JPWO2013118781A1 - 静電チャック装置 - Google Patents
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Abstract
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た静電チャック部と、静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備え、静電チャック部と冷却ベース部とは接着層を介して接着一体化され、静電チャック部及び冷却ベース部に形成された冷却用ガス孔に、絶縁碍子と、絶縁碍子の外周部に同軸的に設けられた絶縁碍子とからなる２重管構造の絶縁碍子を、冷却用ガス孔側の接着層の露出面を覆うように設けた。
Description
本発明は、静電チャック装置に関し、さらに詳しくは、電極に高周波を印加してプラズマを生成し、このプラズマにより半導体ウエハ等の板状試料にプラズマエッチング等のプラズマ処理を施す高周波放電方式のプラズマ処理装置に用いて好適な静電チャック装置に関する。
本願は、２０１２年２月８日に、日本に出願された特願２０１２−０２５０３２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０１２年２月８日に、日本に出願された特願２０１２−０２５０３２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、急速に進展するＩＴ技術を支える半導体産業においては、素子の高集積化や高性能化が求められており、そのために、半導体製造プロセスにおいても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プラズマエッチング技術が主流となっている。
このプラズマエッチング技術はドライエッチング技術の一種である。この技術においては、加工対象となる固体材料の上にレジストでマスクパターンを形成し、この固体材料を真空中に支持した状態で、この真空中に反応性ガスを導入し、この反応性ガスに高周波の電界を印加する。これにより、加速された電子がガス分子と衝突してプラズマ状態となり、このプラズマから発生するラジカル（フリーラジカル）とイオンを固体材料と反応させて反応生成物として取り除く。その結果、固体材料に微細パターンを形成する。
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、セラミックス基体の上面をウエハ等の板状試料を載置する載置面とし、内部に静電吸着用の板状電極を埋設した静電チャック部と、内部に冷却水循環用の冷媒流路が形成された冷却ベース部と、を接着層にて接合一体化し、静電チャック部及び冷却ベース部を貫通するように冷却用ガス孔が形成された静電チャック装置が提案され、実用に供されている（特許文献１）。
このような静電チャック装置としては、例えば、セラミックス基体の上面をウエハ等の板状試料を載置する載置面とし、内部に静電吸着用の板状電極を埋設した静電チャック部と、内部に冷却水循環用の冷媒流路が形成された冷却ベース部と、を接着層にて接合一体化し、静電チャック部及び冷却ベース部を貫通するように冷却用ガス孔が形成された静電チャック装置が提案され、実用に供されている（特許文献１）。
上述した従来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を接合一体化している接着層に、プラズマやラジカル（フリーラジカル）がガス流動用孔から進入して、この接着層を浸食する虞があった。
この接着層がプラズマやラジカル（フリーラジカル）により浸食された場合、この接着層の接着強度が低下し、その結果、静電チャック部が冷却ベース部から剥離する虞があるという問題点があった。
この接着層がプラズマやラジカル（フリーラジカル）により浸食された場合、この接着層の接着強度が低下し、その結果、静電チャック部が冷却ベース部から剥離する虞があるという問題点があった。
そこで、接着層がプラズマやラジカル（フリーラジカル）により浸食されるのを防止するために、この接着層の厚みを薄くすることが考えられるが、接着層の厚みを薄くすると、静電チャック部の耐電圧が低下する虞があるという問題点が生じる。
さらに、この静電チャック部は、他の静電チャック装置の静電チャック部と比較して接着層の厚さが薄く、冷却用ガス噴出部の流速が早く、しかも、冷却ガスの熱伝達が大きいことから、この冷却用ガス孔の付近の温度が低下するという問題点もあった。
さらに、この静電チャック部は、他の静電チャック装置の静電チャック部と比較して接着層の厚さが薄く、冷却用ガス噴出部の流速が早く、しかも、冷却ガスの熱伝達が大きいことから、この冷却用ガス孔の付近の温度が低下するという問題点もあった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、プラズマエッチング装置等の処理装置に適用した場合に、静電チャック部と冷却ベース部との間に設けられた接着層をプラズマやラジカル（フリーラジカル）から保護する。これにより、本発明は、静電チャック部における耐電圧を向上させることができ、さらには、冷却用気体孔の付近の温度が低下する虞のない静電チャック装置を提供することを目的とする。
（１）板状試料を載置する載置面を有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は第１の接着層を介して接着一体化され、
前記静電チャック部及び前記冷却ベース部には、これらを貫通する冷却用気体孔及び／又は前記板状試料を着脱するピンを挿入するピン挿入用孔が形成され、
前記冷却用気体孔及び前記ピン挿入用孔のいずれか一方または双方に、第１の絶縁碍子と、前記第１の絶縁碍子の外周部に同軸的に設けられた第２の絶縁碍子とからなる２重管構造の絶縁碍子を、少なくとも前記第１の接着層の露出面を覆うように設けてなる静電チャック装置。
