JP2005340442A

JP2005340442A - 静電チャック及びその製造方法

Info

Publication number: JP2005340442A
Application number: JP2004156191A
Authority: JP
Inventors: Kazuichi Kuchimachi; 和一口町
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】残留吸着力を低減することができ、載置面を大きくできる静電チャックを提供する。
【解決手段】板状体４の一方の主面に吸着用電極３を設け、吸着用電極３の上に絶縁層２を備え、絶縁層２の上面をウェハＷを載せる載置面２ａとする。吸着用電極３の周辺部３ｂはＣ面、Ｒ面または逆Ｒ面として吸着用電極３とウェハＷとの距離が大きい領域を成し、その領域は載置面２ａにウェハＷとの非接触部を形成する。また、絶縁層２の体積固有抵抗は１０＊＊１２Ωｃｍ以下、あるいは１０＊＊１５Ωｃｍ以上とし、Ｓｉを主成分とする非晶質層、あるいは非晶質酸化アルミニウムからなる。さらに、載置面２ａの平均表面粗さＲａは０．００１μｍ以下とする。
【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、半導体ウェハ（以下、ウェハと称す）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、ウェハや液晶ガラス、マスク用の基板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、ウェ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、ウェハを保持するために静電気的にウェハを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、図５に示すように板状体５４の上面に一対の吸着用電極５３と、該吸着用電極５３に通電する給電端子５８を備え、該吸着用電極５３を覆うように絶縁層５２が形成され、該絶縁層５２の上面はウェハを載せる載置面５２ａとなっている。この静電チャック５１はセラミックグリーンシートに吸着用電極５３をスクリーン印刷して形成し、セラミックグリーンシートを積層・圧着した後、一体焼成して作るのが一般的な製造方法である。吸着用電極５３は放電を防止するために板状体５４と絶縁層５２で保護され、露出しない構造になっている。そのため、外周部や２枚の吸着用電極５３の間及びリフトピン穴の周辺などにウェハ載置面５２ａより投影的に見た場合に電極が存在しない無電極部５５なるものが形成されている。

本発明者は特許文献１においてこの無電極部５５がウェハに接触すると、この部分に残留電荷が生じることから、残留吸着力が発生することを指摘している。そして、この残留吸着力を低減する方法としてウェハ吸着面の無電極部５５に加工を施し、無電極部５５がウェハに接触しないような構造にすることを提案している（図６）。

また、一方では露光用などに使用される静電チャックはパーティクルを低減するためにウェハ載置面５２ａでウェハとの接触するウェハ吸着面の面積をウェハ載置面全体の１０％以下にする必要があり、大きな吸着力が発現する静電チャック５１が望まれている。また、ウェハのスループットを向上させるためにウェハを離脱できるまでの時間が短い静電チャックが望まれている。

静電チャック５１は、静電気間に働くクーロン力を利用する物体吸着装置で、誘電率εの絶縁層５２を厚みｒで形成し、載置面５２ａにウェハＷを載せ前記吸着用電極５３にＶボルトの電圧を印加すると、面積ＳのウェハＷと吸着用電極５３の間にその電圧の半分のＶ／２ボルトが印加される。その電圧によりウェハＷを引きつける吸着力Ｆが生じる。

Ｆ＝（ε／２）×Ｓ×（Ｖ^２／４ｒ^２）
大きな吸着力を発生させようと電圧を大きくすると、高電圧を取り扱う上での安全上の問題や真空放電の問題や絶縁層の絶縁破壊の問題等が発生する。

また、上記吸着力Ｆを示す式から、絶縁層の厚みを小さくすることで小さな電圧で吸着させることができることがわかる。

従来の前記の製造方法であるセラミックのグリーンシートを積層し積層体を作製する方法は、積層体の焼成による反りや加工ばらつきにより絶縁層を均一にできないことや、焼成体にボイドが発生することから、絶縁層を１００μｍ以下にすることは困難であった。

そのため、絶縁膜の厚みを小さくする方法として、特許文献２にセラミック基体の主面に吸着用電極を形成し、セラミック基体の主面の全面に数μｍの厚みの絶縁層をスパッタ、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。

