特開 2024-152219 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】P2024152219

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】静電チャック装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20241018BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20241018BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20241018BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H01L21/302 101G

H01L21/31 F

C23C16/458

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023066281

(22)【出願日】2023-04-14

(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】金原 勇貴

(72)【発明者】

【氏名】一由 拓

(72)【発明者】

【氏名】乾 敏祥

(72)【発明者】

【氏名】菅又 徹

【テーマコード（参考）】

4K030

5F004

5F045

5F131

【Ｆターム（参考）】

4K030GA02

4K030KA23

4K030KA26

5F004BB22

5F004BB25

5F004BB26

5F045AA08

5F045EJ03

5F045EK07

5F045EM05

5F131AA02

5F131AA03

5F131AA32

5F131AA33

5F131BA03

5F131BA04

5F131BA19

5F131BA23

5F131CA03

5F131EA03

5F131EB11

5F131EB54

5F131EB72

5F131EB78

5F131EB81

5F131EB82

5F131EB84

(57)【要約】

【課題】均熱性が高い静電チャック装置を提供する。
【解決手段】板状試料を載置する載置面を有し内部に静電吸着用電極が設けられる板状の静電チャック部と、中心軸線を中心とする円盤状であり支持面において静電チャック部を載置面の反対側から支持するベース部と、を備え、ベース部の内部には、支持面に沿って延びる冷媒流路が設けられ、冷媒流路は、ベース部を中心軸線の軸方向に貫通する貫通孔を中心とした孔径方向外側に間隔をあけて形成される第一流路部と、第一流路部に対し、冷媒流路の延伸方向の両側にそれぞれ位置する第二流路部と、を有し、第一流路部の流路断面積は、第二流路部の流路断面積よりも小さい、静電チャック装置。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状試料を載置する載置面を有し内部に静電吸着用電極が設けられる板状の静電チャック部と、
中心軸線を中心とする円盤状であり支持面において前記静電チャック部を前記載置面の反対側から支持するベース部と、を備え、
前記ベース部は、
前記ベース部を前記中心軸線の軸方向に貫通する貫通孔と、
前記ベース部の内部に設けられ前記支持面に沿って延びる冷媒流路と、を有し、
前記冷媒流路は、
前記貫通孔を中心とした孔径方向外側に間隔をあけて形成される第一流路部と、
前記第一流路部に対し、前記冷媒流路の延伸方向の両側にそれぞれ位置する第二流路部と、を有し、
前記第一流路部の流路断面積は、前記第二流路部の流路断面積よりも小さい、
静電チャック装置。

【請求項2】

前記第一流路部は、前記第二流路部に対し、前記軸方向および前記延伸方向に交差する幅寸法が小さい、
請求項１に記載の静電チャック装置。

【請求項3】

前記第一流路部の流路断面積は、前記第二流路部の流路断面積に対し、０．５倍以上１．０倍未満である、
請求項１または２に記載の静電チャック装置。

【請求項4】

前記第一流路部は、
前記貫通孔の前記孔径方向外側に間隔をあけて形成され、前記孔径方向外側を向く第一内側面と、
前記第一内側面に対して前記孔径方向外側に間隔をあけて形成され、前記孔径方向内側を向く第二内側面と、を有し、
前記第一内側面は、前記貫通孔の孔内周面と同心状に形成された円弧状に形成される、
請求項１または２に記載の静電チャック装置。

【請求項5】

前記第二内側面は、前記貫通孔の孔内周面と同心状に形成された円弧状に形成される、
請求項４に記載の静電チャック装置。

【請求項6】

前記第一内側面、及び前記第二内側面は、前記軸方向から見た際、前記貫通孔を中心として２０～３００°の範囲に形成される、
請求項５に記載の静電チャック装置。

【請求項7】

前記第一流路部に対して前記冷媒流路の前記延伸方向の少なくとも一方側の前記第二流路部において、前記第一内側面に接続される内側面と、前記第一内側面との間に、前記軸方向から見た際に円弧状に湾曲した接続面が形成される、
請求項４に記載の静電チャック装置。

【請求項8】

前記貫通孔の内周面と前記第一内側面との間に形成される壁部の厚さが、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、
請求項４に記載の静電チャック装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電チャック装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等のプラズマを用いた半導体製造装置においては、載置面に簡単にウエハを取付け、固定するとともに、ウエハを所望の温度に維持する装置として静電チャック装置が使用されている。特許文献１には、載置面を含む板状セラミック体と、内部に冷却媒体を流す冷却通路が設けられたベース部材とを有する構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－０３５８７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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、ウエハの面内の温度分布（温度差）を低減させることが求められる。従来技術では、ウエハの面内温度分布を所望の温度差にまで低減させることができないことがあり、改善が求められていた。

【0005】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、均熱性が高い静電チャック装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

