JPWO2013047555A1 - 静電チャック装置 - Google Patents

Abstract

ウエハ等の板状試料を載置する載置面における面内温度分布を均一化することができ、さらには板状試料上におけるプラズマ密度を均一化することで板状試料のプラズマエッチングの面内均一性を向上させることができる静電チャック装置が提供される。そのような静電チャック装置は、上面を板状試料を載置する載置面とするとともに静電吸着用内部電極を内蔵してなる静電チャック部と、この静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備え、この静電チャック部と冷却ベース部との間に所定の形状のヒーターパターン（２１）を有するヒータエレメント（４）を設け、このヒーターパターン（２１）の隙間部分（２３）に、ヒーターパターン（２１）から独立しかつヒーターパターン（２１）と同一の材質からなる島状部（２４）を備えている。

Description

本発明は、静電チャック装置に関し、さらに詳しくは、半導体製造プロセスにおけるプラズマエッチング等のプラズマ処理にて、半導体ウエハ等の板状試料を静電気力により吸着固定する際に好適に用いられ、板状試料の載置面における面内温度分布を均一化することが可能であり、さらには板状試料上におけるプラズマ密度を均一化することで板状試料のプラズマエッチングの面内均一性を向上させることが可能な静電チャック装置に関するものである。
本願は、２０１１年９月２８日に、日本に出願された特願２０１１−２１２９５５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

近年、半導体製造プロセスにおいては、素子の高集積化や高性能化に伴い、微細加工技術の更なる向上が求められている。この半導体製造プロセスの中でもエッチング技術は、微細加工技術の重要な一つであり、近年では、エッチング技術の内でも、高効率かつ大面積の微細加工が可能な技術として、プラズマから発生するラジカル（フリーラジカル）により固体材料に微細パターンを形成するプラズマエッチング技術が主流となっている。

一方、原料ガスをプラズマの働きで化合させ、得られた化合物を基板の上に堆積させる薄膜成長技術の一つとしてプラズマＣＶＤ法がある。この方法は、原料分子を含むガスに高周波の電界を印加することによりプラズマ放電させ、このプラズマ放電にて加速された電子によって原料分子を分解させ、得られた化合物を堆積させる成膜方法である。低温では熱的励起だけでは起こらなかった反応も、プラズマ中では、系内のガスが相互に衝突し活性化されラジカルとなるので、可能となる。

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、表面がウエハを載置する載置面とするとともに静電吸着用内部電極を内蔵してなる静電チャック部と、この静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備えた静電チャック装置が使用されている。

ところで、従来のプラズマエッチング装置では、ウエハを加熱して所望の温度に昇温させる必要があるが、この昇温過程でウエハの面内で温度分布が発生する。例えば、ウエハの中心部では温度が高くなり、縁辺部では温度が低くなる。
また、プラズマエッチング装置の構造や方式の違い等により、ウエハの面内温度分布に差が生じる。
そこで、ウエハの面内温度分布を小さくするために、静電チャック部と冷却ベース部との間に形成された渦巻き状または蛇行状のヒーターパターンを、内側ヒーターパターンと外側ヒーターパターンの２ゾーンのヒーターパターンとし、各ゾーンのヒーターパターンを個別に制御したヒータ機能付き静電チャック装置（例えば、特許文献１等参照）、ヒーターパターンを上下方向に複数層形成することにより、ウエハの吸着面の面内温度分布を小さくしたセラミックヒータ（例えば、特許文献２等参照）等が提案されている。

このヒータ機能付き静電チャック装置は、セラミック製の静電チャック部にヒータを内蔵する方法、静電チャック部の吸着面の裏側、すなわちセラミック板状体の裏面にスクリーン印刷法にてヒータ材料を所定のパターンにて塗布し加熱硬化させることにより、ヒータを取り付ける方法、あるいは、このセラミック板状体の裏面に金属箔やシート状導電材料を貼着することにより、ヒータを取り付ける方法、等によりヒータ内蔵あるいはヒータを取り付けた静電チャック部を作製し、この静電チャック部と、この静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを、有機系接着剤層を介して接着一体化することで得られる。

