JP2021034413A - 保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物を保持する保持装置において、接合部の破損を抑制可能な他の技術を提供する。【解決手段】保持装置は、セラミックを主成分とし、板状に形成され、対象物が載置される載置面を有するセラミック部と、金属を主成分とし、板状に形成された金属部であって、セラミック部に対して、載置面とは反対側に配置された金属部と、セラミック部と金属部との間に配置され、セラミック部と金属部とを接合する接合部と、を備え、接合部は、金属を主成分とする材料で構成される第１接合部と、無機物を主成分とする繊維を含む材料で構成される第２接合部と、が交互に巻き回された巻回体を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、対象物を保持する保持装置に関する。

半導体を製造する際にウェハ等の対象物を保持する保持装置として、例えば、静電チャックが用いられる。静電チャックは、対象物が載置されるセラミック部と、冷却部として機能する金属部と、セラミック部と金属部とを接合する接合部と、を備える。このような保持装置に保持されたウェハ上に成膜する際やウェハのエッチングを行う際、高温で処理する場合がある。高温でウェハの処理を行う場合、例えば、セラミック部は高温になり、金属部との温度差が大きくなるため、それぞれの変形量の差により、接合部が剥離、破損する等、接合の問題が生じることがある。この問題に対し、接着部を複数の層にし、そのうちの少なくとも１つが低い熱伝導率を有することにより、セラミック部と金属部との間の界面からの熱伝達を最小にし、接合部の破損を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２０１８−５１０４９６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、樹脂から成る接合部を用いており、例えば、２５０℃以上の高温で処理する場合等、接合部の剥離や破損等が生じる可能性がある。そのため、接合部の破損を抑制可能な他の技術が求められている。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、対象物を保持する保持装置において、接合部の破損を抑制可能な他の技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、対象物を保持する保持装置が提供される。この保持装置は、セラミックを主成分とし、板状に形成され、前記対象物が載置される載置面を有するセラミック部と、金属を主成分とし、板状に形成された金属部であって、前記セラミック部に対して、前記載置面とは反対側に配置された金属部と、前記セラミック部と前記金属部との間に配置され、前記セラミック部と前記金属部とを接合する接合部と、を備え、前記接合部は、金属を主成分とする材料で構成される第１接合部と、無機物を主成分とする繊維を含む材料で構成される第２接合部と、が交互に巻き回された巻回体を含む。

この構成によれば、接合部が、金属を主成分とする材料で構成される第１接合部と、無機物を主成分とする繊維を含む材料で構成される第２接合部とを有し、金属および無機材料がいずれも耐熱性が高いため、樹脂材料から成る接合部と比較して、高温処理時における接合部の破損を抑制することができる。また、接合部が、第１接合部と第２接合部とが巻き回された巻回体を含むため、隣接相互間にすべり得る界面を有することにより、変形領域が分断され、熱応力が緩和される。また、第１接合部および第２接合部は、それぞれ、低剛性であるため、熱応力を逃すように変形する。そのため、高温体となるセラミック部と、低温体となる金属部と、それらの間に存在する接合部に生じる熱応力を抑制することができ、セラミック部と金属部の形状変化を抑制することができる。その結果、セラミック部の載置面の変形を抑制することができ、また、接合部の破損を抑制することができる。

（２）上記形態の保持装置であって、前記接合部において、前記第１接合部を構成する材料の主成分は、前記金属部を構成する材料の主成分と同一の金属であり、前記第２接合部の前記繊維を構成する材料の主成分は、前記セラミック部を構成する材料の主成分と同一のセラミックであってもよい。このようにすると、半導体製造装置への異物の混入を抑制することができる。

（３）上記形態の保持装置であって、前記接合部において、前記巻回体の最外周には、前記第１接合部が配置されていてもよい。第１接合部は金属を主成分とする材料で構成されるため、第１接合部が最外周に配置されると、密閉性が高くなり、冷却用ガス等のガスの漏れを抑制することができる。

（４）上記形態の保持装置であって、前記接合部は、さらに、金属を主成分とし、前記巻回体の外周の少なくとも一部に形成された第１金属膜部を備えてもよい。このようにすると、ガスの漏れを抑制することができる。

（５）上記形態の保持装置であって、前記巻回体は、さらに、前記巻回体の中心に、前記第１接合部を構成する材料の主成分と同一の金属を主成分とする材料で構成される金属棒を備え、前記金属棒に前記第１接合部および前記第２接合部とが巻き付けられて形成されていてもよい。このようにすると、巻回体の中心に空間が形成されにくいため、巻回体の中心部分の熱伝導率の低下を抑制することができる。その結果、セラミック部の表面の温度分布を略均一にすることができる。

（６）上記形態の保持装置であって、さらに、前記接合部を貫通する貫通孔であって、所定のガスが流通する貫通孔と、金属を主成分とし、前記貫通孔の内周の少なくとも一部に形成された第２金属膜部と、を備えてもよい。このようにすると、さらに、密閉性を向上させることができ、耐久性を向上させることができる。

