JP2024028544A - 静電チャック装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】載置板、支持板、内部電極等の線膨張率の差に起因するせん断応力が掛かって、給電端子に対して電極ピンが傾いても、給電端子と電極ピンとの接触面積の変化を抑制することができるサセプタ、およびサセプタを含む静電チャック装置を提供する。【解決手段】試料を載置する載置面３ａを有するセラミックス板３の内部に設けられた電極４と、電極４に接するように、セラミックス板２を貫通して設けられる給電端子５と、を備え、載置面３ａとは反対側の面において、少なくとも給電端子５を含み、載置面３ａ側に凹む凹部６を有する、サセプタ１。【選択図】図１
Description
本発明は、サセプタおよび静電チャック装置に関する。
近年、ＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の半導体の製造工程において使用されるドライエッチング装置や、ＣＶＤ装置等においては、エッチングやＣＶＤによる成膜をウエハ毎に均一に行うため、半導体ウエハ、液晶基板ガラス、プリント基板等の板状試料を、１枚ずつ処理する枚葉化がすすんでいる。この枚葉式プロセスにおいては、板状試料を１枚ずつ処理室内に保持するために、この板状試料をサセプタと称される試料台（台座）に載置し、所定の処理を施している。
このサセプタは、プラズマ中での使用に耐え、かつ高温での使用に耐え得る必要があることから、耐プラズマ性に優れ、熱伝導率が大きいことが要求される。このようなサセプタとしては、耐プラズマ性、熱伝導性に優れたセラミックス焼結体からなるサセプタが使用されている。
このサセプタは、プラズマ中での使用に耐え、かつ高温での使用に耐え得る必要があることから、耐プラズマ性に優れ、熱伝導率が大きいことが要求される。このようなサセプタとしては、耐プラズマ性、熱伝導性に優れたセラミックス焼結体からなるサセプタが使用されている。
このようなサセプタには、その内部に電荷を発生させて静電吸着力で板状試料を固定するための静電チャック用電極、通電発熱させて板状試料を加熱するためのヒータ電極、高周波電力を通電してプラズマを発生させてプラズマ処理するためのプラズマ発生用電極等の内部電極を配設したものがある（例えば、特許文献１参照）。
図７は、上記のような内部電極が内蔵されたサセプタの一例を示す断面図である。図７に示すサセプタ６００は、図示しない板状試料を載置する載置板６０１と、この載置板６０１を支える支持板６０２と、この載置板６０１と支持板６０２に挟まれて保持される内部電極６０３と、この内部電極６０３に接するように支持板６０２内に埋設され、内部電極６０３に電流を供給する給電用端子６０４，６０４とを有する。
給電端子に電流を供給するために、給電用端子に対して電極ピンを押し当てて、給電用端子と電極ピンを接続する接続構造が知られている（例えば、特許文献２参照）。この接続構造は、給電用端子と電極ピンの接続部には、上記の載置板、支持板、内部電極等の線膨張率の差に起因するせん断応力が掛かるため、そのせん断応力を緩和するために有効である。
しかしながら、特許文献２の接続構造では、平面状の給電端子に電極ピンを押し当てるため、接続部に、上記の載置板、支持板、内部電極等の線膨張率の差に起因するせん断応力が掛かると、給電端子に対して電極ピンが傾いて、給電端子と電極ピンとの接触面積が変化し、電極ピンから給電端子へ所定量の電流を供給することができないという課題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、載置板、支持板、内部電極等の線膨張率の差に起因するせん断応力が掛かって、給電端子に対して電極ピンが傾いても、給電端子と電極ピンとの接触面積の変化を抑制することができるサセプタ、およびサセプタを含む静電チャック装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、試料を載置する載置面を有するセラミックス板の内部に設けられた電極と、該電極に接するように、前記セラミックス板を貫通して設けられる給電端子と、を備え、前記載置面とは反対側の面において、少なくとも前記給電端子を含み、前記載置面側に凹む凹部を有する、サセプタを提供する。
本発明の一態様においては、前記セラミックス板の厚み方向における前記凹部の内面の断面形状は、少なくとも１つの曲率若しくは二次関数で表される曲線状または双曲線状であってもよい。
本発明の一態様においては、前記内面を被覆する金属層を有していてもよい。
本発明の一態様においては、前記金属層における前記内面とは反対側の面の算術平均粗さ（Ｒａ）は２μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。
本発明の一態様においては、前記電極および前記給電端子は、絶縁性物質と導電性物質の複合体であってもよい。
本発明の一態様においては、前記絶縁性物質は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化イットリウム（ＩＩＩ）、イットリウム・アルミニウム・ガーネットおよびＳｍＡｌＯ３からなる群から選択される少なくとも１種であってもよい。
本発明の一態様においては、前記導電性物質は、Ｍｏ２Ｃ、Ｍｏ、ＷＣ、Ｗ、ＴａＣ、Ｔａ、ＳｉＣ、カーボンブラック、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーからなる群から選択される少なくとも１種であってもよい。
本発明の一態様は、セラミックスからなる静電チャック部材と、金属からなる温度調整用ベース部材とを、接着剤層を介して接合してなる静電チャック装置であって、前記静電チャック部材は、本発明の一態様に係るサセプタからなる静電チャック装置を提供する。
本発明によれば、載置板、支持板、内部電極等の線膨張率の差に起因するせん断応力が掛かって、給電端子に対して電極ピンが傾いても、給電端子と電極ピンとの接触面積の変化を抑制することができるサセプタ、およびサセプタを含む静電チャック装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明に係るサセプタおよび静電チャック装置の実施の形態について説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、便宜上、特徴となる部分を拡大して示しており、各構成要素の寸法比率等は、実際とは異なる場合がある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更できる。
