JP2016139649A - 静電チャック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電チャック部に載置される板状試料の温度を精度よく調整することができる静電チャック装置の提供。【解決手段】静電チャック装置は、セラミック焼結体を形成材料とし、一主面が前記板状試料を載置する載置面である静電チャック部と、前記静電吸着用電極に印加する電圧を制御する制御部と、を有する。前記電圧を制御することで前記板状試料と前記載置面との接触面積を変化させ、前記板状試料の温度を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、静電チャック装置に関する。

近年、半導体製造プロセスにおいては、素子の高集積化や高性能化に伴い、微細加工技術の更なる向上が求められている。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。
従来、プラズマエッチング装置等のプラズマを用いた半導体製造装置においては、試料台に簡単にウエハを取付け、固定するとともに、ウエハを所望の温度に維持する装置として静電チャック装置が使用されている。

静電チャック装置としては、板状試料が載置される載置面に複数の突起部が設けられた装置がある（特許文献１〜４を参照）。このような静電チャック装置では、突起部に支持された板状試料は、静電チャックの載置面に静電吸着されるとともに、板状試料と突起部との間の熱伝導により板状試料の温度が調整される。

特開２００５−１９１５６１号公報 特開２００３−８６６６４号公報 特開２００２−３２９７７６号公報 特開２０１４−２７２０７号公報

従来の静電チャック装置では、静電チャック部に載置される板状試料の温度を精度よく調整するのは容易ではなかった。例えば、板状試料の面内における温度の偏りを小さくするのは難しかった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、静電チャック部に載置される板状試料の温度を精度よく調整することができる静電チャック装置の提供を目的とする。

本発明の静電チャック装置は、板状試料を静電吸着用電極により吸着するとともに前記板状試料を冷却する静電チャック装置であって、セラミック焼結体を形成材料とし、一主面が前記板状試料を載置する載置面である静電チャック部と、前記静電吸着用電極に印加する電圧を制御する制御部と、を有し、前記電圧を制御することで前記板状試料と前記載置面との接触面積を変化させ、前記板状試料の温度を制御する。
この構成によれば、制御部によって、静電吸着用電極に印加する電圧を制御することで、板状試料と載置面との接触面積を変化させて板状試料の温度を制御することによって、板状試料の温度制御を安定して行うことができる。

前記載置面には、前記板状試料を支持する複数の突起部が設けられ、前記複数の突起部は、複数の第１突起部と複数の第２突起部とを有し、前記複数の第１突起部は、第１の高さに設定され、前記複数の第２突起部は、前記第１の高さよりも低い第２の高さに設定され、前記制御部は、前記第１突起部の頂面と前記板状試料とを接触させる第１の電圧と、前記第１の電圧より高く、前記第１突起部の頂面および前記第２突起部の頂面と前記板状試料とを接触させる第２の電圧と、に前記電圧を制御することが好ましい。
これにより、第２の電圧を静電吸着用内部電極に印加した場合には、第１の電圧を静電吸着用内部電極に印加した場合に比べ、突起部と板状試料との接触面積を大きくできるため、板状試料の温度変動を確実に抑えることができる。

前記載置面には、前記板状試料を支持する複数の突起部が設けられ、前記複数の突起部は、複数の第１突起部と第２突起部と第３突起部とを有し、前記複数の第１突起部は、第１の高さに設定され、前記複数の第２突起部は、前記第１の高さよりも低い第２の高さに設定され、前記複数の第３突起部は、前記第２の高さよりも低い第３の高さに設定され、前記制御部は、前記第１突起部の頂面と前記板状試料とを接触させる第１の電圧と、前記第１の電圧より高く、前記第１突起部の頂面および前記第２突起部の頂面と前記板状試料とを接触させる第２の電圧と、前記第２の電圧より高く、前記第１突起部の頂面、前記第２突起部の頂面および前記第３突起部の頂面と前記板状試料とを接触させる第３の電圧と、に前記電圧を制御することが好ましい。

前記複数の突起部のうち最も高い高さに設定された突起部は、前記頂面が湾曲していることが好ましい。
前記静電チャック部の前記載置面には、単位面積当たりの前記第１突起部と前記第２突起部との存在比が異なる２以上の領域が設定されていることが好ましい。
前記頂面の下端の断面積が、０．０３１４ｍｍ^２以上、１２．６ｍｍ^２以下であることが好ましい。
前記載置面を平面視した面積に対し、複数の前記頂面の下端における断面積の総和が占める比率を５％以上、３０％以下とすることが好ましい。
前記セラミック焼結体は、アルミナとＳｉＣとの複合材料であり、２０Ｈｚ以下の周波数における誘電率が１５以上であることが好ましい。
前記制御部は、前記板状試料の種類に応じて予め設定された、前記電圧と前記接触面積との対応関係についての情報を記憶し、前記情報に基づいて、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを制御することが好ましい。
前記制御部は、少なくとも前記第１の電圧と前記第２の電圧との間において、前記静電吸着用電極に印加する電圧を任意に制御可能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、制御部によって、静電吸着用電極に印加する電圧を制御することで、板状試料と載置面との接触面積を変化させて板状試料の温度を制御するので、板状試料の温度制御を安定して行うことができる。

