JP6451536B2 - 静電チャック装置及び静電チャック装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、静電チャック装置及び静電チャック装置の製造方法に関する。

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セラミック基体と、内部に冷媒循環用の冷媒流路が形成されたベース部と、を接着層によって接合一体化したものが知られている（例えば、特許文献１）。

近年の半導体の大口径化やパターンの微細化に伴い、静電チャック装置に求められる特性も高まっている。
特許文献２には、セラミック部材と、金属部材とを接合する接着剤層を所定の条件のものとすることで、熱応力を緩和できることが記載されている。
特許文献３には、アクリルゴムを含む応力緩和層と、応力緩和層の両面に設けられ、アクリルゴムと熱硬化性樹脂を含む接着剤層とを有する接着シートを用いた静電チャック装置が記載されている。

特開２００４−３１６６５号公報 特開２０１４−２０７３７４号公報 特開２００９−７１０２３号公報

静電チャック装置は、ヒータによる加熱、プラズマによる加熱、ベース部の冷却機能による冷却等により、板状試料を載置する載置面の温度を一定にする。この際、この加熱及び冷却により、セラミック基体、ベース部、並びにこれらを接着する接着層が膨張又は収縮する。これらの部材の熱膨張率差により、それぞれの界面における接着力弱まるというという問題があった。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。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、静電チャック部とヒータエレメントとの熱膨張率差により生じる応力を簡便な構成で緩和できる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。
本発明の一態様に係る静電チャック装置は、板状試料を載置する第１の面と、その反対側の第２の面を有し、静電吸着用電極を備えた静電チャック部と、前記静電チャック部に対し第２の面側に配置され、前記静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、前記静電チャック部と前記温度調節用ベース部との間に配置されたヒータエレメントと、前記ヒータエレメントを前記第２の面に固定し、円周方向に延在する切込部が形成された接着層と、を備える。
この構成によれば、接着層に設けられた切込部により、静電チャック部とヒータエレメントとの熱膨張率差によって生じる応力を緩和することができる。

本発明の一態様に係る静電チャック装置においては、前記ヒータエレメントが、円弧状を呈し平面視で前記円形領域の周方向に延在する複数の第１部材と、前記円形領域の径方向に延在し２つの前記第１部材を接続する第２部材と、を有するヒータを備え、前記切込部と、前記円形領域の径方向で隣り合う前記第１部材間の領域と、が平面的に重なるように設けられていてもよい。

この構成によれば、ヒータエレメントの第１部材は、いずれの部分でも接着層を介して静電チャック部に固定される。つまり、静電チャック部とヒータエレメントの接着力が低下しにくくなる。そのため、静電チャック部とヒータエレメント間に加わる応力による製品の寿命の低下、部材の反り等を抑えることができる。

本発明の一態様に係る静電チャック装置においては、前記ヒータエレメントが、円形領域に配置される複数のヒータを備え、前記複数のヒータが、前記円形領域において平面視で同心円環状に配置されていてもよい。

この構成によれば、ヒータエレメントに生じる応力をより抑制することができる。ヒータエレメントを複数のヒータとして領域毎に分割すると、各ヒータの面積を小さく抑えることができる。ヒータエレメントに加わる応力は、ヒータエレメント内の所定の支点からの距離に比例する。すなわち、各ヒータの面積が小さくなることで、各ヒータに生じる応力をより小さくすることができる。またヒータエレメントを複数のヒータとして領域毎に分割することで、複数のヒータにより領域毎の温度制御が可能になる。

本発明の一態様に係る静電チャック装置においては、前記切込部と、前記円形領域の径方向で隣り合う前記複数のヒータ間の領域と、が平面的に重なるように設けられていてもよい。

この構成によれば、ヒータを構成する第１部材及び第２部材の全ての部分が接着層を介して静電チャック部に固定される。つまり、静電チャック部とヒータエレメントとの間の接着力が低下しにくくなる。またヒータエレメントにおいて各ヒータにより分離された領域と、接着層の切込部により区分された領域が平面視で一致する。この結果、静電チャック部とヒータ間に生じる応力が影響を及ぼす範囲を、この限られた範囲に留めることができる。応力が影響を及ぼす範囲を小さくすることができれば、応力集中により特定の位置に大きな応力が生じることを抑制することができる。その結果、静電チャック部とヒータエレメント間に加わる応力による製品の寿命の低下、部材の反り等を抑えることができる。

