特許 7110828 静電チャック装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-25

(45)【発行日】2022-08-02

(54)【発明の名称】静電チャック装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20220726BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20220726BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20220726BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20220726BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H01L21/302 101G

H01L21/31 B

H02N13/00 D

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2018159992

(22)【出願日】2018-08-29

(65)【公開番号】P2020035840

(43)【公開日】2020-03-05

【審査請求日】2021-02-02

(73)【特許権者】

【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】前田 佳祐

【審査官】湯川 洋介

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／１７８２２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０３５４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１５９０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０５４９３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０２Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックス焼結体を形成材料とする静電チャック部と、
前記静電チャック部を冷却するベース部と、
前記静電チャック部と前記ベース部との間に設けられた接合部と、を有し、
前記接合部は、複数の凹部と、前記接合部の法線方向から見て前記凹部の周囲を囲む凸状部と、を有する接合層を含み、
前記複数の凹部は、前記接合層において、前記静電チャック部に面する第１面と、前記ベース部に面する第２面と、の両面の全面に設けられており、
前記接合部は、前記静電チャック部と前記接合層との間に、第１接着剤を形成材料とする第１接着剤層を有し、
前記接合層と前記第１接着剤層とで囲まれた複数の空気層が、前記第１面の面内全面に形成される静電チャック装置。

【請求項2】

前記第１面において、前記第１接着剤層と前記接合層との接触面積は、前記第１接着剤層と前記接合層とで囲まれた空気層の前記第１接着剤層に対する投影面積よりも大きい請求項１に記載の静電チャック装置。

【請求項3】

前記第１接着剤は、前記第１面に設けられた前記複数の凹部に充填されている請求項１または２に記載の静電チャック装置。

【請求項4】

前記第１接着剤の熱伝導率は、前記接合層の形成材料の熱伝導率よりも大きい請求項３に記載の静電チャック装置。

【請求項5】

前記接合層の厚みは、前記第１接着剤層の厚みよりも大きい請求項３または４に記載の静電チャック装置。

【請求項6】

前記接合部は、前記ベース部と前記接合層との間に、第２接着剤を形成材料とする第２接着剤層を有し、
前記接合層と前記第２接着剤層とで囲まれた複数の空気層が、前記第２面の面内全面に形成される請求項１から５のいずれか１項に記載の静電チャック装置。

【請求項7】

セラミックス焼結体を形成材料とする静電チャック部と、
前記静電チャック部を冷却するベース部と、
前記静電チャック部と前記ベース部との間に設けられた接合部と、を有し、
前記接合部は、複数の凹部と、前記接合部の法線方向から見て前記凹部の周囲を囲む凸状部と、を有する接合層を含み、
前記複数の凹部は、前記接合層において、前記静電チャック部に面する第１面と、前記ベース部に面する第２面と、の両面の全面に設けられており、
前記接合部は、前記ベース部と前記接合層との間に、第２接着剤を形成材料とする第２接着剤層を有し、
前記接合層と前記第２接着剤層とで囲まれた複数の空気層が、前記第２面の面内全面に形成される静電チャック装置。

【請求項8】

前記第２面において、前記第２接着剤層と前記接合層との接触面積は、前記第２接着剤層と前記接合層とで囲まれた空気層の前記第２接着剤層に対する投影面積よりも大きい請求項６または７に記載の静電チャック装置。

【請求項9】

前記第２接着剤は、前記第２面に設けられた前記複数の凹部に充填されている請求項６から８のいずれか１項に記載の静電チャック装置。

【請求項10】

前記第２接着剤の熱伝導率は、前記接合層の形成材料の熱伝導率よりも大きい請求項９に記載の静電チャック装置。

【請求項11】

前記接合層の厚みは、前記第２接着剤層の厚みよりも大きい請求項９または１０に記載の静電チャック装置。

【請求項12】

前記凹部の深さは、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下である請求項１から１１のいずれか１項に記載の静電チャック装置。

【請求項13】

前記複数の凹部は、規則的に配列されている請求項１から１２のいずれか１項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。

【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。静電チャック装置としては、載置面を含む静電チャック部と、静電チャック部を冷却するベース部と、静電チャック部とベース部とを接合する接合部（接合膜）とを有する構成が知られている。

【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、ウエハの面内の温度分布（温度差）を低減させることが求められる。

【0004】

なお、本明細書においては、「載置面に載置したウエハの面内温度分布（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、ウエハの面内温度分布が小さいことを意味する。

【0005】

ウエハの面内温度分布を低減する方法として、接合膜の材料や構造を調整することで、静電チャック部からベース部への熱伝達を調整する方法が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００９－２６７２５６号公報

【文献】特開２０１７－１４３１８２号公報

【文献】特開２０１７－１５２４６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１～３に記載の構成では、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。

【0008】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、均熱性が高い新規な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】

【0009】

上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、セラミックス焼結体を形成材料とする静電チャック部と、前記静電チャック部を冷却するベース部と、前記静電チャック部と前記ベース部との間に設けられた接合部と、を有し、前記接合部は、複数の凹部と、前記接合部の法線方向から見て前記凹部の周囲を囲む凸状部と、を有する接合層を含み、前記複数の凹部は、前記接合層において、前記静電チャック部に面する第１面と、前記ベース部に面する第２面と、の両面の全面に設けられている静電チャック装置を提供する。

