JP2010114351A - 静電チャック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャック電極への給電性に優れ、かつ静電チャック表面層の破損のおそれのない静電チャック装置を提供する。
【解決手段】表面をチャック面１０１とする板状のセラミックからなる基体１０、基体１０内に厚さ方向に間隔をおいて配置されたチャック電極１２及び受電用電極１４と、チャック電極１２の一部と受電用電極１４の少なくとも一部が露出するように基体１０の裏面に設けられた凹部１０２と、凹部１０２内に形成され、露出されたチャック電極１２と受電用電極１４とを電気的に接続する導体層１６とを有し、導体層１６は基体１０の焼成温度より低温で焼成された層からなる静電チャック装置である。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、例えば半導体ウエハをエッチング加工するプラズマエッチング装置等において、半導体ウエハを吸着固定するために使用される静電チャック装置に関する。

従来より、半導体ウエハをエッチング加工するプラズマエッチング装置において、半導体ウエハを吸着固定するために、静電チャックが使用されている。

この静電チャックは、板状のセラミックからなる基体にチャック電極を埋設し、このチャック電極と半導体ウエハとの間に作用する静電力によって半導体ウエハを、その基体の表面（チャック面）に吸着固定するものである。そして、この静電チャックは、通常、アルミニウム、アルミニウム合金等からなる金属製のベース部材上に接合されて静電チャック装置とされ、半導体ウエハの処理目的に応じた処理装置内に取り付けられその使用に供される。

このような静電チャック装置として、基体の裏面にチャック電極の一部が露出するように凹部を形成し、この凹部内に露出したチャック電極に、高電圧発生装置に接続された棒状の給電用電極の先端を接触させることにより、チャック電極に電圧が印加されるように構成されたものが知られている。（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、このような静電チャック装置においては、チャック電極が基体表面から極めて浅い位置（通常、３００μｍ程度）に埋設されているため、給電用電極棒の接触圧でその薄い表面層が破損しやすいという問題があった。チャック電極の埋設位置を深くすればこの問題は解決されるが、その場合には吸着力が低下するおそれがある。
特開２００８−４２１３７号公報

本発明は、上記従来技術の課題に対処してなされたものであり、チャック電極への給電性に優れ、かつ静電チャック表面層の破損のおそれのない静電チャック装置を提供することを目的とする。

（１）請求項１に記載の発明（静電チャック装置）は、表面をチャック面とする板状のセラミックからなる基体と、前記基体内に厚さ方向に間隔をおいて配置されたチャック電極及び受電用電極と、前記チャック電極の一部と前記受電用電極の少なくとも一部が露出するように前記基体の裏面に設けられた凹部と、前記凹部内に形成され、露出された前記チャック電極と前記受電用電極とを電気的に接続する導体層とを有し、前記導体層は前記基体の焼成温度より低温で焼成または加熱硬化した層からなることを特徴とする。

本発明では、チャック電極と受電用電極が、基体の焼成温度より低温で焼成または加熱硬化した層からなる導体層によって電気的に接続されているため、受電用電極からこの導体層を介してチャック電極に確実に給電することができる。また、受電用電極がチャック電極より基体表面から深い位置に埋設されているため、給電用電極の接触による基体の破損を防止することができる。

（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の静電チャック装置において、前記基体は、酸化イットリウムを主体とするセラミックからなることを特徴とする。

本発明は、好ましい基体の構成材料を例示したものである。基体の構成材料を、酸化イットリウムを主体とするセラミックとすることで、耐プラズマ性、耐エッチング性を向上させることができる。

（３）請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の静電チャック装置において、前記導体層は、導電性ペーストにより形成されていることを特徴とする。

本発明では、導体層が導電性ペーストにより形成されているので、導体層を容易に形成することができる。

（４）請求項４の発明は、請求項３に記載の静電チャック装置において、前記導電性ペーストは、Ａｇ、Ｃｕ、ＡｕおよびＰｄの群から選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする。

本発明では、導体層の形成に使用される導電ペーストが、Ａｇ、Ｃｕ、ＡｕおよびＰｄの群から選ばれる少なくとも１種を含んでいるので、低抵抗の導体層を形成することができ、これにより消費電力の低減を図ることができる。

（５）請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の静電チャック装置において、前記凹部内の受電用電極は、前記基体の焼成温度より低温で焼成または加熱硬化した層からなることを特徴とする。

