JP2007243139A

JP2007243139A - Electrostatic chuck

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Publication number: JP2007243139A
Application number: JP2006256892A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Miyaji; 淳宮地; Ikuo Itakura; 郁夫板倉; Shoichiro Himuro; 正一郎氷室
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2026-09-22
Also published as: JP4052343B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic chuck that can be manufactured by a simple manufacturing process, and is highly reliable in electrical insulation between an electrode and a metal plate and between electrodes, and especially to provide an electrostatic chuck having a high wafer cooling capacity. <P>SOLUTION: The metal plate 21 in which an insulator film 22 is formed on the surface by flame spraying, and a dielectric substrate 24 in which the electrode 25 is formed on the surface, are joined by interposing an insulating adhesive 23 so that the electrode 25 is disposed opposite thereto. The thickness of the insulator film 22 is 0.3 mm or higher and 0.6 mm or smaller. The thermal conductivity of the insulating adhesive 23 is 1 W/mK or higher, and that of the insulator film 22 is larger than that of the insulating adhesive 23. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体基板やガラス基板などを吸着する静電チャックに関する。 The present invention relates to an electrostatic chuck that adsorbs a semiconductor substrate, a glass substrate, or the like.

エッチング、ＣＶＤ、スパッタリング、イオン注入、アッシングなどを行うプラズマなどの加工熱が加わる真空処理チャンバー内で、半導体基板やガラス基板を吸着保持する手段として、特許文献１〜４に開示される静電チャックが用いられている。 Electrostatic chucks disclosed in Patent Documents 1 to 4 as means for adsorbing and holding a semiconductor substrate or a glass substrate in a vacuum processing chamber to which processing heat such as plasma for etching, CVD, sputtering, ion implantation, ashing and the like is applied Is used.

特許文献１に開示される従来の静電チャックの構造は、図４に示すように、金属プレート１００上にシリコーン樹脂等の有機接着剤１０１を介して電極１０２を内部に保持した誘電体層１０３を接着一体化している。そして、誘電体層１０３内に電極１０２を埋設する方法としては、焼成することで誘電体層となるセラミックグリーンシートの表面に電極（タングステン）をプリントし、更にこの上に別のセラミックグリーンシートを重ねて焼成（ホットプレス）している。また、上記と略同様の構成で、特許文献２に開示されるように、セラミックの平均粒子径を２μｍ以下に抑えた静電チャックもある。 As shown in FIG. 4, the structure of the conventional electrostatic chuck disclosed in Patent Document 1 is a dielectric layer 103 in which an electrode 102 is held on a metal plate 100 via an organic adhesive 101 such as a silicone resin. Are integrated. And as a method of embedding the electrode 102 in the dielectric layer 103, an electrode (tungsten) is printed on the surface of the ceramic green sheet which becomes the dielectric layer by firing, and another ceramic green sheet is further formed thereon. Stacked and fired (hot press). Further, as disclosed in Patent Document 2, there is an electrostatic chuck having an approximately similar configuration to that described above, in which the average particle diameter of the ceramic is suppressed to 2 μm or less.

図４に示されるタイプの静電チャックは、電極１０２を埋設する製造方法が複雑なため工期が長期化するなど、製作するに簡便な方法ではなかった。より詳細には、誘電体内部に電極を入れ込むために、二枚の誘電体基板を焼成、成型した後に、電極材料を挟み込んでホットプレス等の加熱加圧処理により一体化するなど、技術的に高度で複雑な工程を必要としていた。 The electrostatic chuck of the type shown in FIG. 4 is not a simple method for manufacturing because the manufacturing method for embedding the electrode 102 is complicated and the construction period is prolonged. More specifically, in order to insert an electrode inside the dielectric, after two dielectric substrates are fired and molded, the electrode material is sandwiched and integrated by heating and pressing such as hot pressing. It requires a sophisticated and complicated process.

