JP6077301B2 - 静電チャック - Google Patents

Description

本発明は、例えば、半導体ウェハの固定、半導体ウェハの平面度の矯正などに用いられる静電チャックに関するものである。

従来より、半導体製造装置では、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）に対して、ドライエッチング（例えばプラズマエッチング）等の処理が行われている。このドライエッチングの精度を高めるためには、半導体ウェハを確実に固定しておく必要があるので、半導体ウェハを固定する固定手段として、静電引力によって半導体ウェハを固定する静電チャックが提案されている（例えば特許文献１参照）。

具体的には、特許文献１に記載の静電チャックでは、セラミック絶縁板の内部に吸着用電極を有しており、その吸着用電極に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて、半導体ウェハをセラミック絶縁板の上面（吸着面）に吸着させるようになっている。この静電チャックは、セラミック絶縁板の下面（接合面）に金属ベースを接合することによって構成されている。

また、近年では、吸着面に吸着された半導体ウェハの加工を好適に行うために、静電チャックに対して、半導体ウェハの温度を調節（加熱または冷却）する機能を持たせた技術が知られている。

例えば、セラミック絶縁板内に（例えば螺旋状に形成された）ヒータ電極を設け、ヒータ電極でセラミック絶縁板を加熱することにより、吸着面上の半導体ウェハを加熱する技術が知られている。

更に、前記特許文献１には、セラミック絶縁板内に吸着面にて開口する冷却用ガス流路を設け、冷却用ガス流路を流れる冷却用ガス（例えばヘリウムガス）を吸着面上の半導体ウェハに接触させることにより、半導体ウェハを冷却する技術が開示されている。

また、これとは別に、上述した構造の静電チャックにおいては、セラミック絶縁板と金属ベースとは熱膨張率が異なるので、温度が変化すると、セラミック絶縁板と金属ベースとの間に生じる熱応力によって、静電チャックに反りが発生することがある。

この対策として、近年では、セラミック絶縁板と金属ベースとの間に、応力緩和層を設けた技術が提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００５−１３６１０４号公報 特開２００９−７１０２３号公報

上述したヒータ電極は、例えばＷ等などのヒータ電極の材料（発熱体ペースト）を用いて、例えばスクリーン印刷によって細い線を螺旋状や蛇行状などに形成することによって作製されるが、製造工程において、ヒータ電極の厚みや幅などにムラなどが生じた場合などには、半導体ウェハと接触するセラミック絶縁体にも温度ムラ（平面方向における温度のばらつき）が生じ、結果として、半導体ウェハにも温度ムラが生じるという問題があった。

そして、このように半導体ウェハに温度ムラがあると、例えばプラズマエッチングによって半導体ウェハにパターンを形成する場合に、処理の度合いがばらつくなどの問題が生じ易いため、歩留まりが低下してしまう。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、静電チャックの吸着側（第１主面側）の温度ムラ、従って、静電チャックに吸着された被吸着物に対する温度ムラの発生を低減できる静電チャックを提供することにある。

（１）本発明は、第１態様として、第１主面及び第２主面を有するとともに、吸着用電極を有する吸着用基板と、前記第２主面側に配置され、前記吸着用基板を加熱するヒータを有するヒータ部材と、を積層した構成を備え、前記吸着用電極に電圧を印加した際に生じる静電引力を用いて被吸着物を前記第１主面に吸着させる静電チャックにおいて、前記吸着用基板と前記ヒータ部材との間に、方向によって熱伝導率が異なる異方性熱伝導体を備えるとともに、前記異方性熱伝導体を、前記吸着用基板と前記ヒータ部材とを積層した積層方向よりも該積層方向に対して垂直方向の熱伝導率が大きくなるように配置し、且つ、前記静電チャックを前記積層方向から見た場合に、前記静電チャックの中心側の中心部に、第１の異方性熱伝導体を備えるとともに、前記中心部より外周側の外周部に、第２の異方性熱伝導体を備え、更に、前記第１の異方性熱伝導体と前記第２の異方性熱伝導体との間に、前記第１の異方性熱伝導体及び前記第２の異方性熱伝導体よりも熱の伝導性の低い断熱部を備えたことを特徴とする。

本第１態様では、吸着用基板とヒータ部材との間に、方向によって熱伝導率が異なる異方性熱伝導体、即ち、積層方向よりも積層方向に対して垂直方向の熱伝導率が大きくなるような異方性熱伝導体を備えている。

従って、ヒータ部材に設けられたヒータの構造や配置等により（ヒータの場所によって）発熱状態にムラがあった場合でも、異方性熱伝導体によって、積層方向より垂直方向に温度が伝わり易いので（即ち基板表面の平面方向に熱が伝わり易いので）、その平面方向における温度ムラが緩和される。これにより、吸着用基板の温度ムラ（吸着用基板の広がる方向（即ち基板表面の平面方向）における温度ムラ）を低減することができる。

従って、吸着用基板に吸着された半導体ウェハ等の吸着物の温度ムラを低減できるので、例えばプラズマエッチングによって半導体ウェハにパターンを形成する場合のように、処理の度合いがばらつくなどの問題の発生を低減することができ、歩留まりを向上することができる。

