JP6988999B2 - セラミックス基体およびサセプタ - Google Patents
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Description
本願は、2018年3月30日に、日本に出願された特願2018−066504号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
パーティクルが板状試料に付着すると、プラズマ工程でのエッチングばらつきや、後の工程の汚染の原因となる。そのため、パーティクルの発生を抑制したセラミックス基体およびサセプタが求められていた。
本発明の三の態様は、載置板としての上述のセラミック基体と、支持板と、セラミック基体と支持板との間に設けられた静電吸着用電極と、静電吸着用電極の周囲を絶縁する絶縁材層と、を含む静電チャック部と、温度調節用ベース部と、静電チャック部と温度調節用ベース部の間に設けられた接着剤層と、を含む、静電チャック装置を提供する。
上記態様に述べられるセラミックス基体は、主相として酸化アルミニウム粒子または酸化イットリウム粒子を有し、副相として炭化ケイ素粒子を有する複合焼結体からなる基材に、ブラスト加工を行い複数の突起部を形成する第一工程と、前記突起形成工程の後に行われる、以下の(a)から(c)の少なくとも1つのサブ工程を含む第二工程とを含む方法によって、形成されても良い。
(a)前記基材を、処理用のチャンバー内で、900℃以上、1300℃以下で熱処理する工程;(b)前記基材の突起部を有する表面に、レーザー光を照射して、熱処理する工程;(c)前記基材の突起部を有する表面を、酸処理する工程。
以下、図を参照しながら、本実施形態に係るセラミックス基体およびサセプタの好ましい例について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは全て又は一部を適宜異ならせてある。本発明を逸脱しない範囲で、数や位置や大きさや数値や割合や量などの変更や省略や追加をする事ができる。以下の説明では、サセプタの一例として静電チャックを説明するが、本実施形態はこれに限定されない。サセプタの他の例としては、例えば真空吸着チャックや吸着式ピンセットや機械的な試料固定装置などを好ましく挙げることができる。
図1は、本実施形態のセラミックス基体を適用した静電チャック装置を示す断面図である。
以下、順に説明する。
静電チャック部2は、載置板11(セラミックス基体)と、支持板12と、これら載置板11と支持板12との間に設けられた静電吸着用電極13と、静電吸着用電極13の周囲を絶縁する絶縁材層14と、を有している。載置板11は、その上面が、半導体ウエハ等の板状試料Wを載置する載置面11aである。支持板12は、前記載置板11と一体化され、該載置板11の底部側を支持する。載置板11は、本発明における「セラミックス基体」に該当する。
上記特徴が満足されれば、個数の減少割合は任意に選択できる。例を挙げれば、(載置面における単位面積当たりの炭化ケイ素粒子の個数)/(載置板の断面における単位面積当たりの炭化ケイ素粒子の個数)の式で示される比が、必要に応じて、0.01〜0.99や、0.01〜0.85や、0.01〜0.70や、0.01〜0.50や、0.01〜0.40などから選択される、範囲に含まれても良い。その他、0.01〜0.10や、0.10〜0.20や、0.20〜0.30や、0.30〜0.60などの範囲であっても良い。
主相を形成する酸化アルミニウム粒子及び/又は酸化イットリウム粒子と、副相を形成する炭化ケイ素粒子の比率は、任意に選択できるが、一般的には、体積%比で、99:1〜80:20であり、好ましくは97:3〜88:12である。ただしこれのみには限定されない。
温度調節用ベース部3は、静電チャック部2を所望の温度に調整するためのもので、厚みのある円板状のものである。この温度調節用ベース部3としては、例えば、その内部に冷媒を循環させる流路3Aが形成された液冷ベース等が好適である。
