JP3527823B2 - 静電チャック - Google Patents
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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用ガラス基板
などの被固定物を静電的に吸着保持するために使用する
静電チャック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ウエハとの間に電圧を印加すること
で保持面にウエハを吸着保持する単極型のものと、静電
チャックに内蔵する対になった吸着用電極間に正負の電
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
エハに悪影響を与えることが少ないといった利点があっ
た。 【０００４】図３に双極型静電チャックの一般的な構造
を示すように、絶縁基体３１の上面を保持面３４とする
とともに、内部に対になった第１の吸着用電極３２と第
２の吸着用電極３３とを具備してなり、例えば、第１の
吸着用電極３２に正電圧を印加し、第２の吸着用電極３
３に負電圧を印加することで保持面３４に載置したウエ
ハ２０を保持面３４の帯電状態と逆に誘電分極させて静
電吸着力を発現させ、ウエハ２０を保持面３４に保持す
るようになっていた。 【０００５】また、上記対になった吸着用電極３２，３
３のパターン形状としては、図４（ａ）に示すような半
円状をした第１の吸着用電極３２と第２の吸着用電極３
３とを円を構成するように配置したものや、図４（ｂ）
に示すような帯状をした第１の吸着電極３２と第２の吸
着電極３３とを互いに入り組ませた、クシ型状に配置し
たものがあった。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ところが、上記双極型
の静電チャック３０をプラズマを発生させた状態で使用
すると、ウエハ２０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。 【０００７】これは、図５にその模式図を示すように、
プラズマを発生させた状態ではプラズマとウエハ２０と
の間にセルフバイアスと呼ばれる電位差が発生し、ウエ
ハ２０が負に帯電することから、正電圧を印加した第１
の吸着用電極３２側では吸着力が増大し、逆に負電圧を
印加した第２の吸着用電極３３側では吸着力が減少する
ことになるため、吸着力の不均一が発生していた。 【０００８】そして、図４（ａ）のような半円状の吸着
用電極３２，３３を有する双極型の静電チャック３０で
は、正電圧を印加する第１の吸着用電極３２と負電圧を
印加する第２の吸着用電極３３とが中央部を境に別々に
配置されていることから吸着力の不均一が顕著であっ
た。 【０００９】また、図４（ｂ）のようなクシ型状の吸着
用電極３２，３３を有する双極型の静電チャックにおい
ては、第１の吸着用電極３２と第２の吸着用電極３３と
の間の幅が狭すぎると漏れ電流が増大し、ウエハに悪影
響を与える恐れがあり、逆に第１の吸着用電極３２と第
２の吸着用電極３３との間の幅が広すぎたり、あるいは
各吸着用電極３２，３３の線幅が部分的に広すぎたりす
ると、吸着力の不均一を生じるというように各吸着用電
極３２，３３の線幅と吸着用電極３２，３３間の幅の管
理が十分になされていないとさまざまな不都合があっ
た。 【００１０】また、特公平１−５２８９９号公報には、
図４（ａ）の吸着用電極３２，３３をさらに２分割し、
点対象な位置に設けたものもあるが、このようなパター
ン形状としても吸着力の不均一を解消することは難しい
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、被固定物に対する保持面を有するセラミック
ス製基体の内部に、対になった第１の吸着用電極と第２
の吸着用電極を備えた双極型の静電チャックにおいて、
上記第１の吸着用電極は、水平方向に配置した帯状電極
と該帯状電極に対して垂直方向に等間隔に配置した複数
の帯状電極とからなり、第２の吸着用電極は、環状をし
た帯状電極と上記第１の吸着用電極の複数の帯状電極間
に位置するように配置した複数の帯状電極とから構成
し、上記各帯状電極の線幅及び帯状電極間の幅をそれぞ
れ０．３〜３ｍｍとするとともに、上記第２の吸着用電
極に正電圧を印加するようにしたことを特徴とする。 【００１２】また、本発明は上記誘電体層として、アル
ミナ、窒化珪素、炭化珪素、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（ＹＡＧ）等を主成
分とするセラミックスを用いたものである。 【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１０の一
例を示す縦断面図であり、セラミックス等の絶縁体から
なる円板状をした基体１１の上面を保持面１４とし、該
保持面１４の近傍内部に、対をなす第１の吸着用電極１
２と第２の吸着用電極１３を備えている。また、基体１
１の下面には各吸着用電極１２，１３に連通する固定孔