［サセプタ］
図１は、本実施形態のサセプタを示す断面図である。図１に示すように、本実施形態のサセプタ１は、導電性物質を含む一対のセラミックス板２，３と、一対のセラミックス板２，３の間に介在する電極４と、電極４に接するように、セラミックス板２を貫通して設けられる給電端子５と、を備えている。
以下、セラミックス板２を第１のセラミックス板２、セラミックス板３を第２のセラミックス板３と言う。
図１に示すように、サセプタ１は、第１のセラミックス板２と、電極４と、第２のセラミックス板３とがこの順に積層されている。すなわち、サセプタ１は、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３が、電極４を介して、接合一体化されてなる接合体である。
図１は、本実施形態のサセプタを示す断面図である。図１に示すように、本実施形態のサセプタ１は、導電性物質を含む一対のセラミックス板２，３と、一対のセラミックス板２，３の間に介在する電極４と、電極４に接するように、セラミックス板２を貫通して設けられる給電端子５と、を備えている。
以下、セラミックス板２を第１のセラミックス板２、セラミックス板３を第２のセラミックス板３と言う。
図１に示すように、サセプタ１は、第１のセラミックス板２と、電極４と、第２のセラミックス板３とがこの順に積層されている。すなわち、サセプタ１は、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３が、電極４を介して、接合一体化されてなる接合体である。
図１に示すように、第２のセラミックス板３は、試料（図示略）を載置する載置面３ａを有する。すなわち、載置面３ａは、第２のセラミックス板３における電極４とは反対側の面（上面）である。
図１に示すように、本実施形態のサセプタ１は、載置面３ａとは反対側の面、すなわち、第１のセラミックス板２における電極４とは反対側の面（下面）２ａにおいて、給電端子５を含み、載置面３ａ側に凹む凹部６を有する。本実施形態のサセプタ１では、給電端子５のみに凹部６が形成されている。また、凹部６の内面６ａ（開口部）は、第１のセラミックス板２と給電端子５の境界まで形成されている。さらに、セラミックス板２，３の厚み方向における凹部６の内面６ａの断面形状は、少なくとも１つの曲率若しくは二次関数で表される曲線状または双曲線状であることが好ましい。すなわち、前記の凹部６の内面６ａの断面形状は、１つまたは２つ以上の曲率で表される曲線状であってもよく、双曲線状であってもよい。凹部６の内面６ａの断面形状の具体例としては、例えば、図１に示す弧状または円弧状が挙げられる。
凹部６の内面６ａの形状や大きさは、特に限定されないが、図１に示すように、給電端子５に押し当てて接続される電極ピン３０の接続部３１の先端部３１Ａの形状や大きさに応じて、適宜調整される。凹部６の内面６ａの形状は、例えば、先端部３１Ａの外径３１ａに沿った形状をなしている。これにより、給電端子５に対して電極ピン３０が傾いても、凹部６の内面６ａと電極ピン３０の先端部３１Ａとの接触面積を充分に確保し、これらの接触面積の変化を抑制することができる。
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３は、その重ね合わせ面の形状を同じくする。
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３の厚さは、特に限定されず、セラミックス接合体１の用途に応じて適宜調整される。
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３の厚さは、特に限定されず、セラミックス接合体１の用途に応じて適宜調整される。
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３は、同一組成または主成分が同一である。第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３は、絶縁性物質と導電性物質の複合体からなる。
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３に含まれる絶縁性物質は、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）等が挙げられる。
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３に含まれる導電性物質は、特に限定されないが、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭素（Ｃ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー、希土類酸化物、希土類フッ化物等が挙げられる。
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３の材料は、体積固有抵抗値が１０１３Ω・ｃｍ以上かつ１０１５Ω・ｃｍ以下程度であり、機械的な強度を有し、しかも腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性を有するものであれば、特に限定されない。このような材料としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）－炭化ケイ素（ＳｉＣ）複合焼結体等が挙げられるが、高温での誘電特性、高耐食性、耐プラズマ性、耐熱性の観点から、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）－炭化ケイ素（ＳｉＣ）複合焼結体が好ましい。
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径は、０．５μｍ以上かつ３．０μｍ以下であることが好ましく、１．０μｍ以上かつ２．０μｍ以下であることがより好ましい。
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径が０．５μｍ以上３．０μｍ以下であれば、緻密で耐電圧性が高く、耐久性の高い第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３を得ることができる。
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径が０．５μｍ以上３．０μｍ以下であれば、緻密で耐電圧性が高く、耐久性の高い第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３を得ることができる。
