JP2020077761A

JP2020077761A - 静電チャック

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Publication number: JP2020077761A
Application number: JP2018210192A
Authority: JP
Inventors: 朋来村田; Tomoki Murata; 智雄田中; Tomoo Tanaka; 吉本　修; Osamu Yoshimoto; 修吉本
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-05-21
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: JP7202852B2

Abstract

【課題】第１の部材から第２の部材への熱引きによる第１の部材の温度低下を抑制する。【解決手段】静電チャックは、セラミックスにより形成された第１の部材と、第１の部材の熱伝導率より高い熱伝導率を有する第２の部材と、第１の部材と第２の部材とを接合する接合部と、を備える。接合部は、第１の部材および第２の部材より気孔率が高い多孔質体によって形成されている。多孔質体には、第１の方向に略平行な少なくとも１つの断面において、略円状の形状を有する複数の円状部分と、円状部分より幅が狭く、かつ、互いに隣り合う円状部分同士を接続する接続部分と、が存在している。【選択図】図４

Description

本明細書に開示される技術は、静電チャックに関する。

例えば半導体製造装置の真空チャンバー内で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製の板状部材と、例えば金属製のベース部材と、板状部材とベース部材とを接合する接合部と、板状部材の内部に設けられたチャック電極とを備えており、チャック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、板状部材の表面（吸着面）にウェハを吸着して保持する。また、吸着面に保持されたウェハを温めるために、板状部材に発熱用抵抗体が設けられている。接合部は、シリコーン樹脂を含有する緻密体により形成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−２０７３７４号公報

静電チャックでは、一般に、ベース部材は、板状部材の熱伝導率より高い熱伝導率を有する材料により形成されている。また、従来の静電チャックでは、接合部は、比較的に断熱性が低い緻密体により形成されている。このため、発熱用抵抗体から生じた熱が、接合部を介してベース部材に伝達されやすく、板状部材からベース部材への伝熱（熱引き）に起因して板状部材の温度が低下する。その結果、例えば、吸着面に保持されたウェハを十分に温めることができなかったり、吸着面の温度分布の均一性が低下したりするおそれがある。

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静電チャックは、第１の方向に略垂直な第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面と、を有し、セラミックスにより形成された第１の部材と、前記第１の部材に設けられたチャック電極と、前記第１の部材に設けられた発熱用抵抗体と、第３の表面を有し、前記第３の表面が前記第１の部材の前記第２の表面側に位置するように配置され、前記第１の部材の熱伝導率より高い熱伝導率を有する第２の部材と、前記第１の部材の前記第２の表面と前記第２の部材の前記第３の表面との間に配置されて前記第１の部材と前記第２の部材とを接合する接合部と、を備え、前記第１の部材の前記第１の表面上に対象物を保持する静電チャックにおいて、前記接合部は、前記第１の部材および前記第２の部材より気孔率が高い多孔質体によって形成されており、前記多孔質体には、前記第１の方向に略平行な少なくとも１つの断面において、略円状の形状を有する複数の円状部分と、前記円状部分より幅が狭く、かつ、互いに隣り合う前記円状部分同士を接続する接続部分と、が存在している。

本静電チャックでは、接合部は、第１の部材および第２の部材より気孔率が高い多孔質体によって形成されているため、接合部が緻密体によって形成された構成に比べて、第１の部材から第２の部材への熱引きによる第１の部材の温度低下を抑制することができる。また、接合部は、円状部分と接続部分とから構成される形状であるため、円状部分と接続部分とを含まない形状に対して、接合部内において気体に接触する接触面積が広くなり、第１の部材から第２の部材への熱引きを抑制することができる。すなわち、本静電チャックによれば、第１の部材から第２の部材への熱引きによる第１の部材の温度低下を抑制することができる。

（２）上記静電チャックにおいて、前記少なくとも１つの断面において、前記円状部分の平均粒径は、１０μｍ以下である構成としてもよい。本静電チャックでは、少なくとも１つの断面において、円状部分の平均粒径は１０μｍ以下である。これにより、本静電チャックによれば、円状部分の平均粒径が１０μｍより大きい構成に比べて、接合部での放熱が抑制されるため、第１の部材から接合部側への熱引きによる第１の部材の温度低下を、より効果的に抑制することができる。

