JP2018006393A

JP2018006393A - 保持装置

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Publication number: JP2018006393A
Application number: JP2016127230A
Authority: JP
Inventors: 晃文土佐; Akibumi Tosa; 若園　誠; Makoto Wakazono; 誠若園; 正樹辻; Masaki Tsuji; 龍之介坂巻; Ryunosuke Sakamaki
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2018-01-11
Anticipated expiration: 2036-06-28
Also published as: JP6667386B2

Abstract

【課題】対象物を保持する保持装置において、ヒータへの入力電力を抑制すると共に、接合面で剥離が発生することを抑制する。【解決手段】保持装置は、セラミックスにより形成され、対象物を保持する第１の表面を有する板状であり、内部に発熱抵抗体により構成されたヒータを有するセラミックス板と、金属により形成された板状であり、内部に冷媒流路が形成されたベース板とを備える。保持装置は、さらに、セラミックス板とベース板との間に配置され、チタンにより形成された板状のチタン板と、金属を含み、セラミックス板とチタン板とを接合する第１の接合層と、有機系接着剤を含み、チタン板とベース板とを接合する第２の接合層とを備える。【選択図】図２

Description

本明細書に開示される技術は、対象物を保持する保持装置に関する。

例えば半導体製造装置において、ウェハを保持する保持装置として、静電チャックが用いられる。静電チャックは、例えば、セラミックスにより形成され、内部に発熱抵抗体により構成されたヒータを有するセラミックス板と、金属により形成され、内部に冷媒流路が形成されたベース板とを備える。静電チャックは、内部電極を有しており、内部電極に電圧が印加されることにより発生する静電引力を利用して、セラミックス板の表面（以下、「吸着面」という）にウェハを吸着して保持する。

静電チャックに保持されたウェハの温度分布が不均一になると、ウェハに対する各処理（成膜、エッチング等）の精度が低下するため、静電チャックにはウェハの温度分布を均一にする性能が求められる。そのため、静電チャックの使用時には、セラミックス板内部のヒータによる加熱や、ベース板内部の冷媒流路に冷媒を供給することによる冷却によって、セラミックス板の吸着面の温度制御が行われる。

また、静電チャックは、使用時に、熱サイクルにさらされる。セラミックス板の形成材料であるセラミックスとベース板の形成材料である金属とは熱膨張率が互いに異なるため、静電チャックが熱サイクルにさらされると、セラミックス板とベース板との間に熱膨張差が生ずる。従来、セラミックス板とベース板とを、弾性変形能力が比較的高い有機系接着剤を含む接合層により接合することにより、セラミックス板とベース板との間の熱膨張差を緩和し、部材の割れや剥離等の発生を抑制する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来、セラミックスと金属との複合材を用いてベース板を作製し、セラミックス板と複合材製のベース板とを、金属を含む接合層によって接合することにより、接合層の耐熱性を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平４−２８７３４４号公報特開２００５−１０１１０８号公報

近年、半導体プロセスの多様化に伴い、静電チャックの吸着面を従来よりも高温（例えば２６０℃以上）にすることが要求されることがあり、そのような場合には、静電チャックはより高温の熱サイクルにさらされる。上述したセラミックス板とベース板とを有機系接着剤を含む接合層によって接合する従来の構成では、静電チャックがより高温の熱サイクルにさらされると、接合層に含まれる有機系接着剤が分解温度まで到達し、接合層と被接合部材との界面等で剥離が発生して、吸着面の温度分布の均一性が悪化し、静電チャックが使用できなくなるおそれがある。

また、セラミックス板と金属製のベース板とを接合する接合層の耐熱性を向上させるため、上述した従来の技術のように、有機系接着剤を含む接合層に代えて金属を含む接合層を用いることも考えられる。しかし、そのような構成では、金属を含む接合層は弾性変形能力が比較的低いことから、セラミックス板と金属製のベース板との間の熱膨張差を効果的に緩和することができず、部材の割れや剥離等が発生するおそれがある。また、そのような構成では、金属を含む接合層は熱伝導率が比較的高いことから、冷却媒体によるセラミックス板の冷却効果が高くなるため、静電チャックの吸着面を高温（例えば２６０℃以上）にしようとすると、ヒータへの入力電力を過度に大きくする必要がある。そのため、このような構成では、ヒータ電源容量が過度に大きくなる上に、ヒータの電流が過大となって断線が発生するおそれがある。

なお、このような課題は、静電引力を利用してウェハを保持する静電チャックに限らず、セラミックス板とベース板とを備え、内部にヒータを有するセラミックス板の表面上に対象物を保持する保持装置に共通の課題である。

