(57)【要約】  真空吸着機構と静電吸着機構とを備え、真空吸着力の均一性を高めて、被加工物の平坦性を向上させた基板吸着装置及びその製造方法を提供する。  基板吸着装置１は、基盤２と誘電体３と静電吸着機構４と真空吸着機構５とを備える。具体的には、誘電体３を最下位誘電体層３１と中間誘電体層３２と最上位誘電体層３３とで構成し、静電吸着機構４を吸着電極４１，４２と直流電源４３とで構成した。真空吸着機構５は、溝５１及び吸気通路５２と、多孔質の誘電体３と多孔質の吸着電極４１，４２とで構成した。そして、最下位誘電体層３１と中間誘電体層３２と最上位誘電体層３３とをセラミック粒子の溶射で形成し、吸着電極４１，４２をタングステン粒子の溶射で形成した。また、最下位誘電体層３１の平均孔径及び気孔率を最も大きく設定し、最上位誘電体層３３の平均孔径及び気孔率を最も小さく設定した。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基盤と、この基盤上に設けられ且つその表面を被加工物の吸着面とする誘電体と、この誘電体内に設けられた吸着電極と上記被加工物との間の静電気力によって被加工物を上記吸着面に吸着させる静電吸着機構と、上記誘電体の吸着面と上記被加工物との間を負圧にすることによって被加工物を上記吸着面に吸着させる真空吸着機構とを備える基板吸着装置であって、
上記真空吸着機構を、
上記基盤の表面に開口して基盤表面側の気体を吸気するための吸気部と、
溶射により当該基盤の上に形成された多孔質の上記誘電体と、
溶射により当該誘電体内部に形成された多孔質の上記吸着電極とにより構成した、
ことを特徴とする基板吸着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板吸着装置において、
上記基盤の表面に凹設した複数の溝と当該基盤内部に設けた一以上の吸気通路とによって、真空吸着機構の上記吸気部を構成した、
ことを特徴とする基板吸着装置。
【請求項３】
請求項１に記載の基板吸着装置において、
上記基盤を多孔質の素材で形成すると共に、当該基盤の側面及び底面を無孔の部材で気密に覆い、当該基盤の多数の気孔と上記無孔の部材に設けた吸気通路とによって、真空吸着機構の上記吸気部を構成した、
ことを特徴とする基板吸着装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３に記載の基板吸着装置において、
上記誘電体を、上記基盤の上に上記溶射で積層された最下位誘電体層と、この最下位誘電体層の上に上記溶射で積層形成された一以上の中間誘電体層と、上記溶射で最上位に積層形成され且つその表面を上記吸着面とする最上位誘電体層とで構成し、
上記最下位誘電体層の平均孔径及び気孔率を最も大きく設定し、上記最上位誘電体層の平均孔径及び気孔率を最も小さく設定した、
ことを特徴とする基板吸着装置。
【請求項５】
請求項４に記載の基板吸着装置において、
上記最下位誘電体層の気孔の平均孔径及び気孔率を、２０μｍ〜２００μｍ及び２５％〜６０％にそれぞれ設定し、上記一以上の中間誘電体層及び上記吸着電極の気孔の平均孔径及び気孔率を、１０μｍ〜１５０μｍ及び２０％〜５０％にそれぞれ設定し、上記最上位誘電体層の気孔の平均孔径及び気孔率を、５μｍ〜２０μｍ及び５％〜２５％にそれぞれ設定した、
ことを特徴とする基板吸着装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の基板吸着装置において、
上記誘電体は、セラミック粒子の溶射で形成され、
上記吸着電極は、タングステン粒子，モリブデン粒子，又はニッケル−アルミ合金粒子の溶射で形成されている、
ことを特徴とする基板吸着装置。
【請求項７】
表面側の気体を吸気するための吸気部，及び内部から表面に突出した電位供給端子を有する基盤を作成する基盤作成工程と、
平均孔径及び気孔率が最も大きい最下位誘電体層を、上記基盤上に溶射によって積層形成する下層作成工程と、
上記最下位誘電体層よりも平均孔径及び気孔率が小さい吸着電極を、上記最下位誘電体層の上であって上記電位供給端子の先端上に溶射によって積層形成する電極作成工程と、
平均孔径及び気孔率が上記吸着電極の平均孔径及び気孔率とほぼ等しい一以上の中間誘電体層を、上記吸着電極を覆うように上記最下位誘電体層上に溶射によって積層形成する中間層作成工程と、
平均孔径及び気孔率が最も小さく且つその表面を被加工物の吸着面とする最上位誘電体層を、上記一以上の中間誘電体層の上に溶射によって積層形成する上層作成工程と
を具備することを特徴とする基板吸着装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の基板吸着装置の製造方法において、
上記電極作成工程の前段に、上記最下位誘電体層の表面を研削して、上記電位供給端子の先端を当該最下位誘電体層の表面と面一にする研削工程を設けた、