本発明の一態様に係る静電チャック装置においては、接着層が１つの部材からなってもよい。
この構成によれば、接着層の静電チャック部及びヒータエレメントに対する位置精度を高めることができる。

本発明の一態様に係る静電チャック装置においては、前記切込部と、前記ヒータエレメントにおける給電部及び前記ヒータエレメントを貫通する孔部と、が平面的に重なる位置に設けられていなくてもよい。
静電チャック装置のヒータエレメントは、給電用端子が接続される給電部や、リフトピン等を貫通させる孔部等を有することが一般的である。これらが形成されている部分は、均熱性を高めるために、ヒータエレメントの配線が複雑に配設されることが多い。そのため、これらの部分は応力集中しやすく、静電チャック部とヒータエレメントとの間の接着力を高めておくことが好ましい。この部分に接着層の切込部を設けないことで、静電チャック部とヒータエレメントとの接着力が低下することを抑制できる。すなわち、静電チャック部とヒータエレメント間に加わる応力による製品の寿命の低下、部材の反り等を抑えることができる。

本発明の一態様に係る静電チャック装置の製造方法は、シート状またはフィルム状の接着剤に対してその円周方向に延在する切込部を形成する工程と、静電吸着用電極を備えた静電チャック部の板状試料を載置する第１の面と反対側の第２の面に、前記接着剤を介して金属膜を加温加圧しながら接着する工程と、前記金属膜の一部を除去し、所定のヒータパターンを有するヒータエレメントを作製する工程と、を有する。

この構成によれば、上述の応力緩和を可能とする静電チャック装置を得ることができる。また金属膜は、静電チャック部に加温加圧しながら接着する。このとき、金属膜と静電チャック部の間には応力が発生する。これらの界面を接着するシート状の接着剤に切込部を設けることで、この製造過程で生じる応力も抑制することができる。

本発明の静電チャック装置によれば、静電チャック部とヒータエレメントとの熱膨張率差により加わる応力を緩和できる。すなわち、静電チャック部とヒータエレメントの接着力をより高めることができる。
また本発明の静電チャック装置の製造方法によれば、静電チャック部とヒータエレメントと熱膨張率差により加わる応力を緩和できる静電チャック装置を好適に製造することができる。また製造過程で生じる応力も緩和できる。

本発明に係る一実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。 本発明に係る一実施形態の静電チャック装置に用いられるヒータエレメントの一例を模式的に示した平面図である。 ヒータのヒータパターンについての説明図である。 本発明に係る一実施形態の静電チャック装置に用いられるヒータエレメントの別の例を模式的に示した平面図である。 接着層について説明するための平面図である。 ヒータエレメントのヒータパターンと接着層の切込部の位置関係を説明する説明図である。

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。
なお、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。

（静電チャック装置）
図１は、本発明の一実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。この形態の静電チャック装置１は、静電吸着用電極を備えた静電チャック部２と、静電チャック部２に対し下方に設けられ静電チャック部２を冷却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の間に設けられたヒータエレメント５と、ヒータエレメント５を静電チャック部２に固定する接着層４と、を備える。

静電チャック部２と温度調節用ベース部３とは、静電チャック部２と温度調節用ベース部３の間に設けられた接着剤層８を介して接着されている。

静電チャック部２は、上面に半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置する載置板１１と、この載置板１１と一体化され該載置板１１の底部側を支持する支持板１２と、これら載置板１１と支持板１２との間に設けられた静電吸着用電極（静電吸着用内部電極）１３と、静電吸着用電極１３の周囲を絶縁する絶縁材層１４と、を有している。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り、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）複合焼結体、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）焼結体等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。

