JP2004022585A

JP2004022585A - Electrostatic chuck

Info

Publication number: JP2004022585A
Application number: JP2002171442A
Authority: JP
Inventors: Naotoshi Morita; 森田　直年; Masaaki Nakabayashi; 中林　正明
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-01-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic chuck for reducing the micro current flowing in a semiconductor wafer or the like without damaging its function for fixing and correcting the flatness of the semiconductor wafer or the like. <P>SOLUTION: The electrostatic chuck (1) made by bonding a disk like insualator (7) and a metal base (9) attracts a semiconductor wafer (5) with the side of a chuck surface (3). The insulator (7) having the chuck surface (3) on its surface is a ceramic body including sintered alumina. A volume resistivity of the insulator (7) is more than 1.0 × 10<SP>12</SP>Ωcm and less than 1.0 × 10<SP>15</SP>Ωcm. In using the chuck 1, a voltage of 500 × äLOG(volume resistivity)-11} V or more is applied between both internal electrodes (15) and (17). This attracts the semiconductor wafer 5. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体を製造する際に使用されるドライエッチング装置やイオン注入装置や電子ビーム露光装置などにおいて、半導体ウェハの固定、平面度矯正、搬送用などに用いることができる静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、静電チャックは、例えば半導体製造装置において、被吸着部材である半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）を固定してドライエッチング等の加工を行ったり、半導体ウェハを吸着固定して反りを矯正したり、半導体ウェハを吸着して搬送するなどの目的で使用されている。
【０００３】
この静電チャックに関しては、例えば特開昭６２−９４９５３号公報には、アルミナに所定の遷移金属層を混合し、還元雰囲気で焼成することで、アルミナ単体で静電チャックを製作したときよりも、低い電圧で、より大きな吸着力（チャック力）が得られることが開示されている。
【０００４】
この様に、前記公報の技術において、低い電圧でチャック力が得られるのは、体積固有抵抗が１．０〜１０^８Ω・ｃｍ〜１．０〜１０^１２Ω・ｃｍと、アルミナ単体に比べて小さいために、ジョンソン−ラーベック力が作用することによると考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近の研究により、ジョンソン−ラーベック力を得るために、体積固有抵抗を小さくして、静電チャックの内部電極に電圧を印加すると、その漏れ電流等により、半導体ウェハ内に微小電流が流れ、それによって、半導体ウェハに形成した集積回路に電気的ダメージを与えること（従って素子の不良率が上昇すること）が分かってきた。
【０００６】
特に近年、集積回路の配線幅が０．１３μｍ以下となった場合に、その傾向が顕著である。
ところが、この対策として、微小電流を抑えるために絶縁体の体積固有抵抗を上げると、チャック力が弱くなるため、静電チャックの機能である、半導体ウェハの固定や平面度矯正の機能が損なわれるという問題がある。
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、半導体ウェハ等に流れる微小電流を低減するとともに、静電チャックの機能である、半導体ウェハ等の固定や平面度矯正の機能を損なうことのない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及び発明の効果】
（１）請求項１の発明は、絶縁体の内部に電極を備えた静電チャックに関するものであり、本発明では、絶縁体の体積固有抵抗が、１．０×１０^１２Ω・ｃｍを上回り且つ１．０×１０^１５Ω・ｃｍを下回る範囲であることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、静電チャックの絶縁体の体積固有抵抗が、１．０×１０^１２Ω・ｃｍを上回り且つ１．０×１０^１５Ω・ｃｍを下回る範囲であるので、即ち、従来とは異なる適度な範囲であるので、半導体ウェハ等の被吸着部材に流れる漏れ電流を小さくすることができる。これにより、半導体ウェハ等内に漏れ電流が流れることによる集積回路の電気的ダメージを低減することができるので、素子の不良率が低下するという顕著な効果を奏する。
【００１０】
また、本発明の絶縁体の体積固有抵抗は、従来に比べて過度に大きくはないので、半導体ウェハ等の吸着に必要な大きさのジョンソン−ラーベック力を得ることができる。これにより、半導体ウェハ等を十分な吸着力（チャック力）で吸着できるので、半導体ウェハ等の固定や平面度矯正等の静電チャックの機能を損なうことのないという利点がある。
【００１１】
更に、絶縁体の体積固有抵抗が、本発明の範囲であれば、体積固有抵抗の変化にほぼリニアに適度の大きさでチャック力が変化するので、チャック力の調節が容易であるという効果がある。
