特許 7441046 保持装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-20

(45)【発行日】2024-02-29

(54)【発明の名称】保持装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20240221BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240221BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20240221BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H01L21/68 N

H01L21/302 101G

H02N13/00 D

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020002549

(22)【出願日】2020-01-10

(65)【公開番号】P2021111688

(43)【公開日】2021-08-02

【審査請求日】2022-07-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100144510

【弁理士】

【氏名又は名称】本多 真由

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敦

【審査官】三浦 みちる

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－００９２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０４５７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５３４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０００８３１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００９／０５４４６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１６３１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１４２４１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０２Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物を保持する保持装置であって、
板状に形成され、前記対象物が載置される載置面を有する保持部と、
前記保持部に対して、前記載置面とは反対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、
前記接合部は、カーボンナノチューブから成り、
前記カーボンナノチューブは、自身の長手方向が前記保持部と前記冷却部との積層方向に沿うように、配向しており、
前記保持装置は、
さらに、
前記保持部と前記接合部との間、および前記接合部と前記冷却部との間の少なくともいずれか一方に配置される第１金属層と、
前記保持部側に配置される前記第１金属層と前記保持部との間、および前記冷却部側に配置される前記第１金属層と前記冷却部との間、の少なくともいずれか一方に配置される第２金属層と、
前記第１金属層の外周面の少なくとも一部の上に形成された第１保護部と、
を備えることを特徴とする、
保持装置。

【請求項2】

対象物を保持する保持装置であって、
板状に形成され、前記対象物が載置される載置面を有する保持部と、
前記保持部に対して、前記載置面とは反対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、
前記接合部は、カーボンナノチューブから成り、
前記カーボンナノチューブは、自身の長手方向が前記保持部と前記冷却部との積層方向に沿うように、配向しており、
前記接合部は、前記積層方向に自身を貫通する貫通孔を備えると共に、前記貫通孔の外周に形成され、前記カーボンナノチューブの密度が他の部分より高い緻密部を備えることを特徴とする、
保持装置。

【請求項3】

請求項１に記載の保持装置であって、
前記接合部は、前記積層方向に自身を貫通する貫通孔を備えると共に、前記貫通孔の外周に形成され、前記カーボンナノチューブの密度が他の部分より高い緻密部を備えることを特徴とする、
保持装置。

【請求項4】

請求項２に記載の保持装置であって、
さらに、
前記保持部と前記接合部との間、および前記接合部と前記冷却部との間の少なくともいずれか一方に配置される第１金属層を、備えることを特徴とする、
保持装置。

【請求項5】

請求項４に記載の保持装置であって、
前記保持部側に配置される前記第１金属層と前記保持部との間、および前記冷却部側に配置される前記第１金属層と前記冷却部との間、の少なくともいずれか一方に配置される第２金属層を、備えることを特徴とする、
保持装置。

【請求項6】

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、
さらに、
前記接合部の外周面の少なくとも一部の上に形成された第２保護部を備えることを特徴とする、
保持装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６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、前記積層方向に自身を貫通する貫通孔を備え、
前記保持装置は、
さらに、
前記貫通孔の内周面の少なくとも一部の上に形成された第３保護部を備えることを特徴とする、
保持装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７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、
前記保持部側の第１表面と前記第１表面の裏側の第１裏面とを有する第１接合部と、
前記冷却部側の第２表面と前記第２表面の裏側の第２裏面とを有する第２接合部と、を備え、
前記第１接合部の前記第１裏面から積層方向に所定の距離までと、前記第２接合部の前記第２裏面から所定の距離までと、が重なり合っていることを特徴とする、
保持装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、対象物を保持する保持装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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保持部と、保持部を冷却する冷却部と、保持部と冷却部とを接合する接合部と、を備える。このような保持装置において、従来、樹脂性の接着剤からなる接合部が用いられており、接合部の熱抵抗が大きいため、保持部から冷却部への熱伝達に時間を要し、対象物の冷却に時間がかかる場合があった。この問題に対し、有機材料にフィラーを配合した接合剤を使用し、フィラーの形状を工夫することにより熱伝導率を高め、冷却性能を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、アルミナなどの熱伝導性付与剤を配合した熱伝導性シリコーンを、接着剤層として用い、冷却性能を向上させる技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－２２２９７８号公報

【文献】特開２００８－２７７４４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記特許文献に記載の技術でも、まだ、冷却性能は十分ではなかった。

【0005】

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、冷却性能を向上させる他の技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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。

【0007】

（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、前記対象物が載置される載置面を有する保持部と、前記保持部に対して、前記載置面とは反対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、前記接合部は、カーボンナノチューブから成り、前記カーボンナノチューブは、自身の長手方向が前記保持部と前記冷却部との積層方向に沿うように、配向している。

【0008】

カーボンナノチューブの軸方向の熱伝導率は、樹脂や、充填剤により高熱伝導化した高熱伝導樹脂シートと比較して、非常に大きい。この構成によれば、保持装置の接合部が、カーボンナノチューブから成り、カーボンナノチューブが自身の長手方向（繊維方向)が保持部と冷却部との積層方向に沿うように配向しているため、保持部と冷却部との間の熱伝導性を向上させることができ、保持装置の急速な加熱・冷却が可能になる。すなわち、保持装置の冷却性能を向上させることができる。