第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径の測定方法は、次の通りである。日本電子社製の電解放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）で、第１のセラミックス板２および第２のセラミックス板３の厚み方向の切断面を観察し、インターセプト法により絶縁性物質２００個の粒子径の平均を平均一次粒子径とする。
電極４は、高周波電力を通電してプラズマを発生させてプラズマ処理するためのプラズマ発生用電極、電荷を発生させて静電吸着力で板状試料を固定するための静電チャック用電極、通電発熱させて板状試料を加熱するためのヒータ電極等として用いられるものである。電極４の形状（電極４を平面視した（厚さ方向から見た）場合の形状）や、大きさ（厚さや、電極４を平面視した（厚さ方向から見た）場合の面積）は、特に限定されず、サセプタ１の用途に応じて適宜調整される。
電極４は、絶縁性物質と導電性物質の複合体である。
電極４に含まれる絶縁性物質は、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化イットリウム（ＩＩＩ）（Ｙ２Ｏ３）、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）およびＳｍＡｌＯ３からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。電極４に含まれる絶縁性物質は、第1のセラミック板２および第２のセラミック板３の主成分に合わせることが好ましい。
電極４が、導電性物質と絶縁性物質からなることにより、第１のセラミック板２および、第２のセラミック板３との接合強度並びに、電極としての機械的強度が強くなる。
電極４に含まれる絶縁性物質が、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることにより、高温での誘電特性、高耐食性、耐プラズマ性、耐熱性が保たれる。
電極４が、導電性物質と絶縁性物質からなることにより、第１のセラミック板２および、第２のセラミック板３との接合強度並びに、電極としての機械的強度が強くなる。
電極４に含まれる絶縁性物質が、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることにより、高温での誘電特性、高耐食性、耐プラズマ性、耐熱性が保たれる。
電極４に含まれる導電性物質は、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）、モリブデン（Ｍｏ）、炭化タングステン（ＷＣ）、タングステン（Ｗ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、タンタル（Ｔａ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、カーボンブラック、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。電極４に含まれる導電性物質が前記物質からなる群から選択される少なくとも１種であることにより、導電層の導電率を担保することができる。
電極４における絶縁性物質と導電性物質の含有量の比（配合比）は、特に限定されず、サセプタ１の用途に応じて適宜調整される。
給電端子５は、電極４に電流を供給するものである。給電端子５の形状（給電端子５を平面視した（厚さ方向から見た）場合の形状）や、大きさ（厚さや、給電端子５を平面視した（厚さ方向から見た）場合の面積）は、特に限定されず、サセプタ１の用途に応じて適宜調整される。
給電端子５は、絶縁性物質と導電性物質の複合体である。
給電端子５に含まれる絶縁性物質は、電極４に含まれる絶縁性物質と同様である。
給電端子５に含まれる導電性物質は、電極４に含まれる導電性物質と同様である。
給電端子５に含まれる導電性物質は、電極４に含まれる導電性物質と同様である。
給電端子５における絶縁性物質と導電性物質の含有量の比（配合比）は、特に限定されず、サセプタ１の用途に応じて適宜調整されるが、例えば、導電性物質の含有量が４５質量％以上７５％以下であることが好ましく、５０質量％以上７０質量％以下であることがより好ましく、５５質量％以上６５質量％以下であることがより好ましい。導電性物質の含有量が４５質量％以上７５質量％以下であれば、電極４に十分な電流を供給することができ、給電端子としての強度も兼ね備えることができる。
本実施形態のサセプタ１によれば、載置面３ａとは反対側の面において、給電端子５を含み、載置面３ａ側に凹む凹部６を有するため、セラミックス板２，３、電極４等の線膨張率の差に起因するせん断応力が掛かって、給電端子５に対して電極ピン３０が傾いても、給電端子５と電極ピン３０との接触面積の変化を抑制することができる。また、セラミックス板２，３の厚み方向における凹部６の内面６ａの断面形状は、少なくとも１つの曲率若しくは二次関数で表される曲線状または双曲線状であれば、セラミックス板２，３、電極４等の線膨張率の差に起因するせん断応力が掛かって、給電端子５に対して電極ピン３０が傾いても、給電端子５と電極ピン３０との接触面積の変化を抑制する効果がより向上する。
なお、本実施形態では、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３が別体である場合を例示したが、本発明に係るサセプタはこれに限定されない。本発明に係るサセプタは、第１のセラミックス板と第２のセラミックス板が一体化され、その内部に電極が設けられていてもよい。
［サセプタの製造方法］
以下、図１を参照しながら、本実施形態のサセプタの製造方法について説明する。
以下、図１を参照しながら、本実施形態のサセプタの製造方法について説明する。
スクリーン印刷法等の塗工法により、第１のセラミックス板２の上面２ｂに電極形成用ペーストを塗布し、電極４となる塗膜（電極塗膜）を形成する。
電極形成用ペーストとしては、電極４を形成する絶縁性物質および導電性物質を、溶媒に分散させたものが用いられる。
電極形成用ペースに含まれる溶媒としては、イソプロピルアルコール等が用いられる。
電極形成用ペーストとしては、電極４を形成する絶縁性物質および導電性物質を、溶媒に分散させたものが用いられる。
電極形成用ペースに含まれる溶媒としては、イソプロピルアルコール等が用いられる。
次に、電極塗膜の第１のセラミックス板２と接する面とは反対側の面に、第２のセラミックス板３の下面３ｂが接するように、第２のセラミックス板３を積層する。
