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JP7707050B2 - 保持装置 - Google Patents
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JP7707050B2 - 保持装置 - Google Patents

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Description

本開示は、対象物を保持する保持装置に関する。
対象物を保持する保持装置として、例えば特許文献1に記載の保持装置が知られている。この保持装置では、対象物を保持する板状部材を、上側部分(第1板状部材)と、下側部分(第2板状部材)と、中間接合部(第1接合層)とで構成している。このような構成により、上側部分と下側部分を接合する前に、下側部分に備わるヒータ電極の一部を除去することができ、ヒータ電極の電気抵抗の調整を精度良く行うことができるようになっている。このようにして、この保持装置では、板状部材の保持面における温度制御性を向上させている。
特許第6867556号公報
ここで、保持装置において、ガス流路を設けて板状部材の保持面にガスを供給する場合、ガス流路の曲がり箇所やそれより下流側の流路では、渦の発生や圧力損失が大きくなるため圧力変化が生じ易く、パッシェンの法則により放電が生じる圧力条件に合致し易い。そのため、ガス流路において、曲がり箇所やそれより下流側の流路付近で放電が生じるおそれがある。
そして、上記の保持装置のように、板状部材内に接合層(中間接合部)が設けられていると、ガス流路の曲がり箇所やそれより下流側の流路が、接合層付近に位置する場合がある。そのような場合にガスの圧力変化により放電が生じると、その放電によって接合層が腐食するおれがある。接合層が腐食してしまうと、接合層における熱伝導が不均一になるため、保持面における温度制御の精度が低下したり、パーティクルが発生するという問題が生じる。
そこで、本開示は上記した問題点を解決するためになされたものであり、接合層の腐食を防止することができる保持装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、
第1の面と、前記第1の面とは反対側に設けられる第2の面とを備える円板状の第1板状部材と、
第3の面と、前記第3の面とは反対側に設けられる第4の面とを備える円板状の第2板状部材と、
前記第2の面と前記第3の面との間に配置されて前記第1板状部材と前記第2板状部材を接合する第1接合層と、
第5の面と、前記第5の面とは反対側に設けられる第6の面とを備えるベース部材と、
前記第4の面と前記第5の面との間に配置されて前記第2板状部材と前記ベース部材を接合する第2接合層と、を有し、
前記第1板状部材の前記第1の面上に対象物を保持する保持装置において、
前記第1板状部材内で平面方向に延びる横穴と、
前記横穴に連通して前記第1板状部材の厚さ方向に延びて前記第1の面に開口する複数の縦穴と、
一端が前記第6の面に開口し、前記ベース部材、前記第2接合層、前記第2板状部材、及び前記第1接合層を貫通して保持装置の厚さ方向に延び、他端が前記横穴に連通する連通穴と、を有するガス流路を備えていることを特徴とする。
このようなガス流路を備えることにより、ガス流路の大部分を占める縦穴と横穴が第1板状部材内に配置することができる。そのため、ガス流路において、パッシェンの法則により放電が生じる圧力条件に合致し易い、横穴と縦穴が接続する曲がり箇所やそれより下流側の縦穴が、第1接合層より上側(第1の面側)に位置する。つまり、ガス流路において、第1接合層を貫通する部分は、連通穴のみとなる。そして、連通穴では、ガスの圧力が高くて安定しているため、圧力変化が小さいので放電が生じ難い。従って、第1接合層付近において、放電が起こり難くなるため、第1接合層の腐食を防止することができる。
上記した保持装置において、
前記縦穴の数は、前記連通穴の数より多いことが好ましい。
