JP7020238B2 - 静電チャック装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電チャック装置に関する。

従来、ＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の半導体装置を製造する半導体製造工程においては、シリコンウエハ等の板状試料は、静電チャック機能を備えた静電チャック部材に静電吸着により固定されて所定の処理が施される。
例えば、この板状試料にプラズマ雰囲気下にてエッチング処理等を施す場合、プラズマの熱により板状試料の表面が高温になり、表面のレジスト膜が張り裂ける（バーストする）等の問題が生じる。
そこで、この板状試料の温度を所望の一定の温度に維持するために、静電チャック装置が用いられている。静電チャック装置は、上記の静電チャック部材の下面に、金属製の部材の内部に温度制御用の冷却媒体を循環させる流路が形成された温度調整用ベース部材を、シリコーン系接着剤を介して接合・一体化した装置である。
この静電チャック装置では、温度調整用ベース部材の流路に温度調整用の冷却媒体を循環させて熱交換を行い、静電チャック部材の上面に固定された板状試料の温度を望ましい一定の温度に維持しつつ静電吸着し、この板状試料に各種のプラズマ処理を施すようになっている。

ところで、静電チャック装置では、プラズマ処理の際に生じる、電極となる温度調整用ベース部材とウエハの間の放電を防止するために、温度調整用ベース部材を厚さ方向に貫通するように設けられた孔内に接着剤を介してセラミックスからなる碍子が接合されている。このように温度調整用ベース部材内に碍子を設けることにより、温度調整用ベース部材を絶縁している（例えば、特許文献１～４参照）。

特許第４０９５８４２号公報 特許第４４１３６６７号公報 実用新案登録第３１５４６９２号公報 特許第５８２９５０９号公報

温度調整用ベース部材とウエハの間の放電は、静電チャック装置における、絶縁破壊強度が最も低い箇所で生じることが知られている。また、静電チャック装置において、碍子よりも絶縁破壊強度が低い箇所が存在すると、放電を防げないことも知られている。特許文献１～４に記載された発明では、静電チャック装置において、碍子よりも絶縁破壊強度が低い箇所が存在するため、放電を防ぐことが難しかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、耐電圧性に優れ、温度調整用ベース部材とウエハの間の放電を抑制した静電チャック装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、セラミックスからなる静電チャック部材と、金属からなる温度調整用ベース部材とを、接合層を介して接合してなる静電チャック装置であって、前記静電チャック部材、前記温度調整用ベース部材および前記接合層に、その厚さ方向に貫通する冷却ガス導入孔が設けられ、前記温度調整用ベース部材を厚さ方向に貫通する収容孔内に、前記接合層を介してセラミックスからなる碍子が接合され、前記温度調整用ベース部材における前記冷却ガス導入孔は、前記収容孔内に配置された前記碍子を厚さ方向に貫通する貫通孔であり、前記碍子は、前記静電チャック部材側の端部において、前記温度調整用ベース部材側から前記静電チャック部材側に向けて水平断面の面積が徐々に小さくなるテーパ部を有し、前記テーパ部と前記接合層の間に界面がある静電チャック装置を提供する。

本発明の一態様においては、前記テーパ部は、前記温度調整用ベース部材側における水平断面の直径と、前記静電チャック部材側における水平断面の直径との差が０．２ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下としてもよい。
本発明の一態様においては、前記碍子の前記静電チャック部材側の端面は、前記温度調整用ベース部材の前記静電チャック部材側の面と同一面上としてもよい。

本発明によれば、耐電圧性に優れ、温度調整用ベース部材とウエハの間の放電を抑制した静電チャック装置を提供することができる。

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。 本発明の一実施形態の静電チャック装置の接合層を示す横断面図である。 実験例１で用いた試験体を示す模式図である。 実験例２で用いた試験体を示す模式図である。 実験例３で用いた試験体を示す模式図である。

本発明の静電チャック装置の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、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。

＜静電チャック装置＞
以下、図１を参照しながら、本実施形態に係る静電チャック装置について説明する。
なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率等は適宜異ならせてある。

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。図１に示すように、静電チャック装置１は、円板状の静電チャック部材２と、静電チャック部材２を所望の温度に調整する円板状の温度調節用ベース部材３と、これら静電チャック部材２および温度調整用ベース部材３を接合・一体化する接合層４と、を有している。
以下の説明においては、載置板１１の載置面１１ａ側を「上」、温度調整用ベース部材３側を「下」として記載し、各構成の相対位置を表すことがある。

