特開 2024-54628 積層構造体および積層構造体の製造方法

(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】P2024054628

(43)【公開日】2024-04-17

(54)【発明の名称】積層構造体および積層構造体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20240410BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101G

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022160970

(22)【出願日】2022-10-05

(71)【出願人】

【識別番号】000004640

【氏名又は名称】日本発條株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】大塚 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】金田 教良

(72)【発明者】

【氏名】佐野 孝充

【テーマコード（参考）】

5F004

【Ｆターム（参考）】

5F004AA01

5F004BA20

5F004BB13

5F004BB14

5F004BB18

5F004BB20

5F004BB24

5F004BB25

5F004BB26

5F004BB29

5F004DA00

5F004DA01

(57)【要約】

【課題】絶縁性能および信頼性の優れた積層構造体を提供すること。
【解決手段】積層構造体は、第１面および前記第１面に連なって設けられた第２面を有する基材と、前記第１面および前記第２面に設けられた第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上および前記第１面と前記第２面との境界に形成される角部に設けられる第２絶縁膜と、を含み、前記基材の熱膨張係数と前記第２絶縁膜の熱膨張係数との差は、前記基材の熱膨張係数と前記第１絶縁膜の熱膨張係数との差よりも小さい。積層構造体の製造方法は、第１面、および前記第１面に連なって設けられた第２面を有する基材を用いることと、前記第１面および前記第２面に第１絶縁膜を形成することと、前記第１絶縁膜上および前記第１絶縁膜の隙間に有機材料の粉末を溶融して吹き付けることにより第２絶縁膜を形成することと、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面および前記第１面に連なって設けられた第２面を有する基材と、
前記第１面および前記第２面に設けられた第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上および前記第１面と前記第２面との境界に形成される角部に設けられる第２絶縁膜と、を含み、
前記基材の熱膨張係数と前記第２絶縁膜の熱膨張係数との差は、前記基材の熱膨張係数と前記第１絶縁膜の熱膨張係数との差よりも小さい、
積層構造体。

【請求項2】

前記第１面と前記第２面との境界に形成される角部において、前記第２絶縁膜の厚さは前記第１絶縁膜の厚さよりも大きい、
請求項１に記載の積層構造体。

【請求項3】

第１面を有する基材と、
前記基材の第１面のうち第１領域上に設けられた第１絶縁膜と、
前記基材の第１面のうち前記第１領域において前記第１絶縁膜上に設けられるとともに、前記第１領域に隣接して設けられた第２領域上に設けられた第２絶縁膜と、を含み、
前記基材の熱膨張係数と前記第２絶縁膜の熱膨張係数との差は、前記基材の熱膨張係数と前記第１絶縁膜の熱膨張係数との差よりも小さい、
積層構造体。

【請求項4】

前記第２領域において、前記基材と前記第２絶縁膜との間に隙間を有する、
請求項３に記載の積層構造体。

【請求項5】

前記基材は、金属であり、
前記第１絶縁膜は、金属酸化物である、
請求項１に記載の積層構造体。

【請求項6】

前記基材は、アルミニウムであり、
前記第１絶縁膜は、酸化アルミニウムである、
請求項１に記載の積層構造体。

【請求項7】

前記第２絶縁膜は、有機材料を含む、
請求項１に記載の積層構造体。

【請求項8】

前記第２絶縁膜は、ポリベンゾイミダゾールを含む、
請求項１に記載の積層構造体。

【請求項9】

第１面、および前記第１面に連なって設けられた第２面を有する基材を用いることと、
前記第１面および前記第２面に第１絶縁膜を形成することと、
前記第１絶縁膜上および前記第１絶縁膜の隙間に有機材料を溶融して吹き付けることにより第２絶縁膜を形成することと、を含む、
積層構造体の製造方法。

