JP2004031599A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

【課題】液晶ガラス、ＳＯＳ（シリコンオンサファイア）、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）等の絶縁性をもつ被吸着物を高い吸着力で保持できる静電チャックを提供する。
【解決手段】絶縁性基板３の一方の主面に静電電極２を備え、他方の主面に前記静電電極２へ通電する給電端子６を備えて静電チャック１を構成する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ガラス基板製造装置や、半導体製造装置等において、導体膜を備えたガラス基板やＳＯＳ（シリコンオンサファイア）、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）等の絶縁性基板を静電気力で吸着し保持する静電チャックに関するものであって、特に、液晶注入、イオン注入、エッチング、ＣＶＤ、スパッタ工程に使用される静電チャックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ガラス基板製造装置等において、上面に導電性の膜を備えたガラス基板や、ＳＯＳやＳＯＩ等の導体層を備えた絶縁性基板からなるウエハ（以下ウエハＷと略す）を固定・搬送するには、これまでクランプリングや真空吸着装置が採用されていた。しかしながら、ウェハＷの大型化やスループットの向上に伴い、半導体ウェハの固定に用いられている静電チャックの採用が検討されている。
【０００３】
例えば、特開平１０−３２２３９公報に記載の双極型の静電チャックを図６に示す。この静電チャック１０は、円板状の絶縁性基板１１の内部に円を２分割にした静電電極１２を埋設し、静電電極１２の表面には表面絶縁層１１ａが形成され、前記絶縁性基板１１の上面を半導体ウェハ１７を載せる載置面１１ｂとし、載置面１１ｂに半導体ウェハ１７を載せ、静電電極１２に電源１５より電圧を印加し、半導体ウェハを吸着している。
【０００４】
このような静電チャック１０は、絶縁性基板１１に静電電極１２を埋設した構造となっており、その吸着力Ｆは、
Ｆ＝（Ｓ／２）×ε０×εｒ×（Ｖ／ｄ）^２
で示される。
【０００５】
尚、Ｓは静電電極の面積、ε０は真空中の誘電率、εｒは絶縁層１１ａの比誘電率、Ｖは印加電圧、ｄは絶縁層１１ａの厚みである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示すようにＳＯＳ、ＳＯＩ基板のような絶縁性基板Ｓ上に導体膜Ｃを備えたウェハＷを図６の従来の静電チャック１０で吸着すると、図７に示すように実質的な絶縁層厚みｄは静電チャックの絶縁層厚みｄ２とウェハＷの絶縁基板Ｓの厚みｄ１を加えた値となり、吸着力Ｆｓは、
Ｆｓ＝（Ｓ／２）×ε０×εｒ×（（Ｖ／（ｄ１＋ｄ２））^２
で表されることとなり、このＦｓは上記Ｆより非常に小さくなるという問題があった。
【０００７】
また、真空中で、これらのウェハＷを大きな静電吸着力で吸着することができないことから、ウェハＷを加工処理する間にウェハＷが載置面１１ｂからズレてしまい、ウェハＷを高精度に加工処理する事ができない虞があった。
【０００８】
また、載置面１１ｂにウェハＷを吸着させても、載置面１１ｂに倣ってウェハＷを平坦にできない虞があった。
【０００９】
更に、ウェハＷと載置面１１ｂが接触すると載置面１１ｂからパーティクルが発生する虞があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、絶縁性基板の一方の主面に静電電極を備え、他方の主面に前記静電電極へ通電する給電端子を備えて市電チャックを構成したことを特徴とする。
【００１１】
また、前記絶縁性基板をセラミックスとし、更に、前記静電電極がタングステンカーバイド或いはタングステンを主成分とし、微量成分として前記セラミックス成分を含むことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る静電チャック１の例を示す斜視図である。又、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【００１４】