［静電チャック部材］
静電チャック部材２は、上面が半導体ウエハ等の板状試料を載置する載置面１１ａとされたセラミックスからなる載置板１１と、載置板１１の載置面１１ａとは反対の面側に設けられた支持板１２と、これら載置板１１と支持板１２との間に挟持された静電吸着用電極１３と、載置板１１と支持板１２とに挟持され静電吸着用電極１３の周囲を囲む環状の絶縁材１４と、静電吸着用電極１３に接するように支持板１２の固定孔１５内に設けられた給電端子１６と、を有している。

これら載置板１１、支持板１２および静電吸着用電極１３には、その厚さ方向に貫通する冷却ガス導入孔１７が中心軸に対して回転対称となる位置に計４個形成されている。

［載置板］
載置板１１の載置面１１ａには、半導体ウエハ等の板状試料を支持するための多数の突起が立設され（図示略）ている。さらに、載置板１１の載置面１１ａの周縁部には、ヘリウム（Ｈｅ）等の冷却ガスが漏れないように、幅が１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下、高さが上記の突起と同じ高さの周縁壁が形成され（図示省略）ている。この周縁壁の内側は、板状試料を静電吸着する吸着領域とされている。上記の冷却ガス導入孔１７を介して、載置板１１の載置面１１ａと突起頂面に載置された板状試料との隙間に、冷却ガスが供給されるようになっている。

載置板１１を構成するセラミックスとしては、体積固有抵抗値が１０^１３Ω・ｃｍ以上かつ１０^１５Ω・ｃｍ以下程度であり、機械的な強度を有し、しかも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ものであれば特に制限されるものではない。このようなセラミックスとしては、例えば、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、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）－炭化ケイ素（ＳｉＣ）複合焼結体等が好適に用いられる。

載置板１１の厚さは、０．３ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上かつ１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。載置板１１の厚さが０．３ｍｍ以上であれば、耐電圧性に優れる。一方、載置板１１の厚さが３．０ｍｍ以下であれば、静電チャック部材２の静電吸着力が低下することがなく、載置板１１の載置面１１ａに載置される板状試料と温度調整用ベース部材３との間の熱伝導性が低下することもなく、処理中の板状試料の温度を好ましい一定の温度に保つことができる。

［支持板］
支持板１２は、載置板１１と静電吸着用電極１３を下側から支持している。

支持板１２は、載置板１１を構成するセラミックスと同様の材料からなる。
支持板１２の厚さは、０．３ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上かつ１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。支持板１２の厚さが０．３ｍｍ以上であれば、充分な耐電圧を確保することができる。一方、支持板１２の厚さが３．０ｍｍ以下であれば、静電チャック部材２の静電吸着力が低下することがなく、載置板１１の載置面１１ａに載置される板状試料と温度調整用ベース部材３との間の熱伝導性が低下することもなく、処理中の板状試料の温度を好ましい一定の温度に保つことができる。

［静電吸着用電極］
静電吸着用電極１３では、電圧を印加することにより、載置板１１の載置面１１ａに板状試料を保持する静電吸着力が生じる。

静電吸着用電極１３を構成する材料としては、チタン、タングステン、モリブデン、白金等の高融点金属、グラファイト、カーボン等の炭素材料、炭化ケイ素、窒化チタン、炭化チタン等の導電性セラミックス等が好適に用いられる。これらの材料の熱膨張係数は、載置板１１の熱膨張係数に出来るだけ近似していることが望ましい。

静電吸着用電極１３の厚さは、５μｍ以上かつ２００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上かつ１００μｍ以下であることがより好ましい。静電吸着用電極１３の厚さが５μｍ以上であれば、充分な導電性を確保することができる。一方、静電吸着用電極１３の厚さが２００μｍ以下でれば、載置板１１の載置面１１ａに載置される板状試料と温度調整用ベース部材３との間の熱伝導性が低下することがなく、処理中の板状試料の温度を望ましい一定の温度に保つことができる。また、プラズマ透過性が低下することがなく、安定にプラズマを発生させることができる。

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］
絶縁材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を保護するためのものである。
絶縁材１４は、載置板１１および支持板１２と同一組成、または主成分が同一の絶縁性材料から構成されている。絶縁材１４により、載置板１１と支持板１２とが、静電吸着用電極１３を介して接合一体化されている。

