(57)【要約】【課題】クーロン力を利用する静電チャックであって、吸着力を維持しつつ、基板に付着するパーティクルを低減した静電チャックを提供する。【解決手段】静電チャック１０は、基体１１と、該基体１１上に形成され、クーロン力を発生させる電極１２と、基板１を支持する側の第１の主面上に、突起上面で該基板１を支持する複数の突起１３ａを有する誘電体層１３とを備え、突起１３ａ間の間隔は、略均等に設けられ、突起上面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．５μｍ以下であり、突起１３ａの高さは、５〜２０μｍであり、第１の主面の単位面積１００ｃｍ2あたりの前記突起１３ａの数をＡ（個／１００ｃｍ2）、前記突起１３ａの高さをＢ（μｍ）として、数式  Ａ1/2×Ｂ2＞２００  の関係が満たされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、該基体上に形成され、クーロン力を発生させる電極と、基板を支持する側の第１の主面上に、突起上面で該基板を支持する複数の突起を有する誘電体層とを備え、
前記突起間の間隔は、略均等に設けられ、
前記突起上面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．５μｍ以下であり、
前記突起の高さは、５〜２０μｍであり、
前記第１の主面の単位面積１００ｃｍ2あたりの前記突起の数をＡ（個／１００ｃｍ2）、前記突起の高さをＢ（μｍ）として、下記の数式
Ａ1/2×Ｂ2＞２００  の関係が満たされることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記突起の高さは、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】
前記誘電体層は、アルミナ、窒化アルミニウム、イットリア、窒化硼素、窒化珪素、又は、炭化珪素の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の静電チャック。
【請求項４】
前記誘電体層の室温における体積抵抗率は、１×１０15Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項５】
前記基板と前記第１の主面との間の空間にバックサイドガスを流すようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項６】
前記誘電体層の厚さは、０．０５〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項７】
前記突起上面の直径は、２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クーロン力を利用する静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程や液晶製造工程における露光、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、エッチィング等の工程では、半導体基板やガラス基板を吸着し、保持する静電チャックが使用されている。静電チャックには、クーロン力を利用して基板を吸着するものと、ジョンソン・ラーベック（以後、Ｊ−Ｒ）力を利用して基板を吸着するものとがある。
【０００３】
従来から、露光、ＰＶＤ、ＣＶＤ、エッチィング等の工程は、静電チャックに基板を吸着する際に基板にパーティクルが付着する課題があった。また、基板の温度分布の均一性などに課題があった。
【０００４】
そこで、静電チャック表面に突起を設け、静電チャックと基板との接触面積を小さくすることにより基板に付着するパーティクルを低減することが提案されていた（例えば、特許文献１参照）。更に、突起により生じる静電チャック表面と基板との間の空間にバックサイドガスを流すことにより、基板の温度分布の均一性を向上することが提案されていた（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００５】
しかしながら、これらの静電チャックは、クーロン力を利用する静電チャックではなく、Ｊ−Ｒ力を利用する静電チャックもしくは、その他の機構を有する静電チャックであった。Ｊ−Ｒ力を利用する静電チャックは、吸着力を発生させる仕組みの都合上、基板に電流を流す必要がある。これにより、基板表面のデバイス破壊の可能性が懸念されていた。
【０００６】
一方、クーロン力を利用する静電チャックは、基板に電流を流す必要はないものの、Ｊ−Ｒ力を利用した静電チャックよりも比較的吸着力が小さいため、吸着力を向上させるために、誘電体層の誘電率を高くする、誘電体層の厚さを薄くする、もしくは接触面積を大きくするという考え方が一般的であった。
【特許文献１】実開平４―８８０４５号公報
【特許文献２】特開平７―１５３８２５号公報
【特許文献３】特開２００２―２２２８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したように、クーロン力を利用する静電チャックは、従来から基板を吸着する吸着力を向上させるための取り組みが盛んに行われてきた。つまり、静電チャックと基板との接触面積を小さくすることは、静電チャックの吸着力を減少させるため、静電チャックと基板との接触面積を小さくすることで基板に付着するパーティクルを低減させる検討は、従来からあまりされていなかった。
【０００８】
本願発明者らが、クーロン力を利用する静電チャックにおいて、基板に付着するパーティクルを低減するために、Ｊ−Ｒ力を利用する静電チャックと同様に接触面積を小さくしたところ、基板は、静電チャックに吸着されず、剥がれてしまった。
【０００９】
従って、クーロン力を利用する静電チャックでは、吸着力の維持及び基板に付着するパーティクルの低減の両方を達成することは困難であった。
【００１０】