すなわち、本発明は、下記［１］～［８］の発明を包含する。
以下の発明は必要に応じて2つ以上組み合わせることも好ましい。
［１］ 板状試料を載置する載置面を有し内部に静電吸着用電極が設けられる板状の静電チャック部と、中心軸線を中心とする円盤状であり支持面において前記静電チャック部を前記載置面の反対側から支持するベース部と、を備え、前記ベース部は、前記ベース部を前記中心軸線の軸方向に貫通する貫通孔と、前記ベース部の内部に設けられ前記支持面に沿って延びる冷媒流路と、を有し、前記冷媒流路は、前記貫通孔を中心とした孔径方向外側に間隔をあけて形成される第一流路部と、前記第一流路部に対し、前記冷媒流路の延伸方向の両側にそれぞれ位置する第二流路部と、を有し、前記第一流路部の流路断面積は、前記第二流路部の流路断面積よりも小さい、静電チャック装置。
［２］ 前記第一流路部は、前記第二流路部に対し、前記軸方向および前記延伸方向に交差する幅寸法が小さい、［１］に記載の静電チャック装置。
［３］ 前記第一流路部の流路断面積は、前記第二流路部の流路断面積に対し、０．５倍以上１．０倍未満である、［１］または［２］に記載の静電チャック装置。
［４］ 前記第一流路部は、前記貫通孔の前記孔径方向外側に間隔をあけて形成され、前記孔径方向外側を向く第一内側面と、前記第一内側面に対して前記孔径方向外側に間隔をあけて形成され、前記孔径方向内側を向く第二内側面と、を有し、前記第一内側面は、前記貫通孔の孔内周面と同心状に形成された円弧状に形成される、［１］から［３］の何れか一項に記載の静電チャック装置。
［５］ 前記第二内側面は、前記貫通孔の孔内周面と同心状に形成された円弧状に形成される、［４］の静電チャック装置。
［６］ 前記第一内側面、及び前記第二内側面は、前記軸方向から見た際、前記貫通孔を中心として２０～３００°の範囲に形成される、［５］の静電チャック装置。
［７］ 前記第一流路部に対して前記冷媒流路の前記延伸方向の少なくとも一方側の前記第二流路部において、前記第一内側面に接続される内側面と、前記第一内側面との間に、前記軸方向から見た際に円弧状に湾曲した接続面が形成される、［４］から［６］の何れか一項に記載の静電チャック装置。
［８］ 前記貫通孔の内周面と前記第一内側面との間に形成される壁部の厚さが、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、［４］から［７］の何れか一項に記載の静電チャック装置。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、均熱性が高い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】実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。

【図2】実施形態の冷媒流路を示す模式図である。

【図3】実施形態の冷媒流路において、貫通孔の周囲に形成された第一流路部、及び第二流路部を示す模式図である。

【図4】実施形態の冷媒流路において、貫通孔の周囲に形成された第一流路部、及び第二流路部を示す断面図である。

【図5】実施形態の冷媒流路において、貫通孔の周囲で加工時に生じる事象を例示する図である。

【図6】実施形態の変形例における冷媒流路を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を基に、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。

【0010】

なお、本明細書においては、「静電チャック部（又は載置面）の面内温度分布（温度差）の度合い」のことを「均熱性」と称することがある。「均熱性が高い」とは、静電チャック部の載置面のうち板状試料を搭載する領域の面内温度分布が小さいことを意味する。

【0011】

＜実施形態＞
図１は、実施形態の静電チャック装置１を示す断面図である。
静電チャック装置１は、板状の静電チャック部２と、ヒータエレメント５と、円盤状のベース部３と、を有する。静電チャック装置１は、中心軸線Ｊを中心とする円盤状である。静電チャック部２、ヒータエレメント５、およびベース部３は、中心軸線Ｊの軸方向に沿ってこの順で積層される。

【0012】

以下の説明において、中心軸線Ｊを中心として静電チャック装置１の各部の方向を説明する。以下の説明において、中心軸線Ｊの軸方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸線Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸線Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ場合がある。また、以下の説明において、中心軸線Ｊが延びる方向を上下方向と一致させた姿勢で各部の上下方向を規定する。しかしながら、静電チャック装置１の使用時の姿勢は限定されない。

【0013】

（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円形の板状試料Ｗを載置する載置面１１ａとした載置板１１と、載置板１１と一体化され前記載置板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、を有する。すなわち、静電チャック部２は、板状試料Ｗを載置する載置面１１ａを有し内部に静電吸着用電極１３が設けられる。

【0014】

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盤状の部材である。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。

【0015】

載置板１１の載置面１１ａには、直径が板状試料の厚さより小さい突起部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。

【0016】

また、載置面１１ａの周縁には、周縁壁１７が形成されている。周縁壁１７は、突起部１１ｂと同じ高さに形成されており、突起部１１ｂとともに板状試料Ｗを支持する。

【0017】

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。静電吸着用電極１３は、その用途によって、その形状や、大きさが適宜調整される。

【0018】

静電吸着用電極１３は任意に選択される材料から構成できる。例えば、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－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。

【0019】

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。

【0020】

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。また絶縁材層１４は、載置板１１と支持板１２との境界部を、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。絶縁材層１４は、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。

【0021】

（ヒータエレメント）
ヒータエレメント５は、静電チャック部２を加熱する。ヒータエレメント５は、静電チャック部２の下面側に配置される。ヒータエレメント５の構造や材料は、任意に選択できる。例を挙げれば、ヒータエレメント５は、厚さが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ程度の一定の厚さを有する非磁性金属薄板を、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などであって、全体輪郭が円環状の形状など、に加工することで得られる。非磁性金属薄板としては、例えばチタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、およびモリブデン（Ｍｏ）薄板等を用いることができる。ヒータエレメント５を、所定のヒータ形状に形成するには、例えば、フォトリソグラフィー法やレーザー加工が用いられる。

