JP7338674B2 - 静電チャック部材、静電チャック装置、および静電チャック部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、静電チャック部材、静電チャック装置、および静電チャック部材の製造方法に関する。

半導体製造工程では、真空環境下で半導体ウエハを保持する静電チャック装置が用いられている。静電チャック装置は、載置面に半導体ウエハ等の板状試料を載置し、板状試料と内部電極との間に静電気力を発生させて、板状試料を吸着固定する。このような静電チャック装置において、載置面が形成される誘電体基板の内部に板状試料を冷却するためのガス流路を設ける場合がある。特許文献１には、２枚のセラミック板を積層する静電チャックにおいて、セラミック板の間に配置されるスラリー層に流路を形成する構成が開示されている。特許文献２には、グリーンシートを積層して形成する静電チャック装置において、グリーンシートにパンチングや研削などの機械加工により流路形成を形成する構成が開示されている。

特開２０２１－１４１１１６号公報 特許第５９３６１６５号公報

ガス流路は、高さ寸法を大きくし過ぎると断熱層として機能し、載置面の温度の不均一を招く。特許文献１の静電チャックでは、３０μｍ以下のガス流路を形成するものであるが、１２００℃～１７００℃の比較的低温でスラリー層を焼成する必要がありスラリー層の耐電圧が不十分になるという問題がある。特許文献２の静電チャックは、グリーンシートの焼成によって形成されるため、焼成時に生じる収縮によりガス流路の高さ寸法を十分に小さくすることが困難であった。

本発明は、ガス流路の高さ寸法を抑えた静電チャック部材、静電チャック装置、および静電チャック部材の製造方法を提供することを目的の一つとする。

本発明の１つの態様の静電チャック部材は、試料を搭載する載置面が設けられ厚さ方向に積層される第１支持板および第２支持板を有する誘電体基板と、前記誘電体基板の内部に埋め込まれる吸着電極と、を備え、前記第１支持板と前記第２支持板との間には、互いに対向する面のうち少なくとも一方に設けられ他方に覆われる凹溝によって形成されるガス流路が設けられ、前記ガス流路の高さ方向の寸法は、９０μｍ以上３００μｍ以下であり、前記ガス流路の幅寸法は、５００μｍ以上３０００μｍ未満である。

上記の静電チャック部材において、前記誘電体基板は、酸化アルミニウムと炭化ケイ素の複合焼結体である構成としてもよい。

上記の静電チャック部材において、前記誘電体基板を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径は、１．６μｍ以上１０．０μｍ以下である構成としてもよい。

上記の静電チャック部材において、前記第１支持板と前記第２支持板とは、接合層を介して接合され、前記ガス流路の高さ寸法は、前記接合層の厚さ寸法と前記凹溝の深さ寸法との総和である構成としてもよい。なお、前記接合層の厚さ寸法は、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、７μｍ以上２０μｍ以下がより好ましい。

上記の静電チャック部材において、前記吸着電極は、前記第１支持板と前記第２支持板との間に配置され前記ガス流路に露出する構成としてもよい。

本発明の１つの態様の静電チャック装置は、上記の静電チャック部材と、前記静電チャック部材を前記載置面の反対側から支持する基台と、を備える。

本発明の１つの態様の静電チャック部材の製造方法は、第１支持板、第２支持板、並びに前記第１支持板および前記第２支持板の間に配置される接合層を有する誘電体基板と、前記誘電体基板の内部に埋め込まれる吸着電極と、を備える静電チャック部材の製造方法であって、前記第１支持板に凹溝を形成する凹溝形成工程と、前記第１支持板および前記第２支持板の少なくとも一方に接合層ペーストを塗布する塗布工程と、前記第１支持板と前記第２支持板とを前記接合層ペーストを介して厚さ方向に積層し、加熱しながら加圧して接合する接合工程と、を有し、前記接合工程における熱処理温度を１７００℃以上とする。

本発明の１つの態様によれば、ガス流路の高さ寸法を抑えた静電チャック部材、静電チャック装置、および静電チャック部材の製造方法が提供される。

図１は、実施形態の静電チャック装置１を示す断面模式図である。 図２は、静電チャック部材２の平面図である。 図３は、一実施形態の静電チャック部材の製造方法において、凹溝形成工程を示す図である。 図４は、一実施形態の静電チャック部材の製造方法において、塗布工程を示す図である。 図５は、一実施形態の静電チャック部材の製造方法において、接合工程を示す図である。 図６は、変形例の静電チャック部材の部分断面模式図である。

以下、本発明の静電チャック装置の各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせて表示する場合がある。
また、各図には、Ｚ軸を図示する。本明細書において、Ｚ軸は、必要に応じて載置面と直交するする方向である。また、載置面が向く方向である上面を＋Ｚ方向とする。

図１は、本実施形態の静電チャック装置１を示す断面模式図である。
静電チャック装置１は、ウエハ（試料）Ｗを搭載する載置面２ｓが設けられる静電チャック部材２と、静電チャック部材２を載置面２ｓの反対側から支持する基台３と、静電チャック部材２に電圧を付与する給電端子１６と、を備える。なお、静電チャック部材２の上面の外周部には、ウエハＷを囲むフォーカスリングが配置されていてもよい。

静電チャック部材２は、中心軸Ｃを中心とする円盤状である。静電チャック部材２は、誘電体基板１１と、誘電体基板１１の内部に埋め込まれる吸着電極１３と、を有する。静電チャック部材２は、誘電体基板１１に設けられる載置面２ｓでウエハＷを吸着する。