フォーカスリング10は、温度調節用ベース部3の周縁部に載置される平面視円環状の部材である。フォーカスリング10は、例えば、載置面に載置されるウエハと同等の電気伝導性を有する材料を形成材料としている。このようなフォーカスリング10を配置することにより、ウエハの周縁部においては、プラズマに対する電気的な環境をウエハと略一致させることができ、ウエハの中央部と周縁部とでプラズマ処理の差や偏りを生じにくくすることができる。
静電吸着用電極13には、静電吸着用電極13に直流電圧を印加するための給電用端子15が接続されている。給電用端子15は、温度調節用ベース部3、接着剤層8、支持板12を厚み方向に貫通する貫通孔16の内部に挿入されている。給電用端子15の外周側には、絶縁性を有する碍子15aが設けられ、この碍子15aにより金属製の温度調節用ベース部3に対し給電用端子15が絶縁されている。
静電チャック装置1は、以上のような構成となっている。
本実施形態の静電チャック装置の製造方法は、上述のような誘電体材料を形成材料とする基体の一主面(載置面)に、板状試料を静電吸着することが可能な、静電チャック装置の製造方法である。
詳しくは、本実施形態の静電チャック装置の製造方法は、誘電体材料を形成材料とする基材をブラスト加工した後に、少なくともブラスト加工した面を熱処理し、一主面に複数の突起部を有する基体を形成する工程を有する。
なお以下の例では、誘電体材料を形成材料とする基材が、以下に記載される支持板などの他の部材と一体化されて、加工される例を示した。しかしながら、誘電体材料を形成材料とする基材を、単独で加工しても良いし、あるいは、下記に記載される以外の他の部材と一体化して処理しても良い。
図2A〜図2Dは、第1実施形態の静電チャック装置の製造方法の例を示す工程図である。
まず図2Aに示すように、原基板2Xをブラスト加工し、複数の仮突起部112を形成する(仮突起部を形成する工程)。
その際、基材11Xの表面11Xaでは、形成材料として用いた炭化ケイ素粒子が存在していることがある。また、仮突起部112の内部や基材11Xの一主面側の内部では、セラミック砥粒Aの衝突による衝撃で、微小なクラックが生じることがある。
(静電チャック装置の製造方法2)
図3A〜図3Cは、第2実施形態の静電チャック装置の製造方法を示す工程図である。
まず図3Aに示すように、接着剤層8を介して温度調節用ベース部3にブラスト加工前の原基板2Xを取り付ける(基材を取り付ける工程)。
基材11Xへのパルスレーザーの照射方法や照射装置は任意に選択できる。例えば、レーザー光として、KrFエキシマレーザを用いることもできる。また、レーザー光の照射条件は必要に応じて選択してよい。例えば、エネルギー密度30〜5500mJ/cm2、照射時間30〜60分としても良い。
また、必要に応じて、レーザー光Lを基材11Xの表面11Xaを照射する前に、あるいは後に、突起部11bを含む表面11Xaに、研削・ラップ加工を施しても良い。
(静電チャック装置の製造方法3)
本実施形態の静電チャック装置の製造方法においては、ブラスト加工後に酸処理を行い、パーティクルを低減させる。
また、必要に応じて、酸処理の前に、突起部11bを含む表面11Xaに、研削・ラップ加工を施しても良い。
また前記2つの熱処理を組み合わせても良いし、これら処理にさらに酸処理を組み合わせても良い。これら3種類の処理のうち、2つ又は3つ処理を組み合わせる場合、処理の順番は任意に選択できる。例えば、酸処理を最初に行うことが好ましい。熱処理を最後に行うことが好ましい。
試験片の表面および試験片の断面における単位面積当たりの炭化ケイ素粒子の個数は、試験片から一部を切り出し、走査型電子顕微鏡(SEM;Scanning Electron Microscope)にて、試験片の表面および試験片の断面を観察することにより、測定した。試験片の表面および試験片の断面における単位面積当たりの炭化ケイ素粒子の個数は、10個の試験片について得られる測定値の平均値を採用する。