【0009】

（２）上記形態の保持装置であって、さらに、前記保持部と前記接合部との間、および前記接合部と前記冷却部との間の少なくともいずれか一方に配置される第１金属層を、備えてもよい。このようにすると、接合部と冷却部もしくは保持部との粘着性が強くなり、剥離しにくくなる。

【0010】

（３）上記形態の保持装置であって、前記保持部側に配置される前記第１金属層と前記保持部との間、および前記冷却部側に配置される前記第１金属層と前記冷却部との間、の少なくともいずれか一方に配置される第２金属層を、備えてもよい。第１金属層と保持部または冷却部との接着性を向上させることができ、接合部の剥離を抑制することができる。

【0011】

（４）上記形態の保持装置であって、さらに、前記第１金属層の外周面の少なくとも一部の上に形成された第１保護部を備えてもよい。このようにすると、第１金属層の少なくとも一部が露出しないため、対象物を加工する際に用いられるプラズマ等による第１金属層の劣化を抑制することができる。

【0012】

（５）上記形態の保持装置であって、さらに、前記接合部の外周面の少なくとも一部の上に形成された第２保護部を備えてもよい。このようにすると、対象物を加工する際に用いられるプラズマ等による接合部の劣化を抑制することができる。

【0013】

（６）上記形態の保持装置であって、前記接合部は、前記積層方向に自身を貫通する貫通孔を備え、前記保持装置は、さらに、前記貫通孔の内周面の少なくとも一部の上に形成された第３保護部を備えてもよい。このようにすると、密閉性が高くなり、冷却用ガス等のガスの漏れを抑制することができる。

【0014】

（７）上記形態の保持装置であって、前記接合部は、前記積層方向に自身を貫通する貫通孔を備えると共に、前記貫通孔の外周に形成され、前記カーボンナノチューブの密度が他の部分より高い緻密部を備えてもよい。貫通孔の周りは、他の部分に比べ、冷却されにくく、保持部の載置面全体の中で貫通孔の周りの温度は他と比べて高くなりやすい。この構成によれば、貫通孔の周りのカーボンナノチューブの密度が高いため、貫通孔の周りの熱伝導を向上させることができる。そのため、冷却部による冷却効率を高めることができ、保持部の載置面の温度分布のばらつきを低減させることができる。

【0015】

（８）上記形態の保持装置であって、前記接合部は、前記保持部側の第１表面と前記第１表面の裏側の第１裏面とを有する第１接合部と、前記冷却部側の第２表面と前記第２表面の裏側の第２裏面とを有する第２接合部と、を備え、前記第１接合部の前記第１裏面から積層方向に所定の距離までと、前記第２接合部の前記第２裏面から所定の距離までと、が重なり合っていてもよい。保持部や冷却部に凹凸があった場合でも、第１接合部と第２接合部とを両側から組合わせることにより、それらの凹凸による両者間の距離の違いが緩和され、隙間を低減して接合することができる。その結果、面内で略均一に熱を伝導することができ、保持装置の冷却性能を向上させることができる。

【0016】

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などの形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１実施形態における静電チャックの外観構成を概略的に示す斜視図である。

【図2】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。

【図3】第２実施形態における静電チャックのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。

【図4】第３実施形態の静電チャックのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。

【図5】第４実施形態における静電チャックのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。

【図6】第５実施形態における静電チャックの平面構成を概略的に示す説明図である。

【図7】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。

【図8】第６実施形態における接合部の平面構成を概略的に示す説明図である。

【図9】第７実施形態における静電チャックのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態における静電チャック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。

【0019】

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保持部１００、冷却部２００、および保持部１００と冷却部２００とを接合する接合部３００を備える。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。

【0020】

保持部１００は、略円形平面状の載置面Ｓ１を有する板状部材であり、セラミック（例えば、アルミナや窒化アルミニウム等）により形成されている。保持部１００の直径は、例えば、５０ｍｍ～５００ｍｍ程度（通常は２００ｍｍ～３５０ｍｍ程度）であり、保持部１００の厚さは例えば１ｍｍ～１０ｍｍ程度である。

【0021】

保持部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４００（図２）が配置されている。Ｚ軸方向視での吸着電極４００の形状は、例えば略円形である。吸着電極４００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が保持部１００の載置面Ｓ１に吸着固定される。

【0022】

冷却部２００は、保持部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やアルミニウム合金等の金属により形成されている。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。

【0023】

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の保持部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、接合部３００を介した冷却部２００と保持部１００との間の伝熱により保持部１００が冷却され、保持部１００の載置面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。

【0024】

接合部３００は、保持部１００の径と等しい略円形平面状の板状部材であり、保持部１００と冷却部２００とを接合する。接合部３００は、保持部１００側の第１接着面３５１(図２)と、冷却部２００側の第２接着面３５２(図２)を有する。接合部３００は、カーボンナノチューブから成り、樹脂を含まない。後に詳述するように、接合部３００は、複数のカーボンナノチューブの集合体であり、自身の長手方向（繊維方向)が保持部１００と冷却部２００との積層方向（図面におけるＺ軸方向）に沿うように、配向している。換言すると、カーボンナノチューブは、自身の長手方向（繊維方向)が、保持部１００の第１接着面３５１、もしくは冷却部２００の第２接着面３５２に対し、略垂直に配向している。カーボンナノチューブの配向方向は、以下の方法により確認することができる。

