WO2024262256A1 - 静電チャック部材および静電チャック装置 - Google Patents

静電チャック部材および静電チャック装置 Download PDF

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cylindrical member
dielectric substrate
shield layer
mounting surface
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勇貴 金原
拓 一由
敏祥 乾
徹 菅又
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Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
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Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
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    • H10P72/7624—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping using mechanical means, e.g. clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by the mechanical construction of the susceptor, stage or support

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic chuck member and an electrostatic chuck device.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2023-100070, filed on June 19, 2023, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 describes such an electrostatic chuck device having a configuration in a sample stage that electrostatically attracts the workpiece, and multiple gas holes that supply heat transfer gas between the workpiece and the sample stage to control the temperature of the workpiece.
  • the gas supply through-holes can be the starting point of discharges that can lead to damage to semiconductor wafers.
  • plasma etching devices for semiconductor manufacturing have become increasingly powerful in order to process deep holes due to the increasing number of semiconductor layers. For this reason, there is a need to suppress the occurrence of abnormal discharges inside the gas holes.
  • One of the objectives of the present invention is to provide an electrostatic chuck device that can suppress abnormal discharge inside the gas hole.
  • An electrostatic chuck member comprising: a plate-shaped dielectric substrate having a mounting surface on which a plate-shaped sample is placed and a gas hole penetrating in a thickness direction, an attraction electrode disposed inside the dielectric substrate, a bias electrode disposed inside the dielectric substrate, a conductive cylindrical member surrounding the gas hole, and a conductive shielding layer disposed inside the dielectric substrate on an opposite side to the mounting surface side with respect to the attraction electrode and the bias electrode, the conductive shielding layer extending from an outer circumferential surface of the cylindrical member to an outer side in a radial direction centered on the cylindrical member.
  • the above aspect of the present invention provides an electrostatic chuck device that can suppress abnormal discharge inside the gas hole.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of an electrostatic chuck device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing equipotential lines of an electrostatic chuck device of a comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram showing equipotential lines of the electrostatic chuck device of the embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of an electrostatic chuck device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an electrostatic chuck device according to a first modified example of the embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an electrostatic chuck device according to a second modified example of the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an electrostatic chuck device according to the present embodiment.
  • the electrostatic chuck device 1A shown in FIG. 1 is preferably disposed in a vacuum chamber of a plasma processing device with a mounting surface 11a on which a wafer (plate-shaped sample) W is placed facing upward.
  • a Z-axis is shown to explain the reference of the electrostatic chuck device.
  • the Z-axis direction is, for example, a vertical direction.
  • the central axis O of the mounting surface 11a is parallel to the Z-axis. Note that the arrangement of the electrostatic chuck device 1A with respect to the vertical direction is one example, and other arrangements may be used.
  • the electrostatic chuck device 1A includes an electrostatic chuck plate (electrostatic chuck member) 10A that adsorbs and supports a plate-shaped sample such as a wafer W, and a base 20 that supports the electrostatic chuck plate 10A.
  • an electrostatic chuck plate (electrostatic chuck member) 10A that adsorbs and supports a plate-shaped sample such as a wafer W, and a base 20 that supports the electrostatic chuck plate 10A.
  • the base 20 is made of a thick disk-shaped member, for example, a metal member.
  • the base 20 supports the electrostatic chuck plate 10A from the lower side (opposite the mounting surface 11a).
  • the material constituting the base 20 can be arbitrarily selected, and for example, any metal having excellent thermal conductivity, electrical conductivity, and workability, or a composite material containing these metals, can be preferably used without any particular limitation.
  • aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, stainless steel, etc. are preferably used.
  • the base 20 of this embodiment may have an arbitrarily selected structure, and may be, for example, a water-cooled base having a flow path (not shown) for circulating a liquid coolant such as water inside.
  • the coolant may be a gas such as He gas or N2 gas.
  • the upper surface 20t of the base 20 is adhered to the lower surface 11b of the dielectric substrate 11 via an adhesive layer 25.
  • the material forming the adhesive layer 25 can be selected arbitrarily, and may be, for example, a heat-resistant resin such as polyimide resin, silicone resin, or epoxy resin, or an insulating sheet- or film-shaped adhesive resin.
  • the electrostatic chuck plate 10A includes a dielectric substrate 11, a cylindrical member 51, an attraction electrode 30, a bias electrode 40, and a shield layer 55A.
  • the cylindrical member 51, the attraction electrode 30, the bias electrode 40, and the shield layer 55A are each embedded in the dielectric substrate 11.
  • the dielectric substrate 11 is a plate-like member having a circular or nearly circular shape in a plan view.
  • the thickness direction of the dielectric substrate 11 may be simply referred to as the "thickness direction".
  • the electrostatic chuck device will be described with the side in the thickness direction on which the wafer W is mounted being referred to as the "upper side” and the opposite side being referred to as the "lower side”.
  • the "upper side” and the “lower side” indicate an example of the position of the electrostatic chuck device when in use, and do not limit the position of the electrostatic chuck device when in use.
  • the dielectric substrate 11 is preferably made of a composite sintered body that has mechanical strength and is resistant to corrosive gases and their plasma.
  • the dielectric material that constitutes the dielectric substrate 11 ceramics that have mechanical strength and are resistant to corrosive gases and their plasma are preferably used.
  • the ceramics that constitute the dielectric substrate 11 for example, aluminum oxide sintered body, aluminum nitride sintered body, aluminum oxide-silicon carbide composite sintered body, etc. are preferably used.
  • the upper surface of the dielectric substrate 11 is provided with a mounting surface 11a on which the wafer W is placed. That is, the dielectric substrate 11 is provided with the mounting surface 11a on which the wafer W is placed.
  • a plurality of protrusions 12 are formed at predetermined intervals on the upper surface of the dielectric substrate 11.
  • the tip surfaces of the plurality of protrusions 12 form the mounting surface 11a.
  • the dielectric substrate 11 is provided with recesses (valleys) 13 between adjacent protrusions 12, which are recessed downward from the mounting surface 11a.
  • the bottom surface 13b of the recesses 13 faces upward (towards the wafer W).
  • the dielectric substrate 11 is provided with a gas hole 8.
  • the gas hole 8 penetrates the dielectric substrate 11 in the thickness direction.
  • the gas hole 8 is circular when viewed in the thickness direction.
  • the gas hole 8 is connected to a gas supply device (not shown).
  • the gas hole 8 supplies a cooling gas such as helium (He) to the space between the wafer W placed on the mounting surface 11a and the bottom surface 13b of the recess 13.
  • the supplied cooling gas cools the wafer W placed on the mounting surface 11a.
  • a cooling gas such as helium (He)
  • the cylindrical member 51 has a cylindrical shape extending in the thickness direction.
  • the upper end of the cylindrical member 51 is, for example, annular in plan view.
  • the radial direction centered on the cylindrical member 51 may be simply referred to as the "radial direction”
  • the circumferential direction centered on the cylindrical member 51 may be simply referred to as the "circumferential direction”.
  • the cylindrical member 51 of this embodiment is made of a material having electrical conductivity.
  • electrical conductivity means that the electrical resistivity is 0.5 ⁇ m or less. Therefore, the cylindrical member is made of a material having a resistivity of 0.5 ⁇ m or less.
  • the preferred range of electrical resistivity of the material constituting the cylindrical member 51 can be selected as necessary, and includes, but is not limited to, 1.0 ⁇ 10 ⁇ 8 to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 3 ⁇ m, 1.0 ⁇ 10 ⁇ 8 to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ m, 1.0 ⁇ 10 ⁇ 7 to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 4 ⁇ m, 1.0 ⁇ 10 ⁇ 5 to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 3 ⁇ m, 1.0 ⁇ 10 ⁇ 4 to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 2 ⁇ m, and 1.0 ⁇ 10 ⁇ 3 to 0.5 ⁇ m.
