JP5982887B2 - Electrostatic chuck device - Google Patents
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Description
本発明は、静電チャック装置に関し、さらに詳しくは、長時間使用した場合においても、板状試料を載置する載置面の耐摩耗性及び耐食性に優れ、しかも、膜剥がれやセラミック基材の損傷等の表面形状の経時変化が無い静電チャック装置に関するものである。 The present invention relates to an electrostatic chuck device. More specifically, even when used for a long time, the mounting surface on which a plate-like sample is placed is excellent in wear resistance and corrosion resistance. The present invention relates to an electrostatic chuck device that does not change over time in surface shape such as damage.
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、プラズマエッチングやプラズマCVD等の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においては、プラズマエッチング装置、プラズマCVD装置等のプラズマを用いた半導体製造装置が使用されており、これらの半導体製造装置においては、従来から、試料台に簡単にウエハを取付け、固定するとともに、この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。 In recent years, the semiconductor industry that supports IT technology, which has been rapidly progressing, has demanded higher integration and higher performance of devices. For this reason, even in semiconductor manufacturing processes such as plasma etching and plasma CVD, the fine processing technology has been improved. There is a need for improvement. In this semiconductor manufacturing process, a semiconductor manufacturing apparatus using plasma, such as a plasma etching apparatus or a plasma CVD apparatus, is used. Conventionally, in these semiconductor manufacturing apparatuses, a wafer is simply attached and fixed to a sample stage. In addition, an electrostatic chuck apparatus is used as an apparatus for maintaining the wafer at a desired temperature.
このような静電チャック装置としては、板状試料を載置する載置面の耐摩耗性及び耐食性を向上させるために、金属または金属とセラミックスからなる導電性基体を吸着用電極とし、この導電性基体の一方の主面に絶縁膜を備えてその上面をウェハの載置面とし、この絶縁膜を酸化物からなる非晶質セラミックスにより構成した静電チャックが提案されている(特許文献1参照)。
この静電チャックでは、導電性基体の一方の主面にブラスト処理等で粗面加工を施し、この粗面となった一方の主面にアルミナの溶射を施すことにより、導電性基体と密着性のよい溶射膜を形成している。
さらに、密着性を向上させるために、ブラスト処理の後、この粗面となった一方の主面に金属溶射膜を形成し、この金属溶射膜上に上記の溶射膜を形成することも行われている。
In such an electrostatic chuck device, in order to improve the wear resistance and corrosion resistance of a mounting surface on which a plate-like sample is mounted, a conductive substrate made of metal or metal and ceramic is used as an adsorption electrode, and this conductive There has been proposed an electrostatic chuck in which an insulating film is provided on one main surface of a conductive substrate, the upper surface thereof is used as a wafer mounting surface, and the insulating film is made of an amorphous ceramic made of oxide (Patent Document 1). reference).
In this electrostatic chuck, one main surface of the conductive substrate is roughened by blasting or the like, and the one main surface that has become the rough surface is sprayed with alumina, thereby adhering to the conductive substrate. A good thermal sprayed film is formed.
Further, in order to improve the adhesion, after the blasting process, a metal sprayed film is formed on one of the roughened main surfaces, and the above-mentioned sprayed film is formed on the metal sprayed film. ing.
ところで、上述した従来の静電チャックでは、長時間使用した場合に、板状試料を載置する載置面で溶射膜が剥がれたり、セラミック基材の損傷等が生じ易いという問題点があった。特に、酸化イットリウム(Y2O3)からなる溶射膜の場合、粗面処理してもセラミック基材との密着性が十分ではなく、特に熱膨張に起因する剥離が生じ易いという問題点があった。 By the way, in the conventional electrostatic chuck described above, there is a problem that, when used for a long time, the sprayed film is peeled off on the mounting surface on which the plate-like sample is mounted, or the ceramic base material is easily damaged. . In particular, in the case of a sprayed film made of yttrium oxide (Y 2 O 3 ), there is a problem that even when the rough surface treatment is performed, the adhesion to the ceramic substrate is not sufficient, and peeling due to thermal expansion is particularly likely to occur. It was.
このような問題点は、特にプラズマ処理装置に搭載される静電チャックや、ヒータ機能付き静電チャックのように、静電チャック使用時に板状試料を載置する載置面の温度が上下に変動する装置において特に発生し易い。さらに、セラミック基材を粗面処理した場合、このセラミック基材に粗面処理に起因する微小クラックが生じ、耐電性特性が悪化するという問題点もあった。
さらに、静電チャックでは絶縁性を必要とすることから、ブラスト処理の後に導電性を有する金属溶射膜を形成する構造を採用することができないという問題点もあった。
Such a problem is that the temperature of the mounting surface on which the plate-like sample is placed increases or decreases when the electrostatic chuck is used, such as an electrostatic chuck mounted on a plasma processing apparatus or an electrostatic chuck with a heater function. It is particularly likely to occur in fluctuating devices. Furthermore, when the ceramic substrate is roughened, there is a problem in that the ceramic substrate has microcracks caused by the rough surface treatment and the electric resistance characteristics deteriorate.
Further, since the electrostatic chuck requires insulation, there is a problem that it is not possible to employ a structure in which a metal sprayed film having conductivity is formed after blasting.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、長時間使用した場合においても、板状試料を載置する載置面の耐摩耗性及び耐食性に優れ、しかも、膜剥がれやセラミック基材の損傷等の表面形状の経時変化が無い静電チャック装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is excellent in wear resistance and corrosion resistance of a mounting surface on which a plate-like sample is mounted, even when used for a long time. It is an object of the present invention to provide an electrostatic chuck device that does not change with time in the surface shape such as damage to the substrate.
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、セラミック基材に静電吸着用内部電極が内蔵され、このセラミック基材の一主面に中間層を介して金属酸化物からなる溶射膜が形成され、この溶射膜の一主面を板状試料を載置する載置面とした静電チャック部と、前記静電チャック部の他の一主面に設けられ該静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備え、前記中間層を、前記金属酸化物及び樹脂を含む混合物からなる構成とすれば、セラミック基材と金属酸化物からなる溶射膜との間の密着性が向上し、特に熱膨張に起因する剥離が生じ難くなり、特に使用時に板状試料を載置する載置面の温度が上下に変動する場合においても耐久性に優れており、セラミック基材に微小クラックが生じたり、耐電性特性が悪化するという懸念も無いことを知見し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have built an internal electrode for electrostatic adsorption in a ceramic substrate, and from one metal oxide through a middle layer on one main surface of the ceramic substrate. An electrostatic chuck portion having one principal surface of the sprayed coating as a mounting surface on which the plate-like sample is placed, and the electrostatic chuck portion provided on the other main surface of the electrostatic chuck portion. A cooling base portion for cooling the chuck portion, and if the intermediate layer is made of a mixture containing the metal oxide and the resin, the adhesion between the ceramic substrate and the thermal spray film made of the metal oxide In particular, even when the temperature of the mounting surface on which the plate-like sample is placed fluctuates up and down during use, it is difficult to cause peeling due to thermal expansion. If micro cracks occur or the electric resistance characteristics deteriorate Concern also finding that there is no, and have completed the present invention.
