JP2017092337A

JP2017092337A - 基板支持装置

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Publication number: JP2017092337A
Application number: JP2015222974A
Authority: JP
Inventors: 誠檜野; Makoto Hino
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2017-05-25
Anticipated expiration: 2035-11-13
Also published as: JP6532806B2

Abstract

【課題】基体の冷却効率の向上および温度均一性の向上を図りうる基板支持装置を提供する。【解決手段】第１端面Ｐ１および第２端面Ｐ２のうち少なくとも一方の端面が基準平面Ｐから基準角度以下の角度をなして徐々に離間するような凸曲面状に形成されている。基準平面Ｐは、各端面Ｐ１，Ｐ２その中心を通り、第１基体１および第２基体２の接合方向（ｚ軸方向）に平行に延在する垂線を有する平面である。ボルト４（圧着機構）により、第１端面Ｐ１および第２端面Ｐ２がそれぞれの中心よりも外周縁に近い位置で機械的に圧着されている。【選択図】図２

Description

本発明は、静電チャック電極が埋設されている基体の吸着面においてウエハ等の基板を吸着保持する静電チャックなど、基体により基板を支持する装置に関する。

一対の同種材または異種材よりなる基板（ウエハ）のそれぞれの表面を活性化処理し、当該一対の基板を常温で接合する際、各基板を吸着保持するために静電チャックが用いられている。静電チャックを構成する略平板状のセラミックス焼結体からなる基体においてウエハが吸着される表面とは反対側の第２裏面に金属製の基台が接着剤によって接着されている。基台の内部には水などの冷却媒体を流通させるための流路が形成されており、この流路に冷却媒体が流されることによって基体およびウエハの冷却が図られている（たとえば特許文献１および特許文献２参照）。

金属製の基体のほか、アルミニウムのような金属をマトリックスとし、それにＳｉＣのようなセラミックスを分散させた複合材を接合したものも開示されている（たとえば特許文献３参照）。セラミック焼結体で溝を内部に形成する構成が提案されている（たとえば特許文献４参照）。

特開２０１５−１３４７１４号公報特開２０１５−１０３５５０号公報特開平１０−３２２３９号公報特開２０１４-９１１４号公報

しかし、静電チャックと金属製基台とを接合して一体化するとき接着剤の熱伝導率の低さのために基台による基体および基板の冷却効率が不十分なものとなる場合がある。そこで、ボルト締めなどにより基体および基台を機械的に圧着させることが考えられるが、基体および基台の間に局所的に間隙が残存し、基板の均一な温度調節が困難になる場合がある。

また、冷却効率を高めるため冷媒に水を用いることが有効であるが、基台が水に対して腐食しない素材（例えば銅、真鍮）である必要があった。そのためアルミニウム系の素材は水が使用できず、その代わりに熱伝達率の劣る水とエチレングリコールの混合液やシリコーンオイル、パーフルオロ系の冷媒を用いる必要があった。

また、基台に銅や真鍮を用いると弾性率、平均線膨張係数や比重により、静電チャックを構成するセラミック焼結体と一体化した場合に、外部荷重による表面の変形が生じたり、表面形状の経時変化が生じた。

そこで、本発明は、基体の冷却効率の向上および温度均一性の向上を図りうる基板支持装置を提供することを目的とする。冷媒として水を使用可能であり、かつ、剛性が高く表面形状の精度が高くかつ経時変化の少ない基板支持装置を提供することを目的とする。

本発明は、導電体が埋設されている平板状のセラミックス焼結体からなる第１基体と、内部に冷却媒体を流通させるための流通経路が形成されているセラミックス焼結体からなる第２基体と、を備え、前記第１基体の一端面である第１端面と、前記第２基体の一端面である第２端面とが全体的に接合されることにより構成されている基板支持装置に関する。

本発明の基板支持装置は、前記第１端面および前記第２端面のうち少なくとも一方の端面が、その中心を通り、前記第１基体および前記第２基体の接合方向に平行に延在する垂線を有する基準平面から基準角度以下の角度をなして徐々に離間するような凸曲面状に形成され、前記第１端面および前記第２端面をそれぞれの中心よりも外周縁に近い位置で機械的に圧着する圧着機構をさらに備えていることを特徴とする。