しかし、ここでは絶縁層の厚みは数μｍ以下に限定されていることから吸着用電極に電圧を印加すると絶縁層が絶縁破壊する虞があった。

そこで本出願人は特許文献３によりこの薄膜を非晶質とすることにより応力低減させることができ、絶縁層の厚みを１０〜１００μｍと厚くすることにより絶縁破壊を防ぎ吸着力の大きな静電チャックを提案している（図７）。
特開平６−３１４７３５号公報特開平４−４９８７９号公報特願２００２−３１５７４６号公報

特許文献２や特許文献３のように絶縁層が薄膜の静電チャックにおいても吸着用電極５３は放電を防止するために板状体５４と絶縁層５２で保護され、露出しない構造にする必要がある。そのため、外周部や２枚の吸着用電極５３の間及びリフトピン穴の周辺などにウェハ載置面５２ａより投影的に見た場合に電極が存在しない無電極部５５なるものが存在する。

クーロン力による吸着においては電荷の移動は伴わないが、ウェハとの接触面で吸着用電極３が直下に存在する部分ではウェハと吸着用電極３の間には垂直に電界が形成されるが、ウェハとの接触面で吸着用電極３が直下に存在しない無電極部は電界が垂直に形成されない。そしてその電界が大きすぎるとその無電極部に電荷が残留してしまい、残留吸着力が生じる虞があった。

また、絶縁層の抵抗が小さいと電荷の移動が生じ所謂ジョンソンラーベック力が発現し、大きな吸着力が得られる。しかし、吸着用電極３が直下に存在する部分では電荷の最短の移動距離が絶縁層厚みの長さであるが、吸着用電極が直下にない無電極部では、電荷の移動距離が大きくなる。そのためジョンソンラーベック力のように電荷の移動を伴う吸着機構では電荷の移動距離が大きくなるため、残留電荷がなくなるまでに時間を要する。特に、絶縁層３の厚みが小さいとウェハ接触面で吸着用電極３が直下にある部分と電極が直下にない無電極部において距離の比が大きくなり、無電極部による影響が大きくなり、残留吸着力を生じる虞があった。

特許文献１と同じ方法のウェハ吸着面の無電極部５５に加工を施すと絶縁層５２が薄い膜で形成されているために極端に絶縁層の厚みが小さいところが生じ、この部分で絶縁破壊が発生する虞があった。また、ウェハ吸着面の無電極部５５のみを選択し凹部を形成することは難しいことから、ウェハ吸着面に無電極部が存在し、そこで残留吸着力が発生するとの課題があった。

また、従来の電極を埋設し一体焼結した静電チャックは焼成による収縮ばらつきや吸着用電極の印刷ズレやセラミックの加工によるズレなどにより、吸着用電極の位置や大きさが正規の状態からズレてしまい、吸着用電極５３を板状体５４の穴や外周から２ｍｍ程度逃がした設計をしなければならなかった。そのため、残留吸着力対策としてウェハ吸着面にある無電極部５５に凹部を加工するとウェハ載置面５２ａが小さくなり、ウェハ外周付近がウェハ載置面に接触せずにウェハが処理されるため、ウェハ外周の均熱が悪くなりウェハ外周のＳｉチップ歩留まりが悪くなるという不具合もあった。

板状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層を備え、該絶縁層の上面をウェハを載せる載置面とする静電チャックにおいて、前記吸着用電極は周辺部にて上記載置面と反対側に曲折し、且つ、前記吸着用電極の周辺部を覆う上記絶縁層は面取り部を形成したことを特徴とする。

また、上記吸着用電極の周辺部は、滑らかに曲折していることを特徴とする。

また、上記板状体の吸着用電極の周辺部が形成される部分にＣ面、Ｒ面または逆Ｒ面からなる面取り部が形成されていることを特徴とする。

また、上記絶縁層の体積固有抵抗が１０^１２Ωｃｍ以下であることを特徴とする。

また、上記絶縁層の体積固有抵抗が１０^１５Ωｃｍ以上であることを特徴とする。

また、上記絶縁層がＳｉを主成分とする非晶質層からなることを特徴とする。

また、上記絶縁層が非晶質酸化アルミニウムからなることを特徴とする。

また、上記絶縁層のウェハを載せる載置面の平均表面粗さＲａが０．００１μｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の静電チャックの製造方法は、上記板状体にブラスト加工を施して面取り部を形成し、その上に電極を形成し、更にその上に絶縁層を成膜することを特徴とする。