すなわち、本発明の静電チャック装置は、セラミック基材に静電吸着用内部電極が内蔵され、このセラミック基材の一主面に中間層を介して金属酸化物からなる溶射膜が形成され、この溶射膜の一主面を板状試料を載置する載置面とした静電チャック部と、前記静電チャック部の他の一主面に設けられ該静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備え、前記中間層は、前記金属酸化物と樹脂との混合物からなり、前記中間層は、前記金属酸化物を50体積%以上かつ95体積%以下含有するとともに、前記樹脂を5体積%以上かつ50体積%以下含有してなることを特徴とする。 That is, in the electrostatic chuck device of the present invention, an internal electrode for electrostatic adsorption is built in a ceramic base, and a thermal spray film made of a metal oxide is formed on one main surface of the ceramic base via an intermediate layer, An electrostatic chuck portion in which one principal surface of the sprayed film is a placement surface on which a plate-like sample is placed, and a cooling base provided on the other principal surface of the electrostatic chuck portion to cool the electrostatic chuck portion The intermediate layer is made of a mixture of the metal oxide and the resin, and the intermediate layer contains the metal oxide in an amount of 50% by volume to 95% by volume, and 5% of the resin. % Or more and 50% by volume or less.
この静電チャック装置では、セラミック基材の一主面に中間層を介して金属酸化物からなる溶射膜を形成し、この中間層を金属酸化物及び樹脂を含む混合物からなることとしたことにより、この中間層がセラミック基材と溶射膜との間の密着性を向上させるとともに、これらの間の熱膨張差を緩和することで溶射膜が熱膨張差に起因する剥離が生じ難くなる。
よって、長時間使用した場合においても、溶射膜が剥がれること無く、セラミック基材の損傷等の表面形状の経時変化も無い。
また、中間層の組成を上記の範囲に限定することにより、プラズマやラジカル(フリーラジカル)に対する耐性がさらに優れたものとなる。
In this electrostatic chuck device, a thermal spray film made of a metal oxide is formed on one main surface of a ceramic substrate via an intermediate layer, and the intermediate layer is made of a mixture containing a metal oxide and a resin. The intermediate layer improves the adhesion between the ceramic substrate and the thermal spray film, and the thermal spray film is less likely to be peeled off due to the thermal expansion difference by relaxing the thermal expansion difference therebetween.
Therefore, even when used for a long time, the sprayed film does not peel off, and the surface shape does not change with time, such as damage to the ceramic substrate.
Further, by limiting the composition of the intermediate layer to the above range, the resistance to plasma and radicals (free radicals) is further improved.
前記金属酸化物は酸化イットリウムであることが好ましい。
この酸化イットリウムは、プラズマやラジカル(フリーラジカル)に対する耐食性が高く、長時間使用した場合においても耐摩耗性及び耐食性を保持することが可能である。
The metal oxide is preferably yttrium oxide.
This yttrium oxide has high corrosion resistance against plasma and radicals (free radicals), and can maintain wear resistance and corrosion resistance even when used for a long time.
前記樹脂は、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂の群から選択された1種または2種以上を含むことが好ましい。
これらシリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂は、プラズマやラジカル(フリーラジカル)に対する耐性に優れており、長時間使用した場合においても、中間層を摩耗することなく良好に保持することが可能である。
The resin preferably contains one or more selected from the group consisting of silicon resins, acrylic resins, and polyimide resins.
These silicone resins, acrylic resins, and polyimide resins have excellent resistance to plasma and radicals (free radicals), and even when used for a long time, they can be held well without wearing the intermediate layer. It is.
前記セラミック基材は、酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む複合焼結体であることが好ましい。
セラミック基材を酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む複合焼結体とすることにより、プラズマやラジカル(フリーラジカル)に対する耐食性が極めて高く、したがって、長時間使用した場合においても、耐摩耗性及び耐食性を良好に保持することが可能である。
また、この酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む複合焼結体は、通常の酸化アルミニウムからなる焼結体や酸化アルミニウム焼結体に酸化イットリウムの溶射膜を形成したものと比較して、誘電率が高く、高い吸着力を発現することが可能である。
The ceramic substrate is preferably a composite sintered body containing aluminum oxide and silicon carbide.
By making the ceramic base material a composite sintered body containing aluminum oxide and silicon carbide, it has extremely high corrosion resistance against plasma and radicals (free radicals). Therefore, even when used for a long time, it has wear resistance and corrosion resistance. It can be held well.
In addition, the composite sintered body containing aluminum oxide and silicon carbide has a dielectric constant that is higher than that of a conventional sintered body made of aluminum oxide or an aluminum oxide sintered body formed with a sprayed film of yttrium oxide. It is high and can exhibit high adsorption power.
前記静電チャック部と前記冷却ベース部との間に加熱部材を設けたこととしてもよい。
静電チャック部と冷却ベース部との間に加熱部材を設けたことにより、溶射膜の一主面、すなわち載置面に載置される板状試料の温度の面内均一性が向上し、板状試料におけるプラズマエッチングやプラズマCVD等の面内均一性が向上する。
A heating member may be provided between the electrostatic chuck portion and the cooling base portion.
By providing a heating member between the electrostatic chuck part and the cooling base part, the in-plane uniformity of the temperature of the plate-like sample placed on one principal surface of the sprayed film, that is, the placing surface, is improved. In-plane uniformity of the plate-like sample such as plasma etching or plasma CVD is improved.
本発明の静電チャック装置によれば、セラミック基材の一主面に中間層を介して金属酸化物からなる溶射膜を形成し、この溶射膜の一主面を板状試料を載置する載置面とするとともに、中間層を金属酸化物及び樹脂を含む混合物からなることとしたので、この中間層によりセラミック基材と溶射膜との間の密着性を向上させることができ、セラミック基材の一主面に粗面処理を施す必要も無い。したがって、セラミック基材からの溶射膜の剥離を長時間に亘って防止することができ、セラミック基材の損傷等の表面形状の経時変化を防止することができる。 According to the electrostatic chuck device of the present invention, a sprayed film made of a metal oxide is formed on one main surface of a ceramic substrate via an intermediate layer, and a plate-like sample is placed on the one main surface of the sprayed film. Since the intermediate layer is made of a mixture containing a metal oxide and a resin, the adhesion between the ceramic substrate and the sprayed film can be improved by the intermediate layer. There is no need to roughen one main surface of the material. Therefore, peeling of the sprayed film from the ceramic base material can be prevented over a long period of time, and the surface shape change such as damage of the ceramic base material can be prevented.
前記金属酸化物を酸化イットリウムとしたので、プラズマやラジカル(フリーラジカル)に対する耐食性を向上させることができ、耐摩耗性及び耐食性を長時間に亘って保持し続けることができる。 Since the metal oxide is yttrium oxide, the corrosion resistance against plasma and radicals (free radicals) can be improved, and the wear resistance and corrosion resistance can be maintained for a long time.
樹脂を、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂の群から選択された1種または2種以上を含むこととしたので、中間層の耐摩耗性及び耐食性を長時間に亘って保持し続けることができる。 Since the resin includes one or more selected from the group of silicon resin, acrylic resin, and polyimide resin, the wear resistance and corrosion resistance of the intermediate layer are kept for a long time. be able to.
中間層を、金属酸化物を50体積%以上かつ95体積%以下含有するとともに、樹脂を5体積%以上かつ50体積%以下含有してなることとしたので、中間層のプラズマやラジカル(フリーラジカル)に対する耐性をさらに向上させることができる。 Since the intermediate layer contains 50% by volume to 95% by volume of metal oxide and 5% by volume to 50% by volume of resin, the plasma and radicals (free radicals) of the intermediate layer are included. ) Can be further improved.
