JP2016072478A

JP2016072478A - 静電チャック

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Publication number: JP2016072478A
Application number: JP2014201490A
Authority: JP
Inventors: 要三輪; Kaname Miwa; 直弥植村; Naoya Uemura; 充幸長原; Mitsuyuki Nagahara
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-05-09
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: JP6342769B2

Abstract

【課題】高温で使用する場合であっても十分に適用可能な静電チャックを提供すること。【解決手段】静電チャック１は、ベース表面１２１及びベース裏面１２２を有する金属ベース１２と、金属ベース１２に設けられた冷却水路６１と、基板表面１１１及び基板裏面１１２を有し、金属ベース１２のベース表面１２１側に基板裏面１１２を向けて配置され、セラミックからなる本体基板１１と、本体基板１１に設けられた吸着用電極２１と、本体基板１１に設けられたヒータ４１と、金属ベース１２と本体基板１１との間に配置された接着層１３と、を備えている。本体基板１１におけるヒータ４１から基板裏面１１２までの領域である第１領域Ａの熱抵抗をＲ１、接着層１３の領域である第２領域Ｂの熱抵抗をＲ２、金属ベース１２におけるベース表面１２１から冷却水路６１までの領域である第３領域Ｃの熱抵抗をＲ３とした場合に、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を満たす。【選択図】図２

Description

本発明は、静電チャックに関する。

従来、半導体ウェハの製造に用いられる半導体製造装置では、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）に対してドライエッチング（例えばプラズマエッチング）等の処理が行われている。このドライエッチング等の加工精度を高めるためには、半導体ウェハを確実に保持しておく必要がある。半導体ウェハを保持する手段としては、静電引力によって半導体ウェハ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、セラミックからなる本体基板と、その本体基板に設けられた吸着用電極とを備えている。静電チャックは、吸着用電極に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて、半導体ウェハを本体基板の上面（吸着面）に吸着保持する。このような静電チャックにおいて、本体基板の下面には、樹脂等の接着剤からなる接着層を介して、クーリングプレートとして機能する金属ベースが接合されている。

例えば、特許文献１には、半導体ウェハの加工を好適に行うため、本体基板の内部にヒータを設け、そのヒータによって本体基板を加熱することにより、本体基板の上面（吸着面）に吸着保持された半導体ウェハを所望の温度に加熱する静電チャックが開示されている。

特開２００７−３１７７７２号公報

従来の静電チャックにおいて、セラミックからなる本体基板と金属ベースとを接合する接着層には、両者の熱膨張差を緩和するような柔軟性のある接着剤が用いられる。しかしながら、半導体ウェハ加工時の温度条件がより高温となり、静電チャック使用時の温度がより高温（例えば接着層の温度が１５０℃以上）になると、接着層の耐熱性及び耐久性を十分に確保することが困難となる。

この問題を解決する方法として、接着層に耐熱性の高い接着剤を用いることが挙げられる。ところが、耐熱性の高い接着剤は、硬質で柔軟性に乏しく、セラミックからなる本体基板と金属ベースとの熱膨張差を十分に緩和できない。そのため、両者の間に熱応力が発生し、接着層の剥がれ、さらには静電チャックの変形等の問題が生じる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、高温で使用する場合であっても十分に適用可能な静電チャックを提供しようとするものである。

本発明は、ベース表面及びベース裏面を有する金属ベースと、該金属ベースに設けられた冷却水路と、基板表面及び基板裏面を有し、前記金属ベースの前記ベース表面側に前記基板裏面を向けて配置され、セラミックからなる本体基板と、該本体基板に設けられた吸着用電極と、前記本体基板に設けられたヒータと、前記金属ベースと前記本体基板との間に配置された接着層と、を備え、前記本体基板における前記ヒータから前記基板裏面までの領域である第１領域の熱抵抗をＲ１、前記接着層の領域である第２領域の熱抵抗をＲ２、前記金属ベースにおける前記ベース表面から前記冷却水路までの領域である第３領域の熱抵抗をＲ３とした場合に、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を満たすことを特徴とする静電チャックである。

前記静電チャックは、本体基板におけるヒータから基板裏面までの領域（第１領域）の熱抵抗をＲ１、接着層の領域（第２領域）の熱抵抗をＲ２、金属ベースにおけるベース表面から冷却水路までの領域（第３領域）の熱抵抗をＲ３とした場合、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を満たす。

すなわち、本体基板におけるヒータから接着層側の基板裏面までの第１領域の熱抵抗Ｒ１を高くすることで、ヒータと接着層との間の断熱性を高め、ヒータから接着層への熱の伝達を抑制できる。また、金属ベースにおける接着層側のベース表面から冷却水路までの第３領域の熱抵抗Ｒ３を低くすることで、冷却水路による接着層冷却効果を高めることができる。

これにより、静電チャックを高温で使用する場合であっても、使用時における接着層の温度上昇を抑制できる。つまり、使用時における接着層の温度を低減できる。よって、例えば、接着層として、従来と同様の接着剤、つまりセラミックからなる本体基板と金属ベースとの熱膨張差を緩和するような柔軟性のある接着剤を用いても、接着層の耐熱性及び耐久性を十分に確保できる。