ここで、異方性熱伝導体によって温度ムラが緩和される理由は、この異方性熱伝導体は、積層方向には温度が伝わりにくいので、ヒータに温度ムラがあった場合でも、ヒータによる温度は、まず、積層方向と垂直の方向（基板表面と同様な平面方向）に温度が伝わって、異方性熱伝導体内部において温度が均一化され、その均一化された温度が吸着用基板側に伝わるからと考えられる。

なお、積層方向と垂直方向との熱伝導率の差としては、本発明者の研究によれば、例えば１００倍以上あれば、温度ムラを好適に低減できるので望ましい。

また、本第１態様では、静電チャックの中心部と外周部とに、それぞれ第１の異方性熱伝導体と第２の異方性熱伝導体とを備えるとともに、両異方性熱伝導体の間に断熱部を備えている。

従って、例えば中心部と外周部とをヒータや冷却用ガスによって異なる温度に制御する場合には、中心部と外周部とを異なる温度に容易に調節できるとともに、中心部における温度を均一化でき、且つ、外周部における温度を均一化することができる。

これによって、被吸着材の温度を中心側と外周側とで異なる温度で且つそれぞれ均一な温度に制御できるので、被吸着材に対して一層複雑な処理を行うことができる。
なお、第１の異方性熱伝導体と第２の異方性熱伝導体とは、上述のように、方向によって熱伝導率が異なるものであり、積層方向よりも（積層方向に対して）垂直方向の熱伝導率が大きくなるように配置されているが、第１の異方性熱伝導体と第２の異方性熱伝導体とは、全く同一である必要はなく、異なる材料や異なる特性（熱伝導率等）のものを採用できる。

（２）本発明は、第２態様として、前記静電チャックの中心部に、該中心部の温度を調節する第１のヒータを備えるとともに、前記外周部に、該外周部の温度を調節する第２のヒータを備えたことを特徴とする。

本第２態様では、静電チャックの中心部と外周部とに、異なるヒータを備えているので、各ヒータの温度を制御することにより、被吸着材の温度を所望の温度に容易に調節することができる。

（３）本発明は、第３態様として、前記異方性熱伝導体は、グラファイトから構成されており、前記異方性熱伝導体の前記積層方向における両表面に、それぞれ金属メッキ層を備えるとともに、前記各金属メッキ層の表面に、前記吸着用基板及び前記ヒータ部材のそれぞれとの接合を行う各接着剤層を備えたことを特徴とする。

本第３態様では、グラファイトからなる異方性熱伝導体（例えばグラファイトシート）の両面に、金属メッキ層を備えている。この金属メッキ層は、接着剤層との接合性が高いので、異方性熱伝導体と接着剤層（従って吸着用基板やヒータ部材）との接合性が高いという利点がある。

つまり、グラファイトからなるシート等の部材は、接着剤の濡れ性が低いので、本第４態様では、グラファイトより接合性の高い金属メッキ層を設けることにより、接着剤層との接合性を高めている。

（４）本発明は、第４態様として、前記吸着用基板と前記ヒータ部材とは、主としてセラミックから構成されており、前記接着剤層は、前記セラミックと前記異方性熱伝導体との間の熱膨張率及び柔軟性を有することを特徴とする。

吸着用基板及びヒータ部材と異方性熱伝導体とは、異なる材料から構成されており、よって熱膨張率が異なるので、温度が変化した場合には、隣接する部材間に熱応力が加わる。しかし、本第４態様では、接着剤層（緩衝層）は、セラミック及び異方性熱伝導体に比べて柔軟性を有するので、接着剤層に隣接する部材間に加わる熱応力を緩和できる。よって、静電チャックの熱応力による変形（反り）を抑制することができる。

なお、ここで、柔軟性とは、外力が加わった場合の柔らかさ（曲げや易さ）を示しており、例えばヤング率で示すことができる。つまり、接着剤層は、セラミックや異方性熱伝導体に比べ、ヤング率が低い。
（５）本発明は、第５態様として、前記吸着用基板及び前記ヒータ部材はアルミナ質焼結体であり、前記断熱部の熱伝導率は、前記断熱部の周辺のアルミナよりも熱伝導率が小さいことを特徴とする。

なお、以下に、上述した本発明の各構成について説明する。
・静電チャックとしては、吸着用基板の第２主面側に、板状の異方性熱伝導体、板状のヒータ部材、板状の金属ベースを配置し、それらを、接着剤層によって接合した構成を採用できる。

なお、吸着用基板と異方性熱伝導体との間や、異方性熱伝導体とヒータ部材との間に、その他の各種の部材（異方性熱伝導体ではない部材）を配置することができる。
・吸着用基板を構成する主要な材料（導電部分以外の絶縁材料）としては、セラミックを採用できる。また、セラミックで構成する場合には、複数のセラミック層を積層して形成すると、内部に各種の構造を容易に形成できるので好適である。

このセラミックとしては、アルミナ、イットリア（酸化イットリウム）、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックを主成分とする焼結体などが挙げられる。

また、用途に応じて、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよいし、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどの誘電体セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよい。

なお、半導体製造におけるドライエッチングなどの各処理においては、プラズマを用いた技術が種々採用され、プラズマを用いた処理においては、ハロゲンガスなどの腐食性ガスが多用されている。このため、腐食性ガスやプラズマに晒される静電チャックには、高い耐食性が要求される。従って、吸着用基板は、腐食性ガスやプラズマに対する耐食性がある材料、例えば、アルミナやイットリアを主成分とする材料からなることが好ましい。