（３）上記静電チャックにおいて、前記少なくとも１つの断面において、前記多孔質体の気孔率は、１０％以上、５０％以下である構成としてもよい。本静電チャックでは、少なくとも１つの断面において、多孔質体の気孔率は、１０％以上、５０％以下である。これにより、本静電チャックによれば、多孔質体の気孔率が１０％未満である構成に比べて、接合部の熱伝導率が低いため、第１の部材から第２の部材への熱引きによる第１の部材の温度低下を、より効果的に抑制することができる。また、本静電チャックによれば、多孔質体の気孔率が５０％より高い構成に比べて、気孔率に起因する第１の部材と第２の部材との接合強度の低下を抑制することができる。

（４）上記静電チャックにおいて、前記接合部は、第１の接合部と、前記第１の接合部と前記第２の部材との間に配置されている第２の接合部と、を含み、前記静電チャックは、さらに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間に配置され、かつ、前記第１の接合部および前記第２の接合部の熱伝導率より低い熱伝導率を有する金属を主成分とする金属部を備える構成としてもよい。本静電チャックでは、接合部を構成する第１の接合部と第２の接合部との間に、金属部が備えられている。金属部は、第１の接合部および第２の接合部の熱伝導率より低い熱伝導率を有する金属を主成分とする。このため、本静電チャックによれば、第１の接合部と第２の接合部に金属部を備えない構成に比べて、第１の部材から第２の部材への熱引きによる第１の部材の温度低下を、より効果的に抑制することができる。

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。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。静電チャック１００における板状部材１０とベース部材２０との接合部分のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。図３のＸ１部分における接合部３０のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。図４のＸ２部分における接合部３０のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。各サンプルにおける接合部の断熱性と耐熱性とに関する評価結果を示す説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ−１．静電チャック１００の構成：
図１は、本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、本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。

静電チャック１００は、対象物（例えば半導体ウェハ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板状部材１０およびベース部材２０を備える。板状部材１０とベース部材２０とは、板状部材１０の下面Ｓ２（正確には、後述するメタライズ層６０の下面Ｓ５図２参照）とベース部材２０の上面Ｓ３とが、後述する接合部３０を挟んで上記配列方向に対向するように配置される。すなわち、ベース部材２０は、ベース部材２０の上面Ｓ３が板状部材１０の下面Ｓ２（メタライズ層６０の下面Ｓ５）側に位置するように配置される。

板状部材１０は、上述した配列方向（Ｚ軸方向）に略直交する略円形平面状の上面（以下、「吸着面」という）Ｓ１を有する部材であり、例えばセラミックス（例えば、アルミナや窒化アルミニウム等）により形成されている。板状部材１０の直径は例えば５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度（通常は２００ｍｍ〜３５０ｍｍ程度）であり、板状部材１０の厚さは例えば１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。板状部材１０は、特許請求の範囲における第１の部材に相当し、板状部材１０の吸着面Ｓ１は、特許請求の範囲における第１の表面に相当し、板状部材１０の下面Ｓ２は、特許請求の範囲における第２の表面に相当し、Ｚ軸方向は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。また、本明細書では、Ｚ軸方向に直交する方向を「面方向」という。

図２に示すように、板状部材１０の内部には、導電性材料（例えば、タングステン、モリブデン、白金等）により形成されたチャック電極４０が配置されている。Ｚ軸方向視でのチャック電極４０の形状は、例えば略円形である。チャック電極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が板状部材１０の吸着面Ｓ１に吸着固定される。

板状部材１０の内部には、また、導電性材料（例えば、タングステン、モリブデン、白金等）を含む抵抗発熱体により構成されたヒータ電極５０が配置されている。ヒータ電極５０に電源（図示せず）から電圧が印加されると、ヒータ電極５０が発熱することによって板状部材１０が温められ、板状部材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の温度分布の制御が実現される。ヒータ電極５０は、特許請求の範囲における発熱用抵抗体に相当する。

ベース部材２０は、例えば板状部材１０と同径の、または、板状部材１０より径が大きい円形平面の板状部材であり、例えば金属（アルミニウム、アルミニウム合金、チタン合金、鉄や銅等）により形成されている。ベース部材２０の熱膨張係数（熱膨張率）は、板状部材１０の熱膨張係数より大きい。例えば、ベース部材２０は、金属により形成され、板状部材１０は、セラミックスにより形成されている。ベース部材２０の直径は例えば２２０ｍｍ〜５５０ｍｍ程度（通常は２２０ｍｍ〜３５０ｍｍ）であり、ベース部材２０の厚さは例えば２０ｍｍ〜４０ｍｍ程度である。ベース部材２０は、特許請求の範囲における第２の部材に相当し、ベース部材２０の上面Ｓ３は、特許請求の範囲における第３の表面に相当する。