（７）上記形態の保持装置であって、前記接合部は、室温におけるせん断ひずみε（％）が、下記の式を満たしてもよい。
ε≧［ｄ｛１＋（Ｔ₂−Ｔ₁）α₁｝−ｄ｛１＋（Ｔ₂−Ｔ₁）α₂｝］／ｔ×１００
但し、ｄは前記接合部の半径（ｍｍ）、Ｔ₂は室温（℃）、Ｔ₁は前記セラミック部と前記金属部との接合温度（℃）、α₁は前記セラミック部の熱膨張係数（１／℃）、α₂は前記金属部の熱膨張係数（１／℃）、ｔは前記接合部の厚み（ｍｍ）である。

このようにすると、接合部の破断を抑制することができ、保持装置の信頼性を向上させることができる。

（８）上記形態の保持装置であって、前記接合部は、横弾性率が１０ＭＰａ以下でもよい。このようにすると、接合部が変形しやすくなるため、セラミック部と金属部の温度変化に伴う変形量の違いを吸収することができ、セラミック部の反りを抑制することができる。その結果、対象物の面内で略均一なエッチング速度を得ることができる。例えば、エッチングガス分子の衝突角度を略一定にすることにより、略均一な速度で、深掘りの加工を可能にすることができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、保持装置を含む半導体製造装置、保持装置の製造方法などの形態で実現することができる。

第１実施形態における静電チャックの外観構成を概略的に示す斜視図である。 静電チャックのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。 巻回体のＸＹ断面構成を概略的に示す説明図である。 巻回体のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。 第２接合部の一部を拡大して概略的に示す説明図である。 比較例の第２接合部の一部を拡大して概略的に示す説明図である。 せん断歪みの計算方法を説明するための説明図である。 第２実施形態における静電チャックのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。 静電チャックの一部のＸＺ断面を拡大して概略的に示す説明図である。 巻回体の一部のＸＹ断面を拡大して概略的に示す説明図である。 第３実施形態における接合部のＸＹ断面構成を概略的に示す説明図である。 巻回体のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。 第４実施形態における静電チャックのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態における静電チャック１０の外観構成を概略的に示す斜視図である。図２は、静電チャック１０のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。図１、図２には、方向を特定するために、互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。図２において、Ｙ軸正方向は、紙面裏側に向かう方向である。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１０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１０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１０は、上下方向（Ｚ軸方向）に並べて配置されたセラミック部１００、金属部２００、およびセラミック部１００と金属部２００とを接合する接合部３００を備える。本実施形態における静電チャック１０を、「保持装置」とも呼ぶ。

セラミック部１００は、略円形平面状の載置面Ｓ１を有する板状部材であり、セラミック（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。セラミック部１００の直径は、例えば、５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度（通常は２００ｍｍ〜３５０ｍｍ程度）であり、セラミック部１００の厚さは例えば１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。

セラミック部１００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）により形成された吸着電極４００（図２）が配置されている。Ｚ軸方向視での吸着電極４００の形状は、例えば略円形である。吸着電極４００に電源（不図示）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がセラミック部１００の載置面Ｓ１に吸着固定される。

金属部２００は、セラミック部１００と径が等しい略円形平面状の板状部材である第１金属部２２０（図１）と、セラミック部１００より径が大きい略円形平面状の板状部材である第２金属部２３０（図１）と、を備え、全体として、Ｙ軸負方向に階段状に拡径する板状部材である。金属部２００は、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。金属部２２０の直径は、例えば、２２０ｍｍ〜５５０ｍｍ程度（通常は２２０ｍｍ〜３５０ｍｍ）であり、金属部２００の厚さは、例えば、２０ｍｍ〜４０ｍｍ程度である。

金属部２００の内部には冷媒流路２１０（図２）が形成されている。冷媒流路に冷媒（例えば、フッ素系不活性液体や水等）が流されると、金属部２００が冷却され、接合部３００を介した金属部２００とセラミック部１００との間の伝熱によりセラミック部１００が冷却され、セラミック部１００の載置面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。セラミック部１００を構成する材料と金属部２００を構成する材料は、互いに熱膨張率が異なる。

接合部３００は、セラミック部１００の径と等しい略円形平面状の板状部材であり、セラミック部１００と金属部２００とを接合する。図２において、接合部３００の半径ｄ（ｍｍ）、厚みｔ（ｍｍ）を示す。接合部３００は、巻回体３１０と、第１接着部３２０と、第２接着部３３０と、を備える。第１接着部３２０は、巻回体３１０のセラミック部１００側の面の全面に接合されている。同様に、第２接着部３３０は、巻回体３１０の金属部２００側の面の全面に接合されている。第１接着部３２０および第２接着部３３０を構成する材料として、熱伝導率が高い材料を用いている。このようにすると、セラミック部１００の面内方向の熱伝導性を高め、面内に熱が拡散・均一化することにより、セラミック部１００の面内の均熱性を向上させることができる。第１接着部３２０および第２接着部３３０の好ましい熱伝導率は５０Ｗ／ｍＫ以上である。

