静電チャック
【課題】接着剤層の厚さを均一にすることにより、吸着面の平面度と金属ベースの表面に対する吸着面の平行度とを高めることができる静電チャックを提供すること。
【解決手段】静電チャック１は、セラミック絶縁板１０及び金属ベース３０を備える。金属ベース３０は、接着剤層２０を介してセラミック絶縁板１０に接合される。静電チャック１は、吸着用電極層５１に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物をセラミック絶縁板１０の第１主面１１に吸着させる。また、接着剤層２０内には、セラミック絶縁板１０の第２主面１２と金属ベース３０の第１面３１とに接触して接着剤層２０の厚さを保持する複数のセラミック球２１が配置される。
【解決手段】静電チャック１は、セラミック絶縁板１０及び金属ベース３０を備える。金属ベース３０は、接着剤層２０を介してセラミック絶縁板１０に接合される。静電チャック１は、吸着用電極層５１に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物をセラミック絶縁板１０の第１主面１１に吸着させる。また、接着剤層２０内には、セラミック絶縁板１０の第２主面１２と金属ベース３０の第１面３１とに接触して接着剤層２０の厚さを保持する複数のセラミック球２１が配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの固定、半導体ウェハの平面度の矯正、半導体ウェハの搬送などに用いられる静電チャックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体製造装置では、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）に対してドライエッチング等の処理が行われている。ドライエッチングの精度を高めるためには、半導体ウェハを確実に固定しておく必要がある。そこで、半導体ウェハを固定する固定手段として、静電引力によって半導体ウェハを固定する静電チャックが提案されている。
【０００３】
具体的に言うと、静電チャックは、セラミック絶縁板の内部に吸着用電極層を有しており、その吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて、半導体ウェハをセラミック絶縁板の吸着面に吸着させるようになっている。なお、静電チャックは、セラミック絶縁板の接合面に、接着剤層を介して金属ベースを接合することによって構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、静電チャックは、上記したように、ドライエッチング等の処理を行う際に、半導体ウェハをセラミック絶縁板の吸着面に吸着することを主な機能としている。従って、平面度が低い吸着面に半導体ウェハを吸着させると、吸着面に追従して半導体ウェハの表面の平面度も低下してしまう。このため、例えばドライエッチングを行って半導体ウェハ上にパターンを形成する場合に、処理の度合いがばらついて歩留まりが低下するなどの問題が生じやすい。よって、この種の静電チャックにおいては、セラミック絶縁板の吸着面に高い平面度が要求されている。また、処理度合いのバラツキをなくすために、金属ベースの表面に対する吸着面の平行度を高くすることも要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２８７３４４号公報（図２など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の静電チャックでは、上記した平面度及び平行度を十分に確保できないという問題がある。その原因は、セラミック絶縁板と金属ベースとを接着剤層を用いて接合していることにある。即ち、セラミック絶縁板の吸着面及び接合面や、金属ベースの表面及び裏面が、機械加工や研磨等によって高い平面度で仕上げられていたとしても、ペースト状の接着剤を塗布して均一な厚さの接着剤層を形成することは困難だからである。
【０００７】
そこで、金属材料や樹脂材料によって形成されたスペーサを接着剤層内に配置することにより、セラミック絶縁板と金属ベースとの間を一定の間隔に保持することが考えられる。しかし、スペーサを金属材料によって形成した場合、スペーサの熱伝導率が高くなるため、セラミック絶縁板と金属ベースとの間で熱が伝達されやすくなる。その結果、吸着面においてスペーサの直上となる領域と直上とはならない領域との温度差が大きくなってしまい、吸着面に吸着された半導体ウェハを均一に加熱または冷却できないという問題がある。また、スペーサを樹脂材料によって形成した場合、セラミック絶縁板と金属ベースとを接合する際にスペーサが潰れてしまうため、接着剤層の厚さを均一に保持できないという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、接着剤層の厚さを均一にすることにより、吸着面の平面度と金属ベースの表面に対する吸着面の平行度とを高めることができる静電チャックを提供することにある。また、第２の目的は、スペーサを金属材料や樹脂材料によって形成した場合に生じる上記の問題を解消することができる静電チャックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、上記課題を解決するための手段としては、第１主面及び第２主面を有するとともに内部に吸着用電極層を有するセラミック絶縁板と、第１面及び第２面を有するとともに前記第１面が前記セラミック絶縁板の前記第２主面側に接着剤層を介して接合される金属ベースとを備え、前記吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物を前記第１主面に吸着させる静電チャックにおいて、前記接着剤層内に、前記セラミック絶縁板の前記第２主面と前記金属ベースの前記第１面とに接触して前記接着剤層の厚さを保持する粒径の揃った複数のセラミック球が配置されていることを特徴とする静電チャックがある。
【００１０】
従って、上記手段の静電チャックによれば、粒径の揃った複数のセラミック球が、セラミック絶縁板の接合面である第２主面と金属ベースの表面である第１面とに接触することにより、接着剤層の厚さが均一に保持される。即ち、各セラミック球は、セラミック絶縁板と金属ベースとの間を一定の間隔に保持するスペーサとして機能する。これにより、第２主面と第１面とが平行になるため、第２主面の反対側に位置する第１主面（セラミック絶縁板の吸着面）の平面度を高めることができるとともに、第１面（金属ベースの表面）に対する第１主面の平行度を高めることができる。その結果、第１主面に吸着された被吸着物の表面の平面度も高くなるため、被吸着物に対して処理を行う場合に、処理の度合いがばらつきにくくなり、被吸着物の歩留まり低下などの問題を防止できる。ここで、本明細書で述べられている「平面度」及び「平行度」の測定方法は、ＪＩＳ Ｂ７５１３で定義されている精密定盤による測定方法に準じるものとする。
【００１１】
しかも、上記手段によれば、金属材料よりも熱伝導率が低く樹脂材料よりも硬いセラミック材料を用いて、スペーサ（セラミック球）を形成している。これにより、スペーサを金属材料によって形成した場合に比べて、スペーサの熱伝導率を低く抑えることができるため、セラミック絶縁板と金属ベースとの間で熱が過度に伝達されなくなる。その結果、第１主面においてスペーサの直上となる領域と直上とはならない領域との温度差を小さくすることができ、第１主面に吸着された被吸着物を均一に加熱または冷却することができる。また、スペーサを樹脂材料によって形成した場合に比べて、セラミック絶縁板と金属ベースとを厚さ方向に押圧力を加えて接合する際にスペーサが潰れにくくなるため、接着剤層の厚さを均一に保持することができる。
【００１２】
また、前記セラミック絶縁板の厚さは特に限定されないが、０．５ｍｍ以上７．０ｍｍ以下であってもよい。なお、セラミック絶縁板の厚さが１．０ｍｍ以下になると、セラミック絶縁板が薄くなりすぎるため、セラミック絶縁板の強度が低下して破損する可能性がある。一方、セラミック絶縁板の厚さが６．０ｍｍよりも大きくなると、熱が伝達される距離（セラミック絶縁板の第１主面から金属ベースの第１面までの距離）が長くなるため、セラミック絶縁板の熱を接着剤層を介して金属ベース側に逃がしにくくなる。その結果、温度制御性が低下する場合もありうる。
【００１３】
なお、セラミック絶縁板を構成する材料としては、アルミナ、イットリア（酸化イットリウム）、窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックを主成分とする焼結体などが挙げられる。また、用途に応じて、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよいし、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどの誘電体セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよい。
【００１４】
なお、半導体製造におけるドライエッチングなどの各処理においては、プラズマを用いた技術が種々採用され、プラズマを用いた処理においては、ハロゲンガスなどの腐食性ガスが多用されている。このため、腐食性ガスやプラズマに晒される静電チャックには、高い耐食性が要求される。従って、前記セラミック絶縁板は、腐食性ガスやプラズマに対する耐食性がある材料、例えば、アルミナやイットリアを主成分とする材料からなることが好ましい。このようにすれば、セラミック絶縁板の第１主面の腐食を防止できるため、第１主面の平面度が低下しにくくなり、静電チャックの長寿命化を図ることができる。
【００１５】
なお、前記セラミック絶縁板は、前記吸着用電極層を内部に有している。吸着用電極層を構成する材料としては特に限定されないが、同時焼成法によって吸着用電極層及びセラミック絶縁板を形成する場合、吸着用電極層中の金属粉末は、セラミック絶縁板の焼成温度よりも高融点である必要がある。例えば、セラミック絶縁板がいわゆる高温焼成セラミック（例えばアルミナ等）からなる場合には、吸着用電極層中の金属粉末として、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等やそれらの合金が選択可能である。セラミック絶縁板がいわゆる低温焼成セラミック（例えばガラスセラミック等）からなる場合には、吸着用電極層中の金属粉末として、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等やそれらの合金が選択可能である。また、セラミック絶縁板が高誘電率セラミック（例えばチタン酸バリウム等）からなる場合には、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等やそれらの合金が選択可能である。なお、吸着用電極層は、金属粉末を含む導体ペーストを用い、従来周知の手法、例えば印刷法等により塗布された後、焼成することで形成される。さらに、前記金属ベースを形成する材料としては、銅、アルミニウム、鉄、チタンなどを挙げることができる。
【００１６】
また、接着剤層を形成する材料は、セラミック絶縁板と金属ベースとを接合させる力や複数のセラミック球を固着させる力が大きい材料であることが好ましく、例えばインジウムなどの金属材料や、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂などの樹脂材料を選択することができる。しかし、セラミック絶縁板の熱膨張係数と金属ベースの熱膨張係数との差が大きいため、前記接着剤層は、緩衝材としての機能を有する弾性変形可能な樹脂材料からなる接着剤であることが好ましく、特には、シリコーン樹脂からなる接着剤であることが好ましい。このようにすれば、高弾性率を有するシリコーン樹脂によって、セラミック絶縁板−金属ベース間に発生する熱応力を有効に緩和することができる。ここで、「シリコーン樹脂」とは、シロキサン結合（珪素と酸素との結合）による主骨格を有する高分子化合物のことをいう。
【００１７】
また、前記接着剤層の厚さは特に限定されないが、例えば２５μｍ以上７００μｍ以下に設定されていてもよい。ところで、金属ベースは、セラミック絶縁板を保持する機能だけでなく、第１主面上の被吸着物から発生する熱を外部に放出して被吸着物を冷却する機能も有している。しかし、接着剤層は、セラミック材料や金属材料よりも熱伝導率がかなり低い樹脂材料からなる可能性が高いため、接着剤層の厚さが７００μｍよりも大きくなると、セラミック絶縁板−金属ベース間で熱が伝達されにくくなり、被吸着物からの熱を外部に放出することが困難になる。なお、接着剤層の厚さが２５μｍ未満になると、セラミック絶縁板の第２主面や金属ベースの第１面に凹凸が生じた場合に、接着剤が行き渡らない未接着部分が生じやすくなる。さらに、前記接着剤層の厚さは、前記複数のセラミック球の平均粒径と等しいことが好ましい。このようにすれば、各セラミック球を第２主面及び第１面に対して確実に接触させることができるため、各セラミック球によって接着剤層の厚さを均一に保持することが容易になる。
