JP6244804B2 - 静電チャック装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電チャック装置に関する。

近年、半導体製造プロセスにおいては、素子の高集積化や高性能化に伴い、微細加工技術のさらなる向上が求められている。この半導体製造プロセスの中でもエッチング技術は、微細加工技術の重要な１つであり、近年では、エッチング技術の内でも、高効率かつ大面積の微細加工が可能なプラズマエッチング技術が主流となっている。
このプラズマエッチング技術は、ドライエッチング技術の１種であり、加工対象となる固体材料の上にレジストでマスクパターンを形成し、この固体材料を真空中に支持した状態で、この真空中に反応性ガスを導入し、この反応性ガスに高周波の電界を印加することにより、加速された電子がガス分子と衝突してプラズマ状態となり、このプラズマから発生するラジカル（フリーラジカル）とイオンを固体材料と反応させて反応生成物として取り除くことにより、固体材料に微細パターンを形成する技術である。

一方、原料ガスをプラズマの働きで化合させ、得られた化合物を基板の上に堆積させる薄膜成長技術の１つとしてプラズマＣＶＤ法がある。この方法は、原料分子を含むガスに高周波の電界を印加することによりプラズマ放電させ、このプラズマ放電にて加速された電子によって原料分子を分解させ、得られた化合物を堆積させる成膜方法である。低温では、熱的励起だけでは起こらなかった反応も、プラズマ中では、系内のガスが相互に衝突して活性化されラジカルとなるので、可能となる。
プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等のプラズマを用いた半導体製造装置においては、従来から、試料台に簡単にウエハを取付け、固定するとともに、このウエハを所望の温度に維持する装置として静電チャック装置が用いられている。

ところで、従来のプラズマエッチング装置では、静電チャック装置に固定されたウエハにプラズマを照射すると、このウエハの表面温度が上昇する。そこで、この表面温度の上昇を抑えるために、静電チャック装置の温度調整用ベース部に水等の冷却媒体を循環させてウエハを下側から冷却しているが、この際、ウエハの面内で温度分布が発生する。例えば、ウエハの中心部では温度が高くなり、縁辺部では温度が低くなる。
また、プラズマエッチング装置の構造や方式の違い等により、ウエハの面内温度分布に差が生じる。

そこで、静電チャック部と温度調整用ベース部との間にヒータ部材を取り付けたヒータ機能付き静電チャック装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このヒータ機能付き静電チャック装置は、ウエハ内に局所的に温度分布を作ることができるので、ウエハの面内温度分布を膜堆積速度やプラズマエッチング速度に合わせて設定することにより、ウエハ上へのパターン形成などの局所的な膜形成や局所的なプラズマエッチングを効率よく行なうことができる。

静電チャック装置にヒータを取り付ける方法としては、セラミック製の静電チャックにヒータを内蔵する方法、静電チャックの吸着面の裏側、すなわちセラミック板状体の裏面にスクリーン印刷法にてヒータ材料を所定のパターンにて塗布し加熱硬化させることにより、ヒータを取り付ける方法、あるいは、このセラミック板状体の裏面に金属箔やシート状導電材料を貼着することにより、ヒータを取り付ける方法等が挙げられる。
そして、このヒータ内蔵あるいはヒータを取り付けた静電チャック部と温度調整用ベース部とを有機系接着剤を用いて接着一体化することで、ヒータ機能付き静電チャック装置が得られる。

特開２００８−３００４９１号公報

ところで、上述した従来の静電チャックの吸着面の裏側、すなわち、セラミック板状体の裏面に、スクリーン印刷法により、ヒータ材料を所定のパターンにて塗布し加熱硬化させることにより、ヒータを取り付ける方法、あるいは、このセラミック板状体の裏面に金属箔やシート状導電材料を貼着することにより、ヒータを取り付ける方法によって得られるヒータ機能付き静電チャック装置では、次のような問題があった。すなわち、静電チャック部と温度調整用ベース部とを、有機系接着剤を用いて接着一体化した場合、有機系接着剤層にポアと称する微細空孔が生じたり、あるいは、有機系接着剤層と静電チャック部および温度調整用ベース部との間に、ハジキと称する未接着部分が生じたりすると、ヒータに電圧を印加した場合に、静電チャック部と温度調整用ベース部とが導通（ショート不良）してしまい、絶縁破壊が生じるおそれがあるという問題があった。
また、接着層の厚みにより絶縁性を確保する場合、この有機系接着剤層の厚みを薄くすることが難しく、しかも、この有機系接着剤層の厚みにばらつきが生じるために、静電チャック部のウエハを載置する面の面内温度を十分に均一にすることができないという問題があった。

