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JP2016171185A - 静電チャック装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高温環境下でも使用することが可能な耐熱性の高い静電チャック装置の提供を目的とする。【解決手段】一主面に板状試料Ｗを載置する載置面１９を有するとともに静電吸着用電極１３を備えた静電チャック部２と、静電チャック部２に対し載置面１９とは反対側に配置され静電チャック部２を冷却する温度調節用ベース部３と、静電チャック部２と温度調節用ベース部３との間に層状に配置されたヒータエレメント５と、ヒータエレメント５と静電チャック部２との間に設けられ、ヒータエレメント５と静電チャック部２とを接着する第１接着層４ａと、を備え、第１接着層４ａは、無機ガラスまたは一部結晶化したガラス構造を有する無機物からなる静電チャック装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、静電チャック装置に関するものである。
従来、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、試料台に簡単にウエハを取付け、固定するとともに、このウエハを所望の温度に維持する装置として静電チャック装置が使用されている。
静電チャック装置は、例えば、内部に静電吸着用の板状電極を埋設したセラミック基体、内部に冷媒循環用の冷媒流路が形成された温度調整用ベース部、ウエハの温度制御に用いるヒータなど複数の部材が層構造を形成し、各層の間を接着層で接合し一体化した構造のものが知られている。
静電チャック装置は、使用時には高温環境下に曝され加熱されるため、耐熱性が求められる。さらに、近年の半導体の種々の性能の向上に伴い、静電チャック装置に求められる耐熱性も高まる傾向にある。そこで、従来よりも高温（１５０℃以上）の環境下で使用可能な静電チャック装置が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１３−１２０８３５号公報
上記特許文献１では、ヒータ（発熱体）を形成する方法として、セラミック製の基体の表面にめっき法、スパッタ法、蒸着法、溶射法等の種々の成膜法によりニッケルや銅の薄膜を形成した後、不要な部分をエッチングで除去する方法が記載されている。
この方法では、基体の表面に形成される薄膜の厚みにバラツキが生じやすく、結果として形成されるヒータに厚みの違う部分が含まれてしまう。ヒータが厚みのバラツキを有していると、ヒータの部位によって発熱量が異なり、ウエハの面内で温度差が生じる原因となる。
そこで、発明者は、セラミック製の基体の表面に予め厚みのバラツキが許容範囲に収まっている金属薄膜を貼り付け、次に金属薄膜をエッチングすることでヒータパターンを形成することにより、ヒータの厚みバラツキを解消した静電チャック装置を製造できることを提案している。この方法においては、基体と金属薄膜とを貼りつける際に、エポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系など耐熱性の高い有機系接着剤を用い、耐熱性の高い接着層を形成していた。
なお、「接着層の耐熱性」とは、加えられた熱に対して接着層が溶解または分解せず、一定の状態を保つことができることを意味する。例えば、「接着層が２００℃以上の耐熱性を有する」とは、接着層が２００℃の温度になっても、溶解または分解しないことを意味する。
しかし、基体とヒータとの間の接着層の形成材料に上述のような有機系接着剤を用いた静電チャック装置の場合、接着層の劣化や、セラミック製の基体と接着層との熱膨張係数の違いに起因して、基体の変形やヒータの剥離など種々の問題が生じるおそれがある。このような問題は、２００℃以上の高温環境下で静電チャック装置を使用した場合、顕在化しやすく、改善する技術が求められていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、高温環境下でも使用することが可能な耐熱性の高い静電チャック装置の提供を目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、一主面に板状試料を載置する載置面を有するとともに静電吸着用電極を備えた静電チャック部と、前記静電チャック部に対し前記載置面とは反対側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、前記静電チャック部と前記温度調節用ベース部との間に層状に配置されたヒータエレメントと、前記ヒータエレメントと前記静電チャック部との間に設けられ、前記ヒータエレメントと前記静電チャック部とを接着する第１接着層と、を備え、前記第１接着層は、無機ガラスまたは一部結晶化したガラス構造を有する無機物からなる静電チャック装置を提供する。