本実施形態において、第１接着部３２０および第２接着部３３０は、半田等の金属ろう材から成る。金属ろう材としては、例えば、ＡｕとＳｎの合金、ＡｕとＩｎの合金、ＡｕとＧｅの合金、ＡｕとＣｕの合金、８．０Ｓｎ−２．０Ａｇ−Ｐｂ、５．０Ｓｎ−１．５Ａｇ−Ｐｂ、５．０Ｓｎ−２．５Ａｇ−Ｐｂ、１．３Ｓｎ−１．５Ａｇ−Ｐｂ、１．０Ｓｎ−１．５Ａｇ−Ｐｂ等を用いることができる。特に、固相線温度が２５０℃以上のものが２５０℃以上の高温で使用できるため好ましい。

図３は、巻回体３１０のＸＹ断面構成を概略的に示す説明図である。図４は、巻回体３１０のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ断面を図示している。巻回体３１０は、金属を主成分とする材料で構成される第１接合部３１１と、無機物を主成分とする繊維（以下、無機繊維とも呼ぶ）を含む材料で構成される第２接合部３１２と、が交互に巻き回されて成る。本実施形態において、第１接合部３１１を構成する材料の主成分は、金属部２００を構成する材料の主成分と同一の金属であり、第１接合部３１１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属箔である。また、第２接合部３１２の繊維を構成する材料の主成分は、セラミック部１００を構成する材料の主成分と同一のセラミックであり、第２接合部３１２に含まれる繊維は、例えば、アルミナを主成分とする材料から成る繊維である。第１接合部３１１を構成する材料の主成分は、金属部２００を構成する材料の主成分と同一の金属であり、第２接合部３１２の繊維を構成する材料の主成分は、セラミック部１００を構成する材料の主成分と同一のセラミックであるため、半導体製造装置への異物混入などの影響を少なくすることができる。また、材料自体の特性で、セラミック部１００や金属部２００と比べて、耐寒性や耐熱性に劣る材料がないため、低温から高温まで広い温度範囲で使用できる保持装置を実現することができる。

巻回体３１０において、第１接合部３１１と第２接合部３１２とは非接合状態で、円柱状（渦巻状）に巻き回されている。但し、第１接合部３１１の最外周端部は、レーザー溶接等により接合されており、これにより、巻回体３１０の巻回状態が維持されている。第１接合部３１１と第２接合部３１２とは非接合状態であり、相互間にすべり得る界面を有するため、変形領域が分断され、熱応力を緩和することができる。

図３に示すように、本実施形態の巻回体３１０は、最外周に第１接合部３１１が配置されている。上述の通り、第１接合部３１１は、金属箔であるため、巻回体３１０の最外周に配置されることにより、巻回体３１０の密閉性を向上させることができ、ガスのリークを抑制することができる。また、金属箔は、無機繊維に比べ耐プラズマ性が高いため、最外周に第１接合部３１１が配置されていることにより、接合部３００の耐久性を向上させることができる。繊維の一本一本は切れやすいのに対し、金属箔は連続しており個片になって脱落しにくいため、半導体製造装置内の汚染を抑制することができる。

本実施形態における巻回体３１０において、第１接合部３１１の厚みｔ１（図４）は、０．１ｍｍ以下が好ましく、０．０５ｍｍ以下がさらに好ましい。また、第２接合部３１２の厚みｔ２は、０．３ｍｍ以下が好ましく、０．１ｍｍ以下がさらに好ましい。第１接合部３１１および第２接合部３１２の厚みを薄くして繰り返し数（巻数）を増やすことにより、全体として熱伝導性を略均質にすることができ、セラミック部１００の温度分布を略均一にすることができる。

また、巻回体３１０の厚みｔ３（図４）は、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下がさらに好ましい。巻回体３１０の厚みｔ３を静電チャック１０の大きさに比べて薄くすることにより、全体として熱伝達を略均一にすることができる。

図５は、第２接合部３１２の一部を拡大して概略的に示す説明図である。第２接合部３１２は、複数の無機繊維３１３が積層され、それらの無機繊維３１３が部分的に絡まりながらシート状に形成されている。これにより、第２接合部３１２には、連続した空隙３１４が形成されているため、クッション性が良好である。なお、図５では、複数の無機繊維３１３のうち、一本の無機繊維３１３にのみ符号を付して、他の無機繊維３１３の符号の表示を省略している。第２接合部３１２に熱応力が加わった場合、一本一本の無機繊維３１３が熱応力に応じてスライドできるため、第２接合部３１２は、全体として柔らかく、引張りやせん断方向に変形しやすい。また、第２接合部３１２は、温度サイクルなど繰り返しの変形を受けても破断しにくい。

