JP2003282688A - 静電チャック - Google Patents
静電チャックInfo
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Abstract
く、離脱時間が短く、吸着力の大きい静電チャックを提
供する。 【解決手段】絶縁基板3上に静電吸着用電極4を形成す
るとともに、静電吸着用電極4を覆うように上記絶縁基
板3上に誘電体層2を接合し、上記誘電体層2の上面に
複数の凹部2aを設けるとともに、これら凹部2a内に
上記誘電体層上面6より1〜20μmの範囲で突出する
凸部5を設け、これら凸部頂面を吸着面7とする静電チ
ャック1を形成するとともに、上記誘電体層2の体積固
有抵抗値を1011〜1013Ω・m、上記凸部5の体積固
有抵抗値を上記誘電体層2の体積固有抵抗値よりも高く
する。
Description
スパッタリング、SOD、SOG等の成膜装置やエッチ
ング装置において、半導体ウエハ等のウエハを吸着保持
する静電チャックに関するものである。
D、PVD、スパッタリング、SOD、SOG等の成膜
工程では、被処理物である半導体ウエハ(以下、ウエハ
という)に均一でかつ均質な被覆膜を成膜する必要があ
り、また、エッチング工程では、成膜した被覆膜に均一
な深さでエッチングを施す必要があることから、ウエハ
を精度良く保持するために静電チャックが使用されてい
る。
線がアルミニウムから銅に置き換わりつつあり、銅配線
ではウエハを高温に加熱する必要がないことから、室温
付近でウエハを吸着する静電チャックが要求されてい
る。
る静電チャックとして図3に示すような静電チャック5
0が提案されている。
縁膜52を備えるとともに、絶縁膜52上に一対の静電
吸着用電極53を備え、これら一対の静電吸着用電極5
3を覆うように絶縁膜52上に、1010〜1014Ω・m
の体積固有抵抗を有する誘電体膜54を配置したもの
で、誘電体膜54の上面を吸着面55としたものであっ
た(特開平4−3956号公報参照)。
ハWを吸着保持するには、吸着面55にウエハWを載
せ、一対の静電吸着用電極53間に電圧を印加すること
によりウエハWと吸着面55との間に作用する静電気力
(漏れ電流によるジョンソン・ラーベック力)によって
ウエハWを吸着面55に倣って吸着保持するようになっ
ていた。
密度化の要求から配線のサイズは毎年微細化されてお
り、このような半導体デバイスを製造するには静電チャ
ックの静電吸着用電極とウエハとの間に流れる漏れ電流
をさらに小さくすることが要求されている。
処理のスループットの向上は半導体産業の最重要課題で
あることから、吸着力を低下させることなく、静電チャ
ックの残留吸着力を小さくし、ウエハを短時間で離脱さ
せることが要求されている。
0では漏れ電流量及びウエハWの離脱時間を低減するこ
とは難しいものであった。
を目的とした静電チャックとして次のようなものが提案
されている。
は、図4に示すように、静電吸着用電極63上に、抵抗
値の小さい絶縁材61(例えばTiO2入りのアルミ
ナ:固有抵抗1014Ω・m)を設けるとともに、絶縁材
61の外周に抵抗値の大きい絶縁材62(例えばアルミ
ナ:固有抵抗1018Ω・m)を設け、この絶縁材62の
頂面を絶縁材61の上面より突出させるように構成した
静電チャック60が開示されている。
2の頂面にウエハWの周縁を載せ、ウエハWと静電吸着
用電極63との間に通電してウエハWと絶縁材上面との
間に静電気力(クーロン力)を発生させることによりウ
エハWを吸着保持させる構造であるため、抵抗値の小さ
い絶縁材61に流れる漏れ電流がウエハWに流れ難く、
また、ウエハWと静電吸着用電極63との間の通電を止
めると、電荷は殆ど残らないため、ウエハWを短時間で
離脱させることができるようになっていた。
は、図5に示すように、一対の静電吸着用電極73を埋
設した絶縁基板72上に絶縁層71を設けるとともに、
この絶縁層上面に、複数の導電層74を所定の間隔で設
け、これら導電層74の頂面を吸着面75とした静電チ