そこで、上記工程が複雑な誘電体内部に電極を保持した静電チャックに対して工程を簡略化したタイプの静電チャックも提案されている（特許文献３，４）。
特許文献３では、アルミニウムなどの金属材からなるベース板上に接着剤を介在させてベース板に対向するように誘電体基板表面に電極を固定した静電チャックが開示されている。
また、特許文献４には、誘電層基板の表面に電極を形成し、その上にポリイミドなどの絶縁性の樹脂を貼り付けたものを、金属ベースプレートに接合された静電チャックが開示されている。
特開平１０-２２３７４２号公報特開２００３-１５２０６５号公報実開平４-１３３４４３号公報特開２００１-３３８９７０号公報 In view of this, an electrostatic chuck of a type in which the process is simplified with respect to the electrostatic chuck in which an electrode is held inside a dielectric having a complicated process has been proposed (Patent Documents 3 and 4).
Patent Document 3 discloses an electrostatic chuck in which an electrode is fixed on the surface of a dielectric substrate so as to face the base plate with an adhesive interposed on a base plate made of a metal material such as aluminum.
Further, Patent Document 4 discloses an electrostatic chuck in which an electrode is formed on the surface of a dielectric layer substrate, and an insulating resin such as polyimide is pasted thereon and bonded to a metal base plate. .
Japanese Patent Laid-Open No. 10-223742 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-152065 Japanese Utility Model Publication No. 4-133443 JP 2001-338970 A

しかしながら、特許文献３、４いずれの静電チャックも絶縁信頼性を高度に保持しつつ冷却性能を充分に満足できる構造ではなかった。
特許文献３の静電チャックでは電極２とベース板３との間に介在させる絶縁性接着剤を充分厚くすれば絶縁信頼性は向上させることはできるが、接着剤として一般に使用されるシリコーン等の樹脂は熱伝導率が悪く、特に誘電体基板表面に吸着させるウエハーの冷却性能が充分に確保できなかった。
また、特許文献４の静電チャックではポリイミドなどの絶縁性の樹脂を用いるため、その部分の熱伝導率が悪く、同様にウエハーの冷却性能が充分に確保できなかった。 However, none of the electrostatic chucks of Patent Documents 3 and 4 has a structure that can sufficiently satisfy the cooling performance while maintaining high insulation reliability.
In the electrostatic chuck of Patent Document 3, the insulation reliability can be improved if the insulating adhesive interposed between the electrode 2 and the base plate 3 is made sufficiently thick. However, such as silicone generally used as the adhesive The resin has poor thermal conductivity, and in particular, the cooling performance of the wafer to be adsorbed on the surface of the dielectric substrate could not be secured sufficiently.
Further, since the electrostatic chuck of Patent Document 4 uses an insulating resin such as polyimide, the thermal conductivity of the portion is poor, and the wafer cooling performance cannot be secured sufficiently.

そこで、本発明では、簡便な製造プロセスで製作可能であり、電極と金属プレート間、電極間などの電気絶縁の信頼性が高い静電チャックでありつつ、特にウェーハ冷却能力が高い静電チャックを提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, an electrostatic chuck that can be manufactured by a simple manufacturing process and has high reliability of electrical insulation between the electrode and the metal plate, between the electrodes, etc., and particularly has high wafer cooling ability. The purpose is to provide.

本発明では、上記課題を達成するために、表面に溶射によって絶縁体膜が形成された金属プレートと、表面に電極が形成された誘電体基板とが、前記電極が対向するように絶縁性接着剤を介在して接合され、前記絶縁体膜の厚みが０．６ｍｍ以下であることを特徴とする静電チャックを提供する。
本発明の好ましい形態においては、前記絶縁体膜の厚みが０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であるようにする。
本発明の好ましい形態においては、前記絶縁性接着剤の熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上であるようにする。
本発明の好ましい形態においては、前記絶縁性接着剤の厚みが０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であるようにする。
本発明の好ましい形態においては、前記絶縁体膜の熱伝導率が前記絶縁性接着剤の熱伝導率より大きいようにする。 In the present invention, in order to achieve the above-mentioned problem, a metal plate having an insulator film formed on the surface by thermal spraying and a dielectric substrate having an electrode formed on the surface are insulatively bonded so that the electrodes face each other. Provided is an electrostatic chuck which is bonded through an agent and has a thickness of the insulator film of 0.6 mm or less.
In a preferred embodiment of the present invention, the insulator film has a thickness of 0.3 mm or more and 0.6 mm or less.
In a preferred embodiment of the present invention, the insulating adhesive has a thermal conductivity of 1 W / mK or more.
In a preferred embodiment of the present invention, the insulating adhesive has a thickness of 0.1 mm to 0.3 mm.
In a preferred embodiment of the present invention, the thermal conductivity of the insulator film is made larger than the thermal conductivity of the insulating adhesive.

