JP2023043968A - 保持装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】保持装置は、第1面と、第1面の裏面である第2面と、を有する保持部と、保持部の第2面側に配置された冷却部と、保持部と冷却部との間に配置され、保持部と冷却部とを接合する接合部と、を備え、保持部は、セラミックスを主成分とし、第1面側に配置されるセラミックス基板と、無機材料を主成分とする熱伝導率が3W/(m・K)以下の無機基板であって、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、を有し、セラミックス基板の厚みは2mm以上であり、かつセラミックス基板の厚み(mm)と、無機基板の弾性率(GPa)の積が2以上200以下である。
【選択図】図1
Description
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説明図である。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。
上記実施形態の静電チャック10の実施例1~5と、比較例1~6を用いて、セラミック基板の反りを評価した。
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、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ーや吸着用電極、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、厚み10mmのセラミックス基板を得た。
無機基板としてロックウールおよびシリカ、アルミナを主成分とした、緻密な無機基板(熱膨張率CTE=19×10-6 1/℃)を使用した。無機基板の弾性率は18GPaであった。無機基板を所定のサイズに切断し、穴あけ加工し、所定の厚さまで研磨を行った後、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基板と接合した。
次いで、セラミック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。
・実施例2
まず、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ーや吸着用電極、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、厚み6mmのセラミックス基板を得た。
無機基板としてロックウールおよびシリカ、アルミナを主成分とした、緻密な無機基板(CTE=18×10-6 1/℃)を使用した。無機基板の弾性率は1.8GPaであった。無機基板を所定のサイズに切断し、穴あけ加工し、所定の厚さまで研磨を行った後、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基板と接合した。
次いで、セラミック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。
・実施例3
まず、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ーや吸着用電極、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、厚み6mmのセラミックス基板を得た。
無機基板としてガラスウールおよびシリカを主成分とした、緻密な無機基板(CTE=12×10-6 1/℃)を使用した。無機基板の弾性率は4GPaであった。無機基板を所定のサイズに切断し、穴あけ加工し、所定の厚さまで研磨を行った後、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基板と接合した。
次いで、セラミック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。
・実施例4
まず、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ーや吸着用電極、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、厚み2mmのセラミックス基板を得た。
無機基板としてガラスクロスおよびシリカを主成分とした、緻密な無機基板(CTE=10×10-6 1/℃)を使用した。無機基板の弾性率は6GPaであった。無機基板を所定のサイズに切断し、穴あけ加工し、所定の厚さまで研磨を行った後、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基板と接合した。
次いで、セラミック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。
・実施例5
まず、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ーや吸着用電極、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、厚み2mmのセラミックス基板を得た。
無機基板としてガラスウールおよびシリカを主成分とした、緻密な無機基板(CTE=10×10-6 1/℃)を使用した。無機基板の弾性率は1GPaであった。無機基板を所定のサイズに切断し、穴あけ加工し、所定の厚さまで研磨を行った後、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基板と接合した。
次いで、セラミック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。
・比較例1
まず、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ーや吸着用電極、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、厚み1mmのセラミックス基板を得た。
無機基板としてアルミナアースシリケートウールを押し固めた、緻密な無機基板(CTE=19×10-6 1/℃)を使用した。無機基板の弾性率は1GPaであった。無機基板を所定のサイズに切断し、穴あけ加工し、所定の厚さまで研磨を行った後、無機接着剤によってセラミック基板と接合した。
次いで、セラミック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。
・比較例2
まず、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ーや吸着用電極、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、厚み1mmのセラミックス基板を得た。
無機基板として無機バインダーと共にアルミナアースシリケートウールを押し固めた、緻密な無機基板(CTE=11×10-6 1/℃)を使用した。無機基板の弾性率は1.2GPaであった。無機基板を所定のサイズに切断し、穴あけ加工し、所定の厚さまで研磨を行った後、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基板と接合した。
次いで、セラミック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。
・比較例3
まず、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ーや吸着用電極、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、厚み1mmのセラミックス基板を得た。
無機基板としてガラスウールおよびシリカを主成分とした、緻密な無機基板(CTE=11×10-6 1/℃)を使用した。無機基板の弾性率は1.2GPaであった。無機基板を所定のサイズに切断し、穴あけ加工し、所定の厚さまで研磨を行った後、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基板と接合した。
次いで、セラミック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。
・比較例4
まず、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ーや吸着用電極、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。
無機基板としてアルミナおよびカーボン粒子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ビア、通気孔を作製し、上記で作製したセラミックスグリーンシート積層体に積層し、熱圧着した。