このように、縦穴の数が連通穴の数より多い、言い換えると、連通穴の数が縦穴の数より少ないと、第1接合層を貫通するガス流路は連通穴だけになるので、第1接合層を貫通する貫通穴の数を少なくすることができる。そのため、第1接合層において腐食するおそれがある箇所を減らすことができ、第1接合層の腐食をより確実に防止することができる。また、第1接合層の貫通穴に配置する保護部材も削減することができるため、コスト面でも有利になる。さらに、縦穴の数が連通穴よりも多い、つまり、第1の面の開口が多いので、第1の面において任意の箇所からガスを排出することができるため、第1の面における温度制御の精度を向上させることができる。
上記した保持装置において、
前記連通穴は、前記第1板状部材、前記第2板状部材及び前記ベース部材の積層方向から見たときに、前記縦穴とオーバーラップしないように配置されていることが好ましい。
連通穴をこのような配置にすることにより、積層方向から見て、連通穴は縦穴からずれた位置に配置されるため、連通穴と縦穴が、直接(直線的に)連通することなく、横穴を介して連通する。そのため、第1の面における縦穴の開口から、連通穴が貫通する第1接合層までの距離を長くすることができる。従って、保持装置の使用時に、例えばプラズマや腐食ガス等が、ガス流路に流れ込んだ場合、第1接合層まで到達し難くなるため、第1接合層の腐食防止の効果を高めることができる。
本開示によれば、接合層の腐食を防止することができる保持装置を提供することができる。
実施形態の静電チャックの概略斜視図である。 実施形態の静電チャックのXY平面の概略構成図である。 図2に示すA-Aにおける静電チャックのXZ断面の概略構成図である。
本開示に係る実施形態である保持装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、保持装置として、例えば、成膜装置(CVD成膜装置やスパッタリング成膜装置など)やエッチング装置(プラズマエッチング装置など)といった半導体製造装置に使用される静電チャックを例示して説明する。
そこで、本実施形態の静電チャック1について、図1~図3を参照しながら説明する。本実施形態の静電チャック1は、半導体ウエハW(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ー内で半導体ウエハWを固定するために使用される。図1に示すように、静電チャック1は、板状部材10と、ベース部材20と、板状部材10とベース部材20とを接合する接合層30とを有する。
以下の説明においては、説明の便宜上、図1に示すようにXYZ軸を定義する。ここで、Z軸は、静電チャック1の軸線方向(図1において上下方向)の軸で、Z軸方向が本開示の「厚さ方向」「積層方向」の一例である。また、X軸とY軸は、静電チャック1の径方向の軸である。さらに、本開示の「平面方向」とは、Z軸方向対して垂直に広がるXY平面の方向を意味する
板状部材10は、図1に示すように、円盤状の部材であり、上面であって半導体ウエハWを保持する保持面11と、板状部材10の厚み方向(Z軸方向)について保持面11とは反対側に設けられる下面12とを備えている。この板状部材10は、第1板状部材110と、第2板状部材120と、第1板状部材110と第2板状部材120を接合する中間接合層130とを備えている。板状部材10の直径は、例えば50~500mm程度(通常は200mm~350mm程度)であり、板状部材10の厚さは、例えば1~10mm程度である。
第1板状部材110は、図3に示すように、板状部材10の上面となる保持面11と、厚み方向(Z軸方向)について保持面11とは反対側に設けられる下面112とを備えている。なお、保持面11は本開示の「第1の面」の一例であり、下面12は本開示の「第2の面」の一例である。
第1板状部材110は、セラミックスにより形成されている。セラミックスとしては、様々なセラミックスが用いられるが、強度や耐摩耗性、耐プラズマ性等の観点から、例えば、酸化アルミニウム(アルミナ、Al)または窒化アルミニウム(AlN)を主成分とするセラミックスが用いられることが好ましい。また、第1板状部材110は、第2板状部材120よりも気孔率が低いことが好ましい。なお、ここでいう主成分とは、含有割合の最も多い成分(例えば、体積含有率が90vol%以上の成分)を意味する。
第1板状部材110の上面、つまり板状部材10の保持面11は、凹凸形状をなしている。具体的には、保持面11には、図2、図3に示すように、その外縁付近に環状の環状凸部13が形成され、環状凸部13の内側に複数の独立した柱状の凸部14が形成されている。なお、図3では、わかりやすくするために凸部の一部のみを(部分的に凸部を省略して)描いている。