前記静電チャック部と前記冷却ベース部とは第１の接着層を介して接着一体化され、
前記静電チャック部及び前記冷却ベース部には、これらを貫通する冷却用気体孔及び／又は前記板状試料を着脱するピンを挿入するピン挿入用孔が形成され、
前記冷却用気体孔及び前記ピン挿入用孔のいずれか一方または双方に、第１の絶縁碍子と、前記第１の絶縁碍子の外周部に同軸的に設けられた第２の絶縁碍子とからなる２重管構造の絶縁碍子を、少なくとも前記第１の接着層の露出面を覆うように設けてなる静電チャック装置。
（２）前記第１の絶縁碍子の上端部は、薄厚の第２の接着層を介して前記静電チャック部に接着されている前記（１）項記載の静電チャック装置。
（３）前記第２の絶縁碍子の上端部は、前記第１の絶縁碍子の上端部より下方に位置し、かつ前記第１の接着層により覆われている前記（１）または（２）項記載の静電チャック装置。
（４）前記第１の接着層は、熱硬化性接着剤を硬化してなる前記（１）ないし（３）項のいずれか１項記載の静電チャック装置。
（５）前記第１の絶縁碍子は、前記冷却ベース部と前記第１の接着層との熱膨張差により生じる応力により、前記第２の接着層を介して前記静電チャック部に押圧されている前記（１）ないし（４）項のいずれか１項記載の静電チャック装置。
本発明の静電チャック装置によれば、冷却用気体孔及びピン挿入用孔のいずれか一方または双方に、第１の絶縁碍子と、前記第１の絶縁碍子の外周部に同軸的に設けられた第２の絶縁碍子とからなる２重管構造の絶縁碍子を、少なくとも第１の接着層の露出面を覆うように設けた。これにより、この２重管構造の絶縁碍子により、接着層を外部から侵入してくるプラズマやラジカル（フリーラジカル）から保護することができ、その結果、静電チャック部における耐電圧を向上させることができる。
また、この冷却用気体孔及びピン挿入用孔のいずれか一方または双方の内面を２重管構造の絶縁碍子により断熱状態で保護しているので、冷却用気体孔内及びピン挿入用孔内のいずれか一方または双方をヘリウム等の冷却用気体が流れた場合においても、この冷却用気体孔の付近の温度が低下する虞が無くなる。したがって、静電チャック部の温度を安定化させることができる。
また、この冷却用気体孔及びピン挿入用孔のいずれか一方または双方の内面を２重管構造の絶縁碍子により断熱状態で保護しているので、冷却用気体孔内及びピン挿入用孔内のいずれか一方または双方をヘリウム等の冷却用気体が流れた場合においても、この冷却用気体孔の付近の温度が低下する虞が無くなる。したがって、静電チャック部の温度を安定化させることができる。
第１の絶縁碍子の上端部を、薄厚の第２の接着層を介して静電チャック部に接着させたので、第１の絶縁碍子と静電チャック部との間に介在する第２の接着層の厚みを極めて薄くすることができ、その結果、第１の接着層へプラズマやラジカル（フリーラジカル）が進入するのを防止することができる。
また、第２の絶縁碍子の上端部を、第１の絶縁碍子の上端部より下方に位置させるとともに、第１の接着層により覆ったので、第２の絶縁碍子と静電チャック部との間の接着層の厚みを確保することができる。
また、第２の絶縁碍子の上端部を、第１の絶縁碍子の上端部より下方に位置させるとともに、第１の接着層により覆ったので、第２の絶縁碍子と静電チャック部との間の接着層の厚みを確保することができる。
第１の接着層を、熱硬化性接着剤を硬化してなることとしたので、静電チャック部と冷却ベース部との間の接着性を長期に亘って保持し続けることができる。
また、第１の絶縁碍子を、冷却ベース部と第１の接着層との熱膨張差により生じる応力により、第２の接着層を介して静電チャック部に押圧させることとしたので、第１の絶縁碍子を静電チャック部に密着させることができ、第１の絶縁碍子が静電チャック部から外れる虞がない。
また、第１の絶縁碍子を、冷却ベース部と第１の接着層との熱膨張差により生じる応力により、第２の接着層を介して静電チャック部に押圧させることとしたので、第１の絶縁碍子を静電チャック部に密着させることができ、第１の絶縁碍子が静電チャック部から外れる虞がない。
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、板状試料を載置する載置面を有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、静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備え、静電チャック部と冷却ベース部とは第１の接着層を介して接着一体化され、静電チャック部及び冷却ベース部には、これらを貫通する冷却用気体孔及び／又は板状試料を着脱するピンを挿入するピン挿入用孔が形成された静電チャック装置の冷却用気体孔及び前記ピン挿入用孔のいずれか一方または双方に、第１の絶縁碍子と、第１の絶縁碍子の外周部に同軸的に設けられた第２の絶縁碍子とからなる２重管構造の絶縁碍子を、少なくとも第１の接着層の露出面を覆うように設けた構成とすれば、この２重管構造の絶縁碍子により第１の接着層をプラズマやラジカル（フリーラジカル）から保護することができ、よって、静電チャック部における耐電圧を向上させることができ、さらには、冷却用気体孔を２重管構造の絶縁碍子で熱的に遮蔽することで、この冷却用気体孔の付近の温度が低下する虞もないことを知見し、本発明を完成するに至った。
この静電チャック装置では、第１の絶縁碍子と、前記第１の絶縁碍子の外周部に同軸的に設けられた第２の絶縁碍子とからなる２重管構造の絶縁碍子を、冷却用気体孔及びピン挿入用孔のいずれか一方または双方に、少なくとも第１の接着層の露出面を覆うように設けたことにより、この２重管構造の絶縁碍子により、第１の接着層を外部から侵入してくるプラズマやラジカル（フリーラジカル）から保護する。
