JP2000277595A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャック力の強い静電チャックを提供するこ
と。 【解決手段】 この静電チャック１では、セラミック質
からなる絶縁基材２の内部に形成されたチャック電極層
３，４への通電により、絶縁基材２のチャック面S１に
被吸着物W１が静電的に吸着される。基材面方向に隣接
して配置された異極のチャック電極層３，４間には遮蔽
体層６が介在されている。

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】従来におけるこの種の静電チャックでは、
絶縁基材の内部に正負のチャック電極層がそれぞれ形成
されている。両チャック電極層は櫛歯状を呈していて互
い違いに配置されている。そして、両チャック電極層に
直流電流を通電すると、チャック面の外部領域に好適な
電場が形成される結果、同面に半導体ウェハが静電的に
吸着されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体の製
造時においては、例えば大口径のウェハをチャックした
い場合や、多数のウェハチャックしたい場合がある。そ
して、これらの場合には強いチャック力をもってウェハ
を確実に固定し、位置ずれや脱落等の発生を未然に防止
する必要がある。

【０００５】しかし、チャック電極層に対する印加電圧
を大きくしてチャック力を向上させようとすると、隣接
して配置されている異極のチャック電極層間を絶縁する
箇所に絶縁破壊が起こり、両チャック電極層間にて電流
がリークしてしまうおそれがある。ゆえに、従来では絶
縁基材に用いているセラミック質の絶縁耐圧を超えない
範囲でしか、印加電圧を設定することができなかった。
つまり、印加電圧の増大という方法にて充分なチャック
力を得ることは、実際上は困難な状況にあった。

【０００６】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、チャック力の強い静電チャ
ックを提供することにある。

【０００７】

【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、チャック電極層への
通電により、絶縁基材の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において、基材面方向に隣接
して配置された異極のチャック電極層間に、遮蔽体層が
介在されていることを特徴とする静電チャックをその要
旨とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記遮蔽体層は、導電性を有する材料からなるもの
であってアースされているとした。請求項３に記載の発
明は、請求項２において、前記遮蔽体層は、前記チャッ
ク電極層と同じ導電性材料を用いて形成されているとし
た。

【０００９】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、隣接して配置され
た異極のチャック電極層同士が遮蔽体層によって遮蔽さ
れるため、印加電圧を大きく設定したときでも、両チャ
ック電極層間の絶縁箇所の絶縁が破壊されにくくなる。
よって、両チャック電極層間にて電流がリークする心配
がなくなる結果、絶縁基材中に電場が形成されにくくな
り、逆にチャック面の外部領域に電場が形成されやすく
なる。このため、印加電圧の増大という方法にて強いチ
ャック力を得ることができる。

【００１０】請求項２に記載の発明によると、導電性を
有する材料からなる遮蔽体層をアースしたことによっ
て、より確実な遮蔽効果を得ることができる。ゆえに、
より大きな印加電圧に耐えることができ、より強いチャ
ック力を実現することが可能となる。

【００１１】請求項３に記載の発明によると、チャック
電極層を形成するための手法や設備を、遮蔽体層の形成
に流用することができるので、静電チャックの高コスト
化を回避することができる。

【００１２】

【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３に基づ
き詳細に説明する。

【００１３】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
ミニウム焼結体からなる。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とすべく、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。絶縁
基材２のチャック面Ｓ1 （図１においては上側面）の表
面粗さＲａは０．０７μｍ以下、より好ましくは０．０
５μｍ以下、最も好ましくは０．０３μｍ以下に設定さ
れていることがよい。その理由は、チャック面Ｓ1 の平
坦度が高くなるほど、即ち表面粗さＲａが小さくなるほ
ど、ジョンソン・ラーベック力が増大するからである。

【００１４】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や図示しな
いヒータ電極層が形成されている。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、０．３ｍｍ程
度に設定されている。また、ヒータ電極層はチャック電
極層３，４よりも下層に位置している。なお、前記各電
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。各
電極層３，４の印刷厚さは、数十μｍ程度に設定されて
いる。

【００１５】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・大きさはほぼ等しくなっている。

【００１６】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。隣接する直線状
部分３ａ，４ａ同士の離間幅Ｌ1 は、５ｍｍ以上に、好
ましくは１０ｍｍ以上に設定されていることがよい。そ
の理由は、直線状部分３ａ，４ａ間に充分な絶縁領域を
確保しておくためである。

