(57)【要約】【課題】簡単な構造にて、基板が絶縁材料等のガラス基板の場合でも十分な静電吸着力と、静電チャックから基板を迅速に取り外すことが可能な静電チャックを備えた静電吸着装置を提供することを目的とする【解決手段】頂面で基板を支持する複数の凸部と、該凸部の周囲の凹部とが表面に形成された誘電体板と、該誘電体板の内部に設けられた電極と、電極に基板吸着電圧を印加する第１の外部電源とを備え、少なくとも前記凸部の頂面に導体被膜を備え、前記第１の外部電源は、前記基板の脱着時に前記電極に印加される基板吸着電圧と逆電圧を印加可能な基板脱着電圧電源を備えており、前記導体被膜は、前記基板の脱着時時に、前記電極に印加される基板吸着電圧と逆電圧を印加可能な基板脱着電圧電源を備えた第２の外部電源に接続されていることを特徴とする静電吸着装置。【選択図】図１
2014075372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂面で基板を支持する複数の凸部と、該凸部の周囲の凹部とが表面に形成された誘電体板と、該誘電体板の内部に設けられた電極と、電極に基板吸着電圧を印加する第１の外部電源とを備えた静電吸着装置であって、
少なくとも前記凸部の頂面に導体被膜を備え、前記第１の外部電源は、前記基板の脱着時に前記電極に印加される基板吸着電圧と逆電圧を印加可能な基板脱着電圧電源を備えており、前記導体被膜は、前記基板の脱着時に、前記電極に印加される基板吸着電圧と逆電圧を印加可能な基板脱着電圧電源を備えた第２の外部電源に接続されていることを特徴とする静電吸着装置。
【請求項２】
前記頂面で基板を支持する複数の凸部は、高さが３５μｍ以下で、頂面のＲａ（中心線平均粗さ）は０．２μｍ以下であり、前記頂面の面積の合計値が前記誘電体板の全平面面積に対して１０％以下の割合となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の静電吸着装置。
【請求項３】
前記基板は、体積抵抗率が１０１４Ω.ｃｍ以下であり、前記凸部との接触面のＲａ（中心線平均粗さ）が０．０５μｍ以下である絶縁性基板であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電吸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程又はこれに類似する工程を有する磁気ヘッドなどの電子部品製造工程における基板の処理時に、基板を支持体に保持するために用いられる静電チャックを備えた静電吸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板のように高抵抗の基板を吸着させる方法として静電吸着装置（以下、「静電チャック」ともいう。）が用いられている。従来３ｋＶ，１０ｋＶの高電圧を用いて吸着させる方法を取っていたが、１ｋＶの低電圧にて吸着される方法が特許文献１に開示されている。特許文献１では、ガラス基板を加熱することで体積抵抗率を一定値以下にすることで吸着できることが記載されているが、体積抵抗率１×１０１４Ω.ｃｍ以下の範囲において吸着力が減少するのに膨大な時間がかかるため、すばやく安定して回収できないという問題があった。また、温度を上げることで体積抵抗率を下げることができるが、ガラス基板にＳｉを貼り付ける接着剤の耐熱性が低く１５０℃以上の処理することができない問題がある。膜質の問題から低温処理が必要である場合についても同様に速やかなはがしができない問題がある。
【０００３】
この問題を解決する静電チャックとして、特許文献２に開示されたものが知られている。特許文献２記載の静電チャックは、表面にエンボス加工により凸部と凹部が形成された誘電体板と、誘電体板に内に設けられた電極と、電極に電圧を印加する外部電源とを備えている。また、各凸部の頂面（基板支持面）は導体配線で覆われ、この導体配線によって各凸部の基板支持面が電気的に接続されていると共に、導体配線を接地状態又はフローティングにする切換器を備えている。更に、各凸部に対応して、凸部に近い電極部分は除去されたものとなっている。特許文献２記載の静電チャックにおいては、基板処理時には導体配線を切換器でフローティング状態に保持し、基板の処理終了の際、切換器で導体配線を接地状態にすることにより、エンボス凸部、基板の裏面、誘電体板の表面で生じた電荷を逃がすようにし、吸着力を早急に消失させている。
【０００４】
