JP2014057013A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

【課題】より吸着力が強く、吸着力の面内均一性に優れた電極パターンを有する静電チャックを提供する。
【解決手段】少なくとも一主面が吸着面である板状の絶縁体内に電極が埋設された本発明の静電チャックは、前記電極は、正極と負極とが互い違いに入り込んで配置された電極パターンを形成しており、前記正極と前記負極は、前記吸着面の中心点から外周縁方向に向かって延びる線状の幹部と前記幹部から枝状に延出した線状の枝部で構成され、前記枝部は、前記中心点を中心とする任意の一同心円あるいは一同心多角形の外周縁に沿って円弧状または多角形状に形成されており、前記任意の一同心円外周縁上に位置する前記幹部から延出する前記枝部は一つの前記電極につき１本のみであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に電極パターン形状に特徴を有する静電チャックに関する。

例えば半導体プロセスにおいて、半導体基板や板状部材の吸着に用いられる静電チャックは、板状の基材の一平面上に吸引力を発生させる電極を配置し、その上に誘電体層を形成した構造が公知である。

近年、被吸着物の大口径化、大面積化に伴い、このような静電チャックには、広い吸着面積を有し、均一かつ強力な吸着力が求められている。

特許文献１には、ウエハステージ上の絶縁体内に正負両電極を埋設した双極型の静電チャックにおいて、前記それぞれの正負電極が、半径方向に延びる半径分の直線部と、この直線部両側から複数の枝状に延出した同心円のＣ字形状部とを備え、前記直線部が互いに対向して直径方向となる略一直線上に位置し、前記正負電極のＣ字形状部が相互にくし歯状に入り込んで電極パターンを形成した静電チャックが記載されている。

特許文献２には、吸着電極の上面を覆うように絶縁層を形成した静電チャックにおいて、上記吸着電極は独立した帯状の複数の吸着電極からなり、上記の独立した吸着電極が対向する領域で該吸着電極から等距離にある中間線の密度が５００〜５０００／ｍで、該中間線を挟む上記吸着電極の帯の幅は前記中間線を挟む吸着電極の帯同士の間隔と同等或いは小さく、かつ上記中間線がほぼ均一に分布している静電チャックが記載されている。

特開２００３−７８１０号公報 特開２００５−１２１４４号公報

上記特許文献１に記載された静電チャックは、半径分の直線部から枝状にＣ字形状部が延出する形状のため、電極パターンは比較的簡単で、かつ、正負電極が均一に分布していることから、均一で安定な吸着力が得られるとしている。しかし、この場合、正負電極は同じ形状ではなく、かつ、回転対称でもないので、吸着面内全体における吸着力の均一性が十分とは言い難い。

上記特許文献２に記載された静電チャックは、高い吸着力が得られ、また正負電極を対称形状にもでき、電極面積も同一になる。しかし、電極は一直線方向に対して平行に配列されていることから、吸着面平面内で吸着力の分布が生じ、やはり吸着力の均一性向上に対しては十分ではなかった。

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、均一な吸着力で、かつ、十分な吸着力が得られる静電チャックを提供することを目的とする。

本発明に係る静電チャックは、少なくとも一主面が吸着面である板状の絶縁体内に電極が埋設された静電チャックであって、前記電極は、正極と負極とが互い違いに入り込んで配置された電極パターンを形成しており、前記正極と前記負極は、前記吸着面の中心点から外周縁方向に向かって延びる線状の幹部と前記幹部から枝状に延出した線状の枝部で構成され、前記枝部は、前記中心点を中心とする任意の一同心円あるいは一同心多角形の外周縁に沿って円弧状または多角形状に形成されており、前記任意の一同心円外周縁上に位置する前記幹部から延出する前記枝部は一つの前記電極につき１本のみであることを特徴とする。