本発明によれば、簡便な製造プロセスで製作可能であり、電極と金属プレート間、電極間などの電気絶縁の信頼性が高い静電チャックでありつつ、特にウェーハ冷却能力が高い静電チャックを提供することが可能となる。 According to the present invention, an electrostatic chuck that can be manufactured by a simple manufacturing process and has a high electrical insulation reliability between the electrode and the metal plate, between the electrodes, etc., and particularly has a high wafer cooling capability. It becomes possible to provide.

以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る静電チャックを組み込んだプラズマ処理装置の全体図、図２は同静電チャックの断面図、図３は同静電チャックの組立て手順を説明した図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an overall view of a plasma processing apparatus incorporating an electrostatic chuck according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the electrostatic chuck, and FIG. 3 is a diagram illustrating an assembly procedure of the electrostatic chuck.

プラズマ処理装置はチャンバー１内にプラズマ発生用の上部電極１０と静電チャック２０が配置される。またチャンバー１の天井にはＣＦ４やＯ２等の反応ガス導入口２と、減圧装置に繋がる排気口３とで形成されている。 In the plasma processing apparatus, an upper electrode 10 for generating plasma and an electrostatic chuck 20 are disposed in a chamber 1. The ceiling of the chamber 1 is formed with a reaction gas introduction port 2 such as CF4 or O2 and an exhaust port 3 connected to a decompression device.

静電チャック２０の基本的な構成は、金属プレート２１の表面に溶射によって絶縁体膜２２が形成される。この絶縁体膜２２の上に絶縁性接着剤層２３を介して誘電体基板２４が接合され、この誘電体基板２４の表面は半導体ウェーハ等の被吸着物Ｗの載置面とされ、下面には電極２５，２５が形成されている。そして、これら電極２５，２５に給電するためのリード線２６，２６が金属プレート２１を貫通して下方まで延びている。尚、リード線２６と金属プレート２１とは絶縁されている。 The basic structure of the electrostatic chuck 20 is that an insulator film 22 is formed on the surface of a metal plate 21 by thermal spraying. A dielectric substrate 24 is bonded to the insulator film 22 via an insulating adhesive layer 23, and the surface of the dielectric substrate 24 is used as a mounting surface for an object W to be adsorbed such as a semiconductor wafer. Are provided with electrodes 25 and 25. Lead wires 26 and 26 for supplying power to the electrodes 25 and 25 extend downward through the metal plate 21. The lead wire 26 and the metal plate 21 are insulated.

また、上記の静電チャック２０を組み立てるには、図３に示すように、予め絶縁体膜２２が形成された金属プレート２１と、電極２５が形成された誘電体基板２４を用意し、金属プレート２１の絶縁体膜２２と誘電体基板２４の電極２５が対向するようにして絶縁性接着剤２３を介して両者を接合する。 In order to assemble the electrostatic chuck 20, as shown in FIG. 3, a metal plate 21 on which an insulator film 22 is formed in advance and a dielectric substrate 24 on which an electrode 25 is formed are prepared. The insulating film 22 of 21 and the electrode 25 of the dielectric substrate 24 are bonded to each other through an insulating adhesive 23 so as to face each other.

前記金属プレート２１はアルミニウム合金や銅等の熱伝導性に優れた金属からなり、内部には冷媒通路２１ａが形成される。 The metal plate 21 is made of a metal having excellent thermal conductivity such as an aluminum alloy or copper, and a coolant passage 21a is formed inside.

前記絶縁体膜２２には電極と金属プレート間の電気絶縁性および処理熱を金属プレートに伝える伝熱性が必要とされる。絶縁体膜２２の材料としては、絶縁性接着剤の熱伝導率よりも熱伝導率が大きい材料が好ましく、無機材料、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックが最も好ましい。 The insulator film 22 is required to have electrical insulation between the electrode and the metal plate and heat transfer to transfer the processing heat to the metal plate. As a material of the insulator film 22, a material having a thermal conductivity larger than that of the insulating adhesive is preferable, and an inorganic material, for example, ceramic such as alumina (Al2O3) is most preferable.

