JP3287996B2

JP3287996B2 - 静電チャック装置

Info

Publication number: JP3287996B2
Application number: JP34826796A
Authority: JP
Inventors: 浩一長崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 2002-06-04
Anticipated expiration: 2016-12-26
Also published as: JPH10189697A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置や
液晶製造装置における半導体ウエハや液晶ガラス基板な
どの被吸着物を保持するために使用する、正電圧印加用
の第１電極と、負電圧印加用の第２電極を具備する静電
チャック装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造工程において、半導体
ウエハに薄膜を形成するための成膜装置やウエハに微細
加工を施すためのドライエッチング装置などにおいて
は、ウエハを保持するために静電チャックが使用されて
いる。

【０００３】この種の静電チャックには、静電チャック
に内蔵する吸着用電極と保持面に載置するウエハとの間
に電圧を印加することでウエハを吸着保持する単極型の
ものと、静電チャックに正電圧印加用の第１の吸着用電
極と、負電圧印加用の第２の吸着用電極をそれぞれ備
え、これらの電極間に電圧を印加することでウエハを保
持面に吸着保持する双極型のものがあり、このうち双極
型の静電チャックは、単極型のようにウエハに直接通電
する必要がないため、ウエハに与える悪影響が少ないと
いった利点があった。

【０００４】この双極型静電チャックの構造としては、
絶縁基体の上面に正電圧を印加するための第１の吸着用
電極と、負電圧を印加するための第２の吸着用電極をそ
れぞれ備え、これらの電極を覆うように上記絶縁基体の
上面に誘電体層を被覆一体化し、その上面を保持面とし
たものがあった。

【０００５】また、近年、半導体素子の集積度の向上に
伴って静電チャックに要求される特性も高まり、保持面
を含む誘電体層をセラミックスで形成した静電チャック
が利用されるようになり、チタンを含むアルミナセラミ
ックスや窒化アルミニウム質セラミックスにより形成し
たものが提案されている（特開昭６２−２６４６３８号
公報、特開平６−１５１３３２号公報参照）。

【０００６】そして、この双極型静電チャックによりウ
エハを保持する場合、保持面にウエハを載置したあと、
静電チャックに内蔵する第１の吸着用電極に正電圧を、
第２の吸着用電極に負電圧をそれぞれの絶対値がほぼ等
しくなるように印加することで、ウエハを保持面に吸着
保持するようになっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、誘電体層が
セラミックスからなる双極型の静電チャックを、高温雰
囲気下で使用するなどして、誘電体層の体積固有抵抗値
が１０¹³Ω・ｃｍ未満にまで低下すると正と負の帯電量
が異なり、保持面に載置したウエハを均一に吸着するこ
とができないといった課題があった。

【０００８】これは、使用時における誘電体層の体積固
有抵抗値が１０¹³Ω・ｃｍ未満となると、セラミックス
にもシリコン半導体などの半導体素子と等価な性質が現
れるからであり、例えば、誘電体層を窒化アルミニウム
質セラミックスで形成した場合、ＰＮ結合された半導体
素子と近似した性質が現れ、吸着用電極の近傍はＮ型半
導体の性質を、保持面の近傍はＰ型半導体の性質を持つ
ことになる。その為、負電位が印加された第２の吸着用
電極に対向するウエハ側は正電位となり、ＰＮ結合され
た半導体素子に対して順方向のバイアス回路が形成され
ることになるため、電荷がスムーズに移動して強い吸着
力が得られる一方、正電位が印加された第１の吸着用電
極に対向するウエハ側は負電位となり、ＰＮ結合された
半導体素子に対して逆方向のバイアス回路が形成される
ことになるため、スムーズに電荷が移動せず、吸着力が
弱くなるために吸着ムラが発生していた。

【０００９】このように誘電体層に極性差が発生する
と、ウエハを均一な吸着力でもって保持することができ
ず、また、ウエハを加熱する場合、均一に加熱すること
ができなかった。

【００１０】また、誘電体層の極性差は常に同じである
とは限らないため、あらかじめ極性差を考慮して、吸着
用電極の面積や電圧配分を決めても最適化することは難
しいものであった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、保持面を有する誘電体層の下面に、正電圧を
印加するための第１の吸着用電極と、負電圧を印加する
ための第２の吸着用電極をそれぞれ備えてなる静電チャ
ックと、上記第１の吸着用電極及び第２の吸着用電極に
それぞれ流れる電流値を測定する各検出手段と、これら
の検出手段からの信号値に基づいて上記第１の吸着用電
極及び第２の吸着用電極にそれぞれ流れる電流値の絶対
値がほぼ等しくなるように両電極に印加する電圧値を調
整する制御手段とから静電チャック装置を構成したもの
である。