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を下回ると、静電チャック部２の機械的強度を確保することが難しくなる。静電チャック部２の厚みが５．０ｍｍを上回ると、静電チャック部２の熱容量が大きくなり、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化する。すなわち、静電チャック部の横方向の熱伝達が増加し、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難しくなる。なお、ここで説明した各部の厚さは一例であって、前記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もので、その用途によって、その形状や、大きさが適宜調整される。
静電吸着用電極１３は、酸化アルミニウム−炭化タンタル（Ａｌ_２Ｏ_３−ＴａＣ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−タングステン（Ａｌ_２Ｏ_３−Ｗ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タングステン（ＡｌＮ−Ｗ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タンタル（ＡｌＮ−Ｔａ）導電性複合焼結体、酸化イットリウム−モリブデン（Ｙ_２Ｏ_３−Ｍｏ）導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、あるいは、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属により形成されることが好ましい。

静電吸着用電極１３の厚みは、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を下回ると、充分な導電性を確保することが難しくなる。静電吸着用電極１３の厚みが１００μｍを越えると、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し、静電吸着用電極１３と載置板１１および支持板１２との接合界面に剥離もしくはクラックが入り易くなる。

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を保護するとともに、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ものであり、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、接着剤層８、接着層４、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であれば特に制限されるものではないが、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、Ａｌ_２Ｏ_３−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。

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ためのもので、厚みのある円板状のものである。この温度調節用ベース部３としては、例えば、その内部に冷媒を循環させる流路３Ａが形成されたもの等が好適である。

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であれば特に制限はない。また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５に給電するための貫通孔１９と、温度センサーを設置するための設置孔２１と、リフトピンを挿入するためのピン挿入孔２８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，１８，２９が設けられている。

温度調節用ベース部３の上面側には、接着層６を介して絶縁板７が接着されていてもよい。これらにより、温度調節用ベース部３とヒータエレメント５の絶縁性をより高めることができる。接着層６は、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性及び絶縁性を有するシート状またはフィルム上の接着性樹脂からなる。接着層は、例えば厚み５〜１００μｍ程度に形成される。絶縁板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樹脂の薄板、シート、あるいはフィルムからなる。また絶縁板７は、樹脂シートに代え、絶縁性のセラミック板でもよいし、アルミナ等の絶縁性を有する溶射膜でもよい。

ヒータエレメント５は、図２に示すように、所定の円形領域内に配置された帯状の部材からなる。図２は、ヒータエレメント５のヒータパターンの一例である。図２に示すヒータパターンは、相互に独立した２つのヒータ（内ヒータ５ａ、外ヒータ５ｂ）からなる。内ヒータ５ａは、静電チャック部２の第２の面２ｂの中心部に形成され、外ヒータ５ｂは、第２の面２ｂの周縁部であって、内ヒータ５ａの外側に形成されている。内ヒータ５ａ及び外ヒータ５ｂの両末端における給電部５ｃは、給電用端子１７に接続される。

図３は、ヒータエレメント５のヒータパターンを形成するヒータについての説明図である。ここでは、内ヒータ５ａ及び外ヒータ５ｂについて代表する符号５０を用いて、「ヒータ５０」として説明する。

ヒータ５０は、円形領域に配置される帯状の部材である。ヒータパターンが形成されている領域全体が、本発明の「円形領域」に該当する。ヒータ５０は、円弧状を呈し平面視で円形領域の周方向（図中、符号Ａで示す両矢印方向）に延在する複数の第１部材５１と、円形領域の径方向（図中、符号Ｂで示す両矢印方向）に延在し２つの第１部材を接続する第２部材５２とを有している。複数の第１部材５１は、円形領域において同心円状に複数配列している。そして、第１部材５１及び第２部材５２からなるヒータ５０の両末端は給電部５ｃが形成されている。

第２部材５２は、円形領域の中心から距離が異なる２つの第１部材５１を接続する。例えば、第２部材５２は、円形領域の半径方向に延在し、２つの第１部材を接続している。第２部材５２が延在する「径方向」とは、円形領域の中心を通る直線の延在方向には限定されない。円形領域の中心からの距離が異なる２つの第１部材５１を接続するならば、第２部材５２の延在方向は、正確に円形領域の半径の方向と一致していなくてもよい。

ヒータエレメント５のヒータパターンは、この例に限られない。例えば、１つのヒータのみでヒータパターンを形成することもできるし、２つより多くの独立したヒータを用いてヒータパターンを形成してもよい。