・ヒータ部材の絶縁部分の材料として、前記吸着用基板と同様なセラミック材料やポリイミド樹脂を採用できる。
・吸着用電極、ヒータを構成する導体の材料としては特に限定されないが、同時焼成法によってこれらの導体及びセラミック部分を形成する場合、導体中の金属粉末は、セラミック絶縁板の焼成温度よりも高融点である必要がある。例えば、セラミック部分がいわゆる高温焼成セラミック（例えばアルミナ等）からなる場合には、導体中の金属粉末として、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等やそれらの合金が選択可能である。

このセラミック部分がいわゆる低温焼成セラミック（例えばガラスセラミック等）からなる場合には、導体中の金属粉末として、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等やそれらの合金が選択可能である。

また、セラミック部分が高誘電率セラミック（例えばチタン酸バリウム等）からなる場合には、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等やそれらの合金が選択可能である。

なお、吸着用電極、ヒータは、金属粉末を含む導体ペーストを用い、従来周知の手法、例えば印刷法等により塗布された後、焼成することで形成することができる。
・被吸着物としては、半導体ウェハ、ガラス基板等が挙げられる
・異方性熱伝導体を構成する材料としては、グラファイト、ポリイミド樹脂等が挙げられる。

・断熱部としては、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、シリコーン樹脂等を充填した構成を挙げられる。また、単に空間や溝等としてもよい。
・金属メッキ層を構成する材料としては、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等の金属の単体や、それらの合金を採用できる。なお、メッキ方法としては、周知の無電解メッキ等を採用できる。

・接着剤層を構成する材料としては、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂などの樹脂材料や、インジウムなどの金属材料を選択することができる。

特に、例えば１００℃以上の耐熱性を有する各種の樹脂製の接着剤が好ましく、また、セラミックよりも低熱伝導性であると、前記温度ムラを抑制する性能が向上するので、一層好ましい。

また、セラミック材料の熱膨張率と金属ベースの熱膨張率との差が大きいため、接着剤層は、緩衝材としての機能を有する弾性変形可能（柔軟な）な樹脂材料からなることが特に好ましい。

・なお、金属ベースの材料としては、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）等を採用できる。

実施例１の静電チャックを一部破断して示す斜視図である。 実施例１の静電チャックを厚み方向に破断した一部を拡大して示す説明図である。 （ａ）は実施例１に用いられるグラファイトシートの平面図、（ｂ）はヒータの平面方向における配置状態を示す説明図である。 グラファイトシート等を厚み方向に破断し、その方向における熱伝導率の違いを示す説明図である。 実施例１の静電チャックを厚み方向に破断し、静電チャックを駆動するための電力の供給状態を示す説明図である。 実施例１の静電チャックを厚み方向に破断し、静電チャックの一部の電極やヒータに対する電気的接続部分を示す説明図である。 実施例２の静電チャックを厚み方向に破断した一部を拡大して示す説明図である。 （ａ）は実施例２に用いられるグラファイトシートや断熱部の平面図、（ｂ）は第１、第２のヒータの平面方向における配置状態を示す説明図である。 実験条件１〜３の実験に用いる静電チャックのモデルを示す説明図であり、（ａ）はモデルの全体を示す説明図、（ｂ）〜（ｄ）はモデル１〜３の一部を拡大して示す説明図である。 実験条件４の実験に用いる静電チャックのモデルを示す説明図である。

以下に、本発明を実施するための形態（実施例）について説明する。

ここでは、例えば半導体ウェハを吸着保持できる静電チャックを例に挙げる。
ａ）まず、本実施例の静電チャックの構造について説明する。
図１に示す様に、本実施例の静電チャック１は、図１の上側にて半導体ウェハ３を吸着する装置であり、例えば直径３４０ｍｍ×厚み２０ｍｍの円盤状の金属ベース（クーリングプレート）５の厚み方向の一方に側（同図上方）に、半導体ウェハ３を吸着するために、例えば直径３００ｍｍ×厚み３ｍｍの円盤状の吸着用部材７を接合したものである。

特に、本実施例では、後に詳述するように、吸着用部材７は、円盤状の吸着用基板９、円盤状の異方性熱伝導体であるグラファイトシート１１、円盤状のヒータ部材１３等などを積層して形成されている。

以下、各構成について説明する。
前記吸着用部材７の内部には、半導体ウェハ３を冷却するヘリウム等の冷却用ガスを供給するトンネルである冷却用ガス供給路１５が設けられ、その表面（上面）である吸着面１７には、冷却用ガス供給路１５が開口する複数の冷却用開口部１９や、冷却用開口部１９から供給された冷却用ガスが吸着面１７全体に広がるように設けられた環状の冷却用溝２５が設けられている。

なお、吸着用基板９及びヒータ部材１３は、後述する複数のセラミック層が積層されたものであり、（その絶縁部分は）アルミナを主成分とするアルミナ質焼結体である。
一方、金属ベース５は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属製であり、その内部には、吸着用部材７を冷却する冷却用液体（例えばフッ素化液又は純水）が充填される冷却用空間２７が設けられている。