また、ヒータと接着層との間の断熱性を高め、ヒータから接着層への熱の伝達を抑制できるため、ヒータの昇温速度を向上させることができる。これにより、ヒータによって加熱される本体基板及びその本体基板に吸着保持される半導体ウェハ等の昇温性を高めることができる。また、従来よりも小さい電力量でヒータを効率良く発熱させることが可能となる。

このように、本発明によれば、高温で使用する場合であっても十分に適用可能な静電チャックを提供することができる。つまり、本発明の静電チャックは、使用時の温度（例えばヒータの発熱温度や本体基板の加熱温度）が従来に比べて高温になっても十分適用可能である。

前記静電チャックにおいて、前記第１領域は、本体基板におけるヒータから基板裏面までの領域である。ここでのヒータとは、主として本体基板及びその本体基板に吸着保持された半導体ウェハ等を加熱するメインヒータのことであり、半導体ウェハ等を吸着保持する本体基板の吸着面（基板表面）の温度ばらつきを調整するための温調用ヒータ等を含まない。

また、前記本体基板において、ヒータから基板裏面までの距離にばらつきがある場合は、例えば、本体基板の厚み方向において、ヒータと基板裏面との間の距離が最短となる箇所を基準にして第１領域を設定することができる。また、同様に、前記金属ベースにおいて、ベース表面から冷却水路までの距離にばらつきがある場合、金属ベースの厚み方向において、ベース表面と冷却水路との距離が最短となる箇所を基準にして第３領域を設定することができる。

また、前記第１領域の熱抵抗Ｒ１、前記第２領域の熱抵抗Ｒ２、前記第３領域の熱抵抗Ｒ３は、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を満たす。熱抵抗は、一般的に厚み及び熱伝導率を用いて表すことができる。すなわち、「熱抵抗（ｍ^２・Ｋ／Ｗ）＝厚み（ｍ）／物質固有の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）」であるが、本発明において、第２領域の熱抵抗Ｒ２は、両界面の界面熱抵抗も含めた値とする。

例えば、第１領域の熱抵抗Ｒ１及び第３領域の熱抵抗Ｒ３は、「第１領域の熱抵抗Ｒ１（ｍ^２・Ｋ／Ｗ）＝第１領域の厚み（ｍ）／第１領域の物質固有の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）」及び「第３領域の熱抵抗Ｒ３（ｍ^２・Ｋ／Ｗ）＝第３領域の厚み（ｍ）／第３領域の物質固有の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）」と表すことができる。また、第２領域の熱抵抗Ｒ２は、「第２領域の熱抵抗Ｒ２（ｍ^２・Ｋ／Ｗ）＝（第２領域の厚み（ｍ）／第１領域の物質固有の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ））＋第１領域と第２領域との間の界面熱抵抗（ｍ^２・Ｋ／Ｗ）＋第２領域と第３領域との間の界面熱抵抗（ｍ^２・Ｋ／Ｗ）」と表すことができる。

したがって、前記第１領域の熱抵抗Ｒ１、前記第２領域の熱抵抗Ｒ２、前記第３領域の熱抵抗Ｒ３は、各領域の厚みや熱伝導率を変更することで調整できる。また、熱伝導率は、各領域を構成する材料を変更することで調整できる。

また、前記第１領域の厚みをＤ１、前記第２領域の厚みをＤ２、前記第３領域の厚みをＤ３とした場合、Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２の関係を満たすことが好ましい。この場合には、ヒータと接着層との間の断熱効果及び冷却水路による接着層冷却効果を十分に発揮することができる。

また、前記静電チャックは、前記ヒータの温度を測定するヒータ用温度センサと、前記接着層の温度を測定する接着層用温度センサと、をさらに備えていてもよい。この場合には、ヒータ及び接着層の温度を監視し、その情報をフィードバックしてヒータの発熱温度を制御することができる。これにより、例えば、接着層の温度が耐熱温度を超えないようにヒータの発熱温度を制御することができる。よって、接着層の耐熱性及び耐久性を十分に確保できる。なお、ここでのヒータの温度や接着層の温度とは、ヒータ近傍部分の温度や接着層近傍部分の温度も含む。

前記本体基板は、該本体基板に設けた吸着用電極に対して電圧を印加した際に生じる静電引力を用いて、被吸着物を吸着できるよう構成されている。被吸着物としては、半導体ウェハ、ガラス基板等が挙げられる。

前記本体基板は、例えば、積層した複数のセラミック層により構成することができる。このような構成にすると、本体基板の内部に各種の構造（例えば吸着用電極、ヒータ等）を容易に形成することができる。

前記本体基板を構成するセラミック材料としては、例えば、アルミナ、イットリア、窒化アルミニウム、炭化ケイ素等を主成分とする焼結体を用いることができる。
前記吸着用電極及び前記ヒータを構成する導体の材料としては、特に限定されないが、同時焼成法によってこれらの導体及びセラミック部分（本体基板）を形成する場合、導体中の金属粉末は、本体基板の焼成温度よりも高融点である必要がある。導体中の金属粉末として、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、これらの合金等を用いることができる。

