JP2002100669A - 静電チャックおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高品質で寿命の長い静電チャックを提供す
る。 【解決手段】 真空処理容器内で被処理基板を静電的に
吸着固定する静電チャックである。前記被処理基板側の
第１の面と、この第１の面に対向する第２の面を有する
薄膜電極（１）、および前記薄膜電極（１）の表面に直
接形成された絶縁物層（２）を具備し、前記絶縁物層の
うち、前記薄膜電極の第１の面に形成された部分（２
ａ）はポリイミド層であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空処理容器内で
被処理基板を静電的に吸着固定するために用いられる静
電チャック、およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】静電チャックは、真空処理装置内で半導
体ウェハを固定するために用いられるものであり、処理
表面に対する擾乱が少ない、強い吸着力による冷却効果
および平面度矯正効果が得られるなどの利点に起因し
て、現在広く使用されている。一般的には、静電チャッ
クは、ウェハ設置基板の表面を２層の絶縁性誘電体層で
覆い、それらの間に薄膜状の電極を埋設することによっ
て構成される。ここで用いられる絶縁性誘電体層は、ポ
リイミドなどの有機絶縁膜材料であり、従来はシート状
のポリイミドおよび銅箔を、接着剤により基板に貼りつ
けることによって製造されていた。

【０００３】ところで、静電チャックの吸着力Ｆは、ε
×（Ｖ／ｄ）²（εはウェハとチャック電極との間の誘
電体の誘電率、Ｖはチャック電極への印加電圧、ｄは誘
電体の厚さ）に比例する。従来の方法で製造された静電
チャックにおいては、誘電体とチャック電極との間には
接着剤層が必須とされるため、この接着剤層に起因して
吸着力や熱伝導率の低下は免がれなかった。しかも、接
着剤層は反応性ガスに対する耐性が絶縁剤層よりも低い
にもかかわらず、従来の静電チャックにおける接着剤層
は表面に露出した部分を有する。このため、例えばプラ
ズマエッチング装置のような反応性ガスを用いてウェハ
を処理する装置内で、こうした静電チャックを用いる
と、露出した接着剤層が反応性ガスの影響により劣化す
るおそれがある。場合によっては、ポリイミド膜が薄膜
電極からはがれて、静電チャック寿命が劣化することが
あった。

【０００４】さらに従来の製造方法では、φ２００ｍｍ
の薄いシートを、気泡が入らないように基板に貼り付け
る必要があり、その作業が人手に頼るところが多い。こ
うした作業はコストがかかる上、歩留まりも悪いという
問題があった。しかも今後、ウェハサイズがφ３００ｍ
ｍになると、これに対応した寸法のポリイミドシートを
接着剤で薄膜電極に貼り付けて、優れた品質を有する静
電チャックを得るのは困難になることが予想される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情を
鑑みてなされたものであり、高品質で寿命の長い静電チ
ャックを提供することを目的とする。

【０００６】また本発明は、高品質で寿命の長い静電チ
ャックを、簡便に再現性よく、しかも高い歩留まりで製
造する方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、真空処理容器内で被処理基板を静電的に
吸着固定する静電チャックであって、前記被処理基板側
の第１の面と、この第１の面に対向する第２の面を有す
る薄膜電極、および前記薄膜電極の表面に直接形成され
た絶縁物層を具備し、前記絶縁物層のうち、前記薄膜電
極の第１の面に形成された部分はポリイミド層であるこ
とを特徴とする静電チャックを提供する。

【０００８】本発明の静電チャックにおいて、前記ポリ
イミド層は電着ポリイミドからなることが好ましい。

【０００９】さらに本発明の静電チャックにおいては、
前記絶縁物層のうち、前記薄膜電極の第２の面に形成さ
れた部分は電着ポリイミドであり、この電着ポリイミド
を介して前記薄膜電極の第２の面に熱圧着された盤状基
板をさらに具備することが好ましい。

【００１０】また本発明は、真空処理容器内で被処理基
板を静電的に吸着固定する静電チャックの製造方法であ
って、支持部と接続部とが設けられるとともに、前記被
処理基板側となる第１の面と、この第１の面に対向する
第２の面を有する薄膜電極を電着槽に浸漬して、その全
面に電着ポリイミド層からなる絶縁物層を形成する工
程、および前記薄膜電極に設けられた前記接続部の少な
くとも一部を露出する工程を具備する静電チャックの製
造方法を提供する。

