JP2002246451A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体やＦＰＤ（液晶等）の製造プロセスに好
適に用いられる静電チャックを提供する。 【構成】絶縁基材（１，２）上に導体電極（３）を配置
し、導体電極の表面を被膜層（４）で被覆した構成の静
電チャックにおいて、被膜層が１０^８〜１０^１３Ω・ｃ
ｍの範囲の電気抵抗率を有する非晶質炭素を主成分とす
ることを特徴としている。被膜層の厚さは２．５μｍ以
上であることが好ましい。この被膜層は、プラズマ化学
的気相蒸着法によって成膜し、１５〜２６ａｔｏｍ％の
水素を含有するものであることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体や液晶の製
造プロセスに好適に用いられる静電チャックに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体や液晶の製造プロセスにおいて、
ドライエッチングやＰＶＤ（物理的気相蒸着法）等を行
う際に対象物（シリコンウエハー）を固定するために静
電チャックが広く用いられている。

【０００３】静電チャックは、たとえば図１に示すよう
に、グラファイト板１の周囲をＰＢＮ（熱分解窒化ホウ
素）等の絶縁層２で被覆してなる絶縁基材上に導体電極
３を所定パターンで配置し、これらを被膜層４で被覆し
た構成を有している。図示しないが、電極３の両端は端
子を通じて電源に接続されている。

【０００４】この構成の静電チャックにおいて、表面
（チャック面）上にシリコンウエハー等の被吸着物５を
載置して、電極端子間に電圧を印加するとクーロン力が
発生し、被吸着物５をチャックすることができる。ま
た、この構成では静電チャックがヒータを兼ねており、
適正なチャック吸引力が発揮される最適温度に被吸着物
５を均一に加熱するようにしている。

【０００５】なお、図１は双極型静電チャックの構成例
を示すものであり、単極型静電チャックにおいては、絶
縁基材上に単一の導体電極を配置したものを被膜層で被
覆した構成を有し、電極と、表面に載置した被吸着物と
の間に電圧印加することによってチャックする。

【０００６】静電チャックにおける上記被膜層は、１０
^８〜１０^１３Ω・ｃｍの範囲の電気抵抗率を持つことが
好ましい。被膜層に上記範囲の電気抵抗率を持たせるこ
とにより、電極と被吸着物との間に極微弱電流が流れる
ことを許容し、ジョンソンラーベック効果によりチャッ
ク吸引力が大幅に増大する。

【０００７】この観点より、本出願人は、ＣＶＤ（化学
的気相蒸着法）を用いてＰＢＮに微量のカーボンを含有
させて被膜層４とすることにより上記範囲の電気抵抗率
を与える手法を発案し、特許第２７５６９４４号を取得
した。この方法によれば、ＰＢＮ成形のための反応ガス
（たとえば三塩化ホウ素＋アンモニア）に加えてカーボ
ン添加のために必要なガス（たとえばメタン）を減圧高
温ＣＶＤ炉内に導入し、微量カーボンを含有するＰＢＮ
成形体を得ることで、上記範囲の電気抵抗率を有する被
膜層が形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、静電チャッ
クの被膜層は、上記範囲の電気抵抗率を持つことが望ま
れるだけでなく、平滑性、薄膜性、耐摩耗性等も重要な
要求性能である。また、図１に示すようにヒータを兼ね
る場合には、熱伝導率、赤外線透過性等のヒータとして
の要求性能も満たす必要がある。

【０００９】特許第２７５６９４４号ではＣＶＤ法によ
り微量のカーボンを添加したＰＢＮ（Ｃ−ＰＢＮ）で被
膜層を形成しており、概ね満足すべき性能を発揮し得る
ものであるが、Ｃ−ＰＢＮは結晶質であるため、基材か
ら層剥離しやすく耐久性が若干劣ること、被膜層から結
晶が脱離してパーティクルの発生原因となること、複数
の反応ガスによる化学反応となるためカーボン含有量を
厳密にコントロールするためにはプロセス制御が複雑で
あり、電気抵抗率にもバラツキが生じやすいこと、膜厚
が不均一になりやすいため製品化には表面研磨が必要で
あること、等の問題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、静電チャッ
クにおける被膜層としての各種要求性能を高次元で満た
すことのできる材料として、ダイアモンドライクカーボ
ン（ＤＬＣ）と呼ばれる非晶質炭素に着目した。

