(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基材に静電吸着用内部電極が内蔵され、このセラミック基材の一主面に中間層を介して金属酸化物からなる溶射膜が形成され、この溶射膜の一主面を板状試料を載置する載置面とした静電チャック部と、
前記静電チャック部の他の一主面に設けられ該静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備え、
前記中間層は、前記金属酸化物と樹脂との混合物からなり、
前記中間層は、前記金属酸化物を５０体積％以上かつ９５体積％以下含有するとともに、前記樹脂を５体積％以上かつ５０体積％以下含有してなることを特徴とする静電チャック装置。
【請求項２】
前記金属酸化物は酸化イットリウムであることを特徴とする請求項１記載の静電チャック装置。
【請求項３】
前記樹脂は、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂の群から選択された１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１または２記載の静電チャック装置。
【請求項４】
前記セラミック基材は、酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む複合焼結体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の静電チャック装置。
【請求項５】
前記静電チャック部と前記冷却ベース部との間に加熱部材を設けてなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の静電チャック装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電チャック装置に関し、さらに詳しくは、長時間使用した場合においても、板状試料を載置する載置面の耐摩耗性及び耐食性に優れ、しかも、膜剥がれやセラミック基材の損傷等の表面形状の経時変化が無い静電チャック装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速に進展するＩＴ技術を支える半導体産業においては、素子の高集積化や高性能化が求められており、そのために、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ等の半導体製造プロセスにおいても微細加工技術の更なる向上が求められている。この半導体製造プロセスにおいては、プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等のプラズマを用いた半導体製造装置が使用されており、これらの半導体製造装置においては、従来から、試料台に簡単にウエハを取付け、固定するとともに、このウエハを所望の温度に維持する装置として静電チャック装置が使用されている。
【０００３】
このような静電チャック装置としては、板状試料を載置する載置面の耐摩耗性及び耐食性を向上させるために、金属または金属とセラミックスからなる導電性基体を吸着用電極とし、この導電性基体の一方の主面に絶縁膜を備えてその上面をウェハの載置面とし、この絶縁膜を酸化物からなる非晶質セラミックスにより構成した静電チャックが提案されている（特許文献１参照）。
この静電チャックでは、導電性基体の一方の主面にブラスト処理等で粗面加工を施し、この粗面となった一方の主面にアルミナの溶射を施すことにより、導電性基体と密着性のよい溶射膜を形成している。
さらに、密着性を向上させるために、ブラスト処理の後、この粗面となった一方の主面に金属溶射膜を形成し、この金属溶射膜上に上記の溶射膜を形成することも行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４９６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した従来の静電チャックでは、長時間使用した場合に、板状試料を載置する載置面で溶射膜が剥がれたり、セラミック基材の損傷等が生じ易いという問題点があった。特に、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）からなる溶射膜の場合、粗面処理してもセラミック基材との密着性が十分ではなく、特に熱膨張に起因する剥離が生じ易いという問題点があった。
【０００６】
このような問題点は、特にプラズマ処理装置に搭載される静電チャックや、ヒータ機能付き静電チャックのように、静電チャック使用時に板状試料を載置する載置面の温度が上下に変動する装置において特に発生し易い。さらに、セラミック基材を粗面処理した場合、このセラミック基材に粗面処理に起因する微小クラックが生じ、耐電性特性が悪化するという問題点もあった。
さらに、静電チャックでは絶縁性を必要とすることから、ブラスト処理の後に導電性を有する金属溶射膜を形成する構造を採用することができないという問題点もあった。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、長時間使用した場合においても、板状試料を載置する載置面の耐摩耗性及び耐食性に優れ、しかも、膜剥がれやセラミック基材の損傷等の表面形状の経時変化が無い静電チャック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】