そこで、本発明は、クーロン力を利用する静電チャックであって、吸着力を維持しつつ、基板に付着するパーティクルを低減した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】
【００１１】
本発明の静電チャックは、基体と、該基体上に形成され、クーロン力を発生させる電極と、基板を支持する側の第１の主面上に、突起上面で基板を支持する複数の突起を有する誘電体層とを備え、突起間の間隔は、略均等に設けられ、突起上面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．５μｍ以下であり、突起の高さは、５〜２０μｍであり、第１の主面の単位面積あたりの突起の数をＡ（個／１００ｃｍ2）、突起の高さをＢ（μｍ）として、数式Ａ1/2×Ｂ2＞２００  の関係が満たされることを特徴とする。
【００１２】
このような静電チャックによれば、クーロン力を利用する静電チャックであっても、突起上面の表面粗さ（Ｒａ）が、０．５μｍ以下であることにより、突起上面に堆積するパーティクルを低減することができ、基板に付着するパーティクルを低減できる。
【００１３】
また、突起上面にパーティクルが堆積した場合、突起上面の表面粗さ（Ｒａ）が、０．５μｍ以下であることにより、パーティクルの除去がしやすくなる。従って、突起上面のパーティクルを低減することができる。また、基板と静電チャックとの間に導入されたバックサイドガスのチャンバーへのリークを低減することができる。
【００１４】
また、突起の高さは、５μｍ以上であることにより、吸着力により基板がたわんだ場合でも、基板が第１の主面に接触することを低減することができる。
【００１５】
また、突起の高さは、２０μｍ以内であることにより、基板が第１の主面に接触していない部分、つまり、突起によって基板と第１の主面との間にできる空間にも吸着力が発現するため、吸着力を維持することができる。
【００１６】
また、上述した適切な範囲に突起間の間隔、突起上面の表面粗さ、突起の高さを設定し、第１の主面の単位面積１００ｃｍ2あたりの突起の数をＡ（個／１００ｃｍ2）、突起の高さをＢ（μｍ）として、数式Ａ1/2×Ｂ2＞２００  の関係が満たされることにより、吸着力を維持しつつ、基板と静電チャックとの接触面積が低減される。
【００１７】
これにより、クーロン力を利用する静電チャックであって、吸着力を維持しつつ、基板に付着するパーティクルを低減した静電チャックを得ることができる。
【００１８】
また、クーロン力を利用する本発明の静電チャックは、Ｊ−Ｒ力を利用する静電チャックと異なり基板に電流を流す必要がないため、基板表面のデバイス破壊が生じることがない。
【００１９】
また、突起上面の表面粗さ（Ｒａ）が、０．５μｍより大きい場合、突起上面にパーティクルが堆積しやすくなり、基板に付着するパーティクルが増減してしまう。また、突起上面と基板との間に発生する吸着力が、減少し基板を保持することが出来ない。
【００２０】
また、突起の高さは、５μｍより小さい場合、基板がたわんだ際に、基板が第１の主面に接触し、付着するパーティクルが著しく増加する。
【００２１】
また、突起の高さは、２０μｍより大きい場合、吸着力が激しく減少し、基板を保持することが出来ない。
【００２２】
また、第１の主面の単位面積１００ｃｍ2あたりの突起の数をＡ（個／１００ｃｍ2）、突起の高さをＢ（μｍ）として、数式Ａ1/2×Ｂ2＞２００の関係が満たされない場合、第１の主面に基板が接触し、付着するパーティクルが著しく増加する。
【００２３】
突起の高さは、１０μｍ以内であることがより好ましい。これによれば、第１の主面と基板との距離が近くなることで更に空間に発生するクーロン力が向上し、基板を吸着するために十分に高い吸着力を発現することができる。
【００２４】
誘電体層は、アルミナ、窒化アルミニウム、イットリア、窒化硼素、窒化珪素、又は、炭化珪素の少なくとも１つを含むことが好ましい。これによれば、誘電体層にアルミナを含むことにより、耐食性、耐熱性が更に向上する。また、誘電体層に窒化アルミニウムを含むことにより、耐食性、基板均熱性、耐熱性が更に向上する。また、誘電体層にイットリアを含むことにより、耐食性が更に向上する。また、誘電体層に窒化硼素を含むことにより、絶縁性、耐熱性が更に大きく向上する。また、誘電体層に炭化珪素もしくは窒化珪素を含むことにより、耐熱性ならびに強度が更に向上する。
【００２５】
室温における誘電体層の体積抵抗率は、１×１０15Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。これによれば、実質的に誘電体層内に電流は流れず、電荷が移動しない。つまり、誘電体層の分極によるクーロン力のみによって静電チャックの吸着力は発現する。
【００２６】
従って、電圧を印加した際に、静電チャックは、瞬時に吸着し、電圧をＯＦＦした際に、静電チャックは、瞬時に基板を離脱することができる。基板の離脱は、スループットを向上させるためになるべく早い方が良い。
【００２７】
基板と第１の主面との間の空間にバックサイドガスを流すことが好ましい。これによれば、ガスによる熱伝達により、基板面内の熱伝達を更に均一にすることができる。
【００２８】
誘電体層の厚さが、０．０５〜０．５ｍｍであることが好ましい。これによれば、高い吸着力を維持しつつ絶縁耐圧を更に向上できる。
【００２９】
突起上面の直径が、２．０ｍｍ以下であることが好ましい。これによれば、突起上面の加工性が更に向上できる。また、単位面積あたりの突起の数との関係により、隣接する突起同士の間隔がより適度になる。
【００３０】
つまり、突起が、たわみなどの変形を低減した状態で基板を支持できることにより、基板と第１の主面との接触を低減することができる。これにより、パーティクルを更に低減することができる。
【００３１】
