特許 7537585 静電チャック

(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】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】静電チャック

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20240814BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240814BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H01L21/302 101G

H01L21/31 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023175472

(22)【出願日】2023-10-10

【審査請求日】2024-01-23

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000010087

【氏名又は名称】ＴＯＴＯ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100140486

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100121843

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 賢郎

(74)【代理人】

【識別番号】100170058

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 拓真

(72)【発明者】

【氏名】池口 雅文

(72)【発明者】

【氏名】小林 幸太

(72)【発明者】

【氏名】籾山 大

【審査官】渡井 高広

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１６５１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２２／０２７０８６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－０１３２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５９７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１５８３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０５３５５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックにより形成された部材であって、温度調整用のガスを供給するための複数の貫通穴が形成された誘電体基板と、
金属材料により形成されたベースプレートと、
前記誘電体基板と前記ベースプレートとの間を接合する接合層と、を備え、
前記接合層の－６０℃におけるヤング率をＥ（ＭＰａ）とし、
前記誘電体基板の中心軸と前記貫通穴の中心軸との間の距離をＸ（ｍｍ）としたときに、
複数の前記貫通穴のうち、前記誘電体基板の中心軸から最も遠い位置にある前記貫通穴について、
Ｘ≧７５ｍｍであり、且つ、
Ｅ≦０．２０６３×Ｘ^２－５９．３８８７×Ｘ＋４２７８．８０６５
が成り立つことを特徴とする静電チャック。

【請求項2】

前記誘電体基板の中心軸から最も遠い位置にある前記貫通穴のうち、前記接合層とは反対側の端部における直径が０．２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック。

【請求項3】

前記接合層はシリコーン接着剤を硬化させたものであることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は静電チャックに関する。

【背景技術】

【0002】

例えばエッチング装置等の半導体製造装置には、処理の対象となるシリコンウェハ等の基板を吸着し保持するための装置として、静電チャックが設けられる。静電チャックは、吸着電極が設けられた誘電体基板と、誘電体基板を支持するベースプレートと、を備え、これらが互いに接合された構成を有する。吸着電極に電圧が印加されると静電力が生じ、誘電体基板上に載置された基板が吸着され保持される。

【0003】

処理中においては、プラズマに曝されることにより基板の温度は上昇し、誘電体基板の温度も上昇する。一方、ベースプレートには低温の冷媒が供給されるため、ベースプレートの温度は－６０℃もしくはそれ以下の温度まで低下することもある。基板の処理に伴う各部の温度変化や、誘電体基板とベースプレートとの間の温度差等に起因して、誘電体基板には大きな熱応力が加わる。

【0004】

熱応力による誘電体基板の破損を防止するためには、誘電体基板とベースプレートとの間を繋ぐ接合層の材料として、適切な物性を有する材料を選定する必要がある。例えば下記特許文献１では、－６０℃における接合層（接着部材）の貯蔵弾性率を１００ＭＰａ以下とすること、等が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２０－２３０８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

接合層の材料として、可能な限りヤング率の小さな材料を用いれば、誘電体基板に加わる熱応力を小さく抑えることができる。しかしながら、接合層に求められる伝熱性能等に鑑みれば、接合層のヤング率をいくらでも小さくできるわけではない。接合層の材料は、ヤング率が所定の上限値以下であるという条件の下で、求められる伝熱性能等を考慮して適宜選定する必要がある。

【0007】

ところで、誘電体基板には、冷却用のガスの供給等を目的とした貫通穴が形成されている。本発明者らが行った実験等によれば、誘電体基板に加わる熱応力は、貫通穴の部分において特に大きくなり、その大きさは貫通穴の位置に応じて変化する、という知見が得られている。具体的には、誘電体基板の中心軸と貫通穴の中心軸との間の距離をＸとしたときに、Ｘの値が大きくなるほど、当該貫通穴の部分に加わる熱応力は大きくなる。つまり、Ｘの値が大きくなるほど、接合層のヤング率について許容し得る範囲の上限値は狭くなる。

【0008】

このため、伝熱性能等の要求仕様を満たしつつ、誘電体基板に加わる熱応力を抑えるためには、「誘電体基板の中心軸と貫通穴の中心軸との間の距離」と、「接合層のヤング率の上限値」と、の相関を考慮しながら、それぞれのパラメータを適切に設定する必要がある。しかしながら、これらの相関をどのように考慮すべきか等について、これまでに具体的な検討は行われていなかった。