ャック70が開示されている。
を吸着面75に載せ、一対の静電吸着用電極73間に電
圧を印加してウエハWと静電吸着用電極73との間に静
電気力を発生させることによりウエハWを吸着保持させ
る構造であるため、漏れ電流の発生が殆どなく、また、
ウエハWと静電吸着用電極73との間の通電を止める
と、電荷は殆ど残らないため、ウエハWを短時間で離脱
させることができるようになっていた。
静電チャック60は、ウエハWの周縁のみを保持する構
造であることから、ウェハWの中央が下に凸となるよう
な反りが発生し、さらに電極63とウェハWの間に電圧
を印加し、ウェハWを吸着させる静電気力を発生させる
と、ウエハWの中央が下凸となるようにさらに反るた
め、ウエハWを精度良く吸着保持することができないと
いった課題があった。
電気力を発生させる場合、その間の距離は極めて小さ
く、それ故、下に凸に反ったウエハWの一部が絶縁材6
1の上面と接触し、その結果、絶縁材61を流れる漏れ
電流がウエハWに流れ易くなり、ウエハW上のデバイス
を破損する恐れがあった。
一高さに揃えられた導電層74の頂面にウエハWを保持
する構造であることから、ウエハWに大きな反りを発生
させることなく比較的精度良く吸着保持することができ
るものの、この静電チャック70における吸着力は、静
電吸着用電極73とウエハWとの間でのクーロン力によ
るものであり、これらの距離が長いために大きな吸着力
を発生させることが難しいといった課題があった。
も、50℃程度の室温付近において、静電吸着用電極6
3,73に500Vの電圧を印加した時、吸着力を4k
Pa以上、漏れ電流を1.0mA以下とし、かつ静電吸
着用電極63,73への通電を止めれば5秒以内にウエ
ハWを離脱させることは難しいものであった。
題に鑑み、絶縁基板と、この絶縁基板上に設けた静電吸
着用電極と、これら一対の静電吸着用電極を覆うように
上記絶縁基板上に接合一体化した誘電体層とを有し、上
記誘電体層の上面に複数の凹部を備え、該凹部内に上記
誘電体層上面より1〜20μmの範囲で突出する凸部を
設け、これら凸部頂面を保持面とするとともに、上記誘
電体層の体積固有抵抗値を1011〜10 13Ω・mとし、
かつ上記凸部の体積固有抵抗値を上記誘電体層の体積固
有抵抗値よりも高くして静電チャックを構成したことを
特徴とする。
Ω・m以上とすることが好ましく、さらに上記凸部の頂
面に体積固有抵抗値が1013Ω・m以下の低抵抗層を設
け、この低抵抗層の頂面を吸着面としても構わない。
説明する。
を示す図で、(a)はその平面図、(b)は(a)のX
−X線断面図である。
なる絶縁基板3上に、一対の静電吸着用電極4を備え、
これら一対の静電吸着用電極4を覆うように上記絶縁基
板3上に、セラミックスからなる誘電体層2を接合一体
化してなり、上記誘電体層2には、複数の凹部2aを所
定の間隔で備え、これら凹部2a内に上記誘電体層上面
6より1〜20μmの突出量Tで突出するセラミック製
のの凸部5を設け、これら凸部頂面を吸着面7としたも
ので、上記誘電体層2を形成するセラミックスの−50
℃〜100℃における体積固有抵抗を1011〜1013Ω
・mとするとともに、上記凸部5を形成するセラミック
スの−50℃〜100℃における体積固有抵抗を、誘電
体層2よりも大きくしてあり、特に1015Ω・m以上と
することが好ましい。
Wと略同等の大きさで形成してあり、上記凹部2aは静
電吸着用電極4が占める占有領域内に分布させてある。
の静電吸着用電極4間に電圧を印加すれば、1011〜1
013Ω・mの体積固有抵抗を有する誘電体層2内には微
小電流が流れ、ウエハWと誘電体層上面6とで形成され
る空間を誘電層として大きなクーロン力を発生させるこ
とができるため、ウエハWを吸着面上に吸着保持するこ
とができる。
離の二乗に反比例するのであるが、本発明の静電チャッ
ク1は、誘電体層2の−50℃〜100℃における体積
固有抵抗が1011〜1013Ω・mと小さく、微小電流が
流れるため、クーロン力の発生に寄与する距離はウエハ
