JP5218865B2

JP5218865B2 - 静電チャック

Info

Publication number: JP5218865B2
Application number: JP2011061737A
Authority: JP
Inventors: 裕明堀; 郁夫板倉; 和輝穴田
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: KR101429591B9; CN102782831B; CN102782831A; KR101429591B1; TW201138020A; WO2011118659A1; US8848335B2; JP2011222977A; KR20120120415A; US20130027838A1; TWI471974B

Description

本発明は、静電チャックに関する。

被処理基板を真空チャンバ内で処理するプロセスにおいて、被処理基板を保持固定する手段として静電チャックが用いられる。静電チャックにおいては、静電チャックの内部に設けられた電極に電圧を印加し、静電力で被処理基板を静電チャック主面に吸着する。静電チャックには、処理プロセスの進化に伴い、一回の処理プロセス中で、被処理基板を急速に加熱したり、冷却したりすることが要求されている。

この要求に対応するため、広い温度範囲において、被処理基板の着脱応答性がよく、電極間リークが小さいクーロン型の静電チャックが使用されている。クーロン型の静電チャックに対し、ジョンセンラーベック型の静電チャックがあるが、この静電チャックの場合、被処理基板の着脱応答性および電極間リークの温度依存が大きく、上述した要求に答えることができない場合がある。

ただし、クーロン型の静電チャックの静電吸着力は、ジョンセンラーベック型の静電チャックの静電吸着力に比べ相対的に弱い。従って、クーロン型の静電チャックにおいて、強い静電吸着力を発現させるには、静電チャックを薄くし、さらに電極に印加する電圧を高電圧にする必要がある。よって、クーロン型の静電チャックでは、絶縁性を高める必要がある。

被処理基板を急速に加熱冷却する手段としては、静電チャック主面と被処理基板との間に伝熱用ガスを供給する手段や、静電チャックに温調プレートを付加する手段がある。例えば、静電チャック主面に、多数の突起と、放射状に伸びる溝と、外周溝と、が設けられた静電チャックが開示されている（例えば、特許文献１参照）。この静電チャックでは、静電チャック主面の下に櫛歯状の電極が設けられている。伝熱用ガスを供給する溝は、電極の上をオーバーラップするように配置されている。また、貫通孔は、静電チャック中心にあり、放射状に伸びた溝と連通している。放射状に伸びた溝は、外周溝と連通している。また、電極間の絶縁性を高める手段として、電極間に溝を設ける構造が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平０９−２３２４１５号公報特開平０９−０２２９３６号公報

しかしながら、例えば、特許文献１で例示された、記載の溝と電極とがオーバーラップする構造では、溝の底面と電極との距離が縮まり、溝内に伝熱用ガスを導入すると、溝内で伝熱用ガスの放電が起こる場合がある。この場合、溝内が伝熱用ガスの圧力によって導電性を帯び、溝と高電圧を印加させた電極間の絶縁性が保てなくなる場合がある。最終的には、溝と電極間で絶縁破壊が発生する場合がある。また、特許文献２で例示された、電極間に溝を設ける構造でも同様に、溝と電極との距離が縮まり、最終的には、溝と電極間で絶縁破壊が発生する場合がある。
本発明の課題は、被処理基板の急速な加熱冷却が可能で、高い絶縁性を維持する静電チャックを提供することにある。

第１の発明は、セラミック基板と、前記セラミック基板の上側に設けられ、被処理基板が載置される第１主面を有するセラミック誘電体と、前記セラミック基板と前記セラミック誘電体との間に設けられた電極と、を備え、前記セラミック誘電体の材質は、セラミック焼結体であり、前記セラミック誘電体の前記第１主面には、複数の突起部と、ガスを供給する溝と、が設けられ、前記溝の底面には、前記第１主面とは反対側の前記セラミック基板の第２主面まで貫通する貫通孔が設けられ、前記電極と前記溝との間の距離は、前記電極と前記第１主面との間の距離と同じか、もしくは大きいことを特徴とする静電チャックである。

ここで、前記電極と前記溝との間の距離を第１の距離とする。前記電極と前記第１主面との間の距離を第２の距離とする。
第１の距離は、電極と溝とを結ぶ直線において最短の距離で定義される。
例えば、セラミック誘電体の第１主面からの溝の底面の深さが電極の主面より浅い場合、第１の距離は、電極の溝側の端部と、溝の側面と底面との交点とを結ぶ直線の距離で定義される。
また、セラミック誘電体の第１主面からの溝の底面の深さが電極の主面と同じか、もしくは深い場合、第１の距離は、電極の溝側の端部から、電極と同じ深さの溝の側面までの距離で定義される。

また、第２の距離は、電極の主面と、セラミック誘電体の第１主面との間の距離で定義される。
以下、第１の距離を、単に、「電極と溝との間の距離」、第２の距離を、単に、「電極と第１主面との間の距離」、と称して、本発明を説明する場合もある。

仮に、溝が電極上でオーバーラップするように配置されると、電極と溝との間の第１の距離が、第２の距離より小さくなる。従って、溝内に伝熱用ガスを導入すると、溝内で伝熱用ガスの放電が起こる場合がある。この場合、溝内が伝熱用ガスの圧力によって導電性を帯び、溝と高電圧を印加させた電極間の絶縁性が保てなくなる場合がある。最終的には、溝と電極間で絶縁破壊が発生する場合がある。また、電極間に溝を設ける構造でも同様に、溝と電極との距離が縮まり、最終的には、溝と電極間で絶縁破壊が発生する場合がある。

