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JP7604872B2 - Electrostatic Chuck Device - Google Patents

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JP7604872B2 JP2020207363A JP2020207363A JP7604872B2 JP 7604872 B2 JP7604872 B2 JP 7604872B2 JP 2020207363 A JP2020207363 A JP 2020207363A JP 2020207363 A JP2020207363 A JP 2020207363A JP 7604872 B2 JP7604872 B2 JP 7604872B2
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雅之 石塚
勇貴 金原
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Description

本発明は、静電チャック装置に関する。 The present invention relates to an electrostatic chuck device.

半導体製造工程では、真空環境下で板状試料を保持するとともに、この板状試料を所望の温度に維持する静電チャック装置が使用されている。例えば、特許文献1には、静電チャック部とベース部との間に薄板状のヒータエレメントを配置された構造が開示されている。このような静電チャック装置によれば、板状試料の面内において相対的に低温となっている領域を加熱することができるため、板状試料の面内に生じうる温度差を低減することが可能である。 In semiconductor manufacturing processes, electrostatic chuck devices are used to hold plate-shaped samples in a vacuum environment and maintain the plate-shaped samples at a desired temperature. For example, Patent Document 1 discloses a structure in which a thin plate-shaped heater element is disposed between an electrostatic chuck section and a base section. Such electrostatic chuck devices can heat areas that are relatively cold within the surface of the plate-shaped sample, thereby reducing the temperature difference that can occur within the surface of the plate-shaped sample.

特許第5163349号公報Patent No. 5163349

従来の静電チャック装置において、ヒータエレメントを固定する接着層の厚さが不均一である場合など、ヒータエレメントから板状試料に伝わる熱量が各部において不均一になる虞があった。 In conventional electrostatic chuck devices, if the thickness of the adhesive layer that secures the heater element is not uniform, there is a risk that the amount of heat transferred from the heater element to the plate-shaped sample will be uneven at each part.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ヒータエレメントから板状試料に伝わる熱を面内において均一にする静電チャック装置の提供を目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide an electrostatic chuck device that transfers heat from a heater element to a plate-shaped sample uniformly across the surface.

上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、前記板状試料を静電吸着する静電チャック部と、前記静電チャック部を支持するベース部と、前記静電チャック部と前記ベース部との間に配置されるヒータ部と、を備え、前記ヒータ部は、発熱層と、前記発熱層の厚さ方向一方側に配置される第1樹脂層と、前記発熱層の厚さ方向他方側に配置される第2樹脂層と、前記発熱層と前記第1樹脂層とを接着する第1接着層と、前記発熱層と前記第2樹脂層とを接着する第2接着層と、を備え、前記発熱層は、電流が流れることで発熱する帯状のヒータエレメントと、前記ヒータエレメントの間に充填される充填接着部と、を有し、前記第1樹脂層、前記第2樹脂層、前記第1接着層、および前記第2接着層は、シート材からなる静電チャック装置である。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is an electrostatic chuck device comprising an electrostatic chuck section that electrostatically attracts the plate-shaped sample, a base section that supports the electrostatic chuck section, and a heater section that is disposed between the electrostatic chuck section and the base section, the heater section comprising a heat generating layer, a first resin layer that is disposed on one side of the heat generating layer in the thickness direction, a second resin layer that is disposed on the other side of the heat generating layer in the thickness direction, a first adhesive layer that bonds the heat generating layer and the first resin layer, and a second adhesive layer that bonds the heat generating layer and the second resin layer, the heat generating layer having a band-shaped heater element that generates heat when a current flows therethrough, and a filling adhesive section that is filled between the heater elements, and the first resin layer, the second resin layer, the first adhesive layer, and the second adhesive layer are made of sheet materials.

本発明の一態様においては、前記充填接着部は流動性の接着剤からなる構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the filling adhesive portion may be made of a fluid adhesive.

本発明の一態様においては、前記第1樹脂層および前記第2樹脂層には、不定形のフィラーが分散されている構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the first resin layer and the second resin layer may be configured to have amorphous fillers dispersed therein.

本発明の一態様においては、前記第1樹脂層および前記第2樹脂層を構成する材料は、同一組成であり、前記第1接着層、前記第2接着層および前記充填接着部を構成する材料は、同一組成である構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the materials constituting the first resin layer and the second resin layer may be of the same composition, and the materials constituting the first adhesive layer, the second adhesive layer, and the filling adhesive portion may be of the same composition.

本発明の一態様においては、前記第1樹脂層および前記第2樹脂層の弾性率は、前記第1接着層、前記第2接着層および前記充填接着部の弾性率より大きい構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the elastic modulus of the first resin layer and the second resin layer may be greater than the elastic modulus of the first adhesive layer, the second adhesive layer, and the filled adhesive portion.

本発明の一態様においては、前記ヒータエレメントの側面が、凹曲面である構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the side surface of the heater element may be a concave curved surface.

本発明によれば、ヒータエレメントから板状試料に伝わる熱を面内において均一にする静電チャック装置を提供することができる。 The present invention provides an electrostatic chuck device that ensures that the heat transferred from the heater element to the plate-shaped sample is uniform across the surface.

図1は、一実施形態の静電チャック装置の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an electrostatic chuck device according to one embodiment. 図2は、一実施形態の静電チャック装置のヒータ部の断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a heater portion of an electrostatic chuck device according to an embodiment.

以下、図面を参照して本発明に係る静電チャック装置1について説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、便宜上、特徴となる部分を拡大して示しており、各構成要素の寸法比率等は、実際とは異なる場合がある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更できる。 The electrostatic chuck device 1 according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the drawings used in the following description show enlarged views of characteristic parts for the sake of convenience, and the dimensional ratios of each component may differ from the actual ones. Furthermore, the materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to them, and may be modified as appropriate without changing the gist of the invention.

