JP2003060020A - Electrostatic chuck apparatus - Google Patents

Electrostatic chuck apparatus

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JP2003060020A
JP2003060020A JP2002003598A JP2002003598A JP2003060020A JP 2003060020 A JP2003060020 A JP 2003060020A JP 2002003598 A JP2002003598 A JP 2002003598A JP 2002003598 A JP2002003598 A JP 2002003598A JP 2003060020 A JP2003060020 A JP 2003060020A
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Japan
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insulating layer
electrostatic chuck
gel
layer
chuck device
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JP2002003598A
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Japanese (ja)
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Teruyuki Matsuki
照幸 松木
Mikihide Sugihara
幹英 杉原
Kanichi Kadotani
▲皖▼一 門谷
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic chuck apparatus in which a contact thermal resistance between the back of a substrate and an electrostatic chuck is reduced, in which the temperature on the surface of the substrate can be controlled with high accuracy and whose plasma resistance and durability and high. SOLUTION: As an insulating layer on the electrostatic chuck 10, an insulating viscous fluid or a low-hardness gel-like substance is used at least for a first electrical insulating layer 13. Since the holding face of the layer 13 composed of the viscous fluid or the gel-like substance is deformed by following the shape of the back of the substrate 14, it adheres uniformly nearly on the whole face. The exposed face of the layer 13 may be covered with a second corrosion-resistant electrical insulating layer, and a third electrical insulating layer composed of a highly insulating layer may be arranged between the layer 13 and a metal insulating-layer support plate 11. An electrode 12 can be embedded at the inside of the layer 13, and it can be fixed and bonded to the rear surface of the second insulating layer or to the surface of the third insulating layer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は基板表面の温度制御
が可能で優れた伝熱性能と耐久性を有すると共に、被加
工体に対する高密着性を有する静電チャックに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic chuck capable of controlling the temperature of a substrate surface, having excellent heat transfer performance and durability, and having high adhesion to a workpiece.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体製造工程における各種の成
膜工程、ドライエッチング工程、イオン注入工程におい
ては半導体基板を保持するために静電チャックが用いら
れている。この静電チャックは、電気絶縁層の内部に電
極を埋設して、その絶縁層上面を基板の保持面とし、こ
の保持面と基板との間に直流電圧を印可することによ
り、誘電分極によるクーロン力や微少な漏れ電流による
ジョンソン・ラーベック力と呼ばれる吸着力を発生させ
て基板を保持面に吸着保持させている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an electrostatic chuck is used to hold a semiconductor substrate in various film forming steps, dry etching steps, and ion implantation steps in a semiconductor manufacturing process. In this electrostatic chuck, electrodes are embedded in an electrically insulating layer, the upper surface of the insulating layer is used as a holding surface of a substrate, and a DC voltage is applied between the holding surface and the substrate, whereby coulomb due to dielectric polarization is applied. The attraction force called Johnson-Rahbek force is generated by the force and minute leakage current, and the substrate is attracted and held on the holding surface.

【0003】これらの静電チャックの電気絶縁層として
は、例えば特開平7−106300号公報、特開平9−
298233号公報、特開2000−113850号公
報、特開2000−286332号公報などにも記載さ
れているように、アルミナ等のセラミックスやポリイミ
ド、シリコーンゴム等の高分子材料を使うことが提案さ
れ、一部は実用化されている。
The electrically insulating layer of these electrostatic chucks is disclosed in, for example, JP-A-7-106300 and JP-A-9-.
As described in JP-A-298233, JP-A-2000-113850, JP-A-2000-286332, etc., it is proposed to use a ceramic material such as alumina or a polymer material such as polyimide or silicone rubber, Some have been put to practical use.

【0004】前記特開平7−106300号公報によれ
ば、電気絶縁層の耐プラズマ性を向上させるために、高
分子有機膜から構成される電気絶縁層の露出表面を弗素
樹脂にて被覆している。また特開2000−11385
0号公報によれば、電気絶縁層に各種のセラミックスや
ガラスが使われ、その露出表面にプラズマなどに対する
耐性を有し、耐熱性、耐薬品性、耐老化性に優れたPF
TE、メチルフェニルビニル、フロロシリコーンなどの
シリコーン樹脂を浸食防止絶縁膜として被覆している。
特開2000−286332号公報には、電気絶縁層に
ポリイミド樹脂フィルムを使い、その表面をフッ素樹脂
からなる保護膜により被覆し、ポリイミト樹脂フィルム
に対するエッチングによる腐食を防止している。
According to the above-mentioned JP-A-7-106300, in order to improve the plasma resistance of the electric insulating layer, the exposed surface of the electric insulating layer made of a polymer organic film is coated with a fluororesin. There is. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-11385
According to Japanese Unexamined Patent Publication No. 0, various kinds of ceramics and glass are used for the electric insulating layer, and the exposed surface thereof has resistance to plasma and the like, and is excellent in heat resistance, chemical resistance, and aging resistance.
A silicone resin such as TE, methylphenyl vinyl, or fluorosilicone is coated as an erosion-preventing insulating film.
In Japanese Patent Laid-Open No. 2000-286332, a polyimide resin film is used for the electric insulation layer, and the surface thereof is covered with a protective film made of a fluororesin to prevent the corrosion of the polyimide resin film due to etching.

【0005】また、上記特開平9−298233号公報
には、金属支持板上の熱伝導性シリコーンゴムからなる
第1絶縁層上に電極を配し、この電極上に硬さが85以
下であり、表面粗さが5μm以下である熱伝導性シリコ
ーンゴムからなる第2絶縁層を形成して放熱性を確保
し、基板との密着性を向上させて接触熱抵抗を低く抑
え、基板の温度を精度よく均一に且つ一定にする静電チ
ャックが開示されている。
Further, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-298233, an electrode is arranged on a first insulating layer made of a heat conductive silicone rubber on a metal supporting plate, and the hardness is 85 or less on this electrode. , A second insulating layer made of a heat conductive silicone rubber having a surface roughness of 5 μm or less is formed to secure heat dissipation, improve the adhesion to the substrate, suppress the contact thermal resistance to a low level, and reduce the temperature of the substrate. An electrostatic chuck that accurately and uniformly and uniformly is disclosed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、電気絶縁層
として用いられるセラミックスが熱伝導率、耐プラズマ
性に優れることから、セラミックス製の静電チャックは
エッチング装置やCVD装置などに広く使用されている
が、その材質は硬すぎて基板(半導体ウェハ)となじみ
にくいため、静電チャック時に基板と静電チャックとは
実際には殆ど接触していない状態となり、その伝熱性能
が非常に乏しいものとなっていた。
By the way, since the ceramic used as the electric insulating layer has excellent thermal conductivity and plasma resistance, the electrostatic chuck made of ceramics is widely used in etching equipment, CVD equipment and the like. However, since the material is too hard to fit in the substrate (semiconductor wafer), the substrate and the electrostatic chuck are practically not in contact with each other during the electrostatic chuck, and the heat transfer performance is very poor. Was becoming.

【0007】一方、 ポリイミド製の静電チャックは安
価に製造できるため、エッチング装置にも多く使用され
ているが、硬く、熱伝導率に乏しいことから、セラミッ
クスと同様にその伝熱性能に乏しく、また耐プラズマ性
も十分でないため耐久性にも問題があった。
On the other hand, since an electrostatic chuck made of polyimide can be manufactured at low cost, it is often used in an etching apparatus, but since it is hard and has poor thermal conductivity, it has poor heat transfer performance like ceramics. Further, the plasma resistance is not sufficient, so that there is a problem in durability.

【0008】そこで、これらの静電チャックを減圧下で
使用する際に、基板と静電チャックの支持板であるサセ
プタとの間の熱伝達を促進させるため、基板と静電チャ
ックの間にヘリウムガスなどの不活性ガスを供給し伝熱
性能を向上させていることも多い。しかしながら、不活
性ガスを供給するために装置全体が複雑化し、また不活
性ガスのリークによるプロセスへの影響なども懸念され
ている。
Therefore, when these electrostatic chucks are used under reduced pressure, in order to promote heat transfer between the substrate and the susceptor which is a support plate of the electrostatic chuck, helium is provided between the substrate and the electrostatic chuck. In many cases, an inert gas such as gas is supplied to improve heat transfer performance. However, supplying the inert gas complicates the entire apparatus, and there is concern that the leak of the inert gas may affect the process.

【0009】一方、上記特開平9−298233号公報
のようにシリコーンゴムなどを使った静電チャックは、
セラミックスやポリイミドを使った静電チャックに比べ
ると接触熱抵抗を低減させることができることから、伝
熱性能には優れているものの、耐プラズマ性、耐久性に
乏しく、実際にはエッチング装置での使用が困難である
ため、イオン注入装置など一部の用途に限られていた。
On the other hand, an electrostatic chuck using silicone rubber or the like as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-298233 mentioned above,
Compared to an electrostatic chuck that uses ceramics or polyimide, it can reduce contact thermal resistance, so it has excellent heat transfer performance, but it is poor in plasma resistance and durability, and is actually used in etching equipment. Since it is difficult to do so, it was limited to some applications such as an ion implantation device.