【００１２】即ち、本件発明者は、誘電体層に極性差が
ある場合の吸着ムラを解消するために研究を重ねたとこ
ろ、第１の吸着用電極と第２の吸着用電極に同じ大きさ
の電圧を印加した時の第１の吸着用電極に流れる電流値
と第２の吸着用電極に流れる電流値が異なっていること
を知見した。また、誘電体層の体積固有抵抗値が１０¹³
Ω・ｃｍ未満であると、吸着力は誘電体層内を流れる電
流値と関係があることから、第１の吸着用電極と第２の
吸着用電極に流れる電流値の絶対値をほぼ等しくするこ
とにより均一な吸着力が得られることを見出し、本発明
に至ったものである。

【００１３】

【本発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て説明する。

【００１４】図１は本発明に係る静電チャック装置を示
す概略図であり、セラミック基体２の上面に、正電圧を
印加するための第１の吸着用電極４ａと、負電圧を印加
するための第２の吸着用電極４ｂとを備え、これらの電
極４ａ，４ｂを覆うように上記セラミック基体２の上面
にセラミック誘電体層３を被覆一体化し、該セラミック
誘電体層３の上面を保持面５とする双極型の静電チャッ
ク１と、この静電チャック１に内蔵する両吸着用電極４
ａ，４ｂに流れる電流値を測定するための検出手段とし
て微小な電流値の測定が可能な電流計７ａ，７ｂと、こ
の電流計７ａ，７ｂにより測定した信号値に基づいて上
記第１の吸着用電極４ａ及び第２の吸着用電極４ｂに流
れる電流値の絶対値がほぼ等しくなるように両吸着用電
極４ａ，４ｂに印加する電圧値を調整する制御手段とし
て演算処理装置９とから構成してある。

【００１５】なお、上記静電チャック１に内蔵する吸着
用電極４ａ，４ｂのパターン形状としては、図２（ａ）
に示すような半円状をしたものや、図２（ｂ）に示すよ
うな櫛歯状をしたもの、あるいは図２（ｃ）に示すよう
なリング状をした第１の吸着用電極４ａと第２の吸着用
電極４ｂを同心円状に形成したものや、図２（ｄ）に示
すような扇状の第１の吸着用電極４ａと第２の吸着用電
極４ｂとを放射状に交互に形成したものなど、さまざま
なパターン形状を有するものを使用することができる。
また、第１の吸着用電極４ａと第２の吸着用電極４ｂは
それぞれ同面積のものが良いが、若干であればいずれか
一方が大きくても構わない。

【００１６】また、上記静電チャック１に内蔵する各吸
着用電極４ａ，４ｂには給電端子６ａ，６ｂを接続する
とともに、この給電端子６ａ，６ｂ間に直流電圧を印加
するための高圧電源８ａ，８ｂを配置してある。

【００１７】さらに、図１には図示していないが、吸着
用電極４ａ，４ｂへの通電をＯＦＦにしてから保持面５
に吸着した被吸着物１０の離脱応答性を高めるために、
保持面５のうち吸着用電極４ａ，４ｂを形成していない
部分に凹溝を形成して被吸着物１０の接触面積を小さく
することで離脱応答性を高めることができる。さらに、
上記凹溝にＨｅ等のガスを供給することによって静電チ
ャック１を加熱した時の被吸着物１０への熱伝達特性を
向上させることもできる。

【００１８】このような静電チャック１を構成するセラ
ミック誘電体層３としては、アルミナ、窒化アルミニウ
ム、イットリウム−アルミニウム−ガーネット、イット
リア、窒化珪素、炭化珪素等を主成分とするセラミック
スにより形成すれば良いが、この静電チャック１を成膜
装置やエッチング装置などプラズマ発生下で使用する場
合、上記セラミックスの中でも特に耐プラズマ性に優れ
るアルミナ含有量が９９重量％以上で、焼結助剤として
シリカ、マグネシアを若干量含有するアルミナセラミッ
クスや、窒化アルミニウムの含有量が９９重量％以上で
ある窒化アルミニウム質セラミックスが好適である。

【００１９】また、吸着用電極４ａ，４ｂの材質として
は、静電チャック１を構成するセラミック基体２及びセ
ラミック誘電体層３の熱膨張係数と近似するとともに、
高い耐熱性を有するものが良く、モリブデン、コバ−
ル、タングステン等の金属を用いれば良い。

