WO2020170514A1 - 静電チャック装置 - Google Patents
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- H02N13/00—Clutches or holding devices using electrostatic attraction, e.g. using Johnson-Rahbek effect
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- the present invention relates to an electrostatic chuck device.
- the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-028054 filed in Japan on February 20, 2019 and Japanese Patent Application No. 2019-028628 filed in Japan on February 20, 2019. , The contents are incorporated here.
- an electrostatic chuck device is used to fix the plate sample by electrostatic attraction and to maintain the plate sample at a preferable constant temperature.
- the electrostatic chuck device requires an electrostatic chuck unit in which an internal electrode for electrostatic adsorption is provided inside or on the lower surface of a ceramic plate-shaped body which is a dielectric.
- the electrostatic chuck device mounts a plate-shaped sample such as a semiconductor wafer, a metal wafer, and a glass substrate on the surface (mounting surface) of a ceramic plate-shaped body, and the plate-shaped sample and the internal electrodes for electrostatic adsorption.
- This plate-shaped sample is adsorbed and fixed on the adsorbing surface of the ceramic plate-shaped body by the electrostatic adsorption force generated by applying a voltage between the two.
- an inert gas such as helium is flown between the adsorption surface of the ceramic plate and the plate sample.
- a device for cooling the plate sample In such an electrostatic chuck device, various improvements have been made to improve various characteristics such as sealing characteristics of an inert gas and desorption characteristics of a plate-shaped sample such as a wafer.
- annular protrusion is provided on the peripheral portion on one main surface (mounting surface) of the base, and a plurality of protrusions having the same height as the annular protrusion are provided in a region surrounded by the annular protrusion on this one main surface.
- a plate-shaped sample is adsorbed or desorbed by providing a part and the upper end of the annular protrusion and the upper ends of the plurality of protrusions are located on a concave surface whose bottom surface is the center of one main surface.
- electrostatic chuck device in which the plate-shaped sample is not deformed, the temperature of the plate-shaped sample is made uniform, and particles are hard to be generated (for example, refer to Patent Documents 1 and 2).
- the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and in the mounting surface of the substrate, even if the protrusion and the plate are worn by controlling the shape of the protrusion that adsorbs the plate-shaped sample, Since the amount of change in the contact area with the plate-shaped sample is small, the temperature uniformity of the plate-shaped sample adsorbed on the mounting surface of the substrate and the change in temperature uniformity within the plate-shaped sample over time due to long-term use An object is to provide a small electrostatic chuck device.
- the inventors of the present invention have conducted extensive studies to solve the above problems, and as a result, in an electrostatic chuck device that electrostatically adsorbs a plate-shaped sample on one main surface of a substrate, the electrostatic chuck device is located at the center of the one main surface.
- the difference between the height of the top surface of the convex protrusion and the height of the upper surface of the annular protrusion is 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, and the convex protrusion has a top surface, a side surface, and a top surface and a side surface which are in contact with the plate-shaped sample.
- the electrostatic chuck device of the present invention has the following aspects.
- An electrostatic chuck device for electrostatically adsorbing a plate-shaped sample on one main surface of a base The cross-sectional shape in the thickness direction of the base has a convex curved surface or a concave curved surface that gradually curves from the center of the one main surface toward the outer periphery of the one main surface,
- an annular projection portion having a substantially rectangular vertical cross section is provided so as to make a round around the peripheral portion,
- a region surrounded by the annular protrusion on the one main surface is provided with a plurality of convex protrusions having a circular or polygonal horizontal cross section and a substantially rectangular vertical cross section,
- the difference between the height of the top surface of the convex protrusion located at the center of the one main surface and the height of the upper surface of the annular protrusion is 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less,
- the convex protrusion has
- the convex protrusion has an angle between the top surface and the side surface of 90° or more and 160° or less.
- the cross-sectional shape of the base in the thickness direction is a convex curved surface that gradually curves from the center of the one main surface toward the outer periphery of the one main surface,
- the ratio of the diameter of the top surface to the diameter of the bottom surface of the convex protrusion located on the inner peripheral portion on the one main surface is equal to that of the bottom surface of the convex protrusion portion located on the outer peripheral portion on the one main surface.
- the ratio A1 of the sum of the contact areas of the convex protrusions located on the inner peripheral portion and the plate-shaped sample to the sum of the areas of the inner peripheral portion is the outer periphery to the total area of the outer peripheral portion.
- a diameter of a bottom surface of the convex projection portion located in the middle portion, which has an intermediate portion between the outer peripheral portion and the inner peripheral portion, is equal to a bottom surface of the convex projection portion located in the outer peripheral portion.
- the ratio A1, the ratio B1, and the ratio C1 of the total contact areas of the convex protrusions located in the intermediate portion and the plate-shaped sample to the total area of the intermediate portion are as follows.
- the electrostatic chuck device according to [6] or [7] which satisfies the expression (1).
- the cross-sectional shape of the base in the thickness direction is a concave curved surface that gradually curves from the center of the one main surface toward the outer periphery of the one main surface,
- the ratio of the diameter of the top surface to the diameter of the bottom surface of the convex protrusion located on the outer peripheral portion on the one main surface is equal to that of the bottom surface of the convex protrusion located on the inner peripheral portion on the one main surface.
- the sum B22 of the areas in which the convex protrusions located on the outer peripheral portion contact the plate-shaped sample is calculated as follows:
- An intermediate portion is provided between the outer peripheral portion and the inner peripheral portion, and a diameter of a bottom surface of the convex protruding portion located in the intermediate portion is equal to that of the convex protruding portion located in the inner peripheral portion.
- the electrostatic chuck device according to [10] which is larger than a diameter of a bottom surface and smaller than a diameter of a bottom surface of the convex protrusion located on the outer peripheral portion.
- the ratio (A1/B1) of the ratio A1 to the ratio B1 is preferably 1.5 to 10.0, more preferably 2.0 to 9.0, and even more preferably 2.8 to 8.0. , 3.0 to 7.0 are particularly preferable, and the electrostatic chuck device according to [6].
- the ratio (C1/B1) of the ratio C1 to the ratio B1 is preferably 1.25 to 5.0, more preferably 1.5 to 4.5, still more preferably 2.0 to 4.0. , 2.5 to 3.5 are particularly preferable, and the electrostatic chuck device according to [8].
- the ratio (A1/C1) of the ratio A1 to the ratio C1 is preferably 1.25 to 5.0, more preferably 1.5 to 4.5, and further preferably 2.0 to 4.0.
- the ratio (B22/A22) of the total sum B22 to the total sum A22 is preferably 1.5 to 10.0, more preferably 2.0 to 9.0, and further preferably 2.8 to 8.0. , 3.0 to 7.0 are particularly preferable, and the electrostatic chuck device according to [10].
- the ratio of the total sum B22 to the total sum C22 (B22/C22) is preferably 1.25 to 5.0, more preferably 1.5 to 4.5, still more preferably 2.0 to 4.0. , 2.5 to 3.5 are particularly preferable, and the electrostatic chuck device according to [12].
- the ratio of the total sum C22 to the total sum A22 is preferably 1.25 to 5.0, more preferably 1.5 to 4.5, still more preferably 2.0 to 4.0. , 2.5 to 3.5 are particularly preferable, and the electrostatic chuck device according to [12] or [18].
- the electrostatic chuck device of the present invention since the change in the contact area with the plate-shaped sample W is small on the mounting surface of the substrate even if the protrusion that adsorbs the plate-shaped sample is worn, the mounting surface of the substrate is It is possible to provide an electrostatic chuck device that is excellent in the temperature uniformity of the plate-like sample adsorbed on the substrate.
- FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the peripheral edge portion of the electrostatic chuck portion of the electrostatic chuck device of one embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a partial enlarged cross-sectional view showing a convex protrusion of the electrostatic chuck portion of the electrostatic chuck device according to the embodiment of the present invention.
- 1 shows a state in which a mask is formed in the method for forming a convex protrusion of an electrostatic chuck device according to an embodiment of the present invention.
- the state after the sandblasting step is shown.
- the state after the mask is removed and the buffing is performed is shown.
- FIG. 1A is a cross-sectional view showing an example of the electrostatic chuck device of the present embodiment.
- FIG. 1B is a sectional view showing an example of the electrostatic chuck device of the present embodiment.
- FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the peripheral edge of the electrostatic chuck portion of the electrostatic chuck device of this embodiment.
- FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view showing a convex protrusion of the electrostatic chuck portion of the electrostatic chuck device of this embodiment. As shown in FIGS.
- the electrostatic chuck device 1 of this embodiment has a disk-shaped electrostatic chuck portion 2 and a thickness for cooling the electrostatic chuck portion 2 to a desired temperature.
- a disk-shaped cooling base portion 3 and an adhesive layer 4 that adheres and integrates the electrostatic chuck portion 2 and the cooling base portion 3 are provided.
- the electrostatic chuck unit 2 includes a mounting plate (base body) 11, a support plate 12, an electrostatic attraction internal electrode 13, an insulating material layer 14, and a power supply terminal 15.
- the mounting plate (base) 11 has an upper surface (one main surface) as a mounting surface 11 a on which a plate-shaped sample W such as a semiconductor wafer is mounted.
- the support plate 12 is for supporting the mounting plate 11.
- the electrostatic attraction internal electrode 13 is provided between the mounting plate 11 and the support plate 12.
- the insulating material layer 14 is provided between the mounting plate 11 and the support plate 12 and insulates the periphery of the electrostatic attraction internal electrode 13.
- the power supply terminal 15 is for applying a DC voltage to the electrostatic attraction inner electrode 13.
- the peripheral edge of the mounting surface 11a of the mounting plate 11 is provided with an annular projection 21 having a quadrangular cross section so as to go around the peripheral edge.
- annular protrusions 21 on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 a plurality of convex protrusions 22 having a circular horizontal cross section and a substantially rectangular vertical cross section are provided.
- the upper surface 21a of the annular projection 21 and the top surface 22a of each of the plurality of convex projections 22 are located on a convex surface or a concave surface 23 whose bottom surface is located at the center 11b of the mounting surface 11a. doing.
- the sectional shape in the thickness direction of the mounting plate 11 is a convex or concave curved surface that gradually curves from the center 11b of the mounting surface 11a toward the outer periphery 11c of the mounting surface 11a.
- the cross-sectional shape of the mounting plate 11 in the thickness direction is from the center 11b of the mounting surface 11a (center 23a of the convex or concave surface 23) to the outer circumference 11c of the mounting surface 11a (outer circumference 23b of the convex or concave surface 23).
- the height based on the upper surface (one main surface) 3a of the cooling base portion 3, that is, the height from the upper surface 3a is curved so as to gradually increase or decrease. It forms a convex surface or a concave surface 23. That is, the mounting surface 11a has a convex surface or a concave surface 23.
- the upper surface 21a of the annular projection 21 and the top surface 22a of each of the plurality of convex projections 22 are located on a convex surface or a concave surface 23 whose bottom surface is located at the center 11b of the mounting surface 11a. doing. That is, the upper surface 21a and the top surface 22a form a part of the convex surface or the concave surface 23.
- the height of the top surface 22a of the convex protrusion 22 located at the center 11b of the mounting surface 11a (the center 23a of the convex surface or the concave surface 23) (the height based on the upper surface (one main surface) 3a of the cooling base portion 3) Height) and the height of the upper surface 21a of the annular protrusion 21 (the height with respect to the upper surface (one main surface) 3a of the cooling base portion 3) is 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, and 5 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or more. The following is preferable. If necessary, the height of the top surface 22a may be higher or the height of the upper surface 21a may be higher.
- the mounting plate 11 is cooled by the base portion for cooling.
- the mounting plate 11 may have a convex shape.
- the plate sample W is adsorbed. In doing so, a gap is created between the plate-shaped sample W and the mounting surface 11a of the mounting plate 11, and the performance of equalizing the temperature of the plate-shaped sample W is deteriorated.
- the difference between the height of the top surface 22a of the convex protruding portion 22 located at the center of the center 11b of the mounting surface 11a and the height of the upper surface 21a of the annular protruding portion 21 is measured by a coordinate measuring machine (trade name: ZYZAX SVA NEX9/ 6/6-C2, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.).
- the convex protrusion 22 has a top surface 22a that contacts the plate-shaped sample W, a side surface 22b, and an R surface 22c that connects the top surface 22a and the side surface 22b.
- the top surface 22a of the convex projecting portion 22 is within 0.4 ⁇ m below the maximum value (apex) of the height based on the bottom surface 22d of the convex projecting portion 22 described later in the thickness direction of the cooling base portion 3. It is a certain aspect.
- the reason why the top surface 22a of the convex protrusion 22 is defined in this way is as follows.
- the plate-shaped sample W When the plate-shaped sample W is adsorbed on the mounting surface 11 a, the plate-shaped sample W follows the shape of the convex protrusion 22 and is deformed.
- the amount of deformation of the plate-shaped sample W is about 0.4 ⁇ m downward in the thickness direction of the cooling base portion 3.
- the side surface 22 b of the convex protruding portion 22 is a surface that is substantially along the height h 1 of the convex protruding portion 22 (the distance from the bottom surface 22 d of the convex protruding portion 22 to the top surface 22 a ). This is a surface of 10% or more and 90% or less of the height h 1 . That is, when the bottom surface 22d is the reference plane (0) having a height h 1 , it is a side surface having a height of 0.1h 1 to 0.9h 1 from the bottom surface 22d. If necessary, the height and 0.2 h 1 ⁇ 0.8 h 1, may be located at a height of 0.4h 1 ⁇ 0.6h 1.
- the R surface 22c of the convex protrusion 22 is a surface that connects the top surface 22a and the side surface 22b, and has a radius of curvature of 10 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less. If the radius of curvature of the R surface 22c of the convex protrusion 22 is within the above range, even if the top surface 22a of the convex protrusion 22 is worn, the change in the area of contact with the plate-shaped sample W is small. Therefore, even if it is used for a long period of time, the temperature uniformity of the plate sample W does not change.
- the method for measuring the shape of the convex protrusions 22 is to use a surface roughness/contour shape composite measuring machine (trade name: SURFCOM NEX, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.), and project from the center 11b of the mounting surface 11a to the outer peripheral direction.
- the shape can be measured by scanning so as to pass through the center of the top surface 22a of the protrusion 22. Thereby, information on the top surface 22a, the side surface 22b, the R surface 22c, the bottom surface 22d, and the angle ⁇ formed by the top surface 22a and the side surface 22b of the convex protrusion 22 can be obtained. Further, since it passes through the center of the top surface 22a of the convex protrusion 22, the information on the diameter d 2 of the top surface 22a of the convex protrusion 22 can also be obtained.
- the bottom surface 22d of the convex protrusion 22 forms the bottom side when the convex protrusion 22 is viewed from the cross section.
- the bottom surface 22d of the convex protrusion 22 can be determined as follows. First, the concave portions between the convex protrusions 22 are measured. An average height of 500 ⁇ m in the length direction of the bottom surface (concave portion) of the convex protruding portion 22 is taken. Further, the heights of the concave portion in the central portion direction and the outer peripheral portion direction are compared, and the higher height is adopted as the position (height) of the bottom surface. From the above analysis, the diameter d 1 of the bottom surface 22d of the convex protrusion 22 is calculated.
- the ratio of the diameter d 2 of the top surface 22a of the convex protrusion 22 to the diameter d 1 of the bottom surface 22d of the convex protrusion 22 is 0.75 or more, preferably 0.80 or more, and 0.85. The above is more preferable.
- the upper limit of the ratio of the diameter d 2 of the top surface 22a of the convex protrusion 22 to the diameter d 1 of the bottom surface 22d of the convex protrusion 22 is 0.95 or less.
- a convex projection with respect to the diameter d 1 (d 1o ) of the bottom surface 22d of the convex projection 22 located on the outer peripheral portion of the mounting surface 11a of the mounting plate 11 The ratio (d 2o /d 1o ) of the diameter d 2 (d 2o ) of the top surface 22a of the portion 22 is such that the bottom surface 22d of the convex projection portion 22 located on the inner peripheral portion of the mounting surface 11a of the mounting plate 11 is located.
- the inner peripheral portion of the mounting plate 11 on the mounting surface 11a means, on the mounting surface 11a, from the center 11b of the mounting surface 11a to 55% or more and 65% or less of the radius of the mounting surface 11a. It is an area.
- the outer peripheral portion of the mounting plate 11 on the mounting surface 11a is a region outside the inner peripheral portion of the mounting surface 11a.
- the number of the convex protrusions 22 on the inner peripheral portion may be larger, smaller, or the same as the number of the convex protrusions 22 on the outer peripheral portion.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of the electrostatic chuck device in the case where the cross-sectional shape of the substrate in the thickness direction has a convex surface.
- FIG. 9 is a plan view showing an example of a mounting plate corresponding to FIG. 7.
- the diameter of the top surface of the convex protrusion 22 located on the inner peripheral portion A is larger than the diameter of the top surface of the convex protrusion portion 22 located on the outer peripheral portion B.
- the number of the convex protrusions 22 that are located on the inner peripheral portion A it is preferable that the number of the convex protrusions 22 that are located on the outer peripheral portion B be larger.
- the diameter d 1 of the bottom surface 22d of the convex protrusion 22 located on the outer peripheral portion on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 ( d 1o) ratio of the diameter d 2 of the top surface 22a of the convex protrusion 22 (d 2o) for (d 2o / d 1o) is convex which is located on the inner peripheral portion of the mounting surface 11a of the mounting plate 11 Is larger than the ratio (d 2i /d 1i ) of the diameter d 2 (d 2i ) of the top surface 22a of the mounting surface 11a of the mounting plate 11 to the diameter d 1 (d 1i ) of the bottom surface 22d of the protrusion 22.
- the inner peripheral portion of the mounting plate 11 on the mounting surface 11a means, on the mounting surface 11a, from the center 11b of the mounting surface 11a to 55% or more and 65% or less of the radius of the mounting surface 11a. It is an area.
- the outer peripheral portion of the mounting plate 11 on the mounting surface 11a is a region outside the inner peripheral portion of the mounting surface 11a.
- the number of the convex protrusions 22 on the inner peripheral portion may be larger, smaller, or the same as the number of the convex protrusions 22 on the outer peripheral portion.
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the electrostatic chuck device when the cross-sectional shape of the substrate in the thickness direction is concave.
- FIG. 10 is a plan view showing an example of a mounting plate corresponding to FIG. 7. In the mounting plate 11 of FIG. 10, the diameter of the top surface of the convex protruding portion 22 located on the outer peripheral portion B is larger than the diameter of the top surface of the convex protruding portion 22 located on the inner peripheral portion A. Regarding the number of the convex protrusions 22 that are located on the outer peripheral portion B, it is preferable that the number of the convex protrusions 22 that are located on the inner peripheral portion A be larger.
- the mounting surface 11a may have an intermediate portion between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion.
- the inner peripheral portion is a region of the mounting surface 11a from the center 11b of the mounting surface 11a to 20% or more and 30% or less of the radius of the mounting surface 11a.
- the middle part is a region from the center 11b of the mounting surface 11a to 55% or more and 65% or more of the radius of the mounting surface 11a from the outside of the inner peripheral part.
- the outer peripheral portion is an area outside the intermediate portion.
- the convex protrusion 22 has an angle ⁇ between the top surface 22a and the side surface 22b of 90° or more and 160° or less, and preferably 90° or more and 150° or less. If the angle ⁇ formed by the top surface 22a and the side surface 22b is less than 90°, the contact area between the top surface 22a of the convex protrusion 22 and the plate-shaped sample W becomes small due to wear, and therefore the wear rate increases and A large amount of curls and the like are generated, which is not preferable. On the other hand, when the angle ⁇ between the top surface 22a and the side surface 22b exceeds 160°, the contact area between the top surface 22a of the convex protrusion 22 and the plate-shaped sample W increases due to wear. However, when used for a long period of time, the in-plane temperature uniformity of the plate sample W decreases.
- the center line average surface roughness Ra of the top surface 22a of the convex protrusion 22 is preferably 0.05 ⁇ m or less, and more preferably 0.03 ⁇ m or less.
- the lower limit value can be arbitrarily selected, but may be 0.0001 ⁇ m or more, 0.001 ⁇ m or more, or 0.005 or more. If the centerline average surface roughness Ra of the top surface 22a of the convex projection 22 is 0.05 ⁇ m or less, the plate is formed by the upper surface 21a of the annular projection 21 and the top surfaces 22a of the plurality of convex projections 22. Since the sample W is supported in a close contact state, the contact surfaces between the upper surface 21a and the top surface 22a and the plate sample W do not slide, and it is possible to make particles less likely to occur.
- the center line average surface roughness Ra of the upper surface 21a of the annular protrusion 21 is preferably 0.05 ⁇ m or less, and more preferably 0.03 ⁇ m or less.
- the lower limit value can be arbitrarily selected, but may be 0.0001 ⁇ m or more, 0.001 ⁇ m or more, or 0.005 or more. If the centerline average surface roughness Ra of the upper surface 21a of the annular protrusion 21 is 0.05 ⁇ m or less, the plate-shaped sample is formed by the upper surface 21a of the annular protrusion 21 and the top surfaces 22a of the plurality of convex protrusions 22. Since W is supported in a close contact state, the contact surfaces of the upper surface 21a and the top surface 22a and the plate-shaped sample W do not slide, and it is possible to make particles less likely to occur.
- the center line average surface roughness Ra of the top surface 22a of the convex protrusion 22 and the upper surface 21a of the annular protrusion 21 in the electrostatic chuck device 1 of the present embodiment is based on JIS B 0601, and the surface roughness and contour shape are It can be measured using a compound measuring machine (trade name: SURFCOM NEX, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). In this measurement, the surface roughness of the top surface 22a of the convex protruding portion 22 and the upper surface 21a of the annular protruding portion 21 is measured on the concentric circle at three locations at intervals of 120°, for a total of six locations, and the average value is adopted. ..
