JP2016051783A - 静電チャック装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】静電チャック面内の温度の均一性と電極ピンの電気接続の信頼性を両立した静電チャック装置及びその静電チャック装置の製造方法を提供すること。【解決手段】静電チャック装置１０は、板状試料ＷＦが載置される一主面２１と静電吸着用内部電極２５とを有する静電チャック部２０と、静電チャック部２０の内部に形成され静電チャック部２０を加熱する加熱部材３０と、貫通孔６３を有する温度調整用ベース部６０と、静電チャック部２０と温度調整用ベース部６０とを接着させる主面接着剤層５０と、主面接着剤層５０から延在し、貫通孔６３の内側面のうち主面接着剤層５０側の内側面を覆う貫通孔接着剤層５１と、静電吸着用内部電極２５及び加熱部材３０の一方に接続され、貫通孔６３及び貫通孔接着剤層５１と非接触状態に貫通孔６３に挿通された電極ピン４０ａ、４０ｂと、電極ピン４０ａ、４０ｂの外側面と貫通孔接着剤層５１の内側面との間に形成された応力緩和領域８０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、板状試料を静電気力で吸着させる静電チャック装置及びその製造方法に関する。

プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置などのプラズマを用いた半導体製造装置は、ウエハのような板状試料を固定する静電チャック装置と、固定された板状試料にプラズマを照射するプラズマ照射機構とを備える。
静電チャック装置は、板状試料を固定すると共に、この板状試料を所望の温度に維持する。

プラズマ照射機構が作動すると、固定された板状試料の表面温度が上昇する。そこで、この表面温度の上昇を抑え、所望の温度分布になるように、静電チャック装置は、板状試料を載置面に静電吸着させる静電吸着用内部電極を有する静電チャック部と、水やフッ素系冷媒などの冷却媒体が循環する温度調整用ベース部と、静電チャック部の内部や載置面とは反対側の面に形成された電気ヒータのような加熱部材とを備える（特許文献１）。
温度調整用ベース部には貫通孔が形成されており、静電吸着用内部電極や加熱部材に接続した電極ピンが貫通孔を挿通している。温度調整用ベース部と電極ピンとの間の絶縁性を向上させるために、貫通孔には絶縁管が挿入されている。

そして、温度調整用ベース部で板状試料の下側全体を冷却し、加熱部材で板状試料の所定範囲を加熱することにより、板状試料全体を均一に所望の温度にする。

しかし、静電チャック部はセラミックスで形成されており、温度調整用ベース部はアルミニウムのような金属で形成されている。さらに、プラズマ照射機構が作動する際、静電チャック部と温度調整用ベース部とは互いに異なる温度になるので、これらが相まって、静電チャック部と温度調整用ベース部とは互いに異なる熱膨張をする。このため、静電チャック部が温度調整用ベース部に対して熱膨張の差だけ変位し、静電チャック部に固定された電極ピンが、温度調整用ベース部に形成された貫通孔の内側面に接触し、電極ピンと静電吸着用内部電極や加熱部材との間に熱応力が発生してしまうことがある。そしてその熱応力によって、静電吸着用内部電極や加熱部材から剥がれるようなせん断力が電極ピンに生じ、電極ピンと静電吸着用内部電極や加熱部材との間の電気的特性が変化してしまう恐れがある。特に、静電チャック部と温度調整用ベース部とを接着一体化させる有機系接着剤は、フィラーを用いている場合が多く、静電チャック部と温度調整用ベース部とがずれた場合、有機系接着剤が電極ピンに直接接触すると有機系接着剤が電極ピンに与えるストレスは大きい。

そこで、特許文献２には、静電チャック部の静電吸着用内部電極の形状を改良することで、電極ピンにせん断力が加わったとしてもそのせん断力の影響が静電チャック部に及ばないようにする技術が記載されている。また、絶縁管の先端と静電チャック部との隙間に絶縁樹脂を充填することにより、絶縁管と静電チャック部との隙間の絶縁が破壊されるのを防止する技術が記載されている。
しかし、特許文献２に記載の技術では、絶縁管の先端と静電チャック部との間の隙間に絶縁樹脂を充填した場合であっても、上述の熱応力は絶縁管の先端と静電チャック部との方向に直角の方向に生じるので、熱応力によって生じる電気的特性の変化が生じないようにすることは困難であった。また、絶縁性樹脂を充填しない場合においては絶縁管と静電チャック部との間の隙間の絶縁が破壊される恐れがあると共に、電極ピンの周囲に絶縁性樹脂が均一に充填されていないので、電極ピンの周囲の温度分布が非均一になる恐れがある。

また、静電チャック部と温度調整用ベース部とは、加熱や加圧をすることにより、接着一体化されるが、その際に、静電チャック部と温度調整用ベース部との間にある主面接着剤層を形成している有機系接着剤が貫通孔の内部に向けて流動する。