突起上面の基板との接触面積は、パーティクル数を低減するためになるべく小さい方が好ましい。本発明によれば、上述したように、突起間の間隔が、略均等に設けられ、突起で、基板を支持する突起上面の表面粗さ（Ｒａ）が、０．５μｍ以下であり、該突起の高さが、５〜２０μｍであり、第１の主面の単位面積あたりの該突起の数をＡ（個／１００ｃｍ2）、該突起の高さをＢ（μｍ）として、数式Ａ1/2×Ｂ2＞２００  の関係を満たし、第１の主面の面積に対する突起上面の合計面積の比率（以下、接触面積率と表す）を１５％以下、好ましくは５％以下とすることにより、従来の全面が接触する静電チャックに比較してパーティクル数を著しく減少させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、クーロン力を利用する静電チャックであって、吸着力を維持しつつ、基板に付着するパーティクルを低減した静電チャックを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意するべきである。
【００３４】
したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００３５】
〔本発明の実施形態に係る静電チャック〕
図１に示すように、静電チャック１０は、基体１１と、基体１１上に形成され、クーロン力を発生させる電極１２と、基板を支持する側の第１の主面上に、複数の突起１３ａを有する誘電体層１３と、端子１４とを備える。
【００３６】
静電チャック１０は、基体１１と、誘電体層１３との間に電極１２が介在する構成となっている。静電チャック１０は、クーロン力を利用する静電チャックであり、誘電体層１３は、誘電層として機能する。
【００３７】
静電チャック１０は、誘電体層１３の基板１を支持する側の第１の主面に突起１３ａを有し、突起１３ａの突起上面で基板１を吸着する。静電チャック１０の室温での体積抵抗率は、１×１０15Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。これによれば、誘電体層１３内に実質的に電流は、流れず、電荷が移動しない。つまり、誘電体層１３の分極によるクーロン力のみによって静電チャック１０の吸着力が発現する。従って、電圧を印加した際に、静電チャック１０は、基板１を瞬時に吸着し、電圧をＯＦＦした際に、瞬時に基板１が離脱することができる。
【００３８】
基体１１は、電極１２及び誘電体層１３を支持する。基体１１は、セラミックス、セラミックスの複合材料等により形成できる。また、基体１１は、誘電体層１３と主成分が同じであるセラミックスにより形成されることが好ましい。これによれば、基体１１は、誘電体層１３との気密接合性を向上できる。
【００３９】
基体１１と、誘電体層１３との主成分が同じである場合、基体１１と、電極１２と、誘電体層１３とが、一体焼結体となっていることが更に好ましい。これによれば、基体１１と、電極１２と、誘電体層１３との気密性と、密着性とを向上できる。一体焼結体は、特に、ホットプレス法により焼結されたものであることが好ましい。
【００４０】
電極１２は、突起上面と基板１との間及び、第１の主面と基板１との間でクーロン力を発生させる。電極１２は、基体１１と誘電体層１３との間に介在する。静電チャック１０では、電極１２は、基体１１と誘電体層１３との間に埋設されている。電極１２は、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、白金（Ｐｔ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）及びそれら合金や化合物等の高融点材料を用いることができる。
【００４１】
また、電極１２は誘電体層１３に埋設されていてもよい。
【００４２】
電極１２の形状は限定されず、メッシュ状、バルク状、シート状、櫛形形状のものを用いることができる。また、電極１２は、図１の単極形状に限定されず、双極もしくは複数に分割されてもよい。
【００４３】
電極１２は、印刷ペーストを印刷したもの、バルク体、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）やＰＶＤ（Physical  Vapor  Deposition）による薄膜等を用いることができる。
【００４４】
端子１４は、ろう付け等により電極１２に接続されている。
【００４５】
誘電体層１３は、電極１２を介して基体１１上に形成される。また、誘電体層１３は、基板１を支持する突起１３ａを有する。これによれば、パーティクル発生の原因となる静電チャック１０と基板１との接触面積を突起上面１３ｂの合計面積に低減することができる。
【００４６】
誘電体層１３は、アルミナ、窒化アルミニウム、イットリア、窒化硼素、窒化珪素又は、炭化珪素の少なくとも１つを含むことが好ましい。これによれば、誘電体層１３にアルミナを含むことにより、耐食性、耐熱性を向上できる。アルミナは、純度９９．５％以上の高純度アルミナとすることが更に好ましい。また、誘電体層１３に窒化アルミニウムを含むことにより、耐食性、基板の均熱性、耐熱性を向上できる。また、誘電体層１３にイットリアを含むことにより、耐食性を向上できる。また、誘電体層１３に窒化硼素を含むことにより、絶縁性、耐熱性を向上できる。また、誘電体層１３に炭化珪素もしくは窒化珪素を含むことにより、耐熱性ならびに強度を向上できる。
【００４７】
誘電体層１３の室温における体積抵抗率は、１×１０15Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。これによれば、脱着応答性をより向上できる。これによれば、実質的に誘電体層１３内に電流は、流れず、電荷が移動しない。つまり、誘電体層１３の分極によるクーロン力のみによって静電チャック１０の吸着力は発現する。
【００４８】
従って、基板１を吸着中のリーク電流を抑えることができる。また、電圧を印加した際に、静電チャック１０は、瞬時に吸着し、電圧をＯＦＦした際に、静電チャック１０は、瞬時に基板１を離脱することができる。
【００４９】
