特許 5948513 ウエハー保持台及びその製法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5948513

(24)【登録日】2016年6月10日

(45)【発行日】2016年7月6日

(54)【発明の名称】ウエハー保持台及びその製法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20160623BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20160623BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 R

   H02N13/00 D

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-562221(P2015-562221)

(86)(22)【出願日】2015年9月4日

(86)【国際出願番号】JP2015075178

【審査請求日】2015年12月22日

(31)【優先権主張番号】62/045745

(32)【優先日】2014年9月4日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】矢納 拓弥

(72)【発明者】

【氏名】大場 教磨

(72)【発明者】

【氏名】川尻 哲也

(72)【発明者】

【氏名】鶴田 英芳

【審査官】 儀同 孝信

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０９１２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２８７３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２９５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０７１０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１２０８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２２９８３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１３１３５０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０２Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミック製の静電チャックと金属製の冷却板との間に樹脂製の接着層を備えたウエハー保持台であって、
前記接着層は、前記静電チャックに接する第１層と、前記冷却板に接する第２層と、前記第１層と前記第２層との間に位置する中間層とを含み、耐熱性については前記第１層及び前記中間層が前記第２層より高く、柔軟性については前記第２層が前記第１層及び前記中間層より高く、各層が気密に接している、
ウエハー保持台。

【請求項2】

室温において前記第２層の弾性率が前記第１層及び前記中間層より小さい、
請求項１に記載のウエハー保持台。

【請求項3】

前記第２層は、エポキシ−アクリル混合樹脂層であり、室温においてせん断の弾性率Ｚ（ＭＰａ）が０．０４８≦Ｚ≦２．３５０である、
請求項１又は２に記載のウエハー保持台。

【請求項4】

前記第１層及び前記中間層は、２００℃で耐熱を示すポリイミド系樹脂層、エポキシ系樹脂層又はＰＥＥＫ樹脂層であり、
前記第２層は、エポキシ−アクリル混合樹脂層である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のウエハー保持台。

【請求項5】

前記第１層及び前記中間層は、２５０℃で耐熱を示すポリイミド系樹脂層、エポキシ系樹脂層又はＰＥＥＫ樹脂層である、
請求項４に記載のウエハー保持台。

【請求項6】

前記第２層の厚みは、前記第１層と前記中間層の厚みの和よりも薄く、１５０〜４００μｍである、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のウエハー保持台。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか１項に記載のウエハー保持台を製造する方法であって、
前記静電チャックの一方の面に前記第１層が熱硬化する前の第１層前駆体の層を設けると共に、前記冷却板の一方の面に前記第２層が熱硬化する前の第２層前駆体の層を設け、前記静電チャックの前記第１層前駆体の層と前記冷却板の前記第２層前駆体の層との間に前記中間層に相当する熱硬化済みの平坦な樹脂シートを挟み込むことで積層体とし、該積層体を袋内に入れて該袋内を減圧にしたあと該袋の外部から加圧しつつ加熱することにより、前記第１層前駆体の層及び前記第２層前駆体の層を熱硬化させる、
ウエハー保持台の製法。

【請求項8】

前記第２層前駆体の層は、（Ａ）水素移動型の重付加が可能なエポキシ樹脂、（Ｂ）アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルの重合体、（Ｃ）硬化剤、を含む接着材の層である、
請求項７に記載のウエハー保持台の製法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウエハー保持台及びその製法に関する。

【背景技術】

【0002】

セラミック製の静電チャック（静電チャックヒーター、サセプター）と金属製の冷却板とを接着したウエハー保持台において、静電チャックと冷却板との接着には、樹脂性接着テープや接着材を使用した物が一般的である（例えば特許文献１など）。こうしたウエハー保持台は、樹脂の耐熱性により使用温度が制限される（一般的に１００℃以下、高温で使用できるものでもせいぜい１５０℃以下）。耐熱性がある樹脂を使用しようとすると、樹脂の弾性率が高く、セラミックと冷却板の熱膨張差を吸収できず、変形や割れが生じてしまうため、ウエハー保持台として使用することは難しくなる。金属ロウ材等で接合する場合は、接合できれば高温でも使用可能だか、セラミックと冷却板（金属）の熱膨張を合わせなければ接合時に変形や割れが生じてしまう。

