JP6108051B1 - 静電チャック装置 - Google Patents

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Abstract

本発明の静電チャック装置は、板状試料を載置する載置面を有する静電チャック部と、静電チャック部の載置面と反対側の面に対向して配置された温度調整用ベース部と、静電チャック部と温度調整用ベース部との間を接着する接着部と、載置面の周囲を囲む環状のフォーカスリングと、を備え、静電チャック部、フォーカスリング、接着部及び温度調整用ベース部の堤部によって囲まれた空間の体積は、接着部の使用温度における体積膨張量より大きい。

Description

本発明は、静電チャック装置に関する。
本願は、２０１５年９月２５日に、日本に出願された特願２０１５−１８８３７７号及び特願２０１５−１８８３７８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
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。
このような静電チャック装置としては、例えば、内部に静電吸着用の板状電極を埋没した静電チャック部と、内部に冷媒循環用の冷媒流路が形成された温度調整用ベース部と、を接着部によって接合一体化したものが知られている（特許文献１）。
接着部はプラズマ処理時に生じるラジカル等により侵食されやすい。そのため、静電チャックを長期間プラズマ環境下で使用すると、接着部が侵食されることがある。
接着部がプラズマにより侵食されると、静電チャック部と温度調整用ベース部の接着強度が低下する。接着力の低下は、結果的に製品の寿命の低下、部材の反り等を生み出す恐れがある。またプラズマにより侵食された部分は熱伝達性が劣化するため、ウエハ温度の不均一性を招くことがある。
このような接着部の侵食を防ぐ目的で、例えば、特許文献２には、側面に凹凸形状を有する静電チャックと、その凹凸形状と嵌合し静電チャックの外周に配置されたリング状の絶縁リングとを備えた静電チャック装置が記載されている。
また特許文献３には、凹部を有する基部と、凹部に嵌合する静電チャック部とを有し、凹部の底部平面のみに接着剤層が設けられた基板載置台が記載されている。
また接着部がプラズマ処理時に生じるラジカル等による侵食を避けるために、凹部を有する基部と、凹部に嵌合する静電チャック部とを有し、凹部の底部平面のみに接着剤層が設けられた基板載置台が提案されている（特許文献３）。
また近年プラズマエッチング装置では、半導体装置の配線の微細化などに伴い従来よりもエッチングレートの均一性がより厳しく求められてきている。プラズマエッチングによるエッチング速度は、プラズマの密度、ウエハ表面温度、エッチングガスの濃度分布などに影響を受ける。プラズマ密度やエッチングガス濃度はウエハ面内で分布を有するため、ウエハ表面温度の均一性に加え、ウエハ面内温度分布の調節が必要とされる。
そこで、静電チャック部と温度調節用ベース部との間にヒータ部材を取り付けたヒータ機能付き静電チャック装置が提案されている（特許文献４）。
このヒータ機能付き静電チャック装置は、ウエハ内に局所的に温度分布を作ることができるので、ウエハの面内温度分布をプラズマエッチング速度に合わせて適宜設定することができる。
特開２０１３−２４７３４２号公報 特開２００３−１７９１２９号公報 特開２０１１−１０８８１６号公報 特開２００８−３００４９１号公報
しかしながら、従来の静電チャック装置では、接着部へのプラズマの影響を充分に抑制することができないという問題があった。
例えば、特許文献２に記載の静電チャック装置は、絶縁リングの静電チャックの間に間隙がある。プラズマ処理により発生するラジカルは、この間隙を介して接着部に至り、接着部を侵食する。
例えば、特許文献３に記載の基板載置台は、基部に静電チャック部を嵌合した際に、静電チャック部の側面が基部と直接接触する。静電チャック装置では、静電チャック部は加熱され、基部は冷却される。そのため、冷却された基部と加熱された静電チャック部との界面は、熱膨張率差に伴う大きな歪が生じる。この歪は、基部と静電チャック部の間に間隙を生み出したり、基部または静電チャック部を破損することがある。プラズマ処理により発生するラジカルは、間隙及び破損により生じた隙間を介して接着部に至り、接着部を侵食する。
また、静電チャック部を温度調整用ベース部に嵌合する構成において、ウエハ面内での表面温度を均一にし、ウエハの加工精度を向上させるという点において改良の余地があった。そのため、ウエハの均熱性をより一層向上させることができる静電チャック装置が求められていた。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、プラズマ工程において接着部が侵食されることを防ぎ、耐プラズマ性の高い静電チャック装置の提供を目的とする。また、本発明は、面内方向における均熱性の高い静電チャック装置の提供を目的とする。
本発明は、前記課題を解決する手段として、以下の構成を有する。