また、静電チャック１０の吸着力「Ｆ」は、材料の比誘電率を「ｅ」、真空の誘電率を「ｅ０」、印加電圧を「Ｖ」、誘電体層１３の厚さを「ｄ」とした場合、以下の式により表すことができる。
【００５０】
Ｆ＝（ｅ2×ｅ0×(Ｖ/ｄ)2）／２
クーロン力により発生する吸着力Ｆは、印加電圧Ｖの２乗に比例し、誘電体層１３の厚さｄの２乗に反比例する。基体１１から突起上面までの距離である誘電体層１３の厚さｄは、０．０５〜０．５ｍｍであることが好ましい。誘電体層１３の厚さｄが、０．０５ｍｍ以上の場合、絶縁耐圧を更に向上できる。誘電体層１３の厚さｄが０．５ｍｍ以下の場合、クーロン力が更に向上することにより、吸着力及び脱着応答性をより向上できる。より好ましい誘電体層１３の厚さｄは、０．ｌ〜０．５ｍｍである。
【００５１】
このＦは基板が誘電体層１３に接触していないところでは発生しない吸着力である。すなわち、従来、突起１３ａを設けて静電チャック１０と基板１との接触面積を減少させると、その減少に比例して、吸着力が減少することが知られていた。すなわち、静電チャック１０の電極１２に印加された電圧によって、誘電体層１３内に発生する誘電分極がクーロン力の源となるため、誘電体層１３が接触していない空間には誘電分極が期待できないため、吸着力が発現しないのは当然のことだったのである。しかし、本発明では、突起１３ａの高さ、突起上面の表面粗さ、突起間の間隔を後述の範囲に制御することで、この壁を打ち破ることができた。
【００５２】
また、突起１３ａによって生じる基板１と第１の主面との間の空間２にバックサイドガスを流すことが好ましい。これによれば、ガスによる熱伝達により、基板１面内の熱伝達を更に均一にすることができる。バックサイドガスは、公知のガス、例えばヘリウム、アルゴン、窒素、ヘリウムとアルゴンの混合ガスなどを５〜５０ｔｏｒｒの圧力で流すことが好ましい。
【００５３】
第１の主面に形成された突起１３ａについて、図２を用いて更に説明する。なお、図２は、誘電体層１３の基板を支持する側の第１の主面１３ｃの拡大図である。ここで、第１の主面１３ｃは、複数の突起１３ａを有する面である。また、第１の主面１３ｃの面積とは、第１の主面１３ｃの半径を基に算出したものである。
【００５４】
図２に示すように、第１の主面１３ｃ上で、隣接する突起１３ａ同士の間隔Ｐは、略均等である。間隔Ｐは、１〜５０ｍｍであることが好ましい。これによれば、突起１３ａが、たわみなどの変形を低減した状態で基板１を支持できることにより、基板１と第１の主面１３ｃとの接触を更に低減することができる。これにより、基板に付着するパーティクルを更に低減することができる。より好ましい間隔Ｐは、３〜３０ｍｍである。
【００５５】
また、基板１を支持する突起１３ａの突起上面１３ｂの表面粗さ（Ｒａ）（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）は、０．５μｍ以下である。これによれば、突起上面１３ｂに堆積するパーティクルを低減することができる。また、突起上面１３ｂにパーティクルが堆積した場合でも、パーティクルの除去がしやすくなることにより、突起上面１３ｂのパーティクルを低減することができる。これにより、基板１に付着するパーティクルを低減することができる。より好ましい突起上面１３ｂの表面粗さ（Ｒａ）は、０．２μｍ以下である。
【００５６】
また、突起上面１３ｂから、第１の主面１３ｃまでの距離である突起１３ａの高さ（以下、突起高さＨ）は、５〜２０μｍである。突起高さＨは、５μｍ以上の場合、基板１が突起上面１３ｂのみで静電チャック１０を支持することにより、基板１に付着するパーティクルを低減できる。また、突起高さＨは、２０μｍ以下の場合、クーロン力により吸着力及び脱着応答性を維持することができる。
【００５７】
突起高さＨは、１０μｍ以内であることがより好ましい。これによれば、第１の主面１３ｃと基板１との距離が、近くなることでクーロン力が向上し、基板１を吸着するために十分に高い吸着力を発現することができる。
【００５８】
また、第１の主面１３ｃの単位面積あたりの突起１３ａの数をＡ（個／ｃｍ2）とした場合に、突起高さＨをＢ（μｍ）として、Ａ1/2×Ｂ2＞２００の関係が満たされている。
【００５９】
具体的には、第１の主面１３ｃの任意の位置で１０ｃｍ×１０ｃｍの正方形をとり、ここに含まれる突起１３ａの数を決定し、単位面積１００ｃｍ2あたりの突起１３ａの数Ａを算出する。次に、突起高さＨであるＢをもとにＡ1/2×Ｂ2の値を算出する。
【００６０】
基板１が、第１の主面１３ｃに接触する確率は、単位距離あたりの突起１３ａの数、すなわち、Ａの平方根に反比例し、突起１３ａの数突起高さＨの２乗に略反比例することを見出し、これにより、上述するような関係式を想到した。すなわち、上述の式を突起１３ａの数と高さが満たす場合、吸着される基板１が吸着力で微視的に突起１３ａと突起１３ａとの間でたわんでも基板１の吸着面は、静電チャック１０の第１の主面１３ｃに接触しなくなるのである。
【００６１】
突起上面１３ｂの直径φは、２．０ｍｍ以下であることが好ましい。これによれば、突起上面１３ｂの加工性が更に向上し、表面粗さ等、突起上面１３ｂの状態の均一性を更に向上できる。これにより、基板１に付着するパーティクルを更に低減することができる。また、基板１面内の熱伝達を更に均一にすることができる。より好ましい突起上面１３ｂの直径φは、０．５〜２ｍｍである。
【００６２】
以上のように、静電チャック１０は、基体１１と、該基体１１上に形成され、クーロン力を発生させる電極１２と、基板１を支持する側の第１の主面１３ｃ上に、複数の突起１３ａを有する誘電体層１３とを備えている。
【００６３】
また、静電チャック１０は、突起１３ａ間の間隔Ｐが、略均等に設けられ、突起上面１３ｂの表面粗さ（Ｒａ）が、０．５μｍ以下であり、突起高さＨが、５〜２０μｍであり、第１の主面１３ｃの単位面積１００ｃｍ2あたりの突起１３ａの数をＡ（個／１００ｃｍ2）、突起高さＨをＢ（μｍ）として、Ａ1/2×Ｂ2＞２００  の関係が満たされることにより、吸着力を維持しつつ、基板１と静電チャック１０との接触面積を低減し、基板１の裏面に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６４】
