JP2002134598A - Electrostatic chuck - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、静電チャックに関
し、特にその電極材料が金属−セラミックス複合材料か
らなる静電チャックに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic chuck, and more particularly to an electrostatic chuck whose electrode material is made of a metal-ceramic composite material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】静電チャックは、半導体製造装置などの
部品として最近広く使われるようになった。その理由
は、機械的なチャッキングや真空チャックに比べ、発塵
が少ない、真空中でも使えるなどのメリットが認められ
てきたためである。2. Description of the Related Art Electrostatic chucks have recently been widely used as components for semiconductor manufacturing equipment and the like. The reason is that, compared with mechanical chucking and vacuum chucks, advantages such as less dust generation and use even in vacuum have been recognized.
【０００３】この静電チャックは、セラミックスで作製
された絶縁層下部に電極を配したものや、セラミックス
の作製が極めて高価なため、安価なものとしてアルミニ
ウム合金などの金属を電極とし、その表面にＡｌ2Ｏ3溶
射膜などの絶縁膜を被覆したものが使われている。[0003] This electrostatic chuck has an electrode disposed under an insulating layer made of ceramics, and because the production of ceramics is extremely expensive, a metal such as an aluminum alloy is used as an inexpensive electrode, and the surface of the electrode is provided at a low cost. One coated with an insulating film such as an Al 2 O 3 sprayed film is used.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
静電チャックは、ウェハの搬送や露光装置などの高速で
動作させる工程で用いる場合、主要な材料がセラミック
スあるいは金属からなると、制振性に劣るため静電チャ
ックに吸着された吸着物が損傷され易いという問題があ
った。However, when these electrostatic chucks are used in a process for operating the wafer at a high speed, such as a wafer transfer or an exposure apparatus, if the main material is made of ceramics or metal, it is inferior in vibration damping properties. There is a problem that the adsorbed material adsorbed on the electrostatic chuck is easily damaged.
【０００５】本発明は、上述した静電チャックが有する
課題に鑑みなされたものであって、その目的は、制振性
に優れた静電チャックを提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the electrostatic chuck, and has as its object to provide an electrostatic chuck having excellent vibration damping properties.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため鋭意研究した結果、主要な材料にセラミッ
クスあるいは金属に代えて金属−セラミックス複合材料
を用いれば、制振性に優れた静電チャックが得られると
の知見を得て本発明を完成するに至った。Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has found that if a metal-ceramic composite material is used as a main material instead of ceramics or metal, excellent vibration damping properties can be obtained. The knowledge that an electrostatic chuck can be obtained has led to the completion of the present invention.
【０００７】即ち本発明は、（１）電極表面に絶縁層が
被覆された静電チャックにおいて、該電極が、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金にセラミックス粉末を複合
させた金属−セラミックス複合材料からなり、該絶縁層
が、ポリイミドからなることを特徴とする静電チャック
（請求項１）とし、（２）前記複合材料中のセラミック
ス粉末の含有率が、３０〜８０体積％であることを特徴
とする請求項１記載の静電チャック（請求項２）とし、
（３）前記複合材料が、セラミックス粉末に無機バイン
ダーを加えて成形し、それを焼成してプリフォームを形
成し、そのプリフォームにアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金を７００〜１０００℃の温度で非加圧で浸透さ
せることにより作製された複合材料であることを特徴と
する請求項１または２記載の静電チャック（請求項３）
とし、（４）前記複合材料が、セラミックス粉末を型枠
に充填し、その充填粉末にアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金を７００〜１０００℃の温度で非加圧で浸透さ
せることにより作製された複合材料であることを特徴と
する請求項１または２記載の静電チャック（請求項４）
とし、（５）前記複合材料中のセラミックス粉末が、１
〜１００μｍの平均粒径を有するＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3また
はＳｉＣ粉末であることを特徴とする請求項１乃至４記
載の静電チャック（請求項５）とし、（６）前記複合材
料中のアルミニウムまたはアルミニウム合金が、Ｓｉ及
びＭｇを含むアルミニウム合金であることを特徴とする
請求項１乃至５記載の静電チャック（請求項６）とし、
（７）前記ポリイミドが、１０〜１００μｍの厚さを有
するポリイミド膜であることを特徴とする請求項１乃至
６記載の静電チャック（請求項７）とすることを要旨と
する。That is, the present invention provides (1) an electrostatic chuck having an electrode surface coated with an insulating layer, wherein the electrode is made of a metal-ceramic composite material obtained by compounding ceramic powder with aluminum or an aluminum alloy; The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the layer is made of polyimide, and (2) a content of the ceramic powder in the composite material is 30 to 80% by volume. The electrostatic chuck according to claim 1 (claim 2),
(3) The above-mentioned composite material is formed by adding an inorganic binder to ceramic powder, baking it to form a preform, and applying aluminum or an aluminum alloy to the preform at a temperature of 700 to 1000 ° C under no pressure. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the electrostatic chuck is a composite material produced by infiltration.
