JP2011222978A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック板のクラック発生を抑制しつつ、被処理基板の急速な加熱冷却が可能な静電チャックを提供する。
【解決手段】主面に凹部が設けられ、内部に電極が設けられたセラミック板と、セラミック板に接合された温調プレートと、セラミック板と温調プレートとの間に設けられた第１の接合剤と、セラミック板の凹部内に設けられたヒータと、を備え、第１の接合剤は、主剤と、無定形フィラーと、球形フィラーと、を有し、球形フィラーの平均直径は、全ての無定形フィラーの短径の最大値よりも大きく、第１の接合剤の厚さは、球形フィラーの平均直径と同じか、もしくは大きく、凹部の幅は、ヒータの幅より広く、凹部の深さは、ヒータの厚さより深く、凹部内にヒータが第２の接合剤により接着され、ヒータの温調プレート側の主面と、温調プレートの主面と、の間の第１の距離が、セラミック板の主面と、温調プレートの主面と、の間の第２の距離よりも長い。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電チャックに関する。

被処理基板を真空チャンバ内で処理するプロセスにおいて、被処理基板を保持固定する手段として静電チャックが用いられる。近年、タクトタイムの短縮目的のために、高密度プラズマを用いるプロセスが一般化している。このため、高密度プラズマから被処理基板へ流入する熱流束を効率よく静電チャック外に除去する方法が要求されている。

例えば、静電チャックの下側に温調部を接合剤で接合させた構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この構造では、導電体の金属ベース基板の上に電極付きのセラミック板をゴム等の接合剤で接着している。被処理基板に流入した熱流束は、静電チャックを通過し、冷媒体を流通させた温調部へと伝導し、冷媒体によって静電チャック外に排熱される。

しかしながら、金属ベース基板、セラミック板の熱伝導率に比べ、樹脂で構成された接合剤の熱伝導率は、１、２桁低い。従って、接合剤は熱に対しての抵抗になり得る。このため、効率よく熱を排熱するには、可能な限り接合剤を薄くする必要がある。しかし、接合剤を薄くすると、金属ベース基板と、セラミック板との温度差、または金属ベース基板と、セラミック板との熱膨張係数差により発生する、金属ベース基板とセラミック板とのずれが接合剤で緩和できなくなり、その接着力が低減してしまう。これに対し、接合剤の熱伝導率を高めるため、熱伝導フィラーを接合剤に混合分散させた構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、最近では、プロセス中において被処理基板を急速に温度変化させることが可能な静電チャックが要求されている。これに対処するために、例えば、板状のヒータを厚いセラミック板で挟み込み、これらを金属ベース基板に接合させた静電チャックの開示例がある（例えば、特許文献３参照）。

特開昭６３−２８３０３７号公報 特開平０２−０２７７４８号公報 特開２００５−３４７５５９号公報

しかしながら、ヒータを厚いセラミック板で挟みこむと、被処理基板から金属ベース基板（以下、温調プレート）までの距離が長くなり、かつ、接合剤の層数が多くなるため、冷却性能が低下してしまう。また、ヒータの上下に厚いセラミック板が配置されるため、静電チャックの熱容量が大きくなり、加熱時のレスポンスも悪くなってしまう。

このような問題を解決するためには、セラミック板の厚み、接合剤の層数を減らす必要がある。しかし、ヒータを薄いセラミック板と温調プレートで挟み込み、これらを熱伝導フィラーを混合分散させた単層の接合剤によって接着すると、ヒータを介してセラミック板に接着圧力が集中し、セラミック板にクラックが発生する場合がある。

本発明の課題は、セラミック板のクラック発生を抑制しつつ、被処理基板の急速な加熱冷却が可能な静電チャックを提供することにある。

第１の発明は、静電チャックに関し、主面に凹部が設けられ、内部に電極が設けられたセラミック板と、前記セラミック板に接合された温調プレートと、前記セラミック板と前記温調プレートとの間に設けられた第１の接合剤と、前記セラミック板の前記凹部内に設けられたヒータと、を備え、前記第１の接合剤は、有機材料を含む第１の主剤と、無機材料を含む第１の無定形フィラーと、無機材料を含む第１の球形フィラーと、を有し、前記第１の主剤中には、前記第１の無定形フィラーと、前記第１の球形フィラーとが分散配合され、前記第１の主剤、前記第１の無定形フィラー、および前記第１の球形フィラーは、電気絶縁性材料からなり、前記第１の球形フィラーの平均直径は、全ての前記第１の無定形フィラーの短径の最大値よりも大きく、前記第１の接合剤の厚さは、前記第１の球形フィラーの平均直径と同じか、もしくは大きく、前記凹部の幅は、前記ヒータの幅より広く、前記凹部の深さは、前記ヒータの厚さより深く、前記凹部内に前記ヒータが第２の接合剤により接着され、前記ヒータの前記温調プレート側の主面と、前記温調プレートの主面との間の第１の距離が、前記セラミック板の前記主面と、前記温調プレートの主面と、の間の第２の距離よりも長いことを特徴とする。

ヒータが形成されたセラミック板と、温調プレートとを対向させて、それぞれを第１の接合剤で接着して一体化することで、ヒータ周囲の電気絶縁性を確保することができる。

また、第１の球形フィラーおよび第１の無定形フィラーは、無機材料のため、それぞれの大きさ（例えば、径）を制御し易い。このため、第１の接合剤の第１の主剤との混合分散が容易になる。第１の接合剤の第１の主剤、第１の無定形フィラー、および第１の球形フィラーは電気絶縁性材料であるため、電極周囲の電気絶縁性が確保できる。

さらに、第１の球形フィラーの平均直径は、全ての第１の無定形フィラーの短径の最大値よりも大きい。このため、第１の球形フィラーによって第１の接合剤の厚さを第１の球形フィラーの平均直径と同じか、もしくは平均直径よりも大きく制御することができる。これにより、第１の接合剤のホットプレス硬化時には、無定形フィラーによってセラミック板に局部的な応力が印加されず、セラミック板のクラック発生を防止することができる。

また、ヒータの温調プレート側の主面と、温調プレートの主面との間の第１の距離が、セラミック板の凹部間のセラミック板の主面と、温調プレートの主面との間の第２の距離よりも長いので、球形フィラーによってヒータにホットプレス硬化時の圧力が伝導し難くなる。このため、ホットプレス硬化時の圧力がヒータを介し、凹部内の薄厚のセラミック板に伝導することもなく、セラミック板のクラック発生が防止される。また、ヒータの上下には、第１の接合剤と第２の接合剤が存在するので、ヒータが急速に伸縮しても、セラミック板には、ヒータによる応力が伝わり難い。その結果、セラミック板の割れ発生が抑制される。

第２の発明は、第１の発明において、前記第１の球形フィラーの平均直径は、前記無定形フィラーの短径の最大値よりも１０μｍ以上大きいことを特徴とする。

第１の球形フィラーの平均直径を第１の無定形フィラーの短径の最大値よりも１０μｍ以上大きくすると、第１の接合剤をホットプレス硬化するときに、第１の接合剤の厚さを第１の無定形フィラーの大きさではなく、第１の球形フィラーの直径で制御することができる。すなわち、ホットプレス硬化時において、第１の無定形フィラーによって、セラミック板に局所的な応力が印加され難くなる。これにより、セラミック板のクラック発生を防止することができる。
また、第１の接合剤の上下に位置するセラミック板の平面度、厚みのばらつきが１０μｍ以下（例えば、５μｍ）である場合、第１の球形フィラーの平均直径を第１の無定形フィラーの短径の最大値よりも１０μｍ以上にするここで、セラミック板の表面凹凸、厚みのばらつきを第１の接合剤によって吸収（緩和）することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記第１の球形フィラーの体積濃度（ｖｏｌ％）は、前記第１の無定形フィラーを含有させた前記第１の接合剤の体積に対して、０．０２５ｖｏｌ％より大きく、４２．０ｖｏｌ％未満であることを特徴とする。

第１の球形フィラーの体積濃度（ｖｏｌ％）を、第１の無定形フィラーを含有させた第１の接合剤の体積の０．０２５ｖｏｌ％より大きくすると、第１の球形フィラーの第１の接合剤内での分散が良好になる。すなわち、第１の球形フィラーを第１の接合剤内で満遍なく行き渡らせることができる。これにより、第１の接合剤の厚みは、第１の球形フィラー平均直径と同じか、もしくは、第１の球形フィラー平均直径よりも厚くなる。このため、第１の接合剤をホットプレス硬化するときに、第１の無定形フィラーによってセラミック板に局所的な圧力が印加され難くなる。その結果、セラミック板のクラック発生を抑制することができる。
また、その体積濃度（ｖｏｌ％）を４２．０ｖｏｌ％未満とすることで、第１の球形フィラーを、第１の無定形フィラーを含有させた第１の接合剤内で充分に攪拌することができる。すなわち、体積濃度（ｖｏｌ％）が４２．０ｖｏｌ％未満であれば、第１の無定形フィラーを含有させた第１の接合剤内での第１の球形フィラーの分散が均一になる。

第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれか１つにおいて、前記第１の接合剤の前記第１の主剤、および前記第２の接合剤の第２の主剤の材質は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂のいずれか１つであることを特徴とする。

第１の接合剤および第２の接合剤の主剤の材質を変えることにより、主剤を硬化させた後の主剤の特性を適宜選択することができる。例えば、硬化させた後の第１または第２の接合剤に柔軟性が要求される場合は、比較的硬度の低いシリコーン樹脂またはフッ素樹脂が用いられる。硬化させた後の第１または第２の接合剤に剛性が要求される場合、比較的硬度の高いエポキシ樹脂が用いられる。硬化させた後の第１または第２の接合剤にプラズマ耐久性が要求される場合、フッ素樹脂が用いられる。

第５の発明は、第１〜第４の発明のいずれか１つにおいて、前記第１の球形フィラーおよび前記第１の無定形フィラーの熱伝導率は、前記第１の接合剤の前記第１の主剤の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の静電チャック。

第１の接合剤の第１の主剤より第１の球形フィラーおよび第１の無定形フィラーの熱伝導率が高いため、主剤単体の接合剤よりも第１の接合剤の熱伝導率が上がり、冷却性能が向上する。

第６の発明は、第１〜第５の発明のいずれか１つにおいて、前記第１の球形フィラーの材質と前記第１の無定形フィラーの材質とが異なることを特徴とする。

第１の球形フィラーを第１の接合剤に添加する目的は、第１の接合剤の厚さの均一化を図ったり、セラミック板に印加される応力を分散するためである。第１の無定形フィラーを第１の接合剤に添加する目的は、第１の接合剤の熱伝導率の向上や、熱伝導率の均一化を図るためである。
このように、各目的に合致したより良い材質を選択することで、より高いパフォーマンスを得ることができる。

第７の発明は、第１〜第６の発明のいずれか１つにおいて、前記第１の球形フィラーの熱伝導率は、前記第１の無定形フィラーの熱伝導率よりも低いことを特徴とする。

例えば、セラミック板の主面に第１の球形フィラーが接触した場合、この接触する部分と、その他の部分との熱伝導率の差が小さくなる。これにより、セラミック板の面内温度分布の均一化を図ることができる。

