JP4994121B2 - 静電吸着電極、基板処理装置および静電吸着電極の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、静電吸着電極、基板処理装置および静電吸着電極の製造方法に関し、詳細には、例えばフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）等の製造過程において、ガラス基板等の基板を吸着保持する為に使用される静電吸着電極、該静電吸着電極を備えた基板処理装置および静電吸着電極の製造方法に関する。

ＦＰＤの製造過程では、被処理体であるガラス基板に対してドライエッチングやスパッタリング、ＣＶＤ（Chemical Vapor
Deposition）等のプラズマ処理が行なわれる。例えば、チャンバー内に一対の平行平板電極（上部および下部電極）を配置し、下部電極として機能するサセプタ（基板載置台）にガラス基板を載置した後、処理ガスをチャンバー内に導入するとともに、電極の少なくとも一方に高周波電力を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガスのプラズマを形成してガラス基板に対してプラズマ処理を施す。この際、ガラス基板は、サセプタ上に設けられた静電吸着電極によって、例えばクーロン力を利用して吸着固定されるようになっている。

このような静電吸着電極としては、例えばアルミニウムなどの金属などの導電性材料により形成された基材の上に、絶縁層、電極および絶縁層を順に積層した構造を有するものが知られており、該電極に電圧を印加することによりクーロン力を発生させてガラス基板を吸着固定できるようになっている。そして、前記基材上に形成される絶縁層の材質としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いることが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００５−１３６３５０号公報（特許請求の範囲など）

従来技術の静電吸着電極における絶縁層として一般的なアルミナ溶射膜は、その線膨張係数が６．４×１０^−６［／℃］程度であり、基材の材質として多用されているアルミニウムの線膨張係数２３．８×１０^−６［／℃］との間に大きな差があり、電極温度が上昇するとその熱膨張率の違いによって絶縁層に大きなストレスが加わり、クラックを発生させる。また、近年のＦＰＤの製造過程においては、基板の大型化が急速に進行しており、長辺の長さが２ｍを超える大型のガラス基板を吸着保持する必要が生じていることから、静電吸着電極も大型化している。このような静電吸着電極の大型化に伴って、絶縁層のストレスも増幅され、クラックが発生しやすい状況になっている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、絶縁層のクラックの発生が抑制された静電吸着電極およびそれを用いた基板処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、基板処理装置において基板を静電力により吸着保持する基板保持面を備えた静電吸着電極であって、
基材と、
該基材上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層中に配設された電極と、
を備え、
前記絶縁層の一部または全部を、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成し、
前記基材がアルミニウムであり、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜が、ＹＦ _３ （フッ化イットリウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、および２ＭｇＯ・ＳｉＯ _２ （フォルステライト）のいずれかであることを特徴とする、静電吸着電極を提供する。

上記第１の観点において、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成された部分以外の絶縁層をＡｌ _２ Ｏ _３ （アルミナ）の溶射膜によって形成することができる。

本発明の第２の観点では、基板処理装置において基板を静電力により吸着保持する基板保持面を備えた静電吸着電極であって、
基材と、
該基材上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層中に配設された電極と、
を備え、
前記絶縁層の一部または全部を、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成し、
前記基材がステンレス鋼またはチタンであり、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜が、Ａｌ _２ Ｏ _３ （アルミナ）、Ｙ _２ Ｏ _３ （イットリア）、ＹＦ _３ （フッ化イットリウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、および２ＭｇＯ・ＳｉＯ _２ （フォルステライト）のいずれかであることを特徴とする、静電吸着電極を提供する。

上記第１および第２の観点において、前記基板保持面をなす前記絶縁層表面の一部または全部に、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜を形成する構成とすることができる。特に、前記基板保持面の周縁部に、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜を形成することが好ましい。

また、前記絶縁層は、前記電極より下層の第１の絶縁層と、前記電極より上層の第２の絶縁層とを含んで構成されており、少なくとも前記第１の絶縁層または前記第２の絶縁層のいずれかを、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成してもよい。

さらに、前記絶縁層は、前記電極より下層の第１の絶縁層と、前記電極より上層の第２の絶縁層と、該第２の絶縁層より上層の表面層とを含んで構成されており、前記表面層を、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成してもよい。この場合に、前記表面層の膜厚は５０〜２５０μｍとすることが好ましい。

さらにまた、前記基板保持面の周縁部および側部を前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成してもよい。

さらにまた、前記基板保持面の周縁部には段差が設けられて周縁台形状部を形成しており、該周縁台形状部を前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成することもできる。

さらにまた、前記基板保持面の周縁部には段差が設けられて周縁台形状部を形成しており、該周縁台形状部の頂面を、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって被覆してもよい。この場合に、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜の膜厚が５０〜２５０μｍであることが好ましい。

本発明の第３の観点では、基板処理装置において基板を静電力により吸着保持する基板保持面を備えた静電吸着電極であって、
基材と、
該基材上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層中に配設された電極と、
を備え、
前記絶縁層の一部または全部が、セラミックス溶射膜によって形成され、
前記基材は、前記絶縁層と隣接する上部部材と、該上部部材を支持する下部部材とを有し、
前記上部部材と、前記セラミック溶射膜とは、線膨張係数の差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下であり、
前記基材の前記上部部材がステンレス鋼またはチタンであり、前記セラミックス溶射膜が、Ａｌ _２ Ｏ _３ （アルミナ）、Ｙ _２ Ｏ _３ （イットリア）、ＹＦ _３ （フッ化イットリウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）および２ＭｇＯ・ＳｉＯ _２ （フォルステライト）のいずれかであることを特徴とする、静電吸着電極を提供する。

上記第３の観点において、前記上部部材がステンレス鋼であり、前記下部部材がアルミニウムであり、前記セラミックス溶射膜はＡｌ _２ Ｏ _３ （アルミナ）であることが好ましい。この場合に、前記下部部材の表面に陽極酸化被膜が形成されていることが好ましい。また、前記基板保持面をなす前記絶縁層表面の一部または全部に、前記セラミックス溶射膜を形成する構成とすることができる。特に、前記基板保持面の周縁部に、前記セラミックス溶射膜を形成することが好ましい。

また、前記絶縁層は、前記電極より下層の第１の絶縁層と、前記電極より上層の第２の絶縁層とを含んで構成されており、少なくとも前記第１の絶縁層または前記第２の絶縁層のいずれかを、前記セラミックス溶射膜によって形成してもよい。

さらに、前記絶縁層は、前記電極より下層の第１の絶縁層と、前記電極より上層の第２の絶縁層と、該第２の絶縁層より上層の表面層とを含んで構成されており、前記表面層を、前記セラミックス溶射膜によって形成してもよい。この場合に、前記表面層の膜厚は５０〜２５０μｍとすることが好ましい。

さらにまた、前記基板保持面の周縁部および側部を前記セラミックス溶射膜によって形成してもよい。

前記基板保持面の周縁部には段差が設けられて周縁台形状部を形成しており、該周縁台形状部を前記セラミックス溶射膜によって形成することもできる。

さらにまた、前記基板保持面の周縁部には段差が設けられて周縁台形状部を形成しており、該周縁台形状部の頂面を、前記セラミックス溶射膜によって被覆してもよい。この場合に、前記セラミックス溶射膜の膜厚が５０〜２５０μｍであることが好ましい。