  • the material forming the lower cylindrical member 51 can be selected arbitrarily, and includes, but is not limited to, molybdenum, tungsten, tantalum, carbon, or compounds containing these, and ceramics.
  • the cylindrical member 51 surrounds the gas hole 8 from the radial outside.
  • the cylindrical member 51 is disposed within a hole in the dielectric substrate 11, and the outer surface of the cylindrical member 51 may be in contact with the dielectric substrate 11, or may be via an adhesive or the like.
  • no other members are disposed inside the cylindrical member 51, and the inner surface of the cylindrical member 51 forms the inner surface of the gas hole 8.
  • other cylindrical members such as insulating insulators may be disposed inside the cylindrical member 51. In this case, the inner surface of the insulator forms the gas hole 8.
  • the cylindrical member 51 is positioned so as to penetrate the bottom surface 13b of the recess 13 of the dielectric substrate 11 and the lower surface 11b of the dielectric substrate 11. Therefore, the upper end 51t of the cylindrical member 51 in this embodiment is positioned at approximately the same position as the bottom surface 13b in the thickness direction and is exposed upward from the bottom surface 13b. In addition, the lower end 51b of the cylindrical member 51 is positioned at approximately the same position as the lower surface 11b in the thickness direction.
  • the chucking electrode 30, the bias electrode 40, and the shield layer 55A are electrodes and conductive members embedded in layers in the dielectric substrate 11.
  • the chucking electrode 30, the bias electrode 40, and the shield layer 55A are conductive. That is, the chucking electrode 30, the bias electrode 40, and the shield layer 55A are made of a material having a resistivity of 0.5 ⁇ m or less.
  • the chucking electrode 30, the bias electrode 40, and the shield layer 55A are arranged in this order from the top to the bottom in the dielectric substrate 11.
  • the suction electrode 30 is located inside the dielectric substrate 11.
  • the suction electrode 30 extends in a layer shape along a plane perpendicular to the thickness direction of the dielectric substrate 11.
  • the suction electrode 30 may have any shape that is selected.
  • the suction electrode 30 is preferably provided with a first hole 30a through which the tubular member 51 passes.
  • the inner diameter of the first hole 30a is sufficiently larger than the outer diameter of the tubular member 51.
  • the inner edge of the first hole 30a is disposed at a distance from the outer peripheral surface of the tubular member 51. Due to the provision of the first hole 30a, the suction electrode 30 and the tubular member 51 do not come into contact with each other.
  • the suction electrode 30 is disposed below the mounting surface 11a and the bottom surface 13b at a predetermined distance from these.
  • the suction electrode 30 is connected to the DC power source 101 via the first power supply 31 extending downward.
  • the suction electrode 30 generates an electrostatic suction force by the DC current supplied from the DC power source 101, and suctions the wafer W to the mounting surface 11a.
  • the suction electrode 30 is not limited to a monopolar suction electrode, and may be a bipolar suction electrode consisting of two electrodes that are semicircular in plan view.
  • the suction electrode 30 may be provided only in a portion of the circumferential direction centered on the cylindrical member 51 when viewed from the thickness direction.
  • the suction electrode 30 may be provided in a plurality of locations spaced apart from each other in the circumferential direction centered on the cylindrical member 51 when viewed from the thickness direction.
  • the bias electrode 40 is disposed below the chucking electrode 30 (opposite the mounting surface 11a) and spaced apart from the chucking electrode 30.
  • the bias electrode 40 extends in a layer shape along a plane perpendicular to the thickness direction of the dielectric substrate 11.
  • the bias electrode 40 may have any shape that can be selected.
  • the bias electrode 40 is connected to the AC power source 102 via a second power supply 41 that extends downward.
  • the bias electrode 40 is preferably provided with a second hole 40a through which the cylindrical member 51 passes, and a third hole 40h through which the first power supply 31 passes.
  • the inner diameter of the second hole 40a is sufficiently larger than the outer diameter of the cylindrical member 51.
  • the inner edge of the second hole 40a is disposed at a distance from the outer peripheral surface of the cylindrical member 51.
  • the inner diameter of the second hole 40a is approximately equal to the inner diameter of the first hole 30a.
  • the inner diameter of the third hole 40h is sufficiently larger than the outer diameter of the first power supply 31.
  • the inner edge of the third hole 40h is disposed at a distance from the outer peripheral surface of the first power supply 31.
  • the shapes of the second hole 40a and the third hole 40h can be selected arbitrarily, but may be, for example, circular in a plan view.
  • the outer periphery 40b of the bias electrode 40 and the outer periphery 30b of the adsorption electrode 30 are positioned at approximately the same position when viewed from the thickness direction.
  • the bias electrode 40 is positioned so as to cover almost the entire adsorption electrode 30 from below. Note that it is sufficient that at least a portion of the bias electrode 40 overlaps with the adsorption electrode 30 when viewed from the thickness direction. In other words, at least a portion of the bias electrode 40 overlaps with the adsorption electrode 30 when viewed from the thickness direction. In the bias electrode 40 of this embodiment, the entirety of the bias electrode 40 overlaps with the adsorption electrode 30 when viewed from the thickness direction.
  • the shield layer 55A is disposed inside the dielectric substrate 11 below the chucking electrode 30 and the bias electrode 40 (on the side opposite the mounting surface 11a) with a gap therebetween.
  • the shield layer 55A extends in layers along a plane perpendicular to the thickness direction of the dielectric substrate 11.
  • the shield layer 55A contacts the outer peripheral surface of the cylindrical member 51 and is electrically connected to the cylindrical member 51.
  • the shield layer 55A extends radially outward from the outer peripheral surface of the cylindrical member 51.
  • the shield layer 55A is formed in a flange shape extending in a circumferential direction.
  • the shield layer 55A may have any shape that is selected arbitrarily.
  • the shield layer 55A is preferably a continuous annular shape, but may have any other shape.
  • the shield layer 55A may be composed of multiple parts having any shape that is selected arbitrarily, such as a fan shape or a roughly fan shape.
  • the shield layer 55A may be provided only in a part of the circumferential direction.
  • the shield layer 55A may be provided as a shield layer 55A consisting of multiple parts arranged at intervals in the circumferential direction.
  • the multiple shield layers 55A may extend radially from the outer peripheral surface of the cylindrical member 51.
  • the number of the portions of the shield layer 55A may be, for example, 3 to 6, 6 to 12, 12 to 24, or 24 to 48.
  • they may have the same shape and size. The distance between adjacent portions may be selected arbitrarily.
  • the outer edge 55s located at the radially outer end of the shield layer 55A entirely overlaps the bias electrode 40 when viewed in the thickness direction.
  • the attraction electrode 30, the bias electrode 40, and the shield layer 55A are formed of any material, but are preferably composed of a composite of an insulating material and a conductive material.
  • the insulating material contained in this composite is not particularly limited, but is preferably at least one selected from the group consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), yttrium (III) oxide (Y 2 O 3 ), yttrium aluminum garnet (YAG) and SmAlO 3.
  • the conductive material contained in the composite is preferably at least one selected from the group consisting of molybdenum carbide (Mo 2 C), molybdenum (Mo), tungsten carbide (WC), tungsten (W), tantalum carbide (TaC), tantalum (Ta), silicon carbide (SiC), carbon black, carbon nanotubes and carbon nanofibers.
  • Mo 2 C molybdenum carbide
  • Mo molybdenum
  • Mo molybdenum
  • Mo molybdenum
  • WC molybdenum
  • W tungsten
  • TaC tantalum carbide
  • Ta tantalum
  • SiC silicon carbide
  • carbon black carbon nanotubes and carbon nanofibers.
