JP2024013794A - 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、板状部の反りを抑制する技術を提供する。【解決手段】保持装置は、板状に形成される板状部と、無機材料を主成分とし、板状部より熱伝導率が低く、板状部に接合された無機基板と、無機基板に対して、板状部とは反対側に配置された板状の冷却部と、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、無機基板の厚みをｔ（ｍｍ）、無機基板のヤング率をｋ（ＧＰａ）としたとき、ｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）である。【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板状部と、板状部を冷却する冷却部と、板状部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、板状部と接合部との間に、無機基板を挿入し、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）。

特開２０２２－０４８４４５号公報

上記特許文献１に記載の技術では、板状部と冷却部との剥がれを抑制することができるものの、板状部の反りについては十分に検討されていなかった。板状部と接合部との間に、無機基板が挿入された構成では、板状部と無機基板との熱膨張率が異なる場合には、板状部と無機基板との接合時や、保持装置の温度変化に伴い板状部の表面に反りが生じる虞がある。

このような課題は、静電チャックに限らず、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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、板状部の反りを抑制する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、板状に形成される板状部と、無機材料を主成分とし、前記板状部より熱伝導率が低く、前記板状部に接合された無機基板と、前記無機基板に対して、前記板状部とは反対側に配置された板状の冷却部と、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、前記無機基板の厚みをｔ（ｍｍ）、前記無機基板のヤング率をｋ（ＧＰａ）としたとき、ｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）である。

無機基板は薄いほど、無機基板の厚み方向の温度差を小さくでき、板状部を内側に引っ張る力を小さくすることができ、板状部の反りを抑制することができる。ただし、無機基板が薄すぎると断熱板としての機能が低下する。無機基板のヤング率が低いほど柔らかいため、板状部に生じる力を小さくすることができる。無機基板の厚みｔとヤング率ｋとの積（ｔ×ｋ）を、上記範囲にすることにより、無機基板の厚みとヤング率とのバランスにより、板状部の反り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、前記無機基板の厚みは、０．１５（ｍｍ）以上、０．５（ｍｍ）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、接合部を熱的に保護すると共に、板状部の反りをより抑制することができる。また、冷却部に伝わる熱を小さくすることができ、板状部の表面温度の過冷却を抑制することができるため、保持装置がヒータを有する場合には、ヒータによる板状部の加熱を抑制することができ、ヒータの消費電力を抑制することができる。また、冷却部に伝わる熱を小さくすることができるため、板状部の面内温度分布の均一性を向上させることができる。

（３）上記形態の保持装置であって前記板状部を構成する材料の熱膨張率と、前記無機基板を構成する前記無機材料の熱膨張率との差の絶対値が、７（ｐｐｍ／Ｋ）以下であってもよい。このようにしても、板状部の加熱時に、平面視で円の中心もしくは外側に向かう方向に生じる力を小さくすることができるため、反り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、前記板状部の厚みは２（ｍｍ）以上、１０（ｍｍ）以下であってもよい。このようにすると、例えば、板状部の内層にチャック電極、ヒータ配線を配置したり、表層に不活性ガスの充填層を形成することができる。また、板状部の厚みにより、板状部の反りをより抑制することができる。また、板状部の厚みを上記の範囲にすることにより、板状部の製造時のクラックの発生、板状部内部の隙間、空孔等の発生を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、保持装置の製造方法、無機基板の形成方法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。 板状部の第１面側の平面構成を示す説明図である。 静電チャックの端部のＸＺ断面構成を拡大して概略的に示す説明図である。 無機基板の厚みとヤング率との積を示す図である。 板状部－無機基板接合体の反りの変化を示す図である。 板状部の表面を２５０℃にしたときの接合部の最高温度を示す図である。 無機基板（ヤング率２０ＧＰａ）の厚みと、接合体の反りおよび接合部の最高温度との関係を示す図である。 無機基板（ヤング率３０ＧＰａ）の厚みと、接合体の反りおよび接合部の最高温度との関係を示す図である。 無機基板（ヤング率１０ＧＰａ）の厚みと、接合体の反りおよび接合部の最高温度との関係を示す図である。 板状部の第１面を２５０℃にするために必要な消費電力を示す図である。 板状部と無機基板の熱膨張率差と接合体の反りとの関係を示す図である。

＜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板状部１００と、冷却部２００と、板状部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。板状部１００と無機基板３００との接合体を、板状部－無機基板接合体３１０、または単に接合体３１０とも呼ぶ。