そこで、特許文献３には、その流動する有機系接着剤を堰き止める堰止溝が開示されている。
しかし、特許文献３に記載の技術では、有機系接着剤の量が多すぎると、堰止溝を乗り越えて、貫通孔内の電極ピンの周囲に有機系接着剤が入ってしまい、電極ピンに熱応力が生じる恐れがある。また、有機系接着剤の量が少なすぎると電極ピンにおける周囲の温度調整用ベース部上や絶縁管の上部に有機系接着剤が無い領域ができ、その領域の熱伝達特性が他の領域の熱伝達特性と大きく異なる恐れがある。また、絶縁管内に入った余分な有機系接着剤は、硬化処理した後に硬化した有機系接着剤を絶縁管内から取り出すことが好ましいが、絶縁管の内径が小さいと取り出しの作業性が悪く、また、取出し作業により絶縁管上部の樹脂が劣化して耐電圧が悪化する恐れがある。また、絶縁管の内径が大きいと均熱性が悪化する恐れがある。

特開２００８−３００４９１号公報 特開２０１３−１９１６２６号公報 特開２０１１−０８２４０５号公報

本発明の課題は、上記の事情に対処してなされたもので、静電チャック面内の温度の均一性と電極ピンの電気接続の信頼性を両立した静電チャック装置及びその静電チャック装置の製造方法を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、温度差変位が生じても、静電チャック部に固定された電極ピンが温度調整用ベース部に形成された貫通孔の内側面に接触しないように、電極ピンを貫通孔に挿通させることで、静電チャック面内の均一性と電極ピンの電気接続の信頼性を両立させることを知見し、本発明を完成するに至った。

本発明に係る板状試料を静電気力で吸着させる静電チャック装置は、前記板状試料が載置される一主面と前記一主面とは反対側の他主面と静電吸着用内部電極とを有する静電チャック部と、前記静電チャック部の内部に形成され前記静電チャック部を加熱する加熱部材と、貫通孔を有し前記静電チャック部を所望温度に調整する温度調整用ベース部と、前記静電チャック部と前記温度調整用ベース部とを接着させる主面接着剤層と、前記主面接着剤層から延在し、前記貫通孔のうち前記主面接着剤層側の内側面を覆う貫通孔接着剤層と、前記静電吸着用内部電極及び前記加熱部材の一方に接続され、前記貫通孔及び前記貫通孔接着剤層と非接触状態に前記貫通孔に挿通された電極ピンと、前記電極ピンの外側面と前記貫通孔接着剤層の内側面との間に形成された応力緩和領域と、を備える。
この静電チャック装置によれば、電極ピンは貫通孔及び貫通孔接着剤層に非接触状態に貫通孔に挿通され、かつ、電極ピンの外側面と貫通孔接着剤層の内側面との間には応力緩和領域が形成されているので、静電チャック部と温度調整用ベース部との間に熱膨張による変位が生じても、電極ピンは、応力緩和領域内で変位するだけであり、貫通孔の内側面には接触しない。このため、電極ピンと静電吸着用内部電極や加熱部材との間の電気的特性の変化を抑えることができる。
また、静電チャック装置は、静電チャック部と温度調整用ベース部とを接着させる主面接着剤層から延在し、貫通孔のうち主面接着剤層側の内側面を覆う貫通孔接着剤層を有するので、貫通孔の主面接着剤層側の近傍において、主面接着剤層と貫通孔接着剤層との間は、連続して主面接着剤層が形成されている。このため、この近傍の温度勾配の変化が小さくなり、この近傍の伝熱特性の変化を抑えることができる。
また、加熱体は、静電チャック部の内部に形成されるので、加熱体と板状試料との間の距離を短くすることができるので、静電チャック部を介して板状試料を効率よく、かつ、均一に加熱することができる。

前記静電チャック部は接合一体化したセラミックス焼結体を有し、前記加熱部材は、前記セラミックス焼結体の内部に形成されていてもよい。そのようにすることにより、加熱体がプラズマに曝されないように、加熱部材をセラミックス焼結体で覆うことができる。また、セラミックス焼結体は絶縁性を有するので、加熱部材の絶縁性を向上させることができる。

静電チャック装置は、さらに、前記応力緩和領域に形成された弾性樹脂部材を備えてもよい。そのようにすることにより、弾性樹脂部材が電極ピンの外側面と貫通孔接着剤層の内側面との間に充填されることになり、弾性樹脂部材は電極ピンの外周面を覆う。このため、温度差変位による電極ピンの貫通孔内の変位があっても、弾性樹脂部材の弾性変形によりその変位を吸収することができる。さらに、弾性樹脂部材を応力緩和領域に充填することにより、応力緩和領域の温度勾配を主面接着剤層の温度勾配と類似した温度勾配にすることができ、静電チャック面内の温度の均一性を向上させることができる。

前記弾性樹脂部材は、前記電極ピンに接着されていてもよい。そのようにすることにより、弾性樹脂部材が電極ピンからずれにくくすることができ、電極ピンを弾性樹脂部材で覆う状態を維持することができる。

前記弾性樹脂部材は、前記貫通孔接着剤層より柔軟性を有する材料で形成されていることが好ましい。そのようにすることにより、弾性樹脂部材の変形により生じる弾性変形力を小さくすることができる。

前記応力緩和領域は、前記静電チャック装置の外部に繋がっている空間となっていることが好ましい。そのようにすることにより、静電チャック装置の雰囲気大気圧と、応力緩和領域の雰囲気大気圧とを略同じにすることができる。