ことを特徴とする基板吸着装置の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の基板吸着装置の製造方法において、
上記最下位誘電体層の気孔の平均孔径及び気孔率が、２０μｍ〜２００μｍ及び２５％〜６０％、上記一以上の中間誘電体層及び上記吸着電極の気孔の平均孔径及び気孔率が、１０μｍ〜１５０μｍ及び２０％〜５０％、上記最上位誘電体層の気孔の平均孔径及び気孔率が、５μｍ〜２０μｍ及び５％〜２５％にそれぞれなるように、各工程に使用する溶射粒子の平均粒径を設定した、
ことを特徴とする基板吸着装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の基板吸着装置の製造方法において、
上記最下位誘電体層，中間誘電体層及び最上位誘電体層を、セラミック粒子の溶射で積層形成し、上記吸着電極を、タングステン粒子，モリブデン粒子，又はニッケル−アルミ合金粒子の溶射で積層形成した、
ことを特徴とする基板吸着装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体製造装置や液晶表示装置におけるウエハや液晶表示用基板等を保持及び搬送するために用いられる基板吸着装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の基板吸着装置には、真空チャック装置と静電チャック装置とがある。
真空チャック装置は、基板とチャック装置間の空気を吸引して、負圧にすることにより、基板を真空吸着する技術である。この装置は、基板全面を強い負圧で吸着するため、反り易い基板に対しても、反りを抑制しながら吸着することができる。しかし、真空チャック装置は、気体が存在しない真空雰囲気中では使用することができない。したがって、プラズマ処理装置、イオン注入装置、イオンドーピング装置、液晶用基板張り合わせ装置、電子ビームやＥＵＶ等の露光装置、ウエハ検査装置等の装置において、真空を利用した装置には、この真空チャック装置を適用することができない。【０００３】
一方、静電チャック装置は、基板と装置との間に働く静電力によって、基板を静電吸着する装置であり、真空雰囲気中でも大気中でも使用することができる。したがって、真空を利用した装置を多く使用する近年の半導体製造技術においては、この静電チャック装置が必要不可欠な装置として位置付けられている。しかし、静電チャック装置では、吸着力がさほど強くなく、基板の反りへの対応が真空チャック装置よりも困難である。【０００４】
そこで、特許文献１〜４に開示されているように、真空吸着機構と静電吸着機構とを備えた基板吸着装置が考案されている。
これらの装置を使用することで、例えば、露光装置等の内部において、反った基板を真空吸着により平面矯正してから静電吸着へ切り替えて、真空雰囲気中における露光等の処理を行うことができる。【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１８１６０号公報
【特許文献２】特開２００３−１０７４８７号公報
【特許文献３】特開２００７−０５３４０５号公報
【特許文献４】特開２００５−１０９３５８号公報
【特許文献５】特開２００４−２９８９７０号公報
【発明の開示】
【０００６】
しかし、上記した従来の基板吸着装置では、次のような問題がある。
近年、基板吸着時における基板の平坦度や吸着力の均一性が高いレベルで要求されてきている。
これは、装置の吸着面と基板裏面との接触圧力を均一にして基板の冷却や装置の恒温性能を高める必要が高くなってきたからである。また、基板上の配線パターンの超微細化が要求されてきていることから、露光装置等において、基板をできる限り平坦にしておく必要があるからである。さらに、シリコン資源のいわゆる「エコ対策」として、シリコンウエハを薄くする方向に業界が動いているからである。現時点において、直径３００ｍｍのウエハの厚さが０．８ｍｍであるが、将来的には、０．２ｍｍ程度まで薄化されると予想されている。この基板薄化の動向はウエハだけでなく、液晶ディスプレイ用基板に関しても同様である。しかし、基板を薄化すると、硬性が低くなって、基板吸着装置の吸着面の影響をもろに受けて、基板が簡単に変形するおそれがあり、より高いレベルの平坦性や吸着均一性が必要となる。
しかしながら、上記した従来の基板吸着装置の真空吸着機構は、複数の孔を装置の吸着面に穿設し、その孔から空気を引いて、基板を真空吸着する構造であるので、基板への吸着力が、孔の周辺で強く且つ孔から離れた箇所では弱く、均一性に欠けていた。このため、薄化した基板等では、孔の部分で基板が凹み、基板の平坦性が損なわれるおそれがあった。
【０００７】
ところで、吸着面を多孔質の素材、例えばセラミックスで形成して、吸着力の均一性を図った真空チャック装置も提案されている（例えば、特許文献５参照）。
