JP6123952B1 - 静電チャック装置 - Google Patents

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Abstract

静電チャック部と、温度調節用ベース部とを備え、前記静電チャック部は、一方の面が、板状試料を載置する載置面であるセラミックプレートと、前記セラミックプレートの前記載置面とは他方の面側に設けられた静電吸着用電極とを有し、前記温度調節用ベース部は、前記静電吸着用電極の前記セラミックプレート側とは他方の面側に配置され、前記静電チャック部を冷却するベース部であり、前記セラミックプレートは、前記温度調節用ベース部側に延び、かつ前記静電吸着用電極の周縁を囲む堤部を有し、前記温度調節用ベース部は、前記堤部の先端部を収容する溝部を有し、前記溝部と前記堤部との間には樹脂材料からなる充填部が充填された、静電チャック装置。

Description

本発明は、静電チャック装置に関する。
本願は、２０１５年８月２７日に、日本に出願された特願２０１５−１６８２３０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、半導体製造装置においては、ウエハやガラス基板などの板状試料を、試料台に簡単に取り付けて固定する装置として、静電吸着機構を用いた静電チャック装置が使用されている。静電チャック装置の構成としては、電極が誘電体に埋設された構造を有する吸着板と、接着剤を介して吸着板を支持する支持体とを有する構成が知られている。このような静電チャック装置では、半導体製造の工程に用いられるプラズマなどにより、前記接着剤がエッチングされてしまい、静電チャック装置の性能に影響を及ぼす場合があった。このため、特許文献１に記載の静電チャック装置では、吸着板に段差形状を設けて、接着剤の経路を長くすることで、吸着層の消失までの時間を遅延させている。
特開２００７−１１００２３号公報
しかしながら、特許文献１に記載されるような、吸着板に段差形状を形成する場合では、接着剤の経路を長くする効果が不十分であり、静電チャック装置の寿命を十分に長くすることができなかった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、長寿命化が可能な静電チャック装置の提供を目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明は以下の装置を提供する。
すなわち、本発明の第一の態様の静電チャック装置は、以下の装置である。
静電チャック部と、温度調節用ベース部とを備え、
前記静電チャック部は、一方の面が板状試料を載置する載置面であるセラミックプレートと、前記セラミックプレートの前記載置面とは他方の面側に設けられた静電吸着用電極とを有し、
前記温度調節用ベース部は、前記静電吸着用電極の前記セラミックプレート側とは他方の面側に配置され、前記静電チャック部を冷却するベース部であり、
前記セラミックプレートは、前記温度調節用ベース部側に延び、かつ前記静電吸着用電極の周縁を囲む、堤部を有し、
前記温度調節用ベース部は、前記堤部の先端部を収容する溝部を有し、
前記溝部と前記堤部との間には、樹脂材料からなる充填部が充填されている、静電チャック装置。
上記第一の態様の静電チェック装置は、以下の特徴を好ましく含む。これら特徴は互いに組み合わせても良い。
前記堤部が閉環形状を有し、前記溝部が前記堤部と対応する閉環形状の溝である。
前記堤部には、前記温度調節用ベース部側の先端部に向うにつれ堤部の幅が段階的に薄くなる堤部側段差が設けられ、前記溝部には、前記堤部側段差に対応して底側に向かって幅が狭くなる溝部側段差が設けられている。
前記堤部の前記温度調節用ベース部側の先端部に面取りが施されている。
前記充填部の外部に露出する部分が、オーリングで覆われている。
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層を更に備え、前記接着層は、前記充填部と、前記静電吸着用電極と前記温度調節用ベース部との間に位置する介在部と、を有する。
前記接着層が、第１の樹脂材料からなる部位と、前記第１の樹脂材料より耐プラズマ性に優れた第２の樹脂材料とからなる部位とに区分され、前記接着層の外部に露出する部分が前記第２の樹脂材料からなる。
前記セラミックプレートと前記静電吸着用電極との間に、第１有機絶縁層が設けられている。
前記温度調節用ベース部と前記静電吸着用電極との間に、第２有機絶縁層が設けられている。
本発明の第二の態様の静電チャック装置は、以下の装置である。第二の態様の静電チャック装置は、第一の態様の装置の好ましい特徴を、同様に好ましく含むことができる。
セラミックプレートと、温度調節用ベース部と、を備え、
前記セラミックプレートは、一方の面を、板状試料を載置する載置面を有し、
前記セラミックプレートには、静電吸着用電極が設置されており、
前記温度調節用ベース部には、前記セラミックプレートの前記載置面とは反対側から前記セラミックプレートを冷却するベース部であり、
前記セラミックプレートは、前記温度調節用ベース部側に延び、かつ前記静電吸着用電極の周縁を囲む、堤部を有し、
前記温度調節用ベース部には、前記堤部の先端部を収容する溝部を有し、
前記溝部と前記堤部との間には、樹脂材料からなる充填部が充填された、静電チャック装置。
第二の態様の装置は、第一の態様の装置の好ましい例や好ましい条件を、同様に好ましく含むことができる。
本発明によれば、長寿命化が可能な静電チャック装置を提供できる。
第１実施形態に係る静電チャック装置の好ましい例を示す断面図である。 変形例１の静電チャック装置の好ましい例を示す部分断面図である。 変形例２の静電チャック装置の好ましい例を示す部分断面図である。 変形例３の静電チャック装置の好ましい例を示す部分断面図である。 第１実施形態に係る静電チャック装置の好ましい別の例を示す断面図である。
以下に説明する例は、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。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、数や位置やサイズや部材等などについて、省略、追加、変更、置換、交換、その他の変更が可能である。
