特開 2024-119233 静電チャック及びその製造方法

(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】P2024119233

(43)【公開日】2024-09-03

(54)【発明の名称】静電チャック及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20240827BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20240827BHJP

   H01L 21/31 20060101ALN20240827BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALN20240827BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

C23C16/458

H01L21/31 F

H01L21/302 101G

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023025987

(22)【出願日】2023-02-22

(71)【出願人】

【識別番号】000010087

【氏名又は名称】ＴＯＴＯ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100140486

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100121843

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 賢郎

(74)【代理人】

【識別番号】100170058

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 拓真

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 俊哉

(72)【発明者】

【氏名】白石 純

(72)【発明者】

【氏名】籾山 大

(72)【発明者】

【氏名】板倉 郁夫

【テーマコード（参考）】

4K030

5F004

5F045

5F131

【Ｆターム（参考）】

4K030CA04

4K030DA06

4K030GA02

4K030JA06

4K030KA14

4K030KA26

4K030KA47

4K030LA12

4K030LA15

5F004AA01

5F004BB18

5F004BB22

5F004BB25

5F004BD03

5F004BD04

5F045AA08

5F045BB02

5F045DP02

5F045EJ03

5F045EK05

5F131AA02

5F131CA02

5F131CA03

5F131DA33

5F131DA42

5F131EA03

5F131EB11

5F131EB14

5F131EB15

5F131EB17

5F131EB18

5F131EB54

5F131EB72

5F131EB78

5F131EB79

5F131EB82

5F131EB84

(57)【要約】

【課題】基板の面内温度分布のばらつきを抑制することのできる静電チャック、を提供する。
【解決手段】静電チャック１０は、基板Ｗが載置される面１１０を有し、面１１０を貫く貫通穴（ガス穴１５０及びリフトピン穴１６０）が形成された誘電体基板１００と、誘電体基板１００のうち面１１０とは反対側の面１２０に設けられた電極端子１２１と、誘電体基板１００の面１２０に接合されるベースプレート２００と、誘電体基板１００とベースプレート２００との間に設けられ、絶縁性の材料により形成された接合層３００と、を備える。面１１０に対し垂直な方向から見た場合において、接合層３００のうち、上記の貫通穴及び電極端子１２１のいずれとも重ならない位置には、空間３４０が形成されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被吸着物が載置される載置面を有し、当該載置面を貫く貫通穴が形成された誘電体基板と、
前記誘電体基板のうち前記載置面とは反対側の面、に設けられた電極端子と、
前記誘電体基板のうち前記載置面とは反対側の面、に接合されるベースプレートと、
前記誘電体基板と前記ベースプレートとの間に設けられ、絶縁性の材料により形成された接合層と、を備え、
前記載置面に対し垂直な方向から見た場合において、
前記接合層のうち、前記貫通穴及び前記電極端子のいずれとも重ならない位置には、空間が形成されていることを特徴とする静電チャック。

【請求項2】

前記載置面に対し垂直な方向から見た場合において、
前記接合層の単位面積あたりにおいて前記空間の面積の占める割合、のことを空間割合としたときに、
前記接合層の中央部における前記空間割合が、前記接合層の外周部における前記空間割合よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック。

【請求項3】

前記空間は複数形成されており、
前記接合層の中央部における前記空間の密度が、前記接合層の外周部における前記空間の密度よりも高いことを特徴とする、請求項２に記載の静電チャック。

【請求項4】

前記空間は複数形成されており、
前記接合層の中央部に配置されたそれぞれの前記空間が、前記接合層の外周部に配置されたそれぞれの前記空間よりも大きいことを特徴とする、請求項２に記載の静電チャック。

【請求項5】

前記空間は、前記載置面に対し垂直な方向に沿って前記接合層を貫通するように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック。

【請求項6】

前記ベースプレートのうち前記接合層側の面には、絶縁膜が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック。

【請求項7】

前記絶縁膜が溶射により形成された膜であることを特徴とする、請求項６に記載の静電チャック。

【請求項8】

前記接合層が、凹部又は貫通穴である空間部が予め形成された固形の接着剤シート、を硬化させたものであることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック。

【請求項9】

前記ベースプレートには、冷媒を流すための冷媒流路が形成されており、
前記載置面に対し垂直な方向から見た場合において、
前記接合層の単位面積あたりにおいて前記空間の面積の占める割合、のことを空間割合としたときに、
前記接合層のうち前記冷媒流路の上流側と重なる第１部分における前記空間割合が、前記接合層のうち前記冷媒流路の下流側と重なる第２部分における前記空間割合よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック。

【請求項10】

前記載置面に対し垂直な方向から見た場合において、
前記第１部分は、前記第２部分よりも中央寄りとなる位置にあることを特徴とする、請求項９に記載の静電チャック。

【請求項11】

被吸着物が載置される載置面を有し、当該載置面を貫く貫通穴が形成されており、前記載置面とは反対側の面には電極端子が設けられた誘電体基板を準備する工程と、
ベースプレートを準備する工程と、
絶縁性の部材であって、凹部又は貫通穴である空間部が形成された固形の接着剤シートを準備する工程と、
前記誘電体基板のうち前記載置面とは反対側の面と、前記ベースプレートと、を互いに対向させ、前記貫通穴及び前記電極端子のいずれとも前記空間部が重ならないように、前記誘電体基板と前記ベースプレートとの間に前記接着剤シートを挟み込む工程と、
前記接着剤シートを硬化させる工程と、を含むことを特徴とする、静電チャックの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は静電チャック及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えばＣＶＤ装置やエッチング装置のような半導体製造装置には、処理の対象となるシリコンウェハ等の基板を吸着し保持するための装置として、静電チャックが設けられる。静電チャックは、吸着電極が設けられた誘電体基板と、誘電体基板を支持するベースプレートと、を備え、これらが互いに接合された構成を有する。吸着電極は、誘電体基板に内蔵されるのが一般的であるが、金属であるベースプレートが吸着電極として用いられる場合もある。吸着電極に電圧が印加されると静電力が生じ、誘電体基板上に載置された基板が吸着され保持される。

