WO2025004980A1 - 静電チャック - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic chuck.
  • etching equipment that performs dry etching of wafers using plasma has been used as semiconductor manufacturing equipment, and in such etching equipment, electrostatic chucks are used to fix planar materials using static electricity.
  • electrostatic chucks a substrate for adsorbing the planar material and a base that supports the substrate are bonded with an adhesive layer, and a plasma protection layer is bonded to the outer surface of the adhesive layer to reduce damage to the adhesive layer caused by plasma.
  • International Patent Publication WO2016/132909 discloses an electrostatic chuck in which the plasma protection layer is made of an organic material such as fluorine or acrylic resin.
  • the adhesive layer may deform, causing the electrostatic chuck to break.
  • the present invention aims to provide an electrostatic chuck that can prevent such damage.
  • the electrostatic chuck of the present disclosure comprises: A substrate for adsorbing an object to be adsorbed; A base supporting the substrate; an adhesive layer that adheres the substrate to the base; Equipped with the adhesive layer includes a first adhesive layer located on a central side of the substrate and a second adhesive layer located closer to an end of the substrate than the first adhesive layer; a plasma protective layer is provided on a side closer to the end of the substrate than the second adhesive layer, and the plasma protective layer is adhered to the second adhesive layer;
  • the second adhesive layer has a Young's modulus at 100° C. of 1 MPa or more and a Young's modulus at 25° C. of 1000 MPa or less.
  • the second adhesive layer may have a Young's modulus at 100° C. of 10 MPa or more and a Young's modulus at 25° C. of 500 MPa or less.
  • the first adhesive layer may have a Young's modulus at 25° C. in the range of 2000 to 5000 MPa.
  • the plasma protective layer may be disposed closer to the center of the substrate than to the edge of the substrate.
  • the plasma protective layer may be disposed at a distance in the range of 50 ⁇ m to 1000 ⁇ m from the edge of the substrate toward the center of the substrate.
  • the second adhesive layer may be recessed toward the center of the substrate.
  • the first adhesive layer may include a thermally conductive filler.
  • the plasma protective layer may comprise an inorganic material.
  • the inorganic material may be composed of at least one of yttrium, aluminum, zirconium, calcium, and magnesium.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an electrostatic chuck according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of another electrostatic chuck according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figures 1 and 2 are cross-sectional views showing the schematic configuration of an electrostatic chuck according to an embodiment of the present disclosure.
  • an electrostatic chuck 1 includes a substrate 2 for attracting an object to be attracted, a base 3 for supporting the substrate 2, and an adhesive layer 4 for adhering the substrate 2 to the base 3.
  • the adhesive layer 4 includes a first adhesive layer 4a located at the center of the substrate 2 and a second adhesive layer 4b located closer to an end of the substrate 2 than the first adhesive layer 4a.
  • the electrostatic chuck 1 further includes a plasma protective layer 5 located closer to the end of the substrate 2 than the second adhesive layer 4b, and the plasma protective layer 5 is adhered to the second adhesive layer 4b.
  • the substrate 2 is for adsorbing and holding an object to be adsorbed (not shown).
  • the shape of the substrate 2 is not limited, and it can be disk-shaped or rectangular in shape to match the shape of the object to be adsorbed.
  • the dimensions of the substrate 2 can also be set appropriately in accordance with the object to be adsorbed.
  • the "object to be adsorbed” is also not limited, and can include various wafers for manufacturing semiconductor devices, flat panel display (FPD) panels and substrates, metal members, film members, glass members, and the like.
  • Materials for the substrate 2 include ceramic substrates, silicon carbide substrates, and metal substrates made of aluminum, stainless steel, etc.
  • the thickness of the substrate 2 is not particularly limited and can be within the range of 0.2 mm to 7 mm. In addition, if an internal electrode is provided on the substrate 2 as described below, the thickness of the substrate 2 may be within the range of 3 mm to 10 mm.
  • the base 3 supports the substrate 2 and also has a cooling function.
  • the shape, material, thickness, and other aspects of the base 3 can be appropriately designed to suit the application.
  • the material of the base 3 can be ceramic, metal, or a combination thereof.
  • the adhesive layer 4 adheres the substrate 2 to the base 3.
  • the adhesive layer 4 has a first adhesive layer 4a located toward the center of the substrate 2 and a second adhesive layer 4b located closer to the end of the substrate 2 than the first adhesive layer 4a (FIGS. 1 and 2).
  • the thickness of the adhesive layer 4 is not particularly limited, but is preferably 50 ⁇ m to 500 ⁇ m, and more preferably 100 ⁇ m to 300 ⁇ m. If the thickness of the adhesive layer 4 is within this range, the adhesive layer 4 can adequately withstand the stress caused by the difference in the linear expansion coefficient between the substrate and the base.
  • the Young's modulus of the first adhesive layer 4a at 25° C. is preferably 2000 to 5000 MPa, and more preferably 3000 to 4000 MPa. If the Young's modulus of the first adhesive layer 4a at 25° C. is within this range, the moderately hard first adhesive layer 4a exhibits sufficient adhesive strength, and furthermore, the flexibility of the second adhesive layer 4b described below is prominent, and the second adhesive layer 4b effectively absorbs stress due to expansion and contraction of the substrate 2 and the base 3, thereby making it possible to suppress cracking and peeling of the electrostatic chuck.
  • the first adhesive layer 4a preferably contains a thermally conductive filler.
  • a thermally conductive filler By containing a thermally conductive filler, it is possible to achieve both adhesiveness and thermal conductivity.
  • thermally conductive fillers include, but are not limited to, alumina, aluminum nitride, silicon carbide, boron nitride, carbon black, and carbon nanotubes. There are also no particular limitations on the amount, shape, etc. of the thermally conductive filler.
