JP2005093723A

JP2005093723A - 静電チャック

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Publication number: JP2005093723A
Application number: JP2003325023A
Authority: JP
Inventors: Kazuichi Kuchimachi; 和一口町
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: JP4307195B2

Abstract

【課題】吸着用電極上の絶縁膜が絶縁破壊することがなく、吸着／離脱の応答特性のよい静電チャックを提供する。
【解決手段】ガラス基体３の一方の主面に吸着用電極４を設け、該吸着用電極４の上に、その上面をウェハを載せる吸着面とする絶縁膜２を備え、前記絶縁膜２を酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化イットリウム、酸化イットリウムルミニウム、または希土類元素の酸化物、或いは窒化アルミニウム、窒化珪素からなる均一な非晶質セラミックとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造工程や液晶製造工程において、半導体ウエハ（以下、ウエハと称す）や液晶ガラスに微細加工を施すエッチング工程や薄膜を形成するための成膜工程、フォトレジスト膜を露光する露光処理工程等において、ウエハや液晶ガラスを保持する静電チャックに関するものである。

従来、半導体製造工程において、ウエハに微細加工を施すためのエッチング工程や、薄膜を形成するための成膜工程、又はフォトレジスト膜を露光するための露光処理工程等において、ウエハを保持するために静電気的に吸着する静電チャックが使用されている。

この静電チャックは、絶縁基体の上面に一対の吸着用電極を備え、該吸着用電極を覆うように絶縁膜が形成され、該絶縁膜の上面はウェハを載せる吸着面となっている。

静電チャックは、静電気のクーロン力を利用する物体保持装置で、第１図に示すように絶縁基体上に電極を形成して、その上に、誘電率εの絶縁膜を厚みｒで形成し、Ｖボルトの電圧をかけると、静電気力Ｆが生じる。

式１Ｆ＝ε／２×Ｖ^２／ｒ^２
物体を保持する保持力の静電吸着力Ｆは、絶縁膜の厚みｒが小さい程大きく、また、電圧Ｖが大きければ大きい程大きくなる。電圧Ｖを大きくすればするほど保持力が増すが、あまりにも大きくすると絶縁膜の絶縁が破壊されてしまう。また、絶縁膜にピンホールなどの空所があると絶縁が破壊される。そこで、物体を保持する絶縁膜の表面は、滑らかであること、ピンホールがないことが求められる。

ところで、通常の静電チャックは、特許文献１に見られるように、電極としてアルミ等の金属を用い、これを覆う膜としてガラスあるいはベークライト、アクリル、エポキシ等の有機膜を備えたものが使用されている。しかし、これらの材質は全て耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性等の点で問題があるだけでなく、硬度が小さいことから使用時に摩耗粉が発生して半導体ウェハに付着しやすく、しかも一体化されていないことから金属電極が露出して半導体ウェハに悪影響を及ぼしやすいなどクリーン度の点でも問題がある。

溶射法によるセラミック溶射膜を絶縁膜とした静電チャックは、特許文献２に開示されているが、溶射膜はピンホールが多く耐電圧が小さいとの問題がある。

上記の静電チャックの絶縁膜をＣＶＤやスパッタで作ることもあった。また、特許文献３には絶縁基体をセラミック基体で構成し、その主面に吸着用電極を形成し、それを覆うように数μｍ厚みの絶縁膜をスパッタ、イオンプレーティング、真空蒸着で形成する方法が記載されている。

また、特許文献４には、吸着用電極２４の上にＡｌ酸化物またはＡｌの陽極酸化物で構成した下層膜を作製し、その上に０．１〜１０μｍの非晶質酸化アルミニウム膜２２からなる上層膜を成膜した静電チャックが開示されている。この非晶質酸化アルミニウム膜２２は多結晶の酸化アルミニウムより耐プラズマ性に優れていると記載されている。

また、特許文献５には、セラミック基体の上に絶縁膜を備えた静電チャックが記載されている。

特許文献６には前記の絶縁基体にガラス基体を用いたものが記されている。

更に、特許文献７には前記の絶縁基体にガラス基体を用いてその上に電極を形成して、それを覆うように結晶質のＰＥＣＶＤ窒化物からなる薄い絶縁膜が形成されているものが示されている。
特開昭５９−９２７８２号公報特開昭５８−１２３３８１号公報特開平４−４９８７９号公報特開平８−２８８３７６号公報特開昭６２−１５７７５２号公報特開平４−１８６６５３号公報特表平１２−５０２５０９号公報