【0003】

エッチング等の処理中においては、基板の温度を適切な温度に維持する必要がある。このため、下記特許文献１に記載されているように、冷却用のガスを基板と誘電体基板との間に供給することや、ベースプレートの冷媒流路に冷媒を通すこと等が行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－１６５１９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

処理中においては、上記のように基板の温度を適切な温度に維持することに加え、基板の各部における温度分布（つまり面内温度分布）のばらつきを可能な限り小さくすることも求められる。基板の面内温度分布を均一に近づけるための対策として、冷却用ガスの供給経路を複数設けて経路毎に圧力等を制御したり、冷媒流路を複数設けて流路毎に冷媒温度を調整したりする等の対策が取られることもある。しかしながら、このような対策のみでは、基板の面内温度分布のばらつきを十分には抑制できない場合も生じ得る。

【0006】

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板の面内温度分布のばらつきを抑制することのできる静電チャック、を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係る静電チャックは、被吸着物が載置される載置面を有し、当該載置面を貫く貫通穴が形成された誘電体基板と、誘電体基板のうち載置面とは反対側の面、に設けられた電極端子と、誘電体基板のうち載置面とは反対側の面、に接合されるベースプレートと、誘電体基板とベースプレートとの間に設けられ、絶縁性の材料により形成された接合層と、を備える。載置面に対し垂直な方向から見た場合において、接合層のうち、貫通穴及び電極端子のいずれとも重ならない位置には、空間が形成されている。

【0008】

このような構成の静電チャックでは、接合層の空間を「断熱層」として機能させることができる。例えば、基板のうち低温となりやすい部分の直下となる位置で、接合層に空間を配置しておけば、当該位置の直上における誘電体基板及び基板の温度を上昇させ、基板の面内温度分布を均一に近づけることが可能となる。

【0009】

また、本発明に係る静電チャックでは、載置面に対し垂直な方向から見た場合において、接合層の単位面積あたりにおいて空間の面積の占める割合、のことを空間割合としたときに、接合層の中央部における空間割合が、接合層の外周部における空間割合よりも大きいことも好ましい。中央部における空間割合を大きくしておくことで、低温となる傾向のある基板の中央部の温度を上昇させ、基板の面内温度分布を均一に近づけることが可能となる。

【0010】

また、本発明に係る静電チャックでは、空間は複数形成されており、接合層の中央部における空間の密度が、接合層の外周部における空間の密度よりも高いことも好ましい。中央部における空間割合を、空間の密度を高めることによって大きくしておくことで、基板の面内温度分布を均一に近づけることが可能となる。尚、「空間の密度」とは、単位面積あたりに配置された空間の個数のことである。

【0011】

また、本発明に係る静電チャックでは、空間は複数形成されており、接合層の中央部に配置されたそれぞれの空間が、接合層の外周部に配置されたそれぞれの空間よりも大きいことも好ましい。中央部における空間割合を、それぞれの空間の大きさを調整することによって大きくしておくことで、基板の面内温度分布を均一に近づけることが可能となる。

【0012】

また、本発明に係る静電チャックでは、空間は、載置面に対し垂直な方向に沿って接合層を貫通するように形成されていることも好ましい。断熱層として機能する空間の厚さを最大限確保することで、基板に対する温度調整の効果を高めることができる。

【0013】

また、本発明に係る静電チャックでは、ベースプレートのうち接合層側の面には、絶縁膜が設けられていることも好ましい。このような構成においては、ベースプレートの表面が、接合層と絶縁膜の両方によって覆われた状態となるので、基板とベースプレートとの間における放電の発生を抑制することが可能となる。

【0014】

また、本発明に係る静電チャックでは、絶縁膜が溶射により形成された膜であることも好ましい。このような構成においては、高い絶縁性を有する膜を容易に形成し、放電の発生を抑制することが可能となる。

【0015】

また、本発明に係る静電チャックでは、接合層が、凹部又は貫通穴である空間部が予め形成された固形の接着剤シート、を硬化させたものであることも好ましい。このような構成においては、接合前の段階で、接着剤シートに対し、空間となる凹部又は貫通穴を容易に形成しておくことができる。また、接着剤を硬化させる過程において、空間が変形したり消滅したりしてしまうことを確実に防止することができる。

【0016】

また、本発明に係る静電チャックでは、ベースプレートには、冷媒を流すための冷媒流路が形成されており、載置面に対し垂直な方向から見た場合において、接合層の単位面積あたりにおいて空間の面積の占める割合、のことを空間割合としたときに、接合層のうち冷媒流路の上流側と重なる第１部分における空間割合が、接合層のうち冷媒流路の下流側と重なる第２部分における空間割合よりも大きいことも好ましい。