前記金属ベースを構成する金属材料としては、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、これらの合金等を用いることができる。
前記接着層を構成する材料としては、ヤング率が１０ＭＰａ以下（より好ましくは３ＭＰａ以下、さらに好ましくは０．３ＭＰａ以下）や、ショアＡの硬度が７０以下の樹脂材料が好ましい。例えば、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。

実施形態１の静電チャックの構造を示す断面説明図である。静電チャックの一部を拡大した断面説明図である。（Ａ）は吸着用電極示す平面図であり、（Ｂ）は吸着用電極に接続されるビアを示す平面図である。（Ａ）はヒータを示す平面図であり、（Ｂ）はヒータに接続されるビアを示す平面図であり、（Ｃ）はドライバ（内部導電層）を示す平面図であり、（Ｄ）はドライバに接続されるビアを示す平面図である。冷却水路を示す平面図である。実施形態２の静電チャックの構造を示す断面説明図である。静電チャックの一部を拡大した断面説明図である。断熱層における微小空間の配置を示す断面説明図である。実施形態３の静電チャックにおける、本体基板の一部を拡大した断面説明図である。実施形態４の静電チャックにおける、本体基板の一部を拡大した断面説明図である。（Ａ）は第１断熱層における微小空間の配置を示す断面説明図であり、（Ｂ）は第２断熱層における微小空間の配置を示す断面説明図である。実施形態４の別例の静電チャックにおける、本体基板の一部を拡大した断面説明図である。実施形態５の静電チャックにおける、本体基板の一部を拡大した断面説明図である。（Ａ）は第１断熱層における微小空間の配置を示す断面説明図であり、（Ｂ）は第２断熱層における微小空間の配置を示す断面説明図である。実施形態６の静電チャックにおける、本体基板の一部を拡大した断面説明図である。（Ａ）は第１断熱層における微小空間の配置を示す断面説明図であり、（Ｂ）は第２断熱層における微小空間の配置を示す断面説明図である。その他の実施形態の静電チャックにおける、（Ａ）は第１断熱層における微小空間の配置を示す断面説明図であり、（Ｂ）は第２断熱層における微小空間の配置を示す断面説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（実施形態１）
図１〜図５に示すように、本実施形態の静電チャック１は、ベース表面１２１及びベース裏面１２２を有する金属ベース１２と、金属ベース１２に設けられた冷却水路６１と、基板表面１１１及び基板裏面１１２を有し、金属ベース１２のベース表面１２１側に基板裏面１１２を向けて配置され、セラミックからなる本体基板１１と、本体基板１１に設けられた吸着用電極２１と、本体基板１１に設けられたヒータ４１と、金属ベース１２と本体基板１１との間に配置された接着層１３と、を備えている。

本体基板１１におけるヒータ４１から基板裏面１１２までの領域である第１領域Ａの熱抵抗をＲ１、接着層１３の領域である第２領域Ｂの熱抵抗をＲ２、金属ベース１２におけるベース表面１２１から冷却水路６１までの領域である第３領域Ｃの熱抵抗をＲ３とした場合に、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を満たす。以下、この静電チャック１について詳細に説明する。

図１、図２に示すように、静電チャック１は、被吸着物である半導体ウェハ８を吸着保持する装置である。静電チャック１は、本体基板１１、金属ベース１２、接着層１３等を備えている。本体基板１１と金属ベース１２とは、両者の間に配置された接着層１３を介して接合されている。

本実施形態では、本体基板１１側を上側、金属ベース１２側を下側とする。上下方向とは、本体基板１１と金属ベース１２との積層方向であり、本体基板１１及び金属ベース１２の厚み方向である。上下方向（厚み方向）に直交する方向とは、静電チャック１が平面的に広がる方向（平面方向、面方向）である。

同図に示すように、本体基板１１は、半導体ウェハ８を吸着保持する部材である。本体基板１１は、基板表面１１１及び基板裏面１１２を有し、円板状に形成されている。本体基板１１の基板表面１１１は、半導体ウェハ８を吸着する吸着面である。本体基板１１は、複数のセラミック層（図示略）を積層して構成されている。各セラミック層は、アルミナを主成分とするアルミナ質焼結体からなる。

本体基板１１の内部には、吸着用電極２１及びヒータ（発熱体）４１が配置されている。吸着用電極２１は、本体基板１１の内部において、略同一平面上に配置されている。吸着用電極２１は、直流高電圧を印加することにより静電引力を発生する。この静電引力により、半導体ウェハ８を本体基板１１の基板表面（吸着面）１１１に吸着して保持する。吸着用電極２１は、タングステンからなる。

ヒータ４１は、本体基板１１の内部において、吸着用電極２１よりも下方側に配置されている。ヒータ４１は、本体基板１１の内部において、略同一平面上に配置されている。ヒータ４１は、タングステンからなる。吸着用電極２１及びヒータ４１を構成する材料としては、前述のタングステンの他、モリブデン、これらの合金等を用いることができる。

同図に示すように、金属ベース１２は、チタンからなる金属製の冷却用部材（クーリングプレート）である。金属ベース１２は、ベース表面１２１及びベース裏面１２２を有し、円板状に形成されている。金属ベース１２は、本体基板１１の下方側に配置されている。金属ベース１２の内部には、冷却媒体（例えば、フッ素化液、純水等）を流通させる冷却水路６１が設けられている。