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本明細書に開示される保持装置は、セラミックスにより形成され、第１の表面を有する板状であり、内部に発熱抵抗体により構成されたヒータを有するセラミックス板と、前記セラミックス板の前記第１の表面とは反対側に配置され、金属により形成された板状であり、内部に冷媒流路が形成されたベース板と、を備え、前記セラミックス板の前記第１の表面上に対象物を保持する保持装置において、さらに、前記セラミックス板と前記ベース板との間に配置され、チタンにより形成された板状のチタン板と、金属を含み、前記セラミックス板と前記チタン板とを接合する第１の接合層と、有機系接着剤を含み、前記チタン板と前記ベース板とを接合する第２の接合層と、を備える。本保持装置によれば、内部にヒータを有するセラミックス板と、内部に冷媒流路が形成されたベース板との間に、比較的熱伝導率の低いチタンにより形成されたチタン板が配置されているため、そのようなチタン板が配置されていない構成と比較して、ヒータと冷媒流路とに挟まれた部分の伝熱性を低下させる（すなわち、熱抵抗を高くする）ことができる。そのため、冷媒流路に供給される冷却媒体によるセラミックス板の冷却効果が抑制され、セラミックス板の第１の表面を高温（例えば２６０℃）にする場合であっても、ヒータへの入力電力を過度に大きくする必要がない。従って、本保持装置によれば、ヒータの電源容量が過度に大きくなることを抑制することができると共に、ヒータの電流が過大となって断線が発生することを回避することができる。また、本保持装置によれば、セラミックス板の第１の表面を高温（例えば２６０℃）にする場合であっても、第２の接合層の温度が過度に高くなることを回避することができる。そのため、第２の接合層の材料として、耐熱性は比較的低い一方、弾性変形能力が比較的高い有機系接着剤を用いることができる。従って、ベース板の形成材料として冷媒流路等の加工がしやすい金属を用いても、第２の接合層によってチタン製のチタン板と金属製のベース板との間の熱膨張差を緩和することができ、部材の割れや剥離等の発生を抑制することができる。また、本保持装置によれば、第１の接合層は比較的高温に晒されるが、チタンの熱膨張率はセラミックスの熱膨張率と比較的近いことから、セラミックス板とチタン板との熱膨張率の差は比較的小さいため、第１の接合層の材料として、弾性変形能力は比較的低い一方、耐熱性が比較的高い金属を用いることができる。そのため、本保持装置によれば、第１の接合層が分解温度に達することを防止することができ、セラミックス板とチタン板との間で剥離が発生することを抑制することができる。

（２）上記保持装置において、前記チタン板は、前記ベース板と電気的に接続されている構成としてもよい。本保持装置によれば、チタン板をプラズマ励起用の電極として使用することができるため、プラズマ励起用の電極としてのチタン板より上に位置する絶縁体はセラミックス板のみとなるため、プラズマ励起の安定化を実現することができる。

（３）上記保持装置において、さらに、プラズマ励起電極用端子を備え、前記チタン板は、前記プラズマ励起電極用端子と電気的に接続されている構成としてもよい。本保持装置によれば、プラズマ励起電極用端子を利用して、チタン板をプラズマ励起用の電極として使用することができるため、プラズマ励起用の電極としてのチタン板より上に位置する絶縁体はセラミックス板のみとなるため、プラズマ励起の安定化を実現することができる。

（４）上記保持装置において、前記第１の接合層に含まれる金属の主成分は、アルミニウムである構成としてもよい。本保持装置によれば、第１の接合層の耐熱性および接合信頼性の向上を実現することができる。

（５）上記保持装置において、前記第１の接合層は、純度９９％以上のアルミニウムで形成されたアルミニウム層と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、前記セラミックス板と前記アルミニウム層とを接合する第１の接合機能層と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、前記チタン板と前記アルミニウム層とを接合する第２の接合機能層と、を含む構成としてもよい。本保持装置によれば、第１の接合層が、延性の高い純度９９％以上のアルミニウムで形成されたアルミニウム層を含むため、セラミックス板とチタン板との間の熱膨張差による応力を効果的に緩和することができ、熱サイクルに対する信頼性をさらに向上させることができる。

（６）上記保持装置において、前記第１の接合層は、アルミニウム合金とセラミックスとの複合材料により形成された複合板と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、前記セラミックス板と前記複合板とを接合する第１の接合機能層と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、前記チタン板と前記複合板とを接合する第２の接合機能層と、を含む構成としてもよい。本保持装置によれば、第１の接合層が、アルミニウム等に比べて熱膨張率がセラミックスに近い複合材料により形成された複合板を含むため、熱膨張差によって第１の接合層で発生する応力を低減させることができ、その結果、延性の高い純度９９％以上のアルミニウムを用いずとも、セラミックス板とチタン板との間の熱膨張差による応力を効果的に緩和することができる。さらに、第２の接合層の温度が過度に高くなることを効果的に防止することができるため、第２の接合層の材料として有機系接着剤を用いることができ、ベース板の形成材料として冷媒流路等の加工がしやすい金属を用いても、第２の接合層によってチタン板とベース板との間の熱膨張差を緩和することができ、部材の割れや剥離等の発生を抑制することができる。また、本保持装置によれば、複合材料におけるアルミニウム合金とセラミックスとの体積比率を調整することにより、複合板の熱膨張率をセラミックス板やチタン板の熱膨張率に近付けることができ、熱膨張差により発生する応力による剥離の発生を抑制することができる。

（７）上記保持装置において、前記複合板の形成材料である前記複合材料は、アルミニウム合金と炭化ケイ素とを含む構成としてもよい。本保持装置によれば、複合板の熱膨張率をセラミックス板やチタン板の熱膨張率に容易に近付けることができる。

（８）上記保持装置において、前記セラミックス板は、各構成成分を酸化物換算した場合に、Ａｌ_２Ｏ_３の含有率が９０ｗｔ％以上である構成としてもよい。本保持装置によれば、セラミックス板の耐食性、耐摩耗性を向上させることができる。

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、保持装置、静電チャック、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。

第１実施形態における静電チャック１００の外観構成を概略的に示す斜視図である。第１実施形態における静電チャック１００のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。第１実施形態の変形例における静電チャック１００の構成を示す説明図である。第２実施形態における静電チャック１００ａのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。第３実施形態における静電チャック１００ｂのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。性能評価に用いられた実施例および比較例の静電チャック１００の概略構成を示す説明図である。性能評価の結果を示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．静電チャック１００の構成：
図１は、第１実施形態における静電チャック１００の外観構成を概略的に示す斜視図であり、図２は、第１実施形態における静電チャック１００のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。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１００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。図３以降についても同様である。