(4) The composite material is a composite material prepared by filling ceramic powder into a mold and infiltrating the charged powder with aluminum or an aluminum alloy at a temperature of 700 to 1000 ° C. without applying pressure. The electrostatic chuck according to claim 1 or claim 2, wherein
(5) The ceramic powder in the composite material is 1
AlN having an average particle size of ～100Myuemu, and Al 2 O 3 or the electrostatic chuck of claim 1 to 4, wherein it is a SiC powder (Claim 5), (6) aluminum of the composite material Alternatively, the aluminum chuck is an aluminum alloy containing Si and Mg, wherein the electrostatic chuck according to any one of claims 1 to 5, wherein
(7) The gist of the present invention is the electrostatic chuck according to any one of claims 1 to 6, wherein the polyimide is a polyimide film having a thickness of 10 to 100 µm.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。先ずアルミニウムまたはアルミニウム合金とセラ
ミックス粉末の複合材料を電極としたのは、その複合材
料が金属と同様に電導性を有していることは勿論のこ
と、セラミックスあるいは金属に比べはるかに制振性に
優れることによる。一方、絶縁層をポリイミドとしたの
は、搬送するウェハをソフトランディングすることがで
き、ウェハに傷がつき難いこと、表面にポアがないので
発塵がほとんど生じないことなどによる。このソフトラ
ンディングすることができることにより、吸着物の損傷
をさらに抑えることができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail. First, the electrode made of a composite material of aluminum or an aluminum alloy and ceramic powder is not only because the composite material has electrical conductivity like metal, but also has much better vibration damping properties than ceramic or metal. By being excellent. On the other hand, the reason why the insulating layer is made of polyimide is that the wafer to be transported can be soft-landed, the wafer is hardly damaged, and the surface has no pores, so that little dust is generated. This soft landing can further suppress damage to the adsorbate.
【０００９】その複合材料中のセラミックス粉末の含有
率としては、３０〜８０体積％が好ましく、３０体積％
より低いと制振性が悪くなり、８０体積％より高いとセ
ラミックスに近くなってやはり制振性が悪くなり、また
複合材料の作製にも支障を来たす。The content of the ceramic powder in the composite material is preferably 30 to 80% by volume, more preferably 30% by volume.
If it is lower than the above, the vibration damping property is deteriorated, and if it is higher than 80% by volume, it is close to ceramics, so that the vibration damping property is also deteriorated and the production of the composite material is hindered.
【００１０】その複合材料の作製方法としては、非加圧
浸透法、加圧浸透法、真空鋳造法、高圧鋳造法、粉末冶
金法等いくつかあってどれでも適用できるが、その中で
もセラミックス粉末の含有率を広く、かつ高い範囲まで
変えることができること、セラミックス粉末が均一に分
離しているので均質な複合材料を作製することができる
こと、加圧装置が不要なので容易に安価に作製すること
ができること、また大型品を作製できること、かなり複
雑な形状をニアネットで作ることができることなどの利
点を有する前記した非加圧浸透法がより好適である。As a method for producing the composite material, there are several methods such as a non-pressure infiltration method, a pressure infiltration method, a vacuum casting method, a high-pressure casting method, and a powder metallurgy method. The content can be changed to a wide range and high range, the ceramic powder is uniformly separated, so that a homogeneous composite material can be manufactured. The above-mentioned non-pressurized infiltration method, which has the advantages that a large product can be manufactured and a considerably complicated shape can be manufactured by a near net, is more preferable.
【００１１】具体的には、先ずセラミックス粉末で作製
すべき静電チャックの形状、大きさに合わせたプリフォ
ームを形成し、そのプリフォーム中にアルミニウムまた
はアルミニウム合金を窒素雰囲気中で７００〜１０００
℃の温度で非加圧で浸透させて作製する方法であり、本
発明の静電チャックは大型品が多く、またセラミックス
粉末の含有率が高目の方が制振性に優れるので、この非
加圧浸透法で作製するのが特に好適である。More specifically, first, a preform is formed in accordance with the shape and size of an electrostatic chuck to be produced from ceramic powder, and aluminum or an aluminum alloy is placed in the preform in a nitrogen atmosphere at 700 to 1000.