【0003】

一方、特許文献２には、セラミック基体と水路を備えたベースプレートとの間に、耐熱層、接着層及び断熱層を設けた装置が開示されている。耐熱層は、ポリイミド等の絶縁性樹脂、低融点ガラス、アルミナ、シリカ等の無機系材料をベースにした無機接着材等である。接着層及び断熱層は、シリコーン等の絶縁性樹脂である。こうした装置を製造するには、まず、ベースプレート上に断熱層を形成する。具体的には、フィラーを含有したシリコーン等の絶縁性樹脂をベースプレート上にラミネートし、その樹脂を必要に応じて押圧しつつ硬化温度以上に加熱して硬化させる。次に、セラミック基体の一方の面に耐熱層を形成する。耐熱層を形成するには、フィルム上の材料をラミネートして硬化させてもよいし、液状又はペースト状の材料を塗布して硬化させてもよい。次に、断熱層上に接着層を形成し、接着層を硬化させる前に、接着層上にセラミック基体の耐熱層側が接着層に接するようにセラミック基体を搭載する。その後、接着層を硬化温度以上に加熱して硬化させる。こうした装置では、使用温度を従来よりも高くすることができる。また、柔軟性を有する接着層を設けているため、加熱時に応力が発生した場合にも、発生した応力を接着層で緩和することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−７１０２３号公報

【特許文献2】特開２０１３−１２０８３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献２の装置では、接着層が耐熱層よりも柔軟性に富む（弾性率の低い）ものであるため、接着層と断熱層との間や接着層と耐熱層との間で剥がれが発生するおそれがあった。これは、この装置を製造する過程で、耐熱層と断熱層との間に硬化させる前の接着層を挟み込み、その状態で加熱して接着層を硬化させるのであるが、硬化させる前の接着層は変形しやすいため平坦を維持できず、層間に気泡が入り込みやすいことが一因と考えられる。

【0006】

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、静電チャックと冷却板との接着状態を高温でも良好に維持可能なウエハー保持台を提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のウエハー保持台は、
セラミック製の静電チャックと金属製の冷却板との間に樹脂製の接着層を備えたウエハー保持台であって、
前記接着層は、前記静電チャックに接する第１層と、前記冷却板に接する第２層と、前記第１層と前記第２層との間に位置する中間層とを含み、耐熱性については前記第１層及び前記中間層が前記第２層より高く、柔軟性については前記第２層が前記第１層及び前記中間層より高く、各層が気密に接している
ものである。

【0008】

本発明のウエハー保持台では、接着層のうち静電チャックに接する第１層が耐熱性を受け持ち、接着層のうち冷却板に接する第２層が柔軟性つまり応力緩和を受け持つ。一般に耐熱性の高い樹脂材料は、弾性率が高いため、これをセラミックと金属との接着層の材料に用いた場合には両者の熱膨張差を吸収しにくく、変形や割れが生じやすい。一方、一般に柔軟性の高い樹脂材料は、耐熱性が低いため、これをセラミックと金属との接着層の材料に用いた場合には熱により脆化してしまい、剥がれが生じやすい。こうしたことから、本発明では、第１層が耐熱性を受け持ち、冷却板側の第２層が柔軟性を受け持つようにして耐熱性と応力緩和の両方のバランスをとった。また、第１層と第２層との間の中間層は、耐熱性の高い樹脂材料、つまり弾性率の高く変形しにくい樹脂材料としたため、熱硬化により接着層を形成する段階で各層間に空気が入り込まず、熱硬化後に各層間が気密に接した状態となる。そのため、高温状態でも各層間で剥がれが発生することがない。したがって、本発明のウエハー保持台によれば、静電チャックと冷却板との接着状態を高温（例えば１５０℃以上）でも良好に維持することができる。

【0009】

本発明のウエハー保持台を製造する方法は、
前記静電チャックの一方の面に前記第１層が熱硬化する前の第１層前駆体の層を設けると共に、前記冷却板の一方の面に前記第２層が熱硬化する前の第２層前駆体の層を設け、前記静電チャックの前記第１層前駆体の層と前記冷却板の前記第２層前駆体の層との間に前記中間層に相当する熱硬化済みの平坦な樹脂シートを挟み込むことで積層体とし、該積層体を袋内に入れて該袋内を減圧にしたあと該袋の外部から加圧しつつ加熱することにより、前記第１層前駆体の層及び前記第２層前駆体の層を熱硬化させる、
ものである。