板状部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、板状部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板状部１１０（図１）と、第１板状部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板状部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、板状部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。板状部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。本願明細書において、特定成分が「主成分である」あるいは「主に形成する材料である」とは、当該特定成分の含有率が、５０体積％以上であることを意味する。他の実施形態では、板状部２０は、例えば、ポリイミド等の樹脂、透明ガラス等のセラミック以外の材料を主成分として形成されてもよい。

第１板状部１１０の第１面Ｓ１の直径は、例えば、５０ｍｍ～５００ｍｍ程度（通常は２００ｍｍ～３５０ｍｍ程度）である。本明細書において、数値範囲について「～」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「１０～２０」という記載では、下限値である「１０」、上限値である「２０」のいずれも含むものとする。すなわち、「１０～２０」は、「１０以上２０以下」と同じ意味である。

板状部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が板状部１００の第１面Ｓ１に吸着固定される。

また、板状部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、板状部１００は、ヒータ１４０を備えなくてもよい。

図３は、板状部１００の第１面Ｓ１側の平面構成を示す説明図である。図４は、静電チャック１０の端部のＸＺ断面構成を拡大して概略的に示す説明図である。図示するように、板状部１００の第１面Ｓ１には、平面形状が円形の窪み状のガス充填部１１２が形成されている。ガス充填部１１２は、底面に立設される複数の円柱状の突起部１１４を有する。突起部１１４の上面（Ｚ軸正方向の面）は、第１面Ｓ１を構成する。すなわち、突起部１１４の上面の高さ方向の位置は、第１板状部１１０の端の高さ方向の位置と略一致する。

図４に示すように、静電チャック１０は、静電チャック１０を積層方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通孔であるガス流路５００を有する。ガス流路５００は、ウェハＷを冷却するための不活性ガス（例えば、ヘリウムガス）をガス充填部１１２に供給するための孔部である。なお、ガス流路５００は、ガス充填部１１２に対して不活性ガスを均一に供給するために、ガス充填部１１２の底面に複数の噴出口を有する形態とすることが好ましい。

本実施形態の静電チャック１０では、第１面Ｓ１にウェハを吸着する際に、不活性ガスが、ガス流路５００を介して第１板状部１１０のガス充填部１１２に供給される。静電チャック１０とウェハＷとの間に不活性ガスを流すことにより、ウェハＷを冷却したり、ヒータと組み合わせてウェハＷを加熱したりと、加工中のウェハＷの温度を制御することができる。

本実施例における静電チャック１０は、ガス充填部１１２を有し、ガス充填部１１２に不活性ガスが充填されるため、静電チャック１０とウェハＷとの間の不活性ガスの分布が一様となり、ウェハＷの温度分布を均一に保ちつつ、ウェハＷを保持することができる。また、ガス充填部１１２に複数の突起部１１４が配置されることによって、吸着電極１３０への電圧除去後の吸着力の残留時間を短縮することができる。

板状部１００の厚さは特に限定されないが、２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下が好ましい。本実施形態では、板状部１００の内層に吸着電極１３０とヒータ１４０を備え、板状部１００の表層にガス充填部１１２を形成しているため、厚みは２ｍｍ以上が好ましい。板状部１００の反りを抑制するためには、適度な厚みが必要であるが１０ｍｍ以下が好ましい。板状部１００を１０ｍｍより厚く形成することは、クラックや、内部の隙間、空孔等の発生の可能性が高くなるためである。

冷却部２００は、板状部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、例えば、アルミニウム、マグネシウム、モリブデン、チタン、タングステン、ニッケルのうちの少なくとも一種の金属を含むこととすることができる。モリブデン、チタン、タングステンは、上記した金属の中でも熱膨張率が比較的小さいため、これらのうちの少なくとも一種の金属を用いて冷却部２００を構成する場合には、冷却部２００と板状部１００との間の熱膨張率差を抑えることができて望ましい。なお、本願明細書において、「熱膨張率」は、「線膨張率」を指す。また、マグネシウムは、ヤング率が比較的小さいため、マグネシウムを用いて冷却部２００を構成する場合には、冷却部２００で生じる熱応力を低減することができて望ましい。また、アルミニウムは、熱伝導率が比較的高く、加工が容易で低コストである。そのため、アルミニウムを用いて冷却部２００を構成する場合には、冷却部２００による板状部１００およびウェハＷの冷却効率を高めることができ、静電チャック１０の製造コストを抑えることができて望ましい。冷却部２００による冷却効率を高めつつ製造コストを抑える観点からは、冷却部２００における金属の含有割合が高い方が望ましく、冷却部２００は、金属を主成分とすることが望ましい。例えば、汎用性が高いアルミニウムを９０質量％以上含有すること（例えば、Ａ６０６１、Ａ５０５２などのアルミニウム合金により構成すること）が望ましい。ただし、冷却部２００は、セラミックなどの金属以外の成分を含んでいてもよい。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の板状部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と板状部１００との間の伝熱により板状部１００が冷却され、板状部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、板状部１００の第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、板状部１００より熱伝導率が低い板状部材である。無機基板３００は、板状部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、板状部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板状部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板状部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、無機基板は板状部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板状部１００に接合されてもよい。