【請求項10】

前記基材は、金属であり、
前記第１絶縁膜は、陽極酸化処理により形成される、
請求項９に記載の積層構造体の製造方法。

【請求項11】

前記第１絶縁膜は、溶射処理により形成される、
請求項９に記載の積層構造体の製造方法。

【請求項12】

前記第１絶縁膜は、金属酸化物である、
請求項１０に記載の積層構造体の製造方法。

【請求項13】

前記第１面および前記第２面により形成される角部において、前記第２絶縁膜の厚さは前記第１絶縁膜の厚さよりも大きい、
請求項９に記載の積層構造体の製造方法。

【請求項14】

前記第２絶縁膜は、樹脂材料を含む、
請求項１３に記載の積層構造体の製造方法。

【請求項15】

前記第２絶縁膜は、ポリベンゾイミダゾールである、
請求項１３記載の積層構造体の製造方法。

【請求項16】

前記第１面および前記第２面に沿って前記第１絶縁膜を形成した後に前記第１絶縁膜を加熱することをさらに含む、
請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の積層構造体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、積層構造体および積層構造体の製造方法に関し、例えば、基板を載置するための積層構造体、および積層構造体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスはほぼ全ての電子機器に搭載されており、電子機器の機能に対して重要な役割を担っている。半導体デバイスはシリコンなどが有する半導体特性を利用したデバイスである。半導体デバイスは、半導体膜、絶縁膜、および導電膜を基板上に積層し、これらの膜がパターニングされることによって構成される。これらの膜は、蒸着法、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、または基板の化学反応などを利用して積層され、リソグラフィプロセスによってこれらの膜がパターニングされる。リソグラフィプロセスは、パターニングに供されるこれらの膜の上へのレジストの形成、レジストの露光、現像によるレジストマスクの形成、エッチングによるこれらの膜の部分的除去、およびレジストマスクの除去を含む。

【0003】

上述した膜の特性は、膜を成膜する条件、または膜をエッチングする条件によって大きく左右される。当該条件の１つが基板を載置するための載置台（以下、ステージという）に印加する電圧である。近年の半導体デバイスの微細化に伴い、加工する穴の径と加工する膜の厚さの比（アスペクト比）が大きくなっている。このため、例えば、エッチング装置に含まれるステージに印加する電圧が増加する傾向にある。また、ステージに印加する電圧が増加することに伴い、ステージに含まれる部材の耐電圧の向上が求められる。ステージに含まれる部材として、例えば、冷却板、静電チャックなどが挙げられる。特許文献１および特許文献２には、基材表面に溶射法の１つであるセラミック溶射により絶縁膜を形成し、絶縁膜の耐電圧を向上させたステージが開示されている。また、ステージ表面に絶縁膜を形成するためのその他の方法として、陽極酸化法が用いられることが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６０２７４０７号公報

【特許文献2】登録実用新案第２６００５５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の方法によれば、１つの面と別の面との境界（以下、角部または隅部ともいう）に絶縁膜が形成しづらく、特に、角部には隙間または空隙が生成されるという問題があった。また、絶縁膜を加熱した際に隙間が生成されるという問題があった。隙間または空隙が生成されると、絶縁膜の耐電圧（絶縁破壊電圧ともいう）が低下することにつながる。

【0006】

そこで、本発明は、絶縁性能および信頼性の優れた積層構造体を提供することを目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施形態によれば、第１面および前記第１面に連なって設けられた第２面を有する基材と、前記第１面および前記第２面に設けられた第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上および前記第１面と前記第２面との境界に形成される角部に設けられる第２絶縁膜と、を含み、前記基材の熱膨張係数と前記第２絶縁膜の熱膨張係数との差は、前記基材の熱膨張係数と前記第１絶縁膜の熱膨張係数との差よりも小さい、積層構造体が提供される。

【0008】

上記積層構造体において、前記第１面と前記第２面との境界に形成される角部において、前記第２絶縁膜の厚さは前記第１絶縁膜の厚さよりも大きくてもよい。

【0009】

本発明の一実施形態によれば、第１面を有する基材と、前記基材の第１面のうち第１領域上に設けられた第１絶縁膜と、前記基材の第１面のうち前記第１領域において前記第１絶縁膜上に設けられるとともに、前記第１領域に隣接して設けられた第２領域上に設けられた第２絶縁膜と、を含み、前記基材の熱膨張係数と前記第２絶縁膜の熱膨張係数との差は、前記基材の熱膨張係数と前記第１絶縁膜の熱膨張係数との差よりも小さい、積層構造体が提供される。

