JP2008244149A - 静電チャック及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスキング冶具を用いた溶射法で生じてしまう電極のバリやマスキング冶具の反りやズレの問題を解消し、櫛歯形状を精度良く形成する。また、絶縁性のガラス基板を比較的低温度で、十分な吸着力で吸着固定できる静電チャックを提供する。
【解決手段】基材上の絶縁体層２と、絶縁体層２上の双極の櫛歯電極３と、双極の櫛歯電極３を被覆する誘電体層４と、を具備する静電チャックであって、双極の櫛歯電極３は、裾広がりのテーパ形状３ｂを有する。また、少なくとも前記双極の櫛歯電極間の、電極が形成されていない前記絶縁体層が、凹形状２ａを有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ガラス基板を吸着固定する静電チャックに関するもので、特に、双極の櫛歯電極と、この櫛歯電極を被覆する誘電体層と、を溶射により形成した静電チャックに関するものである。

従来、双極型の静電チャックが多く用いられてきた。双極型の静電チャックは、一対の静電電極それぞれに正負の電圧を印加すると、電極に近接する誘電体表面に正負の電荷が生じ、このとき誘電体表面に載置した導電性基板には誘電体表面と逆電荷が生じるため、互いに引き合う力、すなわちジョンセンラーベック力が発現することを利用したものである。したがって、絶縁性のガラス基板を静電チャックにより吸着固定するときは、ガラス基板に電荷が生じないためＩＴＯ等の導電膜を塗布して吸着させていた。しかし、吸着固定するためだけに導電膜を形成することは手間やコストがかかるため、導電膜を塗布せずに吸着固定する手段が望まれていた。そこで、絶縁性のガラス基板を吸着する静電チャックとして、電界に働く力であるグラディエント力を利用した静電チャックが提案されている（特許文献１、２参照）。

このグラディエント力を利用した静電チャックでは、ジョンセンラーベック力を利用した静電チャックと比べて十分な吸着力を得ることができないという問題があった。本発明者らの検討によれば、ジョンセンラーベック力を利用した静電チャックの吸着力が数百ｇ／ｃｍ^２であるのに対して、グラディエント力を利用した静電チャックの吸着力は数十ｇ／ｃｍ^２であり、十分ではない。また、グラディエント力を発揮するには、特許文献１に記載された静電チャックのように櫛歯間距離が小さいことが要求されるため電極間で放電し易く、耐電圧が低くなり絶縁破壊が起きる場合があった。特に電極が露出しているため電極間の放電による絶縁破壊を防ぐには高真空が要求されることから、処理容器内を真空に到達させるまでの低真空時のガラス基板の固定ができないため位置ずれを起こすことがあった。

また、特許文献２に記載された静電チャックでは、誘電体層を０．２〜２．０ｍｍの厚さに形成することを特徴としておりＣＶＤ等の蒸着法で誘電体層を形成することが困難であることから焼結法を用いている。しかしながら、焼結体中に電極を埋設しその電極上に薄い誘電体層を精度良く形成することは、小型のガラス基板用の小さい静電チャックであれば可能であっても、近年大型化が著しいガラス基板に対応できる大型の静電チャックを作製することは困難である。

さらには、ガラス基板を加熱することによってガラス基板の抵抗率を１０^１５Ω・ｃｍ以下に変化させて静電吸着させる静電チャックも提案されている（特許文献３参照）。しかしながら、特許文献３による静電チャックも同様に、焼結法により作製しているため大型のガラス基板には適用が難しいことに加え、ガラス基板を最高３５０℃もの高温に加熱するため静電チャックの基材とガラス基板との熱膨張の差により歪が発生してガラス基板への成膜やエッチング等の微細で精密な処理ができないという問題があった。
特開２００６−６６８５７号公報 特開２００６−４９８５２号公報 特開２００５−３２８５８号公報

