JP2008227190A - Electrostatic chuck, method of manufacturing the same, and substrate processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電チャック、静電チャックの製造方法および基板処理装置に関する。 The present invention relates to an electrostatic chuck, an electrostatic chuck manufacturing method, and a substrate processing apparatus.
エッチング、ＣＶＤ (Chemical Vapor Deposition)、スパッタリング、イオン注入、アッシング、露光、検査などを行う基板処理装置において、被処理物である半導体基板やガラス基板などを吸着保持する手段として静電チャックが用いられている。
このような静電チャックにおいては、吸着保持された被処理物の面内温度の均一性を向上させるために、静電チャックの下部に温度制御部を設ける技術が提案されている（特許文献１を参照）。
特許文献１に提案されている技術では、内部に電極を保持した絶縁層を温度制御部上に接着するようにしているが、この絶縁層は２枚のグリーンシートを重ね合わせそれを焼成することで形成させるようにしている。そのため、厚さを薄くすることが難しく熱伝達性を悪化させ、載置面、ひいては被処理物の面内温度の均一性を悪化させるおそれがあった。
Electrostatic chucks are used as means for adsorbing and holding semiconductor substrates and glass substrates that are objects of processing in substrate processing equipment that performs etching, CVD (Chemical Vapor Deposition), sputtering, ion implantation, ashing, exposure, inspection, etc. ing.
In such an electrostatic chuck, a technique has been proposed in which a temperature control unit is provided below the electrostatic chuck in order to improve the uniformity of the in-plane temperature of the workpiece to be attracted and held (Patent Document 1). See).
In the technique proposed in Patent Document 1, an insulating layer holding an electrode inside is adhered on the temperature control unit. This insulating layer is obtained by stacking two green sheets and firing them. It is made to form with. For this reason, it is difficult to reduce the thickness, and heat transferability is deteriorated, and there is a possibility that the uniformity of the in-plane temperature of the mounting surface and thus the workpiece is deteriorated.
そこで、溶射法を用いて電極の全面に絶縁性溶射膜を形成させることで薄厚化を図る技術が提案されている（特許文献２、３を参照）。 Therefore, a technique for reducing the thickness by forming an insulating sprayed film on the entire surface of the electrode using a spraying method has been proposed (see Patent Documents 2 and 3).
しかしながら、溶射法を用いて電極上に絶縁性溶射膜を形成させると、電極と絶縁性溶射膜との界面や絶縁性溶射膜内にポア（微小な空洞）が発生しやすく、このポアを基点とした放電が起こりやすくなる。そのため、電気絶縁に対する信頼性を確保する必要から、絶縁性溶射膜の厚さをさらに薄くするには限界があった。
本発明は、電気絶縁に対する信頼性が高く、かつ、載置面の面内温度の制御性、均一性に優れた静電チャック、静電チャックの製造方法、および基板処理装置を提供する。 The present invention provides an electrostatic chuck, a manufacturing method of an electrostatic chuck, and a substrate processing apparatus that are highly reliable with respect to electrical insulation and have excellent controllability and uniformity of in-plane temperature of a mounting surface.
本発明の一態様によれば、載置面を有する誘電体基板を備えた静電チャックであって、前記誘電体基板の前記載置面と対向する側の主面に形成された電極と、前記電極を覆うように形成された脆性材料の多結晶からなる絶縁体膜と、を備え、前記絶縁体膜における結晶同士の界面にはガラス相からなる粒界層が実質的に存在しないこと、を特徴とする静電チャックが提供される。 According to an aspect of the present invention, there is provided an electrostatic chuck including a dielectric substrate having a mounting surface, the electrode formed on a main surface on the side facing the mounting surface of the dielectric substrate, An insulating film made of a brittle material polycrystal formed so as to cover the electrode, and there is substantially no grain boundary layer made of a glass phase at the interface between crystals in the insulating film, An electrostatic chuck is provided.
また、本発明の他の一態様によれば、基台を形成するとともに、誘電体基板の一方の主面に電極を形成し、前記電極を覆うように絶縁体膜を形成し、前記電極が設けられた主面と、前記基台と、を接合する静電チャックの製造方法であって、前記絶縁体膜をエアロゾルデポジション法により形成すること、を特徴とする静電チャックの製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a base is formed, an electrode is formed on one main surface of the dielectric substrate, an insulator film is formed so as to cover the electrode, and the electrode is A method for manufacturing an electrostatic chuck for joining a main surface provided to the base, wherein the insulator film is formed by an aerosol deposition method. Provided.
また、本発明の他の一態様によれば、上記の静電チャックを備えたこと、を特徴とする基板処理装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a substrate processing apparatus including the electrostatic chuck described above.
本発明によれば、電気絶縁に対する信頼性が高く、かつ、載置面の面内温度の制御性、均一性に優れた静電チャック、静電チャックの製造方法、および基板処理装置が提供される。 According to the present invention, there are provided an electrostatic chuck, a method for manufacturing an electrostatic chuck, and a substrate processing apparatus that are highly reliable with respect to electrical insulation and have excellent in-plane temperature controllability and uniformity. The
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をする。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る静電チャックを説明するための模式図である。 図１に示すように、静電チャック１には、基台２、誘電体基板３、電極４が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an electrostatic chuck according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the electrostatic chuck 1 is provided with a base 2, a dielectric substrate 3, and an electrode 4.
誘電体基板３の一方の主面（載置面側）には、脆性材料からなる多結晶体膜７が形成されている。また、誘電体基板３の他方の主面には電極４が形成され、電極４を覆うように脆性材料の多結晶からなる絶縁体膜６が形成されている。この多結晶体膜７の上面が、半導体ウェーハ等の被処理物の載置面となる。そして、絶縁体膜６を介して誘電体基板３と、基台２とが接着剤で接着されている。この接着剤が硬化したものが接合層５となる。絶縁体膜６、多結晶体膜７は、エアロゾルデポジション法により形成させることができるが、エアロゾルデポジション法については後述する。
尚、多結晶体膜７は必ずしも必要ではなく、誘電体基板３の主面を載置面とすることもできる。ただし、耐プラズマ性の観点からは、多結晶体膜７が設けられていた方が好ましい。
A polycrystalline film 7 made of a brittle material is formed on one main surface (mounting surface side) of the dielectric substrate 3. An electrode 4 is formed on the other main surface of the dielectric substrate 3, and an insulator film 6 made of polycrystalline brittle material is formed so as to cover the electrode 4. The upper surface of the polycrystalline film 7 serves as a mounting surface for an object to be processed such as a semiconductor wafer. The dielectric substrate 3 and the base 2 are bonded with an adhesive via the insulator film 6. What hardened | cured this adhesive agent becomes the joining layer 5. FIG. The insulator film 6 and the polycrystalline film 7 can be formed by an aerosol deposition method, and the aerosol deposition method will be described later.
The polycrystalline film 7 is not always necessary, and the main surface of the dielectric substrate 3 can be used as a mounting surface. However, from the viewpoint of plasma resistance, it is preferable that the polycrystalline film 7 is provided.
電極４と電源１０ａ、電源１０ｂとは、電線９で接続されている。尚、電線９は基台２を貫通するようにして設けられているが、電線９と基台２とは絶縁されている。図１に示したものは、正極、負極の電極を互いに隣接する状態に形成させたいわゆる双極型静電チャックであるが、これに限定されるわけではなく、１つの電極を形成させたいわゆる単極型静電チャックであってもよいし、三極型、その他多極型であってもよい。また、電極の数や配置も適宜変更することができる。 The electrode 4 and the power source 10a and the power source 10b are connected by an electric wire 9. In addition, although the electric wire 9 is provided so that the base 2 may be penetrated, the electric wire 9 and the base 2 are insulated. The one shown in FIG. 1 is a so-called bipolar electrostatic chuck in which positive and negative electrodes are formed adjacent to each other. However, the present invention is not limited to this. It may be a polar electrostatic chuck, a tripolar type, or other multipolar type. In addition, the number and arrangement of the electrodes can be changed as appropriate.
基台２は、例えば、アルミニウム合金や銅などの熱伝導率の高い金属で構成することができ、その内部には冷却液または加熱液が流れる流路８を設けることができる。尚、流路８は必ずしも必要ではないが、被処理物の温度制御の観点からは設けられていた方が好ましい。 The base 2 can be made of, for example, a metal having high thermal conductivity such as an aluminum alloy or copper, and a flow path 8 through which a cooling liquid or a heating liquid flows can be provided therein. In addition, although the flow path 8 is not necessarily required, it is preferable that it is provided from the viewpoint of temperature control of the object to be processed.
絶縁体膜６は、熱伝導率を２Ｗ／ｍＫ以上とすることが好ましい。このようにすれば、熱伝達性が良好となり、被処理物の温度制御性や面内温度の均一性が一層向上するからである。絶縁体膜６は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やイットリア（Ｙ２Ｏ３）等の多結晶体で構成することができる。 The insulator film 6 preferably has a thermal conductivity of 2 W / mK or more. This is because the heat transfer property is improved and the temperature controllability of the object to be processed and the uniformity of the in-plane temperature are further improved. The insulator film 6 can be composed of a polycrystalline material such as alumina (Al 2 O 3 ) or yttria (Y 2 O 3 ), for example.
このような多結晶体は、例えば、エアロゾルデポジション法により形成させることができる。この場合、エアロゾルデポジション法で形成させる多結晶体にはガラス質からなる粒界層が実質的に存在しない。尚、エアロゾルデポジション法については後述する。 Such a polycrystal can be formed by, for example, an aerosol deposition method. In this case, the polycrystalline body formed by the aerosol deposition method is substantially free of a glassy grain boundary layer. The aerosol deposition method will be described later.
ここで、本発明における粒界層とは、界面あるいは焼結体で言う粒界に位置する厚み（通常ｎｍ〜数μｍ）を持つ層をいい、通常は結晶粒内の結晶構造とは異なるアモルファス構造をとり、また場合によっては不純物の偏析を伴う。 Here, the grain boundary layer in the present invention refers to a layer having a thickness (usually nm to several μm) located at a grain boundary referred to as an interface or a sintered body, and is usually an amorphous material different from the crystal structure in the crystal grain. It takes a structure and is sometimes accompanied by segregation of impurities.
