JP2020004751A

JP2020004751A - 静電チャック、および、静電チャックの製造方法

Info

Publication number: JP2020004751A
Application number: JP2018119524A
Authority: JP
Inventors: 大輔冨永; Daisuke Tominaga; 和孝田中; Kazutaka Tanaka; 駒津　貴久; Takahisa Komatsu; 貴久駒津
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2038-06-25
Also published as: JP7122174B2

Abstract

【課題】吸着電極への電圧印加の停止後における対象物に対する第１の表面の吸着力の持続性を向上させる。【解決手段】静電チャックは、第１の方向に略垂直な略平面状の第１の表面を有するセラミックス部材と、セラミックス部材に配置され、静電引力を発生させる吸着電極と、を備える。セラミックス部材の第１の表面の内、第１の方向に垂直な第２の方向視で、第１の表面の最頂部を通り、かつ、第２の方向に平行な仮想直線からの第１の方向の距離が０．５μｍ以内の表面部分の面積を第１の面積とするとき、第１の表面の面積に対する第１の面積の割合である面積率が７０％以上である。【選択図】図３

Description

本明細書に開示される技術は、静電チャックに関する。

例えば半導体を製造する際にウェハを保持する保持装置として、静電チャックが用いられる。静電チャックは、所定の方向（以下、「第１の方向」という）に略垂直な略平面状の表面（以下、「吸着面」という）を有するセラミックス部材と、セラミックス部材に配置された吸着電極と、を備えており、吸着電極に電圧が印加されることにより発生する静電引力を利用して、セラミックス部材の吸着面にウェハを吸着して保持する。

このような静電チャックは、吸着電極への電圧印加の停止後も、ウェハに対する吸着面の吸着力の持続性が要求される用途で使用されることがある。例えば、吸着電極への電圧印加の停止後、ウェハを吸着面に配置した状態でウェハと静電チャックとを一体的に搬送したり、また、その搬送後に、吸着面に配置されたウェハに対して研磨等の加工処理を施したりすることがある。このような場合、吸着電極への電圧印加の停止後、ウェハが吸着面上において容易に移動できるとすると、例えば、ウェハを所定の場所に搬送するための搬送精度や、ウェハに対する加工精度が低下するおそれがある。このため、静電チャックでは、吸着電極への電圧印加の停止後も、吸着面に対するウェハの移動（いわゆる横滑り）を抑制するために、ウェハに対する吸着面の吸着力の持続性が要求されることがある。

従来、ウェハに対する吸着面の吸着力を持続させるため、セラミックス部材の吸着面の表面粗さＲａが、０．１〜１．０［ｍｍ］に調整された静電チャックが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１５−２２８４０６号公報

近年、静電チャックにおけるウェハに対する吸着面の吸着力の持続性の更なる向上が要望されており、改良の余地があった。

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

本明細書に開示される技術は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本明細書に開示される静電チャックは、第１の方向に略垂直な略平面状の第１の表面を有するセラミックス部材と、前記セラミックス部材に配置され、静電引力を発生させる吸着電極と、を備え、前記セラミックス部材の前記第１の表面上に対象物を保持する静電チャックにおいて、前記セラミックス部材の前記第１の表面の内、前記第１の方向に垂直な第２の方向視で、前記第１の表面の最頂部を通り、かつ、前記第２の方向に平行な仮想直線からの前記第１の方向の距離が０．５μｍ以内の表面部分の面積を第１の面積とするとき、前記第１の表面の面積に対する前記第１の面積の割合である面積率が７０％以上である。静電チャックは、吸着電極への電圧印加の停止後も、対象物に対する第１の表面の吸着力の持続性が要求される用途で使用されることがある。本願発明者は、第１の表面の面積に対する第１の面積の割合である面積率が７０％以上であると、対象物に対する第１の表面の吸着力の持続性が大きく向上することを見出した。これにより、本静電チャックによれば、対象物に対する第１の表面の吸着力の持続性を向上させることができる。