［給電端子］
給電端子１６は、静電吸着用電極１３に電圧を印加するためのものである。
給電端子１６の数、形状等は、静電吸着用電極１３の形態、すなわち単極型か、双極型かにより決定される。

給電端子１６の材料は、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い。給電端子１６の材料としては、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であることが好ましく、例えば、コバール合金、ニオブ（Ｎｂ）等の金属材料、各種の導電性セラミックスが好適に用いられる。

［温度調整用ベース部材］
温度調整用ベース部材３は、金属およびセラミックスの少なくとも一方からなる厚みのある円板状のものである。温度調整用ベース部材３の躯体は、プラズマ発生用内部電極を兼ねた構成とされている。温度調整用ベース部材３の躯体の内部には、水、Ｈｅガス、Ｎ_２ガス等の冷却媒体を循環させる流路（図示略）が形成されている。また、温度調整用ベース部材３の躯体の内部には、静電チャック部材２と同様に、固定孔１５も形成されている。さらに、温度調整用ベース部材３の躯体の内部には、温度調整用ベース部材３を厚さ方向に貫通する収容孔１８が形成されている。

温度調整用ベース部材３に設けられた収容孔１８内には、静電チャック部材２および温度調整用ベース部材３を接合・一体化する接合層４が延在し、その接合層４を介して、収容孔１８にセラミックスからなる碍子２１が接合・一体化されている。
碍子２１には、碍子２１の中央部を、その厚さ方向に貫通する貫通孔２２が形成されている。碍子２１に設けられた貫通孔２２は、静電チャック部材２および接合層４に設けられた冷却ガス導入孔１７と連通している。すなわち、温度調整用ベース部材３における冷却ガス導入孔１７は、収容孔１８内に配置された碍子２１を厚さ方向に貫通する貫通孔２２である。

碍子２１は、静電チャック部材２側の端部において、温度調整用ベース部材３側から静電チャック部材２側に向けて水平断面の面積が徐々に小さくなるテーパ部２３を有する。すなわち、テーパ部２３は、静電チャック部材２側における水平断面の面積（直径）が、温度調整用ベース部材３における水平断面の面積（直径）よりも小さくなっている。

テーパ部２３は、温度調整用ベース部材３側における水平断面の直径と、静電チャック部材２側における水平断面の直径との差が０．２ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．４ｍｍ以上かつ０．８ｍｍ以下であることがより好ましい。
温度調整用ベース部材３側における水平断面の直径と、静電チャック部材２側における水平断面の直径との差が０．２ｍｍ以上であれば、碍子２１と接合層４の界面の長さが長くなり、耐電圧性が十分に向上する。一方、温度調整用ベース部材３側における水平断面の直径と、静電チャック部材２側における水平断面の直径との差が１．０ｍｍ以下であれば、接合層４の厚さが厚くなることにより静電チャック部材２の温度の温度にばらつきが生じることを抑えられる。

また、碍子２１の静電チャック部材２の端面（上面）２１ａは、温度調整用ベース部材３の面（上面）３ａと同一面上にあることが好ましい。

温度調整用ベース部材３の躯体は、外部の高周波電源３１に接続されている。また、温度調整用ベース部材３の固定孔１５内には、その外周が絶縁材料３２により囲繞された給電端子１６が、絶縁材料３２を介して固定されている。給電端子１６は、外部の直流電源３３に接続されている。

温度調整用ベース部材３を構成する材料は、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されるものではない。温度調整用ベース部材３を構成する材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等が好適に用いられる。
温度調整用ベース部材３における少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理またはポリイミド系樹脂による樹脂コーティングが施されていることが好ましい。また、温度調整用ベース部材３の全面が、前記のアルマイト処理または樹脂コーティングが施されていることがより好ましい。

温度調整用ベース部材３にアルマイト処理または樹脂コーティングを施すことにより、温度調整用ベース部材３の耐プラズマ性が向上するとともに、異常放電が防止される。したがって、温度調整用ベース部材３の耐プラズマ安定性が向上し、また、温度調整用ベース部材３の表面傷の発生も防止することができる。

碍子２１を構成する材料は、プラズマやラジカル（フリーラジカル）に対して耐久性を有するセラミックスが好ましく、このようなセラミックスとしては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、サイアロン、窒化ホウ素（ＢＮ）および炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる群から選択される１種からなるセラミックス、あるいは２種以上を含む複合セラミックス等が好適に用いられる。

