JP2000277597A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電圧印加時や高温使用時であっても、パー
ティクル発生量の少な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、セラミック焼
結体１４からなる絶縁基材２のチャック面Ｓ１に被吸着
物Ｗ１が静電的に吸着される。セラミック焼結体１４よ
りもずり応力に強い金属材料からなる複数の被吸着物支
持体６は、絶縁基材２に固定されている。被吸着物支持
体６の一部分６ｂはチャック面Ｓ１に埋まっていて、残
りの部分６ａがチャック面Ｓ１から突出している。

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】この種の静電チャックでは、窒化アルミニ
ウム焼結体等のような誘電体セラミック材料からなる絶
縁基材が用いられる。絶縁基材のチャック面には、被吸
着物である半導体ウェハが面接触の状態で支持される。
そして、絶縁基材に設けられたチャック電極に通電を行
なうことにより、ウェハがチャック面に静電的に吸着さ
れるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のセラ
ミック製静電チャックでは、焼結体とウェハとが直接接
触することから、両者の熱膨張係数差に起因して、ウェ
ハチャック時に両者の界面にずり応力が発生する。する
と、そのずり応力の影響を受けて表層の窒化アルミニウ
ム粒子が脱落しやすくなり、主にこれがパーティクルと
なって半導体ウェハの裏面に付着するおそれがある。

【０００５】また、使用時の温度を高くしたり、チャッ
ク力を増大すべく印加電圧を上げたりすると、発生する
ずり応力が大きくなる結果、窒化アルミニウム粒子の脱
落が促進されることも知られている。

【０００６】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、高電圧印加時や高温使用時であっ
ても、パーティクル発生量の少な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、セラミック焼結体か
らなる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、前記セラミック焼結体よ
りもずり応力に強い金属材料からなる複数の被吸着物支
持体を備えるとともに、前記被吸着物支持体はその一部
分が前記チャック面に埋まった状態で前記絶縁基材に突
設固定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、前記チャック面から突出する前記被吸着物支持体の
頭部は、エッジのない丸い形状をしているとした。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
被吸着物支持体の前記チャック面からの突出量は１μｍ
〜２０μｍであるとした。

【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、被吸着物は各被吸
着物支持体の頭部によって支持されるため、セラミック
焼結体と被吸着物の裏面とが直かに接触しなくなる。従
って、セラミック焼結体がずり応力の影響を直接受けな
くなり、表層結晶粒子の脱落に起因するパーティクルの
発生量が極めて少なくなる。

【００１０】また、被吸着物支持体自身はセラミック焼
結体よりもずり応力に強い金属材料からなるので、ずり
応力が加わったとしてもパーティクルの発生には至らな
い。さらに、各被吸着物支持体はその一部がセラミック
焼結体内に埋まった状態で固定されているので、ずり応
力の影響を受けてチャック面から脱落するという心配も
ない。

【００１１】請求項２に記載の発明によると、頭部がエ
ッジのない丸い形状をした被吸着物支持体であることか
ら、被吸着物の裏面を削り取る心配も極めて少ない。従
って、前記削り取りに起因するパーティクルの発生量の
低減を図ることができる。

【００１２】請求項３に記載の発明によると、被吸着物
支持体のチャック面からの突出量を上記好適範囲内に設
定していることから、被吸着物とチャック面との離間距
離の増大を回避しつつ、各被吸着物支持体に対する点接
触による支持を確実に達成することができる。従って、
チャック力の低下を来たすことなくパーティクル発生量
の低減を図ることができる。

【００１３】

【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４に基づ
き詳細に説明する。

【００１４】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。セラミック焼結体として窒化
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。

【００１５】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、０．３ｍｍ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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】図１，図３に示されるように、この静電チ
ャック１は、被吸着物支持体としての多数のウェハ支持
片６をチャック面Ｓ１上に備えている。各ウェハ支持片
６の底部６ｂはチャック面Ｓ１に埋まっている反面、そ
の頭部６ａはチャック面Ｓ１から所定量だけ突出してい
る。そしてこの結果、各ウェハ支持片６が絶縁基材２に
脱落不能な状態で固定されている。

【００２０】ウェハ支持片６のチャック面Ｓ１からの突
出量Ｈ１は１μｍ〜２０μｍ、さらには６μｍ〜１０μ
ｍであることがよい。この突出量Ｈ１が少なすぎると、
ウェハ支持片６に対する点接触による支持を達成できな
くなり、実質的には絶縁基材２に対する面接触による支
持になってしまうおそれがある。よって、窒化アルミニ
ウム焼結体がずり応力の影響を受けてしまい、パーティ
クル発生量の低減を充分に達成できなくなる。逆に、こ
の突出量Ｈ１が大きすぎると、シリコンウェハＷ１とチ
ャック面Ｓ１との離間距離が増大する結果、静電的な力
が作用しにくくなり、チャック力の低下を来すおそれが
ある。

