JP2003007810A

JP2003007810A - 静電チャック

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Publication number: JP2003007810A
Application number: JP2001193527A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Yoshida; 和人吉田; Masahiko Inoue; 雅彦井上; Ryuichi Matsuda; 竜一松田; Hitoshi Sakamoto; 仁志坂本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2003-01-10
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: JP3595515B2; TWI248155B; TW200411803A

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な電極パターンによってウエハ吸着領域
のほぼ全域に安定で均一な吸着力を得ること。【解決手段】静電チャック１００の電極パターン３
は、半径方向に直線部３１ａ、３１ｂを有し、この直線
部３１ａ、３１ｂから枝状に複数のＣ字形状部３２ａ、
３２ｂを延出した形状で、その直線部３１ａ、３１ｂ
は、互いに対向して直径方向となる略一直線上に位置
し、前記Ｃ字形状部３２ａ、３２ｂは複数の同心円パタ
ーンを形成され、相互にくし歯状に入り込むようにな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶ディスプレ
イ用薄膜トランジスタやアモルファスシリコン太陽電池
などの種々の半導体薄膜デバイスの製造に用いられる双
極型の静電チャックであって、簡単な電極パターンによ
ってウエハ吸着領域のほぼ全域に安定で均一な吸着力を
得ることができる静電チャックに関する。

【０００２】

【従来の技術】静電チャックは、電極とウエハとの間に
作用するクーロン力によってウエハをステージに吸着さ
せるものであり、機械的なチャックに比べてウエハ下面
をステージ上に略全面密着できウエハの冷却性能が優れ
ているため、従来から半導体製造装置に多用されてい
る。また、前記静電チャックには単極式と双極式があ
り、単極式の静電チャックはチャンバー内にプラズマを
発生させないと吸着が起こらないため、プラズマ処理装
置にしか用いることができないが、双極式の静電チャッ
クは、プラズマの発生を必要とすることなく吸着を行う
ことができるという特徴がある。

【０００３】図５は、従来の静電チャックの電極パター
ンを示す平面図である。この静電チャック５００は、表
面の絶縁体内部に正負一対の同心円状の電極（電極パタ
ーン）５０１ａ、５０１ｂを埋設した構成であり、その
一方の同心円状の電極５０１ａが正極となり、他方の同
心円状の電極５０１ｂが負極となる。また、これら同心
円状電極５０１ａ、５０１ｂは、静電チャック５００の
ウエハ吸着領域の全域に渡って形成されている。前記正
極側の同心円状電極５０１ａは、半径方向に形成した直
線部５０２ａと、この直線部５０２ａから枝状に且つ同
心円状に複数延出した円弧部５０３ａとで構成し、全体
的に円形になるように対向して配置したものである。対
向する電極５０１ａ、５０１ａ同士は、最外周で接続さ
れている。

【０００４】他方、負極側の同心円状電極５０１ｂも同
様の構成であるが、対向する電極５０２ｂ、５０２ｂ同
士が中心部で結合している点が異なる。この正極および
負極の電極５０１ａ、５０１ｂは、円弧部５０３ａ、５
０３ｂにおいて相互にくし歯状に入り組んで形成されて
いる。なお、これら電極パターン５０１ａ、５０１ｂ
は、フォトファブリケーション方法などによって精密に
形成することができる。静電チャック５００の正負両電
極５０１ａ、５０１ｂに電圧を印加すると、当該電極パ
ターン５０１ａ、５０１ｂによってウエハ吸着領域のほ
ぼ全域に安定した均一な吸着力が発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な静電チャック５００を用いたウエハステージでは、ウ
エハを分離するためのリフトピンを備えていることがあ
る。このようなリフトピンは、ウエハステージに均等に
設けたリフトピン穴から突き出るように設けられてい
る。また、リフトピンによってウエハを確実に支持する
ため、３つのリフトピンを１２０度間隔で設けるのが好
ましい（図示省略）。