（第１実施形態）
以下、図１を参照しながら、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１について説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合がある。従って、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。
図１は、静電チャック装置１の断面図である。本実施形態の静電チャック装置１は、平面視円形状を有している。静電チャック装置１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とされた静電チャック部２と、静電チャック部２を所望の温度に調整する温度調節用ベース部３と、静電チャック部２と温度調節用ベース部３とを接着一体化する接着層８と、給電用端子１５と、有機絶縁層（第２有機絶縁層）７と、を備えている。
以下の説明においては、載置面１９側を「上」、温度調節用ベース部３側を「下」として示し、各構成の相対位置を表すことがある。また、静電チャック装置１の上下方向に延びる中心軸に対し径方向を基準として「外側（又は径方向外側）」および「内側（又は径方向内側）」として、各部の位置を説明する。
静電チャック部２は、一方の面（上面）を半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置する載置面１９とする載置板（セラミックプレート）１１と、載置板１１の載置面１９とは反対側の面（他方の面）に設けられた静電吸着用電極１３と、載置板１１と静電吸着用電極１３との間に設けられた第１有機絶縁層１４と、を有している。
静電チャック部２の載置面１９には、直径が板状試料Ｗの厚さより小さい突起部３０が複数個形成されている。静電チャック装置１は、複数の突起部３０が板状試料Ｗを支える構成になっている。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。
載置板１１は、載置面１９の反対側の下面１１ａの周縁から温度調節用ベース部３側（すなわち下側）に延びる堤部５を有する。堤部５は、載置板１１の下面１１ａ側に位置する第１有機絶縁層１４および静電吸着用電極１３を径方向外側から囲む。本実施形態において、堤部５の平面視形状は、円環形状である。堤部５を有する載置板１１は、例えば、セラミックプレートを座繰り加工して、凹部１１ｃを形成することで成形可能である。堤部５の厚さ（すなわち、静電チャック装置１の径方向の幅寸法）は、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることが好ましい。このような厚さとすることで、十分な機械的強度を確保しつつ、載置板１１の熱容量を抑えて載置板１１の温度応答性を高めることができる。
堤部５が設けられていることにより、第１有機絶縁層１４および静電吸着用電極１３の側面側は、電極を包囲する接着層８を介して、プラズマに対する耐久性が接着層８よりも高いセラミックスで覆われることになる。そのため、堤部５がない場合と比較して、第１有機絶縁層１４および静電吸着用電極１３がプラズマから確実に保護される。この構造により、静電吸着用電極１３に高電圧を印加した場合に、第１有機絶縁層１４および静電吸着用電極１３の側面から放電しにくく、装置全体の耐電圧を向上できる。
堤部５の下側の先端部５ａは、温度調節用ベース部３の上面３ａに設けられた溝部６に収容される。すなわち、堤部５の先端部５ａは、温度調節用ベース部３の上面３ａより下側まで達している。堤部５の下側の先端部５ａには、面取り５ｂが施されている。セラミックからなる載置板１１は、角部が亀裂の起点となりやすい。堤部の先端部５ａに面取りを施すことで、鋭利な角部を除去して、載置板１１に亀裂が生じることを抑制できる。堤部５の先端部５ａの面取り寸法は、一例として、０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下とすることが好ましい。なお、図示例の面取り５ｂは、直線的な面取り加工が例示されているが、丸みを帯びた面取りを施してもよい。
載置板１１は任意に選択される材料で形成することができるが、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）焼結体等の、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ことが好ましい。
セラミックス焼結体中のセラミックス粒子の平均粒径は任意に選択できるが、１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましく、２μｍ以下がさらに好ましい。静電チャック部２の載置面１９に設けられる突起部３０の形成過程では、サンドブラスト加工を行う。サンドブラスト工程は、載置面１９の表面に研磨剤等を吹き付けて、掘削する工程である。このため、突起部３０の内部にクラックが残留することがある。クラックは、サンドブラスト工程の後に行われるバフ研磨によって、強制的に進行され、事前に除去される。
クラックは、セラミック焼結体中のセラミック粒子の粒界に形成されやすい。したがって、セラミック粒子の粒径が大きい場合には、バフ研磨を経ることで、粒界に沿って大きく角部が除去される。セラミック粒子の粒径が大きくなるほど、突起部３０はより丸みを帯びた形状となる。後段において説明するように、本実施形態の突起部３０は、高さ方向に断面積の変化がないことが好ましい。このため、突起部３０は丸みを帯びていないことが好ましい。セラミックス粒子の平均粒径は１０μｍ以下（より好ましくは２μｍ以下）とすることで、高さ方向に沿った断面積の変化を抑制した突起部３０を載置面１９に形成することができる。