特許文献３や特許文献４に記載の静電チャックの絶縁膜はスパッタやＣＶＤ等で作製され絶縁膜の厚みは数μｍ以下に限定されていることから吸着電極に電圧を印加すると絶縁破壊する虞があった。

また、絶縁膜厚みが１０μｍ以下で静電チャックを製作すると母材の絶縁基体であるセラミックス基体のボイド部分に絶縁膜の欠陥が発生し、静電チャックの吸着電極に電圧を加えると前記欠陥部分で絶縁破壊することがあり、静電チャックの寿命が短いとの問題があった。

また、特許文献４に記載の上層の非晶質酸化アルミニウム膜２２の抵抗が下層の焼結性の酸化アルミニウムや陽極酸化膜の酸化アルミニウム膜に対して大きい場合、静電チャック２１の吸着用電極２４とウェハ間の電圧が非晶質酸化アルミニウム膜２２側に大きく加わり、非晶質酸化アルミニウム膜２２が絶縁破壊することもあった。

更に、特許文献２には吸着用電極２４の上に焼結したセラミックの絶縁膜と非晶質の絶縁膜が形成された静電チャックが示されている（図２）。特許文献４に記載されているように２種類の絶縁膜の各体積固有抵抗値が異なると電圧を印加しても吸着力がすぐに立ち上がらず一定になるのに時間を要したり、印加する電圧を切ってもすぐに吸着力が０にならずに残留吸着力が発生するなどの吸着／離脱特性の応答性が悪くなることがあり、ウエハの脱着に必要以上の時間を要し、プロセス制御に支障をきたすことがあった。そこで、特許文献４によると前記の２種類の上層と下層の絶縁膜を同じ材質とすれば、下層と上層の絶縁膜の体積固有抵抗値が等しくなり吸着／離脱特性の応答性は問題ないとしているが、焼結体の酸化アルミニウムや陽極酸化膜の酸化アルミニウム膜と非晶質酸化アルミニウム膜２２では体積固有抵抗が異なり、また温度による体積固有抵抗も異なることから、ある温度では吸着／離脱特性は優れるが、他の異なる温度で使用した場合に吸着／離脱特性が劣るとの問題があった。

特許文献７に記載のガラスに薄い絶縁膜を構成した静電チャックは絶縁膜を厚くすると膜の内部応力でガラスや膜にクラックが生じたり、膜が剥がれたりする問題があった。

ガラス基体の一方の主面に吸着用電極を設け、該吸着用電極の上に絶縁膜を備え、その上面をウェハを載せる吸着面とした静電チャックにおいて、前記絶縁膜は均一な非晶質セラミックであることを特徴とする。

また、上記絶縁膜の厚みが５〜１００μｍであることを特徴とする。

また、上記絶縁膜は、希ガス類元素または水素元素を１〜１０原子％含むことを特徴とする。

また、上記絶縁膜のビッカース硬度が５００〜１０００ＨＶ０．１であることを特徴とする。

また、上記絶縁膜は主成分が酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウムまたは希土類の酸化物または窒化アルミニウム、窒化珪素の少なくとも一つから成ることを特徴とする。

また、上記ガラス基体は常温の熱膨張係数が１×１０^−６／℃以下であり、上記絶縁膜がシリコンを主成分とする非晶質膜であることを特徴とする。

ガラス基体の一方の主面に吸着用電極を設け、該吸着用電極の上に絶縁膜を備え、その上面をウェハを載せる吸着面とした静電チャックにおいて、前記絶縁膜は酸化物または窒化物からなる均一な非晶質セラミックから成ると絶縁膜が絶縁破壊したり静電吸着力の応答性が優れ、残留吸着力を防止できる。

また非晶質セラミックからなる絶縁膜のビッカース硬度を５００〜１０００ＨＶ０．１であるであるため、ウェハを削ることによるパーティクルが少なくなり、絶縁膜が絶縁破壊しない。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の静電チャック１の一例である概略の構造を示す。ガラス基体３の上面に吸着用電極４が形成され、吸着用電極４の上面には、絶縁膜２が形成されている。その絶縁膜２の上面をウェハを吸着させる吸着面２ａとする。また、吸着用電極４には給電端子５がガラス基体３の給電端子孔を通し接続されている。