ベース部材２０は、板状部材１０の下面Ｓ２とベース部材２０の上面Ｓ３との間に配置された接合部３０によって、板状部材１０に接合されている。接合部３０の厚さは、例えば１０μｍ以上、７０μｍ以下、より好ましくは、８μｍ以上、３０μｍ以下である。また、接合部３０の厚さのばらつきは、該接合部３０の平均厚さに対して±３μｍ以下であることが好ましい。板状部材１０とベース部材２０とを接合するための構成については、後に詳述する。

ベース部材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）が流されると、ベース部材２０が冷却され、接合部３０を介したベース部材２０と板状部材１０との間の伝熱（熱引き）により板状部材１０が冷却され、板状部材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の温度分布の制御が実現される。

また、図２に示すように、静電チャック１００には、ベース部材２０の下面Ｓ４から板状部材１０の吸着面Ｓ１にわたって上下方向に延びるピン挿通孔１４０が形成されている。すなわち、ピン挿通孔１４０は、ベース部材２０をＺ軸方向に貫通する孔２６と、接合部３０をＺ軸方向に貫通する孔３６と、板状部材１０と後述するメタライズ層６０とをＺ軸方向に貫通する孔１６とが互いに連通した一体の孔である。ピン挿通孔１４０は、板状部材１０の吸着面Ｓ１上に保持されたウェハＷを押し上げて吸着面Ｓ１から離間させるためのリフトピン（図示せず）を挿通するための孔である。

また、図２に示すように、静電チャック１００は、板状部材１０とウェハＷとの間の伝熱性を高めてウェハＷの温度分布の制御性をさらに高めるため、板状部材１０の吸着面Ｓ１とウェハＷの表面との間に存在する空間に不活性ガス（例えば、ヘリウムガス）を供給する構成を備えている。すなわち、静電チャック１００には、ベース部材２０の下面Ｓ４から接合部３０の上面にわたって上下方向に延びる第１のガス流路孔１３１と、第１のガス流路孔１３１に連通すると共に板状部材１０の吸着面Ｓ１に開口する第２のガス流路孔１３２とが形成されている。第１のガス流路孔１３１は、ベース部材２０をＺ軸方向に貫通する孔２５と、接合部３０をＺ軸方向に貫通する孔３５とが互いに連通した一体の孔である。また、第２のガス流路孔１３２の下端部は、径が拡大された拡径部１３４となっており、拡径部１３４内には、通気性を有する充填部材（通気性プラグ）１６０が充填されている。また、板状部材１０の内部には、第２のガス流路孔１３２と連通すると共に面方向に環状に延びる横流路１３３が形成されている。ヘリウムガス源（図示しない）から供給されたヘリウムガスが、第１のガス流路孔１３１内に流入すると、流入したヘリウムガスは、第１のガス流路孔１３１から拡径部１３４内に充填された通気性を有する充填部材１６０の内部を通過して板状部材１０の内部の第２のガス流路孔１３２内に流入し、横流路１３３を介して面方向に流れつつ、吸着面Ｓ１に形成されたガス噴出孔から噴出する。このようにして、吸着面Ｓ１とウェハＷの表面との間に存在する空間に、ヘリウムガスが供給される。

Ａ−２．板状部材１０とベース部材２０とを接合するための詳細構成：
次に、板状部材１０とベース部材２０とを接合するための詳細構成について説明する。図３は、静電チャック１００における板状部材１０とベース部材２０との接合部分のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図であり、図３には、板状部材１０とメタライズ層６０と接合部３０とベース部材２０とが示されている。図４は、図３のＸ１部分における接合部３０のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図であり、図５は、図４のＸ２部分における接合部３０のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。なお、図３から図５において、接合部３０のうち、斑点ハッチング部分は接合部３０の形成材料であり、黒色部分は気孔Ｐである。

図２および図３に示すように、本実施形態の静電チャック１００では、板状部材１０の下面Ｓ２には、メタライズ層６０が形成されている。メタライズ層６０は、板状部材１０の下面Ｓ２のうち、孔１６や拡径部１３４の形成部分を除く、表面部分全体を覆っている。メタライズ層６０は、主成分として、導電性材料（例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｂ、Ｎｉ−Ａｕフラッシュなど）を含む材料により形成された金属膜である。メタライズ層６０のＺ軸方向の厚さは、板状部材１０のＺ軸方向の厚さより薄く、例えば０．１μｍ程度である。