【００１８】
また、前記接着層内には、粒径の揃った複数のセラミック球が配置されている。ここで、「粒径の揃った」とは、大部分のセラミック球の粒径が、例えば、（接着剤層の厚さ）±１０μｍ以内、好ましくは（接着剤層の厚さ）±５μｍ以内であることをいうものとする。セラミック球の粒径が上記の範囲内であれば、接着剤層の厚さに影響が出にくいと考えられるからである。また、「セラミック球」とは、セラミックを主成分とする球状物のことをいう。なお、セラミック球を構成する材料としては、窒化珪素、アルミナ、ジルコニア、酸化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化ほう素、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムなどが挙げられる。
【００１９】
また、前記セラミック球の２００℃以下における熱伝導率は特に限定されないが、例えば２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であってもよい。ここで、熱伝導率が上記の条件を満たすセラミック球の材料としては、窒化珪素（熱伝導率２８Ｗ／（ｍ・Ｋ））、アルミナ（熱伝導率３０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ジルコニア（熱伝導率４Ｗ／（ｍ・Ｋ））、酸化珪素（熱伝導率３０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、窒化アルミニウム（熱伝導率１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、炭化珪素（熱伝導率１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ））などが挙げられる。なお、セラミック球の２００℃以下における熱伝導率が２Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満になると、セラミック絶縁板の第１主面においてセラミック球の直上となる領域と直上とはならない領域との温度差が大きくなるため、第１主面に吸着された被吸着物を均一に加熱または冷却することが困難になる。一方、セラミック球の２００℃以下における熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも大きくなると、セラミック絶縁板−金属ベース間で熱が伝達されすぎるため、セラミック絶縁板の第１主面の温度分布が不均一になりやすくなる。この場合、第１主面に吸着された被吸着物を均一に加熱または冷却できないなどの問題が生じやすくなる。
【００２０】
さらに、前記セラミック球の熱膨張係数は特に限定されないが、例えば１．０×１０−６／Ｋ以上１５×１０−６／Ｋ以下であってもよい。ここで、熱膨張係数が上記の条件を満たすセラミック球の材料としては、窒化珪素（熱膨張係数２．８×１０−６／Ｋ）、アルミナ（熱膨張係数７．７×１０−６／Ｋ）、ジルコニア（熱膨張係数１０×１０−６／Ｋ）、酸化珪素（熱膨張係数３×１０−６／Ｋ）、窒化アルミニウム（熱膨張係数４．４×１０−６／Ｋ）、炭化珪素（熱膨張係数４．１×１０−６／Ｋ）などが挙げられる。なお、セラミック球の熱膨張係数が１．０×１０−６／Ｋ未満になると、セラミック絶縁板との熱膨張係数差が非常に大きくなる。その結果、加熱⇔冷却の熱サイクルに曝されると、接着剤層がセラミック絶縁板から剥離して信頼性低下につながるおそれがある。一方、セラミック球の熱膨張係数が１５×１０−６／Ｋよりも大きくなると、温度変化に伴ってセラミック球の寸法が変化しやすくなるため、接着剤層に複数のセラミック球を配置したとしても、接着剤層にクラックが生じやすくなったり、接着剤層が剥れたりするなどの問題が生じる可能性がある。
【００２１】
そして、前記複数のセラミック球は、前記セラミック絶縁板及び前記金属ベースよりも硬い材料からなることが好ましい。このようにすれば、セラミック絶縁板と金属ベースとを接合する際に、セラミック絶縁板及び金属ベースからなる積層体に対して厚さ方向に押圧力が加わったとしても、セラミック球が潰れる可能性が小さくなる。よって、各セラミック球によって接着剤層の厚さを均一に保持することが容易になる。ここで、セラミック絶縁体及び金属ベースよりも硬くなるセラミック球の材料としては、窒化珪素（ビッカース硬さ（ＨＶ）が１５００）、アルミナ（ビッカース硬さ（ＨＶ）が１０００〜１５００）、ジルコニア（ビッカース硬さ（ＨＶ）が１３００）、窒化アルミニウム（ビッカース硬さ（ＨＶ）が１１００〜１６００）、炭化珪素（ビッカース硬さ（ＨＶ）が２４００）などが挙げられる。
【００２２】
また、前記セラミック球の真球度も特に限定されないが、例えば２μｍ以下であってもよい。仮に、セラミック球の真球度が２μｍよりも大きくなると、セラミック球の粒径のバラツキが大きくなるため、接着剤層に複数のセラミック球を配置したとしても、接着剤層の厚さを均一に保持できない可能性がある。この場合、セラミック絶縁板の平面度と金属ベースの第１面に対する第１主面の平行度とが低下するおそれがある。
【００２３】
なお、セラミック球を配置する方法は特に限定されないが、例えば、前記セラミック球は、前記接着剤層における２０ｍｍ角以上６０ｍｍ角以下の領域ごとに１個の割合で配置されていてもよい。このようにした場合、セラミック球が接着剤層の平面方向に沿って均一に配置されるため、各セラミック球によって接着剤層の厚さをより均一に保持することができる。なお、セラミック球が、接着剤層における２０ｍｍ角未満の領域ごとに１個の割合で配置されていると、接着剤層に多数のセラミック球を配置しなければならないため、静電チャックの製作コストが上昇してしまう。また、セラミック球の熱伝導率は接着剤層の熱伝導率とは異なるため、上記のように、セラミック球が、接着剤層における２０ｍｍ角未満の領域ごとに１個の割合で配置されていると（即ち、セラミック球が密集して配置されていると）、セラミック絶縁板の第１主面の温度分布が不均一になりやすい。一方、セラミック球が、接着剤層における６０ｍｍ角よりも広い領域ごとに１個の割合で配置されていると、接着剤層に配置されるセラミック球が少なくなるため、接着剤層に複数のセラミック球を配置したとしても、接着剤層の厚さを均一に保持できない可能性がある。なお、接着剤層の厚さを均一にするためには（換言すると、セラミック絶縁板の第２主面と金属ベースの第１面とを互いに平行に保持するためには）、接着剤層内に３個以上のセラミック球を配置することがよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を具体化した一実施形態の静電チャックを一部破断して示す斜視図。
【図２】静電チャックを示す概略断面図。
【図３】セラミック球の配置態様を示す説明図。
【図４】静電チャックの製造方法を示す説明図。
【図５】静電チャックの製造方法を示す説明図。
【図６】静電チャックの製造方法を示す説明図。
【図７】静電チャックの製造方法を示す説明図。
【図８】静電チャックの製造方法を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２６】
図１に示されるように、本実施形態の静電チャック１は、吸着面１１に半導体ウェハ２（被吸着物）を吸着するための装置である。静電チャック１は、セラミック絶縁板１０と、セラミック絶縁板１０の接合面１２側に接着剤層２０を介して接合される金属ベース３０とを備えている。
【００２７】
図１，図２に示されるように、セラミック絶縁板１０は、直径３００ｍｍ×厚さ３．０ｍｍの略円板状である。セラミック絶縁板１０は、第１主面である吸着面１１、及び、第２主面である接合面１２を有している。なお本実施形態では、吸着面１１及び接合面１２が互いに平行に配置されるとともに、吸着面１１及び接合面１２の平面度がいずれも３０μｍ以下となっている。セラミック絶縁板１０は、アルミナを主成分とする焼結体からなり、第１層〜第６層のセラミック層（図示略）を積層した構造を有している。本実施形態において、セラミック絶縁板１０の熱伝導率は３２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張係数は７．７ｐｐｍ／℃（＝７．７×１０−６／Ｋ）となっている。なお、セラミック絶縁板１０の熱膨張係数は、３０℃〜２５０℃間の測定値の平均値をいう。また、セラミック絶縁板１０のビッカース硬さ（ＨＶ）は１０００となっている。
【００２８】
また、セラミック絶縁板１０は、冷却用ガス流路４１を内部に有している。冷却用ガス流路４１には、吸着面１１に吸着された前記半導体ウェハ２を冷却するヘリウムガス（冷却用ガス）が流れるようになっている。そして、冷却用ガス流路４１は、第３層のセラミック層内に、セラミック絶縁板１０の平面方向に延びる複数の横穴４２を備えている。各横穴４２は、断面矩形状をなし、セラミック絶縁板１０の厚さ方向の長さが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下（本実施形態では１．０ｍｍ）に設定されるとともに、セラミック絶縁板１０の平面方向の長さが０．５〜２．０ｍｍに設定されている。各横穴４２は、セラミック絶縁板１０の中心部Ｃ１（図３参照）を基準として等角度（６０°）間隔で配置されるとともに、中心部Ｃ１から外周部に向かって放射状に延びている。
【００２９】
図１に示される冷却用ガス流路４１は、第１層のセラミック層内に一対の円環状ガス流路（図示略）を備えている。両円環状ガス流路は、中心部Ｃ１に対して平面視同心円状に配置されている。また、外周側の円環状ガス流路には、前記吸着面１１にて開口する複数のガス噴出口（図示略）が設けられている。各ガス噴出口は、円形状をなし、中心部Ｃ１を基準として等角度間隔で配置されている。
【００３０】
さらに図１に示されるように、冷却用ガス流路４１は、前記セラミック絶縁板１０の厚さ方向に延びる直径０．１〜１．０ｍｍの縦穴４７，４８をさらに備えている。内周側の縦穴４７は、中央部分が横穴４２に連通するとともに、吸着面１１側の端部が内周側の円環状ガス流路に連通する一方、接合面１２側の端部が接合面１２にて開口している。また、外周側の縦穴４８は、吸着面１１側の端部が外周側の円環状ガス流路に連通する一方、接合面１２側の端部が横穴４２に連通している。
【００３１】
図１，図２に示されるように、セラミック絶縁板１０は、吸着用電極層５１を内部に有している。吸着用電極層５１は、タングステンを主成分として形成された層であって、セラミック絶縁板１０内において横穴４２よりも吸着面１１側（具体的には、前記第３層のセラミック層上）に配置されている。なお、吸着用電極層５１は、第３層〜第５層のセラミック層を貫通するビアホール導体（図示略）の上端面に電気的に接続され、ビアホール導体の下端面は、第５層のセラミック層の下面上に形成された第１パッド（図示略）に電気的に接続されている。さらに、第６層のセラミック層の所定箇所には、第１パッドを露出させる第１開口部（図示略）が形成され、第１パッドの表面上には、第１端子ピン（図示略）がロウ付け、はんだ付け、導電性接着剤などによって接合されている。第１端子ピンは、前記金属ベース３０に設けられた第１凹部（図示略）内に収容されている。そして、第１端子ピンには、外部端子（図示略）が接合された状態で電圧が印加されるようになっている。
【００３２】
図１，図２に示されるように、セラミック絶縁板１０は、同セラミック絶縁板１０を加熱する複数のヒータ電極層６１を内部に有している。各ヒータ電極層６１は、タングステンを主成分として形成された層であって、セラミック絶縁板１０内において横穴４２よりも前記接合面１２側（具体的には、第６層のセラミック層上）に配置されている。また、各ヒータ電極層６１は、前記中心部Ｃ１に対して渦巻き状に周回するように配置されている。これにより、各ヒータ電極層６１は、横穴４２と交差するため、セラミック絶縁板１０を厚さ方向から見たときに横穴４２と殆ど重ならないようになっている。なお、ヒータ電極層６１は、第５層のセラミック層の下面上に形成された第２パッド（図示略）に電気的に接続されている。さらに、第６層のセラミック層の所定箇所には、第２パッドを露出させる第２開口部（図示略）が形成され、第２パッドの表面上には、第２端子ピン（図示略）がロウ付け、はんだ付け、導電性接着剤などによって接合されている。第２端子ピンは、金属ベース３０に設けられた第２凹部（図示略）内に収容されている。そして、第２端子ピンには、外部端子（図示略）が接合された状態で電圧が印加されるようになっている。
【００３３】
図１，図２に示されるように、金属ベース３０は、アルミニウムを主成分とする材料からなっている。本実施形態において、金属ベース３０の熱伝導率は２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張係数は約２３ｐｐｍ／℃（＝約２３×１０−６／Ｋ）となっている。なお、金属ベース３０の熱膨張係数は、０℃〜ガラス転移温度（Ｔｇ）間の測定値の平均値をいう。また、金属ベース３０のビッカース硬さ（ＨＶ）は５０となっている。金属ベース３０は、直径３４０ｍｍ×厚さ３０ｍｍの略円板状である。即ち、金属ベース３０の直径は、セラミック絶縁板１０の直径（３００ｍｍ）よりも大きく設定されている。金属ベース３０は、セラミック絶縁板１０が接合される第１面３１と、第１面３１の反対側に位置する第２面３２とを有している。なお本実施形態では、第１面３１及び第２面３２が互いに平行に配置されるとともに、第１面３１及び第２面３２の平面度が３０μｍ以下となっている。