１５ａ，１６ａを穿設してあり、該固定孔１５ａ，１６
ａに接合した給電端子１５，１６を介して各吸着用電極
１２，１３にそれぞれ通電するようにしてある。 【００１５】その為、上記第１の吸着用電極１２に正電
圧を印加し、第２の吸着用電極１３に負電圧を印加する
と、第１の吸着用電極１２に対応するウエハ２０の裏面
が負電荷に帯電し、第２の吸着用電極１３に対応するウ
エハ２０の裏面が正電荷に帯電するため、ウエハ２０と
保持面１４との間には静電吸着力が発現し、ウエハ２０
を保持面１４に保持することができる。 【００１６】また、図２（ａ）に第１の吸着用電極１２
と第２の吸着用電極１３のパターン形状を示すように、
第１の吸着用電極１２は、水平方向に配置した帯状電極
１２ａと該帯状電極１２ａに対して垂直方向に等間隔に
配置した複数の帯状電極１２ｂとからなり、第２の吸着
用電極１３は、環状をした帯状電極１３ａと上記第１の
吸着用電極１２の帯状電極１２ｂ間に位置するように配
置した複数の帯状電極１３ｂとから構成してあり、上記
吸着用電極１２の帯状電極１２ｂと吸着用電極１３の帯
状電極１３ｂとが互い違いに配列されたクシ型状のパタ
ーンを形成するようにしてある。 【００１７】また、上記吸着用電極１２を構成する帯状
電極１２ａ，１２ｂと吸着用電極１３を構成する帯状電
極１３ａ，１３ｂとの間の幅Ｗはどの位置においてもほ
ぼ一定の３ｍｍ以下とし、かつ各帯状電極１２ａ，１２
ｂ，１３ａ，１３ｂの線幅Ｔを３ｍｍ以下としてある。 【００１８】その為、帯状電極１２ｂと帯状電極１３ｂ
との間、帯状電極１２ａと帯状電極１３ｂとの間、及び
帯状電極１２ｂと帯状電極１２ａとの間では吸着力の不
均一が発生しているものの、各帯状電極１２ａ，１２
ｂ，１３ａ，１３ｂの線幅Ｔ及び帯状電極１２ａ，１２
ｂと帯状電極１３ａ，１３ｂとの間の幅Ｗを細かくする
とともに、帯状電極１２ａ，１２ｂと帯状電極１３ａ，
１３ｂとを一定の間隔としてあることから、実質的に第
１の吸着用電極１２と第２の吸着用電極１３とを均一に
配置した構造とすることができ、全体としての吸着力の
不均一を解消することができる。 【００１９】ただし、吸着用電極１２，１３を構成する
帯状電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの線幅Ｔが
０．３ｍｍより小さくなると内部抵抗（インピーダン
ス）が大きくなり、十分な吸着力が得られなくなる。ま
た、帯状電極１２ａ，１２ｂと帯状電極１３ａ，１３ｂ
との間の幅Ｗが０．３ｍｍより小さくなると絶縁性が低
下することになり、漏れ電流が増大することから、ウエ
ハ２０上の微小回路が破壊されるなどウエハ２０に悪影
響を与えることになる。 【００２０】その為、各帯状電極１２ａ，１２ｂ，１３
ａ，１３ｂの線幅Ｔは０．３〜３ｍｍとするとともに、
帯状電極１２ａ，１２ｂと帯状電極１３ａ，１３ｂとの
間の幅Ｗを０．３〜３ｍｍとすれば、ウエハ２０を均一
な吸着力でもって保持することができる。 【００２１】また、静電チャック１０の外径がウエハ２
０径より大きい場合、プラズマを発生させた状態下では
保持面１４の周縁がプラズマエネルギーにより摩耗し、
この摩耗粉（パーティクル）が雰囲気を汚染する恐れが
あるが、このような場合、図２（ａ）に示すようなパタ
ーン形状を採用すれば、ウエハ２０に覆われていない保
持面１４周縁の下部には第２の吸着用電極１３の帯状電
極１３ａが形成されることになるため、上記第２の吸着
用電極１３に正電圧を印加するようにすることでウエハ
２０により覆われていない保持面１４の周縁にプラズマ
エネルギーと同じ電荷をもった正電荷を帯電させること
ができるため、その間に発生する反発作用によってプラ
ズマエネルギーによる摩耗を低減することもできる。 【００２２】次に本発明の参考例を説明する。 【００２３】図２（ｂ）に示すものは、第１の吸着用電
極１２と第２の吸着用電極１２とをそれぞれ環状の帯状
電極１２ａ〜１２ｃ，１３ａ〜１３ｃとし、これらを同
心円状に互い違いに配置するとともに、帯状電極１２ａ
〜１２ｃと帯状電極１３ａ〜１３ｃとの間の幅Ｗをほぼ
一定の０．３〜３ｍｍとし、かつ各帯状電極１２ａ〜１
２ｃ，１３ａ〜１３ｃの線幅Ｔを０．３〜３ｍｍとした
ものである。 【００２４】また、図２（ｃ）に示すものは、第１の吸
着用電極１２を構成する複数の帯状電極１２ａと、第２
の吸着用電極１２を構成する複数の帯状電極１３ａとを
交互に配置するとともに、帯状電極１２ａと帯状電極１
３ａとの間の幅Ｗをほぼ一定の０．３〜３ｍｍとし、か
つ各帯状電極１２ａ，１３ａの線幅Ｔを０．３〜３ｍｍ
としたものである。 【００２５】また、図２（ｄ）に示すものは、第１の吸
着用電極１２を構成する複数の先細り状の帯状電極１２
ａと、第２の吸着用電極１２を構成する複数の先細り状
の帯状電極１３ａとを交互にかつ放射状に配置してあ
り、帯状電極１２ａと帯状電極１３ａとの間の幅Ｗをほ
ぼ一定の０．３〜３ｍｍとし、かつ各帯状電極１２ａ，
１３ａの線幅Ｔを０．３〜３ｍｍとしたものである。 【００２６】さらに、図２（ｅ）に示すものは、第１の
吸着用電極１２と第２の吸着用電極１２とをクシ型状に
配置した従来より知られているものであるが、帯状電極