載置板１１の上面から静電吸着用電極１３の下面までの厚さ、即ち、静電チャック部２の厚さは任意に選択できるが、０．３ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下が好ましい。静電チャック部２の厚さが０．３ｍｍ以上であると、静電チャック部２の機械的強度を十分確保することができる。一方、静電チャック部２の厚さが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ることがなく、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化しない。
また、静電チャック装置によっては、静電吸着用電極１３と温度調節用ベース部３の間に、複数のゾーンに分割されたヒータを設けて、板状試料Ｗの面内の温度分布を制御する構成を採用することがある。このような静電チャック装置においては、静電チャック部２の厚さが５．０ｍｍを上回ると、静電チャック部２の横方向の熱伝導の増加により、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る場合がある。
載置板１１の厚さは任意に選択できるが、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下が好ましい。載置板１１の厚さが０．３ｍｍ以上であると、静電吸着用電極１３に印加された電圧により載置板１１の絶縁が破られて放電することがない。また、載置板１１の厚さが０．３ｍｍ以上であると、加工時に破損し亀裂が発生しない。一方、１．０ｍｍ以下であると、板状試料Ｗを所望の強さで十分に吸着固定することができる。
第１有機絶縁層１４は、絶縁性および耐電圧性を有する樹脂層である。第１有機絶縁層１４は、フィルム状またはシート状の形成材料を接着して形成することが好ましい。第１有機絶縁層１４は、不図示の接着層を介して載置板１１の下面に接着されている。なお、第１有機絶縁層１４と載置板１１の間の黒線を接着層として見ることもできる。静電吸着用電極１３に印加される高電圧に対して、載置板１１と第１有機絶縁層１４とが協働して、絶縁破壊されないような耐電圧（絶縁破壊電圧、（単位：ｋＶ））を示す。
第１有機絶縁層１４の厚さは任意に選択できるが、０．０５ｍｍ以上かつ０．２ｍｍ以下が好ましい。この第１有機絶縁層１４の厚さは、第１有機絶縁層１４と載置板１１とを接着する接着層、および第１有機絶縁層１４と静電吸着用電極１３とを接着する接着層を含む厚さである。第１有機絶縁層１４の厚さが０．０５ｍｍ以上であると、静電吸着用電極１３に印加された電圧により静電吸着用電極１３と載置板１１との絶縁が破られ、放電することがない。一方、０．２ｍｍ以下であると、静電吸着用電極１３と板状試料Ｗとの距離が離れすぎず、板状試料Ｗを所望の強さで十分に吸着固定することができる。
第１有機絶縁層１４の絶縁破壊電圧は、５ｋＶ以上であることが好ましい。第１有機絶縁層１４の形成材料としては、例えば、上述した第１有機絶縁層１４の厚さにおいて、所望の絶縁破壊電圧を実現できる絶縁破壊の強さ（単位：ｋＶ／ｍｍ）を示す材料を用いることが好ましい。また、静電チャック装置１の使用環境における温度で、劣化や変形を生じないだけの耐熱性を有するものであればよい。第１有機絶縁層１４の形成材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
一般に、第１有機絶縁層１４のこれらの形成材料は、載置板１１の形成材料であるセラミックスよりも絶縁破壊の強さが大きい。例えば、ポリイミド樹脂の絶縁破壊の強さは、３００ｋＶ／ｍｍであり、載置板１１の形成材料であるＡｌ２Ｏ３−ＳｉＣの絶縁破壊の強さ（１０ｋＶ／ｍｍ）と比べると非常に強い。そのため、載置板１１と第１有機絶縁層１４との積層体を用いた場合、載置板１１のみを用いた場合と比べ、これらが同じ厚さであっても、より大きい絶縁破壊電圧とすることができる。
さらに、載置板１１において、仮にピンホール欠陥を生じやすい脆弱箇所が存在していた場合、載置板１１のみを用いた構成では、静電吸着用電極１３に高電圧を印加すると、前記脆弱箇所にピンホールが生じやすく、その結果、絶縁破壊しやすい。
一方、載置板１１と第１有機絶縁層１４との積層体を用いた場合には、絶縁破壊しにくい。すなわち、載置板１１の脆弱箇所と、第１有機絶縁層１４の脆弱箇所とが、偶発的に平面的に重なって、脆弱箇所の重なりが生じた場合にはじめて、積層体全体として、ピンホール欠陥が生じやすい箇所が形成される。そのため、載置板１１や第１有機絶縁層１４に脆弱箇所があったとしても、問題が生じにくい。
第１有機絶縁層１４の面内の厚さのバラツキは５０μｍ以内が好ましく、１０μｍ以内がより好ましい。第１有機絶縁層１４の面内の厚さのバラツキが５０μｍ以下であると、厚さの大小により温度分布に高低の差が生じにくい。その結果、第１有機絶縁層１４の厚さ調整による温度制御に悪影響を与えにくく、好ましい。また、吸着力が載置面１９の面内で不均一となりにくく好ましい。
第１有機絶縁層１４の熱伝導率は、０．０５Ｗ／ｍｋ以上が好ましく、０．１Ｗ／ｍｋ以上がより好ましい。熱伝導率が０．０５Ｗ／ｍｋ以上であると、静電チャック部２から温度調節用ベース部３への第２有機絶縁層７を介しての熱伝導が容易であり、冷却速度が低下せず好ましい。また、第１有機絶縁層１４の熱伝導率は、載置板１１と静電吸着用電極１３との熱伝達率が＞７５０Ｗ／ｍ２Ｋ、より好ましくは＞４０００Ｗ／ｍ２Ｋとなるように制御されているとよい。
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。用途によって、電極の形状や、大きさが、適宜調整される。例えば、静電吸着用電極１３は、静電吸着用電極１３が形成される階層部分に、所定のパターンを有する電極として設けられる。なお、静電吸着用電極１３は、パターンを有しない、いわゆるベタ電極として設けられていても、機能する。
静電吸着用電極１３は、任意の方法で形成してよい。例えば、静電吸着用電極１３は、第１有機絶縁層１４に、静電吸着用電極１３の形成材料である非磁性の金属箔を接着すること、またはスパッタや蒸着により成膜することでも形成することができる。他にも、静電吸着用電極１３の形成材料である導電性材料と、有機物との複合材料を、スクリーン印刷等の塗工法を用いて塗布することにより、形成することができる。また、静電吸着用電極１３は、載置板１１の内部に設置されていてもよい。