【００３４】
また、金属ベース３０は、冷却用流体流路７１，７２を内部に有している。冷却用流体流路７１，７２には、セラミック絶縁板１０を冷却する冷却水（冷却用流体）が流れるようになっている。各冷却用流体流路７１，７２は、前記中心部Ｃ１に対して渦巻き状に周回するように配置されている。内周側の冷却用流体流路７１には、第２面３２にて開口する複数の冷却水通路７３が設けられている。また、外周側の冷却用流体流路７２は、セラミック絶縁板１０及び金属ベース３０を厚さ方向から見たときに、セラミック絶縁板１０よりも外周側に延びている。
【００３５】
さらに図１に示されるように、金属ベース３０は、同金属ベース３０の厚さ方向に延びる直径２．５ｍｍの連通穴３３を備えている。この連通穴３３には、外部配管（図示略）を介してヘリウムガスが供給されるようになっている。連通穴３３は、第１面３１側の端部が前記縦穴４７に連通する一方、第２面３２側の端部が第２面３２にて開口している。そして、連通穴３３は、冷却用流体流路７１，７２を避けて配置されている。具体的に言うと、連通穴３３は、冷却用流体流路７１と冷却用流体流路７２との間に配置されている。
【００３６】
図１〜図３に示されるように、前記接着剤層２０は、シリコーン樹脂からなる接着剤であり、接着剤層２０の厚さは３００μｍに設定されている。本実施形態において、接着剤層２０の熱伝導率は１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張係数は約２００ｐｐｍ／℃（＝約２００×１０−６／Ｋ）となっている。なお、接着剤層２０の熱膨張係数は、０℃〜ガラス転移温度（Ｔｇ）間の測定値の平均値をいう。
【００３７】
図２，図３に示されるように、接着剤層２０内には、粒径の揃った複数のセラミック球２１が配置されている。各セラミック球２１は、前記セラミック絶縁板１０の前記接合面１２と前記金属ベース３０の前記第１面３１とに接触することによって、接着剤層２０の厚さを保持するようになっている。なお、各セラミック球２１の平均粒径は、接着剤層２０の厚さと等しくなっており、本実施形態において３００μｍに設定されている。また、各セラミック球２１は、真球度が２μｍとなる略球状をなしている。さらに、各セラミック球２１は、高温焼成セラミックの一種である窒化珪素の焼結体からなっている。本実施形態において、セラミック球２１の２００℃以下における熱伝導率は２８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張係数は２．８×１０−６／Ｋとなっている。なお、セラミック球２１の熱膨張係数は、０℃〜ガラス転移温度（Ｔｇ）間の測定値の平均値をいう。また、セラミック球２１のビッカース硬さ（ＨＶ）は１５００となっている。即ち、各セラミック球２１は、セラミック絶縁板１０（ビッカース硬さ１０００）及び金属ベース３０（ビッカース硬さ５０）よりも硬い材料からなっている。
【００３８】
図３に示されるように、各セラミック球２１は、接着剤層２０の平面方向に沿って配置されている。具体的に言うと、接着剤層２０内において前記中心部Ｃ１となる箇所には、１個のセラミック球２１が配置されている。また、接着剤層２０内には、複数のセラミック球２１からなる円環状のセラミック球群２２，２３が配置されている。両セラミック球群２２，２３は、中心部Ｃ１に対して平面視同心円状に配置されている。内周側のセラミック球群２２を構成するセラミック球２１は、中心部Ｃ１を基準として等角度（４５°）間隔で配置されている。一方、外周側のセラミック球群２３を構成するセラミック球２１は、中心部Ｃ１を基準として等角度（３０°）間隔で配置されている。また、各セラミック球２１は、セラミック絶縁板１０を厚さ方向から見たときに前記縦穴４７及び前記連通穴３３と重ならないように配置されている。さらに、各セラミック球２１は、セラミック絶縁板１０を厚さ方向から見たときに前記第１，第２開口部及び第１，第２凹部を避けて配置されている。また、隣接するセラミック球２１の中心間距離（ピッチ）は、４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定されている。そして、セラミック球２１は、接着剤層２０における４２ｍｍ角の領域ごとに１個の割合で配置されている。
【００３９】
なお、本実施形態の静電チャック１を使用する場合には、吸着用電極層５１に３ｋＶの電圧を印加して静電引力を発生させ、発生した静電引力を用いて半導体ウェハ２を前記吸着面１１に吸着させる。このとき、冷却用ガス流路４１を流れるヘリウムガスが、ガス噴出口から吸着面１１と半導体ウェハ２の裏面との間に供給され、半導体ウェハ２が冷却される。また、ヒータ電極層６１に電圧を印加してセラミック絶縁板１０を加熱することにより、吸着面１１に吸着されている半導体ウェハ２が加熱される。
【００４０】
次に、静電チャック１の製造方法を説明する。
【００４１】
まず以下の手順でスラリーを調製する。アルミナ粉末（９２重量％）に、ＭｇＯ（１重量％）、ＣａＯ（１重量％）、ＳｉＯ２（６重量％）を混合し、ボールミルで５０〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥することにより、粉末を得る。次に、得られた粉末に、メタクリル酸イソブチルエステル（３重量％）、ブチルエステル（３重量％）、ニトロセルロース（１重量％）、ジオクチルフタレート（０．５重量％）を加え、さらにトリクロロエチレン、ｎ−ブタノールを溶剤として加えた後、ボールミルで湿式混合することにより、アルミナグリーンシートを形成する際の出発材料となるスラリーを得る。
【００４２】
次に、このスラリーを、減圧脱泡した後、離型性の支持体（図示略）上に流し出して冷却することにより、溶剤を発散させる。その結果、所望の厚さの第１層〜第６層のアルミナグリーンシート（第１層〜第６層のセラミック層となるべき未焼結セラミック層）が形成される。なお、第２層〜第６層のアルミナグリーンシートには、縦穴４７を形成するための貫通孔が設けられ、第２層，第３層のアルミナグリーンシートには、縦穴４８を形成するための貫通孔が設けられる。また、第１層のアルミナグリーンシートには、円環状ガス流路を形成するための貫通孔が設けられ、第４層のアルミナグリーンシートには、横穴４２を形成するための貫通孔が設けられる。さらに、第６層のアルミナグリーンシートには、第１，第２凹部を形成するための貫通孔が設けられる。また、第３層〜第５層のアルミナグリーンシートには、ビアホール導体を形成するための貫通孔が設けられる。なお、各貫通孔は、アルミナグリーンシートを型抜きまたは機械加工することにより形成される。
【００４３】
また、上記したアルミナグリーンシート用の粉末にタングステン粉末を混合する。これをアルミナグリーンシートの作製時と同様の方法によってスラリー状にし、メタライズペーストを得る。
【００４４】
次に、第３層のアルミナグリーンシートの上面上に、従来周知のペースト印刷装置（例えばスクリーン印刷装置）を用いて、吸着用電極層５１となるメタライズペーストを印刷塗布する。また、第６層のアルミナグリーンシートの上面上に、ペースト印刷装置を用いて、ヒータ電極層６１となるメタライズペーストを印刷塗布する。さらに、第３層〜第５層のアルミナグリーンシートに設けられた貫通孔内に、ビアホール導体となるメタライズペーストを印刷塗布する。また、第６層のアルミナグリーンシートの下面上に、第１パッド及び第２パッドとなるメタライズペーストを印刷塗布する。この後、印刷されたメタライズペーストを室温で乾燥する。
【００４５】
次に、冷却用ガス流路４１、第１，第２開口部及びビアホール導体が形成されるように各貫通孔を位置合わせした状態で、第１層〜第６層のアルミナグリーンシートを熱圧着し、厚さを約５ｍｍとしたグリーンシート積層体を形成する。さらに、グリーンシート積層体を、所定の円板状（本実施形態では、直径３００ｍｍの円板状）にカットする。
【００４６】
次に、上記グリーンシート積層体を大気中にて２５０℃で１０時間脱脂し、さらに還元雰囲気中１４００〜１６００℃にて所定時間焼成する。その結果、アルミナ及びタングステンが同時焼結し、所望構造のセラミック絶縁板１０が得られる。この焼成により、寸法が約２０％小さくなるため、セラミック絶縁板１０の厚さは約４ｍｍとなる。その後、セラミック絶縁板１０の表裏両面を研磨することにより、セラミック絶縁板１０の厚さを３ｍｍにする加工を行うとともに、吸着面１１及び接合面１２の平面度を３０μｍ以下とする加工を行う。
【００４７】
次に、第１，第２端子ピンにニッケルめっきを施し、ニッケルめっきを施した第１，第２端子ピンを第１，第２パッドに対してロウ付け、はんだ付け、導電性接着剤などによって接合することにより、セラミック絶縁板１０を完成させる。
【００４８】
また、セラミック球２１を作製し、あらかじめ準備しておく。セラミック球２１は、例えば以下のように作製される。まず、窒化珪素粉末に、希土類、チタン族、土酸金属、アルミニウム族、炭素族の元素群から選択された少なくとも１種を、焼結助剤として１〜１５重量％、好ましくは２〜８重量％の割合で混合する。次に、得られた混合物に、水系溶媒を加えてアトライターなどの粉砕機で湿式混合することにより、泥漿を得る。そして、得られた泥漿を、スプレードライなどによって乾燥させ、原料粉末を得る。
【００４９】
次に、金型プレスを構成する第１型（上型）、第２型（下型）、第３型（左型）及び第４型（右型）を組み合わせることにより、内部にセラミック球２１と同一形状かつ同一体積のキャビティを構成する。この状態で、得られた原料粉末をキャビティ内に充填する。そして、金型プレスの上下方向に押圧力を印加し、キャビティ内に充填された原料粉末を圧縮することにより、成形体を得る。その後、第１型、第２型、第３型及び第４型を互いに離間させて、球状の成形体を取り出す。
【００５０】
なお本実施形態では、原料粉末を一方向のみに圧縮することによって成形体を形成しているため、得られた成形体には、密度の高い部分と低い部分とが生じてしまう。そこで本実施形態では、ゴム型（図示略）を用いて乾式ＣＩＰ（静水圧プレス）を行っている。これにより、成形体の密度分布が略一定となり、緻密な成形体となる。
【００５１】
次に、得られた成形体の焼成を行い、球状の窒化珪素質焼結体であるセラミック球２１を得る。なお本実施形態では、成形体の焼成が、樹脂抜き焼成、一次焼成及び二次焼成の３段階からなっている。詳述すると、一次焼成では、上記成形体を、窒素を含む０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下の非酸化性雰囲気中で、１９００℃以下にて所定時間焼成する。その結果、窒化珪素が焼結し、焼結体密度が７８％以上（好ましくは９０％以上）となる。続く二次焼成では、一次焼成後の成形体を、窒素を含む１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の非酸化性雰囲気中で、１６００〜１９５０℃にて所定時間焼成する。その結果、窒化珪素が完全に焼結し、セラミック球２１が得られる。
【００５２】
その後、得られたセラミック球２１を、従来周知のボール研磨機を用いて研磨する。具体的に言うと、まず、ボール研磨機が備える上下一対の砥石の間にセラミック球２１を供給する。そして、上側の砥石を回転させてセラミック球２１を循環させることにより、セラミック球２１の表面が研磨され、セラミック球２１の真球度が２μｍとなる。
【００５３】
次に、金属ベース３０の第１面３１上に、従来周知のスクリーン印刷装置を用いて、ペースト状とした接着剤を１回または複数回印刷塗布し、所定厚さの接着剤層２０を形成する（図５参照）。なお、本実施形態の接着剤はシリコーン樹脂からなる接着剤であるため、トルエンやアセトンなどの有機溶剤を含んでいる。また、接着剤層２０の厚さは、セラミック絶縁板１０を金属ベース３０に接合する際に圧縮されることを考慮して、接合後の接着剤層２０の厚さ（セラミック球２１の粒径）の例えば１．４倍に設定される。
【００５４】
次に、接着剤層２０の表面に、上記した複数のセラミック球２１を載置する（図５，図６参照）。具体的に言うと、まず、治具本体８１及び底板８２からなる略円板状の治具８０（図５参照）を用意する。治具本体８１は、セラミック球２１を配置するための複数の位置決め孔８３を有している。個々の位置決め孔８３は、断面円形状をなし、内径がセラミック球２１の平均粒径（３００μｍ）よりもやや大きくなっている。また、底板８２は、各位置決め孔８３を治具本体８１の下側から塞ぐ機能を有している。そして、各位置決め孔８３内にセラミック球２１を挿入することにより、各セラミック球２１が治具８０の平面方向に沿って配置される。
【００５５】
