特許 7462580 複合部材および保持装置

(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】2024-03-28

(45)【発行日】2024-04-05

(54)【発明の名称】複合部材および保持装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20240329BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021008168

(22)【出願日】2021-01-21

(65)【公開番号】P2022112359

(43)【公開日】2022-08-02

【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】100167232

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 みな

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敦

(72)【発明者】

【氏名】田中 裕之

【審査官】鈴木 孝章

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０９２３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２５０３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－００２６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０８７８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０３８０４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１９７８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１４２２３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の部材を積層して成る複合部材であって、
セラミックを主成分とする第１板状部材および第２板状部材と、
前記第１板状部材と前記第２板状部材との双方に接するように、前記第１板状部材と前記第２板状部材との間に配置されて、前記第１板状部材および前記第２板状部材のそれぞれに対して非接着状態である非接着シートと、
前記非接着シートに設けられた貫通孔に配され、前記第１板状部材および前記第２板状部材のそれぞれに接続される無機材料によって形成される無機材ピースと、
を備え、
前記無機材ピースは、前記第１板状部材を構成するセラミックと同種のセラミックにより形成されることを特徴とする
複合部材。

【請求項2】

複数の部材を積層して成る複合部材であって、
セラミックを主成分とする第１板状部材および第２板状部材と、
前記第１板状部材と前記第２板状部材との双方に接するように、前記第１板状部材と前記第２板状部材との間に配置されて、前記第１板状部材および前記第２板状部材のそれぞれに対して非接着状態である非接着シートと、
前記非接着シートに設けられた貫通孔に配され、前記第１板状部材および前記第２板状部材のそれぞれに接続される無機材料によって形成される無機材ピースと、
を備え、
前記無機材ピースと、前記無機材ピースが貫通するように前記非接着シートに設けられた前記貫通孔の内周との間に、常温で隙間が形成されることを特徴とする
複合部材。

【請求項3】

請求項１または２に記載の複合部材であって、
前記第１板状部材と前記第２板状部材とは、同種のセラミック材料により形成されることを特徴とする
複合部材。

【請求項4】

請求項１または２に記載の複合部材であって、
前記第２板状部材は、前記第１板状部材を構成するセラミックに比べて熱伝導率の低いセラミックにより形成されることを特徴とする
複合部材。

【請求項5】

請求項１から４までのいずれか一項に記載の複合部材であって、
前記第２板状部材は、多孔質セラミックにより形成されることを特徴とする
複合部材。

【請求項6】

対象物を保持する保持装置であって、
請求項１から５までのいずれか一項に記載の複合部材と、
金属を主成分とし、板状に形成されたベース部と、
前記複合部材と前記ベース部との間に配置され、前記複合部材と前記ベース部とを接合する接合部と、
を備えることを特徴とする
保持装置。

【請求項7】

請求項６に記載の保持装置であって、
前記接合部は、接着剤を含むことを特徴とする
保持装置。

【請求項8】

請求項６または７に記載の保持装置であって、
前記無機材ピースは、前記保持装置を前記積層方向に見たときに、前記対象物が載置される領域である載置領域の外側に配置され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】

本開示は、複合部材および保持装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、対象物を保持する保持装置として、例えば、半導体を製造する際にウェハ等の対象物を保持する静電チャックが知られている。静電チャックは、対象物が載置されるセラミック部と、冷媒流路が形成されるベース部と、が接合された構造を有する。このような保持装置に関して、特許文献１には、静電チャックを－１００～２００℃の広い温度範囲で使用する場合であっても、シリコーン樹脂によって構成される接合部によって静電チャック部材（セラミック部）とベース部材（ベース部）とを接合することで、静電チャック部材とベース部材の熱膨張率差を吸収しやすくなることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０４－２８７３４４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１のように、樹脂を含む接合部によってセラミック部とベース部とを接合する場合には、接合部を構成する樹脂の耐熱温度が比較的低いために、保持装置を使用する温度条件が制限される可能性があった。このような高温での使用に係る課題は、静電チャック等の保持装置に限らず、使用時に高温になり得るセラミック部材を備える装置に共通して生じ得るものであった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本開示の一形態によれば、複数の部材を積層して成る複合部材が提供される。この複合部材は、セラミックを主成分とする第１板状部材および第２板状部材と、前記第１板状部材と前記第２板状部材との双方に接するように、前記第１板状部材と前記第２板状部材との間に配置されて、前記第１板状部材および前記第２板状部材のそれぞれに対して非接着状態である非接着シートと、前記非接着シートに設けられた貫通孔に配され、前記第１板状部材および前記第２板状部材のそれぞれに接続される無機材料によって形成される無機材ピースと、を備える。
この形態の複合部材によれば、第１板状部材と第２板状部材２７との間に非接着シートを配置するため、非接着シートと第２板状部材とによって、第１板状部材からの伝熱を抑えることができる。そのため、例えば複合部材を備える装置においては、第１板状部材が高温になる場合であっても、第２板状部材に近接して配置される他の部材の昇温を抑えることができ、複合部材を備える装置の使用温度が制限されることを抑えることができる。また、セラミックを主成分とする第１板状部材および第２板状部材との間の密着性を非接着シートによって確保可能となるため、伝熱の面内均一性を高めることができる。また、第１板状部材および第２板状部材と非接着シートとの間が非接着状態であるため、第１板状部材および第２板状部材との間の熱膨張差に起因して非接着シートに生じる熱応力を低減することができる。さらに、第１板状部材と第２板状部材との接続のために、樹脂材料等に比べて一般的に耐熱温度が高い無機材ピースを用いるため、上記接続のための構造に起因して複合部材全体の耐熱性が低下することを抑えることができる。また、第１板状部材および第２板状部材がいずれもセラミックを主成分としており、両者の熱膨張率差が比較的小さくなることから、これらの部材を接続する無機材ピースにおける過剰な熱応力の発生を抑えることができる。
（２）上記形態の複合部材において、前記第１板状部材と前記第２板状部材とは、同種のセラミック材料により形成されることとしてもよい。このような構成とすれば、第１板状部材と第２板状部材との間の熱膨張率差を抑えることができる。そのため、比較的高温の温度条件下であっても、非接着シートを介した第１板状部材と第２板状部材との間の摺動量を抑えることができ、伝熱の面内均一性を高めることができる。
（３）上記形態の複合部材において、前記第２板状部材は、前記第１板状部材を構成するセラミックに比べて熱伝導率の低いセラミックにより形成されることとしてもよい。このような構成とすれば、第２板状部材を介した第１板状部材からの伝熱を抑える効果を高めることができる。
（４）上記形態の複合部材において、前記第２板状部材は、多孔質セラミックにより形成されることとしてもよい。このような構成とすれば、第２板状部材における伝熱量が抑えられるため、非接着シートおよび第２板状部材を介した第１板状部材からの伝熱を抑える効果を高めることができる。
（５）上記形態の複合部材において、前記無機材ピースは、前記第１板状部材を構成するセラミックと同種のセラミックにより形成されることとしてもよい。このような構成とすれば、第１板状部材と無機材ピースとの間の熱膨張率差に起因して生じる第１板状部材のぐらつきや損傷を、抑えることができる。
（６）上記形態の複合部材において、前記無機材ピースと、前記無機材ピースが貫通するように前記非接着シートに設けられた前記貫通孔の内周との間に、常温で隙間が形成されることとしてもよい。このような構成とすれば、非接着シートが膨張する場合であっても、非接着シートが無機材ピースに当接して撓んで、非接着シートと第１板状部材との間が局所的に離間することがなく、非接着シートを介した熱伝達の均一性の低下を抑えることができる。
本開示は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、複合部材を備える保持装置、複合部材の製造方法、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】