【0022】

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い。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を別途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。

【0023】

ヒータエレメント５は、厚さ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ーン樹脂またはアクリル樹脂などからなる接着剤４により、支持板１２の底面に接着および固定されている。

【0024】

静電チャック部２とベース部３とは、静電チャック部２とベース部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。接着剤層８は、例えば、シリコーン系樹脂組成物を加熱硬化した硬化体またはアクリル樹脂で形成されている。接着剤層８は、例えば、流動性を有する樹脂組成物を静電チャック部２とベース部３の間に配置した後に、加熱硬化させることで形成することが好ましい。これにより、静電チャック部２とベース部３と間の凹凸が、接着剤層８により充填され、接着剤層８に空隙や欠陥が生じ難くなる。そのため、接着剤層８の熱伝導特性を面内に均一にすることができ、静電チャック部２の均熱性を高めることができる。

【0025】

（ベース部）
ベース部３は、静電チャック部２を冷却する。ベース部３は、中心軸線Ｊを中心とする円盤状である。ベース部３は、静電チャック部２を支持する支持面３ａと、支持面３ａの反対側を向く底面３ｂと、を有する。静電チャック部２は、支持面３ａにおいて静電チャック部２を載置面１１ａの反対側から支持する。

【0026】

ベース部３を構成する材料としては、熱伝導性、導電性、および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く、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等が好適に用いられる。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、あるいはアルミナ等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。

【0027】

ベース部３の内部には、冷媒が流動する冷媒流路４０が設けられる。冷媒流路４０には、ベース部３の外部から冷媒流路４０内に冷媒を引き込む流入口４０ａと、冷媒流路４０内の冷媒をベース部３の外部に排出する流出口４０ｂと、が設けられる。流入口４０ａおよび流出口４０ｂは、ベース部３の底面３ｂに開口している。なお、図１において、流入口４０ａおよび流出口４０ｂの径方向の位置は模式化されて図示されており、実際の配置を表すものではない。

【0028】

冷媒流路４０は、支持面３ａに沿って延びる。すなわち、冷媒流路４０は、中心軸線Ｊと直交する平面に沿って延びる。冷媒流路４０は、全長に亘って流路断面が矩形状である。本実施形態の冷媒流路４０は、冷媒流路４０の軸方向寸法Ｄｘは、冷媒流路４０の全長に亘って一様である。冷媒流路４０は、上側部材３５と下側部材３６とを有する。上側部材３５は、軸方向を厚さ方向とする板状の部材である。また、下側部材３６は、上側部材３５より軸方向の厚さ寸法が大きい板状の部材である。

【0029】

下側部材３６の上面には、上側に開口する凹溝３１ｇが設けられる。下側部材３６において、凹溝３１ｇ同士の間の部分は、壁部５０を構成する。すなわち、ベース部３は、壁部５０を有する。壁部５０は、凹溝３１ｇ同士を区画する。

【0030】

凹溝３１ｇの開口は、上側部材３５に覆われる。冷媒は、凹溝３１ｇの内側面および上側部材３５で囲まれる領域に流れる。すなわち、冷媒流路４０は、凹溝３１ｇの内側面、および上側部材３５の下面に囲まれる領域に構成される。また、壁部５０は、冷媒流路４０を径方向に区画する。上側部材３５の下面と下側部材３６の上面とは、ロウ付けなどの接合手段によって互いに接合される。

【0031】

図２は、本実施形態の冷媒流路４０の模式図である。
本実施形態の冷媒流路４０は、中心軸線Ｊに対し径方向外側に広がる渦巻状である。本実施形態の冷媒流路４０は、全長に亘って一つながりである。本実施形態において、冷媒流路４０は、周方向に沿って曲率半径を大きくしながら中心軸線Ｊから連続的に離間する。冷媒流路４０の径方向に重なる部分同士の間には、壁部５０が位置する。壁部５０は、冷媒流路４０を、中心軸線Ｊを中心とする渦巻状に画定する。

【0032】

冷媒流路４０は、外周流路部４１と、内周流路部４２とを有する。外周流路部４１は、冷媒流路４０の全長のうち、最外周の領域に位置しており、中心軸線Ｊを中心として周方向に１周以下だけ延びる領域である。一方で、内周流路部４２は、冷媒流路４０の全長のうち、外周流路部４１よりも径方向内側に配置される。外周流路部４１と内周流路部４２とは、互いに連結している。本実施形態において、流入口４０ａは、外周流路部４１に設けられ、流出口４０ｂは、内周流路部４２に設けられる。したがって、本実施形態の冷媒は、外周流路部４１、内周流路部４２の順で冷媒流路４０内を流れる。

【0033】

外周流路部４１は、冷媒流路４０において最外周に配置される。外周流路部４１は、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。外周流路部４１の一端には、流入口４０ａが設けられる。また、外周流路部４１の他端は、内周流路部４２が接続される。

【0034】

外周流路部４１は、全長に亘って幅寸法が一様である。本実施形態の冷媒流路４０は、全長に亘って流路断面が矩形状であり、軸方向寸法が一様である。したがって、外周流路部４１は、全長に亘って流路断面積が一様である。

【0035】

内周流路部４２は、中心軸線Ｊを中心として略一周半だけ旋回して延びる渦巻状である。内周流路部４２の一端は、外周流路部４１に接続される。また、内周流路部４２の他端には、流出口４０ｂが設けられる。