  • the second adhesive layer 4b has a Young's modulus of 1 MPa or more at 100° C. and a Young's modulus of 1000 MPa or less at 25° C. Since the Young's modulus at 100° C. is 1 MPa or more, the second adhesive layer 4b has an appropriate fluidity, and deformation or cracking of the plasma protective layer 5 caused by excessively high fluidity can be suppressed. On the other hand, since the Young's modulus at 25° C. is 1000 MPa or less, deformation or cracking of the electrostatic chuck can be suppressed when a difference in the linear expansion coefficient between the substrate 2 and the base 3 occurs.
  • the upper limit of the Young's modulus of the second adhesive layer 4b at 100°C is, for example, 100 MPa or less, and the lower limit of the Young's modulus at 25°C is 10 MPa or more. It is also preferable that the Young's modulus of the second adhesive layer 4b at 100°C is 10 MPa or more, and the Young's modulus at 25°C is 500 MPa or less.
  • Such a second adhesive layer 4b is expected to more reliably suppress cracking of the electrostatic chuck caused by differences in the linear expansion coefficient between the substrate 2 and the base 3.
  • Suitable materials for the second adhesive layer 4b include thermoplastic elastomers, thermosetting elastomers, epoxy resins, urethane resins, polyester resins, polyimide resins, polyamide resins, fluororubber, acrylic rubber, silicone rubber, and urethane rubber.
  • the second adhesive layer 4b may be used in combination with a thermally conductive filler as appropriate.
  • thermally conductive fillers include alumina, aluminum nitride, silicon carbide, boron nitride, carbon black, and carbon nanotubes.
  • the method for measuring Young's modulus is not particularly limited, but a dynamic viscoelasticity measurement method can be used.
  • a Rheovibron DDV-II manufactured by Orientec Co., Ltd.
  • Young's modulus can be measured at 25°C and 100°C under set conditions of a vibration frequency of 11 Hz and a heating rate of 5°C/min.
  • the volume ratio of the first adhesive layer 4a to the second adhesive layer 4b in the horizontal direction is not limited to that shown in Figures 1 and 2, and can be designed as appropriate so that the first adhesive layer 4a bonds the substrate 2 and the base 3, while the second adhesive layer 4b absorbs stress due to expansion and contraction of the substrate 2 and the base 3.
  • the ratio of the volume of the second adhesive layer 4b to the volume of the first adhesive layer 4a is 0.01 volume % or more and 20 volume % or less, and preferably 1 volume % or more and 10 volume % or less.
  • the first adhesive layer 4a and the second adhesive layer 4b do not necessarily have to be formed in a concentric shape.
  • the length of the adhesive layer 4 in the horizontal direction (the total length of the first adhesive layer 4a and the second adhesive layer 4b) can also be designed as appropriate.
  • the second adhesive layer 4b can be formed so as to have a recessed shape toward the center of the substrate 2.
  • the second adhesive layer 4b (as well as the plasma protection layer 5 described later) is recessed in an angular shape, but it may also be formed in an arc shape.
  • the plasma protective layer 5 adheres to the second adhesive layer 4b to protect the adhesive layer 4 from plasma.
  • the material of the plasma protective layer 5 may include an inorganic material.
  • the inorganic material include at least one of yttrium, aluminum, zirconium, calcium, and magnesium, and may be an oxide, hydroxide, or mixture of these elements, and the mixture may include hydroxyapatite.
  • the plasma protective layer 5 may be disposed closer to the center of the substrate 2 than the end of the substrate 2 (FIG. 2). Specifically, the plasma protective layer 5 may be disposed at a distance in the range of 50 ⁇ m to 1000 ⁇ m from the end of the substrate 2 toward the side closer to the center of the substrate 2. For example, if the plasma protective layer 5 is disposed at a position 1000 ⁇ m away from the end of the substrate 2 (start point: 0 ⁇ m) shown in FIG. 2, deterioration of the plasma protective layer 5 due to plasma, etc. can be suppressed, and the adhesive layer 4 is also disposed farther away from the plasma source, so that it is more reliably protected. In this case, the horizontal length of the substrate 2 can be within the range of 30 mm to 600 mm.
  • the thickness of the plasma protective layer 5 is not particularly limited, but can be in the range of 1 ⁇ m to 300 ⁇ m, and is preferably 20 ⁇ m to 150 ⁇ m. Such a plasma protective layer 5 can protect the adhesive layer 4 from plasma while suppressing cracking and peeling of the plasma protective layer 5 itself.
  • an internal electrode (not shown) can be provided on the substrate 2 in order to apply a voltage to generate an electrostatic force (Coulomb force) to attract an object to be attracted.
  • an internal electrode may be provided on the base 3.
  • the internal electrode is not particularly limited as long as it is made of a conductive material that can exert an electrostatic adsorption force when a voltage is applied.
  • a conductive material that can exert an electrostatic adsorption force when a voltage is applied.
  • thin films made of metals such as copper, aluminum, gold, silver, platinum, chromium, nickel, and tungsten, and thin films made of at least two metals selected from the above metals are preferably used as the internal electrode.
  • Examples of such thin metal films include those formed by deposition, plating, sputtering, etc., and those formed by applying and drying a conductive paste, specifically, metal foils such as copper foil.
  • the electrostatic chuck 1 can be manufactured, for example, as follows. First, the substrate 2 and the base 3 are prepared. At this time, as described above, a metal such as copper is patterned on either the substrate 2 or the base 3 to form an internal electrode. Next, the substrate 2 and the base 3 are bonded via the adhesive layer 4 (in this state, the first adhesive layer 4a). At this time, the formation range of the first adhesive layer 4a is determined so that a gap is formed at a predetermined distance from each end of the substrate 2 and the base 3. The second adhesive layer 4b and the plasma protective layer 5 are formed in this gap. Next, the plasma protective layer 5 is formed so as to close this gap.
  • a coating liquid that becomes the second adhesive layer 4b is injected between the substrate 2, the base 3, the first adhesive layer 4a, and the plasma protective layer 5 by utilizing surface tension. After this, the second adhesive layer 4b and the plasma protective layer 5 protruding from the end of the substrate 2 are scraped off, and the electrostatic chuck 1 as shown in FIG. 1 or FIG. 2 can be obtained.