【0009】

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、接合層のヤング率の値を適切なものとし、誘電体基板に加わる熱応力を低減することのできる静電チャック、を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明に係る静電チャックは、貫通穴が形成された誘電体基板と、金属材料により形成されたベースプレートと、誘電体基板とベースプレートとの間を接合する接合層と、を備える。この静電チャックでは、接合層のヤング率をＥ（ＭＰａ）とし、誘電体基板の中心軸と貫通穴の中心軸との間の距離をＸ（ｍｍ）としたときに、誘電体基板の中心軸から最も遠い位置にある貫通穴について、Ｅ≦０．２０６３×Ｘ^２－５９．３８８７×Ｘ＋４２７８．８０６５ が成り立つ。

【0011】

誘電体基板の中心軸から最も遠い位置にある貫通穴は、多くの場合、誘電体基板のうち最も大きな熱応力が加わる部分である。本発明者らが行った実験等によれば、Ｅ≦０．２０６３×Ｘ^２－５９．３８８７×Ｘ＋４２７８．８０６５ の条件を満たすように、貫通穴の位置（Ｘ）及び接合層のヤング率（Ｅ）をそれぞれ設定しておけば、誘電体基板の当該貫通穴部分における熱応力を十分に低減できるという知見が得られている。静電チャックを上記構成とすることで、接合層のヤング率の値等を適切なものとしながら、誘電体基板に加わる熱応力を低減することが可能となる。

【0012】

接合層のヤング率に関する上記の式は、誘電体基板の中心軸から最も遠い位置にある貫通穴のみならず、誘電体基板に形成された全ての貫通穴について成立してもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、接合層のヤング率の値を適切なものとし、誘電体基板に加わる熱応力を低減することのできる静電チャック、を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係る静電チャックの構成を模式的に示す断面図である。

【図2】図１の静電チャックが備える誘電体基板の構成を示す図である。

【図3】本実施形態に係る静電チャックの実際の形状を示す図である。

【図4】接合層のヤング率と、誘電体基板で生じる最大応力との関係を示す図である。

【図5】貫通穴の位置と、許容ヤング率との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

【0016】

本実施形態に係る静電チャック１０は、例えばエッチング装置のような不図示の半導体製造装置の内部において、処理対象となる基板Ｗを静電力によって吸着し保持するものである。基板Ｗは、例えばシリコンウェハである。静電チャック１０は、半導体製造装置以外の装置に用いられてもよい。

【0017】

図１には、基板Ｗを吸着保持した状態の静電チャック１０の構成が、模式的な断面図として示されている。静電チャック１０は、誘電体基板１００と、ベースプレート２００と、接合層３００と、を備える。

【0018】

誘電体基板１００は、セラミック焼結体からなる略円盤状の部材である。誘電体基板１００は、例えば高純度の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含むが、他の材料を含んでもよい。誘電体基板１００におけるセラミックスの純度や種類、添加物等は、半導体製造装置において誘電体基板１００に求められる耐プラズマ性等を考慮して、適宜設定することができる。

【0019】

誘電体基板１００のうち図１における上方側の面１１０は、基板Ｗが載置される「載置面」となっている。また、誘電体基板１００のうち図１における下方側の面１２０は、後述の接合層３００を介してベースプレート２００に接合される「被接合面」となっている。面１１０に対し垂直な方向に沿って、面１１０側から静電チャック１０を見た場合の視点のことを、以下では「上面視」のようにも表記する。誘電体基板１００の厚さ、すなわち、面１１０と面１２０との間の距離は、本実施形態では０．９ｍｍであるが、これとは異なる厚さであってもよい。

【0020】

誘電体基板１００の内部には吸着電極１３０が埋め込まれている。吸着電極１３０は、例えばタングステン等の金属材料により形成された薄い平板状の層であり、面１１０に対し平行となるように配置されている。吸着電極１３０の材料としては、タングステンの他、モリブデン、白金、パラジウム等を用いてもよい。給電路１３を介して外部から吸着電極１３０に電圧が印加されると、面１１０と基板Ｗとの間に静電力が生じ、これにより基板Ｗが吸着保持される。吸着電極１３０は、本実施形態のように所謂「双極」の電極として２つ設けられていてもよいが、所謂「単極」の電極として１つだけ設けられていてもよい。