【００１１】ＤＬＣは、炭素同位体の一種としてグラフ
ァイト構造（ｓｐ２）とダイアモンド構造（ｓｐ３）と
が混在した構造を有し、したがって、電気抵抗率につい
ても、導電性のグラファイト（電気抵抗率＝１０^−３付
近）と非導電性のダイアモンド（電気抵抗率＝約１０
^１２〜１０^１６Ω・ｃｍ）の中間的数値である約１０^８
〜１０^１３Ω・ｃｍの範囲を持たせることが容易であ
る。さらに、ＤＬＣは平滑性、薄膜性、耐摩耗性等にも
優れるため静電チャックの被膜層として好適であり、ま
た、熱伝導率、赤外線透過性等のヒータ適性にも優れて
いる。

【００１２】ＤＬＣは、その耐摩耗性や硬質性を利用し
て切削工具や金型に用いられ、また、ハードディスクや
ＶＴＲ磁気テープ等の電子部品にも使用されているが、
出願人の知る限り、静電チャックの被膜層として使用し
た例は過去にない。

【００１３】本発明は上記知見に基づいてさらに実験と
研究を重ねた結果完成したものであり、請求項１にかか
る本発明は、絶縁基材上に導体電極を配置し、導体電極
の表面を被膜層で被覆した構成の静電チャックにおい
て、被膜層が１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍの範囲の電気抵
抗率を有する非晶質炭素を主成分とすることを特徴とし
ている。

【００１４】請求項２にかかる本発明は、請求項１記載
の静電チャックにおいて、被膜層の厚さが２．５μｍ以
上であることを特徴としている。

【００１５】請求項３にかかる本発明は、請求項１また
は２記載の静電チャックにおいて、被膜層が、プラズマ
化学的気相蒸着法によって生成された非晶質炭素を主成
分とする硬質被膜であることを特徴としている。

【００１６】請求項４にかかる本発明は、請求項１ない
し３のいずれかに記載の静電チャックにおいて、被膜層
が１５〜２６ａｔｏｍ％の水素を含有することを特徴と
している。

【００１７】請求項５にかかる本発明は、絶縁基材上に
導体電極を配置し、これらを１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍ
の範囲の電気抵抗率を有するセラミックスよりなる被膜
層で被覆し、被膜層の電気抵抗率と同等またはそれ以上
の電気抵抗率を有する非晶質炭素を主成分とする表面保
護膜を被膜層の表面にコーティングしてなることを特徴
とする静電チャックである。

【００１８】請求項６にかかる本発明は、請求項５記載
の静電チャックにおいて、表面保護膜が１５〜２６ａｔ
ｏｍ％の水素を含有することを特徴としている。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態として、図１
に示される構造の双極型静電チャックにおいて、被膜層
４をＤＬＣ硬質被膜として形成した場合について、以下
に説明する。

【００２０】＜実施例１＞厚さ１０ｍｍのグラファイト
板１の表面にＣＶＤ法により３００μｍのＰＢＮ絶縁層
２を形成し、さらに、同じくＣＶＤ法により５０μｍの
ＰＧ層を両面に形成した後、このＰＧ層のうちの導体電
極３となる所定パターンの部分を残して他の部分を除去
することにより、ＰＢＮ絶縁層２の両面に所定パターン
の導体電極３を形成した。

