JP6909447B2 - 静電チャック - Google Patents
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Description
本発明の態様は、一般的に、静電チャックに関する。
エッチング、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)、スパッタリング、イオン注入、アッシング、露光、検査などを行う基板処理装置において、半導体ウェーハやガラス基板などの被吸着物（対象物）を吸着保持する手段として静電チャックが用いられている。
静電チャックは、アルミナ等のセラミック誘電体基板の間に電極を挟み込み、焼成することで作製される。静電チャックは、内蔵する電極に静電吸着用電力を印加し、シリコンウェーハ等の基板を静電力によって吸着するものである。
近年、このような基板処理装置において、プロセスの微細化に伴い、加工精度の向上のために、従来よりも低温の環境下で処理を行うことが検討されている。これに伴い、静電チャックにおいても、従来よりも低温の環境下で使用できる低温耐性が求められている。
従来の静電チャックは、例えば−２０℃程度の低温の環境下では使用可能であるが、−６０℃以下の極低温の環境下では、セラミック誘電体基板とベースプレートとを接合する接合層の柔軟性が低下し、セラミック誘電体基板がベースプレートから剥離したり、例えば表面パターン、形状、厚さ等によってはセラミック誘電体基板が割れて破損したりするおそれがあるとの知見を得た。
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、極低温の環境下における、セラミック誘電体基板のベースプレートからの剥離や、セラミック誘電体基板の割れを抑制できる静電チャックを提供することを目的とする。
第１の発明は、セラミック誘電体基板と、前記セラミック誘電体基板を支持する金属製のベースプレートと、前記セラミック誘電体基板と前記ベースプレートとの間に設けられ、樹脂材料を含む接合層と、を備え、−６０℃における前記接合層の伸び率α１は、１２０％以上であることを特徴とする静電チャックである。
この静電チャックによれば、−６０℃以下の極低温の環境下において、接合層が十分な伸び率を有しているため、接合層に十分な柔軟性を確保することができる。これにより、極低温の環境下において、セラミック誘電体基板にかかる応力を抑制し、セラミック誘電体基板のベースプレートからの剥離や、セラミック誘電体基板の割れを抑制できる。
第２の発明は、第１の発明において、前記伸び率α１は、１７５％以上であることを特徴とする静電チャックである。
この静電チャックによれば、接合層がさらに大きな伸び率を有しているため、接合層の柔軟性をより向上できる。これにより、極低温の環境下において、セラミック誘電体基板にかかる応力をさらに抑制し、セラミック誘電体基板のベースプレートからの剥離や、セラミック誘電体基板の割れをさらに抑制できる。
第３の発明は、第２の発明において、前記伸び率α１は、２００％以上であることを特徴とする静電チャックである。
この静電チャックによれば、接合層がさらに大きな伸び率を有しているため、接合層の柔軟性をより向上できる。これにより、極低温の環境下において、セラミック誘電体基板にかかる応力をさらに抑制し、セラミック誘電体基板のベースプレートからの剥離や、セラミック誘電体基板の割れをさらに抑制できる。
第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、２５℃における前記接合層の伸び率α２に対する前記伸び率α１の比α１／α２は、０．６０以上であることを特徴とする静電チャックである。
この静電チャックによれば、室温から−６０℃以下の極低温の環境下においた際に、セラミック誘電体基板とベースプレートとの間の熱膨張率差を緩和することができる。これにより、セラミック誘電体基板のベースプレートからの剥離や、セラミック誘電体基板の割れを抑制できる。
第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、−６０℃における前記接合層の弾性率γ１は、０．１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることを特徴とする静電チャックである。
この静電チャックによれば、−６０℃以下の極低温の環境下において、接合層が十分な復元性を有するため、セラミック誘電体基板とベースプレートとの間に応力が生じた際にも、セラミック誘電体基板の反りを抑制しやすい。これにより、極低温の環境下における、対象物の面内温度均一性の悪化を抑制できる。また、この静電チャックによれば、−６０℃以下の極低温の環境下において、接合層が硬くなり過ぎることを抑制できる。これにより、極低温の環境下において、セラミック誘電体基板にかかる応力を抑制し、セラミック誘電体基板のベースプレートからの剥離や、セラミック誘電体基板の割れを抑制できる。
第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、２５℃における前記接合層の弾性率γ２に対する−６０℃における前記接合層の弾性率γ１の比γ１／γ２は、０．６以上３０以下であることを特徴とする静電チャックである。
この静電チャックによれば、室温でも−６０℃以下の極低温の環境下でも、接合層が十分な復元性を維持するため、セラミック誘電体基板とベースプレートとの間に応力が生じた際にも、セラミック誘電体基板の反りを抑制しやすい。これにより、室温から極低温の環境下においた際に、対象物の面内温度均一性の悪化を抑制できる。また、この静電チャックによれば、室温でも−６０℃以下の極低温の環境下でも、接合層が硬くなり過ぎることを抑制できる。これにより、室温から極低温の環境下においた際に、セラミック誘電体基板にかかる応力を抑制し、セラミック誘電体基板のベースプレートからの剥離や、セラミック誘電体基板の割れを抑制できる。