【０００８】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、セラミック基材に静電吸着用内部電極が内蔵され、このセラミック基材の一主面に中間層を介して金属酸化物からなる溶射膜が形成され、この溶射膜の一主面を板状試料を載置する載置面とした静電チャック部と、前記静電チャック部の他の一主面に設けられ該静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備え、前記中間層を、前記金属酸化物及び樹脂を含む混合物からなる構成とすれば、セラミック基材と金属酸化物からなる溶射膜との間の密着性が向上し、特に熱膨張に起因する剥離が生じ難くなり、特に使用時に板状試料を載置する載置面の温度が上下に変動する場合においても耐久性に優れており、セラミック基材に微小クラックが生じたり、耐電性特性が悪化するという懸念も無いことを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の静電チャック装置は、セラミック基材に静電吸着用内部電極が内蔵され、このセラミック基材の一主面に中間層を介して金属酸化物からなる溶射膜が形成され、この溶射膜の一主面を板状試料を載置する載置面とした静電チャック部と、前記静電チャック部の他の一主面に設けられ該静電チャック部を冷却する冷却ベース部とを備え、前記中間層は、前記金属酸化物と樹脂との混合物からなり、前記中間層は、前記金属酸化物を５０体積％以上かつ９５体積％以下含有するとともに、前記樹脂を５体積％以上かつ５０体積％以下含有してなることを特徴とする。
【００１０】
この静電チャック装置では、セラミック基材の一主面に中間層を介して金属酸化物からなる溶射膜を形成し、この中間層を金属酸化物及び樹脂を含む混合物からなることとしたことにより、この中間層がセラミック基材と溶射膜との間の密着性を向上させるとともに、これらの間の熱膨張差を緩和することで溶射膜が熱膨張差に起因する剥離が生じ難くなる。
よって、長時間使用した場合においても、溶射膜が剥がれること無く、セラミック基材の損傷等の表面形状の経時変化も無い。
また、中間層の組成を上記の範囲に限定することにより、プラズマやラジカル（フリーラジカル）に対する耐性がさらに優れたものとなる。
【００１１】
前記金属酸化物は酸化イットリウムであることが好ましい。
この酸化イットリウムは、プラズマやラジカル（フリーラジカル）に対する耐食性が高く、長時間使用した場合においても耐摩耗性及び耐食性を保持することが可能である。
【００１２】
前記樹脂は、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂の群から選択された１種または２種以上を含むことが好ましい。
これらシリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂は、プラズマやラジカル（フリーラジカル）に対する耐性に優れており、長時間使用した場合においても、中間層を摩耗することなく良好に保持することが可能である。
【００１４】
前記セラミック基材は、酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む複合焼結体であることが好ましい。
セラミック基材を酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む複合焼結体とすることにより、プラズマやラジカル（フリーラジカル）に対する耐食性が極めて高く、したがって、長時間使用した場合においても、耐摩耗性及び耐食性を良好に保持することが可能である。
また、この酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む複合焼結体は、通常の酸化アルミニウムからなる焼結体や酸化アルミニウム焼結体に酸化イットリウムの溶射膜を形成したものと比較して、誘電率が高く、高い吸着力を発現することが可能である。
【００１５】
前記静電チャック部と前記冷却ベース部との間に加熱部材を設けたこととしてもよい。
静電チャック部と冷却ベース部との間に加熱部材を設けたことにより、溶射膜の一主面、すなわち載置面に載置される板状試料の温度の面内均一性が向上し、板状試料におけるプラズマエッチングやプラズマＣＶＤ等の面内均一性が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の静電チャック装置によれば、セラミック基材の一主面に中間層を介して金属酸化物からなる溶射膜を形成し、この溶射膜の一主面を板状試料を載置する載置面とするとともに、中間層を金属酸化物及び樹脂を含む混合物からなることとしたので、この中間層によりセラミック基材と溶射膜との間の密着性を向上させることができ、セラミック基材の一主面に粗面処理を施す必要も無い。したがって、セラミック基材からの溶射膜の剥離を長時間に亘って防止することができ、セラミック基材の損傷等の表面形状の経時変化を防止することができる。
【００１７】
前記金属酸化物を酸化イットリウムとしたので、プラズマやラジカル（フリーラジカル）に対する耐食性を向上させることができ、耐摩耗性及び耐食性を長時間に亘って保持し続けることができる。
【００１８】
樹脂を、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂の群から選択された１種または２種以上を含むこととしたので、中間層の耐摩耗性及び耐食性を長時間に亘って保持し続けることができる。
【００１９】
中間層を、金属酸化物を５０体積％以上かつ９５体積％以下含有するとともに、樹脂を５体積％以上かつ５０体積％以下含有してなることとしたので、中間層のプラズマやラジカル（フリーラジカル）に対する耐性をさらに向上させることができる。
【００２０】
セラミック基材を酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む複合焼結体としたので、プラズマやラジカル（フリーラジカル）に対する耐食性をさらに向上させることができ、長時間に亘って耐摩耗性及び耐食性を保持することができる。
また、この酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む複合焼結体は、誘電率が高く、高い吸着力を発現することができる。
【００２１】
静電チャック部と冷却ベース部との間に加熱部材を設けたので、溶射膜の載置面に載置される板状試料の温度の面内均一性を向上させることができ、板状試料におけるプラズマエッチングやプラズマＣＶＤ等の面内均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の静電チャック装置を実施するための形態について説明する。