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を示す平面図である。 （ａ）本発明の一実施形態の静電チャック装置の静電チャック部および板状試料を模式的に示す断面図である。（ｂ）（ａ）において仮想線で囲んだ部分の拡大図である。 （ａ）本発明の一実施形態の静電チャック装置の静電チャック部および板状試料を模式的に示す断面図である。（ｂ）（ａ）において仮想線で囲んだ部分の拡大図である。 （ａ）本発明の一実施形態の静電チャック装置の静電チャック部および板状試料を模式的に示す断面図である。（ｂ）（ａ）において仮想線で囲んだ部分の拡大図である。 （ａ）本発明の一実施形態の静電チャック装置の第１突起部を示す平面図である。（ｂ）突起部の側面図である。 本発明の一実施形態の静電チャック装置の第２突起部を示す側面図である。 本発明の一実施形態の静電チャック装置の第３突起部を示す側面図である。 本発明の一実施形態の静電チャック装置において、静電チャック部の変形例および板状試料を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態の静電チャック装置において、静電チャック部の変形例および板状試料を模式的に示す断面図である。

以下に、本発明の一実施形態である静電チャック装置１について、図面に基づき説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。

図１は、静電チャック装置１の断面図であり、図２は、静電チャック装置１の平面図である。
図１に示すように、静電チャック装置１は、円板状の静電チャック部２と、静電チャック部２の温度を調整する円板状の冷却ベース部３と、静電チャック部２の下面（他の主面）に設けられた接着材４と、接着材４の下面に接着されたヒータエレメント５と、冷却ベース部３の上面に接着材６を介して接着された絶縁部材７と、有機系接着剤等からなる樹脂層８と、静電チャック部２の静電吸着用内部電極１３（後述）に印加する電圧を制御する制御部９と、を有している。
静電チャック装置１は、冷却ベース部３、樹脂層８、静電チャック部２がこの順に図１の＋Ｚ方向（高さ方向）に積層された構造を有する。

静電チャック装置１には、静電チャック部２、樹脂層８、絶縁部材７、接着材６、並びに冷却ベース部３を貫通する冷却ガス導入孔１８が形成されている。冷却ガス導入孔１８からは、Ｈｅ等の冷却ガスが供給される。冷却ガスは、静電チャック部２の載置面１９と板状試料Ｗの下面との隙間を流れて、板状試料Ｗの温度を下げる働きをする。冷却ガス（Ｈｅガス等）は、その圧力を制御することにより、静電チャック部２と板状試料Ｗとの間の熱移動のしやすさを調節し、これにより板状試料Ｗの温度を調整することができる。

＜静電チャック部＞
静電チャック部２は、上面が半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置する載置面１９とされた載置板１１と、載置板１１と一体化され該載置板１１を支持する支持板１２と、載置板１１と支持板１２との間に設けられた静電吸着用内部電極１３と、静電吸着用内部電極１３の周囲を絶縁する絶縁材層１４と、支持板１２を貫通して設けられ静電吸着用内部電極１３に直流電圧を印加する給電用端子１５と、を有している。

図１および図２に示すように、静電チャック部２の載置面１９には、突起部３０が複数個形成されている。複数の突起部３０は、板状試料Ｗを支える。突起部３０の形状については、後段において詳細に説明する。

また載置面１９の周縁には、周縁壁１７が形成されている。周縁壁１７は、突起部３０と同じ高さに形成されており、突起部３０とともに板状試料Ｗを支持する。周縁壁１７は、載置面１９と板状試料Ｗとの間に導入される冷却ガスが漏れ出すことを抑制するために設けられている。

載置板１１および支持板１２は、重ね合わせた面の形状を同じくする円板状のもので、例えば、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絶縁性のセラミック焼結体からなる。載置板１１および支持板１２は、例えば、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）複合焼結体、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）焼結体等からなる。
特に、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）複合焼結体（アルミナとＳｉＣとの複合材料）が好ましい。

セラミック焼結体からなる搭載板（載置板１１および支持板１２）は、２０Ｈｚ以下の周波数における誘電率が１５以上で、耐電圧が１０ｋｖ／ｍｍ以上であることが好ましい。
クーロン力型の静電チャック装置においては、静電チャック部２における静電吸着力は、搭載板の直流の誘電率、突起部３０の高さ、静電吸着用内部電極１３に印加する電圧、および、突起部３０の頂面と静電吸着用内部電極１３との距離、などに依存する。
板状試料Ｗと突起部３０との間に間隙が生じていても、この間隙が狭く、かつ、搭載板の誘電率が高く、しかも搭載板が十分な耐電圧を有る場合、静電吸着力は板状試料Ｗに有効に作用する。
セラミック焼結体中のセラミックス粒子の平均粒径は１０μｍ以下が好ましく、２μｍ以下がより好ましい。

静電吸着用内部電極１３は、電荷を発生させて静電吸着力で板状試料Ｗを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、その形状や、大きさが適宜調整される。
静電吸着用内部電極１３は、酸化アルミニウム−炭化タンタル（Ａｌ_２Ｏ_３−ＴａＣ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−タングステン（Ａｌ_２Ｏ_３−Ｗ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タングステン（ＡｌＮ−Ｗ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タンタル（ＡｌＮ−Ｔａ）導電性複合焼結体、酸化イットリウム−モリブデン（Ｙ_２Ｏ_３−Ｍｏ）導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、あるいは、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属により形成されている。

絶縁材層１４は、静電吸着用内部電極１３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１３を保護する。また、絶縁材層１４は、載置板１１と支持板１２との境界部、すなわち静電吸着用内部電極１３以外の外周部領域を接合一体化するものである。絶縁材層１４は、載置板１１及び支持板１２を構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁材料により構成されている。