【0010】

この製法では、静電チャックの第１層前駆体の層と冷却板の第２層前駆体の層との間に中間層に相当する熱硬化済みの平坦な樹脂シートを挟み込んだ積層体を、袋内に入れて減圧したあと袋ごと加圧下で加熱して、第１層前駆体の層及び第２層前駆体の層を熱硬化させる。そのため、積層体を作製する段階で各層間に空気が入り込まず、その結果、熱硬化後に各層間が気密に接した状態となる。したがって、得られたウエハー保持台は高温状態でも各層間で剥がれが発生することがない。こうした製法は、本発明のウエハー保持台を得るのに適した方法といえる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】ウエハー保持台１０の断面図。

【図2】ウエハー保持台１０の製造工程図。

【図3】せん断試験装置の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明のウエハー保持台の一実施形態を図１に示す。図１は、ウエハー保持台１０の断面図である。

【0013】

ウエハー保持台１０は、セラミック製の静電チャック１２と金属製の冷却板１４との間に樹脂製の接着層１６を備えたものである。

【0014】

静電チャック１２としては、例えば、アルミナ製や窒化アルミニウム製のセラミック基材に静電電極１２ａとヒーター電極１２ｂとが内蔵された周知のものを用いることができる。静電電極１２ａには、接着層１６及び冷却板１４を貫通する給電部材１３ａにより外部から電力が供給される。また、ヒーター電極１２ｂには、接着層１６及び冷却板１４を貫通する給電部材１３ｂにより外部から電力が供給される。なお、各給電部材１３ａ，１３ｂは、冷却板１４と電気的に絶縁されている。静電チャック１２の上面は、ウエハーを載置する面であり、載置されたウエハーは、静電電極１２ａの静電気力でその面に吸着保持されると共にヒータ−電極１２ｂによって加熱される。

【0015】

冷却板１４としては、冷却液などの冷媒を循環可能な冷媒通路１４ａが内蔵された周知のものを用いることができる。冷却板１４は、熱伝導性のよい材料、例えばアルミニウムやアルミニウム合金などの金属材料で作製されている。冷却板１４は冷媒通路１４ａを内蔵しているため、静電チャック１２を高温にする場合も、冷却板１４は冷媒（例えば冷却液）により低い温度に設定される。

【0016】

接着層１６は、静電チャック１２に接する第１層１６ａと、冷却板１４に接する第２層１６ｂと、第１層１６ａと第２層１６ｂとの間に位置する中間層１６ｃとを含む。接着層１６は、高温の静電チャック１２と低温の冷却板１４との間に挟まれているため、接着層１６の内部には温度分布ができる。そのため、接着層１６を構成する各層にはその温度分布に応じた温度に耐えうる材料を用いる。第１層１６ａ及び中間層１６ｃは、発熱する静電チャック１２に近く、第２層１６ｂと比べて高温になりやすいため、第２層１６ｂより耐熱性の高い材料を用いる。第２層１６ｂは、冷却板１４に近く、第１層１６ａ及び中間層１６ｃと比べて低温になりやすいため、第１層１６ａ及び中間層１６ｃより柔軟性の高い材料を用いて、静電チャック１２と冷却板１４との熱膨張差によって生じる応力を緩和する。また、第１層１６ａと中間層１６ｃ、中間層１６ｃと第２層１６ｂとはそれぞれ気密に接している。ここで、気密に接しているとは、層間にφ１ｍｍ以上の気泡がなく、かつφ１ｍｍ未満の気泡が７０６．５ｃｍ²あたり２０個以下であることをいう。例えば、静電チャック１２の上面から接着層１６が透けて見えたり冷却板１４の下面から接着層１６が透けて見えたりする場合には、目視により気泡の有無を判断してもよい。あるいは、ウエハー保持台１０を純水の中に入れ、超音波探傷装置にて気泡の有無を調べてもよい。超音波探傷装置による気泡の有無の判断は、静電チャック１２や冷却板１４が透明であるか否かにかかわらず実施することができる。

【0017】

第１層１６ａ及び中間層１６ｃは、２００℃（好ましくは２５０℃）で耐熱を示すポリイミド系樹脂層、エポキシ系樹脂層又はＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂層であることが好ましい。ポリイミド系樹脂層は、少なくともイミド結合を有する高分子材料を含む樹脂層である。エポキシ系樹脂層は、反応性のエポキシ基を持つプレポリマーと硬化剤との反応により生成する三次元硬化物を含む樹脂層である。プレポリマーとしては、例えば水素移動型の重付加が可能なものなどが挙げられる。静電チャック１２からの伝熱により第１層１６ａ及び中間層１６ｃはこのような温度まで上昇するおそれがあるからである。また、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂又はＰＥＥＫ樹脂はいずれも耐熱性に優れるからである。中間層１６ｃは、平坦な樹脂シートであることが好ましい。こうすれば、各層間が気密に接した状態になりやすいからである。