前記応力緩和領域の内径は、前記静電吸着用内部電極及び前記加熱部材の一方の、前記静電チャック部から露出している部分の外径より小さいことが好ましい。そのようにすることにより、静電吸着用内部電極及び加熱部材の一方の、前記静電チャック部から露出している部分が応力緩和領域の静電チャック部側を塞ぐことになる。このため、例えば、応力緩和領域に形成した弾性樹脂部材を静電吸着用内部電極及び加熱部材の一方の、前記静電チャック部から露出している部分に安定的に固定させることができる。

静電チャック装置は、さらに、前記貫通孔接着剤層が前記電極ピンへ接触することが阻止される遮蔽管を備えてもよい。
そのようにすることにより、貫通孔接着剤層が電極ピンへの接触を阻止するので、電極ピンの外側面と貫通孔接着剤層の内側面との間に、応力緩和領域を確実に形成することができる。また、遮蔽管を、絶縁性を有する材料で形成することにより、電極ピンの耐電圧性を向上させることができる。

前記遮蔽管は、前記静電吸着用内部電極及び前記加熱部材の一方に接着されていてもよい。そのようにすることにより、遮蔽管を電極ピンと一緒に変位させることができる。

本発明によれば、静電チャック面内の温度の均一性と電極ピンの電気接続の信頼性を両立した静電チャック装置及びその静電チャック装置の製造方法を提供することができる。

本発明に係る静電チャック装置の第１実施形態を示す断面図である。 本発明に係る静電チャック装置の第２実施形態を示す断面図である。 本発明に係る静電チャック装置の第３実施形態を示す断面図である。

本発明の静電チャック装置及びその製造方法を実施するための第１から第３実施形態について、図面に基づいて順次説明する。
なお、これらの実施形態は、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。

第１実施形態
図１を参照して、ウエハのような板状試料ＷＦを静電気力で吸着させる静電チャック装置１０の説明をする。
静電チャック装置１０は、静電チャック部２０と、加熱部材３０と、温度調整用ベース部６０と、主面接着剤層５０と、貫通孔接着剤層５１と、電極ピン４０ａ、４０ｂと、応力緩和領域８０とを備える。静電チャック装置１０は、さらに、弾性樹脂部材８１と、遮蔽管９０とを備える。

静電チャック部２０は、板状試料ＷＦが載置される面を一主面２１とし、一主面２１とは反対側の面を他主面２２とし、載置板２３と、支持板２７と、静電吸着用内部電極２５と、絶縁材層２４とを有する。静電チャック部２０はセラミックスで形成されている。

載置板２３は、板状試料ＷＦが載置される一主面２１を有する。一主面２１には、板状試料ＷＦを支える複数の突起部２８が形成され、各突起部２８の直径は、板状試料ＷＦの厚みより小さい。
支持板２７は、載置板２３と一体化され載置板２３を支持し、他主面２２を有する。
載置板２３や支持板２７は、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及び絶縁性を有する接合一体化したセラミックス焼結体であることが好ましい。また、載置板２３をセラミックスとし、支持板２７をポリイミドなどの絶縁性の樹脂としてもよい。

絶縁材層２４は、静電吸着用内部電極２５を囲繞して腐食性ガス及びそのプラズマから静電吸着用内部電極２５を保護する。絶縁材層２４は、載置板２３又は支持板２７を構成する材料と同一組成又は主成分が同一の絶縁材料で構成している。

静電吸着用内部電極２５は、載置板２３と支持板２７との間に設けられている、板状試料ＷＦを一主面２１に静電吸着させる静電吸着力を発生させる静電吸着力発生電極と、その静電吸着力発生電極に電気的に接続する給電用端子２６とを有する。静電吸着用内部電極２５の形状や大きさは、静電チャック装置１０の用途に応じて、適宜調整される。静電吸着用内部電極２５の材料は、載置板２３に使用する材料の熱膨張差や耐熱性などを考慮して選定される。

給電用端子２６の一端は、外部から供給される直流電圧が静電吸着用内部電極２５に印加するように、静電吸着用内部電極２５の静電吸着力発生電極に接続し、給電用端子２６の他端は、電極ピン４０ｂに接続できるように、静電チャック部２０の他主面２２から露出している。給電用端子２６は導電性材料で形成される。

加熱部材３０は、加熱体３２と、加熱電極接続部３１と、加熱体用内部端子３３とを有する。加熱体３２は、静電チャック部２０を加熱する部材であり、例えば、ヒータエレメントである。加熱体３２がプラズマに曝されないように、加熱体３２は、静電チャック部２０の内部、特に、支持板２７に形成されている。このため、加熱体３２と板状試料ＷＦとの間の距離を短くすることができるので、静電チャック部２０を介して板状試料ＷＦを効率よく、かつ、均一に加熱することができる。
加熱体３２は、相互に独立した複数のヒータで構成されていてもよい。複数のヒータは、例えば、中心部に形成された内ヒータと、この内ヒータの周縁部外方に環状に形成された外ヒータとであってもよい。
加熱電極接続部３１は、加熱体３２の両端に電気的に接続している。加熱電極接続部３１は、例えば、ヒータエレメントの電気の入出力ターミナルである。
加熱体用内部端子３３の一端は、外部から供給される直流電圧が加熱体３２に印加するように、加熱電極接続部３１に電気的に接続し、加熱体用内部端子３３の他端は、電極ピン４０ａに電気的に接続できるように、静電チャック部２０の他主面２２から露出している。加熱体用内部端子３３は、導電性材料で形成される。