【０００６】しかしながら、上記静電チャック５００で
は、正極および負極で電極５０１ａ、５０１ｂの半径方
向直線部５０２ａ、５０２ｂが９０度間隔で形成されて
いるから、リフトピン穴の１つ又は２つが当該直線部５
０２ａ、５０２ｂ上に位置することになり、これを避け
るようにして電極パターンを設計する必要がある。ま
た、枝状形成した電極パターン５０１ａ、５０１ｂを対
向させ、最外周或いは中心部で連結した構成である。こ
のため、電極パターン５０１ａ、５０１ｂが複雑になる
という問題点がある。

【０００７】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであって、簡単な電極パターンによってウエハ吸
着領域のほぼ全域に安定で均一な吸着力を得ることがで
きる静電チャックを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に係る静電チャックは、ウエハステージ
上の絶縁体内に正負両電極を埋設した双極型の静電チャ
ックにおいて、前記それぞれの正負電極が、半径方向に
延びる半径分の直線部と、この直線部両側から複数の枝
状に延出した同心円のＣ字形状部とを備え、前記直線部
が互いに対向して直径方向となる略一直線上に位置し、
前記正負電極のＣ字形状部が相互にくし歯状に入り込ん
で電極パターンを形成したことを特徴とする。

【０００９】半径分の直線部からＣ字形状部を枝状に延
出し、このＣ字形状部を相互にくし歯状に入れ込むと、
全体的に円形となり、正負極が均一に分布した状態にな
る。また、半径分の直線部から枝状にＣ字形状部が延出
する形状のため、電極パターンは比較的簡単である。こ
の正負電極に直流電流を印加することでウエハとの間に
クーロン力が働いて当該ウエハを吸着する。このとき、
正負電極が均一に分布していることから、均一で安定な
吸着力が得られるようになる。

【００１０】また、請求項２に係る静電チャックは、ウ
エハステージ上の絶縁体内に正負両電極を埋設した双極
型の静電チャックにおいて、前記それぞれの正負電極
が、複数の同心円のＣ字形状部と、径方向に隣接するＣ
字形状部を連結する複数の短直線部とを備え、前記正負
電極のＣ字形状部が相互にくし歯状に入り込むと共に、
前記短直線部が径方向に隣接する同極のＣ字形状部間ご
とに円周方向にずらして配置されていることを特徴とす
る。

【００１１】すなわち、直線部を複数の短直線部とし、
これを円周方向にずらして配置することで、正負極のい
ずれか又は両方が偏在する部分を少なくできる。これに
より、より均一で安定な吸着力を得ることができる。

【００１２】また、請求項３に係る静電チャックは、上
記静電チャックにおいて、さらに、前記直線部に電力供
給用の接点を設けたことを特徴とする。この静電チャッ
クの電極パターンは枝状形成した複数のＣ字形状部を有
する対称形状となっているから、前記直線部に接点を設
けることで電極パターンの抵抗値が同じになる。これに
より、より均一で安定な吸着力を得ることができる。

【００１３】また、請求項４に係る静電チャックは、上
記静電チャックにおいて、さらに、ウエハリフトピン
を、隣接するＣ字形状部の間であって、前記直線部を避
けて設けたことを特徴とする。

【００１４】ウエハリフトピンは、１２０度間隔で均等
配置するようにするのが好ましい。この発明では、直線
部が互いに対向して直径方向となる略一直線上に位置す
るから、この直線部を避ければ、ウエハリフトピンを１
２０度間隔で設けることができる。そして、このウエハ
リフトピンを隣接するＣ字形状部の間に設けることで、
当該ウエハリフトピンを回避するような複雑な電極パタ
ーンを形成する必要がなくなる。なお、ウエハリフトピ
ンをＣ字形状部の間に設けることは、その中心がＣ字形
状部の間に位置することを意味し、Ｃ字形状部と多少干
渉する場合も含まれる。

【００１５】また、請求項５に係る静電チャックは、勾
玉形状の正負電極をそれぞれ点対称になるように設け、
この勾玉形状の電極の間に、正極が前記勾玉形状電極の
負極と隣接し、負極が勾玉形状電極の正極と隣接するよ
うにＳ字形状にして配置したことを特徴とする。