また、金属箔やシート状導電材料を用いたヒータ機能付き静電チャック装置では、ヒータパターンとして、金属箔やシート状導電材料が貼着された部分と、ヒータパターンとが無い部分で段差を生じ、シート状接着材のみで冷却ベースと接着した場合、ヒータの凹凸をカバーすることができなくなり、接着層に空孔等が生じ易く、熱可塑性を有するシート状接着剤を用いた場合でもヒータがある部分と無い部分の境界において空孔を生じ、放電及び剥離の危険を有するとともに、ヒータと冷却ベース間の熱伝達のバラツキによる静電チャックの面内温度分布の制御性が低下するという問題があった。

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、静電チャック部と冷却ベース部との間の絶縁破壊を防止するとともに、耐電圧性を向上させ、さらには、静電チャック部の板状試料の載置面の面内温度の均一性を向上させるとともに、静電チャック部と冷却ベース部との間に、より均一に電圧が印加されることで、加熱部材の耐電圧性を向上させることができる静電チャック装置を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、セラミックス板状体の他の主面に、静電吸着用内部電極の周囲を覆うように、シート状またはフィルム状の第一の接着剤を介して、シート状またはフィルム状の絶縁性樹脂を接着し、冷却ベース部の上面に、シート状またはフィルム状の第二の接着剤を介して、シート状またはフィルム状の第二の絶縁部材を接着し、第二の絶縁部材の上面に加熱部材を設け、静電チャック部と、加熱部材が設けられた冷却ベース部とを、有機系接着剤層を介して接着一体化し、第一の接着剤、絶縁性樹脂、有機系接着剤層、第二の接着剤、第二の絶縁部材および冷却ベース部を厚み方向に貫通し、冷却ベース部の下面から静電吸着用内部電極に至る細孔内に、細孔の全長にわたって、静電吸着用内部電極に直流電圧を印加するための給電用端子を設け、給電用端子を、細孔内に、細孔の全長にわたって設けられた筒状の碍子と、碍子内に、碍子の全長にわたって設けられた柱状の電極とから構成し、柱状の電極を、柱状の導電性材料で形成すれば、静電チャック部と冷却ベース部との間の絶縁破壊を防止することができるとともに、耐電圧性を向上することができ、さらには、この静電チャック部の載置面の面内温度の均一性を向上することができ、加熱部材の耐電圧性をも向上することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の静電チャック装置は、一主面が試料を載置する載置面であるセラミックス板状体、および、該セラミックス板状体の他の主面に設けられた静電吸着用内部電極を有する静電チャック部と、前記静電吸着用内部電極の温度を調整する冷却ベース部と、を備え、前記セラミックス板状体の他の主面に、前記静電吸着用内部電極の周囲を覆うように、シート状またはフィルム状の第一の接着剤を介して、シート状またはフィルム状の絶縁性樹脂が接着され、前記冷却ベース部の上面に、シート状またはフィルム状の第二の接着剤を介して、シート状またはフィルム状の第二の絶縁部材が接着され、該第二の絶縁部材の上面に加熱部材が設けられ、前記静電チャック部と、前記加熱部材が設けられた冷却ベース部とが、有機系接着剤層を介して接着一体化され、前記第一の接着剤、前記絶縁性樹脂、前記有機系接着剤層、前記第二の接着剤、前記第二の絶縁部材および前記冷却ベース部を厚み方向に貫通し、前記冷却ベース部の下面から前記静電吸着用内部電極に至る細孔内に、前記細孔の全長にわたって、前記静電吸着用内部電極に直流電圧を印加するための給電用端子が設けられ、前記給電用端子は、前記細孔内に、前記細孔の全長にわたって設けられた筒状の碍子と、前記碍子内に、前記碍子の全長にわたって設けられた柱状の電極とからなり、前記柱状の電極は、柱状の導電性材料からなることを特徴とする。