本発明の一態様においては、前記ヒータエレメントと前記温度調節用ベース部との間に、無機セラミック膜が設けられ、前記ヒータエレメントは、前記第１接着層と前記無機セラミック膜とで埋設されている構成としてもよい。
本発明の一態様においては、前記無機セラミック膜は、セラミック溶射膜である構成としてもよい。
本発明の一態様においては、前記セラミック溶射膜は、酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムの溶射膜である構成としてもよい。
本発明の一態様においては、前記無機セラミック膜と前記温度調節用ベース部との間に、第２接着層が設けられ、前記第２接着層は、有機接着剤を形成材料とする構成としてもよい。
本発明の一態様においては、前記静電チャック部の熱膨張係数をＡ、前記ヒータエレメントの熱膨張係数をＢ、前記第１接着層の熱膨張係数をＣとしたとき、Ａ＜Ｃ＜ＢまたはＡ＞Ｃ＞Ｂである構成としてもよい。
本発明の一態様においては、前記第１接着層の形成材料は、グリーンシートである構成としてもよい。
本発明の一態様においては、前記ヒータエレメントの熱膨張係数をＢ、前記第１接着層の熱膨張係数をＣ、前記無機セラミック膜の熱膨張係数をＤとしたとき、Ｂ＜Ｄ＜ＣまたはＢ＞Ｄ＞Ｃである構成としてもよい。
本発明によれば、高温環境下でも使用することが可能な耐熱性の高い静電チャック装置を提供することができる。
本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の製造方法を示す説明図である。
以下、図１，２を参照しながら、本実施形態に係る静電チャック装置について説明する。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ある。
図１は、静電チャック装置１の断面図である。図に示すように、静電チャック装置１は、円板状の静電チャック部２と、静電チャック部２を所望の温度に調整する厚みのある円板状の温度調節用ベース部３と、静電チャック部２の下面に接着されたヒータ部１０と、を備えている。さらに、温度調節用ベース部３の上面に接着材６を介して接着された絶縁部材７と、静電チャック部２の下面のヒータ部１０と温度調節用ベース部３上の絶縁部材７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等からなる第２接着層８と、を有している。
静電チャック装置１には、静電チャック部２、第２接着層８、絶縁部材７、接着材６、並びに温度調節用ベース部３を貫通する冷却ガス導入孔１８が形成されている。冷却ガス導入孔１８からは、Ｈｅ等の冷却ガスが供給される。冷却ガスは、静電チャック部２の載置面１９と板状試料Ｗの下面との隙間を流れて、板状試料Ｗの温度を下げる働きをする。
静電チャック部２は、上面が半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置する載置面１９とされた載置板１１と、載置板１１と一体化され該載置板１１を支持する支持板１２と、これら載置板１１と支持板１２との間に設けられた静電吸着用内部電極１３及び静電吸着用内部電極１３の周囲を絶縁する絶縁材層１４と、支持板１２を貫通するようにして設けられ静電吸着用内部電極１３に直流電圧を印加する給電用端子１５と、を有している。
図に示すように、静電チャック部２の載置面１９には、直径が板状試料Ｗの厚みより小さい突起部３０が複数個形成されている。静電チャック装置１は、複数の突起部３０が板状試料Ｗを支える構成になっている。
また載置面１９の周縁には、周縁壁１７が形成されている。周縁壁１７は、突起部３０と同じ高さに形成されており、突起部３０とともに板状試料Ｗを支持する。周縁壁１７は、載置面１９と板状試料Ｗとの間に導入される冷却ガスが漏れ出すことを抑制するために設けられている。