本発明の基板支持装置によれば、第１基体の一端面である第１端面および第２基体の一端面である第２端面のうち少なくとも一方の端面が凸曲面状に形成されている。ここで「凸曲面」とは、当該端面の中心を通り、第１基体および第２基体の接合方向に平行に延在する垂線を有する基準平面から基準角度以下の角度θをなして徐々に離間するような曲面を意味する。すなわち、当該角度θが正値域を定義域としている場合、基準平面の垂線に対して垂直な方向について当該端面の中心からの距離ｒによる角度θ（ｒ）の１次微分値ｄθ／ｄｒが０または正値であり、かつ、その２次微分値ｄ²θ／ｄｒ²が０または正値であるような曲面を意味する。

このため、第１端面および第２端面を単に当接させただけでは、中心を含む内側領域では当接する一方、内側領域を取り囲む環状の外側領域においては離間して間隙が存在している状態になる。しかるに、第１端面および第２端面が、それぞれの中心よりも外周縁に近い位置（外側領域に含まれる位置）で機械的に圧着されることで、当該間隙を埋めるように第１基体および第２基体のうち一方または両方が弾性変形した状態になる。この弾性変形の応力によって第１端面および第２端面が内側領域においても確実に圧着される。換言すると、平坦面状の端面同士が機械的に圧着された場合に特に内側領域において両端面の間に間隙が存在するような事態が回避される。このように、接着剤を介さずに第１端面および第２端面を全体的に接合させているので、第２基体（冷却盤）の内部に形成された流通経路を流れる冷却媒体によって、第１基体およびこれに支持されている基板の冷却効率の向上および温度均一性の向上が図られる。

本発明の一態様の基板支持装置において、前記第１端面が凸曲面状である場合、前記第１端面の前記基準角度が前記第１基体を構成するセラミックス焼結体の弾性率に応じて設定され、前記第２端面が凸曲面状である場合、前記第２端面の前記基準角度が前記第２基体を構成するセラミックス焼結体の弾性率に応じて設定されている。

当該構成の基板支持装置によれば、第１基体および第２基体のそれぞれを構成するセラミックス焼結体の弾性率の差異に鑑みて、一方または両方の基体を適度に弾性変形させた状態で前記のように両端面を全体的に圧着させることができる。このため、各基体の耐用期間の延長を図りながら、第１基体およびこれに支持されている基板の冷却効率の向上が図られる。前記基準角度が０．０００１〜０．００２°の範囲に含まれるように設定されていてもよい。

本発明の一態様の基板支持装置において、前記第１端面および前記第２端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．０１〜０．５［μｍ］の範囲に含まれている。

当該構成の基板支持装置によれば、各端面の表面粗さＲａが適当な範囲に含まれるように調節されることにより、圧着時の両基体のアンカー効果による当接面積の増大、ひいては第１基体および第２基体の間の熱抵抗の低減が図られている。このため、第１基体およびこれに支持されている基板の冷却効率の向上および温度均一性の向上が図られる。

本発明の一態様の基板支持装置において、前記第１端面および前記第２端面の間に２０℃での蒸気圧が１Ｅ−０５Ｐａ以下、望ましくは１Ｅ−７Ｐａ以下であり２０℃の動粘度が１６０から１６００ｃＳｔ、望ましくは１６０〜５００ｃＳｔのグリース、シリコンオイルまたはフッ素系不活性液体が介在している。蒸気圧が十分に低いと真空プロセス中への拡散が抑制され、動粘度が低いほど当接する２面間に介在させることが容易になる。

当該構成の基板支持装置によれば、両端面の間に存在するわずかな間隙がグリース、シリコンオイルまたはフッ素系不活性液体によって充填され、第１基体および第２基体の間の熱抵抗の低減が図られている。このため、第１基体およびこれに支持されている基板の冷却効率の向上および温度均一性の向上が図られる。

