(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物を載置する第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、を有し、多結晶セラミック焼結体であるセラミック誘電体基板と、
前記セラミック誘電体基板の前記第１主面と前記第２主面との間に介設され、前記セラミック誘電体基板に一体焼結された電極層と、
を備え、
前記セラミック誘電体基板は、前記電極層と前記第１主面との間の第１誘電層と、前記電極層と前記第２主面との間の第２誘電層と、を有し、
前記電極層は、導電性を有する第１部分と、前記第１誘電層と前記第２誘電層とを結合する第２部分と、を有し、
前記第２部分に含まれる結晶の平均粒径は、前記セラミック誘電体基板に含まれる結晶の平均粒径よりも小さく、
前記第１誘電層に含まれる結晶は、前記第２部分に含まれる結晶と同種であり前記第２部分に含まれる結晶と直接結合され、
前記第２誘電層に含まれる結晶は、前記第２部分に含まれる結晶と同種であり前記第２部分に含まれる結晶と直接結合されたことを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記第２部分は、前記第１主面と非平行な方向に延在する部分を有することを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】
前記セラミック誘電体基板に含まれる結晶の粒子と、前記第２部分に含まれる結晶の粒子とは、互いに固相焼結または液相焼結により結合していることを特徴とする請求項２記載の静電チャック。
【請求項４】
前記セラミック誘電体基板に含まれる結晶の粒子どうしは固相焼結または液相焼結により互いに結合したことを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項５】
前記第１部分は、前記第２部分と直接結合したことを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項６】
前記セラミック誘電体基板の純度は、９９．９重量パーセント以上である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。
【請求項７】
前記第１誘電層の厚さは、１００マイクロメートル以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の静電チャック。
【請求項８】
前記電極層の厚さは、１５マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の静電チャック。
【請求項９】
前記第２部分に含まれる結晶の平均粒径は、前記電極層の厚さの１／２以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の静電チャック。
【請求項１０】
前記セラミック誘電体基板に含まれる結晶の材料はＡＬ２Ｏ３である請求項１〜９のいずれか１つに記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は、静電チャックに関し、具体的には、吸着保持される処理対象物を所望の温度に維持することができる静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチング、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタリング、イオン注入、アッシングなどを行うプラズマ処理チャンバ内では、半導体ウェーハやガラス基板などの処理対象物を吸着保持する手段として、静電チャックが用いられている。
【０００３】
静電チャックの作製方法には、板状のセラミック誘電体の基板を焼成し、その片面に電極をＣＶＤやスパッタ等で形成する方法（単板構造）と、セラミックのグリーンシートをシート成形法で作製し、電極を印刷したグリーンシートの上下に複数枚のグリーンシートを積層して作製する方法（内部電極構造）がある。静電チャックにおいて、十分な吸着力と高耐電圧とを確保する観点からは、内部電極構造が適している。
【０００４】
ところで、プラズマ処理を行った後のチャンバ内面には、半導体ウェーハや塗膜からの残渣及び生成物が付着している。そしてプラズマ処理を繰り返してゆくと、残渣及び生成物が次第に堆積し、やがてチャンバ内面から剥離して半導体ウェーハやガラス基板などの処理対象物の表面に付着して、製造歩留りを低下させる原因となる。
【０００５】
そこで、従来から定期的にチャンバ内をプラズマによってクリーニングし、チャンバ内面に付着した残渣及び生成物を除去するようにしている。この際、静電チャックの表面をダミーウェーハで覆わずに処理を行う、いわゆるウェーハレスプラズマクリーニングを行うことがある。ウェーハレスプラズマクリーニングでは、クリーニングの際に静電チャックの表面が直接Ｏ２ガスやＣＦ４ガスなどのクリーニングプラズマに曝される。
【０００６】
静電チャックにおいては、ウェーハレスプラズマクリーニングを実施した場合、セラミック表面粒子の脱離及び粒界の浸食が発生し、表面粗さが大きくなる。これにより、静電吸着力の低下、シールリングのガス漏れ量の増大、半導体ウェーハとの固体接触界面の熱伝達率の低下などの不具合が発生し、短期間で静電チャックを交換しなければならなくなる。
【０００７】
そこで、ハロゲンガス等のプラズマ照射による表面粗さの変化を抑える方法として、誘電体に高純度アルミナを用いた内部電極構造の静電チャックの製造方法が特許文献１に開示されている。
【０００８】
特許文献１では、純度９９．５％のアルミナ粉末を用いたグリーンシートに、Ｗ、Ｍｏ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ等の粉末を含むペーストを塗布して導体として用いることが開示されている。