よって、第１の接着層は、プラズマやラジカル（フリーラジカル）が進入する虞が無くなり、接着層としての接着機能を保持し続けることが可能になる。その結果、静電チャック部における耐電圧を向上させることが可能になる。さらに、冷却用気体孔内をヘリウム等の冷却用ガスが流れた場合においても、この冷却用気体孔及びピン挿入用孔のいずれか一方または双方の内面が２重管構造の絶縁碍子により断熱状態で保護されることにより、この冷却用気体孔及びピン挿入用孔のいずれか一方または双方の付近の温度が低下する虞がなくなる。これにより、静電チャック部の温度が安定化する。
よって、第１の接着層は、プラズマやラジカル（フリーラジカル）が進入する虞が無くなり、接着層としての接着機能を保持し続けることが可能になる。その結果、静電チャック部における耐電圧を向上させることが可能になる。さらに、冷却用気体孔内をヘリウム等の冷却用ガスが流れた場合においても、この冷却用気体孔及びピン挿入用孔のいずれか一方または双方の内面が２重管構造の絶縁碍子により断熱状態で保護されることにより、この冷却用気体孔及びピン挿入用孔のいずれか一方または双方の付近の温度が低下する虞がなくなる。これにより、静電チャック部の温度が安定化する。
この静電チャック装置では、第１の絶縁碍子の上端部を、薄厚の第２の接着層を介して静電チャック部に接着させたことにより、第１の絶縁碍子と静電チャック部との間に介在する第２の接着層の厚みが極めて薄くなる。これにより、第１の接着層へプラズマやラジカル（フリーラジカル）が進入するのを防止する。
この静電チャック装置では、第２の絶縁碍子の上端部を、第１の絶縁碍子の上端部より下方に位置させるとともに、第１の接着層により覆われた構成とすることにより、第２の絶縁碍子と静電チャック部との間の接着層の厚みを確保する。
この静電チャック装置では、第１の接着層を、熱硬化性接着剤を硬化してなることとしたので、静電チャック部と冷却ベース部との間の接着性を長期に亘って保持し続けることが可能になる。
この静電チャック装置では、第１の絶縁碍子を、冷却ベース部と第１の接着層との熱膨張差により生じる応力により、第２の接着層を介して静電チャック部に押圧させる。これにより、第１の絶縁碍子は静電チャック部に密着することとなり、第１の絶縁碍子が静電チャック部から外れる虞がない。
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説明する。
以下の各実施の形態は、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。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
以下の各実施の形態は、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。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
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、図２は、同静電チャック装置のＡ部分の断面を示す断面図であり、この静電チャック装置１は、静電チャック部２と冷却ベース部３とが（第１の）接着層４とにより接着一体化されている。
静電チャック部２は、上面（一主面）を半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置するための載置面とされた円形状の載置板１１と、この載置板１１の下面（他の一主面）側に対向配置された円形状の支持板１２と、これら載置板１１と支持板１２との間に挟持され載置板１１及び支持板１２より径の小さい円形状の静電吸着用内部電極１３と、この静電吸着用内部電極１３の周縁部を囲む様に設けられた絶縁材層１４と、この静電吸着用内部電極１３の下面に接続されて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。
載置板１１及び支持板１２は、共に耐熱性を有するセラミックスが好ましく、このセラミックスとしては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、サイアロン、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から選択された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が好ましい。
特に、載置板１１は、上面側が半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置する静電吸着面となることから、特に誘電率が高い材質であって、静電吸着する板状試料Ｗに対して不純物とならないものを選択することが好ましい。例えば、炭化ケイ素を４重量％以上かつ２０重量％以下含み、残部を酸化アルミニウムとする炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体が好ましい。
この載置板１１の静電吸着面には、直径が板状試料Ｗの厚みより小さい突起部１６が複数個形成され、これらの突起部１６が板状試料Ｗを支える構成になっている。
この載置板１１の静電吸着面には、直径が板状試料Ｗの厚みより小さい突起部１６が複数個形成され、これらの突起部１６が板状試料Ｗを支える構成になっている。
静電吸着用内部電極１３は、厚みが１０μｍ〜５０μｍ程度の平板状の導電性セラミックスが用いられる。この静電吸着用内部電極１３を構成する導電性セラミックスの使用温度下における体積固有抵抗値は、１．０×１０６Ω・ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは１．０×１０４Ω・ｃｍ以下である。