静電チャック１００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１００は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向（Ｚ軸方向））に並べて配置されたセラミックス板１０と、チタン板６０と、ベース板２０とを備える。セラミックス板１０とチタン板６０とは、セラミックス板１０の下面とチタン板６０の上面とが上記配列方向に対向するように配置されている。また、チタン板６０とベース板２０とは、チタン板６０の下面とベース板２０の上面とが上記配列方向に対向するように配置されている。静電チャック１００は、さらに、セラミックス板１０の下面とチタン板６０の上面との間に配置された第１の接合層１１０と、チタン板６０の下面とベース板２０の上面との間に配置された第２の接合層１２０とを備える。

セラミックス板１０は、例えば円形平面の板状部材であり、セラミックスにより形成されている。セラミックス板１０の直径は、例えば５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度（通常は２００ｍｍ〜３５０ｍｍ程度）であり、セラミックス板１０の厚さは、例えば２ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。

セラミックス板１０の形成材料としては、種々のセラミックスが用いられ得るが、強度や耐摩耗性、耐プラズマ性の観点から、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とするセラミックスが用いられることが好ましい。なお、ここでいう主成分とは、含有割合（重量割合）の最も多い成分を意味する。本実施形態では、セラミックス板１０は、アルミナを主成分とするセラミックスが用いられており、各構成成分を酸化物換算した場合にアルミナの含有率が９０ｗｔ％以上である。

セラミックス板１０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）により形成された一対の内部電極４０が設けられている。一対の内部電極４０に電源（図示せず）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がセラミックス板１０の上面（以下、「吸着面Ｓ１」という）に吸着固定される。セラミックス板１０の吸着面Ｓ１は、特許請求の範囲における第１の表面に相当する。

また、セラミックス板１０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）により形成された抵抗発熱体で構成されたヒータ５０が設けられている。ヒータ５０に電源（図示せず）から電圧が印加されると、ヒータ５０が発熱することによってセラミックス板１０が温められ、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１に保持されたウェハＷが温められる。これにより、ウェハＷの温度制御が実現される。

ベース板２０は、例えばセラミックス板１０と径が同じ、またはセラミックス板１０より径が大きい円形平面の板状部材であり、金属（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。ベース板２０の直径は、例えば２２０ｍｍ〜５５０ｍｍ程度（通常は２２０ｍｍ〜３５０ｍｍ程度）であり、ベース板２０の厚さは、例えば２０ｍｍ〜４０ｍｍ程度である。

ベース板２０の内部には冷媒流路２１が形成されている。冷媒流路２１に冷媒（例えば、フッ素系不活性液体や水等）が供給されると、ベース板２０が冷却される。ヒータ５０によるセラミックス板１０の加熱と併せてベース板２０の冷却が行われると、第１の接合層１１０、チタン板６０、第２の接合層１２０を介したセラミックス板１０とベース板２０との間の伝熱により、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１に保持されたウェハＷの温度が一定に維持される。さらに、プラズマ処理中にプラズマからの入熱が生じた際には、ヒータ５０に加える電力を調整することでウェハＷの温度制御が実現される。

チタン板６０は、例えばセラミックス板１０と略同径の円形平面の板状部材であり、チタン（例えば、ＪＩＳ２種のチタン）により形成されている。チタンは、金属の中では、アルミナ等のセラミックスと熱膨張率の差が小さく、かつ、熱伝導率が低い。チタン板６０は、ウェハＷ等の対象物を保持する吸着面Ｓ１を有するセラミックス板１０とは別に設けられる部材であり、静電チャック１００におけるヒータ５０と冷媒流路２１とに挟まれた部分の伝熱性を制御する、より具体的には、該部分の伝熱性を低下させる（すなわち、熱抵抗を高くする）ための部材である。チタン板６０の直径は、例えば５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度（通常は２００ｍｍ〜３５０ｍｍ程度）であり、チタン板６０の厚さは、例えば５ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。

第２の接合層１２０は、有機系接着剤を含んでおり、チタン板６０とベース板２０とを接合している。第２の接合層１２０に含まれる有機系接着剤として、シリコーン系樹脂やアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の種々の有機系接着剤が用いられ得るが、比較的耐熱性が高く、かつ、柔らかいシリコーン系樹脂を主成分とする有機系接着剤が用いられることが好ましい。なお、ここでいう主成分とは、第２の接合層１２０に含まれる接着成分（有機系接着剤）における含有割合（重量割合）の最も多い成分である。第２の接合層１２０には、接着成分の他に、粉末成分（例えばアルミナやシリカ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等）や添加剤（カップリング剤等）が含まれていてもよい。第２の接合層１２０の厚さは、例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度である。

第１の接合層１１０は、金属により形成されており、セラミックス板１０とチタン板６０とを接合している。第１の接合層１１０の形成材料である金属としては、種々の金属が用いられ得るが、例えば、アルミニウムを主成分とする金属が用いられることが好ましい。なお、ここでいう主成分とは、含有割合（重量割合）の最も多い成分を意味する。第１の接合層１１０の厚さは、例えば０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度である。また、プラズマ励起時の放電防止のため、第１の接合層１１０の外周面は、図示しない絶縁性のコーティング材（例えば、セラミックス溶射膜）により覆われていることが好ましい。

