WO2008018341A1

WO2008018341A1 - Dispositif de fixation électrostatique

Info

Publication number: WO2008018341A1
Application number: PCT/JP2007/065073
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Inazumachi; Mamoru Kosakai; Yukio Miura; Keigo Maki
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2009-02-10
Also published as: US8264813B2; CN101501834B; US20100002354A1; CN101501834A; JP4855177B2; JP2008042141A; KR20090048449A; KR101318591B1

Description

明細書

静電チャック装置

技術分野

[0001] 本発明は、静電チャック装置に関し、さらに詳しくは、電極に高周波を印加してブラズマを生成し、このプラズマにより半導体ウェハ、金属ウェハ、ガラス板等の板状試料にプラズマ処理を施す高周波放電方式のプラズマ処理装置に用いて好適な静電チャック装置に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、 IC、 LSI, VLSI等の半導体デバイス、ある!/、は液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display： FPD)等の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理では、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマが多く利用されている。一般に、プラズマ処理装置は、ブラズマを生成する方式として、グロ一放電または高周波放電を利用する方式と、マイク口波を利用する方式とに大別される。

[0003] 図 7は、従来の高周波放電方式のプラズマ処理装置に搭載される静電チャック装置の一例を示す断面図であり、この静電チャック装置 1は、真空容器を兼ねるチャンバー（図示略）の下部に設けられ、静電チャック部 2と、この静電チャック部 2の底面に固定されて一体化された金属ベース部 3とにより構成されている。

静電チャック部 2は、上面を半導体ウェハ等の板状試料 Wを載置して静電吸着する載置面 4aとするとともに静電吸着用内部電極 5を内蔵した基体 4と、この静電吸着用内部電極 5に直流電圧を印加する給電用端子 6とにより構成され，この給電用端子 6には高圧の直流電圧を印加する高圧直流電源 7が接続されている。また、金属ベース部 3は高周波発生用電極（下部電極）を兼ねるもので、高周波電圧発生用電源 8に接続され、その内部に水や有機溶媒等の冷却用媒体を循環させる流路 9が形成されている。そして、チャンバ一は接地されている。

[0004] この静電チャック装置 1では、板状試料 Wを載置面 4aに載置し、高圧直流電源 7により給電用端子 6を介して静電吸着用内部電極 5に直流電圧を印加することにより板状試料 wを静電吸着する。次いで、チャンバ一内を真空にして処理ガスを導入し、高周波電圧発生用電源 8により金属ベース部 3 (下部電極）と上部電極（図示略）との間に高周波電力を印加してチャンバ一内に高周波電界を発生させる。高周波としては、一般に十数 MHz以下の領域の周波数が用いられる。

この高周波電界により電子が加速され、この電子と処理ガスとの衝突電離によりプラズマが発生し、このプラズマにより各種処理を行うことができる。

[0005] ところで、近年、プラズマ処理においては、プラズマ中のイオンエネルギーが低くかつ電子密度が高!/、「低エネルギー高密度プラズマ」を用いた処理に対する要求が大きくなつてきている。この低エネルギー高密度プラズマを用いた処理では、プラズマを発生させる高周波電力の周波数が従来と比べて、例えば 100MHzと非常に高くなる場合がある。

このように、印加する電力の周波数を上昇させると、電界強度は、静電チャック部 2の中央、即ち板状試料 Wの中央に相当する領域で強くなる一方、その周縁部では弱くなる傾向がある。このため、電界強度の分布が不均一になると、発生するプラズマの電子密度も不均一となってしまい、板状試料 Wの面内における位置により処理速度等が異なってくるため、面内均一性の良好な処理結果が得られないという問題が生じていた。

[0006] このような問題を解消するために、図 8に示すプラズマ処理装置が提案されている（特許文献 1)。

このプラズマ処理装置 11は、プラズマ処理の面内均一性を向上させるために、高周波電力を印加する下部電極（金属ベース部） 12の上部電極 13と対向する側の表面の中央部にセラミックス等の誘電体層 14を埋設して電界強度分布を均一にしたものである。なお、図中、 15は高周波発生用電源、 PZはプラズマ、 Eは電界強度、 W は板状試料である。

このプラズマ処理装置 11では、高周波発生用電源 15により下部電極 12に高周波電力を印加すると、表皮効果により下部電極 12の表面を伝播して上部に達した高周波電流は、板状試料 Wの表面に沿って中央に向かいつつ、一部が下部電極 12側に漏れ、その後、下部電極 12の内部を外側へ向かって流れる。この過程で高周波電流は、誘電体層 14が設けられている部分では、誘電体層 14が設けられていない部分と比べてより深く潜めることにより TMモードの空洞円筒共振を発生させる。その結果、板状試料 Wの面上からプラズマに供給する中央部分の電界強度が弱くなり、板状試料 Wの面内の電界が均一になる。

[0007] ところで、プラズマ処理は、真空に近い減圧下にて行われる場合が多ぐこのような場合には、板状試料 Wの固定に図 9に示すような静電チャック装置が用いられることが多い。

この静電チャック装置 16は、誘電体層 17に導電性の静電吸着用内部電極 18を内蔵した構造であり、例えばアルミナ等を溶射して形成された 2つの誘電体層にて導電性の静電吸着用内部電極を挟持したものである。

この静電チャック装置 16では、高圧直流電源 7により静電吸着用内部電極 18に高圧直流電力を印加して誘電体層 17の表面に生じる静電吸着力を利用することにより ,板状試料 Wを静電吸着し固定している。