このようにして、保持面11には、複数の凸部14のすべてを囲むように配置された環状凸部13が形成されている。この環状凸部13は、シールバンドとも呼ばれる。環状凸部13の断面(XZ断面)の形状は、図3に示すように、略矩形である。環状凸部13の高さ(Z軸方向の寸法)は、例えば、10μm~20μm程度である。また、環状凸部13の幅(X軸方向の寸法)は、例えば、0.5mm~5.0mm程度である。
各々の凸部14は、図2に示すように、Z軸方向視(平面視)で略円形をなしており、略均等間隔で配置されている。また、各々の凸部14の断面(XZ断面)の形状は、図3に示すように、略矩形である。凸部14の高さは、環状凸部13の高さと略同一であり、例えば、10~20μm程度である。また、凸部14の幅(Z軸方向視での凸部14の最大径)は、例えば、0.5~1.5mm程度である。なお、板状部材10の保持面11における環状凸部13より内側において、凸部14が形成されていない部分は、凹部15となっている。
そして、半導体ウエハWは、板状部材10の保持面11における環状凸部13と、複数の凸部14に支持されて、静電チャック1に保持されるようになっている。半導体ウエハWが静電チャック1に保持された状態では、半導体ウエハWの表面(下面)と、板状部材10の保持面11(詳細には、保持面11の凹部15)との間に、空間Sが存在することとなる(図3参照)。この空間Sには、静電チャック1内に形成されたガス流路40を介して、ガス穴114から不活性ガス(例えば、ヘリウムガス)が排出されて充填されるようになっている。なお、ガス流路40の構成について後述する。
そのため、図2、図3に示すように、第1板状部材110の内部には、Z軸方向に延びて保持面11に開口してする複数のガス穴114と、XY面方向に延びて各ガス穴114同士を接続するガストンネル115と、下面112に開口してZ軸方向に延びてガストンネル115に接続する第1ガス導入流路116とが形成されている。これらのガス穴114、ガストンネル115、及び第1ガス導入流路116は、ガス流路40の一部を構成する流路である。
ガス穴114は、図2に示すように、複数(本実施形態では8個)設けられている。本実施形態では、例えば、複数のガス穴114は、Z軸方向視で、円周状に均等な間隔を空けて配置されている。そして、各々のガス穴114を接続するようにXY面方向(XY面内)に延びるガストンネル115が形成されている。このガストンネル115は、図2に破線で示すように、一対の円環流路115a,115bと、これらの円環流路同士を連結する複数の連結流路115cとを備えている。本実施形態では、連結流路115cは8つ設けられており、各連結流路115cは静電チャック1(保持面11)の中心から外周へ向かって放射状に延びて配置されている。これにより、第1ガス導入流路116からガストンネル115に供給された不活性ガスが各ガス穴114を介して空間Sに排出されるようになっている。
そして、ガストンネル115に連通する第1ガス導入流路116は、Z軸方向視で、ガス穴114のいずれにも重なり合わない(オーバーラップしない)位置に配置されている。なお、本実施形態では、第1ガス導入流路116を2つ設けているが、第1ガス導入流路116は1つでもよいし、3つ以上であってもよい。ただし、第1ガス導入流路116を複数設ける場合には、第1ガス導入流路の数は、ガス穴114の数よりも少なくするのがよい。
また、ガス穴114及びガストンネル115は、第1板状部材110の内部に設けられる他部品と干渉しないように配置されればよく、その配置や個数は適宜変更することができる。なお、ガス穴114は本開示の「縦穴」の一例であり、ガストンネル115は本開示の「横穴」の一例である。また、第1ガス導入流路116は、本開示の「連通穴」の一部を構成する流路である。
さらに、第1板状部材110は、内部にチャック電極18を備えている。チャック電極18は、Z軸方向視で、例えば略円形をなしており、導電性材料(例えば、タングステンやモリブデン等)により形成されている。このチャック電極18に対して図示しない電源から電力が供給されることによって、静電引力(吸着力)が発生し、この静電引力により半導体ウエハWが板状部材10の保持面11に吸着固定される。