図６は、比較例の第２接合部３１２Ｐの一部を拡大して概略的に示す説明図である。第２接合部３１２Ｐは、複数の空孔３１４Ｐを有する無機多孔体である。例えば、金属、セラミック等の無機物により連続部分である無機部３１３Ｐが形成されている。空孔３１４Ｐは、連通孔、閉孔などを含む。第２接合部３１２Ｐに熱応力が加わった場合、連続部分が変形するものの、無機物から成る無機部３１３Ｐは硬いため、変形しにくい。また、温度サイクルなど繰り返しの変形を受けると、金属から成る無機部３１３Ｐは、金属疲労の影響で破断するおそれがある。

このように、本実施形態の第２接合部３１２は、無機繊維３１３が積層された構成であるため、比較例の第２接合部３１２Ｐと比較して、変形しやすく、破断しにくいため、接合部３００の破損を抑制することができる。

また、第２接合部３１２は、無機繊維３１３が積層された構成であるため、巻回体３１０の作製時、第１接合部３１１と第２接合部３１２とを巻きまわす際に、無機繊維３１３同士が滑り合うため、比較例の第２接合部３１２Ｐと比較して破損しにくい。また、接合部３００に繰り返し熱応力が加わった場合にも、無機繊維３１３同士が滑り合うため、金属疲労のような破損の発生を抑制することができる。

また、本実施形態において、第２接合部３１２は、セラミックから成る無機繊維３１３を用いているため、例えば、炭素繊維を用いる場合と比較して、曲げ弾性率が低く、小径の巻回体を、容易に作製することができる。

上述の通り、接合部３００は、一方の面がセラミック部１００に接合されると共に、他方の面が金属部２００に接合されている(図２)。そのため、セラミック部１００および金属部２００のそれぞれが、温度変化により変形すると、それらの変形に伴い、接合部３００に歪みが生じる。

図７は、せん断歪みの計算方法を説明するための説明図である。図７（Ａ）は、初期状態、すなわち応力がゼロ(無)の状態を概略的に示す図であり、図７（Ｂ）は、温度が変化した場合の静電チャック１０の変形の一例を示す図であり、図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）のＺ部の拡大図である。図７（Ａ）、（Ｂ）は、静電チャック１０のＸＺ断面の一部を図示している。接合部３００に対する応力がゼロの状態では、上述の通り、接合部３００は、半径ｄの略円形平面状で厚みｔの板状部材である（図７（Ａ））。ウェハ(不図示)を高温で処理する際等に、セラミック部１００の温度が上昇することにより、セラミック部１００が膨張し、半径がｄ₁になる(図７(Ｂ))。一方、金属部２００は冷却されることにより収縮し、半径がｄ₂になる(図７(Ｂ))。接合部３００は、一方の面がセラミック部１００と接合されると共に、他方の面が金属部２００と接合されているため、セラミック部１００側の面が半径ｄ₁になり、金属部２００側の面が半径ｄ₂になる(図７(Ｂ))。すなわち、温度が変化することにより、接合部３００に歪みが生じる。せん断歪みε（％）は、下記(式１)によって求めることができる。

ε＝端部のずれ／厚さ×１００ ・・・(式１)

すなわち、図７(Ｂ)のときの接合部３００のせん断歪みε（％）は、（ｄ₁−ｄ₂）／ｔ×１００である（図７（Ｃ））。

本実施形態の接合部３００は、室温におけるせん断ひずみε（％）が、下記の（式２）を満たす。

ε≧［ｄ｛１＋（Ｔ₂−Ｔ₁）α₁｝−ｄ｛１＋（Ｔ₂−Ｔ₁）α₂｝］／ｔ×１００
・・・ (式２)
但し、ｄは接合部３００の半径（ｍｍ）、Ｔ₂は室温（℃）、Ｔ₁はセラミック部１００と金属部２００との接合温度（℃）、α₁はセラミック部１００の熱膨張係数（１／℃）、α₂は金属部２００の熱膨張係数（１／℃）、ｔは接合部３００の厚み（ｍｍ）である。

ここで、室温は、例えば、２２±５℃（１７〜２７℃）である。また、セラミック部１００と金属部２００との接合温度Ｔ₁（℃）は、セラミック部１００を構成する材料、および金属部２００を構成する材料により決まる。

本実施形態の静電チャック１０において、接合部３００の室温におけるせん断ひずみε（％）が、上記の（式２）を満たすため、無機繊維３１３を含む第２接合部３１２の破断を抑制することができ、静電チャック１０の信頼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１０において、接合部３００は、横弾性率（剛性率ともいう）が１０ＭＰａ以下である。そのため、接合部３００は変形しやすく、セラミック部１００と金属部２００の温度変化に伴う変形量の違いを吸収することができ、セラミック部１００の反りを抑制することができる。その結果、静電気による対象物（例えば、ウェハＷ）の保持が外れてしまうことが抑制され、面内で略均一なエッチング速度を得ることができる。例えば、エッチングガス分子の衝突角度を略一定にすることにより、略均一な速度で、深掘りの加工を可能にすることができる。

