JP2022053832A - 基板保持部材、およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板の温度がシリコーン接着層の耐熱温度以上となるプロセスで使用しても、シリコーン接着層の温度が耐熱温度以下となり、かつ、基板載置面の温度分布均一性が高い基板保持部材、およびその製造方法を提供する。【解決手段】基板保持部材１０であって、セラミックスにより平板状に形成され、一方の主面に基板載置面２８を有するセラミックス部材１２と、前記セラミックス部材１２の他方の主面に形成された第１の溶射膜１４と、内部に冷媒の流路２２を有する金属製の冷却部材１６と、前記冷却部材１６の平面状の主面に形成された第２の溶射膜１８と、前記第１の溶射膜１４と前記第２の溶射膜１８とを接合するシリコーン接着層２０と、を備える。【選択図】図１
Description
本発明は、基板保持部材、およびその製造方法に関する。
半導体製造装置に用いられる基板保持部材、例えば、静電チャックは、半導体のプロセス中に基板を所定の温度に保つために、冷却部材が備えられているものがある。
特許文献１には、表面に溶射によって絶縁体膜が形成された金属プレートと、表面に電極が形成された誘電体基板とが、電極が対向するように絶縁性接着剤を介在して接合され、絶縁体膜の厚みが０．３ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下であり、また、絶縁性接着剤の熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上であり、絶縁体膜の熱伝導率は絶縁性接着剤の熱伝導率より大きい静電チャックが開示されている。
また、特許文献２には、冷却流路を有する基材と、基材の上方に配置され、発熱体を有するヒータ部と、基材とヒータ部との間に配置された断熱層と、を有するヒータユニットが開示されている。また、断熱層の熱伝導率は、基材の熱伝導率よりも低くてもよい、と記載され、断熱層は、気孔を包含するＳＵＳであってもよい、と記載され、ヒータユニットは発熱体を覆う絶縁体をさらに有し、断熱層の熱伝導率は絶縁体の熱伝導率よりも低くてもよい、と記載されている。
従来、静電チャックの冷却プレートは、その加工性および冷却効果より金属材料、とりわけＡｌ合金が用いられてきた。静電チャックは、Ａｌ２Ｏ３やＡｌＮからなるセラミックス焼結体が用いられてきた。これらを一体化するには、一体化の簡便さから有機接着剤が提案されてきた。しかし、接合層として有機接着材を使用する場合、その耐熱性が問題となり、特に２００℃以上のプロセスで静電チャックを使用すると、有機接着層が分解する温度に到達するため使用することができなかった。
また、近年のプロセスのハイパワー化にともない、静電チャックの基板載置面の温度分布の均熱性の要求が高度化しているが、金属製冷却プレートを使用する場合はそれ自体熱伝導がよいため金属プレート内部に設けられた冷媒流路の影響が静電チャックの載置面に現れ載置面の温度分布均一性が阻害されることが生じていた。
しかしながら、特許文献１は、絶縁性接着剤層の耐熱性は考慮していない。また、特許文献２は、断熱層と基材または断熱層とヒータ部との接合を考慮していないため、有機接着剤を使用した場合の耐熱性は考慮していない。また、引用文献１も２も基板を冷却する際の温度分布均一性は考慮していない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基板の温度がシリコーン接着層の耐熱温度以上となるプロセスで使用しても、シリコーン接着層の温度が耐熱温度以下となり、かつ、基板載置面の温度分布均一性が高い基板保持部材、およびその製造方法を提供することを目的とする。
（１）上記の目的を達成するため、本発明の基板保持部材は、基板保持部材であって、セラミックスにより平板状に形成され、一方の主面に基板載置面を有するセラミックス部材と、前記セラミックス部材の他方の主面に形成された第１の溶射膜と、内部に冷媒の流路を有する金属製の冷却部材と、前記冷却部材の平面状の主面に形成された第２の溶射膜と、前記第１の溶射膜と前記第２の溶射膜とを接合するシリコーン接着層と、を備えることを特徴としている。このように、セラミックス部材とシリコーン接着層との接合面および冷却部材とシリコーン接着層との接合面にそれぞれ溶射膜を設けることで、シリコーン接着層の耐熱温度より高い温度のプロセスで基板保持部材を使用しても、シリコーン接着層の温度を耐熱温度以下にすることができ、シリコーン接着層の劣化を防ぐことができると共に、基板保持部材の基板載置面の熱ムラを低減することができる。同時にシリコーン接着層の有する柔軟性により基板保持部材と冷却部材間に生じる応力を緩和することができる。その結果、基板保持部材の基板載置面の温度分布の均一化をしつつ、シリコーン接着層の耐熱温度より高い温度のプロセスで基板保持部材を使用することが可能となる。
（２）また、本発明の基板保持部材において、前記セラミックス部材はＡｌＮを主成分とするセラミックスで形成され、前記セラミックス部材の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｅ（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記第１の溶射膜の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｆ１（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記シリコーン接着層の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｂ（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記第２の溶射膜の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｆ２（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記冷却部材の前記シリコーン接着層側の主面から前記冷媒の流路までの領域における厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｍ（ｍ２Ｋ／Ｗ）としたとき、０．７５≧（Ｒｅ＋Ｒｆ１）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．２４であることを特徴としている。このように、セラミックス部材を形成するセラミックスの材料に応じて、セラミックス部材、第１の溶射膜、シリコーン接着層、第２の溶射膜、および冷却部材の単位面積当たりの熱抵抗を調整することで、２５０℃以上の高温のプロセスであっても基板保持部材を使用できる。
（３）また、本発明の基板保持部材において、前記セラミックス部材はＡｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスで形成され、前記セラミックス部材の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｅ（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記第１の溶射膜の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｆ１（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記シリコーン接着層の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｂ（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記第２の溶射膜の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｆ２（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記冷却部材の前記シリコーン接着層側の主面から前記冷媒の流路までの領域における厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｍ（ｍ２Ｋ／Ｗ）としたとき、０．７７≧（Ｒｅ＋Ｒｆ１）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．２０であることを特徴としている。このように、セラミックス部材を形成するセラミックスの材料に応じて、セラミックス部材、第１の溶射膜、シリコーン接着層、第２の溶射膜、および冷却部材の単位面積当たりの熱抵抗を調整することで、２５０℃以上の高温のプロセスであっても基板保持部材を使用できる。
