JP7100716B2 - 静電チャック装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電チャック装置に関する。

半導体ウエハを使用して半導体集積回路を製造する場合や、ガラス基板、フィルム等の絶縁性基板を使用した液晶パネルを製造する場合には、半導体ウエハ、ガラス基板、絶縁性基板等の基材を所定部位に吸着保持する必要がある。そのため、それらの基材を吸着保持するために、機械的方法によるメカニカルチャックや真空チャック等が用いられていた。しかしながら、これらの保持方法は、基材（被吸着体）を均一に保持することが困難である、真空中で使用することができない、試料表面の温度が上昇し過ぎる等の問題があった。そこで、近年、被吸着体の保持には、これらの問題を解決することができる静電チャック装置が用いられている。

静電チャック装置は、内部電極となる導電性支持部材と、それを被覆する誘電性材料からなる誘電層と、を主要部として備える。この主要部により被吸着体を吸着させることができる。静電チャック装置内の内部電極に電圧を印加して、被吸着体と導電性支持部材との間に電位差を生じさせると、誘電層の間に静電気的な吸着力が発生する。これにより、被吸着体は導電性支持部材に対しほぼ平坦に支持される。

従来の静電チャック装置としては、内部電極上に絶縁性有機フィルムを積層して、誘電層を形成した静電チャック装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。また、内部電極上にセラミックスを溶射して、誘電層を形成した静電チャック装置（例えば、特許文献２参照）が知られている。また、内部電極上に積層した絶縁性有機フィルム上にセラミックスを溶射して、セラミックス層を形成した静電チャック装置（例えば、特許文献３参照）が知られている。

特開２００４－２３５５６３号公報 実公平６－３６５８３号公報 特許第５０５４０２２号公報

特許文献１に記載されているような、内部電極上に設けた絶縁性有機フィルムからなる誘電層で形成されたクーロン力により、被吸着体を吸着する静電チャック装置は、吸着力には優れている。しかしながら、この静電チャック装置は、ドライエッチング装置で使用するプラズマ環境下での耐性が低く、製品寿命が短いという課題があった。

また、特許文献２に記載されているような、内部電極上にセラミックスを溶射して形成した誘電層を有する静電チャック装置は、プラズマ耐性がある。しかしながら、セラミックス粒子間に空隙が存在するため、安定した絶縁性を得ることが難しいばかりでなく、絶縁性確保のために誘電層を厚くしなければならない。そのため、クーロン力で被吸着体を吸着する静電チャック装置としては、高い吸着力を得ることが難しいという課題があった。

また、特許文献３に記載されているような、内部電極上に積層した絶縁性有機フィルム上にセラミックスを溶射して形成したセラミックス層を有する静電チャック装置では、絶縁性有機フィルム上にセラミックス層を溶射形成するため、絶縁性有機フィルム上に凹凸形成が必要であった。しかしながら、この凹凸形成やセラミックス溶射により、絶縁性有機フィルムの絶縁性が低下し、静電チャック装置として使用するにはセラミックス層の厚さが少なくとも１００μｍ必要であった。また、絶縁性有機フィルム上にセラミックスを溶射した場合、絶縁性有機フィルムの端部までセラミックス層で覆うことができなかった。絶縁性有機フィルムの端部が露出していると、静電チャック装置のプラズマ耐性が低下する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、優れたプラズマ耐性と耐電圧性を有し、かつ吸着性にも優れた静電チャック装置を提供することを課題とする。

本発明は、以下の態様を有する。
［１］複数の内部電極と、該内部電極の厚さ方向の両面側に設けられた絶縁性有機フィルムと、少なくとも前記内部電極および前記絶縁性有機フィルムを含む積層体の厚さ方向の上面に中間層を介して積層されたセラミックス層と、を備え、前記セラミックス層は、前記中間層を介して前記積層体の外面全面を覆うことを特徴とする静電チャック装置。
［２］前記セラミックス層は、下地層と、該下地層の上面に形成され、凹凸を有する表層と、を有することを特徴とする［１］に記載の静電チャック装置。
［３］前記中間層は、有機絶縁性樹脂および無機絶縁性樹脂の少なくとも一方と、無機充填剤および繊維状充填剤の少なくとも一方と、を含むことを特徴とする［１］または［２］に記載の静電チャック装置。
［４］前記無機充填剤は、球形粉体および不定形粉体の少なくとも一方であることを特徴とする［３］に記載の静電チャック装置。
［５］前記球形粉体および前記不定形粉体は、アルミナ、シリカおよびイットリアからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする［４］に記載の静電チャック装置。
［６］前記繊維状充填剤は、植物繊維、無機繊維および繊維化された有機樹脂からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする［３］～［５］のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
［７］前記絶縁性有機フィルムは、ポリイミドフィルムであることを特徴とする［１］～［６］のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
［８］前記絶縁性有機フィルムは、前記内部電極の厚さ方向の下面側に設けられた第１の絶縁性有機フィルムと前記内部電極の厚さ方向の上面側に設けられた第２の絶縁性有機フィルムとからなり、前記第１の絶縁性有機フィルムの前記内部電極とは反対側の面に第１の接着剤層が設けられ、前記第１の絶縁性有機フィルムおよび前記第１の絶縁性有機フィルムの厚さ方向の上面側に設けられた前記内部電極と前記第２の絶縁性有機フィルムの間に第２の接着剤層が設けられ、前記第１の接着剤層の厚さ、前記第１の絶縁性有機フィルムの厚さ、前記内部電極の厚さ、前記第２の接着剤層の厚さ、前記第２の絶縁性有機フィルムの厚さ、前記中間層の厚さ、および前記セラミックス層の厚さの合計が２００μｍ以下であることを特徴とする［１］～［７］のいずれか１項に記載の静電チャック装置。

