JP2000277594A - 静電チャックの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性の低下を伴うことなく、好適な大きさ
・形状のディンプルをチャック面に簡単に形成できる静
電チャックの製造方法を提供すること。 【解決手段】 この静電チャック１は、セラミック質か
らなる絶縁基材２にチャック電極層３，４を形成してな
る。絶縁基材２のチャック面Ｓ１には、複数の微細なデ
ィンプル６が形成される。静電チャック１は次のように
して製造される。耐熱無機材料製ファイバ８を織成して
なるシート材７を、セラミック未焼成体１１において後
にチャック面となるべき面に密着させる。この状態で加
圧焼成を行なった後、得られたセラミック焼結体からシ
ート材７を取り外す。その結果、チャック面Ｓ１にディ
ンプル６が転写形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電チャックの製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおいては、シリコ
ン等からなる半導体ウェハを固定した状態でエッチング
やスパッタリング等の工程が行われる。このような場
合、通常、チャック装置と呼ばれる固定手段が用いられ
る。特に近年では、静電気の力を利用して半導体ウェハ
を吸着するセラミック製の静電チャックが提案されるに
至っている。

【０００３】この種の静電チャックとしては、例えば特
開平５−８１４０号公報に開示されたものがある。同公
報の静電チャックはいわゆる単極タイプと呼ばれるもの
である。セラミック基材上にはチャック電極が設けら
れ、そのチャック電極は気孔率３％以下の絶縁性誘電層
により被覆されている。そして、通電を行なった場合に
は、チャック面である絶縁性誘電層の表面に、被吸着物
であるシリコンウェハが静電的に吸着されるようになっ
ている。

【０００４】また、セラミック製静電チャックのチャッ
ク面には、パーティクルの付着によるウェハの凹凸発生
を未然に防止するために、微細な凹部（ディンプル）が
形成されることがある。このようなディンプルを形成す
る手法としては、例えばショットブラスト処理や、焼成
前における押し型による転写等が提案されている。ちな
みに前者は特開平４−３０４９４１号公報に開示され、
後者は特開昭６０−２６１３７７号公報に開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、セラミック
製の静電チャックは、あらかじめセラミック成形体を成
形した後、そのセラミック成形体を焼成炉内にて高温で
焼成することにより製造される。しかしながら、成形体
中にセラミックス粉末とともに焼結助剤が添加されてい
るような場合、焼成時に発生するガラス相がセラミック
焼結体の外部に滲出し、製品や治具の表面に付着してし
まうことがある。従って、後に除去作業が必要となり、
生産性の低下につながりやすいという問題があった。

【０００６】また、ショットブラスト処理を行なうため
には専用の装置が必要になるため、好適な大きさ・形状
のディンプルをチャック面により簡単に形成できる何ら
かの手法の開発が望まれていた。

【０００７】本発明は上記の課題を解決するためなされ
たものであり、その目的は、生産性の低下を伴うことな
く、好適な大きさ・形状のディンプルをチャック面に簡
単に形成することができる静電チャックの製造方法を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、セラミック質からな
る絶縁基材にチャック電極層が形成されるとともに、同
絶縁基材のチャック面に複数の微細なディンプルが形成
され、前記チャック電極層への通電により前記チャック
面に被吸着物が静電的に吸着される静電チャックを製造
する方法において、耐熱無機材料製ファイバを織成して
なるシート材を、セラミック未焼成体において後にチャ
ック面となるべき面に密着させた状態で加圧焼成を行な
うことにより、前記チャック面に前記ディンプルを転写
形成することを特徴とする静電チャックの製造方法をそ
の要旨とする。

【０００９】請求項２に記載の発明では、セラミック質
からなる絶縁基材にチャック電極層が形成されるととも
に、同絶縁基材のチャック面に複数の微細なディンプル
が形成され、前記チャック電極層への通電により前記チ
ャック面に被吸着物が静電的に吸着される静電チャック
を製造する方法において、表面に微細な凹凸を有するガ
ラス相吸収材を、セラミック未焼成体において後にチャ
ック面となるべき面に密着させた状態で加圧焼成を行な
うことにより、前記チャック面に前記ディンプルを転写
形成することを特徴とする静電チャックの製造方法をそ
の要旨とする。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２において、前記ディンプルの平均径は５μmよりも大
きく、前記ディンプルの深さは前記チャック電極層があ
る位置よりも浅くなるように設定されているとした。