【0010】

上記積層構造体において、前記第２領域において、前記基材と前記第２絶縁膜との間に隙間を有してもよい。

【0011】

上記積層構造体において、前記基材は、金属であり、前記第１絶縁膜は、金属酸化物であってもよい。

【0012】

上記積層構造体において、前記第１面の前記第２絶縁膜の厚さは前記第２面の前記の厚さよりも大きくてもよい。

【0013】

上記積層構造体において、前記基材は、アルミニウムであり、前記第１絶縁膜は、酸化アルミニウムであってもよい。

【0014】

上記積層構造体において、前記第２絶縁膜は、有機材料を含んでもよい。

【0015】

上記積層構造体において、前記第２絶縁膜は、ポリベンゾイミダゾールを含んでもよい。

【0016】

本発明の一実施形態によれば、第１面、および前記第１面に連なって設けられた第２面を有する基材を用いることと、前記第１面および前記第２面に第１絶縁膜を形成することと、前記第１絶縁膜上および前記第１絶縁膜の隙間に有機材料を溶融して吹き付けることにより第２絶縁膜を形成することと、を含む、積層構造体の製造方法が提供される。

【0017】

上記積層構造体の製造方法において、前記基材は金属であり、前記第１絶縁膜は、陽極酸化処理により形成されてもよい。

【0018】

上記積層構造体の製造方法において、前記第１絶縁膜は、溶射処理により形成されてもよい。

【0019】

上記積層構造体の製造方法において、前記第１絶縁膜は、金属酸化膜であってもよい。

【0020】

上記積層構造体の製造方法において、前記第１面および前記第２面により形成される角部において、前記第２絶縁膜の厚さは前記第１絶縁膜の厚さよりも大きくてもよい。

【0021】

上記積層構造体の製造方法において、前記第２絶縁膜は、樹脂材料を含んでもよい。

【0022】

上記積層構造体の製造方法において、前記第２絶縁膜は、ポリベンゾイミダゾールを含んでもよい。

【0023】

上記積層構造体の製造方法において、前記第１面および前記第２面に沿って前記第１絶縁膜を形成した後に前記第１絶縁膜を加熱することをさらに含んでもよい。

【発明の効果】

【0024】

本発明の一実施形態によれば、絶縁性能および信頼性の優れた積層構造体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施形態に係る積層構造体の模式的な斜視図および平面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る積層構造体の一部を拡大した断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る積層構造体の製造方法を示すフローチャートである。

【図4】本発明の一実施形態に係る積層構造体の製造方法を示す断面模式図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る積層構造体の製造方法を示す断面模式図である。

【図6】本発明の実施形態に係る積層構造体を備える膜加工装置の模式的な断面図である。

【図7】本実施例に係る積層構造体の断面ＳＥＭ観察結果である。

【図8】本実施例に係る塩酸バブル試験結果である。

【図9】本実施例に係る破壊電圧ポイント測定の測定結果である。

【図10】本実施例に係る破壊電圧全体測定の測定結果である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本出願で開示される発明の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

【0027】

なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号（符号の後に－（ハイフン）数字等を付しただけの符号）を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。

【0028】

＜第１実施形態＞
本実施形態に係る積層構造体１０の構成および積層構造体１０の製造方法について説明する。

【0029】

（１－１．積層構造体１０の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る積層構造体１０の模式的な斜視図および平面図である。具体的には、図１（Ａ）は、積層構造体１０の模式的な斜視図である。図１（Ｂ）は、積層構造体１０の模式的な平面図である。

【0030】

積層構造体１０は、円盤型の形状を有する。積層構造体１０は、基板（例えば、シリコンウェハ）を載置可能な上面を有し、ステージとして用いることができる。積層構造体１０は、例えば、１２インチのシリコンウェハを載置できる程度の直径を有する。積層構造体１０は、基板を持ち上げるためのリフトピン用の孔２０、半導体デバイスを製造する際に用いられるガスを流すための溝部３０が設けられている。孔２０および溝部３０の配置、数、および形状は、半導体デバイス製造装置の仕様に合わせて適宜変更されてもよい。