図２に示すように、チタン板６０は、導電性端子部材９０を介して、金属製のベース板２０と電気的に接続されている。具体的には、第２の接合層１２０とベース板２０とには、それぞれ、Ｚ方向に貫通する貫通孔１２２，２２が形成されており、これらの貫通孔は互いに連通している。これらの互いに連通する貫通孔１２２，２２内に、例えば、先端にスプリングコネクタが設けられた導電性端子部材９０が挿入されている。導電性端子部材９０の先端（上端）は、チタン板６０に接触しており、導電性端子部材９０の他の部分は、ベース板２０の貫通孔２２の内周面に接触した状態で固定されている。このような構成により、チタン板６０とベース板２０とが電気的に接続される。なお、ベース板２０は図示しないグランドに接続されているため、チタン板６０も、導電性端子部材９０およびベース板２０を介してグランドに接続されることとなる。

Ａ−２．静電チャック１００の製造方法：
次に、第１実施形態における静電チャック１００の製造方法の一例を説明する。はじめに、セラミックス板１０とベース板２０とチタン板６０とを準備する。セラミックス板１０とベース板２０とチタン板６０とは、公知の製造方法によって製造可能であるため、ここでは製造方法の詳細な説明を省略するが、セラミックス板１０は、例えば以下の方法により作製される。すなわち、アルミナ原料とブチラール樹脂と可塑剤と溶媒とからなるスラリーをキャスティングし、乾燥させてシート化したものを複数作製する。内部電極４０やヒータ５０やその他の配線として、タングステンまたはモリブデンと樹脂と溶剤とからなる金属ペーストを用いて、スクリーン印刷でシート表面に所定のパターンを形成する。さらにシートの上下層の配線を繋ぐ為に、シートに穴をあけ、穴の内部に金属ペーストを充填させたシートを用意する。それらのシートを積層することによって配線を内蔵した成型体を作製し、脱脂後、焼成を行うことによってセラミックス板１０を作製する。

次に、セラミックス板１０とチタン板６０との間に、金属ろう材（例えば、アルミニウム合金であるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ）の箔（例えば、厚さ１〜３ｍｍ程度）を挟み、真空チャンバー内において１〜１０ＭＰａの圧力下で５００〜６００℃に加熱する。これにより、セラミックス板１０とチタン板６０とが第１の接合層１１０によって接合（ろう付け）された積層体が作製される。なお、作製されたセラミックス板１０とチタン板６０との積層体の側面や上下の平面を研磨してもよい。

次に、ベース板２０の上面に、ペースト状接着剤を塗布する。ペースト状接着剤は、接着成分（例えばシリコーン系樹脂やアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等）と粉末成分（例えばアルミナやシリカ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等）とを混合して作製したペースト状の接着剤である。ペースト状接着剤は、カップリング剤等の添加剤を含んでいてもよい。

次に、ベース板２０に塗布されたペースト状接着剤の表面に、セラミックス板１０とチタン板６０とが第１の接合層１１０によって接合された積層体を配置し、ペースト状接着剤を硬化させる硬化処理を行うことにより、ベース板２０と上記積層体とを接合する第２の接合層１２０を形成する。硬化処理の内容は、使用する接着剤の種類に応じて異なり、熱硬化型の接着剤であれば硬化処理として熱を付与する処理が行われ、水分硬化型の接着剤であれば硬化処理として水分を付与する処理が行われる。

その後、導電性端子部材９０を貫通孔１２２，２２内に挿入して固定することにより、チタン板６０とベース板２０とを電気的に接続する。以上の工程により、静電チャック１００の製造が完了する。

Ａ−３．第１実施形態の効果：
以上説明したように、第１実施形態の静電チャック１００は、セラミックスにより形成され、吸着面Ｓ１を有する板状であり、内部に発熱抵抗体により構成されたヒータ５０を有するセラミックス板１０と、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１とは反対側に配置され、金属により形成された板状であり、内部に冷媒流路２１が形成されたベース板２０とを備え、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１上にウェハＷ等の対象物を保持する保持装置である。第１実施形態の静電チャック１００は、さらに、セラミックス板１０とベース板２０との間に配置され、チタンにより形成された板状のチタン板６０と、金属を含み、セラミックス板１０とチタン板６０とを接合する第１の接合層１１０と、有機系接着剤を含み、チタン板６０とベース板２０とを接合する第２の接合層１２０とを備える。

このように、第１実施形態の静電チャック１００では、内部にヒータ５０を有するセラミックス板１０と、内部に冷媒流路２１が形成されたベース板２０との間に、チタン板６０が配置されている。チタンは、金属の中では、アルミナと熱膨張率の差が小さく、かつ、熱伝導率が低い。そのため、第１実施形態の静電チャック１００では、そのようなチタン板６０が配置されていない構成と比較して、ヒータ５０と冷媒流路２１とに挟まれた部分の伝熱性を低下させる（すなわち、熱抵抗を高くする）ことができる。そのため、冷媒流路２１に供給される冷却媒体によるセラミックス板１０の冷却効果が抑制され、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１を高温（例えば２６０℃）にする場合であっても、ヒータ５０への入力電力を過度に大きくする必要がない。従って、第１実施形態の静電チャック１００では、ヒータ５０の電源容量が過度に大きくなることを抑制することができると共に、ヒータ５０の電流が過大となって断線が発生することを回避することができる。

また、第１実施形態の静電チャック１００では、上述したように、ヒータ５０と冷媒流路２１とに挟まれた部分の伝熱性を低下させることができるため、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１を高温（例えば２６０℃）にする場合であっても、第２の接合層１２０の温度が過度に高くなることを回避することができる。そのため、第２の接合層１２０の材料として、耐熱性は比較的低い一方、弾性変形能力が比較的高い有機系接着剤を用いることができる。従って、ベース板２０の形成材料として冷媒流路２１等の加工がしやすい金属を用いても、第２の接合層１２０によってチタン板６０とベース板２０との間の熱膨張差を緩和することができ、部材の割れや剥離等の発生を抑制することができる。