次に、第２のセラミックス板３に、例えば、ダイヤモンドドリルによる穴あけ加工、レーザー加工法、放電加工法、超音波加工法等により、その下面２ａから電極４に至る貫通孔２Ａを形成する。
次に、スクリーン印刷法等の塗工法により、貫通孔２Ａ内に給電端子形成用ペーストを塗布し、給電端子５となる塗膜（導電性塗膜）を形成する。
給電端子形成用ペーストとしては、給電端子５を形成する絶縁性物質および導電性物質を、溶媒に分散させたものが用いられる。
給電端子形成用ペースに含まれる溶媒としては、イソプロピルアルコール等が用いられる。
給電端子形成用ペーストとしては、給電端子５を形成する絶縁性物質および導電性物質を、溶媒に分散させたものが用いられる。
給電端子形成用ペースに含まれる溶媒としては、イソプロピルアルコール等が用いられる。
次に、第１のセラミックス板２、電極４となる塗膜、給電端子５となる塗膜、および第２のセラミックス板３を含む積層体を、加熱しながら、厚さ方向に加圧する。積層体を、加熱しながら、厚さ方向に加圧する際の雰囲気は、真空、あるいはＡｒ、Ｈｅ、Ｎ２等の不活性雰囲気が好ましい。
前記の積層体を加熱する温度（熱処理温度）は、１６００℃以上かつ１９００℃以下であることが好ましく、１６５０℃以上かつ１８５０℃以下であることがより好ましい。
積層体を加熱する温度が１６００℃以上かつ１９００℃以下であれば、それぞれの塗膜に含まれる溶媒を揮発させて、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３の間に、電極４を形成することができる。また、電極４を介して、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３を接合一体化することができる。
積層体を加熱する温度が１６００℃以上かつ１９００℃以下であれば、それぞれの塗膜に含まれる溶媒を揮発させて、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３の間に、電極４を形成することができる。また、電極４を介して、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３を接合一体化することができる。
前記の積層体を厚さ方向に加圧する圧力（加圧力）は、１．０ＭＰａ以上かつ５０．０ＭＰａ以下であることが好ましく、５．０ＭＰａ以上かつ２０．０ＭＰａ以下であることがより好ましい。
積層体を厚さ方向に加圧する圧力が１．０ＭＰａ以上かつ５０．０ＭＰａ以下であれば、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３の間に、電極４を形成することができる。また、電極４を介して、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３を接合一体化することができる。
積層体を厚さ方向に加圧する圧力が１．０ＭＰａ以上かつ５０．０ＭＰａ以下であれば、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３の間に、電極４を形成することができる。また、電極４を介して、第１のセラミックス板２と第２のセラミックス板３を接合一体化することができる。
次に、レーザー加工法、放電加工法、超音波加工法等により、第１のセラミックス板２の下面２ａにおいて、給電端子５を含み、載置面３ａ側に凹む凹部６を形成し、サセプタ１を得る。
［静電チャック装置］
以下、図２を参照しながら、本発明の一実施形態に係る静電チャック装置について説明する。
以下、図２を参照しながら、本発明の一実施形態に係る静電チャック装置について説明する。
図２は、本実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。なお、図２において、図１に示したセラミックス接合体と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図２に示すように、本実施形態の静電チャック装置１００は、円板状の静電チャック部材１０２と、静電チャック部材１０２を所望の温度に調整する円板状の温度調節用ベース部材１０３と、これら静電チャック部材１０２および温度調整用ベース部材１０３を接合・一体化する接着剤層１０４と、を有している。本実施形態の静電チャック装置１００では、静電チャック部材１０２が、例えば、上述の実施形態のサセプタ１からなる。ここでは、静電チャック部材１０２がサセプタ１からなる場合について説明する。
以下の説明においては、載置板１１１の載置面１１１ａ側を「上」、温度調整用ベース部材１０３側を「下」として記載し、各構成の相対位置を表すことがある。
図２に示すように、本実施形態の静電チャック装置１００は、円板状の静電チャック部材１０２と、静電チャック部材１０２を所望の温度に調整する円板状の温度調節用ベース部材１０３と、これら静電チャック部材１０２および温度調整用ベース部材１０３を接合・一体化する接着剤層１０４と、を有している。本実施形態の静電チャック装置１００では、静電チャック部材１０２が、例えば、上述の実施形態のサセプタ１からなる。ここでは、静電チャック部材１０２がサセプタ１からなる場合について説明する。
以下の説明においては、載置板１１１の載置面１１１ａ側を「上」、温度調整用ベース部材１０３側を「下」として記載し、各構成の相対位置を表すことがある。
［静電チャック部材］
静電チャック部材１０２は、上面が半導体ウエハ等の板状試料を載置する載置面１１１ａとされたセラミックスからなる載置板１１１と、載置板１１１の載置面１１１ａとは反対の面側に設けられた支持板１１２と、これら載置板１１１と支持板１１２との間に挟持された静電吸着用電極１１３と、載置板１１１と支持板１１２とに挟持され静電吸着用電極１１３の周囲を囲む環状の絶縁材１１４と、静電吸着用電極１１３に接するように支持板１１２の貫通孔１１５内に設けられた給電端子１１６と、温度調節用ベース部材１０３の固定孔１１７内に設けられた電極ピン１１８と、を有している。
静電チャック部材１０２において、載置板１１１が上記の第２のセラミックス板３に相当し、支持板１１２が上記の第１のセラミックス板２に相当し、静電吸着用電極１１３が上記の電極４に相当し、給電端子１１６が上記の給電端子５に相当し、電極ピン１１８が電極ピン３０に相当する。
静電チャック部材１０２は、上面が半導体ウエハ等の板状試料を載置する載置面１１１ａとされたセラミックスからなる載置板１１１と、載置板１１１の載置面１１１ａとは反対の面側に設けられた支持板１１２と、これら載置板１１１と支持板１１２との間に挟持された静電吸着用電極１１３と、載置板１１１と支持板１１２とに挟持され静電吸着用電極１１３の周囲を囲む環状の絶縁材１１４と、静電吸着用電極１１３に接するように支持板１１２の貫通孔１１５内に設けられた給電端子１１６と、温度調節用ベース部材１０３の固定孔１１７内に設けられた電極ピン１１８と、を有している。