そこで、本発明者は焼結法以外の方法により静電チャックの製造を検討したところ、溶射法が適用できる可能性があることを見出した。溶射法によれば、金属や金属-セラミックス複合材料等の基材を使用できるため、焼結体を用いるよりも大きさの制約が低減できる。ここで、溶射法により所定領域に膜を形成する場合、前記所定領域に応じた所定形状の開口部を有するマスキング冶具を用いることが一般的に行われている。マスキング冶具を用いた場合、電極となる溶射膜の角部にバリが生じやすいという問題があった。バリはマスキング冶具と溶射膜の接触部にできる余分な材料であり、除去せずにその上から誘電体層を形成すると、バリの部分で絶縁破壊が生じる場合があった。また、バリが生じたことにより電極の厚さおよび誘電体層の厚さが不均一になる結果、吸着力が不均一になる場合があった。したがって、バリを除去する必要があるが、非常に手間がかかりコスト高になるという問題があった。しかも、特に櫛歯電極のような比較的複雑な形状の電極を形成しようとすると、上記のような問題が顕在化し、電極の形成が困難になるという問題があった。

また、櫛歯電極の櫛歯幅や櫛歯間距離を小さくした場合には、マスキング冶具の反りやズレが生じやすく、溶射の精度不良により双極が短絡したり、電極が途切れたりすることがあった。また、マスキング冶具の厚さを大きくすれば、冶具の反り等を小さくすることは可能であるが、冶具の厚さが大きくなると櫛歯電極の櫛歯幅や櫛歯間距離によっては溶射が困難になるため、冶具を厚くすることはできない。さらに、マスキング冶具に不具合が生じないような櫛歯電極の形状に櫛歯幅や櫛歯間距離を調整すると、絶縁性ガラス基板を吸着できなくなるという問題があった。したがって、溶射により絶縁性のガラス基板を吸着できるような櫛歯電極を形成することは非常に困難であった。

本発明は、上述したような問題を解決するために見出されたものであり、絶縁性のガラス基板を吸着できるような櫛歯電極を溶射法で形成した静電チャックを提供するものである。

本発明は、基材上の絶縁体層と前記絶縁体層上の双極の櫛歯電極と、前記双極の櫛歯電極を被覆する誘電体層と、を具備する静電チャックであって、前記双極の櫛歯電極は、裾広がりのテーパ形状を有することを特徴とする静電チャックを提供するものである。櫛歯電極を裾広がりのテーパ形状にすることで、通常のマスキング冶具を用いた溶射法で生じてしまう電極のバリの問題も解消でき、櫛歯電極を精度良く作製することができる。また、櫛歯電極を被覆する誘電体層と櫛歯電極との密着性を高めることができる。

また、本発明は、少なくとも前記双極の櫛歯電極間の、電極が形成されていない前記絶縁体層が、凹形状を有することを特徴とする。このような櫛歯電極が形成されていない櫛歯と櫛歯の間の部分を凹形状とすることで絶縁破壊が起き難くなる。上記絶縁体層の凹形状の深さは５〜２０μｍであることが望ましい。

また、本発明は、基材上に溶射により形成された酸化物系セラミックスからなる絶縁体層と、前記絶縁体層上に溶射により形成された双極の櫛歯電極と、前記双極の櫛歯電極を被覆するように溶射により形成された酸化物系セラミックスを主成分とする誘電体層と、を具備し、前記双極の櫛歯電極の櫛歯幅が２．５〜５．０ｍｍ、櫛歯間距離が２．５〜５．０ｍｍ、前記誘電体層の厚さが１００〜６００μｍであることを特徴とする静電チャックを提供するものである。櫛歯電極が上記形状であって、誘電体層の厚さを上記範囲とすれば、絶縁性のガラス基板であっても、十分な吸着力で吸着することができる。

さらに、本発明の静電チャックは、絶縁体層上に金属膜を溶射する工程と、前記金属膜をブラスト加工することにより櫛歯電極を形成する工程と、を含む製造方法を経て得られるものである。このような製造方法を用いることにより、櫛歯電極を精度良く形成することができ、絶縁性ガラス基板を吸着することができる静電チャックを得ることができる。

本発明の静電チャックによれば、櫛歯電極を裾広がりのテーパ形状にすることで、通常のマスキング冶具を用いた溶射法で生じてしまう電極のバリの問題も解消でき、櫛歯電極を精度良く作製できる。さらに、絶縁性のガラス基板であっても十分な吸着力で吸着することができる。

