CN103443914B - 静电卡盘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的静电卡盘装置(1)具备具有作为用于载置板状试样的载置面的一个主面并且内置有静电吸附用内部电极的静电卡盘部(2)和用于冷却所述静电卡盘部(2)的冷却基部(3)，在所述静电卡盘部(2)的所述载置面的相反侧的主面上隔着第一胶粘材料层(4)胶粘有加热构件(5)，所述静电卡盘部(2)及所述加热构件(5)与所述冷却基部(3)隔着具有柔软性及绝缘性的丙烯酸类胶粘剂层(9)胶粘一体化。

Description

静电卡盘装置
技术领域
本发明涉及静电卡盘装置。更详细而言，本发明涉及在半导体制造工艺中的等离子体蚀刻等蚀刻处理中适合在通过静电力吸附固定半导体晶片等板状试样时使用且不会被所使用的气体腐蚀的静电卡盘装置。
本申请基于2011年3月23日在日本提出的特愿2011-064311号主张优先权，将其内容援引于本说明书中。
背景技术
近年来，在半导体制造工艺中，随着元件的高集成化及高性能化，要求微细加工技术的进一步提高。在该半导体制造工艺中，蚀刻技术也是重要的一项微细加工技术，近年来，在蚀刻技术中，能够进行高效率且大面积的微细加工的等离子体蚀刻技术成为主流。
该等离子体蚀刻技术为干式蚀刻技术的一种。在等离子体蚀刻技术中，在作为加工对象的固体材料上利用抗蚀剂形成掩模图案，在真空中支撑该固体材料，在该状态下向真空中导入反应性气体，通过对该反应性气体施加高频的电场而产生被加速的电子与气体分子碰撞而成的等离子体状态，使由该等离子体产生的自由基(游离自由基)及离子与固体材料反应，由此，将固体材料作为反应产物除去。通过这种工艺，等离子体蚀刻技术中，在固体材料上形成微细图案。
在等离子体蚀刻装置等使用等离子体的半导体制造装置中，以往，在试样台上简单地安装、固定晶片，并且使用静电卡盘装置作为将该晶片维持在期望温度的装置。
在现有的等离子体蚀刻装置中，对固定在静电卡盘装置上的晶片照射等离子体时，该晶片的表面温度上升。为了抑制该表面温度的上升，在静电卡盘装置的冷却基部使水等冷却介质循环而从下侧冷却晶片。此时，在晶片的面内产生温度分布。例如，在晶片的中心部温度变高，在边缘部温度变低。另外，由于等离子体蚀刻装置的结构、方式不同等而使晶片的面内温度分布产生差异。
因此，提出了在静电卡盘部和冷却基部之间安装有加热器构件的带加热器功能的静电卡盘装置(例如，参照专利文献1)。该带加热器功能的静电卡盘装置能够在晶片内局部地形成温度分布，因此，通过以使晶片的面内温度分布与膜堆积速度及等离子体蚀刻速度相匹配的方式设定温度，能够高效地进行在晶片上的图案形成等局部的膜形成、局部的等离子体蚀刻。
作为在静电卡盘部安装加热器的方法，有在陶瓷制的静电卡盘部内置加热器的方法；在静电卡盘部的吸附面的背面侧、即陶瓷板状体的背面通过丝网印刷法将加热器材料以预定的图案涂布并使其加热固化的方法、或者在该陶瓷板状体的背面粘贴金属箔、片状导电材料的方法等。将该内置有加热器的静电卡盘部或安装有加热器的静电卡盘部与用于冷却该静电卡盘部的冷却基部隔着有机系胶粘剂层胶粘一体化，由此得到带加热器功能的静电卡盘装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-300491号公报
发明内容
发明所要解决的问题
对于上述现有的静电卡盘装置而言，作为将静电卡盘部与冷却基部胶粘一体化的有机系胶粘剂，使用有机硅类胶粘剂。在要将该静电卡盘装置应用于多晶硅薄膜的蚀刻的情况下，存在有机硅类胶粘剂与蚀刻中使用的气体反应的问题。
因此，考虑使用丙烯酸类胶粘剂来代替有机硅类胶粘剂，但是，对于现有的丙烯酸类胶粘剂而言，肖氏硬度硬至D70以上，存在难以缓和静电卡盘部与冷却基部之间的应力的问题。另外，现有的丙烯酸类胶粘剂在固化时的收缩大，随着该固化收缩，在得到的丙烯酸类胶粘剂层中产生空隙，存在使该丙烯酸类胶粘剂层的绝缘性降低的问题。
本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供能够缓和静电卡盘部与冷却基部之间的应力、并且即使发生固化收缩也不会在胶粘剂层中产生空隙、也不会使该胶粘剂层的绝缘性降低的静电卡盘装置。
用于解决问题的方法
