JPWO2012128348A1 - 静電チャック装置 - Google Patents

Abstract

本発明の静電チャック装置（１）は、板状試料を載置する載置面として一主面を有するとともに静電吸着用内部電極を内蔵してなる静電チャック部（２）と、前記静電チャック部（２）を冷却する冷却ベース部（３）とを備え、前記静電チャック部（２）の前記載置面と反対側の主面には、第1の接着材層（４）を介して加熱部材（５）が接着され、前記静電チャック部（２）及び前記加熱部材（５）と、前記冷却ベース部（３）とは、柔軟性及び絶縁性を有するアクリル系接着剤層（９）を介して接着一体化されている。

Description

本発明は、静電チャック装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、半導体製造プロセスにおけるプラズマエッチング等のエッチング処理において、半導体ウエハ等の板状試料を静電気力により吸着固定する際に好適に用いられ、使用するガスにより腐食する虞の無い静電チャック装置に関するものである。
本願は、２０１１年３月２３日に、日本に出願された特願２０１１−０６４３１１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

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、微細加工技術の更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一つであり、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一種である。プラズマエッチング技術においては、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、この状態で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って加速された電子がガス分子と衝突してなるプラズマ状態を発生させ、このプラズマから発生するラジカル（フリーラジカル）及びイオンを固体材料と反応させることによって固体材料を反応生成物として取り除く。このようなプロセスにより、プラズマエッチング技術は固体材料に微細パターンを形成する。
プラズマエッチング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使用されている。

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。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冷却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。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、静電チャック部と冷却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を参照）。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温度を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。

静電チャック部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部にヒータを内蔵する方法、静電チャック部の吸着面の裏側、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方法、等がある。このヒータ内蔵静電チャック部あるいはヒータを取り付けた静電チャック部と、この静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを、有機系接着剤層を介し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装置では、静電チャック部と冷却ベース部とを接着一体化させる有機系接着剤としてシリコーン系接着剤が用いられている。この静電チャック装置を多結晶シリコン（ポリシリコン）薄膜のエッチングに適用しようとした場合、シリコーン系接着剤がエッチングに使用するガスと反応してしまうという問題点があった。

そこで、シリコーン系接着剤の替わりにアクリル系接着剤を用いることが考えられているが、従来のアクリル系接着剤では、ショア硬さがＤ７０以上と硬く、静電チャック部と冷却ベース部との間の応力を緩和することが難しいという問題点がある。さらに、従来のアクリル系接着剤は、硬化時の収縮が大きく、この硬化収縮に伴い、得られたアクリル系接着剤層中にボイドが発生し、このアクリル系接着剤層の絶縁性を低下させるという問題点が生じる。

本発明は、上記の事情に鑑みて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応力を緩和することができ、また、硬化収縮があっても接着剤層中にボイドが発生する虞が無く、この接着剤層の絶縁性が低下する虞も無い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、上記の課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、静電チャック部及びそれに接着された加熱部材と、冷却ベース部とを、柔軟性及び絶縁性を有するアクリル系接着剤層を介して接着一体化すれば、静電チャック部と冷却ベース部との間の応力を緩和することができ、また、硬化収縮があっても接着剤層中にボイドが発生する虞が無く、この接着剤層の絶縁性が低下する虞も無いことを知見し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明の静電チャック装置は、板状試料を載置する載置面として一主面を有するとともに静電吸着用内部電極を内蔵してなる静電チャック部と、前記静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備え、前記静電チャック部の前記載置面と反対側の主面には、第1の接着材層を介して加熱部材が接着され、前記静電チャック部及び前記加熱部材と、前記冷却ベース部とは、柔軟性及び絶縁性を有するアクリル系接着剤層を介して接着一体化されている。

この静電チャック装置では、冷却ベース部と、静電チャック部及び該静電チャック部の載置面と反対側の主面に接着された加熱部材とを、柔軟性及び絶縁性を有するアクリル系接着剤層を介して接着一体化している。このアクリル系接着剤層が柔軟層となることで、この柔軟層が静電チャック部及び加熱部材と冷却ベース部との間の応力及び熱膨張差を緩和する。