また、基板をスムーズに離脱させる離脱方法としては、例えば、特許文献３に開示されているように逆電圧を印加する方法が知られている。また、絶縁性基板に対して逆電圧印加時間の調整が困難である点を改良した方法が特許文献４に開示されている。特許文献４の離脱方法は、静電吸着装置に設けられた電極に電圧を印加し、絶縁性基板を静電吸着し、真空雰囲気中で処理を行った後、絶縁性基板を搬出する際に、電極に静電吸着時とは逆極性の電圧を印加した状態で静電吸着装置上から離脱させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２８５８号公報
【特許文献２】特開２００４−２２８８９号公報
【特許文献３】特開平４−２３００５１号公報
【特許文献４】特開２００１−１５６１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２において、各凸部の基板支持面と、基板支持面に接触する基板の裏面との間に作用するジョンソンラーベック力は非常に大きな吸着力であるので、このジョンソンラーベック力が働かない特許文献２の静電チャックでは、吸着力が不足しやすい問題がある。この問題は、凸部の基板支持面を覆う導体配線を除去し、ジョンソンラーベック力が働くようにすれば解決できる。しかし、凸部の基板支持面を覆う導体配線を除去した場合、切換器で導体配線を接地状態とすることによる迅速な電荷の移動ができなくなり、残留電荷により、基板が離脱可能となるまでの時間が遅延するという問題を生じる。また、特許文献２の静電チャックは、基板を取り外す時の除電のために、各凸部の基板支持面を覆い且つ電気的に接続する導体配線を設けると共にこれを切換器に接続するという、特別な配線構造を構成しなければならず、構造的に複雑になるという問題もある。
【０００７】
また、特許文献４の離脱方法では、基板の材料として、静電チャックを構成する材料と異なる絶縁材料を用いた場合、静電チャックの誘電率と、基板の誘電率との相違により、基板裏面の電荷が逃げ場を失い、その結果、残留吸着力が基板に残るため、静電チャックからの基板の離脱は不安定なものになるという問題もある。
【０００８】
また、特許文献１の吸着方法は、ガラス基板の温度を上げることによって、低電圧でガラス基板を静電吸着することが可能である。またガラス基板の離脱時にも、ガラス基板の温度を上げれば、ガラス基板を離脱することが可能である。一旦静電吸着されたガラス基板には、非常に大きな吸着力が働く。そのため、基板の吸着時より、長時間、ガラス基板の温度を上げなければ、基板を離脱することができない。しかし、ガラス基板の温度を長時間上げれば、ガラス基板自体が損傷する可能性があるという問題があった。そのため基板離脱時に吸着電圧印加電極に吸着時の逆の電圧を印加する特許文献４記載の離脱方法を採らざるをえず、安定して基板を離脱できないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構造にて、基板が絶縁材料等のガラス基板の場合でも十分な静電吸着力と、静電チャックから基板を迅速に取り外すことが可能な静電チャックを備えた静電吸着装置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】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、頂面で基板を支持する複数の凸部と、該凸部の周囲の凹部とが表面に形成された誘電体板と、該誘電体板の内部に設けられた電極と、電極に基板吸着電圧を印加する第１の外部電源とを備えた静電吸着装置であって、少なくとも前記凸部の頂面に導体被膜を備え、前記第１の外部電源は、前記基板の脱着時に前記電極に印加される基板吸着電圧と逆電圧を印加可能な基板脱着電圧電源を備えており、前記導体被膜は、前記基板の脱着時に、前記電極に印加される基板吸着電圧と逆電圧を印加可能な基板脱着電圧電源を備えた第２の外部電源に接続されていることを特徴とする静電吸着装置としたものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記頂面で基板を支持する複数の凸部は、高さが３５μｍ以下で、頂面のＲａ（中心線平均粗さ）は０．２μｍ以下であり、前記頂面の面積の合計値が前記誘電体板の全平面面積に対して１０％以下の割合となるように形成されていることを特徴とする静電吸着装置としたものである。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記基板は、体積抵抗率