本发明人为了解决上述问题而进行了深入研究，结果发现，将静电卡盘部及与其胶粘的加热构件与冷却基部隔着具有柔软性及绝缘性的丙烯酸类胶粘剂层胶粘一体化时，能够缓和静电卡盘部与冷却基部之间的应力，并且即使发生固化收缩也不会在胶粘剂层中产生空隙，也不会使该胶粘剂层的绝缘性降低，从而完成了本发明。
即，本发明的静电卡盘装置，
其具备：
具有作为用于载置板状试样的载置面的一个主面并且内置有静电吸附用内部电极的静电卡盘部；和
用于冷却上述静电卡盘部的冷却基部，
在上述静电卡盘部的上述载置面的相反侧的主面上隔着第一胶粘材料层胶粘有加热构件，
上述静电卡盘部及上述加热构件与上述冷却基部隔着具有柔软性及绝缘性的丙烯酸类胶粘剂层胶粘一体化。
该静电卡盘装置中，将冷却基部与静电卡盘部及胶粘在该静电卡盘部的载置面的相反侧的主面上的加热构件隔着具有柔软性及绝缘性的丙烯酸类胶粘剂层胶粘一体化。通过使该丙烯酸类胶粘剂层为柔软层，从而该柔软层缓和静电卡盘部及加热构件与冷却基部之间的应力和热膨胀差。
本发明的静电卡盘装置中，优选上述丙烯酸类胶粘剂层含有1体积％以上且50体积％以下的乙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯。
该静电卡盘装置中，丙烯酸类胶粘剂层含有1体积％以上且50体积％以下的乙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯，因此，在不使耐等离子体性降低的情况下赋予柔软性。另外，该丙烯酸类胶粘剂层的固化收缩与丙烯单体相比得到抑制，由此，进一步缓和静电卡盘部及加热构件与冷却基部之间的应力。
本发明的静电卡盘装置中，优选将上述丙烯酸类胶粘剂层的厚度设定为250μm以下，将设置在上述加热构件与上述冷却基部之间的垫片的杨氏模量设定为5MPa以上且5GPa以下，将该垫片与上述丙烯酸类胶粘剂层的热膨胀差设定为±200％以下。
该静电卡盘装置中，将丙烯酸类胶粘剂层的厚度设定为250μm以下，将设置在加热构件与冷却基部之间的垫片的杨氏模量设定为5MPa以上且5GPa以下，因此，该丙烯酸类胶粘剂层能够避免因丙烯酸类胶粘剂的固化收缩而导致应力向垫片集中。另外，由于将该垫片与丙烯酸类胶粘剂层的热膨胀差设定为±200％以下，因此，能够避免因反复的热应力而使垫片产生应力。
本发明的静电卡盘装置中，优选上述丙烯酸类胶粘剂层的肖氏硬度为D40以下。
该静电卡盘装置中，将丙烯酸类胶粘剂层的肖氏硬度设定为D40以下，因此，静电卡盘部及加热构件与冷却基部之间的应力及热膨胀差得到进一步缓和。
本发明的静电卡盘装置中，优选在上述静电吸附用内部电极上连接有对该静电吸附用内部电极施加电压的供电用端子，以包围该供电用端子的方式设置绝缘子，将该绝缘子与上述静电卡盘部之间的上述丙烯酸类胶粘剂层的厚度设定为50μm以上且150μm以下。
该静电卡盘装置中，以包围对静电吸附用内部电极施加电压的供电用端子的方式设置绝缘子，将该绝缘子和静电卡盘部之间的丙烯酸类胶粘剂层的厚度设定为50μm以上且150μm以下，因此，能够充分确保绝缘子和静电卡盘部之间的绝缘性。
本发明的静电卡盘装置中，优选在上述冷却基部的上述静电卡盘部侧的主面上隔着第二胶粘材料层设置有绝缘构件，将上述绝缘构件隔着上述丙烯酸类胶粘剂层与上述静电卡盘部胶粘一体化。
该静电卡盘装置中，隔着丙烯酸类胶粘剂层将绝缘构件与静电卡盘部胶粘一体化，因此，该绝缘构件能够良好地维持静电卡盘部与冷却基部之间的绝缘，从而防止绝缘破坏。由此，使静电卡盘部与冷却基部之间的耐电压性提高。
发明效果
根据本发明的静电卡盘装置，将静电卡盘部及加热构件与冷却基部隔着具有柔软性及绝缘性的丙烯酸类胶粘剂层胶粘一体化，因此，利用该丙烯酸类胶粘剂层能够缓和静电卡盘部及加热构件与冷却基部之间的应力及热膨胀差。
另外，在丙烯酸类胶粘剂层含有1体积％以上且50体积％以下的乙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯的情况下，能够提高对氟自由基的耐蚀性。该丙烯酸类胶粘剂层的柔软性优良，因此，利用该丙烯酸类胶粘剂层能够进一步缓和静电卡盘部及加热构件与冷却基部之间的应力。
另外，在将丙烯酸类胶粘剂层的厚度设定为250μm以下、将设置在加热构件与冷却基部之间的垫片的杨氏模量设定为5MPa以上且5GPa以下且将该垫片与上述丙烯酸类胶粘剂层的热膨胀差设定为±200％以下的情况下，利用该丙烯酸类胶粘剂层，能够缓和因丙烯酸类胶粘剂的固化收缩而导致应力向垫片集中，能够减轻垫片附近的空隙的产生及胶粘剂层的剥离。因此，利用该丙烯酸类胶粘剂层，能够进一步缓和静电卡盘部及加热构件与冷却基部之间的应力及热膨胀差。
