JP2017126640A - 保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックス板とベース板とを備える保持装置において、接合層と被接合部材との界面で剥離が発生することを抑制する。【解決手段】保持装置は、内部にヒータを有するセラミックス板と、金属により形成され、内部に冷媒流路が形成されたベース板とを備え、セラミックス板の表面上に対象物を保持する。保持装置は、さらに、セラミックス板とベース板との間に配置され、金属とセラミックスとの複合材料により形成された板状の複合板と、金属により形成され、セラミックス板と複合板とを接合するセラミックス側接合層と、有機系接着剤を含み、複合板とベース板とを接合するベース側接合層と、を備える。【選択図】図２

Description

本明細書に開示される技術は、対象物を保持する保持装置に関する。

例えば半導体製造装置において、ウェハを保持する保持装置として、静電チャックが用いられる。静電チャックは、例えば、セラミックスにより形成され、内部にヒータを有するセラミックス板と、金属により形成され、内部に冷媒流路が形成されたベース板とが接合された構成を有する。静電チャックは、内部電極を有しており、内部電極に電圧が印加されることにより発生する静電引力を利用して、セラミックス板の表面（以下、「吸着面」という）にウェハを吸着して保持する。

静電チャックに保持されたウェハの温度分布が不均一になると、ウェハに対する各処理（成膜、エッチング、露光等）の精度が低下するため、静電チャックにはウェハの温度分布を均一にする性能が求められる。そのため、静電チャックの使用時には、セラミックス板内部のヒータによる加熱や、ベース板内部の冷媒流路に冷媒を供給することによる冷却によって、セラミックス板の吸着面の温度制御が行われる。

また、静電チャックは、使用時に、熱サイクルにさらされる。セラミックス板の形成材料であるセラミックスとベース板の形成材料である金属とは熱膨張率が互いに異なるため、静電チャックが熱サイクルにさらされると、セラミックス板とベース板との間に熱膨張差が生ずる。従来、セラミックス板とベース板とを、弾性変形能力が比較的高い有機系接着剤を含む接合層により接合することにより、セラミックス板とベース板との間の熱膨張差を緩和し、部材の割れ等の発生を抑制する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−２８７３４４号公報

近年、半導体プロセスの多様化に伴い、静電チャックが従来よりも高温（例えば２５０℃以上）の環境で使用されることがあり、そのような場合には、静電チャックはより高温の熱サイクルにさらされる。上記従来の構成では、静電チャックがより高温の熱サイクルにさらされると、接合層に含まれる有機系接着剤が分解温度まで到達し、接合層と被接合部材との界面等で剥離が発生するおそれがある。そのような剥離が発生すると、剥離箇所においてベース板とセラミックス板との間の伝熱性が低下するため、ベース板内部の冷媒流路に冷媒を供給することによりベース板を冷却しても、剥離箇所においてセラミックス板からベース板への効果的な伝熱がなされず、セラミックス板の吸着面の温度分布の均一性が低下するおそれがある。

なお、このような課題は、静電引力を利用してウェハを保持する静電チャックに限らず、セラミックス板とベース板とを備え、セラミックス板の表面上に対象物を保持する保持装置に共通の課題である。

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本明細書に開示される保持装置は、セラミックスにより形成され、第１の表面を有する板状であり、内部に発熱抵抗体により構成されたヒータを有するセラミックス板と、前記セラミックス板の前記第１の表面とは反対側に配置され、金属により形成された板状であり、内部に冷媒流路が形成されたベース板と、を備え、前記セラミックス板の前記第１の表面上に対象物を保持する保持装置において、さらに、前記セラミックス板と前記ベース板との間に配置され、金属とセラミックスとの複合材料により形成された板状の複合板と、金属により形成され、前記セラミックス板と前記複合板とを接合するセラミックス側接合層と、有機系接着剤を含み、前記複合板と前記ベース板とを接合するベース側接合層と、を備える。セラミックス側接合層は、ベース側接合層と比べて、ヒータに近く、かつ、冷媒流路から遠いため、保持装置の使用時に温度が上昇しやすいが、本保持装置によれば、セラミックス側接合層は有機系接着剤と比べて耐熱性が高い金属により形成されているため、セラミックス側接合層が高温になってもセラミックス側接合層の接合面で剥離が発生することを抑制することができる。また、複合板は金属とセラミックスとの複合材料により形成されているため、セラミックス板の熱膨張率と複合板の熱膨張率との差は、セラミックス板の熱膨張率とベース板の熱膨張率との差と比べて小さく、セラミックス板と複合板との熱膨張差は比較的小さいため、セラミックス板と複合板とを接合するセラミックス側接合層を有機系接着剤と比べて弾性変形能力の小さい金属により形成しても、熱膨張差による応力によってセラミックス側接合層の接合面で剥離が発生することを抑制することができる。また、ベース側接合層は、セラミックス側接合層と比べて、ヒータから遠く、かつ、冷媒流路に近いため、保持装置の使用時にベース側接合層の温度上昇を抑制することができ、ベース側接合層を有機系接着剤を含むように形成しても、ベース側接合層の温度が有機系接着剤の分解温度まで到達してベース側接合層の接合面で剥離が発生することを抑制することができる。また、複合板とベース板とを接合するベース側接合層が金属と比べて弾性変形能力が高い有機系接着剤を含むように形成されているため、複合板とベース板との間の熱膨張差による応力が比較的大きくなっても、ベース側接合層の接合面で剥離が発生することを抑制することができる。