  • the attraction electrode 30, the bias electrode 40, and the shield layer 55A may be made of the same material or different materials.
  • the cylindrical member 51 may be formed from the same material as the shield layer 55A, or may be formed integrally with the shield layer 55A. Also, the cylindrical member 51 may be formed from a material different from that of the shield layer 55A. For example, the cylindrical member 51 may be made of a metal material and may be joined to the shield layer 55A on its outer circumferential surface.
  • the attraction electrode 30, bias electrode 40, and shield layer 55A may be formed in advance into a predetermined shape, or may be formed by three-dimensional printing, deposition, or the like.
  • the attraction electrode 30, bias electrode 40, and shield layer 55A may be embedded in each layer in sequence as the dielectric substrate 11 is formed by layering the layers in multiple steps.
  • the present inventors have focused on the fact that discharge due to ionization of the cooling gas is likely to occur when the potential difference in the thickness direction in the gas hole 8 between the lower surface of the wafer W and the upper surface of the base 20 is large.
  • the present inventors have attempted to reduce the potential difference in the gas hole 8, and have come up with the configurations according to each embodiment and its modified examples.
  • the chucking electrode 30 and the bias electrode 40 are arranged inside the dielectric substrate 11. Therefore, a potential difference occurs in each part of the dielectric substrate 11 due to the voltage applied to these electrodes 30, 40.
  • the electrostatic chuck plate 10A of this embodiment has a conductive cylindrical member 51 that surrounds the gas hole 8 of the dielectric substrate 11. With this configuration, since the gas hole 8 is surrounded by the conductive cylindrical member 51, a large potential difference is unlikely to occur in the gas hole 8, and the discharge of the cooling gas in the gas hole 8 can be suppressed.
  • the cylindrical member 51 is arranged radially inward of the electrostatic chuck plate 10A with respect to the chucking electrode 30 and the bias electrode 40. Therefore, it is possible to suppress the electric field directed radially inward from the chucking electrode 30 and the bias electrode 40 from reaching the inside of the gas hole 8.
  • the electrostatic chuck plate 10A of this embodiment is disposed inside the dielectric substrate 11 on the opposite side (lower side) of the mounting surface 11a side with respect to the chucking electrode 30 and the bias electrode 40, and has a conductive shield layer 55A extending from the outer circumferential surface of the cylindrical member 51 to the outside in the radial direction centered on the cylindrical member 51.
  • the electric field is formed avoiding the shield layer 55A, and the potential difference is less likely to become large below the cylindrical member 51.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams showing the results of a simulation to demonstrate the superiority of the electrostatic chuck device 1A of this embodiment.
  • FIG. 2 shows an electrostatic chuck device 1P of a comparative example that does not have a shield layer 55A.
  • FIG. 3 shows an electrostatic chuck device 1A of an example of this embodiment, which has a shield layer 55A compared to the electrostatic chuck device 1A of the comparative example.
  • FIGS. 2 and 3 show schematic diagrams showing the results of a simulation of the equipotential lines of the electric field caused by the chucking electrode 30 and the bias electrode 40.
  • the equipotential lines are concentrated and arranged vertically on the lower side of the cylindrical member 51, and it can be seen that the potential difference is large on the lower side of the cylindrical member 51.
  • the electrostatic chuck device 1A of the embodiment shown in FIG. 3 most of the equipotential lines coming out from the end of the bias electrode 40 extend along the upper surface of the shield layer 55A and the inner peripheral surface of the cylindrical member 51 to the upper end of the electrostatic chuck plate 10A.
  • some of the equipotential lines coming out from the end of the bias electrode 40 extend so as to largely detour around the outside of the outer edge 55s of the shield layer 55A and pass under the cylindrical member 51.
  • the number of equipotential lines arranged on the lower side of the cylindrical member 51 in the electrostatic chuck device 1A of the embodiment shown in FIG. 3 is smaller than the number of equipotential lines arranged on the lower side of the cylindrical member 51 in the electrostatic chuck device 1P of the comparative example shown in FIG. 2. From this, it can be seen that in the electrostatic chuck device 1A of the embodiment shown in FIG. 3, the potential difference on the lower side of the cylindrical member 51 is small.
  • the shield layer 55A of this embodiment is disposed on the opposite side (lower side) of the mounting surface 11a with respect to the adsorption electrode 30 and the bias electrode 40. That is, when viewed from the cross section, the distance from the mounting surface 11a to the shield layer 55A is greater than the distance from the mounting surface 11a to the adsorption electrode 30 and the bias electrode 40. With this configuration, the shield layer 55A can be disposed between the adsorption electrode 30 and the bias electrode 40 and the lower end of the cylindrical member 51 in the thickness direction. With this configuration, as shown in FIG.
  • the equipotential lines extending from the ends of the adsorption electrode 30 and the bias electrode 40 can be largely detoured at a position above the lower end of the cylindrical member 51, and as a result, as shown in FIG. 2, the equipotential lines can be prevented from being concentrated and disposed on the lower side of the cylindrical member 51. As a result, the potential difference on the lower side of the cylindrical member 51 can be effectively prevented from becoming large.
  • the electric field formed by applying voltage to the attraction electrode 30 and the bias electrode 40 reaches the upper side of the dielectric substrate 11 without being blocked by the shield layer 55A, allowing the electric field to act effectively on the upper side of the dielectric substrate 11.
  • the shield layer 55A overlaps with the bias electrode 40 when viewed in the thickness direction.
  • the equipotential lines extending from the end of the bias electrode 40 can be more reliably diverted, and the potential difference below the cylindrical member 51 can be effectively prevented from increasing.
  • the length (distance) of the portion where the shield layer 55A overlaps with the bias electrode 40 in a plan view can be selected arbitrarily.
  • the length of the overlapping portion may be, for example, 0 to 0.1 times, 0.1 to 0.5 times, 0.3 to 0.8 times, or 0.5 to 1.0 times the length (distance) from the cylindrical member 51 to the radial end of the shield layer 55A, but is not limited to these examples.
  • the shield layer 55A does not have to overlap with the bias electrode 40.
  • the length (distance) from the cylindrical member 51 to the radial end of the shield layer 55A can be selected arbitrarily.
  • the diameter of the shield layer 55A may be 0.5 to 2 mm, 1 to 3 mm, 2 to 5 mm, 4 to 8 mm, or 5 to 10 mm, but is not limited to these examples.
  • the shield layer 55A is formed in a flange shape that extends annularly in the circumferential direction around the cylindrical member 51.
  • the entire outer edge 55s of the shield layer 55A overlaps with the bias electrode 40.
  • the upper end (one end) 51t of the cylindrical member 51 extends to the mounting surface 11a side of the dielectric substrate 11, and the lower end (other end) 51b of the cylindrical member 51 extends to the bottom surface 11b facing the opposite side to the mounting surface 11a side of the dielectric substrate 11.
  • “extending to the mounting surface 11a side of the dielectric substrate 11” means extending to the end face (bottom surface 13b in this embodiment) on the mounting surface 11a side of the dielectric substrate 11.
  • [Second embodiment] 4 is a cross-sectional view of an electrostatic chuck device according to the second embodiment.
  • An electrostatic chuck device 1B according to the present embodiment is different from the electrostatic chuck device 1A described above in that the configuration of a cylindrical member 52 is different, and the other configuration is common to the electrostatic chuck device 1A. Therefore, the following mainly describes the cylindrical member 52, and a description of the configuration common to the electrostatic chuck device 1A will be omitted.
  • the electrostatic chuck device 1B shown in FIG. 4 includes an electrostatic chuck plate 10B and a base 20.