同図に示すように、接着層１３は、本体基板１１と金属ベース１２との間に配置されている。接着層１３は、セラミックからなる本体基板１１と金属ベース１２との熱膨張差を緩和するような柔軟性のあるシリコーン樹脂製の接着剤により構成されている。本体基板１１と金属ベース１２とは、接着層１３を介して接合されている。

図３（Ａ）に示すように、吸着用電極２１は、前述のとおり、本体基板１１の内部において、略同一平面上に配置されている。吸着用電極２１は、平面視で円形状に形成されている。

図３（Ｂ）に示すように、吸着用電極２１の下方側には、ビア２２が配置されている。ビア２２は、本体基板１１の中心軸に沿って上下方向に形成されている。ビア２２は、吸着用電極２１に接続されている。

図１に示すように、静電チャック１の内部には、金属ベース１２のベース裏面１２２から本体基板１１側に向かって上下方向に形成された内部穴３１が設けられている。内部穴３１には、筒状の絶縁部材３１１が嵌め込まれている。内部穴３１の底面には、メタライズ層２３が設けられている。メタライズ層２３は、ビア２２に接続されている。すなわち、吸着用電極２１は、ビア２２を介して、メタライズ層２３に接続されている。

メタライズ層２３には、接続端子３１２が設けられている。接続端子３１２には、端子金具３１３が取り付けられている。端子金具３１３は、電源回路（図示略）に接続されている。吸着用電極２１には、接続端子３１２等を介して、静電引力を発生させるための電力が供給される。

図４（Ａ）に示すように、ヒータ（発熱体）４１は、前述のとおり、本体基板１１の内部において、略同一平面上に配置されている。長尺状の１本のヒータ４１は、何度も折り返して略同心円状に配置されている。

図４（Ｂ）に示すように、ヒータ４１の下方側には、一対のビア４２、４３が配置されている。一対のビア４２、４３は、ヒータ４１の一対の端子部４１１、４１２にそれぞれ接続されている。

図４（Ｃ）に示すように、一対のビア４２、４３の下方側には、一対のドライバ（内部導電層）４４、４５が配置されている。一対のドライバ４４、４５は、一対のビア４２、４３にそれぞれ接続されている。各ドライバ４４、４５は、平面視で略半円形状に形成されている。

図４（Ｄ）に示すように、一対のドライバ４４、４５の下方側には、一対のビア４６、４７が配置されている。一対のビア４６、４７は、一対のドライバ４４、４５にそれぞれ接続されている。

なお、本体基板１１の厚み方向に上から順に配置された一対のビア４２、４３、一対のドライバ４４、４５、一対のビア４６、４７は、図１、図２において、その図示を省略している。これらは、本体基板１１の内部におけるヒータ４１よりも下方側に設けられている。

図１に示すように、静電チャック１の内部には、金属ベース１２のベース裏面１２２から本体基板１１側に向かって上下方向に形成された内部穴３２が設けられている。内部穴３２には、筒状の絶縁部材３２１が嵌め込まれている。内部穴３２の底面には、一対のメタライズ層４８が設けられている（図１では一方のみを示す）。一対のメタライズ層４８は、一対のビア４６、４７にそれぞれ接続されている。すなわち、ヒータ４１（端子部４１１、４１２）は、ビア４２、４３、ドライバ４４、４５及びビア４６、４７を介して、メタライズ層４８に接続されている。

メタライズ層４８には、接続端子３２２が設けられている。接続端子３２２には、端子金具３２３が取り付けられている。端子金具３２３は、電源回路（図示略）に接続されている。ヒータ４１には、接続端子３２２等を介して、ヒータ４１を発熱させるための電力が供給される。

図５に示すように、冷却水路６１は、金属ベース１２の内部において、略同一平面上に配置されている。冷却水路６１は、平面視で渦巻き状に形成されている。冷却水路６１は、その一端から冷却媒体を導入し、その他端から冷却媒体を排出するよう構成されている。

図１、図２に示すように、静電チャック１の内部には、金属ベース１２のベース裏面１２２から本体基板１１側に向かって上下方向に形成された２つの内部穴３３、３４が設けられている。一方の内部穴３３は、接着層１３の上面（本体基板１１の基板裏面１１２）の位置まで形成されている。内部穴３３には、接着層１３の温度を測定する接着層用温度センサ（熱電対）３３１が配置されている。他方の内部穴３４は、ヒータ４１近傍まで形成されている。内部穴３４には、ヒータ４１の温度を測定するヒータ用温度センサ（熱電対）３４１が配置されている。

また、図示を省略したが、静電チャック１の内部には、半導体ウェハ８を冷却するヘリウム等の冷却用ガスの供給通路となる冷却用ガス供給路が設けられている。本体基板１１の基板表面（吸着面）１１１には、冷却用ガス供給路が開口して形成された複数の冷却用開口部（図示略）及びその冷却用開口部から供給された冷却用ガスが本体基板１１の基板表面（吸着面）１１１全体に広がるように形成された環状の冷却用溝部（図示略）が設けられている。