静電吸着用電極１３は、任意に選択される材料で形成されて良い。例えば、この電極は、酸化アルミニウム−炭化タンタル（Ａｌ２Ｏ３−Ｔａ４Ｃ５）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、又は、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）、及び、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属により形成することができる。また、静電吸着用電極１３は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、又は、炭素（Ｃ）により形成することもできる。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の厚さは任意に選択でき、特に限定されるものではないが、０．１μｍ以上かつ５０μｍ以下が好ましい。厚さが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。一方、厚さが５０μｍ以下であると、静電吸着用電極１３と載置板１１との接合界面に、静電吸着用電極１３と載置板１１との間の熱膨張率差に起因するクラックが入りにくい。
静電吸着用電極１３の大きさは任意に選択できる。例えば、平面視において第１有機絶縁層１４と同じ大きさであってもよいが、平面視において第１有機絶縁層１４よりも小さい構成としてもよい。静電吸着用電極１３を第１有機絶縁層１４よりも小さい構成とすることで、静電吸着用電極１３の端部から装置外側に向けた斜め上方にも第１有機絶縁層１４が存在する構造になる。そのため、静電吸着用電極１３の鉛直上方のみならず、静電吸着用電極１３の斜め上方にも第１有機絶縁層１４を設けることによって、耐電圧の向上の効果を得ることができ、絶縁破壊を抑制することができる。
給電用端子１５は、静電吸着用電極１３に直流電圧を印加するために設けられた棒状の端子である。給電用端子１５の形成材料は、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く、金属材料や導電性有機材料を用いることができる。給電用端子１５の電気伝導率は、１０４Ω・ｃｍ以下であると好ましい。
給電用端子１５は、その熱膨張係数が、静電吸着用電極１３の熱膨張係数に近似したものが好ましい。例えば、静電吸着用電極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により温度調節用ベース部３に対して絶縁されている。
温度調節用ベース部３は、静電吸着用電極１３の載置板１１側とは反対側（静電吸着用電極１３の下方）に配置され、載置板１１を冷却して所望の温度に調整する。温度調節用ベース部３は、厚さのある円板状を有している。また、温度調節用ベース部３は、上方からの平面視において静電チャック部２（静電吸着用電極１３および第１有機絶縁層１４）よりも大きく形成されている。
温度調節用ベース部３としては、例えば、その内部に水を循環させる流路（図示略）が形成された水冷ベース等が好適である。
温度調節用ベース部３には、載置板１１の堤部５の下側に位置する先端部５ａを収容する溝部６が設けられている。溝部６は、平面視で堤部５と重なる位置に配置され、堤部５より幅広に形成されている。溝部６と堤部５との間には、隙間が設けられており、この隙間には、接着層８の一部である充填部８ａが設けられている。
なお前記充填部８ａの外部に露出する部分には、図５に示すように、オーリングが設けられても良い。前記充填部の外部に露出する部分が、オーリングで覆われることで、さらにプラズマの侵入を防ぎ、充填部のエッチング速度が低下し、静電チャック装置の寿命を長くすることができる。オーリングの素材やサイズや断面形状は任意で選択でき、好ましくはゴム又はエラストマー樹脂などの弾性体からなる、環状のシール部材が使用される。なお、本実施形態においては、シール部材として断面が円形のオーリングを採用した場合を例示したが、これに限定されない。特に、本実施形態に示すようにシール部材が収容される空間の断面形状が矩形状である場合には、断面矩形状のパッキンを用いることで、接触面積を増加させて、プラズマの侵入をより効果的に抑制してもよい。
溝部６の深さは任意に選択できるが、０．５ｍｍ以上１２．０ｍｍ以下とすることが好ましい。また、溝部６の幅（すなわち静電チャック装置１の径方向に沿う幅寸法）も任意に選択できるが、０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とすることが好ましい。さらに、溝部６の深さ方向において、堤部５は先端部５ａから０．３ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下の部分が、溝部６の内側に、すなわち溝部の内部に、位置していることが好ましい。
このような寸法とすることにより、溝部６と堤部５との間に充填された充填部８ａの厚さを十分に確保し、後段において説明するように静電チャック装置１の長寿命化を図ることができる。
なお、本実施形態において、温度調節用ベース部３の上面３ａであって、溝部６の内側に位置する部分と、外側に位置する部分との高さは、互いに一致している。しかしながら、これらの一方の部分が上側、他方の部分が下側に位置していてもよい。すなわち、温度調節用ベース部３の上面は、互いに高さ異なる複数の上面を有していても良い。
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、及び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好ましく使用でき、特に制限はない。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）、チタン等が好適に用いられる。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。