【0010】また、特開2000−113850号公報
では、シリコーンゴム製の静電チャックの上面にダイヤ
モンド状カーボン(DLC)、フッ素樹脂、ポリイミド
などをコーティングすることも提案されている。しかる
に、これらのコーティングはウエハに対する離脱性にの
み着目したものであって、シリコーンゴムからなる電気
絶縁層の周側面は相変わらず外部に露出しており、それ
らの材質からも耐プラズマ性については何ら考慮されて
いないものである。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-113850 proposes coating the upper surface of an electrostatic chuck made of silicone rubber with diamond-like carbon (DLC), fluororesin, polyimide or the like. However, these coatings focus only on the releasability from the wafer, and the peripheral side surface of the electrical insulating layer made of silicone rubber is still exposed to the outside, and the plasma resistance is not taken into consideration from these materials. It has not been done.

【0011】更に、シリコーンゴム製の静電チャックに
対して、耐プラズマ性を向上させるために、その表面に
ダイヤモンド状カーボン(DLC)やフッ素樹脂、ポリ
イミドなどの硬度が高い材質をコーティングすると、通
常のシリコーンゴム程度の硬さになると接触熱抵抗が増
加してしまい、伝熱性能を期待通りに向上させることが
できなくなる。その結果、プラズマに耐え得るに十分な
厚みを持ったコーティングをすることは不可能となり、
現実にはエッチング装置に使うことは不可能となる。
Further, when a silicone rubber electrostatic chuck is coated with a material having high hardness such as diamond-like carbon (DLC), fluororesin, or polyimide to improve plasma resistance, it is usually When the hardness is about the same as the silicone rubber, the contact heat resistance increases, and the heat transfer performance cannot be improved as expected. As a result, it becomes impossible to coat with a sufficient thickness to withstand plasma,
In reality, it cannot be used for etching equipment.

【0012】本発明は、上述のような課題を解消すべく
なされたものであり、その第1の目的は電気絶縁層に基
板となじみやすい材質を使い基板との間の接触熱抵抗を
下げて伝熱性能を向上させた静電チャックを提供するこ
とにあり、更に第2の目的は耐蝕性にも優れた静電チャ
ックを提供することにある。他の目的は、以下の説明に
より明らかにされる。
The present invention has been made to solve the above problems, and a first object of the present invention is to use a material that is easily compatible with the substrate for the electric insulating layer to reduce the contact thermal resistance between the substrate and the substrate. It is to provide an electrostatic chuck having improved heat transfer performance, and a second object thereof is to provide an electrostatic chuck excellent in corrosion resistance. Other objects will be made clear by the following description.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記第1の
目的は、請求項1に係る発明の構成を備えていることに
より達成される。すなわち、請求項1に係る発明は、金
属製支持板上に固着された電気絶縁層の内部に電極が配
され、その絶縁層の上面を基板の保持面として静電気に
より吸着保持する静電チャック装置にあって、前記電極
を覆う電気絶縁層の少なくとも一部が粘性流体又は低硬
度のゲル状物質からなること特徴とする静電チャック装
置にある。
The first object is achieved by having the constitution of the invention according to claim 1. That is, the invention according to claim 1 is an electrostatic chuck device in which an electrode is arranged inside an electrically insulating layer fixed on a metal support plate, and the upper surface of the insulating layer is attracted and held by static electricity as a substrate holding surface. The electrostatic chuck device is characterized in that at least a part of the electric insulating layer covering the electrode is made of a viscous fluid or a gel material having a low hardness.

【0014】前記電気絶縁層の一部に粘性流体又は低硬
度のゲル状物質を採用することにより、粘性流体又は低
硬度のゲル状物質の相手方形状に倣って変形する物性を
利用して、静電チャックの基板保持面を基板の裏面に対
して均一に密着させることが可能となり、例えばエッチ
ング処理時の真空環境下にあっても、その接触界面に真
空層を実質的に排除することができるようになり、その
接触熱抵抗を減少させ、高い熱伝導性を確保する。
By adopting a viscous fluid or a gel material having a low hardness as a part of the electric insulating layer, it is possible to utilize the physical properties of the viscous fluid or a gel material having a low hardness in accordance with the shape of the other side, and The substrate holding surface of the electric chuck can be brought into close contact with the back surface of the substrate evenly, and the vacuum layer can be substantially eliminated at the contact interface even in a vacuum environment during etching processing, for example. It reduces the contact thermal resistance and ensures high thermal conductivity.

【0015】ここで、粘性流体としては、例えば熱伝導
率が1以上の各種のグリース、シリコンオイルなどを挙
げることができ、ゲル状物質としては、特に高分子材料
であることが好ましく、その材質としては、例えばシリ
コーンゲル、ポリウレタンゲル、エポキシゲルなどを挙
げることができる。ゲル状高分子材料のゲル化は、多官
能基を含むモノマーの縮合反応や高分子溶質が架橋剤や
イオン結合などの分子間反応、溶質間の水素結合や疎水
結合によって架橋点を形成するときに生じる。
Here, examples of the viscous fluid include various greases having a thermal conductivity of 1 or more, silicone oil, and the like, and the gel substance is preferably a polymer material. Examples thereof include silicone gel, polyurethane gel, epoxy gel and the like. Gelation of gel-like polymer materials occurs when condensation reactions of monomers containing polyfunctional groups, polymer solutes form intermolecular reactions such as cross-linking agents or ionic bonds, and hydrogen bonds or hydrophobic bonds between solutes form cross-linking points. Occurs in

【0016】上記ゲル状高分子材料のうちにあって、特
に、以下に示すような優れた特徴を持つことからシリコ
ーンゲルがもっとも好ましい。シリコーンゲルの基本構
造はジメチルシロキサンポリマーを化学結合によって相
互架橋させて、シリコーンゴムとシリコーンオイルの中
間的な性質を持たせたものであり、ゴムよりもはるかに
柔らかく保形性のある材料である。
Among the above gel-like polymer materials, silicone gel is most preferable because it has the following excellent characteristics. The basic structure of silicone gel is a material that has a property intermediate between silicone rubber and silicone oil by cross-linking dimethyl siloxane polymers by chemical bonds, and is a material that is much softer and more shape-retaining than rubber. .

【0017】その架橋密度は通常のシリコーンゴムの1
/3〜1/10に制御されている。また、一般のヒドロ
ゲルのような水分子と極性基間の水素結合がないこと、
ポリマー骨格が熱的に安定であるため、ゲル状態を広い
温度範囲で維持することができる。更に、このシリコー
ンゲルは、各物性の温度依存性が小さく、耐熱性があ
り、機械的強度が比較的高く、粘弾性特性の調整が
可能であって成形が容易であり、電気特性・耐候性に
優れるなどの特徴を持っている。
The crosslink density is 1 of that of ordinary silicone rubber.
It is controlled to / 3 to 1/10. In addition, there is no hydrogen bond between water molecule and polar group like general hydrogel,
Since the polymer skeleton is thermally stable, the gel state can be maintained in a wide temperature range. Furthermore, this silicone gel has low temperature dependence of physical properties, heat resistance, relatively high mechanical strength, adjustable viscoelasticity, easy molding, and electrical and weather resistance. It has features such as excellent.

【0018】本発明で使用される低硬度ゲル状高分子材
料は、接触熱抵抗を低減できるように、低硬度、低弾性
率である必要があり、JIS K6301の硬さが10
以下、JIS K2207の針入度は5以上であり、特
に50〜200であることが好ましい。
The low-hardness gel polymer material used in the present invention needs to have low hardness and low elastic modulus so that the contact thermal resistance can be reduced, and the JIS K6301 hardness is 10
Hereinafter, the penetration of JIS K2207 is 5 or more, and particularly preferably 50 to 200.

【0019】また、前記ゲル状高分子材料の肉厚が薄す
ぎると、機械的強度、絶縁破壊電圧が低下してしまい、
また接触熱抵抗の低減に必ずしも有効ではない。一方、
その肉厚が厚すぎると、その分の熱抵抗が増加してしま
う。実験によれば、ゲル状高分子材料はある肉厚のとき
最適値をとることを知った。その厚みは0.1〜2mm
であることが好ましい。特に、静電チャックとして使用
する場合、その吸着力は誘電層の厚さの二乗に反比例す
ることから1mm以下であることが好ましい。
If the gel-like polymer material is too thin, the mechanical strength and the dielectric breakdown voltage will decrease.
Further, it is not necessarily effective in reducing the contact thermal resistance. on the other hand,
If the wall thickness is too thick, the heat resistance will increase accordingly. Experiments have shown that the gel-like polymer material has an optimum value at a certain wall thickness. Its thickness is 0.1-2 mm
Is preferred. In particular, when used as an electrostatic chuck, its attractive force is inversely proportional to the square of the thickness of the dielectric layer, so that it is preferably 1 mm or less.

