JP2002134599A

JP2002134599A - 静電吸着装置

Info

Publication number: JP2002134599A
Application number: JP2000323515A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yamaguchi; 慎治山口
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2002-05-10

Abstract

(57)【要約】【課題】静電チャック上に被吸着物を吸着した後に発生
するパーティクルを低減する。【解決手段】被吸着物７を吸着するための静電吸着装置
１を提供する。装置１は、基体５と、基体５の表面２に
設けられた突起部３とを備えている。突起部３が、被吸
着物７に接触して吸着する誘電体部３ａおよび少なくと
も吸着時の温度において変位可能な応力緩和部３ｂを備
えている

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電吸着装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハーの搬送、露光、ＣＶＤ及
びスパッタリングなどの製膜、微細加工、洗浄、エッチ
ング、及びダイシングなどの各工程において、半導体ウ
エハーを吸着し、保持するために、静電チャックが使用
されている。特に、半導体製造装置においては、エッチ
ングガスやクリーニングガスとして、ＣｌＦ₃ などのハ
ロゲン系腐食性ガスを使用すること、及び半導体ウエハ
ーを保持しつつ、急速に加熱冷却させるために高い熱伝
導性が要求されること、また、このような急激な温度変
化によっても破壊しないような高い耐衝撃性を具えてい
ることが要求されることから、緻密質の窒化アルミニウ
ム及び緻密質のアルミナなどの緻密質セラミックスが有
望視されている。

【０００３】一方、半導体製造装置内においては、半導
体欠陥の原因となるパーティクルの発生を防止する必要
がある。このパーティクルの一部は、半導体ウエハー上
に付着し、他の一部はチャンバー内に広がってチャンバ
ーの壁面などに付着し、さらに、そこから剥離した後、
半導体ウエハー上に付着するなどして、半導体欠陥の原
因を生じさせている。

【０００４】特開平７−２４５３３６号公報において
は、セラミックス静電チャックの吸着面の凹凸部がシリ
コンウエハーと接触する際に、硬度が相対的に低いシリ
コンウエハーが前記凹凸部によって削られるために、パ
ーティクルが発生すること、静電チャックの吸着面にプ
ラズマ照射して凹凸部を研削し、微細な突起を丸めるこ
とによって、パーティクルの発生が減少することが開示
されている。

【０００５】また、特開平８−５５９００号公報におい
ては、静電チャックにシリコンウエハーを吸着する際
に、静電チャックに印加する電圧を緩やかに上昇させる
ことによって、静電チャックにシリコンウエハーが接触
する際の衝撃を緩和して、静電チャックの吸着面の凹凸
部に起因したパーティクルの発生を減少させる方法が開
示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ＣＶＤやスパッタリン
グなどの製膜工程においては、ウエハー上に半導体薄膜
をエピタキシャル成長させる必要があるために、一般的
には、ウエハーを１００℃以上、特に２００℃以上の高
温領域に加熱する必要が生じる。この際には、静電チャ
ックに内蔵されたヒーター、あるいは静電チャックの下
方において静電チャックと接触するように設けられたヒ
ーターによって、静電チャックの吸着面を加熱する。

【０００７】静電チャックにおいては、ウエハーを静電
チャックの吸着面に設置した段階では、ウエハーの温度
が低く、吸着後にウエハーの温度が飽和温度に向かって
上昇していく。こうした静電チャックにおいては、たと
え吸着直後のウエハーと静電チャックとの接触に伴う衝
撃を緩和、低減しても、パーティクルが予想以上に多量
に発生し得る。このようなウエハーの温度上昇に伴って
生ずるパーティクルは、従来法では低減することが困難
なものであった。

【０００８】本発明の課題は、静電吸着装置上に被吸着
物を吸着した後に発生するパーティクルを低減すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、被吸着物を吸
着するための静電吸着装置であって、基体と、この基体
の表面に設けられた突起部とを備えており、突起部が、
被吸着物に接触して吸着する誘電体部および少なくとも
吸着時の温度において変形可能な応力緩和部を備えてい
ることを特徴とする。