図２に詳細に示すように、吸着用基板９は、５層の第１〜第５セラミック層９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅが積層され、ヒータ部材１３は、第６〜８セラミック層１３ａ、１３ｂ、１３ｃが積層されている。なお、同図において、吸着用基板９の上面が第１主面であり、下面が第２主面である。

吸着用基板９の構成は、基本的に従来とほぼ同様であり、その内部において、吸着面１７の（同図）下方には、例えば平面形状が半円状の一対の吸着用電極２９、３１（図１参照）が形成されている。ここでは、第２、第３セラミック層９ｂ、９ｃの間に吸着用電極２９、３１が形成されている。

この吸着用電極２９、３１とは、静電チャック１を使用する場合には、両吸着用電極２９、３１の間に、直流高電圧を印加し、これにより、半導体ウェハ３を吸着する静電引力（吸着力）を発生させ、この吸着力を用いて半導体ウェハ３を吸着して固定するものである。

また、ヒータ部材１３には、従来と同様に、例えば同一平面にて軸中心を回るように螺旋状に巻き回されたヒータ（発熱体）３３が形成されている。ここでは、第６、第７セラミック層１３ａ、１３ｂの間にヒータ３３が形成されている。

なお、吸着用電極２９、３１やヒータ３３は、例えばタングステンから構成されている。
特に、本実施例では、吸着用基板９とヒータ部材１３との間には、異方性熱伝導体であるグラファイトシート１１が配置されており、グラファイトシート１１の（積層方向における）両側には、例えばＮｉからなる金属メッキ層３５、３７が形成されている。

更に、吸着用基板９と上側の金属メッキ層３５との間には、例えばシリコーン樹脂からなる接着剤層３９が配置されるとともに、下側の金属メッキ層３７とヒータ部材１３との間にも、同様な接着剤層４１が配置されている。

なお、ヒータ部材１３と金属ベース５との間にも、同様な接着剤層４３が配置されている。
ここで、接着剤層３９〜４３を構成するシリコーン樹脂は、アルミナやグラファイトに比較して柔軟性が高く、ヤング率は、アルミナやグラファイトに比較して小さい値である。

図３（ａ）に示す様に、グラファイトシート１１は、例えば直径３００ｍｍ×厚み１ｍｍの円盤状の部材であり、その中央部分には、複数の冷却用ガス供給路１５などに対応して、複数の貫通孔４５が形成されている。なお、図３（ｂ）に示す様に、ヒータ３３は、グラファイトシート１１の全面を加熱するように、グラファイトシート１１の（図２における）下方の全面にわたって螺旋状に形成されている。

このグラファイトシート１１は、方向によって熱伝導率が異なる異方性熱伝導体であり、本実施例では、図４に示す様に、積層方向（同図上下方向）よりも積層方向に対して垂直方向（同図左右方向：吸着面１７が広がる平面方向）の熱伝導率が大きくなるような特性を有している。

具体的には、積層方向（Ｚ方向）における熱伝導率は、７Ｗ／ｍＫであり、積層方向に対する垂直方向（水平方向：ＸＹ方向）における熱伝導率は、１７００Ｗ／ｍＫであり、熱伝導率の違いは２４０倍以上である。

ｂ）次に、本実施例の静電チャック１の電気的な構成について説明する。
図５に示すように、静電チャック１の吸着用電極２９、３１、ヒータ３３には、それぞれを作動させるために電源回路が接続されている。

具体的には、吸着用電極２９、３１には第１電源回路４７が接続され、ヒータ３３には第２電源回路４９が接続され、それらの動作は、マイコンを含む電子制御装置５１によって制御される。

なお、図６に一部を示すように、吸着用電極３１、ヒータ３３と、電源回路４７、４９との接続は、内部接続端子５３、５５を利用して行うことができる。なお、図６では、内部接続端子の一部のみを例示している。

つまり、吸着用電極２９、３１、ヒータ３３は、ビア５７、５９や内部導電層６１などを介して、同図下方に開口する内部孔６３、６５のメタライズ層６７、６９に導通しており、このメタライズ層６７、６９にそれぞれ内部接続端子５３、５５が形成されている。

従って、内部接続端子５３、５５に端子ピン（図示せず）を接続することにより、吸着用電極２９、３１、ヒータ３３に電力を供給することができる。
ｃ）次に、本実施例の静電チャック１の製造方法について、簡単に説明する。

(1)図示しないが、原料としては、主成分であるＡｌ₂Ｏ₃：９２重量％、ＭｇＯ：１重量％、ＣａＯ：１重量％、ＳｉＯ₂：６重量％の各粉末を混合して、ボールミルで、５０〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。

(2)次に、この粉末に、メタクリル酸イソブチルエステル：３重量％、ブチルエステル：３重量％、ニトロセルロース：１重量％、ジオクチルフタレート：０．５重量％を加え、更に溶剤として、トリクロール−エチレン、ｎ−ブタノールを加え、ボールミルで混合して、流動性のあるスラリーとする。

(3)次に、このスラリーを、減圧脱泡後平板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させて、（第１〜第８セラミック層９ａ〜９ｅ、１３ａ〜１３ｃに対応する）第１〜第８アルミナグリーンシートを形成する。