図1は、本実施形態の静電チャック装置1の断面図である。
静電チャック装置1は、板状試料Wを静電吸着する静電チャック部2と、静電チャック部2を支持する温度調整用ベース部(ベース部)3と、静電チャック部2と温度調整用ベース部3との間に配置されるヒータ部8と、を備える。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an electrostatic chuck device 1 according to the present embodiment.
The electrostatic chuck device 1 comprises an electrostatic chuck portion 2 that electrostatically adsorbs a plate-shaped sample W, a temperature adjustment base portion (base portion) 3 that supports the electrostatic chuck portion 2, and a heater portion 8 arranged between the electrostatic chuck portion 2 and the temperature adjustment base portion 3.

以下の説明においては、静電チャック装置1の各部は、静電チャック部2に対し板状試料Wを搭載する側を上側、温度調整用ベース部3側を下側として説明される。しかしながら、ここでの上下方向は、あくまで説明の簡素化のために用いる方向であって、静電チャック装置1の使用時の姿勢を限定するものではない。 In the following explanation, each part of the electrostatic chuck device 1 will be described with the side on which the plate-shaped sample W is mounted relative to the electrostatic chuck portion 2 as the upper side, and the side on which the temperature adjustment base portion 3 is located as the lower side. However, the up-down direction here is used merely to simplify the explanation, and does not limit the position of the electrostatic chuck device 1 when in use.

静電チャック装置1は、温度調整用ベース部3から静電チャック部2までをそれらの厚さ方向に貫通して設けられた貫通孔28を有している。貫通孔28には、例えば、板状試料離脱用のリフトピンが挿通される。この場合、貫通孔28の内周部には筒状の碍子29が設けられている。また、貫通孔28には、板状試料を冷却するための冷却ガスが供給されてもよい。貫通孔28に供給される冷却ガスは、載置面11aから噴出して板状試料を冷却する。 The electrostatic chuck device 1 has a through hole 28 that penetrates from the temperature adjustment base part 3 to the electrostatic chuck part 2 in the thickness direction. For example, a lift pin for removing a plate-shaped sample is inserted into the through hole 28. In this case, a cylindrical insulator 29 is provided on the inner periphery of the through hole 28. In addition, a cooling gas for cooling the plate-shaped sample may be supplied to the through hole 28. The cooling gas supplied to the through hole 28 is ejected from the mounting surface 11a to cool the plate-shaped sample.

静電チャック部2は、上面を半導体ウエハ等の板状試料Wを載置する載置面11aとした載置板11と、この載置板11と一体化され該載置板11の底部側を支持する支持板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電極(静電吸着用内部電極)13および静電吸着用電極13の周囲を絶縁する絶縁材層14と、を有している。 The electrostatic chuck section 2 has a mounting plate 11, the upper surface of which serves as a mounting surface 11a on which a plate-shaped sample W such as a semiconductor wafer is placed, a support plate 12 which is integrated with the mounting plate 11 and supports the bottom side of the mounting plate 11, an electrostatic adsorption electrode (electrostatic adsorption internal electrode) 13 provided between the mounting plate 11 and the support plate 12, and an insulating layer 14 which insulates the periphery of the electrostatic adsorption electrode 13.

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あり、酸化アルミニウム-炭化ケイ素(Al-SiC)複合焼結体、酸化アルミニウム(Al)焼結体、窒化アルミニウム(AlN)焼結体、酸化イットリウム(Y)焼結体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。 The mounting plate 11 and the support plate 12 are disk-shaped with the same shape of the overlapping surfaces and are made of an insulating ceramic sintered body that has mechanical strength and durability against corrosive gases and their plasma, such as an aluminum oxide-silicon carbide (Al 2 O 3 --SiC) composite sintered body, an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) sintered body, an aluminum nitride (AlN) sintered body, or an yttrium oxide (Y 2 O 3 ) sintered body.

載置板11の載置面11aには、直径が板状試料の厚みより小さい突起部11bが複数所定の間隔で形成され、これらの突起部11bが板状試料Wを支える。 The mounting surface 11a of the mounting plate 11 has multiple protrusions 11b formed at predetermined intervals, each protrusion having a diameter smaller than the thickness of the plate-shaped sample, and these protrusions 11b support the plate-shaped sample W.

載置板11、支持板12、静電吸着用電極13および絶縁材層14を含めた全体の厚み、即ち、静電チャック部2の厚みは一例として0.7mm以上かつ5.0mm以下に形成されている。 The overall thickness including the mounting plate 11, support plate 12, electrostatic adsorption electrode 13, and insulating material layer 14, i.e., the thickness of the electrostatic chuck portion 2, is, for example, 0.7 mm or more and 5.0 mm or less.

例えば、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難しくなる。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、載置される板状試料Wの熱応答性が劣化し、静電チャック部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難しくなる。なお、ここで説明した各部の厚さは一例であって、前記範囲に限るものではない。 For example, if the thickness of the electrostatic chuck portion 2 is less than 0.7 mm, it becomes difficult to ensure the mechanical strength of the electrostatic chuck portion 2. If the thickness of the electrostatic chuck portion 2 exceeds 5.0 mm, the heat capacity of the electrostatic chuck portion 2 becomes large, the thermal responsiveness of the plate-shaped sample W placed on it deteriorates, and due to the increase in lateral heat transfer of the electrostatic chuck portion, it becomes difficult to maintain the in-plane temperature of the plate-shaped sample W at the desired temperature pattern. Note that the thicknesses of each portion described here are merely examples and are not limited to the above ranges.