【００１０】本発明者は、ウエハーを静電チャックの吸
着面に設置した後の、ウエハーの温度上昇に伴って生ず
るパーティクルを低減するための研究を続けていたが、
次の知見を得た。即ち、従来はウエハーがセラミックス
静電チャックの吸着面に吸着する瞬間に、ウエハーがセ
ラミックスに衝突するときの衝撃によってパーティクル
が発生するものと考えられてきており、この衝突時の衝
撃を緩和する対策はとられてきている。しかし、実際に
はウエハーを静電チャックを吸着したときに、静電チャ
ックからウエハーへの熱伝達が向上し、ウエハーが昇温
し、ウエハーの熱膨張によって予想外にパーティクルが
発生することを見いだした。

【００１１】本発明者は、ウエハーを静電チャックに吸
着した瞬間から、ウエハーが所定の飽和温度に到達する
までの間に、ウエハーの熱膨張に起因する応力を、静電
チャックの吸着面上に特異な突起部を設けることによっ
て、低減することに成功した。

【００１２】図１−図３を参照しつつ、更に本発明を説
明する。

【００１３】静電チャック１は、セラミックス等からな
る基体５と、基体中に埋設された静電チャック電極４と
を備えている。基体５には誘電体層９が設けられてい
る。２は基体５の表面である。表面２には、本発明によ
る突起部３が多数規則的に配列されている。各突起部３
は、例えば、表面２上に直接に載っている応力緩和部３
ｂと、応力緩和部３ｂ上に形成された誘電体部３ａとを
備えている。誘電体部３ａ上に半導体ウエハー７の裏面
７ａが接触する。

【００１４】最初に半導体ウエハーを設置した段階で
は、図２に示すように、各突起部３はほぼ直立した状態
になる。この後、静電チャックが作動すると、半導体ウ
エハー７が吸着され、昇温し、図３に示すように、半導
体ウエハー７に矢印Ａのように水平方向へと応力が加わ
る。この応力によって、半導体ウエハー７の裏面７ａと
突起部とが滑ることで、半導体ウエハー７の裏面側から
パーティクルが発生していたものと思われる。

【００１５】これに対して、図３に示すように、応力緩
和部３ｂが矢印Ａ方向に若干変形することで、半導体ウ
エハー７と誘電体層９との間の熱膨張差による応力を緩
和し、半導体ウエハー７の裏面７ａ側の削れによるパー
ティクルを防止ないし抑制できる。

【００１６】応力緩和部の材質は、少なくとも吸着温度
において、被吸着物に加わる水平方向の応力を緩和可能
な程度に変形可能な材質であれば良い。この変形は、塑
性変形であっても弾性変形であってもよい。しかし、具
体的な目安としては、吸着温度におけるヤング率が５Ｇ
Ｐａ以下であることが好ましい。

【００１７】目標とする吸着温度は、具体的には被吸着
物を吸着した後の静電チャックの飽和温度である。

【００１８】この吸着温度は特に制限はないが、例えば
３００℃以上とすることができ、６００℃以下とするこ
とができる。

【００１９】応力緩和部の材質は、具体的には導電体で
あることが好ましく、更に好ましくは、金属または金属
と他材料との複合材料である。この金属としては、アル
ミニウム、ニッケル、チタン、白金、金、銅、クロム、
コバール、モリブデン、タングステンからなる群より選
ばれた一種以上の金属またはこれらの合金、もしくはこ
れらの化合物が好ましく、アルミニウム、ニッケル、チ
タンまたはこれらの合金が特に好ましい。

【００２０】最も好ましくは、ハロゲン系腐食性ガスに
対して耐性であるアルミニウムまたはその合金である。

【００２１】複合材料を構成する他材料としては、窒化
チタン、カーボン、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニ
ウム、窒化ホウ素、部分安定化ジルコニア、炭化珪素、
シリコン、酸化珪素からなる群より選ばれた一種以上の
非金属およびその化合物が好ましい。