【0017】

半導体製造装置においては、基板の処理が完了した後に、続けて装置内のクリーニングが行われることがある。基板の処理においては、ベースプレートには低温の冷媒が供給されるが、クリーニングが開始されると、それまでよりも高温の冷媒がベースプレートに供給される。このため、クリーニングが開始された直後には、冷媒流路の上流側におけるベースプレートの温度が先に上昇し、冷媒流路の上流側におけるベースプレートの温度が遅れて上昇する。このように、クリーニングの開始時には、ベースプレートにおいて一時的な温度差が生じる。ベースプレートからの伝熱により誘電体基板においても同様の温度差が生じ得るが、誘電体基板にはセラミック焼結体が用いられることが多いので、このような温度差は好ましくない。

【0018】

その対策として、上記構成の静電チャックでは、接合層のうち冷媒流路の上流側と重なる第１部分における空間割合が、接合層のうち冷媒流路の下流側と重なる第２部分における空間割合よりも大きくなっている。ベースプレートのうち先に高温となる部分から誘電体基板への熱伝導は、第１部分によって抑制される一方で、遅れて高温となる部分から誘電体基板への熱伝導は、第２部分によって相対的に促進される。これにより、誘電体基板における温度差を抑制することができる。

【0019】

また、本発明に係る静電チャックでは、載置面に対し垂直な方向から見た場合において、第１部分は、第２部分よりも中央寄りとなる位置にあることも好ましい。

【0020】

基板の処理中においては、基板の外周部に比べて中央部が低温となる傾向がある。上記構成の静電チャックでは、空間割合の高い第１部分を中央寄りとなる位置に設けておくことで、処理中において基板の中央部の温度を上昇させ、面内温度分布を均一に近づけることが可能となる。

【0021】

本発明に係る静電チャックの製造方法は、被吸着物が載置される載置面を有し、当該載置面を貫く貫通穴が形成されており、載置面とは反対側の面には電極端子が設けられた誘電体基板を準備する工程と、ベースプレートを準備する工程と、絶縁性の部材であって、凹部又は貫通穴である空間部が形成された固形の接着剤シートを準備する工程と、誘電体基板のうち載置面とは反対側の面と、ベースプレートと、を互いに対向させ、貫通穴及び電極端子のいずれとも空間部が重ならないように、誘電体基板とベースプレートとの間に接着剤シートを挟み込む工程と、接着剤シートを硬化させる工程と、を含む。

【0022】

このような静電チャックの製造方法によれば、基板の面内温度分布のばらつきを上記のように抑制することのできる静電チャックを、容易に製造することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、基板の面内温度分布のばらつきを抑制することのできる静電チャック、を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１実施形態に係る静電チャックの構成を模式的に示す断面図である。

【図2】図１の静電チャックが備える接合層の構成を示す図である。

【図3】図１の静電チャックが備える接合層の構成を示す図である。

【図4】変形例における接合層の構成について説明するための図である。

【図5】図１の静電チャックの製造方法について説明するための図である。

【図6】第２実施形態に係る静電チャックが備える、接合層の構成を示す図である。

【図7】第３実施形態に係る静電チャックが備える、接合層の構成を示す図である。

【図8】第４実施形態に係る静電チャックが備える、接合層の構成を示す図である。

【図9】第５実施形態に係る静電チャックが備える、接合層等の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

【0026】

第１実施形態について説明する。本実施形態に係る静電チャック１０は、例えばＣＶＤ成膜装置のような不図示の半導体製造装置の内部において、処理対象となる基板Ｗを静電力によって吸着し保持するものである。基板Ｗは、例えばシリコンウェハである。静電チャック１０は、半導体製造装置以外の装置に用いられてもよい。

【0027】

図１には、基板Ｗを吸着保持した状態の静電チャック１０の構成が、模式的な断面図として示されている。静電チャック１０は、誘電体基板１００と、ベースプレート２００と、接合層３００と、を備える。

【0028】

誘電体基板１００は、セラミック焼結体からなる略円盤状の部材である。誘電体基板１００は、例えば高純度の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含むが、他の材料を含んでもよい。誘電体基板１００におけるセラミックスの純度や種類、添加物等は、半導体製造装置において誘電体基板１００に求められる対プラズマ性等を考慮して、適宜設定することができる。

【0029】

誘電体基板１００のうち図１における上方側の面１１０は、被吸着物である基板Ｗが載置される「載置面」となっている。また、誘電体基板１００のうち図１における下方側の面１２０は、後述の接合層３００を介してベースプレート２００に接合される「被接合面」となっている。面１１０に対し垂直な方向に沿って、面１１０側から静電チャック１０を見た場合の視点のことを、以下では「上面視」のようにも表記する。

【0030】

誘電体基板１００の内部には吸着電極１３０が埋め込まれている。吸着電極１３０は、例えばタングステン等の金属材料により形成された薄い平板状の層であり、面１１０に対し平行となるように配置されている。給電路１３を介して外部から吸着電極１３０に電圧が印加されると、面１１０と基板Ｗとの間に静電力が生じ、これにより基板Ｗが吸着保持される。吸着電極１３０は、所謂「双極」の電極として本実施形態のように２つ設けられていてもよいが、所謂「単極」の電極として１つだけ設けられていてもよい。

【0031】

図１においては、給電路１３の全体が簡略化して描かれている。給電路１３のうち誘電体基板１００の内部の部分は、例えば、導電体の充填された細長いビア（穴）として構成されており、その下端には電極端子１２１が設けられている。電極端子１２１は、面１１０の反対側にある面１２０において、不図示の絶縁部材を介して埋め込まれている。給電路１３のうちベースプレート２００を貫いている部分は、電極端子１２１に一端が接続された棒状の金属（バスバー）である。ベースプレート２００には、当該金属を挿通するための貫通穴２７０が形成されている。