- the diameter d 2 of the top surface 22a of the convex protrusion 22 is preferably 100 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and more preferably 100 ⁇ m or more and 800 ⁇ m or less. If necessary, the thickness may be 200 ⁇ m or more and 700 ⁇ m or less, or 400 ⁇ m or more and 600 ⁇ m or less.
- the diameter d 2 of the top surface 22a of the convex protrusion 22 is 100 ⁇ m or more, the contact surface between the top surface 22a of the convex protrusion 22 and the plate sample W does not slide, and particles are less likely to be generated. can do. If the diameter d 2 of the top surface 22a of the convex protrusion 22 is 1000 ⁇ m or less, the temperature uniformity of the plate-shaped sample W on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 is not impaired.
- the total contact area B22 between the convex protrusion 22 located on the outer peripheral portion on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 and the plate-shaped sample W is It is preferable that it is larger than the sum A22 of the contact areas between the convex protrusions 22 located on the inner peripheral portion on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 and the plate-shaped sample W. Since the mounting surface 11a of the mounting plate 11 is formed in a concave shape, the outer peripheral portion is more likely to be worn. Therefore, by increasing the total contact area, the inner peripheral portion and the outer peripheral portion have a convex shape. The protrusions 22 can be evenly worn.
- the contact area between the convex protrusions 22 and the plate-shaped sample W is obtained from a surface roughness/contour profile measuring instrument (trade name: SURFCOM NEX, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.) on the top surface 22a of the convex protrusions 22. It can be obtained by calculating the contact area with the convex protrusions 22 from the diameter and multiplying by the number of the convex protrusions 22.
- the substrate When the substrate has a convex cross-sectional shape in the thickness direction, it is located on the inner peripheral portion of the mounting surface 11a of the mounting plate 11 relative to the total area of the inner peripheral portion of the mounting plate 11 on the mounting surface 11a.
- the ratio of the sum of the contact areas of the convex protrusions 22 and the plate-shaped sample W is A1
- the sum of the areas of the outer peripheral portions on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 is the sum.
- the ratio A1 is preferably larger than the ratio B1.
- the top surface 22a of the convex protrusion 22 has a smaller contact area with the plate-shaped sample W due to wear. Since the change is small, the change in the in-plane temperature uniformity of the plate sample W with time is small. Further, since the plate-shaped sample W can be adsorbed by the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the mounting plate with a uniform force, it is possible to prevent the plate-shaped sample W from being deformed.
- the ratio of the ratio A to the ratio B (A1/B1) is 1.5 or more. Is preferable, and 2.0 or more is more preferable.
- the upper limit of the ratio (A1/B1) may be 10.0 or less, or 9.0 or less.
- the ratio is preferably 2.8 to 8.0, more preferably 3.0 to 7.0.
- the ratio (A1/B1) is 1.5 or more and 10.0 or less, even if the plate-shaped sample W is repeatedly mounted on the mounting surface 11a of the mounting plate 11, the top surface of the convex protrusion 22 is Since 22a has a small change in the contact area with the plate-like sample W due to wear, the change in the in-plane temperature uniformity of the plate-like sample W over time is small and the uniformity of the surface temperature is maintained.
- the ratio of the total contact area between the convex protrusion 22 located in the intermediate portion on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 and the plate-shaped sample W is C1
- the ratio A1, the ratio B1, and the ratio C1 preferably satisfies the following formula (1).
- the ratio (A1/C1) of the ratio A1 to the ratio C1 is 1.25 or more. Is preferable, and more preferably 1.5 or more.
- the upper limit of the ratio (A1/C1) may be 5.0 or less, or 4.5 or less.
- the ratio (A1/C1) of the ratio A1 to the ratio C1 is preferably 1.25 to 5.0, more preferably 1.5 to 4.5.
- the ratio may be 2.0 to 4.0 or 2.5 to 3.5, if desired.
- the ratio (A1/C1) is 1.25 or more and 5.0 or less, by repeatedly mounting the plate-shaped sample W on the mounting surface 11a of the mounting plate 11, the top surface of the convex protrusion 22 can be obtained. Even if 22a is worn, since the change in the contact area with the plate-shaped sample W is small, the change in the surface temperature of the plate-shaped sample W over time is small and the surface temperature is kept uniform.
- the ratio (C1/B1) of the ratio C1 to the ratio B1 is 1.25 or more. Is preferable, and more preferably 1.5 or more.
- the upper limit of the ratio (C1/B1) may be 5.0 or less, or 4.5 or less.
- the ratio (C1/B1) of the ratio C1 to the ratio B1 is preferably 1.25 to 5.0, more preferably 1.5 to 4.5.
- the ratio may be 2.0 to 4.0 or 2.5 to 3.5, if desired.
- the ratio (C1/B1) is 1.25 or more and 5.0 or less, by repeatedly mounting the plate-shaped sample W on the mounting surface 11a of the mounting plate 11, the top surface of the convex protruding portion 22 can be obtained. Even if 22a is worn, since the change in the contact area with the plate sample W is small, the change in the in-plane temperature uniformity of the plate sample W with time is small, and the in-plane temperature uniformity is maintained.
- the ratio of the total sum B to the total sum A22 (B22/A22) Is preferably 1.5 or more, and more preferably 2.0 or more.
- the upper limit of the ratio (B22/A22) may be 10.0 or less, or 9.0 or less.
- the ratio of the total sum B to the total sum A22 is preferably 1.5 to 10.0, and more preferably 2.0 to 9.0.
- the ratio is preferably 2.8 to 8.0, more preferably 3.0 to 7.0. If the ratio (B22/A22) is 1.5 or more and 10.0 or less, even if the plate-shaped sample W is repeatedly mounted on the mounting surface 11a of the mounting plate 11, the top surface of the convex protrusion 22 is Since 22a has a small change in the contact area with the plate-like sample W due to wear, the change in the in-plane temperature uniformity of the plate-like sample W over time is small and the uniformity of the surface temperature is maintained. Further, since the plate-shaped sample W can be adsorbed by the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the mounting plate with a uniform force, it is possible to prevent the plate-shaped sample W from being deformed.
- the cross-sectional shape of the base body in the thickness direction is a concave surface
- a convex portion located in the intermediate portion on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 is provided.
- the total sum of the contact areas between the protrusions 22 and the plate-shaped sample W is C
- the total sum A22, the total sum B22, and the total sum C22 preferably satisfy the following formula (3).
- the plate-shaped sample W is repeatedly mounted on the mounting surface 11a of the mounting plate 11, so that the convex protrusions are formed.
- the ratio of the total sum C22 to the total sum A22 is preferably 1.25 or more, and is 1.5 or more. More preferable.
- the upper limit of the ratio (C22/A22) may be 5.0 or less, or 4.5 or less. Specifically, the ratio of the total sum C22 to the total sum A22 (C22/A22) is preferably 1.25 to 5.0, and more preferably 1.5 to 4.5.
- the ratio may be 2.0 to 4.0 or 2.5 to 3.5, if desired.
- the ratio (C22/A22) is 1.25 or more and 5.0 or less, by repeatedly mounting the plate-shaped sample W on the mounting surface 11a of the mounting plate 11, the top surface of the convex projecting portion 22 can be obtained. Even if 22a is worn, since the change in the contact area with the plate-shaped sample W is small, the change in the surface temperature of the plate-shaped sample W over time is small and the surface temperature is kept uniform.
- the ratio of the total sum B22 to the total sum C22 is 1.25 or more. Is preferable, and more preferably 1.5 or more.
- the upper limit of the ratio (B22/C22) may be 5.0 or less, or 4.5 or less. Specifically, the ratio of the total sum B22 to the total sum C22 (B22/C22) is preferably 1.25 to 5.0, and more preferably 1.5 to 4.5.
- the ratio may be 2.0 to 4.0 or 2.5 to 3.5, if desired.
- the ratio (B22/C22) is 1.25 or more and 5.0 or less, by repeatedly mounting the plate-shaped sample W on the mounting surface 11a of the mounting plate 11, the top surface of the convex protruding portion 22 can be obtained. Even if 22a is worn, since the change in the contact area with the plate-shaped sample W is small, the change in the in-plane temperature uniformity of the plate-shaped sample W with time is small and the surface temperature uniformity is maintained.
- the convex protrusions 22 may be located radially as shown in FIG. 11, or may be located on a plurality of concentric circles having different diameters.
- the convex protrusions 22 may be aligned at equal intervals in the radial direction as shown in FIG. 12, and may also be aligned at equal intervals in the direction orthogonal to the radial direction.
- the convex protrusion 22 may have a polygonal cross section, and specifically, may have a quadrangle as shown in FIG. 13.
- the mounting plate 11 and the support plate 12 that form the main part of the electrostatic chuck unit 2 are disc-shaped and have the same shape of the superposed surfaces, and have an electric resistance of 1 ⁇ 10 14 ⁇ cm or more, and It is made of ceramics having a relative permittivity of 13 or more, preferably 18 or more at a frequency of 20 Hz.
- the reason why the electric resistances of the mounting plate 11 and the support plate 12 are limited to 1 ⁇ 10 14 ⁇ cm or more and the relative dielectric constant at a frequency of 20 Hz is 13 or more is that the temperature of the plate-shaped sample W is in these ranges. Is uniformized, the leakage amount (leak amount) of the sealing medium is reduced, and the plasma is stabilized.
- the electric resistance is less than 1 ⁇ 10 14 ⁇ cm, the insulating property as the substrate becomes insufficient, and the leakage current to the adsorbed plate-shaped sample W increases, so that on the plate-shaped sample W. It is not preferable because the device formed on the substrate is broken and the desorption of the plate-shaped sample W is defective due to the increase of the residual adsorption force.
- the relative dielectric constant at a frequency of 20 Hz is less than 13
- a voltage is applied between the plate-shaped sample W and the electrostatic adsorption internal electrode 13
- a static electricity sufficient to adsorb the plate-shaped sample W is obtained. It becomes impossible to generate electroadhesive force. As a result, it becomes difficult to adsorb and fix the plate-shaped sample W on the convex surface or the concave surface 23, which is not preferable.
- the relative permittivity of 1 MHz or more is smaller than the relative permittivity of 20 Hz from the side having high frequency transparency.
- the ceramics forming the mounting plate 11 and the support plate 12 include aluminum oxide-silicon carbide (Al 2 O 3 -SiC) composite sintered body, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) sintered body, and aluminum nitride (AlN). Insulating ceramics having mechanical strength and durability against corrosive gas and its plasma are preferable, such as a sintered body and a yttrium oxide (Y 2 O 3 ) sintered body.
- the particle size of such ceramics is preferably 2 ⁇ m or less, and more preferably 1 ⁇ m or less. In this way, by setting the particle size of the ceramics to 2 ⁇ m or less, by using the ceramics having a small particle size, the plate-shaped sample W, the annular protrusion 21 and the plurality of plates 21 and the plurality of ring-shaped projections 21 caused by the deformation of the plate-shaped sample W at the time of adsorption are formed. The generation of particles due to rubbing with the convex protrusions 22 is suppressed.
- annular protrusion portion 21 and the height and size of the plurality of convex protrusion portions 22 are It is possible to reduce the contact area with the plate sample W.
- the annular protruding portion 21 and the plurality of convex protruding portions 22 provided on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 include the upper surface 21a of the annular protruding portion 21 and the top surfaces 22a of the plurality of protruding protruding portions 22, respectively.
- the plate-shaped sample W, the annular protrusion 21, and the plurality of annular projections 21 and The contact with the convex protrusions 22 is reliably performed on the entire surface of the plate-shaped sample W. Therefore, when the plate-shaped sample W is adsorbed or desorbed, the plate-shaped sample W is not deformed, and the temperature of the plate-shaped sample W is made uniform.
- the plate-shaped sample W adheres to the annular projection 21 and the plurality of convex projections 22. Since the plate-shaped sample W is supported in this state, no gap or sliding is generated between the plate-shaped sample W and the annular protrusion 21 and the plurality of convex protrusions 22. Therefore, particles are less likely to be generated.
- the height h 2 of the upper surface 21a of the annular protrusion 21 (from the mounting surface 11a in FIG. 2).
- the length of the mounting plate 11 that is recessed in the thickness direction) and the height h 3 of the top surface 22a of each of the plurality of convex protrusions 22 (in FIG. 2, the mounting surface 11a extends in the thickness direction of the mounting plate 11).
- the recessed length) is the same.
- the region of the mounting surface 11a excluding the annular protrusion 21 and the plurality of convex protrusions 22 is a flow path for flowing a sealing medium such as nitrogen gas or helium gas.
- the height h 2 of the upper surface 21a of the annular protrusion 21 and the height h 3 of the top surface 22a of each of the plurality of convex protrusions 22 are made equal to each other.
- the depth of the flow path surrounded by the protrusions 22 for flowing the sealing medium such as nitrogen gas or helium gas is constant. As a result, the heat transfer in the channel of the sealing medium becomes constant, the temperature of the plate-shaped sample W becomes uniform, and it becomes possible to stably generate plasma.
- the sum of the area of the upper surface 21a of the annular projection 21 and the total area of the top surfaces 22a of the plurality of convex projections 22 is preferably 30% or less of the area of the mounting surface 11a, and 25% or less. More preferable.
- the sum of the area of the upper surface 21a of the annular projection 21 and the total area of the areas of the top surfaces 22a of the plurality of convex projections 22 is set to 30% or less of the area of the mounting surface 11a, It is possible to increase the ratio of the total area of the flow path of the sealing medium such as nitrogen gas or helium gas to the area of the mounting surface 11a. Therefore, it is possible to improve the soaking property of the sealing medium. As a result, the leak amount (leak amount) of the sealing medium can be reduced, and the generation of plasma can be stabilized.
- the total thickness of the mounting plate 11, the support plate 12, the electrostatic attraction internal electrode 13, and the insulating material layer 14, that is, the thickness of the electrostatic chuck portion 2 is preferably 1 mm or more and 10 mm or less. If the thickness of the electrostatic chuck portion 2 is 1 mm or more, the mechanical strength of the electrostatic chuck portion 2 can be secured. On the other hand, when the thickness of the electrostatic chuck portion 2 is 10 mm or less, the heat capacity of the electrostatic chuck portion 2 does not become too large, and the thermal response of the plate-shaped sample W to be placed does not deteriorate. .. Further, the in-plane temperature of the plate sample W can be maintained in a desired temperature pattern without increasing the heat transfer in the lateral direction of the electrostatic chuck portion.
- the thickness of the mounting plate 11 is preferably 0.3 mm or more and 2.0 mm or less. The reason is that if the mounting plate 11 has a thickness of 0.3 mm or more, there is no risk of discharging due to the voltage applied to the electrostatic attraction internal electrode 13. On the other hand, if the thickness of the mounting plate 11 is 2.0 mm or less, the plate-shaped sample W can be sufficiently adsorbed and fixed, and the plate-shaped sample W can be sufficiently heated.
- the electrostatic attraction internal electrode 13 is used as an electrostatic chuck electrode for generating an electric charge and fixing the plate-like sample by the electrostatic attraction force.
- the shape and size of the electrostatic attraction internal electrode 13 are appropriately adjusted depending on the application.
- the internal electrodes 13 for electrostatic attraction are aluminum oxide-tantalum carbide (Al 2 O 3 —Ta 4 C 5 ) conductive composite sintered body, aluminum oxide-tungsten (Al 2 O 3 —W) conductive composite sintered body.
- a conductive ceramic such as a composite, yttrium oxide-molybdenum (Y 2 O 3 -Mo) conductive composite sintered body, or a refractory metal such as tungsten (W), tantalum (Ta) or molybdenum (Mo).
- the thickness of the electrostatic attraction internal electrode 13 is not particularly limited, but is preferably 5 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less, and particularly preferably 20 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less. If the thickness of the internal electrode 13 for electrostatic attraction is 5 ⁇ m or more, sufficient conductivity can be secured. On the other hand, if the thickness of the internal electrode 13 for electrostatic adsorption is 40 ⁇ m or less, the electrostatic expansion due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the internal electrode 13 for electrostatic adsorption and the mounting plate 11 and the support plate 12. Cracks are less likely to occur at the bonding interface between the suction internal electrode 13 and the mounting plate 11 and the support plate 12.
- the electrostatic attraction internal electrode 13 can be easily formed by a film forming method such as a sputtering method or a vapor deposition method, or a coating method such as a screen printing method.
- the insulating material layer 14 surrounds the internal electrode 13 for electrostatic adsorption to protect the internal electrode 13 for electrostatic adsorption from corrosive gas and its plasma, and at the boundary between the mounting plate 11 and the support plate 12, that is, The outer peripheral region other than the electrostatic attraction internal electrode 13 is joined and integrated.
- the insulating material layer 14 is made of an insulating material having the same composition or the same main component as the material of the placing plate 11 and the supporting plate 12.
- the power supply terminal 15 is a rod-shaped terminal provided to apply a DC voltage to the electrostatic attraction internal electrode 13.
- the material of the power supply terminal 15 is not particularly limited as long as it is a conductive material having excellent heat resistance, but the thermal expansion coefficient is the same as the thermal expansion coefficient of the electrostatic attraction internal electrode 13 and the support plate 12.
- a similar one is preferable, for example, conductive ceramics forming the internal electrode 13 for electrostatic adsorption, or tungsten (W), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), niobium (Nb), Kovar alloy, or the like.
- a metal material is preferably used.
- the power supply terminal 15 is insulated from the cooling base portion 3 by an insulator 16 having an insulating property.
- the power supply terminal 15 is joined and integrated to the support plate 12, and the mounting plate 11 and the support plate 12 are joined and integrated by the electrostatic attraction internal electrode 13 and the insulating material layer 14 to form the electrostatic chuck portion 2. Is composed of.
- the cooling base portion 3 is for cooling the electrostatic chuck portion 2 and holding it at a desired temperature, and has a thick disk shape.
- a water-cooled base in which a flow path 31 for circulating water is formed is suitable.
- the material forming the cooling base portion 3 is not particularly limited as long as it is a metal having excellent thermal conductivity, conductivity, and workability, or a composite material containing these metals, and examples thereof include aluminum (Al) and aluminum. Alloys, copper (Cu), copper alloys, stainless steel (SUS) and the like are preferably used. It is preferable that at least the surface of the cooling base portion 3 exposed to the plasma be subjected to an insulation treatment. As such an insulation treatment, an alumite treatment or an insulation film treatment for applying an insulation film such as alumina is preferable.
- the adhesive layer 4 bonds and integrates the electrostatic chuck part 2 and the cooling base part 3.
- the thickness of the adhesive layer 4 is preferably 100 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, more preferably 130 ⁇ m or more and 170 ⁇ m or less. When the thickness of the adhesive layer 4 is within the above range, the adhesive strength between the electrostatic chuck portion 2 and the cooling base portion 3 can be sufficiently maintained. In addition, sufficient thermal conductivity between the electrostatic chuck portion 2 and the cooling base portion 3 can be ensured.
- the adhesive layer 4 is formed of, for example, a cured product obtained by heating and curing a silicone-based resin composition, an acrylic resin, an epoxy resin, or the like.
- the silicone-based resin composition is a silicon compound having a siloxane bond (Si—O—Si), and is a resin excellent in heat resistance and elasticity, and thus is more preferable.
- thermosetting temperature of 70° C. to 140° C.
- the thermosetting temperature is lower than 70° C.
- the difference in thermal expansion between the electrostatic chuck portion 2 and the cooling base portion 3 is large, and the stress between the electrostatic chuck portion 2 and the cooling base portion 3 increases.
- peeling may occur between them, which is not preferable.
- the silicone resin a resin whose Young's modulus after curing is 8 MPa or less is preferable.
- the Young's modulus after curing exceeds 8 MPa, the thermal expansion between the electrostatic chuck portion 2 and the cooling base portion 3 is caused when the adhesive layer 4 is subjected to a heat cycle of heating and cooling. Since the difference cannot be absorbed and the durability of the adhesive layer 4 is reduced, it is not preferable.
- the adhesive layer 4 has an average particle size of 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, preferably 1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, an inorganic oxide, an inorganic nitride, or an inorganic oxynitride. It is preferable to include a filler made of a substance, for example, surface-coated aluminum nitride (AlN) particles in which a coating layer made of silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the surface of aluminum nitride (AlN) particles.
- AlN surface-coated aluminum nitride
- the surface-coated aluminum nitride (AlN) particles are mixed in order to improve the thermal conductivity of the silicone resin, and the heat transfer coefficient of the adhesive layer 4 can be controlled by adjusting the mixing ratio. ..
- the heat transfer coefficient of the organic adhesive that constitutes the adhesive layer 4 can be increased.
- the coating layer made of silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the surface of the aluminum nitride (AlN) particles, the water resistance is superior to that of the simple aluminum nitride (AlN) particles which are not surface-coated. have. Therefore, the durability of the adhesive layer 4 containing a silicone resin composition as a main component can be ensured, and as a result, the durability of the electrostatic chuck device 1 can be dramatically improved.
- the surface-coated aluminum nitride (AlN) particles the surface of the aluminum nitride (AlN) particles is covered with a coating layer made of silicon oxide (SiO 2 ) having excellent water resistance. It is not hydrolyzed by the water therein, the heat transfer coefficient of aluminum nitride (AlN) is not lowered, and the durability of the adhesive layer 4 is improved. It should be noted that the surface-coated aluminum nitride (AlN) particles do not become a contamination source for the plate-shaped sample W such as a semiconductor wafer, and can be said to be a preferable filler also from this point.
