JP2015142100A - 電極内蔵プレートおよび静電チャック - Google Patents

Abstract

【課題】 高電圧の印加やプロセス環境に耐えつつ、、被吸着物を吸着して保持することが可能であるとともに、腐食性ガスやプラズマ環境下における汚染のおそれの少ない電極内蔵プレートおよびこの電極内蔵プレートからなる静電チャックを提供する。
【解決手段】 セラミックスからなるとともに一体型に形成され、電極領域１ｓと、電極領域１ｓおよび外部に繋がる開口部３とを備える基体１と、電極２とを有し、電極２は、銀または銅からなり、電極領域１ｓに位置しており、厚みが50μｍ以上である電極内蔵プレート。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電極内蔵プレートおよび静電チャックに関する。

半導体製造装置を用いた半導体デバイスの製造工程において、ドライエッチング、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマ処理が行われている。そして、このような処理においては、被処理物（例えば、ウエハ）の保持に、絶縁性を有するセラミックスの内部に電極を備えた電極内蔵プレートが用いられている。なお、被処理物を保持にあたっては、基体の内部の電極に直流電圧を印加することによって生じるクーロン力等の静電気による吸着が利用される。

そして、このような電極内蔵プレートとして、特許文献１には、内部にチャック用電極層及び電気ヒーター用の抵抗発熱体を備えたセラミック製の静電チャックであって、チャック用電極層を内部に備えて一体で焼成されたチャック用電極層含有セラミック基板と、これとは別の焼成済みセラミック基板との間に、一定厚さの金属板又は一定断面の金属線から、平面状に形成された電気ヒーター用の抵抗発熱体を挟み込み、接着剤により両セラミック基板を接着することで、内部に該抵抗発熱体を設けてなる静電チャックが提案されている。

また、特許文献２には、上面に基板を載置する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ボロン（ＢＮ）のいずれか一つからなるセラミックス基体と、前記セラミックス基体の上部側に埋め込まれ、導電ペーストの焼成物からなる板状の第１導体と、前記セラミックス基体の内部に設けられ、前記第１導体の下面に接するメッシュ状の第２導体と、前記セラミックス基体の下面から前記セラミックス基体の一部を貫通して前記第２導体に接続された電極端子とを備え、前記第１導体を形成する導電ペーストは、少なくともモリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）のいずれかからなる高融点金属もしくはこれらの炭化物を含み、前記第１導体を形成する導電ペーストは、５重量％〜30重量％のセラミックス基体と同一のセラミックス粉体を含み、前記第１導体の厚さは、10μｍ〜30μｍである基板保持体が提案されている。

特開2005−347559号公報 特開2009−141344号公報

特許文献１に記載の静電チャックは、静電チャックを構成するチャック用電極層含有セラミック基板が接着剤により接着されているものであるため、腐食性ガスやプラズマ環境下における汚染のおそれが高い。

また、特許文献２に記載の基板保持体は、セラミックスと電極とが同時焼成により形成されるものであり、接着剤や接合剤を用いておらず接合層が無いため、腐食性ガスやプラズマ環境下における汚染のおそれが少ないものであるが、同時焼成でセラミックスと電極とを形成するには、高融点の金属であるモリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）等を用いなければならい。

しかしながら、これらの金属は、電気抵抗が高く、熱伝導率が低く、電極厚みを厚いものとすることができないことから、吸着力をさらに向上させるべく高電圧を印加したときの大電流により発熱して高温になったり、プロセス環境の温度の影響を受けたりした場合に、セラミックスを破損させるなどの不具合が生じる。なお、セラミックスと電極とを同時焼成により形成可能な金属として白金があるが、白金は高価であり、実用的ではない。

今般において吸処理物の保持に用いられる電極内蔵プレートには、高電圧の印加やプロセス環境に耐えつつ、被吸着物を吸着して保持することが可能であるとともに、腐食性ガスやプラズマ環境下における汚染のおそれの少ないことが求められている。

本発明は、上記要求を満たすべく案出されたものであり、高電圧の印加やプロセス環境に耐えつつ、被吸着物を吸着して保持することが可能であるとともに、腐食性ガスやプラズマ環境下における汚染のおそれの少ない電極内蔵プレートおよびこの電極内蔵プレートからなる静電チャックを提供するものである。

本発明の電極内蔵プレートは、セラミックスからなるとともに一体型に形成され、電極領域と、該電極領域および外部に繋がる開口部とを備える基体と、電極とを有し、該電極は、銀または銅からなり、前記電極領域に位置しており、厚みが50μｍ以上であることを特徴とするものである。