本発明の静電チャック装置によれば、セラミックス板状体の他の主面に、静電吸着用内部電極の周囲を覆うように、シート状またはフィルム状の第一の接着剤を介して、シート状またはフィルム状の第一の絶縁部材が接着され、冷却ベース部の上面に、シート状またはフィルム状の第二の接着剤を介して、シート状またはフィルム状の第二の絶縁部材が接着され、第二の絶縁部材の上面に加熱部材が設けられ、静電チャック部と、加熱部材が設けられた冷却ベース部とが、有機系接着剤層を介して接着一体化されているので、静電チャック部と冷却ベース部との間の絶縁破壊を防止することができるとともに、耐電圧性を向上させることができる。また、静電チャック部の板状試料の載置面の面内温度の均一性を向上させることができるとともに、静電チャック部と冷却ベース部との間に、より均一に電圧を印加することができるので、加熱部材の耐電圧性を向上させることができる。

本発明の静電チャック装置の一実施形態を示す概略断面図である。

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。

［静電チャック装置］
図１は、本実施形態の静電チャック装置の一例を示す概略断面図である。
本実施形態の静電チャック装置１０は、円板状の静電チャック部１１と、この静電チャック部１１を所望の温度に調整する厚みのある円板状の冷却ベース部１２と、冷却ベース部１２の上面１２ａに第二の接着剤１３を介して接着された第二の絶縁部材１４と、静電チャック部１１の下面（他の主面）側で、かつ、第二の絶縁部材１４の上面１４ａに所定のパターンに設けられたヒータエレメント（加熱部材）１５と、静電チャック部１１と冷却ベース部１２上のヒータエレメント１５とを対向させた状態でこれらを接着一体化する有機系接着剤層１６とから概略構成されている。

静電チャック部１１は、上面（一主面）１７ａが半導体ウエハ等の板状試料を載置する載置面とされた載置板（セラミックス板状体）１７と、載置板１７の下面（他の主面）１７ｂに設けられた静電吸着用内部電極１８と、載置板１７の下面１７ｂにおいて、静電吸着用内部電極１８の周囲に、第一の接着剤１９を介して接着された第一の絶縁部材２０と、第一の接着剤１９および第一の絶縁部材２０、有機系接着剤層１６、第二の接着剤１３、第二の絶縁部材１４および冷却ベース部１２を貫通するようにして設けられ、静電吸着用内部電極１８に直流電圧を印加する給電用端子２１とから概略構成されている。
第一の絶縁部材２０は、第一の接着剤１９を介して、静電吸着用内部電極１８の周囲（静電吸着用内部電極１８における載置板１７と接している面以外の面）を覆っている。これにより、載置板１７と静電吸着用内部電極１８が一体化されている。

載置板１７は、円板状のもので、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）複合焼結体、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）焼結体、希土類金属−アルミニウム複合酸化物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焼結体からなるものである。
載置板１７の載置面（上面（一主面））１７ａには、突起部１７ｃが所定の間隔を隔てて、複数個設けられている。これらの突起部１７ｃが、半導体ウエハ等の板状試料を支える構成になっている。

載置板１７、静電吸着用内部電極１８、第一の接着剤１９および第一の絶縁部材２０の合計の厚み、すなわち、静電チャック部１１の厚みは０．３ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下であることが好ましい。その理由は、静電チャック部１１の厚みが０．３ｍｍを下回ると、静電チャック部１１の機械的強度を確保することができず、一方、静電チャック部１１の厚みが５．０ｍｍを上回ると、静電チャック部１１の熱容量が大きくなり過ぎて、載置板１７の上面１７ａに載置される板状試料の熱応答性が劣化し、さらには、静電チャック部１１の横方向の熱伝達の増加により、板状試料の面内温度を所望の温度パターンに維持することが困難になるからである。

特に、載置板１７の厚みは、０．２ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下であることが好ましい。
載置板１７の厚みが上記の範囲内であることが好ましい理由は、載置板１７の厚みが０．２ｍｍを下回ると、静電吸着用内部電極１８に印加された電圧により放電する危険性が高まり、一方、載置板１７の厚みが３．０ｍｍを超えると、板状試料を十分に吸着固定することができず、したがって、板状試料を十分に加熱することが困難となるからである。

静電吸着用内部電極１８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、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１８は、酸化アルミニウム−炭化タンタル（Ａｌ_２Ｏ_３−Ｔａ_４Ｃ_５）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−タングステン（Ａｌ_２Ｏ_３−Ｗ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タングステン（ＡｌＮ−Ｗ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タンタル（ＡｌＮ−Ｔａ）導電性複合焼結体、酸化イットリウム−モリブデン（Ｙ_２Ｏ_３−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１８の厚みは、特に限定されるものではないが、０．１μｍ以上かつ１００μｍ以下であることが好ましく、特に好ましくは１μｍ以上かつ５０μｍ以下である。
静電吸着用内部電極１８の厚みが上記の範囲内であることが好ましい理由は、静電吸着用内部電極１８の厚みが０．１μｍを下回ると、充分な導電性を確保することができず、一方、静電吸着用内部電極１８の厚みが１００μｍを超えると、この静電吸着用内部電極１８と載置板１７との間の熱膨張率差に起因して、この静電吸着用内部電極１８と載置板１７との接合界面にクラックが入り易くなるからである。
このような厚みの静電吸着用内部電極１８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。