しかし、この場合の多孔質の素材は、セラミックス等の粒状体を焼結して形成するため、孔の大きさや分布が均一でなく、バラツキや偏りがある。しかも、焼結で作成するため、孔の大きさや分布を均一にするように制御することができない。このため、気孔率が５〜２５％という平均孔径の小さく且つ孔がほぼ均一に分布する多孔質素材を、実際には作成することができない。実用可能なものとしては、気孔率が３０％以上の多孔質素材しか作成することができない。したがって、このように、平均孔径が大きな多孔質素材を真空吸着機構の吸着面に適用しても、吸着力の均一性を得ることができず、基板の平坦性を確保することはできない。
【０００８】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、真空吸着機構と静電吸着機構とを備え、真空吸着力の均一性を高めて、被加工物の平坦性を向上させた基板吸着装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、基盤と、この基盤上に設けられ且つその表面を被加工物の吸着面とする誘電体と、この誘電体内に設けられた吸着電極と被加工物との間の静電気力によって被加工物を吸着面に吸着させる静電吸着機構と、誘電体の吸着面と被加工物との間を負圧にすることによって被加工物を吸着面に吸着させる真空吸着機構とを備える基板吸着装置であって、真空吸着機構を、基盤の表面に開口して基盤表面側の気体を吸気するための吸気部と、溶射により基盤の上に形成された多孔質の誘電体と、溶射により誘電体内部に形成された多孔質の吸着電極とにより構成した。
かかる構成により、被加工物を誘電体の吸着面上に載置した状態で、真空吸着機構を機能させ、基盤の吸気部から吸気すると、吸着面と被加工物との間の気体が誘電体や吸着電極の気孔を通じて引かれ、吸着面と被加工物との間が負圧になる。このため、反りが平面矯正された状態で、被加工物が吸着面に吸着される。
かかる状態で、真空吸着機構を停止させ、静電吸着機構を機能させると、吸着電極と被加工物との間の静電気力によって被加工物を吸着面に吸着させることができる。この結果、真空雰囲気中においても、被加工物に対して、平面矯正した状態で、所定の処理を行うことができる。
ところで、被加工物が極薄である場合には、真空吸着機構を機能させ、この被加工物を吸着面に吸着させると、被加工物が気孔の部分で凹み、被加工物の裏面に多数の凹凸ができて、平坦性が損なわれるおそれがある。
しかしながら、この発明の基板吸着装置では、真空吸着機構を、基盤表面側の気体を吸気するための吸気部と、溶射により基盤の上に形成された多孔質の誘電体と、溶射により誘電体内部に形成された多孔質の吸着電極とにより構成したので、気孔を誘電体や吸着電極に均一に分布させることができる。しかも、溶射粒子の平均粒径を小さくすることで、平均孔径も小さくすることができる。
したがって、溶射によって、誘電体や吸着電極に均一に分布する気孔の平均孔径を小さく形成し、極薄の被加工物をかかる小径の気孔を有する誘電体の吸着面に載置して、吸着させることで、被加工物の裏面全体が多数の小さな気孔によって均一に吸引される。このため、被加工物が極薄であっても、被加工物が気孔によって凹むことはない。すなわち、被加工物を小径の気孔によって均一に吸着するので、被加工物の平坦性が確保されることとなる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の基板吸着装置において、基盤の表面に凹設した複数の溝と基盤内部に設けた一以上の吸気通路とによって、真空吸着機構の吸気部を構成した。
かかる構成により、気体が誘電体の気孔から複数の溝へと吸引され、吸気通路を通じて外部に排気される。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１に記載の基板吸着装置において、基盤を多孔質の素材で形成すると共に、基盤の側面及び底面を無孔の部材で気密に覆い、基盤の多数の気孔と無孔の部材に設けた吸気通路とによって、真空吸着機構の吸気部を構成した。
かかる構成により、基盤に複雑な加工を施すことなく、所望吸引力の吸気部を形成することができる。その分製造コストの低減化を図ることができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３に記載の基板吸着装置において、誘電体を、基盤の上に溶射で積層された最下位誘電体層と、この最下位誘電体層の上に溶射で積層形成された一以上の中間誘電体層と、溶射で最上位に積層形成され且つその表面を吸着面とする最上位誘電体層とで構成し、最下位誘電体層の平均孔径及び気孔率を最も大きく設定し、最上位誘電体層の平均孔径及び気孔率を最も小さく設定した構成とする。