特許文献 1 :特開 2004— 363552号公報（第 15頁段落 0084〜0085、図 19) 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] しかしながら、このような静電チャック装置においても、板状試料 Wの中央部の上方のプラズマの電位が高くかつ周縁部の電位が低くなつているために、板状試料 Wの中央部と周縁部とで処理速度が異なってしまい、エッチング等のプラズマ処理における面内不均一の要因になるという問題点があった。また、静電吸着力の発現、応答性も充分なものではなかった。

そこで、本発明者は、上記の不都合な点を解消すべく鋭意検討した結果、静電チャック装置の静電吸着用内部電極の体積固有抵抗を 1. 0 X 10— 'cm以上かつ 1 . 0 Χ 10⁵ Ω 'cm以下、好ましくは 1 · 0 Χ 10² Ω 'cm以上かつ 1 · 0 Χ 10⁴ Ω ·«η以下の範囲内とすることが必要であることを知見した。

[0009] そして、このような体積固有抵抗を有する材料としては、次のような焼結体が挙げられる。

(1)アルミナ（Al Ο )等の絶縁性セラミックスに、モリブデン（Mo)、タングステン (W) 、タンタル (Ta)等の高融点金属を添加した焼結体。

(2)アルミナ (Al O )等の絶縁性セラミックスに、窒化タンタル (TaN)、炭化タンタル

2 3

(TaC)、炭化モリブデン (Mo C)等の導電性セラミックスを添加した焼結体。

2

(3)アルミナ (Al O )等の絶縁性セラミックスに、炭素（C)等の導電体を添加した焼

2 3

結体。

[0010] しかしながら、上記の（1)〜（3)の焼結体により静電吸着用内部電極を作製すると、高融点金属、導電性セラミックス、炭素等の導電性成分を絶縁性セラミックスと工業的規模で均一に混合することが困難であるために、これらの導電性成分の比率が目的とする体積固有抵抗値を得るために必要な比率から変動し易くなる。このように、これらの導電性成分が僅かでも変動すると、体積固有抵抗値が大きく変動するために、この体積固有抵抗が所望の一定値とならず、したがって、 1. OXICT^ 'cm以上かつ 1· 0Χ10⁵Ω 'cm以下、好ましくは 1· 0Χ10²Ω 'cm以上かつ 1· 0Χ10⁴Ω -c m以下の範囲から逸脱し易くなり、静電吸着用内部電極の体積固有抵抗を所望の一定値に調整することが非常に難しいという問題点があった。

[0011] また、静電チャック装置を作製する際に用いられる工業的規模の熱処理炉は、炉内における温度分布が均一でなぐ通常、 ±25°C〜±50°C程度の温度のばらつきがある。そこで、この静電チャック装置を作製する際に、板状試料を載置する軟置板と、この載置板を支持する支持板との間に、静電吸着用内部電極となる上記の（1)〜 (3)の焼結体の原料成分を含む導電材料層を挟持し、その後、これらを焼成して、載置板、静電吸着用内部電極及び支持板を接合一体化しょうとすると、生成する静電吸着用内部電極の体積固有抵抗が炉内の温度分布の影響を大きく受けるために、この体積固有抵抗が所望の一定値とならず、したがって、 1. OXlCT^'cm以上かつ 1· 0Χ10⁵Ω 'cm以下、好ましくは 1· 0Χ10²Ω 'cm以上かつ 1· 0Χ10⁴Ω -cm 以下の範囲から逸脱し易くなり、静電吸着用内部電極の体積固有抵抗を所望の一定値に調整することが非常に難しいという問題点があった。

このように、静電吸着用内部電極の体積固有抵抗は、導電性成分の変動や焼成時の温度の変動の影響を受け易いために、所望の一定値を安定して得ることが難しぐしたがって、板状試料への均一なプラズマ処理が可能で、かつ、静電吸着力の発現、応答性が良好な静電チャック装置を得ることが困難であった。

[0012] 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、プラズマ処理装置に適用した場合に、プラズマ中の電界強度の面内均一性が向上し、板状試料に対して面内均一性の高!/、プラズマ処理を行うことができる静電チャック装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0013] 本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、静電吸着用内部電極を、絶縁性セラミックスと導電性成分である炭化ケィ素とを含有してなる複合焼結体とし、かつ、その体積固有抵抗を 1· ΟΧΙΟ^Ω 'cm以上かつ 1· 0Χ10⁵Ω -cm 以下とすれば、上記の課題を効率的に解決し得ることを知見し、本発明を完成するに至った。

[0014] すなわち、本発明の静電チャック装置は、一主面を板状試料を載置する載置面とするとともに静電吸着用内部電極を内蔵した基体と、この静電吸着用内部電極に直流電圧を印加する給電用端子とを備えた静電チャック部と、この静電チャック部の基体の他の主面に固定されて一体化され、高周波発生用電極となる金属ベース部とを備え、前記静電吸着用内部電極は、絶縁性セラミックスと炭化ケィ素とを含有してなる複合焼結体からなり、かつ、その体積固有抵抗は 1. ΟΧΙΟ^Ω 'cm以上かつ 1. 0Χ10⁵Ω· cm以下であることを特徴とする。

[0015] この静電チャック装置では、静電吸着用内部電極を、絶縁性セラミックスと炭化ケィ素とを含有してなる複合焼結体とし、かつ、その体積固有抵抗を 1.0X10^_1Q-cm 以上かつ 1.0X10⁵Q'cm以下としたことにより、導電性成分である炭化ケィ素（SiC )の含有率が目的とする体積固有抵抗を得るために必要な含有率から変動したとしても、この静電吸着用内部電極の体積固有抵抗が目的とする値から大きく変動することがなぐまた、この体積固有抵抗の温度変化も小さぐ室温（25°C)〜； 100°Cの温度範囲内で安定して使用することが可能になる。

