유율은, 4체적% 이상 또한 23체적% 이하인 것이 바람직하고, 5체적% 이상 또한 20체적% 이하인 것이 보다 바람직하며, 6체적% 이상 또한 12체적% 이하인 것이 더 바람직하다.
여기에서, SiC의 함유율을 상기의 범위로 한 이유는, SiC의 함유율이 4체적% 미만에서는, SiC의 양이 절연성 세라믹스에 대하여 너무 적어져, SiC를 첨가한 것에 의한 정전 척으로서 사용한 경우의 흡탈착 특성이나 열전도율의 개선 효과를 얻기 어려워지기 때문이다. 한편, 도전성 입자의 함유율이 23질량%를 초과하면, 도전성 입자의 양이 절연성 재료에 대하여 너무 많아져, 정전 척으로서 사용하기 위하여 필요한 내전압 특성을 얻기 어려워지기 때문이다.
복합 소결체에 있어서의 절연성 세라믹스의 평균 입자경은, 2㎛ 이하인 것이 바람직하다. Al2O3 입자의 평균 입자경이 2㎛를 초과하면, 이 복합 소결체를 이용하여 정전 척 장치의 기재를 제작한 경우, 이 기재의 판 형상 시료를 재치하는 측의 상면이 플라즈마에 의하여 에칭되기 쉬워진다. 이로 인하여, 이 기재의 상면에 스퍼터 자국이 형성되게 되어, 실리콘 웨이퍼 등의 피흡착물을 오염시키는 원인이 될 우려가 있다.
복합 소결체에 있어서의 SiC 입자는, 0.04㎛ 이하의 미세한 SiC 입자가 복합 소결체 전체에 대하여 0.001체적% 이상 포함되는 것이 바람직하고, 1체적% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하다. 0.04㎛ 이하의 SiC 입자가 0.001체적% 이상 포함됨으로써, 0.04㎛ 이하의 SiC 입자가 존재하는 평균 간격이 1.5㎛ 이하가 된다. 이로 인하여, 절연성 세라믹스 입자의 평균 입자경이 2㎛ 이하인 경우에 있어서, 절연성 세라믹스 입자 1개에 대하여 0.04㎛ 이하의 SiC 입자가 1개 이상 존재하게 된다. 이와 같이, 복합 소결체에 미세한 SiC 입자가 포함되어 있으면, 복합 소결체를 정전 척 장치의 구성 부재로서 사용한 경우에, 흡착 특성, 유전 특성 등의 전기적 특성을 향상시키는 효과가 얻어진다.
또, 복합 소결체에 있어서의 SiC 입자는, SiC 입자의 체적 입도 분포에 있어서의 누적 체적 백분율이 10체적%인 입자경 D10이, 0.2㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 복합 소결체에 있어서, 원료의 입자가 소결된 다결정체가 되어 복합 소결체 내에 분산되어 있는 경우, 소결된 한 덩어리의 결정립을 동일한 입자로 하여 입자경을 계산하는 것으로 한다.
또, SiC 입자의 체적 입도 분포에 있어서의 누적 체적 백분율이 90체적%인 입자경 D90은, 2㎛ 이하인 것이 바람직하다.
또, D90에 대한 D10의 비(D90/D10)는 3.0 이상인 것이 바람직하다.
또, D90에 대한 D50의 비(D90/D50)는 1.4 이상인 것이 바람직하다.
SiC 입자의 입자경을 이들 범위로 함으로써, 복합 소결체를 구성 부재의 형성 재료로 한 정전 척 장치의 절연 파괴를 느리게 진행시킬 수 있다. 이로 인하여, 상기 복합 소결체를 구성 부재의 형성 재료로 한 정전 척 장치의 사용 전 또는 사용 중에, 당해 구성 부재에 흐르는 전류 또는 전기 저항을 측정함으로써, 느리게 절연이 파괴되고 있는 것을 검출할 수 있으며, 절연 파괴의 전조를 검출할 수 있다. 따라서, 절연 파괴를 사전에 예측할 수 있는 복합 소결체로 할 수 있다.
알루미늄, 규소 이외의 금속 원소를 "금속 불순물"이라고 했을 때, 복합 소결체에 있어서의 금속 불순물의 함유율은, 1000ppm 이하로 하는 것이 바람직하고, 100ppm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또, 복합 소결체에 포함되는 SiC와 절연성 세라믹스의 각각의 금속 불순물률을 1000ppm 이하로 하는 것이 바람직하고, 100ppm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 금속 불순물이 1000ppm 이하이면, 반도체 웨이퍼를 오염시킬 가능성이 낮아져, 정전 척의 전기 저항의 온도 의존성이 작아지기 때문에 바람직하다.
복합 소결체의 내전압은, 5kV/mm 이상인 것이 바람직하고, 8kV/mm 이상인 것이 보다 바람직하며, 10kV/mm 이상인 것이 더 바람직하다. 내전압이 5kV/mm 이상인 복합 소결체는, 쿨롱력형 정전 척 장치의 구성 부재로서 이용한 경우, 전압을 인가했을 때에, 절연 파괴하지 않고 사용 가능하게 된다.
또, 본 실시형태의 기체를 구성하는 복합 소결체에 있어서는, SiC의 결정립의 전체에 대하여, β-SiC 입자를 60체적%보다 많이 포함하고 있다. 즉, α-SiC 입자의 함유율은, SiC의 결정립의 전체에 대하여 40체적% 미만이다.
SiC의 결정립의 전체에 대한 β-SiC 입자의 함유율은, 80체적% 이상이면 바람직하고, 90체적% 이상인 것이 보다 바람직하며, 95체적% 이상인 것이 더 바람직하다. 즉, α-SiC 입자의 함유율은, SiC의 결정립의 전체에 대하여 20체적% 이하이면 바람직하고, 10체적% 이하인 것이 보다 바람직하며, 5체적% 이하인 것이 더 바람직하다.
α-SiC와 β-SiC를 비교하면, α-SiC가 열역학적으로 안정적이다. 이로 인하여, β-SiC는 다양한 요인에 의하여 α-SiC로 상전이하는 것이 알려져 있다.
SiC가 상전이하는 온도나 전이하는 결정형은 SiC가 포함되는 불순물이나 주위에 존재하는 가스 등 다양한 요인으로 다르지만, β-SiC로부터 α-SiC로의 상전이는, 약 1750℃ 이상에서 일어난다. 종래 알려진 Al2O3-SiC는, 소결체를 치밀화하기 위하여 고온에서 소결된 결과, 소결 시에 β-SiC가 α-SiC로 상전이하여, 내구성이 낮아지는 원인이 되는 α-SiC를 많이 포함하고 있었다.
이에 대하여, 본 실시형태의 기체를 구성하는 복합 소결체에 있어서는, 후술하는 제조 방법으로 제조함으로써, β-SiC로부터 α-SiC로의 상전이를 억제하여, β-SiC의 비율을 60체적%보다 많아지도록 제어하고 있다. 이로써, 정전 척으로서 플라즈마 처리 장치 중에서 사용한 경우의 내구성이 높은 정전 척용 복합 소결체로 할 수 있다.
상술한 바와 같이, α-SiC가 많이 포함되는 복합 소결체를 정전 척 장치의 구성 부재에 이용하면, 정전 척 장치를 플라즈마 처리 장치 중에서 사용한 경우, 당해 구성 부재는 α-SiC 결정립을 기점으로 하여 파손되는 경우가 많아 내구성이 낮다. 이와 같은 현상의 원인으로서는, 다음과 같은 것이 생각된다.
즉, 복합 소결체에 α-SiC가 많이 포함되는 경우, α-SiC는 β-SiC에 비하여 도전성이 낮기 때문에, 소결체 내에 미소 전류가 흘렀을 때의 국소적인 발열이 커져 절연 파괴하기 쉬워지는 것을 생각할 수 있다. 또, 복합 소결체에 α-SiC가 많이 포함되는 경우, 플라즈마 조사에 의하여, 복합 소결체에 전하가 쌓이기 쉬워져, 방전되기 쉬워진다. 그 결과, 방전에 따라 파손되는 것을 생각할 수 있다.
또, β-SiC는, α-SiC와 비교하여 도전성이 높기 때문에, β-SiC의 비율을 60체적%보다 많아지도록 제어함으로써, 복합 소결체에 SiC를 첨가하는 것에 의한, 흡탈착 특성이나 유전율 등의 전기적 특성을 향상시키는 효과가 높아진다. 흡탈착 특성이 향상됨으로써, 정전 척으로서 사용하여, 웨이퍼를 탈리할 때의 웨이퍼와 기체의 마모가 적어지기 때문에, 내구성이 향상되는 효과도 있다고 생각된다.
또, SiC에 α-SiC가 포함되는 경우, SiC 전체에 포함되는 4H형의 α-SiC의 비율을 30체적% 이하로 하는 것이 바람직하고, 20체적% 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 10체적% 이하로 하는 것이 바람직하다. 이것은 4H형의 SiC는 Al의 존재 등에 의하여 P형 반도체가 되어, SiC의 도전성이 더 작아지기 때문이다.
또, SiC에 α-SiC가 포함되는 경우, SiC 전체에 포함되는 6H형의 α-SiC의 비율을 20체적% 이하로 하는 것이 바람직하고, 10체적% 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 5체적% 이하로 하는 것이 바람직하다.