この導電性セラミックスとしては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）−酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）複合焼結体、窒化タンタル（ＴａＮ）−酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）複合焼結体、炭化タンタル（ＴａＣ）−酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）複合焼結体、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）−酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）複合焼結体等が挙げられる。
この導電性セラミックスとしては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）−酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）複合焼結体、窒化タンタル（ＴａＮ）−酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）複合焼結体、炭化タンタル（ＴａＣ）−酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）複合焼結体、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）−酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）複合焼結体等が挙げられる。
絶縁材層１４は、載置板１１及び支持板１２を接合一体化するとともに、静電吸着用内部電極１３をプラズマから保護する。
この絶縁材層１４を構成する材料としては、載置板１１及び支持板１２と主成分が同一の絶縁性材料が好ましく、例えば、載置板１１及び支持板１２が炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体により構成されている場合には、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）とするのが好ましい。
この絶縁材層１４を構成する材料としては、載置板１１及び支持板１２と主成分が同一の絶縁性材料が好ましく、例えば、載置板１１及び支持板１２が炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体により構成されている場合には、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）とするのが好ましい。
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の温度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ており、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） 等の熱伝導性のよい金属により構成されている。
この冷却ベース部３の内部には、水や有機溶媒等の冷却用媒体を循環させる流路２１が形成され、上記の載置板１１の上面（静電吸着面）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。
この冷却ベース部３の内部には、水や有機溶媒等の冷却用媒体を循環させる流路２１が形成され、上記の載置板１１の上面（静電吸着面）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。
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。
この冷却ベース部３は、少なくともプラズマに曝される面にアルマイト処理または絶縁膜の成膜が施されていることにより、耐プラズマ性が向上する他、異常放電が防止され、したがって、耐プラズマ安定性が向上したものとなる。また、表面に傷が付き難くなるので、傷の発生を防止することができる。
この冷却ベース部３は、少なくともプラズマに曝される面にアルマイト処理または絶縁膜の成膜が施されていることにより、耐プラズマ性が向上する他、異常放電が防止され、したがって、耐プラズマ安定性が向上したものとなる。また、表面に傷が付き難くなるので、傷の発生を防止することができる。
接着層４は、静電チャック部２と冷却ベース部３とを接着一体化するもので、−２０℃〜１５０℃の温度範囲で耐熱性を有する接着剤が好ましく、例えば、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂等が好適である。特に、酸素系プラズマを用いる場合には、酸素系プラズマに対して耐プラズマ性に優れているシリコン系樹脂が好ましい。
この接着層４の形状は、液状の熱硬化性接着剤を塗布して得られた塗膜を加熱することにより硬化させたシート状またはフィルム状の接着剤を熱圧着等により硬化した硬化膜であってもよい。
この接着層４の形状は、液状の熱硬化性接着剤を塗布して得られた塗膜を加熱することにより硬化させたシート状またはフィルム状の接着剤を熱圧着等により硬化した硬化膜であってもよい。
これら静電チャック部２、冷却ベース部３及び接着層４には、これらを貫通するヘリウム（Ｈｅ）等の冷却用ガスを冷却ベース部３側から静電チャック部２に載置された板状試料Ｗに向かって供給し、板状試料Ｗを所定の温度に冷却し前記温度を保持する冷却用ガス孔（冷却用気体孔）３１が複数個形成されている。