（２）上記保持装置において、前記ベース側接合層の厚さ方向において、前記ベース側接合層と前記冷媒流路との間の距離は、前記ベース側接合層と前記ヒータとの間の距離より短い構成としてもよい。本保持装置によれば、ベース側接合層が比較的冷媒流路に近く、かつ、ヒータから遠いこととなるため、保持装置が熱サイクルにさらされた際に、ベース側接合層の温度上昇が効果的に抑制され、ベース側接合層の接合面で剥離が発生することをさらに効果的に抑制することができる。

（３）上記保持装置において、前記セラミックス板の熱膨張率と前記複合板の熱膨張率との差は、前記複合板の熱膨張率と前記ベース板の熱膨張率との差より小さい構成としてもよい。本保持装置によれば、セラミックス板と複合板との熱膨張差を極力小さくすることができ、セラミックス板と複合板とを接合するセラミックス側接合層を有機系接着剤と比べて弾性変形能力の小さい金属により形成しても、熱膨張差による応力によってセラミックス側接合層の接合面で剥離が発生することをより確実に抑制することができる。

（４）上記保持装置において、前記セラミックス板の形成材料である前記セラミックスは、アルミナと窒化アルミニウムとの一方を主成分とするセラミックスであり、前記複合板の形成材料である前記複合材料は、アルミニウム合金と炭化ケイ素とを含み、前記ベース側接合層に含まれる前記有機系接着剤は、シリコーン樹脂を主成分とする有機系接着剤である構成としてもよい。本保持装置によれば、セラミックス板の熱膨張率と複合板の熱膨張率との差を小さくすることができ、セラミックス板と複合板とを接合するセラミックス側接合層を有機系接着剤と比べて弾性変形能力の小さい金属により形成しても、熱膨張差による応力によってセラミックス側接合層の接合面で剥離が発生することを確実に抑制することができる。また、ベース側接合層に含まれる有機系接着剤が、比較的分解温度が高く、かつ、弾性変形能力が高いシリコーン樹脂を主成分とする有機系接着剤であるため、ベース側接合層の温度が有機系接着剤の分解温度まで上昇することが抑制され、ベース側接合層の接合面で剥離が発生することを抑制することができると共に、複合板とベース板との間の熱膨張差による応力が比較的大きくなっても、ベース側接合層の接合面で剥離が発生することを抑制することができる。

（５）上記保持装置において、前記セラミックス側接合層は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金であって、前記複合板の形成材料である前記複合材料に含まれるアルミニウム合金より低融点のアルミニウム合金により形成されている構成としてもよい。本保持装置によれば、セラミックス板と複合板とを接合する際に複合材料に含まれるアルミニウム合金が液相化し、液相化したアルミニウム合金が複合板からしみ出すことを抑制することができ、セラミックス板と複合板とをセラミックス側接合層によって良好に接合することができる。

（６）上記保持装置において、前記複合板の厚さは、３ｍｍ以上である構成としてもよい。複合板がアルミニウム合金と炭化ケイ素との複合材料により形成され、かつ、複合板の厚さが３ｍｍ以上であると、セラミックス板の第１の表面の温度を２５０℃にしても、ベース側接合層の温度を、ベース側接合層に含まれるシリコーン樹脂を主成分とする有機系接着剤の分解温度未満にすることができるため、ベース側接合層の接合面で剥離が発生することを効果的に抑制することができる。

（７）上記保持装置において、前記セラミックス側接合層は、純度９９％以上のアルミニウムで形成されたアルミニウム層と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、前記セラミックス板と前記アルミニウム層とを接合する第１の接合機能層と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、前記複合板と前記アルミニウム層とを接合する第２の接合機能層と、を含む構成としてもよい。本保持装置によれば、セラミックス側接合層が塑性変形能力の高いアルミニウム層を含むため、セラミックス板と複合板とをセラミックス側接合層によって接合した後、接合温度から室温まで温度を下げる際にセラミックス板と複合板との収縮量の差によって発生するおそれのある反りの量を、アルミニウム層が塑性変形することによって抑制することができる。

（８）上記保持装置において、前記セラミックス側接合層の厚さは、１．２ｍｍ以上であることを特徴とする構成としてもよい。本保持装置によれば、セラミックス板と複合板とをセラミックス側接合層によって接合した後、接合温度から室温まで温度を下げる際にセラミックス板と複合板との収縮量の差によって発生するおそれのある反りの量を、極めて小さい量に抑えることができる。

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、保持装置、静電チャック、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。

第１実施形態における静電チャック１００の外観構成を概略的に示す斜視図である。 第１実施形態における静電チャック１００のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。 第２実施形態における静電チャック１００ａのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。 各性能評価に用いられた実施例および比較例の静電チャック１００の概略構成を示す説明図である。 第１の性能評価の結果を示す説明図である。 第２の性能評価の結果を示す説明図である。 第３の性能評価の結果を示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．静電チャック１００の構成：
図１は、第１実施形態における静電チャック１００の外観構成を概略的に示す斜視図であり、図２は、第１実施形態における静電チャック１００のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向といい、Ｚ軸負方向を下方向というものとするが、静電チャック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図３以降についても同様である。

静電チャック１００は、対象物（例えばウェハＷ）を静電引力により吸着して保持する装置であり、例えば半導体製造装置の真空チャンバー内でウェハＷを固定するために使用される。静電チャック１００は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向（Ｚ軸方向））に並べて配置されたセラミックス板１０と、複合板６０と、ベース板２０とを備える。セラミックス板１０と複合板６０とは、セラミックス板１０の下面と複合板６０の上面とが上記配列方向に対向するように配置されている。また、複合板６０とベース板２０とは、複合板６０の下面とベース板２０の上面とが上記配列方向に対向するように配置されている。静電チャック１００は、さらに、セラミックス板１０の下面と複合板６０の上面との間に配置されたセラミックス側接合層７０と、複合板６０の下面とベース板２０の上面との間に配置されたベース側接合層３０とを備える。