【0020】請求項2に係る発明は、前記電気絶縁層の
全てが低硬度のゲル状物質から構成される場合を規定し
ている。上述のごとく、ゲル状物質単独の電気絶縁層を
備えた静電チャックは電気絶縁層が保形性を有するとと
もに極めて柔軟であるため、基板を載置して保持する
と、既述したとおり、電気絶縁層の保持面は基板の裏面
の凹凸に倣って変形し、ほぼ全面で密着するため、基板
と吸着面との接触熱抵抗が低く抑えられる。その結果、
特に冷却効率を向上させることができることから、高効
率、高精度な基板の温度制御が可能となり、基板温度の
低温化、冷却装置の省エネ化にも対応できるものであ
る。
The invention according to claim 2 defines a case where all of the electric insulating layer is made of a gel material having a low hardness. As described above, the electrostatic chuck provided with the electric insulating layer of the gel-like substance alone has a shape-retaining property and is extremely flexible. The holding surface of the insulating layer is deformed according to the irregularities on the back surface of the substrate and adheres almost over the entire surface, so that the contact thermal resistance between the substrate and the adsorption surface can be suppressed low. as a result,
In particular, since the cooling efficiency can be improved, it becomes possible to control the temperature of the substrate with high efficiency and high accuracy, and it is possible to cope with the lowering of the substrate temperature and the energy saving of the cooling device.

【0021】更に、本静電チャックは、上述のごとく、
接触熱抵抗を極めて低く抑えることができるため、真空
中においても伝熱性能に優れ、従来から使われている伝
熱促進用の冷却ガス等が不要になる。また、ゲル状物質
は熱伝導性フィラーの添加により高い熱伝導性を付与す
ることが可能である。ゲル状物質に添加する熱伝導性フ
ィラーとしては、アルミナ、窒化アルミ、窒化ホウ素、
窒化珪素などがある。
Further, the electrostatic chuck of the present invention is, as described above,
Since the contact heat resistance can be suppressed to be extremely low, the heat transfer performance is excellent even in a vacuum, and the conventionally used cooling gas for promoting heat transfer or the like becomes unnecessary. Further, the gel-like substance can be imparted with high heat conductivity by adding a heat conductive filler. As the heat conductive filler added to the gel substance, alumina, aluminum nitride, boron nitride,
There is silicon nitride and the like.

【0022】その熱伝導率は1W/m・K以上であるこ
とが好ましく、シリコーンゲルのシート成形品としては
株式会社ジェルテック製:λゲル(熱伝導率6.5W/
m・K)などがある。一方、上記電極材料としては、
銅、アルミニウム、ニッケル、銀、タングステンなどの
金属系の導電体、窒化チタンなどのセラミックスを挙げ
ることができる。
The thermal conductivity thereof is preferably 1 W / mK or more. As a silicone gel sheet molded article, λ gel (thermal conductivity 6.5 W /
m ・ K) etc. On the other hand, as the electrode material,
Examples thereof include metal-based conductors such as copper, aluminum, nickel, silver and tungsten, and ceramics such as titanium nitride.

【0023】請求項3に係る発明は、上記請求項1の静
電チャックにあって、その電気絶縁層が少なくとも二層
から構成され、その内層の少なくとも一層が前記粘性流
体又は低硬度のゲル状物質層から構成され、その外表面
が少なくとも耐蝕性ある第2絶縁層により被覆されてな
る静電チャック装置にある。
According to a third aspect of the present invention, in the electrostatic chuck according to the first aspect, the electrically insulating layer is composed of at least two layers, and at least one of the inner layers is the viscous fluid or a gel of low hardness. The electrostatic chuck device is composed of a material layer, and the outer surface thereof is covered with at least a second insulating layer having corrosion resistance.

【0024】本発明で使用できる第2絶縁層としては、
例えばポリイミド樹脂もしくはフッ素樹脂などを挙げる
ことができる。ポリイミド樹脂としては、縮合反応型で
非熱可塑性の全芳香族ポリイミド(PI)はもちろんの
こと、熱可塑性ポリイミド、また付加反応型の熱硬化性
ポリイミドであるポリエーテルイミド(PEI)、ポリ
アミドイミド(PAI)なども含まれる。フッ素樹脂と
しては、PTFE、PFA、ETFE、FEPなどが挙
げられ、特に化学的に安定なPTFEやPFAが好まし
い。
The second insulating layer usable in the present invention includes:
For example, a polyimide resin or a fluororesin can be used. As the polyimide resin, not only condensation reaction type non-thermoplastic wholly aromatic polyimide (PI) but also thermoplastic polyimide, addition reaction type thermosetting polyimide polyether imide (PEI), polyamide imide ( PAI) etc. are also included. Examples of the fluororesin include PTFE, PFA, ETFE and FEP, and particularly chemically stable PTFE and PFA are preferable.

【0025】また、ゲル状物質からなる電気絶縁層を、
PFAで被覆したのちに、更にその表面をPTFEで被
覆し、或いはゲル状物質からなる電気絶縁層をPTFE
で被覆し、更にその表面をポリイミド樹脂で被覆するよ
うな三層構造とするなど、最外層に耐蝕性絶縁層がくる
ように自由に組み合わせた多層構造を採用することもで
きる。
In addition, an electrical insulating layer made of a gel-like substance,
After coating with PFA, the surface is further coated with PTFE, or an electrically insulating layer made of a gel-like substance is coated with PTFE.
It is also possible to employ a multi-layer structure in which the outermost layer is covered with a corrosion-resistant insulating layer, such as a three-layer structure in which the surface is covered with a polyimide resin.

【0026】第2絶縁層の膜厚は接触熱抵抗の点から薄
いほうが好ましいが、薄すぎると保護膜としての役割を
十分に果たすことができなくなり、機械的強度も低下す
る。特に、本発明の静電チャックのように第1絶縁層に
低硬度のゲル状高分子材料を用いた場合、保護膜の膜厚
が10μm以下であると強度が実用に耐えられず、同時
に耐蝕性も十分でなくなる。また、その膜厚が50μm
を越えると保護膜の硬度が高くなり、ゲル状物質からな
る電気絶縁層が期待通りの変形を伴わず、第2絶縁層と
基板との間の接触熱抵抗が高くなって、期待通りの伝熱
性能が得られない。
The thickness of the second insulating layer is preferably thin from the viewpoint of contact thermal resistance, but if it is too thin, it cannot fully serve as a protective film and the mechanical strength is lowered. In particular, when a low hardness gel polymer material is used for the first insulating layer as in the electrostatic chuck of the present invention, if the thickness of the protective film is 10 μm or less, the strength cannot be practically used and at the same time the corrosion resistance is low. The sex is not enough. The film thickness is 50 μm
If the temperature exceeds the range, the hardness of the protective film increases, the electrical insulating layer made of a gel-like substance does not undergo the expected deformation, and the contact thermal resistance between the second insulating layer and the substrate increases, resulting in the expected transmission. Thermal performance cannot be obtained.

【0027】このように、ゲル状物質からなる電気絶縁
層の硬度及び弾性と、その絶縁層に被覆される耐蝕性あ
る第2絶縁層の膜厚を適正化することにより、高い伝熱
性能が得られると同時に、基板の冷却特性を損なうこと
なく耐久性を向上させることができる。
As described above, by optimizing the hardness and elasticity of the electrical insulating layer made of a gel material and the thickness of the corrosion-resistant second insulating layer coated on the insulating layer, high heat transfer performance can be obtained. At the same time, the durability can be improved without impairing the cooling characteristics of the substrate.

【0028】請求項4に係る発明は、同じく上記請求項
1の静電チャックにおいて、その電気絶縁層が少なくと
も三層から構成され、その内層の少なくとも一層が粘性
流体層又は低硬度のゲル状物質層から構成され、それら
の電気絶縁層の上記金属製支持板の少なくとも上面に高
絶縁性を有する第3の電気絶縁層が更に配されてなる請
求項3記載の静電チャック装置にある。
According to a fourth aspect of the present invention, in the electrostatic chuck of the first aspect, the electric insulating layer is composed of at least three layers, and at least one of the inner layers is a viscous fluid layer or a gel material having a low hardness. 4. The electrostatic chuck device according to claim 3, wherein the electrostatic chuck device is formed of layers, and a third electrically insulating layer having a high insulating property is further disposed on at least an upper surface of the metal supporting plate of the electrically insulating layers.

【0029】一般に、粘性流体層はその絶縁性を高める
ことは可能であるが、流動性があるため、どうしても密
封層の内部に封入する必要がある。一方、ゲル状物質、
特にゲル状高分子材料の場合には、所要の熱伝導率を得
ることができ、例えば上記請求項2のごとく、静電チャ
ックの電気絶縁層として単独で使用することも可能では
あるが、通常の絶縁性物質と比較すると電気絶縁性に劣
る。
Generally, the viscous fluid layer can enhance its insulating property, but since it has fluidity, it must be enclosed in the sealing layer. On the other hand, gel material,
In particular, in the case of a gel-like polymer material, it is possible to obtain a required thermal conductivity, and it is possible to use the gel-like polymer material alone as an electric insulating layer of an electrostatic chuck as described in claim 2 above. It is inferior in electric insulation property compared with the insulating material.