本発明の一実施形態としての基板支持装置の構成説明図。基板支持装置を構成する２つの基体に関する説明図。

（構成）
図１に示されている本発明の一実施形態としての基板支持装置は、第１基体１と、第２基体２と、第１基体１に埋設されている導電体３と、第１基体１および第２基体２を機械的に接合するためのボルト４（圧着機構）と、を備えている。本実施形態では、導電体３は静電チャック電極を構成しており、基板支持装置は静電チャックとして構成されている。

第１基体１は、略平板状のセラミックス焼結体からなり、その一端面（図１の上端面）をウエハなどの基板（図示略）が支持される支持面とし、その他端面（図１の下端面）を第２基体２と接合される第１端面Ｐ１としている。本実施形態における第１基体１は略円板状であるが、多角形板状または楕円板状などのさまざまな形状であってもよい。

第１基体１の支持面には、当該支持面から突出する略円柱状、略半球状または略円錐台状の複数のピンが、三角格子状、正方格子状または同心円状など規則的に配置されるように形成されている。第１基体１には導電体３の一部を（受電端子３１が存在しない状態で）露出させるように第１端面Ｐ１から略円柱状に窪んでいる第１凹部１３が形成されている。第１凹部１３の個数および位置は、導電体３の個数および位置に応じて変更される。たとえば、静電チャック電極を構成する一対の導電体３が第１基体１に埋設されている場合、一対の第１凹部１３が第１基体１に形成されている。第１基体１にはさらに他端面から略円柱状に窪み、側面に雌ネジ（「圧着機構」を構成する。）が形成されている第２凹部１４が形成されている。第２凹部１４は、第１基体１の中心よりも外周縁に近く、周方向に分散または離間した複数の位置のそれぞれに形成されている。

導電体３は、薄板状または薄膜状の金属からなり、第１基体１の一端面に対して平行な姿勢で埋設されている。導電体３が静電チャック電極を構成する場合、当該導電体３への電圧印加によって第１基体１の支持面に載置されているウエハなどの基板がクーロン力などによって第１基体１に吸着保持される。導電体３が抵抗発熱体を構成する場合、当該導電体３への電圧印加によって基板の温度の調節が図られる。導電体３が高周波電圧印加用電極（または接地用電極）を構成する場合、当該導電体３およびこれと対をなす、第１基体１に埋設されているまたは第１基体１の外側に配置されている接地用電極（また高周波電圧印加用電極）の間に高周波電圧が印加されることによって基板の周囲にハロゲンガス等のプラズマが生成される。

第１基体１の第１凹部１３には、略円柱状の受電端子３１が配置されている。受電端子３１には、その下端部から軸線方向に延在し、側面に雌ネジが形成されている略円柱状の凹部３１２が形成されている。基板支持装置の使用時には、電源（図示略）に接続されている略円柱状の給電端子３２が受電端子３１に接続される。具体的には、給電端子３２の先端部３２２の側面に形成されている雄ネジと、受電端子３１の凹部３１２の側面に形成されている雌ネジとが螺着される。

第２基体２は、略平板状のセラミックス焼結体からなり、その一端面（図１の上端面）を第１基体１と接合される第２端面Ｐ２としている。第１基体１を構成するセラミックス焼結体の主原料と、第２基体２を構成するセラミックス焼結体の主原料とは相違していてもよく同一であってもよい。本実施形態における第２基体２は略円板状であるが、多角形板状または楕円板状などのさまざまな形状であってもよい。

第２基体２の内部には、水などの冷却媒体が流通させるための流通経路２２が形成されている。第２基体２には、第１基体１の第１凹部１３に対応する位置に、給電端子３２を挿通させるための第１貫通孔２３が形成されている。第２基体２には、第１基体１の第２凹部１４に対応する位置に第２貫通孔２４が形成されている。第２貫通孔２４には、他端面（図１の下端面）においてザグリ加工が施されている。これにより、第２貫通孔２４は、第２基体２の一端側では小径の略円柱状であり、他端側では大径の略円柱状である、略二段円柱状に形成されている。