静電チャック部材１０２において、載置板１１１が上記の第２のセラミックス板３に相当し、支持板１１２が上記の第１のセラミックス板２に相当し、静電吸着用電極１１３が上記の電極４に相当し、給電端子１１６が上記の給電端子５に相当し、電極ピン１１８が電極ピン３０に相当する。
［載置板］
載置板１１１の載置面１１１ａには、半導体ウエハ等の板状試料を支持するための多数の突起が立設され（図示略）ている。さらに、載置板１１１の載置面１１１ａの周縁部には、ヘリウム（Ｈｅ）等の冷却ガスが漏れないように、この周縁部を一周するように、断面四角形状の環状突起部が設けられていてもよい。さらに、この載置面１１１ａ上の環状突起部に囲まれた領域には、環状突起部と高さが同一であり横断面が円形状かつ縦断面が略矩形状の複数の突起部が設けられていてもよい。
載置板１１１の載置面１１１ａには、半導体ウエハ等の板状試料を支持するための多数の突起が立設され（図示略）ている。さらに、載置板１１１の載置面１１１ａの周縁部には、ヘリウム（Ｈｅ）等の冷却ガスが漏れないように、この周縁部を一周するように、断面四角形状の環状突起部が設けられていてもよい。さらに、この載置面１１１ａ上の環状突起部に囲まれた領域には、環状突起部と高さが同一であり横断面が円形状かつ縦断面が略矩形状の複数の突起部が設けられていてもよい。
載置板１１１の厚さは、０．３ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上かつ１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。載置板１１１の厚さが０．３ｍｍ以上であれば、耐電圧性に優れる。一方、載置板１１１の厚さが３．０ｍｍ以下であれば、静電チャック部材１０２の静電吸着力が低下することがなく、載置板１１１の載置面１１１ａに載置される板状試料と温度調整用ベース部材１０３との間の熱伝導性が低下することもなく、処理中の板状試料の温度を好ましい一定の温度に保つことができる。
［支持板］
支持板１１２は、載置板１１１と静電吸着用電極１１３を下側から支持している。
支持板１１２は、載置板１１１と静電吸着用電極１１３を下側から支持している。
支持板１１２の厚さは、０．３ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上かつ１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。支持板１１２の厚さが０．３ｍｍ以上であれば、充分な耐電圧を確保することができる。一方、支持板１１２の厚さが３．０ｍｍ以下であれば、静電チャック部材１０２の静電吸着力が低下することがなく、載置板１１１の載置面１１１ａに載置される板状試料と温度調整用ベース部材１０３との間の熱伝導性が低下することもなく、処理中の板状試料の温度を好ましい一定の温度に保つことができる。
［静電吸着用電極］
静電吸着用電極１１３では、電圧を印加することにより、載置板１１１の載置面１１１ａに板状試料を保持する静電吸着力が生じる。
静電吸着用電極１１３では、電圧を印加することにより、載置板１１１の載置面１１１ａに板状試料を保持する静電吸着力が生じる。
静電吸着用電極１１３の厚さは、５μｍ以上かつ２００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上かつ１００μｍ以下であることがより好ましい。静電吸着用電極１１３の厚さが５μｍ以上であれば、充分な導電性を確保することができる。一方、静電吸着用電極１１３の厚さが２００μｍ以下であれば、載置板１１１の載置面１１１ａに載置される板状試料と温度調整用ベース部材３との間の熱伝導性が低下することがなく、処理中の板状試料の温度を望ましい一定の温度に保つことができる。また、プラズマ透過性が低下することがなく、安定にプラズマを発生させることができる。
［絶縁材］
絶縁材１１４は、静電吸着用電極１１３を囲繞して腐食性ガスおよびそのプラズマから静電吸着用電極１１３を保護するためのものである。
絶縁材１１４により、載置板１１１と支持板１１２とが、静電吸着用電極１１３を介して接合一体化されている。
絶縁材１１４は、静電吸着用電極１１３を囲繞して腐食性ガスおよびそのプラズマから静電吸着用電極１１３を保護するためのものである。
絶縁材１１４により、載置板１１１と支持板１１２とが、静電吸着用電極１１３を介して接合一体化されている。
絶縁材１１４は、載置板１１１と支持板１１２の境界部、すなわち静電吸着用電極１１３形成部以外の外縁部領域を接合するために設けられたものである。絶縁材１１４の形状（絶縁材１１４を平面視した（厚さ方向から見た）場合の形状）は、特に限定されず、静電吸着用電極１１３の形状に応じて適宜調整される。
本実施形態の静電チャック装置１００では、絶縁材１１４の厚さは、静電吸着用電極１１３の厚さと等しくなっている。
本実施形態の静電チャック装置１００では、絶縁材１１４の厚さは、静電吸着用電極１１３の厚さと等しくなっている。
絶縁材１１４は、絶縁性物質からなる。
絶縁材１１４を構成する絶縁性物質は、特に限定されないが、載置板１１１および支持板１１２の主成分と同じにすることが好ましく、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）等が挙げられる。絶縁材１１４を構成する絶縁性物質は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることが好ましい。絶縁材１１４を構成する絶縁性物質が、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることにより、高温での誘電特性、高耐食性、耐プラズマ性、耐熱性が保たれる。
絶縁材１１４を構成する絶縁性物質は、特に限定されないが、載置板１１１および支持板１１２の主成分と同じにすることが好ましく、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）等が挙げられる。絶縁材１１４を構成する絶縁性物質は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることが好ましい。絶縁材１１４を構成する絶縁性物質が、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることにより、高温での誘電特性、高耐食性、耐プラズマ性、耐熱性が保たれる。