- the adhesive layer 4 may be formed of a thermosetting acrylic resin adhesive having a Young's modulus of 1 GPa or less and flexibility (Shore hardness of A100 or less). In this case, the filler may or may not be contained.
- the electrostatic chuck device 1 of the present embodiment even if the plate-shaped sample W is repeatedly placed on the placing surface 11a of the placing plate 11, even if the top surface 22a of the convex protrusion 22 is worn. Since the change in the contact area between the top surface 22a of the convex protrusion 22 and the plate-shaped sample W is small, the mounting surface 11a of the mounting plate 11 and the plate-shaped sample W are in close contact with each other.
- the plate-shaped sample W can be adsorbed and fixed on the mounting surface 11a, and the temperature of the plate-shaped sample W can be controlled to be uniform.
- the method of manufacturing the electrostatic chuck device of the present embodiment is a method of manufacturing the electrostatic chuck device of the present embodiment, and a step of bonding the electrostatic chuck portion and the cooling base portion with an adhesive
- the mounting surface of the mounting plate of the electrostatic chuck unit, which is adhered to the cooling base has a cross-sectional shape in the thickness direction of the base from the center of the mounting surface of the mounting plate to the outer periphery of the mounting surface of the mounting plate. Processing to form a convex surface or a concave surface that is a curved surface that gradually curves toward.
- a pair of plate-like bodies to be the mounting plate 11 and the support plate 12 are prepared from an aluminum oxide-silicon carbide (Al 2 O 3 —SiC) composite sintered body or a yttrium oxide (Y 2 O 3 ) sintered body.
- Al 2 O 3 —SiC aluminum oxide-silicon carbide
- Y 2 O 3 yttrium oxide
- a mixed powder containing silicon carbide powder and aluminum oxide powder or yttrium oxide powder is molded into a desired shape to obtain a molded body, and then the molded body is heated at a temperature of about 1400° C. to 2000° C. in a non-oxidizing atmosphere,
- the pair of plate-shaped bodies can be obtained by firing for a predetermined time in an inert atmosphere.
- a plurality of fixing holes for fitting and holding the power feeding terminals 15 are formed in one plate-shaped body, and the power feeding terminals 15 are fixed to the fixing holes.
- the electrode forming coating liquid is applied and dried to form an internal electrode forming layer for electrostatic attraction, and the plate-shaped material is applied to an area other than the area where the internal electrode forming layer for electrostatic attraction is formed.
- An insulating material layer including a powder material having the same composition or the same main component as the body is formed.
- the other plate-shaped body is superposed on the internal electrode forming layer for electrostatic attraction and the insulating material layer formed on one plate-shaped body, and these are integrated by hot pressing under high temperature and high pressure.
- the atmosphere in this hot press is preferably vacuum or an inert atmosphere such as Ar, He, N 2 .
- the pressure during uniaxial pressing in the hot press is preferably 5 MPa to 10 MPa, and the temperature is preferably 1400°C to 1850°C.
- the electrostatic attraction internal electrode forming layer is fired to become the electrostatic attraction internal electrode 13 made of a conductive composite sintered body, and at the same time, the two plate-like bodies are respectively placed on the mounting plate 11 and the support plate. 12, the electrostatic chucking internal electrode 13 and the insulating material layer 14 are joined and integrated to form the electrostatic chuck portion 2.
- an adhesive made of a silicone-based resin composition is applied to a predetermined region of the one main surface 3a of the cooling base portion 3.
- the application amount of the adhesive is adjusted so that the electrostatic chuck portion 2 and the cooling base portion 3 can be joined and integrated.
- Examples of the method of applying the adhesive include a bar coat method, a screen printing method, and the like, in addition to the manual application using a spatula or the like.
- the electrostatic chuck part 2 and the cooling base part 3 to which the adhesive is applied are overlapped. Further, the standing power supply terminal 15 and the insulator 16 are inserted and fitted into a power supply terminal accommodating hole (not shown) formed in the cooling base portion 3. Next, the electrostatic chuck portion 2 is pressed against the cooling base portion 3 with a predetermined pressure, and the electrostatic chuck portion 2 and the cooling base portion 3 are joined and integrated. As a result, the electrostatic chuck portion 2 and the cooling base portion 3 are joined and integrated via the adhesive layer 4.
- a surface protection tape is attached to prevent scratches or particles from adhering to mask the side surface and the back surface of the laminate, Only the mounting surface 11a of the mounting plate 11 is exposed.
- the mounting surface 11a of the mounting plate 11 of the electrostatic chuck portion 2 is subjected to grinding and polishing processing so that the sectional shape in the thickness direction of the mounting plate 11 is the center 23a of the convex or concave surface 23 (mounting surface Curved from the center 11b of 11a) toward the outer circumference 23b of the convex or concave surface 23 (corresponding to the outer circumference of the mounting surface 11a) such that the height with respect to the one main surface 3a of the cooling base portion 3 gradually increases.
- the sectional shape in the thickness direction of the mounting plate 11 is the center 23a of the convex or concave surface 23 (mounting surface Curved from the center 11b of 11a) toward the outer circumference 23b of the convex or concave surface 23 (corresponding to the outer circumference of the mounting surface 11a) such that the height with respect to the one main surface 3a of the cooling base portion 3 gradually increases.
- the convex protrusions 22 can be formed by, for example, mechanical processing such as grindstone processing, laser engraving, or sandblasting. Further, polishing for finishing can be efficiently performed by buffing using fine abrasive grains and a buff material, or ultrasonic polishing using fine abrasive grains and ultrasonic waves. Further, in the process of forming the convex protrusions 22, the annular protrusion 21 (see FIG. 1) can be formed at the same time by performing the same process on the peripheral edge of the mounting surface 11a. In the present embodiment, a case will be described in which buffing is performed as a polishing step after performing sandblasting.
- the mounting surface 11a which is the upper surface of the mounting plate 11, is polished to be a flat surface and further cleaned.
- degreasing is performed with an organic solvent such as acetone, isopropyl alcohol, and toluene, and then, cleaning is performed with warm water, for example.
- a mask 51 having a predetermined pattern shape is formed on the mounting surface 11a.
- the pattern shape of the mask 51 is the same as the pattern of the convex protrusion 22 and the annular protrusion 21 shown in FIG.
- a photosensitive resin or a plate-shaped mask is preferably used as the mask 51.
- sandblasting is performed to form a recess 52 in a portion not covered by the mask 51.
- the portion covered with the mask 51 remains and becomes the convex portion 53.
- a bottom surface 11d is formed between the convex portions 53 and on the bottom of the concave portion 52.
- the mask 51 is removed.
- the mask 51 is made of a photosensitive resin
- the mask 51 can be removed by using a stripping solution such as methylene chloride.
- buffing using fine abrasive grains and a buffing material is performed on the entire mounting surface 11a.
- the mounting surface 11a is washed.
- the cleaning is performed with an organic solvent such as acetone to degrease. After degreasing, it is washed with warm water, for example.
- the sandblasting step which is a previous step, is a step of damaging the surface of the mounting surface 11a and removing the portion where the mask 51 is not formed so as to be excavated. Therefore, surface layer cracks extending inward from the surface layer portion remain in the vicinity of the corner portion 53a of the convex portion 53 formed by the sandblasting process.
- the surface crack progresses with a small stress and becomes a starting point of peeling, which causes generation of particles.
- the surface cracks formed in the sandblasting process can be forcibly advanced and peeled off, and the surface cracks can be removed. As the peeling proceeds from the surface layer crack as a starting point, the upper surface 53b and the corner portion 53a of the convex portion 53 are rounded, and the R surface 22c is formed as shown in FIG.
- the entire convex projection 22 including the top surface 22a and the bottom surface 11d of the mounting surface 11a can be simultaneously polished.
- the surface roughness Ra of the top surface 22a is set to 0.05 ⁇ m or less
- the peripheral surfaces of the pillar portion 22A and the skirt portion 22B of the convex protrusion 22 and the bottom surface 11d conform to the surface roughness of the top surface 22a. It can be surface roughness.
- the buffing material uniformly hits the top surface 22a in the buffing process, but the bottom surface 11d has a portion where the buffing material is hard to reach, so that the surface texture may be partially roughened. Including such a portion, the surface roughness Ra of the bottom surface 11d can be set to 0.05 ⁇ m or less by the buffing process.
- the conditions for sandblasting and the conditions for buffing will be described.
- Alumina, silicon carbide, glass beads and the like are preferable as the medium used for the sandblasting, and the particle size of the medium is preferably 400 mesh under (passing through 300 mesh).
- the discharge pressure of the medium in sandblasting is, for example, preferably 0.1 MPa or less, and more preferably 0.05 MPa or less.
- the grain size of the medium is 170 mesh under and the discharge pressure of the medium is about 0.2 MPa in consideration of the processing efficiency. It is preferable that the sandblasting process of the present embodiment is performed by reducing the particle size of the medium and suppressing the discharge pressure as compared with the conventional technique.
- the generation of surface cracks can be suppressed by reducing the particle size of the medium and setting the discharge pressure of the medium to 0.1 MPa or less (more preferably 0.05 MPa or less).
- the surface layer cracks are removed by the buffing process, but if it is considered that a large amount of surface layer cracks have occurred, it is necessary to carefully perform the buffing process, and the inclination of the column portion 22A becomes large and the height becomes high.
- the change in cross-sectional area along the direction may be large.
- the polishing amount of the convex protrusion 22 in the buff polishing is reduced. Therefore, the inclination of the pillar portion 22A can be reduced. That is, it is possible to reduce the increase rate of the sectional area of the convex protrusion 22 from the top surface 22a to the lower side.
- the fine abrasive grains used for buffing preferably have a grain size of 0.125 ⁇ m or less. This makes it possible to reduce the rate of increase of the sectional area of the convex protrusion 22 from the top surface 22a to the lower side by performing the polishing process under softer conditions.
- the buff material is not particularly limited, and for example, a resin buff material can be used.
- buffing it is preferable to polish in multiple stages using finer abrasive grains at each step.
- buffing is preferably performed in the order of 800 mesh fine abrasive grains, 1000 mesh fine abrasive grains, 1500 mesh fine abrasive grains, and the like.
- the surface protection tape is removed from the laminated body including the electrostatic chuck portion 2, the adhesive layer 4, and the cooling base portion 3.
- the particles (processing scraps of the mounting plate 11) remaining on the convex surface 23 of the electrostatic chuck portion 2 and the mounting surface 11a of the mounting plate 11 are removed by ultrasonic cleaning in ultrapure water. Furthermore, after wiping with alcohol to remove the pressure-sensitive adhesive remaining on the side surface and the back surface of the above-mentioned laminated body, it is dried by a dryer.
- the electrostatic chuck portion 2 and the cooling base portion 3 are joined and integrated with each other via the adhesive layer 4, and the annular projection portion 21 and the plurality of annular protrusion portions 21 are formed on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 of the electrostatic chuck portion 2.
- the cross-sectional shape of the mounting plate 11 in the thickness direction is from the center 23a of the convex surface or the concave surface 23 toward the outer periphery 23b of the convex surface or the concave surface 23. It is possible to obtain the electrostatic chuck device 1 according to the present embodiment, which has a curved surface shape that is curved so that the height with respect to the surface 3a becomes gradually higher.
- the top surface 22a of the convex protrusion 22 is worn.
- the wear resistance is excellent, and thus the mounting surface 11a of the mounting plate 11 and the plate-shaped sample W are in close contact with each other.
- the plate-shaped sample W can be adsorbed and fixed on the mounting surface 11a of the mounting plate 11, and the temperature of the plate-shaped sample W can be controlled to be uniform.
- the chuck device 1 is obtained.
- Example 1A An electrostatic chuck device 1 as shown in FIG. 1A and FIGS. 2 to 6 was manufactured.
- the electrostatic chuck portion 2 in which the convex protrusions 22 are not formed on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 was manufactured by the conventional method.
- the electrostatic chuck portion 2 has an internal electrode 13 for electrostatic adsorption with a thickness of about 10 ⁇ m embedded therein.
- the mounting plate 11 of the electrostatic chuck unit 2 is an aluminum oxide-silicon carbide composite sintered body containing 7.8 mass% of silicon carbide, and has a disk shape with a diameter of 298 mm and a thickness of 0.5 mm. there were.
- the support plate 12 was also an aluminum oxide-silicon carbide composite sintered body containing 7.8 mass% of silicon carbide, and had a disc shape with a diameter of 298 mm and a thickness of 2 mm.
- the electrostatic chuck portion 2 had a total thickness of 2.5 mm.
- the mounting surface 11a which is the upper surface of the mounting plate 11, is polished to be a convex surface or a concave surface 23, and further cleaned.
- a mask 51 corresponding to the shapes of the convex protrusion 22 and the annular protrusion 21 was formed on the mounting surface 11a (see FIG. 4).
- sandblasting was performed to form the convex portions 53 and the concave portions 52 (see FIG. 5).
- the mask 51 was removed (see FIG. 6).
- the entire mounting surface 11a was buffed using fine abrasive grains and a buffing material.
- the mounting surface 11a was degreased with acetone and then washed with warm water. Through the above steps, about 10,000 convex protrusions 22 were formed on the mounting surface 11a, and the electrostatic chuck portion 2 of Example 1A was obtained.
- the ratio of the diameter d 2 of the top surface 22a of the convex protrusion 22 to the diameter d 1 of the bottom surface 22d of the convex protrusion 22 (in Table 1, “d 2 /d 1 ”). Is shown).
- the diameter d 1 and the diameter d 2 were calculated from the measurement results of a surface roughness/contour shape composite measuring machine (trade name: SURFCOM NEX, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). The results are shown in Table 1.
- an area of 55% or more and 65% or less of the radius of the mounting surface 11a from the center 11b of the mounting surface 11a is defined as an inner peripheral portion of the mounting plate 11 on the mounting surface 11a.
- an area outside the inner peripheral portion is set as an outer peripheral portion on the mounting surface 11a of the mounting plate 11.
- the angle ⁇ formed by the top surface 22a and the side surface 22b of the convex protrusion 22 (indicated as “angle ⁇ ” in Table 1) and the R surface 22c were measured for surface roughness. It was obtained by analyzing the measurement results of a contour shape measuring instrument (trade name: SURFCOM NEX, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). The results are shown in Table 1.
- the center line average surface roughness Ra of the top surface 22a of the convex protrusion portion 22 (in Table 1, referred to as “center line average surface roughness Ra1") and the annular protrusion portion 21.
- the center line average surface roughness Ra of the upper surface 21a of the above (in Table 1, referred to as “center line average surface roughness Ra2”) was measured.
- the centerline average surface roughness Ra of the top surface 22a of the convex protrusion 22 and the centerline average surface roughness Ra of the upper surface 21a of the annular protrusion 21 are in accordance with JIS B0601, and the surface roughness/contour shape combined measuring machine is used. (Product name: SURFCOM NEX, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). The results are shown in Table 1.
- the diameter d 2 of the top surface 22 a of the convex protrusion 22 (indicated as “diameter d” in Table 1) was measured.
- the diameter d 2 of the top surface 22a of the convex protrusion 22 was measured by a surface roughness/contour shape combined measuring machine (trade name: SURFCOM NEX, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). The results are shown in Table 1.
- the electrostatic chuck part 2 was measured for the inner peripheral area of the mounting surface 11a of the mounting plate 11.
- the intermediate portion has a ratio B11 of the total contact area between the convex projecting portion 22 located on the outer peripheral portion on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 and the plate-shaped sample W with respect to the total area of the outer peripheral portion of Is the contact area between the plate-shaped sample W and the convex protrusion 22 located at the intermediate portion on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 with respect to the total area of the intermediate portion on the mounting surface 11a of the mounting plate 11.
- the sum ratio C11 was calculated. The results are shown in Table 1.
- the diameter d 2 of the top surface 22a of the convex protrusion 22 is the measurement result of the surface roughness/contour profile combined measuring machine (SURFCOM NEX: manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.).
- the sum A22 of the contact areas between the portion 22 and the plate-shaped sample W was calculated.
- Table 1 shows the total contact area ratio (B22/A22).
- Example 1A the difference between the maximum and minimum in-plane temperature values of the plate-shaped sample W in the initial stage (hereinafter, referred to as “initial temperature range”) was 2.6° C.
- the case where the difference is less than 3° C. compared to the initial temperature range is “A”, the case where the difference is 3° C. or more and less than 4° C.
- the initial temperature range The case where the difference was 4° C. or more and less than 5° C. was evaluated as “C”, and the case where the difference was 5° C. or more compared with the initial temperature range was evaluated as “D”.
- Example 2A The ratio d 2 /d 1 of the top surface d 2 and the bottom surface d 1 of the convex protrusions is 0.80, and the convex protrusions 22 and the plate-like members located on the outer peripheral portion of the mounting surface 11a of the mounting plate 11 are formed.
- An electrostatic chuck device 1 of Example 2 as shown in FIG. 1A and FIGS. 2 to 4 was manufactured in the same manner as in Example 1A except that was set to 1.6.
- Example 1A the dimensions and the like of each portion were measured in the same manner as in Example 1A. The results are shown in Table 1. Further, with respect to the obtained electrostatic chuck device 1, the in-plane temperature change of the plate-shaped sample W was measured in the same manner as in Example 1A. The initial temperature range was 2.8°C. The results are shown in Table 1.
- the mounting surface of the mounting plate 11 has an intermediate portion on the mounting surface 11a, and an area of 30% or more and less than 40% of the radius of the mounting surface 11a from the center 11b of the mounting surface 11a.
- the inner peripheral portion of the mounting plate 11a is defined as an inner peripheral portion of the mounting surface 11a, and an area outside the inner peripheral portion of the mounting surface 11a that is 55% or more and less than 65% of the radius of the mounting surface 11a is an intermediate portion on the mounting surface 11a.
- the intermediate portion of the mounting surface 11a is defined as the intermediate portion, and the area outside the intermediate portion is defined as the outer peripheral portion on the mounting surface 11a of the mounting plate 11, and the ratio d 2 of the top surface d 2 and the bottom surface d 1 of the convex protrusion is When /d 1 is 0.80 and the total contact area C11 between the convex protrusion 22 located at the intermediate portion on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 and the plate sample W is C11,
- the ratio A11/C11 of the sum C of the contact areas and the sum A of the contact areas of the inner peripheral portion is 2.1
- the ratio C11/A11 of the sum B11 of the contact areas of the outer peripheral portion and the sum C of the contact areas of the middle portion is C11/A11.
- An electrostatic chuck device 1 of Example 3A as shown in FIG. 1A and FIGS. 2 to 4 was manufactured in the same manner as in Example 1A except that 0 was set.
- the obtained electrostatic chuck portion 2 the dimensions and the like of each portion were measured in the same manner as in Example 1A. The results are shown in Table 1.
- the initial temperature range was 2.8°C.
- the in-plane temperature change of the plate-shaped sample W was measured in the same manner as in Example 1A. The results are shown in Table 1.
- the electrostatic chuck device 1 of Examples 1A to 3A can mount the plate-shaped sample W on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 more than the electrostatic chuck device 1 of the comparative example. It was confirmed that the in-plane temperature uniformity of the plate-shaped sample W was improved even when the above procedure was repeated.
- the angle ⁇ formed by the top surface 22a and the side surface 22b is set to 90° or more and 160° or less, the ratio of the top surface d 2 and the bottom surface d 1 of the convex protrusion is increased to 0.75 or more, and the curvature of the R surface 22c is increased.
- Example 1B An electrostatic chuck device 1 as shown in FIG. 1B and FIGS. 2 to 6 was manufactured.
- the electrostatic chuck portion 2 in which the convex protrusions 22 are not formed on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 was manufactured by the conventional method.
- the electrostatic chuck portion 2 has an internal electrode 13 for electrostatic adsorption with a thickness of about 10 ⁇ m embedded therein.
- the mounting plate 11 of the electrostatic chuck unit 2 is an aluminum oxide-silicon carbide composite sintered body containing 7.8 mass% of silicon carbide, and has a disk shape with a diameter of 298 mm and a thickness of 0.5 mm. there were.
- the support plate 12 was also an aluminum oxide-silicon carbide composite sintered body containing 7.8 mass% of silicon carbide, and had a disc shape with a diameter of 298 mm and a thickness of 2 mm.
- the electrostatic chuck portion 2 had a total thickness of 2.5 mm.
- the mounting surface 11a which is the upper surface of the mounting plate 11, is polished to be a convex surface or a concave surface 23, and further cleaned.
- a mask 51 corresponding to the shapes of the convex protrusion 22 and the annular protrusion 21 was formed on the mounting surface 11a (see FIG. 4).
- sandblasting was performed to form the convex portions 53 and the concave portions 52 (see FIG. 5).
- the mask 51 was removed (see FIG. 6).
- the entire mounting surface 11a was buffed using fine abrasive grains and a buffing material.
- the mounting surface 11a was degreased with acetone and then washed with warm water. Through the above steps, about 10,000 convex protrusions 22 were formed on the mounting surface 11a, and the electrostatic chuck portion 2 of Example 1B was obtained.
- the difference between the height of the top surface 22a of the convex protrusion 22 located at the center 11b of the mounting surface 11a and the height of the upper surface 21a of the annular protrusion 21 was measured. This difference in height was measured by a surface roughness/contour shape composite measuring machine (trade name: SURFCOM NEX, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). The results are shown in Table 2.
- the ratio of the diameter d 2 of the top surface 22a of the convex protrusion 22 to the diameter d 1 of the bottom surface 22d of the convex protrusion 22 (in Table 1, “d 2 /d 1 ”). Is shown).
- the diameter d 1 and the diameter d 2 were calculated from the measurement results of a surface roughness/contour shape composite measuring machine (trade name: SURFCOM NEX, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). The results are shown in Table 1.