セラミックス板１０は、例えば円形平面の板状部材であり、セラミックスにより形成されている。セラミックス板１０の形成材料としては、種々のセラミックスが用いられ得るが、強度や耐摩耗性、耐プラズマ性の観点から、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とするセラミックスが用いられることが好ましい。なお、ここでいう主成分とは、含有割合（重量割合）の最も多い成分を意味する。セラミックス板１０の直径は、例えば２００ｍｍ〜３５０ｍｍ程度であり、セラミックス板１０の厚さは、例えば２ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。

セラミックス板１０の内部には、導電性材料（例えば、タングステンやモリブデン等）により形成された一対の内部電極４０が設けられている。一対の内部電極４０に電源（図示せず）から電圧が印加されると、静電引力が発生し、この静電引力によってウェハＷがセラミックス板１０の上面（以下、「吸着面Ｓ１」という）に吸着固定される。セラミックス板１０の吸着面Ｓ１は、特許請求の範囲における第１の表面に相当する。

また、セラミックス板１０の内部には、導電性材料（例えば、タングステンやモリブデン等）により形成された抵抗発熱体で構成されたヒータ５０が設けられている。ヒータ５０に電源（図示せず）から電圧が印加されると、ヒータ５０が発熱することによってセラミックス板１０が温められ、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１に保持されたウェハＷが温められる。これにより、ウェハＷの温度制御が実現される。

ベース板２０は、例えばセラミックス板１０と径が同じ、またはセラミックス板１０より径が大きい円形平面の板状部材であり、金属（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等）により形成されている。ベース板２０の直径は、例えば２２０ｍｍ〜３５０ｍｍ程度であり、ベース板２０の厚さは、例えば２０ｍｍ〜４０ｍｍ程度である。

ベース板２０の内部には冷媒流路２１が形成されている。冷媒流路２１に冷媒（例えば、フッ素系不活性液体や水等）が供給されると、ベース板２０が冷却され、ベース側接合層３０、複合板６０、セラミックス側接合層７０を介したベース板２０からセラミックス板１０への伝熱によりセラミックス板１０が冷却され、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１に保持されたウェハＷが冷却される。これにより、ウェハＷの温度制御が実現される。

複合板６０は、例えばセラミックス板１０と略同径の円形平面の板状部材であり、セラミックスと金属との複合材料によりにより形成されている。この複合材料は、多孔質セラミックスに金属を溶融して加圧浸透させたものである。複合板６０の形成材料としては、種々の複合材料が用いられ得るが、例えば、多孔質炭化ケイ素（ＳｉＣ）にアルミニウム合金を浸透させた複合材料が用いられることが好ましい。複合板６０の直径は、例えば２００ｍｍ〜３５０ｍｍ程度であり、複合板６０の厚さは、例えば１ｍｍ〜３０ｍｍ程度である。

複合板６０の形成材料である複合材料のセラミックスと金属との体積比を調整することにより、複合板６０の熱膨張率を調整することができる。本実施形態では、セラミックス板１０の熱膨張率と複合板６０の熱膨張率との差が、複合板６０の熱膨張率とベース板２０の熱膨張率との差より小さくなるように、複合板６０の熱膨張率が調整されている。すなわち、複合板６０の熱膨張率は、セラミックス板１０の熱膨張率に比較的近い。複合板６０の熱膨張率とセラミックス板１０の熱膨張率との差の絶対値は、１．５×１０^−６（／℃）以下であることが好ましい。

ベース側接合層３０は、有機系接着剤を含んでおり、複合板６０とベース板２０とを接合している。ベース側接合層３０に含まれる有機系接着剤として、シリコーン系樹脂やアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の種々の有機系接着剤が用いられ得るが、比較的耐熱性が高く、かつ、柔らかいシリコーン系樹脂を主成分とする有機系接着剤が用いられることが好ましい。なお、ここでいう主成分とは、ベース側接合層３０に含まれる接着成分（有機系接着剤）における含有割合（重量割合）の最も多い成分である。ベース側接合層３０には、接着成分の他に、粉末成分（例えばアルミナやシリカ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等）や添加剤（カップリング剤等）が含まれていてもよい。ベース側接合層３０の厚さは、例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度である。

セラミックス側接合層７０は、金属により形成されており、セラミックス板１０と複合板６０とを接合している。セラミックス側接合層７０の形成材料としては、種々の金属が用いられ得るが、例えば、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金が用いられることが好ましい。なお、ここでいう主成分とは、含有割合（重量割合）の最も多い成分を意味する。セラミックス側接合層７０の厚さは、例えば０．０５ｍｍ〜５ｍｍ程度である。

Ａ−２．静電チャック１００の製造方法：
次に、第１実施形態における静電チャック１００の製造方法の一例を説明する。はじめに、セラミックス板１０とベース板２０と複合板６０とを準備する。なお、セラミックス板１０とベース板２０と複合板６０とは、公知の製造方法によって製造可能であるため、ここでは製造方法の説明を省略する。