第２有機絶縁層７は任意に選択できるが、絶縁性およ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ことが好ましく、温度調節用ベース部３と静電吸着用電極１３との間に設けられている。本実施形態においては、第２有機絶縁層７は、不図示の接着層を介して、温度調節用ベース部３の上面に接着されている。なお第２有機絶縁層７と温度調節用ベース部３の間の黒線を接着層として見ても良い。
本実施形態の静電チャック装置１において、強い静電吸着力を得るために静電吸着用電極１３に高電圧を印加した場合、静電吸着用電極１３から上方については、載置板１１と第１有機絶縁層１４とが協働して、高い耐電圧を実現している。一方で、静電吸着用電極１３から下方については、静電吸着用電極１３に高電圧を印加すると、耐電部材が無い場合、静電吸着用電極１３と温度調節用ベース部３との間で絶縁破壊し、放電する可能性が生じる。しかしながら、本実施形態の静電チャック装置１では、第２有機絶縁層７が設けられている。第２有機絶縁層７を設けることで、静電吸着用電極１３に印加される高電圧により、静電吸着用電極１３と温度調節用ベース部３との間で放電がおこらないように、絶縁している。
第２有機絶縁層７は、上述した第１有機絶縁層１４と同様の構成（形成材料、厚さ）とすることができる。しかしながら、第１有機絶縁層１４および第２有機絶縁層７は、同じ構成であってもよく、異なる構成であってもよい。
第１有機絶縁層１４および第２有機絶縁層７を形成している接着材は任意に選択できる。例えば、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、及びエポキシ樹脂等からなる、耐熱性およ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が好ましく使用でき、厚さは５μｍ〜１００μｍが好ましく、より好ましくは１０μｍ〜５０μｍである。
接着材の面内の厚さのバラツキは１０μｍ以内であることが好ましい。接着材の面内の厚さのバラツキが１０μｍ以内であると、温度調節用ベース部３による静電チャック部２の温度制御の精度が、面内で許容範囲に収まり、静電チャック部２の載置面１９における面内温度を均一とすることができる。
接着層８は、静電チャック部２の下面と温度調節用ベース部３の上面との間に介在する。この接着層８は、第１有機絶縁層１４、静電吸着用電極１３、及び第２有機絶縁層７の側面を覆っており、静電チャック部２と温度調節用ベース部３とを接着一体化している。また、接着層８は、熱応力の緩和作用を有する。
接着層８は、位置によって、充填部８ａと介在部８ｂと電極包囲部８ｃとの、３つの領域に分類される。
すなわち、接着層８は、充填部８ａ、介在部８ｂ、および電極包囲部８ｃを有する。接着層８の各部（すなわち、充填部８ａ、介在部８ｂおよび電極包囲部８ｃ）の厚さは、特に限定されるものではなく任意に選択できるが、１００μｍ以上かつ２００μｍ以下が好ましい。
充填部８ａは、温度調節用ベース部３の溝部６の内部に充填され、溝部６と堤部５との間の隙間を満たしている。より具体的には、充填部８ａは、堤部５の先端部５ａの下側、並びに堤部５に対し径方向内側および径方向外側に位置している。
充填部８ａは、堤部５の外側において外部に露出する露出部８ｄを有する。接着層８は、半導体製造工程のプラズマが照射されることで露出部８ｄがエッチングされ、露出部８ｄが後退する、すなわち下側へと露出部が移動する。充填部８ａは、堤部５の先端部５ａの近傍を囲んで入り組んだ、形状を有する。この為に、エッチング経路を長くすることができ、充填部８ａが完全に消失するのに要する時間を長くすることができる。すなわち、例えば、エッチングが進行して静電吸着用電極１３が露出する迄の時間を長くすることができ、静電チャック装置１を長寿命化できる。
加えて、充填部８ａでは、エッチングが進み露出部８ｄが後退するにつれて、露出部８ｄにプラズマが到達しにくくなる。例えば、接着層８において充填部８ａの当初の露出部分がエッチングされて消失していくと、溝部６と堤部５によって形成されたＵ字状の経路の奥に、露出部８ｄが形成された状態となる。この状態においては、Ｕ字状の経路を経て移動するプラズマは、Ｕ字状の経路の内側に沿って、下側、径方向内側、上側と、順に進行方向を変えて、露出部８ｄに到達しなければ、露出部８ｄのエッチングを行うことができない。このため、エッチングの速度が著しく低下して、結果として、静電チャック装置１の寿命を長くすることができる。
また、充填部８ａは、堤部５を、径方向内外から挟み込むように、かつ下部で連結するように、配置されている。この配置により、充填部８ａの熱膨張又は熱収縮による応力を互いに打ち消し合って、堤部５に与える負荷を軽減できる。
介在部８ｂは、静電吸着用電極１３と温度調節用ベース部３との間に位置している。介在部８ｂは、静電チャック部２と温度調節用ベース部３との接着一体化、熱応力の緩和、並びに熱の伝達を主な機能とする。介在部８ｂは、その内部、静電チャック部２との界面および温度調節用ベース部３との界面に、空隙や欠陥がないことや少ないことが望ましい。空隙や欠陥の形成がない、または少ないと、熱伝導性が低下せず、板状試料Ｗの面内温度分布が均一になり好ましい。
電極包囲部８ｃは、静電吸着用電極１３の周縁と堤部５との間に位置し、静電吸着用電極１３を包囲する。電極包囲部８ｃは、充填部８ａの上方に位置している。電極包囲部８ｃは、静電吸着用電極１３の周囲を囲む。電極包囲部８ｃが設けられていることで、接着層８のエッチングが進んで静電吸着用電極１３が露出するまでの時間を長くすることができる。加えて電極包囲部８ｃは、第１有機絶縁層１４および静電吸着用電極１３の側面からの放電を抑制して、装置全体の耐電圧を向上させる。
接着層８は任意に選択される材料で形成することができるが、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る。接着層８は、流動性ある樹脂組成物を静電チャック部２と温度調節用ベース部３の間に、これを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。