【０００９】
また、特許文献２では、純度９９．９％以上のアルミナ粉末を用いたグリーンシートに、Ｐｄ単体、または４０重量％以下のＡｇを含むＰｄからなる導体を塗布して内部電極とした静電チャックの構造が開示されている。
【００１０】
しかしながら、高純度アルミナのグリーンシートを用いて、内部電極構造の静電チャックを作製する場合、内部電極層とその上下の高純度アルミナ層との密着性が弱く、加工中に高純度アルミナ層と内部電極層との界面で剥離が生じやすい。そこで、密着性を強くするために、内部電極層にアルミナを共材として添加する方法があるが、その場合はアルミナを添加することで内部電極の導電性が低下してしまうという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−２７９３４９号公報
【特許文献２】特開平８−１１９７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、内部電極層とセラミック誘電体基板との密着性の向上と、内部電極層の導通性の向上とを図ることができる静電チャックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の発明は、処理対象物を載置する第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、を有し、多結晶セラミック焼結体であるセラミック誘電体基板と、前記セラミック誘電体基板の前記第１主面と前記第２主面との間に介設され、前記セラミック誘電体基板に一体焼結された電極層と、を備え、前記セラミック誘電体基板は、前記電極層と前記第１主面との間の第１誘電層と、前記電極層と前記第２主面との間の第２誘電層と、を有し、前記電極層は、導電性を有する第１部分と、前記第１誘電層と前記第２誘電層とを結合する第２部分と、を有し、前記第２部分に含まれる結晶の平均粒径は、前記セラミック誘電体基板に含まれる結晶の平均粒径よりも小さく、前記第１誘電層に含まれる結晶は、前記第２部分に含まれる結晶と同種であり前記第２部分に含まれる結晶と直接結合され、前記第２誘電層に含まれる結晶は、前記第２部分に含まれる結晶と同種であり前記第２部分に含まれる結晶と直接結合されたことを特徴とする静電チャックである。
【００１４】
この静電チャックによれば、第２部分に含まれる結晶の平均粒径が、セラミック誘電体基板に含まれる結晶の平均粒径よりも小さいため、第１誘電層と第２誘電層とを第２部分によって連結しやすくなる。また、第２部分は第１部分による導電性のネットワークを阻害しない。これらにより、電極層の導電性の確保と、電極層とセラミック誘電体基板との確実な結合とを図ることができる。  
また、この静電チャックによれば、第２部分を介して第１誘電層と第２誘電層との密着焼結性が高まる。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、前記第２部分は、前記第１主面と非平行な方向に延在する部分を有することを特徴とする静電チャックである。
【００１６】
この静電チャックによれば、電極層の中で第１部分と第２部分とが３次元網目のようなネットワークを形成しているので、電極層の導電性の確保と、電極層とセラミック誘電体基板との確実な結合とを図ることができる。
【００１７】
第３の発明は、第２の発明において、前記セラミック誘電体基板に含まれる結晶の粒子と、前記第２部分に含まれる結晶の粒子とは、互いに固相焼結または液相焼結により結合していることを特徴とする静電チャックである。
【００１８】
この静電チャックによれば、セラミック誘電体基板にガラスなどの不純物が拡散せず、セラミック誘電体基板のプラズマ耐久性を確保することができる。
【００１９】
第４の発明は、第１の発明において、前記セラミック誘電体基板に含まれる結晶の粒子どうしは固相焼結または液相焼結により互いに結合したことを特徴とする静電チャックである。
【００２０】
この静電チャックによれば、セラミック誘電体基板にガラスなどの不純物が拡散せず、セラミック誘電体基板のプラズマ耐久性を確保することができる。
【００２１】
第５の発明は、第１の発明において、前記第１部分が、前記第２部分と直接結合したことを特徴とする静電チャックである。
【００２２】
この静電チャックによれば、セラミック誘電体基板にガラスなどの不純物が拡散せず、セラミック誘電体基板のプラズマ耐久性を確保することができる。
【００２３】
第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記セラミック誘電体基板の純度が、９９．９重量パーセント（％）以上であることを特徴とする静電チャックである。
【００２４】
この静電チャックによれば、セラミック誘電体基板にガラスなどの不純物が拡散せず、セラミック誘電体基板のプラズマ耐久性を確保することができる。
【００２７】
第７の発明は、第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記第１誘電層の厚さが、１００マイクロメートル（μｍ）以上であることを特徴とする静電チャックである。
【００２８】
この静電チャックによれば、第１誘電層の厚さが１００μｍ以上あるため、十分な絶縁耐圧を維持することができる。
【００２９】
第８の発明は、第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記電極層の厚さが、１５μｍ以下であることを特徴とする静電チャックである。
【００３０】
この静電チャックによれば、電極層への応力集中の緩和と、電極層がセラミック誘電体基板から剥離することの防止とを図ることができる。
【００３１】
第９の発明は、第１〜第８のいずれか１つの発明において、前記第２部分に含まれる結晶の平均粒径が、前記電極層の厚さの１／２以下であることを特徴とする静電チャックである。