接合部３０は、多孔質体により形成されている。接合部３０を形成する多孔質体の気孔率は、板状部材１０の気孔率より高く、かつ、ベース部材２０の気孔率より高い。接合部３０を形成する多孔質体の気孔率は、例えば、２０％以上、７０％以下である。また、接合部３０は、主成分として、粒径が１００ｎｍ以下の金属超微粒子を含んでいる。具体的には、接合部３０は、金属ナノ粒子（例えばＡｇナノ粒子やＣｕナノ粒子）の焼結体である。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。図３および図４に示すように、接合部３０は、複数の金属ナノ粒子が焼結して互いに接合したナノ金属粒子接合体である。このナノ金属粒子接合は、金属ナノ粒子同士の固相拡散接合（固相焼結）である。このため、接合部３０では、金属ナノ粒子同士が固相（粒状）のまま接合することによって固相間に気孔Ｐが形成されており、その結果、接合部３０は多孔質体になっている。なお、金属超微粒子を構成する元素としては、室温における熱伝導率が２５０ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、かつ、非磁性である元素であることが好ましい。

本実施形態の静電チャック１００は、接合部３０を形成する多孔質体に関する第１の条件を満たす。
＜第１の条件＞
接合部３０を形成する多孔質体を含むＺ軸方向に略平行な少なくとも１つの断面において、略円状（丸状、顆粒状）の形状を有する複数の円状部分３２と、円状部分３２より幅が狭く、かつ、互いに隣り合う円状部分３２同士を接続する接続部分３４と、が存在している（図３から図５参照）。接続部分３４には、Ｚ軸方向において互いに異なる位置に配置された複数の円状部分３２同士を接続するものと、面方向において互いに異なる位置に配置された複数の円状部分３２同士を接続するものとが含まれる。なお、接合部３０の断面について、電子顕微鏡により例えば２，０００倍〜２０，０００倍の倍率で断面観察することにより、接合部３０における円状部分３２および接続部分３４の有無を確認することができる。

なお、図３に示すように、接合部３０（多孔質体）は、複数の円状部分３２と複数の接続部分３４とが連続的につながっている経路に沿って、円状部分３２と接続部分３４とが交互に配置されている交互配列部分を有する。さらに、接合部３０は、接合部３０のＺ軸方向の一端から他端まで、円状部分３２と接続部分３４とが連続的につながっている連続部分３３を有する。

本実施形態の静電チャック１００は、さらに、接合部３０を形成する多孔質体に関する第２の条件を満たすことが好ましい。
＜第２の条件＞
接合部３０を形成する多孔質体を含むＺ軸方向に略平行な少なくとも１つの断面において、円状部分３２の平均粒径は、１０μｍ以下である。なお、円状部分３２の平均粒径は、０．０１μｍ以上であることが好ましい。

なお、円状部分３２の平均粒径は、次のようにして特定するものとする。まず、静電チャック１００における接合部３０を切り出して、接合部３０のＺ軸方向に略平行な断面を作製し、その接合部３０の断面を鏡面研磨した後に、イオンミリング法によるＣＰ（クロスセクションポリッシャ）加工を施す。次に、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）を用いて、そのＣＰ加工後の接合部３０の断面画像（２，０００〜２０，０００倍）を得る。次に、接合部３０の断面画像において、面方向に平行な複数（例えば３本）の直線線分Ｌ（図４参照）を、Ｚ軸方向に所定の間隔（例えば１から５μｍ間隔）で引く。各直線線分Ｌは、所定数（例えば２０個）以上の円状部分３２と交差する直線である。各直線線分Ｌについて、該直線線分Ｌと交差する測定対象の複数の円状部分３２の粒径を測定する。ここでいう円状部分３２の粒径は、各円状部分３２に内接する内接円の直径である。そして、複数の直線線分Ｌについて、測定対象の全ての円状部分３２の粒径の平均値を、接合部３０における円状部分３２の平均粒径とする。

本実施形態の静電チャック１００は、さらに、接合部３０を形成する多孔質体に関する第３の条件を満たすことが好ましい。
＜第３の条件＞
接合部３０を形成する多孔質体を含むＺ軸方向に略平行な少なくとも１つの断面において、多孔質体の気孔率は、１０％以上、５０％以下である。