【0031】

図２（Ａ）は、図１（Ｂ）に示す線Ａ－Ａ’に沿って切断された積層構造体１０のうち溝部３０の模式的な断面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の一部を拡大した断面図である。積層構造体１０は、基材１００、第１絶縁膜１１０および第２絶縁膜１２０を有する。第１絶縁膜１１０は、基材１００の上面１００ｕ（第１面ともいう）、側面１００ｓ、および底面１００ｄを覆うように設けられている。また、本実施形態において、基材１００の上面１００ｕと、側面１００ｓとの間には面取り部１００ｂ（第２面ともいう）が設けられている。面取り部１００ｂは、上面１００ｕに連なって設けられるとともに、側面１００ｓに連なって設けられる。この例では、面取り部１００ｂはＣ面取りである。面取り部１００ｂの寸法は、例えば、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。面取り部１００ｂは、孔２０および基材１００の端部においても同様に設けられている。

【0032】

基材１００の材料として、例えば、金属を用いることができる。本実施形態において、基材１００にはアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。

【0033】

第１絶縁膜１１０には、所望の耐電圧特性を満たすことが可能な材料が用いられる。第１絶縁膜１１０には、金属酸化物などの無機絶縁材料用いられる。この例では、第１絶縁膜１１０には、基材１００に用いられる金属（アルミニウム）に合わせて、金属酸化物である酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）が用いられる。

【0034】

上面１００ｕにおける第１絶縁膜１１０の厚さＴｕ１は、耐電圧特性の観点から５μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。

【0035】

第２絶縁膜１２０は、第１絶縁膜１１０上および基材１００の隣り合う各面の境界に形成される角部１００ｃに設けられる。基材１００の熱膨張係数と第２絶縁膜１２０の熱膨張係数との差は、基材１００の熱膨張係数と第１絶縁膜１１０の熱膨張係数との差よりも小さい。そのため、第２絶縁膜１２０には、基材１００の熱膨張係数に近く、耐食性、および耐熱性が高い材料が用いられる。この例では、第２絶縁膜１２０には、樹脂材料が用いられる。より具体的には、第２絶縁膜１２０は、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）を含む。ポリベンゾイミダゾールは、耐食性かつ耐熱性に優れるとともに、熱膨張係数がアルミニウムの熱膨張係数に近い特徴を有する。

【0036】

上面１００ｕにおける第２絶縁膜の厚さＴｕ２は、耐電圧特性の観点から５μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下であることが望ましい。

【0037】

本実施形態に係る積層構造体１０において、上面１００ｕ（第１面）と、面取り部１００ｂ（第２面）との間に形成される境界領域１０１（角部１００ｃ）において、第２絶縁膜１２０の厚さＴｃ２は第１絶縁膜１１０の厚さＴ１よりも大きい。このとき、角部１００ｃ－１における第２絶縁膜１２０の厚さＴｃ２は、上面１１０ｕにおける第１絶縁膜１１０の厚さＴ１と同等あるいはそれ以上の厚さを有する。面取り部１００ｂと、側面１００ｓとの間の角部１００ｃ（角部１００ｃ－２）および側面１００ｓと、底面１００ｄとの間の角部１００ｃ（角部１００ｃ－３）においても、第２絶縁膜１２０の厚さは第１絶縁膜１１０の厚さよりも大きい。

【0038】

また、本実施形態では、角部１００ｃの他、基材１００の上面１００ｕのうち、第１絶縁膜１１０にクラック１１５（隙間）が発生した領域（第２領域１００ｕｒ２）および、クラック１１５（隙間）が存在しない領域（第１領域１００ｕｒ１）上に第２絶縁膜１２０が設けられる。第１領域１００ｕｒ１上において、第１絶縁膜１１０および第２絶縁膜１２０が積層されている。第２領域１００ｕｒ２上においては、基材１００と、第２絶縁膜１２０との間に隙間（空間）が設けられてもよいし、クラック１１５内に第２絶縁膜１２０の全部または一部が充填されてもよい。第２絶縁膜１２０は、第１領域１００ｕｒ１および第２領域１００ｒｕ２において同等の厚さを有する。また、クラック１１５は、第１絶縁膜１１０の間に設けられている。そのため、上述した第２領域１００ｕｒ２は、第１領域１００ｕｒ１に隣接しているともいうことができる。

