特開 2020-55715 誘電体材料、誘電体材料の製造方法及び静電チャック装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-55715(P2020-55715A)

(43)【公開日】2020年4月9日

(54)【発明の名称】誘電体材料、誘電体材料の製造方法及び静電チャック装置

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/117 20060101AFI20200313BHJP

   C04B 35/645 20060101ALI20200313BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20200313BHJP

【ＦＩ】

   C04B35/117

   C04B35/645

   H01L21/68 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-188375(P2018-188375)

(22)【出願日】2018年10月3日

(71)【出願人】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100196058

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 彰雄

(74)【代理人】

【識別番号】100206999

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 綾夏

(72)【発明者】

【氏名】日▲高▼ 宣浩

(72)【発明者】

【氏名】木村 直人

【テーマコード（参考）】

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F131AA02

5F131CA03

5F131EA03

5F131EB11

5F131EB15

5F131EB72

5F131EB78

5F131EB79

5F131EB81

5F131EB82

5F131EB84

5F131KA23

5F131KA54

(57)【要約】      （修正有）

【課題】静電チャックの均熱性を向上できる誘電体材料、この誘電体材料の製造方法、及び静電チャック装置の提供。
【解決手段】金属酸化物を主相とする複合焼結体からなる誘電体材料であって、前記複合焼結体は、複数の結晶粒が略同方向に配向しており、前記結晶粒の短軸方向の長さは０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、長軸方向の長さが０．２μｍ以上１０μｍ以下であり、且つアスペクト比（長軸方向の長さ／短軸方向の長さ）が、２以上であることを特徴とする、誘電体材料。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属酸化物を主相とする複合焼結体からなる誘電体材料であって、
前記複合焼結体は、複数の結晶粒が略同方向に配向しており、
前記結晶粒の短軸方向の長さは０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、長軸方向の長さが０．２μｍ以上１０μｍ以下であり、且つアスペクト比（長軸方向の長さ／短軸方向の長さ）が、２以上であることを特徴とする、誘電体材料。

【請求項2】

前記金属酸化物が酸化アルミニウムである、請求項１に記載の誘電体材料。

【請求項3】

前記複合焼結体が副相として炭化ケイ素を含む、請求項１又は２に記載の誘電体材料。

【請求項4】

前記複合焼結体のＣｕＫα線を使用した粉末Ｘ線回折測定において、回折角２θが６８°付近に存在する（１１３）回折ピークに対する、６４．５°付近に存在する（１１０）回折ピークの強度比（Ｉ_１１０／Ｉ_１１３）が０．５以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘電体材料。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘電体材料の製造方法であって、
主相である金属酸化物を含む混合物を得る工程と、
前記混合物を一軸加圧下で焼結させる焼結工程を含み、前記焼結工程をホットフォージ法により行い、２０ＭＰａを超える加圧条件のもとで行う、誘電体材料の製造方法。

【請求項6】

請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘電体材料を形成材料とし、一主面が板状試料を載置する載置面である基体と、
前記基体において前記載置面とは反対側、または前記基体の内部に設けられた静電吸着用電極と、を備える静電チャック装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘電体材料、誘電体材料の製造方法及び静電チャック装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、プラズマ工程を実施する半導体製造装置では、試料台に簡単に板状試料（ウエハ）を取付けて、固定することができるとともに、そのウエハを所望の温度に維持することができる静電チャック装置が用いられている。
静電チャック装置の誘電体層には、配向アルミナ焼結体が用いられることがある（特許文献１を参照）。

【0003】

近年、半導体を用いたデバイスは高集積化される傾向にある。そのため、デバイスの製造時には、配線の微細加工技術や三次元実装技術が必要とされている。このような加工技術を実施するにあたり、半導体製造装置には、ウエハの面内温度分布の差（換言すればウエハのプラズマ照射面とウエハ固定面との温度差）を低減させることが求められる。そのためウエハを固定する静電チャック部材には、温度制御のためウエハ裏面にヘリウムガスが流される。温度制御のため、流されるヘリウムガスのガス圧は増加する傾向にある。その一方、ウエハを固定するために高い吸着力（誘電率）が要求されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１７／０５７２７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、誘電率を高くすると、損失係数（誘電率×誘電正接）が大きくなり、高周波透過性が低下してしまう。そうすると、静電チャックを構成する誘電層がプラズマを吸収して発熱し、静電チャックの均熱性が担保できないという課題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、静電チャックの均熱性を向上できる誘電体材料、この誘電体材料の製造方法、及び静電チャック装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

