JP2008300374A - 静電吸着装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも、支持基板と、前記支持基板上に同心円状に形成された電極と、前記支持基板および電極を覆う絶縁層とを有する静電吸着装置において、前記同心円状の電極部分の上面の絶縁層は、表面形状が支持基板の径方向に上凸の曲面であり、電極間の絶縁層は凹形状であることを特徴とする静電吸着装置。
【選択図】 図1
Description
このような構造とすることで、目的の静電吸着装置の作製が容易となる。
高低差を上記の範囲とすることで、曲面の曲がり具合を、静電吸着力が得られる範囲で緩やかな平面に保ちつつも、面と面の接触を平面と曲面に保つことができる。
底面の絶縁層の表面粗さRaを10μm以下とすることで、底面自体からの発塵を低減できるとともに、電極間の凹部の底面に付着したパーティクルを洗浄時にきれいに取り除くことができ、発塵および被吸着物への吸着を防止することができる。
底面形状を支持基板の径方向に曲面とすることにより、底面自体からの発塵を低減できるとともに、電極間の凹部の底面に付着したパーティクルを洗浄時にきれいに取り除くことができ、発塵および被吸着物への吸着を防止することができる。
絶縁膜の表面をプラズマ、アルカリ溶液、酸溶液のいずれかによってエッチングすることによって、被吸着物と被吸着物置載面である電極部分の上面の絶縁層との摺動性がさらに良くなり、パーティクルの発生をさらに抑えることができる。
これらいずれかを主成分とすることで、絶縁層は、絶縁性に優れ、薄くすることが出来るので、静電吸着時に強い吸着力が得られる。
上記の元素を少なくとも1種類以上含むことによって、ジョンセンラーベック力による強い静電吸着力を得ることができるような体積抵抗率の絶縁層とすることができる。
加熱ヒータを静電吸着装置に内蔵することで、被吸着物を直接加熱できるので熱効率が良くなり、また均等に加熱することが容易になる。
前述のように被吸着物を静電吸着する際に、被吸着物の吸着面と静電吸着装置の被吸着物載置面の間で発生するパーティクル数を減少させることができる静電吸着装置の開発が待たれていた。
図1は本発明の電極部分の上面の絶縁層の表面形状の一例を示す支持基板の径方向の断面図である。
支持基板11上に形成された静電吸着用電極14と、支持基板11を覆うように絶縁層12が形成されており、電極部分の上面16に形成された絶縁層の表面形状は、支持基板11の径方向に上凸の曲面17となっている。
支持基板11上に形成された静電吸着用電極14と、支持基板11を覆うように絶縁層12が形成されており、電極部分の上面の絶縁層の表面形状は、平面となっている。
図5(a)に示したように、支持基板11の上に絶縁層12が形成されており、静電吸着用電極14は絶縁層中に形成されている。静電吸着用電極14が形成されている部分と形成されていない部分によって溝パターン13は形成されるものであり、電極間の絶縁層は凹形状となる。静電吸着装置はこのような構造とすることもできる。そして、この場合も電極部分の上面の絶縁層は、表面形状が支持基板の径方向に上凸の曲面とされている。また、図5(b)に示したように、支持基板11の上に静電吸着用電極14が形成されており、その上に絶縁層12が形成されている構造とすることもできる。
電極材としては、例えば、熱分解グラファイトが挙げられるが、メタンガスを2200℃、5Torr(665Pa)という条件下で熱分解することによって得られる。厚さは薄すぎると強度不足の問題があり、厚すぎると剥離の問題があるので10〜300μmとすればよい。
電極を形成するための機械加工として溝加工を行うが、溝パターン13が同心円状になるように溝加工を行う。
また、電極を作製する面の裏側にも導電層を形成して、加熱ヒータ15として利用できるように溝パターンを形成することもできる。
絶縁層12の厚さとしては、薄すぎると絶縁破壊の問題があり、厚すぎると静電吸着力の低下の問題があるので、1〜300μmとすればよい。
絶縁層の主成分を上記のいずれかとする事で、耐電圧性に優れ、かつ薄い絶縁層とすることができる。
例えば、この熱分解窒化ホウ素又は窒化アルミニウムは化学気相蒸着法で形成することができ、高純度、高密度で、寸法精度に優れたものが作製可能で、耐熱性、化学的安定性に優れる。酸化イットリウムは耐フッ素プラズマ性に優れているので、耐食性に優れ長寿命の静電吸着装置とすることが出来る。
具体的には、熱分解窒化ホウ素は例えば三塩化ホウ素とアンモニアガスを原料とする熱CVD法より作製される。窒化アルミニウムは、トリメチルアルミニウムとアンモニアガスを原料とする熱CVD法より作製される。酸化イットリウムは溶射、CVD法、イオンプレーティング法によって作製される。