この冷却用ガス孔３１には、２重管構造の絶縁碍子３２が嵌め込まれており、この２重管構造の絶縁碍子３２により、接着層４の冷却用ガス孔３１に露出している露出面を覆うことにより、接着層４の露出面をプラズマやラジカル（フリーラジカル）から保護している。
この冷却用ガス孔３１には、２重管構造の絶縁碍子３２が嵌め込まれており、この２重管構造の絶縁碍子３２により、接着層４の冷却用ガス孔３１に露出している露出面を覆うことにより、接着層４の露出面をプラズマやラジカル（フリーラジカル）から保護している。
この２重管構造の絶縁碍子３２は、冷却用ガス孔３１の内壁のうち冷却ベース部３及び接着層４に対応する位置に埋め込まれた（第１の）絶縁碍子３３と、この絶縁碍子３３の外周部に同軸的に嵌め込まれ、この絶縁碍子３３より外径が大きい（第２の）絶縁碍子３４とにより構成されている。
この絶縁碍子３４の上端部は、絶縁碍子３３の上端部より下方に位置しており、これら絶縁碍子３３及び絶縁碍子３４各々の上端部は、接着層４により覆われている。これにより、絶縁碍子３４と静電チャック部２との間の接着層の厚みを、所定の厚みに確保することができる。
この絶縁碍子３４の上端部は、絶縁碍子３３の上端部より下方に位置しており、これら絶縁碍子３３及び絶縁碍子３４各々の上端部は、接着層４により覆われている。これにより、絶縁碍子３４と静電チャック部２との間の接着層の厚みを、所定の厚みに確保することができる。
絶縁碍子３３、３４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、このセラミックスとしては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、サイアロン、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から選択された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が好ましい。
この絶縁碍子３３は、薄厚の（第２の）接着層３５を介して静電チャック部２の支持板１２に接着固定されている。
一方、絶縁碍子３４の下端面及び絶縁碍子３３の絶縁碍子３４より下方の部分は接着層３６により覆われており、絶縁碍子３４の外周部の下半部は接着層３７により覆われている。
このように、これら絶縁碍子３３、３４は、接着層３５〜３７により冷却ベース部３に接着一体化されている。
一方、絶縁碍子３４の下端面及び絶縁碍子３３の絶縁碍子３４より下方の部分は接着層３６により覆われており、絶縁碍子３４の外周部の下半部は接着層３７により覆われている。
このように、これら絶縁碍子３３、３４は、接着層３５〜３７により冷却ベース部３に接着一体化されている。
この接着層３５、３６としては、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可撓性を有する有機系樹脂が好ましく、この有機系樹脂としては、液状の樹脂を加熱等により硬化した硬化性樹脂が好ましい。
このような硬化性樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂等が挙げられ、特に、酸素系プラズマを用いる場合には、酸素系プラズマに対して耐プラズマ性に優れているシリコン系樹脂が好ましい。
このシリコン系樹脂は、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である。このシリコン系樹脂は、例えば、下記の式（１）または式（２）の化学式で表すことができる。
このシリコン系樹脂は、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である。このシリコン系樹脂は、例えば、下記の式（１）または式（２）の化学式で表すことができる。
このようなシリコン系樹脂としては、特に、熱硬化温度が７０℃〜１４０℃のシリコン樹脂が好ましい。
ここで、熱硬化温度が７０℃を下回ると、静電チャック部２と絶縁碍子３３との間に介在させたシリコン系樹脂が硬化の初期過程で硬化が始まってしまい、作業性に劣ることとなるので好ましくない。一方、熱硬化温度が１４０℃を超えると、静電チャック部２と冷却ベース部３との間の熱膨張差が大きくなり、その結果、シリコン系樹脂が、静電チャック部２と冷却ベース部３との間の応力を吸収することができずに応力が増加し、これらの間で剥離が生じる虞があるので好ましくない。
ここで、熱硬化温度が７０℃を下回ると、静電チャック部２と絶縁碍子３３との間に介在させたシリコン系樹脂が硬化の初期過程で硬化が始まってしまい、作業性に劣ることとなるので好ましくない。一方、熱硬化温度が１４０℃を超えると、静電チャック部２と冷却ベース部３との間の熱膨張差が大きくなり、その結果、シリコン系樹脂が、静電チャック部２と冷却ベース部３との間の応力を吸収することができずに応力が増加し、これらの間で剥離が生じる虞があるので好ましくない。
この接着層３５の厚みは、プラズマやラジカル（フリーラジカル）が容易に進入できない程度の厚みである必要があり、例えば、０．１μｍ以上かつ１００μｍ以下が好ましく、より好ましくは１０μｍ以上かつ５０μｍ以下である。
一方、接着層３７は、絶縁碍子３４を冷却ベース部３に接着一体化することのできるものであればよく、接着層４と同様、−２０℃〜１５０℃の温度範囲で耐熱性を有する接着剤が好ましく、例えば、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂等が好適である。特に、酸素系プラズマを用いる場合には、酸素系プラズマに対して耐プラズマ性に優れているシリコン系樹脂が好ましい。
この接着層３７の形状は、絶縁碍子３４を冷却ベース部３に接着一体化することのできる形状であればよく、液状の熱硬化性接着剤を塗布して得られた塗膜を加熱することにより硬化させたシート状またはフィルム状の硬化膜であってもよい。