このような絶縁性接着剤の熱伝導率よりも熱伝導率が大きい材料からなる絶縁体膜を厚さ０．６ｍｍ以下で設けることにより、絶縁信頼性を確保しつつ、絶縁接着剤層単独の場合よりも熱伝導性が良好になり、ウエハの冷却効率が向上する。また、溶射法により形成することで、プレートの加熱劣化を生じることなく、かつ余計な接着剤を用いることなく上記絶縁体膜が形成できる。 By providing an insulator film made of a material having a thermal conductivity larger than the thermal conductivity of such an insulating adhesive with a thickness of 0.6 mm or less, the insulating adhesive layer alone can be secured while ensuring insulation reliability. The thermal conductivity becomes better than the case, and the cooling efficiency of the wafer is improved. Moreover, by forming by a thermal spraying method, the said insulator film can be formed, without producing heat deterioration of a plate and using an extra adhesive agent.

絶縁体膜としては２Ｗ／ｍＫ以上にするのが好ましい。このようにすることで、絶縁接着剤層単独の場合よりも熱伝導性が充分に良好になり、ウエハの冷却効率が一層向上する。 The insulating film is preferably 2 W / mK or more. By doing so, the thermal conductivity becomes sufficiently better than the case of the insulating adhesive layer alone, and the cooling efficiency of the wafer is further improved.

また、絶縁体膜の厚みは、冷却効率を上げるためには、できるだけ薄い方が望ましく、基板吸着のために印加される電圧に対し絶縁性を確保するためにはできるだけ厚い方が望ましい。これらを両立される前記絶縁体膜の厚みは０．３ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下となる。 Further, the thickness of the insulator film is preferably as thin as possible in order to increase the cooling efficiency, and as thick as possible in order to ensure insulation against the voltage applied for substrate adsorption. The thickness of the insulator film that achieves both of these is 0.3 mm or more and 0.6 mm or less.

絶縁性接着剤２３には電極間および電極と外部との電気絶縁性、処理熱を冷却プレートに伝える伝熱性、誘電層基板と表面に溶射によって絶縁膜が形成された金属プレートの線膨張係数差によるせん断応力を緩和させるための可とう性が必要とされる。 The insulating adhesive 23 has an electrical insulation between the electrodes and between the electrodes and the outside, a heat transfer property that transfers processing heat to the cooling plate, and a difference in linear expansion coefficient between the dielectric layer substrate and the metal plate on which the insulating film is formed by thermal spraying. Flexibility is required to relieve the shearing stress caused by.

絶縁性接着剤２３としては、熱伝導率が１Ｗ／ｍｋ以上あるのが好ましく、より好ましくは１．６Ｗ／ｍＫ以上である。上記熱伝導率の絶縁性接着剤は、例えばシリコーン樹脂等にアルミナやチッ化アルミをフィラーとして添加することで得ることができる。 The insulating adhesive 23 preferably has a thermal conductivity of 1 W / mk or more, more preferably 1.6 W / mK or more. The insulating adhesive having the thermal conductivity can be obtained by adding alumina or aluminum nitride as a filler to a silicone resin, for example.

前記絶縁性接着剤の厚みは、冷却効率を上げるためには、できるだけ薄い方が望ましく、前記表面に溶射によって絶縁膜が形成された金属プレートと前記誘電体基板との線膨張係数差によるせん断応力に対し前記絶縁性接着剤層の剥離などを防止するためには、できるだけ厚い方が望ましい。これらを両立させる前記接着剤層の厚みは０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下となる。 The thickness of the insulating adhesive is preferably as thin as possible in order to increase the cooling efficiency, and the shear stress due to the difference in linear expansion coefficient between the metal plate having the insulating film formed on the surface by thermal spraying and the dielectric substrate. On the other hand, in order to prevent the insulating adhesive layer from being peeled off, it is desirable that it is as thick as possible. The thickness of the adhesive layer that balances these becomes 0.1 mm or more and 0.3 mm or less.