また、本発明の静電チャックの製造方法は、上記板状体に所定形状のダイヤモンド砥石で加工を施して面取り部を形成し、その上に電極を形成し、更にその上に絶縁層を成膜することを特徴とする。

また、上記絶縁層を形成した後、絶縁層表面を研磨加工することを特徴とする。

本発明の静電チャックは板状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層を備え、該絶縁層の上面をウェハを載せる載置面とし、前記吸着用電極の周辺部は前記吸着用電極とウェハとの距離が大きい領域を成し、その領域は載置面にウェハとの非接触部を形成したことを特徴とすることにより、残留吸着力を低減することができ、ウェハ載置面を大きくすることができることからＳｉチップの歩留まりを向上することができる。

また、絶縁層の体積固有抵抗を１０^１２Ωｃｍ以下にするか、１０^１５Ωｃｍ以上にすることにより、更に残留吸着力を低減することができる。

また、その絶縁層の材質が非晶質Ｓｉ系や非晶質酸化アルミニウムとすることにより絶縁層を１０〜１００μｍとできることから吸着力の大きな静電チャックが得られる。

更に、前記絶縁層のウェハを載せる載置面の平均表面粗さＲａを０．００１μｍ以下にすることにより更に吸着力が大きな静電チャックを得ることができ、ウェハのパーティクルも低減することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の一例である静電チャック１の概略の断面図を示す。板状体４の一方の主面に吸着用電極３を設け、吸着用電極３の上に絶縁層２を備え、絶縁層２の上面をウェハを載せる載置面２ａとして、板状体４の他方の主面には吸着用電極３に接続された給電端子８を備えている。

そして、載置面２ａにウェハＷを載せ吸着用電極８に直流電圧を印加すると、吸着用電極３とウェハＷの間に静電吸着力が発現しウェハＷを載置面２ａに吸着することができる。

本発明の静電チャック１は、吸着用電極３は周辺部３ｂにて上記載置面２ａと反対側に曲折し、且つ吸着用電極３の周辺部を覆う上記絶縁層２ｂは面取り部を形成したことを特徴とする。つまり、前記吸着用電極３は周辺部でウェハＷとの距離が大きくなり、前記吸着用電極３の周辺部３ｂを覆う絶縁層２ｂはウェハＷと非接触となる。

上記の構成とすると、吸着力がクーロン力の場合、静電分極で吸着力が発現するため一様な電界を形成することができることから、残留吸着力が小さく短時間でウェハＷを離脱することができる。

従来の外周に無電極部を備えた構造ではウェハＷと接触している吸着面でウェハＷが吸着用電極３より大きくなるため、無電極部では電界が斜めに発生し、電界に歪みが発生してしまう。そのため吸着用電極への印加電圧を切った際に電界に歪みがある無電極部では電荷の移動に時間を要し、残留吸着力が発生する。しかし、本発明の上記の構成とするとウェハＷと接触している吸着面ではウェハＷと吸着用電極３がほぼ同じ面積でほぼ平行に配置されるため、一様な電界が発生して電界の歪みを小さいことから電荷をスムースに移動させることができ、残留吸着力が小さく短時間でウェハＷを離脱することができる。

また、吸着力がジョンソンラーベック力として発現する場合、吸着用電極３の電荷が絶縁層２の上面に移動してウェハＷとの間に吸着力が発現することから、本発明の上記の構成とするとウェハ載置面２ａと吸着用電極３までの距離がどの部分でもほぼ等しく電荷が短時間で移動することから残留吸着力が短時間に消滅して短時間でウェハＷを離脱することができる。