【００２１】図３に示されるように、本実施形態のウェ
ハ支持片６は略円柱状（直径約２００μｍ、高さ数百μ
ｍ）であって、その頭部６ａはエッジのない丸い形状に
なっている。これらのウェハ支持片６は、チャック面Ｓ
１上において規則的に配列されている。具体的にいう
と、ここではウェハ支持片６をグリッド状に０．６３ｍ
ｍピッチで配列している。

【００２２】ウェハ支持片６を形成する金属材料として
は、前記窒化アルミニウム焼結体よりもずり応力に強い
金属材料が使用されている。引っ張り強度が１４ｋｇｆ
／ｍｍ²前後の窒化アルミニウム焼結体を用いた本実施
形態では、それよりも引っ張り強度が高い金属材料が選
択されている。引っ張り強度が高い金属材料は、ずり応
力に対しても強いからである。この条件に該当する金属
材料としては、引っ張り強度が約６０ｋｇｆ／ｍｍ²の
タングステン（Ｗ）、引っ張り強度が約４０ｋｇｆ／ｍ
ｍ²の炭化タングステン（ＷＣ）、引っ張り強度が約３
２ｋｇｆ／ｍｍ²のニッケル（Ｎｉ）などがある。即
ち、これらの材料の引っ張り強度の値は、いずれも３０
ｋｇｆ／ｍｍ²を超えていて、窒化アルミニウム焼結体
の引っ張り強度の２倍以上だからである。なお、前記各
材料は導電性を有する点でも共通している。

【００２３】前記金属材料は前記セラミック焼結体より
もビッカース硬度（Ｈｖ）が小さいものであることが好
ましい。即ち、窒化アルミニウム焼結体のビッカース硬
度はＨｖ＝１１００前後であるため、それよりも小さい
値であることが好ましい。例えば、タングステンはビッ
カース硬度がＨｖ＝３６０であり、この条件を満たして
いる。ビッカース硬度（Ｈｖ）が小さいと靭性が高くな
るため、ずり応力の影響を受けにくくなるからである。

【００２４】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１２は、窒化アルミニウム粉末を主成分と
してイットリア等の焼結助剤を含むスラリーを、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１２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。このとき、図４
（ａ）のような支持片形成用孔１１も形成される。

【００２５】穴あけ加工を経たグリーンシート１２に
は、次のペースト印刷工程において、導電性粒子として
のタングステン粒子、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。

【００２６】当該工程では、まず穴あけ工程を経たグリ
ーンシート１２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。この状態で印刷を行なうことによ
り、導電性ペーストＰ1をスルーホール形成用孔や支持
片形成用孔１１のなかに充填する（図４(b)参照）。も
っとも、ウェハ支持片６の形成材料としてタングステン
以外のものを選択する場合には、別個に作製したペース
トを用いて印刷、充填を行なう。次いで、スルーホール
印刷等がなされたグリーンシート１２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１２の表面にチャ
ック電極層３，４を形成する。

【００２７】次に、ペースト印刷工程を経た複数枚のグ
リーンシート１２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１２が一体化し、図４（ｃ）に示され
るようなグリーンシート積層体１３が形成される。

【００２８】そして、得られたグリーンシート積層体１
３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。

【００２９】乾燥工程を経たグリーンシート積層体１３
は、本焼成工程の前にあらかじめ非酸化性雰囲気下で脱
脂及び仮焼成される。その後、かかる熱処理工程を経て
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１７
００℃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、窒化アルミ
ニウム焼結体１４からなる絶縁基材２が形成される。

【００３０】この後、研削機等を用いた研削加工により
絶縁基材２の外形カットを行なうとともに、ウェハ支持
片６となるべき導電性ペーストＰ１の上端面を露出させ
るべく面出しを行う（図４(d)参照）。

【００３１】そして、さらにバフ加工等のような遊離砥
粒を用いた表面研磨加工を実施する。このような加工を
行なうと、窒化アルミニウム焼結体１４及び導電性ペー
ストP１の引っ張り強度、硬度、靭性等の相違により、
選択的に窒化アルミニウム焼結体１４のほうが削り取ら
れる。その結果、各ウェハ支持片６の頭部６ａを絶縁基
材２のチャック面S１から１μｍ〜２０μｍ程度突出さ
せることができる。このとき、各ウェハ支持片６の頭部
６ａは、遊離砥粒の攻撃を受けることでいくぶん丸くな
り、エッジのない形状となる。