本発明では、凹部内の受電用電極が、基体の焼成温度より低温で焼成または加熱硬化した層からなるので、導体層と同時に形成することができ、製造工程を簡略化することができる。

（６）請求項６の発明は、請求項５に記載の静電チャック装置において、前記凹部内の受電用電極は、前記導体層と同一材料により前記導体層と一括して形成されていることを特徴とする。

本発明では、受電用電極が、導体層と同一材料により導体層と一括して形成されているので、製造工程をより簡略化することができる。

本発明によれば、受電用電極および導体層を介してチャック電極に確実に給電される。また、チャック電極に給電用電極を直接接触させる必要がないため、静電チャック表面層が破損することもない。

以下、本発明に係る実施の形態について説明する。なお、説明は図面に基づいて行うが、それらの図面は単に図解のために提供されるものであって、本発明はそれらの図面により何ら限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は実際のものとは異なることに留意すべきである。さらに、以下の説明において、同一もしくは略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１の実施形態）
図１Ａは本発明の第１の実施形態に係る静電チャック装置を示す断面図であり、また、図１Ｂは、その要部を拡大して示す断面図である。

これらの図１Ａおよび図１Ｂにおいて、１０は、表面をチャック面１０１とする円板状のセラミックからなる基体を示している。この基体１０の内部には、チャック電極１２が埋設されており、また、その裏面にはチャック電極１２の一部が露出するように、凹部１０２が設けられている。すなわち、凹部１０２は、開口側（図面下側）の大径部１０３と、その奥に形成される小径部１０４からなり、小径部１０４の底面でチャック電極１２の一部が露出している。そして、大径部１０３の底面には、受電用電極１４が形成され、また、小径部１０４にはチャック電極１２と受電用電極１４とを電気的に接続する導体層１６が設けられている。

凹部１０２内には、また、高電圧発生装置に接続された棒状の給電用電極２０が挿入され、その先端が受電用電極１４にロー付け又は半田付けされている。この給電用電極２０は、例えばニッケル合金等で形成されている。

さらに、基体１０は、その裏面が、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等からなる金属製のベース部材３０の表面に接合されている。このベース部材３０には、凹部１０２に連通する貫通孔１０５が設けられており、給電用電極２０はこの貫通孔１０５を介して基体１０の凹部１０２に挿入され、受電用電極１４の下面に固着されている。

本実施形態では、基体１０は、例えば酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を主体とするセラミックの積層構造の焼結体により、例えば厚さ約２ｍｍ、直径約３００ｍｍの円板状に形成されている。積層構造の焼結体は、例えば酸化イットリウムを主成分とするセラミックグリーンシートを積層圧着し、一体に焼成することにより形成される。なお、基体１０は、アルミナや、アルミナを主体とするセラミック等により形成することも可能である。

また、チャック電極１２は、例えばタングステン、モリブデン、白金等の高融点金属の粉末を主成分として含むメタライズペーストを、セラミックグリーンシートに層状に所定のパターンで印刷しておき、同セラミックグリーンシートを積層圧着後、同時焼成することにより形成されている。このチャック電極１２は、例えば直径約２９５ｍｍ、厚さ約１０μｍの円形状を有し、チャック面１０１から例えば約３００μｍ離間した位置に形成されている。

さらに、受電用電極１４と導体層１６は、基体１０の焼成温度より低温で焼成されるメタライズペースト、例えばＡｇ、Ｃｕ、ＡｕおよびＰｄの群から選ばれる少なくとも１種を主成分として含むメタライズペーストを、基体１０に凹部１０２形成後、その底面に印刷し焼成することにより形成されている。受電用電極１４は、直径約１０ｍｍ、厚さ約１００μｍの円形状を有し、チャック面１０１から例えば約８００μｍ離間した位置に形成されている。また、導体層１６は、直径約５ｍｍ、高さ約６００μｍの円柱状を有する。

また、ベース部材３０は、前述したようにアルミニウム、アルミニウム合金等の金属からなるが、基体１０全体を載置するように、基体１０より大径に、例えば厚さ約２０ｍｍ、直径約３５０ｍｍの円板状に形成されている。そして、ベース部材３０の内部には、図示は省略したが、冷却水を循環させるための流路が設けられている。この流路に冷却水を循環させることにより、ベース部材３０を冷却することができる。