第７の発明は、第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記セラミック誘電体基板は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及び酸化イットリウムのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする静電チャックである。
実施形態に係る静電チャックにおいては、例えば、これらのセラミックを含むセラミック誘電体基板を用いることで、耐プラズマ性、機械的特性の安定性、熱伝導性、電気絶縁性等の種々の特性に優れた静電チャックを提供することができる。
第８の発明は、第７の発明において、前記セラミック誘電体基板は、酸化アルミニウムを含むことを特徴とする静電チャックである。
この静電チャックによれば、セラミック誘電体基板が酸化アルミニウムを含むことで、耐プラズマ性と機械的強度を両立することができる。
本発明の態様によれば、−６０℃以下の極低温の環境下における、セラミック誘電体基板のベースプレートからの剥離や、セラミック誘電体基板の割れを抑制できる静電チャックが提供される。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、実施形態に係る静電チャックを例示する模式的断面図である。
図１に表したように、静電チャック１１０は、セラミック誘電体基板１１と、ベースプレート５０と、接合層６０と、を備える。
図１に表したように、静電チャック１１０は、セラミック誘電体基板１１と、ベースプレート５０と、接合層６０と、を備える。
セラミック誘電体基板１１は、例えば焼結セラミックによる平板状の基材である。セラミック誘電体基板１１は、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及び酸化イットリウム（イットリア：Ｙ２Ｏ３）のうち少なくとも１つを含む。実施形態に係る静電チャック１１０においては、例えば、これらのセラミックを含むセラミック誘電体基板１１を用いることで、耐プラズマ性、機械的特性（例えば、機械的強度）の安定性、熱伝導性、電気絶縁性等の種々の特性に優れた静電チャックを提供することができる。
セラミック誘電体基板１１は、酸化アルミニウムを含むことが好ましい。セラミック誘電体基板１１が酸化アルミニウムを含むことで、耐プラズマ性と機械的強度を両立することができる。また、セラミック誘電体基板１１が酸化アルミニウムを含むことで、セラミック誘電体基板１１の透明性を高くして、赤外線透過率を向上させ熱伝達を促進させることができる。また、高い焼結性を備えているため、例えば焼結助剤を用いることなく緻密な焼結体を形成でき、面内の熱分布を最小に保つことができる。
セラミック誘電体基板１１は、高純度の酸化アルミニウムで形成されることが好ましい。セラミック誘電体基板１１における酸化アルミニウムの濃度は、例えば、９０質量パーセント（ｍａｓｓ％）以上１００ｍａｓｓ％以下、好ましくは、９５質量パーセント（ｍａｓｓ％）以上１００ｍａｓｓ％以下、より好ましくは、９９質量パーセント（ｍａｓｓ％）以上１００ｍａｓｓ％以下である。高純度の酸化アルミニウムを用いることで、セラミック誘電体基板１１の耐プラズマ性を向上させることができる。なお、酸化アルミニウムの濃度は、蛍光Ｘ線分析などにより測定することができる。
セラミック誘電体基板１１は、第１主面１１ａと、第２主面１１ｂと、を有する。第１主面１１ａは、吸着の対象物Ｗが載置される面である。第２主面１１ｂは、第１主面１１ａとは反対側の面である。吸着の対象物Ｗは、例えば、シリコンウェーハなどの半導体基板である。
なお、本願明細書において、ベースプレート５０からセラミック誘電体基板１１に向かう方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向は、例えば、各図に例示する通り、第１主面１１ａと第２主面１１ｂとを結ぶ方向である。Ｚ軸方向は、例えば、第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂに対して略垂直な方向である。Ｚ軸方向と直交する方向の１つをＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向ということにする。本願明細書において、「面内」とは、例えばＸ−Ｙ平面内である。
セラミック誘電体基板１１の内部には、電極層１２が設けられる。電極層１２は、第１主面１１ａと、第２主面１１ｂと、の間に設けられる。すなわち、電極層１２は、セラミック誘電体基板１１の中に挿入されるように設けられる。電極層１２は、例えば、セラミック誘電体基板１１に一体焼結されることで内蔵されてもよい。
電極層１２は、セラミック誘電体基板１１の第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂに沿って薄膜状に設けられている。電極層１２は、対象物Ｗを吸着保持するための吸着電極である。電極層１２は、単極型でも双極型でもよい。図１に表した電極層１２は双極型であり、同一面上に２極の電極層１２が設けられている。
電極層１２には、セラミック誘電体基板１１の第２主面１１ｂ側に延びる接続部２０が設けられている。接続部２０は、電極層１２と導通するビア（中実型）やビアホール（中空型）、もしくは金属端子をロウ付けなどの適切な方法で接続したものである。
静電チャック１１０は、吸着用電源５０５（図９参照）から電極層１２に電圧（吸着用電圧）を印加することによって、電極層１２の第１主面１１ａ側に電荷を発生させ、静電力によって対象物Ｗを吸着保持する。
セラミック誘電体基板１１の厚さＴ１は、例えば、５ｍｍ以下である。セラミック誘電体基板１１の厚さＴ１は、Ｚ軸方向におけるセラミック誘電体基板１１の長さである。換言すれば、セラミック誘電体基板１１の厚さＴ１は、Ｚ軸方向における第１主面１１ａと第２主面１１ｂとの間の距離である。このように、セラミック誘電体基板１１を薄くすることで、高周波電源５０４（図９参照）に接続されるベースプレート５０と上部電極５１０（図９参照）との間の距離を短くすることができる。
