JP2015228406A - Electrostatic chuck - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウエハ等の薄板状の対象物を静電吸着により保持する技術に関する。 The present invention relates to a technique for holding a thin plate-like object such as a wafer by electrostatic adsorption.
半導体ウエハの製造・検査工程において、当該ウエハは搬送アームを介してウエハカセットに挿入され、複数のプロセス間で搬送される。平面状の静電チャック電極に対して並列接続されたコンデンサーを設けた静電チャックが提案されている（特許文献１参照）。静電吸着性能をもたせたアームによりウエハを搬送する手法が提案されている（特許文献２参照）。 In a semiconductor wafer manufacturing / inspection process, the wafer is inserted into a wafer cassette via a transfer arm and transferred between a plurality of processes. There has been proposed an electrostatic chuck provided with a capacitor connected in parallel to a planar electrostatic chuck electrode (see Patent Document 1). There has been proposed a method of transporting a wafer by an arm having electrostatic attraction performance (see Patent Document 2).
しかし、複数半導体チップを積層することにより３次元高集積化回路を作製する３ＤＩ技術の要請などのため、ウエハの薄型化が進むとウエハが撓みまたは反りやすくなる。このため、ウエハがその撓みまたは反りのためにウエハカセットに収納され損ない、さらにはウエハが損傷する可能性がある。 However, because of the demand for 3DI technology for producing a three-dimensional highly integrated circuit by stacking a plurality of semiconductor chips, the wafer is likely to be bent or warped as the wafer becomes thinner. For this reason, the wafer may not be stored in the wafer cassette due to the bending or warping, and the wafer may be damaged.
そこで、本発明は、撓みまたは反りが生じうる程度に薄型化されたウエハを、その平坦性を維持しながら静電吸着しうる静電チャックを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electrostatic chuck capable of electrostatically adsorbing a wafer thinned to such an extent that bending or warping can occur while maintaining the flatness of the wafer.
（１）本発明の静電チャックは、ウエハを吸着するための吸着面を有する平板状のセラミックス焼結体と、前記セラミックス焼結体に埋設されている双極の静電チャック電極と、前記セラミックス焼結体において吸着面の反対側の面に形成された電極とを備え、前記セラミックス焼結体厚さが０．６〜２［ｍｍ］であり、双極の静電チャック電極の間における前記セラミックス焼結体の電気抵抗値が、吸着面と各静電チャック電極との間における前記セラミックス焼結体の電気抵抗値よりも高いことを特徴とする。 (1) The electrostatic chuck of the present invention is a flat ceramic sintered body having a suction surface for adsorbing a wafer, a bipolar electrostatic chuck electrode embedded in the ceramic sintered body, and the ceramic An electrode formed on a surface of the sintered body opposite to the adsorption surface, the ceramic sintered body has a thickness of 0.6-2 [mm], and the ceramic between the bipolar electrostatic chuck electrodes An electrical resistance value of the sintered body is higher than an electrical resistance value of the ceramic sintered body between the adsorption surface and each electrostatic chuck electrode.
（２）（１）記載の静電チャックにおいて、前記吸着面の表面粗さＲａが０．１〜１．０［μｍ］であることが好ましい。 (2) In the electrostatic chuck described in (1), it is preferable that the surface roughness Ra of the attracting surface is 0.1 to 1.0 [μm].
（３）（２）記載の静電チャックにおいて、前記セラミックス焼結体厚さが０．６〜１．５［ｍｍ］であることが好ましい。 (3) In the electrostatic chuck according to (2), it is preferable that the thickness of the ceramic sintered body is 0.6 to 1.5 [mm].
（４）（３）記載の静電チャックにおいて、双極の静電チャック電極の間における前記セラミックス焼結体の電気抵抗値が、吸着面と各静電チャック電極との間における前記セラミックス焼結体の電気抵抗値の１００倍以上であることが好ましい。 (4) In the electrostatic chuck according to (3), the ceramic sintered body between the attraction surface and each electrostatic chuck electrode has an electrical resistance value between the bipolar electrostatic chuck electrodes. The electrical resistance value is preferably 100 times or more.