なお、図１には、チャック電極１２と外部に配置された電極（図示無し）との間で電圧を印加することで静電力を発生させる単極型のものが例示されているが、例えば図２に示すように、１対のチャック電極１２Ａ、１２Ｂを埋設し、それらのチャック電極１２Ａ、１２Ｂ間に電圧を印加することで静電力を発生させる双極型のものであってもよい。この場合には、各チャック電極１２Ａ、１２Ｂに受電用電極１４と導体層１６が形成され、それぞれの受電用電極１４に給電用電極２０を接触させる。

次に、本実施形態の静電チャック装置の製造方法の一例を図３を用いて説明する。なお、ここでは基体１０を、酸化イットリウムを主成分とするセラミックの積層構造の焼結体で構成し、チャック電極１２の材料として白金粉末を主成分とするものを用いた静電チャック装置を製造する場合を説明する。

（セラミックグリーンシートの作製）
（１）酸化イットリウム粉末９７．９質量％、分散剤２．０質量％及びカルシア粉末（ＣａＯ）０．１質量％を、エタノールとトルエンの混合溶媒（重量比１：１）中で十分に湿式混合した後、バインダ（ブチラール樹脂）を添加し、さらに混合して流動性のあるスラリーとする。
（２）次に、このスラリーから、ドクターブレード法により、厚さ０．２ｍｍのセラミックグリーンシート２０１を得る。

（メタライズペーストの調製等）
（３）白金粉末と酸化イットリウム粉末を体積比で１：１となるように秤量し、分散剤、バインダ（エチルセルロース）及びターピネオールとともに混合し、３本ロールで混練して白金ペーストを調製する。
（４）また、市販のＡｇペースト（焼成温度：８５０℃、Ａｇ含有量：８５質量％）を用意する。

（積層体の作製等）
（５）セラミックグリーンシート２０１を約４５０ｍｍ角の大きさに切断し、この切断したセラミックグリーンシートを４枚、４０℃、０．５ＭＰａの条件で積層した後、この積層体上に、白金ペーストを用いて、スクリーン印刷法により、チャック電極のパターン２０２を印刷する。また、切断したセラミックグリーンシート２０１を１０枚、前記と同様の条件で積層した後、この積層体に、ドリルを用いて、直径約３ｍｍの貫通孔２０３を形成する（図３（ａ））。その後、貫通孔２０３を形成した積層体（１０層）２０４上に、チャック電極１２のパターン２０２を印刷した積層体（４層）２０５を、パターン印刷面を積層体（１０層）２０４側に向けて積層し、５０℃、６ＭＰａの条件で圧着する。

（積層体の加工、焼成）
（６）以上のようにして積層圧着したセラミックグリーンシート２０１の積層体を、直径約４００ｍｍの円板に加工する。
（７）次に、加工した積層体を、大気中、２５０℃で５時間脱脂した後、大気中、１６００℃で焼成を行い、さらに、大気中、１５５０℃で反りの修正を行い、厚さ約２ｍｍのセラミック焼結体２０６を得る（図３（ｂ））。

（セラミック焼結体の加工）
（８）セラミック焼結体２０６の裏面（積層体（１０層）側の表面）の貫通孔２０３を含む位置に、ドリルを用いて、直径約１０ｍｍ、深さ３００μｍの凹部２０７を形成した後、この凹部２０７および貫通孔２０３内にＡｇペーストを塗布し、８５０℃で焼成し、受電用電極１４および導体層１６を形成する（図３（ｃ））。

（ベース板との接合）
（９）チャック電極１２のセラミック焼結体２０６表面からの距離が３００μｍになるように、セラミック焼結体２０６に平行研削加工を施した後、予め貫通孔１０５を設けておいた金属製のベース板３０の表面に、セラミック焼結体２０６（基体１０）を、例えばシリコーン系接着剤を用いて接合し、さらに受電用電極１４に直径約５ｍｍのニッケル合金からなる給電用電極２０をロー付けする。給電用電極２０又は受電用電極１４には、必要に応じて予めニッケルメッキを施しておく。これにより、静電チャック装置が完成する。

