JP2002329776A - 静電チャック - Google Patents
静電チャックInfo
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Abstract
になるように吸着保持することができるとともに、被加
工物の離脱性に優れ、かつ吸着時や離脱時におけるパー
ティクルの発生の少ない静電チャックを提供する。 【解決手段】板状セラミック体2の内部又は一方の主面
に静電吸着用電極を有する静電チャックにおいて、上記
板状セラミック体2の他方の主面に、ガス溝を設け、板
状セラミック体2を切断した時の吸着面6の形状を、中
央に平坦部10を有する略円弧状凸部8とし、この略円
弧状凸部8とガス溝側面9との交点Sから略円弧状凸部
8の平坦部10までの高さ(H1)を0.5〜10μm
とする。
Description
D装置、イオンプレーティング装置、蒸着装置等の成膜
装置やエッチング装置において、例えば半導体ウエハ等
の被加工物を保持するのに用いる静電チャックに関する
ものである。
プレーティング装置、蒸着装置等の成膜装置やエッチン
グ装置では、被加工物を精度良く固定するため、平坦か
つ平滑に仕上げられた板状体の表面に強制的に吸着させ
ることが行われており、この吸着手段として、静電吸着
力を利用した静電チャックが用いられている。
れる従来の静電チャックは、板状セラミック体の内部や
その一方の主面(一方の最も広い面)に静電吸着用電極
を備えるとともに、上記板状セラミック体の他方の主面
(他方の最も広い面)を吸着面としたもので、静電吸着
用電極に電圧を印加して被加工物との間に誘電分極によ
るクーロン力や微少な漏れ電流によるジョンソン・ラー
ベック力等の静電吸着力を発現させることにより、被加
工物を吸着面に強制的に吸着固定させることができるよ
うになっており、この時、被加工物の保持精度は、吸着
面の面精度に倣うことから、吸着面全体を平滑かつ平坦
に仕上げたものが用いられていた。
装置やエッチング装置では、その多くが真空中での処理
のため、被加工物の温度を如何に均一に保つか、また各
種処理時に発生する熱を如何に外部へ逃がすかが重要な
要件となっており、また、被加工物の処理時間を短くす
るためには、成膜やエッチングに要する本来の時間以外
の時間、即ち被加工物を吸着面に載せてから静電吸着力
により吸着保持するまでの時間及び吸着面から被加工物
を離脱させるまでの時間を短縮する必要があり、特に被
加工物の離脱時間の短縮が重要な要件となっている。
面は、前述したように平滑かつ平坦に仕上げられている
ため、静電吸着用電極への通電を止めても直ちに被加工
物を離脱させることができないといった課題があった。
状セラミック体の吸着面近傍と、被加工物の当接面近傍
にそれぞれ極性の異なる電荷を帯電させることにより静
電吸着力を発現させ、被加工物を吸着面に吸着させるの
であるが、被加工物を離脱させるため、静電吸着用電極
への通電を止めても板状セラミック体の吸着面近傍の電
荷が直ちになくならず、残留吸着力として残るため、被
加工物を吸着面より直ちに離脱させることができなかっ
た。
しても、ミクロ的に見ると、静電チャックの吸着面と被
加工物との間には、吸着面の表面粗さや加工傷等の凹
凸、あるいは被加工物の反り等により実際に接触してい
る面積が小さく、さらに真空中では大気中にくらべて熱
伝導量が小さいこと、被加工物の中央部は周縁部に比較
して熱引けが悪いこと等の理由によって、成膜時やエッ
チング時に被加工物に発生した熱を均一に逃がすことが
できず、被加工物の温度分布を一様にすることができな
いため、成膜時の膜厚みが不均一となったり、エッチン
グ時の形状に悪影響を与えるといった課題があった。
様々なパターン形状を有する深さ数十〜数百μm程度の
ガス溝24を形成するとともに、上記ガス溝24に、H
eガス等の熱伝導性ガスを供給するためのガス導入孔2
5を備えた静電チャック21が提案されている(特許2
626618号公報、特開平9−134951号公報、
特開平9−232415号公報、特開平7−86385
号公報等参照)。
着面23にガス溝24を設け、被加工物との接触面積を
少なくすることができるため、静電吸着用電極26への
通電を止めた時、板状セラミック体22の吸着面近傍に
存在する電荷が少なく残留吸着力を小さくできるため、
被加工物の離脱性を高めることができるといった利点が