本発明の静電チャックによれば、セラミックス焼結体の厚さが２［ｍｍ］以下（好ましくは１．５［ｍｍ］以下）になる程度にまで静電チャックが薄型化されていることにより、静電チャックが、吸着面にウエハを吸着保持した状態で当該ウエハと一体的にプロセス間で搬送されうる。セラミックス焼結体における静電チャック電極間、吸着面と各静電チャック電極との間の電気抵抗値を制御すること、更には吸着面の表面粗さＲａが調節されることにより、クーロン効果によるウエハ（対象物）の静電吸着性能が長時間にわたり維持されうる。よって、撓みまたは反りが生じうる程度に薄型化されたウエハが、プロセス間で搬送される間にわたってその平坦性が維持されたまま静電吸着されうる。 According to the electrostatic chuck of the present invention, the thickness of the ceramic sintered body is reduced to 2 [mm] or less (preferably 1.5 [mm] or less). The electrostatic chuck can be transferred between processes integrally with the wafer while the wafer is held by suction on the suction surface. By controlling the electrical resistance value between the electrostatic chuck electrodes in the ceramic sintered body, between the adsorption surface and each electrostatic chuck electrode, and by adjusting the surface roughness Ra of the adsorption surface, the Coulomb effect is achieved. The electrostatic adsorption performance of the wafer (object) can be maintained for a long time. Therefore, a wafer thinned to such an extent that bending or warping can occur can be electrostatically adsorbed while its flatness is maintained while being transferred between processes.
また、プロセスのために静電チャックが基台に載置された際、セラミックス焼結体の吸着面と反対側の面に形成された電極により静電チャックが当該基台に静電固定される。これにより、吸着面に保持されているウエハの位置決め精度も担保される。 When the electrostatic chuck is placed on the base for the process, the electrostatic chuck is electrostatically fixed to the base by an electrode formed on the surface opposite to the adsorption surface of the ceramic sintered body. . Thereby, the positioning accuracy of the wafer held on the suction surface is also ensured.
図１に示されている本発明の一実施形態としての静電チャックは、ウエハを吸着するための吸着面１０を有する略平板状のセラミックス焼結体１と、セラミックス焼結体１に埋設されている双極の静電チャック電極２−１および２−２を備えている。セラミックス焼結体１において吸着面１０の反対側には、プロセス用基台に静電吸着させるための電極３および外部電源を接続するための端子２２が形成されている。 An electrostatic chuck as an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes a substantially flat ceramic sintered body 1 having an adsorption surface 10 for adsorbing a wafer, and embedded in the ceramic sintered body 1. Bipolar electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2 are provided. In the ceramic sintered body 1, an electrode 3 for electrostatic adsorption on the process base and a terminal 22 for connecting an external power source are formed on the opposite side of the adsorption surface 10.
セラミックス焼結体１の材質は、ハロゲン系のガス（たとえばＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３、ＣｌＦ３）に対する耐腐食性の向上を図る観点から選択される。アルミナ、窒化アルミニウム、酸化イットリウム、イットリウムおよびアルミニウムの複合酸化物、酸化マグネシウム、またはフッ化物が例としてあげられる。同じく耐腐食性の向上を図る観点からセラミックスは高純度であることが好ましい。たとえば、アルミナは９９．４％以上の高純度であることが好ましい。窒化アルミニウムは９５％以上の高純度であり、残部は３Ａ族元素の酸化物が含まれることが好ましい。耐腐食性の観点からセラミックス焼結体１は緻密質であって、気孔率が低いこと（たとえば１％以下であること）が好ましい。 The material of the ceramic sintered body 1 is selected from the viewpoint of improving the corrosion resistance against halogen-based gases (for example, CF 4 , SF 6 , NF 3 , and ClF 3 ). Examples include alumina, aluminum nitride, yttrium oxide, a composite oxide of yttrium and aluminum, magnesium oxide, or fluoride. Similarly, from the viewpoint of improving the corrosion resistance, the ceramic is preferably highly pure. For example, it is preferable that alumina has a high purity of 99.4% or more. It is preferable that aluminum nitride has a high purity of 95% or more and the balance contains an oxide of a 3A group element. From the viewpoint of corrosion resistance, the ceramic sintered body 1 is preferably dense and has a low porosity (for example, 1% or less).