すなわち、本発明は、下記［１］〜［６］の発明を包含する。
［１］金属酸化物を主相とする複合焼結体からなる誘電体材料であって、前記複合焼結体は、複数の結晶粒が略同方向に配向しており、前記結晶粒の短軸方向の長さは０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、長軸方向の長さが０．２μｍ以上１０μｍ以下であり、且つアスペクト比（長軸方向の長さ／短軸方向の長さ）が、２以上であることを特徴とする、誘電体材料。
［２］前記金属酸化物が酸化アルミニウムである、［１］に記載の誘電体材料。
［３］前記複合焼結体が副相として炭化ケイ素を含む、［１］又は［２］に記載の誘電体材料。
［４］前記複合焼結体のＣｕＫα線を使用した粉末Ｘ線回折測定において、回折角２θが６８°付近に存在する（１１３）回折ピークに対する、６４．５°付近に存在する（１１０）回折ピークの強度比（Ｉ_１１０／Ｉ_１１３）が０．５以上である、［１］〜［３］のいずれか１つに記載の誘電体材料。
［５］［１］〜［４］のいずれか１つに記載の誘電体材料の製造方法であって、主相である金属酸化物を含む混合物を得る工程と、前記混合物を一軸加圧下で焼結させる焼結工程を含み、前記焼結工程をホットフォージ法により行い、２０ＭＰａを超える加圧条件のもとで行う、誘電体材料の製造方法。
［６］［１］〜［４］のいずれか１つに記載の誘電体材料を形成材料とし、一主面が板状試料を載置する載置面である基体と、前記基体において前記載置面とは反対側、または前記基体の内部に設けられた静電吸着用電極と、を備える静電チャック装置。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、静電チャックの均熱性を向上できる誘電体材料、この誘電体材料の製造方法、及び静電チャック装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。

【図2】実施例１の誘電体材料のＳＥＭ像である。

【図3】比較例１の誘電体材料のＳＥＭ像である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜誘電体材料＞
本実施形態の誘電体材料は金属酸化物を主相とする複合焼結体からなる。前記複合焼結体は、複数の結晶粒が略同方向に配向している。
結晶粒の短軸方向の長さは０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、長軸方向の長さが０．２μｍ以上１０μｍ以下であり、且つアスペクト比（長軸方向の長さ／短軸方向の長さ）が、２以上であることを特徴とする。

【0010】

≪複合焼結体≫
本実施形態に用いる複合焼結体としては、金属酸化物からなる焼結体であってもよく、金属酸化物と他の成分との複合焼結体であってもよい。本実施形態においては、金属酸化物と炭化ケイ素との複合焼結体であることが好ましい。
本実施形態に用いる複合焼結体の結晶粒は扁平形状であることが好ましい。さらに、結晶粒の短軸方向の長さは０．１μｍ以上１．０μｍ以下である。本実施形態においては、結晶粒の短軸方向の長さは０．１５μｍ以上が好ましく、０．１８μｍ以上がより好ましく、０．２μｍ以上が特に好ましい。また、結晶粒の短軸方向の長さは０．８μｍ以下が好ましく、０．７μｍ以下がより好ましく、０．５μｍ以下が特に好ましい。
上記上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。

【0011】

本実施形態に用いる複合焼結体の結晶粒の長軸方向の長さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下である。本実施形態においては、０．５μｍ以上が好ましく、１．０μｍ以上がより好ましく、２．０μｍ以上が特に好ましい。また、８μｍ以下が好ましく、６μｍ以下がより好ましく、５μｍ以下が特に好ましい。
上記上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。

【0012】

本実施形態に用いる複合焼結体の結晶粒のアスペクト比は２以上であり、５以上が好ましく、１０以上がより好ましく、２０以上が特に好ましい。

【0013】

本実施形態において、「長軸方向の長さ」、「短軸方向の長さ」は、以下の方法により算出できる。
ＳＥＭを使用し、複合焼結体の断面を結晶粒が視認可能な倍率で観察する。観察されるそれぞれの結晶粒について、幅が最大となる方向での幅の最大値を「長軸方向の長さ」とする。そして、「長軸方向の長さ」と直交する方向の最大値を「短軸方向の長さ」とし、「長軸方向の長さ」と「短軸方向の長さ」の平均値を算出する。

【0014】

本実施形態において、複数の結晶粒は略同方向に配向している。
「略同方向に配向」とは、例えば後述するような円板状を呈する本実施形態の複合焼結体を厚み方向で切断した断面において、断面を結晶粒が視認可能な倍率で観察した場合に、結晶粒の長軸方向が、略同方向に配向していることを指す。
なお、本実施形態に用いる複合焼結体を平面視方向から観察した場合には、結晶粒は中心から外側に向かって放射状に配向していてもよい。

【0015】

複数の結晶粒が略同方向に配向していることにより、面内方向の熱伝導率が面間方向の熱伝導率に比べて高く、面内方向の均熱が促進される。
ここで、「面内方向」とは、結晶粒が広がる二次元方向を意味する。「面間方向」とは、結晶粒の積層方向を意味する。

