JP2017126641A

JP2017126641A - 保持装置

Info

Publication number: JP2017126641A
Application number: JP2016004454A
Authority: JP
Inventors: 晃文土佐; Akibumi Tosa; 正樹辻; Masaki Tsuji; 龍之介坂巻; Ryunosuke Sakamaki
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2016-01-13
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2017-07-20

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、金属により形成され、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。複合板とベース板との間に冷媒流路が形成されている。【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たセラミックス板と、金属により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、静電チャックの内部にはヒータや冷媒流路が設けられており、静電チャックの使用時には、ヒータによる加熱や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じ、部材間の接合部の剥離等が発生するおそれがある。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する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ベース板を金属とセラミックスとの複合材料により形成することにより、ベース板の熱膨張率をセラミックス板の熱膨張率に近づけ、セラミックス板とベース板との間の熱膨張差を緩和する構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平４−２８７３４４号公報特開２００５−１０１１０８号公報

一般に、静電チャックのベース板には、静電チャックを真空チャンバー等に設置するためのねじ等の機構や、冷媒配管等との接続のためのコネクタが設けられる。また、ベース板には冷媒流路等を形成するための溝加工が施されることがある。金属とセラミックスとの複合材料は金属と比較して固く、かつ、脆いため、ベース板がそのような複合材料により形成された上記従来の構成では、上記機構やコネクタの部分において破損が発生する可能性が高くなると共に、ベース板の加工容易性が低下する。

また、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。セラミックス板とベース板とが有機系接着剤を含む接合層により接合された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、剥離箇所において伝熱性が低下するため、冷媒流路に冷媒を供給することによる冷却を行っても、剥離箇所においてセラミックス板が効果的に冷却されず、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のベース板と、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、金属により形成され、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、前記複合板と前記ベース板との間に、前記複合板の前記ベース板に対向する表面により構成された第１の内壁面と、前記ベース板の前記複合板に対向する表面により構成された第２の内壁面と、を有する冷媒流路が形成されている。本保持装置によれば、セラミックス側接合層とベース側接合層とが、共に、有機系接着剤等と比べて耐熱性が高い金属により形成されているため、保持装置が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や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、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、セラミックス板の熱膨張率と複合板の熱膨張率との差と比べて、複合板の熱膨張率とベース板の熱膨張率との差が大きくなっても、複合板とベース板との間には冷媒流路が形成されているため、冷媒流路に冷媒を供給することによって複合板とベース板とを効率的に冷却することができ、これにより両部材の熱膨張を小さくして両部材間の熱膨張差による応力を小さくすることができ、複合板とベース板とを接合するベース側接合層を有機系接着剤等と比べて弾性変形能力の小さい金属により形成しても、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。また、ベース板には、保持装置を真空チャンバー等に設置するためのねじ等の機構や、冷媒配管等との接続のためのコネクタが設けられ、また、ベース板には冷媒流路等を形成するための溝加工が施されることが多いが、ベース板が塑性変形能力の高い金属により形成されるため、保持装置の取り付け・取り外しや配管の取り付け・取り外しの際にベース板の一部が破損することを抑制することができると共に、ベース板の加工の容易性を向上させることができる。

（２）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。

（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の絶対値は、接合処理される３０〜５００℃の温度範囲において１．５×１０^−６（／℃）以下である構成としてもよい。本保持装置によれば、複合板の熱膨張率とセラミックス板の熱膨張率との差の絶対値が１．５×１０^−６（／℃）以下であると、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、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一層確実に抑制することができる。

（４）上記保持装置において、前記複合板の表面の内、前記ベース板に対向する第２の表面は、略平坦形状であり、前記ベース板の表面の内、前記複合板に対向する第３の表面には、溝部が形成されており、前記冷媒流路の前記第１の内壁面は、前記複合板の前記第２の表面の一部であり、前記冷媒流路の前記第２の内壁面は、前記ベース板の前記第３の表面に形成された前記溝部の表面である構成としてもよい。本保持装置によれば、比較的加工性に優れた金属製のベース板に溝加工を行うことにより冷媒流路を形成することができるため、保持装置の製造の容易化を実現することができる。