得られた積層体を、還元雰囲気下1400℃~1600℃で同時焼成を行った。無機基板の層は多孔体となり断熱機能を有するようになる。焼成後、セラミックス基板の厚みは7mmであり、無機基板の厚みは5mmであった。また無機基板はCTE=16×10-6 1/℃であり、弾性率は32GPaであった。
次いで、セラミック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。
・比較例5
まず、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ーや吸着用電極、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。
無機基板としてアルミナおよびカーボン粒子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ビア、通気孔を作製し、上記で作製したセラミックスグリーンシート積層体に積層し、熱圧着した。
得られた積層体を還元雰囲気下1400℃~1600℃で同時焼成を行った。無機基板の層は多孔体となり断熱機能を有するようになる。焼成後、セラミックス基板の厚みは6mmであり、無機基板の厚みは5mmであった。また無機基板はCTE=16×10-6 1/℃であり、弾性率は35GPaであった。
次いで、セラミック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。
・比較例6
まず、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ーや吸着用電極、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。
無機基板としてアルミナ、シリカおよびカーボン粒子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ビア、通気孔を作製し、上記で作製したセラミックスグリーンシート積層体に積層、熱圧着した。
得られた積層体を、還元雰囲気下1400℃~1600℃で同時焼成を行った。この時、セラミックス基板の厚みは2mmであり、無機基板の厚みは5.5mmであった。また無機基板はCTE=11×10-6 1/℃であり、弾性率は6GPaであった。
次いで、セラミック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。
実施例および比較例における各パラメータは下記の方法により調整した。
・無機基板の熱伝導率
無機基板の熱伝導率は、緻密質の場合は、使用する材料組成よって調整することができ、多孔質の場合は、使用する材料組成、気孔率によって調整することができる。
・無機基板の弾性率(ヤング率)
無機基板の弾性率(ヤング率)は使用する材料組成や、不純物量、密度によって調整することができる。
・熱膨張率差
セラミックス基板は高密度のセラミックスであるため、熱膨張率を制御することは難しい。そこで、熱膨張率差は無機基板の組成および気孔率によって調整することができる。無機基板にセラミックス基板と同等の熱膨張率を有する材料を用いることで、セラミックス基板との熱膨張率差を小さくすることができる。また無機基板中の気孔率を小さくすることでも熱膨張率差を小さくすることができる。
以下に説明する方法により、実施例および比較例の保持装置におけるセラミックス基板および無機基板の物性の測定、および保持装置の評価を行った。
図3は、セラミック基板および無機基板の厚みの測定方法の説明図である。セラミックス基板および無機基板(断熱板)の厚みは、保持装置の中央部を、5mmの幅で垂直方向(Z軸方向)に切断し、得られた切断片CPを光学顕微鏡で観察することで測定した。図3(A)は、実施形態の静電チャック10の平面構成を概略的に示しており、切断線CLを一点鎖線で図示し、切断片CPに斜線ハッチングを付して示している。測定は端部から約7cm間隔で計5点行い、セラミックス基板および無機基板のそれぞれについて、最も薄い厚みを、各基板の厚みとして選択した。図3(B)は、切断片CPの断面構成を概略的に図示しており、測定点をP1~P5として図示している。
セラミックス基板および無機基板の弾性率は、ナノインデンテーション法により測定した。シリコーン溶解剤を用いて、保持部を冷却部と分離し、保持部を適切な大きさに切断した後、セラミックス基板および無機基板のそれぞれの面に対して、弾性率(ヤング率)の測定を行った。測定はISO14577に準拠して行った。
無機基板の熱伝導率は保持装置から無機基板の部分を切り出し、非定常平面熱源法による測定を行った。装置はRigaku製のTCiを使用し、室温(23℃)環境下で測定した。
各材料の熱膨張率は、熱機械分析装置Thermo plus(RIGAKU製)により測定した。
セラミックス基板表面が150℃となるようヒーター電極に通電し、冷却部には30℃の冷却水を流し水冷した状態で、セラミックス基板表面の反りを測定した。レーザー式の3次元測定機(NEXIV)を使用し、セラミックス基板表面を1cm間隔で900点測定することで反りを測定した。全測定点における最大値と最小値の差を反りとした。
表1に示すように、実施例1~5は比較例1~6と比べて保持部の反り量を抑制することができ、反り量は250μm以下であった。
〔1〕無機基板の熱伝導率が3W/(m・K)以下である。
〔2〕セラミックス基板の厚みは2mm以上である。
〔3〕セラミックス基板の厚み(mm)と、無機基板の弾性率(GPa)の積が2以上200以下である。
〔4〕セラミックス基板を形成する材料と無機基板を形成する材料の熱膨張率の差が10ppm以下である。
〔5〕無機基板の厚みが5mm以下である。
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。
100…保持部
110…セラミックス基板
112…第1セラミックス部
114…第2セラミックス部
116…吸着電極
118…ヒーター
120…無機基板
200…冷却部
210…冷媒流路
300…接合部
CL…切断線
CP…切断片
S1…第1面
S2…第2面
S3…第3面
W…ウェハ
Claims (6)
- 対象物を保持する保持装置であって、
第1面と、前記第1面の裏面である第2面と、を有する保持部と、
前記保持部の前記第2面側に配置された冷却部と、
前記保持部と前記冷却部との間に配置され、前記保持部と前記冷却部とを接合する接合部と、
を備え、
前記保持部は、
セラミックスを主成分とし、前記第1面側に配置されるセラミックス基板と、
無機材料を主成分とする熱伝導率が3W/(m・K)以下の無機基板であって、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、
を有し、
前記セラミックス基板の厚みは2mm以上であり、かつ
前記セラミックス基板の厚み(mm)と、前記無機基板の弾性率(GPa)の積が2以上200以下であることを特徴とする、
保持装置。 - 請求項1に記載の保持装置であって、
前記セラミックス基板を形成する材料と前記無機基板を形成する材料の熱膨張率の差が10ppm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、
前記無機基板の厚みが5mm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、
前記接合部はシリコーン樹脂を主成分とすることを特徴とする、
保持装置。 - 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、
前記セラミックス基板の厚みは前記無機基板の厚みより厚いことを特徴とする、
保持装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の保持装置であって、
前記セラミックス基板に、ヒーターが配置されることを特徴とする、
保持装置。
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JP2021151746A JP2023043968A (ja) | 2021-09-17 | 2021-09-17 | 保持装置 |
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JP (1) | JP2023043968A (ja) |
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2021
- 2021-09-17 JP JP2021151746A patent/JP2023043968A/ja active Pending
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