JP2023132402A

JP2023132402A - 保持装置

Info

Publication number: JP2023132402A
Application number: JP2022037692A
Authority: JP
Inventors: 智史森; Tomohito Mori; 敦鈴木; Atsushi Suzuki; 旭伸八十島; Akinobu Yasojima; 祐介勝; Yusuke Katsu; 伸治由利; Shinji Yuri; 淳吉柴田; Junkichi Shibata
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2023-09-22
Anticipated expiration: 2042-03-11
Also published as: JP7509814B2

Abstract

【課題】対象物を保持する保持装置において、セラミックス基板と冷却部との剥がれを抑制する他の技術を提供する。【解決手段】保持装置は、セラミックスを主成分とし、第１面と、第１面の裏面である第２面と、を有するセラミックス基板と、無機材料を主成分とし、セラミックス基板より熱伝導率が低い無機基板であって、セラミックス基板に対して、第２面側に配置された無機基板と、無機基板に対して、セラミックス基板とは反対側に配置された冷却部と、無機基板と冷却部との間に配置され、無機基板と冷却部とを接合する接合部と、を備え、無機基板のヤング率をＥ１、伸びをε１、厚みをｔ１とし、接合部のヤング率をＥ２、伸びをε２、厚みをｔ２としたとき、Ｅ１＞Ｅ２かつ、ε１＜ε２かつ、ｔ１＜ｔ２を満たす。【選択図】図１

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ス基板と、セラミックス基板を冷却する冷却部と、セラミックス基板と冷却部とを接合する接合部と、を備える。静電チャックを、例えば、２５０℃以上の高温プロセスで使用する場合、シリコーン接着剤などにより形成された接合部が、熱により劣化し、剥がれるという問題があった。この問題に対し、セラミックス基板と接合部との間に、樹脂製の断熱材を挿入し、接合部を熱保護する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、セラミックス基板を厚くして、熱抵抗を大きくすることにより、高温使用を可能とする技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

国際公開第２０１９／１７６５４４号特開２０１６－７２４７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、上記のような高温で使用する際には、セラミックス基板と樹脂断熱材との熱膨張率の差から、静電チャックの端部に応力が発生し、そこから剥がれてしまう可能性がある。また、樹脂断熱材を使用する場合には、たとえ、高耐熱の樹脂であっても、稼働時に軟化して、静電チャックによって保持されたウェハの温度ばらつきが生じる虞がある。

このような課題は、静電チャックに限らず、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＬＤ（ＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の真空装置用ヒータ装置、サセプタ、載置台等の保持装置に共通する課題である。

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、セラミックス基板と冷却部との剥がれを抑制する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、セラミックスを主成分とし、第１面と、前記第１面の裏面である第２面と、を有するセラミックス基板と、無機材料を主成分とし、前記セラミックス基板より熱伝導率が低い無機基板であって、前記セラミックス基板に対して、前記第２面側に配置された無機基板と、前記無機基板に対して、前記セラミックス基板とは反対側に配置された冷却部と、前記無機基板と前記冷却部との間に配置され、前記無機基板と前記冷却部とを接合する接合部と、を備え、前記無機基板のヤング率をＥ１、伸びをε１、厚みをｔ１とし、前記接合部のヤング率をＥ２、伸びをε２、厚みをｔ２としたとき、Ｅ１＞Ｅ２かつ、ε１＜ε２かつ、ｔ１＜ｔ２を満たす。

この形態の保持装置によれば、セラミックス基板より熱伝導率が低い無機基板を備えるため、無機基板を備えない場合と比較して、熱が無機基板を通過することにより温度が下がるため、接合部の無機基板側の表面の温度を下げることができる。また、無機基板と接合部のヤング率、伸び、および厚みが上記の条件を満たすとき、セラミックス基板と無機基板との界面での剥がれを抑制することができる。Ｅ１＞Ｅ２かつε１＜ε２であり、接合部は無機基板より柔らかく、かつ伸びるため、セラミックス基板と冷却部との間の熱膨張差を緩和することができる。また、ｔ１＜ｔ２であり、無機基板が薄いため、無機基板の上と下の温度差を小さくすることにより、セラミックス基板と無機基板との界面での剥がれを抑制することができる。また、セラミックス基板と接合部との間に樹脂製の断熱材を用いる場合と比較して、無機基板は耐熱性が高いため、保持装置を高温環境で使用することができる。

（２）上記形態の保持装置であって、前記無機基板の厚みは、２００μｍ以上、６００μｍ以下であってもよい。無機基板の厚みをこの範囲内にすることにより、適切な断熱性を得ることができると共に、セラミックス基板と無機基板との界面での剥がれ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無機基板の熱伝導率をλ１、前記接合部の熱伝導率をλ２としたとき、λ１＜λ２であり、λ１は０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であってもよい。このようにすると、無機基板の断熱性と強度とを適正な範囲で両立することができる。