また、絶縁体膜６には、電気絶縁の信頼性と高い熱伝達性が求められるが、これらを両立させる為には、緻密な薄膜でかつ絶縁耐圧が高いことが必要となる。このような絶縁体膜６は、エアロゾルデポジション法を用いて形成させることができる。エアロゾルデポジション法を用いるものとすれば、誘電体基板３や電極４の表面を粗面化するなどの前処理を行うことなく、これら異なる材料の上に、それぞれ高い密着力で、かつ緻密で絶縁性の高い膜を形成させることができる。 The insulator film 6 is required to have electrical insulation reliability and high heat transfer properties. In order to achieve both of these, it is necessary that the insulator film 6 be a dense thin film and have a high withstand voltage. Such an insulator film 6 can be formed by using an aerosol deposition method. If the aerosol deposition method is used, each of these different materials has a high adhesion force and a high density without pretreatment such as roughening the surfaces of the dielectric substrate 3 and the electrode 4. A highly insulating film can be formed.
また、エアロゾルデポジション法を用いて絶縁体膜６を形成させるものとすれば、緻密で非常に薄い膜を得ることができるので、被処理物の温度制御性と面内温度の均一性を一層向上させることができる。具体的には、エアロゾルデポジション法により絶縁体膜６を形成させるものとすれば、非常に緻密な膜とすることができるので、室温大気中での膜の体積抵抗率を１０１４Ωｃｍ以上とすることができる。そのため、同じ絶縁耐圧値の膜でも、膜の厚さを特許文献２や特許文献３に開示されている溶射法によるものより薄くすることができるので、熱伝達性を一層向上させることができる。この際、電気絶縁の信頼性と熱伝達性を考慮して絶縁体膜６の厚さを１０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。 Further, if the insulator film 6 is formed by using the aerosol deposition method, a dense and extremely thin film can be obtained, so that the temperature controllability of the object to be processed and the uniformity of the in-plane temperature are further improved. Can be improved. Specifically, if the insulator film 6 is formed by the aerosol deposition method, a very dense film can be obtained. Therefore, the volume resistivity of the film in the air at room temperature is 10 14 Ωcm or more. can do. Therefore, even with a film having the same withstand voltage value, the thickness of the film can be made thinner than that by the thermal spraying method disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3, so that heat transfer can be further improved. At this time, it is preferable to set the thickness of the insulator film 6 to 10 μm or more and 100 μm or less in consideration of the reliability of electrical insulation and heat transfer.
絶縁体膜６により絶縁性が確保されている為、接合層５としては、絶縁性に関わりなく熱伝導率が高いものを選択することが好ましい。具体的には、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上のものを選択することが好ましく、１．６Ｗ／ｍＫ以上とすればより好ましい。このような熱伝導率を有する接着剤は、例えば、シリコーン樹脂等にアルミナや窒化アルミニウムをフィラーとして添加することで得ることができ、また、添加の割合で熱伝導率を調整することもできる。 Since insulation is ensured by the insulator film 6, it is preferable to select the bonding layer 5 having a high thermal conductivity regardless of the insulation. Specifically, it is preferable to select one having a thermal conductivity of 1 W / mK or more, and more preferably 1.6 W / mK or more. An adhesive having such a thermal conductivity can be obtained, for example, by adding alumina or aluminum nitride as a filler to a silicone resin or the like, and the thermal conductivity can be adjusted by the ratio of addition.
尚、接合層５は、前述の接着剤により形成されるものに限定されるわけではなく、基台２（金属材料）と絶縁体膜６（無機材料）とが接合でき、かつ熱伝導率が高いものであればよい。例えば、はんだ付け、ロー付け、 鉛フリーはんだ合金（例えば、錫−銀−ビスマス−インジュウム系合金など）などによる接合であってもよい。 In addition, the joining layer 5 is not necessarily limited to what is formed with the above-mentioned adhesive agent, The base 2 (metal material) and the insulator film 6 (inorganic material) can be joined, and thermal conductivity is high. It only has to be expensive. For example, bonding by soldering, brazing, or lead-free solder alloy (for example, tin-silver-bismuth-indium alloy) may be used.
ここで、接合層５の厚みは、熱伝達性を考慮すればできるだけ薄い方が好ましい。一方、基台２と絶縁体膜６との間における熱膨張率の差に起因する熱せん断応力により、接合層５が剥離することなどを考慮すれば、接合層５の厚みはできるだけ厚い方が好ましい。そのため、接合層５の厚みはこれらを考慮して０．１ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下とすることが好ましい。 Here, the thickness of the bonding layer 5 is preferably as thin as possible in consideration of heat transferability. On the other hand, considering that the bonding layer 5 is peeled off due to thermal shear stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the base 2 and the insulator film 6, the thickness of the bonding layer 5 should be as thick as possible. preferable. Therefore, the thickness of the bonding layer 5 is preferably 0.1 mm or more and 0.3 mm or less in consideration of these.
誘電体基板３としては、静電チャックに求められる様々な要求により種々の材料を用いることができるが、熱伝達性、電気絶縁の信頼性を考慮すると、セラミック焼結体を用いることが好ましい。セラミック焼結体の具体例を例示すれば、アルミナ、イットリア、窒化アルミニウム、炭化珪素などを挙げることができる。このとき、ハロゲンガスプラズマ環境下で使用されることを考慮すれば、ハロゲンガスプラズマに対する耐性に優れているイットリア（Ｙ２Ｏ３）とすることがより好ましく、イットリア（Ｙ２Ｏ３）の含有量を９０ｗｔ％以上とすることがより好ましい。この誘電体基板３の材料の体積抵抗率を、使用温度領域で１０１４Ωｃｍ以上とすればクーロン型静電チャックとすることができ、１０８〜１０１１Ωｃｍとすればジョンセン−ラーベック型静電チャックとすることができる。尚、体積抵抗率は任意に選択が可能ではあるが、体積抵抗率を１０１４Ωｃｍ以上とすれば、高いクーロン力が発生し、仮に、後述するエアロゾルデポジション法により誘電体基板３上に形成された多結晶体膜７の一部に欠陥が発生した場合であっても、吸着特性に大きな支障が生じることはない。 Although various materials can be used as the dielectric substrate 3 according to various requirements required for the electrostatic chuck, it is preferable to use a ceramic sintered body in consideration of heat transfer properties and reliability of electrical insulation. Specific examples of the ceramic sintered body include alumina, yttria, aluminum nitride, silicon carbide and the like. In this case, considering that it is used under a halogen gas plasma environment, containing yttria has excellent resistance to halogen gas plasma, more preferably to (Y 2 O 3), yttria (Y 2 O 3) More preferably, the amount is 90 wt% or more. If the volume resistivity of the material of the dielectric substrate 3 is 10 14 Ωcm or more in the operating temperature range, a Coulomb type electrostatic chuck can be obtained. If the volume resistivity is 10 8 to 10 11 Ωcm, a Johnsen-Rahbek type electrostatic chuck can be obtained. It can be a chuck. Although the volume resistivity can be arbitrarily selected, if the volume resistivity is set to 10 14 Ωcm or more, a high Coulomb force is generated, and it is temporarily formed on the dielectric substrate 3 by the aerosol deposition method described later. Even if a defect occurs in a part of the polycrystalline film 7 that has been formed, there is no significant problem with the adsorption characteristics.
また、誘電体基板３は、平均粒子径が２μｍ以下のセラミック焼結体とすることが好ましい。後述の図６で説明をするように、平均粒子径が２μｍ以下のセラミック焼結体を用いれば、多結晶体膜７の一部が仮に侵食されることがあっても、誘電体基板３自体の耐プラズマ性が高く、また、大きなサイズの脱粒が起きることをも抑制することができるからである。 The dielectric substrate 3 is preferably a ceramic sintered body having an average particle diameter of 2 μm or less. As will be described later with reference to FIG. 6, if a ceramic sintered body having an average particle diameter of 2 μm or less is used, even if a portion of the polycrystalline film 7 may be eroded, the dielectric substrate 3 itself This is because the plasma resistance is high and it is also possible to suppress the occurrence of large-sized degranulation.
ここで、後述するエアロゾルデポジション法を用いてセラミックス焼結体（誘電体基板３）上に成膜をする場合、エアロゾルデポジション法固有の特徴として、セラミックス焼結体のポア（開気孔）の有無に関わらずフラットな成膜が行われるため、絶縁破壊（異常放電）の起点となり得るポア（開気孔）がエアロゾルデポジション法による膜とセラミックス焼結体との界面に残存してしまうことがある。 Here, when a film is formed on a ceramic sintered body (dielectric substrate 3) using an aerosol deposition method, which will be described later, as a feature unique to the aerosol deposition method, the pores (open pores) of the ceramic sintered body Since flat film formation is performed regardless of the presence or absence, pores (open pores) that can be the starting point of dielectric breakdown (abnormal discharge) may remain at the interface between the film and the ceramic sintered body by the aerosol deposition method. is there.
本発明者は検討の結果、後述するエアロゾルデポジション法により多結晶体膜７、絶縁体膜６が形成される誘電体基板３の主面の表面粗さをＲａ０．１μｍ以下とすれば、ポア（開気孔）の残存を抑制することができるとの知見を得た。
特に、絶縁体膜６が形成される側の面の表面粗さをＲａ０．１μｍ以下とすれば、電気絶縁性に対する信頼性を大幅に向上させることができる。
As a result of the study, the inventors have determined that if the surface roughness of the main surface of the dielectric substrate 3 on which the polycrystalline film 7 and the insulator film 6 are formed is set to Ra 0.1 μm or less by the aerosol deposition method described later, It was found that the remaining of (open pores) can be suppressed.
In particular, if the surface roughness of the surface on which the insulator film 6 is formed is Ra 0.1 μm or less, the reliability with respect to electrical insulation can be greatly improved.
クーロン型静電チャックの場合、実用的な電圧範囲（±１０００Ｖ〜±５０００Ｖ好ましくは、±２０００Ｖ〜±５０００Ｖ）で使用するためには、吸着力を確保するために誘電体基板３の厚みを０．５ｍｍ以下にすることが好ましい。また、製作の容易さを考慮すれば誘電体基板３の厚みは０．２ｍｍ以上（より好ましくは０．３ｍｍ以上）とすることが好ましい。 In the case of a Coulomb type electrostatic chuck, in order to use it in a practical voltage range (± 1000 V to ± 5000 V, preferably ± 2000 V to ± 5000 V), the thickness of the dielectric substrate 3 is set to 0 in order to secure an attractive force. It is preferable to set it to 5 mm or less. In consideration of ease of manufacture, the thickness of the dielectric substrate 3 is preferably 0.2 mm or more (more preferably 0.3 mm or more).