これに対して、第１の発明では、電極と溝との間の距離、すなわち、第１の距離を、電極とセラミック誘電体の第１主面との間の距離、すなわち、第２の距離と同じ、もしくは大きくしている。従って、溝内に伝熱用ガスを導入し伝熱用ガスが導電性を帯びるガスの圧力となっても、溝と電極間の高い絶縁性が維持される。

また、セラミック誘電体の第１主面に複数の突起が配置されることにより、伝熱用ガスの圧力が均一になる。さらに、セラミック誘電体の面内温度分布にもむらが生じ難くなり、被処理基板の面内温度分布が均一になる。さらに、セラミック誘電体をセラミック焼結体とすることで、セラミック誘電体各部の絶縁性が均一となり、静電チャックの信頼性が向上する。

また、第１の発明において、前記電極は、少なくとも１対の双極電極を含み、前記双極電極の一方の電極と他方の電極とは、互いに異なる極性の電圧を印加可能とされ、前記一方の電極と、前記他方の電極と、は、離間して配設され、前記溝は、前記一方の電極と、前記他方の電極と、の間に配設されていることを特徴とする。

離間した双極電極間に溝を配置することにより、電極と溝との間の第１の距離は、電極とセラミック誘電体の第１主面との間の第２の距離と同じか、もしくは大きくすることができる。これにより、電極と溝との間の絶縁性を、電極とセラミック誘電体の第１主面との間の絶縁性より高くすることができる。

また、第２の発明において、前記電極は、複数の電極要素を含み前記複数の電極要素のそれぞれには、同一の極性の電圧が印加可能とされ、前記複数の電極要素のそれぞれは、互いに離間して配設され、前記溝は、離間した前記複数の電極要素の間に配設されていることを特徴とする。
また、第１および第２の発明において、前記セラミック誘電体の室温における体積抵抗率は、１×１０ ^１４ Ω・ｃｍ以上である。すなわち、クーロン型静電チャックに上述した電極と、溝とを配置することができる。

離間した電極間に溝を配置することにより、電極と溝との間の第１の距離は、電極とセラミック誘電体の第１主面との間の第２の距離と同じか、もしくは大きくすることができる。これにより、電極と溝との間の絶縁性を、電極とセラミック誘電体の第１主面との間の絶縁性より高くすることができる。また、電極のそれぞれには、同一の極性の電圧が印加されるので、被処理基板をプラズマ処理する場合には、被処理基板の面内でのいわゆる電位むらが起き難くなる。

第３の発明は、第１〜第２の発明のいずれか１つにおいて、前記第１主面から前記溝の底面までの深さは、前記第１主面から前記電極の主面までの深さと同じか、もしくは小さいこと特徴とする。

セラミック誘電体の第１主面から溝の底面までの深さをセラミック誘電体の第１主面から電極の主面までの深さと同じか、もしくは小さくした分、電極と溝との間の第１の距離が長くなり、電極と溝との間の絶縁性が向上する。
また、溝を研削もしくはサンドブラストにより加工する場合、溝の深さを浅めに加工するほど、加工負荷の累積値も小さい。従って、溝の底面にマイクロクラック（微小欠陥）が発生し難い。これにより、マイクロクラックを通じての電流リークパスが形成され難くなる。

第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれか１つにおいて、前記第１主面から前記溝の底面までの深さは、前記溝の幅よりも小さいことを特徴とする。

セラミック誘電体の第１主面から溝の底面までの深さを溝の幅より小さくすることにより、溝加工深さを浅くすることができる。これにより、溝を研削もしくはサンドブラストにより加工しても、溝深さにばらつきが生じ難くなる。さらに、溝内における伝熱用ガスのコンダクタンスがより一定に近くなり、ガス分配速度がより均一になる。

第５の発明は、第１〜第４の発明のいすれか１つにおいて、前記溝の端部領域に、前記溝の端に向けて前記溝の深さが次第に浅くなる漸浅部が設けられていることを特徴とする。

セラミック誘電体の第１主面に、被吸着物である被処理基板を静電吸着し、溝の内部を伝熱用ガスで満たした際に、溝の側面と底面とが直線状に交差していると、この交差した箇所が特異点（電界が集中する点）となって、溝と電極との間で放電破壊が起き易くなってしまう。しかし、第６の発明のように、溝の端部領域に、溝の深さが次第に浅くなる漸浅部が設けられていると、溝の内部において特異点がなくなり、放電発生が抑止され、放電破壊が起き難くなる。

第６の発明は、第１〜第５の発明のいずれか１つにおいて、前記セラミック基板の厚みは、前記セラミック誘電体の厚みよりも大きいことを特徴とする。
セラミック基板の厚みをセラミック誘電体の厚みよりも大きくすることにより、セラミック誘電体のそりが抑制される。

本発明によれば、被処理基板の急速な加熱冷却が可能で、高い絶縁性を維持する静電チャックが実現する。

（ａ）は、静電チャックの要部断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡで囲んだ部分の拡大図であり、（ｃ）は、（ｂ）の一部をさらに、拡大した図である。電極の平面形状の要部図であり、（ａ）は、第１の電極の平面図であり、（ｂ）は、第２の電極の平面図であり、（ｃ）は、第３の電極の平面図である。（ａ）は、静電チャックの変形例に係る要部断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡで囲んだ部分の拡大図である。比較例に係る静電チャックの要部断面図である。（ａ）は、静電チャックの別の変形例に係る要部断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部の拡大図である。静電チャックの溝周辺の断面模式図である。