また、本発明の静電チャックは、上記構成の本発明の電極内蔵プレートからなることを特徴とするものである。

本発明の電極内蔵プレートによれば、腐食性ガスやプラズマ環境下における汚染のおそれが少ない。また、高電圧の印加やプロセス環境に耐えつつ、被吸着物を吸着して保持することできる。

また、本発明の静電チャックによれば、上記構成の本発明の電極内蔵プレートからなることから、被吸着物の保持に対する信頼性が高くなるとともに、各種処理の効率を向上させることができる。

本実施形態の電極内蔵プレートの一例を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図である。 本実施形態の電極内蔵プレートの他の例を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。 本実施形態の電極内蔵プレートの他の例を示す、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’線での断面図である。 本実施形態の電極内蔵プレートの作製方法の一例を示す断面図である。

以下、本実施形態の電極内蔵プレートの一例について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の電極内蔵プレートの一例を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図である。なお、電極２は、上面視において視認できるものではないが、位置関係を明確にするため、図１（ａ）の上面図において点線で示している。また、以降の図において同一の部材については、同一の番号を付するものとする。

図１に示すように、本実施形態の電極内蔵プレート10は、基体１と電極２とを有している。そして、基体１は、セラミックスからなるとともに一体型に形成されている。なお、ここでいう一体型とは、基体１の断面等を走査型電子顕微鏡等を用いて、例えば3000倍の倍率で観察したとしても、接着剤や接合剤を用いた形跡である接合層が確認されないもののことを指す。そして、基体１は、内部に設けられた電極領域１ｓと、電極領域１ｓおよび外部に繋がる開口部３を備えている。

このように、本実施形態の電極内蔵プレート10は、基体１が、セラミックスからなることにより絶縁性に優れる。また、一体型に形成されていることにより、腐食性ガスやプラズマ環境下における汚染のおそれが少ない。

次に、電極２は、銀または銅からなり、基体１の電極領域１ｓに位置しており、50μｍ以上の厚みを有する。このように、電極２が、銀または銅からなることにより電気抵抗が低いことに加え、厚みが50μｍ以上であることから、高電圧の印加やプロセス環境に耐えつつ、被吸着物を吸着して保持することができる。また、電極２が銀または銅からなることにより熱伝導率が高いことから、プロセス環境により電極内蔵プレート10が受けた熱を効率よく放熱することができ、半導体デバイスの製造工程において、より微細な加工を可能とすることができる。なお、開口部３は、図示していないが、高電圧を印加する電源と電極２とを繋ぐ、配線の経路として用いることができる。また、開口部３は複数設けても構わない。

次に、図２は、本実施形態の電極内蔵プレートの他の例を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。なお、支柱４は、電極２同様に上面視において視認できるものではないが、位置関係を明確にするため、図２（ａ）の上面図において点線で示している。

図２に示す例の電極内蔵プレート20と、図１に示す例の電極内蔵プレート10との違いは、電極領域１ｓにセラミックスからなる支柱を有していることにある。このように、電極領域１ｓにセラミックスからなる支柱を有しているときには、電極内蔵プレート20の剛性を高めることができる。このように、剛性が高いときには、電極内蔵プレート20の表面の加工において、加工時に掛かる大きな力によって変形が少ないため、平面度や平坦度を小さくすることができる。なお、支柱４は、図２に示すように、支柱４同士の間隔が規則性があるように配置されることが好適である。

次に、図３は、本実施形態の電極内蔵プレートの他の例を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。

図３においては、基体１が、流体の流入口５ａと流出口５ｂと流入口５ａから流出口５ｂに繋がる流路５ｃとを備え、電極２の下方に流路５ｃが位置している例を示している。なお、流路５ｃの経路については図示していないが、経路はスパイラル状であり、図３（ｂ）はこのスパイラル状の流路５ｃの断面を示している。このように、基体１が、流体の流入口５ａと、流出口５ｂと、流入口５ａから流出口５ｂに繋がる流路５ｃとを備え、電極２の下方に流路５ｃが位置しているときには、流路５ｃに冷媒を流すことにより、高電圧を印加したときの大電流により電極２が発熱したとしても温度の調整が可能となることから、基体１の破損等の不具合をより抑制することができる。

そして、本実施形態の静電チャックは、図１〜図３に示すような電極内蔵プレート10〜30からなることから、被吸着物の保持に対する信頼性が高くなるとともに、各種処理の効率を向上させることができる。

次に、本実施形態の電極内蔵プレートの作製方法の一例について図４を用いて説明する。

ここで、セラミックスからなる基体としては、酸化アルミニウム質焼結体、酸化ジルコニウム質焼結体、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの複合焼結体、酸化イットリウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化ボロン質焼結体、炭化珪素質焼結体等を用いることができる。