（４）上記形態の保持装置であって、前記無機基板の熱抵抗をθ１、前記接合部の熱抵抗をθ２としたとき、θ１＜θ２であってもよい。このようにすると、接合部も熱抵抗層として機能することができる。その結果、セラミックス基板と無機基板との界面での剥がれをより抑制することができる。

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などの形態で実現することができる。

実施形態の静電チャック１０の外観構成を概略的に示す斜視図である。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。セラミックス基板に生じる力を概念的に示す説明図である。

＜実施形態＞
図１は、実施形態の静電チャック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。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。

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ス基板１００と、冷却部２００と、セラミックス基板１００と冷却部２００との間に配置され断熱材として機能する無機基板３００と、無機基板３００と冷却部２００とを接合する接合部４００と、を備える。

セラミックス基板１００は、第１面Ｓ１と、第１面Ｓ１の裏面である第２面Ｓ２と、を有する板状部材である。詳しくは、セラミックス基板１００は、略円形平面状の第１面Ｓ１を有する板状部材である第１セラミックス部１１０（図１）と、第１セラミックス部１１０より径が大きい略円形平面状の第２面Ｓ２（図２）とを有する板状部材である第２セラミックス部１２０（図１）と、を備え、全体として、下に向かって（Ｚ軸マイナス方向に向かって）階段状に拡径する板状部材である。本実施形態において、セラミックス基板１００の第１面Ｓ１は、ウェハＷが載置される載置面として機能する。セラミックス基板１００は、いわゆるファインセラミックス、ニューセラミックスと言われるセラミックス（例えば、アルミナや窒化アルミニウム等）を主成分とする緻密体である。第１セラミックス部１１０の第１面Ｓ１の直径は、例えば、５０ｍｍ～５００ｍｍ程度（通常は２００ｍｍ～３５０ｍｍ程度）であり、セラミックス基板１００の厚さは例えば３ｍｍ～７ｍｍ程度である。

セラミックス基板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１３０（図２）が配置されている。Ｚ軸方向視での吸着電極１３０の形状は、例えば略円形である。吸着電極１３０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がセラミックス基板１００の第１面Ｓ１に吸着固定される。

また、セラミックス基板１００の内部には、吸着電極１３０よりも下側（Ｚ軸マイナス側）に、Ｚ軸方向視で渦巻き型のヒータ１４０（図２）が配置されている。本実施形態において、ヒータ１４０は、タングステンやモリブデン等により形成されたメタライズ層である。ヒータ１４０の形状は、本実施形態に限定されず、例えば、円盤形状等でもよい。他の実施形態では、セラミックス基板１００は、ヒータ１４０を備えなくてもよい。

冷却部２００は、セラミックス基板１００より径が大きい略円形平面状の板状部材である。冷却部２００は、熱伝導率が高い金属によって形成されている。例えば、アルミニウム、チタン、モリブデン、これらのそれぞれを主成分とする合金等を用いることができるが金属に限らずセラミックスやセラミックスと金属の複合材料であってもよい。冷却部２００の直径は、例えば、２２０ｍｍ～５５０ｍｍ程度（通常は２２０ｍｍ～３５０ｍｍ）であり、冷却部２００の厚さは、例えば、２０ｍｍ～４０ｍｍ程度である。

冷却部２００の内部には冷媒流路２１０（図２）が形成されている。静電チャック１０のセラミックス基板１００に保持されたウェハＷを、プラズマを利用して加工する際、ウェハＷに対してプラズマから入熱され、ウェハＷの温度が上昇する。冷却部２００に形成された冷媒流路２１０に冷媒（例えば、フッ素系不活性液体や水等）が流されると、冷却部２００が冷却される。接合部４００、および無機基板３００を介した冷却部２００とセラミックス基板１００との間の伝熱によりセラミックス基板１００が冷却され、セラミックス基板１００の第１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。他の実施形態では、冷却部は内部に冷媒流路が形成されていなくてもよく、外部から冷却してもよい。