セラミック基材を酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む複合焼結体としたので、プラズマやラジカル(フリーラジカル)に対する耐食性をさらに向上させることができ、長時間に亘って耐摩耗性及び耐食性を保持することができる。
また、この酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む複合焼結体は、誘電率が高く、高い吸着力を発現することができる。
Since the ceramic base material is a composite sintered body containing aluminum oxide and silicon carbide, the corrosion resistance against plasma and radicals (free radicals) can be further improved, and the wear resistance and corrosion resistance are maintained for a long time. be able to.
In addition, the composite sintered body containing aluminum oxide and silicon carbide has a high dielectric constant and can exhibit high adsorption power.
静電チャック部と冷却ベース部との間に加熱部材を設けたので、溶射膜の載置面に載置される板状試料の温度の面内均一性を向上させることができ、板状試料におけるプラズマエッチングやプラズマCVD等の面内均一性を向上させることができる。 Since the heating member is provided between the electrostatic chuck portion and the cooling base portion, the in-plane uniformity of the temperature of the plate-like sample placed on the placement surface of the sprayed film can be improved. In-plane uniformity such as plasma etching and plasma CVD can be improved.
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説明する。
なお、以下の各実施の形態は、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。
The form for implementing the electrostatic chuck apparatus of this invention is demonstrated.
The following embodiments are specifically described for better understanding of the gist of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の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、静電チャック部2と、冷却ベース部3とにより構成されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an electrostatic chuck device according to a first embodiment of the present invention. The
静電チャック部2は、円板状のセラミック基材11と、このセラミック基材11の上面(一主面)11aに形成された中間層12と、この中間層12の上面(一主面)12aに形成され上面(一主面:静電吸着面)13aを半導体ウエハ等の板状試料Wを載置するための載置面とされた円形状の金属酸化物からなる溶射膜13とにより構成されている。
セラミック基材11は、円板状の載置板21と、この載置板21の下面(他の一主面)側に対向配置された円板状の支持板22と、これら載置板21と支持板22との間に挟持され載置板21及び支持板22より径の小さい円形状の静電吸着用内部電極23と、この静電吸着用内部電極23の外周側にこれを囲む様に設けられた環状の絶縁材層24と、この静電吸着用内部電極13の下面中央部に接続され直流電圧を印加する給電用端子25と、この給電用端子25の周囲を覆うことで外部と絶縁する円筒状の絶縁碍子26とにより構成されている。
The
The
載置板21及び支持板22は、共に耐熱性を有するセラミックスが好ましく、このセラミックスとしては、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(Si3N4)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、サイアロン、窒化ホウ素(BN)、炭化ケイ素(SiC)から選択された1種からなる焼結体、あるいは2種以上を含む複合焼結体が好ましい。
Both the mounting
特に、プラズマやラジカル(フリーラジカル)に対する耐食性及び長時間に亘る耐摩耗性及び耐食性の保持を考慮すると、特に誘電率が高くかつ静電吸着する板状試料Wに対して不純物とならない組成が好ましく、例えば、酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体が好ましい。
この炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体としては、例えば、炭化ケイ素を4重量%以上かつ20重量%以下含み、残部を酸化アルミニウムとする炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体が挙げられる。
In particular, considering the corrosion resistance against plasma and radicals (free radicals) and the maintenance of wear resistance and corrosion resistance over a long period of time, a composition that has a particularly high dielectric constant and does not become an impurity with respect to the plate-like sample W that is electrostatically adsorbed is preferable For example, a silicon carbide-aluminum oxide composite sintered body containing aluminum oxide and silicon carbide is preferable.
Examples of the silicon carbide-aluminum oxide composite sintered body include a silicon carbide-aluminum oxide composite sintered body containing silicon carbide in an amount of 4 wt% to 20 wt%, with the balance being aluminum oxide.
静電吸着用内部電極23は、厚みが10μm〜50μm程度の平板状の導電性セラミックスが用いられる。この静電吸着用内部電極23を構成する導電性セラミックスの使用温度下における体積固有抵抗値は、1.0×106Ω・cm以下が好ましく、より好ましくは1.0×104Ω・cm以下である。
この導電性セラミックスとしては、炭化ケイ素(SiC)−酸化アルミニウム(Al2O3)複合焼結体、窒化タンタル(TaN)−酸化アルミニウム(Al2O3)複合焼結体、炭化タンタル(TaC)−酸化アルミニウム(Al2O3)複合焼結体、炭化モリブデン(Mo2C)−酸化アルミニウム(Al2O3)複合焼結体等が挙げられる。
The electrostatic adsorption
Examples of the conductive ceramic include silicon carbide (SiC) -aluminum oxide (Al 2 O 3 ) composite sintered body, tantalum nitride (TaN) -aluminum oxide (Al 2 O 3 ) composite sintered body, and tantalum carbide (TaC). -
絶縁材層24は、載置板21及び支持板22を接合一体化するとともに、静電吸着用内部電極23をプラズマから保護するためのものである。
この絶縁材層24を構成する材料としては、載置板21及び支持板22と主成分が同一の絶縁性材料が好ましく、例えば、載置板21及び支持板22が炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体により構成されている場合には、酸化アルミニウム(Al2O3)とするのが好ましい。
The insulating
The material constituting the insulating
中間層12は、セラミック基材11と溶射膜13との間の密着性を向上させるとともに、これらの間の熱膨張差を緩和し、溶射膜13がセラミック基材11から熱膨張差に起因して剥離するのを防止することを目的として設けられている。
この中間層12は、プラズマやラジカル(フリーラジカル)に曝露されるセラミック基材11の上面のうち周縁部から内側の環状の領域、例えば周縁部から内側に向かって0.1mmの部分を除く領域に形成されている。
The
This
この中間層12は、金属酸化物及び樹脂を含む混合物により構成されている。
この金属酸化物としては、例えば、酸化イットリウム、イットリウムアルミニウムガーネット、酸化サマリウム、酸化ディスプロシウム等が挙げられる。ここで、プラズマやラジカル(フリーラジカル)に対する耐食性が高く、長時間使用した場合においても耐摩耗性及び耐食性を保持することが可能な点を考慮すれば、酸化イットリウムが最も好ましい。
The
Examples of the metal oxide include yttrium oxide, yttrium aluminum garnet, samarium oxide, dysprosium oxide, and the like. Here, yttrium oxide is most preferable in consideration of the high corrosion resistance against plasma and radicals (free radicals), and the ability to maintain wear resistance and corrosion resistance even when used for a long time.
樹脂としては、プラズマやラジカル(フリーラジカル)に対する耐性に優れており、長時間使用した場合においても、中間層を摩耗することなく良好に保持することが好ましく、例えば、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂の群から選択された1種または2種以上を含むことが好ましい。 As the resin, it has excellent resistance to plasma and radicals (free radicals), and even when used for a long time, it is preferable to hold the intermediate layer well without being worn. For example, a silicon resin, an acrylic resin It is preferable to include one or more selected from the group of polyimide resins.
特に、酸素系プラズマを用いる場合には、酸素系プラズマに対して耐プラズマ性に優れているシリコン系樹脂が好ましい。
このシリコン系樹脂は、耐熱性、弾性に優れた樹脂であり、シロキサン結合(Si−O−Si)を有するケイ素化合物である。このシリコン系樹脂は、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。
In particular, when oxygen-based plasma is used, a silicon-based resin that is excellent in plasma resistance against oxygen-based plasma is preferable.