この静電チャック装置１では、絶縁碍子３３と絶縁碍子３４とからなる２重管構造の絶縁碍子３２を、冷却用ガス孔３１に、接着層４の露出面を覆うように設けたことにより、この接着層４を２重管構造の絶縁碍子３２により、冷却用ガス孔３１から侵入してくるプラズマやラジカル（フリーラジカル）から保護する。
これにより、接着層４は、冷却用ガス孔３１から侵入してくるプラズマやラジカル（フリーラジカル）により浸食される虞が無くなり、接着層４としての接着機能を保持し続けることが可能になり、その結果、静電チャック部２における耐電圧が向上する。
これにより、接着層４は、冷却用ガス孔３１から侵入してくるプラズマやラジカル（フリーラジカル）により浸食される虞が無くなり、接着層４としての接着機能を保持し続けることが可能になり、その結果、静電チャック部２における耐電圧が向上する。
また、冷却用ガス孔３１内をヘリウム等の冷却用ガスが流れた場合においても、この冷却用ガス孔３１の内面が２重管構造の絶縁碍子３２により断熱状態で保護されているので、接着層４は冷却用ガスの温度の影響を受け難くなり、この冷却用ガス孔３１の付近の接着層４の温度が低下する虞がなくなる。したがって、冷却ベース部３の温度が安定し、その結果、静電チャック部２の温度も安定化する。
以上説明したように、本実施形態の静電チャック装置１によれば、静電チャック部２、冷却ベース部３及び接着層４を貫通する冷却用ガス孔３１に、絶縁碍子３３と、この絶縁碍子３３の外周部に同軸的に嵌め込まれた絶縁碍子３４とからなる２重管構造の絶縁碍子３２を嵌め込んだ。この２重管構造の絶縁碍子３２により、接着層４をプラズマやラジカル（フリーラジカル）から保護することができ、その結果、静電チャック部２における耐電圧を向上させることができる。
また、この冷却用ガス孔３１の内面を２重管構造の絶縁碍子３２により断熱状態で保護しているので、冷却用ガス孔３１内を冷却用ガスが流れた場合においても、冷却用ガス孔３１の付近の温度が低下する虞が無く、静電チャック部２の温度を安定化させることができる。
また、この冷却用ガス孔３１の内面を２重管構造の絶縁碍子３２により断熱状態で保護しているので、冷却用ガス孔３１内を冷却用ガスが流れた場合においても、冷却用ガス孔３１の付近の温度が低下する虞が無く、静電チャック部２の温度を安定化させることができる。
絶縁碍子３３の上端部を、薄厚の接着層３５を介して静電チャック部２の支持板１２に接着一体化したので、接着層４へプラズマやラジカル（フリーラジカル）が進入するのを防止することができる。
絶縁碍子３４の上端部を、絶縁碍子３３の上端部より下方に位置させるとともに、この絶縁碍子３４の上端部を接着層４により覆ったので、絶縁碍子３４と静電チャック部２との間の接着層の厚みを確保することができる。その結果、絶縁碍子３４と静電チャック部２との間の耐電圧を向上させることが可能となる。
接着層４は、熱硬化性接着剤を硬化したので、静電チャック部２と冷却ベース部３との間の接着性を長期に亘って保持し続けることができる。
絶縁碍子３４の上端部を、絶縁碍子３３の上端部より下方に位置させるとともに、この絶縁碍子３４の上端部を接着層４により覆ったので、絶縁碍子３４と静電チャック部２との間の接着層の厚みを確保することができる。その結果、絶縁碍子３４と静電チャック部２との間の耐電圧を向上させることが可能となる。
接着層４は、熱硬化性接着剤を硬化したので、静電チャック部２と冷却ベース部３との間の接着性を長期に亘って保持し続けることができる。
さらに、絶縁碍子３３を、冷却ベース部３と接着層４との熱膨張差により生じる応力により、接着層３５を介して静電チャック部２に押圧させることとしたので、絶縁碍子３３を静電チャック部２の支持板１２に密着させることができ、絶縁碍子３３が静電チャック部２から外れる虞がない。
本実施形態の静電チャック装置１では、静電チャック部２、冷却ベース部３及び接着層４を貫通する冷却用ガス孔３１に２重管構造の絶縁碍子３２を嵌め込んだ構成としたが、２重管構造の絶縁碍子３２を板状試料を着脱するピンを挿入するピン挿入用孔に嵌め込んだ構成としてもよい。
この場合、冷却用ガス孔３１及びピン挿入用孔の双方に２重管構造の絶縁碍子３２を嵌め込むことにより、静電チャック部２の温度をさらに安定化させることができる。
この場合、冷却用ガス孔３１及びピン挿入用孔の双方に２重管構造の絶縁碍子３２を嵌め込むことにより、静電チャック部２の温度をさらに安定化させることができる。
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］
「給電用端子の作製」
酸化アルミニウム粉体（平均粒子径０．２μｍ）４０重量部と、炭化タンタル粉体（平均粒子径１μｍ）６０重量部とからなる酸化アルミニウム−炭化タンタル複合粉体を成型し、その後、加圧焼成し、直径２．５ｍｍ、長さ１０ｍｍの棒状の酸化アルミニウム−炭化タンタル導電性複合焼結体を得て、これを給電用端子１５とした。
「給電用端子の作製」
酸化アルミニウム粉体（平均粒子径０．２μｍ）４０重量部と、炭化タンタル粉体（平均粒子径１μｍ）６０重量部とからなる酸化アルミニウム−炭化タンタル複合粉体を成型し、その後、加圧焼成し、直径２．５ｍｍ、長さ１０ｍｍの棒状の酸化アルミニウム−炭化タンタル導電性複合焼結体を得て、これを給電用端子１５とした。
「支持板の作製」
高純度炭化ケイ素微粉体５重量部と、酸化アルミニウム粉体（平均粒子径０．２μｍ）９５重量部とからなる混合粉体を成型、焼成し、直径３２０ｍｍ、厚み４ｍｍの支持板１２を得た。
次いで、この支持板１２に、給電用端子１５を嵌め込み固定するための固定孔、及び冷却用ガスを導入するための複数の冷却用ガス孔を穿設した。
高純度炭化ケイ素微粉体５重量部と、酸化アルミニウム粉体（平均粒子径０．２μｍ）９５重量部とからなる混合粉体を成型、焼成し、直径３２０ｍｍ、厚み４ｍｍの支持板１２を得た。