次に、セラミックス板１０と複合板６０との間に金属ろう材（例えば、アルミニウム合金であるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ）の箔を挟み、真空チャンバー内において１〜１０ＭＰａの圧力下で５００〜６００℃に加熱する。これにより、セラミックス板１０と複合板６０とがセラミックス側接合層７０によって接合（ろう付け）された積層体が作製される。このとき、セラミックス側接合層７０の形成材料である金属（例えばアルミニウム合金）として、複合板６０の形成材料である複合材料に含まれる金属（例えばアルミニウム合金）より低融点のものが用いられると、接合の際に複合材料に含まれる金属が液相化し、液相化した金属が複合板６０からしみ出すことを抑制することができるため、セラミックス板１０と複合板６０とをセラミックス側接合層７０によって良好に接合することができる。なお、作製されたセラミックス板１０と複合板６０との積層体の側面や上下の平面を研磨してもよい。

次に、ベース板２０の上面に、ペースト状接着剤を塗布する。ペースト状接着剤は、接着成分（例えばシリコーン系樹脂やアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等）と粉末成分（例えばアルミナやシリカ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等）とを混合して作製したペースト状の接着剤である。ペースト状接着剤は、カップリング剤等の添加剤を含んでいてもよい。

次に、ベース板２０に塗布されたペースト状接着剤の表面に、セラミックス板１０と複合板６０とがセラミックス側接合層７０によって接合された積層体を配置し、ペースト状接着剤を硬化させる硬化処理を行うことにより、ベース板２０と上記積層体とを接合するベース側接合層３０を形成する。硬化処理の内容は、使用する接着剤の種類に応じて異なり、熱硬化型の接着剤であれば硬化処理として熱を付与する処理が行われ、水分硬化型の接着剤であれば硬化処理として水分を付与する処理が行われる。以上の工程により、静電チャック１００の製造が完了する。

Ａ−３．第１実施形態の効果：
以上説明したように、第１実施形態の静電チャック１００は、セラミックスにより形成され、吸着面Ｓ１を有する板状であり、内部に発熱抵抗体により構成されたヒータ５０を有するセラミックス板１０と、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１とは反対側に配置され、金属により形成された板状であり、内部に冷媒流路２１が形成されたベース板２０とを備え、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１上にウェハＷ等の対象物を保持する保持装置である。第１実施形態の静電チャック１００は、さらに、セラミックス板１０とベース板２０との間に配置され、金属とセラミックスとの複合材料により形成された板状の複合板６０と、金属により形成され、セラミックス板１０と複合板６０とを接合するセラミックス側接合層７０と、有機系接着剤を含み、複合板６０とベース板２０とを接合するベース側接合層３０とを備える。

ここで、セラミックス側接合層７０は、ベース側接合層３０と比べて、ヒータ５０に近く、かつ、冷媒流路２１から遠いため、静電チャック１００の使用時に温度が上昇しやすいが、セラミックス側接合層７０は有機系接着剤と比べて耐熱性が高い金属により形成されているため、セラミックス側接合層７０が高温になってもセラミックス側接合層７０の接合面で剥離が発生することを抑制することができる。また、セラミックス板１０の熱膨張率と複合板６０の熱膨張率との差は、セラミックス板１０の熱膨張率とベース板２０の熱膨張率との差と比べて小さく、セラミックス板１０と複合板６０との熱膨張差は比較的小さいため、セラミックス板１０と複合板６０とを接合するセラミックス側接合層７０を有機系接着剤と比べて弾性変形能力の小さい金属により形成しても、熱膨張差による応力によってセラミックス側接合層７０の接合面で剥離が発生することを抑制することができる。

また、ベース側接合層３０は、セラミックス側接合層７０と比べて、ヒータ５０から遠く、かつ、冷媒流路２１に近いため、静電チャック１００の使用時にベース側接合層３０の温度上昇を抑制することができ、ベース側接合層３０を有機系接着剤を含むように形成しても、ベース側接合層３０の温度が有機系接着剤の分解温度まで到達してベース側接合層３０の接合面で剥離が発生することを抑制することができる。なお、冷媒流路２１が、Ｚ方向視で、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１におけるウェハＷの載置領域の３０％以上に重なるように配置されると、冷媒流路２１に供給される冷媒によってベース側接合層３０の温度上昇を効果的に抑制することができるため好ましい。また、複合板６０とベース板２０とを接合するベース側接合層３０が金属と比べて弾性変形能力が高い有機系接着剤を含むように形成されているため、複合板６０とベース板２０との間の熱膨張差による応力が比較的大きくなっても、ベース側接合層３０の接合面で剥離が発生することを抑制することができる。

また、本実施形態の静電チャック１００では、セラミックス板１０の熱膨張率と複合板６０の熱膨張率との差が、複合板６０の熱膨張率とベース板２０の熱膨張率との差より小さくなるように、複合板６０の熱膨張率が調整されている。そのため、セラミックス板１０と複合板６０との熱膨張差を極力小さくすることができ、セラミックス板１０と複合板６０とを接合するセラミックス側接合層７０を有機系接着剤と比べて弾性変形能力の小さい金属により形成しても、熱膨張差による応力によってセラミックス側接合層７０の接合面で剥離が発生することをより確実に抑制することができる。

なお、セラミックス板１０の形成材料であるセラミックスは、アルミナと窒化アルミニウムとの一方を主成分とするセラミックスであることが好ましく、複合板６０の形成材料である複合材料は、アルミニウム合金と炭化ケイ素とを含むことが好ましく、ベース側接合層３０に含まれる有機系接着剤は、シリコーン樹脂を主成分とする有機系接着剤であることが好ましい。このような構成とすれば、セラミックス板１０の熱膨張率と複合板６０の熱膨張率との差を小さくすることができ、セラミックス板１０と複合板６０とを接合するセラミックス側接合層７０を有機系接着剤と比べて弾性変形能力の小さい金属により形成しても、熱膨張差による応力によってセラミックス側接合層７０の接合面で剥離が発生することを確実に抑制することができる。また、ベース側接合層３０に含まれる有機系接着剤が、比較的分解温度が高く、かつ、弾性変形能力が高いシリコーン樹脂を主成分とする有機系接着剤であるため、ベース側接合層３０の温度が有機系接着剤の分解温度まで上昇することが抑制され、ベース側接合層３０の接合面で剥離が発生することを抑制することができると共に、複合板６０とベース板２０との間の熱膨張差による応力が比較的大きくなっても、ベース側接合層３０の接合面で剥離が発生することを抑制することができる。