ジョンセン−ラーベック型静電チャックの場合、実用的な電圧範囲（±５００Ｖ〜±２０００Ｖ）で使用するためには、誘電体基板３の厚みを１．５ｍｍ以下にすることが好ましい。また、製作の容易さを考慮すれば誘電体基板３の厚みは０．２ｍｍ以上（より好ましくは０．３ｍｍ以上）とすることが好ましい。 In the case of a Johnsen-Rahbek type electrostatic chuck, in order to use it in a practical voltage range (± 500 V to ± 2000 V), the thickness of the dielectric substrate 3 is preferably 1.5 mm or less. In consideration of ease of manufacture, the thickness of the dielectric substrate 3 is preferably 0.2 mm or more (more preferably 0.3 mm or more).
また、誘電体基板３、接合層５、絶縁体膜６のトータル厚みは、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。このような厚みにすることで、被処理物と電極との間の電気絶縁性および電極と基台との間の電気絶縁性が確保でき、また、基台から被処理物ヘの熱伝達性が良好な静電チャックを得ることができる。さらに、誘電体からなる被処理物と基台との間のインピーダンスを抑えるため、トータルの厚みを1．5ｍｍ以下にすることがより好ましい。 The total thickness of the dielectric substrate 3, the bonding layer 5, and the insulator film 6 is preferably 0.5 mm or more and 2.0 mm or less. By making such a thickness, electrical insulation between the workpiece and the electrode and electrical insulation between the electrode and the base can be secured, and heat transfer from the base to the workpiece is also possible. Can obtain an excellent electrostatic chuck. Furthermore, in order to suppress the impedance between the workpiece made of dielectric and the base, the total thickness is more preferably 1.5 mm or less.
電極４の材料としては、酸化チタン、チタンの単体あるいはチタンと酸化チタンの混合体、窒化チタン、炭化チタン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、クロム、ニッケル、金−白金などを例示することができる。
多結晶体膜７の材料としては、アルミナやイットリア等の多結晶体材料を例示することができるが、ハロゲンガスプラズマに対する耐性に優れるイットリア（Ｙ２Ｏ３）を用いることが好ましく、その含有量を９０ｗｔ％以上とすることがより好ましい。
Examples of the material of the electrode 4 include titanium oxide, titanium alone or a mixture of titanium and titanium oxide, titanium nitride, titanium carbide, tungsten, gold, silver, copper, aluminum, chromium, nickel, and gold-platinum. Can do.
Examples of the material of the polycrystalline film 7 include polycrystalline materials such as alumina and yttria, but it is preferable to use yttria (Y 2 O 3 ) which has excellent resistance to halogen gas plasma, and its content Is more preferably 90 wt% or more.
また、多結晶体膜７にはガラス質からなる粒界層が実質的に存在しないようにすることが好ましい。ガラス質からなる粒界層が実質的に存在しなければ、プラズマ雰囲気に曝されても粒界層を起点とした侵食が進行することがなく、また、それに伴う脱粒をも抑制・低減することができるからである。そして、表面の凹凸がプラズマによる侵食の起点となり得るため、表面粗さをＲａ０．０５μm以下とすることが好ましく、さらに、Ｒａ０．０３μm以下とすればより好ましい。このような構造の膜は、例えば、エアロゾルデポジション法により形成させることができる。尚、エアロゾルデポジション法については後述する。 Further, it is preferable that the polycrystalline film 7 does not substantially have a glassy grain boundary layer. If there is virtually no glassy grain boundary layer, erosion from the grain boundary layer does not proceed even when exposed to a plasma atmosphere, and the accompanying graining is suppressed and reduced. Because you can. And since the unevenness | corrugation of a surface can become a starting point of the erosion by plasma, it is preferable that surface roughness shall be Ra0.05micrometer or less, and it is more preferable if it is Ra0.03micrometer or less. A film having such a structure can be formed by, for example, an aerosol deposition method. The aerosol deposition method will be described later.
次に、本実施の形態に係る静電チャックの作用について説明をする。
静電チャック１の多結晶体膜７の上面に、被処理物（例えば、半導体ウェーハ等）を載置し、電源１０ａ、電源１０ｂにより電圧を電極４に印加する。このとき、クーロン型静電チャックでは、被処理物と電極４にそれぞれ異なる極性の電荷が発生し、この電荷間に働くクーロン力によって被処理物が吸着固定される。一方、ジョンセン−ラーベック型静電チャックでは、被処理物と静電チャック１の表面にそれぞれ異なる極性の電荷が発生し、この電荷間に働くジョンセン−ラーベック力によって被処理物が吸着固定される。
Next, the operation of the electrostatic chuck according to the present embodiment will be described.
An object to be processed (for example, a semiconductor wafer) is placed on the upper surface of the polycrystalline film 7 of the electrostatic chuck 1, and a voltage is applied to the electrode 4 by the power source 10a and the power source 10b. At this time, in the coulomb-type electrostatic chuck, charges having different polarities are generated on the object to be processed and the electrode 4, and the object to be processed is adsorbed and fixed by the Coulomb force acting between the charges. On the other hand, in the Johnsen-Rahbek type electrostatic chuck, charges having different polarities are generated on the surface of the workpiece and the electrostatic chuck 1, and the workpiece is attracted and fixed by the Johnsen-Rahbek force acting between the charges.
被処理物の処理においては、静電チャック１を介して被処理物の温度制御が行われる場合がある。本実施の形態に係る静電チャック１では、流路８に冷却液や加熱液を流すことで被処理物の温度制御を行うことができる。この際、前述したようにエアロゾルデポジション法により絶縁体膜６、多結晶体膜７を形成させるものとすれば、緻密でかつ非常に薄い膜とすることができるので、被処理物の温度制御性と面内温度の均一性を一層向上させた処理をすることができる。尚、説明の便宜上、冷却液や加熱液を流し温度制御を行う場合を説明したが、ヒータなどの他の温度制御手段を設けるようにしてもよい。その場合であっても、絶縁体膜６、多結晶体膜７は緻密でかつ非常に薄い膜とすることができるので、被処理物の温度制御性と面内温度の均一性を一層向上させた処理をすることができる。 In the processing of the workpiece, the temperature of the workpiece may be controlled via the electrostatic chuck 1 in some cases. In the electrostatic chuck 1 according to the present embodiment, the temperature of the object to be processed can be controlled by flowing a cooling liquid or a heating liquid through the flow path 8. At this time, as described above, if the insulator film 6 and the polycrystalline film 7 are formed by the aerosol deposition method, a dense and very thin film can be obtained. It is possible to perform processing with further improved uniformity and in-plane temperature uniformity. For convenience of explanation, the case where the temperature control is performed by flowing the cooling liquid or the heating liquid has been described, but other temperature control means such as a heater may be provided. Even in such a case, the insulator film 6 and the polycrystalline film 7 can be dense and very thin films, so that the temperature controllability of the object to be processed and the uniformity of the in-plane temperature can be further improved. Can be processed.
次に、本実施の形態に係る静電チャックの製造方法について説明をする。
図２は、静電チャックの製造方法を説明するためのフローチャートである。
Next, a method for manufacturing the electrostatic chuck according to the present embodiment will be described.
FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the electrostatic chuck.
まず、誘電体基板３の形成方法を説明する。
静電チャック１がクーロン型静電チャックの場合においては、例えば、まず、原料として酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉末と酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）粉末とを用い、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉末に、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）粉末を０．０２ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下の割合で添加し、この混合粉末を成形した後、１３００℃以上、１６００℃以下、望ましくは１４００℃以上、１５００℃以下で焼成する。
First, a method for forming the dielectric substrate 3 will be described.
In case the electrostatic chuck 1 of the Coulomb type electrostatic chuck, for example, first, the raw material as yttrium oxide (Y 2 O 3) powder and boron oxide (B 2 O 3) with a powder, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) Boron oxide (B 2 O 3 ) powder is added to the powder at a ratio of 0.02 wt% or more and 10 wt% or less, and after forming this mixed powder, it is 1300 ° C. or more and 1600 ° C. or less, preferably 1400 ° C. The baking is performed at 1500 ° C. or lower.
次に、ＨＩＰ処理（熱間等方圧加圧）を行う。ＨＩＰ処理の条件はＡｒガス１０００気圧以上とし、温度は１２００℃以上、１５００℃以下とする。このような条件によれば、相対密度が９９％以上と極めて緻密で、２０±３℃のときに体積抵抗率が１０１４Ωｃｍ以上の誘電体基板３が得られる（ステップ１ａ）。 Next, HIP processing (hot isostatic pressing) is performed. The conditions for the HIP treatment are Ar gas of 1000 atm or higher and the temperature of 1200 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower. Under such conditions, the dielectric substrate 3 having a relative density of 99% or more and extremely dense and a volume resistivity of 10 14 Ωcm or more at 20 ± 3 ° C. is obtained (step 1a).
また、静電チャック１がジョンセン−ラーベック型静電チャックの場合においては、例えば、まず、原料として平均粒子径０．１μｍ、純度９９．９９％以上のアルミナ原料粉末を用い、これに０．２ｗｔ％を超え、０．６ｗｔ％以下の酸化チタン（ＴｉＯ２）を混合粉砕し、アクリル系バインダーを添加、調整後スプレードライヤーで造粒し、顆粒粉を製造する。 In the case where the electrostatic chuck 1 is a Johnsen-Rahbek type electrostatic chuck, for example, first, an alumina raw material powder having an average particle diameter of 0.1 μm and a purity of 99.99% or more is used as a raw material, and 0.2 wt. % And less than or equal to 0.6 wt% of titanium oxide (TiO 2 ) are mixed and pulverized, an acrylic binder is added, and after adjustment, the mixture is granulated with a spray dryer to produce granulated powder.