第一の接着剤１９は、静電吸着用内部電極１８と第一の絶縁部材２０の間に介在して、静電吸着用内部電極１８の周囲に第一の絶縁部材２０を接着するものである。
第一の接着剤１９としては、例えば、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性および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が用いられる。

第一の接着剤１９の厚みは、５μｍ以上かつ１００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上かつ５０μｍ以下である。
第一の接着剤１９の面内の厚みのバラツキは１０μｍ以内が好ましい。
第一の接着剤１９の面内の厚みのバラツキが上記の範囲内であることが好ましい理由は、第一の接着剤１９の面内の厚みのバラツキが１０μｍを超えると、冷却ベース部１２と第一の絶縁部材２０との間隔に１０μｍを超えるバラツキが生じ、その結果、冷却ベース部１２による静電チャック部１１の温度制御の面内均一性が低下し、静電チャック部１１の載置面における面内温度が不均一となるので、好ましくない。

第一の絶縁部材２０は、第一の接着剤１９を介して、静電吸着用内部電極１８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１８を保護するとともに、載置板１７と静電吸着用内部電極１８を接合一体化するものである。
第一の絶縁部材２０としては、例えば、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性および絶縁性を有するシート状またはフィルム状の絶縁性樹脂が用いられる。

第一の絶縁部材２０の厚みは、５μｍ以上かつ３００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上かつ１００μｍ以下である。
第一の絶縁部材２０の面内の厚みのバラツキは１０μｍ以内が好ましい。
第一の絶縁部材２０の面内の厚みのバラツキが上記の範囲内であることが好ましい理由は、第一の絶縁部材２０の面内の厚みの大小により温度分布に高低の差が生じ、その結果、第一の絶縁部材２０の厚み調整による温度制御に悪影響を及ぼすので、好ましくない。

第一の絶縁部材２０の熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍｋ以上が好ましい。
ここで、第一の絶縁部材２０の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍｋ未満であると、ヒータエレメント１５から載置板１７ａへの熱伝達が阻害され、昇温速度が低下するので好ましくない。

給電用端子２１は、静電吸着用内部電極１８に直流電圧を印加するために設けられた柱状のものである。給電用端子２１は、柱状の電極２２と、絶縁性を有する碍子２３とから構成されている。
柱状の電極２２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１８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１８を構成している耐食性部材、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。

柱状の電極２２は、絶縁性を有する碍子２３により冷却ベース部１２に対して絶縁されている。
また、柱状の電極２２は、導電性接着剤２３を介して、静電吸着用内部電極１８に接続されている。
そして、給電用端子２１は、絶縁部材２０に接合一体化されて静電チャック部１１を構成している。

冷却ベース部１２は、静電チャック部１１を所望の温度に調整するためのもので、厚みのある円板状のものである。
冷却ベース部１２としては、例えば、その内部に水を循環させる流路（図示略）が形成された水冷ベース等が好適である。
冷却ベース部１２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。冷却ベース部１２の表面は、アルマイト処理が施されているか、あるいはアルミナ等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。アルマイト処理や、絶縁膜が成膜されている場合、碍子２３を用いなくてもよい。

また、第二の接着剤１３、第二の絶縁部材１４および冷却ベース部１２を貫通するようにして、ヒータエレメント１５に直流電圧を印加するために、金属箔状の電極２５が設けられている。電極２５は、金属箔であることが好ましいが、熱応力を緩和できれば金属繊維や金属撚り線であってもよい。ヒータエレメント１５と電極２５は溶接により結線されていることが好ましいが、十分な導電性と接着強度があれば導電性接着剤等で接着してもよい。
電極２５は、絶縁性を有する碍子２６により冷却ベース部１２に対して絶縁されている。電極２５と碍子２６との間は、シリコン樹脂のような低弾性接着剤で充填されていてもよく、さらに、その低弾性接着剤が、無機酸化物、無機窒化物、無機酸窒化物からなるフィラーを含有してもよい。該フィラーは、熱伝導性を改善できればよく、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粒子や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子の表面に酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなる被覆層が形成された表面被覆窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子であることが好ましい。

