JP2006066857A

JP2006066857A - Bipolar electrostatic chuck

Info

Publication number: JP2006066857A
Application number: JP2004356005A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Tatsumi; 良昭辰己; Kinya Miyashita; 欣也宮下
Original assignee: CREATIVE TECHNOLOGY KK; Creative Technology Corp
Current assignee: CREATIVE TECHNOLOGY KK; Creative Technology Corp
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2006-03-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic chuck by which a gradient force for adsorbing an insulating substrate is effectively generated at the substrate, and further an adsorbing surface is prevented from being damaged by a particle or a foreign material. <P>SOLUTION: By setting a substrate 5 to be adsorbed on electrodes 3 and 4, the adsorptivity of the electrostatic chuck is raised. Further, by using titanium, a compound containing titanium, a titanium oxide or conductive ceramic such as titanium nitride or titanium carbide having superior abrasion resistance as the electrodes 3 and 4, durability for contact to the substrate 5 to be adsorbed and robustness to the foreign material such as the particles are maintained. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、テレビ画面あるいはコンピュータ用ディスプレーに使用される液晶ディスプレーパネルの製造工程に使われるガラス基板張り合わせ装置、又、半導体素子製造プロセスで用いられているエッチング処理、化学気相蒸着（ＣＶＤ）による薄膜形成のプラズマ処理装置、電子露光装置、イオン描写装置、イオン注入装置、イオンドーピング装置に具備されているＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハあるいはガラスなどの絶縁性基板を吸着保持させる静電チャック技術に係る。 The present invention relates to a glass substrate laminating apparatus used in a manufacturing process of a liquid crystal display panel used for a television screen or a computer display, or an etching process or chemical vapor deposition (CVD) used in a semiconductor element manufacturing process. Electrostatic chuck technology for attracting and holding an insulating substrate such as an SOI (Silicon on Insulator) wafer or glass provided in a plasma processing apparatus for forming a thin film, an electron exposure apparatus, an ion drawing apparatus, an ion implantation apparatus, and an ion doping apparatus. Related.

ガラス等の絶縁性基板に液晶の圧入にともない同基板を張り合わせるとき、それら基板を装置の保持機構に固定し、プラズマあるいはイオンの照射を行うあるいは互いに圧接するなどの処理が必要になる。このとき、基盤の表面を機械的に保持面に押さえ付けるのではなく、静電的に吸着そして保持させる機構が使われている。基板にかかる機械的な圧力をなくすことで、基板が傷つけられることを防ぎ、パーティクルの発生を減少できるためである。また、静電チャックは基板の全面にわたって均一な力で保持できるため、基板の平坦性も保証できる。 When the substrates are bonded to an insulating substrate such as glass as the liquid crystal is press-fitted, it is necessary to fix the substrates to a holding mechanism of the apparatus and irradiate them with plasma or ions or press them together. At this time, a mechanism is used in which the surface of the substrate is not mechanically pressed against the holding surface but is electrostatically attracted and held. This is because by eliminating the mechanical pressure applied to the substrate, the substrate can be prevented from being damaged and the generation of particles can be reduced. Further, since the electrostatic chuck can be held with a uniform force over the entire surface of the substrate, the flatness of the substrate can be guaranteed.

近年大型液晶テレビの普及がめざましく、より大型のガラス基板を保持する必要が出てきた。大型のものでは１ｍ×１ｍを超えるものも製造されている。また半導体では直径３００ｍｍのシリコンウエハが主流ではあるが、電気的に絶縁物である二酸化シリコンの上にシリコン層を形成したＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）とよばれるウエハも使用するようになってきている。いずれの場合も大型化により基板の重量が増しているので、より高い吸着力が必要とされている。 In recent years, the spread of large-sized liquid crystal televisions has been remarkable, and it has become necessary to hold a larger glass substrate. Larger ones exceeding 1 m × 1 m are also manufactured. In addition, a silicon wafer having a diameter of 300 mm is the mainstream for semiconductors, but a wafer called SOI (Silicon on Insulator) in which a silicon layer is formed on silicon dioxide, which is an electrically insulating material, is also being used. . In any case, since the weight of the substrate is increased due to the increase in size, a higher adsorption force is required.

ガラスは絶縁物で誘電体である。この種の基板を静電チャックで吸着する場合、その力の主はグラディエント力と呼ばれている。これは電界強度の弱いところから強い部分へ引き込まれるように働くので誘電体吸引力とも呼ばれている。絶縁物には電流は流れないため、吸着力の著しいジョンソン・ラーベック力は原理的に吸着力に寄与しない。 Glass is an insulator and a dielectric. When this type of substrate is attracted by an electrostatic chuck, the main force is called a gradient force. This is called a dielectric attractive force because it works so as to be drawn from a place where the electric field strength is weak to a strong part. Since no current flows through the insulator, the Johnson-Rahbek force, which has a strong adsorption force, does not contribute to the adsorption force in principle.