【００２１】次いで、Ｃ_２Ｈ_２（アセチレン）を原料ガ
スに用いてプラズマＣＶＤ法により２．５μｍ厚のＤＬ
Ｃ硬質被膜に成膜して被膜層４として、実施例１の静電
チャックを得た。このときのプラズマＣＶＤ条件は、基
板に印加したパルス電圧が−５０００Ｖ、圧力が６×１
０^−３Ｔｏｒｒであり、得られたＤＬＣ硬質被膜の電気
抵抗率を測定したところ約１０^１０Ω・ｃｍであった。

【００２２】＜比較例１＞被膜層４であるＤＬＣ硬質被
膜の膜厚を２．０μｍとした他は実施例１と同様にし
て、比較例１の静電チャックを得た。

【００２３】＜比較例２＞導体電極３の形成までは実施
例１と同様にし、その後、被膜層４として特許第２７５
６９４４号記載のように微量カーボン添加されたＰＢＮ
をＣＶＤ法により形成して、比較例２の静電チャックを
得た。このＰＢＮ被膜層４の形成は、減圧高温ＣＶＤ炉
内に、ＢＣｌ_３／ＮＨ_３／ＣＨ_４を１／３／２．４のモ
ル比で混合したガスを導入し、圧力０．５Ｔｏｒｒ、温
度１８５０℃の条件でＣＶＤ処理した。形成されたＰＢ
Ｎ被膜層４の電気抵抗率を測定したところ、約１０^１０
Ω・ｃｍであった。

【００２４】＜実施例２＞比較例２の静電チャックを得
た後、さらに、Ｃ_２Ｈ_２（アセチレン）を原料ガスに用
いてプラズマＣＶＤ法により２．０μｍ厚のＤＬＣ表面
保護膜を形成して、実施例２の静電チャックを得た。こ
のときのプラズマＣＶＤ条件は、基板に印加したパルス
電圧が−５０００Ｖ、圧力が６×１０^−３Ｔｏｒｒであ
り、得られたＤＬＣ表面保護膜の電気抵抗率を測定した
ところ約１０^１０Ω・ｃｍであった。

【００２５】以上により製造した実施例１，２および比
較例１，２の静電チャックを１０００Ｖおよび２０００
Ｖに印加したときの絶縁破壊を測定したところ、比較例
１の静電チャックは１０００Ｖ印加で絶縁破壊して電気
抵抗率が低下し、チャック力が急激に低下したが、実施
例１の静電チャックは１０００Ｖ印加では絶縁破壊が見
られなかった。

【００２６】なお、絶縁耐力を４０００００Ｖ／ｍｍと
推定すると、静電チャックに１０００Ｖの電圧を印加し
ても絶縁破壊しない被膜層の厚さは、（１０００×１０
００）／４０００００＝２．５μｍであり、この計算結
果からも、被膜層として２．５μｍ以上の厚さが必要で
あることが分かる。

【００２７】また、チャック力はクーロンの法則によっ
て支配され、下記式によって定められるため、厚さが薄
いほどチャック力が大きくなることが知られている。

【００２８】Ｆ＝（１／２）Ｓ・ε・（Ｖ／ｄ）^２ Ｆ：吸着力（ｇ／ｃｍ^２） Ｓ：吸着面積（ｃｍ^２） ε：被膜層の誘電率 ｄ：被膜層の厚さ（ｃｍ） Ｖ：印加電圧

【００２９】Ｃ−ＰＢＮを被膜層とすると膜厚が大きく
ならざるを得ず、このため比較例２の静電チャックの被
膜層は１５０μｍもの厚さを有しており、上記式からも
明らかなように、必要なチャック力を付与するためには
印加電圧を２０００Ｖに上げなければならなかった。

【００３０】また、比較例２の静電チャックはシリコン
ウエハー７００００枚で摩耗傷が発生し、約１μｍのパ
ーティクルが発生したのに対し、ＤＬＣ表面保護膜を形
成した実施例２の静電チャックではシリコンウエハー７
００００枚に繰り返し使用しても摩耗が全く見られず、
耐摩耗性が顕著に向上していることが確認された。