なお、以下の各実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００２４】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の静電チャック装置を示す断面図であり、この静電チャック装置１は、静電チャック部２と、冷却ベース部３とにより構成されている。
【００２５】
静電チャック部２は、円板状のセラミック基材１１と、このセラミック基材１１の上面（一主面）１１ａに形成された中間層１２と、この中間層１２の上面（一主面）１２ａに形成され上面（一主面：静電吸着面）１３ａを半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置するための載置面とされた円形状の金属酸化物からなる溶射膜１３とにより構成されている。
セラミック基材１１は、円板状の載置板２１と、この載置板２１の下面（他の一主面）側に対向配置された円板状の支持板２２と、これら載置板２１と支持板２２との間に挟持され載置板２１及び支持板２２より径の小さい円形状の静電吸着用内部電極２３と、この静電吸着用内部電極２３の外周側にこれを囲む様に設けられた環状の絶縁材層２４と、この静電吸着用内部電極１３の下面中央部に接続され直流電圧を印加する給電用端子２５と、この給電用端子２５の周囲を覆うことで外部と絶縁する円筒状の絶縁碍子２６とにより構成されている。
【００２６】
載置板２１及び支持板２２は、共に耐熱性を有するセラミックスが好ましく、このセラミックスとしては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、サイアロン、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から選択された１種からなる焼結体、あるいは２種以上を含む複合焼結体が好ましい。
【００２７】
特に、プラズマやラジカル（フリーラジカル）に対する耐食性及び長時間に亘る耐摩耗性及び耐食性の保持を考慮すると、特に誘電率が高くかつ静電吸着する板状試料Ｗに対して不純物とならない組成が好ましく、例えば、酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体が好ましい。
この炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体としては、例えば、炭化ケイ素を４重量％以上かつ２０重量％以下含み、残部を酸化アルミニウムとする炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体が挙げられる。
【００２８】
静電吸着用内部電極２３は、厚みが１０μｍ〜５０μｍ程度の平板状の導電性セラミックスが用いられる。この静電吸着用内部電極２３を構成する導電性セラミックスの使用温度下における体積固有抵抗値は、１．０×１０６Ω・ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは１．０×１０４Ω・ｃｍ以下である。
この導電性セラミックスとしては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）−酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）複合焼結体、窒化タンタル（ＴａＮ）−酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）複合焼結体、炭化タンタル（ＴａＣ）−酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）複合焼結体、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）−酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）複合焼結体等が挙げられる。
【００２９】
絶縁材層２４は、載置板２１及び支持板２２を接合一体化するとともに、静電吸着用内部電極２３をプラズマから保護するためのものである。
この絶縁材層２４を構成する材料としては、載置板２１及び支持板２２と主成分が同一の絶縁性材料が好ましく、例えば、載置板２１及び支持板２２が炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体により構成されている場合には、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）とするのが好ましい。
【００３０】
中間層１２は、セラミック基材１１と溶射膜１３との間の密着性を向上させるとともに、これらの間の熱膨張差を緩和し、溶射膜１３がセラミック基材１１から熱膨張差に起因して剥離するのを防止することを目的として設けられている。
この中間層１２は、プラズマやラジカル（フリーラジカル）に曝露されるセラミック基材１１の上面のうち周縁部から内側の環状の領域、例えば周縁部から内側に向かって０．１ｍｍの部分を除く領域に形成されている。
【００３１】
この中間層１２は、金属酸化物及び樹脂を含む混合物により構成されている。
この金属酸化物としては、例えば、酸化イットリウム、イットリウムアルミニウムガーネット、酸化サマリウム、酸化ディスプロシウム等が挙げられる。ここで、プラズマやラジカル（フリーラジカル）に対する耐食性が高く、長時間使用した場合においても耐摩耗性及び耐食性を保持することが可能な点を考慮すれば、酸化イットリウムが最も好ましい。
【００３２】
樹脂としては、プラズマやラジカル（フリーラジカル）に対する耐性に優れており、長時間使用した場合においても、中間層を摩耗することなく良好に保持することが好ましく、例えば、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂の群から選択された１種または２種以上を含むことが好ましい。