第８の発明は、第１〜第７の発明のいずれか１つにおいて、前記第１の球形フィラーの熱伝導率は、前記第１の無定形フィラーと前記第１の主剤との混合物の熱伝導率と同じか、もしくは、前記混合物の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする。

第１の球形フィラーの熱伝導率を、第１の無定形フィラーと第１の主剤の混合物の熱伝導率と同じか、もしくは小さくすることにより、第１の接合剤内の熱伝導率がより一定となり、熱伝導時の第１の接合剤内でホットスポットまたはコールドスポットといった温度の特異点の発生が抑制される。

第９の発明は、第１〜第８の発明のいずれか１つにおいて、前記第１の球形フィラーの熱伝導率は、前記第１の無定形フィラーと前記第１の主剤の混合物の熱伝導率の０．４倍以上、１．０倍以下の範囲にあることを特徴とする。

第１の球形フィラーの熱伝導率を、第１の無定形フィラーと第１の主剤との混合物の熱伝導率の０．４倍以上、１．０倍以下の範囲にすることで、より好ましく第１の接合剤内の熱伝導率をより均一にすることができる。その結果、熱伝導時の第１の接合剤内でホットスポットまたはコールドスポットといった温度の特異点の発生が抑制される。

第１の球形フィラーの熱伝導率を、第１の無定形フィラーと第１の主剤の混合物の熱伝導率の０．４倍未満とすると、第１の球形フィラーおよびその周辺の第１の接合剤の熱伝導率が低くなり、セラミック板および被吸着物である被処理基板に熱流束を与えた際、第１接合剤に特異的なホットスポットが生じる。

第１の球形フィラーの熱伝導率を、第１の無定形フィラーと第１の主剤との混合物の熱伝導率の１．０倍より大きくすると、第１の球形フィラーおよびその周辺の第１の接合剤の熱伝導率が高くなり、セラミック板および被吸着物である被処理基板に熱流束を与えた際、第１接合剤に特異的なコールドスポットが生じる。

第１０の発明は、第１〜第９の発明のいずれか１つにおいて、前記第１の球形フィラーのビッカース硬度は、前記セラミック板のビッカース硬度より小さいことを特徴とする。

第１の球形フィラーによって第１の接合剤の厚さは第１の球形フィラーの平均直径と同じか、もしくは平均直径よりも大きく制御される。仮に第１の球形フィラーの中で平均直径よりも大きい個体が分散混合された場合でも、第１の球形フィラーのビッカース硬度をセラミック板のビッカース硬度より小さくすることで、第１の接合剤のホットプレス硬化時に、平均直径よりも大きい球形フィラーの個体がセラミック板よりも先に破壊される。このため、セラミック板に局部的な応力が印加されず、セラミック板のクラック発生を防止することができる。

第１１の発明は、第１〜第１０の発明のいずれか１つにおいて、前記ヒータの断面において、前記セラミック板の主面に対して略平行な面は、前記セラミック板の主面に対して略垂直な面よりも長く、前記凹部の幅をＷ１、前記凹部の深さをＤ、前記凹部間の前記主面の幅をＷ２、前記凹部の底面と、前記底面側の前記ヒータの主面との間の距離をｄ１、前記凹部の底面からの前記主面の高さと、前記凹部の底面からの前記ヒータの前記温調プレート側の主面の高さの差の距離をｄ２とした場合、Ｗ１＞Ｄ、Ｗ１＞Ｗ２、ｄ１＞ｄ２の関係を満たすことを特徴とする。

以上の関係を満たすことにより、セラミック板の面内温度分布の均一性が確保される。さらに、セラミック板の急速な加熱冷却が可能になる。
例えば、ヒータの断面は略長方形になり、断面の長辺は、セラミック板の主面に対して略平行になる。これにより、ヒータからの熱を均一かつ急速にセラミック板に伝導することができる。その結果、セラミック板に載置される被処理基板を均一かつ急速に加熱することができる。

また、凹部の幅をＷ１、凹部の深さをＤ、凹部間のセラミック板の主面の幅をＷ２、凹部の底面と、底面側のヒータの主面との間の距離をｄ１、凹部の底面からのセラミック板の主面の高さと、凹部の底面からのヒータの温調プレート側の主面の高さの差の距離をｄ２とした場合、Ｗ１＞Ｄ、Ｗ１＞Ｗ２、ｄ１＞ｄ２の関係を満たすことにより、セラミック板の面内温度分布の均一性を確保しつつ、セラミック板の急速な加熱冷却が可能になる。

仮にｄ１＜ｄ２とすると、ｄ１＞ｄ２の場合よりもヒータがセラミック板側に近づく。このため、セラミック板は、ヒータの急速な伸縮の影響を受けてしまう。例えば、セラミック板にはヒータの伸縮に応じて応力が印加されて、セラミック板の割れが発生する場合もある。また、セラミック板の面内温度は、ヒータのパターン形状の影響を受けて均一性が低下する場合もある。従って、ｄ１＞ｄ２であることが好ましい。

第１２の発明は、第１〜第１１の発明のいずれか１つにおいて、前記凹部の端部領域に、前記凹部の端に向けて前記凹部の深さが次第に浅くなる漸浅部が設けられていることを特徴とする。

ヒータを凹部の内部に接着する前には、凹部の内部に接着剤を塗布する。凹部の端部領域に凹部の深さが次第に浅くなる漸浅部が設けられていると、接着剤の塗布時に漸浅部に気泡が発生し難い。仮に。気泡が発生したとしても、その後のプレス接着時に容易に気泡を除去することができる。

また、ヒータを凹部の内部に接着する際には、第１の無定形フィラーのうち、大きい形状のものをプレス接着により凹部内から流出させるようにする。この際、凹部の端部領域に漸浅部が設けられていると、大きい形状の第１の無定形フィラーの流出が容易になる。その結果、ヒータとセラミック板との距離が第１の球形フィラーの平均粒径によって、より均一に制御できる。

さらに、凹部の端部領域に漸浅部が設けられていると、ヒータをプレス接着させたときに、凹部内に圧力勾配が発生し、結果としてヒータの凹部に対する位置決め（センタリング）の精度が増す。

第１３の発明においては、第１〜第１２の発明のいずれか１つにおいて、前記第２の接合剤は、有機材料を含む第２の主剤と、無機材料を含む第２の無定形フィラーと、無機材料を含む第２の球形フィラーと、を有し、前記第２の主剤中には、前記第２の無定形フィラーと、前記第２の球形フィラーとが分散配合され、前記第２の主剤、前記第２の無定形フィラー、および前記第２の球形フィラーは、電気絶縁性材料であり、前記第２の球形フィラーの平均直径は、全ての前記第２の無定形フィラーの短径の最大値よりも大きく、前記第２の接合剤の厚さは、前記第２の球形フィラーの平均直径と同じか、もしくは大きく、第２の球形フィラーの平均直径は、前記第１の球形フィラーの平均直径と同じか、もしくは小さいことを特徴とする。

ヒータと凹部の底面との間に設けられた第２の接合剤は、接着材であると同時に、ヒータからの熱をセラミック板に効率よく伝導する熱伝導剤である必要がある。従って、第２の接合剤に第１の接合剤と同様に、無定形フィラーを混合分散する。これにより、第２の接合剤の熱伝導率が高くなる。第２の接合剤の厚みは、第２の球形フィラーの平均直径によって制御される。また、第２の球形フィラーの平均直径を第１の球形フィラーの平均直径と同じか、もしくは小さくする。これにより、第１の接合剤よりも薄く、均一な厚さの第２の接合剤が形成される。これにより、セラミック板の面内温度分布の均一性が確保される。

第１４の発明は、第１３の発明において、前記第２の接合剤に含まれる第２の球形フィラーおよび前記第２の接合剤に含まれる第２の無定形フィラーの熱伝導率は、前記第２の接合剤の前記第２の主剤の熱伝導率よりも高いことを特徴とする。

第２の接合剤の第２の主剤より第２の球形フィラーおよび第２の無定形フィラーの熱伝導率が高いため、主剤単体の接合剤よりも第２の接合剤の熱伝導率が上がり、冷却性能が向上する。

第１５の発明は、第１３または第１４の発明において、前記第２の球形フィラーの材質と前記第２の無定形フィラーの材質とが異なることを特徴とする。

第２の球形フィラーを第２の接合剤に添加する目的は、第２の接合剤の厚さの均一化を図ったり、セラミック板に印加される応力を分散したりするためである。第２の無定形フィラーを第２の接合剤に添加する目的は、第２の接合剤の熱伝導率の向上や、熱伝導率の均一化を図るためである。
このように、各目的に合致したより良い材質を選択することで、より高いパフォーマンスを得ることができる。

第１６の発明は、第１３〜第１５の発明いずれか１つのにおいて、前記第２の球形フィラーの熱伝導率は、前記第２の無定形フィラーの熱伝導率よりも低いことを特徴とする。

例えば、セラミック板に設けられた凹部の底面に第２の球形フィラーが接触した場合、この接触する部分と、その他の部分との熱伝導率の差が小さくなる。これにより、セラミック板の面内温度分布の均一化を図ることができる。

第１７の発明は、第１３〜第１６の発明のいずれか１つにおいて、前記第２の球形フィラーの熱伝導率は、前記第２の無定形フィラーと前記第２の主剤との混合物の熱伝導率と同じか、もしくは、前記混合物の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする。

第２の球形フィラーの熱伝導率を、第２の無定形フィラーと第２の主剤との混合物の熱伝導率と同じか、もしくは小さくすることにより、第２の接合剤内の熱伝導率がより一定となり、熱伝導時の第２の接合剤内でホットスポットまたはコールドスポットといった温度の特異点の発生が抑制される。

第１８の発明は、第１３〜第１７の発明のいずれか１つにおいて、前記第２の球形フィラーの熱伝導率は、前記第２の無定形フィラーと前記第２の主剤との前記混合物の熱伝導率の０．４倍以上、１．０倍以下の範囲にあることを特徴とする。

第２の球形フィラーの熱伝導率が第２の無定形フィラーと第２の主剤との混合物の熱伝導率の０．４倍以上、１．０倍以下の範囲にあることで、より好ましく第２接合剤内の熱伝導率をより均一にすることができる。その結果、熱伝導時の第２の接合剤内でホットスポットまたはコールドスポットといった温度の特異点の発生が抑制される。

第１９の発明は、第１〜第１８の発明のいずれか１つにおいて、前記凹部の幅Ｗ１、前記凹部間の前記主面の幅Ｗ２は、２０％≦Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）≦４５％の関係を満たすことを特徴とする。

Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）が２０％未満では、ヒータの面積の増加によって、セラミック板の主面の面積が減少する。これにより、セラミック板の主面に接触する球形フィラーの数が減り、球形フィラーの平均直径による第１の接合剤の厚さの制御が難しくなる。例えば、Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）が２０％未満では、第１の接合剤が局部的に薄くなる場合がある。Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）が４５％より大きくなると、ヒータの面内密度が下がり、セラミック板の面内温度分布の均一性が低下する。２０％≦Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）≦４５％の関係を満たせば、球形フィラーの平均直径によって、第１の接合剤の厚さが適切に制御され、セラミック板の面内温度分布が均一になる。