【0021】

図１においては、給電路１３の全体が簡略化して描かれている。給電路１３のうち誘電体基板１００の内部の部分は、例えば、導電体の充填された細長いビア（穴）として構成されており、その下端には不図示の電極端子が設けられている。給電路１３のうち後述のベースプレート２００を貫いている部分は、上記の電極端子に一端が接続された導電性の金属部材（例えばバスバー）である。ベースプレート２００には、給電路１３を挿通するための不図示の貫通穴が形成されている。当該貫通穴の内面と給電路１３との間には、例えば円筒状の絶縁部材が設けられていてもよい。

【0022】

図１に示されるように、誘電体基板１００と基板Ｗとの間には空間ＳＰが形成されている。半導体製造装置においてエッチング等の処理が行われる際には、空間ＳＰには、後述の貫通穴１４０等を介して外部から温度調整用のヘリウムガスが供給される。誘電体基板１００と基板Ｗとの間にヘリウムガスを介在させることで、両者間の熱抵抗が調整され、これにより基板Ｗの温度が適温に保たれる。尚、空間ＳＰに供給される温度調整用のガスは、ヘリウムとは異なる種類のガスであってもよい。

【0023】

図２は、誘電体基板１００を上面視で描いた図である。同図に示されるように、載置面である面１１０上にはシールリング１１１やドット１１２が設けられており、上記の空間ＳＰはこれらの周囲に形成されている。

【0024】

シールリング１１１は、空間ＳＰを区画する壁であり、上面視において同心円状に並ぶように複数設けられている。それぞれのシールリング１１１の上端は、面１１０の一部となっており、基板Ｗに当接する。本実施形態では、計４つのシールリング１１１が設けられており、これにより空間ＳＰは４つに分けられている。このような構成とすることで、それぞれの空間ＳＰにおけるヘリウムガスの圧力を個別に調整し、処理中における基板Ｗの表面温度分布を均一に近づけることが可能となる。

【0025】

図１や図２において符号「１１６」が付されている部分は、空間ＳＰの底面である。以下では、当該部分のことを「底面１１６」とも称する。シールリング１１１は、次に述べるドット１１２と共に、面１１０の一部を底面１１６の位置まで掘り下げた結果として形成されている。

【0026】

ドット１１２は、底面１１６から突出する円形の突起である。図２に示されるように、ドット１１２は複数設けられており、誘電体基板１００の載置面において略均等に分散配置されている。それぞれのドット１１２の上端は、面１１０の一部となっており、基板Ｗに当接する。このようなドット１１２を複数設けておくことで、基板Ｗの撓みが抑制される。

【0027】

空間ＳＰの底面１１６には、溝１１３が形成されている。溝１１３は、底面１１６から更に面１２０側へと後退させるように形成された溝である。溝１１３は、貫通穴１４０から供給されるヘリウムガスを、空間ＳＰ内に素早く拡散させ、空間ＳＰ内の圧力分布を短時間のうちに略均一とすることを目的として形成されている。尚、貫通穴１４０の数や配置によっては溝１１３を不要とすることもできる。

【0028】

誘電体基板１００には、面１２０から面１１０側に向かって垂直に伸びる貫通穴１４０が形成されている。図２に示されるように、貫通穴１４０のうち面１１０側の端部は、溝１１３の底面において開口している。誘電体基板１００において、貫通穴１４０は複数形成されており、これらが溝１１３に沿って並んでいる。本実施形態では、４つに区分された空間ＳＰのそれぞれに対して、貫通穴１４０が複数個ずつ繋がっている。

【0029】

尚、図２においては図示の便宜上、貫通穴１４０の直径が溝１１３の幅よりも大きくなっているように描かれているが、図１に示されるように、実際の貫通穴１４０の直径は溝１１３の幅よりも小さい。貫通穴１４０が溝１１３の内側に収まるように、貫通穴１４０の位置において、溝１１３の幅が局所的に大きくなっていてもよい。貫通穴１４０のうち、接合層３００とは反対側の端部（つまり面１１０側の端部）における直径は、本実施形態では０．２ｍｍ以下となっている。