以上説明したように、本実施形態の静電チャック１０によれば、接合部３００が、金属を主成分とする材料で構成される第１接合部３１１と、無機繊維３１３で構成される第２接合部３１２とを有し、金属および無機材料がいずれも耐熱性が高いため、樹脂材料から成る接合部と比較して、高温処理時における接合部３００の破損を抑制することができる。また、接合部３００が、第１接合部３１１と第２接合部３１２とが非接合状態で巻き回された巻回体を含むため、隣接相互間にすべり得る界面を有することにより、変形領域が分断され、熱応力が緩和される。また、第１接合部３１１および第２接合部３１２は、それぞれ、低剛性であるため、熱応力を逃すように変形する。そのため、高温体となるセラミック部１００と、低温体となる金属部２００と、それらの間に存在する接合部３００に生じる熱応力と形状変化を抑制することができる。その結果、セラミック部１００の載置面Ｓ１の変形を抑制することができ、また、接合部３００の破損を抑制することができる。そのため、低温〜高温まで広い温度範囲で使用できる静電チャック１０を実現することができる。

＜第２実施形態＞
図８は、第２実施形態における静電チャック１０ＡのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。図８において、Ｙ軸正方向は、紙面裏側に向かう方向である。本実施形態の静電チャック１０Ａは、セラミック部１００Ａの載置面Ｓ１から金属部２００Ａの裏面（Ｚ軸負方向の面）に到る貫通孔である冷却用ガス孔５００が、２つ設けられている。冷却用ガス孔５００には、例えば、ヘリウムガス等の冷却用ガスが供給される。これにより、ウェハＷの均熱性を向上させることができる。以下に説明する実施形態において、第１実施形態の静電チャック１０と同一の構成には同一の符号を付し、先行する説明を参照する。

図９は、静電チャック１０Ａの一部のＸＺ断面を拡大して概略的に示す説明図である。図９では、図８におけるＢ部を拡大して図示している。図示するように、冷却用ガス孔５００は、セラミック部１００Ａを貫通する第１孔部５１０と、金属部２００Ａを貫通する第２孔部５２０と、接合部３００Ａを貫通する第３孔部５３０と、を備える。

図１０は、巻回体３１０Ａの一部のＸＹ断面を拡大して概略的に示す説明図である。図１０では、図９におけるＢ部に相当する部分を図示している。図９、１０に示すように、第３孔部５３０のうち、巻回体３１０Ａに形成されている部分の内周の全面には、第２金属膜部５３２が形成されている。第２金属膜部５３２は、第１接合部３１１の構成材料と同一の材料から成る金属箔である。第２金属膜部５３２は、例えば、第１接着部３２０および第２接着部３３０の構成材料と同一の金属ろう材によって、第３孔部５３０の内周に接着されている。

本実施形態の静電チャック１０Ａによれば、接合部３００Ａに形成された貫通孔である第３孔部５３０の巻回体３１０Ａに対応する部分の内周に、第２金属膜部５３２が形成されている。そのため、巻回体３１０Ａの密閉性を向上させることができ、冷却用ガスの漏洩を抑制することができると共に、耐久性を向上させることができる。

また、第２金属膜部５３２は、第１接合部３１１の構成材料と同一の材料から成る金属箔であり、金属部２００の構成材料と同一であるため、半導体製造装置への異物混入等の影響を抑制することができる。

＜第３実施形態＞
図１１は、第３実施形態における接合部３００ＢのＸＹ断面構成を概略的に示す説明図である。図１１では、巻回体３１０Ｂを通るＸＹ断面を図示している。図１１において、Ｚ軸正方向は、紙面裏側に向かう方向である。図１２は、巻回体３１０ＢのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。図１２において、Ｙ軸正方向は、紙面裏側に向かう方向である。図１２は、図１１におけるＣ−Ｃ断面を図示している。本実施形態の静電チャックは、第１実施形態の接合部３００に換えて接合部３００Ｂを用いている。

図１１、図１２に示すように、本実施形態の巻回体３１０Ｂは、巻回体３１０Ｂの中心に、第１接合部３１１を構成する材料の主成分と同一の金属を主成分とする材料で構成される金属棒３５０を備え、金属棒３５０に第１接合部３１１および第２接合部３１２とが巻き付けられて形成されている。例えば、金属棒３５０を備えない巻回体の場合に、巻回体の中心になる巻始めが空間になると、空間の部分だけ熱伝導率が低下するため、巻回体の温度分布が不均一になる。これに対し、本実施形態の巻回体３１０Ｂは、第１接合部３１１と同じ材料からなる金属棒３５０に、第１接合部３１１および第２接合部３１２を巻きつけることにより巻回しを開始しているため、巻回体３１０Ｂの中心に空間ができず、局所的な低熱伝導率の発生を抑制することができる。その結果、セラミック部１００の載置面Ｓ１の温度分布を略均一にすることができる。