つまり、体積固有抵抗が、本発明の範囲より小さい場合には、体積固有抵抗が変化するとチャック力が急激に変化するので、所望のチャック力を生じる絶縁体を製造することが容易でない。一方、体積固有抵抗が、本発明の範囲より大きい場合には、体積固有抵抗が変化してもチャック力があまり変化しないので、この場合も、所望のチャック力を生じる絶縁体を製造することが容易でない。
【００１２】
（２）請求項２の発明では、前記電極に印加する電圧が、５００×｛ＬＯＧ（体積固有抵抗）−１１｝Ｖ以上であることを特徴としている。
本発明は、電極に印加する電圧を例示したものである。
この印加電圧（例えば直流）の範囲であれば、半導体ウェハ等を十分な吸着力で吸着できるので、半導体ウェハ等の固定や平面度矯正等の静電チャックの機能を損なうことがない。また、交流電圧を印加する場合には、その実効電圧が、前記５００×｛ＬＯＧ（体積固有抵抗）−１１｝Ｖ以上であれば良い。
【００１３】
（３）請求項３の発明では、前記静電チャックは、前記絶縁体の内部に一方の電極を備えたモノポーラタイプ、又は、前記絶縁体の内部に一対の電極を備えたバイポーラタイプであることを特徴としている。
本発明は、静電チャックの種類を例示したものであり、本発明は、上述した電極構成を有するする静電チャックに適用することができる。
【００１４】
（４）請求項４の発明では、前記絶縁体は、セラミック材料からなることを特徴としている。
本発明は、絶縁体を構成する材料を例示したものである。
（５）請求項５の発明では、前記絶縁体は、アルミナを主成分とする材料からなることを特徴としている。
【００１５】
本発明は、絶縁体を構成するセラミック材料を例示したものである。
例えばアルミナを主成分とするセラミック原料を還元雰囲気で焼成することで絶縁体が得られるが、このセラミック原料中に、マグネシアとチタニアナの添加物を加えることにより、アルミナの粒子間にマグネシウムアルミニウムチタニウムの層を形成することができる。
【００１６】
尚、前記マグネシウムアルミニウムチタニウムとしては、ＭｇＡｌ_８Ｔｉ_６Ｏ_２５、Ｍｇ_０．３Ａｌ_１．４Ｔｉ_１．３Ｏ_５、Ｍｇ_０．６Ａｌ_０．８Ｔｉ_０．６Ｏ_５等の化合物が挙げられる。
このマグネシウムアルミニウムチタニウムの層は、体積固有抵抗が、１．０×１０^８Ω・ｃｍ〜１．０×１０^１５Ω・ｃｍと、アルミナの体積固有抵抗（１．０×１０^−１６Ω・ｃｍ）に比べて小さいので、アルミナにマグネシウムアルミニウムチタニウムの層を形成することにより、前記請求項１の範囲の体積固有抵抗を有する絶縁体を形成することができる。尚、前記セラミック原料には、必要に応じてシリカ等の焼結助剤を加えてもよい。
【００１７】
また、セラミック焼成時の還元雰囲気としては、Ｎ_２とＨ_２の混合ガスを用いることができるが、Ｎ_２とＨ_２については、Ｎ_２がＨ_２より多いと、絶縁体の体積固有抵抗が大きくなるので、その値を調節することにより、前記請求項１の範囲の体積固有抵抗を有する絶縁体を形成することができる。
【００１８】
例えば体積固有抵抗が１．０×１０^１２Ω・ｃｍを上回る絶縁体を得る場合には、Ｎ_２の割合（体積％）をＨ_２よりも多くする。尚、チタンの量が増加すると体積固有抵抗が低下するので、チタンの量により、体積固有抵抗を調節することも可能である。
【００１９】
この様にして製造された絶縁体を用いた静電チャック（例えばバイポーラタイプ）は、例えば１２インチの静電チャックに１０００Ｖ程度の直流を印加しても、両電極間に流れる電流値は１０μＡ以下であり、半導体ウェハの上に形成したデバイスに悪影響を及ぼすことはない。
【００２０】
尚、この絶縁体の材料としては、アルミナを主成分とし、アルカリ成分が酸化物換算して０．５〜２重量％、チタン又はクロムが酸化物に換算して０．５〜６重量％含まれている材料を採用できる。
（６）請求項６の発明では、更に、ヒータを備えたことを特徴としている。
【００２１】
本発明では、上述した構成に加えて、更に（例えば絶縁体内部に）ヒータを備えているので、静電チャックの加熱（従って半導体ウェハ等の加熱）を行うことができる。
（７）請求項７の発明では、更に、前記電極に電力を供給する電源を備えたことを特徴としている。
【００２２】
本発明では、上述した構成に加えて、更に吸着用電極に電力を供給する電源を備えたものである。尚、更に、前記ヒータに電力を供給する電源を備えていてもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の静電チャックの実施の形態の例（実施例）について説明する。
（実施例１）
ここでは、例えば半導体ウェハを吸着保持できる静電チャックを例に挙げる。
【００２４】
ａ）まず、本実施例の静電チャックの構造について説明する。尚、図１は静電チャックの一部を破断して示す斜視図である、図２は静電チャックの図１におけるＡ−Ａ断面を示す説明図である。
図１に示す様に、本実施例の静電チャック１は、図１の上方の吸着面（チャック面）３側にて半導体ウェハ５を吸着するものであり、（例えば直径３００ｍｍ×厚み３の）円盤状の絶縁体（誘電体）７と、（例えば直径３４０ｍｍ×厚み２０ｍｍの）円盤状の金属ベース９とを、例えばインジウムからなる接合層（図示せず）を介して接合したものである。
【００２５】
前記絶縁体７は、その表面に前記チャック面３を有し、アルミナ質の焼結体からなるセラミック体である。また、前記金属ベース５は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属製であり、絶縁体７の全体を載置するように、絶縁体７より大径とされている。
【００２６】
特に本実施例では、絶縁体７は、その体積固有抵抗は、１．０×１０^１２Ω・ｃｍを上回り且つ１．０×１０^１５Ω・ｃｍを下回る範囲（例えば１．０×１０^１３Ω・ｃｍ）である。
また、図２に示す様に、前記静電チャック１には、絶縁体７のチャック面３から金属ベース９の裏面（ベース面）１１に到るトンネルである冷却用ガス穴１３が複数（例えば６箇所）設けられている。この冷却用ガス穴１３は、チャック面３にて保持された半導体ウェハ５を冷却するために、Ｈｅ等の冷却用ガスを、ベース面１１側からチャック面３側に供給するためのものである。
【００２７】
更に、前記絶縁体７の内部には、一対の内部電極１５、１７が配置されており、各内部電極１５、１７は電源１９に接続されている。
そして、上述した構成の静電チャック１を使用する場合には、電源１９を用いて、両内部電極１５、１７の間に、５００×｛ＬＯＧ（体積固有抵抗）−１１｝Ｖ以上の電圧（例えば３ｋＶの直流電圧）を印加し、これにより、半導体ウェハ５を吸着する静電引力（吸着力）を発生させ、この吸着力を用いて半導体ウェハ５を吸着して固定する。