接着層８は、単一の樹脂材料から構成してもよいが、互いに異なる部位に区分された２種類以上の樹脂材料から構成してもよい。この場合、例えば、以下の構成が、好ましい例として挙げられる。
接着層８を、互いに異なる部位を構成する、第１の樹脂材料と、第２の樹脂材料と、から形成する。第２の樹脂材料は、第１の樹脂材料と比較して耐プラズマ性に優れた材料からなる。第２の樹脂材料から構成される部位は、第１の樹脂材料から構成される部位よりも、接着層８が外部に露出する部分である露出部８ｄに近い側に位置する。その一例として、接着層８の充填部８ａおよび電極包囲部８ｃが第２の樹脂材料から構成され、介在部８ｂが第１の樹脂材料から構成される構成が挙げられる。他の例として、接着層８の充填部８ａのみが第２の樹脂材料から構成され、介在部８ｂおよび電極包囲部８ｃが第２の樹脂材料から構成される構成が挙げられる。さらに、他の例として、充填部８ａの露出部８ｄ側の一部のみが第２の樹脂材料から構成される例が挙げられる。すなわち、第２の樹脂材料からなる部位は、少なくとも露出部８ｄを含む、他の領域と連続した領域であることが好ましい。接着層８は、露出部８ｄを含む部位を第２の材料から構成することで、プラズマによるエッチングの進行を遅延させることができ、静電チャック装置１の寿命を長くすることができる。
第１の樹脂材料は、少なくとも介在部８ｂを含む部位を構成することが好ましい。この場合、第１の樹脂材料は、第２の樹脂材料と比較して、接着力が強い材料とすることが好ましい。この構成により、介在部８ｂにより静電チャック部２と温度調節用ベース部３とを強固に接着できる。
このように、接着層８を、それぞれ異なる機能を好ましく必要とする各部位に合わせた異なる材料から構成させることで、静電チャック装置１の長寿命化に寄与できる。
温度調節用ベース部３の上面および静電チャック部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、溝部６を含む温度調節用ベース部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、接着層８を形成することで、すなわち、静電チャック部２と温度調節用ベース部３の形状に沿って形状を変える樹脂組成物を用いることで、静電チャック部２と温度調節用ベース部３の凹凸に起因して接着層８との間に空隙が生じることを抑制できる。これにより、空隙がない或いは少ないため、接着層８の熱伝導特性を面内で均一にすることが出来、静電チャック部２の均熱性を高めることが出来る。
また、静電チャック装置１には、装置全体を厚さ方向に貫通する、冷却ガス導入孔（貫通孔）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る。この流れによって載置面１９と板状試料Ｗとの間の熱伝達率を挙げることにより、板状試料Ｗの温度を下げる働きをする。載置板１１の周縁壁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の漏出を抑制する。冷却ガス導入孔１８が形成されていることに伴い、載置板１１にも、載置板１１の厚さ方向に貫通する第１貫通孔１１ｈが設けられている。静電吸着用電極１３は、冷却ガス導入孔１８を避けて形成されている。第１有機絶縁層１４には、第１有機絶縁層１４の厚さ方向に貫通し、第１貫通孔１１ｈと連通する第２貫通孔１４ｈが設けられている。第２貫通孔１４ｈは、平面視で第１貫通孔１１ｈよりも大きく形成されている。静電吸着用電極１３の側面（図中、符号１３ｈで示す）および第２貫通孔１４ｈの側面は、接着層８により覆われている。さらに、第２有機絶縁層７には、第２有機絶縁層７の厚さ方向に貫通する貫通孔７ｈが設けられている。
その他に静電チャック装置１は、板状試料Ｗを押し上げるリフトピンを挿通させるための複数の貫通孔が設けられていてもよい。さらに、載置板１１の下面１１ａに取り付けられ、載置板１１を加熱するためのヒータが設けられていてもよい。
本実施形態の静電チャック装置１は、以上のような構成となっている。
本実施形態の静電チャック装置１によれば、温度調節用ベース部３の溝部６に載置板１１の堤部５の先端部５ａが収容されている。これにより、載置板１１と温度調節用ベース部３との間の隙間に充填された接着層８の充填部８ａが、堤部５の表面に沿って入り組んだラビリンス構造を有する。充填部８ａは、堤部５の外側において、外部に露出する露出部８ｄを有している。半導体製造の工程において、充填部８ａの露出部８ｄは、プラズマによりエッチングされて、徐々に後退する。本実施形態によれば、充填部８ａのから静電吸着用電極１３までの経路が長くなる。このため、エッチングが進んだ場合であっても、静電吸着用電極１３が露出しにくく、静電吸着用電極１３からの放電を防止できる。加えて、充填部８ａが入り組んだラビリンス構造となっていることで、充填部８ａの露出部８ｄが後退した場合に、入り組んだ先に露出部８ｄが位置することとなるためにプラズマが露出部８ｄに達しにくく、充填部８ａのエッチングを遅延させることができる。
堤部５は、閉環形状を有することが好ましい。また、溝部６は、堤部５に対応する閉環形状の溝であることが好ましい。堤部５および溝部６を閉環形状とすることで、載置板１１と温度調節用ベース部３との間の接着層８を全周にわたって、入り組んだ形状とすることができる。この為、静電吸着用電極１３の露出を確実に遅延させることができる。したがって、静電チャック装置１の寿命を長くすることができる。
第一実施形態の好ましい例である変形例を以下に説明する。変形例の条件は、互いに組み合わせても良い。
（変形例１）
次に本発明の好ましい例である、変形例１の静電チャック装置１０１について説明する。
図２は、静電チャック装置１０１の部分断面図である。変形例１の静電チャック装置１０１は、上述の実施形態の静電チャック装置１と比較して、主に堤部および溝部の構成が異なる。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略することがある。