Wと誘電体層上面6との間の間隔で決定されるのである
が、この距離が微小であるため、大きなクーロン力を発
生させることができる。
着面7にならって精度良くウエハWを吸着保持すること
ができる。
の間隔を決定する誘電体層上面6から吸着面7までの突
出量Tが20μmを超えると、大きな吸着力が得られな
くなり、逆に突出量Tを1μm未満とすると、吸着時に
ウエハWが誘電体層上面6と接触し、誘電体層2を流れ
る微小電流がウエハWに流れてウエハW上のデバイスを
破損させる恐れがある。
の突出量Tは1〜20μmとすることが良い。
部5と接触するだけで微小電流が流れる誘電体層2と接
することがない。しかも、凸部5は誘電体層2に形成す
る凹部2aにまで延設してあることから、凸部5内を微
小電流が流れることを防ぐことができ、ウエハWに流れ
る漏れ電流量を極めて小さくすることができるため、ウ
エハW上のデバイスに悪影響を与えることがない。
構造であることから、静電吸着用電極4への通電を止め
れば、直ちに帯電する電荷を逃がすことができ、ウエハ
Wの離脱時間を大幅に短縮することができる。
積をできるだけ小さくし、着脱時の摺動に伴う摩耗粉の
発生を抑える観点からできるだけ小さくすることが良
く、好ましくは0.008〜0.19cm2、望ましく
は0.008〜0.07cm2とすることが良く、ま
た、凸部5でウエハWを保持した時、凸部5間でウエハ
Wが撓むのを防止するため、凸部頂面が占める占有面積
は、ウエハWの面積に対して10〜40%の範囲で形成
することが良い。
としては、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸
化イットリウム等を主体とし、これにTiO2、C、C
eO2、ZrB2、AlB12等の導電材を添加した−50
℃〜100℃における体積固有抵抗が1011〜1013Ω
・mのセラミック焼結体を用いることが好ましい。
焼結体の−50℃〜100℃における体積固有抵抗を1
011〜1013Ω・mとしたのは、ウエハWと静電吸着用
電極4との間でクーロン力を発生させるのではなく、ウ
エハWと誘電体層上面6との間で大きなクーロン力を発
生させるため、誘電体層2の体積固有抵抗が1013Ω・
mを超えると、ウエハWと静電吸着用電極4との間での
クーロン力となり、大きな吸着力を発生させることがで
きなくなるからであり、逆に誘電体層2の体積固有抵抗
が1011Ω・m未満となると、誘電体層2を介して凸部
5の表面に流れる漏れ電流が増大し、ウェハW上のデバ
イスを破壊するといった不都合があるからである。
ては、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化イ
ットリウム等を主体とする絶縁性のセラミック焼結体を
用いることが良く、その体積固有抵抗が誘電体層2を形
成するセラミック焼結体よりも大きく、特に−50℃〜
100℃における体積固有抵抗が1015Ω・m以上を有
するセラミック焼結体により形成することが良い。
体の体積固有抵抗を、誘電体層2を形成するセラミック
焼結体よりも大きくするのは、誘電体層2中に流れる微
小電流がウエハWへ流れ込まないようにするためで、上
記凸部5を形成するセラミック焼結体の体積固有抵抗を
1015Ω・m以上とすることで、ウエハWに流れる漏れ
電流量を0.1mA以下にまで抑えることができる。
めには、図2に示すように、凸部頂面に、−50℃〜1
00℃における体積固有抵抗値が1013Ω・m以下の低
抵抗層8を設けることが好ましい。
ることで、静電吸着用電極4への通電を遮断した時には
ウエハWとの間に電荷が残らないようにすることができ
るため、図1に示す静電チャック1と比較して離脱性を
向上させることができる。
の低抵抗層8を形成する材質としては特に限定するもの
ではなく、Ti、TiN、TiC、Ta、TaC等の金
属や合金を用いることができる。
電チャック1の製造方法について説明する。
積層技術又はプレス技術によって製作することができ
る。
ラミック原料に溶媒とバインダーとを添加混練してスラ