【００３３】
特に、酸素系プラズマを用いる場合には、酸素系プラズマに対して耐プラズマ性に優れているシリコン系樹脂が好ましい。
このシリコン系樹脂は、耐熱性、弾性に優れた樹脂であり、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を有するケイ素化合物である。このシリコン系樹脂は、例えば、下記の式（１）または式（２）の化学式で表すことができる。
【００３４】
【化１】
0005982887.tif 000002
但し、Ｒは、Ｈまたはアルキル基（ＣｎＨ２ｎ＋１−：ｎは整数）である。
【００３５】
【化２】
0005982887.tif 000003
但し、Ｒは、Ｈまたはアルキル基（ＣｎＨ２ｎ＋１−：ｎは整数）である。
【００３６】
このようなシリコン系樹脂としては、特に、熱硬化温度が１００℃〜１５０℃のシリコン樹脂が好ましい。
ここで、熱硬化温度が１００℃を下回ると、シリコン系樹脂を金属酸化物と混合した混合物を塗布し熱硬化する場合に、熱硬化前あるいは熱硬化の初期段階で硬化が始まってしまい、作業性に劣ることとなるので好ましくない。一方、熱硬化温度が１５０℃を超えると、この中間層１２と、セラミック基材１１及び溶射膜１３との熱膨張差が大きくなり、その結果、シリコン系樹脂が、セラミック基材１１と溶射膜１３との間の応力を吸収することができずに応力が増加し、この中間層１２と、セラミック基材１１及び溶射膜１３との間で剥離が生じる虞があるので好ましくない。
【００３７】
また、フッ素系プラズマを用いる場合には、フッ素系プラズマに対して耐プラズマ性に優れているアクリル系樹脂が好ましい。
このようなアクリル系樹脂としては、アクリル酸及びそのエステル、メタクリル酸及びそのエステル、アクリルアミド、アクリロニトリル、及びこれらの重合体あるいは共重合体が挙げられる。
これらの中でも、特に、ポリアクリル酸メチル等のポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸メチル等のポリメタクリル酸エステル等が好適に用いられる。
【００３８】
このアクリル系樹脂は、酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを１体積％以上かつ５０体積％以下、好ましくは１０体積％以上かつ４０体積％以下、さらに好ましくは２０体積％以上かつ３０体積％以下含有してなることが好ましい。
このアクリル系樹脂では、酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを１体積％以上かつ５０体積％以下含有したことにより、アクリル系樹脂のフッ素ラジカルに対する耐食性が向上する。
また、酢酸ビニルまたは酪酸ビニルを１体積％以上かつ５０体積％以下含有したことで、アクリル系樹脂の柔軟性が向上し、その結果、セラミック基材１１と溶射膜１３との間の応力がさらに緩和される。
【００３９】
この中間層１２においては、金属酸化物を５０体積％以上かつ９５体積％以下含有するとともに、樹脂を５体積％以上かつ５０体積％以下含有してなることが好ましく、より好ましくは、金属酸化物の含有率が８５体積％以上かつ９５体積％以下、樹脂の含有率が５体積％以上かつ１５体積％以下である。
【００４０】
ここで、金属酸化物及び樹脂それぞれの含有率を上記の範囲とした理由は、これらの範囲が、中間層１２と、セラミック基材１１及び溶射膜１３との間の密着性が向上し、これらの間の熱膨張差を緩和し、溶射膜１３がセラミック基材１１から熱膨張差に起因して剥離するのを防止することができる範囲だからである。
ここで、金属酸化物の含有率が５０体積％を下回るか、樹脂の含有率が５０体積％を超えると、中間層１２における金属酸化物の割合が低下することにより、プラズマやラジカル（フリーラジカル）に対する耐食性が低下し、長時間使用した場合に耐摩耗性及び耐食性を保持することができなくなるので好ましくない。一方、金属酸化物の含有率が９５体積％を超えるか、樹脂の含有率が５体積％を下回ると、中間層１２における樹脂の割合が低下することにより、中間層１２を所望の形状に維持することが難しくなるので好ましくない。
【００４１】
この中間層１２の厚みは、１００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２０μｍ以下である。
ここで、中間層１２の厚みを１００μｍ以下とした理由は、厚みが１００μｍを超えると、樹脂の硬化収縮に伴う厚みの変化が大きくなり過ぎてしまい、得られた中間層１２に硬化収縮に起因するボイドが発生し、さらにはクラックや割れ等が生じる虞があり、また、中間層の厚みが増加するのに伴って、静電吸着用内部電極２３から溶射膜１３の吸着面までの距離が増加し、よって、吸着力が低下するからである。
【００４２】
溶射膜１３は、中間層１２の上に金属酸化物を溶射して形成され、上面１３ａを半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置するための載置面とされた円形状の膜である。
この金属酸化物としては、中間層１２に用いられた金属酸化物と同一のものであることが好ましい。
この金属酸化物は、中間層１２に用いられた金属酸化物と同様、酸化イットリウム、イットリウムアルミニウムガーネット、酸化サマリウム、酸化ディスプロシウム等が挙げられ、プラズマやラジカル（フリーラジカル）に対する耐食性、長時間使用時の耐摩耗性及び耐食性を考慮すれば、酸化イットリウムが最も好ましい。
【００４３】
この溶射膜１３の厚みは、１００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５０μｍ以下である。
ここで、溶射膜１３の厚みを１００μｍ以下とした理由は、厚みが１００μｍを超えると、吸着面までの距離の増加に伴って吸着力が低下するからである。
【００４４】
