JP3769378B2

JP3769378B2 - 静電チャック

Info

Publication number: JP3769378B2
Application number: JP4600598A
Authority: JP
Inventors: 和一口町
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: JPH11251416A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置、液晶表示装置の製造装置などにおいて、シリコン等の半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス板を固定、搬送するために用いられる静電チャックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造装置においてシリコンウエハ等の半導体ウエハ（以下、ウエハと略す）の固定、搬送にはクランプリングの代わりに静電チャックが用いられてきており、電子ビーム描画装置、ドライエッチング装置、ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置等でシリコンウエハの固定、搬送に静電チャックが有効とされている。
【０００３】
このような静電チャックは、絶縁体中に静電電極を埋設した構造となっており、その吸着力Ｆは、Ｆ＝Ｓ／２×ε0 ×εr ×（Ｖ／ｄ）²で表される。尚、Ｆは吸着力、Ｓは静電電極面積、ε0 は真空の誘電率、εr は絶縁体の比誘電率、Ｖは印加電圧、ｄは絶縁層の厚みである。
【０００４】
例えば、図９（ａ）（ｂ）に単極型の静電チャックを示すように、円板状等の平板状の絶縁体１１中に静電電極１２を埋設し、この静電電極１２とウエハ等の被吸着物１４間に電源１３より電圧を印加すれば、絶縁体１１の吸着面１１ａに被吸着物１４を吸着させられるようになっている。また、この絶縁体１１には貫通孔１１ｂが設けられ、この貫通孔１１ｂから冷却ガス又は加熱ガスを送り込んで、被吸着物１４を冷却又は加熱したり、あるいは貫通孔１１ｂから被吸着物１４を離脱させるためのプッシャーピンを突き上げるようになっている。
【０００５】
さらに、静電電極１２は、放電を防止するために外部には露出しない構造となっている。そのため、絶縁体１１の外周部および貫通孔１１ｂの周囲は、内部に静電電極１２が存在しない無電極部１１ｃとなっている。
【０００６】
なお、図９（ａ）（ｂ）には単極型の静電チャックを示したが、双極型の場合は絶縁体１１に複数の静電電極１２を備え、互いの静電電極１２間に電圧を印加するようになっている。また、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【０００７】
ところで、上記静電チャックに発生した吸着力は、単に電圧を切っただけではコンデンサーのように蓄電されたままとなり、残留吸着力となって残ってしまう。この残留吸着力があると、ウエハを取り除こうとしてプッシャーピンでウエハを持ち上げる際にウエハを破損してしまうことがあった。
【０００８】
そこで、残留吸着力を解消する方法として、一般的には両電極間をアースする方法がとられている。しかし、それだけでは完全に解消できない場合があり、電気制御を行ってこの残留吸着力を解消させることが行われていた。
【０００９】
例えば、ウエハの離脱時に静電チャックへの印加電圧の極性を交番させつつ電圧を減衰させていく方法が提案されていた（特開平１−１１２７４５号公報参照）。また、この他に本出願人は、離脱時に瞬時逆電圧を印加する方法、あるいは離脱時に瞬時交流電圧を印加する方法を提案している（特開平４−２３００５１号公報、特開平４−２４６８４３号公報参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このようなを静電チャックを、エッチング装置、ＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置内で使用する場合、図５に示すように、ウエハと吸着面との間の熱伝導性、熱放散性を向上させるために、静電チャック本体である絶縁体１の吸着面に、溝等の凹部３を形成し、絶縁体１下面から前記凹部３に通じるパイプ等（図示せず）によって、ヘリウムやアルゴン等の不活性ガスを流すことがしばしば行われている。
【００１１】