另外，在将以包围对静电吸附用内部电极施加电压的供电用端子的方式设置的绝缘子与静电卡盘部之间的丙烯酸类胶粘剂层的厚度设定为50μm以上且150μm以下的情况下，能够充分确保绝缘子与静电卡盘部之间的绝缘性。
另外，在将绝缘构件隔着丙烯酸类胶粘剂层与静电卡盘部胶粘一体化的情况下，利用该绝缘构件，能够良好地维持静电卡盘部与冷却基部之间的绝缘，能够防止绝缘破坏。因此，能够提高静电卡盘部与冷却基部之间的耐电压性。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的静电卡盘装置的截面图。
具体实施方式
基于附图对用于实施本发明的静电卡盘装置的方式进行说明。此外，该方式是为了更好地理解发明的宗旨而具体说明的方式，只要没有特别指定，则不限定本发明。
图1是表示本发明的一个实施方式的静电卡盘装置的截面图，该静电卡盘装置1由圆板状的静电卡盘部2、用于将该静电卡盘部2冷却到期望温度的具有厚度的圆板状的冷却基部3、胶粘在静电卡盘部2的下表面的具有预定图案的第一胶粘材料层4、胶粘在该第一胶粘材料层4的下表面且与该第一胶粘材料层4具有相同形状的图案的加热元件(加热构件)5、隔着第二胶粘材料层6胶粘在冷却基部3的上表面的绝缘构件7、设置在加热元件5与绝缘构件7之间的垫片8以及在使静电卡盘部2的下表面的加热元件5与冷却基部3上的绝缘构件7相对的状态下将它们胶粘一体化的具有柔软性及绝缘性的丙烯酸类胶粘剂层9构成。
静电卡盘部2由上表面为用于载置半导体晶片等板状试样W的载置面即载置板11、与该载置板11一体化且支撑载置板11的支撑板12、设置在上述载置板11与支撑板12之间的静电吸附用内部电极13、设置在该静电吸附用内部电极13的周围而用于对静电吸附用内部电极13进行绝缘的绝缘材料层14以及以贯通支撑板12的方式设置且对静电吸附用内部电极13施加直流电压的供电用端子15构成。在该载置板11的载置面上形成有多个直径比板状试样的厚度小的突起部16，这些突起部16支撑板状试样W。
上述载置板11及支撑板12为圆板状，两者叠合的面的形状相同。载置板11及支撑板12由氧化铝-碳化硅(Al2O3-SiC)复合烧结体、氧化铝(Al2O3)烧结体、氮化铝(AlN)烧结体等具有机械强度且对腐蚀性气体及其等离子体具有耐久性的绝缘性的陶瓷烧结体形成。
静电吸附用内部电极13作为使电荷产生且用于利用静电吸附力固定板状试样W的静电卡盘用电极使用。静电吸附用内部电极13的形状、大小根据其用途适当调节。该静电吸附用内部电极13由氧化铝-碳化钽(Al2O3-Ta4C5)导电性复合烧结体、氧化铝-钨(Al2O3-W)导电性复合烧结体、氧化铝-碳化硅(Al2O3-SiC)导电性复合烧结体、氮化铝-钨(AlN-W)导电性复合烧结体、氮化铝-钽(AlN-Ta)导电性复合烧结体等导电性陶瓷或者钨(W)、钽(Ta)、钼(Mo)、钛(Ti)等高熔点金属形成。
该静电吸附用内部电极13的厚度没有特别限定，优选0.1μm以上且100μm以下，特别优选5μm以上且20μm以下。在厚度低于0.1μm时，面电阻过大而不能确保充分的导电性。另一方面，在厚度超过100μm时，由于该静电吸附用内部电极13与载置板11及支撑板12之间的热膨胀率差而在该静电吸附用内部电极13与载置板11及与支撑板12接合的接合界面容易产生裂纹。
这种厚度的静电吸附用内部电极13可以通过溅射法、蒸镀法等成膜法、或者丝网印刷法等涂布法容易地形成。
绝缘材料层14围绕(surround)静电吸附用内部电极13而保护静电吸附用内部电极13不受腐蚀性气体及其等离子体的损害，并且，将载置板11与支撑板12的边界部、即静电吸附用内部电极13外侧的外周部区域接合一体化。绝缘材料层14由与构成载置板11及支撑板12的材料相同组成或主成分相同的绝缘材料构成。
供电用端子15为棒状，其为了向静电吸附用内部电极13施加直流电压而设置。供电用端子15由固定在静电卡盘部2内的供电用端子15a、通过与该供电用端子15a接合一体化而电连接并且固定在冷却基部3及丙烯酸类胶粘剂层9中的供电用端子15b构成。