さらにまた、上記第３の観点において、前記基材はその上面の中央に凸状部を有し、該凸状部の外周側がフランジ部を形成しており、前記絶縁層は前記凸状部の頂面および側面に形成され、前記絶縁層の前記頂面部分の表面が前記基板保持面を構成するようにしてもよい。この場合に、前記基材の前記上部部材は、前記凸状部と、その外周部の前記フランジ部の一部を含む構成とすることができる。また、前記上部部材と前記下部部材とはねじ止めされた構成とすることができる。

上記第１〜第３の観点において、前記基板保持面は、最長部寸法が４５０ｍｍ以上の面積を有することが好ましい。

本発明の第４の観点では、基板を収容するチャンバーと、上記第１から第３の観点のいずれかの静電吸着電極と、前記静電吸着電極に保持された基板に対して所定の処理を施す処理機構とを具備することを特徴とする基板処理装置を提供する。この基板処理装置としては、フラットパネルディスプレイの製造に用いられるものが例示され、また、前記処理機構は、基板に対し、プラズマエッチング処理を行なうものが例示される。

本発明の第５の観点は、基板処理装置において基板を吸着保持するための静電吸着電極の製造方法であって、
基材の表面に第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層の上に電極を形成する工程と、
前記電極を覆うように第２の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層の側部に、溶射によって前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜からなる被覆層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、静電吸着電極の製造方法を提供する。

本発明によれば、静電吸着電極の絶縁層の一部または全部を、基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成したので、基材との間の熱応力が緩和され、クラックの発生を抑制することができる。したがって、基材の熱膨張への追随性が高く、吸着能に優れた静電吸着電極を提供できる。

また、基材を上部部材と下部部材との分割構造とし、上部部材を絶縁層と隣接するように設け、絶縁層の一部または全部を、セラミックス溶射膜によって形成するとともに、上部部材と、セラミック溶射膜との線膨張係数の差の絶対値を１４×１０^−６［／℃］以下とすることにより、基材と絶縁層との熱応力を緩和してクラックの発生を抑制することができる。また、このような構成にすることにより、溶射皮膜にアルミナを用い、基材の下部部材としてアルミニウムを用いることができ、従来の静電吸着電極とほぼ同等の形状および機能を持たせることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る静電吸着電極としての静電チャックを備えた基板処理装置の一例であるプラズマエッチング装置を示す断面図である。図１に示すように、プラズマエッチング装置１は、矩形をした被処理体であるＦＰＤ用ガラス基板などの基板Ｇに対してエッチングを行なう容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。ここで、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。なお、本発明の基板処理装置は、プラズマエッチング装置にのみ限定されるものではない。

このプラズマエッチング装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる角筒形状に成形されたチャンバー２を有している。このチャンバー２内の底部には絶縁材からなる角柱状の絶縁板３が設けられており、この絶縁板３の上には、基板Ｇを載置するためのサセプタ４が設けられている。基板載置台であるサセプタ４は、サセプタ基材４ａと、サセプタ基材４ａの上に設けられた静電チャック４０と、を有している。なお、サセプタ基材４ａの外周には、絶縁膜５ａが形成されて絶縁被覆されており、さらにその外側には絶縁材５ｂが設けられている。

静電チャック４０は、平面視矩形をなしており、例えばアルミニウム、ステンレス、金属基複合材（ＭＭＣ；Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）などの導電性材料からなる基材４１を有している。この基材４１の上面には、下から順に、第１の絶縁層４２、電極４３および第２の絶縁層４４が積層されている。静電チャック４０は、第１の絶縁層４２と第２の絶縁層４４との間の電極４３に、直流電源２６から給電線２７を介して直流電圧を印加することにより、例えばクーロン力によって基板Ｇを静電吸着する。静電チャック４０の上面（第２の絶縁層４４の上面）には、基板Ｇを吸着保持する基板保持面５０が形成されている（図２〜図７参照）。この基板保持面５０のサイズは、長辺（最長部寸法）の長さが４５０ｍｍ以上、例えば４５０ｍｍ〜３５００ｍｍとすることができる。なお、静電チャック４０の詳細な構造については後述する。

前記絶縁板３およびサセプタ基材４ａ、さらには静電チャック４０には、これらを貫通するガス通路９が形成されている。このガス通路９を介して伝熱ガス、例えばＨｅガスなどが被処理体である基板Ｇの裏面に供給される。
すなわち、ガス通路９に供給された伝熱ガスは、サセプタ基材４ａと静電チャック４０の基材４１との境界に形成されたガス溜り９ａを介して一旦水平方向に拡散した後、静電チャック４０内に形成されたガス供給連通穴９ｂを通り、静電チャック４０の表面から基板Ｇの裏側に噴出する。このようにして、サセプタ４の冷熱が基板Ｇに伝達され、基板Ｇが所定の温度に維持される。

サセプタ基材４ａの内部には、冷媒室１０が設けられている。この冷媒室１０には、例えばフッ素系液体などの冷媒が冷媒導入管１０ａを介して導入され、かつ冷媒排出管１０ｂを介して排出されて循環することにより、その冷熱がサセプタ基材４ａから前記伝熱ガスを介して基板Ｇに対して伝熱される。

前記サセプタ４の上方には、このサセプタ４と平行に対向して上部電極として機能するシャワーヘッド１１が設けられている。シャワーヘッド１１はチャンバー２の上部に支持されており、内部に内部空間１２を有するとともに、サセプタ４との対向面に処理ガスを吐出する複数の吐出孔１３が形成されている。このシャワーヘッド１１は接地されており、サセプタ４とともに一対の平行平板電極を構成している。

シャワーヘッド１１の上面にはガス導入口１４が設けられ、このガス導入口１４には、処理ガス供給管１５が接続されており、この処理ガス供給管１５には、バルブ１６およびマスフローコントローラ１７を介して、処理ガス供給源１８が接続されている。処理ガス供給源１８からは、エッチングのための処理ガスが供給される。処理ガスとしては、例えばハロゲン系のガス、Ｏ_２ガス、Ａｒガス等、通常この分野で用いられるガスを用いることができる。

前記チャンバー２の側壁下部には排気管１９が接続されており、この排気管１９には排気装置２０が接続されている。排気装置２０はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を所定の減圧雰囲気まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２の側壁には基板搬入出口２１と、この基板搬入出口２１を開閉するゲートバルブ２２とが設けられており、このゲートバルブ２２を開にした状態で基板Ｇが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。

サセプタ４には、高周波電力を供給するための給電線２３が接続されており、この給電線２３には整合器２４および高周波電源２５が接続されている。高周波電源２５からは例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力がサセプタ４に供給される。

次に、このように構成されるプラズマエッチング装置１における処理動作について説明する。
まず、被処理体である基板Ｇは、ゲートバルブ２２が開放された後、図示しないロードロック室から基板搬入出口２１を介してチャンバー２内へと搬入され、サセプタ４上に形成された静電チャック４０上に載置される。この場合に、基板Ｇの受け渡しはサセプタ４の内部を挿通しサセプタ４から突出可能に設けられたリフターピン（図示せず）を介して行われる。その後、ゲートバルブ２２が閉じられ、排気装置２０によって、チャンバー２内が所定の真空度まで真空引きされる。