【0018】

第２層１６ｂは、エポキシ−アクリル混合樹脂層であることが好ましく、室温においてせん断の弾性率Ｚ（ＭＰａ）が０．０４８≦Ｚ≦２．３５０であることが好ましい。第２層のせん断の弾性率Ｚが上述した範囲内であれば、高温時に静電チャック１２と冷却板１４との熱膨張差により接着層１６にせん断応力が発生したとしてもその応力を緩和することができるからである。なお、こうしたエポキシ−アクリル混合樹脂層は、例えば特開２０１４−１８３０７７号公報に開示されている。第１層１６ａ及び中間層１６ｃは、弾性率Ｚが第２層１６ｂよりも大きく、そのため、第２層１６ｂに比べて柔軟性がなく硬い。第２層１６ｂの厚みは、第１層１６ａと中間層１６ｃの厚みの和よりも薄い方が好ましく、例えば１００〜５００μｍであることが好ましく、１５０〜４００μｍであることがより好ましい。第２層１６ｂの厚みが１００〜５００μｍの場合に比べて１５０〜４００μｍの場合の方がより高温に耐えることができる。

【0019】

第２層１６ｂは、エポキシ−アクリル混合の接着剤を硬化させたものであることが好ましい。こうした接着剤は、（Ａ）水素移動型の重付加が可能なエポキシ樹脂（プレポリマー）、（Ｂ）アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルの重合体（プレポリマー）、（Ｃ）硬化剤、を含むものとしてもよい。以下、この接着剤の成分及び組成について説明する。

【0020】

成分（Ａ）である水素移動型の重付加が可能なエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などが挙げられる。こうしたエポキシ樹脂は、硬化反応時に低分子物質を発生しないか、ほとんど発生しない。

【0021】

成分（Ｂ）であるアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルの重合体としては、アルキルアクリレート又はアルキルメタクリレートを主成分とするエポキシ基含有アクリルゴム、アルキルアクリレート又はアルキルメタクリレートを主成分とするカルボキシル基含有アクリルゴムなどが挙げられる。こうした重合体も、硬化反応時に低分子物質を発生しないかほとんど発生しない。

【0022】

成分（Ｃ）である硬化剤としては、ＤＩＣＹ（ジシアンジアミド）硬化剤、イミダゾール系硬化剤、アミン系硬化剤などが挙げられる。

【0023】

接着剤の組成は、例えば、成分（Ａ）を５〜８０質量％、成分（Ｂ）を１５〜９０質量％、成分（Ｃ）を０．１〜５質量％含むようにしてもよい。特に、冷却板１４に穴が開いていた場合、その穴に接着剤がせり出すのを抑制したいならば、成分（Ａ）の質量％を成分（Ｂ）の質量％より小さくすることが好ましく、成分（Ａ）を１９〜３６質量％、成分（Ｂ）を６０〜８０質量％、成分（Ｃ）を１〜４質量％含むようにすることがより好ましい。なお、そのほかの成分として、末端カルボキシル・ブタジエン−アクリロニトリル共重合液状ゴム（ＣＴＢＮ）を１質量％未満加えてもよい。

【0024】

第２層１６ｂ用の接着剤シートつまり第２層前駆体の層２６ｂを以下の（１）〜（５）に例示する。なお、こうした接着剤シートは、各成分を揮発性溶剤（アセトンやヘキサンなど）で希釈した接着剤から揮発性溶剤を揮発させてシート形状にしたものである。これらを熱硬化した後のせん断の弾性率Ｚを測定したところ、いずれも０．２３前後であった。

【0025】

（１）ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を１９質量％、ブチルアクリレートを主成分とするエポキシ基含有アクリルゴムを８０質量％、ＤＩＣＹ（ジシアンジアミド）硬化剤を１質量％含む接着剤シート

【0026】

（２）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を２９質量％、エチルアクリレートを主成分とするエポキシ基含有アクリルゴムを７０質量％、イミダゾール系硬化剤を１質量％含む接着剤シート

【0027】

（３）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を３６質量％、ブチルアクリレートを主成分とするカルボキシル基含有アクリルゴムを６０質量％、アミン系硬化剤を４質量％含む接着剤シート