かかる構成により、平均孔径及び気孔率を、下の最下位誘電体層から上の最上位誘電体層に向かって漸次小さくすることで、スムーズな吸引作用が可能になる。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４に記載の基板吸着装置において、最下位誘電体層の気孔の平均孔径及び気孔率を、２０μｍ〜２００μｍ及び２５％〜６０％にそれぞれ設定し、一以上の中間誘電体層及び吸着電極の気孔の平均孔径及び気孔率を、１０μｍ〜１５０μｍ及び２０％〜５０％にそれぞれ設定し、最上位誘電体層の気孔の平均孔径及び気孔率を、５μｍ〜２０μｍ及び５％〜２５％にそれぞれ設定した構成とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の基板吸着装置において、誘電体は、セラミック粒子の溶射で形成され、吸着電極は、タングステン粒子，モリブデン粒子，又はニッケル−アルミ合金粒子の溶射で形成されている構成とした。
かかる構成により、所望の平均孔径及び気孔率の誘電体及び吸着電極を容易に形成することができる。
【００１５】
請求項７の発明に係る基板吸着装置の製造方法は、表面側の気体を吸気するための吸気部，及び内部から表面に突出した電位供給端子を有する基盤を作成する基盤作成工程と、平均孔径及び気孔率が最も大きい最下位誘電体層を、基盤上に溶射によって積層形成する下層作成工程と、最下位誘電体層よりも平均孔径及び気孔率が小さい吸着電極を、最下位誘電体層の上であって電位供給端子の先端上に溶射によって積層形成する電極作成工程と、平均孔径及び気孔率が吸着電極の平均孔径及び気孔率とほぼ等しい一以上の中間誘電体層を、吸着電極を覆うように最下位誘電体層上に溶射によって積層形成する中間層作成工程と、平均孔径及び気孔率が最も小さく且つその表面を被加工物の吸着面とする最上位誘電体層を、一以上の中間誘電体層の上に溶射によって積層形成する上層作成工程とを具備する構成とした。
かかる構成により、基盤作成工程を実行すると、表面側の気体を吸気するための吸気部と内部から表面に突出した電位供給端子とを有する基盤が作成され、下層作成工程を実行すると、溶射によって、平均孔径及び気孔率が最も大きい最下位誘電体層が、基盤上に積層形成される。しかる後、電極作成工程を実行すると、溶射によって、最下位誘電体層よりも平均孔径及び気孔率が小さい吸着電極が、最下位誘電体層の上であって電位供給端子の先端上に積層形成される。そして、中間層作成工程を実行することで、溶射によって、平均孔径及び気孔率が吸着電極の平均孔径及び気孔率とほぼ等しい一以上の中間誘電体層が、吸着電極を覆うように最下位誘電体層上に積層形成される。しかる後、上層作成工程を実行すると、溶射によって、平均孔径及び気孔率が最も小さく且つその表面を被加工物の吸着面とする最上位誘電体層が、一以上の中間誘電体層の上に積層形成される。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項７に記載の基板吸着装置の製造方法において、電極作成工程の前段に、最下位誘電体層の表面を研削して、電位供給端子の先端を最下位誘電体層の表面と面一にする研削工程を設けた構成とする。
かかる構成により、研削工程が電極作成工程の前に実行され、最下位誘電体層の表面が研削されて、電位供給端子先端が最下位誘電体層の表面と面一にされる。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項７又は請求項８に記載の基板吸着装置の製造方法において、最下位誘電体層の気孔の平均孔径及び気孔率が、２０μｍ〜２００μｍ及び２５％〜６０％、一以上の中間誘電体層及び吸着電極の気孔の平均孔径及び気孔率が、１０μｍ〜１５０μｍ及び２０％〜５０％、上記最上位誘電体層の気孔の平均孔径及び気孔率が、５μｍ〜２０μｍ及び５％〜２５％にそれぞれなるように、各工程に使用する溶射粒子の平均粒径を設定した構成とする。
【００１８】
請求項１０の発明は、請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の基板吸着装置の製造方法において、最下位誘電体層，中間誘電体層及び最上位誘電体層を、セラミック粒子の溶射で積層形成し、吸着電極を、タングステン粒子，モリブデン粒子，又はニッケル−アルミ合金粒子の溶射で積層形成した構成とする。
【００１９】
以上詳しく説明したように、請求項１ないし請求項６の発明に係る基板吸着装置によれば、誘電体の吸着面に形成された小径の気孔によって、被加工物を均一に吸着して平坦性を確保することができるので、真空吸着力の均一性を高めて、被加工物の平坦性を向上させることができるという優れた効果がある。この結果、被加工物の平坦性を、大気及び真空の両雰囲気中で同一に保つことができる。
【００２０】
特に、請求項３の発明によれば、製造コストの低減化を図ることができ、また、請求項４の発明によれば、スムーズな吸引作用を実現することができるという効果がある。
【００２１】