また、この静電吸着用内部電極を製造する際に熱処理温度や焼成温度が変動した場合においても、この静電吸着用内部電極の体積固有抵抗が目的とする値から大きく変動することもない。 [0016] これにより、静電吸着用内部電極の体積固有抵抗は、 1.0X10— 'cm以上かつ 1.0 X 10⁵ Ω . cm以下の範囲内に保持され、金属ベース部に高周波電圧を印加した場合に、高周波電流が静電吸着用内部電極を通過し、プラズマ密度の均一化を効率よく達成する。よって、板状試料への均一なプラズマ処理が可能になる。また、静電吸着力の発現、応答性にも優れている。

[0017] 前記複合焼結体は、炭化ケィ素を 5重量％以上かつ 20重量％以下含有してなることが好ましい。

この複合焼結体では、複合焼結体中の炭化ケィ素の含有率を 5重量％以上かつ 2 0重量％以下の範囲で制御することにより、静電吸着用内部電極の体積固有抵抗は容易に 1· ΟΧΙΟ^Ω 'cm以上かつ 1· 0X 10⁵Ω 'cm以下の範囲内とされる。

また、複合焼結体が炭化ケィ素を含有することにより、緻密化され、機械的強度に優れたものとなる。

[0018] 前記複合焼結体は、金属、炭素、導電性セラミックスの群から選択される 1種または

2種以上を合計で 30体積％以下含有してなることが好ましい。

この複合焼結体では、金属、炭素、導電性セラミックスの群から選択される 1種または 2種以上を合計で 30体積％以下含有することにより、複合焼結体の体積固有抵抗を 1· OXlCTiQ'cm以上かつ 1· 0X 10⁵Ω 'cm以下の範囲内に容易に調製することが可能になる。

発明の効果

[0019] 本発明の静電チャック装置によれば、静電吸着用内部電極を、絶縁性セラミックスと炭化ケィ素とを含有してなる複合焼結体とし、かつ、その体積固有抵抗を 1.0X10 — iQ'cm以上かつ 1· 0X10⁵Q'cm以下としたので、導電性成分である炭化ケィ素（ SiC)の含有率が目的とする体積固有抵抗を得るために必要な含有率から変動したとしても、また、この静電吸着用内部電極を製造する際に熱処理温度や焼成温度が変動したとしても、この静電吸着用内部電極の体積固有抵抗を 1.0X10^_1Q-cm 以上かつ 1· 0Χ10⁵Ω 'cm以下の範囲内に良好に保持することができる。したがつて、金属ベース部に高周波電圧を印加した場合に、高周波電流が静電吸着用内部電極を通過することができ、プラズマ密度の均一化を効率よく達成することができる。よって、板状試料へ均一なプラズマ処理を施すことができる。また、静電吸着力の発現、応答性に優れたものとすることができる。

[0020] また、複合焼結体が炭化ケィ素を 5重量％以上かつ 20重量％以下含有したので、静電吸着用内部電極の体積固有抵抗を容易に 1. 0 X 10— ' cm以上かつ 1. 0 X 10⁵ Ω ' cm以下の範囲内に制御することができる。

また、複合焼結体が炭化ケィ素を含有したので、緻密かつ機械的強度に優れたものとすること力 Sでさる。

[0021] また、複合焼結体が金属、炭素、導電性セラミックスの群から選択される 1種または 2種以上を合計で 30体積％以下含有したので、体積固有抵抗を 1. 0 X 10^{_ 1} Q - cm 以上かつ 1 · 0 Χ 10⁵ Ω ' cm以下の範囲内に容易に調製することができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]本発明の一実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。

[図 2]本発明の一実施形態の静電吸着用内部電極の変形例を示す平面図である。

[図 3]本発明の一実施形態の静電吸着用内部電極の変形例を示す平面図である。

[図 4]本発明の一実施形態の静電吸着用内部電極の変形例を示す平面図である。

[図 5]本発明の一実施形態の静電吸着用内部電極の変形例を示す平面図である。

[図 6]実施例及び比較例 1、 2の静電吸着力の経時変化の測定結果を示す図である

〇

[図 7]従来の静電チャック装置の一例を示す断面図である。

[図 8]従来のプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。

[図 9]従来の静電チャック装置が搭載されたプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

[0023] 21 静電チャック装置 22 静電チャック部 23 金属ベース部 24 誘電体板 2 5 静電吸着用内部電極 26 基体 27 給電用端子 28 流路 31 載置板 31 a 上面 32 支持板 33 絶縁材層 34 凹部 35 絶縁性の接着 ·接合剤層 36 給電用端子揷入孔 37 碍子 38 冷却ガス導入孔 41 静電吸着用内部電極 42 複合焼結体 43 開口 51 静電吸着用内部電極 52a〜52e 複合焼結体 61 静電吸着用内部電極 62a、62b 複合焼結体 63 開口 71 静電吸着用内部電極 72a〜72d 複合焼結体 73 開口 W 板状試料

発明を実施するための最良の形態

[0024] 本発明の静電チャック装置を実施するための最良の形態について説明する。

なお、以下の各実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

図 1は、本発明の一実施形態の静電チャック装置を示す断面図であり、この静電チャック装置 21は、静電チャック部 22と、金属ベース部 23と、誘電体板 24とにより構成されている。

静電チャック部 22は、上面（一主面）を板状試料 Wを載置する載置面とし静電吸着用内部電極 25を内蔵した円板状の基体 26と、この静電吸着用内部電極 25に直流電圧を印加する給電用端子 27とにより構成されている。

[0025] 基体 26は、上面 31aが半導体ウェハ、金属ウェハ、ガラス板等の板状試料 Wを載置するための載置面とされた円板状の載置板 31と、この載置板 31の下面（他の一主面)側に対向配置された円板状の支持板 32と、載置板 31と支持板 32との間に挟持された面状の静電吸着用内部電極 25と、この内部電極 25の外周側にこれを囲む様に設けられた環状の絶縁材層 33とを主体として構成されている。