冷却ベース部３は、静電チャック部２の下側に設けられて、この静電チャック部２の温度を所望の温度に制御するとともに、高周波発生用電極を兼ね備えたもので、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ） 等の熱伝導性のよい金属により構成された厚みのある円板状のもので、その内部には、水や有機溶媒等の冷却用媒体を循環させる流路３１が形成され、上記の溶射膜１３の上面１３ａに載置される板状試料Ｗの温度を所望の温度に維持することができるようになっている。
この冷却ベース部３に形成された貫通孔３２には、給電用端子２５及び絶縁碍子２６が固定されている。
【００４５】
冷却ベース部３の少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理が施されているか、あるいはアルミナ等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。
この冷却ベース部３は、少なくともプラズマに曝される面にアルマイト処理または絶縁膜の成膜が施されていることにより、耐プラズマ性が向上する他、異常放電が防止され、したがって、耐プラズマ安定性が向上したものとなる。また、表面に傷が付き難くなるので、傷の発生を防止することができる。
【００４６】
これら静電チャック部２と冷却ベース部３とは、接着層４により接着・固定されている。
この接着層４の形状は、シート状またはフィルム状の接着剤の他、液状の接着剤を塗布した塗膜を加熱・硬化した硬化膜であってもよい。
冷却ベース部３と静電チャック部２との位置合わせ等の作業性を考慮すると、シート状またはフィルム状の接着剤が好ましい。
【００４７】
この接着層４は、冷却ベース部３と静電チャック部２との間の熱膨張差を緩和するためには、例えば、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂の群から選択された１種または２種以上を含むことが好ましい。
特に、耐熱性、耐プラズマ性、および冷却ベース部３との熱伝達率の観点から、シリコン系接着材に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）フイラー等の絶縁性の熱伝導材料を添加してなる接着剤が好ましい。
【００４８】
次に、この静電チャック装置１の製造方法について説明する。
まず、酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含む炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体等の耐熱性を有するセラミックスにより板状の載置板２１及び支持板２２を作製する。
例えば、炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体により作製する場合、酸化アルミニウム粉体及び炭化ケイ素粉体を所定の配合比にて混合した混合物を所望の形状に成形し、その後、例えば１６００℃〜１８００℃の温度、非酸化性雰囲気、好ましくは不活性雰囲気下にて所定時間、焼成することにより、載置板２１及び支持板２２を得ることができる。
【００４９】
次いで、支持板２２に、給電用端子２５を嵌め込み保持するための固定孔を形成する。この固定孔の穿設方法としては、特に制限されるものでないが、例えば、ダイヤモンドドリルによる孔開け加工法、レーザ加工法、放電加工法、超音波加工法等を用いて穿設することができる。
【００５０】
次いで、給電用端子２５を、通常の成形及び加圧焼成、あるいは研削法、粉末治金等の金属加工法等により、支持板２２の固定孔に密着固定し得る大きさ、形状となるように作製する。
例えば、給電用端子２５を導電性複合焼結体とした場合、静電吸着用内部電極２３と同様の材質からなる導電性セラミックス粉末が好ましい。また、給電用端子２５を金属とした場合、高融点金属が好ましい。
この給電用端子２５は、後の高温・高圧下でのホットプレス時に再焼成されて支持板２２に密着固定され、嵌合一体化される。
【００５１】
次いで、給電用端子２５が嵌め込まれた支持板２２の表面の所定領域に、給電用端子２５に接触するように、上記の導電性セラミックス粉体等の導電材料をテレピノール等の有機溶媒に分散した静電吸着用内部電極形成用塗布液を塗布し、乾燥して、静電吸着用内部電極形成層とする。
この塗布法としては、均一な厚さに塗布する必要があることから、スクリーン印刷法等を用いることが望ましい。
【００５２】
次いで、支持板２２上の静電吸着用内部電極形成層を形成した領域より外側の領域に、絶縁性、耐腐食性、耐プラズマ性を向上させるために、載置板２１及び支持板２２と同一組成または主成分が同一の材料を含む絶縁材層を形成する。この絶縁材層は、例えば、載置板２１及び支持板２２が炭化ケイ素−酸化アルミニウム系複合焼結体により作製された場合、酸化アルミニウム粉体をテレピノール等の有機溶媒に分散した酸化アルミニウム塗布液を、上記所定領域にスクリーン印刷等で塗布し、乾燥することにより形成することができる。
【００５３】
次いで、支持板２２上の静電吸着用内部電極形成層及び絶縁材層の上に載置板２１を重ね合わせ、次いで、これらを高温、高圧下にてホットプレスして一体化する。このホットプレスにおける雰囲気は、真空、あるいはＡｒ、Ｈｅ、Ｎ２等の不活性雰囲気が好ましい。また、圧力は５〜１０ＭＰａが好ましく、温度は１６００℃〜１８５０℃が好ましい。
【００５４】
このホットプレスにより、静電吸着用内部電極形成層は焼成されて導電性セラミックスからなる静電吸着用内部電極２３となる。同時に、支持板２２及び載置板２１は、絶縁材層２４を介して接合一体化される。
また、給電用端子２５は、高温、高圧下でのホットプレスで再焼成され、支持板２２の固定孔に密着固定される。
【００５５】
一方、中間層１２を形成するための中間層形成用混合物を作製する。