【００２８】
ｂ）次に、本実施例の静電チャック１の製造方法について、図３に基づいて説明する。
本実施例では、アルミナ粒子間のマグネシウムアルミニウムチタニウムの生成のために添加する添加物は、マグネシアとチタニアである。マグネシアは、酸化物や炭酸塩から任意に選択でき、酸化物に換算して０．５〜２重量％の範囲で添加する。チタニアについても酸化物等任意に選択でき、０．５〜６重量％の範囲で添加する。
【００２９】
また、焼成については、還元雰囲気で行うが、雰囲気中のＮ_２ガスとＨ_２ガスとの混合割合が、絶縁体７の体積固有抵抗を決定する重要な要素になる。
以下、具体的に説明する。
（１）原料としては、主成分であるアルミナ粉末：９２重量％に、ＭｇＯ：１重量％、ＳｉＯ_２：４重量％、ＴｉＯ_２：３重量％を混合して、ボールミルで、５０〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。
【００３０】
（２）次に、この粉末に、メタクリル酸イソブチルエステル：３重量％、ブチルエステル：３重量％、ニトロセルロース：１重量％、ジオクチルフタレート：０．５重量％を加え、更に溶剤として、トリクロール−エチレン、ｎ−ブタノールを加え、ボールミルで混合して、流動性のあるスラリーとする。
【００３１】
（３）次に、このスラリーを、減圧脱泡後平板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させて、厚さ０．８ｍｍの第１〜第６アルミナグリーンシート２１〜３１を形成する。この第１〜第６アルミナグリーンシート２１〜３１には、それぞれ貫通孔３３〜４３を６箇所に開ける。
【００３２】
（４）また、前記アルミナグリーンシート用の原料粉末中にタングステン粉末を混ぜて、前記と同様な方法によりスラリー状にして、メタライズインクとする。
（５）そして、前記第２アルミナグリーンシート２３上に、前記メタライズインクを用いて、通常のスクリーン印刷法により、両内部電極１５、１７の（図の斜線で示す）パターン４５、４７を印刷する。
【００３３】
（６）次に、前記第１〜第６アルミナグリーンシート２１〜３１を、各貫通孔３３〜４３により冷却用ガス穴１３が形成されるように位置合わせして、熱圧着し、全体の厚みを約５ｍｍとした積層シートを形成する。
尚、内部電極１５、１７に関しては、図示しないが、スルーホールにより最下層の第６アルミナグリーンシート３１の裏面に引き出して端子を設ける。
【００３４】
（７）次に、熱圧着した積層シートを、所定の円板形状（例えば８インチサイズの円板形状）にカットする。
（８）次に、カットしたシートを、体積比がＮ_２ガス：Ｈ_２ガス＝２：１の還元雰囲気にて、１４００〜１６００℃にて焼成する。この焼成より、寸法が約２０％小さくなるため、焼成後のセラミック体の厚みは、約４ｍｍとなる。
【００３５】
（９）そして、焼成後に、研磨によって、セラミック体の全厚みを３ｍｍとするとともに、チャック面３の平面度が３０μｍ以下となる加工する。
（１０）次に、端子部にニッケルメッキを施し、更にこのニッケル端子をロー付け又は半田付けして、絶縁体７を完成する。
【００３６】
尚、この絶縁体７は、その後、金属ベース９上に例えばインジウムを用いて接合され、静電チャック１が完成する。
ｃ）次に、本実施例の効果について説明する。
・本実施例では、絶縁体７の体積固有抵抗が、１．０×１０^１２Ω・ｃｍを上回り且つ１．０×１０^１５Ω・ｃｍを下回る適度な範囲であるので、静電チャック１に電圧を印加して半導体ウェハ５を吸着した場合でも、半導体ウェハ５に流れる漏れ電流を小さくすることができる。これにより、半導体ウェハ５内の集積回路の電気的ダメージを低減することができるので、素子の不良率が低下するという顕著な効果を奏する。
【００３７】
また、本実施例では、内部電極１５、１７に印加する電圧が、５００×｛ＬＯＧ（体積固有抵抗）−１１｝Ｖ以上であるので、半導体ウェハ５を十分な吸着力で吸着できる。そのため、半導体ウェハ５の固定や平面度矯正等の静電チャック１の機能を損なうことがないという利点がある。
【００３８】
例えば、１２インチサイズのモノポーラタイプの静電チャック１で、その絶縁層７の体積固有抵抗が、１．０×１０^１２Ω・ｃｍを上回るものの場合に、静電チャック１に印加電圧を５００Ｖとして半導体ウェハ５を吸着すると、半導体ウェハ５を流れる漏れ電流の電流値は１０μＡ以下となる。
【００３９】
従って、漏れ電流が少ないので、半導体ウェハ５に形成したデバイスの破壊を少なくすることができる。また、吸着力（チャック力）に関しても、５０×１０^３Ｎ／ｍ^２以上と大きく、実用に十分に耐えられる。
また、半導体ウェハ５に流れる漏れ電流の電流値を下げて、半導体ウェハ５上のデバイスの破壊を一層効果的に防止するには、体積固有抵抗を１．０〜１０^１４Ω・ｃｍを下回る範囲で上げてもよい。この場合、電流値は０．１μＡと大幅に小さくなるが、チャック力も小さくなるため、印加電圧を上げる必要がある。例えば印加電圧を３０００Ｖにすれば、電流値を０．１μＡで、チャック力は５０×１０^３Ｎ／ｍ^２と実用に耐えられるチャック力が得られる。
【００４０】
・更に、絶縁体７の体積固有抵抗が、上述した範囲であれば、体積固有抵抗の変化にほぼリニアに適度な大きさでチャック力が変化するので、チャック力の調節が容易であるという効果がある。
ｄ）次に、本実施例の効果を確認した実験例について説明する。
【００４１】
前記実施例と同様な方法にて、静電チャック（但し１２インチサイズ）を製造した。尚、ここでは、還元雰囲気を調整して異なる体積固有抵抗の絶縁体を有する静電チャックを製造した。
そして、この静電チャックに、電圧を印加し、その際に半導体ウェハに流れる漏れ電流及び半導体ウェハを吸着するチャック力について調べた。その結果を下記表１に示す。
【００４２】
尚、体積固有抵抗の測定は、ＪＩＳ　ｋ６９１１の方法により行った。漏れ電流の測定は、ＪＩＳ　ｋ６９１１の方法による抵抗を算出する際の電流を測定する方法で行った。
また、チャック力の測定は、静電チャックに３ｋＶの直流電圧を印加し、そのチャック面の中央に半導体ウェハ片（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚み０．６ｍｍ）を吸着した状態で、静かにプッシュプルゲージを引き上げることにより行った。つまり、引き上げる際に、半導体ウェハが静電チャックから離れた時の数値を読み取った。尚、プッシュプルゲージの先端は、半導体ウェハの中心に接合されている。
【００４３】
【表１】