【0030】そこで、本発明では、静電チャックの上記
金属製支持板の上面に直接絶縁性の高い第3の電気絶縁
層を配すると共に、その絶縁層と該表面に配される耐食
性の第2絶縁層とにより、上記粘性流体層又はゲル状物
質層を封入している。これにより、粘性流体層の保形性
が保障され、或いはゲル状物質のもつ絶縁性に乏しい部
分を支持板上に直接配された絶縁層により補うことが可
能となる。この支持板上に配される高絶縁層としては、
上記耐食性絶縁層と同様に、例えば各種のポリイミド系
樹脂、フッ素系樹脂が使われる。
Therefore, according to the present invention, a third electrically insulating layer having a high insulating property is provided directly on the upper surface of the metal supporting plate of the electrostatic chuck, and the insulating layer and the corrosion-resistant first electrically insulating layer are provided on the surface. The two insulating layers enclose the viscous fluid layer or the gel-like substance layer. As a result, the shape-retaining property of the viscous fluid layer can be ensured, or the portion of the gel-like substance having poor insulation properties can be supplemented by the insulating layer directly arranged on the support plate. As the high insulation layer arranged on this support plate,
Similar to the above-mentioned corrosion-resistant insulating layer, for example, various polyimide-based resins and fluorine-based resins are used.

【0031】前記電極は、請求項5に係る発明のごと
く、前記耐食性ある第2絶縁層の下面に直接配され、或
いは請求項6のごとく、前記支持板上の高絶縁性を有す
る第3絶縁層の上面に直接配することが好ましい。この
ような部位に電極を配することは、上記各種の絶縁層の
成形を容易にする。この電極は、例えば前記第2絶縁層
の下面、又は前記支持板上の高絶縁性を有する第3絶縁
層の上面に接着剤を介して固定することもできるが、蒸
着等により直接形成することもできる。
The electrode is arranged directly on the lower surface of the corrosion-resistant second insulating layer as in the invention according to claim 5, or as in claim 6, the third insulating material having high insulation property on the support plate. It is preferably placed directly on top of the layer. Arranging the electrodes at such portions facilitates the molding of the various insulating layers. This electrode can be fixed to the lower surface of the second insulating layer or the upper surface of the third insulating layer having a high insulating property on the support plate with an adhesive, for example, but it should be formed directly by vapor deposition or the like. You can also

【0032】更に、電極を第2絶縁層の下面に直接配し
た場合には、電極がチャック上面に載置される基板に接
近するため、静電吸着力が増加する。また、支持板上の
高絶縁性を有する第3絶縁層の上面に直接配する場合に
は、電極は安定した状態で固定されることになり、電極
としての機能が安定して得られる。
Furthermore, when the electrodes are directly arranged on the lower surface of the second insulating layer, the electrodes approach the substrate placed on the upper surface of the chuck, and the electrostatic attraction force increases. Further, when the electrode is directly arranged on the upper surface of the third insulating layer having a high insulating property on the support plate, the electrode is fixed in a stable state, and the function as the electrode is stably obtained.

【0033】請求項7に係る発明は、前記第2絶縁層が
他の電気絶縁層及び同絶縁層周辺の前記金属製支持板の
外部露出表面を被覆していることを特徴とする。かかる
構成により、支持板上に接着材を介して直接接合固定さ
れる絶縁層のみならず、前記接着剤に対しても耐プラズ
マ性や耐エッチング性が向上すると共に、耐熱性、耐薬
品性、耐老化性に優れた静電チャック装置が得られる。
The invention according to claim 7 is characterized in that the second insulating layer covers another electrically insulating layer and an externally exposed surface of the metal supporting plate around the insulating layer. With such a configuration, not only the insulating layer directly bonded and fixed on the support plate via an adhesive, but also the plasma resistance and etching resistance are improved with respect to the adhesive as well, heat resistance, chemical resistance, An electrostatic chuck device excellent in aging resistance can be obtained.

【0034】[0034]

【発明の実施形態】以下、本発明の好適な実施形態を添
付図面に示す実施例に基づいて具体的に説明する。図1
は本発明の第1実施例である静電チャック装置の概略構
成を示しており、図3は本発明の第2実施例である静電
チャック装置の概略構成を示している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the examples shown in the accompanying drawings. Figure 1
Shows a schematic structure of the electrostatic chuck device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a schematic structure of the electrostatic chuck device according to the second embodiment of the present invention.

【0035】本発明に係る静電チャックは、図1及び図
3に示すごとく、金属製支持板11に載置され固定され
る。本発明の静電チャック10の基本構成は、図1に示
すごとく、静電チャックの電気絶縁層として、本発明の
特徴部の一つである低硬度のゲル状物質を採用すること
にある。図1においては、前記電気絶縁層13としてゲ
ル状高分子材料を単独で使用する実施形態を示してい
る。電極12はゲル状高分子材料からなる電気絶縁層1
3により完全に被覆された状態にある。
The electrostatic chuck according to the present invention is mounted and fixed on a metal support plate 11 as shown in FIGS. As shown in FIG. 1, the basic configuration of the electrostatic chuck 10 of the present invention is to employ a low hardness gel-like substance, which is one of the features of the present invention, as an electric insulating layer of the electrostatic chuck. FIG. 1 shows an embodiment in which a gel polymer material is used alone as the electric insulating layer 13. The electrode 12 is an electrically insulating layer 1 made of a gel polymer material.
It is completely covered by No. 3.

【0036】また本発明は、図3に示すごとく、第1絶
縁層23の露出表面部分をフッ素樹脂またはポリイミド
樹脂などの耐蝕性絶縁層からなる第2絶縁層24により
覆うことをも含んでいる。以下に述べる実施例1及び2
では、本発明に係る静電チャック10,20は冷却用の
サセプタ(金属支持板)11上に、例えば接着剤などを
介して接合して使用される。
The present invention also includes covering the exposed surface portion of the first insulating layer 23 with a second insulating layer 24 made of a corrosion-resistant insulating layer such as fluororesin or polyimide resin, as shown in FIG. . Examples 1 and 2 described below
Then, the electrostatic chucks 10 and 20 according to the present invention are used by being bonded to the cooling susceptor (metal support plate) 11 via, for example, an adhesive.

【0037】更に本発明は、図4及び図5に示すごと
く、前記金属製支持板21と、前記第1絶縁層23との
間に、更に第3の絶縁層25を配することもできる。こ
の第3絶縁層としては、各種のポリイミド樹脂、PEE
K(ポリエーテルエーテルケトン)、PBI(ポリベン
ゾイミダゾール)、PPS(ポリフェニレンサルファイ
ド)などの耐熱性で且つ高絶縁性の樹脂が使われる。
Further, according to the present invention, as shown in FIGS. 4 and 5, a third insulating layer 25 may be arranged between the metal supporting plate 21 and the first insulating layer 23. As the third insulating layer, various polyimide resins, PEE
A heat-resistant and highly insulating resin such as K (polyether ether ketone), PBI (polybenzimidazole), PPS (polyphenylene sulfide) is used.

【0038】この場合、電極21は前記第3絶縁層25
の上面又は上記第2絶縁層である耐食絶縁層24の裏面
に、接着剤により接合させるか、或いは蒸着等により直
接形成される。また、第1絶縁層23を第2及び第3絶
縁層で完全に被覆する場合には、第1絶縁層23の材質
として、例えば各種のグリースやオイルなどの絶縁性と
熱伝導性に優れた粘性流体を使うこともできる。
In this case, the electrode 21 is the third insulating layer 25.
On the upper surface or the back surface of the corrosion-resistant insulating layer 24 which is the second insulating layer, or is directly formed by bonding with an adhesive. Further, when the first insulating layer 23 is completely covered with the second and third insulating layers, the material of the first insulating layer 23 is, for example, excellent in insulation and thermal conductivity of various greases and oils. A viscous fluid can also be used.

【0039】(実施例1)本発明の実施例を図1に示
す。静電チャック10は、例えばプラズマエッチング工
程において、冷却用の支持板11上に取り付けられる。
この静電チャック10は電極12と、この電極12を覆
う低硬度のゲル状高分子材料である電気絶縁層13から
構成される。前記電極12には、静電チャック10の基
板保持面と基板14との間にリード線15を介して直流
電圧が印可され、誘電分極によるクーロン力や微少な漏
れ電流によるジョンソン・ラーベック力と呼ばれる吸着
力を発生させて基板14を保持面に吸着保持する。通
常、リード線15は絶縁耐圧に優れたPTFE,FE
P,PFA等のフッ素樹脂を被覆した電線が使われる。
(Embodiment 1) An embodiment of the present invention is shown in FIG. The electrostatic chuck 10 is mounted on a support plate 11 for cooling in a plasma etching process, for example.
The electrostatic chuck 10 is composed of an electrode 12 and an electric insulating layer 13 that covers the electrode 12 and is a low hardness gel polymer material. A DC voltage is applied to the electrode 12 between the substrate holding surface of the electrostatic chuck 10 and the substrate 14 via a lead wire 15, which is called a Coulomb force due to dielectric polarization or a Johnson-Rahbek force due to a minute leakage current. A suction force is generated to suck and hold the substrate 14 on the holding surface. Normally, the lead wire 15 is made of PTFE or FE which has excellent withstand voltage.
Electric wires coated with fluororesin such as P and PFA are used.