なお、多孔質体の気孔率は、次のようにして特定するものとする。上述した円状部分３２の平均粒径の特定方法と同様に、接合部３０の断面画像（２，０００〜２０，０００倍）を得る。次に、接合部３０の断面画像において、上述した円状部分３２の平均粒径の特定方法と同様に、複数（例えば３本）の直線線分（図示しない。上記直線線分Ｌと同じでもよい）を、Ｚ軸方向に所定の間隔（例えば１から５μｍ間隔）で引く。各直線線分上の気孔Ｐにあたる部分の長さを測定し、直線の全長に対する気孔Ｐにあたる部分の長さの合計の比を、当該直線線分上における気孔率とする。そして、複数の直線線分について求められた気孔率の平均値を、多孔質体の気孔率とする。

Ａ−３．静電チャック１００の製造方法：
本実施形態の静電チャック１００の製造方法は、例えば以下の通りである。まず、公知の方法により、板状部材１０を作製する。例えば、セラミックスグリーンシートを複数枚作製し、所定のセラミックスグリーンシートに所定の加工を行う。所定の加工としては、例えば、チャック電極４０やヒータ電極５０等の形成のためのメタライズペーストの印刷、各種ビアの形成のための孔空けおよびメタライズペーストの充填等が挙げられる。これらのセラミックスグリーンシートを積層して熱圧着し、切断等の加工を行うことにより、セラミックスグリーンシートの積層体を作製する。作製されたセラミックスグリーンシートの積層体を焼成することにより、セラミックス焼成体である板状部材１０を作製する。また、公知の方法により、ベース部材２０を作製する。

次に、板状部材１０の下面Ｓ２にメタライズ層６０を形成する。例えば、板状部材１０がアルミナにより形成されている場合、板状部材１０の下面Ｓ２に、モリブデンマンガン法やコファイア法により金属膜（例えばＮｉ等のストライクメッキ）を形成した後にＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ等のめっきを施す。これにより、ベース部材２０の上面Ｓ３側に配置される最外層がＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ等により形成されたメタライズ層６０を形成することができる。なお、メタライズ層６０を形成する他の方法としては、金属蒸着、スパッタ、物理蒸着（ＰＶＤ）が挙げられる。なお、板状部材１０とメタライズ層６０との密着性向上のため、例えば、板状部材１０の下面Ｓ２側から、Ｔｉ、Ｍｏ、最外層（約０．１μｍ）の順に成膜してもよい。

次に、金属ナノ粒子を主成分とするペーストを、ベース部材２０の上面Ｓ３上に膜状に塗布した後、その塗布されたペーストの上に板状部材１０をマウントすることにより、板状部材１０に形成されたメタライズ層６０の下面Ｓ５とベース部材２０の上面Ｓ３との間にペーストを挟み込ませる。そして、板状部材１０に対して、ベース部材２０側に向かう方向に、例えば、約０．１Ｎ／ｍｍ^２〜１．０Ｎ／ｍｍ^２程度の圧力を加え、窒素雰囲気で２７０℃の熱処理を１時間施すことにより、板状部材１０に形成されたメタライズ層６０とベース部材２０とを接合する接合部３０を形成する。以上の工程により、本実施形態の静電チャック１００が製造される。

Ａ−４．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の静電チャック１００は、板状部材１０と、ベース部材２０と、接合部３０とを備える。接合部３０は、板状部材１０およびベース部材２０より気孔率が高い多孔質体によって形成されている。このため、本実施形態によれば、接合部が緻密体によって形成された構成に比べて、板状部材１０からベース部材２０への熱引きによる板状部材１０の温度低下を抑制することができる。さらに、接合部３０は、円状部分３２と接続部分３４とから構成される形状である（上記第１の条件）。このため、円状部分３２と接続部分３４とを含まない形状に対して、接合部３０内において、接合部３０より熱伝導率が低い気体に接触する接触面積が広くなり、板状部材１０からベース部材２０への熱引きを抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、板状部材１０からベース部材２０への熱引きによる板状部材１０の温度低下を抑制することができる。その結果、例えば、板状部材１０の吸着面Ｓ１に保持されたウェハＷをヒータ電極５０によって効率良く温めることができ、また、吸着面Ｓ１の温度分布の均一性が低下することを抑制することができる。

なお、本実施形態では、上述したように、接合部３０（多孔質体）は、接合部３０のＺ軸方向の一端から他端まで、円状部分３２と接続部分３４とが連続的につながっている連続部分３３を有する。これにより、接合部３０に連続部分３３が存在しない構成に比べて、板状部材１０とベース部材２０との接合強度を向上させることができる。また、本実施形態によれば、接合部３０が緻密体によって形成された構成に比べて、板状部材１０とベース部材２０との熱膨張差による応力を緩和する応力緩和性を向上させることができる。また、本実施形態では、セラミックスにより形成された板状部材１０の下面Ｓ２にメタライズ層６０が形成され、このメタライズ層６０とベース部材２０とが、接合部３０を形成する多孔質体によって接合されている。このため、板状部材１０と多孔質体とが、メタライズ層６０を介さずに直接接触する構成に比べて、板状部材１０と多孔質体との接合強度が向上する。