以下の説明においては、静電チャック装置１の各部は、静電チャック部材２に対しウエハＷを搭載する側を上側、基台３側を下側として説明される。また、静電チャック部材２は、上下方向（Ｚ軸方向）を厚さ方向とする。すなわち、静電チャック部材２、および誘電体基板１１は、載置面に直交する方向を厚さ方向とする。
なお、ここでの上下方向は、あくまで説明の簡素化のために用いる方向であって、静電チャック装置１の使用時の姿勢を限定するものではない。

誘電体基板１１は、平面視で円形の板状である。誘電体基板１１には、ウエハＷが載置される載置面２ｓが設けられる。載置面２ｓには、例えば複数の突起部（図示略）が所定の間隔で形成されている。載置面２ｓは、複数の突起部の先端部でウエハＷを支持する。

誘電体基板１１は、第１支持板１１ａと、第２支持板１１ｂと、第３支持板１１ｃと、接合層１１ｄと、を有する。第１支持板１１ａ、第２支持板１１ｂ、および第３支持板１１ｃは、載置面２ｓに沿って延びる板状である。第１支持板１１ａ、第２支持板１１ｂ、および第３支持板１１ｃは、下側から上側に向かってこの順で厚さ方向に積層される。また、接合層１１ｄは、第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとの間に配置される。第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとは、接合層１１ｄを介して接合される。なお、接合層１１ｄは、第２支持板１１ｂと第３支持板１１ｃとの間にも、設けられていてもよい。さらに、誘電体基板１１は、接合層１１ｄを有していなくてもよい。この場合、第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとは、直接的に接合される。

誘電体基板１１を構成する第１支持板１１ａ、第２支持板１１ｂ、第３支持板１１ｃ、および接合層１１ｄは、機械的に十分な強度を有し、かつ腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性を有する複合焼結体からなる。誘電体基板１１を構成する誘電体材料としては、機械的な強度を有し、しかも腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性を有するセラミックスが好適に用いられる。誘電体基板１１を構成するセラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）－炭化ケイ素（ＳｉＣ）複合焼結体などが好適に用いられる。

特に、高温での誘電特性、高耐食性、耐プラズマ性、耐熱性の観点から、誘電体基板１１は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）－炭化ケイ素（ＳｉＣ）の複合焼結体であることが好ましい。また、後述するように、誘電体基板１１は、複数の支持板１１ａ、１１ｂを、接合層１１ｄを介して接合することで形成される。誘電体基板１１を酸化アルミニウムと炭化ケイ素との複合焼結体とすることで、支持板同士の接合温度を高め易く、これにより絶縁性物質である酸化アルミニウムの粒径を成長させて耐電圧を高めることができる。すなわち、誘電体基板１１として酸化アルミニウムと炭化ケイ素との複合焼結体とすることで、耐電圧を高め易い。

本実施形態において、接合層１１ｄを構成する材料における複合材料の構成は、第１支持板１１ａおよび第２支持板１１ｂを構成する複合材料の構成と異なっていてもよい。後述するように、接合層１１ｄを構成する材料の熱伝導率は、第１支持板１１ａおよび第２支持板１１ｂの熱伝導率より高いことが好ましい。一例として、第１支持板１１ａ、第２支持板１１ｂ、および接合層１１ｄが、同材料（例えば、酸化アルミニウム－炭化ケイ素複合焼結体）から構成される場合、接合層１１ｄにおける導電性物質（例えば、炭化ケイ素）の比率を、第１支持板１１ａ、および第２支持板１１ｂの導電性物質の比率より高めることで、接合層１１ｄの熱伝導率を高めることができる。

誘電体基板１１の第１支持板１１ａ、第２支持板１１ｂ、第３支持板１１ｃ、および接合層１１ｄを構成する絶縁性物質（例えば、酸化アルミニウム）の平均一次粒子径は、０．５μｍ以上１０．０μｍ以下であることが好ましく、１．６μｍ以上６．０μｍ以下であることがより好ましい。

誘電体基板１１を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径が０．５μｍ以上であれば、充分な耐電圧性を得ることができる。一方、誘電体基板１１を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径が１０．０μｍ以下（より好ましくは、６．０μｍ以下）であれば、研削等の加工性がよく、後述する凹溝の形成を容易に行うことができる。さらに、絶縁性物質の平均一次粒子径を１０．０μｍ以下とすることで、後述するガス流路６０内の伝熱ガスＧに対する誘電体基板１１の熱交換効率を十分に確保することができる。

なお、誘電体基板１１を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径の測定方法は、次の通りである。日本電子社製の電解放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）で、誘電体基板１１の厚さ方向の切断面を観察し、インターセプト法により絶縁性物質２００個の粒子径の平均を平均一次粒子径とする。なお、サンプルの切断面は、回転する円盤状の砥石を用いてサンプルを厚さ方向に切断することで形成する。また、各評価において、サンプルの切断方法は同様である。

誘電体基板１１には、第１ガス孔６７と第２ガス孔６８とガス流路６０とが設けられる。ガス流路６０は、載置面２ｓの平面方向に沿って延びる。第１ガス孔６７は、ガス流路６０から下側に延びる。一方で、第２ガス孔６８は、ガス流路６０から上側に延びて載置面２ｓに開口する。第１ガス孔６７と第２ガス孔６８とは、ガス流路６０を介して互いに連通している。第１ガス孔６７、ガス流路６０、および第２ガス孔６８には、伝熱ガスＧが流れる。

伝熱ガスＧは、例えばＨｅ等の冷却用のガスである。伝熱ガスＧは、第１ガス孔６７を通過してガス流路６０に流入する。ガス流路６０を通過する伝熱ガスＧは、静電チャック部材２を冷却する。さらに、ガス流路６０の伝熱ガスＧは、第２ガス孔６８から載置面２ｓに供給され、載置面２ｓに搭載されるウエハＷを冷却する。