特開平１１−２９７８０６号公報 特開２００２−３７３８６２号公報

ところで、上述した従来のヒータ機能付き静電チャック装置では、ウエハを載置する載置面における面内温度分布を小さくするために、ヒーターパターンを複数のゾーンに分割して、各ゾーンのヒーターパターンを個別に制御することとしているが、ウエハを載置する載置面における面内温度分布を均一にすることが難しいという問題点があった。
確かに、ヒーターパターンを複数のゾーンに分割し、各ゾーンのヒーターパターンを個別に制御すれば、ウエハの面内温度分布における温度差は小さくなるものの、現在のプラズマエッチング技術が要求するウエハの面内温度分布をさらに均一化することが難しいという問題点があった。より高効率かつより大面積の微細加工が求められている今日では、進歩するプラズマエッチング技術に対応してウエハの面内温度分布をさらに均一化することは現段階では難しいのが現状である。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、ウエハ等の板状試料を載置する載置面における面内温度分布を均一化することができ、さらには板状試料上におけるプラズマ密度を均一化することで板状試料のプラズマエッチングの面内均一性を向上させることができる静電チャック装置を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記の課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、一主面を板状試料を載置する載置面とするとともに静電吸着用内部電極を内蔵してなる静電チャック部と、前記静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備えた静電チャック装置において、静電チャック部と冷却ベース部との間に所定の形状のヒーターパターンを有する加熱部材を設け、ヒーターパターンの隙間部分、ヒーターパターンの内部のいずれか一方または双方に、ヒーターパターンから独立しかつヒーターパターンと同一の材質からなる島状部を１つ以上設けることとすれば、板状試料を載置する載置面における面内温度分布が均一化することを知見し、さらに、ヒーターパターンと島状部とを、ヒーターパターンの断面積より小さな断面積を有する接続部により接続することとすれば、高周波の透過性及び電位差が均一化されることにより、板状試料上におけるプラズマ密度が均一化され、板状試料のプラズマエッチングの面内均一性が向上することを知見し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明の静電チャック装置は、一主面を板状試料を載置する載置面とするとともに静電吸着用内部電極を内蔵してなる静電チャック部と、前記静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備え、前記静電チャック部と前記冷却ベース部との間に所定の形状のヒーターパターンを有する加熱部材を設け、前記ヒーターパターンの隙間部分、前記ヒーターパターンの内部のいずれか一方または双方に、前記ヒーターパターンから独立しかつ前記ヒーターパターンと同一の材質からなる島状部を１つ以上設けてなることを特徴とする。

この静電チャック装置では、静電チャック部と冷却ベース部との間に所定の形状のヒーターパターンを有する加熱部材を設け、このヒーターパターンの隙間部分、このヒーターパターンの内部のいずれか一方または双方に、このヒーターパターンから独立しかつヒーターパターンと同一の材質からなる島状部を１つ以上設けたことにより、板状試料を載置する載置面における面内温度分布が均一化される。

本発明の静電チャック装置においては、前記ヒーターパターンと前記島状部とは、前記ヒーターパターンの断面積より小さな断面積を有する接続部により接続してなることを特徴とする。
この静電チャック装置では、ヒーターパターンと島状部とを、ヒーターパターンの断面積より小さな断面積を有する接続部で接続したことにより、加熱部材を構成するヒーターパターンと島状部とが等電位となり、ヒーターパターンと島状部と接続部とを含む加熱部材全体の高周波の透過性及び電位差が均一化される。よって、板状試料上におけるプラズマ密度が均一化され、板状試料のプラズマエッチングの面内均一性が向上する。

本発明の静電チャック装置においては、前記ヒーターパターン及び前記島状部、または前記接続部は、非磁性金属材料からなることを特徴とする。
この静電チャック装置では、ヒーターパターン及び島状部、または接続部を、非磁性金属材料としたことにより、このヒーターパターン及び島状部、または接続部のパターン形状が板状試料に反映され難くなり、板状試料の面内温度が所望の温度パターンに維持し易くなる。

本発明の静電チャック装置においては、前記ヒーターパターン及び前記島状部、または前記接続部は、絶縁性の有機系接着材層により前記静電チャック部及び前記冷却ベース部に接着一体化されていることを特徴とする。
この静電チャック装置では、ヒーターパターン及び島状部、または接続部を、絶縁性の有機系接着材層により静電チャック部及び冷却ベース部に接着一体化したことにより、この絶縁性の有機系接着材層が静電チャック部と冷却ベース部との間の応力及び熱膨張差を緩和する。

本発明の静電チャック装置によれば、静電チャック部と冷却ベース部との間に所定の形状のヒーターパターンを有する加熱部材を設け、このヒーターパターンの隙間部分、このヒーターパターンの内部のいずれか一方または双方に、このヒーターパターンから独立しかつこのヒーターパターンと同一の材質からなる島状部を１つ以上設けたので、板状試料を載置する載置面における面内温度分布を均一化することができる。

ヒーターパターンと島状部とを、このヒーターパターンの断面積より小さな断面積を有する接続部により接続することにより、ヒーターパターンと島状部とを含む加熱部材全体の高周波の透過性及び電位差を均一化することができる。したがって、板状試料上におけるプラズマ密度を均一化することができ、板状試料のプラズマエッチングの面内均一性を向上させることができる。

ヒーターパターン及び島状部、または接続部を、非磁性金属材料とすることにより、このヒーターパターン及び島状部、または接続部のパターン形状を板状試料に反映し難くすることができ、板状試料の面内温度を所望の温度パターンに維持し易くすることができる。
ヒーターパターン及び島状部、または接続部を、絶縁性の有機系接着材層により静電チャック部及び冷却ベース部に接着一体化することにより、この絶縁性の有機系接着材層により静電チャック部と冷却ベース部との間の応力及び熱膨張差を緩和することができる。