このような構成によれば、均一な吸着力で、かつ、十分な吸着力が得られる静電チャックを提供することができる。

また、本発明に係る静電チャックは、幹部は、短直線または短曲線の少なくとも一つもしくはこれらを組み合わせた一直線、一円弧、または一曲線のいずれか一つの形状であると好ましい。

また、本発明に係る静電チャックは、電極幅は５０μｍ以上３００μｍ以下、隣接する電極同士の間隔は３０μｍ以上３００μｍ以下であると、より好ましい。

また、本発明に係る静電チャックは、正極と負極の電極が二対以上であってもよい。

なお、本発明に係る静電チャックは、絶縁体がシリカガラスであると、さらに好ましいものである。

本発明によれば、特に大面積の対象物を吸着する場合において、均一な吸着力で、かつ、十分な吸着力が得られる静電チャックとして用いることが可能となる。

図１は、本発明の一態様に係る静電チャックを、断面方向からみた概念図である。 図２は、本発明の一態様に係る静電チャックを、吸着面の上方からみた概念図である。 図３は、本発明に係る、多角形形状の電極パターンを有する静電チャックを吸着面の上方からみた概念図である。 図４は、本発明の他の一態様に係る静電チャックを、吸着面の上方からみた概念図である。 図５は、本発明のさらに他の一態様に係る静電チャックを、吸着面の上方からみた概念図である。 図６は、本発明の静電チャックの電極における幹部から延出した枝部と一同心円外周縁との位置関係を示す模式図である。 図７は、本発明に係る、正負電極が二対ある形態の電極パターンを有する静電チャックを、吸着面の上方からみた概念図である。 図８は、従来の一形態である電極パターンを有する静電チャックを、吸着面の上方からみた概念図である。 図９は、従来の他の一形態である電極パターンを有する静電チャックを、吸着面の上方からみた概念図である。

以下、本発明について、図面を参照して、より詳細に説明する。

本発明に係る静電チャックは、少なくとも一主面が吸着面である板状の絶縁体内に電極が埋設された静電チャックであって、前記電極は、正極と負極とが互い違いに入り込んで配置された電極パターンを形成しており、前記正極と前記負極は、前記吸着面の中心点から外周縁方向に向かって延びる線状の幹部と前記幹部から枝状に延出した線状の枝部で構成され、前記枝部は、前記中心点を中心とする任意の一同心円あるいは一同心多角形の外周縁に沿って円弧状または多角形状に形成されており、前記任意の一同心円外周縁上に位置する前記幹部から延出する前記枝部は一つの前記電極につき１本のみである。

図１は、本発明の一態様に係る静電チャックＺを、断面方向からみた概念図である。半導体基板やガラスマスク等の被吸着物Ｗを、絶縁体３内に埋設された電極２で発生した静電力で、吸着面１にて吸着する。電極２には、給電端子４を介して電流が印加される。なお、必要に応じて、吸着後の被吸着物Ｗを離脱するためのリフトピン５、リフトピン貫通孔６を設けてもよい。

図２は、本発明の一態様に係る静電チャックＺを、吸着面１の上方からみた概念図である。このように、電極２は、正極と負極とが互い違いに入り込んで配置された電極パターンを形成しており、この形状は、いわゆるくし歯形状と称されるものである。なお、本発明において、図１〜９は、あくまで概念図であり、電極の正確な位置関係、電極幅、電極間隔は、実際のものとは異なる。

正極と負極とが、図２に示すように互い違いに入り込んで配置されることで、限られた面積内で、緻密に正極と負極の対となる領域を設けられる。従って、より高い吸着力を得ることができる。

そして、電極２は、前記吸着面の中心点１１から外周縁１２方向に向かって延びる線状の幹部２１ａ（正極）と２２ａ（負極）、幹部から枝状に延出した線状の枝部２１ｂ（正極）、２２ｂ（負極）で構成される。

中心点１１とは、吸着面１を上面から見たときの、全ての電極パターンで形成される回転対称図形における中心点を指す。図２では、電極２で形成される電極パターンの最外周をとなる円の中心が相当する。これは、電極パターンの外形は、均一な吸着力を生成できることを考慮すれば、回転対称図形が好ましいことによるものである。