その後、バルブ１６が開放されて、処理ガス供給源１８から処理ガスがマスフローコントローラ１７によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管１５、ガス導入口１４を通ってシャワーヘッド１１の内部空間１２へ導入され、さらに吐出孔１３を通って基板Ｇに対して均一に吐出され、チャンバー２内の圧力が所定の値に維持される。

この状態で高周波電源２５から高周波電力が整合器２４を介してサセプタ４に印加され、これにより、下部電極としてのサセプタ４と上部電極としてのシャワーヘッド１１との間に高周波電界が生じ、処理ガスが解離してプラズマ化し、これにより基板Ｇにエッチング処理が施される。この際、直流電源２６から、静電チャック４０の電極４３に所定の電圧を印加することにより、基板Ｇが例えばクーロン力によって静電チャック４０に吸着保持される。また、ガス通路９を介して伝熱ガスを基板Ｇの裏面側に供給することより、効率良く温度調節が行なわれる。

このようにしてエッチング処理を施した後、高周波電源２５からの高周波電力の印加を停止し、ガス導入を停止した後、チャンバー２内の圧力を所定の圧力まで減圧する。そして、ゲートバルブ２２が開放され、基板Ｇが基板搬入出口２１を介してチャンバー２内から図示しないロードロック室へ搬出されることにより基板Ｇのエッチング処理が終了する。このように、静電チャック４０により基板Ｇを静電吸着するとともに、温度調節しながら、基板Ｇのエッチング処理を行うことができる。

次に、図２〜図７を参照しながら、上記第１の実施形態に係る静電吸着電極としての静電チャック４０の構成例について説明する。
＜第１の例＞
まず、第１の実施形態の第１の例に係る静電チャック４０ａについて説明する。図２は、静電チャック４０ａの断面図である。この静電チャック４０ａは、基材４１の上に第１の絶縁層４２ａが設けられ、この第１の絶縁層４２ａの上に電極４３が設けられ、この電極４３の上に第２の絶縁層４４ａが設けられている。基材４１の材質としてはアルミニウムが例示される。また、電極４３の材質はタングステン、モリブデンなどの金属材料が好ましい。なお、図２において符号５０は基板保持面であり、符号５０ａは、基板保持面５０に形成された複数の凸部を示す（図３〜図７において同様である）。これらの凸部５０ａは、その頂面で基板Ｇを支持するとともに、凸部５０ａどうしの間隙（基板Ｇの裏面側空間）にガス通路９（図１参照）を介してＨｅガスなどの伝熱ガスが供給されるようになっている。

上記静電チャック４０ａにおいて、第１の絶縁層４２ａおよび第２の絶縁層４４ａは、基材４１の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成されている。このようなセラミックス溶射膜としては、基材４１の材質がアルミニウム（線膨張係数２３．８×１０^−６［／℃］）である場合には、例えばフッ化イットリウム溶射膜（ＹＦ_３；線膨張係数１３×１０^−６［／℃］）、酸化マグネシウム溶射膜（ＭｇＯ；線膨張係数１１×１０^−６〜１５×１０^−６［／℃］）、フォルステライト溶射膜（２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２；線膨張係数１０．２×１０^−６［／℃］）などを用いることができる。

このように、第１の絶縁層４２ａおよび第２の絶縁層４４ａとして、基材４１の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜を用いることにより、熱応力を緩和し、静電チャック４０ａの熱耐性を向上させ、クラックの発生を抑制することができる。

基板保持面５０のサイズが長辺の寸法で、４５０ｍｍ以上例えば４５０ｍｍ〜３５００ｍｍである静電チャック４０ａにおいて熱耐性を向上させるためには膜厚も重要な要素であり、第１の絶縁層４２ａの膜厚は、２５０〜６００μｍとすることが好ましく、３００〜５５０μｍとすることがより好ましい。また、第２の絶縁層４４ａの膜厚は、２５０〜６００μｍとすることが好ましく、３００〜５５０μｍとすることがより好ましい。

静電チャック４０ａは、まず基材４１の表面に溶射によって第１の絶縁層４２ａを形成した後、その上に電極４３を配設し、さらにこの電極４３を覆うように溶射によって第２の絶縁層４４ａを形成することにより製造できる。なお、電極４３は溶射により形成することもできる。また、適宜切削加工などによる形状加工工程を含めることができる。

なお、この第１の例において、基材４１の材質として線膨張係数が１７．３×１０^−６［／℃］であるステンレス鋼を用いる場合には、第１の絶縁層４２ａおよび第２の絶縁層４４ａとして、例えば線膨張係数が６．４×１０^−６［／℃］であり、基材４１の線膨張係数との差が１０．９×１０^−６［／℃］であるＡｌ_２Ｏ_３溶射膜などを用いることができる。また、線膨張係数が８．９×１０^−６［／℃］であるチタンを用いる場合には、第１の絶縁層４２ａおよび第２の絶縁層４４ａとして、例えば線膨張係数が６．４×１０^−６［／℃］であり、基材４１の線膨張係数との差が２．５×１０^−６［／℃］であるＡｌ_２Ｏ_３溶射膜などを用いることができる。

＜第２の例＞
次に、第１の実施形態の第２の例に係る静電チャック４０ｂについて詳細に説明する。図３は、静電チャック４０ｂの断面図である。この静電チャック４０ｂは、基材４１の上に第１の絶縁層４２ｂが設けられ、この第１の絶縁層４２ｂの上に電極４３が設けられ、この電極４３の上に第２の絶縁層４４ｂが設けられている。基材４１の材質としてはアルミニウムが例示される。また、電極４３の材質はタングステン、モリブデンなどの金属材料が好ましい。

上記静電チャック４０ｂにおいて、第１の絶縁層４２ｂは、基材４１の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成されている。このようなセラミックス溶射膜の材質としては、上記第１の例と同様のもの例えば基材４１の材質がアルミニウムである場合には、ＹＦ_３、ＭｇＯ、２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２等の溶射膜を用いることができる。

一方、第２の絶縁層４４ｂは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）溶射膜により構成されている。アルミナ溶射膜の線膨張係数は、６．４×１０^−６［／℃］であり、基材４１の材質が線膨張係数２３．８×１０^−６［／℃］のアルミニウムである場合には、両者の線膨張係数に大きな差異があるため、基材４１に直接アルミナ溶射膜を形成すると熱応力によってクラックが発生しやすくなる。そこで本例では、基材４１の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成された第１の絶縁層４２ｂを介在させる構成とした。このようにして、第１の絶縁層４２ｂを緩衝層として機能させることにより、静電チャック４０ｂの熱耐性を改善し、クラックの発生を抑制している。また、第２の絶縁層４４ｂの材質であるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）は、体積抵抗率が高く絶縁耐性に優れ、かつ硬度および熱伝導率が高いことから、このアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）により基板保持面５０を形成することによって、静電チャック４０ｂに優れた吸着性能を付与することができる。

基板保持面５０のサイズが長辺の寸法で、４５０ｍｍ以上例えば４５０ｍｍ〜３５００ｍｍである静電チャック４０ｂにおいて熱耐性を向上させるためには膜厚も重要な要素であり、第１の絶縁層４２ｂの膜厚は、２５０〜６００μｍとすることが好ましく、３００〜５５０μｍとすることがより好ましい。また、第２の絶縁層４４ｂの膜厚は、２５０〜６００μｍとすることが好ましく、３００〜５５０μｍとすることがより好ましい。