本発明の第１の実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の静電チャック装置の領域Ａにおけるヒータエレメント（加熱部材）を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態の静電チャック装置の領域Ａにおけるヒータエレメント（加熱部材）を示す平面図である。

本発明の静電チャック装置を実施するための形態について、図面に基づき説明する。
なお、この形態は、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。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の静電チャック装置を示す断面図であり、この静電チャック装置１は、円板状の静電チャック部２と、この静電チャック部２を所望の温度に冷却する厚みのある円板状の冷却ベース部３と、静電チャック部２と冷却ベース部３との間に設けられ所定の形状のヒーターパターンを有するヒータエレメント（加熱部材）４と、このヒータエレメント４の上面を静電チャック部２の下面に接着させた絶縁性の有機系接着材層５及びヒータエレメント４の下面を冷却ベース部３の上面に接着させた絶縁性の有機系接着材層６とにより構成されている。

静電チャック部２は、上面（一主面）が半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置する載置面１１ａとされた載置板１１と、この載置板１１と一体化され載置板１１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内部電極１３と、この静電吸着用内部電極１３の周囲に設けられ静電吸着用内部電極１３を絶縁する絶縁材層１４と、支持板１２を貫通するようにして設けられ静電吸着用内部電極１３に直流電圧を印加する給電用端子１５とにより構成されている。
この載置板１１の載置面には、直径が板状試料の厚みより小さい突起部（図示略）が複数個形成されており、これらの突起部が板状試料Ｗを支える構成になっている。

これら載置板１１および支持板１２は、重ね合わせた面の形状が同一形状の円板状のもので、機械的な強度を有し、かつ腐食性ガス及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ものである。
このセラミックス焼結体としては、体積固有抵抗が１０^１３〜 １０^１５Ω・ｃｍ程度で機械的な強度を有し、しかも腐食性ガス及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く、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−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）複合焼結体等が好適に用いられる。

この載置板１１の厚みは０．２ｍｍ以上かつ１．５ｍｍ以下が好ましく、特に好ましくは０．５ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下である。その理由は、載置板１１の厚みが０．２ｍｍ未満であると、充分な耐電圧を確保することができず、一方、１．５ｍｍを超えると、静電吸着力が低下する他、載置板１１の載置面１１ａに載置される板状試料Ｗと冷却ベース部３との間の熱伝導性が低下し、処理中の板状試料Ｗの温度を所望の温度パターンに保つことが困難となるからである。

また、支持板１２の厚みは０．５ｍｍ以上かつ２．８ｍｍ以下が好ましく、特に好ましくは１．０ｍｍ以上かつ２．０ｍｍ以下である。その理由は、支持板１２の厚みが０．５ｍｍ未満であると、充分な耐電圧を確保することができず、一方、２．８ｍｍを超えると、載置板１１の載置面１１ａに載置される板状試料Ｗと冷却ベース部３との間の熱伝導性が低下し、処理中の板状試料Ｗの温度を所望の温度パターンに保つことが困難となるからである。

静電吸着用内部電極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。
この静電吸着用内部電極１３は、その熱膨張係数が載置板１１及び支持板１２の熱膨張係数に出来るだけ近似していることが好ましく、この様な電極材料としては、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）導電性焼結体、窒化チタン（Ｔｉ_３Ｎ_４）導電性焼結体、炭化チタン（ＴｉＣ）導電性焼結体、酸化アルミニウム−炭化タンタル（Ａｌ_２Ｏ_３−Ｔａ_４Ｃ_５）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）導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、または、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）等の高融点金属、あるいは、グラファイト、カーボン等の炭素材料により形成されている。

この静電吸着用内部電極１３の厚みは、特に限定されるものではないが、０．１μｍ以上かつ１００μｍ以下が好ましく、特に好ましくは５μｍ以上かつ２０μｍ以下である。
その理由は、厚みが０．１μｍ未満であると、面積抵抗が大きくなりすぎて充分な導電性を確保することができず、一方、厚みが１００μｍを越えると、この静電吸着用内部電極１３と載置板１１及び支持板１２との間の熱膨張率差に起因して、この静電吸着用内部電極１３と載置板１１及び支持板１２との接合界面にクラックが入り易くなるからである。
このような厚みの静電吸着用内部電極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、静電吸着用内部電極１３を囲繞して腐食性ガス及びそのプラズマから静電吸着用内部電極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内部電極１３の外側の外周部領域を接合一体化するものであり、載置板１１及び支持板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。

給電用端子１５は、静電吸着用内部電極１３に直流電圧を印加するために設けられた棒状のもので、その数及び形状等は、静電吸着用内部電極１３の形態、即ち、この静電吸着用内部電極１３が単極型か、双極型かにより決定される。
この給電用端子１５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内部電極１３及び支持板１２の熱膨張係数に近似したものが好ましく、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、各種の導電性セラミックスが好適に用いられる。
この給電用端子１５は、絶縁性の有機系接着材層５、６及び冷却ベース部３を貫通し、外部の電源（図示略）に接続されている。