静電吸着用電極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。 The electrostatic adsorption electrode 13 is used as an electrode for an electrostatic chuck to generate an electric charge and fix the plate-shaped sample W by electrostatic adsorption force, and its shape and size are appropriately adjusted depending on the application.

静電吸着用電極13は、酸化アルミニウム-炭化タンタル(Al-Ta)導電性複合焼結体、酸化アルミニウム-タングステン(Al-W)導電性複合焼結体、酸化アルミニウム-炭化ケイ素(Al-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-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ることが好ましい。 The electrostatic attraction electrode 13 is preferably formed from conductive ceramics such as an aluminum oxide-tantalum carbide (Al 2 O 3 -Ta 4 C 5 ) conductive composite sintered body, an aluminum oxide-tungsten (Al 2 O 3 -W) conductive composite sintered body, an aluminum oxide-silicon carbide (Al 2 O 3 -SiC) conductive composite sintered body, an aluminum nitride-tungsten (AlN-W) conductive composite sintered body, an aluminum nitride-tantalum (AlN-Ta) conductive composite sintered body, or an yttrium oxide-molybdenum (Y 2 O 3 -Mo) conductive composite sintered body, or a high-melting point metal such as tungsten (W), tantalum (Ta), or molybdenum (Mo).

静電吸着用電極13の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、0.1μm以上かつ100μm以下の厚みを選択することができ、5μm以上かつ20μm以下の厚みがより好ましい。 The thickness of the electrostatic adsorption electrode 13 is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 μm or more and 100 μm or less, and a thickness of 5 μm or more and 20 μm or less is more preferable.

静電吸着用電極13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難しくなる。静電吸着用電極13の厚みが100μmを越えると、静電吸着用電極13と載置板11および支持板12との間の熱膨張率差に起因し、静電吸着用電極13と載置板11および支持板12との接合界面にクラックが入り易くなる。 If the thickness of the electrostatic adsorption electrode 13 is less than 0.1 μm, it becomes difficult to ensure sufficient conductivity. If the thickness of the electrostatic adsorption electrode 13 exceeds 100 μm, cracks are likely to occur at the bonding interfaces between the electrostatic adsorption electrode 13 and the mounting plate 11 and support plate 12 due to the difference in thermal expansion coefficient between the electrostatic adsorption electrode 13 and the mounting plate 11 and support plate 12.

このような厚みの静電吸着用電極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。 An electrostatic attraction electrode 13 of this thickness can be easily formed by a film formation method such as sputtering or vapor deposition, or a coating method such as screen printing.

絶縁材層14は、静電吸着用電極13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電極13以外の外周部領域を接合一体化するものであり、載置板11および支持板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。 The insulating layer 14 surrounds the electrostatic attraction electrode 13 to protect it from corrosive gases and their plasma, and also bonds and integrates the boundary between the mounting plate 11 and the support plate 12, i.e., the peripheral area other than the electrostatic attraction electrode 13, and is made of an insulating material that has the same composition or the same main component as the material that constitutes the mounting plate 11 and the support plate 12.

静電吸着用電極13には、静電吸着用電極13に直流電圧を印加するための給電用端子15が接続されている。給電用端子15は、温度調整用ベース部3、ヒータ部8、支持板12を厚み方向に貫通する貫通孔16の内部に挿入されている。給電用端子15の外周側には、絶縁性を有する碍子15aが設けられ、この碍子15aにより金属製の温度調整用ベース部3に対し給電用端子15が絶縁されている。 A power supply terminal 15 for applying a DC voltage to the electrostatic attraction electrode 13 is connected to the electrostatic attraction electrode 13. The power supply terminal 15 is inserted into a through hole 16 that penetrates the temperature adjustment base part 3, the heater part 8, and the support plate 12 in the thickness direction. An insulating insulator 15a is provided on the outer periphery of the power supply terminal 15, and the power supply terminal 15 is insulated from the metal temperature adjustment base part 3 by this insulator 15a.

給電用端子15のうち、静電吸着用電極13に接続され、支持板12に挿入されている部分(取出電極)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が、熱膨張係数が静電吸着用電極13および支持板12の熱膨張係数に近似したものが好ましい。例えば、Al-TaCなどの導電性セラミック材料からなる。 The material of the portion (extraction electrode) of the power supply terminal 15 that is connected to the electrostatic attraction electrode 13 and inserted into the support plate 12 is not particularly limited as long as it is a conductive material with excellent heat resistance, but it is preferable that the thermal expansion coefficient is close to that of the electrostatic attraction electrode 13 and the support plate 12. For example, it is made of a conductive ceramic material such as Al 2 O 3 —TaC.

給電用端子15のうち、温度調整用ベース部3に挿入されている部分は、例えば、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からなる。 The portion of the power supply terminal 15 that is inserted into the temperature adjustment base 3 is made of a metal material such as tungsten (W), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), niobium (Nb), or Kovar alloy.

温度調整用ベース部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。この温度調整用ベース部3としては、例えば、その内部に水を循環させる流路3Aが形成された水冷ベース等が好適である。 The temperature adjustment base 3 is a thick, disk-shaped part for adjusting the electrostatic chuck 2 to a desired temperature. A suitable example of the temperature adjustment base 3 is a water-cooled base with a flow path 3A formed therein for circulating water.

温度調整用ベース部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。この温度調整用ベース部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。 The material constituting the temperature adjustment base part 3 is not particularly limited as long as it is a metal with excellent thermal conductivity, electrical conductivity, and workability, or a composite material containing such a metal, and for example, aluminum (Al), an aluminum alloy, copper (Cu), a copper alloy, stainless steel (SUS), etc. are preferably used. At least the surface of the temperature adjustment base part 3 that is exposed to the plasma is preferably anodized or has an insulating film such as alumina formed thereon.