そして、吸着面２ａの上にウェハＷを載せ、一対の給電端子５に数百Ｖの電圧を印加し吸着用電極４とウェハＷの間に静電吸着力を発現させ、ウェハＷを吸着することができる。

本発明はガラス基体３の一方の主面に吸着用電極４設け、上記絶縁膜２が酸化物または窒化物からなる均一な非晶質セラミックから成る。ガラス基体３はその表面のボイドや欠陥が殆どないことから、該表面に厚みの１〜１００μｍと小さな吸着電極４や絶縁膜２を形成しても、ガラス基体３の表面の影響が吸着電極４や絶縁膜２の欠陥として現れることがなく、均一な非晶質セラミックからなる絶縁膜２を形成できることが特徴である。

均一な非晶質セラミックからなる絶縁膜２は、吸着用電極４から吸着面２ａの間の体積固有抵抗が一様であるため、絶縁膜２の中を電界が一様に形成され電圧を印加した時に吸着力が即座に発現し一定の吸着力になる。そして、印加する電圧を切ると、素早く吸着力が０になりウェハＷを離脱できる。このように吸着／離脱特性が優れたものとすることができる。尚、均一な非晶質セラミックスとするのは、絶縁膜２の厚み方向の内部で電荷の分布が不連続となるような複数の絶縁膜層を含まないことから、上記の吸着／離脱特性が優れた絶縁膜２であることを特徴とする。更に、絶縁層２に５μｍ以上のボイドがなく緻密であることから絶縁膜２が絶縁破壊する虞がない。

また、非晶質セラミックからなる絶縁膜２の厚みは５〜１００μｍが好ましい。絶縁膜２の厚みが５μｍ未満では、ゴミやガラス基体３表面のピンホールの影響を受けて該ピンホールの上の絶縁膜２に欠陥が発生しこの欠陥部分の耐電圧が小さくなり、吸着電極４に電圧を印加すると前記欠陥部分で絶縁破壊することがある。そのため、少なくと５μｍ以上が必要である。また、１００μｍを越えると絶縁膜２を成膜する時間が数１０時間以上となり量産性に乏しく、また内部応力も大きくなりすぎるため絶縁膜２がガラス基体３から剥離するという問題が発生する。更に好ましくは１０〜８０μｍであり、最も好ましい絶縁膜２の厚みとしては３０〜７０μｍである。

また、絶縁膜２を均一な非晶質セラミックとする理由は、以下のように考えられる。

結晶質膜は結晶格子が強固に結合することから、格子間距離が外部応力で変化し難く、結晶膜を絶縁膜２とするとガラス基体３から絶縁膜に加わる応力を緩和する機能に乏しいが、非晶質セラミックからなる絶縁膜２は結晶質膜と異なり格子間距離が一定でなく外部応力に対して格子間距離が変化する機能があり、内部応力を結晶質膜より小さくすることができる。この絶縁膜２は非晶質であるため原子配列が周期的でなく、原子レベルの空間ができやすく不純物を取り込みやすい構造になっている。そのため、非晶質セラミックからなる絶縁膜２とガラス基体３との熱膨張差や成膜時の応力などによる内部応力が発生しても、原子配列が不規則であるのと原子レベルの欠陥が多くあるため、若干変位することができ、絶縁膜２にかかる応力を低減することができる。そして、その非晶質セラミックからなる絶縁膜２は同等組成の対応する結晶の化学量論組成よりも酸素量や窒素量が少ないことから、原子レベルの欠陥ができやすく絶縁膜２とガラス基体３との間の応力を緩和することが容易となる。

更に、非晶質セラミックからなる絶縁膜２中には他の元素と反応していない希ガス類元素としてアルゴンが存在しており、希ガス類元素を膜中に多く入れることにより、非晶質セラミックからなる絶縁膜２の変形が容易となり内部応力緩和効果が得られる。絶縁膜２中のアルゴン量は１〜１０原子％が好ましい。更に好ましくは３〜８原子％である。希ガス類元素の含有量が１原子％以下であると、充分変位できなくなるため応力緩和効果も小さくなるため、クラックが発生しやすくなる。また、希ガス類元素としてアルゴンの代わりに他の希ガス類元素としてヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンを使ってスパッタを行っても同じ効果が得られるが、スパッタ効率とガスのコストを考えるとアルゴンが好ましい。また、逆に希ガス類元素を１０原子％以上とするのは製作上困難である。

