JP2008181913A - 静電チャック及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体層の高い平坦性と温度依存性の低減化とを図ることができると共に、パーティクルやガスの発生を抑えるができ、しかも超薄型で低コストな静電チャック及びその製造方法を提供する。
【解決手段】吸着電極３が、石英ガラスで形成した円板状の基板２の上に溶射にて形成され、石英ガラスの誘電体層４が、吸着電極３を覆うように溶射にて形成されている。そして、誘電体層４の表面に、多数のエンボス５が溶射にて形成されている。好ましくは、吸着電極３を、多数の電極小片が細い電極線で連結された構造にする。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体製造装置のウエハ板等を保持及び搬送するために用いられる静電チャック及びその製造方法に関するものである。

一般に、この種の静電チャックは、アルミニュウム等の基板上に電極を形成し、表面が平坦な絶縁性の樹脂やセラミックで電極を覆った構成を成す。
かかる構成により、ウエハを電極の静電気力によって樹脂の表面に吸着し、ウエハの露光等を可能にしている。
ところが、近年、半導体装置の高密度化に伴い、解像度が高いＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）露光機を用いる必要性が生じてきている。ＥＵＶは、プラズマ発光を利用した光源であり、その波長は１３．５ｎｍという超短波長である。したがって、ウエハを高い平坦性で保持することができるか否かが露光成功の鍵となる。
しかしながら、上記した樹脂やセラミックを使用した静電チャックでは、誘電体層が、ＥＵＶでの露光を可能にするほどの平坦性を有していない。そして、常温下で、誘電体層の表面が平坦であっても、高温作業環境下では、誘電体層と基板との熱膨張の違いから誘電体層の表面が変形し、平坦性を維持することができなくなる。また、パーティクルが誘電体層から発生したり、ガスが接着剤層から発生し、高精度な露光用には不向きであった。
そこで、特許文献１や特許文献２に開示のように、ガラスを用いて、高平坦性の実現を図った静電チャックが提案されている。
これらの静電チャックは、基板と誘電体層をガラスで形成し、電極をガラス製の基板上にスパッタリング等で形成し、この電極をガラス製の誘電体層で覆った構造になっている。

実開昭６０−９６８３２号公報 特開２００５−２２３１８５号公報

しかし、上記した従来の静電チャックでは、次のような問題がある。
まず、特許文献１に開示の静電チャックでは、誘電体層と基板とを共に同じ石英ガラスで形成しているので、誘電体層表面の平坦性やパーティクルの問題は解決されている。
しかしながら、この静電チャックでは、誘電体層を基板に接着剤を用いて接着する構造であるので、高温作業環境下において、ガス等がこの接着剤から発生し、ウエハを汚染するおそれがある。

一方、特許文献２に開示の静電チャックも、誘電体層と基板とが共に同じ石英ガラスで形成され、誘電体層表面の平坦性やパーティクルの問題は解決されている。また、この静電チャックでは、接着剤を使用する必要がないので、ガス等の発生がない。
しかしながら、この静電チャックでは、電極をＰＶＤ，ＣＶＤ，スパッタ，イオンプレーティングやメッキにより製膜するので、吸着電極の製膜に時間がかかり、その分製造コストが高くつく。また、基板の誘電体層に対する比がさほど大きくないので、高温作業環境下において、誘電体層と基板との熱膨張に差異が生じるおそれがある。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、誘電体層の高い平坦性と温度依存性の低減化とを図ることができると共に、パーティクルやガスの発生を抑えるができ、しかも超薄型で低コストな静電チャック及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、石英ガラスで形成された所定厚さの基板と、この基板上に石英ガラスで形成された所定厚さの誘電体層と、この誘電体層内に形成された吸着電極とを備える静電チャックであって、誘電体層は、石英ガラスの溶射によって形成され、吸着電極は、導電体の溶射によって形成され、誘電体層の厚さは、基板の厚さの１万分の１以上１倍以下に設定されている構成とした。
かかる構成により、ウエハ等の被吸着体を誘電体層に載置し、直流電圧を吸着電極に印加することにより、被吸着体が静電気力によって、誘電体層の表面に吸着され、固定される。このとき、誘電体層が石英ガラスで形成されているので、その表面は、高い平坦性を有する。このため、ＥＵＶ等の超短波長の光を用いて、被吸着体の高精度な露光が可能となる。また、誘電体層と基板とが石英ガラスで形成されているので、プラズマエッチング等の高温作業環境下においても、誘電体層や基板からパーティクルが発生することはない。さらに、誘電体層と基板との熱膨張が同じであるので、誘電体層が反って変形するという事態も防止することができる。また、基板，吸着電極及び誘電体層が溶射で形成され、接着剤を用いることなく、これらの部材が接合されているので、接着剤からガスが発生するという事態も防止することができる。
また、誘電体層の厚さを基板の厚さの１万分の１以上１倍以下の範囲で、小さく設定することで、熱膨張による変形は、基板において支配的になり、誘電体層の変形はほとんど生じない。