【0039】

上述したように、ポリベンゾイミダゾールは、耐食性かつ耐熱性に優れるとともに、熱膨張係数がアルミニウムの熱膨張係数に近い特徴を有する。これにより、積層構造体に高温熱処理が繰り返された場合において、第２絶縁膜が基材および第１絶縁膜の熱膨張に追従することができる。そのため、第１絶縁膜１１０にクラック１１５が生じた場合においても、第２絶縁膜が存在するため、基材１００が露出することを抑えられる。また、本実施形態の場合、基材１００の表面全域が所定の厚さ以上の第１絶縁膜１１０または第２絶縁膜１２０により覆われる。これにより、積層構造体１０の耐電圧が向上する。したがって、本実施形態に係る積層構造体１０は、絶縁性能および信頼性に優れるということができる。

【0040】

なお、本実施形態において、側面１００ｓにおける第２絶縁膜１２０の厚さＴｓ２は上面１００ｕにおける第２絶縁膜１２０の厚さＴｕ２よりも小さくてもよい。

【0041】

（１－２．積層構造体１０の製造方法）
次に、本実施形態に係る積層構造体１０の製造方法について、図３乃至図５を参照しながら説明する。

【0042】

図３は、本実施形態に係る積層構造体１０の製造方法を示すフローチャートである。図４～図５は、本実施形態に係る積層構造体１０の製造方法を示す断面模式図である。

【0043】

まず、図３および図４（Ａ）に示すように、用意された基材１００に対して、第１絶縁膜１１０を形成する（ステップＳ１１０）。この例では、基材１００には、アルミニウム基材が用いられる。アルミニウム基材に対して陽極酸化処理を行うにより、第１絶縁膜１１０としての酸化アルミニウムが形成される。このとき、耐電圧向上の観点から、酸化アルミニウムの厚さは、５μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下であることが望ましい。陽極酸化処理の場合、他の処理方法に比べて、安価に第１絶縁膜を厚く形成することができる。

【0044】

次に、図３および図４（Ｂ）に示すように、基材１００および第１絶縁膜１１０に対して加熱処理を行う（ステップＳ１２０）。加熱処理は、第１絶縁膜１１０にクラックを発生させる観点から１００℃以上５００℃以下であることが望ましい。上述の温度領域で加熱処理を行うことにより、クラック１１５を生じさせ、あらかじめ第１絶縁膜１１０内に隙間を生じさせることができる。

【0045】

次に、図３および図５（Ａ）に示すように、第１絶縁膜１１０上および第１絶縁膜１１０のクラック１１５に第２絶縁膜を形成する（ステップＳ１３０）。具体的には、第１絶縁膜１１０の表面、および第１絶縁膜１１０のクラック１１５（隙間）に対して吹付装置５００から樹脂材料５０１（具体的にはポリベンゾイミダゾール）を高温で溶融して吹き付ける（高温吹付処理）を行うことにより第２絶縁膜１２０を形成する。この場合の高温吹付処理では、ガラス転移点を考慮して、４００℃以上に加熱されたポリベンゾイミダゾールを吹き付ける。このとき、耐電圧性の観点から、ポリベンゾイミダゾールの厚さは、５μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上５０μｍであることが望ましい。高温吹付処理の場合、溶融した樹脂材料が硬化して膜を形成することにより、緻密な絶縁膜を形成することができる。

【0046】

高温吹付処理は、基材１００の上面１００ｕ側から行われる。そのため、基材１００の上面１００ｕおよび基材１００の面取り部１００ｂに対しては、第２絶縁膜１２０をほぼ均一に成膜することができる。なお、基材１００の上面１００ｕに比べて基材１００の側面１００ｓには第２絶縁膜１２０を成膜しづらい場合がある。そのため、側面１００ｓにおける第２絶縁膜１２０の厚さは上面１００ｕにおける第２絶縁膜１２０の厚さよりも小さくなる場合がある。しかしながら、本実施形態の場合、陽極酸化処理により、第１絶縁膜１１０を厚く形成することができるため、基材１００の側面１００ｓには所定の厚さの第１絶縁膜１１０を安定して形成することができる。以上により、図５（Ｂ）に示すように、積層構造体１０が製造される。

【0047】

本実施形態に係る積層構造体１０の製造方法によれば、陽極酸化を用いることにより、安価に厚膜の第１絶縁膜を形成することができるとともに、第１絶縁膜の隙間には高温吹付処理により緻密でありかつ基材の熱膨張係数に近い第２絶縁膜が形成される。これにより、基材１００の表面全域が所定の厚さ以上の第１絶縁膜１１０または第２絶縁膜１２０により覆われる。そのため、熱処理が繰り返されても積層構造体１０における絶縁膜の欠陥がなくなり、耐電圧が向上する。したがって、本実施形態を用いることにより、絶縁性能および信頼性に優れる積層構造体１０を製造することができる。