無機基板３００は、第２面Ｓ２と径が等しい略円形平面状の板状部材である。無機基板３００は、無機材料を主成分とする、セラミックス基板１００より熱伝導率が低い板状部材である。無機基板３００は、セラミックス基板１００より熱伝導率が低いため、断熱材として機能する。無機材料としては、例えば、アルミナ・シリカ等を主成分とする天然鉱物、いわゆるファインセラミックス、ニューセラミックスと言われるセラミックスを用いることができる。すなわち、無機材料は、セラミックスと天然鉱物を含む概念である。本実施形態において、無機基板３００は緻密体である。他の実施形態では、無機基板３００として、多孔質体を用いることができる。本実施形態において、無機基板３００は、セラミックス基板１００に以下の方法で接合されている。例えば、接着機能を有する未硬化のシート状の無機基板を熱圧着によりセラミックス基板１００に接合してもよいし、接着機能を有するペースト状の無機バインダーをセラミックス基板１００に塗布して未硬化の無機基板を形成した後、熱圧着してもよい。熱圧着後、無機基板はセラミックス基板１００と一体化した状態で硬化する。他の実施形態では、無機基板３００は、例えば、無機材料を主成分とする接着剤によりセラミックス基板１００に接合されてもよい。

無機基板３００の熱膨張率は、特に限定されないが、セラミックス基板１００の熱膨張率に近い値にするのが好ましい。例えば、セラミックス基板１００の熱膨張率が７ｐｐｍの場合には、７ｐｐｍに近い値（５ｐｐｍ～１２ｐｐｍ）にすることが好ましい。無機基板３００の熱膨張率をセラミックス基板１００の熱膨張率と近い値にすることにより、セラミックス基板１００と無機基板３００との熱膨張率の違いに伴いセラミックス基板１００に生じる力を抑制することができる。

無機基板３００の引張強度は特に限定されないが、１０ＭＰａ以上が好ましい。このようにすると、静電チャック１０の稼働時に無機基板３００の内部における破損を抑制することができる。

接合部４００は、無機基板３００と径が等しい略円形平面状の板状部材であり、無機基板３００と冷却部２００とを接合する。接合部４００は、接着剤から形成されており、例えば、アクリル、ポリイミド等の有機物、シリコーン等を主成分とする接着剤を用いることができる。

シリコーン接着剤は、例えば、ポリジメチルシロキサンと、架橋剤、シランカップリング剤、硬化触媒、およびフィラーを混合することで作製することができる。フィラーにはアルミナ、シリカ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化鉄、酸化マグネシウムのうち少なくとも１種類を用いることができる。無機基板３００と冷却部２００との接合には、シート状、もしくはワニス状のシリコーン接着剤を使用することができる。シート状で使用する場合、シリコーン接着剤をシート状に成型した後、１００℃以下の温度で一部を硬化させる。所定の形状に切断した後、シート状シリコーン接着剤を、セラミックス基板１００と一体化した無機基板３００と、冷却部２００とにそれぞれ、真空中で貼りつけを行った。さらにセラミックス基板１００と一体化した無機基板３００と、冷却部２００とを、シート状シリコーン接着剤を介して真空中で接合し、１００℃以上の温度で硬化させることにより、無機基板３００と冷却部２００とを接合することができる。ワニス状のシリコーン接着剤を使用する場合、冷却部２００にスクリーン印刷法で塗布し、セラミックス基板１００と一体化した無機基板３００と真空中で接合し、１００℃以上の温度で硬化させることにより、無機基板３００と冷却部２００とを接合することができる。ここで、冷却部２００には流れ出し防止用の樹脂壁を作製しておいても良い。

接合部４００の厚みｔ２は特に限定されないが、２００μｍ～８００μｍが好ましい。接合部４００は、熱引きの点では薄い方が良いが、薄すぎるとセラミックス基板１００と冷却部２００の熱膨張差を緩和することができない。接合部４００の厚みｔ２を、上記の範囲にすると、適切に熱引きができると共に、セラミックス基板１００と冷却部２００の熱膨張差を緩和することができる。

接合部４００の熱伝導率λ２は特に限定されないが、０．２～１．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）が好ましい。接合部４００の熱伝導率λ２は高い方が好ましいが、熱伝導率を上げるために熱伝導フィラー（例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等）を大量に添加すると硬く伸びにくくなるため、温度変化に伴う破損が生じたり、セラミックス基板１００と冷却部２００との温度差に伴う応力の緩和能が低下する虞がある。接合部４００の熱伝導率λ２を上記の範囲にすると、応力緩和能を確保すると共に効率よく熱伝導を行うことができる。

無機基板３００のヤング率をＥ１、伸びをε１、厚みをｔ１とし、接合部４００のヤング率をＥ２、伸びをε２、厚みをｔ２としたとき、
Ｅ１＞Ｅ２かつ、
ε１＜ε２かつ、
ｔ１＜ｔ２を
満たす。