静電チャック４０ｂは、まず基材４１の表面に溶射によって第１の絶縁層４２ｂを形成した後、その上に電極４３を配設し、さらにこの電極４３を覆うように溶射によって第２の絶縁層４４ｂを形成することにより製造することができる。なお、電極４３は溶射により形成することもできる。また、適宜切削加工などによる形状加工工程を含めることができる。

なお、この第２の例において、基材４１の材質として線膨張係数が１７．３×１０^−６［／℃］であるステンレス鋼を用いる場合には、第１の絶縁層４２ｂとして、例えば線膨張係数が６．４×１０^−６［／℃］であり、基材４１の線膨張係数との差が１０．９×１０^−６［／℃］であるＡｌ_２Ｏ_３溶射膜などを用いることができる。また、線膨張係数が８．９×１０^−６［／℃］であるチタンを用いる場合には、第１の絶縁層４２ａおよび第２の絶縁層４４ａとして、例えば線膨張係数が６．４×１０^−６［／℃］であり、基材４１の線膨張係数との差が２．５×１０^−６［／℃］であるＡｌ_２Ｏ_３溶射膜などを用いることができる。

＜第３の例＞
次に、第１の実施形態の第３の例に係る静電チャック４０ｃについて詳細に説明する。図４は、静電チャック４０ｃの断面図である。この静電チャック４０ｃは、基材４１の上に第１の絶縁層４２ｃが設けられ、この第１の絶縁層４２ｃの上に電極４３が設けられ、この電極４３の上に第２の絶縁層４４ｃが設けられている。基材４１の材質としてはアルミニウムが例示される。また、電極４３の材質はタングステン、モリブデンなどの金属材料が好ましい。

上記静電チャック４０ｃにおいて、第１の絶縁層４２ｃは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）溶射膜により構成されている。一方、第２の絶縁層４４ｃは、基材４１の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成されている。このようなセラミックス溶射膜としては、第１の例と同様のもの例えば基材４１の材質がアルミニウムである場合には、ＹＦ_３、ＭｇＯ、２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２等の溶射膜を用いることができる。
本実施形態では、クラックの起点となりやすい表面層である第２の絶縁層４４ｃを基材４１の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成することにより、静電チャック４０ｃの熱耐性を改善し、クラックの発生を抑制している。また、第１の絶縁層４２ｃとして、体積抵抗率の大きなアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）溶射膜を用いることにより、十分な耐電圧性能を確保している。

基板保持面５０のサイズが長辺の寸法で、４５０ｍｍ以上例えば４５０ｍｍ〜３５００ｍｍである静電チャック４０ｃにおいて熱耐性を向上させるためには膜厚も重要な要素であり、第１の絶縁層４２ｃの膜厚は、２５０〜６００μｍとすることが好ましく、３００〜５５０μｍとすることがより好ましい。また、第２の絶縁層４４ｃの膜厚は、２５０〜６００μｍとすることが好ましく、３００〜５５０μｍとすることがより好ましい。

静電チャック４０ｃは、まず基材４１の表面に溶射によって第１の絶縁層４２ｃを形成した後、その上に電極４３を配設し、さらにこの電極４３を覆うように溶射によって第２の絶縁層４４ｃを形成することにより製造することができる。なお、電極４３は溶射により形成することもできる。また、適宜切削加工などによる形状加工工程を含めることができる。

なお、この第３の例において、基材４１の材質として線膨張係数が１７．３×１０^−６［／℃］であるステンレス鋼を用いる場合には、第２の絶縁層４４ｃとして、例えば線膨張係数が６．４×１０^−６［／℃］であり、基材４１の線膨張係数との差が１０．９×１０^−６［／℃］であるＡｌ_２Ｏ_３溶射膜などを用いることができる。また、線膨張係数が８．９×１０^−６［／℃］であるチタンを用いる場合には、第１の絶縁層４２ａおよび第２の絶縁層４４ａとして、例えば線膨張係数が６．４×１０^−６［／℃］であり、基材４１の線膨張係数との差が２．５×１０^−６［／℃］であるＡｌ_２Ｏ_３溶射膜などを用いることができる。

＜第４の例＞
次に、第１の実施形態の第４の例に係る静電チャック４０ｄについて詳細に説明する。図５は、静電チャック４０ｄの断面図である。この静電チャック４０ｄは、基材４１の上に第１の絶縁層４２ｄが設けられ、この第１の絶縁層４２ｄの上に電極４３が設けられ、この電極４３の上に第２の絶縁層４４ｄが設けられ、さらに、第２の絶縁層４４ｄの上に表面層としての第３の絶縁層４５が設けられている。基材４１の材質としてはアルミニウムが例示される。また、電極４３の材質はタングステン、モリブデンなどの金属材料が好ましい。

上記静電チャック４０ｄにおいて、第１の絶縁層４２ｄおよび第２の絶縁層４４ｄは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）溶射膜により構成されている。一方、第３の絶縁層４５は、基材４１の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって薄膜形成されている。このようなセラミックス溶射膜の材質としては、基材４１がアルミニウムの場合に、第１の例と同様のもの例えばＹＦ_３、ＭｇＯ、２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２等を用いることができる。本実施形態では、クラックの起点となりやすい表面層を、基材４１の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜（第３の絶縁層４５）によって薄膜形成したことにより、第３実施形態の静電チャック４０ｃに比べて静電チャック４０ｄの熱耐性をさらに改善してクラックの抑制効果をより高めることが可能になる。この際、第１の絶縁層４２ｄおよび第２の絶縁層４４ｄとして、体積抵抗率の大きなアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）溶射膜を用いることによって、十分な耐電圧性能を確保できるので、第３の絶縁層４５を薄膜化しても異常放電などが生じにくく、静電チャック４０ｄの信頼性を確保することができる。

基板保持面５０のサイズが長辺の寸法で、４５０ｍｍ以上例えば４５０ｍｍ〜３５００ｍｍである静電チャック４０ｄにおいて熱耐性を向上させるためには膜厚も重要な要素であり、第１の絶縁層４２ｄの膜厚は、２５０〜６００μｍとすることが好ましく、３００〜５５０μｍとすることがより好ましい。また、第２の絶縁層４４ｄの膜厚は、１５０〜５００μｍとすることが好ましく、２００〜４５０μｍとすることがより好ましい。さらに、第３の絶縁層４５の膜厚は、５０〜２５０μｍとすることが好ましく、７５〜２２５μｍとすることがより好ましい。

静電チャック４０ｄは、まず基材４１の表面に溶射によって第１の絶縁層４２ｄを形成した後、その上に電極４３を配設し、次にこの電極４３を覆うように溶射によって第２の絶縁層４４ｄを形成し、さらに第２の絶縁層４４ｄを覆うように溶射によって第３の絶縁層４５を形成することにより製造することができる。なお、電極４３は溶射により形成することもできる。また、適宜切削加工などによる形状加工工程を含めることができる。