本発明の静電チャック装置において、前記アクリル系接着剤層は、酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを１体積％以上かつ５０体積％以下含有してなることが好ましい。
この静電チャック装置では、アクリル系接着剤層が、酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを１体積％以上かつ５０体積％以下含有しているので、耐プラズマ性を低下させることなく、柔軟性が付与される。また、このアクリル系接着剤層の硬化収縮がアクリルモノマー単体と比較して抑制されることにより、静電チャック部及び加熱部材と冷却ベース部との間の応力をさらに緩和する。

本発明の静電チャック装置において、前記アクリル系接着剤層の厚みを２５０μｍ以下とし、前記加熱部材と前記冷却ベース部との間に設けられるスペーサのヤング率を５ＭＰａ以上かつ５ＧＰａ以下とし、該スペーサと前記アクリル系接着剤層との熱膨張差を±２００％以下とすることが好ましい。
この静電チャック装置では、アクリル系接着剤層の厚みを２５０μｍ以下とし、加熱部材と冷却ベース部との間に設けられるスペーサのヤング率を５ＭＰａ以上かつ５ＧＰａ以下としているので、このアクリル系接着剤層は、アクリル系接着剤の硬化収縮によるスペーサへの応力集中を回避する。また、このスペーサとアクリル系接着剤層との熱膨張差を±２００％以下としているので、繰り返しの熱応力によりスペーサに応力が発生するのを回避する。

本発明の静電チャック装置において、前記アクリル系接着剤層のショア硬さは、Ｄ４０以下であることが好ましい。
この静電チャック装置では、アクリル系接着剤層のショア硬さをＤ４０以下としているので、静電チャック部及び加熱部材と冷却ベース部との間の応力及び熱膨張差がさらに緩和される。

本発明の静電チャック装置において、前記静電吸着用内部電極に、この静電吸着用内部電極に電圧を印加する給電用端子を接続し、この給電用端子を囲むように絶縁碍子を設け、この絶縁碍子と前記静電チャック部との間の前記アクリル系接着剤層の厚みを５０μｍ以上かつ１５０μｍ以下とすることが好ましい。
この静電チャック装置では、絶縁碍子が静電吸着用内部電極に電圧を印加する給電用端子を囲むように設けられ、この絶縁碍子と静電チャック部との間のアクリル系接着剤層の厚みを５０μｍ以上かつ１５０μｍ以下としているので、絶縁碍子と静電チャック部との間の絶縁性を十分確保する。

本発明の静電チャック装置において、前記冷却ベース部の前記静電チャック部側の主面に、第２の接着材層を介して絶縁材層を設け、前記絶縁材層を、前記アクリル系接着剤層を介して前記静電チャック部に接着一体化することが好ましい。
この静電チャック装置では、絶縁材層を、アクリル系接着剤層を介して静電チャック部に接着一体化しているので、この絶縁材層が静電チャック部と冷却ベース部との間の絶縁を良好に維持し、絶縁破壊を防止する。これにより、静電チャック部と冷却ベース部との間の耐電圧性が向上する。

本発明の静電チャック装置によれば、静電チャック部及び加熱部材と、冷却ベース部とを、柔軟性及び絶縁性を有するアクリル系接着剤層を介して接着一体化したので、このアクリル系接着剤層により静電チャック部及び加熱部材と冷却ベース部との間の応力及び熱膨張差を緩和することができる。

また、アクリル系接着剤層が、酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを１体積％以上かつ５０体積％以下含有した場合には、フッ素ラジカルに対する耐食性を向上させることができる。このアクリル系接着剤層は柔軟性に優れているので、このアクリル系接着剤層により静電チャック部及び加熱部材と冷却ベース部との間の応力をさらに緩和することができる。

また、アクリル系接着剤層の厚みを２５０μｍ以下とし、加熱部材と冷却ベース部との間に設けられるスペーサのヤング率を５ＭＰａ以上かつ５ＧＰａ以下とし、該スペーサと前記アクリル系接着剤層との熱膨張差を±２００％以下とした場合には、このアクリル系接着剤層により、アクリル系接着剤の硬化収縮によるスペーサへの応力集中を緩和することができ、スペーサ近傍でのボイドの発生及び接着剤層の剥離を軽減することができる。したがって、このアクリル系接着剤層により、静電チャック部及び加熱部材と冷却ベース部との間の応力及び熱膨張差をさらに緩和することができる。