Ｅ１＞Ｅ２であるため接合部４００は無機基板３００より柔らかく、かつε１＜ε２であるため接合部４００は無機基板３００より伸びる。そのため、接合部４００によりセラミックス基板１００と冷却部２００との間の熱膨張差を緩和することができる。また、ｔ１＜ｔ２であり無機基板３００が薄いため、無機基板３００の上と下の温度差を小さくすることができる。そうすると、無機基板３００がセラミックス基板１００を内側に向かって引っ張る力を抑制することができるため、セラミックス基板１００と無機基板３００との界面での剥がれを抑制することができる。

図３は、セラミックス基板に生じる力を概念的に示す説明図である。図３では、無機基板の厚みによるセラミックス基板に生じる力の違いを示しており、セラミックス基板１００と、セラミックス基板１００に接合された無機基板３００、３００Ｐを図示している。無機基板３００と無機基板３００Ｐとは、厚さが異なる以外は同じであり、無機基板３００Ｐは、無機基板３００より厚い。例えば、セラミックス基板１００、無機基板３００、３００Ｐが半径１７５ｍｍの円板状であって、無機基板３００、３００Ｐのヤング率が６ＧＰａ、熱膨張率が１０ｐｐｍである場合に、無機基板３００の上面温度が２５０℃、下面温度が１８０℃とし、無機基板３００Ｐの上面温度が２５０℃、下面温度が１３０℃として、無機基板内に発生する力、およびセラミックス基板が圧縮方向に受ける力を簡易計算した。

無機基板３００Ｐの上面は半径１７５．４０ｍｍ、下面は半径１７５．１９ｍｍとなり、そのとき無機基板３００Ｐ内に発生する力は、ヤング率とひずみから計算でき、７．１９ＭＰａとなる。
このときセラミックス基板１００が圧縮方向に受ける力は約３ＭＰａ程度となる。

一方、無機基板３００の上面は半径１７５．４０ｍｍ、下面は半径１７５．２８ｍｍとなり、そのとき無機基板３００内に発生する力は、上記と同様に、ヤング率とひずみから計算でき、４．１１ＭＰａとなる。
このときセラミックス基板１００が圧縮方向に受ける力は約０．８ＭＰａ程度となる。
このように、無機基板の厚みを薄くすることにより、セラミックス基板１００が圧縮方向に受ける力が小さくなり、セラミックス基板１００と無機基板３００との界面における剥がれを抑制することができる。

無機基板３００のヤング率Ｅ１は、接合部４００のヤング率Ｅ２より高ければよく、その値は特に限定されないが、２ＧＰａ～１０ＧＰａが好ましい。ヤング率Ｅ１が高いほど無機基板３００は硬く、ヤング率Ｅ１が低いほど無機基板３００は柔らかい。無機基板３００のヤング率Ｅ１はセラミックス基板１００に生じる力に寄与するため、低い方が好ましいが、ヤング率Ｅ１が高く無機基板３００が柔らかすぎると、静電チャック１０の製造工程における静電チャックの傾け、圧着、真空パック等の工程において破損する等の不具合が生じる虞がある。そのため、無機基板３００のヤング率Ｅ１は、上記の範囲が好ましい。

接合部４００のヤング率Ｅ２は無機基板３００のヤング率Ｅ１に対し、十分小さな値であればよい。例えば、０．１ＭＰａ～１０ＭＰａとしてもよい。なお、ヤング率は、引張試験の結果から算出することができる。製品形状では、せん断のヤング率の方が現実的であるものの測定が困難である。ヤング率Ｅ１およびヤング率Ｅ２としてせん断のヤング率を用いた場合にも、Ｅ１＞Ｅ２となる。そのため、ヤング率として引張試験の結果から算出した値を用いる。

接合部４００の伸びε２は無機基板３００の伸びε１より大きければよく、その値は特に限定されないが、５０％以上が好ましく、１００％以上がより好ましい。このようにすると、冷却部２００と接合部４００との界面や接合部４００と無機基板３００との界面における剥がれを抑制することができる。

無機基板３００は接合部４００より薄ければよく、その厚みは特に限定されないが、２００μｍ以上、６００μｍ以下が好ましい。断熱性を考慮すると、無機基板３００は厚い方が良い。また、無機基板３００が厚いと無機基板３００内でゆっくりと温度が下がっていくため、温度差が生じたときの内部応力緩和性を考慮した場合にも、無機基板３００は厚い方がよい。しかしながら、セラミックス基板１００と無機基板３００との界面での剥がれを考慮すると、上述の通り薄い方がよい。無機基板３００の厚みをこの範囲内にすることにより、適切な断熱性を得ることができると共に、セラミックス基板１００と無機基板３００との界面での剥がれを抑制することができる。