（４）また、本発明の基板保持部材は、前記基板保持部材において、前記セラミックス部材はＡｌＮを主成分とするセラミックスで形成され、（Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．８３であることを特徴としている。このように、セラミックス部材を形成するセラミックスの材料に応じて、セラミックス部材、第１の溶射膜、シリコーン接着層、第２の溶射膜、および冷却部材の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗を調整することで、所定のプロセス温度を保つために必要な供給熱量を低減することができる。
（５）また、本発明の基板保持部材は、前記基板保持部材において、前記セラミックス部材はＡｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスで形成され、（Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．６３であることを特徴としている。このように、セラミックス部材を形成するセラミックスの材料に応じて、セラミックス部材、第１の溶射膜、シリコーン接着層、第２の溶射膜、および冷却部材の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗を調整することで、所定のプロセス温度を保つために必要な供給熱量を低減することができる。
（６）また、本発明の基板保持部材の製造方法は、基板保持部材の製造方法であって、セラミックス原料粉を成形して焼成し、セラミックス部材を作製する工程と、複数の金属部材を準備し、冷媒の流路となる溝部を形成する工程と、前記溝部が形成された前記複数の金属部材を接合し、前記流路を有する冷却部材を作製する工程と、前記セラミックス部材の基板載置面に対向する面に所定のセラミックスを含む第１の溶射原料粉を溶射し、第１の溶射膜を形成する工程と、前記冷却部材の一方の主面に所定のセラミックスを含む第２の溶射原料粉を溶射し、第２の溶射膜を形成する工程と、前記第１の溶射膜または前記第２の溶射膜の少なくとも一方にシリコーン接着剤を塗布し、前記セラミックス部材および前記冷却部材を接着する工程と、前記シリコーン接着剤を硬化させシリコーン接着層とする工程と、を含むことを特徴としている。このように、セラミックス部材とシリコーン接着層との接合面および冷却部材とシリコーン接着層との接合面にそれぞれ溶射膜を設けることで、シリコーン接着層の耐熱温度より高い温度のプロセスで基板保持部材を使用しても、シリコーン接着層の温度を耐熱温度以下にすることができ、シリコーン接着層の劣化を防ぐことができると共に、基板保持部材の基板載置面の熱ムラを低減することができる。同時にシリコーン接着層の有する柔軟性により基板保持部材と冷却部材間に生じる応力を緩和することができる。その結果、基板保持部材の基板載置面の温度分布の均一化をしつつ、シリコーン接着層の耐熱温度より高い温度のプロセスで静電チャックを使用することが可能となる。
本発明によれば、シリコーン接着層の耐熱温度より高い温度のプロセスで基板保持部材を使用しても、シリコーン接着層の温度を耐熱温度以下にすることができ、シリコーン接着層の劣化を防ぐことができると共に、基板保持部材の基板載置面の熱ムラを低減することができる。その結果、基板保持部材の基板載置面の温度分布の均一化をしつつ、シリコーン接着層の耐熱温度より高い温度のプロセスで静電チャックを安定して使用することが可能となる。
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。なお、構成図において、各構成要素の大きさは概念的に表したものであり、必ずしも実際の寸法比率を表すものではない。
［実施形態］
［基板保持部材の構成］
図１は、基板保持部材１０を示す正断面図である。基板保持部材１０は、セラミックス部材１２と、第１の溶射膜１４と、冷却部材１６と、第２の溶射膜１８と、シリコーン接着層２０と、を備える。また、基板保持部材１０は、必要に応じて、１または複数の電極が埋設されていてもよい。基板保持部材１０は、例えば、静電チャック、ヒーター等に適用することができる。
［基板保持部材の構成］
図１は、基板保持部材１０を示す正断面図である。基板保持部材１０は、セラミックス部材１２と、第１の溶射膜１４と、冷却部材１６と、第２の溶射膜１８と、シリコーン接着層２０と、を備える。また、基板保持部材１０は、必要に応じて、１または複数の電極が埋設されていてもよい。基板保持部材１０は、例えば、静電チャック、ヒーター等に適用することができる。
セラミックス部材１２は、セラミックスにより平板状に形成され、一方の主面に基板載置面２８を有する。セラミックス部材１２を構成するセラミックスは、ＡｌＮ、またはＡｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスであることが好ましい。主成分とするとは、セラミックス部材１２の重量に対する主成分の重量割合が９０ｗｔ％以上であることをいう。セラミックス部材１２は、主成分とするセラミックス以外に、熱伝導率を上げる等、種々の目的のために添加物が含まれていてもよい。例えば、熱伝導率や体積抵抗率を調整するために２ａ族元素や３ａ族元素の酸化物や遷移金属酸化物からなる添加物を添加してもよい。
一般的に、ＡｌＮを主成分とするセラミックスの場合、Ｙ２Ｏ３等の添加物の添加量は、量を増やすと熱伝導率が高くなるが、一定量以上添加すると熱伝導率の低下を引き起こすことが知られている。したがって、２ａ族元素、３ａ族元素の酸化物や遷移金属酸化物からなる添加物の含有量は、１０ｗｔ％以下とすることが望ましい。Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスの場合も、２ａ族元素、３ａ族元素の酸化物や遷移金属酸化物からなる添加物の含有量は、１０ｗｔ％以下とすることが望ましい。２ａ族元素の添加物としては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等が挙げられ、３ａ族元素の添加物としては、Ｙ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｃｅ等が挙げられる。遷移金属の添加物としてはＴｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ等が挙げられる。
第１の溶射膜１４は、セラミックス部材１２の基板載置面２８に対向する面に形成される。第１の溶射膜１４は、セラミックスで形成される。また、第１の溶射膜１４は、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２などの熱伝導率の小さいセラミックスで形成されることが好ましい。第１の溶射膜１４は、プラズマ溶射法や乾式のプラズマ溶射法のほか既知の溶射法により作製することができる。第１の溶射膜１４の厚みは、０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。
第１の溶射膜１４は所定の気孔率を有することが好ましい。これにより、断熱効果をより発揮する。気孔率は２％以上であることが好ましく、５％以上であることがより好ましい。気孔率の上限は、第１の溶射膜１４の熱伝導率を所定の範囲にすることができればよいため、特に限定する必要はないが、例えば、１０％以下とすることができる。