図2は、ヒータ部8の断面模式図である。
ヒータ部8は、発熱層85と、第1樹脂層81と、第2樹脂層82と、第1接着層83と、第2接着層84と、を備える。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the heater portion 8. As shown in FIG.
The heater section 8 includes a heat generating layer 85 , a first resin layer 81 , a second resin layer 82 , a first adhesive layer 83 , and a second adhesive layer 84 .

第1樹脂層81は、発熱層85の厚さ方向一方側(上側)に配置される。第2樹脂層82は、発熱層85の厚さ方向他方側(下側)に配置される。第1接着層83は、発熱層85と第1樹脂層81の間に位置し、発熱層85と第1樹脂層81とを接着する。第2接着層84は、発熱層85と第2樹脂層82の間に位置し、発熱層85と第2樹脂層82とを接着する。 The first resin layer 81 is disposed on one side (upper side) of the heat generating layer 85 in the thickness direction. The second resin layer 82 is disposed on the other side (lower side) of the heat generating layer 85 in the thickness direction. The first adhesive layer 83 is disposed between the heat generating layer 85 and the first resin layer 81, and bonds the heat generating layer 85 and the first resin layer 81 together. The second adhesive layer 84 is disposed between the heat generating layer 85 and the second resin layer 82, and bonds the heat generating layer 85 and the second resin layer 82 together.

なお、図示を省略するが、第1樹脂層81と静電チャック部2との間には、これらを互いに接着する接着層が設けられることが好ましい。同様に、第2樹脂層82と温度調整用ベース部3との間には、これらを互いに接着する接着層が設けられることが好ましい。
以下、ヒータ部8の各層について、詳述する。
Although not shown, it is preferable that an adhesive layer be provided between the first resin layer 81 and the electrostatic chuck portion 2 to bond them to each other. Similarly, it is preferable that an adhesive layer be provided between the second resin layer 82 and the temperature adjustment base portion 3 to bond them to each other.
Each layer of the heater section 8 will now be described in detail.

発熱層85は、帯状のヒータエレメント5と、充填接着部86と、を有する。発熱層85の厚さは、例えば、30μm~60μm程度とされる。ヒータエレメント5および充填接着部86の厚さは、発熱層85の厚さと同一である。 The heat generating layer 85 has a band-shaped heater element 5 and a filling adhesive portion 86. The thickness of the heat generating layer 85 is, for example, about 30 μm to 60 μm. The thickness of the heater element 5 and the filling adhesive portion 86 is the same as the thickness of the heat generating layer 85.

ヒータエレメント5は、帯状の抵抗加熱部材から構成される。ヒータエレメント5は、非磁性金属薄板、例えば、インコネル(登録商標)薄板、チタン薄板、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やレーザー加工により所望のヒータ形状、例えば帯状の導電薄板を蛇行させた形状の全体輪郭を円環状に加工することで製造される。ヒータエレメント5は、発熱層85の層内において、蛇行させて配置されている。ヒータエレメント5は、電流が流れることで発熱する。 The heater element 5 is composed of a strip-shaped resistance heating member. The heater element 5 is manufactured by processing a non-magnetic metal sheet, such as an Inconel (registered trademark) sheet, a titanium sheet, a tungsten (W) sheet, or a molybdenum (Mo) sheet, into a desired heater shape, for example, by processing the overall outline of a meandering strip-shaped conductive sheet into a ring shape using photolithography or laser processing. The heater element 5 is arranged in a meandering manner within the heat generating layer 85. The heater element 5 generates heat when a current flows through it.

ヒータエレメント5の両端には、給電用端子17が接続される。給電用端子17は、ヒータエレメント5に電流を流す。給電用端子17の外周面には、絶縁用の筒型の碍子18が装着され、温度調整用ベース部3と給電用端子17が絶縁されている。 Power supply terminals 17 are connected to both ends of the heater element 5. The power supply terminals 17 pass current through the heater element 5. A cylindrical insulating insulator 18 is attached to the outer periphery of the power supply terminal 17, insulating the temperature adjustment base 3 from the power supply terminal 17.

ヒータエレメント5の側面5aは、凹曲面である。ここで、ヒータエレメント5の側面5aとは、ヒータエレメント5の幅方向の両側を向く面である。 The side surface 5a of the heater element 5 is a concave curved surface. Here, the side surface 5a of the heater element 5 refers to the surface facing both sides in the width direction of the heater element 5.

充填接着部86は、蛇行して延びるヒータエレメント5の間に充填される。充填接着部86は、未硬化の状態で流動性を有する。すなわち、充填接着部86は、流動性の接着剤からなる。充填接着部86は、硬化することでヒータエレメント5を保持する。また、充填接着部86は、ヒータエレメント5同士の間の隙間を埋めることで、発熱層85の発熱状態の均一化に寄与する。 The filling adhesive portion 86 is filled between the heater elements 5 that extend in a serpentine manner. The filling adhesive portion 86 has fluidity in an uncured state. In other words, the filling adhesive portion 86 is made of a fluid adhesive. The filling adhesive portion 86 holds the heater elements 5 when it hardens. In addition, the filling adhesive portion 86 contributes to uniform heating of the heating layer 85 by filling the gaps between the heater elements 5.