電極２５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、熱膨張係数がヒータエレメント１５の熱膨張係数に近似したものが好ましく、例えば、ヒータエレメント１５を構成している非磁性金属材料からなる金属箔状のものが好適に用いられる。

第二の接着剤１３は、冷却ベース部１２と第二の絶縁部材１４の間に介在して、冷却ベース部１２の上面１２ａに第二の絶縁部材１４を接着するものである。
第二の接着剤１３としては、例えば、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性および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が用いられる。

第二の接着剤１３の厚みは、５μｍ以上かつ１００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上かつ５０μｍ以下である。
第二の接着剤１３の面内の厚みのバラツキは１０μｍ以内が好ましい。
第二の接着剤１３の面内の厚みのバラツキが上記の範囲内であることが好ましい理由は、第二の接着剤１３の面内の厚みのバラツキが１０μｍを超えると、冷却ベース部１２と第二の絶縁部材１４との間隔に１０μｍを超えるバラツキが生じ、その結果、冷却ベース部１２による静電チャック部１１の温度制御の面内均一性が低下し、静電チャック部１１の載置面における面内温度が不均一となるので、好ましくない。

第二の絶縁部材１４は、冷却ベース部１２とヒータエレメント１５の間に介在して、冷却ベース部１２とヒータエレメント１５を絶縁するものである。
第二の絶縁部材１４は、絶縁性および耐電圧性を有し、かつ、腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性に優れるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリイミドシートからなるものが用いられる。

第二の絶縁部材１４の厚みは、５μｍ以上かつ３００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上かつ１００μｍ以下である。
第二の絶縁部材１４の面内の厚みのバラツキは１０μｍ以内が好ましい。
第二の絶縁部材１４の面内の厚みのバラツキが上記の範囲内であることが好ましい理由は、第二の絶縁部材１４の面内の厚みの大小により温度分布に高低の差が生じ、その結果、第二の絶縁部材１４の厚み調整による温度制御に悪影響を及ぼすので、好ましくない。

第二の絶縁部材１４の熱伝導率は、０．０５Ｗ／ｍｋ以上かつ０．５Ｗ／ｍｋ以下が好ましく、より好ましくは０．１Ｗ／ｍｋ以上かつ０．２５Ｗ／ｍｋ以下である。
ここで、熱伝導率が０．１Ｗ／ｍｋ未満であると、静電チャック部１１から冷却ベース部１２への第二の絶縁部材１４を介しての熱伝達が難くなり、冷却速度が低下するので好ましくなく、一方、熱伝導率が１Ｗ／ｍｋを超えると、ヒータ部から冷却ベース部１２への第二の絶縁部材１４を介しての熱伝達が増加し、昇温速度が低下するので好ましくない。

ヒータエレメント１５は、冷却ベース部１２の上面１２ａに、接着剤１３および第二の絶縁部材１４を介して配設されたものである。
ヒータエレメント１５は、例えば、相互に独立した２つのヒータ、すなわち、中心部に形成された内ヒータと、この内ヒータの周縁部外方に環状に形成された外ヒータとにより構成され、これら内ヒータおよび外ヒータ各々の両端部の給電用端子との接続位置それぞれには、上記の電極２５が接続されている。

これら内ヒータおよび外ヒータは、それぞれが、幅の狭い帯状の金属材料を蛇行させたパターンを、軸を中心として、この軸の回りに繰り返し配置し、かつ隣接するパターン同士を接続することで、１つの連続した帯状のヒータパターンとされている。
このヒータエレメント１５では、これら内ヒータおよび外ヒータをそれぞれ独立に制御することにより、載置板１７の載置面（上面（一主面））１７ａに静電吸着により固定されている板状試料の面内温度分布を精度良く制御するようになっている。

ヒータエレメント１５のヒータパターンは、上記のように相互に独立した２つ以上のヒータパターンにより構成してもよく、また、１つのヒータパターンにより構成してもよいが、上記の内ヒータおよび外ヒータのように、ヒータエレメント１５を相互に独立した２つ以上のヒータパターンにより構成すると、これら相互に独立したヒータパターンを個々に制御することにより、処理中の板状試料の温度を自由に制御することができるので、好ましい。