図１に本発明に係る静電チャックの平面図、およびそのＡＡ断面図を示した。平面図の点線で示した部分に櫛歯電極が埋設されている。また、図２は本発明の櫛歯電極の構成を示す模式平面図である。
図１および図２に模式的に示すように、本発明の静電チャック１０は、基材１と、この基材１上に溶射により形成された酸化物系セラミックスからなる絶縁体層２と、絶縁体層２上に溶射により形成された双極の櫛歯電極３と、双極の櫛歯電極３を被覆するように溶射により形成された酸化物系セラミックスを主成分とする誘電体層４と、を具備している。図２において、Ｗは櫛歯電極の櫛歯幅であり、Ｌは櫛歯間距離である。図２に示したように、櫛歯間距離とは、双極の一方の電極の櫛歯と、もう一方の電極の櫛歯との間の距離である。

本発明者らは、それまで２枚の平板形状であった双極型電極について、櫛歯形状に変えたところ絶縁性のガラス基板であっても、わずかに吸着力を示すことを見出した。しかしながら、実用可能なものではなかったことから、さらに吸着力を高めるべく温度条件、櫛歯形状、および誘電体層について詳細な検討を行った結果、本発明を知見するに至った。さらに実用化を進める中で、櫛歯電極の形成に最適な電極構造および製造方法を見出した。

図３は、本発明の静電チャックの櫛歯電極の作製手順を示した概略図である。はじめに図３（イ）に示したように絶縁体層２上にべた状の金属膜３ａを溶射し、次に図３（ロ）に示したように櫛歯形状のマスク８を用いてブラスト加工をして、図３（ハ）に示したような櫛歯電極を形成する。金属膜３ａは、少なくとも双極の櫛歯電極が形成される領域にべた状に溶射すれば良く、絶縁体層の全面に溶射しても構わない。

図４は、ブラスト加工により形成した櫛歯電極を示す模式的拡大断面図である。ブラスト加工により得られた櫛歯電極は裾広がりのテーパ形状３ｂを有している。また、少なくとも双極の櫛歯電極間の電極が形成されていない絶縁体層が、凹形状２ａを有している。

ブラスト加工では、砥粒の投射速度を調整したり、砥粒の大きさを調整したりすることによりテーパ形状の櫛歯電極を形成することができる。具体的には、ブラストの前期工程では、比較的投射速度を大きくし、ブラストの後期工程では前期工程よりも投射速度を小さくする方法を採用できる。また、ブラストの前期工程では、比較的粗い砥粒を用い、ブラストの後期工程では、前期工程よりも細かい砥粒を用いる方法を用いても良い。さらに、これらを併用した方法を用いることも可能である。このような方法を用いるのは、前期工程で、粗くブラスト加工することによりマスクされていない櫛歯間の中央部が多く切削され、後期工程で、マスクされていない櫛歯間の切削形状を整えることができるからである。また、上記方法の他に、マスクの厚さを調整することによってもテーパ形状の櫛歯電極を形成することができる。マスクが厚くなれば、マスクされていない櫛歯間の角隅部は切削され難くなるためである。上述のように櫛歯電極を裾広がりのテーパ形状にすることで、通常のマスキング冶具を用いた溶射法で生じてしまう電極のバリの問題も解消でき、櫛歯電極を精度良く作製することができる。また、櫛歯電極を被覆する誘電体層と櫛歯電極との密着を高めることができる。

金属膜３ａの厚さは２５〜５０μｍとすることが好ましい。これは、ブラスト加工による櫛歯電極形成に適した厚さとしたものである。金属膜の厚さが小さいと電極が均一に形成され難く、局部的に抵抗が高くなってしまうおそれがある。逆に金属膜の厚さが大きいとブラストによる金属膜の除去加工が困難になり、除去加工の不十分な部分で絶縁破壊が起きるおそれがある。

絶縁体層２の凹形状２ａの深さは５〜２０μｍが望ましい。これは、この深さの範囲であれば、絶縁体層上に形成される誘電体層を均一に形成でき、また、櫛歯電極を形成するブラスト加工において金属膜を十分に除去できるからである。なお、絶縁体層の凹形状は少なくとも双極の櫛歯電極の間の部分に形成されていれば良い。これは電極間の間の部分の金属膜を十分に除去すれば、電極間の放電による絶縁破壊を防ぐことができるからである。したがって、双極の櫛歯電極間の部分だけでなく、絶縁体層のブラストによる金属膜の除去加工が施された部分が凹形状を有していても構わない。