【0048】

なお、本実施形態では、基材１００に設けられた面取り部１００ｂを中心に説明を行ったが、リフトピン用孔２０および基材端部における面取り部に対しても同様に第２絶縁膜１２０が形成される。

【0049】

また、本実施形態の場合、酸化アルミニウムを厚く形成し、ポリベンゾイミダゾールを酸化アルミニウムよりも薄く形成してもよい。これにより、積層構造体の製造コストを抑えることができる。

【0050】

＜第２実施形態＞
図６を参照して、本発明の一実施形態に係る膜加工装置５０の構成について説明する。膜加工装置５０は、積層構造体１０を含む。そのため、以下では、第１実施形態に係る積層構造体１０の構成については、説明を省略する場合がある。

【0051】

図６は、本発明の一実施形態に係る膜加工装置５０の模式的な断面図である。膜加工装置５０は、いわゆるエッチング装置であるが、膜加工装置５０はこれに限られない。

【0052】

膜加工装置５０は、種々の膜に対してドライエッチングを行うことができる。膜加工装置５０は、チャンバー５２を有している。チャンバー５２は、基板上に形成された導電体、絶縁体、または半導体などの膜に対してエッチングを行う空間を提供する。

【0053】

チャンバー５２には排気装置５４が接続され、これにより、チャンバー５２内を減圧雰囲気に設定することができる。チャンバー５２にはさらに反応ガスを導入するための導入管５６が設けられ、バルブ５８を介してチャンバー内にエッチング用の反応ガスが導入される。反応ガスとしては、例えば四フッ化炭素（ＣＦ_４）、オクタフルオロシクロブタン（ｃ－Ｃ_４Ｆ_８）、デカフルオロシクロペンタン（ｃ－Ｃ_５Ｆ_１０）、またはヘキサフルオロブタジエン（Ｃ_４Ｆ_６）などの含フッ素有機化合物が挙げられる。

【0054】

チャンバー５２上部には導波管６０を介してマイクロ波源６２を設けることができる。マイクロ波源６２はマイクロ波を供給するためのアンテナなどを有しており、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波や、１３．５６ＭＨｚのラジオ波（ＲＦ）といった高周波数のマイクロ波を出力する。マイクロ波源６２で発生したマイクロ波は導波管６０によってチャンバー５２の上部へ伝播し、石英やセラミックなどを含む窓６４を介してチャンバー５２内部へ導入される。マイクロ波によって反応ガスがプラズマ化し、プラズマに含まれる電子やイオン、ラジカルによって膜のエッチングが進行する。

【0055】

チャンバー５２の下部には、基板を載置するための積層構造体１０が設けられている。積層構造体１０には電源７４が接続され、高周波電力に相当する電圧が積層構造体１０に印加され、マイクロ波による電界が積層構造体１０の表面、基板表面に対して垂直な方向に形成される。チャンバー５２の上部または側面には、さらに、磁石６６、磁石６８、および磁石７０を設けることができる。磁石６６、磁石６８、および磁石７０としては永久磁石でもよく、電磁コイルを有する電磁石でもよい。磁石６６、磁石６８、および磁石７０によって、積層構造体１０および基板表面に平行な磁界成分が生成され、マイクロ波による電界との連携により、プラズマ中の電子はローレンツ力を受けて共鳴し、積層構造体１０および基板表面に束縛される。その結果、高い密度のプラズマを基板表面に発生させることができる。

【0056】

例えば、積層構造体１０がシースヒータを備える場合、シースヒータを制御するヒータ電源が接続される。積層構造体１０にはさらに、任意の構成として、基板を積層構造体１０に固定するための静電チャック用の電源７６や、積層構造体１０内部に環流される媒体の温度制御を行う温度コントローラ７８、積層構造体１０を回転させるための回転制御装置（図示は省略）が接続されてもよい。