【００３１】以上に述べた本発明の実施例および比較例
による静電チャックの構造および試験結果をまとめて表
１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】なお、上記実施例等においてＤＬＣ被膜層
の形成はプラズマＣＶＤ法により行った。プラズマＣＶ
Ｄ法は、アセチレン、ベンゼン等の炭化水素ガスを真空
容器内で直流放電や高周波放電（高電圧パルス）により
プラズマ化し、分解されたイオンを電気的に加速させて
製品上に蒸着させる方法であり、その他ＤＬＣ成膜法と
しては、固体炭素源からスパッタリングする方法等も知
られているが、プラズマＣＶＤ法によると炭素イオンだ
けでなく水素イオンも同時に蒸着されるため、若干量の
水素を含むＤＬＣ硬質被膜４が形成される。このこと
が、ＤＬＣ硬質被膜４に１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍの電
気抵抗率を持たせる上で有効に機能しているものと考え
られるので、本発明の静電チャックにおけるＤＬＣ硬質
被膜４の形成はプラズマＣＶＤ法により行うことが好ま
しい。

【００３４】好適な水素含有量の範囲を確認するため、
実施例１におけるプラズマＣＶＤによるＤＬＣ成膜条件
を様々に変えながら各種の静電チャックを製造し、得ら
れた静電チャックの電気抵抗率と水素含有量を測定し
た。このときの製造条件と測定結果をまとめて表２に示
す。

【００３５】

【表２】

【００３６】なお水素含有量の測定はＥＲＤ分析法（弾
性反跳検出分析）法によって行い、Ｈｅ原子を加速して
検体（この場合はＤＬＣ硬質被膜４）に照射して飛び出
してくるＨ原子数をカウントしたものである。

【００３７】この試験結果より、ＤＬＣ硬質被膜４の電
気抵抗率は、水素含有量が増加するにつれてほぼ比例的
に減少するという相関性を持っていることが判明し、電
気抵抗率を１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍの範囲にするため
には１５〜２６ａｔｏｍ％の水素含有量とすべきことが
確認された。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、電気抵抗率その他静電
チャックとしての要求性能をいずれも高次元で満たすこ
とができるので、半導体やＦＰＤ（液晶等）の製造プロ
セスに好適に用いられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】双極型静電チャックの構造図である。

【符号の説明】

１ グラファイト板 ２ 絶縁層 ３ 導体電極 ４ 被膜層（本発明では非晶質炭素を主成分とする） ５ シリコンウエハー等の被吸着物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 清利 兵庫県佐用郡上月町久崎字古瀬ノ内580− 39 アドバンス・セラミックス・インター ナショナル コーポレーション上月工場内 Ｆターム(参考） 3C016 GA10 5F031 CA02 CA05 HA02 HA03 HA16 JA45

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基材上に導体電極を配置し、導体電極
   の表面を被膜層で被覆した構成の静電チャックにおい
   て、被膜層が１０^８〜１０^１３Ω・ｃｍの範囲の電気抵
   抗率を有する非晶質炭素を主成分とすることを特徴とす
   る静電チャック。
2. 【請求項２】上記被膜層の厚さが２．５μｍ以上である
   ことを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
3. 【請求項３】上記被膜層が、プラズマ化学的気相蒸着法
   によって生成された非晶質炭素を主成分とする硬質被膜
   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. 【請求項４】上記被膜層が１５〜２６ａｔｏｍ％の水素
   を含有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
   かに記載の静電チャック。
5. 【請求項５】絶縁基材上に導体電極を配置し、これらを
   １０^８〜１０^１３Ω・ｃｍの範囲の電気抵抗率を有する
   セラミックスよりなる被膜層で被覆し、被膜層の電気抵
   抗率と同等またはそれ以上の電気抵抗率を有する非晶質
   炭素を主成分とする表面保護膜を被膜層の表面にコーテ
   ィングしてなることを特徴とする静電チャック。
6. 【請求項６】上記表面保護膜が１５〜２６ａｔｏｍ％の
   水素を含有することを特徴とする請求項５記載の静電チ
   ャック