リーを作製し、ドクターブレード法等のテープ成形法に
て複数枚のセラミックグリーンシートを製作する。この
時、絶縁基板をなすセラミックグリーンシートの製作に
あたっては、セラミック原料として、アルミナ、窒化珪
素、窒化アルミニウム、酸化イットリウム等を主体と
し、これに焼結助剤や安定化剤を添加したものを用い、
また、誘電体層をなすセラミックグリーンシートの製作
にあたっては、セラミック原料として、アルミナ、窒化
珪素、窒化アルミニウム、酸化イットリウム等を主体と
し、これにTiO2、C、CeO2、ZrB 2、AlB12
等の導電材及び焼結助剤や安定化剤を添加したものを用
いる。
ンシート上にスクリーン印刷法等にて静電吸着用電極4
をなす導電ペーストを所定形状に印刷した後、誘電体層
2をなすセラミックグリーンシートを積層一体化し、し
かる後、各セラミック原料を焼結させることができる温
度で焼成することにより、絶縁基板3と誘電体層2との
間に静電吸着用電極4を埋設した板状体を製作する。
8〜0.19cm2の面積を有する複数の凹2aを所定
の間隔で形成した後、この凹部2a内に別に用意した、
アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化イットリ
ウムを主体とする絶縁性セラミックスからなる凸部5を
接着剤を介して接合し、しかる後、各凸部5の頂面に研
磨加工を施して同一平面上に位置するように形成すると
ともに、凸部頂面が誘電体層上面6より1〜20μmの
範囲で突出するように構成することにより得ることがで
きる。
ラミック原料に溶媒とバインダーとを添加して混練乾燥
させることにより造粒粉を製作する。この時、絶縁基板
をなす造粒粉の製作にあたっては、セラミック原料とし
て、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化イッ
トリウム等を主体とし、これに焼結助剤や安定化剤を添
加したものを用い、また、誘電体層をなす造粒粉の製作
にあたっては、セラミック原料として、アルミナ、窒化
珪素、窒化アルミニウム、酸化イットリウム等を主体と
し、これにTiO2、C、CeO2、ZrB2、AlB12
等の導電材及び焼結助剤や安定化剤を添加したものを用
いる。
填してプレス成形し、板状体を成形した後、板状体上に
静電吸着用電極4をなす金属膜又は金属箔を載せ、さら
に誘電体層2をなす造粒粉を充填した後、ホットプレス
成形することにより、絶縁基板3と誘電体層2との間に
静電吸着用電極4を埋設した板状体を製作する。
8〜0.19cm2の面積を有する複数の凹2aを所定
の間隔で形成した後、この凹部2a内に別に用意した、
アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化イットリ
ウムを主体とする絶縁性セラミックスからなる凸部5を
接着剤を介して接合し、しかる後、各凸部5の頂面に研
磨加工を施して同一平面上に位置するように形成すると
ともに、凸部頂面が誘電体層上面6より1〜20μmの
範囲で突出するように構成することにより得ることがで
きる。
が、本発明は上述した実施形態だけに限定されるもので
はなく、例えば、双極型の静電チャック以外に単一型の
静電チャックにも適用できることは言う迄もなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で改良や変更したものに適用
できることは言う迄もない。
明の静電チャック、及び図3、図4に示す従来の静電チ
ャックを用意し、吸着力、被吸着物に流れる漏れ電流
量、離脱時間をそれぞれ比較する実験を行った。
のようにして製作した。
換算で10質量%の酸化セリウムを添加し、さらにイソ
プロピルアルコールとウレタンボールを用いてボールミ
ルにより48時間混練することにより窒化アルミニウム
のスラリーを製作した。
0メッシュに通し、ウレタンボールやボールミル壁の屑
を取り除いた後、防爆乾燥機にて120℃で24時間乾
燥することにより窒化アルミニウム粉末を製作した。