双極の静電チャック電極２−１および２−２の間のセラミックス焼結体１の電気抵抗値は、吸着面１０と各静電チャック電極２−１、２−２の間のセラミックス焼結体１の電気抵抗値よりも高くなっており、吸着面１０の表面粗さＲａが０．１〜１．０［μｍ］に調節されている。 The electrical resistance value of the ceramic sintered body 1 between the bipolar electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2 is equal to the ceramic sintered body between the attracting surface 10 and the electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2. 1 and the surface roughness Ra of the attracting surface 10 is adjusted to 0.1 to 1.0 [μm].
（静電チャックの製造方法）
本発明の静電チャックの製造方法について説明する。まず、同一種類かつ主原料が同一の（ただし、副原料または不純物の種類および含有量は相違していてもよい。）セラミックス粉末を原料としてセラミックス圧粉体が作製される。セラミックス圧粉体の上には、双極となる静電チャック電極２−１、２−２が設置され、更に、その上にセラミックス圧粉体が設置され同時焼成されることでセラミックス焼結体１が得られる。
(Electrostatic chuck manufacturing method)
A method for manufacturing the electrostatic chuck of the present invention will be described. First, a ceramic green compact is produced using ceramic powder as a raw material of the same type and the same main raw material (however, the types and contents of auxiliary raw materials or impurities may be different). On the ceramic green compact, electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2 as bipolar electrodes are installed, and further, the ceramic green compact is installed on the ceramic compact and fired at the same time. Is obtained.
双極の静電チャックの間におけるセラミックス焼結体１の電気抵抗値Ｒ１は、セラミックス焼結体１の体積抵抗率ρ、静電チャック電極２−１および２−２の間の距離Ｌ１、静電チャック電極２−１および２−２における対向している辺の長さＷ、ならびに、静電チャック電極２−１および２−２のそれぞれの厚さＴに基づき、関係式（１）にしたがって計算される。たとえば、静電チャック電極２−１および２−２がそれぞれ略半円形状であり、かつ、それぞれの径において相互に対向するように配置されている場合、各半円の直径がＷに相当する。 The electrical resistance value R1 of the ceramic sintered body 1 between the bipolar electrostatic chucks is the volume resistivity ρ of the ceramic sintered body 1, the distance L1 between the electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2, the electrostatic Based on the length W of the opposing sides of the chuck electrodes 2-1 and 2-2 and the thickness T of the electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2, the calculation is performed according to the relational expression (1). Is done. For example, when each of the electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2 has a substantially semicircular shape and is disposed so as to face each other in each diameter, the diameter of each semicircle corresponds to W. .
Ｒ１ ＝ ρ × Ｌ１ ÷ Ｓ１ （Ｓ１ = Ｗ × Ｔ）‥（１）。 R1 = ρ × L1 ÷ S1 (S1 = W × T) (1).
吸着面１０と静電チャック電極２−１および２−２のそれぞれとの間におけるセラミックス焼結体１の電気抵抗値Ｒ２は、セラミックス焼結体１の体積抵抗率ρ、吸着面１０から静電チャック電極２−１および２−２のそれぞれまでの距離Ｌ２、静電チャック電極２−１および２−２の各面積Ｓ２に基づき、関係式（２）にしたがって計算される。
尚、吸着面１０から静電チャック電極２−１および静電チャック電極２−２のそれぞれまでの距離、静電チャック電極２−１および２−２の各電極面積はほぼ同じ値になるように設計されている。静電チャック電極２−１および２−２の面積および形状のそれぞれは同一であってもよく異なっていてもよい。
The electrical resistance value R2 of the ceramic sintered body 1 between the suction surface 10 and each of the electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2 is expressed by the volume resistivity ρ of the ceramic sintered body 1, Based on the distance L2 to each of the chuck electrodes 2-1 and 2-2 and the areas S2 of the electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2, the calculation is performed according to the relational expression (2).