【0025】

カーボンナノチューブが形成された保持部１００と冷却部２００を割断し、断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などで観察することで、配向方向を確認できる。電子顕微鏡の中でも、電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）が、汎用性が高くかつ比較的高倍率での観察が可能なため好ましい。拡大倍率は、全体の配向方向や１本ごとの形状が確認できるよう適宜設定すればよい。

【0026】

「略垂直」は、以下の角度を含む概念である。カーボンナノチューブの長手方向が、保持部１００の第１接着面３５１、もしくは冷却部２００の第２接着面３５２に対し垂直になった場合を最大角度の９０度（すなわちカーボンナノチューブの長手方向が各接着面に平行になった場合を０度）とすると、好ましくは９０度～７０度であり、より好ましくは９０度～７５度であり、さらに好ましくは９０度～８０度であり、特に好ましくは９０度～８５度である。９０度に近いほど、分子間力による接着性が発現するためである。なお、６０度以下は粘着性が発現しないため好ましくない。

【0027】

カーボンナノチューブは、分子間力により粘着性を示す。但し、カーボンナノチューブの粘着性はせん断方向には強いが、接着面に対し、３０度以上の角度があると容易に剥離できるという特徴がある。静電チャック１０において、保持部１００は剛性が高いセラミックからなる平板であり、冷却部２００は剛性が高い金属からなる平板であるため、曲がり難い。すなわち、保持部１００および冷却部２００は、普通に使用している場合は、接合部３００の接着面に対して３０度以上の角度の方向には力が働きにくく、剥離しにくい。そのため、本実施形態の接合部３００は、本実施形態の保持部１００と冷却部２００との接合に適している。

【0028】

カーボンナノチューブの熱伝導率は、カーボンナノチューブの軸方向に、例えば、３０００Ｗ／ｍＫ～６０００Ｗ／ｍＫ程度である。例えば、樹脂の接着剤に充填剤を添加することにより高熱伝導化した場合でも、熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ程度であり、これと比較して、カーボンナノチューブの熱伝導率は、桁違いに大きい。そのため、カーボンナノチューブから成る接合部３００により保持部１００と冷却部２００とが接合された静電チャック１０は、急速な加熱・冷却を実現することができる。

【0029】

カーボンナノチューブの熱分解温度は、大気中で５００℃～６００℃程度であり、通常の樹脂の熱分解温度よりも高く、耐熱性に優れる。そのため、保持部１００の耐熱性を向上させることができる。

【0030】

接合部３００の厚みは、特に限定されないが、０．１ｍｍ～２ｍｍが好ましい。保持部１００と冷却部２００の熱膨張率が異なる場合等に、接合部３００の厚みを上記の範囲内にすると、温度変化による保持部１００と冷却部２００の熱膨張差を良好に緩和することができ、保持部１００と冷却部２００の剥離や反りを抑制することができる。

【0031】

接合部３００において、熱膨張率差の緩和のためには、カーボンナノチューブが凝集しておらず、個別に分散している方が好ましい。カーボンナノチューブが分散していることで、カーボンナノチューブ１本１本が熱膨張率差に応じて容易にせん断方向に傾斜できるためである。

【0032】

また、接合部３００において、カーボンナノチューブの先端は凝集しておらず、個別に分散していることが好ましい。保持部１００および冷却部２００の表面には、微細な凹凸が存在しており、カーボンナノチューブが個別に分散していることにより、カーボンナノチューブの先端が凹部に入り込むことができ、接着性の低下を抑制することができる。

【0033】

カーボンナノチューブの直径は、特に限定されないが、好ましくは０．３ｎｍ～２０００ｎｍである。より好ましくは１ｎｍ～１０００ｎｍであり、さらに好ましくは２ｎｍ～５００ｎｍであり、特に好ましくは２ｎｍ～２００ｎｍであり、最も好ましくは２ｎｍ～１００ｎｍである。カーボンナノチューブの直径が上記範囲内に収まると、より強い接着力が発現できるため、接合部３００が剥離し難く、カーボンナノチューブによる半導体製造装置内の汚染を抑制することができる。また、カーボンナノチューブの直径は、細い方、すなわちカーボンナノチューブの層構造が単層に近い方が好ましい。細い方が曲がりやすく、熱膨張率差に応じて容易にせん断方向に傾斜できるためである。

【0034】

カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、および多層カーボンナノチューブのいずれでも良い。カーボンナノチューブの面密度は、特に限定されないが、放熱性および電気伝導性の観点から、１×１０¹⁰本／ｃｍ²以上が好ましい。