ヒータエレメント１５は、厚みが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下の一定の厚みを有する非磁性金属、例えば、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等で構成される。ヒータパターンの形成方法としては、フォトリソグラフィー法により、所望のヒータパターンにエッチング加工する方法、スパッタリング法により薄膜を形成する方法、メッキにより薄膜を形成する方法等が用いられる。
ヒータエレメント１５の厚みが上記の範囲内であることが好ましい理由は、ヒータエレメント１５の厚みが０．２ｍｍを超えると、ヒータエレメント１５のパターン形状が板状試料の温度分布として反映され、板状試料の面内温度を所望の温度パターンに維持することが困難になるからである。

また、ヒータエレメント１５を非磁性金属で形成すると、静電チャック装置１０を高周波雰囲気中で用いてもヒータエレメント１５が高周波により自己発熱せず、したがって、載置板１７の上面１７ａに載置した板状試料の面内温度を所望の一定温度または一定の温度パターンに維持することが容易となるので好ましい。
また、一定の厚みの非磁性金属薄膜を用いてヒータエレメント１５を形成すると、ヒータエレメント１５の厚みが加熱面全域で一定となり、さらに発熱量も加熱面全域で一定となるので、静電チャック部１１の載置面（載置板１７の上面１７ａ）における温度分布を均一化することができる。

有機系接着剤層１６は、静電チャック部１１と冷却ベース部１２上のヒータエレメント１５とを対向させた状態でこれらを接着一体化するとともに、熱応力の緩和作用を有するものである。

有機系接着剤層１６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またはアクリル樹脂で形成されている。
シリコーン系樹脂組成物は、耐熱性、弾性に優れた樹脂であり、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を有するケイ素化合物である。このシリコーン系樹脂組成物は、例えば、下記の式（１）または式（２）の化学式で表すことができる。

但し、上記の式（１）中、Ｒは、Ｈまたはアルキル基（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１−：ｎは整数）である。

但し、上記の式（２）中、Ｒは、Ｈまたはアルキル基（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１−：ｎは整数）である。

このようなシリコーン樹脂としては、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１１と冷却ベース部１２上のヒータエレメント１５とを対向させた状態でこれらを接合する際に、接合過程で硬化が始まってしまい、作業性に劣ることとなるので好ましくない。一方、熱硬化温度が１４０℃を超えると、静電チャック部１１の絶縁部材２０と、冷却ベース部１２および絶縁部材１４との熱膨張差が大きく、静電チャック部１１の第一の絶縁部材２０と、冷却ベース部１２および第二の絶縁部材１４との間の応力が増加し、これらの間で剥離が生じるおそれがあるので好ましくない。

この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、有機系接着剤層１６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１１の第一の絶縁部材２０と、冷却ベース部１２との熱膨張差を吸収することができず、有機系接着剤層１６の耐久性が低下するので、好ましくない。

この有機系接着剤層１６には、平均粒径が１μｍ以上かつ１０μｍ以下の無機酸化物、無機窒化物、無機酸窒化物からなるフィラー、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粒子が含有されていることが好ましい。
この酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）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、有機系接着剤層１６の熱伝達率を制御することができる。

この酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粒子の平均粒径は、１μｍ以上かつ１０μｍ以下が好ましく、より好ましくは２μｍ以上かつ５μｍ以下である。
ここで、この酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粒子の平均粒径が１μｍを下回ると、粒子同士の接触が不十分となり、結果的に熱伝達率が低下する虞があり、また、粒径が細か過ぎると、取扱等の作業性の低下を招くこととなり、好ましくない。一方、平均粒径が１０μｍを超えると、接着層の厚みにばらつきが生じ易くなるので好ましくない。

また、この有機系接着剤層１６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、含有していなくともよい。

本実施形態の静電チャック装置１０は、載置板１７の他の主面１７ｂに、静電吸着用内部電極１８の周囲を覆うように、シート状またはフィルム状の第一の接着剤１９を介して、シート状またはフィルム状の第一の絶縁部材２０が接着され、冷却ベース部１２の上面１２ａに、シート状またはフィルム状の第二の接着剤１３を介して、シート状またはフィルム状の第二の絶縁部材１４が接着され、第二の絶縁部材１４の上面にヒータエレメント１５が設けられ、静電チャック部１１と、ヒータエレメント１５が設けられた冷却ベース部１２とが、有機系接着剤層１６を介して接着一体化されているので、静電チャック部１１と冷却ベース部１２との間の絶縁破壊を防止することができるとともに、耐電圧性を向上させることができる。また、静電チャック部１１の板状試料の載置面の面内温度の均一性を向上させることができるとともに、静電チャック部１１と冷却ベース部１２との間に、より均一に電圧を印加することができるので、ヒータエレメント１５の耐電圧性を向上させることができる。