また、静電吸着用内部電極に電圧を印加する給電用端子を囲むように設けられた絶縁碍子と静電チャック部との間のアクリル系接着剤層の厚みを５０μｍ以上かつ１５０μｍ以下とした場合には、絶縁碍子と静電チャック部との間の絶縁性を十分に確保することができる。

さらに、絶縁材層を、アクリル系接着剤層を介して静電チャック部に接着一体化した場合には、この絶縁材層により静電チャック部と冷却ベース部との間の絶縁を良好に維持することができ、絶縁破壊を防止することができる。したがって、静電チャック部と冷却ベース部との間の耐電圧性を向上させることができる。

本発明の一実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。

本発明の静電チャック装置を実施するための形態について、図面に基づき説明する。なお、この形態は、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。

図１は、本発明の一実施形態の静電チャック装置を示す断面図であり、この静電チャック装置１は、円板状の静電チャック部２と、この静電チャック部２を所望の温度に冷却する厚みのある円板状の冷却ベース部３と、静電チャック部２の下面に接着された所定のパターンを有する第1の接着材層４と、この第1の接着材層４の下面に接着され該第1の接着材層４と同形状のパターンを有するヒータエレメント（加熱部材）５と、冷却ベース部３の上面に第２の接着材層６を介して接着された絶縁部材７と、ヒータエレメント５と絶縁部材７との間に設けられるスペーサ８と、静電チャック部２の下面のヒータエレメント５と冷却ベース部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柔軟性及び絶縁性を有するアクリル系接着剤層９とにより構成されている。

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を載置する載置面である載置板１１と、この載置板１１と一体化され載置板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と、この静電吸着用内部電極１３の周囲に設けられ静電吸着用内部電極１３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とにより構成されている。この載置板１１の載置面には、直径が板状試料の厚みより小さい突起部１６が複数個形成されており、これらの突起部１６が板状試料Ｗを支えることになっている。

これら載置板１１および支持板１２は円板状であり、両者が重ね合う面の形状が同一である。載置板１１および支持板１２は、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形成される。

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。静電吸着用内部電極１３の形状や、大きさは、その用途によって適宜調整される。この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（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）、チタン（Ｔｉ）等の高融点金属により形成されている。

この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、面積抵抗が大きくなりすぎて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、この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、この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（surround）、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を保護するとともに、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の外側の外周部領域を接合一体化する。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は棒状であり、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ている。給電用端子１５は、静電チャック部２内に固定される給電用端子１５ａと、この給電用端子１５ａに接合一体化されることで電気的に接続されるとともに冷却ベース部３及びアクリル系接着剤層９に固定される給電用端子１５ｂとにより構成されている。

この給電用端子１５の材料としては、耐熱性に優れた導電性材料であればよく、特に制限されるものではない。給電用端子１５ａの材料としては、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と同一組成、または類似組成が好適に用いられる。具体的には、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。

一方、給電用端子１５ｂの材料としては、熱膨張係数が後述する冷却ベース部３及びアクリル系接着剤層９の熱膨張係数に近似したものが好ましく、例えば、冷却ベース部３と同一組成、または類似組成の金属材料が好適に用いられる。具体的には、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） 、チタン（Ｔｉ）等が好適に用いられる。

この給電用端子１５は、絶縁碍子１７により冷却ベース部３に対して絶縁されている。この給電用端子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ることにより、静電チャック部２を構成している。

静電チャック部２の厚み、すなわち、これら載置板１１、支持板１２、静電吸着用内部電極１３及び絶縁材層１４の合計の厚みは０．７ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下が好ましい。静電チャック部２の厚みが０．７ｍｍ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３．０ｍｍ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しまい、その結果、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の横方向の熱伝達の増加により、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。

冷却ベース部３は、静電チャック部２の下側に設けられて、この静電チャック部２を冷却することで載置板１１の載置面を所望の温度に制御するとともに、高周波発生用電極を兼ね備えたものである。この冷却ベース部３内には、水や有機溶媒等の冷却用媒体を循環させる流路１８が形成され、上記の載置板１１上に載置される板状試料Ｗの温度を所望の温度に維持することができるようになっている。

この冷却ベース部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。この冷却ベース部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。

第1の接着材層４は、シート状またはフィルム状であって、ヒータエレメント５と同一のパターン形状を有する。第1の接着材層４の材料としては、ヒータエレメント５を支持板１２の下面に接着することができるものであればよく、耐熱性及び絶縁性を有する接着性樹脂、例えば、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。