金属棒３５０の直径は、３ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下、０．５ｍｍ以上がさらに好ましい。金属棒３５０の直径が３ｍｍ以上の太さの場合には、巻回体３１０Ｂの中心部分の熱伝導率が局所的に高くなり、温度分布が不均一になる虞がある。また、金属棒３５０の直径が０．５ｍｍ以下になると、非常に細いため、巻回体の作製が困難になるためである。

図示するように、本実施形態の接合部３００Ｂは、金属を主成分とし、巻回体３１０Ｂの最外周の全面に形成された第１金属膜部３４０を備える。本実施形態において、第１金属膜部３４０は、第１接合部３１１を構成する材料と同一の材料から成る金属箔である。巻回体３１０Ｂは、第１実施形態の巻回体３１０と異なり、最外周が第２接合部３１２になっているものの、接合部３００Ｂは第１金属膜部３４０を備えるため、接合部３００Ｂの密閉性を向上させることができ、かつ耐久性を向上させることができる。

＜第４実施形態＞
図１３は、第４実施形態における静電チャック１０ＣのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。図１３において、Ｙ軸正方向は、紙面裏側に向かう方向である。本実施形態の静電チャック１０Ｃは、第１実施形態のセラミック部１００に換えてセラミック部１００Ｃを用い、接合部３００に換えて接合部３００Ｃを用いている。また、本実施形態の静電チャック１０Ｃは、ヒータ電極６００を備える。

セラミック部１００Ｃは、金属部２００の第１金属部２２０と外径が等しい略円環形平面状の板状部材である第１セラミック部１１０と、第１セラミック部１１０の内径と径が等しい略円形平面状の板状部材であって、載置面Ｓ１を有する第２セラミック部１２０と、を備え、全体として、Ｙ軸負方向に階段状に拡径する板状部材である。図１３において、第１セラミック部１１０と第２セラミック部１２０との境界を破線で図示している。

ヒータ電極６００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ている。ヒータ電極６００は、セラミック部１００Ｃの内部に配置されており、ヒータ電極６００が発熱することによってセラミック部１００Ｃが温められ、セラミック部１００Ｃの載置面Ｓ１に保持されたウェハＷを温めることができる。これにより、ウェハＷの温度制御を行うことができる。ヒータ電極６００は、導電性の配線が吸着電極４００と径が略等しい略円形平面状の範囲を引き回されており、ＸＹ平面方向において、吸着電極４００と略同位置に配置されている。

接合部３００Ｃは、巻回体３１０Ｃと、第１接着部３２０Ｃと、第２接着部３３０Ｃと、第３接着部３６０と、を備える。巻回体３１０Ｃは、第１実施形態の巻回体３１０と同様に、第１接合部３１１と第２接合部３１２とが交互に巻き回されて成る。但し、本実施形態の巻回体３１０Ｃは、平面形状が略円環形状（ドーナツ形状）の柱状に形成されている。巻回体３１０Ｃの外径および内径は、第１セラミック部１１０の外径および内径と、それぞれ一致している。第１接着部３２０Ｃおよび第２接着部３３０Ｃの平面形状は、巻回体３１０Ｃの平面形状と同一の略円環形状である。第１接着部３２０Ｃおよび第２接着部３３０Ｃの構成材料は、第１実施形態と同一である。巻回体３１０Ｃは、第１接着部３２０Ｃによって、第１セラミック部１１０の下面（Ｚ軸負方向の面）に接合されている。

巻回体３１０Ｃ、第１接着部３２０Ｃ、および第２接着部３３０Ｃの内輪で形成される空間の全部に、第３接着部３６０が形成されている。第３接着部３６０は、シリコーン系、アクリル系、エポキシ系等の公知の接着材を用いて形成することができ、熱伝導性に優れる熱伝導性接着材を用いてもよい。第３接着部３６０は、柔軟性に優れかつ耐熱性にも優れるシリコーン系の接着材がより好ましい。

本実施形態の静電チャック１０Ｃによれば、セラミック部１００Ｃにおいて、載置面Ｓ１より外周側に配置される第１セラミック部１１０は、巻回体３１０Ｃを介して金属部２００に接合されている。第１セラミック部１１０には、セラミックと金属の熱膨張率差による歪みと応力が強くかかるため、応力緩和性能に優れた巻回体３１０Ｃが配置されることにより、温度変化に伴うセラミック部１００Ｃの変形を抑制することができる。