【0028】

（４）ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を５７質量％、ブチルアクリレートを主成分とするエポキシ基含有アクリルゴムを４０質量％、ＤＩＣＹ硬化剤を３質量％含む接着剤シート

【0029】

（５）ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を７６質量％、ブチルアクリレートを主成分とするエポキシ基含有アクリルゴムを２０質量％、ＤＩＣＹ硬化剤を４質量％含む接着剤シート

【0030】

次に、上述したウエハー保持台１０の製法の一例を説明する。ここでは、便宜上、給電部材１３ａ，１３ｂについては説明を省略する。図２はウエハー保持台１０の製造工程図である。

【0031】

まず、静電チャック１２の一方の面に第１層１６ａが熱硬化する前の第１層前駆体の層２６ａを設ける。それと共に、冷却板１４の一方の面に第２層１６ｂが熱硬化する前の第２層前駆体の層２６ｂを設ける。また、中間層１６ｃに相当する熱硬化済みの平坦な樹脂シート２６ｃを用意する。この樹脂シート２６ｃは、熱硬化済みのため接着性はない。そして、静電チャック１２の第１層前駆体の層２６ａと冷却板１４の第２層前駆体の層２６ｂとの間に平坦な樹脂シート２６ｃを挟み込むことで積層体とする。この積層体を袋内に入れて袋内を減圧にし、その袋をオートクレーブに入れて加圧しつつ加熱する。こうすることにより、第１層前駆体の層２６ａ及び第２層前駆体の層２６ｂは熱硬化してそれぞれ第１層１６ａ及び第２層１６ｂとなる。第１層前駆体の層２６ａは加熱されて軟化又は溶融したあと冷却されて硬化する際に、静電チャック１２と平坦な樹脂シート２６ｃつまり中間層１６ｃとを接着する。また、第２層前駆体の層２６ｂは加熱されて軟化又は溶融したあと冷却されて硬化する際に、冷却板１４と平坦な樹脂シート２６ｃつまり中間層１６ｃとを接着する。これらと接着する。このとき、熱硬化済みの平坦な樹脂シート２６ｃを第１層前駆体の層２６ａと第２層前駆体の層２６ｂとの間に介在させているため、熱硬化後に各層間に気泡が発生するのを防ぐことができる。

【0032】

以上説明したウエハー保持台１０では、静電チャック１２側の第１層１６ａが耐熱性を受け持ち、冷却板１４側の第２層１６ｂが柔軟性を受け持つこととした。また、第１層１６ａと第２層１６ｂとの間の中間層１６ｃは、耐熱性の高い樹脂材料、つまり弾性率の高く変形しにくい樹脂材料としたため、熱硬化により接着層１６を形成する段階で各層間に空気が入り込まず、熱硬化後に各層間が気密に接した状態となる。そのため、高温状態でも各層間で剥がれが発生することがない。したがって、ウエハー保持台１０によれば、静電チャック１２と冷却板１４との接着状態を高温（例えば１５０℃以上）でも良好に維持することができる。

【0033】

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

【0034】

例えば、上述した実施形態において、静電チャック１２の表面の温度が２００℃、冷却板１４の温度が１００℃、接着層１６の厚みが０．４ｍｍの場合（熱伝導率は均一とする）、接着層１６を厚み方向にみたときの中間位置は１５０℃となる。この場合、第１層１６ａは、２００℃（好ましくは２５０℃）で耐熱を示し、第２層１６ｂは、１５０℃で耐熱を示すことが好ましい。このように、各層の耐熱温度は、実際の静電チャック１２及び冷却板１４の温度に応じて適宜設定するのが好ましい。

【0035】

上述したウエハー保持台１０では、第１層１６ａと第２層１６ｂとの間に１つの中間層１６ｃを設けたが、例えば、温度やデザインなどを考慮して中間層１６ｃを２つ以上設けてもよい。