次いで、この支持板１２に、給電用端子１５を嵌め込み固定するための固定孔、及び冷却用ガスを導入するための複数の冷却用ガス孔を穿設した。
「載置板の作製」
上記の支持板１２の作製に準じて、直径３２０ｍｍ、厚み４ｍｍの円板状の炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体からなる載置板１１を得た。
次いで、この載置板１１に、冷却用ガスを導入するための複数の冷却用ガス孔を穿設した。
上記の支持板１２の作製に準じて、直径３２０ｍｍ、厚み４ｍｍの円板状の炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体からなる載置板１１を得た。
次いで、この載置板１１に、冷却用ガスを導入するための複数の冷却用ガス孔を穿設した。
「一体化」
支持板１２に穿設された固定孔に給電用端子１５を嵌め込み固定した。次いで、この支持板１２上の静電吸着用内部電極を形成すべき領域に、酸化アルミニウム粉末４０重量％及び炭化タンタル粉未６０重量％からなる混合粉末をテレピノールに分散した塗布液を、スクリーン印刷法にて塗布し、その後乾燥し、静電吸着用内部電極形成層を形成した。
支持板１２に穿設された固定孔に給電用端子１５を嵌め込み固定した。次いで、この支持板１２上の静電吸着用内部電極を形成すべき領域に、酸化アルミニウム粉末４０重量％及び炭化タンタル粉未６０重量％からなる混合粉末をテレピノールに分散した塗布液を、スクリーン印刷法にて塗布し、その後乾燥し、静電吸着用内部電極形成層を形成した。
次いで、支持板１２上の静電吸着用内部電極を形成すべき領域以外の領域に、酸化アルミニウム粉末（平均粒子径０．２μｍ）及びエタノールを含む塗布液を、スクリーン印刷法にて塗布し、その後乾燥して、絶縁材層形成層を形成した。
次いで、この支持板１２の静電吸着用内部電極形成層及び絶縁材層形成層上に載置板１１を重ね合わせ、次いで、これらをホットプレスにて加圧焼成して一体化し、静電チャック部２を得た。このときのホットプレスの条件は、温度１７５０℃、圧力７．５ＭＰａであった。
次いで、この支持板１２の静電吸着用内部電極形成層及び絶縁材層形成層上に載置板１１を重ね合わせ、次いで、これらをホットプレスにて加圧焼成して一体化し、静電チャック部２を得た。このときのホットプレスの条件は、温度１７５０℃、圧力７．５ＭＰａであった。
「冷却ベース部の作製」
アルミニウム（Ａｌ）ブロックに機械加工を施し、直径３４０ｍｍ、厚み２８ｍｍの冷却ベース部３を作製した。
次いで、この冷却ベース部３に、給電用端子１５を嵌め込み固定するための貫通孔、及び冷却用ガスを導入するための複数の冷却用ガス孔を穿設した。
アルミニウム（Ａｌ）ブロックに機械加工を施し、直径３４０ｍｍ、厚み２８ｍｍの冷却ベース部３を作製した。
次いで、この冷却ベース部３に、給電用端子１５を嵌め込み固定するための貫通孔、及び冷却用ガスを導入するための複数の冷却用ガス孔を穿設した。
「２重管構造の絶縁碍子の作製」
酸化アルミニウムを用いて、外径５ｍｍ、内径２ｍｍ、長さ２８ｍｍの絶縁碍子３３と、外径８ｍｍ、内径４．９ｍｍ、長さ８ｍｍの絶縁碍子３４とを得た。
これにより、絶縁碍子３３と絶縁碍子３４とからなる２重管構造の絶縁碍子３２を得た。
酸化アルミニウムを用いて、外径５ｍｍ、内径２ｍｍ、長さ２８ｍｍの絶縁碍子３３と、外径８ｍｍ、内径４．９ｍｍ、長さ８ｍｍの絶縁碍子３４とを得た。
これにより、絶縁碍子３３と絶縁碍子３４とからなる２重管構造の絶縁碍子３２を得た。
次いで、この絶縁碍子３４を、冷却ベース部３の冷却用ガス孔３１に接着層３７を介して接着一体化した。
次いで、この絶縁碍子３４を取り付けた冷却ベース部３の静電チャック部２との接着面に、シリコン系樹脂を塗布して接着層４とした。
次いで、絶縁碍子３４を取り付けた冷却ベース部３と静電チャック部２とを重ね合わせた。
次いで、この絶縁碍子３４を取り付けた冷却ベース部３の静電チャック部２との接着面に、シリコン系樹脂を塗布して接着層４とした。
次いで、絶縁碍子３４を取り付けた冷却ベース部３と静電チャック部２とを重ね合わせた。
次いで、絶縁碍子３３の支持板側及び側面に加熱硬化型アクリル接着剤を塗布し、この絶縁碍子３３を絶縁碍子３４に嵌め込み、加熱処理により加熱硬化型アクリル接着剤を硬化して接着層３５、３６とするとともに、接着層３５、３６、４を介して静電チャック部２及び冷却ベース部３を接着一体化した。
「評価」
板状試料として１２インチのシリコンウェハを用い、このシリコンウェハを上記の静電チャック装置１に静電吸着させ、冷却ベース部３の冷媒の温度を２０℃、プラズマの印加電力を３０００Ｗ、印加時間を１２０秒、プラズマ印加の間隔を２分とし、プラズマを合計５０００回印加した後の接着層４の接着状態、静電チャック部２の耐電圧、静電チャック部２の外周部における温度変化を評価した。
板状試料として１２インチのシリコンウェハを用い、このシリコンウェハを上記の静電チャック装置１に静電吸着させ、冷却ベース部３の冷媒の温度を２０℃、プラズマの印加電力を３０００Ｗ、印加時間を１２０秒、プラズマ印加の間隔を２分とし、プラズマを合計５０００回印加した後の接着層４の接着状態、静電チャック部２の耐電圧、静電チャック部２の外周部における温度変化を評価した。
評価方法は、次のとおりである。
（１）接着層の接着状態
接着層の接着状態を、超音波探傷試験装置を用いて調べた。
（２）静電チャック部の側面部における耐電圧
静電チャック部の載置面に導電性テープを張り、冷却ベース部と導電性テープとの間に所定の電圧を印加し、放電の有無を調べた。
（３）静電チャック部の外周部における温度変化
静電チャック装置にプラズマを印加した状態で、この静電チャック装置の外周部の表面温度を、温度計測用ウエハを用いて測定した。