が１０１４Ω.ｃｍ以下であり、前記凸部との接触面のＲａ（中心線平均粗さ）が０．０５μｍ以下である絶縁性基板であることを特徴とする静電吸着装置としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の静電吸着装置によれば、基板の吸着時には、凸部と基板との間に発生するジョンソンラーベック力と、凹部と基板との間に発生するクーロン力により、基板を吸着することが可能であり、基板の脱着時（離脱時）には、電極に接続された第１の外部電源と、導電被膜に接続された第２の外部電源とに、基板吸着時に電極に印加される逆電圧を印加することにより、基板裏面と導体皮膜とが同電位となる。この結果、基板の残留吸着力が無くなり、静電チャックから基板を短時間でスムーズに取り外すことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一例に係る静電吸着装置を備えたスパッタリング装置の断面模式図である。
【図２】本発明の一例に係る静電吸着装置の部分拡大断面模式図である。
【図３】図１及び図２に記載の静電チャックの平面図である。
【図４Ａ】基板の吸着時において、図２に示される静電チャックの導体被膜の表面と基板の裏面の電荷の状態を示す図である。
【図４Ｂ】基板の離脱時において、図２に示される静電チャックの導体被膜の表面と基板の裏面の電荷の状態を示す図である。
【図５Ａ】基板の吸着時において、図２に示される静電チャックの電荷の状態を示す図である。
【図５Ｂ】基板の離脱時において、図２に示される静電チャックの電荷の状態を示す図である。
【図６Ａ】従来の静電吸着装置を用いて、ガラス基板を吸着した場合の等価回路を示す。
【図６Ｂ】本発明の静電吸着装置を用いて、ガラス基板を吸着した場合の等価回路を示す。
【図７】（ａ）は、ガラス基板の離脱時に、電極電源をＯＦＦした後の凸部と凹部の吸着電圧と時間との関係を示す図である。（ｂ）は、ガラス基板の離脱時に、電極の電源をＯＦＦした後の凸部と凹部に働く静電吸着力と時間との関係を示す図である。
【図８】（ａ）は、コンデンサーＣと抵抗Ｒの直列回路を示す図である。（ｂ）は、（ａ）の回路に当初直流電源Ｂにより電圧Ｖbを印加し、その後、グランド（ＧＮＤ）にした場合の電圧の状態を示す図である。（ｃ）は、（ａ）記載の回路に当初直流電源Ｂにより電圧Ｖbを印加した後、直流電源Ａにより電圧Ｖbの逆電圧Ｖaを印加した場合の、電圧の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。構成要素は例示である。
【００１４】
本発明の静電吸着装置をスパッタリング装置に適用した場合を例にして説明する。
【００１５】
図１は本発明の一例に係る静電吸着装置を備えたスパッタリング装置の断面模式図、図２は本発明の一例に係る静電吸着装置の部分拡大断面模式図である。
【００１６】
まず、図１に基づいてスパッタリング装置の概要を説明する。図１に示されるスパッタリング装置は、外部の排気機構（図示せず）により内部を減圧可能な容器１と、容器1の天井部にリング状絶縁部材２を介して設けられたターゲット３を備えている。ターゲット３の裏面側には、ヨーク板４上に磁石５が設けられている。また、ターゲット３には、電圧を印加するスパッタ電源６が接続されている。
【００１７】
ターゲット３に対向する位置には、容器１の底部に固定され基板温度調整部７上に静電チャック８が設けられており、静電チャック８上に基板９が載置されている。また、ターゲット３と静電チャック８間の容器１の周壁の内面に沿って、筒状シールド部材１０が配置されている。
【００１８】
基板温度調整部７は、静電チャック８を介して基板９の温度を制御する部材で、温度制御電源機構１１に接続された熱電対１２と加熱・冷却部１３を備えている。基板温度調整部７は、熱電対１２によって検出された温度に基づいて温度制御電源機構１１が加熱・冷却部１３を作動させて静電チャック８の加熱又は冷却を行うものとなっている。
【００１９】
基板温度調整部７上に設けられた静電チャック８は、表面（上面）がエンボス加工された誘電体板１４と、誘電体板１４の内部に設けられた電極１５と、電極１５に一定の電圧を印加する外部電源１６ｂとを備えている。
【００２０】
誘電体板１４の表面には、エンボス加工により、複数の凸部１７ａと、その周囲の凹部１７ｂとが形成されている。また、誘電体板１４の表面側周縁部には、凸部１７ａと凹部１７ｂの形成領域を囲んで外周突条部１８が形成されている。凸部１７ａと外周突条部１８は、頂面に基板９が載置されるもので、ほぼ同じ高さとなっている。
【００２１】
図３記載の凹部１７ｂ部分を除いて、各凸部１７部分には、少なくとも頂面を覆って、それぞれ導体被膜１９が形成されている。各導体被膜１９は、次に述べる電極１５に電圧を印加することで、基板９と導体被膜１９との間にジョンソンラーベック力を生じさせる凹凸を有するものとなっている。凹凸は、ジョンソンラーベック力生成部として機能する。また、各導体被膜１９は、各凸部１７ａの頂面だけでなく、各凸部１７ａの側面部まで覆うものであってもよいが、凹部１７ｂ部分には設けられておらず、それぞれ他の導体被膜１９ａから電気的に独立したものとなっている。また、導体被膜１９ｂは、凸部１７a部分には設けられておらず、それぞれ他の導体被膜１９ｂから電気的に独立したものとなっている。