そして、このような構成の静電チャック１において、本体基板１１におけるヒータ４１から基板裏面１１２までの領域を第１領域Ａとする。また、接着層１３の領域を第２領域Ｂとする。また、金属ベース１２におけるベース表面１２１から冷却水路６１までの領域を第３領域Ｃとする。第１領域の熱抵抗をＲ１、第２領域の熱抵抗をＲ２、第３領域の熱抵抗をＲ３とした場合、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を満たす。

また、第１領域Ａの厚みをＤ１、第２領域Ｂの厚みをＤ２、第３領域Ｃの厚みをＤ３とした場合、Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２の関係を満たす。本実施形態において、第１領域Ａの厚みＤ１は２０ｍｍ、第２領域Ｂの厚みＤ２は０．３ｍｍ、第３領域Ｃの厚みＤ３は３ｍｍである。

次に、静電チャック１の製造方法について説明する。
まず、従来公知の方法により、アルミナを主成分とするセラミックグリーンシートを作製する。本実施形態では、本体基板１１となる複数のセラミックグリーンシートを作製する。

次いで、複数のセラミックグリーンシートに対して、内部穴３１、３２、３４となる空間、冷却用ガス供給路等の冷却ガスの流路となる空間、ビア２２、４２、４３、４６、４７となるスルーホール等を必要箇所に形成する。

次いで、複数のセラミックグリーンシートにおいて、ビア２２、４２、４３、４６、４７となる位置に形成したスルーホール内に、メタライズインクを充填する。また、複数のセラミックグリーンシートにおいて、吸着用電極２１、ヒータ４１、ドライバ４４、４５を形成する位置に、スクリーン印刷等の方法により、メタライズインクを塗布する。なお、メタライズインクは、アルミナを主成分とするセラミックグリーンシート用の原料粉末にタングステン粉末を混合してスラリー状としたものである。

次いで、複数のセラミックグリーンシートを互いに位置合わせして積層、熱圧着し、積層体を得る。そして、積層体を所定の形状にカットする。その後、積層体を還元雰囲気中、１４００〜１６００℃の温度で焼成する。これにより、吸着用電極２１、ヒータ４１等が設けられた本体基板１１を得る。

次いで、本体基板１１の必要な箇所に、メタライズ層２３、４８等を形成する。その後、接着層１３となるシリコーン樹脂製の接着剤を用いて、本体基板１１と金属ベース１２とを接合する。なお、金属ベース１２に対して、予め内部穴３１、３２、３３、３４となる空間等を必要箇所に形成しておく。これにより、本体基板１１と金属ベース１２とが接着層１３により接合された静電チャック１を得る。

次に、本実施形態の静電チャック１の作用効果について説明する。
本実施形態の静電チャック１は、本体基板１１におけるヒータ４１から基板裏面１１２までの領域（第１領域Ａ）の熱抵抗をＲ１、接着層１３の領域（第２領域Ｂ）の熱抵抗をＲ２、金属ベース１２におけるベース表面１２１から冷却水路６１までの領域（第３領域Ｃ）の熱抵抗をＲ３とした場合、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を満たす。

すなわち、本体基板１１におけるヒータ４１から接着層１３側の基板裏面１１２までの第１領域Ａの熱抵抗Ｒ１を高くすることで、ヒータ４１と接着層１３との間の断熱性を高め、ヒータ４１から接着層１３への熱の伝達を抑制できる。また、金属ベース１２における接着層１３側のベース表面１２１から冷却水路６１までの第３領域Ｃの熱抵抗Ｒ３を低くすることで、冷却水路６１による接着層１３冷却効果を高めることができる。

これにより、静電チャック１を高温で使用する場合であっても、使用時における接着層１３の温度上昇を抑制できる。つまり、使用時における接着層１３の温度を低減できる。よって、例えば、接着層１３として、従来と同様の接着剤、つまりセラミックからなる本体基板１１と金属ベース１２との熱膨張差を緩和するような柔軟性のある接着剤を用いても、接着層１３の耐熱性及び耐久性を十分に確保できる。

また、ヒータ４１と接着層１３との間の断熱性を高め、ヒータ４１から接着層１３への熱の伝達を抑制できるため、ヒータ４１の昇温速度を向上させることができる。これにより、ヒータ４１によって加熱される本体基板１１及びその本体基板１１に吸着保持される半導体ウェハ８の昇温性を高めることができる。また、従来よりも小さい電力量でヒータ４１を効率良く発熱させることが可能となる。例えば、ヒータ４１と冷却水路６１との間に所定の温度差をつけることが従来よりも小さい電力量で可能となる。

また、本実施形態において、第１領域Ａの厚みをＤ１、第２領域Ｂの厚みをＤ２、第３領域Ｃの厚みをＤ３とした場合、Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２の関係を満たすことが好ましい。この場合には、ヒータ４１と接着層１３との間の断熱効果及び冷却水路６１による接着層１３冷却効果を十分に発揮することができる。

また、本実施形態において、静電チャック１は、ヒータ４１の温度を測定するヒータ用温度センサ３４１と、接着層１３の温度を測定する接着層用温度センサ３３１と、をさらに備えている。そのため、ヒータ４１及び接着層１３の温度を監視し、その情報をフィードバックしてヒータ４１の発熱温度を制御することができる。これにより、例えば、接着層１３の温度が耐熱温度を超えないようにヒータ４１の発熱温度を制御することができる。よって、接着層１３の耐熱性及び耐久性を十分に確保できる。