無機基板３００の熱伝導率λ１は特に限定されないが、λ１＜λ２であり、λ１は０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下が好ましい。無機基板３００の熱伝導率λ１が低いほど断熱性が高くなるため、熱伝導率λ１は低い方が好ましい。しかしながら、無機基板３００を多孔質にすることにより無機基板３００の熱伝導率を低くする場合には無機基板３００の強度不足となる場合がある。無機基板３００の熱伝導率λ１を、上記の範囲内にすると、無機基板３００の断熱性と強度とを適正な範囲で両立することができる。

無機基板３００の熱抵抗θ１、および接合部４００の熱抵抗θ２は特に限定されないが、θ１＜θ２が好ましい。このようにすると、接合部４００も熱抵抗層として機能することができる。接合部４００が熱抵抗層として機能することにより無機基板３００の上と下の温度差をさらに小さくすることができる。その結果、セラミックス基板１００と無機基板３００との界面での剥がれをより抑制することができる。

実施例により本発明を更に具体的に説明する。
上記実施形態の静電チャック１０の実施例１～９と、比較例１～４を用いて、接合部上面温度、および剥がれを評価した。

１．保持装置の製造
実施例および比較例の保持装置は、下記の方法により製造された。

・実施例１
まず、従来公知の方法により、アルミナを主成分とするセラミックスグリーンシートを作製する。セラミックスグリーンシート上にヒータや吸着用電極、ビア、通気孔を作製し、複数のセラミックグリーンシートを積層して熱圧着した後、還元雰囲気下１４００℃～１６００℃で焼成を行い、セラミックス基板を得た。

無機基板として、ガラスウールを無機バインダー溶液に含浸させ、乾燥、硬化させることで得られる緻密な無機基板を使用した。ここで無機バインダー溶液は、シリカおよびアルミナを主成分とする金属アルコキシド溶液、シリカおよびアルミナフィラー、有機溶剤、ポリシロキサンを混合することで調整した。無機基板のヤング率は４０００ＭＰａ、伸びは３０％であり、硬化後の厚みは１５０μｍに調整した。また無機基板の熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

無機基板を所定のサイズに切断し、穴あけ加工を行い、シランカップリング剤を含む無機バインダーを全面に塗布し、熱圧着によってセラミックス基板と接合した。この時、無機バインダー溶液含浸後の無機基板に乾燥のみを行い、所定のサイズに切断し、穴あけ加工を行ったのち、セラミックス基板に熱圧着することで、硬化と接合を同時に行っても良い。

次いで、セラミックス基板と無機基板の接合体と、冷却部をシリコーン接着剤により接合することで、保持装置を得た。使用したシリコーン接着剤のヤング率は０．２ＭＰａ、伸びは３５０％であり、硬化後の厚みは３００μｍに調整した。またシリコーン接着剤の熱伝導率は０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

シリコーン接着剤はポリジメチルシロキサンと、架橋剤、シランカップリング剤、硬化触媒、およびフィラーを混合することで作製した。フィラーにはアルミナ、および窒化アルミニウムを用いた。接合にはシート状のシリコーン接着剤を使用した。シリコーン接着剤をシート状に成型した後、１００℃以下の温度で一部を硬化させた。所定の形状に切断した後、シート状シリコーン接着剤をセラミックス基板と一体化した無機基板と、冷却部とにそれぞれ、真空中で貼りつけを行った。さらにセラミックス基板と一体化した無機基板と、冷却部とを、シート状シリコーン接着剤を介して真空中で接合し、１００℃以上の温度で硬化させることにより、保持装置を得た。後述する実施例２～９、および比較例１～４においても、同様に、シリコーン接着剤を作製し、無機基板と冷却部とを接合した。

・実施例２
まず、実施例１と同様の手法でセラミックス基板を得た。
無機基板として、マイカ板を使用した。無機基板のヤング率は６０００ＭＰａ、伸びは３０％であり、硬化後の厚みは２００μｍに調整した。また無機基板の熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
無機基板を所定のサイズに切断し、穴あけ加工を行い、シランカップリング剤を含む無機バインダーを塗布し、熱圧着によりセラミックス基板と接合した。

次いで、セラミックス基板と無機基板の接合体と、冷却部をシリコーン接着剤により接合することで、保持装置を得た。使用したシリコーン接着剤のヤング率は１．０ＭＰａ、伸びは２００％であり、硬化後の厚みは６５０μｍに調整した。またシリコーン接着剤の熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

・実施例３
まず、実施例１と同様の手法で複数のセラミックスグリーンシートを積層して熱圧着した。実施例３では、無機基板として多孔質アルミナ基板を使用しており、上記の通り熱圧着されたセラミックグリーンシート積層体に、カーボンを含むアルミナグリーンシートを積層し、還元雰囲気下１４００℃～１６００℃で同時焼成を行う事でセラミックス基板と一体化した無機基板を得た。無機基板のヤング率は８０００ＭＰａ、伸びは３％であり、硬化後の厚みは４５０μｍに調整した。また無機基板の熱伝導率は０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