充填接着部86は、ヒータエレメント5の側面5aに接触する。上述したように、側面5aは凹曲面であるため、充填接着部86は、ヒータエレメント5の厚さ方向への移動を制限する。ヒータエレメント5は金属材料から構成され、充填接着部86は樹脂材料から構成される。このため、ヒータエレメント5の熱膨張率と充填樹脂部86の熱膨張率には、大きな差がある。本実施形態によれば、ヒータエレメント5の側面5aが凹曲面であることで、ヒータエレメント5と充填接着部86との間に熱膨張率の差に起因する応力が生じた場合であっても、これらが互いに剥離することを抑制できる。 The filled adhesive portion 86 contacts the side surface 5a of the heater element 5. As described above, since the side surface 5a is a concave curved surface, the filled adhesive portion 86 restricts the movement of the heater element 5 in the thickness direction. The heater element 5 is made of a metal material, and the filled adhesive portion 86 is made of a resin material. Therefore, there is a large difference between the thermal expansion coefficient of the heater element 5 and the thermal expansion coefficient of the filled resin portion 86. According to this embodiment, since the side surface 5a of the heater element 5 is a concave curved surface, it is possible to prevent the heater element 5 and the filled adhesive portion 86 from peeling off from each other even if stress occurs between them due to the difference in thermal expansion coefficient.

第1樹脂層81および第2樹脂層82は、発熱層の85を厚さ方向の両側から挟む。これにより、第1樹脂層81および第2樹脂層82は、ヒータ部8の耐電圧を高める。 The first resin layer 81 and the second resin layer 82 sandwich the heat generating layer 85 from both sides in the thickness direction. As a result, the first resin layer 81 and the second resin layer 82 increase the withstand voltage of the heater section 8.

第1樹脂層81および第2樹脂層82の厚さは、それぞれ40μm程度である。第1樹脂層81および第2樹脂層82は、絶縁性の樹脂材料から構成される。第1樹脂層81および第2樹脂層82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接着性樹脂材料から構成される。 The first resin layer 81 and the second resin layer 82 each have a thickness of about 40 μm. The first resin layer 81 and the second resin layer 82 are made of an insulating resin material. The first resin layer 81 and the second resin layer 82 are made of an adhesive resin material that has heat resistance and insulating properties, such as polyimide resin, silicone resin, and epoxy resin.

第1樹脂層81および第2樹脂層82には、不定形のフィラー7が分散されている。フィラー7としては、不定形粒子が好適に採用され、リン酸カルシウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、YAG、SmAlO等が好適であり、これらから1つ、または複数選択することができる。ここで、不定形とは、分散されたフィラー7の形状および大きさが一定ではないことを意味する。それぞれのフィラー7は、球状に換算して直径1μm~5μm以下に相当する体積を有する。また、それぞれのフィラー7のアスペクト比は、1.5~2程度である。フィラー7は、第1樹脂層81および第2樹脂層82において、0.01体積%以上、5.0体積%以下含まれることが好ましく、さらに0.01体積%以上3.0体積%以下含まれていることが好ましい。 The first resin layer 81 and the second resin layer 82 have irregular filler 7 dispersed therein. As the filler 7, irregular particles are preferably used, and calcium phosphate, aluminum nitride, silicon oxide, aluminum oxide, YAG, SmAlO 3 , etc. are suitable, and one or more of these can be selected. Here, irregular means that the shape and size of the dispersed filler 7 are not uniform. Each filler 7 has a volume equivalent to a diameter of 1 μm to 5 μm or less when converted into a sphere. In addition, each filler 7 has an aspect ratio of about 1.5 to 2. The filler 7 is preferably contained in the first resin layer 81 and the second resin layer 82 in an amount of 0.01 vol % or more and 5.0 vol % or less, and more preferably in an amount of 0.01 vol % or more and 3.0 vol % or less.

第1樹脂層81および第2樹脂層82は、フィラー7を含むことで、フィラー7を含まない場合と比較して、熱伝導率が高められている。本実施形態によれば、第1樹脂層81の熱伝導率が高められることで、発熱層85の熱を、静電チャック部2を介して板状試料Wに効率的に伝達できる。また、第1樹脂層81の熱伝導率が高められることで、ヒータエレメント5の発熱による板状試料Wの加熱の応答性を高めることができる。さらに、第1樹脂層81および第2樹脂層82の熱伝導率が高められることで、温度調整用ベース部3による、板状試料Wの冷却効率を高めることができる。 The first resin layer 81 and the second resin layer 82 contain the filler 7, and thus have a higher thermal conductivity than when the filler 7 is not contained. According to this embodiment, the increased thermal conductivity of the first resin layer 81 allows the heat of the heat generating layer 85 to be efficiently transferred to the plate-shaped sample W via the electrostatic chuck portion 2. In addition, the increased thermal conductivity of the first resin layer 81 allows the responsiveness of the heating of the plate-shaped sample W due to the heat generated by the heater element 5 to be improved. Furthermore, the increased thermal conductivity of the first resin layer 81 and the second resin layer 82 allows the cooling efficiency of the plate-shaped sample W by the temperature adjustment base portion 3 to be improved.

第1樹脂層81および第2樹脂層82において、フィラー7の長軸方向を、各層の厚さ方向と直交する方向(以下、面方向と呼ぶ)に沿わせることが好ましい。これにより、第1樹脂層81および第2樹脂層82の面方向に沿う伝熱性が高められ、第1樹脂層81および第2樹脂層82の面方向の均熱性を高めることができる。結果的に、静電チャック部2に搭載される板状試料Wの均熱性向上に寄与できる。 In the first resin layer 81 and the second resin layer 82, it is preferable to align the long axis direction of the filler 7 along a direction perpendicular to the thickness direction of each layer (hereinafter referred to as the surface direction). This improves the heat transfer along the surface direction of the first resin layer 81 and the second resin layer 82, and can improve the thermal uniformity in the surface direction of the first resin layer 81 and the second resin layer 82. As a result, this can contribute to improving the thermal uniformity of the plate-shaped sample W mounted on the electrostatic chuck portion 2.