次に、接着剤層２０の上方に治具８０を配置する。そして、底板８２を治具８０の平面方向（図５に示す矢印Ｆ１方向）に引き抜くことにより、各位置決め孔８３内にあるセラミック球２１が落下して接着剤層２０上に載置される（図６参照）。このとき、セラミック球２１は、底部が接着剤層２０内に埋まった状態で仮固定される。さらに、上記したセラミック絶縁板１０を、吸着面１１を上にした状態で接着剤層２０及びセラミック球２１の上に載置する（図７参照）。そして、セラミック絶縁板１０の吸着面１１上に錘８４を載置して真空脱泡した後、垂直方向（図８に示す矢印Ｆ２方向）に押圧力を加える。その結果、接着剤層２０が厚さ方向に圧縮されるとともに、各セラミック球２１が接着剤層２０中に埋め込まれてセラミック絶縁板１０の接合面１２と金属ベース３０の第１面３１との両方に接触する（図８参照）。なお、セラミック絶縁板１０と金属ベース３０との接合部分の外周縁からは余剰の接着剤がはみ出すが、接着後に研削等によって接着剤の余剰部分を除去すればよい。また、錘８４の重量は、セラミック球２１を接着剤層２０中に埋め込ませて第１面３１に接触させることができる程度に設定されることが好ましい。具体的には、錘８４の重量を、例えば接合面１２において３５〜４５ｇ／ｃｍ２の面圧が得られる程度に設定することが好ましい。
【００５６】
その後、所定時間（２０〜２４時間）放置し、接着剤層２０を硬化させる。これにより、接着剤層２０を介してセラミック絶縁板１０が金属ベース３０に接合されるとともに、各セラミック球２１が互いに固着して移動不能となる。その結果、接着剤層２０の厚さが均一（本実施形態では、セラミック球２１の平均粒径と同じ長さ）となり、かつ接合面１２と第１面３１とが平行となる静電チャック１が完成する。
【００５７】
次に、静電チャックの評価方法及びその結果を説明する。
【００５８】
まず、複数の測定用サンプルを次のように準備した。本実施形態と同じ静電チャックを準備し、これを実施例とした。即ち、実施例の静電チャックでは、接着剤層２０における４２ｍｍ角の領域ごとに１個の割合でセラミック球２１を配置し、セラミック球２１の２００℃以下における熱伝導率を２８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張係数を２．８×１０−６／Ｋに設定した。また、接着剤層２０内にセラミック球２１が配置されていない静電チャックを準備し、これを比較例１とした。さらに、接着剤層２０における８５ｍｍ角の領域ごとに１個の割合でセラミック球２１を配置した静電チャックを準備し、これを比較例２とした。また、２００℃以下における熱伝導率が２４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるセラミック球を接着剤層２０内に配置した静電チャックを準備し、これを比較例３とした。また、セラミック球２１の代わりに、熱膨張係数が２６×１０−６／Ｋである金属ボールを接着剤層２０内に配置した静電チャックを準備し、これを比較例４とした。
【００５９】
その結果、比較例１では、セラミック絶縁板１０の吸着面１１の平面度が５０μｍとなり、比較例２では、吸着面１１の平面度が４３μｍとなった。一方、実施例及び比較例３，４では、吸着面１１の平面度が３０μｍとなった。以上により、実施例及び比較例３，４の平面度は、比較例１，２の平面度よりも小さいことが確認された。従って、接着剤層２０内にセラミック球２１を配置し、接着剤層２０における４２ｍｍ角の領域ごとに１個の割合でセラミック球２１を配置すれば、吸着面１１の平面度が高くなることが証明された。
【００６０】
また、比較例３では、吸着面１１においてセラミック球２１の直上となる領域と直上とはならない領域との温度差が０．２３６℃となった。一方、実施例及び比較例１，２，４では、吸着面１１においてセラミック球２１の直上となる領域と直上とはならない領域との温度差が０．０２２℃となった。以上により、実施例及び比較例１，２，４の温度差は、比較例３の温度差よりも小さいことが確認された。従って、セラミック球２１の２００℃以下における熱伝導率を２８Ｗ／（ｍ・Ｋ）とすれば、吸着面１１における温度差が小さくなるため、吸着面１１に吸着された半導体ウェハ２を均一に加熱または冷却できることが証明された。
【００６１】
さらに、各測定用サンプル（実施例、比較例１〜４）に対して、３０℃⇔１００℃の熱サイクルを１８０回付与した。その結果、比較例４の静電チャックでは、熱サイクルが１３０回付与された時点で、セラミック絶縁板１０及び金属ベース３０からの接着剤層２０の剥れが生じた。一方、実施例及び比較例１〜３の静電チャックでは、熱サイクルを１８０回付与した後であっても、接着剤層２０の剥れは生じなかった。従って、熱膨張係数が２６×１０−６／Ｋである金属ボールではなく、熱膨張係数が２．８×１０−６／Ｋであるセラミック球２１を接着剤層２０内に配置すれば、接着剤層２０の剥れが生じにくくなるため、静電チャックの信頼性が向上することが証明された。
【００６２】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００６３】
（１）本実施形態の静電チャック１によれば、粒径の揃った複数のセラミック球２１が、セラミック絶縁板１０の接合面１２と金属ベース３０の第１面３１とに接触することにより、接着剤層２０の厚さが均一に保持される。即ち、各セラミック球２１は、セラミック絶縁板１０と金属ベース３０との間を一定の間隔に保持するスペーサとして機能する。なお本実施形態では、接合面１２及び第１面３１の平面度が高い（３０μｍ以下）ことから、接合面１２と第１面３１とが略平行になる。このため、接合面１２の反対側に位置する吸着面１１の平面度が高くなるとともに、第１面３１に対する吸着面１１の平行度が高くなる。その結果、吸着面１１に吸着された半導体ウェハ２の表面の平面度も高くなるため、半導体ウェハ２に対して処理を行う場合に、処理の度合いがばらつきにくくなり、半導体ウェハ２の歩留まり低下などの問題を防止できる。
【００６４】
（２）本実施形態では、金属材料よりも熱伝導率が低く樹脂材料よりも硬いセラミック材料を用いて、スペーサ（セラミック球２１）を形成している。これにより、スペーサを金属材料によって形成した場合に比べて、スペーサ（セラミック球２１）の熱伝導率を低く抑えることができるため、セラミック絶縁板１０と金属ベース３０との間で熱が過度に伝達されなくなる。その結果、吸着面１１においてセラミック球２１の直上となる領域と直上とはならない領域との温度差を小さくすることができ、吸着面１１に吸着された半導体ウェハ２を均一に加熱または冷却することができる。また、スペーサを樹脂材料によって形成した場合に比べて、セラミック絶縁板１０と金属ベース３０とを接合する際にスペーサ（セラミック球２１）が潰れにくくなるため、接着剤層２０の厚さを均一に保持することができる。
【００６５】
（３）本実施形態のセラミック球２１は、真球度が２μｍとなる略球状である。これにより、セラミック球２１の外周面が、セラミック絶縁板１０の接合面１２と金属ベース３０の第１面３１とに点接触するようになる。その結果、セラミック球２１とセラミック絶縁板１０との間やセラミック球２１と金属ベース３０との間に接着剤層２０が挟み込まれにくくなるため、接着剤層２０の厚さに誤差が生じにくくなる。また、静電チャック１の製造時において、治具８０の治具本体８１が有する位置決め孔８３内にセラミック球２１を挿入する際（図５参照）に、セラミック球２１の向きを考慮しなくても済む。さらに、セラミック球２１を接着剤層２０上に載置する際（図６参照）においても、セラミック球２１の向きを考慮しなくても済む。しかも、セラミック球２１を接着剤層２０上に載置する際に、セラミック球２１の外周面は接着剤層２０の表面に点接触するため、セラミック球２１と接着剤層２０との接触面積が小さくなり、セラミック球２１から接着剤層２０に加わる圧力が高くなる。これにより、セラミック球２１が接着剤層２０内に埋まって仮固定されやすくなるため、セラミック球２１が位置ずれしにくくなる。また、接着剤層２０内のボイドを減らすことができる。従って、接着剤層２０のボイドを確実に生めることができるため、例えばセラミック絶縁板１０の熱を接着剤層２０を介して均一に伝達させることができる。
【００６６】
（４）本実施形態のセラミック絶縁板１０は、セラミックグリーンシートの成形技術（即ち、セラミック層の成形技術）が確立されているアルミナを主成分とする材料からなるため、冷却用ガス流路４１、吸着用電極層５１及びヒータ電極層６１などを容易に形成することができる。また、本実施形態の金属ベース３０は、微細加工が容易な金属材料（本実施形態ではアルミニウム）からなるため、冷却用流体流路７１，７２を容易に形成することができる。
【００６７】
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。
【００６８】
・上記実施形態の静電チャック１の製造方法では、金属ベース３０の第１面３１上に接着剤層２０を形成した後、接着剤層２０上にセラミック球２１及びセラミック絶縁板１０を載置した状態で、垂直方向に押圧力を加えることによりセラミック球２１を接着剤層２０内に埋め込んでいた。しかし、静電チャック１の製造方法は上記実施形態に限定される訳ではない。例えば、第１面３１上に複数のセラミック球２１を接着等によって固定した後で、第１面３１上に接着剤層２０を形成してもよい。また、セラミック絶縁板１０の接合面１２に接着剤層２０を形成した後、接着剤層２０上にセラミック球２１及び金属ベース３０を載置した状態で、垂直方向に押圧力を加えることによりセラミック球２１を接着剤層２０内に埋め込んでもよい。
【００６９】
・上記実施形態の静電チャック１の製造方法では、金属ベース３０の第１面３１上に、スクリーン印刷装置を用いてペースト状の接着剤を印刷塗布することにより、接着剤層２０を形成していた。しかし、セラミック絶縁板１０及び金属ベース３０をシート状の接着剤層を挟んで接合することにより、接着剤層２０を形成してもよい。例えば、シート状の接着剤層の片面に複数のセラミック球２１を載置しておき、セラミック球２１が載置された接着剤層を、セラミック絶縁板１０と金属ベース３０とで挟み込むようにしてもよい。
【００７０】
・上記実施形態の静電チャック１では、半導体ウェハ２を被吸着物としていたが、液晶パネルなどの他の部材を被吸着物としてもよい。
【００７１】
次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００７２】
（１）第１主面及び第２主面を有するとともに内部に吸着用電極層を有するセラミック絶縁板と、第１面及び第２面を有するとともに前記第１面が前記セラミック絶縁板の前記第２主面側に接着剤層を介して接合される金属ベースとを備え、前記吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物を前記第１主面に吸着させる静電チャックにおいて、前記接着剤層内に、前記セラミック絶縁板の前記第２主面と前記金属ベースの前記第１面とに接触して前記接着剤層の厚さを保持する粒径の揃った複数のセラミック球が配置され、前記複数のセラミック球が窒化珪素からなることを特徴とする静電チャック。
【符号の説明】
【００７３】
１…静電チャック
２…被吸着物としての半導体ウェハ
１０…セラミック絶縁板
１１…第１主面としての吸着面
１２…第２主面としての接合面
２０…接着剤層
２１…セラミック球
３０…金属ベース
３１…第１面
３２…第２面
５１…吸着用電極層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの固定、半導体ウェハの平面度の矯正、半導体ウェハの搬送などに用いられる静電チャックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体製造装置では、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）に対してドライエッチング等の処理が行われている。ドライエッチングの精度を高めるためには、半導体ウェハを確実に固定しておく必要がある。そこで、半導体ウェハを固定する固定手段として、静電引力によって半導体ウェハを固定する静電チャックが提案されている。
【０００３】
具体的に言うと、静電チャックは、セラミック絶縁板の内部に吸着用電極層を有しており、その吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて、半導体ウェハをセラミック絶縁板の吸着面に吸着させるようになっている。なお、静電チャックは、セラミック絶縁板の接合面に、接着剤層を介して金属ベースを接合することによって構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、静電チャックは、上記したように、ドライエッチング等の処理を行う際に、半導体ウェハをセラミック絶縁板の吸着面に吸着することを主な機能としている。従って、平面度が低い吸着面に半導体ウェハを吸着させると、吸着面に追従して半導体ウェハの表面の平面度も低下してしまう。このため、例えばドライエッチングを行って半導体ウェハ上にパターンを形成する場合に、処理の度合いがばらついて歩留まりが低下するなどの問題が生じやすい。よって、この種の静電チャックにおいては、セラミック絶縁板の吸着面に高い平面度が要求されている。また、処理度合いのバラツキをなくすために、金属ベースの表面に対する吸着面の平行度を高くすることも要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２８７３４４号公報（図２など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の静電チャックでは、上記した平面度及び平行度を十分に確保できないという問題がある。その原因は、セラミック絶縁板と金属ベースとを接着剤層を用いて接合していることにある。即ち、セラミック絶縁板の吸着面及び接合面や、金属ベースの表面及び裏面が、機械加工や研磨等によって高い平面度で仕上げられていたとしても、ペースト状の接着剤を塗布して均一な厚さの接着剤層を形成することは困難だからである。