本発明によれば、優れたプラズマ耐性と耐電圧性を有し、かつ吸着性にも優れた静電チャック装置を提供することができる。

本発明の静電チャック装置の概略構成を示し、静電チャック装置の高さ方向に沿う断面図である。

以下、本発明を適用した実施形態の静電チャック装置について説明する。なお、以下の説明で用いる図面において、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
なお、本実施形態は、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。

［静電チャック装置］
図１は、本実施形態の静電チャック装置の概略構成を示し、静電チャック装置の高さ方向に沿う断面図である。
図１に示すように、本実施形態の静電チャック装置１は、基板１０と、複数の内部電極２０と、接着剤層３０と、絶縁性有機フィルム４０と、中間層５０と、セラミックス層６０と、を備える。詳細には、図１に示すように、本実施形態の静電チャック装置１は、基板１０と、第１の内部電極２１と、第２の内部電極２２と、第１の接着剤層３１と、第２の接着剤層３２と、第１の絶縁性有機フィルム４１と、第２の絶縁性有機フィルム４２と、中間層５０と、セラミックス層６０と、を備える。

本実施形態の静電チャック装置１では、基板１０の表面（基板１０の厚さ方向の上面）１０ａにて、第１の接着剤層３１と、第１の絶縁性有機フィルム４１と、第１の内部電極２１および第２の内部電極２２と、第２の接着剤層３２と、第２の絶縁性有機フィルム４２と、中間層５０と、セラミックス層６０とがこの順に積層されている。

内部電極２０の厚さ方向の両面（内部電極２０の厚さ方向の上面２０ａ、内部電極２０の厚さ方向の下面２０ｂ）側にそれぞれ絶縁性有機フィルム４０が設けられている。詳細には、第１の内部電極２１の厚さ方向の上面２１ａ側および第２の内部電極２２の厚さ方向の上面２２ａ側に、第２の絶縁性有機フィルム４２が設けられている。また、第１の内部電極２１の厚さ方向の下面２１ｂ側および第２の内部電極２２の厚さ方向の下面２２ｂ側に、第１の絶縁性有機フィルム４１が設けられている。

第１の絶縁性有機フィルム４１の内部電極２０とは反対側の面（第１の絶縁性有機フィルム４１の下面４１ｂ）に第１の接着剤層３１が設けられている。第１の絶縁性有機フィルム４１および第１の絶縁性有機フィルム４１の厚さ方向の上面４１ａに設けられた内部電極２０と第２の絶縁性有機フィルム４２の間に第２の接着剤層３２が設けられている。

第１の接着剤層３１の厚さ、第１の絶縁性有機フィルム４１の厚さ、内部電極２０の厚さ、第２の接着剤層３２の厚さ、第２の絶縁性有機フィルム４２の厚さ、中間層５０の厚さ、およびセラミックス層６０（セラミックス下地層６１、セラミックス表層６２）の厚さの合計（以下、「合計厚さ（１）」と言う。）が２００μｍ以下であることが好ましく、１７０μｍ以下であることがより好ましい。前記の合計厚さ（１）が２００μｍ以下であれば、静電チャック装置１は耐電圧特性、耐プラズマ性に優れ、結果として吸着力に優れる。

第１の接着剤層３１の厚さ、第１の絶縁性有機フィルム４１の厚さ、内部電極２０の厚さ、第２の接着剤層３２の厚さ、および第２の絶縁性有機フィルム４２の厚さの合計（以下、「合計厚さ（２）」と言う。）が１１０μｍ以下であることが好ましく、９０μｍ以下であることがより好ましい。前記の合計厚さ（２）が１１０μｍ以下であれば、静電チャック装置１は耐電圧特性、耐プラズマ性に優れ、結果として吸着力に優れる。

第２の接着剤層３２の厚さ、および第２の絶縁性有機フィルム４２の厚さの合計（以下、「合計厚さ（３）」と言う。）が５０μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以下であることがより好ましい。前記の合計厚さ（２）が５０μｍ以下であれば、静電チャック装置１は耐電圧特性、耐プラズマ性に優れ、結果として吸着力に優れる。