（１）接着層の接着状態
接着層の接着状態を、超音波探傷試験装置を用いて調べた。
（２）静電チャック部の側面部における耐電圧
静電チャック部の載置面に導電性テープを張り、冷却ベース部と導電性テープとの間に所定の電圧を印加し、放電の有無を調べた。
（３）静電チャック部の外周部における温度変化
静電チャック装置にプラズマを印加した状態で、この静電チャック装置の外周部の表面温度を、温度計測用ウエハを用いて測定した。
これらの評価の結果、次のことが分かった。
接着層４の接着状態については何等変化が無く、良好な接着状態を保持しており、耐食性に優れていることが確認された。
また、静電チャック部２の冷却用ガス孔３１の側面部では、５０００Ｖの耐電圧を有しており、この静電チャック部２の外周部における温度変化は１℃以下であった。
接着層４の接着状態については何等変化が無く、良好な接着状態を保持しており、耐食性に優れていることが確認された。
また、静電チャック部２の冷却用ガス孔３１の側面部では、５０００Ｖの耐電圧を有しており、この静電チャック部２の外周部における温度変化は１℃以下であった。
［比較例］
冷却用ガス孔３１に２重管構造の絶縁碍子３２を嵌め込まなかった以外は、実施例に準じて静電チャック装置を得た。
次いで、実施例に準じて、プラズマ印加後の、接着層４の接着状態、静電チャック部２における耐電圧、静電チャック部２の外周部における温度変化を評価した。
冷却用ガス孔３１に２重管構造の絶縁碍子３２を嵌め込まなかった以外は、実施例に準じて静電チャック装置を得た。
次いで、実施例に準じて、プラズマ印加後の、接着層４の接着状態、静電チャック部２における耐電圧、静電チャック部２の外周部における温度変化を評価した。
これらの評価の結果、次のことが分かった。
初期状態での静電チャック部２の温度は、冷却用ガス孔３１周辺の温度が他の領域より２℃低く、プラズマ試験後においては、初期状態と比較して、接着層４の冷却用ガス孔３１周辺に超音波に起因する異常が生じていることが確認された。
また、静電チャック部２の耐電圧は４０００Ｖと、実施例のものより低く、さらに、この静電チャック部２の周縁部における表面温度は、初期状態より３℃増加していた。
このように、比較例の静電チャック装置は、実施例の静電チャック装置と比べて耐食性、耐電圧、外周部における温度共に劣っていた。
初期状態での静電チャック部２の温度は、冷却用ガス孔３１周辺の温度が他の領域より２℃低く、プラズマ試験後においては、初期状態と比較して、接着層４の冷却用ガス孔３１周辺に超音波に起因する異常が生じていることが確認された。
また、静電チャック部２の耐電圧は４０００Ｖと、実施例のものより低く、さらに、この静電チャック部２の周縁部における表面温度は、初期状態より３℃増加していた。
このように、比較例の静電チャック装置は、実施例の静電チャック装置と比べて耐食性、耐電圧、外周部における温度共に劣っていた。
本発明の静電チャック装置は、冷却用ガス孔３１に、絶縁碍子３３と、絶縁碍子３３の外周部に同軸的に設けられた絶縁碍子３４とからなる２重管構造の絶縁碍子３２を、接着層４の冷却用ガス孔３１側の露出面を覆うように設けた。これにより、接着層４をプラズマやラジカル（フリーラジカル）から保護し、静電チャック部２における耐電圧を向上させ、さらには、静電チャック部２の表面温度を安定化させることができるから、その有用性は非常に大きい。
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 接着層
１１ 載置板
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
１６ 突起部
２１ 流路
３１ 冷却用ガス孔（冷却用気体孔）
３２ ２重管構造の絶縁碍子
３３ 第１の絶縁碍子
３４ 第２の絶縁碍子
３５ 薄厚の第２の接着層
３６ 接着層
３７ 接着層
Ｗ 板状試料
２ 静電チャック部
３ 冷却ベース部
４ 接着層
１１ 載置板
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
１６ 突起部
２１ 流路
３１ 冷却用ガス孔（冷却用気体孔）
３２ ２重管構造の絶縁碍子
３３ 第１の絶縁碍子
３４ 第２の絶縁碍子
３５ 薄厚の第２の接着層
３６ 接着層
３７ 接着層
Ｗ 板状試料
Claims (5)
- 板状試料を載置する載置面を有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は第１の接着層を介して接着一体化され、
前記静電チャック部及び前記冷却ベース部には、これらを貫通する冷却用気体孔及び／又は前記板状試料を着脱するピンを挿入するピン挿入用孔が形成され、
前記冷却用気体孔及び前記ピン挿入用孔のいずれか一方または双方に、第１の絶縁碍子と、前記第１の絶縁碍子の外周部に同軸的に設けられた第２の絶縁碍子とからなる２重管構造の絶縁碍子を、少なくとも前記第１の接着層の露出面を覆うように設けてなる静電チャック装置。 - 前記第１の絶縁碍子の上端部は、薄厚の第２の接着層を介して前記静電チャック部に接着されている請求項１記載の静電チャック装置。
- 前記第２の絶縁碍子の上端部は、前記第１の絶縁碍子の上端部より下方に位置し、かつ前記第１の接着層により覆われている請求項１または２記載の静電チャック装置。
- 前記第１の接着層は、熱硬化性接着剤を硬化してなる請求項１ないし３のいずれか１項記載の静電チャック装置。
- 前記第１の絶縁碍子は、前記冷却ベース部と前記第１の接着層との熱膨張差により生じる応力により、前記第２の接着層を介して前記静電チャック部に押圧されている請求項１ないし４のいずれか１項記載の静電チャック装置。
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