TW201438141A - 靜電吸盤 - Google Patents

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Kazuki Anada
Yuichi Yoshii
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Abstract

依照本發明的靜電吸盤，其特徵在於包含：陶瓷介電質基板，具有：承載吸附的對象物的第一主表面，和與第一主表面相反側的第二主表面，和由第二主表面至第一主表面設置的貫通孔；金屬製的底板，支撐陶瓷介電質基板，具有與貫通孔連通的氣體導入道；以及絕緣體塞，具有：配設於氣體導入道的陶瓷多孔體，和配設於陶瓷多孔體與氣體導入道之間，比陶瓷多孔體緻密的陶瓷絕緣膜，陶瓷絕緣膜由陶瓷多孔體的表面深入到陶瓷多孔體的內部。對在氣體導入道內的放電可得到高的耐受電壓，或者可對吸附的對象物進行晶圓溫度均勻性高的溫度控制。

Description

靜電吸盤
本發明的態樣是關於靜電吸盤(electrostatic chuck)，關於可提高陶瓷介電質基板(ceramic dielectric substrate)的耐受電壓(withstand voltage)之靜電吸盤。
藉由在氧化鋁(alumina)等的陶瓷介電質基板之間夾入電極，進行燒成而製作的陶瓷製的靜電吸盤是將靜電吸附用電力施加於內建的電極，透過靜電力吸附矽晶圓(silicon wafer)等的基板。在這種靜電吸盤中使氦(He)等的惰性氣體流到陶瓷介電質基板的表面與吸附對象物之基板的背面之間，控制吸附對象物之基板的溫度。     
例如在CVD(Chemical Vapor Deposition：化學氣相沉積)裝置、濺鍍(sputtering)裝置、離子注入(ion implantation)裝置、蝕刻(etching)裝置等進行對基板的處理的裝置中，有在處理中伴隨基板的溫度上升的情形。在這種裝置所使用的靜電吸盤中，藉由使He等的惰性氣體流到陶瓷介電質基板與吸附對象物之基板之間，使惰性氣體接觸基板而抑制基板的溫度上升。
在進行利用He等的惰性氣體進行之基板溫度的控制的靜電吸盤中，在陶瓷介電質基板及支撐陶瓷介電質基板的底板(base plate)設置有用以導入He等的惰性氣體的孔(氣體導入道)。
此處，在裝置內處理基板時，在氣體導入道內有時會發生放電。在專利文獻1揭示有：在氣體導入道內設置陶瓷燒結多孔體，藉由使陶瓷燒結多孔體的構造及膜孔成為氣體流道，提高在氣體導入道內的絕緣性之靜電吸盤。而且，在專利文獻2揭示有：在氣體擴散用空隙內配設由陶瓷多孔體構成用以防止放電的處理氣體流道用的放電防止構件之靜電吸盤。而且，在專利文獻3揭示有：像氧化鋁的多孔介電質(porous dielectric)係配設介電質嵌件(dielectric insert)，降低電弧放電(arc discharge)之靜電吸盤。
但是，僅藉由在氣體導入道內配設陶瓷多孔體無法得到充分的耐受電壓。為了提供對應處理裝置中的各式各樣的條件之靜電吸盤，需更進一步的耐受電壓的提高。     
而且，因多孔體其孔隙率(porosity)高，故由陶瓷多孔體至陶瓷介電質基板的熱傳遞率(heat transfer rate)比由金屬製的底板至陶瓷介電質基板的熱傳遞率低。因此，由氣體導入道使傳送氣體流過將基板冷卻的情形的基板的溫度與不流過的情形的基板的溫度的溫度差容易變大。也就是說，在基板的全體中在接近陶瓷多孔體的部分產生晶圓面內溫度差大的區域(所謂的熱點(hot spot)及/或冷點(cold spot))，產生無法進行晶圓溫度均勻性高的溫度控制之問題。
[專利文獻1]：日本國特開2010－123712號公報 [專利文獻2]：日本國特開2003-338492號公報 [專利文獻3]：日本國特開平10-50813號公報
本發明是基於如此的課題的認識所進行的創作，其目的為提供一種靜電吸盤，對在氣體導入道內的放電可得到高的耐受電壓，或者即使是在氣體導入道內配設陶瓷多孔體的構造也能對吸附的對象物進行晶圓溫度均勻性高的溫度控制。
依照本發明的一態樣，提供一種靜電吸盤，其特徵在於包含： 陶瓷介電質基板，具有：承載吸附的對象物的第一主表面(principal surface)，和與前述第一主表面相反側的第二主表面，和由前述第二主表面至前述第一主表面設置的貫通孔； 金屬製的底板，支撐前述陶瓷介電質基板，具有與前述貫通孔連通的氣體導入道；以及 絕緣體塞，具有：配設於前述氣體導入道的陶瓷多孔體，和配設於前述陶瓷多孔體與前述氣體導入道之間，比前述陶瓷多孔體緻密的陶瓷絕緣膜， 前述陶瓷絕緣膜由前述陶瓷多孔體的表面深入到前述陶瓷多孔體的內部。
第一發明為一種靜電吸盤，其特徵在於包含： 陶瓷介電質基板，具有：承載吸附的對象物的第一主表面，和與前述第一主表面相反側的第二主表面，和由前述第二主表面至前述第一主表面設置的貫通孔； 金屬製的底板，支撐前述陶瓷介電質基板，具有與前述貫通孔連通的氣體導入道；以及 絕緣體塞，具有：配設於前述氣體導入道的陶瓷多孔體，和配設於前述陶瓷多孔體與前述氣體導入道之間，比前述陶瓷多孔體緻密的陶瓷絕緣膜， 前述陶瓷絕緣膜由前述陶瓷多孔體的表面深入到前述陶瓷多孔體的內部。
依照該靜電吸盤，不僅可藉由配設於氣體導入道的陶瓷多孔體，也可藉由陶瓷絕緣膜提高在貫通孔及氣體導入道的耐受電壓。 而且，因在陶瓷多孔體與陶瓷絕緣膜之間的邊界面不存在絕熱層，故對象物的溫度分布被均勻化，可抑制在貫通孔之上的對象物產生所謂的熱點。而且，可抑制陶瓷絕緣膜自陶瓷多孔體剝離，可謀求耐受電壓的提高。進而可抑制陶瓷多孔體被密封，可抑制氣體的流量減少。
第二發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第一發明中，前述陶瓷絕緣膜的熱膨脹係數與前述陶瓷多孔體的熱膨脹係數及前述陶瓷介電質基板的熱膨脹係數的各個相同。
依照該靜電吸盤，因在陶瓷多孔體與陶瓷絕緣膜之間的邊界面不存在絕熱層，故對象物的溫度分布被均勻化，可抑制在貫通孔之上的對象物產生所謂的熱點。而且，可抑制陶瓷絕緣膜自陶瓷多孔體剝離，可謀求耐受電壓的提高。進而可抑制陶瓷多孔體被密封，可抑制氣體的流量減少。
第三發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第一發明中，前述陶瓷絕緣膜的表面的算術平均粗糙度(arithmetic mean roughness)比前述陶瓷多孔體的表面的算術平均粗糙度小，比前述陶瓷介電質基板的表面的算術平均粗糙度大。
依照該靜電吸盤，因在陶瓷多孔體與陶瓷絕緣膜之間的邊界面不存在絕熱層，故對象物的溫度分布被均勻化，可抑制在貫通孔之上的對象物產生所謂的熱點。而且，可抑制陶瓷絕緣膜自陶瓷多孔體剝離，可謀求耐受電壓的提高。進而可抑制陶瓷多孔體被密封，可抑制氣體的流量減少。
第四發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第一發明中，前述陶瓷絕緣膜的孔隙率為10百分比以下，前述陶瓷多孔體的孔隙率為30百分比以上60百分比以下。
依照該靜電吸盤，陶瓷絕緣膜成為應力緩和層。