請求項２の発明は、請求項１に記載の静電チャックにおいて、誘電体層は、その表面に複数のエンボスを有する構成とした。
かかる構成により、被吸着体と誘電体層との接触面積を小さくすることができる。この結果、被吸着体と誘電体層とがこすれることによって発生するパーティクルを低減することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の静電チャックにおいて、吸着電極は、所定間隔で配設された多数の多角形又は円形の電極小片同士が細い電極線で連結された電極パターンである構成とした。
かかる構成により、高温環境下において、吸着電極に生じる熱応力が、電極小片や電極線の僅かな変化によって吸収され、吸着電極の熱変形による誘電体層への影響を防止することができる。

請求項４の発明は、表面がブラスト処理された所定厚さの石英ガラスの基板を形成する第１工程と、導電体の溶射粒子をマスクを介して基板の表面に溶射することにより、所定形状の吸着電極を基板の表面に形成する第２工程と、石英ガラスの溶射粒子を吸着電極の上から基板の表面上に溶射して、所定厚さの誘電体層を形成する第３工程とを備える構成とした。
かかる構成により、第１工程を実行することで、表面がブラスト処理された所定厚さの石英ガラスの基板が形成され、第２工程を実行することで、導電体の溶射粒子がマスクを介して基板の表面に溶射され、所定形状の吸着電極が基板の表面に形成される。そして、第３工程を実行することで、石英ガラスの溶射粒子が吸着電極の上から基板の表面上に溶射され、所定厚さの誘電体層が吸着電極を覆うように形成される。
このように、誘電体層を溶射で形成するので、高い平坦性を有した誘電体層を形成することができる。また、誘電体層及び吸着電極を溶射で形成するので、これらの厚さを極めて薄くすることができる。したがって、誘電体層の厚さが基板の厚さに対して極めて小さくなるように、誘電体層を形成することができる。この結果、基板における熱膨張を支配的にして、誘電体層の変形を抑えることができる。また、吸着電極も溶射で形成するので、吸着電極をＰＶＤ，ＣＶＤ，スパッタ，イオンプレーティングやメッキで形成する場合よりも、速やかに形成することができる。

請求項５の発明は、請求項４に記載の静電チャックの製造方法において、石英ガラスの溶射粒子を、円形又は多角形の孔を有したマスクを介して、誘電体層の表面に溶射することにより、複数のエンボスを当該誘電体層の表面に形成する第４工程を設けた構成とする。

請求項６の発明は、請求項４又は請求項５に記載の静電チャックの製造方法において、第２工程は、多数の多角形又は円形の電極小片が所定間隔で配設され且つ隣り合う電極小片同士が細い電極線で連結されたパターンの吸着電極を、溶射形成する構成とした。