外周縁１２とは、電極パターン形成される図形の最外周部の線を指す。図２では、形態をより強調するために、電極の外側近傍に同形状の新たな円環を描写し、これを外周縁１２としている。外周縁１２は、円環のほかに、楕円環、正方形、もしくは、図３に示すような多角形等の、回転対称図形であれば、任意に選択可能である。

幹部とは、後述する枝部の起点となる電極の一部分である。幹部の両側から複数の枝部が形成されることで、吸着面１全体に均一に電極２を均等に配置することができる。図２に示すように、吸着面１の中心点１１から外周縁１２に向かう正極の電極２１ａ、負極の電極２２ａは、半径相当分の直線であるが、設計の容易さから好適な一形態といえる。

しかしながら、枝部を複数形成でき、かつ、中心点１１に対して正極、負極それぞれの電極が回転対称であれば、幹部は上記の半径相当分の直線に限定されない。すなわち、半径相当分に対して短い直線（短直線）、または短い曲線（短曲線）のうち、少なくとも一つもしくはこれらを組み合わせた形状である一直線、一円弧、または一曲線のいずれか一つの形状でもよい。例えば、図４のような短曲線の連続した線形状、図５のような弓なり形状のなだらかな曲線形状が、好適な例として挙げられる。

枝部とは、幹部の長さ方向、すなわち中心点１１から外周縁１２方向に向かって延びる方向に対して、略垂直方向に延出する線状の電極を指す。図２においては、正極の電極２１ｂ、負極の電極２２ｂが相当する。

静電チャックＺの吸着力を吸着面１に対して均一、かつ、強力なものとするためには、電極２の正負電極それぞれをできるだけ狭い間隔で等間隔に、かつ、電極パターン形状が局所的に異なる箇所をできるだけ少なくすることが必要であるが、本発明では、枝部が、中心点１１を中心とする任意の一同心円、あるいは一同心多角形の外周縁に沿って円弧状または多角形状に形成されているので、緻密な電極パターンを均等に形成できる。

そして、本発明に係る静電チャックＺの電極パターンは、任意の一同心円外周縁上に位置する幹部から延出する枝部は、一つの電極につき１本のみである。これにより、吸着面内の吸着力均一性をより高めることができる。

図２に示すように、本発明に係る電極パターンは、中心点１１を基準にした架空の同心円の円環が半径を少しずつ変えながら外周縁方向に配列され、それぞれの架空の円環の線上に円弧または多角形状の線状の電極２が形成され、かつ、正極と負極が互い違いに入り込んで配置されているものである。

図６は、このうち、幹部から延出した枝部、すなわち幹部と枝部の交点を拡大した模式図である。図６（ａ）は、本発明に係る電極パターン、図６（ｂ）は、従来のＣ字形状電極パターンで本発明の構成に相当する箇所である。

図６において、Ｓは、任意の一同心円外周縁の一部であり、このＳの線上に幹部と枝部の交点がある。図６（ａ）ではＰ１−１またはＰ１−２、図６（ｂ）ではＰ２−１またはＰ２−２である。従来のＣ字形状電極パターンでは、図６（ｂ）に示すように、Ｐ２−１は枝部が幹部と交差し、幹部に対して、例えば正極の枝部が線対称で配置される形態をとる。これは、任意の一同心円外周縁上に位置する幹部から延出する枝部が、一つの電極につき２本である形態といえる。

一方、本発明に係る電極パターンは、任意の一同心円外周縁上に位置する幹部から延出する枝部は一つの電極につき１本のみである。具体的には、図６（ａ）に示すように、Ｐ１−１またはＰ１−２は、枝部が幹部と接続はしているが交差はせず、幹部に対して、例えば正極の枝部が線対称で配置される形態にならない。そして、正極と負極の枝部については、幹部に対して線対称に配置されているものである。