作为该供电用端子15的材料，只要是耐热性优良的导电性材料即可，没有特别限制。作为供电用端子15a的材料，优选热膨胀系数与静电吸附用内部电极13及支撑板12的热膨胀系数接近的材料，例如，可以优选使用与静电吸附用内部电极13相同的组成或类似的组成。具体而言，可以优选使用导电性陶瓷或者钨(W)、钽(Ta)、钼(Mo)、铌(Nb)、可伐合金等金属材料。
另一方面，作为供电用端子15b的材料，优选热膨胀系数与后述的冷却基部3及丙烯酸类胶粘剂层9的热膨胀系数接近的材料，例如，可以优选使用与冷却基部3为相同组成或类似组成的金属材料。具体而言，可以优选使用铝(Al)、铝合金、铜(Cu)、铜合金、不锈钢(SUS)、钛(Ti)等。
该供电用端子15通过绝缘子17对冷却基部3绝缘。该供电用端子15与支撑板12接合一体化，另外，载置板11与支撑板12通过静电吸附用内部电极13及绝缘材料层14接合一体化，由此构成静电卡盘部2。
静电卡盘部2的厚度、即上述载置板11、支撑板12、静电吸附用内部电极13及绝缘材料层14的合计厚度优选为0.7mm以上且3.0mm以下。在静电卡盘部2的厚度低于0.7mm时，不能确保静电卡盘部2的机械强度。另一方面，在静电卡盘部2的厚度超过3.0mm时，静电卡盘部2的热容量变得过大，结果，所载置的板状试样W的热响应性劣化，此外，由于静电卡盘部2的横向的热传递的增加，难以将板状试样W的面内温度维持为期望的温度图形。
冷却基部3设置在静电卡盘部2的下侧，通过冷却该静电卡盘部2而将载置板11的载置面控制在期望的温度，并且兼具高频产生用电极。在该冷却基部3内形成有使水或有机溶剂等冷却用介质循环的流路18，能够将载置于上述载置板11上的板状试样W的温度维持在期望的温度。
作为构成该冷却基部3的材料，只要是热传导性、导电性、加工性优良的金属、或含有这些金属的复合材料则没有特别的限制，例如，可以优选使用铝(Al)、铝合金、铜(Cu)、铜合金、不锈钢(SUS)等。优选该冷却基部3的至少曝露于等离子体中的表面实施了耐酸铝处理、或者形成有氧化铝等的绝缘膜。
第一胶粘材料层4为片状或薄膜状，具有与加热元件5相同的图案形状。作为第一胶粘材料层4的材料，只要能够将加热元件5胶粘在支撑板12的下表面即可，可以列举具有耐热性及绝缘性的胶粘性树脂，例如聚酰亚胺树脂、有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂等。
该第一胶粘材料层4的厚度优选为5μm～100μm，更优选为10μm～50μm。该第一胶粘材料层4的面内的厚度偏差优选为10μm以内。在第一胶粘材料层4的面内的厚度偏差超过10μm时，静电卡盘部2与加热元件5的面内间隔产生超过10μm的偏差。结果，从加热元件5传递到静电卡盘部2的热的面内均匀性降低，静电卡盘部2的载置面的面内温度变得不均匀。结果，板状试样W的面内温度的均匀性降低，因此不优选。
加热元件5隔着第一胶粘材料层4配设在支撑板12的下表面，具有使宽度窄的带状金属材料蛇行的图案。在该加热元件5的两端部连接有供电用端子21，该供电用端子21通过绝缘子22对冷却基部3绝缘。在该加热元件5中，通过控制施加电压，能够精度良好地控制通过静电吸附固定在载置板11的突起部16上的板状试样W的面内温度分布。
该加热元件5的厚度为0.2mm以下，优选具有0.1mm以下的一定的厚度。作为加热元件5的材料，优选为非磁性金属薄板、例如钛(Ti)薄板、钨(W)薄板、钼(Mo)薄板等。将这种材料通过光刻法蚀刻加工成期望的加热器图案，由此形成加热元件5。
加热元件5的厚度超过0.2mm时，加热元件5的图案形状反映为板状试样W的温度分布，难以将板状试样W的面内温度维持为期望的温度图形。
另外，利用非磁性金属形成加热元件5时，即使在高频气氛中使用静电卡盘装置1，加热元件也不会由于高频而发生自发热。因此，容易将板状试样W的面内温度维持在期望的一定温度或一定的温度图形，因此优选。
另外，使用一定厚度的非磁性金属薄板形成加热元件5时，加热元件5的厚度在整个加热面是一定的，另外，发热量在整个加热面也是一定的，因此，能够使静电卡盘部2的载置面的温度分布均匀化。
第二胶粘材料层6是用于在冷却基部3的上表面胶粘、固定绝缘构件7的层，与第一胶粘材料层4相同，由片状或薄膜状的具有耐热性及绝缘性的胶粘性树脂形成。作为该胶粘性树脂，可列举例如丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、有机硅树脂、环氧树脂等。特别是考虑到应用于蚀刻多晶硅薄膜的蚀刻装置时，优选丙烯酸树脂。