ベースプレート５０は、セラミック誘電体基板１１を支持する部材である。セラミック誘電体基板１１は、接合層６０を介してベースプレート５０の上に固定される。つまり、接合層６０は、セラミック誘電体基板１１と、ベースプレート５０と、の間に設けられている。
接合層６０は、樹脂材料を含む。実施形態において、接合層６０は、極低温下において柔軟性を保つことが可能に構成される。例えば、接合層６０は、シリコーン系、アクリル系、変性シリコーン系、あるいはエポキシ系の高分子材料であって炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、及び酸素（Ｏ）の少なくとも１つを主成分とする高分子材料を含む。
ここで、本願明細書において、「極低温」とは、−６０℃以下の低温環境をいう。具体的には、−６０℃〜−１２０℃をいう。
ここで、本願明細書において、「極低温」とは、−６０℃以下の低温環境をいう。具体的には、−６０℃〜−１２０℃をいう。
接合層６０は、シリコーンを含むことが好ましい。接合層６０が柔軟性に優れたシリコーンを含むことで、極低温の環境下において、接合層６０の柔軟性が維持されやすい。これにより、極低温の環境下における、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れをより確実に抑制できる。
接合層６０において、シリコーンとして、シロキサン骨格に種々の官能基が結合した分子構造を有するシリコーンを用いることができる。より具体的には、シロキサン骨格に結合した官能基は、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基、及びヘキシル基のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。接合層６０にこのような官能基を含むシリコーンを用いることで、極低温の環境下において、接合層６０の耐寒性、強度、伸び率等を高めることができる。
接合層６０は、無機フィラーをさらに含むことが好ましい。接合層６０が無機フィラーをさらに含むことで、極低温の環境下における、対象物Ｗの面内温度均一性を向上させることができる。
無機フィラーは、ケイ素（Ｓｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１つの元素と、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、及び酸素（Ｏ）のうち少なくとも１つの元素と、を有する少なくとも１つの化合物を含むことが好ましい。より具体的には、無機フィラーは、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＯＮ、ＳＩＡＬＯＮ、及びＳｉＯ２のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。接合層６０がこのような無機フィラーを含むことで、極低温の環境下において、接合層６０の熱伝導性や機械的特性の安定性を高めることができる。
ベースプレート５０は、例えば、アルミニウムなどの金属製である。ベースプレート５０は、例えば、上部５０ａと下部５０ｂとに分けられており、上部５０ａと下部５０ｂとの間に連通路５５が設けられている。連通路５５は、一端側が入力路５１に接続され、他端側が出力路５２に接続される。
ベースプレート５０は、静電チャック１１０の温度調整を行う役目も果たす。例えば、静電チャック１１０を冷却する場合には、入力路５１からヘリウムガスなどの冷却媒体を流入し、連通路５５を通過させ、出力路５２から流出させる。これにより、冷却媒体によってベースプレート５０の熱を吸収し、その上に取り付けられたセラミック誘電体基板１１を冷却することができる。一方、静電チャック１１０を保温する場合には、連通路５５内に保温媒体を入れることも可能である。セラミック誘電体基板１１やベースプレート５０に発熱体を内蔵させることも可能である。ベースプレート５０やセラミック誘電体基板１１の温度を調整することで、静電チャック１１０によって吸着保持される対象物Ｗの温度を調整することができる。
この例では、セラミック誘電体基板１１の第１主面１１ａ側に、溝１４が設けられている。溝１４は、第１主面１１ａから第２主面１１ｂに向かう方向（Ｚ軸方向）に窪み、Ｘ−Ｙ平面内において連続して延びている。第１主面１１ａにおいて、溝１４が設けられていない領域の少なくとも一部には、複数の凸部１３（ドット）が設けられる。対象物Ｗは、複数の凸部１３の上に載置され、複数の凸部１３により支持される。凸部１３は、対象物Ｗの裏面と接する面である。複数の凸部１３が設けられていれば、静電チャック１１０に載置された対象物Ｗの裏面と第１主面１１ａとの間に空間が形成される。凸部１３の高さ、数、凸部１３の面積比率、形状などを適宜選択することで、例えば、対象物Ｗに付着するパーティクルを好ましい状態にすることができる。例えば、複数の凸部１３の高さ（Ｚ軸方向における寸法）は、１μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは１μｍ以上３０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上１５μｍ以下とすることができる。
セラミック誘電体基板１１は、溝１４と接続された貫通孔１５を有する。貫通孔１５は、第２主面１１ｂから第１主面１１ａにかけて設けられる。すなわち、貫通孔１５は、第２主面１１ｂから第１主面１１ａまでＺ軸方向に延び、セラミック誘電体基板１１を貫通する。
ベースプレート５０には、ガス導入路５３が設けられる。ガス導入路５３は、例えば、ベースプレート５０を貫通するように設けられる。ガス導入路５３は、ベースプレート５０を貫通せず、他のガス導入路５３の途中から分岐してセラミック誘電体基板１１側まで設けられていてもよい。また、ガス導入路５３は、ベースプレート５０の複数箇所に設けられてもよい。