【0040】本発明においてゲル状高分子材料からなる
電気絶縁層13の硬度が「低硬度」であるとは、既述し
たとおり、JIS K6301の硬さが10以下であっ
て、JIS K2207の針入度は5以上、特に50〜
200であることが好ましい。このように電気絶縁層1
3が低硬度、低弾性率であるため、静電チャック10の
保持面が変形して基板14の下面の形状に倣うようにな
り、ほぼ全面で密着するようになり、基板14に対する
電気絶縁層13の接触熱抵抗が低減できる。
In the present invention, the hardness of the electrical insulating layer 13 made of a gel-like polymer material is "low hardness", as described above, JIS K6301 has a hardness of 10 or less, and JIS K2207 needle. Admission is 5 or more, especially 50 ~
It is preferably 200. In this way the electrical insulation layer 1
Since 3 has a low hardness and a low elastic modulus, the holding surface of the electrostatic chuck 10 is deformed to follow the shape of the lower surface of the substrate 14, and the whole surface is in close contact with the electric insulating layer. The contact thermal resistance of 13 can be reduced.

【0041】ゲル状高分子材料からなる電気絶縁層13
の肉厚が薄すぎると、機械的強度、絶縁破壊電圧が低下
し、また接触熱抵抗の低減にも必ずしも有効ではない。
一方、肉厚が厚すぎるとその厚み分だけ熱抵抗も増加す
ることになり、結果として電気絶縁層13自体の熱抵抗
は増加してしまう。すなわち、このゲル状高分子材料か
らなる電気絶縁層13の肉厚は、ある範囲内で最適値を
もち、その値は0.1〜2mmであることが好ましい。
特に、静電チャック10として使用する場合、その吸着
力は誘電層の厚さの二乗に反比例することから1mm以
下であることがさらに好ましい。さらに、前記絶縁層1
3の熱伝導率は1W/m・K以上であることが好まし
く、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪
素などの絶縁性の熱伝導性フィラーを添加しても良い。
Electrically insulating layer 13 made of gel polymer material
If the wall thickness is too thin, the mechanical strength and dielectric breakdown voltage will decrease, and it will not necessarily be effective in reducing the contact thermal resistance.
On the other hand, if the wall thickness is too thick, the thermal resistance will increase by that amount, and as a result, the thermal resistance of the electric insulating layer 13 itself will increase. That is, the thickness of the electrical insulating layer 13 made of the gel polymer material has an optimum value within a certain range, and the value is preferably 0.1 to 2 mm.
In particular, when used as the electrostatic chuck 10, the attraction force is more preferably 1 mm or less because it is inversely proportional to the square of the thickness of the dielectric layer. Further, the insulating layer 1
The thermal conductivity of 3 is preferably 1 W / m · K or more, and an insulating thermally conductive filler such as alumina, aluminum nitride, boron nitride, or silicon nitride may be added.

【0042】電気絶縁層13の構成材料であるゲル状高
分子材料としては、例えばシリコーンゲル、ポリウレタ
ンゲル、エポキシゲルなどがあり、特に以下に示すよう
な優れた特徴を持つことからシリコーンゲルがもっとも
効果的である。本実施例では、ゲル状高分子材料として
シリコーンゲルを採用している。
Examples of the gel polymer material that is a constituent material of the electric insulating layer 13 include silicone gel, polyurethane gel, and epoxy gel. Among them, silicone gel is most preferable because it has the following excellent characteristics. It is effective. In this embodiment, silicone gel is used as the gel polymer material.

【0043】シリコーンゲルの基本構造はジメチルシロ
キサンポリマーを架橋して、シリコーンゴムとシリコー
ンオイルの中間的な性質を持ち、ゴムよりもはるかに柔
らかい保形性のある材料である。特に、その架橋密度は
通常のシリコーンゴムの1/3〜1/10と低く制御さ
れている。このシリコーンゲルはポリマー骨格が熱的に
安定であるため、ゲル状態を広い温度範囲で維持するこ
とができ、既述したとおり、各物性の温度依存性が小
さく、耐熱性がある機械的強度が比較的高い粘弾性
特性の調整が可能であり成形が容易である電気特性・
耐候性に優れるなどの優れた特性を備えている。
The basic structure of the silicone gel is a material having an intermediate property between silicone rubber and silicone oil by cross-linking a dimethyl siloxane polymer and having a much softer shape retention property than rubber. In particular, its crosslink density is controlled to be as low as 1/3 to 1/10 that of ordinary silicone rubber. Since the polymer skeleton of this silicone gel is thermally stable, the gel state can be maintained in a wide temperature range, and as described above, the physical properties have little temperature dependence and heat resistance and mechanical strength. Electrical characteristics with relatively high viscoelastic property adjustment and easy molding
It has excellent properties such as excellent weather resistance.

【0044】次に、1Paに減圧できる真空チャンバー
内において、冷却用のアルミプレート上に直接アルミプ
レートとヒータを順に装着した場合と、冷却用のアルミ
プレート上に各種の電気絶縁層を装着して、さらにその
上にアルミプレート、ヒータと順次装着した場合につい
て、それぞれ100gf/cm2 の圧力をかけた状態で、上部の
ヒーターにより加熱し、アルミプレート温度が平衡状態
になったときの、アルミプレート温度と、アルミプレー
トを冷却している冷却液の出入口の温度差とを測定し、
これらの測定値からアルミプレート/絶縁層間の接触熱
抵抗を計算して、その冷却性能を確認した。
Next, in a vacuum chamber capable of reducing the pressure to 1 Pa, a case in which an aluminum plate and a heater are directly mounted on a cooling aluminum plate and a case where various electric insulating layers are mounted on the cooling aluminum plate When the aluminum plate and the heater are sequentially mounted on the aluminum plate, the aluminum plate is heated by the heater on the upper side under the pressure of 100 gf / cm 2 respectively, and the aluminum plate temperature becomes equilibrium. Measure the temperature and the temperature difference between the inlet and outlet of the coolant that cools the aluminum plate,
The cooling performance was confirmed by calculating the contact thermal resistance between the aluminum plate and the insulating layer from these measured values.

【0045】図2は、それらの実験結果を示す。なお、
同図に示す接触熱抵抗比の値は、シリコーンゴムの接触
熱抵抗値を1としたときを基準とした値である。同図か
らも理解できるように、電気絶縁層を挿入しない場合に
は、その接触熱抵抗は真空下(1Pa)で極めて大きい
が、低硬度、低弾性率である本発明のシリコーンゲルか
シリコーンゴムを挿入すると、真空下での接触熱抵抗が
大きく改善されることが理解できる。特に、本発明によ
る上述の硬度を持つシリコーンゲルが最も効果的であ
る。また、電気絶縁層として比較的低硬度のPTFE(F5
0)樹脂を挿入した場合にも多少の改善は見られるが、
高硬度、高弾性率のポリイミドを挿入しても、逆に接触
熱抵抗が増加してしまい、絶縁層を挿入しない場合以上
に接触熱抵抗が高くなることが分かる。
FIG. 2 shows the results of those experiments. In addition,
The contact heat resistance ratio value shown in the figure is based on the contact heat resistance value of silicone rubber being 1. As can be understood from the figure, when the electrical insulating layer is not inserted, the contact thermal resistance is extremely high under vacuum (1 Pa), but the silicone gel or silicone rubber of the present invention has low hardness and low elastic modulus. It can be understood that the contact thermal resistance under vacuum is greatly improved by inserting. In particular, the silicone gel having the above hardness according to the present invention is most effective. In addition, as an electrical insulation layer, a relatively low hardness PTFE (F5
0) Some improvement can be seen when resin is inserted,
It can be seen that even if a polyimide having a high hardness and a high elastic modulus is inserted, the contact thermal resistance increases, and the contact thermal resistance becomes higher than that when the insulating layer is not inserted.

【0046】(実施例2)図3は本発明の第2実施例で
ある静電チャック装置の概略構成を示している。静電チ
ャック20は支持板21上に接着剤により接合されてい
る。本実施例の静電チャック20は、電極22を上記実
施例と同様に、上記低硬度のシリコーンゲルからなる第
1絶縁層23で被覆し、さらに同絶縁層23の露出表面
部分を耐蝕性保護膜からなる第2絶縁層24で被覆して
いる。
(Second Embodiment) FIG. 3 shows a schematic structure of an electrostatic chuck device according to a second embodiment of the present invention. The electrostatic chuck 20 is bonded onto a support plate 21 with an adhesive. In the electrostatic chuck 20 of the present embodiment, the electrode 22 is covered with the first insulating layer 23 made of the low hardness silicone gel as in the above embodiment, and the exposed surface portion of the insulating layer 23 is protected against corrosion. It is covered with a second insulating layer 24 made of a film.

【0047】本実施例で使用される耐蝕性保護膜24と
しては、例えばポリイミド樹脂もしくはフッ素樹脂など
を使用することができ、ポリイミド樹脂としては縮合反
応型で非熱可塑性の全芳香族ポリイミド(PI)はもち
ろんのこと、熱可塑性ポリイミド、また付加反応型の熱
硬化性ポリイミドであるポリエーテルイミド(PE
I)、ポリアミドイミド(PAI)なども含まれる。
As the corrosion-resistant protective film 24 used in this embodiment, for example, a polyimide resin or a fluorine resin can be used, and the polyimide resin is a condensation reaction type non-thermoplastic wholly aromatic polyimide (PI). ), As well as thermoplastic polyimide, and polyetherimide (PE) which is an addition reaction type thermosetting polyimide.
I), polyamide imide (PAI) and the like are also included.