［接合層］
接合層４は、図２に示すように、硬化体であるシリコーン系樹脂組成物と、フィラーとを含有する複合材料４１に、静電チャック部材２を平面視した場合に多角形状のセラミックスからなるスペーサ４２が複数個、同一平面内に略一定の密度で略規則的に配列されている。静電チャック部材２を平面視するとは、静電チャック部材２を載置板１１の載置面１１ａ側から視ることである。また、接合層４は、温度調整用ベース部材３に設けられた収容孔１８内に延在し、収容孔１８に碍子２１を接合・一体化している。さらに、さらに、接合層４の内部には、静電チャック部材２と同様に、固定孔１５および冷却ガス導入孔１７も形成されている。

図２では、スペーサ４２が、最外周の同心円上に等間隔に８個、それよりも内側の同心円上に等間隔に８個、最内周の同心円上に等間隔に４個配置されている。これらのスペーサ４２は、直線状に並ばないように配置されている。

スペーサ４２は、静電チャック部材２と温度調整用ベース部材３とを一定の厚さで接合するためのものである。スペーサ３２の材料としては、高い誘電体損失（ｔａｎδ）を有しない材料、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）等の焼結体が好適に用いられる。なお、炭化ケイ素（ＳｉＣ）焼結体、アルミニウム（Ａｌ）等の金属板、フェライト（Ｆｅ_２Ｏ_３）等の磁性材料といった高い誘電体損失を有する材料は放電の原因となるので好ましくない。

以下、接合層４について、詳細に説明する。
シリコーン系樹脂組成物としては、公知文献（特開平４－２８７３４４号公報）に記載されているシリコーン樹脂を用いることができる。
このシリコーン樹脂は、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重合体である。このシリコーン樹脂は、例えば、下記の化学式（１）、化学式（２）で表すことができる。

（但し、Ｒは、Ｈまたはアルキル基（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１－：ｎは整数）である。）

（但し、Ｒは、Ｈまたはアルキル基（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１－：ｎは整数）である。）

このようなシリコーン樹脂としては、特に、熱硬化温度が７０℃以上かつ１４０℃以下のシリコーン樹脂を用いることが好ましい。シリコーン樹脂の熱硬化温度が７０℃以上であれば、静電チャック部材２の支持板１２と温度調整用ベース部材３とを接合する際に、接合過程の途中でシリコーン樹脂の硬化が始まることがなく、接合作業に支障を来すことがない。一方、シリコーン樹脂の熱硬化温度が１４０℃以下であれば、支持板１２と温度調整用ベース部材３との熱膨張差を吸収することができるため、載置板１１の載置面１１ａの平坦度が低下することがない。また、支持板１２と温度調整用ベース部材３との間の接合力が低下することがなく、これらの間で剥離が生じることもない。

シリコーン樹脂としては、硬化後のヤング率が８ＭＰａ以下のものを用いることが好ましい。硬化後のヤング率が８ＭＰａ以下であれば、接合層４に昇温、降温の熱サイクルが負荷された際にも支持板１２と温度調整用ベース部材３との熱膨張差を吸収することができるため、接合層４の耐久性が低下することを防止できる。

フィラーとしては、高熱伝導性の材料であれば特に制限されるものではない。高熱伝導性のフィラーとしては、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス粉末や、アルミニウム（Ａｌ）等の金属粉末が挙げられる。フィラーとしては、熱伝導性に優れている点から、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子の表面に酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなる被覆層が形成された表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子が好ましい。

また、表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子の表面に酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなる被覆層が形成されているため、表面被覆が施されていない単なる窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子と比較して、優れた耐水性を有している。したがって、シリコーン系樹脂組成物を主成分とする接合層４の耐久性を確保することができ、よって静電チャック装置１の耐久性を飛躍的に向上させることができる。

表面被覆が施されていない窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子は、下記の化学反応式（３）で示されるように、例えば、大気中の水により加水分解されて水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）_３）とアンモニア（ＮＨ_３）を生成する。この水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）_３）により、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の熱伝導性が低下する。
ＡｌＮ＋３Ｈ_２Ｏ→Ａｌ（ＯＨ）_３＋ＮＨ_３ （３）