１１２ａ，１２ｂと帯状電極１３ａ，１３ｂとの間の幅
Ｗをほぼ一定の０．３〜３ｍｍとするとともに、各帯状
電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの線幅Ｔを０．３
〜３ｍｍとしたものである。 【００２７】これら図２（ｂ）〜（ｅ）のパターン形状
を有するものは、図２（ａ）に比べると各吸着電極１
２、１３の配置が均一になりにくいものである。 【００２８】 【００２９】 【００３０】ところで、上記静電チャック１０を構成す
る基体１１は絶縁体であれば良いが、好ましくはアルミ
ナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、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（ＹＡ
Ｇ）等を主成分とするセラミックスを用いることが良
い。これらのセラミックスは耐摩耗性、耐熱性、耐蝕性
の点で優れていることから静電チャック１０の基体１１
を構成するのに適している。 【００３１】また、これらの中でも耐プラズマ性の点で
は、９９重量％以上のＡｌ2 Ｏ3 を主成分とし、ＳｉＯ
2 、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ等の焼結助剤を含有するア
ルミナ質セラミックスやＡｌＮを主成分とし、周期律表
２ａ族元素の酸化物や３ａ族元素の酸化物を０．５〜２
０重量％の範囲で含有する窒化アルミニウム質セラミッ
クス、あるいは９９重量％以上のＡｌＮを主成分とする
窒化アルミニウム質セラミックスのいずれかが良い。さ
らに、上記窒化アルミニウム質セラミックスは、半導体
ウエハ２０と熱膨張係数が近似していることからウエハ
２０の変形を抑えることができるとともに、熱伝導率が
他のセラミックスに比べて優れている（例えば、８０Ｗ
／ｍｋ以上を有する）ことから、保持面１４に載置した
半導体ウエハ２０を均一に加熱することができ、好適で
ある。 【００３２】さらに、第１の吸着用電極と第２の吸着用
電極の材質としては、基体１１を構成する絶縁体と熱膨
張係数が近似したものが良く、特に基体１１をセラミッ
クスで形成する場合、タングステン、モリブンデン、コ
バール、白金、あるいはこれらの合金等により形成する
ことが好ましい。 【００３３】また、上記静電チャック１０の残留吸着力
対策として、保持面１４の吸着用電極１２，１３の無い
部分に溝を設け、ウエハ２０との接触面積を小さくする
ことで、保持面１４に帯電する電荷を少なくし、ウエハ
２０の離脱応答性を高めることができる。ただし、保持
面１４に溝を形成すると、ウエハ２０の均熱性が低下す
ることから、上記溝にＨｅ等のガスを供給することで熱
伝達特性を高め、ウエハ２０の均熱性を向上させること
もできる。 【００３４】さらに、図１に示す静電チャック１０で
は、基体１１の内部に対になった吸着用電極１２，１３
だけを内蔵した例を示したが、ヒータ電極を埋設して静
電チャック１０を発熱させることによりウエハ２０を直
接加熱したり、プラズマ発生用電極を埋設し、保持面１
４の上方に配置する他方のプラズマ発生用電極との間で
プラズマを発生させるようにすることもできる。 【００３５】なお、本発明の静電チャック１０の製造方
法としては、セラミック原料をグリーンシートとし、こ
れらのシートのうち一つのシートに所定のパターン形状
を有する対になった吸着用電極１２，１３を形成して積
層し、一体焼成することにより得ることができる。 【００３６】あるいは、保持面１４部分のみを薄膜法に
よって形成することもできる。この場合、セラミック基
板を形成し、その上面に対になった吸着用電極１２，１
３を形成する。これは金属箔のロウ付け、ＣＶＤ法等に
よる金属膜、導電ペーストを印刷し、焼き付けなどの方
法で形成する。その後、吸着用電極１２，１３を覆うよ
うにＣＶＤ法等でセラミック薄膜を被覆して保持面１４
を形成すれば良い。 【００３７】 【実施例】ここで、図２（ａ）に示すクシ型状のパター
ン形状を有する対になった吸着用電極１２，１３を備え
た双極型の静電チャック１０を試作し、上記吸着用電極
１２，１３をなす帯状電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１
３ｂの線幅Ｔ及び帯状電極１２ａ，１２ｂと帯状電極１
３ａ，１３ｂとの間の幅Ｗをそれぞれ変化させた時の吸
着特性について実験を行った。 【００３８】本実験では静電チャック１０を構成する基
体１１を、９９．８重量％のＡｌＮを主成分とする窒化
アルミニウム質セラミックスで形成するとともに、吸着
用電極１２，１３を構成する材質としてタングステン
（Ｗ）を使用した。 【００３９】次に、各静電チャック１０をスパッタリン
グ装置に配置し、静電チャック１０の吸着用電極１２，
１３間に１ｋｖの直流電圧を印加してシリコンウエハ２
０を吸着保持させ、スパッタリング装置に備えるプラズ
マ発生用電極間に１ｋｗの電力を印加することによりプ
ラズマを発生させて１分間の成膜処理を施し、シリコン
ウエハ２０上に膜厚みが４０００ÅのＳｉＯ2 膜を被覆