【0006】

【図1】静電チャックの外観の概略を表す斜視図。

【図2】静電チャックの構成を模式的に表す断面図。

【図3】無機材ピースの配置を模式的に表す静電チャックの上面図。

【図4】セラミック部の一部を拡大して示す断面図。

【図5】第２実施形態のセラミック部の一部を拡大して示す断面図。

【図6】静電チャック１０の各部の温度を数値解析した結果を示す説明図。

【図7】静電チャック１０の各部の温度を数値解析した結果を示す説明図。

【図8】第５実施形態の静電チャックの構成を模式的に示す断面図。

【図9】第５実施形態の第１板状部材の積層前の形状を模式的に表す断面図。

【図10】第６実施形態の静電チャックの構成を模式的に示す断面図。

【図11】第６実施形態の変形例の静電チャックの構成を模式的に示す断面図。

【図12】第７実施形態の静電チャックの構成を模式的に示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

Ａ．第１実施形態：
（Ａ－１）静電チャックの構造：
図１は、第１実施形態における静電チャック１０の外観の概略を表す斜視図である。図２は、静電チャック１０の構成を模式的に表す断面図である。図１では、静電チャック１０の一部を破断して示している。また、図１、図２、および後述する図３、図８～図１２には、方向を特定するために、互いに直交するＸＹＺ軸を示している。各図に示されるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ同じ向きを表す。本願明細書においては、Ｚ軸は鉛直方向を示し、Ｘ軸およびＹ軸は水平方向を示している。ＸＹ平面の方向を、面方向とも呼び、Ｚ軸の方向を積層方向とも呼ぶ。なお、各図は、各部の配置を模式的に表しており、各部の寸法の比率を正確に表すものではない。

【0008】

静電チャック１０は、対象物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内で、対象物であるウェハＷを固定するために使用される。静電チャック１０は、セラミック部２０と、ベース部３０と、接合部４０と、を備える。これらは、－Ｚ軸方向（鉛直下方）に向かって、セラミック部２０、接合部４０、ベース部３０の順に積層されている。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。

【0009】

セラミック部２０は、略円形の複数の板状部材を積層して成る複合部材である。図２に示すように、セラミック部２０は、略円形の板状部材である第１板状部材２６、第２板状部材２７、および非接着シート２８と、無機材ピース２９と、を備える。

【0010】

第１板状部材２６および第２板状部材２７は、セラミック（例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等）を主成分として形成されている。本実施形態では、第１板状部材２６と第２板状部材２７とは、同種のセラミックにより構成されている。第１板状部材２６および第２板状部材２７の構成材料として、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ₂Ｏ₃）は、耐プラズマ性に優れるため好ましい。また、第１板状部材２６および第２板状部材２７の構成材料として、窒化アルミニウムは、熱伝導性が比較的高いため好ましい。本願明細書において、特定成分が「主成分である」とは、当該特定成分の含有率が、５０体積％以上であることを意味する。

【0011】

第１板状部材２６において、＋Ｚ方向（鉛直上方）側の面は、ウェハＷを載置するための載置面２４となっている。第１板状部材２６の内部には、図示しないチャック電極が配置されている。チャック電極は、例えば、タングステンやモリブデンなどの導電性材料により形成されている。チャック電極に対して図示しない電源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がセラミック部２０の載置面２４に吸着固定される。チャック電極は、双極型であってもよく、単極型であってもよい。また、セラミック部２０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て、載置面２４に吸着固定されたウェハＷを加熱するための、図示しないヒータ電極を設けてもよい。

【0012】

非接着シート２８は、第１板状部材２６と第２板状部材２７との間において、第１板状部材２６と第２板状部材２７との双方に非接着状態で配置される板状部材である。非接着シート２８は、第２板状部材２７と共に、第１板状部材２６の熱が接合部４０に伝えられることを抑える断熱部として機能する。ここで、非接着シート２８が、第１板状部材２６および第２板状部材２７との間で非接着状態であるとは、非接着シート２８と、第１板状部材２６および第２板状部材２７との間において、接着剤を用いる等による積極的な固着が行われていないことをいう。具体的には、非接着シート２８自体の引張強度よりも、第１板状部材２６および第２板状部材２７との間の層間（界面）の接合強度の方が低いことをいう。非接着シート２８と、第１板状部材２６あるいは第２板状部材２７との間が非接着状態であることは、例えば、外力をかけて非接着シート２８を第１板状部材２６および第２板状部材２７から剥離した後に、剥離面を目視もしくは光学顕微鏡にて観察し、第１板状部材２６および第２板状部材２７の剥離面において、８割以上の面積に、非接着シート２８が残っていない（非接着シート２８において、界面破壊により剥離する面積が８割以上であって、凝集破壊により剥離する面積が２割未満である）ことにより確認することができる。

【0013】

非接着シート２８は、セラミックを用いて構成される第１板状部材２６および第２板状部材２７よりも柔らかく形成されている。具体的には、非接着シート２８は、弾性率（縦弾性係数、引張弾性率、ヤング率）で１００ＧＰａ以下、より好ましくは２０ＧＰａ以下、さらに好ましくは５ＧＰａ以下とすることができる。

【0014】

非接着シート２８は、例えば、静電チャック１０の使用温度条件に耐える樹脂材料により形成することができる。樹脂材料は、摩擦係数が比較的小さく、優れた自己潤滑性および摺動性を有するが、中でも、ポリイミドやフッ素樹脂は、特に耐熱性に優れているため、非接着シート２８の構成材料として好ましい。ここで、非接着シート２８の摺動性とは、非接着シート２８が、例えば温度変化に応じて膨張あるいは収縮する際に、第１板状部材２６および第２板状部材２７に対して相対的に、面方向に移動可能である性質を指す。

【0015】

また、非接着シート２８は、カーボンファイバー、膨張黒鉛、グラファイト等の炭素材料、あるいは、マイカやバーミキュライトなどの無機材料により形成することができる。このような無機材料は耐熱性に優れているが、中でも、マイカ、カーボンファイバー、あるいは膨張黒鉛は、特に摩擦係数が小さいため好ましい。また、無機材料の中でも、マイカやカーボンファイバーは、粒子形状がより球形に近い膨張黒鉛等に比べて、熱伝導に異方性があるため好ましい。具体的には、これらの材料は、厚み方向の熱伝導率が面方向の熱伝導よりも低いため、非接着シート２８を介して第２板状部材２７側に伝熱する際に、面方向に均熱化することができる。また、無機材料の中でも、マイカ、膨張黒鉛、グラファイト、バーミキュライトを非接着シート２８の材料として用いるならば、非接着シート２８におけるガスの気密性が高まり望ましい。

【0016】

無機材ピース２９は、無機材料によって形成されると共に、非接着シート２８に設けられた貫通孔２８ａを介して、第１板状部材２６および第２板状部材２７のそれぞれに接続され、第１板状部材２６と非接着シート２８と第２板状部材２７との積層方向の移動を規制する。すなわち、無機材ピース２９は、第１板状部材２６と非接着シート２８と第２板状部材２７とのそれぞれにおいて積層方向に重なる位置に設けられた穴部に挿入されて、第１板状部材２６と非接着シート２８と第２板状部材２７との積層体（以下では、「セラミック部積層体」とも呼ぶ）を、積層方向に固定する。本実施形態の無機材ピース２９は、略円柱状に形成されているが、多角柱状に形成することも可能である。