This silicon resin is a resin excellent in heat resistance and elasticity, and is a silicon compound having a siloxane bond (Si—O—Si). This silicon-based resin can be represented by, for example, the following chemical formula (1) or (2).
このようなシリコン系樹脂としては、特に、熱硬化温度が100℃〜150℃のシリコン樹脂が好ましい。
ここで、熱硬化温度が100℃を下回ると、シリコン系樹脂を金属酸化物と混合した混合物を塗布し熱硬化する場合に、熱硬化前あるいは熱硬化の初期段階で硬化が始まってしまい、作業性に劣ることとなるので好ましくない。一方、熱硬化温度が150℃を超えると、この中間層12と、セラミック基材11及び溶射膜13との熱膨張差が大きくなり、その結果、シリコン系樹脂が、セラミック基材11と溶射膜13との間の応力を吸収することができずに応力が増加し、この中間層12と、セラミック基材11及び溶射膜13との間で剥離が生じる虞があるので好ましくない。
As such a silicon-based resin, a silicon resin having a thermosetting temperature of 100 ° C. to 150 ° C. is particularly preferable.
Here, when the thermosetting temperature is lower than 100 ° C., when a mixture obtained by mixing a silicon-based resin and a metal oxide is applied and thermoset, the curing starts before thermosetting or at the initial stage of thermosetting. It is not preferable because it is inferior in properties. On the other hand, when the thermosetting temperature exceeds 150 ° C., the thermal expansion difference between the
また、フッ素系プラズマを用いる場合には、フッ素系プラズマに対して耐プラズマ性に優れているアクリル系樹脂が好ましい。
このようなアクリル系樹脂としては、アクリル酸及びそのエステル、メタクリル酸及びそのエステル、アクリルアミド、アクリロニトリル、及びこれらの重合体あるいは共重合体が挙げられる。
これらの中でも、特に、ポリアクリル酸メチル等のポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸メチル等のポリメタクリル酸エステル等が好適に用いられる。
Moreover, when using fluorine-type plasma, the acrylic resin excellent in plasma resistance with respect to fluorine-type plasma is preferable.
Examples of such acrylic resins include acrylic acid and its esters, methacrylic acid and its esters, acrylamide, acrylonitrile, and polymers or copolymers thereof.
Among these, in particular, polyacrylic acid esters such as polymethyl acrylate, polymethacrylic acid esters such as polymethyl methacrylate, and the like are preferably used.
このアクリル系樹脂は、酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを1体積%以上かつ50体積%以下、好ましくは10体積%以上かつ40体積%以下、さらに好ましくは20体積%以上かつ30体積%以下含有してなることが好ましい。
このアクリル系樹脂では、酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを1体積%以上かつ50体積%以下含有したことにより、アクリル系樹脂のフッ素ラジカルに対する耐食性が向上する。
また、酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを1体積%以上かつ50体積%以下含有したことで、アクリル系樹脂の柔軟性が向上し、その結果、セラミック基材11と溶射膜13との間の応力がさらに緩和される。
This acrylic resin contains 1 to 50% by volume of vinyl acetate or vinyl butyrate, preferably 10 to 40% by volume, more preferably 20 to 30% by volume. It is preferable.
In this acrylic resin, by containing 1% by volume or more and 50% by volume or less of vinyl acetate or vinyl butyrate, the corrosion resistance of the acrylic resin to fluorine radicals is improved.
Moreover, the softness | flexibility of acrylic resin improves by containing 1 to 50 volume% of vinyl acetate or vinyl butyrate, As a result, the stress between the
この中間層12においては、金属酸化物を50体積%以上かつ95体積%以下含有するとともに、樹脂を5体積%以上かつ50体積%以下含有してなることが好ましく、より好ましくは、金属酸化物の含有率が85体積%以上かつ95体積%以下、樹脂の含有率が5体積%以上かつ15体積%以下である。
The
ここで、金属酸化物及び樹脂それぞれの含有率を上記の範囲とした理由は、これらの範囲が、中間層12と、セラミック基材11及び溶射膜13との間の密着性が向上し、これらの間の熱膨張差を緩和し、溶射膜13がセラミック基材11から熱膨張差に起因して剥離するのを防止することができる範囲だからである。
ここで、金属酸化物の含有率が50体積%を下回るか、樹脂の含有率が50体積%を超えると、中間層12における金属酸化物の割合が低下することにより、プラズマやラジカル(フリーラジカル)に対する耐食性が低下し、長時間使用した場合に耐摩耗性及び耐食性を保持することができなくなるので好ましくない。一方、金属酸化物の含有率が95体積%を超えるか、樹脂の含有率が5体積%を下回ると、中間層12における樹脂の割合が低下することにより、中間層12を所望の形状に維持することが難しくなるので好ましくない。
Here, the reason why the respective contents of the metal oxide and the resin are in the above ranges is that these ranges improve the adhesion between the
Here, when the content of the metal oxide is less than 50% by volume or the content of the resin is more than 50% by volume, the ratio of the metal oxide in the
この中間層12の厚みは、100μm以下であることが好ましく、より好ましくは20μm以下である。
ここで、中間層12の厚みを100μm以下とした理由は、厚みが100μmを超えると、樹脂の硬化収縮に伴う厚みの変化が大きくなり過ぎてしまい、得られた中間層12に硬化収縮に起因するボイドが発生し、さらにはクラックや割れ等が生じる虞があり、また、中間層の厚みが増加するのに伴って、静電吸着用内部電極23から溶射膜13の吸着面までの距離が増加し、よって、吸着力が低下するからである。
The thickness of the
Here, the reason why the thickness of the
溶射膜13は、中間層12の上に金属酸化物を溶射して形成され、上面13aを半導体ウエハ等の板状試料Wを載置するための載置面とされた円形状の膜である。
この金属酸化物としては、中間層12に用いられた金属酸化物と同一のものであることが好ましい。
この金属酸化物は、中間層12に用いられた金属酸化物と同様、酸化イットリウム、イットリウムアルミニウムガーネット、酸化サマリウム、酸化ディスプロシウム等が挙げられ、プラズマやラジカル(フリーラジカル)に対する耐食性、長時間使用時の耐摩耗性及び耐食性を考慮すれば、酸化イットリウムが最も好ましい。
The sprayed
This metal oxide is preferably the same as the metal oxide used for the
Examples of the metal oxide include yttrium oxide, yttrium aluminum garnet, samarium oxide, dysprosium oxide, and the like, similar to the metal oxide used in the
この溶射膜13の厚みは、100μm以下であることが好ましく、より好ましくは50μm以下である。
ここで、溶射膜13の厚みを100μm以下とした理由は、厚みが100μmを超えると、吸着面までの距離の増加に伴って吸着力が低下するからである。
The thickness of the sprayed
Here, the reason why the thickness of the sprayed
冷却ベース部3は、静電チャック部2の下側に設けられて、この静電チャック部2の温度を所望の温度に制御するとともに、高周波発生用電極を兼ね備えたもので、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) 等の熱伝導性のよい金属により構成された厚みのある円板状のもので、その内部には、水や有機溶媒等の冷却用媒体を循環させる流路31が形成され、上記の溶射膜13の上面13aに載置される板状試料Wの温度を所望の温度に維持することができるようになっている。
この冷却ベース部3に形成された貫通孔32には、給電用端子25及び絶縁碍子26が固定されている。
The cooling base portion 3 is provided below the
A
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。
この冷却ベース部3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。
It is preferable that at least the surface of the cooling base portion 3 exposed to the plasma is anodized or an insulating film such as alumina is formed.