した。 【００４０】そして、吸着特性とウエハ２０に成膜した
ＳｉＯ2 膜の膜厚みとの間には相関関係があることか
ら、ウエハ２０に被覆したＳｉＯ2 膜の膜厚みをレーサ
ーフォーカス膜厚計で測定して画像解析し、その膜厚分
布を測定することにより吸着力の不均一が発生している
かどうかについて測定を行った。 【００４１】また、保持面１４に吸着保持したウエハ２
０への影響を確認するために、基体１１の抵抗値を各吸
着用電極１２，１３に通電するための給電端子１５，１
６間に絶縁抵抗計を設けて測定した。 【００４２】それぞれの結果は表１に示す通りである。 【００４３】 【表１】【００４４】この結果、試料Ｎｏ．５，６では、各帯状
電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの線幅Ｔが３ｍｍ
より大きいために吸着力に不均一が発生し、ウエハ２０
に被覆したＳｉＯ2 膜の膜厚みが所定の値に対して１５
％以上のバラツキを生じていた。 【００４５】また、試料Ｎｏ．７では、帯状電極１２
ａ，１２ｂと帯状電極１３ａ，１３ｂとの間の幅Ｗが３
ｍｍより大きいために吸着力に不均一が発生し、ウエハ
２０に被覆したＳｉＯ2 膜の膜厚みが所定の値に対し１
５％〜２５％のバラツキを生じていた。 【００４６】さらに、試料Ｎｏ．８では、各帯状電極１
２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの線幅Ｔが０．１ｍｍと
０．３ｍｍ以下であることから、ウエハ２０に被覆した
ＳｉＯ2 膜の膜厚みが所定の値に対し３０〜４０％もの
バラツキを生じていた。そこで、帯状電極１２ａ，１２
ｂ，１３ａ，１３ｂの内部抵抗について測定したとこ
ろ、線幅Ｔが狭すぎたためにその内部抵抗が大きくなり
すぎ、十分な吸着力が得られていなかったためであっ
た。 【００４７】また、試料Ｎｏ．９，10では、各帯状電極
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの線幅Ｔが０．３〜３
ｍｍの範囲にあるために均一な吸着力が得られ、膜厚み
のバラツキを４〜１０％以下に抑えることができたもの
の、帯状電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ間の幅Ｗ
が０．３ｍｍより狭いことから、基体１１の絶縁抵抗が
１ＭΩと小さく、実用上ウエハ２０に悪影響を与える恐
れがあった。 【００４８】これに対し、試料Ｎｏ．１〜４の本発明の
ものでは、各帯状電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ
の線幅Ｔが０．３〜３ｍｍで、かつ帯状電極１２ａ，１
２ｂと帯状電極１３ａ，１３ｂとの間の幅Ｗが０．３〜
３ｍｍの範囲にあるため、基体１１の絶縁抵抗が１００
ＭΩ以上と十分な絶縁性を有しており、また、全体的に
見て均一な吸着力が得られていたため、ウエハ２０に被
覆したＳｉＯ2 膜の膜厚みのバラツキを５〜１０％とす
ることができた。 【００４９】 【００５０】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、被固定
物に対する保持面を有する基体の内部に対になった帯状
電極を備えた双極型の静電チャックにおいて、上記帯状
電極の線幅及び帯状電極間の幅をそれぞれ０．３〜３ｍ
ｍとしたことから、プラズマを発生させた状態において
も被固定物を均一な吸着力でもって保持することができ
る。 【００５１】その為、この静電チャックを半導体装置や
液晶表示装置の製造工程における成膜工程やエッチング
工程等に使用すれば、被固定物である半導体ウエハやガ
ラス基板を均一に吸着し、その温度分布を小さくするこ
とができるため、成膜精度やエッチング加工精度を高め
ることができ、半導体装置や液晶表示装置の製造歩留り
を改善することができる。
液晶製造装置における半導体ウエハや液晶用ガラス基板
などの被固定物を静電的に吸着保持するために使用する
静電チャック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ウエハとの間に電圧を印加すること
で保持面にウエハを吸着保持する単極型のものと、静電
チャックに内蔵する対になった吸着用電極間に正負の電
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
エハに悪影響を与えることが少ないといった利点があっ
た。 【０００４】図３に双極型静電チャックの一般的な構造
を示すように、絶縁基体３１の上面を保持面３４とする
とともに、内部に対になった第１の吸着用電極３２と第
２の吸着用電極３３とを具備してなり、例えば、第１の
吸着用電極３２に正電圧を印加し、第２の吸着用電極３
３に負電圧を印加することで保持面３４に載置したウエ
ハ２０を保持面３４の帯電状態と逆に誘電分極させて静
電吸着力を発現させ、ウエハ２０を保持面３４に保持す
るようになっていた。 【０００５】また、上記対になった吸着用電極３２，３
３のパターン形状としては、図４（ａ）に示すような半
円状をした第１の吸着用電極３２と第２の吸着用電極３