本発明の静電チャック１は、絶縁性基板３の上面に一対の静電電極２を備え、他方の主面３ｂに前記静電電極２に通電する給電端子６を備えている。この静電電極２上は載置面３ａに露出しし、その上に絶縁層は存在していない。
【００１５】
図３は静電チャック１にウェハＷを載せた断面図を示す。ウェハＷは、ガラスやサファイヤ等からなる厚みｄ１の絶縁基板Ｓの上面に導電性の膜Ｃを備えている。
【００１６】
そして、静電チャック１の上面にウェハＷを載せ、一対の静電電極２間に電圧Ｖを印加すると、静電電極２とウェハＷ上面の導電性の膜Ｃの間で静電吸着力が発生し、ウェハＷを載置面２ａに吸着させることができる。この時の静電吸着力Ｆ１は、
Ｆ１＝（Ｓ／２）×ε０×εｓ×（Ｖ／ｄ１）^２
で示すことができる。
【００１７】
尚、Ｓは静電電極の面積を示し、εｓは絶縁基板Ｓの比誘電率を示す。また、ｄ１は絶縁基板Ｓの厚みを示す。
【００１８】
このように、本発明の静電チャック１は静電電極２の上に絶縁層が存在しないため、静電吸着力Ｆ１が前記の静電吸着力Ｆｓと比べて大きく、ウェハＷを強固に吸着することができることが判る。特に、本発明の静電チャック１の静電吸着力Ｆ１は、ウェハＷの絶縁基板Ｓの比誘電率ε１が大きいほど、また、絶縁性基板Ｓの厚みｄ１が小さい程大きくなり、従来の静電チャックでは得られない吸着力を得る事ができる。
【００１９】
図４は、前記静電電極２の他の実施形態を示す。静電電極２は、絶縁性基板３の上面に、一対の櫛歯状に形成され、外部電源７より直流電圧を印加しウェハＷを吸着することができる。さらに他の実施形態を図５に示すように、静電電極２を４分割した形状とし、電源７からそれぞれ交互に＋電圧と−電圧を印加することもできる。
【００２０】
また、以上の実施形態では一対の静電電極２を備えた双極型の静電チャックについてのみ述べたが、一つの静電電極２を備え、ウェハＷとの間に電圧を印加するようにした単極型の静電チャックにも同様に本発明を適用することができる。
【００２１】
また、絶縁性基板３の材料としては、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂やフッ素樹脂等の樹脂製の絶縁性基板や、酸化物セラミックスや窒化物セラミックスを使えるが、特に、本発明の静電チャック１は、絶縁性基板３の材質がセラミックスであることが好ましい。
【００２２】
絶縁性基板としてのセラミックは、剛性が３００ＧＰａ以上と大きく、ウェハＷを載置面３ａに大きな静電吸着力で吸着させた際に、載置面３ａを支える絶縁性基板３がウェハＷに倣って変形することがない。従って、逆にウェハＷの微妙な反りを載置面３ａの平坦度に倣わせることで、ウェハＷの平坦度を矯正することができ、ウェハＷに精密な精度で加工処理をすることが可能となり好ましい。つまり、ウェハＷの表面に形成される素子の微細な配線パターンを高精度に加工処理するには、ウェハＷの微妙な反りや変形を矯正することが必要であり、より具体的には、静電電極２をセラミックス製の絶縁性基板３に強固に固定し、載置面３ａの平坦度を５μｍ程度に仕上げることで、ウェハＷを大きな力で載置面２ａ上に吸着した際に、ウェハＷを載置面２ａに倣わせることが可能となりウェハＷを精度良く平坦に保持することができる。
【００２３】
絶縁性基板３として用いるセラミックスは、ウェハＷに対して汚染が少ないアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化ホウ素（ＢＮ）、シリカ（ＳｉＯ_２）等を主成分とするものが好ましく、さらに好ましくは、熱伝導率が大きく、半導体製造装置用静電チャックとして多用されている窒化アルミニウムセラミックスがある。
【００２４】
さらに、本発明の静電チャック１の表面に形成される静電電極２の材質としては、セラミックスからなる絶縁性基板３の上面に容易に導電性の膜を形成できる点から、一般的なＴｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｗ、ＷＣ等の材料が使用できる。