ガス導入路５３は、貫通孔１５と連通する。すなわち、ガス導入路５３に流入した伝達ガス（ヘリウム（Ｈｅ）等）は、ガス導入路５３を通過した後に、貫通孔１５に流入する。
貫通孔１５に流入した伝達ガスは、貫通孔１５を通過した後に、対象物Ｗと溝１４との間に設けられた空間に流入する。これにより、対象物Ｗを伝達ガスによって直接冷却することができる。
従来の静電チャックは、例えば−２０℃程度の低温の環境下では使用可能であるが、−６０℃程度の極低温の環境下では、セラミック誘電体基板１１とベースプレート５０とを接合する接合層６０の柔軟性が低下し、セラミック誘電体基板１１がベースプレート５０から剥離したり、場合によってはセラミック誘電体基板１１が割れて破損したりするおそれがある。
そこで、実施形態においては、接合層６０の柔軟性に関わる物性として、例えば、伸び率αに着目する。以下の説明においては、−６０℃における接合層６０の伸び率をα１、２５℃における接合層６０の伸び率をα２とする。
実施形態において、−６０℃における接合層６０の伸び率α１は、例えば、１２０％以上、好ましくは１７５％以上、より好ましくは２００％以上、さらに好ましくは２２０％以上、さらに好ましくは２４０％以上である。
伸び率α１が１２０％以上であれば、極低温の環境下において、接合層６０が十分な伸び率αを有しているため、接合層６０に十分な柔軟性を確保することができる。これにより、極低温の環境下において、セラミック誘電体基板１１にかかる応力を抑制し、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制できる。なお、伸び率α１の上限は、特に限定されないが、例えば、１０００％以下である。
また、２５℃における接合層６０の伸び率α２は、例えば、１５０％以上、好ましくは２００％以上、より好ましくは２５０％以上である。
伸び率α２が１５０％以上であれば、室温の環境下において、接合層６０が十分な伸び率αを有しているため、接合層６０に十分な柔軟性を確保することができる。これにより、室温の環境下において、セラミック誘電体基板１１にかかる応力を抑制し、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制できる。なお、伸び率α２の上限は、特に限定されないが、例えば、１６５０％以下である。
また、伸び率α２に対する伸び率α１の比α１／α２は、例えば、０．６０以上、好ましくは０．８０以上、さらに好ましくは０．９０以上である。
伸び率αの比α１／α２が０．６０以上であれば、室温から極低温の環境下においた際に、セラミック誘電体基板１１とベースプレート５０との間の熱膨張率差を緩和することができる。これにより、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制できる。なお、伸び率αの比α１／α２の上限は、特に限定されないが、例えば、１．５以下である。
また、実施形態においては、接合層６０の柔軟性に関わる物性として、例えば、接合強度βに着目する。以下の説明においては、−６０℃における接合層６０の接合強度をβ１、２５℃における接合層６０の接合強度をβ２とする。
実施形態において、−６０℃における接合層６０の接合強度β１は、例えば、０．４ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下、好ましくは０．４ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下、より好ましくは０．４ＭＰａ以上１．９ＭＰａ以下、さらに好ましくは０．４ＭＰａ以上１．４ＭＰａ以下である。また、接合強度β１は、好ましくは０．７ＭＰａ以上である。
接合強度β１が０．４ＭＰａ以上であれば、極低温の環境下において、セラミック誘電体基板１１及びベースプレート５０の間に位置する接合層６０のアンカー効果が弱くなり過ぎない。これにより、極低温の環境下において、セラミック誘電体基板１１とベースプレート５０とをより確実に接合させることができる。
接合強度β１が１０ＭＰａ以下であれば、極低温の環境下において、セラミック誘電体基板１１及びベースプレート５０の間に位置する接合層６０のアンカー効果が強くなり過ぎない。これにより、極低温の環境下において、セラミック誘電体基板１１にかかる応力を抑制し、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制できる。
また、２５℃における接合層６０の接合強度β２は、例えば、０．５ＭＰａ以上１．５ＭＰａ以下、好ましくは０．５ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下である。
接合強度β２が０．５ＭＰａ以上であれば、室温の環境下において、セラミック誘電体基板１１の表面及びベースプレート５０の表面に浸透している接合層６０のアンカー効果が弱くなり過ぎない。これにより、室温の環境下において、セラミック誘電体基板１１とベースプレート５０とをより確実に接合させることができる。
接合強度β２が１．５ＭＰａ以下であれば、室温の環境下において、セラミック誘電体基板１１の表面に接着している接合層６０のアンカー効果が強くなり過ぎない。これにより、室温の環境下において、セラミック誘電体基板１１にかかる応力を抑制し、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制できる。
また、接合強度β２に対する接合強度β１の比β１／β２は、例えば、０．６以上１０以下、好ましくは０．６以上５以下、より好ましくは０．６以上３以下である。また、比β１／β２は、好ましくは０．８以上、より好ましくは１．１以上である。また、比β１／β２は、好ましくは１．９以下である。