【0032】

誘電体基板１００と基板Ｗとの間には空間ＳＰが形成されている。半導体製造装置において成膜等の処理が行われる際には、空間ＳＰには、後述のガス穴１５０を介して外部から温度調整用のヘリウムガスが供給される。誘電体基板１００と基板Ｗとの間にヘリウムガスを介在させることで、両者間の熱抵抗が調整され、これにより基板Ｗの温度が適温に保たれる。尚、空間ＳＰに供給される温度調整用のガスは、ヘリウムとは異なる種類のガスであってもよい。

【0033】

吸着面である面１１０上にはシールリング１１１やドット１１２が設けられており、空間ＳＰはこれらの周囲に形成されている。

【0034】

シールリング１１１は、最外周となる位置において空間ＳＰを区画する壁である。それぞれのシールリング１１１の上端は面１１０の一部となっており、基板Ｗに当接する。尚、空間ＳＰを分割するように複数のシールリング１１１が設けられていてもよい。このような構成とすることで、それぞれの空間ＳＰにおけるヘリウムガスの圧力を個別に調整し、処理中における基板Ｗの表面温度分布を均一に近づけることが可能となる。

【0035】

図１等において符号「１１６」が付されている部分は、空間ＳＰの底面である。以下では、当該部分のことを「底面１１６」とも称する。シールリング１１１は、次に述べるドット１１２と共に、面１１０の一部を底面１１６の位置まで掘り下げた結果として形成されている。

【0036】

ドット１１２は、底面１１６から突出する円形の突起である。ドット１１２は複数設けられており、誘電体基板１００の吸着面において略均等に分散配置されている。それぞれのドット１１２の上端は、面１１０の一部となっており、基板Ｗに当接する。このようなドット１１２を複数設けておくことで、基板Ｗの撓みが抑制される。

【0037】

それぞれの空間ＳＰの底面１１６には、溝１１３が形成されている。溝１１３は、底面１１６から更に面１２０側へと後退させるように形成された溝である。溝１１３は、ガス穴１５０から供給されるヘリウムガスを、空間ＳＰ内に素早く拡散させ、空間ＳＰ内の圧力分布を短時間のうちに略均一とすることを目的として形成されている。

【0038】

誘電体基板１００には、面１１０から面１２０に向かって垂直に貫くようガス穴１５０が形成されている。ガス穴１５０は複数個形成されているが、図１においてはそのうちの１つのみが図示されている。ガス穴１５０のうち空間ＳＰ側の端部は、溝１１３の底面において開口している。ガス穴１５０は、誘電体基板１００の面１１０を貫くように形成された「貫通穴」に該当する。吸着電極１３０のうちそれぞれのガス穴１５０と交差する部分には、ガス穴１５０との干渉を避けるための開口１３１が形成されている。このような開口１３１を形成しておくことにより、ガス穴１５０の内面において吸着電極１３０が露出しないため、基板Ｗと吸着電極１３０との間における放電が防止される。

【0039】

誘電体基板１００には更に、面１１０から面１２０側に向かって垂直に貫くようリフトピン穴１６０が形成されている。リフトピン穴１６０は、半導体製造装置に設けられた不図示のリフトピンが挿通される穴である。リフトピン穴１６０は、計３つ形成されており、これらが１２０度等配となるように配置されているのであるが、図１においてはそのうちの１つのみが図示されている。リフトピン穴１６０を通じて上下に移動するリフトピンにより、誘電体基板１００の面１１０に対する基板Ｗの着脱が行われる。リフトピン穴１６０は、上記のガス穴１５０と同様に、誘電体基板１００の面１１０を貫くように形成された「貫通穴」に該当する。吸着電極１３０のうちそれぞれのリフトピン穴１６０と交差する部分には、リフトピン穴１６０との干渉を避けるための開口１３２が形成されている。このような開口１３２を形成しておくことにより、リフトピン穴１６０の内面において吸着電極１３０が露出しないため、基板Ｗと吸着電極１３０との間における放電が防止される。

【0040】

ベースプレート２００は、誘電体基板１００を支持するために、誘電体基板１００の面１２０に接合される略円盤状の部材である。ベースプレート２００は、例えばアルミニウムのような金属により形成されている。ベースプレート２００のうち、図１における上方側の面２１０は、接合層３００を介して誘電体基板１００に接合される「被接合面」となっている。

【0041】

ベースプレート２００のうち、図１における下方側の面２２０を除く表面の略全体には、絶縁膜２３０が形成されている。絶縁膜２３０は、例えばアルミナのような絶縁性の材料からなる膜であり、例えば溶射によって形成されている。先に述べた面２１０は、その全体が絶縁膜２３０上の面となっている。

【0042】

このような構成においては、ベースプレート２００の表面が、後述の接合層３００と絶縁膜２３０の両方によって覆われた状態となるので、基板Ｗとベースプレート２００との間における放電の発生を抑制することが可能となる。絶縁膜２３０としては、本実施形態のように溶射により形成されたアルミナの膜が好ましいが、他の製法によって形成された膜であってもよく、他の材料からなる膜であってもよい。

【0043】

尚、ベースプレート２００のうち絶縁膜２３０が形成されている範囲は、図１の例とは異なる範囲であってもよい。例えば、被接合面である面２１０の範囲のみに絶縁膜２３０が形成されていてもよい。接合層３００のみによって放電を十分に防止し得る場合には、絶縁膜２３０は無くてもよい。