冷却部材１６は、金属により形成され、内部に冷媒の流路２２を有する。冷却部材１６を構成する金属は加工性や高い熱伝導率からＡｌ合金が最も好適であるが、銅、チタン、ニッケルを含む合金、ＳＵＳなどを用いてもよい。冷媒は水、エチレングリコール、フロンなどが使用でき、冷媒温度は沸点未満で使用できる。
第２の溶射膜１８は、冷却部材１６の一方の主面に形成される。冷却部材１６の第２の溶射膜１８が形成される主面は、平面である。第２の溶射膜１８は、セラミックスで形成される。また、第２の溶射膜１８は、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２などのセラミックスで形成されることが好ましい。第２の溶射膜は、熱伝導率が低すぎると冷却部材の効果が弱くなることから、熱伝導率がある程度高いことが好ましい。よって、気孔率は５％以下であることが好ましく、２％以下であることがより好ましい。第２の溶射膜１８の厚みは、０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。第１の溶射膜１４と第２の溶射膜１８を形成する材料や厚みは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
第１の溶射膜１４と第２の溶射膜１８に気孔率は、同一の値であってもよいし、異なる値であってもよい。
シリコーン接着層２０は、第１の溶射膜１４と第２の溶射膜１８とを接合する。これにより、セラミックス部材１２と冷却部材１６とを接合することができる。シリコーン接着層２０は、シリコーン樹脂や変性シリコーン樹脂、などシリコーンを主成分とするシリコーン接着剤により形成される。シリコーン接着剤の硬化型は脱水、脱アルコール、付加重合タイプなどが選択できる。また一液硬化、二液硬化、紫外線硬化などが選択できる。シリコーン接着剤は、熱伝導調整のためＡｌ２Ｏ３やＡｌＮなどのセラミックスやＣｕなどの金属フィラーが添加されていてもよい。シリコーン接着層２０の厚みは、０．１ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下であることが好ましい。シリコーン接着層はヤング率がセラミックスや金属に比べ十分に小さいため柔軟性を保たせることができる。
図１に示されるセラミックス部材１２は、２の電極２４、２６が埋設されている。図１の電極２４は、静電吸着用電極であり、電極２６は発熱抵抗体としての電極である。このように、基板保持部材１０は、必要に応じて、１または複数の電極が埋設されていてもよい。図１に示される基板保持部材１０は、発熱抵抗体を有する静電チャックである。
このように、セラミックス部材１２とシリコーン接着層２０との接合面および冷却部材１６とシリコーン接着層２０との接合面にそれぞれ第１の溶射膜１４、および第２の溶射膜１８を設けることで、シリコーン接着層２０の耐熱温度より高い温度のプロセスで基板保持部材１０を使用しても、シリコーン接着層２０の温度を耐熱温度以下にすることができ、シリコーン接着層２０の劣化を防ぐことができると共に、基板保持部材１０の基板載置面２８の熱ムラを低減することができる。同時にシリコーン接着層の有する柔軟性により基板保持部材と冷却部材間に生じる応力を緩和することができる。その結果、基板保持部材１０の基板載置面２８の温度分布の均一化をしつつ、シリコーン接着層２０の耐熱温度より高い温度のプロセスで基板保持部材１０を使用することが可能となる。
（熱抵抗の設計）
上記の構成により、シリコーン接着層２０の耐熱温度より高い温度のプロセスで基板保持部材１０を使用することが可能となるが、さらに、高い温度のプロセスでの使用や、所定のプロセス温度を保つために必要な供給熱量を低減することを考慮する場合、基板保持部材１０の熱抵抗の設計をすることが好ましい。基板保持部材１０の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗（ｍ２Ｋ／Ｗ）を下記のような計算により設定する（以下熱抵抗は単位面積当たりの値とする）。セラミックス部材１２の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｅ（ｍ２Ｋ／Ｗ）は、セラミックスの厚さ（ｍ）／セラミックスの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）とする。第１の溶射膜１４の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｆ１（ｍ２Ｋ／Ｗ）は、第１の溶射膜の厚さ（ｍ）／第１の溶射膜の熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）とする。冷却部材１６の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｍ（ｍ２Ｋ／Ｗ）は、冷媒の流路と冷却部材表面までの距離（ｍ）／冷却部材の熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）とする。シリコーン接着層の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｂ（ｍ２Ｋ／Ｗ）は、シリコーン接着層の厚さ（ｍ）／シリコーン接着層の熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）とする。なお、厚み方向とは、基板保持部材１０の基板載置面２８に垂直な方向とする。
上記の構成により、シリコーン接着層２０の耐熱温度より高い温度のプロセスで基板保持部材１０を使用することが可能となるが、さらに、高い温度のプロセスでの使用や、所定のプロセス温度を保つために必要な供給熱量を低減することを考慮する場合、基板保持部材１０の熱抵抗の設計をすることが好ましい。基板保持部材１０の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗（ｍ２Ｋ／Ｗ）を下記のような計算により設定する（以下熱抵抗は単位面積当たりの値とする）。セラミックス部材１２の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｅ（ｍ２Ｋ／Ｗ）は、セラミックスの厚さ（ｍ）／セラミックスの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）とする。第１の溶射膜１４の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｆ１（ｍ２Ｋ／Ｗ）は、第１の溶射膜の厚さ（ｍ）／第１の溶射膜の熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）とする。冷却部材１６の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｍ（ｍ２Ｋ／Ｗ）は、冷媒の流路と冷却部材表面までの距離（ｍ）／冷却部材の熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）とする。シリコーン接着層の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｂ（ｍ２Ｋ／Ｗ）は、シリコーン接着層の厚さ（ｍ）／シリコーン接着層の熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）とする。なお、厚み方向とは、基板保持部材１０の基板載置面２８に垂直な方向とする。