The distance from the suction surface 10 to each of the electrostatic chuck electrode 2-1 and the electrostatic chuck electrode 2-2 and the area of each electrode of the electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2 are set to substantially the same value. Designed. The areas and shapes of the electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2 may be the same or different.
Ｒ２ ＝ ρ × Ｌ２ ÷ Ｓ２ ‥（２）。 R2 = ρ × L2 ÷ S2 (2).
そして、セラミックス焼結体１に加工が施されることにより、最終的な厚さ加工がなされ、吸着面１０の表面粗さＲａが調節され、更にはセラミックス焼結体１においてウエハ吸着面とは反対側の面に電極３が形成されることで静電チャックが作製される。 Then, the ceramic sintered body 1 is processed so that the final thickness processing is performed, and the surface roughness Ra of the adsorption surface 10 is adjusted. The electrostatic chuck is manufactured by forming the electrode 3 on the opposite surface.
〔実施例〕
径ｒ＝１５０［ｍｍ］の略円盤状のセラミックス焼結体１の厚さｔ、双極の静電チャック電極２−１および２−２の間におけるセラミックス焼結体１の電気抵抗値Ｒ１と、吸着面１０および双極の静電チャック電極２−１および２−２との間におけるセラミックス焼結体１の電気抵抗値Ｒ２の抵抗比率Ａ（Ａ＝Ｒ１／Ｒ２）、ならびに、静電吸着面１０の表面粗さＲａが表１に示されているように設計されることにより実施例１〜６の静電チャックが作製された。セラミックス焼結体１として、体積抵抗率１Ｅ１４(＝１ × １０14)［Ω・ｃｍ］以上の窒化アルミニウム焼結体が用いられた。
〔Example〕
A thickness t of a substantially disc-shaped ceramic sintered body 1 having a diameter r = 150 [mm], an electrical resistance value R1 of the ceramic sintered body 1 between the bipolar electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2, The resistance ratio A (A = R1 / R2) of the electrical resistance value R2 of the ceramic sintered body 1 between the adsorption surface 10 and the bipolar electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2, and the electrostatic adsorption surface 10 The electrostatic chucks of Examples 1 to 6 were manufactured by designing the surface roughness Ra of Table 1 as shown in Table 1. As the ceramic sintered body 1, an aluminum nitride sintered body having a volume resistivity of 1E14 (= 1 × 10 14 ) [Ω · cm] or more was used.