- an area of 55% or more and 65% or less of the radius of the mounting surface 11a from the center 11b of the mounting surface 11a is defined as an inner peripheral portion of the mounting plate 11 on the mounting surface 11a.
- an area outside the inner peripheral portion is set as an outer peripheral portion on the mounting surface 11a of the mounting plate 11.
- the angle ⁇ formed by the top surface 22a and the side surface 22b of the convex protrusion 22 (indicated as “angle ⁇ ” in Table 1) and the R surface 22c were measured for surface roughness. It was obtained by analyzing the measurement results of a contour shape compound measuring machine (trade name: SURFCOM NEX, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). The results are shown in Table 2.
- the center line average surface roughness Ra of the top surface 22a of the convex protrusion portion 22 (shown as “center line average surface roughness Ra1” in Table 2) and the annular protrusion portion 21.
- the center line average surface roughness Ra of the upper surface 21a of the above (indicated as “center line average surface roughness Ra2” in Table 2) was measured.
- the centerline average surface roughness Ra of the top surface 22a of the convex protrusion 22 and the centerline average surface roughness Ra of the upper surface 21a of the annular protrusion 21 are in accordance with JIS B0601, and the surface roughness/contour shape combined measuring machine is used. (Product name: SURFCOM NEX, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). The results are shown in Table 2.
- the diameter d 2 of the top surface 22 a of the convex protrusion 22 (indicated as “diameter d” in Table 1) was measured.
- the diameter d 2 of the top surface 22a of the convex protrusion 22 was measured by a surface roughness/contour shape combined measuring machine (trade name: SURFCOM NEX, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). The results are shown in Table 2.
- the diameter d 2 of the top surface 22a of the convex protrusion 22 is the measurement result of the surface roughness/contour profile combined measuring machine (SURFCOM NEX: manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.).
- Sum B22 of contact areas between the convex protrusions 22 located on the outer periphery of the mounting surface 11a and the plate sample W, and the convex protrusions located on the inner periphery of the mounting surface 11a of the mounting plate 11 The sum A22 of the contact areas between the portion 22 and the plate-shaped sample W was calculated.
- Table 2 shows the total contact area ratio (B22/A22).
- Example 1B the difference between the maximum value and the minimum value of the in-plane temperature of the plate sample W in the initial stage (hereinafter, referred to as “initial temperature range”) was 2.8°C.
- the case where the difference is less than 3° C. compared to the initial temperature range is “A”, the case where the difference is 3° C. or more and less than 4° C.
- the initial temperature range The case where the difference was 4° C. or more and less than 5° C. was evaluated as “C”, and the case where the difference was 5° C. or more compared with the initial temperature range was evaluated as “D”.
- Example 2B The ratio d 2 /d 1 of the top surface d 2 and the bottom surface d 1 of the convex protrusions is 0.80, and the convex protrusions 22 and the plate-like members located on the outer peripheral portion of the mounting surface 11a of the mounting plate 11 are formed. A ratio B22/A22 of the total contact area B22 of the contact area with the sample W and the total contact area A22 of the plate-shaped sample W with the convex protrusion 22 located on the inner peripheral portion of the mounting surface 11a of the mounting board 11.
- the electrostatic chuck device 1 of Example 2B as shown in FIG. 1B and FIGS. 2 to 4 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that was set to 1.7.
- Example 1B With respect to the obtained electrostatic chuck portion 2, the dimensions of each portion were measured in the same manner as in Example 1B. The results are shown in Table 2. Further, with respect to the obtained electrostatic chuck device 1, the in-plane temperature change of the plate sample W was measured in the same manner as in Example 1B. The initial temperature range was 2.6°C. The results are shown in Table 2.
- the mounting surface of the mounting plate 11 has an intermediate portion on the mounting surface 11a, and an area of 30% or more and less than 40% of the radius of the mounting surface 11a from the center 11b of the mounting surface 11a.
- the inner peripheral portion of the mounting plate 11a is defined as an inner peripheral portion of the mounting surface 11a, and an area outside the inner peripheral portion of the mounting surface 11a that is 55% or more and less than 65% of the radius of the mounting surface 11a is an intermediate portion on the mounting surface 11a.
- the intermediate portion of the mounting surface 11a is defined as the intermediate portion, and the area outside the intermediate portion is defined as the outer peripheral portion on the mounting surface 11a of the mounting plate 11, and the ratio d 2 of the top surface d 2 and the bottom surface d 1 of the convex protrusion is When /d 1 is 0.80 and the total contact area C between the convex protrusion 22 located at the intermediate portion on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 and the plate-shaped sample W is C,
- the ratio A/C of the sum C of the contact areas and the sum A of the contact areas of the inner circumference is 2.1
- the ratio C/A of the sum B of the contact areas of the outer circumference and the sum C of the contact areas of the middle is 5.
- An electrostatic chuck device 1 of Example 3B as shown in FIG. 1B and FIGS. 2 to 4 was manufactured in the same manner as in Example 1B except that 0 was set.
- the obtained electrostatic chuck portion 2 With respect to the obtained electrostatic chuck portion 2, the dimensions and the like of each portion were measured in the same manner as in Example 1B. The results are shown in Table 2.
- the initial temperature range was 2.7°C.
- the in-plane temperature change of the plate sample W was measured in the same manner as in Example 1B. The results are shown in Table 2.
- the plate-shaped sample W is mounted on the mounting surface 11a of the mounting plate 11 as compared with the electrostatic chuck device 1 of Comparative Example 1B. Even if the placement is repeated, the top surface 22a of the convex projection 22 is hard to wear and has excellent wear resistance. Therefore, the placement surface 11a of the placement plate 11 and the plate-shaped sample W are in close contact with each other. It was confirmed that the plate-shaped sample W can be adsorbed and fixed on the mounting surface 11a of 11 and the temperature of the plate-shaped sample W can be controlled to be uniform.
- the electrostatic chuck device of the present invention is a semiconductor manufacturing apparatus that manufactures semiconductors such as IC, LSI, and VLSI.
- a plate sample such as a semiconductor wafer is attracted and fixed by electrostatic force, and film formation processing and etching are performed on the plate sample. It is preferably used when performing various kinds of processing such as processing and exposure processing.
- Electrostatic chuck device 1... Electrostatic chuck device, 2... Electrostatic chuck part, 3... Cooling base part, 4... Adhesive layer, 11... Mounting plate (base), 12... Support plate, 13... Electrode for electrostatic attraction, 14... Insulating material layer, 15... Power supply terminal, 21... Annular protrusion, 22... Convex protrusion, 23... -Convex surface, 51... Mask, 52... Recessed portion, 53... Convex portion.
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Abstract
本発明の静電チャック装置は、基体の厚さ方向の断面形状が一主面の中心から外周に向かい次第に湾曲する凸状曲面または凹状曲面をなし、基体の一主面上の周縁部を一周する環状突起部が設けられ、環状突起部に囲まれた領域に複数の凸状突起部が設けられ、一主面の中心に位置する凸状突起部の頂面の高さと環状突起部の上面の高さとの差が1~30μmであり、凸状突起部は板状試料と接する頂面、側面および頂面と側面を連接するR面を有し、底面の直径に対する頂面の直径の比が0.75以上であり、凸状突起部は頂面と側面のなす角度が90°以上かつ160°以下である。
Description
本発明は、静電チャック装置に関する。
本願は、2019年2月20日に、日本に出願された特願2019-028054号、および2019年2月20日に、日本に出願された特願2019-028628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、2019年2月20日に、日本に出願された特願2019-028054号、および2019年2月20日に、日本に出願された特願2019-028628号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、半導体装置や液晶装置等の製造工程においては、半導体ウエハ、金属ウエハ、ガラス基板等の板状試料の表面に各種の処理を施すことが行われている。この各種処理に際しては、板状試料を静電吸着力により固定するとともに、この板状試料を好ましい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、誘電体であるセラミック板状体の内部あるいはその下面に静電吸着用内部電極を設けた静電チャック部を必須とするものである。また、静電チャック装置は、セラミック板状体の表面(載置面)に半導体ウエハ、金属ウエハ、ガラス基板等の板状試料を載置し、この板状試料と静電吸着用内部電極との間に電圧を印加することにより発生する静電吸着力により、この板状試料をセラミック板状体の吸着面上に吸着固定している。
このような静電チャック装置においては、加工中や処理中の板状試料の温度を制御する目的で、セラミック板状体の吸着面と板状試料との間にヘリウム等の不活性ガスを流動させて板状試料を冷却する装置がある。このような静電チャック装置では、不活性ガスの封止特性やウエハ等の板状試料の脱離特性等、各種特性を改善するための様々な改良が行われている。
例えば、基体の一主面(載置面)上の周縁部に環状突起部を設け、この一主面上の環状突起部に囲まれた領域に環状突起部と同一の高さの複数の突起部を設け、この環状突起部の上端部および複数の突起部の上端部が一主面の中心部を底面とする凹面上に位置することにより、板状試料を吸着する際や脱離する際に、板状試料が変形することがなくなり、この板状試料の温度も均一化され、しかも、パーティクルが発生し難い静電チャック装置が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
しかしながら、特許文献1の静電チャック装置のように、板状試料を載置する基体の一主面が凹面をなしている場合、基体の一主面上の外周部に位置する突起部は、基体の一主面上の内周部に位置する突起部よりも、板状試料との接触による摩耗量が多いという課題があった。また、特許文献1の静電チャック装置のように、突起部の頂面の形状が角状をなしている場合、板状試料との接触により、突起部の角部が摩耗することで板状試料との接触面積が変化するという課題があった。
また、特許文献2の静電チャック装置のように、突起部の頂面の形状が円弧状をなしている場合、板状試料との接触により、突起部の頂面が摩耗し易いという課題があった。
また、特許文献2の静電チャック装置のように、突起部の頂面の形状が円弧状をなしている場合、板状試料との接触により、突起部の頂面が摩耗し易いという課題があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、基体の載置面において、板状試料を吸着する突起部の形状を制御することにより摩耗しても、突起部と板状試料との接触面積の変化量が小さいため、基体の載置面に吸着した板状試料の温度の均一性、並びに長時間使用による経時的な板状試料面内の温度均一性の変化が小さい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ために鋭意検討を重ねた結果、基体の一主面に板状試料を静電吸着する静電チャック装置において、前記一主面の中心に位置する凸状突起部の頂面の高さと環状突起部の上面の高さとの差が1μm以上かつ30μm以下であり、凸状突起部は、板状試料と接する頂面、側面、および頂面と側面を連接するR面(面取り部)を有し、かつ、底面の直径に対する頂面の直径の比が0.75以上であり、凸状突起部は、頂面と側面のなす角度が90°以上かつ160°以下であることで、前記課題が解決出来ることを見出した。
本発明の静電チャック装置は、以下の態様を有する。
[1] 基体の一主面に板状試料を静電吸着する静電チャック装置であって、
前記基体の厚さ方向の断面形状は、前記一主面の中心から前記一主面の外周に向かって次第に湾曲する凸状曲面または凹状曲面をなし、
前記一主面上の周縁部には、前記周縁部を一周するように、縦断面が略四角形状の環状突起部が設けられ、
前記一主面上の前記環状突起部に囲まれた領域には、横断面が円形または多角形状であり、かつ縦断面が略四角形状の複数の凸状突起部が設けられ、
前記一主面の中心に位置する前記凸状突起部の頂面の高さと前記環状突起部の上面の高さとの差が1μm以上かつ30μm以下であり、
前記凸状突起部は、前記板状試料と接する前記頂面、側面、および前記頂面と前記側面を連接するR面を有し、かつ、底面の直径に対する前記頂面の直径の比が0.75以上であり、
前記凸状突起部は、前記頂面と前記側面のなす角度が90°以上かつ160°以下である静電チャック装置。
[2] 前記凸状突起部の前記頂面の中心線平均表面粗さRaは0.05μm以下である[1]に記載の静電チャック装置。
[3] 前記環状突起部の前記上面の中心線平均表面粗さRaは0.05μm以下である[1]または[2]に記載の静電チャック装置。
[4] 前記凸状突起部の前記頂面の直径は100μm以上かつ1000μm以下である[1]~[3]のいずれか1項に記載の静電チャック装置。
[5] 前記基体の厚さ方向の断面形状は、前記一主面の中心から前記一主面の外周に向かって次第に湾曲する凸状曲面をなし、
前記一主面上の内周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径に対する前記頂面の直径の比は、前記一主面上の外周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径に対する前記頂面の直径の比よりも大きい[1]~[4]のいずれか1項に記載の静電チャック装置。
[6] 前記内周部の面積の総和に対する前記内周部に位置する前記凸状突起部と前記板状試料との接触面積の総和の比A1は、前記外周部の面積の総和に対する前記外周部に位置する前記凸状突起部と前記板状試料との接触面積の総和の比B1よりも大きい[5]に記載の静電チャック装置。
[7] 前記外周部と前記内周部の間に中間部を有し、前記中間部に位置する前記凸状突起部の底面の直径は、前記外周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径より大きく、かつ、前記内周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径より小さい[6]に記載の静電チャック装置。
[8] 前記比A1と、前記比B1と、前記中間部の面積の総和に対する前記中間部に位置する前記凸状突起部と前記板状試料との接触面積の総和の比C1とは、下記の式(1)を満たす[6]又は[7]に記載の静電チャック装置。
A1>C1>B1 (1)
[9] 前記基体の厚さ方向の断面形状は、前記一主面の中心から前記一主面の外周に向かって次第に湾曲する凹状曲面をなし、
前記一主面上の外周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径に対する前記頂面の直径の比は、前記一主面上の内周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径に対する前記頂面の直径の比よりも大きい[1]~[4]のいずれか1項に記載の静電チャック装置。
[10] 前記外周部に位置する前記凸状突起部が前記板状試料と接触する面積の総和B22は、前記内周部に位置する前記凸状突起部が前記板状試料と接触する面積の総和A22よりも大きい[9]に記載の静電チャック装置。
[11] 前記外周部と前記内周部の間に中間部を有し、前記中間部に位置する前記凸状突起部の底面の直径は、前記内周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径より大きく、かつ、前記外周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径より小さい[10]に記載の静電チャック装置。
[12] 前記総和A22と、前記総和B22と、前記中間部に位置する前記凸状突起部が前記板状試料と接触する面積の総和C22が、下記の式(3)を満たす[10]又は[11]に記載の静電チャック装置。
B22>C22>A22 (3)
[13] 前記一主面は、酸化アルミニウム-炭化ケイ素複合焼結体、酸化アルミニウム焼結体、窒化アルミニウム焼結体または酸化イットリウム焼結体から構成される[1]~[12]のいずれか1項に記載の静電チャック装置。
[14] 前記比B1に対する前記比A1の比(A1/B1)は、1.5~10.0が好ましく、2.0~9.0がより好ましく、2.8~8.0がさらに好ましく、3.0~7.0が特に好ましい、[6]に記載の静電チャック装置。
[15] 前記比B1に対する前記比C1の比(C1/B1)は、1.25~5.0が好ましく、1.5~4.5がより好ましく、2.0~4.0がさらに好ましく、2.5~3.5が特に好ましい、[8]に記載の静電チャック装置。
[16] 前記比C1に対する前記比A1の比(A1/C1)は、1.25~5.0が好ましく、1.5~4.5がより好ましく、2.0~4.0がさらに好ましく、2.5~3.5が特に好ましい、[8]又は[15]に記載の静電チャック装置。
[17] 前記総和A22に対する前記総和B22の比(B22/A22)は、1.5~10.0が好ましく、2.0~9.0がより好ましく、2.8~8.0がさらに好ましく、3.0~7.0が特に好ましい、[10]に記載の静電チャック装置。