接合強度βの比β１／β２が０．６以上であれば、室温でも極低温の環境下でも、セラミック誘電体基板１１及びベースプレート５０の間に位置する接合層６０の十分な接合強度を維持することができ、セラミック誘電体基板１１とベースプレート５０との強固な接合を維持することができる。
接合強度βの比β１／β２が１０以下であれば、室温でも極低温の環境下でも、セラミック誘電体基板１１及びベースプレート５０の間に位置する接合層６０の効果を十分に抑制することができる。これにより、室温から極低温の環境下においた際に、セラミック誘電体基板１１にかかる応力を抑制し、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制できる。
また、実施形態においては、接合層６０の柔軟性に関わる物性として、例えば、弾性率γに着目する。以下の説明においては、−６０℃における接合層６０の弾性率をγ１、２５℃における接合層６０の弾性率をγ２とする。
実施形態において、−６０℃における接合層６０の弾性率γ１は、例えば、０．１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下、好ましくは０．１ＭＰａ以上３ＭＰａ以下、より好ましくは０．１ＭＰａ以上１ＭＰａ以下である。また、弾性率γ１は、好ましくは０．３ＭＰａ以上、より好ましくは０．４ＭＰａ以上である。
弾性率γ１が０．１ＭＰａ以上であれば、極低温の環境下において、接合層６０が十分な復元性を有するため、セラミック誘電体基板１１とベースプレート５０との間に応力が生じた際にも、セラミック誘電体基板１１の反りを抑制しやすい。これにより、極低温の環境下における、対象物Ｗの面内温度均一性の悪化を抑制できる。
弾性率γ１が１０ＭＰａ以下であれば、極低温の環境下において、接合層６０が硬くなり過ぎることを抑制できる。これにより、極低温の環境下において、セラミック誘電体基板１１にかかる応力を抑制し、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制できる。
また、２５℃における接合層６０の弾性率γ２は、例えば、０．２ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下、好ましくは０．２ＭＰａ以上０．４ＭＰａ以下である。
弾性率γ２が０．２ＭＰａ以上であれば、室温の環境下において、接合層６０が十分な復元性を有するため、セラミック誘電体基板１１とベースプレート５０との間に応力が生じた際にも、セラミック誘電体基板１１の反りを抑制しやすい。これにより、室温の環境下における、対象物Ｗの面内温度均一性の悪化を抑制できる。
弾性率γ２が１．０ＭＰａ以下であれば、室温の環境下において、接合層６０が硬くなり過ぎることを抑制できる。これにより、室温の環境下において、セラミック誘電体基板１１にかかる応力を抑制し、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制できる。
弾性率γ２に対する弾性率γ１の比γ１／γ２は、例えば、０．６以上３０以下、好ましくは０．６以上１０以下、より好ましくは０．６以上３以下である。また、比γ１／γ２は、好ましくは０．８以上、より好ましくは０．９以上である。また、比γ１／γ２は、好ましくは２．１以下である。
弾性率γの比γ１／γ２が０．６以上であれば、室温でも極低温の環境下でも、接合層６０が十分な復元性を維持するため、セラミック誘電体基板１１とベースプレート５０との間に応力が生じた際にも、セラミック誘電体基板１１の反りを抑制しやすい。これにより、室温から極低温の環境下においた際に、対象物Ｗの面内温度均一性の悪化を抑制できる。
弾性率γの比γ１／γ２が３０以下であれば、室温でも極低温の環境下でも、接合層６０が硬くなり過ぎることを抑制できる。これにより、室温から極低温の環境下においた際に、セラミック誘電体基板１１にかかる応力を抑制し、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制できる。
また、上記のように、高周波電源５０４に接続されるベースプレート５０と上部電極５１０との間の距離を短くするために、あるいは、熱の均一性の観点からもセラミック誘電体基板１１は薄くすることが好ましい。一方、セラミック誘電体基板１１が薄い場合には、極低温の環境下において接合層６０が柔軟性を失うと、セラミック誘電体基板１１が割れて破損するおそれがある。これに対し、実施形態によれば、極低温の環境下において、接合層６０が十分な柔軟性を有しているため、セラミック誘電体基板１１が５ｍｍ以下の薄い場合においても、破損等の不具合を効果的に抑制することができる。
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、接合層の伸び率及び接合強度の測定方法を表す説明図である。
図３は、接合層の弾性率の算出方法を表す説明図である。
図４は、接合層の伸び率及び接合強度の測定箇所を例示する説明図である。
実施形態において、接合層６０の伸び率α及び接合強度βは、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した方法で測定することができる。
図３は、接合層の弾性率の算出方法を表す説明図である。
図４は、接合層の伸び率及び接合強度の測定箇所を例示する説明図である。
実施形態において、接合層６０の伸び率α及び接合強度βは、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した方法で測定することができる。
接合層６０の伸び率α及び接合強度βを測定する際には、まず、図２（ａ）に表したように、静電チャック１１０から試験片ＴＰを採取する。試験片ＴＰは、静電チャック１１０をＺ軸方向に貫通するように採取される。つまり、試験片ＴＰは、Ｚ軸方向に積層されたベースプレート５０、接合層６０、及びセラミック誘電体基板１１を含むように採取される。試験片ＴＰは、直径３０ｍｍの円柱形で採取される。採取方法は、例えばヘリカル加工、ウォータージェット切断加工などである。