【0010】

本発明の一態様においては、前記第１面において、前記接合層に対向する部材と前記接合層との接触面積は、前記部材と前記接合層とで囲まれた空気層の前記部材に対する投影面積よりも大きい構成としてもよい。

【0011】

本発明の一態様においては、前記第２面において、前記接合層に対向する部材と前記接合層との接触面積は、前記部材と前記接合層とで囲まれた空気層の前記部材に対する投影面積よりも大きい構成としてもよい。

【0012】

本発明の一態様においては、前記接合部は、前記静電チャック部と前記接合層との間に、第１接着剤を形成材料とする第１接着剤層を有し、前記第１接着剤は、前記第１面に設けられた前記複数の凹部に充填されている構成としてもよい。

【0013】

本発明の一態様においては、前記第１接着剤の熱伝導率は、前記接合層の形成材料の熱伝導率よりも大きい構成としてもよい。

【0014】

本発明の一態様においては、前記接合層の厚みは、前記第１接着剤層の厚みよりも大きい構成としてもよい。

【0015】

本発明の一態様においては、前記接合部は、前記静電チャック部と前記接合層との間に、第２接着剤を形成材料とする第２接着剤層を有し、前記第２接着剤は、前記第２面に設けられた前記複数の凹部に充填されている構成としてもよい。

【0016】

本発明の一態様においては、前記第２接着剤の熱伝導率は、前記接合層の形成材料の熱伝導率よりも大きい構成としてもよい。

【0017】

本発明の一態様においては、前記接合層の厚みは、前記第２接着剤層の厚みよりも大きい構成としてもよい。

【0018】

本発明の一態様においては、前記凹部の深さは、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下である構成としてもよい。

【0019】

本発明の一態様においては、前記複数の凹部は、規則的に配列されている構成としてもよい。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、均熱性が高い新規な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】

【0021】

【図1】本実施形態の静電チャック装置１Ａを示す断面図である。

【図2】接合層５の平面図である。

【図3】図２の線分ＩＩ－ＩＩにおける矢視断面図である。

【図4】第２面５ｂ側の様子を示す概略断面図である。

【図5】本実施形態の変形例に係る静電チャック装置１Ｂの概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図１～図５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。

【0023】

図１は、本実施形態の静電チャック装置１Ａを示す断面図である。静電チャック装置１Ａは、円板状の静電チャック部２と、静電チャック部２の温度を調整する温度調整用ベース部（ベース部）３と、静電チャック部２とベース部３との間に設けられ、静電チャック部２とベース部３とを接合する接合部４と、静電チャック部２に給電する給電部８と、有する。

【0024】

（静電チャック部）
静電チャック部２は、載置板１１と、支持板１２と、内部電極１３と、絶縁材層１４と、給電用端子１０と、を有している。

【0025】

載置板１１は、上面が半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置する載置面１１ａとした板状部材である。
支持板１２は、載置板１１と一体化され載置板１１を支持する板状部材である。

【0026】

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形の部材である。載置板１１および支持板１２は、機械的な強度を有し、腐食性ガスおよび腐食性ガスのプラズマに対する耐久性を有する絶縁性のセラミックス焼結体（誘電体材料）を形成材料とする。

【0027】

載置板１１および支持板１２の形成材料としては、酸化アルミニウム－炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＣ）複合焼結体、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体を挙げることができる。

【0028】

載置板１１の載置面には、直径が板状試料の厚みより小さい突起部が複数個形成され、これらの突起部が板状試料Ｗを支える構成になっていてもよい。

【0029】

内部電極１３は、電荷を発生させて静電吸着力で板状試料を固定する、すなわち静電吸着用の静電チャック用電極として用いられる。内部電極１３は、載置板１１と支持板１２との間に設けられている。内部電極１３は、形状や、大きさを適宜調整することができる。

【0030】

内部電極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－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）導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、またはタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属を形成材料とする。なお、上記複合焼結体については、所望の導電性が得られるように組成、製造条件等を調節して得られた焼結体を用いる。

【0031】

内部電極１３の厚みは、特に限定されるものではないが、０．１μｍ以上かつ１００μｍ以下が好ましく、５μｍ以上かつ２０μｍ以下がより好ましい。内部電極１３の厚みが０．１μｍを上回ると、充分な導電性を確保することができる。内部電極１３の厚みが１００μｍ以下であると、載置板１１と支持板１２との接合界面において、載置板１１および支持板１２と内部電極１３との熱膨張率差に起因したクラックが入り難い。

【0032】

内部電極１３は、スパッタ法や蒸着法等の成膜法、また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。

【0033】

絶縁材層１４は、載置面１１ａの法線方向から見て、内部電極１３の周囲を取り囲む。絶縁材層１４は、腐食性ガスおよび腐食ガスのプラズマから内部電極１３を保護するとともに、載置板１１と支持板１２との境界部、すなわち内部電極１３以外の外周部領域を接合一体化する。

【0034】

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の絶縁材料、または載置板１１および支持板１２を構成する材料と主成分が同一の絶縁材料を形成材料としている。