従って、従来構造の無電極部に生じた電荷は吸着用電極まで電荷が移動する距離が長くなり、残留吸着力が消滅するまでに時間を要する。また、電荷の移動時にも吸着力が発現するため、従来構造の無電極部では電極までの電荷の移動距離が長くなり、残留吸着力が消滅するまでに時間を要する。しかし、本発明の上記の構成とするとウェハ載置面と電極までの距離がどの部分でもほぼ等しいために残留吸着力が一様に消滅して短時間でウェハＷを離脱することができる。

また、本発明の静電チャック１の吸着用電極３の周辺部は、滑らかに曲折していることが好ましい。滑らかに曲折しているとは前記吸着用電極３とウェハＷとの距離が滑らかに変化していることを示す。板状体４の上面で吸着用電極３の周辺部に係る部分が滑らかに加工され、その加工された箇所に吸着用電極３の周辺部が来るように一対の吸着用電極３が形成され、該吸着用電極３全面を覆うように絶縁層２が形成されている。尚、吸着用電極３の周辺部とは吸着用電極３の全ての外周やリフトピン穴や吸着用電極３と吸着用電極３との間等の周辺部を示す。

このような構造とすることにより、吸着用電極３の周辺部は吸着用電極３とウェハＷとの距離が大きくなり、無電極部がウェハに接しない構造となるため、残留吸着力が発生する虞が少なく好ましい。

また、載置面２ａと絶縁層２の周辺部２ｂとが滑らかに接続すると、絶縁層２のエッジ部がウェハＷにより削られてパーティクルを発生する虞が小さく好ましい。このような絶縁層２のエッジ部は、板状体４の上面で吸着用電極３の周辺部に係る部分に逆Ｒ面が形成されても吸着用電極３や絶縁層２が５μｍ以上となると絶縁層２のエッジ部が丸みを帯びて好ましい。

吸着用電極３の周辺部は、前記吸着用電極３とウェハとの距離を滑らかに変化させるには、板状体４の吸着用電極３の周辺部に係る部分が滑らかに加工・形成されていることが重要である。吸着用電極３を形成するフラットな面と吸着用電極３の周辺部３ｂの端部に接する接線との角度θ１が９０度より鋭角に形成されるとその部分に形成される絶縁層の厚みが非常に薄くなるため、その部分の耐電圧が低下してしまい、絶縁破壊を起こす虞がある。

また、このθ１が１８０度より小さくなければ吸着用電極３の周辺部は吸着用電極３とウェハとの距離が大きくならない。

従って、θ１は１００度〜１７０度である必要がある。そして耐電圧や加工での好適な範囲としては１２０〜１５０度である。

この部分を形成する方法としては板状体４の外周においては円筒研削盤による加工や所定形状のダイヤモンド砥石によるＣ面加工、円筒研削盤によるＲ面、逆Ｒ面加工などが可能であり、前記外周以外の部分は所定形状のダイヤモンド砥石等でＣ面形状の溝加工を行ったり、ブラスト加工を利用することにより滑らかな逆Ｒ形状にすることができる。また、所定形状のダイヤモンド砥石ではＣ面を２段以上設けたり、Ｃ面とＲ面、逆Ｒ面との夫々を組み合わせた形状も可能であり、同様な効果がある。

このようなＣ面やＲ面や逆Ｒ面の面取り部を形成すると、絶縁層を成膜し形成しても絶縁層の厚みを大きく保つことができることから絶縁破壊が生じる虞が減少して好ましい。

また、吸着用電極３の周辺部３ｂの長さは０．１ｍｍ以上あると残留吸着力を低減する効果が大きく好ましい。また、実用的には板状体４の外径は小さい事が好ましいことから周辺部３ｂの長さは３ｍｍ以下が好ましく、更に１ｍｍ以下がより好ましい。

また、図１のウェハＷの周辺に対応する吸着用電極３の周辺部３ｂにはウェハＷが覆っているが、必ずしもウェハＷが覆っている必要はなく、ウェハＷ周辺部から吸着用電極３の周辺部３ｂがウェハＷ周辺部の外側に在っても良い。