【0016】

本実施形態に用いる金属酸化物としては、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ_２Ｏ_３）、酸化ネオジム（Ｎｄ_２Ｏ_３）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化サマリウム（Ｓｍ_２Ｏ_３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）、酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）の群から選択された１種のみからなる金属、または２種以上を混合してなる混合物を例示することができる。

【0017】

本実施形態においては、金属酸化物は上記の中でも酸化アルミニウムが好ましい。

【0018】

本実施形態においては、複合焼結体は、副相として炭化ケイ素を含むことが好ましい。
複合焼結体に含まれる炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、α−ＳｉＣ型の結晶構造を有する結晶粒（以下、α−ＳｉＣ粒）と、β−ＳｉＣ型の結晶構造を有する結晶粒（以下、β−ＳｉＣ粒）とを有する。

【0019】

本実施形態の複合焼結体において、副相であるＳｉＣの結晶粒は、金属酸化物の結晶粒が焼結してなる主相の、結晶粒界および結晶粒内に分散している。

【0020】

本実施形態の複合焼結体において、ＳｉＣの含有率は、金属酸化物１００質量部に対し、１質量部以上かつ２０質量部以下が好ましく、５質量部以上かつ１０質量部以下がより好ましい。

【0021】

本実施形態の複合焼結体は、ＣｕＫα線を使用した粉末Ｘ線回折測定において、回折角２θが６８°付近に存在する（１１３）回折ピークに対する、６４．５°付近に存在する（１１０）回折ピークの強度比（Ｉ_１１０／Ｉ_１１３）が０．５以上であることが好ましく、０．７以上がより好ましく、１．０以上が特に好ましい。
回折ピークの強度比（Ｉ_１１０／Ｉ_１１３）が上記の範囲であると、より扁平な結晶粒であり、面内方向の均熱が促進される複合焼結体となる。

【0022】

＜誘電体材料の製造方法＞
本実施形態の誘電体材料の製造方法は、主相である金属酸化物を含む混合物を得る工程と、前記混合物を一軸加圧下で焼結させる焼結工程を含む。本実施形態において、焼結工程はホットフォージ法により行う。任意の工程として、プレ酸化工程を有していてもよい。

【0023】

［混合物を得る工程］
主相である金属酸化物を含む混合物を得る工程としては、例えば主相である金属酸化物と、副相材料とを、超音波ホモジナイザー、ビーズミル、超高圧粉砕機等の分散機を用いて分散媒中で分散処理することにより混合することが好ましい。

【0024】

なお、主相である金属酸化物と、副相材料を均一に混合していないと、複合化して得られる複合焼結体中のＳｉＣ粒子の分布が不均一となり、電気的特性の再現性およびその焼結体内での均一性が悪化するおそれがある。そのため、分散媒や分散剤、分散処理条件を適宜選定して均一に混合することが好ましい。なお、ＳｉＣ粒子の分布は単一の粒子が凝集した２次粒子径の分布が均一となっていればよい。

【0025】

分散媒中で分散した絶縁性粒子とＳｉＣ粒子はスプレードライヤーなどの乾燥装置を使用して複合粒子とする。

【0026】

［任意工程：プレ酸化工程］
なお、本実施形態に係る誘電体材料の製造方法では、用いる炭化ケイ素粒子について、酸化性雰囲気下で加熱処理を施し、予め炭化ケイ素粒子の表面を酸化処理する工程を有するとよい。以下、上記酸化処理のことを「プレ酸化」と称する。

【0027】

プレ酸化の温度条件は、例えば３００℃以上５００℃以下が好ましい。プレ酸化温度が３００℃以上であると、炭化ケイ素粒子の表面を酸化可能となる。また、プレ酸化温度が５００℃以下であると、炭化ケイ素粒子の表面の酸化が進行し過ぎることがない。例えば、酸化温度を６００℃以上とすると、炭化ケイ素粒子の表面の酸化が進行し過ぎる結果、粒子表面の酸化膜を介して炭化ケイ素粒子同士が結合し、粗大化するおそれがある。

【0028】

プレ酸化の時間は、１０時間以上が好ましい。プレ酸化の時間が１０時間未満である場合、酸化が十分に進行しにくい。プレ酸化の時間が長時間（例えば５０時間）となっても構わないが、一定の酸化膜量が形成された後は、酸化膜量はほぼ変化しない。そのため、プレ酸化の時間は、例えば１０時間以上２０時間以下が好ましい。