[0026] 一方、金属ベース部 23には、その内部に水や有機溶媒等の冷却用媒体を循環させる流路 28が形成され、上記の載置面に載置される板状試料 Wの温度を所望の温度に維持することができるように構成されている。この金属ベース部 23は高周波発生用電極を兼ねている。

この金属ベース部 23の静電チャック部 22側の表面（主面）には、円形状の凹部 34 が形成され、この凹部 34内には絶縁性の接着 ·接合剤層 35を介して誘電体板 24が接着'接合され、この誘電体板 24と静電チャック部 22の支持板 32とは、絶縁性の接着 ·接合剤層 35を介して接着 '接合されている。

また、支持板 32及び金属ベース部 23の中央部近傍には、給電用端子揷入孔 36 が形成され、この給電用端子揷入孔 36には、静電吸着用内部電極 25に直流電圧を印加するための給電用端子 27が円筒状の碍子 37を介して揷入されている。この給電用端子 27の上端部は静電吸着用内部電極 25に電気的に接続されている。

また、載置板 31、支持板 32、静電吸着用内部電極 25、誘電体板 24及び金属べース部 23には、これらを貫通する冷却ガス導入孔 38が形成され、この冷却ガス導入孔 38により載置板 31と板状試料 Wの下面との隙間に He等の冷却ガスが供給されるようになつている。

[0027] この載置板 31の上面 31aは、 1枚の板状試料 Wを搭載し、この板状試料 Wを静電吸着力により静電吸着する静電吸着面とされ、この上面（静電吸着面） 31aには、この上面 31aに沿う断面が略円形状の円柱状の突起部が複数個設けられ（図示略）、これらの突起部各々の頂面は、上面 31aに平行とされている。

また、この上面 31aの周縁部には、 He等の冷却ガスが漏れないように、この周縁部に沿って連続し、かつ突起部の高さと同じ高さの壁部（図示略）が、この上面 31aの周縁部を一巡するように形成されている。

[0028] この誘電体板 24と静電チャック部 22の支持板 32を接着'接合する絶縁性の接着- 接合剤層 35としては、絶縁性に優れるものであれば特に制限されるものではなぐ例えば、シリコーン系接着剤に絶縁性セラミックスである窒化アルミニウム (A1N)粉末やアルミナ (A1 0 )粉末を添加したものが好適に用いられる。

2 3

ここで、絶縁性の接着 ·接合剤層 35を用いた理由は、この絶縁性の接着 ·接合剤層 35の替わりに導電性の接着 ·接合剤層を介して誘電体板 24と支持板 32とを接着 •接合すると、高周波電流が導電性の接着'接合剤層を通過することができず、この導電性の接着 ·接合剤層を伝わつて外縁部方向へ向かって流れることとなり、プラズマの均一化を図ることができなくなるからである。

[0029] ここでは、誘電体板 24と凹部 34とを絶縁性の接着.接合剤層 35を介して接着-固定した構成としたが、誘電体板 24と凹部 34との固定方法は特に限定されず、例えば、導電性の接着 '接合剤層を介して接着 '固定した構成としてもよぐあるいは、誘電体板 24と凹部 34との接着 ·接合部分を相補形状とし、誘電体板 24と凹部 34とを嵌合する構成としてもよい。

[0030] このように構成された静電チャック装置 21は、プラズマエッチング装置等のプラズマ処理装置のチャンバ一内に搭載され、載置面である上面 31aに板状試料 Wを載置し、静電吸着用内部電極 25に給電用端子 27を介して所定の直流電圧を印加することにより、静電気力を利用して板状試料 Wを吸着固定しつつ、高周波発生用電極を兼ねる金属ベース部 23と上部電極との間に高周波電圧を印加して載置板 31上にブラズマを発生させることにより、板状試料 Wに各種のプラズマ処理を施すことができるように構成されている。

[0031] 次に、この静電チャック装置の各構成要素についてさらに詳しく説明する。

「載置板及び支持板」

載置板 31及び支持板 32は、ともに、セラミックス力、らなるものである。

このセラミックスとしては、窒化アルミニウム（A1N)、酸化アルミニウム（Al O )、窒

2 3 化ケィ素（Si N )、酸化ジルコニウム（ZrO )、サイアロン、窒化ホウ素（BN)、炭化ケ

3 4 2

ィ素（SiC)から選択された 1種からなるセラミックス、あるいは 2種以上を含む複合セラミックスが好ましい。

[0032] また、これらを構成する材料は、単一であっても混合物であってもよ!/、が、熱膨張係数が可能な限り静電吸着用内部電極 25の熱膨張係数に近似したもので、しかも焼結し易いものが好ましい。また、載置板 31の上面 31a側は静電吸着面となるから、特に誘電率が高!/、材質であって、静電吸着する板状試料 Wに対して不純物とならな!/、ものを選択することが好ましレ、。

以上の点を考慮すれば、載置板 31及び支持板 32は、酸化アルミニウムを主成分とし、実質的に 1重量％〜 20重量％の炭化ケィ素を含む炭化ケィ素酸化アルミユウム系複合焼結体が好ましい。

[0033] この炭化ケィ素一酸化アルミニウム系複合焼結体として、酸化アルミニウム (Al O )

2 3 と、表面を酸化ケィ素（SiO )で被覆した炭化ケィ素（SiC)とからなる複合焼結体とし

2

、炭化ケィ素（SiC)の含有率を複合焼結体全体に対して 5重量％以上かつ 15重量 %以下とすると、室温（25°C)における体積固有抵抗は、 1. 0 X 10¹⁴ Q 'cm以上となり、クーロン型の静電チャック装置の載置板 31として好適である。さらに、耐磨耗性に優れ、ウェハの汚染やパーティクルの発生の原因とならず、し力、も、耐プラズマ性が向上したものとなっている。