【0030】

図１に示されるように、貫通穴１４０のうち面１２０側の部分は、面１１０側の部分に比べて拡径されており、その内側には通気プラグ１４５が配置されている。通気プラグ１４５は、例えばアルミナにより形成された多孔質体であり、全体が通気性を有している。このような通気プラグ１４５を貫通穴１４０の内側に配置することで、貫通穴１４０におけるガスの流れを確保しながらも、貫通穴１４０を通じた経路での絶縁破壊の発生を抑制することができる。尚、絶縁破壊を十分に防止し得る場合には、貫通穴１４０に通気プラグ１４５が配置されていない構成としてもよい。この場合、貫通穴１４０の内径を、上下方向の全体で均一としてもよい。

【0031】

図２において符号「１１５」が付されているのは、半導体製造装置に設けられた不図示のリフトピンが挿通される貫通穴である。当該貫通穴のことを、以下では「貫通穴１１５」とも称する。貫通穴１１５は、上記の貫通穴１４０と同様に、面１２０から面１１０側に向かって垂直に伸びるように形成されている。貫通穴１１５は計３つ形成されており、これらが１２０度等配となるように配置されている。貫通穴１１５を通じて上下に移動するリフトピンにより、誘電体基板１００の面１１０に対する基板Ｗの着脱が行われる。

【0032】

ベースプレート２００は、誘電体基板１００を支持する略円盤状の部材である。ベースプレート２００は、例えばアルミニウムのような金属材料により形成されている。ベースプレート２００のうち、図１における上方側の面２１０は、接合層３００を介して誘電体基板１００に接合される「被接合面」となっている。

【0033】

図１に示されるように、ベースプレート２００には、面２１０から、その反対側の面２２０側に向かって垂直に伸びる貫通穴２４０が形成されている。貫通穴２４０は、上面視において誘電体基板１００の貫通穴１４０と重なる位置、のそれぞれに形成されており、接合層３００に設けられた貫通穴３１０を介して貫通穴１４０に連通されている。貫通穴２４０は、誘電体基板１００の貫通穴１４０と共に、空間ＳＰに向けてヘリウムガスを供給するための経路の一部となっている。

【0034】

図１に示されるように、貫通穴２４０のうち面２１０側の部分は、面２２０側の部分に比べて拡径されており、その内側には通気プラグ２４５が配置されている。通気プラグ２４５は、例えばアルミナにより形成された多孔質体であり、全体が通気性を有している。このような通気プラグ２４５を貫通穴２４０の内側に配置することで、貫通穴２４０におけるガスの流れを確保しながらも、貫通穴２４０を通じた経路での絶縁破壊の発生を抑制することができる。尚、絶縁破壊を十分に防止し得る場合には、貫通穴２４０に通気プラグ２４５が配置されていない構成としてもよい。この場合、貫通穴２４０の内径を、上下方向の全体で均一としてもよい。

【0035】

貫通穴２４０は、本実施形態のように全体が直線状に伸びるように形成されていてもよいが、面２２０に向かう途中で屈曲するように形成されていてもよい。また、面２１０側の複数の貫通穴２４０を、ベースプレート２００の内部において少数の流路に集約した上で、当該流路を面２２０側まで伸ばすような構成としてもよい。

【0036】

ベースプレート２００の内部には、冷媒を流すための冷媒流路２５０が形成されている。半導体製造装置において成膜等の処理が行われる際には、外部から冷媒が冷媒流路２５０に供給され、これによりベースプレート２００が冷却される。処理中において基板Ｗで生じた熱は、空間ＳＰのヘリウムガス、誘電体基板１００、及びベースプレート２００を介して冷媒へと伝えられ、冷媒と共に外部へと排出される。

【0037】

ベースプレート２００のうち、上面視において貫通穴１１５と重なる位置のそれぞれには、リフトピンを通すための不図示の貫通穴が形成されている。

【0038】

ベースプレート２００の表面には絶縁膜が形成されていてもよい。絶縁膜は、ベースプレート２００の表面のうち、少なくとも面２１０の全体を含む範囲に形成されることが好ましい。絶縁膜としては、例えば、溶射により形成されたアルミナの膜を用いることができる。ベースプレート２００の表面を絶縁膜で覆っておくことにより、ベースプレート２００の絶縁耐圧を高めることができる。