一方、表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子の表面が、優れた耐水性を有する酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなる被覆層により被覆されているため、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が大気中の水により加水分解されることがなく、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の熱伝導性が低下することもない。したがって、接合層４の耐久性が向上し、また、半導体ウエハ等の板状試料への汚染源となることもない。

表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子は、被覆層中のケイ素（Ｓｉ）とシリコーン系樹脂組成物とにより強固な結合状態を得ることが可能であるから、接合層４の伸び性を向上させることが可能である。これにより、静電チャック部材２の支持板１２の熱膨張率と温度調整用ベース部材３の熱膨張率との差に起因する熱応力を緩和することができ、静電チャック部材２と温度調整用ベース部材３とを精度よく、強固に接合することができる。また、使用時の熱サイクル負荷に対する耐性が充分なものとなり、静電チャック装置の耐久性が向上する。

この表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子の被覆層の厚さは０．００５μｍ以上かつ０．０５μｍ以下であることが好ましく、０．００５μｍ以上かつ０．０３μｍ以下であることがより好ましい。
被覆層の厚さが０．００５μｍ以上であれば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の耐水性（耐湿性）を充分に発現することができる。一方、被覆層の厚さが０．０５μｍ以下であれば、表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子の熱伝導性が低下することがなく、ひいては載置板１１の載置面１１ａに載置される板状試料と温度調整用ベース部材３との間の熱伝導性が低下することがない。したがって、処理中の板状試料の温度を好ましい一定の温度に保つことができる。

この表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子の平均粒径は、１μｍ以上かつ２０μｍ以下であることが好ましい。
この表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子の平均粒径が１μｍを下回ると、粒子同士の接触が不十分となり、結果的に熱伝導率が劣化する虞があり、また、粒径が細か過ぎると取扱等の作業性の低下を招くこととなり好ましくない。一方、平均粒径が２０μｍを越えると、局所的に見た場合、接合層４内におけるシリコーン系樹脂組成物の占める割合が減少し、接合層４の伸び性、接着強度の低下を招くことがあり、また、その場合、粒子の脱離が発生し易くなり、接合層４に空孔（ポア）が生じることとなり、結果的に熱伝導性、伸び性、接着強度の劣化を招くので好ましくない。

この接合層４における表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子の含有量は、２０ｖｏｌ％以上かつ４０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。
この表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子の含有量が２０ｖｏｌ％を下回ると，接合層４の熱伝導性が低下し、ひいては載置板１１の載置面１１ａに載置される板状試料と温度調整用ベース部材３との間の熱伝導性が低下し、処理中の板状試料の温度を好ましい一定の温度に保つことが困難なものとなるからであり、一方、含有量が４０ｖｏｌ％を越えると、接合層４の伸び性が低下して熱応力緩和が不充分となり、載置板１１の載置面１１ａの平坦度、平行度が劣化するのみならず、支持板１２と温度調整用ベース部材３との間の接合力が低下し、両者間で剥離が生じる虞があるからである。

この接合層４の厚みは、５０μｍ以上かつ１８０μｍ以下であることが好ましい。
この接合層４の厚みが５０μｍを下回ると、静電チャック部材２と温度調整用ベース部材３との間の熱伝導性は良好となるものの、熱応力緩和が不充分となるからであり、一方、接合層４の厚みが１８０μｍを超えると、静電チャック部材２と温度調整用ベース部材３との間の熱伝導性を十分確保することができず、またプラズマ透過性も低下するからである。

本実施形態の静電チャック装置１によれば、温度調整用ベース部材３を厚さ方向に貫通する収容孔１８内に、接合層４を介して碍子２１が接合され、温度調整用ベース部材３における冷却ガス導入孔１７は碍子２１を厚さ方向に貫通する貫通孔２２であり、碍子２１は、静電チャック部材２側の端部において、温度調整用ベース部材３側から静電チャック部材２側に向けて水平断面の面積が徐々に小さくなるテーパ部２３を有するため、耐電圧性に優れ、温度調整用ベース部材とウェハの間の放電を抑制することができる。

以下、本実施形態の静電チャック装置１の製造方法を、静電チャック部材２と温度調整用ベース部材３との接合方法に重点をおいて説明する。

まず、公知の方法により、静電チャック部材２と、温度調整用ベース部材３とを作製する。

一方、シリコーン系樹脂組成物と、フィラーとを、所定の比率で混合し、この混合物に攪拌脱泡処理を施し、シリコーン系樹脂組成物とフィラーとの混合物を調製する。この場合、シリコーン系樹脂組成物の粘度が塗布に適する範囲内、例えば、５０Ｐａ・ｓ以上かつ３００Ｐａ・ｓ以下となるように、混合物に、トルエン、キシレン等の有機溶剤を加えてもよい。