このように、本実施形態によれば、高温で使用する場合であっても十分に適用可能な静電チャック１を提供することができる。つまり、本実施形態の静電チャック１は、使用時の温度（例えばヒータ４１の発熱温度や本体基板１１の加熱温度）が従来に比べて高温になっても十分適用可能である。

（実施形態２）
本実施形態は、図６〜図８に示すように、前述の実施形態１の静電チャック１において、本体基板１１の構成を変更した例である。なお、実施形態１と同様の構成及び作用効果については説明を省略する。

図６、図７に示すように、本体基板１１には、断熱層５１が含まれている。断熱層５１は、ヒータ４１よりも下方側（金属ベース１２側）に配置されている。断熱層５１は、本体基板１１を構成する複数のセラミック層のうちの１層である。断熱層５１の厚みは、例えば、０．３〜０．６５ｍｍとすることができる。断熱層５１には、同一平面上において互いに所定の間隔を空けて配置された複数の微小空間５１１が設けられている。

図８に示すように、各微小空間５１１は、円柱形状の空隙であり、形状や大きさが同一である。各微小空間５１１は、断熱層５１を厚み方向に貫通して形成されている。本実施形態において、複数の微小空間５１１は、規則的に配置されている。複数の微小空間５１１は、四角形格子状に配置されている（微小空間５１１の中心が四角形の格子点の位置に配置されている）。微小空間５１１の径は、例えば０．５〜２ｍｍとすることができる。微小空間５１１同士の間隔は、例えば、０．３〜２ｍｍとすることができる。

次に、静電チャック１の製造方法について説明する。
本実施形態では、本体基板１１となる複数のセラミックグリーンシートを作製するが、このとき、複数のセラミックグリーンシートには、断熱層５１となる１枚のセラミックグリーンシートが含まれている。また、断熱層５１となる１枚のセラミックグリーンシートには、微小空間５１１となる複数の貫通孔をパンチングにより形成しておく。なお、微小空間５１１となる複数の貫通孔を形成する方法は、パンチングの他に、レーザー加工等の方法を用いてもよい。それ以外は、実施形態１の製造方法と同様である。

次に、本実施形態の静電チャック１の作用効果について説明する。
本実施形態の静電チャック１において、本体基板１１は、ヒータ４１よりも金属ベース１２側に配置された断熱層５１を含んでいる。すなわち、断熱層５１は、ヒータ４１と接着層１３との間に配置されている。そして、断熱層５１には、同一平面上において互いに所定の間隔を空けて配置された複数の微小空間５１１が設けられている。そのため、断熱層５１に設けた複数の微小空間５１１によって、ヒータ４１と接着層１３との間の断熱性をさらに高め、ヒータ４１から接着層１３への熱の伝達をより一層抑制できる。

また、断熱層５１の複数の微小空間５１１は、規則的に配置されている。複数の微小空間５１１は、四角形格子状に配置されている（微小空間５１１の中心が四角形の格子点の位置に配置されている）。そのため、断熱層５１（微小空間５１１）による断熱効果のばらつき（本体基板１１の厚み方向に直交する方向のばらつき）を抑制できる。これにより、断熱層５１（微小空間５１１）による断熱効果をさらに高めることができる。

また、本体基板１１に含まれる断熱層５１は、本体基板１１を構成するセラミック層の１つである。そのため、断熱層５１を本体基板１１の内部に形成することが容易となる。また、本体基板１１の内部において、所定の位置に所定の形状の微小空間５１１を形成することが容易となる。例えば、本体基板１１から露出していない微小空間５１１を本体基板１１の内部に形成することが容易となる。

また、断熱層５１における複数の微小空間５１１は、同一平面上において互いに所定の間隔を空けて配置されている。すなわち、断熱層５１の微小空間５１１は、多孔体（多孔質材料）の気孔とは異なり、熱抵抗の制御が容易である。多孔体（多孔質材料）の場合、例えば所定の領域だけ気孔径や気孔率を調整して熱抵抗を制御することが困難であるが、断熱層５１の微小空間５１１の場合、微小空間５１１の形状、大きさ、数、密度等を容易に調整可能であるため、例えば断熱層５１全体の熱抵抗はもちろんのこと、断熱層５１の一部の領域の熱抵抗を制御することも可能である。

（実施形態３）
本実施形態は、図９に示すように、前述の実施形態２の静電チャック１において、断熱層５１の構成を変更した例である。なお、実施形態２と同様の構成及び作用効果については説明を省略する。

同図に示すように、本体基板１１は、複数の断熱層５１を含んでいる。本実施形態において、本体基板１１には、２つの断熱層５１（第１断熱層５１ａ、第２断熱層５１ｂ）が含まれている。第１断熱層５１ａ及び第２断熱層５１ｂは、それぞれ本体基板１１を構成する１層のセラミック層である。第１断熱層５１ａと第２断熱層５１ｂとは、１層のセラミック層を挟んで本体基板１１の厚み方向に所定の間隔を空けて配置されている。