次に、図２（ｂ）に表したように、試験片ＴＰのセラミック誘電体基板１１及びベースプレート５０に対し、それぞれＸ−Ｙ平面に沿う対向する向きに圧力をかける。この例では、セラミック誘電体基板１１に対してＸ軸方向の負の向きに圧力をかけ、ベースプレート５０に対してＸ軸方向の正の向きに圧力をかけている。圧力は、例えばオートグラフにより印加する。接合層６０の伸び率α及びせん断応力を測定しながら、試験片ＴＰにかける圧力を大きくしていき、図２（ｃ）に表したように、接合層６０を破断させる。
上記の方法で測定された伸び率α及びせん断応力の関係は、例えば、図３に示す曲線で表される。図３に表したように、せん断応力は、接合層６０が破断するまで大きくなり、接合層６０が破断すると小さくなる。すなわち、せん断応力が最大となる時点を接合層６０が破断した時点とみなすことができる。
伸び率αは、１００×（破断したときの接合層６０の伸びＬ１）／（接合層６０の厚さＴ２）で表される。破断したときの接合層６０の伸びＬ１は、破断した時点の、加圧方向（この例では、Ｘ軸方向）における接合層６０の長さの変化量である。接合層６０の厚さＴ２は、Ｚ軸方向における接合層６０の長さである。接合強度βは、接合層６０が破断したときのせん断応力の大きさである。すなわち、接合層６０が破断したときのせん断応力の大きさから接合強度βを求めることができる。
伸び率α及び接合強度βの測定には、例えば、オートグラフ（島津製作所製 ＡＧＳ−Ｘ（５ｋＮ））を用いることができる。測定条件は、例えば、圧縮速度：０．１〜１０ｍｍ／ｍｉｎ、使用ロードセル：５ｋＮ、測定温度：２５℃、−６０℃である。
図３に表したように、接合層６０の弾性率γは、接合層６０が破断するまでの曲線の傾きで表される。換言すれば、弾性率γは、伸び率α及び接合強度βから算出される。具体的には、弾性率γは、（破断したときの接合層６０の接合強度β）／（破断したときの接合層６０の歪み（（破断したときの接合層６０の伸びＬ１）／（接合層６０の厚さＴ２）））で表される。
実施形態においては、静電チャック１１０の少なくとも１箇所から採取された試験片ＴＰにおいて、接合層６０が上記のような伸び率α（伸び率比）、接合強度β（接合強度比）、または弾性率γ（弾性率比）を有していればよい。静電チャック１１０の複数箇所から採取された試験片ＴＰのそれぞれにおいて、接合層６０が上記のような伸び率α（伸び率比）、接合強度β（接合強度比）、または弾性率γ（弾性率比）を有していることが好ましい。また、静電チャック１１０の複数箇所から採取された試験片ＴＰの伸び率α（伸び率比）、接合強度β（接合強度比）、または弾性率γ（弾性率比）の平均値が、上記の伸び率α（伸び率比）、接合強度β（接合強度比）、または弾性率γ（弾性率比）を満たしていることも好ましい。
静電チャック１１０の複数箇所から試験片ＴＰを採取する場合、例えば、図４に表したように、静電チャック１１０のＸ−Ｙ平面の複数個所から試験片ＴＰを採取し、それぞれに対して、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示す方法で接合層６０の伸び率α及び接合強度βを測定する。この例では、静電チャック１１０のＸ−Ｙ平面の中央部１１０ａ、外周部１１０ｂで４箇所、及び中央部１１０ａと外周部１１０ｂとの中間部１１０ｃで４箇所の計９箇所から試験片ＴＰを採取する場合を示している。
例えば、上記の９箇所から採取された試験片ＴＰの少なくとも１つにおいて、接合層６０が上記のような伸び率α（伸び率比）、接合強度β（接合強度比）、または弾性率γ（弾性率比）を有していればよい。
図５及び図６は、実施形態に係る静電チャックの接合層の一例の物性を表すグラフである。
図６は、図５のＡ部を拡大したグラフである。
図７は、実施形態に係る静電チャックの接合層の一例の物性を表す表である。
実施例１は、実施形態に係る静電チャック１１０の一例である。参考例１は、実施例１とは物性が異なる接合層６０を有する静電チャックの一例である。
図６は、図５のＡ部を拡大したグラフである。
図７は、実施形態に係る静電チャックの接合層の一例の物性を表す表である。
実施例１は、実施形態に係る静電チャック１１０の一例である。参考例１は、実施例１とは物性が異なる接合層６０を有する静電チャックの一例である。
図２（ａ）〜図２（ｃ）及び図３に示した測定・算出方法で測定・算出した実施例１及び参考例１の接合層６０の伸び率α、接合強度β、及び弾性率γを図５〜図７に示す。
また、実施例１及び参考例１に対して、剥離／割れ試験を行った結果を図７に示す。剥離／割れ試験では、セラミック誘電体基板１１とベースプレート５０とを接合層６０で接合したサンプルを作製し、サンプルを−６０℃に少なくとも３０００時間放置した後、室温に戻し、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離の有無、及び、セラミック誘電体基板１１の割れの有無を評価した。接合層６０の剥離の有無は、接合層６０の断面を顕微鏡で観察しクラックなどの有無を評価する直接観察と、超音波を当てて接合層６０の内部のクラックなどの有無を評価する超音波探傷と、で行った。直接観察及び超音波探傷の少なくともいずれかでクラックが見られたものを剥離「あり」、直接観察及び超音波探傷の両方でクラックが見られなかったものを剥離「なし」と評価した。また、セラミック誘電体基板１１の割れの有無は、セラミック誘電体基板１１を目視で観察し、割れが見られたものを割れ「あり」、割れが見られなかったものを割れ「なし」と評価した。
図５〜図７に表したように、参考例１において、伸び率α１は１０７％、伸び率α２は１９５％、伸び率αの比α１／α２は０．５である。参考例１においては、接合層６０がこのような伸び率α（伸び率比）を有するため、室温（２５℃）の環境下では、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れが発生していないものの、極低温（−６０℃）の環境下では、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れが発生している。