少なくとも内部電極２０および絶縁性有機フィルム４０を含む積層体２の厚さ方向の上面２ａ（第２の絶縁性有機フィルム４２の上面４２ａ）に、中間層５０を介してセラミックス層６０が積層されている。

図１に示すように、セラミックス層６０は、中間層５０を介して積層体２の外面（積層体２の上面２ａ、側面（積層体２の厚さ方向に沿う面、第１の接着剤層３１の側面、第２の接着剤層３２の側面、第１の絶縁性有機フィルム４１の側面、および、第２の絶縁性有機フィルム４２の側面）２ｂ全面を覆うことが好ましい。言い換えれば、中間層５０が積層体２の外面全面を覆い、その中間層５０の外面（中間層５０の上面５０ａ、側面（積層体２の厚さ方向に沿う面）５０ｂ）全面を、セラミックス層６０が覆うことが好ましい。

図１に示すように、セラミックス層６０は、セラミックス下地層６１と、セラミックス下地層６１の上面（セラミックス下地層６１の厚さ方向の上面）６１ａに形成され、凹凸を有するセラミックス表層６２と、を有することが好ましい。

セラミックス下地層６１の厚さ、セラミックス表層６２の厚さ、中間層５０、第２の接着剤層３２の厚さ、および第２の絶縁性有機フィルム４２の厚さの合計（以下、「合計厚さ（４）」と言う。）が１２５μｍ以下であることが好ましく、１１０μｍ以下であることがより好ましい。前記の合計厚さ（４）が１２５μｍ以下であれば、静電チャック装置１は耐電圧特性、耐プラズマ性に優れ、結果として吸着力に優れる。

第１の内部電極２１および第２の内部電極２２は、第１の絶縁性有機フィルム４１または第２の絶縁性有機フィルム４２に接していてもよい。また、第１の内部電極２１および第２の内部電極２２は、図１に示すように、第２の接着剤層３２の内部に形成されていてもよい。第１の内部電極２１および第２の内部電極２２の配置は、適宜設計することができる。

第１の内部電極２１と第２の内部電極２２は、それぞれ独立しているため、同一極性の電圧を印加するだけではなく、極性の異なる電圧を印加することもできる。第１の内部電極２１および第２の内部電極２２は、導電体、半導体および絶縁体等の被吸着体を吸着することができれば、その電極パターンや形状は特に限定されない。また、第１の内部電極２１のみが単極として設けられていてもよい。

本実施形態の静電チャック装置１は、少なくとも第２の絶縁性有機フィルム４２の上面４２ａに、中間層５０を介してセラミックス層６０が積層されていれば、その他の層構成については特に限定されない。例えば、図１に示す基板１０がなくてもよい。

基板１０としては、特に限定されないが、セラミックス基板、炭化ケイ素基板、アルミニウムやステンレス等からなる金属基板等が挙げられる。

内部電極２０としては、電圧を印加した際に静電吸着力を発現できる導電性物質からなるものであれば特に限定されない。内部電極２０としては、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、白金、クロム、ニッケル、タングステン等の金属からなる薄膜、および前記の金属から選択される少なくとも２種の金属からなる薄膜が好適に用いられる。このような金属の薄膜としては、蒸着、メッキ、スパッタリング等により成膜されたものや、導電性ペーストを塗布乾燥して成膜されたもの、具体的には、銅箔等の金属箔が挙げられる。

第２の接着剤層３２の厚さが、内部電極２０の厚さよりも大きくなっていれば、内部電極２０の厚さは特に限定されない。内部電極２０の厚さは、２０μｍ以下であることが好ましい。内部電極２０の厚さが、２０μｍ以下であれば、第２の絶縁性有機フィルム４２を形成する際に、その上面４２ａに凹凸が生じ難い。その結果、第２の絶縁性有機フィルム４２上にセラミックス層６０を形成する際や、セラミックス層６０を研磨する際に、不良が生じ難い。

内部電極２０の厚さは、１μｍ以上であることが好ましい。内部電極２０の厚さが１μｍ以上であれば、内部電極２０と、第１の絶縁性有機フィルム４１または第２の絶縁性有機フィルム４２とを接合する際に、十分な接合強度が得られる。

第１の内部電極２１と第２の内部電極２２に、極性の異なる電圧を印加する場合、隣接する第１の内部電極２１と第２の内部電極２２の間隔（内部電極２０の厚さ方向と垂直な方向の間隔）は、２ｍｍ以下であることが好ましい。第１の内部電極２１と第２の内部電極２２の間隔が２ｍｍ以下であれば、第１の内部電極２１と第２の内部電極２２の間に十分な静電力が発生し、十分な吸着力が発生する。