また、請求項６の発明によれば、所望の平均孔径及び気孔率の誘電体及び吸着電極を容易に形成することができるという効果がある。
【００２２】
請求項７ないし請求項１０の発明に係る基板吸着装置の製造方法によれば、溶射によって、最下位誘電体層と吸着電極と中間誘電体層と最上位誘電体層とを基盤上に積層形成し、気孔の平均孔径及び気孔率が、下の最下位誘電体層から上の最上位誘電体層に向かって漸次小さくなるようにしたので、真空吸着力の均一性が高く、被加工物の平坦性を確保することができる基板吸着装置を製造することができる。すなわち、溶射粒子の平均粒径，温度及び噴射速度等を調整することで、各層及び電極の平均孔径や気孔率を容易且つ正確に制御することができるので、所望の真空吸着性を有した基板吸着装置を正確且つ容易に製造することができるという優れた効果がある。
【００２３】
特に、請求項８の発明によれば、電位供給端子先端が最下位誘電体層の表面と面一にされるので、吸着電極を、平坦な状態で、電位供給端子に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の第１実施例に係る基板吸着装置を一部破断して示すの斜視図である。
【図２】基板吸着装置の平面図である。
【図３】図２の基板吸着装置の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図４】基板吸着装置を一部破断して示す平面図である。
【図５】各層における気孔率等を説明するための模式的断面図である。
【図６】基盤作成工程と下層作成工程と研削工程とを示す工程図である。
【図７】電極作成工程と中間層作成工程と上層作成工程とを示す工程図である。
【図８】各層の平均孔径及び気孔率と平均粒径との関係を説明するための概略部分拡大断面図である。
【図９】この基板吸着装置の使用例を示す概略図である。
【図１０】真空吸着作用を模式的に説明するための概略断面図である。
【図１１】この発明の第２実施例に係る基板吸着装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…基板吸着装置、  ２，２′…基盤、  ２ａ…表面、  ３…誘電体、  ３ａ…吸着面、  ４…静電吸着機構、  ５…真空吸着機構、  ６…金属壁、  ２０…冷却水通路、  ２１，２２…挿通孔、  ３１…最下位誘電体層、  ３１ｄ〜３３ｄ…粒子、  ３２…中間誘電体層、  ３３…最上位誘電体層、  ３４…犠牲層、  ３４ａ，３４ｂ…突部、  ４１，４２…吸着電極、  ４３…直流電源、  ４４，４５…電位供給端子、  ４４ａ，４５ａ…先端部、  ４６…スイッチ、  ４７，４８…絶縁ブッシュ、  ５０…吸気ポンプ、  ５１…溝、  ５１ａ…縦溝、  ５１ｂ…横溝、  ５２…吸気通路、  ５６〜５８…気孔、  Ｗ…基板。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、この発明の第１実施例に係る基板吸着装置を一部破断して示すの斜視図であり、図２は、基板吸着装置の平面図であり、図３は、図２の基板吸着装置の矢視Ａ−Ａ断面図であり、図４は、基板吸着装置を一部破断して示す平面図である。
図１に示すように、この実施例の基板吸着装置１は、角形の極薄基板用の基板吸着装置であり、基盤２と誘電体３と静電吸着機構４と真空吸着機構５とを備えている。【００２８】
基盤２の素材としては、アルミナセラミックス，チタン，アルミニュウム及びアルミニュウム合金等を用いることができる。この実施例では、バルクのアルミナセラミックスを角形板状にして、基盤２を形成し、図３に示すように、冷却水通路２０を基盤２内部に設けた。【００２９】
誘電体３は、基盤２上に設けられ、その表面を被加工物としての基板Ｗを吸着する吸着面３ａとする積層体であり、溶射で形成された最下位誘電体層３１と中間誘電体層３２と最上位誘電体層３３とで構成される。これらの層３１〜３３は、後述するように、気孔率の異なるセラミックで形成されている。【００３０】
静電吸着機構４は、基板Ｗを静電気力によって、吸着面３ａに吸着させるための機構であり、誘電体３層内に設けられた吸着電極４１，４２と直流電源４３とで構成されている。
具体的には、吸着電極４１，４２は、タングステンを最下位誘電体層３１上に溶射して形成した矩形状の双極型電極である。これらの吸着電極４１，４２は、電位供給端子４４，４５にそれぞれ接続されており、電位供給端子４４，４５がスイッチ４６を介して直流電源４３の両極に接続されている。【００３１】
真空吸着機構５は、誘電体３の吸着面３ａと基板Ｗとの間を負圧にすることによって、基板Ｗを吸着面３ａに吸着させる機構であり、基盤２表面側の気体を吸気するための吸気部として溝５１及び吸気通路５２と、多孔質の上記誘電体３と多孔質の吸着電極４１，４２とで構成される。【００３２】
溝５１は、図１に示すように、基盤２の表面に凹設されている。溝５１の形状として、同心円，渦巻き状及び格子状等を適用することができるが、この実施例では、格子状の形状を適用した。