ガラスを吸着できる静電チャックは数々報告されている。非特許文献１には１０ｃｍ×１０ｃｍの一層くし型双極電極の静電チャックで、１ｍｍピッチ（電極幅１ｍｍ、電極間隔１ｍｍ）で５０μｍの表面誘電体層を有す場合、印加電圧１５００Ｖで被吸着物がシリコンウエハの時、約３Ｎの吸着力を得ている。これは単位面積あたりの吸着力に換算すると約３ｇｆ／ｃｍ^２となる。特開平１０−２２３７４２号では双極電極型の静電チャックで帯状電極の線幅及び帯状電極間の幅を０．３〜３ｍｍにすることが開示されている。電極間の間隔を狭めれば電界強度が増し、結果強い吸着力が期待できるためである。特表２０００−５０２５０９号には電極線幅及び電極線間をさらに細かくして１００μｍ以下とすることが開示されている。特開２００１−３０８１６６号には電極間の電界強度を増加させるために、電極の厚みを薄く形成することが開示されている。２μｍ以下の電極となっている。特開２００３−４５９５０号ではこれまでの開示で掲げた平面の電極でなく、電界強度を増加させるために、電極を針状にしたものが開示されている。これらの開示技術では、静電チャックの吸着面は誘電体絶縁層を有しているため、十分にガラスなどの基板にグラディエント力を発生させることができない。又、この誘電体層は、基板が傷ついて発生する微少なパーティクルやその他の異物が、基板と静電チャックの間に挟まった状態で吸着されると、その力により異物が誘電体層を痛めてしまうことがある。その結果、誘電体層の平坦度あるいは電気絶縁性の不良などの諸問題を引き起こす。Many electrostatic chucks that can adsorb glass have been reported. Non-patent document 1 describes a 10 cm × 10 cm electrostatic chuck with a single comb-type bipolar electrode. When the surface dielectric layer has a pitch of 1 mm (electrode width: 1 mm, electrode interval: 1 mm) and a thickness of 50 μm, it is adsorbed at an applied voltage of 1500 V. When the object is a silicon wafer, an adsorption force of about 3N is obtained. This is about 3 gf / cm ² in terms of adsorption force per unit area. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-223742 discloses that the line width of the strip electrodes and the width between the strip electrodes is 0.3 to 3 mm with a bipolar electrode type electrostatic chuck. This is because if the distance between the electrodes is narrowed, the electric field strength increases, and as a result, a strong adsorption force can be expected. JP 2000-502509 A discloses that the electrode line width and the distance between the electrode lines are further reduced to 100 μm or less. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-308166 discloses that the thickness of the electrode is reduced in order to increase the electric field strength between the electrodes. The electrode is 2 μm or less. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-45950 discloses an electrode that is needle-shaped in order to increase the electric field strength, instead of the flat electrode described in the above disclosure. In these disclosed techniques, the attracting surface of the electrostatic chuck has a dielectric insulating layer, and thus a gradient force cannot be sufficiently generated on a substrate such as glass. In addition, when a minute particle or other foreign matter generated when the substrate is damaged is adsorbed while being sandwiched between the substrate and the electrostatic chuck, the dielectric layer damages the dielectric layer due to the force. May end up. As a result, various problems such as flatness of the dielectric layer or poor electrical insulation are caused.

Ｋ．Ａｓａｎｏ，Ｆ．ＨａｔａｋｅｙａｍａａｎｄＫ．Ｙａｔｓｕｚｕｋａ，「ＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｆａｎＥｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃＣｈｕｃｋｆｏｒＳｉｌｉｃｏｎＷａｆｅｒＨａｎｄｌｉｎｇ」，ＩＡＳ’９７、ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＲｅｃｏｒｄｏｆｔｈｅ１９９７ＩＥＥＥＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＴｈｉｒｔｙ−ＳｅｃｏｎｄＩＡＳＡｎｎｕａｌＭｅｅｔｉｎｇ（Ｃａｔ．Ｎｏ．９７ＣＨ３６０９６），Ｐａｒｔ：ｖｏｌ．３，Ｐａｇｅ：１９９８−２００３。K. Asano, F.A. Hatakeyama and K.K. Yatsuzuka, "Fundamental Study of an Electrostatic Chuck for Silicon Wafer Handling", IAS'97, Conference Record of the 1997 IEEE Industry Applications Conference Thirty-Second IAS Annual Meeting (Cat.No.97CH36096), Part: vol. 3, Page: 1998-2003. 特開平１０−２２３７４２号公報JP-A-10-223742 特表２０００−５０２５０９号公報JP 2000-502509 A 特開２００１−３０８１６６号公報JP 2001-308166 A 特開２００３−４５９５０号公報JP 2003-45950 A

本発明の課題は、ＳＯＩあるいはガラスなどの絶縁性基板を吸着させるためのグラディエント力を効果的にその基板に発生させることにある。更に、第二の課題は基板が傷ついてパーティクルを発生し静電チャックの吸着面に付着した場合、あるいはその他の異物が基板に付着して静電チャックの吸着面に運ばれてきた場合などにおいても、それらパーティクルあるいは異物によって静電チャックが損傷を受けない構造とすることである。 An object of the present invention is to effectively generate a gradient force on an insulating substrate such as SOI or glass on the substrate. Furthermore, the second problem is when the substrate is damaged and generates particles and adheres to the chucking surface of the electrostatic chuck, or when other foreign matter adheres to the substrate and is carried to the chucking surface of the electrostatic chuck. In other words, the electrostatic chuck is not damaged by the particles or foreign matters.