ガス流路６０は、第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとの間に設けられる。本実施形態の第１支持板１１ａは、第２支持板１１ｂ側（すなわち、上側）を向く第１対向面１２ａを有する。同様に、第２支持板１１ｂは、第１支持板１１ａ側（すなわち、下側）を向く第２対向面１２ｂを有する。第１対向面１２ａと第２対向面１２ｂとは、接合層１１ｄを介して互いに対向する。第２対向面１２ｂには、第１対向面１２ａに覆われる凹溝６０Ａが設けられる。ガス流路６０は、凹溝６０Ａと第１対向面１２ａとによって囲まれる空間に形成される。

なお、本実施形態では、第２支持板１１ｂの第２対向面１２ｂに凹溝６０Ａが設けられる場合について説明したが、第１支持板１１ａの第１対向面１２ａに凹溝６０Ａが設けられていてもよいし、第１対向面１２ａと第２対向面１２ｂの両方に互いに重なる凹溝６０Ａが設けられていてもよい。すなわち、ガス流路６０は、第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとの間で互いに対向する面のうち少なくとも一方に設けられ他方に覆われる凹溝によって形成されていればよい。

なお、本実施形態の誘電体基板１１は、複数の支持板が厚さ方向に積層されて構成されており、吸着電極１３とガス流路６０とは異なる支持板の間に配置される。しかしながら、吸着電極１３とガス流路６０とは、同じ支持板の間に配置されていてもよい。すなわち、吸着電極１３とガス流路６０とは、ともに、第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとの間に配置されていてもよい。

図２は、静電チャック部材２の平面図である。
本実施形態のガス流路６０は、静電チャック部材２の中心軸Ｃを中心として円環状に延びる。本実施形態の誘電体基板１１には、２つのガス流路６０が設けられる。複数のガス流路６０は、同心円状に配置される内周流路６１と外周流路６２とを含む。

複数の第１ガス孔６７は、周方向に沿って等間隔に配置される。同様に、複数の第２ガス孔６８は、周方向に沿って等間隔に配置される。第１ガス孔６７と第２ガス孔６８とは、１つのガス流路６０の経路において周方向に交互に配置される。

図１に示すように、本実施形態のガス流路６０は、横断面が略台形状である。ガス流路６０の内側面は、底面部６０ａと、天面部６０ｂと、一対の側面部６０ｃ、６０ｄと、を有する。

底面部６０ａおよび天面部６０ｂは、載置面２ｓと略平行に延びる平面である。底面部６０ａは、載置面２ｓと同方向（上側）を向く。天面部６０ｂは、載置面２ｓと反対方向（下側）を向く。天面部６０ｂは、底面部６０ａと対向する。底面部６０ａは、第１支持板１１ａに設けられる。天面部６０ｂは、第２支持板１１ｂに設けられる。

一対の側面部６０ｃ、６０ｄは、底面部６０ａと天面部６０ｂとを繋ぐ。側面部６０ｃ、６０ｄは、第２支持板１１ｂと接合層１１ｄとに跨って設けられる。すなわち、側面部６０ｃ、６０ｄの少なくとも一部は、接合層１１ｄに設けられる。

本実施形態において、ガス流路６０を構成する凹溝６０Ａは、開口側に向かうに従い幅寸法Ｌを大きくする。したがって、本実施形態の一対の側面部６０ｃ、６０ｄは、開口側に向かうに従い互いに離間する。

ガス流路６０の高さ寸法Ｄ（厚さ方向に沿う寸法であり、底面部６０ａと天面部６０ｂとの距離寸法）は、９０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。ガス流路６０の高さ寸法Ｄが９０μｍ未満である場合、ガス流路６０を形成した後にガス流路６０内に残留するパーティクルを除去するための洗浄で、ガス流路６０内に水又は洗浄液を流すことが困難となる。このため、ガス流路６０に伝熱ガスＧを流動させた際にパーティクルがウエハＷ側に噴出する虞が生じる。このため、ガス流路６０の高さ寸法Ｄは、９０μｍ以上であることが好ましい。また、ガス流路６０の高さ寸法Ｄが３００μｍを超える場合、ガス流路６０が断熱層として機能して、静電チャック部材２の載置面２ｓの均熱性を保ちづらくなる虞がある。このため、ガス流路６０の高さ寸法Ｄは、３００μｍ以下であることが好ましい。

本実施形態の第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとは、接合層１１ｄを介して接合される。このため、ガス流路６０の高さ寸法Ｄは、接合層１１ｄの厚さ寸法ｄ２と凹溝６０Ａの深さ寸法ｄ１との総和である。本実施形態によれば、ガス流路６０の高さ寸法Ｄを、接合層１１ｄの厚さ寸法ｄ２と凹溝６０Ａの深さ寸法ｄ１とで確保することができるため、ガス流路６０の断面積を確保しやすい。

本実施形態において、接合層１１ｄの厚さ寸法ｄ２は、５μｍ以上３０μｍ以下、さらに７μｍ以上２０以下であることがより好ましい。接合層１１ｄの厚さ寸法ｄ２を大きくしすぎると、接合層１１ｄの形成時の膜厚の均一性を確保し難くなり、ガス流路６０の高さ寸法Ｄが不安定となり伝熱ガスＧによる冷却効果が不均一となる虞がある。また、接合層１１ｄの厚さ寸法ｄ２を大きくしすぎると、第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとを積層して加圧する際に、接合層１１ｄの一部がガス流路６０側に変形、および浸入してガス流路６０を埋め込んでしまう虞がある。このため、接合層１１ｄの厚さ寸法ｄ２を５μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。

