JP2008210913A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

【課題】吸着面の凹部内に形成された導体膜からの放電を防止することができ、しかも凹部内に入ったパーティクルを容易に拭き取り又は洗い流すことができる静電チャックを提供する。
【解決手段】静電チャック１は、アルミニュウム製の基盤２と、樹脂シート３１，３２で構成される誘電体３と、直流電圧が印加される吸着電極４とを備える。そして、溝部５が誘電体３の吸着面３２ａに形成されている。溝部５は、リング状の溝パターン５１と放射状に延びた溝パターン５２，５３とで構成されている。各溝パターン５１〜５３はそれぞれ断面楕円弧状をなし、丸め部５ａを吸着面３２ａと溝部５との境界部に備える。そして、導体膜６が、各溝パターン５１〜５３の丸め部５ａから内側面５ｂ及び内底面５ｃに亘って形成されている。この導体膜６は、ボルト孔２２を通じて基盤２に接地されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体製造装置や液晶表示装置におけるウエハや液晶表示用ガラス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に関するものである。

この種の静電チャックでは、凹部を静電チャックの吸着面に形成し、冷却用のガスをこの凹部に流して、ウエハと吸着面との間の熱伝導性、熱放散性を向上させるようにしている。
しかし、ウエハ処理後に、静電チャックの凹部に電荷が残留し、この電荷がウエハを吸着して、ウエハの取り外しに長時間を要したり、取り外し時にウエハの破損を生じさせることがあった。
そこで、かかる残留電荷の除電を図った静電チャックが提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
この静電チャックは、吸着面に形成された凹部内に導電膜を形成し、凹部内の電荷をこの導電膜から逃がす構成としている。かかる構成により、凹部内に残留する電荷を減少させ、良好なウエハの離脱性の実現を図っている。

特開平１１−２５１４１６号公報 特開２００２−２３１７９９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。
導体膜が形成された凹部が断面略矩形状をしているため、ウエハ処理中に、電荷が凹部の角張った上縁部に集中的に溜まり、その電荷が、真上にあるウエハ裏面に向かって放電するおそれがあった。また、ウエハ処理時のパーティクルが凹部内に入り込んで、凹部の角に溜まる。。このため、これらのパーティクルを拭き取ったり、洗い流すのに長時間を要していた。

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、吸着面の凹部内に形成された導体膜からの放電を防止することができ、しかも凹部内に入ったパーティクルを容易に拭き取り又は洗い流すことができる静電チャック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、表面を試料の吸着面とする誘電体と、この誘電体の内部に配置された吸着電極と、誘電体の吸着面に形成され、導体膜が内面に形成された凹部とを備える静電チャックであって、吸着面から凹部内に向かって滑らかに湾曲する丸め部を、吸着面と凹部との境界部に形成し、導体膜を、丸め部から凹部内面に亘って形成した構成とする。
かかる構成により、誘電体の吸着面にウエハ等の試料を載せて、吸着電極に所定の電圧を印加すると、電荷が試料と誘電体の吸着面とに生じ、試料が電荷のクーロン力によって吸着面に吸着される。このとき、吸着面と凹部との境界部が角張っていると、多量の電荷がそこに集中し、試料に向かって放電を起こすおそれがある。
しかし、この発明では、丸め部を、吸着面と凹部との境界部に形成し、導体膜を丸め部から凹部内面に亘って形成したので、電荷が当該境界部に集中することはない。このため、試料への放電が起こることはない。また、導体膜を接地しておくことで、処理終了後に、電圧を切ると、吸着面上の電荷や凹部内の電荷が導体膜から外部に逃げる。この結果、残留電荷の低減化を図ることができ、試料の離脱性の向上を図ることができる。

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、凹部の内側面から内底面に向かって滑らかに湾曲する丸め部を、凹部の底の両角のそれぞれに形成した構成とする。
かかる構成により、試料処理中に生じたパーティクルが凹部内に入り込んでも、かかるパーティクルが凹部の角に溜まりにくくなり、また、凹部に付着しても、容易に拭き取り又は洗い流すことができる。

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、凹部の幅方向の断面形状を、弧状に形成した構成とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の静電チャックにおいて、誘電体は、合成樹脂の積層体である構成とした。
かかる構成により、合成樹脂が容易に撓むので、所望形状で所望深さの凹部を容易に形成することができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の静電チャックにおいて、導体膜と電気的に接続された広面積の電極を、誘電体内であって且つ吸着電極の下方に配置した構成とする。
かかる構成により、試料処理終了後の残留する電荷を導体膜を通じて広面積の電極内に流出させることができるので、試料の離脱性を更に向上させることができる。

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、電荷の集中を防止して、試料への放電現象を回避することができるという優れた効果がある。
特に、請求項２の発明では、凹部内に入り込んだパーティクルを容易に拭き取り又は洗い流すことができるという効果がある。
さらに、請求項６の発明では、試料の離脱性を更に向上させることができるという効果がある。