【0029】

炭化ケイ素粒子をプレ酸化処理することにより、炭化ケイ素粒子の親水性が高まる。これにより、スラリー中での炭化ケイ素粒子の分散性が向上する。

【0030】

［焼結工程］
上記工程で得られた混合物を一軸加圧下で焼結させて、複合焼成物を得る工程は、ホットフォージ法により行う。
焼成工程は、ホットフォージ法により行う本焼成工程を必須工程とし、本焼成工程の前に任意の仮焼成工程を有していてもよい。

【0031】

・仮焼成工程
仮焼成工程は、本焼成工程よりも低い温度で焼結し、仮焼成工程が終了した段階で、焼結体の相対密度が９５％以上まで緻密化する条件で焼結することが好ましい。
仮焼結工程の焼結温度としては１３００℃以上１７００℃以下とすることが好ましく、１４００℃以上１７００℃以下とすることがより好ましい。また、焼結を十分に行うため、１時間以上保持することが好ましい。
その際、焼結体のプレス圧は、２０ＭＰａ以上であることが好ましく、３０ＭＰａ以上であることがより好ましい。

【0032】

・本焼成工程
本焼成工程は、ホットフォージ法により実施する。具体的には、一軸方向に加圧する際に、加圧方向とは直交する方向においては保持せずに開放しながら加圧する。このように加圧することにより、加圧軸に対して結晶粒の長軸が垂直方向に配列する結晶粒を製造できる。
なお、焼成工程はダイスを利用したホットフォージ法でも実施することは可能である。この場合には、焼結する温度において塑性変形する材料を選定すればよい。

【0033】

ホットフォージ法における焼結条件としては、圧力は、２０ＭＰａを超える加圧条件のもとに行い、２５ＭＰａ以上が好ましく、３０ＭＰａ以上がより好ましい。
上記の圧力で一軸加圧しながら焼結することにより、アスペクト比が高い結晶粒にすることができる。

【0034】

本焼成工程の焼結温度は、１７５０℃以上１９００℃以下とすることが好ましい。
また、昇温速度は、２℃／分以上１０℃／分以下が好ましく、３℃／分以上５℃／分以下がより好ましい。
上記した焼結温度に保持する時間は、３０分間以上１０時間以下が好ましく、１時間以上８時間以下がより好ましい。

【0035】

焼成工程をホットフォージ法により行うことにより、結晶粒の短軸方向の長さと長軸方向の長さ、及びアスペクト比を本発明の範囲内に制御できる。さらに、ホットフォージ法により行うことにより、焼結体の結晶粒を扁平形状に制御できる。

【0036】

＜静電チャック装置＞
以下、図１を参照しながら、本実施形態に係る静電チャック装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

【0037】

図１は、本実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。本実施形態の静電チャック装置１は、一主面（上面）側を載置面とした平面視円板状の静電チャック部２と、この静電チャック部２の下方に設けられて静電チャック部２を所望の温度に調整する厚みのある平面視円板状の温度調節用ベース部３と、を備えている。また、静電チャック部２と温度調節用ベース部３とは、静電チャック部２と温度調節用ベース部３の間に設けられた接着剤層８を介して接着されている。
以下、順に説明する。

【0038】

（静電チャック部）
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を載置する載置面１１ａとした載置板１１と、この載置板１１と一体化され該載置板１１の底部側を支持する支持板１２と、これら載置板１１と支持板１２との間に設けられた静電吸着用電極１３および静電吸着用電極１３の周囲を絶縁する絶縁材層１４と、を有している。載置板１１および支持板１２は、本発明における「基体」に該当する。本実施形態の静電チャック装置が備える基体は、前記本発明の誘電体材料を形成材料とする。

【0039】

載置板１１および支持板１２は、重ね合わせた面の形状を同じくする円板状の部材である。載置板１１および支持板１２は、機械的な強度を有し、かつ腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性を有するセラミックス焼結体からなる。載置板１１および支持板１２について、詳しくは後述する。

【0040】

載置板１１の載置面１１ａには、直径が板状試料の厚みより小さい突起部１１ｂが複数所定の間隔で形成され、これらの突起部１１ｂが板状試料Ｗを支える。

【0041】

載置板１１、支持板１２、静電吸着用電極１３および絶縁材層１４を含めた全体の厚み、即ち、静電チャック部２の厚みは、一例として０．７ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下である。

【0042】

例えば、静電チャック部２の厚みが０．７ｍｍを下回ると、静電チャック部２の機械的強度を確保することが難しくなる。静電チャック部２の厚みが５．０ｍｍを上回ると、静電チャック部２の熱容量が大きくなり、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化し、静電チャック部の横方向の熱伝達の増加により、板状試料Ｗの面内温度を所望の温度パターンに維持することが難しくなる。なお、ここで説明した各部の厚さは一例であって、前記範囲に限るものではない。