これに対し、実施例１において、伸び率α１は２２５％、伸び率α２は１９０％、伸び率αの比α１／α２は１．２である。実施例１においては、接合層６０がこのような伸び率α（伸び率比）を有するため、室温（２５℃）の環境下及び極低温（−６０℃）の環境下のいずれでも、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れが発生していない。
このように、接合層６０の伸び率α１を１２０％以上、または、伸び率αの比α１／α２を０．６０以上にすることで、極低温の環境下における、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制することができる。
また、図５〜図７に表したように、参考例１において、接合強度β１は２９．８ＭＰａ、接合強度β２は０．５６ＭＰａ、接合強度βの比β１／β２は５３．２である。参考例１においては、接合層６０がこのような接合強度β（接合強度比）を有するため、室温（２５℃）の環境下では、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れが発生していないものの、極低温（−６０℃）の環境下では、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れが発生している。
これに対し、実施例１において、接合強度β１は１．４２ＭＰａ、接合強度β２は０．８３ＭＰａ、接合強度βの比β１／β２は１．７である。実施例１においては、接合層６０がこのような接合強度β（接合強度比）を有するため、室温（２５℃）の環境下及び極低温（−６０℃）の環境下のいずれでも、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れが発生していない。
このように、接合層６０の接合強度β１を０．４ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下にすることで、極低温の環境下における、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制することができる。
また、図５〜図７に表したように、参考例１において、弾性率γ１は２８ＭＰａ、弾性率γ２は０．２９ＭＰａ、弾性率γの比γ１／γ２は９６．６である。参考例１においては、接合層６０がこのような弾性率γ（弾性率比）を有するため、室温（２５℃）の環境下では、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れが発生していないものの、極低温（−６０℃）の環境下では、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れが発生している。
これに対し、実施例１において、弾性率γ１は０．６３ＭＰａ、弾性率γ２は０．４４ＭＰａ、弾性率γの比γ１／γ２は１．４である。実施例１においては、接合層６０がこのような弾性率γ（弾性率比）を有するため、室温（２５℃）の環境下及び極低温（−６０℃）の環境下のいずれでも、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れが発生していない。
このように、接合層６０の弾性率γ１を０．１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下、または、弾性率γの比γ１／γ２を０．６以上３０以下にすることで、極低温の環境下における、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制することができる。
図８は、実施形態に係る静電チャックの接合層の一例の物性を表す表である。
実施例２〜１４は、実施形態に係る静電チャック１１０の一例である。
実施例１及び参考例１と同様にして測定・算出した実施例２〜１４の接合層６０の伸び率α、接合強度β、及び弾性率γを図８に示す。また、実施例１及び参考例１と同様にして剥離／割れ試験を行った結果を図８に示す。
実施例２〜１４は、実施形態に係る静電チャック１１０の一例である。
実施例１及び参考例１と同様にして測定・算出した実施例２〜１４の接合層６０の伸び率α、接合強度β、及び弾性率γを図８に示す。また、実施例１及び参考例１と同様にして剥離／割れ試験を行った結果を図８に示す。
図８に表したように、実施例２〜１４において、伸び率α１は１７５％以上２４７％以下、伸び率α２は１５０％以上２８０％以下、伸び率αの比α１／α２は０．８０以上１．１７以下である。実施例２〜１４においては、接合層６０がこのような伸び率α（伸び率比）を有するため、室温（２５℃）の環境下及び極低温（−６０℃）の環境下のいずれでも、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れが発生していない。
このように、接合層６０の伸び率α１を１２０％以上、または、伸び率αの比α１／α２を０．６０以上にすることで、極低温の環境下における、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制することができる。
図８に表したように、実施例２〜１４において、接合強度β１は０．７０ＭＰａ以上１．９０ＭＰａ以下、接合強度β２は０．５１ＭＰａ以上１．６０ＭＰａ以下、接合強度βの比β１／β２は０．８以上１．９以下である。実施例２〜１４においては、接合層６０がこのような接合強度β（接合強度比）を有するため、室温（２５℃）の環境下及び極低温（−６０℃）の環境下のいずれでも、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れが発生していない。