第五發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第一發明中，前述陶瓷絕緣膜的密度為3.0克/立方公分以上4.0克/立方公分以下，前述陶瓷多孔體的密度為1.5克/立方公分以上3.0克/立方公分以下。
依照該靜電吸盤，陶瓷絕緣膜成為應力緩和層。
第六發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第一發明中，在以前述陶瓷多孔體的熱膨脹係數為基準的情形下，前述陶瓷多孔體的熱膨脹係數與前述陶瓷絕緣膜的熱傳導率的差的比率為100%以下。
依照該靜電吸盤，可抑制陶瓷多孔體及陶瓷絕緣膜破壞，可維持在製程中穩定的冷卻性能。
第七發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第一發明中，前述陶瓷多孔體及前述陶瓷絕緣膜的各自的熱膨脹係數為7.0×10-6/℃以上10.0×10-6/℃以下。
依照該靜電吸盤，可抑制陶瓷多孔體及陶瓷絕緣膜破壞，可維持在製程中穩定的冷卻性能。
第八發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第一發明中，前述陶瓷多孔體及前述陶瓷絕緣膜的各自的熱傳導率為0.3瓦特/公尺・絕對溫度以上10瓦特/公尺・絕對溫度以下。
依照該靜電吸盤，對象物的溫度分布被均勻化，可抑制在貫通孔之上的對象物產生所謂的熱點。
第九發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第三發明中，前述陶瓷絕緣膜的表面的前述算術平均粗糙度為0.5微米以上4微米以下，前述陶瓷多孔體的表面的前述算術平均粗糙度為5微米以上20微米以下。
依照該靜電吸盤，具有適度包含空氣的構造之陶瓷絕緣膜成為應力緩和層。
第十發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第一發明中，前述陶瓷絕緣膜為配設於前述陶瓷多孔體的側面之陶瓷的熔射膜(thermal spraying film)。
依照該靜電吸盤，可藉由陶瓷的熔射膜之陶瓷絕緣膜，藉由具有陶瓷多孔體及陶瓷絕緣膜的絕緣體塞得到高的絕緣性。
第十一發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第一發明中，前述陶瓷多孔體之長度對外徑的比率為0.6以上。
依照該靜電吸盤，在具有陶瓷多孔體及陶瓷絕緣膜的絕緣體塞中，可藉由使絕緣體塞之長度對外徑的比率為0.6以上而得到高的絕緣性。
第十二發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第十一發明中，前述陶瓷多孔體的外徑為1毫米以上。
依照該靜電吸盤，可使吸附的對象物之冷點為1℃以下。
第十三發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第十一發明中，前述陶瓷多孔體的長度為3毫米以上。
依照該靜電吸盤，若使陶瓷多孔體的長度為3毫米以上，則可得到高的絕緣性。
第十四發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第一發明中，當以前述貫通孔的內徑為D，以前述貫通孔的中心到前述陶瓷多孔體的外周的距離為L時，L/D為5以上。
依照該靜電吸盤，可藉由使L/D為5以上而提高在貫通孔及氣體導入道的耐受電壓。
第十五發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第一發明中，由前述貫通孔的每一個流出的He氣的流量當前述He氣的壓力差以30Torr時為0.5sccm以上14sccm以下。
依照該靜電吸盤，於在氣體導入道內配設有陶瓷多孔體，在陶瓷多孔體之上設置有放出氣體的貫通孔之靜電吸盤中，在貫通孔的正上方的吸附對象物很難產生所謂的熱點及/或冷點。
第十六發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第一發明中，由前述陶瓷多孔體的每一個流出的He氣的流量當前述He氣的壓力差以30Torr時為3sccm以上24sccm以下。
依照該靜電吸盤，於在氣體導入道內配設有陶瓷多孔體，在陶瓷多孔體之上設置有放出氣體的貫通孔之靜電吸盤中，在貫通孔的正上方的吸附對象物很難產生所謂的熱點及/或冷點。
第十七發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第一發明中，前述貫通孔的內徑為0.05毫米以上1毫米以下。
依照該靜電吸盤，於在氣體導入道內配設有陶瓷多孔體，在陶瓷多孔體之上設置有放出氣體的貫通孔之靜電吸盤中，在貫通孔的正上方的吸附對象物很難產生所謂的熱點及/或冷點。
第十八發明為一種靜電吸盤，其特徵為：在第一發明中，前述陶瓷多孔體的外徑為7毫米以下。
依照該靜電吸盤，於在氣體導入道內配設有陶瓷多孔體，在陶瓷多孔體之上設置有放出氣體的貫通孔之靜電吸盤中，在貫通孔的正上方的吸附對象物很難產生所謂的熱點及/或冷點。
以下，針對本發明的實施的形態，一邊參照圖面，一邊進行說明。此外，各圖面中對同樣的構成元件附加同一符號而適宜省略詳細的說明。
圖1是舉例說明與本實施形態有關的靜電吸盤的構成之模式剖面圖。 圖2是舉例說明與本實施形態有關的靜電吸盤的其他的構成之模式剖面圖。 圖3是圖1及圖2所示的A部之模式放大剖面圖。 圖4是顯示圖1及圖2所示的A部的變形例之模式放大剖面圖。
如圖1所示，與本實施形態有關的靜電吸盤110具備陶瓷介電質基板11與底板50與絕緣體塞70。
陶瓷介電質基板11為例如由燒結陶瓷(sintered ceramic)構成的平板狀的基材，具有：承載矽晶圓等的半導體基板等的吸附的對象物W的第一主表面11a，和與該第一主表面11a相反側的第二主表面11b。
在陶瓷介電質基板11配設有電極12。電極12介設於陶瓷介電質基板11的第一主表面11a與第二主表面11b之間。也就是說，電極12插入陶瓷介電質基板11之中而被形成。靜電吸盤110藉由對該電極12施加吸附保持用電壓80，而在電極12的第一主表面11a側產生電荷，透過靜電力吸附保持對象物W。
此處，在本實施形態的說明中，擬稱連結第一主表面11a與第二主表面11b的方向(第一方向)為Z方向，稱與Z方向正交的方向之一(第二方向)為Y方向，稱正交於Z方向及Y方向的方向(第三方向)為X方向。
電極12沿著陶瓷介電質基板11的第一主表面11a及第二主表面11b配設成薄膜狀。電極12是用以吸附保持對象物W的吸附電極。電極12既可以是單極型也可以是雙極型。圖1所示的電極12為雙極型，在同一面上配設有2極的電極12。
在電極12配設有延伸於陶瓷介電質基板11的第二主表面11b側的連接部20。連接部20是藉由硬銲(brazing)等的適切的方法連接與電極12導通的介層(via)(實心型)或介層孔(via hole)(空心型)或者金屬端子。
底板50為支撐陶瓷介電質基板11的構件。陶瓷介電質基板11藉由圖3所示的接著構件60固定於底板50之上。接著構件60使用例如矽接著劑(silicone adhesive)。
底板50例如被分成鋁製的上部50a與下部50b，在上部50a與下部50b之間設置有連通道(communication path)55。連通道55為一端側連接於輸入道51，他端側連接於輸出道52。