【００２２】
図示される例においては、外周突条部１８の頂面にも導体被膜１９が形成されている。この外周突条部１８の導体被膜１９は、外周突条部１８の全体高さと凸部１７ａの全体高さを揃えやすくする上で設けることが好ましいが、省略することもできる。
【００２３】
電極１５は、単極電極で、直流電源である外部電源１６ｂにスイッチ２０ｂを介して接続されており、スイッチ２０ｂをＯＮすることにより、一定のマイナス電圧が印加されるものとなっている。図示される電極１５は単極電極となっているが、誘電体板１４の内周側と外周側に分割して双極電極とし、いずれか一方にマイナス電圧、他方にプラス電圧を印加するようにすることもできる。また、電極１５は、外周突条部１８よりも小径となっており、凸部１７ａと凹部１７ｂを設けた領域の下方にのみ位置し、外周突条部１８の直下付近には位置していないものとなっている。外周突条部１８の下方に電極１５が位置していないことにより、外周突条部１８は基板９の吸着に寄与しないものとなっている。
【００２４】
前記のように、基板９は凸部１７ａと外周突条部１８の頂面上に載置されるもので、基板９と誘電体板１４間には、外周突条部１８で囲まれた領域に、凹部１７ｂによって隙間が形成される。この隙間には、ガス供給経路２１を介してガス供給源２２が接続されており、隙間にガス（例えばアルゴンガス）を供給できるようになっている。隙間にガスを供給することで、基板温度調整部７の熱を、静電チャック８及びこの隙間中のガスの熱伝導により基板９に伝え、基板９を所定温度に維持することができるようになっている。
【００２５】
次に、図２に基づいて静電吸着装置について更に説明する。図２は、本発明の一例に係る静電吸着装置の部分拡大断面模式図である。
各凸部１７ａ部分の少なくとも頂面を覆っている導体被膜１９には、外部電源１６ａがスイッチ２０ａを介して接続されている。また、既述のとおり、電極１５には、スイッチ２０ｂを介して外部電源２０ｂが接続されている。
【００２６】
外部電源１６ａ、１６ｂは、それぞれ直流電源１６ａ１，１６ｂ１と、前記直流電源１６ａ１，１６ｂ１と逆電圧を発生する直流電源１６ａ２，１６ｂ２と、アース１６ａ３，１６ｂ３とから構成され、スイッチ２０ａ、２０ｂにより、切り替え可能になっている。なお、図１では、アース１６ａ３，１６ｂ３は図示していない。例えば、直流電源１６ａ１，１６ｂ１が、基板吸着電圧電源として機能した場合には、直流電源１６ａ２，１６ｂ２は、基板脱着電圧電源として機能する。
【００２７】
図３は、図１及び図２に記載の静電チャック８の平面図である。図３に示すように、凸部１７ａと凹部１７ｂは、静電吸着ステージ８の中心軸から放射状に連続的に形成された放射状部２７１と、静電吸着ステージ８の中心軸から円周状に延びる円周状部２７２から成っている。尚、円周状部２７２は、放射状部２７１の一部に形成されている。凸部１７ａと外周突条部１８は、頂面に基板９が載置されるもので、ほぼ同じ高さとなっている。放射状部２７１と円周状部２７２に形成された凸部１７ａと凹部１７ｂは、導体被膜１９で覆われている。放射状部２７１と円周状部２７２以外に形成された凹部１７ｂは、導体被膜１９で覆われていない。静電チャック８の吸着面の平面視の形状は、図２に示すように全体としては円形である。そして、基板９も円形であり、両者の径はほぼ一致している。
【００２８】
図４Ａは、基板の吸着時において、図２に示される静電チャックの導体被膜の表面と基板の裏面の電荷の状態を示す図である。図４Ｂは、基板の脱着時（離脱時）において、図２に示される静電チャックの導体被膜の表面と基板の裏面の電荷の状態を示す図である。図１〜図４に基づいて静電チャック８について更に説明すると、凸部１７ａは、通常円柱形であり、直径２．０ｍｍ以下であることが好ましい。下限は、必要な凸部１７ａの機械的強度や加工上の制限などから定まるが、一般的には０．３ｍｍ程度である。凸部１７ａの直径が大きくなると、基板９の離脱時の迅速な除電が行いにくくなる。詳細な原因は不明であるが、凸部１７ａの頂面に形成された導体被膜１９と基板９との接触点が多いことが迅速な除電をもたらしていると考えられる。凸部１７ａの直径が小さいと、凸部１７ａの頂面の微視的な、ジョンソンラーベック力生成部として機能する凹凸における最大表面粗さ（Ｒｙ）が確率的に小さくなり、導体被膜１９の表面の平滑性が高まって、基板９と導体被膜１９の接触点が増えるものと考えられる。また、導体被膜１９の平滑性が高くなることによって、基板９と導体被膜１９との間の微視的な、ジョンソンラーベック力生成部として機能する凹凸による隙間の間隔も小さくなり、基板９と導体被膜１９との間に作用するジョンソンラーベック力も大きくなる。