  • the electrostatic chuck 1 can also be manufactured by a manufacturing method of the embodiment described later.
  • the electrostatic chuck 1 generates a Coulomb force by applying a voltage to the internal electrodes embedded in the substrate 2 or base 3, and attracts the object to be attracted.
  • the electrostatic chuck 1 can be used to attract a wafer (object to be attracted) in a dry etching or CVD process in a semiconductor manufacturing process.
  • the electrostatic chuck 1 according to this embodiment can protect the adhesive layer 4 from plasma by the plasma protection layer 5.
  • the second adhesive layer 4b can follow the thermal expansion, so that cracks in the electrostatic chuck caused by the difference in linear expansion coefficient with the substrate 2 or base 3 can be suppressed.
  • the life and productivity of the electrostatic chuck 1 itself are improved compared to conventional electrostatic chucks.
  • the electrostatic chuck 1 of the present embodiment configured as described above, includes a substrate 2 for adsorbing an object to be adsorbed, a base supporting the substrate 2, and an adhesive layer 4 for adhering the substrate 2 to the base 3.
  • the adhesive layer 4 includes a first adhesive layer 4a located at the center of the substrate 2, and a second adhesive layer 4b located closer to the end of the substrate 2 than the first adhesive layer 4a.
  • a plasma protective layer 5 is provided closer to the end of the substrate 2 than the second adhesive layer 4b, and the plasma protective layer 5 is adhered to the second adhesive layer 4b.
  • the Young's modulus of the second adhesive layer 4b at 100°C is 1 MPa or more, and the Young's modulus at 25°C is 1000 MPa or less.
  • the second adhesive layer 4b has an appropriate fluidity, and therefore deformation or cracking of the electrostatic chuck due to excessive fluidity can be suppressed. Furthermore, even if the substrate 2 or base 3 expands or contracts due to temperature changes in the surrounding environment caused by plasma etching or the like, the second adhesive layer 4b absorbs the stress caused by the expansion and contraction, thereby suppressing deformation or cracking of the electrostatic chuck due to differences in the linear expansion coefficient between the substrate 2 and base 3.
  • the Young's modulus of the second adhesive layer 4b at 100°C may be 10 MPa or more, and the Young's modulus at 25°C may be 500 MPa or less.
  • the plasma protective layer 5 may be disposed closer to the center of the substrate 2 than the edge of the substrate 2, and further, the plasma protective layer 5 may be disposed at a distance within a range of 50 ⁇ m to 1000 ⁇ m from the edge of the substrate 2 toward the side closer to the center of the substrate 2 (FIG. 2). In this way, the plasma protective layer 5 does not extend beyond the edge of the substrate 2, so that deterioration of the plasma protective layer 5 due to plasma, etc. can be suppressed, and the adhesive layer 4 is less likely to be exposed to plasma and is more reliably protected.
  • the first adhesive layer 4a may contain a thermally conductive filler. In this way, it is possible to suppress variations in thickness and temperature distribution within the first adhesive layer 4a, and to release heat from the surrounding environment.
  • the plasma protection layer 5 can contain an inorganic material.
  • this inorganic material may be composed of at least one of yttrium, aluminum, zirconium, calcium, and magnesium. Such a material can exhibit favorable plasma resistance.
  • the electrostatic chuck 1 according to this embodiment is not limited to the above-mentioned aspects and combinations.
  • the substrate 2 or base 3 may have two internal electrodes instead of just one.
  • the plasma protective layer 5 is provided on the edge side of the substrate 2, but the plasma protective layer 5 may be provided along the entire periphery of the substrate 2, not just along a part of the edge of the substrate 2.
  • the plasma protective layer 5 (second adhesive layer 4b) may also be provided symmetrically (for example, in four places) on the periphery of the substrate 2.
  • Example 1 The evaluation sample was manufactured using the materials shown in Table 1. That is, an alumina substrate (300 mm ⁇ disk-shaped, 3.0 mm thick) and an aluminum base (295 mm ⁇ disk-shaped, 15 mm thick) were prepared, and the silicone adhesive was applied concentrically to the substrate from the end of the substrate toward the center for a length of 4.0 mm so that the uncoated portion was on the entire periphery, and the substrate was bonded to the base. The thickness of the silicone adhesive was 150 ⁇ m. Next, the polyimide adhesive was applied to the entire periphery of the silicone adhesive, and the polyimide adhesive was left to stand in a thermostatic chamber set at 120 ° C for 10 minutes to dry the polyimide adhesive.
  • the thickness of the polyimide adhesive after drying was 150 ⁇ m. Then, a plasma spraying device was used to spray alumina particles on the entire periphery of the polyimide adhesive, and the alumina particles were sprayed so that a plasma protective layer having a thickness of 75 ⁇ m was formed at the position shown in Table 1 (substrate end: 0 ⁇ m).
  • the polyimide adhesive and the plasma protective layer protruding from the outer periphery of the substrate and base were polished using an electric mill to obtain a sample for evaluation.
  • the silicone adhesive and polyimide adhesive used in each example were prepared as follows.
  • a commercially available silicone adhesive (“One-component additive RTV silicone rubber KE-8101” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was mixed and stirred with an aluminum nitride filler ("AlN filler FAN-f05” manufactured by Furukawa Electronics Co., Ltd., average particle size 3 to 10 ⁇ m) in the compounding ratios shown in Tables 1 to 4 (amount compounded relative to 100 parts by weight of silicone adhesive), to obtain silicone-based adhesives exhibiting Young's moduli as shown in Tables 1 to 4.
  • Example 2 to 5 ⁇ Examples 2 to 5, 8, 9, 11 to 23> As shown in Tables 1 to 4, evaluation samples were obtained in the same manner as in Example 1.
  • Example 6 An evaluation sample was obtained in the same manner as in Example 1, except that the silicone adhesive was applied concentrically to the substrate so that an uncoated portion was left over the entire outer periphery for a length of 2.0 mm from the edge of the substrate toward the center.