[18] 前記総和C22に対する前記総和B22の比(B22/C22)は、1.25~5.0が好ましく、1.5~4.5がより好ましく、2.0~4.0がさらに好ましく、2.5~3.5が特に好ましい、[12]に記載の静電チャック装置。
[19] 前記総和A22に対する前記総和C22の比(C22/A22)は、1.25~5.0が好ましく、1.5~4.5がより好ましく、2.0~4.0がさらに好ましく、2.5~3.5が特に好ましい、[12]又は[18]に記載の静電チャック装置。
[1] 基体の一主面に板状試料を静電吸着する静電チャック装置であって、
前記基体の厚さ方向の断面形状は、前記一主面の中心から前記一主面の外周に向かって次第に湾曲する凸状曲面または凹状曲面をなし、
前記一主面上の周縁部には、前記周縁部を一周するように、縦断面が略四角形状の環状突起部が設けられ、
前記一主面上の前記環状突起部に囲まれた領域には、横断面が円形または多角形状であり、かつ縦断面が略四角形状の複数の凸状突起部が設けられ、
前記一主面の中心に位置する前記凸状突起部の頂面の高さと前記環状突起部の上面の高さとの差が1μm以上かつ30μm以下であり、
前記凸状突起部は、前記板状試料と接する前記頂面、側面、および前記頂面と前記側面を連接するR面を有し、かつ、底面の直径に対する前記頂面の直径の比が0.75以上であり、
前記凸状突起部は、前記頂面と前記側面のなす角度が90°以上かつ160°以下である静電チャック装置。
[2] 前記凸状突起部の前記頂面の中心線平均表面粗さRaは0.05μm以下である[1]に記載の静電チャック装置。
[3] 前記環状突起部の前記上面の中心線平均表面粗さRaは0.05μm以下である[1]または[2]に記載の静電チャック装置。
[4] 前記凸状突起部の前記頂面の直径は100μm以上かつ1000μm以下である[1]~[3]のいずれか1項に記載の静電チャック装置。
[5] 前記基体の厚さ方向の断面形状は、前記一主面の中心から前記一主面の外周に向かって次第に湾曲する凸状曲面をなし、
前記一主面上の内周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径に対する前記頂面の直径の比は、前記一主面上の外周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径に対する前記頂面の直径の比よりも大きい[1]~[4]のいずれか1項に記載の静電チャック装置。
[6] 前記内周部の面積の総和に対する前記内周部に位置する前記凸状突起部と前記板状試料との接触面積の総和の比A1は、前記外周部の面積の総和に対する前記外周部に位置する前記凸状突起部と前記板状試料との接触面積の総和の比B1よりも大きい[5]に記載の静電チャック装置。
[7] 前記外周部と前記内周部の間に中間部を有し、前記中間部に位置する前記凸状突起部の底面の直径は、前記外周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径より大きく、かつ、前記内周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径より小さい[6]に記載の静電チャック装置。
[8] 前記比A1と、前記比B1と、前記中間部の面積の総和に対する前記中間部に位置する前記凸状突起部と前記板状試料との接触面積の総和の比C1とは、下記の式(1)を満たす[6]又は[7]に記載の静電チャック装置。
A1>C1>B1 (1)
[9] 前記基体の厚さ方向の断面形状は、前記一主面の中心から前記一主面の外周に向かって次第に湾曲する凹状曲面をなし、
前記一主面上の外周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径に対する前記頂面の直径の比は、前記一主面上の内周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径に対する前記頂面の直径の比よりも大きい[1]~[4]のいずれか1項に記載の静電チャック装置。
[10] 前記外周部に位置する前記凸状突起部が前記板状試料と接触する面積の総和B22は、前記内周部に位置する前記凸状突起部が前記板状試料と接触する面積の総和A22よりも大きい[9]に記載の静電チャック装置。
[11] 前記外周部と前記内周部の間に中間部を有し、前記中間部に位置する前記凸状突起部の底面の直径は、前記内周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径より大きく、かつ、前記外周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径より小さい[10]に記載の静電チャック装置。
[12] 前記総和A22と、前記総和B22と、前記中間部に位置する前記凸状突起部が前記板状試料と接触する面積の総和C22が、下記の式(3)を満たす[10]又は[11]に記載の静電チャック装置。
B22>C22>A22 (3)
[13] 前記一主面は、酸化アルミニウム-炭化ケイ素複合焼結体、酸化アルミニウム焼結体、窒化アルミニウム焼結体または酸化イットリウム焼結体から構成される[1]~[12]のいずれか1項に記載の静電チャック装置。
[14] 前記比B1に対する前記比A1の比(A1/B1)は、1.5~10.0が好ましく、2.0~9.0がより好ましく、2.8~8.0がさらに好ましく、3.0~7.0が特に好ましい、[6]に記載の静電チャック装置。
[15] 前記比B1に対する前記比C1の比(C1/B1)は、1.25~5.0が好ましく、1.5~4.5がより好ましく、2.0~4.0がさらに好ましく、2.5~3.5が特に好ましい、[8]に記載の静電チャック装置。
[16] 前記比C1に対する前記比A1の比(A1/C1)は、1.25~5.0が好ましく、1.5~4.5がより好ましく、2.0~4.0がさらに好ましく、2.5~3.5が特に好ましい、[8]又は[15]に記載の静電チャック装置。
[17] 前記総和A22に対する前記総和B22の比(B22/A22)は、1.5~10.0が好ましく、2.0~9.0がより好ましく、2.8~8.0がさらに好ましく、3.0~7.0が特に好ましい、[10]に記載の静電チャック装置。
[18] 前記総和C22に対する前記総和B22の比(B22/C22)は、1.25~5.0が好ましく、1.5~4.5がより好ましく、2.0~4.0がさらに好ましく、2.5~3.5が特に好ましい、[12]に記載の静電チャック装置。
[19] 前記総和A22に対する前記総和C22の比(C22/A22)は、1.25~5.0が好ましく、1.5~4.5がより好ましく、2.0~4.0がさらに好ましく、2.5~3.5が特に好ましい、[12]又は[18]に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、基体の載置面において、板状試料を吸着する突起部は摩耗しても板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、基体の載置面に吸着した板状試料の温度の均一性に優れる静電チャック装置を提供することができる。
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。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、数や位置やサイズや割合や部材等などについて、省略、追加、置換、その他の変更が可能である。
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。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、数や位置やサイズや割合や部材等などについて、省略、追加、置換、その他の変更が可能である。
<静電チャック装置>
図1Aは、本実施形態の静電チャック装置の一例を示す断面図である。図1Bは本実施形態の静電気チャック装置の一例を示す断面図である。図2は、本実施形態の静電チャック装置の静電チャック部の周縁部近傍を示す部分拡大断面図である。図3は、本実施形態の静電チャック装置の静電チャック部の凸状突起部を示す部分拡大断面図である。
図1Aおよび1Bに示すに示すように、本実施形態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さを有する円板状の冷却用ベース部3と、これら静電チャック部2と冷却用ベース部3とを接着一体化する接着剤層4と、を備えている。
図1Aは、本実施形態の静電チャック装置の一例を示す断面図である。図1Bは本実施形態の静電気チャック装置の一例を示す断面図である。図2は、本実施形態の静電チャック装置の静電チャック部の周縁部近傍を示す部分拡大断面図である。図3は、本実施形態の静電チャック装置の静電チャック部の凸状突起部を示す部分拡大断面図である。
図1Aおよび1Bに示すに示すように、本実施形態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さを有する円板状の冷却用ベース部3と、これら静電チャック部2と冷却用ベース部3とを接着一体化する接着剤層4と、を備えている。
[静電チャック部]
静電チャック部2は、載置板(基体)11と、支持板12と、静電吸着用内部電極13と、絶縁材層14と、給電用端子15と、を備える。
静電チャック部2は、載置板(基体)11と、支持板12と、静電吸着用内部電極13と、絶縁材層14と、給電用端子15と、を備える。
載置板(基体)11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としている。
支持板12は、載置板11を支持するためのものである。
静電吸着用内部電極13は、載置板11と支持板12の間に設けられている。
絶縁材層14は、載置板11と支持板12の間に設けられ、静電吸着用内部電極13の周囲を絶縁するためのものである。
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のものである。
支持板12は、載置板11を支持するためのものである。
静電吸着用内部電極13は、載置板11と支持板12の間に設けられている。
絶縁材層14は、載置板11と支持板12の間に設けられ、静電吸着用内部電極13の周囲を絶縁するためのものである。
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のものである。
載置板11の載置面11a上の周縁部には、この周縁部を一周するように、断面四角形状の環状突起部21が設けられている。載置板11の載置面11a上の環状突起部21に囲まれた領域には、横断面が円形状かつ縦断面が略矩形状の複数の凸状突起部22が設けられている。そして、図2に示すように、環状突起部21の上面21aおよび複数の凸状突起部22各々の頂面22aは、載置面11aの中心11bに底面が位置する凸面または凹面23上に位置している。
図1Aや1Bに示すように、載置板11の厚さ方向の断面形状は、載置面11aの中心11bから載置面11aの外周11cに向かって次第に湾曲する曲面状である凸面または凹面23をなしている。詳細には、載置板11の厚さ方向の断面形状は、載置面11aの中心11b(凸面または凹面23の中心23a)から載置面11aの外周11c(凸面または凹面23の外周23b)に向かって、冷却用ベース部3の上面(一主面)3aを基準とする高さ、すなわち上面3aからの高さ、が次第に高くなるように又は低くなるように湾曲する曲面状である、凸面または凹面23をなしている。すなわち、載置面11aは凸面または凹面23をなしている。そして、図2に示すように、環状突起部21の上面21aおよび複数の凸状突起部22各々の頂面22aは、載置面11aの中心11bに底面が位置する凸面または凹面23上に位置している。すなわち、上面21aおよび頂面22aは、凸面または凹面23の一部を形成する。
載置面11aの中心11b(凸面または凹面23の中心23a)に位置する凸状突起部22の頂面22aの高さ(冷却用ベース部3の上面(一主面)3aを基準とする高さ)と環状突起部21の上面21aの高さ(冷却用ベース部3の上面(一主面)3aを基準とする高さ)との差が1μm以上かつ30μm以下であり、5μm以上かつ15μm以下であることが好ましい。必要に応じて、頂面22aの高さの方が高くても良いし、上面21aの方が高くても良い。
載置面11aの中心11bの中心に位置する凸状突起部22の頂面22aの高さと環状突起部21の上面21aの高さとの差が1μm未満では、載置板11を冷却用ベース部3に固定した場合、載置板11が凸形状になることがある。一方、載置面11aの中心11bの中心に位置する凸状突起部22の頂面22aの高さと環状突起部21の上面21aの高さとの差が30μmを超えると、板状試料Wを吸着する際に、この板状試料Wと載置板11の載置面11aの間に隙間が生じて、板状試料Wの温度を均一化する性能が低下する。
載置面11aの中心11bの中心に位置する凸状突起部22の頂面22aの高さと環状突起部21の上面21aの高さとの差が1μm未満では、載置板11を冷却用ベース部3に固定した場合、載置板11が凸形状になることがある。一方、載置面11aの中心11bの中心に位置する凸状突起部22の頂面22aの高さと環状突起部21の上面21aの高さとの差が30μmを超えると、板状試料Wを吸着する際に、この板状試料Wと載置板11の載置面11aの間に隙間が生じて、板状試料Wの温度を均一化する性能が低下する。
載置面11aの中心11bの中心に位置する凸状突起部22の頂面22aの高さと環状突起部21の上面21aの高さとの差は、三次元測定機(商品名:ZYZAX SVA NEX9/6/6-C2、東京精密社製)を用いて測定することができる。
図3に示すように、凸状突起部22は、板状試料Wと接する頂面22a、側面22b、および頂面22aと側面22bを連接するR面22cを有する。
凸状突起部22の頂面22aは、後述する凸状突起部22の底面22dを基準とする高さの最大値(頂点)から冷却用ベース部3の厚さ方向下方に0.4μm以内にある面のことである。ここで、凸状突起部22の頂面22aをこのように定義した理由は、次の通りである。載置面11aに板状試料Wを吸着させた時に、板状試料Wが凸状突起部22の形状に追従して、変形する。その板状試料Wの変形量が、冷却用ベース部3の厚さ方向下方に約0.4μmである。
凸状突起部22の頂面22aは、後述する凸状突起部22の底面22dを基準とする高さの最大値(頂点)から冷却用ベース部3の厚さ方向下方に0.4μm以内にある面のことである。ここで、凸状突起部22の頂面22aをこのように定義した理由は、次の通りである。載置面11aに板状試料Wを吸着させた時に、板状試料Wが凸状突起部22の形状に追従して、変形する。その板状試料Wの変形量が、冷却用ベース部3の厚さ方向下方に約0.4μmである。
凸状突起部22の側面22bは、凸状突起部22の高さh1(凸状突起部22の底面22dから頂面22aまでの距離)にほぼ沿う面であり、凸状突起部22の高さh1の10%以上かつ90%以下の面である。すなわち、底面22dを高さh1の基準面(0)とした場合、底面22dから0.1h1~0.9h1の高さを有する側面である。必要に応じて、0.2h1~0.8h1の高さや、0.4h1~0.6h1の高さに位置しても良い。
凸状突起部22のR面22cは、頂面22aと側面22bを連接する面であり、曲率半径が10μm以上かつ50μm以下の面である。凸状突起部22のR面22cの曲率半径が前記の範囲内であれば、凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても、板状試料Wと接触する面積の変化が小さい。よって、長期に使用しても板状試料Wの温度均一性が変化しない。
凸状突起部22の形状の測定方法は、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(商品名:SURFCOM NEX、東京精密社製)を用い、載置面11aの中心11bから外周方向に、凸状突起部22の頂面22aの中心を通るように走査させ、形状を測定することができる。
これにより、凸状突起部22の頂面22a、側面22b、R面22c、底面22d、頂面22aと側面22bのなす角θの情報を得ることができる。また、凸状突起部22の頂面22aの中心を通るので、凸状突起部22の頂面22aの直径d2の情報も得られる。
これにより、凸状突起部22の頂面22a、側面22b、R面22c、底面22d、頂面22aと側面22bのなす角θの情報を得ることができる。また、凸状突起部22の頂面22aの中心を通るので、凸状突起部22の頂面22aの直径d2の情報も得られる。
凸状突起部22の底面22dは、凸状突起部22を断面から見た時に、底辺を形成する。凸状突起部22の底面22dは次のように決定できる。まず、凸状突起部22の間にある凹部について測定を行う。凸状突起部22の底面(凹部)の長さ方向500μmの平均高さをとる。また、凹部の中央部方向と外周部方向の高さを比較して、高い方の高さを、底面の位置(高さ)として採用する。
上記の解析より、凸状突起部22の底面22dの直径d1を算出する。
上記の解析より、凸状突起部22の底面22dの直径d1を算出する。
凸状突起部22の底面22dの直径d1に対する、凸状突起部22の頂面22aの直径d2の比は0.75以上であり、0.80以上であることが好ましく、0.85以上であることがより好ましい。また、凸状突起部22の底面22dの直径d1に対する、凸状突起部22の頂面22aの直径d2の比の上限は0.95以下である。
凸状突起部22の底面22dの直径d1に対する、凸状突起部22の頂面22aの直径d2の比は0.75未満では、凸状突起部22の頂面22aが摩耗したとき、凸状突起部22の頂面22aにおける板状試料Wに接触する面積が徐々に大きくなり、長期に使用した場合、板状試料Wの面内の温度均一性が低下してしまう。
凸状突起部22の底面22dの直径d1に対する、凸状突起部22の頂面22aの直径d2の比は0.75未満では、凸状突起部22の頂面22aが摩耗したとき、凸状突起部22の頂面22aにおける板状試料Wに接触する面積が徐々に大きくなり、長期に使用した場合、板状試料Wの面内の温度均一性が低下してしまう。
基体の厚さ方向の断面形状が凸面をなす場合、載置板11の載置面11a上の外周部に位置する凸状突起部22の底面22dの直径d1(d1o)に対する凸状突起部22の頂面22aの直径d2(d2o)の比(d2o/d1o)は、載置板11の載置面11a上の内周部に位置する凸状突起部22の底面22dの直径d1(d1i)に対する載置板11の載置面11aの頂面22aの直径d2(d2i)の比(d2i/d1i)よりも小さいことが好ましい。これによって、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返すことにより、載置板11の載置面11a上の内周部に位置する凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても、板状試料Wの温度の均一性の変化が小さい。
なお、載置板11の載置面11a上の内周部とは、載置面11aにおいて、載置面11aの中心11bから、載置面11aの半径の55%以上かつ65%以下までの領域のことである。また、載置板11の載置面11a上の外周部とは、載置面11aにおいて、内周部の外側の領域のことである。内周部にある凸状突起部22の数は、外周部にある凸状突起部22の数より、多くても良く、少なくても良く、同じであっても良い。
図7は、基体の厚さ方向の断面形状が凸面をなす場合の、静電チャック装置の例を示す断面図である。図9は、図7に対応する載置板の例を示す平面図である。図9の載置板11では、内周部Aに位置する凸状突起部22の頂面の直径が、外周部Bに位置する凸状突起部22の頂面の直径よりも大きい。
凸状突起部22の数については、内周部Aに位置する凸状突起部22の数が、外周部Bに位置する凸状突起部22の数よりも大きいことが好ましい。
なお、載置板11の載置面11a上の内周部とは、載置面11aにおいて、載置面11aの中心11bから、載置面11aの半径の55%以上かつ65%以下までの領域のことである。また、載置板11の載置面11a上の外周部とは、載置面11aにおいて、内周部の外側の領域のことである。内周部にある凸状突起部22の数は、外周部にある凸状突起部22の数より、多くても良く、少なくても良く、同じであっても良い。
図7は、基体の厚さ方向の断面形状が凸面をなす場合の、静電チャック装置の例を示す断面図である。図9は、図7に対応する載置板の例を示す平面図である。図9の載置板11では、内周部Aに位置する凸状突起部22の頂面の直径が、外周部Bに位置する凸状突起部22の頂面の直径よりも大きい。
凸状突起部22の数については、内周部Aに位置する凸状突起部22の数が、外周部Bに位置する凸状突起部22の数よりも大きいことが好ましい。
基体の厚さ方向の断面形状が凹面をなす場合、図8に示すように、載置板11の載置面11a上の外周部に位置する凸状突起部22の底面22dの直径d1(d1o)に対する凸状突起部22の頂面22aの直径d2(d2o)の比(d2o/d1o)は、載置板11の載置面11a上の内周部に位置する凸状突起部22の底面22dの直径d1(d1i)に対する載置板11の載置面11aの頂面22aの直径d2(d2i)の比(d2i/d1i)よりも大きくてもよい。これによって、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返すことにより、載置板11の載置面11a上の外周部に位置する凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても、板状試料Wの温度の均一性の変化が小さい。
なお、載置板11の載置面11a上の内周部とは、載置面11aにおいて、載置面11aの中心11bから、載置面11aの半径の55%以上かつ65%以下までの領域のことである。また、載置板11の載置面11a上の外周部とは、載置面11aにおいて、内周部の外側の領域のことである。内周部にある凸状突起部22の数は、外周部にある凸状突起部22の数より、多くても良く、少なくても良く、同じであっても良い。
図8は、基体の厚さ方向の断面形状が凹面をなす場合の、静電チャック装置の例を示す断面図である。図10は、図7に対応する載置板の例を示す平面図である。図10の載置板11では、外周部Bに位置する凸状突起部22の頂面の直径が、内周部Aに位置する凸状突起部22の頂面の直径よりも大きい。
凸状突起部22の数については、外周部Bに位置する凸状突起部22の数が、内周部Aに位置する凸状突起部22の数よりも大きいことが好ましい。
なお、載置板11の載置面11a上の内周部とは、載置面11aにおいて、載置面11aの中心11bから、載置面11aの半径の55%以上かつ65%以下までの領域のことである。また、載置板11の載置面11a上の外周部とは、載置面11aにおいて、内周部の外側の領域のことである。内周部にある凸状突起部22の数は、外周部にある凸状突起部22の数より、多くても良く、少なくても良く、同じであっても良い。
図8は、基体の厚さ方向の断面形状が凹面をなす場合の、静電チャック装置の例を示す断面図である。図10は、図7に対応する載置板の例を示す平面図である。図10の載置板11では、外周部Bに位置する凸状突起部22の頂面の直径が、内周部Aに位置する凸状突起部22の頂面の直径よりも大きい。
凸状突起部22の数については、外周部Bに位置する凸状突起部22の数が、内周部Aに位置する凸状突起部22の数よりも大きいことが好ましい。
載置面11aは、内周部と外周部の間に中間部を設けてもよい。この場合、内周部は、載置面11aにおいて、載置面11aの中心11bから、載置面11aの半径の20%以上かつ30%以下までの領域のことである。中間部は、内周部の外側から、載置面11aの中心11bから載置面11aの半径の55%以上かつ65%までの領域である。外周部は、中間部の外側の領域のことである。
凸状突起部22は、頂面22aと側面22bのなす角度θが90°以上かつ160°以下であり、90°以上かつ150°以下であることが好ましい。
頂面22aと側面22bのなす角度θが90°未満では、摩耗により、凸状突起部22の頂面22aと板状試料Wとの接触面積が小さくなるため、摩耗の速度が大きくなり、パーティキュル等が多く発生するため好ましくない。一方、頂面22aと側面22bのなす角度θが160°を超えると、摩耗により、凸状突起部22の頂面22aと板状試料Wとの板状試料Wとの接触面積が大きくなるため、長期に使用した場合に、板状試料Wの面内の温度均一性が低下する。
頂面22aと側面22bのなす角度θが90°未満では、摩耗により、凸状突起部22の頂面22aと板状試料Wとの接触面積が小さくなるため、摩耗の速度が大きくなり、パーティキュル等が多く発生するため好ましくない。一方、頂面22aと側面22bのなす角度θが160°を超えると、摩耗により、凸状突起部22の頂面22aと板状試料Wとの板状試料Wとの接触面積が大きくなるため、長期に使用した場合に、板状試料Wの面内の温度均一性が低下する。
凸状突起部22の頂面22aの中心線平均表面粗さRaは0.05μm以下であることが好ましく、0.03μm以下であることがより好ましい。下限値は任意にで選択できるが、0.0001μm以上や、0.001μm以上や、0.005以上であっても良い。
凸状突起部22の頂面22aの中心線平均表面粗さRaは0.05μm以下であれば、環状突起部21の上面21aと複数の凸状突起部22それぞれの頂面22aとにより、板状試料Wを密着状態で支持するので、これら上面21a,頂面22aと板状試料Wとの接触面が摺れることがなく、パーティクルを発生し難くすることができる。
凸状突起部22の頂面22aの中心線平均表面粗さRaは0.05μm以下であれば、環状突起部21の上面21aと複数の凸状突起部22それぞれの頂面22aとにより、板状試料Wを密着状態で支持するので、これら上面21a,頂面22aと板状試料Wとの接触面が摺れることがなく、パーティクルを発生し難くすることができる。
環状突起部21の上面21aの中心線平均表面粗さRaは0.05μm以下であることが好ましく、0.03μm以下であることがより好ましい。下限値は任意にで選択できるが、0.0001μm以上や、0.001μm以上や、0.005以上であっても良い。
環状突起部21の上面21aの中心線平均表面粗さRaは0.05μm以下であれば、環状突起部21の上面21aと複数の凸状突起部22それぞれの頂面22aとにより、板状試料Wを密着状態で支持するので、これら上面21a,頂面22aと板状試料Wとの接触面が摺れることがなく、パーティクルを発生し難くすることができる。
環状突起部21の上面21aの中心線平均表面粗さRaは0.05μm以下であれば、環状突起部21の上面21aと複数の凸状突起部22それぞれの頂面22aとにより、板状試料Wを密着状態で支持するので、これら上面21a,頂面22aと板状試料Wとの接触面が摺れることがなく、パーティクルを発生し難くすることができる。
本実施形態の静電チャック装置1における凸状突起部22の頂面22aおよび環状突起部21の上面21aの中心線平均表面粗さRaは、JIS B 0601に準拠し、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(商品名:SURFCOM NEX、東京精密社製)を用いて測定することができる。この測定において、凸状突起部22の頂面22aおよび環状突起部21の上面21aの表面粗さについて、同心円周上で120°毎に3箇所ずつ計6箇所測定し、その平均値を採用する。
凸状突起部22の頂面22aの直径d2は100μm以上かつ1000μm以下であることが好ましく、100μm以上かつ800μm以下であることがより好ましい。必要に応じて、200μm以上かつ700μm以下や、400μm以上かつ600μm以下であっても良い。
凸状突起部22の頂面22aの直径d2が100μm以上であれば、凸状突起部22の頂面22aと板状試料Wとの接触面が摺れることがなく、パーティクルを発生し難くすることができる。凸状突起部22の頂面22aの直径d2が1000μm以下であれば、載置板11の載置面11a上の板状試料Wの温度の均一性が損なわれない。
凸状突起部22の頂面22aの直径d2が100μm以上であれば、凸状突起部22の頂面22aと板状試料Wとの接触面が摺れることがなく、パーティクルを発生し難くすることができる。凸状突起部22の頂面22aの直径d2が1000μm以下であれば、載置板11の載置面11a上の板状試料Wの温度の均一性が損なわれない。