第２０の発明は、第１〜第１９の発明のいずれか１つにおいて、前記凹部の前記底面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、前記主面の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも大きく、前記凹部の前記底面の最大高さ粗さ（Ｒｚ）は、前記主面の最大高さ粗さ（Ｒｚ）よりも大きいことを特徴とする。

凹部内の底面の算術平均粗さおよび最大高さ粗さをセラミック板の主面の算術平均粗さおよび最大高さ粗さよりも大きくすることにより、アンカー効果が促進し、第２の接合剤の接着性が向上する。第２の接合剤の接着力が弱いと、ヒータがセラミック板から剥がれる場合がある。また、ヒータは加熱冷却によって急速に伸縮するため、凹部の底面とヒータとの間に、接着力の高い第２の接合剤を設ける必要がある。

例えば、凹部の底面の算術平均粗さＲａは、０．５μｍ以上、１．５μｍ以下に調整され、凹部の底面の最大高さ粗さＲｚは、４．０μｍ以上、９．０μｍ以下に調整されている。また、セラミック板の主面の算術平均粗さＲａは、０．２μｍ以上、０．６μｍ以下に調整され、セラミック板の主面の最大高さ粗さＲｚは、１．６μｍ以上、５．０μｍ以下に調整されている。

第２１の発明は、第１〜第２０の発明のいずれか１つにおいて、前記凹部の前記底面からの前記主面の高さと、前記凹部の前記底面からの前記ヒータの前記温調プレート側の前記主面の高さの差の距離ｄ２は、ｄ２≧１０μｍであることを特徴とする。

ｄ２≧１０μｍであれば、ヒータは球形フィラーから圧力を受けず、セラミック板のクラック発生を抑制できる。また、ヒータの主面の平面度、厚みのばらつきが１０μｍ以下である場合、ｄ２≧１０μｍであれば、第１の接合剤によって、平面度、厚みのばらつきを吸収（緩和）することができる。

第２２の発明は、第１〜第２１の発明のいずれか１つにおいて、前記温調プレートの主面に、絶縁体膜を形成したことを特徴とする。

温調プレートの材質が例えば金属の場合、アルマイト処理や、溶射によって形成した無機材料膜を形成することにより、ヒータと温調プレートとの電気絶縁信頼性を確保することができる。また、絶縁膜をポーラスに形成することにより、第１の接合剤の接着強度がアンカー効果によって向上する。

さらに、温調プレートとセラミック板との間に形成された無機材料膜がバッファ材となって、温調プレートとセラミック板との熱膨張差を緩和する。また、溶射によって無機材料膜を形成した後、無機材料膜表面を研削すると、温調プレート表面よりも無機材料膜表面の平坦性が向上する。すなわち、温調プレート表面がより平坦になると、温調プレート表面に対向するセラミック板に、第１の接合剤のホットプレス硬化時に局部的な応力が印加されず、セラミック板のクラック発生を防止することができる。

本発明によれば、セラミック板のクラック発生を抑制しつつ、被処理基板の急速な加熱冷却が可能な静電チャックが実現する。

（ａ）は、静電チャックの要部断面模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の矢印Ａで示す部分の拡大図であり、（ｃ）は、（ｂ）の矢印Ｂで示す部分の拡大図である。 セラミック板にクラック発生が生じた場合の模式図である。 凹部およびヒータの要部断面模式図である。 接合剤の断面ＳＥＭ像であり、（ａ）は、球形フィラーおよび無定形フィラーが混合分散された接合剤の断面ＳＥＭ像であり、（ｂ）は、無定形フィラーが混合分散された接合剤の断面ＳＥＭ像であり、（ｃ）は凹部の断面ＳＥＭ像である。 無定形フィラーの短径を説明する図である。 静電チャックの変形例に係る要部断面模式図である。 静電チャックの別の変形例に係る要部断面模式図である。 静電チャックの凹部周辺の断面模式図である。 静電チャックの効果の一例を説明するための図である。

以下に、具体的な実施の形態を図面を参照しつつ説明する。以下に説明する実施の形態には、上述した課題を解決するための手段の内容も含まれる。

最初に、本発明の実施の形態で使用される語句について説明する。
（セラミック板）
セラミック板とは、被処理基板が載置される静電チャックのステージである。セラミック板においては、その材質がセラミック焼結体であり、厚さが均一に設計されている。セラミック板の主面の平面度においては、所定の範囲内に設計されている。それぞれの厚さが均一、またはそれぞれの主面の平面度が確保されていれば、接合剤のホットプレス硬化時にセラミック板に局所的な応力が印加され難い。また、セラミック板と温調プレートに挟まれた接合剤の厚さを球形フィラーの平均直径によって制御できる。

セラミック板の直径は、３００ｍｍ程度であり、厚さは、１〜４ｍｍ程度である。セラミック板の平面度は、２０μｍ以下である。セラミック板の厚みのばらつきは、２０μｍ以下である。セラミック板の平面度、厚みのばらつきに関しては、１０μｍ以下であることがより好ましい。

セラミック板は、アルミナが９９．９ｗｔ％からなり、平均結晶粒子径が３μｍ以下、密度が３．９５ｇ／ｃｍ^３以上である。上記構成とすることで、セラミック板の強度が向上し、接着時に割れにくくなる。さらに、セラミック板のプラズマ耐久性が高くなる。

（接合剤）
接合剤とは、セラミック板と温調プレート、セラミック板とヒータとを接着する接合剤である。接合剤（接着剤、接合層とも称する。）においては、加熱硬化温度が低く、硬化後の柔軟性を確保する都合上、有機材料の接合剤が好ましい。接合剤の主剤の材質は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂のいずれかである。例えば、接合剤として、比較的硬度の低いシリコーン樹脂接合剤またはフッ素系樹脂が用いられる。シリコーン樹脂接合剤の場合、２液付加型がより好ましい。２液付加型にすると、脱オキシム型や、脱アルコール型に比べて、接合剤の深部における硬化性が高く、硬化時に気体（ボイド）が発生し難い。また、２液付加型にすると、１液付加型より硬化温度が低くなる。これにより、接合剤内で発する応力がより小さくなる。なお、接合剤に高い剛性を求める場合は、エポキシ樹脂接合剤またはフッ素系樹脂樹脂が用いられる。また、接合剤に高い耐プラズマ耐久性を求める場合は、フッ素系樹脂接合剤が用いられる。このように、接合剤の主剤の材質を変えることにより、主剤を硬化させた後の主剤の特性を適宜選択することができる。

（無定形フィラー）
無定形フィラーは、接合剤の熱伝導率の増加を図るための添加材である。このため、その形状は、無定形であることが好ましい。接合剤の主剤と無定形フィラーを混合分散させた接合剤では、主剤のみの接合剤に比べ、熱伝導率が高くなる。例えば、接合剤の主剤単体では、熱伝導率が０．２（Ｗ／ｍＫ）程度であったのに対して、シリコーン主剤とアルミナ無定形フィラーを混合した場合、熱伝導率が０．８〜１．７（Ｗ／ｍＫ）まで増加する。また、接合剤の主剤への充填率を向上するため、２種類以上の平均径の無定形フィラーを混合分散させてもよい。無定形フィラーの材質は、無機材料である。具体的な材質としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、シリカ等が該当する。無定形フィラーと接合剤の主剤との親和性を高めるために、無定形フィラー表面を処理する場合もある。無定形フィラーの重量濃度は、接合剤の主剤に対し、７０〜８０（ｗｔ％）である。

（球形フィラー）
球形フィラーは、接合剤の厚みを制御するための添加材である。接合剤の厚さをコントロールするためは、その形状は球形であることが好ましい。球形フィラーの材質は無機材料である。但し、球形フィラーの材質と無定形フィラーの材質とは異なる。球形フィラーの材質は、例えば、ガラス等が該当する。フィラー形状が球形になると、接合剤への混合分散が容易になる。さらに、接着時において、球形フィラーと、セラミック板との間に無定形フィラーが存在しても、球形フィラーの形状が球形であるために、無定形フィラーが接合剤中で動き易くなる。球形フィラーの形状は、真球形に近く、かつ、直径の分布が狭い方が好ましい。これにより、接合剤の厚さをより正確にコントロールできる。また、無定形フィラーよりも球形フィラーの径が大きいことが、接合剤をコントロールする上でより好ましい。

球形フィラーの「球形」とは、真球状のみならず、真球状に近似した形状、すなわち、全体の９０％以上の粒子が形状因子１．０〜１．４の範囲にあるものをいう。ここで、形状因子とは、顕微鏡で拡大し観察した数百個（例えば、２００個）の粒子の長径と、長径に直交する短径の比の平均値より算出される。したがって、完全な球形粒子のみであれば形状因子は１．０であり、この形状因子が１．０から外れるほど非球形となる。また、ここでいう無定形とは、この形状因子１．４を超えるものをいう。

なお、球形フィラーの粒子径分布幅は、無定形フィラーの粒子径分布幅よりも狭い。すなわち、球形フィラーの粒子径のばらつきは、無定形フィラーの粒子径のばらつきよりも小さい。ここで、粒子径分布幅とは、例えば、粒子径分布の半値幅、粒子径分布の半半値幅、標準偏差等を用いて定義される。

球形フィラーを接合剤に添加する目的は、接合剤の厚さの均一化を図ったり、セラミック板に印加される応力を分散するためである。一方、無定形フィラーを接合剤に添加する目的は、接合剤の熱伝導率の増加や、熱伝導率の均一化を図るためである。このように、各目的に合致したより良い材質を選択することで、より高いパフォーマンスを得ることができる。

例えば、第１の球形フィラーの直径分布は、ＪＩＳ Ｒ６００２（研削砥石用研磨剤の粒度の試験方法）のふるい分け試験方法に基づき、以下のような分布になっている。

第１の球形フィラーの直径分布は、１０％径および９０％径が５０％径の±１０％以下に収まっている。ここで、９０％径とは、９０μｍメッシュでメッシュ上に９０％残留する球形フィラーの直径であり、５０％径とは１００μｍメッシュでメッシュ上に５０％残留する球形フィラーの直径であり、１０％径とは１１０μｍメッシュでメッシュ上に１０％残留する球形フィラーの直径である。本実施の形態では、５０％径を第１の球形フィラーのねらい値とする。

（平均直径）
平均直径とは、例えば、全ての球形フィラーの直径を足しあわせた数値を全ての球形フィラーの数で割った値である。
（短径）
短径とは、無定形フィラーの長手方向に直交する短手方向の長さである（図５参照）。

（短径の最大値）
短径の最大値とは、全ての無定形フィラーの短径のうちの最大の短径値である。

（ビッカース硬度）
第１の球形フィラーのビッカース硬度は、セラミック誘電体のビッカース硬度より小さいことが好ましい。

第１の球形フィラーによって第１の接合剤の厚さは、第１の球形フィラーの平均直径と同じか、もしくは平均直径よりも大きく制御される。仮に、第１の球形フィラーの中で平均直径よりも大きい個体が分散混合された場合でも、第１の球形フィラーのビッカース硬度をセラミック誘電体のビッカース硬度より小さくすることで、第１の接合剤のホットプレス硬化時に、平均直径よりも大きい球形フィラーの個体がセラミック誘電層よりも先に破壊される。このため、セラミック誘電体に局部的な応力が印加されず、セラミック誘電体のクラック発生を防止することができる。