（２）本明細書に開示される静電チャックの製造方法は、第１の方向に略垂直な略平面状の第１の表面を有するセラミックス部材と、前記セラミックス部材に配置され、静電引力を発生させる吸着電極と、を備え、前記セラミックス部材の前記第１の表面上に対象物を保持する静電チャックの製造方法において、前記セラミックス部材を準備する工程と、前記セラミックス部材の前記第１の表面の表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以上、０．５μｍ以下になるように、前記第１の表面に対して研磨加工を施す第１の研磨工程と、前記第１の研磨工程後に、前記セラミックス部材の前記第１の表面の内、前記第１の方向に垂直な第２の方向視で、前記第１の表面の最頂部を通り、かつ、前記第２の方向に平行な仮想直線からの前記第１の方向の距離が０．５μｍ以内の表面部分の面積を第１の面積とするとき、前記第１の表面の面積に対する前記第１の面積の割合である面積率が７０％以上になるように、前記第１の表面に対してラップ研磨加工を施す第２の研磨工程と、を含む。本静電チャックの製造方法によれば、対象物に対する第１の表面の吸着力の持続性を向上させた静電チャックを製造することができる。

本実施形態における静電チャック１００の外観構成を概略的に示す斜視図である。本実施形態における静電チャック１００のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。セラミックス部材１０の吸着面Ｓ１の表面状態を模式的に示す説明図である。本実施形態における静電チャック１００の製造方法を示すフローチャートである。各サンプルにおけるウェハＷに対する吸着面Ｓ１の吸着力の持続性に関する評価結果を示す説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ−１．静電チャック１００の構成：
図１は、本実施形態における静電チャック１００の外観構成を概略的に示す斜視図であり、図２は、本実施形態における静電チャック１００のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向といい、Ｚ軸負方向を下方向というものとするが、静電チャック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。

セラミックス部材１０は、上下方向（Ｚ軸方向）に略垂直な略円形平面状の上面（以下、「吸着面」という）Ｓ１を有する板状部材であり、セラミックス（例えば、アルミナや窒化アルミニウム等）により形成されている。セラミックス部材１０の直径は例えば５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度（通常は２００ｍｍ〜３５０ｍｍ程度）であり、セラミックス部材１０の厚さは例えば０．９ｍｍ〜１．３ｍｍ程度である。セラミックス部材１０の吸着面Ｓ１は、特許請求の範囲における第１の表面に相当し、Ｚ軸方向は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。また、本明細書では、Ｚ軸方向に垂直な方向を「面方向」という。

図２に示すように、セラミックス部材１０の内部には、導電性材料（例えば、タングステン、モリブデン、白金等）により形成された一対の吸着電極４０が配置されている。上下方向（Ｚ軸方向）視での各吸着電極４０の形状は、例えば略半円形である。一対の吸着電極４０に電源（図示しない）から電圧が印加されると、静電引力が発生し、この静電引力によって対象物（例えばウェハＷ）がセラミックス部材１０の吸着面Ｓ１に吸着固定される。

また、セラミックス部材１０における吸着面Ｓ１とは反対側の下面Ｓ２側には、一対の接続端子２２と固定用電極５０とが配置されている。一対の接続端子２２は、セラミックス部材１０に埋設されており、各接続端子２２の上端部は、各吸着電極４０の下面に電気的に接続されており、各接続端子２２の下端部は、セラミックス部材１０の下面Ｓ２から外部に露出している。固定用電極５０は、セラミックス部材１０の下面Ｓ２のうち、接続端子２２の下端部および該下端部の周囲部分を避けるように配置された平板状の電極である。すなわち、接続端子２２と固定用電極５０とは、互いに離間するように配置されている。