図４に示すヒータエレメント５は、中心部の円環状の領域に配置された第１のヒータ５Ａと、この第１のヒータ５Ａを順次取り囲むように円環状の領域に配置された第２のヒータ５Ｂと、第３のヒータ５Ｃと、第４のヒータ５Ｄとからなる。図４に示すように第１〜第４のヒータ５Ａ〜５Ｄが配置されている領域は、円板状の静電チャック部２と同程度の大きさであることが好ましい。図４では、円環状の領域全体が「円形領域」に該当する。

ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは、図４では平面視単純な円環状に描いた。実際には、図４に示す円環状の領域を占めるように、図３で示すヒータ５０によりヒータパターンが形成されている。すなわち、各ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは、図３で示すヒータ５０からなる。

ヒータ５０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、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得られる。

ヒータエレメント５がヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄからなる場合、これら個々のヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄに給電するための複数本の給電用端子１７が設けられている。図４ではヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの概形のみを示しているが、いずれのヒータであっても電源に接続するための導通部が各ヒータの一端側と他端側に設けられる。そのため、ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄに対し２本ずつ、合計８本の給電用端子１７が設けられている。

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。この給電用端子１７は、温度調節用ベース部３と絶縁板７をそれらの周囲に存在する接着剤層８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１９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１８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。

ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの個々に対し接続された２本の給電用端子１７には、図視略のスイッチ素子と電源設備が接続され通電制御できるようになっている。
このような構成によりヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは、スイッチ素子と電源の動作に応じて、個々の通電発熱制御ができる。

図１に戻り、ヒータエレメント５は、接着層４により静電チャック部２の第２の面２ｂに接着されている。

接着層４は、静電チャック部２とヒータエレメント５とを接着するための接着剤である。接着層４は、厚みの均一な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である。接着層４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。

図５は、接着層４について説明するための平面図である。
接着層４は、円周方向に延在する切込部４０を有する。切込部４０とは、接着層４に設けられた切込みであり、その円周方向に一つでも複数でもよい。また図５に示すように、同一円周上に限られず、同心円の異なる円周上に設けられてもよい。接着層４が切込部４０を有することで、静電チャック部２とヒータエレメント５の熱膨張率差により生じる応力を緩和することが可能となる。

静電チャック部２の支持板１２は、上述のようにセラミックス焼結体からなる。これに対し、ヒータエレメント５は金属からなる。セラミックス焼結体は、一般に金属より熱膨張率が小さい。そのため、支持板１２とヒータエレメント５の界面に設けられた接着層４は、温度変化が加わる度に変形し、歪が生じる。接着層４に切込部４０があると、静電チャック部２とヒータエレメント５との熱膨張率差等によって生じる歪を緩和することができる。その結果、静電チャック部２とヒータエレメント５間に生じる応力が緩和される。

接着層４に設けられた切込部４０は、接着層４の中心に対して対称な位置に配置されることが好ましい。切込部４０が接着層４の中心に対して対称な位置に配置されることで、いずれの方向に応力が加わっても均一に応力緩和を行うことができる。

接着層４は１つの部材からなることが好ましい。すなわち、接着層４が同心環状に完全に分離された複数の部材に分けて構成されないことが好ましい。例えば、図５に示すように、切込みが設けられた部分（切込部４０）と設けられていない部分とが交互に形成され、接着層４全体で見た際に、ミシン目状の切込みが設けられていることが好ましい。

接着層４が一体で形成されていると、その取扱いが容易となる。切込部４０の位置は、ヒータエレメント５のヒータパターンに合せて、所定の位置に形成することが好ましい。 接着層４が一体で形成されていることで、接着層４のハンドリングが容易になる。その結果、静電チャック部２の第２の面２ｂに接着層４を形成する際に、接着層４の切込部４０位置を所定の位置に設定しやすくなる。後述するがヒータエレメント５は、接着層４に対して貼り合せた金属膜をウェットエッチング等で加工することで得られる。所定の位置に切込部４０が設けられていることで、エッチング処理時に用いるマスク等と切込部４０との位置関係が適切となる。その結果、ヒータエレメント５のヒータパターンと切込部４０との位置精度を高めることができる。