【0044】

ベースプレート２００の内部には、冷媒を流すための冷媒流路２８０が形成されている。半導体製造装置において成膜等の処理が行われる際には、外部から冷媒が冷媒流路２８０に供給され、これによりベースプレート２００が冷却される。処理中において基板Ｗで生じた熱は、空間ＳＰのヘリウムガス、誘電体基板１００、及びベースプレート２００を介して冷媒へと伝えられ、冷媒と共に外部へと排出される。

【0045】

ベースプレート２００には、面２１０から面２２０側に向かって垂直に伸びるガス穴２５０が形成されている。ガス穴２５０は、上面視において誘電体基板１００のガス穴１５０と重なる位置、のそれぞれに形成されており、接合層３００に設けられた貫通穴３１０を介してガス穴１５０に連通されている。ガス穴２５０は、誘電体基板１００のガス穴１５０と共に、空間ＳＰに向けてヘリウムガスを供給するための経路の一部となっている。

【0046】

尚、ガス穴２５０は、本実施形態のように全体が直線状に伸びるように形成されていてもよいが、面２２０に向かう途中で屈曲するように形成されていてもよい。また、面２１０側の複数のガス穴２５０を、ベースプレート２００の内部において少数の流路に集約した上で、当該流路を面２２０側まで伸ばすような構成としてもよい。

【0047】

ベースプレート２００には更に、面２１０から面２２０側に向かって垂直に貫くようリフトピン穴２６０が形成されている。リフトピン穴２６０は、誘電体基板１００のリフトピン穴１６０と同様に、半導体製造装置に設けられた不図示のリフトピンが挿通される穴である。リフトピン穴２６０は、上面視において誘電体基板１００のリフトピン穴１６０と重なる位置、のそれぞれに形成されており、接合層３００に設けられた貫通穴３２０を介してリフトピン穴１６０に連通されている。

【0048】

接合層３００は、誘電体基板１００とベースプレート２００との間に設けられた層であって、両者を接合している。接合層３００は、絶縁性の材料からなる接着材を硬化させたものである。このような接着剤としては、例えばポリイミド系の接着剤を用いることができる。

【0049】

図２は、接合層３００を上面視で描いた図である。同図に示されるように、接合層３００には複数の貫通穴が形成されている。これらの貫通穴には、貫通穴３１０、３２０、３３０、３４０が含まれる。

【0050】

貫通穴３１０は先に述べた通り、ガス穴１５０とガス穴２５０との間を連通させるために形成された穴である。貫通穴３２０は先に述べた通り、リフトピン穴１６０と。リフトピン穴２６０との間を連通させるために形成された穴である。

【0051】

貫通穴３３０は、上面視において電極端子１２１や貫通穴２７０と重なる位置のそれぞれに形成されている。図１に示されるように、貫通穴３３０は、給電路１３を通すために形成された穴である。

【0052】

誘電体基板１００には、吸着電極１３０に加えて、例えばＲＦ電極のような他の電極が埋め込まれていてもよい。この場合、誘電体基板１００の面１２０には、当該電極に繋がる電極端子が設けられる。また、接合層３００のうち当該電極端子と上面視において重なる位置のそれぞれにおいては、電極端子に繋がる給電路を通すための更なる貫通穴が形成される。

【0053】

貫通穴３４０は、上記の貫通穴３１０、３２０、３３０、及び電極端子１２１のいずれとも重ならない位置に形成された穴である。換言すれば、貫通穴３４０は、上面視において、誘電体基板１００に形成された貫通穴（ガス穴１５０やリフトピン穴１６０）、及び電極端子１２１のいずれとも重ならない位置に形成されている。それぞれの貫通穴３４０の内側に形成された空間は、誘電体基板１００とベースプレート２００との間の伝熱を妨げる「断熱層」として機能する。貫通穴３４０の内側に形成された空間のことを、以下では「空間３４０」とも表記する。

【0054】

本実施形態に係る静電チャック１０では、処理中における基板Ｗの面内温度分布が均一となるように、断熱層である空間３４０を接合層３００内に複数配置している。例えば、基板Ｗのうち低温となりやすい部分の直下となる位置で、接合層３００に空間３４０を配置しておけば、当該位置の直上においてはベースプレート２００による冷却が抑制されるので、誘電体基板１００及び基板Ｗの温度が局所的に上昇する。これにより、基板Ｗの面内温度分布を均一に近づけることが可能となる。

【0055】

空間３４０の具体的な配置について説明する。空間３４０の配置がより明確となるように、図３では、図２から貫通穴３１０、３２０、３３０の図示を省略しており、空間３４０のみを図示してある。

【0056】

本実施形態においては、接合層３００において空間３４０は複数形成されており、いずれの空間３４０も上面視で円形の空間となっている。また、それぞれの空間３４０の形状は全て同じである。

【0057】

ここで、載置面である面１１０に対し垂直な方向から見た場合において、接合層３００の単位面積あたりにおいて空間３４０の面積が占めている割合、のことを「空間割合」と定義する。「単位面積」の大きさは特に限定されないが、図３において点線ＤＬ１で囲まれた領域のように、最も大きな空間３４０を複数個以上包含し得る程度の面積を、上記の「単位面積」として設定すればよい。