次に、ＣＩＰ（ラバープレス）またはメカプレス成形後、所定の形状に加工し、１１５０℃〜１３５０℃の還元雰囲気下で焼成する。その後、ＨＩＰ処理（熱間等方圧加圧）を行う。ＨＩＰ処理の条件はＡｒガス１０００気圧以上とし、温度は焼成温度と同じ１１５０℃〜１３５０℃とする。このような条件によれば、相対密度が９９％以上と極めて緻密で、構成粒子の平均粒子径が２μｍ以下、２０±３℃のときに体積抵抗率が１０８〜１０１１Ωｃｍ以上、熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上の誘電体基板３が得られる（ステップ１ｂ）。 Next, after forming CIP (rubber press) or mechanical press, it is processed into a predetermined shape and fired in a reducing atmosphere of 1150 ° C to 1350 ° C. Thereafter, HIP processing (hot isostatic pressing) is performed. The conditions for the HIP treatment are Ar gas of 1000 atm or higher, and the temperature is 1150 ° C. to 1350 ° C. which is the same as the firing temperature. According to such conditions, the relative density is extremely dense as 99% or more, the average particle diameter of the constituent particles is 2 μm or less, and the volume resistivity is 10 8 to 10 11 Ωcm or more when the temperature is 20 ± 3 ° C. A dielectric substrate 3 having a rate of 30 W / mK or more is obtained (step 1b).
尚、ここにいう平均粒子径とは、以下のプラニメトリック法で求められた粒子径である。まず、走査型電子顕微鏡 (ＳＥＭ；scanning electron microscope) で誘電体基板３の写真を撮り、この写真上に面積がＡの既知の円を描き、円内の粒子数ncと円周にかかった粒子数niから下記の（１）式によって単位面積当たりの粒子数NGを求める。 In addition, the average particle diameter here is a particle diameter obtained by the following planimetric method. First, a picture of the dielectric substrate 3 is taken with a scanning electron microscope (SEM), a known circle with an area A is drawn on this photograph, and the number of particles in the circle nc and the particles on the circumference The number of particles per unit area NG is obtained from the number ni by the following equation (1).
ここで示すｍは写真の倍率である。１／ ＮＧが１個の粒子の占める面積であるから、平均粒子径は円相当径の下記の（２）式により求めることができる。
M shown here is the magnification of the photograph. Since 1 / NG is the area occupied by one particle, the average particle diameter can be determined by the following equation (2) of the equivalent circle diameter.
次に、誘電体基板３の一方の主面を研削加工した後に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法などにより前述の炭化チタンやチタンなどからなる導電膜を形成し、この形成した膜をサンドブラスト法やエッチング法により所定の形状に成形して、所望の形状の電極４を形成する（ステップＳ２）。尚、電極４には電線９が適宜配線される。
Next, after grinding one main surface of the dielectric substrate 3, a conductive film made of titanium carbide, titanium, or the like is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a PVD (Physical Vapor Deposition) method, or the like. The formed film is formed into a predetermined shape by a sandblasting method or an etching method to form an electrode 4 having a desired shape (step S2). An electric wire 9 is appropriately wired to the electrode 4.
次に、エアロゾルデポジション法を用いて、電極４を覆うように脆性材料の多結晶体からなる絶縁体膜６を形成する（ステップＳ３）。 Next, the insulator film 6 made of a polycrystalline material of a brittle material is formed so as to cover the electrode 4 by using an aerosol deposition method (step S3).
次に、誘電体基板３の電極４が設けられた主面と対向する側の主面に、エアロゾルデポジション法を用いて多結晶体膜７を形成する（ステップＳ４）。尚、後述の図１２で説明をする突起部３２をさらに形成するようにしてもよい。 Next, the polycrystalline film 7 is formed on the main surface of the dielectric substrate 3 opposite to the main surface on which the electrode 4 is provided by using the aerosol deposition method (step S4). In addition, you may make it further form the projection part 32 demonstrated in FIG. 12 mentioned later.
一方、切削加工などにより流路８を備えた基台２を作成する（ステップＳ５）。
次に、図４に示すように、絶縁体膜６を介して誘電体基板３と、基台２とを接着剤を用いて接合する（ステップＳ６）。この際、電極４と電源１０ａ、電源１０ｂとが、電線９で接続できるように、基台２を貫通させるようにして電線９を通しておく。接着剤が硬化したものが接合層５となる。
On the other hand, the base 2 including the flow path 8 is created by cutting or the like (step S5).
Next, as shown in FIG. 4, the dielectric substrate 3 and the base 2 are bonded using an adhesive via the insulator film 6 (step S6). At this time, the electric wire 9 is passed through the base 2 so that the electrode 4 and the power source 10 a and the power source 10 b can be connected by the electric wire 9. The bonding layer 5 is formed by curing the adhesive.
図３は、静電チャックの製造方法の他の具体例を説明するためのフローチャートである。 図２で説明をしたものとは、多結晶体膜７の形成手順が異なる。すなわち、基台２と誘電体基板３の接合後に、エアロゾルデポジション法により誘電体基板３の上面（電極が設けられた主面と対向する主面）に多結晶体膜７を形成するようにする。尚、後述の図１２で説明をする突起部３２をさらに形成するようにしてもよい。その他の手順や内容は、図２で説明をしたものと同様のため、その説明は省略する。 FIG. 3 is a flowchart for explaining another specific example of the manufacturing method of the electrostatic chuck. The procedure for forming the polycrystalline film 7 is different from that described with reference to FIG. That is, after bonding the base 2 and the dielectric substrate 3, the polycrystalline film 7 is formed on the upper surface of the dielectric substrate 3 (the main surface opposite to the main surface provided with the electrodes) by the aerosol deposition method. To do. In addition, you may make it further form the projection part 32 demonstrated in FIG. 12 mentioned later. Other procedures and contents are the same as those described with reference to FIG.
ここで、エアロゾルデポジション法による多結晶体膜７、絶縁体膜６の形成を説明する。 図５は、エアロゾルデポジション法を実施することのできる処理装置の模式構成図である。
図５に示すように、処理装置７０には、形成室７５が設けられている。形成室７５の内部には、ノズル７６とＸ−Ｙステージ７７が設けられ、ノズル７６から噴射されるエアゾルが、Ｘ−Ｙステージ７７に載置、保持されている誘電体基板３の被処理面に当たるようになっている。ノズル７６の一端（供給口）にはエアロゾル搬送管７４の一端が接続され、エアロゾル搬送管７４の他端はエアロゾル発生器７３に接続されている。また、エアロゾル発生器７３とガスボンベ７１とがガス配管７２を介して接続されている。そして、形成室７５には真空ポンプ７９が接続されている。ここで、ノズル７６の開口寸法を例示するものとすれば、縦０．４〜１ｍｍ程度、横１０〜２０ｍｍ程度とすることができる。また、エアロゾル発生器７３に収納されている原料の微粒子（例えば、セラミック微粒子）の平均粒径は０．１〜５μｍ程度とすることができる。
Here, formation of the polycrystalline film 7 and the insulator film 6 by the aerosol deposition method will be described. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a processing apparatus capable of performing the aerosol deposition method.
As shown in FIG. 5, the processing apparatus 70 is provided with a formation chamber 75. Inside the forming chamber 75, a nozzle 76 and an XY stage 77 are provided, and aerosol to be ejected from the nozzle 76 is placed on and held on the XY stage 77 and the surface to be processed of the dielectric substrate 3. It comes to hit. One end (supply port) of the nozzle 76 is connected to one end of an aerosol transport pipe 74, and the other end of the aerosol transport pipe 74 is connected to an aerosol generator 73. An aerosol generator 73 and a gas cylinder 71 are connected via a gas pipe 72. A vacuum pump 79 is connected to the formation chamber 75. Here, if the opening dimension of the nozzle 76 is illustrated, it can be about 0.4-1 mm in length and about 10-20 mm in width. The average particle size of the raw material fine particles (for example, ceramic fine particles) housed in the aerosol generator 73 can be about 0.1 to 5 μm.
次に、処理装置７０を用いた処理（エアロゾルデポジション法）について説明をする。 まず、真空ポンプ７９を稼動させて、形成室７５の内部を数Ｐａ〜数ｋＰａ程度とし、これを維持するようにする。 Next, processing (aerosol deposition method) using the processing apparatus 70 will be described. First, the vacuum pump 79 is operated, and the inside of the formation chamber 75 is set to about several Pa to several kPa, and this is maintained.
次に、ガスボンベ７１を開栓し、流量３〜２０Ｌ／ｍｉｎ程度の窒素ガスまたはヘリウムガスなどを、ガス配管７２を介してエアロゾル発生器７３に導入する。導入された窒素ガスまたはヘリウムガスなどと、予め収納されていた原料の微粒子（例えば、イットリア微粒子）とでエアロゾルが発生する。 Next, the gas cylinder 71 is opened, and nitrogen gas or helium gas having a flow rate of about 3 to 20 L / min is introduced into the aerosol generator 73 via the gas pipe 72. Aerosol is generated by the introduced nitrogen gas or helium gas and the raw material fine particles (for example, yttria fine particles) stored in advance.
発生したエアロゾルは、エアロゾル搬送管７４を介してノズル７６へと送られ、ノズル７６の開口部より誘電体基板３の被処理面に向けて高速で噴射される。このとき、原料の微粒子（例えば、イットリア微粒子）が誘電体基板３の被処理面に衝突し、微細断片粒子に破砕・変形されるなどした後、瞬時に再結合して微細な結晶子の接合物として誘電体基板３の被処理面に多結晶体膜７または絶縁体膜６を形成する。 The generated aerosol is sent to the nozzle 76 through the aerosol transport pipe 74 and is ejected from the opening of the nozzle 76 toward the surface to be processed of the dielectric substrate 3 at a high speed. At this time, after the raw material fine particles (for example, yttria fine particles) collide with the surface to be processed of the dielectric substrate 3 and are crushed and deformed into fine fragment particles, they are instantly recombined to join fine crystallites. A polycrystalline film 7 or an insulator film 6 is formed on the surface to be processed of the dielectric substrate 3 as an object.