本発明の第一の態様に係る静電チャック装置は、板状試料を載置する載置面を有し、静電吸着用電極を内蔵した静電チャック部と、前記静電チャック部の前記載置面とは反対側の面に対向して配置された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の間を接着する接着部と、前記載置面の周囲を囲む環状のフォーカスリングと、を備え、前記温度調節用ベース部は、前記静電チャック部を載置する平坦部と、前記静電チャック部の周囲を囲む堤部と、を有し、前記フォーカスリングは、平面視で前記静電チャック部と前記堤部とにまたがって配設され、前記接着部は、前記堤部と前記静電チャック部の側面との間を接着し、前記堤部と前記静電チャック部の間における前記接着部の上面は、前記静電チャック部の上面及び前記堤部より下方に配置されており、前記静電チャック部、前記フォーカスリング、前記接着部及び前記堤部によって囲まれた空間が形成され、前記空間の体積は、前記接着部の使用温度における体積膨張量より大きい。
本発明の第一の態様に係る静電チャック装置において、前記静電チャック部の上面から前記接着部の上面までの距離が０．２ｍｍ以上であってもよい。
本発明の第一の態様に係る静電チャック装置において、前記静電チャック部の上面は、前記堤部の上面より上方に配置され、前記フォーカスリングが、前記静電チャック部の周縁の上面で支持されていてもよい。
本発明の第一の態様に係る静電チャック装置において、前記接着部が、前記静電チャック部と前記平坦部の間の第１領域と、前記静電チャック部及び前記堤部の間の第２領域とを有し、前記第２領域のヤング率が、前記第１領域のヤング率より小さくてもよい。
本発明の第一の態様に係る静電チャック装置において、前記第２領域の熱伝導性が、前記第１領域の熱伝導性よりも低くてもよい。
本発明の第二の態様に係る静電チャック装置は、板状試料を載置する載置面を有し、静電吸着用電極を内蔵した静電チャック部と、前記静電チャック部の前記載置面とは反対側の面に対向して配置された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節用ベース部とを接着する接着部と、を備え、前記温度調節用ベース部は、前記静電チャック部を載置する平坦部と、前記静電チャック部の周囲を囲む堤部と、を有し、前記接着部は、前記静電チャック部と前記平坦部との間から、前記静電チャック部と前記堤部との間にまで延在して配置しており、前記接着部において、前記静電チャック部と前記平坦部との間の第１領域の熱伝導率は、前記接着部における前記静電チャック部と前記堤部との間の第２領域の熱伝導率より高い。
本発明の第二の態様に係る静電チャック装置において、前記接着部の前記第１領域が内部にフィラーを有し、前記接着部の前記第２領域がフィラーを有さなくてもよい。
本発明の第二の態様に係る静電チャック装置において、前記接着部の前記第２領域のヤング率が、前記接着部の前記第１領域のヤング率よりも小さくてもよい。
本発明の第二の態様に係る静電チャックにおいて、前記静電チャック部及び前記堤部の上方に配置され、前記載置面の周囲に前記載置面の周方向に沿って設けられたフォーカスリングをさらに有し、前記第２領域における前記接着部の上面は、前記静電チャック部の上面及び前記堤部の上面より下方に配置されていてもよい。
本発明の一態様に係る静電チャックにおいて、前記静電チャック部の上面は、前記堤部の上面より上方に配置され、前記フォーカスリングが、前記静電チャック部の周縁の上面で支持されていてもよい。
本発明の第二の態様に係る静電チャックにおいて、前記静電チャック部、前記フォーカスリング、前記接着部及び前記堤部によって囲まれた空間が形成され、前記空間の体積は、前記接着部を構成する樹脂の使用温度における体積膨張量より大きくてもよい。
本発明の静電チャック装置によれば、プラズマ処理時に発生するラジカルによって接着部が侵食されることを抑制することができる。また、本発明の静電チャック装置によれば、ウエハの均熱性をより一層向上させることができる。
本発明に係る第１実施形態及び第３実施形態の静電チャック装置の好ましい例を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の静電チャック装置の好ましい例におけるフォーカスリング付近を拡大した断面模式図である。 静電チャック部、フォーカスリング、接着部及び堤部で形成された空間の体積が所定の体積以下である場合の静電チャック装置の使用態様におけるフォーカスリング付近を拡大した断面模式図である。 本発明の第２実施形態に係る静電チャック装置の好ましい例におけるフォーカスリング付近を拡大した断面模式図である。
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
この実施形態は、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］
（静電チャック装置）
図１は、本発明の好ましい例である第１実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。この形態の静電チャック装置１は、静電チャック部２と、温度調節用ベース部３と、ヒータエレメント４と、接着部５と、フォーカスリング６と、を備える。