【0058】

図３に示されるように、本実施形態では、空間３４０が接合層３００の全体において均等には配置されていない。具体的には、接合層３００の中央部における空間割合が、接合層３００の外周部における空間割合よりも大きくなるように、複数の空間３４０が配置されている。「接合層３００の中央部」とは、例えば、図３において点線ＤＬ１で囲まれた領域のことであり、「接合層３００の外周部」とは、例えば、図３において点線ＤＬ２で囲まれた領域のことである。点線ＤＬ１、ＤＬ２のそれぞれで囲まれた領域の広さは互いに同一である。空間割合は、それぞれの点線で囲まれた領域において、当該領域内に含まれる空間３４０の総面積が占める割合、ということもできる。

【0059】

成膜やエッチング等の処理を基板Ｗの全体で均等に行うためには、処理中において基板Ｗの面内温度分布を可能な限り均一とすることが望ましい。しかしながら、基板Ｗの外周部は、基板Ｗの中央部に比べて静電チャック１０による冷却が行われにくく、中央部よりも高温となる傾向がある。換言すれば、基板Ｗの処理中においては、基板Ｗの外周部に比べて中央部の方が低温となる傾向がある。

【0060】

そこで、本実施形態に係る静電チャック１０では、接合層３００の中央部における空間割合を、接合層３００の外周部における空間割合よりも大きくしている。基板Ｗのうち低温となりやすい中央部は、空間３４０の配置によってベースプレート２００から冷却されにくくなるので、中央部の温度は上昇し外周部の温度に近づくこととなる。これにより、基板Ｗの面内温度分布を均一に近づけることが可能となる。

【0061】

本実施形態では、複数形成された空間３４０のそれぞれの形状を同一とした上で、接合層３００の中央部における空間３４０の密度が、接合層３００の外周部における空間３４０の密度よりも高くなるように、それぞれの空間３４０を配置している。接合層３００の中央部における空間割合を、空間３４０の密度を高めることによって大きくしておくことで、基板Ｗの面内温度分布を均一に近づけることができる。尚、「空間３４０の密度」とは、単位面積あたりに配置された空間３４０の個数のことである。

【0062】

図１や図４（Ａ）に示されるように、それぞれの空間３４０は、載置面である面１１０に対し垂直な方向に沿って接合層３００を貫通する「貫通穴」として形成されている。このような態様に換えて、図４（Ｂ）に示される変形例のように、ベースプレート２００側に底部３４１を有する「有底の穴」の内部空間として、それぞれの空間３４０が形成されていてもよい。つまり、「貫通穴」ではなく「凹部」の内部空間として、空間３４０が形成されていてもよい。ただし、断熱層として機能する空間３４０の厚さを最大限確保し、基板Ｗに対する温度調整の効果をより高めるという観点においては、本実施形態のように、貫通穴の内部空間として空間３４０を形成した方が好ましい。

【0063】

静電チャック１０を製造する方法について簡単に説明する。先ず、図５に示されるように、誘電体基板１００、ベースプレート２００、及び接着剤シート３００Ａのそれぞれを準備する。その後、接着剤シート３００Ａを用いて誘電体基板１００とベースプレート２００との間を接合する。

【0064】

誘電体基板１００は、接合前において、面１１０を貫くガス穴１５０やリフトピン穴１６０、吸着電極１３０、及び電極端子１２１等が予め形成された状態となっている。これらの形成方法としては、公知となっている種々の方法を採用することができる。

【0065】

同様に、ベースプレート２００も、接合前において、ガス穴２５０やリフトピン穴２６０、冷媒流路２８０、及び絶縁膜２３０等が予め形成された状態となっている。これらの形成方法としては、公知となっている種々の方法を採用することができる。

【0066】

接着剤シート３００Ａは、接合時において硬化して接合層３００となる絶縁性の部材である。つまり、接着剤シート３００Ａは「接着剤」なのであるが、硬化前の段階においても液状とはなっておらず、可撓性を有する固形のシート状の部材となっている。このような接着剤シート３００Ａとしては、例えば、ポリイミド系、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系などの接着剤フィルム等を用いることができる。接着剤フィルムとしては、熱伝導に優れたものや絶縁性が高いものを好適に用いることができる。

【0067】

接着剤シート３００Ａは、上記のように硬化前においても固形のシート状となっているので、例えば、金型を用いた穴抜き加工等を施すことにより、接合前において貫通穴３１０、３２０、３３０、３４０等を予め形成しておくことができる。貫通穴３４０は、最終的には空間３４０となるように予め接着剤シート３００Ａに形成された穴であって、本実施形態における「空間部」に該当する。

【0068】

以上のような誘電体基板１００、ベースプレート２００、及び、貫通穴３４０等が設けられた接着剤シート３００Ａを用意した後、図５に示されるように、誘電体基板１００とベースプレート２００との間に接着剤シート３００Ａを挟み込む。具体的には、誘電体基板１００の面１２０と、ベースプレート２００の面２１０と、を互いに対向させ、ガス穴１５０やリフトピン穴１６０、及び電極端子１２１のいずれとも貫通穴３４０が重ならないように、誘電体基板１００とベースプレート２００との間に接着剤シート３００Ａを挟み込む。

【0069】

以上のように接着剤シート３００Ａを挟み込んだ状態で、誘電体基板１００、ベースプレート２００、及び接着剤シート３００Ａの全体を所定温度まで加熱する。加熱により、接着剤シート３００Ａは、面１２０及び面２１０の両方に対し接合された状態で硬化し、図１の接合層３００となる。接着剤シート３００Ａにおいて予め形成されていた貫通穴３４０等は、接着剤シート３００Ａが硬化した後においても概ね元の形状を維持している。以上のような方法により、図１に示される構成の静電チャック１０が完成する。