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の斜視図であり、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、基盤２と誘電体３と吸着電極４とを備え、凹部としての溝部５を誘電体３の吸着面３２ａに有している。

基盤２は、図２及び図３に示すように、アルミニュウム製の円盤体であり、冷却水通路２１をその内部に有し、３つのボルト孔２２を中央部付近に有する。これらのボルト孔２２には、誘電体３や後述するクッションシート２０に穿設された孔３ａ及び２０ａが連通しており、これらの孔３ａ，２０ａから図示しないボルトをボルト孔２２に挿入することにより、静電チャック１を載置台等に固定することができるようになっている。

誘電体３は、厚さ５００μｍシリコン製のクッションシート２０を介して基盤２上に載置固定されている。
この誘電体３は、樹脂シート３１，３２を積層して形成した積層体である。具体的には、樹脂シート３１，３２を、共に厚さ１２５μｍのポリイミド樹脂で形成し、吸着電極４を挟んだ状態で、これら樹脂シート３１，３２を図示しない厚さ２０μｍのポリイミド系接着剤により接着した。これにより、誘電体３の樹脂シート３２の表面を、試料であるウエハを吸着するための吸着面３２ａとした。

吸着電極４は、誘電体３の内部に配置され、その電位によって、吸着面３２ａに電荷を誘起させるための電極であり、具体的には、スパッタリングによって樹脂シート３２上に形成された厚さ０．６μｍの銅パターンである。
図４は、吸着電極４を示す平面図である。
この実施例の吸着電極４は、双極型吸着電極である。具体的には、図４に示すように、同心円状の第１極吸着電極パターン４１を、同じく同心円状の第２極吸着電極パターン４２と交互に配置することで、吸着電極４を構成した。そして、直流電源１００とスイッチ１０１とを第１及び第２極吸着電極パターン４１，４２のそれぞれに接続した。

溝部５は、冷却ガス等を通すためのものであり、図１及び図３に示すように、中央のリング状の溝パターン５１とこの溝パターン５１から放射状に延びた３本の溝パターン５２とボルト孔２２から放射状に延びた３本の溝パターン５３とを有したパターン形状をなす。
図５は、溝部５の幅方向の断面形状を示す部分拡大断面図であり、図６は、導体膜の接地状態を示す部分拡大断面図である。
図５に示すように、溝部５を構成する溝パターン５１〜５３はそれぞれ、全体として楕円弧状をなし、所定曲率の丸め部５ａを吸着面３２ａと溝部５との境界部に備える。すなわち、丸め部５ａによって、誘電体３の表面が吸着面３２ａから溝部５内に向かって滑らかに湾曲している。また、溝部５の内側面５ｂから内底面５ｃに向かって滑らかに湾曲するように丸めて、溝部５全体を楕円弧状にしている。このため、溝部５の底には、角部が存在しない。この実施例では、このような溝部５の幅ｗを約２ｍｍに設定し、深さｔを５μｍ〜３０μｍの範囲に設定した。

ここで、溝部５のパターン形成方法について説明する。
まず、図２に示したように、基盤２の上に、クッションシート２０、樹脂シート３１、吸着電極４、樹脂シート３２を積層して、樹脂シート３１，３２間をポリイミド系接着剤で接着する。次に、溝部５のパターンと同形の金型を樹脂シート３２の上に押圧すると共に加熱することで、図５に示した溝部５を樹脂シート３２の吸着面３２ａ上に形成する。このとき、樹脂シート３２は、金型の押圧力によって撓むので、かかる撓みによって、丸め部５ａが溝部５と吸着面３２ａとの境界部に形成されると共に、溝部５全体が楕円弧状になる。このとき、金型の押圧力により、樹脂シート３２は樹脂シート３１側に変形するが、加熱によってポリイミド系接着剤が流動化するので、この押圧力が、流動化した接着剤によって水平な面方向に逃され、樹脂シート３１は変形せずに平面状を保つ。

また、図５に示すように、溝部５を構成する溝パターン５１〜５３の内面には、導体膜６が形成されている。
導体膜６は、残留電荷を除去するための導体であり、ＳｉＣ（炭化シリコン），Ｓｉ（シリコン）やＣ（炭素）等の導電性物質を用いる。この実施例では、体積抵抗値の低いＳｉを用い、このＳｉを、マスクを用いて、溝パターン５１〜５３の丸め部５ａから内側面５ｂ及び内底面５ｃに亘って、厚さ０．５μｍで蒸着した。これにより、Ｓｉ製の導体膜６が丸め部５ａをも含めた状態で溝部５全体を覆う。
また、図１及び図３に示したように、ボルト孔２２から放射状に延びた３本の溝パターン５３に形成された導体膜６においては、図６に示すように、導体膜６の先端部６ａをボルト孔２２内に入り込ませ、先端部６ａを導電性接着剤２３でクッションシート２０に接着することにより、アルミニュウム製の基盤２に接続した。これにより、連結した溝パターン５１〜５３全体が基盤２を通じて接地された状態になる。