また、セラミックス側接合層７０は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金であって、複合板６０の形成材料である複合材料に含まれるアルミニウム合金より低融点のアルミニウム合金により形成されていることが好ましい。このような構成とすれば、セラミックス板１０と複合板６０とを接合する際に複合材料に含まれるアルミニウム合金が液相化し、液相化したアルミニウム合金が複合板６０からしみ出すことを抑制することができ、セラミックス板１０と複合板６０とをセラミックス側接合層７０によって良好に接合することができる。

Ｂ．第２実施形態：
図３は、第２実施形態における静電チャック１００ａのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。以下では、第２実施形態における静電チャック１００ａの構成の内、上述した第１実施形態における静電チャック１００の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。

第２実施形態における静電チャック１００ａでは、セラミックス側接合層７０ａが、第１の接合機能層７１と、アルミニウム層７３と、第２の接合機能層７２とを含んでいる。アルミニウム層７３は、純度９９％以上のアルミニウムで形成されている。第１の接合機能層７１は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成されており、セラミックス板１０とアルミニウム層７３とを接合している。第２の接合機能層７２は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成されており、複合板６０とアルミニウム層７３とを接合している。なお、ここでいう主成分とは、含有割合（重量割合）の最も多い成分を意味する。第２実施形態における静電チャック１００ａのその他の構成は、第１実施形態における静電チャック１００の構成と同様である。

第２実施形態の静電チャック１００ａの製造方法は、上述した第１実施形態の静電チャック１００の製造方法と以下の点が異なる。第１実施形態では、セラミックス板１０と複合板６０との間に金属ろう材（例えば、アルミニウム合金であるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ）の箔のみを配置して加熱するものとしているが、第２実施形態では、セラミックス板１０と複合板６０との間に、純度９９％以上のアルミニウム板の上下を同様の金属ろう材箔で挟んだものを配置し、同様に真空チャンバー内において１〜１０ＭＰａの圧力下で５００〜６００℃に加熱する。これにより、セラミックス板１０と複合板６０とが、第１の接合機能層７１とアルミニウム層７３と第２の接合機能層７２とから構成されたセラミックス側接合層７０ａによって接合（ろう付け）された積層体が作製される。その後は、第１実施形態と同様に、該積層体にベース側接合層３０によってベース板２０が接合され、静電チャック１００ａの製造が完了する。

以上説明した第２実施形態の静電チャック１００ａは、上述した第１実施形態の静電チャック１００が奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、第２実施形態の静電チャック１００ａでは、セラミックス板１０と複合板６０とを接合するセラミックス側接合層７０ａが、純度９９％以上のアルミニウムで形成されたアルミニウム層７３と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、セラミックス板１０とアルミニウム層７３とを接合する第１の接合機能層７１と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、複合板６０とアルミニウム層７３とを接合する第２の接合機能層７２とを含む。ここで、セラミックス板１０と複合板６０とをセラミックス側接合層７０ａによって接合した後、接合温度から室温まで温度を下げる際には、セラミックス板１０と複合板６０との収縮量の差によって反りが発生するおそれがある。そのような反りの量が大きくなると、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１の平行度、平面度を高めるためにセラミックス板１０の表面を大きく研磨する必要があり、吸着面Ｓ１から内部電極４０までの距離のばらつきが大きくなって安定したチャック性能が得られないおそれがある。第２実施形態の静電チャック１００ａでは、セラミックス側接合層７０ａが塑性変形能力の高いアルミニウム層７３を含むため、アルミニウム層７３が塑性変形することによってそのような反りの発生を抑制することができ、チャック性能の安定化を実現することができる。

Ｃ．性能評価：
静電チャック１００を対象に、以下に説明する第１〜３の性能評価を行った。図４は、各性能評価に用いられた実施例および比較例の静電チャック１００の概略構成を示す説明図である。

Ｃ−１．第１の性能評価：
図５は、第１の性能評価の結果を示す説明図である。第１の性能評価では、実施例１，２の静電チャック１００および比較例１〜４の静電チャック１００Ｘが用いられた。図４および図５に示すように、実施例１，２の静電チャック１００は、上述した第１実施形態の静電チャック１００の構成に該当するものである。すなわち、実施例１，２の静電チャック１００は、セラミックス板１０と、セラミックス側接合層７０と、複合板６０と、ベース側接合層３０と、ベース板２０とを備える。実施例１と実施例２とは、セラミックス板１０の形成材料のみが異なっている。具体的には、実施例１では、セラミックス板１０がアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスにより形成され、実施例２では、セラミックス板１０が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とするセラミックスにより形成されている。実施例１，２におけるその他の部材の形成材料は同じである。具体的には、実施例１，２では、セラミックス側接合層７０がアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、複合板６０が多孔質炭化ケイ素（ＳｉＣ）にアルミニウム合金を浸透させた複合材料により形成され、ベース側接合層３０がシリコーン系樹脂を主成分とする有機系接着剤を含むように構成され、ベース板２０がアルミニウム合金により形成されている。