【0070】

以上のように、本実施形態の接合層３００は、貫通穴３４０が予め形成された固形の接着剤シート３００Ａを硬化させたものである。接着剤シート３００Ａを用いることにより、接合前の段階で、接合層３００となる部分（接着剤シート３００Ａ）に対し所定形状の貫通穴３４０を容易に形成しておくことができる。また、接着剤を硬化させる過程において、空間３４０が変形したり消滅したりしてしまうことを確実に防止することができる。

【0071】

尚、硬化時における空間３４０等の変形を何らかの方法で防止し得るのであれば、接合層３００となる接着剤として、接着剤シート３００Ａに替えて液状の接着剤を用いることもできる。例えば、液状の接着剤の侵入を防止する「堤防」となるような紐状の固形材料を、空間３４０等となる領域の外周に沿って予め配置した後に接着を行えば、本実施形態と同様の接合層３００を形成することができる。

【0072】

図４（Ｂ）に示される変形例のように、ベースプレート２００側に底部３４１を有する「有底の穴」の内部空間として、それぞれの空間３４０を形成する場合には、接着剤シート３００Ａの当該位置に、貫通穴ではなく有底の穴（つまり凹部）を予め形成しておけばよい。この場合、接着剤シート３００Ａに形成された凹部が、最終的に空間３４０となる「空間部」に該当することとなる。

【0073】

第２実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

【0074】

本実施形態では、接合層３００に形成された空間３４０の配置において第１実施形態と異なっている。図６には、本実施形態における接合層３００の構成が、図３と同様の方法で模式的に描かれている。

【0075】

本実施形態においても第１実施形態と同様に、接合層３００において空間３４０は複数形成されており、いずれの空間３４０も上面視で円形の空間となっている。また、それぞれの空間３４０の形状は全て同じである。

【0076】

図６に示されるように、本実施形態では、接合層３００の中心から外周側に行くに従って、空間３４０の密度が（段階的にではなく）次第に疎となるように、それぞれの空間３４０が配置されている。このため、先に述べた「空間割合」は、接合層３００の中心から外周側に行くに従って次第に小さくなっている。このような態様であっても、接合層３００の中央部（例えば点線ＤＬ１で囲まれた領域）における空間割合が、接合層３００の外周部（例えば点線ＤＬ２で囲まれた領域）における空間割合よりも大きくなるため、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。

【0077】

第３実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

【0078】

本実施形態でも、接合層３００に形成された空間３４０の配置において第１実施形態と異なっている。図７には、本実施形態における接合層３００の構成が、図３と同様の方法で模式的に描かれている。

【0079】

本実施形態においても第１実施形態と同様に、接合層３００において空間３４０は複数形成されており、いずれの空間３４０も上面視で円形の空間となっている。ただし、それぞれの空間３４０の形状は全て同じとはなっていない。本実施形態の空間３４０には、直径が比較的大きな空間３４０Ａと、直径が比較的小さな空間３４０Ｂと、が含まれる。

【0080】

空間３４０Ａは、接合層３００のうち中心に近い領域に配置されており、空間３４０Ｂは、その外側の領域に配置されている。つまり、接合層３００の中央部に配置されたそれぞれの空間３４０Ａが、接合層３００の外周部に配置されたそれぞれの空間３４０Ｂよりも大きくなっている。その結果、接合層３００の中央部（例えば点線ＤＬ１で囲まれた領域）における空間割合は、外周部（例えば点線ＤＬ２で囲まれた領域）における空間割合よりも大きくなっている。このように、中央部の空間割合を、それぞれの空間３４０の大きさを調整することによって大きくした構成でも、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏することができる。

【0081】

尚、接合層３００の中心から外周側に行くに従って、空間３４０が（段階的にではなく）次第に大きくなっていくような態様としてもよい。

【0082】

第４実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

【0083】

本実施形態でも、接合層３００に形成された空間３４０の配置において第１実施形態と異なっている。図８には、本実施形態における接合層３００の構成が、図３と同様の方法で模式的に描かれている。同図に示されるように、本実施形態の空間３４０は、接合層３００において１つだけ形成されており、接合層３００の中心から螺旋状に伸びるように形成されている。空間３４０の幅寸法は全体において均一である。螺旋状に伸びる空間３４０のうち、径方向に沿って互いに隣り合う部分同士の間隔は、接合層３００の中心から外周側に行くに従って次第に大きくなっている。例えば、図８に示される寸法Ｌ２は、その内側の寸法Ｌ１よりも大きい。

【0084】

その結果、接合層３００の中央部（例えば点線ＤＬ１で囲まれた領域）における空間割合は、外周部（例えば点線ＤＬ２で囲まれた領域）における空間割合よりも大きくなっている。このような構成でも、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏することができる。

【0085】

第５実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

【0086】

図９（Ａ）には、本実施形態における接合層３００の構成が、図３と同様の方法で模式的に描かれている。本実施形態においても第１実施形態と同様に、接合層３００において空間３４０は複数形成されており、いずれの空間３４０も上面視で円形の空間となっている。また、それぞれの空間３４０の形状は全て同じである。ただし、本実施形態における空間３４０は、接合層３００の中央部、具体的には、点線ＤＬ１１で示される領域の内側にのみ配置されており、当該領域の外側には配置されていない。