平板形状から櫛歯形状に変えることにより吸着力が生じたのは、ジョンセンラーベック力に加えてグラディエント力が吸着力に作用したためと考えられる。グラディエント力を作用させるには、櫛歯幅Ｗや櫛歯間距離Ｌを小さくする必要があるが、溶射法による電極形成では精度上困難であった。また、焼結体を用いた静電チャックでは、電極形成に問題はないが、誘電体層の薄型化が困難であるという問題があった。本発明はこのような問題を一挙に解決し、溶射による電極形成が可能な櫛歯幅Ｗおよび櫛歯間距離Ｌでありながら、グラディエント力が効果的に作用するような静電チャックを提供するものである。

櫛歯電極の櫛歯幅Ｗおよび櫛歯間距離Ｌを２．５〜５．０ｍｍの範囲としたのは、櫛歯幅Ｗおよび櫛歯間距離Ｌが、上記範囲であれば、溶射法によって精度良く電極を形成することができ、櫛歯幅や櫛歯間距離のばらつきにより吸着力が不均一になることは無い。特に櫛歯間距離Ｌを小さくすると、溶射の精度不良により生じた櫛歯間距離の小さいところでは、放電が起き易くなるので好ましくない。逆に櫛歯幅Ｗおよび櫛歯間距離Ｌが５．０ｍｍを超えて大きくなると所望の吸着力が得られず好ましくない。これは、５．０ｍｍを超えて大きくなると、グラディエント力が吸着力に寄与しなくなるためである。なお、本発明では、櫛歯間距離Ｌが大きく形成されているため、低真空（０．０５ＭＰａ程度）や大気中でも放電が起き難く、高真空でなくとも静電吸着力を作用させることができるので、より高精度にガラス基板を吸着することができる。また、大気中でも電圧を印加できることから、吸着力やリーク電流の評価が容易である。なお、櫛歯を繋ぐ連結軸の幅については、特に限定しないが、連結軸付近での放電や吸着力を考慮すると、櫛歯の幅と同等であることが望ましく、連結軸と櫛歯の先端との距離も、櫛歯間距離と同等であることが望ましい。

本発明の静電チャックの適用温度は８０〜１５０℃である。高温まで加熱すると絶縁性ガラス基板の体積抵抗率が低下して、静電吸着力を大きくすることができるが不具合も起き易くなる。具体的には、ガラス基板と静電チャックの熱膨張差によって固定精度が低下して、ガラス基板への成膜処理等に影響を及ぼす場合がある。また、静電チャックの誘電体層はＡｌ_２Ｏ_３を主成分とした溶射セラミックスに樹脂等の封孔剤を用いた封孔処理を施す場合があり、高温では封孔剤の成分が揮発したり、染み出したりしてガラス基板を汚染するおそれがある。したがって、静電チャックの適用温度としては１５０℃以下の低温が望ましく、さらに１２０℃よりも低温であれば、より望ましい。本発明の静電チャックを用いれば高温まで加熱しなくとも８０〜１５０℃の低温で絶縁性（２３℃における体積抵抗率２．２×１０^１５Ω・ｃｍ）のガラス基板を十分な吸着力で吸着することができる。ガラス基板の加熱は、基材にトンネル状の流体経路を設けて所定温度の流体を流せるようにしたり、静電チャックをヒータ上に載せたりする方法で静電チャックを介して行うことができる。また、静電チャック内部にヒータ電極を設けても良い。

誘電体層は、酸化物系セラミックスを主成分とした溶射セラミックスである。酸化物系セラミックスとしては、Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナジルコニア、スピネル、ムライト等を用いることができる。なかでもＡｌ_２Ｏ_３が溶射膜の密着性、耐食性および体積抵抗率の調整の容易性から好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３に添加する材料としては、ＴｉＯ_２やＳｉＣ等の導電材料が適用できる。このような導電材料を添加するのは、体積抵抗率の調整と溶射膜の密着性を高めるためである。溶射膜の密着性の観点からＴｉＯ_２が好適である。ＴｉＯ_２の添加量は２．５〜２０質量％で調整することにより本発明の静電チャックの適用温度に好適な誘電体層を形成することができる。