【００２２】突起部には、更に被吸着物に接触する誘電
体部を設ける。これは、金属製の突起部が半導体ウエハ
ーに直接接触すると、この金属を通じて電気が静電チャ
ックの誘電体層へと逃げ、被吸着物の吸着力が低下する
ためである。

【００２３】このような誘電体部の材質は限定されない
が、セラミックスが好ましい。更に、パーティクルの発
生を一層低減させるという観点からは、窒化アルミニウ
ム系セラミックス、窒化アルミニウムを含む複合材料、
アルミナ系セラミックス、アルミナを含む複合材料、ア
ルミナと窒化アルミニウムとの複合セラミックス、窒化
珪素が特に好ましい。

【００２４】誘電体層の材質も限定されないが、セラミ
ックスが好ましい。更に、パーティクルの発生を一層低
減させるという観点からは、窒化アルミニウム系セラミ
ックス、窒化アルミニウムを含む複合材料、アルミナ系
セラミックス、アルミナを含む複合材料、アルミナと窒
化アルミニウムとの複合セラミックス、窒化珪素が特に
好ましい。

【００２５】誘電体部を構成する誘電体の体積抵抗率
は、吸着時の温度において、１×１０⁷ Ω・ｃｍ以上で
あることが好ましく、１×１０¹¹Ω・ｃｍ以下であるこ
とが更に好ましい。

【００２６】静電チャック電極の材質も限定されず、導
電性セラミックスや金属であってよいが、高融点金属が
特に好ましく、モリブデン、タングステン、モリブデン
とタングステンとの合金が特に好ましい。

【００２７】各突起部の高さは特に限定されない。しか
し、被吸着物と誘電体層との熱膨張差による応力を効果
的に逃がすという観点からは、応力緩和部の高さｂを１
００μｍ以上とすることが好ましい。また、被吸着物の
保持状態を安定化するという観点からは、応力緩和部の
高さｂを３０００μｍ以下とすることが好ましい。

【００２８】また、被吸着物から突起部を通過する電流
の流れを抑制するという観点からは、誘電体部の高さ
（厚さ）ａを１００μｍ以上とすることが好ましい。被
吸着物と誘電体層との熱膨張差による応力を効果的に逃
がすという観点からは、誘電体部の高さ（厚さ）ａを１
５００μｍ以下とすることが好ましい。

【００２９】突起部の高さは、ダイヤルゲージもしくは
三次元形状測定装置によって測定できる。

【００３０】本発明においては、個々の各突起部の直径
φは種々変更できる。しかし、半導体ウエハーの温度の
均一性の観点からは、φを０．２−１．０ｍｍとするこ
とが好ましい。

【００３１】また、個々の各突起部の平面的形状や平面
的寸法は種々変更できる。例えば突起の接触面の形状は
三角形、四角形、六角形、八角形等の多角形であってよ
い。また、突起の個数についても特に限定されない。し
かし、半導体ウエハーに対する吸着力を、半導体ウエハ
ーの全面にわたって均一化するという観点からは、単位
面積当たりの突起の個数を、０．００２５−０．３２個
／ｍｍ² とすることが特に好ましい。

【００３２】また、本発明の好適な実施形態において
は、応力緩和部が、被吸着物の変形に追従して変位する
機構を備えている。こうした機構は特に限定されない
が、スライダー機構、ベアリング機構などであってよ
い。

【００３３】図４（ａ）−（ｃ）の静電吸着装置１Ａに
おいては、突起部１３が、金属製の一対のスライド部１
３ｂ、１３ｃと、この上に設けられた誘電体部１３ａと
を備えている。スライド部１３ｂおよび１３ｃには、図
４（ｃ）に示すようなスライド突起１１が設けられてお
り、スライド（応力緩和）機構３０を形成している。こ
の結果、図４（ｂ）に示すように、被吸着物が矢印Ａの
ように変形すると、これに追従して、スライド部１３ｂ
およびその上の誘電体部１３ａが、矢印Ｂのように移動
し、応力を緩和する（この際、スライド部１３ｂは、図
４（ｃ）においては紙面と垂直方向に移動している）。