次いで、温度調整用ベース部材３の接合面を、例えば、アセトンを用いて脱脂、洗浄し、この接合面上に、幅１ｍｍ、長さ１ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのセラミックス製のスペーサ４１を、常温硬化型シリコーン接着剤を用いて接着する。

スペーサ４１は、静電チャック部材２と温度調整用ベース部材３とを一定の間隔をおいて接合するためのものである。スペーサ３１の個数、配置する位置は適宜でよい。例えば、直径２９８ｍｍの静電チャック部材２と直径２９８ｍｍの温度調整用ベース部材３とを接合する場合には、温度調整用ベース部材３上に最外周の同心円上に８個、さらに適度に中心方向に寄った同心円上に８個、さらに中心方向に寄った同心円上に８個配置する。これらのスペーサ４１は、直線状に並ばないように配置する。さらに、中心方向の同心円上に４個、最内周の同心円上に４個配置する。

次いで、常温に所定時間放置して、常温硬化型シリコーン接着剤を十分に硬化させた後、スペーサ４１の上に、接合層４を形成するシリコーン系樹脂組成物を塗布する。シリコーン系樹脂組成物の塗布量は、静電チャック部材２と温度調整用ベース部材３とを一定の間隔を置いて接合するため所定の範囲内にする。
例えば、直径２９８ｍｍの静電チャック部材２と直径２９８ｍｍの温度調整用ベース部材３とを接合する場合には、温度調整用ベース部材３の接合面に２０ｇ～２２ｇ、静電チャック部材２の接合面に１５ｇ～１７ｇ、それぞれ塗布する。

このシリコーン系樹脂組成物の塗布方法としては、ヘラ等を用いて手動で塗布する他、バーコート法、スクリーン印刷法等を用いることができる。

塗布後、静電チャック部材２と温度調整用ベース部材３とをシリコーン系樹脂組成物を介して重ね合わせ、静電チャック部材２と温度調整用ベース部材３との間隔がスペーサ４１の厚さになるまで、静電チャック部材２と温度調整用ベース部材３の積層体を押し潰して、余分なシリコーン系樹脂組成物を押し出して、除去する。押し潰す際の温度は、シリコーン系樹脂組成物の流動性が最も高くなる温度が好ましい。

また、シリコーン系樹脂組成物中の気泡を除去するために、静電チャック部材２と温度調整用ベース部材３とを重ね合わせた後に真空脱泡処理を施すことも、強固かつ均一な組織を有する接合層４を得るうえで有効である。

その後、シリコーン系樹脂組成物を硬化させる。硬化条件は、用いるシリコーン系樹脂の最適硬化条件に従えばよく、また、硬化時に加圧してもよい。

このようにして静電チャック部材２の支持板１２と温度調整用プレート部材３とを接合し、支持板１２と温度調整用プレート部材３の間に形成された接合層４の熱伝導率の平均値は０．３５Ｗ／ｍＫ以上であり、熱伝導性に優れている。

なお、本実施形態に係る板状試料としては、半導体ウエハに限るものではなく、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、有機ＥＬディスプレイ等の平板型ディスプレイ（ＦＰＤ）用ガラス基板等であってもよい。また、その基板の形状や大きさに合わせて本実施形態の静電チャック装置を設計すればよい。

以下、実験例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。

［実験例１］
接合層の絶縁破壊強度を測定するために、図３に示す試験体を作製した。
図３に示す試験体１００は、金属板１０１と、金属板１０１の一方の面（上面）１０１ａに設けられた接合層１０２と、金属板１０１の一方の面１０１ａにおいて、接合層１０２を囲繞するように設けられた筐体１０３と、筐体１０３により保持され、筐体１０３内にて一端部が接合層１０２内に配置された金属電極１０４と、導線１０５を介して金属板１０１と電気的に接続されるとともに、導線１０６を介して金属電極１０４と電気的に接続された高圧電源１０７と、を備える。
また、金属電極１０４は、その一端面（下面）１０４ａが金属板１０１の一方の面１０１ａと対向するように配置されている。