【0057】

本実施形態に係る膜加工装置５０は、積層構造体１０を含む。積層構造体１０を用いることで、基板を均一に加熱し、かつ、加熱温度を精密に制御することができる。また、絶縁性能に優れた積層構造体１０を用いることで、基板に印加される電圧に対する耐電圧が向上する。そのため、膜加工装置５０を用いることによって、アスペクト比が高いコンタクトの形成、または、アスペクト比が高い膜を形成することができる。したがって、膜加工装置５０により、基板上に設けられる種々の膜を均一にエッチングすることが可能となる。さらに、信頼性に優れた積層構造体１０を用いることで、膜加工装置５０のメンテナンスの回数を減らすことができる。

【実施例0058】

本実施例では、本発明の一実施形態に係る積層構造体を製造し、各種評価をおこなった結果について説明する。

【0059】

＜１．各サンプルの処理条件＞
（１－１．実施例１の処理条件）
本実施例において、実施例１におけるサンプルの処理条件は以下のとおりである。
基材の材質：Ａ６０６１（アルミニウム）
基材サイズ：Φ１１８ｍｍ×厚さ８ｍｍ
第１絶縁膜（酸化アルミニウム）：陽極酸化処理により３０μｍ成膜
第２絶縁膜：ポリベンゾイミダゾールを高温吹付処理により１５μｍ成膜

【0060】

（１－２．比較例１の処理条件）
本実施例において、実施例１におけるサンプルの処理条件は以下のとおりである。
基材の材質：Ａ６０６１（アルミニウム）
基材サイズ：Φ１１８ｍｍ×厚さ８ｍｍ
第１絶縁膜（酸化アルミニウム）：陽極酸化処理により３０μｍ成膜

【0061】

（１－３．比較例２の処理条件）
本実施例において、実施例１におけるサンプルの処理条件は以下のとおりである。
基材の材質：Ａ６０６１（アルミニウム）
基材サイズ：Φ１１８ｍｍ×厚さ８ｍｍ
第２絶縁膜：ポリベンゾイミダゾールを高温吹付処理により１５μｍ成膜

【0062】

（１－４．昇温サイクル処理）
本実施例では、各評価サンプルに対して、室温から３７５℃まで昇温して３０分保持後、室温まで戻すという昇温サイクル処理を３０回行った。

【0063】

＜２．評価結果＞
（２－１．断面ＳＥＭ観察評価）
本実施例では、実施例１のサンプルに対して、上記昇温サイクル処理後に断面ＳＥＭ観察評価を行った。

【0064】

図７は、断面ＳＥＭ観察評価である。より具体的には、図７（Ａ）は、断面ＳＥＭの観察ポイントを示す模式図である。図７（Ｂ）は、観察ポイント１の断面ＳＥＭ観察結果である。図７（Ｃ）は、観察ポイント２の断面ＳＥＭ観察結果である。図７（Ｄ）は、観察ポイント３の断面ＳＥＭ観察結果である。図７（Ｂ）、図７（Ｃ）および図７（Ｄ）に示すように、実施例１において、上面、面取り部、側面、および底面において、第１絶縁膜（酸化アルミニウム）が均一に形成されていることが認められる。また、上面と面取り部の境界部（角部）および側面と面取り部の境界部（角部）において、酸化アルミニウムの隙間を覆うように第２絶縁膜が形成されていることが認められる。つまり、基材が表面全域にわたって第１絶縁膜または第２絶縁膜によって覆われているということができる。

【0065】

（２－２．塩酸バブル試験）
本実施例では、実施例１および比較例２の評価サンプルを上記昇温サイクル処理後に、温度２５±５℃の環境で５重量％の塩酸溶液に浸漬して所定の時間において保持し、腐食による気泡の発生有無を評価した。

【0066】

図８は、塩酸バブル試験の試験結果である。図８に示すように、実施例１および比較例２の評価サンプルともに、塩酸溶液中４時間以上浸漬しても気泡の発生は確認されなかった。つまり、評価サンプルの基材（アルミニウム）は、露出せずに第２絶縁膜（ＰＢＩ）によって保護されていることが認められる。

【0067】

（２－３．破壊電圧試験）
本実施例では、評価サンプルを上記昇温サイクル処理後に、絶縁膜の破壊電圧試験を行った。破壊電圧試験では、試験サンプルの所定のポイントで測定を行うポイント測定と、サンプル全体で測定する全体測定を行った。