以下に、具体的な実施の形態を図面を参照しつつ説明する。以下に説明する実施の形態には、上述した課題を解決するための手段の内容も含まれる。

最初に、本発明の実施の形態で使用される語句について説明する。
（セラミック基板、セラミック誘電体）
セラミック誘電体とは、被処理基板を載置するためのステージである。セラミック基板（支持基板、中間基板とも称する。）とは、セラミック誘電体を支持するステージである。セラミック基板およびセラミック誘電体においては、その材質がセラミック焼結体であり、それぞれの厚さが均一に設計されている。

セラミック誘電体の材質は、静電チャックを使用する温度領域で、クーロン型静電チャックの動作をし、セラミック誘電体内の絶縁性が均一であることが好ましい。特に、セラミック焼結体は、その材質に適している。さらに、セラミック焼結体は、静電チャックを長時間使用しても傷が付きにくく、腐食等の耐久性に優れる。セラミック焼結体の例として、アルミナ焼結体、窒化アルミニウム焼結体、サファイヤ焼結体等が挙げられる。

また、セラミック基板の材質は、セラミック誘電体を確実に支持でき、セラミック基板内の絶縁性が均一な材質が好ましい。特に、セラミック焼結体であれば、セラミック誘電体と電極とを一体焼結でき、高い絶縁性を確保できる。また、セラミック誘電体とセラミック基板とを個別に焼結し、それらを接着して一体化した静電チャックにおいては、セラミック焼結体を選択することで、電極形状の焼成収縮の影響が少なく、所望通りの電極形状が得られる。

また、電極を備えた、セラミック誘電体およびセラミック基板を、金属製の温調プレートに接着一体化したものは、被処理基板と温調プレート間の距離が短くでき、熱伝導の効率がよくなる。さらに、温調プレートの主面に無機材料を溶射し、電極と温調プレート間の絶縁信頼性を高めたものは、熱伝導の効率化と絶縁信頼性の両立を図ることができる。

セラミック基板およびセラミック誘電体の主面の平面度においては、所定の範囲内に設計されている。それぞれの厚さが均一、またはそれぞれの主面の平面度が確保されていれば、ホットプレス硬化時にセラミック基板およびセラミック誘電体に局所的な応力が印加され難い。

セラミック基板の直径は、３００ｍｍ程度であり、厚さは、２〜３ｍｍ程度である。セラミック誘電体の直径は、３００ｍｍ程度であり、厚さは、１ｍｍ程度である。セラミック基板およびセラミック誘電体の平面度は、２０μｍ以下である。セラミック基板およびセラミック誘電体の厚みのばらつきは、２０μｍ以下である。また、セラミック基板およびセラミック誘電体の平面度、厚みのばらつきに関しては、１０μｍ以下であることがより好ましい。

（電極）
電極とは、セラミック誘電体に静電力を与えるための電極である。電極は、静電チャック内に内蔵されている。セラミック誘電体とセラミック基板とを一体焼結する場合、電極は、セラミック誘電体およびセラミック基板の材料であるグリーンシートに、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属ペーストを印刷し、グリーンシートを焼結することにより形成される。

あるいは、焼結したセラミック誘電体と、焼結したセラミック基板とを接着する場合は、電極は、セラミック誘電体側に予め形成され、電極を挟むようにセラミック基板とセラミック誘電体とを一体接着することで形成される。この際、電極は、スクリーン印刷、ＰＶＤ、ＣＶＤ法等でセラミック誘電体の主面にタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、炭化チタン（ＴｉＣ）等の高融点金属膜を成膜した後、フォトレジスト法でマスクパターンを形成し、サンドブラスト法等によりパターン加工される。成膜は、例えば、ＣＶＤ法による。高融点金属膜の厚みは、１μｍ以下である。

（溝）
溝は、セラミック誘電体と被処理基板との間に伝熱用ガス（ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）等）を供給するためのガス溝である。溝は、電極間に配置される。溝は、セラミック誘電体の主面をレジストで覆い、溝を配置する位置のレジストを除去し、サンドブラスト法でレジストから露出したセラミック誘電体を加工して形成される。

（突起部）
突起部とは、セラミック誘電体上に、被処理基板を静電吸着する際、被処理基板とセラミック誘電体の主面間に空隙を形成するための柱状の突起である。この空間が生成することにより、被処理基板とセラミック誘電体の主面間に効率よく伝熱用ガスを供給できる。また、セラミック誘電体の主面の外周に、伝熱用ガスの流出を防止するリング状突起を設けてもよい。

突起部の形状については、被処理基板の裏面側からパーティクル発生を抑制するために、その頂面の面積をより小さくするほうが望ましい。例えば、頂面の径は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。また、セラミック誘電体の主面から突起部の頂面までの高さについては、伝熱用ガスのコンダクタンスが適度に保て、かつ、伝熱用ガスの圧力が分子流領域となるように設計されることが望ましい。これにより、伝熱用ガスの熱伝達率がその圧力によって制御される。例えば、セラミック誘電体の主面から突起部の頂面までの高さは、３μｍ〜１５μｍである。