【００１６】図４に示すような勾玉形状の正負電極を設
け、この間にＳ字形状の正負電極を配置することで、殆
どの半径方向で複数の同極（例えば図４では正極が３
つ）が存在することになる。また、正負電極が対称形状
になると共にその面積が完全に同じになる。このため、
安定で均一な吸着力を得ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。また、この実施の形
態の構成要素には、当該技術に関する当業者が設計変更
し得る内容が含まれる。

【００１８】［実施の形態１］図１は、この発明の実施
の形態１にかかる静電チャックの電極パターンを示す平
面図である。図２は、図１に示した静電チャックの断面
図である。この静電チャック１００は、ウエハステージ
１と、ウエハステージ１上に設けた絶縁体２と、絶縁体
２に埋設した双極型電極３（電極パターン３）とを有す
る。正極の電極３ａおよび負極の電極３ｂは、半径方向
に直線部３１ａ、３１ｂを有し、この直線部３１ａ、３
１ｂから枝状に複数のＣ字形状部３２ａ、３２ｂを延出
した形状となる。直線部３１ａ、３１ｂは、互いに対向
して直径方向となる略一直線上に位置している。また、
前記Ｃ字形状部３２ａ、３２ｂは複数の同心円パターン
を形成され、相互にくし歯状に入り込むようになってい
る。

【００１９】また、正極の直線部３１ａの端部は、負極
の最小径となるＣ字形状部３２ｂに入る円形となる。こ
の電極パターン３は、フォトリソグラフィー・プロセス
によって精密に形成することができる。延出するＣ字形
状部３２ａ、３２ｂは、パターンの簡単化と、電極面積
を大きくするために３本〜４本程度とするのが好まし
い。なお、前記絶縁体２には、アルミナなどのセラミッ
クスを用いる。

【００２０】リフトピン穴４は、電極パターン３が形成
されていない部分を穴の中心として配置する。リフトピ
ン穴４は、１２０度間隔で３つ設けられており、それぞ
れ正極および負極の直線部３１ａ、３１ｂを避けて配置
されている。このため、当該直線部３１ａ、３１ｂに影
響を与えないから、複雑な回避形状が不用であり、それ
だけ形状を簡単にできる。また、前記電極パターン３
は、ウエハステージ１上に設けた絶縁体２内に埋設され
ている。前記ウエハステージ１は、その内部に冷却水配
管（図示省略）やリフトピン機構５等を内設している。
また、正極および負極の電極３ａ、３ｂには、直流電源
６が接続されている。

【００２１】前記リフトピン機構５は、リフトピン穴４
を貫通するアルミナ製のピンシャフト５１と、ピンシャ
フト５１が収容され且つヘリウムガスが導入されるフラ
ンジ５２と、ピンシャフト５１の昇降動作を行うエアシ
リンダー５３とから構成される。フランジ５２内は、ベ
ローズ５４によって外気から遮断されている。また、ウ
エハステージ１の中央には、ヘリウム出口７が設けられ
ている。

【００２２】電極パターン３の直線部３１ａ、３１ｂの
略中央には、直流電源６との接点８が設けられている。
まず、この電極パターン３は、正極および負極の電極３
ａ、３ｂでその幅が共に均一であり、面積および厚さと
も略同一であること、電極パターン３が対称形状であり
正極および負極で電極パターン３が極めて類似している
ことから、電極パターン３の抵抗値が略同じとなる。こ
のため、正極と負極で対応する位置であれば、接点８を
どの位置に設けても良く、それゆえ設計の自由度が極め
て高いものとなっている。特に、接点８が単数の場合の
みならず、複数設ける場合に有効である。

【００２３】正極および負極の電極３ａ、３ｂに直流電
流６を印加すると、ウエハＷと電極３との間にクーロン
力が作用し、ウエハＷが電極３に吸着される。このと
き、電極パターン３が上記のように形成されていること
から、ウエハ吸着領域のほぼ全域でウエハＷに対するク
ーロン力が働くことになる。また、一般的に正極および
負極の電極パターンはその面積を互いに等しくするのが
好ましいが、この電極パターン３によれば、簡単な形状
のパターンを用いておりリフトピン機構５に起因する形
状の複雑化を最小にしているから、正負極の面積を等し
くしやすい。