この第1の接着材層４の厚みは５μｍ〜１００μｍが好ましく、より好ましくは１０μｍ〜５０μｍである。この第1の接着材層４の面内の厚みのバラツキは１０μｍ以内が好ましい。第1の接着材層４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に伝達される熱の面内均一性が低下し、静電チャック部２の載置面における面内温度が不均一となる。その結果、板状試料Ｗの面内温度の均一性が低下するので、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の接着材層４を介して配設され、幅の狭い帯状の金属材料を蛇行させたパターンを有する。このヒータエレメント５の両端部には給電用端子２１が接続され、この給電用端子２１は、絶縁碍子２２により冷却ベース部３に対して絶縁されている。このヒータエレメント５では、印加電圧を制御することにより、載置板１１の突起部１６上に静電吸着により固定されている板状試料Ｗの面内温度分布を精度良く制御するようになっている。

このヒータエレメント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ことが好ましい。ヒータエレメント５の材料としては、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）薄板等が好ましい。このような材料をフォトリソグラフィー法により、所望のヒーターパターンにエッチング加工することで、ヒータエレメント５が形成される。
ヒータエレメント５の厚みが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れば、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が高周波により自己発熱しない。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を形成すれば、ヒータエレメント５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２の載置面における温度分布を均一化することができる。

第２の接着材層６は、冷却ベース部３の上面に絶縁部材７を接着・固定するためのもので、第1の接着材層４と同様、シート状またはフィルム状の耐熱性及び絶縁性を有する接着性樹脂から形成される。この接着性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。特に、多結晶シリコン（ポリシリコン）薄膜をエッチングするエッチング装置に適用することを考慮すると、アクリル樹脂が好ましい。

この第２の接着材層６の厚みは、１０μｍ〜１００μｍが好ましく、より好ましくは２５μｍ〜５０μｍである。この第２の接着材層６の面内の厚みのバラツキは１０μｍ以内が好ましい。第２の接着材層６の面内の厚みのバラツキが１０μｍを超えると、冷却ベース部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、冷却ベース部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の載置面における面内温度が不均一となる。その結果、板状試料Ｗの面内温度の均一性が低下するので、好ましくない。

絶縁部材７は、シート状またはフィルム状の耐熱性及び絶縁性を有する樹脂から形成されている。この絶縁性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。特に、多結晶シリコン（ポリシリコン）薄膜をエッチングするエッチング装置に適用することを考慮すると、アクリル樹脂が好ましい。

この絶縁部材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、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。

この絶縁部材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を下回ると、静電チャック部２から冷却ベース部３への絶縁部材７を介しての熱伝達が難しくなり、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、ヒータエレメント５から冷却ベース部３への絶縁部材７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。

スペーサ８は、ヒータエレメント５と絶縁部材７との間に設けられて、これらの間隔を所定の間隔に保持するものである。スペーサ８により、ヒータエレメント５と絶縁部材７との間隔、すなわち静電チャック部２と冷却ベース部３との間隔を所定の間隔に保持することができる。
このスペーサ８のヤング率は、５ＭＰａ以上かつ５ＧＰａ以下であることが好ましく、より好ましくは５０ＭＰａ以上かつ３ＧＰａ以下である。スペーサ８のヤング率が５ＭＰａ未満では、接着時の荷重による変形が大きく、接着層を所定の厚みに維持することができなくなるから好ましくない。一方、５ＧＰａを超えると、アクリル系接着剤層９を形成する際に、アクリル系接着剤の硬化収縮時に、スペーサ８に硬化収縮時の応力が集中し、ボイドの発生及び接着剤層の剥離が生じるので好ましくない。

アクリル系接着剤層９は、柔軟性及び絶縁性を有する接着剤層であって、静電チャック部２及びヒータエレメント５と、冷却ベース部３及び絶縁部材７とを、対向させた状態でこれらを接着一体化する。
このアクリル系接着剤層９の厚みは、２５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２００μｍ以下である。アクリル系接着剤層９の厚みが２５０μｍを超えると、アクリル系接着剤の硬化収縮に伴う厚みの変化が大きくなり過ぎてしまい、得られたアクリル系接着剤層９に硬化収縮に起因するボイドが発生し、さらにはクラックや割れ等が生じる虞がある。その結果、アクリル系接着剤層９の絶縁性が低下する虞がある。