【００１１】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１に記載の発明によると、シート材を後にチ
ャック面となるべき面に密着させた状態で加圧焼成を行
なうことで、ファイバがなす規則的な織目の凹凸が焼成
時にセラミック焼結体のチャック面に転写され、好適な
大きな・形状のディンプルが均一に形成される。前記シ
ート材は耐熱無機材料製ファイバからなるので、加圧焼
成時の高い温度に耐えうるばかりでなく、焼結体外部に
滲出してくるガラス相成分をその織目内に吸収すること
ができる。よって、製品や治具へのガラス相の付着が回
避され、後にガラス相を除去する作業も不要となる。ま
た、このような転写法では、ショットブラスト装置等の
ような専用の装置も不要である。

【００１２】以上のことから、本発明の製造方法によれ
ば、生産性の低下を伴うことなく、好適な大きさ・形状
のディンプルをチャック面に簡単に形成することができ
る。請求項２に記載の発明によると、ガラス相吸収材を
後にチャック面となるべき面に密着させた状態で加圧焼
成を行なうことで、その表面にある微細な凹凸が焼成時
にセラミック焼結体のチャック面に転写され、好適な大
きな・形状のディンプルが形成される。このとき、ガラ
ス相吸収材は焼結体外部に滲出してくるガラス相成分を
自身の内部に吸収するため、製品や治具へのガラス相の
付着が回避され、後にガラス相を除去する作業も不要と
なる。また、このような転写法では、ショットブラスト
装置等のような専用の装置も不要である。

【００１３】以上のことから、本発明の製造方法によれ
ば、生産性の低下を伴うことなく、好適な大きさ・形状
のディンプルをチャック面に簡単に形成することができ
る。請求項３に記載の発明によると、深さをチャック電
極層がある位置よりも浅くなるように設定しているの
で、下層にあるチャック電極層を避けてディンプルを形
成する必要がなくなり、ディンプルをチャック面の全域
に困難なく形成することが可能となる。また、平均径を
５μmより大きく設定しているので、ディンプルの形成
によりもたらされる効果、例えば被吸着物へのパーティ
クルの付着防止効果を確実に得ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態の双極タイプの静電チャック１を図１〜図５に基づ
き詳細に説明する。

【００１５】図１，図２には、本実施形態の静電チャッ
ク１が概略的に示されている。この静電チャック１を構
成している絶縁基材２は、好適な誘電体である窒化アル
ミニウム焼結体の緻密体からなる。窒化アルミニウム焼
結体を選択した理由は、耐熱性、熱伝導性、耐プラズマ
性等に優れ、静電チャック１用の材料として極めて好都
合だからである。ここでは絶縁基材２として円盤状かつ
厚さが約数ｍｍのものを用いている。なお、本実施形態
の絶縁基材２は、被吸着物であるシリコンウェハＷ１を
複数枚同時にチャックすべく、シリコンウェハＷ１の数
倍の面積となるように形成されている。

【００１６】図３に概略的に示されるように、本実施形
態の絶縁基材２は多層構造をなしていて、その内部には
チャック電極層３，４が形成されている。正極のチャッ
ク電極層３及び負極のチャック電極層４は、ともにチャ
ック面Ｓ1から近い層に位置している。チャック面Ｓ１
からチャック電極層３，４の下面までの深さは、０．３
ｍｍ程度に設定されている。なお、各チャック電極層
３，４は、いずれもタングステンペースト等のような導
電性ペーストＰ1 を用いて印刷形成されている。

【００１７】図２に示されるように、正極のチャック電
極層３は、絶縁基材２の外周に位置する半円弧状部分
と、その半円弧状部分から平行にかつ等間隔に延びる多
数の直線部分３ａとにより構成されている。従って、全
体的にみると同チャック電極層３は櫛歯状を呈してい
る。負極のチャック電極層４も、半円弧状部分と多数の
直線状部分４ａとにより構成されていて、同じく櫛歯状
を呈している。本実施形態では、これら２つのチャック
電極層３，４の形状・大きさはほぼ等しい。

【００１８】両者の直線状部分３ａ，４ａ同士は、図２
に示されるように互い違いに配置されている。即ち、異
極のチャック電極層３，４の直線状部分３ａ，４ａは、
基材面方向に隣接して配置されている。