このように、接合層６０の接合強度β１を０．４ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下にすることで、極低温の環境下における、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制することができる。
図８に表したように、実施例２〜１４において、弾性率γ１は０．３４ＭＰａ以上１．０２ＭＰａ以下、弾性率γ２は０．１９ＭＰａ以上０．８１ＭＰａ以下、弾性率γの比γ１／γ２は０．９以上２．１以下である。実施例２〜１４においては、接合層６０がこのような弾性率γ（弾性率比）を有するため、室温（２５℃）の環境下及び極低温（−６０℃）の環境下のいずれでも、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れが発生していない。
このように、接合層６０の弾性率γ１を０．１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下、または、弾性率γの比γ１／γ２を０．６以上３０以下にすることで、極低温の環境下における、セラミック誘電体基板１１のベースプレート５０からの剥離や、セラミック誘電体基板１１の割れを抑制することができる。
図９は、実施形態に係る静電チャックを備えたウェーハ処理装置を模式的に表す断面図である。
図９に表したように、ウェーハ処理装置５００は、処理容器５０１と、高周波電源５０４と、吸着用電源５０５と、上部電極５１０と、静電チャック１１０と、を備えている。処理容器５０１の天井には、処理ガスを内部に導入するための処理ガス導入口５０２、及び、上部電極５１０が設けられている。処理容器５０１の底板には、内部を減圧排気するための排気口５０３が設けられている。静電チャック１１０は、処理容器５０１の内部において、上部電極５１０の下に配置されている。静電チャック１１０のベースプレート５０及び上部電極５１０は、高周波電源５０４と接続されている。静電チャック１１０の電極層１２は、吸着用電源５０５と接続されている。
図９に表したように、ウェーハ処理装置５００は、処理容器５０１と、高周波電源５０４と、吸着用電源５０５と、上部電極５１０と、静電チャック１１０と、を備えている。処理容器５０１の天井には、処理ガスを内部に導入するための処理ガス導入口５０２、及び、上部電極５１０が設けられている。処理容器５０１の底板には、内部を減圧排気するための排気口５０３が設けられている。静電チャック１１０は、処理容器５０１の内部において、上部電極５１０の下に配置されている。静電チャック１１０のベースプレート５０及び上部電極５１０は、高周波電源５０４と接続されている。静電チャック１１０の電極層１２は、吸着用電源５０５と接続されている。
ベースプレート５０と上部電極５１０とは、互いに所定の間隔を隔てて略平行に設けられている。対象物Ｗは、ベースプレート５０と上部電極５１０との間に位置する第１主面１１ａに載置される。
高周波電源５０４からベースプレート５０及び上部電極５１０に電圧（高周波電圧）が印加されると、高周波放電が起こり処理容器５０１内に導入された処理ガスがプラズマにより励起、活性化されて、対象物Ｗが処理される。
吸着用電源５０５から電極層１２に電圧（吸着用電圧）が印加されると、電極層１２の第１主面１１ａ側に電荷が発生し、静電力によって対象物Ｗが静電チャック１１０に吸着保持される。
以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、静電チャックが備える各要素の形状、寸法、材質、配置、設置形態などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
１１ セラミック誘電体基板、 １１ａ 第１主面、 １１ｂ 第２主面、 １２ 電極層、 １３ 凸部、 １４ 溝、 １５ 貫通孔、 ２０ 接続部、 ５０ ベースプレート、 ５０ａ 上部、 ５０ｂ 下部、 ５１ 入力路、 ５２ 出力路、 ５３ ガス導入路、 ５５ 連通路、 ６０ 接合層、 １１０ 静電チャック、 １１０ａ 中央部、 １１０ｂ 外周部、 １１０ｃ 中間部、 ５００ ウェーハ処理装置、 ５０１ 処理容器、 ５０２ 処理ガス導入口、 ５０３ 排気口、 ５０４ 高周波電源、 ５０５ 吸着用電源、 ５１０ 上部電極、 ＴＰ 試験片、 Ｗ 対象物
Claims (6)
- セラミック誘電体基板と、
前記セラミック誘電体基板を支持する金属製のベースプレートと、
前記セラミック誘電体基板と前記ベースプレートとの間に設けられ、樹脂材料を含む接合層と、
を備え、
−６０℃における前記接合層の伸び率α１は、２００％以上であることを特徴とする静電チャック。 - ２５℃における前記接合層の伸び率α２に対する前記伸び率α１の比α１／α２は、０．６０以上であることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
- −６０℃における前記接合層の弾性率γ１は、０．１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の静電チャック。
- ２５℃における前記接合層の弾性率γ２に対する−６０℃における前記接合層の弾性率γ１の比γ１／γ２は、０．６以上３０以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の静電チャック。
- 前記セラミック誘電体基板は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及び酸化イットリウムのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の静電チャック。
- 前記セラミック誘電体基板は、酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項５記載の静電チャック。
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