このようにして形成された多結晶体膜７または絶縁体膜６は、その平均結晶子径が原料の微粒子のそれに比べて極めて小さく、その径を５ｎｍ程度とすることも可能である。ここで、パーティクルとして通常問題とされるものの粒子径は０．３μｍ程度のため、結晶子が脱粒するようなことがあっても、半導体装置や液晶表示装置などの精密電子部品の品質に影響を与えるようなことはない。尚、半導体装置や液晶表示装置などの精密電子部品の微細化の程度に応じて平均結晶子径を選択することもできる。例えば、半導体装置の配線パターン幅がデザインルールで９０ｎｍの場合は平均結晶子径を７０ｎｍ未満とし、配線パターン幅がデザインルールで６５ｎｍの場合は平均結晶子径を５０ｎｍ未満とし、配線パターン幅がデザインルールで４５ｎｍの場合は平均結晶子径を３０ｎｍ未満とし、配線パターン幅がデザインルールで３２ｎｍの場合は平均結晶子径を２０ｎｍ未満とすることができる。 The polycrystalline film 7 or the insulator film 6 formed in this way has an average crystallite diameter that is extremely smaller than that of the raw material fine particles, and the diameter can be about 5 nm. Here, although the particle size is usually about 0.3 μm, which is usually a problem as particles, even if the crystallites are shattered, the quality of precision electronic components such as semiconductor devices and liquid crystal display devices is affected. There is no such thing as giving. Note that the average crystallite diameter can be selected in accordance with the degree of miniaturization of precision electronic components such as semiconductor devices and liquid crystal display devices. For example, when the wiring pattern width of the semiconductor device is 90 nm according to the design rule, the average crystallite diameter is less than 70 nm. When the wiring pattern width is 65 nm according to the design rule, the average crystallite diameter is less than 50 nm and the wiring pattern width is designed. When the rule is 45 nm, the average crystallite diameter can be less than 30 nm, and when the wiring pattern width is 32 nm according to the design rule, the average crystallite diameter can be less than 20 nm.
また、脆性材料の結晶同士の界面にはガラス相からなる粒界層が実質的に存在しないので、プラズマ雰囲気に曝されても粒界層を起点とした侵食が進行することがなく、それに伴う脱粒をも抑制・低減することができる。 In addition, since there is substantially no grain boundary layer composed of a glass phase at the interface between the crystals of the brittle material, erosion starting from the grain boundary layer does not proceed even when exposed to a plasma atmosphere. Shattering can also be suppressed / reduced.
また、後述の図６で説明をするように、誘電体基板３に平均粒子径が２μｍ以下のセラミック焼結体を用いれば、長期的にプラズマに曝される事で、多結晶体膜７の一部が仮に侵食されることがあっても、誘電体基板３自体の耐プラズマ性が高く、また、大きなサイズの脱粒が起きることを抑制することもできるので、パーティクル汚染の低減と、静電チャックとしての安定的な耐プラズマ性や吸着脱離特性を維持することができる。 Further, as will be described later with reference to FIG. 6, if a ceramic sintered body having an average particle diameter of 2 μm or less is used for the dielectric substrate 3, the polycrystalline film 7 is exposed to plasma over a long period of time. Even if a part of the dielectric substrate 3 is eroded, the dielectric substrate 3 itself has high plasma resistance, and it is also possible to suppress the occurrence of large-sized degranulation. Stable plasma resistance and adsorption / desorption characteristics as a chuck can be maintained.
また、多結晶体膜７または絶縁体膜６の一部は基材表面に食い込むアンカー部となっているため、剥離しにくい強固な膜とすることができる。 In addition, since part of the polycrystalline film 7 or the insulator film 6 is an anchor portion that bites into the surface of the base material, it can be made a strong film that is difficult to peel off.
また、イットリア微粒子を用いて多結晶体膜７または絶縁体膜６を形成するようにすれば、前述の効果とあいまってハロゲンガスプラズマに対する耐性を大幅に向上させることができる。 If the polycrystalline film 7 or the insulator film 6 is formed using yttria fine particles, combined with the above-described effects, the resistance to halogen gas plasma can be greatly improved.
また、このようにして形成した膜は、緻密でありその厚さを極めて薄くしても電気絶縁の信頼性や耐プラズマ性を低下させることがない。そのため、絶縁体膜６の厚さを極めて薄くすることができるので、熱伝達性が向上し、被処理物の温度制御性と面内温度の均一性を大幅に向上させることができる。 Further, the film thus formed is dense, and even if the thickness is extremely reduced, the reliability of electrical insulation and the plasma resistance are not deteriorated. Therefore, since the thickness of the insulator film 6 can be extremely reduced, the heat transfer property can be improved, and the temperature controllability of the object to be processed and the uniformity of the in-plane temperature can be greatly improved.
次に、エアロゾルデポジション法により形成させた膜の平均結晶子径の測定について説明をする。
前述の処理装置７０を用いてイットリア多結晶体とアルミナ多結晶体の試料を作成した。具体的には、イットリア微粒子の平均粒径を０．４μｍとし、搬送ガスである高純度窒素ガスを流量７Ｌ／ｍｉｎで導入し、アルミニウム基板上に形成高さ４０μｍ、形成面積２０ｍｍ×２０ｍｍのイットリア多結晶体からなるイットリア膜（層状構造物）を形成させた。同様にして、アルミナ微粒子の平均粒径を０．２μｍとし、搬送ガスである高純度窒素ガスを流量７Ｌ／ｍｉｎで導入し、アルミニウム基板上に形成高さ４０μｍ、形成面積２０ｍｍ×２０ｍｍのアルミナ多結晶体からなるアルミナ膜（層状構造物）を形成させた。
Next, the measurement of the average crystallite diameter of a film formed by the aerosol deposition method will be described.
A sample of yttria polycrystal and alumina polycrystal was prepared using the processing apparatus 70 described above. Specifically, the average particle diameter of yttria fine particles is 0.4 μm, high purity nitrogen gas as a carrier gas is introduced at a flow rate of 7 L / min, and the formation height is 40 μm and the formation area is 20 mm × 20 mm on the aluminum substrate. A yttria film (layered structure) made of a polycrystal was formed. Similarly, the alumina fine particles having an average particle diameter of 0.2 μm and high purity nitrogen gas as a carrier gas are introduced at a flow rate of 7 L / min to form an alumina substrate having a formation height of 40 μm and a formation area of 20 mm × 20 mm. An alumina film (layered structure) made of a crystal was formed.
このようにして形成させたイットリア膜及びアルミナ膜の平均結晶子径を、Ｘ線回折（マックスサイエンス製／ＭＸＰ−１８、ＸＰＲＥＳＳ）を用いて、Ｓｃｈｅｒｒｅｒ法により測定・算出した。 The average crystallite diameters of the yttria film and the alumina film thus formed were measured and calculated by the Scherrer method using X-ray diffraction (manufactured by Max Science / MXP-18, XPRES).
その結果を表１に示す。表１から分かるように、エアロゾルデポジション法により形成させたイットリア膜の平均結晶子径は１９．２ｎｍ、アルミナ膜の平均結晶子径も１６．０ｎｍと非常に小さな結晶から構成されていることが確認できた。
次に、エアロゾルデポジション法により形成させた膜の耐プラズマ性の評価について説明をする。
前述の処理装置７０を用いてイットリア多結晶体の試料を作成した。具体的には、イットリア微粒子の平均粒径を０．４μｍとし、搬送ガスである高純度窒素ガスを流量７Ｌ／ｍｉｎで導入し、石英基板上に形成高さ５μｍ、形成面積２０ｍｍ×２０ｍｍのイットリア多結晶体からなるイットリア膜（層状構造物）を形成させた。
The results are shown in Table 1. As can be seen from Table 1, the yttria film formed by the aerosol deposition method has an average crystallite diameter of 19.2 nm, and the alumina film has an average crystallite diameter of 16.0 nm. It could be confirmed.
Next, the evaluation of the plasma resistance of the film formed by the aerosol deposition method will be described.
A sample of yttria polycrystal was prepared using the processing apparatus 70 described above. Specifically, the average particle diameter of yttria fine particles is 0.4 μm, high purity nitrogen gas as a carrier gas is introduced at a flow rate of 7 L / min, and yttria having a formation height of 5 μm and a formation area of 20 mm × 20 mm on a quartz substrate. A yttria film (layered structure) made of a polycrystal was formed.
耐プラズマ性を評価する為に、石英基板上に形成させたイットリア多結晶体（Ａ）、平均粒子径５〜５０μｍのアルミナ誘電体基板（Ｂ）、平均粒子径が２μｍ以下のアルミナ誘電体基板（Ｃ）の各試料を用意し、ＲＩＥ型エッチャー装置（日電アネルバ社製／ＤＥＡ−５０６）において、反応ガスとしてＣＦ４：４０ｓｃｃｍとＯ２：１０ｓｃｃｍとの混合ガスを用い、マイクロ波出力を１ＫＷ、照射時間を３、５、６、８時間として、各試料をプラズマ雰囲気に曝した。 In order to evaluate plasma resistance, yttria polycrystal (A) formed on a quartz substrate, alumina dielectric substrate (B) having an average particle diameter of 5 to 50 μm, and alumina dielectric substrate having an average particle diameter of 2 μm or less Each sample of (C) is prepared, and in a RIE type etcher (manufactured by Nidec Anelva / DEA-506), a mixed gas of CF 4 : 40 sccm and O 2 : 10 sccm is used as a reaction gas, and a microwave output is 1 kW. The samples were exposed to a plasma atmosphere with irradiation times of 3, 5, 6, and 8 hours.
試料をプラズマ雰囲気に曝した後、表面粗さ形状測定器（東京精密社製／ＳＵＲＦＣＯＭ １３０Ａ）を用いて試料表面の表面粗さ（Ｒａ）を評価した。その結果を図６に示す。 After the sample was exposed to the plasma atmosphere, the surface roughness (Ra) of the sample surface was evaluated using a surface roughness shape measuring instrument (manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd./SURFCOM 130A). The result is shown in FIG.
尚、評価はＪＩＳ規格（JIS B0601:2001）に基づいて行った。 The evaluation was performed based on the JIS standard (JIS B0601: 2001).
図６は、プラズマ照射時間と表面粗さの関係を説明するためのグラフ図である。
図６から分かるように、平均粒子径が５〜５０μｍのアルミナ誘電体基板（Ｂ）の表面粗さは、プラズマ照射前が０．２μｍであったが、５時間のプラズマ照射後は０．５５μｍと約２．５倍の悪化をみた。尚、平均粒子径が５〜５０μｍのアルミナ誘電体基板は、プラズマ処理装置に備えられる静電チャックなどの部材として一般的に使用されているものである。
FIG. 6 is a graph for explaining the relationship between the plasma irradiation time and the surface roughness.