【0035】

接合部３００は、例えば、以下の方法により製造することができる。
カーボンナノチューブを形成する基板を用意する。次いで、基板上に、例えば、スパッタ法、化学蒸着（Chemical Vapor Deposition、ＣＶＤ）法、物理蒸着（Physical Vapor Deposition、ＰＶＤ）法、真空蒸着法等により、触媒金属膜を形成する。触媒金属膜としては、例えば、膜厚約２．５ｎｍのＦｅ（鉄）膜を例示する。触媒金属としては、Ｆｅのほか、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金を用いても良い。また、これらの触媒金属の下地膜として、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ₂（酸化チタン）、からなる膜又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金からなる膜を形成しても良い。例えば、Ｆｅ（約２．５ｎｍ）／Ａｌ（約１０ｎｍ）の積層構造等を適用することができる。下地層の形成方法としては、セラミックの配線形成方法と同じ方法（金属成分を含むペーストの印刷、同時焼成）の他、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、真空蒸着法等が挙げられる。

【0036】

次いで、基板上に、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、触媒金属膜を触媒として、カーボンナノチューブを成長させる。カーボンナノチューブの成長条件は、例えば、原料ガスとしてアセチレン・アルゴンの混合ガス（分圧比１：９）を用い、成膜室内の総ガス圧を約１ｋＰａ、ホットフィラメント温度を約１０００℃、成長時間を約２０分とする。これにより、層数が約３～６層（平均４層程度）、直径が約４～約８ｎｍ（平均約６ｎｍ）、成長速度が４μｍ／ｍｉｎの多層カーボンナノチューブを成長させることができる。なお、カーボンナノチューブは、熱ＣＶＤ法やリモートプラズマＣＶＤ法などの他の成膜方法により形成しても良い。また、成長するカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブでも良い。また、炭素原料としては、アセチレンのほか、メタン、エチレン等の炭化水素類や、エタノール、メタノール等のアルコール類などを用いても良い。このようにして、基板の上で、触媒金属膜が形成された領域に、基板の法線方向に配向（垂直配向）した複数のカーボンナノチューブの集合体であるカーボンナノチューブ集合体を形成することができる。なお、上記の成長条件で形成したカーボンナノチューブでは、全体に触媒を形成した場合の面密度は、約１×１０¹¹本／ｃｍ²程度であった。なお、触媒金属膜の配置（密度)は、所望の熱伝導の大きさに応じて決定すれば良い。面密度は、形成したカーボンナノチューブを走査電子顕微鏡で観察し、単位面積当たりの本数をカウントすることで算出できる。

【0037】

上述の方法で製造されたカーボンナノチューブ集合体を、触媒金属膜が形成された基板から剥離して、本実施形態の接合部３００として用いる。上述の通り、カーボンナノチューブは、分子間力により粘着性を示すため、接合部３００により保持部１００と冷却部２００とを接合することができる。

【0038】

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、樹脂を含まず、カーボンナノチューブから成る接合部３００により保持部１００と冷却部２００とを接合している。接合部３００において、カーボンナノチューブは、自身の長手方向が保持部１００と冷却部２００との積層方向に沿うように、配向している。カーボンナノチューブの軸方向の熱伝導率は、樹脂に比較して非常に大きいため、例えば、充填剤を添加することにより高熱伝導化された樹脂の接着剤を用いた場合と比較して、静電チャック１０の熱伝導性を向上させることができる。すなわち、本実施形態の静電チャック１０によれば、急速な加熱・冷却を実現することができる。

【0039】

＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態における静電チャック１０ＡのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。図３において、Ｙ軸正方向は、紙面裏側に向かう方向である。本実施形態の静電チャック１０Ａは、保持部１００と接合部３００との間に配置される第１金属層５１０を、さらに備える。以下に説明する実施形態において、第１実施形態の静電チャック１０と同一の構成には同一の符号を付し、先行する説明を参照する。

【0040】

第１金属層５１０は、金属を主成分とする薄膜状の層である。金属としては、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）から選ばれる１種もしくは２種、又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金を用いることができる。

【0041】

本実施形態の接合部３００は、第１実施形態の接合部３００の製造方法において、基板として保持部１００を用いることにより製造することができる。すなわち、第１金属層５１０は、保持部１００の載置面Ｓ１の裏面Ｓ２に、スパッタ法、化学蒸着（Chemical Vapor Deposition、ＣＶＤ）法、物理蒸着（Physical Vapor Deposition、ＰＶＤ）法、真空蒸着法等により形成され、触媒金属としての機能を奏する。そして、第１金属層５１０上にカーボンナノチューブを成長させることにより、本実施形態の接合部３００が形成される。

【0042】

本実施形態では、保持部１００の裏面Ｓ２に形成された接合部３００を、保持部１００から剥がさず、接合部３００が保持部１００に接着された状態で、第２接着面３５２により接合部３００を冷却部２００に接着する。その結果、保持部１００と冷却部２００とが接合部３００により接合される。

【0043】

本実施形態の静電チャック１０Ａによれば、保持部１００と接合部３００との間に第１金属層５１０を備えるため、保持部１００と接合部３００との接着性を強くすることができ、保持部１００と接合部３００との間の剥離を抑制することができる。そのため、保持部１００の載置面Ｓ１の温度分布の均一性の低下を抑制することができる。

【0044】

＜第３実施形態＞
図４は、第３実施形態の静電チャック１０ＢのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。本実施形態の静電チャック１０Ｂは、第２実施形態の静電チャック１０Ａの構成に加え、さらに、保持部１００と第１金属層５１０との間に配置される第２金属層５２０を備える。