【0035】

給電用端子１０は、支持板１２を貫通するようにして設けられ、支持板１２と接合一体化している。また、給電用端子１０は、内部電極１３に電気的に接続している。給電用端子１０の形成材料は、耐熱性に優れた材料であれば特に制限されないが、熱膨張係数が支持板１２の形成材料の熱膨張係数、および内部電極１３の形成材料の熱膨張係数に近似した材料が好ましい。このような材料として、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３－ＴａＣなどの導電性セラミック材料を挙げることができる。

【0036】

なお、静電チャック部２には、内部または支持板１２側の下面に、ヒータ電極を設けることとしてもよい。ヒータ電極を有する静電チャック部２においては、ヒータ電極に通電して加熱し、載置面の温度調節に利用することができる。

【0037】

（温度調整用ベース部（ベース部））
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部材である。ベース部３は、静電チャック部２と同様に、載置面１１ａの法線方向から見て円形を呈する。ベース部３は、内部に冷媒を循環させる流路３Ａが形成された構成を採用することができ、流路３Ａを形成可能な程度の厚みを有することが好ましい。

【0038】

ベース部３の形成材料としては、熱伝導性、導電性に優れ、加工しやすい金属、またはこのような金属を含む複合材であれば特に制限がない。ベース部３の形成材料としては、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。ベース部３において、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、アルミナ等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。

【0039】

（接合部）
接合部４は、静電チャック部２とベース部３との間に配置され、静電チャック部２とベース部３とを接合する。接合部４が、接合層５と、第１接着剤層６と、第２接着剤層７とを有する。

【0040】

（接合層）
接合層５は、静電チャック部２とベース部３との間を絶縁する機能を有する。

【0041】

図２，３は、接合層５を示す説明図である。図２は、接合層５の平面図、すなわち接合層５の法線方向から見た図である。図３は、図２の線分ＩＩ－ＩＩにおける矢視断面図である。

【0042】

図に示すように、接合層５は、複数の凹部５１と、接合層５の法線方向から見て凹部５１の周囲を囲む凸状部５２と、有する。また、複数の凹部５１と凸状部５２とは、静電チャック部２に面する第１面５ａと、ベース部３に面する第２面５ｂとの両面全面に設けられている。

【0043】

接合層５は、耐熱性および絶縁性を有する樹脂を形成材料とすることができる。接合層５の形成材料としては、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂などを挙げることができる。

【0044】

また、接合層５は、シリコン樹脂と熱硬化性樹脂との混合物を用いることもできる。このような混合物において、シリコン樹脂の含有量は、５体積％以上９０体積％以下である。接合層５のショアＡ硬度は、静電チャック部２とベース部３との温度差により生じる応力を緩和しやすいため、２０から８０であることが好ましい。

【0045】

上記混合物において、シリコン樹脂ゴムと混合する熱硬化性樹脂としては、アクリル系、メタクリル系、エポキシ系、ウレタン系、イミド系樹脂等があげられるが、これら１種もしくは２種以上使用してもよいし、これ以外の樹脂を用いてもよい。

【0046】

接合層５の平均厚みは、１０μｍ以上５００μｍ以下であり、３０μｍ以上５００μｍ以下であると好ましい。接合層５の平均厚みが１０μｍ以上であれば、静電チャック部２とベース部３との間で良好に熱を伝達することができる。また、接合層５の平均厚みが１０μｍ以上であれば、静電チャック部２が加熱され膨張したとしても、十分に内部応力を緩和することができる。接合層５の平均厚みが５００μｍ以下であれば、熱伝導性を確保できる。

【0047】

なお、「接合層５の厚み」は、接合層５の第１面５ａ側に形成された凸状部５２と、第２面５ｂ側に形成された凸状部５２と、が平面的に重なる位置で測定される厚みであり、第１面５ａ側に形成された凸状部５２の頂部から、第２面５ｂ側に形成された凸状部５２の頂部までの最短距離を指す。

【0048】

「接合層５の平均厚み」は、接合層５の複数点（例えば１０点）で上述の接合層５の厚みを測定し、算術平均値を求めて得られた値を指す。

【0049】

接合層５の厚みのばらつきは１０μｍ以下であり、好ましくは５μｍ以下である。接合層５の厚みばらつきが１０μｍより小さいと、接合層５において載置面１１ａの面方向に熱が拡散しにくく、載置面１１ａの温度分布のばらつきを小さくしやすくなる。また、接合層５の厚みばらつきが１０μｍより小さいと、厚みの大小により温度分布に高低の差が生じにくく、接合層５の厚み調整による温度制御に悪影響を及ぼしにくい。

【0050】

「接合層５の厚みのばらつき」は、複数点（例えば１０点）で測定した接合層５の厚みの最大値と、接合層５の厚みの最小値との差を指す。

【0051】

第１面５ａおよび第２面５ｂにおいて、複数の凹部５１は、規則的に配列していると好ましい。「規則的に配列」とは、例えば、第１面５ａの中心または第２面５ｂの中心から放射状や、らせん状に配列していることを含む。