また、本発明の絶縁層２の体積固有抵抗は１０^１２Ωｃｍ以下であることが好ましい。体積固有抵抗が１０^１２Ωｃｍ以下であればジョンソンラーベック力により大きな吸着力が発現し、吸着用電極３に印加した電圧を止めるとウェハＷを１０秒以下で離脱することが可能であるからである。

一方、本発明の絶縁層２の体積固有抵抗は１０^１５Ωｃｍ以上であることが好ましい。１０^１５Ωｃｍ以上であればウェハＷをクーロン力で吸着することができる。そして、前記と同様に１０秒以下で離脱が可能であることから好ましい。

本発明の絶縁層２はＳｉを主成分とする非晶質層からなることが好ましい。より具体的にはＳｉやＳｉＮまたはＳｉＣで形成されることが好ましい。ＳｉはウェハＷと硬度が近くウェハＷを絶縁層３に載せてもパーティクルの発生量が少なく好ましい。また、ＳｉＮやＳｉＣは均一に成膜することができて、硬度が適度に大きく載置面が削れる虞が少なく耐久性に優れている。更に、これらの絶縁層は体積固有抵抗を１０^１２Ωｃｍ以下に設定することが容易であり好ましい。

また、本発明の絶縁層２は非晶質酸化アルミニウムからなることが好ましい。非晶質酸化アルミニウムはその体積固有抵抗が１０^１５Ωｃｍ以上とすることができるとともに、粒界のない均一な絶縁層を形成することができるからである。

尚、非晶質酸化アルミニウムはスパッタ法により作製され、非晶質のＳｉ系の膜はＣＶＤ法によって形成することができる。

その他、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等を用途に応じ用いることができる。

また、本発明の絶縁層のウェハを載せる載置面の平均表面粗さＲａが０．００１μｍ以下であることを特徴とする。

平均表面粗さＲａを０．００１μｍ以下にすることにより、ウェハＷと吸着面のギャップを非常に小さくすることができるために、吸着力を向上させることができる。また、ウェハＷとの引っかかりが小さくなるため、パーティクルの発生量も少なく好ましい。特に、ジョンソンラーベック力により大きな吸着力を得る静電チャック１で効果が大きく好ましい。

上記の平均表面粗さＲａの測定は原子間力顕微鏡を用いて１０×１０μｍ範囲で測定を行った。

また、上記平均表面粗さＲａを得る加工方法として、１μｍ以下のダイヤモンド砥粒やアルミナ砥粒等を錫盤上に滴下して鏡面ラップ加工を行ったり、砥粒の代わりにコロイダルシリカを用いてポリウレタン等のポリッシングシートの上でポリッシュ加工を行うことにより、Ｒａで０．００１μｍ以下を達成することができる。

次に、本発明のその他の構成について説明する。

板状体４はアルミナやコージライト等の酸化物セラミックスや窒化物、炭化物等のセラミックス、石英ガラスやＵＬＥ（コーニング（株）製のガラスの商標名）、ゼロデュア（ショット（株）製のガラスの商標名）などの低熱膨張ガラス及びホウ珪酸ガラスなどのガラス、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉなどの低熱膨張金属や金属とセラミックの複合材料をポリイミド等の樹脂やガラス、ＣＶＤやＰＶＤなどで絶縁膜をコーティングしたものなどどれを用いても構わない。

絶縁層２は均一な非晶質セラミックからなることが好ましい。吸着用電極３からウェハ載置面２ａの間の体積固有抵抗が一様であるため、絶縁層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、絶縁層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層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層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層２の厚みは５〜１００μｍが好ましい。絶縁層２の厚みが５μｍ未満では、ゴミや板状体４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層２に欠陥が発生しこの欠陥部分の耐電圧が小さくなり、吸着用電極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を越えると絶縁層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層２が板状体４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、最も好ましい絶縁層２の厚みとしては３０〜７０μｍである。

また、絶縁層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、結晶膜を絶縁層２とすると板状体４から絶縁層２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層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。この絶縁層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層２と板状体４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、絶縁層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層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層２と板状体４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層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層２の変形が容易となり内部応力緩和効果が得られる。絶縁層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層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層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層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、絶縁層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。絶縁層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。絶縁層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。絶縁層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。