静電チャック部２の厚み、すなわち、これら載置板１１、支持板１２、静電吸着用内部電極１３及び絶縁材層１４の合計の厚みは０．７ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下が好ましい。その理由は、静電チャック部２の厚みが０．７ｍｍ未満であると、静電チャック部２の機械的強度を確保することができず、一方、静電チャック部２の厚みが５．０ｍｍを超えると、静電チャック部２の熱容量が大きくなり過ぎてしまい、その結果、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化し、さらには、静電チャック部２の横方向の熱伝達の増加により、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からである。

冷却ベース部３は、静電チャック部２の下側に設けられて、この静電チャック部２を冷却することで載置板１１の載置面を所望の温度に制御するとともに、高周波発生用電極を兼ね備えたものである。
この冷却ベース部３内には、水や有機溶媒等の冷却用媒体を循環させる流路１８が形成され、上記の載置板１１上に載置される板状試料Ｗの温度を所望の温度に維持することができるようになっている。

この冷却ベース部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く、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） 等が好適に用いられる。
この冷却ベース部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。

ヒータエレメント４は、図２に示すように、１本の帯状の金属材料を蛇行させた所定の形状のヒーターパターン２１を有するもので、幅が１０ｍｍ（１００００μｍ）以下、好ましくは３ｍｍ（３０００μｍ）以下、厚みが３００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下である。また、この厚みは１μｍ以上、好ましくは １０μｍ以上である。このヒーターパターン２１の両端部それぞれには給電用端子２２が接続されている。
このヒータエレメント４は、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）薄板等を所望の形状のヒーターパターン２１にエッチング加工することで形成される。

ここで、ヒーターパターン２１の厚みを３００μｍ以下とした理由は、厚みが３００μｍを超えると、ヒーターパターン２１の線幅が狭くなるために、このヒーターパターン２１をエッチング加工する際の線幅の加工精度のばらつきが大きくなり、その結果、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からである。また、ヒーターパターン２１の厚みを１μｍ以上とした理由は、ヒーターパターン２１の厚みがこの値を下回ると抵抗が著しく高くなり、抵抗を下げるためにはヒーターパターン２１の幅を広くしなければならないことから、載置面における面内温度分布を均一にするようにヒーターパターンを設計することが困難となるからである。

このヒーターパターン２１を非磁性金属薄板で形成すると、静電チャック装置１を高周波雰囲気中で用いてもヒータエレメント４が高周波により自己発熱せず、板状試料Ｗの面内温度を所望の一定温度または一定の温度パターンに維持することが容易となるので好ましい。
また、一定厚みの非磁性金属薄板でヒーターパターン２１を形成すると、ヒーターパターン２１の厚みが加熱面全域で一定となり、発熱量も加熱面全域で一定となって温度分布を均一化することができる。

このヒーターパターン２１には、このヒーターパターン２１の平行部分を互いに離間する方向へ移動することで、このヒーターパターン２１間に所定形状の隙間部分２３（図２では、略三日月形状）が形成され、この隙間部分２３には、ヒーターパターン２１から独立した所定形状（図２では、略三日月形状）の島状部２４が設けられている。
この島状部２４は、ヒーターパターン２１と同一の非磁性金属薄板、例えば、チタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、モリブデン（Ｍｏ）薄板等を所望の形状の島状パターンにエッチング加工することで形成される。

この島状部２４は、厚みがヒーターパターン２１と同様に３００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下の略三日月形状のものである。
この島状部２４の個数及び配置は、板状試料Ｗを載置する載置面１１ａにおける面内温度分布が均一化されるように、適宜設定される。
この島状部２４とヒーターパターン２１との間隔は、島状部２４がヒーターパターン２１から電気的に独立することができる程度の間隔であればよく、５００μｍ以上かつ３０００μｍ以下、好ましくは１０００μｍ以上かつ２０００μｍ以下である。

このヒーターパターン２１に、ヒーターパターン２１から独立しかつヒーターパターン２１と同一材料からなる島状部２４を設けたことにより、ヒータエレメント４内に、ヒーターパターン２１の部分と、ヒーターパターン２１を除く部分との温度差がなくなり、その結果、ヒータエレメント４の上部における面内温度分布が均一化され、よって、板状試料Ｗを載置する載置面１１ａにおける面内温度分布が均一化される。

このヒーターパターン２１は、上記のように１つのヒーターパターンにより構成してもよく、相互に独立した２つ以上のヒーターパターンにより構成してもよい。
このように、ヒーターパターン２１を相互に独立した２つ以上のヒーターパターンにより構成すると、これら相互に独立したヒーターパターンを個々に制御することにより、処理中の板状試料Ｗの温度を自由に制御することができるので、好ましい。