The cooling base 3 has an alumite treatment or an insulating film formed on at least the surface exposed to the plasma, thereby improving plasma resistance and preventing abnormal discharge. The property is improved. Moreover, since it becomes difficult for a surface to be damaged, generation | occurrence | production of a damage | wound can be prevented.
これら静電チャック部2と冷却ベース部3とは、接着層4により接着・固定されている。
この接着層4の形状は、シート状またはフィルム状の接着剤の他、液状の接着剤を塗布した塗膜を加熱・硬化した硬化膜であってもよい。
冷却ベース部3と静電チャック部2との位置合わせ等の作業性を考慮すると、シート状またはフィルム状の接着剤が好ましい。
The
The shape of the
In consideration of workability such as alignment between the cooling base portion 3 and the
この接着層4は、冷却ベース部3と静電チャック部2との間の熱膨張差を緩和するためには、例えば、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂の群から選択された1種または2種以上を含むことが好ましい。
特に、耐熱性、耐プラズマ性、および冷却ベース部3との熱伝達率の観点から、シリコン系接着材に窒化アルミニウム(AlN)フイラー等の絶縁性の熱伝導材料を添加してなる接着剤が好ましい。
The
In particular, from the viewpoint of heat resistance, plasma resistance, and heat transfer coefficient with the cooling base portion 3, an adhesive formed by adding an insulating heat conductive material such as an aluminum nitride (AlN) filler to a silicon-based adhesive is provided. preferable.
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、酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体等の耐熱性を有するセラミックスにより板状の載置板21及び支持板22を作製する。
例えば、炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体により作製する場合、酸化アルミニウム粉体及び炭化ケイ素粉体を所定の配合比にて混合した混合物を所望の形状に成形し、その後、例えば1600℃〜1800℃の温度、非酸化性雰囲気、好ましくは不活性雰囲気下にて所定時間、焼成することにより、載置板21及び支持板22を得ることができる。
Next, a method for manufacturing the
First, the plate-like mounting
For example, when producing a silicon carbide-aluminum oxide composite sintered body, a mixture obtained by mixing aluminum oxide powder and silicon carbide powder at a predetermined blending ratio is formed into a desired shape, and then, for example, 1600 ° C to The mounting
次いで、支持板22に、給電用端子25を嵌め込み保持するための固定孔を形成する。この固定孔の穿設方法としては、特に制限されるものでないが、例えば、ダイヤモンドドリルによる孔開け加工法、レーザ加工法、放電加工法、超音波加工法等を用いて穿設することができる。
Next, a fixing hole for fitting and holding the
次いで、給電用端子25を、通常の成形及び加圧焼成、あるいは研削法、粉末治金等の金属加工法等により、支持板22の固定孔に密着固定し得る大きさ、形状となるように作製する。
例えば、給電用端子25を導電性複合焼結体とした場合、静電吸着用内部電極23と同様の材質からなる導電性セラミックス粉末が好ましい。また、給電用端子25を金属とした場合、高融点金属が好ましい。
この給電用端子25は、後の高温・高圧下でのホットプレス時に再焼成されて支持板22に密着固定され、嵌合一体化される。
Next, the
For example, when the
The
次いで、給電用端子25が嵌め込まれた支持板22の表面の所定領域に、給電用端子25に接触するように、上記の導電性セラミックス粉体等の導電材料をテレピノール等の有機溶媒に分散した静電吸着用内部電極形成用塗布液を塗布し、乾燥して、静電吸着用内部電極形成層とする。
この塗布法としては、均一な厚さに塗布する必要があることから、スクリーン印刷法等を用いることが望ましい。
Next, a conductive material such as the conductive ceramic powder is dispersed in an organic solvent such as terpinol so as to contact the
As this coating method, it is desirable to use a screen printing method or the like because it is necessary to apply the film to a uniform thickness.
次いで、支持板22上の静電吸着用内部電極形成層を形成した領域より外側の領域に、絶縁性、耐腐食性、耐プラズマ性を向上させるために、載置板21及び支持板22と同一組成または主成分が同一の材料を含む絶縁材層を形成する。この絶縁材層は、例えば、載置板21及び支持板22が炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体により作製された場合、酸化アルミニウム粉体をテレピノール等の有機溶媒に分散した酸化アルミニウム塗布液を、上記所定領域にスクリーン印刷等で塗布し、乾燥することにより形成することができる。
Next, in order to improve insulation, corrosion resistance, and plasma resistance in a region outside the region where the electrostatic adsorption internal electrode forming layer is formed on the
次いで、支持板22上の静電吸着用内部電極形成層及び絶縁材層の上に載置板21を重ね合わせ、次いで、これらを高温、高圧下にてホットプレスして一体化する。このホットプレスにおける雰囲気は、真空、あるいはAr、He、N2等の不活性雰囲気が好ましい。また、圧力は5〜10MPaが好ましく、温度は1600℃〜1850℃が好ましい。
Next, the mounting
このホットプレスにより、静電吸着用内部電極形成層は焼成されて導電性セラミックスからなる静電吸着用内部電極23となる。同時に、支持板22及び載置板21は、絶縁材層24を介して接合一体化される。
また、給電用端子25は、高温、高圧下でのホットプレスで再焼成され、支持板22の固定孔に密着固定される。
By this hot pressing, the internal electrode forming layer for electrostatic adsorption is fired to become the internal electrode for
Further, the
一方、中間層12を形成するための中間層形成用混合物を作製する。
例えば、酸化イットリウム、イットリウムアルミニウムガーネット、酸化サマリウム、酸化ディスプロシウム等の金属酸化物と、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂の群から選択された1種または2種以上を含む樹脂または樹脂前駆体とを、それぞれ所定量秤量し、これらをボールミル、自動乳鉢等の混合機を用いて混合し、中間層形成用混合物とする。
この樹脂または樹脂前駆体が低粘性の溶液の場合には、金属酸化物と混合するだけでよいが、樹脂または樹脂前駆体が高粘性の溶液の場合には、金属酸化物に有機溶媒を添加した金属酸化物溶液と混合し、混合物の粘度を調整することが好ましい。
On the other hand, a mixture for forming an intermediate layer for forming the
For example, a resin containing a metal oxide such as yttrium oxide, yttrium aluminum garnet, samarium oxide, dysprosium oxide, and one or more selected from the group consisting of silicon resin, acrylic resin, and polyimide resin, or A predetermined amount of each of the resin precursors is weighed and mixed using a mixer such as a ball mill or an automatic mortar to obtain a mixture for forming an intermediate layer.
If the resin or resin precursor is a low-viscosity solution, it only needs to be mixed with the metal oxide, but if the resin or resin precursor is a high-viscosity solution, an organic solvent is added to the metal oxide. It is preferable to adjust the viscosity of the mixture by mixing with the prepared metal oxide solution.