次いで、セラミックス基板と無機基板の接合体と、冷却部をシリコーン接着剤により接合することで、保持装置を得た。使用したシリコーン接着剤のヤング率は１．０ＭＰａ、伸びは２００％であり、硬化後の厚みは７５０μｍに調整した。またシリコーン接着剤の熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

・実施例４
まず、実施例１と同様の手法でセラミックス基板を得た。
無機基板として、ガラスウールをシリカおよびアルミナを主成分とする金属アルコキシド溶液に含浸させ、乾燥、硬化させることで得られる緻密な無機基板を使用した。無機基板のヤング率は４０００ＭＰａ、伸びは３０％であり、硬化後の厚みは３００μｍに調整した。また無機基板の熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

無機基板を所定のサイズに切断し、穴あけ加工を行い、シランカップリング剤を含む無機バインダーを塗布し、熱圧着によりセラミックス基板と接合した。

次いで、セラミックス基板と無機基板の接合体と、冷却部をシリコーン接着剤により接合することで、保持装置を得た。使用したシリコーン接着剤のヤング率は３．０ＭＰａ、伸びは１６０％であり、硬化後の厚みは７５０μｍに調整した。またシリコーン接着剤の熱伝導率は１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

・実施例５
まず、実施例１と同様の手法でセラミックス基板を得た。
無機基板として、ガラスウールをシリカおよびアルミナを主成分とする金属アルコキシド溶液に含浸させ、乾燥、硬化させることで得られる緻密な無機基板を使用した。無機基板のヤング率は８０００ＭＰａ、伸びは３％であり、硬化後の厚みは６５０μｍに調整した。また無機基板の熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

無機バインダー溶液含浸後の無機基板に乾燥のみを行い、所定のサイズに切断し、穴あけ加工を行ったのち、セラミックス基板に熱圧着することで、硬化と接合を同時に行った。

・実施例６
まず、実施例１と同様の手法でセラミックス基板を得た。
無機基板として、ガラスウールをシリカおよびアルミナを主成分とする金属アルコキシド溶液に含浸させ、乾燥、硬化させることで得られる緻密な無機基板を使用した。無機基板のヤング率は６０００ＭＰａ、伸びは４％であり、硬化後の厚みは３００μｍに調整した。また無機基板の熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

次いで、セラミックス基板と無機基板の接合体と、冷却部をシリコーン接着剤により接合することで、保持装置を得た。使用したシリコーン接着剤のヤング率は０．２ＭＰａ、伸びは３５０％であり、硬化後の厚みは４００μｍに調整した。またシリコーン接着剤の熱伝導率は０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

・実施例７
まず、実施例１と同様の手法でセラミックス基板を得た。
無機基板として、ガラスウールをシリカおよびアルミナを主成分とする金属アルコキシド溶液に含浸させ、乾燥、硬化させることで得られる緻密な無機基板を使用した。無機基板のヤング率は６０００ＭＰａ、伸びは３％であり、硬化後の厚みは３００μｍに調整した。また無機基板の熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

次いで、セラミックス基板と無機基板の接合体と、冷却部をシリコーン接着剤により接合することで、保持装置を得た。使用したシリコーン接着剤のヤング率は３．０ＭＰａ、伸びは１６０％であり、硬化後の厚みは７００μｍに調整した。またシリコーン接着剤の熱伝導率は１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

・実施例８
まず、実施例１と同様の手法でセラミックス基板を得た。
無機基板として、ガラスウールをシリカおよびアルミナを主成分とする金属アルコキシド溶液に含浸させ、乾燥、硬化させることで得られる緻密な無機基板を使用した。無機基板のヤング率は６０００ＭＰａ、伸びは３０％であり、硬化後の厚みは３００μｍに調整した。また無機基板の熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

無機バインダー溶液含浸後の無機基板に乾燥のみを行い、所定のサイズに切断、穴あけ加工を行ったのち、セラミックス基板に熱圧着することで、硬化と接合を同時に行った。

次いで、セラミックス基板と無機基板の接合体と、冷却部をシリコーン接着剤により接合することで、保持装置を得た。使用したシリコーン接着剤のヤング率は１．０ＭＰａ、伸びは２００％であり、硬化後の厚みは７００μｍに調整した。またシリコーン接着剤の熱伝導率は０．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