また、第１実施形態の静電チャック１００では、第１の接合層１１０は比較的高温に晒されるが、セラミックス板１０とチタン板６０との熱膨張率の差は小さいため、第１の接合層１１０の材料として、弾性変形能力は比較的低い一方、耐熱性が比較的高い金属を用いることができる。そのため、第１の接合層１１０が分解温度に達することを防止することができ、セラミックス板１０とチタン板６０との間で剥離が発生することを抑制することができる。

また、本実施形態の静電チャック１００では、セラミックス板１０とチタン板６０とを接合する第１の接合層１１０に含まれる金属の主成分は、アルミニウムである。そのため、第１の接合層１１０の耐熱性および接合信頼性の向上を実現することができる。

また、本実施形態の静電チャック１００では、セラミックス板１０は、各構成成分を酸化物換算した場合に、アルミナの含有率が９０ｗｔ％以上である。そのため、セラミックス板１０の耐食性、耐摩耗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１００では、導電体であるチタン板６０がベース板２０と電気的に接続されている。そのため、チタン板６０をプラズマ励起用の電極として使用することができる。一般に、プラズマ励起の安定化のためには、プラズマ励起用の電極より上に位置する絶縁体の厚さをできるだけ薄くすることが好ましい。本実施形態の静電チャック１００では、チタン板６０をプラズマ励起用の電極として使用することができるため、プラズマ励起用の電極としてのチタン板６０より上に位置する絶縁体はセラミックス板１０のみであり、プラズマ励起の安定化を実現することができる。

Ａ−４．第１実施形態の変形例：
図３は、第１実施形態の変形例における静電チャック１００の構成を示す説明図である。以下では、第１実施形態の変形例における静電チャック１００の構成の内、上述した第１実施形態における静電チャック１００の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。

図３に示す変形例の静電チャック１００は、チタン板６０をプラズマ励起用の電極として機能させるための構成が、上述した第１実施形態の静電チャック１００と異なっている。すなわち、図３に示す変形例の静電チャック１００では、チタン板６０が、ベース板２０ではなく、プラズマ励起電極用端子として機能する導電性端子部材９２と電気的に接続されている。より具体的には、第２の接合層１２０とベース板２０とのそれぞれに形成された貫通孔１２２，２２内に、例えば、先端にスプリングコネクタが設けられた導電性端子部材９２が挿入されている。導電性端子部材９２の先端（上端）は、チタン板６０に接触している。また、ベース板２０に形成された貫通孔２２には、筒状の絶縁部材２４が嵌挿されており、導電性端子部材９２は、筒状の絶縁部材２４の内周面に接触した状態で固定されている。このような構成により、チタン板６０が、プラズマ励起電極用端子として機能する導電性端子部材９２と電気的に接続される。図３に示す変形例の静電チャック１００でも、上述した第１実施形態の静電チャック１００と同様に、チタン板６０をプラズマ励起用の電極として使用することができるため、プラズマ励起の安定化を実現することができる。

Ｂ．第２実施形態：
図４は、第２実施形態における静電チャック１００ａのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。以下では、第２実施形態における静電チャック１００ａの構成の内、上述した第１実施形態における静電チャック１００の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。なお、チタン板６０をプラズマ励起用の電極として機能させるための構成については、第１実施形態またはその変形例と同様であるため、図４ではその図示を省略している。図５以降においても同様である。

第２実施形態における静電チャック１００ａでは、第１の接合層１１０ａが、第１の接合機能層１１１と、アルミニウム層１１３と、第２の接合機能層１１２とから構成されている。アルミニウム層１１３は、純度９９％以上のアルミニウムで形成されている。第１の接合機能層１１１は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成されており、セラミックス板１０とアルミニウム層１１３とを接合する。第２の接合機能層１１２は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成されており、チタン板６０とアルミニウム層１１３とを接合する。なお、ここでいう主成分とは、含有割合（重量割合）の最も多い成分を意味する。第２実施形態における静電チャック１００ａのその他の構成は、第１実施形態における静電チャック１００の構成と同様である。

第２実施形態の静電チャック１００ａの製造方法は、上述した第１実施形態の静電チャック１００の製造方法と以下の点が異なる。第１実施形態では、セラミックス板１０とチタン板６０との間に金属ろう材（例えば、アルミニウム合金であるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ）の箔のみを配置して加熱するものとしているが、第２実施形態では、セラミックス板１０とチタン板６０との間に、純度９９％以上のアルミニウム板（例えば、厚さ０．２〜３ｍｍ程度）の上下を、同様の金属ろう材箔（例えば、厚さ０．０３〜０．５ｍｍ程度）で挟んだものを配置し、同様に真空チャンバー内において１〜１０ＭＰａの圧力下で５００〜６００℃に加熱する。これにより、セラミックス板１０とチタン板６０とが、第１の接合機能層１１１とアルミニウム層１１３と第２の接合機能層１１２とから構成された第１の接合層１１０ａによって接合（ろう付け）された積層体が作製される。なお、アルミニウム層１１３の純度を高く保つため、接合時の加熱時間を短くして、金属ろう材箔からの元素の拡散を抑えることが好ましい。その後は、第１実施形態と同様に、該積層体に第２の接合層１２０によってベース板２０が接合され、静電チャック１００ａの製造が完了する。