第2板状部材120は、図3に示すように、板状部材10の下面12と、厚み方向(Z軸方向)について下面12とは反対側に設けられる上面121とを備えている。なお、上面121は本開示の「第3の面」の一例であり、下面12は本開示の「第4の面」の一例である。
この第2板状部材120には、Z軸方向に延びて第2板状部材120を貫通し、下面12及び上面121に開口する第2ガス導入流路126が形成されている。第2ガス導入流路126は、Z軸方向視で、第1ガス導入流路116と重なる(流路の中心軸が一致する)位置に配置されている。なお、第2ガス導入流路126は、本開示の「連通穴」の一部を構成する流路である。
また、第2板状部材120は、内部にヒータ電極19を備えている。ヒータ電極19は、Z軸方向視で、例えば略螺旋状に延びるパターンを構成しており、導電性材料(例えば、タングステンやモリブデン、白金等)により形成されている。このヒータ電極19に対して図示しない電源から電力が供給されてヒータ電極19が発熱することによって、保持面11ひいては半導体ウエハWが加熱される。
このような第2板状部材120も、第1板状部材110と同様、セラミックスにより形成されている。セラミックスとしては、様々なセラミックスが用いられるが、強度や耐摩耗性、耐プラズマ性等の観点から、例えば、酸化アルミニウム(アルミナ、Al)または窒化アルミニウム(AlN)を主成分とするセラミックスが用いられることが好ましい。
中間接合層130は、図1、図3に示すように、第1板状部材110の下面112と第2板状部材120の上面121との間に配置され、第1板状部材110と第2板状部材120とを接合している。なお、中間接合層130は本開示の「第1接合層」の一例である。この中間接合層130を介して、第1板状部材110の下面112と第2板状部材120の上面121とが熱的に接続されている。中間接合層130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材により構成されている。中間接合層130は、セラミックス粉末等のフィラーを含んでいてもよい。なお、中間接合層130の厚さ(Z軸方向の寸法)は、例えば0.1~1.0mm程度である。
中間接合層130には、図3に示すように、第1ガス導入流路116と第2ガス導入流路126を連通させる貫通穴136が形成されている。貫通穴136は、第1ガス導入流路116及び第2ガス導入流路126と同軸に配置されている。これにより、第1ガス導入流路116と貫通穴136と第2ガス導入流路126とは、Z軸方向に連なって配置されて、ガス流路40を構成するガス導入流路42の一部を形成している。そして、貫通穴136は、第1ガス導入流路116及び第2ガス導入流路126よりも大きな内径を有しており、貫通穴136内に中間接合層130を保護するためのOリング137が配置されている。このOリング137により、ガス流路40を介して静電チャック1内に侵入するプラズマやプロセスガス等が中間接合層130に接触しないようにされており、中間接合層130が腐食しないようになっている。
ベース部材20は、図1、図3に示すように、上面21と、ベース部材20の厚さ方向(すなわち、Z軸方向)について上面21とは反対側に設けられる下面22とを備え、円柱状に形成されている。このベース部材20は、金属(例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等)により形成されていることが好ましいが、金属以外(例えば、セラミックス等)であってもよい。なお、本実施形態のベース部材20は金属製である。ベース部材20の直径は、例えば220mm~550mm程度(通常は220mm~350mm程度)であり、ベース部材20の厚さ(Z軸方向の寸法)は、例えば20mm~40mm程度である。
そして、ベース部材20には、図3に示すように、冷媒(例えば、フッ素系不活性液体や水等)を流すための冷媒流路23が形成されており、この冷媒流路23内に冷媒を流すことにより、ベース部材20が冷却され、これにより、接合層30を介して板状部材10が冷却されるようになっている。
また、ベース部材20には、Z軸方向に延びてベース部材20を貫通し、上面21及び下面22に開口する第3ガス導入流路26が形成されている。第3ガス導入流路26は、Z軸方向視で、第1ガス導入流路116及び第2ガス導入流路126と重なる(流路の中心軸が一致する)位置に配置されている。なお、第3ガス導入流路26は、本開示の「連通穴」の一部を構成する流路である。