该第二胶粘材料层6的厚度优选为10μm～100μm，更优选为25μm～50μm。该第二胶粘材料层6的面内的厚度偏差优选为10μm以内。在第二胶粘材料层6的面内的厚度偏差超过10μm时，冷却基部3与绝缘构件7的间隔产生超过10μm的偏差。结果，冷却基部3进行的静电卡盘部2的温度控制的面内均匀性降低，静电卡盘部2的载置面的面内温度为不均匀。结果，板状试样W的面内温度的均匀性降低，因此不优选。
绝缘构件7由片状或薄膜状的具有耐热性及绝缘性的树脂形成。作为该绝缘性树脂，可以列举例如丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、有机硅树脂、环氧树脂等。特别是考虑到应用于蚀刻多晶硅薄膜的蚀刻装置时，优选丙烯酸树脂。
该绝缘构件7的面内的厚度偏差优选为10μm以内。在绝缘构件7的面内的厚度偏差超过10μm时，因厚度的大小而使温度分布产生高低差，结果，对利用绝缘构件7的厚度调节进行的温度控制带来不利影响，因此不优选。
该绝缘构件7的热导率优选为0.05W/mk以上且0.5W/mk以下，更优选为0.1W/mk以上且0.25W/mk以下。在热导率低于0.1W/mk时，从静电卡盘部2向冷却基部3的隔着绝缘部件7的热传递难以进行，冷却速度降低，因此不优选。另一方面，在热导率超过1W/mk时，从加热元件5向冷却基部3的隔着绝缘构件7的热传递增加，升温速度降低，因此不优选。
垫片8设置在加热元件5与绝缘构件7之间，将它们的间隔保持为预定的间隔。利用垫片8，可以将加热元件5与绝缘构件7的间隔、即静电卡盘部2与冷却基部3的间隔保持为预定的间隔。
该垫片8的杨氏模量优选为5MPa以上且5GPa以下，更优选为50MPa以上且3GPa以下。在垫片8的杨氏模量低于5MPa时，胶粘时负荷导致的变形增大，不能将胶粘层维持为预定的厚度，因此不优选。另一方面，当超过5GPa时，在形成丙烯酸类胶粘剂层9时，在丙烯酸类胶粘剂的固化收缩时，固化收缩时的应力集中在垫片8上，发生空隙的产生及胶粘剂层的剥离，因此不优选。
丙烯酸类胶粘剂层9为具有柔软性及绝缘性的胶粘剂层，在使静电卡盘部2及加热元件5与冷却基部3及绝缘构件7相对的状态下将它们胶粘一体化。
该丙烯酸类胶粘剂层9的厚度优选为250μm以下，更优选为200μm以下。当丙烯酸类胶粘剂层9的厚度超过250μm时，伴随丙烯酸类胶粘剂的固化收缩产生的厚度的变化变得过大，在所得到的丙烯酸类胶粘剂层9中产生起因于固化收缩的空隙，并且还有可能产生裂纹、裂缝等。结果，丙烯酸类胶粘剂层9的绝缘性有可能降低。
该丙烯酸类胶粘剂层9的肖氏硬度优选为D40以下，更优选为D25以下。丙烯酸类胶粘剂层9的肖氏硬度超过D40时，变得过硬，难以缓和静电卡盘部2与冷却基部3之间的应力。肖氏硬度的下限值优选为D5，更优选为D10。在丙烯酸类胶粘剂层9的肖氏硬度低于D5时，胶粘剂层的厚度产生偏差，载置面的面内温度分布的均匀性降低。
作为构成该丙烯酸类胶粘剂层9的丙烯酸类胶粘剂，可以列举丙烯酸及其酯、甲基丙烯酸及其酯、丙烯酰胺、丙烯腈以及它们的聚合物或共聚物。其中，特别优选使用聚丙烯酸甲酯等聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等聚甲基丙烯酸酯等。
该丙烯酸类胶粘剂优选含有1体积％以上且50体积％以下、优选10体积％以上且40体积％以下、更优选20体积％以上且30体积％以下的乙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯。通过在该丙烯酸类胶粘剂中含有1体积％以上且50体积％以下的乙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯，丙烯酸类胶粘剂对氟自由基的耐蚀性提高。另外，通过含有1体积％以上且50体积％以下的乙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯，丙烯酸类胶粘剂的柔软性提高，结果，静电卡盘部2及加热元件5与冷却基部3之间的应力得到进一步缓和。