次に、この静電チャック装置１０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（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ）複合焼結体、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）焼結体または希土類金属−アルミニウム複合酸化物焼結体により、板状の載置板１７を作製する。
この場合、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、その後、例えば、１４００℃〜２０００℃の温度、非酸化性雰囲気、好ましくは不活性雰囲気下にて所定時間、焼成することにより、載置板１７を得る。

次いで、載置板１７の上面１７ａを研削加工し、載置板１７の厚みを所望の厚みに調整するとともに、この載置板１７の上面１７ａに、突起部１７ｃを所定の間隔を隔てて、複数個形成し、載置板１７の上面１７ａを、半導体ウエハ等の板状試料を載置する載置面とする。

次いで、載置板１７の下面１７ｂに、上記の導電性セラミックス粉末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１８を形成する。
静電吸着用内部電極形成用塗布液の塗布法としては、均一な厚さに塗布する必要があることから、スクリーン印刷法等を用いることが望ましい。また、他の方法としては、蒸着法あるいはスパッタリング法により上記の高融点金属の薄膜を成膜する方法、上記の導電性セラミックスあるいは高融点金属からなる薄板を配設して静電吸着用内部電極形成層１８を形成する方法等が挙げられる。

次いで、静電吸着用内部電極１８の載置板１７と接している面以外の面を、例えば、アセトンを用いて脱脂、洗浄し、この面上を覆うように、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性および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を貼着し、第一の接着剤１９とする。

次いで、この第一の接着剤１９の静電吸着用内部電極１８と接している面以外の面を覆うように、この第一の接着剤１９と同一の平面形状のポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁性および耐電圧性を有するフィルム状またはシート状の樹脂を貼着し、第一の絶縁部材２０とする。
これにより、載置板１７と、静電吸着用内部電極１８と、第一の接着剤１９と、第一の絶縁部材２０とがこの順に積層された静電チャック部１１を得る。

一方、金属、金属−セラミックス複合材料のいずれかの材料に機械加工を施し、必要に応じてアルマイト処理または絶縁膜の成膜を施し、次いで、例えば、アセトンを用いて脱脂、洗浄することにより、冷却ベース部１２を得る。

次いで、冷却ベース部１２の上面１２ａを、例えば、アセトンを用いて脱脂、洗浄し、この面上を覆うように、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性および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を貼着し、第二の接着剤１３とする。

次いで、この第二の接着剤１３の冷却ベース部１２と接している面とは反対側の面上に、この第二の接着剤１３と同一の平面形状のポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁性および耐電圧性を有するフィルム状またはシート状の樹脂を貼着し、第二の絶縁部材１４とする。

次いで、この第二の絶縁部材１４上に、厚みが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下の一定の厚みを有する、例えば、チタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、モリブデン（Ｍｏ）薄板等の非磁性金属薄板を貼着し、この非磁性金属薄板をフォトリソグラフィー法により、所望のヒータパターンにエッチング加工し、ヒータエレメント１５とする。

次いで、第二の接着剤１３、第二の絶縁部材１４およびヒータエレメント１５が積層された冷却ベース部１２上の所定領域に、例えば、シリコーン系樹脂組成物からなる有機系接着剤を塗布する。この有機系接着剤の塗布量は、静電チャック部１１と冷却ベース部１２とがスペーサにより一定の間隔を保持した状態で接合一体化できるように、所定量の範囲内とする。
この有機系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が、冷却ベース部１２上の所定領域に精度良く形成する必要があることから、スクリーン印刷法等を用いることが好ましい。

塗布後、静電チャック部１１と冷却ベース部１２とを、有機系接着剤を介して重ね合わせる。
次いで、静電チャック部１１と冷却ベース部１２との間隔がスペーサの厚みになるまで落し込み、押し出された余分な接着剤を除去する。

以上により、静電チャック部１１と冷却ベース部１２とは、第二の接着剤１３、第二の絶縁部材１４および有機系接着剤層１６を介して接合一体化される。

また、給電用端子２１は、例えば、静電チャック装置１０を厚み方向に貫通し、冷却ベース部１２の下面から静電吸着用内部電極１８に至る細孔を形成した後、その細孔に密着固定し得る大きさ、形状となるように作製される。