載置板１１および支持板１２は、重ね合わせた面の形状を同じくする円板状のもので、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＣ）複合焼結体、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）焼結体等の機械的な強度を有し、かつ腐食性ガス及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。
セラミックス焼結体中のセラミックス粒子の平均粒径は１０μｍ以下が好ましく、２μｍ以下がより好ましい。静電チャック部２の載置面１９に設けられる突起部３０の形成過程でサンドブラスト加工を行う。サンドブラスト工程は、載置面１９の表面にダメージを与えて、掘削する工程であるため、突起部３０の内部にクラックが残留する。クラックは、サンドブラスト工程の後に行われるバフ研磨によって、強制的に進行され、事前に除去される。
クラックは、セラミック焼結体中のセラミック粒子の粒界に形成される。したがって、セラミック粒子の粒径が大きい場合には、バフ研磨を経ることで、粒界に沿って大きく角部が除去される。セラミック粒子の粒径が大きくなるほど、突起部３０はより丸みを帯びた形状となる。後段において、説明するように、本実施形態の突起部３０は、高さ方向に断面積の変化がないことが好ましいため、突起部３０は丸みを帯びていないことが好ましい。セラミックス粒子の平均粒径は１０μｍ以下（より好ましくは２μｍ以下）とすることで、高さ方向に沿った断面積の変化を抑制した突起部３０を載置面１９に形成することができる。
載置板１１、支持板１２、静電吸着用内部電極１３及び絶縁材層１４の合計の厚み、即ち、静電チャック部２の厚みは０．５ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下が好ましい。静電チャック部２の厚みが０．５ｍｍを下回ると、静電チャック部２の機械的強度を確保することができない。一方、静電チャック部２の厚みが５．０ｍｍを上回ると、静電チャック部２の熱容量が大きくなり過ぎて、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化し、さらには、静電チャック部２の横方向の熱伝導の増加により、板状試料Ｗの面内温度を所望の温度パターンに維持することが困難になる。
特に、載置板１１の厚みは、０．３ｍｍ以上かつ２．０ｍｍ以下が好ましい。載置板１１の厚みが０．３ｍｍを下回ると、静電吸着用内部電極１３に印加された電圧により放電するおそれがある。一方、２．０ｍｍを超えると、板状試料Ｗ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Ｗを十分に加熱することが困難となる。
静電吸着用内部電極１３は、電荷を発生させて静電吸着力で板状試料Ｗ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１３は、酸化アルミニウム−炭化タンタル（Ａｌ２Ｏ３−Ｔａ４Ｃ５）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−タングステン（Ａｌ２Ｏ３−Ｗ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＣ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タングステン（ＡｌＮ−Ｗ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タンタル（ＡｌＮ−Ｔａ）導電性複合焼結体、酸化イットリウム−モリブデン（Ｙ２Ｏ３−Ｍｏ）導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、あるいは、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属により形成されている。
静電吸着用内部電極１３の厚みは、特に限定されるものではないが、０．１μｍ以上かつ１００μｍ以下が好ましく、特に好ましくは５μｍ以上かつ２０μｍ以下である。