なお、ガス流路６０の底面部６０ａおよび天面部６０ｂは、それぞれ第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとを積層して加圧する際に他方側に変形する場合がある。この場合、ガス流路６０の高さ寸法Ｄは、ガス流路６０の幅方向中央において最も小さくなる。本明細書におけるガス流路６０の高さ寸法Ｄとは、ガス流路６０の高さ寸法Ｄが幅方向に沿って変化する場合であっても、最も大きい部分の寸法であるとする。

ガス流路６０の幅寸法Ｌは、５００μｍ以上３０００μｍ未満であることが好ましい。ガス流路６０の幅寸法Ｌを５００μｍ未満とする場合、ガス流路６０内に水又は洗浄液を流すことが困難となる。このため、ガス流路６０の幅寸法Ｌは、５００μｍ以上とすることが好ましい。また、ガス流路６０の幅寸法Ｌが３０００μｍ以上である場合、第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとを積層して加圧する際に発生する底面部６０ａおよび天面部６０ｂの変形が顕著になり、ガス流路６０の断面積を著しく小さくする虞がある。このため、ガス流路６０の幅寸法Ｌは、３０００μｍ未満であることが好ましい。

本実施形態のガス流路６０は、天面部６０ｂから底面部６０ａに向かうに従い幅寸法Ｌが大きくなる。本明細書において、ガス流路６０の幅寸法Ｌは、ガス流路６０の幅寸法Ｌが高さ方向に沿って変化する場合であっても、最も大きい部分の寸法であるとする。したがって、本実施形態の幅寸法Ｌは、底面部６０ａの幅方向の寸法である。

一対の側面部６０ｃ、６０ｄのうち、一方はガス流路６０の内周側に配置される内周側面部６０ｃであり、他方は外周側に配置される外周側面部６０ｄである。したがって、内周側面部６０ｃは、中心軸Ｃの径方向外側を向き、外周側面部６０ｄは、中心軸Ｃの径方向内側を向く。内周側面部６０ｃおよび外周側面部６０ｄは、ともに厚さ方向に対して傾斜する。したがって、内周側面部６０ｃおよび外周側面部６０ｄは、静電チャック部材２の中心軸Ｃを中心とする円錐面である。

内周側面部６０ｃが厚さ方向に対し傾斜することで、ガス流路６０の高さ寸法Ｄは、ガス流路６０の幅中央から静電チャック部材２の径方向内側に向かうに従い徐々に小さくなる。このため、ガス流路６０中に流れる伝熱ガスＧの冷却効果は、ガス流路６０の中央から静電チャック部材２の径方向内側に向かうに従い徐々に弱まる。同様に、外周側面部６０ｄが厚さ方向に対し傾斜することで、ガス流路６０の高さ寸法Ｄは、ガス流路６０の幅中央から静電チャック部材２の径方向外側に向かうに従い徐々に小さくなる。このため、ガス流路６０中に流れる伝熱ガスＧの冷却効果は、ガス流路６０の中央から静電チャック部材２の径方向外側に向かうに従い徐々に弱まる。本実施形態によれば、ガス流路６０が設けられる領域とガス流路６０が設けられない領域との境界部分において、伝熱ガスＧによる冷却効率を徐々に弱めることができる。このため、ガス流路６０が設けられる領域とガス流路６０が設けられない領域との境界部分で急激な温度勾配が生じにくい。結果的に、載置面２ｓに搭載されるウエハＷの温度分布の不均一を抑制することができる。

本実施形態によれば、ガス流路６０は、円環状に延びる。このため、ウエハＷが円板状である場合に、ウエハＷを搭載する載置面２ｓをウエハＷの中心軸Ｃ周りに環状に冷却することができウエハＷの温度分布を均一にしやすい。

図１に示すように、吸着電極１３は、誘電体基板１１の内部に埋め込まれる。吸着電極１３は、誘電体基板１１の載置面２ｓに沿って板状に延びる。吸着電極１３は、電圧を印加されることで、誘電体基板１１の載置面２ｓにウエハＷを保持する静電吸着力を生じさせる。

吸着電極１３は、絶縁性物質と導電性物質の複合体から構成される。吸着電極１３に含まれる絶縁性物質は、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化イットリウム（ＩＩＩ）（Ｙ_２Ｏ_３）、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）およびＳｍＡｌＯ_３からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。吸着電極１３に含まれる導電性物質は、炭化モリブデン（Ｍｏ_２Ｃ）、モリブデン（Ｍｏ）、炭化タングステン（ＷＣ）、タングステン（Ｗ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、タンタル（Ｔａ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、カーボンブラック、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。

吸着電極１３には、吸着電極１３に直流電圧を印加するための給電端子１６が接続されている。給電端子１６は、吸着電極１３から下側に向かって延びる。給電端子１６は、基台３、および誘電体基板１１の一部を厚さ方向に貫通する端子用貫通孔１７の内部に挿入されている。給電端子１６の外周側には、絶縁性を有する端子用碍子２３が設けられる。すなわち、給電端子１６は、端子用碍子２３の挿通孔１５に挿入される。端子用碍子２３は、金属製の基台３と給電端子１６とを絶縁する。

給電端子１６は、外部の電源２１に接続されている。電源２１は、吸着電極１３に電圧を付与する。給電端子１６の数、形状等は、吸着電極１３の形態、すなわち単極型か、双極型かにより決定される。

基台３は、静電チャック部材２を下側から支持する。基台３は、平面視で円板状の金属部材である。基台３を構成する材料は、熱伝導性、導電性、加工性に優れた金属、またはこれらの金属を含む複合材であれば特に制限されるものではない。基台３を構成する材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン（Ｔｉ）等の合金が好適に用いられる。基台３を構成する材料は、熱伝導性、導電性、加工性の観点からアルミニウム合金が好ましい。基台３における少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理またはポリイミド系樹脂による樹脂コーティングが施されていることが好ましい。また、基台３の全面が、前記のアルマイト処理または樹脂コーティングが施されていることがより好ましい。基台３にアルマイト処理または樹脂コーティングを施すことにより、基台３の耐プラズマ性が向上するとともに、異常放電が防止される。したがって、基台３の耐プラズマ安定性が向上し、また、基台３の表面傷の発生も防止することができる。