リング状突起の幅は、伝熱用ガスの漏洩が防止でき、かつ、被処理基板との熱伝達を目的値に設定できる値にする。例えば、伝熱用ガスの漏洩防止と、熱伝達の低減を目的とする場合には、リング状突起の幅は、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍにする。リング状突起の幅は、熱伝達を増加させたい場合には、リング状突起の幅は、１ｍｍ〜３ｍｍに設定する。なお、リング状突起の高さは、突起部の高さと一致させる。

（貫通孔）
貫通孔は、伝熱用ガスを溝へ導入するための孔である。セラミック誘電体とセラミック基板とを一体焼結する場合、それらの原料であるグリーンシートを積層した後に、貫通孔の加工を行い、焼結して形成する。この方法によれば、電極と貫通孔との位置関係において、焼結による収縮の影響（例えば、位置ずれ）を受けずに済む。
一方、セラミック誘電体とセラミック基板とを挟んで静電チャックを形成する場合、セラミック誘電体側に予め電極を形成するので、電極形状に焼結による収縮の影響が出ない。従って、セラミック誘電体とセラミック基板とを接着した後に、研削加工で所定の位置に貫通孔を設けることができる。

（温調プレート）
温調プレートとは、セラミック板を冷却または加熱するためのプレートである。このため、温調プレートの内部には、冷媒または温媒を流す媒体経路が設けられている。冷媒または温媒は、チラー機と配管を通じて接続されている。
温調プレートの材質は、被処理基板の処理プロセスにおいて、汚染、発塵等を起こさない材質であることが好ましい。例えば、その材質として、ステンレス、アルミニウム、チタン等の金属、これらの合金、金属とセラミックを分散混合させたコンポジット材料が該当する。具体的には、アルミニウムＡ６０６１材である。

また、温調プレートの表面に絶縁膜を形成し、ヒータと温調プレートとの間の電気的絶縁を確保してもよい。絶縁膜としては、例えば、アルミナ溶射膜が該当する。アルミナ溶射は、加工が容易で、低コストで製造できる。温調フレートの材質がアルミニウムの場合、温調プレートの表面にアルマイト（登録商標）処理を施してもよい。アルマイトの封孔処理を行うことで、電気的絶縁の信頼性をより向上させることができる。

次に、静電チャックの構成について説明する。
図１（ａ）は、静電チャックの要部断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡで囲んだ部分の拡大図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の一部（溝２２付近）をさらに、拡大した図である。図１（ｂ）には、（ａ）の中心部付近および周辺が併せて表示されている。

静電チャック１においては、セラミック基板１０と、セラミック基板１０の上側に設けられ、被処理基板５０が第１主面２０ｓに載置されるセラミック誘電体２０と、セラミック基板１０とセラミック誘電体２０との間に設けられた電極３０と、を備える。セラミック誘電体２０の材質は、セラミック焼結体であり、セラミック誘電体２０の第１主面（表面側）２０ｓには、複数の突起部２１が設けられている。また、第１主面２０ｓには、第１主面２０ｓと被処理基板５０との間に伝熱用ガスを供給するための溝２２が少なくとも１つ設けられている。

溝２２の底面２２ｂには、第１主面２０ｓとは反対側のセラミック基板１０の第２主面（裏面側）１０ｓにまで貫通する貫通孔２３が少なくとも１つ設けられている。電極３０と溝２２との間の第１の距離ｄ１は、電極３０とセラミック誘電体２０の第１主面２０ｓとの間の第２の距離ｄ２と同じか、もしくは大きい。セラミック誘電体２０の外周には、リング状突起部２４が設けられている。セラミック基板１０の下側には、温調プレート４０が設けられている。

セラミック基板１０、セラミック誘電体２０、および電極３０は、一体焼結されたものである。セラミック基板１０、セラミック誘電体２０は、例えば、アルミナ焼結体である。

ここで、第１の距離ｄ１は、電極３０と溝２２とを結ぶ直線において最短の距離で定義される。
例えば、セラミック誘電体２０の第１主面２０ｓからの溝２２の底面２２ｂの深さが電極３０の主面３０ｓより浅い場合、第１の距離ｄ１は、電極３０の溝２２側の端部３０ｅと、溝２２の側面２２ｗと底面２２ｂとがなす交点とを結ぶ直線の距離で定義される。

第２の距離ｄ２は、セラミック誘電体２０の第１主面２０ｓと電極３０の主面３０ｓ（上面）との間の距離である。

また、セラミック誘電体２０の第１主面２０ｓからの溝２２の底面２２ｂの深さが電極３０の主面３０ｓと同じか、もしくは電極３０の主面３０ｓより深い場合、第１の距離ｄ１は、電極３０の溝２２側の端部３０ｅから、電極３０と同じ深さの溝２２の側面２２ｗまでの距離で定義される。

また、伝熱用ガスについては、第１主面２０ｓと被処理基板５０との間の距離を調整し、ガス圧力が分子流領域になるように調整する。この場合、ガス圧力と伝熱用ガスの熱伝達率が比例関係になる。これにより、伝熱用ガスの圧力によって被処理基板５０と静電チャック間の熱伝達率を精度よく制御することができ、被処理基板の温度制御が可能になる。

伝熱用ガスの圧力が分子流領域の場合、溝２２内の放電開始電圧は、パッシェン法則（パッシェン曲線）により規定される。例えば、伝熱用ガスの圧力と第１の距離ｄ１との積における放電開始電圧よりも印加電圧が高い場合、溝２２内で伝熱用ガスの放電が起こる場合がある。