第１の主面１３ｃ上の突起１３ａの配置について、図３を用いて更に説明する。なお、図３は、誘電体層１３の基板１を支持する側の第１の主面１３ｃの平面図である。
【００６５】
図３に示すように、第１の主面１３ｃ上で、隣接する突起１３ａ同士の間隔は、略均等である。
【００６６】
静電チャック１０は、基体１１及び誘電体層１３を貫通するガス導入穴を設けてもよい。
【００６７】
具体的には、図３に示すように、静電チャック１０は、誘電体層１３に、第１基板昇降孔１５及び第２基板昇降孔１６を備えることができる。
【００６８】
また、静電チャック１０は、基体１１に抵抗発熱体を埋設させ、基板１を加熱可能な静電チャック１０とすることもできる。抵抗発熱体は、ニオブ、モリブデン、タングステン等を用いることができる。抵抗発熱体は、線状、コイル状、帯状、メッシュ状、膜状等の物を用いることができる。抵抗発熱体は、電力供給を受けて発熱する。
【００６９】
〔本発明の実施形態に係る静電チャックの製造方法〕
このような静電チャック１０は、基体１１を形成する工程と、基体１１上に、クーロン力を発生させる電極１２を形成する工程と、誘電体層１３を形成する工程と、基板１を支持する複数の突起１３ａを誘電体層１３に形成する工程とによって製造できる。
【００７０】
セラミックスの基体１１を形成し、基体１１の上に電極１２を介して誘電体層１３を形成する場合を例にとって説明する。
【００７１】
まず、基体１１を形成する工程について説明する。
【００７２】
基体１１のセラミックス原料粉末に、バインダー、必要に応じて、有機溶剤、分散剤等を添加して混合し、スラリーを作製する。
【００７３】
得られたスラリーを噴霧造粒法等により造粒して造粒顆粒を得る。得られた造粒顆粒を、金型成形法、ＣＩＰ（Cold  Isostatic  Pressing）法、スリップキャスト法等の成形方法により成形する。
【００７４】
得られた成形体をセラミックス原料粉末に応じた焼成条件（焼成雰囲気、焼成方法、焼成温度、焼成時間等）で焼成する。焼成体からから基体１１を例えば研削加工によって作製する。
【００７５】
次に、基体１１上に、クーロン力を発生させる電極１２を形成する工程について説明する。電極１２は、基体１１表面に印刷ペーストを、スクリーン印刷法等を用いて、半円形状や櫛歯形状、メッシュ状に印刷することにより形成できる。電極１２を印刷により形成する場合、タングステン、ニオブ、モリブデン、タングステンカーバイド等の高融点材料の粉末と、基体１１と同種のセラミックス粉末と、バインダーとしてセルロース、アクリル、ポリビニルブチラール等とを混合した印刷ペーストを用いることが好ましい。これによれば、電極１２と、基体１１と熱膨張係数を近づけることができ、基体１１と、電極１２との気密接合性を向上させることができる。
【００７６】
また、電極１２は、基体１１表面にメッシュ状やバルク状の電極１２を載置することによっても形成できる。また、電極１２は、基体１１表面に電極１２の薄膜をＣＶＤやＰＶＤによって形成してもよい。
【００７７】
次に、誘電体層１３を形成する工程について説明する。誘電体層１３は、アルミナ、窒化アルミニウム、イットリア、窒化硼素、窒化珪素、又は、炭化珪素を主成分とすることが好ましい。セラミックス原料粉末に、バインダー、必要に応じて、水、分散剤等を添加して混合し、スラリーを作製する。セラミックス原料粉末は、主成分となるセラミックスの粉末と、焼結助剤とバインダーとを含むことができる。例えば、アルミナ粉末を主成分とし、マグネシア、イットリア、酸化チタン粉末などを焼結助剤として添加する。但し、主成分の原料以外の成分総量は、０．５重量％以下であることが好ましい。また、焼成後の誘電体層１３の室温における体積抵抗率は、１×１０15Ω・ｃｍ以上になるように調整することが好ましい。
【００７８】
得られたスラリーを噴霧造粒法等により造粒して造粒顆粒を得る。金型等に、電極１２が形成された基体１１をセットし、基体１１及び電極１２上に、得られた造粒顆粒を焼成後の厚みが、０．０５〜０．５ｍｍになるように充填し、基体１１上に誘電体層１３となる成形体を形成する。あるいは、造粒顆粒を用いて、金型プレス成形法、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法、スリップキャスト法等により、誘電体層１３となる成形体を形成し、基体１１上に誘電体層１３となる成形体を載置してプレスすることにより、基体１１上に誘電体層１３となる成形体を形成してもよい。
【００７９】
そして、基体１１と、電極１２と、誘電体層１３となる成形体とを、ホットプレス法により成形体のセラミックス原料粉末に応じた焼成条件（焼成雰囲気、焼成方法、焼成温度、焼成時間等）で一体に焼成し、一体焼結体を得る。これにより、誘電体層１３を形成できる。
【００８０】
なお、工程の順番は問わない。例えば、先に誘電体層１３を形成し、誘電体層１３上に電極１２を形成し、誘電体層１３及び電極１２上に、基体１１となる成形体を形成して、一体に焼成してもよい。
【００８１】
このように、基体１１又は誘電体層１３のいずれかを焼成して得た後に、電極１２を形成し、一体に焼成することにより、電極１２の平坦度を向上させることができる。これにより、静電チャック１０の吸着力の均一性と、基板１に加えられる熱伝達の均一性を向上できる。
【００８２】
また、基体１１となる成形体と、電極１２と、誘電体層１３となる成形体との積層体を形成し、得られた積層体をホットプレス法等により一体に焼成してもよい。
【００８３】
また、電極１２は、基体１１と誘電体層１３との間に位置されていなくてもよい。例えば、電極１２は誘電体層１３に埋設されていてもよい。
【００８４】