ボルト４が第２基体２の第２貫通孔２４に挿通され、第１基体１の第２凹部１４の側面に形成された雌ネジに螺着されることにより、第１基体１および第２基体２が機械的に接合されている。すなわち、第１端面Ｐ１および第２端面Ｐ２がその中心よりも外周縁に近い位置で機械的に圧着されている。これにより、第１基体１および第２基体２のそれぞれの接合面が、中心寄りの内側領域のみならず外周縁よりの環状の外側領域においても全面的に圧着した状態になる。

なお、第２凹部１４が貫通孔であり、当該貫通孔および第２基体２の第２貫通孔に挿通されたボルトがナットと螺着されることで、第１基体１および第２基体２が機械的に接合されてもよい。この場合、第１基体１によりその支持面において支持される基板の平坦性を確保するため、ボルトヘッドまたはナットが収容されるようなザグリが第１基体１の支持面の側に形成されていてもよい。そのほか、クランプまたはその他の押圧手段により第１基体１および第２基体２のそれぞれの外周縁付近が複数個所にわたって挟持されることにより第１基体１および第２基体２が機械的に接合されてもよい。この場合、第１基体１における第２凹部１４およびその側面の雌ネジならびに第２基体２における第２貫通孔２４の形成が省略されうる。

本実施形態では第１端面Ｐ１および第２端面Ｐ２が凸曲面状に形成されている。第１端面Ｐ１および第２端面Ｐ２のそれぞれの形状は、それぞれの中心（図２／ｒ−ｚ座標系の中心ｏ）を通り、第１基体１および第２基体２の接合方向に平行に延在する垂線（図２／ｚ軸線）を有する基準平面Ｐにより定義される。

たとえば、第１端面Ｐ１は、当該垂線に対して垂直な方向（図２／ｒ軸方向）について、基準平面に対する角度θ₁（ｒ）が、０≦ｒ≦ｒ₁では０に設計され、ｒ₁＜ｒ≦Ｒ（Ｒは中心から外周縁までの距離を意味する。）では第１基準角度φ₁以下の範囲になるように設計されることで基準平面Ｐから徐々に離間するような凸曲面状に形成されている。ｒ₁＜ｒ≦Ｒにおいて（ｄθ₁／ｄｒ）は正値域を値域とする連続関数であり、（ｄ²θ₁／ｄｒ²）は０および正値域を値域とする連続関数である。たとえば、第１基体１がＡｌＮ焼結体（弾性率３２０［ＧＰａ］）から形成されている場合、第１基準角度φ₁は０．０００１〜０．００１°の範囲に設定されている。第１基準角度φ₁が極めて小さいため、基準平面Ｐおよび第１端面Ｐ１の間隙ｄ₁（ｒ）と、角度θ₁（ｒ）との関係は、近似式（１０）で表現される。間隙ｄ₁（ｒ）は、たとえば干渉計を用いて測定される。