【0039】

尚、図１においては、誘電体基板１００の面１２０の直径と、ベースプレート２００の面２１０の直径と、が互いに等しくなるように模式的に描かれているが、両者は互いに異なる場合が多い。図３には、静電チャック１０の実際の構成が示されている。同図に示されるように、本実施形態の静電チャック１０では、誘電体基板１００の面１２０の直径が、ベースプレート２００の面２１０の直径よりも僅かに大きくなっている。このため、誘電体基板１００の外周側部分は、ベースプレート２００よりも外側に向けて突出しており、下方側から支持されていない。ただし、このような構成はあくまで一例であって、それぞれの上記直径が互いに一致しているような構成としてもよい。

【0040】

接合層３００は、誘電体基板１００とベースプレート２００との間に設けられた層であって、両者を接合している。接合層３００は、絶縁性の材料からなる接着材を硬化させたものである。本実施形態では、上記接着剤としてシリコーン接着剤を用いている。ただし、接合層３００は、他の種類の接着剤を硬化させたものであってもよい。いずれの場合であっても、誘電体基板１００とベースプレート２００との間の熱抵抗が小さくなるように、接合層３００の材料としては、可能な限り熱伝導率が高い材料を用いるのが好ましい。接合層３００の内部に、熱伝導率を高めるための粒子状の充填剤（フィラー）が複数配置されている構成としてもよい。充填剤としては、例えばアルミナを主成分とする粒子を用いることができる。

【0041】

接合層３００の厚さは、接合層３００に求められる伝熱性能等に応じて適宜設定することができる。本実施形態では、接合層３００の厚さは２５０μｍであるが、これとは異なる厚さであってもよい。尚、誘電体基板１００の面１２０側に電極端子が埋め込まれている場合や、ベースプレート２００の面２１０の一部に溝が形成されている場合等のように、接合層３００の厚さが全体で均等とはなっていない場合もあり得る。その場合における「接合層３００の厚さ」とは、上記のように局所的に厚さが他と異なっている部分を除外した範囲の厚さのことである。

【0042】

接合層３００は、誘電体基板１００やベースプレート２００に比べると小さなヤング率（縦弾性係数）を有している。誘電体基板１００とベースプレート２００との間で熱膨張差が生じても、接合層３００が変形し熱膨張差を吸収するため、誘電体基板１００等における熱応力を小さく抑えることができる。

【0043】

接合層３００のヤング率は、接合層３００の温度に応じて変化する。接合層３００の温度が－６０℃となっているときにおける接合層３００のヤング率を、「ＭＰａ」の単位で表した数値のことを、以下では「Ｅ」と表記する。例えば、－６０℃における接合層３００のヤング率が０．０１ＧＰａである場合には、Ｅ＝１０である。尚、上記における「－６０℃」という温度は、接合層３００の物性（ヤング率）を特定するための便宜上の基準に過ぎず、冷媒流路２５０に実際に供給される冷媒の温度等について何ら限定するものではない。

【0044】

近年では、処理中において基板Ｗに入射するエネルギーの増大等に伴って、ベースプレート２００には従来よりも高い冷却性能が求められる傾向がある。例えば、ベースプレート２００の冷媒流路２５０には、－６０℃もしくはそれ以下の温度の冷媒が供給されることもある。プラズマの高出力化等に伴って冷媒の温度は更に低くなるので、将来的には－１００℃程度の冷媒が供給されるようになる可能性もある。

【0045】

基板Ｗの処理の開始に伴う各部の温度変化や、誘電体基板１００とベースプレート２００との間の温度差等に起因して、誘電体基板１００には大きな熱応力が加わる。本発明者らが行った実験等によれば、誘電体基板１００に加わる熱応力は、貫通穴の部分（例えば貫通穴１４０の出口部分）において特に大きくなり、その大きさは当該貫通穴の位置に応じて変化する、という知見が得られている。

【0046】

説明の便宜上、誘電体基板１００の中心軸のことを、以下では「中心軸ＡＸ０」とも称する（図１を参照）。中心軸ＡＸ０は、上面視において円形である誘電体基板１００の中心を通り、且つ、面１１０に対して垂直な軸である。尚、例えば誘電体基板１００の外周側の一部にオリフラ等が形成されており、上面視における誘電体基板１００の形状が厳密には円形ではない場合もあり得る。この場合、上記のオリフラ等が形成されていないものと仮定し、誘電体基板１００の全体の形状を円形とみなした上で、当該円形の中心を通る軸として中心軸ＡＸ０を定義するものとする。