【0017】

本実施形態では、無機材ピース２９は、－Ｚ方向側から（鉛直下方から）＋Ｚ方向に向かってセラミック部積層体に圧入されている。ここで、無機材ピースは、－Ｚ方向側（鉛直下方側）の端部が、第２板状部材２７の－Ｚ方向側（鉛直下方側）の面と面一となるように圧入されており、無機材ピース２９の鉛直上方の先端は、第１板状部材２６の厚み方向の中程の位置に達している。なお、セラミック部積層体に対する無機材ピース２９の固定の強度が確保できるならば、無機材ピース２９は、セラミック部積層体を貫通することとしてもよい。

【0018】

図３は、無機材ピース２９の配置を模式的に表す静電チャック１０の上面図である。図３では、無機材ピース２９の配置を破線で示している。また、図３では、図２に示した断面の位置を、２－２断面として示している。図３に示すように、本実施形態の静電チャック１０は、１２個の無機材ピース２９を備えており、各無機材ピース２９は、第１板状部材２６の外周に沿って等間隔に、すなわち、第１板状部材２６の中心からの角度で３０°間隔で配置されている。無機材ピース２９は、異なる位置に１２個以外の数を設けることとしてもよいが、セラミック部２０の内部にかかる面圧を均一化する観点から、複数設けることが望ましく、等間隔で設けることが望ましく、セラミック部２０を積層方向に見たときに、第１板状部材２６と第２板状部材２７とが重なる領域の外周部に配置することが望ましい。

【0019】

セラミック部２０の内部にかかる面圧の均一化を容易にする観点から、無機材ピース２９は、３個以上が好ましく、４個以上がより好ましく、８個以上がさらに好ましい。また、セラミック部２０において、第１板状部材２６および第２板状部材２７の無機材ピース２９が配置される領域の強度低下を抑制する観点から、無機材ピース２９は、２０個以下が好ましく、１６個以下がより好ましく、１２個以下がさらに好ましい。

【0020】

また、図３では、第１板状部材２６の載置面２４において、ウェハＷが載置される領域を、載置領域Ａｗとして一点鎖線で囲んで示している。図３に示すように、各無機材ピース２９は、静電チャック１０を積層方向に見たときに、載置領域Ａｗの外側に配置されている。そのため、載置領域Ａｗにおける面圧や温度を均一化することができる。

【0021】

本実施形態の無機材ピース２９は、第１板状部材２６および第２板状部材２７と同種のセラミックにより構成されている。例えば、第１板状部材２６および第２板状部材２７が酸化アルミニウムにより構成される場合には、無機材ピース２９も、酸化アルミニウムにより構成すればよい。

【0022】

本実施形態のセラミック部２０では、第１板状部材２６と第２板状部材２７とは、ほぼ同じ大きさに形成されており、積層方向に見たときに、第１板状部材２６の外周と第２板状部材２７の外周とが重なるように配置されている。非接着シート２８は、第１板状部材２６と第２板状部材２７とが重なる領域全体にわたって設けることとすればよい。セラミック部２０の直径は、例えば、５０ｍｍ～５００ｍｍ程度とすればよく、通常は２００ｍｍ～３５０ｍｍ程度である。

【0023】

第１板状部材２６の厚みは、内部にチャック電極を設けることができ、ウェハＷの着脱時の衝撃や熱応力による損傷を抑えることができる強度や剛直性を確保する観点から、例えば１ｍｍ以上とすることが望ましく、１．５ｍｍ以上とすることがより望ましい。また、第１板状部材２６の厚みは、載置面２４からベース部３０までの距離を短くして静電チャック１０を小型化する観点から、例えば１０ｍｍ以下とすることが望ましく、５ｍｍ以下とすることがより望ましい。第１板状部材２６の厚みは、例えば、２ｍｍとすることができる。

【0024】

第２板状部材２７の厚みは、第２板状部材２７による断熱性を確保する観点から、例えば０．３ｍｍ以上とすることが望ましく、０．５ｍｍ以上とすることがより望ましい。また、第２板状部材２７の厚みは、静電チャック１０を小型化する観点から、例えば１０ｍｍ以下とすることが望ましく、５ｍｍ以下とすることがより望ましい。第２板状部材２７の厚みは、例えば、１ｍｍとすることができる。

【0025】

非接着シート２８の厚みは、第１板状部材２６および第２板状部材２７の接触面の凹凸を吸収して、第１板状部材２６および第２板状部材２７との密着性を確保する観点から、例えば０．０５ｍｍ以上とすることが望ましく、０．１ｍｍ以上とすることがより望ましい。また、非接着シート２８の厚みは、静電チャック１０を小型化する観点から、０．５ｍｍ以下とすることが望ましく、０．４ｍｍ以下とすることがより望ましい。非接着シート２８の厚みは、例えば、０．３ｍｍとすることができる。

【0026】

無機材ピース２９の長さは、セラミック部積層体を積層方向に固定する強度を十分に確保することができ、セラミック部積層体から無機材ピース２９が積層方向にはみ出すことを抑えられるように、適宜設定すればよい。また、無機材ピース２９の直径は、無機材ピース２９において曲がりなどの変形が生じない強度および剛直性が得られるように、適宜設定すればよい。無機材ピース２９の強度を確保する観点から、無機材ピース２９の「長さ／直径」の値は、０．５～３程度とすることが望ましい。そのため、無機材ピース２９の長さは、例えば、３ｍｍとすることができる。

【0027】

ベース部３０は、金属を含み、略円形に形成された板状部材である。ベース部３０は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、モリブデン、チタン、タングステン、ニッケルのうちの少なくとも一種の金属を含むこととすることができる。モリブデン、チタン、タングステンは、上記した金属の中でも熱膨張率が比較的小さいため、これらのうちの少なくとも一種の金属を用いてベース部３０を構成する場合には、ベース部３０とセラミック部２０との間の熱膨張率差を抑えることができて望ましい。なお、本願明細書において、「熱膨張率」は、「線膨張率」を指す。また、マグネシウムは、ヤング率が比較的小さいため、マグネシウムを用いてベース部３０を構成する場合には、ベース部３０で生じる熱応力を低減することができて望ましい。また、アルミニウムは、熱伝導率が比較的高く、加工が容易で低コストである。そのため、アルミニウムを用いてベース部３０を構成する場合には、ベース部３０によるセラミック部２０およびウェハＷの冷却効率を高めることができ、静電チャック１０の製造コストを抑えることができて望ましい。ベース部３０による冷却効率を高めつつ製造コストを抑える観点からは、ベース部３０における金属の含有割合が高い方が望ましく、ベース部３０は、金属を主成分とすることが望ましい。例えば、汎用性が高いアルミニウムを９０質量％以上含有すること（例えば、Ａ６０６１、Ａ５０５２などのアルミニウム合金により構成すること）が望ましい。ただし、ベース部３０は、セラミックなどの金属以外の成分を含んでいてもよい。ベース部３０の直径は、例えば、２２０ｍｍ～５５０ｍｍ程度とすればよく、通常は２２０ｍｍ～３５０ｍｍである。ベース部３０の厚さは、２０ｍｍ～４０ｍｍ程度とすればよく、例えば３０ｍｍとすることができる。