6H형의 SiC는, β-SiC에 비하여 도전성이 작다. 또, 6H형의 SiC의 결정립은, 4H형의 SiC의 결정립과 비교하여 애스펙트비가 크기 때문에, 도전 패스를 형성하기 쉽다. 이로 인하여, 6H형의 SiC가 존재하는 경우, 4H형의 SiC만이 존재하는 경우와 비교하여, 도전성이 작은 6H형의 SiC에 의한 도전 패스가 형성되는 분만큼 복합 소결체의 전기적 특성이나 내플라즈마성이 저하된다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 복합 소결체 중의 SiC의 결정형(α-SiC, β-SiC)의 분석은, 분말 X선 회절 강도를 측정하여, Ruska의 방법(J. Mater. Sci., 14, 2013-2017(1979))에 의하여 산출한 결과를 이용하여 행한다.
SiC의 결정 구조가 다수 있는 것은 다형 현상으로서 알려져 있다. SiC 재료에 나타나는 다형은, 통상 2H, 3C, 4H, 6H, 15R이다. 한편, 계산으로 구하는 결정형은, 사용하는 원료의 결정형이나 소결 온도 등으로부터 출현의 가능성이 낮은 것은 제외할 수 있다. 원료에 사용하는 SiC 분말의 결정형에 3C나 6H의 것을 이용하여 소결 온도를 1500℃~2000℃로 한 경우에는, 3C, 4H, 6H의 3종류의 결정계만이 포함되는 것으로 하여 계산해도 된다. SiC의 다형의 피크가 절연성 재료에 기인하는 피크와 가까운 위치에 있는 경우에는, 계산에는 사용하지 않고, 다른 피크를 계산에 이용하는 것이 바람직하다.
복합 소결체 중에, SiC로서 3C, 4H, 6H의 3종류의 결정계만이 포함되는 것으로 한 경우, 다음과 같이 하여 각 결정계의 비율을 구할 수 있다. 먼저, CuKα선을 조사하여 얻은 X선 회절 패턴에 있어서, 2θ=33.7도 부근에 보이는 피크를 I1, 2θ=34.1도 부근에 보이는 피크를 I2, 2θ=35.8도 부근에 보이는 피크를 I3으로 한다. 또, SiC에 포함되는 3C의 결정계가 포함되는 비율을 X, 4H의 결정계가 포함되는 비율을 Y, 6H의 결정계가 포함되는 비율을 Z로 한다. 이 경우, 각 결정계의 비율은, 이하의 연립 방정식을 푸는 것에 의하여 구할 수 있다.
I1=9.9y
I2=19.4z
I3=100.0x+25.1y+59.2z
X=x/(x+y+z), Y=y/(x+y+z), Z=z/(x+y+z)
SiC 전체에 포함되는 4H형의 α-SiC의 비율을 30체적% 이하로 하기 위하여, CuKα선을 조사하여 얻은 X선 회절 패턴에 있어서, 2θ=33.7도 부근에 보이는 피크 (I1)과, 2θ=35.8도 부근에 보이는 피크 (I3)의 적분값의 비율(I1/I3)을 0.04 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, SiC 전체에 포함되는 4H형의 α-SiC의 비율을 20체적% 이하로 하기 위하여, I1/I3을 0.02 이하로 하는 것이 바람직하고, SiC 전체에 포함되는 4H형의 α-SiC의 비율을 10체적% 이하로 하기 위하여, I1/I3을 0.01 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기 X선 회절 패턴에 있어서의 I3 피크는, SiC이면 α-SiC 및 β-SiC에 공통적으로 나타나는 피크이다. 이로 인하여 I3 피크는, SiC의 전체량에 대응하는 피크라고 할 수 있다.
한편, 상기 X선 회절 패턴에 있어서의 I1 피크는, 4H형 SiC에 보이는 피크이다. 이로 인하여 I1 피크는, α-SiC 중에서도 특히 4H형 SiC의 양에 대응하는 피크라고 할 수 있다.
이로 인하여, I1/I3을 구함으로써, SiC 전체에 포함되는 4H형의 α-SiC의 비율을 판단할 수 있다.
복합 소결체는, 결정립계에 존재하는 기공을 포함하고, 복합 소결체가 기공을 포함하지 않는다고 했을 때의 가상 진밀도에 대한, 복합 소결체의 겉보기 밀도의 비율이 97% 이상이 되도록 치밀화되는 것이 바람직하고, 98% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 복합 소결체에 있어서는, 원료 분체의 소결이 진행됨으로써, 기공의 양이 감소하여, 겉보기 밀도는 100%에 가까워진다. 상기 비율이 97% 이상이 되면, 플라즈마에 대한 내식성(내플라즈마성)이 양호해지기 때문에 바람직하기 때문이다.
또, 복합 소결체에 있어서, SiC의 결정립의 X선 회절 결과로부터 구한 결정자경은, 50nm 이상이면 바람직하다. 또, SiC의 결정자경은, 200nm 이하이면 바람직하고, 100nm 이하인 것이 보다 바람직하다. X선 회절 결과로부터 구한 결정자경은, 복합 소결체에 포함되는 평균적인 결정립의 크기로서 구해진다. SiC의 결정자경이 이와 같은 값이면, 입계에 모인 SiC 입자의 사이의 기공이나 결함을 줄일 수 있기 때문에, 밀도를 높일 수 있다. 또, SiC의 결정자경이 이와 같은 값이면, 복합 소결체의 플라즈마에 대한 내구성, 입자의 탈리, 파티클의 발생 등에 대한 특성을 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시형태의 기체를 구성하는 복합 소결체에 있어서는, β-SiC 입자끼리가 소결된 부분을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 부분을 갖는 복합 소결체는, 소결 시, β-SiC로부터 α-SiC로의 상전이를 발생시키지 않고 β-SiC 입자끼리가 소결된 것을 나타내고 있다.
β-SiC 입자끼리를 소결시킴으로써, 단일 입자에 분산되지 않고 복수의 입자가 응집하여 남아 있는 SiC나, 소결 과정에 있어서 편석한 SiC에 있어서, 근접하는 SiC 입자의 사이에 존재하는 기공이나 결함을 줄일 수 있다. 이로 인하여, 복합 소결체의 밀도를 높일 수 있다. 또, β-SiC 입자끼리를 소결시킴으로써, 복합 소결체의 플라즈마에 대한 내구성을 높일 수 있다. 또, β-SiC 입자끼리를 소결시킴으로써, 입자의 탈리나 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또, 소결 과정에서 절연성 입자의 입계에서 소결된 SiC는, 소결 과정에 있어서 절연성 입자의 입계에 맞춘 형상이 되기 때문에, 밀도를 높일 수 있다. 또, 절연성 입자와 SiC 입자의 경계의 결함을 줄일 수 있다.
또, β-SiC 입자끼리가 소결된 부분을 포함하고 있으면, SiC 입자끼리가 소결되지 않고 접촉하고 있는 경우에 비하여, SiC 입자간의 전기 저항이 낮아진다. 이로 인하여, 복합 소결체의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
［세라믹스 재료(복합 소결체) 그 2］
다음으로, 본 발명의 그 2 실시형태의 세라믹스 재료(정전 척용 복합 소결체)에 대하여, 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태의 정전 척 장치의 기체는, 하기 (i) 및 (ii)를 충족시키는 세라믹스 재료를 형성 재료로 하고 있다.
(i) JIS C2110-2에서 규정하는 단시간 시험에 준하여, 두께 0.3mm의 상기 세라믹스 재료의 시험편을 동일 직경인 직경 20mm의 전극으로 협지하고, 전압 상승 속도 1000V/초로 측정했을 때, 상기 시험편에 흐르는 전륫값이 1㎂를 초과했을 때의 전압값이 10kV/mm 이상
(ii) 상기 (i)과 동일 조건으로 행하는 시험에 있어서, 상기 시험편에 흐르는 전륫값을 0.1초마다 측정했을 때, 전륫값이 0.1초당 10㎂를 초과하여 증가한 시간에 대하여, 상기 시간의 0.1초 전의 전압값에 대응하는 전륫값이 5㎂ 이상
본 실시형태의 세라믹스 재료가 상기 (i)의 요건을 충족시킴으로써, 본 실시형태의 세라믹스 재료를 쿨롱력형 정전 척 장치의 구성 부재로서 이용한 경우, 전압을 인가했을 때에, 절연 파괴하지 않고 사용 가능하게 된다.
또, 본 실시형태의 세라믹스 재료가 상기 (ii)의 요건을 충족시킴으로써, 본 실시형태의 세라믹스 재료를 형성 재료로서 이용하는 정전 척 장치에 있어서, 세라믹스 재료가 방전되지 않고, 세라믹스 재료에 대전한 전하를 방출할 수 있다. 이로 인하여, 절연 불량에 이를 때까지의 기간을 연장시킬 수 있다. 또, 세라믹스 재료의 방전에 의한, 정전 척의 세라믹스 재료 이외의 부위나, 처리를 행하는 웨이퍼 등의 판 형상 시료, 정전 척이 사용되는 반도체 제조 장치 등의 손상을 방지할 수 있다.
본 실시형태의 세라믹스 재료는, 상기 (i)에 의한 시험편의 내전압이 20kV/mm 이상인 것이 보다 바람직하다. 내전압이 20kV/mm 이상이면, 정전 척으로서 시료를 흡착시키는 전압에 있어서 충분한 내구성을 갖는다.
본 실시형태의 세라믹스 재료는, 상기 (i)에 의한 시험편의 내전압이 80kV/mm 이하인 것이 바람직하고, 60kV/mm 이하인 것이 보다 바람직하다. 내전압이 80kV/mm 이하이면, 플라즈마에 노출됨으로써 정전 척 장치에 이용되는 세라믹스 재료에 전하가 축적되었을 때에, 세라믹스 재료의 전위가 높아지기 어려워, 방전이 일어나기 어렵다.
본 실시형태의 세라믹스 재료는, 상기 (ii)에 의한 시험편의 임계 전륫값은 10㎂ 이상인 것이 보다 바람직하고, 30㎂ 이상인 것이 더 바람직하다. 임계 전륫값을 크게 함으로써, 정전 척으로서 사용한 경우의 내구성을 보다 높일 수 있다.