【００３２】この後、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に示されるような所望の静電チャック１が完成する。
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側にシリコンウェハＷ1
が吸着され、シリコンウェハＷ１の固定が図られる。そ
して、このときシリコンウェハW１は各ウェハ支持片６
の頭部６ａによって点接触にて支持される。

【００３３】

【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８種の被験体サンプルをあらかじめ作製し
た。

【００３４】実施例１〜５であるサンプル１〜５は、外
径１９０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの窒化アルミニウム製の
絶縁基材２からなり、それぞれ多数のウェハ支持片６を
備えている。サンプル１，２，３ではタングステンを、
サンプル４では炭化タングステンを、サンプル５ではニ
ッケルをそれぞれウェハ支持片６の形成材料とした。

【００３５】一方、比較例１〜３であるサンプル６，
７，８は、ウェハ支持片６を全く持たないものとした。 ［比較試験及びその結果］そして、これら８種のサンプ
ルについて、以下のような比較試験を行った。

【００３６】即ち、各静電チャック１のチャック面Ｓ1
に２０ｍｍφのシリコンウェハＷ1を載せ、真空条件下
にて通電を行なった。そして、シリコンウェハＷ1 を３
０秒間チャックした後、シリコンウェハＷ1 を剥がす動
作を５回行った。この状態で、ウェハ裏面に付着した直
径０．２μm以上のパーティクルの単位面積あたり個数
（個／cm²）をカウントした。その結果を表１に示す。
同表には、各サンプル１〜８について設定した印加電圧
（Ｖ）及び使用温度（℃）も併せて示されている。 ［結論］表１より明らかなように、各実施例、各比較例
において印加電圧及び使用温度を等しく設定したもの同
士を比較してみると、実施例のサンプルのパーティクル
の発生量のほうが少ないことがわかる。また、これら実
施例の静電チャック１では、高電圧印加時や高温使用時
においてもパーティクルの発生量が少なかった。

【００３７】

【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。

【００３８】（１）この静電チャック1では、シリコン
ウェハＷ１が多数あるウェハ支持片６の頭部６ａによっ
て点接触にて支持された状態でチャックされる。そのた
め、窒化アルミニウム焼結体１４のチャック面Ｓ１とシ
リコンウェハＷ１の裏面とが直かに面接触しなくなる。
従って、窒化アルミニウム焼結体１４がずり応力の影響
を直接受けなくなり、その表層にある結晶粒子の脱落も
起こりにくくなる。よって、表層結晶粒子の脱落に起因
するパーティクルの発生量が極めて少なくなる。

【００３９】また、ウェハ支持片６自身は窒化アルミニ
ウム焼結体１４よりもずり応力に強い金属材料からなる
ので、それにずり応力が加わったとしても、特にパーテ
ィクルの発生には至らない。さらに、各ウェハ支持片６
の底部６ｂは窒化アルミニウム焼結体１４内に埋まった
状態で確実に固定されている。それゆえ、ずり応力の影
響を受けてウェハ支持片６がチャック面Ｓ１から脱落す
るという心配もない。

【００４０】そして、以上のことからも明らかなよう
に、本実施形態によれば高電圧印加や高温使用にも対応
可能な優れた静電チャック１を実現することができる。 （２）この静電チャック１では、ウェハ支持片６の頭部
６ａがエッジのない丸い形状をしたものとなっているの
で、ウェハ支持片６との接触によりシリコンウェハＷ１
の裏面が削り取られる心配も極めて少ない。従って、前
記削り取りに起因するパーティクルの発生量の低減を図
ることができる。

【００４１】（３）この静電チャック１では、ウェハ支
持片６のチャック面Ｓ１からの突出量Ｈ１が上記の好適
範囲内に設定されている。このため、シリコンウェハＷ
１とチャック面Ｓ１との離間距離の増大を回避しつつ、
シリコンウェハＷ１の点接触による支持を確実に達成す
ることができる。従って、チャック力の低下を来たすこ
となくパーティクル発生量の低減を図ることができる。

【００４２】（４）本実施形態において特にウェハ支持
片６を形成するための金属材料としてタングステンを選
択した場合には、スルーホール形成用の導電性ペースト
Ｐ１をそのまま流用してウェハ支持片６を形成すること
が可能である。また、スルーホール印刷工程の際に支持
片形成用孔１１内に導電性ペーストＰ１を印刷充填する
ことが可能になるので、とりわけ工数の増加を伴うこと
もなく、高コスト化が防止される。