誘電体層の厚さは、１００〜６００μｍである。１００μｍより薄いと耐電圧が低くなり絶縁破壊が起こりやすく、６００μmより厚いと吸着力が低下するため好ましくない。これは、誘電体層が厚くなるとジョンセンラーベック力およびグラディエント力が低下するためである。したがって、誘電体層の厚さは５００μｍ以下とすることがより望ましい。このような範囲で溶射セラミックスからなる誘電体層を形成し、さらに櫛歯幅Ｗおよび櫛歯間距離Ｌを上記範囲とし、温度条件を８０〜１５０℃とすることで十分な吸着力が発揮される。

本発明の静電チャックの基材としては、セラミックス、金属または金属基複合材料を用いることができるが、熱伝導性、熱膨張特性、機械的強度、耐熱性、および溶射膜との密着性を総合的に判断すると金属基複合材料が好ましい。特に、本発明の静電チャックは、８０℃〜１５０℃に加熱して使用するため迅速な加熱および均熱性が求められることから、これらの特性に優れた金属基複合材料が好適である。

また、櫛歯電極の電極材料としては、要求特性により選択することが可能で、Ｎｉ、Ｆe、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、およびそれらの合金等を用いることができる。

ここで、図１に示した本発明の静電チャックの製造方法をより詳細に説明する。静電チャックの構成として、基材；金属基複合材料、絶縁体層；Ａｌ_２Ｏ_３、電極材料；Ｎｉ、誘電体層；主成分Ａｌ_２Ｏ_３とした例を用いて説明する。まず基材１となる金属基複合材料を用意する。基材の形状は特に限定しないが、ガラス基板を載置する目的上、通常板形状が採用される。次に、この基材１のガラス基板を載置する側である上面に溶射法により、下地層としてのＡｌ_２Ｏ_３絶縁体層２を５００μｍの厚さで形成する。絶縁体層の厚さにムラができないように、基材の上面は平面度３．０μｍ以下に予め加工しておくことが望ましい。

櫛歯電極の形成は、上述のように、はじめに図３（イ）に示したように、電極が形成されるＡｌ_２Ｏ_３絶縁体層上の所定領域にべた状の金属膜を形成した後、図３（ロ）に示したように、櫛歯形状のマスク８を用いて、ブラスト加工を行う。上述のように従来の溶射法による電極の形成は、櫛歯形状の開口部を有するマスキング冶具を使用していたが、本発明における所定の櫛歯幅および櫛歯間距離を形成しようとすると、バリが生じたり、マスキング冶具の反りやズレが生じたりするため、精度良く櫛歯形状を形成することができなかった。本発明のブラスト加工による製造方法を用いれば、従来の問題が解消でき、精度の良い櫛歯電極を容易に形成することができる。

ブラスト加工時のマスクの素材としては、金属、セラミックス等種々の材質を用いることができ、マスクの厚さとしては、０．０５〜０．５ｍｍとすることができる。この範囲であれば、櫛歯電極に裾広がりのテーパ形状を形成することができ、また、本発明における櫛歯幅および櫛歯間距離で櫛歯電極を精度良く形成することができる。

溶射により電極層を形成することで、下地層となるＡｌ_２Ｏ_３絶縁体層２および後述するＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする誘電体層４との密着性を高めることができる。これは、前記櫛歯電極３とＡｌ_２Ｏ_３絶縁体層２とＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする誘電体層４をいずれも溶射により形成するので、溶射層に存在するポアに、別の溶射層が入り込むことによってアンカー効果を発揮するためである。すなわち、櫛歯電極を溶射するとＡｌ_２Ｏ_３絶縁体層に存在するポアに櫛歯電極の一部が入り込み、誘電体層を溶射するとＡｌ_２Ｏ_３絶縁体層および櫛歯電極に存在するポアに誘電体層の一部が入り込むことによって各層間の結合が強固になり密着性が高まる。

櫛歯電極３をブラスト加工により形成した後、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする誘電体層４を溶射する。誘電体層４は、少なくとも櫛歯電極３を被覆するように形成されれば良く、副次的にＡｌ_２Ｏ_３絶縁体層２も、櫛歯電極３の被覆に伴って被覆されて良い。したがって、図１に示された静電チャックように、双極の櫛歯電極３およびＡｌ_２Ｏ_３絶縁体層２のほぼ全域上に誘電体層４が形成された構造を採用することができる。また、ここで、本発明の静電チャックの表面となるＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする誘電体層は公知の方法にて封孔処理されていても良い。封孔処理で充填する処理材としては、シリカゾル、アルミナゾル、マグネシアゾルなどのコロイダル状のスラリ−、あるいは、SiO₂、Al₂O₃、TiO₂等の金属アルコキシド系ポリマ−及びこれらのポリマ−とメラミン、アクリル、フェノ−ル、フッ素、シリコン、アクリル樹脂等の各種樹脂を含有するものを使用することができる。