As can be seen from FIG. 6, the surface roughness of the alumina dielectric substrate (B) having an average particle diameter of 5 to 50 μm was 0.2 μm before the plasma irradiation, but 0.55 μm after the plasma irradiation for 5 hours. It was about 2.5 times worse. An alumina dielectric substrate having an average particle diameter of 5 to 50 μm is generally used as a member such as an electrostatic chuck provided in a plasma processing apparatus.
また、平均粒子径２μｍ以下のアルミナ誘電体基板（Ｃ）の表面粗さは、プラズマ照射前が０．０２μｍと表面状態が良好であったが、５時間の照射後に０．０６μｍと約３倍の悪化をみた。ただし、一般的に使用されている平均粒子径が５〜５０μｍのアルミナ誘電体基板（Ｂ）よりは、耐プラズマ性が高く、また、粒子径のサイズも小さいので、大きなサイズの脱粒が起きることを抑制することができる。そのため、パーティクル汚染の低減と、安定的な耐プラズマ性や吸着脱離特性を維持することができる。 Further, the surface roughness of the alumina dielectric substrate (C) having an average particle diameter of 2 μm or less was 0.02 μm before plasma irradiation and the surface condition was good, but it was about 3 times 0.06 μm after irradiation for 5 hours. I saw worsening. However, it has higher plasma resistance than the generally used alumina dielectric substrate (B) having an average particle size of 5 to 50 μm, and the size of the particle size is small. Can be suppressed. Therefore, particle contamination can be reduced, and stable plasma resistance and adsorption / desorption characteristics can be maintained.
しかしながら、エアロゾルデポジション法により形成させた膜であるイットリア多結晶体（Ａ）は、６時間のプラズマ照射前後でも０．０２μｍから０．０２７μｍとほとんど変化が無く、ハロゲンガスプラズマに対する耐性がさらに優れていることが確認できた。また、前述したように、粒子径のサイズが極めて小さいため、仮に脱粒が起きてもパーティクル汚染が問題となるようなこともない。 However, the yttria polycrystal (A), which is a film formed by the aerosol deposition method, has almost no change from 0.02 μm to 0.027 μm even before and after the plasma irradiation for 6 hours, and is more excellent in resistance to halogen gas plasma. It was confirmed that Further, as described above, since the particle size is extremely small, particle contamination does not become a problem even if degranulation occurs.
次に、耐プラズマ性の評価としてプラズマ照射前後の表面状態を観察した。
試料としては、前述の石英基板上に形成させたイットリア多結晶体（Ａ）、高純度アルミナ焼結体、イットリア焼結体（ＨＩＰ処理品）を用いた。そして、これらの試料を同時にハロゲンガスプラズマ環境下に曝し、プラズマ照射前後の表面状態を走査型電子顕微鏡（日立製作所製／Ｓ−４１００）で観察した。その観察結果を図７〜図９に示す。
Next, as an evaluation of plasma resistance, the surface state before and after plasma irradiation was observed.
As a sample, the yttria polycrystal (A), high-purity alumina sintered body, and yttria sintered body (HIP-treated product) formed on the quartz substrate described above were used. These samples were simultaneously exposed to a halogen gas plasma environment, and the surface state before and after plasma irradiation was observed with a scanning electron microscope (manufactured by Hitachi, Ltd./S-4100). The observation results are shown in FIGS.
図７は、プラズマ照射前後のイットリア多結晶体（Ａ）の表面状態を表す顕微鏡写真である。図７（ａ）はプラズマ照射前、図７（ｂ）はプラズマ照射後の表面状態を表す顕微鏡写真である。
図８は、プラズマ照射前後の高純度アルミナ焼結体の表面状態を表す顕微鏡写真である。図８（ａ）はプラズマ照射前、図８（ｂ）はプラズマ照射後の表面状態を表す顕微鏡写真である。
図９は、プラズマ照射前後のイットリア焼結体（ＨＩＰ処理品）の表面状態を表す顕微鏡写真である。図９（ａ）はプラズマ照射前、図９（ｂ）はプラズマ照射後の表面状態を表す顕微鏡写真である。
FIG. 7 is a photomicrograph showing the surface state of the yttria polycrystal (A) before and after plasma irradiation. FIG. 7A is a photomicrograph showing the surface state before plasma irradiation, and FIG. 7B is a micrograph showing the surface state after plasma irradiation.
FIG. 8 is a photomicrograph showing the surface state of the high-purity alumina sintered body before and after plasma irradiation. 8A is a photomicrograph showing the surface state before plasma irradiation, and FIG. 8B is a micrograph showing the surface state after plasma irradiation.
FIG. 9 is a photomicrograph showing the surface state of the yttria sintered body (HIP-treated product) before and after plasma irradiation. 9A is a photomicrograph showing the surface state before plasma irradiation, and FIG. 9B is a micrograph showing the surface state after plasma irradiation.
プラズマ照射前においては、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）から分かるように、高純度アルミナ焼結体やイットリア焼結体（ＨＩＰ処理品）の表面には数μｍのポアが観察されるが、エアロゾルデポジション法により形成させたイットリア多結晶体（Ａ）の表面にはこのようなポアは観察されない。これは、エアロゾルデポジション法により形成させた膜の表面が平滑であることを示し、この平滑さがプラズマ照射による侵食と脱粒の抑制・低減や、異常放電の抑制に寄与することをも意味する。また、形成された膜が緻密であるため薄膜化を図ることができ、熱伝達性を向上させることができることを意味する。そのため、エアロゾルデポジション法によれば、耐プラズマ性や電気絶縁性に対する信頼性が高く、熱伝達性に優れた膜を得ることができる。 Before plasma irradiation, as can be seen from FIGS. 7 (a), 8 (a), and 9 (a), the surface of the high-purity alumina sintered body or yttria sintered body (HIP-treated product) is several μm. However, such pores are not observed on the surface of the yttria polycrystal (A) formed by the aerosol deposition method. This indicates that the surface of the film formed by the aerosol deposition method is smooth, and this smoothness also contributes to the suppression / reduction of erosion and degranulation due to plasma irradiation and the suppression of abnormal discharge. . Moreover, since the formed film | membrane is dense, it can aim at thinning and it means that heat transferability can be improved. Therefore, according to the aerosol deposition method, it is possible to obtain a film having high reliability with respect to plasma resistance and electrical insulation and excellent heat transferability.
プラズマ照射後においては、図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）から分かるように、高純度アルミナ焼結体やイットリア焼結体（ＨＩＰ処理品）の表面には、プラズマ照射前より大きさが大きく、また数も多いポアが観察される。これは、プラズマ照射により表面の侵食と脱粒が起こったことを意味している。これに比べ、エアロゾルデポジション法により形成させたイットリア多結晶体（Ａ）の表面は、プラズマ照射後もほとんど変わらずポアも観察されない。 After the plasma irradiation, as can be seen from FIGS. 7B, 8B, and 9B, the surface of the high-purity alumina sintered body or yttria sintered body (HIP-treated product) has no plasma. Larger pores than before irradiation are observed. This means that surface erosion and degranulation occurred by plasma irradiation. Compared with this, the surface of the yttria polycrystal (A) formed by the aerosol deposition method is hardly changed even after plasma irradiation, and no pore is observed.
次に、エアロゾルデポジション法により形成させた膜の結晶構造を観察した。
まず、前述の処理装置７０を用いてアルミナ多結晶体の試料を作成した。具体的には、アルミナ微粒子の平均粒径を０．２μｍとし、搬送ガスである高純度窒素ガスを流量７Ｌ／ｍｉｎで導入し、アルミニウム基板上に形成高さ４０μｍ、形成面積２０ｍｍ×２０ｍｍのアルミナ多結晶体からなるアルミナ膜（層状構造物）を形成させた。
Next, the crystal structure of the film formed by the aerosol deposition method was observed.
First, a sample of an alumina polycrystal was prepared using the processing apparatus 70 described above. Specifically, alumina fine particles having an average particle diameter of 0.2 μm, high-purity nitrogen gas as a carrier gas introduced at a flow rate of 7 L / min, and a formation height of 40 μm and a formation area of 20 mm × 20 mm on an aluminum substrate. An alumina film (layered structure) made of a polycrystal was formed.
次に、この試料の膜の断面の結晶構造観察を透過型電子顕微鏡（日立製作所製／Ｈ−９０００ＵＨＲ）により行った。その観察結果を図１０に示す。
図１０は、エアロゾルデポジション法により形成させたアルミナ多結晶体膜断面の顕微鏡写真である。
図１０から分かるように、エアロゾルデポジション法により形成させたアルミナ多結晶体では、結晶同士の界面にガラス相からなる粒界層が実質的に存在せず、数ｎｍ〜数十ｎｍの結晶子からなる構造となっていることが確認できた。尚、説明の便宜上、アルミナ多結晶体で説明をしたが、エアロゾルデポジション法により形成させた他の膜（例えば、イットリア多結晶体）でも同様のことがいえる。
Next, the crystal structure of the cross section of the film of this sample was observed with a transmission electron microscope (Hitachi / H-9000UHR). The observation results are shown in FIG.
FIG. 10 is a photomicrograph of a cross section of the alumina polycrystalline film formed by the aerosol deposition method.
As can be seen from FIG. 10, in the alumina polycrystal formed by the aerosol deposition method, there is substantially no grain boundary layer composed of a glass phase at the interface between the crystals, and a crystallite of several nm to several tens of nm. It was confirmed that the structure was composed of For convenience of explanation, the description has been made with the alumina polycrystal, but the same can be said for other films (for example, yttria polycrystal) formed by the aerosol deposition method.
このように、結晶同士の界面にガラス相からなる粒界層が実質的に存在しなければ、プラズマ雰囲気に曝されても粒界層を起点とした侵食が進行することがなく、それに伴う脱粒も抑制・低減させることができる。 In this way, if there is substantially no grain boundary layer composed of a glass phase at the interface between crystals, erosion starting from the grain boundary layer does not proceed even when exposed to a plasma atmosphere, and the accompanying grain removal Can also be suppressed / reduced.