３とを円を構成するように配置したものや、図４（ｂ）
に示すような帯状をした第１の吸着電極３２と第２の吸
着電極３３とを互いに入り組ませた、クシ型状に配置し
たものがあった。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ところが、上記双極型
の静電チャック３０をプラズマを発生させた状態で使用
すると、ウエハ２０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。 【０００７】これは、図５にその模式図を示すように、
プラズマを発生させた状態ではプラズマとウエハ２０と
の間にセルフバイアスと呼ばれる電位差が発生し、ウエ
ハ２０が負に帯電することから、正電圧を印加した第１
の吸着用電極３２側では吸着力が増大し、逆に負電圧を
印加した第２の吸着用電極３３側では吸着力が減少する
ことになるため、吸着力の不均一が発生していた。 【０００８】そして、図４（ａ）のような半円状の吸着
用電極３２，３３を有する双極型の静電チャック３０で
は、正電圧を印加する第１の吸着用電極３２と負電圧を
印加する第２の吸着用電極３３とが中央部を境に別々に
配置されていることから吸着力の不均一が顕著であっ
た。 【０００９】また、図４（ｂ）のようなクシ型状の吸着
用電極３２，３３を有する双極型の静電チャックにおい
ては、第１の吸着用電極３２と第２の吸着用電極３３と
の間の幅が狭すぎると漏れ電流が増大し、ウエハに悪影
響を与える恐れがあり、逆に第１の吸着用電極３２と第
２の吸着用電極３３との間の幅が広すぎたり、あるいは
各吸着用電極３２，３３の線幅が部分的に広すぎたりす
ると、吸着力の不均一を生じるというように各吸着用電
極３２，３３の線幅と吸着用電極３２，３３間の幅の管
理が十分になされていないとさまざまな不都合があっ
た。 【００１０】また、特公平１−５２８９９号公報には、
図４（ａ）の吸着用電極３２，３３をさらに２分割し、
点対象な位置に設けたものもあるが、このようなパター
ン形状としても吸着力の不均一を解消することは難しい
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、被固定物に対する保持面を有するセラミック
ス製基体の内部に、対になった第１の吸着用電極と第２
の吸着用電極を備えた双極型の静電チャックにおいて、
上記第１の吸着用電極は、水平方向に配置した帯状電極
と該帯状電極に対して垂直方向に等間隔に配置した複数
の帯状電極とからなり、第２の吸着用電極は、環状をし
た帯状電極と上記第１の吸着用電極の複数の帯状電極間
に位置するように配置した複数の帯状電極とから構成
し、上記各帯状電極の線幅及び帯状電極間の幅をそれぞ
れ０．３〜３ｍｍとするとともに、上記第２の吸着用電
極に正電圧を印加するようにしたことを特徴とする。 【００１２】また、本発明は上記誘電体層として、アル
ミナ、窒化珪素、炭化珪素、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（ＹＡＧ）等を主成
分とするセラミックスを用いたものである。 【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１０の一
例を示す縦断面図であり、セラミックス等の絶縁体から
なる円板状をした基体１１の上面を保持面１４とし、該
保持面１４の近傍内部に、対をなす第１の吸着用電極１
２と第２の吸着用電極１３を備えている。また、基体１
１の下面には各吸着用電極１２，１３に連通する固定孔
１５ａ，１６ａを穿設してあり、該固定孔１５ａ，１６
ａに接合した給電端子１５，１６を介して各吸着用電極
１２，１３にそれぞれ通電するようにしてある。 【００１５】その為、上記第１の吸着用電極１２に正電
圧を印加し、第２の吸着用電極１３に負電圧を印加する
と、第１の吸着用電極１２に対応するウエハ２０の裏面
が負電荷に帯電し、第２の吸着用電極１３に対応するウ
エハ２０の裏面が正電荷に帯電するため、ウエハ２０と
保持面１４との間には静電吸着力が発現し、ウエハ２０
を保持面１４に保持することができる。 【００１６】また、図２（ａ）に第１の吸着用電極１２
と第２の吸着用電極１３のパターン形状を示すように、
第１の吸着用電極１２は、水平方向に配置した帯状電極
１２ａと該帯状電極１２ａに対して垂直方向に等間隔に
配置した複数の帯状電極１２ｂとからなり、第２の吸着
用電極１３は、環状をした帯状電極１３ａと上記第１の
吸着用電極１２の帯状電極１２ｂ間に位置するように配
置した複数の帯状電極１３ｂとから構成してあり、上記
吸着用電極１２の帯状電極１２ｂと吸着用電極１３の帯
状電極１３ｂとが互い違いに配列されたクシ型状のパタ
ーンを形成するようにしてある。 【００１７】また、上記吸着用電極１２を構成する帯状
電極１２ａ，１２ｂと吸着用電極１３を構成する帯状電
極１３ａ，１３ｂとの間の幅Ｗはどの位置においてもほ
ぼ一定の３ｍｍ以下とし、かつ各帯状電極１２ａ，１２
ｂ，１３ａ，１３ｂの線幅Ｔを３ｍｍ以下としてある。 【００１８】その為、帯状電極１２ｂと帯状電極１３ｂ