  • Example 7 An evaluation sample was obtained in the same manner as in Example 1, except that the silicone adhesive was applied concentrically to the substrate so that an uncoated portion was left over the entire periphery for a length of 7.5 mm from the edge of the substrate toward the center.
  • Example 10 A sample for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1, except for the formation of the plasma protective layer. That is, a 20% by mass solution of aluminum nitrate nonahydrate in 1,3-butanediol was prepared and applied to the entire outer periphery of the polyimide-based adhesive by a spray method. Thereafter, the sample was placed in a thermostatic chamber set at 200°C and dried for 2 hours to form a plasma protective layer. The polyimide-based adhesive and the plasma protective layer protruding from the outer periphery of the substrate and base were polished using an electric grinder to obtain a sample for evaluation.
  • thermoplastic ethylene (TPE) adhesive was used instead of a polyimide adhesive. That is, a styrene-based thermoplastic elastomer (TPE) (Kraton G1651, manufactured by Kraton) was dissolved in toluene to prepare a 25% solution, and then alumina filler (Taimei Chemical Industry Co., Ltd.
  • Taimicron TM-UF average particle size 0.09 ⁇ m
  • Examples 13-16 Furthermore, a comparison of Examples 13-16 with Examples 17-18 showed that when the Young's modulus (25°C) of the first adhesive layer was within the range of 2000-5000 MPa, the plasma resistance and heat cycle resistance were even better. When the Young's modulus (25°C) of the first adhesive layer was within the range of 3000-4000 MPa, the plasma resistance and heat cycle resistance were particularly good.
  • Examples 1 to 8 showed that both plasma resistance and heat cycle resistance were good even when the plasma protective layer was positioned at a distance within a range of 50 ⁇ m to 1000 ⁇ m from the edge of the substrate toward the side closer to the center of the substrate.
  • Example 1 Furthermore, for example, a comparison between Example 1 and Examples 10-11 revealed that when the thickness of the plasma protective layer 5 is in the range of 1 ⁇ m to 300 ⁇ m, a good balance of plasma resistance and heat cycle resistance can be achieved.

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Abstract

静電チャック（１）は、被吸着物を吸着するための基板（２）と、基板（２）を支持する基台と、基板（２）を基台（３）に接着する接着層（４）と、を備えている。接着層（４）は、基板（２）の中央側に位置する第１接着層（４ａ）と、第１接着層（４ａ）よりも基板（２）の端部に近い側に位置する第２接着層（４ｂ）とを有している。第２接着層（４ｂ）よりも基板（２）の端部に近い側にプラズマ保護層（５）が設けられており、プラズマ保護層（５）は第２接着層（４ｂ）に接着している。第２接着層（４ｂ）の１００℃におけるヤング率は１ＭＰａ以上であり、２５℃におけるヤング率は１０００ＭＰａ以下である。

Description

静電チャック
　本発明は、静電チャックに関する。
　従来から、半導体製造装置として、プラズマによりウェーハのドライエッチングを行うエッチング装置が用いられており、このようなエッチング装置において、静電気を利用して平面状の素材を固定するために静電チャックが用いられている。このような静電チャックでは、平板状の素材を吸着するための基板と、基板を支持する基台とが接着層により接着されているが、プラズマによる接着層のダメージを軽減するために、プラズマ保護層が接着層の外面に接着されている。国際特許公開公報ＷＯ２０１６／１３２９０９号には、プラズマ保護層がフッ素やアクリル樹脂等の有機物から構成される静電チャックが開示されている。