例えば、後述する静電チャック１００のように、溝２２が電極３０上でオーバーラップするように配置されると、第１の距離が第２の距離より小さくなる。このような状態で、溝２２内に伝熱用ガスを導入して、電極３０に高電圧を印加すると、溝２２内で伝熱用ガスの放電が起こる場合がある。この場合、溝２２内が伝熱用ガスの圧力によって導電性を帯び、溝２２と高電圧を印加した電極３０間の絶縁性が保てなくなる場合がある。最終的には、溝２２と電極３０間で絶縁破壊が発生する場合がある。

しかし、本実施の形態では、溝２２が電極３０上で、オーバーラップすることはなく、第１の距離ｄ１を第２の距離ｄ２と同じ、もしくは大きくしている。従って、本実施の形態では、パッシェン法則から外れ、溝２２内に伝熱用ガスを導入しても、溝２２内で伝熱用ガスの放電が起き難くなる。従って、溝２２内は伝熱用ガスの圧力によって導電性を帯びることはなく、溝２２と電極３０間の高い絶縁性が維持される。

また、パッシェン法則における圧力と距離との積が近い場合でも、溝２２と、内部電極である電極３０と、の間の物理的な距離を大きくすることによって、セラミック誘電体の耐電圧強度が向上し、絶縁破壊が抑制される。

さらに、溝２２の底面２２ｂと側面２２ｗとのあいだに連続的な曲面を形成することで、溝２２と電極３０と間の物理的距離がさらに大きくなり、かつ特異点（電界が集中する点）が発生し難くなる。このため、さらに絶縁破壊が抑制される。

また、セラミック誘電体２０の第１主面２０ｓに複数の突起部２１が配置されることにより、伝熱用ガスの圧力が均一になり、セラミック誘電体２０の面内温度分布にもむらが生じ難くなり、被処理基板の面内温度分布が均一になる。

具体的には、セラミック基板１０、セラミック誘電体２０のそれぞれの外径は、３００ｍｍであり、セラミック基板１０およびセラミック誘電体２０の総厚さは、１ｍｍである。セラミック誘電体２０の第１主面２０ｓと電極３０の主面３０ｓとの間の第２の距離ｄ２は、０．３ｍｍである。対向する電極３０間の距離は、３．０ｍｍである。溝２２の幅は、１．０ｍｍである。

溝２２の深さは、０．１ｍｍである。溝２２は、対向する電極３０間の中心に配置されている。溝２２と電極３０の溝２２側の端部３０ｅとの間の第１の距離ｄ１は、（（１ｍｍ）^２＋（０．２ｍｍ）^２）の平方根から、１．０２０ｍｍになる。

また、セラミック誘電体２０の室温における体積抵抗率は、１×１０^１４Ω・ｃｍ以上である。すなわち、静電チャック１は、クーロン型静電チャックである。セラミック基板１０の厚みは、セラミック誘電体２０の厚みよりも厚い。セラミック基板１０の厚みをセラミック誘電体２０の厚みよりも厚くすることにより、セラミック誘電体２０のそりが抑制される。

このように、静電チャック１においては、セラミック誘電体２０の第１主面２０ｓから溝２２の底面２２ｂまでの深さは、第１主面２０ｓから電極３０の主面３０ｓまでの深さと同じか、もしくは小さい。

セラミック誘電体２０の第１主面２０ｓから溝２２の底面２２ｂまでの深さをセラミック誘電体２０の第１主面２０ｓから電極３０の主面３０ｓまでの深さと同じか、もしくは小さくした分、電極３０と溝２２との間の第１の距離ｄ１が長くなり、電極３０と溝２２との間の絶縁性が向上する。

また、溝２２を研削もしくはサンドブラストにより加工する場合、溝２２の深さを浅めに加工するほど、加工負荷の累積値も小さい。従って、溝２２の底面２２ｂにマイクロクラックが発生し難い。これにより、マイクロクラックを通じての電流リークパスが形成され難くなる。

また、静電チャック１においては、第１主面２０ｓから溝２２の底面２２ｂまでの深さは、溝２２の幅よりも小さい。ここで、溝２２の幅とは、溝２２が延在する方向に対して垂直に溝２２を切断した場合の溝の幅をいう。

セラミック誘電体２０の第１主面２０ｓから溝２２の底面２２ｂまでの深さを溝２２の幅より小さくすることにより、溝加工深さを浅くすることができる。これにより、溝２２を研削もしくはサンドブラストにより加工しても、溝深さにばらつきが生じ難くなる。さらに、溝２２内における伝熱用ガスのコンダクタンスがより一定に近くなり、ガス分配速度がより均一になる。

静電チャック１の代表的な構成部品の製造過程を以下に説明する。
セラミック基板１０およびセラミック誘電体２０は、以下の製造過程により形成される。例えば、平均粒子径０．１μｍ、純度９９．９９％以上のアルミナ原料粉末に、アクリル系バインダーを添加した後、スプレードライヤーで粒状にし、顆粒粉を作製する。その後、ＣＩＰ（ラバープレス）またはプレス成形後、所定の形状に加工し、１２５０〜１４５０℃の大気雰囲気下で焼成する。