（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む構成としてもよい。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。

（６）上記保持装置において、前記セラミックス側接合層および前記ベース側接合層は、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、あるいは、複合板とベース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することを抑制することができ、各被接合部材をセラミックス側接合層およびベース側接合層によって良好に接合することができる。

（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。

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。第３実施形態における静電チャック１００ｂのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。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。性能評価の結果を示す説明図である。第４実施形態における静電チャック１００ｃのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。

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。

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、接合処理される３０〜５００℃の温度範囲において１．５×１０^−６（／℃）以下であることが好ましい。なお、セラミックス板１０がアルミナまたは窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスにより形成され、複合板６０が多孔質炭化ケイ素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る場合、セラミックスと金属との体積比を適宜調整することにより、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を１．５×１０^−６（／℃）以下にすることができる。

ベース側接合層３０は、金属により形成されており、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。ベース側接合層３０の厚さは、例えば０．０５ｍｍ〜５ｍｍ程度である。

セラミックス側接合層７０は、ベース側接合層３０と同様に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。

静電チャック１００における複合板６０とベース板２０との間には、冷媒流路２１が形成されている。より詳細には、ベース板２０の表面の内、複合板６０に対向する表面（以下、「第３の表面Ｓ３」という）には、溝部２３が形成されており、ベース板２０に形成された溝部２３の表面と、複合板６０の表面の内、ベース板２０に対向する略平坦形状の表面（以下、「第２の表面Ｓ２」という）とによって区画された空間が、冷媒流路２１として利用される。すなわち、冷媒流路２１は、複合板６０の第２の表面Ｓ２の一部により構成された第１の内壁面ＩＳ１と、ベース板２０の第３の表面Ｓ３の内の溝部２３の表面により構成された第２の内壁面ＩＳ２とを有する。冷媒流路２１は、ベース側接合層３０によってシールされている。

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やベース側接合層３０、複合板６０が冷却され、さらにベース側接合層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。

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。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、複合板６０とベース板２０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（例えば５ＭＰａ）の圧力下で５００〜６００℃（例えば６００℃）に加熱する。これにより、複合板６０とベース板２０とがベース側接合層３０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、ベース側接合層３０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することを抑制することができるため、被接合部材をベース側接合層３０によって良好に接合することができる。なお、作製された複合板６０とベース板２０との積層体の研磨加工が行われてもよい。

次に、複合板６０とベース板２０との積層体とセラミックス板１０との間に、ベース側接合層３０の形成材料の金属ろう材より低温で液相化する金属ろう材（例えば、アルミニウム合金であるＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ）の箔を挟み、真空チャンバー内において、ベース側接合層３０の形成時より低圧（例えば１ＭＰａ）下で、ベース側接合層３０の形成時より低温（例えば５５０℃）に加熱する。これにより、複合板６０とベース板２０との積層体とセラミックス板１０とがセラミックス側接合層７０によって接合（ろう付け）される。なお、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することを抑制することができるため、被接合部材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。また、作製された積層体の研磨加工や孔あけ加工が行われてもよい。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のベース板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、金属により形成され、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。また、第１実施形態の静電チャック１００では、複合板６０とベース板２０との間に、複合板６０のベース板２０に対向する表面である第２の表面Ｓ２により構成された第１の内壁面ＩＳ１と、ベース板２０の複合板６０に対向する表面である第３の表面Ｓ３の内の溝部２３の表面により構成された第２の内壁面ＩＳ２とを有する冷媒流路２１が形成されている。