【００２９】
凸部１７a上の導体被膜１９表面は、良好な吸着作用と離脱作用を得るために、平滑な表面を有していることが好ましく、Ｒｙ（最大表面粗さ）が２．５μｍ以下、Ｒａ（中心線平均粗さ）が０．２μｍ以下であることが好ましい。現実的には完全な平滑面は形成できないので特に下限の制限はないが、現実的な平滑化の限界からすると、Ｒｙが０．２μｍ以上、Ｒａが０．０２μｍ以上である。また、基板９の体積抵抗率は１０１４Ω.ｃｍ以下であることが好ましい。また、凸部１７aとの接触面の基板のＲａ（中心線平均粗さ）は０．０５μｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
凸部１７ａ及び外周突条部１８の高さは、吸着された基板９が凹部と接触しない範囲で、３５μｍ以下であることが好ましい。凸部１７ａ及び外周突条部１８の高さを低くすることにより、基板９と凹部１７ｂとの間に作用するクーロン力を大きくすることができる。高さの下限は、一般的には６．５μｍ程度である。
【００３１】
凸部１７ａは、適度な吸着力と迅速な除電性が得られるようにする上で、凸部１７ａの頂面の面積の合計値が静電チャック８の全平面面積の１％以上１０％以下となるように形成されていることが好ましい。
【００３２】
導体被膜１９は、比抵抗が１０-4μΩ・ｃｍ以下の電気的導体である金属、金属酸化物、金属窒化物などで構成されているもので、比抵抗が４００μΩ・ｃｍ以下であることが好ましく、特に比抵抗が３５０μΩ・ｃｍ以下であることが好ましい。本実施形態にかかる静電チャックは、バルク（プレート）として構成している。このため、先に説明した特許文献４の離間マスクのように、異種の絶縁材料を用いる必要はない。静電チャック８の素材は、１０８〜１０１０Ω・ｃｍのジョンソンラーベック力を発揮できる体積抵抗率を有する。通常は、静電チャック表面の導体皮膜がなくても、ジョンソンラーベック力と、空間クーロン力とで、所定の吸着力を保持することができる（裏面圧力３０〜５０ｔｏｒｒ）。導体皮膜は、静電チャック８の誘電体表面と同じ電荷を蓄積し、導体皮膜がない場合の吸着力を確保しつつ、静電チャックから基板を取り外す基板離脱時には、基板裏面と導体皮膜を同電位することにより基板の残留吸着力を無くす。基板の残留吸着力を無くすことにより、静電チャックから基板をスムーズに取り外すこと、すなわち、基板離脱の安定性の向上を図ることが可能になる。
【００３３】
特に、導体被膜１９の比抵抗を、例えば、３５０μΩ・ｃｍ以下とすることにより、基板の裏面と静電チャックの表面の導体皮膜とが、同じ電位になるように作用しやすくなり、その結果、除電された基板の残留吸着力を無くし、静電チャックから基板をスムーズに取り外すこと（基板の離脱）が可能になる。
【００３４】
逆に、比抵抗が高いと、基板裏面の電荷が逃げ場を失い、その結果、残留吸着力が基板に残るため、静電チャックからの基板の離脱は不安定なものになる。
【００３５】
導体被膜１９の構成としては、例えば、チタン、タングステなどの金属、これらの酸化物又は窒化物を挙げることができる。チタン、タングステンなどの材料は、金属の中でも熱ひずみに強く、また、耐摩耗性に優れた変形しにくい材料であるため、基板と静電チャックの導体皮膜の接触、線膨張の違いによる擦れ等の要因から生じるパーティクルを抑制し、耐摩耗性を向上させることができる。
【００３６】
導体被膜１９は、スパッタリングやイオンプレーティングなどの成膜法により形成することができる。導体被膜１９の厚さは、導体被膜１９の膜厚方向の抵抗を１０Ω程度に抑えるために、１．５μｍ以下であることが好ましい。導体被膜１９の厚さが１．５μｍを超えると、導体被膜の抵抗が増大すると共に膜応力による膜剥がれを生じやすくなる。現実的な下限は、０．５μｍ程度である。
【００３７】
なお、図１において、基板搬送ロボット、搬入・搬出ゲート、静電チャック８上への基板９の載置と取り外しを行うリフトピン、放電発生に関連する機構、放電用ガスの導入機構などの図示は省略されている。
【００３８】
図１のスパッタリング装置において、基板９は、基板搬送ロボットにより、搬入・搬出ゲートから容器１内の静電チャック８上に搬入されて載置される。容器１内を所定の真空雰囲気にし、スイッチ２０ｂをＯＮにして電極１５に電圧を印加すると、誘電体板１４、導体被膜１９の表面と、基板９の裏面とには異なる電荷が蓄積される。スイッチ２０ｂをＯＮにした時の導体被膜１９の表面と、基板９の裏面との電荷の状態を図４Ａ及び図５Ａに示す。これにより、誘電体板１４表面の凹部１７ｂと基板９の裏面との間に空間クーロン力が作用すると共に、凸部１７ａ頂面の導体被膜１９と基板９裏面との間には、微細な隙間を挟んでジョンソンラーベック力が作用する。基板９は、この空間クーロン力とジョンソンラーベック力によって、しっかり静電チャックに吸着されることになる。