第1樹脂層81に含まれる一部の不定形のフィラー7は、第1接着層83との界面に露出する。これにより、第1樹脂層81の表面には、微細な凹凸が形成され、アンカー効果が作用して、第1樹脂層81と第1接着層83との接合強度が高められる。同様に、第2樹脂層82は、フィラー7を含むために第2接着層84との間に微細な凹凸が形成され、第2接着層84との接合強度が高められる。 Some of the amorphous filler 7 contained in the first resin layer 81 is exposed at the interface with the first adhesive layer 83. This forms fine irregularities on the surface of the first resin layer 81, and the anchor effect acts to increase the bonding strength between the first resin layer 81 and the first adhesive layer 83. Similarly, since the second resin layer 82 contains the filler 7, fine irregularities are formed between the second resin layer 82 and the second adhesive layer 84, and the bonding strength with the second adhesive layer 84 is increased.

第1樹脂層81および第2樹脂層82は、シート材からなる。このため、第1樹脂層81および第2樹脂層82は、全体に亘って一様な厚さを有する。第1樹脂層81は、予めシート状に成形されており、下側の層である第1接着層83上に積層されて組み付けられる。同様に、第2樹脂層82は、予めシート状に成形されており、下側の層である温度調整用ベース部3上に積層されて組み付けられる。 The first resin layer 81 and the second resin layer 82 are made of sheet material. Therefore, the first resin layer 81 and the second resin layer 82 have a uniform thickness throughout. The first resin layer 81 is formed in a sheet shape in advance, and is laminated and assembled on the first adhesive layer 83, which is the lower layer. Similarly, the second resin layer 82 is formed in a sheet shape in advance, and is laminated and assembled on the temperature adjustment base part 3, which is the lower layer.

第1接着層83は、ヒータエレメント5を含む発熱層85を第1樹脂層81に接着するために設けられる。同様に、第2接着層84は、発熱層85を第2樹脂層82に接着するために設けられる。第1接着層83および第2接着層84の厚さは、それぞれ、10μm程度である。第1接着層83および第2接着層84は、例えば、フッ素樹脂、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、および絶縁性を有する接着性樹脂材料から構成される。 The first adhesive layer 83 is provided to adhere the heat generating layer 85 including the heater element 5 to the first resin layer 81. Similarly, the second adhesive layer 84 is provided to adhere the heat generating layer 85 to the second resin layer 82. The thickness of the first adhesive layer 83 and the second adhesive layer 84 is about 10 μm. The first adhesive layer 83 and the second adhesive layer 84 are made of an adhesive resin material having heat resistance and insulating properties, such as fluororesin, polyimide resin, silicone resin, epoxy resin, etc.

第1接着層83および第2接着層84は、フィラーを含まない。すなわち、ヒータ部8は、発熱層85と第1樹脂層81との間、並びに発熱層85と第2樹脂層82との間に、それぞれフィラーを含まない接着層(第1接着層83および第2接着層84)を有する。第1接着層83および第2接着層84は、フィラーを含まないため、フィラーを含む場合と比較して柔軟性が高い。このため、第1接着層83は、ヒータエレメント5および第1樹脂層81の表面の凹凸やうねりに追随して、これらを均一に接着できる。同様に、第2接着層84は、ヒータエレメント5および第2樹脂層82の表面の凹凸やうねりに追随して、これらを均一に接着できる。これにより、接着の不均一に起因する熱伝導率の低下やや熱伝導率の不均一さを抑制できる。 The first adhesive layer 83 and the second adhesive layer 84 do not contain filler. That is, the heater section 8 has adhesive layers (the first adhesive layer 83 and the second adhesive layer 84) that do not contain filler between the heat generating layer 85 and the first resin layer 81, and between the heat generating layer 85 and the second resin layer 82. Since the first adhesive layer 83 and the second adhesive layer 84 do not contain filler, they are more flexible than when they contain filler. Therefore, the first adhesive layer 83 can follow the unevenness and undulations of the surfaces of the heater element 5 and the first resin layer 81 and uniformly bond them. Similarly, the second adhesive layer 84 can follow the unevenness and undulations of the surfaces of the heater element 5 and the second resin layer 82 and uniformly bond them. This can suppress the decrease in thermal conductivity and the unevenness of thermal conductivity caused by uneven bonding.

本実施形態では、第1接着層83および第2接着層84のみならず、充填接着部86も、フィラーを含まず、第1樹脂層81および第2樹脂層82と比較して、柔軟性が高い。すなわち、第1樹脂層81および第2樹脂層82の弾性率は、第1接着層83、第2接着層84および充填接着部86の弾性率より大きい。充填接着部86は、例えば、フッ素樹脂、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、および絶縁性を有する接着性樹脂材料から構成される。 In this embodiment, not only the first adhesive layer 83 and the second adhesive layer 84, but also the filled adhesive portion 86 do not contain a filler and are more flexible than the first resin layer 81 and the second resin layer 82. That is, the elastic modulus of the first resin layer 81 and the second resin layer 82 is greater than the elastic modulus of the first adhesive layer 83, the second adhesive layer 84, and the filled adhesive portion 86. The filled adhesive portion 86 is made of an adhesive resin material having heat resistance and insulating properties, such as, for example, fluororesin, polyimide resin, silicone resin, or epoxy resin.

本実施形態によれば、第1接着層83、第2接着層84、および充填接着部86は、弾性率が低く柔軟性を有するため、第1樹脂層81および第2樹脂層82と、ヒータエレメント5との間の熱応力を十分に緩和することができる。これにより、熱応力に起因するヒータ部8の変形(反り)を抑制できる。 According to this embodiment, the first adhesive layer 83, the second adhesive layer 84, and the filled adhesive portion 86 have a low elastic modulus and are flexible, so that the thermal stress between the first resin layer 81 and the second resin layer 82 and the heater element 5 can be sufficiently alleviated. This makes it possible to suppress deformation (warping) of the heater portion 8 caused by thermal stress.