図２には、Ａ−Ｒａ平面において、各実施例の静電チャックの抵抗比率Ａおよび吸着面１０の表面粗さＲａの組み合わせを表わすプロットが丸付き数字で示されている。実施例１〜６の静電チャックのプロット（Ａ，Ｒａ）が第１指定領域Ｓ１に含まれている。第１指定領域Ｓ１は、図２において一点鎖線により表わされている４本の線分、すなわちＡ＝１．５（０．１≦Ｒａ≦１．０）、Ｒａ＝０．１（１．５≦Ａ≦１０００）、Ａ＝１０００（０．１≦Ｒａ≦１．０）およびＲａ＝１．０（１．５≦Ａ≦１０００）により囲まれている矩形状の領域である。実施例３〜４の静電チャックのプロット（Ａ，Ｒａ）が、第１指定領域Ｓ１の一部である第２指定領域Ｓ２に含まれている。第２指定領域Ｓ２は、図２において二点鎖線により表わされている４本の線分、すなわちＡ＝１００（０．１≦Ｒａ≦１．０）、Ｒａ＝０．１（１００≦Ａ≦１０００）、Ａ＝１０００（０．１≦Ｒａ≦１．０）およびＲａ＝１．０（１００≦Ａ≦１０００）により囲まれている矩形状の領域である。 In FIG. 2, on the A-Ra plane, a plot representing a combination of the resistance ratio A of the electrostatic chuck and the surface roughness Ra of the attracting surface 10 of each example is indicated by circled numbers. The plots (A, Ra) of the electrostatic chucks of Examples 1 to 6 are included in the first designated region S1. The first designated region S1 has four line segments represented by a one-dot chain line in FIG. 2, that is, A = 1.5 (0.1 ≦ Ra ≦ 1.0), Ra = 0.1 (1. 5 ≦ A ≦ 1000), A = 1000 (0.1 ≦ Ra ≦ 1.0) and Ra = 1.0 (1.5 ≦ A ≦ 1000). The plots (A, Ra) of the electrostatic chucks of Examples 3 to 4 are included in the second designated area S2 that is a part of the first designated area S1. The second designated region S2 has four line segments represented by two-dot chain lines in FIG. 2, that is, A = 100 (0.1 ≦ Ra ≦ 1.0), Ra = 0.1 (100 ≦ A ≦ 1000), A = 1000 (0.1 ≦ Ra ≦ 1.0) and Ra = 1.0 (100 ≦ A ≦ 1000).
厚さ３００［μｍ］、径１５０［ｍｍ］の半導体ウエハが各実施例の静電チャックの吸着性能評価のために用いられた。ウエハが静電チャックに吸着されている状態で静電チャック電極２−１、２−２に対する電圧印加が停止された時点における吸着力Ｆに対する、その時点から１週間（１６８時間）経過時点における吸着力（＝αＦ）の低下率αが測定された。電圧印加停止時に、端子２２を介して静電チャック電極２−１、２−２から電荷がＧＮＤ（グラウンド）に逃げないようにするため、ＧＮＤを浮遊状態とした。当該測定結果が表１に示されている。フォースゲージを用いて水平方向へのウエハの吸着力が、吸着力ＦおよびαＦとして測定された。 A semiconductor wafer having a thickness of 300 [μm] and a diameter of 150 [mm] was used for evaluating the adsorption performance of the electrostatic chuck of each example. With respect to the suction force F at the time when the voltage application to the electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2 is stopped while the wafer is attracted to the electrostatic chuck, the suction is performed at one week (168 hours) after that time. The reduction rate α of force (= αF) was measured. In order to prevent electric charges from escaping from the electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2 to the GND (ground) via the terminal 22 when the voltage application is stopped, the GND is set in a floating state. The measurement results are shown in Table 1. The wafer suction force in the horizontal direction using a force gauge was measured as the suction force F and αF.
表１および図２から、プロット（Ａ，Ｒａ）が第１指定領域Ｓ１に含まれている実施例１〜６の静電チャックによるウエハの吸着力低下率αが０．３５以上であることがわかる。プロット（Ａ，Ｒａ）が第２指定領域Ｓ２に含まれている実施例３〜４の静電チャックによるウエハの吸着力低下率αが０．５６以上であってより高いことがわかる。ただし、実施例６の静電チャックは、実施例１〜５の静電チャックよりも厚いため、ウエハカセットの入口の高さによっては使用に適さない場合もある。 From Table 1 and FIG. 2, it is found that the wafer adsorption force reduction rate α by the electrostatic chucks of Examples 1 to 6 in which the plot (A, Ra) is included in the first designated region S1 is 0.35 or more. Recognize. It can be seen that the lowering rate α of the attractive force of the wafer by the electrostatic chucks of Examples 3 to 4 in which the plot (A, Ra) is included in the second designated region S2 is 0.56 or higher and higher. However, since the electrostatic chuck of Example 6 is thicker than the electrostatic chucks of Examples 1 to 5, it may not be suitable for use depending on the height of the entrance of the wafer cassette.