このため、従来のＣ字形状電極パターンと比べて、正極と負極が、径方向だけでなく、一同心円外周縁上に対しても、相互に入り組んだ電極パターン形状となるので、例えば同じ電極パターン面積、印加電圧で比較すると、より吸着力を高くすることができる。

さらに、図６（ａ）のＰ１−１とＰ１−２が左右対称であるのに対し、図６（ｂ）のＰ２−１とＰ２−２は対称性がなく、両者は明らかに異なる形態である。よって、Ｐ１−１とＰ１−２の近傍に発生する静電力の分布は、Ｐ２−１とＰ２−２のそれと比較すると、径方向での分布の違いが小さい分、径方向全体での静電力の均一性はより優れたものとなる。

また、本発明の電極パターンは、正極と負極の電極パターンの形状を回転対称とすることができる。Ｃ字形状のくし歯型電極パターンでは、正極と負極は中心点と最外周での形態が必ず異なり、回転対称にならない。すると、吸着面１内でのパターン形状が異なる箇所は、同一吸着面積で設計すると、本発明の方が小さくなり、その結果、吸着力の面内での均一性の低下も抑制される。

また、電極パターンの幅、電極パターン同士の間隔が狭くなるにつれて、パターンの設計精度が厳しくなる。また、狭い線幅の電極に高い印加電圧をかけるので、局所的に抵抗が変動する箇所は少ないほうが、短絡、漏電の危険が小さい。

任意の一同心円外周縁上に位置する幹部から延出する枝部が、一つの電極につき１本のみである図６（ａ）のＰ１−１またはＰ１−２の３分岐に比べて、任意の一同心円外周縁上に位置する幹部から延出する枝部が、一つの電極につき２本となっている図６（ｂ）のＰ２−１の４分岐は、分岐点での電極パターン切れの確率が高い。また、分岐点での幹部抵抗値と枝部抵抗の差が大きくなるので、漏電等の危険が相対的に高い。

本発明に係る静電チャックＺは、電極幅は５０μｍ以上３００μｍ以下、隣接する電極同士の間隔は３０μｍ以上３００μｍ以下であると、より好ましい。

これは、本発明に係る電極パターンは、吸着面内に緻密にかつ回転対称に電極を配置できるので、均一かつ高い吸着力を得ることができるが、この特徴は、電極幅、隣接する電極幅を適切な範囲とすることで、より顕著なものとなるためである。

また、本発明に係る静電チャックＺは、正極と負極の電極が二対以上であるとより好ましい。図７にその一例を示す。

図７に示すような静電チャックでは、本発明の特徴である、高い吸着力と良好な均一性を活かしつつ、対の電極の印加電圧を調整できるので、例えば、電極パターンとは形状の異なる被吸着物Ｗの吸着において、部分的に吸着力を変更することができる。また、同心円状に電極パターンの対を複数設けることで、一台の静電チャックで、異なる面積を持つ被吸着物Ｗの吸着に対応することができ、その場合でも、高い吸着力と良好な均一性が得られる。

なお、本発明に係る静電チャックＺは、絶縁体がシリカガラスであると、さらに好ましいものである。シリカガラスは、高純度かつ低発塵性であるので、半導体装置の静電チャック用の絶縁体として極めて好適である。

以下、本発明の好ましい実施形態を実施例に基づいて説明するが、本発明は、下記実施例により限定されるものではない。

[実施例１]
直径１５０ｍｍ×厚さ５．０ｍｍの合成シリカガラス製の板を絶縁体として用い、この絶縁体の電極形成面上に、図２に示す電極パターンを有する電極２を配置し、さらにこの上に絶縁体と同材料のシリカガラス製の板を重ねて圧着して一体化し、反対側の面に給電端子（図示せず）を取り付けて静電チャックＺを形成した。このときの電極２の厚さは０．５μｍ、電極２の幅は２００μｍ、隣接する電極同士の間隔は２００μｍ、誘電体層の厚さは１００μｍ、最外形の外周縁半径は７４ｍｍとした。なお、枝部の本数は、図示しないが、上記寸法で一義的に決定されている。