次に、静電チャックの表面の研削加工、ラッピング加工を行い、所望の表面粗さ（Ｒａ：０．１〜２．０μｍ程度）となるようにする。
外部電源５と櫛歯電極３との接続は、図１の例のように、端子接続用の穴を開けた基材に端子６を接続しても良いし、図５のように櫛歯電極３の一部を露出させて、その部分に接続しても良い。基材の穴に端子を挿入する場合、基材に導電性があると短絡してしまうおそれがあるので、端子周りを絶縁管７で保護すると良い。絶縁管７の部分は、他の形態、例えば絶縁性の充填材を入れたり、何もいれずに間隙としたりする方法も採用できる。なお、図５の断面図においては双極の片方のみ電源に接続されているが、双極のもう一方の電極が電源に接続されていることは言うまでも無い。

以下、試験例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
（１）電極形成試験
はじめに、ブラスト加工条件を調べるための電極形成試験を行った。基材として金属基複合材料（寸法：２０９×１５７ｍｍ、厚さ４０ｍｍ、ＳｉＣ７０質量％、Ａｌ合金加圧浸透品）を用いた。まず、金属基複合材料の表面のブラスト処理を行った。次に、この基材の上面に溶射法により下地層としてのＡｌ_２Ｏ_３絶縁体層を５００μｍの厚さで形成した。その後、Ａｌ_２Ｏ_３絶縁体層上に厚さ４０μｍのべた状のＮｉ膜を溶射した。次に、櫛歯形状のマスクをＮｉ膜上に設置し、炭化ケイ素砥粒を用いてブラスト加工を行った。ブラスト加工の前期工程においては、平均粒径５０μｍの砥粒を使用した後、後期工程において平均粒径２０μｍの砥粒を用いて形状を調整した（試験例１〜５）。比較のため櫛歯形状の開口部を有するマスキング冶具を用いて溶射を行って電極を形成したものも作製した（試験例６）。櫛歯幅Ｗおよび櫛歯間距離Ｌはそれぞれ３ｍｍとした。なお、櫛歯を繋ぐ連結軸の幅は３ｍｍで一定とし、双極の一方の連結軸と他方の櫛歯の先端との距離は櫛歯間距離と同一とした。また、櫛歯電極形成の範囲は、櫛歯電極を模式的に示した図２におけるＣを１８０ｍｍ、Ｄを１５０ｍｍとした。次に、櫛歯電極およびＡｌ_２Ｏ_３絶縁体層を被覆するように誘電体層（５質量％のＴｉＯ_２を含むＡｌ_２Ｏ_３）を形成した。その後、誘電体層を研削加工、ラップ処理を実施し、誘電体層の厚さ（５００μｍ）および表面粗さ（Ｒａ０．２μｍ）を調整し静電チャックを作製した。電極との接続は、図５に示したように、櫛歯電極の一部を露出させ、露出部に導線を接続した。絶縁体層の凹形状のブラスト加工深さを変えた試験例１〜５およびマスキング冶具を用いた試験例６について、それぞれ１０個作製して評価を行った。評価は、外観の目視観察および、大気中で櫛歯電極間に±２０００Ｖの電圧を印加したときの絶縁破壊の有無で行った。外観については、櫛歯電極の形成時に剥離が生じたものおよび誘電体層の剥離が起きたものをＮＧとした。評価結果を表１に示す。

本発明の範囲内である試験例２〜４については、ほとんど全て外観上問題なく、また絶縁破壊が生じるものもほとんどなかった。しかしながら本発明の範囲外である試験例１、５および６については、ＮＧが多く実用に供し得る結果は示されなかった。試験例１では、ブラスト加工による凹形状の深さが浅いために櫛歯間の金属膜の切削除去が不十分となり、大多数で絶縁破壊が起こった。試験例５では、ブラスト加工による凹形状の深さが深いため、誘電体層が均一に形成できず密着の弱い箇所で剥離しているものがあった。マスキング冶具を用いて誘電体層の溶射を行った試験例６では、大多数で電極形成時に櫛歯電極の剥離が起こった。なお、加工深さについては、三次元形状測定器を用いて測定した。このとき、ブラスト加工で電極を形成した試験例２〜４について電極形状を測定したところ、裾広がりのテーパ形状であった。