また、比較例１〜４の静電チャック１００Ｘは、セラミックス板１０とベース板２０とがベース側接合層３０によって接合された構成である。すなわち、比較例１〜４の静電チャック１００Ｘは、複合板６０やセラミックス側接合層７０を備えていない。比較例１，２と比較例３，４とは、ベース板２０の形成材料が異なっている。具体的には、比較例１，２では、ベース板２０がアルミニウム合金により形成されており、比較例３，４では、ベース板２０が多孔質炭化ケイ素（ＳｉＣ）にアルミニウム合金を浸透させた複合材料により形成されている。また、比較例１，３と比較例２，４とは、ベース側接合層３０の形成材料が異なっている。具体的には、比較例１，３では、ベース側接合層３０がシリコーン系樹脂を主成分とする有機系接着剤を含むように構成されており、比較例２，４では、ベース側接合層３０がアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成されている。なお、比較例１〜４のいずれも、セラミックス板１０はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスにより形成されている。

図５に示すように、第１の性能評価では、静電チャック１００が熱サイクルにさらされたときのセラミックス板１０の吸着面Ｓ１の温度分布（各位置における温度の差）の変化について、評価を行った。熱サイクル環境を作るため、実施例または比較例の静電チャック１００を評価用チャンバーに設置し、ベース板２０の冷媒流路２１に８０℃のチラーを供給しつつ、ヒータ５０のオン・オフを交互に繰り返した。具体的には、放射温度計を用いてセラミックス板１０の吸着面Ｓ１における複数点の温度を測定し、各点での温度測定値の内の最高値（以下、「最高点温度Ｔｍａｘ」という）が２５０℃まで上昇するとヒータ５０をオフ状態にし、吸着面Ｓ１の最高点温度Ｔｍａｘが１００℃まで低下するとヒータ５０をオン状態にする制御を繰り返した。熱サイクルを行う前の初期状態時と、熱サイクルをＮ回繰り返した時点とで、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１の各点での温度測定値の内の最高値（最高点温度Ｔｍａｘ）と最低値（以下、「最低点温度Ｔｍｉｎ」という）との差である温度差ΔＴを算出した。そして、熱サイクルをＮ回繰り返した時点での温度差ΔＴ（以下、「サイクル後温度差ΔＴＮ」という）と、初期状態時における温度差ΔＴ（以下、「初期温度差ΔＴ０」という）との差（ΔＴＮ−ΔＴ０）を、Ｎ回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（Ｎ）として算出した。なお、第１の性能評価では、Ｎ＝１０００回とした。

図５に示すように、実施例１，２の静電チャック１００では、１０００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（１０００）が２℃未満と、ごく僅かであり、合格（〇）と判定された。実施例１，２の静電チャック１００では、上述の「第１実施形態の効果」に記載したように、１０００回の高温の熱サイクルにさらされても、セラミックス側接合層７０やベース側接合層３０の接合面で剥離が発生することが抑制され、温度差変化量Ｃｔが小さい範囲に抑制されたものと考えられる。

一方、比較例１，３，４の静電チャック１００Ｘでは、１０００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（１０００）が１０℃より大きく、また、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１において突出して温度が高い点（ホットスポット）が発生したため、不合格（×）と判定された。比較例１，３の静電チャック１００Ｘでは、セラミックス板１０に内蔵されたヒータ５０に比較的近い位置に、有機系接着剤を含むように構成されたベース側接合層３０が配置されているため、１０００回の高温の熱サイクルにさらされた際に、ベース側接合層３０の温度が有機系接着剤の分解温度まで到達してベース側接合層３０の接合面で剥離が発生し、温度差変化量Ｃｔが大きくなると共に、ホットスポットが発生したものと考えられる。また、比較例４の静電チャック１００Ｘでは、ベース側接合層３０が比較的弾性変形能力の低い金属（Ａｌ合金）により形成されているが、被接合部材であるベース板２０は比較的厚い部材であるために反りにくく、セラミックス板１０とベース板２０との間の熱膨張差による応力がベース板２０の反りによって緩和されずにベース側接合層３０に作用するため、当該応力によってベース側接合層３０の接合面で剥離が発生し、温度差変化量Ｃｔが大きくなると共に、ホットスポットが発生したものと考えられる。

また、比較例２の静電チャック１００Ｘでは、セラミックス板１０とベース板２０とをベース側接合層３０により接合した際に、接合界面にクラックが発生していることが確認されたため、評価不能として不合格（×）と判定された。比較例２の静電チャック１００Ｘでは、ベース側接合層３０が比較的弾性変形能力の低い金属（Ａｌ合金）により形成されているが、被接合部材であるベース板２０は比較的厚い部材であるために反りにくく、かつ、ベース板２０は金属（Ａｌ合金）により形成されているためセラミックス板１０との熱膨張率の差が大きく、セラミックス板１０とベース板２０との間の大きな熱膨張差による大きな応力がベース板２０の反りによって緩和されずにベース側接合層３０に作用するため、クラックが発生したものと考えられる。

以上説明した第１の性能評価により、静電チャック１００を、セラミックスにより形成されたセラミックス板１０と、金属により形成されたベース板２０と、金属とセラミックスとの複合材料により形成された複合板６０と、金属により形成され、セラミックス板１０と複合板６０とを接合するセラミックス側接合層７０と、有機系接着剤を含み、複合板６０とベース板２０とを接合するベース側接合層３０とを備えるように構成すれば、セラミックス側接合層７０やベース側接合層３０の接合面で剥離が発生することを抑制することができることが確認された。