ここで、ビッカース硬度の試験方法は、ＪＩＳ Ｒ １６１０に基づき実施した。ビッカース硬さ試験機は、ＪＩＳ Ｂ ７７２５またはＪＩＳ Ｂ ７７３５に規定された機器を使用した。

（幅）
幅とは、各部材が延在する方向（長手方向）に対して直交する方向に部材を切断した断面の幅をいう。

（電極）
セラミック板の内部には、主面と平行に電極が内蔵されている。電極は、セラミック板と一体焼結で形成されている。または、２つのセラミック板によって、電極を挟む構造としてもよい。

（凹部（溝部））
凹部（溝部）とは、セラミック板の裏面側に設けられた凹状の溝である。この凹部（溝部）内にヒータが接着される。凹部は、例えば、サンドブラスト加工、エッチングによりセラミック板の主面に形成される。例えば、ヒータの厚みが５０μｍ、第１の接合剤の厚みが５０μｍの場合、凹部の深さは１００μｍ以上、好ましくは１１０μｍ以上である。また、凹部内の角のＲ加工寸法は、半径３３０μｍ以下が好ましい。ヒータの幅が２ｍｍの場合、凹部の幅は、２．３ｍｍ〜２．９ｍｍであることが好ましい。

（ヒータ）
ヒータとは、セラミック板を加熱するためのヒータである。ヒータは、薄い板状の金属である。ヒータの断面形状は、長方形または台形である。いずれの形状でも、ヒータとセラミック板との間に介在する接合剤の厚みが一定になり易い。このため、ヒータの密着力は良好になる。特に、ヒータの断面形状が台形である場合、その短辺側を凹部の底面側に配置することにより、凹部内のＲ加工部分とヒータの端との干渉が起こり難くなる。台形形状に関しては、台形の長辺と短辺との差が、ヒータの厚さの０．６〜１．０倍であれば、ヒータの屈曲がなく、良好な接着力を維持できる。

ヒータの厚さは、１００μｍ以下が好ましく、５０μｍであればより好ましい。また、ヒータの厚さの公差（最大厚さと最小厚さとの差）は、厚さの±１．５％以下であることが好ましく、厚さの±１．０％以下であればより好ましい。これにより、ヒータからの発熱が均一化できる。

（温調プレート（温調部））
温調プレートとは、セラミック板を冷却または加熱するためのプレートである。このため、温調プレートの内部には、冷媒または温媒を流す媒体経路が設けられている。冷媒または温媒は、チラー機と配管を通じて接続されている。
温調プレートの材質は、被処理基板の処理プロセスにおいて、汚染、発塵等を起こさない材質であることが好ましい。例えば、温調プレートの材質としては、ステンレス、アルミニウム、チタン等の金属、これらの合金、金属とセラミックを分散混合させたコンポジット材料が該当する。

また、温調プレートの表面に絶縁膜を形成し、ヒータと温調プレートとの間の電気的絶縁を確保してもよい。絶縁膜としては、例えば、アルミナ溶射膜が該当する。アルミナ溶射は、加工が容易で、低コストで製造できる。温調フレートの材質がアルミニウムの場合、温調プレートの表面にアルマイト（登録商標）処理を施してもよい。アルマイトの封孔処理を行うことで、電気的絶縁の信頼性をより向上させることができる。

また、絶縁膜をポーラスに形成することにより、接合剤の接着強度がアンカー効果によって向上する。さらに、温調プレートとセラミック板との間に形成された無機材料膜がバッファ材となって、温調プレートとセラミック板との熱膨張差を緩和する。また、溶射によって無機材料膜を形成した後、無機材料膜表面を研削すると、温調プレート表面よりも無機材料膜表面の平坦性が向上する場合がある。すなわち、温調プレート表面がより平坦になると、温調プレート表面に対向するセラミック板に、第１の接合剤のホットプレス硬化時に局部的な応力が印加されず、セラミック板のクラック発生を防止することができる。

また、ヒータを内蔵させたセラミック板を温調プレートに接着し、ヒータによりセラミック板を急速加熱する場合、温調プレートよりもセラミック板の温度が急激に上がる場合もある。このため、セラミック板が急激に熱膨張する。しかしながら、温調プレート上でセラミック板が熱膨張しても、接合剤に含まれる球形フィラーの形状は球形なので、球形フィラーがいわゆる“転がり運動”をする。従って、接合剤に球形フィラーを含有させた場合は、温調プレート上でセラミック板が熱膨張しても、接合剤の厚みは変わり難い。これに対し、球形フィラーはなく、無定形フィラーのみが接合剤に含まれているとすると、セラミック板の熱膨張によって、接合剤の厚さが変化してしまう。これにより、セラミック板の面内温度分布が不均一になったり、温度制御の信頼性に悪影響を与える場合もある。従って、接合剤には球形フィラーを含有させることが好ましい。

セラミック板１０のビッカース硬度は、１５ＧＰａ以上である。

次に、本実施の形態に係る静電チャックの構成について説明する。上述した語句の説明と重複する内容については、適宜省略する。
図１（ａ）は、静電チャックの要部断面模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の矢印Ａで示す部分の拡大図であり、（ｃ）は、（ｂ）の矢印Ｂで示す部分の拡大図である。

最初に、静電チャック１の概要について説明する。
静電チャック１は、セラミック板１０と、セラミック板１０に接合された温調プレート３０と、セラミック板１０と温調プレート３０との間に設けられた第１の接合剤４０と、
セラミック板１０の凹部１１内に設けられたヒータ１２と、を備える。セラミック板１０の凹部１１は、セラミック板１０の主面（下面側）に設けられている。セラミック板１０の内部には、電極１３が設けられている。

接合剤４０は、有機材料を含む第１の主剤４１と、無機材料を含む第１の無定形フィラー４３と、無機材料を含む第１の球形フィラー４２と、を有する。主剤４１中には、無定形フィラー４３と、球形フィラー４２とが分散配合され、主剤４１、無定形フィラー４３、および球形フィラー４２は、電気絶縁性材料である。球形フィラー４２の平均直径は、全ての無定形フィラー４３の短径の最大値（例えば、６０μｍ）よりも大きい。接合剤４０の厚さは、球形フィラー４２の平均直径と同じか、もしくは大きい。凹部１１の幅は、ヒータ１２の幅より広く、凹部１１の深さは、ヒータ１２の厚さより深い。

球形フィラー４２の熱伝導率は、無定形フィラー４３と主剤４１との混合物の熱伝導率と同じか、もしくは、この混合物の熱伝導率よりも小さい。

球形フィラー４２の熱伝導率を、無定形フィラー４３と主剤４１の混合物の熱伝導率と同じか、もしくは小さくすることにより、接合剤４０内の熱伝導率がより一定となり、熱伝導時の接合剤４０内でホットスポットまたはコールドスポットといった温度の特異点の発生が抑制される。

球形フィラー４２の熱伝導率は、無定形フィラー４３と主剤４１との混合物の熱伝導率の０．４倍以上、１．０倍以下の範囲にある。

球形フィラー４２の熱伝導率を、無定形フィラー４３と主剤４１との混合物の熱伝導率の０．４倍以上、１．０倍以下の範囲にすることで、より好ましく接合剤４０内の熱伝導率をより均一にすることができる。その結果、熱伝導時の接合剤４０内でホットスポットまたはコールドスポットといった温度の特異点の発生が抑制される。

球形フィラー４２の熱伝導率を、無定形フィラー４３と主剤４１の混合物の熱伝導率の０．４倍未満とすると、球形フィラー４２およびその周辺の接合剤４０の熱伝導率が低くなり、セラミック板１０および被吸着物である被処理基板に熱流束を与えた際、ホットスポットが生じる。

球形フィラー４２の熱伝導率を、無定形フィラー４３と主剤４１との混合物の熱伝導率の１．０倍より大きくすると、球形フィラー４２およびその周辺の接合剤４０の熱伝導率が高くなり、セラミック板１０および被吸着物である被処理基板に熱流束を与えた際、コールドスポットを生じる。

球形フィラー４２のビッカース硬度は、セラミック板１０のビッカース硬度より小さい。球形フィラー４２によって接合剤４０の厚さは、球形フィラー４２の平均直径と同じか、もしくは平均直径よりも大きく制御される。仮に、球形フィラー４２の中で平均直径よりも大きい個体が分散混合された場合でも、球形フィラー４２のビッカース硬度をセラミック板１０のビッカース硬度より小さくすることで、接合剤４０のホットプレス硬化時に、平均直径よりも大きい球形フィラー４２の個体がセラミック板１０よりも先に破壊される。このため、セラミック板１０に局部的な応力が印加されず、セラミック板１０のクラック発生を防止することができる。

具体的には、接合剤４０の材質は、主剤４１がシリコーン樹脂であり、無定形フィラー４３がアルミナ粒子であり、球形フィラーがソーダ石灰ガラスである。主剤４１と無定形フィラー４３の混合物の熱伝導率は１．０Ｗ／ｍＫであり、球形フィラー４２の熱伝導率は、０．７Ｗ／ｍＫである。また、球形フィラー４２のビッカース硬度は、６Ｇｐａ以下である。

ここで、熱伝導率の測定方法は、球形フィラー４２についてはＪＩＳ Ｒ １６１１に基づき実施している。また、主剤４１と無定形フィラー４３の混合物については、京都エレクトロニクス社製熱伝導率計ＱＴＭ−Ｄ３を用いて熱線プローブ法によって熱伝導率の測定を行っている。

凹部１１内には、ヒータ１２が第２の接合剤５０により接着されている。接合剤５０は、凹部１１の底面１１ｂと、ヒータ１２との間に設けられている。接合剤５０の詳細については後述する。

ヒータ１２の温調プレート３０側の主面１２ａと、温調プレート３０の主面３０ａとの間の第１の距離は、セラミック板１０の凹部１１間の凸部１５の頂面１５ａと、温調プレート３０の主面３０ａとの間の第２の距離よりも長い。凸部１５の頂面１５ａは、セラミック板１０の温調プレート３０側の主面である。以下、この実施の形態では、セラミック基板１０の主面を、凸部１５の頂面１５ａという用語を用いて説明する。

静電チャック１の構成について詳細に説明する。
セラミック板１０は、体積抵抗率（２０℃）が１０^１４Ω・ｃｍ以上のクーロン型素材である。セラミック板１０がクーロン型素材であるので、被処理基板の処理中に温度を変化させても、被処理基板の吸着力や、被処理基板の離脱応答性が安定する。また、その直径は、３００ｍｍであり、厚みは、１〜４ｍｍである。セラミック板１０の内部には、セラミック板１０の主面に沿うように電極１３が設けられている。セラミック板１０は、電極１３とともに一体焼結して形成される。電極１３に電圧を印加すると、セラミック板１０が静電気を帯びる。これにより、被処理基板をセラミック板１０上に静電吸着することができる。電極１３の総面積は、セラミック板１０の主面の面積の７０％〜８０％である。電極１３の厚みは、例えば、０．８μｍである。