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ない。一方、厚みが１００μｍを越えると、静電吸着用内部電極１３と載置板１１及び支持板１２との間の熱膨張率差に起因して、静電吸着用内部電極１３と載置板１１及び支持板１２との接合界面にクラックが入り易くなる。
このような厚みの静電吸着用内部電極１３は、スパッタ法や蒸着法等の成膜法、あるいはスクリーン印刷法等の塗工法により容易に形成することができる。
絶縁材層１４は、静電吸着用内部電極１３を囲繞して腐食性ガス及びそのプラズマから静電吸着用内部電極１３を保護する。また、絶縁材層１４は、載置板１１と支持板１２との境界部、すなわち静電吸着用内部電極１３以外の外周部領域を接合一体化するものである。絶縁材層１４は、載置板１１及び支持板１２を構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁材料により構成されている。
給電用端子１５は、静電吸着用内部電極１３に直流電圧を印加するために設けられた棒状のもので、給電用端子１５の材料としては、耐熱性に優れた導電性材料であれば特に制限されるものではない。給電用端子１５は、熱膨張係数が静電吸着用内部電極１３及び支持板１２の熱膨張係数に近似したものが好ましく、例えば、静電吸着用内部電極１３を構成している導電性セラミックス、あるいは、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、コバール合金等の金属材料が好適に用いられる。
給電用端子１５は、絶縁性を有する碍子２３により温度調節用ベース部３に対して絶縁されている。
そして、給電用端子１５は支持板１２に接合一体化され、さらに、載置板１１と支持板１２とは、静電吸着用内部電極１３及び絶縁材層１４により接合一体化されて静電チャック部２を構成している。
静電チャック部２の熱膨張係数は、特に限定されない。静電チャック装置１においては、エッチングやＣＶＤ等、各種用途にあわせて静電チャック部２の載置板１１や支持板１２の形成材料を変更することがある。また、静電チャック部２においては、静電チャック部２全体の熱膨張係数に対して、載置板１１や支持板１２の熱膨張係数の影響が支配的である。そのため、静電チャック部２の熱膨張係数は、静電チャック装置１の各種用途に合わせて選択されたセラミック材料の熱膨張係数とほぼ等しくなる。
温度調節用ベース部３は、静電チャック部２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。
温度調節用ベース部３としては、例えば、その内部に水を循環させる流路（図示略）が形成された水冷ベース等が好適である。
温度調節用ベース部３を構成する材料としては、熱伝導性、導電性、加工性に優れた金属、またはこれらの金属を含む複合材であれば特に制限はなく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等が好適に用いられる。温度調節用ベース部３の少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理が施されているか、あるいはアルミナ等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。
ヒータ部１０は、静電チャック部２の下面に接着された第１接着層４ａと、第１第１接着層４ａの下面に接着され、所定のパターンを有するヒータエレメント５と、ヒータエレメント５の下面からヒータエレメント５を覆って設けられた無機セラミック膜４ｂとを有している。
第１接着層４ａは、無機接着剤を形成材料とし、ヒータエレメント５を静電チャック部２に接着する層である。第１接着層４ａの厚みは５μｍ〜１００μｍが好ましく、より好ましくは１０μｍ〜５０μｍである。
第１接着層４ａの形成材料である無機接着剤は、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）等を主成分とし、熱等により硬化することによりガラス質あるいは一部結晶化した構造となる接着剤である。無機接着材には、熱伝導率の調節のために、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のフィラーを導入してもよい。