本実施例において、焼結体を構成する結晶粒の平均結晶粒径は、以下の方法で求めた。
まず、焼結体の表面を3μmのダイヤモンドペーストで鏡面研磨した後、アルゴン雰囲気下、1400℃で30分サーマルエッチングを施した。
次いで、得られた焼結体の表面を、走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジー株式会社製、型番:S−4000)を用いて、拡大倍率10000倍で組織観察を行った。
200個以上の炭化ケイ素粒子の長軸径を用いたこと以外は、上記と同様の方法により求めた。
焼結体から、直径48mm、厚み4mmの大きさの試験片を切り出し、この試験片の真密度(do)をアルキメデス法により測定した。また、焼結体の組成から、焼結体の理論密度(dr)を求め、理論密度に対する真密度の比(do/dr)を百分率で表して、相対密度(%)とした。
出発原料として、平均粒子径が0.03μmであり熱プラズマCVDで合成されたβ−SiC型の炭化ケイ素(β−SiC)粒子と、平均粒子径が0.1μmである酸化アルミニウム(Al2O3)粒子とを用いた。β−SiC粒子の金属不純物量は、50ppmであった。また、Al2O3粒子の金属不純物量は、150ppmであった。
また、得られた焼結体は、形成材料である誘電体材料の理論密度に対する密度(相対密度)が97%以上であった。得られた焼結体を、以下の実施例と比較例に用いた。
焼結体の表面を研削した後、800メッシュのダイヤモンド砥石を用い、精密平面研削盤(黒田精工株式会社製、型番JK−105ATD)にて研削加工した。
さらに、研削加工した表面に400メッシュのSiC砥粒を用いてブラスト加工を施して焼結体の表面に下記条件の複数の突起部を形成した。
(条件)
突起部形状:平面視直径0.5m×高さ40μm
平面視における突起部の面積比:15%
得られた焼結体の表面では、単位面積当たりの炭化ケイ素の個数の平均値が1.1個/μm2、炭化ケイ素粒子の平均粒子径が0.06μmであった。
得られた焼結体の断面では、単位面積当たりの炭化ケイ素の個数の平均値が3.5個/μm2、炭化ケイ素粒子の平均粒子径が0.14μm、であった。また、焼結体の相対密度は98%であった。
(実施例2)
焼結体のブラスト加工面に加熱炉でアニール処理する替わりに、レーザーアニール装置(AOV株式会社製、LAEX−1000、KrFエキシマレーザアニーリングシステム)を用いて焼結体のブラスト加工面にパルスレーザーを照射し、実施例2の各試験片を作製した。
(条件)
エネルギー密度:200mJ/cm2
照射時間:40分
上述したようにパルスレーザーを照射した以外は実施例1と同様にして、実施例2の各試験片を作製した。
得られた焼結体の表面は、単位面積当たりの炭化ケイ素の個数の平均値が1.9個/μm2、炭化ケイ素粒子の平均粒子径が0.08μmであった。
得られた焼結体の断面は、単位面積当たりの炭化ケイ素の個数の平均値が3.6個/μm2、炭化ケイ素粒子の平均粒子径が0.15μmであった。また、焼結体の相対密度は98%であった。
(実施例3)
焼結体のブラスト加工面に加熱炉でアニール処理する替わりに、フッ硝酸(フッ酸50%+硝酸50%)で酸処理した以外は実施例1と同様にして、実施例3の各試験片を作製した。
なお得られた焼結体の表面においては、炭化ケイ素粒子が非常に小さく測定できなかった。
得られた焼結体の断面は、単位面積当たりの炭化ケイ素の個数の平均値が3.6個/μm2、炭化ケイ素粒子の平均粒子径が0.15μmであった。また、焼結体の相対密度は98%であった。
焼結体のブラスト加工面に加熱炉でアニール処理しないこと以外は実施例1と同様にして、比較例1の試験片を作製した。
得られた焼結体の表面は、単位面積当たりの炭化ケイ素の個数の平均値が3.6個/μm2、炭化ケイ素粒子の平均粒子径が0.16μmであった。
得られた焼結体の断面は、単位面積当たりの炭化ケイ素の個数の平均値が3.6個/μm2、炭化ケイ素粒子の平均粒子径が0.15μmであった。また、焼結体の相対密度は98%であった。