また、非晶質セラミックからなる絶縁膜２中に水素元素を入れることにより、結合が切れる部分を作ることが出来るために同様に変位が容易となり応力を小さくすることができ、希ガス元素と同様の効果を生み出すことが出来る。

アルゴンの定量分析方法は酸化アルミニウム焼結体に非晶質セラミック膜２を２０μｍ成膜したものを用いてラザフォード後方散乱法により分析を行い、全原子量とアルゴンの原子量を計測して、アルゴンの原子量を全原子量で割ったものを原子％として算出した。

また、非晶質セラミックからなる絶縁膜２は上記のように希ガス元素を含むことから、セラミック焼結体に比べて硬度が小さくなっている。本発明の非晶質セラミックからなる絶縁膜２のビッカース硬度は５００〜１０００である。シリコンウェハのビッカース硬度は１０００であり、絶縁膜２のビッカース硬度はシリコンウェハより小さいため、静電チャック１表面でシリコンウェハがこすれることが少なくなり、非晶質セラミックからなることから脱粒が起こり難く、パーティクルの発生は減少する。絶縁膜２のビッカース硬度は５００〜１０００が好ましく、更に好ましくは６００〜９００である。絶縁膜２のビッカース硬度が５００以下ではウェハと静電チャック１の吸着面２ａの間に入り込んだ硬質のゴミにより傷が入りやすいため、傷の部分の耐電圧が低下したりすることがあった。また、傷の部分からパーティクルが発生し易くなる。絶縁膜２のビッカース硬度が１０００以上では逆にウェハに傷が入ってパーティクルが発生しやすくなってしまう。

上記非晶質セラミックからなる絶縁膜２は酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウムまたは希土類の酸化物または窒化アルミニウム、窒化珪素の何れかで、耐プラズマ用途で使用される場合は酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウムまたは希土類の酸化物または窒化アルミニウムなどで形成されるのが好ましい。

ガラス基体３はホウ珪酸ガラスや石英ガラス、パイレックス（Ｒ）ガラス、ゼロデュア（Shott製）、ＵＬＥ（ＣＯＲＮＩＮＧ７９７１，合成石英）などが好ましいが、静電チャックの利用目的により選択して使うのが好ましい。静電チャックに載せたウェハができるだけ変位しないものにしなければならない場合はガラス基板３として低熱膨張材料のゼロデュアや石英を選択すればよい。このようなガラス基体３は常温での熱膨張係数が１×１０^−６／℃以下であり、温度変化に対する変形が小さくウェハの位置精度が優れた静電チャック１を提供できる。また、熱膨張係数が１×１０^−６／℃以下のガラス基体３と絶縁膜２との熱膨張係数の差は小さいものが好ましいことから、絶縁膜２としてシリコンを主成分とすることが好ましく、例えば絶縁膜２として非晶質の窒化珪素膜等が好ましい。また、熱膨張係数が大きい場合は非晶質セラミック膜を小さく分割させることにより膜の応力を低減することもできる。

吸着用電極４は金属や導電性セラミックなどの導電性材料を用いれば良く、特に製造方法は限定されることはなく、スパッタ、ＣＶＤ、イオンプレーティング、メッキ法やメタライズ法などを用いても構わない。吸着用電極４の厚みは、０．１〜１００μｍの範囲であれば構わない。０．１μｍ以下では吸着用電極４の平面的な導通がとりにくい。１００μｍ以上であればガラス基体３との熱膨張差のため、ガラス基体３との界面が剥がれが生じやすい。好ましくは５０μｍ以下である。

ここでは半導体ウェハの吸着について述べたが、液晶ガラスのような絶縁体の吸着にも効果的である。液晶ガラスを吸着させるにはグラディエント力なる力が必要であるが、これを発生させるには絶縁膜２の厚みは薄い方が効果的である。吸着用電極をセラミック基体に埋設したものでは、焼成時の反りがあるため絶縁膜２の厚みを薄くすることが非常に難しく、絶縁膜厚みばらつきもあるため吸着力が大きく均一なものができない。本発明の手法を用いると絶縁膜２の厚みを薄く均一にできることから、安定して大きな吸着力を備えた静電チャック１が得られる。