静電チャック部２は、載置板１１と、支持板１２と、静電吸着用電極（静電吸着用内部電極）１３と、絶縁材層１４とを有する。載置板１１は、上面に半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置する載置面を有する。支持板１２は載置板１１と一体化され、載置板１１の底部側を支持する。静電吸着用電極（静電吸着用内部電極）１３は、載置板１１と支持板１２との間に設けられる。絶縁層１４は、静電吸着用電極１３の周囲を絶縁する。静電チャック部２において、板状試料Ｗを載置する側の面を第１の面２ａ、その反対側の面を第２の面２ｂとする。
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ある。載置板１１および支持板１２は、機械的な強度を有し、かつ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絶縁性のセラミックス焼結体からなる。例えば、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＣ）複合焼結体、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）焼結体等を用いることができる。
載置板１１の第１の面２ａには、直径が板状試料の厚みより小さい突起部１１ａが複数所定の間隔で形成され、これらの突起部１１ａが板状試料Ｗを支える。
載置板１１、支持板１２、静電吸着用電極１３および絶縁材層１４を含めた全体の厚み、即ち、静電チャック部２の厚みは一例として０．７ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下に形成されている。
例えば、静電チャック部２の厚みが０．７ｍｍ以上であると、静電チャック部２の機械的強度を確保することができる。静電チャック部２の厚みが５．０ｍｍ以下であると、静電チャック部２の熱容量が大きくなり過ぎず、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化しなくなる。すなわち、静電チャック部の横方向の熱伝達が減少し、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できる。ここで説明した各部の厚さは一例であって、範囲に限るものではない。
静電吸着用電極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。静電吸着用電極１３は、用途によって、その形状や、大きさが適宜調整される。
静電吸着用電極１３は、高融点金属により形成されることが好ましい。高融点金属としては、酸化アルミニウム−炭化タンタル（Ａｌ２Ｏ３−ＴａＣ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−タングステン（Ａｌ２Ｏ３−Ｗ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ２Ｏ３−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（Ｙ２Ｏ３−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）等を用いることができる。これらは単体、あるいは２つ以上を組み合わせて使用しても良い。
静電吸着用電極１３の厚みは任意に選択でき、特に限定されるものではないが、例えば、０．１μｍ以上かつ１００μｍ以下の厚みを選択することができ、５μｍ以上かつ２０μｍ以下の厚みがより好ましい。
静電吸着用電極１３の厚みが０．１μｍ以上であると、充分な導電性を確保することができる。静電吸着用電極１３の厚みが１００μｍ以下であると、静電吸着用電極１３と載置板１１および支持板１２との接合界面に、静電吸着用電極１３と載置板１１および支持板１２との間の熱膨張率差に起因する剥離もしくはクラックが入りにくい。
このような厚みの静電吸着用電極１３は、スパッタ法や蒸着法等の成膜法、あるいはスクリーン印刷法等の塗工法により容易に形成することができる。
絶縁材層１４は、静電吸着用電極１３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電極１３以外の外周部領域を接合一体化する。絶縁材層１４は、載置板１１および支持板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。
静電吸着用電極１３には、静電吸着用電極１３に直流電圧を印加するための給電用端子１５が接続されている。給電用端子１５は、温度調節用ベース部３、接着部５、支持板１２を厚み方向に貫通する貫通孔１６の内部に挿入されている。給電用端子１５の外周側には絶縁性を有する碍子１５ａが設けられている。碍子１５ａにより金属製の温度調節用ベース部３に対し、給電用端子１５が絶縁されている。