【００１９】そして、正極のチャック電極層３には、チ
ャック用の直流電源５のプラス側が図示しないスルーホ
ール及び配線を介して接続されている。同様に、負極の
チャック電極層４には、前記直流電源５のマイナス側が
図示しないスルーホール及び配線を介して接続されてい
る。

【００２０】図１，図３，図５に示されるように、絶縁
基材２のチャック面Ｓ１のほぼ全域には、多数の微細な
ディンプル６が形成されている。これらのディンプル６
は、シート材７を用いた転写法により窒化アルミニウム
焼結体の加圧焼成時に形成されたものである。

【００２１】ディンプル６の平均径は、５μmよりも大
きく、好ましくは１０μｍ〜２００μｍ程度に設定され
ることがよい。平均径が小さすぎると、ディンプル６の
形成によりもたらされる効果、即ちシリコンウェハＷ１
へのパーティクルの付着を防止する効果が得られにくく
なるからである。逆に平均径が大きすぎると、シリコン
ウェハＷ１の裏面に凹凸が転写されるおそれがあり、高
品質のシリコンウェハＷ１の製造が困難となるからであ
る。

【００２２】ディンプル６の深さは、チャック電極層
３，４がある位置よりも浅くなるように設定されること
がよく、具体的にいうと本実施形態では０．３ｍｍより
も小さな値（１０μｍ〜１００μｍ程度）に設定されて
いる。このようにしておけばディンプル６の底部がチャ
ック電極層３，４にまで及ぶことがなく、チャック電極
層３，４を避けてディンプル６を形成しなくてもよくな
るからである。

【００２３】本実施形態にて使用されるシート材７は、
耐熱無機材料製ファイバの一種であるカーボンファイバ
８を織成してなるシート材７である。カーボンファイバ
８を織成する方法としては、例えば平織り、斜紋織り、
朱子織り等がある。そして、このような織成組織からな
るシート材７の表面には、微細かつ規則的な凹凸ができ
る。従って、転写形成されるディンプル６の平均径、深
さ、形状は、使用するシート材７の表面にある微細な凹
凸の大きさや形状に左右されることになる。

【００２４】また、このシート材７は三次元的な織目構
造を有することから、加圧焼成時に外部に滲出してくる
ガラス相を自身の内部に吸収することが可能である。つ
まり、このシート材７をガラス相吸収材として把握する
こともできる。

【００２５】次に、本実施形態の静電チャック１を製造
する手順の一例を紹介する。絶縁基材２の材料となるグ
リーンシートは、主成分である窒化アルミニウム粉末に
焼結助剤等を添加してなるスラリーをドクターブレード
法にてシート成形することにより作製される。得られた
グリーンシートの所定位置には、必要に応じて、ドリル
加工あるいは打ち抜き加工等によりスルーホール形成用
孔が形成される。

【００２６】穴あけ加工を経たグリーンシートには、導
電性粒子としてのタングステン（Ｗ）粒子、分散溶媒、
分散剤等を含む導電性ペーストＰ1が印刷される。もっ
とも、Ｗ粒子の代わりに一炭化一タングステン（ＷＣ）
粒子を含む導電性ペーストＰ1 としてもよい。

【００２７】引き続いて行われるペースト印刷工程で
は、まず穴あけ工程を経たグリーンシートを印刷装置に
セットして、印刷面にメタルマスクを配置する。この状
態で上記の導電性ペーストＰ1を印刷し、スルーホール
を形成する。次いで、スルーホール印刷がなされたグリ
ーンシートを今度はスクリーン印刷機にセットし、印刷
面にスクリーンマスクを配置する。この状態で上記の導
電性ペーストＰ1をパターン印刷し、グリーンシート表
面にチャック電極層３，４を形成する。

【００２８】次に、ペースト印刷工程を経た複数枚のグ
リーンシートを位置決めして重ね合わせ、この状態で所
定圧力にて真空プレスを行う。真空プレスの結果、各グ
リーンシートが一体化し、グリーンシート積層体が形成
される。

【００２９】そして、得られたグリーンシート積層体
を、常圧下にて数十℃〜百数十℃の温度で所定時間加熱
することにより乾燥させる。乾燥工程は積層工程の実施
前に行われてもよい。乾燥工程を経たグリーンシート積
層体は、本焼成工程の前にあらかじめ非酸化性雰囲気下
で脱脂及び仮焼成され、仮焼体となる。

