JP4855177B2

JP4855177B2 - 静電チャック装置

Info

Publication number: JP4855177B2
Application number: JP2006218449A
Authority: JP
Inventors: 浩稲妻地; 守小坂井; 幸夫三浦; 恵吾牧
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-08-10
Also published as: CN101501834A; KR20090048449A; US20100002354A1; CN101501834B; US8264813B2; WO2008018341A1; KR101318591B1; JP2008042141A

Description

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プラズマを生成し、このプラズマにより半導体ウエハ、金属ウエハ、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。

従来、ＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の半導体デバイス、あるい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、プラズマを生成する方式として、グロー放電または高周波放電を利用する方式と、マイクロ波を利用する方式とに大別される。

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、上面を半導体ウエハ等の板状試料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、チャンバーは接地されている。

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、チャンバー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ー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。

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い「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ってきている。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。

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。

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く、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。
特開２００４−３６３５５２号公報（第１５頁段落００８４〜００８５、図１９）

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っているために、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１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・ｃｍ以下、好ましくは１．０×１０^２Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^４Ω・ｃｍ以下の範囲内とすることが必要であることを知見した。

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_２Ｏ_３）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_２Ｏ_３）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（ＴａＣ）、炭化モリブデン（Ｍｏ_２Ｃ）等の導電性セラミックスを添加した焼結体。
（３）アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）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結体。

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、１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・ｃｍ以下、好ましくは１．０×１０^２Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^４Ω・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。

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く、通常、±２５℃〜±５０℃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ようとすると、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、１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・ｃｍ以下、好ましくは１．０×１０^２Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^４Ω・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く、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。

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い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。

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イ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１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・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。

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、この金属ベース部の前記静電チャック部側の主面に形成された凹部内には、誘電体板が接着・接合され、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イ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１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする。

この静電チャック装置では、金属ベース部の静電チャック部側の主面に形成された凹部内に誘電体板を接着・接合し、さらに、静電吸着用内部電極を、絶縁性セラミックスと炭化ケイ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１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・ｃｍ以下としたことにより、導電性成分である炭化ケイ素（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く、また、この体積固有抵抗の温度変化も小さく、室温（２５℃）〜１００℃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。

これにより、静電吸着用内部電極の体積固有抵抗は、１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・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。

前記複合焼結体は、炭化ケイ素を５質量％以上かつ２０質量％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イ素の含有率を５質量％以上かつ２０質量％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１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・ｃｍ以下の範囲内とされる。
また、複合焼結体が炭化ケイ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。

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１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・ｃｍ以下の範囲内に容易に調製することが可能になる。

本発明の静電チャック装置によれば、金属ベース部の静電チャック部側の主面に形成された凹部内に誘電体板を接着・接合し、さらに、静電吸着用内部電極を、絶縁性セラミックスと炭化ケイ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１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・ｃｍ以下としたので、導電性成分である炭化ケイ素（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１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・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。

また、複合焼結体が炭化ケイ素を５質量％以上かつ２０質量％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１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・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イ素を含有したので、緻密かつ機械的強度に優れたものとすることができる。

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１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・ｃｍ以下の範囲内に容易に調製することができる。

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。

基体２６は、上面３１ａが半導体ウエハ、金属ウエハ、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。

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、給電用端子挿入孔３６が形成され、この給電用端子挿入孔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を介して挿入されている。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及び金属ベース部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っている。

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。

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く、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（ＡｌＮ）粉末やアルミナ（Ａｌ_２０_３）粉末を添加したものが好適に用いられる。
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・接合剤層を伝わっ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。

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く、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。

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ー内に搭載され、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上にプ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。

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、セラミックスからなるものである。
このセラミックスとしては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、サイアロン、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭化ケイ素（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。

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いが、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、特に誘電率が高い材質であって、静電吸着する板状試料Ｗに対して不純物とならないものを選択することが好ましい。
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質量％〜２０質量％の炭化ケイ素を含む炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体が好ましい。