また、本実施形態では、接合部３０の少なくとも１つの断面において、円状部分３２の平均粒径は１０μｍ以下である（上記第２の条件）。これにより、本実施形態によれば、円状部分３２の平均粒径が１０μｍより大きい構成に比べて、接合部３０での放熱が抑制されるため、板状部材１０から接合部３０側への熱引きによる板状部材１０の温度低下を、より効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、接合部３０の少なくとも１つの断面において、多孔質体の気孔率は、１０％以上、５０％以下である（上記第３の条件）。これにより、本実施形態によれば、多孔質体の気孔率が１０％未満である構成に比べて、接合部３０の熱伝導率が低いため、板状部材１０からベース部材２０への熱引きによる板状部材１０の温度低下を、より効果的に抑制することができる。また、本実施形態によれば、多孔質体の気孔率が５０％より高い構成に比べて、気孔率に起因する板状部材１０とベース部材２０との接合強度の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、接合部３０は、主成分として、粒径が１００ｎｍ以下の金属超微粒子を含んでいるため、接合部が主成分として樹脂や半田を含む構成に比べて、接合部３０の耐熱性を向上させることができる。例えば、接合部３０が、Ａｇナノ粒子により形成された構成では、接合部３０の融点は約９６０℃である。また、接合部３０では、２００℃程度で接合が可能であるため、接合時における残留応力を最小限に抑えることができる。また、特に、接合部３０が軟質性を有するＡｇやＣｕの金属超微粒子により形成された構成では、板状部材１０とベース部材２０との熱膨張差による応力を緩和する応力緩和性を、より効果的に向上させることができる。

Ａ−５．性能評価：
図６は、各サンプルにおける接合部の断熱性と耐熱性とに関する評価結果を示す説明図である。図６に示すように、接合体の１１つのサンプルについて、接合部の断熱性と耐熱性とに関する評価を行った。１１つのサンプルは、全体として、上述の静電チャック１００と略同一構成であり、具体的には、アルミナにより形成された矩形状の板状部材と、Ａｌ合金により形成された矩形状のベース部材と、接合部とを備える接合体である。但し、各サンプルは、例えばサイズや、板状部材がヒータ電極５０等を備えない等の点で、上述の静電チャック１００とは異なる。板状部材にはメタライズ層が形成されており、メタライズ層とベース部材とが、主成分としてＡｇナノ粒子を含む接合部によって接合されている。なお、各サンプルは、上述した製造方法と同様の方法により製造できる。

サンプル１〜３と、サンプル４〜１１とは、接合部の前駆体（形成材料）および形態（構造）の少なくとも一方が互いに異なる。具体的には、サンプル１では、接合部の前駆体は樹脂であり、形態は緻密体である。サンプル２では、接合部の前駆体はＡｇロウ材であり、形態は緻密体であり、サンプル３では、接合部の前駆体はＡｇロウ材であり、形態は多孔質体である。すなわち、サンプル１〜３における接合部は、上述の第１の条件を満たさない。一方、サンプル４〜１１では、接合部の前駆体はＡｇナノ粒子であり、形態はＡｇナノ粒子（円状粒子）同士が固相拡散接合したＡｇナノ粒子接合体である。ただし、サンプル４における接合部は、接続部分を有しておらず、第１の条件を満たさず、サンプル５〜１１における接合部は、第１の条件を満たす。また、サンプル５〜１１では、接合部の円状部分の平均粒径と接合部（多孔質体）の気孔率との少なくとも一方が互いに異なる。なお、各サンプルにおける接合部の円状部分の平均粒径と接合部の気孔率とは、上述したペーストから接合部を形成するための熱処理における加熱温度と、熱処理における加熱時間と、Ａｇナノ粒子の粒径との少なくとも１つを変えることにより調整することができる。具体的には、熱処理における加熱温度を高くするほど、加熱時間を長くするほど、また、Ａｇナノ粒子の粒径が大きいほど、円状部分の平均粒径を大きくでき、また、接合部の気孔率を高くすることができる。