例えば、酸化イットリウム、イットリウムアルミニウムガーネット、酸化サマリウム、酸化ディスプロシウム等の金属酸化物と、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂の群から選択された１種または２種以上を含む樹脂または樹脂前駆体とを、それぞれ所定量秤量し、これらをボールミル、自動乳鉢等の混合機を用いて混合し、中間層形成用混合物とする。
この樹脂または樹脂前駆体が低粘性の溶液の場合には、金属酸化物と混合するだけでよいが、樹脂または樹脂前駆体が高粘性の溶液の場合には、金属酸化物に有機溶媒を添加した金属酸化物溶液と混合し、混合物の粘度を調整することが好ましい。
【００５６】
次いで、載置板２１上の所定領域に中間層形成用混合物を塗布する。
この中間層形成用混合物の塗布方法としては、スクリーン印刷法、バーコート法等が挙げられるが、載置板２１上の所定領域に精度よく形成する必要があることから、スクリーン印刷法が好ましい。
【００５７】
次いで、中間層形成用混合物を加熱し硬化させ、中間層１２とする。
ここで、中間層形成用混合物に含まれる樹脂または樹脂前駆体が熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂前駆体の場合、熱硬化温度より若干高い温度にて所定時間加熱し、硬化させる。
また、中間層形成用混合物に含まれる樹脂または樹脂前駆体が紫外線硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂前駆体の場合、紫外線硬化に必要な光強度の紫外線を所定時間照射し、硬化させる。
なお、中間層形成用混合物の替わりに、金属酸化物と樹脂または樹脂前駆体とを含む溶射材料を作製し、この溶射材料を溶射して中間層としてもよい。
【００５８】
次いで、中間層１２の上に、中間層１２に用いられた金属酸化物と同様の酸化イットリウム、イットリウムアルミニウムガーネット、酸化サマリウム、酸化ディスプロシウム等の金属酸化物を溶射し、溶射膜１３を形成する。
溶射法としては、例えば、大気プラズマ溶射、減圧アルゴンプラズマ溶射等、通常の金属酸化物を溶射する方法が用いられる。
以上により、静電チャック部２を作製することができる。
【００５９】
一方、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ） 等の熱伝導性のよい金属材料に機械加工を施して厚みのある金属板とし、この金属板の内部に水や有機溶媒等の冷却用媒体を循環させる流路３１を形成し、さらに、給電用端子２５及び絶縁碍子２６を嵌め込み保持するための固定孔を形成し、冷却ベース部３とする。
この冷却ベース部３の少なくともプラズマに曝される面には、アルマイト処理を施すか、あるいはアルミナ等の絶縁膜を成膜することが好ましい。
【００６０】
次いで、冷却ベース部３の上面の所定位置に、例えば、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂等の耐プラズマ性、耐熱性及び絶縁性を有するシート状またはフィルム状の接着性樹脂を貼着し、接着層４とする。
次いで、この接着層４上に静電チャック部２を重ね合わせる。この際、立設した給電用端子２５及び絶縁碍子２６を、冷却ベース部３中に穿孔された固定孔に挿入し嵌め込む。
次いで、静電チャック部２を冷却ベース部３に向けて押圧し、静電チャック部２を接着層４を介して冷却ベース部３と接着一体化する。
【００６１】
以上により、セラミック基材１１上に中間層１２及び溶射膜１３が順次形成された静電チャック部２と冷却ベース部３とを接着層４により接着一体化した本実施形態の静電チャック装置１が得られる。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態の静電チャック装置１によれば、セラミック基材１１の上面１１ａに中間層１２を介して溶射膜１３を形成し、この溶射膜１３の上面１３ａを板状試料Ｗを載置する載置面とするとともに、中間層１２を金属酸化物及び樹脂を含む混合物からなることとしたので、この中間層１２によりセラミック基材１１と溶射膜１３との間の密着性を向上させることができ、セラミック基材１１の上面１１ａに粗面処理を施す必要も無い。したがって、セラミック基材１１からの溶射膜１３の剥離を長時間に亘って防止することができ、セラミック基材１１の損傷等の表面形状の経時変化を防止することができる。
【００６３】
［第２の実施形態］
図２は、本発明の第２の実施形態の静電チャック装置を示す断面図であり、この静電チャック装置４１が第１の実施形態の静電チャック装置１と異なる点は、静電チャック装置１では、静電チャック部２と冷却ベース部３とを接着層４により接着一体化したのに対し、本実施形態の静電チャック装置４１では、静電チャック部２と冷却ベース部３との間にヒータエレメント（加熱部材）４２を形成し、このヒータエレメント４２を接着材層４３、４４により静電チャック部２と冷却ベース部３とに接着一体化した点であり、これ以外の構成要素については、第１の実施形態の静電チャック装置１と全く同様である。
【００６４】
このヒータエレメント４２は、厚みが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下の一定の厚みを有する非磁性金属薄板、例えば、チタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、モリブデン（Ｍｏ）薄板等をフォトリソグラフィー法により、所望のヒーターパターンにエッチング加工することで形成される。
ここで、ヒータエレメント４２の厚みを０．２ｍｍ以下とした理由は、厚みが０．２ｍｍを超えると、ヒータエレメント４２のパターン形状が板状試料Ｗの温度分布として反映され、板状試料Ｗの面内温度を所望の温度パターンに維持することが困難になり、さらには、静電チャック部２と冷却ベース部３との間隔が広くなり、よって、冷却性能が低下するからである。
【００６５】
また、ヒータエレメント４２を非磁性金属で形成すれば、静電チャック装置４１を高周波雰囲気中で用いてもヒータエレメント４２が高周波により自己発熱せず、したがって、板状試料Ｗの面内温度を所望の一定温度または一定の温度パターンに維持することが容易となるので好ましい。