본 실시형태의 세라믹스 재료는, 상기 (i)에 의한 시험편의 내전압 시험을 행했을 때에, 전륫값이 50㎂를 초과할 때까지 연속적으로 전류가 증가하는 특성을 갖는 것이 바람직하고, 전륫값이 100㎂를 초과할 때까지 연속적으로 전류가 증가하는 특성을 갖는 것이 보다 바람직하다.
연속적으로 전류가 증가하는 전륫값의 범위를 넓게 함으로써, 세라믹스 재료의 신뢰성을 보다 높일 수 있다.
이와 같은 적재판에 사용하는 세라믹스 재료로서는, 상기 (i) (ii)의 특성을 충족시키면, 세라믹스 소결체를 평판 형상으로 가공하여 이용해도 되고, 지지판 상에 정전 흡착용 전극을 형성한 후, 용사 코팅에 의하여 형성한 것을 이용해도 된다. 그 중에서도, 기공 등의 결함을 줄일 수 있는 것 외에 전기적 특성이나 강도 등의 품질 안정성을 높일 수 있기 때문에, 소결체를 사용하는 방법이 바람직하다.
세라믹스 재료는, 절연성 세라믹스만을 이용해도 되고, TiO2 등 Al2O3과 반응하여 화합물을 생성하는 도전성 부여재를 첨가하여 상기 (i) (ii)의 특성을 충족시키는 재료가 되도록 전기적 특성을 조제해도 된다. 세라믹스 재료는, 절연성 세라믹스와 도전성 입자의 복합체로 하는 것이 바람직하다.
절연성 세라믹스로서는, Al2O3, 산화 이트륨(Y2O3), 질화 알루미늄(AlN), 질화 규소(Si3N4), 멀라이트(3Al2O3·2SiO2), 산화 마그네슘(MgO), 불화 마그네슘(MgF2), 산화 하프늄(HfO2), 산화 스칸듐(Sc2O3), 산화 네오디뮴(Nd2O3), 산화 나이오븀(Nb2O5), 산화 사마륨(Sm2O3), 산화 이터븀(Yb2O3), 산화 어븀(Er2O3), 산화 세륨(CeO2)의 군으로부터 선택된 1종만으로 이루어지는 산화물, 또는 2종 이상을 혼합하여 이루어지는 혼합물인 절연성 세라믹스 재료를 예시할 수 있다.
또, 절연성 세라믹스로서는, 2종 이상의 금속 이온을 포함하는 산화물인 복산화물을 이용해도 된다. 이와 같은 복산화물로서는, 이트륨·알루미늄·가닛(YAG: 3Y2O3·5Al2O3)을 예시할 수 있다.
이들 중에서도, 특히 Al2O3은, 저가이며 내열성이나 내식성이 우수하고, 복합 소결체의 기계적 특성도 양호하기 때문에, 본 실시형태의 복합 소결체에 있어서도 적합하게 이용된다.
또, 알루미늄 함유량이 적은 절연성 세라믹스를 사용하고자 하는 경우에는, 산화 이트륨(Y2O3)을 이용할 수도 있다. 또, Al2O3보다 내식성을 더 높이고자 하는 경우에는, Y2O3, 이트륨·알루미늄·가닛(YAG: 3Y2O3·5Al2O3) 등을 이용할 수도 있다.
도전성 입자로서는, 도전성 탄화 규소(SiC) 입자 등의 도전성 세라믹스 입자, 몰리브데넘(Mo) 입자, 텅스텐(W) 입자, 탄탈럼(Ta) 입자 등의 고융점 금속 입자, 탄소(C) 입자의 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
그 중에서도, 도전성 입자로서는, SiC 입자가 바람직하다. SiC 입자를 산화 알루미늄(Al2O3) 입자와 복합화한 경우, SiC 입자와 Al2O3 입자의 복합 소결체는, 전기적 특성의 온도 의존성이 작은 것이 되기 때문에 바람직하다. 또, SiC 입자와 Al2O3 입자의 복합 소결체는, 할로젠 가스에 대한 내식성이 우수하고, 내열성, 내열 충격성이 풍부하며, 또한 고온하의 사용에 있어서도 열응력에 의한 손상의 위험성이 작기 때문에 바람직하다.
SiC에는, 결정 구조가 다수 있는 것이 알려져 있으며, 입방정계로 3C형(섬아연광형)의 결정 구조를 갖는 것, 4H형, 6H형 등의 육방정계로 우르차이트(wurtzite)형의 결정 구조를 갖는 것, 능면체정계로 15R형의 결정 구조를 갖는 것을 들 수 있다. 이 중, 3C형의 결정 구조를 갖는 것을 "β-SiC"라고 칭한다. 또, 그 이외의 결정 구조를 갖는 것 모두를 "α-SiC"라고 칭한다.
SiC 입자로서는, 도전성이 우수한 점에서, β형의 결정 구조를 갖는 SiC 입자를 원료에 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이 SiC 입자의 도전성을 제어하기 위하여, SiC 중의 질소의 함유율을 적절히 제어한 것을 이용해도 된다.
SiC 입자로서는, 플라즈마 CVD법, 전구체법, 열탄소 환원법, 레이저 열분해법 등의 각종 방법에 의하여 얻어진 SiC 입자를 이용할 수 있다. 특히, 본 실시형태의 유전체 재료를 반도체 프로세스에서 이용하는 경우, 반도체 프로세스에서의 악영향을 방지하기 위하여, 순도가 높은 SiC 입자를 이용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서는, 절연성 세라믹스로서 Al2O3을 이용하고, 도전성 입자로서 SiC를 이용하여 제작한 복합 소결체를 이용하는 것으로서 설명한다.
복합 소결체에 포함되는 SiC는, α-SiC형의 결정 구조를 갖는 결정립(이하, α-SiC 입자)과, β-SiC형의 결정 구조를 갖는 결정립(이하, β-SiC 입자)을 갖는다.
본 실시형태의 기체를 구성하는 복합 소결체에 있어서, SiC의 결정립은, 절연성 세라믹스인 Al2O3의 결정립이 소결되어 이루어지는 주상의, 결정립계 및 결정립 내부에 분산되어 있다.
이 복합 소결체에 있어서의 SiC의 함유율은, 4체적% 이상 또한 23체적% 이하인 것이 바람직하고, 5체적% 이상 또한 20체적% 이하인 것이 보다 바람직하며, 6체적% 이상 또한 12체적% 이하인 것이 더 바람직하다.
여기에서, SiC의 함유율을 상기의 범위로 한 이유는, SiC의 함유율이 4체적% 미만에서는, SiC의 양이 절연성 세라믹스에 대하여 너무 적어져, SiC를 첨가한 것에 의한 정전 척으로서 사용한 경우의 흡탈착 특성이나 열전도율의 개선 효과를 얻기 어려워지기 때문이다. 한편, 도전성 입자의 함유율이 23질량%를 초과하면, 도전성 입자의 양이 절연성 재료에 대하여 너무 많아져, 정전 척으로서 사용하기 위하여 필요한 내전압 특성을 얻기 어려워지기 때문이다.
복합 소결체에 있어서의 절연성 세라믹스의 평균 입자경은, 2㎛ 이하인 것이 바람직하다. Al2O3 입자의 평균 입자경이 2㎛를 초과하면, 이 복합 소결체를 이용하여 정전 척 장치의 기재를 제작한 경우, 이 기재의 판 형상 시료를 재치하는 측의 상면이 플라즈마에 의하여 에칭되기 쉬워진다. 이로 인하여, 이 기재의 상면에 스퍼터 자국이 형성되게 되어, 실리콘 웨이퍼 등의 피흡착물을 오염시키는 원인이 될 우려가 있다.
복합 소결체에 있어서의 SiC 입자는, 0.04㎛ 이하의 미세한 SiC 입자가 복합 소결체 전체에 대하여 0.001체적% 이상 포함되는 것이 바람직하고, 1체적% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하다. 0.04㎛ 이하의 SiC 입자가 0.001체적% 이상 포함됨으로써, 0.04㎛ 이하의 SiC 입자가 존재하는 평균 간격이 1.5㎛ 이하가 된다. 이로 인하여, 절연성 세라믹스 입자의 평균 입자경이 2㎛ 이하인 경우에 있어서, 절연성 세라믹스 입자 1개에 대하여 0.04㎛ 이하의 SiC 입자가 1개 이상 존재하게 된다. 이와 같이, 복합 소결체에 미세한 SiC 입자가 포함되어 있으면, 복합 소결체를 정전 척 장치의 구성 부재로서 사용한 경우에, 흡착 특성, 유전 특성 등의 전기적 특성을 향상시키는 효과가 얻어진다.
또, 복합 소결체에 있어서의 SiC 입자는, SiC 입자의 체적 입도 분포에 있어서의 누적 체적 백분율이 10체적%인 입자경 D10이, 0.2㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 복합 소결체에 있어서, 원료의 입자가 소결된 다결정체가 되어 복합 소결체 내에 분산되어 있는 경우, 소결된 한 덩어리의 결정립을 동일한 입자로 하여 입자경을 계산하는 것으로 한다.
또, SiC 입자의 체적 입도 분포에 있어서의 누적 체적 백분율이 90체적%인 입자경 D90은, 2㎛ 이하인 것이 바람직하다.
또, D90에 대한 D10의 비(D90/D10)는 3.0 이상인 것이 바람직하다.
또, D90에 대한 D50의 비(D90/D50)는 1.4 이상인 것이 바람직하다.
SiC 입자의 입자경을 이들 범위로 함으로써, 복합 소결체를 구성 부재의 형성 재료로 한 정전 척 장치의 절연 파괴를 느리게 진행시킬 수 있다.