底板50發揮進行靜電吸盤110的溫度調整的作用。例如，在將靜電吸盤110冷卻的情形下，使冷卻介質(cooling medium)由輸入道51流入，使其通過連通道55，使其由輸出道52流出。據此，可藉由冷卻介質吸收底板50的熱，將安裝於其上的靜電吸盤110冷卻。另一方面，在將靜電吸盤110保溫的情形下，也能將保溫介質注入到連通道55內。或者，也能使發熱元件(heating element)內建於靜電吸盤110或底板50。如此，若透過底板50調整靜電吸盤110的溫度，則可調整藉由靜電吸盤110吸附保持的對象物W的溫度。
而且，在陶瓷介電質基板11的第一主表面11a側依照需要設置有點13，在點13之間設置有溝14。該溝14連通，在搭載於靜電吸盤110的對象物W的背面與溝14之間形成有空間。
在溝14連接有設置於陶瓷介電質基板11的貫通孔15。貫通孔15是由陶瓷介電質基板11的第二主表面11b到第一主表面11a貫通陶瓷介電質基板11而被設置。
可藉由適宜選擇點13的高度（溝14的深度）、點13及溝14的面積比率、形狀等，將對象物W的溫度或附著於對象物W的微粒（particle）控制於較佳的狀態。 另一方面，在底板50設置有氣體導入道53。氣體導入道53例如貫通底板50而被設置。氣體導入道53不貫通底板50，由其他的氣體導入道53的途中分岔而被設置到陶瓷介電質基板11側為止也可以。而且，氣體導入道53設置於底板50的複數處也可以。
氣體導入道53與貫通孔15連通。若在吸附保持對象物W的狀態下由氣體導入道53導入氦（He）等的傳送氣體，則傳送氣體流到設置於對象物W與溝14之間的空間，可藉由傳送氣體直接將對象物W冷卻。
如圖2所示，例如傳送氣體的供給量藉由控制部90控制。圖2所示的靜電吸盤110a與圖1所示的靜電吸盤110比較更具備控制部90。控制部90控制傳送氣體的壓力差及/或傳送氣體的流量。
絕緣體塞70配設於設置於底板50的氣體導入道53。絕緣體塞70被嵌入氣體導入道53的陶瓷介電質基板11側。如圖3所示，例如在氣體導入道53的陶瓷介電質基板11側配設有鏜孔部(counterbore part)53a。鏜孔部53a配設成筒狀。藉由適切地設計鏜孔部53a的內徑，使絕緣體塞70被嵌合於鏜孔部53a。
絕緣體塞70具有陶瓷多孔體71與陶瓷絕緣膜72。陶瓷多孔體71配設成筒狀(例如圓筒形)，被嵌合於鏜孔部53a。絕緣體塞70的形狀以圓筒形較理想，但不被限定於圓筒形。陶瓷多孔體71使用具有絕緣性的材料。作為陶瓷多孔體71的材料例如為Al2O3或Y2O3、ZrO2、MgO、SiC、AlN、Si3N4或SiO2等的玻璃也可以。或者陶瓷多孔體71的材料為Al2O3-TiO2或Al2O3-MgO、Al2O3-SiO2、Al6O13Si2、YAG、ZrSiO4等也可以。
陶瓷多孔體71的孔隙率為例如30百分比(%)以上60百分比(%)以下。陶瓷多孔體71的密度為例如1.5克/立方公分(g/cm3)以上3.0克/立方公分以下。藉由這種孔隙率，流過氣體導入道53的He等的傳送氣體就會通過陶瓷多孔體71的多數個孔隙(pore)而被由設置於陶瓷介電質基板11的貫通孔15送至溝14。
陶瓷絕緣膜72配設於陶瓷多孔體71與氣體導入道53之間。陶瓷絕緣膜72比陶瓷多孔體71緻密。關於圖5如後述，陶瓷絕緣膜72藉由例如熔射形成。陶瓷絕緣膜72的孔隙率為例如10%以下。陶瓷絕緣膜72的密度為例如3.0g/cm3以上4.0g/cm3以下。陶瓷絕緣膜72配設於陶瓷多孔體71的側面。陶瓷絕緣膜72使用例如Al2O3或Y2O3等的陶瓷的熔射膜。
陶瓷介電質基板11的孔隙率為例如1%以下。陶瓷介電質基板11的密度為例如4.2g/cm3。 孔隙率是根據JIS C 2141並透過雷射顯微鏡(laser microscope)而被測定。密度是根據JIS C 2141 5.4.3而被測定。
如圖3所示，絕緣體塞70一被嵌合於氣體導入道53的鏜孔部53a，就成為陶瓷絕緣膜72與底板50相接的狀態。也就是說，絕緣性高的陶瓷多孔體71及陶瓷絕緣膜72會介於將He等的傳送氣體導引至溝14的貫通孔15與金屬製的底板50之間。藉由使用這種絕緣體塞70，與僅將陶瓷多孔體71配設於氣體導入道53的情形比較，可發揮高的絕緣性。  
如圖4所示，在陶瓷多孔體71的上部未設置有貫通孔15也可以。此情形與圖3所示的的例子比較，配設於陶瓷多孔體71之上的接著構件60的區域被減少較理想。據此，可抑制被由設置於陶瓷多孔體71的上方的貫通孔15電漿照射而受到損壞(damage)，而使接著構件60成為微粒源。而且，絕緣體塞70被嵌合於配設於陶瓷介電質基板11之側的鏜孔部53a也可以。
圖5是顯示陶瓷絕緣膜的例子之圖。 如圖5所示，作為陶瓷絕緣膜72的材料使用例如Al2O3、Y2O3、ZrO2、MgO等。或者使用Al2O3-TiO2或Al2O3-MgO、Al2O3-SiO2、Al6O13Si2、YAG、ZrSiO4等也可以。
陶瓷絕緣膜72藉由熔射形成於陶瓷多孔體71的側面。所謂熔射是指透過加熱使塗佈材料(coating material)熔融或軟化，使其成微粒子狀並將其加速，使其碰撞陶瓷多孔體71的側面，藉由使被扁平壓碎的粒子凝固、堆積形成塗膜的方法。陶瓷絕緣膜72藉由例如PVD(Physical Vapor Deposition：物理氣相沉積)或CVD、溶膠凝膠法(sol-gel method)、氣溶膠沉積法(aerosol deposition method)等製作也可以。
陶瓷絕緣膜72當藉由熔射形成陶瓷時，膜厚為例如0.05mm以上0.5mm以下。此情形耐受電壓為例如5.3kV/mm以上7.7kV/mm以下。在陶瓷絕緣膜72的膜厚為未滿0.05mm的情形下，有時會因陶瓷絕緣膜72的膜厚產生個別差異(individual difference)而局部地產生膜厚薄之處。在此情形下，有時耐受電壓會降低。據此，陶瓷絕緣膜72的膜厚為0.05mm以上較理想。另一方面，在陶瓷絕緣膜72的膜厚比0.5mm厚的情形下，製造上陶瓷絕緣膜72有時會產生碎片。在此情形下，因絕熱層增大，故對象物W有時會產生所謂的熱點。據此，陶瓷絕緣膜72的膜厚為0.5mm以下較理想。
參考例係當在陶瓷多孔體71與底板50之間設置10mm以下的空間時，耐受電壓為例如1kV/mm。
圖6（a）及（b）是舉例說明絕緣體塞與貫通孔的關係之模式斜視圖。 在圖6（a）及（b）中舉例說明絕緣體塞70與貫通孔15的位置關係。貫通孔15以二點鏈線表示。在圖6（a）所示的例子中，在一個絕緣體塞70之上配置有一個貫通孔15。貫通孔15配置於例如絕緣體塞70的中心附近之上。
在圖6（b）所示的例子中，在一個絕緣體塞70之上配置有複數個貫通孔15。在圖6（b）顯示有配置有3個貫通孔15的例子。當在一個絕緣體塞70之上配置複數個貫通孔15時，在複數個貫通孔15之中最接近陶瓷多孔體71的外周的貫通孔15中容易發生絕緣破壞。 此外，在本實施形態中有時會以在如圖6（a）所示的一個絕緣體塞70之上配置有一個貫通孔15的情形為例而進行說明。
圖7（a）及（b）是顯示本實施形態的絕緣體塞的近旁之模式圖。圖7（a）是顯示本實施形態的絕緣體塞之模式剖面圖。圖7（b）是將圖7（a）所示的區域B放大之照片圖。