絶縁材１１４を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径は、１．６μｍ以上かつ１０．０μｍ以下であることが好ましく、１．６μｍ以上かつ６．０μｍ以下であることがより好ましい。
絶縁材１１４を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径が１．６μｍ以上であれば、充分な耐電圧性を得ることができる。一方、絶縁材１１４を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径が１０．０μｍ以下であれば、研削等の加工性がよい。
絶縁材１１４を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径が１．６μｍ以上であれば、充分な耐電圧性を得ることができる。一方、絶縁材１１４を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径が１０．０μｍ以下であれば、研削等の加工性がよい。
絶縁材１１４を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径の測定方法は、載置板１１１および支持板１１２を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径の測定方法と同様である。
［給電端子］
給電端子１１６は、静電吸着用電極１１３に電流を供給するものである。
給電端子１１６の数、形状等は、静電吸着用電極１１３の形態、すなわち単極型か、双極型かにより決定される。
給電端子１１６は、静電吸着用電極１１３に電流を供給するものである。
給電端子１１６の数、形状等は、静電吸着用電極１１３の形態、すなわち単極型か、双極型かにより決定される。
［電極ピン］
電極ピン１１８は、給電端子１１６に電流を供給するものである。電極ピン１１８は、例えば、図１に示す電極ピン３０のような構造をなしている。電極ピン３０は、給電端子５に押し当てて接続される接続部３１と、接続部３１における先端部３１Ａとは反対側に設けられたバネ３２とを有する。バネ３２の弾性力により、先端部３１Ａを給電端子１１６に押し当てることにより、給電端子１１６と電極ピン１１８が接続される。
電極ピン１１８は、給電端子１１６に電流を供給するものである。電極ピン１１８は、例えば、図１に示す電極ピン３０のような構造をなしている。電極ピン３０は、給電端子５に押し当てて接続される接続部３１と、接続部３１における先端部３１Ａとは反対側に設けられたバネ３２とを有する。バネ３２の弾性力により、先端部３１Ａを給電端子１１６に押し当てることにより、給電端子１１６と電極ピン１１８が接続される。
［温度調整用ベース部材］
温度調整用ベース部材１０３は、金属およびセラミックスの少なくとも一方からなる厚みのある円板状のものである。温度調整用ベース部材１０３の躯体は、プラズマ発生用内部電極を兼ねた構成とされている。温度調整用ベース部材１０３の躯体の内部には、水、Ｈｅガス、Ｎ２ガス等の冷却媒体を循環させる流路１２１が形成されている。
温度調整用ベース部材１０３は、金属およびセラミックスの少なくとも一方からなる厚みのある円板状のものである。温度調整用ベース部材１０３の躯体は、プラズマ発生用内部電極を兼ねた構成とされている。温度調整用ベース部材１０３の躯体の内部には、水、Ｈｅガス、Ｎ２ガス等の冷却媒体を循環させる流路１２１が形成されている。
温度調整用ベース部材１０３の躯体は、外部の高周波電源１２２に接続されている。また、温度調整用ベース部材１０３の固定孔１１７内には、その外周が絶縁材料１２３により囲繞された電極ピン１１８が、絶縁材料１２３を介して固定されている。電極ピン１１８は、外部の直流電源１２４に接続されている。
温度調整用ベース部材１０３を構成する材料は、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されるものではない。温度調整用ベース部材３を構成する材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン（Ｔｉ）等が好適に用いられる。
温度調整用ベース部材１０３における少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理またはポリイミド系樹脂による樹脂コーティングが施されていることが好ましい。また、温度調整用ベース部材１０３の全面が、前記のアルマイト処理または樹脂コーティングが施されていることがより好ましい。
温度調整用ベース部材１０３における少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理またはポリイミド系樹脂による樹脂コーティングが施されていることが好ましい。また、温度調整用ベース部材１０３の全面が、前記のアルマイト処理または樹脂コーティングが施されていることがより好ましい。
温度調整用ベース部材１０３にアルマイト処理または樹脂コーティングを施すことにより、温度調整用ベース部材１０３の耐プラズマ性が向上するとともに、異常放電が防止される。したがって、温度調整用ベース部材１０３の耐プラズマ安定性が向上し、また、温度調整用ベース部材１０３の表面傷の発生も防止することができる。
［接着剤層］
接着剤層１０４は、静電チャック部１０２と、冷却用ベース部１０３とを接着一体化するものである。
接着剤層１０４は、静電チャック部１０２と、冷却用ベース部１０３とを接着一体化するものである。
接着剤層１０４の厚さは、１００μｍ以上かつ２００μｍ以下であることが好ましく、１３０μｍ以上かつ１７０μｍ以下であることがより好ましい。
接着剤層１０４の厚さが上記の範囲内であれば、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３との間の接着強度を十分に保持することができる。また、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３との間の熱伝導性を十分に確保することができる。
接着剤層１０４の厚さが上記の範囲内であれば、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３との間の接着強度を十分に保持することができる。また、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３との間の熱伝導性を十分に確保することができる。