給電用端子１５は、静電吸着用内部電極１３に直流電圧を印加するために設けられた棒状のもので、給電用端子１５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。給電用端子１５は、熱膨張係数が静電吸着用内部電極１３及び支持板１２の熱膨張係数に近似したものが好ましく、例えば、静電吸着用内部電極１３を構成している導電性セラミックス、あるいは、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、コバール合金等の金属材料が好適に用いられる。

給電用端子１５は、絶縁性を有する碍子２３により冷却ベース部３に対して絶縁されている。
給電用端子１５は支持板１２に接合一体化され、さらに、載置板１１と支持板１２とは、静電吸着用内部電極１３及び絶縁材層１４により接合一体化されて静電チャック部２を構成している。

冷却ベース部３は、静電チャック部２を所望の温度に調整するためのもので、厚みのある円板状のものである。
冷却ベース部３は、例えば、その内部に水や有機溶媒などの冷却用媒体を循環させる流路５１を有する構造を採用できる。符号５２は冷却用媒体の供給部である。
冷却ベース部３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、またはこれらの金属を含む複合材であれば特に制限はなく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等が好適に用いられる。冷却ベース部３の少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理が施されているか、あるいはアルミナ等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。

接着材４は、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後述するヒータエレメント５と同一のパターン形状のシート状またはフィルム状の接着性樹脂であり、厚みは５μｍ〜１００μｍが好ましく、より好ましくは１０μｍ〜５０μｍである。

ヒータエレメント５は、支持板１２の下面に接着材４により接着固定されている。ヒータエレメント５は、幅の狭い帯状の金属材料を蛇行させた１つの連続した帯状のヒータパターンである。帯状のヒータエレメント５の両端部には、図１に示す給電用端子２２が接続され、給電用端子２２は、絶縁性を有する碍子２３により冷却ベース部３に対して絶縁されている。

ヒータエレメント５のヒータパターンは、１つのヒータパターンにより構成してもよいが、相互に独立した２つ以上のヒータパターンにより構成してもよい。相互に独立した複数のヒータパターンを個々に制御することにより、処理中の板状試料Ｗの温度を自由に制御できる。

ヒータエレメント５を非磁性金属で形成すると、静電チャック装置１を高周波雰囲気中で用いてもヒータエレメント５が高周波により自己発熱せず、したがって、板状試料Ｗの面内温度を所望の一定温度または一定の温度パターンに維持することが容易となるので好ましい。
また、一定の厚みの非磁性金属薄板を用いてヒータエレメント５を形成することで、ヒータエレメント５の厚みが加熱面全域で一定となる。これにより、ヒータエレメント５の発熱量を加熱面全域で一定とすることができ、静電チャック部２の載置面１９における温度分布を均一化できる。

接着材６は、冷却ベース部３の上面に絶縁部材７を接着するためのもので、接着材４と同様、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するシート状またはフィルム状の接着性樹脂であり、厚みは５μｍ〜１００μｍが好ましく、より好ましくは１０μｍ〜５０μｍである。

絶縁部材７は、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁性及び耐電圧性を有するフィルム状またはシート状の樹脂である。

樹脂層８は、有機系接着剤等からなり、静電チャック部２の下面と冷却ベース部３の上面との間に介在する。樹脂層８は、ヒータエレメント５が接着された静電チャック部２と冷却ベース部３とを接着一体化するとともに、熱応力の緩和作用を有する。
樹脂層８は、その内部や、静電チャック部２の下面、ヒータエレメント５の下面、並びに冷却ベース部３の上面との界面に空隙や欠陥が少ないことが望まれる。空隙や欠陥が形成されていると、熱伝導性が低下して板状試料Ｗの均熱性が阻害される虞がある。

樹脂層８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またはアクリル樹脂で形成されている。樹脂層８は、流動性ある樹脂組成物を静電チャック部２と冷却ベース部３の間に充填した後に加熱硬化させることで形成することが好ましい。冷却ベース部３の下面にはヒータエレメント５が設けられており、これにより凹凸が形成されている。
また、冷却ベース部３の上面及び静電チャック部２の下面は必ずしも平坦ではない。流動性の樹脂組成物を冷却ベース部３と静電チャック部２の間に充填させた後に硬化させて樹脂層８を形成することで、静電チャック部２と冷却ベース部３の凹凸に起因して樹脂層８に空隙が生じることを抑制できる。これにより、樹脂層８の熱伝導特性を面内に均一にすることができ、静電チャック部２の均熱性を高めることができる。

＜突起部＞
図１および図３に示すように、突起部３０は、載置板１１の上面である載置面１９に、載置面１９の底面１９ａから上方に突出して形成されている。突起部３０は、概ね円筒形状または円錐台形状とされ、底面１９ａに沿う断面は円形状である。
なお、突起部３０の形状は、円筒形状、円錐台形状に限定されず、矩形筒状、三角筒状などとしてもよい。突起部３０の断面形状は、円形状に制限されず、矩形状、三角形状であってもよい。

図３（ａ）に示すように、複数の突起部３０は、複数の第１突起部３０Ａと、複数の第２突起部３０Ｂと、複数の第３突起部３０Ｃと、を有する。
図３（ｂ）に示すように、第１突起部３０Ａの底面１９ａからの高さは、第１の高さＨ１である。第２突起部３０Ｂの底面１９ａからの高さは、第１の高さＨ１よりも低い第２の高さＨ２である。第３突起部３０Ｃの底面１９ａからの高さは、第２の高さＨ２よりも低い第３の高さＨ３である。
突起部３０の高さＨ１〜Ｈ３（底面１９ａからの高さ）は、６μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、６μｍ以上２０μｍ以下がより好ましい。