内部電極２０から被吸着体までの距離、すなわち、第１の内部電極２１の上面２１ａおよび第２の内部電極２２の上面２２ａからセラミックス表層６２上に吸着される被吸着体までの距離（第１の内部電極２１の上面２１ａおよび第２の内部電極２２の上面２２ａ上に存在する、第２の接着剤層３２、第２の絶縁性有機フィルム４２、中間層５０、セラミックス下地層６１およびセラミックス表層６２の厚さの合計）は、５０μｍ～１２５μｍであることが好ましい。内部電極２０から被吸着体までの距離が５０μｍ以上であれば、第２の接着剤層３２、第２の絶縁性有機フィルム４２、中間層５０、セラミックス下地層６１およびセラミックス表層６２からなる積層体の絶縁性を確保することができる。一方、内部電極２０から被吸着体までの距離が１２５μｍ以下であれば、十分な吸着力が発生する。

接着剤層３０を構成する接着剤としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、スチレン系ブロック共重合体、ポリアミド樹脂、アクリロニトリル－ブタジエン共重合体、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、アミン化合物、ビスマレイミド化合物等から選択される１種または２種以上の樹脂を主成分とする接着剤が用いられる。

エポキシ樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、トリヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラグリシジルフェノールアルカン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジグリシジルジフェニルメタン型エポキシ樹脂、ジグリシジルビフェニル型エポキシ樹脂等の２官能基または多官能エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でも、ビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましい。ビスフェノール型エポキシ樹脂の中でも、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が特に好ましい。また、エポキシ樹脂を主成分とする場合、必要に応じて、イミダゾール類、第３アミン類、フェノール類、ジシアンジアミド類、芳香族ジアミン類、有機過酸化物等のエポキシ樹脂用の硬化剤や硬化促進剤を配合することもできる。

フェノール樹脂としては、アルキルフェノール樹脂、ｐ－フェニルフェノール樹脂、ビスフェノールＡ型フェノール樹脂等のノボラックフェノール樹脂、レゾールフェノール樹脂、ポリフェニルパラフェノール樹脂等が挙げられる。

スチレン系ブロック共重合体としては、スチレン－ブタジエン－スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）、スチレン－イソプレン－スチレンブロック共重合体（ＳＩＳ）、スチレン－エチレン－プロピレン－スチレン共重合体（ＳＥＰＳ）等が挙げられる。

接着剤層３０（第１の接着剤層３１、第２の接着剤層３２）の厚さは、特に限定されないが、５μｍ～２０μｍであることが好ましく、１０μｍ～２０μｍであることがより好ましい。接着剤層３０（第１の接着剤層３１、第２の接着剤層３２）の厚さが５μｍ以上であれば、接着剤として十分に機能する。一方、接着剤層３０（第１の接着剤層３１、第２の接着剤層３２）の厚さが２０μｍ以下であれば、吸着力を損なうことなく、内部電極２０の電極間絶縁を確保することができる。

絶縁性有機フィルム４０を構成する材料としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル類、ポリエチレン等のポリオレフィン類、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、トリアセチルセルロース、シリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン等が用いられる。これらの中でも、絶縁性に優れることから、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリイミド、シリコーンゴム、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリテトラフルオロエチレンが好ましく、ポリイミドがより好ましい。ポリイミドフィルムとして、例えば、東レ・デュポン社製のカプトン（商品名）、宇部興産社製 のユーピレックス（商品名）等が用いられる。

絶縁性有機フィルム４０（第１の絶縁性有機フィルム４１、第２の絶縁性有機フィルム４２）の厚さは、特に限定されないが、１０μｍ～１００μｍであることが好ましく、１０μｍ～５０μｍであることがより好ましい。絶縁性有機フィルム４０（第１の絶縁性有機フィルム４１、第２の絶縁性有機フィルム４２）の厚さが１０μｍ以上であれば、絶縁性を確保することができる。一方、絶縁性有機フィルム４０（第１の絶縁性有機フィルム４１、第２の絶縁性有機フィルム４２）の厚さが１００μｍ以下であれば、十分な吸着力が発生する。

中間層５０は、有機絶縁性樹脂および無機絶縁性樹脂の少なくとも一方と、無機充填剤および繊維状充填剤の少なくとも一方と、を含むことが好ましい。

有機絶縁性樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等が挙げられる。
無機絶縁性樹脂としては、特に限定されず、例えば、シラン系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。

中間層５０には、ポリシラザンを含有させることが好ましい。ポリシラザンとしては、例えば、当該分野で公知のものが挙げられる。ポリシラザンは、有機ポリシラザンであってもよく、無機ポリシラザンであってもよい。これらの材料は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

中間層５０中の無機充填剤の含有量は、ポリシラザン１００質量部に対して１００質量部～３００質量部であることが好ましく、１５０質量部～２５０質量部であることがより好ましい。中間層５０中の無機充填剤の含有量が前記範囲内であれば、中間層５０の硬化物である樹脂膜表面に無機充填剤粒子が凹凸を形成することができるため、溶射材の粉末が無機充填剤粒子間に食い込み易く、前記樹脂膜表面に溶射材を強固に接着させることができる。