このアクリル系接着剤層９のショア硬さは、Ｄ４０以下であることが好ましく、より好ましくはＤ２５以下である。アクリル系接着剤層９のショア硬さがＤ４０を超えると、硬くなり過ぎてしまい、静電チャック部２と冷却ベース部３との間の応力を緩和することが難しくなる。ショア硬さの下限値は、Ｄ５であることが好ましく、Ｄ１０であることがより好ましい。アクリル系接着剤層９のショア硬さがＤ５未満であると、接着剤層の厚みにばらつきが生じ載置面の面内温度分布の均一性が低下する。

このアクリル系接着剤層９を構成するアクリル系接着剤としては、アクリル酸及びそのエステル、メタクリル酸及びそのエステル、アクリルアミド、アクリロニトリル、並びにこれらの重合体あるいは共重合体が挙げられる。これらの中でも、特に、ポリアクリル酸メチル等のポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸メチル等のポリメタクリル酸エステル等が好適に用いられる。

このアクリル系接着剤は、酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを１体積％以上かつ５０体積％以下、好ましくは１０体積％以上かつ４０体積％以下、さらに好ましくは２０体積％以上かつ３０体積％以下含有してなることが好ましい。このアクリル系接着剤では、酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを１体積％以上かつ５０体積％以下含有することにより、アクリル系接着剤のフッ素ラジカルに対する耐食性が向上する。また、酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを１体積％以上かつ５０体積％以下含有することで、アクリル系接着剤の柔軟性が向上し、その結果、静電チャック部２及びヒータエレメント５と冷却ベース部３との間の応力がさらに緩和される。

このアクリル系接着剤層９のうち、静電チャック部２と絶縁碍子１７との間により挟まれる領域の厚みは、５０μｍ以上かつ１５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは７０μｍ以上かつ１２０μｍ以下、さらに好ましくは８０μｍ以上かつ１２０μｍ以下である。上記領域の厚みを５０μｍ以上かつ１５０μｍ以下とすると、静電チャック部２と絶縁碍子１７との間の絶縁性を十分に確保することができる。上記領域の厚みが５０μｍを下回ると、静電チャック部２と絶縁碍子１７との間の絶縁性が不十分となるので好ましくない。一方、厚みが１５０μｍを超えると、静電チャック部２と絶縁碍子１７との間の絶縁性は確保されるものの、接着剤層の全体の厚みが厚くなり、冷却特性及び接着剤層の外周部のプラズマによる損傷が増加するので、好ましくない。

次に、この静電チャック装置１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）複合焼結体により板状の載置板１１及び支持板１２を作製する。この場合、炭化ケイ素粉体及び酸化アルミニウム粉体を含む混合粉体を所望の形状に成形し、その後、例えば１６００℃〜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１１及び支持板１２を得ることができる。

次いで、支持板１２に、給電用端子１５ａを嵌め込み保持するための固定孔を複数個形成する。
次いで、給電用端子１５ａを、支持板１２の固定孔に密着固定し得る大きさ、形状となるように作製する。この給電用端子１５ａとして導電性複合焼結体を用いる場合には、給電用端子１５ａの作製方法として、導電性セラミックス粉体を、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。この導電性セラミックス粉体としては、静電吸着用内部電極１３と同様の材料が好ましい。また、給電用端子１５ａとして金属を用いる場合には、給電用端子１５ａの作製方法として、高融点金属を研削法、粉体治金等の金属加工法等により成形する方法等が挙げられる。

次いで、給電用端子１５ａが嵌め込まれた支持板１２の表面の所定領域に、給電用端子１５ａに接触するように、上記の導電性セラミックス粉体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形成層とする。この塗布法としては、均一な厚さに塗布することができる点で、スクリーン印刷法、スピンコート法等が望ましい。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とする方法等がある。

また、支持板１２上の静電吸着用内部電極形成層を形成した領域以外の領域に、絶縁性、耐腐食性、耐プラズマ性を向上させるために、載置板１１及び支持板１２と同一組成または主成分が同一の粉体材料を含む絶縁材層１４を形成する。この絶縁材層１４は、例えば、載置板１１及び支持板１２と同一組成の絶縁材料粉体または主成分が同一の絶縁材料粉体を有機溶媒に分散した塗布液を、上記所定領域にスクリーン印刷等で塗布し、乾燥することにより形成することができる。