この炭化ケイ素−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（Ａｌ_２Ｏ_３）と、表面を酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）で被覆した炭化ケイ素（ＳｉＣ）とからなる複合焼結体とし、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の含有率を複合焼結体全体に対して５質量％以上かつ１５質量％以下とすると、室温（２５℃）における体積固有抵抗は、１．０×１０^１４Ω・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、ウエハの汚染やパーティクルの発生の原因とならず、しかも、耐プラズマ性が向上したものとなっている。

また、この炭化ケイ素−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（Ａｌ_２Ｏ_３）と炭化ケイ素（ＳｉＣ）とからなる複合焼結体とし、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の含有率を複合焼結体全体に対して５質量％以上かつ１５質量％以下とすると、室温（２５℃）における体積固有抵抗は、１．０×１０^９Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^１２Ω・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、ウエハの汚染やパーティクルの発生の原因とならず、しかも、耐プラズマ性が向上したものとなっている。

また、この炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体における炭化ケイ素粒子の平均粒子径は０．２μｍ以下が好ましい。
炭化ケイ素粒子の平均粒子径が０．２μｍを超えると、プラズマ照射時の電場が炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体中の炭化ケイ素粒子の部分に集中し、炭化ケイ素粒子の周辺が損傷を受け易くなるからである。

また、この炭化ケイ素−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２μｍ以下が好ましい。
酸化アルミニウム粒子の平均粒子径が２μｍを超えると、炭化ケイ素−酸化アルミニウ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。

「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イ素とを含有してなる厚みが１０μｍ〜５０μｍ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１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・ｃｍ以下であり、好ましくは１．０×１０^２Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^４Ω・ｃｍ以下である。

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１．０×１０^−１Ω・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１．０×１０^５Ω・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。

この絶縁性セラミックスと炭化ケイ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イ素−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イ素の粒子径、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^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・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。

この静電吸着用内部電極２５を構成する炭化ケイ素−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_２Ｏ_３）の粒子径は、５μｍ以下が好ましく、より好ましくは０．１μｍ以上かつ１μｍ以下である。
酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の粒子径が５μｍを越えると、体積固有抵抗が大きくなり過ぎてしまい、炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体の体積固有抵抗を１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・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_２Ｏ_３）の粒子径を５μｍ以下に制御するためには、用いる酸化アルミニウムの粒子径や焼成条件（焼成温度、焼成時間、焼成時の加圧力等）を制御すればよい。

また、この静電吸着用内部電極２５は、その全領域が１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・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く、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１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・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ればよい。

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イ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。

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イ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。

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イ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。

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イ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。

「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く、例えば、載置板３１及び支持板３２が炭化ケイ素−酸化アルミニウ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_２Ｏ_３）とするのが好ましい。

「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質量％〜２０質量％の炭化ケイ素を含む炭化ケイ素−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。
用いる炭化ケイ素（ＳｉＣ）の原料粉末としては、平均粒子径が０．１μｍ以下の炭化ケイ素粉末を用いることが好ましい。

その理由は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末の平均粒子径が０．１μｍを越えると、得られた炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体は、炭化ケイ素粒子の平均粒子径が０．２μｍ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イ素（ＳｉＣ）粒子の部分に集中して大きな損傷を受け易くなり、プラズマ耐性が低く、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。

この炭化ケイ素（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イ素と炭化水素の原料ガスを導入し、反応系の圧力を１×１０^５Ｐａ（１気圧）から１．３３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）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０．１μｍ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。

一方、酸化アルミニウム（Ａｌ_２０_３）の原料粉末としては、平均粒子径が１μｍ以下の酸化アルミニウム（Ａｌ_２０_３）粉末を用いることが好ましい。
その理由は、平均粒子径が１μｍを越える酸化アルミニウム（Ａｌ_２０_３）粉末を用いて得られた炭化ケイ素−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（Ａｌ_２０_３）粒子の平均粒子径が２μｍを越えるために、載置板３１の板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_２０_３）粉末としては、平均粒子径が１μｍ以下でありかつ高純度であればよく、特段限定されない。

次いで、上記の炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末と酸化アルミニウム（Ａｌ_２０_３）粉末とを、所望の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、炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体を得る。