無機充填剤としては、特に限定されないが、アルミナ、シリカおよびイットリアからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
無機充填剤は、球形粉体および不定形粉体の少なくとも一方であることが好ましい。
なお、球形粉体とは、粉体粒子の角部を丸めた球状体のことである。また、不定形粉体とは、破砕状、板状、鱗片状、針状など形状が一定な形を取らないもののことである。

無機充填剤の平均粒子径は、１μｍ～２０μｍであることが好ましい。無機充填剤が球形粉体の場合、その直径（外径）を粒子径とし、無機充填剤が不定形粉体の場合、その形状の最も長い箇所を粒子径とする。

繊維状充填剤は、植物繊維、無機繊維および繊維化された有機樹脂からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
植物繊維としては、パルプ等が挙げられる。
無機繊維としては、アルミナからなる繊維等が挙げられる。
繊維化された有機樹脂としては、アラミドやテフロン（登録商標）等からなる繊維が挙げられる。

無機充填剤は、繊維状充填剤と併用することが好ましく、中間層５０全体（１００体積％）に対する、無機充填剤と繊維状充填剤の合計含有量は１０体積％～８０体積％であることが好ましい。中間層５０における無機充填剤と繊維状充填剤の合計含有量が上記の範囲内であれば、溶射により、中間層５０上にセラミックス層６０を均一に形成することができる。

中間層５０の厚さは、１μｍ～４０μｍであることが好ましく、５μｍ～２０μｍであることがより好ましい。中間層５０の厚さが１μｍ以上であれば、局所的に中間層５０が薄くなることがなく、溶射により、中間層５０上にセラミックス層６０均一に形成することができる。一方、中間層５０の厚さが４０μｍ以下であれば、十分な吸着力が発生する。

セラミックス層６０を構成する材料としては、特に限定されず、例えば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化スズ、酸化インジウム、石英ガラス、ソーダガラス、鉛ガラス、硼珪酸ガラス、窒化ジルコニウム、酸化チタン等が用いられる。これらの材料は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
これらの材料は、平均粒子径が１μｍ～２５μｍの粉体であることが好ましい。このような粉体を用いることにより、セラミックス層６０の空隙を減少させ、セラミックス層６０の耐電圧を向上させることができる。

セラミックス下地層６１の厚さは、１０μｍ～８０μｍであることが好ましく、４０μｍ～６０μｍであることがより好ましい。セラミックス下地層６１の厚さが１０μｍ以上であれば、十分な耐プラズマ性および耐電圧性を示す。一方、セラミックス下地層６１の厚さが８０μｍ以下であれば、十分な吸着力が発生する。

セラミックス表層６２の厚さは、５μｍ～２０μｍであることが好ましい。セラミックス表層６２の厚さが５μｍ以上であれば、セラミックス表層６２の全域にわたって、凹凸を形成できる。一方、セラミックス表層６２の厚さが２０μｍ以下であれば、十分な吸着力が発生する。

セラミックス表層６２は、その表面を研磨することによって、その吸着力を向上することができ、その表面の凹凸を表面粗さＲａとして調整することができる。
ここで、表面粗さＲａとは、ＪＩＳ Ｂ０６０１－１９９４に規定される方法により測定した値を意味する。

セラミックス表層６２の表面粗さＲａは、０．０５μｍ～０．５μｍであることが好ましい。セラミックス表層６２の表面粗さＲａが前記の範囲内であれば、被吸着体を良好に吸着することができる。セラミックス表層６２の表面粗さＲａが大きくなると、被吸着体とセラミックス表層６２との接触面積が小さくなるため、吸着力も小さくなる。

以上説明した本実施形態の静電チャック装置１においては、複数の内部電極２０と、内部電極２０の厚さ方向の両面側に設けられた絶縁性有機フィルム４０と、少なくとも内部電極２０および絶縁性有機フィルム４０を含む積層体２の厚さ方向の上面２ａに中間層５０を介して積層されたセラミックス層６０と、を備える。したがって、少なくとも積層体２の厚さ方向の上面２ａ側において、耐プラズマ性および耐電圧性が向上し、使用中の異常放電を抑制することができる。そのため、本実施形態の静電チャック装置１は、吸着性にも優れる。

本実施形態の静電チャック装置１において、セラミックス層６０が、中間層５０を介して積層体２の外面全面を覆っていれば、積層体２の上面２ａ側および側面２ｂ側において、耐プラズマ性および耐電圧性が向上し、使用中の異常放電を抑制することができる。そのため、本実施形態の静電チャック装置１は、より吸着性にも優れる。

本実施形態の静電チャック装置１において、セラミックス層６０が、セラミックス下地層６１と、セラミックス下地層６１の上面６１ａに形成され、凹凸を有するセラミックス表層６２と、を有することにより、所望の吸着力に制御することができる。

本実施形態の静電チャック装置１において、中間層５０が、有機絶縁性樹脂および無機絶縁性樹脂の少なくとも一方と、無機充填剤および繊維状充填剤の少なくとも一方と、を含むことにより、中間層５０上にセラミックス層６０均一に形成することができる。