　平板状の素材を吸着するための基板と、基板を支持する基台との間の線膨張率の差が大きい場合は、周辺環境の温度の変化によって基板および基台がそれぞれ膨張または収縮したときに、接着層が変形することにより静電チャックが破損してしまうおそれがある。
　本発明は、このような破損を抑制することができる静電チャックを提供することを目的とする。
　本開示の静電チャックは、
　被吸着物を吸着するための基板と、
　前記基板を支持する基台と、
　前記基板を前記基台に接着する接着層と、
　を備え、
　前記接着層は、前記基板の中央側に位置する第１接着層と、前記第１接着層よりも前記基板の端部に近い側に位置する第２接着層とを有しており、
　前記第２接着層よりも前記基板の端部に近い側にプラズマ保護層が設けられており、前記プラズマ保護層は前記第２接着層に接着しており、
　前記第２接着層の１００℃におけるヤング率は１ＭＰａ以上であり、２５℃におけるヤング率は１０００ＭＰａ以下である。
　本開示の静電チャックにおいて、
　前記第２接着層の１００℃におけるヤング率は１０ＭＰａ以上であり、２５℃におけるヤング率は５００ＭＰａ以下であってもよい。
　本開示の静電チャックにおいて、
　前記第１接着層の２５℃におけるヤング率は２０００～５０００ＭＰａの範囲内であってもよい。
　本開示の静電チャックにおいて、
　前記プラズマ保護層は、前記基板の端部よりも前記基板の中央に近い側に配置されてもよい。
　本開示の静電チャックにおいて、
　前記プラズマ保護層は、前記基板の端部から前記基板の中央に近い側に向かって５０μｍ～１０００μｍの範囲内の距離の箇所に配置されてもよい。
　本開示の静電チャックにおいて、
　前記第２接着層は、前記基板の中央側に窪んだ形状となっていてもよい。
　本開示の静電チャックにおいて、
　前記第１接着層は熱伝導性フィラーを含んでもよい。
　本開示の静電チャックにおいて、
　前記プラズマ保護層は無機材料を含んでもよい。
　本開示の静電チャックにおいて、
　前記無機材料は、イットリウム、アルミニウム、ジルコニウム、カルシウム、およびマグネシウムのうち少なくとも何れかのものから構成されてもよい。
本開示の実施の形態に係る静電チャックの概略構成を示す断面図である。 本開示の実施の形態に係る別の静電チャックの概略構成を示す断面図である。
　以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。図１、図２は、本開示の実施の形態に係る静電チャックの概略構成を示す断面図である。
［静電チャック１］
　図１および図２に示すように、本実施の形態による静電チャック１は、被吸着物を吸着するための基板２と、基板２を支持する基台３と、基板２を基台３に接着する接着層４と、を備える。接着層４は、基板２の中央側に位置する第１接着層４ａと、第１接着層４ａよりも基板２の端部に近い側に位置する第２接着層４ｂとを有する。さらに、静電チャック１は、第２接着層４ｂよりも基板２の端部に近い側にプラズマ保護層５を備え、プラズマ保護層５は第２接着層４ｂに接着している。
（基板２）
　基板２は、被吸着物（図示せず）を吸着して保持するためのものである。基板２の形状は限定されず、被吸着物の形状に合わせて円板状や四角形状にすることもできる。基板２の寸法も、被吸着物に合わせて適宜設定できる。なお、「被吸着物」も限定されず、半導体装置を製造するための様々なウェーハ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）パネルや基板、金属部材、フィルム部材、ガラス部材等を包含し得る。
　基板２の材料としては、セラミックス基板、炭化ケイ素基板、アルミニウムやステンレス等からなる金属基板等が挙げられる。
　基板２の厚さも特に限定されず、０．２ｍｍ～７ｍｍの範囲内とすることができる。また、後述のように基板２に内部電極が設けられる場合、基板２の厚さは、３ｍｍ～１０ｍｍの範囲内としてもよい。
（基台３）
　基台３は、基板２を支持するものであり、冷却機能も有する。基台３の形状、材料、厚さ等は用途に合わせて適宜設計変更できる。例えば、基台３の材料としては、セラミック、金属、およびこれらを組み合わせたものが挙げられる。
（接着層４）
　接着層４は、基板２を基台３に接着するものである。本実施の形態による静電チャック１において、接着層４は、基板２の中央側に位置する第１接着層４ａと、第１接着層４ａよりも基板２の端部に近い側に位置する第２接着層４ｂとを有している（図１～図２）。
　接着層４（第１接着層４ａと第２接着層４ｂ）の厚さは、特に限定されないが、５０μｍ～５００μｍであることが好ましく、１００μｍ～３００μｍであることがより好ましい。接着層４の厚さがこの範囲内であれば、接着層４は、基板と基台の線膨張率の差による応力に好適に耐えることができる。
（第１接着層４ａ）
　第１接着層４ａの２５℃におけるヤング率は２０００～５０００ＭＰａであることが好ましく、３０００～４０００ＭＰａであることがより好ましい。第１接着層４ａの２５℃におけるヤング率がこの範囲であれば、適度に固い第１接着層４ａにより十分な接着力が発揮され、さらに、後述する第２接着層４ｂの柔軟性が際立ち、基板２や基台３の膨張収縮による応力を第２接着層４ｂが効果的に吸収することになり、静電チャックの割れや剥がれを抑制することができる。
　第１接着層４ａの材料として、樹脂が挙げられる。樹脂としては、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマー、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素ゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴムなどが挙げられる。
　第１接着層４ａは、熱伝導性フィラーを含むことが好ましい。熱伝導性フィラーを含むことにより、接着性と熱伝導性を両立させることもできる。熱伝導性フィラーとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどが挙げられるが特に限定されない。熱伝導性フィラーの量、形状等も特に限定されない。
（第２接着層４ｂ）