アクリル系のバインダーと溶媒を混合して窒化アルミニ
ムのスリップを作製し、ドクターブレード法にて窒化ア
ルミニムのグリーンシートを複数枚製作した。
ンシートを複数枚積層した後、静電吸着用電極となるタ
ングステンペーストをスクリーン印刷法にて形成した
後、残りの窒化アルミニムのグリーンシートを重ね、熱
圧着にて積層体を形成した。
て500℃の温度で5時間脱脂を施した後、非酸化性雰
囲気にて1900℃の温度で5時間の焼成を行い、絶縁
基板と誘電体層とが焼結にて接合一体化され、両者の間
に静電吸着用電極を埋設してなる板状体を製作した。
体層の−50℃〜100℃における体積固有抵抗値を測
定したところ、1011Ω・mであった。
0は、得られた板状体に研削加工を施し、直径200m
m、板厚8mmの円盤状体とするとともに、誘電体層上
面から静電吸着用電極53までの平均距離が1mmとな
るようにし、誘電体層上面を吸着面55として製作し
た。
は、得られた板状体に研削加工を施し、直径200m
m、板厚8mmの円盤状体とするとともに、誘電体層上
面6から静電吸着用電極4までの平均距離が1mmとな
るようにし、誘電体層上面6に所定の間隔で、直径2m
m、深さ0.5mmの凹部2aを形成し、この凹部2a
内に、直径2mm、高さ1.0mmの円柱状体をなし、
−50℃〜100℃における体積固有抵抗が1016Ω・
mの窒化アルミニウム質焼結体からなる凸部5をポリイ
ミド系の有機接着剤を介して接合し、凸部頂面を吸着面
7として製作した。
誘電体層上面6における面積に対する凸部5が占める割
合は30%となるように島状に分布させた。
有抵抗が1016Ω・mの窒化アルミニウム質焼結体から
なる凸部5は、窒化アルミニウム粉末にバインダーを添
加して混練乾燥させて造粒粉を製作し、これを金型に充
填してプレス成形することにより、直径3mm、高さ
1.2mmの円柱状をした成形体を形成し、しかる後、
非酸化性雰囲気中にて2000℃で4時間焼結した後、
研削加工を施すことにより製作した。
1については、図1に示す静電チャック1の凸部頂面
に、膜厚が1μmのチタンからなる低抵抗層8をCVD
法により被着し、低抵抗層8の頂面を吸着面7として製
作した。
電吸着用電極63となるタングステン製の円板の上面
に、絶縁材61となる酸化チタンを添加したアルミナセ
ラミック製の円板を接着し、この周囲に絶縁材62とな
る高純度アルミナ製の円筒を接着して製作した。
0,60の吸着面7,55に、1インチ角のシリコンウ
エハを載せ、静電吸着用電極4,53,63に500V
の電圧を印加してシリコンウエハを吸着保持した。そし
て、シリコンウエハをロードセルを介して引っ張り上
げ、シリコンウエハが剥がれる引っ張り強度を吸着力と
して測定した。
に示す双極型の静電チャック1,50にあっては、8イ
ンチのシリコンウェハを載置面7,55に載せずに静電
吸着用電極4,53間に500Vの電圧を印加した時の
静電吸着用電極4,53間に流れる電流値と、8インチ
のシリコンウェハを載置面7,55に載せ、静電吸着用
電極4,53間に500Vの電圧を印加した時の静電吸
着用電極4,53間に流れる電流値を測定し、その差を
漏れ電流量とした。
0にあっては、8インチのシリコンウエハと静電吸着用
電極63との間に500Vの電圧を印加した時の両者間
に流れる電流量を漏れ電流として測定した。
ては、静電吸着用電極4,53,63への印加電圧を5
00Vとして8インチのシリコンウエハを吸着させ、印
加電圧を0Vにしてからシリコンウエハが離脱するまで
の時間を離脱時間とした。
50は、漏れ電流量が1.0mAと大きく、シリコンウ
エハの離脱時間も7秒間と長いものであった。
は、漏れ電流量が1.1mA、シリコンウエハの離脱時
間が7秒間と大きく、吸着力も1kPaと小さいもので
あった。
静電チャックは、4kPaの吸着力が得られ、また、漏
れ電流量を0.01mAと極めて小さく、しかもシリコ
ンウエハの離脱時間を4秒以下とすることができ、優れ
ていた。 (実施例2)次に、誘電体層2及び凸部5を、−50℃