【００３２】
この静電チャックによれば、電極層の中に第２部分の誘電体粒子が入り込むことで電極層とセラミック誘電体基板との密着性を向上でき、かつ第１部分による十分な導通性も確保することができる。
【００３３】
第１０の発明は、第１〜第９のいずれか１つの発明において、前記セラミック誘電体基板に含まれる結晶の材料はＡＬ２Ｏ３であることを特徴とする静電チャックである。
【００３４】
この静電チャックによれば、十分なプラズマ耐久性を有する高純度セラミック焼結体を作製することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の態様によれば、内部電極層とセラミック誘電体基板との密着性の向上と、内部電極層の導通性の向上とを図ることができる静電チャックが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態に係る静電チャックの構成を例示する模式的断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、電極層の構成を例示する模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は静電チャックの表面を例示する図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第２部分の作用について説明する図である。
【図５】電極層を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００３８】
図１は、本実施形態に係る静電チャックの構成を例示する模式的断面図である。
図２（ａ）及び（ｂ）は、電極層の構成を例示する模式的断面図である。
図２（ａ）には、電極層部分を拡大した模式的断面図が表され、図２（ｂ）には、（ａ）に示すＡ部の断面ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像が表されている。
図１に表したように、本実施形態に係る静電チャック１１０は、セラミック誘電体基板１１と、電極層１２と、を備える。
【００３９】
セラミック誘電体基板１１は、例えば多結晶セラミック焼結体による平板状の基材であり、半導体ウェーハ等の処理対象物Ｗを載置する第１主面１１ａと、この第１主面１１ａとは反対側の第２主面１１ｂと、を有する。
【００４０】
電極層１２は、セラミック誘電体基板１１の第１主面１１ａと、第２主面１１ｂと、の間に介設されている。すなわち、電極層１２は、セラミック誘電体基板１１の中に挿入されるように形成される。電極層１２は、セラミック誘電体基板１１に一体焼結されている。静電チャック用基板１００は、セラミック誘電体基板１１と、セラミック誘電体基板１１に設けられた電極層１２と、を含む板状の構造物である。
【００４１】
静電チャック１１０は、この電極層１２に吸着保持用電圧８０を印加することによって、電極層１２の第１主面１１ａ側に電荷を発生させ、静電力によって処理対象物Ｗを吸着保持する。
【００４２】
ここで、本実施形態の説明においては、第１主面１１ａと第２主面１１ｂとを結ぶ方向をＺ方向、Ｚ方向と直交する方向の１つをＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向に直交する方向をＹ方向ということにする。
【００４３】
セラミック誘電体基板１１は、電極層１２と第１主面１１ａとの間の第１誘電層１１１と、電極層１２と第２主面１１ｂとの間の第２誘電層１１２と、を有する。
【００４４】
電極層１２は、セラミック誘電体基板１１の第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂに沿って設けられている。電極層１２は、処理対象物Ｗを吸着保持するための吸着電極である。電極層１２は、単極型でも双極型でもよい。また、三極型やその他の多極型であってもよい。電極層１２の数や配置は適宜選択される。図１に表した電極層１２は双極型であり、同一面上に２極の電極層１２が設けられている。
【００４５】
図２（ａ）及び（ｂ）に表したように、電極層１２は、第１部分１２１と、第２部分１２２と、を有する。第１部分１２１は導電性を有する。第２部分１２２は、第１誘電層１１１と第２誘電層１１２とを結合する部分を有する。
【００４６】
第２部分１２２に含まれる結晶の平均粒径は、セラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の平均粒径よりも小さい。第２部分１２２に含まれる結晶の平均粒径が、セラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の平均粒径よりも小さいと、第１誘電層１１１と第２誘電層１１２とを第２部分１２２によって連結しやすくなる。
【００４７】
また、第２部分１２２に含まれる結晶の平均粒径が、セラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の平均粒径よりも小さいと、第２部分１２２によって第１部分１２１による導電性のネットワークを阻害しに難くなる。すなわち、第２部分１２２に含まれる結晶の平均粒径が大きいほど、第２部分１２２の結晶によって第１部分１２１が分断されやすくなる。一方、第２部分１２２に含まれる結晶の平均粒径が小さいと、第１部分１２１の連続性が十分に保たれ、第１部分１２１による導電性のネットワークを確保しやすくなる。
【００４８】
第２部分１２２に含まれる結晶の平均粒径を、セラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の平均粒径よりも小さくすることにより、電極層１２の導電性の確保と、電極層とセラミック誘電体基板との確実な結合とを図ることができるようになる。