なお、各サンプルにおける接合部の形態、円状部分の平均粒径や接合部（多孔質体）の気孔率については、次のようにして特定する。まず、各サンプルの接合体の４つの角部を切り出して、その切り出された角部の切断面を研磨し、電子顕微鏡により例えば２０，０００倍の倍率で断面観察し、上述した方法により円状部分の平均粒径や接合部の気孔率を特定する。

接合部の断熱性は、次のようにして評価した。まず、各サンプルの接合体について、板状部材の吸着面に対して、３５０℃の加熱処理を施し続け、加熱開始から３分後におけるベース部材の表面温度を、熱電対等で測定した。図６中の断熱性では、「×」は、加熱開始３分後におけるベース部材の表面温度が１００℃以上になったことを意味し、「△」は、加熱開始３分後におけるベース部材の表面温度が８０℃以上、１００℃未満であったことを意味し、「○」は、加熱開始３分後におけるベース部材の表面温度が６０℃以上、８０℃未満であったことを意味し、「◎」は、加熱開始３分後におけるベース部材の表面温度が６０℃未満であったことを意味する。

接合部の耐熱性は、次のようにして評価した。まず、各サンプルの接合体に対して、大気中で、３５０℃の加熱処理を１０時間行った。その後、各サンプルについて、接合体の破断の有無や、加熱処理の前後の重量差から、熱による接合部の分解の有無を確認した。図６中の耐熱性では、「×」は、接合部の分解が確認されたことを意味し、「○」は、接合部の分解が確認されなかったことを意味する。

図６に示すように、断熱性に関する評価結果について、サンプル１では、加熱処理において接合部が分解したため、断熱性を評価することができなかった。サンプル２〜４では、加熱開始３分後におけるベース部材の表面温度は１００℃以上であり、サンプル５〜１１では、加熱開始３分後におけるベース部材の表面温度は１００℃未満であった。このことは、接合部が円状部分と接続部分とから構成される形状であること（第１の条件を満たす）により、接合部の断熱性が向上し、板状部材からベース部材への熱引きを抑制することができることを意味する。また、サンプル７，９，１１では、円状部分の平均粒径が１０μｍより大きく、加熱開始３分後におけるベース部材の表面温度は８０℃以上であり、サンプル５，６，８，１０では、加熱開始３分後におけるベース部材の表面温度は未満８０℃未満であった。このことは、円状部分の平均粒径が１０μｍ以下であることにより、板状部材からベース部材への熱引きを、より効果的に抑制することができることを意味する。さらに、サンプル８では、円状部分の平均粒径が１未満であることにより、接合部の耐熱性がさらに向上しており、その結果、加熱開始３分後におけるベース部材の表面温度が６０℃未満になっている。

図６に示すように、耐熱性に関する評価結果について、サンプル１では、接合部の分解が検出され、サンプル２〜１１では、接合部の分解が検出されなかった。このことは、接合部が樹脂製の緻密体であるため、十分な耐熱性を得ることができないことを意味する。一方、接合部がＡｇナノ粒子接合体である構成では、接合部がＡｇロウ材の緻密体や多孔質体である構成に対して、同等レベルの耐熱性を確保できることを意味する。なお、接合部による接合強度に関する評価結果については、サンプル５〜１１について、接合部の気孔率は１０％以上、５０％以下であり、接合部による十分な接合強度が確保できることが確認された。

Ｂ．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。

上記実施形態における静電チャック１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、第１の部材および第２の部材として、板状の板状部材１０やベース部材２０を例示したが、板状以外の形状（例えば円筒状）の部材であってもよい。また、静電チャック１００は、上記第２の条件および第３の条件の少なくとも１つを満たさなくてもよい。

上記実施形態では、板状部材１０の内部にヒータ電極５０が１つ配置されているが、板状部材１０の内部にヒータ電極５０が複数配置されていてもよい。また、上記実施形態では、ベース部材２０に冷媒流路２１が形成されているが、必ずしもベース部材２０に冷媒流路２１が形成されている必要はない。