【００２５】
本発明の静電チャック１は、従来の静電チャック１０と異なり静電電極２の上面である載置面２ａがウェハＷと直接接触し、且つ、ウェハＷを静電吸着したり離脱する操作によって載置面２ａにはウェハＷの処理枚数に応じて、繰り返し応力が作用する。この繰り返し応力は、静電電極２と絶縁性基板３の間に作用し、絶縁性基板３であるセラミックの表面から静電電極２を引き剥がし、静電電極２を脱落させたり、静電電極２の結晶粒子が磨耗したり脱粒する恐れがある。
【００２６】
そこで、ウェハＷの熱膨張係数に近いアルミナや窒化物セラミックスからなる絶縁性基板３の上面に、耐磨耗性の大きなタングステンカーバイド（ＷＣ）やタングステン（Ｗ）を主成分とし、微量成分として前記セラミックス成分を含む静電電極２を備えることが好ましい。
【００２７】
絶縁性基板３と静電電極２の密着性を高めるには、上記ＷＣやＷからなる粒子を絶縁性基板３を構成するセラミックを介在させ固定し、絶縁性基板３を構成するセラミックスと静電電極２の内部のセラミックス成分とを同じセラミックスとすることで、絶縁性基板３に静電電極２を強固に密着させることができる事を見いだした。
【００２８】
尚、Ｗ、ＷＣに含まれるセラミックス成分の含有量は１〜２０重量％が好ましい。これは、１重量％未満では絶縁性基板３と静電電極２との密着性が小さくなり、２０重量％を越えると静電電極２の導電率が小さくなるためである。更に好ましくは３〜１０重量％である。
【００２９】
また、静電電極２を構成するＷＣやＷの粒径は１０μｍ以下が好ましく、更に好ましくは５μｍ以下である。粒径１０μｍ以下とすることによりセラミックス製の絶縁性基板３と同時に焼結させることが可能であり、静電電極２を緻密に焼結することができることから静電電極２の上面を載置面２ａとしてもＷＣやＷの粒子が磨耗したり脱落する虞が小さいからである。
【００３０】
又、静電電極２の厚みは、１００μｍ以下であることが好ましい。これは、静電電極２の密着性を高める為に絶縁性基板を構成するセラミックス材料を介在させることによって、密着性は高まるものの、本来、熱膨張率の違う材料である為、静電電極２の厚みを厚くすると熱膨張差による応力が高くなり、１００μｍを越えて厚くなると静電電極が剥がれる虞が高くなるためである。静電電極２に対しては、数ｍアンペア程度の微弱な電流しか流れない為、電気的な導通があればよく、厚みを厚くする必要はない。１００μｍ以下であれば静電電極としての機能に影響はない。
【００３１】
さらに、静電電極２の載置面２ａの表面粗さは、算術平均粗さＲａで１μｍ以下、好ましくは０．４μｍ以下とすることが好ましい。表面が粗いと吸着した際に、ウエハーＷとの擦れによってパーティクルが多量に発生したり、又ＷＣやＷの粒子が摩耗したり脱落する虞があるからである。表面粗さが良好であるとこの擦れによる摩擦抵抗が減少する。
【００３２】
なお、本発明における静電電極２の形成方法としては、同時に焼結する静電電極２の形成方法だけでなく、セラミックス焼結体基板である絶縁性基板３の表面に、直接スパッタリングやＣＶＤ法により数μｍ〜５０μｍ程度のＷ、ＷＣ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｍｏ等の金属の薄膜電極を形成する方法を用いても良い。この製法により作製した静電チャック１は、絶縁性基板３と静電電極２の熱膨張差により発生する応力により静電電極２膜の剥離や、絶縁性基板３が変形する場合があることから、前述のようなＷ、ＷＣを主成分とした静電電極２とセラミックス製の絶縁性基板３を同時に焼結することが好ましい。
【００３３】
静電電極２に吸着電圧を印加する給電端子６は、絶縁性基板３の他方に主面に取り付けられ、静電電極２と接続する方法として、絶縁性基板３の載置面３ａと反対側の面の近くに埋設したビアホールを貫通する孔を設け、この孔の内面にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉの合金等を真空中でメタライズした後、Ａｇ−Ｃｕ等のロー材を用いて給電端子６をロー付けする事によって得る事ができる。ここで、ロー付けの方法としてＡｇ−Ｃｕのロー剤について説明したが、ロー剤としては、融点の低いＡｌロー剤等を用いても良い。また、給電端子を取りつける方法については、ロー付け方法だけでなく導電性の接着剤を用いて導通と固定を同時に行う構造とすることもできる。また、絶縁性基板３に機械的にネジ加工し、このネジ部で露出した静電電極２との導通と固定を行うこともできる。