【0068】

図９は、破壊電圧ポイント測定の測定結果である。図１０は、破壊電圧全体測定の測定結果である。図９および図１０に示すように、破壊電圧ポイント測定および全体測定ともに、比較例１および比較例２に比べて、実施例１において破壊電圧の向上が確認された。また、実施例では、比較例１および比較例２の結果を合算した比較例３の結果よりも、実施例１の破壊電圧が高くなっている。つまり、第１絶縁膜（酸化アルミニウム）および第２絶縁膜（ＰＢＩ）を組み合わせて形成することにより、各絶縁膜を単独で用いるよりも破壊電圧が相乗的に向上することが認められた。したがって、本発明の一実施形態を用いることにより、絶縁性能および信頼性の優れた積層構造体を提供することができる。

【0069】

（変形例）
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

【0070】

また、上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。

【0071】

本発明の第１実施形態では、第２絶縁膜１２０としてポリベンゾイミダゾール樹脂が用いられる例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、絶縁膜としてポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂が用いられてもよい。

【0072】

本発明の第１実施形態では、基材１００の材料として、金属、特にアルミニウムが用いられる例を示したが、本発明はこれに限定されない。基材１００は、アルミニウム以外に、チタン（Ｔｉ）、もしくはステンレスなどの金属が用いられてもよい。また、金属以外にセラミックスが用いられてもよい。

【0073】

本発明の第１実施形態では、第１絶縁膜１１０には、酸化アルミニウムが用いられる例を示したが、本発明はこれに限定されない。第１絶縁膜１１０には、酸化アルミニウム以外に、アルカリ土類金属、希土類金属、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、およびケイ素（Ｓｉ）のうち少なくとも１種類以上の元素を含む酸化物、またはこれらの複合酸化物などが用いられてもよい。

【0074】

本発明の第１実施形態では、基材１００に対して陽極酸化処理により第１絶縁膜１１０を形成する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、基材１００に対して溶射処理を行うことにより第１絶縁膜１１０を形成してもよい。溶射処理の場合、基材１００と、第１絶縁膜１１０には異なる元素が用いられてもよい（例えば、基材がガラスであり、第１絶縁膜が酸化アルミニウムであってもよい）。

【0075】

本発明の第１実施形態では、有機材料（樹脂材料、より具体的にはポリベンゾイミダゾール）の高温吹付処理を行うことにより第２絶縁膜１２０を形成する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第２絶縁膜１２０は、有機樹脂を含む溶液中に基材を浸漬させて形成してもよい。この場合、第２絶縁膜１２０を形成した後で加熱処理を行ってもよい。

【0076】

なお、本発明の第１実施形態では、溝部３０を中心に説明したが、孔２０および基板においても同様の構成を有してもよい。また、基板の上面だけでなく下面にも同様の構成を設けてもよい。

【0077】

本発明の第１実施形態では、第１絶縁膜を形成後に加熱処理を行う例を示したが、本発明はこれに限定されない。加熱処理は、第１絶縁膜の材料に応じてなされなくてもよい。

【0078】

本発明の第１実施形態では、積層構造体１０は、ステージに用いられる例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、積層構造体１０は、半導体製造装置のステージにおいてヒータ又は冷却板として用いることができる。または、積層構造体１０は、半導体製造装置上部電極において、シャワーヘッドとして用いることができる。積層構造体は、加熱される環境下において使用されてよい、又は液体窒素などを用いた冷却された環境下において使用されてもよい。

【符号の説明】

【0079】

１０・・・積層構造体，２０・・・孔，３０・・・溝部，３５・・・ヒータ電源，５０・・・膜加工装置，５２・・・チャンバー，５４・・・排気装置，５６・・・導入管，５８・・・バルブ，６０・・・導波管，６２・・・マイクロ波源，６４・・・窓，６６・・・磁石，６８・・・磁石，７０・・・磁石，７４・・・電源，７６・・・電源，７８・・・温度コントローラ，１００・・・基材，１００ｂ・・・面取り部，１００ｃ・・・角部，１００ｄ・・・底面，１００ｅ・・・端部，１００ｓ・・・側面，１０３・・・下面，１１０・・・第１絶縁膜，１１５・・・クラック，１２０・・・第２絶縁膜，５００・・・吹付装置，５０１・・・樹脂材料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】