図２に示すように、複数の第１突起部３０Ａは、静電チャック部２を平面視したときに、中心Ｃ１を有する円環状に配列されている。複数の第１突起部３０Ａからなる群を第１突起部群３０Ａ１という。複数の第１突起部３０Ａの高さは、第１突起部群３０Ａ１の周方向で互いに等しい。

複数の第２突起部３０Ｂは、静電チャック部２を平面視したときに、中心Ｃ１を有する円環状に配列されている。複数の第２突起部３０Ｂからなる円環状の第２突起部群３０Ｂ１は、第１突起部群３０Ａ１に対して径方向に間隔をおいて配置されている。
複数の第２突起部３０Ｂの高さは、第２突起部群３０Ｂ１の周方向で互いに等しい。

複数の第３突起部３０Ｃは、静電チャック部２を平面視したときに、中心Ｃ１を有する円環状に配列されている。複数の第３突起部３０Ｃからなる円環状の第３突起部群３０Ｃ１は、第２突起部群３０Ｂ１に対して径方向に間隔をおいて配置されている。
複数の第３突起部３０Ｃの高さは、第３突起部群３０Ｃ１の周方向で互いに等しい。
第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃは、中心Ｃ１を有する略同心円状に配置されている。第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃを略同心円状に配置することによって、板状試料Ｗの周方向の温度分布を均一化することができる。

図３（ａ）に示すように、第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃは、第１突起部３０Ａ、第２突起部３０Ｂ、第３突起部３０Ｃ、第２突起部３０Ｂからなる突起部群５０を一単位として配置することができる。第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃは、例えば、突起部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｂが、この順に、径方向に繰り返して配置された構成とすることができる。
第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃは互いに高さが異なるため、径方向に隣り合う突起部３０の高さは互いに異なる。

以下、複数の突起部３０のうち最も高い第１突起部３０Ａの詳しい形状について説明する。
図６（ａ）は、第１突起部３０Ａの平面図であり、図６（ｂ）は、板状試料Ｗを支持する第１突起部３０Ａの側面図である。なお、図６（ａ）および図６（ｂ）は、特徴部分を強調する目的で、実際の形状とは異なる寸法比率で図示されている。
第１突起部３０Ａは、先端に位置する先端部３１と、略一定の傾きで先端側に向かって断面直径を小さくしていく柱部３２と、柱部３２と底面１９ａとを緩やかな曲率で接続する裾野部３４と、を有している。

先端部３１は、上方に凸となる緩やかな湾曲面であり、先端部３１の最先端（最上端）は頂点４１である。先端部３１の表面は、先端部３１の周縁において柱部３２と滑らかに接続される角曲面３１ａと、角曲面３１ａの内側に位置する緩曲面３１ｂと、を含む。

先端部３１は板状試料Ｗと当接し、先端部３１と当接した板状試料Ｗは、緩やかな曲面に追従して変形した状態となり得る。先端部３１の頂面４０は、板状試料Ｗと接触可能である。頂面４０は、頂点４１から下方に距離ｈ１の範囲の領域である。
頂面４０は、上方（第１突起部３０Ａの突出方向）に凸となる湾曲面である。頂面４０を湾曲面とすることによって、先端部３１の周縁における欠け摩耗を抑制することができる。
湾曲面とは、一定曲率の湾曲面、曲率が漸変する湾曲面、共通接線をもって接続された複数の湾曲面などである。湾曲面は、例えば球面、楕円球面などである。

第１突起部３０Ａは、頂面４０の下端４０ａ（即ち、第１突起部３０Ａと板状試料Ｗの接触領域の境界）における形状が円形である。頂面４０の下端４０ａにおける直径ｄ１は、２００μｍ以上、４０００μｍ以下であることが好ましく、４００μｍ以上、２０００μｍ以下であることがより好ましい。
頂面４０の下端４０ａにおける断面積は、直径ｄ１を用いて、π×（ｄ１／２）^２として表される。したがって、頂面４０の下端４０ａにおける断面積は、０．０３１４ｍｍ^２以上、１２．６ｍｍ^２以下であることが好ましく、０．１２６ｍｍ^２以上、３．１４ｍｍ^２以下であることがより好ましい。

頂面４０の下端４０ａにおける断面積を０．０３１４ｍｍ^２以上とすることで、第１突起部３０Ａと板状試料Ｗとの接触面積を確保し、第１突起部３０Ａによる板状試料Ｗの温度制御を容易にすることができる。
また、頂面４０の下端４０ａにおける断面積を１２．６ｍｍ^２以下とすることで、板状試料Ｗに対する第１突起部３０Ａの接触状態のばらつきを少なくし、温度制御の精度を高めることができる。

柱部３２は、底面１９ａ側から先端部３１に向かって、断面積が漸減するように形成されている。柱部３２の断面積の変化率、すなわち柱部３２の周面の傾きは高さ方向に沿って一定であってもよく、変化率（傾き）が高さ方向に沿って変わってもよい。