また、露光装置や検査装置内で用いる場合にも、同様に絶縁体１の吸着面に凹部３を形成するが、この場合微小なゴミの大部分が凹部３内に存在することで、ウエハが微妙に傾斜し難くなる。これにより、露光時にウエハ上に微細パターンを形成する際に、ウエハの傾斜による露光の焦点ぼけが発生するのを抑制、防止している。
【００１２】
そして、静電電極２が存在する部分に上記凹部３を形成すると、図６のように、電源７によって高電圧を印加して高吸着力を発生させようとした場合、凹部３の表面に電荷（図６では＋電荷）が生じてしまうことが明らかになった。凹部３の表面はウエハ６には接していないため、その電荷はウエハ６側へ逃げることができず、一方の絶縁体１へも電荷が逃げることができず、その結果前記凹部３内に電荷が滞留してしまい残留吸着力が発生することが判明した。特に、絶縁体１の誘電分極によるクーロン力で吸着を行う静電チャックは、絶縁体１の電気抵抗が高いため凹部３中に電荷が滞留し易いという問題点があった。
【００１３】
尚、図７は図６の静電チャックを立体的に示したものであり、同図中８は静電電極２に電圧を印加する端子、９は絶縁体１内に内蔵され抵抗加熱方式等のヒーター（図示せず）に電圧を印加する端子である。
【００１４】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は静電チャック本体である絶縁体の吸着面に形成された凹部の表面に発生する電荷を抑制し、その結果、高電圧を印加して高吸着力を生じさせても良好なウエハの離脱性が実現し、ウエハの離脱時の損傷を防止するとともにスループットも高まり、生産性を高めることである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電チャックは、静電電極を備えた絶縁体に、静電気力によって被吸着体を吸着せしめる吸着面を設けて成る静電チャックにおいて、前記吸着面の前記静電電極の上方に凹部を形成しその凹部内の表面に導電層を設層したことを特徴とする。
【００１６】
本発明において、好ましくは、前記導電層の端部が、吸着面と同一面以上の外部へ突出するように、前記導電層を延在させる。
【００１７】
本発明は、上記構成により、半導体ウエハ等の被吸着体を吸着させる際に溝等の凹部の表面に発生する電荷を導電層により逃がし、又は凹部内の電位と被吸着体の電位を同電位にすることにより被吸着体と凹部間の電位差がなくなり、凹部内での電荷の発生を抑制、防止できる。その結果、高電圧を印加して高吸着力を生じさせても良好な被吸着体の離脱性が実現し、被吸着体の離脱時の損傷を防止するとともにスループットも高まり、生産性が向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の静電チャックについて以下に詳細に説明する。図１〜図４は本発明を示し、図１は吸着面に凹部３を形成しその凹部３内の表面（底面）に導電層４を設層したものの断面図、図２は被吸着体が直接接触する吸着面に導電層４の端部が面一となるように延在させたものの断面図、図３は図２の導電層４を吸着面よりも外部に突出させたものの断面図、図４は図１のタイプであって、導電層４をアースさせたものの断面図である。
【００１９】
図１〜図４において、１は静電チャック本体であり円板状等の平板型の絶縁体、２は絶縁体１に内蔵され静電気力（クーロン力）によって半導体ウエハ等の被吸着体を吸着する静電電極、３は吸着面に形成された凹部、４は凹部３内の表面に形成された導電層、５は導電層４をアースするためのアース線である。
【００２０】
本発明において、絶縁体１の材質としては、樹脂等でも良いが、セラミックを用いることが好ましい。例えば、半導体に対して汚染の少ないアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリカ（ＳｉＯ₂）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）等を主成分とするもの、又はアルミナの単結晶体であるサファイアを用いるのが良い。
【００２１】
本発明では、その中でも高純度でボイドが少なく耐電圧の高いサファイア製の静電チャックについて説明する。
【００２２】
まず、サファイア製の静電チャックの製法を下記工程（１）〜（６）で説明する。
【００２３】
（１）ＥＦＧ法（Edge-defined Film-fed Growth Method)で、板状体の単結晶サファイアを引き上げ、それを切断して所定のウエハ形状に加工する。
【００２４】