基体の厚さ方向の断面形状が凹面をなす場合、載置板11の載置面11a上の外周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和B22は、載置板11の載置面11a上の内周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和A22よりも大きいことが好ましい。載置板11の載置面11aは、凹面状に形成されていることから、外周部の方が摩耗しやすいため、接触面積の総和を大きくすることで、内周部と外周部の凸状突起部22の摩耗を均一にすることができる。
載置板11の載置面11a上の外周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積、および載置板11の載置面11a上の内周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積は、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(商品名:SURFCOM NEX、東京精密社製)から得られた凸状突起部22の頂面22aの直径から凸状突起部22との接触面積を算出し、凸状突起部22の数を乗ずれば、求めることができる。
基体の厚さ方向の断面形状が凸面をなす場合、載置板11の載置面11a上の内周部の面積の総和に対する載置板11の載置面11a上の内周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和の比をA1、載置板11の載置面11a上の外周部の面積の総和に対する載置板11の載置面11a上の外周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和の比をB1とした場合、比A1は比B1よりも大きいことが好ましい。このようにすれば、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返しても、凸状突起部22の頂面22aが摩耗による板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、経時的な板状試料Wの面内温度均一性の変化が小さい。また、載置板の外周部と内周部とで、均一な力で板状試料Wを吸着することができるため、板状試料Wが変形するのを防ぐことができる。
また、基体の厚さ方向の断面形状が凸面をなす場合、載置板11の載置面11a上に中間部がない場合、比Bに対する比Aの比(A1/B1)は1.5以上であることが好ましく、2.0以上であることがより好ましい。比(A1/B1)の上限は10.0以下であってもよく、9.0以下であってもよい。前記比は、好ましくは2.8~8.0、より好ましくは3.0~7.0である。
比(A1/B1)が1.5以上10.0以下であれば、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返しても、凸状突起部22の頂面22aが摩耗による板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、経時的な板状試料Wの面内温度均一性の変化が小さく、面温の均一性が保たれる。
比(A1/B1)が1.5以上10.0以下であれば、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返しても、凸状突起部22の頂面22aが摩耗による板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、経時的な板状試料Wの面内温度均一性の変化が小さく、面温の均一性が保たれる。
また、基体の厚さ方向の断面形状が凸面をなす場合、載置板11の載置面11a上に中間部がある場合、載置板11の載置面11a上の中間部の面積の総和に対する載置板11の載置面11a上の中間部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和の比をC1とした場合、比A1と、比B1と、比C1とは、下記の式(1)を満たすことが好ましい。
A1>C1>B1 (1)
比A1と、比B1と、比C1とが上記の式(1)を満たすことにより、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返しても、凸状突起部22の頂面22aが摩耗による板状試料Wの接触面積の変化が小さいため、経時的な板状試料Wの面内温度均一性の変化が小さく、面温の均一性が保たれる。
A1>C1>B1 (1)
比A1と、比B1と、比C1とが上記の式(1)を満たすことにより、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返しても、凸状突起部22の頂面22aが摩耗による板状試料Wの接触面積の変化が小さいため、経時的な板状試料Wの面内温度均一性の変化が小さく、面温の均一性が保たれる。
また、基体の厚さ方向の断面形状が凸面をなす場合、載置板11の載置面11a上に中間部がある場合、比C1に対する比A1の比(A1/C1)は1.25以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましい。比(A1/C1)の 上限は5.0以下であってもよく、4.5以下であってもよい。具体的には、比C1に対する比A1の比(A1/C1)は、1.25~5.0が好ましく、1.5~4.5がより好ましい。前記比は、必要に応じて、2.0~4.0や、2.5~3.5であっても良い。
比(A1/C1)が1.25以上5.0以下であれば、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返すことで、凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても、板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、経時的な板状試料Wの面温の変化が小さく、面温の均一性が保たれる。
比(A1/C1)が1.25以上5.0以下であれば、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返すことで、凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても、板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、経時的な板状試料Wの面温の変化が小さく、面温の均一性が保たれる。
また、基体の厚さ方向の断面形状が凸面をなす場合、載置板11の載置面11a上に中間部がある場合、比B1に対する比C1の比(C1/B1)は1.25以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましい。比(C1/B1)の上限は5.0以下であってもよく、4.5以下であってもよい。具体的には、比B1に対する比C1の比(C1/B1)は、1.25~5.0が好ましく、1.5~4.5がより好ましい。前記比は、必要に応じて、2.0~4.0や、2.5~3.5であっても良い。
比(C1/B1)が1.25以上5.0以下であれば、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返すことで、凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても、板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、経時的な板状試料Wの面内温度均一性の変化が小さく、面内温度の均一性が保たれる。
比(C1/B1)が1.25以上5.0以下であれば、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返すことで、凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても、板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、経時的な板状試料Wの面内温度均一性の変化が小さく、面内温度の均一性が保たれる。
基体の厚さ方向の断面形状が凹面をなす場合、載置板11の載置面11a上の内周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和をA、載置板11の載置面11a上の外周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和をB22とした場合、総和A22に対する総和Bの比(B22/A22)は1.5以上であることが好ましく、2.0以上であることがより好ましい。比(B22/A22)の上限は10.0以下であってもよく、9.0以下であってもよい。具体的には、総和A22に対する総和Bの比(B22/A22)は1.5~10.0が好ましく、2.0~9.0がより好ましい。前記比は、好ましくは2.8~8.0、より好ましくは3.0~7.0である。
比(B22/A22)が1.5以上10.0以下であれば、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返しても、凸状突起部22の頂面22aが摩耗による板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、経時的な板状試料Wの面内温度均一性の変化が小さく、面温の均一性が保たれる。また、載置板の外周部と内周部とで、均一な力で板状試料Wを吸着することができるため、板状試料Wが変形するのを防ぐことができる。
比(B22/A22)が1.5以上10.0以下であれば、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返しても、凸状突起部22の頂面22aが摩耗による板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、経時的な板状試料Wの面内温度均一性の変化が小さく、面温の均一性が保たれる。また、載置板の外周部と内周部とで、均一な力で板状試料Wを吸着することができるため、板状試料Wが変形するのを防ぐことができる。
また、基体の厚さ方向の断面形状が凹面をなす場合、載置板11の載置面11a上に中間部がある場合、載置板11の載置面11a上の中間部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和をCとした場合、総和A22と、総和B22と、総和C22とは、下記の式(3)を満たすことが好ましい。
B22>C22>A22 (3)
総和A22と、総和B22と、総和C22とが、上記の式(3)を満たすことにより、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返すことで、凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても、経時的な板状試料Wの面温の変化が小さく、面温の均一性が保たれる。
また、載置板11の載置面11a上に中間部がある場合、総和A22に対する総和C22の比(C22/A22)は1.25以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましい。比(C22/A22)の上限は5.0以下であってもよく、4.5以下であってもよい。具体的には、総和A22に対する総和C22の比(C22/A22)は1.25~5.0が好ましく、1.5~4.5がより好ましい。前記比は、必要に応じて、2.0~4.0や、2.5~3.5であっても良い。
比(C22/A22)が1.25以上5.0以下であれば、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返すことで、凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても、板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、経時的な板状試料Wの面温の変化が小さく、面温の均一性が保たれる。
B22>C22>A22 (3)
総和A22と、総和B22と、総和C22とが、上記の式(3)を満たすことにより、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返すことで、凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても、経時的な板状試料Wの面温の変化が小さく、面温の均一性が保たれる。
また、載置板11の載置面11a上に中間部がある場合、総和A22に対する総和C22の比(C22/A22)は1.25以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましい。比(C22/A22)の上限は5.0以下であってもよく、4.5以下であってもよい。具体的には、総和A22に対する総和C22の比(C22/A22)は1.25~5.0が好ましく、1.5~4.5がより好ましい。前記比は、必要に応じて、2.0~4.0や、2.5~3.5であっても良い。
比(C22/A22)が1.25以上5.0以下であれば、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返すことで、凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても、板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、経時的な板状試料Wの面温の変化が小さく、面温の均一性が保たれる。
また、基体の厚さ方向の断面形状が凹面をなす場合、載置板11の載置面11a上に中間部がある場合、総和C22に対する総和B22の比(B22/C22)は1.25以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましい。比(B22/C22)の上限は5.0以下であってもよく、4.5以下であってもよい。具体的には、総和C22に対する総和B22の比(B22/C22)は1.25~5.0が好ましく、1.5~4.5がより好ましい。前記比は、必要に応じて、2.0~4.0や、2.5~3.5であっても良い。比(B22/C22)が1.25以上5.0以下であれば、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返すことで、凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても、板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、経時的な板状試料Wの面内温度均一性の変化が小さく、面温の均一性が保たれる。
図11~13は、載置板の他の例を示す平面図である。
凸状突起部22は、図11のように放射状に位置していてもよく、あるいは、径が異なる複数の同心円の円上に位置していてもよい。
凸状突起部22は、図12のように径方向に等間隔で整列し、且つ径方向に直行する方向にも等間隔で整列していてもよい。
凸状突起部22は、横断面が多角形状であってもよく、具体的には、図13のように四角形であってもよい。
凸状突起部22は、図11のように放射状に位置していてもよく、あるいは、径が異なる複数の同心円の円上に位置していてもよい。
凸状突起部22は、図12のように径方向に等間隔で整列し、且つ径方向に直行する方向にも等間隔で整列していてもよい。
凸状突起部22は、横断面が多角形状であってもよく、具体的には、図13のように四角形であってもよい。
静電チャック部2の主要部を構成する載置板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、電気抵抗が1×1014Ω・cm以上、かつ周波数20Hzにおける比誘電率が13以上、好ましくは18以上のセラミックスにより構成されている。
ここで、載置板11および支持板12の電気抵抗を1×1014Ω・cm以上、かつ周波数20Hzにおける比誘電率を13以上と限定した理由は、これらの範囲が板状試料Wの温度が均一化され、封止用媒体の漏れ量(リーク量)が減少し、プラズマが安定化する範囲だからである。
ここで、載置板11および支持板12の電気抵抗を1×1014Ω・cm以上、かつ周波数20Hzにおける比誘電率を13以上と限定した理由は、これらの範囲が板状試料Wの温度が均一化され、封止用媒体の漏れ量(リーク量)が減少し、プラズマが安定化する範囲だからである。
ここで、電気抵抗が1×1014Ω・cm未満であると、基体としての絶縁性が不十分なものとなり、吸着した板状試料Wへの漏れ電流の増加により、この板状試料W上に形成されたデバイスの破壊、および残留吸着力の増加に伴う板状試料Wの脱離不良が生じるので好ましくない。
また、周波数20Hzにおける比誘電率が13未満であると、板状試料Wと静電吸着用内部電極13との間に電圧を印加した場合に、板状試料Wを吸着するのに十分な静電吸着力を発生することができなくなる。その結果、この板状試料Wを凸面または凹面23に吸着固定することができ難くなるため好ましくない。
なお、高周波によりプラズマを発生させるエッチング装置での使用においては、高周波透過性を有する側面より、1MHz以上の比誘電率が20Hzの比誘電率と比較して小さいことが好ましい。
なお、高周波によりプラズマを発生させるエッチング装置での使用においては、高周波透過性を有する側面より、1MHz以上の比誘電率が20Hzの比誘電率と比較して小さいことが好ましい。
載置板11および支持板12を構成するセラミックスとしては、酸化アルミニウム-炭化ケイ素(Al2O3-SiC)複合焼結体、酸化アルミニウム(Al2O3)焼結体、窒化アルミニウム(AlN)焼結体、酸化イットリウム(Y2O3)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が好適である。
このようなセラミックスの粒径は2μm以下であることが好ましく、より好ましくは1μm以下である。
このように、セラミックスの粒径を2μm以下とすることにより、粒径の小さいセラミックスを使用することで、吸着時の板状試料Wの変形に伴い生じる板状試料Wと環状突起部21および複数の凸状突起部22との摺れによるパーティクルの発生を抑制する。
また、環状突起部21の幅および高さ、および複数の凸状突起部22の高さおよび大きさを小さくすることが可能となり、よって、これら環状突起部21および複数の凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積を小さくすることが可能となる。
このように、セラミックスの粒径を2μm以下とすることにより、粒径の小さいセラミックスを使用することで、吸着時の板状試料Wの変形に伴い生じる板状試料Wと環状突起部21および複数の凸状突起部22との摺れによるパーティクルの発生を抑制する。
また、環状突起部21の幅および高さ、および複数の凸状突起部22の高さおよび大きさを小さくすることが可能となり、よって、これら環状突起部21および複数の凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積を小さくすることが可能となる。
載置板11の載置面11a上に設けられた環状突起部21および複数の凸状突起部22は、環状突起部21の上面21aおよび複数の凸状突起部22それぞれの頂面22aを、載置面11aの中心部を最も高い位置とする凸面、または載置面11aの中心部を最も低い位置とする凹面23上に位置したことにより、板状試料Wと環状突起部21および複数の凸状突起部22との接触が板状試料Wの全面にて確実に行われる。よって、板状試料Wを吸着する際や脱離する際に、この板状試料Wが変形等することがなくなり、この板状試料Wの温度も均一化される。
この環状突起部21の上面21aおよび複数の凸状突起部22の頂面22aを凸面または凹面23に位置したことにより、板状試料Wが環状突起部21および複数の凸状突起部22に密着状態で支持されることとなり、板状試料Wと環状突起部21および複数の凸状突起部22との間に隙間や摺れ等が生じなくなる。よって、パーティクルが発生し難くなる。
載置板11の載置面11aに設けられた環状突起部21および複数の凸状突起部22では、環状突起部21の上面21aの高さh2(図2では、載置面11aから載置板11の厚さ方向に凹む長さ)と、複数の凸状突起部22それぞれの頂面22aの高さh3(図2では、載置面11aから載置板11の厚さ方向に凹む長さ)は同一とされている。そして、この載置面11aのうち環状突起部21および複数の凸状突起部22を除く領域は、窒素ガスやヘリウムガス等の封止用媒体を流動させる流路とされている。
このように、環状突起部21の上面21aの高さh2、および複数の凸状突起部22それぞれの頂面22aの高さh3を同一としたことにより、環状突起部21と複数の凸状突起部22とに囲まれた窒素ガスやヘリウムガス等の封止用媒体を流動させる流路の深さが一定となる。これにより、封止用媒体の流路における熱伝達が一定となり、板状試料Wの温度が均一化され、プラズマを安定に発生させることが可能になる。
環状突起部21の上面21aの面積と、複数の凸状突起部22それぞれの頂面22aの面積の合計面積との和は、載置面11aの面積の30%以下が好ましく、25%以下がより好ましい。
ここで、環状突起部21の上面21aの面積と、複数の凸状突起部22それぞれの頂面22aの面積の合計面積との和を載置面11aの面積の30%以下とすることにより、窒素ガスやヘリウムガス等の封止用媒体の流路の全面積の載置面11aの面積に対する割合を多くすることができる。したがって、封止用媒体による均熱性を向上させることができる。
その結果、封止用媒体の漏れ量(リーク量)を減少させることができ、プラズマの発生を安定化させることができる。
ここで、環状突起部21の上面21aの面積と、複数の凸状突起部22それぞれの頂面22aの面積の合計面積との和を載置面11aの面積の30%以下とすることにより、窒素ガスやヘリウムガス等の封止用媒体の流路の全面積の載置面11aの面積に対する割合を多くすることができる。したがって、封止用媒体による均熱性を向上させることができる。
その結果、封止用媒体の漏れ量(リーク量)を減少させることができ、プラズマの発生を安定化させることができる。
載置板11、支持板12、静電吸着用内部電極13および絶縁材層14の合計の厚さ、すなわち、静電チャック部2の厚さは、1mm以上かつ10mm以下であることが好ましい。静電チャック部2の厚さが1mm以上であれば、静電チャック部2の機械的強度を確保することができる。一方、静電チャック部2の厚さが10mm以下であれば、静電チャック部2の熱容量が大きくなり過ぎることがなく、載置される板状試料Wの熱応答性が劣化することもない。さらに、静電チャック部の横方向の熱伝達が増加することもなく、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できる。
特に、載置板11の厚さは、0.3mm以上かつ2.0mm以下であることが好ましい。その理由は、載置板11の厚さが0.3mm以上であれば、静電吸着用内部電極13に印加された電圧により放電する危険性がない。一方、載置板11の厚さが2.0mm以下であれば、板状試料Wを十分に吸着固定することができ、板状試料Wを十分に加熱することができる。
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ある。静電吸着用内部電極13は、その用途によって、その形状や、大きさが適宜調整される。
静電吸着用内部電極13は、酸化アルミニウム-炭化タンタル(Al2O3-Ta4C5)導電性複合焼結体、酸化アルミニウム-タングステン(Al2O3-W)導電性複合焼結体、酸化アルミニウム-炭化ケイ素(Al2O3-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(Y2O3-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ている。
静電吸着用内部電極13は、酸化アルミニウム-炭化タンタル(Al2O3-Ta4C5)導電性複合焼結体、酸化アルミニウム-タングステン(Al2O3-W)導電性複合焼結体、酸化アルミニウム-炭化ケイ素(Al2O3-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(Y2O3-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ている。
静電吸着用内部電極13の厚さは、特に限定されるものではないが、5μm以上かつ40μm以下であることが好ましく、20μm以上かつ30μm以下であることが特に好ましい。静電吸着用内部電極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、静電吸着用内部電極13の厚さが40μm以下であれば、静電吸着用内部電極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て、静電吸着用内部電極13と載置板11および支持板12との接合界面にクラックが入り難くなる。
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。
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およ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以外の外周部領域を接合一体化するものである。絶縁材層14は、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。
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ある。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、特に限定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および支持板12の熱膨張係数に近似したものが好ましく、例えば、静電吸着用内部電極13を構成している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)、ニオブ(Nb)、コバール合金等の金属材料が好適に用いられる。
給電用端子15は、絶縁性を有する碍子16により冷却用ベース部3に対して絶縁されている。
給電用端子15は支持板12に接合一体化され、さらに、載置板11と支持板12とは、静電吸着用内部電極13および絶縁材層14により接合一体化されて静電チャック部2を構成している。
給電用端子15は支持板12に接合一体化され、さらに、載置板11と支持板12とは、静電吸着用内部電極13および絶縁材層14により接合一体化されて静電チャック部2を構成している。
[冷却用ベース部]
冷却用ベース部3は、静電チャック部2を冷却して所望の温度に保持するためのもので、厚さのある円板状のものである。
冷却用ベース部3としては、例えば、その内部に水を循環させる流路31が形成された水冷ベース等が好適である。
冷却用ベース部3は、静電チャック部2を冷却して所望の温度に保持するためのもので、厚さのある円板状のものである。
冷却用ベース部3としては、例えば、その内部に水を循環させる流路31が形成された水冷ベース等が好適である。
冷却用ベース部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。この冷却用ベース部3の少なくともプラズマに曝される面は、絶縁処理が施されていることが好ましい。このような絶縁処理としては、アルマイト処理、あるいはアルミナ等の絶縁膜を施す絶縁膜処理が好ましい。
[接着剤層]
接着剤層4は、静電チャック部2と、冷却用ベース部3とを接着一体化するものである。
接着剤層4は、静電チャック部2と、冷却用ベース部3とを接着一体化するものである。
接着剤層4の厚さは、100μm以上かつ200μm以下であることが好ましく、130μm以上かつ170μm以下であることがより好ましい。
接着剤層4の厚さが上記の範囲内であれば、静電チャック部2と冷却用ベース部3との間の接着強度を十分に保持することができる。また、静電チャック部2と冷却用ベース部3との間の熱伝導性を十分に確保することができる。
接着剤層4の厚さが上記の範囲内であれば、静電チャック部2と冷却用ベース部3との間の接着強度を十分に保持することができる。また、静電チャック部2と冷却用ベース部3との間の熱伝導性を十分に確保することができる。