【００３４】また、突起部が、被吸着物の変形に追従し
て基体の表面において移動する移動体であってよい。こ
の移動体の形態も特に限定されないが、特に好ましくは
回転体からなる。

【００３５】例えば、図５（ａ）の装置１Ｂでは、基体
５の表面に凹部１２が形成されており、凹部１２内には
回転体２３が収容されている。回転体２３は二層構造で
あり、表面層２３ａは誘電体からなる誘電体部であり、
内側層２３ｂは金属等の導電体からなる。被吸着物７が
矢印Ａのように変形すると、これに追従して、回転体２
３が回転し、矢印Ｃのように移動する。即ち、回転体２
３と凹部１２とによって、回転機構による応力緩和部３
１が形成されている。

【００３６】回転体２３の表面層２３ａの厚さは一定で
あることが好ましい。回転体が回転した場合にも、被吸
着物７と導電性の内側層２３ｂとの間隔を一定にできる
からである。

【００３７】図５（ｂ）の装置１Ｃにおいては、回転体
３３の表面層３３ａが誘電体部であり、下側層３３ｂは
金属等の導電体からなる。回転体３３と凹部１２とによ
って、回転機構による応力緩和部３１が形成されてい
る。

【００３８】誘電体部３３ａは略弧状をなしており、誘
電体部３３ａの厚さは一定である。従って、回転体が回
転した場合にも、被吸着物７と導電性の下側層３３ｂと
の間隔を一定にできる。

【００３９】図６の装置１Ｄにおいては、突起部の長さ
を更に大きくした。即ち、導電性材料、例えば金属製の
基体１６Ａ、１６Ｂの各表面１６ａ上に、それぞれ複数
の突起部１７が設けられている。各突起部１７は、少な
くとも吸着温度において変形可能な材料からなる細長い
ロッド状の応力緩和部１７ｂを備えている。応力緩和部
１７ｂの先端には、好ましくは板状の誘電体部１７ａが
取り付けられている。各基体１６Ａ、１６Ｂにはそれぞ
れ直流電圧が印加されている。こうした構造を採用する
と、被吸着物が大きく変形、移動するような場合であっ
ても、前述した問題は生じにくい。

【００４０】本発明の静電チャックを製造する際の突起
部の形成方法は限定されない。例えば、静電チャックの
吸着面の全面にわたって金属膜を形成し、この金属膜上
に金属板を設置し、この上に誘電体板を設置する。金属
板と誘電体板との間にろう材を設置する。これを加熱
し、誘電体板および金属板を静電チャックの吸着面に接
合する。次いで、誘電体板上に、突起部の平面的パター
ンに対応するパターンを有するマスクを設置し、サンド
ブラスト加工を行い、突起部以外の部分を削除すること
によって、突起部を形成できる。

【００４１】本発明の静電チャック中には、静電チャッ
ク電極の他に、抵抗発熱体や、プラズマ発生用電極を埋
設できる。また、静電チャックの下に別体のヒーターを
設置することができる。

【００４２】

【実施例】（本発明例）図１−図３に示す形状の静電チ
ャック１を製造した。具体的には、窒化アルミニウム粉
末を所定形状に成形して成形体を形成した後、この成形
体上に、モリブデンのメッシュからなる静電チャック電
極４を配置し、さらにこの上に窒化アルミニウム粉末を
充填し、再度成形し、円盤状の成形体を得た。次いで、
この成形体を窒素雰囲気中で焼結することにより、直径
２００ｍｍの基体５を作製した。

【００４３】基体５の吸着面２上に、スパッタリング法
によって金属アルミニウム膜を形成した。この上に厚さ
１５００μｍのアルミニウム板を設置し、この上に厚さ
１０００μｍの窒化アルミニウム板をろう材を挟んで設
置した。これを６００℃で熱処理し、接合体を得た。こ
の窒化アルミニウム板上にマスクを載せ、サンドブラス
トすることによって、突起部３を多数形成した。突起部
３の個数は、０．０２個／ｍｍ² とした。