・実施例９
まず、実施例１と同様の手法でセラミックス基板を得た。
無機基板として、ガラスウールをシリカおよびアルミナを成分とする金属アルコキシド溶液に含浸させ、乾燥、硬化させることで得られる緻密な無機基板を使用した。無機基板のヤング率は６０００ＭＰａ、伸びは５％であり、硬化後の厚みは３００μｍに調整した。また無機基板の熱伝導率は０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

・比較例１
まず、実施例１と同様の手法でセラミックス基板を得た。
無機基板として、ガラスウールをシリカおよびアルミナを主成分とする金属アルコキシド溶液に含浸させ、乾燥、硬化させることで得られる緻密な無機基板を使用した。無機基板のヤング率は４０００ＭＰａ、伸びは３０％であり、硬化後の厚みは１５０μｍに調整した。また無機基板の熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

次いで、セラミックス基板と無機基板の接合体と、冷却部をシリコーン接着剤により接合することで、保持装置を得た。使用したシリコーン接着剤のヤング率は１．０ＭＰａ、伸びは２００％であり、硬化後の厚みは１００μｍに調整した。またシリコーン接着剤の熱伝導率は０．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

・比較例２
まず、実施例１と同様の手法で複数のセラミックスグリーンシートを積層して熱圧着した。比較例２では実施例３と同様に、無機基板として多孔質アルミナ基板を使用しており、上記の通り熱圧着されたセラミックグリーンシート積層体に、カーボンを含むアルミナグリーンシートを積層し、還元雰囲気下１４００℃～１６００℃で同時焼成を行う事でセラミックス基板と一体化した無機基板を得た。無機基板のヤング率は８０００ＭＰａ、伸びは３％であり、硬化後の厚みは８００μｍに調整した。また無機基板の熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

・比較例３
まず、実施例１と同様の手法でセラミックス基板を得た。
無機基板として、マイカ板を使用した。無機基板のヤング率は６０００ＭＰａ、伸びは４％であり、硬化後の厚みは８００μｍに調整した。また無機基板の熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

次いで、セラミックス基板と無機基板の接合体と、冷却部をシリコーン接着剤により接合することで、保持装置を得た。使用したシリコーン接着剤のヤング率は０．２ＭＰａ、伸びは３５０％であり、硬化後の厚みは７００μｍに調整した。またシリコーン接着剤の熱伝導率は０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

・比較例４
まず、実施例１と同様の手法でセラミックス基板を得た。
無機基板として、ガラスウールをシリカおよびアルミナを主成分とする金属アルコキシド溶液に含浸させ、乾燥、硬化させることで得られる緻密な無機基板を使用した。無機基板のヤング率は６０００ＭＰａ、伸びは３０％であり、硬化後の厚みは８００μｍに調整した。また無機基板の熱伝導率は０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

２．分析手法
以下に説明する方法により、実施例１～９、および比較例１～４の保持装置を測定した。

・ヤング率、伸び
無機基板、および接合部のヤング率と伸びは材料の引張試験機（島津製作所製ＡＧ－ＩＳ）によって測定した。硬化させた各材料を１ｃｍ幅×３ｃｍの小片を作製し引張試験を行い、Ｓ－Ｓカーブからヤング率と伸びを得た。ここでヤング率は弾性変形領域で算出するものとする。試料は単独で硬化させた場合と、保持装置から切り出した場合のどちらでも良く、結果は同じとなる。

・厚み
保持装置を断面視ができるよう短冊状に切断し、短冊状試験片のどちらか一方の端部から５ｃｍ間隔ごとに、光学顕微鏡を用いて厚みを測定した。測定した厚みの平均値を計算し、各層の厚みとした。

・熱伝導率
各材料の熱伝導率はレーザーフラッシュ法によって熱拡散率から算出した。計算に用いた密度はアルキメデス法により測定した。ここで試料は単独で硬化させた場合と、保持装置から切り出した場合のどちらでも良く、結果は同じとなる。

・熱抵抗値
各材料の熱抵抗値は、測定した熱伝導率と厚みから算出した。

・接合部上面温度
無機基板と接合部の間に熱電対を挿入した保持装置を用い、セラミックス部を２５０℃、冷却部を８０℃で稼働させて温度を測定し、温度が上がりきった（略一定になった）ときの温度を接合部上面温度とした。

・剥がれ
保持装置の剥がれは超音波探傷測定（日本電磁測器製ＵＶＳ－１０１）で測定した。保持装置の稼働前、およびセラミックス部を２５０℃、冷却部を８０℃とした状態で２００時間稼働させ室温に戻した後の保持装置について測定した。接合状態は稼働前後における超音波像の差から判断した。