This is a method in which the electrostatic chuck of the present invention is made of a large-sized product, and the higher the content of the ceramic powder, the better the vibration damping property. It is particularly preferable to produce by a pressure penetration method.
【００１２】プリフォームの形成方法にはいくつかある
が、その中でもセラミックス粉末に無機バインダーを加
えて成形し、それを焼成して形成する方法は、プリフォ
ームの強度が高く、ハンドリングに問題が少ないのでよ
り好適であり、一方、セラミックス粉末を型枠に充填
し、その充填粉末をプリフォームとする方法について
は、セラミックス粉末の高充填率のプリフォームを形成
することができ難いものの、簡単に形成できるのでこの
方法もより好適である。There are several methods for forming a preform. Among them, the method of forming an inorganic binder by adding an inorganic binder to a ceramic powder and baking it is high in strength of the preform and has few problems in handling. On the other hand, the method of filling ceramic powder into a mold and using the filled powder as a preform is difficult to form a preform having a high filling rate of ceramic powder, but is easy to form. This method is more preferable because it can be performed.
【００１３】本発明に用いられるセラミックス粉末の種
類は限定されない。アルミナ、炭化けい素、窒化けい
素、窒化アルミニウム、ムライト、スピネル等の一般的
なセラミックス粉末を使用することができる。その中で
特に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化けい素（Ｓｉ
Ｃ）またはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉末がアルミニウムま
たはアルミニウム合金に浸透され易く、また汎用的でも
あるのでより好適である。それら粉末の細かさとして
は、平均粒径で１〜１００μｍが好ましく、１μｍより
細かいとアルミニウムまたはアルミニウム合金の浸透が
難しくなり、１００μｍより粗いと複合材料の表面が平
滑になり難い。The type of ceramic powder used in the present invention is not limited. General ceramic powders such as alumina, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, mullite, and spinel can be used. Among them, aluminum nitride (AlN), silicon carbide (Si
C) or alumina (Al 2 O 3 ) powder is more preferable because it easily penetrates into aluminum or aluminum alloy and is also versatile. The fineness of these powders is preferably 1 to 100 μm in average particle diameter, and if it is smaller than 1 μm, penetration of aluminum or aluminum alloy is difficult, and if it is coarser than 100 μm, the surface of the composite material is hard to be smooth.
【００１４】本発明に用いられるアルミニウムまたはア
ルミニウム合金の組成としては、Ｓｉを含むとセラミッ
クス粉末が炭化けい素の場合、ＡｌとＳｉＣとの反応で
生じる有害なＡｌ4Ｃ3の生成を防止することができ、Ｍ
ｇを含むと溶融したアルミニウム合金をセラミックス粉
末の間隙中に非加圧で浸透させることができるので、Ａ
ｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金がより好適とな
る。The composition of aluminum or aluminum alloy used in the present invention is to prevent the generation of harmful Al 4 C 3 generated by the reaction between Al and SiC when the ceramic powder is silicon carbide containing Si. And M
g, the molten aluminum alloy can penetrate into the gaps of the ceramic powder without pressure.
An l-Si-Mg-based aluminum alloy is more suitable.
【００１５】本発明に用いられる絶縁層としては、ポリ
イミドとした。ポリイミドとしたのは、ポリイミドが軟
質であるのでウェハをソフトランディングすることがで
き、ウェハに傷がつき難く、また表面に気孔がないので
発塵がほとんどないことによる。その厚さは１０〜１０
０μｍが好ましい。The insulating layer used in the present invention was polyimide. The reason for using polyimide is that the polyimide is soft, so that the wafer can be soft-landed, the wafer is hardly damaged, and the surface has no pores, so that there is almost no dust generation. Its thickness is 10-10
0 μm is preferred.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に挙げ、本発
明をより詳細に説明する。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail by giving specific examples of the present invention.