吸着用電極３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３の厚みは、０．１〜１０μｍの範囲であれば構わない。０．１μｍ以下では吸着用電極３の平面的な導通がとりにくい。１０μｍ以上であれば電極の周辺部で大きな段部が形成されるため、そこに絶縁層２が付きにくくなり、そこで絶縁破壊を起こしてしまうおそれがある。

次に本発明の静電チャック１の製造方法について述べる。ここでは板状体４として酸化アルミニウムを用いて、非晶質セラミックからなる絶縁層２は酸化アルミニウム膜をスパッタ法により形成したものを説明する。

大気圧で焼成した板状の酸化アルミニウム基板を用意し、その酸化アルミニウム基板を約１４００℃、２０００気圧でＨＩＰ（ＨＯＴＩＳＯＳＴＡＴＩＣＰＲＥＳＳ）を施し、ボイドを数μｍ程度に小さくした酸化アルミニウム基板をセラミック基体２として用意する。ボイドを小さくする方法としてはホットプレスにより焼成しても構わない。そして酸化アルミニウム基板に給電端子用の穴を作製し、その内面に活性金属法や高融点金属法によるメタライズを施す。更にその中に給電端子８を挿入した状態で銀銅ロウや銀ロウによってロウ付けすることにより給電端子８が固定される。給電端子５についてはそれぞれのセラミック材と熱膨張率が近いようにモリブデン、タングステン、チタン、ＦｅＮｉＣｏ合金等を用いればよい。また、上記金属の代わりに同材質セラミックや熱膨張率が近いセラミック材を用いてピンを作り、その周囲にメタライズを施し、給電ピン８として給電端子穴に挿入してロウ付けすることもできる。

板状体４と給電端子８をロウ付けした後、吸着用電極３の成膜面と給電端子８の端面が面一となるように加工を施し、吸着用電極３の周辺部になる部分で外周部を円筒研削盤でＣ面加工を行い、内側の２枚の吸着用電極の間をブラスト加工で逆Ｒ面を形成し、リフトピン穴やガス穴部分は形状ダイヤでＣ面をとることにより、本特許の構成を作製する。また、ガス用の冷却溝部も同様にブラスト加工を行う。その後、ダイヤ砥粒と錫盤により鏡面ラップ加工を行い、ウェハ吸着面になる部分を整える。

その後、板状体４の上の成膜する面の全面と給電端子８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吸着用電極３の周辺部がＣ面部、逆Ｒ部に係るようなパターンを感光させパターニングして、エッチング液で不要なＴｉを除去することで吸着用電極３の周辺部がＣ面または逆Ｒ面部に形成された吸着用電極３が形成される。

上記吸着用電極３の加工が施された板状体４の表面に非晶質セラミックからなる絶縁層２を形成する。この非晶質セラミックからなる絶縁層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層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３を備えた板状体４をセットする。板状体４は銅製のホルダーの中にセットする。板状体４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、板状体４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層２を形成することができる。

このように板状体４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板状体４側のエッチングを数分間行いターゲットと板状体４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層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、板状体４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、板状体４が絶縁体であると電離したアルゴンイオンにより板状体４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３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層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、板状体４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層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。板状体４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板状体４の温度を数十℃に保つようにしておく。

絶縁層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層２を作製した。

その後、板状体４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層２の表面をポリッシング等で整えることによりウェハ吸着面が得られる。

ここで、絶縁層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、絶縁層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、コージライトや石英ガラスやゼロデュアなどの低熱膨張材を板状体４として絶縁層２を成膜する事も可能である。コージライト、石英ガラスやゼロデュアからなる板状体４で静電チャック１が形成できるため、常温で殆ど変形しない静電チャック１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の板状体に双極型の吸着用電極３としてＴｉを０．２μｍ成膜して、その上に非晶質アルミナ膜や非晶質窒化珪素膜を絶縁層としたもので残留吸着力を評価した。非晶質アルミナ膜の体積固有抵抗は１×１０^１８Ωｃｍのものと、非晶質窒化珪素膜は１×１０^１１Ωｃｍのものを用意した。