第１断熱層５１ａ及び第２断熱層５１ｂには、それぞれ複数の微小空間５１１（５１１ａ、５１１ｂ）が設けられている。第１断熱層５１ａの微小空間５１１ａ及び第２断熱層５１ｂの微小空間５１１ｂは、本体基板１１の厚み方向から見た場合に、同じ位置に配置されている（図６参照）。すなわち、第１断熱層５１ａの微小空間５１１ａと第２断熱層５１ｂの微小空間５１１ｂとは、本体基板１１の厚み方向において重なる位置に配置されている。

本実施形態の場合、本体基板１１は、断熱層５１を複数含んでいる。断熱層５１（５１ａ）の微小空間５１１（５１１ａ）は、隣り合う他の断熱層５１（５１ｂ）の微小空間５１１（５１１ｂ）と本体基板１１の厚み方向において重なる位置に配置されている。そのため、断熱層５１（微小空間５１１）による断熱効果をさらに高めることができる。

（実施形態４）
本実施形態は、図１０、図１１に示すように、前述の実施形態３の静電チャック１において、断熱層５１の微小空間５１１の構成を変更した例である。なお、実施形態３と同様の構成及び作用効果については説明を省略する。

同図に示すように、第１断熱層５１ａの微小空間５１１ａ及び第２断熱層５１ｂの微小空間５１１ｂは、本体基板１１の厚み方向から見た場合に、異なる位置に配置されている。すなわち、第１断熱層５１ａの微小空間５１１ａと第２断熱層５１ｂの微小空間５１１ｂとは、本体基板１１の厚み方向において重ならない位置に配置されている。

具体的に、図１１（Ａ）に示すように、第１断熱層５１ａの各微小空間５１１ａは、その全体が第２断熱層５１ｂの微小空間５１１ｂと重ならない位置に配置されている。また、図１１（Ｂ）に示すように、第２断熱層５１ｂの各微小空間５１１ｂは、その全体が第１断熱層５１ａの微小空間５１１ａと重ならない位置に配置されている。

本実施形態の場合、断熱層５１（５１ａ）の微小空間５１１（５１１ａ）は、隣り合う他の断熱層５１（５１ｂ）の微小空間５１１（５１１ｂ）と本体基板１１の厚み方向において重ならない位置に配置されている。そのため、断熱層５１（微小空間５１１）による断熱効果のばらつき（本体基板１１の厚み方向に直交する方向のばらつき）を抑制できる。これにより、断熱層５１（微小空間５１１）による断熱効果をさらに高めることができる。

なお、本実施形態において、第１断熱層５１ａと第２断熱層５１ｂとは、１層のセラミック層を挟んで本体基板１１の厚み方向に所定の間隔を空けて配置されているが、例えば、図１２に示すように、第１断熱層５１ａと第２断熱層５１ｂとの間にセラミック層を挟まず、第１断熱層５１ａと第２断熱層５１ｂとが直接接する位置（隣接する位置）に配置されていてもよい。

（実施形態５）
本実施形態は、図１３、図１４に示すように、前述の実施形態３の静電チャック１において、断熱層５１の微小空間５１１の構成を変更した例である。なお、実施形態３と同様の構成及び作用効果については説明を省略する。

同図に示すように、第１断熱層５１ａと第２断熱層５１ｂとは、両者の間にセラミック層を挟まず、直接接する位置（隣接する位置）に配置されている。第１断熱層５１ａの微小空間５１１ａと第２断熱層５１ｂの微小空間５１１ｂとは、本体基板１１の厚み方向において重なる位置に配置されている。第１断熱層５１ａの微小空間５１１ａと第２断熱層５１ｂの微小空間５１１ｂとは、互いに重なる位置において連通している（空間同士がつながっている）。

具体的に、図１４（Ａ）に示すように、第１断熱層５１ａの各微小空間５１１ａは、その一部が第２断熱層５１ｂの微小空間５１１ｂと重なる位置に配置されている。各微小空間５１１ａは、４箇所においてそれぞれ別の微小空間５１１ｂと重なっており、かつ、これら４つの微小空間５１１ｂと本体基板１１の厚み方向において連通している。

第１断熱層５１ａの各微小空間５１１ａは、平面視で見た場合、第２断熱層５１ｂの微小空間５１１ｂと連通する部分の面積（微小空間５１１ｂと連通する連通部５１２ａの合計面積）が連通しない部分の面積よりも小さい。各微小空間５１１ａの径は、前述の実施形態３の微小空間５１１ａの径よりも大きい。

また、図１４（Ｂ）に示すように、第２断熱層５１ｂの各微小空間５１１ｂは、その一部が第１断熱層５１ａの微小空間５１１ａと重なる位置に配置されている。各微小空間５１１ｂは、４箇所においてそれぞれ別の微小空間５１１ａと重なっており、かつ、これら４つの微小空間５１１ａと本体基板１１の厚み方向において連通している。

第２断熱層５１ｂの各微小空間５１１ｂは、平面視で見た場合、第１断熱層５１ａの微小空間５１１ａと連通する部分の面積（微小空間５１１ａと連通する連通部５１２ｂの合計面積）が連通しない部分の面積よりも小さい。各微小空間５１１ｂの径は、前述の実施形態３の微小空間５１１ｂの径よりも大きい。