以上説明した第２実施形態の静電チャック１００ａは、上述した第１実施形態の静電チャック１００が奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、第２実施形態の静電チャック１００ａでは、セラミックス板１０とチタン板６０とを接合する第１の接合層１１０ａが、純度９９％以上のアルミニウムで形成されたアルミニウム層１１３と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、セラミックス板１０とアルミニウム層１１３とを接合する第１の接合機能層１１１と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、チタン板６０とアルミニウム層１１３とを接合する第２の接合機能層１１２とを含む。このように、第２実施形態の静電チャック１００ａでは、第１の接合層１１０ａが、延性の高い純度９９％以上のアルミニウムで形成されたアルミニウム層１１３を含むため、セラミックス板１０とチタン板６０との間の熱膨張差による応力を効果的に緩和することができ、熱サイクルに対する信頼性をさらに向上させることができる。

Ｃ．第３実施形態：
図５は、第３実施形態における静電チャック１００ｂのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。以下では、第３実施形態における静電チャック１００ｂの構成の内、上述した第１実施形態における静電チャック１００の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。

第３実施形態における静電チャック１００ｂでは、第１の接合層１１０ｂが、複合板１１５と、第１の接合機能層１１１と、第２の接合機能層１１２とから構成されている。複合板１１５は、アルミニウム合金とセラミックスとの複合材料により形成されている。この複合材料は、多孔質セラミックスに溶融金属を加圧浸透させ、その後に冷却することにより作製されたものである。複合板１１５の形成材料としては、種々の複合材料が用いられ得るが、例えば、多孔質炭化ケイ素（ＳｉＣ）にアルミニウム合金を浸透させた複合材料が用いられることが好ましい。複合板１１５の形成材料である複合材料のセラミックスと金属との体積比を調整することにより、複合板１１５の熱膨張率を、セラミックス板１０およびチタン板６０の熱膨張率に近付けることができる。

第１の接合機能層１１１は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、セラミックス板１０と複合板１１５とを接合する。第２の接合機能層１１２は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、チタン板６０と複合板１１５とを接合する。なお、ここでいう主成分とは、含有割合（重量割合）の最も多い成分を意味する。第３実施形態における静電チャック１００ｂのその他の構成は、第１実施形態における静電チャック１００の構成と同様である。

第３実施形態の静電チャック１００ｂの製造方法は、上述した第１実施形態の静電チャック１００の製造方法と以下の点が異なる。第１実施形態では、セラミックス板１０とチタン板６０との間に金属ろう材（例えば、アルミニウム合金であるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ）の箔のみを配置して加熱するものとしているが、第３実施形態では、セラミックス板１０とチタン板６０との間に、アルミニウム合金とセラミックスとの複合材料で形成された板状部材（例えば、厚さ１〜５ｍｍ程度）の上下を、同様の金属ろう材箔（例えば、厚さ０．０３〜０．５ｍｍ程度）で挟んだものを配置し、同様に真空チャンバー内において１〜１０ＭＰａの圧力下で５００〜６００℃に加熱する。これにより、セラミックス板１０とチタン板６０とが、第１の接合機能層１１１と複合板１１５と第２の接合機能層１１２とから構成された第１の接合層１１０ｂによって接合（ろう付け）された積層体が作製される。その後は、第１実施形態と同様に、該積層体に第２の接合層１２０によってベース板２０が接合され、静電チャック１００ｂの製造が完了する。

以上説明した第３実施形態の静電チャック１００ｂは、上述した第１実施形態の静電チャック１００が奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、第３実施形態の静電チャック１００ｂでは、セラミックス板１０とチタン板６０とを接合する第１の接合層１１０ｂが、アルミニウム合金とセラミックスとの複合材料により形成された複合板１１５と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、セラミックス板１０と複合板１１５とを接合する第１の接合機能層１１１と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、チタン板６０と複合板１１５とを接合する第２の接合機能層１１２とを含む。このように、第３実施形態の静電チャック１００ｂでは、第１の接合層１１０ｂが、アルミニウム等に比べて熱膨張率がセラミックスに近い複合材料により形成された複合板１１５を含むため、第１の接合層１１０ｂで発生する熱膨張差による応力を低減させることができ、その結果、延性の高い純度９９％以上のアルミニウムを用いずとも、セラミックス板１０とチタン板６０との間の熱膨張差による応力を効果的に緩和することができる。さらに、第２の接合層１２０の温度が過度に高くなることを効果的に防止することができるため、第２の接合層１２０の材料として有機系接着剤を用いることができ、ベース板２０の形成材料として冷媒流路２１等の加工がしやすい金属を用いても、第２の接合層１２０によってチタン板６０とベース板２０との間の熱膨張差を緩和することができ、部材の割れや剥離等の発生を抑制することができる。

また、第３実施形態の静電チャック１００ｂでは、複合材料におけるアルミニウム合金とセラミックスとの体積比率を調整することにより、複合板１１５の熱膨張率をセラミックス板１０やチタン板６０の熱膨張率に近付けることができ、熱膨張差により発生する応力による剥離の発生を抑制することができる。特に、複合板１１５の形成材料として炭化ケイ素とアルミニウム合金とを含む複合材料が用いられると、複合板１１５の熱膨張率をセラミックス板１０やチタン板６０の熱膨張率に容易に近付けることができるため、好ましい。

Ｄ．性能評価：
静電チャック１００を対象に、以下に説明する性能評価を行った。図６は、性能評価に用いられた実施例および比較例の静電チャック１００の概略構成を示す説明図である。また、図７は、性能評価の結果を示す説明図である。