次に、基板１を支持する複数の突起１３ａを誘電体層１３に形成する工程について説明する。基体１１と、電極１２と、誘電体層１３とにより得られた一体焼結体の誘電体層１３の基板１を支持する側の第１の主面１３ｃに突起１３ａを形成する。具体的には、第１の主面１３ｃに突起上面１３ｂと同様の大きさと突起１３ａ間の間隔が略均等の配置とを持つマスクを貼り付け、サンドブラストにて第１の主面１３ｃの表面を削り飛ばす。マスクで覆われた部分の第１の主面１３ｃが残り、突起１３ａとなることで、基板１を支持する側の第１の主面１３ｃ上に、複数の突起１３ａを有する誘電体層１３を形成することができる。
【００８５】
突起高さＨは、５〜２０μｍとなるようにする。また、突起上面１３ｂの表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下となるように研磨する。
【００８６】
ここで、第１の主面１３ｃの単位面積あたりの突起１３ａの数をＡ（個／ｃｍ2）と、突起高さＨをＢ（μｍ）とした場合、Ａ1/2×Ｂ2＞２００の関係が満たされるように突起１３ａと、突起高さＨとを調整する。
【００８７】
また、突起上面１３ｂの直径は、２．０ｍｍ以下にすることが好ましい。
【００８８】
また、基体１１に端子１４を挿入するための孔を穴あけ加工により形成する。最後に、端子１４を基体１１の孔に挿入し、端子１４を電極１２にろう付けすることにより、静電チャック１０を得る。
【００８９】
このように、基体１１を形成する工程と、基体１１上に、クーロン力を発生させる電極１２を形成する工程と、誘電体層１３を形成する工程と、誘電体層１３の基板１を支持する側の第１の主面１３ｃ上に、複数の突起１３ａを形成する工程とを含むことにより、吸着力を維持しつつ、基板１に付着するパーティクルを低減した、クーロン力を利用する静電チャック１０を得ることができる。そして、このような製造条件の範囲内において、原料粉末の平均粒径、組成、焼成温度や焼成時間、焼成方法などの焼成条件などを調整して、焼結体の組成や開気孔率、嵩密度、平均粒径などを適宜調整することができる。その結果、得られる静電チャック１０の熱伝導率、体積抵抗率などを適宜調整することができる。
【実施例】
【００９０】
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００９１】
（実施例１）
実施例１においては、図１に示すように、基体１１と、電極１２と、誘電体層１３と、突起１３ａと、端子１４とを備える静電チャック１０を作製した。
【００９２】
はじめに、基体１１を形成した。具体的には、セラミックス原料粉末として、粒子径が１μｍで、純度９９．５％のアルミナ粉末に、酸化マグネシウム０．０４％となるように粒子径が１μｍの酸化マグネシウムを混ぜた混合粉末を準備した。セラミック原料粉末にバインダーであるＰＶＡ（Ｐｏｌｙ  ｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）、水及び分散材を添加し、トロンメルを用いて１６時間混合し、スラリーを得た。
【００９３】
噴霧造粒法により造粒顆粒を作製した。具体的には、得られたスラリーをスプレードライヤーにより噴霧乾燥し、平均粒径８０μｍの造粒顆粒を作製した。得られた造粒顆粒をゴム型に入れて冷間等方圧加圧（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ以後、ＣＩＰ）設備で１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力により加圧成形し、基体１１となる成形体を得た。
【００９４】
基体１１となる成形体を大気焼成炉で焼成し焼結体を得た。具体的には、アルミナサヤに入れて、５００℃まで１０℃／時間の昇温速度で温度を上昇させ、５００℃で５時間保持した。５００℃で保持し、成形体に含まれるバインダーを除去後、１００℃から１６５０℃まで３０℃／時間の昇温速度で温度を上昇させ、１６５０℃で４時間焼成し、基体１１を得た。
【００９５】
基体１１を研削加工し、直径３００ｍｍ、厚さ６ｍｍの円盤を作製した。表面は、研削加工により、表面粗さ（Ｒａ）を０．８μｍにした。
【００９６】
次に、電極１２を形成した。具体的には、タングステン（Ｗ）粉末に、バインダーとしてテルピネオールと、アルミナ４０％を混合して印刷ペーストを作製した。基体１１上にスクリーン印刷法により、直径２９０ｍｍ、厚さ１０μｍの電極１２を形成し、乾燥させた。
【００９７】
次に、誘電体層１３を形成した。具体的には、電極１２を形成した基体１１を金型にセットした。電極１２上に、別途準備した粒子径１μｍ、純度９９．５％のアルミナ粉末の造粒顆粒を充填して２０ＭＰａで加圧し、プレス成形を行った。
【００９８】
一体に成形された基体１１、電極１２、誘電体層１３となる成形体をカーボン製のサヤにセットし、窒素ガス雰囲気でホットプレス法により焼成した。具体的には、１５０kPaの窒素ガス雰囲気で、１０ＭＰａで加圧しながら、最高温度１６００℃まで３００℃／時間の昇温速度で温度を上昇させ、この最高温度１６００℃で２時間保持して一体に焼成し、基体１１と、電極１２と、誘電体層１３とからなる一体焼結体を作製した。
【００９９】
一体焼結体の誘電体層１３の基板１を支持する側の第１の主面１３ｃをダイアモンド砥石にて平面研削加工と円筒研削加工とを行い、直径３００ｍｍの静電チャック１０を形成した。
【０１００】
次に、基板を支持する側の第１の主面１３ｃに突起１３ａを形成した。具体的には、第１の主面１３ｃに突起上面１３ｂと同様の大きさで、突起１３ａ間の間隔が略均等の配置とを持つマスクを貼り付け、サンドブラストにて第１の主面１３ｃの表面を削り飛ばし、突起上面１３ｂの直径（以下、突起直径）０．５ｍｍ、突起高さＨ７μｍからなる突起１３ａを形成した。
【０１０１】
ここで、第１の主面１３ｃの単位面積１００ｃｍ2あたりの突起１３ａの数をＡ（個／１００ｃｍ2）と、突起高さＨをＢ（μｍ）とした場合、Ａ1/2×Ｂ2＞２００の関係が満たされるように、単位面積１００ｃｍ2あたりの突起１３ａの数が127個となるようにマスクを調整した。