本発明の静電チャック１として吸着用電極３の周辺部にかかる板状体の表面をブラスト加工による逆Ｒ面加工したものやＣ面加工を施したものを作製した。Ｃ面の角度及び、Ｃ面にかかる電極の長さ（表中の電極長さの数字）を変えたものを用意した。従来例として吸着用電極を平坦に配置したもので外周部の電極の逃げが２ｍｍ（表中では−２ｍｍと表記）、電極間隔が２ｍｍのものを用意した。

残留吸着力の測定としては静電チャックのウェハ載置面を下向きにして、直径２００ｍｍのシリコンウェハを接触させ、±３００Ｖの電圧を印加することで３分間吸着させ、電圧をＯＦＦしてからウェハが落下するまでの時間を計測した。このウェハが落ちるまでの時間で残留吸着力がなくなるまでの時間とした。

その結果を表１に示す。

吸着用電極の周辺部は前記吸着用電極とウェハとの距離が大きく、前記吸着用電極の周辺部を覆う絶縁層はウェハと非接触である試料Ｎｏ．１〜８、１０〜２３、２５〜３０は離脱時間が２秒以下と小さく優れていることが分る。

一方、板状体外周にＣ面加工が施されていても吸着用電極の周辺部がＣ面にかかっていないと吸着用電極の周辺部にウェハと接触する無電極部のある試料Ｎｏ．９，２４は離脱時間が６０秒と著しく劣ることが分かる。

また、試料Ｎｏ．１〜８は板状体外周にＣ面加工を施したもので、Ｃ面部分に吸着用電極の周辺部が形成されている静電チャックは吸着用電極の周辺部とのなす角度（θ１）、電極の長さには関係なく、離脱時間が１秒以内と優れていることが分る。

特に、吸着用電極の周辺部とのなす角度θ１が１００〜１５０度の試料Ｎｏ．１〜７は、離脱時間が０．５秒と更に小さく好ましいことが分る。

また、試料Ｎｏ．１０、１１は板状体の周辺部である外周がＲ面形状で電極がＲ面形状部にかかっているものであるが、これも離脱時間が１秒以内と優れている。

また、試料Ｎｏ．１２、１３は板状体外周が逆Ｒ面形状で電極が逆Ｒ面形状部にかかっているものであるが、これも離脱時間が０．５秒以内と優れている。

また、試料Ｎｏ．１６〜３０の絶縁層はＳｉを主成分とする非晶質層である窒化珪素膜からなる。

試料Ｎｏ．１６〜２４は板状体外周にＣ面加工を施したものであるが、試料Ｎｏ．１６〜２３のようにＣ面部分に電極がかかっているものは角度、電極の長さには関係なく、離脱時間が１秒以内と優れている。

特に、角度θ１が１００〜１５０度の試料Ｎｏ．１６〜２２は、離脱時間が０．５秒と更に好ましいことがわかる。

しかし、比較例の試料Ｎｏ．２４のように板状体外周にＣ面加工が施されていても電極端部がＣ面にかかっていないと無電極部がウェハと接触するため離脱時間が６０秒と非常に大きく好ましくないことがわかる。

また、試料Ｎｏ．２５、２６は板状体の周辺部である外周がＲ面形状で電極がＲ面形状部にかかっているもので、これも離脱時間が１秒以内と小さく優れている。

また、試料Ｎｏ．２７、２８は板状体の周辺部である外周が逆Ｒ面形状で電極が逆Ｒ面形状部にかかっているものであるが、離脱時間が０．５秒以下と優れていることが分かる。

直径２００ｍｍ、厚み２ｍｍの板状体に双極型の吸着用電極としてＴｉを０．２μｍ成膜して、その上に非晶質アルミナ膜や非晶質窒化珪素膜を絶縁層としたもので残留吸着力を評価した。非晶質アルミナ膜と非晶質窒化珪素膜は体積固有抵抗を変えたものを用意した。

本発明の静電チャック１として吸着用電極３の端部にかかる板状体表面にＣ面加工を施したものを作製した。Ｃ面の角度は４５度、Ｃ面にかかる電極の長さは０．５ｍｍとした。また、電極間の非接触部を２ｍｍとした。