また、絶縁性接着剤の可とう性は、伸び率３０％以上が好ましい。これ以上の可とう性があれば絶縁膜が形成された金属プレートと前記誘電体基板との線膨張係数差によるせん断応力に対し前記絶縁性接着剤層の剥離などを防止するために十分な接着性を得ることができる。 The flexibility of the insulating adhesive is preferably 30% or more. Adhesion sufficient to prevent exfoliation of the insulating adhesive layer against shear stress due to the difference in linear expansion coefficient between the metal plate on which the insulating film is formed and the dielectric substrate if there is more flexibility than this Sex can be obtained.

前記誘電体基板２４に用いる材料は静電チャックに求められる様々な要求によって選択するが、熱伝導率、絶縁耐圧の信頼性などを考慮するとセラミック焼結体を用いるのが好ましい。
セラミック焼結体は、アルミナ、イットリア、炭化珪素、チッ化アルミニウム等のいずれでもよい。 The material used for the dielectric substrate 24 is selected according to various requirements required for the electrostatic chuck, but it is preferable to use a ceramic sintered body in consideration of thermal conductivity, reliability of withstand voltage, and the like.
The ceramic sintered body may be any of alumina, yttria, silicon carbide, aluminum nitride and the like.

セラミック焼結体の体積固有抵抗値も、使用温度における体積抵抗率が１０14ｃｍΩ以上（クーロン型静電チャック）でも、使用温度における体積抵抗率が１０8〜１０11ｃｍΩ（ジョンセン−ラーベック型静電チャック）でもよい。 The volume resistivity of the ceramic sintered body may be 10 14 cmΩ or more (Coulomb type electrostatic chuck) at the use temperature, or 10 8 to 10 11 cmΩ (Johnsen-Rahbek type electrostatic chuck) at the use temperature. .

クーロン力型静電チャックの場合、実用的な電圧範囲（±１０００Ｖ〜±５０００Ｖ好ましくは、±２０００Ｖ〜±５０００Ｖ）で使用するためには、吸着力確保のため前記誘電体基板の厚みは、０．５ｍｍ以下とすることが望ましく、構造体として製作可能な前記誘電体基板の厚みは０．２ｍｍ以上（好ましくは０．３ｍｍ以上）が好ましい。 In the case of a Coulomb force type electrostatic chuck, in order to use it in a practical voltage range (± 1000 V to ± 5000 V, preferably ± 2000 V to ± 5000 V), the thickness of the dielectric substrate is 0 in order to secure an attractive force. The thickness of the dielectric substrate that can be manufactured as a structure is preferably 0.2 mm or more (preferably 0.3 mm or more).

ジョンセン−ラーベック型静電チャックを実用的な電圧範囲（±５００Ｖ〜±２０００Ｖ）で使用するためには、前記誘電体基板の厚みは、１．５ｍｍ以下とすることが望ましく、構造体として製作可能な前記誘電体基板の厚みは０．２ｍｍ以上（好ましくは０．３ｍｍ以上）が好ましい。 In order to use a Johnsen-Rahbek type electrostatic chuck in a practical voltage range (± 500 V to ± 2000 V), the thickness of the dielectric substrate is preferably 1.5 mm or less, and can be manufactured as a structure. The thickness of the dielectric substrate is preferably 0.2 mm or more (preferably 0.3 mm or more).

前記誘電体基板を構成する粒子としては平均粒子径が２μｍ以下のものが耐プラズマ性
を向上させる上で好ましい。平均粒子径を２μｍ以下とする事で、ウェーハレスクリーニ
ングを繰返し行っても、誘電体基板の吸着面粗さの変化が小さい静電チャックを提供する
ことができる。 As the particles constituting the dielectric substrate, those having an average particle diameter of 2 μm or less are preferable for improving the plasma resistance. By setting the average particle diameter to 2 μm or less, it is possible to provide an electrostatic chuck with a small change in the attracting surface roughness of the dielectric substrate even when wafer rescreening is repeated.

また、前記電極２５は誘電体基板２４の表面を研削加工した後にＣＶＤやＰＶＤによってＴｉＣやＴｉなどの導電膜を形成し、この導電膜をサンドブラストやエッチングすることで、所定の電極パターンを得ることができる。 In addition, the electrode 25 is obtained by grinding the surface of the dielectric substrate 24, forming a conductive film such as TiC or Ti by CVD or PVD, and obtaining a predetermined electrode pattern by sandblasting or etching the conductive film. Can do.