次いで、載置板21上の所定領域に中間層形成用混合物を塗布する。
この中間層形成用混合物の塗布方法としては、スクリーン印刷法、バーコート法等が挙げられるが、載置板21上の所定領域に精度よく形成する必要があることから、スクリーン印刷法が好ましい。
Next, the intermediate layer forming mixture is applied to a predetermined region on the mounting
Examples of the method for applying the intermediate layer forming mixture include a screen printing method and a bar coating method. The screen printing method is preferable because it needs to be formed in a predetermined region on the mounting
次いで、中間層形成用混合物を加熱し硬化させ、中間層12とする。
ここで、中間層形成用混合物に含まれる樹脂または樹脂前駆体が熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂前駆体の場合、熱硬化温度より若干高い温度にて所定時間加熱し、硬化させる。
また、中間層形成用混合物に含まれる樹脂または樹脂前駆体が紫外線硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂前駆体の場合、紫外線硬化に必要な光強度の紫外線を所定時間照射し、硬化させる。
なお、中間層形成用混合物の替わりに、金属酸化物と樹脂または樹脂前駆体とを含む溶射材料を作製し、この溶射材料を溶射して中間層としてもよい。
Next, the intermediate layer forming mixture is heated and cured to form the
Here, when the resin or resin precursor contained in the intermediate layer forming mixture is a thermosetting resin or a thermosetting resin precursor, the resin is cured by heating for a predetermined time at a temperature slightly higher than the thermosetting temperature.
When the resin or resin precursor contained in the intermediate layer forming mixture is an ultraviolet curable resin or an ultraviolet curable resin precursor, the resin is cured by irradiation with ultraviolet light having a light intensity necessary for ultraviolet curing for a predetermined time.
Instead of the intermediate layer forming mixture, a thermal spray material including a metal oxide and a resin or a resin precursor may be produced, and the thermal spray material may be sprayed to form an intermediate layer.
次いで、中間層12の上に、中間層12に用いられた金属酸化物と同様の酸化イットリウム、イットリウムアルミニウムガーネット、酸化サマリウム、酸化ディスプロシウム等の金属酸化物を溶射し、溶射膜13を形成する。
溶射法としては、例えば、大気プラズマ溶射、減圧アルゴンプラズマ溶射等、通常の金属酸化物を溶射する方法が用いられる。
以上により、静電チャック部2を作製することができる。
Next, a metal oxide such as yttrium oxide, yttrium aluminum garnet, samarium oxide, dysprosium oxide, etc. similar to the metal oxide used for the
As the thermal spraying method, for example, an ordinary metal oxide thermal spraying method such as atmospheric plasma spraying or reduced pressure argon plasma spraying is used.
As described above, the
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) 等の熱伝導性のよい金属材料に機械加工を施して厚みのある金属板とし、この金属板の内部に水や有機溶媒等の冷却用媒体を循環させる流路31を形成し、さらに、給電用端子25及び絶縁碍子26を嵌め込み保持するための固定孔を形成し、冷却ベース部3とする。
この冷却ベース部3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。
On the other hand, a thick metal plate is formed by machining a metal material with good thermal conductivity such as aluminum (Al), aluminum alloy, copper (Cu), copper alloy, stainless steel (SUS), etc. A
It is preferable that at least the surface of the cooling base 3 exposed to plasma is subjected to anodizing or an insulating film such as alumina is formed.
次いで、冷却ベース部3の上面の所定位置に、例えば、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂等の耐プラズマ性、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を貼着し、接着層4とする。
次いで、この接着層4上に静電チャック部2を重ね合わせる。この際、立設した給電用端子25及び絶縁碍子26を、冷却ベース部3中に穿孔された固定孔に挿入し嵌め込む。
次いで、静電チャック部2を冷却ベース部3に向けて押圧し、静電チャック部2を接着層4を介して冷却ベース部3と接着一体化する。
Next, a sheet-like or film-like adhesive resin having plasma resistance, heat resistance and insulation, such as an acrylic resin, a silicon resin, or an epoxy resin, is pasted on a predetermined position on the upper surface of the cooling base portion 3. The
Next, the
Next, the
以上により、セラミック基材11上に中間層12及び溶射膜13が順次形成された静電チャック部2と冷却ベース部3とを接着層4により接着一体化した本実施形態の静電チャック装置1が得られる。
As described above, the
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、セラミック基材11の上面11aに中間層12を介して溶射膜13を形成し、この溶射膜13の上面13aを板状試料Wを載置する載置面とするとともに、中間層12を金属酸化物及び樹脂を含む混合物からなることとしたので、この中間層12によりセラミック基材11と溶射膜13との間の密着性を向上させることができ、セラミック基材11の上面11aに粗面処理を施す必要も無い。したがって、セラミック基材11からの溶射膜13の剥離を長時間に亘って防止することができ、セラミック基材11の損傷等の表面形状の経時変化を防止することができる。
As described above, according to the
[第2の実施形態]
図2は、本発明の第2の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41が第1の実施形態の静電チャック装置1と異なる点は、静電チャック装置1では、静電チャック部2と冷却ベース部3とを接着層4により接着一体化したのに対し、本実施形態の静電チャック装置41では、静電チャック部2と冷却ベース部3との間にヒータエレメント(加熱部材)42を形成し、このヒータエレメント42を接着材層43、44により静電チャック部2と冷却ベース部3とに接着一体化した点であり、これ以外の構成要素については、第1の実施形態の静電チャック装置1と全く同様である。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an electrostatic chuck device according to a second embodiment of the present invention. The
このヒータエレメント42は、厚みが0.2mm以下、好ましくは0.1mm以下の一定の厚みを有する非磁性金属薄板、例えば、チタン(Ti)薄板、タングステン(W)薄板、モリブデン(Mo)薄板等をフォトリソグラフィー法により、所望のヒーターパターンにエッチング加工することで形成される。
ここで、ヒータエレメント42の厚みを0.2mm以下とした理由は、厚みが0.2mmを超えると、ヒータエレメント42のパターン形状が板状試料Wの温度分布として反映され、板状試料Wの面内温度を所望の温度パターンに維持することが困難になり、さらには、静電チャック部2と冷却ベース部3との間隔が広くなり、よって、冷却性能が低下するからである。
The
Here, the reason why the thickness of the
また、ヒータエレメント42を非磁性金属で形成すれば、静電チャック装置41を高周波雰囲気中で用いてもヒータエレメント42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42を形成すれば、ヒータエレメント42の厚みが加熱面全域で一定となり、さらに発熱量も加熱面全域で一定となるので、静電チャック部2の溶射膜13の表面(載置面)における温度分布を均一化することができる。
If the
Further, if the
このヒータエレメント42は、所定のパターン、例えば幅の狭い帯状の金属材料を蛇行させたパターン、あるいは金属材料を渦巻き状としたパターンを有するもので、静電チャック部2の下面にヒータエレメント42と同形状のパターンの接着材層43により接着されている。
また、このヒータエレメント42は、冷却ベース部3との間隔を一定に保持するスペーサ45と共に、冷却ベース部3の上面に柔軟性を有する絶縁性のアクリル系接着剤層44により接着一体化されている。これにより、静電チャック部2及びヒータエレメント42と冷却ベース部3とは、対向させた状態で接着一体化されることとなる。
The
The
このヒータエレメント42の両端部には給電用端子51が接続され、この給電用端子51及び絶縁碍子52は、冷却ベース部3に形成された貫通孔33に固定されている。
このヒータエレメント42では、印加電圧を制御することにより、静電チャック部2の溶射膜13の表面(載置面)に静電吸着により固定されている板状試料Wの面内温度分布を精度良く制御するようになっている。
In this
接着材層43は、ヒータエレメント42を静電チャック部2の下面に接着することができるものであればよく、ヒータエレメント42と同一のパターン形状のシート状またはフィルム状の耐熱性及び絶縁性を有する接着材、例えば、ポリイミド系接着材、シリコン系接着材、エポキシ系接着材、アクリル系接着材等が挙げられる。
特に、多結晶シリコン(ポリシリコン)薄膜をエッチングするエッチング装置に適用することを考慮すると、アクリル系接着材が好ましい。
The
In particular, an acrylic adhesive is preferable in consideration of application to an etching apparatus for etching a polycrystalline silicon (polysilicon) thin film.