絶縁性の有機系接着材層５、６は、ヒータエレメント４を静電チャック部２及び冷却ベース部３それぞれに接着一体化することのできるものであればよく、シート状またはフィルム状の耐熱性及び絶縁性を有する接着性樹脂、例えば、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。
これら絶縁性の有機系接着材層５、６の間に、さらに第３の絶縁性の有機系接着材層を設けることにより、これらの絶縁性の有機系接着材層を３層構造とし、この３層構造の絶縁性の有機系接着材層を介して静電チャック部２及び冷却ベース部３を接着一体化してもよい。この第３の絶縁性の有機系接着材層としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。

この絶縁性の有機系接着材層５、６の厚みは１００μｍ〜５００μｍが好ましく、より好ましくは１５０μｍ〜３００μｍである。この絶縁性の有機系接着材層５、６の面内の厚みのバラツキは１０μｍ以内が好ましい。
ここで、絶縁性の有機系接着材層５、６の面内の厚みのバラツキが１０μｍを超えると、ヒータエレメント４と静電チャック部２との面内間隔、及びヒータエレメント４と冷却ベース部３との面内間隔に１０μｍを超えるバラツキが生じ、その結果、静電チャック部２と冷却ベース部３との間における熱の面内均一性が低下し、静電チャック部２の載置面１１ａにおける面内温度が不均一となり、板状試料Ｗの面内温度の均一性が低下するので、好ましくない。

絶縁性の有機系接着材層５、６には、平均粒径が１μｍ以上かつ１０μｍ以下のフィラー、例えば、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）粒子が含有されていることが好ましい。
この表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子は、有機系接着材層の熱伝導性を改善するために混入されたもので、その混入率を調整することにより、有機系接着剤層５、６各々の熱伝達率を制御することができる。

すなわち、表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子の混入率を高めることにより、静電チャック部２側の有機系接着剤層５を構成する有機系接着剤の熱伝達率を大きくすることができる。
また、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ので、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、有機系接着剤層５、６の耐久性を確保することができ、その結果、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。

この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ので、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虞が無く、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の熱伝達率が低下する虞もなく、有機系接着剤層５、６の耐久性が向上する。
この表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子は、半導体ウエハ等の板状試料Ｗへの汚染源となる虞もない。

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１０μｍ以下が好ましく、より好ましくは２μｍ以上かつ５μｍ以下である。
ここで、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、結果的に熱伝達率が低下する虞があり、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１０μｍを越えると、局所的には有機系接着剤層内における樹脂組成物の占める割合が減少し、有機系接着剤層の伸び性、接着強度の低下を招く虞がある。

次に、この静電チャック装置１の製造方法について説明する。
まず、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−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）複合焼結体等により板状の載置板１１及び支持板１２を作製する。
例えば、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）複合焼結体により載置板１１及び支持板１２を作製する場合、炭化ケイ素粉体及び酸化アルミニウム粉体を含む混合粉体を所望の形状に成形し、その後、例えば１６００℃〜２０００℃の温度、非酸化性雰囲気、好ましくは不活性雰囲気下にて所定時間、焼成することにより得ることができる。

次いで、支持板１２に、給電用端子１５を嵌め込み保持するための固定孔を複数個形成する。
次いで、給電用端子１５を、支持板１２の固定孔に密着固定し得る大きさ、形状となるように作製する。この給電用端子１５の作製方法としては、例えば、給電用端子１５を導電性複合焼結体とした場合、導電性セラミックス粉体を、所望の形状に成形して加圧焼成する方法等が挙げられる。
この導電性セラミックス粉体としては、静電吸着用内部電極１３と同様の材質からなる導電性セラミックス粉体が好ましい。
また、給電用端子１５を金属とした場合、高融点金属を用い、研削法、粉体治金等の金属加工法等により形成する方法等が挙げられる。

次いで、給電用端子１５が嵌め込まれた支持板１２の表面の所定領域に、給電用端子１５に接触するように、上記の導電性セラミックス粉体等の導電材料を有機溶媒に分散した静電吸着用内部電極形成用塗布液を塗布し、乾燥して、静電吸着用内部電極形成層とする。
この塗布法としては、均一な厚さに塗布することができる点で、スクリーン印刷法、スピンコート法等が望ましい。また、他の方法としては、支持板１２の表面の所定領域に、上記の高融点金属薄膜を蒸着法あるいはスパッタリング法により成膜する方法、上記の導電性セラミックスあるいは高融点金属からなる薄板を配設し、エッチング加工により所定形状の静電吸着用内部電極形成層とする方法等がある。

また、支持板１２上の静電吸着用内部電極形成層を形成した領域以外の領域に、絶縁性、耐腐食性、耐プラズマ性を向上させるために、載置板１１及び支持板１２と同一組成または主成分が同一の粉体材料を含む絶縁材層を形成する。
この絶縁材層は、例えば、載置板１１及び支持板１２と同一組成または主成分が同一の絶縁材料粉体を有機溶媒に分散した塗布液を、上記所定領域にスクリーン印刷等で塗布し、乾燥することにより形成することができる。