第1接着層83および第2接着層84は、シート材からなる。すなわち、第1接着層83および第2接着層84は、シート状接着剤である。このため、第1接着層83および第2接着層84は、全体に亘って一様な厚さを有する。また、第1接着層83は、予めシート状に成形されており、下側の層である発熱層85上に積層されて貼り付けられる。同様に、第2接着層84は、予めシート状に成形されており、下側の層である第2樹脂層82上に積層されて貼り付けられる。 The first adhesive layer 83 and the second adhesive layer 84 are made of a sheet material. That is, the first adhesive layer 83 and the second adhesive layer 84 are sheet-like adhesives. Therefore, the first adhesive layer 83 and the second adhesive layer 84 have a uniform thickness throughout. The first adhesive layer 83 is formed in a sheet shape in advance, and is laminated and attached onto the heating layer 85, which is the lower layer. Similarly, the second adhesive layer 84 is formed in a sheet shape in advance, and is laminated and attached onto the second resin layer 82, which is the lower layer.

第1接着層83および第2接着層84は、第1樹脂層81、発熱層85、および第2樹脂層82とともに積層された状態で、熱プレスして接合される。これにより、第1樹脂層81、第2樹脂層82、第1接着層83、および第2接着層84の厚さの均一性を保ちながら、各層を互いに接合できる。 The first adhesive layer 83 and the second adhesive layer 84 are bonded by heat pressing while being laminated together with the first resin layer 81, the heat generating layer 85, and the second resin layer 82. This allows each layer to be bonded to one another while maintaining the uniformity of the thicknesses of the first resin layer 81, the second resin layer 82, the first adhesive layer 83, and the second adhesive layer 84.

本実施形態によれば、第1樹脂層81、第2樹脂層82、第1接着層83、および第2接着層84は、シート材からなるため、厚さのばらつきが抑制される。結果的に、ヒータエレメント5から板状試料Wに伝わる熱を面内において均一にすることができる。加えて、温度調整用ベース部3において板状試料Wを冷却する場合には、板状試料Wから温度調整用ベース部3に伝わる熱を面内において均一にすることができ、板状試料Wの温度分布を均一にすることができる。 According to this embodiment, the first resin layer 81, the second resin layer 82, the first adhesive layer 83, and the second adhesive layer 84 are made of sheet material, so that the variation in thickness is suppressed. As a result, the heat transferred from the heater element 5 to the plate-shaped sample W can be made uniform within the plane. In addition, when the plate-shaped sample W is cooled in the temperature adjustment base part 3, the heat transferred from the plate-shaped sample W to the temperature adjustment base part 3 can be made uniform within the plane, and the temperature distribution of the plate-shaped sample W can be made uniform.

本実施形態において、第1樹脂層81および第2樹脂層82を構成する材料は、同一組成であり、第1接着層83、第2接着層84および充填接着部86を構成する材料は、同一組成である。したがって、ヒータ部8において、発熱層85の厚さ方向一方側と他方側とにそれぞれ配置される各層の組成が互いに一致する。このため、ヒータ部8の熱プレスによる接合時に、内部に熱応力が残留することを抑制することができ、ヒータ部8の耐久性を高めることができる。 In this embodiment, the materials constituting the first resin layer 81 and the second resin layer 82 have the same composition, and the materials constituting the first adhesive layer 83, the second adhesive layer 84, and the filling adhesive portion 86 have the same composition. Therefore, in the heater portion 8, the compositions of the layers disposed on one side and the other side in the thickness direction of the heat generating layer 85 match each other. For this reason, when the heater portion 8 is bonded by heat pressing, residual thermal stress inside can be suppressed, and the durability of the heater portion 8 can be increased.

本実施形態によれば、充填接着部86を構成する材料が、第1接着層83、第2接着層84を構成する材料と同一組成である。このため、充填接着部86と第1接着層83との境界部、および充填接着部86と第2接着層84との境界部に熱応力が発生することを抑制でき層間の剥離を抑制できる。 According to this embodiment, the material constituting the filling adhesive portion 86 has the same composition as the material constituting the first adhesive layer 83 and the second adhesive layer 84. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of thermal stress at the boundary between the filling adhesive portion 86 and the first adhesive layer 83, and at the boundary between the filling adhesive portion 86 and the second adhesive layer 84, and to suppress peeling between the layers.

以上に、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。 The above describes an embodiment of the present invention, but each configuration and their combinations in the embodiment are merely examples, and additions, omissions, substitutions, and other modifications of configurations are possible without departing from the spirit of the present invention. Furthermore, the present invention is not limited to the embodiment.

1…静電チャック装置、2…静電チャック部、3…温度調整用ベース部(ベース部)、5…ヒータエレメント、5a…側面、7…フィラー、8…ヒータ部、81…第1樹脂層、82…第2樹脂層、83…第1接着層、84…第2接着層、85…発熱層、86…充填接着部、W…板状試料 1...electrostatic chuck device, 2...electrostatic chuck part, 3...temperature adjustment base part (base part), 5...heater element, 5a...side surface, 7...filler, 8...heater part, 81...first resin layer, 82...second resin layer, 83...first adhesive layer, 84...second adhesive layer, 85...heat generating layer, 86...filling adhesive part, W...plate-shaped sample

Claims (5)