以上詳しく説明したように、この発明の静電チャックによれば、誘電体層の表面が、高い平坦性を有するため、ＥＵＶ等の超短波長の光を用いて、被吸着体の高精度な露光が可能となるという優れた効果がある。また、誘電体層と基板とが石英ガラスで溶射形成されているので、パーティクルや不要なガスの発生を防止することができる。さらに、誘電体層と基板とを同一材料の石英ガラスで形成したので、温度依存性がほとんどない。また、誘電体層の厚さを基板の厚さに対して小さく設定することで、温度依存性をさらに低減化することができる。
特に、請求項２の発明によれば、被吸着体と誘電体層とがこすれることによって発生するパーティクルを低減することができ、請求項３の発明によれば、吸着電極の熱変形による誘電体層への影響を防止することができる。

請求項４の発明に係る静電チャックの製造方法によれば、高い平坦性を有し且つ厚さが極めて薄い誘電体層を有した静電チャックを製造することができるという優れた効果がある。
また、吸着電極も溶射で形成するので、吸着電極形成の短時間化を図ることができ、この結果、静電チャックの低コスト化を図ることができる。

以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る静電チャックを示す斜視図であり、図２は、図１の静電チャックの矢視Ａ−Ａ断面図であり、図３は、静電チャックを示す平面図である。
図１に示すように、この実施例の静電チャック１は、ウエハ用の静電チャックであり、基板２と吸着電極３と誘電体層４とを備え、エンボス５を誘電体層４の表面４ａに有している。

基板２は、図２及び図３に示すように、石英ガラスで形成された円板体であり、この実施例では、基板２の直径を３００ｍｍ、その厚さｄ２を１０ｍｍに設定してある。

吸着電極３は、誘電体層４ａに電荷を誘起させるための電極で、基板２の表面に形成された導体パターンである。この実施例では、厚さ１μｍのタングステンで形成されている。
具体的には、吸着電極３は、図３に示すように、半円状の第１極吸着電極パターン３１とを第２極吸着電極パターン３２とで構成され、これら第１及び第２極吸着電極パターン３１，３２が向かい合わせで並設されている。そして、図２に示すように、直流電源１００とスイッチ１０１とが第１及び第２極吸着電極パターン３１，３２のそれぞれに接続されている。

誘電体層４は、石英ガラスで形成された層であり、吸着電極３を覆うように基板２上に形成されている。
ところで、後述するエンボス５を除いた誘電体層４の厚さｄ１が、基板２の厚さｄ２に比べて厚いと、静電チャック１が加熱されたときに、誘電体層４と基板２とが独自に熱変形して、誘電体層４の表面の平坦性が損なわれると共に、内部の吸着電極３も変形するおそれがある。
しかし、、誘電体層４の厚さｄ１が基板２の厚さｄ２に比べて薄いと、静電チャック１が加熱されたときに、基板２の熱変形が支配的になり、誘電体層４はほとんど変形せず、その表面の平坦性が保持される。
そこで、誘電体層４の厚さｄ１は、基板２の厚さｄ２の１万分の１以上１倍以下に設定する。
但し、この実施例では、後述するエンボス５の高さを除いた誘電体層４の厚さｄ１を１００μｍに設定し、誘電体層４の厚さｄ２を基板２の厚さの１００分の１に設定した。

上記のような誘電体層４は、表面４ａに多数のエンボス５を有する。
エンボス５は、ウエハＷと誘電体層４との接触面積を少なくして、ウエハＷと誘電体層４とがこすれることによって発生するパーティクルを低減すると共に、図示しない冷却ガス等をエンボス５間に通してウエハＷを下から冷却することができるようにした部位である。
図１及び図３に示すように、これらのエンボス５は、平面視において円形を成す厚さ３０ｍの突起物であり、誘電体層４の表面４ａのほぼ全面に突設されている。