給電用端子２１を作製するには、まず、上記の細孔内に、筒状の碍子２３を挿入する。
次いで、静電吸着用内部電極１８における柱状の電極２２と接する面（静電吸着用内部電極１８における細孔に露出している面）に導電性接着剤２４を塗布する。
次いで、碍子２３内に、柱状の電極２２を作製する。柱状の電極２２の作製方法としては、例えば、柱状の電極２２を導電性複合焼結体とする方法や、柱状の電極２２を金属とする方法が挙げられる。

柱状の電極２２を導電性複合焼結体とする方法としては、例えば、導電性セラミックス粉末を、所望の形状に成形して加圧焼成する方法等が挙げられる。このとき、柱状の電極２２に用いられる導電性セラミックス粉末としては、静電吸着用内部電極１８と同様の材質からなる導電性セラミックス粉末が好ましい。
柱状の電極２２を金属とする方法としては、例えば、高融点金属を用い、研削法、粉末治金等の金属加工法等により形成する方法等が挙げられる。

また、電極２５は、例えば、静電チャック装置１０を厚み方向に貫通し、冷却ベース部１２の下面からヒータエレメント１５に至る細孔を形成した後、その細孔に、金属箔状の電極を挿入することにより作製される。電極２５は、金属箔であることが好ましいが、熱応力を緩和できれば金属繊維や金属撚り線であってもよい。ヒータエレメント１５と電極２５は溶接により結線されることが好ましいが、十分な導電性と接着強度があれば導電性接着剤等で接着してもよい。

電極２５を作製するには、まず、上記の細孔内に、筒状の碍子２６を挿入する。
次いで、碍子２６内に、金属箔状の電極を挿入し、電極２５を作製する。
金属箔状の電極としては、ヒータエレメント１５を構成している非磁性金属材料からなる金属箔状のものが好ましい。

このようにして、本実施形態の静電チャック装置１０が得られる。

１０・・・静電チャック装置、１１・・・静電チャック部、１２・・・冷却ベース部、１３・・・第二の接着剤、１４・・・第二の絶縁部材、１５・・・ヒータエレメント（加熱部材）、１６・・・有機系接着剤層、１７・・・載置板、１８・・・静電吸着用内部電極、１９・・・第一の接着剤、２０・・・第一の絶縁部材、２１・・・給電用端子、２２・・・電極、２３・・・碍子、２４・・・導電性接着剤、２５・・・電極、２６・・・碍子。

Claims (4)

1. 一主面が試料を載置する載置面であるセラミックス板状体、および、該セラミックス板状体の他の主面に設けられた静電吸着用内部電極を有する静電チャック部と、前記静電吸着用内部電極の温度を調整する冷却ベース部と、を備え、
   前記セラミックス板状体の他の主面に、前記静電吸着用内部電極の周囲を覆うように、シート状またはフィルム状の第一の接着剤を介して、シート状またはフィルム状の絶縁性樹脂が接着され、
   前記冷却ベース部の上面に、シート状またはフィルム状の第二の接着剤を介して、シート状またはフィルム状の第二の絶縁部材が接着され、該第二の絶縁部材の上面に加熱部材が設けられ、
   前記静電チャック部と、前記加熱部材が設けられた冷却ベース部とが、有機系接着剤層を介して接着一体化され、
   前記第一の接着剤、前記絶縁性樹脂、前記有機系接着剤層、前記第二の接着剤、前記第二の絶縁部材および前記冷却ベース部を厚み方向に貫通し、前記冷却ベース部の下面から前記静電吸着用内部電極に至る細孔内に、前記細孔の全長にわたって、前記静電吸着用内部電極に直流電圧を印加するための給電用端子が設けられ、
   前記給電用端子は、前記細孔内に、前記細孔の全長にわたって設けられた筒状の碍子と、前記碍子内に、前記碍子の全長にわたって設けられた柱状の電極とからなり、
   前記柱状の電極は、柱状の導電性材料からなることを特徴とする静電チャック装置。
2. 前記柱状の電極は、導電性接着剤を介して、前記静電吸着用内部電極に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック装置。
3. 前記第二の接着剤、前記第二の絶縁部材および前記冷却ベース部を貫通するように、前記加熱部材に直流電圧を印加するための電極が設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の静電チャック装置。
4. 前記電極は、金属箔からなることを特徴とする請求項３に記載の静電チャック装置。

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