【0045】

第２金属層５２０も、第１金属層５１０と同様に金属を主成分とする薄膜状の層であるものの、第１金属層５１０と異なる金属を主成分とする。第２金属層５２０の主成分金属は、例えば、保持部１００の内層の吸着電極４００と同じ種類の金属（例えば、Ｗ（タングステン）Ｍｏ（モリブデン））を用いることができる。本実施形態の第２金属層５２０の主成分金属としては、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ₂（酸化チタン）、又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金を用いることができる。

【0046】

本実施形態では、例えば、第２金属層５２０の主成分金属を含む導体ペーストをセラミックグリーンシートに塗布し、同時焼成することにより第２金属層５２０を形成することができる。

【0047】

本実施形態の接合部３００は、第２実施形態の接合部３００の製造方法において、基板として第２金属層５２０が形成された保持部１００を用いることにより製造することができる。本実施形態では、保持部１００の載置面Ｓ１の裏面Ｓ２に形成された第２金属層５２０の上に、スパッタ法、真空蒸着法等により第１金属層５１０が形成される。第１金属層５１０は、第２実施形態と同様に、触媒金属としての機能を奏する。そして、第１金属層５１０上にカーボンナノチューブを成長させることにより、本実施形態の接合部３００が形成される。

【0048】

本実施形態でも、第２実施形態と同様に、保持部１００の裏面Ｓ２側に形成された接合部３００を、保持部１００から剥がさず、接合部３００が保持部１００に接着された状態で、第２接着面３５２により接合部３００を冷却部２００に接着する。その結果、保持部１００と冷却部２００とが接合部３００により接合される。

【0049】

本実施形態では、セラミックから成る保持部１００との接着性が第１金属層５１０より高い第２金属層５２０を、第１金属層５１０と第２金属層５２０との間に備えることにより、保持部１００と接合部３００との接着性を、さらに向上させることができる。

【0050】

また、第２金属層５２０の主成分金属として、吸着電極４００と同じ金属を用いているため、第２金属層５２０を、セラミックグリーンシートと同時焼成により形成することができ、保持部１００と第２金属層５２０との接着性をより向上させることができる。

【0051】

＜第４実施形態＞
図５は、第４実施形態における静電チャック１０ＣのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。本実施形態の静電チャック１０Ｃは、冷却部２００と接合部３００との間に配置される第１金属層５１０と、第１金属層５１０の外周面の上に形成された第１保護部６００を、さらに備える。

【0052】

第１金属層５１０は、第２実施形態と同様の金属を主成分とする薄膜状の層である。本実施形態の第１金属層５１０は、第２実施形態とは異なり、冷却部２００と接合部３００との間に配置されている。

【0053】

本実施形態の接合部３００は、第１実施形態の接合部３００の製造方法において、基板として冷却部２００を用いることにより製造することができる。すなわち、第１金属層５１０は、冷却部２００の上面２０１に、スパッタ法、真空蒸着法等により形成され、触媒金属としての機能を奏する。そして、第１金属層５１０上にカーボンナノチューブを成長させることにより、本実施形態の接合部３００が形成される。

【0054】

本実施形態では、冷却部２００の上面２０１側に形成された接合部３００を、冷却部２００から剥がさず、接合部３００が冷却部２００に接着された状態で、第１接着面３５１により接合部３００を保持部１００に接着する。その結果、保持部１００と冷却部２００とが接合部３００により接合される。

【0055】

本実施形態において、第１保護部６００は、冷却部２００と同一の材料から成り、第１金属層５１０の外周面の全面を覆うように形成されている。すなわち、第１保護部６００は、略円環平面状に形成されており、厚みが第１金属層５１０の厚み以上である。第１保護部６００は、第１金属層５１０の外周面の上に形成されていればよく、第１金属層５１０の外周面と第１保護部６００との間に空隙が形成されていてもよい。他の実施形態では、第１保護部６００は第１金属層５１０の外周面の一部に形成されていてもよい。

【0056】

本実施形態の静電チャック１０Ｃによれば、冷却部２００と接合部３００との間に第１金属層５１０を備えるため、冷却部２００と接合部３００との粘着性を強くすることができ、冷却部２００と接合部３００との間の剥離を抑制することができる。

【0057】

また、静電チャック１０Ｃによれば、第１金属層５１０の外周面の上に第１保護部６００が形成されているため、静電チャック１０Ｃに保持されるウェハＷの加工中のプラズマによる第１金属層５１０の劣化を抑制することができる。そのため、第１金属層５１０の主成分金属による半導体製造装置内の汚染を抑制することができる。特に、第１金属層５１０としてＣｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、およびＦｅ（鉄)を用いる場合には、プラズマやチャンバー内部の他の部材や加工中のウェハＷなどへの悪影響が懸念されるため、第１保護部６００を備えることが好ましい。