そして、この第１〜第８アルミナグリーンシートに対して、冷却用ガス供給路１５等の冷却ガスの流路となる空間や貫通孔、内部孔６３、６５となる空間、更にはビア５７、５９となるスルーホールを、必要箇所に開ける。

(4)また、前記アルミナグリーンシート用の原料粉末中にタングステン粉末を混ぜて、前記と同様な方法によりスラリー状にして、メタライズインクとする。
(5)そして、吸着用電極２９、３１、ヒータ３３、内部導電層６１を形成するために、前記メタライズインクを用いて、それぞれの電極やヒータの形成箇所に対応したアルミナグリーンシート上に、通常のスクリーン印刷法により、各パターンを印刷する。なお、ビア５７、５９を形成するために、スルーホールに対して、メタライズインクを充填する。

(6)次に、第１〜第５アルミナグリーンシートを、冷却ガスの流路などが形成されるように位置合わせして、熱圧着し、（吸着用基板用の）第１積層シートを形成する。同様に、第６〜第８アルミナグリーンシートを、冷却ガスの流路などが形成されるように位置合わせして、熱圧着し、（ヒータ部材用の）第２積層シートを形成する。

(7)次に、熱圧着した第１、第２積層シートを、所定の円板形状（例えば８インチサイズの円板形状）にカットする。
(8)次に、カットした第１、第２積層シートを、還元雰囲気にて、１４００〜１６００℃の範囲（例えば１９５０℃）にて５時間焼成（本焼成）し、第１、第２アルミナ質焼結体を作製する。

(9)次に、第１、第２アルミナ質焼結体の必要な箇所に、メタライズ層６７、６９や内部接続端子５３、５５を設ける。
(10)これとは別に、グラファイトシート１１の両側（厚み方向の両側）に対して、無電解メッキを行い、例えば厚み３μｍのＮｉからなる金属メッキ層３５、３７を形成する。

そして、このグラファイトシート１１を、所定の円板形状（例えば８インチサイズの円板形状）にカットし、必要な箇所に貫通孔４５をあける。
(11)次に、例えばシリコーン樹脂を用いて、吸着用基板９と（金属メッキ層３５を介して）グラファイトシート１１とを接合し、また、（金属メッキ層３７を介して）グラファイトシート１１とヒータ部材１３とを接合し、更に、ヒータ部材１３と金属ベース５とを接合して一体化する。これにより、静電チャック１が完成する。

ｄ）次に、本実施例の効果について説明する。
本実施例では、吸着用基板９とヒータ部材１３との間に、方向によって熱伝導率が異なる異方性熱伝導体、即ち、積層方向よりも積層方向に対して垂直方向の熱伝導率が大きくなるような異方性熱伝導体であるグラファイトシート１１を備えている。

従って、ヒータ部材１３に設けられたヒータ３３の構造や配置等により（ヒータ３３の場所によって）発熱状態にムラがあった場合でも、グラファイトシート１１によって、積層方向より垂直方向に温度が伝わり易いので（即ち基板表面の平面方向に熱が伝わり易いので）、その平面方向における温度ムラが緩和される。これにより、吸着用基板９の温度ムラ（基板表面における温度ムラ）を低減することができる。

よって、吸着用基板９に吸着された半導体ウェハ３の温度ムラを低減できるので、例えばプラズマエッチングによって半導体ウェハ３にパターンを形成する場合のように、処理の度合いがばらつくなどの問題を抑制することができ、歩留まりを向上することができるという顕著な効果を奏する。

また、本実施例では、グラファイトシート１１の両面に、Ｎｉからなる金属メッキ層３５、３７を備えており、この金属メッキ層３５、３７の表面にシリコーン樹脂からなる接着剤層３９、４１が接合されている。つまり、グラファイトシート１１はシリコーン樹脂との濡れ性（従って接合性）が悪いが、本実施例では、グラファイトシート１１の表面にシリコーン樹脂との接合性が高い金属メッキ層３５、３７が設けられているので、吸着用基板９とヒータ部材１３との間に配置されたグラファイトシート１１を強固に接合することができる。

更に、本実施例では、接着剤層３９、４１、４３は、吸着用基板９やヒータ部材１３の主成分であるアルミナとグラファイトシート１１を構成するグラファイトとの間の熱膨張率及び柔軟性（ヤング率）を有するので、接着剤層３９、４１、４３に隣接する部材間に加わる熱応力を緩和できる。よって、静電チャック１の熱応力による変形（反り）を抑制することができる。

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
図７に示すように、本実施例の静電チャック７１は、前記実施例１と同様に、同図の上方の吸着面７３側にて半導体ウェハ３を吸着するものであり、円盤状の吸着用部材７５と、円盤状の金属ベース７７とを接合したものである。

また、吸着用部材７５は、前記実施例１と同様に、吸着用基板７９とヒータ部材８１との間に、１組の例えば厚み１ｍｍのグラファイトシート８３を挟んだものである。
詳しくは、１組のグラファイトシート８３は、図８（ａ）に示す様に、中心側に配置された例えば直径２４８ｍｍの円盤状の第１のグラファイトシート８３ａと、その外周側に同芯状に配置された例えば内径２５２ｍｍ×外径３００ｍｍの円環状の第２のグラファイトシート８３ｂとから構成されている。