如圖7（b）所示，在本實施形態的絕緣體塞70中，陶瓷絕緣膜72由陶瓷多孔體71的表面深入到內部。所謂[深入到內部]是表示陶瓷絕緣膜72與陶瓷多孔體71之間的邊界層不是成層狀，而是在表面有凹凸，在剖面中可看見陶瓷絕緣膜72由陶瓷多孔體71的最外周深入到一定長度的內部，在實際的三維形狀中顯示陶瓷絕緣膜72與陶瓷多孔體71之間的邊界部成為交錯的波狀。更具體為，陶瓷絕緣膜72存在於由陶瓷多孔體71的表面朝內部100μm以下的部分。更佳為陶瓷絕緣膜72存在於由陶瓷多孔體71的表面朝內部50μm以下的部分。
在本案說明書中，[陶瓷多孔體]的表面或[陶瓷多孔體與陶瓷絕緣膜之間的邊界面]是指在藉由掃描電子顯微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope)觀察了絕緣體塞的剖面時，連結由存在於不同的組成的界面的5μm以下的邊界部的點，或者存在於陶瓷多孔體之中最外側(陶瓷絕緣膜之側)的點選擇的複數個點(例如兩點)之邊界線75(參照圖7(b))。
陶瓷絕緣膜72由陶瓷多孔體71的表面深入到內部的量可藉由透過SEM觀察的剖面照片計測。在透過SEM進行的觀察中在陶瓷絕緣膜72的材料延伸的情形下，可使用CP(Cross Section Polisher(註冊商標))研磨等而進行剖面的觀察。
樹脂及玻璃與陶瓷比較難以傳導熱。因此，絕緣膜例如使用樹脂或玻璃的話，有在貫通孔15之上的對象物W產生所謂的熱點之虞。而且，絕緣膜若以樹脂或橡膠為材料藉由套筒(sleeve)形成的話，則在陶瓷多孔體71與絕緣膜之間的邊界部形成有絕熱層(空氣層)。於是，有在貫通孔15之上的對象物W產生所謂的熱點之虞。
相對於此，本實施形態的絕緣體塞70具有陶瓷絕緣膜72由陶瓷多孔體71的表面深入到內部的構造。陶瓷絕緣膜72包含空氣(緩衝層)，另一方面與陶瓷多孔體71及底板50接觸。陶瓷絕緣膜72與陶瓷多孔體71的接觸形態為例如接觸部深入的形式的點接觸。陶瓷絕緣膜72與底板50的接觸形態為例如點接觸。因此，在陶瓷多孔體71與陶瓷絕緣膜72之間的邊界不存在層狀的絕熱層(空氣層)。據此，對象物W的溫度分布被均勻化，可抑制在貫通孔15之上的對象物W產生所謂的熱點。
絕緣膜若使用例如熱收縮管(heat shrinkable tube)等的橡膠形成的話，則與陶瓷絕緣膜72藉由熔射形成陶瓷的情形比較，橡膠不深入到陶瓷多孔體71僅存在於陶瓷多孔體71的表面。於是，有絕緣膜自陶瓷多孔體71剝離之虞。若絕緣膜自陶瓷多孔體71剝離，則有耐受電壓降低之虞。而且，因包含層狀的絕熱層，故無法抑制在貫通孔15之上的對象物W產生所謂的熱點。
相對於此，本實施形態的絕緣體塞70具有陶瓷絕緣膜72由陶瓷多孔體71的表面深入到內部的構造。因此，陶瓷絕緣膜72藉由定錨效應（anchoring effect）而難以由陶瓷多孔體71剝離。據此，可謀求耐受電壓的提高。
絕緣膜若藉由接著形成例如陶瓷的話，則與陶瓷絕緣膜72藉由熔射形成陶瓷的情形比較，接著劑更進一步進入陶瓷多孔體71的內部。於是，接著劑密封陶瓷多孔體71及多孔體內部的空隙，有傳送氣體的流量減少之虞。
相對於此，本實施形態的絕緣體塞70具有陶瓷絕緣膜72由陶瓷多孔體71的表面深入到內部的構造。因此，在將絕緣體塞70設置於氣體導入道53時，可抑制陶瓷多孔體71的側面或內部藉由接著劑等密封。據此，可抑制由氣體導入道53流到貫通孔15的傳送氣體的流量減少。
在本實施形態中，陶瓷絕緣膜72的熱膨脹係數與陶瓷多孔體71的熱膨脹係數大致相同。而且，陶瓷絕緣膜72的熱膨脹係數與陶瓷介電質基板11的熱膨脹係數大致相同。陶瓷絕緣膜72、陶瓷多孔體71及陶瓷介電質基板11的各自的熱膨脹係數在25℃以上800℃以下的環境中為例如7.0×10-6/℃以上10.0×10-6/℃以下。熱膨脹係數是藉由組合熱膨脹係數已知的原料與陶瓷絕緣膜72測定伸長(elongation)而算出。或者熱膨脹係數是藉由SEM或熱膨脹計(TMA：thermomechanical analyzer(熱機械分析儀))而算出。
因陶瓷多孔體71的熱膨脹係數與陶瓷絕緣膜72的熱膨脹係數大致相同，故陶瓷多孔體71及陶瓷絕緣膜72可對溫度變化互相追蹤。因此，可抑制陶瓷多孔體71及陶瓷絕緣膜72破壞。據此，可維持在製程中穩定的冷卻性能。
而且，陶瓷多孔體71的熱傳導率與陶瓷絕緣膜72的熱傳導率大致相同。陶瓷多孔體71及陶瓷絕緣膜72的各自的熱傳導率為例如0.3瓦特/公尺・絕對溫度(W/m・K)以上10W/m・K以下。
在藉由熔射形成陶瓷絕緣膜72的情形下，與藉由套筒形成絕緣膜的情形比較，可更減小絕緣體塞70的外徑。在藉由套筒形成絕緣膜的情形下，套筒的厚度需要約1毫米(mm)。也就是說，在藉由熔射形成陶瓷絕緣膜72的情形下，可使陶瓷絕緣膜72的厚度更薄。據此，可抑制傳送氣體的流動被阻礙，或者可抑制空氣的絕熱層被形成，可抑制在貫通孔15之上的對象物W產生所謂的熱點。
圖8（a）~（f）是舉例說明本實施形態的絕緣體塞的變形例之模式剖面圖。 如圖8（a）及圖8（b）所示，陶瓷絕緣膜72在絕緣體塞70的剖面中具有曲面也可以。在圖8（a）所示的例子中，陶瓷絕緣膜72的Z方向中的中央部朝陶瓷多孔體71的內側彎曲。在圖8（b）所示的例子中，陶瓷絕緣膜72的Z方向中的中央部朝陶瓷多孔體71的外側彎曲。
如圖8（c）及圖8（d）所示，陶瓷絕緣膜72在絕緣體塞70的剖面中具有錐形也可以。在圖8（c）所示的例子中，陶瓷絕緣膜72的Z方向中的中央部朝陶瓷多孔體71的內側傾斜。在圖8（d）所示的例子中，陶瓷絕緣膜72的Z方向中的中央部朝陶瓷多孔體71的外側傾斜。
如圖8（e）及圖8（f）所示，陶瓷絕緣膜72在絕緣體塞70的剖面中具有段形狀也可以。在圖8（e）所示的例子中，在陶瓷絕緣膜72的Z方向中的下部設置有段差(level difference)。在圖8（f）所示的例子中，在陶瓷絕緣膜72的Z方向中的上部設置有段差。
圖9是顯示本實施形態的絕緣體塞的近旁的其他的例子之模式圖。 如圖9所示，藉由例如熔射形成的陶瓷絕緣膜不僅配設於陶瓷多孔體71的側面，也可以配設於底板50的上部50a的表面。當在底板50的上部50a的表面配設有陶瓷絕緣膜73時，因陶瓷絕緣膜73的表面粗糙度比金屬的底板50的表面粗糙度大，故可提高底板50與陶瓷介電質基板11的接著力。
而且，配設於底板50的上部50a的表面的陶瓷絕緣膜73可使將高頻電壓施加於電極12時的耐受電壓提高，可抑制配設於陶瓷多孔體71的側面的陶瓷絕緣膜72的端部的耐受電壓降低。
進而，配設於底板50的上部50a的表面的陶瓷絕緣膜73緩和底板50的熱膨脹與陶瓷介電質基板11的熱膨脹之間的差。因此，配設於底板50的上部50a的表面的陶瓷絕緣膜73可緩和因熱加入而產生的應力。緩和應力在配設於陶瓷多孔體71的側面的陶瓷絕緣膜72中也一樣。
針對應力緩和一邊參照圖面，一邊更進一步說明。 圖10（a）及（b）是說明本實施形態的陶瓷絕緣膜的應力緩和之模式剖面圖。 圖10（a）是舉例說明熱加入底板時產生的應力的一例之模式剖面圖。圖10（b）是舉例說明因製程中的氣壓變化而產生的應力的一例之模式剖面圖。