次に本発明の静電チャック１の製法について述べる。ここではガラス基体３としてホウ珪酸ガラスを用い、非晶質セラミックからなる絶縁膜２として酸化アルミニウム膜をスパッタ法により形成した静電チャック１を説明する。

ホウ珪酸ガラスで形成されたガラス基体３を準備する。そしてガラス基体３に給電端子用の穴を作製し、給電端子５を導電性接着材や絶縁性接着材で固定する。通常の吸着用電極への給電は導電性材料を用いるが、この製法では給電端子５の上に吸着用電極を形成するため、絶縁性の接着材を用いても構わない。絶縁性接着剤はエポキシ、シリコーン、ポリイミドなどを用いればよい。電源からのリード線の接続がネジを用いたものであれば給電端子５はリード線を取り付けやすいようにネジ加工されていることが好ましい。ネジ加工された給電端子５は外径が大きくなり、接合時の応力が大きくなってしまい、給電端子５の周辺にクラックが生じたり、ガラス基体に破損が生じる。そのため、給電端子５はφ０．５〜φ４程度とし、これとは別にネジ加工を施した外部接続用の接続端子（不図示）を給電端子５に半田付けや導電性接着剤やロウ材等で固定するのが好ましい。

ガラス基体３と給電端子５をロウ付けした後、吸着用電極４の成膜面と給電端子５の端面が面一となるように加工を施し、脱粒が起こらないようにラップ加工して成膜する面を整える。

その後、ガラス基体３の上の成膜する面の全面と給電端子５の端面とにＴｉからなる膜を成膜する。その後Ｔｉの上にレジストを塗布してエッチング加工して所望の形状の吸着用電極４を形成する。

ガラス基体３の表面に吸着用電極４を形成した後、吸着用電極４上に非晶質セラミックからなる絶縁膜２を形成する。この非晶質セラミックからなる絶縁膜２はスパッタによって作製する。平行平板型のスパッタ装置に絶縁膜２として成膜したい材質のターゲットをセットする。ここでは酸化アルミニウム焼結体をターゲットとし、該ターゲットと対向するようにして吸着用電極４を備えたガラス基体３をセットする。ガラス基体３は銅製のホルダーの中にセットする。ガラス基体３の裏面とホルダー表面はＩｎとＧａからなる液状合金を塗り貼り合わせることにより基板とホルダーの熱伝達が良くなり、ガラス基体３の冷却効率を上げることができることから良質な非晶質セラミックからなる絶縁膜２を形成することができる。

このようにガラス基体３をスパッタのチャンバー内にセットし、真空度を０．００１Ｐａとした後、アルゴンガスを２５〜７５ｓｃｃｍ流す。

そして、ターゲットとホルダーの間にＲＦをかけることによりプラズマが発生する。そして、ターゲットのプレスパッタ及びガラス基体３側のエッチングを数分間行いターゲットとガラス基体３のクリーニングを行う。

酸化アルミニウムの非晶質セラミックからなる絶縁膜２の成膜は上記のＲＦのパワーを３〜９Ｗ／ｃｍ^２にしてスパッタを行う。また、ガラス基体３側には−１００〜−２００Ｖ程度のバイアスをかけてターゲットから電離した分子及び電離したアルゴンイオンを引きつける。しかし、ガラス基体３が絶縁体であると電離したアルゴンイオンによりガラス基体３の表面が帯電してしまい、次のアルゴンイオンが入りにくい状態になる。膜中に入ったアルゴンイオンは電荷を放出してアルゴンの状態に戻り、膜中に残留する。アルゴンを膜中に多く取り込むには成膜時に吸着用電極４と給電端子５からＩｎＧａ層、ホルダーの経路で電荷を逃がし、常にアルゴンを絶縁膜２に取り込みやすい状態にしておくことが必要である。

また、ガラス基体３の冷却が悪いと部分的に非晶質セラミックからなる絶縁膜２が結晶化してしまい、部分的に耐電圧が悪くなることがある。ガラス基体３の冷却は装置の冷却板に冷却水を流すことで基板ホルダー内を充分冷却してガラス基体３の温度を数十℃に保つようにしておく。

絶縁膜２の成膜レートは３μｍ／時間にて１７時間成膜し、約５０μｍの膜厚の非晶質セラミックからなる絶縁膜２を作製した。

その後、不図示のリフトピン穴などの加工を施し、ガラス基体３の裏面等を所定の厚みにして形状を整える。非晶質セラミックからなる絶縁膜２上にブラストや平研やエッチングなどの手法で凹部を形成した後、非晶質セラミックからなる絶縁膜２の表面をポリッシング等で整えることにより静電チャック１を作製する。