【0036】

内周流路部４２は、径方向外側に向かうに従い幅寸法を連続的に小さくする。このため、内周流路部４２は、径方向外側に向かうに従い流路断面積が連続的に小さくなる。

【0037】

壁部５０は、中心軸線Ｊを中心として１周と約３／４周だけ旋回して延びる渦巻状である。本実施形態において、壁部５０は、周方向に沿って曲率半径を大きくしながら中心軸線Ｊから連続的に離間する。壁部５０は、内周側の領域５０Ａで内周流路部４２同士の間に位置しこれらを画定する。また、壁部５０は、外周側の領域５０Ｂで外周流路部４１と内周流路部４２との間に位置しこれらを画定する。

【0038】

壁部５０の径方向寸法は、中心軸線Ｊから離れるに従い連続的に小さくなる。したがって、冷媒流路４０は、径方向に重なって配置される部分同士の径方向の距離が、中心軸線Ｊから離れるに従い連続的に小さくなる。

【0039】

静電チャック装置１は、静電チャック部２、及びベース部３を軸方向に貫通する貫通孔８０を有している。貫通孔８０は、例えば、リフトピン挿通孔として形成される。貫通孔８０は、複数設けられていてもよい。本実施形態では、貫通孔８０は、複数箇所、例えば中心軸線Ｊを中心とした周方向に間隔をあけた３箇所に形成される。貫通孔８０の数、配置については何ら限定するものではない。リフトピン挿通孔としての貫通孔８０には、板状試料Ｗをリフトアップするためのリフトピン（図示なし）が挿通される。リフトピンは、貫通孔８０内から、載置面１１ａよりも上方に向けて出没することで、板状試料Ｗを昇降させる。
貫通孔８０は、例えばガス供給孔等、他の用途のものであってもよい。貫通孔８０は、載置面１１ａに開口する。貫通孔８０には、Ｈｅ等の冷却ガスが供給される。ガス導入孔から導入された冷却ガスは、載置面１１ａと板状試料Ｗの下面と間の隙間や、複数の突起部１１ｂの間を流れ板状試料Ｗを冷却する。

【0040】

各貫通孔８０は、ベース部３を軸方向に貫通する。すなわち、ベース部３は、貫通孔８０と冷媒流路４０と、を有する。貫通孔８０は、径方向で隣り合う冷媒流路４０同士の間に形成される。すなわち、各貫通孔８０は、ベース部３の壁部５０内に設けられる。貫通孔８０は、内周側の領域５０Ａで内周流路部４２同士の間に位置していてもよいし、外周側の領域５０Ｂで外周流路部４１と内周流路部４２との間に位置していてもよい。
ここで、以下の説明において、ベース部３を軸方向から見た際、貫通孔８０を中心とした貫通孔８０の径方向を、孔径方向と称する。

【0041】

図３は、実施形態の冷媒流路において、貫通孔の周囲に形成された第一流路部、及び第二流路部を示す模式図である。
図３に示すように、冷媒流路４０は、貫通孔８０の周囲で、流路断面積が狭められる。冷媒流路４０は、第一流路部４０Nと、第二流路部４０Wと、を有する。第一流路部４０Nは、貫通孔８０に対し、貫通孔８０を中心とした孔径方向外側に間隔をあけて形成される。第一流路部４０Nは、貫通孔８０の孔径方向外側で、貫通孔８０の孔内周面８０ｆに沿うように湾曲する。第二流路部４０Wは、第一流路部４０Nに対し、冷媒流路４０の延伸方向の両側にそれぞれ位置する。

【0042】

図４は、実施形態の冷媒流路において、貫通孔の周囲に形成された第一流路部、及び第二流路部を示す断面図である。
第一流路部４０Nの幅寸法Ｗｎは、第二流路部４０Wの幅寸法Ｗｗに対して小さい。図４に示すように、第一流路部４０Nの高さと、第二流路部４０Wの高さは同一である。したがって、第一流路部４０Nの流路断面積は、第二流路部４０Wの流路断面積よりも小さい。このように、第一流路部４０Nの流路断面積が、第二流路部４０Wの流路断面積よりも小さいため、冷媒流路４０を流れる冷媒の流速は、流路断面積の小さい第一流路部４０Nにおいて、第二流路部４０Wよりも高まる。これにより、貫通孔８０の周囲の壁部５０から、熱が効率的に奪い取られる。

【0043】

ここで、第一流路部４０Nの流路断面積は、第二流路部４０Wの流路断面積に対し、０．５倍以上１．０倍未満であるのが好ましい。第一流路部４０Nの流路断面積が、第二流路部４０Wの流路断面積の０．５倍未満であると、第一流路部４０Nにおける圧力損失が過度に高くなりやすい。一方、第一流路部４０Nの流路断面積が、第二流路部４０Wの流路断面積に対して１倍以上であると、第一流路部４０Nにおける冷媒の流速が、第二流路部４０Wよりも小さくなってしまう。第一流路部４０Nの流路断面積は、第二流路部４０Wの流路断面積に対し、０．７倍以上０．９５倍未満であるのが、より好ましい。