静電チャック１００は、例えば半導体製造装置の真空チャンバー内に配置されたプロセス用基台（図示せず）上に配置されると、プロセス用基台から発生する静電引力により、セラミックス部材１０に配置された固定用電極５０が電気的に吸着されることにより、静電チャック１００がプロセス用基台上に固定される。また、静電チャック１００がプロセス用基台上に固定されると、静電チャック１００に備えられた一対の吸着電極４０が、一対の接続端子２２を介して、プロセス用基台に設けられた電源（図示せず）に電気的に接続される。これにより、一対の吸着電極４０に電圧が印加されることにより発生する静電引力を利用して、ウェハＷが吸着面Ｓ１に電気的に吸着され保持される。また、静電チャック１００は、搬送アーム（図示しない）に保持されることにより、セラミックス部材１０の吸着面Ｓ１上にウェハＷが配置された状態で、プロセス用基台から別の場所への搬送可能とされている。ただし、静電チャック１００がプロセス用基台から離間すると、一対の吸着電極４０への電圧印加が停止される。ウェハＷを吸着面Ｓ１上に配置した状態でウェハＷとセラミックス部材１０とを一体的に搬送するために、静電チャック１００は、吸着電極４０への電圧印加の停止後も、ウェハＷに対する吸着面Ｓ１の吸着力の持続性が要求される。

Ａ−２．セラミックス部材１０の吸着面Ｓ１の表面状態：
図３は、セラミックス部材１０の吸着面Ｓ１の表面状態を模式的に示す説明図である。図３には、面方向（Ｙ軸方向）視における吸着面Ｓ１の凹凸状態が例示されている。
セラミックス部材１０の吸着面Ｓ１は、次の表面条件を満たす。
＜表面条件＞
（吸着面Ｓ１における特定表面部分の面積／吸着面Ｓ１の全体の面積）×１００ ≧ ７０％
吸着面Ｓ１における特定表面部分は、吸着面Ｓ１の内、面方向（例えばＹ軸方向）視で、吸着面Ｓ１の最頂部Ｐを通り、かつ、面方向に平行な仮想直線Ｌからの上下方向の距離ΔＺが０．５μｍ以内の表面部分である。なお、仮想直線Ｌは、セラミックス部材１０の中心軸に略垂直な線である。また、上記閾値である「０．５μｍ」は、本実施形態におけるセラミックス部材１０を形成するセラミックス材料の平均粒径と同等以下の寸法である。以下、「（吸着面Ｓ１における特定表面部分の面積／吸着面Ｓ１の全体の面積）×１００」を「吸着面Ｓ１における特定表面部分の面積率」という。吸着面Ｓ１における特定表面部分の面積は、特許請求の範囲における第１の面積に相当し、吸着面Ｓ１における特定表面部分の面積率は、特許請求の範囲における面積率に相当する。なお、上記表面条件を満たすか否かは、公知のレーザ顕微鏡を用いてセラミックス部材１０の吸着面Ｓ１の表面の凹凸を測定することにより判定することができる。

図３Ａに例示された吸着面Ｓ１は、特定表面部分の面積率が相対的に高く、上記表面条件を満たす。一方、図３Ｂに例示された吸着面Ｓ１は、特定表面部分の面積率が相対的に低く、上記表面条件を満たさない。

Ａ−３．静電チャック１００の製造方法：
図４は、本実施形態における静電チャック１００の製造方法を示すフローチャートである。

（セラミックス焼成体の準備工程）：
まず、セラミックス焼成体を準備する（Ｓ１１０）。セラミックス焼成体は、後述の平研・マシニング加工（Ｓ１２０）やラップ研磨加工（Ｓ１３０）が施されることによって上述の静電チャック１００におけるセラミックス部材１０となるものである。セラミックス焼成体は、公知の作製方法によって作製可能である。例えば、複数のセラミックスグリーンシート（例えばアルミナグリーンシート）を準備し、各セラミックスグリーンシートに、吸着電極４０および固定用電極５０や接続端子２２等を構成するためのメタライズインクの印刷や孔開け加工等を行い、その後、複数のセラミックスグリーンシートを積層して熱圧着し、所定の円板形状にカットした上で焼成することにより、セラミックス焼成体が作製される。