【０００７】
そこで、金属材料や樹脂材料によって形成されたスペーサを接着剤層内に配置することにより、セラミック絶縁板と金属ベースとの間を一定の間隔に保持することが考えられる。しかし、スペーサを金属材料によって形成した場合、スペーサの熱伝導率が高くなるため、セラミック絶縁板と金属ベースとの間で熱が伝達されやすくなる。その結果、吸着面においてスペーサの直上となる領域と直上とはならない領域との温度差が大きくなってしまい、吸着面に吸着された半導体ウェハを均一に加熱または冷却できないという問題がある。また、スペーサを樹脂材料によって形成した場合、セラミック絶縁板と金属ベースとを接合する際にスペーサが潰れてしまうため、接着剤層の厚さを均一に保持できないという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、接着剤層の厚さを均一にすることにより、吸着面の平面度と金属ベースの表面に対する吸着面の平行度とを高めることができる静電チャックを提供することにある。また、第２の目的は、スペーサを金属材料や樹脂材料によって形成した場合に生じる上記の問題を解消することができる静電チャックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、上記課題を解決するための手段としては、第１主面及び第２主面を有するとともに内部に吸着用電極層を有するセラミック絶縁板と、第１面及び第２面を有するとともに前記第１面が前記セラミック絶縁板の前記第２主面側に接着剤層を介して接合される金属ベースとを備え、前記吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物を前記第１主面に吸着させる静電チャックにおいて、前記接着剤層内に、前記セラミック絶縁板の前記第２主面と前記金属ベースの前記第１面とに接触して前記接着剤層の厚さを保持する粒径の揃った複数のセラミック球が配置されていることを特徴とする静電チャックがある。
【００１０】
従って、上記手段の静電チャックによれば、粒径の揃った複数のセラミック球が、セラミック絶縁板の接合面である第２主面と金属ベースの表面である第１面とに接触することにより、接着剤層の厚さが均一に保持される。即ち、各セラミック球は、セラミック絶縁板と金属ベースとの間を一定の間隔に保持するスペーサとして機能する。これにより、第２主面と第１面とが平行になるため、第２主面の反対側に位置する第１主面（セラミック絶縁板の吸着面）の平面度を高めることができるとともに、第１面（金属ベースの表面）に対する第１主面の平行度を高めることができる。その結果、第１主面に吸着された被吸着物の表面の平面度も高くなるため、被吸着物に対して処理を行う場合に、処理の度合いがばらつきにくくなり、被吸着物の歩留まり低下などの問題を防止できる。ここで、本明細書で述べられている「平面度」及び「平行度」の測定方法は、ＪＩＳ Ｂ７５１３で定義されている精密定盤による測定方法に準じるものとする。
【００１１】
しかも、上記手段によれば、金属材料よりも熱伝導率が低く樹脂材料よりも硬いセラミック材料を用いて、スペーサ（セラミック球）を形成している。これにより、スペーサを金属材料によって形成した場合に比べて、スペーサの熱伝導率を低く抑えることができるため、セラミック絶縁板と金属ベースとの間で熱が過度に伝達されなくなる。その結果、第１主面においてスペーサの直上となる領域と直上とはならない領域との温度差を小さくすることができ、第１主面に吸着された被吸着物を均一に加熱または冷却することができる。また、スペーサを樹脂材料によって形成した場合に比べて、セラミック絶縁板と金属ベースとを厚さ方向に押圧力を加えて接合する際にスペーサが潰れにくくなるため、接着剤層の厚さを均一に保持することができる。
【００１２】
また、前記セラミック絶縁板の厚さは特に限定されないが、０．５ｍｍ以上７．０ｍｍ以下であってもよい。なお、セラミック絶縁板の厚さが１．０ｍｍ以下になると、セラミック絶縁板が薄くなりすぎるため、セラミック絶縁板の強度が低下して破損する可能性がある。一方、セラミック絶縁板の厚さが６．０ｍｍよりも大きくなると、熱が伝達される距離（セラミック絶縁板の第１主面から金属ベースの第１面までの距離）が長くなるため、セラミック絶縁板の熱を接着剤層を介して金属ベース側に逃がしにくくなる。その結果、温度制御性が低下する場合もありうる。
【００１３】
なお、セラミック絶縁板を構成する材料としては、アルミナ、イットリア（酸化イットリウム）、窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックを主成分とする焼結体などが挙げられる。また、用途に応じて、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよいし、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどの誘電体セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよい。
【００１４】
なお、半導体製造におけるドライエッチングなどの各処理においては、プラズマを用いた技術が種々採用され、プラズマを用いた処理においては、ハロゲンガスなどの腐食性ガスが多用されている。このため、腐食性ガスやプラズマに晒される静電チャックには、高い耐食性が要求される。従って、前記セラミック絶縁板は、腐食性ガスやプラズマに対する耐食性がある材料、例えば、アルミナやイットリアを主成分とする材料からなることが好ましい。このようにすれば、セラミック絶縁板の第１主面の腐食を防止できるため、第１主面の平面度が低下しにくくなり、静電チャックの長寿命化を図ることができる。
【００１５】
なお、前記セラミック絶縁板は、前記吸着用電極層を内部に有している。吸着用電極層を構成する材料としては特に限定されないが、同時焼成法によって吸着用電極層及びセラミック絶縁板を形成する場合、吸着用電極層中の金属粉末は、セラミック絶縁板の焼成温度よりも高融点である必要がある。例えば、セラミック絶縁板がいわゆる高温焼成セラミック（例えばアルミナ等）からなる場合には、吸着用電極層中の金属粉末として、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等やそれらの合金が選択可能である。セラミック絶縁板がいわゆる低温焼成セラミック（例えばガラスセラミック等）からなる場合には、吸着用電極層中の金属粉末として、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等やそれらの合金が選択可能である。また、セラミック絶縁板が高誘電率セラミック（例えばチタン酸バリウム等）からなる場合には、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等やそれらの合金が選択可能である。なお、吸着用電極層は、金属粉末を含む導体ペーストを用い、従来周知の手法、例えば印刷法等により塗布された後、焼成することで形成される。さらに、前記金属ベースを形成する材料としては、銅、アルミニウム、鉄、チタンなどを挙げることができる。
【００１６】
また、接着剤層を形成する材料は、セラミック絶縁板と金属ベースとを接合させる力や複数のセラミック球を固着させる力が大きい材料であることが好ましく、例えばインジウムなどの金属材料や、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂などの樹脂材料を選択することができる。しかし、セラミック絶縁板の熱膨張係数と金属ベースの熱膨張係数との差が大きいため、前記接着剤層は、緩衝材としての機能を有する弾性変形可能な樹脂材料からなる接着剤であることが好ましく、特には、シリコーン樹脂からなる接着剤であることが好ましい。このようにすれば、高弾性率を有するシリコーン樹脂によって、セラミック絶縁板−金属ベース間に発生する熱応力を有効に緩和することができる。ここで、「シリコーン樹脂」とは、シロキサン結合（珪素と酸素との結合）による主骨格を有する高分子化合物のことをいう。
【００１７】
また、前記接着剤層の厚さは特に限定されないが、例えば２５μｍ以上７００μｍ以下に設定されていてもよい。ところで、金属ベースは、セラミック絶縁板を保持する機能だけでなく、第１主面上の被吸着物から発生する熱を外部に放出して被吸着物を冷却する機能も有している。しかし、接着剤層は、セラミック材料や金属材料よりも熱伝導率がかなり低い樹脂材料からなる可能性が高いため、接着剤層の厚さが７００μｍよりも大きくなると、セラミック絶縁板−金属ベース間で熱が伝達されにくくなり、被吸着物からの熱を外部に放出することが困難になる。なお、接着剤層の厚さが２５μｍ未満になると、セラミック絶縁板の第２主面や金属ベースの第１面に凹凸が生じた場合に、接着剤が行き渡らない未接着部分が生じやすくなる。さらに、前記接着剤層の厚さは、前記複数のセラミック球の平均粒径と等しいことが好ましい。このようにすれば、各セラミック球を第２主面及び第１面に対して確実に接触させることができるため、各セラミック球によって接着剤層の厚さを均一に保持することが容易になる。
【００１８】
また、前記接着層内には、粒径の揃った複数のセラミック球が配置されている。ここで、「粒径の揃った」とは、大部分のセラミック球の粒径が、例えば、（接着剤層の厚さ）±１０μｍ以内、好ましくは（接着剤層の厚さ）±５μｍ以内であることをいうものとする。セラミック球の粒径が上記の範囲内であれば、接着剤層の厚さに影響が出にくいと考えられるからである。また、「セラミック球」とは、セラミックを主成分とする球状物のことをいう。なお、セラミック球を構成する材料としては、窒化珪素、アルミナ、ジルコニア、酸化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化ほう素、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムなどが挙げられる。
【００１９】
また、前記セラミック球の２００℃以下における熱伝導率は特に限定されないが、例えば２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であってもよい。ここで、熱伝導率が上記の条件を満たすセラミック球の材料としては、窒化珪素（熱伝導率２８Ｗ／（ｍ・Ｋ））、アルミナ（熱伝導率３０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ジルコニア（熱伝導率４Ｗ／（ｍ・Ｋ））、酸化珪素（熱伝導率３０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、窒化アルミニウム（熱伝導率１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、炭化珪素（熱伝導率１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ））などが挙げられる。なお、セラミック球の２００℃以下における熱伝導率が２Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満になると、セラミック絶縁板の第１主面においてセラミック球の直上となる領域と直上とはならない領域との温度差が大きくなるため、第１主面に吸着された被吸着物を均一に加熱または冷却することが困難になる。一方、セラミック球の２００℃以下における熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも大きくなると、セラミック絶縁板−金属ベース間で熱が伝達されすぎるため、セラミック絶縁板の第１主面の温度分布が不均一になりやすくなる。この場合、第１主面に吸着された被吸着物を均一に加熱または冷却できないなどの問題が生じやすくなる。
【００２０】