【0044】

図３に示すように、第一流路部４０Nは、第一内側面４０ｓと、第二内側面４０ｔと、を有する。
第一内側面４０ｓは、貫通孔８０に対し、貫通孔８０を中心とした孔径方向外側に間隔をあけて形成される。第一内側面４０ｓは、孔径方向外側、つまり貫通孔８０から離間する方向を向く。第一内側面４０ｓは、貫通孔８０の孔内周面８０ｆと同心状に形成された円弧状に形成される。これにより、第一内側面４０ｓは、第一流路部４０Nに対して冷媒流路４０の延伸方向の両側に位置する第二流路部４０Wの内側面４０ｇに対し、孔径方向外側に張り出している。

【0045】

ここで、このような第一内側面４０ｓと貫通孔８０の内周面８０ｆとの間に形成される壁部５０の厚さＴは、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるのが好ましい。厚さＴが１ｍｍ未満であると、壁部５０の機械的な強度が不足する。また、厚さＴが１０ｍｍを超えると、壁部５０が厚くなりすぎ、冷媒流路４０を流れる冷媒による冷却効果の低下に繋がる。

【0046】

第二内側面４０ｔは、第一内側面４０ｓに対して孔径方向外側に間隔をあけて形成される。第二内側面４０ｔは、孔径方向内側、つまり貫通孔８０に離間する方向とは反対側を向く。第二内側面４０ｔは、貫通孔８０の孔内周面８０ｆと同心状に形成された円弧状に形成される。つまり、第一内側面４０ｓと第二内側面４０ｔとは、それぞれ、貫通孔８０の孔内周面８０ｆと同心状に形成される。

【0047】

なおここで、第一内側面４０ｓと第二内側面４０ｔとを、それぞれ、貫通孔８０の孔内周面８０ｆと同心状に形成するようにしたが、これに限られない。第一内側面４０ｓと第二内側面４０ｔとは、それぞれ、貫通孔８０の孔内周面８０ｆと同心状ではなく、適宜の曲率で湾曲させてもよい。また、第一流路部４０Nの流路断面積を、第二流路部４０Wの流路断面積よりも小さくする、という観点から、第一内側面４０ｓのみを第二流路部４０Wの内側面４０ｇに対して孔径方向外側に張り出すようにし、第二内側面４０ｔは、第二流路部４０Wの内側面４０ｈと連続するように形成してもよい。

【0048】

第一内側面４０ｓ、及び第二内側面４０ｔは、軸方向から見た際、貫通孔８０を中心とした角度θが、２０～３００°の範囲に形成される。角度θが２０°未満であると、特に、第一内側面４０ｓが孔径方向外側に張り出すことで、第一流路部４０Nの流路断面積を小さくすることへの寄与が少なくなる。角度θが３００°を超えると、貫通孔８０の孔内周面８０ｆと第一内側面４０ｓとの間の壁部５０が、貫通孔８０回りの周方向に連続して、円筒状に近い形状となる。これにより、貫通孔８０の周囲における壁部５０の軸方向における剛性が高まる。すると、図５中に二点鎖線Ｌ１で示すように、ベース部３の支持面３ａ等の平面を工作機械で切削加工する際、貫通孔８０の周囲の壁部５０の部分Ｐ１は、その周囲の冷媒流路４０が形成されている部分Ｐ２に比較し、工作機械から作用する応力によって、下方に撓む寸法が小さい。冷媒流路４０が形成されている部分Ｐ２では、工作機械からの応力によって下方に撓んだ状態で切削されるため、その切削量が小さいのに対し、貫通孔８０の周囲の壁部５０の部分Ｐ１では、工作機械からの応力によって下方に撓む寸法が小さく、その分、切削量が大きくなってしまう。その結果、切削加工の完了後、冷媒流路４０が形成されている部分Ｐ２の撓みが復元すると、支持面３ａは、冷媒流路４０が形成されている部分Ｐ２に対し、貫通孔８０の周囲の壁部５０の部分Ｐ１が低くなってしまうことになる。その結果、板状試料Ｗを支持面３ａに乗せた状態で、貫通孔８０の周囲の壁部５０の部分Ｐ１と板状試料Ｗとの間に僅かな隙間が生じてしまう可能性がある。
これに対し、上記の角度θを３００°未満とすることで、上記したような事象が生じるのを抑えることができる。

【0049】

また、図３に示すように、第一流路部４０Nに対して冷媒流路４０の延伸方向の両側の第二流路部４０Wにおいて、第一内側面４０ｓに接続される内側面４０ｇと、第一内側面４０ｓとの間に、軸方向から見た際に円弧状に湾曲した接続面４０ｊが形成される。また、第二内側面４０ｔに接続される、第二流路部４０Wの内側面４０ｈと、第二内側面４０ｔとの間にも、軸方向から見た際に円弧状に湾曲した接続面４０ｋが形成される。

【0050】

（実施形態の作用効果）
本実施形態の静電チャック装置１において、冷媒流路４０は、貫通孔８０の孔径方向外側に間隔をあけて形成される第一流路部４０Nと、第一流路部４０Nに対し、冷媒流路４０の延伸方向の両側にそれぞれ位置する第二流路部４０Wと、を有する。第一流路部４０Nの流路断面積は、第二流路部４０Wの流路断面積よりも小さい。これにより、冷媒流路４０における冷媒の流速は、流路断面積が大きい第二流路部４０Wに対し、流路断面積が小さい第一流路部４０Nで大きくなる。これにより、第一流路部４０Nにおける冷却性が高まる。貫通孔８０には、リフトピンが挿入されたり、Ｈｅ等の冷却ガスが充填される結果、貫通孔８０内における断熱性が高まる。その結果、貫通孔８０の周囲における冷却効果が低下し、温度が上昇しやすくなってしまう。これに対し、第一流路部４０Nの流路断面積を、第二流路部４０Wの流路断面積よりも小さくすることで、均熱性が高い静電チャック装置１を提供することができる。