【００４９】
ここで、静電チャック１１０の具体的な構成例について説明する。
図１に表したように、静電チャック１１０は、ベースプレート５０の上に取り付けられている。ベースプレート５０は、静電チャック１１０の取り付け基準になる。静電チャック１１０をベースプレート５０に取り付けるには、シリコーン等の耐熱性樹脂、インジウム接合及びろう付などが用いられる。
【００５０】
ベースプレート５０は、例えば、アルミニウム製の上部５０ａと下部５０ｂとに分けられており、上部５０ａと下部５０ｂとの間に連通路５５が設けられている。連通路５５は、一端側が入力路５１に接続され、他端側が出力路５２に接続される。
【００５１】
ベースプレート５０は、静電チャック１１０の温度調整を行う役目を果たす。例えば、静電チャック１１０を冷却する場合には、入力路５１から冷却媒体を流入し、連通路５５を通過させ、出力路５２から流出させる。これにより、冷却媒体によってベースプレート５０の熱を吸収し、その上に取り付けられた静電チャック１１０を冷却することができる。
【００５２】
一方、静電チャック１１０を保温する場合には、連通路５５内に保温媒体を入れることも可能である。または、静電チャック１１０やベースプレート５０に発熱体を内蔵させることも可能である。このように、ベースプレート５０を介して静電チャック１１０の温度が調整されると、静電チャック１１０で吸着保持される処理対象物Ｗの温度を容易に調整することができる。
【００５３】
また、セラミック誘電体基板１１の第１主面１１ａ側には、必要に応じて凸部１３が設けられており、凸部１３の間に溝１４が設けられている。この溝１４は連通していて、静電チャック１１０に搭載された処理対象物Ｗの裏面と溝１４との間に空間が形成される。
【００５４】
溝１４には、ベースプレート５０及びセラミック誘電体基板１１を貫通する導入路５３が接続されている。処理対象物Ｗを吸着保持した状態で導入路５３からヘリウム（Ｈｅ）等の伝達ガスを導入すると、処理対象物Ｗと溝１４との間に設けられた空間に伝達ガスが流れ、処理対象物Ｗを伝達ガスによって直接冷却することができるようになる。
【００５５】
ここで、凸部１３の高さ（溝１４の深さ）、凸部１３及び溝１４の面積比率、形状等を適宜選択することで、処理対象物Ｗの温度や処理対象物Ｗに付着するパーティクルを好ましい状態にコントロールすることができる。
【００５６】
セラミック誘電体基板１１の第２主面１１ｂには接続部２０が設けられる。接続部２０の位置と対応するベースプレート５０の上部５０ａにはコンタクト電極６１が設けられている。したがって、静電チャック１１０をベースプレート５０の上部５０ａに取り付けると、コンタクト電極６１が接続部２０と接触し、これによりコンタクト電極６１と電極層１２とが、接続部２０を介して電気的に導通することになる。
【００５７】
コンタクト電極６１には、例えば可動式プローブが用いられている。これにより、コンタクト電極６１と接続部２０との確実な接触と、コンタクト電極６１が接触することによる接続部２０へのダメージを最小限に抑制している。なお、コンタクト電極６１は、上記に限定されず、接続部２０と単に接触するだけの構成や、接続部２０と嵌合または螺合によって接続されるものなど、どのような形態であってもよい。
【００５８】
次に、セラミック誘電体基板１１について具体的に説明する。
セラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の材料は、例えばＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３及びＹＡＧのいずれかである。この材料を用いることで、セラミック誘電体基板１１における絶縁耐性及び耐プラズマ浸食性を高めることができる。プラズマ耐久性の観点から、セラミック誘電体基板１１の材料としてはＡｌ２Ｏ３を用いることが望ましい。
【００５９】
セラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の粒子どうしは固相焼結または液相焼結により互いに結合していることが望ましい。すなわち、結晶間に焼結助剤を含めることなく結晶の粒子どうしが結合している状態である。焼結助剤を用いないことで、セラミック誘電体基板１１にガラスなどの不純物が拡散せず、セラミック誘電体基板１１の十分なプラズマ耐久性が確保される。
【００６０】
セラミック誘電体基板１１の純度は、９９．９重量％以上であることが望ましい。セラミック誘電体基板１１に含まれる不純物を少なくすれば、セラミック誘電体基板１１にガラスなどの不純物が拡散せず、セラミック誘電体基板１１の十分なプラズマ耐久性が確保される。
【００６１】
セラミック誘電体基板１１のうち第１誘電層１１１の厚さは１００μｍ以上である。第１誘電層１１１の厚さが１００μｍ以上あると、静電チャック１１０における十分な絶縁耐圧を維持することができる。第１誘電層厚みは吸着力に大きく影響し、処理対象物の温度を所望の温度にするために、適宜設定することができる。実施形態では、第１誘電層１１１の厚さは、例えば１００μｍから１０００μｍ、より好ましくは１００μｍから５００μｍに設定することができる。
【００６２】
セラミック誘電体基板１１のうち第２誘電層１１２の厚さも同様に適宜設定できる。セラミック誘電体基板１１に電極層１２を設けた静電チャック用基板１００の全体の厚さは、セラミック誘電体基板１１の機械的強度、冷却性、加熱性、信頼性および歩留まりなどを考慮して、例えば約０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。静電チャック用基板１００の全体の厚さは、好ましくは約０．５ｍｍ〜７ｍｍ程度である。静電チャック用基板１００の全体の厚さは、さらに好ましくは約０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度である。