【００３０】図４に示されるように、セラミック未焼成
体であるこの仮焼体１１を焼成炉１２内にセットすると
ともに、その周囲を治具であるＢＮ製セッター１３で包
囲する。このとき、仮焼体１１と特定のセッター１３と
の間にシート材７を介在させ、そのシート材７を仮焼体
１１において後にチャック面Ｓ１となるべき面に密着さ
せておく。

【００３１】そしてこの状態で、常法に従い１７００℃
以上の温度にて所定時間かつ所定圧力でのホットプレス
焼成を実施する。その結果、窒化アルミニウム及び導電
性ペーストＰ1が完全に同時焼結し、チャック電極層
３，４を備える窒化アルミニウム製の絶縁基材２が形成
される。このとき同時に、チャック面Ｓ１に多数のディ
ンプル６が均一に転写形成される。なお、本焼成後に不
要となったシート材７はチャック面Ｓ１から取り外され
る。

【００３２】この後、研削機等を用いて絶縁基材２の外
形加工及び面出し加工を行い、これによりチャック面Ｓ
1の表面粗さＲａを所定範囲内に調整する。さらに、常
法に従ってコーティング及びＩ／Ｏピンのろう付け等の
諸工程を実施すれば、図１，図２に示される所望の静電
チャック１を得ることができる。

【００３３】従って、本実施形態によれば以下のような
効果を得ることができる。 （１）本実施形態では、耐熱無機材料製ファイバを織成
してなるシート材７を後にチャック面Ｓ１となるべき面
に密着させた状態で加圧焼成を行なっている。そのた
め、カーボンファイバ８がなす規則的な織目の凹凸が焼
成時に窒化アルミニウム焼結体のチャック面Ｓ１に転写
され、好適な大きさ・形状のディンプル６が均一に形成
される。

【００３４】また、シート材７は耐熱無機材料であるカ
ーボンファイバ８からなるので、千数百℃というホット
プレス焼成時の高い温度に耐えることができ、焼成を経
ても変質したり消失したりすることがない。そればかり
でなく、当該シート材７は焼結体外部に滲出してくるガ
ラス相成分をその織目内に吸収することができる。よっ
て、製品や治具へのガラス相の付着が回避され、後にガ
ラス相を除去する作業も不要となる。しかも、このよう
な転写法では、ショットブラスト装置等のような専用の
装置も不要である。

【００３５】以上のことから、本実施形態の製造方法に
よれば、生産性の低下を伴うことなく、好適な大きさ・
形状のディンプル６をチャック面Ｓ１に簡単に形成する
ことができる。

【００３６】（２）本実施形態では、ディンプル６の平
均径を５μmより大きく設定しているので、シリコンウ
ェハＷ１にパーティクルが付着しにくい好適な静電チャ
ック１とすることができる。また、ディンプル６の深さ
をチャック電極層３，４がある位置よりも浅くなるよう
に設定しているので、ディンプル６を下層にあるチャッ
ク電極層３，４を避けて形成する必要がなくなる。よっ
て、多数のディンプル６をチャック面Ｓ１の全域に備え
た静電チャック１を製造することができる。

【００３７】（３）また、本実施形態では、シート材
（ガラス相吸収材）７を構成する耐熱無機材料製ファイ
バとしてカーボンファイバ８を選択している。カーボン
ファイバ８自体は比較的安価な材料であるので、それを
織成してなるシート材７もそれほど高価なものとはなら
ない。従って、このようなシート材７を用いることによ
り、静電チャック１の製造コストの高騰を防止すること
ができる。勿論、カーボンファイバ８は好適な耐熱性を
有している点においても好ましい。

【００３８】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ シート材（ガラス相吸収材）７を構成する耐熱無機
材料製ファイバとして、実施形態にて例示したカーボン
ファイバ８以外のもの、例えば炭化珪素やアルミナ等の
ようなセラミック製のファイバを使用することもでき
る。もっとも、各種の無機材料製ファイバは、ホットプ
レス時の温度である千数百℃の温度に耐えうる耐熱性を
有していることが望ましい。