θ₁（ｒ）≒ａｒｃｔａｎ(ｄ₁（ｒ）／(ｒ−ｒ_１）） ‥（１０）。

第１基準角度φ₁と、基準平面Ｐおよび第１端面Ｐ１の外周縁の間隙Ｄ₁＝ｄ₁（Ｒ）との関係は、近似式（１２）で表現される。

φ₁≒ａｒｃｔａｎ(Ｄ₁／(Ｒ−ｒ_１））‥（１２）。

たとえば、Ｒ＝１７０［ｍｍ］、ｒ＝０［ｍｍ］の場合、当該間隙Ｄ₁は０．３〜３［μｍ］である。

第２端面Ｐ２は、当該垂線に対して垂直な方向について、基準平面に対する角度θ₂（ｒ）が、０≦ｒ≦ｒ₂（ｒ₂はｒ₁と同一であっても異なっていてもよい。）は０であり、ｒ₂＜ｒ≦Ｒでは第２基準角度φ₂以下の範囲になるように設計されることで基準平面Ｐから徐々に離間するような凸曲面状に形成されている。ｒ₂＜ｒ≦Ｒにおいて（ｄθ₂／ｄｒ）は正値域を値域とする連続関数であり、（ｄ²θ₂／ｄｒ²）は０および正値域を値域とする連続関数である。たとえば、第２基体２がＳｉＣ焼結体（弾性率４２０［ＧＰａ］）から形成されている場合、第２基準角度φ₂は０．００００７〜０．００１°の範囲に設定されている。第２基準角度φ₁が極めて小さいため、基準平面Ｐおよび第２端面Ｐ２の間隙ｄ₂（ｒ）と、角度θ₂（ｒ）との関係は、近似式（２０）で表現される。間隙ｄ₂（ｒ）は、たとえば干渉計を用いて測定される。

θ₂（ｒ）≒ａｒｃｔａｎ(ｄ₂（ｒ）／(ｒ−ｒ₂）） ‥（２０）。

第２基準角度φ₂と、基準平面Ｐおよび第２端面Ｐ２の外周縁の間隙Ｄ₂＝ｄ₂（Ｒ）との関係は、近似式（２２）で表現される。

φ₂≒ａｒｃｔａｎ(Ｄ₂／(Ｒ−ｒ₂））‥（２２）。

たとえば、Ｒ＝１７０［ｍｍ］、ｒ＝０［ｍｍ］の場合、当該間隙Ｄ₂は０．２〜３［μｍ］である。

角度θ₁（ｒ）およびθ₂（ｒ）のそれぞれの下限値は、凸面形状の測定精度という観点から、０．００００７°以上であることが好ましい。第１端面Ｐ１および第２端面Ｐ２のうち一方が凸曲面状に形成され、他方が平坦面状に形成されてもよい。第１端面Ｐ１および第２端面Ｐ２のそれぞれの表面粗さＲａが０．０１〜０．５［μｍ］の範囲に含まれている。第１基体１および第２基体２のそれぞれの接合面の間にグリース類が介在していてもよい。また蒸気圧が低いシリコンオイル、商品名フロリナート、ノベック（３Ｍ製）、または商品名フォンブリン（ＳＯＬＶＡＹ製）のようなフッ素系不活性液体も使用できる。

（作製方法）
導電体３が埋設されている第１原料粉末の略平板状の成形体が焼成されることで焼結体が作製される。その上で、当該焼結体にピン、第１凹部１３および第２凹部１４等がブラスト加工または機械加工などの適当な加工法にしたがって形成されることにより第１基体１が製造される。第１凹部１３に受電端子３１が配置され、受電端子３１の上端部を導電体３に対してロウ付けなどにより電気的に接続させる。

第２原料粉末の略平板状の一対の成形体が焼成されることで一対の焼結体が作製される。当該一対の焼結体の一方または両方の端面に溝が形成された上で、当該一対の焼結体が溝を挟むように接合されることにより、溝に対応する流通経路２２が内部に形成された接合体が作製される。（特許文献４による接合方法が適用できる）。

焼結体の接合材として第２原料粉末と主原料が共通するセラミックス粉末を含む接合材が用いられてもよい。そのほか。接合材としては、石英、ソーダ石灰ガラス、硼珪酸ガラスなどのガラス系接合材が用いられてもよい。当該接合体に、第１貫通孔２３および第２貫通孔２４等がブラスト加工または機械加工などの適当な加工法にしたがって形成されることにより第２基体２が製造される。

第１原料粉末としては、たとえば高純度（例えば純度９９．９％以上）の窒化アルミニウム粉末、必要に応じてこれに適量の酸化イットリウム粉末などの焼結助剤が添加された混合原料粉末が用いられる。第２原料粉末としては、たとえば高純度（例えば純度９９．９％以上）の炭化ケイ素粉末が用いられる。そのほか、アルミナ粉末等、他のセラミックス粉末が原料粉末として用いられてもよい。導電体３としては、たとえばＭｏ箔またはＭｏメッシュが用いられる。