【0047】

また、貫通穴１４０の中心軸のことを、以下では「中心軸ＡＸ１」とも称する（図１を参照）。先に述べたように、貫通穴１４０は、面１２０から面１１０側に向かって垂直に伸びるように形成された穴である。このため、中心軸ＡＸ１は、中心軸ＡＸ０と同様に面１１０に対して垂直な軸となる。中心軸ＡＸ１は、複数ある貫通穴１４０のそれぞれについて個別に定義される。

【0048】

誘電体基板１００の中心軸ＡＸ０から、貫通穴１４０の中心軸ＡＸ１までの距離を、「ｍｍ」の単位で表した数値のことを、以下では「Ｘ」もしくは「距離Ｘ」と表記する。距離Ｘは、複数ある貫通穴１４０のそれぞれについて個別に定義される。本発明者らが行った実験等によれば、中心軸ＡＸ０から貫通穴１４０の中心軸ＡＸ１までの距離Ｘが大きくなるほど、当該貫通穴１４０の部分に加わる熱応力の大きさも大きくなる傾向がある。換言すれば、誘電体基板１００のうち最も大きな熱応力が加わるのは、多くの場合、最外周に形成された貫通穴１４０の部分ということになる。

【0049】

接合層３００の材料として、可能な限りヤング率の小さな材料を用いれば、誘電体基板１００に加わる熱応力を小さく抑えることができる。しかしながら、接合層３００に求められる伝熱性能等に鑑みれば、接合層３００のヤング率をいくらでも小さくできるわけではない。接合層３００の材料は、ヤング率が所定の上限値以下であるという条件の下で、求められる伝熱性能等を考慮して適宜選定する必要がある。

【0050】

誘電体基板１００の中心軸ＡＸ０から、貫通穴１４０の中心軸ＡＸ１までの距離Ｘが小さいほど、当該貫通穴１４０の部分に加わる熱応力は小さくなるので、許容され得るヤング率（Ｅ）の上限値は大きくなる。このように、貫通穴１４０の位置（Ｘ）と、接合層３００のヤング率（Ｅ）の上限値とは、互いに相関のあるパラメータとなっている。本発明者らは、種々の実験及び解析等を行うことにより、上記の相関について以下に示すような新たな知見を得ることができた。

【0051】

図４に示される４つのグラフは、－６０℃における接合層３００のヤング率（横軸）と、誘電体基板１００で生じる最大応力（縦軸）との関係を表すものである。

【0052】

例えば、右側に「Ｘ１」が付されたグラフは、中心軸ＡＸ０から最も遠い位置（つまり最外周）にある貫通穴１４０がＸ＝Ｘ１となっている誘電体基板１００について、接合層３００のヤング率（具体的には、－６０℃におけるヤング率）の値を変化させながら都度解析を行い、低温時において誘電体基板１００で生じる熱応力の最大値（以下では「最大応力」ともいう）をプロットして行くことにより得られたものである。

【0053】

上記の「低温時」とは、具体的には、静電チャック１０全体の温度が４０℃の状態で接合層３００を硬化させた後に、静電チャック１０全体の温度を－６０℃まで低下させた時のことである。尚、いずれの解析においても、「誘電体基板１００で生じる応力の最大値」とは、最外周に配置された貫通穴１４０（つまり、Ｘ＝Ｘ１の貫通穴１４０）の、面１１０側の端部近傍の部分で生じた応力の値であった。

【0054】

右側に「Ｘ２」乃至「Ｘ４」が付されたそれぞれのグラフも、上記と同様の解析に基づいて得られたものである。Ｘ２はＸ１よりも大きな距離であり、Ｘ３はＸ２よりも大きな距離であり、Ｘ４はＸ３よりも大きな距離である。

【0055】

図４の各グラフを見ると、接合層３００のヤング率が大きくなるに従って、低温時に誘電体基板１００で生じる最大応力は大きくなることがわかる。また、接合層３００のヤング率を同一とした条件の下で比較すると、最外周に配置された貫通穴１４０の距離Ｘが大きくなるほど、低温時に誘電体基板１００で生じる最大応力も大きくなる傾向があることがわかる。