〜100℃における体積固有抵抗が異なるセラミック焼
結体により形成し、実施例1に示す寸法の静電チャック
を試作し、実施例1と同様に、吸着力、漏れ電流量、離
脱時間をそれぞれ測定した。また、凸部頂面に低抵抗層
として、チタン膜、窒化チタン膜を被着したものも用意
し、同様の実験を行った。
アルミニウム質焼結体により形成し、窒化アルミニウム
質焼結体の−50℃〜100℃における体積固有抵抗
は、CeO2の含有量を変えることにより調整した。
を含有するアルミナ質焼結体により形成し、アルミナ質
焼結体の−50℃〜100℃における体積固有抵抗は、
焼成時の還元度合いを変化させることにより調整した。
体積固有抵抗が2×1010Ω・mと小さいことから、吸
着力が3kPaとかなり小さいものであった。しかも、
離脱時間が6秒と離脱に時間がかかることが判る。
では問題ないものの、凸部5の体積固有抵抗が7×10
13Ω・mと小さく、漏れ電流が1mAと大きいためウェ
ハ上の半導体デバイスを破壊する恐れがあった。
抗が3×1013Ω・mと大きいことから、吸着力が3k
Paとかなり小さいものであった。
は、誘電体層2の体積固有抵抗が10 11〜1013Ω・
m、凸部5の体積固有抵抗が1015Ω・m以上であるた
め、漏れ電流が1mA未満と小さく、また、吸着力は6
kPa以上と、4kPaを上回る大きな吸着力が得られ
た。しかも、離脱時間が1秒以下と小さく、離脱性にも
優れていた。特に、試料No.6〜8のように、凸部頂
面に低抵抗層を設けたものを用いれば、離脱時間が1秒
とさらに離脱性を高めることができ、優れていた。
板と、この絶縁基板上に設けた静電吸着用電極と、これ
ら一対の静電吸着用電極を覆うように上記絶縁基板上に
焼結によって接合一体化した誘電体層とを有し、上記誘
電体層の上面に複数の凹部を備え、該凹部内に上記誘電
体層上面より1〜20μmの範囲で突出する凸部を設
け、これら凸部頂面を保持面とするとともに、上記誘電
体層の体積固有抵抗値を1011〜1013Ω・mとし、か
つ上記凸部の体積固有抵抗値を上記誘電体層の体積固有
抵抗値よりも高くして静電チャックを構成したことによ
って、漏れ電流が小さく、離脱時間が短く、吸着力の大
きい静電チャックを得ることができる。
Ω・m以上とすることで、さらに漏れ電流を小さくする
ことが可能となる。
1013Ω・m以下の低抵抗層を設けることにより、離脱
時間をさらに短縮することができる。
で、(a)はその平面図、(b)は(a)のX−X線断
面図である。
面図である。
る。
る。
図である。
Claims (3)
- 【請求項1】絶縁基板と、該絶縁基板上に設けた静電吸
着用電極と、該静電吸着用電極を覆うように上記絶縁基
板上に接合された誘電体層とを有し、上記誘電体層の上
面に複数の凹部を備え、該凹部内に上記誘電体層上面よ
り1〜20μmの範囲で突出する凸部を設け、該凸部の
頂面を吸着面とした静電チャックであって、上記誘電体
層の体積固有抵抗値が1011〜1013Ω・mであるとと
もに、上記凸部の体積固有抵抗値が上記誘電体層の体積
固有抵抗値よりも高いことを特徴とする静電チャック。 - 【請求項2】上記凸部の体積固有抵抗値が1015Ω・m
以上であることを特徴とする請求項1に記載の静電チャ
ック。 - 【請求項3】上記凸部の頂面に、体積固有抵抗値が10
13Ω・m以下の低抵抗層を設け、該低抵抗層の頂面を吸
着面としたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載
の静電チャック。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002089858A JP3847198B2 (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 静電チャック |
Applications Claiming Priority (1)
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