【００６３】
本発明者の得た知見によれば、相対的に薄いセラミック誘電体基板１１よりも、相対的に厚いセラミック誘電体基板１１において、本実施形態の優位性は大きくなる。セラミック誘電体基板１１が赤外線を透過する効果により、セラミック誘電体基板１１において生ずる温度差を小さくすることができる。これにより、相対的に厚いセラミック誘電体基板１１の冷却特性は、相対的に薄いセラミック誘電体基板１１の冷却特性よりも優れている。相対的に厚いセラミック誘電体基板１１の加熱特性は、相対的に薄いセラミック誘電体基板１１の加熱特性よりも優れている。
【００６４】
例えば、処理対象物Ｗの温度を昇温するヒータ（図示せず）が設けられる場合がある。この場合において、ヒータは、例えば第２誘電層１１２に内蔵される。あるいは、ヒータは、第２主面１１ｂと同じ位置に設けられてもよいし、ベースプレート５０に内蔵されてもよい。  
セラミック誘電体基板１１の厚さが厚くなると、第２誘電層１１２の厚さが厚くなる。すると、電極層１２とヒータとの間の距離が遠くなる。これによれば、電極層１２からヒータまでの絶縁距離をより長く確保することができ、静電チャック１１０の信頼性を向上させることができる。
【００６５】
後述するように、静電チャック１１０の製造方法の一例として、シート成形が挙げられる。例えば、シートの積層枚数を変更することで、セラミック誘電体基板１１の厚みを調整することができる。例えば、焼成体の厚さを厚くすると、焼成体の荷重が増加する。本発明者が得た知見によれば、焼成体の荷重が増加すると、焼成体の反りが低減する。これにより、第１誘電層１１１および第２誘電層１１２の厚さと誘電層厚みとが略均一となる。すると、静電チャック１１０が発生する吸着力も均一となり、半導体ウェーハ等の処理対象物Ｗの温度が略均一となる。
【００６６】
なお、セラミック誘電体基板１１の材料としてＹ２Ｏ３またはＹＡＧを用いた場合、厚さ１ｍｍ換算での赤外線の透過率は約２０％以上約９０％以下である。  
セラミック誘電体基板１１の材料としてＡｌ２Ｏ３を用いた場合、厚さ１ｍｍ換算での赤外線の透過率は約２０％以上９０％以下である。より好ましくは、セラミック誘電体基板１１の材料としてＡｌ２Ｏ３を用いた場合、厚さ１ｍｍ換算での赤外線の透過率は３０％よりも大きく９０％以下である。本発明者の得た知見によれば、セラミック誘電体基板１１の材料としてＡｌ２Ｏ３を用いた場合において、厚さ１ｍｍ換算での赤外線の透過率が３０％よりも大きく９０％以下のセラミック誘電体基板１１を作製することができる。
【００６７】
セラミック誘電体基板１１の第１誘電層１１１に異物が含まれると、第１誘電層１１１の上に載置した処理対象物Ｗであるウェーハの温度が上昇することがある。  
本発明者の得た知見によれば、セラミック誘電体基板１１の第１誘電層１１１に含まれる異物の外径（ｍｍ）が３ｍｍ以下であれば、ウェーハの温度上昇を５℃以下に抑制することができる。あるいは、外径が０．０５ｍｍ以上の異物を実体顕微鏡により確認することができることを考慮すると、異物の外径が０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であれば、ウェーハの温度上昇を５℃以下に抑制することができる。
【００６８】
また、本発明者の得た知見によれば、セラミック誘電体基板１１をＺ方向にみた場合の面積に対する異物の面積の比率（％）が０．１６％以下であればウェーハの温度上昇を５℃以下に抑制することができる。あるいは、外径が０．１ｍｍ以上の異物を想定すると、異物の面積の比率が０．００２％以上０．１６％以下であればウェーハの温度上昇を５℃以下に抑制することができる。
【００６９】
次に、電極層１２について具体的に説明する。
【００７０】
図２（ａ）に表したように、電極層１２は、セラミック誘電体基板１１の第１誘電層１１１と第２誘電層１１２との間に設けられる。電極層１２は、セラミック誘電体基板１１と一体焼結されている。
【００７１】
図２（ｂ）に表したように、第１部分１２１は、金属材料を含む。金属材料としては、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）などが挙げられる。本実施形態では、第１部分１２１の材料としてＰｄが用いられる。
【００７２】
第１部分１２１は、金属材料の粒子どうしが密着して連続した領域を有する。図２（ｂ）に表した断面ＳＥＭ画像では、第１部分１２１として複数の領域が現れているが、各領域はいずれかの場所で連結している。したがって、電極層１２に電圧を印加した状態では第１部分１２１の各領域は同電位になる。
【００７３】
電極層１２のＸＹ面に沿った断面において、第２部分１２２の占有率は、１２面積％以上６５面積％以下、好ましくは１５面積％以上５８面積％以下、さらに好ましくは１８面積％以上４９面積％以下である。
【００７４】
また、電極層１２のＺＸ面に沿った断面において、第１部分１２１の第２部分１２２に対する占有率は、３０面積％以上９０面積％以下、好ましくは４０面積％以上８０面積％以下、さらに好ましくは４２面積％以上７３面積％以下である。
【００７５】
電極層１２の第２部分１２２に含まれる結晶の平均粒径は、セラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の平均粒径よりも小さい。
【００７６】
平均粒径は、例えば、ＳＥＭ画像から導くことができる。  
図３（ａ）及び（ｂ）は静電チャックの表面を例示する図である。
図３（ａ）は、電極層１２の表面におけるＳＥＭ画像であり、図３（ｂ）は、セラミック誘電体基板１１の表面（第１主面１１ａ）におけるＳＥＭ画像である。
【００７７】