【0056】

ただし、Ｘ＝Ｘ４のときの最大応力は、Ｘ＝Ｘ３のときの最大応力よりも僅かに小さくなっており、上記の傾向とは逆になっている。これは、Ｘ４に対応する貫通穴１４０の位置が、ベースプレート２００の面２１０よりも外周側となる位置、すなわち、誘電体基板１００の下方側がベースプレート２００によって支持されていない位置であることに起因している。実際には、このような位置に貫通穴１４０が形成される可能性は低いと思われる。

【0057】

図４の縦軸に示される「閾値」は、誘電体基板１００において破損が生じることの無い最大応力の範囲、の上限値のことである。

【0058】

図４の「Ｅ１」は、最外周にある貫通穴１４０の距離ＸがＸ１となっている誘電体基板１００において、最大応力の値が上記閾値となるようなヤング率（Ｅ）の値である。「Ｅ２」は、最外周にある貫通穴１４０の距離ＸがＸ２となっている誘電体基板１００において、最大応力の値が上記閾値となるようなヤング率（Ｅ）の値である。「Ｅ３」、「Ｅ４」についてもこれらと同様である。Ｅ１乃至Ｅ４のそれぞれは、誘電体基板１００の破損を生じさせないために、接合層３００のヤング率（Ｅ）の値として許容し得る範囲の上限値、ということができる。このようなヤング率の上限値のことを、以下では「許容ヤング率」とも称する。図４から明らかなように、許容ヤング率（Ｅ１乃至Ｅ４）は、最外周にある貫通穴１４０の距離Ｘ（Ｘ１乃至Ｘ４）に応じて異なる値となる。

【0059】

最外周にある貫通穴１４０の距離Ｘ（横軸）と、許容ヤング率（縦軸）との対応関係は、図５のグラフの通りとなる。同図に示されるように、両者の間には概ね二字曲線状の相関があることがわかる。距離Ｘが増加するに伴って許容ヤング率は次第に小さくなる。ただし、距離Ｘがある程度大きくなると、距離Ｘが増加するに伴って許容ヤング率は逆に増加する。このような増加傾向が生じるのは、誘電体基板１００のうち最外周の部分が、下方からベースプレート２００によって支持されていないことに起因している。図５に示される両者の関係は、以下の式（１）で表すことができる。
許容ヤング率＝０．２０６３×Ｘ^２－５９．３８８７×Ｘ＋４２７８．８０６５・・・（１）

【0060】

従って、接合層３００のヤング率であるＥと、最外周にある貫通穴１４０の距離Ｘとが、以下の式（２）で示される条件を満たすのであれば、誘電体基板１００で生じる最大応力の値は図４の「閾値」以下に収まり、誘電体基板１００の破損は確実に防止されることとなる。
Ｅ≦０．２０６３×Ｘ^２－５９．３８８７×Ｘ＋４２７８．８０６５・・・（２）

【0061】

尚、例えば誘電体基板１００の外径が本実施形態と異なる場合には、それに応じて、上記の方法で算出される式（１）や式（２）の各係数も、厳密には上記とは異なる値となる。しかしながら、図４に示される「閾値」はある程度のマージンを考慮して設定されているので、静電チャック１０の構成が本実施形態とは多少異なる場合でも、式（２）をそのまま用いて判定を行うことができる。

【0062】

以上のように、本発明者らが今般行った解析等により、最外周にある貫通穴１４０の距離Ｘ及び接合層３００のヤング率Ｅを適切なものとするための条件として、上記の式（２）を得ることができた。上記の式（２）の条件を満たすように、貫通穴１４０の位置及び接合層３００のヤング率Ｅを選定しておけば、基板Ｗの処理中等における誘電体基板１００の熱応力を、破損が生じない程度に低減することができる。具体的なＥやＸの値は、接合層３００に求められる伝熱性能等の要求仕様を満たしつつ、且つ上記（２）の条件を満たす範囲内の値として、適宜設定すればよい。

【0063】

尚、上記の式（２）の条件を満たすような一群の貫通穴１４０は、少なくとも、誘電体基板１００の中心軸ＡＸ０から最も遠い位置にある貫通穴１４０を含んでいればよいが、それ以外の貫通穴１４０を含んでいてもよい。好ましくは、誘電体基板１００に形成された全ての貫通穴１４０が、式（２）の条件を満たしていればよい。このような構成とすることで、熱応力による誘電体基板１００の破損をより確実に防止することができる。