温度調整用ベース部６０は、上面６２及び下面６１を有する厚みのある円板状の部材である。温度調整用ベース部６０は、貫通孔６３と、その内部に形成された水やフッ素系冷媒などの冷却媒体が循環する流路６８とを有する。
冷却媒体が所定の温度や流量で流路６８を流れることによって温度調整用ベース部６０の温度が調整され、ひいては、静電チャック部２０が所望温度に調整される。温度調整用ベース部６０を構成する材料は、熱伝導性、導電性、加工性に優れた金属、又はこれらの金属を含む複合材であることが好ましく、アルミニウムで形成されていることがさらに好ましい。

貫通孔６３は、上面６２及び下面６１を貫通すると共に、その内側面に絶縁管６５が形成されている。貫通孔６３には、絶縁管６５が一体的に取り付けられ、絶縁管６５が貫通孔６３の内側面とされる。
貫通孔６３の内側面は、電極ピン４０ａ、４０ｂが貫通孔６３内に上面６２が広がる積層面方向Ｓに相対的移動可能に差し込むことができる大きさである。換言すると、電極ピン４０ａ、４０ｂが貫通孔６３の内側面に非接触状態で、電極ピン４０ａ、４０ｂを貫通孔６３に挿通している。

絶縁管６５と温度調整用ベース部６０との間には、熱伝導性のグリースなどを充填させてもよい。絶縁管６５と温度調整用ベース部６０との間の熱伝達が温度調整用ベース部６０と静電チャック部２０との間の熱伝達と均一になるように、絶縁管６５と温度調整用ベース部６０との間に空隙がない状態とすることが好ましい。
絶縁管６５の上端は、温度調整用ベース部６０の上面６２と同一面であることが好ましい。絶縁管６５の上端と温度調整用ベース部６０の上面６２とを同一面とすることで、後述する接合工程において、主面接着剤層５０を形成する際に、絶縁管６５と温度調整用ベース部６０との間を空隙の無い均一な状態にすることができる。
絶縁管６５の材料は、樹脂やセラミックスであり、熱伝導、耐熱性、耐電圧、寸法精度、コストなどの面からセラミックスであることが好ましく、酸化アルミニウムなどがさらに好ましい。

主面接着剤層５０は、静電チャック部２０と温度調整用ベース部６０とを接着させている。主面接着剤層５０は、弾性材料を組成物としているので、温度変化に伴う静電チャック部２０の温度変位と温度調整用ベース部６０の温度変位との差による熱応力を緩和させる作用を有する。
主面接着剤層５０は、例えば、シリコーン系樹脂組成物を加熱硬化した硬化体又はアクリル樹脂で形成され、熱伝導性などの特性を向上させるためセラミックスなどのフィラーを添加してあるものを使用してもよい。なお、主面接着剤層５０の熱伝達率は、フィラーが添加されると、変化する。
なお、静電チャック部２０の他主面２２には加熱部材３０の加熱体用内部端子３３や静電吸着用内部電極２５の給電用端子２６が露出しているが、その露出による他主面２２の凹凸状は、わずかであるので、主面接着剤層５０の代わりに流動性のないシート状又はフィルム状の接着性樹脂を用いても、他主面２２や露出している加熱体用内部端子３３や給電用端子２６とシート状又はフィルム状の接着性樹脂との間には、殆ど空隙は形成されないので、シート状又はフィルム状の接着性樹脂を用いてもよい。

貫通孔接着剤層５１は、主面接着剤層５０と同じ材料で形成されており、主面接着剤層５０から延在し、貫通孔６３のうち主面接着剤層５０側の内側面を覆っている。すなわち、主面接着剤層５０は、他主面２２と絶縁管６５との間にも入っていることになり、また、絶縁管６５の内側面と応力緩和領域８０に形成された弾性樹脂部材８１との間にも主面接着剤層５０と同じ材料の貫通孔接着剤層５１が形成されていることになる。
主面接着剤層５０及び貫通孔接着剤層５１がフィラーを用いていても、貫通孔接着剤層５１が電極ピン４０ａ、４０ｂに直接接触することを弾性樹脂部材８１が阻止するので、貫通孔接着剤層５１は、フィラーによるストレスを電極ピン４０ａ、４０ｂに殆ど与えない。