【0052】

第１面５ａに設けられた複数の凹部５１と、第２面５ｂに設けられた複数の凹部５１とは、平面視で重なっていてもよく、重なっていなくてもよい。

【0053】

図に示す接合層５において、複数の凹部５１は、第１面５ａおよび第２面５ｂにて、規則的に格子状に配列している。詳しくは、複数の凹部５１は、一方向に設定された第１配列軸５ｘに沿って配列し、第１配列軸５ｘに交差する方向に設定された第２配列軸に沿って配列している。

【0054】

凹部５１の平面視形状は、特に制限がなく、円形、楕円形、多角形などとすることができる。複数の凹部５１は、平面視形状が互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。図では、凹部５１の平面視形状を正方形としている。これにより、凸状部５２の平面視形状は、格子状となっている。

【0055】

凹部５１の深さ方向の形状は、特に制限がなく、上記平面視形状を一面とする柱状、錘状、錘台状とすることができる。また、凹部５１は、椀状であってもよい。

【0056】

凹部５１の深さは、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上０．８μｍ以下であることがより好ましい。

【0057】

複数の凹部５１は、同じ平面視形状および同じ深さであると好ましい。

【0058】

接合層５は、第１面５ａおよび第２面５ｂの算術平均高さＳａが０．０５以上１．０以下であると好ましい。算術平均高さＳａは、各測定面の平均面に対する各点の高さを求めるとき、各点の高さの差の絶対値についての平均値として求められる。

【0059】

なお、本実施形態において、接合層５の算術平均高さＳａは、非接触レーザー顕微鏡（ＯＬＳ５０００、オリンパス株式会社製）を用いて、接合層５の表面を測定し、得られた値を採用する。

【0060】

（第１接着剤層、第２接着剤層）
第１接着剤層６は、接合層５を静電チャック部２に固定するジェル状、シート状またはフィルム状の接着材である。第１接着剤層６は、静電チャック部２と接合層５との間に配置され、静電チャック部２と接合層５とを接着している。

【0061】

第１接着剤層６は、耐熱性および絶縁性を有する接着剤（第１接着剤）を形成材料とすることが好ましい。第１接着剤は、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等からなる接着剤、またはこれらの樹脂に絶縁性の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の熱伝導性フイラーを添加した複合樹脂等からなる接着剤が好ましい。

【0062】

特に、シリコン樹脂を成分とする接着剤は、２００℃までの耐熱性を有し、他の耐熱性接着剤であるエポキシ樹脂やポリイミド樹脂を成分とする接着剤と比較して伸びが大きい。第１接着剤層６がこのようなシリコン樹脂を成分とする場合、静電チャック部２とベース部３との間の応力を緩和することができ、しかも熱伝導率が高いため、好ましい。

【0063】

第２接着剤層７は、接合層５をベース部３に固定するジェル状、シート状またはフィルム状の接着材である。第２接着剤層７は、ベース部３と接合層５との間に配置され、ベース部３と接合層５とを接着している。

【0064】

第２接着剤層７は、耐熱性および絶縁性を有する接着剤（第２接着剤）を形成材料とすることが好ましい。第２接着剤は、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等からなる接着剤が好ましい。

【0065】

特に、シリコン樹脂を成分とする接着剤は、２００℃までの耐熱性を有し、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂を成分とする接着剤と比較して伸びが大きい。第２接着剤層７がこのようなシリコン樹脂を成分とする場合、静電チャック部２とベース部３との間の応力を緩和することができ、しかも熱伝達が高いため、好ましい。

【0066】

第１接着剤の熱伝導率は、接合層５の形成材料の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。第１接着剤層６を構成する第１接着剤の熱伝導率が、接合層５の形成材料の熱伝導率よりも大きいことにより、接合層５、第１接着剤層６を含む接合部４の熱伝導率のばらつきが小さくなる。

【0067】

また、第２接着剤の熱伝導率は、接合層５の形成材料の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。第２接着剤層７を構成する第２接着剤の熱伝導率が、接合層５の形成材料の熱伝導率よりも大きいことにより、接合層５、第２接着剤層７を含む接合部４の熱伝導率のばらつきが小さくなる。

【0068】

これらにより、静電チャック部２とベース部３との間の熱伝達が均一となり、静電チャック部２の載置面１１ａにおける温度分布を容易に小さくすることができる。

【0069】

第１接着剤層６が、シート状またはフィルム状の接着剤により構成される場合、第１接着剤層６の厚みを精度良くかつ容易に制御することが可能となる。

【0070】

また、第１接着剤層６がジェル状の接着剤により構成される場合、第１接着剤層６がシート状またはフィルム状の接着剤である場合と比べ、第１接着剤層６の厚みを薄くすることができる。

【0071】

さらに、第２接着剤層７がシート状またはフィルム状の接着剤により構成される場合、ジェル状の接着剤により構成される場合にも、同様の効果が得られる。

【0072】

第１接着剤層６および第２接着剤層７の材料として適切な性質の接着剤を選択することにより、静電チャック部２とベース部３との間の熱伝達をさらに精度良くかつ容易に制御することが可能となる。その結果、静電チャック部２の載置面１１ａにおける温度差をさらに小さくすることが可能となる。