该丙烯酸类胶粘剂层9中，静电卡盘部2与绝缘子17之间夹着的区域的厚度优选为50μm以上且150μm以下，更优选为70μm以上且120μm以下，进一步优选为80μm以上且120μm以下。在将上述区域的厚度设定为50μm以上且150μm以下时，能够充分地确保静电卡盘部2与绝缘子17之间的绝缘性。在上述区域的厚度低于50μm时，静电卡盘部2与绝缘子17之间的绝缘性不充分，因此不优选。另一方面，在厚度超过150μm时，静电卡盘部2与绝缘子17之间的绝缘性得到确保，但是，胶粘剂层的整体厚度变厚，冷却特性及胶粘剂层的外周部的因等离子体产生的损伤增加，因此不优选。
接下来，对该静电卡盘装置1的制造方法进行说明。
首先，利用氧化铝-碳化硅(Al2O3-SiC)复合烧结体制作板状的载置板11及支撑板12。该情况下，将含有碳化硅粉末及氧化铝粉末的混合粉末成形为期望形状，然后，例如在1600℃～2000℃的温度、非氧化性气氛、优选惰性气氛下煅烧预定时间，由此，能够得到载置板11及支撑板12。
接着，在支撑板12上形成多个用于嵌入保持供电用端子15a的固定孔。
接着，将供电用端子15a制作成可与支撑板12的固定孔密接固定的大小、形状。在使用导电性复合烧结体作为该供电用端子15a的情况下，作为供电用端子15a的制作方法，可以列举将导电性陶瓷粉末成形为期望形状并进行加压煅烧的方法等。作为该导电性陶瓷粉末，优选与静电吸附用内部电极13同样的材料。另外，在使用金属作为供电用端子15a的情况下，作为供电用端子15a的制作方法，可以列举将高熔点金属通过切削法、粉末冶金等金属加工法等进行成形的方法等。
接着，在嵌入有供电用端子15a的支撑板12的表面的预定区域以与供电用端子15a接触的方式涂布有机溶剂中分散有上述的导电性陶瓷粉末等导电材料的静电吸附用内部电极形成用涂布液并进行干燥，形成静电吸附用内部电极形成层。作为该涂布方法，就能够涂布成均匀的厚度方面而言，优选丝网印刷法、旋涂法等。另外，作为其他方法，有通过蒸镀法或溅射法形成上述高熔点金属的薄膜的方法、配设由上述导电性陶瓷或高熔点金属构成的薄板而形成静电吸附用内部电极形成层的方法等。
另外，为了提高绝缘性、耐腐蚀性、耐等离子体性，在支撑板12上的形成有静电吸附用内部电极形成层的区域以外的区域形成含有与载置板11及支撑板12相同组成或主成分相同的粉末材料的绝缘材料层14。该绝缘材料层14例如可以通过利用丝网印刷等在上述预定区域涂布有机溶剂中分散有与载置板11及支撑板12相同组成的绝缘材料粉末或主成分相同的绝缘材料粉末的涂布液并进行干燥而形成。
接着，在支撑板12上的静电吸附用内部电极形成层及绝缘材料层14上叠合载置板11，接着，将它们在高温、高压的条件下进行热压而使其一体化。该热压的气氛优选真空、或Ar、He、N2等惰性气氛。另外，压力优选为5～10MPa，温度优选为1600℃～1850℃。
通过该热压，静电吸附用内部电极形成层被煅烧而成为由导电性复合烧结体构成的静电吸附用内部电极13。同时，支撑板12及载置板11隔着绝缘材料层14接合一体化。另外，供电用端子15a通过高温、高压下的热压进行再煅烧，与支撑板12的固定孔密接固定。对上述接合体的上下表面、外周及气孔等进行机械加工，制成静电卡盘部2。
接着，在该静电卡盘部2的支撑板12的表面(下表面)的预定区域粘贴丙烯酸树脂等具有耐热性及绝缘性的胶粘性树脂，制成第一胶粘材料层4。作为该第一胶粘材料层4的胶粘性树脂，使用片状或薄膜状的与加热元件5具有同一图案形状的树脂。该第一胶粘材料层4也可以通过如下方法制作：在支撑板12的表面(下表面)粘贴丙烯酸树脂等具有耐热性及绝缘性的胶粘性树脂片或胶粘性树脂薄膜，在该片或薄膜上形成与加热元件5相同的图案。
接着，在该第一胶粘材料层4上粘贴例如钛(Ti)薄板、钨(W)薄板、钼(Mo)薄板等非磁性金属薄板，通过光刻法将该非磁性金属薄板蚀刻加工成期望的加热器图案，制成加热元件5。由此，得到在支撑板12的表面(下表面)上隔着第一胶粘材料层4形成有具有期望加热器图案的加热元件5的带加热元件的静电卡盘部。
接着，制作预定大小及形状的供电用端子21。该供电用端子21的材料优选与加热元件5同质的材料，供电用端子21与加热元件5进行电连接。作为连接方法，可以列举利用螺丝或焊接的方法。
另一方面，对由铝(Al)、铝合金、铜(Cu)、铜合金、不锈钢(SUS)等构成的金属材料实施机械加工，根据需要在该金属材料的内部形成使水循环的流路等。另外，在该金属材料上形成用于嵌入保持供电用端子15b及绝缘子17的固定孔和用于嵌入保持供电用端子21及绝缘子22的固定孔，制成冷却基部3。优选对该冷却基部3的至少曝露于等离子体中的表面实施耐酸铝处理、或者形成氧化铝等的绝缘膜。