性能評価では、実施例１〜６の静電チャック１００および比較例１の静電チャック１００Ｘが用いられた。図６および図７に示すように、実施例１〜３の静電チャック１００は、上述した第１実施形態の静電チャック１００の構成に該当するものである。すなわち、実施例１〜３の静電チャック１００は、アルミナにより形成されたセラミックス板１０と、アルミニウム合金により形成された第１の接合層１１０と、チタンにより形成されたチタン板６０と、シリコーン系樹脂を主成分とする有機系接着剤を含む第２の接合層１２０と、アルミニウム合金により形成されたベース板２０とを備える。実施例１と実施例２とは、チタン板６０の厚さのみが異なっている。具体的には、実施例１では、チタン板６０の厚さが１０ｍｍであり、実施例２では、チタン板６０の厚さが１５ｍｍである。また、実施例１と実施例３とは、第１の接合層１１０の厚さのみが異なっている。具体的には、実施例１では、第１の接合層１１０の厚さが１ｍｍであり、実施例３では、第１の接合層１１０の厚さが３ｍｍである。なお、実施例１〜３におけるその他の部材の厚さ同一である。具体的には、セラミックス板１０の厚さは４．５ｍｍであり（ヒータ５０より下の部分の厚さｔ１（図１参照）は３ｍｍであり）、第２の接合層１２０の厚さは０．３ｍｍである。なお、他の実施例４〜６におけるセラミックス板１０、チタン板６０、第２の接合層１２０の厚さは、実施例１における各部材の厚さと同一である。

また、実施例４の静電チャック１００（１００ａ）は、上述した第２実施形態の静電チャック１００ａの構成に該当するものである。すなわち、実施例４の静電チャック１００は、実施例１の静電チャック１００から、第１の接合層１１０の構成を、アルミニウム合金により形成された第１および第２の接合機能層１１１，１１２と、純度９９％以上のアルミニウムで形成されたアルミニウム層１１３とを含む構成に変更したものである。なお、実施例４では、第１の接合層１１０の厚さは３ｍｍであり、その内のアルミニウム層１１３の厚さは２．５ｍｍである。

また、実施例５，６の静電チャック１００（１００ｂ）は、上述した第３実施形態の静電チャック１００ｂの構成に該当するものである。すなわち、実施例５，６の静電チャック１００は、実施例１の静電チャック１００から、第１の接合層１１０の構成を、アルミニウム合金により形成された第１および第２の接合機能層１１１，１１２と、炭化ケイ素とアルミニウム合金との複合材料により形成された複合板１１５とを含む構成に変更したものである。実施例５と実施例６とは、第１の接合層１１０の厚さのみが異なっている。具体的には、実施例５では、第１の接合層１１０の厚さが３ｍｍであり、実施例６では、第１の接合層１１０の厚さが５ｍｍである。

また、比較例１の静電チャック１００Ｘは、アルミナにより形成されたセラミックス板１０と、アルミニウム合金により形成されたベース板２０とが、シリコーン系樹脂を主成分とする有機系接着剤を含む第２の接合層１２０によって接合された構成である。すなわち、比較例１の静電チャック１００Ｘは、チタン板６０や第１の接合層１１０を備えていない。比較例１において、セラミックス板１０の厚さは４．５ｍｍであり（ヒータ５０より下の部分の厚さｔ１は３ｍｍであり）、第２の接合層１２０の厚さは０．３ｍｍである。

図７に示すように、性能評価では、静電チャック１００が熱サイクルにさらされたときのセラミックス板１０の吸着面Ｓ１の温度分布（各位置における温度の差）の変化について、評価を行った。熱サイクル環境を作るため、実施例または比較例の静電チャック１００を評価用チャンバーに設置し、ベース板２０の冷媒流路２１に９０℃の冷却媒体を供給しつつ、ヒータ５０のオン・オフを交互に繰り返した。具体的には、放射温度計を用いてセラミックス板１０の吸着面Ｓ１における複数点の温度を測定し、各点での温度測定値の内の最高値（以下、「最高点温度Ｔｍａｘ」という）が２６０℃まで上昇するとヒータ５０をオフ状態にし、吸着面Ｓ１の最高点温度Ｔｍａｘが１２０℃まで低下するとヒータ５０をオン状態にする制御を繰り返した。熱サイクルを行う前の初期状態時と、熱サイクルをＮ回繰り返した時点とで、セラミックス板１０の吸着面Ｓ１の各点での温度測定値の内の最高値（最高点温度Ｔｍａｘ）と最低値（以下、「最低点温度Ｔｍｉｎ」という）との差である温度差ΔＴを算出した。そして、熱サイクルをＮ回繰り返した時点での温度差ΔＴ（以下、「サイクル後温度差ΔＴＮ」という）と、初期状態時における温度差ΔＴ（以下、「初期温度差ΔＴ０」という）との差（ΔＴＮ−ΔＴ０）を、Ｎ回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（Ｎ）として算出した。なお、本性能評価では、Ｎ＝１００回および３０００回について評価を行った。

図７に示すように、比較例１の静電チャック１００では、装置上限の１５ｋＷの電力をヒータ５０に印加しても、吸着面Ｓ１の温度は２４０℃までしか上昇しなかった。これは、比較例１では、チタン板６０が設けられていないため、ヒータ５０と冷媒流路２１とに挟まれた部分の伝熱性が高く（すなわち、熱抵抗が低く）、冷媒流路２１に供給される冷却媒体によるセラミックス板１０の冷却効果が過大となったためであると考えられる。比較例１の静電チャック１００において、吸着面Ｓ１の温度を２６０℃とするためには、ヒータ５０の電源出力を増大させる必要がある。

また、比較例１の静電チャック１００では、１００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（１００）が１０℃より大きかったため、不合格と判定された。比較例１の静電チャック１００Ｘでは、吸着面Ｓ１の温度が２４０℃までしか上昇しなかったにもかかわらず、第２の接合層１２０の温度が２１０℃まで達したため、第２の接合層１２０に含まれる有機系接着剤が分解されて第２の接合層１２０の接合面で剥離が発生し、該剥離箇所において局所的に冷却媒体による冷却効果が低下し、温度差変化量Ｃｔが大きくなったものと考えられる。なお、比較例１の静電チャック１００では、１００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（１００）が大きかったため、Ｎ＝３０００回の評価については実施しなかった。