また、一定の厚みの非磁性金属薄板を用いてヒータエレメント４２を形成すれば、ヒータエレメント４２の厚みが加熱面全域で一定となり、さらに発熱量も加熱面全域で一定となるので、静電チャック部２の溶射膜１３の表面（載置面）における温度分布を均一化することができる。
【００６６】
このヒータエレメント４２は、所定のパターン、例えば幅の狭い帯状の金属材料を蛇行させたパターン、あるいは金属材料を渦巻き状としたパターンを有するもので、静電チャック部２の下面にヒータエレメント４２と同形状のパターンの接着材層４３により接着されている。
また、このヒータエレメント４２は、冷却ベース部３との間隔を一定に保持するスペーサ４５と共に、冷却ベース部３の上面に柔軟性を有する絶縁性のアクリル系接着剤層４４により接着一体化されている。これにより、静電チャック部２及びヒータエレメント４２と冷却ベース部３とは、対向させた状態で接着一体化されることとなる。
【００６７】
このヒータエレメント４２の両端部には給電用端子５１が接続され、この給電用端子５１及び絶縁碍子５２は、冷却ベース部３に形成された貫通孔３３に固定されている。
このヒータエレメント４２では、印加電圧を制御することにより、静電チャック部２の溶射膜１３の表面（載置面）に静電吸着により固定されている板状試料Ｗの面内温度分布を精度良く制御するようになっている。
【００６８】
接着材層４３は、ヒータエレメント４２を静電チャック部２の下面に接着することができるものであればよく、ヒータエレメント４２と同一のパターン形状のシート状またはフィルム状の耐熱性及び絶縁性を有する接着材、例えば、ポリイミド系接着材、シリコン系接着材、エポキシ系接着材、アクリル系接着材等が挙げられる。
特に、多結晶シリコン（ポリシリコン）薄膜をエッチングするエッチング装置に適用することを考慮すると、アクリル系接着材が好ましい。
【００６９】
この接着材層４３の厚みは１０μｍ〜１００μｍが好ましく、より好ましくは２０μｍ〜５０μｍである。この接着材層４３の面内の厚みのバラツキは１０μｍ以内が好ましく、より好ましくは５μｍ以内である。
ここで、接着材層４３の面内の厚みのバラツキが１０μｍを超えると、静電チャック部２とヒータエレメント４２との面内間隔に１５μｍを超えるバラツキが生じ、その結果、ヒータエレメント４２から静電チャック部２に伝達される熱の面内均一性が低下し、静電チャック部２の溶射膜１３の表面（載置面）における面内温度が不均一となり、その結果、板状試料Ｗの面内温度の均一性が低下するので、好ましくない。
【００７０】
接着剤層４４は、接着材層４３と同様、シート状またはフィルム状の耐熱性及び絶縁性を有する接着材であり、この接着材としては、例えば、アクリル系接着材、ポリイミド系接着材、シリコン系接着材、エポキシ系接着材等が挙げられる。
特に、多結晶シリコン（ポリシリコン）薄膜をエッチングするエッチング装置に適用することを考慮すると、アクリル系接着材が好ましい。
【００７１】
この接着材層４４の厚みは２００μｍ以下が好ましく、より好ましくは１００μｍ以下である。この接着材層４４の面内の厚みのバラツキは１５μｍ以内が好ましい。
ここで、接着材層４４の厚みのバラツキが１５μｍを超えると、接着材の硬化収縮に伴う厚みの変化が大きくなり過ぎてしまい、得られた接着材層４４に硬化収縮に起因するボイドが発生し、さらにはクラックや割れ等が生じる虞があり、その結果、接着材層４４の絶縁性が低下する虞があるからである。
【００７２】
本実施形態の静電チャック装置４１においても、第１の実施形態の静電チャック装置１と同様の作用・効果を奏することができる。
さらに、静電チャック部２と冷却ベース部３との間にヒータエレメント４２を形成し、このヒータエレメント４２を接着材層４３、４４により静電チャック部２と冷却ベース部３とに接着一体化したので、溶射膜１３の載置面に載置される板状試料Ｗの温度の面内均一性を向上させることができ、板状試料ＷにおけるプラズマエッチングやプラズマＣＶＤ等の面内均一性を向上させることができる。
【実施例】
【００７３】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００７４】
［実施例１］
「静電チャック装置の作製」
公知の方法によりセラミック基材を作製した。
このセラミック基材の載置板及び支持板は、酸化アルミニウム−炭化ケイ素複合焼結体であり、直径は３２０ｍｍ、厚みは６ｍｍの円板状であった。
これら載置板及び支持板を、厚み２０μｍの静電吸着用内部電極及び絶縁材層を介して接合一体化した後、機械加工を施すことにより、直径２９８ｍｍ、厚み４ｍｍの円板状のセラミック基材を作製した。
【００７５】
次いで、シリコン樹脂が４０体積％、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）が６０体積％となるように、これらを混合し、中間層形成用混合物を作製した。
次いで、セラミック基材の上面に、圧縮空気駆動ガンを用いて中間層形成用混合物を厚み０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍとなるように吹き付け、その後、大気中、１５０℃にて１２０分間加熱し、中間層を形成した。
次いで、中間層の上面に、大気プラズマ溶射により酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を、この中間層と溶射膜の合計の厚みが０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍとなるように溶射した。
【００７６】
一方、公知の方法により直径３４０ｍｍ、高さ３０ｍｍのアルミニウム製の冷却ベース部３を、機械加工により作製した。この冷却ベース部３の内部には冷媒を循環させる流路３１を形成した。
次いで、これら静電チャック部２と冷却ベース部３とを、厚み０．１ｍｍのシート状のシリコン系接着剤を用いて接着・一体化し、実施例１の静電チャック装置を作製した。