電極ピン４０ａは、加熱体用内部端子３３を介して、加熱部材３０の加熱体３２に接続され、電極ピン４０ｂは、給電用端子２６を介して、静電吸着用内部電極２５に接続されている。
電極ピン４０ａは、加熱体用内部端子３３に接触する鍔状の接触部４１と、接触部４１に形成された筒状のピン部４２とを有する。電極ピン４０ｂは、給電用端子２６に接触する鍔状の接触部４１と、接触部４１に形成された筒状のピン部４２とを有する。
電極ピン４０ａと加熱体用内部端子３３、及び、電極ピン４０ｂと給電用端子２６は、溶接、導電性接着剤又はロウ付けで接合される。
電極ピン４０ａ、４０ｂの材料は、溶接の強度が高くなるように、金属又は金属とセラミックスの複合体であり、加熱体用内部端子３３や、給電用端子２６の材料と同じ材料又はそれらの材料と同じ材料と他の材料の複合材料とすることが好ましい。

ピン部４２の下部には、寄り線で形成された接続線４３に一方の端部が取り付けられる。電極ピン４０ａ、４０ｂと接続線４３の一方の端部との接続は、溶接、はんだ付け、ネジ込みなど、電極ピン４０ａ、４０ｂに作用する機械的な応力が小さくなる方法により行う。これにより、電極ピン４０ａ、４０ｂに接続線４３を介した機械的な応力が作用しなくなるので、加熱体用内部端子３３や、給電用端子２６との接合面の破損を防ぐことができる。
接続線４３は可塑性や弾性のある材料を使用し、銅線や銀線及びこれらの撚り線や、ばね材などを用いることができる。
接続線４３の他方の端部は、筒状の接続端子４４に接続している。接続端子４４は、外部の電源から静電吸着用内部電極２５や、加熱体３２に電気を供給するための端子を接続する端子である。接続端子４４は導電性を有すればよく、接続端子４４と電極ピン４０ａ、４０ｂとの間では機械的応力や熱が伝わりづらいため、はんだ付けや溶接、カシメなどの方法も用いることができる。
接続端子４４は、温度調整用ベース部６０の下面６１側に形成された溝４４ａを有する。割スリーブのようなリング状の固定板４５が溝４４ａに嵌め込まれることにより、固定板４５は接続端子４４に固定される。したがって接続端子４４は、固定板４５を介して温度調整用ベース部６０に固定される。固定板４５は、接続端子４４を固定するように、貫通孔６３における温度調整用ベース部６０の下面６１側に形成された段部６４に嵌め込まれる。
固定板４５は、セラミックスや絶縁性樹脂などで形成される。固定板４５は、絶縁管６５と固定する構造となっていてもよい。

応力緩和領域８０は、電極ピン４０ａ、４０ｂの外側面と貫通孔６３（絶縁管６５）の内側面及び貫通孔接着剤層５１の内側面との間に形成された空間である。電極ピン４０ａ、４０ｂは、貫通孔６３すなわち絶縁管６５及び貫通孔接着剤層５１と非接触状態に貫通孔６３に挿通されているので、電極ピン４０ａ、４０ｂは、応力緩和領域８０の中に配置されている。
静電チャック部２０の内部には、加熱体３２や静電吸着用内部電極２５が形成されているので、これらに電気を供給するために、静電チャック部２０の他主面２２には加熱部材３０の加熱体用内部端子３３や静電吸着用内部電極２５の給電用端子２６が露出している。静電チャック部２０の温度分布を高度に管理するためには、これらの露出している部分の面積が小さいことが好ましい。他方、これらの露出している面積が小さいと、電極ピン４０ａと加熱体用内部端子３３との接触面積、及び、電極ピン４０ｂと給電用端子２６との接触面積も小さくなり、小さなせん断力が作用するだけで接続不良となる恐れがある。
したがって、静電チャック部２０の内部に加熱体３２や静電吸着用内部電極２５が形成されている静電チャック装置１０において、電気的不良を回避するために、電極ピン４０ａ、４０ｂの外側面と貫通孔６３（絶縁管６５）の内側面及び貫通孔接着剤層５１の内側面との間に形成された応力緩和領域８０は、非常に重要な効果を奏する。

弾性樹脂部材８１は、電極ピン４０ａ、４０ｂの周囲と絶縁管６５との間には、静電チャック部２０と温度調整用ベース部６０との間の熱膨張の差により発生する熱応力が緩和するように、応力緩和領域８０の中に配置される。このため、弾性樹脂部材８１は、給電用端子２６や加熱体用内部端子３３の破損を防ぐことができ、静電チャック部２０の信頼性を向上させることができる。
熱応力を緩和させる弾性樹脂部材８１は、形状を保持できる樹脂であればよく、形状をある程度保持できるシリコーンゴムであってもよく、また、主面接着剤層５０の熱伝導率、耐電圧、強度などで劣るシリコーンゴムのような樹脂材料であってもよい。弾性樹脂部材８１は、電極ピン４０ａ、４０ｂより小さくてもよい。
静電チャック部２０と温度調整用ベース部６０との間の熱膨張の差は、通常は、最大で０．２〜０．３ｍｍ程度であるので、弾性樹脂部材８１は、シリコーンゴムのような樹脂材料で、小さくても、熱膨張の差を弾性変形で充分に吸収することができる。
弾性樹脂部材８１の樹脂材料としては、柔軟性のシリコーン樹脂などの樹脂自体のヤング率が低い材料や、発泡性ポリイミドなど空孔により応力が緩和できる材料を挙げることができる。弾性樹脂部材８１の樹脂材料として、柔軟性の樹脂を使用する場合には、ヤング率が１ＭＰａ以下の材料を使用することが好ましい。
弾性樹脂部材８１と電極ピン４０ａ、４０ｂとは接着剤で接着されていてもよい。接着剤で固定することで、製造時において弾性樹脂部材８１の位置がずれることを防ぐことができる。
なお、応力緩和領域８０の内径は、静電吸着用内部電極２５及び加熱部材３０の、静電チャック部２０から露出している給電用端子２６及び加熱体用内部端子３３の部分の外径より小さくてもよい。そのようにすることにより、静電チャック部２０から露出している給電用端子２６及び加熱体用内部端子３３の部分が応力緩和領域８０の静電チャック部２０側を塞ぐことになる。このため、例えば、応力緩和領域８０に形成した弾性樹脂部材８１を静電チャック部２０から露出している給電用端子２６及び加熱体用内部端子３３の部分に安定的に固定させることができる。