図では、給電用端子１５を一体の部材として示しているが、複数の部材が電気的に接続されて給電用端子１５を構成していてもよい。給電用端子１５は、熱膨張係数が互いに異なる温度調節用ベース部３及び支持板１２に挿入されている。そのため、例えば、温度調節用ベース部３および支持板１２に挿入されている部分について、それぞれ異なる材料で構成することとしてもよい。
給電用端子１５のうち、静電吸着用電極１３に接続され、支持板１２に挿入されている部分（取出電極）の材料としては、耐熱性に優れた導電性材料を用いることができる。耐熱性に優れた導電性材料の中でも、熱膨張係数が静電吸着用電極１３および支持板１２の熱膨張係数に近似したものが好ましい。例えば、Ａｌ２Ｏ３−ＴａＣなどの導電性セラミック材料からなる。
給電用端子１５のうち、温度調節用ベース部３に挿入されている部分は、例えばタングステン（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からなるものを用いることができる。
これらの２つの部材は柔軟性と導電性を有するシリコン系の導電性接着剤で接続するとよい。
ヒータエレメント４は、静電チャック部２に載置された板状試料Ｗを加熱する。ヒータエレメント４は静電チャック部２の第２の面２ｂに接着剤層７を介して接着されている。ヒータエレメント４には、給電用端子１７が接続されている。ヒータエレメント４は、給電用端子１７を介して通電されることで発熱する。接着剤層７はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの耐熱性を有するシートあるいはフィルム状の樹脂を用いることができる。
ヒータエレメント４は、所定の円形領域内に配置された帯状の部材からなる。帯状の部材は、所定の円形領域内でヒータパターンを形成する。
ヒータエレメント４のヒータパターンは、１つのヒータのみで形成してもよいし、２つ以上の独立したヒータを用いて形成してもよい。
２つ以上の独立したヒータを用いる場合は、中心部の円環状の領域に配設された第１のヒータを、順次取り囲むように同心円上に、その他のヒータを配設することが好ましい。
ヒータエレメント４を構成するヒータは、一例として、厚みが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ程度の一定の厚みを有する非磁性金属薄板からなる。非磁性金属薄板としては、例えばチタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、モリブデン（Ｍｏ）薄板等を用いることができる。この非磁性金属薄板をフォトリソグラフィー法により所望のヒータ形状、例えば帯状のヒータを蛇行させた形状の全体輪郭を円環状に加工することでヒータが得られる。
ヒータエレメント４が複数のヒータからなる場合、これら個々のヒータに給電するための複数本の給電用端子１７が設けられる。図１では説明の簡略化のために、給電用端子１７を一本のみ描いている。
給電用端子１７は、温度調節用ベース部３と接着部５をそれらの厚さ方向に部分的に貫通するように配置されている。給電用端子１７は、前述のようにヒータエレメント５に給電するための貫通孔１８内に配設されている。給電用端子１７の外周面には絶縁用の碍子１７ａが設けられ、温度調節用ベース部３と給電用端子１７が絶縁されている。
給電用端子１７を構成する材料は、先の給電用端子１５を構成する材料と同等の材料を用いることができる。
温度調節用ベース部３は、静電チャック部２を所望の温度に調整する。温度調整用ベース部３は、静電チャック部２の第２の面２ｂに対向して配置されている。
温度調整用ベース部３は、静電チャック部２を載置する平坦部２１と、静電チャック部２の周囲を囲む堤部２２とを有する。
温度調節用ベース部３には、例えば、その内部に冷媒を循環させる流路３Ａが形成されていてもよい。
この温度調節用ベース部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を用いることができる。また耐熱性に優れた導電性材料には、非磁性の材料を用いることが好ましい。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金、非磁性のステンレス鋼（ＳＵＳ） 等が好適に用いられる。この温度調節用ベース部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。
また温度調節用ベース部３は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有している。この貫通孔は、静電吸着用電極１３に給電するための貫通孔１６と、後述するヒータエレメント４に給電するための貫通孔１８と、温度センサーを設置するための設置孔１９と、リフトピンを挿入するためのピン挿入孔２０との４種類に大別される。これらの貫通孔の外周には、貫通孔内部に挿入される導電性の部材と、温度調節用ベース部３間を絶縁するための碍子１５ａ，１７ａ，１９ａが設けられている。
静電チャック部２と温度調節用ベース部３の平坦部２１との間、及び、静電チャック部２と温度調節用ベース部３の堤部との間は、接着部５により接着されている。