（２）静電チャックの評価
上記試験に用いた試験例２〜４については、試験に用いた基材のうち評価の良好であった１つをそれぞれ試験例７〜９として、評価試験に進めた。
それ以外の試験例（試験例１０〜２１）についても、上記試験同様、基材として金属基複合材料（寸法：２０９×１５７ｍｍ、厚さ４０ｍｍ、ＳｉＣ７０質量％、Ａｌ合金加圧浸透品）を用い、基材表面のブラスト処理を行った後、この基材の上面に溶射法により下地層としてのＡｌ_２Ｏ_３絶縁体層を５００μｍの厚さで形成した。その後、Ａｌ_２Ｏ_３絶縁体層上に厚さ４０μｍのべた状のＮｉ膜を溶射した。次に、櫛歯形状のマスクをＮｉ膜上に設置し、アルミナ砥粒を用いてブラスト加工を行った。ブラスト加工の前期工程においては、平均粒径６５μｍの砥粒を使用した後、後期工程において平均粒径２０μｍの砥粒を用いて加工深さを１０μｍに調整した。櫛歯厚さと連結軸厚さは同一とし、櫛歯電極の形状はマスク形状を変えて櫛歯幅Ｗおよび櫛歯間距離Ｌを調整した（表２参照）。なお、連結軸の幅は３ｍｍで一定とし、連結軸と櫛歯の先端との距離は櫛歯間距離と同一とした。また、櫛歯電極形成の範囲は、櫛歯電極を模式的に示した図２におけるＤに相当する幅を１５０ｍｍとし、櫛歯幅および櫛歯間距離によって多少の差はあるもののＣをおよそ１８０ｍｍの幅とした。
次に、櫛歯電極およびＡｌ_２Ｏ_３絶縁体層を被覆するように誘電体層（５質量％のＴｉＯ_２を含むＡｌ_２Ｏ_３）を形成した。その後、誘電体層を研削加工、ラップ処理を実施し、誘電体層の厚さ（表２参照）および表面粗さ（Ｒａ０．２μｍ）を調整し静電チャックを作製した。電極との接続は、図５に示したように、櫛歯電極の一部を露出させ、露出部に導線を接続した。なお、評価に使用するガラス基板は露出部にかからない大きさのものを用いた。

上記のようにして得られた静電チャックをヒータ上に載せて真空チャンバー内に設置し、□１５０ｍｍ×２ｍｍのガラス基板(２３℃における体積抵抗率が２．２×１０^１５Ω・ｃｍ)を載置した後、静電チャックを所定温度に加熱し、大気中で、櫛歯電極間に±２０００Ｖの電圧を印加したときの各静電チャックの吸着力を評価した。
吸着力の測定は、静電吸着させたガラス基板を垂直方向に引き上げて、ガラス基板が静電チャックの吸着面から外れたときの力を測定した。その結果を、表２にまとめて示した。

表２に示した結果からわかるように、本発明の範囲内であるＮｏ．７〜９、１１〜１４および１７〜２０では１００ｇ／ｃｍ^２以上の吸着力が得られた。
一方、本発明の範囲外であるＮｏ.１０、１５、１６、２１では十分な吸着力が得られないか、不具合により吸着力の評価ができない結果となった。櫛歯幅および櫛歯間距離が小さい試験例１０では、櫛歯電極に電圧を印加したところ絶縁破壊が起こり、吸着力の評価ができなかった。また、櫛歯幅および櫛歯間距離が大きい試験例１５では、十分な吸着力が得られなかった。誘電体層厚さが小さい試験例１６では、絶縁破壊が発生し、また、誘電体層厚さの大きい試験例２１では、十分な吸着力が得られなかった。