接着層４における切込部４０を設ける場所と、ヒータエレメント５のヒータパターンの関係について以下に述べる。

図６は、ヒータエレメント５のヒータパターンと接着層４の切込部４０の位置関係を説明する説明図である。図６に示すように、ヒータエレメント５を構成するヒータ５０が第１部材５１と第２部材５２を有する場合、接着層４の切込部４０と、円形領域の径方向で隣り合う第１部材５１間の領域とは、平面的に重なるように形成されていることが好ましい。すなわち、図６のＡ−Ａ’で示す円弧に沿う位置に、接着層４の切込部４０が設けられることが好ましい。

切込部４０と第１部材５１とが平面視重なる位置に設けられると、第１部材５１が静電チャック部２と接着する部分に切込みが設けられる。その場合、ヒータエレメント５と静電チャック部２との接着強度が弱くなる恐れがある。これに対し、複数の第１部材５１間の領域は、帯状の部材間に形成された隙間である。そのため、ヒータエレメント５と静電チャック部２との接着には寄与しない。切込部４０を円形領域の径方向で隣り合う第１部材５１間の領域と平面的に重なって設けることにより、第１部材５１と静電チャック部２との間に切込部４０が設けられることがなくなる。すなわち、ヒータエレメント５と静電チャック２の密着性が低下することを避けることができる。

またヒータエレメント５が、図４に示すように、同心円環状に配置された複数のヒータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄからなる場合、複数のヒータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ間の領域と平面的に重なる位置に、接着層４の切込部４０が設けられていることがより好ましい。すなわち、図６のＢ−Ｂ’で示す円弧に沿う位置に接着層４の切込部４０が設けられていることがより好ましい。

複数のヒータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ間の領域は、複数の第１部材５１間の領域と同様に、ヒータエレメント５と静電チャック部２との接着には寄与しない。すなわち、切込部４０を円形領域の径方向で複数のヒータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ間の領域と平面的に重なって設けることにより、ヒータエレメント５と静電チャック２の接着力が低下することを避けることができる。

また接着層４において切込部４０により区分された領域と、複数のヒータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ毎に分離された領域とが平面視で一致する。すなわち、静電チャック部２とヒータエレメント５間の熱膨張率差により生じる応力を、この平面視一致する領域毎で留めることができる。その結果、静電チャック部２とヒータエレメント５との熱膨張率差により生じる応力が領域毎に分散される。

ヒータエレメント５が一体物の場合、熱膨張率差による応力は、ヒータエレメント５の外周部に最も集中する。そのため、外周部において静電チャック部２とヒータエレメント５の接着力が弱まることがある。これに対し、領域毎に応力集中する場所を分散させることで、より静電チャック部２とヒータエレメント５間に大きな応力が生じることを抑制できる。

また切込部４０は、給電用端子１７が接続される給電部およびヒータエレメント５を貫通する孔部と平面的に重なる位置に設けられていないことが好ましい。ここで、ヒータエレメント５を貫通する孔部とは、静電吸着用電極１３に給電するための貫通孔１６及びリフトピンを挿入するためのピン挿入孔２８につながる部分を意味し、図３に示す第１の部材５１間の領域等は意味しない。

これらが形成されている部分は、均熱性を高めるために、ヒータエレメント５のヒータパターンが複雑に配設されることが多い。すなわち、ヒータ部材の存在密度等がその他の部分と異なる。そのため、この部分はその他の部分と比較して応力が集中しやすい。したがって、この部分の接着力は、その他の部分と比較して高めておくことが好ましい。

切込部４０は、最終製品である静電チャック１に組み込まれた状態でも超音波等を用いることで確認することができる。例えば、超音波探傷検査における水浸法等を用いることで確認することができる。水浸法とは、探触子と被測定物との間に、比較的厚い水の層を形成して探傷する方法である。この方法では、被測定物の表面性状等の影響を受けにくく、安定的な探傷を行うことができる。具体的には、静電チャック１を水中に浸漬し、その静電チャック１に向けて探触子から超音波を発信する。超音波は、傷や異なる積層体界面で反射される。この反射した反射波は探触子で受信され、高周波電圧に変換された後、信号として読み出すことができる。静電チャック１の傷や異なる積層体界面の深さ位置は、反射波が探触子に戻ってくるまでの時間により判断される。このように超音波を用いた探傷検査を用いれば、切込部４０の存在を静電チャック１を非破壊で計測することができる。