ここで、平均粒径は、例えば以下の方法で算出される。すなわち、粒界が判定できるように、破断やサーマルエッチング等の加工を施したセラミック誘電体基板１１を用意し、５０００倍のＳＥＭ写真で複数箇所の測定を行う。１つの測定箇所については、粒界を楕円近似したときの長径を粒径とする。そして、該粒径を１００個測定した平均値を平均粒径とする。
図３（ａ）に表したＳＥＭ画像に基づき、電極層１２の第２部分１２２に含まれる結晶の粒子１００個の平均粒径を測定すると、約１．０μｍになる。一方、図３（ｂ）に表したＳＥＭ画像に基づき、セラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の粒子１００個の平均粒径を測定すると、約１．７μｍになる。
【００７８】
電極層１２内においては、第１部分１２１と第２部分１２２とが３次元網目のようなネットワークを形成している。第１部分１２１によるネットワークは、導電性のネットワークになる。
【００７９】
第２部分１２２に含まれる結晶の平均粒径がセラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の平均粒径以上であると、第１部分１２１による導電性のネットワークが阻害されやすくなる。一方、第２部分１２２に含まれる結晶の平均粒径をセラミック誘電体基板１１に含まれる結晶の平均粒径よりも小さくすると、第１部分１２１による導電性のネットワークを阻害し難くなる。
【００８０】
さらに、第１部分１２１の隙間に第２部分１２２が入り込んだ際、第２部分１２２によって第１誘電層１１１と第２誘電層１１２との間を連結しやすくなる。したがって、電極層１２の導電性の確保と、電極層１２とセラミック誘電体基板１１との密着性向上とを両立することができる。
【００８１】
第２部分１２２は、第１誘電層１１１と第２誘電層１１２とを繋ぐように設けられる。第２部分１２２は、第１主面１１ａに沿った方向（Ｘ−Ｙ平面に沿った方向）と非平行な方向に延在する部分１２２ａを有する。部分１２２ａは、第１導電層１１１と第２導電層１１２とを結合する。
【００８２】
第２部分１２２は、第１部分１２１における金属材料の粒子間に埋め込まれるように設けられる。すなわち、第１部分１２１は、例えば蟻の巣状に設けられる。第２部分１２２は、第１部分１２１の隙間に入り込むように設けられる。第２部分１２２は、第１部分１２１の金属粒子に囲まれる部分１２２ｂと、第１部分１２１をＺ方向に貫通するように延在する部分１２２ａと、を有する。
【００８３】
第２部分１２２は、第１誘電層１１１と第２誘電層１１２とを機械的に結合する。すなわち、第２部分１２２のうち部分１２２ａは、第１誘電層１１１及び第２誘電層１１２と一体的に焼結されている。部分１２２ａは、第１誘電層１１１と第２誘電層１１２とを連結する機能を有する。これにより、電極層１２とセラミック誘電体基板１１との機械的な密着性を高めることができる。
【００８４】
第２部分１２２の材料は、セラミック誘電体基板１１の材料と同種である。第２部分１２２の材料は、例えばセラミック誘電体基板１１と同じ多結晶セラミック焼結体である。第２部分１２２の材料がセラミック誘電体基板１１の材料と同種であると、第２部分１２２を介して第１誘電層１１１と第２誘電層１１２との密着焼結性が高まる。これにより、電極層１２の剥離を効果的に防止することができる。
【００８５】
電極層１２は、第１部分１２１及び第２部分１２２との混成によって、導電性を備えつつ、セラミック誘電体基板１１と強固に密着できる構成になる。このような電極層１２をセラミック誘電体基板１１に組み込むことで、内部電極層である電極層１２の導通性及びセラミック誘電体基板１１との密着性の両方を満たすことができる。
【００８６】
電極層１２において、第１部分１２１は第２部分１２２と直接結合していることが望ましい。すなわち、第１部分１２１及び第２部分１２２は互いに接する。第１部分１２１と第２部分１２２との間に焼結助剤は含まれない。これにより、セラミック誘電体基板１１にガラスなどの不純物が拡散せず、セラミック誘電体基板１１の十分なプラズマ耐久性が確保される。
【００８７】
電極層１２の厚さは、約１５μｍ以下である。電極層１２の厚さを約１５μｍ以下にすることで、電極層１２への応力集中が緩和される。また、電極層１２がセラミック誘電体基板１１から剥離することを効果的に防止することができる。
【００８８】
表１には、電極層１２の厚さと剥離との関係を調べた結果が表されている。
【００８９】
【表１】
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【００９０】
ここでは、厚さ１μｍ、２μｍ、４μｍ、１５μｍ及び３０μｍの電極層１２をそれぞれ作製し、セラミック誘電体基板１１との密着性を調べた。剥離の状態はＳＥＭで観察した。表１では、外観にて割れがなく、ＳＥＭにより剥離が発生しなかった場合には○印が示され、割れや剥離が発生した場合には×印が示されている。表１に表したように、電極層１２の厚さが３０μｍを超えると剥離が発生している。電極層１２の厚さが３０μｍを超えると、収縮差が大きくなり、剥離や割れが発生するものと考えられる。
【００９１】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第２部分の作用について説明する図である。
図４（ａ）には、第２部分１２２に含まれる結晶ＣＲの平均粒径が大きい場合、図４（ｂ）には、第２部分１２２に含まれる結晶ＣＲの平均粒径が小さい場合を模式的に表している。図４（ｃ）には、電極層１２の厚さｔと、結晶ＣＲの平均粒径ｄとの比率（ｄ／ｔ）と、電気的な導通性及び焼成の際の剥離の状態について表されている。
【００９２】
図４（ａ）及び４（ｂ）に表したように、隣り合う結晶ＣＲが接触する部分には接触点が発生する。結晶ＣＲの平均粒径が小さい方（図４（ｂ）参照）が、大きい方（図４（ａ）参照）よりも接触点ＣＰが多いことが分かる。