【0048】フッ素樹脂としては、PTFE、PFA、
ETFE、FEPなどが挙げられ、特に化学的に安定な
PTFE及び PFAが好ましい。また、本実施例にあ
っては、例えばシリコーンゲルをPFAで被覆したのち
に、さらにPTFEによって被覆し、或いはシリコーン
ゲルをPTFEで被覆したのちに、さらにポリイミドを
被覆するように、三層構造にしてもよい。すなわち、本
発明にあっては、最外層に耐蝕性保護膜が配されるかぎ
り、ゲル状高分子材料と最外層との間を多様な絶縁層を
自由に組み合わせた多層構造としてもよい。
As the fluororesin, PTFE, PFA,
Examples thereof include ETFE and FEP, and particularly chemically stable PTFE and PFA are preferable. Further, in this embodiment, for example, a silicone gel is coated with PFA and then with PTFE, or a silicone gel is coated with PTFE and then with polyimide to form a three-layer structure. May be. That is, in the present invention, as long as the corrosion-resistant protective film is provided on the outermost layer, a multi-layer structure in which various insulating layers are freely combined between the gel polymer material and the outermost layer may be used.

【0049】耐蝕性保護膜の膜厚は接触熱抵抗の点から
薄いほうが好ましいが、薄すぎると保護膜としての機能
を十分に果たすことができなくなり、機械的強度も低下
する。後述する実験結果から明らかなように、本実施例
による静電チャック20のように第1絶縁層23に低硬
度ゲル状高分子材料を用いる場合には、50μmの耐蝕
性保護膜を使用しても十分な冷却特性が得られることか
ら、本発明の静電チャック20における第2絶縁層24
である耐蝕性保護膜の膜厚は、10〜50μmであることが
好ましい。
The thickness of the anticorrosion protective film is preferably thin from the viewpoint of contact thermal resistance, but if it is too thin, the function as a protective film cannot be sufficiently achieved and the mechanical strength also decreases. As will be apparent from the experimental results described below, when a low hardness gel polymer material is used for the first insulating layer 23 as in the electrostatic chuck 20 according to the present embodiment, a corrosion-resistant protective film having a thickness of 50 μm is used. Also, since sufficient cooling characteristics can be obtained, the second insulating layer 24 in the electrostatic chuck 20 of the present invention can be obtained.
The thickness of the corrosion-resistant protective film is preferably 10 to 50 μm.

【0050】次に、上記第1実施例と同様に、1Paに
減圧できる真空チャンバー内において、冷却用のアルミ
プレート上に各種の電気絶縁層を装着して、さらにその
上にアルミプレート、ヒータと順次装着し、それぞれ10
0gf/cm2 の圧力をかけた状態で、上部のヒーターにより
加熱し、アルミプレート温度が平衡状態になったとき
の、アルミプレート温度とアルミプレートを冷却してい
る冷却液の出入口の温度差とを測定し、これらの測定値
からアルミプレート/絶縁層間の接触熱抵抗を計算し
て、その冷却性能を確認した。
Next, as in the first embodiment, in a vacuum chamber capable of reducing the pressure to 1 Pa, various electrical insulating layers were mounted on an aluminum plate for cooling, and an aluminum plate and a heater were further formed thereon. Installed sequentially, 10 each
With the pressure of 0 gf / cm 2 applied, the temperature of the aluminum plate temperature and the temperature difference between the inlet and outlet of the cooling liquid cooling the aluminum plate when the aluminum plate temperature is in an equilibrium state by heating with the upper heater Was measured, and the contact thermal resistance between the aluminum plate and the insulating layer was calculated from these measured values to confirm the cooling performance.

【0051】図4は、300μmの肉厚からなるシリコ
ーンゴム、同じく300μmの肉厚からなるシリコーン
ゲル、同シリコーンゲルに膜厚が12μm、25μm、
50μmの耐蝕性保護膜である3種類のフッ素樹脂層を
積層させた場合の実験結果を示している。同図において
も、各試料の接触熱抵抗はシリコーンゴムのそれを1と
したときの相対的な接触熱抵抗値である。
FIG. 4 shows a silicone rubber having a thickness of 300 μm, a silicone gel having a thickness of 300 μm, and a thickness of 12 μm and 25 μm on the silicone gel.
The experimental result when three kinds of fluororesin layers, which are corrosion-resistant protective films of 50 μm, are laminated is shown. Also in the figure, the contact thermal resistance of each sample is a relative contact thermal resistance value when that of silicone rubber is 1.

【0052】シリコーンゲルにフッ素樹脂を積層させた
場合、ゲル単体のときと比べて、その接触熱抵抗は増加
しているものの50μmのフッ素樹脂を積層した場合で
も、その接触熱抵抗はシリコーンゴム単体のときよりも
低いことが理解できる。つまり、針入度50程度の低硬
度のゲル状高分子材料を第1絶縁層23として使用した
場合、耐蝕性保護膜として厚さ50μm程度のシートを
積層させて十分な耐プラズマ性を持たせても、その冷却
特性は従来のシリコーンゴム製の静電チャックより優れ
ていることが分かる。
When the fluororesin is laminated on the silicone gel, the contact thermal resistance is increased as compared with the case of the gel alone, but even when the fluororesin of 50 μm is laminated, the contact thermal resistance is the silicone rubber alone. It can be understood that it is lower than when. That is, when a low hardness gel polymer material having a penetration of about 50 is used as the first insulating layer 23, a sheet having a thickness of about 50 μm is laminated as a corrosion-resistant protective film so as to have sufficient plasma resistance. However, it can be seen that the cooling characteristics are superior to those of the conventional electrostatic chuck made of silicone rubber.

【0053】(実施例3)第3実施例による静電チャッ
クの構成は、図3に示す上記第2実施例と同様であっ
て、静電チャック20は、電極を上記低硬度のシリコー
ンゲルからなる第1絶縁層23で被覆し、さらに同絶縁
層23の露出表面部分を耐蝕性保護膜からなる第2絶縁
層24で被覆している。ただし、第2実施例と異なると
ころは、耐蝕性保護膜である第2絶縁層24の材質とし
て、フッ素樹脂に代えてポリイミド樹脂を使っている点
である。
(Embodiment 3) The structure of the electrostatic chuck according to the third embodiment is the same as that of the second embodiment shown in FIG. 3, and the electrostatic chuck 20 has electrodes made of the low hardness silicone gel. Is covered with a first insulating layer 23, and the exposed surface portion of the insulating layer 23 is covered with a second insulating layer 24 made of a corrosion-resistant protective film. However, the difference from the second embodiment is that a polyimide resin is used as the material of the second insulating layer 24, which is a corrosion-resistant protective film, instead of the fluororesin.

【0054】図5は、上記アルミプレート間に挿入され
るシート材料として、上記第2実施例と同様の300μ
mの肉厚からなるシリコーンゴム、同じく300μmの
肉厚からなるシリコーンゲルとした場合と、同シリコー
ンゲルに膜厚が12μm、25μm、50μm及び75
μmの4種類のポリイミド樹脂層を積層させたシート材
料を挿入した場合の各実験結果を示している。同図にお
いても、各試料の接触熱抵抗はシリコーンゴムのそれを
1としたときの相対的な接触熱抵抗値である。
FIG. 5 shows a sheet material inserted between the aluminum plates, which is the same as that of the second embodiment and has a thickness of 300 μm.
When a silicone rubber having a thickness of m, and a silicone gel having a thickness of 300 μm are used, the thickness of the silicone gel is 12 μm, 25 μm, 50 μm and 75 μm.
The results of each experiment when a sheet material in which four kinds of polyimide resin layers of μm are laminated are inserted are shown. Also in the figure, the contact thermal resistance of each sample is a relative contact thermal resistance value when that of silicone rubber is 1.

【0055】同図から理解できるように、上記第2実施
例と比較すると、シリコーンゲルからなる第1絶縁層2
3を耐蝕性保護膜としてのポリイミド樹脂からなる第2
絶縁層24で被覆した場合にも、その接触熱抵抗は第2
絶縁層24の膜厚が50μmまでは、上記第2実施例と
同様の値を示していることが理解できる。しかしなが
ら、その肉厚が50μmを越えると、シリコーンゴム製
の静電チャックの接触熱抵抗より大きくなっている。
As can be understood from the figure, when compared with the second embodiment, the first insulating layer 2 made of silicone gel is used.
2 is made of polyimide resin as a corrosion-resistant protective film
Even when covered with the insulating layer 24, its contact thermal resistance is the second
It can be understood that the same values as those in the second embodiment are exhibited up to the thickness of the insulating layer 24 of 50 μm. However, when the wall thickness exceeds 50 μm, it is larger than the contact thermal resistance of the electrostatic chuck made of silicone rubber.

【0056】このように、数GPaの弾性率をもつ比較
的硬度の高いポリイミド製の耐蝕性保護膜を使っても、
本発明の目的とする機能が十分に達成されることが実証
された。こうした実験結果から、第2及び第3の実施例
による静電チャック20が、優れた冷却特性と耐プラズ
マ性(耐久性)とを兼ね備えた高性能な静電チャックで
あることが確認された。
As described above, even if a corrosion-resistant protective film made of polyimide having an elastic modulus of several GPa and a relatively high hardness is used,
It was demonstrated that the intended function of the present invention was sufficiently achieved. From these experimental results, it was confirmed that the electrostatic chuck 20 according to the second and third examples is a high-performance electrostatic chuck having both excellent cooling characteristics and plasma resistance (durability).