【0043】

静電吸着用電極１３は、電荷を発生させて静電吸着力で板状試料Ｗを固定するための静電チャック用電極として用いられるもので、その用途によって、その形状や、大きさが適宜調整される。

【0044】

静電吸着用電極１３は、酸化アルミニウム−炭化タンタル（Ａｌ_２Ｏ_３−Ｔａ_４Ｃ_５）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化モリブデン（Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍｏ_２Ｃ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−タングステン（Ａｌ_２Ｏ_３−Ｗ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タングステン（ＡｌＮ−Ｗ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タンタル（ＡｌＮ−Ｔａ）導電性複合焼結体、酸化イットリウム−モリブデン（Ｙ_２Ｏ_３−Ｍｏ）導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、あるいは、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属により形成されることが好ましい。

【0045】

静電吸着用電極１３の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、０．１μｍ以上かつ１００μｍ以下の厚みを選択することができ、５μｍ以上かつ２０μｍ以下の厚みがより好ましい。

【0046】

静電吸着用電極１３の厚みが０．１μｍを下回ると、充分な導電性を確保することが難しくなる。静電吸着用電極１３の厚みが１００μｍを越えると、静電吸着用電極１３と載置板１１および支持板１２との間の熱膨張率差に起因し、静電吸着用電極１３と載置板１１および支持板１２との接合界面にクラックが入り易くなる。

【0047】

このような厚みの静電吸着用電極１３は、スパッタ法や蒸着法等の成膜法、あるいはスクリーン印刷法等の塗工法により容易に形成することができる。

【0048】

絶縁材層１４は、静電吸着用電極１３を囲繞して腐食性ガスおよびそのプラズマから静電吸着用電極１３を保護するとともに、載置板１１と支持板１２との境界部、すなわち静電吸着用電極１３以外の外周部領域を接合一体化するものであり、載置板１１および支持板１２を構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁材料により構成されている。

【0049】

（温度調整用ベース部）
温度調節用ベース部３は、静電チャック部２を所望の温度に調整するためのもので、厚みのある円板状のものである。この温度調節用ベース部３としては、例えば、その内部に冷媒を循環させる流路３Ａが形成された液冷ベース等が好適である。

【0050】

この温度調節用ベース部３を構成する材料としては、熱伝導性、導電性、加工性に優れた金属、またはこれらの金属を含む複合材であれば特に制限はない。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ） 等が好適に用いられる。この温度調節用ベース部３の少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理が施されているか、あるいは酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナ）等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。以下、本明細書においては、酸化アルミニウムを「Ａｌ_２Ｏ_３」として示す。

【0051】

温度調節用ベース部３の上面側には、接着層６を介して絶縁板７が接着されている。接着層６はポリイミド樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性、および、絶縁性を有するシート状またはフィルム状の接着性樹脂からなる。接着層は例えば厚み５〜１００μｍ程度に形成される。絶縁板７はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの耐熱性を有する樹脂の薄板、シートあるいはフィルムからなる。

【0052】

なお、絶縁板７は、樹脂シートに代え、絶縁性のセラミック板でもよく、またＡｌ_２Ｏ_３等の絶縁性を有する溶射膜でもよい。

【0053】

（フォーカスリング）
フォーカスリング１０は、温度調節用ベース部３の周縁部に載置される平面視円環状の部材である。フォーカスリング１０は、例えば、載置面に載置されるウエハと同等の電気伝導性を有する材料を形成材料としている。このようなフォーカスリング１０を配置することにより、ウエハの周縁部においては、プラズマに対する電気的な環境をウエハと略一致させることができ、ウエハの中央部と周縁部とでプラズマ処理の差や偏りを生じにくくすることができる。

【0054】

（その他の部材）
静電吸着用電極１３には、静電吸着用電極１３に直流電圧を印加するための給電用端子１５が接続されている。給電用端子１５は、温度調節用ベース部３、接着剤層８、支持板１２を厚み方向に貫通する貫通孔１６の内部に挿入されている。給電用端子１５の外周側には、絶縁性を有する碍子１５ａが設けられ、この碍子１５ａにより金属製の温度調節用ベース部３に対し給電用端子１５が絶縁されている。

【0055】

図では、給電用端子１５を一体の部材として示しているが、複数の部材が電気的に接続して給電用端子１５を構成していてもよい。給電用端子１５は、熱膨張係数が互いに異なる温度調節用ベース部３および支持板１２に挿入されているため、例えば、温度調節用ベース部３および支持板１２に挿入されている部分について、それぞれ異なる材料で構成することとするとよい。

【0056】

給電用端子１５のうち、静電吸着用電極１３に接続され、支持板１２に挿入されている部分（取出電極）の材料としては、耐熱性に優れた導電性材料であれば特に制限されるものではないが、熱膨張係数が静電吸着用電極１３および支持板１２の熱膨張係数に近似したものが好ましい。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴａＣなどの導電性セラミック材料からなる。