【0073】

第１接着剤層６および第２接着剤層７の厚みは、それぞれ接合層５よりも小さいことが好ましい。第１接着剤層６および第２接着剤層７の厚みは、それぞれ２μｍ以上５０μｍ以下であり、３μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。

【0074】

第１接着剤層６の厚みが２μｍ以上であれば、静電チャック部２と接合層５との接着力を強く保てることができる。第１接着剤層６の厚みが５０μｍ以下であれば、載置面１１ａの面内の温度差を小さくすることができる。

【0075】

第２接着剤層７の厚みが２μｍ以上であれば、ベース部３と接合層５との接着力を強く保てることができる。第２接着剤層７の厚みが５０μｍ以下であれば、載置面１１ａの面内の温度差を小さくすることができる。

【0076】

第１接着剤層６および第２接着剤層７の厚みが上述の範囲内であることにより、載置面１１ａの温度差を小さくすることが可能となる。第１接着剤層６および第２接着剤層７の厚みについて、最大値と最小値とは任意に組み合わせることができる。

【0077】

第１接着剤層６の厚みと第２接着剤層７の厚みとは、同じであってもよく、異なっていてもよい。

【0078】

図１に示すように、第１接着剤層６は、第１接着剤層６の厚みに応じて、接合層５の第１面５ａに設けられた複数の凹部５１に充填されていることとしてもよい。
同様に、第２接着剤層７は、第２接着剤層７の厚みに応じて、接合層５の第２面５ｂに設けられた複数の凹部５１に充填されていることとしてもよい。

【0079】

ここで、「凹部５１に充填」とは、第１接着剤層６や第２接着剤層７を構成する接着剤が、接合層５の凸状部５２の頂部を含む仮想面を超えて凹部５１内に侵入することを指す。

【0080】

この意味において、「凹部５１に充填」とは、図１に示すように凹部５１が完全に第１接着剤層６や第２接着剤層７で埋まっている状態であってもよい。

【0081】

また、「凹部５１に充填」とは、凹部５１の一部に第１接着剤層６や第２接着剤層７が侵入する状態であってもよい。図４は、第２面５ｂ側の様子を示す概略断面図である。図に示すように、第２面５ｂ側の第２接着剤層７の一部が第２面５ｂの凹部５１内に侵入し、さらに凹部５１内には第２接着剤層７と接合層５とで囲まれた空気層Ａが残存している。

【0082】

第１面５ａ側においても同様に、第１面５ａの凹部５１に第１接着剤の一部が侵入し凹部５１内に第１接着剤層６と接合層５とで囲まれた空気層が残存していてもよい。

【0083】

上述のように、本実施形態の静電チャック装置１Ａでは、接合層５が複数の凹部５１を有しているため、第１接着剤層６および第２接着剤層７を用いて接着する際、凹部に空気層Ａが形成されることがある。接合層５においては、凹部５１が第１面５ａと第２面５ｂとの両面全面に形成されている。そのため、第１面５ａまたは第２面５ｂにおいて空気層Ａは、面内全面に均一に形成されると考えられる。

【0084】

このように、静電チャック装置１Ａにおいて、空気層Ａが接合層５の面内全面に形成されると、空気層Ａが面内で局在化する場合と比べ、面方向の熱伝導のばらつきを小さくすることができる。その結果、静電チャック部２の載置面の温度差を小さくすることが可能となる。

【0085】

静電チャック装置１Ａが空気層Ａを有する場合、第１面５ａにおいて、接合層５に対向する部材である第１接着剤層６と接合層５との接触面積は、第１接着剤層６に対する空気層Ａの投影面積よりも大きいことが好ましい。

【0086】

また、静電チャック装置１Ａが空気層Ａを有する場合、第２面５ｂにおいて、接合層５に対向する部材である第２接着剤層７と接合層５との接触面積は、第２接着剤層７に対する空気層Ａの投影面積よりも大きいことが好ましい。

【0087】

接合層５と各接着剤層との接触面積と、空気層Ａの投影面積との大小関係が上述のような関係であると、第１面５ａまたは第２面５ｂにおける接着強度を十分に確保し、第１面５ａまたは第２面５ｂにおいて剥離しにくくなる。

【0088】

接合層５と各接着剤層との接触面積は、接合層５の凸状部５２の頂部の面積、凹部５１内に侵入する各接着剤の形成材料、接合層５の形成材料、を調整することにより、適宜調整可能である。

【0089】

接合層５の凸状部５２の頂部の面積を広げると、接合層５と各接着剤層との接触面積が拡大する傾向にある。

【0090】

各接着剤の形成材料として、溶融粘度が低いものを選択すると、静電チャック装置１Ａの製造時に接着剤が流動し凹部５１内に侵入しやすくなり、接合層５と各接着剤層との接触面積が拡大する傾向にある。

【0091】

接合層５の形成材料として、静電チャック装置１Ａの製造時の加工条件で熱変形しやすいものを選択すると、静電チャック装置１Ａの製造時に接合層５が変形して凹部５１がつぶれやすくなり、接合層５と各接着剤層との接触面積が拡大する傾向にある。