【００４３】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ ウェハ支持片６の形状、大きさ、配列等は実施形態
のもののみに限定されることはなく、変更することが可
能である。

【００４４】・ 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１４以外のものをセラミック焼結
体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。

【００４５】・ ウェハ支持片６の一部を露出させるた
めの表面研磨加工は、必ずしも実施形態のようなバフ加
工のみに限定されるわけではなく、例えばサンドブラス
トやショットブラスト等を行なってもよい。また、これ
らの遊離砥粒を用いた手法に代え、ケミカルエッチング
等を行なって窒化アルミニウム焼結体１４を選択的にエ
ッチングし、ウェハ支持片６の一部を露出させるように
してもよい。

【００４６】・ ウェハ支持片６形成用の金属材料とし
て実施形態のような導電性を有するものを選択した場
合、例えば図示しないスルーホールを介してアース線に
接続することにより、ウェハ支持片６の接地を図っても
よい。勿論、かかる金属材料として導電性を有しないも
のを選択しても構わない。

【００４７】・ 被吸着物はシリコンからなるウェハの
みに限定されることはなく、それ以外のもの、例えばガ
リウム砒素からなるウェハ等であってもよい。 ・ 前記実施形態では本発明を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。

【００４８】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
金属材料は前記セラミック焼結体よりも引っ張り強度が
高い金属材料であること。従って、この技術的思想１に
記載の発明によれば、ずり応力に対しても強い材料であ
るので、パーティクル発生量の低減につながる。

【００４９】（２） 技術的思想１において、前記金属
材料は引っ張り強度が３０ｋｇｆ／ｍｍ²以上の金属材
料であること。従って、この技術的思想２に記載の発明
によれば、ずり応力に対しても強い材料であるので、パ
ーティクル発生量の低減につながる。

【００５０】（３） 技術的思想１または２において、
前記金属材料は前記セラミック焼結体よりもビッカース
硬度（Ｈｖ）が小さい金属材料であること。従って、こ
の技術的思想３に記載の発明によれば、ずり応力の影響
を受けにくくなり、パーティクル発生量の低減につなが
る。

【００５１】（４） 請求項１乃至３，技術的思想１乃
至３のいずれか１つにおいて、前記金属材料は導電性を
有すること。従って、この技術的思想４に記載の発明に
よれば、必要に応じて被吸着物支持体を接地することが
できる。

【００５２】（５） 請求項１乃至３，技術的思想１，
２のいずれか１つにおいて、前記金属材料はタングステ
ン（Ｗ）、炭化タングステン（ＷＣ）及びニッケル（Ｎ
ｉ）のうちから選択される１種であること。

【００５３】（６） 請求項１乃至３，技術的思想１乃
至５のいずれか１つにおいて、前記セラミック焼結体は
窒化アルミニウム焼結体であること。従って、この技術
的思想６に記載の発明によると、耐熱性、熱伝導性、耐
プラズマ性等に優れた好適な静電チャックとすることが
できる。

【００５４】（７） 請求項１乃至３，技術的思想１乃
至６のいずれか１つにおいて、前記金属材料はチャック
電極層を形成している金属材料と同種のものであるこ
と。

【００５５】

【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、高電圧印加時や高温使用時であって
も、パーティクル発生量の少ない静電チャックを提供す
ることができる。

【００５６】請求項２に記載の発明によれば、被吸着物
支持片による削り取りに起因するパーティクル発生率の
低減を図ることができる。請求項３に記載の発明によれ
ば、チャック力の低下を来たすことなくパーティクル発
生率の低減を図ることができる。

【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】（ａ）は被吸着物支持体のあるチャック面の部
分拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線断面図。

【図４】（ａ）〜（ｅ）は前記静電チャックを製造する
手順を説明するための部分概略断面図。

【符号の説明】

１…静電チャック、２…絶縁基材、６…被吸着物支持体
としてのウェハ支持片、６ａ…頭部、１４…セラミック
焼結体としての窒化アルミニウム焼結体、Ｓ１…チャッ
ク面、Ｗ１…被吸着物としてのシリコンウェハ、Ｈ１…
突出量。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック焼結体からなる絶縁基材のチャ
   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、 前記セラミック焼結体よりもずり応力に強い金属材料か
   らなる複数の被吸着物支持体を備えるとともに、前記被
   吸着物支持体はその一部分が前記チャック面に埋まった
   状態で前記絶縁基材に突設固定されていることを特徴と
   する静電チャック。
2. 【請求項２】前記チャック面から突出する前記被吸着物
   支持体の頭部は、エッジのない丸い形状をしていること
   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】前記被吸着物支持体の前記チャック面から
   の突出量は１μｍ〜２０μｍ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。