具体的には、深さが約１ｍｍで幅が約３ｃｍの４本の縦溝５１ａと深さが約０．５ｍｍで幅が３ｃｍの４本の横溝５１ｂとを格子状に連結して、溝５１を構成した。そして、図３に示すように、吸気通路５２を基盤２内部に設け、吸気通路５２の上端を縦溝５１ａに連通させると共に、下端を吸気ポンプ５０に連結した。【００３３】
多孔質の誘電体３は、上記したように、セラミックス粒子の溶射で基盤２上に形成された最下位誘電体層３１と中間誘電体層３２と最上位誘電体層３３とで成る。
具体的には、最下位誘電体層３１が、溝５１を埋めた状態で基盤２の表面２ａ上に形成され、その厚さが、表面２ａから３００μｍに設定されている。また、最下位誘電体層３１の平均孔径は、最も大きく設定され、４０μｍである。また、気孔率は約３０％程度に設定されている。
そして、吸着電極４１，４２が、この最下位誘電体層３１上にタングステン粒子の溶射で形成されており、その厚さが、２０μｍ〜５０μｍに設定されている。また、吸着電極４１，４２の平均孔径は、最下位誘電体層３１の平均孔径よりも小さく設定され、２０μｍである。また、気孔率は約２０％程度に設定されている。
中間誘電体層３２は、吸着電極４１，４２を覆うように、最下位誘電体層３１上に形成されており、その厚さが、約２５０μｍに設定されている。また、中間誘電体層３２の平均孔径は、吸着電極４１，４２の平均孔径とほぼ等しく設定され、２０μｍである。気孔率も約２０％程度に設定されている。
最上位誘電体層３３は、中間誘電体層３２上に形成されており、その厚さが、５０μｍに設定されている。また、最上位誘電体層３３の平均孔径は、最も小さく設定され、１０μｍである。また、気孔率は約５％程度に設定されている。【００３４】
図５は、各層における気孔率等を説明するための模式的断面図である。
上記したように、最下位誘電体層３１の平均孔径及び気孔率が最も大きく、最上位誘電体層３３の平均孔径及び気孔率が最も小さく、中間誘電体層３２及び吸着電極４１，４２の平均孔径及び気孔率がこれらの中間値に設定されている。
すなわち、各層の気孔を模式的に説明すると、図５に示すように、最も太い気孔５６が、最下位誘電体層３１に均一に所定数設けられ、気孔５６の約１／２程の太さの気孔５７が中間誘電体層３２及び吸着電極４１，４２に均一に上記所定数だけ設けられ、気孔５６の約１／４程の太さの気孔５８が最上位誘電体層３３に均一に上記所定数だけ設けられた状態になっている。これにより、これらの気孔５６〜５８は互いに連通しており、最上位誘電体層３３の吸着面３ａ上の気体が、吸着面３ａに均一に開口したきめ細かい気孔５８から吸気され、気孔５７，５６を通じて図３に示す溝５１内にスムーズに吸引されるようになっている。【００３５】
次いで、基板吸着装置１の製造方法について説明する。
なお、この実施例の製造方法は、この発明の基板吸着装置の製造方法を具体的に実行するものである。
図６は、基盤作成工程と下層作成工程と研削工程とを示す工程図であり、図７は、電極作成工程と中間層作成工程と上層作成工程とを示す工程図である。
基板吸着装置１の製造方法は、基盤作成工程Ｓ１と下層作成工程Ｓ２と研削工程Ｓ３と電極作成工程Ｓ４と中間層作成工程Ｓ５と上層作成工程Ｓ６とを実行することで達成される。【００３６】
基盤作成工程Ｓ１は、基盤２を作成する工程である。
具体的には、図６の（ａ）に示すように、基盤作成工程Ｓ１によって、バルクのアルミナセラミックス製の角形基盤２を形成し、冷却水通路２０と深さが約１ｍｍの縦溝５１ａ及び深さが約０．５ｍｍの横溝５１ｂでなる溝５１とを、この基盤２に設けて、吸気通路５２を縦溝５１ａに連通するように穿設すると共に、挿通孔２１，２２を基盤２のほぼ中央部に穿設する。
しかる後、図６の（ｂ）に示すように、電位供給端子４４，４５を挿通孔２１，２２に挿通させ、その先端部４４ａ，４５ａを基盤２の表面２ａから突出させた状態で、無孔のセラミックス製の絶縁ブッシュ４７，４８を挿通孔２１，２２内に設けることで、基盤作成工程Ｓ１を終了する。【００３７】
次に、下層作成工程Ｓ２を実行する。
下層作成工程Ｓ２は、最下位誘電体層３１を基盤２上に積層形成する工程である。
具体的には、図６の（ｃ）に示すように、純度９９．９％のセラミックス粒子を溶射で溝５１内を十分埋めた後、さらに、セラミックス粒子を、溶射によって、基盤２の表面２ａ上に厚さ３００μｍ程度まで積層して、最下位誘電体層３１を形成する。
溶射方式としては、プラズマ溶射、アーク溶射、レーザ溶射等を適用することができるが、この実施例では、プラズマ溶射を適用した。この際、平均粒径１２０μｍのセラミック粒子を用いて、平均平均孔径が４０μｍで気孔率が約３０％の最下位誘電体層３１を形成した。【００３８】
かかる下層作成工程Ｓ２を終了すると、電位供給端子４４，４５の先端部４４ａ，４５ａによる突部３４ａ，３４ｂが最下位誘電体層３１の表面に現れる。