次に、エアロゾルデポジション法により形成させた膜の密着強度の評価について説明をする。
前述の処理装置７０を用いてイットリア多結晶体とアルミナ多結晶体の試料を作成した。 具体的には、イットリア微粒子の平均粒径を０．５μｍとし、搬送ガスである高純度窒素ガスを流量５Ｌ／ｍｉｎで導入し、アルミナ基板上に形成高さ２０μｍ、形成面積２０ｍｍ×２０ｍｍのイットリア多結晶体からなるイットリア膜（層状構造物）を形成させた。同様にして、アルミナ微粒子の平均粒径を０．６μｍとし、搬送ガスである高純度窒素ガスを流量７Ｌ／ｍｉｎで導入し、アルミ合金基板およびアルミナ基板上に形成高さ20μｍ、形成面積２０ｍｍ×２０ｍｍのアルミナ多結晶体からなるアルミナ膜（層状構造物）を形成させた。
Next, evaluation of the adhesion strength of a film formed by the aerosol deposition method will be described.
A sample of yttria polycrystal and alumina polycrystal was prepared using the processing apparatus 70 described above. Specifically, the yttria fine particles have an average particle diameter of 0.5 μm, high purity nitrogen gas as a carrier gas is introduced at a flow rate of 5 L / min, and the formation height is 20 μm and the formation area is 20 mm × 20 mm on the alumina substrate. A yttria film (layered structure) made of a polycrystal was formed. Similarly, the average particle diameter of the alumina fine particles is 0.6 μm, high purity nitrogen gas as a carrier gas is introduced at a flow rate of 7 L / min, the formation height is 20 μm on the aluminum alloy substrate and the alumina substrate, and the formation area is 20 mm × An alumina film (layered structure) made of 20 mm alumina polycrystal was formed.
このようにして形成させたそれぞれの多結晶体膜と、直径８ｍｍ、長さ６０ｍｍのステンレス製ロッドとをエポキシ樹脂で接着し、１２０℃で１時間過熱して前記樹脂を硬化させた。
このようにして得られたイットリア膜およびアルミナ膜の試料を、オートグラフ（島津製作所製／EZ Graph）を用いて、引き倒し法により測定・算出することで、密着強度を評価した。
図１１は、引き倒し法の様子を例示するための模式図である。
尚、比較材として、アルミ合金上およびアルミナ焼結体上に形成させたアルミナ溶射膜を用いた。
Each polycrystalline film thus formed and a stainless steel rod having a diameter of 8 mm and a length of 60 mm were bonded with an epoxy resin, and the resin was cured by heating at 120 ° C. for 1 hour.
The samples of the yttria film and the alumina film thus obtained were measured and calculated by the pulling method using an autograph (manufactured by Shimadzu Corporation / EZ Graph) to evaluate the adhesion strength.
FIG. 11 is a schematic diagram for illustrating the state of the pull-down method.
As a comparative material, an alumina sprayed film formed on an aluminum alloy and an alumina sintered body was used.
その結果を表２に示す。
表２から分かるように、エアロゾルデポジション法により形成させたイットリア膜の密着強度はアルミナ基板上において８０ＭＰａ、アルミナ膜の密着強度はアルミ合金上において７５ＭＰａ、アルミナ基板上において６５ＭＰａであった。 このように、いずれの場合においても、エアロゾルデポジション法により形成させた膜は、溶射膜に比べて高い密着力を有していることが分かる。
そのため、エアロゾルデポジション法を用いて形成させた膜は、溶射膜に比べて大幅な脱粒の抑制・低減をさせることができる。
また、誘電体基板３や電極４の表面を粗面化するなどの前処理を行うことなく、これら異なる材料の上に、それぞれ高い密着力で、かつ緻密で絶縁性の高い膜を形成させることができる。
The results are shown in Table 2.
As can be seen from Table 2, the adhesion strength of the yttria film formed by the aerosol deposition method was 80 MPa on the alumina substrate, the adhesion strength of the alumina film was 75 MPa on the aluminum alloy, and 65 MPa on the alumina substrate. Thus, in any case, it can be seen that the film formed by the aerosol deposition method has higher adhesion than the sprayed film.
Therefore, a film formed by using the aerosol deposition method can significantly suppress and reduce degranulation compared to a sprayed film.
Further, a dense and highly insulating film can be formed on each of these different materials without pretreatment such as roughening the surfaces of the dielectric substrate 3 and the electrode 4 with high adhesion. Can do.
次に、エアロゾルデポジション法により形成させたイットリア膜の絶縁耐圧の測定について説明する。
前述の処理装置７０を用いてイットリア多結晶体の試料を作成した。具体的には、イットリア微粒子の平均粒径を０．５μｍとし、搬送ガスである高純度窒素ガスを流量５Ｌ／ｍｉｎで導入し、アルミ合金基板上に形成高さ１０μｍ、形成面積２０ｍｍ×２０ｍｍのイットリア多結晶体からなるイットリア膜（層状構造物）を形成させた。
Next, measurement of the withstand voltage of the yttria film formed by the aerosol deposition method will be described.
A sample of yttria polycrystal was prepared using the processing apparatus 70 described above. Specifically, the average particle diameter of yttria fine particles is 0.5 μm, high purity nitrogen gas as a carrier gas is introduced at a flow rate of 5 L / min, and the formation height is 10 μm and the formation area is 20 mm × 20 mm on the aluminum alloy substrate. An yttria film (layered structure) made of yttria polycrystal was formed.
このようにして得られたイットリア膜の試料を、耐圧試験器（KIKUSUI製／TOS 5101）を用いて、測定・算出した。 A sample of the yttria film thus obtained was measured and calculated using a pressure tester (manufactured by KIKUSUI / TOS 5101).
その結果、エアロゾルデポジション法により形成させたイットリア膜の絶縁耐圧は、３５０Ｖ／μｍと高い値を示した。
そのため、エアロゾルデポジション法を用いて形成させた膜は、同じ厚さの溶射膜などに比べて高い電気絶縁性を確保することができる。また、同じ絶縁耐圧における膜の厚さを薄くすることができるため、熱伝達性を向上させることができる。そして、前述したように界面におけるポアの少なさや、その平滑性により異常放電を抑制することができるので電気絶縁に対する信頼性も向上させることができる。
As a result, the withstand voltage of the yttria film formed by the aerosol deposition method was as high as 350 V / μm.
Therefore, a film formed by using the aerosol deposition method can ensure high electrical insulation as compared with a sprayed film having the same thickness. In addition, since the thickness of the film at the same withstand voltage can be reduced, heat transfer can be improved. As described above, since the abnormal discharge can be suppressed by the small number of pores at the interface and the smoothness thereof, the reliability of the electrical insulation can be improved.
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る静電チャックを説明するための模式図である。
尚、図１で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付し説明は省略する。
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining an electrostatic chuck according to the second embodiment of the present invention.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to what was demonstrated in FIG. 1, and description is abbreviate | omitted.
図１２に示すように、静電チャック３０には誘電体基板３が設けられ、誘電体基板３の一方の主面（載置面側）にはエアロゾルデポジション法により脆性材料からなる多結晶体膜７が形成されている。そして、さらに多結晶体膜７の上面（載置面側）にはエアロゾルデポジション法により脆性材料からなる突起部３２が形成されている。この突起部３２の上面が、半導体ウェーハ等の被処理物の載置面となる。 As shown in FIG. 12, a dielectric substrate 3 is provided on the electrostatic chuck 30, and a polycrystalline body made of a brittle material is formed on one main surface (mounting surface side) of the dielectric substrate 3 by an aerosol deposition method. A film 7 is formed. Further, a projection 32 made of a brittle material is formed on the upper surface (mounting surface side) of the polycrystalline film 7 by an aerosol deposition method. The upper surface of the projection 32 serves as a mounting surface for a workpiece such as a semiconductor wafer.
また、静電チャック３０の中心を貫通するように貫通孔３１が設けられている。貫通孔３１の一端は多結晶体膜７の上面に開口し、他端は図示しない圧力制御手段や流量制御手段を介して、これも図示しないガス供給手段と接続されている。図示しないガス供給手段はヘリウムガスまたはアルゴンガスなどを供給するためのものであり、突起部３２により形成される溝部３２ａが供給されたガスの通路となる。溝部３２ａ同士はそれぞれ連通し、供給されたガスが全体にいきわたるようになっている。 A through hole 31 is provided so as to penetrate the center of the electrostatic chuck 30. One end of the through hole 31 opens on the upper surface of the polycrystalline film 7, and the other end is connected to a gas supply unit (not shown) via a pressure control unit and a flow rate control unit (not shown). A gas supply means (not shown) is for supplying helium gas, argon gas, or the like, and serves as a gas passage through which the groove 32a formed by the protrusion 32 is supplied. The groove portions 32a communicate with each other so that the supplied gas is distributed throughout.
図示しないガス供給手段から供給されたガス（例えば、ヘリウムガス）は、図示しない圧力制御手段や流量制御手段により圧力や流量が調整された後、貫通孔３１を通って溝部３２ａに導入される。導入されたガスは溝部３２ａを通り、多結晶体膜７の上面全体にいきわたる。そして、導入されたガスは突起部３２と被処理物との間にも導かれ、互いの熱伝導率を著しく高めることから、基台２の温度を被処理物に効果的に伝えることができる。 A gas (for example, helium gas) supplied from a gas supply means (not shown) is introduced into the groove 32 a through the through hole 31 after the pressure and flow rate are adjusted by a pressure control means and a flow rate control means (not shown). The introduced gas passes through the groove 32 a and reaches the entire upper surface of the polycrystalline film 7. The introduced gas is also guided between the protrusion 32 and the object to be processed, and remarkably increases the thermal conductivity of each other, so that the temperature of the base 2 can be effectively transmitted to the object to be processed. .
本実施の形態に係る静電チャック３０では、前述したように絶縁体膜６や多結晶体膜７の厚さが極めて薄い、そのため熱伝達性がさらに向上し、被処理物の温度制御性と面内温度の均一性を大幅に向上させることができる。 In the electrostatic chuck 30 according to the present embodiment, as described above, the insulator film 6 and the polycrystalline film 7 are extremely thin, so that the heat transfer property is further improved, and the temperature controllability of the workpiece is improved. The uniformity of the in-plane temperature can be greatly improved.