ここで、セラミックス部材１２がＡｌＮを主成分とするセラミックスで形成されている場合、０．７５≧（Ｒｅ＋Ｒｆ１）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．２４であることが好ましい。このように、セラミックス部材１２を形成するセラミックスの材料に応じて、セラミックス部材１２、第１の溶射膜１４、シリコーン接着層２０、第２の溶射膜１８、および冷却部材１６の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗を調整することで、２５０℃以上の高温のプロセスであっても基板保持部材１０を使用できる。（Ｒｅ＋Ｒｆ１）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）の値は、シリコーン接着層２０の温度の程度を示すと考えられる。（Ｒｅ＋Ｒｆ１）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）の値は、シリコーン接着層２０と第１の溶射膜１４の界面の温度に関連し、この値が大きいとシリコーン接着層２０の温度は低くなり、値が小さいと温度は高くなる傾向にある。
また、セラミックス部材がＡｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスで形成されている場合、０．７７≧（Ｒｅ＋Ｒｆ１）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．２０であることが好ましい。このように、セラミックス部材１２を形成するセラミックスの材料に応じて、セラミックス部材１２、第１の溶射膜１４、シリコーン接着層２０、第２の溶射膜１８、および冷却部材１６の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗を調整することで、２５０℃以上の高温のプロセスであっても基板保持部材１０を使用できる。
また、セラミックス部材１２がＡｌＮを主成分とするセラミックスで形成されている場合、（Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．８３であることが好ましい。このように、セラミックス部材１２を形成するセラミックスの材料に応じて、セラミックス部材１２、第１の溶射膜１４、シリコーン接着層２０、第２の溶射膜１８、および冷却部材１６の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗を調整することで、所定のプロセス温度を保つために必要な供給熱量を低減することができる。（Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）の値は、半導体プロセスへの適用の容易性の程度を示すと考えられる。（Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）の値が小さいと所定の基板処理温度に到達させるために必要な供給熱量が過大となり、半導体のプロセスに使用することが困難になる傾向にある。
また、セラミックス部材１２がＡｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスで形成される場合、セラミックス部材１２の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｅ、冷却部材１６のシリコーン接着層１８側の主面から冷媒の流路までの領域における厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｍに対して、（Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．６３であることが好ましい。このように、セラミックス部材１２を形成するセラミックスの材料に応じて、セラミックス部材１２、第１の溶射膜１４、シリコーン接着層２０、第２の溶射膜１８、および冷却部材１６の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗を調整することで、所定のプロセス温度を保つために必要な供給熱量を低減することができる。
なお、上記の熱抵抗の設計に当たっては、各部材の厚みおよび熱伝導率は、以下の範囲であることが好ましい。セラミックス部材１２の厚みは１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましく、セラミックス部材１２の熱伝導率は４Ｗ／ｍＫ以上２５０Ｗ／ｍＫであることが好ましい。また、第１の溶射膜１４の厚みは０．３ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下であることが好ましく、第１のセラミックス溶射膜１４の熱伝導率は０．４Ｗ／ｍＫ以上１６．０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。また、第２のセラミックス溶射膜１８の厚みは０．１ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下であることが好ましく、第２のセラミックス溶射膜１８の熱伝導率は０．４Ｗ／ｍＫ以上、１６．０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。また、シリコーン接着層２０の厚みは０．１ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下であることが好ましく、シリコーン接着層２０の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍＫ以上、４．０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。また、冷却部材１６のシリコーン接着層側の主面から冷媒の流路までの厚み（最短距離）は２ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましく、冷却部材１６の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以上３００Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。各部の熱伝導率は、２５℃で測定した値を採用する。
［基板保持部材の製造方法］
次に、上記のように構成された基板保持部材の製造方法を説明する。セラミックス部材の製造方法、冷却部材の製造方法、溶射方法、およびシリコーン接着層の形成方法の順に説明する。
次に、上記のように構成された基板保持部材の製造方法を説明する。セラミックス部材の製造方法、冷却部材の製造方法、溶射方法、およびシリコーン接着層の形成方法の順に説明する。
（セラミックス部材の製造方法）
以下のセラミックス部材の製造方法は、ＡｌＮを主成分とする原料から粉末ホットプレス法によりセラミックス部材を作製する方法について説明するが、原料、製法は本方法に限られず、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックス部材にも適用できる。また、粉末ホットプレス法のほかグリーンシート積層法やその他従前の製法を採用することが可能である。まず、ＡｌＮセラミックス原料粉を造粒する。造粒粉は、内比で０．３ｗｔ％以上６ｗｔ％以下のＹ２Ｏ３を添加し、バインダを添加して造粒粉を造粒する。次に、造粒粉を有底のカーボン型（成形型）充填し、カーボン型のパンチを載せた後、焼成する。
以下のセラミックス部材の製造方法は、ＡｌＮを主成分とする原料から粉末ホットプレス法によりセラミックス部材を作製する方法について説明するが、原料、製法は本方法に限られず、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックス部材にも適用できる。また、粉末ホットプレス法のほかグリーンシート積層法やその他従前の製法を採用することが可能である。まず、ＡｌＮセラミックス原料粉を造粒する。造粒粉は、内比で０．３ｗｔ％以上６ｗｔ％以下のＹ２Ｏ３を添加し、バインダを添加して造粒粉を造粒する。次に、造粒粉を有底のカーボン型（成形型）充填し、カーボン型のパンチを載せた後、焼成する。
このとき、セラミックス部材には静電吸着用電極や発熱抵抗体としての電極を埋設してもよい。静電吸着用電極または発熱抵抗体としては、タングステン、モリブデン等の耐熱金属を用いることができる。例えば、板、箔、線またはメッシュ等で形成された静電吸着用電極または発熱抵抗体を成形時に埋設し焼結する。例えば、１層の電極を埋設する場合は、成形型にセラミックス部材の絶縁層に対応する造粒粉を充填し、一軸プレス後に電極を成形体上に配置する。その上に同じ造粒粉を充填しカーボン型のパンチを載せた後、焼成する。２層以上の電極を埋設する場合は、造粒粉を充填し、一軸プレス後に電極を成形体上に配置する工程を繰り返す。