ヒータ１２は、板状の金属である。ヒータ１２の材質は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）である。その厚さは、５０μｍである。ヒータ１２の幅は、２ｍｍである。ヒータ１２は、セラミック板１０の凹部１１の底面１１ｂに第２の接合剤５０（厚さ５０μｍ）で接着される。

凹部１１の深さは、例えば、１３０μｍである。凹部１１の幅は、例えば、２．４ｍｍである。従って、ヒータ１２の温調プレート側の主面１２ａは、凸部１５の頂面１５ａよりもセラミック板１０側に、３０μｍ程度、引き込まれている。なお、凹部１１の角には、Ｒ加工が施されている。凹部１１内の角のＲ加工寸法は、半径０．２７ｍｍである。

温調プレート３０は、例えば、その主成分をアルミニウム（Ａｌ：Ａ６０６１）、または、アルミニウムと炭化珪素（ＳｉＣ）の合金としている。さらに、温調プレート３０には、ロー付け加工により内部に媒体経路３０ｔが形成されている。媒体経路３０ｔには、温度調節用の媒体が流通する。温調プレート３０の直径は、３２０ｍｍであり、厚みは４０ｍｍである。温調プレート３０の主面３０ａには、必要に応じて絶縁膜３１が形成される。絶縁膜３１は、上述した溶射膜、アルマイト膜等である。

接合剤４０は、主剤４１と、球形フィラー４２と、無定形フィラー４３と、を有する。接合剤４０は、真空接着、ホットプレス硬化等により、セラミック板１０と、温調プレート３０との間に形成される。主剤４１には、例えば、球形フィラー４２と、無定形フィラー４３とが混合分散されている。無定形フィラー４３の濃度は、接合剤４０の８０ｗｔ％程度である。球形フィラー４２の平均直径は、およそ１００μｍであり、より詳細には、９０％径が９７．５μｍ、５０％径が１００．２μｍ、１０％径が１０４．３μｍである。球形フィラー４２の平均直径を１００μｍにすることにより、全ての無定形フィラー４３の短径の最大値（６０μｍ）よりも球形フィラー４２の平均直径が大きくなる。静電チャック１では、ヒータ１２が設けられたセラミック板１０と、温調プレート３０とを対向させて、それぞれを接合剤４０で接着して一体化することで、ヒータ１２周囲の電気絶縁性を確保することができる。

なお、球形フィラー４２の平均直径は、１００μｍに限らない。球形フィラー４２の平均直径は、７０〜１００μｍの範囲にあってもよい。
また、球形フィラー４２および無定形フィラー４３は、無機材料のため、それぞれの大きさ（例えば、径）を制御し易い。このため、接合剤４０の主剤４１との混合分散が容易になる。接合剤４０の主剤４１、無定形フィラー４３、および球形フィラー４２は電気絶縁性材料であるため、ヒータ１２周囲の電気絶縁性が確保できる。

さらに、球形フィラー４２の平均直径は、全ての無定形フィラー４３の短径の最大値よりも大きい。このため、球形フィラー４２によって接合剤４０の厚さを球形フィラー４２の平均直径と同じか、もしくは平均直径よりも大きく制御することができる。これにより、接合剤４０のホットプレス硬化時には、無定形フィラー４３によってセラミック板１０に局部的な応力が印加されず、セラミック板１０のクラック発生を防止することができる。また、ヒータ１２の温調プレート３０側の主面１２ａと、温調プレート３０の主面３０ａとの間の第１の距離は、セラミック板１０の凹部１１間の凸部１５の頂面１５ａと、温調プレート３０の主面３０ａとの間の第２の距離よりも長い。このため、球形フィラー４２によってヒータ１２にホットプレス硬化時の圧力が伝導し難くなる。従って、ホットプレス硬化時の圧力がヒータ１２を介し、凹部１１内の薄厚のセラミック板１０に伝導することもなく、セラミック板１０のクラック発生が防止される。また、ヒータ１２の上下には、接合剤４０と接合剤５０が存在するので、ヒータ１２が急速に伸縮しても、セラミック板１０には、ヒータ１２による応力が伝わり難い。その結果、セラミック板１０の割れ発生が抑制される。

また、接合剤４０の厚みを１００μｍ程度に厚くすれば、セラミック板１０と温調プレート３０との線膨張差が接合剤４０によって吸収される。このため、セラミック板１０の変形や、接合剤４０の剥がれも生じ難くなる。

第１の接合剤４０に混合分散されている球形フィラー４２の平均直径については、以下のごとく検証されている。
まず、表１に、球形フィラー４２が混合分散されず、無定形フィラー４３のみを主剤４１に混合分散させた場合の接合剤４０の厚みを示す。測定用の試料として、Ｎｏ．１〜２６の合計２６個の試料を作製した。これらの試料から、接合剤４０の厚みのばらつきを求めた。各試料は、直径が３００ｍｍのセラミック板同士を、無定形フィラー４３のみを主剤４１に混合分散させた接合剤４０によって、ホットプレス硬化により貼り合わせたものである。

測定点は、各試料の外周部の８箇所、中間部の８箇所、中心部の１箇所の計１７箇所である。これらの箇所から、それぞれの試料の最厚部の厚み、最薄部の厚み、および厚みの平均値を求めた。

表１に示すように、接合剤４０の最厚部は、２２〜６０μｍの範囲でばらついている。接合剤４０の最薄部は、３〜４６μｍの範囲でばらついている。すなわち、無定形フィラー４３の長手方向がセラミック板１０の主面に対して、非平行であるとすると、無定形フィラー４３の短径は、３〜６０μｍの範囲でばらついていると推定できる。この場合、無定形フィラー４３の短径の最大値は、６０μｍと推定できる。

なお、無定形フィラー４３の長手方向がセラミック板１０の主面に対して、略垂直である場合、無定形フィラー４３の長径は、３〜６０μｍの範囲でばらついていると推定できる。この場合、無定形フィラー４３の長径の最大値は、６０μｍと推定できる。

実際に、次に示す（１）〜（５）の製造プロセスで静電チャックを製造すると、無定形フィラー４３のみを主剤４１に混合分散させた接合剤４０を用いた場合には、セラミック板１０にクラックの発生が見られた。

製造プロセスは、次に示す（１）〜（５）の工程を含む。
（１）まず、セラミック板１０、温調プレート３０を各々単独で製作する。
（２）次に、接合剤４０の主剤４１に無定形フィラー４３を混合分散させて、さらに、球形フィラー４２を混合分散させる。混合分散は、混練機で行う。
（３）次に、セラミック板１０と、温調プレート３０のそれぞれの接着面に、接合剤４０を塗布し、真空チャンバ内にセットする。真空チャンバを真空にし、塗布した接合剤４０同士を合わせ、真空接着を行なう。
（４）次に、真空接着後、ホットプレス硬化機でホットプレス硬化を行う。この工程では、接合剤４０の厚さを適宜調整する。ホットプレス硬化後、オーブンで接合剤４０の硬化を行う。
（５）硬貨後、セラミック板１０を所定の厚さまで研削加工し、静電チャックの吸着面を形成する。例えば、セラミック板１０を規定の厚さ（１ｍｍ）まで研削し、ポリッシュ加工を行う。

接合剤４０の熱硬化を終えた直後においては、セラミック板１０にクラックの発生は見られなかった。しかし、セラミック板１０の表面を研削加工すると、クラック発生がみられた。例えば、その様子を、図２に示す。

図２は、セラミック板にクラック発生が生じた場合の模式図である。
図２（ａ）に示すセラミック板１０は、表面研削加工後の表面模式図である。図示するように、クラック１６は、セラミック板１０の内部から発し、末端をセラミック板１０の内部で終えている。

この原因を、図２（ｂ）を用いて説明する。
図２（ｂ）に示すごとく、６０μｍ程度の大きい無定形フィラー４３がセラミック板１０と温調プレート３０との間に介在したまま、ホットプレス硬化がなされると、無定形フィラー４３がヒータ１２に当接した部分に応力が集中する。この部分が始点となって、ヒータ１２を介し、応力がセラミック板１０に伝わり、クラック１６が発生すると推定される。特に、凹部の底面１１ｂはセラミック板１０の厚みが薄くなるので、この部分には応力を与えないことが好ましい。

しかし、球形フィラー４２の平均直径を、無定形フィラー４３の短径の最大値（６０μｍ）により大きくすれば（例えば、１００μｍ）、ホットプレス硬化時には、球形フィラー４２がセラミック板１０の凸部１５の頂面１５ａに接触するので、上述したクラック発生が抑制できる。

但し、図２（ｃ）に示すごとく、ヒータ１２の温調プレート３０側の主面１２ａが凸部１５の頂面１５ａよりも温調プレート３０側に、突き出ていると、球形フィラー４２は、ヒータ１２に当接する。この場合も、ヒータ１２を介し、応力がセラミック板１０に伝わり、クラック１６が発生する。

本実施の形態では、図１（ｃ）に示すように、ヒータ１２の温調プレート３０側の主面１２ａは、凸部１５の頂面１５ａよりもセラミック板１０側に、３０μｍ程度、引き込まれているので、球形フィラー４２は、ヒータ１２に圧力を与えない。

表２に、球形フィラー４２および無定形フィラー４３が主剤４１に混合分散させた場合の接合剤４０の厚み結果を示す。ここで用いた球形フィラー４２の平均直径は、７０μｍである。

測定用の試料として、Ｎｏ．３１〜３４の合計４個の試料を作製した。これらの試料から、接合剤４０の厚みのばらつきを求めた。各試料は、直径が３００ｍｍのセラミック板同士を、球形フィラー４２および無定形フィラー４３を主剤４１に混合分散させた接合剤４０によって、ホットプレス硬化により貼り合わせたものである。

測定点は、各試料の外周部の８箇所、中間部の８箇所、中心部の１箇所の計１７箇所である。これらの箇所から、それぞれの試料の最厚部の厚み、最薄部の厚み、および１７箇所の平均値を求めた。

表２に示すように、接合剤４０の最厚部は、６５〜６８μｍの範囲に収まった。接合剤４０の最薄部は、５７〜６１μｍの範囲に収まった。換言すれば、表２の結果は、表１の結果よりもばらつきの程度が低下している。すなわち、球形フィラー４２を混合分散させると、球形フィラー４２を混合分散させない場合に比べ、接合剤４０の厚さの平均値、最厚部、最薄部のばらつきが小さくなることが分かった。また、接合剤４０の厚さの平均値は、球形フィラーの平均直径（７０μｍ）に近似することが分かった。なお、球形フィラー４２の平均直径として、１００μｍのものを用いた場合も同様の効果を得た。

実際に、上述した（１）〜（５）の製造プロセスで静電チャックを製造したところ、球形フィラー４２および無定形フィラー４３を主剤４１に混合分散させた接合剤４０を用いた場合には、セラミック板１０にクラックの発生が見られなかった。