ここで、このような構成の静電チャック１の製造方法について説明する。
なお、ここに記載の製造方法は、請求項４及び請求項５に記載の静電チャックの製造法を具体的に実行するものである。
この実施例に係る静電チャック１の製造方法は、第１工程〜第４工程を備える。
図４は、製造方法の第１工程を示す概略断面図であり、図５は、製造方法の第２工程を示す概略断面図であり、図６は、製造方法の第３工程を示す概略断面図であり、図７は、製造方法の第４工程を示す概略断面図である。

第１工程は、基板２を形成する工程である。
すなわち、図４の（ａ）に示すように、石英ガラスを用いて、直径３００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円板体を形成し、しかる後、基板２の表面２ａを例えばアランダムブラスト処理する。
具体的には、図４の（ｂ）に示すように、ブラストガン２００を用いて、アルミナ研削材２０１をブラストガン２００から所定圧力で吹き出し、基板２の表面２ａに当てて、表面２ａを粗面にする。

そして、第２工程を実行する。
第２工程は、吸着電極３を形成する工程である。
すなわち、図５の（ａ）に示すように、例えばプラズマ溶射を行うことで、吸着電極３を製膜する。
具体的には、吸着電極３の第１及び第２極吸着電極パターン３１，３２の形状と同形の窓２１１，２１１を有するマスク２１０を、基板２の先端部２ａの真上に配置する。そして、溶射ガン２２０を用いて、タングステンの溶射粒子２２１をマスク２１０の窓２１１，２１１に向けて高速で吹き付ける。これにより、窓２１１，２１１を通過した溶射粒子２２１が基板２の表面２ａに溶着する。そして、溶射粒子２２１が１μｍの厚さ迄溶着された時点で、溶射を停止することで、図５の（ｂ）に示すように、所望厚さの吸着電極３を基板２の表面２ａ上に得る。

しかる後、第３工程を実行する。
第３工程は、誘電体層４を形成する工程である。
すなわち、図６の（ａ）に示すように、石英ガラスのプラズマ溶射を行うことで、誘電体層４を製膜する。
具体的には、基板２と同形の窓２１２を有するマスク２１０を吸着電極３の真上に配置する。そして、溶射ガン２２０を用いて、石英ガラスの溶射粒子２２２をマスク２１０の窓２１２に向けて高速で吹き付け、溶射粒子２２２を吸着電極３の上から基板２の表面２ａに溶着させる。そして、溶射粒子２２２が１００μｍの厚さ迄溶着した時点で、溶射を停止することで、図６の（ｂ）に示すように、所望厚さの誘電体層４を得る。

最後に、第４工程を実行する。
第４工程は、エンボス５を形成する工程である。
すなわち、図７の（ａ）に示すように、石英ガラスのプラズマ溶射を行うことで、エンボス５を突設する。
具体的には、エンボス５と同形同数の窓２１３を有するマスク２１０を誘電体層４の真上に配置する。そして、溶射ガン２２０を用いて、石英ガラスの溶射粒子２２２をマスク２１０の窓２１３に向けて高速で吹き付け、溶射粒子２２２を誘電体層４の表面４ａ及び吸着電極３上に溶着させる。そして、溶射粒子２２２が３０μｍの厚さ迄溶着した時点で、溶射を停止することで、図７の（ｂ）に示すように、所望厚さのエンボス５を有した静電チャック１が製造される。

以上のように、この実施例の静電チャック１の製造方法では、誘電体層４及びエンボス５を溶射で形成するので、全てのエンボス５の表面（図７の（ｂ）の上面）が面一にそろい、高い平坦性を有する。
また、基板２上の全ての部材である吸着電極３，誘電体層４及びエンボス５を溶射で形成するので、これらの部材を極めて薄くすることができる。
さらに、吸着電極３や誘電体層４を溶射によて形成するので、ＰＶＤ，ＣＶＤ，スパッタ，イオンプレーティングやメッキで形成する場合よりも、速やかに形成することができる。