静電チャック部２と温度調節用ベース部３の堤部との間における接着部５の上面５ａは、堤部２２の上面２２ａ及び静電チャック部２の上面１２ａより下方に配置されている。
接着部５を構成する樹脂は、熱膨張により体積変化を起こす。接着部５の上面５ａが、堤部２２の上面２２ａ及び静電チャック部２の上面１２ａより下方に配置されていることで、熱膨張時にも接着部５を構成する樹脂が、静電チャック部２と堤部２２によって形成される隙間から突出することを抑制できる。
接着部５の材質としては、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。接着部５は１つの材料からなる必要はなく、領域毎に異なる材料を用いてもよい。
例えば図１に示すように、静電チャック部２と平坦部２１との間の領域を第１領域５１、静電チャック部２と堤部２２との間の領域を第２領域５２とし、それぞれ異なる材料の接着剤を用いて接着部５を形成してもよい。
この場合、第２領域５２を構成する樹脂の熱膨張率は、第１領域５１を構成する樹脂の熱膨張率より小さいことが好ましい。第２領域５２を構成する樹脂は、静電チャック部２に載置された板状試料Ｗの面内の均熱性に影響を及ぼす恐れがあるためである。
第１領域５１及び第２領域５２を構成する樹脂は、いずれも使用時には加熱により膨張する。
第１領域５１を構成する樹脂が膨張すると、静電チャック部２と平坦部２１の距離が拡がる。この膨張に伴う位置変化は、板状試料Ｗの面内方向に対して垂直な方向であるため、板状試料Ｗの面内方向の均熱性には影響を及ぼさない。
これに対し、第２領域５２を構成する樹脂が膨張すると、静電チャック部２及び温度調整用ベース部３が樹脂と接する面積が大きくなる。空気と樹脂は熱伝達率が異なるため、静電チャック部２及び温度調整用ベース部３と樹脂との接触面積が変化することは、板状試料Ｗの外周部の温度に影響を及ぼすことがある。その結果、板状試料の外周付近の均熱性を阻害するおそれがある。
また第２領域５２の熱伝導率は、第１領域５１の熱伝導率よりも低いことが好ましい。
ここで、第１領域５１の熱伝導率とは、第１領域５１が単一の樹脂からなる場合はその樹脂の熱伝導率を意味し、複数の樹脂が混在したり、フィラー等を含有する場合は第１領域５１を構成する物質の平均熱伝導率を意味する。第２領域５２の熱伝導率についても同様に定義される。
静電チャック装置１は、板状試料Ｗの面内温度制御性を高める場合は、原則的に静電チャック装置１の板状試料Ｗの載置面に対して鉛直な方向への熱伝達性を高くし、周方向への熱伝達性は低いことが好ましい。
一方、板状試料Ｗの面内温度均一性を高める場合は、原則的に静電チャック装置１の板状試料Ｗの載置面に対して鉛直な方向への熱伝達性を低くし、周方向への熱伝達性は高いことが好ましい。
第２領域５２の熱伝導率は、第１領域５１の熱伝導率よりも低ければ、静電チャック装置１の鉛直方向の熱伝達性を高めると共に、温度調整用ベース部３で温度の低い堤部２２からの熱の流出を抑制することができ、板状試料Ｗの外周部の温度の低下を抑制することができる。また、静電チャック装置に載置されるウエハの温度均一性を高めることができる。
また第２領域５２は、平面視で板状試料Ｗの外周部にのみ存在する。そのため、第２領域５２の熱伝導率が高いと、板状試料Ｗの外周部の温度が変化しやすくなり、板状試料Ｗの均熱性が低下する。
また第２領域５２のヤング率は、第１領域５１のヤング率より小さいことが好ましい。
ここで、第１領域５１のヤング率とは、第１領域５１が単一の樹脂からなる場合はその樹脂のヤング率を意味し、複数の樹脂が混在したり、フィラー等を含有する場合は第１領域５１を構成する物質の平均ヤング率を意味する。第２領域５２のヤング率についても同様に定義される。
第２領域５２のヤング率が比較的小さいことで、静電チャック装置１の破損を避けることができる。また、静電チャック部と堤部の間に生じる熱膨張率差をより緩和することができ、静電チャック部と堤部の間に間隙等が発生することをより抑制することができる。
静電チャック部２及び温度調整用ベース部３は、温度変化により体積変化する。一般に静電チャック部２は加熱により膨張し、温度調節用ベース部３は冷却により収縮する。静電チャック部２は、堤部２２で囲まれているため、面内方向の位置の自由度が少ない。第２領域５２のヤング率が小さければ、位置の自由度により体積変化を緩和することができなくても、樹脂が緩衝剤として機能し、充分に体積変化に対応し得る。
具体的に、上記のような関係を満たす組合せとしては、例えば第１領域５１にシリコン樹脂とＡｌＮフィラーの混合体、第２領域にシリコン樹脂を用いる等の組合せが考えられる。
フォーカスリング６は、静電チャック部２の第１の面２ａ（板状試料Ｗの載置面）の周囲を囲む環状の部材である。フォーカスリング６は、プラズマエッチング等の処理工程にて板状試料Ｗと同一の温度になるように制御される。
フォーカスリング６の材質は、例えば、酸化膜エッチングに用いられる場合、多結晶シリコン、炭化ケイ素等が好適に用いられる。
フォーカスリング６は、平面視で静電チャック部２と堤部２２とにまたがって配設されている。図２は、本発明の第１実施形態の静電チャック装置におけるフォーカスリング付近を拡大した断面模式図である。