無機基板３００の厚みｔ（ｍｍ）、およびヤング率ｋ（ＧＰａ）は、下記を満たす。
ｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）
無機基板３００は薄いほど、無機基板３００の厚み方向の温度差を小さくでき、板状部１００を内側に引っ張る力を小さくすることができるため、板状部１００の反りを抑制することができる。ただし、無機基板３００が薄すぎると断熱板としての機能が低下する。また、無機基板３００のヤング率が低いほど柔らかいため、板状部１００に生じる力を小さくすることができる。無機基板３００の厚みとヤング率との積を、上記範囲にすることにより、無機基板３００の厚みとヤング率とのバランスにより、板状部の反りを抑制することができる。その結果、ウェハＷの吸着性が良好になり、ウェハのガタつきや傾きが抑制され、エッチング精度の低下を抑制することができる。また、ウェハＷの面内の温度分布の均一性を向上させることができる。

無機基板３００の厚みｔは、下記の方法で測定することができる。
静電チャック１０を、第１面Ｓ１に垂直な切断面（例えば、図１におけるＸＺ面）で、切断機で切り出し、その断面を長さ測定が可能な拡大鏡もしくは顕微鏡で観察、測定する。ここで、切断面は、第１面Ｓ１の中心を通る。断面の中央部（第２面Ｓ２の中心に対応）、端部、これらの中間（半径／２）の位置を幅１．５ｍｍの範囲で観察し、それぞれの範囲で凸部と凹部の厚みを測定し、平均値を算出し無機基板３００の厚みとする。

無機基板３００のヤング率は、下記の方法で測定することができる。
ＪＩＳ Ｋ６９１１記載の形状に、サンプルを切り出す。公知の引張試験機で、サンプルの両端の所定部分を保持し、５ｍｍ／分の速度で引っ張りつつ荷重を測定する。荷重をサンプルの断面積で割ることにより、引張応力（Ｐａ）を算出する。ひずみは、ひずみゲージで測定する。横軸：ひずみ（％）、縦軸：応力（Ｐａ）のグラフにおいて、原点付近の傾きを算出し、ヤング率とする。

無機基板３００は、例えば、テトラメトキシシランやテトラエトキシシランなどのシラン化合物に、充填剤としてアルミナやシリカの粉末やガラス繊維を配合したのち、テトラメトキシシランやテトラエトキシシランなどのシラン化合物を加水分解と縮合重合しつつ、加熱、圧縮して固体化し、板状に整形することができる。また、無機基板３００は、各種ガラス粉末（ガラスフリットとも言う）に充填剤としてアルミナやシリカの粉末やガラス繊維を配合したのち、ガラス粉末が軟化、流動する温度まで加熱、圧縮して板状に成形してもよい。無機基板３００のヤング率は、充填剤やガラス繊維の配合量を変更することで調整することができる。

無機基板３００の厚みは特に限定されないが、０．１５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下がより好ましい。上述の通り、無機基板３００は薄いほど、板状部１００の反りを抑制することができるものの、薄すぎると断熱板としての機能が低下する。無機基板３００の厚みを、０．１５ｍｍ以上とすると、接合部４００の温度上昇を抑制することができる。例えば、接合部４００がシリコーン接着剤を主成分とする場合、接合部４００の温度を、例えば、２００℃以下にすることができるため、シリコーン接着剤の劣化を抑制することができる。また、無機基板３００の厚みを、０．１５ｍｍ以上とすると、冷却部２００に伝わる熱を小さくすることができ、板状部１００の表面温度の過冷却を抑制することができるため、ヒータによる板状部１００の加熱を抑制することができ、ヒータ１４０の消費電力を抑制することができる。また、冷却部２００に伝わる熱を小さくすることができるため、板状部１００の面内温度分布の均一性を向上させることができる。また、無機基板３００の厚みを、０．５ｍｍ以下とすると、無機基板３００の厚み方向の温度差を小さくでき、板状部１００を内側に引っ張る力を小さくすることができるため、板状部１００の反りを抑制することができる。すなわち、接合部４００の温度上昇と板状部１００の反りとをバランスよく抑制することができる。