（平研・マシニング工程）：
次に、セラミックス焼成体のうち、固定用電極５０が形成された面とは反対側の上面（吸着面Ｓ１になる表面）に対して、平研加工を施し、次に、カップ砥石を用いたマシニング加工を施す（Ｓ１２０）。具体的には、セラミックス焼成体の上面の表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以上、０．５μｍ以下になるように、セラミックス焼成体の上面に対して、例えば平研加工およびマシニング加工を施す。Ｓ１２０の工程は、特許請求の範囲における第１の研磨工程に相当する。なお、平研・マシニング加工後のセラミックス焼成体の上面については、上述した吸着面Ｓ１における特定表面部分の面積率が７０％未満であり、上記表面条件を満たさない（図３Ｂ参照）。

（ラップ研磨工程）：
次に、平研・マシニング加工後のセラミックス焼成体の上面に対してラップ研磨加工を施す（Ｓ１３０）。具体的には、セラミックス焼成体の上面における特定表面部分の面積率が７０％以上になるように、セラミックス焼成体の上面に対して、例えば鏡面研磨加工を施す。これにより、図３Ｂに示された凹凸における凸部の頂部がそぎ落とされ、特定表面部分の面積率が高くなり、上記表面条件を満たす吸着面Ｓ１が形成される。これにより、上述した構成の静電チャック１００の製造が完了する。なお、本実施形態では、吸着面Ｓ１に複数の突起を形成しないため、吸着面Ｓ１に対してブラスト処理を施さない。Ｓ１３０の工程は、特許請求の範囲における第２の研磨工程に相当する。

Ａ−４．性能評価：
図５は、各サンプルにおけるウェハＷに対する吸着面Ｓ１の吸着力の持続性に関する評価結果を示す説明図である。図５には、各サンプルについて、吸着電極４０への電圧印加の停止時点からの経過時間（ｈｏｕｒ）と、その経過時間に伴う吸着面Ｓ１の吸着力（ｋｇｆ）の変化の推移が示されている。

図５に示すように、静電チャックの３つのサンプルについて、ウェハＷに対する吸着面Ｓ１の吸着力の持続性に関する評価を行った。３つのサンプルは、全体として、上述のセラミックス部材１０と略同一構成であり、吸着面Ｓ１における特定表面部分の面積率が互いに異なる。具体的には、サンプル１の吸着面Ｓ１における特定表面部分の面積率は７７．２６％であり、サンプル２の吸着面Ｓ１における特定表面部分の面積率は６６．２８％であり、サンプル３の吸着面Ｓ１における特定表面部分の面積率は４４．９２％である。

本評価では、各サンプルを、複数ずつ作製し、それぞれについて、互いに異なる測定時間が経過した時に吸着面Ｓ１における吸着力を確認した。吸着面Ｓ１における吸着力は、次の方法により確認した。すなわち、予め、ウェハＷを吸着面Ｓ１から側方にはみ出すように吸着面Ｓ１に電気的に吸着させる。その後、吸着電極４０への電圧印加を停止し、その停止時点から予め定められた各測定時間を経過したときに、ウェハＷのはみ出した部分に押圧力を与えつつその押圧力の大きさを増加させていき、ウェハＷが吸着面Ｓ１に対して面方向に相対的に移動（いわゆる横滑り）したときの押圧力の大きさを測定した。

図５に示すように、サンプル２，３の評価結果では、吸着電極４０への電圧印加の停止直後から、吸着面Ｓ１における吸着力が急激に減少したことが確認された。これに対して、サンプル１の評価結果では、吸着電極４０への電圧印加の停止後においても、吸着面Ｓ１における吸着力がほとんど減少せずに維持されたことが確認された。これらの評価結果から、セラミックス部材１０の吸着面Ｓ１が、上述の表面条件（吸着面Ｓ１における特定表面部分の面積率が７０％以上）を満たすことにより、ウェハＷに対する吸着面Ｓ１の吸着力の持続性が大きく向上することが分かる。この原因は必ずしも定かではないが、上記表面条件を満たすことにより、吸着面Ｓ１における残留電荷による吸着力が長く維持されることに加え、吸着面Ｓ１とウェハＷとの間でリンギングによる吸着力が発生したことによると考えられる。

