JP3238925B2 - 静電チャック - Google Patents

静電チャック

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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ウエハ等の被吸着体をクーロン力により吸
着する静電チャックに関する。
（従来の技術） 静電チャックの吸着原理は、絶縁層を介して対向配置
されるウエハ等の吸着物と電極との間に電圧を印加し
て、吸着物と電極に正，負の電荷を生じさせ、この間に
働くクーロン力によって吸着物を吸引保持するものであ
る。
この種の静電チャックとして、第５図に示すものが提
供されている。
第５図に示すものは、チャック本体10とウエハ12との
間に静電吸着シート14を配設したもので、この静電吸着
シート14と一体的に給電用シート16を設けている。
前記静電吸着シート14は、絶縁層としての２枚のポリ
イミドシート18,18の間に銅等の導電性シート20を介在
配置したものである。
（発明が解決しようとする課題） 絶縁シートをポリイミドで構成した場合には、下記の
問題が存在することが判明した。
例えば、半導体素子製造プロセスのうち、プラズマエ
ッチング装置に使用される静電チャックによれば、被処
理体である例えば半導体ウエハを所定温度に温調した状
態でウエハをチャックする必要があり、静電チャックを
介してウエハを例えば冷却している。この際、静電チャ
ックによりウエハを吸着するに足る十分な吸着力を得る
ことはできるが、実際のウエハと絶縁シート間の接触面
積はわずかであり良好な熱電伝導は得られていなかっ
た。
このため、従来はウエハと絶縁シート間に所定圧力で
気体を充填し、これによって熱伝導性を確保せざるを得
なかった。
また、ポリイミドシートは比較的帯電しやすいため、
ウエハを取り除いた後の絶縁シートの除電をプラズマを
利用して行なうこともあり、この場合プラズマダメージ
によりポリイミドシートの破損が生じ、寿命が短いとい
う問題があった。
そこで従来多層セラミックス基板の手法を用いて酸化
アルミニウムなどを絶縁体とし第６図に示すような全セ
ラミックス（全焼結体）の静電チャックが試みられてき
た。同図において、導電層のタングステンパターン63は
アルミナ基板61と上部アルミナ62とに挟持され、基板68
上に配設されている。タングステンパターン63はスルー
ホール64を有し、基板68断面にて絶縁カバー66で絶縁さ
れた給電線67の一端と給電部65にて接続され、給電線67
の他端は高周波電源68に接続されている。
上記の構造では、絶縁体がセラミックスであることか
ら上記プラズマダメージに対して耐久性は良好である
が、焼結時の歪み等の製作上の問題があり、歩留り悪く
大変高価なものとなっていた。
そこで、本発明の目的とするところは、静電吸着力を
増大でき、イオンに対する耐久性の高い静電チャックを
安価に提供することにある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の一形態に係る静電チャックは、チャック本体
と、前記チャック本体表面上に形成されたポリイミドシ
ートと、前記ポリイミドシート上に形成された導電性シ
ートと、前記導電性シート上に形成された焼結体にて形
成され、前記導電性シート上に接着剤で固定されたセラ
ミックスと、前記導電シートに給電する給電シートとを
有し、前記チャック本体は、前記チャック本体表面に形
成され、前記給電シートの一部を収容する凹部と、前記
凹部に臨んだ表面側より前記チャック本体の裏面まで貫
通され、前記給電シートの他の一部が配置されるスリッ
トとを有し、前記凹部に配置された前記給電シートの一
部は、これと面対向する前記導電性シートに対して接点
を介して電気的に接続されることを特徴とする。
本発明の他の形態に係る静電チャックは、チャック本
体と、前記チャック本体表面上に形成され、２枚のポリ
イミドシート間に介在配置された導電性シートと、前記
２枚のポリイミドシートの一方の表面に形成された焼結
体にて形成され、前記２枚のポリイミドシートの一方の
表面に接着剤で固定されたセラミックスと、 前記導電シートに給電する給電シートとを有し、前記
チャック本体は、前記チャック本体表面に形成され、前
記給電シートの一部を収容する凹部と、前記凹部に臨ん
だ表面側より前記チャック本体の裏面まで貫通され、前
記給電シートの他の一部が配置されるスリットとを有
し、前記凹部に配置された前記給電シートの一部は、こ