そこで、研削工程Ｓ３を実行する。
研削工程Ｓ３は、電位供給端子４４，４５の先端を最下位誘電体層３１の表面と面一にする工程である。
具体的には、図６の（ｄ）に示すように、セラミック粒子を最下位誘電体層３１上から溶射して、気孔率が約２０％の犠牲層３４を積層形成する。そして、図６の（ｅ）に示すように、犠牲層３４の上から厚さ１０μｍ〜２０μｍ程度研削して、最下位誘電体層３１の表面３１ｃを平坦にする。これにより、電位供給端子４４，４５の先端部４４ａ，４５ａと最下位誘電体層３１の表面３１ｃとが面一になる。【００３９】
しかる後、電極作成工程Ｓ４を実行する。
電極作成工程Ｓ４は、吸着電極４１，４２を最下位誘電体層３１上に形成する工程である。
具体的には、図７の（ａ）に示すように、タングステン粒子を、最下位誘電体層３１の表面３１ｃに露出した電位供給端子４４，４５上にそれぞれ溶射し、厚さ２０μｍ〜５０μｍの吸着電極４１，４２を、最下位誘電体層３１上に積層形成する。これにより、吸着電極４１が電位供給端子４４に平坦な状態で電気的に接続され、吸着電極４２が電位供給端子４５に平坦な状態で電気的に接続される。
溶射方式は、上記最下位誘電体層３１及び犠牲層３４と同様であるが、平均粒径１００μｍのタングステン粒子を用いて、平均孔径が２０μｍで気孔率が約２０％程度の吸着電極４１，４２を形成した。【００４０】
次に、中間層作成工程Ｓ５を実行する。
中間層作成工程Ｓ５は、中間誘電体層３２を最下位誘電体層３１上に形成する工程である。
具体的には、図７の（ｂ）に示すように、純度９９．９％のセラミックス粒子を、吸着電極４１，４２の上から最下位誘電体層３１の表面３１ｃに溶射し、厚さ約２５０μｍの中間誘電体層３２を、最下位誘電体層３１上の吸着電極４１，４２を覆うように積層形成する。
溶射方式は、上記最下位誘電体層３１及び犠牲層３４と同様であるが、平均粒径１００μｍのセラミック粒子を用いて、平均孔径が２０μｍで気孔率が約２０％程度の中間誘電体層３２を形成した。【００４１】
中間層作成工程Ｓ５を終了した後、上層作成工程Ｓ６を実行する。
上層作成工程Ｓ６は、最上位誘電体層３３を中間誘電体層３２上に形成する工程である。
具体的には、図７の（ｃ）に示すように、純度９９．９％のセラミックス粒子を、中間誘電体層３２の上に溶射して、厚さ５０μｍ程度の最上位誘電体層３３を積層形成する。
溶射方式は、上記最下位誘電体層３１及び中間誘電体層３２と同様であるが、平均粒径５０μｍのセラミック粒子を用いて、平均孔径が１０μｍで気孔率が約５％程度の最上位誘電体層３３を形成した。
しかる後、図７の（ｄ）に示すように、最上位誘電体層３３の吸着面３ａを、研磨機１００によって平坦に研磨することにより、全工程が終了する。【００４２】
図８は、各層の平均孔径及び気孔率と平均粒径との関係を説明するための概略部分拡大断面図である。
上記製造方法では、最下位誘電体層３１，中間誘電体層３２及び吸着電極４１，４２，最上位誘電体層３３の順で平均粒径を小さくして、各層の平均孔径及び気孔率を漸次小さくした。
すなわち、図８に示すように、溝５１内及び基盤２に積層される最下位誘電体層３１の粒子３１ｄを最も大きくして、気孔率を約３０％に設定すると共に、粒子３１ｄ間の隙間で画成される平均孔径を４０μｍに設定した。そして、その上に積層される吸着電極４１，４２及び中間誘電体層３２の粒子３２ｄを粒子３１ｄよりも小さくして、気孔率を約２０％に設定すると共に、粒子３２ｄ間の隙間で画成される平均孔径を２０μｍに設定した。しかる後、最上位に積層される最上位誘電体層３３の粒子３３ｄを最も小さくして、気孔率を約１５％に設定すると共に、粒子３３ｄ間の隙間で画成される平均孔径を１０μｍに設定した。
このように、セラミック粒子を溶射して積層することにより、粒子３１ｄの間隙で画成される最下位誘電体層３１の気孔と、粒子３２ｄの間隙で画成される中間誘電体層３２及び吸着電極４１，４２（図３参照）の気孔と、粒子３３ｄの間隙で画成される最上位誘電体層３３の気孔とが連通する。この結果、図５の模式図で示したように、平均孔径が上層にいくに従って漸次細くなり且つ均一に分布された気孔を有する誘電体３を得ることができる。【００４３】
すなわち、この実施例の製造方法によれば、セラミック粒子の平均粒径，温度及び噴射速度等を調整することで、最下位誘電体層３１，中間誘電体層３２，吸着電極４１，４２及び最上位誘電体層３３の気孔の平均孔径や気孔率を容易且つ正確に制御することができる。したがって、所望の平均孔径及び気孔率を有し且つ気孔が均一分布された誘電体３を形成することで、所望の真空吸着性を有した基板吸着装置を正確且つ容易に製造することができる。【００４４】
次に、この実施例の基板吸着装置１が示す作用及び効果について説明する。
図９は、この基板吸着装置１の使用例を示す概略図であり、図１０は、真空吸着作用を模式的に説明するための概略断面図である。