基台３の躯体は、プラズマ発生用内部電極としても機能をも有する。基台３の躯体は、図示略の整合器を介して外部の高周波電源２２に接続されている。

基台３は、接着剤によって静電チャック部材２に固定されている。すなわち、静電チャック部材２と基台３との間には、静電チャック部材２と基台３とを互いに接着する接着層５５が設けられる。接着層５５の内部には、静電チャック部材２を加熱するヒータが埋め込まれていてもよい。

基台３および接着層５５には、これらを上下に貫通するガス導入孔３０が複数設けられている。ガス導入孔３０は、載置面２ｓに開口する。ガス導入孔３０は、図示を省略するガス供給装置に繋がる。ガス導入孔３０は、静電チャック部材２の第１ガス孔６７に繋がる。ガス導入孔３０は、第１ガス孔６７に伝熱ガスＧを供給する。ガス導入孔３０は、筒状の碍子２４に囲まれる。碍子２４の外周面は、例えば接着剤などによって基台３に固定される。

次に、本実施形態の静電チャック部材２の製造方法について説明する。本実施形態の静電チャック部材２の製造方法は、支持板準備工程、第１接合工程、第２接合工程、ガス孔形成工程、および端子接続工程を有する。

支持板準備工程は、第１支持板１１ａ、第２支持板１１ｂ、および第３支持板１１ｃを準備する工程である。以下の説明では、第１支持板１１ａ、第２支持板１１ｂ、および第３支持板１１ｃの形成材料が酸化アルミニウム－炭化ケイ素（Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＣ）複合焼結体であることとする。

支持板準備工程では、炭化ケイ素粉末および酸化アルミニウム粉末を含む混合粉末を所望の形状に成形し、その後、例えば１６００℃～２０００℃の温度、非酸化性雰囲気、好ましくは不活性雰囲気下にて所定時間、焼成することにより、第１支持板１１ａ、第２支持板１１ｂ、および第３支持板１１ｃを得ることができる。

第１接合工程は、第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとを互いに接合するとともに支持板間にガス流路６０を形成する工程である。第１接合工程の予備工程として第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂの互いに接合される面には、研磨が施される。ガス流路形成工程は、凹溝形成工程と、塗布工程と、接合工程と、を有する。すなわち、静電チャック部材２の製造方法は、凹溝形成工程と、塗布工程と、接合工程と、を有する。

図３に示すように凹溝形成工程では、第２支持板１１ｂに凹溝６０Ａを形成する。凹溝６０Ａは、ブラスト加工やロータリー加工によって形成することができる。ロータリー加工とは、加工対象である第２支持板１１ｂを中心軸Ｃ周りに回転させながら工具を加工面に押し当てて凹溝６０Ａを加工する加工方法である。ロータリー加工を採用する場合、短時間で安定した形状の凹溝６０Ａを形成することができ、安価に静電チャック部材２を製造できる。また、ロータリー加工では、凹溝６０Ａの加工時に、工具を加工面から徐々に離間させることで容易に傾斜する側面部６０ｃ、６０ｄを形成することができる。一方で、ブラスト加工を採用する場合、凹溝６０Ａの深さ寸法ｄ１を精密に制御することができ、高さ寸法Ｄの安定したガス流路６０を形成し易い。

本実施形態では、第２支持板１１ｂのみに凹溝６０Ａを形成する場合について説明した。しかしながら、凹溝６０Ａは、第１支持板１１ａのみに凹溝６０Ａを形成してもよいし、第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとにそれぞれ凹溝６０Ａを形成してもよい。すなわち、凹溝形成工程は、第１支持板１１ａ又は第２支持板１１ｂのうち少なくとも一方に凹溝６０Ａを設ける工程であればよい。なお、第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとにそれぞれ凹溝６０Ａを形成する場合、第１支持板１１ａおよび第２支持板１１ｂの凹溝６０Ａは、厚さ方向からみて互いに重なり合う。この構成を採用する場合、形成されるガス流路６０の高さ方向Ｄの寸法を大きくし易い。

図４に示す塗布工程では、まず、第１支持板１１ａおよび第２支持板１１ｂと同一組成または主成分が同一の粉末材料を含む接合層ペースト１１ｄＡを用意する。次いで、第２支持板１１ｂにおいて、凹溝６０Ａを形成した面の凹溝６０Ａ以外に接合層ペースト１１ｄＡを塗布する。なお、本実施形態では、第２支持板１１ｂに接合層ペースト１１ｄＡを塗布する場合について説明したが、第１支持板１１ａに接合層ペースト１１ｄＡを塗布してもよい。すなわち、塗布工程は、第１支持板１１ａおよび第２支持板１１ｂの少なくとも一方に接合層ペースト１１ｄＡを塗布する工程であればよい。

図５に示す接合工程では、第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとを接合層ペースト１１ｄＡを介して厚さ方向に積層し、高温、高圧下にてホットプレスして一体化する。このホットプレスにおける雰囲気は、真空、あるいはＡｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等の不活性雰囲気が好ましい。また、圧力は１ＭＰａ～５０ＭＰａ以下が好ましく５ＭＰａ～２０ＭＰａであることがより好ましい。熱処理温度は１６００℃～１９００℃であることが好ましく、１６５０℃～１８５０℃がより好ましい。