遮蔽管９０は、貫通孔接着剤層５１が電極ピン４０ａ、４０ｂへ接触することを阻止するように、主面接着剤層５０や貫通孔接着剤層５１と弾性樹脂部材８１との間に配置されているので、電極ピン４０ａ、４０ｂの外側面と貫通孔接着剤層５１の内側面との間に、応力緩和領域８０を確実に形成することができる。また、遮蔽管９０を、絶縁性を有する樹脂材料で形成することにより、電極ピン４０ａ、４０ｂの耐電圧性を向上させることができる。遮蔽管９０は、パイプ状の弾性部材で形成されている。
遮蔽管９０は、静電チャック部２０から露出している給電用端子２６及び加熱体用内部端子３３の部分に接着されていてもよい。そのようにすることにより、電極ピン４０ａ、４０ｂは、それぞれ、加熱体用内部端子３３、給電用端子２６に固定されているので、遮蔽管９０を電極ピン４０ａ、４０ｂと一緒に変位させることができる。
遮蔽管９０は、弾性樹脂部材８１に嵌合したり接着されたりする。電極ピン４０ｂを挿通している遮蔽管９０の一方の端部は、給電用端子２６の周囲（電極ピン４０ｂの接触部４１の周囲）の他主面２２に接着されていることが好ましい。電極ピン４０ａを挿通している遮蔽管９０の一方の端部は、加熱電極接続部３１に接着されていることが好ましい。遮蔽管９０の他方の端部の位置は、主面接着剤層５０や貫通孔接着剤層５１と弾性樹脂部材８１とが接触しなければ特に限定されない。遮蔽管９０の他方の端部は、弾性樹脂部材８１と接続端子４４との間に貫通孔接着剤層５１が侵入しないように、接続端子４４に嵌合されたり接着されたりすることが好ましい。
遮蔽管９０の材質は、金属や樹脂などから選定できるが、絶縁材料であることが好ましく、シリコーン系、テフロン（登録商標）系の樹脂であることがより好ましく、厚さは５０μｍ〜１ｍｍであることが好ましい。
遮蔽管９０は、貫通孔接着剤層５１が電極ピン４０ａ、４０ｂに接触するのを防止するために、また、後述する接合工程において、弾性樹脂部材８１と接続端子４４との間に貫通孔接着剤層５１が侵入するのを防ぐために使用される。応力緩和領域８０において、電極ピン４０ａ、４０ｂが貫通孔接着剤層５１で覆われることを防ぐことで、弾性樹脂部材８１に応力が加わっても、弾性樹脂部材８１が容易に変形するので、電極ピン４０ａ、４０ｂに作用する応力を緩和させることができる。

以上の静電チャック装置１０は、以下のように作用する。
半導体製造装置のプラズマ照射機構が作動すると、静電チャック部２０と温度調整用ベース部６０とが互いに異なる温度になり、静電チャック部２０と温度調整用ベース部６０とが互いに異なる熱膨張をする。このため、静電チャック部２０と温度調整用ベース部６０とは、積層面方向Ｓに相対的移動し、電極ピン４０ａ、４０ｂが貫通孔６３に対して、積層面方向Ｓに相対的に移動する。
しかし、電極ピン４０ａ、４０ｂが貫通孔６３及び貫通孔接着剤層５１に非接触状態に貫通孔６３に挿通され、かつ、電極ピン４０ａ、４０ｂの外側面と貫通孔接着剤層５１の内側面との間には応力緩和領域８０が形成されているので、電極ピン４０ａ、４０ｂは、応力緩和領域８０内で変位するだけであり、貫通孔６３の内側面には接触しない。このため、電極ピン４０ａ、４０ｂと静電吸着用内部電極２５や加熱部材３０との間の電気的特性の変化を抑えることができる。