【実施例】

【0036】

１．ウエハー保持台サンプルの作製
［実験例１〜１３］
実験例１〜１３は、第１層及び中間層として耐熱性樹脂、第２層として柔軟性樹脂を用いた例である。各実験例のウエハー保持台のサンプルを以下の手順にしたがって作製した。このサンプルは、図１において給電部材１３ａ，１３ｂを省略したものである。まず、冷却水路を有する直径３００ｍｍのＡｌ製の冷却板に応力緩和層の前駆体である未硬化で変形容易な接着剤シートを貼り付けた。ここでは、接着剤シートとして、発明の実施の形態の欄で説明した接着剤シート（３）を用いた。次に、その接着性シートの上に中間層となる平坦な樹脂シートを貼り合わせた。平坦な樹脂シートは、熱硬化後の耐熱性樹脂シートであって、接着性がなく、平坦を維持可能なものである。次に、平坦な樹脂シートの上に、耐熱層の前駆体である未硬化な接着性シートを貼り合わせた。但し、耐熱層の前駆体がペースト状の場合（例えばエポキシ系）には、平坦な樹脂シートの上にそのペーストを塗布した。次に、耐熱層の前駆体の上に、電極が埋設された直径３００ｍｍ、厚み４〜５ｍｍのセラミック基体を貼り合わせることにより、積層体を作製した。次に、この積層体を耐熱性の高い布で包んだ。これを更に樹脂製のバギング袋に入れ、袋内を真空引きした。真空引きした袋をオートクレーブにいれ、１５０〜１８０℃、１．０ＭＰａにて接着した。これにより、応力緩和層の前駆体及び耐熱層の前駆体がそれぞれ熱硬化して応力緩和層及び耐熱層となり、ウエハー保持台のサンプルが完成した。その後、ウエハー保持台のサンプルをオートクレーブから取り出した。実験例１〜１３で用いた各層の具体的な材料や厚みを表１に示す。

【0037】

耐熱層及び中間層に用いる耐熱性樹脂の選定は、以下のようにして行った。図３に示すように、縦２５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ１０ｍｍの窒化アルミニウム板を２枚用意し、両方の窒化アルミニウム板をずらした状態で試験対象の樹脂で接合し、せん断試験用の接合体を作製した。樹脂の部分は縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ０．０１〜０．４０ｍｍとした。なお、厚さがこの範囲内であれば、経験上、得られる結果はほぼ同じであった。せん断試験は、接合体の一方の窒化アルミニウム板の２５ｍｍ×１０ｍｍの面が下になるように接合体を支持台に載せ、他方の窒化アルミニウム板に鉛直下向きの荷重（力）を加えることにより行った。試験時の温度は２５０℃又は２００℃とし、雰囲気は大気雰囲気とした。こうしたせん断試験は、熱履歴を加える前後で測定した。せん断試験の結果からせん断強度を求めた。熱履歴は、せん断試験用の接合体を、試験時と同じ温度、同じ雰囲気で１０００時間晒した。応力計算によると、２５０℃又は２００℃で必要なせん断強度は０．３ＭＰａ以上であることから、０．３ＭＰａ以上のせん断強度を持つ樹脂を、２５０℃又は２００℃で耐熱性があると判断した。表１で耐熱層及び中間層に用いた耐熱性樹脂（ポリイミド系、エポキシ系、ＰＥＥＫ）は、２５０℃でも２００℃でも耐熱性があったものを用いた。ちなみに、シリコーン系は、２５０℃でも２００℃でも耐熱性がなかった。

【0038】

樹脂のせん断の弾性率Ｚ（ＭＰａ）（＝強度／歪み）は、室温において上述したせん断試験によって得られたせん断強度（ＭＰａ）とせん断歪みとを用いて算出した。

【0039】

また、上述したせん断試験において、一方の窒化アルミニウム板を同寸法のアルミニウム板に変更し、窒化アルミニウム板とアルミニウム板とを接合する接合層として本発明の３層構造（窒化アルミニウム板に第１層、アルミニウム板に第２層を接着）を採用したところ、第１層、中間層に比べて第２層の伸びが大きくなった。これにより、第２層が他の層より柔軟性があること、弾性率が小さいことを確認することができた。なお、ウエハ−保持台の製品の接着層を評価するには、製品からサンプルを切り出して上述したせん断試験を行うことにより同様に評価することが可能である。

【0040】

［実験例１４〜１８］
実験例１４〜１８は、接着層を耐熱性樹脂の第１層のみ（つまり単層）で構成した例である。これらは、冷却板に第２層の前駆体である接着性シートを貼り付けなかったこと、中間層となる平坦な樹脂シートを用いなかったこと以外は、実験例１〜１３と同様にしてウエハー保持台のサンプルを作製した。実験例１４〜１８で用いた第１層の具体的な材料や厚みを表１に示す。

【0041】

［実験例１９〜２３］
実験例１９〜２３は、接着層を耐熱性樹脂の第１層及び柔軟性樹脂の第２層（つまり２層）で構成した例である。これらは、中間層となる平坦な樹脂シートを用いなかったこと以外は、実験例１〜１３と同様にしてウエハー保持台のサンプルを作成した。実験例１９〜２３で用いた各層の具体的な材料や厚みを表１に示す。