本実施形態の静電チャック装置１において、無機充填剤が、球形粉体および不定形粉体の少なくとも一方であることにより、中間層５０における樹脂中の充填状態が均一分散または最密充填となるように配合設計が可能で、さらに樹脂中から充填剤の一部が露出するような設計とすることで、セラミックス下地層６１との密着性を向上させることが可能となる。

本実施形態の静電チャック装置１において、繊維状充填剤が、植物繊維、無機繊維および繊維化された有機樹脂からなる群から選択される少なくとも１種であることにより、中間層５０の強度と靱性が向上し、中間層５０の表面に繊維を配置することによるセラミックス下地層６１との密着性が向上し、中間層５０を挟んでいるセラミックス下地層６１と絶縁性有機フィルム４０との熱膨張率差による歪を緩和することが可能となる。

本実施形態の静電チャック装置１において、絶縁性有機フィルムが、ポリイミドフィルムであることにより、耐電圧性が向上する。

本実施形態の静電チャック装置１において、球形粉体および不定形粉体からなる無機充填剤が、アルミナ、シリカおよびイットリアからなる群から選択される少なくとも１種であることにより、耐プラズマ性および耐電圧性が向上する。

［静電チャックの製造方法］
図１を参照して、本実施形態の静電チャック装置１の製造方法を説明する。
第１の絶縁性有機フィルム４１の表面（第１の絶縁性有機フィルム４１の厚さ方向の上面）４１ａに、銅等の金属を蒸着して、金属の薄膜を形成する。その後、エッチングを行って、金属の薄膜を所定の形状にパターニングして、第１の内部電極２１と第２の内部電極２２を形成する。

次いで、内部電極２０の上面２０ａに、第２の接着剤層３２を介して、第２の絶縁性有機フィルム４２を貼着する。

次いで、第１の絶縁性有機フィルム４１の下面４１ｂが基板１０の表面１０ａ側となるように、第１の絶縁性有機フィルム４１、内部電極２０、第２の接着剤層３２および第２の絶縁性有機フィルム４２からなる積層体を、第１の接着剤層３１を介して、基板１０の表面１０ａに接合する。

次いで、内部電極２０および絶縁性有機フィルム４０を含む積層体２の外面全面を覆うように、中間層５０を形成する。
中間層５０を形成する方法は、積層体２の外面全面を覆うように中間層５０を形成することができれば、特に限定されない。中間層５０を形成する方法としては、例えば、バーコート法、スピンコート法、スプレーコート法等が挙げられる。

次いで、中間層５０の外面全面を覆うように、セラミックス下地層６１を形成する。
セラミックス下地層６１を形成する方法は、例えば、セラミックス下地層６１を構成する材料を含むスラリーを中間層５０の外面全面に塗布し、焼結してセラミックス下地層６１を形成する方法、セラミックス下地層６１を構成する材料を中間層５０の外面全面に溶射してセラミックス下地層６１を形成する方法等が挙げられる。
ここで、溶射とは、被膜（本実施形態では、セラミックス下地層６１）となる材料を加熱溶融後、圧縮ガスを用いて被処理体へ射出することにより成膜する方法のことである。

次いで、セラミックス下地層６１の上面６１ａに、セラミックス表層６２を形成する。
セラミックス表層６２を形成する方法は、例えば、セラミックス下地層６１の上面６１ａに、所定の形状のマスキングを施した後、セラミックス表層６２を構成する材料をセラミックス下地層６１の上面６１ａに溶射してセラミックス表層６２を形成する方法、セラミックス表層６２を構成する材料をセラミックス下地層６１の上面６１ａ全面に溶射してセラミックス表層６２を形成した後、そのセラミックス表層６２を、ブラスト処理により削って、セラミックス表層６２を凹凸形状に形成する方法等が挙げられる。

以上の工程により、本実施形態の静電チャック装置１を作製することができる。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
第１の絶縁性有機フィルム４１として、膜厚１２．５μｍのポリイミドフィルム（商品名：カプトン、東レ・デュポン社製）の片面に銅を９μｍの厚さでメッキした。その銅箔表面にフォトレジストを塗布した後、パターン露光後に現像処理を行い、エッチングにより不要な銅箔を除去した。その後、ポリイミドフィルム上の銅箔を洗浄することにより、フォトレジストを除去し、第１の内部電極２１、第２の内部電極２２を形成した。この第１の内部電極２１および第２の内部電極２２上に、第２の接着剤層３２として乾燥および加熱により半硬化させた絶縁性接着剤シートを積層した。絶縁性接着剤シートとしては、ビスマレイミド樹脂２７質量部、ジアミノシロキサン３質量部、レゾールフェノール樹脂２０質量部、ビフェニルエポキシ樹脂１０質量部、およびエチルアクリレート－ブチルアクリレート－アクリロニトリル共重合体２４０質量部を、適量のテトラヒドロフランに混合溶解したものをシート状に成形したものを用いた。その後、第２の絶縁性有機フィルム４２として、膜厚１２．５μｍのポリイミドフィルム（商品名：カプトン、東レ・デュポン社製）を貼着し、熱処理によって接着させた積層体を得た。なお、乾燥後の第２の接着剤層３２の厚さは２０μｍであった。