（２）前記ウエハの吸着面の反対面（静電電極側の面）に、スパッタリング法等により静電電極用の導電膜を形成し、前記導電膜にパターンエッチングを施して所望の静電電極パターンにする。
【００２５】
（３）その静電電極パターン側の面に、その面と同形状の面を有するアルミナのウエハを接着する。
【００２６】
（４）サファイアの厚みが０．２ｍｍになるまで研削加工を行い、また吸着面を研磨する。
【００２７】
（５）これに、サンドブラスト法、平面研削盤による研削法又は超音波加工法等の加工方法で、絶縁体１の吸着面に凹部３を形成する。
【００２８】
（６）そして、本発明では、凹部３の内表面に導電層４を形成する。
【００２９】
本発明において、凹部３の内表面に導電層４を形成する方法としては、ＰＶＤ法，ＣＶＤ法，イオンプレーティング法等の蒸着法、メッキ法、導電ペーストを印刷法で塗布する塗布法等がある。簡便且つ薄膜形成に適した方法としては、まず絶縁体１表面の全面にスパッタリング法等で導電層４を形成し、絶縁体１表面を研磨することで吸着面の導電層４を除去することができる。また、予め絶縁体１表面にステンレスの薄板等でマスキングしておき、スパッタリング法等で凹部３の内表面だけに導電層４を形成することも可能である。
【００３０】
図２のように、吸着面と同一面に面一となるように、導電層４の端部を延在させる場合にも、前記のような導電層４の研磨除去、マスキングしての成膜により形成できる。またこの場合、凹部３の全縁において導電層４を延在させる必要はなく、少なくとも凹部３の縁部に部分的に導電層４を延在させれば、被吸着体と凹部３内が同電位となる。
【００３１】
更に、図３のように、導電層４の端部が吸着面上に突出するようにしてもよく、その場合吸着面上の導電層４が厚さ５μｍ程度以下であれば吸着力の低下が少なく、使用上支障ない。より好ましくは、１μｍ程度以下である。また、この場合、被吸着体と絶縁体１の吸着面との間に間隔が生じることになり、たとえ吸着面上に微小なゴミ等があっても、ゴミが被吸着体に接触したりこすれることにより被吸着体に付着することが防止できる。
【００３２】
また、導電層４は凹部３の内側面にも形成される場合があるが、機能上全く問題はない。
【００３３】
本発明の導電層４の材質は、絶縁体１との熱膨張差が小さいこと、絶縁体１との密着性が良いこと等を考慮して選択するのが良く、またウエハの特性劣化につながる物質（アルカリ金属やアルカリ土類金属等）は避けた方がよい。また、磁性を有する金属、例えば鉄、ニッケル等は、高周波を使ったり、電子ビームを使う装置の場合は処理に影響を与えるので使用できない。電気抵抗は低いほど電荷の移動は早くなるが、半導体レベルの電気抵抗でも全く問題がなく、１０⁶Ωｃｍ以下であれば十分である。
【００３４】
具体的には、導電層４の材質は、Ｔｉ，Ａｌ，Ｗ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ａｇ，Ｃｕ等及びこれらの元素の化合物、合金等がよく、半導体ウエハへの汚染による半導電性等の特性劣化を防止するうえで、Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ等及びその化合物、合金等がより好ましい。
【００３５】
また、導電層４の厚みは０．０１〜５μｍの範囲とすることが好ましく、０．０１μｍ未満では、導電層４全体として電気的なつながりが失われて導電層として機能しなくなり、５μｍを超えると熱膨張差による応力で導電層４が剥離し易くなり、その場合吸着面に延在させる際に部分的な吸着力低下につながる。
【００３６】
上記凹部３の形状は特に限定するものではないが、上方よりみた平面形状が放射同心円状、メッシュ形状がよく、その場合ガスを吸着面の全面に行き渡らせることができる。
【００３７】
本発明において、凹部３の深さは、導電層４がない場合２０μｍ以上であれば電荷による残留吸着力の影響を抑制し得るが、導電層４を設ける場合は２０μｍ以下と浅くすることができ、１〜２０μｍが好ましい。１μｍ未満では、ガスの流れに対する抵抗が大きくなり、ガスが吸着面の全面に行き渡らなくなる。２０μｍを超えると、導電層４を設けても設けなくても残留吸着力の影響を抑制し得る。
【００３８】
また、導電層４を設けない場合、２０〜５０μｍとするのが好ましく、２０μｍ未満では、電荷間の距離の２乗に反比例するクーロン力による残留吸着力が低下しない。また、５０μｍを超えると、絶縁体１の強度が低下して凹部３形成時に絶縁体１が割れる、凹部３の耐電圧が低く絶縁破壊が生じる。