【００４４】シリコンウエハー７を吸着面２上に載せ、
加熱した。具体的には、シリコンウエハーを、真空度１
０^-5Ｔｏｒｒの真空チャンバーに搬送した。吸着する直
前のウエハーの温度を赤外線放射温度計で測定したとこ
ろ、２４６℃であった。静電チャックの温度を３２０℃
で安定させ、ウエハーを吸着面上に載せた。ウエハーの
鏡面７ａが下向きになるようにした。電極に３００ボル
トの電圧を印加してウエハーを吸着した。

【００４５】ウエハーを静電チャックから離脱させた。
次いで、ウエハーに付着したパーティクル数を、ウエハ
ー異物検査装置（トプコン社製「ＷＭ−１５００」）に
よって測定したところ、０．２μｍ以上のパーティクル
は１８００個であった。

【００４６】（比較例）本発明例と同様にして、シリコ
ンウエハーにおけるパーティクルの発生実験を行った。
ただし、各突起部は、静電チャックの吸着面のサンドブ
ラスト加工によって形成した。従って、各突起部の材質
は、誘電体層と同じ窒化アルミニウムである。各突起部
の高さは約２０μｍであった。

【００４７】この結果、０．２μｍ以上のパーティクル
は１０万個であった。

【００４８】

【発明の効果】本発明の静電チャックによれば、静電チ
ャック上に被吸着物を吸着した後に発生するパーティク
ルを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電チャック１を概略的に示す平面図
である。

【図２】静電チャック１の部分拡大図である。

【図３】静電チャック１上に半導体ウエハー７を載せ、
加熱したときの突起部の変位を示す模式図である。

【図４】（ａ）は、スライド機構を備えた応力緩和部３
０を有する突起部１３を示す断面図であり、（ｂ）は、
被吸着物７が変形したときの応力緩和部の追従を示す断
面図であり、（ｃ）は、スライド機構を備えた応力緩和
部を、図４（ｂ）とは直交する方向から見た断面図であ
る。

【図５】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、基体５上に設置
された回転体からなる突起部２３、３３を図示する断面
図である。

【図６】長さの大きい突起部１７を備えた静電吸着装置
を示す概略図である。

【符号の説明】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ静電チャック
２基体の表面３、１３、１７、２３、３３
突起部３ａ、１３ａ、１７ａ，２３ａ、３３ａ
誘電体部３ｂ、１７ｂ応力緩和部
４静電チャック電極５基体７半導
体ウエハー９誘電体層３０スライド
機構による応力緩和部３１回転体による応力
緩和部Ａ半導体ウエハーと静電チャックとの
間に加わる応力の方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被吸着物を吸着するための静電吸着装置で
あって、基体と、この基体の表面に設けられた突起部と
を備えており、前記突起部が、前記被吸着物に接触して
吸着する誘電体部および少なくとも吸着時の温度におい
て変位可能な応力緩和部を備えていることを特徴とす
る、静電吸着装置。
【請求項２】前記応力緩和部が、少なくとも吸着時の温
度において変形可能な材質からなることを特徴とする、
請求項１記載の装置。
【請求項３】前記応力緩和部が、前記被吸着物の変形に
追従して変位する機構を備えていることを特徴とする、
請求項１記載の装置。
【請求項４】前記突起部が、前記被吸着物の変形に追従
して前記基体の表面において移動する移動体であること
を特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項５】前記突起部が回転体からなることを特徴と
する、請求項４記載の装置。
【請求項６】前記誘電体部がセラミックスからなること
を特徴とする、請求項１−５のいずれか一つの請求項に
記載の装置。
【請求項７】前記被吸着物が半導体ウエハーであること
を特徴とする、請求項１−６のいずれか一つの請求項に
記載の装置。