【0028】

ベース部３０の内部には、複数の冷媒流路３２がＸＹ平面に沿うように形成されている（図１参照）。なお、図２では、冷媒流路３２の図示は省略している。冷媒流路３２に、例えばフッ素系不活性液体や水や液体窒素等の冷媒を流すことにより、ベース部３０が冷却される。そして、接合部４０を介したベース部３０とセラミック部２０との間の伝熱によりセラミック部２０が冷却され、セラミック部２０の載置面２４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。ベース部３０の内部に冷媒流路３２を有する形態の他、ベース部３０の外部からベース部３０を冷却することにより、ベース部３０に冷却機能を持たせてもよい。

【0029】

接合部４０は、セラミック部２０とベース部３０との間に配置されて、セラミック部２０とベース部３０とを接合する。接合部４０は、例えばシリコーン系樹脂やアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の接着剤により構成される。接合部４０は、例えばセラミック粉末等の無機フィラーを含んでいてもよい。具体的には、シリカ、アルミナ、アルミ、酸化イットリウム、フッ化イットリウム、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、酸化鉄、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等のフィラーを含んでいてもよい。接合部４０の厚さは、例えば０．１ｍｍ～１ｍｍ程度とすることができる。

【0030】

静電チャック１０には、さらに、複数のガス供給路５０が形成されている（図１参照）。ガス供給路５０は、セラミック部２０、接合部４０、およびベース部３０をＺ方向に貫通して設けられており、載置面２４に形成されたガス吐出口５２において開口している。ガス供給路５０は、図示しないガス供給装置から、例えばヘリウムガス等の不活性ガスを供給されて、載置面２４とウェハＷとの間の空間に対して、ガス吐出口５２から不活性ガスを供給する。これにより、セラミック部２０とウェハＷとの間の伝熱性を高めて、ウェハＷの温度分布の制御性がさらに高められる。なお、ガス供給路５０は必須ではなく、静電チャック１０にガス供給路５０を設けないこととしてもよい。

【0031】

（Ａ－２）静電チャックの製造方法：
次に、本実施形態における静電チャック１０の製造方法を説明する。はじめに、チャック電極およびヒータ電極等の導電性材料層が内部に配置された第１板状部材２６、および、第２板状部材２７を作製する。第１板状部材２６および第２板状部材２７の作製は、例えば、公知のシート積層法やプレス成形法により行うことができる。そして、さらに、非接着シート２８となるシートを用意し、第１板状部材２６、非接着シート２８、第２板状部材２７の順で重ね合わせる。これらの積層体には、予め設定した位置に、無機材ピース２９を圧入するための穴を予め形成しておき、第２板状部材２７の表面と無機材ピース２９の端部とが面一となるように、無機材ピース２９を打ち込んで、セラミック部２０を作製する。

【0032】

また、ベース部３０と、接合部４０を形成するための接着シートとをさらに準備する。接着シートを作製するためには、まず、硬化前のシリコーン樹脂、白金触媒、シランカップリング剤、架橋剤、充填材等の接合部４０の構成材料を真空下で撹拌することにより、ペースト状のシリコーン樹脂組成物（接着ペースト）を作製する。そして、作製した接着ペーストを、ロールコーター等を用いてシート状に成形した後、適宜設定した温度および時間の条件下で加熱し、半硬化させることにより、接着シートを得る。その後、セラミック部２０とベース部３０との間に接着シートを配置し、真空中で貼り合せて加熱する。これにより、接着剤が硬化して接合部４０が形成され、セラミック部２０とベース部３０とが接合部４０により接着される。その後、必要により後処理（外周の研磨、端子の形成等）を行うことにより、静電チャック１０が製造される。

【0033】

以上のように構成された本実施形態の静電チャック１０によれば、非接着シート２８を介して積層される第１板状部材２６と第２板状部材２７とによってセラミック部２０を構成することによって、高温になる第１板状部材２６の載置面２４と接合部４０との間に、非接着シート２８および第２板状部材２７を配置している。上記のように、第１板状部材２６と第２板状部材２７との間を分断して不連続とすることにより、第１板状部材２６の熱が、接合部４０側へと伝わることを抑えることができる。このとき、非接着シート２８を、第１板状部材２６および第２板状部材２７を構成するセラミックよりも熱伝導率が小さい樹脂によって構成する場合には、接合部４０側への伝熱をさらに抑えることができる。上記のように接合部４０側への伝熱を抑制できることにより、接合部４０の熱による劣化を抑えることができる。具体的には、例えば、載置面２４が、接合部４０を構成する接着剤の耐熱温度を超える高温となる場合であっても、接合部４０の温度を上記耐熱温度以下に抑えて、接合部４０の劣化を抑えることができる。そのため、接合部４０の耐熱温度のために静電チャック１０の使用温度が制限されることを抑えることができる。また、接合部４０側への伝熱を抑える性能が高まることにより、セラミック部２０を薄型化できるため、静電チャック１０全体の小型化が可能になる。

【0034】

このとき、第１板状部材２６および第２板状部材２７を単に重ねるだけでは、上記２枚の板状部材の接触する界面において伝熱量がばらついて、伝熱の面内均一性を確保することが困難になる場合がある。本実施形態では、上記セラミック製の板状部材よりも柔らかい（ヤング率が小さい）非接着シート２８を、２枚の板状部材間に配置している。そのため、第１板状部材２６および第２板状部材２７と、非接着シート２８との間の密着性を高め、第１板状部材２６および第２板状部材２７と、非接着シート２８との間で接触面積をより広く確保し、伝熱の面内均一性を高めて、面内における温度分布の偏りを緩和することができる。

【0035】

また、本実施形態では、第１板状部材２６と第２板状部材２７との間に配置する非接着シート２８は、第１板状部材２６および第２板状部材２７に対して非接着状態となっている。そのため、静電チャック１０の温度変化に伴って、第１板状部材２６および第２板状部材２７と、非接着シート２８と、の間の熱膨張差が大きくなる場合であっても、非接着シート２８は、第１板状部材２６および第２板状部材２７に対して面方向に摺動することができる。その結果、上記熱膨張差に起因して非接着シート２８で生じる熱応力を緩和して、非接着シート２８の損傷を抑えることができる。

【0036】

図４は、図２に示したセラミック部２０の一部であって、無機材ピース２９を含む部分を拡大して示す断面図である。図４に示すように、無機材ピース２９と、無機材ピース２９が貫通するように非接着シート２８に設けられた貫通孔２８ａの内周との間に、常温で隙間５４が形成されることが望ましい。すなわち、常温において、無機材ピース２９の径（横断面の径）は、貫通孔２８ａの内径よりも小さいことが望ましい。ここでいう常温とは、２５℃のことをいう。隙間５４の大きさは、静電チャック１０の使用温度と、非接着シート２８および無機材ピース２９の熱膨張率とに応じて設定すればよく、静電チャック１０の使用時に非接着シート２８および無機材ピース２９が膨張しても、非接着シート２８と無機材ピース２９とが接しない大きさに設定することが望ましい。このようにすれば、静電チャック１０の使用時に非接着シート２８が膨張しても、非接着シート２８が無機材ピース２９に当接して撓んで、非接着シート２８と第１板状部材２６との間が局所的に離間することがなく、セラミック部２０において均一な熱伝達を保つことができる。なお、静電チャック１０の使用温度範囲において、非接着シート２８の熱膨張の程度が許容範囲であれば、常温で隙間５４を実質的に設けないこととしてもよい。