接着，使用例如丙酮对冷却基部3的与静电卡盘部2接合的接合面进行脱脂、清洗，在该接合面上的预定位置粘贴丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、有机硅树脂、环氧树脂等具有耐热性及绝缘性的片状或薄膜状的胶粘性树脂，制成第二胶粘材料层6。
接着，在该第二胶粘材料层6上粘贴丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、有机硅树脂、环氧树脂等具有绝缘性及耐电压性的树脂，制成绝缘构件7。作为该绝缘构件7的树脂，使用片状或薄膜状且具有与第二胶粘材料层6相同的平面形状的树脂。
接着，在层叠有第二胶粘材料层6及绝缘构件7的冷却基部3上的预定区域涂布丙烯酸类胶粘剂。该丙烯酸类胶粘剂例如通过在聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸树脂中添加1体积％以上且50体积％以下的乙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯而得到。该丙烯酸类胶粘剂的涂布量设定在预定量的范围内，以使静电卡盘部2与冷却基部3能够在利用垫片8等保持一定间隔的状态下接合一体化。
作为该丙烯酸类胶粘剂的涂布方法，除了使用刮刀等手动涂布之外，还可以列举刮棒式涂布法、丝网印刷法等，但是，由于需要精度良好地形成在冷却基部3上的预定区域，因此，优选丝网印刷法。
涂布后，将静电卡盘部2与冷却基部3隔着丙烯酸类胶粘剂叠合。此时，将供电用端子15b及绝缘子17、供电用端子21及绝缘子22以插入的方式嵌入贯穿于冷却基部3中的供电用端子收容孔(省略图示)。
接着，将静电卡盘部2下表面的加热元件5与冷却基部3上表面的绝缘构件7的间隔减小至垫片8的厚度，并将挤出的多余的丙烯酸类胶粘剂除去。
如上所述，将静电卡盘部2及加热元件5与冷却基部3及绝缘构件7隔着丙烯酸类胶粘剂层9接合一体化，得到本实施方式的静电卡盘装置1。
这样得到的静电卡盘装置1中，将静电卡盘部2及加热元件5与冷却基部3及绝缘构件7隔着具有柔软性及绝缘性的丙烯酸类胶粘剂层9胶粘一体化，因此，利用该丙烯酸类胶粘剂层9，能够缓和静电卡盘部2与冷却基部3之间的应力及热膨胀差。
另外，丙烯酸类胶粘剂层9含有1体积％以上且50体积％以下的乙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯，因此，能够提高对氟自由基的耐蚀性。由于该丙烯酸类胶粘剂层9的柔软性优良，因此，利用该丙烯酸类胶粘剂层9，能够进一步缓和静电卡盘部2及加热元件5与冷却基部3及绝缘构件7之间的应力。
实施例
以下，通过实施例及比较例对本发明进行具体说明，但是，本发明不受这些实施例的限定。
{实施例}
(静电卡盘装置的制作)
通过公知的方法，制作内部埋设有厚度15μm的静电吸附用内部电极13的静电卡盘部2。该静电卡盘部2的载置板11为含有8质量％的碳化硅的氧化铝-碳化硅复合烧结体，为直径320mm、厚度4mm的圆板状。
另外，支撑板12也与载置板11同样地为含有8质量％的碳化硅的氧化铝-碳化硅复合烧结体，为直径320mm、厚度4mm的圆板状。通过将上述载置板11及支撑板12接合一体化，使静电卡盘部2的整体的厚度为8mm。
对该接合体实施机械加工，制成直径298mm、厚度4mm后，通过形成高度40μm的多个突起部16而使该载置板11的静电吸附面成为凹凸面。另外，将这些突起部16的顶面作为板状试样W的保持面，以使形成在凹部与静电吸附的板状试样W之间的槽中能够流过冷却气体。
另一方面，通过机械加工制作直径350mm、高度30mm的铝制的冷却基部3。在该冷却基部3的内部形成有使制冷剂循环的流路18。另外，利用聚酰亚胺片制作宽度2mm、长度2μm、高度75μm的方形垫片。
接着，使用丙酮对该静电卡盘部2的支撑板12的表面(下表面)进行脱脂、清洗，在该表面的预定区域粘贴由厚度25μm的丙烯酸树脂构成的片胶粘剂，制成第一胶粘材料层4。
接着，在该第一胶粘材料层4上载置厚度100μm的钛(Ti)薄板。接着，在真空中、150℃下进行加压保持，将静电卡盘部2与钛(Ti)薄板胶粘固定。