在電漿製程(plasma process)中，例如高輸出化或高溫化進行。而且，產量(throughput)的高速化被期望。此處，如圖10（a）所示的箭頭A1，若在製程中熱加入底板50，則底板50伸長。於是，因絕緣體塞70的伸長率與底板50的伸長率不同，故如圖10（a）所示的箭頭A2~箭頭A5，朝絕緣體塞70的內側及氣體導入道53的內側產生應力。於是，如例如圖10（a）所示的箭頭A2及箭頭A3，在絕緣體塞70朝絕緣體塞70的內側產生應力。
而且，在製程中使例如反應室(chamber)的內部成大氣狀態，或成真空狀態。於是，如圖10（b）所示的箭頭A6及箭頭A7，在絕緣體塞70於Z方向產生應力。
相對於此，本實施形態的絕緣體塞70具有陶瓷絕緣膜72。陶瓷絕緣膜72配設於陶瓷多孔體71與氣體導入道53之間，比陶瓷多孔體71還緻密。因此，陶瓷絕緣膜72當作緩和由外部施加的應力之應力緩和層而發揮功能。
據此，可抑制陶瓷多孔體71因由外部施加的應力而破壞。而且，可抑制耐受電壓降低。而且，可抑制傳送氣體流到底板50，發生放電。因此，與陶瓷絕緣膜72藉由樹脂或膠帶(tape)等形成的情形比較，可抑制可靠度(reliability)降低。而且，因陶瓷絕緣膜72藉由熔射形成，故可更容易控制陶瓷絕緣膜72的厚度。
其次，針對陶瓷多孔體71及陶瓷絕緣膜72的例子，一邊參照圖面，一邊說明。 圖11是舉例說明孔隙率與耐受電壓的關係之圖表。 圖12是舉例說明孔隙率與傳送氣體的流量的關係之圖表。 在圖11及圖12所示的圖表的橫軸是表示孔隙率(%)。在圖11所示的圖表的縱軸是表示耐受電壓之對基準的比率。在圖12所示的圖表的縱軸是表示傳送氣體的流量之對基準的比率。
如圖11所示，若陶瓷多孔體71的孔隙率比60%高，則耐受電壓之對基準的比率(安全率)成為未滿5。在耐受電壓為基準值以下的情形下，耐受電壓不提高。因此，陶瓷多孔體71的孔隙率為60%以下較理想。
如圖12所示，若陶瓷多孔體71的孔隙率比30%低，則傳送氣體的流量之對基準的比率成為未滿5。在傳送氣體的流量為基準值以下的情形下，傳送氣體的流量減少，有在貫通孔15之上的對象物W產生所謂的熱點之虞。因此，陶瓷多孔體71的孔隙率為30%以上較理想。 因此，陶瓷多孔體71的孔隙率為30%以上60%以下較理想。
如圖11所示，若陶瓷絕緣膜72的孔隙率比10%高，則耐受電壓之對基準的比率(安全率)成為未滿17。在耐受電壓為基準值以下的情形下，耐受電壓不提高。因此，陶瓷絕緣膜72的孔隙率為10%以下較理想。
圖13是舉例說明熱傳導率與冷卻性能的關係之圖表。 圖14（a）及（b）是舉例說明孔隙率與陶瓷多孔體的熱傳導率的關係，以及孔隙率與陶瓷多孔體的密度的關係之圖表。 圖15是舉例說明孔隙率與陶瓷絕緣膜的熱傳導率的關係，以及孔隙率與陶瓷絕緣膜的密度的關係之圖表。 圖14（a）是舉例說明作為陶瓷多孔體71的材料使用Al2O3(氧化鋁)的情形之圖表。圖14（b）是舉例說明作為陶瓷多孔體71的材料使用Y2O3(氧化釔)的情形之圖表。
圖13所示的圖表的橫軸是表示熱傳導率(W/m・K)。圖13所示的圖表的縱軸是表示冷卻性能之對基準的比率。 圖14（a）、圖14（b）及圖15所示的圖表的橫軸是表示孔隙率(%)。圖14（a）及（b）所示的圖表的縱軸是表示陶瓷多孔體的熱傳導率(右軸)，與陶瓷多孔體的密度(左軸)。圖15所示的圖表的縱軸是表示陶瓷絕緣膜的熱傳導率(右軸)，與陶瓷絕緣膜的密度(左軸)。
如圖13所示，若熱傳導率比0.3W/m・K小，則冷卻性能之對基準的比率成為未滿10。在冷卻性能為基準值以下的情形下，有在絕緣體塞70之上的對象物W產生所謂的熱點之虞。因此，陶瓷多孔體71的熱傳導率為0.3W/m・K以上較理想。而且，陶瓷絕緣膜72的熱傳導率為0.3W/m・K以上較理想。
關於圖11及圖12如前述，陶瓷多孔體71的孔隙率為30%以上60%以下較理想。於是，如圖14（a）所示，使用氧化鋁的陶瓷多孔體71的熱傳導率為3W/m・K以上10W/m・K以下較理想。而且，使用氧化鋁的陶瓷多孔體71的密度為1.5g/cm3以上3.0g/cm3以下較理想。如圖14（b）所示，使用氧化釔的陶瓷多孔體71的熱傳導率為0.3W/m・K以上1.0W/m・K以下較理想。而且，使用氧化釔的陶瓷多孔體71的密度為4.5g/cm3以上9.0g/cm3以下較理想。據此，陶瓷多孔體71的熱傳導率為0.3W/m・K以上10W/m・K以下較理想。而且，陶瓷多孔體71的密度為1.5g/cm3以上3.0g/cm3以下較理想。
關於圖11如前述，陶瓷絕緣膜72的孔隙率為10%以下較理想。於是，如圖15所示，陶瓷絕緣膜72的熱傳導率為3W/m・K以上8W/m・K以下較理想。而且，陶瓷絕緣膜72的密度為3g/cm3以上4g/cm3以下較理想。
圖16是舉例說明熱膨脹係數的差的比率與應力的關係之圖表。 圖16所示的圖表的橫軸是表示以陶瓷多孔體71的熱膨脹係數為基準時的陶瓷多孔體71的熱膨脹係數與陶瓷絕緣膜72的熱傳導率的差的比率。圖16所示的圖表的縱軸是表示應力之對基準的比率。
如圖16所示，在以陶瓷多孔體71的熱膨脹係數為基準的情形下，若陶瓷多孔體71的熱膨脹係數與陶瓷絕緣膜72的熱傳導率的差的比率比100%高的話，則應力之對基準的比率成為比10還高。在應力為基準值以上的情形下，有陶瓷多孔體71破損之虞。因此，在以陶瓷多孔體71的熱膨脹係數為基準的情形下，陶瓷多孔體71的熱膨脹係數與陶瓷絕緣膜72的熱傳導率的差的比率為100%以下較佳。陶瓷多孔體71的熱膨脹係數與陶瓷絕緣膜72的熱傳導率的差的比率為50%以下更佳。
圖17是顯示材料的熱膨脹係數的一例之表。 在25℃以上800℃以下的環境下，Al2O3(氧化鋁)的熱膨脹係數為例如7.0×10-6/℃。Y2O3的熱膨脹係數為例如7.2×10-6/℃。TiC-TiN的熱膨脹係數為例如7.4×10-6/℃。Al2O3(藍寶石(sapphire))的熱傳導率為例如7.7×10-6/℃。MgO-SiO2的熱膨脹係數為例如7.7×10-6/℃。2MgO-SiO2的熱膨脹係數為例如10.0×10-6/℃。
陶瓷多孔體71的材料關於圖1~圖4如前述。陶瓷多孔體71的熱膨脹係數為7.0×10-6/℃以上10.0×10-6/℃以下較理想。 陶瓷絕緣膜72的材料關於圖5如前述。陶瓷絕緣膜72的熱膨脹係數為7.0×10-6/℃以上10.0×10-6/℃以下較理想。
圖18是舉例說明表面粗糙度與密著性的關係之圖表。 圖19是舉例說明表面粗糙度與耐受電壓、流量、應力以及冷卻性能的各個的關係之圖表。
如圖18所示，若因定錨效應而使表面粗糙度增加的話，則密著性增加。也就是說，在表面粗糙度與密著性之間有相關。表示密著性與耐受電壓、流量、應力以及冷卻性能的各個的相關的圖表如圖19所示。 在本案說明書中，[表面粗糙度]是指算術平均粗糙度Ra。表面粗糙度是根據JIS B 0601藉由表面粗糙度計(surface roughness meter)測定。測定陶瓷多孔體71的表面粗糙度的位置為陶瓷多孔體71的側面的Z方向中的中央部(例如圖3所示的位置P1)。測定陶瓷絕緣膜72的表面粗糙度的位置為陶瓷絕緣膜72的側面的Z方向中的中央部(例如圖3所示的位置P2)。
如圖19所示，流量(基準比)若表面粗糙度增加的話就增加。而且，冷卻性能(基準比)若表面粗糙度增加的話就增加。若表面粗糙度比4μm大，則耐受電壓(基準比)成為未滿2。在耐受電壓為基準值以下的情形下，耐受電壓不提高。因此，陶瓷絕緣膜72的表面粗糙度為4μm以下較理想。另一方面，因在陶瓷絕緣膜72的粒子包含有空氣，故若陶瓷絕緣膜72的表面粗糙度比0.5μm小，則表面精加工(surface finishing)會花必要以上的勞力時間及成本。因此，陶瓷絕緣膜72的表面粗糙度為0.5μm以上較理想。因此，陶瓷絕緣膜72的表面粗糙度為0.5μm以上4μm以下較理想。