このように、球形フィラー４２の平均直径を、全ての無定形フィラー４３の短径の最大値よりも大きくすると、球形フィラー４２によって接合剤４０の厚さを球形フィラー４２の平均直径と同じか、もしくは平均直径よりも大きくすることができる。その結果、接合剤４０のホットプレス硬化時には、無定形フィラー４３によってセラミック板１０に局部的な応力が印加され難くなり、セラミック板１０のクラック発生を防止することができる。

また、本実施の形態では、球形フィラー４２の平均直径が無定形フィラー４３の短径の最大値よりも１０μｍ以上大きく構成されている。球形フィラー４２の平均直径を無定形フィラー４３の短径の最大値よりも１０μｍ以上大きくすると、接合剤４０のホットプレス硬化時には、接合剤４０の厚さが無定形フィラー４３の大きさではなく、球形フィラー４２の平均直径で制御される。これは、ホットプレス硬化時に、球形フィラー４２がセラミック板１０の凸部１５の頂面１５ａに接触するからである。さらに、ヒータ１２の温調プレート側の主面１２ａが凸部１５の頂面１５ａよりもセラミック板１０側に引き込まれているからである。

すなわち、ホットプレス硬化時において、無定形フィラー４３および球形フィラー４２によって、セラミック板１０にヒータ１２を介して局所的な応力が印加され難くなる。これにより、セラミック板１０のクラック発生を防止することができる。

また、接合剤４０の上下に位置するセラミック板１０と温調プレート３０の平面度、厚みのばらつきが１０μｍ以下（例えば、５μｍ）である場合、球形フィラー４２の平均直径を無定形フィラー４３の短径の最大値よりも１０μｍ以上にすることで、セラミック板１０および温調プレート３０の表面凹凸を接合剤４０によって緩和（吸収）することができる。

また、セラミック板１０の下側に温調プレート３０が存在することにより、セラミック板１０の剛性が増加する。また、セラミック板１０を加工するときには、セラミック板１０の割れ発生を防止できる。接合剤４０には、球形フィラー４２が分散配合されることで、均一な厚さでセラミック板１０を保持固定できる。その結果、セラミック板１０に加工を施しても、セラミック板１０に損傷を与えない。
また、温調プレート３０が金属製の場合には、温調プレート３０の線膨張係数がセラミック板１０の線膨張係数よりも大きくなる。温調プレート３０とセラミック板１０との間に、接合剤４０が介在することにより、セラミック板１０と温調プレート３０との間の熱膨張収縮差が接合剤４０内で吸収され易くなる。その結果、セラミック板１０の変形や、セラミック板１０と温調プレート３０との剥離が生じ難くなる。

また、ヒータ１２と凹部１１の底面１１ｂとの間に介在する接合剤５０は、有機材料を含む第２の主剤５１と、無機材料を含む第２の無定形フィラー５３と、無機材料を含む第２の球形フィラー５２と、を有する。主剤５１中には、無定形フィラー５３と、球形フィラー５２とが分散配合されている。主剤５１、無定形フィラー５３、および球形フィラー５２は、電気絶縁性材料である。球形フィラー５２の平均直径は、全ての無定形フィラー５３の短径の最大値よりも大きい。接合剤５０の厚さは、球形フィラー５２の平均直径と同じか、もしくは大きい。球形フィラー５２の平均直径は、第１の球形フィラー４２の平均直径と同じか、もしくは小さい。接合剤５０は、真空接着、ホットプレス硬化等により、セラミック板１０と、ヒータ１２との間に形成される。主剤５１には、例えば、球形フィラー５２と、無定形フィラー５３とが混合分散されている。無定形フィラー５３の濃度は、接合剤５０の８０ｗｔ％程度である。球形フィラー５２の平均直径は、およそ５０μｍであり、より詳細には、９０％径が４８．０μｍ、５０％径が５０．４μｍ、１０％径が５２．８μｍである。

接合剤５０は、接着材であると同時に、ヒータ１２からの熱をセラミック板１０に効率よく伝導する熱伝導剤としても機能する。従って、接合剤５０に接合剤４０と同様に、無定形フィラー５３を混合分散する。これにより、接合剤５０の熱伝導率が増加する。接合剤５０の厚みは、球形フィラー５２の平均直径によって制御される。

また、球形フィラー５２および無定形フィラー５３は、無機材料のため、それぞれの大きさ（例えば、径）を制御し易い。このため、接合剤５０の主剤５１との混合分散が容易になる。接合剤５０の主剤５１、無定形フィラー５３、および球形フィラー５２は電気絶縁性材料であるため、ヒータ１２周囲の電気絶縁性が確保できる。
なお、球形フィラー５２の平均直径は、５０μｍであり、無定形フィラー５３の短径の最大値より小さいが、ヒータ１２を凹部１１内に接着する際に、ヒータ１２を押さえながら、凹部１１内に余った接合剤５０をかき出す作業を行うため、接合剤５０には、部分的に厚くなる部分は存在しない。

また、球形フィラー５２の平均直径を球形フィラー４２の平均直径と同じか、もしくは小さくする。これにより、接合剤４０よりも薄く、均一な厚さの接合剤５０が形成される。これにより、セラミック板１０の面内温度分布の均一性が確保される。仮に、ヒータ１２が直接凹部１１の底面１１ｂと接触すると、ヒータ１２からの熱が接合剤５０を介さずセラミック板１０に伝わるため、セラミック板１０の温度分布の均一性が悪くなる。また、ヒータ１２の熱収縮によってセラミック板１０に余分な応力を与えてしまう。すなわち、接合剤５０は、バッファ剤としても機能する。

次に、セラミック板１０に設けられた凹部１１と、凹部１１内に設けられたヒータ１２の構造についてさらに詳細に説明する。
図３は、凹部およびヒータの要部断面模式図である。
ヒータ１２の断面において、セラミック板１０の主面に対して略平行な主面１２ｂは、セラミック板１０の主面に対して略垂直な側面１２ｃよりも長い。すなわち、ヒータ１２の断面は長方形である。本実施の形態では、凹部１１の幅をＷ１、凹部１１の深さをＤ、凹部１１間の凸部１５の幅をＷ２、凹部１１の底面１１ｂと、底面１１ｂ側のヒータ１２の主面１２ｂとの間の距離をｄ１、凹部１１の底面１１ｂからの凸部１５の頂面１５ａの高さと、凹部１１の底面１１ｂからのヒータ１２の温調プレート３０側の主面１２ａの高さの差の距離をｄ２とした場合、Ｗ１＞Ｄ、Ｗ１＞Ｗ２、ｄ１＞ｄ２の関係を満たしている。

以上の関係を満たすことにより、セラミック板１０の面内温度分布の均一性が確保される。さらに、セラミック板１０の急速な加熱冷却が可能になる。
例えば、ヒータ１２の断面は長方形になり、断面の長辺（主面１２ｂ）は、セラミック板１０の主面に対して略平行になる。これにより、ヒータ１２からの熱を均一かつ急速にセラミック板１０に伝導することができる。その結果、セラミック板１０に載置される被処理基板を均一かつ急速に加熱することができる。

また、Ｗ１＞Ｄ、Ｗ１＞Ｗ２、ｄ１＞ｄ２の関係を満たすことにより、セラミック板の面内温度分布の均一性を確保しつつ、セラミック板の急速な加熱冷却が可能になる。

仮に、Ｗ１＜Ｄであるとすると、凸部１５が長くなり、セラミック板１０の凸部１５の熱抵抗が増加する。このため、セラミック板１０の面内温度分布が悪くなる。従って、Ｗ１＞Ｄであることが好ましい。

また、仮にＷ１＜Ｗ２であるとすると、ヒータ１２の面内密度が低下する。このため、セラミック板１０の面内温度分布が悪くなる。従って、Ｗ１＞Ｗ２であることが好ましい。

また、仮にｄ１＜ｄ２であるとすると、ｄ１＞ｄ２の場合よりもヒータ１２がセラミック板１０側に近づく。このため、セラミック板１０は、ヒータ１２の急速な伸縮の影響を受けてしまう。例えば、セラミック板１０にはヒータ１２の伸縮に応じて応力が印加されて、セラミック板の割れが発生する場合もある。また、セラミック板１０の面内温度は、ヒータ１２のパターン形状の影響を受けて均一性が低下する場合もある。従って、ｄ１＞ｄ２であることが好ましい。

また、本実施の形態では、ｄ２≧１０μｍとしている。ｄ２≧１０μｍであれば、ヒータ１２は球形フィラー４２から圧力を受けず、セラミック板１０のクラック発生を抑制できる。また、ヒータ１２の主面の平面度、厚みのばらつきが１０μｍ以下である場合、ｄ２≧１０μｍであれば、接合剤４０によって、ヒータ１２の平面度、厚みのばらつきを吸収（緩和）することができる。

例えば、表３は、ｄ２を変化させた場合のセラミック板１０のクラック発生有無を説明するものである。ｄ２の値がマイナスの場合は、ヒータ１２の温調プレート３０側の主面１２ａが凸部１５の頂面１５ａよりも温調プレート３０側に突き出ていることを意味する。また、ｄ２の値がプラスの場合は、ヒータ１２の温調プレート３０側の主面１２ａが凸部１５の頂面１５ａよりもセラミック板１０側に、引き込まれていることを意味する。ｄ２が−１０μｍ〜０μｍでは、クラックが発生したが、１０〜３０μｍではクラックが発生しないことが分かった。

本実施の形態では、凹部１１の幅Ｗ１、凹部１１間の凸部１５の幅Ｗ２は、２０％≦Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）≦４５％の関係を満たしている。

Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）が２０％未満では、ヒータ１２の面積の増加によって、凸部１５の頂面１５ａの面積が減少する。これにより、凸部１５の頂面１５ａに接触する球形フィラー４２の数が減り、球形フィラー４２の平均直径によって接合剤４０の厚さの制御が難しくなる。例えば、Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）が２０％未満では、接合剤４０が局部的に薄くなる場合がある。
Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）が４５％より大きくなると、ヒータ１２の面内密度が下がり、セラミック板１０の面内温度分布の均一性が低下する。
２０％≦Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）≦４５％の関係を満たせば、球形フィラー４２の平均直径によって、接合剤４０の厚さが適切に制御され、セラミック板１０の面内温度分布が均一になる。

例えば、表４は、Ｗ１とＷ２との変化させた場合の接合剤４０の厚さばらつき、面内温度の均一性を示すものである。

この試験では、Ｗ１を２．６ｍｍとし、凸部１５の幅Ｗ２を０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．６ｍｍとした。Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）の値が１６．１％の場合、面内温度の均一性は良好だが、接合剤４０の厚みばらつきが不良になる。逆に、５０．０％の場合、接合剤４０の厚みばらつきは良好だが、面内温度の均一性が不良になる。従って、２０％≦Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）≦４５％であることが好ましい。

また、凹部１１の底面１１ｂの算術平均粗さ（Ｒａ）は、凸部１５の頂面１５ａの算術平均粗さ（Ｒａ）よりも大きく、凹部１１の底面１１ｂの最大高さ粗さ（Ｒｚ）は、凸部１５の頂面１５ａの最大高さ粗さ（Ｒｚ）よりも大きい。表面粗さの定義は、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準拠する。