あった。
1では、吸着面23にガス溝24を設けたことにより、
吸着面23と直接接触している部分の被加工物表面の温
度と、ガス溝24と接している部分の被加工物表面の温
度との間には温度差が発生し、この温度差を小さくする
ため、被加工物とガス溝24とで構成される空間にガス
導入孔25よりHe等の熱伝導性ガスを供給すること
で、ガス溝24と被加工物との間の熱伝達特性を高め、
吸着面23と被加工物との間の熱伝達効率に近づけるこ
とにより、被加工物の温度分布が一様となるように制御
することが行われているが、このように被加工物とガス
溝24とで構成される空間にHe等の熱伝導性ガスを供
給したとしても、吸着面23の占める割合が多く、吸着
面23とガス溝24とが交互に配置された構造となって
いること、被加工物の中央部は周縁部に比較して熱引け
が悪いこと等から十分に満足できるものではなく、被加
工物のさらなる温度均一性が要求されていた。
有するガス溝24を形成したものでは、ガス溝24によ
って区画される領域の吸着面23の周縁にはシャープエ
ッジが形成されており、被加工物がシリコンウエハのよ
うに比較的硬度の低いものである場合、その吸着時や離
脱時の摺動によって傷付けられたり、エッジが欠けたり
してパーティクルが発生し、このパーティクルが被加工
物に付着すると、成膜精度やエッチング精度に悪影響を
与える恐れもあった。
み、請求項1に係る発明は、板状セラミック体の一方の
主面又は内部に静電吸着用電極を備えるとともに、上記
板状セラミック体の他方の主面にガス溝を備え、上記ガ
ス溝で囲まれる領域を吸着面とした静電チャックにおい
て、上記板状セラミック体を切断した時の吸着面の形状
を、中央に平坦部を有する略円弧状凸部とし、該略円弧
状凸部とガス溝側面との交点から略円弧状凸部の平坦部
までの高さを0.5〜10μmとしたことを特徴とす
る。
ック体の一方の主面又は内部に静電吸着用電極を備える
とともに、上記板状セラミック体の他方の主面にガス溝
を備え、上記ガス溝で囲まれる領域を吸着面とした静電
チャックにおいて、上記板状セラミック体を切断した時
の吸着面の形状を、2つの円弧状凸部と、該2つの円弧
状凸部の略中央部内方に凹むように設けられた円弧状凹
部とから構成し、上記略円弧状凸部とガス溝側面との交
点から略円弧状凸部の頂部までの高さを0.5〜10μ
mとしたことを特徴とする。
説明する。
で、(a)はその正面図、(b)はその断面図である。
の被加工物と同程度の大きさを有する円盤状をした板状
セラミック体2中に、一対の静電吸着用電極3を埋設す
るとともに、上記板状セラミック体2の他方の主面(他
方の最も広い面)には、ガス溝5を設け、ガス溝5で囲
まれる領域の凸部頂面を吸着面6としてある。その為、
被加工物を吸着面6に載せ、静電吸着用電極3間に通電
して静電吸着用電極3と被加工物との間に静電吸着力を
発現させることにより、吸着面6に被加工物を吸着固定
するようになっている。なお、4は板状セラミック体2
の一方の主面側に接合され、静電吸着用電極3と電気的
に接続された給電端子である。
一方の主面からガス溝底面まで連通するガス導入孔7を
有し、上記吸着面6に被加工物を吸着した時、被加工物
とガス溝5とで構成される空間にHeガス等の熱伝導性
ガスを供給することにより、ガス溝5と被加工物との間
の熱伝達特性を高め、吸着面6と被加工物との間の熱伝
達効率に近づけることにより、被加工物の温度分布が一
様となるように制御するようになっている。
ミック体2の他方の主面周縁部は閉じられた円環状の凸
部としてあり、被加工物とガス溝5とで構成される空間
に供給された熱伝導性ガスが外部に多量に漏れることを
防止するようにしてある。
を図2に示すように、板状セラミック体2を切断した時
の吸着面6の形状は、中央に平坦部10を有する略円弧
状凸部8としてあり、この略円弧状凸部8とガス溝側面
9との交点Sから略円弧状凸部8の平坦部10までの高
さ(H1)を0.5〜10μmとしてある。
時及び離脱時に、被加工物が吸着面6と摺動したとして
も、略円弧状凸部8とガス溝側面9とで構成されるエッ
ジ部(交点S)が、略円弧状凸部8の平坦部10より低
い位置にあるため、吸着面6のエッジ部で被加工物を引
っ掻いたり、エッジ部が欠けるようなことがないため、
パーティクルの発生を効果的に防止することができる。
が平坦面であると、被加工物が吸着面6に吸着された