【0057】(実施例4、5)図6及び図7は、本発明
の第4及び第5実施例を示している。第4実施例によれ
ば、金属製支持板21の支持面に高絶縁性を有する第3
絶縁層25を直接接着剤で接着して、更にその上面に電
極22を同じく接合により、或いは蒸着により固着す
る。更にその電極22を被覆するようにして、上記実施
例1と同様の材質からなる成形された又は成形によりゲ
ル状高分子材料の第1絶縁層23を固着する。最後に、
前記第1絶縁層23及び第3絶縁層25の外部露出表面
の全てを実施例2と同様の材質から構成される第2絶縁
層24により被覆している。この実施例では、第3絶縁
層25の上面に電極22を単に固着すればよいため、静
電チャック20の製作が容易であるばかりでなく、電極
22の固定位置が不動となり、第1実施例や第2実施例
と比較すると、電極22と静電チャック20に載置され
る基板との間の距離を均等にできるため、静電チャック
20による安定した吸着がなされるようになる。
(Embodiments 4 and 5) FIGS. 6 and 7 show the fourth and fifth embodiments of the present invention. According to the fourth embodiment, the supporting surface of the metal supporting plate 21 has a high insulating property.
The insulating layer 25 is directly adhered with an adhesive, and the electrode 22 is further fixed to the upper surface thereof by the same bonding or vapor deposition. Further, the first insulating layer 23 of a gel polymer material is fixed by molding or molding made of the same material as that of the first embodiment so as to cover the electrode 22. Finally,
All the exposed surfaces of the first insulating layer 23 and the third insulating layer 25 are covered with the second insulating layer 24 made of the same material as in the second embodiment. In this embodiment, since the electrode 22 only needs to be fixed to the upper surface of the third insulating layer 25, not only the electrostatic chuck 20 is easily manufactured, but also the fixing position of the electrode 22 becomes immovable. Compared with the second embodiment, the distance between the electrode 22 and the substrate mounted on the electrostatic chuck 20 can be made uniform, so that the electrostatic chuck 20 can perform stable adsorption.

【0058】第5実施例では、第4実施例と同様に、金
属製支持板21の支持面に高絶縁性を有する第3絶縁層
25を直接接着剤で接着している。その上面に上記実施
例1と同様の材質からなる成形された又は成形によりゲ
ル状高分子材料の第1絶縁層23を固着する。更に、そ
の第1絶縁層23の上面に電極22を固着すると共に、
前記電極22、第1絶縁層23及び第3絶縁層25の外
部露出表面の全てを、第4実施例と同様に、上記第2絶
縁層24により被覆している。この実施例では、電極2
2の固着位置が不動となり、第4実施例と同様に、静電
チャック20による安定した吸着が得られるばかりでな
く、第4実施例と比較すると、電極22と静電チャック
20の所面に載置される基板との間の距離が接近するた
め、静電吸着力が増加する。
In the fifth embodiment, as in the fourth embodiment, the third insulating layer 25 having a high insulating property is directly adhered to the supporting surface of the metal supporting plate 21 with an adhesive. A first insulating layer 23 made of the same material as in Example 1 is molded or molded on the upper surface of the gel polymer material. Further, the electrode 22 is fixed to the upper surface of the first insulating layer 23, and
All the external exposed surfaces of the electrode 22, the first insulating layer 23, and the third insulating layer 25 are covered with the second insulating layer 24 as in the fourth embodiment. In this embodiment, the electrode 2
The fixing position of No. 2 becomes immovable, and not only the stable adsorption by the electrostatic chuck 20 can be obtained as in the fourth embodiment, but also in comparison with the fourth embodiment, the electrode 22 and the electrostatic chuck 20 have the same surface. Since the distance to the substrate to be placed is close, the electrostatic attraction force increases.

【0059】また、これらの実施例にあっては、絶縁性
に難がある第1絶縁層23と金属製支持板21との間に
高絶縁性を有する第3絶縁層を介装しているため、静電
チャックとして求められる高い絶縁性が得られ、強力な
吸着性能が発揮できるようになる。なお、上記第4及び
5の実施例では、金属製支持板21の静電チャック支持
面の周辺を段差をもって低く形成し、上記第2絶縁層2
4による被覆を、第1絶縁層23及び第3絶縁層25の
外部露出表面だけでなく、金属性支持板21の段差の全
側周面まで被覆するようにしている。その結果、支持板
21と第3絶縁層25との固着面に介在する接着剤層や
支持板21の段差部側周面の耐食性も向上する。
Further, in these embodiments, the third insulating layer having a high insulating property is interposed between the first insulating layer 23 having a poor insulating property and the metal supporting plate 21. Therefore, the high insulation required for the electrostatic chuck can be obtained, and the strong adsorption performance can be exhibited. In the fourth and fifth embodiments, the periphery of the electrostatic chuck support surface of the metal support plate 21 is formed to have a low step, and the second insulating layer 2 is formed.
The coating with No. 4 covers not only the externally exposed surfaces of the first insulating layer 23 and the third insulating layer 25 but also the entire peripheral side surfaces of the steps of the metallic support plate 21. As a result, the corrosion resistance of the adhesive layer interposed on the fixing surface between the supporting plate 21 and the third insulating layer 25 and the peripheral surface of the supporting plate 21 on the step portion side is also improved.

【0060】図8〜図11は、上記第4実施例の変形例
を示している。図8及び図9に示す変形例では、上記金
属製支持板21の段差部側周面のみならず、更に段差に
続く上面部分、或いはその上面部分及び更に支持板21
の全側面を、上記第2絶縁層24をもって被覆し、支持
板21の耐プラズマ性や耐エッチング性を確保してい
る。図10に示す変形例は、上記第2絶縁層24に代え
て、金属製支持板21の上面に固設する第3絶縁層25
をもって同支持板21の上記段差部側周面を被覆するも
のである。この場合、第3絶縁層25は当然に、第2絶
縁層24と同様、耐食性に優れた材質が使われる。図1
1に示す変形例では、前記第3絶縁層25をもって絶縁
性粘性流体層又はゲル状絶縁層である第1絶縁層23の
全周面を被覆し、更に上記第2絶縁層24をもって、第
1絶縁層23の上面、第3絶縁層25の外部露出面及び
支持板21の段差部側周面を被覆している。この場合、
柔軟性或いは流動性のあるゲル状物質又は粘性流体から
なる第1絶縁層23の全周面が、第2及び第3絶縁層2
4,25の2層で被覆されることになり、十分な強度が
得られ耐久性も向上する。
8 to 11 show a modification of the fourth embodiment. In the modified example shown in FIGS. 8 and 9, not only the peripheral surface of the metal support plate 21 on the step portion side, but also the upper surface portion following the step, or the upper surface portion and the support plate 21.
All side surfaces of the support plate 21 are covered with the second insulating layer 24 to secure the plasma resistance and etching resistance of the support plate 21. In the modified example shown in FIG. 10, instead of the second insulating layer 24, a third insulating layer 25 fixedly provided on the upper surface of the metal supporting plate 21.
The peripheral surface of the support plate 21 on the side of the step portion is covered with. In this case, the third insulating layer 25 is naturally made of a material having excellent corrosion resistance, like the second insulating layer 24. Figure 1
In the modification shown in FIG. 1, the third insulating layer 25 covers the entire peripheral surface of the first insulating layer 23, which is an insulating viscous fluid layer or a gel insulating layer, and further the second insulating layer 24 forms a first insulating layer. The upper surface of the insulating layer 23, the externally exposed surface of the third insulating layer 25, and the step portion side peripheral surface of the support plate 21 are covered. in this case,
The entire circumferential surface of the first insulating layer 23 made of a flexible or fluid gel-like substance or viscous fluid is the second and third insulating layers 2.
Since it is coated with two layers of 4,25, sufficient strength is obtained and durability is also improved.

【0061】以上の説明から明らかなように、本発明の
静電チャックは、その基本構成が電気絶縁層として少な
くとも絶縁性の粘性流体又は低硬度のゲル状高分子材料
により構成するため、基板の裏面と静電チャックの保持
面との密着性が高くなり、その結果、接触熱抵抗を低減
され、従来のように基板の裏面と静電チャックとの間に
伝熱促進用の冷却ガスなどを流さないでも、ウエハ表面
の高精度の温度制御が可能となる優れた冷却性能を有す
る高性能で且つ高耐久性の静電チャックが得られる。
As is clear from the above description, the electrostatic chuck of the present invention has a basic structure of at least an insulating viscous fluid or a low hardness gel polymer material as an electric insulating layer. Adhesion between the back surface and the holding surface of the electrostatic chuck is increased, and as a result, contact thermal resistance is reduced, and cooling gas or the like for promoting heat transfer is provided between the back surface of the substrate and the electrostatic chuck as in the past. It is possible to obtain a high-performance and highly durable electrostatic chuck having excellent cooling performance that enables highly accurate temperature control of the wafer surface without flowing.