【００１７】各々のチャック電極層３，４は、別個のス
ルーホールＴ１，Ｔ２によって非チャック面（図１では
下側面）Ｓ2 とそれぞれ層間接続されている。正極のチ
ャック電極層３に対応するスルーホールＴ１の下端面に
は、チャック用の直流電源５のプラス側が配線を介して
接続されている。一方、負極のチャック電極層４に対応
するスルーホールＴ２の下端面には、前記直流電源５の
マイナス側が配線を介して接続されている。

【００１８】図１，図２に示されるように、この静電チ
ャック１は、絶縁基材２の内部に遮蔽体層６を備えてい
る。細長くて連続した形状の遮蔽体層６は、異極のチャ
ック電極層３，４の直線状部分３ａ，４ａ間に介在され
ている。前記遮蔽体層６は、絶縁基材２を基材厚さ方向
から投影したときにチャック電極層３，４と重なり合わ
ない位置関係にある。本実施形態の遮蔽体層６は、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
て印刷形成された複数のペースト印刷層６ａからなる。
個々のペースト印刷層６ａの印刷厚さは、チャック電極
層３，４と同じく数十μｍ程度に設定されている。従っ
て、４層構造をなすこの遮蔽体層６は、見掛け上、約２
００μｍ前後の厚さを有し、チャック電極層３，４より
も数倍厚くなっている。なお、遮蔽体層６における最下
層のペースト印刷層６ａは、チャック電極層３，４と同
じ層に形成されている。そして、このような導電性の遮
蔽体層６は、非チャック面Ｓ２側にある図示しないアー
ス層に対し、スルーホールＴ３を介して層間接続されて
いる。

【００１９】導電性を有する遮蔽体層６とチャック電極
層３，４との間のクリアランスは、少なくとも０．１ｍ
ｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ以上確保されていること
が望ましい。このような事情に鑑みて、直線状部分３
ａ，４ａの離間幅Ｌ１を１０ｍｍに設定した本実施形態
では、遮蔽体層６の幅を１ｍｍ〜８ｍｍ程度に設定して
いる。

【００２０】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、セラミックス粉末を主成分として含む
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。

【００２１】グリーンシート用のセラミックス粉末とし
ては、窒化アルミニウム、高純度アルミナ、窒化ほう
素、窒化珪素等の粉末が用いられる。そのなかでも特に
窒化アルミニウム粉末を選択することが望ましい。窒化
アルミニウムからなる焼結体は、耐熱性に優れるばかり
でなく、熱伝導性や耐プラズマ性に優れるため、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。

【００２２】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。

【００２３】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一枚ずつ印
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をパターン印刷することに
より、グリーンシート表面にチャック電極層３，４、遮
蔽体層６及びヒータ電極層を形成する。即ち、チャック
電極層３，４を形成するための手法や設備をそのまま流
用して遮蔽体層６を形成する。

【００２４】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。その結果、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。
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。

【００２５】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下記のような熱処理工程に
付すことにより、非酸化性雰囲気下で脱脂及び仮焼成さ
れる。

【００２６】その後、熱処理工程を経て得られたグリー
ンシート仮焼体をるつぼ内に入れるとともに、必要に応
じてその周囲をセッターで包囲する。この状態のるつぼ
を焼成炉内にセットし、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、遮
蔽体層６等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。

【００２７】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
諸工程を実施し、図１，図２に示されるような所望の静
電チャック１を完成させる。

【００２８】以上のようにして製造された静電チャック
１の２つのチャック電極層３，４に直流電流の通電を行
うと、チャック面Ｓ１の外部領域に電場が形成される結
果、シリコンウェハＷ１と静電チャック１との間に静電
的な力が働く。その結果、チャック面Ｓ１に対してシリ
コンウェハＷ1 が吸着され、シリコンウェハＷ１の固定
が図られる。このとき、遮蔽体層６のもたらす遮蔽効果
によって、異極のチャック電極層３，４間の電流リーク
が未然に防止され、当該箇所における絶縁破壊が回避さ
れるようになっている。図３では、異極のチャック電極
層３，４間におけるリーク電流を想定し、その流れをＡ
１にて概念的に示している。つまり、本実施形態では、
遮蔽体層６が異極のチャック電極層３，４間にていわば
邪魔をしているため、リーク電流は絶縁基材２中を通り
抜けて流れにくい。ゆえに、リーク電流は、もっぱら絶
縁基材２の外部、即ちチャック面Ｓ１の外部領域を通り
抜けて流れざるをえないことになる。従って、絶縁基材
２中に電場が形成されにくくなる反面、逆にチャック面
Ｓ１の外部領域に電場が形成されやすくなると考えられ
る。