このように、第１実施形態の静電チャック１００では、セラミックス側接合層７０とベース側接合層３０とが、共に、有機系接着剤等と比べて耐熱性が高い金属により形成されているため、静電チャック１００が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、セラミックス板１０の熱膨張率と複合板６０の熱膨張率との差と比べて、複合板６０の熱膨張率とベース板２０の熱膨張率との差が大きくなっても、複合板６０とベース板２０との間には冷媒流路２１が形成されているため、冷媒流路２１に冷媒を供給することによって複合板６０とベース板２０とを効率的に冷却することができ、これにより両部材の熱膨張を小さくして両部材間の熱膨張差による応力を小さくすることができ、複合板６０とベース板２０とを接合するベース側接合層３０を有機系接着剤等と比べて弾性変形能力の小さい金属により形成しても、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、ベース板２０には、静電チャック１００を真空チャンバー等に設置するためのねじ等の機構や、冷媒配管等との接続のためのコネクタが設けられ、また、ベース板２０には冷媒流路２１等を形成するための溝加工が施されることが多いが、ベース板２０が塑性変形能力の高い金属により形成されるため、静電チャック１００の取り付け・取り外しや配管の取り付け・取り外しの際にベース板２０の一部が破損することを抑制することができると共に、ベース板２０の加工の容易性を向上させることができる。

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。特に、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が１．５×１０^−６（／℃）以下であると、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、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一層確実に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、複合板６０の表面の内、ベース板２０に対向する第２の表面Ｓ２は略平坦形状であり、ベース板２０の表面の内、複合板６０に対向する第３の表面Ｓ３には溝部２３が形成されており、冷媒流路２１の上記第１の内壁面ＩＳ１は複合板６０の第２の表面Ｓ２の一部であり、冷媒流路２１の上記第２の内壁面ＩＳ２はベース板２０の第３の表面Ｓ３に形成された溝部２３の表面である。そのため、比較的加工性に優れた金属製のベース板２０に溝加工を行うことにより冷媒流路２１を形成することができるため、静電チャック１００の製造の容易化を実現することができる。

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、セラミックス側接合層７０およびベース側接合層３０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、あるいは、複合板６０とベース板２０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することを抑制することができ、各被接合部材をセラミックス側接合層７０およびベース側接合層３０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、上述した第１実施形態の静電チャック１００と同様に、複合板６０ａとベース板２０ａとの間に冷媒流路２１が形成されている。ただし、第２実施形態における静電チャック１００ａでは、ベース板２０ａの第３の表面Ｓ３に形成された溝部２３に加えて、複合板６０ａの第２の表面Ｓ２にも溝部６３が形成されている。ベース板２０ａの溝部２３と、複合板６０ａの溝部６３とは、Ｚ方向（上下方向）視で重なる位置に形成されている。ベース板２０ａに形成された溝部２３の表面と、複合板６０ａに形成された溝部６３の表面とによって区画された空間が、冷媒流路２１として利用される。すなわち、冷媒流路２１は、複合板６０ａの第２の表面Ｓ２の内の溝部６３の表面により構成された第１の内壁面ＩＳ１と、ベース板２０ａの第３の表面Ｓ３の内の溝部２３の表面により構成された第２の内壁面ＩＳ２とを有する。冷媒流路２１は、ベース側接合層３０によってシールされている。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は、上述した第１実施形態の静電チャック１００と同様に、複合板６０ａとベース板２０ａとの間に冷媒流路２１が形成されている。そのため、第２実施形態の静電チャック１００ａでは、上述した第１実施形態の静電チャック１００と同様に、複合板６０ａとベース板２０ａとを効率的に冷却することができ、両部材の熱膨張を小さくして両部材間の熱膨張差による応力を小さくすることができ、複合板６０ａとベース板２０ａとを接合するベース側接合層３０を有機系接着剤等と比べて弾性変形能力の小さい金属により形成しても、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、ベース板２０ａが塑性変形能力の高い金属により形成されるため、静電チャック１００ａの取り付け・取り外しや配管の取り付け・取り外しの際にベース板２０ａの一部が破損することを抑制することができると共に、ベース板２０ａの加工の容易性を向上させることができる。