図７は、第２突起部３０Ｂの側面図である。
第２突起部３０Ｂは、先端部１３１と、略一定の傾きで先端側に向かって断面直径を小さくしていく柱部１３２と、柱部１３２と底面１９ａとを緩やかな曲率で接続する裾野部１３４と、を有している。
先端部１３１のうち板状試料Ｗと接触可能な領域を頂面１４０という。頂面１４０は、中央部１４０ａと、中央部１４０ａを囲む環状の外周部１４０ｂとを有する。
中央部１４０ａは、第２突起部３０Ｂの高さ方向に対して垂直な平坦面である。中央部１４０ａは平面視において例えば円形である。
外周部１４０ｂは、凸状の湾曲面である。外周部１４０ｂを湾曲面とすることによって、先端部１３１の周縁における欠け摩耗を抑制することができる。外周部１４０ｂは平面視において例えば円環形である。

図４に示すように、板状試料Ｗが第１突起部３０Ａおよび第２突起部３０Ｂに接するが第３突起部３０Ｃには接しない場合には、第２突起部３０Ｂが板状試料Ｗに接する箇所は、例えば中央部１４０ａである。
図５に示すように、板状試料Ｗが第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃに接する場合には、第２突起部３０Ｂが板状試料Ｗに接する箇所は、例えば外周部１４０ｂである。

頂面１４０の直径は、２００μｍ以上、４０００μｍ以下であることが好ましく、４００μｍ以上、２０００μｍ以下であることがより好ましい。頂面１４０の下端１４０ｃにおける断面積は、０．０３１４ｍｍ^２以上、１２．６ｍｍ^２以下であることが好ましく、０．１２６ｍｍ^２以上、３．１４ｍｍ^２以下であることがより好ましい。

頂面１４０の下端１４０ｃにおける断面積を０．０３１４ｍｍ^２以上とすることで、第２突起部３０Ｂと板状試料Ｗとの接触面積を確保し、第２突起部３０Ｂによる板状試料Ｗの温度制御を容易にすることができる。
また、頂面１４０の下端１４０ｃにおける断面積を１２．６ｍｍ^２以下とすることで、板状試料Ｗに対する第２突起部３０Ｂの接触状態のばらつきを少なくし、温度制御の精度を高めることができる。

図８は、第３突起部３０Ｃの側面図である。
第３突起部３０Ｃは、先端に位置する先端部２３１と、略一定の傾きで先端側に向かって断面直径を小さくしていく柱部２３２と、柱部２３２と底面１９ａとを緩やかな曲率で接続する裾野部２３４と、を有している。
先端部２３１のうち板状試料Ｗと接触可能な領域を頂面２４０という。頂面２４０は、中央部２４０ａと、中央部２４０ａを囲む環状の外周部２４０ｂとを有する。
中央部２４０ａは、第３突起部３０Ｃの高さ方向に対して垂直な平坦面である。中央部２４０ａは平面視において円形である。
外周部２４０ｂは、凸状の湾曲面である。外周部２４０ｂを湾曲面とすることによって、先端部２３１の周縁における欠け摩耗を抑制することができる。外周部２４０ｂは平面視において例えば円環形である。
図５に示すように、第３突起部３０Ｃが板状試料Ｗに接する箇所は、例えば中央部２４０ａである。

頂面２４０の直径は、２００μｍ以上、４０００μｍ以下であることが好ましく、４００μｍ以上、２０００μｍ以下であることがより好ましい。頂面２４０の下端２４０ｃにおける断面積は、０．０３１４ｍｍ^２以上、１２．６ｍｍ^２以下であることが好ましく、０．１２６ｍｍ^２以上、３．１４ｍｍ^２以下であることがより好ましい。

頂面２４０の下端２４０ｃにおける断面積を０．０３１４ｍｍ^２以上とすることで、第３突起部３０Ｃと板状試料Ｗとの接触面積を確保し、第３突起部３０Ｃによる板状試料Ｗの温度制御を容易にすることができる。
また、頂面２４０の下端２４０ｃにおける断面積を１２．６ｍｍ^２以下とすることで、板状試料Ｗに対する第３突起部３０Ｃの接触状態のばらつきを少なくし、温度制御の精度を高めることができる。

突起部３０の頂面４０，１４０，２４０の下端における断面積の総和、すなわち、頂面４０の下端４０ａにおける断面積と、頂面１４０の下端１４０ｃにおける断面積と、頂面２４０の下端２４０ｃにおける断面積との和は、載置面１９を平面視した面積に対して占める比率が、５％以上、３０％以下とすることが好ましく、１０％以上、２０％以下とすることがより好ましい。

突起部３０の頂面の下端における断面積の総和の占める比率を５％以上とすることで、突起部３０と板状試料Ｗとの接触面積を確保し、突起部３０による板状試料Ｗの温度制御を容易にすることができる。
また、突起部３０の頂面の下端における断面積の総和の占める比率を３０％以下とすることで、突起部３０間に十分な間隔をとることができる。そのため、板状試料Ｗをたわみ変形しやすくし、板状試料Ｗの温度制御を容易にすることができる。

図１に示すように、制御部９は、制御信号を電源１６に出力することができる。電源１６は、例えばＤＣ（直流）電源であって、制御部９からの制御信号に基づいて、給電用端子１５を介して静電吸着用内部電極１３に電圧を印加する。