알루미늄, 규소 이외의 금속 원소를 "금속 불순물"이라고 했을 때, 복합 소결체에 있어서의 금속 불순물의 함유율은, 1000ppm 이하로 하는 것이 바람직하고, 100ppm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또, 복합 소결체에 포함되는 SiC와 절연성 세라믹스의 각각의 금속 불순물률을 1000ppm 이하로 하는 것이 바람직하고, 100ppm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 금속 불순물이 1000ppm 이하이면, 반도체 웨이퍼를 오염시킬 가능성이 낮아져, 정전 척 장치의 전기 저항의 온도 의존성이 작아지기 때문에 바람직하다.
복합 소결체에 포함되는 SiC는, α-SiC형의 결정 구조를 갖는 결정립(이하, α-SiC 입자)과, β-SiC형의 결정 구조를 갖는 결정립(이하, β-SiC 입자)을 갖는다. 본 실시형태의 기체를 구성하는 복합 소결체에 있어서는, SiC의 결정립의 전체에 대하여, β-SiC 입자를 60체적%보다 많이 포함하고 있다. 즉, α-SiC 입자의 함유율은, SiC의 결정립의 전체에 대하여 40체적% 미만이다.
SiC의 결정립의 전체에 대한 β-SiC 입자의 함유율은, 80체적% 이상이면 바람직하고, 90체적% 이상인 것이 보다 바람직하며, 95체적% 이상인 것이 더 바람직하다. 즉, α-SiC 입자의 함유율은, SiC의 결정립의 전체에 대하여 20체적% 이하이면 바람직하고, 10체적% 이하인 것이 보다 바람직하며, 5체적% 이하인 것이 더 바람직하다.
α-SiC와 β-SiC를 비교하면, α-SiC가 열역학적으로 안정적이다.
SiC가 상전이하는 온도나 전이하는 결정형은 SiC가 포함되는 불순물이나 주위에 존재하는 가스 등 다양한 요인으로 다르지만, β-SiC로부터 α-SiC로의 상전이는, 약 1750℃ 이상에서 일어난다. 종래 알려진 Al2O3-SiC는, 소결체를 치밀화하기 위하여 고온에서 소결된 결과, 소결 시에 β-SiC가 α-SiC로 상전이하여, 내구성이 낮아지는 원인이 되는 α-SiC를 많이 포함하고 있었다.
이에 대하여, 본 실시형태의 기체를 구성하는 복합 소결체에 있어서는, 후술하는 제조 방법으로 제조함으로써, β-SiC로부터 α-SiC로의 상전이를 억제하여, β-SiC의 비율을 60체적%보다 많아지도록 제어하고 있다. 이로써, 본 실시형태의 세라믹스 재료에 대하여 규정한 상기 (i) (ii)의 특성을 적합하게 얻을 수 있어, 정전 척으로서 플라즈마 처리 장치 중에서 사용한 경우의 내구성이 높은 정전 척용 복합 소결체로 할 수 있다.
SiC가 상전이하는 온도나 전이하는 결정형은 SiC가 포함되는 불순물이나 주위에 존재하는 가스 등 다양한 요인으로 다르지만, β-SiC로부터 α-SiC로의 상전이는, 약 1750℃ 이상에서 일어난다. 종래 알려진 Al2O3-SiC는, 소결체를 치밀화하기 위하여 고온에서 소결된 결과, 소결 시에 β-SiC가 α-SiC로 상전이하여, α-SiC를 많이 포함하고 있었다.
이에 대하여, 본 실시형태의 기체를 구성하는 복합 소결체에 있어서는, 후술하는 제조 방법으로 제조함으로써, β-SiC로부터 α-SiC로의 상전이를 억제하여, β-SiC의 비율을 60체적%보다 많아지도록 제어하고 있다. 이로써, 복합 소결체의 전기적 특성을 향상시킬 수 있으며, 임계 전륫값이 커져, 정전 척으로서 사용했을 때의 세라믹스 재료의 절연 불량을 방지할 수 있다.
이와 같은 현상의 원인으로서는, 다음과 같은 것이 생각된다.
β-SiC의 비율을 60체적%보다 많게 함으로써 임계 전륫값이 높은 특성이 얻어지는 이유는, α-SiC의 도전성이 β-SiC의 도전성에 비하여 낮기 때문이라고 생각된다. α-SiC에서는 β-SiC에 비하여 동일한 전류가 흘렀을 때의 발열량이 크다. 이로 인하여, 종래의 복합 소결체에서는, 전압 인가에 의하여 전류가 흘렀을 때에, α-SiC에 있어서의 발열량이 크고, α-SiC 주위의 미소 영역에 있어서 시료의 용융이 일어나, 급격하게 전륫값이 증가하여 절연 불량이 된다.
즉, 복합 소결체에 α-SiC가 많이 포함되는 경우, α-SiC는 β-SiC에 비하여 도전성이 낮기 때문에, 소결체 내에 미소 전류가 흘렀을 때의 국소적인 발열이 커진다.
또, SiC에 α-SiC가 포함되는 경우, SiC 전체에 포함되는 4H형의 α-SiC의 비율을 30체적% 이하로 하는 것이 바람직하고, 20체적% 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 10체적% 이하로 하는 것이 바람직하다. 이것은 4H형의 SiC는 Al의 존재 등에 의하여 P형 반도체가 되어, SiC의 도전성이 더 작아지기 때문이다.
또, SiC에 α-SiC가 포함되는 경우, SiC 전체에 포함되는 6H형의 α-SiC의 비율을 20체적% 이하로 하는 것이 바람직하고, 10체적% 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 5체적% 이하로 하는 것이 바람직하다.
6H형의 SiC는, β-SiC에 비하여 도전성이 작다. 또, 6H형의 SiC의 결정립은, 4H형의 SiC의 결정립과 비교하여 애스펙트비가 크기 때문에, 도전 패스를 형성하기 쉽다. 이로 인하여, 6H형의 SiC가 존재하는 경우, 4H형의 SiC만이 존재하는 경우와 비교하여, 도전성이 작은 6H형의 SiC에 의한 도전 패스가 형성되는 분만큼 복합 소결체의 전기적 특성이나 내플라즈마성이 저하된다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 복합 소결체 중의 SiC의 결정형(α-SiC, β-SiC)의 분석은, 분말 X선 회절 강도를 측정하여, Ruska의 방법(J. Mater. Sci., 14, 2013-2017(1979))에 의하여 산출한 결과를 이용하여 행한다.
SiC의 결정 구조가 다수 있는 것은 다형 현상으로서 알려져 있다. SiC 재료에 나타나는 다형은, 통상 2H, 3C, 4H, 6H, 15R이다. 한편, 계산으로 구하는 결정형은, 사용하는 원료의 결정형이나 소결 온도 등으로부터 출현의 가능성이 낮은 것은 제외할 수 있다. 원료에 사용하는 SiC 분말의 결정형에 3C나 6H의 것을 이용하여 소결 온도를 1500℃~2000℃로 한 경우에는, 3C, 4H, 6H의 3종류의 결정계만이 포함되는 것으로 하여 계산해도 된다. SiC의 다형의 피크가 절연성 재료에 기인하는 피크와 가까운 위치에 있는 경우에는, 계산에는 사용하지 않고, 다른 피크를 계산에 이용하는 것이 바람직하다.
복합 소결체 중에, SiC로서 3C, 4H, 6H의 3종류의 결정계만이 포함되는 것으로 한 경우, 다음과 같이 하여 각 결정계의 비율을 구할 수 있다. 먼저, CuKα선을 조사하여 얻은 X선 회절 패턴에 있어서, 2θ=33.7도 부근에 보이는 피크를 I1, 2θ=34.1도 부근에 보이는 피크를 I2, 2θ=35.8도 부근에 보이는 피크를 I3으로 한다. 또, SiC에 포함되는 3C의 결정계가 포함되는 비율을 X, 4H의 결정계가 포함되는 비율을 Y, 6H의 결정계가 포함되는 비율을 Z로 한다. 이 경우, 각 결정계의 비율은, 이하의 연립 방정식을 푸는 것에 의하여 구할 수 있다.
I1=9.9y
I2=19.4z
I3=100.0x+25.1y+59.2z
X=x/(x+y+z), Y=y/(x+y+z), Z=z/(x+y+z)
SiC 전체에 포함되는 4H형의 α-SiC의 비율을 30체적% 이하로 하기 위하여, CuKα선을 조사하여 얻은 X선 회절 패턴에 있어서, 2θ=33.7도 부근에 보이는 피크 (I1)과, 2θ=35.8도 부근에 보이는 피크 (I3)의 적분값의 비율(I1/I3)을 0.04 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, SiC 전체에 포함되는 4H형의 α-SiC의 비율을 20체적% 이하로 하기 위하여, I1/I3을 0.02 이하로 하는 것이 바람직하고, SiC 전체에 포함되는 4H형의 α-SiC의 비율을 10체적% 이하로 하기 위하여, I1/I3을 0.01 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기 X선 회절 패턴에 있어서의 I3 피크는, SiC이면 α-SiC 및 β-SiC에 공통적으로 나타나는 피크이다.
한편, 상기 X선 회절 패턴에 있어서의 I1 피크는, 4H형 SiC에 보이는 피크이다. 이로 인하여 I1 피크는, α-SiC 중에서도 특히 4H형 SiC의 양에 대응하는 피크라고 할 수 있다.
이로 인하여, I1/I3을 구함으로써, SiC 전체에 포함되는 4H형의 α-SiC의 비율을 판단할 수 있다.