実施例1および比較例1の各試験片について、下記評価を行った。
実施例1および比較例1の各試験片の表面を、SEMを用いて撮像し、各試験片の表面状態を確認した。図5は、実施例1の試験片の表面のSEM画像である。図6は、比較例1の試験片の表面のSEM画像である。
本実施例においては、プレシジョン・インピーダンス・アナライザー(Agilent Technologies社製、型番:4294A)および誘電体テスト・フィクスチャ(Agilent Technologies社製、型番:16451B)を用い、平行平板法にて比誘電率・誘電正接を測定した。
2 静電チャック部
2X 原基板
2Y 仮静電チャック部
3…温度調節用ベース部
3A 流路
3b 貫通孔
4 接着層
5 ヒータエレメント
6 接着層
7 絶縁板
8 接着剤層
10 フォーカスリング
11 載置板
11a 載置面
11b…突起部
11X…基材
11Xa 基材の表面
12 支持板
13 静電吸着用電極
14 絶縁材層
15 給電用端子
15a 碍子
16 貫通孔
17 給電用端子
18 筒状の碍子
19 溝
20 温度センサー
21 設置孔
22 温度計測部
23 励起部
24 蛍光検出器
25 制御部
28 ガス穴
29 碍子
111…仮基体
112…仮突起部
112x…頂面
1000 チャンバー
1100 片面ラップ盤
A セラミック砥粒
R 酸 L…レーザー光
W…板状試料
α 部分
Claims (8)
- 炭化ケイ素粒子を含む誘電体材料を形成材料とするセラミックス基体であって、
前記誘電体材料が、主相として絶縁性材料を有し、副相として炭化ケイ素粒子を有し、
前記絶縁性材料は、酸化アルミニウム粒子、及び酸化イットリウム粒子のいずれか一方または両方であり、
前記基体の表面における単位面積当たりの前記炭化ケイ素粒子の個数が、前記基体の断面における単位面積当たりの前記炭化ケイ素粒子の個数よりも少ないセラミックス基体。 - 前記炭化ケイ素粒子の平均粒子径が0.2μm以下である請求項1に記載のセラミックス基体。
- 前記誘電体材料が、
主相として、平均結晶粒径が5μm以下である、酸化アルミニウム粒子、または、酸化イットリウム粒子を有し、
副相として、平均粒子径が0.2μm以下の炭化ケイ素粒子を有する、
請求項1または2に記載のセラミックス基体。 - 前記表面に複数の突起部を有する請求項1から3のいずれか1項に記載のセラミックス基体。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載のセラミックス基体を備え、
前記セラミックス基体の表面が板状試料を載置する載置面である、サセプタ。 - 載置板としての請求項1から4のいずれか1項に記載のセラミックス基体と、支持板と、セラミックス基体と支持板との間に設けられた静電吸着用電極と、静電吸着用電極の周囲を絶縁する絶縁材層と、を含む静電チャック部と、
温度調節用ベース部と、
静電チャック部と温度調節用ベース部の間に設けられた接着剤層と、を含む、
静電チャック装置。 - 主相として酸化アルミニウム粒子または酸化イットリウム粒子を有し、副相として炭化ケイ素粒子を有する複合焼結体からなる基材に、ブラスト加工を行い、複数の突起部を形成する、第一工程と、
前記第一工程の後に行われる、以下の(a)から(c)の少なくとも1つのサブ工程を含む第二工程と、
(a)前記基材を、処理用のチャンバー内で、900℃以上、1300℃以下で熱処理する工程、
(b)前記基材の突起部を有する表面に、レーザー光を照射して、熱処理する工程、
(c)前記基材の突起部を有する表面を、酸処理する工程、
を含むセラミックス基体の製造方法。 - 前記第一工程の前に、前記基材に、基材の底部側を支持する支持板と、基材と支持板との間に設けられた静電吸着用電極、および静電吸着用電極の周囲を絶縁する絶縁材層とを加える工程を含む、
請求項7に記載のセラミックス基体の製造方法。
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