との間、帯状電極１２ａと帯状電極１３ｂとの間、及び
帯状電極１２ｂと帯状電極１２ａとの間では吸着力の不
均一が発生しているものの、各帯状電極１２ａ，１２
ｂ，１３ａ，１３ｂの線幅Ｔ及び帯状電極１２ａ，１２
ｂと帯状電極１３ａ，１３ｂとの間の幅Ｗを細かくする
とともに、帯状電極１２ａ，１２ｂと帯状電極１３ａ，
１３ｂとを一定の間隔としてあることから、実質的に第
１の吸着用電極１２と第２の吸着用電極１３とを均一に
配置した構造とすることができ、全体としての吸着力の
不均一を解消することができる。 【００１９】ただし、吸着用電極１２，１３を構成する
帯状電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの線幅Ｔが
０．３ｍｍより小さくなると内部抵抗（インピーダン
ス）が大きくなり、十分な吸着力が得られなくなる。ま
た、帯状電極１２ａ，１２ｂと帯状電極１３ａ，１３ｂ
との間の幅Ｗが０．３ｍｍより小さくなると絶縁性が低
下することになり、漏れ電流が増大することから、ウエ
ハ２０上の微小回路が破壊されるなどウエハ２０に悪影
響を与えることになる。 【００２０】その為、各帯状電極１２ａ，１２ｂ，１３
ａ，１３ｂの線幅Ｔは０．３〜３ｍｍとするとともに、
帯状電極１２ａ，１２ｂと帯状電極１３ａ，１３ｂとの
間の幅Ｗを０．３〜３ｍｍとすれば、ウエハ２０を均一
な吸着力でもって保持することができる。 【００２１】また、静電チャック１０の外径がウエハ２
０径より大きい場合、プラズマを発生させた状態下では
保持面１４の周縁がプラズマエネルギーにより摩耗し、
この摩耗粉（パーティクル）が雰囲気を汚染する恐れが
あるが、このような場合、図２（ａ）に示すようなパタ
ーン形状を採用すれば、ウエハ２０に覆われていない保
持面１４周縁の下部には第２の吸着用電極１３の帯状電
極１３ａが形成されることになるため、上記第２の吸着
用電極１３に正電圧を印加するようにすることでウエハ
２０により覆われていない保持面１４の周縁にプラズマ
エネルギーと同じ電荷をもった正電荷を帯電させること
ができるため、その間に発生する反発作用によってプラ
ズマエネルギーによる摩耗を低減することもできる。 【００２２】次に本発明の参考例を説明する。 【００２３】図２（ｂ）に示すものは、第１の吸着用電
極１２と第２の吸着用電極１２とをそれぞれ環状の帯状
電極１２ａ〜１２ｃ，１３ａ〜１３ｃとし、これらを同
心円状に互い違いに配置するとともに、帯状電極１２ａ
〜１２ｃと帯状電極１３ａ〜１３ｃとの間の幅Ｗをほぼ
一定の０．３〜３ｍｍとし、かつ各帯状電極１２ａ〜１
２ｃ，１３ａ〜１３ｃの線幅Ｔを０．３〜３ｍｍとした
ものである。 【００２４】また、図２（ｃ）に示すものは、第１の吸
着用電極１２を構成する複数の帯状電極１２ａと、第２
の吸着用電極１２を構成する複数の帯状電極１３ａとを
交互に配置するとともに、帯状電極１２ａと帯状電極１
３ａとの間の幅Ｗをほぼ一定の０．３〜３ｍｍとし、か
つ各帯状電極１２ａ，１３ａの線幅Ｔを０．３〜３ｍｍ
としたものである。 【００２５】また、図２（ｄ）に示すものは、第１の吸
着用電極１２を構成する複数の先細り状の帯状電極１２
ａと、第２の吸着用電極１２を構成する複数の先細り状
の帯状電極１３ａとを交互にかつ放射状に配置してあ
り、帯状電極１２ａと帯状電極１３ａとの間の幅Ｗをほ
ぼ一定の０．３〜３ｍｍとし、かつ各帯状電極１２ａ，
１３ａの線幅Ｔを０．３〜３ｍｍとしたものである。 【００２６】さらに、図２（ｅ）に示すものは、第１の
吸着用電極１２と第２の吸着用電極１２とをクシ型状に
配置した従来より知られているものであるが、帯状電極
１１２ａ，１２ｂと帯状電極１３ａ，１３ｂとの間の幅
Ｗをほぼ一定の０．３〜３ｍｍとするとともに、各帯状
電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの線幅Ｔを０．３
〜３ｍｍとしたものである。 【００２７】これら図２（ｂ）〜（ｅ）のパターン形状
を有するものは、図２（ａ）に比べると各吸着電極１
２、１３の配置が均一になりにくいものである。 【００２８】 【００２９】 【００３０】ところで、上記静電チャック１０を構成す
る基体１１は絶縁体であれば良いが、好ましくはアルミ
ナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、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（ＹＡ
Ｇ）等を主成分とするセラミックスを用いることが良
い。これらのセラミックスは耐摩耗性、耐熱性、耐蝕性
の点で優れていることから静電チャック１０の基体１１
を構成するのに適している。 【００３１】また、これらの中でも耐プラズマ性の点で
は、９９重量％以上のＡｌ2 Ｏ3 を主成分とし、ＳｉＯ
2 、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ等の焼結助剤を含有するア
ルミナ質セラミックスやＡｌＮを主成分とし、周期律表
２ａ族元素の酸化物や３ａ族元素の酸化物を０．５〜２
０重量％の範囲で含有する窒化アルミニウム質セラミッ