接合工程のホットプレスにより、接合層ペースト１１ｄＡは焼成、固化されて接合層１１ｄが形成されるとともに接合層１１ｄを介して第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとが接合一体化される。なお、以下の説明において、第１接合工程によって接合一体化された第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとの接合体を、接合支持板１１Ａと呼ぶ。

接合工程における熱処理温度を１７００℃以上とすることで、接合工程において焼成される接合層１１ｄにおいて絶縁性物質（例えば、酸化アルミニウム）の粒径を十分に成長させて平均一次粒子径を１．６μｍ以上とすることができ、接合層１１ｄの耐電圧性を十分に確保することができる。

本実施形態では、第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとが、接合層１１ｄを介して接合される。しかしながら、第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂとは、直接的に接合されていてもよい。この場合、第１支持板１１ａと第２支持板１１ｂの互いに対向する面を研磨したのちに上述の接合工程を行うことが好ましい。

第２接合工程は、第３支持板１１ｃと接合支持板１１Ａとを互いに接合するとともに、支持板間に吸着電極１３を形成する工程である。第２接合工程の予備工程として第３支持板１１ｃと接合支持板１１Ａの互いに接合される面には、研磨が施される。第２接合工程では、まず第３支持板１１ｃ又は接合支持板１１Ａの何れか一方の一面に、導電性セラミックスなどの導電材料のペーストを塗布するとともに、上記導電材料の塗膜を形成した領域以外に接合層ペーストを塗布する。次いで、第３支持板１１ｃおよび接合支持板１１Ａを、ペーストを塗布した面を挟んで重ね合わせ、高温、高圧下にてホットプレスして一体化する。このホットプレスにより、導電材料のペーストが焼成されて吸着電極１３となるとともに、第３支持板１１ｃと接合支持板１１Ａとが接合一体化される。

ガス孔形成工程は、第１支持板１１ａ、第２支持板１１ｂ、および第３支持板１１ｃを接合した接合体に、第１ガス孔６７、および第２ガス孔６８を形成して、ガス流路６０を外部に開口させる工程である。ガス孔形成工程が行われた後には、洗浄工程が行われる。洗浄工程では、第１ガス孔６７、又は第２ガス孔６８から水又は洗浄液を流入させ、ガス流路６０内のパーティクルを洗い流す。

端子接続工程は、第１支持板１１ａ、第２支持板１１ｂ、および第３支持板１１ｃを接合した接合体に貫通孔を設け当該貫通孔に給電端子１６を配置するとともに給電端子と吸着電極１３を接合する工程である。
静電チャック部材２は、以上の工程を経ることで製造される。また、製造された静電チャック部材２は、端子用碍子２３および伝熱ガスＧの流路用の碍子２４を設けた基台３に搭載されて静電チャック装置１を構成する。

（変形例）
図６は、変形例の静電チャック部材１０２の部分断面模式図である。
上述の実施形態と同様に、静電チャック部材１０２は、誘電体基板１１１と、誘電体基板１１１の内部に埋め込まれる吸着電極１１３と、を備える。誘電体基板１１１の内部には、ガス流路６０が設けられる。

本変形例の誘電体基板１１１は、第１支持板１１１ａと第２支持板１１１ｂと接合層１１１ｄとを有する。本変形例の静電チャック部材１０２において、吸着電極１１３とガス流路６０とは、ともに第１支持板１１１ａと第２支持板１１１ｂとの間に配置される。すなわち、本変形例において、吸着電極１１３とガス流路６０とは、同一平面上に配置される。吸着電極１１３は、ガス流路６０に露出する。本変形例によれば、ガス流路６０中を流れる伝熱ガスＧによって吸着電極１１３を冷却することができ、静電チャック部材１０２の性能を安定させることができる。また、本変形例の吸着電極１１３は、ガス流路６０と同一平面上に配置されるため、ガス流路６０とともに、第１支持板１１１ａと第２支持板１１１ｂとの間に形成することができる。このため、製造方法が必要以上に煩雑となることを抑制することができる。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。ここでは、本発明の優位性を確認するために、第１試験と第２試験とを行った。

［第１試験］
第１試験として、絶縁性を十分に確保できる接合層を形成するための適切な熱処理温度を確認する試験を行った。

（サンプルの作製）
以下の工程を経て第１試験の実施例１、実施例２、比較例１、比較例２のサンプルを作製した。
まず、９１質量％の酸化アルミニウム粉末と、９質量％の炭化ケイ素粉末との混合粉末を成型、焼結し、円盤状の酸化アルミニウム－炭化ケイ素複合焼結体からなる一対のセラミックス板（第１支持板１１ａ、および第２支持板１１ｂに相当）を作製した。

次いで、一対のセラミック板において接合層１１ｄと接する面に研磨加工を施し、算術平均粗さ（Ｒａ）を０．２μｍとした。次いで、スクリーン印刷法により、一方のセラミックス板の研磨面に導電層形成用ペーストと接合層ペースト１１ｄＡとを塗布した。

導電層形成用ペーストとしては、酸化アルミニウム粉末と炭化モリブデン粉末を、イソプロピルアルコールに分散させたものを用いた。導電層形成用ペーストにおける酸化アルミニウム粉末の含有量を２５質量％とし、炭化モリブデン粉末の含有量を２５質量％とした。

接合層ペースト１１ｄＡとしては、平均一次粒子径が２．０μｍの酸化アルミニウム粉末を、イソプロピルアルコールに分散させたものを用いた。接合層ペースト１１ｄＡにおける酸化アルミニウム粉末の含有量を５０質量％とした。