【０１０２】
また、第１の主面１３ｃの面積に対する突起上面１３ｂの合計面積の比率（表１では、接触面積率と示す）が１％となるように突起を作製した。
【０１０３】
最後に、突起上面１３ｂの表面粗さ（Ｒａ）が０．4μｍとなるように研磨加工を行った。
【０１０４】
更に穴あけ加工、及び電極１２にコネクトする端子１４を接合することにより実施例１にかかる静電チャック１０を作製した。
【０１０５】
（実施例２〜実施例１１）
実施例２〜実施例１１においては、図１に示すように、実施例１と同様に基体１１と、電極１２と、誘電体層１３と、突起１３ａと、端子１４とを備える静電チャック１０を作製した。
【０１０６】
実施例２〜実施例１１は、表１に示すように実施例１から接触面積率、突起直径、突起高さＨ、突起表面粗さ、単位面積１００ｃｍ2あたりの突起１３ａの数を変更した静電チャックである。また、実施例２〜実施例１１の製造方法は、実施例１と同様であった。  
（実施例１２）
実施例１２においては、図１に示すように、実施例１と同様に基体１１と、電極１２と、誘電体層１３と、突起１３ａと、端子１４とを備える静電チャック１０を作製した。
【０１０７】
実施例１２は、基体１１を作製する際に、酸化マグネシウムを混合せずに作製することにより、表２に示すように実施例１から体積抵抗率を変更した静電チャック１０である。酸化マグネシウムの混合を除く実施例１２の製造方法は、実施例１と同様であった。  
（比較例１〜比較例７）
比較例１〜比較例７においては、図１に示すように、実施例１と同様に基体１１と、電極１２と、誘電体層１３と、突起１３ａと、端子１４とを備える静電チャックを作製した。
【０１０８】
比較例１及び比較例２は、本発明のＡ1/2×Ｂ2＞２００の条件を満たしていない点で、実施例１〜実施例１１と異なる。
【０１０９】
具体的には、比較例１は、単位面積１００ｃｍ2あたりの突起１３ａの数が６個、突起高さＨが７μｍであり、Ａ1/2×Ｂ2＝１２４である。
【０１１０】
また、比較例２は、単位面積１００ｃｍ2あたりの突起１３ａの数が８個、突起高さＨが７μｍであり、Ａ1/2×Ｂ2＝１３８である。
【０１１１】
比較例３〜比較例５は、本発明の突起高さＨが５〜２０μｍの条件を満たしていない点で、実施例１〜実施例１１と異なる。
【０１１２】
具体的には、比較例３〜比較例５は、突起高さＨがそれぞれ４μｍ、３０μｍ、２２μｍである。
【０１１３】
比較例６及び比較例７は、本発明の突起表面粗さが０．５μｍ以下の条件を満たしていない点で、実施例１〜実施例１１と異なる。
【０１１４】
具体的には、比較例６及び比較例７は、突起表面粗さがそれぞれ０．６μｍ、１μｍである。
【０１１５】
（比較例８）
比較例８においては、実施例１と同様に基体と、電極と、誘電体層と、端子とを備えるＪ−Ｒ力型静電チャックを作製した。
【０１１６】
比較例３は、実施例１と同様にして作製するが、窒化アルミニウム粉末を用いてＪ−Ｒ力型静電チャックを作製する点で、実施例１、実施例１２と異なる。
【０１１７】
（試験方法）
次に、上記のようにして作製した実施例１〜実施例１１及び比較例１〜比較例７の静電チャック１０の吸着力及びパーティクル数を測定した。
【０１１８】
（１）   吸着力測定
実施例１〜実施例１１及び比較例１〜比較例７の静電チャック１０を用いて、真空中で突起１３ａを有する第１の主面１３ｃにシリコン製プローブを接触させ、静電チャック１０の電極１２とシリコン製プローブ間に１５００Ｖで電圧印加し、シリコン製プローブを静電チャック１０に吸着固定させた。電圧を印加したまま、シリコン製プローブを第１の主面１３ｃから引き剥がす方向に引上げ、引き剥がすために要した力をシリコン製プローブの吸着面面積で除し、吸着力として測定した。
【０１１９】
（２）   パーティクル測定
実施例１〜実施例１１及び比較例１〜比較例７の静電チャック１０を用いて、真空中で基板１として、ベアシリコンウエハを静電チャック１０に載せ、１５００Ｖの電圧を印加し、２０ｔｏｒｒのバックサイドガスを基板１と第１の主面１３ｃとの間に導入し、１分間そのまま吸着し、その後、電圧を０Ｖとして、基板１をはがし、基板１の裏面のパーティクルをＫＬＡ社製パーティクルカウンターＳＰ−１にて測定した。
【０１２０】
これらの静電チャック１０について、結果を表１に示す。
【表１】
2007173596.tif 000003
【０１２１】
比較例１は、単位面積１００ｃｍ2あたりの突起１３ａの数が６個、突起高さＨが７μｍであり、Ａ1/2×Ｂ2＝１２４であり、突起の数が少なく、突起高さＨが低いため、基板１と第１の主面１３ｃが接触してしまったためパーティクル数が約３３31０個発生した。
【０１２２】
同様にして、比較例２も、Ａ1/2×Ｂ2＝１３８であり、突起の数が少なく、突起高さＨが低いため、基板１と第１の主面１３ｃが接触してしまったためパーティクル数が約２２４００個発生した。
【０１２３】
比較例３は、突起高さＨが、４μｍであり、またＡ1/2×Ｂ2＝１３８である。つまり、突起の数が少なく、突起高さＨが低いため、基板１と第１の主面１３ｃが接触してしまったためパーティクル数が約２２４５０個発生した。
【０１２４】
比較例４及び比較例５は、突起高さＨが、それぞれ３０μｍ、２２μｍであり、突起高さＨが高すぎるため、基板１と第１の主面１３ｃとの間の吸着力が低減し、基板１を吸着することができなかった。
【０１２５】
比較例６及び比較例７は、突起表面粗さが、それぞれ０．６μｍ、１μｍであり、突起表面粗さが、粗すぎるため、基板１と突起上面１３ｂとの間の吸着力が低減し、基板１を吸着することができなかった。
【０１２６】
それに対し、本願発明による実施例1〜実施例１１は、吸着力を維持しつつ、基板１に付着するパーティクル数を９２０個〜7120個と、比較例と比べて１桁少ないパーティクル数に低減することができた。