【００４４】
この表１から明らかな様に、本発明の範囲の体積固有抵抗のもの（試料Ｎｏ．１〜３）は、漏れ電流が少なく且つチャック力が十分であり、好適である。
それに対して、比較例のうち、体積固有抵抗が本発明の範囲より小さいもの（試料Ｎｏ．４）は、漏れ電流が大きく、一方、体積固有抵抗が本発明の範囲より大きなもの（試料Ｎｏ．５）は、チャック力が少なく、必ずしも好ましくない。
（実施例２）
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００４５】
本実施例の静電チャックは、前記実施例１とは、ヒータの有無が異なる。
図４に静電チャック５１の断面を示す様に、本実施例の静電チャック５１は、前記実施例１と同様に、絶縁体５３と金属ベース５５とを接合したものであり、その内部には冷却用ガス穴５７と内部電極５９、６１とを備えている。
【００４６】
特に本実施例では、絶縁体５３の内部の金属ベース５５側に、ヒータ６３を備えている。
従って、このヒータ６３によって絶縁体５３を加熱することにより、静電チャック５１に吸着された半導体ウェハを加熱することができる。
【００４７】
これにより、本実施例の静電チャック５１は、半導体ウェハの冷却だけでなくその加熱も可能であり、汎用性が高いという特長を有する。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【００４８】
例えば本発明は、前記実施例１、２の様なバイポーラ型の静電チャックに限らず、モノポーラ型の静電チャックにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の静電チャックを一部破断して示す斜視図である。
【図２】実施例１の静電チャックのＡ−Ａ断面を示す説明図である。
【図３】実施例１の静電チャックを分解して示す説明図である。
【図４】実施例２の静電チャックを示す断面図である。
【符号の説明】
１、５１…静電チャック
３…チャック面
５…半導体ウェハ
７、５３…絶縁体
９、５５…金属ベース
１５、１７、５９、６１…内部電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic chuck that can be used for fixing a semiconductor wafer, correcting flatness, transporting, and the like in, for example, a dry etching apparatus, an ion implantation apparatus, an electron beam exposure apparatus, and the like used when manufacturing a semiconductor. .
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in a semiconductor manufacturing apparatus, an electrostatic chuck fixes a semiconductor wafer (for example, a silicon wafer) as a member to be sucked and performs processing such as dry etching, or fixes a semiconductor wafer by suction and corrects warpage. It is used for the purpose of transporting semiconductor wafers by suction.
[0003]
Regarding this electrostatic chuck, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-94953 discloses that a predetermined transition metal layer is mixed with alumina and fired in a reducing atmosphere, so that an electrostatic chuck made of alumina alone is produced. It is disclosed that a larger suction force (chuck force) can be obtained at a lower voltage.
[0004]
As described above, in the technique of the above-mentioned publication, a chucking force can be obtained at a low voltage because the volume resistivity is 1.0 to 10 ⁸ Ω · cm to 1.0 to 10 ¹² Ω · cm, which is lower than that of alumina alone. Is considered to be due to the action of the Johnson-Rahbek force.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to recent research, when a voltage is applied to the internal electrode of an electrostatic chuck with a low volume resistivity in order to obtain the Johnson-Rahbek force, a minute current flows in the semiconductor wafer due to a leakage current or the like. It has been found that this causes electrical damage to the integrated circuit formed on the semiconductor wafer (thus increasing the defect rate of the element).
[0006]
In particular, in recent years, when the wiring width of the integrated circuit becomes 0.13 μm or less, the tendency is remarkable.
However, as a countermeasure, if the volume resistivity of the insulator is increased to suppress the minute current, the chucking force is weakened, and the function of the electrostatic chuck, that is, the function of fixing the semiconductor wafer and correcting the flatness is impaired. There is a problem.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to reduce a minute current flowing in a semiconductor wafer or the like, and to fix and flatten a semiconductor wafer or the like, which are functions of an electrostatic chuck. It is an object of the present invention to provide an electrostatic chuck that does not impair the function of (1).
[0008]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
(1) The invention of claim 1 relates to an electrostatic chuck having an electrode inside an insulator, and in the present invention, the volume resistivity of the insulator exceeds 1.0 × 10 ¹² Ω · cm. In addition, the range is less than 1.0 × 10 ¹⁵ Ω · cm.
[0009]
In the present invention, the volume resistivity of the insulator of the electrostatic chuck is in the range of more than 1.0 × 10 ¹² Ω · cm and less than 1.0 × 10 ¹⁵ Ω · cm, that is, different from the conventional one. Since it is in an appropriate range, it is possible to reduce a leakage current flowing through a member to be attracted such as a semiconductor wafer. As a result, electrical damage to the integrated circuit due to the flow of leakage current in the semiconductor wafer or the like can be reduced, so that a remarkable effect of reducing the defective rate of elements can be obtained.
[0010]
Further, since the volume resistivity of the insulator of the present invention is not excessively large as compared with the conventional one, it is possible to obtain a Johnson-Rahbek force of a magnitude necessary for attracting a semiconductor wafer or the like. Thereby, since the semiconductor wafer or the like can be suctioned with a sufficient suction force (chuck force), there is an advantage that functions of the electrostatic chuck such as fixing of the semiconductor wafer or the like and correction of flatness are not impaired.