さらに、前記積層体における第１の絶縁性有機フィルム４１の第１の内部電極２１および第２の内部電極２２が形成された面とは反対側の面に、第１の接着剤層３１として上記半硬化させた絶縁性接着剤シートと同じ組成の絶縁性接着剤からなるシートを積層した。その後、積層体をアルミニウム製の基板１０に貼着し、熱処理により接着させた。なお、乾燥後の第１の接着剤層３１の厚さは１０μｍであった。

次に、ポリシラザン１００質量部とアルミナからなる無機充填剤（平均粒子径：３μｍ）２００質量部とを、希釈媒体としての酢酸ブチルに混合し、さらに超音分散機により無機充填剤を均一に分散させて塗料を作製した。

次に、前記基板１０に接着させた積層体の第２の絶縁性有機フィルム４２の表面と前記積層体２側面に、前記塗料をスプレーした後、加熱乾燥させて、中間層５０を形成した。なお、第２の絶縁性有機フィルム４２の表面上の乾燥後における中間層５０の厚さは１０μｍであった。

次に、プラズマ溶射法によりアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の粉末（平均粒子径：８μｍ）を前記中間層５０の全表面に溶射し、厚さ５０μｍのセラミックス下地層６１を形成した。

次いで、セラミックス下地層６１の表面に、所定の形状のマスキングを施した後、上記のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の粉末（平均粒子径：８μｍ）をセラミックス下地層６１の表面に溶射し、厚さ１５μｍのセラミックス表層６２を形成した。

次に、被吸着物を吸着するセラミックス表層６２の吸着面をダイヤモンド砥石にて平面研削し、実施例１の静電チャック装置を得た。
得られた静電チャック装置の表面をＪＩＳ Ｂ０６０１－１９９４により測定した結果、表面粗さＲａは０．３μｍであった。

［実施例２］
前記実施例１において、第１の絶縁性有機フィルム４１の厚さと第２の絶縁性有機フィルム４２の厚さを２５μｍに変更した以外は実施例１と同様にして、実施例２の静電チャック装置を得た。

［実施例３］
前記実施例１において、第１の絶縁性有機フィルム４１の厚さと第２の絶縁性有機フィルム４２の厚さを３８μｍ、第２の接着剤層３２の厚さを１０μｍ、第１の内部電極２１の厚さと第２の内部電極２２の厚さを５μｍに変更した以外は実施例１と同様にして、実施例３の静電チャック装置を得た。

［比較例１］
前記実施例１において、第１の絶縁性有機フィルム４１の厚さと第２の絶縁性有機フィルム４２の厚さを５０μｍ、セラミックス下地層６１の厚さを３０μｍ、中間層５０の厚さを１５μｍ、第１の内部電極２１の厚さと第２の内部電極２２の厚さを５μｍ、第１の接着剤層３１の厚さを２０μｍに変更した以外は実施例１と同様にして、比較例１の静電チャック装置を得た。

［比較例２］
前記比較例１において、セラミックス下地層６１の厚さを５０μｍに変更した以外は比較例１と同様にして、比較例２の静電チャック装置を得た。

［比較例３］
前記比較例２において、セラミックス表層６２の厚さを２０μｍ、セラミックス下地層６１の厚さを８０μｍ、中間層５０の厚さを３０μｍに変更した以外は比較例２と同様にして比較例３の静電チャック装置を得た。

［比較例４］
前記比較例３において、中間層５０を設けずに、第２の絶縁性有機フィルム４２の表面に直接プラズマ溶射法によりアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の粉末（平均粒子径：８μｍ）を溶射した以外は比較例３と同様にして、比較例４の静電チャック装置を得た。

前記実施例１～実施例３および比較例１～比較例４で得られた静電チャック装置における各層の厚さと、その合計値を表１に示す。

次に、前記実施例１～実施例３および比較例１～比較例４で得られた静電チャック装置を用いて、耐電圧特性、吸着力および耐プラズマ性を評価した。その結果を表２に示す。

［評価項目］
＜耐電圧特性＞
耐電圧特性は、真空下（１０Ｐａ）にて静電チャック装置に高圧電源装置より、第１の内部電極２１と第２の内部電極２２に±２．５ｋＶの電圧を印加し、２分間保持することにより評価した。２分間の間、目視にて観察をし、変化がなかったものを「合格」、電極同士または絶縁性有機フィルムおよびセラミックス層に絶縁破壊が生じたものを「不合格」とした。