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、炭化ケイ素−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。

また、焼成する際の温度としては、１６５０〜１８５０℃が好ましい。焼成温度が１６５０℃未満であると、充分緻密な炭化ケイ素−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℃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、炭化ケイ素の酸化を防止するという観点で、アルゴン雰囲気、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枚の炭化ケイ素−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挿入孔３６を機械加工により形成し、支持板３２とする。

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（Ａｌ_２０_３）等の絶縁性セラミックス粉末に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末を、静電チャック装置の使用温度下における体積固有抵抗が１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・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（Ａｌ_２０_３）等の絶縁性セラミ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。

次いで、支持板３２の給電用端子挿入孔３６に円筒状の碍子３７を介して給電用端子２７を挿入し、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３１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℃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０．３μｍ以下となるように研磨し、静電チャック部２２とする。

一方、アルミニウム（Ａｌ）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（Ａｌ_２０_３）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。

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・固定される。
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。

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イ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１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・ｃｍ以下としたので、炭化ケイ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っても、この静電吸着用内部電極の体積固有抵抗を１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・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。

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。

「実験例１」
炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末の添加量が６．０質量％となるように、炭化ケイ素（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℃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℃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℃）下で測定したところ、表１に示すとおりであった。

「実験例２〜６」
炭化ケイ素（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℃）下で測定したところ、表１に示すとおりであった。

「比較実験例１」
炭化モリブデン（Ｍｏ_２Ｃ）粉末の添加量が４８．２質量％となるように、炭化モリブデン（Ｍｏ_２Ｃ）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、１７５０℃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。
この焼結体の体積固有抵抗を常法に従って室温（２５℃）下で測定したところ、表１に示すとおりであった。

「比較実験例２〜４」
炭化モリブデン（Ｍｏ_２Ｃ）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、比較実験例１に準じて比較実験例２〜４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℃）下で測定したところ、表１に示すとおりであった。

表１によれば、実験例１〜６の炭化ケイ素（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１〜４の炭化モリブデン（Ｍｏ_２Ｃ）及び酸化アルミニウムからな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いても体積固有抵抗値の変動が小さいことが分かった。

「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℃）における体積固有抵抗が１．０×１０^１５Ω・ｃｍ、厚みが０．５ｍｍ、直径が２９８ｍｍの炭化ケイ素−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質量％の炭化ケイ素（ＳｉＣ）と残部が酸化アルミニウムである、室温（２５℃）における体積固有抵抗が１．８×１０^２Ω・ｃｍ、厚みが２５μｍの炭化ケイ素−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。

「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℃）下で評価した。静電吸着力の経時変化を図６に示す。

（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エハーを用い、このウエ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、レジスト膜のアッシング処理を行った。処理容器内の圧力は０．７Ｐａ（５ｍTorr）のＯ_２ガス（１００ｓｃｃｍで供給）、プラズマ発生用の高周波電力は周波数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とウエ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℃の冷却水を流した。
そして、上記ウエ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。

「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_２Ｃ）と残部が酸化アルミニウムである、室温（２５℃）における体積固有抵抗が５．０×１０^−２Ω・ｃｍ、厚みが１０μｍの炭化モリブデン−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。

「比較例２」
静電吸着用内部電極２５を、３質量％の炭化ケイ素（ＳｉＣ）と残部が酸化アルミニウムである、室温（２５℃）における体積固有抵抗が５．０×１０^８Ω・ｃｍ、厚みが２０μｍの炭化ケイ素−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、エッチング量がウエ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、エッチング量がウエハーの中心部で大きく、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、エッチング量がウエ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く、静電吸着力が飽和しないものであった。

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。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。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。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。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。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。従来の静電チャック装置の一例を示す断面図である。従来のプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。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

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
２５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
３１ａ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給電用端子挿入孔
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

Claims

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、
この金属ベース部の前記静電チャック部側の主面に形成された凹部内には、誘電体板が接着・接合され、
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イ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１．０×１０^−１Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^５Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする静電チャック装置。
前記複合焼結体は、炭化ケイ素を５質量％以上かつ２０質量％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。
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。