さらに、前記セラミック球の熱膨張係数は特に限定されないが、例えば１．０×１０−６／Ｋ以上１５×１０−６／Ｋ以下であってもよい。ここで、熱膨張係数が上記の条件を満たすセラミック球の材料としては、窒化珪素（熱膨張係数２．８×１０−６／Ｋ）、アルミナ（熱膨張係数７．７×１０−６／Ｋ）、ジルコニア（熱膨張係数１０×１０−６／Ｋ）、酸化珪素（熱膨張係数３×１０−６／Ｋ）、窒化アルミニウム（熱膨張係数４．４×１０−６／Ｋ）、炭化珪素（熱膨張係数４．１×１０−６／Ｋ）などが挙げられる。なお、セラミック球の熱膨張係数が１．０×１０−６／Ｋ未満になると、セラミック絶縁板との熱膨張係数差が非常に大きくなる。その結果、加熱⇔冷却の熱サイクルに曝されると、接着剤層がセラミック絶縁板から剥離して信頼性低下につながるおそれがある。一方、セラミック球の熱膨張係数が１５×１０−６／Ｋよりも大きくなると、温度変化に伴ってセラミック球の寸法が変化しやすくなるため、接着剤層に複数のセラミック球を配置したとしても、接着剤層にクラックが生じやすくなったり、接着剤層が剥れたりするなどの問題が生じる可能性がある。
【００２１】
そして、前記複数のセラミック球は、前記セラミック絶縁板及び前記金属ベースよりも硬い材料からなることが好ましい。このようにすれば、セラミック絶縁板と金属ベースとを接合する際に、セラミック絶縁板及び金属ベースからなる積層体に対して厚さ方向に押圧力が加わったとしても、セラミック球が潰れる可能性が小さくなる。よって、各セラミック球によって接着剤層の厚さを均一に保持することが容易になる。ここで、セラミック絶縁体及び金属ベースよりも硬くなるセラミック球の材料としては、窒化珪素（ビッカース硬さ（ＨＶ）が１５００）、アルミナ（ビッカース硬さ（ＨＶ）が１０００〜１５００）、ジルコニア（ビッカース硬さ（ＨＶ）が１３００）、窒化アルミニウム（ビッカース硬さ（ＨＶ）が１１００〜１６００）、炭化珪素（ビッカース硬さ（ＨＶ）が２４００）などが挙げられる。
【００２２】
また、前記セラミック球の真球度も特に限定されないが、例えば２μｍ以下であってもよい。仮に、セラミック球の真球度が２μｍよりも大きくなると、セラミック球の粒径のバラツキが大きくなるため、接着剤層に複数のセラミック球を配置したとしても、接着剤層の厚さを均一に保持できない可能性がある。この場合、セラミック絶縁板の平面度と金属ベースの第１面に対する第１主面の平行度とが低下するおそれがある。
【００２３】
なお、セラミック球を配置する方法は特に限定されないが、例えば、前記セラミック球は、前記接着剤層における２０ｍｍ角以上６０ｍｍ角以下の領域ごとに１個の割合で配置されていてもよい。このようにした場合、セラミック球が接着剤層の平面方向に沿って均一に配置されるため、各セラミック球によって接着剤層の厚さをより均一に保持することができる。なお、セラミック球が、接着剤層における２０ｍｍ角未満の領域ごとに１個の割合で配置されていると、接着剤層に多数のセラミック球を配置しなければならないため、静電チャックの製作コストが上昇してしまう。また、セラミック球の熱伝導率は接着剤層の熱伝導率とは異なるため、上記のように、セラミック球が、接着剤層における２０ｍｍ角未満の領域ごとに１個の割合で配置されていると（即ち、セラミック球が密集して配置されていると）、セラミック絶縁板の第１主面の温度分布が不均一になりやすい。一方、セラミック球が、接着剤層における６０ｍｍ角よりも広い領域ごとに１個の割合で配置されていると、接着剤層に配置されるセラミック球が少なくなるため、接着剤層に複数のセラミック球を配置したとしても、接着剤層の厚さを均一に保持できない可能性がある。なお、接着剤層の厚さを均一にするためには（換言すると、セラミック絶縁板の第２主面と金属ベースの第１面とを互いに平行に保持するためには）、接着剤層内に３個以上のセラミック球を配置することがよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を具体化した一実施形態の静電チャックを一部破断して示す斜視図。
【図２】静電チャックを示す概略断面図。
【図３】セラミック球の配置態様を示す説明図。
【図４】静電チャックの製造方法を示す説明図。
【図５】静電チャックの製造方法を示す説明図。
【図６】静電チャックの製造方法を示す説明図。
【図７】静電チャックの製造方法を示す説明図。
【図８】静電チャックの製造方法を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２６】
図１に示されるように、本実施形態の静電チャック１は、吸着面１１に半導体ウェハ２（被吸着物）を吸着するための装置である。静電チャック１は、セラミック絶縁板１０と、セラミック絶縁板１０の接合面１２側に接着剤層２０を介して接合される金属ベース３０とを備えている。
【００２７】
図１，図２に示されるように、セラミック絶縁板１０は、直径３００ｍｍ×厚さ３．０ｍｍの略円板状である。セラミック絶縁板１０は、第１主面である吸着面１１、及び、第２主面である接合面１２を有している。なお本実施形態では、吸着面１１及び接合面１２が互いに平行に配置されるとともに、吸着面１１及び接合面１２の平面度がいずれも３０μｍ以下となっている。セラミック絶縁板１０は、アルミナを主成分とする焼結体からなり、第１層〜第６層のセラミック層（図示略）を積層した構造を有している。本実施形態において、セラミック絶縁板１０の熱伝導率は３２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張係数は７．７ｐｐｍ／℃（＝７．７×１０−６／Ｋ）となっている。なお、セラミック絶縁板１０の熱膨張係数は、３０℃〜２５０℃間の測定値の平均値をいう。また、セラミック絶縁板１０のビッカース硬さ（ＨＶ）は１０００となっている。
【００２８】
また、セラミック絶縁板１０は、冷却用ガス流路４１を内部に有している。冷却用ガス流路４１には、吸着面１１に吸着された前記半導体ウェハ２を冷却するヘリウムガス（冷却用ガス）が流れるようになっている。そして、冷却用ガス流路４１は、第３層のセラミック層内に、セラミック絶縁板１０の平面方向に延びる複数の横穴４２を備えている。各横穴４２は、断面矩形状をなし、セラミック絶縁板１０の厚さ方向の長さが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下（本実施形態では１．０ｍｍ）に設定されるとともに、セラミック絶縁板１０の平面方向の長さが０．５〜２．０ｍｍに設定されている。各横穴４２は、セラミック絶縁板１０の中心部Ｃ１（図３参照）を基準として等角度（６０°）間隔で配置されるとともに、中心部Ｃ１から外周部に向かって放射状に延びている。
【００２９】
図１に示される冷却用ガス流路４１は、第１層のセラミック層内に一対の円環状ガス流路（図示略）を備えている。両円環状ガス流路は、中心部Ｃ１に対して平面視同心円状に配置されている。また、外周側の円環状ガス流路には、前記吸着面１１にて開口する複数のガス噴出口（図示略）が設けられている。各ガス噴出口は、円形状をなし、中心部Ｃ１を基準として等角度間隔で配置されている。
【００３０】
さらに図１に示されるように、冷却用ガス流路４１は、前記セラミック絶縁板１０の厚さ方向に延びる直径０．１〜１．０ｍｍの縦穴４７，４８をさらに備えている。内周側の縦穴４７は、中央部分が横穴４２に連通するとともに、吸着面１１側の端部が内周側の円環状ガス流路に連通する一方、接合面１２側の端部が接合面１２にて開口している。また、外周側の縦穴４８は、吸着面１１側の端部が外周側の円環状ガス流路に連通する一方、接合面１２側の端部が横穴４２に連通している。
【００３１】
図１，図２に示されるように、セラミック絶縁板１０は、吸着用電極層５１を内部に有している。吸着用電極層５１は、タングステンを主成分として形成された層であって、セラミック絶縁板１０内において横穴４２よりも吸着面１１側（具体的には、前記第３層のセラミック層上）に配置されている。なお、吸着用電極層５１は、第３層〜第５層のセラミック層を貫通するビアホール導体（図示略）の上端面に電気的に接続され、ビアホール導体の下端面は、第５層のセラミック層の下面上に形成された第１パッド（図示略）に電気的に接続されている。さらに、第６層のセラミック層の所定箇所には、第１パッドを露出させる第１開口部（図示略）が形成され、第１パッドの表面上には、第１端子ピン（図示略）がロウ付け、はんだ付け、導電性接着剤などによって接合されている。第１端子ピンは、前記金属ベース３０に設けられた第１凹部（図示略）内に収容されている。そして、第１端子ピンには、外部端子（図示略）が接合された状態で電圧が印加されるようになっている。
【００３２】
図１，図２に示されるように、セラミック絶縁板１０は、同セラミック絶縁板１０を加熱する複数のヒータ電極層６１を内部に有している。各ヒータ電極層６１は、タングステンを主成分として形成された層であって、セラミック絶縁板１０内において横穴４２よりも前記接合面１２側（具体的には、第６層のセラミック層上）に配置されている。また、各ヒータ電極層６１は、前記中心部Ｃ１に対して渦巻き状に周回するように配置されている。これにより、各ヒータ電極層６１は、横穴４２と交差するため、セラミック絶縁板１０を厚さ方向から見たときに横穴４２と殆ど重ならないようになっている。なお、ヒータ電極層６１は、第５層のセラミック層の下面上に形成された第２パッド（図示略）に電気的に接続されている。さらに、第６層のセラミック層の所定箇所には、第２パッドを露出させる第２開口部（図示略）が形成され、第２パッドの表面上には、第２端子ピン（図示略）がロウ付け、はんだ付け、導電性接着剤などによって接合されている。第２端子ピンは、金属ベース３０に設けられた第２凹部（図示略）内に収容されている。そして、第２端子ピンには、外部端子（図示略）が接合された状態で電圧が印加されるようになっている。
【００３３】
図１，図２に示されるように、金属ベース３０は、アルミニウムを主成分とする材料からなっている。本実施形態において、金属ベース３０の熱伝導率は２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張係数は約２３ｐｐｍ／℃（＝約２３×１０−６／Ｋ）となっている。なお、金属ベース３０の熱膨張係数は、０℃〜ガラス転移温度（Ｔｇ）間の測定値の平均値をいう。また、金属ベース３０のビッカース硬さ（ＨＶ）は５０となっている。金属ベース３０は、直径３４０ｍｍ×厚さ３０ｍｍの略円板状である。即ち、金属ベース３０の直径は、セラミック絶縁板１０の直径（３００ｍｍ）よりも大きく設定されている。金属ベース３０は、セラミック絶縁板１０が接合される第１面３１と、第１面３１の反対側に位置する第２面３２とを有している。なお本実施形態では、第１面３１及び第２面３２が互いに平行に配置されるとともに、第１面３１及び第２面３２の平面度が３０μｍ以下となっている。
【００３４】
また、金属ベース３０は、冷却用流体流路７１，７２を内部に有している。冷却用流体流路７１，７２には、セラミック絶縁板１０を冷却する冷却水（冷却用流体）が流れるようになっている。各冷却用流体流路７１，７２は、前記中心部Ｃ１に対して渦巻き状に周回するように配置されている。内周側の冷却用流体流路７１には、第２面３２にて開口する複数の冷却水通路７３が設けられている。また、外周側の冷却用流体流路７２は、セラミック絶縁板１０及び金属ベース３０を厚さ方向から見たときに、セラミック絶縁板１０よりも外周側に延びている。
【００３５】
さらに図１に示されるように、金属ベース３０は、同金属ベース３０の厚さ方向に延びる直径２．５ｍｍの連通穴３３を備えている。この連通穴３３には、外部配管（図示略）を介してヘリウムガスが供給されるようになっている。連通穴３３は、第１面３１側の端部が前記縦穴４７に連通する一方、第２面３２側の端部が第２面３２にて開口している。そして、連通穴３３は、冷却用流体流路７１，７２を避けて配置されている。具体的に言うと、連通穴３３は、冷却用流体流路７１と冷却用流体流路７２との間に配置されている。
【００３６】
図１〜図３に示されるように、前記接着剤層２０は、シリコーン樹脂からなる接着剤であり、接着剤層２０の厚さは３００μｍに設定されている。本実施形態において、接着剤層２０の熱伝導率は１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張係数は約２００ｐｐｍ／℃（＝約２００×１０−６／Ｋ）となっている。なお、接着剤層２０の熱膨張係数は、０℃〜ガラス転移温度（Ｔｇ）間の測定値の平均値をいう。
【００３７】
図２，図３に示されるように、接着剤層２０内には、粒径の揃った複数のセラミック球２１が配置されている。各セラミック球２１は、前記セラミック絶縁板１０の前記接合面１２と前記金属ベース３０の前記第１面３１とに接触することによって、接着剤層２０の厚さを保持するようになっている。なお、各セラミック球２１の平均粒径は、接着剤層２０の厚さと等しくなっており、本実施形態において３００μｍに設定されている。また、各セラミック球２１は、真球度が２μｍとなる略球状をなしている。さらに、各セラミック球２１は、高温焼成セラミックの一種である窒化珪素の焼結体からなっている。本実施形態において、セラミック球２１の２００℃以下における熱伝導率は２８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張係数は２．８×１０−６／Ｋとなっている。なお、セラミック球２１の熱膨張係数は、０℃〜ガラス転移温度（Ｔｇ）間の測定値の平均値をいう。また、セラミック球２１のビッカース硬さ（ＨＶ）は１５００となっている。即ち、各セラミック球２１は、セラミック絶縁板１０（ビッカース硬さ１０００）及び金属ベース３０（ビッカース硬さ５０）よりも硬い材料からなっている。