【０１２７】
特に、実施例２は、吸着力が４３ｔｏｒｒ、パーティクル数が９２０個であり、吸着力を保持しつつ、大幅にパーティクル数を低減することができた。
【０１２８】
次に、実施例１及び実施例１２のクーロン力を用いた静電チャック１０と、比較例８のＪ−Ｒ力型静電チャックとを用いて体積抵抗率、リーク電流、基板脱離時間をそれぞれ測定した。
【０１２９】
（３）   体積抵抗測定
実施例１及び実施例１２のクーロン力を用いた静電チャック１０と、比較例８のＪ−Ｒ力型静電チャックとを用いて、ＪＩＳ Ｃ２１４１に準じた方法により体積抵抗測定をした。具体的には、室温で静電チャック電極に２ｋＶ／ｍｍを印加し、体積抵抗率を算出した。
【０１３０】
（４）   リーク電流測定
（２）のパーティクル測定と同様にして、基板１を静電チャックに載せ、１５００Ｖの電圧を印加し、２０ｔｏｒｒのバックサイドガスを基板１と第１の主面１３ｃとの間に導入し、１分間そのまま吸着し、基板吸着中のリーク電流を測定した。
【０１３１】
（５）   基板脱離時間測定
（２）のパーティクル測定と同様にして、基板１を静電チャックに載せ、１５００Ｖの電圧を印加し、２０ｔｏｒｒのバックサイドガスを基板と第１の主面１３ｃとの間に導入し、１分間そのまま吸着し、その後、電圧を０Ｖに戻した後、基板１が離脱するのにかかる基板脱離時間を測定した。
【０１３２】
これらの静電チャックについて、結果を表２に示す。
【表２】
2007173596.tif 000004
【０１３３】
実施例１の体積抵抗率は、２×１０15Ω・ｃｍであった。実施例１のリーク電流は、０．０１μＡよりも小さく、非常に微小であり、基板脱離時間も０．５秒と非常に短かった。
【０１３４】
また、実施例１２の体積抵抗率は、３×１０17Ω・ｃｍであった。実施例１２のリーク電流は、実施例１と同様に０．０１μＡよりも小さく、非常に微小であり、基板脱離時間も、０．２秒と非常に短かった。
【０１３５】
それに対して、Ｊ−Ｒ力型静電チャックである比較例８の体積低効率は、５×１０12Ω・ｃｍであり、実施例１及び実施例１２と比べて低い体積抵抗率であった。比較例８のリーク電流は、０．１Ａであり、基板脱離時間は、６０秒よりも長かった。
【０１３６】
これから、本願発明の静電チャック１０は、Ｊ−Ｒ力を利用した静電チャックに対し、リーク電流が小さく、基板脱離時間も非常に短く、印加電圧のＯＮ／ＯＦＦに対する応答性の良いクーロン力を用いた静電チャックであることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明の実施形態に係る静電チャックを示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る静電チャックの一部拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る静電チャックを示す平面図である。
【符号の説明】
【０１３８】
１…基板、２…空間、１０…静電チャック、１１…基体、１２…電極
１３…誘電体層、１３ａ…突起、１３ｂ…突起上面、１３ｃ…第１の主面
１４…端子、１５…第１基板昇降孔、１６…第２基板昇降孔
Ｈ…突起高さ、φ…突起上面の直径、P…突起の間隔
【図１】
2007173596.tif 000005
【図２】
2007173596.tif 000006
【図３】
2007173596.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月2日(2007.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、突起上面の表面粗さ（Ｒａ）が、０．５μｍより大きい場合、突起上面にパーティクルが堆積しやすくなり、基板に付着するパーティクルが増加してしまう。また、突起上面と基板との間に発生する吸着力が、減少し基板を保持することが出来ない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
また、突起上面１３ｂから、第１の主面１３ｃまでの距離である突起１３ａの高さ（以下、突起高さＨ）は、５〜２０μｍである。突起高さＨは、５μｍ以上の場合、静電チャック１０が突起上面１３ｂのみで基板１を支持することにより、基板１に付着するパーティクルを低減できる。また、突起高さＨは、２０μｍ以下の場合、クーロン力により吸着力及び脱着応答性を維持することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
基板１が、第１の主面１３ｃに接触する確率は、単位距離あたりの突起１３ａの数、すなわち、Ａの平方根に反比例し、突起１３ａの突起高さＨの２乗に略反比例することを見出し、これにより、上述するような関係式を想到した。すなわち、上述の式を突起１３ａの数と高さが満たす場合、吸着される基板１が吸着力で微視的に突起１３ａと突起１３ａとの間でたわんでも基板１の吸着面は、静電チャック１０の第１の主面１３ｃに接触しなくなるのである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
得られた成形体をセラミックス原料粉末に応じた焼成条件（焼成雰囲気、焼成方法、焼成温度、焼成時間等）で焼成する。焼成体から基体１１を例えば研削加工によって作製する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２０】
これらの静電チャック１０について、結果を表１に示す。
【表１】
2007173596.tif 000008
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３５】
それに対して、Ｊ−Ｒ力型静電チャックである比較例８の体積抵抗率は、５×１０12Ω・ｃｍであり、実施例１及び実施例１２と比べて低い体積抵抗率であった。比較例８のリーク電流は、０．１μＡであり、基板脱離時間は、６０秒よりも長かった。