【0051】

本実施形態の第一流路部４０Nは、第二流路部４０Wに対し、軸方向および延伸方向に交差する幅寸法が小さい。このように、第一流路部４０Nの流路断面積を、第二流路部４０Wの流路断面積よりも、容易に小さくすることができる。

【0052】

本実施形態の第一流路部４０Nの流路断面積は、第二流路部４０Wの流路断面積に対し、０．５倍以上１．０倍未満である。これにより、第一流路部４０Nの流路段面積を小さくすることによって、均熱性を、効率良く高めることができる。

【0053】

本実施形態の第一流路部４０Nは、第一内側面４０ｓと、第二内側面４０ｔと、を有し、第一内側面４０ｓは、貫通孔８０の孔内周面８０ｆと同心状に形成された円弧状に形成される。これにより、第一内側面４０ｓと孔内周面８０ｆとの間の壁部５０の厚さＴを一定とし、均熱性を高めることができる。

【0054】

本実施形態の第二内側面４０ｔは、貫通孔８０の孔内周面８０ｆと同心状に形成された円弧状に形成される。これにより、第一内側面４０ｓと第二内側面４０ｔが同心状に形成されることで、第一流路部４０Nを工作機械で容易に形成することができる。

【0055】

本実施形態の第一内側面４０ｓ、及び第二内側面４０ｔは、軸方向から見た際、貫通孔８０を中心として２０～３００°の範囲に形成される。これにより、第一流路部４０Nの流路段面積を小さくしつつ、貫通孔８０の周囲における壁部５０の剛性が過度に高まるのを抑えることができる。

【0056】

本実施形態の第一内側面４０ｓと、第一内側面４０ｓに接続される内側面４０ｇとの間に、接続面４０ｊが形成される。これにより、冷媒流路４０内における冷媒の流れにおいて、第一内側面４０ｓと内側面４０ｇとの境界部分で剥離が生じるのを抑えることができる。これにより、貫通孔８０の周囲で、冷却効率が低い部分が生じることを抑え、均熱性が高められる。

【0057】

本実施形態の貫通孔８０の内周面と第一内側面４０ｓとの間に形成される壁部５０の厚さが、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。これにより、壁部５０の強度を確保しつつ、均熱性が低下することを抑える。

【0058】

また、本実施形態の内周流路部４２は、外周流路部４１よりも径方向内側に配置される。ベース部３は、静電チャック部２のうち軸方向から見て板状試料Ｗと重なる領域を積極的に冷却することで板状試料Ｗの温度を一定に保つ。本実施形態によれば、内周流路部４２と外周流路部４１とを設け、それぞれの流路構成を最適化することで、板状試料Ｗの外縁Ｗａの近傍まで、静電チャック部２の均熱性を高めることができる。

【0059】

＜実施形態の変形例＞
なお、上記実施形態において、冷媒流路４０が、外周流路部４１と、内周流路部４２とを有するようにしたが、これに限られない。
図６は、実施形態の変形例の冷媒流路１４０の模式図である。以下に図３を基に第２実施形態の冷媒流路１４０について説明する。なお、上述の実施形態と同様の構成態様については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0060】

本実施形態の冷媒流路１４０は、中心軸線Ｊの近傍で折り返す二重の渦巻状である。冷媒流路１４０の二重の渦巻きは、中心軸線Ｊに対し径方向外側に広がる。本実施形態の冷媒流路１４０は、全長に亘って一つながりである。本実施形態の冷媒流路１４０は、全長に亘って流路断面が矩形状であり、軸方向寸法が一様である。壁部１５０は、冷媒流路１４０の径方向に重なる部分同士の間に位置する。壁部１５０は、冷媒流路１４０を、中心軸線Ｊを中心とする渦巻状に画定する。

【0061】

冷媒流路１４０は、外周流路部１４１と、外周流路部１４１よりも径方向内側に配置される内周流路部１４２とを有する。外周流路部１４１と内周流路部１４２とは、互いに連結している。本実施形態において、流入口１４０ａは、内周流路部１４２に設けられ、流出口１４０ｂは、外周流路部１４１に設けられる。したがって、本実施形態の冷媒は、内周流路部１４２、外周流路部１４１の順で冷媒流路４０内を流れる。

【0062】

外周流路部１４１は、冷媒流路１４０において最外周に配置される。外周流路部１４１は、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。外周流路部１４１の一端には、内周流路部１４２が接続される。外周流路部１４１の他端には、流出口１４０ｂが設けられる。また、外周流路部１４１は、軸方向から見て板状試料Ｗの外縁Ｗａと重なる。外周流路部１４１は、全長に亘って幅寸法が一様である。したがって、外周流路部１４１は、全長に亘って流路断面積が一様である。