プラズマエッチング等のように、基板Ｗに対して真空雰囲気中で処理を行う必要がある場合には、図９に示すように、基板Ｗを、チャンバ２００内に取り付けられた基板吸着装置１の吸着面３ａ上に載置し、大気雰囲気中で、真空吸着機構５を機能させる。
すなわち、吸気ポンプ５０を作動させ、吸気通路５２を通じて溝５１内の空気を吸気する。すると、図５及び図８に示したように、誘電体３の粒子３１ｄ〜３３ｄの間隙で画成された気孔５６〜５８を通じて、基板Ｗと吸着面３ａとの間の気体が吸引され、基板Ｗと吸着面３ａとの間が負圧になる。この結果、図９の二点鎖線で示すように、反りやうねりがある極薄の基板Ｗが平面矯正された状態で、吸着面３ａに吸着される。
かかる状態で、真空吸着機構５を停止させ、静電吸着機構４を機能させる。
すなわち、スイッチ４６をオンにして、直流電源４３を吸着電極４１，４２間に印加し、吸着電極４１，４２と基板Ｗとの間に静電気力を発生させ、基板Ｗを吸着面３ａに静電気力で吸着した状態にする。
この状態で、真空ポンプ２０１を用いて、チャンバ２００内の空気を排気することにより、基板Ｗに対して、真空雰囲気下でプラズマエッチング処理等を行うことができる。【００４５】
ところで、基板Ｗが極薄である場合には、真空吸着機構５を機能させ、この基板Ｗを吸着面３ａに吸着させると、気孔の大きさや分布によっては、基板Ｗが気孔の部分で凹んだり、撓んだりするおそれがある。
例えば、図１０の（ａ）に示すように、誘電体３の吸着面３ａに開口する気孔５８の平均孔径が大き過ぎると、基板Ｗが気孔５８に吸い込まれ、気孔５８による多数の凹凸が基板Ｗにできるおそれがある。
また、図１０の（ｂ）に示すように、気孔５８の平均孔径が小さくとも、気孔５８の吸着面３ａ上での分布が例えば左側に偏っていると、基板Ｗの右側部に対する吸引力が不足して、右側部が反り返るおそれがある。
しかし、この実施例の基板吸着装置１では、図１０の（ｃ）に示すように、平均孔径の小さな多数の気孔５８を吸着面３ａ上に均一に分布させた構成になっているので、基板Ｗが、気孔５８内に凹んだり、反り返ったりすることなく、吸着面３ａ上に均一に吸着される。  すなわち、基板Ｗが小径の多数の気孔５８によって均一に吸着されるので、基板Ｗの平坦性が確保される。
【実施例２】
【００４６】
次に、この発明の第２実施例について説明する。
図１１は、この発明の第２実施例に係る基板吸着装置を示す断面図である。
この実施例は、基盤も多孔質の素材で形成した点が、上記第１実施例と異なる。
具体的には、基盤２′を気孔率が約３０％〜５０％のセラミックスによって形成し、この基盤２′の側面及び底面をアルミニュウムやチタン等で形成した無孔金属壁６で気密に覆った。そして、吸気通路５２を金属壁６の底部に取り付けて、基盤２′の気孔と連通させた。
これにより、基盤２′の多数の気孔と吸気通路５２とによって、吸気部が形成される。【００４７】
かかる構成により、真空吸着機構５を機能させることで、誘電体３の気孔を通じて吸引した気体を、基盤２′の多数の気孔と吸気通路５２とを通じて外部に排気することができる。
この実施例によれば、溝５１等の複雑な加工を基盤に施すことなく、所望吸引力の吸気部を形成することができるので、その分製造コストの低減化を図ることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。【００４８】
なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施例では、吸着電極として、双極型の吸着電極４１，４２を適用したが、これに限らず、単極型の吸着電極を適用しても良いことは勿論である。
また、上記実施例では、セラミックス粒子を溶射して、誘電体３を積層形成した例を示したが、溶射の素材としては、セラミックスに限定されるものでなく、例えば、ガラス、樹脂の粒子を溶射して、誘電体３を積層形成することもできる。
上記実施例では、最下位誘電体層３１の平均孔径を４０μｍに設定し、吸着電極４１，４２及び中間誘電体層３２の平均孔径を２０μｍに設定し、最上位誘電体層３３の平均孔径を１０μｍに設定したが、これに限定されるものでなく、最下位誘電体層３１の平均孔径は、２０μｍ〜２００μｍの範囲で、中間誘電体層３２及び上記吸着電極４１，４２の平均孔径は、１０μｍ〜１５０μｍの範囲で、最上位誘電体層３３の平均孔径は５μｍ〜２０μｍの範囲でそれぞれ設定可能である。
また、上記実施例では、吸着電極として、タングステン粒子を溶射で積層形成した吸着電極４１，４２を例示したが、吸着電極は、これに限定されるものでなく、モリブデン粒子，又はニッケル−アルミ合金粒子の溶射で形成することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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