[0011]
Furthermore, if the volume resistivity of the insulator is within the range of the present invention, the chuck force changes with an appropriate magnitude almost linearly to the change of the volume resistivity, so that there is an effect that the adjustment of the chuck force is easy. is there.
That is, when the volume resistivity is smaller than the range of the present invention, the chucking force changes rapidly when the volume resistivity changes, so that it is not easy to manufacture an insulator that generates a desired chucking force. On the other hand, when the volume resistivity is larger than the range of the present invention, even if the volume resistivity changes, the chucking force does not change so much. Not easy.
[0012]
(2) The invention according to claim 2 is characterized in that the voltage applied to the electrode is not less than 500 × {LOG (volume resistivity) -11} V.
The present invention exemplifies the voltage applied to the electrode.
In the range of the applied voltage (for example, direct current), a semiconductor wafer or the like can be suctioned with a sufficient suction force, so that functions of the electrostatic chuck such as fixing of the semiconductor wafer or the like and correction of flatness are not impaired. When an AC voltage is applied, the effective voltage may be 500 × {LOG (volume resistivity) −11} V or more.
[0013]
(3) In the invention according to claim 3, the electrostatic chuck is a monopolar type having one electrode inside the insulator or a bipolar type having a pair of electrodes inside the insulator. It is characterized by.
The present invention exemplifies the types of the electrostatic chuck, and the present invention can be applied to an electrostatic chuck having the above-described electrode configuration.
[0014]
(4) The invention according to claim 4 is characterized in that the insulator is made of a ceramic material.
The present invention exemplifies the material constituting the insulator.
(5) The invention according to claim 5 is characterized in that the insulator is made of a material containing alumina as a main component.
[0015]
The present invention exemplifies a ceramic material constituting an insulator.
For example, an insulator can be obtained by firing a ceramic material containing alumina as a main component in a reducing atmosphere.In this ceramic material, by adding an additive of magnesia and titania, magnesium aluminum titanium is added between alumina particles. Layers can be formed.
[0016]
Examples of the magnesium aluminum titanium include compounds such as MgAl ₈ Ti ₆ O ₂₅ , Mg _0.3 Al _1.4 Ti _1.3 O ₅ , and Mg _0.6 Al _0.8 Ti _0.6 O _5. Can be
The layer of magnesium aluminum titanium has a volume resistivity of 1.0 × 10 ⁸ Ω · cm to 1.0 × 10 ¹⁵ Ω · cm, and a volume resistivity of alumina (1.0 × 10 ⁻¹⁶ Ω · cm). Therefore, by forming a layer of magnesium aluminum titanium on alumina, it is possible to form an insulator having a volume resistivity in the range of claim 1. Incidentally, a sintering aid such as silica may be added to the ceramic raw material as needed.
[0017]
Further, the reducing atmosphere at the time of fired ceramics, may be used a mixed gas of N ₂ and H _2, for N ₂ and H _2, the N ₂ is more than H _2, the volume resistivity of the insulator Since the value increases, an insulator having a volume resistivity in the range of claim 1 can be formed by adjusting the value.
[0018]
For example, to obtain an insulator having a volume resistivity of more than 1.0 × 10 ¹² Ω · cm, the proportion (volume%) of N ₂ is set to be larger than that of H ₂ . Since the volume resistivity decreases as the amount of titanium increases, it is also possible to adjust the volume resistivity according to the amount of titanium.
[0019]
In an electrostatic chuck (for example, a bipolar type) using an insulator manufactured in this way, even if a DC voltage of about 1000 V is applied to a 12-inch electrostatic chuck, for example, the current flowing between both electrodes is 10 μA or less. This does not adversely affect devices formed on the semiconductor wafer.
[0020]
As a material of the insulator, alumina is a main component, an alkali component is 0.5 to 2% by weight in terms of oxide, and titanium or chromium is 0.5 to 6% by weight in terms of oxide. Can be used.
(6) The invention according to claim 6 is characterized by further comprising a heater.
[0021]
In the present invention, in addition to the above-described configuration, a heater (for example, inside the insulator) is further provided, so that the electrostatic chuck can be heated (therefore, the semiconductor wafer or the like can be heated).
(7) The invention according to claim 7 is characterized by further comprising a power supply for supplying power to the electrodes.
[0022]