続いて、ＨＩＰ処理（熱間等方圧加圧）をする。ＨＩＰ条件は、Ａｒガスが１０００気圧以上で、温度は、焼成温度と同じ１２５０〜１４５０℃とする。このような条件の下で、極めて緻密で、且つ構成粒子の平均粒子径が２μｍ以下、２０±３℃において体積抵抗率が１×１０^１４Ω・ｃｍ以上、密度が９９％以上、熱伝導率３０Ｗ／ｍＫ以上、耐電圧２０ｋＶ以上（１ｍｍ厚時）のセラミック基板１０およびセラミック誘電体２０が得られる。さらに、セラミック基板１０およびセラミック誘電体２０をセラミック焼結体とすることで、セラミック誘電体各部の絶縁性が均一となり、静電チャック１の信頼性が向上する。

セラミック基板１０と温調プレート４０とは、シリコーン接着剤によって接着されている。本実施の形態に係るシリコーン接着剤は、２液付加型である。従って、シリコーン接着剤を硬化しても、気体の発生が少ない。また、触媒と加熱によって硬化するため、深部の硬化性に優れている。シリコーン接着剤を室温で硬化できるタイプもあるが、この接着剤は、深部の硬化性が弱く、硬化の際に気体が発生し、ボイド発生の原因となるので好ましくない。さらに、硬化に長時間（７２時間以上）かかるので好ましくない。

本実施の形態に係るシリコーン接着剤は、セラミック製の無定形フィラーを混合分散している。これにより、シリコーン接着剤は、高熱伝導率を有する。また、セラミック基板１０およびセラミック誘電体２０への応力集中を防ぐため、シリコーン接着剤に球形フィラーを混合分散させて、その厚さを一定に保っている。球形フィラーの平均直径は、無定形フィラーの短径の最大値よりも大きくする。

無定形フィラーおよび球形フィラーを混合分散させたシリコーン接着剤をセラミック基板１０および温調プレートの、それぞれの貼り合わせ面に塗布し、真空チャンバに入れ、脱泡処理とともに貼り合せる。

その後、シリコーン接着剤の硬化前にセラミック誘電体と温調プレートを大気中に取出し、ホットプレス機でシリコーン接着剤の厚みを制御しながら仮硬化を行なう。ホットプレス後、はみ出した余分なシリコーン接着剤を除去し、オーブンに入れ、完全に加熱硬化させる。

セラミック基板１０と温調プレート４０とを接着した後、セラミック誘電体２０の第１主面２０ｓを研削し、ラッピングおよびポリッシュ加工等をする。これにより、吸着面の表面粗さが整えられる。その後、フォトレジスト法で、溝２２のパターン以外の部分をマスクし、サンドブラストによって溝２２を規定の深さまで加工する。次いで、フォトレジスト法で、突起部２１およびリング状突起部２４が形成される部分をマスクし、サンドブラストで突起部２１、リング状突起部２４を形成する。

次に、電極３０の平面形状について説明する。
図２は、電極の平面形状の要部図であり、（ａ）は、第１の電極の平面図であり、（ｂ）は、第２の電極の平面図であり、（ｃ）は、第３の電極の平面図である。図２は、静電チャック１をセラミック誘電体２０の第１主面２０ｓに対して垂直の方向からみた図である。

図２（ａ）に示す電極３０は、少なくとも１対の電極を有する。例えば、半円状の２枚の電極３０ａ、３０ｂが対向するように配置されている。静電チャック１の中央に設けられた溝２２は、電極３０ａと電極３０ｂとの間に設けられている。また、電極３０ａ、３０ｂの端部３０ｅは、全ての場所において、溝２２の側面２２ｗから電極３０ａ、３０ｂの内部の方向に向かって引き込まれている。すなわち、静電チャック１をセラミック誘電体２０の第１主面２０ｓと垂直の方向からみた場合、電極３０ａ、３０ｂの端部３０ｅと、溝２２の側面２２ｗとの間には一定の距離が設けられている。

電極３０ａ、３０ｂを１対の双極電極とした場合、双極電極の一方の電極３０ａと他方の電極３０ｂとには、互いに異なる極性の電圧が印加可能である。一方の電極３０ａと、他方の電極３０ｂとは、離間している。ここで溝２２は、一方の電極３０ａと、他方の電極３０ｂとの間に配置されている。

離間した双極電極間に溝２２を配置することにより、上述した第１の距離ｄ１は、電極３０ａ、３０ｂの主面とセラミック誘電体２０の第１主面２０ｓとの間の第２の距離ｄ２と同じか、もしくは大きくすることができる。これにより、電極３０と溝２２との間の絶縁性を、電極３０とセラミック誘電体２０の第１主面２０ｓとの間の絶縁性より高くすることができる。

また、電極（電極要素）３０ａ、３０ｂのそれぞれには、同一の極性の電圧が印加可能である。この場合は、電極３０ａ、３０ｂのそれぞれに、同一の極性の電圧が印加されるので、被処理基板５０をプラズマ処理する場合には、被処理基板５０の面内でのいわゆる電位むらが起き難くなる。

また、図２（ｂ）に示すように、セラミック誘電体２０の外周の位置に、リング状の電極３０ｒを設けてもよい。これにより、被処理基板５０の面内でのいわゆる電位むらがより起き難くなる。