  • the electrostatic chuck plate 10B includes a dielectric substrate 11, a cylindrical member 52, an adsorption electrode 30, a bias electrode 40, and a shield layer 55A.
  • the tubular member 52 is cylindrical and extends in the thickness direction, and is arranged so as to penetrate the bottom surface 13b of the recess 13 of the dielectric substrate 11 and the base bottom surface 20b of the base 20.
  • the upper end 52t of the tubular member 52 is arranged at the same height as the bottom surface 13b in the thickness direction, and is exposed upward from the bottom surface 13b.
  • the lower end (other end) 52b of the tubular member 52 is arranged at the same height as the base bottom surface 20b in the thickness direction, and is exposed downward from the base bottom surface 20b.
  • the cylindrical member 52 of this embodiment is grounded via a ground wire 103. This configuration prevents potential differences from occurring in the thickness direction inside the cylindrical member 52, and can suppress abnormal discharges inside the gas hole 8.
  • the electrostatic chuck device 1B of this embodiment includes a base 20 that supports the electrostatic chuck plate 10B from the side opposite the mounting surface 11a.
  • the cylindrical member 52 contacts the base 20. With this configuration, no gap is created between the cylindrical member 52 and the base 20. This makes it possible to prevent the electric field from concentrating below the cylindrical member 52 and above the base 20. This makes it possible to prevent the potential difference from increasing in the region inside the gas hole 8, below the cylindrical member 52, and above the base 20, and effectively suppresses discharge inside the gas hole 8.
  • the gas hole 8 penetrates the base 20 in the thickness direction.
  • the upper end (one end) 52t of the cylindrical member 52 extends to the mounting surface 11a side of the dielectric substrate 11.
  • the lower end (other end) 52b of the cylindrical member 52 extends to the underside facing the opposite side to the mounting surface 11a side of the base 20.
  • (First Modification of the Embodiment) 5 is a cross-sectional view of an electrostatic chuck device according to a first modified example of the embodiment.
  • the electrostatic chuck device 1C of this modified example is different from the electrostatic chuck device 1A of the first embodiment described above only in the configuration of the cylindrical member. Note that the same components as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the electrostatic chuck device 1C in this modified example includes an electrostatic chuck plate 10C and a base 20, similar to the above-described embodiment.
  • the electrostatic chuck plate 10C also includes a dielectric substrate 11, a cylindrical member 53, an adsorption electrode 30, a bias electrode 40, and a shield layer 55A.
  • the cylindrical member 53 of this modified example surrounds the gas hole 8.
  • the upper end (one end) 53t of the cylindrical member 53 is disposed at the same height as the bottom surface 13b in the thickness direction.
  • the lower end (other end) 53b of the cylindrical member 53 is disposed above the lower surface of the dielectric substrate 11 in the thickness direction.
  • This lower end 53b is formed at the same height as the lower surface of the shield layer 55A in the thickness direction.
  • the cylindrical member 53 and the shield layer 55A do not contact the adhesive layer 25.
  • the bias electrode 40 and the shield layer 55A are provided, making it possible to suppress abnormal discharge inside the gas hole 8.
  • (Second Modification of the Embodiment) 6 is a cross-sectional view of an electrostatic chuck device according to a second modified example of the embodiment.