次いで、支持板１２上の静電吸着用内部電極形成層及び絶縁材層の上に載置板１１を重ね合わせ、次いで、これらを高温、高圧下にてホットプレスして一体化する。このホットプレスにおける雰囲気は、真空、あるいはＡｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等の不活性雰囲気が好ましい。また、圧力は５〜１０ＭＰａが好ましく、温度は１６００℃〜１８５０℃が好ましい。

このホットプレスにより、静電吸着用内部電極形成層は焼成されて導電性複合焼結体からなる静電吸着用内部電極１３となる。同時に、支持板１２及び載置板１１は、絶縁材層１４を介して接合一体化される。
また、給電用端子１５は、高温、高圧下でのホットプレスで再焼成され、支持板１２の固定孔に密着固定される。
そして、これら接合体の上下面、外周およびガス穴等を機械加工し、静電チャック部２とする。

次いで、この静電チャック部２の支持板１２の表面（下面）の所定の領域に、例えば、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のシート状またはフィルム状の耐熱性及び絶縁性を有する有機系接着材を貼着し、絶縁性の有機系接着材層５とする。

次いで、この絶縁性の有機系接着材層５上に、例えば、チタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、モリブデン（Ｍｏ）薄板等の非磁性金属薄板を貼着し、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パターンにエッチング加工し、ヒーターパターン２１と、このヒーターパターン２１から独立した島状部２４とからなるヒータエレメント４とする。
これにより、支持板１２の表面（下面）に所望のヒーターパターン２１と、このヒーターパターン２１から独立した島状部２４とからなるヒータエレメント４が絶縁性の有機系接着材層５を介して形成されたヒータエレメント付き静電チャック部が得られる。

次いで、所定の大きさ及び形状の給電用端子２２を作製する。この給電用端子２２は、ヒータエレメント４のヒーターパターン２１及び島状部２４と同質の材料が好ましい。
次いで、この給電用端子２２をヒータエレメント４に電気的に接続する。接続方法としては、ネジもしくは溶接による方法が挙げられる。

一方、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） 等からなる金属材料に機械加工を施し、必要に応じて、この金属材料の内部に水を循環させる流路等を形成し、さらに、給電用端子１５、２２を嵌め込み保持するための固定孔を形成し、冷却ベース部３とする。
この冷却ベース部３の少なくともプラズマに曝される面には、アルマイト処理を施すか、あるいはアルミナ等の絶縁膜を成膜することが好ましい。

次いで、冷却ベース部３の静電チャック部２との接合面を、例えばアセトンを用いて脱脂、洗浄し、この接合面上の所定位置に、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等のシート状またはフィルム状の耐熱性及び絶縁性を有する有機系接着材を貼着し、絶縁性の有機系接着材層６とする。

次いで、静電チャック部２の絶縁性の有機系接着材層５及びヒーターパターン２１と島状部２４とからなるヒータエレメント４と、冷却ベース部３の絶縁性の有機系接着材層６とを重ね合わせる。この際、給電用端子１５、２２を、冷却ベース部３中に穿孔された給電用端子収容孔（図示略）に挿入し嵌め込む。
次いで、静電チャック部２を上方から所定の圧力にて押圧し、静電チャック部２と冷却ベース部３とを、ヒーターパターン２１と島状部２４とからなるヒータエレメント４及び絶縁性の有機系接着材層５、６を介して接着一体化する。
以上により、静電チャック部２、ヒータエレメント４及び絶縁性の有機系接着材層５と、冷却ベース部３及び絶縁性の有機系接着材層６とは、接合一体化され、本実施形態の静電チャック装置１が得られることとなる。

この静電チャック装置１によれば、ヒータエレメント４を、１本の帯状の金属材料を蛇行させた所定の形状のヒーターパターン２１と、このヒーターパターン２１間に形成された隙間部分２３に設けられヒーターパターン２１から独立した所定形状の島状部２４とにより構成したので、板状試料Ｗを載置する載置面１１ａにおける面内温度分布を均一化することができる。
また、静電チャック部２と冷却ベース部３とを、ヒーターパターン２１と島状部２４とからなるヒータエレメント４及び絶縁性の有機系接着材層５、６を介して接着一体化したので、絶縁性の有機系接着材層５、６により静電チャック部２と冷却ベース部３との間の応力及び熱膨張差を緩和することができる。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態の静電チャック装置の第１の実施形態の領域Ａに対応する位置におけるヒータエレメント（加熱部材）３１を示す平面図であり、本実施形態のヒータエレメント３１が図２に示す第１の実施形態のヒータエレメント４と異なる点は、第１の実施形態のヒータエレメント４では、ヒーターパターン２１間に形成された隙間部分２３に、ヒーターパターン２１から電気的に独立した島状部２４を設けたのに対し、本実施形態のヒータエレメント３１では、ヒーターパターン２１と島状部２４とを、このヒーターパターン２１の断面積より小さな断面積を有しかつヒーターパターン２１及び島状部２４と同一の材料組成からなる接続部３２により接続した点であり、この他の構成要素については、第１の実施形態のヒータエレメント４と全く同様である。