無機基板３００を構成する無機材料の熱膨張率は、特に限定されないが、板状部１００を構成する材料の熱膨張率と、無機基板３００を構成する無機材料の熱膨張率との差の絶対値が、７（ｐｐｍ／Ｋ）以下であることが好ましい。板状部１００を構成する材料と、無機基板３００を構成する無機材料との熱膨張率の差の絶対値を、上記の範囲にすると、板状部１００の加熱時に、平面視で円の中心もしくは外側に向かう方向に生じる力を小さくすることができるため、反りを抑制することができる。

熱膨張率は、下記の方法で測定することができる。
装置は公知の熱膨張率測定装置（例えば、株式会社リガクＴＭＡ８３１１）を用いることができる。サンプルは、長さ１８ｍｍ×幅３ｍｍ×厚み４ｍｍに切り出し、長手方向に、１００ｍＮの圧縮荷重をかけ、窒素流速１００ｍｌ／分の窒素雰囲気で１０℃／分の速度で４００℃まで昇温しつつ長さの変化を測定する。２６０℃の時の長さから４０℃の時の長さを引き、元の長さと温度差２２０℃で除することにより２６０℃から４０℃の間の熱膨張率を測定できる。

熱膨張率は、充填剤やガラス繊維の配合量を変更することで調整でき、熱膨張率は、非晶質シリカやガラス繊維の中でも特にＥガラスを増加させることで低下させることができる。

無機基板３００を構成する無機材料の熱伝導率は、特に限定されないが、１．８Ｗ／ｍＫ以下が好ましく、０．９Ｗ／ｍＫ以下がより好ましい。無機基板３００を構成する無機材料の熱伝導率を、上記範囲にすることにより、板状部１００から接合部４００への熱伝導をより抑制することができ、接合部４００の温度上昇をより抑制することができる。接合部４００が、例えば、シリコーンを主成分とする接着剤から形成される場合には、無機材料の熱伝導率を１．８Ｗ／ｍＫ以下にすることにより、接合部４００の最高温度を２００℃以下に抑制することができる。さらに、無機材料の熱伝導率を０．９Ｗ／ｍＫ以下にすることにより、接合部４００の最高温度を１９０℃以下に抑制することができ、より信頼性を高めることができる。ここで、熱伝導率は、室温（２０℃）における熱伝導率である。

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することができる。計算に用いた密度はアルキメデス法により測定する。ここで試料は単独で成形した場合と、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。

無機基板３００の熱伝導率は、充填剤やガラス繊維の配合量を変更することで調整できる。熱伝導率は、アルミナを増加させることで上昇し、シリカを増加させることで減少する。シリカを使用する場合は、結晶質のシリカよりも非晶質のシリカの方が熱伝導率減少の効果が大きく、体積基準で同じ添加量であれば結晶質のシリカよりも非晶質のシリカの方が熱伝導率を低下できる。

板状部１００の熱伝導率は、無機基板３００ほど大きく変化させることができないが、焼結助剤として添加するシリカやマグネシアの量を変更することで調整できる。シリカを増加させることで熱伝導率を低下、マグネシアを増加させることで熱伝導率を上昇させることができる。

板状部－無機基板接合体３１０の反りは、一般的な形状測定装置を使用して測定することができる。例えば、レーザー式もしくは光学式の３次元測定機、画像測定機で測定することができる。

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、所定の形状に切断した後、シート状シリコーン接着剤を、板状部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う。さらに板状部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、板状部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、薄すぎると板状部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の厚みを、上記の範囲にすると、適切に熱引きができると共に、板状部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、板状部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。

静電チャック１０の製造方法は、特に限定されないが、例えば、下記の方法で製造することができる。
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（板状部）を得る。

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する。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する。無機基板のヤング率、熱伝導率、熱膨張率、厚みは上記の方法により調整する。

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、熱圧着によって板状部と接合する。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、板状部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、板状部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、保持装置を得る。詳しくは、シリコーン接着剤は硬化できる官能基を含有する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。フィラーにはアルミナ、および窒化アルミニウムを用いる。接合にはシート状のシリコーン接着剤を使用する。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、所定の形状に切断する。その後、板状部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、無機基板３００の厚みｔとヤング率ｋとの積（ｔ×ｋ）が１０（ＧＰａ・ｍｍ）以下であるため、無機基板３００の厚みとヤング率とのバランスにより、板状部１００の反りを抑制することができる。その結果、ウェハＷの吸着性が良好になり、ウェハのガタつきや傾きが抑制され、エッチング精度の低下を抑制することができる。また、ウェハＷの面内の温度分布の均一性を向上させることができる。