次に、この実施例の静電チャック１が示す作用及び効果について説明する。
図８は、静電チャック１の作用及び効果を説明するための概略図である。
図８に示すように、ウエハＷを誘電体層４の上に載置すると、ウエハＷがエンボス５の表面に接触した状態になる。かかる状態で、スイッチ１０１を閉じて、直流電源１００を吸着電極３に印加すると、正電荷が、吸着電極３の第１極吸着電極パターン３１の真上のエンボス５に集まり、負電荷が、第２極吸着電極パターン３２の真上のエンボス５に集まった状態になる。そしれ、これらの電荷とウエハＷに誘起された電荷との静電気力によって、ウエハＷがエンボス５の表面に吸着され、固定される。
このとき、誘電体層４及びエンボス５が石英ガラスで溶射形成され、高い平坦性を有しているので、ＥＵＶ等の超短波長の光を用いて、ウエハＷの高精度な露光が可能となる。
また、ウエハＷの露光処理後、プラズマエッチング作業を行うことができる。プラズマエッチング作業時には、ウエハＷや静電チャック１が高温の環境下に置かれ、パーティクルやガスが静電チャック１の部材から発生するおそれがある。しかし、この実施例では、静電チャック１の部材である基板２と誘電体層４とを石英ガラスで溶射形成し、接着剤等を使用していないので、かかる高温環境下においても、パーティクルやガスが発生することはない。

さらに、かかる高温環境下においては、基板２及び誘電体層４やウエハＷの熱変形が問題となる。
しかし、この実施例の静電チャック１では、基板２と誘電体層４とエンボス５とを同じ材質の石英ガラスで形成したので、これらの熱膨張に差異が生じない。したがって、誘電体層４やエンボス５が反り返る様な熱変形を起こすことはない。
また、誘電体層４の厚さｄ１を基板２の厚さｄ２に比べて極めて小さく設定したので、熱膨張による変形は、基板２において支配的になり、誘電体層４やエンボス５の変形はほとんど生じない。

一方、ウエハＷは、表面が小面積の多数のエンボス５に接触し、誘電体層４の表面４ａ全面には接触していない。すなわち、ウエハＷと静電チャック１との接触面積を小さくしているので、被吸着体と誘電体層とがこすれることによって発生するパーティクルを低減することができる。さらに、冷却ガスを多数のエンボス５の間に流すことで、ウエハＷを下から冷却することができるので、ウエハＷの熱変形はほとんど生じない。

次に、この発明の第２実施例について説明する。
図９は、この発明の第２実施例に係る静電チャックの要部を説明するための平面図である。
図９に示すように、この実施例の吸着電極３′は、上記吸着電極３の第１極吸着電極パターン３１に対応した第１極吸着電極パターン３１′と第２極吸着電極パターン３２に対応した第２極吸着電極パターン３２′とを、等間隔で配列された多数の電極小片３３で構成した。
具体的には、図９の囲みＢで示すように、第１極吸着電極パターン３１′（第２極吸着電極パターン３２′）を構成する各電極小片３３は、四辺から延出された細い電極線３３ａによって、隣り合う電極小片３３に連結されている。吸着電極３′は、これら電極小片３３の連結で形成された電極パターンであり、上記第２工程において、溶射で形成される。

上記第１実施例では、吸着電極３を半円板状の電極パターンで形成した。したがって、高温環境下においては、吸着電極３が熱変形して、上側（図２のエンボス５側）に反り返り、誘電体層４やエンボス５に悪影響を及ぼすおそれがある。
しかし、上記吸着電極３の構造ではなく、この実施例の吸着電極３′のように電極小片３３を細い電極線３３ａで連結した構造にすることで、吸着電極３′に生じる熱応力を、電極小片３３や電極線３３ａの僅かな変化によって吸収することができる。この結果、吸着電極３′の熱変形による誘電体層４等への悪影響を防止することができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。

なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記第１実施例では、基板２の厚さｄ２を１０ｍｍ、吸着電極３の厚さを１μｍ、誘電体層４の厚さを１００μｍにそれぞれ設定したが、これらの部材がかかる厚さに限定されるものではない。