板状試料を静電吸着する静電チャック部と、
前記静電チャック部を支持するベース部と、
前記静電チャック部と前記ベース部との間に配置されるヒータ部と、を備え、
前記ヒータ部は、
発熱層と、
前記発熱層の厚さ方向一方側に配置される第1樹脂層と、
前記発熱層の厚さ方向他方側に配置される第2樹脂層と、
前記発熱層と前記第1樹脂層とを接着する第1接着層と、
前記発熱層と前記第2樹脂層とを接着する第2接着層と、を備え、
前記発熱層は、
電流が流れることで発熱する帯状のヒータエレメントと、
前記ヒータエレメントの間に充填される充填接着部と、を有し、
前記第1樹脂層、前記第2樹脂層、前記第1接着層、および前記第2接着層は、シート材からなり、
前記第1樹脂層および前記第2樹脂層には、不定形のフィラーが分散されている、
静電チャック装置。
an electrostatic chuck portion that electrostatically attracts a plate-shaped sample;
A base portion supporting the electrostatic chuck portion;
a heater portion disposed between the electrostatic chuck portion and the base portion,
The heater unit includes:
A heating layer;
a first resin layer disposed on one side of the heat generating layer in a thickness direction;
a second resin layer disposed on the other side of the heat generating layer in the thickness direction;
a first adhesive layer that bonds the heat generating layer and the first resin layer;
a second adhesive layer that adheres the heat generating layer and the second resin layer,
The heat generating layer is
A strip-shaped heater element that generates heat when an electric current flows through it;
and a filling adhesive portion filled between the heater elements,
the first resin layer, the second resin layer, the first adhesive layer, and the second adhesive layer are made of sheet materials;
Amorphous fillers are dispersed in the first resin layer and the second resin layer.
Electrostatic chuck device.
板状試料を静電吸着する静電チャック部と、an electrostatic chuck portion that electrostatically attracts a plate-shaped sample;
前記静電チャック部を支持するベース部と、A base portion supporting the electrostatic chuck portion;
前記静電チャック部と前記ベース部との間に配置されるヒータ部と、を備え、a heater portion disposed between the electrostatic chuck portion and the base portion,
前記ヒータ部は、The heater unit includes:
発熱層と、A heating layer;
前記発熱層の厚さ方向一方側に配置される第1樹脂層と、a first resin layer disposed on one side of the heat generating layer in a thickness direction;
前記発熱層の厚さ方向他方側に配置される第2樹脂層と、a second resin layer disposed on the other side of the heat generating layer in the thickness direction;
前記発熱層と前記第1樹脂層とを接着する第1接着層と、a first adhesive layer that bonds the heat generating layer and the first resin layer;
前記発熱層と前記第2樹脂層とを接着する第2接着層と、を備え、a second adhesive layer that adheres the heat generating layer and the second resin layer,
前記発熱層は、The heat generating layer is
電流が流れることで発熱する帯状のヒータエレメントと、A strip-shaped heater element that generates heat when an electric current flows through it;
前記ヒータエレメントの間に充填される充填接着部と、を有し、and a filling adhesive portion filled between the heater elements,
前記第1樹脂層、前記第2樹脂層、前記第1接着層、および前記第2接着層は、シート材からなり、the first resin layer, the second resin layer, the first adhesive layer, and the second adhesive layer are made of sheet materials;
前記第1樹脂層および前記第2樹脂層の弾性率は、前記第1接着層、前記第2接着層および前記充填接着部の弾性率より大きい、The elastic modulus of the first resin layer and the second resin layer is greater than the elastic modulus of the first adhesive layer, the second adhesive layer, and the filling adhesive portion.
静電チャック装置。Electrostatic chuck device.
板状試料を静電吸着する静電チャック部と、an electrostatic chuck portion that electrostatically attracts a plate-shaped sample;
前記静電チャック部を支持するベース部と、A base portion supporting the electrostatic chuck portion;
前記静電チャック部と前記ベース部との間に配置されるヒータ部と、を備え、a heater portion disposed between the electrostatic chuck portion and the base portion,
前記ヒータ部は、The heater unit includes:
発熱層と、A heating layer;
前記発熱層の厚さ方向一方側に配置される第1樹脂層と、a first resin layer disposed on one side of the heat generating layer in a thickness direction;
前記発熱層の厚さ方向他方側に配置される第2樹脂層と、a second resin layer disposed on the other side of the heat generating layer in the thickness direction;
前記発熱層と前記第1樹脂層とを接着する第1接着層と、a first adhesive layer that bonds the heat generating layer and the first resin layer;
前記発熱層と前記第2樹脂層とを接着する第2接着層と、を備え、a second adhesive layer that adheres the heat generating layer and the second resin layer,
前記発熱層は、The heat generating layer is
電流が流れることで発熱する帯状のヒータエレメントと、A strip-shaped heater element that generates heat when an electric current flows through it;
前記ヒータエレメントの間に充填される充填接着部と、を有し、and a filling adhesive portion filled between the heater elements,
前記第1樹脂層、前記第2樹脂層、前記第1接着層、および前記第2接着層は、シート材からなり、the first resin layer, the second resin layer, the first adhesive layer, and the second adhesive layer are made of sheet materials;
前記ヒータエレメントの側面が、凹曲面である、The side surface of the heater element is a concave curved surface.
静電チャック装置。Electrostatic chuck device.
前記充填接着部は、流動性接着剤からなる、
請求項1~3の何れか一項に記載の静電チャック装置。
The filling adhesive portion is made of a fluid adhesive.
The electrostatic chuck device according to any one of claims 1 to 3 .
前記第1樹脂層および前記第2樹脂層を構成する材料は、同一組成であり、
前記第1接着層、前記第2接着層および前記充填接着部を構成する材料は、同一組成である、
請求項1~の何れか一項に記載の静電チャック装置。
the first resin layer and the second resin layer are made of the same material;
The materials constituting the first adhesive layer, the second adhesive layer and the filling adhesive portion have the same composition.
The electrostatic chuck device according to any one of claims 1 to 4 .
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