半導体製造装置に使用される静電チャックに求められる最も重要な役割は、ウェハ加工時に発生する処理熱を効率よく冷媒に逃がし、ウェハを所望の温度以下に冷却し且つウェハ面内の温度を均一にコントロールすることである。ドライエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、プラズマアッシング装置などプラズマを発生させてウェハ処理を行なう装置においてはプラズマによって発生する熱を逃がす必要があり、スパッタリング装置、イオン注入装置などのプラズマを発生させない装置においても、ウェハ処理時に発生する処理熱を逃がす必要がある。また半導体製造装置にはスループットと呼ばれるウェハ１枚あたりにかかる処理時間の短縮が常に要求されている。そのため半導体処理装置の世代が新しくなる毎に、スループットを短縮するためにプラズマパワーや処理熱量を増加させるので、静電チャックにおいては、冷却効率の向上が常に求められる。本発明は上記要求に比較的低い製造コストで答えられる静電チャックといえる。 The most important role required for electrostatic chucks used in semiconductor manufacturing equipment is to efficiently dissipate processing heat generated during wafer processing to a coolant, cool the wafer below the desired temperature, and make the temperature in the wafer surface uniform. Is to control. In an apparatus that generates plasma such as a dry etching apparatus, a plasma CVD apparatus, or a plasma ashing apparatus, it is necessary to release the heat generated by the plasma. Even in an apparatus that does not generate plasma, such as a sputtering apparatus or an ion implantation apparatus. It is necessary to release the processing heat generated during wafer processing. Semiconductor manufacturing apparatuses are always required to reduce the processing time per wafer called throughput. Therefore, every time a new generation of a semiconductor processing apparatus is used, the plasma power and the amount of processing heat are increased in order to reduce the throughput. Therefore, in the electrostatic chuck, improvement in cooling efficiency is always required. The present invention can be said to be an electrostatic chuck that can meet the above requirements at a relatively low manufacturing cost.

以下に、本発明の静電チャックの誘電体基板の製造方法を、クーロン力型静電チャックとジョンセン−ラーベック型静電チャックとの場合に分けて例示する。 Hereinafter, the dielectric substrate manufacturing method of the electrostatic chuck according to the present invention will be exemplified for the case of the Coulomb force type electrostatic chuck and the Johnsen-Rahbek type electrostatic chuck.

クーロン力型静電チャックの誘電体基板２４の製作方法としては例えば、平均粒子径０．１μｍ、純度９９．９９％以上のアルミナ原料粉末に、アクリル系バインダーを添加、調整後スプレードライヤーで造粒し、顆粒粉を作製する。その後、ＣＩＰ（ラバープレス）またはメカプレス成形後、所定の形状に加工し、１２５０〜１４５０℃の大気雰囲気下で焼成する。さらにＨＩＰ処理（熱間等方圧加圧）をおこなう。ＨＩＰ条件はＡｒガス１０００気圧以上とし、温度は焼成温度と同じ１２５０〜１４５０℃とする。このような条件のもとで、極めて緻密で且つ構成粒子の平均粒子径が２μｍ以下、２０±３℃において体積抵抗率が１０１４Ωｃｍ以上、相対密度が９９％以上、熱伝導率３０Ｗ／ｍＫ以上の誘電体基板２４が得られる。 As a method of manufacturing the dielectric substrate 24 of the Coulomb force type electrostatic chuck, for example, an acrylic binder is added to an alumina raw material powder having an average particle diameter of 0.1 μm and a purity of 99.99% or more, and granulated by a spray dryer after adjustment. And granule powder is prepared. Then, after forming CIP (rubber press) or mechanical press, it is processed into a predetermined shape and fired in an air atmosphere at 1250 to 1450 ° C. Further, HIP processing (hot isostatic pressing) is performed. The HIP condition is Ar gas of 1000 atm or higher, and the temperature is 1250 to 1450 ° C. which is the same as the firing temperature. Under such conditions, the particles are extremely dense and have an average particle diameter of 2 μm or less, a volume resistivity of 1014 Ωcm or more at 20 ± 3 ° C., a relative density of 99% or more, and a thermal conductivity of 30 W / mK or more. A dielectric substrate 24 is obtained.