【００２４】以上、この静電チャック１００によれば、
簡単な電極パターン３によってウエハ吸着領域のほぼ全
域に安定で均一な吸着力を得ることが可能になる。この
結果、ウエハＷの温度ムラが解消されて、均一な加工が
可能になる。

【００２５】また、電極パターン３にＲＦ（radio freq
uency）を重畳してスパッタエッチングを行う場合があ
るが、従来の静電チャックのように、対向する電極パタ
ーンを一部で接続すると、正負極のそれぞれで電流の集
中が起こり難くなる。これに対して、この発明の静電チ
ャック１００によれば、電流の集中が起こり難い部分が
殆どない、くし歯形状の電極パターン３を採用している
ため、電極３の発熱を抑制できるといった効果がある。

【００２６】また、プラズマ処理装置に上記静電チャッ
ク１００を適用した場合、ウエハＷが負に帯電すること
で当該ウエハＷに誘起した負電荷と正極の電極３ａの正
電荷との間で吸着力が作用するが、負極の電極３ｂとの
間では斥力が働くことになる。しかしながら、正極およ
び負極の電極パターン３が面積を同一にし、これらがく
し歯状に入り込んで均一配置されているから、プラズマ
処理装置に適用した場合でも全体的に密着性を向上させ
ることが可能になる。

【００２７】図３は、図１に示した電極パターンの変形
例を示す平面図である。この電極パターンは、隣接する
Ｃ字形状部３２ａ、３２ｂ間の直線部（短直線部）３３
ａ、３３ｂを円周方向にずらして形成した点に特徴があ
る。短直線部３３ａ、３３ｂをずらして形成することに
より正負極の一方が位置的に集中することを防止し、正
負極をより均一に分布させることができる。この構成に
よってもウエハ吸着領域のほぼ全域に安定で均一な吸着
力を得ることができ、特にプラズマ処理装置に適用する
場合において優れた効果を奏する。

【００２８】［実施の形態２］図４は、この発明の実施
の形態２にかかる静電チャックの電極パターンを示す平
面図である。この静電チャック２００の電極２０１（電
極パターン２０１）は、正極および負極の電極２０２
ａ、２０２ｂが勾玉形状をしており、それぞれが中心部
をもって点対称となるようにパターン化されている。こ
の勾玉形状の電極２０２ａ、２０２ｂは、それぞれその
終端が外周に進むにつれて幅細になっている。

【００２９】さらに、勾玉形状の電極２０２ａ、２０２
ｂの間には、正極および負極の電極２０３ａ、２０３ｂ
がＳ字形状に形成され、前記同様、その終端は外周に進
むにつれて幅細になっている。これにより、正極の勾玉
形状の電極２０２ａに隣接するのは、負極のＳ字形状の
電極２０３ｂであり、負極の勾玉形状の電極２０２ｂに
隣接するのは、正極のＳ字形状の電極２０３ａとなる。
直流電源２０４との接点２０５は、勾玉形状の電極２０
２ａ、２０２ｂの頭部分と、Ｓ字形状の電極２０３ａ、
２０３ｂの途中部分に設けられている。

【００３０】この電極パターン２０１によれば、殆の半
径方向において３つの同極が存在し、さらに勾玉形状の
電極２０２ａ、２０２ｂの面積を大きくとることができ
る。また、正極と負極とが対称構造となり且つ電極面積
が全く同じとなる。このため、ウエハ吸着領域のほぼ全
域に安定で均一な吸着力を得ることができる。また、プ
ラズマ処理装置に適用した場合においても、殆どの半径
方向に３つの正極が存在することになるから、安定的な
吸着を得ることができる。さらに、電極パターン２０１
にＲＦを重畳する場合、電流が集中する部分が殆どない
ため、電極パターン２０１の発熱を効果的に抑制でき
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の静電チ
ャック（請求項１）によれば、半径方向に延びる半径分
の直線部と、この直線部両側から複数の枝状に延出した
同心円のＣ字形状部とからなり、前記Ｃ字形状部が相互
にくし歯状に入り込むことで正負電極のパターンを形成
したので、簡単な電極パターンにより均一で安定な吸着
力を得ることができる。