この接着材層43の厚みは10μm〜100μmが好ましく、より好ましくは20μm〜50μmである。この接着材層43の面内の厚みのバラツキは10μm以内が好ましく、より好ましくは5μm以内である。
ここで、接着材層43の面内の厚みのバラツキが10μmを超えると、静電チャック部2とヒータエレメント42との面内間隔に15μmを超えるバラツキが生じ、その結果、ヒータエレメント42から静電チャック部2に伝達される熱の面内均一性が低下し、静電チャック部2の溶射膜13の表面(載置面)における面内温度が不均一となり、その結果、板状試料Wの面内温度の均一性が低下するので、好ましくない。
The thickness of the
Here, if the in-plane thickness variation of the
接着剤層44は、接着材層43と同様、シート状またはフィルム状の耐熱性及び絶縁性を有する接着材であり、この接着材としては、例えば、アクリル系接着材、ポリイミド系接着材、シリコン系接着材、エポキシ系接着材等が挙げられる。
特に、多結晶シリコン(ポリシリコン)薄膜をエッチングするエッチング装置に適用することを考慮すると、アクリル系接着材が好ましい。
The
In particular, an acrylic adhesive is preferable in consideration of application to an etching apparatus for etching a polycrystalline silicon (polysilicon) thin film.
この接着材層44の厚みは200μm以下が好ましく、より好ましくは100μm以下である。この接着材層44の面内の厚みのバラツキは15μm以内が好ましい。
ここで、接着材層44の厚みのバラツキが15μmを超えると、接着材の硬化収縮に伴う厚みの変化が大きくなり過ぎてしまい、得られた接着材層44に硬化収縮に起因するボイドが発生し、さらにはクラックや割れ等が生じる虞があり、その結果、接着材層44の絶縁性が低下する虞があるからである。
The thickness of the
Here, when the variation in the thickness of the
本実施形態の静電チャック装置41においても、第1の実施形態の静電チャック装置1と同様の作用・効果を奏することができる。
さらに、静電チャック部2と冷却ベース部3との間にヒータエレメント42を形成し、このヒータエレメント42を接着材層43、44により静電チャック部2と冷却ベース部3とに接着一体化したので、溶射膜13の載置面に載置される板状試料Wの温度の面内均一性を向上させることができ、板状試料WにおけるプラズマエッチングやプラズマCVD等の面内均一性を向上させることができる。
Also in the
Further, a
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。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited by these Examples.
[実施例1]
「静電チャック装置の作製」
公知の方法によりセラミック基材を作製した。
このセラミック基材の載置板及び支持板は、酸化アルミニウム−炭化ケイ素複合焼結体であり、直径は320mm、厚みは6mmの円板状であった。
これら載置板及び支持板を、厚み20μmの静電吸着用内部電極及び絶縁材層を介して接合一体化した後、機械加工を施すことにより、直径298mm、厚み4mmの円板状のセラミック基材を作製した。
[Example 1]
"Production of electrostatic chuck device"
A ceramic substrate was produced by a known method.
The placing plate and the supporting plate of the ceramic base material were aluminum oxide-silicon carbide composite sintered bodies, and had a disk shape with a diameter of 320 mm and a thickness of 6 mm.
These mounting plate and support plate are joined and integrated via an electrostatic adsorption internal electrode and an insulating material layer having a thickness of 20 μm, and then machined to obtain a disk-shaped ceramic substrate having a diameter of 298 mm and a thickness of 4 mm. A material was prepared.
次いで、シリコン樹脂が40体積%、酸化イットリウム(Y2O3)が60体積%となるように、これらを混合し、中間層形成用混合物を作製した。
次いで、セラミック基材の上面に、圧縮空気駆動ガンを用いて中間層形成用混合物を厚み0.02mm〜0.05mmとなるように吹き付け、その後、大気中、150℃にて120分間加熱し、中間層を形成した。
次いで、中間層の上面に、大気プラズマ溶射により酸化イットリウム(Y2O3)を、この中間層と溶射膜の合計の厚みが0.05mm〜0.2mmとなるように溶射した。
Then, 40% by volume silicone resin, as yttrium oxide (
Then, on the upper surface of the ceramic substrate, the intermediate layer forming mixture was sprayed to a thickness of 0.02 mm to 0.05 mm using a compressed air driving gun, and then heated in air at 150 ° C. for 120 minutes, An intermediate layer was formed.
Next, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) was sprayed on the upper surface of the intermediate layer by atmospheric plasma spraying so that the total thickness of the intermediate layer and the sprayed film was 0.05 mm to 0.2 mm.
一方、公知の方法により直径340mm、高さ30mmのアルミニウム製の冷却ベース部3を、機械加工により作製した。この冷却ベース部3の内部には冷媒を循環させる流路31を形成した。
次いで、これら静電チャック部2と冷却ベース部3とを、厚み0.1mmのシート状のシリコン系接着剤を用いて接着・一体化し、実施例1の静電チャック装置を作製した。
On the other hand, an aluminum cooling base portion 3 having a diameter of 340 mm and a height of 30 mm was produced by machining by a known method. A
Next, the
「静電チャック装置の評価」
A.熱サイクル試験
100℃の熱風と20℃の冷風とを交互に吹き付ける動作を1サイクルとし、このサイクルを繰り返し行い、計1000サイクル行った後の溶射膜の剥がれの有無を目視にて行った。その結果、溶射膜の剥がれは認められず、表面状態は良好であった。
B.耐電圧試験
溶射膜と給電用端子25との間に10kVの直流電圧を120秒間印加し、印加時の放電の有無及び印加後の溶射膜の剥がれの有無を目視にて行った。その結果、印加時に放電は認められず、溶射膜の剥がれも認められず、表面状態は良好であった。
"Evaluation of electrostatic chuck device"
A. Thermal cycle test The operation of alternately blowing hot air of 100 ° C. and cold air of 20 ° C. was defined as one cycle, this cycle was repeated, and the presence or absence of peeling of the sprayed film after a total of 1000 cycles was visually observed. As a result, the sprayed film was not peeled off and the surface condition was good.
B. Withstand voltage test A DC voltage of 10 kV was applied between the sprayed film and the
[実施例2]
シリコン樹脂が5体積%、酸化イットリウム(Y2O3)が95体積%となるように中間層形成用混合物を作製した他は、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、実施例1に準じて評価した。
その結果、熱サイクル試験では、溶射膜の剥がれは認められず、表面状態は良好であった。
また、耐電圧試験においても、印加時に放電は認められず、溶射膜の剥がれも認められず、表面状態は良好であった。
[Example 2]
The electrostatic chuck device of Example 2 was prepared according to Example 1 except that the mixture for forming the intermediate layer was prepared so that the silicon resin was 5% by volume and yttrium oxide (Y 2 O 3 ) was 95% by volume. The evaluation was made according to Example 1.
As a result, in the thermal cycle test, the sprayed film was not peeled off and the surface condition was good.
In the withstand voltage test, no discharge was observed during application, no peeling of the sprayed film was observed, and the surface condition was good.