若表面粗糙度成為5μm以上，則傳送氣體的流量的增加變大。因此，陶瓷多孔體71的表面粗糙度為5μm以上較理想。 若表面粗糙度比20μm大，則應力(壓縮、拉伸)的降低變大。因此，陶瓷多孔體71的表面粗糙度為20μm以下較理想。因此，陶瓷多孔體71的表面粗糙度為5μm以上20μm以下較理想。 此外，陶瓷介電質基板11的表面粗糙度為0.1μm以上1μm以下較理想。
關於陶瓷介電質基板11、陶瓷多孔體71及陶瓷絕緣膜72的其他的物理性質(physical property)可舉出殘留應力(residual stress)、硬度(維氏硬度(Vickers hardness)：HV)及楊氏模數(Young's modulus)。 陶瓷多孔體71的殘留應力為150百萬帕斯卡(MPa)以下。陶瓷多孔體71的硬度(HV)為2十億帕斯卡(GPa)以上10GPa以下。陶瓷多孔體71的楊氏模數為50GPa以上200GPa以下。 陶瓷絕緣膜72的殘留應力為1500MPa以下。陶瓷絕緣膜72的硬度(HV)為0.1GPa以上5GPa以下。陶瓷絕緣膜72的楊氏模數為40GPa以上100GPa以下。 陶瓷介電質基板11的殘留應力為700MPa以下。陶瓷介電質基板11的硬度(HV)為5GPa以上20GPa以下。陶瓷介電質基板11的楊氏模數為150GPa以上500GPa以下。
其次，針對陶瓷多孔體71的例子進行說明。 圖20是舉例說明縱橫比與耐受電壓的關係之圖。 圖20的橫軸是表示縱橫比，縱軸是表示耐受電壓(%)。此處，橫軸的縱橫比為陶瓷多孔體71之長度(Z方向的長度)對外徑的比率。而且，縱軸的耐受電壓的100%是指未配設絕緣體塞70的情形的耐受電壓。
如圖20所示，若縱橫比為0.6以上，則耐受電壓超過100%。因此，陶瓷多孔體71的縱橫比為0.6以上較理想。
圖21是舉例說明陶瓷多孔體的外徑與耐受電壓的關係之圖。 圖21的橫軸是表示陶瓷多孔體71的外徑(mm)，縱軸是表示耐受電壓(%)。此處，縱軸的耐受電壓的100%是指未配設絕緣體塞70的情形的耐受電壓。
如圖21所示，若陶瓷多孔體71的外徑為1mm以上，則耐受電壓超過100%。因此，陶瓷多孔體71的外徑為1mm以上較理想。而且，若使陶瓷多孔體71的外徑為1mm以上，則可使吸附的對象物W之在冷點的溫度差(貫通孔15的正上方中的對象物W的位置與其周邊的溫度差)為1℃以下。
圖22是舉例說明陶瓷多孔體的長度與耐受電壓的關係之圖。 圖22的橫軸是表示陶瓷多孔體71的長度(mm)，縱軸是表示耐受電壓(%)。此處，縱軸的耐受電壓的100%是指未配設絕緣體塞70的情形的耐受電壓。
如圖22所示，若陶瓷多孔體71的長度為3mm以上，則耐受電壓超過100%。因此，陶瓷多孔體71的長度為3mm以上較理想。
圖23是舉例說明陶瓷多孔體的比率(L/D)與耐受電壓的關係之圖。 圖23的橫軸是表示陶瓷多孔體71的比率(L/D)，縱軸是表示耐受電壓(%)。此處，橫軸的比率(L/D)為以貫通孔15的內徑為D，以由貫通孔15的中心到陶瓷多孔體71的外周的距離為L的情形的比率(L/D)。而且，縱軸的耐受電壓的100%是指未配設絕緣體塞70的情形的耐受電壓。
此處，針對比率(L/D)進行說明。 圖24（a）及（b）是舉例說明內徑D及距離L之模式俯視圖。 在圖24（a）及（b）顯示有由Z方向看貫通孔15及絕緣體塞70之模式的俯視圖。
在圖24（a）顯示有在一個絕緣體塞70之上配置有一個貫通孔15的例子。在該例子中，貫通孔15的中心與絕緣體塞70的中心一致。在貫通孔15為一個的情形下，以該貫通孔15的內徑為D，以由該貫通孔15的中心到陶瓷多孔體71的外周的距離為L。此外，在貫通孔15的中心與絕緣體塞70的中心不一致的情形下，以由貫通孔15的中心到陶瓷多孔體71的外周的距離之中最短的距離為L。
在圖24（b）顯示有在一個絕緣體塞70之上配置有複數個貫通孔15的例子。此情形，以複數個貫通孔15之中最接近陶瓷多孔體71的外周的貫通孔15的內徑為D。而且，以由該貫通孔15的中心到陶瓷多孔體71的外周的距離為L。
如圖23所示，若陶瓷多孔體71的比率(L/D)為5以上，則耐受電壓超過100%。因此，陶瓷多孔體71的比率(L/D)為5以上較理想。
圖20~圖23所示的陶瓷多孔體71的理想的條件若滿足圖20~圖23之中至少一個的話較佳，滿足圖20~圖23之中兩個以上更佳。而且，滿足圖20~圖23的全部最佳。
其次，針對傳送氣體的供給與對象物的溫度變化的關係進行說明。 圖25（a）~（d）是舉例說明吸附的對象物的溫度變化之圖。 在圖25（a）~（d）顯示有傳送氣體使用He氣的情形的對象物的溫度變化。
在圖25（a）及(b)顯示有未由貫通孔15放出He氣的狀態。圖25（b）是顯示使對象物W吸附於陶瓷介電質基板11之上的狀態之模式剖面圖。圖25（a）是舉例說明對象物W的溫度分布之模式圖。圖25（a）的橫軸是表示對象物W的位置，縱軸是表示貫通孔15的正上方與其周邊的溫度差(delta_T)。
如圖25（a）及(b)所示，當未由貫通孔15放出He氣時，對象物W中的貫通孔15的正上方的溫度比周邊的溫度高。陶瓷多孔體71的部分與金屬製的底板50的部分比較熱傳遞率低。因此，在未放出He氣的情形下，金屬製的底板50之上的部分的溫度容易降低，陶瓷多孔體71之上，特別是貫通孔15的正上方的部分的溫度很難降低。因此，在對象物W中貫通孔15的正上方的部分的溫度比金屬製的底板50之上的部分的溫度高。
如圖25（a）及(b)所示，以在對象物W中貫通孔15的正上方的周邊的溫度為基準，且貫通孔15的正上方的溫度高的情形的溫度差(delta_T)成為正(+)的delta_T。
在圖25（c）及(d)顯示有由貫通孔15放出He氣的狀態。圖25（d）是顯示使對象物W吸附於陶瓷介電質基板11之上的狀態之模式剖面圖。圖25（c）是舉例說明對象物W的溫度分布之模式圖。圖25（c）的橫軸是表示對象物W的位置，縱軸是表示貫通孔15的正上方與其周邊的溫度差(delta_T)。
此處，如圖25（d)所示，當由氣體導入道53導入He氣時，He氣由氣體導入道53通過陶瓷多孔體71的氣孔內而被送入貫通孔15。He氣通過貫通孔15被送至對象物W的下方的溝14內。藉由He氣接觸使對象物W的溫度降低。
如圖25（c）及(d)所示，當由貫通孔15放出He氣時，對象物W中的貫通孔15的正上方的溫度比周邊的溫度低。陶瓷多孔體71的部分與金屬製的底板50的部分比較熱傳遞率低。因此，若放出He氣，陶瓷多孔體71之上，特別是貫通孔15的正上方的部分的溫度降低的話，則比金屬製的底板50之上的部分的溫度低的狀態容易被維持。因此，在對象物W中貫通孔15的正上方的部分的溫度比金屬製的底板50之上的部分的溫度低。
如圖25（c）及(d)所示，以在對象物W中貫通孔15的正上方的周邊的溫度為基準，且貫通孔15的正上方的溫度低的情形的溫度差(delta_T)成為負(-)的delta_T。