クス、あるいは９９重量％以上のＡｌＮを主成分とする
窒化アルミニウム質セラミックスのいずれかが良い。さ
らに、上記窒化アルミニウム質セラミックスは、半導体
ウエハ２０と熱膨張係数が近似していることからウエハ
２０の変形を抑えることができるとともに、熱伝導率が
他のセラミックスに比べて優れている（例えば、８０Ｗ
／ｍｋ以上を有する）ことから、保持面１４に載置した
半導体ウエハ２０を均一に加熱することができ、好適で
ある。 【００３２】さらに、第１の吸着用電極と第２の吸着用
電極の材質としては、基体１１を構成する絶縁体と熱膨
張係数が近似したものが良く、特に基体１１をセラミッ
クスで形成する場合、タングステン、モリブンデン、コ
バール、白金、あるいはこれらの合金等により形成する
ことが好ましい。 【００３３】また、上記静電チャック１０の残留吸着力
対策として、保持面１４の吸着用電極１２，１３の無い
部分に溝を設け、ウエハ２０との接触面積を小さくする
ことで、保持面１４に帯電する電荷を少なくし、ウエハ
２０の離脱応答性を高めることができる。ただし、保持
面１４に溝を形成すると、ウエハ２０の均熱性が低下す
ることから、上記溝にＨｅ等のガスを供給することで熱
伝達特性を高め、ウエハ２０の均熱性を向上させること
もできる。 【００３４】さらに、図１に示す静電チャック１０で
は、基体１１の内部に対になった吸着用電極１２，１３
だけを内蔵した例を示したが、ヒータ電極を埋設して静
電チャック１０を発熱させることによりウエハ２０を直
接加熱したり、プラズマ発生用電極を埋設し、保持面１
４の上方に配置する他方のプラズマ発生用電極との間で
プラズマを発生させるようにすることもできる。 【００３５】なお、本発明の静電チャック１０の製造方
法としては、セラミック原料をグリーンシートとし、こ
れらのシートのうち一つのシートに所定のパターン形状
を有する対になった吸着用電極１２，１３を形成して積
層し、一体焼成することにより得ることができる。 【００３６】あるいは、保持面１４部分のみを薄膜法に
よって形成することもできる。この場合、セラミック基
板を形成し、その上面に対になった吸着用電極１２，１
３を形成する。これは金属箔のロウ付け、ＣＶＤ法等に
よる金属膜、導電ペーストを印刷し、焼き付けなどの方
法で形成する。その後、吸着用電極１２，１３を覆うよ
うにＣＶＤ法等でセラミック薄膜を被覆して保持面１４
を形成すれば良い。 【００３７】 【実施例】ここで、図２（ａ）に示すクシ型状のパター
ン形状を有する対になった吸着用電極１２，１３を備え
た双極型の静電チャック１０を試作し、上記吸着用電極
１２，１３をなす帯状電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１
３ｂの線幅Ｔ及び帯状電極１２ａ，１２ｂと帯状電極１
３ａ，１３ｂとの間の幅Ｗをそれぞれ変化させた時の吸
着特性について実験を行った。 【００３８】本実験では静電チャック１０を構成する基
体１１を、９９．８重量％のＡｌＮを主成分とする窒化
アルミニウム質セラミックスで形成するとともに、吸着
用電極１２，１３を構成する材質としてタングステン
（Ｗ）を使用した。 【００３９】次に、各静電チャック１０をスパッタリン
グ装置に配置し、静電チャック１０の吸着用電極１２，
１３間に１ｋｖの直流電圧を印加してシリコンウエハ２
０を吸着保持させ、スパッタリング装置に備えるプラズ
マ発生用電極間に１ｋｗの電力を印加することによりプ
ラズマを発生させて１分間の成膜処理を施し、シリコン
ウエハ２０上に膜厚みが４０００ÅのＳｉＯ2 膜を被覆
した。 【００４０】そして、吸着特性とウエハ２０に成膜した
ＳｉＯ2 膜の膜厚みとの間には相関関係があることか
ら、ウエハ２０に被覆したＳｉＯ2 膜の膜厚みをレーサ
ーフォーカス膜厚計で測定して画像解析し、その膜厚分
布を測定することにより吸着力の不均一が発生している
かどうかについて測定を行った。 【００４１】また、保持面１４に吸着保持したウエハ２
０への影響を確認するために、基体１１の抵抗値を各吸
着用電極１２，１３に通電するための給電端子１５，１
６間に絶縁抵抗計を設けて測定した。 【００４２】それぞれの結果は表１に示す通りである。 【００４３】 【表１】【００４４】この結果、試料Ｎｏ．５，６では、各帯状
電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの線幅Ｔが３ｍｍ
より大きいために吸着力に不均一が発生し、ウエハ２０
に被覆したＳｉＯ2 膜の膜厚みが所定の値に対して１５
％以上のバラツキを生じていた。 【００４５】また、試料Ｎｏ．７では、帯状電極１２
ａ，１２ｂと帯状電極１３ａ，１３ｂとの間の幅Ｗが３
ｍｍより大きいために吸着力に不均一が発生し、ウエハ
２０に被覆したＳｉＯ2 膜の膜厚みが所定の値に対し１
５％〜２５％のバラツキを生じていた。 【００４６】さらに、試料Ｎｏ．８では、各帯状電極１
２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの線幅Ｔが０．１ｍｍと
０．３ｍｍ以下であることから、ウエハ２０に被覆した