先ず概要を以下に説明する。グラディエント力は静電チャックの電極の近傍で最も強くなる。即ち、電極のすぐ上に被吸着基板を設置できるようにすることで、静電チャックの吸着力を高めることができる。従来の静電チャックでは電極の上部を含めその周囲は誘電体の特性を有す絶縁層で覆われているが、本発明ではこの上部の絶縁層を設けない。したがい、被吸着基板は電極の上部に誘電体を介さずに直接設置する。更に、電極には耐摩耗性のすぐれたチタン、チタンを含む化合物、酸化チタンあるいは窒化チタン若しくは炭化チタンなどの導電性のセラミックを用いることで被吸着基板との接触による耐久性と、パーティクルなどの異物に対しての強固さを維持できるようにする。電極の上部には絶縁層を有しないが、電極の側面、即ち電極と電極の間の絶縁物の有無はその使用形態により選択する。 First, an outline will be described below. The gradient force is strongest near the electrode of the electrostatic chuck. That is, by making it possible to install the substrate to be attracted immediately above the electrode, the attracting force of the electrostatic chuck can be increased. In the conventional electrostatic chuck, the periphery including the upper portion of the electrode is covered with an insulating layer having dielectric properties, but the upper insulating layer is not provided in the present invention. Therefore, the substrate to be adsorbed is installed directly on the electrode without a dielectric. In addition, the electrode is made of titanium, a compound containing titanium, a conductive ceramic such as titanium oxide, titanium nitride, or titanium carbide. It is possible to maintain the strength against foreign matter. Although there is no insulating layer on the upper part of the electrode, the side surface of the electrode, that is, the presence or absence of an insulator between the electrodes, is selected depending on the use form.

本発明の静電チャックはアルミニウム、アルミニウム合金あるいはＭＭＣ（ＭｅｔａｌＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔ）とよばれるセラミックとアルミニウムなどの金属との複合材料から成る基盤の上部にセラミックで絶縁層を形成する。基盤には静電チャックを装置に取り付けるための機構と冷却媒体を流す経路などを有す。又、この基盤は静電チャック吸着面の平坦性を保証するための基準となるもので、精密に加工する必要がある。絶縁層は酸化アルミ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニアから選ばれた一種あるいはそれ以上のセラミックから形成される。この絶縁層の厚さは５０〜１０００μｍである。絶縁層の生産性の観点から５０〜３００μｍが適当である。電極材料として先ず二酸化チタンが有効である。二酸化チタンの体積抵抗率は１０^１０Ω・ｍと半導体であるので、電極材料として使用できる。又、モース硬度は７〜７．５、融点は１８２５℃と共に高い数値をもつので磨耗及び高温に対しても強い材料である。又、チタンの単体あるいはチタンと二酸化チタンの混合体でも電極材料として適している。電気伝導度を高める効果が期待できるためである。酸化チタンと同様の半導体で珪素も電極材料として使用可能である。更に、有効な電極材質として窒化チタンそして炭化チタンがある。窒化チタンは金色の金属光沢を示し、特に磨耗性に優れている。又、この材質は金属伝導体で、融点は３０００℃であるため高温下の電極に適している。窒化チタンは、事実、ＣＶＤあるいはＰＶＤ手法により液晶ディスプレーのガラス基板上に形成するトランジスタのゲート電極形成に使われている。一方、炭化チタンは灰色の金属光沢を示し、前者と同様に金属伝導体で、融点は３４００〜３５００℃である。モース硬度は９以上と高い数値を示す。電極の厚さは１０〜２００μｍが適当で、後述する形成方法により適当な厚さに設定する。異なる極性の電極間の間隔は０．１〜３ｍｍで、電極自身の幅も同様に０．１〜３ｍｍの範囲内であることが好ましい。電極間の間隔は前記範囲より狭いと放電が発生する可能性が増し、広いとグラディエント力が弱まるためである。又、電極自身の幅は前記範囲よりも狭いとその形成が技術的に困難であり、広いと全体の吸着力を高くできない。グラディエント力は電極の側部のみ発生するからである。電極のパターンはくし歯が互いに組み合わされるように形成するが、極性の異なる電極を交互に同心円状に配置することも可能である。In the electrostatic chuck of the present invention, an insulating layer is formed of ceramic on an upper portion of a base made of a composite material of ceramic such as aluminum, aluminum alloy or MMC (Metal Matrix Composite) and metal such as aluminum. The base has a mechanism for attaching the electrostatic chuck to the apparatus and a path for flowing a cooling medium. Further, this base serves as a reference for assuring the flatness of the electrostatic chuck attracting surface and needs to be precisely processed. The insulating layer is formed of one or more ceramics selected from aluminum oxide, aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride, and zirconia. The insulating layer has a thickness of 50 to 1000 μm. From the viewpoint of productivity of the insulating layer, 50 to 300 μm is appropriate. First, titanium dioxide is effective as an electrode material. Since the volume resistivity of titanium dioxide is a semiconductor of 10 ¹⁰ Ω · m, it can be used as an electrode material. In addition, Mohs hardness is 7 to 7.5 and melting point is 1825 ° C., which is a high value. Also, a simple substance of titanium or a mixture of titanium and titanium dioxide is suitable as an electrode material. This is because the effect of increasing electrical conductivity can be expected. Silicon can also be used as an electrode material in the same semiconductor as titanium oxide. Further, effective electrode materials include titanium nitride and titanium carbide. Titanium nitride exhibits a golden metallic luster and is particularly excellent in wear. This material is a metal conductor and has a melting point of 3000 ° C., which is suitable for electrodes under high temperature. Titanium nitride is actually used for forming a gate electrode of a transistor formed on a glass substrate of a liquid crystal display by a CVD or PVD method. On the other hand, titanium carbide exhibits a gray metallic luster, is a metal conductor as in the former, and has a melting point of 3400-3500 ° C. The Mohs hardness is 9 or higher. The thickness of the electrode is suitably 10 to 200 μm, and is set to a suitable thickness by the formation method described later. The interval between electrodes of different polarities is preferably 0.1 to 3 mm, and the width of the electrode itself is preferably in the range of 0.1 to 3 mm. This is because if the distance between the electrodes is narrower than the above range, the possibility of electric discharge increases, and if it is wide, the gradient force is weakened. If the width of the electrode itself is narrower than the above range, it is technically difficult to form the electrode. If it is wide, the overall adsorption force cannot be increased. This is because the gradient force is generated only on the side portion of the electrode. The electrode pattern is formed so that the comb teeth are combined with each other, but electrodes having different polarities can be alternately arranged concentrically.