また、両グラファイトシート８３の間には、例えばＰＥＥＫからなる例えば内径２４８ｍｍ×外径２５２ｍｍの断熱部が８５構成されている。
この断熱部８５の熱伝導率は０．２６Ｗ／ｍＫであり、両グラファイトシート８３の平面方向（ＸＹ方向）の熱伝導率（１７００Ｗ／ｍＫ）や、周囲のセラミック材料であるアルミナの熱伝導率（１９Ｗ／ｍＫ）よりも小さく設定されている。

図７に戻り、両グラファイトシート８３の積層方向における両側には、前記実施例１と同様に、金属メッキ層８７、８９が形成されている。
また、吸着用基板７９と金属メッキ層８７との間、金属メッキ層８９とヒータ部材８１との間、ヒータ部材８１と金属ベース７７との間には、前記実施例１と同様に、それぞれ接着剤層９１、９３、９５が配置されている。

更に、本実施例では、図８（ｂ）に示す様に、ヒータ部材８１には、１組のヒータ９７が設けられており、そのうち、ヒータ部材８１の中心側には、第１のグラファイトシート８３ａの位置に対応して（即ち図７の下方への投影領域に）、螺旋状の第１のヒータ９７ａが設けられ、同様に、ヒータ部材８１の外周側には、第２のグラファイトシート８３ｂの位置に対応して、円環状の第２のヒータ９７ｂが設けられている。

また、この第１、第２のヒータ９７ａ、９７ｂは、それぞれ独立して温度制御が可能となっている。
本実施例では、前記実施例１と同様な効果を奏する。また、本実施例では、静電チャック７１の中心側には、第１のグラファイトシート８３ａと第１のヒータ９７ａとが配置されるとともに、外周側には、第２のグラファイトシート８３ｂと第２のヒータ９７ｂとが配置され、しかも、第１、第２のグラファイトシート８３ａ、８３ｂとは、断熱部８５によって熱的に分離されている。

よって、静電チャック７１の中心側と外周側とを異なる温度に制御できるとともに、中心側における温度を均一化でき、且つ、外周側における温度も均一化できる。
つまり、静電チャック７１の機能としては、前記実施例１のように、半導体ウェハ３の面内温度分布を均一にすることが望まれているが、より高度な機能として、面内温度をあえて異ならせるという技術もある。具体的には、（加工に用いる）プロセスガス濃度やプラズマのムラにより、半導体ウェハ３の面内の加工レートが異なる場合、あえて面内の温度を変化させることで、加工レートを同じにする技術がある。特に外周側は、ムラになりやすく、その部分だけの温度制御ができると、面内の加工レートが揃い易いので好適である。

従って、本実施例のように、中心側と外周側とを独立して（しかも各領域の温度を均一化して）温度調節することによって、上述した面内温度を異ならせる技術に好適に対応できる。
＜実験例＞
次に、本発明の効果を確認した実験例について説明する。

本実験例は、図９に示す様に、直方体形状の金属ベース１０１の表面に直方体形状の吸着用部材１０３を積層した静電チャック１０５のモデルを用いて、吸着用部材１０３の表面（上面）１０４の温度分布のコンピュータシュミレーションを行ったものである。

このモデルにおいては、金属ベース１０１の材料はアルミニウム、その寸法を縦１８ｍｍ×横１８ｍｍ×高さ３０ｍｍとし、吸着用部材１０３の絶縁材料はアルミナ、その寸法を縦１８ｍｍ×横１８ｍｍ×高さ５ｍｍとした。

また、吸着用部材１０３の内部には、平面形状が左右対称のタングステンからなる一対のヒータ（第１ヒータ１０７、第２ヒータ１０９）を配置した。なお、両ヒータ１０７、１０９の幅は１．４ｍｍ、その間隔は６．５ｍｍとし、その中央部分は、半径（内径）５ｍｍで外側に湾曲させた。

詳しくは、本実験例では、図９（ｂ）〜（ｃ）に示す様に、吸着用部材１０３の内部構成を変更したモデル１〜３を設定し、下記の実験条件１〜４に示す様に、第１、第２ヒータ１０７、１０９の温度を変更して、吸着用部材１０３の表面１０４の温度（表面温度）の温度ムラ（ばらつき）を調べた。なお、温度ムラとしては、表面１０４における温度の最大値と最小値との温度差を求めた。

（モデル１）
モデル１では、図９（ｂ）に示す様に、同図上方より、アルミナからなる厚さ２ｍｍの吸着用基板１１１、シリコーン樹脂からなる厚さ０．３ｍｍの接着剤層１１３、アルミナからなる厚さ３ｍｍのヒータ部材１１５、シリコーン樹脂からなる厚さ０．３ｍｍの接着剤層１１７、アルミニウムからなる金属ベース１０１とした。

なお、ヒータ部材１１５の厚み方向における中央に、第１、第２ヒータ１０７、１０９を配置した（以下同様）。
（モデル２）
モデル２では、図９（ｃ）に示す様に、同図上方より、アルミナからなる厚さ２ｍｍの吸着用基板１２１、シリコーン樹脂からなる厚さ０．３ｍｍの接着剤層１２３、厚さ１ｍｍの異方性熱伝導体であるグラファイトシート（又は異方性ではない熱伝導体であるカーボンシート）１２５、シリコーン樹脂からなる厚さ０．３ｍｍの接着剤層１２７、アルミナからなる厚さ３ｍｍのヒータ部材１２９、シリコーン樹脂からなる厚さ０．３ｍｍの接着剤層１３１、アルミニウムからなる金属ベース１０１とした。