　第２接着層４ｂの１００℃におけるヤング率は１ＭＰａ以上であり、２５℃におけるヤング率は１０００ＭＰａ以下である。１００℃におけるヤング率が１ＭＰａ以上であることにより、第２接着層４ｂは適度な流動性を有し、流動性が高すぎることによるプラズマ保護層５の変形や割れを抑制できる。一方、２５℃におけるヤング率が１０００ＭＰａ以下であることにより、基板２と基台３の線膨張率差が生じた際に、静電チャックの変形や割れを抑制できる。
　第２接着層４ｂの１００℃におけるヤング率の上限は例えば、１００ＭＰａ以下であり、２５℃におけるヤング率の下限は１０ＭＰａ以上である。また、第２接着層４ｂの１００℃におけるヤング率は１０ＭＰａ以上であり、２５℃におけるヤング率は５００ＭＰａ以下であることが好ましい。このような第２接着層４ｂにより、基板２や基台３との線膨張率差に起因する静電チャックの割れをより確実に抑制することが期待できる。
　第２接着層４ｂの好適な材料として、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマー、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素ゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴムなどが挙げられる。また、第２接着層４ｂには適宜、熱伝導性フィラーを併用してもよい。熱伝導性フィラーとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどが挙げられる。
　ヤング率の測定方法としては、特に限定されないが、動的粘弾性測定法を用いることができる。測定装置としてレオバイブロン　ＤＤＶ－ＩＩ（オリエンテック社製）を使用し、振動周波数１１Ｈｚ、昇温速度５℃／分の設定条件で、２５℃および１００℃においてヤング率を測定することができる。
　水平方向における第１接着層４ａと第２接着層４ｂの体積比は図１および図２に示されるものに限定されず、第１接着層４ａにより基板２と基台３を接着させつつ、第２接着層４ｂにより基板２や基台３の膨張収縮による応力を吸収するように適宜設計できる。一例として挙げると、第１接着層４ａの体積に対する第２接着層４ｂの体積の比は、０．０１体積％以上、２０体積％以下であり、１体積％以上、１０体積％以下が好ましい。なお、第１接着層４ａと第２接着層４ｂは必ずしも同心円状に形成しなくてもよい。また、水平方向における接着層４の長さ（第１接着層４ａと第２接着層４ｂの合計長）も適宜設計できる。
　第２接着層４ｂは、基板２の中央側に窪んだ形状となるよう形成することができる。図１および図２では、第２接着層４ｂは（後述するプラズマ保護層５も）角状に凹んでいるが、円弧状に形成されていてもよい。
（プラズマ保護層５）
　プラズマ保護層５は、第２接着層４ｂに接着して、接着層４をプラズマから保護するものである。プラズマ保護層５の材料として、無機材料を含むことができる。無機材料の例として、イットリウム、アルミニウム、ジルコニウム、カルシウム、およびマグネシウムのうち少なくとも１種を含むものが挙げられ、これらの酸化物、水酸化物、またはこれらの混合物でもよく、混合物中にはハイドロキシアパタイトを含んでもよい。
　静電チャック１において、プラズマ保護層５は、基板２の端部よりも基板２の中央に近い側に配置されてもよい（図２）。具体的には、プラズマ保護層５は、基板２の端部から基板２の中央に近い側に向かって５０μｍ～１０００μｍの範囲内の距離の箇所に配置されてもよい。例えば、図２に示す基板２の端部（始点：０μｍ）から１０００μｍ離れた箇所にプラズマ保護層５が配置されれば、プラズマ保護層５のプラズマ等による劣化を抑制でき、接着層４もプラズマ源からより離して配置されるためより確実に保護される。なお、この場合の基板２の水平方向の長さは３０ｍｍ～６００ｍｍの範囲内とすることができる。
　また、プラズマ保護層５の厚さは、特に限定されないが、１μｍ～３００μｍの範囲内とすることができ、２０μｍ～１５０μｍであることが好ましい。このようなプラズマ保護層５であれば、接着層４をプラズマから保護しつつ、プラズマ保護層５自体の割れや剥がれも抑制できる。
（その他）
　本実施の形態による静電チャック１において、電圧を印加して静電気力（クーロン力）を発生させて被吸着物を吸着するために内部電極（図示せず）を基板２に設けることができる。或いは、このような内部電極を基台３に設けてもよい。
　内部電極としては、電圧を印加した際に静電吸着力を発現できる導電性物質からなるものであれば特に限定されない。内部電極としては、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、白金、クロム、ニッケル、タングステン等の金属からなる薄膜、および前記の金属から選択される少なくとも２種の金属からなる薄膜が好適に用いられる。このような金属の薄膜としては、蒸着、メッキ、スパッタリング等により成膜されたものや、導電性ペーストを塗布乾燥して成膜されたもの、具体的には、銅箔等の金属箔が挙げられる。
（静電チャック１の製法、用途）
　静電チャック１は、例えば、以下のように製造できる。まず、基板２および基台３を用意する。このとき、上述したように、基板２か基台３のいずれかに、銅等の金属をパターン形成して内部電極を形成させる。次に、基板２と基台３を、接着層４（この状態では、第１接着層４ａ）を介して接着する。このとき、基板２と基台３のそれぞれの端部から所定の距離に隙間ができるように第１接着層４ａの形成範囲を決定する。この隙間に第２接着層４ｂおよびプラズマ保護層５が形成されることとなる。次に、この隙間を塞ぐようにプラズマ保護層５を形成する。次に、表面張力を利用して、基板２、基台３、第１接着層４ａ、プラズマ保護層５の間に、第２接着層４ｂとなる塗液を注入する。この後、基板２の端部から突出する第２接着層４ｂやプラズマ保護層５を削り、図１または図２に示すような静電チャック１を得ることができる。また、後述する実施例の製法により静電チャック１を製造することもできる。
　本実施の形態による静電チャック１は、基板２や基台３に埋まっている内部電極に電圧を印加することによりクーロン力を発生させ被吸着物を吸着させる。例えば、半導体製造工程におけるドライエッチングやＣＶＤプロセスにおいて、ウェーハ（被吸着物）を吸着するために静電チャック１を用いることができる。特に、プラズマを用いる装置や方法において、本実施の形態による静電チャック１であれば、プラズマ保護層５により接着層４をプラズマから保護することができる。同時に、プラズマ照射によって基板２や基台３が高温になり膨張したとしても、第２接着層４ｂはこれらの熱膨張に追従可能であるため、基板２や基台３との線膨張率差に起因する静電チャックの割れを抑制することもできる。この結果、静電チャック１自体の寿命や生産性が、従来の静電チャックと比べて改善している。