図２に示すように、静電チャック部２及び堤部２２上にフォーカスリング６が配設されることで、静電チャック部２、フォーカスリング６、接着部５、堤部２２によって囲まれた空間３０が形成される。
空間３０の体積は、静電チャック部２及び堤部２２の間の接着部５の使用温度における体積膨張量より大きい。換言すると、使用温度における静電チャック部２及び堤部２２の間の接着部５の体積から、室温における静電チャック部２及び堤部２２の間の接着部５の体積を引いた差が、空間３０の体積より小さい。ここで、静電チャック部２及び堤部２２の間の接着部５の体積とは、静電チャック部の第２の面２ｂから延在する面と、静電チャック部の側面と、堤部２２とによって囲まれる部分の体積を意味する。
空間３０の体積が小さいと、図３に示すように、熱膨張により接着部５の一部が、静電チャック部２と堤部２２によって形成される隙間から突出する。突出した接着部の一部は、フォーカスリング６を押し上げる。フォーカスリング６を押し上げられると、密着していたフォーカスリング６と静電チャック部２の周縁部とが離れ、隙間３１が形成される。
隙間３１が形成されると、半導体の大規模集積回路（ＬＳＩ）等を形成する際のプラズマによるエッチング処理工程等において、プラズマＰの一部が隙間３１を介して接着部５を腐食する。接着部５の一部がプラズマＰによって腐食されると、その部分の接着力が低下し、場合によっては静電チャック装置１の破損を招く。
これに対し、空間３０が所定の体積以上であれば、接着部５によってフォーカスリング６が押し上げられることはない。フォーカスリング６が押し上げられなければ、接着部５がプラズマ環境下に露出することはない。そのため、接着部５が劣化することを抑制することができる。
空間３０の静電チャック装置１の鉛直方向の高さｈは、０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることがより好ましい。ここで、空間３０の静電チャック装置１の鉛直方向の高さｈとは、静電チャック部２の上面１２ａから接着部５の上面５ａまでの距離を意味する。ここで、静電チャック部２の上面とは、静電チャック部２とフォーカスリング６が密着している面を意味し、接着部５の上面とは、静電チャック部２と堤部２２の間における接着部５の上面５ａを意味する。図２に示すように、表面張力等により接着部５の上面５ａの高さが一定でない場合は、接着部５の上面５ａの最下点からフォーカスリング６に向けて下した垂線の高さを、高さｈとする。
空間３０の高さが０．２ｍｍ以上であれば、接着部５に一般に使用されるいずれの樹脂を用いても、接着部５がフォーカスリング６を押し上げることを抑制することができる。そのため、プラズマにより接着部が侵食されることを避けることができる。
図１に戻り、ヒータエレメント４の下面側には温度センサー６０が設けられている。図１の構造では温度調節用ベース部３をそれらの厚さ方向に部分的に貫通するように設置孔１９が形成され、これらの設置孔１９の最上部、ヒータエレメント４に近接する位置にそれぞれ温度センサー６０が設置されている。
温度センサー６０はできるだけヒータエレメント４に近い位置に設置することが望ましい。そのため、図１の構造から更に静電チャック部２側に突き出るように設置孔１９を延在して形成し、温度センサー６０とヒータエレメント４とを近づけてもよい。
温度センサー６０は、熱伝導性の高い材料（一例としてアルミニウム等）からなる直方体形状の透光体の上面側に蛍光体層が形成された蛍光発光型の温度センサーである。温度センサー６０は、透光性および耐熱性を有するシリコン樹脂系接着剤等によりヒータエレメント４の下面側に接着されている。
蛍光体層は、ヒータからの発熱に応じて蛍光を発生する材料からなる。蛍光体層は、発熱に応じて蛍光を発生する材料であれば多種多様の蛍光材料を選択できる。一例として、発光に適したエネルギー順位を有する希土類元素が添加された蛍光材料、ＡｌＧａＡｓ等の半導体材料、酸化マグネシウム等の金属酸化物、ルビーやサファイア等の鉱物から適宜選択して用いることができる。
ヒータエレメント４に対応する温度センサー６０はそれぞれ給電用端子１５、１７などと干渉しない位置であってヒータエレメント４の下面周方向の任意の位置にそれぞれ設けられている。
これらの温度センサー６０の蛍光からヒータの温度を測定する温度計測部６２は、一例として、図１に示すように温度調節用ベース部３の設置孔１９の外側（下側）に蛍光体層に対し励起光を照射する励起部６３と、蛍光体層から発せられた蛍光を検出する蛍光検出器６４と、励起部６３および蛍光検出器６４を制御するとともに蛍光に基づきヒータの温度を算出する制御部６５とから構成されている。
さらに静電チャック装置１は、温度調節用ベース部３から載置板１１までをそれらの厚さ方向に貫通するように設けられたピン挿通孔２０を有している。このピン挿通孔２０に板状試料離脱用のリフトピンが設けられる。ピン挿通孔２０の内周部には筒状の碍子２０ａが設けられている。
静電チャック装置１は、上記構成を用いることで、接着部５の一部が熱膨張によりフォーカスリング６を押し上げることを抑制することができる。その結果、接着部５がプラズマにより侵食され、劣化することを抑制することができる。