実施例により本発明を更に具体的に説明する。
図５は、無機基板３００の厚みｔとヤング率ｋとの積を示す図であり、図６は、無機基板３００の厚みｔとヤング率ｋとの積の変化に伴う、板状部－無機基板接合体３１０の反りの変化のシミュレーション結果を示す図である。図６は、図５に示す無機基板３００の厚みとヤング率との組み合わせにおける板状部－無機基板接合体３１０の反りを示している。図６では、板状部１００の構成材料の熱膨張率が６．８ｐｐｍ／Ｋ、無機基板３００の構成材料の熱膨張率が１１ｐｐｍ／Ｋであり、板状部１００の構成材料の熱膨張率と、無機基板３００の構成材料の熱膨張率との差の絶対値が４．２ｐｐｍ／Ｋであるものとしてシミュレーションを行った結果を示している。図５以降に示すシミュレーションでは、板状部１００、無機基板３００、および接合部４００の半径が１８０ｍｍ、冷却部２００の半径が１８０ｍｍとし、接合部４００がシリコーンを主成分とする接着剤から成るものとしてシミュレーションを行っている。なお、実施例において、板状部１００は、外周面に段差がない円板状である。換言すると、第１板状部１１０と第２板状部１２０の径が同一である。これらのシミュレーションの結果は、２１０ｍｍ四方の角形状のサンプルを用いた実験結果と傾向が略一致している。実施例では、日本機械学会論文集Ａ５９巻５６３号ページ１７７７－１７８２に収録の論文、タイトル「多層ばり理論によるプリント基板の応力・変形の評価」を参考に、異なる熱伝導率の板が相互に接合され、温度が変化した際の各層に生じる応力と、接合体の反りのシミュレーションを行っている。

図６に示すように、無機基板３００のヤング率ｋが高くなるほど板状部－無機基板接合体３１０の反りが大きくなり、また、無機基板３００の厚みｔが厚くなるほど板状部－無機基板接合体３１０の反りが大きくなる。図６では、反りが５０μｍ以下である複数の欄を太線で囲んで図示している。反りが５０μｍを超えると、ウェハＷの吸着が困難になり、また、ウェハＷが吸着されてもガタついたり、傾いて吸着され、エッチング精度が低下する虞がある。すなわち、反りが５０μｍ以下とすることが好ましい。図５において、図６と対応する複数の欄を太線で囲んで図示している。図５に図示するように、無機基板３００の厚みｔ（ｍｍ）とヤング率ｋ（ＧＰａ）との積が、１０（ＧＰａ・ｍｍ）以下のとき、板状部－無機基板接合体３１０の反りが５０μｍ以下となる。図５、図６から、無機基板３００の厚みｔ（ｍｍ）とヤング率ｋ（ＧＰａ）との積を１０（ＧＰａ・ｍｍ）以下とすることにより、板状部－無機基板接合体３１０の反りが抑制され、ウェハＷを良好に吸着することができるといえる。

図７は、板状部１００の表面（第１面Ｓ１）を２５０℃にしたときの接合部４００の最高温度を示す図である。図示するように、板状部１００を加熱しつつ、冷却部に９０℃の冷媒を供給して、板状部１００の表面（第１面Ｓ１）を２５０℃にした場合の接合部４００の最高温度を、無機基板３００の熱伝導率を変化させてシミュレーションしている。各部の温度は、各層の熱抵抗（ｍ²Ｋ／Ｗ）（熱抵抗＝厚み／熱伝導率、で算出）を直列接続し、板状部からチラーまで、すべての層を通過する熱量は一定とする一次元の定常熱伝導の関係式によりシミュレーションした。接合部４００の温度としては、無機基板３００と接する第４面Ｓ４（図２）の温度を記載している。図７に示す例は、無機基板３００の厚みｔが０．３ｍｍ、無機基板３００のヤング率ｋが２０ＧＰａであり、ｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）を満たす。

図７では、接合部４００の温度が１９０℃未満を「◎」、１９０℃以上２００℃未満を「〇」、２００℃以上を「×」と表示している。この例では、接合部４００がシリコーンを主成分とする接着剤で構成しており、シリコーンは温度が２００℃以上になると、劣化、剥離が生じる虞があるため、２００℃を基準として評価を行っている。図７に示すように、無機基板３００の熱伝導率を１．８Ｗ／ｍＫ以下にすると、接合部４００の最高温度を２００℃以下に抑制することができるため好ましい。無機基板３００の熱伝導率を０．９Ｗ／ｍＫ以下にすると、接合部４００の最高温度を１９０℃以下に抑制することができるため、さらに好ましい。なお、上述の通り、接合部４００を主に構成する材料は、シリコーンに限定されないが、例えば、アクリル、ポリイミド等の有機物等の他の材料を主成分とする接着剤により接合部４００を構成した場合にも、無機基板３００の熱伝導率を１．８Ｗ／ｍＫ以下にすると、接合部４００の最高温度を適切に抑制することができるため好ましい。