[0034] また、この炭化ケィ素酸化アルミニウム系複合焼結体として、酸化アルミニウム (A 1 o )と炭化ケィ素（SiC)とからなる複合焼結体とし、炭化ケィ素（SiC)の含有率を複

2 3

合焼結体全体に対して 5重量％以上かつ 15重量％以下とすると、室温（25°C)における体積固有抵抗は、 1· 0X10⁹Q'cm以上かつ 1· 0X10¹²Q'cm以下となり、ジョンソン'ラーベック型の静電チャック装置の載置板 31として好適である。さらに、耐磨耗性に優れ、ウェハの汚染やパーティクルの発生の原因とならず、しかも、耐プラズマ 1·生が向上したものとなっている。

[0035] また、この炭化ケィ素-酸化アルミニウム系複合焼結体における炭化ケィ素粒子の平均粒子径は 0. 2 m以下が好ましい。

炭化ケィ素粒子の平均粒子径が 0. 2 mを超えると、プラズマ照射時の電場が炭化ケィ素-酸化アルミニウム系複合焼結体中の炭化ケィ素粒子の部分に集中し、炭化ケィ素粒子の周辺が損傷を受け易くなるからである。

[0036] また、この炭化ケィ素一酸化アルミニウム系複合焼結体における酸化アルミニウム粒子の平均粒子径は 2 m以下が好まし!/、。

酸化アルミニウム粒子の平均粒子径が 2 mを超えると、炭化ケィ素一酸化アルミ二ゥム系複合焼結体がプラズマエッチングされ、スパッタ痕が形成され易くなり、表面粗さが粗くなるからである。

[0037] 「静電吸着用内部電極」

静電吸着用内部電極 25は、絶縁性セラミックスと炭化ケィ素とを含有してなる厚み力 S10 m〜50 m程度の円板状の複合焼結体により構成されており、静電チャック装置の使用温度下における体積固有抵抗は 1.0X10— 'cm以上かつ 1. 0X10 5Ω 'cm以下であり、好ましくは 1· 0X10²Q'cm以上かつ 1· 0X10⁴Q'cm以下である。

[0038] ここで、体積固有抵抗の範囲を上記のように限定した理由は、体積固有抵抗が 1.

0X10— 'cmを下回ると、金属ベース部 23に高周波電圧を印加した場合に、高周波電流が静電吸着用内部電極 25を通過することができず、したがって、静電チャック部 22の表面の電界強度を均一化することができず、その結果、プラズマの均一化を図ることができないからであり、一方、体積固有抵抗が 1.0X10⁵Q'cmを越えると、静電吸着用内部電極 25が実質的に絶縁体となり、静電吸着用の内部電極としての機能を発現することができず、静電吸着力が発現しないか、もしくは静電吸着力の応答性が低下して所要の静電吸着力の発現までに長時間を要するからである。

[0039] この絶縁性セラミックスと炭化ケィ素とを含有してなる複合焼結体としては、絶縁性セラミックスとして酸化アルミニウムを用いた炭化ケィ素一酸化アルミニウム複合焼結体が、酸化アルミニウム及び炭化ケィ素の粒子径、焼成条件 (焼成温度、焼成時間、焼成時の加圧力等）を制御することにより、 1.0 10_¹0 111以上かっ1.0X10⁵ Ω 'cm以下の範囲で目的とする体積固有抵抗を容易に得ることができるので、好ましい。

[0040] この静電吸着用内部電極 25を構成する炭化ケィ素一酸化アルミニウム複合焼結体における酸化アルミニウム（Al O )の粒子径は、 5 m以下が好ましぐより好まし

2 3

くは 0. 1 111以上かっ1 111以下でぁる。

酸化アルミニウム (Al O )の粒子径が 5 111を越えると、体積固有抵抗が大きくなり

2 3

過ぎてしまい、炭化ケィ素一酸化アルミニウム複合焼結体の体積固有抵抗を 1.0X lCTiQ'cm以上かつ 1· 0Χ10⁵Ω 'cm以下に制御することが困難になるからであるここで、酸化アルミニウム（Al O )の粒子径を 5 m以下に制御するためには、用い

2 3

る酸化アルミニウムの粒子径ゃ焼成条件 (焼成温度、焼成時間、焼成時の加圧力等 )を制御すればよい。

[0041] また、この静電吸着用内部電極 25は、その全領域が 1.0X10— 'cm以上かつ 1. 0Χ10⁵Ω 'cm以下の範囲内の体積固有抵抗を有する材料で形成されている必要はなぐこの静電吸着用内部電極 25の全領域の 50%以上、好ましくは 70%以上の領域が 1. 0X10— 'cm以上かつ 1.0X10⁵Q'cm以下の範囲内の体積固有抵抗を有する材料で形成されて!/、ればよレ、。

[0042] この静電吸着用内部電極 25の形状や大きさは、その目的に応じて適宜変更可能である。例えば、形状としては、上記の円板状の他、図 2〜図 5に示すような形状のものが挙げられる。

図 2は、本実施形態の静電チャック装置の静電吸着用内部電極の変形例を示す平面図であり、単極型の静電チャック部を備えた静電チャック装置の静電吸着用内部電極の例である。

この静電吸着用内部電極 41は、絶縁性セラミックスと炭化ケィ素とを含有してなる円形の複合焼結体 42の中心部に円形の開口 43が形成された構造である。

[0043] 図 3は、本実施形態の静電チャック装置の静電吸着用内部電極の変形例を示す平面図であり、単極型の静電チャック部を備えた静電チャック装置の静電吸着用内部電極の他の例である。