このような無機系接着剤として、具体的には、東亞合成社製のアロンセラミック、朝日化学工業社製のスミセラムＳ、アレムコ社製のセラマボンド、スリーボンド社製の耐熱性無機接着剤３７００シリーズ等のジェル状の接着材を挙げることができる。
また、静電チャック部２及びその上に載置するシリコンウエハＷの面内温度を均一するためには、接着層４ａの層厚を均一にし、静電チャック部２下部からの熱伝導を均一にする構成が好ましい。そのため、第１接着層４ａの形成材料として、上記のジェル状の接着剤ではなく、一般にグリーンシートと称されるシート状の無機系接着剤を使用することが好ましい。グリーンシートは、シリカやアルミナなどの無機酸化物の粒子と樹脂バインダとを均一な厚みのシート状に成形してなるものである。グリーンシートを用いると、ジェル状の接着材と異なり、塗りムラに起因した層厚の変化が生じないため、接着層４ａの層厚を容易に均一にすることが可能となる。
このようにして形成した第１接着層４ａは、無機ガラス及び一部結晶化したガラス構造を有する無機物からなる。
第１接着層４ａの熱膨張係数は、静電チャック部２の熱膨張係数よりも大きく、ヒータエレメント５に使用される金属の熱膨張係数よりも小さい、または静電チャック部２の熱膨張係数よりも小さく、ヒータエレメント５に使用される金属の熱膨張係数よりも大きい
ことが好ましい。すなわち、本実施形態の静電チャック装置１では、静電チャック部２の熱膨張係数をＡ、ヒータエレメント５の熱膨張係数をＢ、第１接着層４ａの熱膨張係数をＣとしたとき、Ａ＜Ｃ＜Ｂ、またはＡ＞Ｃ＞Ｂという関係を満たすとよい。
さらに、静電チャック部２の熱膨張係数Ａとヒータエレメント５の熱膨張係数Ｂとの平均値（算術平均値）をＸ＝（Ａ＋Ｂ）／２、熱膨張係数Ａと平均値Ｘとの差の絶対値または熱膨張係数Ｂと平均値Ｘとの差の絶対値をＹ＝｜Ｂ−Ａ｜／２、としたとき、第１接着層４ａの熱膨張係数Ｃは、Ｘ−０．８Ｙ≦Ｃ≦Ｘ＋０．８Ｙが好ましく、Ｘ−０．６Ｙ≦Ｃ≦Ｘ＋０．６Ｙがさらに好ましい。これにより、第１接着層４ａを用いて静電チャック部２とヒータエレメント５に使用される金属とを接着した場合、繰り返しの使用（昇降温度）によっても剥離しにくくなる。
第１接着層４ａの面内の厚みのバラツキは１０μｍ以内が好ましい。第１接着層４ａの面内の厚みのバラツキが１０μｍを超えると、静電チャック部２とヒータエレメント５との面内間隔に１０μｍを超えるバラツキが生じる。その結果、ヒータエレメント５から静電チャック部２に伝わる熱の面内均一性が低下し、静電チャック部２の載置面１９における面内温度が不均一となるので、好ましくない。
ヒータエレメント５は、支持板１２の下面に第１接着層４ａにより接着固定されている。ヒータエレメント５は、幅の狭い帯状の金属材料を蛇行させた１つの連続した帯状のヒータパターンである。帯状のヒータエレメント５の両端部には、図１に示す給電用端子２２が接続され、給電用端子２２は、絶縁性を有する碍子２３により温度調節用ベース部３に対して絶縁されている。
ヒータエレメント５のヒータパターンは、１つのヒータパターンにより構成してもよいが、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い。相互に独立した複数の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Ｗの温度を自由に制御できる。
ヒータエレメント５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薄板、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することで形成される。
ヒータエレメント５の熱膨張係数は、特に限定されない。ヒータエレメント５の熱膨張係数は、上述したような静電チャック装置１の各種用途に合わせ、通電時の抵抗発熱により、所望の温度まで昇温可能な金属材料の熱膨張係数となる。
ヒータエレメント５の厚みを０．２ｍｍ以下とした理由は、厚みが０．２ｍｍを超えると、ヒータエレメント５のパターン形状が板状試料Ｗの温度分布として反映され、板状試料Ｗの面内温度を所望の温度パターンに維持することが困難になる。