なお、以下では、異方性熱伝導体であるグラファイトシートと異方性ではない熱伝導体であるカーボンシートを、熱拡散層と称する。
（モデル３）
モデル３では、図９（ｄ）に示す様に、同図上方より、アルミナからなる厚さ２ｍｍの吸着用基板１４１、シリコーン樹脂からなる厚さ０．３ｍｍの接着剤層１４３、アルミナからなる厚さ３ｍｍのヒータ部材１４５、シリコーン樹脂からなる厚さ０．３ｍｍの接着剤層１４７、厚さ１ｍｍのグラファイトシート（又は異方性ではない熱伝導体であるカーボンシート）１４９、シリコーン樹脂からなる厚さ０．３ｍｍの接着剤層１５１、アルミニウムからなる金属ベース１０１とした。

＜実験条件１＞
(1)モデル１を用い、環境温度を２３℃、金属ベース底面の温度を１０℃とし、第１ヒータ１０７の温度を３０℃に設定するとともに、第２ヒータ１０９の温度を８０℃に設定し、定常状態における表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ２３．８℃であった。

(2)モデル２を用いるとともに、熱伝導性が均一（熱伝導率１５００Ｗ／ｍＫ）のカーボンシートを用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ１．７℃であった。

(3)モデル２を用いるとともに、熱伝導性が不均一のグラファイトシート（横：熱伝導率１５００Ｗ／ｍＫ、縦：７Ｗ／ｍＫ）を用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ０．７℃であった。

(4)モデル３を用いるとともに、熱伝導性が均一（熱伝導率１５００Ｗ／ｍＫ）のカーボンシートを用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ２４．５℃であった。

(5)モデル３を用いるとともに、熱伝導性が不均一のグラファイトシート（横：熱伝導率１５００Ｗ／ｍＫ、縦：７Ｗ／ｍＫ）を用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ２５．１℃であった。

この実験結果から、温度ムラを低減するためには、グラファイトシートは、吸着用基板とヒータ部材との間に配置することが重要であり、また、熱伝導性の均一な材料よりも、異方性を有する材料を用いる方が、効果的であることが分かる。

＜実験条件２＞
この実験条件２の実験は、前記実験条件１よりも、両ヒータ間の温度差を大きくしたものである。

(1)モデル１を用い、環境温度を２３℃、金属ベース底面の温度を１０℃とし、第１ヒータ１０７の温度を１０℃に設定するとともに、第２ヒータ１０９の温度を１２０℃に設定し、定常状態における表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ５４．５℃であった。

(2)モデル２を用いるとともに、熱伝導性が均一（熱伝導率１５００Ｗ／ｍＫ）のカーボンシートを用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ３．７℃であった。

(3)モデル２を用いるとともに、熱伝導性が不均一のグラファイトシート（横：熱伝導率１５００Ｗ／ｍＫ、縦：７Ｗ／ｍＫ）を用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ１．６℃であった。

(4)モデル３を用いるとともに、熱伝導性が均一（熱伝導率１５００Ｗ／ｍＫ）のカーボンシートを用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ５４．０℃であった。

(5)モデル３を用いるとともに、熱伝導性が不均一のグラファイトシート（横：熱伝導率１５００Ｗ／ｍＫ、縦：７Ｗ／ｍＫ）を用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ５５．０℃であった。

この実験結果から、ヒータの温度を変えた場合でも、温度ムラを低減するためには、グラファイトシートは、吸着用基板とヒータ部材との間に配置することが重要であり、また、熱伝導性の均一な材料よりも、異方性を有する材料を用いる方が、効果的であることが分かる。

＜実験条件３＞
この実験条件３の実験は、前記実験条件２で用いた熱拡散層の熱伝導性を低くしたものである。

(1)モデル１を用い、環境温度を２３℃、金属ベース底面の温度を１０℃とし、第１ヒータ１０７の温度を１０℃に設定するとともに、第２ヒータ１０９の温度を１２０℃に設定し、定常状態における表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ５４．５℃であった。

(2)モデル２を用いるとともに、熱伝導性が均一（熱伝導率６００Ｗ／ｍＫ）のカーボンシートを用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ８．２℃であった。

(3)モデル２を用いるとともに、熱伝導性が不均一のグラファイトシート（横：熱伝導率６００Ｗ／ｍＫ、縦：７Ｗ／ｍＫ）を用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ５．４℃であった。

(4)モデル３を用いるとともに、熱伝導性が均一（熱伝導率６００Ｗ／ｍＫ）のカーボンシートを用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ５５．０℃であった。

(5)モデル３を用いるとともに、熱伝導性が不均一のグラファイトシート（横：熱伝導率６００Ｗ／ｍＫ、縦：７Ｗ／ｍＫ）を用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ５６．１℃であった。

この実験結果から、グラファイトシートの熱伝導率が変化した場合においても、温度ムラを低減するためには、グラファイトシートは、吸着用基板とヒータ部材との間に配置することが重要であり、また、熱伝導性の均一な材料よりも、異方性を有する材料を用いる方が、効果的であることが分かる。