本実施形態において、ヒータ電極６００は第２セラミック部１２０の内部に配置されている。載置面Ｓ１を有し、ヒータ電極６００が配置されている第２セラミック部１２０は、より温度分布の均一性がより求められる。本実施形態の静電チャック１０Ｃによれば、セラミック部１００Ｃのうち第２セラミック部１２０は、熱伝導性が略均一な第３接着部３６０により金属部２００に接合されているため、載置面Ｓ１の温度分布の均一性を向上させることができる。

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記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態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

・上記実施形態において、第１接合部３１１と、第２金属膜部５３２と、金属棒３５０と、第１金属膜部３４０とを構成する材料の主成分が、金属部２００を構成する材料の主成分と一致する例、および第２接合部３１２に含まれる無機繊維３１３を構成する材料の主成分がセラミック部１００を構成する材料の主成分と一致する例を示したが、各部を構成する材料は、上記実施形態に限定されない。但し、上記各部を構成する材料の主成分を上記実施形態のようにすると、半導体製造装置への異物混入を抑制することができるため、好ましい。

・上記実施形態において、第１接着部３２０と第２接着部３３０とを同一の材料から形成する例を示したが、互いに異なる材料から形成してもよい。例えば、第１接着部３２０を、金属ろう材以外に、セラミック系接着剤から形成してもよい。このようにすると、接合部３００のセラミック部１００に対する接合性を向上させることができる。セラミック系接着剤としては、例えば、スリーボンド製のＴＢ３７３２、ＴＢ３７１３Ｂ、東亜合成製のアロンセラミックＣ、アロンセラミックＤ、アロンセラミックＥ、オーデック製のセラマボンド５６９、セラマボンド５０３、セラマボンド５７１、セラマボンド６１８Ｎ、セラマボンド５５２、セラマボンド５１６、セラマボンド６７１、セラマボンド６６８、セラマボンド８３５、セラマボンド８３５Ｍ、セラマボンド５５１−ＲＮ、太陽金網製のＲｅｓｂｏｎｄ９８９、Ｒｅｓｂｏｎｄ９０４、Ｒｅｓｂｏｎｄ９１９、Ｒｅｓｂｏｎｄ９４０、Ｒｅｓｂｏｎｄ９４０ＬＥ、Ｒｅｓｂｏｎｄ９３１、Ｄｕｒａｂｏｎｄ９５０、Ｄｕｒａｂｏｎｄ９５２、Ｄｕｒａｂｏｎｄ９５４等を用いることができる。また、第１接着部３２０および第２接着部３３０は、金属やセラミック等の無機系の接着材に限定されず、樹脂製等の公知の接着を用いてもよい。但し、高温で使用可能な接着材を用いるのが好ましい。

・上記第２実施形態において、第２金属膜部５３２が、第２孔部５２０の内面の巻回体３１０Ａに対応する部分の全面に形成される例を示したが、第２孔部５２０の内面の少なくとも一部に第２金属膜部５３２が形成されていてもよい。このようにしても、ガスの漏洩を抑制することができる。また、静電チャック１０Ａが第２金属膜部５３２を備えなくてもよい。

・上記第３実施形態において、第１金属膜部３４０および金属棒３５０の少なくともいずれか一方を備えなくてもよい。また、第１金属膜部３４０は、巻回体３１０Ｂの外周の全面に形成されず、巻回体３１０Ｂの外周の一部に形成されてもよい。

・上記第１実施形態において、巻回体３１０の外周に、さらに、第１金属膜部３４０を備える構成にしてもよい。また、巻回体３１０の中心に、金属棒３５０を備えてもよい。

・接合部の室温におけるせん断歪みε（％）は、上記（式２）を満たさなくてもよい。

・接合部３００は、横弾性率が１０ＭＰａより大きくてもよい。

・上記実施形態の第２接合部３１２において、空隙３１４に樹脂製の接着材が充填されていてもよい。このようにしても、接合部３００が熱応力等により変形する場合、連続部分の空隙に充填された樹脂が変形し、樹脂の変形に追随して無機繊維３１３がスライドでき、第２接合部３１２全体として柔らかく、引張りやせん断方向に変形しやすいため、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。樹脂は、柔軟性に優れかつ耐熱性にも優れるシリコーン樹脂が好ましい。

・冷却用ガス孔５００の数は、上記実施形態に限定されない。例えば、１つでもよいし、３つ以上でもよい。また、静電チャック１０は、冷却用ガス孔５００以外の貫通孔を備えてもよい。例えば、セラミック部１００の内部にある吸着電極４００やヒータに接続する配線を通すための配線挿通孔、および対象物（例えば、ウェハ）を脱着するためのピンなどが配置されるピン挿通孔を有してもよい。これらの孔を構成する、巻回体３１０に形成された貫通孔の内周の少なくとも一部に、金属膜部を形成してもよい。このようにすると、巻回体の密閉性が向上されるため、好ましい。