【００２０】さらに、前記セラミック基体２の内部に、
ヒータ電極やプラズマ発生用電極を内蔵することもで
き、さらには上記吸着用電極４ａ，４ｂにプラズマ発生
用電極としての機能を兼用させることもできる。

【００２１】なお、このような静電チャック１を製造す
る場合は、上記セラミツク原料からセラミック誘電体層
３及びセラミック基体２をなすグリ−ンシートをそれぞ
れ作製し、セラミック基体２をなすグリ−ンシートに吸
着用電極４ａ，４ｂや給電端子６ａ，６ｂを固定するた
めのビアホールを形成し、上記吸着用電極４ａ，４ｂを
覆うようにセラミック誘電体層３をなすグリ−ンシート
を積層したあと、一体焼成することにより得ることがで
きる。

【００２２】また、セラミック誘電体層３のみを成膜法
によって形成することもでき、この場合、給電端子６
ａ，６ｂを固定するためのビアホールを備えたセラミッ
ク基体２を上述したグリ−ンシートの積層法を用いて製
作し、上面に露出したビアホ−ルと導通がとれるように
正電圧印加用の第１の吸着用電極４ａと、負電圧印加用
の第２の吸着用電極４ｂをそれぞれ形成する。なお、各
吸着用電極４ａ，４ｂは、金属箔のロウ付け、ＣＶＤ法
等の成膜、導電ペーストを印刷しての焼付けなどの方法
で形成すれば良い。しかるのち、両吸着用電極４ａ，４
ｂを覆うようにＰＶＤ法やＣＶＤ法等の成膜方法により
セラミック膜からなる誘電体層３を形成し、その上面に
保持面５を形成すれば良い。

【００２３】次に、本発明の静電チャック装置による被
吸着物の吸着方法を図１を用いて説明する。

【００２４】まず、双極型の静電チャック１の保持面５
に半導体ウエハなどの被吸着物１０を載置する。そし
て、それぞれの高圧電源８ａ，８ｂにより第１の吸着用
電極４ａには正の電圧を印加し、第２の吸着用電極４ｂ
には負の電圧を印加する。この時、第１の吸着用電極４
ａに対向する被吸着物１０は負に帯電し、第２の吸着用
電極４ｂに対向する被吸着物１０は正に帯電する。その
為、第１の吸着用電極４ａと被吸着物１０との間、及び
第２の吸着用電極４ｂと被吸着物１０との間には電位差
が発生し、吸着力が働くことになる。

【００２５】一方、静電チャック１を構成するセラミッ
ク誘電体層３の体積固有抵抗値が使用時において１０¹³
Ω・ｃｍ以下となると、セラミック誘電体層３の内部に
は極性差が発生することになり、例えば、セラミック誘
電体層３がＰＮ接合された半導体と等価な性質を持ち、
吸着用電極４ａ，４ｂの近傍にＮ型半導体の性質が、保
持面５の近傍にＰ型半導体の性質が生じると、負電圧が
印加された第２の吸着用電極４ｂ側は順方向のバイアス
回路が形成され、電荷がスムーズに移動することから強
い吸着力が得られる一方、正電圧が印加された第１の吸
着用電極４ａ側は逆方向のバイアス回路が形成されるた
め、電荷をスムーズに移動させることができず弱い吸着
力しか得られなくなり、被吸着物１０を均一に吸着する
ことができなくなるが、本発明は各吸着用電極４ａ，４
ｂに流れる電流値を電流計７ａ，７ｂにより測定し、こ
の信号値に基づいて演算処理装置９により上記各吸着用
電極４ａ，４ｂに流れる電流値の絶対値がほぼ等しくな
るように高圧電源８ａ，８ｂの電圧値を調整するように
してある。

【００２６】その為、第１の吸着用電極４ａ側及び第２
の吸着用電極４ｂ側にはほぼ均一な吸着力が得られるこ
とから、被吸着物１０を精度良く吸着保持することがで
きる。

【００２７】なお、上記演算処理装置９による処理は、
正電圧を印加した第１の吸着用電極４ａに流れる電流値
をＩ₁、負電圧を印加した第２の吸着用電極４ｂに流れ
る電流値をＩ₂とし、印加する正負電圧の絶対値の総和
をＶとすると数１による演算処理を行えば良い。