これに対し、実施例１〜６の静電チャック１００では、８〜９ｋＷの電力をヒータ５０に印加することにより、吸着面Ｓ１の温度を２６０℃まで上昇させることができた。これは、実施例１〜６では、チタン板６０が設けられているため、ヒータ５０と冷媒流路２１とに挟まれた部分の伝熱性が低く（すなわち、熱抵抗が高く）、冷媒流路２１に供給される冷却媒体によるセラミックス板１０の冷却効果が抑制されたためであると考えられる。

また、実施例１〜６の静電チャック１００では、１００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（１００）が３℃未満であり、かつ、３０００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（３０００）も５℃未満であったため、合格と判定された。実施例１〜６の静電チャック１００では、吸着面Ｓ１の温度を２６０℃にしても、第２の接合層１２０の温度が１６４℃以下に抑えられているため、第２の接合層１２０に含まれる有機系接着剤の分解による剥離の発生を抑制することができたものと考えられる。なお、実施例４〜６の静電チャック１００では、３０００回の熱サイクル後の温度差変化量Ｃｔ（３０００）が３℃未満であり、熱サイクルに対する耐性が極めて高いことが確認された。

以上説明した性能評価により、静電チャック１００を、セラミックスにより形成されたセラミックス板１０と、金属により形成されたベース板２０と、チタンにより形成されたチタン板６０と、金属を含み、セラミックス板１０とチタン板６０とを接合する第１の接合層１１０と、有機系接着剤を含み、チタン板６０とベース板２０とを接合する第２の接合層１２０とを備えるように構成すれば、吸着面Ｓ１を高温（例えば２６０℃）にする場合であっても、ヒータ５０への入力電力を抑制することができると共に、第１の接合層１１０や第２の接合層１２０の接合面で剥離が発生することを抑制することができることが確認された。

Ｅ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述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形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態における静電チャック１００の構成は、あくまで例示であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、チタン板６０がベース板２０または導電性端子部材９２と電気的に接続されることによりプラズマ励起用の電極として機能するとしているが、必ずしもこのような電気的接続がなされる必要は無い。また、上記実施形態では、セラミックス板１０の内部に一対の内部電極４０が設けられた双極方式が採用されているが、セラミックス板１０の内部に１つの内部電極４０が設けられた単極方式が採用されてもよい。

また、上記実施形態における静電チャック１００を構成する各部材の形成材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。また、上記実施形態における静電チャック１００の製造方法はあくまで一例であり、種々変形可能である。

本発明は、静電引力を利用してウェハＷを保持する静電チャック１００に限らず、セラミックス板とベース板とを備え、セラミックス板の表面上に対象物を保持する他の保持装置（例えば、真空チャックやヒータ等）にも適用可能である。

１０：セラミックス板２０：ベース板２１：冷媒流路２２：貫通孔２４：絶縁部材４０：内部電極５０：ヒータ６０：チタン板９０：導電性端子部材９２：導電性端子部材１００：静電チャック１１０：第１の接合層１１１：第１の接合機能層１１２：第２の接合機能層１１３：アルミニウム層１１５：複合板１２０：第２の接合層１２２：貫通孔

Claims

セラミックスにより形成され、第１の表面を有する板状であり、内部に発熱抵抗体により構成されたヒータを有するセラミックス板と、
前記セラミックス板の前記第１の表面とは反対側に配置され、金属により形成された板状であり、内部に冷媒流路が形成されたベース板と、
を備え、前記セラミックス板の前記第１の表面上に対象物を保持する保持装置において、さらに、
前記セラミックス板と前記ベース板との間に配置され、チタンにより形成された板状のチタン板と、
金属を含み、前記セラミックス板と前記チタン板とを接合する第１の接合層と、
有機系接着剤を含み、前記チタン板と前記ベース板とを接合する第２の接合層と、
を備えることを特徴とする、保持装置。
請求項１に記載の保持装置において、
前記チタン板は、前記ベース板と電気的に接続されていることを特徴とする、保持装置。
請求項１に記載の保持装置において、さらに、
プラズマ励起電極用端子を備え、
前記チタン板は、前記プラズマ励起電極用端子と電気的に接続されていることを特徴とする、保持装置。
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の保持装置において、
前記第１の接合層に含まれる金属の主成分は、アルミニウムであることを特徴とする、保持装置。
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の保持装置において、
前記第１の接合層は、
純度９９％以上のアルミニウムで形成されたアルミニウム層と、
アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、前記セラミックス板と前記アルミニウム層とを接合する第１の接合機能層と、
アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、前記チタン板と前記アルミニウム層とを接合する第２の接合機能層と、
を含むことを特徴とする、保持装置。
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の保持装置において、
前記第１の接合層は、
アルミニウム合金とセラミックスとの複合材料により形成された複合板と、
アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、前記セラミックス板と前記複合板とを接合する第１の接合機能層と、
アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金により形成され、前記チタン板と前記複合板とを接合する第２の接合機能層と、
を含むことを特徴とする、保持装置。
請求項６に記載の保持装置において、
前記複合板の形成材料である前記複合材料は、アルミニウム合金と炭化ケイ素とを含むことを特徴とする、保持装置。
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の保持装置において、
前記セラミックス板は、各構成成分を酸化物換算した場合に、Ａｌ_２Ｏ_３の含有率が９０ｗｔ％以上であることを特徴とする、保持装置。