本発明の実施には二種の製造方法がある。第一の方法は溶射により電極そして電極と金属性の基盤上を電気的に絶縁する絶縁層を形成す方法。第二の方法はイオンプレーティング法などで電極を形成する方法である。第一の方法は、先ず金属のアルミニウムあるいはＭＭＣの基盤上に絶縁材料である酸化アルミを溶射法により５０〜３００μｍの範囲で一定の厚さに均一に形成する。この後、二酸化チタン粉末を溶射により絶縁層の全面に吹き付け電極層を形成する。このとき、電極パターンを形成するためのマスクを介して吹きつけてもよいし、あるいは全面に二酸化チタンを溶射した後マスクを解して研磨粒子によるブラスト手法により余分な部位を取り除いて電極パターンを形成する。この後、吸着面の平坦化のための研磨を行い完成する。更に必要な場合には溶射面の封抗処理をエポキシ樹脂あるいはシリコン樹脂で全体に行い、真空雰囲気での真空引きにかかる時間の短縮、更には絶縁層の電気絶縁性の向上を図る。電極と電極の間に絶縁層を有す場合には、前述の製作工程に加え、電極パターンを形成した後再度、酸化アルミを電極の上から全面に前述同様の溶射法により積層し、後に電極の表面が現れるまで酸化アルミを機械加工により除去する作業を付加する。 There are two types of manufacturing methods in the practice of the present invention. The first method is to form an electrode and an insulating layer that electrically insulates the electrode and the metallic substrate by thermal spraying. The second method is a method of forming an electrode by an ion plating method or the like. In the first method, first, aluminum oxide, which is an insulating material, is uniformly formed on a metal aluminum or MMC substrate to a constant thickness in a range of 50 to 300 μm by a thermal spraying method. Thereafter, titanium dioxide powder is sprayed on the entire surface of the insulating layer to form an electrode layer. At this time, it may be sprayed through a mask for forming the electrode pattern, or after spraying titanium dioxide on the entire surface, the mask is released and the electrode pattern is removed by blasting with abrasive particles. Form. Thereafter, polishing for flattening the suction surface is completed. Further, if necessary, the sprayed surface is sealed with an epoxy resin or a silicon resin to shorten the time required for evacuation in a vacuum atmosphere and further improve the electrical insulation of the insulating layer. In the case where an insulating layer is provided between the electrodes, in addition to the above-described manufacturing process, after forming the electrode pattern, aluminum oxide is again laminated on the entire surface from above the electrode by the same thermal spraying method as described above. Work to remove aluminum oxide by machining until the surface of the metal appears.

第二の方法はイオンプレーティング、蒸着などの薄膜形成方法により電極を作る方法である。酸化アルミ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニアから一種以上を含むセラミックから絶縁層を形成するセラミック板を製作する。このセラミック板は吸着面の平坦度を決定する基準面になるので、研磨により平坦にする。±１〜５μｍの平坦性が必要である。セラミック板の厚さは５〜２０ｍｍで、薄い場合には更に強固な金属の基盤に接着する場合もある。このセラミック板に窒化チタンあるいは炭化チタンから選ばれた一種以上の導電性セラミックにより電極を形成する。この成膜にはイオンプレーティング、スパッタリング、ＣＶＤなどの方法を使う。電極厚さは１〜５０μｍである。電極パターンの形成は、成膜時にマスクにより行っても良いし、全面成膜後にレジスト膜を形成しエッチングによる不要な部位を除去することも可能である。電極パターンは前述の溶射法と同様、くし歯あるいは同心円状にする。電極と電極の間に絶縁層を有す場合には、セラミック板をマスクによるブラスト処理などにより、予め凹部を設け、その部分に電極形成の後、余分な電極材料と共にセラミック板の表面を平坦加工する。 The second method is a method of making an electrode by a thin film forming method such as ion plating or vapor deposition. A ceramic plate that forms an insulating layer from a ceramic containing one or more of aluminum oxide, aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride, and zirconia is manufactured. Since this ceramic plate serves as a reference surface for determining the flatness of the suction surface, it is flattened by polishing. A flatness of ± 1 to 5 μm is necessary. The thickness of the ceramic plate is 5 to 20 mm, and if it is thin, it may be bonded to a stronger metal substrate. An electrode is formed on the ceramic plate using at least one conductive ceramic selected from titanium nitride or titanium carbide. For this film formation, methods such as ion plating, sputtering, and CVD are used. The electrode thickness is 1 to 50 μm. The electrode pattern may be formed with a mask at the time of film formation, or a resist film may be formed after film formation on the entire surface to remove unnecessary portions by etching. The electrode pattern is comb teeth or concentric circles as in the above-described spraying method. If there is an insulating layer between the electrodes, the ceramic plate is recessed in advance by blasting with a mask, etc., and after forming the electrode in that portion, the surface of the ceramic plate is flattened together with excess electrode material To do.