【0037】

また、本実施形態では、非接着シート２８を介して第１板状部材２６と第２板状部材２７とを接合するために、セラミックによって構成される無機材ピース２９を用いている。そのため、セラミックなどの無機材料よりも一般的に耐熱性が低い接着剤等を用いる場合とは異なり、第１板状部材２６が比較的高温となる条件下でも、第１板状部材２６と第２板状部材２７とを接合するための構造の劣化を抑えることができる。

【0038】

また、本実施形態では、第２板状部材２７を第１板状部材２６と同様にセラミックを用いて構成しているため、第１板状部材２６と第２板状部材２７との間の熱膨張率差を抑えることができる。特に本実施形態では。第１板状部材２６と第２板状部材２７とを同種のセラミックを用いて構成しているため、両者の熱膨張率差を抑える効果を高めることができる。そのため、非接着シート２８を介した第１板状部材２６と第２板状部材２７との間の摺動量を抑えることができる。その結果、摺動に起因して、第１板状部材２６および第２板状部材２７と、非接着シート２８との界面において、部分的な剥がれ等が生じることを抑え、伝熱の面内均一性を高めることができる。

【0039】

さらに、上記のように第１板状部材２６と第２板状部材２７との間の熱膨張率差が小さいことにより、静電チャック１０が温度変化する際に、第２板状部材２７を貫通して第１板状部材２６の内部に達するように配置される無機材ピース２９にかかる応力を低減して、無機材ピース２９の損傷を抑えることができる。このとき、無機材ピース２９を、第１板状部材２６および第２板状部材２７と同種のセラミックによって構成するなどにより、無機材ピース２９と、第１板状部材２６および第２板状部材２７との間の熱膨張率差を小さくすることで、無機材ピース２９にかかる応力を低減する効果を高めることができる。

【0040】

さらに、本実施形態では、樹脂から成る接着剤によって構成される接合部４０を用いて、セラミック部２０とベース部３０とを接合することにより、接合部４０によって、セラミック部２０とベース部３０との間の熱膨張率差を吸収し、上記熱膨張率差に起因する静電チャック１０の損傷を抑えることができる。さらに、接合部４０によってセラミック部２０とベース部３０とを接合することにより、例えば、ねじ等を用いてセラミック部２０とベース部３０とを接合する場合とは異なり、セラミック部２０とベース部３０とを接合する構造のために、ベース部３０内の冷媒流路の配置パターンが制限される等の問題が生じることがない。

【0041】

また、本実施形態では、静電チャック１０を積層方向に見たときに、載置領域Ａｗの外側に無機材ピース２９を配置している。セラミック部２０において、無機材ピース２９による接合箇所は、他の箇所に比べて、第１板状部材２６から第２板状部材２７への伝熱の効率が高くなるため、伝熱量が他の箇所よりも多い伝熱の特異点になり得る。このような伝熱の特異点となり得る無機材ピース２９による接合箇所を、載置領域Ａｗの外側に配置することで、載置面２４における載置領域Ａｗ全体の均熱性を高めることができる。

【0042】

本実施形態において、無機材ピース２９は、セラミック部積層体に圧入されており、第１板状部材２６および第２板状部材２７に接着されておらず、かつ、ねじ止めもされていない。ここで、第１板状部材２６は、静電チャック１０の構成部材の中でも特に温度が高くなる部材であり、また、特にプラズマの影響を受けやすい部材であるため、他の部材よりも劣化し易いといえる。本実施形態によれば、第１板状部材２６が劣化したときに、第１板状部材２６を鉛直上方に引き抜くことにより、第１板状部材２６のみを交換することが可能となり、静電チャック１０における他の部材を有効利用することができる。

【0043】

本実施形態の静電チャック１０において、非接着シート２８における第１板状部材２６あるいは第２板状部材２７と接する面の少なくとも一方の面において、第１板状部材２６あるいは第２板状部材２７との間の接触抵抗を低減するための摺動用潤滑剤を配置することとしてもよい。このようにして、第１板状部材２６と第２板状部材２７との間で非接着シート２８を摺動し易くすることにより、高温下で非接着シート２８の熱膨張が大きくなる場合であっても、第１板状部材２６および第２板状部材２７と非接着シート２８との間が局所的に離間することを抑えることができる。そのため、非接着シート２８を介した伝熱量の面内のばらつきを、小さくすることができる。

【0044】

摺動用潤滑剤は、耐熱性が高く、真腔チャンバなどの静電チャック１０の使用環境下において、不揮発性であることが望ましい。このような摺動用潤滑剤としては、例えば、イオン液体が挙げられる。あるいは、フッ素系のオイル、フッ素系のオイルを含むフッ素系グリース、界面活性剤を用いることができる。具体的には、パーフルオロポリエーテル等のフッ素系オイルを含むフッ素系グリースの市販品として、例えば、ＮＯＫクリューバー株式会社製のＢＡＲＲＩＥＲＴＡ（バリエルタ）シリーズ（「ＢＡＲＲＩＥＲＴＡ」は登録商標）、ＮＯＸＬＵＢ（ノックスルーブ）シリーズ（「ＮＯＸＬＵＢ」は登録商標）、クリューバーテンプシリーズを用いることができる。また、フッ素系オイルであるパーフルオロポリエーテルの市販品として、例えば、ダイキン工業株式会社製のデムナム（「デムナム」は登録商標）を用いることができる。

【0045】

Ｂ．第２実施形態：
図５は、第２実施形態の静電チャック１０におけるセラミック部２０の一部を、図４と同様にして拡大して示す断面図である。第２実施形態は、無機材ピース２９を配置するための構造を除いて、第１実施形態と同様の構成を有する。第２実施形態において、第１実施形態の静電チャック１０と共通する部分には同じ参照番号を付す。

【0046】

第２実施形態では、第１板状部材２６と無機材ピース２９との間に、シール部２３が配置されている。すなわち、第１板状部材２６には、無機材ピース２９よりも一回り大きな径を有するように形成されて、無機材ピース２９の先端部が挿入される有底の穴部２６ａが形成されており、穴部２６ａの内壁面と、無機材ピース２９の先端部との間に、シール部２３が設けられている。セラミック部２０を作製する際には、第１板状部材２６に上記した穴部２６ａを形成すると共に、第２板状部材２７に、無機材ピース２９よりも一回り大きな径を有して無機材ピース２９に貫通される貫通孔２７ａを形成する。そして、第１板状部材２６と非接着シート２８と第２板状部材２７とを積層してセラミック部積層体を形成する際に、第１板状部材２６の穴部２６ａの底面および側面のうちの少なくとも一方に、予めシール部２３の材料を配置して、セラミック部積層体に無機材ピース２９を押し込めばよい。これにより、無機材ピース２９の先端部が第１板状部材２６に対して固定される。

【0047】

シール部２３を構成する材料は、無機材ピース２９を圧入する動作を容易にするための摺動性、および、静電チャック１０の使用温度条件に耐える十分な耐熱性を有していればよく、セラミックよりも柔らかく、無機材ピース２９の挿入時に変形可能なシール材を用いることが望ましい。例えば、炭素繊維、カーボンブラック、黒鉛、膨張黒鉛などカーボン系材料から成りシート状に形成されたシール材を用いることができる。