れと面対向する前記導電性シートに対して接点を介して
電気的に接続されることを特徴とする。
（作 用） 例えば本発明の一実施例として絶縁体を窒化アルミニ
ウムの焼結体で製作し、それを熱硬化性樹脂で接着し製
作した静電チャックの場合、従来の絶縁体（ポリイミド
シート）に比べ静電チャックの絶縁層として吸着力が増
大できることが判明した。
しかも、焼結体（セラミックス）であるが故にイオン
に対する耐久性が高く、比較的帯電もしにくい特性を有
している。
また製作方法は、焼結体を従来の静電チャックの表面
絶縁膜であるポリイミドに代えて熱硬化性樹脂で接着加
工するだけで製作可能であるため、歩留りが高く安価に
得られる。
（実施例） 以下、本発明をプラズマエッチング装置用の静電チャ
ックに適用した一実施例について、図面を参照して具体
的に説明する。
第１図において、この静電チャックは、チャック本体
30と、その表面側に配設される柔軟性の静電吸着シート
40と、この静電吸着シート40に給電するための給電用シ
ート50とを有している。
前記チャック本体30は、第３図にも示すように、静電
吸着シート40を配設する表面32側に、前記給電用シート
50の一端を表面32とほぼ面一にて収容する凹部34と、こ
の凹部34に隣接して開口し、チャック本体30の裏面側ま
で貫通するスリット36とを有している。尚、この凹部34
およびスリット36については、その詳細を後述する。
前記静電吸着シート40は、第２図に拡大して示すよう
に、導電層として例えば銅等からなる導電性シート20を
有し、この導電性シート20の裏面側、すなわちチャック
本体30との間には絶縁層例えばポリイミドシート18が設
けられ、導電性シート20の表面側には絶縁層例えば窒化
アルミニウム（AlN）シート22が熱硬化性樹脂60で接着
され設けられている。この静電吸着シート40は、前記チ
ャック本体30の表面形状と合せて円形に形成されてい
る。また、この静電吸着シート40の裏面側には、第４図
（Ａ）に示すように、前記給電用シート50と電気的に接
続されるための接点42を有し、この接点42は裏面側のポ
リイミドシート18を一部欠落させ、導電性シート20を露
出することにより構成される。さらに、前記静電吸着シ
ート40の裏表面に貫通するように多数のガス導入口44が
設けられている。そして、チャック本体30に設けられて
いるガス導入用の穴（第３図では図示せず）およびこの
ガス導入口44を介して、静電吸着シート40とウエハ12と
の間にガス例えばO2を充填し、両者間の熱伝達特性を高
めるように構成している。
前記給電用シート50は、２枚のポリイミドシート18,1
8間に導電性シート20を介在配置することで構成され
る。尚、この給電用シート50と前記静電吸着シート40と
は、熱膨張係数がほぼ等しいものであればよい。この給
電用シート50は、第４図（Ｂ）に示すように帯状に形成
され、その一端側を幅狭部52とし、その他端側を幅広部
54とし、両端側に接点56,58を有している。前記幅狭部5
2は、チャック本体30の前記凹部34に収容されるもの
で、従って凹部34はこの幅狭部52を収容できる面積にて
形成される。凹部34の深さとしては、給電用シート50の
厚さを考慮して決定される。前記給電用シート50は、幅
狭部52,幅広部54との境目にて90度に折り曲げて使用さ
れ、幅狭部52を前記チャック本体30の凹部34に配置した
後に、幅広部54をスリット36に挿入し、その端部をチャ
ック本体30の裏面側より引き出している。従って、前記
スリット36の形状としては、少なくとも給電用シート50
における幅広部54を挿入できる形状であればよい。幅広
部54の前記チャック本体30の裏面側より引き出された側
は、その裏面に当接するように90度屈曲され、その接点
58を介して給電を可能としている。尚、この接点58付近
は大気中に開放され、放電現象の少ない大気中での給電
動作を行えるようにＯリング等により気密にシールされ
ている。
次に、作用について説明する。
この静電チャックでの吸着原理は、プラズマ放電中に
おいてウエハ12と静電吸着シート40における導電性シー
ト20との間に高電圧を印加し、ウエハ12と導電性シート
20に正，負の電荷生じさせ、この間に働くクーロン力に
よってウエハを吸着保持するものである。本実施例では
モノポール型の静電チャックを構成している。すなわ
ち、ウエハ12は電界を形成するための接地電極およびプ
ラズマを通して接地され、導電性シート20には高電圧例