含有量を上記の範囲とする事で、絶縁層の体積抵抗率を、強い静電吸着力が得られるのに好ましい109〜1013Ωcmとすることができる。0.01wt%以上であると抵抗率が高くなりすぎることもなく、20wt%以下ならば抵抗率が小さくなりすぎることもないので、強い静電吸着量を得られる。
また、図1(a)に示すように、絶縁層12形成前に、予め支持基板や電極の凸部の上面における表面形状を径方向側で曲面となるように形成しておき、その上に均等な厚さの絶縁層を形成することによっても、吸着面の表面形状を上凸の曲面とすることができる。
高低差が、2mm以下であれば強い静電吸着力を得ることができる。1μm以上であれば被吸着物は曲面に沿うように吸着されることはない為に、接触面積が増えて擦れによるパーティクルが発生するのを防止することができる。つまり、面と面の接触になることを防いでいるため、パーティクルの発生を抑制する効果がある。
このように電極間の凹部の底面を加工することによって、機械加工時、又は研磨時の残渣が電極間の絶縁層の表層部分に残留する量を減少させることができ、底面自体からの発塵を低減できるとともに、電極間の凹部の底面に付着したパーティクルを洗浄時にきれいに取り除くことができ、発塵および被吸着物への吸着を防止することができる。よって被吸着物へのパーティクルの吸着量を減少させることができる。
このように、機械加工時または研磨時に発生した残渣が残留しやすい角部をなくすことによって、よりパーティクルの吸着量を減少させることが可能となる。
また溝パターンの凸部の絶縁層は、角を面取りすることができる。
電極間の凹部の幅は0.5mm以上5mm以下とすることが好ましい。0.5mm以上であれば凹部の中にパーティクルが残りにくく、発塵を防止することができ、5mm以下であれば被吸着物を加熱する際に被吸着物の温度分布を均一にすることが容易である。
プラズマエッチングには絶縁体表面をエッチング可能なガス、例えば、アルゴンやCF4などエッチング性の強いガスを使用することができる。アルカリ溶液は例えばKOH、NaOH、酸溶液はHF、HNO3等の一般的なエッチング溶液を用いることができる。
(実施例1)
直径200mm厚さ10mmのカーボン製支持基材の全面に、アンモニアと三塩化ホウ素を混合比8:1で温度2000℃圧力5Torr(665Pa)のCVD炉内にて反応させて熱分解窒化ホウ素を堆積させて、0.5mm厚でコーティングした支持基板を作製した。
次に、この上でメタンガスを2200℃、5Torr(665Pa)の条件下で熱分解して、この円板上に厚さ100μmの熱分解グラファイト層を形成し、表面の熱分解グラファイト層に静電吸着用電極パターンを、また裏面の熱分解グラファイト層にヒータ用パターンをエンドミルにて溝加工して、それぞれ静電吸着用電極と加熱ヒータとした。静電吸着用電極パターンは同心円状になるようにして、溝パターンの溝の幅を2.6mm、深さを0.5mmとした。
その後、被吸着物を吸着する面になる溝パターンの凸部上面の絶縁層の表面形状を、支持基板の径方向に上凸の曲面となるように切削加工を行い、静電吸着装置を作製した。本実施例では、絶縁層の径方向の高低差が、電極幅の90%の範囲内において1μm〜2mmとなるような上凸の曲面とした。
その結果、ウエハの吸着面側に付着した0.2μm以上のパーティクル総数は8インチウエハ一枚あたり約5000個であった。
最表面の被吸着物と接する面の表面を平面研磨機によりほぼ平らになるように成形し、それ以外は実施例1と同様に静電吸着装置を作製した。この時の径方向の高低差は0.1μmであった。
そして実施例1と同様にウエハの吸着加熱テストを行い、その後ウエハに吸着したパーティクル数を実施例1と同様に評価した。その結果、ウエハの吸着面側に付着した0.2μm以上のパーティクル総数は8インチウエハ一枚あたり100000個以上となり、実施例1に比べ、被吸着物に付着したパーティクル数が非常に多くなってしまった。
被吸着物と接する面の表面形状が径方向で上凸の曲面となっていないと、面と面との接触となる為にパーティクルの発生が多くなってしまうことがわかる。
表面の熱分解グラファイト層に静電チャック用電極パターンをエンドミルにて溝加工して形成する際に、溝パターンの凹部の底面における絶縁層の表面粗さRaを10μm以下に、かつ凹部底面形状を支持基板の径方向に曲面(凹面)となるように研磨したこと以外は実施例1と同様に静電吸着装置を作製した。
そして実施例1と同様にウエハの吸着加熱テストを行い、その後ウエハに吸着したパーティクル数を実施例1と同様に評価した。その結果、ウエハの吸着面側に付着した0.2μm以上のパーティクル総数は8インチウエハ一枚あたり約4000個とさらに良好な結果となった。
このように、静電吸着装置上に残留するパーティクル数を減らすことができる表面形状にすることによって、被吸着物へ付着するパーティクル数を減少させることができることがわかった。