（実施例）
（実施例１）
主原料である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に３％酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）が添加された原料粉末から成形体が作製され、この成形体が焼成されることによりＡｌＮ焼結体が作製された。ＡｌＮ焼結体の熱伝導率は１６５［Ｗ／ｍＫ］、弾性率は３２０［ＧＰａ］、平均線膨張係数は４．５［ｐｐｍ］、比重は３．３であった。ＡｌＮ焼結体に適当な加工が施されることにより、直径３４０［ｍｍ］、厚さ１２［ｍｍ］の第１基体１が作製された。第１基体１の第１端面Ｐ１およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．０５［μｍ］に調節された。第１端面Ｐ１は、ｒ₁＝０［ｍｍ］、φ₁＝０．０００５１°（Ｄ₁＝１．５［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。周方向に等間隔に配置されている１２個の第２凹部１４が形成された。

炭化珪素（ＳｉＣ）を主原料とする原料粉末から成形体が作製され、この成形体が焼成されることによりＳｉＣ焼結体が作製された。ＳｉＣ焼結体の熱伝導率は１５０［Ｗ／ｍＫ］、弾性率は４２０［ＧＰａ］、平均線膨張係数は５．０［ｐｐｍ］、比重は３．２であった。ＳｉＣ焼結体に適当な加工が施されることにより、直径３４０［ｍｍ］、厚さ２０［ｍｍ］の第２基体２が作製された。第２基体２の第２端面Ｐ２およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．０５［μｍ］に調節された。第２端面Ｐ２は、ｒ₂＝０［ｍｍ］、φ₂＝０．０００５１°（Ｄ₂＝１．５［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。周方向に等間隔に配置されている１２個の第２貫通孔２４が形成された。

第１基体１および第２基体２が、１２本のボルト４（Ｍ６、ＰＣＤ．３２０［ｍｍ］）により、周方向に等間隔に配置された箇所で機械的に圧着されることにより実施例１の基板支持装置が構成された。

（実施例２）
第１基体１の第１端面Ｐ１およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．０４［μｍ］に調節された。第１端面Ｐ１は、ｒ₁＝３０［ｍｍ］、φ₁＝０．０００８°（Ｄ₁＝２．０［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。第２基体２の第２端面Ｐ２およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．０４［μｍ］に調節された。第２端面Ｐ２は、ｒ₂＝３０［ｍｍ］、φ₂＝０．０００６°（Ｄ₂＝１．５［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。これらの他は、実施例１と同一の条件下で実施例２の基板支持装置が構成された。

（実施例３）
第１基体１の第１端面Ｐ１およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが１．０［μｍ］に調節された。第１端面Ｐ１は、ｒ₁＝８５［ｍｍ］、φ₁＝０．００１°（Ｄ₁＝１．５［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。第２基体２の第２端面Ｐ２およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが１．０［μｍ］に調節された。第２端面Ｐ２は、ｒ₂＝８５［ｍｍ］、φ₂＝０．０００７°（Ｄ₂＝１．０［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。これらの他は、実施例１と同一の条件下で実施例３の基板支持装置が構成された。

（実施例４）
第１基体１の第１端面Ｐ１およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．０５［μｍ］に調節された。第１端面Ｐ１は、ｒ₁＝０［ｍｍ］、φ₁＝０．０００１°（Ｄ₁＝０．３［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。第２基体２の第２端面Ｐ２およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．０５［μｍ］に調節された。第２端面Ｐ２は、ｒ₂＝０［ｍｍ］、φ₂＝０．０００１°（Ｄ₂＝０．３［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。これらの他は、実施例１と同一の条件下で実施例４の基板支持装置が構成された。

（実施例５）
第１基体１の第１端面Ｐ１およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．０５［μｍ］に調節された。第１端面Ｐ１は、ｒ₁＝０［ｍｍ］、φ₁＝０．００２°（Ｄ₁＝６．０［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。第２基体２の第２端面Ｐ２およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．０５［μｍ］に調節された。第２端面Ｐ２は、ｒ₂＝０［ｍｍ］、φ₂＝０．００２°（Ｄ₂＝６．０［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。これらの他は、実施例１と同一の条件下で実施例５の基板支持装置が構成された。