【００７７】
「静電チャック装置の評価」
Ａ．熱サイクル試験
１００℃の熱風と２０℃の冷風とを交互に吹き付ける動作を１サイクルとし、このサイクルを繰り返し行い、計１０００サイクル行った後の溶射膜の剥がれの有無を目視にて行った。その結果、溶射膜の剥がれは認められず、表面状態は良好であった。
Ｂ．耐電圧試験
溶射膜と給電用端子２５との間に１０ｋＶの直流電圧を１２０秒間印加し、印加時の放電の有無及び印加後の溶射膜の剥がれの有無を目視にて行った。その結果、印加時に放電は認められず、溶射膜の剥がれも認められず、表面状態は良好であった。
【００７８】
［実施例２］
シリコン樹脂が５体積％、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）が９５体積％となるように中間層形成用混合物を作製した他は、実施例１に準じて実施例２の静電チャック装置を作製し、実施例１に準じて評価した。
その結果、熱サイクル試験では、溶射膜の剥がれは認められず、表面状態は良好であった。
また、耐電圧試験においても、印加時に放電は認められず、溶射膜の剥がれも認められず、表面状態は良好であった。
【００７９】
［実施例３］
シリコン樹脂が５０体積％、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）が５０体積％となるように中間層形成用混合物を作製した他は、実施例１に準じて実施例３の静電チャック装置を作製し、実施例１に準じて評価した。
その結果、熱サイクル試験では、溶射膜の剥がれは認められず、表面状態は良好であった。
また、耐電圧試験においても、印加時に放電は認められず、溶射膜の剥がれも認められず、表面状態は良好であった。
【００８０】
［実施例４］
アクリル樹脂が４０体積％、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）が６０体積％となるように中間層形成用混合物を作製した他は、実施例１に準じて実施例４の静電チャック装置を作製し、実施例１に準じて評価した。
その結果、熱サイクル試験では、溶射膜の剥がれは認められず、表面状態は良好であった。
また、耐電圧試験においても、印加時に放電は認められず、溶射膜の剥がれも認められず、表面状態は良好であった。
【００８１】
［実施例５］
ポリイミド樹脂が４０体積％、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）が６０体積％となるように中間層形成用混合物を作製した他は、実施例１に準じて実施例５の静電チャック装置を作製し、実施例１に準じて評価した。
その結果、熱サイクル試験では、溶射膜の剥がれは認められず、表面状態は良好であった。
また、耐電圧試験においても、印加時に放電は認められず、溶射膜の剥がれも認められず、表面状態は良好であった。
【００８２】
［比較例１］
シリコン樹脂が６０体積％、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）が４０体積％となるように中間層形成用混合物を作製した他は、実施例１に準じて比較例１の静電チャック装置を作製し、実施例１に準じて評価した。
その結果、熱サイクル試験では、溶射膜の剥がれは認められず、表面状態は良好であったが、耐電圧試験においては、印加時に放電が認められ、溶射膜も剥がれてしまっていた。
【００８３】
［比較例２］
シリコン樹脂が２体積％、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）が９８体積％となるように中間層形成用混合物を作製した他は、実施例１に準じて比較例２の静電チャック装置を作製し、実施例１に準じて評価した。
その結果、熱サイクル試験では溶射膜が剥がれてしまい、耐電圧試験においては、印加時に放電が認められ、溶射膜も剥がれてしまっていた。
【００８４】
［比較例３］
セラミック基材の上面に直接、大気プラズマ溶射により酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を厚み０．２ｍｍ〜０．３ｍｍとなるように溶射し、溶射膜を形成した他は、実施例１に準じて比較例３の静電チャック装置を作製し、実施例１に準じて評価した。
その結果、熱サイクル試験では溶射膜が剥がれてしまっていた。また、耐電圧試験においては、溶射膜と冷却ベース部との間に６ｋＶの直流電圧を１２０秒間印加した際に放電が認められ、溶射膜も剥がれてしまっていた。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明の静電チャック装置は、セラミック基材１１の上面１１ａに中間層１２を介して金属酸化物からなる溶射膜１３を形成し、この溶射膜１３の上面１３ａを板状試料Ｗを載置する載置面とするとともに、中間層１３を金属酸化物及び樹脂を含む混合物からなることとしたことにより、この中間層１２によりセラミック基材１１と溶射膜１３との間の密着性を向上させることができ、したがって、セラミック基材１１からの溶射膜１３の剥離を長時間に亘って防止することができ、セラミック基材１１の損傷等の表面形状の経時変化を防止することができるものであるから、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ等の半導体製造プロセスの分野においてはもちろんのこと、プラズマ以外の耐食性及び長期安定性を要求される分野においても、その有用性は非常に大きいものである。
【符号の説明】
【００８６】
１  静電チャック装置
２  静電チャック部
３  冷却ベース部
４  接着材層
１１  セラミック基材
１１ａ  上面（一主面）
１２  中間層
１２ａ  上面（一主面）
１３  溶射膜
１３ａ  上面（一主面）
２３  静電吸着用内部電極
４１  静電チャック装置
４２  ヒータエレメント（加熱部材）
Ｗ  板状試料
【図１】
0005982887.tif 000004
【図２】
0005982887.tif 000005