次いで、導電層形成用ペーストおよび接合層ペースト１１ｄＡを介して一対のセラミックス板の研磨面同士を向かい合わせにして、一対のセラミックス板を厚さ方向に積層した。次いで、この積層体を、アルゴン雰囲気下、加熱しながら、厚さ方向に加圧して接合一体化する接合工程を行った。接合工程を経ることで、接合層ペースト１１ｄＡが焼成され接合層１１ｄが形成される。接合工程においては、加圧力を１０ＭＰａ、熱処理および加圧する時間を２時間とした。

接合工程の熱処理温度は、実施例１、実施例２、比較例１、および比較例２のサンプルで、互いに異ならせている。各サンプルの接合工程における熱処理については、後段の表１にまとめて記す。

（平均一次粒子径の測定）
作製した各サンプルの接合層１１ｄについて、絶縁性物質（Ａｌ_２Ｏ_３）の平均一次粒子径の測定を行った。接合層１１ｄを構成する絶縁性物質の平均一次粒子径は、日本電子社製の電解放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）で、切断面を観察し、インターセプト法により絶縁性物質２００個の粒子径の平均を平均一次粒子径とした。測定結果を、後段の表1にまとめて記す。

（絶縁性評価）
作製した各サンプルの絶縁性を評価した。作製したサンプルの接合体の側面（セラミックス板の厚さ方向の側面）において、一対のセラミックス板、導電層、および接合層に接するようにカーボンテープを貼付した。次いで、一方のセラミックス板を、その厚さ方向に貫通し導電層に至る貫通電極を形成した。さらに、カーボンテープと貫通電極を介して、接合体に電圧を印加し、接合体が絶縁破壊する電圧を測定した。具体的には、３０００Ｖの電圧を印加した状態でＲＦ電圧を印加し１０分保持し、その後５００Ｖずつ徐々に電圧を印加して、１０分保持し、測定した電流値が０．１ｍＡ（ミリアンペア）を超えたところを絶縁破壊とした。測定結果を、後段の表1にまとめて記す。

表１に示す結果から、接合工程におい蹴る熱処理温度を１７００℃以上とすることで、接合層１１ｄの絶縁性物質の平均一次粒子径を１．６μｍ以上に成長させることができ、静電チャック部材の絶縁性を高めることができることが確認された。なお、一対のセラミック板に含まれる絶縁性物質の平均一次粒子径は複合層１１ｄの絶縁性物質の平均一次粒子径よりも大きくなる。これは、セラミック板は複合層１１ｄよりも多くの熱処理を経ることで、絶縁性物質の粒径がより成長し易いためである。

［第２試験］
第２試験として、洗浄を安定的に行うことができるガス流路６０の形状を確認する試験を行った。

（サンプルの作製）
以下の工程を経て第１試験の実施例３～９、比較例３～１０の各サンプルを作製した。
まず、９１質量％の酸化アルミニウム粉末と、９質量％の炭化ケイ素粉末との混合粉末を成型、焼結し、円盤状の酸化アルミニウム－炭化ケイ素複合焼結体からなる一対のセラミックス板（第１支持板１１ａ、および第２支持板１１ｂに相当）を作製した。

次いで、一対のセラミック板において接合層１１ｄと接する面に研磨加工を施し、算術平均粗さ（Ｒａ）を０．２μｍとした。さらに、一部のサンプルには、一対のセラミック板のうち一方の研磨面にブラスト加工、又はロータリー加工によって凹溝６０Ａを形成した。凹溝６０Ａの深さ寸法ｄ１は、各サンプルで互いに異ならせている。各サンプルについて、凹溝６０Ａの形成の有無、凹溝６０Ａの形成方法、凹溝６０Ａの深さ寸法ｄ１については、後段の表２にまとめて記す。

次いで、スクリーン印刷法により、一方のセラミックス板の研磨面に接合層ペースト１１ｄＡを塗布した。接合層ペースト１１ｄＡとしては、平均一次粒子径が２．０μｍの酸化アルミニウム粉末を、イソプロピルアルコールに分散させたものを用いた。接合層ペースト１１ｄＡにおける酸化アルミニウム粉末の含有量を５０質量％とした。凹溝６０Ａを形成しないサンプルについても、接合層ペースト１１ｄＡを設けない部分を用いて接合層ペースト１１ｄＡの塗布厚さに相当する深さを有する凹溝を形成した。接合層ペースト１１ｄＡの塗布厚さは、各サンプルで互いに異ならせている。接合層ペースト１１ｄＡの塗布厚さについては、後段の表２にまとめて記す。

次いで、接合層ペースト１１ｄＡを介して一対のセラミックス板の研磨面同士を向かい合わせにして、一対のセラミックス板を厚さ方向に積層した。次いで、この積層体を、アルゴン雰囲気下、加熱しながら、厚さ方向に加圧して接合一体化する接合工程を行った。接合工程を経ることで、接合層ペースト１１ｄＡが焼成され接合層１１ｄが形成される。接合工程においては、加圧力を１０ＭＰａ、熱処理温度を１７００℃とし、熱処理および加圧する時間を２時間とした。これらの工程を経ることで、一対のセラミック板の間には、凹溝６０Ａおよび接合層ペースト１１ｄＡによって構成されるガス流路６０が形成される。なお、ガス流路６０の平面視形状は、図２に示す形状と略同じであり円環状である。次いで、ガス流路６０に繋がる複数の第１ガス孔６７と複数第２ガス孔６８とを形成する。第１ガス孔６７、および第２ガス孔６８の配置は、図２と同様である。これにより、第１ガス孔６７、ガス流路６０、および第２ガス孔６８が互いに連通する。