略円盤状のセラミックス焼結体１の厚さｔ、双極の静電チャック電極２−１および２−２の間におけるセラミックス焼結体１の電気抵抗値Ｒ１と、吸着面１０と双極の静電チャック電極２−１および２−２との間におけるセラミックス焼結体１の電気抵抗値Ｒ２の抵抗比率Ａ（Ａ＝Ｒ１／Ｒ２）、ならびに、静電吸着面１０の表面粗さＲａが表２に示されているように設計されることにより比較例１〜３の静電チャックが作製された。実施例と同様にセラミックス焼結体１として、体積抵抗率１Ｅ１４［Ω・ｃｍ］以上の窒化アルミニウム焼結体が用いられた。 The thickness t of the substantially disk-shaped ceramic sintered body 1, the electric resistance value R1 of the ceramic sintered body 1 between the bipolar electrostatic chuck electrodes 2-1 and 2-2, and the electrostatic force between the attracting surface 10 and the bipolar Table 2 shows the resistance ratio A (A = R1 / R2) of the electrical resistance value R2 of the ceramic sintered body 1 between the chuck electrodes 2-1 and 2-2 and the surface roughness Ra of the electrostatic chucking surface 10. The electrostatic chucks of Comparative Examples 1 to 3 were manufactured by designing as shown in FIG. As in the example, an aluminum nitride sintered body having a volume resistivity of 1E14 [Ω · cm] or higher was used as the ceramic sintered body 1.
図２には、抵抗比率Ａ−Ｒａ平面において、各実施例の静電チャックの抵抗比率ＡおよびＲａの組み合わせを表わすプロットが三角付き数字で示されている。比較例１〜３の静電チャックのプロット（Ａ，Ｒａ）が第１指定領域Ｓ１から外れている。 In FIG. 2, plots representing combinations of the resistance ratios A and Ra of the electrostatic chucks of the respective examples are shown by triangular numbers in the resistance ratio A-Ra plane. The plots (A, Ra) of the electrostatic chucks of Comparative Examples 1 to 3 are out of the first designated region S1.
表２およびプロット（Ａ，Ｒａ）が第１指定領域Ｓ１から外れているから、比較例１〜３の静電チャックによるウエハの吸着力低下率αが０．０８以下（α＝０の場合は静電チャックからウエハが剥離）であり、実施例１〜６のそれよりも低いことがわかる。 Since Table 2 and the plot (A, Ra) are out of the first designated region S1, the wafer adsorption force reduction rate α by the electrostatic chucks of Comparative Examples 1 to 3 is 0.08 or less (when α = 0). It can be seen that the wafer is peeled from the electrostatic chuck and is lower than that of Examples 1-6.
１‥セラミックス焼結体、２‥静電チャック電極、３・・裏面電極、１０‥吸着面、Ｗ‥ウエハ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic sintered body, 2 ... Electrostatic chuck electrode, 3 ... Back electrode, 10 ... Adsorption surface, W ... Wafer.
Claims (4)
前記セラミックス焼結体厚さが０．６〜２［ｍｍ］であり、双極の静電チャック電極の間における前記セラミックス焼結体の電気抵抗値が、吸着面と各静電チャック電極との間における前記セラミックス焼結体の電気抵抗値よりも高いことを特徴とする静電チャック A flat ceramic sintered body having an adsorption surface for adsorbing a wafer, a bipolar electrostatic chuck electrode embedded in the ceramic sintered body, and a surface opposite to the adsorption surface in the ceramic sintered body And an electrode formed on
The ceramic sintered body thickness is 0.6-2 [mm], and the electrical resistance value of the ceramic sintered body between the bipolar electrostatic chuck electrodes is between the suction surface and each electrostatic chuck electrode. An electrostatic chuck characterized by being higher in electrical resistance than the ceramic sintered body in
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