ここで、絶縁膜２が酸化物の場合、上記の成膜雰囲気はアルゴン中に酸素を導入することもある。また、絶縁膜２が窒化物の場合は窒素を導入して反応させながらスパッタするリアクティブスパッタを用いて成膜しても構わない。特に窒化物はリアクティブスパッタを行うのが好ましい。

また、Ｓｉを主成分とする非晶質セラミックス膜は触媒ＣＶＤやプラズマＣＶＤで作製することができる。触媒ＣＶＤでは原料ガスであるＨ_２／ＳｉＨ_４を原料ガスとして加熱触媒体であるタングステンを通すことで反応して非晶質セラミック膜を堆積させることができる。このガス圧や基板温度等を調整することにより内部応力を変化させることができる。また、Ｈ_２／ＳｉＨ_４やＨ_２／ＳｉＨ_４／ＮＨ_３の比を変えることにより体積固有抵抗値を変えることができる。炭素や窒素や酸素や硼素、リンなどをドープすることによっても抵抗をコントロールすることが可能である。

上記のように内部応力をコントロールすることができることから、石英ガラスやゼロデュアなどの低熱膨張ガラスをガラス基体３として絶縁膜２を成膜する事も可能である。石英ガラスやゼロデュアからなるガラス基体３で静電チャックが形成できるため、常温で殆ど変形しない静電チャックができ、精度がシビアな露光装置等に使用することができる。

直径２００ｍｍ、厚み２ｍｍのガラス基体に吸着用電極としてＴｉを０．２μｍ成膜して、その上に非晶質セラミックからなる絶縁膜を膜厚を変えて成膜した静電チャックを作製して評価した。

本発明の静電チャック１として材質と絶縁膜の厚みを変えたものを用意し、その比較例としてガラス基体に電極を埋設し焼結した静電チャック及び図２の焼結体の上層を非晶質アルミナからなる絶縁膜で構成した静電チャック２１を用いて吸着力や残留吸着力及び絶縁破壊やクラックを調査した。試料Ｎｏ．１〜１１の絶縁膜は非晶質セラミックの単層で構成されており、試料Ｎｏ．１２、１３の絶縁膜は焼結体で構成されており、また試料Ｎｏ．１４の絶縁膜は焼結体の上に非晶質アルミナからなる膜２２が成膜されている。

静電吸着力の測定は真空中で行い、１インチ角のＳｉウェハを吸着面に配置して、吸着用電極に５００Ｖを印加し１分間経過後にＳｉウェハを引き上げ、その引き上げに要した力をロードセルで測定して、その値を吸着面の面積で除して単位面積当たりの静電吸着力とした。また、残留吸着力の測定は真空中で行い、１インチ角のＳｉウェハを吸着面に配置して、５００Ｖを２分間印加した後、電圧を切り３秒後にＳｉウェハを引き上げ、その引き上げに要した力をロードセルで測定して、その値を吸着面の１インチ角の面積で除して単位面積当たりの残留吸着力とした。なお、残留吸着力の測定温度は常温２５℃と１００℃の２水準とした。

また、クラックは目視や双眼を用いてチェックを行い、絶縁破壊についてはウェハと吸着用電極４との間に高電圧を印加して絶縁破壊した電圧を測定した。

その結果を表１に示す。

非晶質セラミックからなる単層の絶縁膜２から構成した試料Ｎｏ．１〜１３に対して吸着電極を埋設したセラミック焼結体からなる試料Ｎｏ．１４、１５は所定の電圧では５００Ｎ／ｍ^２と小さな静電吸着力であった。また、焼結体の上に非晶質アルミナからなる絶縁膜２２を備えたＮｏ．１６は、１００℃の動作温度で吸着力が２５００Ｎ／ｍ^２と大きいが、残留吸着力が５００Ｎ／ｍ^２と大きく使用できるものでなかった。これは焼結体の絶縁層と非晶質アルミナ膜２２の体積固有抵抗が異なることが原因と考えられる。

本発明の絶縁膜２が単層であり均一な非晶質セラミックである試料Ｎｏ．１〜１３は、静電吸着力が１０００Ｎ／ｍ^２以上と大きく、２５℃や１００℃で残留吸着力は０Ｎ／ｍ^２であり優れた特性を示すことが判明した。