【0042】

２．評価試験
［反り量］
各実験例のウエハー保持台のサンプルをセラミック基体の表面が下になるように水平な台の上に置き、３次元測定器にて，セラミック基体の表面の８５点につきＺ座標を測定した。測定したＺ座標の最大値と最小値との差を平面度（反り量（μｍ））として求めた。反り量が５０μｍ以下のものを使用可能と判断した。各実験例の初期（作製直後）の反り量を表１に示す。

【0043】

［気泡の有無］
各実験例につき、セラミック基体の代わりにガラスを用いたもの（ガラスサンプル）を作製した。ガラスサンプルをガラス側から目視で観察し、気泡の有無を確認した。更に、ガラスサンプルを純水の中に入れ、超音波探傷装置にて気泡の有無を確認した。超音波探傷装置では、純水中の製品に２５ＭＨｚのパルス波を当て、気泡がある部分は媒質の変化によって反射波が生じるため、反射波の有無により気泡の有無を確認した。具体的には、φ１ｍｍ以上の気泡がなく、かつφ１ｍｍ未満の気泡が７０６．５ｃｍ²あたり２０個以下である場合について気泡なしと判断した。超音波探傷装置では、ディスプレイに現れる画像で気泡の直径や個数を確認した。なお、気泡の有無は、目視でも超音波探傷装置でも同じ結果が得られるため、目視及び超音波探傷装置の少なくとも一つで判断すればよい。各実験例の初期の気泡の有無を表１に示す。

【0044】

［ソーク（高温環境下でのサンプル放置）］
各実験例のウエハー保持台のサンプルを真空チャンバー内にセットし、冷却板に冷却水を流した。セラミック基体の上面にヒーターをセットした。そして、セラミック下面が所定の高温（２５０℃又は２００℃）になるように、また冷却板上面が１００℃になるように調節し、その状態で１０００時間放置した。ソーク後、各実験例のウエハー保持台の反り量と気泡を測定した。その結果を表１に示す。

【0045】

なお、表１には、２００℃における第２層の最高温度と２５０℃における第２層の最高温度を示した。これらは、セラミック下面の温度、冷却板上面の温度及び層の厚さから計算で求めたものである。

【0046】

【表1】

【0047】

３．評価結果
実験例１〜１０は、第１層及び中間層としてポリイミド系樹脂、第２層としてエポキシ−アクリル混合樹脂を用いた例である。実験例１〜１０のいずれも、作製直後（初期）においては、気泡が無く第１層、中間層及び第２層が気密に接しており、割れや剥がれは見られなかった。

【0048】

このうち、実験例１〜６は、第１層の厚みを１０μｍ、中間層の厚みを３９０μｍ（第１層と中間層の厚みの和は４００μｍ）に固定し、第２層の厚みを１００〜５００μｍの範囲で振った例である。この実験例１〜６では、いずれも２００℃ソーク後の反り量を５０μｍ以下に抑えることができたことから、セラミック基体と冷却板との接着状態を２００℃でも良好に維持できることがわかった。また、実験例２〜５は、第２層の厚みが１５０〜４００μｍのものであるが、いずれも２５０℃ソーク後の反り量を５０μｍ以下に抑えることができ、セラミック基体と冷却板との接着状態を２５０℃でも良好に維持できることがわかった。なお、実験例１では、第２層の厚みが薄かったため、２５０℃ソークでは十分に応力を緩和することができなかったと考えられる。また、実験例６では、第２層の厚みが厚かったため、２５０℃ソークでは中間層の近くの部分まで冷却板の冷却効果が及ばず耐熱温度を超えて脆化し（計算上１８３℃）、その結果第２層と中間層との間で剥がれが生じたと考えられる。

【0049】

実験例７，８は、第２層の厚みを２００μｍに固定し、第１層及び中間層の厚みが合計４００μｍとなるように適宜設定した例である。これらについても、実験例２〜５と同様、２００℃ソーク後及び２５０℃ソーク後の反り量を５０μｍ以下に抑えることができ、セラミック基体と冷却板との接着状態を２００℃でも２５０℃でも良好に維持できることがわかった。