なお、この第４の例において、基材４１の材質として線膨張係数が１７．３×１０^−６［／℃］であるステンレス鋼を用いる場合には、第３の絶縁層４５として、例えば線膨張係数が６．４×１０^−６［／℃］であり、基材４１の線膨張係数との差が１０．９×１０^−６［／℃］であるＡｌ_２Ｏ_３溶射膜などを用いることができる。また、線膨張係数が８．９×１０^−６［／℃］であるチタンを用いる場合には、第１の絶縁層４２ａおよび第２の絶縁層４４ａとして、例えば線膨張係数が６．４×１０^−６［／℃］であり、基材４１の線膨張係数との差が２．５×１０^−６［／℃］であるＡｌ_２Ｏ_３溶射膜などを用いることができる。

＜第５の例＞
次に、第１の実施形態の第５の例に係る静電チャック４０ｅについて詳細に説明する。図６は、静電チャック４０ｅの断面図である。この静電チャック４０ｅは、基材４１の上に第１の絶縁層４２ｅが設けられ、この第１の絶縁層４２ｅの上に電極４３が設けられ、この電極４３の上に第２の絶縁層４４ｅが設けられ、さらに、第１の絶縁層４２ｅおよび第２の絶縁層４４ｅを囲むように、周縁部被覆層４６が設けられている。周縁部被覆層４６の上部には、周縁台形状部４７が形成されている。この周縁台形状部４７は、基板保持面５０の最も外側の領域をなし、その頂部で基板Ｇの下面の周縁部を支持するとともに、基板Ｇの裏面側に空間を形成し、この空間にガス通路９を介してＨｅガスなどの伝熱ガスが供給され、基板Ｇが温度調節される。周縁台形状部４７の高さは、例えば５０〜２５０μｍとすることができる。基材４１の材質としてはアルミニウムが例示される。また、電極４３の材質は例えばタングステン、モリブデンなどの金属材料が好ましい。

上記静電チャック４０ｅにおいて、第１の絶縁層４２ｅおよび第２の絶縁層４４ｅは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）溶射膜により構成されている。一方、周縁部被覆層４６は、基材４１の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成されている。このようなセラミックス溶射膜の材質としては、基材４１がアルミニウムの場合に、第１実施形態と同様のもの例えば基材４１の材質がアルミニウムである場合には、ＹＦ_３、ＭｇＯ、２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２等を用いることができる。

基板保持面５０の周縁部に設けられた周縁台形状部４７はクラックの起点になりやすい。このため、本実施形態の静電チャック４０ｅでは、基板保持面５０の周縁部に設けられた周縁台形状部４７を含む周縁部を基材４１の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜（周縁部被覆層４６）で被覆することにより、静電チャック４０ｅの熱耐性を改善し、周縁台形状部４７を起点とするクラックの発生を抑制している。また、電極４３周囲の第１の絶縁層４２ｅおよび第２の絶縁層４４ｅに、体積抵抗率の大きなアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）溶射膜を用いることによって、十分な耐電圧性能を確保できる。

基板保持面５０のサイズが長辺の寸法で、４５０ｍｍ以上例えば４５０ｍｍ〜３５００ｍｍである静電チャック４０ｅにおいて熱耐性を向上させるためには膜厚も重要な要素であり、第１の絶縁層４２ｅの膜厚は、２５０〜６００μｍとすることが好ましく、３００〜５５０μｍとすることがより好ましい。また、第２の絶縁層４４ｅの膜厚は、２５０〜６００μｍとすることが好ましく、３００〜５５０μｍとすることがより好ましい。

静電チャック４０ｅは、まず基材４１の表面に溶射によって第１の絶縁層４２ｅを形成した後、その上に電極４３を配設し、次にこの電極４３を覆うように溶射によって第２の絶縁層４４ｅを形成し、さらに第１の絶縁層４２ｅおよび第２の絶縁層４４ｅの側部を覆うように溶射によって周縁部被覆層４６を形成することにより製造することができる。なお、電極４３は溶射により形成することもできる。また、適宜切削加工による周縁台形状部４７の成形などによる形状加工工程を含めることができる。

なお、この第５の例において、基材４１の材質として線膨張係数が１７．３×１０^−６［／℃］であるステンレス鋼を用いる場合には、周縁部被覆層４６として、例えば線膨張係数が６．４×１０^−６［／℃］であり、基材４１の線膨張係数との差が１０．９×１０^−６［／℃］であるＡｌ_２Ｏ_３溶射膜などを用いることができる。また、線膨張係数が８．９×１０^−６［／℃］であるチタンを用いる場合には、第１の絶縁層４２ａおよび第２の絶縁層４４ａとして、例えば線膨張係数が６．４×１０^−６［／℃］であり、基材４１の線膨張係数との差が２．５×１０^−６［／℃］であるＡｌ_２Ｏ_３溶射膜などを用いることができる。

＜第６の例＞
次に、第１の実施形態の第６の例に係る静電チャック４０ｆについて詳細に説明する。図７は、静電チャック４０ｆの断面図である。この静電チャック４０ｆは、基材４１の上に第１の絶縁層４２ｆが設けられ、この第１の絶縁層４２ｆの上に電極４３が設けられ、この電極４３の上に第２の絶縁層４４ｆが設けられ、さらに、第２の絶縁層４４ｆに形成された周縁台形状部４７の頂部を被覆する台形状部被覆層４８が設けられている。この周縁台形状部４７は、基板保持面５０の最も外側の領域をなし、その頂部で基板Ｇの下面の周縁部を支持するとともに、基板Ｇの裏面側に空間を形成し、この空間にガス通路９を介してＨｅガスなどの伝熱ガスが供給され、基板Ｇが温度調節される。周縁台形状部４７の高さは、例えば５０〜２５０μｍとすることができる。基材４１の材質としてはアルミニウムが例示される。また、電極４３の材質は例えばタングステン、モリブデンなどの金属材料が好ましい。

上記静電チャック４０ｆにおいて、第１の絶縁層４２ｆおよび第２の絶縁層４４ｆは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）溶射膜により構成されている。一方、静電チャック４０ｆの基板保持面５０の周縁に形成された周縁台形状部４７の頂部の表面層として形成された台形状部被覆層４８は、基材４１の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成されている。このようなセラミックス溶射膜の材質としては、基材４１がアルミニウムの場合に、第１の例と同様のもの例えばＹＦ_３、ＭｇＯ、２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２等を用いることができる。

基板保持面５０の周縁部に設けられた周縁台形状部４７はクラックが発生しやすいことから、本実施形態では、基板保持面５０の周縁部に設けられた周縁台形状部４７を基材４１の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜の薄膜（台形状部被覆層４８）で被覆することにより、静電チャック４０ｆの熱耐性を改善し、当該周縁台形状部４７を起点とするクラックの発生を抑制している。また、電極４３周囲の第１の絶縁層４２ｆおよび第２の絶縁層４４ｆに、体積抵抗率の大きなアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）溶射膜を用いることによって、十分な耐電圧性能を確保できる。