また、ジョンセン−ラーベック型静電チャックの誘電体基板２４の製作方法としては例えば、平均粒子径０．１μｍ、純度９９．９９％以上のアルミナ原料粉末を主成分とし、これに０．２ｗｔ％より大きく、０．６ｗｔ％以下の酸化チタン（ＴｉＯ２）を混合粉砕し、アクリル系バインダーを添加、調整後スプレードライヤーで造粒し、顆粒粉を作製する。その後、ＣＩＰ（ラバープレス）またはメカプレス成形後、所定の形状に加工し、１１５０〜１３５０℃の還元雰囲気下で焼成する。さらにＨＩＰ処理（熱間等方圧加圧）をおこなう。ＨＩＰ条件はＡｒガス１０００気圧以上とし、温度は焼成温度と同じ１１５０〜１３５０℃とする。このような条件のもとで、極めて緻密で且つ構成粒子の平均粒子径が２μｍ以下、２０±３℃において体積抵抗率が１０８〜１０11Ωｃｍ以上、相対密度が９９％以上、熱伝導率３０Ｗ／ｍＫ以上の誘電体基板２４が得られる。 As a method for manufacturing the dielectric substrate 24 of the Johnsen-Rahbek type electrostatic chuck, for example, an alumina raw material powder having an average particle diameter of 0.1 μm and a purity of 99.99% or more is used as a main component. A large, 0.6 wt% or less titanium oxide (TiO2) is mixed and pulverized, an acrylic binder is added, and after adjustment, the mixture is granulated with a spray dryer to produce granulated powder. Then, after forming CIP (rubber press) or mechanical press, it is processed into a predetermined shape and fired in a reducing atmosphere at 1150 to 1350 ° C. Further, HIP processing (hot isostatic pressing) is performed. The HIP condition is Ar gas of 1000 atm or higher, and the temperature is 1150 to 1350 ° C. which is the same as the firing temperature. Under such conditions, the particles are extremely dense, the average particle diameter of the constituent particles is 2 μm or less, the volume resistivity is 108 to 10 11 Ωcm or more at 20 ± 3 ° C., the relative density is 99% or more, and the thermal conductivity is 30 W / mK. The above dielectric substrate 24 is obtained.

尚、ここで示す平均粒子径とは、以下のプラニメトリック法で求められた粒子径である。まず、S E Mで誘電体基板の写真を撮り、この写真上で面積( A )の既知の円を描き、円内の粒子数ｎc と円周にかかった粒子数ni から( 1 )式によって単位面積あたりの粒子数N G を求める。
N G = ( nc + 1 / 2 ni ) / ( A / ｍ2 ) ・・・ ( 1 )
ここで示すｍは写真の倍率である。1 / N G が1個の粒子の占める面積であるから、粒子径は円相当径は2 /√ (π N G )、で得られる。
In addition, the average particle diameter shown here is a particle diameter calculated | required with the following planimetric methods. First, take a picture of the dielectric substrate with SEM, draw a circle with a known area (A) on this picture, and calculate the unit area from the number of particles nc in the circle and the number of particles ni on the circumference by equation (1). Find the number of particles per particle NG.
NG = (nc + 1/2 ni) / (A / m2) (1)
M shown here is the magnification of the photograph. Since 1 / NG is the area occupied by one particle, the particle diameter can be obtained as 2 / √ (π NG).

本発明に係る静電チャックを組み込んだプラズマ処理装置の全体図Overall view of a plasma processing apparatus incorporating an electrostatic chuck according to the present invention 同静電チャックの断面図Cross section of the electrostatic chuck 同静電チャックの組立て手順を説明した図The figure explaining the assembly procedure of the electrostatic chuck 従来の静電チャックの断面図Cross section of conventional electrostatic chuck