In the present invention, in addition to the above-described configuration, a power supply for supplying power to the suction electrode is further provided. In addition, a power supply for supplying power to the heater may be further provided.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example (example) of an embodiment of the electrostatic chuck of the present invention will be described.
(Example 1)
Here, for example, an electrostatic chuck capable of holding a semiconductor wafer by suction will be described as an example.
[0024]
a) First, the structure of the electrostatic chuck of the present embodiment will be described. FIG. 1 is a perspective view showing a part of the electrostatic chuck in a cutaway manner. FIG. 2 is an explanatory view showing a cross section of the electrostatic chuck taken along line AA in FIG.
As shown in FIG. 1, the electrostatic chuck 1 of the present embodiment suctions the semiconductor wafer 5 on the suction surface (chuck surface) 3 side in FIG. 1 (for example, a diameter of 300 mm × thickness 3). 1.) A disk-shaped insulator (dielectric) 7 and a disk-shaped metal base 9 (for example, having a diameter of 340 mm × a thickness of 20 mm) are bonded via a bonding layer (not shown) made of, for example, indium. .
[0025]
The insulator 7 is a ceramic body having the chuck surface 3 on its surface and made of an alumina sintered body. Further, the metal base 5 is made of a metal made of, for example, aluminum or an aluminum alloy, and has a larger diameter than the insulator 7 so that the entire insulator 7 is placed.
[0026]
In particular, in the present embodiment, the insulator 7 has a volume resistivity of more than 1.0 × 10 ¹² Ω · cm and less than 1.0 × 10 ¹⁵ Ω · cm (for example, 1.0 × 10 ¹³ Ω · cm). · Cm).
As shown in FIG. 2, the electrostatic chuck 1 has a plurality of cooling gas holes 13 (for example, tunnels) extending from the chuck surface 3 of the insulator 7 to the back surface (base surface) 11 of the metal base 9. 6 locations). The cooling gas holes 13 are for supplying a cooling gas such as He from the base surface 11 side to the chuck surface 3 side in order to cool the semiconductor wafer 5 held on the chuck surface 3. .
[0027]
Further, a pair of internal electrodes 15 and 17 are arranged inside the insulator 7, and each of the internal electrodes 15 and 17 is connected to a power supply 19.
When the electrostatic chuck 1 having the above-described configuration is used, a voltage of 500 × {LOG (volume resistivity) −11} V or more is applied between the internal electrodes 15 and 17 using the power supply 19. For example, a DC voltage of 3 kV) is applied, thereby generating an electrostatic attraction (attraction force) for attracting the semiconductor wafer 5 and using the attraction force to attract and fix the semiconductor wafer 5.
[0028]
b) Next, a method for manufacturing the electrostatic chuck 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
In this embodiment, the additives added for the production of magnesium aluminum titanium between the alumina particles are magnesia and titania. Magnesia can be arbitrarily selected from oxides and carbonates, and is added in the range of 0.5 to 2% by weight in terms of oxides. Titania can also be arbitrarily selected from oxides and the like, and is added in the range of 0.5 to 6% by weight.
[0029]
The firing is performed in a reducing atmosphere. The mixing ratio of the N ₂ gas and the H ₂ gas in the atmosphere is an important factor for determining the volume resistivity of the insulator 7.
Hereinafter, a specific description will be given.
(1) alumina powder as a raw material, a main component: 92 wt%, MgO: 1 wt%, _SiO 2: 4% by weight, _TiO 2: a mixture of 3% by weight, a ball mill, 50-80 hours After wet pulverization, dehydrate and dry.
[0030]
(2) Next, to this powder were added 3% by weight of isobutyl methacrylate, 3% by weight of butyl ester, 1% by weight of nitrocellulose, and 0.5% by weight of dioctyl phthalate. -Add ethylene and n-butanol and mix with a ball mill to form a fluid slurry.
[0031]
(3) Next, the slurry is defoamed under reduced pressure, poured out into a flat plate shape, gradually cooled, and the solvent is diffused to form first to sixth alumina green sheets 21 to 31 having a thickness of 0.8 mm. . The first to sixth alumina green sheets 21 to 31 are provided with through holes 33 to 43 at six locations.
[0032]
(4) Tungsten powder is mixed with the raw material powder for the alumina green sheet to form a slurry by the same method as described above to obtain a metallized ink.
(5) Then, patterns 45 and 47 (shown by oblique lines in the drawing) of both internal electrodes 15 and 17 are printed on the second alumina green sheet 23 by using the metallized ink by a normal screen printing method. .
[0033]
(6) Next, the first to sixth alumina green sheets 21 to 31 are positioned such that the cooling gas holes 13 are formed by the respective through holes 33 to 43, and are thermocompression-bonded to each other. Of about 5 mm is formed.