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係る静電チャック装置におけるフォーカスリング付近を拡大した断面模式図である。第２実施形態に係る静電チャック装置１０１は、静電チャック部２、フォーカスリング６、接着部５及び堤部２２によって囲まれた空間３２が、閉空間でなく、一部が開放された空間である点のみが第１実施形態に係る静電チャック装置１と異なる。よって、以下の説明では、空間の構成について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１〜図３と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
静電チャック装置１０１においてフォーカスリング６は、静電チャック部２の周縁の上面で支持されている。そのため、フォーカスリング６と堤部２２の間には隙間が形成され、空間３２はフォーカスリング６の外周側の一部が開放されている。
この場合、静電チャック部２、フォーカスリング６、接着部５及び堤部２２によって囲まれた空間とは、静電チャック部２、フォーカスリング６、フォーカスリング６の外側面から鉛直方向に延在する面、接着部５及び堤部２２によって囲まれた空間を意味する。
空間３２の体積は、接着部５の使用温度における体積膨張量より大きい。そのため、接着部５の一部がフォーカスリング６を押し上げることが無く、接着部５が劣化することを抑制することができる。
図４に示すように、フォーカスリング６は、静電チャック部２の周縁で支持される。すなわち、フォーカスリング６の底面６ｂと静電チャック部２の上面１２ａとが密着し、空間３２のフォーカスリング６の内側の端部は開放されていない。その結果、プラズマ処理によって生じたラジカルが静電チャック装置の中央側から接着部に侵入することを防ぐことができる。プラズマは静電チャック装置の中央部に載置されたウエハに向かって照射されている。そのため、静電チャック装置の中央側からのラジカルの侵入を防ぐことで、接着部が侵食されることをより抑えることができる。
プラズマ処理は、平面視でフォーカスリング６の内側に配置された板状試料Ｗに向かって行う。そのため、発生したプラズマが、フォーカスリング６の内側から接着部５に向かって侵入することはあっても、フォーカスリング６の外周側から侵入することはほとんどない。すなわち、フォーカスリング６の外周側の一部が開放された空間３２でも充分に接着部５へのプラズマの侵入を抑制することができる。
静電チャック装置１０１は、上記構成を用いることで、接着部５の一部が熱膨張によりフォーカスリング６を押し上げることを抑制することができる。その結果、接着部５がプラズマにより侵食され、劣化することを抑制することができる。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明するが、第１実施形態及び第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
（静電チャック装置）
第１領域５１の熱膨張率は、第２領域５２の熱膨張率より小さいことが好ましい。
第２領域５１は、静電チャック部２に載置された板状試料Ｗの面内の均熱性に影響を及ぼす可能性が高いためである。例えば、第１領域５１がフィラーを有するシリコン樹脂からなり、第２領域５２がフィラーを有さないシリコン樹脂からなる場合、第１領域５１は熱膨張率が小さいフィラーを有するため、第１領域５１の熱膨張率は、第２領域５２の熱膨張率より小さくなる。
また第１領域５１は内部にフィラーを有することが好ましく、第２領域は内部にフィラーを有さないことが好ましい。
フィラーは、例えば、機械的又は熱的特性（熱伝導率など）を高めるために利用される。第１領域５１が内部にフィラーを有すると、静電チャック装置１の鉛直方向における熱伝導性を高めることができる。その結果、板状試料Ｗの温度が高くなりすぎた場合でも、温度調整用ベース３を介して、効率的に排熱することができる。またヒータエレメント４により、板状試料Ｗの面内方向の特定の部分の温度のみが高くなる等の問題を避けることができる。接着部における第１領域は外部に露出していないため、プラズマ処理時に生じるラジカルの影響を受けない。
これに対し第２領域５２の熱伝導性が高いと、温度調節用ベース部３の堤部２２により板状試料Ｗの外周部の温度が低下してしまい、板状試料Ｗの面内方向の均熱性が低下してしまう。また第２領域５２は、その一部が外部に露出しているためプラズマ処理時に生じるラジカルの影響を受けやすい。フィラーは、ラジカルと反応すると、パーティクルの発生源となりうる。そのため、第２領域５２が内部にフィラーを有さないことで、プラズマ処理時におけるウエハの汚染を避けることができる。
フィラーは公知のものを用いることができる。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）、又はそれらの組み合わせの粒子等を用いることができる。フィラーの直径は、例えば約１０ナノメートル〜約１０ミクロンの粒子を用いることができる。フィラーは、第１領域５１の全体積の内、約５０〜約７０％を占めていてもよい。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