図１に戻り、ヒータエレメント５の下面側には温度センサー２０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と接着層６をそれらの厚さ方向に部分的に貫通するように設置孔２１が形成され、これらの設置孔２１の最上部、ヒータエレメント５に近接する位置にそれぞれ温度センサー２０が設置されている。
なお、温度センサー２０はできるだけヒータエレメント５に近い位置に設置することが望ましい。そのため、図１の構造から更に接着剤層８側に突き出るように設置孔２１を延在して形成し、温度センサー２０とヒータエレメント５とを近づけてもよい。

温度センサー２０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り、この温度センサー２０が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５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り、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が、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５に対応する温度センサー２０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５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２０の蛍光からヒータの温度を測定する温度計測部２２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２１の外側（下側）に前記蛍光体層に対し励起光を照射する励起部２３と、蛍光体層から発せられた蛍光を検出する蛍光検出器２４と、励起部２３および蛍光検出器２４を制御するとともに前記蛍光に基づき主ヒータの温度を算出する制御部２５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２８を有している。このピン挿通孔２８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２８の内周部には筒状の碍子２９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、静電チャック部２とヒータエレメント５との熱膨張率の違いによって生じる応力を、静電チャック部２とヒータエレメント５の密着性を低下させることなく緩和することができる。その結果、静電チャック部とヒータエレメント間に加わる応力による製品の寿命の低下、部材の反り等を抑えることができる。

（静電チャック装置の製造方法）
本発明の一態様に係る静電チャック装置の製造方法は、円形に加工されたシート状の接着剤に対して、その円周方向に延在する切込部を形成する工程と、静電吸着用電極を備えた静電チャック部の板状試料を載置する第１の面と反対側の第２の面に、接着剤を介して金属膜を加温加圧しながら接着する工程と、金属膜の一部を除去し、所定のヒータパターンを有するヒータエレメントを作製する工程と、有する。これらの工程後、ヒータエレメントの静電チャックと反対側に、静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部を接着することで静電チャック装置を得ることができる。

以下、工程ごとに詳細を説明する。
まず、円形に加工されたシート状またはフィルム状の接着剤を用意する。接着剤は市販のものを用いることができる。材質としては、例えば、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。この接着剤が、図１における接着層４となる。

このシート状またはフィルム状の接着剤に対し、その円周方向に延在する切込部を形成する。この切込部は、事前に形成してもよいし、静電チャック部に接着剤を貼り合せた後に形成してもよい。切込部を形成する方法は、特に制限されないが、例えばレーザー加工等を用いて行うことができる。

次いで、この接着剤を用いて静電チャック部と金属膜とを接着する。金属膜は、静電チャック部の第２の面に接着する。接着時には、加温加圧する。例えば、３３０℃の温度条件で、５ＭＰａ加圧して接着を行う。この金属膜は、加工後に図１のヒータエレメント５となる。

静電チャック部の支持板は上述のようにセラミックス焼結体からなる。これに対し、セラミックス焼結体に接着するものは金属である。セラミックス焼結体と金属は、熱膨張率が異なる。特に接着する際の３００℃付近の温度領域では、金属に対するセラミックス焼結体の熱膨張率は小さい。すなわち、接着処理後に温度が低下すると、セラミックス焼結体に対し、金属膜は大きく収縮する。

そのため、静電チャック部と金属膜が接着した部材は、接着処理後にその温度が低下することにより金属膜側に反る。この反り量が大きいと、後述する金属膜のパターニング精度等が低下する。これに対し、本実施形態における静電チャック装置の製造方法では、静電チャック部と金属膜を接着する接着剤に切込部が設けられている。その結果、この切込部により、静電チャック部と金属膜の熱膨張率差によって接着剤に生じる歪を緩和することができる。その結果、静電チャック部と金属膜間に生じる応力を緩和し、製造工程において生じる反りの反り量を低下することができる。

次いで、接着剤により静電チャック部に接着された金属膜をパターニングし、ヒータパターンを形成する。パターニングの方法は、特に問わない。一般に公知のウェットエッチング、ドライエッチング等を用いることができる。ヒータパターンが形成されることで、金属膜がヒータエレメントとなる。接着剤の切込部が設けられた位置とヒータパターンのエッチングにより除去される領域は、平面視で一致させることが好ましい。