制御部９は、第１の電圧と、第１の電圧より高い第２の電圧と、第２の電圧より高い第３の電圧と、に前記電圧を制御することができる。
第１の電圧は、図３に示すように、第１突起部３０Ａは板状試料Ｗに接触するが、第２突起部３０Ｂおよび第３突起部３０Ｃは板状試料Ｗと接触しない程度の静電吸着力を静電チャック部２に与えることができる。
第２の電圧は、図４に示すように、第１突起部３０Ａおよび第２突起部３０Ｂは板状試料Ｗに接触するが、第３突起部３０Ｃは板状試料Ｗと接触しない程度の静電吸着力を静電チャック部２に与えることができる。
第３の電圧は、図５に示すように、第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃを板状試料Ｗに接触させる程度の静電吸着力を静電チャック部２に与えることができる。
制御部９は、前記電圧を、第１の電圧と第２の電圧と第３の電圧とに切替可能に設定できる。

制御部９は、第１の電圧と第３の電圧との間において、静電吸着用内部電極１３に印加する電圧を任意に制御可能であることが好ましい。これによって、第１突起部３０Ａの高さと第３突起部３０Ｃの高さとの間の任意の高さを有する突起部３０について、板状試料Ｗに対する接触および非接触を制御できる。
制御部９は、第１の電圧と第２の電圧との間において、静電吸着用内部電極１３に印加する電圧を任意に制御可能としてもよい。これによって、第１突起部３０Ａの高さと第２突起部３０Ｂの高さとの間の任意の高さを有する突起部３０について、板状試料Ｗに対する接触および非接触を制御できる。
また、第１突起部３０Ａの頂面４０は湾曲面であるため、静電吸着用内部電極１３に印加する電圧に応じて、頂面４０に対する板状試料Ｗの接触面積が変化する。例えば、静電吸着用内部電極１３に印加する電圧が高いと、静電吸着力が増すため、板状試料Ｗは頂面４０に沿って変形し、頂面４０に対する接触面積が大きくなる。
このため、静電吸着用内部電極１３に印加する電圧によって、第１突起部３０Ａと板状試料Ｗとの接触面積を連続的に変化させ、第１突起部３０Ａと板状試料Ｗとの間の熱の移動しやすさを任意に設定することができる。

制御部９は、ヒータエレメント５または静電チャック部２に設けられた温度センサからの測定信号に基づいて制御信号を電源２０に出力する。この制御信号に基づいて、電源２０は、給電用端子２２を介してヒータエレメント５に電圧を印加する。電源２０は、例えばＤＣ（直流）電源である。

次に、静電チャック装置１を用いた制御方法の一例について説明する。
図３に示すように、制御部９によって第１の制御信号を電源１６に出力する。電源１６は、第１の制御信号に基づいて、給電用端子１５を介して静電吸着用内部電極１３に第１の電圧を印加する。
第１の電圧の印加によって、静電チャック部２には静電吸着力が与えられ、第１突起部３０Ａの頂面４０は板状試料Ｗに接触する。この際、第２突起部３０Ｂおよび第３突起部３０Ｃの頂面１４０，２４０は板状試料Ｗと接触しない。
板状試料Ｗは第１突起部３０Ａと接触するため、熱伝導によって、温度変動が抑制される。なお、図３では、板状試料Ｗはほとんどたわみ変形していない。

図３に示す例では、第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃのうち第１突起部３０Ａのみが板状試料Ｗと接触するため、突起部３０と板状試料Ｗとの接触面積（載置面１９と板状試料Ｗとの接触面積）は比較的小さくなる。そのため、載置面１９と板状試料Ｗとの間の熱移動は抑制される。

図４に示すように、板状試料Ｗの温度変動が起こりやすい場合には、制御部９によって第２の制御信号を電源１６に出力する。電源１６は、第２の制御信号に基づいて、静電吸着用内部電極１３に、第１の電圧より高い第２の電圧を印加する。
第２の電圧の印加によって、静電チャック部２には強い静電吸着力が与えられ、この静電吸着力により板状試料Ｗは厚み方向にわずかにたわみ変形し、第１突起部３０Ａおよび第２突起部３０Ｂの頂面４０，１４０に接触する。この際、第３突起部３０Ｃの頂面２４０は板状試料Ｗと接触しない。
板状試料Ｗは第１突起部３０Ａおよび第２突起部３０Ｂと接触するため、板状試料Ｗと突起部３０Ａ，３０Ｂとの間の熱伝導によって、板状試料Ｗの温度変動が抑制される。

図４に示す例では、第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃのうち第１突起部３０Ａおよび第２突起部３０Ｂが板状試料Ｗと接触するため、突起部３０と板状試料Ｗとの接触面積（載置面１９と板状試料Ｗとの接触面積）は、第１突起部３０Ａのみが板状試料Ｗと接触する場合（図３参照）に比べて大きくなる。そのため、載置面１９と板状試料Ｗとの間において、第１突起部３０Ａのみが板状試料Ｗと接触する場合に比べて、大きな熱量の移動が可能となる。

図５に示すように、板状試料Ｗにおいて、さらに温度変動が起こりやすい場合には、制御部９によって第３の制御信号を電源１６に出力する。電源１６は、第３の制御信号に基づいて、静電吸着用内部電極１３に、第２の電圧より高い第３の電圧を印加する。
第３の電圧の印加によって、静電チャック部２には、より強い静電吸着力が与えられ、この静電吸着力により板状試料Ｗはさらにたわみ変形し、第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃの頂面４０，１４０，２４０に接触する。
板状試料Ｗは第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃと接触するため、板状試料Ｗと突起部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃとの間の熱伝導によって、最も大きな熱量の移動が可能となり、板状試料Ｗの温度を最も低くすることができる。