取り扱う基板の大きさにより、静電チャックの吸着面は真空排気の構造を考慮する必要がある。被吸着基板が静電チャックに吸着されたときに残留空気あるいはその他のガスが、被吸着基板と静電チャックの吸着面の間に閉じ込められた場合、大きな基板ではその真空排気に時間を要し、装置の処理能力を低下させることが懸念されるためである。基板がガラス等で薄く、その大きさが１ｍ×１ｍ程度以上の物についてはその影響は顕著であると考えられる。特に、電極の側部、すなわち電極と電極の間に絶縁層がない場合には、被吸着基板を本発明の静電チャックに吸着したとき、対向する電極間には空隙が形成される。この空隙で形成される径路は排気コンダクタンスが悪く、同状態で真空排気を行うと、この空隙に残留する気体は長い径路を経て真空排気されることになり、所定の圧力まで達するのに相当な時間がかかってしまう。このため、この空隙径路内の真空排気を容易にするため、その径路に一箇所以上のガス抜きの貫通孔を設ける、溝を這わせる、あるいは電極間の空隙を囲まないような電極構造としてその部分のコンダクタンス改善を図る。一方、基板が比較的小さい場合、例えば半導体のシリコン製で直径３００ｍｍのものでは、前述の真空排気の問題は比較的少なくなると考えられる。この場合には、被吸着基板全域での均一冷却あるいは均一保持力の維持などが静電チャックの仕様の項目として重要となる場合があるため、対向する電極と電極の間に絶縁層を有し、吸着面としては平坦であるものが望ましい。 Depending on the size of the substrate to be handled, the suction surface of the electrostatic chuck needs to consider the structure of vacuum exhaust. If residual air or other gas is trapped between the attracted substrate and the attracting surface of the electrostatic chuck when the attracted substrate is attracted to the electrostatic chuck, it takes time to evacuate the large substrate. This is because there is a concern that the processing capacity of the apparatus is lowered. The effect is conspicuous for a thin substrate made of glass or the like and having a size of about 1 m × 1 m or more. In particular, when there is no insulating layer between the electrodes, that is, between the electrodes, when the substrate to be attracted is adsorbed to the electrostatic chuck of the present invention, a gap is formed between the opposing electrodes. The path formed by this gap has poor exhaust conductance, and if evacuation is performed in the same state, the gas remaining in this gap will be evacuated through a long path, which is equivalent to reaching a predetermined pressure. It takes time. For this reason, in order to facilitate evacuation in the gap path, an electrode structure is provided in which one or more degassing through holes are provided in the path, grooves are formed, or the gap between the electrodes is not surrounded. Improve the conductance of the part. On the other hand, when the substrate is relatively small, for example, if the semiconductor is made of silicon and has a diameter of 300 mm, the above-described problem of evacuation is considered to be relatively small. In this case, since uniform cooling or maintaining a uniform holding force over the entire area of the substrate to be attracted may be an important item of the electrostatic chuck specification, an insulating layer is provided between the opposing electrodes. The adsorption surface is preferably flat.

本発明により、静電チャックの電極に直接、被吸着基板を設置することができるので、電極端部に発生するグラディエント力を効果的に被吸着基板内に発生することが可能になる。結果、この静電チャックは強い吸着力により被吸着基板を保持できる。更に、パーティクルなどの異物により絶縁層が破壊されることがなくなるため、超寿命で信頼性の高い静電チャックを供給することができる。 According to the present invention, since the substrate to be attracted can be installed directly on the electrode of the electrostatic chuck, the gradient force generated at the end of the electrode can be effectively generated in the substrate to be attracted. As a result, this electrostatic chuck can hold the substrate to be attracted by a strong attracting force. Furthermore, since the insulating layer is not destroyed by foreign matters such as particles, an electrostatic chuck with a long life and high reliability can be supplied.

BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。電極間が空隙で絶縁層等を有しないものについて図１〜図４により説明し、電極間に絶縁層等を有し、吸着面が平坦であるものについては図５および図６により説明する。尚。本発明にかかわる双極型静電チャックは以下の例に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 will be described with respect to the gap between the electrodes and no insulating layer or the like, and those with an insulating layer or the like between the electrodes and a flat adsorption surface will be described with reference to FIGS. still. The bipolar electrostatic chuck according to the present invention is not limited to the following examples.