基板保持面５０のサイズが長辺の寸法で、４５０ｍｍ以上例えば４５０ｍｍ〜３５００ｍｍである静電チャック４０ｆにおいて熱耐性を向上させるためには膜厚も重要な要素であり、第１の絶縁層４２ｆの膜厚は、２５０〜６００μｍとすることが好ましく、３００〜５５０μｍとすることがより好ましい。また、第２の絶縁層４４ｆの膜厚は、２５０〜６００μｍとすることが好ましく、３００〜５５０μｍとすることがより好ましい。さらに、台形状部被覆層４８の膜厚は、５０〜２５０μｍとすることが好ましく、７５〜２２５μｍとすることがより好ましい。本実施形態では、このように台形状部被覆層４８を薄膜形成できることから、静電チャック４０ｆの熱耐性を優れたものにすることができる。

静電チャック４０ｆは、まず基材４１の表面に溶射によって第１の絶縁層４２ｆを形成した後、その上に電極４３を配設し、次にこの電極４３を覆うように溶射によって第２の絶縁層４４ｆを形成し、さらに第２の絶縁層４４ｆの基板保持面５０の周縁に周縁台形状部４７を形成する。そして、この周縁台形状部４７の頂部を覆うように溶射によって台形状部被覆層４８を形成することにより、静電チャック４０ｆを製造することができる。この場合、第２の絶縁層４４ｆに直接溶射をすることにより周縁台形状部４７の全部を基材４１の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成してもよい。なお、電極４３は溶射により形成することもできる。また、適宜切削加工による周縁台形状部４７の成形などの形状加工工程を含めることができる。

なお、この第６の例において、基材４１の材質として線膨張係数が１７．３×１０^−６［／℃］であるステンレス鋼を用いる場合には、台形状部被覆層４８として、例えば線膨張係数が６．４×１０^−６［／℃］であり、基材４１の線膨張係数との差が１０．９×１０^−６［／℃］であるＡｌ_２Ｏ_３溶射膜などを用いることができる。また、線膨張係数が８．９×１０^−６［／℃］であるチタンを用いる場合には、第１の絶縁層４２ａおよび第２の絶縁層４４ａとして、例えば線膨張係数が６．４×１０^−６［／℃］であり、基材４１の線膨張係数との差が２．５×１０^−６［／℃］であるＡｌ_２Ｏ_３溶射膜などを用いることができる。

次に、図１に示すものと同様の構成のプラズマエッチング装置１の静電チャック４０について、以下の方法で耐熱性試験を実施した。
表１に示す材質の基材４１と溶射膜（第１の絶縁層４２および第２の絶縁層４４）とを組合せて作製した静電チャックＡ〜Ｃに対して、昇温→降温の温度サイクルを５回繰り返し、クラックの発生の有無を確認した。溶射膜は、第１の絶縁層４２および第２の絶縁層４４ともに同じ材質とした。本耐熱試験におけるチラー設定温度、温度サイクル条件および静電チャック４０の表面温度の実測値は表１に示す通りである。また、クラック発生の有無はカラーチェック法（溶剤除去性染色浸透深傷検査法）に基づき判定した。その結果を併せて表１に示した。

この試験結果より、アルミニウム基材とアルミナ溶射膜との組合せでは、電極サイズに関わらずクラックが発生したが、ステンレス基材にアルミナ溶射膜の組合せの場合には、クラックの発生は観られなかった。この結果より、基材の材質として線膨張係数が１７．３×１０^−６［／℃］であるステンレス鋼に対して、線膨張係数が１０．９×１０^−６［／℃］であり、基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下であるＡｌ_２Ｏ_３溶射膜を用いることにより、クラックの発生を防止できることが確認できた。

次に、本発明の第２の実施形態に係る静電吸着電極としての静電チャックを備えた基板処理装置の一例であるプラズマエッチングについて説明する。図８は、そのようなプラズマエッチング装置を示す断面図である。

ここでは、上記第１の実施形態の静電チャック４０とは、主に基材の構造が異なる静電チャック１４０を搭載したプラズマエッチング装置１０１について示し、他の構成は基本的に同じであるため、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態の静電チャック１４０は、導電性材料からなる基材１４１を有しており、この基材１４１は上部部材１４１ａと下部部材１４１ｂとを有する分割構造をなしている。この基材１４１の上面には、下から順に、第１の絶縁層１４２、電極１４３および第２の絶縁層１４４が積層されている。静電チャック１４０は、第１の絶縁層１４２と第２の絶縁層１４４との間の電極１４３に、直流電源２６から給電線２７を介して直流電圧を印加することにより、例えばクーロン力によって基板Ｇを静電吸着する。静電チャック１４０の上面（第２の絶縁層１４４の上面）には、第１の実施形態と同様、基板Ｇを吸着保持する基板保持面１５０が形成されている（図９参照）。この基板保持面１５０のサイズは、長辺（最長部寸法）の長さが４５０ｍｍ以上、例えば４５０ｍｍ〜３５００ｍｍとすることができる。

次に、本実施形態に係る静電チャック１４０について詳細に説明する。図９は、静電チャック１４０を拡大して示す断面図である。図９に示すように、この静電チャック１４０は、基材１４１の上面の中央に凸状部１４１ｃを有し、凸状部１４１ｃの外周がサセプタ基材４ａに対して静電チャック１４０をねじ止めするためのフランジ部１４１ｄを形成している（ねじは図示略）。そして、凸状部１４１ｃの上面に第１の絶縁層１４２、第２の絶縁層１４４およびこれらの間の電極１４３が形成されている。また、第２の絶縁層１４４の上には基板保持面１５０が形成される。第１の絶縁層１４２は、凸状部１４１ｃの側面にも形成されている。電極１４３の材質は、第１の実施形態の電極４３と同様、タングステン、モリブデンなどが例示される。また、図９に示すように、基板保持面１５０には複数の凸部１５０ａが形成されており、これらの凸部１５０ａは、その頂面で基板Ｇを支持し、隣接する凸部１５０ａの間にガス通路９を介してＨｅガスなどの伝熱ガスが供給される。

本実施形態においても、基板保持面１５０のサイズが長辺の寸法で、４５０ｍｍ以上例えば４５０ｍｍ〜３５００ｍｍである静電チャック１４０において熱耐性を向上させるためには膜厚も重要な要素であり、第１の絶縁層１４２の膜厚は、２５０〜６００μｍとすることが好ましく、３００〜５５０μｍとすることがより好ましい。また、第２の絶縁層１４４の膜厚は、２５０〜６００μｍとすることが好ましく、３００〜５５０μｍとすることがより好ましい。

基材１４１は、上述したように、上部部材１４１ａと下部部材１４１ｂとに分割されており、上部部材１４１ａは、凸状部１４１ｃと、フランジ部１４１ｄの一部を含んでいる。下部部材１４１ｂは、上部部材１４１ａの下に設けられ、その中央上部に上部部材１４１ａが嵌め込まれる凹部１４１ｅが形成されている。そして、下部部材１４１ｂの凹部１４１ｅよりも外側の部分は、上記フランジ部１４１ｄの残部を構成している。上部部材１４１ａと下部部材１４１ｂとは、ねじ１６１により機械的に締結されており、これらの間には、シール部材１６２が介在されている。

上部部材１４１ａと下部部材１４１ｂとの間には、Ｈｅ等の伝熱ガスを一旦溜めるガス溜まり１０９ａが形成されている。このガス溜まり１０９ａには、上記第１の実施形態と同様、絶縁板３およびサセプタ基材４ａを貫通して静電チャック１４０に延びるガス通路９が接続されている。また、ガス溜まり１０９ａから上方に向けて多数のガス供給連通穴１０９ｂが形成され、基板Ｇの裏面にＨｅガス等の伝熱ガスが供給されるようになっている。この場合に、上部部材１４１ａがフランジ部１４１ｄを含むため、ガス溜まり１０９ａを凸部基板保持面１５０の外周付近まで延ばすことができ、伝熱用ガスである、Ｈｅガス等を基板Ｇの裏面の周縁部まで供給することができる。