此處，針對藉由靜電吸盤110吸附對象物W的情形的He氣等的傳送氣體的導入時機進行說明。 首先，將對象物W吸附保持於陶瓷介電質基板11的第一主表面11a。在吸附保持對象物W時，傳送氣體不被導入。控制部90進行控制以不導入傳送氣體。
若對象物W被吸附保持於陶瓷介電質基板11，則藉由靜電吸盤110的吸附力使對象物W的底面與配設於陶瓷介電質基板11的周緣的封環部(seal ring part)16接觸。在對象物W的底面與溝14之間形成有藉由點13劃分的空間。
吸附保持對象物W後，傳送氣體被導入。控制部90控制傳送氣體的壓力差及流量。藉由控制部90的控制，傳送氣體藉由規定的壓力差而被送入氣體導入道53。傳送氣體由氣體導入道53通過陶瓷多孔體71及貫通孔15被送至溝14內。
規定量的傳送氣體被填充至溝14內後，對象物W與陶瓷介電質基板11之間的空間藉由規定量的傳送氣體充滿。在對象物W被吸附保持的時候，傳送氣體僅被補充由對象物W與封環部16的間隙漏出的份。被填充於溝14內的傳送氣體可藉由與對象物W接觸而使對象物W的溫度降低。
然後，在解除對象物W的吸附保持的時機控制部90停止傳送氣體的供給，傳送氣體由對象物W與陶瓷介電質基板11之間的空間穿過。然後使對象物W自陶瓷介電質基板11分離。在實際的製程中運送對象物W，可縮短到處理下一個對象物W為止的時間(產量)。
在這種傳送氣體的導入時機中，在剛吸附保持對象物W之後傳送氣體被導入前的階段中，對象物W的溫度分布成為如圖25(a)所示。另一方面，在吸附保持對象物W後，導入傳送氣體後的階段中，對象物W的溫度分布成為如圖25(c)所示。
圖26是舉例說明氣體流量與溫度變化的關係之圖。 圖26的橫軸是表示由一個貫通孔15放出的He氣的流量(sccm：standard cubic centimeter per minute(每分鐘標準立方公分)，縱軸是表示對象物W的溫度差delta_T(℃)。此處，所供給的He氣的壓力差為30Torr。若由一個貫通孔15放出的He氣的流量增加，則溫度差delta_T降低。
在與本實施形態有關的靜電吸盤110中，由一個貫通孔15放出He氣的下限的流量為0.5sccm。另一方面，若由一個貫通孔15放出的He氣的流量過多，則溫度差delta_T過度降低溫度分布的均勻化變難。為了使對象物W的溫度分布均勻化，溫度差delta_T的絕對值為5℃以下較理想。因此，由一個貫通孔15放出的He氣的流量以14sccm以下較佳，較理想為12sccm以下，更理想為10sccm以下。
若使由一個貫通孔15放出的He氣的流量為14sccm以下，則溫度差delta_T的絕對值成為5℃以下。而且，若使由一個貫通孔15放出的He氣的流量為12sccm以下，則溫度差delta_T的絕對值成為4℃以下。而且，若使由一個貫通孔15放出的He氣的流量為10sccm以下，則溫度差delta_T的絕對值成為3℃以下。
圖27是舉例說明氣體流量與溫度變化的關係之圖。 圖27的橫軸是表示由一個陶瓷多孔體71放出的He氣的流量(sccm)，縱軸是表示對象物W的溫度差delta_T(℃)。此處，所供給的He氣的壓力差為30Torr。若由一個陶瓷多孔體71放出的He氣的流量增加，則溫度差delta_T降低。
在與本實施形態有關的靜電吸盤110中，由一個陶瓷多孔體71放出He氣的下限的流量為3sccm。此為He氣流過，使對象物W冷卻(delta_T為未滿0℃)用的下限的流量。另一方面，若由一個陶瓷多孔體71放出的He氣的流量過多，則溫度差delta_T過度降低溫度分布的均勻化變難。為了使對象物W的溫度分布均勻化，溫度差delta_T的絕對值為5℃以下較理想。因此，由一個陶瓷多孔體71放出的He氣的流量以24sccm以下較佳，較理想為22sccm以下，更理想為17sccm以下。
若使由一個陶瓷多孔體71放出的He氣的流量為24sccm以下，則溫度差delta_T的絕對值成為5℃以下。而且，若使由一個陶瓷多孔體71放出的He氣的流量為22sccm以下，則溫度差delta_T的絕對值成為4℃以下。而且，若使由一個陶瓷多孔體71放出的He氣的流量為17sccm以下，則溫度差delta_T的絕對值成為3℃以下。
圖28是舉例說明貫通孔的內徑與溫度變化的關係之圖。 圖28的橫軸是表示一個貫通孔15的內徑(mm)，縱軸是表示對象物W的溫度差delta_T(℃)。此處，所供給的He氣的壓力差為30Torr。若一個貫通孔15的內徑變大，則溫度差delta_T降低。
在與本實施形態有關的靜電吸盤110中，可形成一個貫通孔15的內徑的下限為0.05mm。另一方面，若一個貫通孔15的內徑過大，則溫度差delta_T過度降低溫度分布的均勻化變難。為了使對象物W的溫度分布均勻化，溫度差delta_T的絕對值為5℃以下較理想。因此，一個貫通孔15的內徑以1mm以下較佳，較理想為0.9mm以下，更理想為0.8mm以下。
若使一個貫通孔15的內徑為1mm以下，則溫度差delta_T的絕對值成為5℃以下。而且，若使一個貫通孔15的內徑為0.9mm以下，則溫度差delta_T的絕對值成為4℃以下。而且，若使一個貫通孔15的內徑為0.8mm以下，則溫度差delta_T的絕對值成為3℃以下。
在與本實施形態有關的靜電吸盤110中，當一個陶瓷多孔體71配設成圓筒形時，陶瓷多孔體71的外徑為7mm以下較佳。藉由使陶瓷多孔體71的外徑為7mm以下，溫度差delta_T的絕對值成為5℃以下。而且，若使陶瓷多孔體71的外徑為6mm以下，則溫度差delta_T的絕對值成為4℃以下。進而若使陶瓷多孔體71的外徑為5mm以下，則溫度差delta_T的絕對值成為3℃以下。
如以上說明的，依照本實施形態可提高設置於陶瓷介電質基板11的傳送氣體的導入用的貫通孔15及設置於底板50的氣體導入道53中的耐受電壓，可提供可靠度高的靜電吸盤110。 而且，依照本實施形態，可提供即使是在氣體導入道53內配設陶瓷多孔體71的構造也能對吸附的對象物W進行均勻性高的溫度控制之靜電吸盤110。
以上針對本發明的實施的形態進行了說明。但是，本發明不是被限定於該等實施的形態的記述。例如靜電吸盤110雖然舉例說明了使用庫侖力(Coulomb force)的構成，但即使是使用Johnsen-Rahbek 力(Johnsen-Rahbek force)的構成也能適用。而且，關於前述的實施的形態，熟習該項技術者適宜加入了設計變更只要具備本發明的特徵，就包含於本發明的範圍。而且，前述的各實施的形態所具備的各元件在技術上盡可能可組合，組合該等元件只要也包含本發明的特徵就包含於本發明的範圍。
依照本發明的態樣，可提供一種靜電吸盤，對在氣體導入道內的放電可得到高的耐受電壓，或者即使是在氣體導入道內配設陶瓷多孔體的構造也能對吸附的對象物進行晶圓溫度均勻性高的溫度控制。
11．．．陶瓷介電質基板
11a．．．第一主表面
11b．．．第二主表面
12．．．電極
13．．．點
14．．．溝
15．．．貫通孔
16．．．封環部
20．．．連接部
50．．．底板
50a．．．上部
50b．．．下部
51．．．輸入道
52．．．輸出道
53．．．氣體導入道
53a．．．鏜孔部
55．．．連通道
60．．．接著構件
70．．．絕緣體塞
71．．．陶瓷多孔體
72、73．．．陶瓷絕緣膜
75．．．邊界線
80．．．吸附保持用電壓
90．．．控制部
110、110a．．．靜電吸盤
W．．．對象物