実施例1の静電吸着装置の表面である絶縁層を、CF4プラズマにより約1μm程度エッチングした(実施例3)。同様に、実施例2の絶縁層の表面をエッチングし(実施例4)、比較例1の絶縁層の表面もエッチングした(比較例2)。
そしてこれらの装置を用いて、実施例1と同様にウエハの吸着加熱を行い、その後ウエハに吸着したパーティクル数を実施例1と同様に評価した。
実施例3、実施例4の静電吸着装置を用いた場合は、ウエハへのパーティクル吸着数が少なく良好であった。一方、比較例1をエッチングした比較例2の静電吸着装置では、実施例に比べパーティクルが多く吸着してしまった。
このことから、絶縁層の表面をエッチングすることによってパーティクルの発生をさらに抑制することは可能であるが、吸着面が平面である場合は、その効果を確認することはできなかった。
実施例1、実施例2、比較例1の絶縁層を、熱分解窒化ホウ素の代わりに窒化アルミニウムとすること以外は、各例と同様の静電吸着装置を作製して(各々実施例5、実施例6、比較例3)、実施例1と同様にウエハの吸着加熱を行い、その後ウエハに吸着したパーティクル数を実施例1と同様に評価した。
実施例5、実施例6の静電吸着装置を用いた場合のウエハへのパーティクルの吸着数は実施例1、実施例2と比べてもさほど変わりなく、良好な結果となった。しかし比較例3においては、パーティクルの吸着数は他の比較例と同じように非常に多かった。
このことより、絶縁層を熱分解ホウ素に限らずに、窒化アルミニウム等を用いることができることがわかる。
実施例1、実施例2、比較例1の絶縁層を、熱分解窒化ホウ素に、炭素、珪素、アルミニウム、イットリウム、チタンのうち少なくとも1種類以上の元素が0.01wt%以上20wt%以下含んでいるものとすること以外は、各例と同様の静電吸着装置を作製して(各々実施例7、実施例8、比較例4)、実施例1と同様にウエハの吸着加熱を行い、その後ウエハに吸着したパーティクル数を実施例1と同様に評価した。
実施例7、実施例8の静電吸着装置を用いた場合のウエハへのパーティクルの吸着数は他の実施例とほぼ同程度であり、良好な結果となった。しかし比較例4は他の比較例と同様にパーティクルの吸着数が非常に多かった。
このことから、本発明では絶縁層の電気抵抗率を調整して、静電吸着力を強くしても、擦れを抑えて、パーティクルの発生を減少させることができる。
Claims (9)
- 少なくとも、支持基板と、前記支持基板上に同心円状に形成された電極と、前記支持基板および電極を覆う絶縁層とを有する静電吸着装置において、前記同心円状の電極部分の上面の絶縁層は、表面形状が支持基板の径方向に上凸の曲面であり、電極間の絶縁層は凹形状であることを特徴とする静電吸着装置。
- 前記支持基板は、同心円状に溝パターンが形成され、かつ前記電極は、前記支持基板の溝パターンの凸部に形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の静電吸着装置。
- 前記電極部分の上面の絶縁層は、径方向の高低差が、前記電極の幅の90%の範囲内において1μm〜2mmであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の静電吸着装置。
- 前記電極間の凹部の底面における絶縁層の表面粗さRaは、10μm以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の静電吸着装置。
- 前記電極間の凹部の底面形状は、支持基板の径方向に曲面となっていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の静電吸着装置。
- 前記絶縁層は、表面をプラズマ、酸溶液、アルカリ溶液のいずれかによってエッチングされたものであることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の静電吸着装置。
- 前記絶縁層は、熱分解窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウムのいずれかが主成分であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の静電吸着装置。
- 前記絶縁層は、熱分解窒化ホウ素または窒化アルミニウムに、炭素、珪素、アルミニウム、イットリウム、チタンのうち少なくとも1種類以上の元素を0.01wt%以上20wt%以下含んでいるものであることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の静電吸着装置。
- 前記静電吸着装置は、加熱ヒータを内蔵するものであることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の静電吸着装置。
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