【００３８】
図３に示されるように、各セラミック球２１は、接着剤層２０の平面方向に沿って配置されている。具体的に言うと、接着剤層２０内において前記中心部Ｃ１となる箇所には、１個のセラミック球２１が配置されている。また、接着剤層２０内には、複数のセラミック球２１からなる円環状のセラミック球群２２，２３が配置されている。両セラミック球群２２，２３は、中心部Ｃ１に対して平面視同心円状に配置されている。内周側のセラミック球群２２を構成するセラミック球２１は、中心部Ｃ１を基準として等角度（４５°）間隔で配置されている。一方、外周側のセラミック球群２３を構成するセラミック球２１は、中心部Ｃ１を基準として等角度（３０°）間隔で配置されている。また、各セラミック球２１は、セラミック絶縁板１０を厚さ方向から見たときに前記縦穴４７及び前記連通穴３３と重ならないように配置されている。さらに、各セラミック球２１は、セラミック絶縁板１０を厚さ方向から見たときに前記第１，第２開口部及び第１，第２凹部を避けて配置されている。また、隣接するセラミック球２１の中心間距離（ピッチ）は、４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定されている。そして、セラミック球２１は、接着剤層２０における４２ｍｍ角の領域ごとに１個の割合で配置されている。
【００３９】
なお、本実施形態の静電チャック１を使用する場合には、吸着用電極層５１に３ｋＶの電圧を印加して静電引力を発生させ、発生した静電引力を用いて半導体ウェハ２を前記吸着面１１に吸着させる。このとき、冷却用ガス流路４１を流れるヘリウムガスが、ガス噴出口から吸着面１１と半導体ウェハ２の裏面との間に供給され、半導体ウェハ２が冷却される。また、ヒータ電極層６１に電圧を印加してセラミック絶縁板１０を加熱することにより、吸着面１１に吸着されている半導体ウェハ２が加熱される。
【００４０】
次に、静電チャック１の製造方法を説明する。
【００４１】
まず以下の手順でスラリーを調製する。アルミナ粉末（９２重量％）に、ＭｇＯ（１重量％）、ＣａＯ（１重量％）、ＳｉＯ２（６重量％）を混合し、ボールミルで５０〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥することにより、粉末を得る。次に、得られた粉末に、メタクリル酸イソブチルエステル（３重量％）、ブチルエステル（３重量％）、ニトロセルロース（１重量％）、ジオクチルフタレート（０．５重量％）を加え、さらにトリクロロエチレン、ｎ−ブタノールを溶剤として加えた後、ボールミルで湿式混合することにより、アルミナグリーンシートを形成する際の出発材料となるスラリーを得る。
【００４２】
次に、このスラリーを、減圧脱泡した後、離型性の支持体（図示略）上に流し出して冷却することにより、溶剤を発散させる。その結果、所望の厚さの第１層〜第６層のアルミナグリーンシート（第１層〜第６層のセラミック層となるべき未焼結セラミック層）が形成される。なお、第２層〜第６層のアルミナグリーンシートには、縦穴４７を形成するための貫通孔が設けられ、第２層，第３層のアルミナグリーンシートには、縦穴４８を形成するための貫通孔が設けられる。また、第１層のアルミナグリーンシートには、円環状ガス流路を形成するための貫通孔が設けられ、第４層のアルミナグリーンシートには、横穴４２を形成するための貫通孔が設けられる。さらに、第６層のアルミナグリーンシートには、第１，第２凹部を形成するための貫通孔が設けられる。また、第３層〜第５層のアルミナグリーンシートには、ビアホール導体を形成するための貫通孔が設けられる。なお、各貫通孔は、アルミナグリーンシートを型抜きまたは機械加工することにより形成される。
【００４３】
また、上記したアルミナグリーンシート用の粉末にタングステン粉末を混合する。これをアルミナグリーンシートの作製時と同様の方法によってスラリー状にし、メタライズペーストを得る。
【００４４】
次に、第３層のアルミナグリーンシートの上面上に、従来周知のペースト印刷装置（例えばスクリーン印刷装置）を用いて、吸着用電極層５１となるメタライズペーストを印刷塗布する。また、第６層のアルミナグリーンシートの上面上に、ペースト印刷装置を用いて、ヒータ電極層６１となるメタライズペーストを印刷塗布する。さらに、第３層〜第５層のアルミナグリーンシートに設けられた貫通孔内に、ビアホール導体となるメタライズペーストを印刷塗布する。また、第６層のアルミナグリーンシートの下面上に、第１パッド及び第２パッドとなるメタライズペーストを印刷塗布する。この後、印刷されたメタライズペーストを室温で乾燥する。
【００４５】
次に、冷却用ガス流路４１、第１，第２開口部及びビアホール導体が形成されるように各貫通孔を位置合わせした状態で、第１層〜第６層のアルミナグリーンシートを熱圧着し、厚さを約５ｍｍとしたグリーンシート積層体を形成する。さらに、グリーンシート積層体を、所定の円板状（本実施形態では、直径３００ｍｍの円板状）にカットする。
【００４６】
次に、上記グリーンシート積層体を大気中にて２５０℃で１０時間脱脂し、さらに還元雰囲気中１４００〜１６００℃にて所定時間焼成する。その結果、アルミナ及びタングステンが同時焼結し、所望構造のセラミック絶縁板１０が得られる。この焼成により、寸法が約２０％小さくなるため、セラミック絶縁板１０の厚さは約４ｍｍとなる。その後、セラミック絶縁板１０の表裏両面を研磨することにより、セラミック絶縁板１０の厚さを３ｍｍにする加工を行うとともに、吸着面１１及び接合面１２の平面度を３０μｍ以下とする加工を行う。
【００４７】
次に、第１，第２端子ピンにニッケルめっきを施し、ニッケルめっきを施した第１，第２端子ピンを第１，第２パッドに対してロウ付け、はんだ付け、導電性接着剤などによって接合することにより、セラミック絶縁板１０を完成させる。
【００４８】
また、セラミック球２１を作製し、あらかじめ準備しておく。セラミック球２１は、例えば以下のように作製される。まず、窒化珪素粉末に、希土類、チタン族、土酸金属、アルミニウム族、炭素族の元素群から選択された少なくとも１種を、焼結助剤として１〜１５重量％、好ましくは２〜８重量％の割合で混合する。次に、得られた混合物に、水系溶媒を加えてアトライターなどの粉砕機で湿式混合することにより、泥漿を得る。そして、得られた泥漿を、スプレードライなどによって乾燥させ、原料粉末を得る。
【００４９】
次に、金型プレスを構成する第１型（上型）、第２型（下型）、第３型（左型）及び第４型（右型）を組み合わせることにより、内部にセラミック球２１と同一形状かつ同一体積のキャビティを構成する。この状態で、得られた原料粉末をキャビティ内に充填する。そして、金型プレスの上下方向に押圧力を印加し、キャビティ内に充填された原料粉末を圧縮することにより、成形体を得る。その後、第１型、第２型、第３型及び第４型を互いに離間させて、球状の成形体を取り出す。
【００５０】
なお本実施形態では、原料粉末を一方向のみに圧縮することによって成形体を形成しているため、得られた成形体には、密度の高い部分と低い部分とが生じてしまう。そこで本実施形態では、ゴム型（図示略）を用いて乾式ＣＩＰ（静水圧プレス）を行っている。これにより、成形体の密度分布が略一定となり、緻密な成形体となる。
【００５１】
次に、得られた成形体の焼成を行い、球状の窒化珪素質焼結体であるセラミック球２１を得る。なお本実施形態では、成形体の焼成が、樹脂抜き焼成、一次焼成及び二次焼成の３段階からなっている。詳述すると、一次焼成では、上記成形体を、窒素を含む０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下の非酸化性雰囲気中で、１９００℃以下にて所定時間焼成する。その結果、窒化珪素が焼結し、焼結体密度が７８％以上（好ましくは９０％以上）となる。続く二次焼成では、一次焼成後の成形体を、窒素を含む１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の非酸化性雰囲気中で、１６００〜１９５０℃にて所定時間焼成する。その結果、窒化珪素が完全に焼結し、セラミック球２１が得られる。
【００５２】
その後、得られたセラミック球２１を、従来周知のボール研磨機を用いて研磨する。具体的に言うと、まず、ボール研磨機が備える上下一対の砥石の間にセラミック球２１を供給する。そして、上側の砥石を回転させてセラミック球２１を循環させることにより、セラミック球２１の表面が研磨され、セラミック球２１の真球度が２μｍとなる。
【００５３】
次に、金属ベース３０の第１面３１上に、従来周知のスクリーン印刷装置を用いて、ペースト状とした接着剤を１回または複数回印刷塗布し、所定厚さの接着剤層２０を形成する（図５参照）。なお、本実施形態の接着剤はシリコーン樹脂からなる接着剤であるため、トルエンやアセトンなどの有機溶剤を含んでいる。また、接着剤層２０の厚さは、セラミック絶縁板１０を金属ベース３０に接合する際に圧縮されることを考慮して、接合後の接着剤層２０の厚さ（セラミック球２１の粒径）の例えば１．４倍に設定される。
【００５４】
次に、接着剤層２０の表面に、上記した複数のセラミック球２１を載置する（図５，図６参照）。具体的に言うと、まず、治具本体８１及び底板８２からなる略円板状の治具８０（図５参照）を用意する。治具本体８１は、セラミック球２１を配置するための複数の位置決め孔８３を有している。個々の位置決め孔８３は、断面円形状をなし、内径がセラミック球２１の平均粒径（３００μｍ）よりもやや大きくなっている。また、底板８２は、各位置決め孔８３を治具本体８１の下側から塞ぐ機能を有している。そして、各位置決め孔８３内にセラミック球２１を挿入することにより、各セラミック球２１が治具８０の平面方向に沿って配置される。
【００５５】
次に、接着剤層２０の上方に治具８０を配置する。そして、底板８２を治具８０の平面方向（図５に示す矢印Ｆ１方向）に引き抜くことにより、各位置決め孔８３内にあるセラミック球２１が落下して接着剤層２０上に載置される（図６参照）。このとき、セラミック球２１は、底部が接着剤層２０内に埋まった状態で仮固定される。さらに、上記したセラミック絶縁板１０を、吸着面１１を上にした状態で接着剤層２０及びセラミック球２１の上に載置する（図７参照）。そして、セラミック絶縁板１０の吸着面１１上に錘８４を載置して真空脱泡した後、垂直方向（図８に示す矢印Ｆ２方向）に押圧力を加える。その結果、接着剤層２０が厚さ方向に圧縮されるとともに、各セラミック球２１が接着剤層２０中に埋め込まれてセラミック絶縁板１０の接合面１２と金属ベース３０の第１面３１との両方に接触する（図８参照）。なお、セラミック絶縁板１０と金属ベース３０との接合部分の外周縁からは余剰の接着剤がはみ出すが、接着後に研削等によって接着剤の余剰部分を除去すればよい。また、錘８４の重量は、セラミック球２１を接着剤層２０中に埋め込ませて第１面３１に接触させることができる程度に設定されることが好ましい。具体的には、錘８４の重量を、例えば接合面１２において３５〜４５ｇ／ｃｍ２の面圧が得られる程度に設定することが好ましい。
【００５６】
その後、所定時間（２０〜２４時間）放置し、接着剤層２０を硬化させる。これにより、接着剤層２０を介してセラミック絶縁板１０が金属ベース３０に接合されるとともに、各セラミック球２１が互いに固着して移動不能となる。その結果、接着剤層２０の厚さが均一（本実施形態では、セラミック球２１の平均粒径と同じ長さ）となり、かつ接合面１２と第１面３１とが平行となる静電チャック１が完成する。
【００５７】
次に、静電チャックの評価方法及びその結果を説明する。
【００５８】
まず、複数の測定用サンプルを次のように準備した。本実施形態と同じ静電チャックを準備し、これを実施例とした。即ち、実施例の静電チャックでは、接着剤層２０における４２ｍｍ角の領域ごとに１個の割合でセラミック球２１を配置し、セラミック球２１の２００℃以下における熱伝導率を２８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張係数を２．８×１０−６／Ｋに設定した。また、接着剤層２０内にセラミック球２１が配置されていない静電チャックを準備し、これを比較例１とした。さらに、接着剤層２０における８５ｍｍ角の領域ごとに１個の割合でセラミック球２１を配置した静電チャックを準備し、これを比較例２とした。また、２００℃以下における熱伝導率が２４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるセラミック球を接着剤層２０内に配置した静電チャックを準備し、これを比較例３とした。また、セラミック球２１の代わりに、熱膨張係数が２６×１０−６／Ｋである金属ボールを接着剤層２０内に配置した静電チャックを準備し、これを比較例４とした。
【００５９】
その結果、比較例１では、セラミック絶縁板１０の吸着面１１の平面度が５０μｍとなり、比較例２では、吸着面１１の平面度が４３μｍとなった。一方、実施例及び比較例３，４では、吸着面１１の平面度が３０μｍとなった。以上により、実施例及び比較例３，４の平面度は、比較例１，２の平面度よりも小さいことが確認された。従って、接着剤層２０内にセラミック球２１を配置し、接着剤層２０における４２ｍｍ角の領域ごとに１個の割合でセラミック球２１を配置すれば、吸着面１１の平面度が高くなることが証明された。