上述の静電チャック装置１０は、以下のようにして製造することができる。
まず、板状の載置板２３を作製する。
次に、加熱体３２を内部に有する支持板２７を作製する。支持板２７は、支持板２７の原料である顆粒を作成し、所定量の顆粒を金型内に装入し、装入された顆粒上に、加熱体用内部端子３３を有する加熱体３２を置く。さらに、置かれた加熱体３２が隠れるように、かつ、加熱体用内部端子３３の他端が露出するように、顆粒を、再度、金型内に装入してから、金型の上型と下型とによりプレスすることにより、加熱体３２を内部に有する支持板２７が作製される。このとき作製された支持板２７は、接合一体化したセラミックス焼結体である。
次に、作製された支持板２７に、給電用端子２６を嵌め込む。
次に、支持板２７の表面の所定領域に、給電用端子２６に接触するように静電吸着用内部電極２５を形成し、また、静電吸着用内部電極２５の外周の領域に絶縁材層２４を形成する。
次に、支持板２７上に載置板２３を重ね合わせた後に、これらを高温、高圧下にてホットプレスして一体化し、静電チャック部２０を得る。

次いで、電極ピン４０ａ及び４０ｂの接触部４１を、それぞれ、露出している加熱部材３０の加熱体用内部端子３３及び静電吸着用内部電極２５の給電用端子２６に固定させる。
電極ピン４０ａ、４０ｂのピン部４２に接続線４３の一方の端部を接続させ、接続線４３の他方の端部を接続端子４４に接続させる。

次いで、弾性樹脂部材８１を電極ピン４０ａ、４０ｂに形成させると共に、貫通孔接着剤層５１が電極ピン４０ａ、４０ｂへ接触することを阻止するように、主面接着剤層５０や貫通孔接着剤層５１と弾性樹脂部材８１との間に遮蔽管９０を配置する。電極ピン４０ａを挿通している遮蔽管９０の一端部を加熱体用内部端子３３の周囲（接触部４１の周囲）の他主面２２に接着させ、他端部を接続端子４４に嵌合させる。
電極ピン４０ｂを挿通している遮蔽管９０の一端部を給電用端子２６の周囲（接触部４１の周囲）の他主面２２に接着させ、他端部を接続端子４４に嵌合させる。

次いで、静電チャック部２０の他主面２２に接着剤層形成用樹脂を塗布する。なお、温度調整用ベース部６０の上面６２に接着剤層形成用樹脂を塗布してもよい。

ここで、温度調整用ベース部６０を作製する。温度調整用ベース部６０は、円盤状のアルミニウム材料から機械加工により、上面６２及び下面６１を有する厚みのある円板状の部材に形成すると共に貫通孔６３及び段部６４を形成する。さらに、貫通孔６３内に絶縁管６５を形成する。

次いで、静電チャック部２０を接着剤層形成用樹脂に載置し、雰囲気を真空にする（接合工程）。このとき、静電チャック部２０の他主面２２と温度調整用ベース部６０の上面６２とが傾かないように、静電チャック部２０の他主面２２と温度調整用ベース部６０の上面６２との間にスペーサーを配置することが好ましい。スペーサーは、静電チャック部２０の他主面２２に設けることが好ましい。
接合工程のとき、電極ピン４０ａ、４０ｂは、貫通孔６３及び貫通孔接着剤層５１と非接触状態に貫通孔６３に挿通されると共に、主面接着剤層５０が、主面接着剤層５０から延在し、貫通孔６３のうち主面接着剤層５０側の内側面を覆う貫通孔接着剤層５１が形成される。貫通孔接着剤層５１は、主面接着剤層５０の一部が絶縁管６５と遮蔽管９０との間に流入したものである。こうして、主面接着剤層５０から延在された貫通孔接着剤層５１が形成される。

次いで、接着剤層形成用樹脂を真空乾燥させ、主面接着剤層５０及び貫通孔接着剤層５１を硬化させると共に、これにより、電極ピン４０ａ、４０ｂの外側面と貫通孔接着剤層５１の内側面との間に応力緩和領域８０が形成される。

そして、接続端子４４を温度調整用ベース部６０に固定させるために、リング状の固定板４５を接続端子４４の溝４４ａに嵌め込み、また、固定板４５を段部６４に嵌め込む。こうして、静電チャック装置１０を得る。

以上の静電チャック装置１０は、電極ピン４０ａ、４０ｂが貫通孔６３及び貫通孔接着剤層５１に非接触状態に貫通孔６３に挿通され、かつ、電極ピン４０ａ、４０ｂの外側面と貫通孔接着剤層５１の内側面との間には応力緩和領域８０が形成されているので、静電チャック部２０と温度調整用ベース部６０との間に熱膨張による変位が生じても、電極ピン４０ａ、４０ｂは、応力緩和領域８０内で変位するだけであり、貫通孔６３の内側面には接触しない。このため、電極ピン４０ａ、４０ｂと静電吸着用内部電極２５や加熱部材３０との間の電気的特性の変化を抑えることができる。

また、静電チャック装置１０は、静電チャック部２０と温度調整用ベース部６０とを接着させる主面接着剤層５０から延在し、貫通孔６３のうち主面接着剤層５０側の内側面を覆う貫通孔接着剤層を有するので、貫通孔６３の主面接着剤層５０側の近傍において、温度勾配の変化が小さくなり、この近傍の伝熱性特性の変化を抑えることができる。

第２実施形態
図２に示すように、静電チャック装置１０ａは、静電チャック装置１０において、遮蔽管９０を省略したこと以外は、静電チャック装置１０と同じである。この場合、弾性樹脂部材８１が、遮蔽管の機能も有することになる。