時、その間には隙間が殆どなく、ガス溝5に充填された
熱伝導性ガスが被加工物と吸着面6との間に流れ難くな
り、その結果、吸着面中央部上に位置する被加工物の表
面温度が、吸着面周縁部上に位置する被加工物の表面温
度より小さくなり、被加工物の全体では表面温度にバラ
ツキが発生するのであるが、本発明によれば、略円弧状
凸部8とガス溝側面9との交点Sが、略円弧状凸部8の
平坦部10より低く位置にあることから、被加工物と吸
着面6との隙間にも熱伝導性ガスが流れ易くなり、特に
被加工物と吸着面中央との隙間にも熱伝導性ガスを供給
することができるため、被加工物の全体の表面温度を一
様にすることができる。
と、吸着面6の表面形状に倣って固定されるのである
が、静電吸着用電極3への通電を止めると、若干変形し
ていた被加工物には元の状態に戻ろうとする力が働くた
め、被加工物の離脱性を高めることができる。
の交点Sから略円弧状凸部8の平坦部10までの高さ
(H1)が0.5μm未満であると、吸着時や離脱時に
吸着面6のエッジ部が被加工物と当接し、被加工物を引
っ掻いて傷を付けたり、エッジ部に欠けが発生する恐れ
があるとともに、被加工物と吸着面6との隙間に熱伝導
性ガスを送り込む効果が小さくなり、さらには離脱時に
おいて、被加工物が吸着面6から離れようとする力が小
さいため、離脱時間を短くすることが難しい。
交点Sから略円弧状凸部8の平坦部10までの高さ(H
1)が10μmを超えると、被加工物と吸着面6との接
触面積が少なくなり、吸着力が低下する。
の交点Sから略円弧状凸部8の平坦部10までの高さ
(H1)は0.5〜10μmとすることが良い。
は、ガス溝側面9より0.1〜3mm、好ましくは0.
1〜1mmの幅Kで形成することが好ましい。
面9より0.1mm未満であると、被加工物と吸着面6
との隙間に熱伝導性ガスを送り込む効果が小さくなり、
また離脱時において、被加工物が吸着面6から離れよう
とする力が小さいため、離脱時間を短くすることができ
ないからであり、逆に円弧状部11の幅Kがガス溝側面
9より10mmを超えると、被加工物との接触面積が小
さくなり過ぎ、吸着力が大きく低下するといった不都合
があるからである。
めには、吸着面6の面粗さは算術平均粗さ(Ra)で
0.2μm以下、好ましくは0.1μm以下、更に好ま
しくは0.05μm以下とするが良い。
造する方法としては、セラミックグリーンシートの積層
技術を用いるか、プレス成形技術を用いて板状セラミッ
ク体2を製作する。
技術を用いて板状セラミック体2を製作する場合、複数
枚のセラミックグリーンシートを用意し、あるセラミッ
クグリーンシート上に静電吸着用電極3をなす導体ペー
ストを印刷するか、あるいは金属箔又は金網を載せ、残
りのセラミックグリーンシートを積み重ねて積層し、セ
ラミックグリーンシートを焼結させることができる温度
にて焼成することにより得ることができる。
ック体2を製作する場合、セラミック原料粉末を金型中
に充填してプレス成形した後、成形体上に静電吸着用電
極3をなす導体ペーストを印刷するか、あるいは金属箔
又は金網を載せ、さらにセラミック原料粉末を充填した
後、ホットプレスで焼成することにより得ることができ
る。
方の主面に給電端子4を挿入、固定するための穴を穿孔
し、この穴に給電端子4を挿入してロウ付け等の接合技
術を持ちいて接合する。
に、ガス溝5を形成するのであるが、ガス溝5の形成に
あたっては、ブラスト加工やマシニング加工、あるいは
超音波加工等を用い、深さが数十μmから数百μmのガ
ス溝を所定のパターン形状に形成する。
頂面が平坦でかつ同一平面上に位置するようにするた
め、ラッピング加工を施す。この時、ラップ板として鋳
鉄製のものを用い、10μmから3μmの大きさを有す
るダイヤモンド砥粒を用いてラッピングする。なお、さ
らに銅盤や錫盤を用いて仕上げ研磨を施しても構わな
い。
うに、ポリウレタン等の樹脂パッド52を貼り付けたラ
ップ板51を用い、回転するラップ板51の周縁部に板
状セラミック体2の他方の主面を押し当てながら自転さ
せた状態で、板状セラミック体2とラップ板51との間
にコロイダルシリカを供給しながらラップ加工を行うこ
とにより、板状セラミック体2を切断した時の吸着面6
の形状を、中央に平坦部10を有する略円弧状凸部8と
し、この略円弧状凸部8とガス溝側面9との交点Sから
略円弧状凸部8の平坦部10までの高さ(H1)を0.