【0063】

内周流路部１４２は、第１円弧部１４２Ａと第２円弧部１４２Ｂと第３円弧部１４２Ｃと第１連結部１４３Ａと第２連結部１４３Ｂと第３連結部１４３Ｃとを有する。第１円弧部１４２Ａ、第２円弧部１４２Ｂ、および第３円弧部１４２Ｃは、中心軸線Ｊを中心として円弧状に延びる。第１円弧部１４２Ａ、第２円弧部１４２Ｂ、および第３円弧部１４２Ｃは、中心軸線Ｊを中心として同心円状に配置される。

【0064】

第１円弧部１４２Ａは、内周流路部１４２の最内周に位置する。第１円弧部１４２Ａは、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。第１円弧部１４２Ａの一端には、第１連結部１４３Ａが接続される。また、第１円弧部１４２Ａの他端には、第２連結部１４３Ｂが接続される。第１円弧部１４２Ａは、全長に亘って幅寸法が一様である。したがって、第１円弧部１４２Ａは、全長に亘って流路断面積が一様である。

【0065】

第２円弧部１４２Ｂは、第１円弧部１４２Ａの径方向外側に位置する。第２円弧部１４２Ｂは、径方向において、第１円弧部１４２Ａと第３円弧部１４２Ｃとの間に位置する。第２円弧部１４２Ｂは、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。第２円弧部１４２Ｂの一端には、第１連結部１４３Ａが接続される。また、第２円弧部１４２Ｂの他端には、第３連結部１４３Ｃが接続される。第２円弧部１４２Ｂは、全長に亘って幅寸法が一様である。したがって、第２円弧部１４２Ｂは、全長に亘って流路断面積が一様である。

【0066】

第３円弧部１４２Ｃは、第２円弧部１４２Ｂの径方向外側に位置する。第３円弧部１４２Ｃは、径方向において、第２円弧部１４２Ｂと外周流路部１４１との間に位置する。第３円弧部１４２Ｃは、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。第３円弧部１４２Ｃの一端には、第２連結部１４３Ｂが接続される。また、第３円弧部１４２Ｃの他端には、流入口１４０ａが設けられる。第３円弧部１４２Ｃは、全長に亘って幅寸法が一様である。したがって、第３円弧部１４２Ｃは、全長に亘って流路断面積が一様である。

【0067】

第２円弧部１４２Ｂの幅寸法Ｄ２は、第１円弧部１４２Ａの幅寸法Ｄ１よりも小さい（Ｄ２＜Ｄ１）。また、第３円弧部１４２Ｃの幅寸法Ｄ３は、第２円弧部１４２Ｂの幅寸法Ｄ２よりも小さい（Ｄ３＜Ｄ２）。すなわち、複数の円弧部１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃのうち、他の円弧部よりも径方向外側に位置する円弧部は、他の円弧部よりも径方向寸法が小さい（Ｄ３＜Ｄ２＜Ｄ１）。さらに、外周流路部１４１の幅寸法Ｄ４は、内周流路部１４２の何れの位置の幅寸法よりも大きい（Ｄ４＞Ｄ１、Ｄ４＞Ｄ２、Ｄ４＞Ｄ３）。すなわち、外周流路部１４１の幅寸法Ｄ４は、内周流路部１４２の幅寸法Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３よりも大きい。

【0068】

第１連結部１４３Ａは、第１円弧部１４２Ａの一端と第２円弧部１４２Ｂの一端とを繋ぐ。本実施形態において、第１円弧部１４２Ａの一端と第２円弧部１４２Ｂの一端とは、径方向に並んで配置される。第１連結部１４３Ａは、ヘアピン状に折り返すように第１円弧部１４２Ａと第２円弧部１４２Ｂとを繋ぐ。第１連結部１４３Ａは、第１円弧部１４２Ａ側の端部から第２円弧部１４２Ｂ側の端部に向かって徐々に幅寸法を小さくする。

【0069】

第１連結部１４３Ａは、互いに対向する内コーナ面１４４と外コーナ面１４５とを有する。内コーナ面１４４は、中心点Ｃ１を中心とする半円状の円弧面である。また、外コーナ面１４５は、中心点Ｃ２を中心とする半円状の円弧面である。内コーナ面１４４の曲率半径は、外コーナ面１４５の曲率半径よりも小さい。また、内コーナ面１４４の中心点Ｃ１と、外コーナ面１４５の中心点Ｃ２とは、互いに異なる位置に配置される。すなわち、内コーナ面１４４と外コーナ面１４５とは、それぞれ異なる中心を有する円弧面である。これにより、第１連結部１４３Ａは、幅寸法が互いに異なる第１円弧部１４２Ａと第２円弧部１４２Ｂとを滑らかに繋ぐ。

【0070】

第２連結部１４３Ｂは、第１円弧部１４２Ａの他端と第３円弧部１４２Ｃの一端とを繋ぐ。第２連結部１４３Ｂは、ヘアピン状に折り返すように第１円弧部１４２Ａと第３円弧部１４２Ｃとを繋ぐ。第２連結部１４３Ｂは、第１連結部１４３Ａよりも大きな曲率半径で第１連結部１４３Ａに沿って延びる。第２連結部１４３Ｂは、第１円弧部１４２Ａ側の端部から第３円弧部１４２Ｃ側の端部に向かって徐々に幅寸法を小さくする。第２連結部１４３Ｂは、第１連結部１４３Ａと同様の内コーナ面と外コーナ面とを有することで、第１円弧部１４２Ａと第３円弧部１４２Ｃとを滑らかに繋ぐ。