えば2KVが印加され、ウエハ12,導電性シート20間にクー
ロン力を作用させている。この結果、ウエハ12は静電吸
着シート40に吸着保持され、プラズマエッチングが実行
されることになる。プラズマの発生は電極間放電型，電
界と直交する磁場を形成したマグネトロン放電型または
マイクロ波照射型など何れでもよい。
ここで、ウエハ12に接触する側の絶縁シートとしてAl
Nシート22を用いることにより、ウエハ12の吸着力を60T
orr以上にできることが確認できた。同じ条件で、ウエ
ハ12と接触する側のAlNシート22に代えてポリイミドシ
ート18を用いた場合の吸着力が40Torrであったことと比
較すれば、その吸着力を大幅に増大できることを確認で
きた。
次に、ウエハ12の温調特性、例えば冷却特性について
説明する。５インチウエハの中心位置の温度と、これに
より50mm離れた周辺位置の温度とを、ウエハ12と接触す
る側にAlNシート22を用いた場合、これに代えてポリイ
ミドシート18を用いた場合のそれぞれについて、ウエハ
12裏面側に充填されるO2圧力を変えて測定する実験を行
ってみた。
この実験結果から、AlNシート22を用いた場合のほう
がウエハ12の冷却能力が高く、しかもO2圧力にはほとん
ど依存しないことが判明した。この理由は、上述したよ
うにAlNシート22を用いた方が吸着力が大きいので、ウ
エハ12と静電吸着シート40との接触圧力を大きく確保で
き、熱伝導性が向上したからと考えられる。しかも、接
触圧力が大きいため、ウエハ12裏面にO2ガスを充填しな
くても、所定の熱伝導性を確保できたものと思われる。
このように、AlNシート22を用いれば、ウエハ12にガス
を充填しなくても、ウエハ12の所望の温調が可能である
ことが判った。
さらに、プラズマ生成用のRFパワーを変化させた際の
ウエハ12の温度を測定してみた。RFパワーを大きくする
ほどウエハ12の温度は上昇するが、AlNシート22を用い
た場合の方が、熱伝導性が良好であるが故に、温度上昇
率が低くなることが判明した。即ちプラズマを扱う装置
において特に効果があることが分かる。
また、ポリイミドシート18と比較して、AlNシート22
は帯電しにくい材料であり、ウエハ12除去後のプラズマ
イオンによる絶縁シートの除電を容易に実施でき、しか
も、イオンに対する耐衝撃性もセラミックであるが故に
高いので、静電吸着シート40の寿命を長くすることがで
きる。
第７図は、本発明を適用した静電チャックの他の例を
示している。
同図において、この静電吸着シート70は、絶縁層とし
ての２枚のポリイミドシート18,18の間に銅等の導電性
シート20を介在配置したものである点で従来の第５図の
構成と同様であるが、さらに、ウエハ12と接触する側の
一方のポリイミドシート18の表面に、AlN層72を形成し
ている。このAlN層72は図示では省略しているが熱硬化
性樹脂60にて接着固定される。あるいは、例えばポリイ
ミドシート18の表面荒さ以上の厚さでスパッタなどによ
りポリイミドシート18上に直接コーティングし、例えば
１μmm〜５μmmの厚さに形成することもできる。
このような構造に静電チャックによれば、上記実施例
と同様に、ポリイミドシート18のみの場合と比較すれ
ば、ウエハ12の吸着力が増大するので、熱抵抗が少なく
なり熱伝達特性を大巾に向上することができる。また、
プラズマに臨む面にAlN層72が形成されているので、イ
オンに耐する耐久性を確保でき、また、帯電も少なくな
る。さらに、この実施例では特に高温においても静電チ
ャックにおける絶縁シートとしての高絶縁特性を確保で
きる。すなわち、AlNは温度と共に電気絶縁抵抗が下が
る特性を有するが、導電シート20とウエハ12との絶縁を
ポリイミドシート18により確保することで、高温でのリ
ーク電流の発生を確実に防止でき、しかも、そのポリイ
ミドシート18の表面にコーティングされたAlN層72によ
り熱抵抗の低減，耐イオン衝撃特性，低帯電特性を確保
できる。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であり、
ECRエッチャー、プラズマCVD,ウエハプローバ、など板
状体を静電チャックするものであれは何れに適用でき
る。
さらに、本発明は必ずしも温調動作が必要な静電チャ
ックに適用されるものに限らず、また、上述したモノポ
ールタイプの静電チャック方式に限らない。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、静電チャックに