　以上のような構成からなる本実施の形態の静電チャック１は、被吸着物を吸着するための基板２と、基板２を支持する基台と、基板２を基台３に接着する接着層４と、を備えている。接着層４は、基板２の中央側に位置する第１接着層４ａと、第１接着層４ａよりも基板２の端部に近い側に位置する第２接着層４ｂとを有している。第２接着層４ｂよりも基板２の端部に近い側にプラズマ保護層５が設けられており、プラズマ保護層５は第２接着層４ｂに接着している。そして、第２接着層４ｂの１００℃におけるヤング率は１ＭＰａ以上であり、２５℃におけるヤング率は１０００ＭＰａ以下である。このように、第２接着層４ｂが適度な流動性を有するため、流動性が高すぎることによる静電チャックの変形や割れを抑制できる。また、基板２や基台３がプラズマエッチング等による周辺環境の温度変化によって膨張、収縮したとしても、第２接着層４ｂが膨張収縮による応力を吸収して、基板２や基台３との線膨張率差に起因する静電チャックの変形や割れを抑制することができる。
　また、本実施の形態の静電チャック１において、第２接着層４ｂの１００℃におけるヤング率は１０ＭＰａ以上であり、２５℃におけるヤング率は５００ＭＰａ以下であってもよい。このような第２接着層４ｂであれば、基板２や基台３との線膨張率差に起因する静電チャックの割れをより確実に抑制することが期待できる。
　また、本実施の形態の静電チャック１において、第１接着層４ａの２５℃におけるヤング率は２０００～５０００ＭＰａの範囲内であってもよい。このように、適度に固い第１接着層４ａにより十分な接着力が発揮され、さらに、第１接着層４ａと比べてより柔らかい第２接着層４ｂが基板２や基台３の膨張収縮による応力をより効果的に吸収することになり、静電チャックの割れや剥がれをさらに確実に抑制することができる。
　また、本実施の形態の静電チャック１において、プラズマ保護層５は、基板２の端部よりも基板２の中央に近い側に配置されてもよく、さらに、プラズマ保護層５は、基板２の端部から基板２の中央に近い側に向かって５０μｍ～１０００μｍの範囲内の距離の箇所に配置されてもよい（図２）。このように、プラズマ保護層５が基板２の端部から外側にはみ出さない結果、プラズマ保護層５のプラズマ等による劣化を抑制でき、接着層４がプラズマに曝されにくくより確実に保護される。
　また、本実施の形態の静電チャック１において、第２接着層４ｂは、基板２の中央側に窪んだ形状となっていてもよい。このようにして、第２接着層４ｂをプラズマ熱から回避させることができる。
　また、本実施の形態の静電チャック１において、第１接着層４ａは熱伝導性フィラーを含んでもよい。このようにして、第１接着層４ａ内の厚さのばらつきや温度分布のばらつきを抑えたり、周囲環境からの熱を逃がすことができる。
　また、本実施の形態の静電チャック１において、プラズマ保護層５は無機材料を含むことができる。さらに、この無機材料は、イットリウム、アルミニウム、ジルコニウム、カルシウム、およびマグネシウムのうち少なくとも何れかのものから構成されてもよい。このような材料であれば、耐プラズマ性を好適に発揮できる。
　なお、本実施の形態による静電チャック１は上述した態様や組み合わせに限定されることはない。
　例えば、基板２または基台３に設けられる内部電極は１つだけでなく、２つ設けてもよい。
　また、プラズマ保護層５は基板２の端部側に設けられるが、基板２の端部とは一部だけでなく、基板２の外周全体に沿ってプラズマ保護層５を設けてもよい。また、基板２の周辺部に左右対称になるように（例えば、４箇所に）プラズマ保護層５（第２接着層４ｂ）を設けることもできる。
　以下、本開示について実施例および比較例を用いてより詳細に説明する。
＜実施例１＞
　表１に示す材料を用いて評価用サンプルを製造した。すなわち、アルミナ基板（３００ｍｍφ円盤状、３．０ｍｍ厚さ）およびアルミニウム基台（２９５ｍｍφ円盤状、１５ｍｍ厚さ）を用意し、基板の端部から４．０ｍｍ長さ中心部に向かって未塗布部が外周全体にできるようにシリコーン系接着剤を基板に対して同心円状に塗布し、基台と接着させた。シリコーン系接着剤の厚みは１５０μｍであった。次いで、ポリイミド系接着剤をシリコーン系接着剤の外周全体に塗布し、１２０℃に設定した恒温槽に１０分間静置し、ポリイミド系接着剤を乾燥させた。乾燥後のポリイミド系接着剤の厚みは１５０μｍであった。その後、プラズマ溶射装置を用いて、ポリイミド系接着剤の外周全体にアルミナ粒子を溶射し、７５μｍ厚さのプラズマ保護層が表１に示す位置（基板端部：０μｍ）に形成されるようにアルミナ粒子を溶射した。基板と基台の外周から突出するポリイミド系接着剤およびプラズマ保護層を電動リューターを用いて研磨し、評価用サンプルを得た。
　なお、各実施例で用いたシリコーン系接着剤およびポリイミド系接着剤は、下記のように作製した。
　市販のシリコーン接着剤（信越化学社製「１液付加型ＲＴＶシリコーンゴム　ＫＥ－８１０１」）に窒化アルミニウムフィラー（古河電子社「ＡｌＮフィラー　ＦＡＮ－ｆ０５」、平均粒径３～１０μｍ）を表１－表４に示した配合比（シリコーン接着剤１００重量部に対する配合量）で混合・撹拌し、表１－表４に示すようなヤング率を発揮する各シリコーン系接着剤を得た。
　市販のポリイミド接着剤（Ｔ＆Ｋ　ＴＯＫＡ社製「溶剤可溶型熱可塑性ポリイミド　ＰＩ－１」をテトラヒドロフランに溶解し、２５％溶液を作製した。その後、アルミナフィラー（大明化学工業社「タイミクロンＴＭ－ＵＦ」、平均粒径０．０９μｍ）を表１－表４に示した配合比（ポリイミド接着剤１００重量部に対する配合量）で混合・撹拌し、表１－表４に示すようなヤング率を発揮する各ポリイミド系接着剤を得た。
＜実施例２～５、８、９、１１～２３＞
　表１－表４に示すように、実施例１と同様に評価用サンプルを得た。
＜実施例６＞
　基板の端部から２．０ｍｍ長さ中心部に向かって未塗布部が外周全体にできるようにシリコーン系接着剤を基板に対して同心円状に塗布した以外は、実施例１と同様に評価用サンプルを得た。
＜実施例７＞
　基板の端部から７．５ｍｍ長さ中心部に向かって未塗布部が外周全体にできるようにシリコーン系接着剤を基板に対して同心円状に塗布した以外は、実施例１と同様に評価用サンプルを得た。
＜実施例１０＞