  • the electrostatic chuck device 1D of this modified example is different from the electrostatic chuck device 1A of the first embodiment described above only in the configuration of a shield layer 55D. Note that the same components as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the electrostatic chuck device 1D in this modification includes an electrostatic chuck plate 10D and a base 20, similar to the above-described embodiment.
  • the electrostatic chuck plate 10D also includes a dielectric substrate 11, a cylindrical member 51, an adsorption electrode 30, a bias electrode 40, and a shield layer 55D.
  • the lower surface of the shield layer 55D is formed at the same height as the lower surface 11b of the dielectric substrate 11, and is in contact with the adhesive layer 25.
  • the bias electrode 40 and the shield layer 55D are provided, making it possible to suppress abnormal discharge inside the gas hole 8.

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Abstract

板状試料が載置される載置面および厚さ方向に貫通するガス孔が設けられる板状の誘電体基板と、誘電体基板の内部に配置される吸着電極と、誘電体基板の内部に配置されるバイアス電極と、ガス孔を囲む導電性の筒状部材と、誘電体基板の内部において吸着電極およびバイアス電極に対して載置面側とは反対側に配置され、筒状部材の外周面から筒状部材を中心とする径方向の外側に延びる導電性のシールド層と、を備える、静電チャック部材。

Description

静電チャック部材および静電チャック装置
　本発明は、静電チャック部材および静電チャック装置に関する。
　本願は、２０２３年６月１９日に、日本に出願された特願２０２３－１０００７０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　半導体ウエハ等の基板を支持する静電チャック装置が知られる。例えば、特許文献１には、このような静電チャック装置として、被処理体を静電吸着する試料台内に、被処理体と試料台との間に被処理体の温度を制御するための伝熱ガスを供給する複数のガス孔とを有する構成が記載される。
特開２０１０－１８２７６３号公報
　上記のような静電チャック装置においては、ガス供給用の貫通孔は、半導体ウエハの損傷に繋がる放電の起点となる場合がある。近年、半導体製造用プラズマエッチング装置では、半導体の多積層化に伴う深孔加工のためのハイパワー化が進んでいる。そのため、ガス孔内部での異状放電の発生を抑制することが求められている。
　本発明は、ガス孔内部における異常放電を抑制可能な静電チャック装置を提供することを目的の一つとする。
　本発明は、以下に述べる静電チャック部材及び静電チャック装置を提供する。
　以下に述べられる特徴は、必要に応じて2つ以上を組み合わせることも好ましい。
［１］　板状試料が載置される載置面および厚さ方向に貫通するガス孔が設けられる板状の誘電体基板と、前記誘電体基板の内部に配置される吸着電極と、前記誘電体基板の内部に配置されるバイアス電極と、前記ガス孔を囲む導電性の筒状部材と、前記誘電体基板の内部において前記吸着電極および前記バイアス電極に対して前記載置面側とは反対側に配置され、前記筒状部材の外周面から前記筒状部材を中心とする径方向の外側に延びる導電性のシールド層と、を備える、静電チャック部材。
［２］　前記厚さ方向から見て、前記シールド層は、少なくとも一部が前記バイアス電極に重なる、［１］に記載の静電チャック部材。
［３］　前記シールド層は、前記筒状部材を中心とする周方向に環状に延びる鍔状に形成される、［１］または［２］に記載の静電チャック部材。
［４］　前記厚さ方向から見て、前記シールド層の外縁の全体が、前記バイアス電極に重なる、［３］に記載の静電チャック部材。
［５］　前記筒状部材の一端は、前記誘電体基板の前記載置面側まで延び、前記筒状部材の他端は、前記誘電体基板の前記載置面側とは反対側を向く下面まで延びる、［１］～［４］の何れか一項に記載の静電チャック部材。
［６］　前記筒状部材は、接地される、［１］～［５］の何れか一項に記載の静電チャック部材。
［７］　［１］～［６］の何れか一項に記載の静電チャック部材と、前記静電チャック部材を前記載置面の反対側から支持する基台と、を備え、前記筒状部材は、前記基台に接触する、静電チャック装置。
［８］　前記ガス孔は、前記基台を前記厚さ方向に貫通し、前記筒状部材の一端は、前記誘電体基板の前記載置面側まで延び、前記筒状部材の他端は、前記基台の前記載置面側とは反対側を向く下面まで延びる、［７］に記載の静電チャック装置。
　本発明の上記態様によれば、ガス孔内部における異常放電を抑制可能な静電チャック装置が提供される。
図１は、第１実施形態の静電チャック装置の例を示す概略断面図である。 図２は、比較例の静電チャック装置の等電位線を示す図である。 図３は、実施例の静電チャック装置の等電位線を示す図である。 図４は、第２実施形態の静電チャック装置の例を示す概略断面図である。 図５は、実施形態の第１変形例の静電チャック装置の概略断面図である。 図６は、実施形態の第２変形例の静電チャック装置の概略断面図である。
　以下、本発明の静電チャック装置の各実施形態の好ましい例について、図面を参照して説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせて表示する場合がある。
　また、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。例えば、特に制限のない限り、材料、量、種類、数、サイズ、形、位置、比率、温度等の条件等を、必要に応じて変更、追加および省略してもよい。以下に述べる実施形態間において、互いの好ましい例を交換したり、共有したりしてもよい。以下に述べる第１実施形態～第２実施形態や変形例は、問題のない限り互いに好ましい特徴や条件を共有してもよい。
［第１実施形態］
（静電チャック装置全体）
　図１は、本実施形態の静電チャック装置の例を示す概略断面図である。
　図１に示す静電チャック装置１Ａは、例えば、ウエハ（板状試料）Ｗが載置される載置面１１ａを上側に向けた状態でプラズマ処理装置の真空容器内に好ましく配置される。
　なお、各図には、静電チャック装置の基準を説明するためにＺ軸を示す。Ｚ軸方向は、例えば、鉛直方向である。載置面１１ａの中心軸Ｏは、Ｚ軸に平行である。なお、鉛直方向に対する静電チャック装置１Ａの配置形態は一例であり、他の配置形態であってもよい。
　静電チャック装置１Ａは、ウエハＷ等の板状試料を吸着支持する静電チャックプレート（静電チャック部材）１０Ａと、静電チャックプレート１０Ａを支持する基台２０と、を備える。
（基台）
　基台２０は、厚さのある円板状の部材、例えば金属部材からなる。基台２０は、静電チャックプレート１０Ａを下側（載置面１１ａの反対側）から支持する。基台２０を構成する材料としては任意に選択でき、例えば、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好ましく使用できる。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼等が好適に用いられる。本実施形態の基台２０は任意に選択できる構造を有してよく、例えば内部に水等の液体の冷媒を循環させる流路（図示無し）を有する水冷ベースであってもよい。冷媒はＨｅガス、Ｎ２ガス等のガスであってもよい。
　基台２０の上面２０ｔは、誘電体基板１１の下面１１ｂに、接着層２５を介して接着されている。接着層２５を形成する材料は任意に選択でき、例えば、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性樹脂、あるいは、絶縁性を有するシート状またはフィルム状の接着性樹脂からなる。
（静電チャックプレート）
　静電チャックプレート１０Ａは、誘電体基板１１と、筒状部材５１と、吸着電極３０と、バイアス電極４０と、シールド層５５Ａと、を有する。筒状部材５１、吸着電極３０、バイアス電極４０、およびシールド層５５Ａは、それぞれ誘電体基板１１に埋め込まれている。
（誘電体基板）