焼成工程は、常圧焼成、一軸ホットプレス焼成が好ましい。常圧焼成では１８００℃以上、一軸ホットプレス焼成では１７００℃以上、１ＭＰａ以上の圧力、温度条件で焼成する。尚、焼成方法はこれらに限られない。焼成後は、基板を載置する基板載置面および第１の溶射膜を設ける裏面を形成するほか、所定の形状に加工する。セラミックス部材の外形は、円形、四角形等、被載置基板の形状に応じて選択することができる。
（冷却部材の製造方法）
まず、複数の金属部材を準備し、冷媒の流路となる溝部を形成する。次に、溝部が形成された複数の金属部材を接合し、流路を有する冷却部材を作製する。流路の形成は複数の金属部材に所定の機械加工を行った後、ロウ付、電子ビーム溶接や拡散接合など従前の金属の接合方法を用いて作製される。金属は加工性や高い熱伝導率からＡｌ合金が最も好適であるが、銅、チタン、ニッケルを含む合金、ＳＵＳなどが使用できる。金属製冷却部材の内部には冷媒を流す流路を形成する。冷媒の流路の大きさ、形状は、セラミックス部材を均一に冷却できる大きさ、形状であれば、どのようなものであってもよい。
まず、複数の金属部材を準備し、冷媒の流路となる溝部を形成する。次に、溝部が形成された複数の金属部材を接合し、流路を有する冷却部材を作製する。流路の形成は複数の金属部材に所定の機械加工を行った後、ロウ付、電子ビーム溶接や拡散接合など従前の金属の接合方法を用いて作製される。金属は加工性や高い熱伝導率からＡｌ合金が最も好適であるが、銅、チタン、ニッケルを含む合金、ＳＵＳなどが使用できる。金属製冷却部材の内部には冷媒を流す流路を形成する。冷媒の流路の大きさ、形状は、セラミックス部材を均一に冷却できる大きさ、形状であれば、どのようなものであってもよい。
（溶射方法）
セラミックス部材の基板載置面に対向する面に所定のセラミックスを含む第１の溶射原料粉を溶射し、第１の溶射膜を形成する。また、これとは別に、冷却部材の一方の主面に所定のセラミックスを含む第２の溶射原料粉を溶射し、第２の溶射膜を形成する。溶射膜は、セラミックス原料粉を含むスラリーを用いた大気プラズマ溶射法や、原料粉を顆粒にしてフィードする乾式のプラズマ溶射法のほか既知の溶射法により作製することができる。第１の溶射膜および第２の溶射膜の膜種は、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２などが好適である。溶射膜は一定の気孔率を有し、気孔が断熱効果を発揮する。そのため、特に第１の溶射膜は、気孔率は２％以上であることが好ましく、５％以上であることがより好ましい。これらの原料、気孔率により第１の溶射膜および第２の溶射膜の熱伝導率は、０．４～１６Ｗ／ｍＫで調節することができる。溶射膜の厚みは０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。
セラミックス部材の基板載置面に対向する面に所定のセラミックスを含む第１の溶射原料粉を溶射し、第１の溶射膜を形成する。また、これとは別に、冷却部材の一方の主面に所定のセラミックスを含む第２の溶射原料粉を溶射し、第２の溶射膜を形成する。溶射膜は、セラミックス原料粉を含むスラリーを用いた大気プラズマ溶射法や、原料粉を顆粒にしてフィードする乾式のプラズマ溶射法のほか既知の溶射法により作製することができる。第１の溶射膜および第２の溶射膜の膜種は、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２などが好適である。溶射膜は一定の気孔率を有し、気孔が断熱効果を発揮する。そのため、特に第１の溶射膜は、気孔率は２％以上であることが好ましく、５％以上であることがより好ましい。これらの原料、気孔率により第１の溶射膜および第２の溶射膜の熱伝導率は、０．４～１６Ｗ／ｍＫで調節することができる。溶射膜の厚みは０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。
（シリコーン接着層の形成方法）
シリコーン接着剤の硬化型は脱水、脱アルコール、付加重合タイプなどが選択できる。また一液硬化、二液硬化、紫外線硬化などが選択できる。これらの中で、シリコーン接着層を形成するシリコーン接着剤は、熱硬化するものが好ましい。以下の説明では、熱硬化するシリコーン接着剤を使用したシリコーン接着層の形成方法を説明する。
シリコーン接着剤の硬化型は脱水、脱アルコール、付加重合タイプなどが選択できる。また一液硬化、二液硬化、紫外線硬化などが選択できる。これらの中で、シリコーン接着層を形成するシリコーン接着剤は、熱硬化するものが好ましい。以下の説明では、熱硬化するシリコーン接着剤を使用したシリコーン接着層の形成方法を説明する。
シリコーン接着剤は、適量秤量撹拌の後、第１のセラミックス溶射膜または第２のセラミックス溶射膜の少なくとも一方に塗布され、脱気後両者を積層し荷重を負荷して大気中または窒素雰囲気または減圧下、オーブン中で熱硬化させる。シリコーン接着剤からのシロキサン成分のアウトガスを抑制するために１００℃以上で硬化後２００℃以上で一定時間処理することが好ましい。また、シリコーン接着層の厚みを調整するために所定の厚みのスペーサーを同時に配置してもよい。上記処理により第１のセラミックス溶射膜を裏面に被覆したセラミックス部材と第２のセラミックス溶射膜を表面に被膜した金属製冷却部材は、シリコーン接着剤で接着され、シリコーン接着層が形成される。なお、シリコーン接着剤は、溶射膜の中心線平均粗さＲａが１μｍ以上であれば、溶射膜の粗さ曲線の間隙に浸透し良好に密着することができる。
このような方法により、基板保持部材を製造することができる。
［実施例および比較例］
［試料ａ１～ａ１５］
次に、実施例および比較例について説明する。まず、セラミックス部材の材料としてＡｌＮを用いた試料として、静電チャック用電極を埋設したＡｌＮを主成分とするセラミックス部材とＡｌ合金製の冷却部材とをシリコーン接着層により接着した静電チャックを作製した。第１の溶射膜または第２の溶射膜の有無、材料、厚み、シリコーン接着層の熱伝導率、厚みを様々変化させて、試料ａ１～ａ１５とした。以降、試料ａ１～ａ１５を合わせて試料ａという。図２は、試料ａ１～ａ１５の各試料の製造条件および温度の測定値を示す表である。
［試料ａ１～ａ１５］
次に、実施例および比較例について説明する。まず、セラミックス部材の材料としてＡｌＮを用いた試料として、静電チャック用電極を埋設したＡｌＮを主成分とするセラミックス部材とＡｌ合金製の冷却部材とをシリコーン接着層により接着した静電チャックを作製した。第１の溶射膜または第２の溶射膜の有無、材料、厚み、シリコーン接着層の熱伝導率、厚みを様々変化させて、試料ａ１～ａ１５とした。以降、試料ａ１～ａ１５を合わせて試料ａという。図２は、試料ａ１～ａ１５の各試料の製造条件および温度の測定値を示す表である。
（試料ａに用いるセラミックス部材の作製）
ＡｌＮに添加物として５ｗｔ％のＹ２Ｏ３を添加した原料を用い、電極としてＭｏのメッシュ（線径０．１ｍｍ、メッシュサイズ＃５０）を裁断した電極を埋設した。一軸ホットプレス焼成後所定の形状に機械加工し、表面に基板載置面を、表面に対向する裏面に溶射膜を溶射する平面を設け、直径３００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのセラミックス部材を作製した。基板載置面の表面粗さＲａは０．５μｍ、溶射面の表面粗さＲａは１．５μｍとした。これらはＪＩＳ Ｂ ０６０１およびＩＳＯ２５１７８に準拠して測定した。セラミックス部材単体で測定した熱伝導率は、２５℃で１６０Ｗ／ｍＫであった。なお、熱伝導率の測定は、ＪＩＳ Ｒ １６１１－１９９７に準拠したレーザーフラッシュ法を用いて行なった。