まず、それぞれの焼結体の主成分となる原料粉末、焼結助剤、バインダ、溶媒等を用いてスラリーを作製する。そして、このスラリーを用いてドクターブレード法でグリーンシートを作製し、このグリーンシートを金型で打ち抜く若しくはレーザー加工により、図４（ａ）に示すような所望形状の成形体を得る。または、このスラリーを噴霧乾燥して造粒された顆粒を得た後、この顆粒を圧延したグリーンシートを金型で打ち抜く若しくはレーザー加工により、図４（ａ）に示すような所望形状の成形体を得る。上部の３つは、開口部となる小さい孔を有する成形体であり、中部の３つは、電極領域となる大きい孔を有するものであり、下部の３つは、孔を有していない成形体である。このように、積層するグリーンシートの枚数を変更することによって、電極領域の厚みを変更することができる。

そして、これらを積層面に、上記スラリーを塗布して積層し、加圧する。この加圧した状態を示すのが図４（ｂ）である。次に、所定時間乾燥させる。そして、使用した原料粉末に応じた焼成雰囲気および焼成温度で焼成することにより、図４（ｃ）に示すような、セラミックスからなるとともに一体型に形成され、電極領域１ｓと、電極領域１ｓおよび外部に繋がる開口部３を有する基体１を得ることができる。なお、この基体の作製方法は一例であり、他の成形体方法を用いてもよいことはいうまでもない。

また、外形状を整えたり、平面度や平坦度を小さくしたりすべく、焼成後に研磨加工等を行なってもよい。

また、電極領域１ｓにセラミックスからなる支柱４を形成するときには、例えば、粉末プレス法により支柱４となる成形体を形成し、図４（ｂ）に示す積層時に所定の位置に配置すればよい。

さらに、流体の流入口５ａと、流出口５ｂと、流入口５ａから流出口５ｂに繋がる流路５ｃとを備え、電極２の下方に流路５ｃが位置する図３に示す電極内蔵プレート30を得るには、流体の流入口５ａ、流出口５ｂ、流入口５ａから流出口５ｂに繋がる流路５ｃを形成可能な複数の成形体を形成して積層すればよい。

次に、電極２を形成するためのペーストを作製する。まず、銀または銅の粉末と、有機ビヒクルとを用いてペーストを作製する。ペースト作製においては、ペーストを焼成する時の収縮を抑制するために、銀を主成分とする粉末を使用する場合にはスズ、銅を主成分とする粉末を使用する場合には銅酸化物などを入れることが好適である。また、電極領域１ｓにおいて電極２との接合性を高めるためにガラスフリットを添加しても構わない。そして、図４（ｄ）に示すように、作製したペーストを開口部３より電極領域１ｓに流し込む。電極領域１ｓが満たされたら、ペーストを流し込むのをやめて、ペーストに使用した粉末に合わせた焼成雰囲気および焼成温度で焼成することにより電極を形成することができる。

なお、開口部３を複数設けた場合には、複数の開口部３のうち一つからペーストを流し込み、それ以外の開口部３から真空引きを行うことによって、電極領域１ｓにおけるペーストの充填性を向上することができる。

以上のような作製方法により、本実施形態の電極内蔵プレートを得ることができる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

なお、電極内蔵プレートを静電チャックとして使用する場合について説明したが、銀または銅からなる電極を放熱部とし、例えば、半導体素子用や、半導体製造装置用等の熱交換器と使用すれば、放熱特性に優れた熱交換器として使用することもできる。

１：基体
１ｓ：内部電極領域
２：電極
３：開口部
４：支柱
５ａ：流入口
５ｂ：流出口
５ｃ：流路
10，20，30：電極内蔵プレート

Claims (5)

1. セラミックスからなるとともに一体型に形成され、電極領域と、該電極領域および外部に繋がる開口部とを備える基体と、電極とを有し、該電極は、銀または銅からなり、前記電極領域に位置しており、厚みが５０μｍ以上であることを特徴とする電極内蔵プレート。
2. 前記電極領域に、セラミックスからなる支柱を有していることを特徴とする請求項１に記載の電極内蔵プレート。
3. 前記基体が、流体の流入口と流出口と前記流入口から前記流出口に繋がる流路とを備え、前記電極の下方に前記流路が位置していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電極内蔵プレート。
4. 前記流路が、セラミックスからなる隔壁により仕切られていることを特徴とする請求項３に記載の電極内蔵プレート。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電極内蔵プレートからなることを特徴とする静電チャック。

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