この静電吸着用内部電極 51は、絶縁性セラミックスと炭化ケィ素とを含有してなる径の異なる円環の複合焼結体 52a〜52cが同心円状に配置され、複合焼結体 52a、 52bが複数のストライプ状の複合焼結体 52d (図 3では 4つ）により接続され、複合焼結体 52b、 52cが複数のストライプ状の複合焼結体 52e (図 3では 4つ）により接続された構造である。

[0044] 図 4は、本実施形態の静電チャック装置の静電吸着用内部電極の変形例を示す平面図であり、双極型の静電チャック部を備えた静電チャック装置の静電吸着用内部電極の例である。

この静電吸着用内部電極 61は、絶縁性セラミックスと炭化ケィ素とを含有してなる半円形の複合焼結体 62a、 62bが全体形状が円形となるように対向配置され、これらの中心部に円形の開口 63が形成された構造である。

[0045] 図 5は、本実施形態の静電チャック装置の静電吸着用内部電極の変形例を示す平面図であり、双極型の静電チャック部を備えた静電チャック装置の静電吸着用内部電極の他の例である。

この静電吸着用内部電極 71は、絶縁性セラミックスと炭化ケィ素とを含有してなる扇形の複合焼結体 72a〜72dが中心軸を中心として全体形状が円形となるように配置され、これらの中心部に円形の開口 73が形成された構造である。

[0046] 「絶縁材層」

絶縁材層 33は、載置板 31と支持板 32とを接合一体化するためのものであり、また、静電吸着用内部電極 25をプラズマや腐食性ガスから保護するためのものである。この絶縁材層 33を構成する材料としては、載置板 31及び支持板 32と主成分が同一の絶縁性材料が好ましぐ例えば、載置板 31及び支持板 32が炭化ケィ素一酸化ァノレミニゥム系複合焼結体により構成されている場合には、酸化アルミニウム (Al O )と

2 3 するのが好ましい。

[0047] 「静電チャック装置の製造方法」

本実施形態の静電チャック装置の製造方法について説明する。

ここでは、載置板 31及び支持板 32を、実質的に 1重量％〜20重量％の炭化ケィ素を含む炭化ケィ素一酸化アルミニウム複合焼結体を用いて製造する場合を例にとり説明する。

用いる炭化ケィ素（SiC)の原料粉末としては、平均粒子径が 0. ； m以下の炭化ケィ素粉末を用いることが好ましレ、。

[0048] その理由は、炭化ケィ素（SiC)粉末の平均粒子径が 0. 1 mを越えると、得られた炭化ケィ素一酸化アルミニウム複合焼結体は、炭化ケィ素粒子の平均粒子径が 0. 2 a mを超えることとなり、プラズマに曝されたときに電場が炭化ケィ素（SiC)粒子の部分に集中して大きな損傷を受け易くなり、プラズマ耐性が低ぐプラズマ損傷後の静電吸着力が低下する虞があるからである。

[0049] この炭化ケィ素（SiC)粉末としては、プラズマ CVD法により得られた粉末が好ましく、特に、非酸化性雰囲気のプラズマ中に、シラン化合物またはハロゲン化ケィ素と炭化水素の原料ガスを導入し、反応系の圧力を 1 X 10⁵Pa (1気圧）力、ら 1. 33 X lOPa (0. lTorr)の範囲で制御しつつ気相反応させることにより得られた平均粒子径が 0. 1 11 m以下の超微粉末が、焼結性に優れ、高純度であり、粒子形状が球状であるために成形時の分散性が良好であるので、好ましい。

[0050] 一方、酸化アルミニウム（A1 0 )の原料粉末としては、平均粒子径が 1 a m以下の

2 3

酸化アルミニウム (A1 0 )粉末を用いることが好ましい。

2 3

その理由は、平均粒子径が 1 mを越える酸化アルミニウム（A1 0 )粉末を用いて

2 3

得られた炭化ケィ素一酸化アルミニウム複合焼結体においては、複合焼結体中の酸化アルミニウム (A1 0 )粒子の平均粒子径が 2 mを越えるために、載置板 31の板

2 3

状試料を載置する側の上面 31aがプラズマによりエッチングされ易くなるために、スパッタ痕が形成されることとなり、この上面 31aの表面粗さが粗くなり、静電チャック装置 21の静電吸着力が低下する虞があるからである。なお、使用する酸化アルミニウム (Al 0 )粉末としては、平均粒子径が 1 m以下で

2 3

ありかつ高純度であればよぐ特段限定されない。

[0051] 次いで、上記の炭化ケィ素（SiC)粉末と酸化アルミニウム (A1 0 )粉末とを、所望の

2 3

体積固有抵抗値が得られる比率となるよう、秤量、混合する。

次いで、得られた混合粉を、金型を用いて所定形状に成形し、その後、得られた成形体を、例えば、ホットプレス（HP)を用いて、加圧しながら焼成し、炭化ケィ素-酸化アルミニウム系複合焼結体を得る。

[0052] ホットプレス（HP)の条件としては、加圧力は、特に制限されるものではないが、炭化ケィ素-酸化アルミニウム系複合焼結体を得る場合には、例えば、 5〜40MPaが好ましい。加圧力が 5MPaを下回ると、充分な焼結密度の複合焼結体が得られず、一方、加圧力が 40MPaを超えると、黒鉛等からなる治具が変形損耗するからである

〇

[0053] また、焼成する際の温度としては、 1650〜； 1850°Cが好ましい。焼成温度が 1650 °C未満であると、充分緻密な炭化ケィ素一酸化アルミニウム複合焼結体を得ることができず、一方、 1850°Cを超えると、焼成過程にて焼結体の分解や粒成長が生じ易くなるからである。