【0071】

第３連結部１４３Ｃは、第２円弧部１４２Ｂの他端と外周流路部１４１の一端とを繋ぐ。第３連結部１４３Ｃは、ヘアピン状に折り返すように第２円弧部１４２Ｂと外周流路部１４１とを繋ぐ。第３連結部１４３Ｃは、第２連結部１４３Ｂよりも大きな曲率半径で第２連結部１４３Ｂに沿って延びる。第３連結部１４３Ｃは、第２円弧部１４２Ｂ側の端部から外周流路部１４１側の端部に向かって徐々に幅寸法を大きくする。第３連結部１４３Ｃは、第１連結部１４３Ａと同様の内コーナ面と外コーナ面とを有することで、第２円弧部１４２Ｂと外周流路部１４１とを滑らかに繋ぐ。

【0072】

壁部１５０は、第１円弧壁１５０Ａと第２円弧壁１５０Ｂと第３円弧壁１５０Ｃとを有する。第１円弧壁１５０Ａ、第２円弧壁１５０Ｂ、および第３円弧壁１５０Ｃは、中心軸線Ｊを中心として円弧状に延びる。また、第１円弧壁１５０Ａ、第２円弧壁１５０Ｂ、および第３円弧壁１５０Ｃは、中心軸線Ｊを中心として同心円状に配置される。

【0073】

第１円弧壁１５０Ａは、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。第１円弧壁１５０Ａは、径方向において第１円弧部１４２Ａと第２円弧部１４２Ｂとの間に位置しこれらを画定する。第１円弧壁１５０Ａは、全長に亘って径方向寸法が一様である。

【0074】

第２円弧壁１５０Ｂは、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。第２円弧壁１５０Ｂは、径方向において第２円弧部１４２Ｂと第３円弧部１４２Ｃとの間に位置しこれらを画定する。第２円弧壁１５０Ｂは、全長に亘って径方向寸法が一様である。

【0075】

第３円弧壁１５０Ｃは、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。第３円弧壁１５０Ｃは、径方向において第３円弧部１４２Ｃと外周流路部１４１との間に位置しこれらを画定する。第３円弧壁１５０Ｃは、全長に亘って径方向寸法が一様である。

【0076】

第２円弧壁１５０Ｂの径方向寸法Ｅ２は、第１円弧壁１５０Ａの径方向寸法Ｅ１よりも小さい（Ｅ２＜Ｅ１）。また、第３円弧壁１５０Ｃの径方向寸法Ｅ３は、第２円弧壁１５０Ｂの径方向寸法Ｅ２よりも小さい（Ｅ３＜Ｅ２）。すなわち、複数の円弧壁１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃのうち、他の円弧壁よりも径方向外側に位置する円弧壁は、他の円弧壁よりも径方向寸法が小さい（Ｅ３＜Ｅ２＜Ｅ１）。

【0077】

このような冷媒流路１４０においても、上記実施形態と同様、第一流路部１４０Nと、第二流路部１４０Wと、を有するようにしてもよい。これにより、貫通孔８０の周囲で、流路断面積が狭められる。したがって、冷媒流路１４０における冷媒の流速は、流路断面積が大きい第二流路部１４０Wに対し、流路断面積が小さい第一流路部１４０Nで大きくなり、１第一流路部４０Nにおける冷却性が高まる。その結果、均熱性が高い静電チャック装置１を提供することができる。

【0078】

また、本変形例のベース部１０３によれば、上述の実施形態と同様に、内周流路部１４２の流路断面積が中心軸線Ｊから離れるに従い小さくなることで、中心軸線Ｊから離れた領域での冷却能力を高め、静電チャック部２の載置面１１ａの均熱性を高めることができる。また、本変形例のベース部１０３によれば、上述の実施形態と同様に、外周流路部１４１の流路断面積が、内周流路部１４２の流路断面積よりも小さい。これにより、静電チャック部２を十分に冷却することができる。

【0079】

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0080】

例えば、上述の実施形態、及び変形例では、内周流路部４２，１４２の流路断面積が中心軸線Ｊから離れるに従い小さくなるようにし、外周流路部４１，１４１の流路断面積が、内周流路部４２，１４２の流路断面積よりも小さくなるようにしたが、これに限られない。例えば、外周流路部４１，１４１と内周流路部４２，１４２とで、流路断面積を一定とする場合であっても、貫通孔８０の周囲において、上記で示したような構成を適用してもよい。
また、冷媒流路の流路断面が矩形状であり軸方向寸法が全長に亘って一様である場合について説明したが、冷媒流路の断面形状は上述の実施形態に限定されない。例えば、冷媒流路は、軸方向寸法を異ならせることで冷媒流路の流路断面積を変化させてもよい。

【符号の説明】

【0081】

１…静電チャック装置、２…静電チャック部、３，１０３…ベース部、３ａ…支持面、１１ａ…載置面、１３…静電吸着用電極、４０，１４０…冷媒流路、４０ｇ，４０ｈ…内側面、４０ｊ，４０ｋ…接続面、４０Ｎ…第一流路部、４０Ｗ…第二流路部、４０ｓ…第一内側面、４０ｔ…第二内側面、５０，１５０…壁部、８０…貫通孔、８０ｆ…孔内周面、Ｊ…中心軸線、Ｔ…厚さ、Ｗ…板状試料、Ｗｎ…幅寸法、Ｗｗ…幅寸法

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】