【００３９】
基板９を静電チャック８に吸着した後、静電チャック８と基板９間との隙間にガス供給源２２から必要量のガスを供給する。これと共に、温度制御電源機構１１により加熱・冷却部１３を作動させ、基板９の温度を一定に保ちつつ、容器１内に放電用ガスを供給し、スパッタ電源６をＯＮにしてスパッタリングを行う。
【００４０】
スパッタリングの完了後、スパッタ電源６をＯＦＦにし、更にスイッチ２０ｂをＯＦＦにして電極１５への電圧印加を停止する。すると、複数の凸部１７ａ頂面の導体被膜１９と基板９の裏面との接触点を介して、基板９の裏面と導体被膜１９が同じ電位になろうし、これによって除電される。また、複数の凸部１７ａ頂面の導体被膜１９ｂも基板９と同じ電位になろうとする。また、この電荷の状態を図４Ｂ及び図５Ｂに示す。しかし、スパッタ電源６をＯＦＦにし、更にスイッチ２０ｂをＯＦＦしただけでは、基板９を静電チャック８から離脱することはできない。
【００４１】
この点を 図６Ａ、図６Ｂに基づき説明する。図６Ａは、従来の静電吸着装置を用いて、ガラス基板を吸着した場合の等価回路を示す。図６Ｂは、本発明の静電吸着装置を用いて、ガラス基板を吸着した場合の等価回路を示す。図６Ａ・図６Ｂの等価回路内の記号は以下に示すとおりである。
Ｃ１，Ｒ１は電極１５の下部のキャパシタ、抵抗
Ｃ２，Ｒ２ は電極１５の上部のキャパシタ、抵抗
Ｃ３，Ｒ３ は凸部１７ａのキャパシタ、抵抗
Ｃ４，Ｒ４はガラス基板９と接触する部分の導体被膜１９のキャパシタ、抵抗
Ｃ５は誘電体凹部１７ｂとガラス基板９との間のキャパシタ
Ｃ６，Ｒ６は導体被膜１９と接触する部分のガラス基板９のキャパシタ、抵抗、
Ｃ７，Ｒ６はガラス基板９と凹部１７ｂ部分と間のキャパシタ、抵抗
１６ａは導体被膜１９に接続されている第２の外部電源
１６ｂは電極１５に接続されている第１の外部電源
をそれぞれ示す。
なお、基板はプラズマを解してグランドへ接続されているとする。また、上記ガラス基板は、通常のガラス基板より体積抵抗率が大きいＳｉＮ
膜（例えば、体積抵抗率が１０１４Ω.ｃｍ以下）などの絶縁性薄膜が成膜された絶縁性基板を想定している。 
【００４２】
既述の通り、ジョンソンラーベック力は、導体被膜１９と基板９とのそれぞれの表面の微視的な凹凸により発生するものと考えられる。これを図６Ａ、図６Ｂに示す等価回路で示すと、基板９と導体被膜１９とは、導体被膜１９と基板９との表面の双方の凹凸により形成された、Ｒａ(中心線平均荒さ)程度の電極間距離のキャパシタＣ４により接続していると考えられる。即ち、図６Ａ、図６Ｂに示すように、導体被膜１９と基板９との部分は、並列回路Ｃ６、Ｒ６と、並列回路Ｃ４、Ｒ４と、並列回路Ｃ３、Ｒ３とが、直列接続された等価回路と考えられる。
一方、基板９と凹部１７ｂとの間には、ギャップが形成されており、基板９は、基板９と凹部１７ｂとの間に発生するクーロン力により静電チャック８に吸着されている。この状態において、基板９と凹部１７ｂの部分は、並列回路Ｃ７、Ｒ７と、Ｃ５と、並列回路Ｃ２、Ｒ２とが直列接続された等価回路と考えらえる。また、並列回路Ｃ２、Ｒ２の一端と並列回路Ｃ３、Ｒ３他端とは、端子ＶＢで接続されており、並列回路Ｃ２、Ｒ２の他端ＶＡは、並列回路Ｃ１、Ｒ１を介してアースに接続された等価回路と考えらえる。
【００４３】
図７（ａ）は、ガラス基板の離脱時に、電極１５の電源をＯＦＦした後、スイッチ２０ｂをアース端子１６ｂ３に接続した際の、凸部１７ａと凹部１７ｂの吸着電圧と時間との関係を示す。図７（ａ）において、点線は凸部電圧、実線は凹部電圧を示す。図７（ｂ）は、ガラス基板の離脱時に、電極１５の電源をＯＦＦした後、スイッチ２０ｂをアース端子１６ｂ３に接続した際の、凸部１７ａと凹部１７ｂに働く静電吸着力と時間との関係を示す。図７（ｂ）において、点線は凸部吸着力、実線は凹部吸着力、二点鎖線は凹部と凸部の合計のウエハ吸着力を示す。
【００４４】
なお、図７の計算に使用したパラメータ値は以下のような設定にて行った。ガラス基板の静電容量を実際よりも大きい４×１０―７
Ｆと仮定し、凸部の高さは８．５μｍ，ガラス基板の抵抗率は １×１０＋１１Ωｃｍ、静電チャックの抵抗率は１×１０＋１１Ω.cm、静電チャックの比誘電率は９、静電チャック電極から基板表面までの距離は１ｍｍ、凸部の面積は静電チャック表面全体の１．５％、静電チャックの面積を６５４１１ｍｍ２とした。このとき、計算より凹部にかかる平衡時の電圧は０．８５Ｖ
、凸部に働く平衡時の電圧は６０ｍＶ となる。また、凸部において接触抵抗を６．５×１０＋７Ω.cm、電極距離をｄ＝０．０５μｍとした。この電極間にジョンソンラーベック（Ｊ―Ｒ）力が働くとし、Ｆ＝