接合層１０２を構成する接着剤としては、加熱硬化型シリコーン接着剤（商品名：ＴＳＥ３２２１、モメンティブ株式会社製）を用いた。
金属板１０１の一方の面１０１ａに金属電極１０４の一端面１０４ａが対向し、金属板１０１の一方の面１０１ａと金属電極１０４の一端面１０４ａの距離ｄ１が所定の長さとなるように、金属電極１０４を配置した。
次いで、上記の接着剤を金属板１０１の一方の面１０１ａに塗布して塗膜を形成し、その塗膜を１５０℃にて１時間加熱して硬化させ、金属板１０１の一方の面１０１ａに接合層１０２を形成した。この際、金属電極１０４の一端部（一端面１０４ａ側の端部）を接合層１０２内に配置した。
次いで、高圧電源１０７を用いて、金属板１０１－金属電極１０４間に電圧を徐々に印加していき、絶縁破壊することで電流が流れる電圧を調べた。なお、金属板１０１の一方の面１０１ａと金属電極１０４の一端面１０４ａの距離ｄ１を、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍと変化させた。
結果を表１に示す。

［実験例２］
接合層と碍子の界面の絶縁破壊強度を測定するために、図４に示す試験体を作製した。
図４に示す試験体２００は、アルミナ板２０１と、アルミナ板２０１の一方の面（上面）２０１ａに設けられた金属板２０２と、金属板２０２の一方の面（上面）２０２ａに設けられた筒状の碍子２０３と、碍子２０３を厚さ方向に貫通する貫通孔２０３ａ内および金属板２０２を厚さ方向に貫通する貫通孔２０２ａ内に配置された金属電極２０４と、アルミナ板２０１の一方の面（上面）２０１ａにおいて、金属板２０２の貫通孔２０２ａ内に設けられ、金属電極２０４をアルミナ板２０１および金属板２０２に接合する接合層２０５と、導線２０６を介して金属板２０２と電気的に接続されるとともに、導線２０７を介して金属電極２０４と電気的に接続された高圧電源２０８と、を備える。
また、金属電極２０４は、その一端面（下面）２０４ａがアルミナ板２０１の一方の面２０１ａと接するように配置されている。

接合層２０５を構成する接着剤としては、加熱硬化型シリコーン接着剤（商品名：ＴＳＥ３２２１、モメンティブ株式会社製）を用いた。
アルミナ板２０１の一方の面２０１ａに金属電極２０４の一端面２０４ａが接し、金属板２０２の貫通孔２０２ａ内に配置された金属電極２０４の外面２０４ｂと、金属板２０２の貫通孔２０２ａの内側面２０２ｂとの距離ｄ２が所定の長さとなるように、金属電極２０４を配置した。
次いで、金属板２０２の貫通孔２０２ａ内において、アルミナ板２０１の一方の面２０１ａに、上記の接着剤を塗布して塗膜を形成し、その塗膜を１５０℃にて１時間加熱して硬化させ、アルミナ板２０１の一方の面２０１ａに接合層２０５を形成した。この際、金属電極２０４の一端部（一端面２０４ａ側の端部）を接合層２０５内に配置した。
次いで、高圧電源２０８を用いて、金属板２０２－金属電極２０４間に電圧を徐々に印加していき、絶縁破壊することで電流が流れる電圧を調べた。なお、金属板２０２の貫通孔２０２ａ内に配置された金属電極２０４の外面２０４ｂと、金属板２０２の貫通孔２０２ａの内側面２０２ｂとの距離ｄ２を、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍと変化させた。
結果を表１に示す。

表１の結果から、接合層と碍子の界面の絶縁破壊強度は、接合層の絶縁破壊強度よりも低く、１１．６ｋＶ／ｍｍ以下であり、碍子の絶縁破壊強度よりも低いことが分かった。
また、接合層の絶縁破壊強度は、５０ｋＶ以上であり、碍子の絶縁破壊強度よりも高く、接合層と碍子の界面の絶縁破壊強度の４倍以上であることが分かった。
以上の実験結果から、温度調整用ベース部材とウエハの間における絶縁破壊に起因する放電を防ぐために、十分な耐電圧性を確保するためには、接合層と碍子の界面の距離を確保する必要があることが分かった。