図１に構成例を示す。ここで図１（ａ）は上面図を示し、同（ｂ）はＡ−Ａ′の断面を示す。基盤１はアルミニウム製で厚さは２０ｍｍ。この基盤１の上面に絶縁層２を溶射により形成している。絶縁層２の材質は酸化アルミのセラミックで厚さは１００μｍである。絶縁層２の上部には第一電極３と第二電極４がくし歯状に形成される。これら電極は二酸化チタンを溶射によりマスクを解して吹きつけることで形成する。第一電極３と第二電極４の膜厚は１００μｍである。後、シリコン材により全域に封抗処理をおこなう。第一電極３と第二電極４ともに電極の幅は１ｍｍで、電極間の隙間距離も１ｍｍである。くし歯の長さＸは任意で被吸着基板５の大きさ、あるいはその他条件で１０００ｍｍ程度まで大きくすることができる。電極には電源６が接続される。図１では第一電極３にマイナス、そして第二電極４にプラスの電位を供給し、その中間電位は大地に接続されているようすを示している。電位の極性はこの逆でも、吸着力に変化はない。第一電極３と第二電極４の上には被吸着基板５が設置されている。第一電極３と第二電極４に困れた部分には真空排気孔７が設けられている。第一電極３と第二電極４に囲まれた領域の真空排気を促進するためである。この真空排気孔７の断面のようすを図２に示す。第一電極３と第二電極４の間に挟まれた領域の気体は真空排気孔７を通って真空排気孔の真空容器側ガス出口７ａに排気される。孔を設ける代わりに同じ目的のために溝を設けることが考えられる。Ｃ−Ｃ′の断面のようすを図３に示す。ここではあらかじめ絶縁層２に溝を加工し、その上に第二電極４を前記とおなじく溶射により吹き付け、真空排気溝８を形成する。尚、この溝の形成は基盤１に行っても良い。これら真空排気孔７または真空排気溝８は図中では一箇所であるが、その数に制限はなく、より早い真空排気を行うために複数設置する。 FIG. 1 shows a configuration example. Here, FIG. 1A shows a top view, and FIG. 1B shows a cross section taken along line AA ′. The base 1 is made of aluminum and has a thickness of 20 mm. An insulating layer 2 is formed on the upper surface of the substrate 1 by thermal spraying. The insulating layer 2 is made of aluminum oxide ceramic and has a thickness of 100 μm. A first electrode 3 and a second electrode 4 are formed in a comb shape on the insulating layer 2. These electrodes are formed by spraying titanium dioxide through a thermal spray. The film thickness of the first electrode 3 and the second electrode 4 is 100 μm. After that, the entire area is sealed with a silicon material. Both the first electrode 3 and the second electrode 4 have an electrode width of 1 mm and a gap distance between the electrodes of 1 mm. The length X of the comb teeth can be arbitrarily increased to about 1000 mm depending on the size of the substrate to be attracted 5 or other conditions. A power source 6 is connected to the electrodes. FIG. 1 shows that a negative potential is supplied to the first electrode 3 and a positive potential is supplied to the second electrode 4, and the intermediate potential is connected to the ground. Even if the polarity of the potential is reversed, the adsorption force does not change. On the first electrode 3 and the second electrode 4, an adsorbed substrate 5 is installed. A vacuum exhaust hole 7 is provided in a portion troubled by the first electrode 3 and the second electrode 4. This is to promote evacuation of a region surrounded by the first electrode 3 and the second electrode 4. The cross section of the vacuum exhaust hole 7 is shown in FIG. The gas in the region sandwiched between the first electrode 3 and the second electrode 4 passes through the vacuum exhaust hole 7 and is exhausted to the vacuum vessel side gas outlet 7a of the vacuum exhaust hole. It is conceivable to provide grooves for the same purpose instead of providing holes. FIG. 3 shows a cross section taken along the line CC ′. Here, a groove is processed in the insulating layer 2 in advance, and the second electrode 4 is sprayed on the insulating layer 2 by thermal spraying as described above to form the vacuum exhaust groove 8. The groove may be formed on the substrate 1. Although the number of the vacuum exhaust holes 7 or the vacuum exhaust grooves 8 is one in the drawing, the number thereof is not limited, and a plurality of the vacuum exhaust holes 7 or the vacuum exhaust grooves 8 are provided in order to perform faster vacuum exhaust.

図４は実施例２の構造である。図４（ａ）は上面図、同（ｂ）はＤ−Ｄ′の断面図を示す。ここで、基盤１はアルミニウム製で凸状の断面を有する。この基盤１で図示した部位に溶射により酸化アルミのセラミックの絶縁層２形成する。後に、電極を形成するために二酸化チタンをマスクを介して溶射により吹きつける。以下の工程、電源６の接続方法、くし歯の長さＸなどは実施例１と同様である。この実施例２では被吸着基板５を電極上に乗せたとき構造上電極間の領域が実施例１のように封じられることがない。また、本実施例２の別の製造方法として、前記の電極材質を溶射した後、砥石により不要な部位の電極を削り落として電極パターンを形成しても良い。この場合、その削り深さを調整することで電極間の径路の真空引きコンダクタンスを調整することができる。電極の幅は、電極間の隙間距離、電極そして絶縁層２の膜厚などの各寸法の値は実施例１と同じである。 FIG. 4 shows the structure of the second embodiment. 4A is a top view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line DD ′. Here, the substrate 1 is made of aluminum and has a convex cross section. An insulating layer 2 made of an aluminum oxide ceramic is formed by thermal spraying on the portion shown by the substrate 1. Later, titanium dioxide is sprayed through a mask to form electrodes. The following steps, the connection method of the power source 6, the comb tooth length X, and the like are the same as those in the first embodiment. In the second embodiment, when the substrate to be adsorbed 5 is placed on the electrode, the region between the electrodes is not sealed as in the first embodiment. As another manufacturing method of the second embodiment, after spraying the above electrode material, an electrode pattern may be formed by scraping off an unnecessary portion of the electrode with a grindstone. In this case, the evacuation conductance of the path between the electrodes can be adjusted by adjusting the cutting depth. The width of the electrode is the same as that of the first embodiment in the values of the dimensions such as the gap distance between the electrodes and the film thickness of the electrode and the insulating layer 2.