【００３４】
尚、本発明は、絶縁性基板３に抵抗発熱電極や高周波印加電極を埋設した静電チャックにおいても適用できることは言うまでもない。
【００３５】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示す。
【００３６】
平均粒径約１μｍの純度９９％の窒化アルミニウム原料粉末と有機バインダーと溶媒を加えて泥奬を作製し、ドクターブレード法により厚さ約０．５ｍｍのグリーンシートを複数枚成形した。
【００３７】
また、静電電極２用のペーストとして、純度９９％以上、平均粒径約２．５μｍのＷ、及びＷＣのそれぞれの原料粉末と上記のＡｌＮ原料粉末５重量％を有機バインダーとともに混練し作製した。また、静電電極２として、ペーストは、Ｔｉを主成分としたものと、ＡｌＮ原料粉末を添加していないペーストを準備した。このそれぞれのペーストをグリーンシート上にスクリーン印刷法にて四角形状の静電電極を印刷した。
【００３８】
この静電電極を印刷したグリーンシートが最上面となるように複数枚のグリーンシートを重ねて所定の厚みに積層し積層体を作製した。作製した積層体を５０℃、４９００Ｐａの圧力で熱圧着し、グリーンシート間の密着性を高めた。そして、積層体を切削加工により円板状に加工した後、該円板状の積層体を真空脱脂した。そして、窒素雰囲気下において２０００℃で焼成する事により静電電極が露出した静電チャック１を作製した。
【００３９】
比較例として、載置面の表面から深さ２００μｍのところにＷを主成分とする静電電極が埋設されるように積層した積層体を同様に作製し、内部に静電電極を備えた静電チャックを作製した。
【００４０】
これらの静電チャックを厚み２ｍｍに機械加工し、吸着面をＲａ０．１μｍとした後、さらにＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ロー材を用いて真空中約８００℃で電圧印可用の給電端子をロー付けした。なお、静電チャックの外寸法は、２００ｍｍ角とした。
【００４１】
これらの静電チャックに対し、静電吸着力、及びウェハＷを吸着させた時に発生するウェハＷの裏面のパーティクル数を測定した。
【００４２】
先ず、静電吸着力の測定方法について説明する。真空チャンバー内に設置したロードセルの先端に金属製のワイヤーを介して測定用ウェハを取り付けた。このウェハは、１００ｍｍ角の板状で、継ぎ手を備えた固定ジグに機械的に固定した。ワイヤーはロードセルを介してモータで巻き上げることができ、ワイヤーの巻き上げ力によって測定用ウェハが引き剥がされた時のロードセルの読みとり値を吸着力とした。この吸着力を測定用ウェハの面積で除した数値を静電吸着力とした。
【００４３】
この静電吸着力測定装置を使って給電端子に２ｋＶの電圧を印加した時の静電吸着力を比較した。
【００４４】
尚、厚みが０．７ｍｍの液晶用ガラス基板で吸着面の反対の面に１μｍのＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）の導体膜を備えた測定用ウェハを用い測定した。
【００４５】
次に、大きさ８インチ角のウェハＷを吸着させ、ウェハＷを１０、１００、１０００枚処理した後に、ウェハＷの裏面のパーティクル数をパーティクルカウンター（ＴＥＮＫＯＲ社製：機種ＳＰ１）にてに測定し、パーティクル数を比較し、０．３μｍ以上のパーティクルをカウントした。
【００４６】
これらの試験結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】

【００４８】
従来の載置面に絶縁膜を有する静電チャックである試料Ｎｏ．１，２は、液晶ガラス基板を吸着する静電吸着力が、それぞれ３５、４５Ｐａと小さかった。この静電吸着力は、ガラス基板からなるウェハＷを搬送・反転するに必要な静電吸着力である５０Ｐａ以下であり使用できなかった。