・セラミック部１００を構成する材料の熱膨張率と、金属部２００を構成する材料の熱膨張率は、同一でもよいし、異なっていてもよい。仮に両材料の熱膨張率が同一の場合にも、セラミック部１００の温度と金属部２００の温度とが異なることにより、それぞれの変形量が異なるため、上記実施形態の接合部３００によりセラミック部１００と金属部２００とを接合することにより熱応力が緩和されるため、セラミック部１００の載置面Ｓ１の変形を抑制することができる。

・上記実施形態において、保持装置として静電チャックを例示したが、保持装置は、静電チャックに限定されず、セラミックス板を備え、セラミックス板の表面上に対象物を保持する種々の保持装置として構成することができる。例えば、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＰＬＤ等の真空装置用ヒータ装置、サセプタ、載置台として構成することができる。

・上記実施形態において、略円形平面の板状部材であるセラミック部１００を例示したが、セラミック部１００の平面形状は上記実施形態に限定されない。例えば、矩形平面、多角形平面等の板状部材であってもよい。

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｃ…静電チャック
１００、１００Ａ、１００Ｃ…セラミック部
１１０…第１セラミック部
１２０…第２セラミック部
２００、２００Ａ…金属部
２１０…冷媒流路
２２０…第１金属部
２３０…第２金属部
３００、３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ…接合部
３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃ…巻回体
３１１…第１接合部
３１２、３１２Ｐ…第２接合部
３１３…無機繊維
３１３Ｐ…無機部
３１４…空隙
３１４Ｐ…空孔
３２０、３２０Ｃ…第１接着部
３３０、３３０Ｃ…第２接着部
３４０…第１金属膜部
３５０…金属棒
３６０…第３接着部
４００…吸着電極
５００…冷却用ガス孔
５１０…第１孔部
５２０…第２孔部
５３０…第３孔部
５３２…第２金属膜部
６００…ヒータ電極
ｄ、ｄ１、ｄ２…半径
Ｓ１…載置面
Ｗ…ウェハ

Claims (8)

1. 対象物を保持する保持装置であって、
   セラミックを主成分とし、板状に形成され、前記対象物が載置される載置面を有するセラミック部と、
   金属を主成分とし、板状に形成された金属部であって、前記セラミック部に対して、前記載置面とは反対側に配置された金属部と、
   前記セラミック部と前記金属部との間に配置され、前記セラミック部と前記金属部とを接合する接合部と、
   を備え、
   前記接合部は、
   金属を主成分とする材料で構成される第１接合部と、無機物を主成分とする繊維を含む材料で構成される第２接合部と、が交互に巻き回された巻回体を含むことを特徴とする、
   保持装置。
2. 請求項１に記載の保持装置であって、
   前記接合部において、
   前記第１接合部を構成する材料の主成分は、前記金属部を構成する材料の主成分と同一の金属であり、
   前記第２接合部の前記繊維を構成する材料の主成分は、前記セラミック部を構成する材料の主成分と同一のセラミックであることを特徴とする、
   保持装置。
3. 請求項１および請求項２のいずれか一項に記載の保持装置であって、
   前記接合部において、
   前記巻回体の最外周には、前記第１接合部が配置されていることを特徴とする、
   保持装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の保持装置であって、
   前記接合部は、
   さらに、
   金属を主成分とし、前記巻回体の外周の少なくとも一部に形成された第１金属膜部を備えることを特徴とする、
   保持装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の保持装置であって、
   前記巻回体は、
   さらに、
   前記巻回体の中心に、前記第１接合部を構成する材料の主成分と同一の金属を主成分とする材料で構成される金属棒を備え、
   前記金属棒に前記第１接合部および前記第２接合部とが巻き付けられて形成されていることを特徴とする、
   保持装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の保持装置であって、
   さらに、
   前記接合部を貫通する貫通孔であって、所定のガスが流通する貫通孔と、
   金属を主成分とし、前記貫通孔の内周の少なくとも一部に形成された第２金属膜部と、
   を備えることを特徴とする、
   保持装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の保持装置であって、
   前記接合部は、
   室温におけるせん断ひずみε（％）が、下記の式を満たすことを特徴とする、保持装置。
   ε≧［ｄ｛１＋（Ｔ₂−Ｔ₁）α₁｝−ｄ｛１＋（Ｔ₂−Ｔ₁）α₂｝］／ｔ×１００
   但し、ｄは前記接合部の半径（ｍｍ）、Ｔ₂は室温（℃）、Ｔ₁は前記セラミック部と前記金属部との接合温度（℃）、α₁は前記セラミック部の熱膨張係数（１／℃）、α₂は前記金属部の熱膨張係数（１／℃）、ｔは前記接合部の厚み（ｍｍ）である。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の保持装置であって、
   前記接合部は、
   横弾性率が１０ＭＰａ以下であることを特徴とする、
   保持装置。

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