【0058】

＜第５実施形態＞
図６は、第５実施形態における静電チャック１０Ｄの平面構成を概略的に示す説明図である。図６において、Ｚ軸正方向は、紙面表側に向かう方向である。図７は、静電チャック１０ＤのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。図７は、図６におけるＡ－Ａ断面を示す。本実施形態の静電チャック１０Ｄは、保持部１００Ｄの載置面Ｓ１から冷却部２００Ｄの下面２０２（Ｚ軸負方向の面）に到る貫通孔である冷却用ガス孔１０２を、備える。冷却用ガス孔１０２には、例えば、ヘリウムガス等の冷却用ガスが供給される。これにより、ウェハＷの均熱性を向上させることができる。また、静電チャック１０Ｄは、保持部１００Ｄ内の吸着電極４００の裏側から冷却部２００Ｄの下面２０２に到る貫通孔であり、吸着電極４００に電圧を印加するための端子孔１０４を、備える。冷却用ガス孔１０２および端子孔１０４は、共に、接合部３００Ｄを貫通している。すなわち、接合部３００Ｄは、積層方向（Ｚ軸方向）に自身を貫通する貫通孔３０２と貫通孔３０４を備える。換言すると、冷却用ガス孔１０２は貫通孔３０２を含み、端子孔１０４は貫通孔３０４を含む。

【0059】

静電チャック１０Ｄは、接合部３００Ｄの外周面の全面を覆うように形成された第２保護部７００を備える。図示するように、本実施形態の第２保護部７００は、略円環平面状に形成されており、厚みが接合部３００Ｄの厚み以上である。第２保護部７００は、接合部３００Ｄの外周面の上に形成されていればよく、接合部３００Ｄの外周面と第２保護部７００との間に空隙が形成されていてもよい。他の実施形態では、第２保護部７００は接合部３００Ｄの外周面の一部に形成されていてもよい。第２保護部７００は、カーボンより耐プラズマ性が高い材料から成る。耐プラズマ性が高い材料としては、例えば、フッ素系のゴム材料を用いることができる。

【0060】

また、静電チャック１０Ｄは、接合部３００Ｄの貫通孔３０２および貫通孔３０４の内周面の全面を覆うように形成された第３保護部８００を備える。図示するように、本実施形態の第３保護部８００は、略円環平面状に形成されている。本実施形態では、第３保護部８００の内周面の位置が、保持部１００に形成された孔および冷却部２００に形成された孔の内周面の位置と一致している。第３保護部８００は貫通孔３０２および貫通孔３０４の内周面の上に形成されていればよく、貫通孔３０２および貫通孔３０４の内周面と第３保護部８００との間に空隙が形成されていてもよい。他の実施形態では、第３保護部８００は貫通孔３０２および貫通孔３０４の内周面の一部に形成されていてもよい。また、複数の貫通孔のうち、一部の貫通孔の内周面の上に形成されてもよい。第３保護部８００は、接合部３００Ｄより緻密な緻密膜により形成される。例えば、第２保護部７００と同様にフッ素系のゴム材料から成る環状部材を用いることができる。

【0061】

本実施形態の静電チャック１０Ｄによれば、第２保護部７００を備えるため、静電チャック１０Ｄに保持されたウェハＷ（対象物)のプラズマ処理による接合部３００Ｄの劣化を抑制することができ、静電チャック１０Ｄの耐久性を向上させることができる。

【0062】

また、本実施形態では、第２保護部７００が第１金属層５１０Ｄの外周面も覆っているため、第１金属層５１０Ｄの露出を抑制することができ、第１金属層５１０Ｄの主成分金属による半導体装置内の汚染を抑制することができる。なお、第２保護部７００のうち、第１金属層５１０Ｄの外周面の上に形成されている部分を、「第１保護部」とも呼ぶ。

【0063】

静電チャック１０Ｄは、貫通孔３０２の内周面に第３保護部８００を備えるため、ヘリウムガス等の冷却ガスの漏れを抑制することができ、効果的に静電チャック１０Ｄの保持部１００Ｄの載置面Ｓ１に冷却ガスを導入することができる。また、静電チャック１０Ｄは、貫通孔３０４の内周面に第３保護部８００を備えるため、端子孔１０４を介した半導体製造装置内への外部の大気の侵入を抑制することができ、半導体装置内の状態（例えば、真空状態）の変化を抑制することができる。

【0064】

＜第６実施形態＞
図８は、第６実施形態における接合部３００Ｅの平面構成を概略的に示す説明図である。図８において、Ｚ軸正方向は、紙面表側に向かう方向である。本実施形態の接合部３００Ｅは、第５実施形態の接合部３００Ｄと同様に、積層方向（Ｚ軸方向）に自身を貫通する貫通孔３０２と貫通孔３０４を備える。接合部３００Ｅは、貫通孔３０２と貫通孔３０４の外周に形成され、カーボンナノチューブの密度が他の部分より高い緻密部３０６を備える。

【0065】

緻密部３０６は、以下の方法により形成することができる。上述の接合部の製造方法において、基板上に触媒金属膜を形成する際に、貫通孔３０２および貫通孔３０４を形成したい箇所には、触媒金属膜を形成せず、貫通孔３０２および貫通孔３０４の外周に相当する箇所は、触媒金属膜の面積を大きくし（密度を密にし）、その他の部分は、触媒金属膜の面積を小さくする（密度を疎にする）。触媒金属膜の面積を小さくする（密度を疎にする）方法としては、例えば、全面に触媒金属膜を形成した後に、感光性エッチングレジストを用い露光・現像して不要な部分を除去することでパターニングする方法などを用いることができる。本実施形態では、貫通孔３０２および貫通孔３０４の外周に相当する箇所は、触媒金属膜をその箇所全面に形成している。