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７は、この静電チャック１の使用例を示す断面図であり、図８は、ウエハに対する静電チャック１の吸着作用を説明するための概略図である。
図７において、符号２００は、載置台であり、この載置台２００は、リング体２０１をその上周縁部に備える。静電チャック１は、基盤２を下にして、リング体２０１の内側に入るように載置台２００の上に載せる。そして、ボルト１１０をボルト孔２２内から載置台２００のネジ穴に螺入して、静電チャック１を載置台２００上に固定する。しかる後、ウエハＷを誘電体３の吸着面３２ａに載せた状態で、スイッチ１０１をオン状態にすると、直流電源１００の直流電圧が吸着電極４の第１及び第２極吸着電極パターン４１，４２間に印加される。

すると、図８に示すように、第１極吸着電極パターン４１に対応する吸着面３２ａの部位に正電荷が帯電すると共に、この部位に対向するウエハＷの部位に負電荷が帯電する。そして、第２極吸着電極パターン４２に対応する吸着面３２ａの部位に負電荷が帯電すると共に、この部位に対向するウエハＷの部位に正電荷が帯電する。これにより、誘電体３の吸着面３２ａに分布した電荷と、ウエハＷに分極帯電した電荷によるクーロン力（あるいはジャンセン−ラーベック力）によって、ウエハＷが静電チャック１の吸着面３２ａに吸着されて、固定される。かかる状態で、ウエハＷの対する所定の処理を行うことができる。

図９は、ウエハへの放電現象を説明するための概略図であり、図１０は、この実施例に適用された溝部５の機能を説明するための概略図である。
上記のごとく、直流電源１００の直流電圧が吸着電極４に印加されると、異なる極の電荷が、誘電体３の吸着面３２ａとウエハＷとに帯電し、ウエハＷを吸着面３２ａに吸着させるが、図９に示すように、溝部５と吸着面３２ａとの境界部が角張っていると、多量の電荷ｑがその角部５ａに集中し、電荷ｑがこの角部５ａからウエハＷに向かい、放電が発生するおそれがある。
しかしながら、この実施例では、図１０に示すように、溝部５と吸着面３２ａとの境界部に所定曲率の丸め部５ａが形成されているので、電荷ｑがこの丸め部５ａに集中することはない。このため、電荷ｑの丸め部５ａにおける分布密度は小さくなり、この結果、電荷ｑがウエハＷへ放電するおそれはない。

そして、ウエハＷの処理終了後に、スイッチ１０１をオフにして、直流電源１００から吸着電極４への電圧を切ると、図１０に示すように、吸着面３２ａ上の電荷ｑや溝部５内の電荷ｑが導体膜６を通じて基盤２（図３参照）から外部に逃げる。この結果、電荷ｑが誘電体３の吸着面３２ａに残留することはなく、ウエハＷを容易に静電チャック１から離脱することができる。

ウエハＷの処理によってパーティクルが付着した静電チャック１の吸着面３２ａは洗浄される。このとき、図９に示すように、溝部５の内側面５ｂと内底面５ｃとの境界部が角張っていると、パーティクルｐがその角部に入り込んで、容易に拭き取り又は洗い流すことができなくなる。
しかしながら、この実施例では、図１０に示すように、溝部５全体が楕円弧状になっているので、溝部５の底には、角部が存在しない。このため、溝部５内のパーティクルｐが溝部５の角に溜まりにくくなり、また、溝部５に付着しても、容易に拭き取り又は洗い流すことができる。

次に、この発明の第２実施例について説明する。
図１１は、この発明の第２実施例に係る静電チャックを示す概略断面図であり、図１２は、電極７の形状を示す平面図である。なお、図１１においては、各部材を見やすくするため、各層のハッチングを除いた。
この実施例は、広面積の電極７を吸着電極４の下方に配置した点が、上記第１実施例と異なる。
具体的には、図１１に示すように、誘電体３を３枚の樹脂シート３１，３２，３３で構成し、電極７を樹脂シート３３上に形成し、樹脂シート３２を樹脂シート３３に図示しないポリイミド系接着剤で接着した。
電極７は、図１２に示すように、吸着電極４の形状に対応したドーナッツ形状をなし、図１１に示すように、吸着電極４と対向するように、吸着電極４の真下に配置されている。そして、この電極７と溝部５内の導体膜６とが、導電線７６を通じて電気的に接続されている。
また、このように、導電線７６を通じて電極７に接続された導体膜６は、第１実施例と異なり、基盤２に接続されておらず、非接地状態にある。