【0048】

第２実施形態では、無機材ピース２９において、第１板状部材２６に挿入される先端部とは異なる側の端部において、拡径された鍔部２９ａが設けられている。また、第２板状部材２７において、無機材ピース２９が貫通する貫通孔２７ａには、上記鍔部２９ａが係合する段差部２７ｂが設けられている。無機材ピース２９がセラミック部積層体に圧入されて、無機材ピース２９の先端部がシール部２３によって第１板状部材２６に固定されると、無機材ピース２９の鍔部２９ａが第２板状部材２７の段差部２７ｂに係合することによって、第２板状部材２７が第１板状部材２６に対して固定される。

【0049】

このように、シール部２３を用いて無機材ピース２９を固定することで、例えば１５０℃を超える高温条件下であっても、あるいは温度変化を伴う使用条件であっても、セラミック部２０の積層構造が安定して維持されて、静電チャック１０を安定して使用することができる。また、シール部２３を用いて無機材ピース２９を固定するため、第１板状部材２６の穴部２６ａおよび第２板状部材２７の貫通孔２７ａは、無機材ピース２９よりも大きな径となるように形成すればよい。そのため、第１板状部材２６および第２板状部材２７に対して穴部２６ａや貫通孔２７ａを形成する際の加工の要求精度を、抑えることができる。また、シール部２３を用いて第１板状部材２６と無機材ピース２９とを固定する場合であっても、第１実施形態と同様に、第１板状部材２６を鉛直上方に引き抜くことにより、第１板状部材２６のみを交換することが可能となる。

【0050】

Ｃ．第３実施形態：
第１および第２実施形態では、第１板状部材２６と第２板状部材２７とは同種のセラミック材料により形成したが、異なる構成としてもよい。以下に、このような構成を第３実施形態として説明する。第３実施形態において、第１実施形態の静電チャック１０と共通する部分には同じ参照番号を付して説明する。

【0051】

第３実施例の静電チャック１０が備える第２板状部材２７は、第１板状部材２６を構成するセラミックよりも熱伝導率の低いセラミックを用いて構成されている。例えば、第１板状部材２６を窒化アルミニウム（２０℃における熱伝導率は１５０Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いて構成し、第２板状部材２７を酸化アルミニウム（２０℃における熱伝導率は３２Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いて構成することができる。

【0052】

このような構成とすれば、第２板状部材２７による伝熱の抑制効果が高まるため、接合部４０が高温になることを抑える効果を高めて、接合部４０の劣化を抑えることができる。また、接合部４０への伝熱量を低減できることにより、第２板状部材２７を薄型化して、静電チャック１０全体を小型化することが可能になる。

【0053】

第１板状部材２６と第２板状部材２７とを異種のセラミック材料を用いて形成する場合に、第１板状部材２６と第２板状部材２７との組み合わせを、上記とは異なる組み合わせとしてもよい。第２板状部材２７は、第１実施形態で説明した酸化アルミニウムや窒化アルミニウムの他、例えば、炭化ケイ素や、無機系の材料から成る断熱板やマシナブルセラミックを主成分として形成してもよい。第２板状部材２７を接合部４０と接合した後に、第２板状部材２７が損傷しない程度の強度、例えば、第２板状部材２７の引っ張り強度が１ＭＰａ以上となるように、第２板状部材２７の材料および厚みを適宜設定すればよい。

【0054】

このように、第１板状部材２６と第２板状部材２７とを異なるセラミックを用いて構成する場合には、無機材ピース２９は、第１板状部材２６の熱膨張率により近い熱膨張率を示すセラミックを用いて構成することが望ましく、第１板状部材２６と同種のセラミックを用いて構成することがより望ましい。静電チャック１０においては、載置面２４を有する第１板状部材２６のぐらつきや損傷を抑えることが特に重要となる。無機材ピース２９の熱膨張率よりも、第１板状部材２６の熱膨張率の方が大きい場合には、加熱時の熱膨張により第１板状部材２６の穴部２６ａの径の方が無機材ピース２９の径よりも大きくなって、無機材ピース２９を固定する力が弱まり、第１板状部材２６のぐらつきを生じる可能性がある。また、無機材ピース２９の熱膨張率の方が第１板状部材２６の熱膨張率よりも大きい場合には、加熱時の熱膨張により、第１板状部材２６の穴部２６ａの径よりも無機材ピース２９の径の方が大きくなって、無機材ピース２９が穴部２６ａを押し広げ、第１板状部材２６が損傷する可能性がある。そのため、無機材ピース２９は第１板状部材２６と同種のセラミック材料により形成されることが望ましい。

【0055】

Ｄ．第４実施形態：
第４実施形態の静電チャック１０では、第２板状部材２７は、多孔質セラミックにより形成される。第４実施形態において、第１実施形態の静電チャック１０と共通する部分には同じ参照番号を付して説明する。

【0056】

第４実施形態では、第１板状部材２６は緻密質のセラミックにより形成しており、第２板状部材２７は多孔質セラミックにより形成している。このように、第２板状部材２７を多孔質セラミックにより構成することで、第２板状部材２７における伝熱量を抑えることができるため、接合部４０の高温化を抑制して、接合部４０の劣化を抑える効果を高めることができる。

【0057】

このとき、第１板状部材２６と第２板状部材２７とは、同種のセラミックを用いて構成してもよく、異種のセラミックを用いて構成してもよい。同種のセラミックにより構成すれば、第１板状部材２６と第２板状部材２７との構成材料の熱膨張率が同じになり、非接着シート２８を間に挟んだ第１板状部材２６および第２板状部材２７の摺動量を小さくすることができる。第２板状部材２７は、第１実施形態で説明した酸化アルミニウムや窒化アルミニウムの多孔質体とする他、例えば、炭化ケイ素や、無機系の材料から成る断熱板やマシナブルセラミックの多孔質体を用いて形成してもよい。第２板状部材２７を接合部４０と接合した後に、第２板状部材２７が損傷しない程度の強度、例えば、第２板状部材２７の引っ張り強度が１ＭＰａ以上となるように、第２板状部材２７を構成する多孔質体の材料、厚み、および気孔率を適宜設定すればよい。

【0058】

上記のように第２板状部材２７を多孔質体とする場合には、ガス供給路５０（図１参照）のガスシール性を確保するために、第２板状部材２７においてガス供給路５０が形成される部位では、溶射などにより多孔質体の細孔を塞ぐことが望ましい。なお、第１板状部材２６も多孔質体とすることは可能であるが、この場合には、第１板状部材２６を構成する多孔質体よりも、第２板状部材２７を構成する多孔質体の方が、気孔率を高くすればよい。ただし、載置面２４を有してプラズマに晒されやすい第１板状部材２６は、プラズマによって多孔質体の細孔が拡大される等の不都合が生じ易いため、第１板状部材２６は緻密質のセラミックにより形成することが望ましい。

【0059】

図６および図７は、第４実施形態の静電チャック１０に係る第２板状部材２７や非接着シート２８の条件を種々変更したサンプルについて、各部の温度を数値解析した結果を示す説明図である。図６に示すサンプル１～サンプル８は、非接着シート２８を、熱伝導率が０．２４Ｗ／ｍＫのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）により形成された厚みが０．３ｍｍのシートとしている。また、図７に示すサンプル９～サンプル１６は、非接着シート２８を、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫの黒鉛により形成された厚みが０．３ｍｍのシートとしている。