接着剤の切込部が設けられた位置とヒータパターンのエッチングにより除去される領域が平面視で異なると、エッチング時に不良が生じる恐れがある。ウェットエッチングを用いた場合、切込部の隙間にもエッチング液は侵入する。そのため、接着剤の切込部と平面視重なる位置の金属膜は、その両面からエッチングされる。すなわち、この部分のエッチングスピードはその他の部分と比較して早くなる。その結果、接着剤の切込部と重なる位置にヒータパターンを形成すると、この部分のヒータ膜厚が薄くなる。ヒータ膜厚の違いは、そのまま発熱量の違いを生み出し、静電チャック装置の均熱性を劣化させる原因となる。これに対し、接着剤の切込部が設けられた位置とヒータパターンのエッチングにより除去される領域が平面視で一致すると、切込部上の金属膜は完全に除去されるため、エッチングスピードの影響を受けない。

最後に、ヒータエレメントが第２の面側に接着された静電チャック部と、温度調整用ベース部を接着する。接着は、ヒータエレメントが温度調節用ベース部と対向するように行う。接着の方法は、公知の方法を用いることができる。例えば、公知の接着剤を用いて互いを接着する。

本実施形態における静電チャック装置の製造方法を用いることで、製造過程で生じる静電チャック部と金属膜との熱膨張率差に起因した応力を緩和することができる。その結果、金属膜が接着された静電チャック部の反り量を低減することができ、ヒータパターンを形成する位置精度をより高めることができる。さらに、この静電チャック装置の製造方法で得られた静電チャック装置は、使用時において生じる熱膨張率差に起因した応力を緩和することができる。

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、３Ａ…流路、４…接着層、５…ヒータエレメント、５ａ…内ヒータ、５ｂ…外ヒータ、５ｃ…給電部、５ｄ…孔部、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ…ヒータ、６…接着剤層、７…絶縁板、８…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，１８，２９…碍子、１６…貫通孔、１９…貫通孔、２０…温度センサー、２１…設置孔、２２…温度計測部、２３…励起部、２４…蛍光検出器、２５…制御部、２８…ピン挿通孔、４０…切込部、５０…ヒータ、５１…第１部材、５２…第２部材

Claims (7)

1. 板状試料を載置する第１の面と、その反対側の第２の面を有し、静電吸着用電極を備えた静電チャック部と、
   前記静電チャック部に対し第２の面側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、
   前記静電チャック部と前記温度調節用ベース部との間に配置されたヒータエレメントと、
   前記ヒータエレメントを前記第２の面に固定し、円周方向に延在する切込部が形成された接着層と、を備える静電チャック装置。
2. 前記ヒータエレメントが、円弧状を呈し平面視で円形領域の周方向に延在する複数の第１部材と、前記円形領域の径方向に延在し２つの前記第１部材を接続する第２部材と、を有するヒータを備え、
   前記切込部と、前記円形領域の径方向で隣り合う前記第１部材間の領域と、が平面的に重なるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック装置。
3. 前記ヒータエレメントが、円形領域に配置される複数のヒータを備え、
   前記複数のヒータが、前記円形領域において平面視で同心円環状に配置されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の静電チャック装置。
4. 前記切込部と、前記円形領域の径方向で隣り合う前記複数のヒータ間の領域と、が平面的に重なるように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の静電チャック装置。
5. 前記接着層が１つの部材からなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の静電チャック装置。
6. 前記切込部と、前記ヒータエレメントにおける給電部及び前記ヒータエレメントを貫通する孔部と、が平面的に重なる位置に設けられていないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の静電チャック装置。
7. 円形に加工されたシート状またはフィルム状の接着剤に対してその円周方向に延在する切込部を形成する工程と、
   静電吸着用電極を備えた静電チャック部の板状試料を載置する第１の面と反対側の第２の面に、前記接着剤を介して金属膜を加温加圧しながら接着する工程と、
   前記金属膜の一部を除去し、所定のヒータパターンを有するヒータエレメントを作製する工程と、を有する静電チャック装置の製造方法。

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