第３実施形態
図３に示すように、静電チャック装置１０ｂは、静電チャック装置１０において、弾性樹脂部材８１を省略し、応力緩和領域８０を空隙としたこと以外は、静電チャック装置１０と同じである。空隙の応力緩和領域８０は、静電チャック装置１０ｂの外部に繋がっている。

静電チャック装置１０ｂは、応力緩和領域８０を空隙とするので、絶縁管６５と静電チャック部２０の他主面２２との間の部位及び絶縁管６５の内側面と応力緩和領域８０との間の部位に、主面接着剤層５０や貫通孔接着剤層５１を形成することが好ましい。

応力緩和領域８０を空隙とする静電チャック装置１０ｂの製造方法としては、静電チャック装置１０の組み立て後に、機械的加工により、弾性樹脂部材８１を取り除き、応力緩和領域８０を空隙とする方法がある。この方法では、後述する溶解除去する方法に比べて、応力緩和領域８０を形成した後の洗浄が容易となる。機械的加工で空隙とする場合は、応力緩和領域８０を弾性樹脂部材８１よりも柔らかい材料又は脆い材料を入れて接合した後、その材料を除去して空隙をつくってもよい。このようにすることにより、応力緩和領域８０の破損を防ぐことができる。

静電チャック装置１０ｂの別の製造方法としては、弾性樹脂部材８１を熱や有機溶剤を利用して溶解させる方法がある。この方法では、応力緩和領域８０を空隙とする際に、機械的加工を行わないため、弾性樹脂部材８１と他の部材の接着部が破損し、耐電圧特性が悪化することを防ぐことができる。

Ｓ 積層面方向
ＷＦ 板状試料
１０、１０ａ、１０ｂ 静電チャック装置
１２ 支持板
１５ 絶縁管
２０ 静電チャック部
２１ 静電チャック部の一主面
２２ 静電チャック部の他主面
２３ 載置板
２４ 絶縁材層
２５ 静電吸着用内部電極
２６ 給電用端子
２７ 支持板（セラミックス焼結体）
２８ 突起部
３０ 加熱部材
３１ 加熱電極接続部
３２ 加熱体
３３ 加熱体用内部端子
４０ａ、４０ｂ 電極ピン
４１ 接触部
４２ ピン部
４３ 接続線
４４ 接続端子
４４ａ 接続端子に形成された溝
４５ 固定板
５０ 主面接着剤層
５１ 貫通孔接着剤層
６０ 温度調整用ベース部
６１ 温度調整用ベース部の下面
６２ 温度調整用ベース部の上面
６３ 温度調整用ベース部の貫通孔
６４ 温度調整用ベース部の貫通孔の段部
６５ 絶縁管
６８ 流路
８０ 応力緩和領域
８１ 弾性樹脂部材
９０ 遮蔽管

Claims (9)

1. 板状試料を静電気力で吸着させる静電チャック装置であって、
   前記板状試料が載置される一主面と前記一主面とは反対側の他主面と静電吸着用内部電極とを有する静電チャック部と、
   前記静電チャック部の内部に形成され前記静電チャック部を加熱する加熱部材と、
   貫通孔を有し前記静電チャック部を所望温度に調整する温度調整用ベース部と、
   前記静電チャック部と前記温度調整用ベース部とを接着させる主面接着剤層と、
   前記主面接着剤層から延在し、前記貫通孔のうち前記主面接着剤層側の内側面を覆う貫通孔接着剤層と、
   前記静電吸着用内部電極及び前記加熱部材の一方に接続され、前記貫通孔及び前記貫通孔接着剤層と非接触状態に前記貫通孔に挿通された電極ピンと、
   前記電極ピンの外側面と前記貫通孔接着剤層の内側面との間に形成された応力緩和領域と、を備えた、静電チャック装置。
2. 前記静電チャック部は接合一体化したセラミックス焼結体を有し、
   前記加熱部材は、前記セラミックス焼結体の内部に形成されている、請求項１に記載の静電チャック装置。
3. さらに、前記応力緩和領域に形成された弾性樹脂部材を備える、請求項１又は２に記載の静電チャック装置。
4. 前記弾性樹脂部材は、前記電極ピンに接着されている、請求項３に記載の静電チャック装置。
5. 前記弾性樹脂部材は、前記貫通孔接着剤層より柔軟性を有する材料で形成されている、請求項３又は４に記載の静電チャック装置。
6. 前記応力緩和領域は、前記静電チャック装置の外部に繋がっている空間となっている、請求項１又は２に記載の静電チャック装置。
7. 前記応力緩和領域の内径は、前記静電吸着用内部電極及び前記加熱部材の一方の、前記静電チャック部から露出している部分の外径より小さい、請求項１から６のいずれかに記載の静電チャック装置。
8. さらに、前記貫通孔接着剤層が前記電極ピンへ接触することを阻止する遮蔽管を備える、請求項１から７のいずれかに記載の静電チャック装置。
9. 前記遮蔽管は、前記静電吸着用内部電極及び前記加熱部材の一方に接着されている、請求項８に記載の静電チャック装置。

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