【００２９】

【実施例及び比較例】［サンプルの作製］ここでは次に
示すような9種の被験体サンプルをあらかじめ作製し
た。

【００３０】実施例１〜６であるサンプル１〜６は、外
径１９０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの窒化アルミニウム製の
絶縁基材２からなるものとし、そのチャック面Ｓ1の表
面粗さＲａを０．０３μｍに設定した。これらのサンプ
ル１〜６については、上記のような遮蔽体層６を設ける
こととした。そして、絶縁基材２を構成している窒化ア
ルミニウム焼結体の気孔率を、サンプル１では２％に、
サンプル２では３％に、サンプル３では５％に、サンプ
ル４では１０％に、サンプル５では１５％に、サンプル
６では２０％にそれぞれ設定した。

【００３１】比較例１〜３であるサンプル７〜９では、
遮蔽体層６を全く設けないこととした（図４参照）。そ
して、絶縁基材２を構成している窒化アルミニウム焼結
体の気孔率を、サンプル７では３％に、サンプル８で５
％に、サンプル９では１０％にそれぞれ設定した。

【００３２】なお、グリーンシートや導電性ペーストＰ
1の組成等については、各サンプル１〜９で全く同一と
した。 ［比較試験及びその結果］そして、これら９種のサンプ
ルについて、以下のような比較試験を行った。

【００３３】即ち、各静電チャック１のチャック面Ｓ1
に、高温条件（具体的には６００℃）にて２０ｍｍφの
シリコンウェハＷ1 を載せ、所定印加電圧（具体的には
１０００Ｖ）にて通電を開始することによりシリコンウ
ェハＷ1をチャックさせた。そして、チャック開始時点
から所定時間経過後にシリコンウェハＷ1を垂直方向に
引っ張り、それを剥がすのに要する力の大きさ（ｋｇ／
ｃｍ²）を測定した。その結果を表１に示す。 ［結論］表１より明らかなように、実施例１〜６では焼
結体の気孔率が３％を超えているにもかかわらず、比較
例１に匹敵する強いチャック力を得ることができた。つ
まり、所定チャック力を達成すべく大きな直流電圧を印
加しても、絶縁破壊に到らなかったと結論付けられる。
一方、比較例２，３については、比較例１と比べてチャ
ック力の低下が著しく、図４にて概念的に示されるごと
く、絶縁破壊に到っていることが示唆される結果となっ
た。

【００３４】

【表１】 以上の結果を総合すると、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。

【００３５】（１）この静電チャック１では、隣接して
配置された異極のチャック電極層３，４同士が遮蔽体層
６によって遮蔽される。そのため、印加電圧を大きく設
定したときでも、両チャック電極層３，４間の絶縁箇所
の絶縁が破壊されにくくなる。よって、両チャック電極
層３，４間にて電流がリークする心配がなくなる結果、
絶縁基材２中に電場が形成されにくくなり、逆にチャッ
ク面Ｓ１の外部領域に電場が形成されやすくなる。この
ため、印加電圧の増大という方法にて強いチャック力を
得ることができる。

【００３６】また、本実施形態によると、気孔率を３％
以下にする等といった絶縁耐圧の改善を特に必要としな
いので、使用できるセラミック材料の適用範囲も従来に
比較して広くなるという利点がある。

【００３７】（２）この静電チャック１では、遮蔽体層
６を導電性を有する材料からなるものとし、さらにその
遮蔽体層６をアースさせている。このように構成するこ
とで、より確実な遮蔽効果を得ることができる。ゆえ
に、より大きな印加電圧に耐えることができ、より強い
チャック力を実現することが可能となっている。

【００３８】（３）この静電チャック１では、遮蔽体層
６をチャック電極層３，４と同じ導電性ペーストＰ１を
用いて形成している。従って、チャック電極層３，４を
形成するための手法や設備を、遮蔽体層６の形成に流用
することができる。ゆえに、遮蔽体層６を形成するため
に専用の設備を必要とすることもなく、工程数の増加を
招くこともない。よって、静電チャック１の高コスト化
を回避することができる。