【0092】

（給電部）
給電部８は、給電用端子１０を介して、内部電極１３に直流電圧を印加するために設けられた給電用部材である。給電部８は、棒状の給電用電極９と、給電用電極９の周囲を囲む筒状の碍子９ａとを有する。碍子９ａは、給電用電極９とベース部３とを絶縁している。

【0093】

給電部８は、ベース部３、接合部４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。

【0094】

給電用電極９の形成材料は、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。給電用電極９の形成材料としては、熱膨張係数が支持板１２の形成材料の熱膨張係数、および内部電極１３の形成材料の熱膨張係数に近似した材料が好ましい。

【0095】

このような材料として、例えば、内部電極１３を構成している導電性セラミックスと同じ材料、またはタングステン（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が好適に用いられる。

【0096】

（フォーカスリング）
静電チャック装置１は、フォーカスリング１９を有することが好ましい。
フォーカスリング１９は、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１９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１９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。

【0097】

静電チャック部２の下面側には、ヒータエレメントが設けられていてもよい。ヒータエレメントは、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。
静電チャック装置１Ａは、以上のような構成となっている。

【0098】

（静電チャック装置の製造方法）
次に、静電チャック装置１Ａの製造方法の一例について説明する。以下の説明では、載置板１１および支持板１２の形成材料が酸化アルミニウム－炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＣ）複合焼結体であることとする。
まず、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＣ複合焼結体により板状の載置板１１および支持板１２を作製する。この場合、炭化ケイ素粉末および酸化アルミニウム粉末を含む混合粉末を所望の形状に成形し、その後、例えば１６００℃～２０００℃の温度、非酸化性雰囲気、好ましくは不活性雰囲気下にて所定時間、焼成することにより、載置板１１および支持板１２を得ることができる。

【0099】

得られた支持板１２の一面に、導電性セラミックスなどの導電材料の分散液を塗布し、導電材料の塗膜を形成する。また、上記導電材料の塗膜を形成した領域以外に載置板１１および支持板１２と同一組成または主成分が同一の粉末材料を含む分散液を塗布し、塗膜を形成する。

【0100】

次いで、支持板１２上の塗膜および絶縁材層の上に載置板１１を重ね合わせ、高温、高圧下にてホットプレスして一体化する。このホットプレスにおける雰囲気は、真空、あるいはＡｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等の不活性雰囲気が好ましい。また、圧力は５ＭＰａ～１０ＭＰａが好ましく、温度は１６００℃～１８５０℃が好ましい。

【0101】

このホットプレスにより、塗膜は焼成されて内部電極１３となる。同時に、支持板１２および載置板１１は、絶縁材層１４を介して接合一体化される。

【0102】

その他、給電用端子１０やガス穴などを、通常知られた方法で適宜加工して設け、静電チャック部２とする。

【0103】

一方、所望の凹部５１を有する接合層５を用意する。一例としては、接合層５は、作製する接合層５の凹部５１と相補的な複数の凸部が形成された樹脂シート（例えば、ＰＥＴシート）に、接合層５の形成材料の前駆体である液状組成物を塗布し、硬化させることで形成することができる。得られる接合層５には、樹脂シートと接する面に、樹脂シートが有する凸部の形状が転写される。その結果、複数の凹部５１を有する接合層５が形成される。

【0104】

接合層５の凹部５１の形状、大きさ、配列は、上記樹脂シートに形成された凸部の形状、大きさ、配列を調整することで制御可能である。

【0105】

ベース部３の上面を、例えばアセトンを用いて脱脂、洗浄し、この面上の所定位置において、例えばシート状の第２接着剤層７と、接合層５とを順次重ね合わせる。その際、接合層５は第２面５ｂに複数の凹部５１が存在するため、第２面５ｂの摩擦力が小さくなる。そのため、第２接着剤層７と接合層５とを重ね合わせる際の位置合わせ（位置の調整）が容易となり、作業性が向上し、スループットが向上する。

【0106】

次いで、接合層５の上に、例えばシート状の第１接着剤層６と静電チャック部２とを順次重ね合わせる。その際、接合層５は第１面５ａに複数の凹部５１が存在するため、第１面５ａの摩擦力が小さくなる。そのため、第１接着剤層６と接合層５とを重ね合わせる際の位置合わせ（位置の調整）が容易となり、作業性が向上し、スループットが向上する。

【0107】

重ね合わせた後、プレス加工にて任意の圧力のもと、１２０℃で接着する。このときの圧力は選択した接着層に合わせて変更する。圧力としては例えば０．３ＭＰａ以上５ＭＰａ以下が挙げられる。

【0108】

以上により、静電チャック部２およびベース部３は、接合部４（第１接着剤層６、接合層５および第２接着剤層７）を介して接合一体化され、本実施形態の静電チャック装置１Ａが得られる。

【0109】

以上のような静電チャック装置１Ａによれば、均熱性が高い新規な静電チャック装置を提供することができる。

【0110】

なお、本実施形態においては、接合部４には第１接着剤層６および第２接着剤層７を含むこととしたが、これに限らない。本発明においては、第１接着剤層６と第２接着剤層７とのいずれか一方または両方がない構成も採用することができる。