ＡｌＮに添加物として５ｗｔ％のＹ２Ｏ３を添加した原料を用い、電極としてＭｏのメッシュ（線径０．１ｍｍ、メッシュサイズ＃５０）を裁断した電極を埋設した。一軸ホットプレス焼成後所定の形状に機械加工し、表面に基板載置面を、表面に対向する裏面に溶射膜を溶射する平面を設け、直径３００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのセラミックス部材を作製した。基板載置面の表面粗さＲａは０．５μｍ、溶射面の表面粗さＲａは１．５μｍとした。これらはＪＩＳ Ｂ ０６０１およびＩＳＯ２５１７８に準拠して測定した。セラミックス部材単体で測定した熱伝導率は、２５℃で１６０Ｗ／ｍＫであった。なお、熱伝導率の測定は、ＪＩＳ Ｒ １６１１－１９９７に準拠したレーザーフラッシュ法を用いて行なった。
［試料ｂ１～ｂ６］
また、セラミックス部材の材料としてＡｌ２Ｏ３を用いた試料として、静電チャック用電極を埋設したＡｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックス部材とＡｌ合金製の冷却部材とをシリコーン接着層により接着した静電チャックを作製した。第１の溶射膜または第２の溶射膜の材料、厚み、シリコーン接着層の熱伝導率、厚みを様々変化させて、試料ｂ１～ｂ６とした。以降、試料ｂ１～ｂ６を合わせて試料ｂという。図３は、試料ｂ１～ｂ６の各試料の製造条件および温度の測定値を示す表である。
また、セラミックス部材の材料としてＡｌ２Ｏ３を用いた試料として、静電チャック用電極を埋設したＡｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックス部材とＡｌ合金製の冷却部材とをシリコーン接着層により接着した静電チャックを作製した。第１の溶射膜または第２の溶射膜の材料、厚み、シリコーン接着層の熱伝導率、厚みを様々変化させて、試料ｂ１～ｂ６とした。以降、試料ｂ１～ｂ６を合わせて試料ｂという。図３は、試料ｂ１～ｂ６の各試料の製造条件および温度の測定値を示す表である。
（試料ｂに用いるセラミックス部材の作製）
Ａｌ２Ｏ３に添加物として０．０５ｗｔ％のＭｇＯを添加した原料を用い、電極としてＭｏのメッシュ（線径０．１ｍｍ、メッシュサイズ＃５０）を裁断した電極を埋設した。一軸ホットプレス焼成後所定の形状に機械加工し、表面に基板載置面を、表面に対向する裏面に溶射膜を溶射する平面を設け、直径３００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのセラミックス部材を作製した。基板載置面の表面粗さＲａは０．４μｍ、溶射面の表面粗さＲａは１．２μｍとした。セラミックス部材単体で測定した熱伝導率は、２５℃で３０Ｗ／ｍＫであった。
Ａｌ２Ｏ３に添加物として０．０５ｗｔ％のＭｇＯを添加した原料を用い、電極としてＭｏのメッシュ（線径０．１ｍｍ、メッシュサイズ＃５０）を裁断した電極を埋設した。一軸ホットプレス焼成後所定の形状に機械加工し、表面に基板載置面を、表面に対向する裏面に溶射膜を溶射する平面を設け、直径３００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのセラミックス部材を作製した。基板載置面の表面粗さＲａは０．４μｍ、溶射面の表面粗さＲａは１．２μｍとした。セラミックス部材単体で測定した熱伝導率は、２５℃で３０Ｗ／ｍＫであった。
（冷却部材の作製）
金属としてＡｌ合金（６０６１Ｔ６）を使用した。冷媒の流路は断面が幅１０ｍｍ、高さ５ｍｍの矩形とし、半径方向に２０ｍｍ離間して配置した。冷却部材の表面から流路までの垂直方向の最短距離は１５ｍｍとした。冷却部材の溶射面の表面粗さＲａは１．６μｍとした。冷却部材は、試料ａと試料ｂとで共通である。冷却部材の熱伝導率は、２５℃で１３８Ｗ／ｍＫであった。
金属としてＡｌ合金（６０６１Ｔ６）を使用した。冷媒の流路は断面が幅１０ｍｍ、高さ５ｍｍの矩形とし、半径方向に２０ｍｍ離間して配置した。冷却部材の表面から流路までの垂直方向の最短距離は１５ｍｍとした。冷却部材の溶射面の表面粗さＲａは１．６μｍとした。冷却部材は、試料ａと試料ｂとで共通である。冷却部材の熱伝導率は、２５℃で１３８Ｗ／ｍＫであった。
（溶射膜の形成）
セラミックス部材の基板載置面に対向する面および冷却部材の平面で形成された主面に、それぞれ第１の溶射膜または第２の溶射膜を形成するためのスラリー原料としてＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、またはＺｒＯ２を用いた。ＺｒＯ２溶射膜の熱伝導率は０．８（Ｗ／ｍＫ）、Ｙ２Ｏ３溶射膜の熱伝導率は２（Ｗ／ｍＫ）、Ａｌ２Ｏ３溶射膜の熱伝導率は４（Ｗ／ｍＫ）となるような気孔率に調整して溶射した。なお、上記の熱伝導率は、同一の条件で作製された単体の溶射膜について２５℃で測定した。溶射膜の厚みは、３００μｍ～２０００μｍとした。
セラミックス部材の基板載置面に対向する面および冷却部材の平面で形成された主面に、それぞれ第１の溶射膜または第２の溶射膜を形成するためのスラリー原料としてＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、またはＺｒＯ２を用いた。ＺｒＯ２溶射膜の熱伝導率は０．８（Ｗ／ｍＫ）、Ｙ２Ｏ３溶射膜の熱伝導率は２（Ｗ／ｍＫ）、Ａｌ２Ｏ３溶射膜の熱伝導率は４（Ｗ／ｍＫ）となるような気孔率に調整して溶射した。なお、上記の熱伝導率は、同一の条件で作製された単体の溶射膜について２５℃で測定した。溶射膜の厚みは、３００μｍ～２０００μｍとした。
試料の溶射膜の製造方法を詳しく説明する。高速プラズマ溶射機を用いて非酸化性ガスプラズマをセラミックス静電チャックの裏面の被溶射面に対して照射または噴射し、被溶射面の予熱を行った。非酸化性ガスとして、Ａｒガス、Ｎ２ガスおよびＨ２ガスの混合ガスが用いられた。溶射機を構成するノズルに対するＡｒガスの供給量が１００ｌ／ｍｉｎに制御され、Ｎ２ガスの供給量７０ｌ／ｍｉｎに制御され、かつ、Ｈ２ガスの供給量が６０ｌ／ｍｉｎに制御された。高速プラズマ溶射機を構成するノズルに対する印加電流を２５０Ａに制御することにより、当該ノズルへの供給電力が６５ｋＷに調節された。ノズルの先端とセラミックス部材または冷却部材の被溶射面との間隔を７５ｍｍに調節した。セラミックス部材または冷却部材に対するノズルの走査速度または変位速度を８５０ｍｍ／ｓに調節した。これにより、Ａｒガス、Ｎ２ガスおよびＨ２ガスの混合ガスのプラズマが生成され、当該プラズマがノズルの先端からセラミックス部材または冷却部材の被溶射面に対して照射または噴射された。プラズマの照射または噴射による被溶射面の予熱は、１０分間行った。
そして、高速プラズマ溶射機をそのまま用いて、溶射原料粉を含むセラミックススラリーを、非酸化性ガスを用いてセラミックス静電チャックの裏面の被溶射面に対してプラズマ溶射した。スラリーは、平均粒子径Ｄ５０が０．５μｍである純度９９．９％以上のセラミックス原料粉末３００ｇと、水７００ｇとを混合することによりスラリーを調整した。非酸化性ガスとして、Ａｒガス、Ｎ２ガスおよびＨ２ガスの混合ガスが用いられた。溶射機を構成するノズルに対するＡｒガスの供給量を１００ｌ／ｍｉｎに制御し、Ｎ２ガスの供給量を７０ｌ／ｍｉｎに制御し、かつ、Ｈ２ガスの供給量を６０ｌ／ｍｉｎに制御した。これにより、溶射速度が６００～７００ｍｍ／ｓに制御された。高速プラズマ溶射機を構成するノズルに対する印加電流を２５０Ａに制御することにより、当該ノズルへの供給電力が６５ｋＷに調節された。ノズルの先端とセラミックス部材または冷却部材の被溶射面との間隔を７５ｍｍに調節した。セラミックス部材または冷却部材に対するノズルの走査速度または変位速度を８５０ｍｍ／ｓに調節した。これにより、Ａｒガス、Ｎ２ガスおよびＨ２ガスの混合ガスのプラズマが生成され、当該プラズマにより溶融された原料粉末がノズルの先端からセラミックス部材または冷却部材の被溶射面に対して噴射された。このように、セラミックス部材または冷却部材の一方の面がセラミック溶射膜により被覆されているセラミックス部材および冷却部材を形成した。
（シリコーン接着層）
一般のシリコーン樹脂に熱伝導率を高めるためアルミナや金属などのフィラーが分散配合されたものを用いた。シリコーン接着層の熱伝導率は０．９Ｗ／ｍＫ～２．０Ｗ／ｍＫ、シリコーン接着層の厚みは５００μｍ～２０００μｍとした。