【００１１】本発明の静電チャックの製造方法において
は、前記接続部の少なくとも一部を露出する工程に引き
続いて、前記ポリイミド層が形成された前記薄膜電極の
前記第２の面を、盤状基板に熱圧着する工程をさらに具
備することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の静
電チャックを説明する。

【００１３】（実施例１）図１は、本発明による静電チ
ャックの基本的構成を示す断面図である。

【００１４】図示する静電チャックにおいては、直流電
圧を印加するための配線接続部３が設けられた薄膜電極
１の周囲には、絶縁物層２が直接、具体的には接着剤層
の介在なしに形成されている。こうした絶縁膜層２のう
ち、支持される半導体ウェハに接する側２ａは、ポリイ
ミドであることが必要である。すなわち、本発明の静電
チャックにおける絶縁物層２は、（１）接着剤を用いず
に薄膜電極１に直接形成されていること、（２）少なく
ともウェハ支持面がポリイミドであること、という２つ
の条件を満たしていれば、特に限定されるものではな
い。

【００１５】接着剤を用いずに薄膜電極１に絶縁物層２
をポリイミドで直接形成するためには、例えば、以下に
説明するような電着を用いることができる。

【００１６】図示する例においては、電着ポリイミド膜
からなる絶縁物層２が表面に形成された薄膜電極１は、
基板４上に熱圧着されている。絶縁物層２は、ウェハ支
持面の部分である２ａ、基板側の部分である２ｃ、およ
び薄膜電極外周エッジ部に形成された２ｂに分けること
ができるが、本発明においては、少なくともウェハ支持
面に位置する部分２ａがポリイミドで構成されていれば
よい。

【００１７】基板４は、ウェハを設置・支持し、場合に
よっては温度制御機能、高周波電力印加機能を備えてい
る。薄膜電極１の配線接続部３は、絶縁管５によって基
板４と電気的に絶縁されたまま外部に引き出されてい
る。

【００１８】なお、薄膜電極１は、例えば銅薄膜で構成
することができ、配線接続部３は無酸素銅で構成するこ
とができる。また、基板１は、例えばアルミニウムの厚
板により形成することができる。

【００１９】絶縁物層２を電着ポリイミドにより形成す
ることによって、被膜の均一性、薄さ、耐電圧特性につ
いて優れた品質を得ることができる。すなわち、薄膜電
極１の外周エッジ部における絶縁物層２ｂの厚さは、平
面部以上の厚さに形成されるので、信頼性が高く、最少
数μｍという他の形成方法では得られない、極めて薄い
膜の形成が可能である。

【００２０】なお、従来の静電チャックにおいては、厚
さ５０μｍのポリイミドシートを接着剤により薄膜電極
に貼り付けて絶縁膜層を作製し、薄膜電極に１．５ｋＶ
を印加して約４６ｋｇの吸着力を得ていた。基板側の絶
縁膜層を１５μｍまで薄くすれば、５００Ｖで同等の吸
着力が得られることが予測される。

【００２１】本発明の静電チャックの絶縁膜層と薄膜電
極とに電圧を印加して、耐電圧試験を行なった結果、１
５μｍの厚さの絶縁膜層で１ｋＶの耐圧を有することが
確認され、５００Ｖで使用できることがわかった。絶縁
物層のウェハ支持側２ａの厚さも１５μｍと薄くするこ
とによって、従来よりも低い電圧でウェハを吸着でき、
容量の小さい電源を使用することが可能である。しか
も、絶縁物層は熱圧着により基板に接着されているの
で、本発明の静電チャックには接着剤層は必要とされな
い。したがって、接着剤層に起因した吸着力や熱伝導率
の低下がなく、良好な吸着特性が得られる。

【００２２】そこで、１５μｍの厚さの電着ポリイミド
からなる絶縁物層を有する本発明の静電チャックを用
い、薄膜電極１に５００Ｖの直流電圧を印加してウェハ
を吸着し、その温度を制御しつつ基板４に高周波電力を
供給して、プラズマエッチング処理を行なった。その
際、印加電圧を５００Ｖと低くしたので、異常放電など
の突発的なトラブルが減少した。さらに、前述したよう
に絶縁物層と薄膜電極との間、および絶縁物層と基板と
の間には接着剤層が存在しないため、反応性ガスの影響
による劣化の問題も何等発生しなかった。