［実験例３］
碍子のテーパ部の効果を確認するために、図５に示す静電チャック装置を作製した。テーパ部２３における静電チャック部材２側の外径がｄ３、テーパ部２３における温度調整用ベース部材３側の外径がｄ４となるように、碍子２１を作製した。
まず、温度調整用ベース部材３の収容孔１８内に碍子２１を挿入し、加熱硬化型シリコーン接着剤４を介して、温度調整用ベース部材３に碍子２１を接着した。
次に、碍子２１の貫通孔２２の位置と静電チャック部材２の冷却ガス導入孔１７の位置を合せて、加熱硬化型シリコーン接着剤４を介して、温度調整用ベース部材３と静電チャック部材２を接着し、温度調整用ベース部材３と静電チャック部材２の間に接合層４を形成した。その際、接合層４が碍子２１の貫通孔２２内にはみ出さないように施工した。
静電チャック部材２における碍子２１と対向する部分およびその近傍の耐電圧を評価するために、以下の試験を実施した。
まず、静電チャック部材２の冷却ガス導入孔１７をテフロン（登録商標）テープで塞いだ後、静電チャック部材２側が下になるように静電チャック装置を配置した。
碍子２１の貫通孔２２の内部に水を注入し、貫通孔２２の内部に電極を挿入し、温度調整用ベース部材３と電極間に１０ｋＶの電圧を印加し、１０分間保持した。
１０分間で電流値が増加した場合、絶縁破壊したとして不良と判定した。各条件で１２箇所の貫通孔２２の評価を行った。
結果を表２に示す。

表２の結果から、碍子にテーパ部を設けることで、耐電圧性が向上することが確認された。耐電圧性が向上する理由は、碍子２１にテーパ部２３を設けることにより、図５の右側に示すように、温度調整用ベース部材３の収容孔１８内に挿入した碍子２１が位置ずれするような施工のばらつきが生じても、碍子２１と接合層４の界面の長さを十分に確保できるからである。
このように、碍子にテーパ部を設けた場合でも、接合層の内部を通って最短距離で放電することはなく、強度が低い接合層と碍子の界面で放電することや、接合層と碍子の界面の距離で耐電圧性が決まることが分かった。

本発明の静電チャック装置は、セラミックスからなる静電チャック部材と、金属および／またはセラミックスからなる温度調整用ベース部材とを、シリコーン系樹脂組成物と、表面が酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）により被覆された表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子とを含有する接合層により接合、一体化したものであるから、静電チャック装置以外の、セラミックスからなる部材と、金属およびセラミックスの少なくとも一方からなる部材との接合・一体化に対しても適用可能であり、その有用性は非常に大きいものである。

１ 静電チャック装置
２ 静電チャック部材
３ 温度調整用ベース部材
４ 接合層（加熱硬化型シリコーン接着剤）
１１ 載置板
１１ａ 載置面
１２ 支持板
１３ 静電吸着用電極
１４ 絶縁材
１５ 固定孔
１６ 給電端子
１７ 冷却ガス導入孔
１８ 収容孔
２１ 碍子
２２ 貫通孔
２３ テーパ部
３１ 高周波電源
３２ 絶縁材料
３３ 直流電源
４１ 複合材料
４２ スペーサ

Claims (3)

1. セラミックスからなる静電チャック部材と、金属からなる温度調整用ベース部材とを、接合層を介して接合してなる静電チャック装置であって、
   前記静電チャック部材、前記温度調整用ベース部材および前記接合層に、その厚さ方向に貫通する冷却ガス導入孔が設けられ、
   前記温度調整用ベース部材を厚さ方向に貫通する収容孔内に、前記接合層を介してセラミックスからなる碍子が接合され、
   前記温度調整用ベース部材における前記冷却ガス導入孔は、前記収容孔内に配置された前記碍子を厚さ方向に貫通する貫通孔であり、
   前記碍子は、前記静電チャック部材側の端部において、前記温度調整用ベース部材側から前記静電チャック部材側に向けて水平断面の面積が徐々に小さくなるテーパ部を有し、
   前記テーパ部と前記接合層の間に界面がある静電チャック装置。
2. 前記テーパ部は、前記温度調整用ベース部材側における水平断面の直径と、前記静電チャック部材側における水平断面の直径との差が０．２ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下である請求項１に記載の静電チャック装置。
3. 前記碍子の前記静電チャック部材側の端面は、前記温度調整用ベース部材の前記静電チャック部材側の面と同一面上にある請求項１または２に記載の静電チャック装置。

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