【0062】さらに本発明にあっては、前記粘性流体又
は低硬度のゲル状高分子材料からなる電気絶縁層を含む
全絶縁層の露出表面をフッ素樹脂、ポリイミド樹脂など
の耐蝕性保護膜で被覆してもよく、この場合に前記ゲル
状高分子材料からなる電気絶縁層の硬度及び弾性、前記
耐蝕性保護膜の膜厚などを適正に選定することにより、
基板の冷却特性を損なうことなく、耐プラズマ性を向上
させることができ、耐久性のさらなる向上につながる。
Further, in the present invention, the exposed surface of all insulating layers including the electrical insulating layer made of the viscous fluid or the gel polymer material having a low hardness is covered with a corrosion-resistant protective film such as fluororesin or polyimide resin. May be, in this case, by properly selecting the hardness and elasticity of the electrical insulating layer made of the gel polymer material, the film thickness of the corrosion-resistant protective film,
The plasma resistance can be improved without impairing the cooling characteristics of the substrate, which leads to further improvement in durability.

【0063】また、静電チャックを載置固定する支持板
と絶縁性に難のある粘性流体又はゲル状物質との間に、
通常の高絶縁性を有する絶縁層を介在させる場合には、
静電チャックに必要な絶縁性能が確保でき、強力な吸着
が実現できる。更に、静電チャックの外部露出面を被覆
する耐食性絶縁層からなる第2絶縁層を、静電チャック
周辺の金属製支持板表面をもって被覆する場合には、支
持板表面と第3絶縁層との間に存在する接着剤層や同周
辺の支持板表面に対する耐食性を向上させることが可能
となる。
Further, between the support plate for mounting and fixing the electrostatic chuck and the viscous fluid or gel-like substance having poor insulation property,
When interposing an insulating layer having a normal high insulation property,
Insulation performance required for electrostatic chuck can be secured and strong adsorption can be realized. Further, when the second insulating layer made of a corrosion-resistant insulating layer for covering the externally exposed surface of the electrostatic chuck is covered with the surface of the metal supporting plate around the electrostatic chuck, the supporting plate surface and the third insulating layer are separated from each other. It is possible to improve the corrosion resistance with respect to the adhesive layer existing between and the surface of the supporting plate around the adhesive layer.

【0064】なお、上記実施例は本発明の代表的な態様
を具体的に説明したものであり、例えばゲル状高分子材
料及び耐蝕性保護膜の材質などは上記実施例に限定され
ず、同等の物性を持つ材料であれば任意に選択し得るも
のである。
The above-mentioned examples specifically explain the representative aspects of the present invention. For example, the materials of the gel polymer material and the corrosion-resistant protective film are not limited to those of the above-mentioned examples, and are equivalent. Any material having the above physical properties can be arbitrarily selected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例である静電チャック装置の
概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electrostatic chuck device that is a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施例の静電チャックにおける電気絶縁層
及び他の電気絶縁層の各接触熱抵抗に対する実験結果を
示す棒線図である。
FIG. 2 is a bar diagram showing an experimental result for each contact thermal resistance of an electric insulating layer and another electric insulating layer in the electrostatic chuck of the first embodiment.

【図3】本発明の第2及び第3実施例である静電チャッ
ク装置の概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an electrostatic chuck device that is a second and a third embodiment of the present invention.

【図4】第2実施例の静電チャックの電気絶縁層及び他
の電気絶縁層の各接触熱抵抗に対する実験結果を示す比
較図である。
FIG. 4 is a comparative diagram showing an experimental result for each contact thermal resistance of an electric insulating layer and another electric insulating layer of the electrostatic chuck of the second embodiment.

【図5】第3実施例の静電チャックの電気絶縁層及び他
の電気絶縁層の各接触熱抵抗に対する実験結果を示す比
較図である。
FIG. 5 is a comparative diagram showing an experimental result with respect to each contact thermal resistance of an electric insulating layer and another electric insulating layer of the electrostatic chuck of the third embodiment.

【図6】本発明の第4実施例である静電チャックの概略
構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an electrostatic chuck that is a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5実施例である静電チャックの概略
構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an electrostatic chuck that is a fifth embodiment of the present invention.

【図8】前記第4実施例の変形例を示す静電チャックの
概略構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an electrostatic chuck showing a modification of the fourth embodiment.

【図9】前記第4実施例の他の変形例を示す静電チャッ
クの概略構成図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an electrostatic chuck showing another modification of the fourth embodiment.

【図10】前記第4実施例の更に他の変形例を示す静電
チャックの概略構成図である。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an electrostatic chuck showing still another modification of the fourth embodiment.

【図11】前記第4実施例の更に他の変形例を示す静電
チャックの概略構成図である。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an electrostatic chuck showing still another modified example of the fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,20 静電チャック 11,21 金属製支持板 12 22 電極 13 電気絶縁層(ゲル状高分
子材料製) 14 基板(半導体ウェハ) 15 リード線 23 第1絶縁層(ゲル状高分
子材料製) 24 第2絶縁層(耐蝕性保護
膜) 25 第3絶縁層
10, 20 Electrostatic chuck 11, 21 Metal support plate 12 22 Electrode 13 Electrical insulating layer (made of gel polymer material) 14 Substrate (semiconductor wafer) 15 Lead wire 23 First insulating layer (made of gel polymer material) 24 Second Insulating Layer (Corrosion Resistant Protective Film) 25 Third Insulating Layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 門谷 ▲皖▼一 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究本部内 Fターム(参考) 5F031 HA02 HA03 HA16 HA38 MA32   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kadoya ▲ Kakuichi             1200 Manda, Hiratsuka-shi, Kanagawa Made by Komatsu Ltd.             Seisakusho Research Headquarters F term (reference) 5F031 HA02 HA03 HA16 HA38 MA32

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属製支持板(11,21) 上に固着された電
気絶縁層(13)の内部に電極(12,22) が配され、その絶縁
層の上面を基板の保持面として静電気により吸着保持す
る静電チャック装置にあって、 前記電極(12,22) を覆う電気絶縁層の少なくとも一部が
粘性流体又は低硬度のゲル状物質からなること特徴とす
る静電チャック装置。
1. Electrodes (12, 22) are arranged inside an electric insulating layer (13) fixed on a metal supporting plate (11, 21), and the upper surface of the insulating layer is used as a holding surface of the substrate for electrostatic discharge. In the electrostatic chuck device attracted and held by the above, at least a part of the electric insulating layer covering the electrodes (12, 22) is made of a viscous fluid or a gel substance having a low hardness.
【請求項2】 前記電気絶縁層の全てが低硬度のゲル状
物質からなる請求項1記載の静電チャック装置。
2. The electrostatic chuck device according to claim 1, wherein all of the electric insulating layers are made of a gel material having a low hardness.
【請求項3】 前記電気絶縁層が少なくとも二層から構
成され、その内層の少なくとも一層(13,23) が前記粘性
流体又は低硬度のゲル状物質層から構成され、その外表
面が少なくとも耐蝕性ある第2絶縁層(24)により被覆さ
れてなる請求項1記載の静電チャック装置。
3. The electrically insulating layer is composed of at least two layers, and at least one of the inner layers (13, 23) is composed of the viscous fluid or low hardness gel-like material layer, and the outer surface thereof is at least corrosion resistant. The electrostatic chuck device according to claim 1, wherein the electrostatic chuck device is covered with a second insulating layer (24).
【請求項4】 前記電気絶縁層が少なくとも三層から構
成され、その内層の少なくとも一層(13,23) が粘性流体
層又は低硬度のゲル状物質層から構成され、それらの電
気絶縁層(13,23) と上記金属製支持板(11,21) との間
に、高絶縁性を有する第3の電気絶縁層(25) が更に配
されてなる請求項3記載の静電チャック装置。
4. The electrical insulation layer is composed of at least three layers, and at least one of the inner layers (13, 23) is composed of a viscous fluid layer or a gel material layer of low hardness. The electrostatic chuck device according to claim 3, further comprising a third electrically insulating layer (25) having a high insulating property, disposed between the metal support plate (23, 23) and the metal supporting plate (11, 21).
【請求項5】 前記電極(12,22) が前記第2絶縁層(24)
の下面に配されてなる請求項3又は4記載の静電チャッ
ク装置。
5. The electrode (12, 22) is the second insulating layer (24)
The electrostatic chuck device according to claim 3, wherein the electrostatic chuck device is arranged on a lower surface of the electrostatic chuck device.
【請求項6】 前記電極(12,22) が前記第3絶縁層(25)
の上面に配されてなる請求項4記載の静電チャック装
置。
6. The electrode (12, 22) is the third insulating layer (25)
The electrostatic chuck device according to claim 4, wherein the electrostatic chuck device is disposed on the upper surface of the.
【請求項7】 前記第2絶縁層(24) が他の電気絶縁層
(13,23,25)及び同絶縁層(13,23,25)周辺の上記金属製支
持板(11,21) の外部露出表面を被覆してなる請求項3又
は4記載の静電チャック装置。
7. The second insulating layer (24) is another electrical insulating layer.
The electrostatic chuck device according to claim 3 or 4, wherein the externally exposed surface of the metal support plate (11, 21) around the (13, 23, 25) and the insulating layer (13, 23, 25) is covered. .
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