【００１７】（実施例１） （１）静電チャックの作製 強化材として＃１８０（平均粒径６６μｍ）の市販Ｓｉ
Ｃ粉末７０重量部と＃５００（平均粒径２５μｍ）の市
販ＳｉＣ粉末３０重量部を用い、それにバインダーとし
てコロイダルシリカ液をそのシリカ固形分がＳｉＣ粉末
１００重量部に対し２重量部となる量を添加し、それに
消泡剤としてフォーマスタＶＬ（サンノブコ社製）を
０．２重量部、イオン交換水を２４重量部加え、ポット
ミルで１２時間混合した。得られたスラリーをφ３５０
×厚さ２５ｍｍの円板状の成形体が得られるメッシュ付
金型に流し込んでフィルタープレスし、それを脱型した
後、１０００℃で焼成して粉末充填率が６５体積％のプ
リフォームを形成した。(Example 1) (1) Production of electrostatic chuck Commercially available Si of # 180 (average particle size 66 μm) as a reinforcing material
Using 70 parts by weight of C powder and 30 parts by weight of commercially available SiC powder of # 500 (average particle size 25 μm), a colloidal silica liquid was used as a binder in an amount such that the silica solid content was 2 parts by weight based on 100 parts by weight of SiC powder. Then, 0.2 parts by weight of FORMASTER VL (manufactured by Sannobuco) and 24 parts by weight of ion-exchanged water were added thereto as defoaming agents, and the mixture was mixed by a pot mill for 12 hours. The obtained slurry is φ350
× Pour into a mold with a mesh to obtain a disk-shaped molded body with a thickness of 25 mm, press the filter, remove it, and fire at 1000 ° C. to form a preform having a powder filling rate of 65% by volume. did.
【００１８】形成したプリフォームとＡｌ−１２Ｓｉ−
３Ｍｇ−２Ｃｕ−３Ｔｉ組成のアルミニウム合金を組み
合わせ、その合金をプリフォーム中に窒素気流中で８２
５℃の温度で６０時間非加圧浸透させた後、冷却してＳ
ｉＣ粉末の含有率が６５体積％の金属−セラミックス複
合材料を作製した。得られた複合材料の表面を表面粗さ
がＲｍａｘで６μｍ以下になるまでダイヤモンド砥石で
研削した後、その上面にポリイミド膜を３０μｍの厚さ
に形成して静電チャックを作製した。The formed preform and Al-12Si-
An aluminum alloy having a composition of 3Mg-2Cu-3Ti was combined, and the alloy was placed in a preform in a nitrogen stream at a flow rate of 82%.
After non-pressurized infiltration at a temperature of 5 ° C. for 60 hours,
A metal-ceramic composite material having an iC powder content of 65% by volume was produced. After grinding the surface of the obtained composite material with a diamond grindstone until the surface roughness became 6 μm or less in Rmax, a polyimide film was formed on the upper surface to a thickness of 30 μm to produce an electrostatic chuck.
【００１９】（２）評価 得られた静電チャックの制振性を加速度ピックアップを
取り付け加振して調べた。その結果はアルミナの１／３
の時間で振動が減衰して一般的なセラミックス、あるい
は金属に比べはるかに制振性に優れていた。(2) Evaluation The vibration damping property of the obtained electrostatic chuck was examined by attaching and accelerating an acceleration pickup. The result is 1/3 of alumina
The vibration was attenuated in this time, and the vibration damping property was much better than that of general ceramics or metal.
【００２０】（実施例２） （１）静電チャックの作製 強化材として市販の１６μｍの平均粒径を有するＡｌＮ
粉末（ダウケミカル製）７０重量部及び市販の５４μｍ
の平均粒径を有するＡｌＮ粉末（ダウケミカル製）３０
重量部を用い、それを１２時間ポットミルで混合し、そ
の混合粉末をφ２２０×厚さ２５ｍｍの円板状の型枠に
充填し、４０体積％の粉末充填率を有するプリフォーム
を形成した。Example 2 (1) Production of Electrostatic Chuck AlN having an average particle diameter of 16 μm which is commercially available as a reinforcing material
70 parts by weight of powder (manufactured by Dow Chemical) and commercially available 54 μm
Powder (manufactured by Dow Chemical) 30 having an average particle size of 30
Using a weight part, the mixture was mixed by a pot mill for 12 hours, and the mixed powder was filled in a disk-shaped mold having a diameter of 220 mm and a thickness of 25 mm to form a preform having a powder filling rate of 40% by volume.
【００２１】得られたプリフォームとＡｌ−５Ｓｉ−５
Ｍｇ組成のアルミニウム合金とを組み合わせ、その合金
をプリフォーム中に窒素気流中で８５０℃の温度で６０
時間非加圧浸透させた後、冷却してＡｌＮ粉末の含有率
が４０体積％の金属−セラミックス複合材料を作製し
た。得られた複合材料の表面を表面粗さがＲｍａｘで６
μｍ以下になるまで＃８０のダイヤモンド砥石で研削し
た後、その上面にポリイミド膜を２０μｍの厚さに形成
して静電チャックを作製した。The obtained preform and Al-5Si-5
An aluminum alloy having a Mg composition was combined, and the alloy was placed in a preform at a temperature of 850 ° C. in a stream of nitrogen at 60 ° C.