圖1是舉例說明與本實施形態有關的靜電吸盤的構成之模式剖面圖。 圖2是舉例說明與本實施形態有關的靜電吸盤的其他的構成之模式剖面圖。 圖3是圖1及圖2所示的A部之模式放大剖面圖。 圖4是顯示圖1及圖2所示的A部的變形例之模式放大剖面圖。 圖5是顯示陶瓷絕緣膜的例子之圖。 圖6（a）及（b）是舉例說明絕緣體塞與貫通孔的關係之模式斜視圖。 圖7（a）及（b）是顯示本實施形態的絕緣體塞的近旁之模式圖。 圖8（a）~（f）是舉例說明本實施形態的絕緣體塞的變形例之模式剖面圖。 圖9是顯示本實施形態的絕緣體塞的近旁的其他的例子之模式圖。 圖10（a）及（b）是說明本實施形態的陶瓷絕緣膜的應力緩和(stress relaxation)之模式剖面圖。 圖11是舉例說明孔隙率與耐受電壓的關係之圖表。 圖12是舉例說明孔隙率與傳送氣體的流量的關係之圖表。 圖13是舉例說明熱傳導率(thermal conductivity)與冷卻性能的關係之圖表。 圖14（a）及（b）是舉例說明孔隙率與陶瓷多孔體的熱傳導率的關係，以及孔隙率與陶瓷多孔體的密度的關係之圖表。 圖15是舉例說明孔隙率與陶瓷絕緣膜的熱傳導率的關係，以及孔隙率與陶瓷絕緣膜的密度的關係之圖表。 圖16是舉例說明熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion)的差的比率與應力的關係之圖表。 圖17是顯示材料的熱膨脹係數的一例之表。 圖18是舉例說明表面粗糙度(surface roughness)與密著性的關係之圖表。 圖19是舉例說明表面粗糙度與耐受電壓、流量、應力以及冷卻性能的各個的關係之圖表。 圖20是舉例說明縱橫比(aspect ratio)與耐受電壓的關係之圖。 圖21是舉例說明陶瓷多孔體的外徑與耐受電壓的關係之圖。 圖22是舉例說明陶瓷多孔體的長度與耐受電壓的關係之圖。 圖23是舉例說明陶瓷多孔體的比率(L/D)與耐受電壓的關係之圖。 圖24（a）及（b）是舉例說明內徑D及距離L之模式俯視圖。 圖25（a）~（d）是舉例說明吸附的對象物的溫度變化之圖。 圖26是舉例說明氣體流量與溫度變化的關係之圖。 圖27是舉例說明氣體流量與溫度變化的關係之圖。 圖28是舉例說明貫通孔的內徑與溫度變化的關係之圖。
11．．．陶瓷介電質基板
11a．．．第一主表面
11b．．．第二主表面
12．．．電極
13．．．點
14．．．溝
15．．．貫通孔
20．．．連接部
50．．．底板
50a．．．上部
50b．．．下部
51．．．輸入道
52．．．輸出道
53．．．氣體導入道
55．．．連通道
70．．．絕緣體塞
80．．．吸附保持用電壓
110．．．靜電吸盤
W．．．對象物

Claims (18)

  1. 一種靜電吸盤，其特徵在於包含： 陶瓷介電質基板，具有：承載吸附的對象物的第一主表面，和與該第一主表面相反側的第二主表面，和由該第二主表面至該第一主表面設置的貫通孔； 金屬製的底板，支撐該陶瓷介電質基板，具有與該貫通孔連通的氣體導入道；以及 絕緣體塞，具有：配設於該氣體導入道的陶瓷多孔體，和配設於該陶瓷多孔體與該氣體導入道之間，比該陶瓷多孔體緻密的陶瓷絕緣膜， 該陶瓷絕緣膜由該陶瓷多孔體的表面深入到該陶瓷多孔體的內部。
  2. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中該陶瓷絕緣膜的熱膨脹係數與該陶瓷多孔體的熱膨脹係數及該陶瓷介電質基板的熱膨脹係數的各個相同。
  3. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中該陶瓷絕緣膜的表面的算術平均粗糙度比該陶瓷多孔體的表面的算術平均粗糙度小，比該陶瓷介電質基板的表面的算術平均粗糙度大。
  4. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中該陶瓷絕緣膜的孔隙率為10百分比以下， 該陶瓷多孔體的孔隙率為30百分比以上60百分比以下。
  5. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中該陶瓷絕緣膜的密度為3.0克/立方公分以上4.0克/立方公分以下， 該陶瓷多孔體的密度為1.5克/立方公分以上3.0克/立方公分以下。
  6. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中在以該陶瓷多孔體的熱膨脹係數為基準的情形下，該陶瓷多孔體的熱膨脹係數與該陶瓷絕緣膜的熱傳導率的差的比率為100%以下。
  7. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中該陶瓷多孔體及該陶瓷絕緣膜的各自的熱膨脹係數為7.0×10-6/℃以上10.0×10-6/℃以下。
  8. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中該陶瓷多孔體及該陶瓷絕緣膜的各自的熱傳導率為0.3瓦特/公尺・絕對溫度以上10瓦特/公尺・絕對溫度以下。
  9. 如申請專利範圍第3項之靜電吸盤，其中該陶瓷絕緣膜的表面的該算術平均粗糙度為0.5微米以上4微米以下， 該陶瓷多孔體的表面的該算術平均粗糙度為5微米以上20微米以下。
  10. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中該陶瓷絕緣膜為配設於該陶瓷多孔體的側面之陶瓷的熔射膜。
  11. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中該陶瓷多孔體之長度對外徑的比率為0.6以上。
  12. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中該陶瓷多孔體的外徑為1毫米以上。
  13. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中該陶瓷多孔體的長度為3毫米以上。
  14. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中當以該貫通孔的內徑為D，以該貫通孔的中心到該陶瓷多孔體的外周的距離為L時，L/D為5以上。
  15. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中由該貫通孔的每一個流出的He氣的流量當該He氣的壓力差以30Torr時為0.5sccm以上14sccm以下。
  16. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中由該陶瓷多孔體的每一個流出的He氣的流量當該He氣的壓力差以30Torr時為3sccm以上24sccm以下。
  17. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中該貫通孔的內徑為0.05毫米以上1毫米以下。
  18. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中該陶瓷多孔體的外徑為7毫米以下。
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