＜吸着力＞
吸着力は、被吸着体としてシリコン製ダミーウェハを用い、真空下（１０Ｐａ以下）にて静電チャック装置表面に吸着させ、第１の内部電極２１と第２の内部電極２２に±２．５ｋＶの電圧を印加した後、３０秒間保持した。電圧を印加した状態のまま基板１０に設けられた貫通穴からヘリウムガスを流し、ガス圧力を上げながらヘリウムガスのリーク量を測定した。ガス圧力１００Ｔｏｒｒ時にダミーウェハが安定吸着できるものを「合格」、安定吸着できないものを「不合格」とした。安定吸着とはヘリウムガス圧力を高めることによりウェハが浮いてしまい、ヘリウムリーク量が急激に増加する現象が発生しない状態をいう。

＜耐プラズマ性＞
耐プラズマ性は、平行平板型ＲＩＥ装置に静電チャック装置を設置した後、真空下（２０Ｐａ以下）、高周波電源（出力２５０Ｗ）にて、酸素ガス（１０ｓｃｃｍ）および四フッ化炭素ガス（４０ｓｃｃｍ）を導入し、２４時間暴露後の静電チャック装置表面状態の変化を目視にて観察した。表面全体にセラミックス層が残存していたものを「合格」、一部セラミックス層が消失し、絶縁性有機フィルムが露出していたものを「不合格」とした。

表２から明らかなように、実施例１～実施例３で得られた静電チャック装置は、基板１０の表面１０ａからセラミックス表層６２の表面までの距離が２００μｍ以下という薄膜であるにもかかわらず、耐電圧特性、耐プラズマ性に優れ、結果として吸着力に優れていることが確認された。

一方、比較例１で得られた静電チャック装置は、セラミックス下地層６１が薄いため、十分な耐プラズマ性が得られなかった。比較例２および比較例３で得られた静電チャック装置は、基板１０の表面１０ａからセラミックス表層６２の表面までの距離が２００μｍを超えるため、吸着力に劣ることが確認された。
また、比較例４で得られた静電チャック装置は、中間層５０を有していないため、第２の絶縁性有機フィルム４２の表面にセラミックス溶射材が十分に付着しておらず、耐プラズマ性に劣ることが確認された。

本発明の静電チャック装置によれば、内部電極およびその厚さ方向の両面側に設けられた絶縁性有機フィルムを含む積層体の厚さ方向の上面に中間層を介してセラミックス層を積層することにより、優れた耐プラズマ性と耐電圧特性を有しながら、高い吸着力を得ることができる。したがって、本発明の静電チャック装置によれば、半導体製造プロセスにおけるドライエッチング装置用ウエハ等の導電体または半導体を安定に静電吸着保持することができる。

１ 静電チャック装置
２ 積層体
１０ 基板
２０ 内部電極
２１ 第１の内部電極
２２ 第２の内部電極
３０ 接着剤層
３１ 第１の接着剤層
３２ 第２の接着剤層
４０ 絶縁性有機フィルム
４１ 第１の絶縁性有機フィルム
４２ 第２の絶縁性有機フィルム
５０ 中間層
６０ セラミックス層
６１ セラミックス下地層
６２ セラミックス表層

Claims (8)

1. 複数の内部電極と、該内部電極の厚さ方向の両面側に設けられた絶縁性有機フィルムと、少なくとも前記内部電極および前記絶縁性有機フィルムを含む積層体の厚さ方向の上面に中間層を介して積層されたセラミックス層と、を備え、
   前記セラミックス層は、前記中間層を介して前記積層体の外面全面を覆うことを特徴とする静電チャック装置。
2. 前記セラミックス層は、下地層と、該下地層の上面に形成され、凹凸を有する表層と、を有することを特徴とする請求項１に記載の静電チャック装置。
3. 前記中間層は、有機絶縁性樹脂および無機絶縁性樹脂の少なくとも一方と、無機充填剤および繊維状充填剤の少なくとも一方と、を含む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装置。
4. 前記無機充填剤は、球形粉体および不定形粉体の少なくとも一方であることを特徴とする請求項３に記載の静電チャック装置。
5. 前記球形粉体および前記不定形粉体は、アルミナ、シリカおよびイットリアからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項４に記載の静電チャック装置。
6. 前記繊維状充填剤は、植物繊維、無機繊維および繊維化された有機樹脂からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項３～５のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
7. 前記絶縁性有機フィルムは、ポリイミドフィルムであることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
8. 前記絶縁性有機フィルムは、前記内部電極の厚さ方向の下面側に設けられた第１の絶縁性有機フィルムと前記内部電極の厚さ方向の上面側に設けられた第２の絶縁性有機フィルムとからなり、前記第１の絶縁性有機フィルムの前記内部電極とは反対側の面に第１の接着剤層が設けられ、
   前記第１の絶縁性有機フィルムおよび前記第１の絶縁性有機フィルムの厚さ方向の上面側に設けられた前記内部電極と前記第２の絶縁性有機フィルムの間に第２の接着剤層が設けられ、
   前記第１の接着剤層の厚さ、前記第１の絶縁性有機フィルムの厚さ、前記内部電極の厚さ、前記第２の接着剤層の厚さ、前記第２の絶縁性有機フィルムの厚さ、前記中間層の厚さ、および前記セラミックス層の厚さの合計が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の静電チャック装置。

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