【0057】

給電用端子１５のうち、温度調節用ベース部３に挿入されている部分は、例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、コバール合金等の金属材料からなる。

【0058】

これら２つの部材は、柔軟性と耐電性を有するシリコン系の導電性接着剤で接続するとよい。

【0059】

静電チャック部２の下面側には、ヒータエレメント５が設けられている。ヒータエレメント５は、一例として、厚みが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ程度の一定の厚みを有する非磁性金属薄板、例えばチタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、モリブデン（Ｍｏ）薄板等をフォトリソグラフィー法やレーザー加工により所望のヒータ形状、例えば帯状の導電薄板を蛇行させた形状の全体輪郭を円環状に加工することで得られる。

【0060】

このようなヒータエレメント５は、静電チャック部２に非磁性金属薄板を接着した後に、静電チャック部２の表面で加工成型することで設けてもよく、静電チャック部２とは異なる位置でヒータエレメント５を加工成形したものを、静電チャック部２の表面に転写印刷することで設けてもよい。

【0061】

ヒータエレメント５は、厚みの均一な耐熱性および絶縁性を有するシート状またはフィルム状のシリコン樹脂またはアクリル樹脂からなる接着層４により支持板１２の底面に接着・固定されている。

【0062】

ヒータエレメント５には、ヒータエレメント５に給電するための給電用端子１７が接続されている。給電用端子１７を構成する材料は先の給電用端子１５を構成する材料と同等の材料を用いることができる。給電用端子１７は、それぞれ温度調節用ベース部３に形成された貫通孔３ｂを貫通するように設けられている。

【0063】

また、ヒータエレメント５の下面側には温度センサー２０が設けられている。本実施形態の静電チャック装置１では、温度調節用ベース部３と絶縁板７を厚さ方向に貫通するように設置孔２１が形成され、これらの設置孔２１の最上部に温度センサー２０が設置されている。なお、温度センサー２０はできるだけヒータエレメント５に近い位置に設置することが望ましいため、図に示す構造から更に接着剤層８側に突き出るように設置孔２１を延在して形成し、温度センサー２０とヒータエレメント５とを近づけることとしてもよい。

【0064】

温度センサー２０は一例として石英ガラス等からなる直方体形状の透光体の上面側に蛍光体層が形成された蛍光発光型の温度センサーであり、この温度センサー２０が透光性および耐熱性を有するシリコン樹脂系接着剤等によりヒータエレメント５の下面に接着されている。

【0065】

蛍光体層は、ヒータエレメント５からの入熱に応じて蛍光を発生する材料からなる。蛍光体層の形成材料としては、発熱に応じて蛍光を発生する材料であれば多種多様の蛍光材料を選択できる。蛍光体層の形成材料は、一例として、発光に適したエネルギー順位を有する希土類元素が添加された蛍光材料、ＡｌＧａＡｓ等の半導体材料、酸化マグネシウム等の金属酸化物、ルビーやサファイア等の鉱物を挙げることができ、これらの材料の中から適宜選択して用いることができる。

【0066】

ヒータエレメント５に対応する温度センサー２０はそれぞれ給電用端子などと干渉しない位置であってヒータエレメント５の下面周方向の任意の位置にそれぞれ設けられている。

【0067】

これらの温度センサー２０の蛍光からヒータエレメント５の温度を測定する温度計測部２２は、一例として、温度調節用ベース部３の設置孔２１の外側（下側）に前記蛍光体層に対し励起光を照射する励起部２３と、蛍光体層から発せられた蛍光を検出する蛍光検出器２４と、励起部２３および蛍光検出器２４を制御するとともに前記蛍光に基づき主ヒータの温度を算出する制御部２５とから構成されている。

【0068】

さらに、静電チャック装置１は、温度調節用ベース部３から載置板１１までをそれらの厚さ方向に貫通するように設けられたピン挿通孔２８を有している。このピン挿通孔２８には、板状試料離脱用のリフトピンが挿通される。ピン挿通孔２８の内周部には筒状の碍子２９が設けられている。

【0069】

さらに、静電チャック装置１は、温度調節用ベース部３から載置板１１までをそれらの厚さ方向に貫通するように設けられた不図示のガス穴を有している。ガス穴は、例えばピン挿通孔２８と同様の構成を採用することができる。ガス穴には、板状試料Ｗを冷却するための冷却ガスが供給される。冷却ガスは、ガス穴を介して載置板１１の上面において複数の突起部１１ｂの間に形成される溝１９に供給され、板状試料Ｗを冷却する。
静電チャック装置１は、以上のような構成となっている。