Ａ−５．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の静電チャック１００は、吸着電極４０への電圧印加の停止後も、ウェハＷに対する吸着面Ｓ１の吸着力の持続性が要求される用途で使用される。本願発明者は、吸着面Ｓ１における特定表面部分の面積率が７０％以上であると、ウェハＷに対する吸着面Ｓ１の吸着力の持続性が大きく向上することを見出した。これにより、本静電チャック１００によれば、ウェハＷに対する吸着面Ｓ１の吸着力の持続性を向上させることができる。

また、上述した静電チャック１００の製造方法によれば、ウェハＷに対する吸着面Ｓ１の吸着力の持続性を向上させた静電チャック１００を、比較的簡単に製造することができる。

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態における静電チャック１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、セラミックス部材１０の吸着面Ｓ１（第１の表面）は、平面であるとしたが、例えば、緩やかな凹面状であるとしてもよい。要するに、吸着面Ｓ１は、略平面状であればよい。

また、上記実施形態では、セラミックス部材１０の内部に一対の吸着電極４０が設けられた双極方式が採用されているが、セラミックス部材１０の内部に１つの吸着電極４０が設けられた単極方式が採用されてもよい。また、上記実施形態の静電チャック１００における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。

また、上記実施形態における静電チャック１００の製造方法は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、図４のＳ１２０において、平研・マシニング加工以外の加工により、セラミックス焼成体の上面の表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以上、０．５μｍ以下になるようにしてもよい。また、図４のＳ１３０において、ラップ研磨加工以外に加工により、セラミックス焼成体の上面における特定表面部分の面積率が７０％以上になるようにしてもよい。

１０：セラミックス部材２２：接続端子４０：吸着電極５０：固定用電極１００：静電チャックＬ：仮想直線Ｐ：最頂部Ｓ１：吸着面Ｓ２：下面Ｗ：ウェハ
ΔＺ：距離

Claims

第１の方向に略垂直な略平面状の第１の表面を有するセラミックス部材と、
前記セラミックス部材に配置され、静電引力を発生させる吸着電極と、
を備え、
前記セラミックス部材の前記第１の表面上に対象物を保持する静電チャックにおいて、
前記セラミックス部材の前記第１の表面の内、前記第１の方向に垂直な第２の方向視で、前記第１の表面の最頂部を通り、かつ、前記第２の方向に平行な仮想直線からの前記第１の方向の距離が０．５μｍ以内の表面部分の面積を第１の面積とするとき、前記第１の表面の面積に対する前記第１の面積の割合である面積率が７０％以上である、
ことを特徴とする静電チャック。
第１の方向に略垂直な略平面状の第１の表面を有するセラミックス部材と、
前記セラミックス部材に配置され、静電引力を発生させる吸着電極と、
を備え、
前記セラミックス部材の前記第１の表面上に対象物を保持する静電チャックの製造方法において、
前記セラミックス部材を準備する工程と、
前記セラミックス部材の前記第１の表面の表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以上、０．５μｍ以下になるように、前記第１の表面に対して研磨加工を施す第１の研磨工程と、
前記第１の研磨工程後に、前記セラミックス部材の前記第１の表面の内、前記第１の方向に垂直な第２の方向視で、前記第１の表面の最頂部を通り、かつ、前記第２の方向に平行な仮想直線からの前記第１の方向の距離が０．５μｍ以内の表面部分の面積を第１の面積とするとき、前記第１の表面の面積に対する前記第１の面積の割合である面積率が７０％以上になるように、前記第１の表面に対してラップ研磨加工を施す第２の研磨工程と、
を含む、
ことを特徴とする静電チャックの製造方法。