【0111】

図５は、本実施形態の変形例に係る静電チャック装置１Ｂの概略断面図であり、図１に対応する図である。図に示す静電チャック装置１Ｂは、接合層５のみが接合部４を構成している。

【0112】

例えば、接合層５がタック性（粘着性）を有する場合、第１接着剤層６および第２接着剤層７を用いなくても、接合層５により静電チャック部２とベース部３とを接合することができる。この場合、接合層５の凹部５１内を充填する樹脂（接着剤）が存在しないため、接合層５と静電チャック部２との界面、接合層５とベース部３との界面には、それぞれ面内に一様に空気層Ａが形成される。

【0113】

空気層Ａが接合層５の面内に一様に形成されることにより、静電チャック装置１Ｂにおいては、熱伝導率の面内の偏りが生じにくく、面内の温度差を小さくすることができる。

【0114】

静電チャック装置１Ｂは、接合層５の第１面５ａにおいて、接合層５に対向する部材である静電チャック部２と接合層５との接触面積が、静電チャック部２に対する空気層Ａの投影面積よりも大きいことが好ましい。

【0115】

また、静電チャック装置１Ｂは、第２面５ｂにおいて、接合層５に対向する部材であるベース部３と接合層５との接触面積が、ベース部３に対する空気層Ａの投影面積よりも大きいことが好ましい。

【0116】

接合層５と静電チャック部２との接触面積または接合層５とベース部３との接触面積と、空気層Ａの投影面積との大小関係が上述のような関係であると、第１面５ａまたは第２面５ｂにおける接着強度を十分に確保し、第１面５ａまたは第２面５ｂにおいて剥離しにくくなる。

【0117】

接合層５の凸状部５２の頂部の面積を広げると、接合層５と静電チャック部２との接触面積または接合層５とベース部３との接触面積が拡大する傾向にある。

【0118】

接合層５の形成材料として、静電チャック装置１Ｂの製造時の加工条件で熱変形しやすいものを選択すると、静電チャック装置１Ｂの製造時に接合層５が変形して凹部５１がつぶれやすくなる。これにより、接合層５と静電チャック部２との接触面積または接合層５とベース部３との接触面積が拡大する傾向にある。

【0119】

このような構成の静電チャック装置１Ｂにおいても、均熱性が高い新規な静電チャック装置を提供することができる。

【0120】

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。

【実施例】

【0121】

以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0122】

以下の方法で、各実施例および比較例の静電チャック装置を作製した。以下の説明においては、上述の実施形態で用いた符号を示し、各構成を説明することがある。

【0123】

（実施例１）
平均粒子径０．０６μｍの炭化ケイ素粒子をプラズマＣＶＤ法により気相合成した。得られた炭化ケイ素粒子と、平均粒子径０．１５μｍの酸化アルミニウム粉末とを、炭化ケイ素粒子／酸化アルミニウム粉末が質量比で９／９１となるように秤量し、均一に混合した。

【0124】

得られた混合粉末を、粉末成形機を用いて円板状に成形し、アルゴン雰囲気中、１８００℃の温度で４時間、４０ＭＰａに加圧しながら焼成し、直径３２０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板状の複合焼結体を２枚作製した。

【0125】

得られた２枚の複合焼結体のうち、一方複合焼結体の表面を中心線平均粗さＲａが０．３μｍとなるように研磨して平坦面とし、載置板１１とした。Ｒａは、ＪＩＳＢ０６０１に準拠した方法で測定した値を採用した。

【0126】

得られた２枚の複合焼結体のうち、他方の複合焼結体を厚み４ｍｍに加工した。また機械加工にて、給電用端子１０を挿入する貫通孔を形成し、支持板１２とした。

【0127】

この支持板１２の中心から半径１４５ｍｍ内の領域に、スクリーン印刷法により導電性セラミックスの分散液を塗布し、導電材料の塗膜を形成した。

【0128】

また、支持板１２の中心から半径１４５ｍｍ～１４９ｍｍの領域に、スクリーン印刷法により酸化アルミニウム粉末を含むペーストを塗布し、塗膜を形成した。

【0129】

支持板１２において塗膜を形成した面と、載置板１１の研磨されていない面とを対向させて重ね合わせ、１７００℃に加熱しながら１０ＭＰａに加圧し、接合体を得た。

【0130】

得られた接合体を、外周径が２９８ｍｍ、絶縁材層１４の幅が０．８ｍｍ、載置板１１の厚みが０．５ｍｍとなるように機械加工した。さらに、載置板１１の表面を、中心線平均粗さＲａが０．０５μｍとなるように研磨して、静電チャック部２を得た。

【0131】

次いで、静電チャック部２の支持板１２側に、シート状接着剤（第１接着剤層６）を貼り付けた。シート状接着剤として、エポキシ樹脂を形成材料とする厚み５μｍの熱硬化型接着剤を用いた。

【0132】

ベース部３の上面にシート状接着剤（第２接着剤層７）を貼り付け、シート状接着剤の表面にシリコーンシート（接合層５）を配置した。第２接着剤層７に対応するシート状接着剤として、第１接着剤層６と同じ接着剤を用いた。