5〜10μmとする。なお、吸着面6の形状を上述した
形状とするには、ラップ板51に貼りつける樹脂パッド
52の厚みが重要で、その厚みを1〜3mmとすること
が好ましい。
する。
断面図で、板状セラミック体2を切断した時の吸着面6
の形状は、2つの円弧状凸部15と、これら2つの円弧
状凸部15の略中央部内方に凹むように設けられた円弧
状凹部16とからなり、略円弧状凸部15とガス溝側面
9との交点Sから略円弧状凸部15の頂部17までの高
さ(H2)を0.5〜10μmとしてある。
る静電チャック1によれば、被加工物の吸着時及び離脱
時に、被加工物が吸着面6と摺動したとしても、略円弧
状凸部15とガス溝側面9とで構成されるエッジ部(交
点S)が、略円弧状凸部15の頂部17より低い位置に
あるため、吸着面6のエッジ部で被加工物を引っ掻いた
り、エッジ部が欠けるようなことがないため、パーティ
クルの発生を効果的に防止することができる。
とガス溝側面9との交点Sが、略円弧状凸部15の頂部
17より低くい位置にあることから、被加工物と吸着面
6との隙間にも熱伝導性ガスが流れ易くなり、特に2つ
の円弧状凸部15の略中央部内方に円弧状凹部16を設
けたことから、被加工物と吸着面中央との隙間にも十分
な量の熱伝導性ガスを流すことができるため、被加工物
の全体の表面温度を一様にすることができる。
と、吸着面6の表面形状に倣って固定されるのである
が、静電吸着用電極3への通電を止めると、若干変形し
ていた被加工物には元の状態に戻ろうとする力が働くの
であるが、特に2つの円弧状凸部15の略中央部内方に
円弧状凹部16を設けたことから、静電吸着用電極3へ
の通電を止めた時に被加工物に発生する元の状態に戻ろ
うとする力を大きくすることができるため、被加工物の
離脱性をさらに高めることができる。
は、上述したのと同様の理由により、略円弧状凸部15
とガス溝側面9との交点Sから略円弧状凸部15の頂部
17までの高さ(H2)を0.5〜10μmとすること
が良く、さらに吸着面6に形成する円弧状部18は、ガ
ス溝側面9より0.1〜3mm、好ましくは0.1〜1
mmの幅Kで形成し、吸着面6の面粗さは算術平均粗さ
(Ra)で0.2μm以下、好ましくは0.1μm以
下、更に好ましくは0.05μm以下とするが良い。
吸着面6の形状を図3に示すような形状とするには、ポ
リウレタン等の樹脂パッドを貼り付けたラップ板を用
い、砥粒としてコロイダルシリカを用いたラッピング加
工の加工時間を0.5時間〜10時間程度とすることに
より達成することができる。
面6を備えた本発明の静電チャック1と、図5に示すよ
うな吸着面全体が平坦面である従来の静電チャック21
を用意し、シリコンウエハを吸着固定した後にシリコン
ウエハに付着するパーティクル数を測定する実験を行っ
た。
ク1及び従来の静電チャック21とも大きさ、材質等は
全て同一とし、吸着面6,23に形状のみ異ならせるよ
うにした。
(AlN含有量 99%) 板状セラミック体の寸法:外径200mm、厚み9mm 静電吸着用電極の材質:タングステン 各吸着面における面積の総和:18000mm2 ガス溝が占める面積 :13400mm2 ガス溝の深さ:0.1mm 吸着面から静電吸着用電極までの深さ:0.5mm また、吸着面6が図2に示す形状を有するものにおいて
は、略円弧状凸部8とガス溝側面9との交点Sから略円
弧状凸部8の平坦部10までの高さ(H1)を変化させ
るようにした。
チャック1,21の吸着面6,23に8インチのシリコ
ンウエハを載せた状態で静電吸着用電極3,26に通電
して静電吸着力を発現させ、シリコンウエハを吸着面
6,23に固定した後、ガス導入孔7,25よりHeガ
スを供給し、シリコンウエハに700Paの背圧をかけ
た状態で静電チャックを200℃まで加熱し、この時の
シリコンウエハ表面における温度分布をサーモビュアに
より測定した後、冷却して室温に戻し、静電吸着用電極
3,26への通電を止めてシリコンウエハを離脱させた
時のシリコンウエハに付着する粒径0.15μm以上の
パーティクル数をパーティクルカウンターにて測定し
た。
止めてから、シリコンウエハの背圧が10Paとなるま
での時間を離脱時間として測定した。
あたっては、サーモビュアにより測定した。
o.1の従来の静電チャック21のように、吸着面全体
が平坦面からなるものでは、シリコンウエハに付着して
いるパーティクル数が9738個と多かった。そこで、
パーティクルの付着位置を確認して見ると、吸着面23
のエッジ部と当接した位置にパーティクルの付着が目立