Ｃ−２．第２の性能評価：
図６は、第２の性能評価の結果を示す説明図である。第２の性能評価では、実施例３〜６の静電チャック１００が用いられた。図４および図６に示すように、実施例３〜６の静電チャック１００は、上述した第１実施形態の静電チャック１００の構成に該当するものである。すなわち、実施例３〜６の静電チャック１００は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスにより形成されたセラミックス板１０と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成されたセラミックス側接合層７０と、多孔質炭化ケイ素（ＳｉＣ）にアルミニウム合金を浸透させた複合材料により形成された複合板６０と、シリコーン系樹脂を主成分とする有機系接着剤を含むように構成されたベース側接合層３０と、アルミニウム合金により形成されたベース板２０とを備える。

実施例３〜６は、複合板６０の厚さが互いに異なる。具体的には、実施例３〜５では、複合板６０の厚さは３ｍｍ以上であり、実施例６では、複合板６０の厚さは３ｍｍ未満である。

さらに、実施例３〜６は、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との関係（図２参照）が互いに異なる。ここで、第１の距離Ｌ１は、ベース側接合層３０の厚さ方向（Ｚ方向）におけるベース側接合層３０とヒータ５０との間の距離であり、第２の距離Ｌ２は、ベース側接合層３０の厚さ方向におけるベース側接合層３０と冷媒流路２１との間の距離である。図６に示すように、実施例３，４では、第２の距離Ｌ２が第１の距離Ｌ１より短く、実施例５，６では、第２の距離Ｌ２が第１の距離Ｌ１より長い。

第２の性能評価では、上述した第１の性能評価と同様に、１０００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（１０００）を算出した。実施例３〜６の静電チャック１００のいずれにおいても、１０００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（１０００）は、２℃未満と、ごく僅かであった。

第２の性能評価では、さらに、３０００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（３０００）も算出した。実施例３，４の静電チャック１００では、３０００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（３０００）も２℃未満と、ごく僅かであり、良好（◎）と判定された。一方、実施例５の静電チャック１００では、３０００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（３０００）が２℃以上５℃未満と、やや大きく、合格（〇）と判定された。また、実施例６の静電チャック１００では、３０００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（３０００）が５℃以上８℃未満と、さらに大きく、合格（〇）と判定された。

図６に示す第２の性能評価により、複合板６０の厚さが３ｍｍ以上であると、ベース側接合層３０の接合面で剥離が発生することを効果的に抑制することができることがわかる。これは、複合板６０がアルミニウム合金と炭化ケイ素との複合材料により形成され、かつ、複合板６０の厚さが３ｍｍ以上であると、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１の温度を２５０℃にしても、ベース側接合層３０の温度を、ベース側接合層３０に含まれるシリコーン樹脂を主成分とする有機系接着剤の分解温度未満にすることができたためであると考えられる。そのため、複合板６０の厚さは３ｍｍ以上であることが好ましいと言える。なお、冷媒によってウェハＷの温度を所望の温度にするまでの時間短縮や静電チャック１００の小型化の観点から、複合板６０の厚さは３０ｍｍ以下であることが好ましい。

また、図６に示す第２の性能評価により、ベース側接合層３０と冷媒流路２１との間の距離（第２の距離Ｌ２）が、ベース側接合層３０とヒータ５０との間の距離（第１の距離Ｌ１）より短いと、ベース側接合層３０の接合面で剥離が発生することをさらに効果的に抑制することができることがわかる。これは、第２の距離Ｌ２が第１の距離Ｌ１より短いと、ベース側接合層３０が比較的冷媒流路２１に近く、かつ、ヒータ５０から遠いこととなるため、静電チャック１００が熱サイクルにさらされた際に、ベース側接合層３０の温度上昇が効果的に抑制されたためであると考えられる。そのため、ベース側接合層３０と冷媒流路２１との間の距離（第２の距離Ｌ２）は、ベース側接合層３０とヒータ５０との間の距離（第１の距離Ｌ１）より短いことが好ましいと言える。

Ｃ−３．第３の性能評価：
図７は、第３の性能評価の結果を示す説明図である。第３の性能評価では、実施例７〜１０の静電チャック１００が用いられた。図４および図７に示すように、実施例７の静電チャック１００は、上述した第１実施形態の静電チャック１００の構成に該当するものである。すなわち、実施例７の静電チャック１００は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスにより形成されたセラミックス板１０と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成されたセラミックス側接合層７０と、多孔質炭化ケイ素（ＳｉＣ）にアルミニウム合金を浸透させた複合材料により形成された複合板６０と、シリコーン系樹脂を主成分とする有機系接着剤を含むように構成されたベース側接合層３０と、アルミニウム合金により形成されたベース板２０とを備える。なお、便宜上、図７では、実施例７の静電チャック１００が第１の接合機能層７１を備えるように記載されているが、実際には、実施例７の静電チャック１００は単層構成のセラミックス側接合層７０を備える。

一方、実施例８〜１０は、上述した第２実施形態の静電チャック１００（１００ａ）の構成に該当するものである。すなわち、実施例８〜１０の静電チャック１００は、セラミックス側接合層７０の構成のみが実施例７と異なる。具体的には、実施例８〜１０の静電チャック１００では、セラミックス側接合層７０が、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成された第１の接合機能層７１および第２の接合機能層７２と、純度９９％以上のアルミニウムで形成されたアルミニウム層７３とを含むように構成されている。