接着，通过光刻法将钛(Ti)薄板蚀刻加工成预定的加热器图案，制成加热元件5。另外，使用焊接法在该加热元件5上竖立设置钛制的供电用端子21，在静电卡盘部2的固定孔中嵌入固定供电用端子15a。由此，得到带加热元件的静电卡盘部。
接着，使用丙酮对冷却基部3的与静电卡盘部2接合的接合面进行脱脂、清洗，在该接合面上的预定位置粘贴由厚度50μm的丙烯酸树脂构成的片胶粘剂作为第二胶粘材料层6，接着，在该片胶粘剂上粘贴厚度50μm的聚酰亚胺薄膜作为绝缘构件7。
接着，在层叠有片胶粘剂及聚酰亚胺薄膜的冷却基部3上，通过丝网印刷法涂布丙烯酸类胶粘剂，接着，隔着丙烯酸类胶粘剂叠合静电卡盘部2和冷却基部3。
接着，在使静电卡盘部2下表面的加热元件5与冷却基部3上表面的绝缘构件7的间隔减小至垫片8的厚度后，在110℃下保持5小时。然后，使丙烯酸类胶粘剂固化而使静电卡盘部2与冷却基部3接合，进而使用导电性硅胶粘剂将钛制的供电用端子15b胶粘固定到供电用端子15a上，制作实施例的静电卡盘装置。此外，丙烯酸类胶粘剂层9的肖氏硬度为D20。
(评价)
将该静电卡盘装置装配到真空腔室中，在利用氟利昂类制冷剂将冷却基部恒定保持于20℃的状态下，在载置面上配置硅晶片。然后，在对供电用端子15施加2500V的直流电压的状态下，利用加热元件5对硅晶片间断性地进行加热。通过这种工艺，使硅晶片的表面温度在100℃与20℃之间反复，实施上述反复加热试验合计1000次。
结果，在反复加热1000次后，通过使用超声波探伤装置进行观察，确认到胶粘剂层没有发生剥离等。另外，利用三维测定得到的加热前后的平面度变化为3μm，在供电用端子15与冷却基部之间具有4000V以上的耐电压。
{比较例}
(静电卡盘装置的制作)
除了将静电卡盘部2和冷却基部3隔着D50的丙烯酸类胶粘剂叠合之外，依照实施例制作比较例的静电卡盘装置。
(评价)
将该静电卡盘装置装配到真空腔室中，在利用氟利昂类制冷剂将冷却基部恒定保持于20℃的状态下，在载置面上配置硅晶片。然后，在对供电用端子15施加2500V的直流电压的状态下，利用加热元件5对硅晶片间断性地进行加热。通过这种工艺，使硅晶片的表面温度在100℃与20℃之间反复，实施上述反复加热试验合计1000次。
结果，在第120次降温时，在供电用端子15与冷却基部3之间产生放电，电源由于涡电流而断开。该试验后，通过使用超声波探伤装置进行观察，确认到丙烯酸胶粘剂层的剥离。
标号说明
1静电卡盘装置
2静电卡盘部
3冷却基部
4第一胶粘材料层
5加热元件
6第二胶粘材料层
7绝缘构件
8垫片
9丙烯酸类胶粘剂层
11载置板
12支撑板
13静电吸附用内部电极
14绝缘材料层
15、15a、15b供电用端子
16突起部
17绝缘子
21供电用端子
22绝缘子
W板状试样

Claims (5)

1.一种静电卡盘装置，
其具备：
具有作为用于载置板状试样的载置面的一个主面并且内置有静电吸附用内部电极的静电卡盘部；和
用于冷却所述静电卡盘部的冷却基部，
在所述静电卡盘部的所述载置面的相反侧的主面上隔着第一胶粘材料层胶粘有加热构件，
所述静电卡盘部及所述加热构件与所述冷却基部隔着具有柔软性及绝缘性的丙烯酸类胶粘剂层胶粘一体化，
将所述丙烯酸类胶粘剂层的厚度设定为250μm以下，将设置在所述加热构件与所述冷却基部之间的垫片的杨氏模量设定为5MPa以上且5GPa以下，将该垫片与所述丙烯酸类胶粘剂层的热膨胀差设定为±200％以下。
2.如权利要求1所述的静电卡盘装置，其中，所述丙烯酸类胶粘剂层含有1体积％以上且50体积％以下的乙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯。
3.如权利要求1所述的静电卡盘装置，其中，所述丙烯酸类胶粘剂层的肖氏硬度为D40以下。
4.如权利要求1所述的静电卡盘装置，其中，在所述静电吸附用内部电极上连接有对该静电吸附用内部电极施加电压的供电用端子，以包围该供电用端子的方式设置绝缘子，将该绝缘子与所述静电卡盘部之间的所述丙烯酸类胶粘剂层的厚度设定为50μm以上且150μm以下。
5.如权利要求1～4中任一项所述的静电卡盘装置，其特征在于，
在所述冷却基部的所述静电卡盘部侧的主面上隔着第二胶粘材料层设置有绝缘构件，
将所述绝缘构件隔着所述丙烯酸类胶粘剂层与所述静电卡盘部及所述加热构件胶粘一体化。
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