【0066】

本実施形態の接合部３００Ｅによれば、貫通孔３０２の外周と貫通孔３０４の外周に、カーボンナノチューブの密度が他の部分より高い緻密部３０６を備えるため、貫通孔３０２の周りと貫通孔３０４の周りの熱伝導を大きくすることができる。例えば、第５実施形態の保持部１００Ｄと冷却部２００Ｄと、本実施形態の接合部３００Ｅとを備える静電チャックを構成した場合、接合部３００Ｅの貫通孔３０２および貫通孔３０４の下には冷却部２００Ｄがない。そのため、接合部３００Ｅが緻密部３０６を備えない場合、貫通孔３０２の外周部分および貫通孔３０４の外周部分は、他の部分に比べ冷却され難く、他の部分より温度が高くなりやすい。これに対し、本実施形態の接合部３００Ｅは緻密部３０６を備え、上述の通り、貫通孔３０２の外周部分および貫通孔３０４の外周部分の熱伝導が大きいため、保持部１００Ｄに形成された冷却用ガス孔１０２の外周部分および端子孔１０４の外周部分の熱を、接合部３００Ｅの緻密部３０６を介して十分に冷却部２００Ｄに伝えることができ、冷却用ガス孔１０２の周りおよび端子孔１０４の周りの温度上昇を抑制することができる。その結果、保持部１００Ｄの載置面Ｓ１の温度分布のばらつきを抑制することができる。

【0067】

＜第７実施形態＞
図９は、第７実施形態における静電チャック１０ＦのＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。図９（ａ）は、保持部１００と冷却部２００とが接合される前の状態を示し、図９（ｂ）は保持部１００と冷却部２００とが接合された状態を示す。

【0068】

図示するように、本実施形態の静電チャック１０Ｆは、保持部１００と接合部３００Ｆとの間に配置される第１金属層５１１を備えると共に、冷却部２００と接合部３００Ｆとの間に配置される第１金属層５１２を備える。以下の説明において、第１金属層５１１と第１金属層５１２とを区別しない場合には、単に「第１金属層５１０」とも呼ぶ。本実施形態の静電チャック１０Ｆにおいて、保持部１００と接合部３００Ｆとの間、および接合部３００Ｆと冷却部２００との間の両方に第１金属層５１０が配置されている。本実施形態の第１金属層５１０は、第２実施形態と同様の材料により形成される。

【0069】

本実施形態の接合部３００Ｆは、保持部１００側の第１表面３１１と第１表面３１１の裏側の第１裏面３１２とを有する第１接合部３１０と、冷却部２００側の第２表面３２１と第２表面３２１の裏側の第２裏面３２２とを有する第２接合部３２０と、を備える。

【0070】

本実施形態において、図９(ａ)に示すように、第１接合部３１０は、保持部１００の載置面Ｓ１の裏面Ｓ２に、第１金属層５１１を介して配置されている。本実施形態において、例えば、第２実施形態の接合部の製造方法と同様に、基板として保持部１００を用い、保持部１００の裏面Ｓ２に形成された第１金属層５１１を触媒金属として第１金属層５１１上にカーボンナノチューブを成長させることにより第１接合部３１０を形成することができる。他の実施形態では、第１実施形態の接合部の製造方法と同様に形成された第１接合部３１０を、第１金属層５１１が形成された保持部１００の第１金属層５１１側に接着してもよい。

【0071】

本実施形態において、図９(ａ)に示すように、第２接合部３２０は、冷却部２００の上面２０１（図９においてＺ軸正方向の面）に、第１金属層５１２を介して配置されている。本実施形態において、例えば、第２実施形態の接合部の製造方法において、基板として冷却部２００を用い、冷却部２００の上面２０１に形成された第１金属層５１２を触媒金属として第１金属層５１２上にカーボンナノチューブを成長させることにより第２接合部３２０を形成することができる。他の実施形態では、第１実施形態の接合部の製造方法と同様に形成された第２接合部３２０を、第１金属層５１２が形成された冷却部２００の第１金属層５１２側に接着してもよい。

【0072】

本実施形態において、図９(ｂ)に示すように、接合部３００Ｆは、第１接合部３１０の第１裏面３１２から積層方向に所定の距離Ｄ１までと、第２接合部３２０の第２裏面３２２から所定の距離Ｄ１までと、が重なり合って形成されている。

【0073】

本実施形態の静電チャック１０Ｆによれば、保持部１００に形成された第１接合部３１０と冷却部２００に形成された第２接合部３２０とを組み合わせることにより、保持部１００と冷却部２００とが接合されている。詳しくは、第１接合部３１０の第１裏面３１２から積層方向に所定の距離Ｄ１までと、第２接合部３２０の第２裏面３２２から所定の距離Ｄ１までと、が重なり合っており、互いのカーボンナノチューブが絡み合うと共に、分子間力により第１接合部３１０と第２接合部３２０とが接着されている。保持部１００や冷却部２００の表面に凹凸がある場合、第１接合部３１０と第２接合部３２０とが重なり合う距離Ｄ１が、それらの凹凸に応じてＸＹ平面方向に変化することにより、保持部１００と冷却部２００との隙間を抑制して接合することができる。その結果、面内で略均一に熱を伝導することができる。