また、ヒータエレメント５を非磁性金属で形成すると、静電チャック装置１を高周波雰囲気中で用いてもヒータエレメント５が高周波により自己発熱せず、したがって、板状試料Ｗ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板を用いてヒータエレメント５を形成することで、ヒータエレメント５の厚みが加熱面全域で一定となる。これにより、ヒータエレメント５の発熱量を加熱面全域で一定とすることができ、静電チャック部２の載置面１９における温度分布を均一化できる。
無機セラミック膜４ｂは、下面からヒータエレメント５を覆って設けられている。無機セラミック膜４ｂは、ヒータエレメント５のヒータパターンの隙間を埋設している。そのため、ヒータエレメント５は、第１接着層４ａと無機セラミック膜４ｂとに周囲を囲まれ、第１接着層４ａと無機セラミック膜４ｂとにより封止されている。
無機セラミック膜４ｂは、アルミナまたはイットリア（Ｙ２Ｏ３）を主成分としたものを用いることができる。また、無機セラミック膜４ｂは、単相であってもよく、混相であってもよい。さらに、無機セラミック膜４ｂは、単層であってもよく、二層以上の多層構造であってもよい。
無機セラミック膜４ｂは、フレーム溶射、プラズマ溶射、レーザー溶射等によりセラミックをプラズマ溶射して設けられた溶射膜を好適に用いることができる。また、無機セラミック膜４ｂは、溶射したセラミック粒子の結合の為に用いられるエポキシ等のバインダや、ヒータエレメント５との接着成分を含んでもよい。さらには、第１接着層４ａで記載した無機ガラス及び一部結晶化したガラス構造を有する無機物を用いることができる。
無機セラミック膜４ｂの熱膨張係数は、第１接着層４ａの熱膨張係数よりも大きく、ヒータエレメント５に使用される金属の熱膨張係数よりも小さい、または第１接着層４ａの熱膨張係数よりも小さく、ヒータエレメント５に使用される金属の熱膨張係数よりも大きいことが好ましい。すなわち、本実施形態の静電チャック装置１では、ヒータエレメント５の熱膨張係数をＢ、第１接着層４ａの熱膨張係数をＣ、無機セラミック膜４ｂの熱膨張係数をＤとしたとき、Ｂ＜Ｄ＜Ｃ、またはＢ＞Ｄ＞Ｃという関係を満たすとよい。
さらに、第１接着層４ａの熱膨張係数Ｃとヒータエレメント５の熱膨張係数Ｂとの平均値（算術平均値）をＭ＝（Ｂ＋Ｃ）／２、熱膨張係数Ｂと平均値Ｍとの差の絶対値または熱膨張係数Ｃと平均値Ｍとの差の絶対値をＮ＝｜Ｂ−Ｃ｜／２、としたとき、無機セラミック膜４ｂの熱膨張係数Ｄは、Ｍ−０．８Ｎ≦Ｄ≦Ｍ＋０．８Ｎが好ましく、Ｍ−０．６Ｎ≦Ｄ≦Ｍ＋０．６Ｎがさらに好ましい。これにより、第１接着層４ａとヒータエレメント５とを接着した場合、繰り返しの使用（昇降温度）によっても剥離しにくくなる。
接着材６は、温度調節用ベース部３の上面に絶縁部材７を接着するためのものである。接着材６は、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及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であり、厚みは５μｍ〜１００μｍが好ましく、より好ましくは１０μｍ〜５０μｍである。
接着材６の面内の厚みのバラツキは１０μｍ以内が好ましい。接着材６の面内の厚みのバラツキが１０μｍを超えると、温度調節用ベース部３と絶縁部材７との間隔に１０μｍを超えるバラツキが生じる。その結果、温度調節用ベース部３による静電チャック部２の温度制御の面内均一性が低下し、静電チャック部２の載置面１９における面内温度が不均一となるので、好ましくない。
絶縁部材７は、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及び耐電圧性を有するフィルム状またはシート状の樹脂であり、絶縁部材７の面内の厚みのバラツキは１０μｍ以内が好ましい。
絶縁部材７の面内の厚みのバラツキが１０μｍを超えると、厚みの大小により温度分布に高低の差が生じる。その結果、絶縁部材７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。
絶縁部材７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。
熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ未満であると、静電チャック部２から温度調節用ベース部３への絶縁部材７を介しての熱伝道が難くなり、冷却速度が低下するので好ましくない。一方、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫを超えると、ヒータ部から温度調節用ベース部３への絶縁部材７を介しての熱伝導が増加し、昇温速度が低下するので好ましくない。
第２接着層８は、静電チャック部２の下面と温度調節用ベース部３の上面との間に介在する。第２接着層８は、ヒータエレメント５が接着された静電チャック部２と温度調節用ベース部３とを接着一体化するとともに、熱応力の緩和作用を有する。
第２接着層８は、その内部や、静電チャック部２の下面、ヒータエレメント５の下面、並びに温度調節用ベース部３の上面との界面に空隙や欠陥が少ないことが望まれる。空隙や欠陥が形成されていると、熱伝導性が低下して板状試料Ｗの均熱性が阻害される虞がある。
第２接着層８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。第２接着層８は、流動性ある樹脂組成物を静電チャック部２と温度調節用ベース部３の間に充填した後に加熱硬化させることで形成することが好ましい。温度調節用ベース部３の下面にはヒータエレメント５が設けられており、これにより凹凸が形成されている。
また、温度調節用ベース部３の上面及び静電チャック部２の下面は必ずしも平坦ではない。流動性の樹脂組成物を温度調節用ベース部３と静電チャック部２の間に充填させた後に硬化させて第２接着層８を形成することで、静電チャック部２と温度調節用ベース部３の凹凸に起因して第２接着層８に空隙が生じることを抑制できる。これにより、第２接着層８の熱伝導特性を面内に均一にすることが出来、静電チャック部２の均熱性を高めることが出来る。
本実施形態の静電チャック装置１は、以上のような構成となっている。
従来の静電チャック装置においては、有機系接着剤を用いてヒータエレメントをセラミック板（静電チャック部）に貼りつける構成が知られていた。しかし、このような構成の場合、高温（例えば２００℃以上）の使用条件で静電チャック装置を用いると、有機系接着剤を硬化させてなる接着層が、熱により劣化または軟化し、接着力が低下する結果、ヒータエレメントと接着層との界面で剥がれが生じることがあった。また、接着層が熱により硬化収縮し、ヒータエレメントと静電チャック部との離間距離や熱伝達率が、場所により不均一となることがあった。そのような劣化が生じた静電チャック装置では、板状試料（ウエハ）の面内で温度差が生じやすかった。
対して、本実施形態の静電チャック装置では、ヒータエレメント５と静電チャック部２との接着に、無機接着剤を用いて形成する第１接着層４ａを用いている。そのため、高温の使用条件においても、従来の静電チャック装置のように第１接着層４ａの熱劣化に起因した不具合が生じず使用可能である。
また、有機系接着剤を硬化させてなる接着層の熱膨張係数は、静電チャック部やヒータエレメントの熱膨張係数に対してかなり大きい。そのため、上記従来の静電チャック装置の構成の場合、高温の使用条件において接着層が大きく熱膨張し、静電チャック部が変形することがあった。
対して、本実施形態の静電チャック装置１では、静電チャック部２、第１接着層４ａ、無機セラミック膜４ｂ、ヒータエレメント５の各熱膨張係数は上述した通りとなっている。中でも、本実施形態の静電チャック装置１では、静電チャック部２の熱膨張係数をＡ、ヒータエレメント５の熱膨張係数をＢ、第１接着層４ａの熱膨張係数をＣとしたとき、Ａ＜Ｃ＜Ｂ、またはＡ＞Ｃ＞Ｂという関係を満たすとよい。
また、本実施形態の静電チャック装置１では、ヒータエレメント５の熱膨張係数をＢ、第１接着層４ａの熱膨張係数をＣ、無機セラミック膜４ｂの熱膨張係数をＤとしたとき、Ｂ＜Ｄ＜Ｃ、またはＢ＞Ｄ＞Ｃという関係を満たすとよい。
このような関係を満たす場合、高温の使用条件においても装置の変形を効果的に抑制することができる。
図２は、本実施形態の静電チャック装置１の製造方法を示す説明図であり、第１接着層４ａ、ヒータエレメント５、無機セラミック膜４ｂを製造する工程について説明する工程図である。
まず、図２（ａ）に示すように、静電チャック部２を構成する支持板１２の表面に、無機接着材４ｘを介して、ヒータエレメント５の材料である金属薄膜５Ａを配置する。無機接着材４ｘとしては、たとえば、市販のガラスグリーンシートを用いることができる。