この接続部３２は、ヒーターパターン２１及び島状部２４と同一の非磁性金属薄板、例えば、チタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、モリブデン（Ｍｏ）薄板等を所望の形状にエッチング加工することで形成される。このエッチング加工は、ヒーターパターン２１及び島状部２４のエッチング加工と同時に行うと、精度良く形成することができ、しかも工程を変更することがなく、製造工程が増加する虞もないので、好ましい。

この接続部３２の形状は、幅が２０００μｍ以下、好ましくは１０００μｍ以下、厚みが３００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下の１本の帯状の金属材料からなるもので、その断面積は６００，０００μｍ^２以下、好ましくは１００，０００μｍ^２以下である。
一方、ヒーターパターン２１は、幅が１０ｍｍ（１００００μｍ）以下、好ましくは３ｍｍ（３０００μｍ）以下、厚みが３００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下の１本の帯状の金属材料からなるもので、その断面積は３，０００，０００μｍ^２以下、好ましくは３００，０００μｍ^２以下である。
したがって、この接続部３２の断面積は、ヒーターパターン２１の断面積より小さいものとなっている。

この静電チャック装置によれば、ヒーターパターン２１と島状部２４とを、ヒーターパターン２１の断面積より小さな断面積を有する接続部３２により接続したので、ヒーターパターン２１と島状部２４とを等電位とすることができ、ヒーターパターン２１、島状部２４及び接続部３２を含むヒータエレメント３１全体の高周波の透過性及び電位差を均一化することができる。したがって、板状試料上におけるプラズマ密度を均一化することができ、板状試料のプラズマエッチングの面内均一性を向上させることができる。

なお、本発明の第１及び第２の実施形態の静電チャック装置では、ヒーターパターン２１の平行部分を互いに離間する方向へ移動して形成された隙間部分２３に、ヒーターパターン２１から独立した島状部２４を１つ設けた構成としたが、隙間部分２３に島状部２４を２つ以上設けた構成としてもよい。
また、ヒーターパターン２１の一部を拡張し、この拡張部分に穴を形成して隙間部分とし、この隙間部分に、ヒーターパターン２１から独立した島状部２４を設けた構成としてもよい。

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

［実施例１］
（静電チャック装置の作製）
公知の方法により、内部に厚み１０μｍの静電吸着用内部電極１３が埋設された静電チャック部２を作製した。
この静電チャック部２の載置板１１は、炭化ケイ素を１０質量％含有する酸化アルミニウム−炭化ケイ素複合焼結体であり、直径は３００ｍｍ、厚みは０．５ｍｍの円板状であった。

また、支持板１２も載置板１１と同様、炭化ケイ素を１０質量％含有する酸化アルミニウム−炭化ケイ素複合焼結体であり、直径は３００ｍｍ、厚みは３ｍｍの円板状であった。
これら載置板１１及び支持板１２を静電吸着用内部電極１３及び絶縁材層１４を介して接合一体化した後に機械加工を施し、さらに載置板１１の静電吸着面を、高さが４０μｍの多数の突起部を形成することで凹凸面とすることにより、全体の直径が３００ｍｍ、厚みが４ｍｍの静電チャック部２を作製した。

一方、直径３５０ｍｍ、高さ３０ｍｍのアルミニウム製の冷却ベース部３を、機械加工により作製した。この冷却ベース部３の内部には冷媒を循環させる流路１８を形成した。

次いで、この静電チャック部２の支持板１２の表面（下面）に、絶縁性の有機系接着材シートを貼着し、絶縁性の有機系接着材層５とした。
次いで、この絶縁性の有機系接着材層５上に、厚みが１００μｍのチタン（Ｔｉ）薄板を貼着し、静電チャック部２とチタン（Ｔｉ）薄板とを接着固定した。

次いで、チタン（Ｔｉ）薄板をフォトリソグラフィー法により、所定のヒーターパターン２１及び島状部２４にエッチング加工し、ヒータエレメント４とした。また、このヒータエレメント４に、チタン製の給電用端子２２を溶接法を用いて立設し、静電チャック部２の固定孔に給電用端子１５を嵌め込み固定した。
これにより、ヒータエレメント付き静電チャック部が得られた。

次いで、冷却ベース部３の静電チャック部２との接合面の所定位置に、絶縁性の有機系接着材シートを貼着し、絶縁性の有機系接着材層６とした。
これにより、絶縁性の有機系接着材層付き冷却ベース部が得られた。

次いで、ヒータエレメント付き静電チャック部のヒータエレメント側と、絶縁性の有機系接着材層付き冷却ベース部の有機系接着材層側とを、シリコーン接着剤からなる絶縁性の有機系接着材層を介して重ね合わせることにより、静電チャック部２と冷却ベース部３とを３層構造の絶縁性の有機系接着材層を介して接着・固定させ、実施例１の静電チャック装置を作製した。