복합 소결체는, 결정립계에 존재하는 기공을 포함하고, 복합 소결체가 기공을 포함하지 않는다고 했을 때의 가상 진밀도에 대한, 복합 소결체의 겉보기 밀도의 비율이 97% 이상이 되도록 치밀화되는 것이 바람직하고, 98% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 복합 소결체에 있어서는, 원료 분체의 소결이 진행됨으로써, 기공의 양이 감소하여, 겉보기 밀도는 100%에 가까워진다. 상기 비율이 97% 이상이 되면, 플라즈마에 대한 내식성(내플라즈마성)이 양호해지기 때문에 바람직하기 때문이다.
또, 복합 소결체에 있어서, SiC의 결정립의 X선 회절 결과로부터 구한 결정자경은, 50nm 이상이면 바람직하다. 또, SiC의 결정자경은, 200nm 이하이면 바람직하고, 100nm 이하인 것이 보다 바람직하다. X선 회절 결과로부터 구한 결정자경은, 복합 소결체에 포함되는 평균적인 결정립의 크기로서 구해진다. SiC의 결정자경이 이와 같은 값이면, 입계에 모인 SiC 입자의 사이의 기공이나 결함을 줄일 수 있기 때문에, 밀도를 높일 수 있다. 또, SiC의 결정자경이 이와 같은 값이면, 복합 소결체의 플라즈마에 대한 내구성, 입자의 탈리, 파티클의 발생 등에 대한 특성을 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시형태의 기체를 구성하는 복합 소결체에 있어서는, β-SiC 입자끼리가 소결된 부분을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 부분을 갖는 복합 소결체는, 소결 시, β-SiC로부터 α-SiC로의 상전이를 발생시키지 않고 β-SiC 입자끼리가 소결된 것을 나타내고 있다.
β-SiC 입자끼리를 소결시킴으로써, 단일 입자에 분산되지 않고 복수의 입자가 응집하여 남아 있는 SiC나, 소결 과정에 있어서 편석한 SiC에 있어서, 근접하는 SiC 입자의 사이에 존재하는 기공이나 결함을 줄일 수 있다. 이로 인하여, 복합 소결체의 밀도를 높일 수 있다. 또, β-SiC 입자끼리를 소결시킴으로써, 복합 소결체의 플라즈마에 대한 내구성을 높일 수 있다. 또, β-SiC 입자끼리를 소결시킴으로써, 입자의 탈리나 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또, 소결 과정에서 절연성 입자의 입계에서 소결된 SiC는, 소결 과정에 있어서 절연성 입자의 입계에 맞춘 형상이 되기 때문에, 밀도를 높일 수 있다. 또, 절연성 입자와 SiC 입자의 경계의 결함을 줄일 수 있다.
또, β-SiC 입자끼리가 소결된 부분을 포함하고 있으면, SiC 입자끼리가 소결되지 않고 접촉하고 있는 경우에 비하여, SiC 입자간의 전기 저항이 낮아진다. 이로 인하여, 복합 소결체의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 그 1 실시형태 및 그 2 실시형태의 세라믹스 재료 및 정전 척 장치는, 이상과 같은 구성으로 되어 있다.
［세라믹스 재료의 제조 방법］
다음으로, 본 발명의 그 1 및 그 2 실시형태에 관한 세라믹스 재료의 제조 방법의 일 실시형태에 대하여 설명한다. 여기에서는, 세라믹스 재료가 산화 알루미늄과 SiC의 복합 소결체인 것으로 하여 설명한다.
본 실시형태의 복합 소결체의 제조 방법은, 절연성 재료의 원료 분체와 도전성 입자의 원료 분체와 분산매를 혼합하여 복합 분말로 하고, 이 복합 분말을 1MPa 이상 또한 100MPa 이하의 가압하에서 소성하여 복합 소결체로 하는 방법이다. 소결 조건으로서는, SiC 입자의 상전이 온도보다 낮은 온도에서 절연성 입자의 소결을 진행시키는 제1 소결 공정과, 제1 소결 공정보다 높고, SiC 입자의 소결이 행해지는 온도에서 혼합 입자를 소결시키는 제2 소결 공정을 갖고 있다.
절연성 세라믹스 입자로서는, 소결 온도가 β-SiC형의 결정 구조로부터 α-SiC형의 결정 구조로 전이하는 상전이 온도보다 낮은 것을 이용한다. 본 실시형태에 있어서는, 절연성 세라믹스로서 Al2O3 입자를 이용하는 것으로서 설명한다.
SiC 입자로서는, β-SiC 입자를 이용한다. β-SiC 입자로서는, 금속 불순물량이 100ppm 이하인 것을 이용하는 것이 바람직하고, 10ppm 이하인 것을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 그 중에서도, Al, Fe, B의 함유량이 각각 1ppm 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 고순도의 SiC 입자는, CVD법이나 레이저 열분해법에 의하여 제조할 수 있다.
금속 불순물량이 100ppm 이하인 β-SiC 입자를 이용함으로써, β-SiC로부터 α-SiC로의 상전이를 억제할 수 있다. 또, 복합 소결체를 이용한 정전 척 장치를 플라즈마 공정에 이용했을 때에, 판 형상 시료(웨이퍼)에 대한 금속 오염을 억제할 수 있다.
또, SiC 입자는, 질화 규소가 생성하지 않는 범위에 있어서, 질소 원자를 많이 포함하는 편이 바람직하다. SiC 입자에 포함되는 금속 불순물이 적고, 또한 SiC 입자의 질소 함유량이 많아지면, 질소 원자가 전자의 도너로서 작용하여, SiC 입자의 도전성을 높일 수 있다. 또, β-SiC로부터 α-SiC로의 상전이를 억제할 수 있다.
SiC 입자는, 입자경이 50nm 이하인 입자를 바람직하게는 10체적% 이상, 보다 바람직하게는 40% 이상 포함하는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 미세한 입자경의 SiC 입자를 사용함으로써, 동일한 체적을 첨가한 경우의 입자의 개수가 증가하는 점에서, 핀 멈춤 효과에 의하여 절연 입자의 입자 성장을 억제하는 효과를 높일 수 있다. 또, 미세한 입자경의 SiC 입자를 사용함으로써, 복합 소결체에 미세한 SiC 입자가 포함되어 있게 되어, 복합 소결체에 있어서 SiC 입자끼리가 접촉하기 쉬워진다. 이로 인하여, 복합 소결체를 정전 척 장치의 구성 부재로서 사용한 경우에, 흡착 특성, 유전 특성 등의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
Al2O3의 원료 분체로서는, 평균 입자경이 1㎛ 이하인 Al2O3 분체를 이용하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 평균 입자경이 1㎛를 초과하는 Al2O3 분체를 이용하여 얻어진 SiC-Al2O3 복합 소결체에 있어서는, 복합 소결체 중의 Al2O3 입자의 평균 입자경이 2㎛를 초과하는다. 그러면, 이 SiC-Al2O3 복합 소결체를 이용하여 정전 척 장치의 기재를 제작하면, 이 기재의 판 형상 시료를 재치하는 측의 상면이 플라즈마에 의하여 에칭되기 쉬워진다. 따라서, 이 기재의 상면에 스퍼터 자국이 형성되게 되어, 실리콘 웨이퍼 등의 피흡착물을 오염시키는 원인이 될 우려가 있기 때문이다.
또, Al2O3의 원료 분체로서는, 고순도의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 순도가 99.99% 이상인 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 고순도의 Al2O3을 사용함으로써, SiC에 불순물이 고용(固溶)되어 α-SiC로의 상전이를 촉진하는 영향을 줄일 수 있고, α-SiC로의 상전이를 줄일 수 있다. 또, 복합 소결체에 포함되는 금속 불순물을 1000ppm 이하로 할 수 있어, 반도체 웨이퍼의 오염을 줄일 수 있다. 또, 고순도의 Al2O3을 사용함으로써, 정전 척 장치의 전기 저항의 온도 의존성을 작게 할 수 있는 효과도 있다.
절연성 입자와 SiC 입자의 혼합 방법으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 초음파 호모지나이저, 비즈 밀, 초고압 분쇄기 등의 분산기를 이용하여 분산매 중에서 분산 처리가 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 절연성 입자의 원료 분체와 도전성 입자의 원료 분체를 균일하게 혼합하지 않으면, 복합화하여 얻어지는 절연성 세라믹스 중의 SiC 입자의 분포가 불균일해져, 전기적 특성의 재현성 및 그 소결체 내에서의 균일성이 악화될 우려가 있다. 이로 인하여, 분산매나 분산제, 분산 처리 조건을 적절히 선정하여 균일하게 혼합하는 것이 바람직하다. 또한, SiC 입자의 분포는 단일의 입자가 응집된 2차 입자경의 분포가 균일해져 있으면 된다.
분산매 중에서 분산한 절연성 입자와 SiC 입자는 스프레이드라이어 등의 건조 장치를 사용하여 복합 입자로 한다.
복합 분말을 1MPa 이상 또한 100MPa 이하의 가압하에서 불활성 가스 분위기 중에서 소성하여 복합 소결체로 하는 방법으로서는 가압 소결 장치(핫프레스)를 이용하는 것이 바람직하다.
소결 조건으로서는, SiC 입자의 상전이 온도보다 낮은 온도에서 절연성 입자의 소결만을 진행시키는 제1 소결 공정과, 제1 소결 공정보다 높고, SiC 입자의 소결이 행해지는 온도에서 혼합 입자를 소결시키는 제2 소결 공정을 갖고 있는 것이 바람직하다.
제1 소결 공정에서 절연성 입자의 소결을 진행시킨 후에, 제2 소결 공정에서 SiC 입자끼리를 소결시킴으로써 β-SiC로부터 α-SiC로의 전이를 억제할 수 있기 때문이다.