１／２×ε０×(Ｖ／ｄ)２×Ｓ により計算するとＦ＝ ６×１０―３ Ｎ となる。凹部では３×１０―３
Ｎの力が働く。この状態から引き続き、吸着電圧を０Ｖにしたときの各電圧の変化と、吸着力の変化を表したものが図７（ｂ）となる。
【００４５】
図７（ａ）に示すように、吸着電圧を０Ｖにした直後、「凹部電圧」は０．８５Ｖ、「凸部電圧」は０．０６Ｖであった。即ち、「凸部電圧」は「凹部電圧」の１／１０程度であった。また、凹部１７ｂの吸着電圧は、所定時間経過（１ｓｅｃ）すると０Ｖになる。しかし、凸部１７ａの吸着電圧は、所定時間経過（約２４時間）しても、０Ｖにならない。即ち、凸部１７ａの吸着電圧は１日以上経過しないと０Ｖにならず、この間は、ガラス基板を静電チャックから離脱できない。図７（ｂ）に示すように、吸着電圧を０Ｖにした直後、凸部１７ａの静電吸着力は６×１０-３（Ｐａ・ｍ２）、凹部１７ｂの静電吸着力は３×１０-３（Ｐａ・ｍ２）であった。即ち、凸部１７ａの静電吸着力は凹部１７ｂの静電吸着力の約２倍であった。また、凹部１７ｂの静電吸着力は所定時間経過（約１ｓｅｃ）すると０（Ｐａ・ｍ２）になる。しかし、凹部１７ｂの静電吸着力は、所定時間経過（約２４時間）しても、０（Ｐａ・ｍ２）にならない。従って、凸部１７ａと凹部１７ｂの合計の静電吸着力は、所定時間経過（約２４時間）しても、０（Ｐａ・ｍ２）にならない。この静電吸着力のため、電極１５の電源をＯＦＦした後、スイッチ２０ｂをアース端子１６ｂ３に接続しただけでは、ガラス基板の離脱することはできない。尚、ガラス基板の体積抵抗値は１０１４〜１０１０Ω.ｃｍという大きな範囲で変化するため、図７は計算の一例である。また、０Ｖという値は吸着力として無視できる電圧の意味も含む。
【００４６】
この点を、図８（ａ）から図８（ｃ）を用いて説明する。図８（ａ）は、コンデンサーＣと抵抗Ｒの直列回路を示す。図８（ｂ）は、図８（ａ）記載のコンデンサーＣと抵抗Ｒの直列回路に当初直流電源Ｂにより電圧Ｖbを印加し、その後、グランド（ＧＮＤ）にした場合の電圧の状態を示す。図８（ｂ）に示すように、グランド（ＧＮＤ）にしただけでは、電圧Ｖはすばやくゼロにはならない。これは、ＣＲの時定数により決定する過渡現象が続くためと考えられる。図８（ｃ）は、図８（ａ）記載のコンデンサーＣと抵抗Ｒの直列回路に当初直流電源Ｂにより電圧Ｖbを印加した後、直流電源Ａにより電圧Ｖaを印加した場合の、電圧Ｖの状態を示す。図８（ｂ）のグランド（ＧＮＤ）にした場合と比較して、図８（ｃ）の場合は、電圧Ｖはすばやくゼロに近づく。
【００４７】
以上から、緩和される時間はジョンソンラーベック（ＪＲ）力が作用する部分の方が、高抵抗が並列されているため非常に遅いと予想される。また、基板には、ジョンソンラーベック（ＪＲ）力とクーロン力の異質の吸着力が働くため、残留電荷が有効的に吸着力として働くジョンソンラーベック（ＪＲ）力の場合、微少な電圧が残ることは、基板の離脱の際影響が大きいことが想定される。
【００４８】
上記のとおり、基板９は、凹部１７ｂに発生するクーロン力と凸部１７ａに発生するジョンソンラーベック力によって、しっかり静電チャックに吸着されることにいる。図７（ａ）（ｂ）に示すように、凹部１７ｂに発生するクーロン力は、距離の２乗に反比例した力なので凸部１７ａに発生するジョンソンラーベック力の方がより小さい電圧で大きな吸着力を得られる。しかし、基板９と凸部１７ａとの間の時定数は、基板９と凹部１７ｂとの間の時定数よりも大きい。このため、凸部１７ａの残留電荷がゼロになる時間は、凹部１７ｂの残留電荷がゼロになる時間に比べて大幅に時間がかかる。このため、凹部１７ｂと凸部１７ａとに同じ逆電圧を印加した場合、吸着力の緩和は凸部１７ａのほうが凹部１７ｂよりも遅くなる。従って、基板９の離脱時に電極１５に接続された外部電源１６ｂを、スイッチ２０ｂにより基板９の吸着時の電圧（１６ｂ１）と逆の電圧（１６ｂ２）に切り替え、電極１５に逆電圧を供給するようにした特許文献４の方法では、基板９の吸着力発生の為の電極１５と同一の電極１５に逆極性の電圧を印加するため、凸部１９ａと凹部１９ｂに発生する残留電圧を同時になくせるように適度な逆電圧をかけることは困難である。また、凸部１９ａと凹部１９ｂに発生する残留電圧をなくすために、更に大きな逆電圧を電極１５に一定時間かけることで凹部１９ｂの残留電荷をなくなったとき、凸部１９ａに残留電荷が残ってしまう。反対に凸部１９ａの残留電荷をなくすように、電極１５に一逆電圧を一定時間かけたときは凹部１９ｂに残留電荷が残る。このため、逆電圧を電極１５に一定時間かけただけでは、基板の凸部１９ａと凹部１９ｂの残留電荷を同時になくすことができない。