図８は、無機基板３００（ヤング率２０ＧＰａ）の厚みと、接合体３１０の反りおよび接合部４００の最高温度との関係を示す図である。図８に示す例は、サンプル１１からサンプル１７まで、サンプル番号が大きくなるにつれて無機基板３００の厚みｔが厚くなっており、その他の構成（物性を含む）は、各サンプル間で同一である。図８に示す例では、無機基板３００を板状部１００に接合する際の接合温度を１７０℃とし、接合後冷却したときの温度を２０℃（室温）として、接合温度１７０℃から室温まで冷却した時の接合体３１０（板状部－無機基板接合体３１０）単体での反りをシミュレーションしている。また、静電チャック１０において、板状部１００の第１面Ｓ１の温度が２５０℃となったときの接合部４００の第４面Ｓ４の最高温度をシミュレーションして、図８において「接合部温度」として記載している。なお、後述する図９、１０に示す例においても同様の条件にてシミュレーションを行い、同様の基準で評価を行っている。

図８では、図７と同様に、接合部４００の温度が１９０℃未満を「◎」、１９０℃以上２００℃未満を「〇」、２００℃以上を「×」と評価している。また、接合体３１０の反りについて、４０μｍ未満を「◎」、４０μｍ以上５０μｍ未満を「〇」、５０μｍ以上を「×」と評価している。

図８に示す例は、無機基板３００のヤング率ｋが２０ＧＰａであり、サンプル１１～１６は、ｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）を満たし、サンプル１７はｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）を満たさない。図示するように、ｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）を満たすサンプル１１～１６は、接合体３１０の反りを５０μｍ以下に抑制することができた。

図示するように、無機基板３００の厚みを０．５ｍｍ以下にすると、接合体３１０の反りが５０μｍ以下になる（サンプル１１～１６）。上述の通り、接合体３１０の反りを５０μｍ以下にすると、静電チャック１０によって、良好にウェハＷを吸着することができ、良好にエッチングを行うことができる。また、無機基板３００の厚みを０．１５ｍｍ以上にすると、接合部４００の最高温度が２００℃以下になる（サンプル１２～１７）。上述の通り、接合部４００の温度を２００℃以下にすると、接合部４００の劣化や剥離を抑制することができる。さらに、板状部１００から冷却部２００に伝わる熱が小さくなるため、板状部１００の第１面Ｓ１のヒータ１４０による加熱を抑制することができ、ヒータ１４０の消費電力を抑制することができる。また、板状部１００から冷却部２００に伝わる熱が小さくなるため、板状部１００の面内温度分布の均一性を良好にすることができる。このように、無機基板３００の厚みを０．１５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下にすると、接合体３１０の反りを抑制することができると共に、板状部１００から冷却部２００への熱の移動を抑制することができるため、好ましい。

無機基板３００の厚みを、０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下にすると接合部４００の最高温度を１９０℃程度まで抑制することができ、かつ接合体３１０の反りを４０μｍ以下に抑制することができるため、さらに好ましい。

図９は、無機基板３００（ヤング率３０ＧＰａ）の厚みと、接合体３１０の反りおよび接合部４００の最高温度との関係を示す図である。図９に示す例は、サンプル２１からサンプル２７まで、図８に示した例と同様に、サンプル番号が大きくなるにつれて無機基板３００の厚みｔが厚くなっており、その他の構成（物性を含む）は各サンプル間で同一である。図９に示すサンプルは、図８に示すサンプルより無機基板３００のヤング率大きく、ヤング率が３０ＧＰａである。すなわち、図９に示すサンプル２１～２７は、サンプル１１～１７（図８）と比べて硬い。

図９に示す例は、無機基板３００のヤング率ｋが３０ＧＰａであり、サンプル２１～２５は、ｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）を満たし、サンプル２６～２９はｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）を満たさない。図示するように、ｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）を満たすサンプル２１～２５は、接合体３１０の反りを５０μｍ以下に抑制することができた。