【００２３】（実施例２）以下、電着ポリイミドを例に
挙げて、本発明の静電チャックの製造方法を説明する。

【００２４】図２は、本発明の静電チャックの製造工程
の一例を表わす断面図である。

【００２５】まず、図２（ａ）に示すように、円盤状の
銅箔からなる薄膜電極１を準備し、この薄膜電極１の所
定の位置に円柱状の銅製配線接続部３を、図２（ｂ）に
示すように形成する。配線接続部３は、半田または銅ロ
ー付けを用いて接続することができる。接続後には、全
体に脱脂洗浄を行なって、表面の油分などの汚れを落と
す。

【００２６】次いで、配線接続部３が形成された薄膜電
極１に電着ポリイミド膜を付着させて、図２（ｃ）に示
すように絶縁物層２をその表面全体に形成する。薄膜電
極１に電着ポリイミド膜を付着させる方法としては、泳
動電着法を採用することができる。

【００２７】ここで、図３を参照してこの方法について
説明する。図３は、電着ポリイミドの形成方法を表わす
概略図である。図示するように電着槽１０内には、電着
液１１が収容されており、この電着液１１は、付着させ
たい絶縁物（アニオン型可溶性ポリイミド系ポリマー）
１１Ｐをアミン変性（プラスにイオン化）させて分散、
懸濁させることにより調製した。

【００２８】電着液１１中には、薄膜電極１を陰極、対
向電極１２ａ、１２ｂを陽極として、適切な電極間隔と
なるように薄膜電極１を浸漬した。薄膜電極１は配線接
続部３の部分で支持され、かつ低電圧源１３から直流電
流が供給される。

【００２９】電流を流し始めると、電着液１１中のポリ
マー１１Ｐが薄膜電極１に移動して、その表面で吸着、
凝集し、それと同時に化学反応が生じて、薄膜電極１表
面でポリマーが被膜を形成する。化学反応が進行するこ
とによって、薄膜電極１表面近傍のポリマーはよりいっ
そう凝集して不溶性の樹脂となり、配線接続部３および
薄膜電極１の表面に電着ポリイミド膜が形成される。

【００３０】表面に形成された電着ポリイミド膜の膜厚
が厚くなるにしたがって、薄膜電極のその部分は導電性
が低下するので、それ以上の電着ポリイミド膜は形成さ
れなくなる。この際の電着液の導電性および印加電圧
（電流）を最適化することによって、例えば薄膜電極１
の表面全体に、厚さ１５μｍの均一な電着ポリイミド膜
を形成して絶縁物層２を得ることができる。

【００３１】さらに、配線接続部５表面に形成された電
着ポリイミド膜の不要部分を機械加工により切削除去し
て、図２（ｄ）に示すように高電圧印加部３ｂを露出す
る。

【００３２】一方、アルミニウム製の基板４を準備し
て、上述した手法により両面に電着ポリイミド膜が形成
された薄膜電極３を熱圧着する。この際、真空プレス法
を用いて熱圧着を行なえば、気泡が入るのを防止するこ
とができるので好ましい。

【００３３】最後に、基板４を貫通する配線接続部３の
絶縁管５を挿入・接着して、図１に示したような基板上
に設置された静電チャックが得られる。

【００３４】本発明の静電チャックにおいては、絶縁性
誘電体膜が、接着剤を用いずに電着によって薄膜電極１
の表面に形成されているので、数１０μｍから数百μｍ
の範囲の薄い膜厚を有する絶縁物層を形成することが可
能である。したがって、必要な吸着力・耐圧特性に応じ
て、絶縁物層の厚さを任意に選択することができる。特
に、絶縁物層を従来よりも薄くできることによって、よ
り低い電圧で同様の吸着力が得られるため、電源容量を
小さくすることが可能となった。しかも、絶縁物層の薄
さに起因して、熱伝導性が高められるので冷却特性も向
上する。また、本発明の静電チャックにおいては接着剤
が用いられないので、このことも吸着力・冷却特性の向
上につながる。