【００４９】
一方、本発明の静電チャック１である試料Ｎｏ．３〜５は、それぞれ、２００、３００Ｐａと大きな静電吸着力を示した。
【００５０】
従って、本発明の静電チャックは、絶縁性基板の一方の主面に静電電極を備えた静電チャックは吸着力が大きくウェハＷを吸着する静電チャックとして使用できることが分った。
【００５１】
又、ウェハＷを１０枚、１００枚、１０００枚吸着処理した後にウェハＷの裏面のパーティクル数を測定した。その結果、ＷやＷＣにＡｌＮを添加した静電電極を備えた試料Ｎｏ．３、４、５の静電チャックは、Ｔｉを静電電極とした試料Ｎｏ．６の静電チャックや、Ｗからなる静電電極に、絶縁性基板の成分と同じセラミック成分を含まない試料Ｎｏ．７の静電チャックよりもパーティクル数が１０００ヶ以下と極端に少なく、ウェハＷを１，０００枚処理した後のパーティクル数は通常のウェハ加工処理装置に要求される３０００ヶ以下と好ましい結果であった。
【００５２】
以上の結果から、静電電極がＷ，ＷＣを主成分とし、且つ静電電極に絶縁性基板と同一のセラミックス成分を含む静電チャックは、繰り返しの静電吸着や離脱による脱粒や磨耗によるパーティクルの発生が少なく好ましいことが確認できた。
【００５３】
よって、本発明によれば、液晶ガラス、ＳＯＳ、ＳＯＩ等の絶縁性をもつ被吸着物を高い吸着力で保持できる静電チャックを提供できる。
【００５４】
なお、上記については、２分割の静電電極をもつ双極型の静電チャックについて述べたが、単極型の静電チャックについても被吸着物の上面の導体膜と静電電極との間に静電吸着電圧を印可すれば、同様に高い吸着力を得ることができることは言うまでもない。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、絶縁性基板の一方の主面に静電電極を備え、他方の主面に前記静電電極へ通電する給電端子を備えて静電チャックを構成することにより、導電性膜を備えた絶縁基板からなるウェハを強固に吸着できる。
【００５６】
更に、前記絶縁性基板をセラミックスで形成すると、ウェハを吸着した際にウェハの平坦度を小さくできる。
【００５７】
また、前記静電電極がタングステンカーバイド或いはタングステンを主成分とし、微量成分として前記セラミックス成分を含むことによりウェハＷとの吸着による静電電極の磨耗や脱粒・脱落を少なくできる。
【００５８】
従って、液晶ガラス基板のようにその表面に導電性膜を有するウェハＷを真空中で大きな静電吸着力で安定して固定する静電チャックを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電チャックを示す斜視図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線の断面図である。
【図３】本発明の静電チャックにウェハを載せた状態の断面図である。
【図４】本発明の静電チャックにおける静電電極の他の実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明の静電チャックにおける静電電極の他の実施形態を示す平面図である。
【図６】従来の静電チャックの断面図である。
【図７】従来の静電チャックを使用した場合の断面図である。
【符号の説明】
１、１０：静電チャック
２、１２：静電電極
３、１１：絶縁性基板
３ａ、１１ｂ：載置面
６、１６：給電端子
７、１５：電源
１７　　：シリコンウエハー
Ｗ：ウェハ

Claims (3)

1. 絶縁性基板の一方の主面に静電電極を備え、他方の主面に前記静電電極へ通電する給電端子を備えたことを特徴とする静電チャック。
2. 前記絶縁性基板がセラミックスからなることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
3. 前記静電電極がタングステンカーバイド或いはタングステンを主成分とし、微量成分として前記セラミックス成分を含むことを特徴とする請求項２記載の静電チャック。

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