っており、この現象から吸着面23のエッジ部によりシ
リコンウエハが傷付けられたり、エッジ部に欠けや脱粒
が発生し、パーティクルが付着したものと思われる。
間にHeガスが流れ難いため、シリコンウエハの温度バ
ラツキが10.7℃と大きく、さらにはシリコンウエハ
の離脱時間も25秒と長かった。
部10を有する略円弧状凸部8としたものでは、シリコ
ンウエハに付着しているパーティクル数を大幅に低減す
ることができるとともに、シリコンウエハの離脱時間を
短縮することができ、さらにはシリコンウエハ表面にお
ける温度バラツキも低減することができた。
に、略円弧状凸部8とガス溝側面9との交点Sから略円
弧状凸部8の平坦部10までの高さ(H1)を0.5〜
10μmとしたものは、シリコンウエハに付着している
パーティクル数を2000個以下にまで低減できるとと
もに、シリコンウエハの離脱時間を15秒以内に抑える
ことができ、さらにはシリコンウエハ表面における温度
バラツキを5℃以内とすることができ優れていた。
坦部10を有する略円弧状凸部8とするとともに、略円
弧状凸部8とガス溝側面9との交点Sから略円弧状凸部
8の平坦部10までの高さ(H1)を0.5〜10μm
とすれば良いことが判る。
ラミック体の一方の主面又は内部に静電吸着用電極を備
えるとともに、上記板状セラミック体の他方の主面にガ
ス溝を備え、上記ガス溝で囲まれる領域を吸着面とした
静電チャックにおいて、板状セラミック体を切断した時
の吸着面の形状を、中央に平坦部を有する略円弧状凸部
とし、該略円弧状凸部の始点から略円弧状凸部の平坦部
までの高さを0.5〜10μmとするか、あるいは板状
セラミック体を切断した時の吸着面の形状を、2つの円
弧状凸部と、該2つの円弧状凸部の略中央部内方に凹む
ように設けられた円弧状凹部とから構成し、上記略円弧
状凸部の始点から略円弧状凸部の頂部までの高さを0.
5〜10μmとしたことによって、被加工物の温度分布
が均一になるように吸着保持することができるため、本
発明の静電チャックを用いて成膜処理を施せば、均一な
膜厚みを持った膜を被着することができ、また、エッチ
ング処理を施せば、所定形状の加工を行うことができ
る。
離脱時に被加工物を引っ掻くシャープエッジが少ないた
め、被加工物を傷付けることがなく、パーティクルの発
生を従来の静電チャックと比較してさらに低減すること
ができるとともに、被加工物の離脱性にも優れることか
ら、成膜やエッチングのトータル時間を短縮し、生産効
率を向上させることができる。
はその正面図、(b)はその断面図である。
図である。
法を示す概略図である。
正面図、(b)はその断面図である。
凸部の平坦部までの高さ H2:略円弧状凸部とガス溝側面との交点から略円弧状
凸部の平坦部までの高さ
Claims (2)
- 【請求項1】板状セラミック体の一方の主面又は内部に
静電吸着用電極を備えるとともに、上記板状セラミック
体の他方の主面にガス溝を備え、上記ガス溝で囲まれる
領域を吸着面とした静電チャックにおいて、上記板状セ
ラミック体を切断した時の吸着面の形状が、中央に平坦
部を有する略円弧状凸部をなし、該略円弧状凸部とガス
溝側面との交点から略円弧状凸部の平坦部までの高さが
0.5〜10μmであることを特徴とする静電チャッ
ク。 - 【請求項2】板状セラミック体の一方の主面又は内部に
静電吸着用電極を備えるとともに、上記板状セラミック
体の他方の主面にガス溝を備え、上記ガス溝で囲まれる
領域を吸着面とした静電チャックにおいて、上記板状セ
ラミック体を切断した時の吸着面の形状が、2つの円弧
状凸部と、該2つの円弧状凸部の略中央部内方に凹むよ
うに設けられた円弧状凹部とからなり、上記略円弧状凸
部とガス溝側面との交点から略円弧状凸部の頂部までの
高さが0.5〜10μmであることを特徴とする静電チ
ャック。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001132725A JP3784274B2 (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 静電チャック |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001132725A JP3784274B2 (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 静電チャック |
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