本発明は、耐プラズマ性の高い静電チャック装置を提供することができる。また、本発明は、面内方向における均熱性の高い静電チャック装置を提供することができる。
Ｗ 板状試料
１ 静電チャック装置
２ 静電チャック部
２ａ 第１の面
２ｂ 第２の面
３ 温度調節用ベース部
２１ 平坦部
２２ 堤部
３Ａ 流路
４ ヒータエレメント
５ 接着部
５１ 第１領域
５２ 第２領域
６ フォーカスリング
７ 接着剤層
１１ 載置板
１１ａ 突起部
１２ 支持板
１３ 静電吸着用電極
１４ 絶縁材層
１５，１７ 給電用端子
１５ａ，１７ａ，２０ａ 碍子
１６，１８ 貫通孔
１９ 設置孔
２０ ピン挿通孔
３０，３２ 空間
３１ 隙間
６０ 温度センサー
６２ 温度計測部
６３ 励起部
６４ 蛍光検出器
６５ 制御部

Claims (11)

  1. 板状試料を載置する載置面を有し、静電吸着用電極を内蔵した静電チャック部と、
    前記静電チャック部の前記載置面とは反対側の面に対向して配置された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の間を接着する接着部と、
    前記載置面の周囲を囲む環状のフォーカスリングと、を備え、
    前記温度調節用ベース部は、前記静電チャック部を載置する平坦部と、前記静電チャック部の周囲を囲む堤部と、を有し、
    前記フォーカスリングは、平面視で前記静電チャック部と前記堤部とにまたがって配設され、
    前記接着部は、前記堤部と前記静電チャック部の側面との間を接着し、
    前記堤部と前記静電チャック部の間における前記接着部の上面は、前記静電チャック部の上面及び前記堤部より下方に配置されており、
    前記静電チャック部、前記フォーカスリング、前記接着部及び前記堤部によって囲まれた空間が形成され、
    前記空間の体積は、前記接着部の使用温度における体積膨張量より大きい静電チャック装置。
  2. 前記静電チャック部の上面から前記接着部の上面までの距離が０．１ｍｍ以上である請求項１に記載の静電チャック装置。
  3. 前記静電チャック部の上面は、前記堤部の上面より上方に配置され、前記フォーカスリングが、前記静電チャック部の周縁の上面で支持されている請求項１又は２に記載の静電チャック装置。
  4. 前記接着部が、前記静電チャック部と前記平坦部の間の第１領域と、前記静電チャック部及び前記堤部の間の第２領域とを有し、
    前記第２領域のヤング率が、前記第１領域のヤング率より小さい請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電チャック装置。
  5. 前記第２領域の熱伝導性が、前記第１領域の熱伝導性よりも低い請求項４に記載の静電チャック装置。
  6. 板状試料を載置する載置面を有し、静電吸着用電極を内蔵した静電チャック部と、
    前記静電チャック部の前記載置面とは反対側の面に対向して配置された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節用ベース部とを接着する接着部と、を備え、
    前記温度調節用ベース部は、前記静電チャック部を載置する平坦部と、前記静電チャック部の周囲を囲む堤部と、を有し、
    前記接着部は、前記静電チャック部と前記平坦部との間から、前記静電チャック部と前記堤部との間にまで延在して配置しており、
    前記接着部において、前記静電チャック部と前記平坦部との間の第１領域の熱伝導率は、前記接着部における前記静電チャック部と前記堤部との間の第２領域の熱伝導率より高い、静電チャック装置。
  7. 前記接着部の前記第１領域がフィラーを有し、前記接着部の前記第２領域がフィラーを有さない、請求項６に記載の静電チャック装置。
  8. 前記接着部の前記第２領域のヤング率が、前記接着部の前記第１領域のヤング率よりも小さい、請求項６又は７に記載の静電チャック装置。
  9. 前記静電チャック部及び前記堤部の上方に配置され、前記載置面の周囲に前記載置面の周方向に沿って設けられたフォーカスリングをさらに有し、
    前記第２領域における前記接着部の上面は、前記静電チャック部の上面及び前記堤部の上面より下方に配置されている、請求項６〜８のいずれか一項に記載の静電チャック装置。
  10. 前記静電チャック部の上面は、前記堤部の上面より上方に配置され、
    前記フォーカスリングが、前記静電チャック部の周縁の上面で支持されている請求項９に記載の静電チャック装置。
  11. 前記静電チャック部、前記フォーカスリング、前記接着部及び前記堤部によって囲まれた空間が形成され、
    前記空間の体積は、前記接着部の使用温度における体積膨張量より大きい、請求項１０に記載の静電チャック装置。
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