【実施例】

【0070】

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

【0071】

（熱伝導率）
熱伝導率は、レーザーフラッシュ法による熱拡散率の測定結果と、ＤＳＣ法による比熱の測定結果とから算出した。

【0072】

（均熱性）
均熱性を評価するための試験体として、直径３５０ｍｍ×１ｍｍ厚の焼結体を作製し、試験体とした。詳しくは、直径３５０ｍｍで厚さが１ｍｍより厚い焼結体を作製した後に、表面を平面研削加工することで厚さを調節し、１ｍｍ厚の焼結体（試験体）を得た。

【0073】

得られた均熱性評価用の試験体を、ヒータを有する直径３５０ｍｍの第１金属板と、直径３５０ｍｍの第２金属板とで挟持した。

【0074】

加熱板を用いて試験体を加熱し、試験体の温度を加熱板側が高く、冷却板側が低くなるように温度勾配を与えた。加熱開始から５分後に、試験板の熱の流れが定常状態になったと考え、冷却板側の試験体の表面３カ所の温度を測定した。

【0075】

測定位置は、試験体の中心部（座標位置０，０）、試験体の中心部から２７０°方向に−１６０ｍｍ（座標位置−１６０，０）、中心部から９０°方向に１６０ｍｍ（１６０，０）とした。

【0076】

３カ所の温度測定位置において、測定温度の最大値と最小値との差が５℃以内であれば、均熱性が良好であるとして評価した。また、測定温度の最大値と最小値との差が５℃を超える場合、均熱性が不良であるとして評価した。良好の場合を「〇」、不良の場合を「×」として表１に記載する。

【0077】

（結晶相の分析）
Ｘ線回折装置（ＰＡＮａｌｙｔｉａｌ社製、機種名Ｘ’Ｐｅｒｔ ＰＲＯ ＭＰＤ）を用い、粉末Ｘ線回折法により、結晶相の同定を行った。
この際、アルミナのｃ軸に平行な面である（１１０）の回折線の強度を（１１３）面の回折線強度を基準とした（Ｉ_１１０／Ｉ_１１３）を配向性の指標とした。

【0078】

（結晶粒の粒径測定）
本実施例においては、複合焼結体の表面を３μｍのダイヤモンドペーストで鏡面研磨した後、アルゴン雰囲気下、１４００℃で３０分サーマルエッチングを施した。
得られた複合焼結体の表面を、走査型電子顕微鏡（日立ハイテクノロジー株式会社製、型番：Ｓ−４０００）を用いて、拡大倍率１００００倍で組織観察を行った。

【0079】

上記電子顕微鏡写真を画像解析式粒度分布測定ソフトウェア（Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ Ｖｅｒｓｉｏｎ４）に取り込み、２００個以上の結晶粒の短軸方向の長さと、長軸方向の長さを算出させた。得られた各結晶粒の短軸方向の長さと、長軸方向の長さの算術平均値を、求める「短軸方向の長さ」又は「長軸方向の長さ」とした。

【0080】

（実施例１）
・混合物を得る工程
出発原料として、平均粒子径が３０μｍであり熱プラズマＣＶＤで合成されたβ−ＳｉＣ型の炭化ケイ素（β−ＳｉＣ）粒子と、平均粒子径が０．１５μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粒子とを用いた。

【0081】

β−ＳｉＣ粒子とＡｌ_２Ｏ_３粒子との全体量に対し、β−ＳｉＣ粒子が８．５質量％となるように秤量し、分散剤が入った蒸留水に投入した。β−ＳｉＣ粒子とＡｌ_２Ｏ_３粒子とを投入した分散液について、超音波分散装置にて分散処理の後、２流粒子衝突型の粉砕混合装置を用いて粉砕混合した。

【0082】

得られた混合溶液について、スラリーに硝酸を添加し、スラリーのｐＨを６．５に調整した。

【0083】

ｐＨを調整したスラリーをスプレードライ装置にて噴霧乾燥させ、β−ＳｉＣとＡｌ_２Ｏ_３との混合粒子とした。

【0084】

・焼結工程
以下の実施例・比較例においては、ダイスを使用しないホットフォージを用いた。 混合工程で得た混合粒子をプレス圧８ＭＰａで一軸プレス成形し、直径３２０ｍｍ×１５ｍｍ厚の成形体とした。プレス圧を加えることなく５００℃まで昇温させ、水分および分散剤（夾雑物）を除去した。その後、夾雑物を除去した成形体を大気中４００℃に加熱し、成形体に含まれるβ−ＳｉＣ粒子の表面を酸化した。得られた成形体を直径４００ｍｍの黒鉛製スペーサーで挟み、モールドを使用せずに加圧焼結を実施した。加圧焼結は、まず、成形体を、真空雰囲気下、プレス圧を加えることなく１２００℃まで昇温させた。その後、アルゴン雰囲気下、プレス圧２０ＭＰａ、１８２０℃で焼結を行い、実施例１の焼結体を得た。