Although not shown, the internal electrodes 15 and 17 are provided on the back surface of the lowermost sixth alumina green sheet 31 through through holes to provide terminals.
[0034]
(7) Next, the thermocompression-bonded laminated sheet is cut into a predetermined disc shape (for example, an 8-inch disc shape).
(8) Next, the cut sheet is fired at 1400 to 1600 ° C. in a reducing atmosphere having a volume ratio of N ₂ gas: H ₂ gas = 2: 1. Since the size is reduced by about 20% from the firing, the thickness of the fired ceramic body is about 4 mm.
[0035]
(9) Then, after firing, the entire thickness of the ceramic body is reduced to 3 mm by polishing, and the flatness of the chuck surface 3 is reduced to 30 μm or less.
(10) Next, nickel plating is applied to the terminal portion, and the nickel terminal is brazed or soldered to complete the insulator 7.
[0036]
The insulator 7 is thereafter bonded onto the metal base 9 using, for example, indium, and the electrostatic chuck 1 is completed.
c) Next, the effect of the present embodiment will be described.
In the present embodiment, since the volume resistivity of the insulator 7 is in an appropriate range of more than 1.0 × 10 ¹² Ω · cm and less than 1.0 × 10 ¹⁵ Ω · cm, the electrostatic chuck 1 Even when the semiconductor wafer 5 is attracted by applying a voltage, the leakage current flowing through the semiconductor wafer 5 can be reduced. As a result, electrical damage to the integrated circuits in the semiconductor wafer 5 can be reduced, so that a remarkable effect that the defective rate of elements is reduced is achieved.
[0037]
Further, in this embodiment, since the voltage applied to the internal electrodes 15 and 17 is equal to or more than 500 × {LOG (volume resistivity) -11} V, the semiconductor wafer 5 can be suctioned with a sufficient suction force. Therefore, there is an advantage that functions of the electrostatic chuck 1 such as fixing the semiconductor wafer 5 and correcting flatness are not impaired.
[0038]
For example, in the case of a 12-inch monopolar type electrostatic chuck 1 in which the volume resistivity of the insulating layer 7 exceeds 1.0 × 10 ¹² Ω · cm, the voltage applied to the electrostatic chuck 1 is set to 500V. When the semiconductor wafer 5 is sucked, the value of the leakage current flowing through the semiconductor wafer 5 becomes 10 μA or less.
[0039]
Therefore, since the leakage current is small, the destruction of the device formed on the semiconductor wafer 5 can be reduced. In addition, the chucking force (chuck force) is as large as 50 × 10 ³ N / m ² or more, so that it can sufficiently withstand practical use.
Further, in order to lower the value of the leakage current flowing through the semiconductor wafer 5 and more effectively prevent the destruction of devices on the semiconductor wafer 5, the volume resistivity is set to a value less than 1.0 to 10 ¹⁴ Ω · cm. May be raised. In this case, the current value is as small as 0.1 μA, but the chucking force is also small, so it is necessary to increase the applied voltage. For example, if the applied voltage is 3000 V, the chucking force is 50 × 10 ³ N / m ² at a current value of 0.1 μA and a chucking force that can be practically used is obtained.
[0040]
Furthermore, if the volume resistivity of the insulator 7 is within the above-mentioned range, the chuck force changes with an appropriate magnitude almost linearly to the change of the volume resistivity, so that the adjustment of the chuck force is easy. There is.
d) Next, an experimental example in which the effect of the present embodiment has been confirmed will be described.
[0041]
An electrostatic chuck (12 inch size) was manufactured in the same manner as in the above embodiment. Here, an electrostatic chuck having insulators with different volume specific resistances was manufactured by adjusting the reducing atmosphere.
Then, a voltage was applied to this electrostatic chuck, and at that time, a leakage current flowing through the semiconductor wafer and a chucking force for attracting the semiconductor wafer were examined. The results are shown in Table 1 below.
[0042]
The measurement of the volume resistivity was performed according to the method of JIS k6911. The measurement of the leakage current was performed by a method of measuring the current when calculating the resistance according to the method of JIS k6911.
The chuck force is measured by applying a DC voltage of 3 kV to the electrostatic chuck and gently pushing the semiconductor wafer piece (30 mm long × 30 mm wide × 0.6 mm thick) at the center of the chuck surface. This was performed by raising the pull gauge. That is, when the semiconductor wafer was lifted, the numerical value when the semiconductor wafer was separated from the electrostatic chuck was read. Note that the tip of the push-pull gauge is joined to the center of the semiconductor wafer.
[0043]
[Table 1]