【0064】

尚、貫通穴１４０等のうち、接合層３００とは反対側の端部（つまり面１１０側の端部）における直径が小さくなる程、誘電体基板１００で生じる熱応力は大きくなることが判明している。貫通穴１４０のように、不活性ガスの供給を目的とする貫通穴は、絶縁破壊を防止するために、直径が０．２ｍｍ以下の小さな穴とされることが多い。上記の式（２）の条件を満たすように接合層３００の厚さ及びヤング率を設定しておけば、貫通穴の直径が０．２ｍｍ以下となっている場合であっても、誘電体基板１００の破損が生じない程度に熱応力を抑制できることが、解析等により確認されている。尚、上記の記載は、貫通穴の直径を０．２ｍｍ以上とすることについて何ら否定するものではない。

【0065】

接合層３００としては、上記の式（２）の条件を満たし得るものであれば、様々な種類の接着剤を用いることができる。例えば、本実施形態のようなシリコーン接着剤のほか、エポキシ、ポリイミド、アクリル、変性シリコーン樹脂等の様々な接着剤を用いて接合層３００を形成することができる。ただし、シリコーン接着剤は硬化後におけるヤング率が比較的小さいので、様々な種類のシリコーン接着剤の中から、上記の式（２）の条件を満たすものを容易に選定することができる。このため、本実施形態のように、接合層３００はシリコーン接着剤を硬化させたものであることが好ましい。

【0066】

接合層３００を形成するための接着剤としては、市販されている既存の接着剤をそのまま用いてもよいが、式（２）の条件を満たすように、既存の接着剤に対しヤング率の調整を施したものを用いてもよい。接着剤のヤング率を調整する方法としては、公知となっている種々の方法を採用することができる。例えば、接着剤に対し官能基やフィラーを添加することとし、それぞれの種類や添加量を調整することで、－６０度のような低温域におけるヤング率を変化させ所望の値とすることができる。一例として、接着剤がシリコーン樹脂の場合には、フェニル基の添加量を調整することで、特に低温域でのヤング率を調整することができる。また無機フィラーの添加量を減らすことでヤング率を低下させることもできる。

【0067】

上記のように、貫通穴１４０の距離Ｘが大きくなるほど、当該貫通穴１４０の部分に加わる熱応力は大きくなる。少なくとも一つの貫通穴１４０が、Ｘ≧７５ｍｍとなるような外周側部分に形成されている誘電体基板１００においては、当該貫通穴１４０の部分に加わる熱応力は、無視できない程度に大きくなることが多い。しかしながら、上記の式（２）の条件を満たすように接合層３００の材料を選定しておけば、誘電体基板１００の破損が生じない程度に熱応力を抑制することができる。

【0068】

本実施形態では、誘電体基板１００に形成された複数の貫通穴のうち最も外周側に形成されているものが、（貫通穴１１５ではなく）貫通穴１４０となっている。当該貫通穴１４０よりも更に外側となる位置に、別の貫通穴が形成されている場合には、当該貫通穴の位置（Ｘ）が式（２）条件を満たすように、接合層３００のヤング率（Ｅ）を設定すればよい。

【0069】

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

【符号の説明】

【0070】

１０：静電チャック
１００：誘電体基板
１４０：貫通穴
２００：ベースプレート
３００：接合層
ＡＸ０，ＡＸ１：中心軸

【要約】

【課題】接合層のヤング率の値を適切なものとし、誘電体基板に加わる熱応力を低減することのできる静電チャック、を提供する。
【解決手段】静電チャック１０は、貫通穴１４０が形成された誘電体基板１００と、金属材料により形成されたベースプレート２００と、誘電体基板１００とベースプレート２００との間を接合する接合層３００と、を備える。接合層３００のヤング率をＥ（ＭＰａ）とし、誘電体基板１００の中心軸ＡＸ０と貫通穴１４０の中心軸ＡＸ１との間の距離をＸ（ｍｍ）としたときに、中心軸ＡＸ０から最も遠い位置にある貫通穴１４０について、Ｅ≦０．２０６３×Ｘ^２－５９．３８８７×Ｘ＋４２７８．８０６５ が成り立つ。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】