【００６０】
また、比較例３では、吸着面１１においてセラミック球２１の直上となる領域と直上とはならない領域との温度差が０．２３６℃となった。一方、実施例及び比較例１，２，４では、吸着面１１においてセラミック球２１の直上となる領域と直上とはならない領域との温度差が０．０２２℃となった。以上により、実施例及び比較例１，２，４の温度差は、比較例３の温度差よりも小さいことが確認された。従って、セラミック球２１の２００℃以下における熱伝導率を２８Ｗ／（ｍ・Ｋ）とすれば、吸着面１１における温度差が小さくなるため、吸着面１１に吸着された半導体ウェハ２を均一に加熱または冷却できることが証明された。
【００６１】
さらに、各測定用サンプル（実施例、比較例１〜４）に対して、３０℃⇔１００℃の熱サイクルを１８０回付与した。その結果、比較例４の静電チャックでは、熱サイクルが１３０回付与された時点で、セラミック絶縁板１０及び金属ベース３０からの接着剤層２０の剥れが生じた。一方、実施例及び比較例１〜３の静電チャックでは、熱サイクルを１８０回付与した後であっても、接着剤層２０の剥れは生じなかった。従って、熱膨張係数が２６×１０−６／Ｋである金属ボールではなく、熱膨張係数が２．８×１０−６／Ｋであるセラミック球２１を接着剤層２０内に配置すれば、接着剤層２０の剥れが生じにくくなるため、静電チャックの信頼性が向上することが証明された。
【００６２】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００６３】
（１）本実施形態の静電チャック１によれば、粒径の揃った複数のセラミック球２１が、セラミック絶縁板１０の接合面１２と金属ベース３０の第１面３１とに接触することにより、接着剤層２０の厚さが均一に保持される。即ち、各セラミック球２１は、セラミック絶縁板１０と金属ベース３０との間を一定の間隔に保持するスペーサとして機能する。なお本実施形態では、接合面１２及び第１面３１の平面度が高い（３０μｍ以下）ことから、接合面１２と第１面３１とが略平行になる。このため、接合面１２の反対側に位置する吸着面１１の平面度が高くなるとともに、第１面３１に対する吸着面１１の平行度が高くなる。その結果、吸着面１１に吸着された半導体ウェハ２の表面の平面度も高くなるため、半導体ウェハ２に対して処理を行う場合に、処理の度合いがばらつきにくくなり、半導体ウェハ２の歩留まり低下などの問題を防止できる。
【００６４】
（２）本実施形態では、金属材料よりも熱伝導率が低く樹脂材料よりも硬いセラミック材料を用いて、スペーサ（セラミック球２１）を形成している。これにより、スペーサを金属材料によって形成した場合に比べて、スペーサ（セラミック球２１）の熱伝導率を低く抑えることができるため、セラミック絶縁板１０と金属ベース３０との間で熱が過度に伝達されなくなる。その結果、吸着面１１においてセラミック球２１の直上となる領域と直上とはならない領域との温度差を小さくすることができ、吸着面１１に吸着された半導体ウェハ２を均一に加熱または冷却することができる。また、スペーサを樹脂材料によって形成した場合に比べて、セラミック絶縁板１０と金属ベース３０とを接合する際にスペーサ（セラミック球２１）が潰れにくくなるため、接着剤層２０の厚さを均一に保持することができる。
【００６５】
（３）本実施形態のセラミック球２１は、真球度が２μｍとなる略球状である。これにより、セラミック球２１の外周面が、セラミック絶縁板１０の接合面１２と金属ベース３０の第１面３１とに点接触するようになる。その結果、セラミック球２１とセラミック絶縁板１０との間やセラミック球２１と金属ベース３０との間に接着剤層２０が挟み込まれにくくなるため、接着剤層２０の厚さに誤差が生じにくくなる。また、静電チャック１の製造時において、治具８０の治具本体８１が有する位置決め孔８３内にセラミック球２１を挿入する際（図５参照）に、セラミック球２１の向きを考慮しなくても済む。さらに、セラミック球２１を接着剤層２０上に載置する際（図６参照）においても、セラミック球２１の向きを考慮しなくても済む。しかも、セラミック球２１を接着剤層２０上に載置する際に、セラミック球２１の外周面は接着剤層２０の表面に点接触するため、セラミック球２１と接着剤層２０との接触面積が小さくなり、セラミック球２１から接着剤層２０に加わる圧力が高くなる。これにより、セラミック球２１が接着剤層２０内に埋まって仮固定されやすくなるため、セラミック球２１が位置ずれしにくくなる。また、接着剤層２０内のボイドを減らすことができる。従って、接着剤層２０のボイドを確実に生めることができるため、例えばセラミック絶縁板１０の熱を接着剤層２０を介して均一に伝達させることができる。
【００６６】
（４）本実施形態のセラミック絶縁板１０は、セラミックグリーンシートの成形技術（即ち、セラミック層の成形技術）が確立されているアルミナを主成分とする材料からなるため、冷却用ガス流路４１、吸着用電極層５１及びヒータ電極層６１などを容易に形成することができる。また、本実施形態の金属ベース３０は、微細加工が容易な金属材料（本実施形態ではアルミニウム）からなるため、冷却用流体流路７１，７２を容易に形成することができる。
【００６７】
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。
【００６８】
・上記実施形態の静電チャック１の製造方法では、金属ベース３０の第１面３１上に接着剤層２０を形成した後、接着剤層２０上にセラミック球２１及びセラミック絶縁板１０を載置した状態で、垂直方向に押圧力を加えることによりセラミック球２１を接着剤層２０内に埋め込んでいた。しかし、静電チャック１の製造方法は上記実施形態に限定される訳ではない。例えば、第１面３１上に複数のセラミック球２１を接着等によって固定した後で、第１面３１上に接着剤層２０を形成してもよい。また、セラミック絶縁板１０の接合面１２に接着剤層２０を形成した後、接着剤層２０上にセラミック球２１及び金属ベース３０を載置した状態で、垂直方向に押圧力を加えることによりセラミック球２１を接着剤層２０内に埋め込んでもよい。
【００６９】
・上記実施形態の静電チャック１の製造方法では、金属ベース３０の第１面３１上に、スクリーン印刷装置を用いてペースト状の接着剤を印刷塗布することにより、接着剤層２０を形成していた。しかし、セラミック絶縁板１０及び金属ベース３０をシート状の接着剤層を挟んで接合することにより、接着剤層２０を形成してもよい。例えば、シート状の接着剤層の片面に複数のセラミック球２１を載置しておき、セラミック球２１が載置された接着剤層を、セラミック絶縁板１０と金属ベース３０とで挟み込むようにしてもよい。
【００７０】
・上記実施形態の静電チャック１では、半導体ウェハ２を被吸着物としていたが、液晶パネルなどの他の部材を被吸着物としてもよい。
【００７１】
次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００７２】
（１）第１主面及び第２主面を有するとともに内部に吸着用電極層を有するセラミック絶縁板と、第１面及び第２面を有するとともに前記第１面が前記セラミック絶縁板の前記第２主面側に接着剤層を介して接合される金属ベースとを備え、前記吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物を前記第１主面に吸着させる静電チャックにおいて、前記接着剤層内に、前記セラミック絶縁板の前記第２主面と前記金属ベースの前記第１面とに接触して前記接着剤層の厚さを保持する粒径の揃った複数のセラミック球が配置され、前記複数のセラミック球が窒化珪素からなることを特徴とする静電チャック。
【符号の説明】
【００７３】
１…静電チャック
２…被吸着物としての半導体ウェハ
１０…セラミック絶縁板
１１…第１主面としての吸着面
１２…第２主面としての接合面
２０…接着剤層
２１…セラミック球
３０…金属ベース
３１…第１面
３２…第２面
５１…吸着用電極層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面及び第２主面を有するとともに内部に吸着用電極層を有するセラミック絶縁板と、第１面及び第２面を有するとともに前記第１面が前記セラミック絶縁板の前記第２主面側に接着剤層を介して接合される金属ベースとを備え、前記吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物を前記第１主面に吸着させる静電チャックにおいて、
前記接着剤層内に、前記セラミック絶縁板の前記第２主面と前記金属ベースの前記第１面とに接触して前記接着剤層の厚さを保持する粒径の揃った複数のセラミック球が配置されていることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記接着剤層の厚さは、２５μｍ以上７００μｍ以下であり、前記複数のセラミック球の平均粒径と等しい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】
前記接着剤層がシリコーン樹脂からなる接着剤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。
【請求項４】
前記セラミック球は、前記接着剤層における２０ｍｍ角以上６０ｍｍ角以下の領域ごとに１個の割合で配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項５】
前記セラミック球の２００℃以下における熱伝導率は、２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項６】
前記セラミック球の熱膨張係数は、１．０×１０−６／Ｋ以上１５×１０−６／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項７】
前記複数のセラミック球は、前記セラミック絶縁板及び前記金属ベースよりも硬い材料からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項８】
前記セラミック球の真球度は２μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項１】
第１主面及び第２主面を有するとともに内部に吸着用電極層を有するセラミック絶縁板と、第１面及び第２面を有するとともに前記第１面が前記セラミック絶縁板の前記第２主面側に接着剤層を介して接合される金属ベースとを備え、前記吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物を前記第１主面に吸着させる静電チャックにおいて、
前記接着剤層内に、前記セラミック絶縁板の前記第２主面と前記金属ベースの前記第１面とに接触して前記接着剤層の厚さを保持する粒径の揃った複数のセラミック球が配置されていることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記接着剤層の厚さは、２５μｍ以上７００μｍ以下であり、前記複数のセラミック球の平均粒径と等しい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】
前記接着剤層がシリコーン樹脂からなる接着剤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。
【請求項４】
前記セラミック球は、前記接着剤層における２０ｍｍ角以上６０ｍｍ角以下の領域ごとに１個の割合で配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項５】
前記セラミック球の２００℃以下における熱伝導率は、２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項６】
前記セラミック球の熱膨張係数は、１．０×１０−６／Ｋ以上１５×１０−６／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項７】
前記複数のセラミック球は、前記セラミック絶縁板及び前記金属ベースよりも硬い材料からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項８】
前記セラミック球の真球度は２μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の静電チャック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−６１０４９（Ｐ２０１１−６１０４９Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０９９４７（Ｐ２００９−２０９９４７）
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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