このようにして製造された静電チャック装置に２ｋＶの電圧を印加して半導体ウエハ（シリコンウエハ）を吸着させ、その吸着力をウエハにワイヤーを固定してフォースゲージにより測定したところ、１５Ｐａであり、十分な吸着力を有していることが確認された。また、チャック面１０１を観察したが、クラック等の欠陥は全く認められなかった。

このように本実施形態の静電チャック装置においては、チャック電極１２より深い位置に受電用電極１４を設ける構成とされているので、セラミックからなる基体１０の表面層におけるクラック等の欠陥の発生を防止することができる。

また、チャック電極１２の一部が露出するように基体１０の裏面に凹部１０２を設け、この凹部１０２の底面に受電用電極１４及び導体層１６を形成しているので、受電用電極１４とチャック電極１２とを確実に電気的に接続することができる。これにより、受電用電極１４及び導体層１６を介してチャック電極１２に確実に給電することができる。

さらに、導体層１６が、基体１０の焼成温度より低温で焼成された層で構成されているので、受電用電極１４とチャック電極１２とをビア導体を介して電気的に接続する場合のような、ビア導体の突き上げや断線が生ずるといった問題の発生も防止することができる。

すなわち、受電用電極１４とチャック電極１２とをビア導体を介して電気的に接続する場合には、例えば、前述した製造プロセスの（５）の工程で、チャック電極１２と同様のメタライズペーストを用いて、所要のセラミックグリーンシートに受電用電極１４のパターンを印刷するとともに、チャック電極１２と受電用電極１４とを接続するために所要のセラミックグリーンシートにビアホールを設け、このビアホール内にビア導体用メタライズペーストを印刷しておき、その後、（６）の工程を経て、（７）の工程で同時焼成を行う。この場合、セラミックグリーンシートの焼成時の熱収縮挙動やビア導体用メタライズペーストとセラミックグリーンシートの熱膨張係数の相違により、ビア導体の突き上げや断線等が生ずるおそれがある。本実施形態では、セラミックグリーンシートの焼成後に導体層１６を形成するため、このような問題が発生することはない。しかも、導体層１６の焼成温度が低温であるため、製造も容易である。

さらに、本実施形態では、受電用電極１４も導体層１６と同じ材料で形成されているため、上述したように、受電用電極１４と導体層１６を一括して形成することができ、製造プロセスをさらに簡素化することができる。

なお、本実施形態において、導体層１６を形成する位置は特に限定されるものではなく、例えば図４に示すように、受電用電極１４の中央部分に設けるようにしてもよい。また、例えば図５に示すように、小径部１０４の内周面の一部又は全周面に沿って層状に設けるようにしてもよい。小径部１０４内全体を埋める図１Ａ（図１Ｂ）や図２に示す例に比べ、メタライズペーストを印刷する際の空気の巻き込みを防止することができ、ボイドのない導体層１６を形成することができる。

（その他の実施の形態）
図６は、本発明の他の実施の形態に係る静電チャック用装置の要部構成を示す断面図である。なお、ここでは、重複する説明を避けるため、第１の実施の形態と共通する点については説明を省略し、相違点を中心に説明する。

前述した第１の実施の形態では、受電用電極１４は導体層１６と同じ材料を用いて同一工程で形成されているが、本実施形態では、チャック電極１２と同様の材料、すなわち、例えばタングステン、モリブデン、白金等の高融点金属の粉末を主成分として含むメタライズペーストにより形成されている。

この場合には、例えば前述した製造プロセスの（４）の工程の後、セラミックグリーンシート２０１を４５０ｍｍ角の大きさに切断し、この切断したセラミックグリーンシート２０１を４枚、４０℃、０．５ＭＰａの条件で積層した後、この積層体上に、白金ペーストを用いて、スクリーン印刷法により、チャック電極１２のパターン２０２を印刷する。また、切断したセラミックグリーンシートを４枚、前記と同様の条件で積層し、ドリルを用いて直径約３ｍｍの小径部１０４となる貫通孔を形成した後、この積層体上に、白金ペーストを用いて、スクリーン印刷法により、受電用電極１４のパターンを印刷する。さらに、切断したセラミックグリーンシート２０１を６枚、前記と同様の条件で積層し、ドリルを用いて大径部１０３となる直径約１０ｍｍの貫通孔を形成する。その後、積層体（６層）上に、受電用電極パターンを印刷した積層体（４層）およびチャック電極パターンを印刷した積層体（４層）を、各パターン印刷面を積層体（６層）側に向けて順に積層し、５０℃、６ＭＰａの条件で圧着する。