図５に示す例では、第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃのすべてが板状試料Ｗと接触するため、突起部３０と板状試料Ｗとの接触面積（載置面１９と板状試料Ｗとの接触面積）は、第１突起部３０Ａのみが板状試料Ｗと接触する場合（図３参照）、および第１突起部３０Ａおよび第２突起部３０Ｂが板状試料Ｗと接触する場合（図４参照）に比べて大きくなる。
そのため、載置面１９と板状試料Ｗとの間において、第１突起部３０Ａのみが板状試料Ｗと接触する場合、および第１突起部３０Ａおよび第２突起部３０Ｂが板状試料Ｗと接触する場合に比べて、大きな熱量の移動が可能となる。よって、板状試料Ｗの温度を最も低くすることができる。

このように、静電チャック装置１によれば、制御部９によって、静電吸着用内部電極１３に印加する電圧を制御することで、板状試料Ｗと突起部３０との接触面積を変化させて板状試料Ｗの温度を制御するので、板状試料Ｗの温度制御を安定して行うことができる。

制御部９は、板状試料Ｗの種類に応じて予め設定された、前記電圧と前記接触面積との対応関係についての情報を記憶し、前記情報に基づいて、第１〜第３の電圧を制御するように構成することもできる。
具体的には、制御部９は、例えば、静電吸着用内部電極１３に印加される電圧と、前記接触面積（板状試料Ｗと突起部３０との接触面積）との対応関係についての情報を記憶する記憶部を備えている構成としてよい。制御部９は、この記憶部に記憶された情報に基づいて、静電吸着用内部電極１３に印加する電圧を制御することができる。
前記情報とは、例えば、板状試料Ｗの特性（材料、厚み等）ごとに、電吸着用内部電極１３に印加される電圧と、前記接触面積（板状試料Ｗと突起部３０との接触面積）との関係を示す計測データ、関係式などである。

図９は、静電チャック部２の変形例である静電チャック部１０２および板状試料Ｗを模式的に示す断面図である。
静電チャック部１０２の載置板１１１の載置面１１９には、単位面積当たりの第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃの存在比が異なる２つの領域６１，６２が設定されている。
第１領域６１では、図３に示す静電チャック部２と同様に、突起部３０は、第１突起部３０Ａ、第２突起部３０Ｂ、第３突起部３０Ｃ、および第２突起部３０Ｂからなる突起部群を繰り返し単位として設けられている。
第２領域６２では、突起部３０はすべて第１突起部３０Ａである。このため、第２領域６２では、単位面積当たりの第１突起部３０Ａと第２突起部３０Ｂとの存在比（第１突起部３０Ａの数／第２突起部３０Ｂの数）が、第１領域６１における単位面積当たりの第１突起部３０Ａと第２突起部３０Ｂとの存在比に比べて高い。
第２領域６２の第１突起部３０Ａは、第２領域６２の内周縁および外周縁に位置するもの以外は、頂面を平坦面とすることができる。
図９に示す静電チャック部１０２では、単位面積当たりの第１突起部と前記第２突起部との存在比が異なる領域の数は２であるが、この数は３以上の任意の数であってもよい。

次に、静電チャック部１０２を有する静電チャック装置を用いた制御方法の一例について説明する。
図９に示すように、制御部９によって第１の制御信号を電源１６に出力すると、電源１６によって、静電吸着用内部電極１３に、第１の電圧が印加される。
第１の電圧の印加によって、第１領域６１の第１突起部３０Ａの頂面、および第２領域６２の第１突起部３０Ａの頂面は板状試料Ｗに接触する。この際、第１領域６１の第２突起部３０Ｂおよび第３突起部３０Ｃの頂面は板状試料Ｗと接触しない。
板状試料Ｗは第１突起部３０Ａと接触するため、熱伝導によって、温度変動が抑制される。なお、図９では、板状試料Ｗはほとんどたわみ変形していない。

図９に示す例では、第１領域６１では、複数の突起部３０のうち一部である第１突起部３０Ａのみが板状試料Ｗと接触するため、突起部３０と板状試料Ｗとの接触面積は比較的小さくなる。一方、第２領域６２では、すべての突起部３０（第１突起部３０Ａ）が板状試料Ｗと接触するため、突起部３０と板状試料Ｗとの接触面積は比較的大きくなる。
よって、第１領域６１では突起部３０と板状試料Ｗとの間の熱移動は抑制される一方、第２領域６２では突起部３０と板状試料Ｗとの間で大きな熱量の移動が可能となる。

図１０に示すように、第１領域６１において板状試料Ｗの温度変動が起こりやすい場合には、制御部９によって第２の制御信号を電源１６に出力する。電源１６は、第２の制御信号に基づいて、静電吸着用内部電極１３に、第１の電圧より高い第２の電圧を印加する。
第２の電圧の印加によって、第１領域６１において、第２突起部３０Ｂおよび第３突起部３０Ｃの頂面も板状試料Ｗに接触する。このため、第１領域６１においても、突起部３０と板状試料Ｗとの接触面積は大きくなる。よって、第１領域６１においても、突起部３０と板状試料Ｗとの間で大きな熱量の移動が可能となる。

このように、図９および図１０に示す静電チャック部１０２は、第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃの存在比が異なる２つの領域６１，６２を有するため、領域ごとの温度制御が可能となる。よって、板状試料Ｗの面内の温度分布を調整するのが容易となる。