또, 제1 소결 공정에 있어서는, 제1 소결 공정이 종료된 단계에서, 소결체의 상대 밀도가, 95% 이상까지 치밀화하는 조건으로 소결하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 소결 공정이 종료된 단계에서의 상대 밀도는, 제1 소결 공정만을 행한 후에 취출한 소결체를 작성하여 확인하는 것 외에, 가압 소결 장치의 프레스기의 변위계의 값으로부터 산출할 수 있다.
제1 소결 공정의 소결 온도로서는 1300℃ 이상 1700℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 1400℃ 이상 1700℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또, 소결을 충분히 행하기 위하여, 1시간 이상 유지하는 것이 바람직하다. β-SiC로부터 α-SiC로의 상전이 온도가 약 1800℃인 데 대하여, 예를 들면 혼합 입자를 1650℃에서 4시간 가열하여 소결한다.
이때, 소결체의 프레스압은, 20MPa 이상인 것이 바람직하고, 30MPa 이상인 것이 보다 바람직하다. 이로써, SiC 입자가 상전이하지 않고, 절연성 세라믹스 입자(Al2O3 입자)가 소결하여 치밀화된다. 또, Al2O3 결정립이 소결되어 이루어지는 주상의 결정립계 및 결정립 내부에, SiC 입자가 모인다.
소결체의 프레스압은, 실온으로부터 1000℃까지의 사이에서는 가압하지 않고, 제1 소결 공정이 종료될 때까지 사이에, 1MPa/분 이하의 승압 속도로 승압하여 최고 압력까지 도달시키는 것이 바람직하다. 소결이 진행되는 온도역에서 온도와 프레스압의 관계나 승압 속도 등의 소결 조건을 변경함으로써, 복합 소결체로 했을 때의 SiC의 입경 분포를 제어할 수 있다.
이어서, 제2 소결 공정에 있어서는, 제1 소결 공정의 소결 온도보다 높고, SiC의 소결이 진행되는 온도에서 혼합 입자를 소결시킨다. 절연성 세라믹스 입자에 Al2O3을 이용한 경우에는, 소결 온도는 1750℃ 이상 1900℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 혼합 입자를 1780℃에서 4시간 가열하여 소결한다. 이때, 소결체의 프레스압은, 20MPa 이상인 것이 바람직하고, 30MPa 이상인 것이 보다 바람직하다. 이로써, Al2O3 입자의 소결이 더 진행된다. 그것과 함께, 결정립계에 모인 SiC 입자나, 복합 분말 내에서 단일의 입자가 응집된 2차 입자 상태로 존재하고 있던 SiC의 소결도 진행된다. 이로써, 전체가 치밀화된 복합 소결체가 얻어진다.
β-SiC 입자는, 소결에 따른 입자의 재배열이나 입자 성장의 과정에 있어서, α-SiC로 상전이하기 쉬운 것이 알려져 있다. 본 실시형태의 제조 방법에서는, 제1 소결 공정에서 미리 일부 소결시키고 전체를 치밀화시켜, SiC 입자를, Al2O3 결정립이 소결되어 이루어지는 주상의 결정립계나 결정립 내부와 같은 좁은 영역에 국소적으로 모으고 있다. 그러면, 제2 소결 공정에서 SiC 입자를 소결시켰을 때에도, SiC 입자의 주위에는 약간의 양의 SiC 입자밖에 존재하지 않기 때문에, SiC 입자를 소결시켰다고 해도, SiC 입자의 입자 성장에 따른 상전이를 억제할 수 있다고 생각된다. 또, 소결이 진행됨으로써 프레스압이 SiC 입자에 충분히 전해지는 것에 의하여, 압력이 상전이를 억제하는 효과가 작용하여, α-SiC로의 전이가 억제된다고 생각된다. 또한, Al2O3이 치밀화한 것에 의하여, Al2O3 중의 알루미늄이 SiC에 고용하기 어려워져, 4H상인 α-SiC로의 전이가 억제된다고 생각된다.
제2 소결 공정의 최고 온도(소결 온도)로 소정 시간 유지한 후, 강온 시에 있어서는, 소결체의 온도가 1600℃ 이하가 될 때까지, 복합 소결체의 프레스압을, 20MPa 이상으로 유지하는 것이 바람직하고, 30MPa 이상으로 유지하는 것이 보다 바람직하다. 상전이가 발생하는 온도 이하가 될 때까지 프레스압을 계속 가하면, 압력이 상전이를 억제하는 효과에 의하여, α-SiC로의 전이를 방지할 수 있다.
또한, 복합 소결체의 프레스압은, 복합 소결체의 온도가 1300℃ 이상 1700℃ 이하, 바람직하게는 1400℃ 이상 1600℃ 이하의 온도 범위에 있어서 해방하는 것이 바람직하다. 소결체의 온도가 1300℃ 미만이 될 때까지 프레스압을 가한 채로 냉각하면, 얻어지는 복합 소결체에 잔류 응력이 많이 남아, 파손되기 쉬워질 우려가 있다.
이상과 같은 구성의 정전 척용 복합 소결체에 의하면, 내구성이 우수한 정전 척용 복합 소결체(세라믹스 재료)로 할 수 있다.
또, 이상과 같은 정전 척 장치에 의하면, 상술한 정전 척용 복합 소결체(세라믹스 재료)를 이용했기 때문에, 내구성이 우수한 정전 척 장치로 할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 적합한 실시의 형태예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 상술한 예에 있어서 나타낸 각 구성 부재의 모든 형상이나 조합 등은 일례이며, 본 발명의 주지로부터 벗어나지 않는 범위에 있어서 설계 요구 등에 근거하여 다양하게 변경 가능하다.
실시예
이하에 본 발명을 실시예에 의하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
"실시예 1"
평균 입자경 0.04㎛의 β형 SiC 분말을 10체적%와, 평균 입자경 0.1㎛의 Al2O3 분말이 90체적%가 되도록 칭량하여, 이들 SiC 분말 및 Al2O3 분말을 수계 용매 중에서, 볼 밀에서 5시간 분산 처리했다. 얻어진 분산액을, 스프레이드라이어를 이용하여 200℃에서 건조하여, Al2O3과 SiC의 복합 분말을 얻었다.
이어서, 얻어진 혼합 분말을 성형한 후, 아르곤 분위기하, 압력을 가하지 않고 10℃/분으로 1300℃까지 승온시켰다. 그 후, 승온 속도를 10℃/분으로 유지한 채로 프레스압을 0.2MPa/분으로 승압했다. 1650℃ 도달 시점에서 프레스압은 7MPa가 되었다. 또, 1650℃로 온도를 유지하여 승압을 계속한바, 유지 시간이 165분 경과한 시점에서 프레스압은 40MPa가 되었다. 그 후, 프레스압을 40MPa로 한 채로, 1650℃에서의 유지 시간이 4시간이 된 시점에서, 제1 소결 공정을 완료시켰다.
그 후, 제1 소결 공정에서 얻어진 성형체에 대한 프레스압을 40MPa로 유지한 채로, 제1 소결 공정의 유지 온도인 1650℃에서 1880℃까지 5℃/분으로 승온시켰다. 제1 소결 공정에서 얻어진 성형체의 소결 온도를 1880℃, 프레스압을 40MPa로 한 채로 4시간 유지함으로써, 제2 소결 공정을 행했다.
이어서, 제2 소결 공정에서 얻어진 성형체에 대한 프레스압을 온도 1880℃에서 40MPa로 유지하면서 소결로(燒結爐)의 가열을 종료하여, 소결로를 1500℃까지 냉각했다.
1500℃에서 프레스압을 개방한 후, 제2 소결 공정에서 얻어진 성형체를 실온까지 냉각하여, 실시예 1의 세라믹스 재료(복합 소결체)를 얻었다.
"실시예 2"
제1 소성 공정의 프레스압을 25MPa, 25MPa에 도달한 시간이 1650℃에서의 유지 개시 후부터 90분 후이며, 제2 소성 공정의 유지 온도를 1780℃, 제2 소성 공정의 프레스 조건을 25MPa로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 2의 세라믹스 재료(복합 소결체)를 얻었다.
"실시예 3"
제2 소성 공정의 유지 온도를 1780℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 3의 세라믹스 재료(복합 소결체)를 얻었다.
"비교예 1"
실시예 1의 방법으로 얻어진 혼합 분말을 성형한 후, 아르곤 분위기하, 압력을 가하지 않고 10℃/분으로 1300℃까지 승온했다. 그 후, 승온 속도를 10℃/분으로 유지한 채로 프레스압을 0.2MPa/분으로 승압했다. 또한, 1780℃ 도달 시점에서의 프레스압은 9.6MPa이며, 1880℃에서의 프레스압은 11.6MPa였다.
1880℃로 온도를 유지하여 승압을 계속한바, 유지 시간이 67분 경과한 시점에서 프레스압은 25MPa가 되었다.
그 후, 프레스압을 25MPa로 유지한 채로 1880℃에서의 유지 시간이 4시간이 된 시점에서 가열을 종료하고, 1880℃에서 프레스압을 해방하며, 실온까지 냉각하여 비교예 1의 세라믹스 재료(복합 소결체)를 얻었다.
"비교예 2"
시판 중인 순도 99.6%의 Al2O3 소결체(아스작사제, AR-996)를, 비교예 2의 세라믹스 재료(소결체)로서 이용했다.
얻어진 각 세라믹스 재료(복합 소결체)에 대하여, 이하의 방법으로 측정했다.
(결정상의 분석)
X선 회절 장치(PANalytial사제, 기종명 X＇Pert PROMPD)를 이용하여 분말 X선 회절법에 의하여, 결정상의 동정을 행했다.