また、各々の静電チャックにおいて表面粗さを変えたものも用意し、吸着力と残留吸着力を測定した。

静電吸着力の測定は常温、真空中で行い、１インチ角のＳｉウェハを載置面に配置して、吸着用電極３に±３００Ｖを印加し１０秒間経過後に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、その値を載置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ウェハを載置面に配置して、±３００Ｖを３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、その値を載置面の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。

測定ポイントは電極が真下に存在しない双極間で行った。

その結果を表２に示す。

試料Ｎｏ．１〜５の絶縁層は非晶質酸化アルミニウム膜である。

試料Ｎｏ．１〜４は体積固有抵抗が１×１０^１５Ωｃｍ以上であり、吸着用電極の周辺部は前記吸着用電極とウェハとの距離が大きく、周辺部を覆う絶縁層はウェハと非接触であり残留吸着力は１００Ｐａ以下と小さく好ましい。

しかし、Ｎｏ．５は体積固有抵抗が１×１０^１４Ωｃｍと上記より小さいことから残留吸着力が５０００Ｐａとやや大きかった。

また、試料Ｎｏ．１〜３の体積固有抵抗は同じ１０^１８Ωｃｍと大きく、表面粗さのみを変えたものであるが、クーロン力による吸着力は何れも２００００Ｐａと変化はない。

また、試料Ｎｏ．６〜１１は非晶質の窒化珪素膜の結果である。

試料Ｎｏ．６〜１０は体積固有抵抗が１×１０^１２Ωｃｍ以下であることから残留吸着力は１００Ｐａ以下と小さく好ましいことがわかる。

しかし、試料Ｎｏ．１１は体積固有抵抗が１×１０^１３Ωｃｍとやや大きく５０００Ｐａと残留吸着力がやや大きかった。

また、Ｎｏ．６〜８は同じ体積固有抵抗で表面粗さを変えたものであるが、ジョンソンラーベック力が作用する領域では表面粗さＲａの０．００１以下と小さいＮｏ．７，９の吸着力は６００００Ｐａ、８００００Ｐａと大きく好ましいことが分る。

本発明の静電チャックの断面図である。本発明の静電チャックの周辺部分の断面図である。本発明の静電チャックの周辺部分の断面図である。本発明の静電チャックの周辺部分の断面図である。従来の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。従来の静電チャックの断面図である。

符号の説明

１、５１：静電チャック
２、５２：絶縁層
２ａ、５２ａ：ウェハ載置面
３、５３：吸着用電極
４、５４：板状体
５５：無電極部
６、５６：貫通孔
８、５８：給電端子

Claims

板状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層を備え、該絶縁層の上面をウェハを載せる載置面とする静電チャックにおいて、前記吸着用電極は周辺部にて上記載置面と反対側に曲折し、且つ、前記吸着用電極の周辺部を覆う上記絶縁層には面取り部を形成したことを特徴とする静電チャック。
上記吸着用電極の周辺部は、滑らかに曲折していることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
上記板状体の吸着用電極の周辺部が形成される部分にＣ面、Ｒ面または逆Ｒ面からなる面取り部を形成し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。
上記絶縁層の体積固有抵抗が１０^１２Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の静電チャック。
上記絶縁層の体積固有抵抗が１０^１５Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の静電チャック。
上記絶縁層がＳｉを主成分とする非晶質層からなることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の静電チャック。
上記絶縁層が非晶質酸化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の静電チャック。
上記絶縁層のウェハを載せる載置面の平均表面粗さＲａが０．００１μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の静電チャック。
上記板状体にブラスト加工を施して面取り部を形成し、その上に電極を形成し、更にその上に絶縁層を成膜することを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の静電チャックの製造方法。
上記板状体に所定形状のダイヤモンド砥石で加工を施して面取り部を形成し、その上に電極を形成し、更にその上に絶縁層を成膜することを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の静電チャックの製造方法。
上記絶縁層を形成した後、絶縁層表面を研磨加工することを特徴とする請求項９または１０に記載の静電チャックの製造方法。