（評価）
この静電チャック装置の載置面における面内温度分布を測定し、評価した。評価方法及び評価結果は下記のとおりである。
「面内温度分布」
静電チャック部２の載置面１１ａに直径３００ｍｍのシリコンウエハを静電吸着させ、冷却ベース部３の流路１８に２０℃の冷却水を循環させながら、シリコンウエハの中心温度が６０℃となるようにヒータエレメント４に通電し、このときのシリコンウエハの面内温度分布をサーモグラフィＴＶＳ−２００ＥＸ（日本アビオニクス社製）を用いて測定した。その結果、シリコンウエハの一直径方向の中心温度と周縁部の温度との差は１℃であり、±１℃以内であった。

［実施例２］
チタン（Ｔｉ）薄板を、フォトリソグラフィー法により所定のヒーターパターン２１、島状部２４及び接続部３２にエッチング加工し、ヒータエレメント３１とした他は、実施例１と同様にして、実施例２の静電チャック装置を作製した。
次いで、この静電チャック装置の載置面における面内温度分布を実施例１に準じて測定し、評価した。その結果、シリコンウエハの一直径方向の中心温度と周縁部の温度との差は１℃であり、±１℃以内であった。

「比較例」
チタン（Ｔｉ）薄板をフォトリソグラフィー法により、渦巻き状のヒーターパターンにエッチング加工してヒータエレメントとした他は、実施例１と同様にして、比較例の静電チャック装置を作製した。
次いで、この静電チャック装置の載置面における面内温度分布を実施例１に準じて測定し、評価した。その結果、シリコンウエハの一直径方向の中心温度と周縁部の温度との差は２℃であり、±２℃の範囲を超えていた。

「プラズマ均一性の評価」
実施例１〜２及び比較例各々の静電チャック装置におけるプラズマ均一性の評価を行った。
ここでは、上記の静電チャック装置をプラズマエッチング装置の処理容器内に搭載し、この静電チャック装置の載置面に板状試料を載置した。この板状試料としては、表面にレジスト膜が成膜された直径３００ｍｍ（１２インチ）のウエハを用いた。
そして、このウエハを直流２５００Ｖ印加による静電吸着により載置面に固定しつつ、プラズマを発生させ、レジスト膜のアッシング処理を行った。この処理容器内は０．７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）のＯ_２ガス（１００ｓｃｃｍにて供給）雰囲気とし、プラズマ発生用の高周波電力は周波数１００ＭＨｚ、２ｋＷ とし、また、冷却ガス導入孔より静電チャック装置の載置板１１とウエハとの隙間に所定の圧力（１５Ｔｏｒｒ）のＨｅガスを流し、冷却ベース部３の流路１８に２０℃の冷却水を流した。

アッシング処理終了後、上記ウエハの中心部から外周部にかけてヒータの島状構造部分を通過するようにレジスト膜の膜厚の変化を測定し、エッチング量の面内均一性を観察した。
これらの評価結果によれば、実施例１の静電チャック装置では、エッチング量がウエハの中心部から外周部までほぼ同一であったが、島状部上でわずかに増加していた。また、実施例２の静電チャック装置では、エッチング量がウエハの中心部から外周部までほぼ同一であり、最もプラズマ均一性に優れていることが分かった。

本発明は、ウエハ等の板状試料を載置する載置面における面内温度分布を均一化することが求められ、さらには板状試料上におけるプラズマ密度を均一化することで板状試料のプラズマエッチングの面内均一性を向上させることが求められる静電チャック装置に適用できる。

１ 静電チャック装置
２ 静電チャック部
３ 冷却ベース部
４ ヒータエレメント（加熱部材）
５、６ 絶縁性の有機系接着材層
１１ 載置板
１１ａ 載置面
１２ 支持板
１３ 静電吸着用内部電極
１４ 絶縁材層
１５ 給電用端子
１８ 流路
２１ ヒーターパターン
２２ 給電用端子
２３ 隙間部分
２４ 島状部
３１ ヒータエレメント（加熱部材）
３２ 接続部
Ａ 領域
Ｗ 板状試料

Claims (4)

1. 一主面を板状試料を載置する載置面とするとともに静電吸着用内部電極を内蔵してなる静電チャック部と、前記静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備え、
   前記静電チャック部と前記冷却ベース部との間に所定の形状のヒーターパターンを有する加熱部材を設け、前記ヒーターパターンの隙間部分、前記ヒーターパターンの内部のいずれか一方または双方に、前記ヒーターパターンから独立しかつ前記ヒーターパターンと同一の材質からなる島状部を１つ以上設けてなることを特徴とする静電チャック装置。
2. 前記ヒーターパターンと前記島状部とは、前記ヒーターパターンの断面積より小さな断面積を有する接続部により接続してなることを特徴とする請求項１記載の静電チャック装置。
3. 前記ヒーターパターン及び前記島状部、または前記接続部は、非磁性金属材料からなることを特徴とする請求項１または２記載の静電チャック装置。
4. 前記ヒーターパターン及び前記島状部、または前記接続部は、絶縁性の有機系接着材層により前記静電チャック部及び前記冷却ベース部に接着一体化されていることを特徴とする請求項１または２項記載の静電チャック装置。

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