[実施例3]
シリコン樹脂が50体積%、酸化イットリウム(Y2O3)が50体積%となるように中間層形成用混合物を作製した他は、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、実施例1に準じて評価した。
その結果、熱サイクル試験では、溶射膜の剥がれは認められず、表面状態は良好であった。
また、耐電圧試験においても、印加時に放電は認められず、溶射膜の剥がれも認められず、表面状態は良好であった。
[Example 3]
The electrostatic chuck device of Example 3 was prepared in accordance with Example 1 except that the intermediate layer forming mixture was prepared so that the silicon resin was 50% by volume and yttrium oxide (Y 2 O 3 ) was 50% by volume. The evaluation was made according to Example 1.
As a result, in the thermal cycle test, the sprayed film was not peeled off and the surface condition was good.
In the withstand voltage test, no discharge was observed during application, no peeling of the sprayed film was observed, and the surface condition was good.
[実施例4]
アクリル樹脂が40体積%、酸化イットリウム(Y2O3)が60体積%となるように中間層形成用混合物を作製した他は、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、実施例1に準じて評価した。
その結果、熱サイクル試験では、溶射膜の剥がれは認められず、表面状態は良好であった。
また、耐電圧試験においても、印加時に放電は認められず、溶射膜の剥がれも認められず、表面状態は良好であった。
[Example 4]
The electrostatic chuck device of Example 4 was prepared according to Example 1 except that the mixture for forming the intermediate layer was prepared so that the acrylic resin was 40% by volume and yttrium oxide (Y 2 O 3 ) was 60% by volume. The evaluation was made according to Example 1.
As a result, in the thermal cycle test, the sprayed film was not peeled off and the surface condition was good.
In the withstand voltage test, no discharge was observed during application, no peeling of the sprayed film was observed, and the surface condition was good.
[実施例5]
ポリイミド樹脂が40体積%、酸化イットリウム(Y2O3)が60体積%となるように中間層形成用混合物を作製した他は、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、実施例1に準じて評価した。
その結果、熱サイクル試験では、溶射膜の剥がれは認められず、表面状態は良好であった。
また、耐電圧試験においても、印加時に放電は認められず、溶射膜の剥がれも認められず、表面状態は良好であった。
[Example 5]
The electrostatic chuck device of Example 5 was prepared according to Example 1, except that the mixture for forming the intermediate layer was prepared so that the polyimide resin was 40% by volume and yttrium oxide (Y 2 O 3 ) was 60% by volume. The evaluation was made according to Example 1.
As a result, in the thermal cycle test, the sprayed film was not peeled off and the surface condition was good.
In the withstand voltage test, no discharge was observed during application, no peeling of the sprayed film was observed, and the surface condition was good.
[比較例1]
シリコン樹脂が60体積%、酸化イットリウム(Y2O3)が40体積%となるように中間層形成用混合物を作製した他は、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、実施例1に準じて評価した。
その結果、熱サイクル試験では、溶射膜の剥がれは認められず、表面状態は良好であったが、耐電圧試験においては、印加時に放電が認められ、溶射膜も剥がれてしまっていた。
[Comparative Example 1]
The electrostatic chuck device of Comparative Example 1 was prepared according to Example 1, except that the intermediate layer forming mixture was prepared so that the silicon resin was 60% by volume and yttrium oxide (Y 2 O 3 ) was 40% by volume. The evaluation was made according to Example 1.
As a result, in the thermal cycle test, the sprayed film was not peeled off and the surface condition was good, but in the withstand voltage test, discharge was observed during application, and the sprayed film was also peeled off.
[比較例2]
シリコン樹脂が2体積%、酸化イットリウム(Y2O3)が98体積%となるように中間層形成用混合物を作製した他は、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、実施例1に準じて評価した。
その結果、熱サイクル試験では溶射膜が剥がれてしまい、耐電圧試験においては、印加時に放電が認められ、溶射膜も剥がれてしまっていた。
[Comparative Example 2]
An electrostatic chuck device of Comparative Example 2 was prepared according to Example 1, except that the intermediate layer forming mixture was prepared so that the silicon resin was 2% by volume and yttrium oxide (Y 2 O 3 ) was 98% by volume. The evaluation was made according to Example 1.
As a result, in the thermal cycle test, the sprayed film was peeled off, and in the withstand voltage test, discharge was observed during application, and the sprayed film was also peeled off.
[比較例3]
セラミック基材の上面に直接、大気プラズマ溶射により酸化イットリウム(Y2O3)を厚み0.2mm〜0.3mmとなるように溶射し、溶射膜を形成した他は、実施例1に準じて比較例3の静電チャック装置を作製し、実施例1に準じて評価した。
その結果、熱サイクル試験では溶射膜が剥がれてしまっていた。また、耐電圧試験においては、溶射膜と冷却ベース部との間に6kVの直流電圧を120秒間印加した際に放電が認められ、溶射膜も剥がれてしまっていた。
[Comparative Example 3]
Except that the yttrium oxide (Y 2 O 3 ) was sprayed directly to the upper surface of the ceramic substrate by atmospheric plasma spraying to a thickness of 0.2 mm to 0.3 mm to form a sprayed film, in accordance with Example 1. An electrostatic chuck device of Comparative Example 3 was produced and evaluated according to Example 1.
As a result, the thermal sprayed film was peeled off in the thermal cycle test. In the withstand voltage test, discharge was observed when a 6 kV DC voltage was applied between the sprayed film and the cooling base for 120 seconds, and the sprayed film was peeled off.
本発明の静電チャック装置は、セラミック基材11の上面11aに中間層12を介して金属酸化物からなる溶射膜13を形成し、この溶射膜13の上面13aを板状試料Wを載置する載置面とするとともに、中間層13を金属酸化物及び樹脂を含む混合物からなることとしたことにより、この中間層12によりセラミック基材11と溶射膜13との間の密着性を向上させることができ、したがって、セラミック基材11からの溶射膜13の剥離を長時間に亘って防止することができ、セラミック基材11の損傷等の表面形状の経時変化を防止することができるものであるから、プラズマエッチングやプラズマCVD等の半導体製造プロセスの分野においてはもちろんのこと、プラズマ以外の耐食性及び長期安定性を要求される分野においても、その有用性は非常に大きいものである。
In the electrostatic chuck device of the present invention, a
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 接着材層
11 セラミック基材
11a 上面(一主面)
12 中間層
12a 上面(一主面)
13 溶射膜
13a 上面(一主面)
23 静電吸着用内部電極
41 静電チャック装置
42 ヒータエレメント(加熱部材)
W 板状試料
DESCRIPTION OF
12
13 Thermal sprayed
23 Electrostatic chuck
W Plate specimen
Claims (5)
前記静電チャック部の他の一主面に設けられ該静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備え、
前記中間層は、前記金属酸化物と樹脂との混合物からなり、
前記中間層は、前記金属酸化物を50体積%以上かつ95体積%以下含有するとともに、前記樹脂を5体積%以上かつ50体積%以下含有してなることを特徴とする静電チャック装置。 An internal electrode for electrostatic adsorption is built in the ceramic base material, and a sprayed film made of a metal oxide is formed on one main surface of the ceramic base material via an intermediate layer. An electrostatic chuck portion as a mounting surface for mounting
A cooling base portion provided on the other main surface of the electrostatic chuck portion for cooling the electrostatic chuck portion,
The intermediate layer is made of a mixture of the metal oxide and resin,
The said intermediate | middle layer contains the said metal oxide 50 volume% or more and 95 volume% or less, and contains the said resin 5 volume% or more and 50 volume% or less, The electrostatic chuck apparatus characterized by the above-mentioned.
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