おける被吸着体と接触する側の絶縁として窒化アルミニ
ウムなどの焼結体等を用いることにより、吸着力を増大
でき、この結果被吸着体を温調する場合でも必ずしも被
吸着体裏面に気体を充填せずに所定の温調を確保でき、
さらに絶縁部への帯電をも少なくすることができる静電
チャックを、製作容易であるため非常に安価に提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明を適用した静電チャックの概略断面
図、 第２図は、第１図の静電吸着シートの拡大断面図、 第３図は、第１図に用いられるチャック本体の概略斜視
図、 第４図（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ静電吸着シート，給
電用シートの概略平面図、 第５図及び第６図は、従来の静電チャックの概略断面
図、 第７図は、本発明の静電チャックの変形例を示す断面図
である。 16……導電性シート、18……ポリイミドシート、 22……AlNシート、30……チャック本体、 40……静電吸着シート、50……給電用シート、 72……AlN層。
フロントページの続き (72)発明者 荒見 淳一 東京都新宿区西新宿２丁目３番１号 東 京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 久保田 紳治 東京都新宿区西新宿２丁目３番１号 東 京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 野沢 俊久 東京都新宿区西新宿２丁目３番１号 東 京エレクトロン株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−240243（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−286249（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−160444（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−152953（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/68 B23Q 3/15

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】チャック本体と、 前記チャック本体表面上に形成されたポリイミドシート
    と、 前記ポリイミドシート上に形成された導電性シートと、 前記導電性シート上に形成された焼結体にて形成され、
    前記導電性シート上に接着剤で固定されたセラミックス
    と、 前記導電シートに給電する給電シートと、 を有し、 前記チャック本体は、 前記チャック本体表面に形成され、前記給電シートの一
    部を収容する凹部と、 前記凹部に臨んだ表面側より前記チャック本体の裏面ま
    で貫通され、前記給電シートの他の一部が配置されるス
    リットと、 を有し、 前記凹部に配置された前記給電シートの一部は、これと
    面対向する前記導電性シートに対して接点を介して電気
    的に接続されることを特徴とする静電チャック。
  2. 【請求項２】チャック本体と、 前記チャック本体表面上に形成され、２枚のポリイミド
    シート間に介在配置された導電性シートと、 前記２枚のポリイミドシートの一方の表面に形成された
    焼結体にて形成され、前記２枚のポリイミドシートの一
    方の表面に接着剤で固定されたセラミックスと、 前記導電シートに給電する給電シートと、 を有し、 前記チャック本体は、 前記チャック本体表面に形成され、前記給電シートの一
    部を収容する凹部と、 前記凹部に臨んだ表面側より前記チャック本体の裏面ま
    で貫通され、前記給電シートの他の一部が配置されるス
    リットと、 を有し、 前記凹部に配置された前記給電シートの一部は、これと
    面対向する前記導電性シートに対して接点を介して電気
    的に接続されることを特徴とする静電チャック。
  3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、 前記セラミックスは窒化アルミニウムであることを特徴
    とする静電チャック。
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