凹部１１の底面１１ｂの算術平均粗さおよび最大高さ粗さを凸部１５の頂面１５ａの算術平均粗さおよび最大高さ粗さよりも大きくすることにより、アンカー効果が促進し、接合剤５０の接着性が向上する。接合剤５０の接着力が弱いと、ヒータ１２がセラミック板１０から剥がれる場合がある。また、ヒータ１２は加熱冷却によって急速に伸縮する。このため、凹部１１の底面１１ｂとヒータ１２との間に、接着力の高い接合剤５０があれば、ヒータ１２の剥がれが抑制される。

例えば、表５は、Ｒａ、Ｒｚとヒータ１２の接着保持可否の関係を示すものである。

表５から、凹部１１の底面１１ｂの算術平均粗さＲａは、０．５μｍ以上、１．５μｍ以下に調整され、凹部１１の底面１１ｂの最大高さ粗さＲｚは、４．０μｍ以上、９．０μｍ以下に調整されれば、ヒータ１２の接着保持力は良好になる。また、凸部１５の頂面１５ａの算術平均粗さＲａは、０．２μｍ以上、０．６μｍ以下に調整され、凸部１５の頂面１５ａの最大高さ粗さＲｚは、１．６μｍ以上、５．０μｍ以下に調整されれば、ヒータ１２の接着保持力は良好になる。

凹部１１の角は、Ｒ加工が施されており、Ｒ加工寸法は、凹部１１の深さＤの３倍以下である。幅Ｗ１は、ヒータ１２の幅を幅ｈ１としたときに、「ｈ１＋０．３ｍｍ」以上で、「ｈ１＋０．９ｍｍ」以下である。幅Ｗ１とｈ１とが（ｈ１＋０．３ｍｍ）≦Ｗ１≦（ｈ１＋０．９ｍｍ）の関係を満たせば、ヒータ１２が凹部１１から浮き上ることはなく、ヒータ１２が凹部１１内で確実に固定されて、正確に位置決めされる。

また、凹部１１内にヒータ１２を接合剤５０によって接着した際、凹部１１と、ヒータ１２との間のクリアランスは、接合剤５０に含まれる無定形フィラー５３が除去可能な寸法および形状になっている。凹部１１の角にＲ加工が施されているので、角を基点としたクラック発生が防止できる。

例えば、表６に、ヒータ１２の幅ｈ１およびクリアランスと、ヒータ浮き上り発生の有無、溝内のヒータ位置決めの関係を示す。

この場合の凹部１１の角のＲ加工の半径は０．２７ｍｍであり、ヒータ１２の幅ｈ１は、２ｍｍである。凹部１１の幅Ｗ１がヒータ１２の幅を幅ｈ１としたときに、ｈ１＋０．３ｍｍ以上で、ｈ１＋０．９ｍｍ以下であれば、ヒータ１２の凹部１１の底面１１ｂからの浮き上りがなく、凹部１１内でヒータ１２が確実に位置決めされる。

次に、球形フィラー４２の接合剤４０中の配合量の確認を行ったので、以下に説明する。接合剤４０には、予め８０ｗｔ％の無定形フィラー４３が含有している。

表７に、球形フィラー４２の配合量試験結果を示す。この試験においては、無定形フィラー４３を含有させた接合剤４０中に、球形フィラー４２が混合分散可能になる体積濃度の確認を行った。

まず、球形フィラー４２の体積濃度が０．０２０ｖｏｌ％以下になると、接合剤４０の厚みが薄くなり、球形フィラー４２またはセラミック板１０にクラックが発生した。この要因は、球形フィラー４２や、球形フィラー４２に当接するセラミック板１０にホットプレス硬化時のプレス圧が局所的に集中したためと推定される。逆に、球形フィラー４２の体積濃度が０．０２０ｖｏｌ％より大きくなると、球形フィラー４２の接合剤４０内での分散が良好になる。すなわち、球形フィラー４２が接合剤４０内で満遍なく行き渡り、ホットプレス硬化時に、無定形フィラー４３によってセラミック板１０に局所的な圧力が印加され難くなる。このため、セラミック板１０のクラック発生が抑制される。

また、球形フィラー４２の体積濃度が４６．３８５ｖｏｌ％以上になると、球形フィラー４２が接合剤４０中に、充分に分散しないことが分かった。球形フィラー４２の体積濃度（ｖｏｌ％）が４２．０ｖｏｌ％未満であれば、無定形フィラー４３を含有させた接合剤４０内での球形フィラー４２の分散が均一になる。
このように、球形フィラー４２の体積濃度は、無定形フィラー４３を含有させた接合剤４０に対して、０．０２５ｖｏｌ％より大きく、４２．０ｖｏｌ％未満であることが好ましい。

図４は、接合剤の断面ＳＥＭ像であり、（ａ）は、球形フィラーおよび無定形フィラーが混合分散された接合剤の断面ＳＥＭ像であり、（ｂ）は、無定形フィラーが混合分散された接合剤の断面ＳＥＭ像であり、（ｃ）は凹部の断面ＳＥＭ像である。断面ＳＥＭ像の視野は、８００倍である。

図４（ａ）に示す接合剤４０においては、球形フィラー４２および無定形フィラー４３が主剤４１内に混合分散されている。接合剤４０の上下には、セラミック板１０、温調プレート３０が観察される。このＳＥＭ像では、球形フィラー４２は、セラミック板１０の下面と、温調プレート３０の上面に到達していないが、これは、球形フィラー４２が最大径より手前側（あるいは奥側）で切断されたためである。球形フィラー４２の径は、およそ７０μｍである。

図４（ｂ）に示す接合剤４０には、球形フィラー４２が分散されていない。すなわち、セラミック板１０と温調プレート３０との間に、主剤４１と、無定形フィラー４３のみが観察される。断面ＳＥＭ像から、無定形フィラー４３の短径の最大値を測定した結果を表８に示す。

表８から、無定形フィラー４３の短径の最大値は、９．７３μｍ〜２６．７３μｍの範囲でばらついている。球形フィラー４２の平均直径は、７０μｍなので、球形フィラーの平均直径は、全ての無定形フィラー４３の短径の最大値よりも大きいことが分かる。

また、図４（ｃ）に示す凹部１１の断面から、凹部１１の深さは、１００μｍで、角１７のＲ加工の半径がおよそ０．２７ｍｍであることが分かる。

なお、図５は、無定形フィラーの短径を説明する図である。
無定形フィラー４３の短径とは、無定形フィラー４３の長手方向（矢印Ｃ）に直交する短手方向の長さである。例えば、図中のｄ１、ｄ２、ｄ３等が該当する。短径の最大値とは、複数ある全ての無定形フィラー４３の短径のうちの最大の短径値をいう。

図６は、静電チャックの変形例に係る要部断面模式図である。この図は、図１（ｂ）に対応している。
静電チャック２においては、セラミック板７０、７１は、体積抵抗率（２０℃）が１０^１４Ω・ｃｍ以上のクーロン型素材である。セラミック板７０、７１がクーロン型素材であるので、被処理基板の処理中に温度を変化させても、被処理基板の吸着力や、被処理基板の離脱応答性が安定する。また、その直径は、３００ｍｍであり、厚みは、１〜４ｍｍである。

静電チャック２においては、電極７２がセラミック板７０、７１の間に挟まれている。電極７２は、セラミック板７０、７１の主面に沿うように設けられている。電極７２に電圧を印加すると、セラミック板７０、７１が静電気を帯びる。これにより、被処理基板をセラミック板７０上に静電吸着することができる。

このほかの構造は、静電チャック１と同じである。すなわち、静電チャック２においても、静電チャック１と同様の効果を得る。

そのほか、本実施の形態においては、球形フィラー４２および無定形フィラー４３の熱伝導率は、接合剤４０の主剤４１の熱伝導率よりも高い。
接合剤４０の主剤４１より球形フィラー４２および無定形フィラー４３の熱伝導率が高いため、主剤単体の接合剤よりも接合剤４０の熱伝導率が上がり、冷却性能が向上する。

球形フィラー４２の材質と無定形フィラー４３の材質とが異なる。
球形フィラー４２を接合剤４０に添加する目的は、接合剤４０の厚さの均一化を図ったり、セラミック板１０に印加される応力を分散するためである。無定形フィラー４３を接合剤４０に添加する目的は、接合剤４０の熱伝導率の増加や、熱伝導率の均一化を図るためである。このように、各目的に合致したより良い材質を選択することで、より高いパフォーマンスを得ることができる。

球形フィラー４２の熱伝導率は、無定形フィラー４３の熱伝導率よりも低い。
例えば、セラミック板１０の凸部１５に球形フィラー４２が接触した場合、この接触する部分と、その他の部分との熱伝導率の差が小さくなる。これにより、セラミック板１０の面内温度分布の均一化を図ることができる。

接合剤５０に含まれる球形フィラー５２および接合剤５０に含まれる無定形フィラー５３の熱伝導率は、接合剤５０の主剤５１の熱伝導率よりも高い。
接合剤５０の主剤５１より球形フィラー５２および無定形フィラー５３の熱伝導率が高いため、主剤単体の接合剤よりも接合剤５０の熱伝導率が上がり、冷却性能が向上する。

球形フィラー５２の材質と無定形フィラー５３の材質とが異なる。
球形フィラー５２を接合剤５０に添加する目的は、接合剤５０の厚さの均一化を図ったり、セラミック板１０に印加される応力を分散するためである。無定形フィラー５３を接合剤５０に添加する目的は、接合剤５０の熱伝導率の増加や、熱伝導率の均一化を図るためである。このように、各目的に合致したより良い材質を選択することで、より高いパフォーマンスを得ることができる。

球形フィラー５２の熱伝導率は、無定形フィラー５３の熱伝導率よりも低い。例えば、セラミック板１０に設けられた凹部１１の底面１１ｂに球形フィラー５２が接触した場合、この接触する部分と、その他の部分との熱伝導率の差が小さくなる。これにより、セラミック板１０の面内温度分布の均一化を図ることができる。

また、球形フィラー５２の熱伝導率は、無定形フィラー５３と主剤５１との混合物の熱伝導率と同じか、もしくは、前記混合物の熱伝導率よりも小さい。

球形フィラー５２の熱伝導率を、無定形フィラー５３と主剤５１との混合物の熱伝導率と同じか、もしくは小さくすることにより、接合剤５０内の熱伝導率がより一定となり、熱伝導時の接合剤５０内でホットスポットまたはコールドスポットといった温度の特異点の発生が抑制される。

球形フィラー５２の熱伝導率は、無定形フィラー５３と主剤５１との混合物の熱伝導率の０．４倍以上、１．０倍以下の範囲にある。

球形フィラー５２の熱伝導率が無定形フィラー５３と主剤５１との混合物の熱伝導率の０．４倍以上、１．０倍以下の範囲にあることで、より好ましく、接合剤５０内の熱伝導率をより均一にすることができる。その結果、熱伝導時の接合剤５０内でホットスポットまたはコールドスポットといった温度の特異点の発生が抑制される。