[0044]
As is evident from Table 1, those having a volume resistivity within the range of the present invention (samples Nos. 1 to 3) have a small leakage current and a sufficient chucking force and are suitable.
On the other hand, among the comparative examples, those having a volume specific resistance smaller than the range of the present invention (Sample No. 4) have a large leakage current, while those having a volume specific resistance larger than the range of the present invention (Sample No. 4). 5) has a small chucking force and is not always preferred.
(Example 2)
Next, a second embodiment will be described, but the description of the same parts as in the first embodiment will be omitted.
[0045]
The electrostatic chuck of the present embodiment is different from Embodiment 1 in the presence or absence of a heater.
As shown in a cross section of the electrostatic chuck 51 in FIG. 4, the electrostatic chuck 51 of the present embodiment is obtained by joining an insulator 53 and a metal base 55 similarly to the first embodiment. Has a cooling gas hole 57 and internal electrodes 59 and 61.
[0046]
In particular, in this embodiment, a heater 63 is provided inside the insulator 53 on the side of the metal base 55.
Therefore, by heating the insulator 53 by the heater 63, the semiconductor wafer sucked by the electrostatic chuck 51 can be heated.
[0047]
Thus, the electrostatic chuck 51 of the present embodiment is capable of not only cooling the semiconductor wafer but also heating it, and has a feature of high versatility.
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment at all, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.
[0048]
For example, the present invention can be applied not only to the bipolar electrostatic chuck as in the first and second embodiments, but also to a monopolar electrostatic chuck.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an electrostatic chuck according to a first embodiment with a part cut away.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an AA cross section of the electrostatic chuck according to the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory view showing the electrostatic chuck according to the first embodiment in an exploded manner.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an electrostatic chuck according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
1, 51 electrostatic chuck 3 chuck surface 5

semiconductor wafer

7, 53 insulator 9, 55

metal base

15, 17, 59, 61 internal electrode

Claims

In an electrostatic chuck having electrodes inside an insulator,
An electrostatic chuck, wherein the volume resistivity of the insulator is in a range of more than 1.0 × 10 ¹² Ω · cm and less than 1.0 × 10 ¹⁵ Ω · cm.

2. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein a voltage applied to the electrode is 500 × {LOG (volume resistivity) −11} V or more. 3.

The said electrostatic chuck is a monopolar type provided with one electrode inside the said insulator, or a bipolar type provided with a pair of electrodes inside the said insulator, The said Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. 3. The electrostatic chuck according to claim 1.

The electrostatic chuck according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulator is made of a ceramic material.

The electrostatic chuck according to claim 4, wherein the insulator is made of a material containing alumina as a main component.

The electrostatic chuck according to claim 1, further comprising a heater.

The electrostatic chuck according to claim 1, further comprising a power supply that supplies power to the electrodes.