上記実施形態では、板状部材１０の内部に１つのチャック電極４０が設けられた単極方式が採用されているが、板状部材１０の内部に一対のチャック電極４０が設けられた双極方式が採用されてもよい。また、上記実施形態において、メタライズ層６０を備えず、板状部材１０と接合部３０とがメタライズ層６０を介さずに接合されている構成であってもよい。また、上記実施形態において、接合部３０は、第１の接合部と、該第１の接合部とベース部材２０との間に配置されている第２の接合部と、を含み、第１の接合部と第２の接合部との間に金属部を備える構成であってもよい。金属部の熱伝導率は、第１の接合部および第２の接合部の熱伝導率より低い。これにより、第１の接合部と第２の接合部に金属部を備えない構成に比べて、板状部材１０からベース部材２０への熱引きによる板状部材１０の温度低下を、より効果的に抑制することができる。なお、金属部は単層でも複数層であってもよく、また、金属部を構成する金属は非磁性であることが好ましい。金属部の例としては、Ａｌ(合金)箔、Ｔｉ(合金)箔、Ｃｕ(合金)箔、Ａｌ(合金)多孔質体、Ｔｉ(合金)多孔質体、Ｃｕ(合金)多孔質体である。

上記実施形態の静電チャック１００における各部材の形成材料は、あくまで一例であり、任意に変更可能である。例えば、上記実施形態では、ベース部材２０が、金属により形成されているが、ベース部材２０が、金属以外の材料（例えば、樹脂材料、セラミックス）により形成されるとしてもよい。また、第２の部材の熱膨張係数は、第１の部材の熱膨張係数と同じであってもよい。また、接合部３０は、多孔質体であればよく、金属超微粒子以外の材料（例えば、樹脂、粒径が１００ｎｍより大きい金属粒子）により形成されたものでもよい。また、接合部３０は、主成分とは異なる種類の金属ナノ粒子（Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ）を微量添加してもよい。

また、接合部３０が主成分としてＡｇナノ粒子を含む場合、Ａｇと固相で相互拡散が生じやすい元素（状態図において相互に固溶相領域が多い元素Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｂ、Ｎｉ−Ａｕフラッシュなど）を、メタライズ層６０の最外層にすることが好ましい。また、上記実施形態において、ベース部材２０がＣｕではなく、例えばＦｅ系材料、Ｔｉ合金、Ａｌ合金により形成されている場合、同金属と接合部３０に含まれるＡｇナノ粒子との相互拡散が起こりにくい。この場合、ベース部材２０の上面Ｓ３にもメタライズ層を形成し、該メタライズ層と接合部との界面について、上述の第１の条件、第２の条件や第３の条件を満たすことが好ましい。

上記実施形態の静電チャック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。

１０：板状部材１６：孔２０：ベース部材２１：冷媒流路２５，２６，３５，３６：孔３０：接合部３２：円状部分３３：連続部分３４：接続部分４０：チャック電極５０：ヒータ電極６０：メタライズ層１００：静電チャック１３１：第１のガス流路孔１３２：第２のガス流路孔１３３：横流路１３４：拡径部１４０：ピン挿通孔１６０：充填部材Ｌ：直線線分Ｐ：気孔Ｓ１：吸着面Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５：下面Ｓ３：上面Ｗ：ウェハ

Claims

第１の方向に略垂直な第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面と、を有し、セラミックスにより形成された第１の部材と、
前記第１の部材に設けられたチャック電極と、
前記第１の部材に設けられた発熱用抵抗体と、
第３の表面を有し、前記第３の表面が前記第１の部材の前記第２の表面側に位置するように配置され、前記第１の部材の熱伝導率より高い熱伝導率を有する第２の部材と、
前記第１の部材の前記第２の表面と前記第２の部材の前記第３の表面との間に配置されて前記第１の部材と前記第２の部材とを接合する接合部と、
を備え、前記第１の部材の前記第１の表面上に対象物を保持する静電チャックにおいて、
前記接合部は、前記第１の部材および前記第２の部材より気孔率が高い多孔質体によって形成されており、
前記多孔質体には、前記第１の方向に略平行な少なくとも１つの断面において、略円状の形状を有する複数の円状部分と、前記円状部分より幅が狭く、かつ、互いに隣り合う前記円状部分同士を接続する接続部分と、が存在している、
ことを特徴とする静電チャック。
請求項１に記載の静電チャックにおいて、
前記少なくとも１つの断面において、前記円状部分の平均粒径は、１０μｍ以下である、
ことを特徴とする静電チャック。
請求項１または請求項２に記載の静電チャックにおいて、
前記少なくとも１つの断面において、前記多孔質体の気孔率は、１０％以上、５０％以下である、
ことを特徴とする静電チャック。
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の静電チャックにおいて、
前記接合部は、第１の接合部と、前記第１の接合部と前記第２の部材との間に配置されている第２の接合部と、を含み、
前記静電チャックは、さらに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間に配置され、かつ、前記第１の接合部および前記第２の接合部の熱伝導率より低い熱伝導率を有する金属を主成分とする金属部を備える、
ことを特徴とする静電チャック。