（ガス流路の寸法測定）
作製した各サンプルのガス流路６０の高さ寸法Ｄ、および幅寸法Ｌをそれぞれ測定した。高さ寸法Ｄ、および幅寸法Ｌは、公知の方法で各サンプルを切断して観察面を研磨加工してガス流路６０を露出させた観察サンプルを作製した。顕微鏡（デジタルマイクロスコープ：ＶＨＸ－９００：キーエンス社製）を用いて観察し各部の寸法を測定した。測定結果は後段の表２にまとめて記す。なお、顕微鏡での観察時において、ガス流路６０に顕著な潰れが生じていた場合、目視判定として×とし、ガス流路６０の形状が維持されている場合目視判定として〇として表２にまとめて記す。特に、比較例１０のサンプルについては、ガス流路６０の潰れが顕著であったためガス流路６０の寸法測定が困難であった。

（ガス流路の洗浄試験）
作製した各サンプルのガス流路６０について洗浄が可能か否かについて評価した。静電チャック部材２は、ガス流路６０を形成した後にガス流路６０に水を流してガス流路６０を洗浄する。ガス流路６０の潰れが顕著である場合、ガス流路６０の断面積が小さくなりガス流路６０に純水を流し難く洗浄を適切に行うことができない。ここでは、水圧を０．１６ＭＰａとして複数の第１ガス孔６７からそれぞれ純水をガス流路６０内に噴射し、第２ガス孔６８から流出する純水の流量を測定する。測定結果は後段の表２にまとめて記す。なお、比較例１０のサンプルについては、目視判定におけるガス流路６０の中央部からの潰れが顕著であったため、洗浄試験を実施していない。

表２において、「Ａ～Ｂ」のように範囲指定した数値を記載して物は、取得した複数のデータの数値範囲を記載したものである。
表２の洗浄試験の結果において、「Ｎ．Ｄ」は、未検出(not detected)を表す。
表２の洗浄試験の結果において、比較例９、実施例３～実施例９の水量は、ガス流路の断面積に必ずしも比例しない。これは断面形状が水の流れ易さに影響したものと考えられる。

表２に示すように、ガス流路６０の高さ寸法Ｄを９０μｍ以上３００μｍ以下であり、幅寸法Ｌを５００μｍ以上とすることで、洗浄試験時に十分な流量をガス流路６０内に流すことができ、ガス流路６０を適切に洗浄できることが確認された。また、ガス流路６０の幅寸法Ｌが３０００μｍである比較例１０では、接合工程におけるガス流路６０の底面部６０ａ又は天面部６０ｂの変形が顕著となりガス流路６０が目視で潰れてはしまっていた。これにより、ガス流路６０の幅寸法Ｌは、３０００μｍ未満が好ましいことについて確認された。

以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

例えば、上述の実施形態および変形例では、静電チャック部材が１つの電極（吸着電極）のみを有する場合に説明した。しかしながら、静電チャック部材は、ヒータ電極、ＲＦ（Radio Frequency、高周波）電極などの他の電極をさらに有していてもよい。

１…静電チャック装置、２，１０２…静電チャック部材、２ｓ…載置面、３…基台、１１，１１１…誘電体基板、１１ａ…支持板、１１ａ，１１１ａ…第１支持板、１１ｂ，１１１ｂ…第２支持板、１１ｄ，１１１ｄ…接合層、１１ｄＡ…接合層ペースト、１３，１１３…吸着電極、６０…ガス流路、６０Ａ…凹溝、Ｄ…高さ寸法、Ｄ…高さ方向、ｄ１…深さ寸法、ｄ２…厚さ寸法、Ｌ…幅寸法、Ｗ…ウエハ（試料）

Claims (7)

1. 試料を搭載する載置面が設けられ厚さ方向に積層される第１支持板および第２支持板を有する誘電体基板と、
   前記誘電体基板の内部に埋め込まれる吸着電極と、を備え、
   前記第１支持板と前記第２支持板との間には、互いに対向する面のうち少なくとも一方に設けられ他方に覆われる凹溝によって形成されるガス流路が設けられ、
   前記ガス流路の高さ方向の寸法は、９０μｍ以上３００μｍ以下であり、
   前記ガス流路の幅寸法は、５００μｍ以上３０００μｍ未満である、
   静電チャック部材。
2. 前記誘電体基板は、酸化アルミニウムと炭化ケイ素の複合焼結体である、
   請求項１に記載の静電チャック部材。
3. 前記誘電体基板は、前記第１支持板と前記第２支持板との間に配置される接合層を有し、
   前記接合層を構成する絶縁性物質の平均一次粒子径は、１．６μｍ以上１０．０μｍ以下である、
   請求項２に記載の静電チャック部材。
4. 前記第１支持板と前記第２支持板とは、接合層を介して接合され、
   前記ガス流路の高さ寸法は、前記接合層の厚さ寸法と前記凹溝の深さ寸法との総和である、
   請求項１～３の何れか一項に記載の静電チャック部材。
5. 前記吸着電極は、前記第１支持板と前記第２支持板との間に配置され前記ガス流路に露出する、
   請求項１～４の何れか一項に記載の静電チャック部材。
6. 請求項１～５の何れか一項に記載の静電チャック部材と、
   前記静電チャック部材を前記載置面の反対側から支持する基台と、を備える、
   静電チャック装置。
7. 請求項１～５の何れか一項に記載の静電チャック部材の製造方法であって、
   前記誘電体基板は、前記第１支持板と前記第２支持板との間に配置される接合層を有し、
   前記第１支持板に凹溝を形成する凹溝形成工程と、
   前記第１支持板および前記第２支持板の少なくとも一方に接合層ペーストを塗布する塗布工程と、
   前記第１支持板と前記第２支持板とを前記接合層ペーストを介して厚さ方向に積層し、加熱しながら加圧して接合する接合工程と、を有し、
   前記接合工程における熱処理温度を１７００℃以上とする、
   静電チャック部材の製造方法。

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