　プラズマ保護層の形成以外は、実施例１と同様に評価用サンプルを得た。すなわち、硝酸アルミニウム九水和物の１，３－ブタンジオール２０質量％溶液を準備し、スプレー法にてポリイミド系接着剤の外周全体に塗布した。その後、２００℃に設定した恒温槽に投入し２時間乾燥し、プラズマ保護層を形成した。基板と基台の外周から突出するポリイミド系接着剤およびプラズマ保護層を電動リューターを用いて研磨し、評価用サンプルを得た。
＜比較例１、２＞
　表４に示すように、実施例１と同様に評価用サンプルを得た。比較例１、２ではポリイミド系接着剤の代わりに、熱可塑（ＴＰＥ）系接着剤を用いた。すなわち、スチレン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）（クレイトン社製、クレイトンＧ１６５１）をトルエンに溶解し、２５％溶液を作製した後、アルミナフィラー（大明化学工業社「タイミクロンＴＭ－ＵＦ」、平均粒径０．０９μｍ）を表４に示した配合比（溶液１００重量部に対する配合量）で混合・撹拌し、表４に示すようなヤング率を発揮する各ＴＰＥ系接着剤を得た。
＜評価＞
（耐プラズマ性の評価）
　実施例１～２３、比較例１、２の耐プラズマ性の評価を行った。すなわち、平行平板型ＲＩＥ装置に各評価用サンプルを設置した後、真空下（２０Ｐａ以下）、高周波電源（出力２５０Ｗ）にて、酸素ガス（１０ｓｃｃｍ）および四フッ化炭素ガス（４０ｓｃｃｍ）を導入し、２４時間暴露後の各評価用サンプル外周の表面状態の変化を目視にて観察した。外周全体にプラズマ層が損傷なく残っているものを「◎」、プラズマ保護層の一部に割れがあるものの、外周全体にプラズマ保護層が残っているものを「〇」、プラズマ保護層に割れ、剥がれが生じて一部欠損していたものを「×」とした。
（割れおよび剥がれの評価：耐ヒートサイクル性）
　実施例１～２３、比較例１、２の各評価サンプルの冷熱サイクル後の割れおよび剥がれの評価を行った。すなわち各評価サンプルを０℃に設定した恒温槽（エスペック社製　ＴＣＣ‐１５１Ｗ）に投入した。その後、昇温速度５０℃／時間で１２０℃まで昇温させた後、すぐに降温速度５０℃／時間で０℃まで降温させる工程を２００サイクル行った。２００サイクル終了後、各評価サンプルを恒温槽から取り出し、各評価サンプルの外観（プラズマ保護層、基板、基台）を観察した。全てにおいて割れおよび剥がれが発生しなかったものを「◎」、プラズマ保護層の割れのみ発生したものを「〇」、プラズマ保護層の一部に剥離が発生したものを「△」、基板、基台の割れまたは剥離が発生したものを「×」とした。
（総合評価）
　耐プラズマ性の評価と割れおよび剥がれの評価のうち、２つの評価が「◎」の場合「◎◎」とし、一方が「〇」または「△」で他方が「◎」の場合「◎」とした。また、２つの評価が「〇」の場合、一方が「〇」で他方が「△」の場合も「〇」とした。２つの評価が「△」の場合、「△」とした。１つでも「×」と評価された場合は、「×」とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表１－表４に示すように、１００℃におけるヤング率が１ＭＰａ未満、または２５℃におけるヤング率が１０００ＭＰａ超である第２接着層を有する評価サンプル（比較例１、２）では、プラズマ保護層、基板、基台に割れまたは剥離が発生した（冷熱サイクル試験）。これに対し、本開示に係る１００℃におけるヤング率が１ＭＰａ以上であり、２５℃におけるヤング率が１０００ＭＰａ以下である第２接着層を有する評価サンプル（実施例）は、耐プラズマ性を有するだけでなく、耐ヒートサイクル性がより高く、プラズマ保護層、基板および基台の剥離を抑制することができた。すなわち、比較例と比べ、本開示の静電チャックによれば、基板や基台との熱膨張係数の差に起因する静電チャックの破損を抑制することができた。
　さらに、実施例１３～１６と実施例１７～１８との比較から、第１接着層のヤング率（２５℃）が２０００～５０００ＭＰａの範囲内である場合、耐プラズマ性と耐ヒートサイクル性はさらに良好であった。第１接着層のヤング率（２５℃）が３０００～４０００ＭＰａの範囲内である場合、耐プラズマ性と耐ヒートサイクル性は特に良好であった。
　さらに、実施例１～８と実施例９、１２との比較から、プラズマ保護層が基板の端部から基板の中央に近い側に向かって５０μｍ～１０００μｍの範囲内の距離の箇所に配置されている場合も、耐プラズマ性と耐ヒートサイクル性はともに良好であった。
　さらに、例えば、実施例１と実施例１０－１１との比較から、プラズマ保護層５の厚さが１μｍ～３００μｍの範囲の場合、耐プラズマ性と耐ヒートサイクル性をバランスよく発揮できることがわかった。

Claims (9)

  1. 　被吸着物を吸着するための基板と、
    　前記基板を支持する基台と、
    　前記基板を前記基台に接着する接着層と、
    　を備え、
    　前記接着層は、前記基板の中央側に位置する第１接着層と、前記第１接着層よりも前記基板の端部に近い側に位置する第２接着層とを有しており、
    　前記第２接着層よりも前記基板の端部に近い側にプラズマ保護層が設けられており、前記プラズマ保護層は前記第２接着層に接着しており、
    　前記第２接着層の１００℃におけるヤング率は１ＭＰａ以上であり、２５℃におけるヤング率は１０００ＭＰａ以下である、静電チャック。
  2. 　前記第２接着層の１００℃におけるヤング率は１０ＭＰａ以上であり、２５℃におけるヤング率は５００ＭＰａ以下である、請求項１記載の静電チャック。
  3. 　前記第１接着層の２５℃におけるヤング率は２０００～５０００ＭＰａの範囲内である、請求項１記載の静電チャック。
  4. 　前記プラズマ保護層は、前記基板の端部よりも前記基板の中央に近い側に配置されている、請求項１記載の静電チャック。
  5. 　前記プラズマ保護層は、前記基板の端部から前記基板の中央に近い側に向かって５０μｍ～１０００μｍの範囲内の距離の箇所に配置されている、請求項４記載の静電チャック。
  6. 　前記第２接着層は、前記基板の中央側に窪んだ形状となっている、請求項１記載の静電チャック。
  7. 　前記第１接着層は熱伝導性フィラーを含む、請求項１記載の静電チャック。
  8. 　前記プラズマ保護層は無機材料を含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の静電チャック。
  9. 　前記無機材料は、イットリウム、アルミニウム、ジルコニウム、カルシウム、およびマグネシウムのうち少なくとも何れかのものから構成されている、請求項８記載の静電チャック。
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