（実施例６）
第１基体１の第１端面Ｐ１およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが１．０［μｍ］に調節された。第１端面Ｐ１は、ｒ₁＝８５［ｍｍ］、φ₁＝０．００２°（Ｄ₁＝３．０［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。第２基体２の第２端面Ｐ２およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが１．０［μｍ］に調節された。第２端面Ｐ２は、ｒ₂＝８５［ｍｍ］、φ₂＝０．００１５°（Ｄ₂＝２．２［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。これらの他は、実施例１と同一の条件下で実施例６の基板支持装置が構成された。

（実施例７）
第１基体１の第１端面Ｐ１およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．０５［μｍ］に調節された。第１端面Ｐ１は、ｒ₁＝０［ｍｍ］、φ₁＝０．００００９°（Ｄ₁＝０．２６［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。第２基体２の第２端面Ｐ２およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．０５［μｍ］に調節された。第２端面Ｐ２は、ｒ₂＝８５［ｍｍ］、φ₂＝０．００００９°（Ｄ₂＝０．２６［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。これらの他は、実施例１と同一の条件下で実施例７の基板支持装置が構成された。

（実施例８）
第１基体１の第１端面Ｐ１およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．０５［μｍ］に調節された。第１端面Ｐ１は、ｒ₁＝０［ｍｍ］、φ₁＝０．００２５°（Ｄ₁＝７．５［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。第２基体２の第２端面Ｐ２およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．０５［μｍ］に調節された。第２端面Ｐ２は、ｒ₂＝８５［ｍｍ］、φ₂＝０．００２５°（Ｄ₂＝７．５［μｍ］）であるような凸曲面状に形成された。これらの他は、実施例１と同一の条件下で実施例８の基板支持装置が構成された。

（参考例）
第１基体１の第１端面Ｐ１およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．２［μｍ］に調節された。第１端面Ｐ１は平面状に形成された。第２基体２に代えて、銅（熱伝導率４００Ｗ／ｍＫ、弾性率１２０ＧＰａ、平均線膨張係数１６．８ｐｐｍ、比重８．９）からなり、内部に流通経路が形成されている冷却盤が、第１基体１と機械的圧着ではなく、有機接着剤により接着された。接着剤層の厚さは１００［μｍ］であった。これらの他は、実施例１と同一の条件下で参考例１の基板支持装置が構成された。

(評価方法)
冷媒としての水を第２基体２の流通経路２２(または冷却盤の流通経路)に流量５［Ｌ／ｍｉｎ］で流した際の、第１基体１により支持されているシリコンウエハ（基板）と冷媒との間の総括熱伝達率ｈ₁［Ｗ／ｍ^２Ｋ］と、第１基体１と冷媒との間の総括熱伝達率ｈ₂［Ｗ／ｍ^２Ｋ］とが測定された。

総括熱伝達率の評価は、基板上面より抵抗加熱またはランプ加熱によりに一定の熱量を投入し、基板の温度Ｔ_１、第１基体１の表面温度Ｔ_２および第１端面Ｐ１の温度Ｔ_３、第２端面Ｐ２の温度Ｔ_４、第２基体２の温度Ｔ_５(側面の中間高さまたは第２基体２の中実部であって内在する冷媒溝近傍の位置）、流通経路２２の入口における冷媒の温度Ｔ_６、流通経路２２の出口における冷媒の温度Ｔ_７および冷媒の流量Ｌを測定する。温度測定には接触式の熱電対で直接測定するかまたは非接触手段として赤外線カメラを用いて測定物の放射率から温度を換算することによって行う。

基板から冷却盤（第２基体２）に貫通する熱量Ｑ（Ｗ）は、流通経路２２の入口および出口における冷媒の温度差（Ｔ_６−Ｔ_５）、冷媒の流量および冷媒の比熱より推定する。
このとき基板と冷媒間の総括熱伝達率ｈ_１は、以下の式（３１）で推定する。ここでＳは基板の面積とする。