次いで、前記（６）及び（７）の工程を行った後、セラミック焼結体（基体１０）の裏面（積層体（６層）側の表面）側より、受電用電極パターンを印刷した積層体（４層）に予め設けておいた貫通孔内に、例えばＡｇ粉末とエポキシ樹脂を３本ロールで混練して調製したＡｇペーストを塗布し、１８０℃で加熱硬化させて、導体層１６を形成する。

その後、前記（９）の工程を行い、静電チャック装置を完成させる。

このよう構成される静電チャック装置においては、第１の実施形態のものに比べ、製造はやや困難になるものの、チャック電極１２より深い位置に受電用電極１４を設ける構成とされているので、セラミックからなる基体１２の表面層におけるクラック等の欠陥の発生を防止することができる。また、受電用電極１４とチャック電極１２とが導体層１６によって電気的に接続されているので、受電用電極１４及び導体層１６を介してチャック電極１２に確実に給電することができる。さらに、導体層１６が、基体１０の焼成温度より低温で加熱硬化された層で構成されているので、ビア導体により電気的に接続する場合のような、ビア導体の突き上げや断線が生ずるといった問題の発生も防止することができる。

なお、本実施形態においても、導体層１６を形成する位置は特に限定されるものではなく、例えば図７に示すように、受電用電極１４の中央部分に設けるようにしてもよい。また、例えば図８に示すように、導体層１６を、小径部１０４の内周面の一部又は全周面に沿って層状に設けるようにしてもよい。小径部１０４内全体を埋める図６や図７に示す例に比べ、メタライズペーストを印刷する際の空気の巻き込みを防止することができ、ボイドのない導体層１６を形成することができる。さらに、本実施形態では、例えば図９に示すように、導体層１６を形成する凹部１０６と給電用電極２０を配置する凹部１０７をそれぞれ別個に設けるようにしてもよい。凹部１０７を給電用電極２０に嵌合可能な大きさに形成することができ、給電用電極２０を安定に保持することが可能となる。

本発明は以上説明した実施の形態に記載内容に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

本発明の第１の実施の形態に係る静電チャック装置を示す断面図である。 図１Ａの要部を拡大して示す断面図である。 第１の実施形態に係る静電チャック装置の変形例を示す断面図である。 第１の実施形態に係る静電チャック装置の製造方法の一例を説明するための断面図である。 第１の実施形態に係る静電チャック装置の他の変形例を示す断面図である。 第１の実施形態に係る静電チャック装置の他の変形例を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る静電チャック装置の要部構成を示す断面図である。 他の実施形態に係る静電チャック装置の変形例を示す断面図である。 他の実施形態に係る静電チャック装置の他の変形例を示す断面図である。 他の実施形態に係る静電チャック装置の他の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０…基体、１２，１２Ａ，１２Ｂ…チャック電極、１４…受電用電極、１６…導体層、３０…ベース部材、１０１…チャック面、１０２，１０６，１０７…凹部、１０３…大径部、１０４…小径部。

Claims (6)

1. 表面をチャック面とする板状のセラミックからなる基体と、前記基体内に厚さ方向に間隔をおいて配置されたチャック電極及び受電用電極と、前記チャック電極の一部と前記受電用電極の少なくとも一部が露出するように前記基体の裏面に設けられた凹部と、前記凹部内に形成され、露出された前記チャック電極と前記受電用電極とを電気的に接続する導体層とを有し、前記導体層は前記基体の焼成温度より低温で焼成または加熱硬化した層からなることを特徴とする静電チャック装置。
2. 前記基体は、酸化イットリウムを主体とするセラミックからなることを特徴とする請求項１記載の静電チャック装置。
3. 前記導体層は、導電性ペーストにより形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の静電チャック装置。
4. 前記導電性ペーストは、Ａｇ、Ｃｕ、ＡｕおよびＰｄの群から選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項３記載の静電チャック装置。
5. 前記凹部内の受電用電極は、前記基体の焼成温度より低温で焼成または加熱硬化した層からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の静電チャック装置。
6. 前記凹部内の受電用電極は、前記導体層と同一材料により前記導体層と一括して形成されていることを特徴とする請求項５記載の静電チャック装置。

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