　誘電体基板１１は、平面視円形又は略円形の板状部材である。本明細書において、誘電体基板１１の厚さ方向を単に「厚さ方向」と呼ぶ場合がある。また、本明細書において、厚さ方向のうち、ウエハＷが搭載される側を「上側」とし、その反対側を「下側」として、静電チャック装置を説明する。本明細書における「上側」および「下側」は、静電チャック装置の使用時の姿勢の一例を示すものであり、静電チャック装置の使用時の姿勢を限定するものではない。
　誘電体基板１１は、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複合焼結体からなることが好ましい。誘電体基板１１を構成する誘電体材料としては、機械的な強度を有し、しかも腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性を有するセラミックスが好適に用いられる。誘電体基板１１を構成するセラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム焼結体、窒化アルミニウム焼結体、酸化アルミニウム－炭化ケイ素複合焼結体などが好適に用いられる。
　誘電体基板１１の上面には、ウエハＷが載置される載置面１１ａが構成される。すなわち、誘電体基板１１には、ウエハＷが載置される載置面１１ａが設けられる。本実施形態において、誘電体基板１１の上面には、複数の突起部１２が所定の間隔で形成されている。複数の突起部１２の先端面が、載置面１１ａを形成する。誘電体基板１１には、隣り合う複数の突起部１２の間に、載置面１１ａに対して下側に窪む凹部（谷部）１３が形成される。凹部１３の底面１３ｂは、上側（ウエハＷ側）を向く。
　誘電体基板１１には、ガス孔８が設けられる。ガス孔８は、誘電体基板１１を厚さ方向に貫通する。ガス孔８は、厚さ方向から見て円形である。ガス孔８は、図示を省略するガス供給装置に繋がる。ガス孔８は、載置面１１ａに載置されるウエハＷと凹部１３の底面１３ｂとの間の空間に、ヘリウム（Ｈｅ）などの冷却ガスを供給する。供給される冷却ガスは、載置面１１ａに載置されるウエハＷを冷却する。本実施形態では、静電チャック装置１Ａの中央部に１つのガス孔８のみが形成される場合について説明するが、ガス孔８の数は任意に選択でき、静電チャック装置１Ａに複数のガス孔８が設けられていてもよい。
（筒状部材）
　筒状部材５１は、厚さ方向に延びる円筒形状を有する。筒状部材５１の上端は例えば平面視で円環状である。以下の説明において、筒状部材５１を中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、筒状部材５１を中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ場合がある。本実施形態の筒状部材５１は、導電性を有する材料から構成される。なお、ここで、「導電性」とは、電気抵抗率が０．５Ω・ｍ以下であることを意味する。したがって、筒状部材は、抵抗率が０．５Ω・ｍ以下の部材からなる。筒状部材５１を構成する材料が有する電気抵抗率の好ましい範囲としては、必要に応じて選択できるが、１．０×１０－８～１．０×１０－３Ω・ｍや、１．０×１０－８～１．０×１０－６Ω・ｍや、１．０×１０－７～１．０×１０－４Ω・ｍや、１．０×１０－５～１．０×１０－３Ω・ｍや、１．０×１０－４～１．０×１０－２Ω・ｍや、１．０×１０－３～０．５Ω・ｍが挙げられるが、これら例のみに限定されない。下筒状部材５１を形成する材料は任意に選択でき、例えば、モリブデンやタングステンやタンタルや炭素、またはそれらを含む化合物およびセラミックなどが挙げられるが、これら例のみに限定されない。
　筒状部材５１は、ガス孔８を径方向外側から囲む。筒状部材５１は誘電体基板１１の孔内に配置され、筒状部材５１の外側面は誘電体基板１１と接触してよいが、接着剤等を介してもよい。本実施形態の筒状部材５１の内部には、他の部材が配置されておらず、筒状部材５１の内側面は、ガス孔８の内側面を構成する。しかしながら、筒状部材５１内部に、絶縁性の碍子など他の筒状部材が配置されていてもよい。この場合、碍子の内側面がガス孔８を構成する。
　筒状部材５１は、誘電体基板１１の凹部１３の底面１３ｂと、誘電体基板１１の下面１１ｂと、を貫通するように配置される。したがって、本実施形態の筒状部材５１の上端５１ｔは、厚さ方向において底面１３ｂと略同じ位置に配置され、底面１３ｂから上側に露出する。また、筒状部材５１の下端５１ｂは、厚さ方向において下面１１ｂと略同じ位置に配置される。
（吸着電極、バイアス電極、およびシールド層）
　吸着電極３０、バイアス電極４０、およびシールド層５５Ａは、誘電体基板１１に層状に埋設される電極および導電性部材である。吸着電極３０、バイアス電極４０、およびシールド層５５Ａは、導電性を有する。すなわち、吸着電極３０、バイアス電極４０、およびシールド層５５Ａは、抵抗率が０．５Ω・ｍ以下の材料からなる。吸着電極３０、バイアス電極４０、およびシールド層５５Ａは、誘電体基板１１内で、上側から下側に向かって、この順で配置されている。
　吸着電極３０は、誘電体基板１１の内部に位置する。吸着電極３０は、誘電体基板１１の厚さ方向と直交する平面に沿って、層状に延びる。吸着電極３０は任意に選択される形状を有してよい。吸着電極３０には、筒状部材５１が通される第１孔部３０ａが好ましく設けられている。第１孔部３０ａの内径は、筒状部材５１の外径に比較して、十分に大きい。第１孔部３０ａの内縁は、筒状部材５１の外周面と間隔をあけて配置される。第１孔部３０ａが設けられていることで、吸着電極３０と筒状部材５１は互いに接触しない。
　吸着電極３０は、載置面１１ａ、および底面１３ｂに対して、これらから所定寸法をあけて、下側に配置される。吸着電極３０は、下方に向けて延びる第１給電部３１を介して、直流電源１０１に接続される。吸着電極３０は、直流電源１０１から供給される直流電流により静電吸着力を発し、ウエハＷを載置面１１ａに吸着させる。なお、吸着電極３０は、単極型の吸着電極に限らず、平面視で半円状の２つの電極からなる双極型の吸着電極であってもよい。また、吸着電極３０は、厚さ方向から見て、筒状部材５１を中心とした周方向の一部にのみ設けられていてもよい。また、吸着電極３０は、厚さ方向から見て、筒状部材５１を中心とした周方向に間隔をあけて複数設けられていてもよい。
　バイアス電極４０は、吸着電極３０に対して下側（載置面１１ａ側と反対側）に、吸着電極３０から間隔をあけて配置される。バイアス電極４０は、誘電体基板１１の厚さ方向と直交する平面に沿って層状に延びる。バイアス電極４０は任意に選択される形状を有してよい。バイアス電極４０は、下方に向けて延びる第２給電部４１を介して、交流電源１０２に接続される。
　バイアス電極４０には、筒状部材５１が通される第２孔部４０ａと、第１給電部３１が通される第３孔部４０ｈと、が好ましく設けられている。第２孔部４０ａの内径は、筒状部材５１の外径に対し十分に大きい。第２孔部４０ａの内縁は、筒状部材５１の外周面と間隔をあけて配置される。本実施形態において、第２孔部４０ａの内径は、第１孔部３０ａの内径とほぼ等しい。同様に、第３孔部４０ｈの内径は、第１給電部３１の外径に対し十分に大きい。第３孔部４０ｈの内縁は、第１給電部３１の外周面と間隔をあけて配置される。第２孔部４０ａと第３孔部４０ｈの形状は任意に選択できるが、例えば平面視で円形であってもよい。
　本実施形態において、バイアス電極４０の外周縁４０ｂと吸着電極３０の外周縁３０ｂとは、厚さ方向から見て略同じ位置に配置される。これにより、本実施形態において、バイアス電極４０は、吸着電極３０のほぼ全体を、下方から覆うように配置される。なお、バイアス電極４０は、厚さ方向から見て少なくとも一部が、吸着電極３０に重なっていればよい。すなわち、バイアス電極４０は、厚さ方向から見て、少なくとも一部が吸着電極３０に重なる。本実施形態のバイアス電極４０では、厚さ方向から見て全体が吸着電極３０に重なる。
　シールド層５５Ａは、誘電体基板１１の内部において、吸着電極３０、およびバイアス電極４０に対して、これらの下側（載置面１１ａ側とは反対側）に間隔をあけて配置される。シールド層５５Ａは、誘電体基板１１の厚さ方向と直交する平面に沿って層状に延びる。
　シールド層５５Ａは、筒状部材５１の外周面と接触し、筒状部材５１と電気的に接続される。シールド層５５Ａは、筒状部材５１の外周面から径方向の外側に延びる。本実施形態のシールド層５５Ａは、周方向に環状に延びる、鍔状に形成される。なお、シールド層５５Ａは任意に選択される形状を有してよい。シールド層５５Ａは、連続する円環状であることが好ましいが、それ以外の形状であってもよい。例えばシールド層５５Ａは、任意に選択される形状、例えば扇状又は略扇状などの形状の、複数の部分から構成されてもよい。シールド層５５Ａは、周方向の一部にのみ設けるようにしてもよい。例えば、シールド層５５Ａは、周方向に間隔をあけて配置された複数の部分からなるシールド層５５Ａとして、設けられてもよい。この場合、複数のシールド層５５Ａは、筒状部材５１の外周面から放射状に延びてよい。シールド層５５Ａの前記部分の数は、例えば、３～６や、６～１２や、１２～２４や、２４～４８などであってもよい。シールド層５５Ａが複数ある場合、その形状やサイズは同じであってもよい。隣り合う部分の距離は任意に選択してよい。本実施形態において、シールド層５５Ａの径方向の外側端に位置する外縁５５ｓは、厚さ方向から見て、全体がバイアス電極４０に重なる。