かかる構成により、ウエハＷ処理終了後に、吸着面３２ａに残留する電荷は、導体膜６を通じて広面積の電極７内に流出するので、処理終了後のウエハＷの離脱性が更に向上する。
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、上記実施例では、溝部５の幅方向の断面形状を、丸め部５ａを吸着面３２ａと溝部５との境界部に備え、全体として楕円弧状をなす形状に設定した。しかし、溝部５の断面形状はこれに限定されるものではない。丸め部を吸着面３２ａと溝部５との境界部に有し、溝部５の内側面５ｂから内底面５ｃに向かって滑らかに湾曲する丸め部を、溝部５の内底面５ｃの両角に有する溝部５の全てがこの発明の範囲内に含まれる。したがって、図１３の（ａ）に示すように、丸め部を有した四角形状のもの、図１３の（ｂ）に示すように、丸め部を有した台形形状のもの、図１３の（ｃ）に示すように、、丸め部を有した円弧状であるものも、この発明の範囲内に含まれる。
なお、丸め部を吸着面３２ａと溝部５との境界部にのみ有し、内底面５ｃの両角には、丸め部を有しない発明もこの発明の範囲に含まれる。

また、上記実施例では、図３に示したように、溝部５を、リング状の溝パターン５１と放射状に延びた溝パターン５２，５３とを有したパターン形状に形成したが、溝部の形状は任意であり、上記実施例のパターン形状に限定されるものではない。

また、上記実施例では、誘電体３は、ポリイミド樹脂の樹脂シート３１，３２を積層して形成したが、これに限定されるものではない。誘電体３は、合成樹脂の積層体であればよい。したがって、ポリイミド以外の多種の合成樹脂使用可アラミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナ、フタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリメチルペンテン、その他、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ビスマレイミド（ＢＭＩ）等も誘電体３を構成する樹脂シートとして適用することができる。
なお、合成樹脂でなく、セラミックスで形成した誘電体を備えた静電チャックもこの発明の範囲に含まれる。

また、上記実施例では、吸着電極４として、双極型吸着電極を適用したが、これに限らず、単極型吸着電極を適用しても良いことは勿論である。

また、上記第２実施例では、電極７の形状を吸着電極４に対応したドーナッツ形状に設定したが、残留電荷を導体膜６から受け入れ可能な広面積の形状をしていれば良く、その形状は任意である。

この発明の第１実施例に係る静電チャックの斜視図である。 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。 吸着電極を示す平面図である。 溝部の幅方向の断面形状を示す部分拡大断面図である。 導体膜の接地状態を示す部分拡大断面図である。 静電チャックの使用例を示す断面図である。 ウエハに対する静電チャックの吸着作用を説明するための概略図である。 ウエハへの放電現象を説明するための概略図である。 この実施例に適用された溝部の機能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を示す概略断面図である。 電極の形状を示す平面図である。 溝部の断面形状に関する各種変形例を示す断面図である。

符号の説明

１…静電チャック、 ２…基盤、 ３…誘電体、 ４…吸着電極、 ５…溝部、 ５ａ…丸め部、 ５ｂ…内側面、 ５ｃ…内底面、 ６…導体膜、 ６ａ…先端部、 ７…電極、 ２０…クッションシート、 ３ａ，２０ａ…孔、 ２１…冷却水通路、 ２２…ボルト孔、 ２３…導電性接着剤、 ３１，３２，３３…樹脂シート、 ３２ａ…吸着面、 ４１…第１極吸着電極パターン、 ４２…第２極吸着電極パターン、 ５１〜５３…各溝パターン、 ７６…導電線、 １００…直流電源、 １０１…スイッチ、 ２００…載置台、 ２０１…リング体、 Ｗ…ウエハ、 ｐ…パーティクル、 ｑ…電荷。

Claims (5)

1. 表面を試料の吸着面とする誘電体と、この誘電体の内部に配置された吸着電極と、上記誘電体の吸着面に形成され、導体膜が内面に形成された凹部とを備える静電チャックであって、
   上記吸着面から上記凹部内に向かって滑らかに湾曲する丸め部を、当該吸着面と凹部との境界部に形成し、
   上記導体膜を、上記丸め部から上記凹部内面に亘って形成した、
   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、
   上記凹部の内側面から内底面に向かって滑らかに湾曲する丸め部を、上記凹部の底の両角のそれぞれに形成した、
   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、
   上記凹部の幅方向の断面形状を、弧状に形成した、
   ことを特徴とする静電チャック。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の静電チャックにおいて、
   上記誘電体は、合成樹脂の積層体である、
   ことを特徴とする静電チャック。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の静電チャックにおいて、
   上記導体膜と電気的に接続された広面積の電極を、上記誘電体内であって且つ上記吸着電極の下方に配置した、
   ことを特徴とする静電チャック。

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