実施例３は基板１を酸化アルミのセラミックあるいは金属の上面に同セラミックを張り合わせたものを用い、第一電極３と第二電極４をこのセラミック板上にイオンプレーティング手法を用いて形成する。実施例１の絶縁層２が省略され、基盤１をセラミック板に置き換えたもので、基本的構成は同実施例と同じである。基盤１となるセラミック板は吸着面の平坦度を決定する基準面になるので、研磨により±１〜５μｍの平坦性を有す。セラミック板の厚さは１０ｍｍである。このセラミック板に窒化チタンの導電性セラミックにより電極を形成する。この成膜にはイオンプレーティングを使い、電極厚さは２０μｍである。電極パターンの形成は、マスクにより全面成膜時に行う。第一電極３と第二電極４のパターンは実施例１と同様、くし歯状である。真空排気に係る工夫は実施例１と同様である。 In Example 3, the substrate 1 is made of an aluminum oxide ceramic or a metal upper surface bonded to the same, and the first electrode 3 and the second electrode 4 are formed on the ceramic plate by an ion plating method. The insulating layer 2 of the first embodiment is omitted, and the substrate 1 is replaced with a ceramic plate. The basic configuration is the same as that of the first embodiment. Since the ceramic plate serving as the substrate 1 serves as a reference surface for determining the flatness of the suction surface, it has a flatness of ± 1 to 5 μm by polishing. The thickness of the ceramic plate is 10 mm. Electrodes are formed on the ceramic plate using a conductive ceramic of titanium nitride. For this film formation, ion plating is used, and the electrode thickness is 20 μm. The electrode pattern is formed on the entire surface using a mask. The pattern of the 1st electrode 3 and the 2nd electrode 4 is a comb-tooth shape similarly to Example 1. FIG. The device for evacuation is the same as in the first embodiment.

図５は実施例４の構造である。図４（ａ）は上面図、同（ｂ）はＥ−Ｅ′の断面図を示す。実施例１と本実施例の相違は第一電極３と第二電極４との間にも絶縁層２を有することである。基盤１はアルミニウム製で厚さは２０ｍｍ。この基盤１の上面に絶縁層２を溶射により形成している。絶縁層２の材質は酸化アルミのセラミックで最大厚さは２００μｍである。絶縁層２の上部には第一電極３と第二電極４がくし歯状に形成される。これら電極は二酸化チタンを溶射によりマスクを解して吹きつけることで形成する。第一電極３と第二電極４の膜厚は１００μｍである。第一電極３と第二電極４の間にも絶縁層２を形成する。これは、絶縁層２を先ず１００μｍ溶射により堆積させた後、その上に第一電極３と第二電極４を前記の最終膜厚より少し多い目に形成し、この後再度酸化アルミを同様の方法で全面に１００μｍ＋１０μｍ程度形成する。この後、電極の表面が現れるまで全面を平坦研磨し、最終的な絶縁層２の厚さ２００μｍにすることで形成される。後、シリコン材により全域に封抗処理をおこなう。第一電極３と第二電極４ともに電極の幅は１ｍｍで、電極間の隙間距離も１ｍｍである。くし歯の長さＸは任意で被吸着基板５の大きさ、あるいはその他条件で１０００ｍｍ程度まで大きくすることができる。電極には電源６が接続される。図５では第一電極３にマイナス、そして第二電極４にプラスの電位を供給し、その中間電位は大地に接続されているようすを示している。電位の極性はこの逆でも、吸着力に変化はない。第一電極３と第二電極４の上には被吸着基板５が設置されている。 FIG. 5 shows the structure of the fourth embodiment. 4A is a top view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line EE ′. The difference between the first embodiment and this embodiment is that the insulating layer 2 is also provided between the first electrode 3 and the second electrode 4. The base 1 is made of aluminum and has a thickness of 20 mm. An insulating layer 2 is formed on the upper surface of the substrate 1 by thermal spraying. The insulating layer 2 is made of aluminum oxide ceramic and has a maximum thickness of 200 μm. A first electrode 3 and a second electrode 4 are formed in a comb shape on the insulating layer 2. These electrodes are formed by spraying titanium dioxide through a thermal spray. The film thickness of the first electrode 3 and the second electrode 4 is 100 μm. The insulating layer 2 is also formed between the first electrode 3 and the second electrode 4. This is because the insulating layer 2 is first deposited by 100 μm thermal spraying, and then the first electrode 3 and the second electrode 4 are formed on the layer slightly larger than the final film thickness. About 100 μm + 10 μm is formed on the entire surface by the method. Thereafter, the entire surface is flatly polished until the surface of the electrode appears, so that the final insulating layer 2 has a thickness of 200 μm. After that, the entire area is sealed with a silicon material. Both the first electrode 3 and the second electrode 4 have an electrode width of 1 mm and a gap distance between the electrodes of 1 mm. The length X of the comb teeth can be arbitrarily increased to about 1000 mm depending on the size of the substrate to be attracted 5 or other conditions. A power source 6 is connected to the electrodes. FIG. 5 shows that a negative potential is supplied to the first electrode 3 and a positive potential is supplied to the second electrode 4 and the intermediate potential is connected to the ground. Even if the polarity of the potential is reversed, the adsorption force does not change. On the first electrode 3 and the second electrode 4, an adsorbed substrate 5 is installed.

図６は実施例５の構造である。図６（ａ）は上面図、同（ｂ）はＦ−Ｆ′の断面図、同（ｃ）はＧ−Ｇ′の断面図を示す。実施例２と本実施例の相違は、電極と電極の間にも絶縁層２を有すことである。基盤１で図示した部位に溶射により酸化アルミのセラミックの絶縁層２形成する。後に、電極を形成するために二酸化チタンをマスクを介して溶射により吹きつける。この後全面に再び酸化アルミを溶射し、研磨により電極の表面が見えるまで加工する。このあたりの手法は実施例４と同様である。以下の工程、電源６の接続方法、絶縁層２の厚さ、それぞれの電極の厚さ、電極の幅、電極間の隙間距離、くし歯の長さＸなどは実施例２と同様である。 FIG. 6 shows the structure of the fifth embodiment. 6A is a top view, FIG. 6B is a sectional view taken along line FF ′, and FIG. 6C is a sectional view taken along line GG ′. The difference between the second embodiment and this embodiment is that the insulating layer 2 is also provided between the electrodes. An insulating layer 2 made of an aluminum oxide ceramic is formed by thermal spraying on the portion shown by the base 1. Later, titanium dioxide is sprayed through a mask to form electrodes. Thereafter, aluminum oxide is sprayed again on the entire surface, and the surface of the electrode is processed by polishing until it is visible. This technique is the same as in the fourth embodiment. The following steps, the connection method of the power source 6, the thickness of the insulating layer 2, the thickness of each electrode, the electrode width, the gap distance between the electrodes, the comb tooth length X, and the like are the same as in the second embodiment.