しかし、非晶質セラミックからなる絶縁膜の厚みが３μｍの試料Ｎｏ．１は吸着電極に５５０Ｖの電圧を加えると絶縁膜が絶縁破壊を起こし、絶縁破壊電圧が５５０Ｖと小さく繰り返し高電圧を加えると絶縁膜が破壊する虞があることが分かった。また、試料Ｎｏ．５の絶縁膜の厚みは１５０μｍと大きく絶縁膜にクラックが発生した。

従って、試料Ｎｏ．２〜６、８〜１３のように、絶縁膜２の厚み３〜１００であると更に好ましいことが分った。

また、試料Ｎｏ．１３のようにガラス基板に熱膨張係数が１×１０^−６／℃以下のゼロデュアを使い、絶縁膜がシリコンを主成分とする非晶質膜であると好ましい吸着特性が得られることが分かった。

次に非晶質セラミックからなる絶縁膜２として酸化アルミニウムを用い、絶縁膜に含まれるアルゴン量を変えクラックの発生や耐電圧を評価した。

試料は直径２００ｍｍで厚みが２ｍｍのガラス基体に吸着用電極として金属チタン（Ｔｉ）を厚み０．２μｍ成膜して、その上に３０μｍの酸化アルミニウムの非晶質セラミックからなる絶縁膜を備えたもので評価した。

アルゴン量が０．５原子％と小さい試料Ｎｏ．２１は、絶縁膜にクラックが生じた。

しかし、本発明の希ガス類元素としてアルゴンを１〜１０原子％含む試料Ｎｏ．２２〜２５は絶縁膜にクラックが発生することが無く、絶縁破壊していないことからさらに好ましいことが分った。

次に非晶質セラミックからなる絶縁膜として酸化アルミニウムを用いてアルゴン流量を変えてビッカース硬度の異なる膜を作製し、絶縁膜のクラックの有無や絶縁破壊の発生の有無を調査した。

試料は直径２００ｍｍで厚みが２ｍｍのガラス基体に吸着用電極として金属チタン（Ｔｉ）を０．２μｍ成膜して、その上に３０μｍの酸化アルミニウムの非晶質セラミックからなる絶縁膜を備えたもので評価した。

尚、ビッカース硬度は、ＪＩＳＲ１６１０の硬さ記号ＨＶ０．１に対応し０．９８Ｎの荷重を１５秒間加え、その圧痕の大きさから測定した。

ビッカース硬度が４００と小さい試料Ｎｏ．３１はクラックが発生していなかったが、絶縁破壊電圧が３０００Ｖと他の試料より小さかった。これは硬度が小さすぎるため膜に傷が入り、そのため絶縁破壊が発生したと考えられる。また、ビッカース硬度が１２００と大きな試料Ｎｏ．３５は絶縁膜にクラックが発生した。これは膜が内部応力を緩和できずにクラックが発生したと考えられる。

従って、絶縁膜のビッカース硬度は５００〜１０００ＨＶ０．１であることが更に好ましいことが分かった。

本発明に係る静電チャックの断面図である。従来の静電チャックの断面図である。

符号の説明

１、２１：静電チャック
２：非晶質セラミック膜
２ａ、２２ａ：吸着面
３、２３：ガラス基体
４、２４：吸着用電極
５、２５：給電端子
６：接着剤
２２：非晶質酸化アルミニウム膜

Claims

ガラス基体の一方の主面に吸着用電極を設け、該吸着用電極の上に絶縁膜を備え、その上面をウェハを載せる吸着面とした静電チャックにおいて、前記絶縁膜は均一な非晶質セラミックであることを特徴とする静電チャック。
上記絶縁膜の厚みが５〜１００μｍ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。
上記絶縁膜は、希ガス類元素または水素元素を１〜１０原子％含む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。
上記絶縁膜のビッカース硬度が５００〜１０００ＨＶ０．１である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。
上記絶縁膜は主成分が酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウムまたは希土類元素の酸化物または窒化アルミニウム、窒化珪素の少なくとも一つから成ることを特徴とする請求項１〜３の何れかの静電チャック。
上記ガラス基体は常温の熱膨張係数が１×１０^−６／℃以下であり、上記絶縁膜がシリコンを主成分とする非晶質膜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。