次いで、支持板１２上の静電吸着用内部電極形成層及び絶縁材層１４の上に載置板１１を重ね合わせ、次いで、これらを高温、高圧下にてホットプレスして一体化する。このホットプレスにおける雰囲気は、真空、あるいはＡｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等の不活性雰囲気が好ましい。また、圧力は５〜１０ＭＰａが好ましく、温度は１６００℃〜１８５０℃が好ましい。

このホットプレスにより、静電吸着用内部電極形成層は焼成されて導電性複合焼結体からなる静電吸着用内部電極１３となる。同時に、支持板１２及び載置板１１は、絶縁材層１４を介して接合一体化される。また、給電用端子１５ａは、高温、高圧下でのホットプレスで再焼成され、支持板１２の固定孔に密着固定される。これら接合体の上下面、外周およびガス穴等を機械加工し、静電チャック部２とする。

次いで、この静電チャック部２の支持板１２の表面（下面）の所定の領域に、アクリル樹脂等の耐熱性及び絶縁性を有する接着性樹脂を貼着し、第１の接着材層４とする。この第１の接着材層４の接着性樹脂としては、シート状またはフィルム状であって、ヒータエレメント５と同一のパターン形状を有する樹脂を用いる。この第１の接着材層４は、支持板１２の表面（下面）に、アクリル樹脂等の耐熱性及び絶縁性を有する接着性樹脂シートまたは接着性樹脂フィルムを貼着し、このシートまたはフィルムにヒータエレメント５と同一のパターンを形成することによっても作製することができる。

次いで、この第1の接着材層４上に、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、所望のヒーターパターンにエッチング加工し、ヒータエレメント５とする。これにより、支持板１２の表面（下面）に所望のヒーターパターンを有するヒータエレメント５が第1の接着材層４を介して形成されたヒータエレメント付き静電チャック部が得られる。

次いで、所定の大きさ及び形状の給電用端子２１を作製する。この給電用端子２１の材料は、ヒータエレメント５と同質の材料が好ましく、給電用端子２１とヒータエレメント５とは電気的に接続されている。接続方法としては、ネジもしくは溶接による方法が挙げられる。

一方、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） 等からなる金属材料に機械加工を施し、必要に応じて、この金属材料の内部に水を循環させる流路等を形成する。さらに、この金属材料に給電用端子１５ｂ及び絶縁碍子１７を嵌め込み保持するための固定孔と、給電用端子２１及び絶縁碍子２２を嵌め込み保持するための固定孔とを形成し、冷却ベース部３とする。この冷却ベース部３の少なくともプラズマに曝される面には、アルマイト処理を施すか、あるいはアルミナ等の絶縁膜を成膜することが好ましい。

次いで、冷却ベース部３の静電チャック部２との接合面を、例えばアセトンを用いて脱脂、洗浄し、この接合面上の所定位置に、アクリル樹脂、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を貼着し、第２の接着材層６とする。
次いで、この第２の接着材層６上に、アクリル樹脂、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樹脂を貼着し、絶縁部材７とする。この絶縁部材７の樹脂としては、シート状又はフィルム状であって第２の接着材層６と同一の平面形状を有する樹脂を用いる。

次いで、第２の接着材層６及び絶縁部材７が積層された冷却ベース部３上の所定領域に、アクリル系接着剤を塗布する。このアクリル系接着剤は、例えば、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル樹脂中に酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを１体積％以上かつ５０体積％以下添加することにより得られる。このアクリル系接着剤の塗布量は、静電チャック部２と冷却ベース部３とがスペーサ８等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。
このアクリル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３上の所定領域に精度良く形成する必要があることから、スクリーン印刷法が好ましい。

塗布後、静電チャック部２と冷却ベース部３とをアクリル系接着剤を介して重ね合わせる。この際、給電用端子１５ｂ及び絶縁碍子１７と、給電用端子２１及び絶縁碍子２２を、冷却ベース部３中に穿孔された給電用端子収容孔（図示略）に挿入し嵌め込む。
次いで、静電チャック部２下面のヒータエレメント５と冷却ベース部３上面の絶縁部材７との間隔がスペーサ８の厚みになるまで落し込み、押し出された余分のアクリル系接着剤を除去する。