【００３９】・ 絶縁基材２を作製するにあたって、窒
化アルミニウム焼結体以外のものをセラミック質として
用いてもよく、例えば窒化ほう素、窒化珪素、高純度ア
ルミナ、ベリリア、マグネシア等の焼結体を選択するこ
とができる。

【００４０】・ 前記実施形態では双極タイプの静電チ
ャック１として具体化したが、これを単極タイプの静電
チャックとして具体化してもよい。 ・ 用途に応じて、平均径が５μｍよりも小さなディン
プル６を形成することとしてもよい。

【００４１】・ ディンプル６は必ずしもチャック面Ｓ
１の全域にわたり形成されていなくてもよく、例えばそ
の一部の領域のみに選択的に形成されていてもよい。 次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほか
に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を
その効果とともに以下に列挙する。

【００４２】（１） 請求項１または３において、前記
シート材を構成する耐熱無機材料製ファイバはカーボン
ファイバであること。従って、この技術的思想１に記載
の発明によれば、比較的安価な材料からなるので製造コ
ストの高騰を防止できる。

【００４３】（２） 請求項２または３において、前記
ガラス相吸収材は耐熱性材料からなること。従って、こ
の技術的思想２に記載の発明によれば、加圧焼成時の高
い温度に耐えるものとすることができる。

【００４４】（３） セラミック質からなる絶縁基材に
チャック電極層が形成されるとともに、同絶縁基材のチ
ャック面に多数の微細なディンプルが織目模様状かつ規
則的に転写形成され、前記チャック電極層への通電によ
り前記チャック面に半導体ウェハが静電的に吸着される
静電チャック。従って、この技術的思想３に記載の発明
によれば、半導体ウェハの裏面にパーティクルが付着し
にくい好適な静電チャックとすることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１，２に記
載の発明によれば、生産性の低下を伴うことなく、好適
な大きさ・形状のディンプルをチャック面に簡単に形成
することができる静電チャックの製造方法を提供するこ
とができる。

【００４６】また、請求項３に記載の発明によれば、デ
ィンプルをチャック面の全域に困難なく形成できるとと
もに、例えば被吸着物へのパーティクルの付着防止効果
を確実に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施形態の静電チャック
の概略断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】実施形態の静電チャックの要部拡大断面図。

【図４】同静電チャックの製造方法を説明するための概
略断面図。

【図５】同静電チャックのチャック面付近の拡大断面
図。

【符号の説明】

１…静電チャック、２…絶縁基材、３，４…チャック電
極層、６…ディンプル、７…シート材（＝ガラス相吸収
材）、８…耐熱無機材料製ファイバとしてのカーボンフ
ァイバ、１１…セラミック未焼結体としてのグリーンシ
ート仮焼体、Ｓ１…チャック面、Ｗ１…被吸着物として
の半導体ウェハ、Ｄ１…ディンプルの平均径、Ｄ２…デ
ィンプルの深さ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック質からなる絶縁基材にチャック
   電極層が形成されるとともに、同絶縁基材のチャック面
   に複数の微細なディンプルが形成され、前記チャック電
   極層への通電により前記チャック面に被吸着物が静電的
   に吸着される静電チャックを製造する方法において、 耐熱無機材料製ファイバを織成してなるシート材を、セ
   ラミック未焼成体において後にチャック面となるべき面
   に密着させた状態で加圧焼成を行なうことにより、前記
   チャック面に前記ディンプルを転写形成することを特徴
   とする静電チャックの製造方法。
2. 【請求項２】セラミック質からなる絶縁基材にチャック
   電極層が形成されるとともに、同絶縁基材のチャック面
   に複数の微細なディンプルが形成され、前記チャック電
   極層への通電により前記チャック面に被吸着物が静電的
   に吸着される静電チャックを製造する方法において、 表面に微細な凹凸を有するガラス相吸収材を、セラミッ
   ク未焼成体において後にチャック面となるべき面に密着
   させた状態で加圧焼成を行なうことにより、前記チャッ
   ク面に前記ディンプルを転写形成することを特徴とする
   静電チャックの製造方法。
3. 【請求項３】前記ディンプルの平均径は５μmよりも大
   きく、前記ディンプルの深さは前記チャック電極層があ
   る位置よりも浅くなるように設定されていることを特徴
   とする請求項１または２に記載の静電チャックの製造方
   法。