図７は、静電チャックの別の変形例に係る要部断面模式図である。
静電チャック３においては、凹部１１の端部領域に、凹部１１の端に向けて凹部１１の深さが次第に浅くなる漸浅部１１ｒが設けられている。

ヒータ１２を凹部１１の内部に接着する前には、凹部１１の内部に接着剤を塗布する。凹部１１の端部領域に凹部１１の端に向けて凹部１１の深さが次第に浅くなる漸浅部１１ｒが設けられていると、接着剤の塗布時に漸浅部１１ｒに気泡が発生し難い。仮に。気泡が発生したとしても、漸浅部１１ｒが設けられていれば、その後のプレス接着時に容易に気泡を除去することができる。

また、ヒータ１２を凹部１１の内部に接着する際には、第１の無定形フィラー４２のうち、大きい形状のものをプレス接着により凹部１１内から流出させるようにする。この際、凹部１１の端部領域に漸浅部１１ｒが設けられていると、大きい形状の第１の無定形フィラー４２の流出が容易になる。その結果、ヒータ１２とセラミック板１０との距離が第１の球形フィラー４２の平均粒径によって、より均一に制御できる。

さらに、凹部１１の端部領域に漸浅部１１ｒが設けられていると、ヒータ１２をプレス接着させたときに、凹部１１内に圧力勾配が発生し、結果としてヒータ１２の凹部１１に対する位置決め（センタリング）の精度が増す。

例えば、図７には、漸減部１１ｒの一例として、連続的な曲面が示されている。凹部１１の内部において、側面１１ｗと底面１１ｂとは、連続的な曲面で交わっている。このような連続的な曲面は、例えば、サンドブラストによって形成することができる。一例として、この曲面の形状がＲ（アール）形状に近似できる場合には、Ｒの寸法（Ｒ寸法）は、凹部１１の深さｄ４の０．５倍以上であり、凹部１１の幅ｄ５の０．５倍以下であることが望ましい。

Ｒ寸法がｄ４の０．５倍未満では、凹部１１の側面１１ｗと底面１１ｂとの交点が角状に近い形状になる。このため、接着剤の塗布時に凹部１１内に気泡が発生し易く、発生した気泡が凹部１１内に残り易くなる。さらに、電極１３と凹部１１との間において電界が集中する特異点が発生し易く、耐電圧破壊が起きる場合もある。

一方、Ｒ寸法が凹部１１の幅ｄ５の０．５倍よりも大きくなると、ヒータ１２の下部まで曲面が回り込んでしまい、ヒータ１２と凹部１１の底面１１ｂとの距離が一定に保てなくなる。また、ヒータ１２の凹部１１内での位置決めの精度が低下していしまう。

また、Ｒ寸法については、以下の図６に示す寸法を上限としてもよい。

図８は、静電チャックの凹部周辺の断面模式図である。
漸浅部１１ｒの曲面が半径ｒの円弧であると仮定したときに、凹部１１の下端縁１１ｅと、凹部１１の底面１１ｂの中心１１ｃと、に接する円弧の半径ｒをＲ寸法の上限値とする。

半径ｒの上限値は、（１／２）・ｄ４＋ｄ５^２／（８・ｄ４）で表されるので、
（Ｒ寸法の上限値）≦（１／２）・ｄ４＋ｄ５^２／（８・ｄ４）
としてもよい。

また、図９は、静電チャックの効果の一例を説明するための図である。図９（ａ）には、静電チャック１の断面模式図が示され、図９（ｂ）には、比較例が示されている。

球形フィラー４２は球状であるため、大きな無定形フィラー４３がセラミック板１０と球形フィラー４２との間に存在したとしても、球形フィラー４２がセラミック板１０側に押圧される際に、無定形フィラー４３が球形フィラー４２の曲面によって滑り易くなっている。このため、静電チャック１においては、無定形フィラー４３が球形フィラー４２とセラミック板１０との間に残り難くなる。

これに対し、比較例では、円筒状フィラー４２０を用いたために、無定形フィラー４３が円筒状フィラー４２とセラミック板１０との間に挟まれ易い。このため、比較例においては、無定形フィラー４３が円筒状フィラー４２０とセラミック板１０との間に残り易い。従って、本実施の形態のごとく、球形フィラー４２を用いることが望ましい。

以上、本発明の実施の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。前述の実施の形態に関して、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。例えば、各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の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たり、複合したりすることができ、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。

１、２ 静電チャック
１０ セラミック板
１１ 凹部
１１ｂ 底面
１２ ヒータ
１２ａ、１２ｂ 主面
１２ｃ 側面
１３ 電極
１５ 凸部
１５ａ 頂面
１６ クラック
１７ 角
７０、７１ セラミック板
３０ 温調プレート
３０ａ 主面
３０ｔ 媒体経路
３１ 絶縁膜
４０、５０ 接合剤
４１、５１ 主剤
４２、５２ 球形フィラー
４３、５３ 無定形フィラー
７２ 電極
Ａ、Ｂ、Ｃ 矢印

Claims (22)

1. 主面に凹部が設けられ、内部に電極が設けられたセラミック板と、
   前記セラミック板の前記主面に接合された温調プレートと、
   前記セラミック板と前記温調プレートとの間に設けられた第１の接合剤と、
   前記セラミック板の前記凹部内に設けられたヒータと、
   を備え、
   前記第１の接合剤は、有機材料を含む第１の主剤と、無機材料を含む第１の無定形フィラーと、無機材料を含む第１の球形フィラーと、を有し、
   前記第１の主剤中には、前記第１の無定形フィラーと、前記第１の球形フィラーと、が分散配合され、
   前記第１の主剤、前記第１の無定形フィラー、および前記第１の球形フィラーは、電気絶縁性材料からなり、
   前記第１の球形フィラーの平均直径は、全ての前記第１の無定形フィラーの短径の最大値よりも大きく、
   前記第１の接合剤の厚さは、前記第１の球形フィラーの平均直径と同じか、もしくは大きく、
   前記凹部の幅は、前記ヒータの幅より広く、前記凹部の深さは、前記ヒータの厚さより深く、
   前記ヒータは、第２の接合剤により前記凹部内に接着され、
   前記ヒータの前記温調プレート側の主面と、前記温調プレートの主面と、の間の第１の距離は、前記セラミック板の前記凹部間の前記主面と、前記温調プレートの主面と、の間の第２の距離よりも長いことを特徴とする静電チャック。
2. 前記第１の球形フィラーの平均直径は、前記無定形フィラーの短径の最大値よりも１０μｍ以上大きいことを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
3. 前記第１の球形フィラーの体積濃度（ｖｏｌ％）は、前記第１の無定形フィラーを含有させた前記第１の接合剤の体積に対して、０．０２５ｖｏｌ％より大きく、４２．０ｖｏｌ％未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の静電チャック。
4. 前記第１の接合剤の前記第１の主剤、および前記第２の接合剤の第２の主剤の材質は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂のいずれか１つであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の静電チャック。
5. 前記第１の球形フィラーおよび前記第１の無定形フィラーの熱伝導率は、前記第１の接合剤の前記第１の主剤の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の静電チャック。
6. 前記第１の球形フィラーの材質と前記第１の無定形フィラーの材質とが異な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。
7. 前記第１の球形フィラーの熱伝導率は、前記第１の無定形フィラーの熱伝導率よりも低い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。
8. 前記第１の球形フィラーの熱伝導率は、前記第１の無定形フィラーと前記第１の主剤との混合物の熱伝導率と同じか、もしくは、前記混合物の熱伝導率よりも小さい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。
9. 前記第１の球形フィラーの熱伝導率は、前記第１の無定形フィラーと前記第１の主剤の混合物の熱伝導率の０．４倍以上、１．０倍以下の範囲に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。
10. 前記第１の球形フィラーのビッカース硬度は、前記セラミック板のビッカース硬度より小さいことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の静電チャック。
11. 前記ヒータの断面において、前記セラミック板の主面に対して略平行な面は、前記セラミック板の主面に対して略垂直な面よりも長く、
    前記凹部の幅をＷ１、
    前記凹部の深さをＤ、
    前記凹部間の前記主面の幅をＷ２、
    前記凹部の底面と、前記底面側の前記ヒータの主面との間の距離をｄ１、
    前記凹部の底面からの前記主面の高さと、前記凹部の底面からの前記ヒータの前記温調プレート側の主面の高さの差の距離をｄ２とした場合、
    Ｗ１＞Ｄ、Ｗ１＞Ｗ２、ｄ１＞ｄ２
    の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の静電チャック。
12. 前記凹部の端部領域に、前記凹部の端に向けて前記凹部の深さが次第に浅くなる漸浅部が設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の静電チャック。
13. 前記第２の接合剤は、有機材料を含む第２の主剤と、無機材料を含む第２の無定形フィラーと、無機材料を含む第２の球形フィラーと、を有し、
    前記第２の主剤中には、前記第２の無定形フィラーと、前記第２の球形フィラーとが分散配合され、
    前記第２の主剤、前記第２の無定形フィラー、および前記第２の球形フィラーは、電気絶縁性材料であり、
    前記第２の球形フィラーの平均直径は、全ての前記第２の無定形フィラーの短径の最大値よりも大きく、
    前記第２の接合剤の厚さは、前記第２の球形フィラーの平均直径と同じか、もしくは大きく、
    第２の球形フィラーの平均直径は、前記第１の球形フィラーの平均直径と同じか、または小さいことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の静電チャック。
14. 前記第２の接合剤に含まれる第２の球形フィラーおよび前記第２の接合剤に含まれる第２の無定形フィラーの熱伝導率は、前記第２の接合剤の前記第２の主剤の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１３記載の静電チャック。
15. 前記第２の球形フィラーの材質と前記第２の無定形フィラーの材質とが異なることを特徴とする請求項１３または１４に記載の静電チャック。
16. 前記第２の球形フィラーの熱伝導率は、前記第２の無定形フィラーの熱伝導率よりも低いことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１つに記載の静電チャック。
17. 前記第２の球形フィラーの熱伝導率は、前記第２の無定形フィラーと前記第２の主剤との混合物の熱伝導率と同じか、もしくは、前記混合物の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１つに記載の静電チャック。
18. 前記第２の球形フィラーの熱伝導率は、前記第２の無定形フィラーと前記第２の主剤との前記混合物の熱伝導率の０．４倍以上、１．０倍以下の範囲にあることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１つに記載の静電チャック。
19. 前記凹部の幅Ｗ１、前記凹部間の前記主面の幅Ｗ２は、
    ２０％≦Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）≦４５％
    の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１つに記載の静電チャック。
20. 前記凹部の前記底面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、前記主面の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも大きく、前記凹部の前記底面の最大高さ粗さ（Ｒｚ）は、前記主面の最大高さ粗さ（Ｒｚ）よりも大きいことを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１つに記載の静電チャック。
21. 前記凹部の前記底面からの前記主面の高さと、前記凹部の前記底面からの前記ヒータの前記温調プレート側の前記主面の高さの差の距離ｄ２は、ｄ２≧１０μｍであることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１つに記載の静電チャック。
22. 前記温調プレートの主面に、絶縁体膜を形成したことを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１つに記載の静電チャック。