ＳｉＯ2 膜の膜厚みが所定の値に対し３０〜４０％もの
バラツキを生じていた。そこで、帯状電極１２ａ，１２
ｂ，１３ａ，１３ｂの内部抵抗について測定したとこ
ろ、線幅Ｔが狭すぎたためにその内部抵抗が大きくなり
すぎ、十分な吸着力が得られていなかったためであっ
た。 【００４７】また、試料Ｎｏ．９，10では、各帯状電極
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの線幅Ｔが０．３〜３
ｍｍの範囲にあるために均一な吸着力が得られ、膜厚み
のバラツキを４〜１０％以下に抑えることができたもの
の、帯状電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ間の幅Ｗ
が０．３ｍｍより狭いことから、基体１１の絶縁抵抗が
１ＭΩと小さく、実用上ウエハ２０に悪影響を与える恐
れがあった。 【００４８】これに対し、試料Ｎｏ．１〜４の本発明の
ものでは、各帯状電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ
の線幅Ｔが０．３〜３ｍｍで、かつ帯状電極１２ａ，１
２ｂと帯状電極１３ａ，１３ｂとの間の幅Ｗが０．３〜
３ｍｍの範囲にあるため、基体１１の絶縁抵抗が１００
ＭΩ以上と十分な絶縁性を有しており、また、全体的に
見て均一な吸着力が得られていたため、ウエハ２０に被
覆したＳｉＯ2 膜の膜厚みのバラツキを５〜１０％とす
ることができた。 【００４９】 【００５０】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、被固定
物に対する保持面を有する基体の内部に対になった帯状
電極を備えた双極型の静電チャックにおいて、上記帯状
電極の線幅及び帯状電極間の幅をそれぞれ０．３〜３ｍ
ｍとしたことから、プラズマを発生させた状態において
も被固定物を均一な吸着力でもって保持することができ
る。 【００５１】その為、この静電チャックを半導体装置や
液晶表示装置の製造工程における成膜工程やエッチング
工程等に使用すれば、被固定物である半導体ウエハやガ
ラス基板を均一に吸着し、その温度分布を小さくするこ
とができるため、成膜精度やエッチング加工精度を高め
ることができ、半導体装置や液晶表示装置の製造歩留り
を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る静電チャックの一例を示す縦断面
図である。 【図２】（ａ）は本発明の静電チャックに内蔵する吸着
用電極のパターン形状を示す平面図、（ｂ）〜（ｅ）は
参考例の吸着用電極のパターン形状を示す平面図であ
る。 【図３】従来の静電チャックを示す縦断面図である。 【図４】（ａ），（ｂ）は従来の静電チャックに内蔵す
る吸着用電極のパターン形状を示す平面図である。 【図５】プラズマ雰囲気下での静電チャックの状態を示
す模式図である。 【符号の説明】 １０・・・静電チャック、 １１・・・基体、 １２・
・・第１の吸着用電極、１２ａ，１２ｂ・・・帯状電
極、 １３・・・第２の吸着用電極、１３ａ，１３ｂ・
・・帯状電極、 １４・・・保持面、１５，１６・・・
給電端子、 ２０・・・ウエハ
図である。 【図２】（ａ）は本発明の静電チャックに内蔵する吸着
用電極のパターン形状を示す平面図、（ｂ）〜（ｅ）は
参考例の吸着用電極のパターン形状を示す平面図であ
る。 【図３】従来の静電チャックを示す縦断面図である。 【図４】（ａ），（ｂ）は従来の静電チャックに内蔵す
る吸着用電極のパターン形状を示す平面図である。 【図５】プラズマ雰囲気下での静電チャックの状態を示
す模式図である。 【符号の説明】 １０・・・静電チャック、 １１・・・基体、 １２・
・・第１の吸着用電極、１２ａ，１２ｂ・・・帯状電
極、 １３・・・第２の吸着用電極、１３ａ，１３ｂ・
・・帯状電極、 １４・・・保持面、１５，１６・・・
給電端子、 ２０・・・ウエハ
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】被固定物に対する保持面を有するセラミッ
クス製基体の内部に、対になった第１の吸着用電極と第
２の吸着用電極を備えた双極型の静電チャックにおい
て、上記第１の吸着用電極は、水平方向に配置した帯状
電極と該帯状電極に対して垂直方向に等間隔に配置した
複数の帯状電極とからなり、第２の吸着用電極は、環状
をした帯状電極と上記第１の吸着用電極の複数の帯状電
極間に位置するように配置した複数の帯状電極とから構
成し、上記各帯状電極の線幅及び帯状電極間の幅をそれ
ぞれ０．３〜３ｍｍとするとともに、上記第２の吸着用
電極に正電圧を印加するようにしたことを特徴とする静
電チャック。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP1934497A JP3527823B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 静電チャック |
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