図示するように、無機基板３００の厚みを０．３３ｍｍ以下にすると、接合体３１０の反りを５０μｍ以下にすることができる（サンプル２１～２５）。また、無機基板３００の厚みを０．１５ｍｍ以上にすると、接合部４００の最高温度が２００℃以下になる（サンプル２２～２９）。このように、無機基板３００の厚みを０．１５ｍｍ以上０．３３ｍｍ以下にすると、接合体３１０の反りを抑制することができると共に、板状部１００から冷却部２００への熱の移動を抑制することができるため、好ましい。無機基板３００の厚みを、０．３ｍｍ以上、０．３３ｍｍ以下にすると接合部４００の最高温度を１９０℃以下に抑制することができるため、さらに好ましい。

図１０は、無機基板３００（ヤング率１０ＧＰａ）の厚みと、接合体３１０の反りおよび接合部４００の最高温度との関係を示す図である。図１０に示す例は、サンプル３１からサンプル３７まで、図８に示した例と同様に、サンプル番号が大きくなるにつれて無機基板３００の厚みｔが厚くなっており、その他の構成（物性を含む）は、各サンプル間で同一である。図１０に示すサンプルは、図８に示すサンプルより無機基板３００のヤング率が小さく、ヤング率が１０ＧＰａである。すなわち、図１０に示すサンプル３１～３７は、サンプル１１～２７（図８）と比べて柔らかい。

図１０に示す例は、無機基板３００のヤング率ｋが１０ＧＰａであり、サンプル３１～３７の全てにおいて、ｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）を満たす。図示するように、ｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）を満たすサンプル３１～３７は、接合体３１０の反りを５０μｍ以下に抑制することができた。

図示するように、無機基板３００の厚みを０．６ｍｍ以下にすると、接合体３１０の反りが５０μｍ以下になる（サンプル３１～３７）。また、無機基板３００の厚みを０．１５ｍｍ以上にすると、接合部４００の最高温度が２００℃以下になる（サンプル３２～３７）。このように、無機基板３００の厚みを０．１５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下にすると、接合体３１０の反りを抑制することができると共に、板状部１００から冷却部２００への熱の移動を抑制することができるため、好ましい。無機基板３００の厚みを、０．３ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下にすると接合部４００の最高温度を１９０℃以下に抑制することができるため、さらに好ましい。

図８～１０に示すように、無機基板３００の厚みが厚いほど、接合体３１０の反りが大きくなる。無機基板３００が厚くなると、無機基板３００の表面と裏面との温度差が大きくなり、温度変化に伴う膨張・収縮時の歪が大きくなり、発生する力が大きくなるためである。また、無機基板３００の厚みが薄いほど接合部４００の最高温度が高くなる。また、無機基板３００のヤング率が大きいほど、接合体３１０の反りが大きくなる。無機基板３００について、厚みｔ×ヤング率ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）を満たすことにより、接合体３１０の反りを抑制することができる。また、無機基板３００の厚みを、０．１５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下にすることにより、接合部４００の温度上昇を抑制し、接合部４００の劣化を抑制することができる。

図１１は、板状部１００の第１面Ｓ１を２５０℃にするために必要な消費電力を示す図である。図示するように、板状部１００を加熱しつつ、冷却部に９０℃の冷媒を供給して、板状部１００の表面（第１面Ｓ１）を２５０℃にした場合の静電チャック１０の消費電力を、無機基板３００の厚みを変化させてシミュレーションしている。図１１に示す例は、無機基板３００のヤング率ｋが２０ＧＰａであり、サンプル４１～４６は、ｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）を満たし、サンプル４７は、ｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）を満たさない。図１１では、消費電力が７０００Ｗ未満を「〇」、７０００Ｗ以上を「×」と評価している。一般的に電源から供給できる電力の上限値に基づいて、評価基準を決定している。

図示するように、サンプル４１は無機基板３００の厚みが０．１ｍｍであり、消費電力が７０００Ｗ以上になった。無機基板３００の厚みが薄いと、熱が冷却部２００に伝わってしまい、ヒータ１４０により加熱しても、板状部１００の第１面Ｓ１の温度が上がりにくいため、消費電力が大きくなってしまう。消費電力の観点からも、無機基板３００の厚みは０．１５ｍｍ以上が好ましい。