【００３５】こうした優れた特性を有する本発明の静電
チャックは、従来よりも大幅に工程数を削減した方法で
製造することができる。しかも、人の手作業によって品
質が左右されることがないため、再現性よく静電チャッ
クを製造することが可能である。したがって、本発明の
方法により、得られる静電チャックの品質と歩留まりの
向上を図ることができるとともに、製造コストを削減す
ることができる。

【００３６】以上、電着ポリイミドによる絶縁物層を例
に挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定され
るものではない。接着剤を用いずに、薄膜電極の表面全
体に絶縁物層を直接形成し得る任意の手法を用いること
ができる。例えば、薄膜電極の両面にポリイミド系ポリ
マーを含む溶液をノズル等により均一に吹き付け、予備
乾燥工程後、アルミニウム基板上に熱圧着する等の手法
を用いることによって、絶縁物層２を薄膜電極１の表面
に直接形成することも可能である。

【００３７】さらに、絶縁物層２のうちウェハ支持面の
みを、ポリイミドで形成することもできる。ウェハ支持
面のみをポリイミドで形成するには、次のような手法を
挙げることができる。すなわち、アルミニウム基板表面
に酸化処理あるいは絶縁シートの接着等により絶縁物層
を形成して、その上に薄膜電極を接着したものを回転装
置に固定し、スピンコートによりウェハ支持面のポリイ
ミド薄膜層を形成すればよい。

【００３８】あるいは、薄膜電極１の表面うちの特定の
部分を残して、上述したような絶縁物層２を薄膜電極１
の表面に形成してもよい。この場合には、後工程におい
て、絶縁物層を取り除いて高電圧印加部（接点）を形成
する手間が省ける点で有利である。

【００３９】いずれの手法により薄膜電極の表面に形成
された絶縁物層を有する静電チャックであっても、絶縁
物層が接着剤層を介さずに薄膜電極に直接形成され、か
つウェハ支持面の部分がポリイミドから構成される限り
は、本発明の効果を得ることが可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
高品質で寿命の長い静電チャックが提供される。また本
発明によれば、高品質で寿命の長い静電チャックを、簡
便に再現性よく、しかも高い歩留まりで製造する方法が
提供される。

【００４１】本発明の静電チャックは、真空容器内、特
に反応性ガスを用いてウェハを処理する装置内で極めて
有効に用いられ、その工業的価値は絶大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電チャックの一例の構成を表わす概
略断面図。

【図２】本発明の静電チャックの製造方法の一例を表わ
す工程断面図。

【図３】本発明における電着ポリイミドの形成方法を説
明する概略図。

【符号の説明】

１…薄膜電極 ２…絶縁物層 ３…配線接続部 ３ｂ…高電圧印加部 ４…基板 ５…絶縁管 １０…電着槽 １１…電着液 １１Ｐ…絶縁物 １２ａ．１２ｂ…陽極 １３…低電圧源

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空処理容器内で被処理基板を静電的に
   吸着固定する静電チャックであって、 前記被処理基板側の第１の面と、この第１の面に対向す
   る第２の面を有する薄膜電極、および前記薄膜電極の表
   面に直接形成された絶縁物層を具備し、 前記絶縁物層のうち、前記薄膜電極の第１の面に形成さ
   れた部分はポリイミド層であることを特徴とする静電チ
   ャック。
2. 【請求項２】 前記ポリイミド層は電着ポリイミドから
   な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】 前記絶縁物層のうち、前記薄膜電極の第
   ２の面に形成された部分は電着ポリイミドであり、この
   電着ポリイミドを介して前記薄膜電極の第２の面に熱圧
   着された盤状基板をさらに具備す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。
4. 【請求項４】 真空処理容器内で被処理基板を静電的に
   吸着固定する静電チャックの製造方法であって、 支持部と接続部とが設けられるとともに、前記被処理基
   板側となる第１の面と、この第１の面に対向する第２の
   面を有する薄膜電極を電着槽に浸漬して、その全面に電
   着ポリイミド層からなる絶縁物層を形成する工程、およ
   び前記薄膜電極に設けられた前記接続部の少なくとも一
   部を露出する工程を具備する静電チャックの製造方法。
5. 【請求項５】 前記接続部の少なくとも一部を露出する
   工程に引き続いて、前記ポリイミド層が形成された前記
   薄膜電極の前記第２の面を、盤状基板に熱圧着する工程
   をさらに具備する請求項４に記載の静電チャックの製造
   方法。