接着剤層１０４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、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等で形成されている。
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、耐熱性、弾性に優れた樹脂であるので、より好ましい。
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、耐熱性、弾性に優れた樹脂であるので、より好ましい。
このようなシリコーン系樹脂組成物としては、特に、熱硬化温度が７０℃～１４０℃のシリコーン樹脂が好ましい。
ここで、熱硬化温度が７０℃を下回ると、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３とを対向させた状態で接合する際に、接合過程で硬化が十分に進まないことから、作業性に劣ることになるため好ましくない。一方、熱硬化温度が１４０℃を超えると、静電チャック部１０２および冷却用ベース部１０３との熱膨張差が大きく、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３との間の応力が増加し、これらの間で剥離が生じることがあるため好ましくない。
ここで、熱硬化温度が７０℃を下回ると、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３とを対向させた状態で接合する際に、接合過程で硬化が十分に進まないことから、作業性に劣ることになるため好ましくない。一方、熱硬化温度が１４０℃を超えると、静電チャック部１０２および冷却用ベース部１０３との熱膨張差が大きく、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３との間の応力が増加し、これらの間で剥離が生じることがあるため好ましくない。
本実施形態の静電チャック装置１００によれば、静電チャック部材１０２がサセプタ１からなるため、給電端子１１６に対して電極ピン１１８が傾いても、静電チャック部材１０２の載置面１１１ａとは反対側の面に設けられた給電端子１１６を含む凹部の内面と電極ピン１１８の先端部との接触面積を充分に確保し、これらの接触面積の変化を抑制することができる。
以下、本実施形態の静電チャック装置の製造方法について説明する。
上述のようにして得られたサセプタ１からなる静電チャック部材１０２を用意する。
冷却用ベース部１０３の一主面１０３ａの所定領域に、シリコーン系樹脂組成物からなる接着剤を塗布する。ここで、接着剤の塗布量を、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３とが接合一体化できるように調整する。
この接着剤の塗布方法としては、ヘラ等を用いて手動で塗布する他、バーコート法、スクリーン印刷法等が挙げられる。
この接着剤の塗布方法としては、ヘラ等を用いて手動で塗布する他、バーコート法、スクリーン印刷法等が挙げられる。
冷却用ベース部１０３の一主面１０３ａに接着剤を塗布した後、静電チャック部１０２と、接着剤を塗布した冷却用ベース部１０３とを重ね合わせる。
また、電極ピン１１８を、冷却用ベース部１０３中に穿孔された固定孔１１７に挿入し嵌め込む。
次いで、静電チャック部１０２を冷却用ベース部１０３に対して所定の圧力にて押圧し、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３を接合一体化する。これにより、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３が接着剤層１０４を介して接合一体化されたものとなる。
また、電極ピン１１８を、冷却用ベース部１０３中に穿孔された固定孔１１７に挿入し嵌め込む。
次いで、静電チャック部１０２を冷却用ベース部１０３に対して所定の圧力にて押圧し、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３を接合一体化する。これにより、静電チャック部１０２と冷却用ベース部１０３が接着剤層１０４を介して接合一体化されたものとなる。
以上により、静電チャック部１０２および冷却用ベース部１０３は、接着剤層１０４を介して接合一体化された本実施形態の静電チャック装置１００が得られる。
なお、本実施形態に係る板状試料としては、半導体ウエハに限るものではなく、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、有機ＥＬディスプレイ等の平板型ディスプレイ（ＦＰＤ）用ガラス基板等であってもよい。また、その基板の形状や大きさに合わせて本実施形態の静電チャック装置を設計すればよい。
［他の実施形態］
なお、本発明は、上記の実施形態に限定するものではない。
なお、本発明は、上記の実施形態に限定するものではない。
例えば、図３～図６に示すような第１変形例～第４変形例に係るサセプタ２００，３００，４００，５００を採用してもよい。なお、第１変形例～第５変形例に係るサセプタ２００，３００，４００，５００では、前記実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
図３に示す第１変形例のサセプタ２００は、第１のセラミックス板２の下面２ａにおいて、給電端子５および第１のセラミックス板２を含み、載置面３ａ側に凹む凹部６を有する。すなわち、凹部６の内面６ａは、給電端子５からなる中央部６Ａと、中央部６Ａの外縁に沿う外縁部６Ｂとから形成されている。これにより、給電端子５に対する電極ピン３０の傾き（ずれ）が大きくなっても、凹部６の内面６ａと電極ピン３０の先端部３１Ａとの接触面積を充分に確保し、これらの接触面積の変化を抑制することができる。
図４に示す第２変形例のサセプタ３００は、第１のセラミックス板２の下面２ａにおいて、給電端子５を含み、載置面３ａ側に凹む凹部６を有する。本変形例のサセプタ３００では、給電端子５のみに凹部６が形成され、凹部６の内面６ａ（開口部）は、第１のセラミックス板２と給電端子５の境界まで至らない。これにより、給電端子５に対する電極ピン３０の傾き（ずれ）を小さくして、凹部６の内面６ａと電極ピン３０の先端部３１Ａとの接触面積を充分に確保し、これらの接触面積の変化を抑制することができる。