静電チャック装置１０１は、静電チャック部１０２と温度調節用ベース部１０３と接着層１０８と第２有機絶縁層７とを備えている。静電チャック部１０２は、板状試料Ｗを載置する載置板（セラミックプレート）１１１と、静電吸着用電極１３と、第１有機絶縁層１４と、を有している。載置板１１１は、下面１１１ａの周縁から温度調節用ベース部１０３側（すなわち下側）に延びる堤部１０５を有する。温度調節用ベース部１０３には、載置板１１１の堤部１０５の下側に位置する先端部１０５ａを収容する溝部１０６が設けられている。
堤部１０５には、温度調節用ベース部１０３側の先端部１０５ａに向かって、堤部の幅（断面から見た堤部の厚さ）を段階的に薄くさせる段差が形成されており、それに伴い、２つの堤部側段差面１０５ｃが設けられている。本例では、断面からみて、３つの段差が設けられている。堤部側段差面の数は任意に選択でき、例えば、１や２や３や４などが例として挙げられる。なお、ここでは、先端部１０５ａは、堤部側段差面に含めない。本変形例において、２つの堤部側段差面１０５ｃは、堤部１０５の先端部１０５ａに対して、堤部１０５の内側部分に位置し、階段状の構造を堤部に与える。２つの堤部側段差部１０５ｃは、それぞれ下側を向く面である。堤部側段差面の幅、堤部側段差面間の距離、及び段差の数は、任意に選択できる。
溝部１０６には、２つの堤部側段差面１０５ｃに対応して、底側に向かって溝部の幅を狭くさせる、２つの溝部側段差面１０６ｃが設けられている。溝部側段差面１０６ｃは、それぞれ上側を向く面である。溝部側段差面１０６ｃは、堤部側段差面１０５ｃと上下方向に対向している。
溝部１０６と堤部１０５との間には、隙間が設けられている。この隙間には、接着層１０８の一部である充填部１０８ａが設けられている。本変形例によれば、堤部１０５および溝部１０６に、互いに対向する段差面１０５ｃ、１０６ｃが設けられているために、充填部１０８ａが充填されている隙間が作る経路が長くなる。これにより、充填部１０８ａが完全に消失するまでに要する時間を長くすることができ、静電チャック装置１０１を長寿命化できる。
本変形例において、温度調節用ベース部１０３の上面の一部であって、溝部１０６の外側に位置する外側上面１０３ｂは、溝部１０６の内側に位置する内側上面１０３ａに対して、上側に位置する。これにより、堤部１０５より外側において、充填部１０８ａの経路をより長くすることができる。しかしながら、静電チャック装置１０１は、このような形態のみに限定されることない。外側上面１０３ｂは、同じ高さや低い高さに設けられても良い。例えば、図２に二点鎖線で示すように、内側上面１０３ａより下側に位置する外側上面１０３ｃを設けてもよい。
（変形例２）
次に本発明の好ましい例である、変形例２の静電チャック装置２０１について説明する。
図３は、静電チャック装置２０１の部分断面図である。変形例２の静電チャック装置２０１は、変形例１の静電チャック装置１０１と同様に、堤部側段差面および溝部側段差面の組み合わせを、具体的には堤部側段差面２０５ｃおよび溝部側段差面２０６ｃを有しているが、設けられた位置と向きが異なる。なお、上述の実施形態および変形例と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略することがある。
静電チャック装置２０１は、静電チャック部２０２と温度調節用ベース部２０３と接着層２０８と第２有機絶縁層７とを備えている。静電チャック部２０２は、板状試料Ｗを載置する載置板（セラミックプレート）２１１と、静電吸着用電極１３と、第１有機絶縁層１４と、を有している。載置板２１１は、先端部２０５ａ側に２つの堤部側段差面２０５ｃが設けられた堤部２０５を有する。温度調節用ベース部２０３には、１つの溝部側段差面２０６ｃが設けられた溝部が形成されている。段差の数は任意に選択できる。
本変形例において、堤部側段差面２０５ｃは、２つ設けられている。２つの堤部側段差面２０５ｃは、堤部２０５の先端部２０５ａに対し堤部２０５の外側部分に位置している。堤部側段差面２０５ｃは、下側を向く面であり、上側を向く溝部側段差面２０６ｃとは、互いに対向している。
本変形例において、温度調節用ベース部２０３の上面の一部であって、溝部２０６の外側に位置する外側上面２０３ｂは、溝部２０６の内側に位置するベース部２０３の内側上面２０３ａに対して、下側に位置する。また、外側上面２０３ｂの一部は、下側を向く１つの堤部側段差面２０５ｃと、対向している。
溝部２０６と堤部２０５との間には、隙間が設けられており、この隙間には、接着層２０８の一部である充填部２０８ａが設けられている。充填部２０８ａは、堤部２０５の外周面と温度調節用ベース部の外側上面２０３ｂの間から、外部に露出する露出部２０８ｄを有する。本変形例の露出部２０８ｄの露出面は、静電チャック装置２０１の径方向外側を向いている。
本変形例によれば、上述の変形例１と同様に、充填部２０８ａが充填される隙間の経路を長くして、静電チャック装置２０１を長寿命化できる。
（変形例３）
次に本発明の好ましい例である、変形例３の静電チャック装置３０１について説明する。
図４は、静電チャック装置３０１の部分断面図である。変形例３の静電チャック装置３０１は、変形例１および変形例２の静電チャック装置１０１、２０１と同様に、堤部側段差面および溝部側段差面の組み合わせを、具体的には堤部側段差面３０５ｃおよび溝部側段差面３０６ｃを、有するが、その位置や形状等の構成が異なる。なお、上述の実施形態および変形例と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略することがある。
静電チャック装置３０１は、静電チャック部３０２と温度調節用ベース部３０３と接着層３０８と第２有機絶縁層７とを備えている。静電チャック部３０２は、板状試料Ｗを載置する載置板（セラミックプレート）３１１と、静電吸着用電極１３と、第１有機絶縁層１４と、を有している。載置板３１１は、先端部３０５ａ側に堤部側段差面３０５ｃが設けられた堤部３０５を有する。温度調節用ベース部３０３には、堤部側段差面３０５ｃに対応する、すなわち対面する、溝部側段差面３０６ｃが設けられた溝部が形成されている。段差の数は任意に選択できる。
本変形例において、堤部側段差面３０５ｃは、２つ設けられている。２つの堤部側段差面３０５ｃは、堤部３０５の先端部３０５ａに対し堤部３０５の内側と外側にそれぞれ位置している。堤部側段差面３０５ｃは、下側を向く面であり、温度調節用ベース部３０３の溝部側段差面３０６ｃとは、上下方向に、対向している。なお堤部側段差面３０５ｃの高さは互いに異なっているが、同じであっても良い。