電極２の材料はモリブデンを用いたが、シリカガラスとの融着が可能な材料であればよく、この他タングステン、ニッケル、チタン、白金、あるいはこれら２以上からなる合金などでもよい。

吸着力の評価は、印加電圧±１ｋＶを用いて、汎用数値解析ソフトによる数値解析にて吸着力を算出した。また、吸着力の面内均一性の評価は、静電チャック吸着面の中心部１箇所と、幹部を含む外周端から１５ｍｍ内側を９０度間隔で４箇所について吸着力を算出し、その５点の最大差で判断した。尚、このときの吸着対象物Ｗは、シリコンウェーハとした。

また、吸着力の面内均一性は、中心部の吸着力に対する外周端部の吸着力との比が１．３以上を×、１．２以上１．３以下を△、１．２未満を○として判断した。

[比較例１]
図８に示す電極パターンになるようにして、その他の製造条件、評価条件は実施例１に準じた。このとき、負極の電極における中央円の直径は２ｍｍとした。

[比較例２]
図９に示す電極パターンになるようにして、その他の製造条件、評価条件は実施例１に準じた。

実施例１の吸着力（２ｋPa）、吸着力の面内均一性（１．０５、判定○）に対して、比較例１の吸着力（２ｋPa）、吸着力の面内均一性（１．１９、判定○）、比較例２の吸着力（２ｋPa）、吸着力の面内均一性（１．２８、判定△）であった。この結果から、本発明の静電チャックＺは、同レベルの吸着力では、面内均一性が従来のものより良好であることがわかった。
[実施例２〜１１]

実施例１をもとにして、電極幅と電極間隔を変更した各種の静電チャックについて、実施例１同様に評価を行った。表１に、電極幅と電極間隔の組み合わせと評価結果を示す。

表１の結果から、本発明の好ましい実施範囲にあるものは、吸着力と面内均一性がより優れたものであることが分かった。また、本発明では、吸着力の均一性に優れることによる相乗効果で、電極間隔と電極幅を狭くしたときの吸着力の大幅な向上効果も得られ、例えば電極間隔を３０μｍとしたときは、吸着力が３ｋＰａ以上とより高くなる。

Ｚ 静電チャック本体
Ｗ 被吸着物
１ 吸着面
２ 電極
３ 絶縁体
４ 給電端子
５ リフトピン
６ リフトピン貫通孔
１１ 電極パターン中心部
１２ 電極パターンの最外周縁
２１ａ 正極の電極の幹部
２１ｂ 正極の電極の枝部
２２ａ 負極の電極の幹部
２２ｂ 負極の電極の枝部

Claims (5)

1. 少なくとも一主面が吸着面である板状の絶縁体内に電極が埋設された静電チャックであって、前記電極は、正極と負極とが互い違いに入り込んで配置された電極パターンを形成しており、前記正極と前記負極は、前記吸着面の中心点から外周縁方向に向かって延びる線状の幹部と前記幹部から枝状に延出した線状の枝部で構成され、前記枝部は、前記中心点を中心とする任意の一同心円あるいは一同心多角形の外周縁に沿って円弧状または多角形状に形成されており、前記任意の一同心円外周縁上に位置する前記幹部から延出する前記枝部は一つの前記電極につき１本のみであることを特徴とする静電チャック。
2. 幹部は、短直線または短曲線の少なくとも一つもしくはこれらを組み合わせた一直線、一円弧、または一曲線のいずれか一つの形状であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
3. 電極幅は５０μｍ以上３００μｍ以下、隣接する電極同士の間隔は３０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の静電チャック。
4. 正極と負極の電極が二対以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の静電チャック。
5. 絶縁体がシリカガラスであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の静電チャック。

Images