＜実験条件４＞
この実験条件４の実験は、熱拡散層を、図９（ａ）の左右方向において対称となるように、第１ヒータ側の熱拡散層と第２ヒータ側の熱拡散層とに分け、その間に、ＰＥＥＫからなる帯状の断熱部を設けたものである。

例えばモデル２に断熱部を設けた例に挙げると、図１０に示す様に、第１ヒータ１０７側の熱拡散層１２５ａと第２ヒータ１０９側の熱拡散層１２５ｂとが、左右で同じ長方形（平面形状）となるように分離し、その間に、ＰＥＥＫからなる長尺（幅０．５ｍｍ×厚み１ｍｍ×長さ１８ｍｍ）の板状の断熱部１６１を設けたものである。
なお、図示しないが、本実験条件４の実験では、モデル３の場合も、左右に同様に分離された長方形の熱拡散層の間に、同様な帯状の断熱部を設けた。

(1)モデル１を用い、環境温度を２３℃、金属ベース底面の温度を１０℃とし、第１ヒータ１０７の温度を１０℃に設定するとともに、第２ヒータ１０９の温度を１２０℃に設定し、定常状態における表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ５４．５℃であった。

(2)モデル２を用い、上述した断熱部を（図１０に示す位置に）設けるとともに、熱伝導性が均一（熱伝導率１５００Ｗ／ｍＫ）の中心側及び外周側のカーボンシートを用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ３４．４℃であった。

(3)モデル２を用いて、上述した断熱部（図１０に示す位置に）を設けるとともに、熱伝導性が不均一の左右一対のグラファイトシート（横：熱伝導率１５００Ｗ／ｍＫ、縦：７Ｗ／ｍＫ）を用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ３１．２℃であった。

(4)モデル３を用いて、上述した断熱部を設けるとともに、熱伝導性が均一（熱伝導率１５００Ｗ／ｍＫ）の左右一対のカーボンシートを用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ５９．１℃であった。

(5)モデル３を用いて、上述した断熱部を設けるとともに、熱伝導性が不均一の左右一対のグラファイトシート（横：熱伝導率１５００Ｗ／ｍＫ、縦：７Ｗ／ｍＫ）を用い、温度条件は、前記(1)と同様に設定し、表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ６０．３℃であった。

この実験結果から、断熱部によって熱拡散層を熱的に分離することにより、あえて温度差を付けたい箇所に温度差を付けることができることが分かる。
尚、本発明は前記実施形態や実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

１、７１…静電チャック
３…半導体ウェハ
５、７７、１０１…金属ベース
７、７５、１０３…吸着用部材
９、７９、１１１、１２１、１４１…吸着用基板
１１、８３、８３ａ、８３ｂ、１２５、１４９…グラファイトシート
１３、８１、１１５、１２９、１４５…ヒータ部材
１７、１０４…吸着面
２９、３１…吸着用電極
３３、９７、９７ａ、９７ｂ、１０７、１０９…ヒータ
３５、３７、８７、８９…金属メッキ層
３９、４１、４３、９１、９３、９５、１１３、１１７、１２３、１２７、１３１、１４３、１４７、１５１…接着剤層
８５、１６１…断熱部

Claims (5)

1. 第１主面及び第２主面を有するとともに、吸着用電極を有する吸着用基板と、
   前記第２主面側に配置され、前記吸着用基板を加熱するヒータを有するヒータ部材と、
   を積層した構成を備え、
   前記吸着用電極に電圧を印加した際に生じる静電引力を用いて被吸着物を前記第１主面に吸着させる静電チャックにおいて、
   前記吸着用基板と前記ヒータ部材との間に、方向によって熱伝導率が異なる異方性熱伝導体を備えるとともに、
   前記異方性熱伝導体を、前記吸着用基板と前記ヒータ部材とを積層した積層方向よりも該積層方向に対して垂直方向の熱伝導率が大きくなるように配置し、
   且つ、前記静電チャックを前記積層方向から見た場合に、
   前記静電チャックの中心側の中心部に、第１の異方性熱伝導体を備えるとともに、前記中心部より外周側の外周部に、第２の異方性熱伝導体を備え、
   更に、前記第１の異方性熱伝導体と前記第２の異方性熱伝導体との間に、前記第１の異方性熱伝導体及び前記第２の異方性熱伝導体よりも熱の伝導性の低い断熱部を備えたことを特徴とする静電チャック。
2. 前記静電チャックの中心部に、該中心部の温度を調節する第１のヒータを備えるとともに、前記外周部に、該外周部の温度を調節する第２のヒータを備えたことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記異方性熱伝導体は、グラファイトから構成されており、
   前記異方性熱伝導体の前記積層方向における両表面に、それぞれ金属メッキ層を備えるとともに、前記各金属メッキ層の表面に、前記吸着用基板及び前記ヒータ部材のそれぞれとの接合を行う各接着剤層を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電チャック。
4. 前記吸着用基板と前記ヒータ部材とは、主としてセラミックから構成されており、
   前記接着剤層は、前記セラミックと前記異方性熱伝導体との間の熱膨張率及び柔軟性を有することを特徴とする請求項３に記載の静電チャック。
5. 前記吸着用基板及び前記ヒータ部材はアルミナ質焼結体であり、前記断熱部の熱伝導率は、前記断熱部の周辺のアルミナよりも熱伝導率が小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電チャック。