以上により、静電チャック部２及びヒータエレメント５と、冷却ベース部３及び絶縁部材７とは、アクリル系接着剤層９を介して接合一体化され、本実施形態の静電チャック装置１が得られることとなる。

このようにして得られた静電チャック装置１は、静電チャック部２及びヒータエレメント５と、冷却ベース部３及び絶縁部材７とを、柔軟性及び絶縁性を有するアクリル系接着剤層９を介して接着一体化したので、このアクリル系接着剤層９により、静電チャック部２と冷却ベース部３との間の応力及び熱膨張差を緩和することができる。

また、アクリル系接着剤層９が、酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを１体積％以上かつ５０体積５以下含有するので、フッ素ラジカルに対する耐食性を向上させることができる。このアクリル系接着剤層９は柔軟性に優れているので、このアクリル系接着剤層９により、静電チャック部２及びヒータエレメント５と、冷却ベース部３及び絶縁部材７との間の応力をさらに緩和することができる。

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

｛実施例｝
（静電チャック装置の作製）
公知の方法により、内部に厚み１５μｍの静電吸着用内部電極１３が埋設された静電チャック部２を作製した。この静電チャック部２の載置板１１は、炭化ケイ素を８質量％含有する酸化アルミニウム−炭化ケイ素複合焼結体であり、直径は３２０ｍｍ、厚みは４ｍｍの円板状であった。

また、支持板１２も載置板１１と同様、炭化ケイ素を８質量％含有する酸化アルミニウム−炭化ケイ素複合焼結体であり、直径は３２０ｍｍ、厚みは４ｍｍの円板状であった。これら載置板１１及び支持板１２を接合一体化することにより、静電チャック部２の全体の厚みは８ｍｍとなっていた。

この接合体に機械加工を施し、直径２９８ｍｍ、厚み４ｍｍとした後、この載置板１１の静電吸着面を、高さが４０μｍの多数の突起部１６を形成することで凹凸面とした。また、これらの突起部１６の頂面を板状試料Ｗの保持面とし、凹部と静電吸着された板状試料Ｗとの間に形成される溝に冷却ガスを流すことができるようにした。

一方、直径３５０ｍｍ、高さ３０ｍｍのアルミニウム製の冷却ベース部３を、機械加工により作製した。この冷却ベース部３の内部には冷媒を循環させる流路１８を形成した。また、幅２ｍｍ、長さ２μｍ、高さ７５μｍの角形状のスペーサを、ポリイミドシートにて作製した。

次いで、この静電チャック部２の支持板１２の表面（下面）を、アセトンを用いて脱脂、洗浄し、この表面の所定の領域に、厚み２５μｍのアクリル樹脂からなるシート接着剤を貼着し、第1の接着材層４とした。
次いで、この第1の接着材層４上に、厚みが１００μｍのチタン（Ｔｉ）薄板を載置した。次いで、真空中、１５０℃にて加圧保持し、静電チャック部２とチタン（Ｔｉ）薄板とを接着固定した。

次いで、チタン（Ｔｉ）薄板をフォトリソグラフィー法により、所定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５とした。また、このヒータエレメント５に、チタン製の給電用端子２１を溶接法を用いて立設し、静電チャック部２の固定孔に給電用端子１５ａを嵌め込み固定した。これにより、ヒータエレメント付き静電チャック部が得られた。

次いで、冷却ベース部３の静電チャック部２との接合面を、アセトンを用いて脱脂、洗浄し、この接合面上の所定位置に、第２の接着材層６として厚み５０μｍのアクリル樹脂からなるシート接着剤を貼着し、次いで、このシート接着剤上に、絶縁部材７として厚み５０μｍのポリイミドフィルムを貼着した。

次いで、シート接着剤及びポリイミドフィルムが積層された冷却ベース部３上に、スクリーン印刷法によりアクリル系接着剤を塗布し、次いで、静電チャック部２と冷却ベース部３とをアクリル系接着剤を介して重ね合わせた。
次いで、静電チャック部２下面のヒータエレメント５と冷却ベース部３上面の絶縁部材７との間隔がスペーサ８の厚みになるまで落し込んだのち、１１０℃にて５時間保持した。その後、アクリル系接着剤を硬化させて静電チャック部２と冷却ベース部３とを接合させ、さらに、給電用端子１５ａに、導電性シリコン接着剤を用いてチタン製の給電用端子１５ｂを接着固定し、実施例の静電チャック装置を作製した。なお、アクリル系接着剤層９のショア硬さは、Ｄ２０であった。