【００３２】また、この発明の静電チャック（請求項
２）では、複数の同心円のＣ字形状部と、径方向に隣接
するＣ字形状部を連結する複数の短直線部とから正負電
極を構成し、前記Ｃ字形状部を相互にくし歯状に入り込
むようにする。さらに、前記短直線部をその径方向に隣
接する同極のＣ字形状部間ごとに円周方向にずらして配
置することで、正負極のいずれか又は両方が偏在する部
分を少なくできる。これにより、静電チャックの吸着力
をより均一で安定にすることができる。

【００３３】また、この発明の静電チャック（請求項
３）では、直線部に電力供給用の接点を設けることで、
静電チャックの吸着力をより均一で安定にすることがで
きる。

【００３４】また、この発明の静電チャック（請求項
４）では、ウエハリフトピンを、隣接するＣ字形状部の
間であって、前記直線部を避けて設けたので、静電チャ
ックにウエハリフトピンを設けた場合でも、比較的簡単
な電極パターンを形成すれば済むことになる。

【００３５】また、この発明の静電チャック（請求項
５）では、勾玉形状の正負電極をそれぞれ点対称になる
ように設け、この勾玉形状の電極の間に、正極が前記勾
玉形状電極の負極と隣接し、負極が勾玉形状電極の正極
と隣接するようにＳ字形状にして配置したので、簡単な
電極パターンにより均一で安定な吸着力を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１にかかる静電チャック
の電極パターンを示す平面図である。

【図２】図１に示した静電チャックの断面図である。

【図３】図１に示した電極パターンの変形例を示す平面
図である。

【図４】この発明の実施の形態２にかかる静電チャック
の電極パターンを示す平面図である。

【図５】従来の静電チャックの電極パターンを示す平面
図である。

【符号の説明】

１００静電チャック１ウエハステージ２絶縁体３電極パターン３ａ、３ｂ電極３１ａ、３１ｂ直線部３２ａ、３２ｂＣ字形状部４リフトピン穴５リフトピン機構６直流電源７ヘリウム出口８接点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松田竜一兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者坂本仁志兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内Ｆターム(参考） 5F031 CA02 HA02 HA03 HA18 HA33 HA39 LA15 MA21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハステージ上の絶縁体内に正負両電
極を埋設した双極型の静電チャックにおいて、前記それぞれの正負電極が、半径方向に延びる半径分の
直線部と、この直線部両側から複数の枝状に延出した同
心円のＣ字形状部とを備え、前記直線部が互いに対向して直径方向となる略一直線上
に位置し、前記正負電極のＣ字形状部が相互にくし歯状
に入り込んで電極パターンを形成したことを特徴とする
静電チャック。
【請求項２】ウエハステージ上の絶縁体内に正負両電
極を埋設した双極型の静電チャックにおいて、前記それぞれの正負電極が、複数の同心円のＣ字形状部
と、径方向に隣接するＣ字形状部を連結する複数の短直
線部とを備え、前記正負電極のＣ字形状部が相互にくし歯状に入り込む
と共に、前記短直線部が径方向に隣接する同極のＣ字形
状部間ごとに円周方向にずらして配置されていることを
特徴とする静電チャック。
【請求項３】さらに、前記直線部に電力供給用の接点
を設けた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。
【請求項４】さらに、ウエハリフトピンを、隣接する
Ｃ字形状部の間であって、前記直線部を避けて設けたこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の静
電チャック。
【請求項５】勾玉形状の正負電極をそれぞれ点対称に
なるように設け、この勾玉形状の電極の間に、正極が前
記勾玉形状電極の負極と隣接し、負極が勾玉形状電極の
正極と隣接するようにＳ字形状にして配置したことを特
徴とする静電チャック。