一般のシリコーン樹脂に熱伝導率を高めるためアルミナや金属などのフィラーが分散配合されたものを用いた。シリコーン接着層の熱伝導率は０．９Ｗ／ｍＫ～２．０Ｗ／ｍＫ、シリコーン接着層の厚みは５００μｍ～２０００μｍとした。
（評価方法）
得られた静電チャックを所定の評価プロセスに供試した。このとき、冷媒は水とエチレングリコールを混合したものを使用し、熱伝達率が２５００Ｗ／ｍＫとなるように調整した。また、冷媒温度は２０℃とし、冷媒の流量は３Ｌ／ｍｉｎとした。そして、以下の評価を行った。
得られた静電チャックを所定の評価プロセスに供試した。このとき、冷媒は水とエチレングリコールを混合したものを使用し、熱伝達率が２５００Ｗ／ｍＫとなるように調整した。また、冷媒温度は２０℃とし、冷媒の流量は３Ｌ／ｍｉｎとした。そして、以下の評価を行った。
静電チャック載置面に熱量供給用の別のＡｌＮセラミックス製のプレート状外部ヒーターを載置して加熱した。試料ａ１～ａ７、ａ１１～ａ１３、ａ１５および試料ｂ１、ｂ２、ｂ４、ｂ６では、静電チャックの基板載置面の平均温度が２５０℃の定常状態となるように制御した。試料ａ８、ａ９およびａ１４では、供給熱量を１００００（Ｗ／ｍ２）とした。試料ａ１０では、静電チャックの基板載置面の平均温度が３００℃の定常状態となるように制御した。試料ｂ３では、静電チャックの基板載置面の平均温度が２４０℃の定常状態となるように制御した。なお、試料ｂ３は、静電チャックの基盤載置面の温度が２５０℃のときはシリコーン接着層の温度が２００℃を超えていた。試料ｂ５では、静電チャックの基板載置面の平均温度が４００℃の定常状態となるように制御した。そして、そのときの静電チャックの側面に露出している各部の温度とともにシリコーン接着層の温度を熱電対を用いて直接接触して測定する方法、または光温度計で側面の各部の温度を測定する方法を適宜併用した。
（評価結果）
試料ａ８は、第１の溶射膜が形成されていない静電チャックである。試料８は、静電チャックの基板載置面の温度が２３２℃になったときに、シリコーン接着層の温度が２０６℃となり、シリコーン接着層の耐熱温度を超えた。これに対し、第１の溶射膜および第２の溶射膜が形成された試料ａ１～ａ６、ａ９～ａ１５および試料ｂ１～ｂ６では、静電チャックの基板載置面の温度を２４０℃以上としたときに、シリコーン接着層の温度を２００℃以下にすることができた。なお、試料ａ６は、静電チャックの基盤載置面の温度が２５０℃のときはシリコーン接着層の温度が２００℃を超えたが、基板載置面の温度が２４０℃のときはシリコーン接着層の温度は２００℃を下回っていた。すなわち、第１の溶射膜および第２の溶射膜が形成された試料ａ１～ａ６、ａ９～ａ１５および試料ｂ１～ｂ６は、シリコーン接着層の耐熱温度より高い温度のプロセスで静電チャック（基板保持部材）を使用しても、シリコーン接着層の温度を耐熱温度以下にすることができ、シリコーン接着層の劣化を防ぐことができることが分かった。
試料ａ８は、第１の溶射膜が形成されていない静電チャックである。試料８は、静電チャックの基板載置面の温度が２３２℃になったときに、シリコーン接着層の温度が２０６℃となり、シリコーン接着層の耐熱温度を超えた。これに対し、第１の溶射膜および第２の溶射膜が形成された試料ａ１～ａ６、ａ９～ａ１５および試料ｂ１～ｂ６では、静電チャックの基板載置面の温度を２４０℃以上としたときに、シリコーン接着層の温度を２００℃以下にすることができた。なお、試料ａ６は、静電チャックの基盤載置面の温度が２５０℃のときはシリコーン接着層の温度が２００℃を超えたが、基板載置面の温度が２４０℃のときはシリコーン接着層の温度は２００℃を下回っていた。すなわち、第１の溶射膜および第２の溶射膜が形成された試料ａ１～ａ６、ａ９～ａ１５および試料ｂ１～ｂ６は、シリコーン接着層の耐熱温度より高い温度のプロセスで静電チャック（基板保持部材）を使用しても、シリコーン接着層の温度を耐熱温度以下にすることができ、シリコーン接着層の劣化を防ぐことができることが分かった。
試料ａ７は、第２の溶射膜が形成されていない静電チャックである。第１の溶射膜および第２の溶射膜が形成された試料ａ１、ｂ１は、基板載置面の温度分布ΔＴは、それぞれ１．２℃、１．０℃であったのに対し、試料ａ７の基板載置面の温度分布ΔＴは、２．１℃であった。これは、静電チャックから冷却部材の冷媒流路に向かう熱流が冷却部材表面に形成された第２のセラミックス溶射膜によって影響を受け、静電チャックの基板載置面にもその影響が表れたものと推定される。これにより、第１の溶射膜および第２の溶射膜が形成された試料ａ１、ｂ１は、静電チャックの基板載置面の熱ムラを低減することができることが分かった。第１の溶射膜および第２の溶射膜が形成された試料ａ２～ａ６、ａ９～ａ１５および試料ｂ２～ｂ６も同様の効果を奏するものと推定される。なお、基板載置面の温度分布ΔＴは、赤外線（ＩＲ）カメラで直径２９０ｍｍより内側領域で最大値－最小値として求めた。
また、試料ａ１～ａ５、ａ９～ａ１５では、供給される熱量を調節することによって静電チャックの基板載置面の温度を２５０℃とすることができ、そのときのシリコーン接着層の温度を２００℃以下にすることができた。このとき、試料ａ１～ａ５、ａ１１～ａ１３は、セラミックス部材がＡｌＮを主成分とするセラミックスで形成され、０．７５≧（Ｒｅ＋Ｒｆ１）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．２４を満たしていた。これにより、セラミックス部材がＡｌＮを主成分とするセラミックスで形成され、０．７５≧（Ｒｅ＋Ｒｆ１）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．２４を満たす基板保持部材は、少なくとも２５０℃以上のプロセスで使用することができることが確かめられた。なお、当該条件を満たす試料ａ９およびａ１４は、供給熱量を１００００（Ｗ／ｍ２）で固定したため基板載置面の温度を２５０℃にできなかったが、試料ａ９およびａ１４とそれぞれ同一の静電チャックで供給熱量を増大させた試料ａ１１およびａ１５は、基板載置面の温度を２５０℃にできた。また、当該条件を満たす試料ａ１０は、基板載置面の温度を３００℃とした場合であっても、シリコーン接着層の温度を２００℃以下にすることができた。
また、試料ｂ１、ｂ２、ｂ４～ｂ６では、供給される熱量を調節することによって静電チャックの基板載置面の温度を２５０℃とすることができ、そのときのシリコーン接着層の温度を２００℃以下にすることができた。このとき、試料ｂ１、ｂ２、ｂ４～ｂ６は、セラミックス部材がＡｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスで形成され、０．７７≧（Ｒｅ＋Ｒｆ１）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．２０を満たしていた。これにより、セラミックス部材がＡｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスで形成され、０．７７≧（Ｒｅ＋Ｒｆ１）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．２０を満たす基板保持部材は、少なくとも２５０℃以上のプロセスで使用することができることが確かめられた。なお、当該条件を満たす試料ｂ５は、基板載置面の温度を４００℃とした場合であっても、シリコーン接着層の温度を２００℃以下にすることができた。
また、試料ａ１～ａ５、ａ１０、ａ１２、ａ１３では、供給熱量が１００００（Ｗ／ｍ２）未満であっても静電チャックの基板載置面の温度を２５０℃とすることができた。このとき、試料ａ１～ａ５、ａ１０、ａ１２、ａ１３は、セラミックス部材がＡｌＮを主成分とするセラミックスで形成され、（Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．８３を満たしていた。これにより、セラミックス部材がＡｌＮを主成分とするセラミックスで形成され、（Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．８３を満たす静電チャックは、所定のプロセス温度を保つために必要な供給熱量を低減することができることが確かめられた。