【0060】

サンプル１～サンプル１６が備える第２板状部材２７は、いずれも、アルミナにより形成されるが、気孔率（％）が異なっており、サンプル２～４，６～８，１０～１２，１４～１６の第２板状部材２７は、多孔質体である。サンプル１，５，９，１３の第２板状部材２７は、気孔率が０％であって、熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫである。サンプル２，６，１０，１４の第２板状部材２７は、気孔率が２０％であって、熱伝導率が１８Ｗ／ｍＫである。サンプル３，７，１１，１５の第２板状部材２７は、気孔率が４０％であって、熱伝導率が５Ｗ／ｍＫである。サンプル４，８，１２，１６の第２板状部材２７は、気孔率が５０％であって、熱伝導率は３Ｗ／ｍＫである。サンプル１～サンプル１２の第２板状部材２７は、厚みが１ｍｍであり、サンプル１３～サンプル１６の第２板状部材２７は、厚みが５ｍｍである。

【0061】

また、サンプル１～サンプル１６が備える接合部４０は、いずれも、熱伝導率が０．９Ｗ／ｍＫのシリコーン樹脂により形成されて、厚みが０．５ｍｍとなっている。これらのサンプルのうち、サンプル１～４およびサンプル９～１２は、第１板状部材２６の温度を２５０℃に設定し、サンプル５～８およびサンプル１３～１６は、第１板状部材２６の温度を２００℃に設定した。そして、各サンプルのベース部３０の温度を１００℃に設定して、各サンプルにおける「非接着シート２８－第２板状部材２７の界面」の温度と、「第２板状部材２７－接合部４０の界面」の温度とを、数値解析した。

【0062】

図６に示すように、非接着シート２８を、熱伝導率が低く断熱性が高いＰＴＦＥシートにより構成する場合には、第１板状部材２６の温度を２００℃に設定したサンプル５～８だけでなく、第１板状部材２６の温度を２５０℃に設定したサンプル１～４であっても、「非接着シート２８－第２板状部材２７の界面」の温度は１７０℃以下であった。その結果、気孔率を変更することによって熱伝導率を異ならせた第２板状部材２７を備えるサンプル１～８のいずれにおいても、「第２板状部材２７－接合部４０の界面」の温度は、１５０℃以下となった。

【0063】

これに対して、図７に示すように、非接着シート２８を、熱伝導率が高く断熱性が低い黒鉛シートにより構成する場合には、第１板状部材２６の設定温度にかかわらず、サンプル９～サンプル１６のいずれにおいても、「非接着シート２８－第２板状部材２７の界面」の温度は２００℃以上であった。そして、第１板状部材２６の温度を２５０℃に設定した場合には、第２板状部材２７の気孔率が最も高い５０％であるサンプル１２であっても、「第２板状部材２７－接合部４０の界面」の温度は、１９０℃以上であった。第１板状部材２６の温度を２００℃に設定した場合には、第２板状部材２７の厚みを５ｍｍとして、第２板状部材２７の気孔率を４０％以上とすることで、「第２板状部材２７－接合部４０の界面」の温度を、１４０°以下にすることができた（サンプル１５、サンプル１６）。

【0064】

上記したサンプル９～サンプル１６のように、非接着シート１８の熱伝導率が高く断熱性が低い場合であっても、第２板状部材２７の気孔率や厚みを調節することにより、接合部４０の温度を十分に抑え、例えば１５０℃を下回る温度にまで低下できることが確認された。すなわち、シリコーン樹脂よりも耐熱温度が低い、例えばエポキシ樹脂等から成る接着剤やアクリル樹脂等からなる粘着剤を用いて接合部４０を形成する場合であっても、接合部４０の温度を、接合部４０の耐熱温度よりも十分に低い温度にすることが可能になることが確認された。静電チャック１０の使用温度に応じて、接合部４０の温度が耐熱温度以下になるように、第２板状部材２７として多孔質体を用いるか否か、用いる場合にはその気孔率、あるいは、非接着シート２８や第２板状部材２７の材質や厚み等を、適宜設定すればよい。

【0065】

Ｅ．第５実施形態：
第１～第４実施形態の静電チャック１０は、鉛直下方からセラミック部積層体に圧入される無機材ピース２９を備えることとしたが、異なる構成としてもよい。以下では、第５実施形態として、鉛直上方からセラミック部積層体に嵌め込まれる無機材ピース１２９を備える構成について説明する。第５実施形態において、第１実施形態の静電チャック１０と共通する部分には同じ参照番号を付して説明する。

【0066】

図８は、第５実施形態の静電チャック１１０の構成を、図２と同様にして模式的に示す断面図である。静電チャック１１０のセラミック部１２０は、無機材ピース２９に代えて無機材ピース１２９を備える。無機材ピース１２９は、鉛直上方からセラミック部積層体にねじ止めされている。第１板状部材１２６には、無機材ピース１２９を嵌めるための貫通孔１２６ａが設けられている。また、第２板状部材１２７には、無機材ピース１２９の先端部が挿入されるための、内壁にねじ溝が形成された有底の穴部１２７ａが形成されている。このようにすれば、第２板状部材１２７の接合部４０側の面に、無機材ピース１２９に起因する凹凸が形成されることがなく、無機材ピース１２９に起因して静電チャック１１０内にかかる面圧が不均一になることを抑えることができる。

【0067】

上記した第５実施形態の静電チャック１１０においても、非接着シート２８および第２板状部材１２７を備えることにより、第１実施形態と同様に、伝熱の面内均一性を高めつつ、接合部４０への伝熱を抑える効果を得ることができる。また、第５実施形態では、ねじ止めされた無機材ピース１２９を鉛直上方から容易に着脱できるため、第１板状部材１２６を容易に交換することが可能になる。

【0068】

また第５実施形態の第１板状部材１２６では、＋Ｚ方向（鉛直上方）側の面において、外周部に段差部が設けられており、ウェハＷが載置される載置面２４に比べて、無機材ピース１２９が配置される領域の方が低く形成されている。これにより、静電チャック１１０にウェハＷを載置する、あるいはウェハＷを取り出す動作を行う際に、無機材ピース１２９のねじの頭部が上記動作を妨げることを抑えることができる。

【0069】

図９は、第５実施形態の第１板状部材１２６の、積層前の形状を模式的に表す断面図である。図９に示すように、第１板状部材１２６は、非接着シート２８と接する側の面が下に凸となる形状を有している。セラミック部積層体を、無機材ピース１２９を用いてねじ止めすると、無機材ピース１２９を配置した箇所は、他の部位よりも積層方向にかかる締結圧が高くなる。第１板状部材１２６を図９に示すような形状とすることで、無機材ピース１２９から離間した載置面２４の中央部付近で積層方向にかかる圧力を高めて、セラミック部積層体内にかかる面圧を均一化することができる。その結果、接合部４０を介したセラミック部１２０とベース部３０との接触状態を、面内で均一化することができる。

【0070】

なお、第５実施形態のように無機材ピースを鉛直上方からセラミック部積層体に止めつける場合に、無機材ピースをねじ止めするのではなく、第１実施形態と同様に無機材ピースを圧入することとしてもよい。また、このとき、第２実施形態と同様に、無機材ピースの先端にシール部を配置してもよい。