図５に示す第３変形例のサセプタ４００は、第１のセラミックス板２の下面２ａにおいて、給電端子５および第１のセラミックス板２を含み、載置面３ａ側に凹む凹部６を有する。さらに、サセプタ４００は、凹部６の内面６ａを被覆する金属層４１０を有する。本変形例のサセプタ４００では、金属層４１０が凹部６の内面６ａに沿って形成され、金属層４１０が載置面３ａ側に凹む凹部４１１を有する。また、第１のセラミックス板２の厚み方向における凹部４１１の内面４１１ａの断面形状は、少なくとも１つの曲率若しくは二次関数で表される曲線状または双曲線状であることが好ましい。
金属層４１０は、導電性物質からなる。金属層４１０を構成する導電性物質としては、特に限定されないが、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｓｎ等が挙げられ、これらを単独で用いてもよいし、複合して用いてもよい。
金属層４１０における凹部６の内面６ａとは反対側の面（凹部４１１の内面４１１ａ）の算術平均粗さ（Ｒａ）は２μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以上２５μｍ以下であることがより好ましく、６μｍ以上２０μｍ以下であることがさらに好ましい。
凹部４１１の内面４１１ａの算術平均粗さ（Ｒａ）が２μｍ以上３０μｍ以下であれば、給電ピン３０から十分な電流を給電端子５に供給することができる上、給電端子５の摩耗性を小さくすることができる。
凹部４１１の内面４１１ａの算術平均粗さ（Ｒａ）が２μｍ以上３０μｍ以下であれば、給電ピン３０から十分な電流を給電端子５に供給することができる上、給電端子５の摩耗性を小さくすることができる。
凹部４１１の内面４１１ａの算術平均粗さ（Ｒａ）は、東京精密社製の触針式の表面粗さ計を用いて、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３「製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）－表面性状：輪郭曲線方式－用語，定義及び表面性状パラメータ」に準じて測定する。
金属層４１０を設けることにより、給電端子５と給電ピン３０との接続による抵抗を下げて、これらの導通を向上することができる。
図６に示す第４変形例のサセプタ５００は、第１のセラミックス板２の下面２ａにおいて、給電端子５のみを含み、載置面３ａ側に凹む凹部６を有する。さらに、サセプタ４００は、凹部６の内面６ａを被覆する金属層５１０を有する。本変形例のサセプタ５００では、金属層５１０が凹部６の内面６ａに沿って形成され、金属層５１０が載置面３ａ側に凹む凹部５１１を有する。また、第１のセラミックス板２の厚み方向における凹部５１１の内面５１１ａの断面形状は、少なくとも１つの曲率若しくは二次関数で表される曲線状または双曲線状であることが好ましい。金属層５１０は、導電性物質からなる。金属層５１０を構成する導電性物質は、金属層４１０を構成する導電性物質と同じものが挙げられる。金属層５１０を設けることにより、給電端子５と給電ピン３０との接続による抵抗を下げて、これらの導通を向上することができる。
本発明のサセプタは、載置面とは反対側の面において、給電端子を含み、載置面側に凹む凹部を有するため、セラミックス板、電極等の線膨張率の差に起因するせん断応力が掛かって、給電端子に対して電極ピンが傾いても、給電端子と電極ピンとの接触面積の変化を抑制することができるものであるから、静電チャック装置の静電チャック部材に好適に用いられ、その有用性は非常に大きいものである。
１ サセプタ
２ セラミックス板（第１のセラミックス板）
３ セラミックス板（第２のセラミックス板）
４ 電極
５ 給電端子
６ 凹部
３０ 電極ピン
１００ 静電チャック装置
１０２ 静電チャック部材
１０３ 温度調整用ベース部材
１０４ 接着剤層
１１１ 載置板
１１２ 支持板
１１３ 静電吸着用電極
１１４ 絶縁材
１１５ 貫通孔
１１６ 給電端子
１１７ 固定孔
１１８ 電極ピン
１２１ 流路
１２２ 高周波電源
１２３ 絶縁材料
１２４ 直流電源
２ セラミックス板（第１のセラミックス板）
３ セラミックス板（第２のセラミックス板）
４ 電極
５ 給電端子
６ 凹部
３０ 電極ピン
１００ 静電チャック装置
１０２ 静電チャック部材
１０３ 温度調整用ベース部材
１０４ 接着剤層
１１１ 載置板
１１２ 支持板
１１３ 静電吸着用電極
１１４ 絶縁材
１１５ 貫通孔
１１６ 給電端子
１１７ 固定孔
１１８ 電極ピン
１２１ 流路
１２２ 高周波電源
１２３ 絶縁材料
１２４ 直流電源
Claims (8)
- 試料を載置する載置面を有するセラミックス板の内部に設けられた電極と、該電極に接するように、前記セラミックス板を貫通して設けられる給電端子と、を備え、
前記載置面とは反対側の面において、少なくとも前記給電端子を含み、前記載置面側に凹む凹部を有する、サセプタ。 - 前記セラミックス板の厚み方向における前記凹部の内面の断面形状は、少なくとも１つの曲率若しくは二次関数で表される曲線状または双曲線状である、請求項１に記載のサセプタ。
- 前記内面を被覆する金属層を有する、請求項２に記載のサセプタ。
- 前記金属層における前記内面とは反対側の面の算術平均粗さ（Ｒａ）は２μｍ以上３０μｍ以下である、請求項３に記載のサセプタ。
- 前記電極および前記給電端子は、絶縁性物質と導電性物質の複合体である、請求項１～４のいずれか１項に記載のサセプタ。
- 前記絶縁性物質は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化イットリウム（ＩＩＩ）、イットリウム・アルミニウム・ガーネットおよびＳｍＡｌＯ３からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項５に記載のサセプタ。
- 前記導電性物質は、Ｍｏ２Ｃ、Ｍｏ、ＷＣ、Ｗ、ＴａＣ、Ｔａ、ＳｉＣ、カーボンブラック、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項５または６のいずれか１項に記載のサセプタ。
- セラミックスからなる静電チャック部材と、金属からなる温度調整用ベース部材とを、接着剤層を介して接合してなる静電チャック装置であって、
前記静電チャック部材は、請求項１～７のいずれか１項に記載のサセプタからなる、静電チャック装置。
Priority Applications (1)
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2020
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2024
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