３．分析結果
表１は、実施例１～９、および比較例１～４の要件（後述する）適否と評価結果を示す。表１では、要件を満たすものに〇印、満たさないものに×印を付している。接合部上面温度は、１８０℃～２００℃を△とし、１８０℃未満を〇とした。表２は分析結果を示す。

実施例１～９は、下記〔１〕の要件を満たしている（表１）。
〔１〕無機基板のヤング率をＥ１、伸びをε１、厚みをｔ１とし、接合部のヤング率をＥ２、伸びをε２、厚みをｔ２としたとき、
Ｅ１＞Ｅ２かつ、
ε１＜ε２かつ、
ｔ１＜ｔ２を
満たす。

実施例２～４、６～９は、上記〔１〕の要件に加え、さらに、下記〔２〕の要件を満たしている。
〔２〕無機基板の厚みは、２００μｍ以上、６００μｍ以下である。

実施例３～５、７～９は、さらに、下記〔３〕の要件を満たしている。
〔３〕無機基板の熱伝導率をλ１、接合部の熱伝導率をλ２としたとき、
λ１＜λ２であり、
λ１は０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。

実施例１、２、４、６～９は、さらに、下記〔４〕の要件を満たしている。
〔４〕無機基板の熱抵抗をθ１、接合部の熱抵抗をθ２としたとき、θ１＜θ２である。

これに対して、比較例１～４は、上記〔１〕、〔２〕の要件を、いずれも満たしていない。

実施例１、３～９はいずれも、接合部上部温度が接合部の耐熱温度未満であり、実施例２は接合部上部温度が接合部の耐熱温度と同じであり、実施例１～９はいずれも、セラミックス基板と無機基板との界面、および無機基板と接合部との界面のいずれにも剥がれが確認されなかった。これに対し、比較例１～４は、無機基板と接合部との界面に剥がれが確認され、接合部上部温度を測定できなかった。比較例１～４は、要件１のうち、Ｅ１＞Ｅ２かつ、ε１＜ε２を満たすものの、ｔ１＜ｔ２を満たしていない。すなわち、Ｅ１＞Ｅ２かつ、ε１＜ε２かつ、ｔ１＜ｔ２を満たすことにより、接合部上面温度を下げることができ、無機基板と接合部との界面の剥がれを抑制することができる。

また、実施例３～５、７～９は、上記〔３〕の要件を満たしているため、実施例１、２６と比較して、接合部上面温度を抑制することができた。

＜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。

・上記実施形態では、セラミックス基板１００の第１面Ｓ１の上に対象物が保持される例を示したが、セラミックス基板１００の上に、さらに別のセラミックス基板を接合し、その上に対象物が保持される構成にしてもよい。

・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ない。例えば、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＰＬＤ（ＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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、保持装置として、略円形平面の板状部材の積層体を備える例を示したが、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、多角形平面等であってもよい。

本開示は、上述の実施形態、実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。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、削除することが可能である。

１０…静電チャック
１００…セラミックス基板
１１０…第１セラミックス部
１２０…第２セラミックス部
１３０…吸着電極
１４０…ヒータ
２００…冷却部
２１０…冷媒流路
３００、３００Ｐ…無機基板
４００…接合部
Ｓ１…第１面
Ｓ２…第２面
Ｗ…ウェハ

Claims

対象物を保持する保持装置であって、
セラミックスを主成分とし、第１面と、前記第１面の裏面である第２面と、を有するセラミックス基板と、
無機材料を主成分とし、前記セラミックス基板より熱伝導率が低い無機基板であって、前記セラミックス基板に対して、前記第２面側に配置された無機基板と、
前記無機基板に対して、前記セラミックス基板とは反対側に配置された冷却部と、
前記無機基板と前記冷却部との間に配置され、前記無機基板と前記冷却部とを接合する接合部と、
を備え、
前記無機基板のヤング率をＥ１、伸びをε１、厚みをｔ１とし、前記接合部のヤング率をＥ２、伸びをε２、厚みをｔ２としたとき、
Ｅ１＞Ｅ２かつ、
ε１＜ε２かつ、
ｔ１＜ｔ２を
満たすことを特徴とする、
保持装置。
請求項１に記載の保持装置であって、
前記無機基板の厚みは、２００μｍ以上、６００μｍ以下であることを特徴とする、
保持装置。
請求項１または請求項２に記載の保持装置であって、
前記無機基板の熱伝導率をλ１、前記接合部の熱伝導率をλ２としたとき、
λ１＜λ２であり、
λ１は０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）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のいずれか一項に記載の保持装置であって、
前記無機基板の熱抵抗をθ１、前記接合部の熱抵抗をθ２としたとき、
θ１＜θ２であることを特徴とする、
保持装置。