【0071】

Ｆ．第６実施形態：
図１０は、第６実施形態の静電チャック２１０の構成を、図２と同様にして模式的に示す断面図である。第６実施形態において、第１実施形態の静電チャック１０と共通する部分には同じ参照番号を付して説明する。

【0072】

静電チャック２１０のセラミック部２２０は、第２板状部材２７に代えて第２板状部材２２７を備える。第２板状部材２２７は、第１板状部材２６よりも大きく形成されており、静電チャック２１０を積層方向に見たときに、第２板状部材２２７の外周部が全周にわたって、第１板状部材２６の外周よりも外側に突出するように配置されている。第２板状部材２２７において、上記した外周側に突出する部分である突出部２２７ｂは、フォーカスリングヒータ６０を配置するために用いられる。

【0073】

このような構成とすれば、載置面２４の外側にフォーカスリングヒータを配置することができるため、静電チャック２１０の使用時に、ウェハＷの温度分布を均一化でき、また、ウェハＷの端部にエッチングガスが集中することによる、ウェハＷの端部の過度なエッチングを抑えることができる。

【0074】

図１１は、第６実施形態の変形例としての静電チャック３１０の構成を模式的に示す断面図である。静電チャック３１０は、静電チャック２１０と同様に、フォーカスリングヒータ６０が載置されるが、図８に示した静電チャック１１０と同様に、鉛直上方から無機材ピース１２９がねじ止めされている。図１１では、第５実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付している。

【0075】

静電チャック３１０のセラミック部３２０は、第１板状部材１２６に代えて第１板状部材３２６を備える。静電チャック３１０の第１板状部材３２６には、無機材ピース１２９が嵌め込まれる貫通孔３２６ａが設けられている。この貫通孔３２６ａの内壁は、鉛直上方側の開口部近傍に段差部が形成されて拡径されている。無機材ピース１２９をねじ止めしたときには、無機材ピース１２９のねじの頭部が上記拡径された部位に配置され、ねじの頭部の頭頂部は、第１板状部材３２６における鉛直上方側の面であって、上記開口部を囲む水平面３２６ｂと同等の高さ、あるいは、水平面３２６ｂよりも低くなる。これにより、無機材ピース１２９のねじの頭部に妨げられることなく、フォーカスリングヒータを配置することができる。

【0076】

Ｇ．第７実施形態：
図１２は、第７実施形態の静電チャック４１０の構成を模式的に示す断面図である。第７実施形態において、第１実施形態の静電チャック１０と共通する部分には同じ参照番号を付して説明する。

【0077】

第７実施形態の静電チャック４１０は、ベース部３０に設けた冷媒流路３２の配置に特徴がある。第７実施形態では、静電チャック４１０を積層方向に見たときに、載置領域Ａｗと、載置領域Ａｗの外側の領域、すなわち、無機材ピース２９によって第１板状部材２６と第２板状部材２７とが接続される部位を含む領域との間で、冷媒流路３２の配置の状態が異なっている。具体的には、載置領域Ａｗでは、他の領域に比べて、冷媒流路３２が密に形成されている。「冷媒流路３２が密に形成される」とは、ベース部３０の当該領域において、単位体積当たりの冷媒流路３２が占める体積の平均値が、より大きいことをいう。

【0078】

このような構成とすれば、静電チャック４１０の載置面２４において、面内の温度分布状態を均一化することができる。無機材ピース２９によって第１板状部材２６と第２板状部材２７とが接続される部位を含む上記他の領域は、無機材ピース２９によって強固に接合されるため、伝熱性が高く、冷媒流路３２内の冷媒によって冷却され易い領域であるといえる。これに対して載置領域Ａｗは、上記他の領域よりも接合強度が弱く伝熱性が低いために、ベース部３０による冷却の効率が抑えられる。そのため、載置領域Ａｗにおいて冷媒流路３２を密に配置することで、載置領域Ａｗにおける冷却を促進し、面内の温度分布状態を均一化することができる。

【0079】

Ｈ．他の実施形態：
上記した各実施形態では、非接着シート２８を、樹脂材料、マイカ、バーミキュライト、炭素材料などにより構成したが、金属により構成してもよい。このとき、金属製の非接着シートは、チャック電極、あるいは、高周波電力印加用のＲＦ電極として用いることとしてもよい。

【0080】

上記した各実施形態では、無機材ピースをセラミックにより形成したが、金属など、セラミック以外の無機材料により形成してもよい。この場合には、無機材ピースを構成する材料として、第１板状部材２６や第２板状部材２７を構成するセラミックに近い熱膨張率を示す材料を選択することが望ましい。

【0081】

上記した各実施形態では、無機材ピースは、圧入あるいはねじ止めによりセラミック部積層体を接合しているが、異なる方法、例えば接着により接合することとしてもよい。また、セラミック部とベース部３０とは、接着剤を備える接合部４０を用いる以外の方法により接合してもよい。

【0082】

上記した各実施形態では、第２板状部材の外周と接合部４０の外周とが積層方向に重なっているが、異なる構成としてもよい。例えば、第２板状部材を大きく形成することにより、静電チャックを積層方向に見たときに、第２板状部材の外周部が全周にわたって、接合部４０の外周よりも外側に突出する構成としてもよい。このような構成とすることで、第２板状部材によって接合部４０を保護し、静電チャックの使用中に、第２板状部材の外周部が全周にわたって接合部４０の外周よりも外側に突出するように配置されていない形態と比較して、接合部４０の外周部にプラズマが当たって接合部４０が劣化することを抑制できる。さらに、接合部４０の外周部に、接合部４０を形成する材料よりも耐食性の高い材料を配置してもよい。

【0083】

また、非接着シートを介して第１板状部材と第２板状部材とを無機材ピースを用いて接合した複合部材は、静電引力を利用してウェハＷを保持する静電チャック以外の保持装置に適用してもよい。すなわち、上記複合部材であるセラミック部と、ベース部と、セラミックス部とベース部とを接合する接合部と、を備え、セラミック部の表面上に対象物を保持する他の保持装置、例えば、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＰＬＤ等の真空装置用ヒータ装置や、真空チャック等にも同様に適用可能である。

【0084】

また、本開示の複合部材を、金属を主成分とするベース部とは異なる部材に接合して、保持装置以外の装置に適用してもよい。複合部材が備える第１板状部材側が高温になる装置に適用すれば、第２板状部材側に配置される部材が過度に高温になることを抑える同様の効果が得られる。

【0085】

本開示は、上述の実施形態等に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。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、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0086】

１０，１１０，２１０，３１０，４１０…静電チャック
２０，１２０、２２０，３２０…セラミック部
２３…シール部
２４…載置面
２６，１２６，３２６…第１板状部材
２６ａ…穴部
２７，１２７，２２７…第２板状部材
２７ａ…貫通孔
２７ｂ…段差部
２８…非接着シート
２８ａ…貫通孔
２９，１２９…無機材ピース
２９ａ…鍔部
３０…ベース部
３２…冷媒流路
４０…接合部
５０…ガス供給路
５２…ガス吐出口
５４…隙間
６０…フォーカスリングヒータ
１２６ａ，３２６ａ…貫通孔
１２７ａ…穴部
２２７ｂ…突出部
３２６ｂ…水平面
Ａｗ…載置領域
Ｗ…ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】