After non-pressurized infiltration for a time, cooling was performed to produce a metal-ceramic composite material having an AlN powder content of 40% by volume. The surface of the obtained composite material has a surface roughness of Rmax 6
After grinding with a # 80 diamond grindstone to a thickness of not more than μm, a polyimide film was formed on the upper surface to a thickness of 20 μm to produce an electrostatic chuck.
【００２２】（２）評価 得られた静電チャックの制振性を実施例１と同様に調べ
た。その結果はアルミナの１／２の時間で振動が減衰し
て一般的なセラミックス、あるいは金属に比べはるかに
制振性に優れていた。(2) Evaluation The damping properties of the obtained electrostatic chuck were examined in the same manner as in Example 1. As a result, the vibration was attenuated in half the time of alumina, and the vibration damping property was far superior to that of general ceramics or metal.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上の通り、本発明にかかる静電チャッ
クであれば、制振性に優れた静電チャックとすることが
できるようになった。このことにより、主要な材料がセ
ラミックスあるいは金属からなる静電チャックに比べ、
吸着された吸着物を損傷させてしまうという恐れの少な
い静電チャックとすることできるようになり、しかも絶
縁層がポリイミドからなるため、ウェハに傷のつき難
い、また発塵の極めて少ない静電チャックとすることが
できるようになるので、半導体及びフラットパネルディ
スプレイ製造装置の分野での使用が大いに期待できるよ
うになった。As described above, with the electrostatic chuck according to the present invention, an electrostatic chuck having excellent vibration damping properties can be obtained. As a result, compared to an electrostatic chuck whose main material is ceramic or metal,
This makes it possible to provide an electrostatic chuck that is less likely to damage the adsorbed material, and that the insulating layer is made of polyimide, so that the wafer is less likely to be scratched and the dust generation is extremely small. Therefore, the use in the field of semiconductor and flat panel display manufacturing apparatus has been greatly expected.
Claims (7)
ックにおいて、該電極が、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金にセラミックス粉末を複合させた金属−セラミ
ックス複合材料からなり、該絶縁層が、ポリイミドから
なることを特徴とする静電チャック。1. An electrostatic chuck having an electrode surface coated with an insulating layer, wherein said electrode is made of a metal-ceramic composite material obtained by compounding ceramic powder with aluminum or an aluminum alloy, and said insulating layer is made of polyimide. An electrostatic chuck characterized in that:
有率が、３０〜８０体積％であることを特徴とする請求
項１記載の静電チャック。2. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the content of the ceramic powder in the composite material is 30 to 80% by volume.
機バインダーを加えて成形し、それを焼成してプリフォ
ームを形成し、そのプリフォームにアルミニウムまたは
アルミニウム合金を７００〜１０００℃の温度で非加圧
で浸透させることにより作製された複合材料であること
を特徴とする請求項１または２記載の静電チャック。3. The composite material is formed by adding an inorganic binder to ceramic powder, forming the mixture, firing it to form a preform, and applying aluminum or an aluminum alloy to the preform at a temperature of 700 to 1000 ° C. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the electrostatic chuck is a composite material produced by infiltrating with a pressure.
枠に充填し、その充填粉末にアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金を７００〜１０００℃の温度で非加圧で浸透
させることにより作製された複合材料であることを特徴
とする請求項１または２記載の静電チャック。4. The composite material is a composite material prepared by filling ceramic powder into a mold and infiltrating the filled powder with aluminum or an aluminum alloy at a temperature of 700 to 1000 ° C. without applying pressure. The electrostatic chuck according to claim 1 or 2, wherein:
１〜１００μｍの平均粒径を有するＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3ま
たはＳｉＣ粉末であることを特徴とする請求項１乃至４
記載の静電チャック。5. The ceramic powder in the composite material,
Claim characterized in that it is a AlN, Al 2 O 3 or SiC powder having an average particle size of 1 to 100 [mu] m 1 to 4
An electrostatic chuck as described.
ルミニウム合金が、Ｓｉ及びＭｇを含むアルミニウム合
金であることを特徴とする請求項１乃至５記載の静電チ
ャック。6. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the aluminum or the aluminum alloy in the composite material is an aluminum alloy containing Si and Mg.
厚さを有するポリイミド膜であることを特徴とする請求
項１乃至６記載の静電チャック。7. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the polyimide is a polyimide film having a thickness of 10 to 100 μm.
Priority Applications (1)
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