また、図２（ｃ）に示す電極３０は、半円状の２枚の電極３０ａ、３０ｂをさらに２つに分割したものである。ここで、電極３０ａａと電極３０ｂｂの組には、正の極性の電圧を印加し、電極３０ａｂと電極３０ｂａの組には、負の極性の電圧を印加する。あるいは、電極（電極要素）３０ａａ、３０ａｂ、３０ｂａ、３０ｂｂに同一の極性の電圧を印加してもよい。このような電極形状も本実施の形態に含まれる。

なお、電極３０、溝２２の形状は、これらの実施例の形状に限られない。例えば、電極は、櫛歯状、同心円状、アルファベットの「Ｃ」文字状等、任意の形状でもよい。ただし、溝２２については、それぞれの電極間に配置する。

図３（ａ）は、静電チャックの変形例に係る要部断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡで囲んだ部分の拡大図である。図３（ｂ）には、図３（ａ）の中心部付近および周辺が併せて表示されている。
図３に示す静電チャック２においては、その基本構成を静電チャック１と同じとしている。静電チャック２においては、静電チャック２の第１の距離ｄ１について、静電チャック１の第１の距離ｄ１よりも短くしている。ただし、静電チャック２においても、第１の距離ｄ１が第２の距離ｄ２と同じか、もしくは大きい条件は満たされている。

具体的には、セラミック基板１０、セラミック誘電体２０のそれぞれの外径は、３００ｍｍであり、セラミック基板１０およびセラミック誘電体２０の総厚さは、１ｍｍである。セラミック誘電体２０の第１主面と電極３０の主面３０ｓとの間の第２の距離ｄ２は、０．３ｍｍである。対向する電極３０間の距離は、２．０ｍｍである。溝２２の幅は、１．０ｍｍである。また、溝２２の深さは、０．１ｍｍである。溝２２は、対向する電極３０間の中心に配置されている。従って、溝２２と電極３０の溝２２側の端部３０ｅとの間の第１の距離ｄ１は、（０．５ｍｍ）^２＋（０．２ｍｍ）^２の平方根をとり、０．５３９ｍｍになる。

静電チャック２については、セラミック誘電体２０と、セラミック基板１０とを個別に焼結し、これらを貼り合わせて形成する。電極３０は、セラミック誘電体２０側に予め形成され、電極３０を挟むようにセラミック基板１０とセラミック誘電体２０とを一体接着する。従って、電極３０は、セラミック基板１０とセラミック誘電体２０との焼結後に形成されることになる。よって、電極３０については、焼成収縮の影響を受け難く、所望のパターンが得られる。

このような実施の形態でも、静電チャック１と同様の効果が得られる。さらに、静電チャック２の電極３０の面積は、静電チャック１の電極３０の面積よりも大きい分、より高い静電力が得られる。

最後に、比較例としての静電チャック１００を説明する。
図４は、比較例に係る静電チャックの要部断面図である。
静電チャック１００においては、セラミック基板１０、セラミック誘電体２０のそれぞれの外径は、３００ｍｍであり、セラミック基板１０およびセラミック誘電体２０の総厚さは、１ｍｍである。セラミック誘電体２０の第１主面と電極３０の主面３０ｓとの間の第２の距離ｄ２は、０．３ｍｍである。対向する電極３０間の距離は、１．４ｍｍである。溝２２の幅は、１．０ｍｍである。また、溝２２の深さは、０．３ｍｍである。溝２２は、対向する電極３０間の中心に配置されている。従って、溝２２と電極３０の溝２２側の端部３０ｅとの間の第１の距離ｄ１は、０．２ｍｍになる。

静電チャック１００では、電極３０と溝２２との間の第１の距離ｄ１は、電極３０とセラミック誘電体２０の第１主面２０ｓとの間の第２の距離ｄ２よりも小さくなっている。すなわち、静電チャック１００においては、静電チャック１、２に比べ、電極３０の端部３０ｅが溝２２の側面２２ｗに近接した構成になる。従って、電極３０に高電圧を印加すると、電極３０の端部３０ｅと溝２２の側面２２ｗとの間での絶縁破壊が発生する場合がある。

また、セラミック誘電体２０の第１主面２０ｓに設けられた別の溝２５においては、その直下に電極３０が位置している。すなわち、溝２５と電極３０とがオーバーラップしている。このような場合、溝２５の底面２５ｂと電極３０の主面３０ｓとの間で絶縁破壊が発生する場合がある。

これに対し、静電チャック１、２においては、絶縁破壊が起き難い構成になっている。静電チャック１、２においては、温調プレート４０を備え、伝熱用ガスが被処理基板５０と、セラミック誘電体２０の第１主面２０ｓとの間に供給される。従って、静電チャック１、２を用いれば、被処理基板５０の急速な加熱冷却が可能にある。

図５（ａ）は、静電チャックの別の変形例に係る要部断面図であり、図５（ｂ）、図５（ａ）の一部の拡大図である。

静電チャック３においては、溝２２の端部領域に、溝２２の端に向けて溝２２の深さが次第に浅くなる漸浅部２２ｒが設けられている。セラミック誘電体２０の第１主面２０ｓに、被吸着物である被処理基板５０を静電吸着し、溝２２の内部を伝熱用ガスで満たした際に、溝２２の側面２ｗと底面２２ｂとが直線状に交差していると、この交差した箇所が特異点（電界が集中する点）となって、溝２２と電極３０との間で放電破壊が起き易くなってしまう。これに対して、この実施形態のように、溝２２の端部領域に、溝２２の端に向けて溝２２の深さが次第に浅くなる漸浅部２２ｒが設けられていると、溝２２の内部において特異点がなくなり、電界の集中が抑止され、放電破壊が起き難くなる。