【0050】

実験例９，１０は、第１層の厚みを１０μｍに固定し、中間層の厚みを１４０μｍ、１９０μｍ、第２層の厚みを１５０μｍ、２００μｍに設定した例である。これらについても、実験例２〜５と同様、２００℃ソーク後及び２５０℃ソーク後の反り量を５０μｍ以下に抑えることができ、セラミック基体と冷却板との接着状態を２００℃でも２５０℃でも良好に維持できることがわかった。

【0051】

実験例１１〜１３は、実験例３の材料を変更した例である。実験例１１は、中間層をＰＥＥＫ系樹脂にした以外は実験例３と同じ、実験例１２は第１層をエポキシ系樹脂とした以外は実験例３と同じ、実験例１３は第１層をエポキシ系樹脂、中間層をＰＥＥＫ系樹脂にした以外は実験例３と同じである。実験例１１〜１３についても、実験例３と同様、２００℃ソーク後及び２５０℃ソーク後の反り量を５０μｍ以下に抑えることができ、セラミック基体と冷却板との接着状態を２００℃でも２５０℃でも良好に維持できることがわかった。

【0052】

実験例１４〜１８は、接着層を耐熱性樹脂の第１層のみ（つまり単層）で構成した例である。実験例１４，１５は、第１層をポリイミド系樹脂として厚みを５０μｍ、４００μｍに設定した例、実験例１６〜１８は、第１層をエポキシ系樹脂として厚みを５０μｍ、２００μｍ、４００μｍに設定した例である。実験例１４〜１８のいずれも、作製直後（初期）において割れが発生した。このように接着層を耐熱性樹脂の第１層のみで構成すると、樹脂の弾性率が高く柔軟性が低いため、セラミック基体と冷却板との熱膨張差を吸収できず、割れが生じたと考えられる。

【0053】

実験例１９〜２３は、接着層を耐熱性樹脂の第１層及び柔軟性樹脂の第２層（つまり２層）で構成した例である。実験例１９，２０は、第１層をポリイミド系樹脂として厚みを５０μｍ、４００μｍに設定し、第２層をエポキシ−アクリル混合樹脂として厚みを２００μｍにした例、実験例２１〜２３では、第１層をエポキシ系樹脂として厚みを５０μｍ、２００μｍ、４００μｍに設定し、第２層をエポキシ−アクリル混合樹脂として厚みを２００μｍにした例である。実験例１９〜２３のいずれも、作製直後（初期）において第１層と第２層との間で剥がれが発生した。剥がれの原因は、第１層と第２層との間に気泡が存在していたことによると考えられる。サンプル作製時、セラミック基体には第１層前駆体の層である未硬化のポリイミド系接着剤の層が形成され、冷却板には第２層前駆体の層である未硬化のエポキシ−アクリル系接着剤の層が形成されていたが、これら２つの層は形状が不安定なため両者が接した状態で加熱すると気泡が残り易い。

【0054】

以上の実験例１〜２３のうち、実験例１〜１３は本発明の実施例に相当し、実験例１４〜２３は比較例に相当する。なお、実験例１〜１０において、耐熱層としてポリイミド系樹脂の代わりにエポキシ系樹脂（耐熱性樹脂と判断されたもの）を用いた場合も、ほぼ同様の結果が得られた。

【0055】

本出願は、２０１４年９月４日に出願された米国仮出願第６２／０４５，７４５号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

【0056】

なお、上述した実験例は本発明を何ら限定するものでないことは言うまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0057】

本発明は、静電チャックと冷却板とを接着したウエハー保持台に利用可能である。

【符号の説明】

【0058】

１０…ウエハー保持台、１２…静電チャック、１２ａ…静電電極、１２ｂ…ヒーター電極、１３ａ…給電部材、１３ｂ…給電部材、１４…冷却板、１４ａ…冷媒通路、１６…接着層、１６ａ…第１層、１６ｂ…第２層、１６ｃ…中間層、２６ａ…第１層前駆体の層、２６ｂ…第２層前駆体の層、２６ｃ…樹脂シート。

【要約】

ウエハー保持台１０は、セラミック製の静電チャック１２と金属製の冷却板１４との間に樹脂製の接着層１６を備えている。接着層１６は、静電チャック１２に接する第１層１６ａと、冷却板１４に接する第２層１６ｂと、第１層１６ａと第２層１６ｂとの間に位置する中間層１６ｃとを含む。耐熱性については、第１層１６ａ及び中間層１６ｃが第２層１６ｂより高く、柔軟性については第２層１６ｂが第１層１６ａ及び中間層１６ｃより高く、各層は気密に接している。

【図1】

【図2】

【図3】