【００３９】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ 図５に示される別例の静電チャック１１のように、
遮蔽体層６を実施形態のものよりも厚めに形成してもよ
い。同図では６層構造からなる遮蔽体層６が形成される
とともに、最下層のペースト印刷層６ａの下面がチャッ
ク電極層３，４の下面よりも内層側に位置している。こ
のような別例の静電チャック１１であると、より確実な
遮蔽効果を得ることができ、いっそう強いチャック力を
実現できる。

【００４０】・ 図６に示される別例の静電チャック２
１のように、多層構造ではなくて一体構造をなすような
遮蔽体層２２を形成してもよい。このような遮蔽体層２
２は、例えば絶縁基材２を構成する各グリーンシートの
同じ箇所に導電性ペーストＰ１を用いてスルーホール印
刷を行なうことにより得ることができる。このような別
例の静電チャック２１であっても、より確実な遮蔽効果
を得ることができ、いっそう強いチャック力を実現でき
る。

【００４１】・ 図７に示される別例の静電チャック３
１のように、ペースト印刷層６ａが１層のみからなる遮
蔽体層６を、チャック電極層３，４と同層においてそれ
ら３，４間に介在されるように形成してもよい。

【００４２】・ 遮蔽体層６，２２は、実施形態や別例
のように細長く連続的に形成されている場合のみに限定
されない。例えば、不連続的ないし断続的に形成されて
いたとしても、ある程度の遮蔽効果を期待することがで
きる。

【００４３】・ 導電性を有する遮蔽体層６，２２をア
ースせずに用いても構わない。 ・ 遮蔽体層６，２２を形成するための導電性を有する
材料は、実施形態にて例示したタングステンのみに限定
されることはなく、これとは異なる金属材料（例えばニ
オブやタンタル等）であってもよい。その際、ペースト
印刷後の焼成工程での同時焼結に耐えるべく、高融点金
属材料が選択されることがよい。勿論、高融点かつ導電
性のセラミック材料を用いても差し支えない。また、遮
蔽体層６，２２は、チャック電極層３，４と必ずしも同
じ導電性材料を用いて形成されていなくてもよい。

【００４４】・ 遮蔽体層６，２２を、チャック電極層
３，４を形成するためのペースト印印刷工程と別個の工
程にて形成してもよく、その場合には例えばグリーンシ
ートに対するめっきやスパッタリング等の手法を採用す
ることが可能である。

【００４５】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。 （１） 請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、前記
遮蔽体層は少なくとも前記チャック電極層よりも厚く形
成されること。従って、この技術的思想１に記載の発明
によれば、より確実な遮蔽効果を得ることができる。

【００４６】（２） 請求項１乃至３、技術的思想１の
いずれか１つにおいて、前記遮蔽体層の下端部は、前記
チャック電極層の下面よりも内層側に位置しているこ
と。従って、この技術的思想２に記載の発明によれば、
より確実な遮蔽効果を得ることができる。

【００４７】（３） 請求項２，３、技術的思想１，２
のいずれか１つにおいて、前記異極のチャック電極層間
の離間幅は少なくとも１０mm以上であり、そこに介在さ
れる前記遮蔽体層と前記各チャック電極層との間のクリ
アランスは少なくとも０．５ｍｍ以上であること。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜３に記
載の発明によれば、チャック力の強い静電チャックを提
供することができる。

【００４９】請求項２に記載の発明によれば、より確実
な遮蔽効果が得られる結果、よりチャック力の強い静電
チャックを実現することが可能となる。請求項３に記載
の発明によれば、高コスト化を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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】比較例の静電チャックの要部拡大断面図。

【図５】別例の静電チャックの要部拡大断面図。

【図６】別例の静電チャックの要部拡大断面図。

【図７】別例の静電チャックの要部拡大断面図。

【符号の説明】

１，１１，２１，３１…静電チャック、２…絶縁基材、
３，４…チャック電極層、６，２２…遮蔽体層、 S１…
チャック面、W１…被吸着物としてのシリコンウェハ、
Ｐ１…導電性材料としての導電性ペースト。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チャック電極層への通電により、絶縁基材
   のチャック面に被吸着物が静電的に吸着される静電チャ
   ックにおいて、基材面方向に隣接して配置された異極の
   チャック電極層間に、遮蔽体層が介在されていることを
   特徴とする静電チャック。
2. 【請求項２】前記遮蔽体層は、導電性を有する材料から
   なるものであってアースされていることを特徴とする請
   求項１に記載の静電チャック。
3. 【請求項３】前記遮蔽体層は、前記チャック電極層と同
   じ導電性材料を用いて形成されていることを特徴とする
   請求項２に記載の静電チャック。