以上説明したように、本発明によれば、絶縁性のガラス基板を比較的低温で、十分な吸着力で吸着固定できる静電チャックが得られることが分かった。

次に、図６および図７に示した大型ガラス基板用の静電チャックについて実施例を示す。図６は本実施例で作製した静電チャックの櫛歯電極形状を示した全体図であり、図７は６分割された電極領域のうち、一領域を拡大して示した図である。基材（１３６０ｍｍ×８２１ｍｍ×５０ｍｍ、金属基複合材料；ＳｉＣ７０質量％、Ａｌ合金加圧浸透品）に絶縁体層（厚さ５００μｍ）、６分割電極（櫛歯幅３ｍｍ、櫛歯間距離３ｍｍ、電極形成範囲３７５ｍｍ×３１２．４ｍｍ）および誘電体層（厚さ５００μｍ）を形成した。電極の形成は、上記試験例と同様に、Ａｌ_２Ｏ_３絶縁体層上に厚さ４０μｍのべた状のＮｉ膜を溶射し、次に、櫛歯形状のマスクをＮｉ膜上に設置し、アルミナ砥粒を用いてブラスト加工を行った。ブラスト加工の前期工程においては、平均粒径６５μｍの砥粒を使用した後、後期工程において平均粒径１０μｍの砥粒を用いて加工深さを１０μｍに調整した。電極との接続は、図７の電極領域の対角に存在する端子接続部（図７において、寸法；３０ｍｍ×２７ｍｍの領域）に接続できるように基材に端子挿入穴を設けて、図１のように金属端子（低熱膨張合金；ニレジスト）を挿入し、その周りの絶縁管７に相当する部分にエポキシ樹脂を充填し固定する構成とした。静電チャックをヒータ上に載せ、櫛歯電極間に±２０００Ｖの電圧を印加し、真空中（０．０５ＭＰａ）、１１５℃で６箇所の分割電極上にガラス基板（４０５ｍｍ×３４２ｍｍ×２ｍｍ）を吸着させて吸着力を測定したところ、平均１８０ｇ／ｃｍ^２であった。さらに、同条件で大型ガラス基板（１２２０ｍｍ×６８５ｍｍ×２ｍｍ）を吸着させたところ、問題なく吸着することができた。

本発明に係る静電チャックの平面図およびＡＡ模式断面図である。 本発明に係る静電チャックの櫛歯電極形状を示す模式的平面図である。 本発明に係る静電チャックの電極形成方法を示す概略図である。 ブラスト加工により形成した櫛歯電極を示す模式的拡大断面図である。 本発明の他の実施形態を示す平面図およびＢＢ模式断面図である。 本発明の実施例に係る静電チャックの電極形状を示す平面図である（数値は寸法ｍｍを示す）。 本発明の実施例に係る静電チャックの電極形状を示す拡大図である（数値は数法ｍｍを示す）。

符号の説明

１；基材
１０；静電チャック
２；絶縁体層
２ａ；絶縁体層の凹形状
３；双極の櫛歯電極
３ａ；金属膜
３ｂ；櫛歯電極のテーパ形状
４；誘電体層
５；電源
６；電極端子
７；絶縁管
８；マスク
Ｗ；櫛歯幅
Ｌ；櫛歯間距離

Claims (6)

1. 基材上の絶縁体層と
   前記絶縁体層上の双極の櫛歯電極と、
   前記双極の櫛歯電極を被覆する誘電体層と、
   を具備する静電チャックであって、
   前記双極の櫛歯電極は、裾広がりのテーパ形状を有することを特徴とする静電チャック。
2. 少なくとも前記双極の櫛歯電極間の、電極が形成されていない前記絶縁体層が、凹形状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。
3. 前記凹形状の深さが５〜２０μｍである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。
4. 基材上に溶射により形成された酸化物系セラミックスからなる絶縁体層と、
   前記絶縁体層上に溶射により形成された双極の櫛歯電極と、
   前記双極の櫛歯電極を被覆するように溶射により形成された酸化物系セラミックスを主成分とする誘電体層と、
   を具備することを特徴とする請求項１〜３記載の静電チャック。
5. 前記双極の櫛歯電極の櫛歯幅が２．５〜５．０ｍｍ、櫛歯間距離が２．５〜５．０ｍｍ、前記誘電体層の厚さが１００〜６００μｍであることを特徴とする請求項１〜４記載の静電チャック。
6. 絶縁体層上に金属膜を溶射する工程と、
   前記金属膜をブラスト加工することにより櫛歯電極を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１〜５記載の静電チャックの製造方法。