また、焼成時の雰囲気としては、炭化ケィ素の酸化を防止するという観点で、ァルゴン雰囲気、窒素雰囲気等の不活性雰囲気が好ましい。

この様にして得られた 2枚の炭化ケィ素一酸化アルミニウム系複合焼結体のうち、一方の複合焼結体の所定位置に給電用端子揷入孔 36を機械加工により形成し、支持板 32とする。

[0054] また、静電吸着用内部電極を形成するための塗布剤として、酸化アルミニウム (A1

2

0 )等の絶縁性セラミックス粉末に、炭化ケィ素（SiC)粉末を、静電チャック装置の使

3

用温度下における体積固有抵抗が 1 · 0 X 10— 'cm以上かつ 1 · 0 X 10⁵ Q -cm 以下となるような割合で添加してペースト化された塗布剤を作製し、この塗布剤を支持板 32の静電吸着用内部電極を形成する領域内に塗布して導電層を形成し、この導電層を形成した領域の外側の領域に、酸化アルミニウム (A1 0 )等の絶縁性セラミ

2 3

ックス粉末を含むペースト化された塗布剤を塗布し、絶縁層を形成する。 [0055] 次いで、支持板 32の給電用端子揷入孔 36に円筒状の碍子 37を介して給電用端子 27を揷入し、この支持板 32の導電層及び絶縁層が形成されている面と、載置板 3 1とを重ね合わせ、次いで、これら載置板 31及び支持板 32を、例えば、 1600°C以上に加熱しながら加圧し、上記の導電層により静電吸着用内部電極 25を形成するとともに、絶縁層により接合層となる絶縁材層 33を形成し、載置板 31及び支持板 32を静電吸着用内部電極 25及び絶縁材層 33を介して接合する。そして、載置面となる載置板 31の上面 31aを Ra (中心線平均粗さ）が 0. 3 m以下となるように研磨し、静電チャック部 22とする。

[0056] 一方、アルミニウム (A1)板を用いて、表面に円形状の凹部 34が形成され内部に冷却用媒体を循環させる流路 28が形成された金属ベース部 23を作製する。また、酸化アルミニウム (A1 0 )粉末を成形、焼成して酸化アルミニウム焼結体からなる誘電

2 3

体板 24を作製する。

次いで、金属ベース部 23の凹部 34の内面全面に絶縁性の接着 ·接合剤を塗布し、次いで、この導電性の接着 ·接合剤上に誘電体板 24を接着 ·接合し、この誘電体板 24を含む金属ベース部 23上に絶縁性の接着 ·接合剤を塗布し、この絶縁性の接着'接合剤上に静電チャック部 22を接着'接合する。

[0057] この接着'接合過程で、誘電体板 24は、金属ベース部 23の凹部 34内に絶縁性の接着 ·接合剤層 35を介して接着 '固定され、静電チャック部 22の支持板 32は、金属ベース部 23及び誘電体板 24に絶縁性の接着'接合剤層 35を介して接着'固定され以上により、本実施形態の静電チャック装置を得ることができる。

[0058] 以上説明したように、本実施形態の静電チャック装置によれば、静電吸着用内部電極 25を、絶縁性セラミックスと炭化ケィ素とを含有してなる複合焼結体とし、かつ、その体積固有抵抗を 1 · Ο Χ ΙΟ^ Ω 'cm以上かつ 1 · 0 Χ 10⁵ Ω 'cm以下としたので、炭化ケィ素の含有率や熱処理温度や焼成温度等に変動が生じたような場合であつても、この静電吸着用内部電極の体積固有抵抗を 1. 0 X 10— 'cm以上かつ 1. 0 X 10⁵ Ω 'cm以下の範囲内に良好に保持することができる。

したがって、金属ベース部 23に高周波電圧を印加した場合に、高周波電流が静電吸着用内部電極 25を通過することができ、静電チャック部 22の表面の電界強度を均一化することができ、プラズマ密度の均一化を効率よく達成することができる。その結果、板状試料に均一なプラズマ処理を施すことができる。

[0059] 以下、実験例、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実験例及び実施例によって限定されるものではない。

実施例

[0060] 「実験例 1」

炭化ケィ素（SiC)粉末の添加量が 6. 0重量％となるように、炭化ケィ素（SiC)粉末及び酸化アルミニウム粉末を混合して混合粉末とし、この混合粉末を加圧成形し、得られた成形体を、アルゴン (Ar)雰囲気中、 1650°Cにて 2時間焼成した。この焼成に用いた電気炉は、炉内の温度分布が ± 10°Cの実験用のものであった。これにより、直径 50mm、厚み 30mmの実験例 1の焼結体を得た。

この焼結体の体積固有抵抗を常法に従って室温（25°C)下で測定したところ、表 1 に示すとおりであった。

[0061] 「実験例 2〜6」

炭化ケィ素（SiC)粉末の添加量及び焼成温度を表 1に示す添加量及び焼成温度とした外は、実験例 1に準じて実験例 2〜6の焼結体を得た。

これらの焼結体の体積固有抵抗を常法に従って室温（25°C)下で測定したところ、表 1に示すとおりであった。

[0062] 「比較実験例 1」

炭化モリブデン (Mo C)粉末の添加量力 8· 2重量％となるように、炭化モリブデン

2

(Mo C)粉末及び酸化アルミニウム粉末を混合して混合粉末とし、この混合粉末を

2

加圧成形し、得られた成形体を、アルゴン (Ar)雰囲気中、 1750°Cにて 2時間焼成した。この焼成に用いた電気炉は、実験例 1にて用いた電気炉と同一のものであった。これにより、直径 50mm、厚み 30mmの比較実験例 1の焼結体を得た。