また、試料ｂ１、ｂ２、ｂ４～ｂ６では、供給熱量が１００００（Ｗ／ｍ２）未満であっても静電チャックの基板載置面の温度を２５０℃とすることができた。このとき、試料ｂ１、ｂ２、ｂ４～ｂ６は、セラミックス部材がＡｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスで形成され、（Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．６３を満たしていた。これにより、セラミックス部材がＡｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスで形成され、（Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．６３を満たす静電チャックは、所定のプロセス温度を保つために必要な供給熱量を低減することができることが確かめられた。
以上により、本発明の基板保持部材は、基板の温度がシリコーン接着層の耐熱温度以上となるプロセスで使用しても、シリコーン接着層の温度が耐熱温度以下となり、かつ、基板載置面の温度分布均一性が高いことが確かめられた。また、本発明の製造方法は、そのような基板保持部材を製造できることが確かめられた。
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形および均等物に及ぶことはいうまでもない。また、各図面に示された構成要素の構造、形状、数、位置、大きさ等は説明の便宜上のものであり、適宜変更しうる。
１０ 基板保持部材
１２ セラミックス部材
１４ 第１の溶射膜
１６ 冷却部材
１８ 第２の溶射膜
２０ シリコーン接着層
２２ 流路
２４、２６ 電極
２８ 基板載置面
１２ セラミックス部材
１４ 第１の溶射膜
１６ 冷却部材
１８ 第２の溶射膜
２０ シリコーン接着層
２２ 流路
２４、２６ 電極
２８ 基板載置面
Claims (6)
- 基板保持部材であって、
セラミックスにより平板状に形成され、一方の主面に基板載置面を有するセラミックス部材と、
前記セラミックス部材の他方の主面に形成された第１の溶射膜と、
内部に冷媒の流路を有する金属製の冷却部材と、
前記冷却部材の平面状の主面に形成された第２の溶射膜と、
前記第１の溶射膜と前記第２の溶射膜とを接合するシリコーン接着層と、を備えることを特徴とする基板保持部材。 - 前記セラミックス部材はＡｌＮを主成分とするセラミックスで形成され、
前記セラミックス部材の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｅ（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記第１の溶射膜の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｆ１（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記シリコーン接着層の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｂ（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記第２の溶射膜の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｆ２（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記冷却部材の前記シリコーン接着層側の主面から前記冷媒の流路までの領域における厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｍ（ｍ２Ｋ／Ｗ）としたとき、
０．７５≧（Ｒｅ＋Ｒｆ１）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．２４
であることを特徴とする請求項１に記載の基板保持部材。 - 前記セラミックス部材はＡｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスで形成され、
前記セラミックス部材の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｅ（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記第１の溶射膜の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｆ１（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記シリコーン接着層の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｂ（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記第２の溶射膜の厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｆ２（ｍ２Ｋ／Ｗ）、前記冷却部材の前記シリコーン接着層側の主面から前記冷媒の流路までの領域における厚み方向の単位面積当たりの熱抵抗をＲｍ（ｍ２Ｋ／Ｗ）としたとき、
０．７７≧（Ｒｅ＋Ｒｆ１）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．２０
であることを特徴とする請求項１に記載の基板保持部材。 - 前記基板保持部材において、
（Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．８３
であることを特徴とする請求項２に記載の基板保持部材。 - 前記基板保持部材において、
（Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２）／（Ｒｅ＋Ｒｆ１＋Ｒｂ＋Ｒｆ２＋Ｒｍ）≧０．６３
であることを特徴とする請求項３に記載の基板保持部材。 - 基板保持部材の製造方法であって、
セラミックス原料粉を成形して焼成し、セラミックス部材を作製する工程と、
複数の金属部材を準備し、冷媒の流路となる溝部を形成する工程と、
前記溝部が形成された前記複数の金属部材を接合し、前記流路を有する冷却部材を作製する工程と、
前記セラミックス部材の基板載置面に対向する面に所定のセラミックスを含む第１の溶射原料粉を溶射し、第１の溶射膜を形成する工程と、
前記冷却部材の一方の主面に所定のセラミックスを含む第２の溶射原料粉を溶射し、第２の溶射膜を形成する工程と、
前記第１の溶射膜または前記第２の溶射膜の少なくとも一方にシリコーン接着剤を塗布し、前記セラミックス部材および前記冷却部材を接着する工程と、
前記シリコーン接着剤を硬化させシリコーン接着層とする工程と、を含むことを特徴とする基板保持部材の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2020160678A JP2022053832A (ja) | 2020-09-25 | 2020-09-25 | 基板保持部材、およびその製造方法 |
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|---|---|
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| JP2020160678A Pending JP2022053832A (ja) | 2020-09-25 | 2020-09-25 | 基板保持部材、およびその製造方法 |
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-
2020
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