このような静電チャック１４０において、第１の絶縁層１４２および第２の絶縁層１４４はセラミックス溶射皮膜で形成されている。また、基材１４１の凸状部１４１ｃの側面もこれら絶縁層１４２，１４４に連続するように、セラミックス溶射皮膜からなる側面絶縁層１４２ａが形成されている。そして、基材１４１の上部部材１４１ａと、第１の絶縁層１４２および第２の絶縁層１４４を形成するセラミックス溶射皮膜とは、絶縁層へのクラックを防止する観点から、線膨張係数の差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下となるようにする。具体的には、上部部材１４１ａとして、従来の基材１４１の材料であるアルミニウム（線膨張係数２３．８×１０^−６［／℃］）よりも低熱膨張材料であるステンレス鋼（線膨張係数１７．３×１０^−６［／℃］）またはチタン（線膨張係数８．９×１０^−６［／℃］）を用い、絶縁層１４２，１４４を構成するセラミックス溶射皮膜として、フッ化イットリウム溶射膜（ＹＦ_３；線膨張係数１３×１０^−６［／℃］）、酸化マグネシウム溶射膜（ＭｇＯ；線膨張係数１１×１０^−６〜１５×１０^−６［／℃］）、フォルステライト溶射膜（２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２；線膨張係数１０．２×１０^−６［／℃］）、イットリア溶射膜（Ｙ_２Ｏ_３（；線膨張係数８．２×１０^−６［／℃］）、アルミナ溶射膜（Ａｌ_２Ｏ_３；線膨張係数６．４×１０^−６［／℃］）を用いることができる。

このように、絶縁層１４２，１４４を構成するセラミックス溶射皮膜と、それに隣接する基材１４１の上部部材１４１ａとの線膨張係数の差の絶対値を１４×１０^−６［／℃］以下とすることにより、熱応力を緩和し、静電チャック１４０の耐熱性を向上させ、絶縁層のクラックの発生を抑制することができる。

ここで、上述したように、第１の絶縁層１４２は、基材１４１の凸状部１４１ｃの側面に形成されており、上部部材１４１ａのフランジ部１４１ｄに対応する部分まで延びている。一方、下部部材１４１ｂにはセラミックス溶射皮膜は形成されていない。これにより、セラミックス溶射皮膜の剥離再処理を、上部部材１４１ａのみ取り外して行うことができる。

このように、本実施形態では、セラミックス溶射皮膜からなる絶縁層１４２，１４４に隣接する上部部材１４１ａを従来よりも低熱膨張材料であるステンレス鋼またはチタンとし、両者間の線膨張係数の差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下として絶縁層のクラックを抑制するので、下部部材１４１ｂの熱膨張係数は大きくてもよく、従来から基材として用いられているアルミニウムを用いることができる。アルミニウムは比重が小さいので、全てをステンレス鋼やチタンとする場合よりも有利である。

下部部材１４１ｂをアルミニウムとしては、従来の基材と同様、表面に陽極酸化処理（アルマイト処理）を施していることが好ましい。これにより、溶射皮膜が形成されていなくても高い耐食性を維持することができる。従来は、基材をこのような陽極酸化処理を施したアルミニウムで構成した場合、セラミックス溶射皮膜の剥離再処理時に基材の陽極酸化処理皮膜も剥離されて再処理が必要になることがあったが、本実施形態では上述のように陽極酸化皮膜が形成される下部部材１４１ｂにセラミックス溶射皮膜が形成されないので、このような陽極酸化処理皮膜の剥離再処理が不要である。

本実施形態において、特に好ましいのは、セラミックス溶射皮膜からなる絶縁層１４２，１４４をＡｌ_２Ｏ_３溶射膜で形成し、基材１４１の上部部材１４１ａをステンレス鋼またはチタンで形成し、下部部材１４１ｂを陽極酸化処理されたアルミニウムで形成することである。このような構成により、上部部材１４１ａをステンレス鋼またはチタンに変更するだけでよく、他は、従来の静電チャックとほぼ同等の形状および機能を持たせることができ、大幅な設計変更等が不要となる。

本実施形態においても、上記第１の実施形態の第２の例および第３の例と同様、第１の絶縁層１４２および第２の絶縁層１４４として、互いに線膨張係数の異なる材料からなるセラミックス溶射膜を用いることができる。また、上記第１の実施形態の第４の例と同様、第２の絶縁層１４４の上に表面層として上部部材１４１ａとの線膨張係数の差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下のセラミックス皮膜からなる第３の絶縁層を設けてもよい。さらに、第１の実施形態の第５の例のように、上部部材１４１ａとの線膨張係数の差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下のセラミックス皮膜からなる周縁部被覆層および周縁台形状部を設けてもよい。さらにまた、第１の実施形態の第６の例のように、上部部材１４１ａとの線膨張係数の差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下のセラミックス皮膜からなる台形状部被覆層を設けてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、本発明の処理装置については、下部電極に高周波電力を印加するＲＩＥタイプの容量結合型平行平板プラズマエッチング装置を例示して説明したが、エッチング装置に限らず、アッシング、ＣＶＤ成膜等を行なう他の種類のプラズマ処理装置に適用することができるし、上部電極に高周波電力を供給するタイプであっても、また容量結合型に限らず誘導結合型であってもよく、被処理基板は、ＦＰＤ用ガラス基板Ｇに限られず半導体ウエハであってもよい。

なお、上記実施形態では、静電吸着電極における基材４１とそれを被覆するセラミックス溶射膜との線膨張係数について規定したが、静電吸着電極に限らず、基板処理装置のチャンバー内で使用される他の部材にも応用できる。

本発明の第１の実施形態に係る静電吸着電極としての静電チャックを備えた基板処理装置の一例であるプラズマエッチング装置を示す断面図。 第１の実施形態の第１の例に係る静電チャックを示す断面図。 第１の実施形態の第２の例に係る静電チャックを示す断面図。 第１の実施形態の第３の例に係る静電チャックを示す断面図。 第１の実施形態の第４の例に係る静電チャックを示す断面図。 第１の実施形態の第５の例に係る静電チャックを示す断面図。 第１の実施形態の第６の例に係る静電チャックを示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係る静電吸着電極としての静電チャックを備えた基板処理装置の一例であるプラズマエッチング装置を示す断面図。 第２の実施形態に係る静電チャックを拡大して示す断面図。

符号の説明

１ プラズマエッチング装置
２ チャンバー
３ 絶縁板
４ サセプタ
５ａ 絶縁膜
１１ シャワーヘッド
２０ 排気装置
２５ 高周波電源
２６ 直流電源
４０，１４０ 静電チャック
４１，１４１ 基材
４２，１４２ 第１の絶縁層
４３，１４３ 電極
４４，１４４ 第２の絶縁層
４５ 第３の絶縁層
４６ 周縁部被覆層
４７ 周縁台形状部
４８ 台形状部被覆層
５０，１５０ 基板保持面
１４１ａ 上部部材
１４１ｂ 下部部材
１４１ｃ 凸状部
１４１ｄ フランジ部
１６１ ねじ