【００９３】
また、図４（ｃ）に表したように、第２部分１２２に含まれる結晶ＣＲの平均粒径ｄは、電極層１２の厚さｔの１／２以下であることが望ましい。第２部分１２２に含まれる結晶ＣＲの平均粒径ｄが電極層１２の厚さｔの半分以上あると、剥離の要因となる基材との接触点の減少や、導通不良の要因になる導通パスの数の減少などの影響が大きくなる。電極層１２の中に第２部分１２２に含まれる結晶ＣＲが入り込み、かつ第１部分１２１による導電性及び密着性も確保するためには、第２部分１２２に含まれる結晶ＣＲの平均粒径ｄは、電極層１２の厚さｔの１／２以下である必要があるためである。
【００９４】
したがって、電極層１２の厚さが例えば１５μｍである場合、第２部分１２２に含まれる結晶の平均粒径は７．５μｍ以下であることが望ましい。
【００９５】
次に、本実施形態に係る静電チャック１１０の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態では、シート成形での一例を挙げるが、ホットプレスや押し出し成形等、製造方法を限定するものではない。
【００９６】
（アルミナグリーンシートの作製）
アルミナ粉末にバインダー及び溶媒等を加え、ボールミルで混合粉砕後、脱泡を経て、グリーンシートを成形する。アルミナ粉末は不純物が少ないものが好ましく、純度９９．９重量％以上、より好ましくは９９．９９重量％以上のものが用いられる。バインダーは、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルクロライドなどのビニル系樹脂、メチルセルロース、エチルセルロースハイドロキシエチルセルロースなどのセルロース系樹脂及びポリアクリルエステル、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂で構成されたグループから選択された、少なくとも１種類の樹脂を選択することができる。他には、水溶性バインダー樹脂、あるいはその他のセラミックシート製品のプロセッシングに使用可能な常用バインダー、を使用してもよい。次に溶媒は、メチルエチルケトン、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、トルエン、ジエチルエーテル、三塩化エチレン、メタノールなどの単一溶媒あるいは２つ以上の混合溶媒を選択することができる。しかし、バインダーを溶解させることのできる溶媒であればよく、溶媒を限定するものではない。
【００９７】
（メタライズペーストの作製、形成）
電極層１２を形成するためのメタライズペーストは、次のようにして作製する。アルミナ粉末と、Ｐｄ粉末とを混ぜたものに、バインダー等を加え、３本ロールにより混合してメタライズペーストとする。
【００９８】
次に、アルミナグリーンシート上に、前記メタライズペーストを用いて、スクリーン印刷法により、電極層１２になる内部電極パターンを印刷する。また、他のアルミナグリーンシートには、後で形成する外部端子に接続するために開けられたスルーホールまたはビアホール内にメタライズペーストを印刷しておいてもよい。また、電極の形成は、スクリーン印刷法に限らず、蒸着法（ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）、ＣＶＤなど）などでも良い。
【００９９】
（アルミナグリーンシートの積層）
次に、アルミナグリーンシートを互いに位置合わせしつつ、積層、熱圧着し、全体の厚さを所定の厚さにした積層体を作製する。
【０１００】
（積層したアルミナグリーンシートの焼成、ＨＩＰ処理）
次に、積層体を１２５０℃以上、１７００℃以下、より好ましくは１３００℃以上、１４５０℃以下で焼成し、内部電極パターンと同時に焼成する。焼成は、大気雰囲気、還元雰囲気など焼成雰囲気を限定しない。焼成後、さらに温度と圧力を設定しＨＩＰ（Hot Isostatic Pressing）処理を行う。ＨＩＰ処理の条件は加圧用ガス（例えば、Ａｒ）を約１０００気圧以上とし、温度は焼成温度に応じて１２００℃以上、１６００℃以下にすることが好ましい。
【０１０１】
（外部端子の形成）
次に、外部電極を形成する。誘電体（アルミナ焼結体）の片面側からドリル等でザグリ加工を行い、内部のスルーホールまたはビアホールを露出させる。このザグリ加工部分にロー付け、半田付け、導電性接着剤等により電極端子を接合する。
【０１０２】
（アルミナ焼結体の加工）
アルミナ焼結体（セラミック誘電体基板１１）の表裏両面を研削加工して、アルミナ焼結体基板の第１誘電層１１１の厚さ（吸着面から電極層１２までの距離）を所望の厚さにする。
【０１０３】
（接合）
電極層１２が形成されたセラミック誘電体基板１１と、ベースプレート５０と、を接合する。
【０１０４】
（表面パターン作製）
ベースプレート５０に接合したセラミック誘電体基板１１が所定の厚さになるように研削加工した後、サンドブラスト法により表面に所定の大きさ、高さの凸部１３を形成する。
【０１０５】
以上のようにして、表面に凸部１３が形成された静電チャック１１０を得ることができる。
【０１０６】
（実施例）
以下、実施例に基づき電極層１２に関してさらに例示をする。
Ｐｄ粉末とアルミナ粉末（純度９９．９９％）を用意し、アルミナ添加量を０体積％以上、７０体積％以下としたメタライズペーストを作製し、静電チャックを作製した結果を表２に示す。
【０１０７】
【表２】
0005441020.tif 000003
【０１０８】
実施例１はＰｄ５０体積％、アルミナ５０体積％のものである。焼成や研削加工も問題なく、十分な内部電極層の密着力を有する。また、静電チャックに用いるには十分な内部電極層の導電性も有する。
【０１０９】
図５は、電極層を例示する図である。
図５には、焼成後の電極層１２の断面ＳＥＭ画像が表されている。図５において、白い部分がＰｄである。
【０１１０】