【0085】

図２は、実施例１の複合焼結体についてＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、走査型電子顕微鏡）像であり、複合焼結体の断面研磨後、表面をサーマルエッチングした面についての像である。

【0086】

実施例１の複合焼結体について、組成、焼結温度、焼結方法、焼結工程における圧力、結晶粒の短軸方向の長さ、長軸方向の長さ、アスペクト比、Ｉ_１１０／Ｉ_１１３、熱伝導率及び均熱性評価について、表１に記載する。

【0087】

（実施例２）
焼成工程において、圧力を４０ＭＰaに変更した以外は実施例１と同様の方法により、複合焼結体を製造した。

【0088】

実施例２の複合焼結体について、組成、焼結温度、焼結方法、焼結工程における圧力、結晶粒の短軸方向の長さ、長軸方向の長さ、アスペクト比、Ｉ_１１０／Ｉ_１１３、熱伝導率及び均熱性評価について、表１に記載する。

【0089】

（実施例３）
金属酸化物として酸化アルミニウムを用いた以外は実施例１と同様の方法により、複合焼結体を製造した。

【0090】

実施例３の複合焼結体について、組成、焼結温度、焼結方法、焼結工程における圧力、結晶粒の短軸方向の長さ、長軸方向の長さ、アスペクト比、Ｉ_１１０／Ｉ_１１３、熱伝導率及び均熱性評価について、表１に記載する。

【0091】

（比較例１）
焼成工程において、圧力を４０ＭＰaとし、ホットプレス法に変更した以外は実施例１と同様の方法により、複合焼結体を製造した。
具体的な条件は下記の通りである。
混合工程で得た混合粒子をプレス圧８ＭＰａで一軸プレス成形し、直径３２０ｍｍ×１５ｍｍ厚の成形体とした。プレス圧を加えることなく５００℃まで昇温させ、水分および分散剤（夾雑物）を除去した。その後、夾雑物を除去した成形体を大気中４００℃に加熱し、成形体に含まれるβ−ＳｉＣ粒子の表面を酸化した。

【0092】

得られた成形体を黒鉛製のモールドにセットし、加圧焼結を行った。まず、成形体を、真空雰囲気下、プレス圧を加えることなく１２００℃まで昇温させた。その後、アルゴン雰囲気下、プレス圧４０ＭＰａ、１８２０℃で焼結を行い、比較例１の焼結体を得た。

【0093】

比較例１の複合焼結体について、組成、焼結温度、焼結方法、焼結工程における圧力、結晶粒の短軸方向の長さ、長軸方向の長さ、アスペクト比、Ｉ_１１０／Ｉ_１１３、熱伝導率及び均熱性評価について、表１に記載する。

【0094】

図３は、比較例１の複合焼結体についてＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、走査型電子顕微鏡）であり、複合焼結体の断面研磨後、表面をサーマルエッチングした面についての像である。

【0095】

（比較例２）
焼成工程において、圧力を２０ＭＰaに変更した以外は実施例１と同様の方法により、複合焼結体を製造した。

【0096】

比較例２の複合焼結体について、組成、焼結温度、焼結方法、焼結工程における圧力、結晶粒の短軸方向の長さ、長軸方向の長さ、アスペクト比、Ｉ_１１０／Ｉ_１１３、熱伝導率及び均熱性評価について、表１に記載する。

【0097】

【表1】

【0098】

上記表１に示す結果の通り、本発明を適用した実施例１〜３は、結晶粒のアスペクト比が高く、扁平形状であった。このような複合焼結体を用いた実施例１〜３は、面内方向の熱伝導率が面間方向の熱伝導率に比べて高く、均熱性が良好であった。
これに対し、本発明を適せず、焼結工程をホットプレスにより実施した比較例１と、２０ＭＰａの加圧条件で実施した比較例２は、アスペクト比が小さく、粒状の結晶粒であって。このような複合焼結体を用いた比較例１〜２は、面内方向の熱伝導率と、面間方向の熱伝導率が同程度であり、均熱性が良好ではなかった。

【0099】

図２に示す結果の通り、実施例１の複合焼結体は、扁平形状の結晶粒であることが確認できた。これに対し、図３に示す結果の通り、比較例１の複合焼結体は、粒状の結晶粒であった。

【符号の説明】

【0100】

１…静電チャック装置、１１…載置板（基体）、１１ａ…載置面、１２…支持板（基体）、１３…静電吸着用電極、Ｗ…板状試料

【図1】

【図2】

【図3】