Claims (32)

1. 基板処理装置において基板を静電力により吸着保持する基板保持面を備えた静電吸着電極であって、
   基材と、
   該基材上に設けられた絶縁層と、
   前記絶縁層中に配設された電極と、
   を備え、
   前記絶縁層の一部または全部を、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成し、
   前記基材がアルミニウムであり、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜が、ＹＦ _３ （フッ化イットリウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、および２ＭｇＯ・ＳｉＯ _２ （フォルステライト）のいずれかであることを特徴とする、静電吸着電極。
2. 前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成された部分以外の絶縁層をＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）の溶射膜によって形成したことを特徴とする、請求項１に記載の静電吸着電極。
3. 基板処理装置において基板を静電力により吸着保持する基板保持面を備えた静電吸着電極であって、
   基材と、
   該基材上に設けられた絶縁層と、
   前記絶縁層中に配設された電極と、
   を備え、
   前記絶縁層の一部または全部を、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成し、
   前記基材がステンレス鋼またはチタンであり、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０ ^−６ ［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜が、Ａｌ _２ Ｏ _３ （アルミナ）、Ｙ _２ Ｏ _３ （イットリア）、ＹＦ _３ （フッ化イットリウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、および２ＭｇＯ・ＳｉＯ _２ （フォルステライト）のいずれかであることを特徴とする、静電吸着電極。
4. 前記基板保持面をなす前記絶縁層表面の一部または全部に、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜を形成したことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
5. 前記基板保持面の周縁部に、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜を形成したことを特徴とする、請求項４に記載の静電吸着電極。
6. 前記絶縁層は、前記電極より下層の第１の絶縁層と、前記電極より上層の第２の絶縁層とを含んで構成されており、
   少なくとも前記第１の絶縁層または前記第２の絶縁層のいずれかを、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成したことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
7. 前記絶縁層は、前記電極より下層の第１の絶縁層と、前記電極より上層の第２の絶縁層と、該第２の絶縁層より上層の表面層とを含んで構成されており、
   前記表面層を、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成したことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
8. 前記表面層の膜厚は５０〜２５０μｍであることを特徴とする、請求項７に記載の静電吸着電極。
9. 前記基板保持面の周縁部および側部を前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成したことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
10. 前記基板保持面の周縁部には段差が設けられて周縁台形状部を形成しており、該周縁台形状部を前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成したことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
11. 前記基板保持面の周縁部には段差が設けられて周縁台形状部を形成しており、該周縁台形状部の頂面を、前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって被覆したことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
12. 前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜の膜厚が５０〜２５０μｍであることを特徴とする、請求項１１に記載の静電吸着電極。
13. 基板処理装置において基板を静電力により吸着保持する基板保持面を備えた静電吸着電極であって、
    基材と、
    該基材上に設けられた絶縁層と、
    前記絶縁層中に配設された電極と、
    を備え、
    前記絶縁層の一部または全部が、セラミックス溶射膜によって形成され、
    前記基材は、前記絶縁層と隣接する上部部材と、該上部部材を支持する下部部材とを有し、
    前記上部部材と、前記セラミック溶射膜とは、線膨張係数の差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下であり、
    前記基材の前記上部部材がステンレス鋼またはチタンであり、前記セラミックス溶射膜が、Ａｌ _２ Ｏ _３ （アルミナ）、Ｙ _２ Ｏ _３ （イットリア）、ＹＦ _３ （フッ化イットリウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）および２ＭｇＯ・ＳｉＯ _２ （フォルステライト）のいずれかであることを特徴とする、静電吸着電極。
14. 前記上部部材がステンレス鋼であり、前記下部部材がアルミニウムであり、前記セラミックス溶射膜はＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）であることを特徴とする、請求項１３に記載の静電吸着電極。
15. 前記下部部材の表面に陽極酸化被膜が形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の静電吸着電極。
16. 前記基板保持面をなす前記絶縁層表面の一部または全部に、前記セラミックス溶射膜を形成したことを特徴とする、請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
17. 前記基板保持面の周縁部に、前記セラミックス溶射膜を形成したことを特徴とする、請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
18. 前記絶縁層は、前記電極より下層の第１の絶縁層と、前記電極より上層の第２の絶縁層とを含んで構成されており、
    少なくとも前記第１の絶縁層または前記第２の絶縁層のいずれかを、前記セラミックス溶射膜によって形成したことを特徴とする、請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
19. 前記絶縁層は、前記電極より下層の第１の絶縁層と、前記電極より上層の第２の絶縁層と、該第２の絶縁層より上層の表面層とを含んで構成されており、
    前記表面層を、前記セラミックス溶射膜によって形成したことを特徴とする、請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
20. 前記表面層の膜厚は５０〜２５０μｍである、請求項１９に記載の静電吸着電極。
21. 前記基板保持面の周縁部および側部を前記セラミックス溶射膜によって形成したことを特徴とする、請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
22. 前記基板保持面の周縁部には段差が設けられて周縁台形状部を形成しており、該周縁台形状部を前記セラミックス溶射膜によって形成したことを特徴とする、請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
23. 前記基板保持面の周縁部には段差が設けられて周縁台形状部を形成しており、該周縁台形状部の頂面を、前記セラミックス溶射膜によって被覆したことを特徴とする、請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
24. 前記セラミックス溶射膜の膜厚が５０〜２５０μｍであることを特徴とする、請求項２３に記載の静電吸着電極。
25. 前記基材はその上面の中央に凸状部を有し、該凸状部の外周側がフランジ部を形成しており、前記絶縁層は前記凸状部の頂面および側面に形成され、前記絶縁層の前記頂面部分の表面が前記基板保持面を構成することを特徴とする、請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
26. 前記基材の前記上部部材は、前記凸状部と、その外周部の前記フランジ部の一部を含むことを特徴とする、請求項２５に記載の静電吸着電極。
27. 前記上部部材と前記下部部材とはねじ止めされていることを特徴とする、請求項１３から請求項２６に記載の静電吸着電極。
28. 前記基板保持面は、最長部寸法が４５０ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１から請求項２７のいずれか１項に記載の静電吸着電極。
29. 基板を収容するチャンバーと、
    請求項１から請求項２８のいずれか１項に記載された静電吸着電極と、
    前記静電吸着電極に保持された基板に対して所定の処理を施す処理機構と
    を具備することを特徴とする基板処理装置。
30. フラットパネルディスプレイの製造に用いられるものであることを特徴とする、請求項２９に記載の基板処理装置。
31. 前記処理機構は、基板に対し、プラズマエッチング処理を行なうものであることを特徴とする、請求項２９または請求項３０に記載の基板処理装置。
32. 基板処理装置において基板を吸着保持するための静電吸着電極の製造方法であって、
    基材の表面に第１の絶縁層を形成する工程と、
    前記第１の絶縁層の上に電極を形成する工程と、
    前記電極を覆うように第２の絶縁層を形成する工程と、
    前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層の側部に、溶射によって前記基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０^−６［／℃］以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜からなる被覆層を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする、静電吸着電極の製造方法。

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