SiC의 결정형이 포함되는 비율은, 회절선의 이론 강도의 계산값과, X선 회절 강도의 측정값을 이용하여, 연립 방정식을 풀어 해를 구하는 방법을 이용하여 결정상을 동정했다.
SiC의 결정형은 3C, 4H, 6H의 3종류가 포함되는 것으로 하며, 계산에 사용하는 피크로는, CuKα선을 조사하여 얻은 X선 회절 패턴에 있어서, 2θ=33.7도 부근에 보이는 피크, 2θ=34.1도 부근에 보이는 피크, 2θ=35.8도 부근에 보이는 피크의 3개의 피크를 사용했다. SiC의 결정형과 회절선의 이론 강도의 관계의 계산값은, Ruska의 계산값을 사용했다(J. Mater. Sci., 14, 2013-2017(1979)).
상기 X선 회절 패턴에 있어서, 2θ=33.7도 부근에 보이는 피크 (I1)과, 2θ=35.8도 부근에 보이는 피크 (I3)의 비율(I1/I3)이 0.01 정도 이하일 때는 백그라운드가 되는 데이터와 겹쳐 검출 한계 이하가 된다. 이로 인하여, I1의 피크 강도는 I3의 값의 0.01배의 값으로서 계산했다. 3C와 4H만 포함되는 경우 4H형의 α-SiC의 검출 한계는 약 10%가 된다.
상기 X선 회절 패턴에 있어서, 2θ=34.1도 부근에 보이는 피크 (I2)와, 2θ=35.8도 부근에 보이는 피크 (I3)의 비율(I2/I3)이 0.01 정도 이하일 때는 백그라운드가 되는 데이터와 겹쳐 검출 한계 이하가 된다. 이로 인하여, I2의 피크 강도는 I3의 값의 0.01배의 값으로서 계산했다. 3C와 6H만 포함되는 경우 4H형의 α-SiC의 검출 한계는 약 5%가 된다.
측정 결과로부터, SiC 전체에 있어서의 β-SiC의 함유율을 구했다.
복합 소결체의 밀도는, SiC의 이론 밀도를 3.21로 하고, Al2O3의 이론 밀도를 4.0으로 하여 아르키메데스법에 의하여 구했다.
실시예 1, 2, 비교예 1, 2에 대한 세라믹스 재료의 제작 조건을 표 1에 나타낸다.
제1 소성 공정 제2 소성 공정 프레스 해방 온도
온도 조건 압력 조건 온도 조건 압력 조건
실시예 1 1650℃×4시간 40MPa 1880℃×4시간 40MPa 1500℃
실시예 2 1650℃×4시간 25MPa 1780℃×4시간 25MPa 1500℃
실시예 3 1650℃×4시간 40MPa 1780℃×4시간 40MPa 1500℃
비교예 1 없음 1880℃×4시간 25MPa 1880℃
비교예 2 불명확
(내전압 평가)
얻어진 실시예 1, 2, 비교예 1, 2의 판 형상 시험편을 이용하여, JIS C2110-2에 준거하여, JIS C2110-2에서 규정하는 단시간 시험을 행했다.
구체적으로는, 얻어진 실시예 1, 2, 비교예 1, 2의 판 형상 시험편을, 직경 20mm의 전극으로 협지하고, 두께 방향으로 직류 전압을 인가했다. 인가하는 전압을 1000V/초(3.3kV/(mm·초))의 속도로 승압하면서, 전륫값을 측정했다. 전륫값은 0.05초 간격으로 측정했다. 또한, 0.05초 간격으로 측정하고 있는 전륫값이 순간적으로 증가하여, 0.05초 후에는 0.1초 전의 측정값의 2배 이하의 값이 되는 경우는 노이즈로 간주하여, 평가에 사용하지 않았다.
측정에 있어서는, 전류가 150㎂ 이상이 된 경우에 인가 전압을 차단하는 것으로 했다.
도 2~5는, 각각 실시예 1, 2, 비교예 1, 2의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
실시예 1에서는 전압의 증가에 따라, 전륫값은 150㎂를 초과할 때까지 연속적으로 증가했다.
실시예 2에서는 전륫값이 77㎂에 이를 때까지 연속적으로 전륫값이 증가한 후, 0.1초 후에 급격하게 전륫값이 증가하여 150㎂ 이상이 되어, 전압을 인가하고 있는 고전압 전원이 차단되었다.
비교예 1에서는 전륫값이 4.5㎂에 이를 때까지 연속적으로 증가한 후, 0.1초 후에 급격하게 전륫값이 증가하여 150㎂ 이상이 되어, 전압을 인가하고 있는 고전압 전원이 차단되었다.
비교예 2에서는 전륫값이 0.8㎂에 이른 후, 0.1초 후에 급격하게 전륫값이 증가하여 150㎂ 이상이 되어, 전압을 인가하고 있는 고전압 전원이 차단되었다.
실시예 1, 2, 비교예 1, 2에 대한 평가 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 기재된 임계 전륫값 및 내전압의 값은, 도 2~5에 나타낸 그래프로부터 판독한 것이다.
임계 전륫값 내전압
실시예 1 58μA 38kV/mm(11.3kV/0.3mm)
실시예 2 47μA 33kV/mm(9.9kV/0.3mm)
비교예 1 4.5μA 35kV/mm(10.5kV/0.3mm)
비교예 2 0.8μA 65kV/mm(19.5kV/0.3mm)
평가의 결과, 실시예 1, 2의 세라믹스 재료는, 모두 임계 전륫값이 5㎂를 초과하고, 또한 내전압이 5㎂ 이상이 되었다. 이로 인하여, 실시예 1, 2의 세라믹스 재료는, 내구성이 우수한 것이라고 판단할 수 있다.
이에 대하여, 비교예 1, 2의 세라믹스 재료는, 내전압은 5㎂ 이상이었지만, 임계 전륫값이 5㎂를 하회하고 있었다. 이로 인하여, 비교예 1, 2의 세라믹스 재료에서는, 세라믹스 재료가 방전되기 전에, 세라믹스 재료에 대전한 전하를 방출할 수 없어, 절연 불량에 이를 때까지의 기간이 짧아진다고 판단할 수 있다.
(내구성 평가)
실시예 1, 2, 비교예 1, 2에서 제작한 세라믹스 재료(복합 소결체)를 사용하여 기체(재치판 및 지지판)를 제작하여, 정전 척 장치를 제조했다. 제조한 정전 척 장치를 플라즈마 에칭 장치 내에서 1000시간 사용함으로써, 내구성 평가를 행했다. 평가 결과를 표 3에 나타낸다.
밀도
(%)		 β-SiC α-SiC 결정자경
(nm)		 내구성 평가
3C율(%) 4H율(%) 6H율(%)
실시예 1 99.2 >85 <10 <5 96 문제 없음
실시예 2 98.4 73~78 22 <5 84 문제 없음
실시예 3 98.5 >85 <10 <5 85 문제 없음
비교예 1 98.3 36 51 13 120 절연 불량 발생 α층을 기점으로 파괴
비교예 2 98.7 - - - - 방전에 의하여 사용 불가
평가의 결과, 실시예 1~3의 세라믹스 재료(복합 소결체)를 사용한 정전 척 장치는, 1000시간 사용 후에도 복합 소결체의 절연 불량 등의 문제는 없고, 내구성이 높은 것을 알 수 있었다.
한편, 비교예 1의 세라믹스 재료(복합 소결체)를 사용한 정전 척 장치는, 600시간 사용한 시점에서, 세라믹스 재료가 절연 불량이 되어 사용할 수 없게 되었다. 세라믹스 재료의 절연 불량이 된 개소에 대하여 TEM(투과형 전자 현미경)을 사용하여 관찰한바, α형의 SiC가 존재하고 있는 것이 확인되었다.
비교예 2의 세라믹스 재료(소결체)를 사용한 정전 척 장치는, 정전 척 장치에 방전이 발생하여 사용할 수 없었다.
도 6은, 실시예 1의 세라믹스 재료(복합 소결체)의 SIM(Scanning Ion Microscope, 주사 이온 현미경)상이며, 수렴 이온빔 장치에서 세라믹스 재료의 표면을 500nm 절삭하여 노출한 면에 대한 상이다.
사진의 콘트라스트가 어두워져 있는 장소가 SiC 입자이다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 원료의 입자경(0.04㎛)보다 크게 입성장한 SiC 입자가 관찰되었다. 또, SiC 입자의 입자 형상은 부정형으로 되어 있었다. 또, SiC 입자끼리의 경계에 넥을 형성하고 있는 것이 관찰되고, SiC 입자끼리가 소결하고 있는 것이 확인되었다.
이상의 결과로부터, 본 발명이 유용하다는 것이 확인되었다.
1…정전 척 장치
11a…재치면
13…정전 흡착용 전극
W…판 형상 시료

Claims (11)

  1. 절연성 세라믹스와 탄화 규소의 복합 소결체이며,
    상기 탄화 규소의 결정립은, 상기 절연성 세라믹스의 결정립이 소결되어 이루어지는 주상의 결정립계와 결정립 내부 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두에 분산되어 있고,
    상기 탄화 규소의 결정립의 전체에 대하여, β-SiC형의 결정 구조를 갖는 결정립을 60체적%보다 많이 포함하며,
    상기 복합 소결체는, 결정립계에 존재하는 기공을 포함하고,
    상기 복합 소결체가 상기 기공을 포함하지 않는다고 했을 때의 가상 진밀도에 대한, 상기 복합 소결체의 겉보기 밀도의 비율은 97% 이상인 세라믹스 재료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 β-SiC형의 결정 구조를 갖는 결정립끼리가 소결된 부분을 포함하는 세라믹스 재료.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탄화 규소의 결정립의 X선 회절 결과로부터 구한 결정자경은, 50nm 이상인 세라믹스 재료.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연성 세라믹스가 산화 알루미늄인 세라믹스 재료.