　吸着電極３０、バイアス電極４０、およびシールド層５５Ａは任意に選択される材料から形成されるが、好ましくは絶縁性材料と導電性材料の複合体から構成される。この複合材に含まれる絶縁性材料は、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化イットリウム（ＩＩＩ）（Ｙ２Ｏ３）、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）およびＳｍＡｌＯ３からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。複合材に含まれる導電性材料は、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）、モリブデン（Ｍｏ）、炭化タングステン（ＷＣ）、タングステン（Ｗ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、タンタル（Ｔａ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、カーボンブラック、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。吸着電極３０、バイアス電極４０、およびシールド層５５Ａは、互いに同じ材料で形成されてもよく、異なる材料により形成されてもよい。
　なお、本実施形態の筒状部材５１は、シールド層５５Ａと同材料で形成されてもよく、一体に形成されていてもよい。また、筒状部材５１はシールド層５５Ａとは異なる材料で形成されてもよい。例えば、筒状部材５１は金属材料であって、その外周面においてシールド層５５Ａと接合されていてもよい。
　このような吸着電極３０、バイアス電極４０、およびシールド層５５Ａは、予め所定形状に形成したものを用いてもよいし、３次元プリント、蒸着等により形成してもよい。吸着電極３０、バイアス電極４０、およびシールド層５５Ａは、誘電体基板１１を複数回に分けて積層して形成しながら、各層に順次埋設するようにしてもよい。
（筒状部材と筒状部材から外側に延びるシールド層）
　一般的に、載置面１１ａに搭載されるウエハＷは、上面にエッチングガスが衝突することでウエハＷの下面側から二次電子を放出することが知られている。また、このような二次電子の放出現象の発生頻度は、近年のエッチングのハイパワー化に伴って高まっている。ウエハＷの下面側に放出される二次電子がガス孔８の内部に侵入すると、ガス孔８内で冷却ガスが電離してガス孔８内で放電を引き起こす場合がある。本発明者らは、冷却ガスの電離に伴う放電は、ウエハＷの下面から基台２０の上面までの間の、ガス孔８内の厚さ方向の電位差が大きい場合に発生しやすい点に着目した。本発明者らは、ガス孔８内の電位差を低減させることを試みた結果、各実施形態およびその変形例に係る構成を想到するに至った。
　本実施形態の静電チャックプレート１０Ａでは、誘電体基板１１の内部に吸着電極３０およびバイアス電極４０が配置される。このため、誘電体基板１１内の各部には、これらの電極３０、４０に付与される電圧に起因して、電位差が生ずる。本実施形態の静電チャックプレート１０Ａは、誘電体基板１１のガス孔８を囲む、導電性の筒状部材５１を備える。この構成によれば、ガス孔８が導電性の筒状部材５１に囲まれるため、ガス孔８内での大きな電位差が生じにくくなり、ガス孔８での冷却ガスの放電を抑制することができる。特に本実施形態では、筒状部材５１は、吸着電極３０およびバイアス電極４０に対して、静電チャックプレート１０Ａの径方向の内側に配置される。このため、吸着電極３０およびバイアス電極４０から、径方向の内側に向かう電界が、ガス孔８の内部にまで及ぶことを抑制できる。
　しかしながら、筒状部材５１を設けることにより、ガス孔８の内部の電位差を抑制する場合であっても、ガス孔８内部である筒状部材５１の下側の領域において、電位差が大きくなってしまうことが懸念される。これに対し、本実施形態の静電チャックプレート１０Ａは、誘電体基板１１の内部において、吸着電極３０およびバイアス電極４０に対して載置面１１ａ側とは反対側（下側）に配置され、筒状部材５１の外周面から、筒状部材５１を中心とする径方向の外側に延びる、導電性のシールド層５５Ａを備える。これにより、電界が、シールド層５５Ａを避けて形成され、筒状部材５１の下側において電位差が大きくなり難くなる。結果的に、筒状部材５１の下側のガス孔８内で大きな電位差が生ずることを抑制することができ、ガス孔８での冷却ガスの放電を抑制することができる。
　図２および図３は、本実施形態の静電チャック装置１Ａの優位性を示すためのシミュレーション結果を示す図である。図２は、シールド層５５Ａを有していない比較例の静電チャック装置１Ｐを示す。一方で、図３は、本実施形態の実施例の静電チャック装置１Ａを示し、この装置は、比較例の静電チャック装置１Ａと比較して、シールド層５５Ａを有している。図２および図３には、吸着電極３０およびバイアス電極４０に起因して生じる電界の等電位線のシミュレーション結果を模式的に示す。
　図２に示す比較例の静電チャック装置１Ｐでは、筒状部材５１の下側で等電位線が集中して上下に並んで配置されており、筒状部材５１の下側では、電位差が大きくなっていることが確認できる。一方で、図３に示す実施例の静電チャック装置１Ａでは、バイアス電極４０の端部から出た等電位線の大部分は、シールド層５５Ａの上面および筒状部材５１の内周面に沿って、静電チャックプレート１０Ａの上端部まで延びている。また、バイアス電極４０の端部から出た等電位線の一部は、シールド層５５Ａの外縁５５ｓの外側を大きく迂回するように延びて、筒状部材５１の下側を通過する。図３の実施例の静電チャック装置１Ａにおける筒状部材５１の下側に配置される等電位線の数は、図２の比較例の静電チャック装置１Ｐにおいて筒状部材５１の下側に配置される等電位線の数よりも、少なくなっている。このことから、図３の実施例の静電チャック装置１Ａでは、筒状部材５１の下側における電位差が小さくなっていることが確認できる。
　本実施形態のシールド層５５Ａは、吸着電極３０およびバイアス電極４０に対して、載置面１１ａ側とは反対側（下側）に配置される。すなわち、断面から見て、載置面１１ａからシールド層５５Ａまでの距離は、載置面１１ａから吸着電極３０やバイアス電極４０までの距離よりも大きい。この構成によれば、厚さ方向において、吸着電極３０およびバイアス電極４０と筒状部材５１の下端との間に、シールド層５５Ａを配置することができる。このような構成により、図３に示されるように、吸着電極３０およびバイアス電極４０の端部から延びる等電位線を筒状部材５１の下端よりも上側の位置で大きく迂回させることができ、その結果、図２に示されるように、筒状部材５１の下側に等電位線が集中して配置されることを抑制できる。結果的に、筒状部材５１の下側において電位差が大きくなることを効果的に抑制できる。加えて、吸着電極３０およびバイアス電極４０への電圧付与によって形成される電界は、シールド層５５Ａによって遮られることなく誘電体基板１１の上側に達して、電界を誘電体基板１１の上側で効果的に作用させることができる。
　本実施形態の静電チャックプレート１０Ａにおいて、シールド層５５Ａは、厚さ方向から見て、少なくとも一部がバイアス電極４０に重なることが好ましい。シールド層５５Ａがバイアス電極４０に重なることで、バイアス電極４０の端部から延びる等電位線をより確実に迂回させることでき、筒状部材５１の下側で電位差が大きくなることを効果的に抑制できる。上述の構成によれば、少なくとも、シールド層５５Ａとバイアス電極４０に重なる部分において、等電位線を迂回させやすくなる。このため、筒状部材５１の下側で電位差が大きくなり難くすることができ、ガス孔８での冷却ガスの放電を抑制することができる。平面視でシールド層５５Ａとバイアス電極４０とが重なる部分の長さ（距離）は任意に選択できる。前記重なる部分の長さは、例えば、筒状部材５１からシールド層５５Ａの径方向の端部までの長さ（距離）に対して、０～０．１倍や、０．１～０．５倍や、０．３～０．８倍や、０．５～１．０倍の長さであってもよいが、これら例のみに限定されない。例えばシールド層５５Ａは、バイアス電極４０と重ならなくてもよい。また筒状部材５１からシールド層５５Ａの径方向の端部までの長さ（距離）は任意に選択できる。例えば、シールド層５５Ａの直径は、０．５～２ｍｍや、１～３ｍｍや、２～５ｍｍや、４～８ｍｍや、５～１０ｍｍなどの長さであってもよいが、これら例のみに限定されない。
　本実施形態の静電チャックプレート１０Ａにおいて、シールド層５５Ａは、筒状部材５１を中心とする周方向に環状に延びる鍔状に、形成される。この構成によれば、シールド層５５Ａを鍔状とすることで、筒状部材５１の周方向の全域において、シールド層５５Ａによるフランジにより、等電位線を迂回させやすくなり、筒状部材５１の下側で電位差が大きくなり難くすることができる。結果的にガス孔８での冷却ガスの放電を抑制することができる。