接着剤層4は、例えば、シリコーン系樹脂組成物を加熱硬化した硬化体、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等で形成されている。
シリコーン系樹脂組成物は、シロキサン結合(Si-O-Si)を有するケイ素化合物であり、耐熱性、弾性に優れた樹脂であるので、より好ましい。
シリコーン系樹脂組成物は、シロキサン結合(Si-O-Si)を有するケイ素化合物であり、耐熱性、弾性に優れた樹脂であるので、より好ましい。
このようなシリコーン系樹脂組成物としては、特に、熱硬化温度が70℃~140℃のシリコーン樹脂が好ましい。
ここで、熱硬化温度が70℃を下回ると、静電チャック部2と冷却用ベース部3とを対向させた状態で接合する際に、接合過程で硬化が十分に進まないことから、作業性に劣ることになるため好ましくない。一方、熱硬化温度が140℃を超えると、静電チャック部2および冷却用ベース部3との熱膨張差が大きく、静電チャック部2と冷却用ベース部3との間の応力が増加し、これらの間で剥離が生じることがあるため好ましくない。
ここで、熱硬化温度が70℃を下回ると、静電チャック部2と冷却用ベース部3とを対向させた状態で接合する際に、接合過程で硬化が十分に進まないことから、作業性に劣ることになるため好ましくない。一方、熱硬化温度が140℃を超えると、静電チャック部2および冷却用ベース部3との熱膨張差が大きく、静電チャック部2と冷却用ベース部3との間の応力が増加し、これらの間で剥離が生じることがあるため好ましくない。
シリコーン樹脂としては、硬化後のヤング率が8MPa以下の樹脂が好ましい。ここで、硬化後のヤング率が8MPaを超えると、接着剤層4に昇温、降温の熱サイクルが負荷された際に、静電チャック部2と冷却用ベース部3との間の熱膨張差を吸収することができず、接着剤層4の耐久性が低下するため、好ましくない。
接着剤層4には、平均粒径が1μm以上かつ30μm以下であり、好ましくは1μm以上かつ20μm以下であり、さらに好ましくは1μm以上かつ10μm以下である無機酸化物、無機窒化物、無機酸窒化物からなるフィラー、例えば、窒化アルミニウム(AlN)粒子の表面に酸化ケイ素(SiO2)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。
表面被覆窒化アルミニウム(AlN)粒子は、シリコーン樹脂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、接着剤層4の熱伝達率を制御することができる。
表面被覆窒化アルミニウム(AlN)粒子は、シリコーン樹脂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、接着剤層4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、接着剤層4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(SiO2)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、シリコーン系樹脂組成物を主成分とする接着剤層4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。
また、窒化アルミニウム(AlN)粒子の表面に酸化ケイ素(SiO2)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、シリコーン系樹脂組成物を主成分とする接着剤層4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。
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(SiO2)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ことがなく、窒化アルミニウム(AlN)の熱伝達率が低下することもなく、接着剤層4の耐久性が向上する。
なお、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への汚染源となることもなく、この点からも好ましいフィラーということができる。
なお、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への汚染源となることもなく、この点からも好ましいフィラーということができる。
また、この接着剤層4は、ヤング率が1GPa以下で、柔軟性(ショア硬さがA100以下)を有する熱硬化型アクリル樹脂接着剤で形成されていてもよい。この場合は、フィラーは含有していてもよく、含有していなくてもよい。
本実施形態の静電チャック装置1によれば、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返しても、凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても、凸状突起部22の頂面22aと板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、載置板11の載置面11aと板状試料Wが密着した状態で、載置板11の載置面11aに板状試料Wを吸着、固定することができ、板状試料Wの温度を均一性に制御することを安定して行うことができる。
<静電チャック装置の製造方法>
本実施形態の静電チャック装置の製造方法は、本実施形態の静電チャック装置を製造する方法であって、静電チャック部と冷却用ベース部を、接着剤を介して接着する工程と、冷却用ベース部と接着した静電チャック部の載置板の載置面を、基体の厚さ方向における断面形状が載置板の載置面の中心から載置板の載置面の外周に向かって次第に湾曲する曲面状である凸面または凹面をなすように加工する工程と、を有する。
本実施形態の静電チャック装置の製造方法は、本実施形態の静電チャック装置を製造する方法であって、静電チャック部と冷却用ベース部を、接着剤を介して接着する工程と、冷却用ベース部と接着した静電チャック部の載置板の載置面を、基体の厚さ方向における断面形状が載置板の載置面の中心から載置板の載置面の外周に向かって次第に湾曲する曲面状である凸面または凹面をなすように加工する工程と、を有する。
以下、本実施形態の静電チャック装置の製造方法について説明する。
まず、酸化アルミニウム-炭化ケイ素(Al2O3-SiC)複合焼結体または酸化イットリウム(Y2O3)焼結体により、載置板11および支持板12となる一対の板状体を作製する。
例えば、炭化ケイ素粉末および酸化アルミニウム粉末を含む混合粉末または酸化イットリウム粉末を所望の形状に成形して成形体とし、その後、その成形体を1400℃~2000℃程度の温度、非酸化性雰囲気下、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、一対の板状体を得ることができる。
まず、酸化アルミニウム-炭化ケイ素(Al2O3-SiC)複合焼結体または酸化イットリウム(Y2O3)焼結体により、載置板11および支持板12となる一対の板状体を作製する。
例えば、炭化ケイ素粉末および酸化アルミニウム粉末を含む混合粉末または酸化イットリウム粉末を所望の形状に成形して成形体とし、その後、その成形体を1400℃~2000℃程度の温度、非酸化性雰囲気下、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、一対の板状体を得ることができる。
次いで、一方の板状体に、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し、この固定孔に給電用端子15を固定する。
次いで、給電用端子15が嵌め込まれた板状体の表面の所定領域に、給電用端子15に接触するように、上述した導電性セラミックス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し、さらに、この板状体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、この板状体と同一組成または主成分が同一の粉末材料を含む絶縁材層を形成する。
次いで、給電用端子15が嵌め込まれた板状体の表面の所定領域に、給電用端子15に接触するように、上述した導電性セラミックス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し、さらに、この板状体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、この板状体と同一組成または主成分が同一の粉末材料を含む絶縁材層を形成する。
次いで、一方の板状体上に形成した静電吸着用内部電極形成層および絶縁材層の上に、他方の板状体を重ね合わせ、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、N2等の不活性雰囲気が好ましい。
また、ホットプレスにおける一軸加圧の際の圧力は5MPa~10MPaであることが好ましく、温度は1400℃~1850℃であることが好ましい。
また、ホットプレスにおける一軸加圧の際の圧力は5MPa~10MPaであることが好ましく、温度は1400℃~1850℃であることが好ましい。
このホットプレスにより、静電吸着用内部電極形成層が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となり、同時に、2つの板状体がそれぞれ載置板11および支持板12となって、静電吸着用内部電極13および絶縁材層14と接合一体化され、静電チャック部2となる。
次いで、冷却用ベース部3の一主面3aの所定領域に、シリコーン系樹脂組成物からなる接着剤を塗布する。ここで、接着剤の塗布量を、静電チャック部2と冷却用ベース部3とが接合一体化できるように調整する。
この接着剤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が挙げられる。
この接着剤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が挙げられる。
冷却用ベース部3の一主面3aに接着剤を塗布した後、静電チャック部2と、接着剤を塗布した冷却用ベース部3とを重ね合わせる。
また、立設した給電用端子15および碍子16を、冷却用ベース部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を冷却用ベース部3に対して所定の圧力にて押圧し、静電チャック部2と冷却用ベース部3を接合一体化する。これにより、静電チャック部2と冷却用ベース部3が接着剤層4を介して接合一体化されたものとなる。
また、立設した給電用端子15および碍子16を、冷却用ベース部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を冷却用ベース部3に対して所定の圧力にて押圧し、静電チャック部2と冷却用ベース部3を接合一体化する。これにより、静電チャック部2と冷却用ベース部3が接着剤層4を介して接合一体化されたものとなる。
次いで、静電チャック部2、接着剤層4および冷却用ベース部3からなる積層体の側面(積層体の厚さ方向に沿う面)および裏面(静電チャック部2の載置板11の載置面11aとは反対側の面)に、傷が付いたり、パーティクルが付着したりすることがないように、例えば、表面保護テープを貼着して、積層体の側面および裏面をマスキングし、載置板11の載置面11aのみを露出させる。
次いで、静電チャック部2の載置板11の載置面11aに研削加工および研磨加工を施し、載置板11の厚さ方向の断面形状が、凸面または凹面23の中心23a(載置面11aの中心11b)から凸面または凹面23の外周23b(載置面11aの外周に相当)に向かって、冷却用ベース部3の一主面3aを基準とする高さが次第に高くなるように湾曲する曲面状をなすようにする。
次いで、静電チャック部2の載置板11の載置面11aの所定位置にブラスト加工等の機械加工を施し、環状突起部21および複数の凸状突起部22を形成するとともに、環状突起部21および複数の凸状突起部22を除く底面部分を、載置板11の載置面11aの底面11dとする。
ここで、図4~図6を参照して、載置板11の載置面11aに凸状突起部22を形成する方法を説明する。
凸状突起部22は、例えば、砥石加工、レーザ彫刻等の機械的加工、あるいはサンドブラスト加工等を用いて行うことができる。また、仕上げとしての研磨は、微小砥粒とバフ材を用いたバフ研磨、または、微小砥粒と超音波とを用いた超音波研磨により、効率的に行うことができる。
また、凸状突起部22の形成工程において、同様の工程を載置面11aの周縁に施すことで、環状突起部21(図1参照)を同時に形成できる。
本実施形態においては、サンドブラスト加工を行った後に研磨工程としてバフ研磨を行う場合について、説明する。
凸状突起部22は、例えば、砥石加工、レーザ彫刻等の機械的加工、あるいはサンドブラスト加工等を用いて行うことができる。また、仕上げとしての研磨は、微小砥粒とバフ材を用いたバフ研磨、または、微小砥粒と超音波とを用いた超音波研磨により、効率的に行うことができる。
また、凸状突起部22の形成工程において、同様の工程を載置面11aの周縁に施すことで、環状突起部21(図1参照)を同時に形成できる。
本実施形態においては、サンドブラスト加工を行った後に研磨工程としてバフ研磨を行う場合について、説明する。
まず、載置板11の上面である載置面11aを研磨加工して平坦面とし、さらに洗浄する。洗浄は、例えば、アセトン、イソプロピルアルコール、トルエン等の有機溶剤で脱脂を行い、その後、例えば、温水で洗浄する。
次いで、図4に示すように、載置面11aに所定のパターン形状のマスク51を形成する。マスク51のパターン形状は、図1に示す凸状突起部22および環状突起部21を平面視したときのパターンと同一とする。マスク51としては、感光性樹脂や板状マスクが好適に用いられる。
次いで、図5に示すように、サンドブラスト加工を行い、マスク51によって覆われていない部分に凹部52を形成する。その結果として、マスク51によって覆われている部分が残って凸部53となる。凸部53の間であって凹部52の底には底面11dが形成される。
次いで、マスク51を除去する。マスク51が感光性樹脂からなる場合には、例えば、塩化メチレン等の剥離液を用いてマスク51を除去できる。
次いで、載置面11aの全体に対し、微小砥粒とバフ材を用いたバフ研磨を行う。また、バフ研磨を行った後には、載置面11aを洗浄する。洗浄は、例えば、アセトン等の有機溶剤で行い、脱脂する。脱脂後には、例えば、温水で洗浄する。
バフ研磨工程を経ることで、載置面11aの凸部53が、図6に示すよう凸状突起部22となる。
前工程であるサンドブラスト工程は、載置面11aの表面にダメージを与えて、マスク51の形成されていない部分を掘削するように除去する工程である。したがって、サンドブラスト工程により形成された凸部53の特に角部53a近傍には、表層部から内部に向かう表層クラックが残留している。表層クラックは、小さな応力で進行して剥離の起点となるため、パーティクル発生の原因となる。
バフ研磨を行うことで、サンドブラスト工程で形成された表層クラックを強制的に進行、剥離させ、表層クラックを除去できる。表層クラックを起点として剥離が進むことで、凸部53の上面53bおよび角部53aが丸くなり、図6に示すように、R面22cが形成される。
前工程であるサンドブラスト工程は、載置面11aの表面にダメージを与えて、マスク51の形成されていない部分を掘削するように除去する工程である。したがって、サンドブラスト工程により形成された凸部53の特に角部53a近傍には、表層部から内部に向かう表層クラックが残留している。表層クラックは、小さな応力で進行して剥離の起点となるため、パーティクル発生の原因となる。
バフ研磨を行うことで、サンドブラスト工程で形成された表層クラックを強制的に進行、剥離させ、表層クラックを除去できる。表層クラックを起点として剥離が進むことで、凸部53の上面53bおよび角部53aが丸くなり、図6に示すように、R面22cが形成される。
また、バフ研磨を載置面11aの全体に行うことで、頂面22aを含む凸状突起部22の全体、および載置面11aの底面11dを同時に研磨できる。これにより、頂面22aの表面粗さRaを0.05μm以下とするとともに、凸状突起部22の柱部22Aおよび裾野部22Bの周面、並びに底面11dを頂面22aの表面粗さに準ずる表面粗さとすることができる。頂面22aは、バフ研磨工程においてバフ材が均一に当たるが、底面11dは、バフ材が届き難い部分があるため、部分的に表面性状が粗くなる場合がある。このような部分も含めて、バフ研磨工程により、底面11dの表面粗さRaを0.05μm以下とすることができる。
サンドブラスト加工の条件、およびバフ研磨の条件について説明する。
サンドブラスト加工に使用されるメディアとしては、アルミナ、炭化珪素、ガラスビーズ等が好ましく、メディアの粒径は、400メッシュアンダー(300メッシュを通過したもの)とすることが好ましい。
サンドブラスト加工におけるメディアの吐出圧力は、例えば、0.1MPa以下とすることが好ましく、0.05MPa以下とすることがより好ましい。
従来のサンドブラスト工程では加工効率を考慮し、メディアの粒径を170メッシュアンダー、メディアの吐出圧力を0.2MPa程度としていた。従来と比較して本実施形態のサンドブラスト工程は、メディアの粒径を小さくし、吐出圧力を抑制して行うことが好ましい。
メディアの粒径を小さくし、かつメディアの吐出圧力を0.1MPa以下(より好ましくは0.05MPa以下)とすることで、表層クラックの発生を抑制することができる。
表層クラックは、バフ研磨工程により除去されるが、表層クラックが大量に発生していると考えられる場合には、バフ研磨工程を丹念に行う必要が生じ、柱部22Aの傾きが大きくなり高さ方向に沿った断面積の変化が大きくなることがある。
メディアの粒径を小さくし、かつメディアの吐出圧力を0.1MPa以下(より好ましくは0.05MPa以下)とすることで、表層クラックの発生を抑制し、バフ研磨工程を簡素化できる。これにより、バフ研磨における凸状突起部22の研磨量が少なくなる。したがって、柱部22Aの傾きを小さくすることができる。すなわち、凸状突起部22の頂面22aから下方への断面積の増加率を小さくすることができる。
サンドブラスト加工に使用されるメディアとしては、アルミナ、炭化珪素、ガラスビーズ等が好ましく、メディアの粒径は、400メッシュアンダー(300メッシュを通過したもの)とすることが好ましい。
サンドブラスト加工におけるメディアの吐出圧力は、例えば、0.1MPa以下とすることが好ましく、0.05MPa以下とすることがより好ましい。
従来のサンドブラスト工程では加工効率を考慮し、メディアの粒径を170メッシュアンダー、メディアの吐出圧力を0.2MPa程度としていた。従来と比較して本実施形態のサンドブラスト工程は、メディアの粒径を小さくし、吐出圧力を抑制して行うことが好ましい。
メディアの粒径を小さくし、かつメディアの吐出圧力を0.1MPa以下(より好ましくは0.05MPa以下)とすることで、表層クラックの発生を抑制することができる。
表層クラックは、バフ研磨工程により除去されるが、表層クラックが大量に発生していると考えられる場合には、バフ研磨工程を丹念に行う必要が生じ、柱部22Aの傾きが大きくなり高さ方向に沿った断面積の変化が大きくなることがある。
メディアの粒径を小さくし、かつメディアの吐出圧力を0.1MPa以下(より好ましくは0.05MPa以下)とすることで、表層クラックの発生を抑制し、バフ研磨工程を簡素化できる。これにより、バフ研磨における凸状突起部22の研磨量が少なくなる。したがって、柱部22Aの傾きを小さくすることができる。すなわち、凸状突起部22の頂面22aから下方への断面積の増加率を小さくすることができる。
バフ研磨に用いる微小砥粒としては、粒径が、0.125μm以下のものを用いることが好ましい。これにより、よりソフトな条件で研磨工程を行い凸状突起部22の頂面22aから下方への断面積の増加率を小さくすることができる。また、前記のバフ材としては、特に限定されるものではなく、例えば、樹脂製のバフ材を用いることができる。
バフ研磨に際しては、段階を踏む毎に、より微小な砥粒を用いて多段階に研磨することが好ましい。例えば、800メッシュの微小砥粒、1000メッシュの微小砥粒、1500メッシュの微小砥粒、の順にバフ研磨を行う等、段階を踏んで多段階に研磨するのが好ましい。
次いで、静電チャック部2、接着剤層4および冷却用ベース部3からなる積層体から表面保護テープを除去する。
次いで、超純水中にて、超音波洗浄により、静電チャック部2の凸面23および載置板11の載置面11aに残留するパーティクル(載置板11の加工屑)を除去する。さらに、アルコールによるワイピングにより、上記の積層体の側面や裏面に残留する粘着剤を除去した後、乾燥機により乾燥する。
次いで、超純水中にて、超音波洗浄により、静電チャック部2の凸面23および載置板11の載置面11aに残留するパーティクル(載置板11の加工屑)を除去する。さらに、アルコールによるワイピングにより、上記の積層体の側面や裏面に残留する粘着剤を除去した後、乾燥機により乾燥する。
以上により、静電チャック部2および冷却用ベース部3は、接着剤層4を介して接合一体化され、静電チャック部2の載置板11の載置面11aに環状突起部21および複数の凸状突起部22が形成され、載置板11の厚さ方向の断面形状が、凸面または凹面23の中心23aから凸面または凹面23の外周23bに向かって、冷却用ベース部3の一主面3aを基準とする高さが次第に高くなるように湾曲する曲面状をなす本実施形態の静電チャック装置1が得られる。
本実施形態の静電チャック装置の製造方法によれば、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返しても、凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても、凸状突起部22の頂面22aと板状試料Wとの接触面積の変化が小さいため、耐摩耗性に優れるため、載置板11の載置面11aと板状試料Wが密着した状態で、載置板11の載置面11aに板状試料Wを吸着、固定することができ、板状試料Wの温度を均一性に制御することを安定して行うことができる静電チャック装置1が得られる。
以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[実施例1A]
図1Aおよび図2~図6に示すような静電チャック装置1を製造した。
まず、従来の方法で、載置板11の載置面11aに凸状突起部22が形成されていない静電チャック部2を作製した。
静電チャック部2は、内部に厚み約10μmの静電吸着用内部電極13が埋設されている。また、静電チャック部2の載置板11は、炭化ケイ素を7.8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298mm、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7.8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298mm、厚みは2mmの円板状であった。これら載置板11および支持板12を接合一体化することにより、静電チャック部2の全体の厚みは2.5mmであった。
図1Aおよび図2~図6に示すような静電チャック装置1を製造した。
まず、従来の方法で、載置板11の載置面11aに凸状突起部22が形成されていない静電チャック部2を作製した。
静電チャック部2は、内部に厚み約10μmの静電吸着用内部電極13が埋設されている。また、静電チャック部2の載置板11は、炭化ケイ素を7.8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298mm、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7.8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298mm、厚みは2mmの円板状であった。これら載置板11および支持板12を接合一体化することにより、静電チャック部2の全体の厚みは2.5mmであった。
次に、載置板11の上面である載置面11aを研磨加工して凸面または凹面23とし、さらに洗浄した。
次いで、載置面11aに凸状突起部22および環状突起部21の形状に対応するマスク51を形成した(図4参照)。
次いで、サンドブラスト加工を行い、凸部53および凹部52を形成した(図5参照)。
次いで、マスク51を除去した(図6参照)。
次いで、載置面11aの全体に対し、微小砥粒とバフ材を用いたバフ研磨を行った。
次いで、載置面11aをアセトンで脱脂した後、温水で洗浄した。
以上の工程を経て、載置面11aに約1万個の凸状突起部22を形成し、実施例1Aの静電チャック部2を得た。
次いで、載置面11aに凸状突起部22および環状突起部21の形状に対応するマスク51を形成した(図4参照)。
次いで、サンドブラスト加工を行い、凸部53および凹部52を形成した(図5参照)。
次いで、マスク51を除去した(図6参照)。
次いで、載置面11aの全体に対し、微小砥粒とバフ材を用いたバフ研磨を行った。
次いで、載置面11aをアセトンで脱脂した後、温水で洗浄した。
以上の工程を経て、載置面11aに約1万個の凸状突起部22を形成し、実施例1Aの静電チャック部2を得た。
得られた静電チャック部2について、載置面11aの中心11bに位置する凸状突起部22の頂面22aの高さと環状突起部21の上面21aの高さとの差(表1において、「高さの差Δh」と示す。)を測定した。この高さの差を、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(商品名:SURFCOM NEX、東京精密社製)により測定した。結果を表1に示す。
得られた静電チャック部2について、凸状突起部22の底面22dの直径d1に対する凸状突起部22の頂面22aの直径d2の比(表1において、「d2/d1」と示す。)を測定した。この直径d1および直径d2を、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(商品名:SURFCOM NEX、東京精密社製)の測定結果より算出した。結果を表1に示す。
載置面11aにおいて、載置面11aの中心11bから、載置面11aの半径の55%以上かつ65%以下の領域を、載置板11の載置面11a上の内周部とした。また、載置板11の載置面11aにおいて、内周部の外側の領域を、載置板11の載置面11a上の外周部とした。
得られた静電チャック部2について、凸状突起部22の頂面22aと側面22bのなす角度θ(表1において、「角度θ」と示す。)、およびR面22cを、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(商品名:SURFCOM NEX、東京精密社製)の測定結果を解析することにより得た。結果を表1に示す。
得られた静電チャック部2について、凸状突起部22の頂面22aの中心線平均表面粗さRa(表1において、「中心線平均表面粗さRa1」と示す。)および環状突起部21の上面21aの中心線平均表面粗さRa(表1において、「中心線平均表面粗さRa2」と示す。)を測定した。凸状突起部22の頂面22aの中心線平均表面粗さRaおよび環状突起部21の上面21aの中心線平均表面粗さRaをJIS B 0601に準拠し、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(商品名:SURFCOM NEX、東京精密社製)を用いて測定した。結果を表1に示す。
得られた静電チャック部2について、凸状突起部22の頂面22aの直径d2(表1において、「直径d」と示す。)を測定した。凸状突起部22の頂面22aの直径d2は、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(商品名:SURFCOM NEX、東京精密社製)により測定した。結果を表1に示す。
表面粗さ・輪郭形状複合測定機(商品名:SURFCOM NEX、東京精密社製)の測定結果から、静電チャック部2について、載置板11の載置面11a上の内周部の面積の総和に対する載置板11の載置面11a上の内周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和の比A11と、載置板11の載置面11a上の外周部の面積の総和に対する載置板11の載置面11a上の外周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和の比B11と、中間部を有するときは載置板11の載置面11a上の中間部の面積の総和に対する載置板11の載置面11a上の中間部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和の比C11を、算出した。結果を表1に示す。