接合層30は、図1、図3に示すように、板状部材10の下面12とベース部材20の上面21との間に配置され、板状部材10とベース部材20とを接合している。なお、接合層30は本開示の「第2接合層」の一例である。この接合層30を介して、板状部材10の下面12とベース部材20の上面21とが熱的に接続されている。接合層30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材により構成されている。なお、接合層30の厚さ(Z軸方向の寸法)は、例えば0.1~1.0mm程度である。
接合層30には、第2ガス導入流路126と第3ガス導入流路26を連通させる貫通穴36が形成されている。貫通穴36は、第2ガス導入流路126及び第3ガス導入流路26と同軸に配置されている。これにより、第2ガス導入流路126と貫通穴36と第3ガス導入流路26とは、Z軸方向に連なって配置されて、ガス流路40を構成するガス導入流路42の一部を形成している。そして、貫通穴36は、第2ガス導入流路126及び第3ガス導入流路26よりも大きな内径を有しており、貫通穴36内に接合層30を保護するためのOリング37が配置されている。このOリング37により、ガス流路40を介して静電チャック1内に侵入するプラズマやプロセスガス等が接合層30に接触しないようにされており、接合層30が腐食しないようになっている。
このように本実施形態の静電チャック1では、複数のガス穴114と、ガストンネル115と、ガス導入流路42とを備えるガス流路40を有している。これにより、外部(ベース部材20の下面22側)からガス導入流路42に供給された不活性ガスが、静電チャック1内でガストンネル115を介して各ガス穴114に流れていき、各ガス穴114から保持面11に排出されて空間Sに充填される。
ここで、ガス流路40のうち、ガストンネル115とガス穴114が接続する曲がり箇所40a及びその下流側のガス穴114内では、渦の発生や圧力損失が大きくなるため圧力変化が生じ易い。そのため、これらの部分では、パッシェンの法則により放電が生じる圧力条件に合致し易く、放電が生じるおそれがある。そして、放電が中間接合層130や接合層30の付近で発生してしまうと、中間接合層130や接合層30が腐食するおそれがある。
そこで、本実施形態の静電チャック1では、ガス流路40の大部分を占めて放電が発生するおそれがある、ガス穴114とガストンネル115を第1板状部材110内に配置している。そのため、ガス流路40において、パッシェンの法則により放電が生じる圧力条件に合致し易い、曲がり箇所40a及びガス穴114が、中間接合層130より保持面11側に位置する。これにより、ガス流路40において、中間接合層130や接合層30を貫通するのは、ガス導入流路42のみになるとともに、放電が生じやすい曲がり箇所40aやガス穴114が中間接合層130から離れたところに位置する。
そして、ガス導入流路42は、直線状に形成されている(Z軸方向に延びている)ため、その内部を流れる不活性ガスの圧力は高く安定している。そのため、ガス導入流路42では圧力変化が小さいので、放電が生じ難い。従って、中間接合層130や接合層30の付近において、不活性ガスの圧力変化に起因する放電が起こり難くいため、中間接合層130や接合層30の腐食を防止することができる。
また、本実施形態の静電チャック1では、ガス導入流路42の数が、ガス穴114の数より少ない。そして、中間接合層130や接合層30を貫通するガス流路40は、ガス導入流路42だけである。これにより、中間接合層130や接合層30に設ける貫通穴136や貫通穴36の数を少なくすることができる。従って、中間接合層130や接合層30において、ガス流路40に侵入したプラズマやプロセスガス等によって腐食するおそれがある箇所を減らすことができるので、中間接合層130や接合層30の腐食をより確実に防止することができる。また、貫通穴136,36の数が少なくなるので、貫通穴136,36に配置するOリング137,37の数も削減することができるため、コスト面でも有利になる。
さらに、ガス穴114の数がガス導入流路42の数よりも多いため、保持面11に開口するガス穴114を多くすることができる。これにより、保持面11において、任意の箇所から不活性ガスを排出することができるため、保持面11における温度制御の精度を向上させることができる。