［試験例］図７に実施例１で示した構成によるシミュレーションによる電位等高線とグラディエント力の発生箇所を示している。ガラス基板の中でグラディエント力は各電極の上部の角で発生していることがわかる。同様の構成で電極の上部に５０μｍの絶縁層がある従来例とグラディエント力を比較すると、本発明の場合その力は約７倍に増加していることがわかっていて、単位面積当たりの吸着力は±１．５ｋＶで２１ｇｆ／ｃｍ^２である。二酸化チタンは比誘電率が１００程度と高いが、この事実を含めたシミュレーションではその影響が電位分布あるいはグラディエント力に大きく影響することは認められなかった。また、電極と電極の間の誘電体の有無についても吸着力への影響は無視できる範囲であった。[Test Example] FIG. 7 shows potential contour lines and locations where a gradient force is generated by simulation using the configuration shown in the first embodiment. It can be seen that the gradient force is generated at the upper corner of each electrode in the glass substrate. Comparing the gradient force with the conventional example having a 50 μm insulating layer on the upper part of the electrode in the same configuration, it is known that the force increases about 7 times in the case of the present invention. Is 21 gf / cm ² at ± 1.5 kV. Titanium dioxide has a high relative dielectric constant of about 100, but in the simulation including this fact, it was not recognized that the influence greatly affects the potential distribution or the gradient force. Also, the presence or absence of a dielectric between the electrodes was in a range where the influence on the adsorption force was negligible.

本発明の双極型静電チャックは半導体ウエハ製造工場、半導体素子製造工場、ガラス基板製造工場、液晶やプラズマを使ったテレビなどに使われる薄型ディスプレー装置の製造工場、また有機材料を使った薄型ディスプレー装置の製造工場などで、それら製造にかかわる基板の吸着・保持装置として提供できる。 The bipolar electrostatic chuck of the present invention is a semiconductor wafer manufacturing factory, a semiconductor element manufacturing factory, a glass substrate manufacturing factory, a thin display device manufacturing factory used for televisions using liquid crystal or plasma, and a thin display using organic materials. It can be provided as an apparatus for adsorbing and holding a substrate involved in the manufacture of the apparatus at a factory for manufacturing the apparatus.

本発明の静電チャックの実施例１の構造図。（ａ）上面図；（ｂ）Ａ−Ａ′断面図。1 is a structural diagram of Example 1 of an electrostatic chuck of the present invention. (A) Top view; (b) AA 'sectional view. 実施例１のＢ−Ｂ′断面図。真空排気孔を示す。BB 'sectional drawing of Example 1. FIG. A vacuum exhaust hole is shown. 実施例１のＣ−Ｃ′断面図。真空排気溝を示す。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of the first embodiment. The evacuation groove is shown. 本発明の実施例２の構造図。（ａ）上面図；（ｂ）Ｄ−Ｄ′断面図。FIG. 6 is a structural diagram of Example 2 of the present invention. (A) Top view; (b) DD 'sectional view. 本発明の実施例４の構造図。（ａ）上面図；（ｂ）Ｅ−Ｅ′断面図。FIG. 6 is a structural diagram of Example 4 of the present invention. (A) Top view; (b) EE 'sectional view. 本発明の実施例５の構造図。（ａ）上面図；（ｂ）Ｆ−Ｆ′断面図；（ｃ）Ｇ−Ｇ′断面図。FIG. 6 is a structural diagram of Embodiment 5 of the present invention. (A) Top view; (b) FF 'sectional view; (c) GG' sectional view. 電位等高線とグラディエント力発生箇所を示すシミュレーションの結果。Simulation results showing potential contours and gradient force locations.

Explanation of symbols

１基盤
２絶縁層
３第一電極
４第二電極
５被吸着基板
６電源
７真空排気孔
７ａ真空排気孔の真空容器側ガス出口
８真空排気溝DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base | substrate 2 Insulation layer 3 1st electrode 4 2nd electrode 5 Substrate 6 Power supply 7 Vacuum exhaust hole 7a Vacuum container side gas outlet 8 of vacuum exhaust hole Vacuum exhaust groove

Claims

A bipolar electrostatic chuck characterized in that the surface to which the attracted substrate contacts is an electrode of the electrostatic chuck.

2. The bipolar electrostatic chuck according to claim 1, wherein the electrode of the electrostatic chuck is made of one or more materials selected from titanium, titanium dioxide, titanium nitride, and titanium carbide.

2. The bipolar electrostatic chuck according to claim 1, further comprising a degassing path for evacuating a region surrounded by the electrode of the electrostatic chuck.

The electrode of the electrostatic chuck comprises at least two electrode portions, each having a comb-tooth shape, and the comb teeth are arranged adjacent to each other with a gap therebetween. 1 bipolar electrostatic chuck.

2. The bipolar electrostatic chuck according to claim 1, wherein a gap having no insulating layer is provided between the two electrode portions of the electrostatic chuck.

2. The bipolar electrostatic chuck according to claim 1, wherein an insulating layer is provided between two electrode portions of the electrostatic chuck, and a surface formed by the electrode and the insulating layer is flat.