【0074】

また、静電チャック１０Ｆにおいて、保持部１００と接合部３００Ｆとの間、および接合部３００Ｆと冷却部２００との間の両方に第１金属層５１０が配置されているため、保持部１００と接合部３００Ｆとの接着性、冷却部２００と接合部３００Ｆとの接着性を、共に向上させることができる。その結果、接合部３００Ｆによる保持部１００と冷却部２００との接合強度を向上させることができる。

【0075】

＜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。

【0076】

・第２金属層５２０は、保持部１００側に配置される第１金属層５１０と保持部１００との間、および冷却部２００側に配置される第１金属層５１０と冷却部２００との間、の少なくともいずれか一方に配置されればよい。例えば、第７実施形態において、保持部１００と第１金属層５１１との間に第２金属層５２０を配置してもよいし、冷却部２００と第１金属層５１２との間に第２金属層５２０を配置してもよい。さらに、保持部１００と第１金属層５１１との間と、冷却部２００と第１金属層５１２との間との両方に、第２金属層５２０を配置してもよい。

【0077】

・第４実施形態において、冷却部２００と接合部３００との間に配置されている第１金属層５１０の外周面の上に形成された第１保護部６００を備える例を示したが、他の例では、保持部１００と接合部３００との間に配置されている第１金属層の外周面の上に形成された第１保護部を備えてもよい。このとき、第１保護部は、保持部１００の形成材料と同一の材料により形成されるのが好ましい。このようにすると、半導体製造装置内の異物混入を抑制することができ、また、第１保護部を容易に形成することができる。

【0078】

・接合部が備える貫通孔の数は、上記実施形態に限定されない。例えば、１つでも、２つよいし、８つ以上でもよい。静電チャックがヒータを備える場合に、ヒータに接続する配線を通すための配線挿通孔を有してもよいし、対象物（例えば、ウェハ）を脱着するためのピンなどが配置されるピン挿通孔を有してもよい。

【0079】

・保持部１００を構成する材料の熱膨張率と、冷却部２００を構成する材料の熱膨張率は、同一でもよいし、異なっていてもよい。仮に両材料の熱膨張率が同一の場合にも、保持部１００の温度と冷却部２００の温度とが異なることにより、それぞれの変形量が異なる。そのため、上記実施形態の接合部３００により保持部１００と冷却部２００とを接合すると、保持部１００と冷却部２００の熱膨張差を緩和することができ、保持部１００の載置面Ｓ１の変形を抑制することができる。

【0080】

・静電チャックを構成する各部、各層の形成材料は上記実施形態に限定されない。例えば、保持部１００は、セラミック以外の絶縁性材料により形成されてもよい。例えば、高耐熱樹脂や高耐熱ガラスを用いることができる。高耐熱樹脂の例としてはポリイミド、ポリベンズイミダゾールなどが挙げられる。また、冷却部２００は、金属以外の熱伝導性の高い材料により形成されてもよい。例えば、アルミナや窒化アルミニウムなどのセラミックを用いることができる。

【0081】

・接合部において、保持部１００や冷却部２００自体の温度分布に応じて、カーボンナノチューブの分布に疎密を設けてもよい。このようにすると、温度分布の均一性を高めることができる。具体的には、保持部１００において、ヒータを内蔵する場合、ヒータ部の直上は温度が上昇しやすいので、カーボンナノチューブの分布を密にし、ヒータ部の熱引きを高めてもよい。また、冷却部２００において、冷媒流路２１０の直上は温度が低下しやすいので、カーボンナノチューブの分布を疎にし、熱引きを抑制してもよい。なお、保持部と冷却部の間の全面にカーボンナノチューブが配置されており、かつ保持部１００や冷却部２００自体の温度分布に応じてカーボンナノチューブの分布に疎密を設けるのが好ましい。仮に、カーボンナノチューブが配置されない部分があると、その部分は放熱できず、極高温になる可能性があるためである。

【0082】

・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。

【0083】

・上記実施形態において、略円形平面の板状部材である保持部を例示したが、保持部の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、多角形平面等の板状部材であってもよい。

【0084】

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。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、削除することができる。

【符号の説明】

【0085】

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｆ…静電チャック
１００、１００Ｄ…保持部
１０２…冷却用ガス孔
１０４…端子孔
２００、２００Ｄ…冷却部
２０１…上面
２０２…下面
２１０…冷媒流路
３００、３００Ｄ、３００Ｅ、３００Ｆ…接合部
３０２、３０４…貫通孔
３０６…緻密部
３１０…第１接合部
３１１…第１表面
３１２…第１裏面
３２０…第２接合部
３２１…第２表面
３２２…第２裏面
３５１…第１接着面
３５２…第２接着面
４００…吸着電極
５１０、５１０Ｄ、５１１、５１２…第１金属層
５２０…第２金属層
６００…第１保護部
７００…第２保護部
８００…第３保護部
Ｓ１…載置面
Ｓ２…裏面
Ｗ…ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】