【００２８】

【数１】

【００２９】

【実施例】ここで、図２（ｂ）に示すような櫛歯状のパ
ターン形状を有する吸着用電極４ａ，４ｂを備えた双極
型の静電チャック１を試作し、図１に示すように、上記
静電チャック１の第１の吸着用電極４ａと第２の吸着用
電極４ｂに微小電流計７ａ，７ｂを介して高圧電源８
ａ，８ｂをそれぞれ接続するとともに、上記各微小電流
計７ａ，７ｂと高圧電源８ａ，８ｂを演算処理装置９に
接続した。なお、上記静電チャック１の外径は２００ｍ
ｍサイズとし、セラミック誘電体層３及びセラミック基
体２は純度９９％の窒化アルミニウム質セラミックスで
形成した。

【００３０】そして、この静電チャック１を４００℃に
加熱した時の保持面５の温度分布を測定したところ３℃
程度の温度差があった。なお、４００℃に加熱した時の
セラミック誘電体層３の体積固有抵抗値は１０¹⁰Ω・ｃ
ｍと１０¹³Ω・ｃｍ以下であった。

【００３１】そこで、この静電チャック１を４００℃に
加熱した状態で保持面５にシリコンウエハを載置し、第
１の吸着用電極４ａに＋５００Ｖを、第２の吸着用電極
４ｂに−５００Ｖを印加してウエハを吸着させた時の各
吸着用電極４ａ，４ｂに流れる電流値を電流計７ａ，７
ｂにより測定したところ、表１に示すように第１の吸着
用電極４ａの電流値と第２の吸着用電極４ｂの電流値と
の間には２倍もの差があった。その為、ウエハの温度分
布を測定したところ２８℃もの温度差があり、均一な吸
着力が得られていなかった。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】そこで、第１の吸着用電極４ａと第２の吸
着用電極４ｂの電流値をもとに数１の処理を演算処理装
置９により行い、第１の吸着用電極４ａに＋６６６．６
Ｖの電圧を、第２の吸着用電極４ｂに−３３３．３Ｖの
電圧をそれぞれ印加した結果、表２に示すように第１の
吸着用電極４ａと第２の吸着用電極４ｂの電流値の絶対
値が等しくなり、この時のウエハの温度分布を測定した
ところ、３℃にまで加熱ムラを抑えることができ、均一
な吸着力が得られた。

【００３５】このことから、本発明のように、静電チャ
ックに内蔵する第１の吸着用電極と第２の吸着用電極に
流れる電流値がほぼ等しくなるように第１の吸着用電極
と第２の吸着用電極に通電する電圧値を制御すれば、被
吸着物を均等な吸着力でもって保持できることが判る。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、保持面
を有する誘電体層の下面に、正電圧を印加するための第
１の吸着用電極と、負電圧を印加するための第２の吸着
用電極をそれぞれ備えてなる静電チャックと、上記第１
の吸着用電極及び第２の吸着用電極にそれぞれ流れる電
流値を測定する各検出手段と、これらの検出手段からの
信号値に基づいて上記第１の吸着用電極及び第２の吸着
用電極にそれぞれ流れる電流値の絶対値がほぼ等しくな
るように両吸着用電極に印加する電圧値を調整する制御
手段とから静電チャック装置を構成したことにより、セ
ラミック誘電体層に極性差が発生したとしても前記保持
面に載置する被吸着物を常に均一な吸着力でもって保持
することができる。その為、この静電チャック装置を成
膜装置に用いれば、被吸着物に均一な膜厚みをもった薄
膜を形成することができ、また、エッチング装置に用い
れば所定の寸法精度に加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電チャック装置を示す概略図で
ある。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る静電チャック装
置の吸着用電極のさまざまなパターン形状を示す平面図
である。

【符号の説明】

１・・・静電チャック２・・・セラミック基体３・
・・セラミック誘電体層４ａ・・・第１の吸着用電極４ｂ・・・第２の吸着用
電極５・・・保持面６ａ，６ｂ・・・給電端子７ａ，７ｂ・・・電流計８ａ，８ｂ・・・高圧電源９・・・演算処理装置１
０・・・被吸着物

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】保持面を有する誘電体層の下面に、正電圧
を印加するための第１の吸着用電極と、負電圧を印加す
るための第２の吸着用電極をそれぞれ備えてなる静電チ
ャックと、上記第１の吸着用電極及び第２の吸着用電極
にそれぞれ流れる電流値を測定する各検出手段と、これ
らの検出手段からの信号値に基づいて上記第１の吸着用
電極及び第２の吸着用電極にそれぞれ流れる電流値の絶
対値がほぼ等しくなるように両吸着用電極に印加する電
圧値を調整する制御手段とからなる静電チャック装置。