Ｃ．第３実施形態：
図４は、第３実施形態における静電チャック１００ｂのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。以下では、第３実施形態における静電チャック１００ｂ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３実施形態における静電チャック１００ｂでは、上述した第１実施形態の静電チャック１００と同様に、複合板６０ｂとベース板２０ｂとの間に冷媒流路２１が形成されている。ただし、第３実施形態における静電チャック１００ｂでは、ベース板２０ｂの第３の表面Ｓ３は略平坦形状であり、複合板６０ｂの第２の表面Ｓ２に溝部６３が形成されており、ベース板２０ｂの第３の表面Ｓ３と、複合板６０ｂに形成された溝部６３の表面とによって区画された空間が、冷媒流路２１として利用される。すなわち、冷媒流路２１は、複合板６０ｂの第２の表面Ｓ２の内の溝部６３の表面により構成された第１の内壁面ＩＳ１と、ベース板２０ｂの第３の表面Ｓ３の一部により構成された第２の内壁面ＩＳ２とを有する。冷媒流路２１は、ベース側接合層３０によってシールされている。第３実施形態における静電チャック１００ｂ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３実施形態の静電チャック１００ｂは、上述した第１実施形態の静電チャック１００と同様に、複合板６０ｂとベース板２０ｂとの間に冷媒流路２１が形成されている。そのため、第３実施形態の静電チャック１００ｂでは、上述した第１実施形態の静電チャック１００と同様に、複合板６０ｂとベース板２０ｂとを効率的に冷却することができ、両部材の熱膨張を小さくして両部材間の熱膨張差による応力を小さくすることができ、複合板６０ｂとベース板２０ｂとを接合するベース側接合層３０を有機系接着剤等と比べて弾性変形能力の小さい金属により形成しても、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、ベース板２０ｂが塑性変形能力の高い金属により形成されるため、静電チャック１００ｂの取り付け・取り外しや配管の取り付け・取り外しの際にベース板２０ｂの一部が破損することを抑制することができると共に、ベース板２０ｂの加工の容易性を向上させることができる。

Ｄ．性能評価：
静電チャック１００を対象に、以下に説明する性能評価を行った。図５は、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。また、図６は、性能評価の結果を示す説明図である。

性能評価では、実施例１〜３の静電チャック１００および比較例１〜３の静電チャック１００Ｘが用いられた。図５および図６に示すように、実施例１〜３の静電チャック１００は、それぞれ、上述した第１〜３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１〜３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１〜３は、冷媒流路２１の構成（位置）のみが互いに異なっている。すなわち、実施例１では、ベース板２０に溝部２３が形成されることによって冷媒流路２１が構成され（つまり、冷媒流路２１が接合界面のベース板２０寄りに位置し）、実施例２では、ベース板２０に溝部２３が形成されると共に複合板６０に溝部６３が形成されることによって冷媒流路２１が構成され（つまり、冷媒流路２１が接合界面を跨がるように位置し）、実施例３では、複合板６０に溝部６３が形成されることによって冷媒流路２１が構成される（つまり、冷媒流路２１が接合界面の複合板６０寄りに位置する）。なお、実施例１〜３のいずれにおいても、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、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により形成され、複合板６０は多孔質炭化ケイ素（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、ベース板２０はアルミニウム合金により形成されている。

比較例１の静電チャック１００Ｘは、実施例１〜３に対して、冷媒流路２１の構成（位置）のみが異なっている。すなわち、比較例１では、冷媒流路２１がベース板２０の内部に形成されている。

比較例２，３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２，３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２と比較例３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２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おり、比較例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いる。なお、比較例２，３のいずれにおいても、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おり、ベース板２０はアルミニウム合金により形成されている。

図６に示すように、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。本性能評価では、Ｎ＝１００回および１０００回の時の温度差変化量Ｃｔ（Ｎ）（Ｃｔ（１００）およびＣｔ（１０００））を算出した。

図６に示すように、実施例１〜３の静電チャック１００のいずれも、１００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（１００）および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１〜３の静電チャック１００では、上述したように、セラミックス側接合層７０とベース側接合層３０とが、共に、有機系接着剤等と比べて耐熱性が高い金属により形成されており、かつ、複合板６０とベース板２０との間に冷媒流路２１が形成されているため、静電チャック１００が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たものと考えられる。