（評価）
この静電チャック装置を真空チャンバに装置し、フロン系冷媒により冷却ベース部を２０℃に一定に保った状態で、載置面にシリコンウエハを配置した。その後、給電用端子１５に２５００Ｖの直流電圧を印加した状態で、ヒータエレメント５によりシリコンウエハを断続的に加熱した。このようなプロセスにより、シリコンウエハの表面温度が１００℃と２０℃との間を繰り返す、繰り返し加熱試験を計１０００回実施した。
その結果、１０００回繰り返し加熱した後の超音波探査傷装置を用いた観察により、接着剤層に剥離等の無いことが確認された。また、三次元測定による加熱前後での平面度変化は３μｍであり、給電用端子１５と冷却ベース部の間において、４０００Ｖ以上の耐電圧を有していた。

｛比較例｝
（静電チャック装置の作製）
静電チャック部２と冷却ベース部３とを、Ｄ５０のアクリル系接着剤を介して重ね合わせた他は、実施例に準じて、比較例の静電チャック装置を作製した。

（評価）
この静電チャック装置を真空チャンバに装置し、フロン系冷媒により冷却ベース部を２０℃に一定に保った状態で、載置面にシリコンウエハを配置した。その後、給電用端子１５に２５００Ｖの直流電圧を印加した状態で、ヒータエレメント５によりシリコンウエハを断続的に加熱した。このようなプロセスにより、シリコンウエハの表面温度が１００℃と２０℃との間を繰り返す、繰り返し加熱試験を計１０００回実施した。
その結果、１２０回目の降温時に給電用端子１５と冷却ベース部３の間で放電が生じ、渦電流により電源が停止した。この試験後、超音波探査傷装置を用いた観察により、アクリル接着剤層の剥離が確認された。

１ 静電チャック装置
２ 静電チャック部
３ 冷却ベース部
４ 第1の接着材層
５ ヒータエレメント
６ 第２の接着材層
７ 絶縁部材
８ スペーサ
９ アクリル系接着剤層
１１ 載置板
１２ 支持板
１３ 静電吸着用内部電極
１４ 絶縁材層
１５、１５ａ、１５ｂ 給電用端子
１６ 突起部
１７ 絶縁碍子
２１ 給電用端子
２２ 絶縁碍子
Ｗ 板状試料

Claims (6)

1. 板状試料を載置する載置面として一主面を有するとともに静電吸着用内部電極を内蔵してなる静電チャック部と、
   前記静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備え、
   前記静電チャック部の前記載置面と反対側の主面には、第1の接着材層を介して加熱部材が接着され、
   前記静電チャック部及び前記加熱部材と、前記冷却ベース部とは、柔軟性及び絶縁性を有するアクリル系接着剤層を介して接着一体化されている静電チャック装置。
2. 前記アクリル系接着剤層は、酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを１体積％以上かつ５０体積％以下含有してなる請求項１記載の静電チャック装置。
3. 前記アクリル系接着剤層の厚みを２５０μｍ以下とし、前記加熱部材と前記冷却ベース部との間に設けられるスペーサのヤング率を５ＭＰａ以上かつ５ＧＰａ以下とし、該スペーサと前記アクリル系接着剤層との熱膨張差を±２００％以下とした請求項１記載の静電チャック装置。
4. 前記アクリル系接着剤層のショア硬さは、Ｄ４０以下である請求項１記載の静電チャック装置。
5. 前記静電吸着用内部電極に、この静電吸着用内部電極に電圧を印加する給電用端子を接続し、この給電用端子を囲むように絶縁碍子を設け、この絶縁碍子と前記静電チャック部との間の前記アクリル系接着剤層の厚みを５０μｍ以上かつ１５０μｍ以下とした請求項１記載の静電チャック装置。
6. 前記冷却ベース部の前記静電チャック部側の主面に、第２の接着材層を介して絶縁材層を設け、
   前記絶縁材層を、前記アクリル系接着剤層を介して前記静電チャック部及び前記加熱部材に接着一体化したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の静電チャック装置。

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