ｈ_１＝Ｑ／{Ｓ（Ｔ_１−Ｔ_６）} ‥（３１）。

同様に、第１基体１の表面と冷媒との間の総括熱伝達率ｈ_２は、以下の式（３２）で推定する。

ｈ_２＝Ｑ／{Ｓ（Ｔ_２−Ｔ_６）} ‥（３２）。

当該評価結果が、表１にまとめて示されている。

前記構成の基板支持装置（静電チャック）によれば、第１端面Ｐ１および第２端面Ｐ２のそれぞれが凸曲面状に形成されている。このため、第１端面Ｐ１および第２端面Ｐ２のそれぞれを単に当接させただけでは、中心を含む内側領域では当接する一方、内側領域を取り囲む環状の外側領域においては離間して間隙が存在している状態になる（図２参照）。しかるに、第１端面Ｐ１および第２端面Ｐ２が、それぞれの中心よりも外周縁に近い位置（外側領域に含まれる位置）でボルト４および第１基体１の第２凹部１４に形成された雌ネジの螺着によって機械的に圧着される。

これにより、当該間隙を埋めるように第１基体１および第２基体２の両方が弾性変形し、この弾性変形の応力によって第１端面Ｐ１および第２端面Ｐ２が内側領域においても確実に圧着される。このように、接着剤を介さずに第１端面Ｐ１および第２端面Ｐ２を全体的に接合させているので、第２基体２（冷却盤）の内部に形成された流通経路２２を流れる冷却媒体によって、第１基体１およびこれに支持されている基板の冷却効率の向上および温度均一性の向上が図られる。

また、第１基体１および第２基体２の熱抵抗を小さくできるため、第１基体１により支持されている基板の温度を、第２基体２の流通経路２２を流れる冷媒としての水の温度に近づけることができる。第２基体２にＳｉＣのような高剛性素材が使用できるため外部荷重による表面の変形を小さくすることができる。第１基体１と第２基体２との線膨張差が緩和されることによって残留応力が抑制され、経年変化の小さい形状安定性の優れた構造となった。また、高比剛性から軽量構造とすることができた。

１‥第１基体、２‥第２基体、３‥導電体、４‥ボルト（圧着機構）、３１‥受電端子、３２‥給電端子、Ｐ‥基準平面、Ｐ１‥第１端面、Ｐ２‥第２端面。

Claims

導電体が埋設されている平板状のセラミックス焼結体からなる第１基体と、
内部に冷却媒体を流通させるための流通経路が形成されているセラミックス焼結体からなる第２基体と、を備え、
前記第１基体の一端面である第１端面と、前記第２基体の一端面である第２端面とが全体的に接合されることにより構成されている基板支持装置であって、
前記第１端面および前記第２端面のうち少なくとも一方の端面が、その中心を通り、前記第１基体および前記第２基体の接合方向に平行に延在する垂線を有する基準平面から基準角度以下の角度をなして徐々に離間するような凸曲面状に形成され、
前記第１端面および前記第２端面をそれぞれの中心よりも外周縁に近い位置で機械的に圧着する圧着機構をさらに備えていることを特徴とする基板支持装置。
請求項１記載の基板支持装置において、
前記第１端面が凸曲面状である場合、前記第１端面の前記基準角度が前記第１基体を構成するセラミックス焼結体の弾性率に応じて設定され、前記第２端面が凸曲面状である場合、前記第２端面の前記基準角度が前記第２基体を構成するセラミックス焼結体の弾性率に応じて設定されていることを特徴とする基板支持装置。
請求項１または２記載の基板支持装置において、
前記基準角度が０．０００１〜０．００２°の範囲に含まれるように設定されていることを特徴とする基板支持装置。
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の基板支持装置において、
前記第１端面および前記第２端面のそれぞれの表面粗さＲａが０．０１〜０．５［μｍ］の範囲に含まれていることを特徴とする基板支持装置。
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の基板支持装置において、
前記第１端面および前記第２端面の間にグリース、シリコンオイルまたはフッ素系不活性液体が介在していることを特徴とする基板支持装置。