なお、上述のように、載置面１９と板状試料Ｗとの隙間を流れる冷却ガス（Ｈｅガス等）の圧力を制御することにより、静電チャック部２と板状試料Ｗとの間の熱移動のしやすさを調整することによって、板状試料Ｗの全体の温度を調節することができる。
この手法（冷却ガスの圧力制御による温度調整）と、本実施形態の温度調整方法、すなわち、板状試料Ｗと突起部３０との接触面積を増減させて板状試料Ｗの温度を調整する手法とを併用することによって、板状試料Ｗの領域ごとの温度調整が可能となる。

以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。
例えば、図１に示す静電チャック装置１は、ヒータエレメント５を有するが、本発明の静電チャック装置はヒータ機構がなくてもよい。上述の温度調整方法、すなわち、板状試料Ｗと突起部３０との接触面積を増減させて板状試料Ｗの温度を調整する手法を採用すれば、ヒータ機構がない静電チャック装置においても板状試料Ｗの温度制御を安定して行うことができる。
静電チャック装置１では、突起部３０は、高さが異なる３種類の第１〜第３突起部３０Ａ〜３０Ｃを有するが、突起部は、高さが異なる少なくとも２種類の突起部を有していればよい。例えば、２種類の突起部、すなわち、複数の第１突起部と、第１突起部より低い複数の第２突起部とを有していればよい。この場合、制御部は、第１突起部の頂面と板状試料とを接触させる第１の電圧と、第１突起部および第２突起部の頂面と板状試料とを接触させる第２の電圧と、に電圧を制御する。高さが異なる突起部の種類の数は４以上であってもよい。

１…静電チャック装置、２…静電チャック部、３…冷却ベース部、４、６…接着材、５…ヒータエレメント、７…絶縁部材、８…樹脂層、９…制御部、１１…載置板、１２…支持板、１３…静電吸着用内部電極、１４…絶縁材層、１５、２２…給電用端子、１６…電源、１７…周縁壁、１８…冷却ガス導入孔、１９…載置面、１９ａ…底面、２０…電源、２３…碍子、３０…突起部、３０Ａ…第１突起部、３０Ｂ…第２突起部、３１、１３１…先端部、４０、１４０，２４０…頂面、４０ａ…下端、Ｗ…板状試料。

Claims (10)

1. 板状試料を静電吸着用電極により吸着するとともに前記板状試料を冷却する静電チャック装置であって、
   セラミック焼結体を形成材料とし、一主面が前記板状試料を載置する載置面である静電チャック部と、
   前記静電吸着用電極に印加する電圧を制御する制御部と、を有し、
   前記電圧を制御することで前記板状試料と前記載置面との接触面積を変化させ、前記板状試料の温度を制御する静電チャック装置。
2. 前記載置面には、前記板状試料を支持する複数の突起部が設けられ、
   前記複数の突起部は、複数の第１突起部と第２突起部とを有し、
   前記複数の第１突起部は、第１の高さに設定され、
   前記複数の第２突起部は、前記第１の高さよりも低い第２の高さに設定され、
   前記制御部は、前記第１突起部の頂面と前記板状試料とを接触させる第１の電圧と、前記第１の電圧より高く、前記第１突起部の頂面および前記第２突起部の頂面と前記板状試料とを接触させる第２の電圧と、に前記電圧を制御する請求項１に記載の静電チャック装置。
3. 前記載置面には、前記板状試料を支持する複数の突起部が設けられ、
   前記複数の突起部は、複数の第１突起部と第２突起部と第３突起部とを有し、
   前記複数の第１突起部は、第１の高さに設定され、
   前記複数の第２突起部は、前記第１の高さよりも低い第２の高さに設定され、
   前記複数の第３突起部は、前記第２の高さよりも低い第３の高さに設定され、
   前記制御部は、前記第１突起部の頂面と前記板状試料とを接触させる第１の電圧と、前記第１の電圧より高く、前記第１突起部の頂面および前記第２突起部の頂面と前記板状試料とを接触させる第２の電圧と、前記第２の電圧より高く、前記第１突起部の頂面、前記第２突起部の頂面および前記第３突起部の頂面と前記板状試料とを接触させる第３の電圧と、に前記電圧を制御する請求項１に記載の静電チャック装置。
4. 前記複数の突起部のうち最も高い高さに設定された突起部は、前記頂面が湾曲している請求項２または３のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
5. 前記静電チャック部の前記載置面には、単位面積当たりの前記第１突起部と前記第２突起部との存在比が異なる２以上の領域が設定されている請求項２から４のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
6. 前記頂面の下端の断面積が、０．０３１４ｍｍ^２以上、１２．６ｍｍ^２以下である請求項２から５のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
7. 前記載置面を平面視した面積に対し、複数の前記頂面の下端における断面積の総和が占める比率を５％以上、３０％以下とする請求項２から６のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
8. 前記セラミック焼結体は、アルミナとＳｉＣとの複合材料であり、
   ２０Ｈｚ以下の周波数における誘電率が１５以上である請求項２から７のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
9. 前記制御部は、前記板状試料の種類に応じて予め設定された、前記電圧と前記接触面積との対応関係についての情報を記憶し、前記情報に基づいて、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを制御する請求項２から８のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
10. 前記制御部は、少なくとも前記第１の電圧と前記第２の電圧との間において、前記静電吸着用電極に印加する電圧を任意に制御可能である請求項２から９のいずれか１項に記載の静電チャック装置。

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