[0063] 「比較実験例 2〜4」炭化モリブデン (Mo C)粉末の添加量及び焼成温度を表 1に示す添加量及び焼

2

成温度とした外は、比較実験例 1に準じて比較実験例 2〜4の焼結体を得た。

[表 1]

[0065] 表 1によれば、実験例 1〜6の炭化ケィ素（SiC)及び酸化アルミニウムからなる複合焼結体は、比較実験例;!〜 4の炭化モリブデン (Mo C)及び酸化アルミニウムからな

2

る複合焼結体と比べて、組成比や焼成温度が変動した場合にお!、ても体積固有抵抗値の変動が小さレ、ことが分かった。

[0066] 「実施例」

図 1に示す静電チャック装置を、上記の製造方法に基づいて作製した。ただし、載置板 31及び支持板 32は共に、室温（25°C)における体積固有抵抗が 1. 0 Χ 10¹⁵ Ω •cm、厚みが 0. 5mm、直径が 298mmの炭化ケィ素一酸化アルミニウム複合焼結体で形成した。また、静電吸着用内部電極 25は、円板状であり、 8重量％の炭化ケィ素（SiC)と残部が酸化アルミニウムである、室温（25°C)における体積固有抵抗が 1. 8 Χ 10² Ω 'cm、厚みが 25 mの炭化ケィ素一酸化アルミニウム複合焼結体で形成した。さらに、誘電体板 24は、直径が 239mm、厚みが 3. 9mmの酸化アルミニウム焼結体で形成した。

[0067] 「評価」

実施例の静電チャック装置のプラズマ均一性を下記のようにして評価した。また、給電用端子に直流 2500Vを印加したときの静電吸着力の経時変化（静電吸着力の応答性)を室温 (25°C)下で評価した。静電吸着力の経時変化を図 6に示す。

[0068] (プラズマ均一性の評価方法）

実施例の静電チャック装置をプラズマエッチング装置に搭載し、板状試料としては、直径 300mm (12インチ）のレジスト膜が成膜されたウェハーを用い、このウェハーを静電チャック装置の載置面に載置し、直流 2500V印加による静電吸着により固定しつつ、プラズマを発生させ、レジスト膜のアツシング処理を行った。処理容器内の圧力は 0. 7Pa (5mTorr)の Oガス（lOOsccmで供給）、プラズマ発生用の高周波電力

2

は周波数 100MHz、 2kWとし、また、冷却ガス導入孔 38より静電チャック装置の載置体板 21とウェハーとの隙間に所定の圧力（15torr)の Heガスを流し、金属ベース部材 23の流路 28に 20°Cの冷却水を流した。

そして、上記ウェハーの中心部から外周部にかけてのレジスト膜の膜厚を測定し、エッチング量を算出した。

[0069] 「比較例 1」

静電吸着用内部電極 25を、 35vol%の炭化モリブデン (Mo C)と残部が酸化アル

2

ミニゥムである、室温（25°C)における体積固有抵抗が 5. 0 X 10_² Q ' cm、厚みが 1 mの炭化モリブデン一酸化アルミニウム複合焼結体で形成した他は、実施例と同様にして比較例 1の静電チャック装置を得た。

この比較例 1の静電チャック装置のプラズマ均一性と、静電吸着力の経時変化（静電吸着力の応答性)を実施例に準じて評価した。静電吸着力の経時変化を図 6に示す。

[0070] 「比較例 2」

静電吸着用内部電極 25を、 3重量％の炭化ケィ素（SiC)と残部が酸化アルミユウムである、室温（25°C)における体積固有抵抗が 5· 0 X 10⁸ Q - cm,厚みが 20〃 m の炭化ケィ素-酸化アルミニウム複合焼結体で形成した他は、実施例と同様にして比較例 2の静電チャック装置を得た。

この比較例 2の静電チャック装置のプラズマ均一性と、静電吸着力の経時変化（静電吸着力の応答性)を実施例に準じて評価した。静電吸着力の経時変化を図 6に示す。

これらの評価結果によれば、実施例の静電チャック装置では、エッチング量がゥェハーの中心部と外周部ではほぼ同一であることからプラズマ均一性に優れ、静電吸着力も電圧印加後直ちに飽和しており静電吸着応答性も良好であることが分かったこれに対して、比較例 1の静電チャック装置では、静電吸着応答性は良好であるものの、エッチング量がウェハーの中心部で大きぐ外周部で小さいことからプラズマ均一性に劣ることが分かった。

また、比較例 2の静電チャック装置では、エッチング量がウェハーの中心部と外周部ではほぼ同一であることからプラズマ均一性に優れるものの、静電吸着力の応答性が悪ぐ静電吸着力が飽和しないものであった。

Claims

請求の範囲

[1] 一主面を板状試料を載置する載置面とするとともに静電吸着用内部電極を内蔵した基体と、この静電吸着用内部電極に直流電圧を印加する給電用端子とを備えた静電チャック部と、

この静電チャック部の基体の他の主面に固定されて一体化され、高周波発生用電極となる金属ベース部とを備え、

前記静電吸着用内部電極は、絶縁性セラミックスと炭化ケィ素とを含有してなる複合焼結体からなり、かつ、その体積固有抵抗は 1. 0 X 10— ' cm以上かつ 1. 0 X 1

0⁵ Ω ' cm以下であることを特徴とする静電チャック装置。

[2] 前記複合焼結体は、炭化ケィ素を 5重量％以上かつ 20重量％以下含有してなることを特徴とする請求項 1記載の静電チャック装置。

[3] 前記複合焼結体は、金属、炭素、導電性セラミックスの群力選択される 1種または

2種以上を合計で 30体積％以下含有してなることを特徴とする請求項 1または 2記載の静電チャック装置。