また、本実施形態の静電チャック1では、Z軸方向視で、ガス導入流路42は、ガス穴114のいずれにもオーバーラップしないように配置されている。そのため、ガス導入流路42と各ガス穴114が、直接(直線的に)連通することなく、ガストンネル115を介して連通している。従って、ガス導入流路42と各ガス穴114とが直接連通する場合に比べ、保持面11におけるガス穴114の開口から、ガス導入流路42の一部をなす貫通穴136,36(接合層130,30)までの流路長を長くすることができる。これにより、プラズマやプロセスガス等が、ガス流路40に侵入しても、中間接合層130や接合層30まで到達し難くなるため、中間接合層130や接合層30の腐食を防止する効果を高めることができる。
以上のように、本実施形態の静電チャック1によれば、ガス流路40の大部分を占めるガス穴114とガストンネル115が、第1板状部材110内に配置されている。そのため、ガス流路40において、圧力変化が生じやすくパッシェンの法則により放電が生じる圧力条件に合致し易い、曲がり箇所40a及びそれより下流側のガス穴114が、中間接合層130より保持面11側に位置する。これにより、曲がり箇所40a及びガス穴114が、中間接合層130や接合層30から離れたところに配置されるとともに、ガス流路40のうち、中間接合層130や接合層30を貫通する部分がガス導入流路42のみとなる。そして、ガス導入流路42では圧力変化が小さいため、放電が起こり難くなるので、中間接合層30や接合層30の腐食を防止することができる。
なお、上記の実施形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記の実施形態では、本開示を静電チャックに適用した場合を例示したが、本開示は、静電チャックに限られることなく、表面に対象物を保持する保持装置全般について適用することができる。
また、上記の実施形態では、ベース部材を備える静電チャックを例示したが、ベース部材を備えない保持装置(例えば、セラミックヒータなど)にも本開示を適用することができる。
1 静電チャック
11 保持面
20 ベース部材
30 接合層
40 ガス通路
40a 曲がり箇所
42 ガス導入流路
110 第1板状部材
114 ガス穴
115 ガストンネル
120 第2板状部材
130 中間接合層
W 半導体ウエハ

Claims (3)

  1. 第1の面と、前記第1の面とは反対側に設けられる第2の面とを備える円板状の第1板状部材と、
    第3の面と、前記第3の面とは反対側に設けられる第4の面とを備える円板状の第2板状部材と、
    前記第2の面と前記第3の面との間に配置されて前記第1板状部材と前記第2板状部材を接合する第1接合層と、
    第5の面と、前記第5の面とは反対側に設けられる第6の面とを備えるベース部材と、
    前記第4の面と前記第5の面との間に配置されて前記第2板状部材と前記ベース部材を接合する第2接合層と、を有し、
    前記第1板状部材の前記第1の面上に対象物を保持する保持装置において、
    前記第1板状部材内で平面方向に延びる横穴と、
    前記横穴に連通して前記第1板状部材の厚さ方向に延びて前記第1の面に開口する複数の縦穴と、
    一端が前記第6の面に開口し、前記ベース部材、前記第2接合層、前記第2板状部材、及び前記第1接合層を貫通して保持装置の厚さ方向に延び、他端が前記横穴に連通する連通穴と、を有するガス流路を備えており、
    前記第1接合層は、樹脂を含む材料により構成されている
    ことを特徴とする保持装置。
  2. 請求項1に記載する保持装置において、
    前記縦穴の数は、前記連通穴の数より多い
    ことを特徴とする保持装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載する保持装置において、
    前記連通穴は、前記第1板状部材、前記第2板状部材及び前記ベース部材の積層方向から見たときに、前記縦穴とオーバーラップしないように配置されている
    ことを特徴とする保持装置
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