凸状突起部22の頂面22aの直径d2は、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(SURFCOM NEX:東京精密社製)の測定結果から、静電チャック部2について、載置板11の載置面11a上の外周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和B22と、載置板11の載置面11a上の内周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和A22を、算出した。接触面積の総和の比(B22/A22)を表1に示す。
[評価]
「経時的なウエハ面の面温変化の評価」
赤外線サーモグラフィーを用いて、実施例1Aで得られた静電チャック部2を有する静電チャック装置1を半導体製造装置に実装し、初期と1000枚の板状試料Wを処理した後の面内温度分布の最大値と最小値の差を比較した。実施例1Aにおける、初期における板状試料Wの面内の温度最大値と最小値差(以下、「初期の温度範囲」という。)は2.6℃であった。
初期の温度範囲と比較して差が3℃未満であった場合を「A」、初期の温度範囲と比較して差が3℃以上4℃未満の場合を「B」、初期の温度範囲と比較して差が4℃以上5℃未満の場合を「C」、初期の温度範囲と比較して差が5℃以上の場合を「D」として評価した。
「経時的なウエハ面の面温変化の評価」
赤外線サーモグラフィーを用いて、実施例1Aで得られた静電チャック部2を有する静電チャック装置1を半導体製造装置に実装し、初期と1000枚の板状試料Wを処理した後の面内温度分布の最大値と最小値の差を比較した。実施例1Aにおける、初期における板状試料Wの面内の温度最大値と最小値差(以下、「初期の温度範囲」という。)は2.6℃であった。
初期の温度範囲と比較して差が3℃未満であった場合を「A」、初期の温度範囲と比較して差が3℃以上4℃未満の場合を「B」、初期の温度範囲と比較して差が4℃以上5℃未満の場合を「C」、初期の温度範囲と比較して差が5℃以上の場合を「D」として評価した。
[実施例2A]
凸状突起部の頂面d2と底面d1の比d2/d1を0.80ならびに、載置板11の載置面11a上の外周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和Bと、載置板11の載置面11a上の内周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和A11の比B11/A11を1.6に設定したこと以外は実施例1Aと同様にして、図1Aおよび図2~図4に示すような実施例2の静電チャック装置1を製造した。
得られた静電チャック部2について、実施例1Aと同様にして、各部の寸法等を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた静電チャック装置1について、実施例1Aと同様にして、板状試料Wの面内の温度の変化を測定した。なお、初期の温度範囲は2.8℃であった。結果を表1に示す。
凸状突起部の頂面d2と底面d1の比d2/d1を0.80ならびに、載置板11の載置面11a上の外周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和Bと、載置板11の載置面11a上の内周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和A11の比B11/A11を1.6に設定したこと以外は実施例1Aと同様にして、図1Aおよび図2~図4に示すような実施例2の静電チャック装置1を製造した。
得られた静電チャック部2について、実施例1Aと同様にして、各部の寸法等を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた静電チャック装置1について、実施例1Aと同様にして、板状試料Wの面内の温度の変化を測定した。なお、初期の温度範囲は2.8℃であった。結果を表1に示す。
[実施例3A]
載置板11の載置面11aにおいて中間部を有し、載置面11aの中心11bから、載置面11aの半径の30%以上かつ40%未満の領域を載置板11の載置面11a上の内周部とし、載置面11aにおいて、内周部の外側で載置面11aの半径の55%以上かつ65%未満の領域を載置板11の載置面11a上の中間部とし、載置面11aの中間部とし、中間部より外側の領域を載置板11の載置面11a上の外周部とし、凸状突起部の頂面d2と底面d1の比d2/d1を0.80、並びに、載置板11の載置面11a上の中間部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和C11としたとき、中間部の接触面積の総和Cと内周部の接触面積の総和Aの比A11/C11を2.1、外周部の接触面積の総和B11と中間部の接触面積の総和Cの比C11/A11を5.0と設定したこと以外は実施例1Aと同様にして、図1Aおよび図2~図4に示すような実施例3Aの静電チャック装置1を製造した。
得られた静電チャック部2について、実施例1Aと同様にして、各部の寸法等を測定した。結果を表1に示す。なお、初期の温度範囲は2.8℃であった。
また、得られた静電チャック装置1について、実施例1Aと同様にして、板状試料Wの面内の温度の変化を測定した。結果を表1に示す。
載置板11の載置面11aにおいて中間部を有し、載置面11aの中心11bから、載置面11aの半径の30%以上かつ40%未満の領域を載置板11の載置面11a上の内周部とし、載置面11aにおいて、内周部の外側で載置面11aの半径の55%以上かつ65%未満の領域を載置板11の載置面11a上の中間部とし、載置面11aの中間部とし、中間部より外側の領域を載置板11の載置面11a上の外周部とし、凸状突起部の頂面d2と底面d1の比d2/d1を0.80、並びに、載置板11の載置面11a上の中間部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和C11としたとき、中間部の接触面積の総和Cと内周部の接触面積の総和Aの比A11/C11を2.1、外周部の接触面積の総和B11と中間部の接触面積の総和Cの比C11/A11を5.0と設定したこと以外は実施例1Aと同様にして、図1Aおよび図2~図4に示すような実施例3Aの静電チャック装置1を製造した。
得られた静電チャック部2について、実施例1Aと同様にして、各部の寸法等を測定した。結果を表1に示す。なお、初期の温度範囲は2.8℃であった。
また、得られた静電チャック装置1について、実施例1Aと同様にして、板状試料Wの面内の温度の変化を測定した。結果を表1に示す。
[比較例1A]
凸状突起部の頂面d2と底面d1の比d2/d1を0.55、並びに、B11/A11を5.9、頂面22aと側面22bのなす角θを170°より大きくし、R面の曲率を80μmに設定したこと以外は実施例1Aと同様にして、図1A、および図2~図4に示すような比較例の静電チャック装置1を製造した。
得られた静電チャック部2について、実施例1Aと同様にして、各部の寸法等を測定した。結果を表1に示す。なお、初期の温度範囲は2.7℃であった。
また、得られた静電チャック装置1について、実施例1Aと同様にして、板状試料Wの面内の温度の変化を測定した。結果を表1に示す。
凸状突起部の頂面d2と底面d1の比d2/d1を0.55、並びに、B11/A11を5.9、頂面22aと側面22bのなす角θを170°より大きくし、R面の曲率を80μmに設定したこと以外は実施例1Aと同様にして、図1A、および図2~図4に示すような比較例の静電チャック装置1を製造した。
得られた静電チャック部2について、実施例1Aと同様にして、各部の寸法等を測定した。結果を表1に示す。なお、初期の温度範囲は2.7℃であった。
また、得られた静電チャック装置1について、実施例1Aと同様にして、板状試料Wの面内の温度の変化を測定した。結果を表1に示す。
表1の結果から、実施例1A~実施例3Aの静電チャック装置1は、比較例の静電チャック装置1よりも、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返しても、板状試料Wへ面内の温度均一性が向上することが確認された。頂面22aと側面22bのなす角θを90°以上160°以下にして、凸状突起部の頂面d2と底面d1の比を0.75以上に大きくし、R面22cの曲率を小さくすることにより、凸状突起部22の頂面22aが摩耗しても板状試料Wとの接触面積の変化が小さく、載置板11の載置面11aと板状試料Wが密着した状態で、載置板11の載置面11aに板状試料Wを吸着、固定することができ、板状試料Wの温度を均一性に制御することを安定して行うことができることが確認された。また、実施例1A、実施例2Aから板状試料Wの外周部の面積の総和に対する接触面積の総和の比B1と内周部の面積の総和に対する接触面積の総和の比A1との比B1/A1が2より大きい方が、長時間使用後の板状試料Wの面内温度均一性が向上していることが確認された。さらに、内周部と外周部の間に中間部を設けた場合の方が、長時間使用後の板状試料Wの面内温度均一性の変化が小さいことが確認された。
[実施例1B]
図1Bおよび図2~図6に示すような静電チャック装置1を製造した。
まず、従来の方法で、載置板11の載置面11aに凸状突起部22が形成されていない静電チャック部2を作製した。
静電チャック部2は、内部に厚み約10μmの静電吸着用内部電極13が埋設されている。また、静電チャック部2の載置板11は、炭化ケイ素を7.8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298mm、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7.8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298mm、厚みは2mmの円板状であった。これら載置板11および支持板12を接合一体化することにより、静電チャック部2の全体の厚みは2.5mmであった。
図1Bおよび図2~図6に示すような静電チャック装置1を製造した。
まず、従来の方法で、載置板11の載置面11aに凸状突起部22が形成されていない静電チャック部2を作製した。
静電チャック部2は、内部に厚み約10μmの静電吸着用内部電極13が埋設されている。また、静電チャック部2の載置板11は、炭化ケイ素を7.8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298mm、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7.8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298mm、厚みは2mmの円板状であった。これら載置板11および支持板12を接合一体化することにより、静電チャック部2の全体の厚みは2.5mmであった。
次に、載置板11の上面である載置面11aを研磨加工して凸面または凹面23とし、さらに洗浄した。
次いで、載置面11aに凸状突起部22および環状突起部21の形状に対応するマスク51を形成した(図4参照)。
次いで、サンドブラスト加工を行い、凸部53および凹部52を形成した(図5参照)。
次いで、マスク51を除去した(図6参照)。
次いで、載置面11aの全体に対し、微小砥粒とバフ材を用いたバフ研磨を行った。
次いで、載置面11aをアセトンで脱脂した後、温水で洗浄した。
以上の工程を経て、載置面11aに約1万個の凸状突起部22を形成し、実施例1Bの静電チャック部2を得た。
次いで、載置面11aに凸状突起部22および環状突起部21の形状に対応するマスク51を形成した(図4参照)。
次いで、サンドブラスト加工を行い、凸部53および凹部52を形成した(図5参照)。
次いで、マスク51を除去した(図6参照)。
次いで、載置面11aの全体に対し、微小砥粒とバフ材を用いたバフ研磨を行った。
次いで、載置面11aをアセトンで脱脂した後、温水で洗浄した。
以上の工程を経て、載置面11aに約1万個の凸状突起部22を形成し、実施例1Bの静電チャック部2を得た。
得られた静電チャック部2について、載置面11aの中心11bに位置する凸状突起部22の頂面22aの高さと環状突起部21の上面21aの高さとの差(表1において、「高さの差Δh」と示す。)を測定した。この高さの差を、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(商品名:SURFCOM NEX、東京精密社製)により測定した。結果を表2に示す。
得られた静電チャック部2について、凸状突起部22の底面22dの直径d1に対する凸状突起部22の頂面22aの直径d2の比(表1において、「d2/d1」と示す。)を測定した。この直径d1および直径d2を、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(商品名:SURFCOM NEX、東京精密社製)の測定結果より算出した。結果を表1に示す。
載置面11aにおいて、載置面11aの中心11bから、載置面11aの半径の55%以上かつ65%以下の領域を、載置板11の載置面11a上の内周部とした。また、載置板11の載置面11aにおいて、内周部の外側の領域を、載置板11の載置面11a上の外周部とした。
得られた静電チャック部2について、凸状突起部22の頂面22aと側面22bのなす角度θ(表1において、「角度θ」と示す。)、およびR面22cを、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(商品名:SURFCOM NEX、東京精密社製)の測定結果を解析することにより得た。結果を表2に示す。
得られた静電チャック部2について、凸状突起部22の頂面22aの中心線平均表面粗さRa(表2において、「中心線平均表面粗さRa1」と示す。)および環状突起部21の上面21aの中心線平均表面粗さRa(表2において、「中心線平均表面粗さRa2」と示す。)を測定した。凸状突起部22の頂面22aの中心線平均表面粗さRaおよび環状突起部21の上面21aの中心線平均表面粗さRaをJIS B 0601に準拠し、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(商品名:SURFCOM NEX、東京精密社製)を用いて測定した。結果を表2に示す。
得られた静電チャック部2について、凸状突起部22の頂面22aの直径d2(表1において、「直径d」と示す。)を測定した。凸状突起部22の頂面22aの直径d2は、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(商品名:SURFCOM NEX、東京精密社製)により測定した。結果を表2に示す。
凸状突起部22の頂面22aの直径d2は、表面粗さ・輪郭形状複合測定機(SURFCOM NEX:東京精密社製)の測定結果から、静電チャック部2について、載置板11の載置面11a上の外周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和B22と、載置板11の載置面11a上の内周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和A22を、算出した。接触面積の総和の比(B22/A22)を表2に示す。
[評価]
「経時的なウエハ面の面温変化の評価」
赤外線サーモグラフィーを用いて、実施例1Bで得られた静電チャック部2を有する静電チャック装置1を半導体製造装置に実装し、初期と1000枚の板状試料Wを処理した後の面内温度分布の最大値と最小値の差を比較した。実施例1Bにおける、初期における板状試料Wの面内の温度の最大値と最小値差(以下、「初期の温度範囲」という。)は2.8℃であった。
初期の温度範囲と比較して差が3℃未満であった場合を「A」、初期の温度範囲と比較して差が3℃以上4℃未満の場合を「B」、初期の温度範囲と比較して差が4℃以上5℃未満の場合を「C」、初期の温度範囲と比較して差が5℃以上の場合を「D」として評価した。
「経時的なウエハ面の面温変化の評価」
赤外線サーモグラフィーを用いて、実施例1Bで得られた静電チャック部2を有する静電チャック装置1を半導体製造装置に実装し、初期と1000枚の板状試料Wを処理した後の面内温度分布の最大値と最小値の差を比較した。実施例1Bにおける、初期における板状試料Wの面内の温度の最大値と最小値差(以下、「初期の温度範囲」という。)は2.8℃であった。
初期の温度範囲と比較して差が3℃未満であった場合を「A」、初期の温度範囲と比較して差が3℃以上4℃未満の場合を「B」、初期の温度範囲と比較して差が4℃以上5℃未満の場合を「C」、初期の温度範囲と比較して差が5℃以上の場合を「D」として評価した。
[実施例2B]
凸状突起部の頂面d2と底面d1の比d2/d1を0.80ならびに、載置板11の載置面11a上の外周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和B22と、載置板11の載置面11a上の内周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和A22の比B22/A22を1.7に設定したこと以外は実施例1と同様にして、図1Bおよび図2~図4に示すような実施例2Bの静電チャック装置1を製造した。
得られた静電チャック部2について、実施例1Bと同様にして、各部の寸法等を測定した。結果を表2に示す。
また、得られた静電チャック装置1について、実施例1Bと同様にして、板状試料Wの面内の温度の変化を測定した。なお、初期の温度範囲は2.6℃であった。結果を表2に示す。
凸状突起部の頂面d2と底面d1の比d2/d1を0.80ならびに、載置板11の載置面11a上の外周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和B22と、載置板11の載置面11a上の内周部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和A22の比B22/A22を1.7に設定したこと以外は実施例1と同様にして、図1Bおよび図2~図4に示すような実施例2Bの静電チャック装置1を製造した。
得られた静電チャック部2について、実施例1Bと同様にして、各部の寸法等を測定した。結果を表2に示す。
また、得られた静電チャック装置1について、実施例1Bと同様にして、板状試料Wの面内の温度の変化を測定した。なお、初期の温度範囲は2.6℃であった。結果を表2に示す。
[実施例3B]
載置板11の載置面11aにおいて中間部を有し、載置面11aの中心11bから、載置面11aの半径の30%以上かつ40%未満の領域を載置板11の載置面11a上の内周部とし、載置面11aにおいて、内周部の外側で載置面11aの半径の55%以上かつ65%未満の領域を載置板11の載置面11a上の中間部とし、載置面11aの中間部とし、中間部より外側の領域を載置板11の載置面11a上の外周部とし、凸状突起部の頂面d2と底面d1の比d2/d1を0.80、並びに、載置板11の載置面11a上の中間部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和Cとしたとき、中間部の接触面積の総和Cと内周部の接触面積の総和Aの比A/Cを2.1、外周部の接触面積の総和Bと中間部の接触面積の総和Cの比C/Aを5.0と設定したこと以外は実施例1Bと同様にして、図1Bおよび図2~図4に示すような実施例3Bの静電チャック装置1を製造した。
得られた静電チャック部2について、実施例1Bと同様にして、各部の寸法等を測定した。結果を表2に示す。なお、初期の温度範囲は2.7℃であった。
また、得られた静電チャック装置1について、実施例1Bと同様にして、板状試料Wの面内の温度の変化を測定した。結果を表2に示す。
載置板11の載置面11aにおいて中間部を有し、載置面11aの中心11bから、載置面11aの半径の30%以上かつ40%未満の領域を載置板11の載置面11a上の内周部とし、載置面11aにおいて、内周部の外側で載置面11aの半径の55%以上かつ65%未満の領域を載置板11の載置面11a上の中間部とし、載置面11aの中間部とし、中間部より外側の領域を載置板11の載置面11a上の外周部とし、凸状突起部の頂面d2と底面d1の比d2/d1を0.80、並びに、載置板11の載置面11a上の中間部に位置する凸状突起部22と板状試料Wとの接触面積の総和Cとしたとき、中間部の接触面積の総和Cと内周部の接触面積の総和Aの比A/Cを2.1、外周部の接触面積の総和Bと中間部の接触面積の総和Cの比C/Aを5.0と設定したこと以外は実施例1Bと同様にして、図1Bおよび図2~図4に示すような実施例3Bの静電チャック装置1を製造した。
得られた静電チャック部2について、実施例1Bと同様にして、各部の寸法等を測定した。結果を表2に示す。なお、初期の温度範囲は2.7℃であった。
また、得られた静電チャック装置1について、実施例1Bと同様にして、板状試料Wの面内の温度の変化を測定した。結果を表2に示す。
[比較例1B]
凸状突起部の頂面d2と底面d1の比d2/d1を0.55、並びに、B/Aを5.9、頂面22aと側面22bのなす角θを170°より大きくし、R面の曲率を80μmに設定したこと以外は実施例1と同様にして、図1Bおよび図2~図4に示すような比較例の静電チャック装置1を製造した。
得られた静電チャック部2について、実施例1Bと同様にして、各部の寸法等を測定した。結果を表2に示す。なお、初期の温度範囲は2.7℃であった。
また、得られた静電チャック装置1について、実施例1Bと同様にして、板状試料Wの面内の温度の変化を測定した。結果を表2に示す。
凸状突起部の頂面d2と底面d1の比d2/d1を0.55、並びに、B/Aを5.9、頂面22aと側面22bのなす角θを170°より大きくし、R面の曲率を80μmに設定したこと以外は実施例1と同様にして、図1Bおよび図2~図4に示すような比較例の静電チャック装置1を製造した。
得られた静電チャック部2について、実施例1Bと同様にして、各部の寸法等を測定した。結果を表2に示す。なお、初期の温度範囲は2.7℃であった。
また、得られた静電チャック装置1について、実施例1Bと同様にして、板状試料Wの面内の温度の変化を測定した。結果を表2に示す。
表2の結果から、実施例1B~実施例3Bの静電チャック装置1は、比較例1Bの静電チャック装置1よりも、載置板11の載置面11aへの板状試料Wの載置を繰り返しても、凸状突起部22の頂面22aが摩耗し難く、耐摩耗性に優れるため、載置板11の載置面11aと板状試料Wが密着した状態で、載置板11の載置面11aに板状試料Wを吸着、固定することができ、板状試料Wの温度を均一性に制御することを安定して行うことができることが確認された。
本発明の静電チャック装置は、IC、LSI、VLSI等の半導体を製造する半導体製造装置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し、この板状試料に成膜処理、エッチング処理、露光処理等の各種処理を施す際に好適に用いられる。
1・・・静電チャック装置、2・・・静電チャック部、3・・・冷却用ベース部、4・・・接着剤層、11・・・載置板(基体)、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、21・・・環状突起部、22・・・凸状突起部、23・・・凸面、51・・・マスク、52・・・凹部、53・・・凸部。
Claims (13)
- 基体の一主面に板状試料を静電吸着する静電チャック装置であって、
前記基体の厚さ方向の断面形状は、前記一主面の中心から前記一主面の外周に向かって次第に湾曲する凸状曲面または凹状曲面をなし、
前記一主面上の周縁部には、前記周縁部を一周するように、縦断面が略四角形状の環状突起部が設けられ、
前記一主面上の前記環状突起部に囲まれた領域には、横断面が円形または多角形状であり、かつ縦断面が略四角形状の複数の凸状突起部が設けられ、
前記一主面の中心に位置する前記凸状突起部の頂面の高さと前記環状突起部の上面の高さとの差が1μm以上かつ30μm以下であり、
前記凸状突起部は、前記板状試料と接する前記頂面、側面、および前記頂面と前記側面を連接するR面を有し、かつ、底面の直径に対する前記頂面の直径の比が0.75以上であり、
前記凸状突起部は、前記頂面と前記側面のなす角度が90°以上かつ160°以下である静電チャック装置。 - 前記凸状突起部の前記頂面の中心線平均表面粗さRaは0.05μm以下である請求項1に記載の静電チャック装置。
- 前記環状突起部の前記上面の中心線平均表面粗さRaは0.05μm以下である請求項1または2に記載の静電チャック装置。
- 前記凸状突起部の前記頂面の直径は100μm以上かつ1000μm以下である請求項1~3のいずれか1項に記載の静電チャック装置。
- 前記基体の厚さ方向の断面形状は、前記一主面の中心から前記一主面の外周に向かって次第に湾曲する凸状曲面をなし、
前記一主面上の内周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径に対する前記頂面の直径の比は、前記一主面上の外周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径に対する前記頂面の直径の比よりも大きい請求項1~4のいずれか1項に記載の静電チャック装置。 - 前記内周部の面積の総和に対する前記内周部に位置する前記凸状突起部と前記板状試料との接触面積の総和の比A1は、前記外周部の面積の総和に対する前記外周部に位置する前記凸状突起部と前記板状試料との接触面積の総和の比B1よりも大きい請求項5に記載の静電チャック装置。
- 前記外周部と前記内周部の間に中間部を有し、前記中間部に位置する前記凸状突起部の底面の直径は、前記外周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径より大きく、かつ、前記内周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径より小さい請求項6に記載の静電チャック装置。
- 前記比A1と、前記比B1と、前記中間部の面積の総和に対する前記中間部に位置する前記凸状突起部と前記板状試料との接触面積の総和の比C1とは、下記の式(1)を満たす請求項6又は7に記載の静電チャック装置。
A1>C1>B1 (1) - 前記基体の厚さ方向の断面形状は、前記一主面の中心から前記一主面の外周に向かって次第に湾曲する凹状曲面をなし、
前記一主面上の外周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径に対する前記頂面の直径の比は、前記一主面上の内周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径に対する前記頂面の直径の比よりも大きい請求項1~4のいずれか1項に記載の静電チャック装置。 - 前記外周部に位置する前記凸状突起部が前記板状試料と接触する面積の総和B22は、前記内周部に位置する前記凸状突起部が前記板状試料と接触する面積の総和A22よりも大きい請求項9に記載の静電チャック装置。
- 前記外周部と前記内周部の間に中間部を有し、前記中間部に位置する前記凸状突起部の底面の直径は、前記内周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径より大きく、かつ、前記外周部に位置する前記凸状突起部の底面の直径より小さい請求項10に記載の静電チャック装置。
- 前記総和A22と、前記総和B22と、前記中間部に位置する前記凸状突起部が前記板状試料と接触する面積の総和C22が、下記の式(3)を満たす請求項10又は11に記載の静電チャック装置。
B22>C22>A22 (3) - 前記一主面は、酸化アルミニウム-炭化ケイ素複合焼結体、酸化アルミニウム焼結体、窒化アルミニウム焼結体または酸化イットリウム焼結体から構成される請求項1~12のいずれか1項に記載の静電チャック装置。
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