溝部３０６と堤部３０５との間には、隙間が設けられており、この隙間には、接着層３０８の一部である充填部３０８ａが設けられている。本変形例によれば、上述の変形例１および変形例２と同様に、充填部３０８ａの樹脂材料が充填される隙間の経路を長くして、静電チャック装置３０１を長寿命化できる。
本変形例において、温度調節用ベース部３０３の上面の一部であって、溝部３０６の外側に位置する外側上面３０３ｂは、溝部３０６の内側に位置する、温度調節用ベース部３０３の内側上面２０３ａと、同じ高さを有する。また、溝部３０６の外側周縁には、外側上面３０３ｂから上側に延びる突出部３０３ｄが設けられている。突出部３０３ｄが設けられていることにより、堤部３０５より外側における、充填部３０８ａの経路をより長くすることができ、静電チャック装置３０１を長寿命化できる。突出部は、他の例においても、好ましく使用してよい。
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ことは言うまでもない。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。
長寿命化が可能な静電チャック装置を提供できる。
１、１０１、２０１、３０１・・・静電チャック装置
２、１０２、２０２、３０２・・・静電チャック部
３、１０３、２０３、３０３・・・温度調節用ベース部
３ａ、１０３ａ、２０３ａ・・・温度調節用ベース部の上面
５、１０５、２０５、３０５・・・堤部
５ａ、１０５ａ、２０５ａ・・・堤部の先端部
５ｂ、５ｄ・・・面取り
６、１０６、２０６、３０６・・・溝部
７・・・第２有機絶縁層
７ｈ・・・第２有機絶縁層の貫通孔
８、１０８、２０８、３０８・・・接着層
８ａ、１０８ａ、２０８ａ、３０８ａ・・・充填部
８ｂ・・・介在部
８ｃ・・・電極包囲部
８ｄ、２０８ｄ・・・露出部
１１、１１１、２１１、３１１・・・載置板（セラミックプレート）
１１ａ、１１１ａ・・・載置板の下面
１１ｃ・・・凹部
１１ｈ・・・載置板の第１貫通孔
１３・・・静電吸着用電極
１３ｈ・・・静電吸着用電極の側面
１４・・・第１有機絶縁層
１４ｈ・・・第１有機絶縁層の第２貫通孔 １５・・・給電用端子
１７・・・載置面の周縁壁
１８・・・冷却ガス導入孔
１９・・・載置面
１９ａ・・・載置面の溝部
２３・・・碍子
２４・・・オーリング
３０・・・載置面の突起部
１０３ｂ、２０３ｂ、３０３ｂ・・・温度調節用ベース部の外側上面
１０３ｃ・・・温度調節用ベース部の外側上面
１０５ｃ、２０５ｃ、３０５ｃ・・・堤部側段差面
１０６ｃ、２０６ｃ、３０６ｃ・・・溝部側段差面
３０３ｄ・・・外側上面の突出部
Ｗ・・・板状試料

Claims (10)

  1. 静電チャック部と、温度調節用ベース部とを備え、
    前記静電チャック部は、一方の面が板状試料を載置する載置面であるセラミックプレートと、前記セラミックプレートの前記載置面とは他方の面側に設けられた静電吸着用電極とを有し、
    前記温度調節用ベース部は、前記静電吸着用電極の前記セラミックプレート側とは他方の面側に配置され、前記静電チャック部を冷却するベース部であり、
    前記セラミックプレートは、前記温度調節用ベース部側に延び、かつ前記静電吸着用電極の周縁を囲む、堤部を有し、
    前記温度調節用ベース部は、前記堤部の先端部を収容する溝部を有し、
    前記溝部と前記堤部との間には、樹脂材料からなる充填部が充填された、
    静電チャック装置。
  2. 前記堤部が閉環形状を有し、前記溝部が前記堤部と対応する閉環形状の溝である、請求項１に記載の静電チャック装置。
  3. 前記堤部には、前記温度調節用ベース部側の先端部に向うにつれ堤部の幅が段階的に薄くなる、堤部側段差が設けられ、
    前記溝部には、前記堤部側段差に対応して底側に向かって幅が狭くなる溝部側段差が設けられている、請求項１に記載の静電チャック装置。
  4. 前記堤部の前記温度調節用ベース部側の先端部に面取りが施された、請求項１に記載の静電チャック装置。
  5. 前記充填部の外部に露出する部分が、オーリングで覆われている、請求項１に記載の静電チャック装置。
  6. 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層を備え、
    前記接着層は、
    前記充填部と、
    前記静電吸着用電極と前記温度調節用ベース部との間に位置する介在部と、
    を有する、請求項１に記載の静電チャック装置。
  7. 前記接着層が、
    第１の樹脂材料からなる部位と、
    前記第１の樹脂材料より耐プラズマ性に優れた第２の樹脂材料とからなる部位と、に区分され、
    前記接着層の外部に露出する部分が前記第２の樹脂材料からなる、
    請求項６に記載の静電チャック装置。
  8. 前記セラミックプレートと前記静電吸着用電極との間に設けられた、第１有機絶縁層を有する、請求項１に記載の静電チャック装置。
  9. 前記温度調節用ベース部と前記静電吸着用電極との間に設けられた、第２有機絶縁層を有する、請求項１に記載の静電チャック装置。
  10. セラミックプレートと、温度調節用ベース部と、を備え、
    前記セラミックプレートは、一方の面を、板状試料を載置する載置面を有し、
    前記セラミックプレートには、静電吸着用電極が設置されており、
    前記温度調節用ベース部は、前記セラミックプレートの前記載置面とは反対側から前記セラミックプレートを冷却する、ベース部であり、
    前記セラミックプレートは、前記温度調節用ベース部側に延び、かつ前記静電吸着用電極の周縁を囲む、堤部を有し、
    前記温度調節用ベース部は、前記堤部の先端部を収容する溝部を有し、
    前記溝部と前記堤部との間には、樹脂材料からなる充填部が充填された、
    静電チャック装置。
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