一方、比較例１の静電チャック１００Ｘでは、１００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（１００）が２℃以上５℃未満と、やや大きく、１０００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（１０００）が１０℃より大きかったため、不合格（×）と判定された。比較例１の静電チャック１００Ｘでは、冷媒流路２１が複合板６０とベース板２０との間ではなくベース板２０の内部に形成されているため、複合板６０とベース板２０との熱膨張差を十分に低減することができず、複合板６０とベース板２０とを接合するベース側接合層３０の接合面で剥離が発生し、温度差変化量Ｃｔが大きくなっ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。

また、比較例３の静電チャック１００Ｘでは、１００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（１００）が１０℃より大きかったため、不合格（×）と判定された。比較例３の静電チャック１００Ｘでは、ベース側接合層３０が有機系接着剤を含むように構成されているため、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が大きくなったものと考えられる。

以上説明した性能評価により、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、金属により形成され、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し、さらに、複合板６０とベース板２０との間に冷媒流路２１を形成すれば、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。

Ｅ．第４実施形態：
図７は、第４実施形態における静電チャック１００ｃのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。以下では、第４実施形態における静電チャック１００ｃ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４実施形態における静電チャック１００ｃでは、セラミックス側接合層７０ｃ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４実施形態における静電チャック１００ｃ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４実施形態の静電チャック１００ｃ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−Ｃｕ−Ｍｇ）の箔のみを配置して加熱するものとしているが、第４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７０ｃによって接合（ろう付け）される。

以上説明した第４実施形態の静電チャック１００ｃ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４実施形態の静電チャック１００ｃ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７０ｃ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７０ｃ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４実施形態の静電チャック１００ｃでは、セラミックス側接合層７０ｃ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。

Ｆ．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。

上記第４実施形態では、ベース板２０の第３の表面Ｓ３に溝部２３が形成されており、ベース板２０に形成された溝部２３の表面と複合板６０の略平坦形状の第２の表面Ｓ２とによって区画された空間が冷媒流路２１として利用される構成であるが、これに代えて、上記第２実施形態のように、ベース板２０の第３の表面Ｓ３に形成された溝部２３に加えて複合板６０の第２の表面Ｓ２にも溝部６３が形成され、ベース板２０に形成された溝部２３の表面と複合板６０に形成された溝部６３の表面とによって区画された空間が冷媒流路２１として利用される構成を採用してもよいし、上記第３実施形態のように、ベース板２０の略平坦形状の第３の表面Ｓ３と複合板６０に形成された溝部６３の表面とによって区画された空間が冷媒流路２１として利用される構成を採用してもよい。

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。例えば、上記第１実施形態では、複合板６０とベース板２０とを接合して積層体を作製した後に、該積層体とセラミックス板１０とを接合するとしているが、複合板６０とセラミックス板１０とを接合して積層体を作製した後に、該積層体とベース板２０とを接合するとしてもよい。

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２３：溝部３０：ベース側接合層４０：内部電極５０：ヒータ６０：複合板６３：溝部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

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のベース板と、
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、
金属により形成され、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、
前記複合板と前記ベース板との間に、前記複合板の前記ベース板に対向する表面により構成された第１の内壁面と、前記ベース板の前記複合板に対向する表面により構成された第２の内壁面と、を有する冷媒流路が形成されていることを特徴とする、保持装置。
請求項１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。
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の絶対値は、１．５×１０^−６（／℃）以下であることを特徴とする、保持装置。
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、
前記複合板の表面の内、前記ベース板に対向する第２の表面は、略平坦形状であり、
前記ベース板の表面の内、前記複合板に対向する第３の表面には、溝部が形成されており、
前記冷媒流路の前記第１の内壁面は、前記複合板の前記第２の表面の一部であり、
前記冷媒流路の前記第２の内壁面は、前記ベース板の前記第３の表面に形成された前記溝部の表面であることを特徴とする、保持装置。
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むことを特徴とする、保持装置。
請求項５に記載の保持装置において、
前記セラミックス側接合層および前記ベース側接合層は、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。
請求項１から請求項５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。