  5. 산화 알루미늄과 탄화 규소의 복합 소결체이며,
    상기 탄화 규소의 결정립은, 상기 산화 알루미늄의 결정립이 소결되어 이루어지는 주상의 결정립계 및 결정립 내부에 분산되어 있고,
    상기 복합 소결체의 표면에 CuKα선을 조사하여 얻은 X선 회절 패턴에 있어서, 2θ=33.7도 부근에 보이는 피크 (I1)과, 2θ=35.8도 부근에 보이는 피크 (I3)의 비율(I1/I3)이 0.05 이하이며,
    상기 X선 회절 패턴에 있어서, 2θ=34.1도 부근에 보이는 피크 (I2)와 2θ=35.8도 부근에 보이는 피크 (I3)의 비율(I2/I3)이 0.01 이하인 세라믹스 재료.
  6. 하기 (i) 및 (ii)를 충족시키는 세라믹스 재료.
    (i) JIS C2110-2에서 규정하는 단시간 시험에 준하여, 두께 0.3mm의 상기 세라믹스 재료의 시험편을 동일 직경인 직경 20mm의 전극으로 협지하고, 전압 상승 속도 1000V/초로 측정했을 때, 상기 시험편에 흐르는 전륫값이 1㎂를 초과했을 때의 전압값이 10kV/mm 이상
    (ii) 상기 (i)과 동일 조건으로 행하는 시험에 있어서, 상기 시험편에 흐르는 전륫값을 0.1초마다 측정했을 때, 전륫값이 0.1초당 10㎂를 초과하여 증가한 시간에 대하여, 상기 시간의 0.1초 전의 전압값에 대응하는 전륫값이 5㎂ 이상
  7. 제 6 항에 있어서,
    소결체인 세라믹스 재료.
  8. 제 7 항에 있어서,
    절연성 세라믹스와 탄화 규소의 복합 소결체인 세라믹스 재료.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 절연성 세라믹스가 산화 알루미늄인 세라믹스 재료.
  10. 제 9 항에 있어서,
    알루미늄 및 규소 이외의 금속 불순물 함유량이, 1000ppm 이하인 세라믹스 재료.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 세라믹스 재료를 형성 재료로 하며, 일 주면이 판 형상 시료를 재치하는 재치면인 기체와,
    상기 기체에 있어서 상기 재치면과는 반대 측, 또는 상기 기체의 내부에 마련된 정전 흡착용 전극을 구비하는 정전 척 장치.
KR1020187022183A 2016-01-27 2017-01-27 세라믹스 재료, 정전 척 장치 KR20180108637A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016013843 2016-01-27
JPJP-P-2016-013843 2016-01-27
JPJP-P-2016-065345 2016-03-29
JP2016065345 2016-03-29
PCT/JP2017/002934 WO2017131159A1 (ja) 2016-01-27 2017-01-27 セラミックス材料、静電チャック装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180108637A true KR20180108637A (ko) 2018-10-04

Family

ID=59397966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187022183A KR20180108637A (ko) 2016-01-27 2017-01-27 세라믹스 재료, 정전 척 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11387132B2 (ko)
JP (2) JP6237954B1 (ko)
KR (1) KR20180108637A (ko)
CN (1) CN108495829B (ko)
WO (1) WO2017131159A1 (ko)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102089949B1 (ko) * 2017-10-20 2020-03-19 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치의 부품
JP7259765B2 (ja) * 2017-12-28 2023-04-18 住友大阪セメント株式会社 静電チャック装置
KR102432509B1 (ko) 2018-02-20 2022-08-12 엔지케이 인슐레이터 엘티디 복합 소결체, 반도체 제조 장치 부재 및 복합 소결체의 제조 방법
WO2019182107A1 (ja) * 2018-03-22 2019-09-26 住友大阪セメント株式会社 複合焼結体、静電チャック部材、静電チャック装置および複合焼結体の製造方法
WO2019189600A1 (ja) 2018-03-30 2019-10-03 住友大阪セメント株式会社 セラミックス基体およびサセプタ
WO2020045432A1 (ja) * 2018-08-29 2020-03-05 京セラ株式会社 静電チャックおよび静電チャックの製造方法
US10665493B1 (en) * 2018-11-06 2020-05-26 Mikro Mesa Technology Co., Ltd. Micro device electrostatic chuck
JP7430489B2 (ja) * 2019-01-16 2024-02-13 セメス株式会社 静電チャック、静電チャック装置
JP7111257B2 (ja) * 2019-05-22 2022-08-02 住友大阪セメント株式会社 複合焼結体、静電チャック部材、静電チャック装置および複合焼結体の製造方法
CN111081626A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 苏州芯慧联半导体科技有限公司 一种包含高电阻陶瓷热熔射材料的静电卡盘
CN113948360A (zh) * 2020-07-15 2022-01-18 芝浦机械电子株式会社 等离子体处理装置
JP2022148668A (ja) * 2021-03-24 2022-10-06 日本碍子株式会社 ハニカム構造体、ならびに該ハニカム構造体を用いた電気加熱式担体および排ガス処理装置
WO2023068159A1 (ja) * 2021-10-18 2023-04-27 日本特殊陶業株式会社 アルミナ質焼結体、および静電チャック
CN116110840A (zh) * 2021-11-09 2023-05-12 中微半导体设备(上海)股份有限公司 提高刻蚀均匀性的静电吸盘、等离子体反应装置
WO2024004778A1 (ja) * 2022-06-29 2024-01-04 住友大阪セメント株式会社 半導体製造装置用部材及び静電チャック装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1236853A (en) * 1975-12-03 1988-05-17 Frederick G. Stroke SUBMICRON .beta. SILICON CARBIDE POWDER AND SINTERED ARTICLES OF HIGH DENSITY PREPARED THEREFROM
JPS6121965A (ja) * 1984-07-11 1986-01-30 イビデン株式会社 アルミナ質焼結体とその製造方法
JPS6121964A (ja) * 1984-07-11 1986-01-30 イビデン株式会社 アルミナ質焼結体とその製造方法
SE469075B (sv) * 1991-01-21 1993-05-10 Sandvik Ab Whiskerfoerstaerkt oxidbaserat keramiskt skaer
JP2525974B2 (ja) * 1991-03-26 1996-08-21 日本碍子株式会社 半導体ウエハ―加熱装置
JP3127022B2 (ja) * 1991-12-03 2001-01-22 住友大阪セメント株式会社 アルミナ基複合焼結体の製造方法
JPH05295352A (ja) * 1992-04-20 1993-11-09 Noritake Co Ltd Ａｌ２Ｏ３複合セラミック研摩材料、工具材料及びその製法
JPH06219828A (ja) * 1993-01-27 1994-08-09 Chichibu Cement Co Ltd ムライト・炭化珪素複合セラミックスの製造方法
JPH08267305A (ja) * 1995-03-31 1996-10-15 Ngk Spark Plug Co Ltd 複合セラミックス工具、皮膜付き複合セラミックス工具及びそれらの製造方法
JP3586034B2 (ja) * 1996-04-08 2004-11-10 住友大阪セメント株式会社 静電チャック
JP4261631B2 (ja) * 1998-03-11 2009-04-30 京セラ株式会社 セラミック焼結体の製造方法
JP4744855B2 (ja) 2003-12-26 2011-08-10 日本碍子株式会社 静電チャック
JP5363132B2 (ja) * 2008-02-13 2013-12-11 日本碍子株式会社 酸化イットリウム材料、半導体製造装置用部材及び酸化イットリウム材料の製造方法
CN102770394B (zh) * 2010-02-24 2014-12-31 京瓷株式会社 碳化硅质烧结体及使用其的滑动部件以及防护体
JP5972630B2 (ja) 2011-03-30 2016-08-17 日本碍子株式会社 静電チャックの製法
JP6032022B2 (ja) * 2013-01-16 2016-11-24 住友大阪セメント株式会社 誘電体材料
JP6155922B2 (ja) * 2013-07-12 2017-07-05 住友大阪セメント株式会社 静電チャック装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20190043746A1 (en) 2019-02-07
JP2017206436A (ja) 2017-11-24
JP6237954B1 (ja) 2017-11-29
CN108495829B (zh) 2021-09-14
JP6432649B2 (ja) 2018-12-05
JPWO2017131159A1 (ja) 2018-02-01
CN108495829A (zh) 2018-09-04
US11387132B2 (en) 2022-07-12
WO2017131159A1 (ja) 2017-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180108637A (ko) 세라믹스 재료, 정전 척 장치
US11107719B2 (en) Electrostatic chuck device and method for manufacturing electrostatic chuck device
KR102543049B1 (ko) 복합 소결체, 정전 척 부재, 및 정전 척 장치
JP7063326B2 (ja) 複合焼結体、静電チャック部材、静電チャック装置および複合焼結体の製造方法
US11845697B2 (en) Composite sintered body, semiconductor manufacturing apparatus member, and method of manufacturing composite sintered body
US11990362B2 (en) Composite sintered body, electrostatic chuck member, electrostatic chuck device, and method for manufacturing composite sintered body
KR20200136922A (ko) 세라믹스 기체 및 서셉터
JP6828395B2 (ja) 静電チャック部材、静電チャック装置
US11345639B2 (en) Composite sintered body, electrostatic chuck member, electrostatic chuck device, and method for producing composite sintered body
KR20200133744A (ko) 정전 척 장치 및 정전 척 장치의 제조 방법
KR20210052250A (ko) 복합 소결체 및 복합 소결체의 제조 방법
JP6834468B2 (ja) 静電チャック部材、静電チャック装置および高周波透過材料

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal