JP2014138164A - 静電チャック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】板状試料を載置する板状体の熱伝達を均一化することができ、よって、この熱伝達の不均一に起因するクラックや割れの発生を防止することのできる静電チャック装置を提供する。
【解決手段】本発明の静電チャック装置１は、上面１１ａを板状試料Ｗを載置する載置面とした板状体１１と、板状体１１に設けられた静電吸着用電極１２と、静電吸着用電極１２に直流電圧を印加する給電用端子１３とを備えた静電チャック部２と、静電チャック部２を支持するベース部３１とを備え、板状体１１は耐食性セラミックスであり、静電チャック部２とベース部３１との間の周縁部に環状の絶縁部材２１を設け、ベース部３１の上面３１ａに放熱板３４を設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電チャック装置に関し、さらに詳しくは、シリコンウエハ等の半導体基板にプラズマエッチング等の処理を施す際に用いて好適な静電チャック装置に関するものである。

近年、急速に進展するＩＴ技術を支える半導体産業においては、素子の高集積化や高性能化が求められており、そのために、半導体製造プロセスにおいても微細加工技術の更なる向上が求められている。この半導体製造プロセスの中でもエッチング技術は、微細加工技術の重要な一つであり、近年では、エッチング技術の内でも、高効率かつ大面積の微細加工が可能なプラズマエッチング技術が主流となっている。

例えば、シリコンウエハを用いたＬＳＩの製造プロセスにおいては、シリコンウエハの上にレジストでマスクパターンを形成し、このシリコンウエハを真空中に支持した状態で、この真空中に反応性ガスを導入し、この反応性ガスに高周波の電界を印加することにより、加速された電子がガス分子と衝突してプラズマ状態となり、このプラズマから発生するラジカル（フリーラジカル）とイオンをシリコンウエハと反応させて反応生成物として取り除くことにより、シリコンウエハに微細パターンを形成する技術である。

このプラズマエッチング装置等の半導体製造装置においては、従来から、試料台に簡単にシリコンウエハを取付け、固定するとともに、このシリコン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。
このような静電チャック装置としては、例えば、シリコンウエハを固定する誘電体層として、ポリイミド等の有機系フィルムを用い、この有機系フィルムを絶縁性の接着剤を介して２枚のセラミック板材にて挟持し接着した構造の静電チャック装置が提案されている（特許文献１）。

また、セラミック基体の上面をシリコンウエハを載置する載置面とし、内部に高融点金属からなる静電吸着用電極を埋設した静電チャック装置も提案されている（特許文献２）。また、シリコンウエハを載置するセラミック基体の表面にセラミック溶射膜を形成した静電チャック装置も提案されている。

特公平５−８７１７７号公報 特開平９−２８３６０６号公報

ところで、従来のセラミック基体を用いた静電チャック装置では、セラミック基体における熱伝達が不均一であることから、このセラミック基体に載置されるシリコンウエハ等の板状試料の表面温度に面内方向の不均一が生じ、その結果、得られたＬＳＩに表面温度の面内方向の不均一に起因する特性のバラツキが生じ、場合によっては製品不良の原因になるという問題点があった。
また、このセラミック基体における熱伝達が不均一であることから、このセラミック基体に熱ストレスが掛かった場合に、このセラミック基体中の熱伝達が容易な領域に熱ストレスが集中し、このセラミック基体にクラックが生じたり、場合によっては割れてしまうという問題点があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、板状試料を載置する板状体の熱伝達を均一化することができ、よって、この熱伝達の不均一に起因するクラックや割れの発生を防止することのできる静電チャック装置を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記の課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、静電チャック部の板状体を耐食性セラミックスにより構成し、この静電チャック部と基台との間の周縁部に環状の絶縁部材を設け、この基台の静電チャック部側の一主面に放熱板を設けることとすれば、板状試料を載置する板状体における熱伝達の不均一を無くすことができ、しかも、この熱伝達の不均一に起因するクラックや割れの発生を防止することができることを知見し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明の静電チャック装置は、一主面を板状試料を載置する載置面とした板状体と、該板状体に設けられた静電吸着用電極と、該静電吸着用電極に直流電圧を印加する給電用端子と、を備えた静電チャック部と、前記他の一主面側に設けられ前記静電チャック部を支持する基台と、を備えてなる静電チャック装置において、前記板状体は、耐食性セラミックスからなり、前記静電チャック部と前記基台との間の周縁部に環状の絶縁部材を設け、前記基台の前記静電チャック部側の一主面に放熱板を設けてなることを特徴とする。

前記耐食性セラミックスは、酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物、希土類元素添加酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物、酸化イットリウムの群から選択される１種または２種以上からなることが好ましい。
前記放熱板は、金属または熱伝導性を有する有機樹脂からなることが好ましい。
前記載置面には、前記板状試料の厚みより小さな直径を有する突起部が複数個形成されてなることが好ましい。
前記給電用端子の前記静電吸着用電極側の端面の表面粗さＲａは、０．０５μｍ以上かつ１．０μｍ以下であることが好ましい。

本発明の静電チャック装置によれば、板状試料を載置する板状体を耐食性セラミックスからなることとし、この静電チャック部と基台との間の周縁部に環状の絶縁部材を設け、この基台の静電チャック部側の一主面に放熱板を設けたので、この板状体における熱伝達を均一化することができる。また、板状体から生じる熱を環状の絶縁部材により基台側に速やかに誘導することができ、この基台の一主面に設けられた放熱板によって速やかに外方へ放熱することができる。したがって、板状試料を載置する板状体の熱伝達を均一化することができ、よって、この熱伝達の不均一に起因するクラックや割れの発生を防止することができる。

本発明の一実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態の静電チャック装置の給電用端子の端面を示す拡大断面図である。 本発明の一実施形態の静電チャック装置の変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態の静電チャック装置の他の変形例を示す断面図である。

本発明の静電チャック装置を実施するための形態について、図面に基づき説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態の静電チャック装置を示す断面図であり、この静電チャック装置１は、ウエハＷを載置し固定する静電チャック部２と、この静電チャック部２を支持し冷却する冷却ベース部３とにより構成されている。
静電チャック部２は、上面（一主面）１１ａをウエハＷを載置する載置面とした円板状の板状体１１と、この板状体１１の下面（他の一主面）１１ｂ側に設けられた静電吸着用電極１２と、この静電吸着用電極１２に直流電圧を印加する給電用端子１３とを備えている。

この板状体１１の下面１１ｂの周縁部には、静電吸着用電極１２を囲むように環状の絶縁部材２１が有機系接着剤（図示略）を介して接着固定されている。
また、この静電吸着用電極１２には、シート状またはフィルム状の有機系接着剤層２２を介してシート状またはフィルム状の絶縁層２３が接着されている。

一方、冷却ベース部３は、厚みのある円板状のベース部（基台）３１の内部に水あるいは有機溶媒等の冷却媒体を流動させる流路３２が形成されたもので、この流路３２内に所定の温度に冷却された冷却媒体を流動させることにより、ウエハＷの載置面である静電チャック部２の上面１１ａを所望の温度に制御している。
このベース部３１の静電チャック部２側の上面（一主面）３１ａには、シート状またはフィルム状の有機系接着剤層３３を介して、この有機系接着剤層３３と同一形状の放熱板３４が設けられている。

そして、板状体１１の下面１１ｂ側に接着・固定された絶縁層２３と、ベース部３１の上面３１ａに接着・固定された放熱板３４とは、有機系接着剤層２４を介して接着・固定されている。また、板状体１１の下面１１ｂの周縁部に接着・固定された環状の絶縁部材２１は、静電吸着用電極１２、有機系接着剤層２４及び放熱板３４を囲んだ状態で、有機系接着剤（図示略）を介してベース部３１の上面３１ａの周縁部に接着・固定されている。

次に、本実施形態の静電チャック装置１について詳細に説明する。
板状体１１は、静電チャック部２の主要部を構成するものであり、体積固有抵抗が１０^８〜 １０^１５Ω・ｃｍ程度で機械的な強度を有し、しかも酸素系プラズマや腐食性ガスに対する耐久性を有する耐食性セラミックスにより構成されている。

耐食性セラミックスとしては、酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物、希土類元素添加酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）の群から選択される１種または２種以上を含有していることが好ましい。
この耐食性セラミックスの形状としては、上記の１種のみからなる板状体であってもよく、上記の２種以上を積層してなる積層構造の板状体であってもよい。

酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物としては、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、Ｙ_２Ｏ_３・Ａｌ_２Ｏ_３複合酸化物、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３混晶酸化物等が挙げられる。

希土類元素（ＲＥ）添加酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物としては、上記の酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物に、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｓｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）の群から選択される１種または２種以上からなる希土類元素（ＲＥ）またはこれら希土類元素（ＲＥ）の酸化物を添加した複合酸化物が挙げられる。

これらの中でも、酸化セリウム（Ｓｅ_２Ｏ_３）添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ・Ｓｅ）、酸化ネオジム（Ｎｄ_２Ｏ_５）添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ・Ｎｄ）、酸化サマリウム（Ｓｍ_２Ｏ_３）添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ・Ｓｍ）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ・Ｇｄ）等が好適である。

この希土類元素（ＲＥ）添加酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物における酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物に対する希土類元素（ＲＥ）または希土類元素（ＲＥ）の酸化物の添加率は、酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物の全体量に対して０．０１質量％以上かつ２０質量％以下が好ましく、より好ましくは５質量％以上かつ１０質量％以下である。
希土類元素（ＲＥ）の添加率を上記の範囲とすることにより、希土類元素（ＲＥ）添加酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物のハロゲンガスやプラズマに対する耐食性が向上する。

酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）は、単体の状態で用いることもできるが、カーボン微粒子、カーボンファイバー（ＣＦ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）等を添加することにより、さらに導電性が向上するので好ましい。

この板状体１１の厚みは、０．５ｍｍ以上かつ２．０ｍｍ以下が好ましい。その理由は、板状体１１の厚みが０．５ｍｍを下回ると、静電吸着用電極１２に印加された電圧により放電する危険性が高まるからであり、一方、２．０ｍｍを超えると、板状試料Ｗを十分に吸着固定することができず、したがって、板状試料Ｗを十分に冷却することが困難となるからである。

この板状体１１、すなわち板状体１１を構成する耐食性セラミックスの熱伝導率は、５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、より好ましくは７Ｗ／ｍＫ以上、さらに好ましくは１０Ｗ／ｍＫ以上である。
ここで、板状体１１の熱伝導率を５Ｗ／ｍＫ以上とした理由は、熱伝導率が５Ｗ／ｍＫ未満では、板状体１１における熱伝達が不十分なものとなり、その結果、板状体１１の上面１１ａにおける面内温度分布が大きくなり、ウエハＷ上に形成された半導体チップの特性のバラツキが大きくなるので好ましくないからである。

この板状体１１の上面１１ａには、直径が板状試料Ｗの厚みより小さい突起部１４が複数個形成されている。
この板状体１１では、その上面１１ａに突起部１４を複数個形成したことにより、これらの突起部１４の間が冷却媒体の流路となることによって、これらの突起部１４に支持されたウエハＷの面内温度の均一性が高まり、その結果、ウエハＷ上に形成された半導体チップの特性のバラツキが極めて小さくなり、製品の歩留まりが向上することとなる。
冷却媒体としては、Ｈｅガス、Ｎ_２ガス等が好適に用いられる。

静電吸着用電極１２は、電荷を発生させて静電吸着力でウエハＷを板状体１１の上面１１ａに固定するための静電チャック用電極として用いられるもので、その用途によって、その形状及び大きさが適宜調整される。
この静電吸着用電極１２を構成する材料としては、非磁性材料である金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、コバール合金等の金属、グラファイト、カーボン等の炭素材料、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）等の導電性セラミックス、ＴｉＣ−Ｎｉ系、ＴｉＣ−Ｃｏ系、Ｂ_４Ｃ−Ｆｅ系等のサーメット等が好適に用いられる。これらの材料の熱膨張係数は、板状体１１の熱膨張係数に出来るだけ近似していることが望ましい。

この静電吸着用電極１２の厚みは、特に限定されるものではないが、プラズマ発生用電極として使用する場合には、０．１μｍ以上かつ１００μｍ以下が好ましく、特に好ましくは５μｍ以上かつ２０μｍ以下である。その理由は、厚みが０．１μｍを下回ると、充分な導電性を確保することができず、一方、厚みが１００μｍを越えると、板状体１１と静電吸着用電極１２との間の熱膨張率差に起因して、板状体１１と静電吸着用電極１２との接合界面にクラックが入り易くなり、絶縁性が低下するからである。
このような厚みの静電吸着用電極１２は、スパッタ法や蒸着法等の成膜法、あるいはスクリーン印刷法等の塗工法により容易に形成することができる。

給電用端子１３は、静電吸着用電極１２に直流電圧を印加するために設けられた棒状のもので、この給電用端子１３の材料としては、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が、熱膨張係数が静電吸着用電極１２の熱膨張係数に近似したものが好ましく、例えば、上述した非磁性材料からなる金属、炭素材料、導電性セラミックス、ＴｉＣ−Ｎｉ系、ＴｉＣ−Ｃｏ系、Ｂ_４Ｃ−Ｆｅ系等のサーメット等が好適に用いられる。
この給電用端子１３は、絶縁性を有する碍子１５により放熱板３４及びベース部３１に対して絶縁されている。

図２に示すように、この給電用端子１３の端面１３ａは、導電性を有する有機系接着剤１６により静電吸着用電極１２の下面に接着固定されている。
導電性を有する有機系接着剤１６としては、ポリアセチレン（ＰＡ）、ポリ−ｐ−フェニレン（ＰＰＰ）等のポリアリレーン、ポリ−２，５−チェニレンビニレン（ＰＴＶ）、ポリ−ｐ−フェニレンビニレン（ＰＰＶ）等のポリアリレーンビニレン、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリチオフェン（ＰＴ）等の複素環ポリマー、ポリアニリン（ＰＡｎ）等の非共役ポリマー等を主成分とする接着剤が挙げられる。

また、導電性を有する有機系接着剤１６に替えて、有機系接着剤に、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、ヨウ素、臭素等のハロゲン元素、鉄微粒子、ニッケル微粒子、銀微粒子等の金属微粒子を添加した導電性粒子添加有機系接着剤を用いることもできる。

この給電用端子１３は、静電吸着用電極１２側の端面１３ａの表面粗さＲａが０．０５μｍ以上かつ１．０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．１μｍ以上かつ０．３μｍ以下である。
ここで、端面１３ａの表面粗さＲａを上記の範囲としたのは、この範囲が、給電用端子１３と静電吸着用電極１２とを導電性有機系接着剤を介して電気的に接続した場合に密着性が高くなり、その結果、給電用端子１３と静電吸着用電極１２との間の導電性が良好となるからである。

なお、端面１３ａの表面粗さＲａが０．０５μｍ未満であると、給電用端子１３の端面１３ａと静電吸着用電極１２との間の接着性が低下するために滑りやすくなり、その結果、給電用端子１３と静電吸着用電極１２との間の密着性が低下し、よって導電性が低下するので好ましくなく、一方、端面１３ａの表面粗さＲａが１．０μｍを超えると、給電用端子１３の端面が粗すぎてしまい、よって、静電吸着用電極に接着固定する際に、使用する接着剤の厚みが不均一になってしまい、静電チャック装置を使用する際に各部材の熱膨張差を緩和することが困難となるので好ましくない。

一方、絶縁部材２１は、外部に熱が逃げないように設けられた環状のもので、その内周面が静電吸着用電極１２の周縁部と接するように配置されており、その熱伝導率が板状体１１を構成する耐食性セラミックスより大である絶縁性セラミックスにより構成されている。
この絶縁性セラミックスの熱伝導率は、板状体１１を構成する耐食性セラミックスの熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ未満であることから、少なくとも２０Ｗ／ｍＫ以上であればよい。

熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上の絶縁性セラミックスとしては、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を３質量％〜７質量％含む窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の機械的な強度を有し、かつ腐食性ガス及びそのプラズマに対する耐久性を有するセラミックスが挙げられる。

有機系接着剤層２２は、静電吸着用電極１２と同一形状のもので、この静電吸着用電極１２の下面に密着するように設けられている。この有機系接着剤層２２は、アクリル、エポキシ、ポリエチレン等からなるシート状またはフィルム状の接着剤であり、熱圧着式の有機系接着剤シートまたはフィルムであることが好ましい。
その理由は、熱圧着式の有機系接着剤シートまたはフィルムは、静電吸着用電極１２上に重ね合わせて、真空引きした後、熱圧着することにより、静電吸着用電極１２との間に気泡等が生じ難く、したがって、剥がれ難くなり、静電チャック部２の吸着特性や耐電圧特性を良好に保持することができるからである。

この有機系接着剤層２２の厚みは、特に限定されるものではないが、接着強度及び取り扱い易さ等を考慮すると、４０μｍ以上かつ１００μｍ以下が好ましく、より好ましくは５５μｍ以上かつ１００μｍ以下である。
厚みが５５μｍ以上かつ１００μｍ以下であれば、より電極の界面との接着強度が向上し、さらに、この有機系接着剤層２２の厚みがより均一になり、その結果、板状体１１とベース部３１との間の熱伝導率が均一になり、載置されたウエハＷの冷却特性が均一化され、このウエハＷの面内温度が均一化される。

なお、この有機系接着剤層２２の厚みが４０μｍを下回ると、静電チャック部２とベース部３１との間の熱伝導性は良好となるものの、接着層の熱軟化による電極の段差をカバーすることができなくなり、電極の界面との剥離が生じ易くなり、一方、厚みが１００μｍを超えると、静電チャック部２とベース部３１との間の熱伝導性を十分確保することができなくなり、冷却効率が低下するので、好ましくない。

このように、有機系接着剤層２２をシート状またはフィルム状の接着剤としたことにより、有機系接着剤層２２の厚みが均一化され、板状体１１とベース部３１との間の熱伝導率が均一になる。よって、ウエハＷの冷却特性が均一化され、このウエハＷの面内温度が均一化されることとなる。

絶縁層２３は、有機系接着剤層２２とほぼ同一形状のもので、この有機系接着剤層２２の下面に密着するように設けられている。この絶縁層２３は、ポリイミド、ポリアミド、芳香族ポリアミド等の静電チャック部２における印加電圧に耐えうる絶縁性樹脂からなるシート状またはフィルム状の絶縁材である。

この絶縁層２３の厚みは、１０μｍ以上かつ２００μｍ以下が好ましく、より好ましくは１０μｍ以上かつ７０μｍ以下である。
この絶縁層２３の厚みが１０μｍを下回ると、静電吸着用電極１２に対する絶縁性が低下し、静電吸着力も弱くなり、ウエハＷを載置面に良好に固定することができなくなるからであり、一方、厚みが２００μｍを超えると、静電チャック部２とベース部３１との間の熱伝導性を十分確保することができなくなり、冷却効率が低下するからである。

これら静電吸着用電極１２、有機系接着剤層２２及び絶縁層２３を囲むように環状の絶縁部材２１を設けることにより、これら静電吸着用電極１２、有機系接着剤層２２及び絶縁層２３の酸素系プラズマに対する耐プラズマ性、腐食性ガスに対する耐腐食性が向上し、パーティクル等の発生も抑制される。

有機系接着剤層２４は、板状体１１の下面側に形成された絶縁層２３と、ベース部３１の上面３１ａ側に形成された放熱板３４とを接着・固定することにより、静電チャック部２と、冷却ベース部３と、環状の絶縁部材２１とが一体化された構造となっている。
この有機系接着剤層２４としては、板状体１１からの熱を放熱板３４に速やかに逃がすために、熱伝導率が高くかつベース部３１からの冷却効率が高い材料が好ましく、例えば、耐熱性、弾性に優れた樹脂であるシリコーン系樹脂組成物が好ましい。
このシリコーン系樹脂組成物は、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を有するケイ素化合物であり、例えば、下記の式（１）または式（２）の化学式で表すことができる。

但し、Ｒは、Ｈまたはアルキル基（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１−：ｎは整数）である。

但し、Ｒは、Ｈまたはアルキル基（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１−：ｎは整数）である。

このようなシリコーン樹脂としては、特に、熱硬化温度が７０℃〜１４０℃のシリコーン樹脂を用いることが好ましい。
ここで、熱硬化温度が７０℃を下回ると、絶縁層２３と放熱板３４とを接合する際に、接合過程の途中で硬化が始まってしまい、接合作業に支障を来す虞があるので好ましくなく、一方、熱硬化温度が１４０℃を超えると、絶縁層２３と放熱板３４との熱膨張差を吸収することができず、したがって、絶縁層２３と放熱板３４との間の接合力が低下し、これらの間で剥離が生じる虞があるので好ましくない。

この有機系接着剤層２４の熱伝導率は、０．２５Ｗ／ｍｋ以上が好ましく、より好ましくは０．５Ｗ／ｍｋ以上である。
ここで、有機系接着剤層２４の熱伝導率を０．２５Ｗ／ｍｋ以上と限定した理由は、熱伝導率が０．２５Ｗ／ｍｋ未満では、ベース部３１からの冷却効率が低下し、静電チャック部２の板状体１１の上面１１ａに載置されるウエハＷを効率的に冷却することができなくなるからである。

この有機系接着剤層２４の厚みは、０．１μｍ以上かつ０．８μｍ以下が好ましく、より好ましくは０．２μｍ以上かつ０．４μｍ以下である。
この有機系接着剤層２４の厚みが０．１μｍを下回ると、薄くなりすぎる結果、接着強度を十分確保することができなくなり、絶縁層２３と放熱板３４との間で剥離等が生じる虞があり、一方、厚みが０．８μｍを超えると、絶縁層２３と放熱板３４との間の熱伝導性を十分確保することができなくなり、冷却効率が低下する虞があるからである。

この有機系接着剤層２４には、その熱伝達率を制御するために、平均粒径が１μｍ以上かつ１０μｍ以下のフィラー、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子の表面に酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなる被覆層が形成された表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子が含有されていることが好ましい。
この表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子は、シリコーン樹脂の熱伝導性を改善するために混入されたもので、その混入率を調整することにより熱伝達率を制御することができる。

一方、ベース部３１は、流路３２に所定の温度に冷却された水あるいは有機溶媒等の冷却媒体を流動させることにより、静電チャック部２を冷却し所望の温度パターンに調整することにより、載置されるウエハＷを冷却して温度を調整するためのもので、厚みのある円板状のものであり、その躯体は外部の高周波電源（図示略）に接続されている。

このベース部３１を構成する材料としては、熱伝導性、導電性、加工性に優れた金属、金属−セラミックス複合材料のいずれかであれば特に制限はなく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ） 等が好適に用いられる。このベース部３１の側面、すなわち少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理、もしくはアルミナ、イットリア等の絶縁性の溶射材料にて被覆されていることが好ましい。
このベース部３１では、少なくともプラズマに曝される面にアルマイト処理または絶縁膜の成膜が施されていることにより、耐プラズマ性が向上する他、異常放電が防止され、したがって、耐プラズマ安定性が向上したものとなる。また、表面に傷が付き難くなるので、傷の発生を防止することができる。

放熱板３４は、板状体１１から生じる熱を速やかに外方へ放熱することができる材料であればよく、特に限定されないが、高温下にて用いられることを考慮すると、金属、導電性を有する有機樹脂等が好適に用いられる。
上記の金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、コバール合金等が挙げられる。

また、導電性を有する有機樹脂としては、ポリアセチレン（ＰＡ）、ポリ−ｐ−フェニレン（ＰＰＰ）等のポリアリレーン、ポリ−２，５−チェニレンビニレン（ＰＴＶ）、ポリ−ｐ−フェニレンビニレン（ＰＰＶ）等のポリアリレーンビニレン、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリチオフェン（ＰＴ）等の複素環ポリマー、ポリアニリン（ＰＡｎ）等の非共役ポリマー等が挙げられる。
これらの金属や導電性を有する有機樹脂は、１種のみを単独で用いてもよく、２種類以上の金属箔または導電性を有する有機樹脂を貼り合わせて積層構造としたもの、あるいは金属箔と導電性を有する有機樹脂を貼り合わせた複合材料からなる積層構造としたもの等としてもよい。

この放熱板３４をベース部３１の上面３１ａに接着・固定する有機系接着剤層３３としては、熱伝導率が高くかつベース部３１からの冷却効率が高いシート状またはフィルム状の有機系接着剤であればよく、例えば、上述した有機系接着剤層２２と同様に、アクリル、エポキシ、ポリエチレン等からなるシート状またはフィルム状の接着剤であり、熱圧着式の有機系接着剤シートまたはフィルムであることが好ましい。

次に、この静電チャック装置１の製造方法について説明する。
まず、公知の方法により、静電チャック部２を作製する。
ここでは、酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物、希土類元素添加酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）のいずれかにより板状体１１を作製する。
例えば、酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物を用いる場合、酸化イットリウム粉体と、酸化アルミニウム粉体とを、それぞれ所定の比率で混合し、混合物とする。
この場合、必要に応じて、水やアルコール類等の溶媒、あるいは分散媒を添加してもよい。

混合方法としては、超音波分散機、メディアに樹脂被覆金属ボールやメノウボール等を用いた遊星ボールミル、ボールミル、サンドミル等の分散機、超高圧粉砕分散機等のメディアレス分散機が用いられる。特に、メディアレス分散機は、混合物にメディアに起因する不純物が含まれる虞がないので、半導体製造装置用の静電チャック装置を作製する際には好適である。

次いで、この混合物を、自動乳鉢あるいはスプレードライヤー等の造粒装置を用いて所定の粒径を有する顆粒とし、この顆粒を所望の形状に成形し、得られた成形体を、例えば、大気中、５０℃〜１０００℃に加熱して成形体中の揮発成分を散逸（脱脂）させ、次いで、大気中、真空中、不活性雰囲気中、還元性雰囲気中のうちいずれかの雰囲気中、１５００℃〜１８００℃、好ましくは１６００℃〜１７５０℃にて、２〜４時間焼成することにより、板状体１１を得ることができる。

焼成方法としては、上記のような常圧焼成でもよいが、緻密な板状体１１を得るためには、ホットプレス（ＨＰ）、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）等の加圧焼成法が好ましい。
加圧焼成法における加圧力は、特に制限はないが、通常、２０〜２５ＭＰａ程度である。
このようにして得られた板状体１１を、さらに、真空中、還元性雰囲気中のいずれかの雰囲気中、７００℃〜１５００℃、好ましくは１０００℃〜１２００℃にて、２〜４時間程度加熱処理してもよい。

次いで、この板状体１１の下面１１ｂを、例えばアセトンを用いて脱脂、洗浄し、この下面１１ｂに、スパッタ法や蒸着法等の成膜法、あるいはスクリーン印刷法等の塗工法を用いて静電吸着用電極１２を形成する。
次いで、この静電吸着用電極１２の表面（下面）の所定の領域に、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性及び絶縁性を有しかつ静電吸着用電極１２とほぼ同一形状のシート状またはフィルム状の接着性樹脂を貼着し、有機系接着剤層２２とする。
この有機系接着剤層２２は、静電吸着用電極１２を含む全体を覆うようにシート状またはフィルム状の接着性樹脂を貼着し、このシート状またはフィルム状の接着性樹脂を静電吸着用電極１２とほぼ同一形状に機械加工することによっても作製することができる。

次いで、この有機系接着剤層２２の表面（下面）の所定の領域に、ポリイミド、ポリアミド、芳香族ポリアミド等の有機系接着剤層２２とほぼ同一形状の絶縁性樹脂からなるシート状またはフィルム状の絶縁材を接着し、絶縁層２３とする。これにより、板状体１１の下面１１ｂ側に、静電吸着用電極１２、有機系接着剤層２２及び絶縁層２３が形成された静電チャックを作製することができる。

一方、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） 等からなる金属材料に機械加工を施し、この金属材料の内部に水を循環させる流路３２を形成し、さらに、給電用端子１３及び碍子１５を嵌め込み保持するための固定孔を形成し、ベース部３１とする。
このベース部３１の少なくともプラズマに曝される面には、アルマイト処理を施すか、あるいはアルミナ等の絶縁膜を成膜することが好ましい。

次いで、このベース部３１の上面３１ａを、例えばアセトンを用いて脱脂、洗浄し、この上面３１ａの所定位置に、アクリル、エポキシ、ポリエチレン等からなるシート状またはフィルム状の有機系接着剤を貼着し、有機系接着剤層３３とする。次いで、この有機系接着剤層３３上の所定位置に、有機系接着剤層３３と同一形状の金属または導電性を有する有機樹脂からなる放熱板３４を載置し、所定の圧力にて加圧することにより、この放熱板３４を有機系接着剤層３３上に接着・固定する。これにより、ベース部３１の上面３１ａに有機系接着剤層３３及び放熱板３４が順次積層された冷却ベース部３を作製することができる。

次いで、所定の大きさ及び形状の給電用端子１３を作製する。例えば、給電用端子１３を導電性複合焼結体とした場合、導電性セラミックス粉体を、所望の形状に成形して加圧焼成する方法等が挙げられる。
また、給電用端子１３を金属とした場合、高融点金属を用い、研削法、粉体治金等の金属加工法等により形成する方法等が挙げられる。
この給電用端子１３の端面１３ａにエッチング加工または機械加工を施すことにより、その表面粗さＲａを０．０５μｍ以上かつ０．２μｍ以下とする。

次いで、所定の大きさ及び形状の絶縁部材２１を作製する。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を３質量％〜７質量％含む窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の絶縁性セラミックスとポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等のバインダーとを含む成形材料を所定の大きさ及び形状に成形し、得られた成形体を、大気中、真空中、不活性雰囲気中、還元性雰囲気中のうちいずれかの雰囲気中、１５００℃〜２０００℃、好ましくは１７００℃〜１９００℃にて、２〜４時間焼成することにより、絶縁部材２１を得ることができる。

次いで、冷却ベース部３の固定孔に給電用端子１３及び碍子１５を嵌め込み固定し、この冷却ベース部３の上面の所定位置に、絶縁部材２１を有機系接着剤（図示略）により接着・固定する。
次いで、冷却ベース部３の放熱板３４及び絶縁部材２１の内側により形成された凹部に、有機系接着剤を所定の深さまで充填する。

次いで、静電チャック部２の絶縁層２３を、冷却ベース部３の有機系接着剤上に移動し、この静電チャック部２を冷却ベース部３に所定の圧力にて押圧し、次いで、所定の温度に加熱して有機系接着剤を硬化させる。
以上により、本実施形態の静電チャック装置１を製造することができる。

以上説明したように、本実施形態の静電チャック装置１によれば、板状試料Ｗを載置する板状体１１を耐食性セラミックスからなることとし、この静電チャック部２と冷却ベース部３のベース部３１との間の周縁部に環状の絶縁部材２１を設け、さらに、ベース部３１の上面３１ａに放熱板３４を設けたので、この板状体１１における熱伝達を均一化することができる。また、板状体１１から生じる熱を環状の絶縁部材２１によりベース部３１の上面３１ａに速やかに誘導することができ、このベース部３１の上面３１ａに設けられた放熱板３４によって速やかに外方へ放熱することができる。したがって、板状試料Ｗを載置する板状体１１の熱伝達を均一化することができ、よって、この熱伝達の不均一に起因するクラックや割れの発生を防止することができる。

図３は、本実施形態の静電チャック装置の変形例を示す断面図であり、この静電チャック装置４１が上述した静電チャック装置１と異なる点は、静電チャック部４２の静電吸着用電極１２の下面及び側面を覆うように、シート状またはフィルム状の有機系接着剤層４３が形成され、この有機系接着剤層４３の下面及び側面を覆うように、シート状またはフィルム状の絶縁層４４が接着され、このシート状またはフィルム状の絶縁層４４には、有機系接着剤層２４を介してベース部３１上の放熱板３４が接着されている点である。

この静電チャック装置４１においても、上述した静電チャック装置１と同様の効果を奏することができる。
しかも、静電吸着用電極１２の下面及び側面を覆うように、シート状またはフィルム状の有機系接着剤層４３を形成し、この有機系接着剤層４３の下面及び側面を覆うように、シート状またはフィルム状の絶縁層４４を接着したので、静電吸着用電極１２の耐電圧を向上させることができる。

図４は、本実施形態の静電チャック装置の他の変形例を示す断面図であり、この静電チャック装置５１が上述した静電チャック装置１と異なる点は、絶縁部材２１より厚みを薄くした環状の絶縁部材５３を用い、この絶縁部材５３を静電チャック部５２の板状体１１の下面１１ｂの周縁部に有機系接着剤（図示略）を介して接着・固定し、この絶縁部材５３及び絶縁層２３を、ベース部３１の上面３１ａの放熱板３４に、有機系接着剤層２４を介して接着・固定されている点である。

この静電チャック装置５１においても、上述した静電チャック装置１と同様の効果を奏することができる。
しかも、絶縁部材５３は、静電吸着用電極１２、有機系接着剤層２２及び絶縁層２３を覆っているので、絶縁部材２１と同等の作用・効果を奏することができる。

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

「実施例１」
（静電チャック装置の作製）
まず、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）からなる板状体１１を用意した。この板状体１１の直径は３００ｍｍ、厚みは１ｍｍの円板状であった。また、この板状体１１のウエハＷを静電吸着する上面に、高さが１５μｍの多数の突起部１４を形成することで凹凸面とし、これらの突起部１４の頂面を板状試料Ｗの載置面とし、この凹凸面の凹部と静電吸着された板状試料Ｗとの間に形成される溝に冷却ガスを流すことができるようにした。

そして、この板状体１１の下面１１ａを、アセトンを用いて脱脂、洗浄し、この下面１１ａに、スクリーン印刷法を用いて導電ペーストＦＣ４１５（藤倉化成社製）を塗布し、大気圧下、３００℃にて１０時間焼成し、厚みが１０μｍの静電吸着用電極１２を形成した。

次いで、絶縁層２３となる厚み５０μｍのポリイミドフィルム ２００Ｈ（東レデュポン社製）と、有機系接着剤層２２となる厚み６０μｍのエポキシ系熱接着シートを用意し、これらをロールラミネータ（ラミネート装置）を用いて１３０℃にて仮接着し、有機系接着剤付き絶縁フィルムとした。
次いで、この有機系接着剤付き絶縁フィルムを、成形機を用いて、静電吸着用電極１２と同形状であり、中心部に給電用端子１３を固定する固定孔が形成された形状に型抜き加工した。

次いで、この型抜きした有機系接着剤付き絶縁フィルムを、静電チャックの静電吸着用電極１２に貼り付け、真空熱プレス機を用いて、１０Ｐａ以下の減圧下にて、１６０℃、５ＭＰａの条件下にて熱圧着し、静電チャックの静電吸着用電極１２上に有機系接着剤付き絶縁フィルムを熱圧着し、静電吸着用電極１２上に有機系接着剤層２２及び絶縁層２３を積層した。

一方、表面にアルマイト処理が施されたアルミニウムからなるベース部３１を用意した。このベース部３１の直径は３３０ｍｍ、厚みは２５ｍｍの円板状であり、内部には冷却媒体を流動させる流路３２が形成され、中心部には給電用端子１３を固定する固定孔が形成されていた。

次いで、ベース部３１の静電チャック部２側の上面３１ａを、アセトンを用いて脱脂、洗浄し、この上面３１ａに、アクリル樹脂からなるシート状の有機系接着剤を貼着し、有機系接着剤層３３とした。次いで、この有機系接着剤層３３上の所定位置に、この有機系接着剤層３３と同一形状のアルミニウムからなる放熱板３４を載置し、加圧することにより、この放熱板３４を有機系接着剤層３３上に接着・固定した。これにより、ベース部３１の上面３１ａに有機系接着剤層３３及び放熱板３４が順次積層された冷却ベース部３を作製した。

次いで、タングステン（Ｗ）を研削することにより、給電用端子１３を作製した。
この給電用端子１３の端面１３ａにエッチング加工を施すことにより、その表面粗さＲａを０．１μｍとした。
次いで、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）及びバインダーを含む成形材料を所定の大きさ及び形状に成形し、得られた成形体を、大気中、１３００℃にて４時間焼成し、絶縁部材２１を作製した。

次いで、冷却ベース部３の固定孔に給電用端子１３及び碍子１５を嵌め込み固定し、この冷却ベース部３の放熱板３４及び絶縁部材２１の内側により形成された凹部に、有機系接着剤を所定の深さまで充填した。
次いで、静電チャック部２の絶縁層２３を、冷却ベース部３の有機系接着剤上に移動し、この静電チャック部２を冷却ベース部３に所定の圧力にて押圧し、次いで、１２０℃にて１２時間加熱して有機系接着剤を硬化させて有機系接着剤層２４とし、実施例１の静電チャック装置を得た。

（静電チャック装置の評価）
この静電チャック装置の熱伝達の均一性及びクラックや割れの有無を評価した。
評価方法は下記の通りである。
（１）熱伝達の均一性
静電チャック装置の板状体の上面に直径３００ｍｍのシリコンウエハを載置し、静電吸着用電極１２に通電しながらシリコンウエハを静電吸着させ、冷却ベース部の流路に２０℃の冷却水を循環させたときのシリコンウエハの面内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。
その結果、シリコンウエハの面内温度分布のバラツキは±０．５℃以内であった。

（２）クラックや割れの有無
静電チャック装置の板状体の上面を、金属顕微鏡にて観察し、クラックや割れの有無を調べた。
その結果、板状体の上面には、クラックや割れの発生は認められなかった。

「実施例２」
板状体１１を、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）から、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）に酸化サマリウム（Ｓｍ_２Ｏ_３）を１０質量％添加した酸化サマリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ・Ｓｍ）に替えた他は、実施例１に準じて、実施例２の静電チャック装置を作製し、評価した。
その結果、シリコンウエハの面内温度分布のバラツキは±０．５℃以内であり、板状体の上面には、クラックや割れの発生は認められなかった。

「実施例３」
板状体１１を、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）から、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）に酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）を１０質量％添加した酸化ガドリニウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ・Ｇｄ）に替えた他は、実施例１に準じて、実施例３の静電チャック装置を作製し、評価した。
その結果、シリコンウエハの面内温度分布のバラツキは±０．５℃以内であり、板状体の上面には、クラックや割れの発生は認められなかった。

「実施例４」
板状体１１を、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）から、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を０．５質量％添加したカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）添加酸化イットリウムに替えた他は、実施例１に準じて、実施例４の静電チャック装置を作製し、評価した。
その結果、シリコンウエハの面内温度分布のバラツキは±１℃以内であり、板状体の上面には、クラックや割れの発生は認められなかった。

「実施例５」
絶縁部材２１を、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）から石英（ＳｉＯ_２）に替えた他は、実施例１に準じて、実施例５の静電チャック装置を作製し、評価した。
その結果、シリコンウエハの面内温度分布のバラツキは±１℃以内であり、板状体の上面には、クラックや割れの発生は認められなかった。

「実施例６」
放熱板３４を、アルミニウムからチタンに替えた他は、実施例１に準じて、実施例６の静電チャック装置を作製し、評価した。
その結果、シリコンウエハの面内温度分布のバラツキは±１．５℃以内であり、板状体の上面には、クラックや割れの発生は認められなかった。

「比較例１」
板状体１１を、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）焼結体とし、絶縁部材２１及び放熱板３４を設けなかった他は、実施例１に準じて、比較例１の静電チャック装置を作製し、評価した。
その結果、シリコンウエハの面内温度分布のバラツキは±３℃であり、実施例１〜６の面内温度分布のバラツキと比べて大きなものであった。
また、板状体の上面に微少なクラックが多数発生していることが認められた。

「比較例２」
板状体１１を、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）と酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）とを含む複合焼結体とし、絶縁部材２１及び放熱板３４を設けなかった他は、実施例１に準じて、比較例２の静電チャック装置を作製し、評価した。
その結果、シリコンウエハの面内温度分布のバラツキは±３℃であり、実施例１〜６の面内温度分布のバラツキと比べて大きなものであった。
また、板状体の上面に割れが発生していることが認められた。

１ 静電チャック装置
２ 静電チャック部
３ 冷却ベース部
１１ 板状体
１１ａ 上面（一主面）
１１ｂ 下面（他の一主面）
１２ 静電吸着用電極
１３ 給電用端子
１３ａ 端面
１４ 突起部
２１ 絶縁部材
２２ 有機系接着剤層
２３ 絶縁層
２４ 有機系接着剤層
３１ ベース部（基台）
３１ａ 上面（一主面）
３２ 流路
３３ 有機系接着剤層
３４ 放熱板
４１ 静電チャック装置
４２ 静電チャック部
４３ 有機系接着剤層
４４ 絶縁層
５１ 静電チャック装置
５２ 静電チャック部
５３ 絶縁部材
Ｗ 板状試料

Claims (5)

1. 一主面を板状試料を載置する載置面とした板状体と、該板状体に設けられた静電吸着用電極と、該静電吸着用電極に直流電圧を印加する給電用端子と、を備えた静電チャック部と、
   前記他の一主面側に設けられ前記静電チャック部を支持する基台と、を備えてなる静電チャック装置において、
   前記板状体は、耐食性セラミックスからなり、
   前記静電チャック部と前記基台との間の周縁部に環状の絶縁部材を設け、前記基台の前記静電チャック部側の一主面に放熱板を設けてなることを特徴とする静電チャック装置。
2. 前記耐食性セラミックスは、酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物、希土類元素添加酸化イットリウムアルミニウム複合酸化物、酸化イットリウムの群から選択される１種または２種以上からなることを特徴とする請求項１記載の静電チャック装置。
3. 前記放熱板は、金属または熱伝導性を有する有機樹脂からなることを特徴とする請求項１または２記載の静電チャック装置。
4. 前記載置面には、前記板状試料の厚みより小さな直径を有する突起部が複数個形成されてなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の静電チャック装置。
5. 前記給電用端子の前記静電吸着用電極側の端面の表面粗さＲａは、０．０５μｍ以上かつ１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の静電チャック装置。

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