図５に表したように、電極層１２には空隙がなく緻密になり、Ｐｄ粒子どうしも密着して、連続している。したがって、導電性も良くなり、さらに、電極層１２とその上下の高純度アルミナ層（第１誘電層１１１及び第２誘電層１１２）との密着性も良好な状態である。
【０１１１】
また、焼結助剤等を含まない高純度アルミナと電極原料とを混合焼成するため、アルミナどうしの接触面積が減少することにより、電極層１２に添加したアルミナ粒子は大きく成長することなく、微粒子のまま存在している。これにより、密着性と導電性の両方を満足する電極層１２を作製することができる。
【０１１２】
実施例２はＰｄ３０体積％、アルミナ７０体積％のものである。焼成後は電極層１２の導電性はないが、ＨＩＰ処理することで静電チャックに用いるには十分な導電性が確保される。また、焼成や研削加工も問題なく、十分な電極層１２の密着力を発揮する。
【０１１３】
（耐プラズマ性評価）
プラズマ照射によるアルミナ焼結体の表面粗さの低下（耐久性）について、次のようなサンプルによるプラズマ照射試験を行い、評価した。試験サンプルは実施例１及び２で作製した静電チャックの一部を切り出し、その表面を表面粗さＲａ０．０３μｍ以下に研磨して用いた。この試験サンプルにプラズマを照射し、表面粗さＲａの変化を測定した。プラズマ照射は、リアクティブイオンエッチング装置（アネルバ株式会社  ＤＥＡ−５０６）を用い、エッチングガスはＣＦ４：Ｏ２＝４：１で１０００Ｗ、３０時間まで行った。
【０１１４】
結果は、プラズマ照射１０時間後の表面粗さＲａは０．１２μｍ、３０時間照射後の表面粗さＲａは０．１３μｍとなった。プラズマ照射１０時間以上では表面粗さＲａはほとんど変化せず、耐プラズマ性の良好なアルミナ焼結体が作製できたことを確認した。
【０１１５】
比較例１はアルミナを添加していないＰｄ１００体積％のものである。この場合、アルミナ層と内部電極層との密着性が不十分であったため、焼成時の熱応力に耐え切れず、全数、内部電極層とアルミナ層の界面が剥離し、クラックが発生した。
【０１１６】
比較例２はＰｄ７０体積％、アルミナ３０体積％のものである。この場合も、アルミナと内部電極層との密着性がまだ不十分であったため、焼成時に内部電極層とアルミナ層の界面が剥離し、クラックが発生した。
【０１１７】
次に、焼成体の反りについて説明する。  
焼成体の任意面（例えば第１主面１１ａや第２主面１１ｂなど）を上面（測定面）とした状態で、その積焼成を３点で支持し設置した。測定面の任意の３箇所を電気マイクロメータで測定し、その３箇所により形成される平面の平面度をゼロに設定した。続いて、測定面において、電気マイクロメータの測定値の最大値と、電気マイクロメータの測定値の最小値と、の間の差を計算し平面度とした。この平面度に基づいて、焼成体の反りを評価した。
【０１１８】
その結果の一例は、以下の通りである。すなわち、焼成体の厚さが１ｍｍであるときの平面度は、約２０００μｍ程度であった。焼成体の厚さが３．５ｍｍであるときの平面度は、約７００μｍ程度であった。焼成体の厚さが５ｍｍであるときの平面度は、約３００μｍ程度であった。これにより、焼成体の厚さが相対的に厚いと、焼成体の反りが相対的に小さいことが分かった。
【０１１９】
静電チャック用基板１００の厚さは、例えば約０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。静電チャック用基板１００の厚さは、好ましくは約０．５ｍｍ〜７ｍｍ程度である。静電チャック用基板１００の厚さは、さらに好ましくは約０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度である。
【０１２０】
本実施形態によれば、内部電極層とセラミック誘電体基板との密着性の向上と、内部電極層の導通性の向上とを図ることができる静電チャックを提供することができる。
【０１２１】
以上、本発明の実施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。また、前述した実施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。
【符号の説明】
【０１２２】
１１…セラミック誘電体基板、１１ａ…第１主面、１１ｂ…第２主面、１２…電極層、１３…凸部、２０…接続部、５０…ベースプレート、５０ａ…上部、５０ｂ…下部、６１…コンタクト電極、８０…吸着保持用電圧、１００…静電チャック用基板、１１０…静電チャック、１１１…第１誘電層、１１２…第２誘電層、１２１…第１部分、１２２…第２部分、Ｗ…処理対象物
【要約】
【課題】内部電極層とセラミック誘電体基板との密着性の向上と、内部電極層の導通性の向上とを図ることができる静電チャックを提供することを目的とする。
【解決手段】処理対象物を載置する第１主面と、第１主面とは反対側の第２主面と、を有し、多結晶セラミック焼結体であるセラミック誘電体基板と、セラミック誘電体基板の第１主面と第２主面との間に介設され、セラミック誘電体基板に一体焼結された電極層と、を備え、セラミック誘電体基板は、電極層と第１主面との間の第１誘電層と、電極層と第２主面との間の第２誘電層と、を有し、電極層は、導電性を有する第１部分と、第１導電層と第２導電層とを結合する第２部分と、を有し、第２部分に含まれる結晶の平均粒径は、セラミック誘電体基板に含まれる結晶の平均粒径よりも小さいことを特徴とする静電チャックが提供される。
【選択図】図１【図１】
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【図４】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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