　本実施形態の静電チャックプレート１０Ａにおいて、厚さ方向から見て、シールド層５５Ａの外縁５５ｓの全体が、バイアス電極４０に重なる。この構成によれば、シールド層５５Ａの外縁５５ｓの全域で、バイアス電極４０の端部から延びる等電位線をシールド層５５Ａの外側に迂回させやすくなる。このため、筒状部材５１の下側で電位差が大きくなり難くすることができ、ガス孔８での冷却ガスの放電を抑制することができる。
　本実施形態の静電チャックプレート１０Ａにおいて、筒状部材５１の上端（一端）５１ｔは、誘電体基板１１の載置面１１ａ側まで延び、筒状部材５１の下端（他端）５１ｂは、誘電体基板１１の載置面１１ａ側とは反対側を向く下面１１ｂまで延びる。ここで、「誘電体基板１１の載置面１１ａ側まで延びる」とは、誘電体基板１１の載置面１１ａ側の端面（本実施形態では底面１３ｂ）まで延びること意味する。この構成によれば、ガス孔８のうち誘電体基板１１に設けられる領域を筒状部材５１によって囲むことができ、この領域での冷却ガスの放電を抑制できる。
［第２実施形態］
　図４は、第２実施形態の静電チャック装置の断面図である。本実施形態の静電チャック装置１Ｂでは、上記静電チャック装置１Ａと比較して筒状部材５２の構成が異なり、他の構成は静電チャック装置１Ａと共通する。そのため、主として筒状部材５２の説明を行い、静電チャック装置１Ａと共通する構成については説明を省略する。
　図４に示す静電チャック装置１Ｂは、静電チャックプレート１０Ｂと、基台２０と、を備える。静電チャックプレート１０Ｂは、誘電体基板１１と、筒状部材５２と、吸着電極３０と、バイアス電極４０と、シールド層５５Ａと、を有する。
　筒状部材５２は、厚さ方向に延びる円筒状で、誘電体基板１１の凹部１３の底面１３ｂと、基台２０の基台底面２０ｂとを貫通するように配置される。換言すると、筒状部材５２の上端５２ｔは、厚さ方向で底面１３ｂと同じ高さに配置され、底面１３ｂから上側に露出している。筒状部材５２の下端（他端）５２ｂは、厚さ方向で基台底面２０ｂと同じ高さに配置され、基台底面２０ｂから下側に露出している。
　本実施形態の筒状部材５２は、接地線１０３を介して接地されている。この構成によれば、筒状部材５２の内部において厚さ方向で電位差が生じることを抑え、ガス孔８内部における異常放電を抑制することができる。
　本実施形態の静電チャック装置１Ｂは、静電チャックプレート１０Ｂを載置面１１ａの反対側から支持する基台２０を備える。筒状部材５２は、基台２０に接触する。この構成によれば、筒状部材５２と基台２０との間に隙間が生じることがない。このため、筒状部材５２の下側、かつ基台２０の上側に、電界が集中することを抑制できる。これにより、ガス孔８内部であって筒状部材５２の下側、かつ基台２０の上側の領域で、電位差が大きくなることを抑制でき、ガス孔８の内部での放電を効果的に抑制できる。
　本実施形態の静電チャック装置１Ｂによれば、ガス孔８は、基台２０を厚さ方向に貫通する。筒状部材５２の上端（一端）５２ｔは、誘電体基板１１の載置面１１ａ側まで延びる。筒状部材５２の下端（他端）５２ｂは、基台２０の載置面１１ａ側とは反対側を向く下面まで延びる。この構成によれば、ガス孔８のうち誘電体基板１１の内部のみならず、基台２０の内部に設けられる領域を筒状部材５２によって囲むことができ、これらの全域での冷却ガスの放電を抑制できる。
　（実施形態の第１変形例）
　図５は、実施形態の第１変形例の静電チャック装置の断面図である。本変形例の静電チャック装置１Ｃは、上述の第１実施形態の静電チャック装置１Ａと比較して、筒状部材の構成のみが異なる。なお、上述の第１実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
　図５に示すように、本変形例における静電チャック装置１Ｃは、上述の実施形態と同様に、静電チャックプレート１０Ｃと、基台２０と、を備える。また、静電チャックプレート１０Ｃは、誘電体基板１１と、筒状部材５３と、吸着電極３０と、バイアス電極４０と、シールド層５５Ａと、を有する。
　本変形例の筒状部材５３は、ガス孔８を囲む。筒状部材５３の上端（一端）５３ｔは、厚さ方向で底面１３ｂと同じ高さに配置されている。筒状部材５３の下端（他端）５３ｂは、厚さ方向で誘電体基板１１の下面よりも上方に配置されている。この下端５３ｂは、厚さ方向でシールド層５５Ａの下面と同じ高さに形成されている。筒状部材５３とシールド層５５Ａは、接着層２５と接触しない。
　以上の構成を備える静電チャック装置１Ｃにおいても、上記第１実施形態の静電チャック装置１Ａと同様に、バイアス電極４０、およびシールド層５５Ａを備えることで、ガス孔８内部における異常放電を抑制可能である。
　（実施形態の第２変形例）
　図６は、実施形態の第２変形例の静電チャック装置の断面図である。本変形例の静電チャック装置１Ｄは、上述の第１実施形態の静電チャック装置１Ａと比較して、シールド層５５Ｄの構成のみが異なる。なお、上述の第１実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
　図６に示すように、本変形例における静電チャック装置１Ｄは、上述の実施形態と同様に、静電チャックプレート１０Ｄと、基台２０と、を備える。また、静電チャックプレート１０Ｄは、誘電体基板１１と、筒状部材５１と、吸着電極３０と、バイアス電極４０と、シールド層５５Ｄと、を有する。本変形例において、シールド層５５Ｄの下面は、誘電体基板１１の下面１１ｂと同じ高さに形成され、接着層２５と接触する。
　以上の構成を備える静電チャック装置１Ｄにおいても、上記第１実施形態の静電チャック装置１Ａと同様、バイアス電極４０、およびシールド層５５Ｄを備えることで、ガス孔８内部における異常放電を抑制可能である。
　以上に、本発明の実施形態およびその変形例を説明したが、実施形態および変形例における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。
　１Ａ～１Ｄ、１Ｐ…静電チャック装置
　８…ガス孔
　１０Ａ～１０Ｄ…静電チャックプレート（静電チャック部材）
　１１…誘電体基板
　１１ａ…載置面
　１１ｂ…下面
　１２　突起部
　１３　凹部
　１３ｂ　底面
　２０…基台
　２０ｂ…基台底面
　２０ｔ　上面
　２５　接着層
　３０…吸着電極
　３０ａ　第１孔部
　３０ｂ　外周縁
　４０…バイアス電極
　４０ａ　第２孔部
　４０ｂ　外周縁
　４０ｈ　第３孔部
　４１　第２給電部
　５１～５３…筒状部材
　５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ　下端（他端）
　５１ｔ、５２ｔ、５３ｔ　上端（一端）
　５５Ａ、５５Ｄ…シールド層
　５５ｓ　外縁
　１０１　直流電流
　１０２　交流電流
　１０３　接地線
　Ｏ　中心軸
　Ｗ…ウエハ（板状試料）

Claims (8)

  1. 　板状試料が載置される載置面および厚さ方向に貫通するガス孔が設けられる板状の誘電体基板と、
    　前記誘電体基板の内部に配置される吸着電極と、
    　前記誘電体基板の内部に配置されるバイアス電極と、
    　前記ガス孔を囲む導電性の筒状部材と、
    　前記誘電体基板の内部において前記吸着電極および前記バイアス電極に対して前記載置面側とは反対側に配置され、前記筒状部材の外周面から前記筒状部材を中心とする径方向の外側に延びる導電性のシールド層と、を備える、
    静電チャック部材。
  2. 　前記厚さ方向から見て、前記シールド層は、少なくとも一部が前記バイアス電極に重なる、
    請求項１に記載の静電チャック部材。
  3. 　前記シールド層は、前記筒状部材を中心とする周方向に環状に延びる鍔状に形成される、
    請求項１に記載の静電チャック部材。
  4. 　前記厚さ方向から見て、前記シールド層の外縁の全体が、前記バイアス電極に重なる、請求項３に記載の静電チャック部材。
  5. 　前記筒状部材の一端は、前記誘電体基板の前記載置面側まで延び、
    　前記筒状部材の他端は、前記誘電体基板の前記載置面側とは反対側を向く下面まで延びる、
    請求項１に記載の静電チャック部材。
  6. 　前記筒状部材は、接地される、
    請求項１に記載の静電チャック部材。
  7. 　請求項１～６の何れか一項に記載の静電チャック部材と、
    　前記静電チャック部材を前記載置面の反対側から支持する基台と、を備え、
    　前記筒状部材は、前記基台に接触する、
    静電チャック装置。
  8. 　前記ガス孔は、前記基台を前記厚さ方向に貫通し、
    　前記筒状部材の一端は、前記誘電体基板の前記載置面側まで延び、
    　前記筒状部材の他端は、前記基台の前記載置面側とは反対側を向く下面まで延びる、請求項７に記載の静電チャック装置。
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