次いで、図２（ｂ）に示すように、支持板１２、無機接着材４ｘ、金属薄膜５Ａの全体を加熱して無機接着材４ｘを焼成し、第１接着層４ａを形成する。形成された第１接着層４ａは、金属薄膜５Ａを支持板１２に接着する。焼成条件は、用いる無機接着材４ｘに応じて異なるが、無機接着材４ｘに含まれる有機系のバインダが無くなり、無機接着材４ｘに含まれるシリカやアルミナの粒子が焼結する程度の温度および時間を設定するとよい。
次いで、図２（ｃ）に示すように、公知のフォトリソグラフィー法を用いてマスクを形成し、当該マスクを介して金属薄膜５Ａをエッチングする。これにより、所定のパターンを有するヒータエレメント５を形成する。
次いで、図２（ｄ）に示すように、セラミックをプラズマ溶射することで、ヒータエレメント５の隙間５ｘにセラミックの粒子ｐを堆積させて埋設する。さらにプラズマ溶射を続けることで、セラミック溶射膜を形成材料とする無機セラミック膜４ｂを形成し、ヒータ部１０を形成する。
この後、得られたヒータ部１０と支持板１２との積層体に対し所定の加工を施した後、当該積層体を無機セラミック膜４ｂの表面に接する第２接着層８（図１参照）を介して、温度調節用ベース部３に接着する。これにより、本実施形態の静電チャック装置１を製造することができる。
以上のような構成の静電チャック装置によれば、高温環境下でも使用することが可能な耐熱性の高い静電チャック装置を提供することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
１…静電チャック装置、２…静電チャック部、４ａ…接着層、４ａ…第１接着層、４ｂ…無機セラミック膜、５…ヒータエレメント、８…第２接着層、１９…載置面、Ｗ…板状試料

Claims (8)

  1. 一主面に板状試料を載置する載置面を有するとともに静電吸着用電極を備えた静電チャック部と、
    前記静電チャック部に対し前記載置面とは反対側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、
    前記静電チャック部と前記温度調節用ベース部との間に層状に配置されたヒータエレメントと、
    前記ヒータエレメントと前記静電チャック部との間に設けられ、前記ヒータエレメントと前記静電チャック部とを接着する第１接着層と、を備え、
    前記第１接着層は、無機ガラスまたは一部結晶化したガラス構造を有する無機物からなる静電チャック装置。
  2. 前記ヒータエレメントと前記温度調節用ベース部との間に、無機セラミック膜が設けられ、
    前記ヒータエレメントは、前記第１接着層と前記無機セラミック膜とで埋設されている請求項１に記載の静電チャック装置。
  3. 前記無機セラミック膜は、セラミック溶射膜である請求項２に記載の静電チャック装置。
  4. 前記セラミック溶射膜は、酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムの溶射膜である請求項３に記載の静電チャック装置。
  5. 前記無機セラミック膜と前記温度調節用ベース部との間に、第２接着層が設けられ、
    前記第２接着層は、有機接着剤を形成材料とする請求項２から４のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
  6. 前記静電チャック部の熱膨張係数をＡ、前記ヒータエレメントの熱膨張係数をＢ、前記第１接着層の熱膨張係数をＣとしたとき、Ａ＜Ｃ＜ＢまたはＡ＞Ｃ＞Ｂである請求項２から５のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
  7. 前記第１接着層の形成材料は、グリーンシートである請求項１から６のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
  8. 前記ヒータエレメントの熱膨張係数をＢ、前記第１接着層の熱膨張係数をＣ、前記無機セラミック膜の熱膨張係数をＤとしたとき、Ｂ＜Ｄ＜ＣまたはＢ＞Ｄ＞Ｃである請求項１から７のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
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