上記第１実施例では、エンボス５を平面視において円形に形成したが、多角形等に形成することもできる。
また、上記実施例では、エンボス５を設けた例について説明したが、エンボス５を有していない静電チャックをこの発明の範囲から除外する意ではない。

上記第２実施例では、電極小片３３の形状を矩形状に設定したが、円形や多角形に設定しても良いことは勿論である。
また、上記第２実施例では、多数の電極小片３３を連結して第１実施例の吸着電極３の第１及び第２極吸着電極パターン３１，３２に対応した形状に設定し、吸着電極３′の第１及び第２極吸着電極パターン３１′，３２′を構成した。しかし、静電チャックが吸着電極としてリング形状のものやメアンダ形状のものを採用する場合には、電極小片３３を連結して、これらの形状の吸着電極３′を形成することで、熱変形による悪影響を防止することができる。

この発明の第１実施例に係る静電チャックを示す斜視図である。 図１の静電チャックの矢視Ａ−Ａ断面図である。 静電チャックを示す平面図である。 製造方法の第１工程を示す概略断面図である。 製造方法の第２工程を示す概略断面図である。 製造方法の第３工程を示す概略断面図である。 製造方法の第４工程を示す概略断面図である。 静電チャックの作用及び効果を説明するための概略図である。 この発明の第２実施例に係る静電チャックの要部を説明するための平面図である。

符号の説明

１…静電チャック、 ２…基板、 ２ａ…表面、 ３…吸着電極、 ４…誘電体層、 ４ａ…表面、 ５…エンボス、 ３３…電極小片、 ３３ａ…電極線、 １００…直流電源、 １０１…スイッチ、 ２００…ブラストガン、 ２１０…マスク、 ２２０…溶射ガン、 Ｗ…ウエハ。

Claims (6)

1. 石英ガラスで形成された所定厚さの基板と、この基板上に石英ガラスで形成された所定厚さの誘電体層と、この誘電体層内に形成された吸着電極とを備える静電チャックであって、
   上記誘電体層は、上記石英ガラスの溶射によって形成され、
   上記吸着電極は、導電体の溶射によって形成され、
   上記誘電体層の厚さは、上記基板の厚さの１万分の１以上１倍以下に設定されている、
   ことを特徴とする静電チャック。
2. 請求項１に記載の静電チャックにおいて、
   上記誘電体層は、その表面に複数のエンボスを有する、
   ことを特徴とする静電チャック。
3. 請求項１又は請求項２に記載の静電チャックにおいて、
   上記吸着電極は、所定間隔で配設された多数の多角形又は円形の電極小片同士が細い電極線で連結された電極パターンである、
   ことを特徴とする静電チャック。
4. 表面がブラスト処理された所定厚さの石英ガラスの基板を形成する第１工程と、
   導電体の溶射粒子をマスクを介して上記基板の表面に溶射することにより、所定形状の吸着電極を上記基板の表面に形成する第２工程と、
   石英ガラスの溶射粒子を上記吸着電極の上から上記基板の表面上に溶射して、所定厚さの誘電体層を形成する第３工程と
   を備えることを特徴とする静電チャックの製造方法。
5. 請求項４に記載の静電チャックの製造方法において、
   石英ガラスの溶射粒子を、円形又は多角形の孔を有したマスクを介して、上記誘電体層の表面に溶射することにより、複数のエンボスを当該誘電体層の表面に形成する第４工程を設けた、
   ことを特徴とする静電チャックの製造方法。
6. 請求項４又は請求項５に記載の静電チャックの製造方法において、
   上記第２工程は、多数の多角形又は円形の電極小片が所定間隔で配設され且つ隣り合う電極小片同士が細い電極線で連結されたパターンの上記吸着電極を、溶射形成する、
   ことを特徴とする静電チャックの製造方法。

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