【0133】

シリコーンシートとしては、算術平均高さＳａ＝０．７８μｍの凹凸を両面に有したものを作製して用いた。シリコーンシートは、シリコーンゴムの前駆体を一対のＰＥＴシートで挟持した積層体を形成し、積層体を１４０℃に加熱して前駆体を硬化させて作成した。シリコーンシートの厚みは１００μｍとなるように調整した。用いたＰＥＴシートにおいて前駆体と接する面には、算術平均高さＳａ＝０．７８μｍの凹凸が設けられていた。シリコーンシートの表面にＰＥＴシートの凹凸を転写することで、表面に凹凸を有するシリコーンシートを作製した。

【0134】

なお、本実施例において、シリコーンシートの算術平均高さＳａは、非接触レーザー顕微鏡（ＯＬＳ５０００、オリンパス株式会社製）を用いて、シリコーンシートの表面を測定し、得られた値を用いた。

【0135】

シリコーンシート上に、シート状接着剤を接着した静電チャック部２の接着剤側を重ねて配置し、２ＭＰａに加圧しながら１２０℃に加熱し、加圧加熱状態を６０分間保持することで静電チャック部２とベース部３とを接着して、実施例１の静電チャック装置を作製した。

【0136】

（実施例２）
算術平均高さＳａ＝０．１１μｍのシリコーンシート（接合層５）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例２の静電チャック装置を作製した。

【0137】

（比較例１）
凹凸の無い（算術平均高さＳａ：測定不能）シリコーンシート（接合層５）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例２の静電チャック装置を作製した。なお、算術平均高さＳａの値が「測定不能」とは、上述の非接触レーザー顕微鏡を用いたシリコーンシートの表面の測定において、接合層５の表面凹凸が、非接触レーザー顕微鏡の検出限界である０．０１μｍ未満であることを意味する。この場合、シリコーンシートの表面凹凸の測定においてノイズに相当する測定結果が得られるのみであり、測定上、凹凸の存在が確認できない。

【0138】

得られた各静電チャック装置について、以下の測定で評価した。

【0139】

（温度測定方法）
静電チャック装置の載置板１１の上面に直径３００ｍｍのシリコンウエハを載置し、内部電極１３に通電しながらシリコンウエハを静電吸着させた。このときベース部３の流路３Ａに３０℃の冷却水を循環させ、表面温度の管理目標値を７０℃とした。シリコンウエハの面内の温度分布をサーモグラフィＴＶＳ－２００ＥＸ（日本アビオニクス社製）を用いて測定した。

【0140】

（耐電圧測定方法）
静電チャック装置にシリコンウエハを載せない状態で、内部電極１３に２５００Ｖの電位を印加し、さらに外部のＲＦ電力を印加することで静電チャック装置の吸着面にプラズマを発生させた。プラズマを発生させた状態で２時間保持した。この際、静電チャック装置の温度は、ベース部３の流路３Ａに３０℃の冷却水を循環させ、表面温度の管理目標値を７０℃とした。

【0141】

プラズマを発生させる雰囲気の条件は、以下のようなものとした。
混合ガス：ＣＦ_４とＨ_２との１：１混合ガス
混合ガス供給量：流量３０ｓｃｃｍ、ガス圧５Ｐａ
（「ｓｃｃｍ」は、１気圧（１０１３ｈＰａ）、２５℃における１分間当たりの流量（ｃｃ、ｃｍ^３）を示す）
ＰＦ投入電力：５ＫＷ

【0142】

上記条件にてプラズマ雰囲気を２時間保持した。

【0143】

次いで、上記プラズマ雰囲気下で、内部電極１３への印加電圧を３０００Ｖとし、同条件で１０分保持した。この状態で、静電チャック装置の載置面における放電の有無を確認した。

【0144】

次いで、内部電極１３への印加電圧を３５００Ｖとし、同条件で１０分間保持した。この状態で静電チャック装置の載置面における放電の有無を確認した。

【0145】

以後同様に、内部電極１３への印加電圧を５００Ｖ間隔で上げ、各印加電圧において１０分間保持して、載置面における放電の有無を確認した。載置面での放電が生じるまで試験を実施した。なお、耐電圧の値は、放電が生じない印加電圧のうち最大値（最大電圧値）とした。

【0146】

測定結果を表１に示す。

【0147】

【表1】

【0148】

表に示すように、実施例１，２の静電チャック装置は、面内の温度差が±２．１℃、±１．９℃と小さく良好であった。また、耐電圧も十分に確保されている結果となった。

【0149】

対して比較例１では、面内の温度差が±５．８℃と大きい結果となった。また、耐電圧も低くなる結果となった。

【0150】

以上の結果より、本発明が有用であることが分かった。

【符号の説明】

【0151】

１Ａ，１Ｂ…静電チャック装置、２…静電チャック部、３…ベース部、３Ａ…流路、４…接合部、５…接合層、５ａ…第１面、５ｂ…第２面、６…第１接着剤層、７…第２接着剤層、８…給電部、９…給電用電極、９ａ…碍子、１０…給電用端子、１１…載置板、１２…支持板、１３…内部電極、１４…絶縁材層、１６…貫通孔、１９…フォーカスリング、５１…凹部、５２…凸状部、Ａ…空気層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】