【００４９】
この点を、図６Ａの等価回路で説明すると、端子ＶＢと端子ＶＤ間の電圧を緩和する為に逆電圧を電極１５にかけると、凹部１７ｂと基板９との間のキャパシタＣ５の電圧がすばやく小さくなる、一定時間以上逆電圧を印加すると印加した逆電圧により再度、凹部１７ｂと基板９との間に吸着力が発生する。逆電圧印加時間を調整することで端子ＶＢと端子ＶＥ間の電圧を小さくすることができるが、その時端子ＶＣと端子ＶＤ間の電圧は時定数の大きい並列接続のためある程度残り、吸着力が残っている。端子ＶＣと端子ＶＤ間の電圧を極めて小さくなるまで逆電圧を印加する時間を調整すると、今度は、端子ＶＢと端子ＶＥ間に逆電圧極性の電圧が発生する為、基板９に吸着力が残ってしまう。このように、端子ＶＣと端子ＶＤ間の電圧と端子ＶＢと端子ＶＥ間の電圧を同時になくすことは困難である。
【００５０】
一方、基板９の吸着時には、外部電源１６ｂにより電圧（１６ｂ１）を電極１５に供給し、基板の離脱時には、基板９の離脱時には、スイッチ２０ｂをＯＦＦにして電極１５への電圧印加を停止し、導体被膜１９を、スイッチ２０ａを介してアース端子（１６ａ３）に接続する特許文献２の方法では、基板９の抵抗が大きいときには、基板接触部には、ジョンソンラッベク力により大きな吸着力が発生し、アースに落としただけでは基板側に電流が流れない為、凸部吸着力がなくなるのに時間がかかる点で問題がある。
【００５１】
この点を、図６Ａの等価回路で説明すると、Ｒ６が大きいときに、端子ＶＣからアースに落とすことで、Ｃ４，Ｃ６の電荷は抜けやすくなるが、Ｃ４，Ｃ６，Ｒ４，Ｒ６部の大きな時定数のため電荷が抜けるのに長時間かかる。
これに対し、本発明のように、基板９の吸着時には、外部電源１６ｂにより電圧（１６ｂ１）を電極１５に供給し、基板９の離脱時に電極１５に接続された外部電源１６ｂを、スイッチ２０ｂにより基板９の吸着時の電圧（１６ｂ１）と逆電圧（１６ｂ２）に切り替え、電極１５に逆電圧を供給し、更に、導体被膜１９を、スイッチ２０ａを介して外部電源１６ａの端子１６ａ２に接続すれば、凸部１７aに基板９の吸着時と逆の逆電圧が供給されることになるので、従来よりもすばやく基板９の離脱ができるようになる。この電荷の状態は図５bに示す通りとなるので、高抵抗のガラス基板における離脱の点で問題は発生しない。
【００５２】
この点を、図６Ｂの等価回路で説明する。図６Ｂの等価回路の場合、基板９の吸着時には、電源１６ｂにより電極１５に電圧Ｖａを印加することにより、基板９を吸着する。基板９の離脱時には、電源１６ａにより、端子ＶＡだけでなく、端子ＶＣにも吸着時の逆電圧Ｖｂを印加することが可能となる。これにより、凹部１７ｂの残留電荷がゼロになる時間は、端子ＶＡと端子ＶＢ間、端子ＶＢと端子ＶＥ間については、端子ＶＡに印加される逆電圧Ｖbにより決まる。また、凸部１７ａの残留電荷がゼロになる時間は、端子ＶＣと端子ＶＤ間については、端子ＶＣに印加される逆電圧Ｖbにより決まる。このように、本発明においは、凹部１７ｂの残留電荷は、端子ＶＡに印加される逆電圧Ｖbにより、凸部１７aの残留電荷は、端子ＶＣに印加される逆電圧Ｖbにより、それぞれゼロにすることが可能である。
【００５３】
次に、基板９として、室温で体積低効率１０１２Ω.ｃｍのガラス基板と、導体被膜（比抵抗１０-4μΩ・ｃｍ、Ｒａ０．２μｍ）、ＴｉＮを備えた静電チャック（体積抵抗率１０８Ω・ｃｍ、セラミック）を想定した場合、図１、図２、図６Ｂに示す静電吸着装置をどうように動作させるかについて説明する。
基板の吸着時には、電極１５に、外部電源１６ｂにより電圧１６ｂ１（１０Ｖ〜１０ｋＶ）を約１分から１０程度供給し、基板９の吸着を行う。基板の離脱時には、電極１５に、外部電源１６ｂにより電圧１６ｂ２（１０Ｖ〜１０ｋＶ）を約１分から１０程度供給し、端子ＶＣに、外部電源１６ａに電圧１６ａ２（１０Ｖ〜１０ｋＶ）を約１分から１０程度供給した後、基板９を離脱した。
【符号の説明】
【００５４】
１  容器
２  リング状絶縁部材
３  ターゲット
４  ヨーク板
５  磁石
６  スパッタ電源
７  基板温度調整部
８  静電チャック
９  基板
１０  筒状シールド部材
１１  温度制御電源機構
１２  熱電対
１３  加熱・冷却部
１４  誘電体
１５  電極
１６ａ  第２の外部電源
１６ｂ  第１の外部電源
１７ａ  凸部
１７ｂ  凹部
１８  外周突条部
１９  導体被膜
２０ａ  スイッチ
２０ｂ  スイッチ
２１  ガス供給経路
２２  ガス供給源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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