図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る静電チャックを説明するための模式図である。
尚、図１や図１２で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付し説明は省略する。
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining an electrostatic chuck according to the third embodiment of the present invention.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to what was demonstrated in FIG.1 and FIG.12, and description is abbreviate | omitted.
図１３に示すように、静電チャック４０には誘電体基板３が設けられている。そして、誘電体基板３の一方の主面（載置面側）には、エアロゾルデポジション法により脆性材料からなる多結晶体膜７が形成され、誘電体基板３の他方の主面には電極４が形成されている。 As shown in FIG. 13, the dielectric substrate 3 is provided on the electrostatic chuck 40. A polycrystalline film 7 made of a brittle material is formed on one main surface (mounting surface side) of the dielectric substrate 3 by an aerosol deposition method, and an electrode is formed on the other main surface of the dielectric substrate 3. 4 is formed.
また、エアロゾルデポジション法により、電極４を覆うように脆性材料の多結晶体からなる絶縁体膜６ａが形成されている。ここで、絶縁体膜６ａで覆われる範囲は、電極４を覆うのに充分な範囲とされ、電極４が形成された側の誘電体基板３主面の全域までは覆われていない。
この場合、絶縁体膜６ａで覆われる範囲を制限しても、電極４が絶縁体膜６ａで覆われている限りは、前述した絶縁破壊に対する信頼性や熱伝達性などが低下することはない。その上、絶縁体膜６ａで覆われる範囲を少なくすることで、処理時間やコストを低下させることができる。
Further, an insulator film 6a made of a polycrystalline material of a brittle material is formed so as to cover the electrode 4 by an aerosol deposition method. Here, the range covered with the insulator film 6a is a range sufficient to cover the electrode 4, and the entire area of the main surface of the dielectric substrate 3 on the side where the electrode 4 is formed is not covered.
In this case, even if the range covered with the insulator film 6a is limited, as long as the electrode 4 is covered with the insulator film 6a, the reliability with respect to the dielectric breakdown and the heat transfer property described above do not deteriorate. . In addition, the processing time and cost can be reduced by reducing the area covered with the insulator film 6a.
図１４は、本発明の実施の形態に係る静電チャックを備えた基板処理装置を説明するための模式図である。
基板処理装置１００は、処理容器１０１、上部電極１１０、本発明にかかる静電チャック１を備えている。処理容器１０１の天井には処理ガスを内部に導入するための処理ガス導入口１０２が設けられ、その底板には内部を減圧排気するための排気口１０３が設けられている。また、上部電極１１０、静電チャック１には高周波電源１０４が接続され、上部電極１１０と静電チャック１より構成される一対の電極が、互いに所定の間隔を隔てて平行に対峙するようになっている。このように構成される基板処理装置１００において、上部電極１１０と静電チャック１に高周波電圧が印加されると、高周波放電が起こり処理容器１０１内に導入された処理ガスがプラズマにより励起、活性化されて、被処理物Ｗが処理されることになる。尚、被処理物Ｗとしては半導体基板（ウェーハ）を例示することができるが、これに限定されるわけではなく、例えば、液晶表示装置に用いられるガラス基板等であってもよい。
FIG. 14 is a schematic diagram for explaining a substrate processing apparatus including an electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention.
The substrate processing apparatus 100 includes a processing container 101, an upper electrode 110, and the electrostatic chuck 1 according to the present invention. A processing gas introduction port 102 for introducing a processing gas into the inside is provided on the ceiling of the processing vessel 101, and an exhaust port 103 for exhausting the inside under reduced pressure is provided on the bottom plate. In addition, a high frequency power source 104 is connected to the upper electrode 110 and the electrostatic chuck 1, and a pair of electrodes constituted by the upper electrode 110 and the electrostatic chuck 1 face each other in parallel with a predetermined distance therebetween. ing. In the substrate processing apparatus 100 configured as described above, when a high frequency voltage is applied to the upper electrode 110 and the electrostatic chuck 1, a high frequency discharge occurs and the processing gas introduced into the processing vessel 101 is excited and activated by plasma. Thus, the workpiece W is processed. In addition, although the semiconductor substrate (wafer) can be illustrated as the to-be-processed object W, it is not necessarily limited to this, For example, the glass substrate etc. which are used for a liquid crystal display device may be used.
基板処理装置１００のような構成の装置は、一般に平行平板型ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置と呼ばれるが、本発明にかかる静電チャックはこの装置への適用に限定されるわけではない。例えば、ＥＣＲ(Electron Cyclotron Resonance) エッチング装置、誘電結合プラズマ処理装置、ヘリコン波プラズマ処理装置、プラズマ分離型プラズマ処理装置、表面波プラズマ処理装置、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition )装置などのいわゆる減圧処理装置に広く適応することができるし、露光装置や検査装置のように大気圧下で処理や検査が行われる基板処理装置に広く適用することもできる。ただし、本発明にかかる静電チャックの有する高い耐プラズマ性を考慮するとプラズマ処理装置に適用させることが好ましい。尚、これらの装置の構成の内、本発明にかかる静電チャック以外の部分には既知の構成を適用させることができるので、その説明は省略する。 An apparatus having a configuration such as the substrate processing apparatus 100 is generally called a parallel plate RIE (Reactive Ion Etching) apparatus, but the electrostatic chuck according to the present invention is not limited to application to this apparatus. For example, so-called decompression processing equipment such as ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching equipment, dielectric coupled plasma processing equipment, helicon wave plasma processing equipment, plasma separation type plasma processing equipment, surface wave plasma processing equipment, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) equipment, etc. It can also be widely applied to a substrate processing apparatus that performs processing and inspection under atmospheric pressure, such as an exposure apparatus and an inspection apparatus. However, considering the high plasma resistance of the electrostatic chuck according to the present invention, it is preferably applied to the plasma processing apparatus. In addition, since a known structure can be applied to parts other than the electrostatic chuck according to the present invention among the structures of these apparatuses, the description thereof is omitted.
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をした。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
前述の具体例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
As for the above-described specific examples, those skilled in the art appropriately modified the design are included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention.
例えば、説明の便宜上、クーロン型静電チャックとジョンセン−ラーベック型静電チャックを説明したが、吸着面上に不均一電界を形成させることにより絶縁体である被処理物の一部を分極させ、そのとき発生する電界強度の強い方向へ引き寄せられる力（グラジエント力）を利用する静電チャックであってもよい。 For example, for convenience of explanation, the Coulomb type electrostatic chuck and the Johnsen-Rahbek type electrostatic chuck have been described. It may be an electrostatic chuck that uses a force (gradient force) that is attracted in a direction in which the electric field strength generated at that time is strong.
また、静電チャックや基板処理装置などの各要素の形状、寸法、材質、成分比、配置なども、例示したものに限定されるわけではなく、適宜変更を加えたものも本発明の特徴を備えている限り本発明の範囲に包含される。
また、前述した各具体例が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
In addition, the shape, dimensions, material, component ratio, arrangement, etc. of each element such as an electrostatic chuck and a substrate processing apparatus are not limited to those illustrated, and those appropriately modified also have the characteristics of the present invention. As long as it is provided, it is included in the scope of the present invention.
In addition, the elements included in each of the specific examples described above can be combined as much as possible, and combinations thereof are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
１ 静電チャック、 ２ 基台、 ３ 誘電体基板、 ４ 電極、 ５ 接合層、 ６ 絶縁体膜、 ７ 多結晶体膜、 ８ 流路、 ９ 電線、 １０ａ、１０ｂ 電源、 ３０ 静電チャック、 ３１ 貫通孔、 ３２ 突起部、 ３２ａ 溝部、 ４０ 静電チャック、 ７０ 処理装置、 ７１ ガスボンベ、 ７２ ガス配管、 ７３ エアロゾル発生器、 ７４ エアロゾル搬送管、 ７５ 形成室、 ７６ ノズル、 ７７ ステージ、 ７９ 真空ポンプ、１００ 基板処理装置、１０１ 処理容器、１０２ 処理ガス導入口、１０３ 排気口、１０４ 高周波電源、１１０ 上部電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrostatic chuck, 2 Bases, 3 Dielectric substrate, 4 Electrode, 5 Bonding layer, 6 Insulator film, 7 Polycrystalline film, 8 Channel, 9 Electric wire, 10a, 10b Power supply, 30 Electrostatic chuck, 31 Through hole, 32 protrusion, 32a groove, 40 electrostatic chuck, 70 processing device, 71 gas cylinder, 72 gas piping, 73 aerosol generator, 74 aerosol transport pipe, 75 forming chamber, 76 nozzle, 77 stage, 79 vacuum pump, DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Substrate processing apparatus, 101 Processing container, 102 Processing gas introduction port, 103 Exhaust port, 104 High frequency power supply, 110 Upper electrode
Claims (19)
前記誘電体基板の前記載置面と対向する側の主面に形成された電極と、
前記電極を覆うように形成された脆性材料の多結晶からなる絶縁体膜と、
を備え、
前記絶縁体膜における結晶同士の界面にはガラス相からなる粒界層が実質的に存在しないこと、を特徴とする静電チャック。 A dielectric substrate having a mounting surface;
An electrode formed on the main surface on the side facing the mounting surface of the dielectric substrate;
An insulator film made of polycrystalline brittle material formed to cover the electrodes;
With
An electrostatic chuck characterized in that a grain boundary layer composed of a glass phase does not substantially exist at an interface between crystals in the insulator film.
前記基台と少なくとも前記絶縁体膜との間に設けられた接合層と、をさらに備え、
前記接合層の熱伝導率は１Ｗ／ｍＫ以上であること、を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の静電チャック。 A base for supporting the dielectric substrate;
A bonding layer provided between the base and at least the insulator film,
The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the bonding layer has a thermal conductivity of 1 W / mK or more.
誘電体基板の一方の主面に電極を形成し、
前記電極を覆うように絶縁体膜を形成し、
前記電極が設けられた主面と、前記基台と、を接合する静電チャックの製造方法であって、
前記絶縁体膜をエアロゾルデポジション法により形成すること、を特徴とする静電チャックの製造方法。 While forming the base,
Forming an electrode on one main surface of the dielectric substrate;
Forming an insulator film so as to cover the electrode;
A method of manufacturing an electrostatic chuck that joins the main surface provided with the electrode and the base,
A method of manufacturing an electrostatic chuck, wherein the insulator film is formed by an aerosol deposition method.
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