本実施形態の場合、断熱層５１（５１ａ）の微小空間５１１（５１１ａ）は、隣り合う他の断熱層５１（５１ｂ）の微小空間５１１（５１１ｂ）と本体基板１１の厚み方向において連通している。そのため、断熱層５１（微小空間５１１）による断熱効果をさらに高めることができる。

（実施形態６）
本実施形態は、図１５、図１６に示すように、前述の実施形態５の静電チャック１において、断熱層５１の微小空間５１１の構成を変更した例である。なお、実施形態５と同様の構成及び作用効果については説明を省略する。

図１６（Ａ）に示すように、第１断熱層５１ａの各微小空間５１１ａは、平面視で見た場合、第２断熱層５１ｂの微小空間５１１ｂと連通する部分の面積（微小空間５１１ｂと連通する連通部５１２ａの合計面積）が連通しない部分の面積よりも大きい。各微小空間５１１ａの径は、前述の実施形態５の微小空間５１１ａの径よりも大きい。

図１６（Ｂ）に示すように、第２断熱層５１ｂの各微小空間５１１ｂは、平面視で見た場合、第１断熱層５１ａの微小空間５１１ａと連通する部分の面積（微小空間５１１ａと連通する連通部５１２ｂの合計面積）が連通しない部分の面積よりも大きい。各微小空間５１１ｂの径は、前述の実施形態５の微小空間５１１ｂの径よりも大きい。

本実施形態の場合、第１断熱層５１ａの微小空間５１１ａと第２断熱層５１ｂの微小空間５１１ｂとが連通する部分を増やすことにより、断熱層５１（微小空間５１１）による断熱効果をより一層高めることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、前述の実施形態等に何ら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

（１）第１領域Ａの熱抵抗Ｒ１、第２領域Ｂの熱抵抗Ｒ２、第３領域の熱抵抗Ｒ３は、各領域の厚み（第１領域Ａの厚みＤ１、第２領域Ｂの厚みＤ２、第３領域の厚みＤ３）や熱伝導率を変更することで調整できる。各領域の熱伝導率は、各領域を構成する材料を変更することで調整できる。

（２）前述の実施形態では、ヒータ用温度センサ３４１及び接着層用温度センサ３３１として熱電対を用いたが、これに限定されるものではなく、ヒータ４１及び接着層１３の温度を測定することができる公知の種々様々なセンサを用いることができる。

（３）前述の実施形態では、本体基板１１に１つの断熱層５１又は２つの断熱層５１（５１ａ、５１ｂ）を設けたが、これに限定されるものではなく、例えば、本体基板１１に３つ以上の断熱層５１を設けてもよい。

（４）前述の実施形態では、断熱層５１（５１ａ、５１ｂ）の微小空間５１１（５１１ａ、５１１ｂ）を同一平面上において四角形格子状に配置したが、これに限定されるものではなく、例えば、図１７に示すように、断熱層５１の微小空間５１１を同一平面上において三角形格子状に配置してもよい。

（５）断熱層５１の微小空間５１１の形状、大きさ（径、高さ）、数、配置、配置の規則性、間隔等は、前述の実施形態に限定されるものではなく、種々様々に変更することができる。

（６）前述の実施形態では、本体基板１１における断熱層５１とそれ以外の部分とを同時焼成により形成したが、例えば、断熱層５１とそれ以外の部分とをそれぞれ別々に焼成し、それぞれの焼結体を拡散接合等により接合してもよい。この場合、断熱層５１とそれ以外の部分とを熱膨張係数が同じ材料（好ましくは同素材）で構成し、互いに耐熱性がある接合界面を有していれば、高温使用時にクラックや剥がれ等の不具合が発生しにくくなる。

１…静電チャック
１１…本体基板
１１１…基板表面
１１２…基板裏面
１２…金属ベース
１２１…ベース表面
１２２…ベース裏面
１３…接着層
２１…吸着用電極
４１…ヒータ
Ａ…第１領域
Ｂ…第２領域
Ｃ…第３領域

Claims

ベース表面及びベース裏面を有する金属ベースと、
該金属ベースに設けられた冷却水路と、
基板表面及び基板裏面を有し、前記金属ベースの前記ベース表面側に前記基板裏面を向けて配置され、セラミックからなる本体基板と、
該本体基板に設けられた吸着用電極と、
前記本体基板に設けられたヒータと、
前記金属ベースと前記本体基板との間に配置された接着層と、を備え、
前記本体基板における前記ヒータから前記基板裏面までの領域である第１領域の熱抵抗をＲ１、前記接着層の領域である第２領域の熱抵抗をＲ２、前記金属ベースにおける前記ベース表面から前記冷却水路までの領域である第３領域の熱抵抗をＲ３とした場合に、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を満たすことを特徴とする静電チャック。
前記第１領域の厚みをＤ１、前記第２領域の厚みをＤ２、前記第３領域の厚みをＤ３とした場合、Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
前記ヒータの温度を測定するヒータ用温度センサと、前記接着層の温度を測定する接着層用温度センサと、をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電チャック。