符号の説明Explanation of symbols

１…チャンバー、２…反応ガス導入口、３…排気口、１０…上部電極、２０…静電チャック、２１…金属プレート、２１ａ…冷媒通路、２２…絶縁体膜、２３…絶縁性接着剤層、２４…誘電体基板、２５…電極、２６…リード線、１００…金属プレート、１０１…有機接着剤、１０２…電極、１０３…誘電体層、Ｗ…被吸着物。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber, 2 ... Reaction gas introduction port, 3 ... Exhaust port, 10 ... Upper electrode, 20 ... Electrostatic chuck, 21 ... Metal plate, 21a ... Refrigerant passage, 22 ... Insulator film, 23 ... Insulating adhesive layer 24 ... dielectric substrate, 25 ... electrode, 26 ... lead wire, 100 ... metal plate, 101 ... organic adhesive, 102 ... electrode, 103 ... dielectric layer, W ... adsorbed material.

本発明では、上記課題を達成するために、表面に溶射によって電気絶縁体膜が形成された金属プレートと、表面に電極が形成された相対密度９９％以上、熱伝導率３０Ｗ／ｍｋ以上の誘電体基板とが、前記電極と前記電気絶縁体膜とが対向するように電気絶縁性接着剤を介在して接合され、前記電気絶縁性接着剤の熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする静電チャックを提供する。
本発明の好ましい形態においては、前記電気絶縁性接着剤の可とう性は、伸び率３０％以上であるようにする。
本発明の好ましい形態においては、前記電気絶縁体膜の厚みが０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であるようにする。
本発明の好ましい形態においては、前記電気絶縁性接着剤の厚みが０．１ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下であるようにする。
本発明の好ましい形態においては、前記電気絶縁体膜の熱伝導率が前記電気絶縁性接着剤の熱伝導率より大きいようにする。 In the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, a metal plate having an electrical insulator film formed on the surface by thermal spraying, and a dielectric having a relative density of 99% or more and a thermal conductivity of 30 W / mk or more having electrodes formed on the surface. A body substrate is joined via an electrically insulating adhesive so that the electrode and the electrically insulating film face each other, and the thermal conductivity of the electrically insulating adhesive is 1 W / mK or more. An electrostatic chuck is provided.
In a preferred embodiment of the present invention, the flexibility of the electrical insulating adhesive is such that the elongation is 30% or more .
In a preferred embodiment of the present invention, the electric insulator film has a thickness of 0.3 mm to 0.6 mm.
In a preferred embodiment of the present invention, the electrical insulating adhesive has a thickness of 0.1 mm or more and 0.3 mm or less.
In a preferred embodiment of the present invention, the thermal conductivity of the electrical insulator film is made larger than the thermal conductivity of the electrical insulating adhesive.

Claims

表面に溶射によって絶縁体膜が形成された金属プレートと、表面に電極が形成された誘電
体基板とが、前記電極が対向するように絶縁性接着剤を介在して接合され、前記絶縁体膜
の厚みが０．６ｍｍ以下であることを特徴とする静電チャック。 A metal plate having an insulator film formed on the surface thereof and a dielectric substrate having an electrode formed on the surface are joined together with an insulating adhesive so that the electrodes face each other, and the insulator film The electrostatic chuck is characterized by having a thickness of 0.6 mm or less.

請求項１に記載の静電チャックにおいて、前記絶縁体膜の厚みが０．３ｍｍ以上０．６ｍ
ｍ以下であることを特徴とする静電チャック。 The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the insulator film has a thickness of 0.3 mm to 0.6 m.
An electrostatic chuck characterized by being m or less.

請求項１から２に記載の静電チャックにおいて、前記絶縁性接着剤の熱伝導率が１Ｗ／ｍ
Ｋ以上であることを特徴とする静電チャック。 3. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the insulating adhesive has a thermal conductivity of 1 W / m.
An electrostatic chuck characterized by being K or more.

請求項１から３に記載の静電チャックにおいて、前記絶縁性接着剤の厚みが０．１ｍｍ以
上、０．３ｍｍ以下であることを特徴とする静電チャック。 4. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the thickness of the insulating adhesive is 0.1 mm or more and 0.3 mm or less.

請求項１から４に記載の静電チャックにおいて、前記絶縁体膜の熱伝導率が前記絶縁性接
着剤の熱伝導率より大きいことを特徴とする静電チャック。 5. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein a thermal conductivity of the insulator film is larger than a thermal conductivity of the insulating adhesive.