【0087】

図９（Ｂ）には、本実施形態のベースプレート２００に形成された冷媒流路２８０の形状が、上面視で模式的に描かれている。尚、図９（Ｂ）では、ベースプレート２００のうち面２１０の内側の部分のみが描かれているが、冷媒流路２８０が、上面視において面２１０の外側の領域まで伸びている態様であってもよい。図９（Ｂ）の点線ＤＬ１２は、上面視において点線ＤＬ１１と重なる部分を表している。

【0088】

図９（Ｂ）に示されるように、ベースプレート２００には、入口部２８１と出口部２８２とが設けられている。入口部２８１は、ベースプレート２００に外部から供給される冷媒の入口であり、出口部２８２は、冷媒流路２８０を通った冷媒の出口である。これらはいずれも、ベースプレート２００の面２２０に形成された穴であって、流路ＦＰに繋がっている。

【0089】

本実施形態の冷媒流路２８０は単一の流路であって、螺旋状に伸びるように形成されている。その一端に設けられた入口部２８１は、上面視における面２１０の中心もしくはその近傍となる位置に設けられており、点線ＤＬ１２で囲まれた領域の内側にある。冷媒流路２８０の他端に設けられた出口部２８２は、上面視における面２１０の外周端近傍となる位置に設けられており、点線ＤＬ１２で囲まれた領域の外側にある。

【0090】

図９（Ａ）において、接合層３００のうち点線ＤＬ１１の内側の部分のことを、以下では「第１部分Ｐ１」とも称する。また、接合層３００のうち点線ＤＬ１１の外側の部分のことを、以下では「第２部分Ｐ２」とも称する。先に述べた空間３４０は、第１部分Ｐ１にのみ配置されており、第２部分Ｐ２には配置されていない。

【0091】

接合層３００の第１部分Ｐ１は、冷媒流路２８０のうち点線ＤＬ１２の内側の部分に対し上面視において重なる部分である。換言すれば、第１部分Ｐ１は、冷媒流路２８０の上流側に対し上面視において重なる部分である。

【0092】

また、接合層３００の第２部分Ｐ２は、冷媒流路２８０のうち点線ＤＬ１２の外側の部分に対し上面視において重なる部分である。換言すれば、第２部分Ｐ２は、冷媒流路２８０の下流側に対し上面視において重なる部分である。

【0093】

以上のような構成としたことで、本実施形態では、接合層３００のうち冷媒流路２８０の上流側と重なる第１部分Ｐ１における空間割合が、接合層３００のうち冷媒流路２８０の下流側と重なる第２部分Ｐ２における空間割合よりも大きくなっている。

【0094】

例えばエッチング装置のような半導体製造装置においては、基板Ｗの処理が完了した後に、続けて装置内のクリーニングが行われることがある。基板Ｗの処理においては、ベースプレート２００には入口部２８１から低温の冷媒が供給されるが、クリーニングが開始されると、それまでよりも高温の冷媒が入口部２８１からベースプレート２００に供給される。このため、クリーニングが開始された直後には、冷媒流路２８０の上流側におけるベースプレート２００の温度が先に上昇し、冷媒流路２８０の下流側におけるベースプレート２００の温度が遅れて上昇する。このように、クリーニングの開始時には、ベースプレート２００において一時的な温度差が生じる。ベースプレート２００からの伝熱により誘電体基板１００においても同様の温度差が生じ得るが、本実施形態のように、誘電体基板１００にはセラミック焼結体が用いられることが多いので、このような温度差は好ましくない。

【0095】

その対策として、本実施形態に係る静電チャック１０では上記のように、接合層３００のうち冷媒流路２８８の上流側と重なる第１部分Ｐ１における空間割合を、接合層３００のうち冷媒流路２８０の下流側と重なる第２部分Ｐ２における空間割合よりも大きくしている。ベースプレート２００のうち先に高温となる部分（つまり、点線ＤＬ１２の内側部分）から誘電体基板１００への熱伝導は、第１部分Ｐ１によって抑制される一方で、ベースプレート２００のうち遅れて高温となる部分（つまり、点線ＤＬ１２の外側部分）から誘電体基板１００への熱伝導は、第２部分Ｐ２によって相対的に促進される。これにより、誘電体基板１００における温度差を抑制することができる。

【0096】

尚、入口部２８１と出口部２８２とが互いに入れ替わっている場合、すなわち、冷媒がベースプレート２００の外周部から供給され中央部から排出されるような場合には、空間３４０を、例えば点線ＤＬ１１の外側にのみ配置することとすればよい。

【0097】

ただし、基板Ｗの処理中においては、基板Ｗの外周部に比べて中央部が低温となる傾向がある。このため、本実施形態のように入口部２８１を中央部に設けた上で、空間割合の高い第１部分Ｐ１を、空間割合の低い第２部分Ｐ２よりも中央寄りとなる位置に設けておくことが好ましい。このような構成とすることで、他の実施形態と同様に、処理中において基板Ｗの中央部の温度を上昇させ、面内温度分布を均一に近づけることが可能となる。

【0098】

接合層３００における空間３４０の配置は、図９（Ａ）に示される例とは異なっていてもよい。例えば、図３、６、７、８のいずれかに記載されている例のように、空間３４０が配置されていてもよい。

【0099】

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

【符号の説明】

【0100】

１０：静電チャック
１００：誘電体基板
１１０，１２０：面
１２１：電極端子
１５０：ガス穴
１６０：リフトピン穴
２００：ベースプレート
３００：接合層
３４０：空間
Ｗ：基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】