例えば、図５には、漸減部２２ｒの一例として、連続的な曲面が示されている。溝２２の内部において、側面２２ｗと底面２２ｂとは、連続的な曲面で交わっている。このような連続的な曲面は、例えば、サンドブラストによって形成することができる。一例として、この曲面の形状がＲ（アール）形状に近似できる場合には、Ｒの寸法（Ｒ寸法）は、溝２２の深さｄ３の０．５倍以上であり、溝２２の幅ｄ４の０．５倍以下であることが望ましい。

Ｒ寸法がｄ３の０．５倍未満では、溝２２に伝熱用ガスを充満したときに、電極３０−溝２２間の特異点（電界が集中する点）が発生しやすく、放電破壊が発生しやすくなる。一方、漸浅部２２ｒのＲ寸法が溝２２の幅ｄ４の０．５倍よりも大きくなると、溝２２の中に漸浅部２２ｒが入りきらず、あるいは、溝２２の中央においても深さが所定の深さｄ３に達しない。溝２２の深さが所定の深さｄ３に達しないと、溝２２のコンダクタンスが低下し、伝熱用ガスの導入と排出とのタクト時間が長くなってしまう。
また、Ｒ寸法については、以下の図６に示す寸法を上限としてもよい。

図６は、静電チャックの溝周辺の断面模式図である。
漸浅部２２ｒの曲面が半径ｒの円弧であると仮定したときに、溝２２の上端縁２２ｅと、溝２２の底面２２ｂの中心２２ｃと、に接する円弧の半径ｒをＲ寸法の上限値とする。

半径ｒの上限値は、（１／２）・ｄ３＋ｄ４^２／（８・ｄ３）で表されるので、
（Ｒ寸法の上限値）≦（１／２）・ｄ３＋ｄ４^２／（８・ｄ３）
としてもよい。

なお、溝２２の幅ｄ４の例としては、０．５ｍｍ〜１ｍｍであり、溝２２の深さｄ３の例としては、０．１ｍｍである。

以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各要素の形状、寸法、材質、配置などは、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。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせたり、複合したりすることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１、２、１００静電チャック
１０セラミック基板
１０ｓ第２主面
２０セラミック誘電体
２０ｓ第１主面
２１突起部
２２、２５溝
２２ｂ、２５ｂ底面
２２ｒ漸浅部
２２ｗ側面
２３貫通孔
２４リング状突起
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｒ電極
３０ｅ端部
３０ｓ主面
４０温調プレート
５０被処理基板
ｄ１第１の距離
ｄ２第２の距離

Claims

セラミック基板と、
前記セラミック基板の上側に設けられ、被処理基板が載置される第１主面を有するセラミック誘電体と、
前記セラミック基板と前記セラミック誘電体との間に設けられた電極と、
を備え、
前記セラミック誘電体の材質は、セラミック焼結体であり、
前記セラミック誘電体の室温における体積抵抗率は、１×１０ ^１４ Ω・ｃｍ以上であり、
前記セラミック誘電体の前記第１主面には、複数の突起部と、ガスを供給する溝と、が設けられ、
前記溝の底面には、前記第１主面とは反対側の前記セラミック基板の第２主面まで貫通する貫通孔が設けられ、
前記電極と前記溝との間の距離は、前記電極と前記第１主面との間の距離と同じか、もしくは大きくされ、
前記電極は、少なくとも１対の双極電極を含み、
前記双極電極の一方の電極と他方の電極とは、互いに異なる極性の電圧を印加可能とされ、
前記一方の電極と、前記他方の電極と、は、離間して配設され、
前記溝は、前記一方の電極と、前記他方の電極と、の間に配設されていることを特徴とする静電チャック。
セラミック基板と、
前記セラミック基板の上側に設けられ、被処理基板が載置される第１主面を有するセラミック誘電体と、
前記セラミック基板と前記セラミック誘電体との間に設けられた電極と、
を備え、
前記セラミック誘電体の材質は、セラミック焼結体であり、
前記セラミック誘電体の室温における体積抵抗率は、１×１０ ^１４ Ω・ｃｍ以上であり、
前記セラミック誘電体の前記第１主面には、複数の突起部と、ガスを供給する溝と、が設けられ、
前記溝の底面には、前記第１主面とは反対側の前記セラミック基板の第２主面まで貫通する貫通孔が設けられ、
前記電極と前記溝との間の距離は、前記電極と前記第１主面との間の距離と同じか、もしくは大きくされ、
前記電極は、複数の電極要素を含み、
前記複数の電極要素のそれぞれには、同一の極性の電圧が印加可能とされ、
前記複数の電極要素のそれぞれは、互いに離間して配設され、
前記溝は、離間した前記複数の電極要素の間に配設されていることを特徴とする静電チャック。
前記第１主面から前記溝の底面までの深さは、前記第１主面から前記電極の主面までの深さと同じか、もしくは小さいこと特徴とする請求項１または２に記載の静電チャック。
前記第１主面から前記溝の底面までの深さは、前記溝の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の静電チャック。
前記溝の端部領域に、前記溝の端に向けて前記溝の深さが次第に浅くなる漸浅部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の静電チャック。
前記セラミック基板の厚みは、前記セラミック誘電体の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の静電チャック。