また、実施例８〜１０は、接合前におけるアルミニウム層７３の厚さが互いに異なり、結果的に、接合後のセラミックス側接合層７０の厚さが互いに異なっている。具体的には、実施例８では、接合後におけるセラミックス側接合層７０の厚さは１．２ｍｍ未満であり、実施例９，１０では、接合後におけるセラミックス側接合層７０の厚さは１．２ｍｍ以上である。

第３の性能評価では、上述した第１の性能評価と同様に、１０００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（１０００）を算出した。実施例７〜１０の静電チャック１００のいずれにおいても、１０００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（１０００）は、２℃未満と、ごく僅かであった。

第３の性能評価では、さらに、セラミックス側接合層７０によってセラミックス板１０と複合板６０とを接合したときの反り量を測定した。具体的には、セラミックス板１０と複合板６０との積層体をセラミックス板１０を上側にして水平面に載置し、積層体の上側の表面の１００点において、垂直方向の位置を三次元測定器で測定し、測定値の最小値と最大値との差の絶対値を反り量として算出した。

実施例８〜１０の静電チャック１００では、実施例７と比べて、接合後の反り量が小さい値に抑えられ、良好（◎）と判定された。これは、実施例８〜１０の静電チャック１００では、セラミックス側接合層７０が、塑性変形能力の高いアルミニウム層７３を含むため、セラミックス板１０と複合板６０とをセラミックス側接合層７０によって接合した後、接合温度から室温まで温度を下げる際に、アルミニウム層７３が塑性変形することによって、セラミックス板１０と複合板６０との収縮量の差による反りの発生を抑制することができたためであると考えられる。特に、実施例９，１０の静電チャック１００では、反り量が極めて小さい値に抑えられたため、接合後のセラミックス側接合層７０の厚さは１．２ｍｍ以上であることが好ましいと言える。なお、セラミックス側接合層７０に含まれるアルミニウム層７３の熱膨張量を抑えて応力を抑える観点から、接合後のセラミックス側接合層７０の厚さは５ｍｍ以下であることが好ましい。

Ｄ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

上記各実施形態における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。また、上記各実施形態では、セラミックス板１０の熱膨張率と複合板６０の熱膨張率との差は、複合板６０の熱膨張率とベース板２０の熱膨張率との差より小さいとしているが、必ずしもこのような構成である必要は無い。また、上記各実施形態では、セラミックス板１０の内部に一対の内部電極４０が設けられた双極方式が採用されているが、セラミックス板１０の内部に１つの内部電極４０が設けられた単極方式が採用されてもよい。また、上記各実施形態における静電チャック１００の製造方法はあくまで一例であり、種々変形可能である。

本発明は、静電引力を利用してウェハＷを保持する静電チャック１００に限らず、セラミックス板とベース板とを備え、セラミックス板の表面上に対象物を保持する他の保持装置（例えば、真空チャックやヒータ等）にも適用可能である。

１０：セラミックス板 ２０：ベース板 ２１：冷媒流路 ３０：ベース側接合層 ４０：内部電極 ５０：ヒータ ６０：複合板 ７０：セラミックス側接合層 ７１：第１の接合機能層 ７２：第２の接合機能層 ７３：アルミニウム層 １００：静電チャック

Claims (8)

1. セラミックスにより形成され、第１の表面を有する板状であり、内部に発熱抵抗体により構成されたヒータを有するセラミックス板と、
   前記セラミックス板の前記第１の表面とは反対側に配置され、金属により形成された板状であり、内部に冷媒流路が形成されたベース板と、
   を備え、前記セラミックス板の前記第１の表面上に対象物を保持する保持装置において、さらに、
   前記セラミックス板と前記ベース板との間に配置され、金属とセラミックスとの複合材料により形成された板状の複合板と、
   金属により形成され、前記セラミックス板と前記複合板とを接合するセラミックス側接合層と、
   有機系接着剤を含み、前記複合板と前記ベース板とを接合するベース側接合層と、
   を備えることを特徴とする、保持装置。
2. 請求項１に記載の保持装置において、
   前記ベース側接合層の厚さ方向において、前記ベース側接合層と前記冷媒流路との間の距離は、前記ベース側接合層と前記ヒータとの間の距離より短いことを特徴とする、保持装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の保持装置において、
   前記セラミックス板の熱膨張率と前記複合板の熱膨張率との差は、前記複合板の熱膨張率と前記ベース板の熱膨張率との差より小さいことを特徴とする、保持装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の保持装置において、
   前記セラミックス板の形成材料である前記セラミックスは、アルミナと窒化アルミニウムとの一方を主成分とするセラミックスであり、
   前記複合板の形成材料である前記複合材料は、アルミニウム合金と炭化ケイ素とを含み、
   前記ベース側接合層に含まれる前記有機系接着剤は、シリコーン樹脂を主成分とする有機系接着剤であることを特徴とする、保持装置。
5. 請求項４に記載の保持装置において、
   前記セラミックス側接合層は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金であって、前記複合板の形成材料である前記複合材料に含まれるアルミニウム合金より低融点のアルミニウム合金により形成されていることを特徴とする、保持装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の保持装置において、
   前記複合板の厚さは、３ｍｍ以上であることを特徴とする、保持装置。
7. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の保持装置において、
   前記セラミックス側接合層は、
   純度９９％以上のアルミニウムで形成されたアルミニウム層と、
   アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、前記セラミックス板と前記アルミニウム層とを接合する第１の接合機能層と、
   アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、前記複合板と前記アルミニウム層とを接合する第２の接合機能層と、
   を含むことを特徴とする、保持装置。
8. 請求項７に記載の保持装置において、
   前記セラミックス側接合層の厚さは、１．２ｍｍ以上であることを特徴とする、保持装置。

Images