図１２は、板状部１００と無機基板３００の熱膨張率差と接合体３１０の反りとの関係を示す図である。図１２において、板状部１００の構成材料の熱膨張率と無機基板３００の構成材料の熱膨張率との差を「熱膨張率差」として表示している。シミュレーションの条件は、上記図７～図１１の例と同様である。接合体の反りが正の場合は、板状部１００側に凸（図２におけるＺ軸正方向に凸）であり、接合体の反りが負の場合は、無機基板３００側に凸（図２におけるＺ軸負方向に凸）である。図１２では、図８と同様に、接合体３１０の反りの絶対値が、４０μｍ未満を「◎」、４０μｍ以上５０μｍ未満を「〇」、５０μｍ以上を「×」と評価している。図１２に示す例は、サンプル４１～４９の全てが、無機基板３００の厚みｔ×ヤング率ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）を満たす。

図示するように、熱膨張率差の絶対値が７ｐｐｍ／Ｋ以下の場合は（サンプル４２～４９）、接合体３１０の反りの絶対値が５０μｍ以下となるため、好ましい。サンプル４７～４９は、接合体３１０単体での反りが、無機基板３００側に凸（図２におけるＺ軸負方向に凸）である。接合体３１０が接合部４００により冷却部２００に接合され、静電チャック１０が構成された場合、冷却部２００は接合体３１０より熱膨張率が大きいことが多いため、温度変化に伴い接合体３１０が板状部１００側に凸（図２におけるＺ軸正方向に凸）になるような力が発生することが多い。そのため、接合体３１０単体での反りが、無機基板３００側に凸（図２におけるＺ軸負方向に凸）であると、静電チャック１０を構成したときに、反りが抑制されるため、好ましい。すなわち、熱膨張率差が－６ｐｐｍ／Ｋ以上、０ｐｐｍ／Ｋ未満が、より好ましい。

＜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、板状部１００の第１面Ｓ１の上に対象物が保持される例を示したが、板状部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（Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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。

本開示は、以下の適用例としても実現することが可能である。
［適用例１］
対象物を保持する保持装置であって、
板状に形成される板状部と、
無機材料を主成分とし、前記板状部より熱伝導率が低く、前記板状部に接合された無機基板と、
前記無機基板に対して、前記板状部とは反対側に配置された板状の冷却部と、
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、
前記無機基板の厚みをｔ（ｍｍ）、前記無機基板のヤング率をｋ（ＧＰａ）としたとき、
ｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）
であることを特徴とする、
保持装置。
［適用例２］
適用例１に記載の保持装置であって、
前記無機基板の厚みは、０．１５（ｍｍ）以上、０．５（ｍｍ）以下であることを特徴とする、
保持装置。
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の保持装置であって、
前記板状部を構成する材料の熱膨張率と、前記無機基板を構成する前記無機材料の熱膨張率との差の絶対値が、７（ｐｐｍ／Ｋ）以下であることを特徴とする、
保持装置。
［適用例４］
適用例１から適用例３のいずれか一項に記載の保持装置であって、
前記板状部の厚みは２（ｍｍ）以上、１０（ｍｍ）以下であることを特徴とする、
保持装置。

１０…静電チャック
２０…板状部
１００…板状部
１１０…第１板状部
１１２…ガス充填部
１１４…突起部
１２０…第２板状部
１３０…吸着電極
１４０…ヒータ
２００…冷却部
２１０…冷媒流路
３００…無機基板
３１０…板状部－無機基板接合体（接合体）
４００…接合部
５００…ガス流路
Ｓ１…第１面
Ｓ２…第２面
Ｓ４…第４面

Claims (5)

1. 対象物を保持する保持装置であって、
   板状に形成される板状部と、
   無機材料を主成分とし、前記板状部より熱伝導率が低く、前記板状部に接合された無機基板と、
   前記無機基板に対して、前記板状部とは反対側に配置された板状の冷却部と、
   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、
   前記無機基板の厚みをｔ（ｍｍ）、前記無機基板のヤング率をｋ（ＧＰａ）としたとき、
   ｔ×ｋ≦１０（ＧＰａ・ｍｍ）
   であることを特徴とする、
   保持装置。
2. 請求項１に記載の保持装置であって、
   前記無機基板の厚みは、０．１５（ｍｍ）以上、０．５（ｍｍ）以下であることを特徴とする、
   保持装置。
3. 請求項１に記載の保持装置であって、
   前記板状部を構成する材料の熱膨張率と、前記無機基板を構成する前記無機材料の熱膨張率との差の絶対値が、７（ｐｐｍ／Ｋ）以下であることを特徴とする、
   保持装置。
4. 請求項２に記載の保持装置であって、
   前記板状部を構成する材料の熱膨張率と、前記無機基板を構成する前記無機材料の熱膨張率との差の絶対値が、７（ｐｐｍ／Ｋ）以下であ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、
   前記板状部の厚みは２（ｍｍ）以上、１０（ｍｍ）以下であることを特徴とする、
   保持装置。

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