【００３９】
更には、前記凹部３及び導電層４は、被吸着体が吸着される吸着面の相当範囲内に設けるのが好適であり、吸着面から外れた部分では静電電極２による電場が小さいか、ほとんどないため、本発明の効果を奏し得ない。少なくとも導電層４は、吸着面の相当範囲内にあるのがよい。また、前記吸着面とは、絶縁体１の上方からみた平面形状において、静電電極２が存在する範囲内である。
【００４０】
図４におけるアース線５については、絶縁体１内にビアホールを設けそのビアホールにＣｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｍｏ等の導線を接続し、その導線をアースするようことで構成することができる。また、凹部３から外部に通じる絶縁体１内の貫通孔にＷ等の金属ピンを挿入、埋設し、その金属ピンにＣｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｍｏ等の導線を導電性接着剤やロウ付けで接着してもよい。その他、凹部３から外部に通じるように絶縁体１内に形成されたネジ孔等に、金属製のネジを螺合させアースしてもよい。
【００４１】
本発明で使用する被吸着体は、Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＧａＡｓ等の半導体ウエハ、液晶表示装置用のガラス板等であり、その他静電気力により吸着可能なものであればよい。
【００４２】
上記実施形態では、被吸着体を一方の静電電極とする単極型の静電チャックについて説明したが、静電電極２を複数形成しこれらの静電電極２間に電圧を印加する双極型の静電チャックについても適用できる。
【００４３】
かくして、本発明は、被吸着体を吸着させる際に凹部の内表面に発生する電荷を導電層により逃がし、又は凹部内の電位と被吸着体の電位を同電位にすることにより被吸着体と凹部間の電位差がなくなり、凹部内での電荷の発生を抑制、防止できるという作用効果を有する。
【００４４】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々の変更を行っても何等差し支えない。
【００４５】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示す。
【００４６】
（実施例）
図１の静電チャックを以下のように構成した。凹部３が吸着面内に相当するように、即ち凹部３が静電電極２上に存在するように形成され、サファイアから成りφ（直径）８インチで厚さ０．２ｍｍの吸着面側の絶縁体と、その下面（吸着面と反対面）側に接合されるアルミナ製の絶縁体とから構成された絶縁体１を用意した。そして、凹部３の深さを５μｍ，１０μｍ，１５μｍ，２０μｍ，２５μｍとした５種類（比較例）と、前記５種類のものの凹部３内にＴｉから成る厚さ１μｍの導電層４を形成した５種類の、合計１０種類を用意した。
【００４７】
尚、前記１０種類のものにおいて、凹部３の形状は、３ｍｍ×３ｍｍの正方形状の凹部を３ｍｍ間隔で平面内にメッシュ（格子）状に形成したものとした。
【００４８】
前記の１０種類の絶縁体１について、Ｓｉウエハを吸着させるように電圧を所定時間印加し、電圧を切った後両静電電極を接地したときの残留吸着力を測定した。
【００４９】
残留吸着力の測定は、φ８インチ、厚さ０．７２５ｍｍのＳｉウエハをφ１インチの棒状の治具の先端に取り付け、その治具をロードセルに接続させて、モーターによりロードセルを引き上げるよう構成された測定器を用いて行った。まず、絶縁体１の吸着面上に上記Ｓｉウエハを載置して高電圧を印加し、このとき電圧はアーキング防止、安全性等を考慮して２０００Ｖに設定し、電圧印加時間は実際の処理時間と同程度の６０秒とした。そして、スループットを考慮して、Ｓｉウエハの離脱開始時間は電圧を切ってから１０秒後としてＳｉウエハを引き上げ、その時の残留吸着力を測定した。
【００５０】
結果を図８のグラフに示す。同図に示すように、導電層４がないもの（黒丸印）の場合、凹部３の深さが浅いほど残留吸着力が大きく、凹部３の深さを深くすることによって残留吸着力が小さくなり、２０μｍ以上ではほとんど残留吸着力が発生しなかった。
【００５１】
また、凹部３の内表面に導電層４を形成したもの（三角印）の場合、凹部３の深さに係わらずほとんど残留吸着力が発生しなかった。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は、吸着面の前記静電電極の上方に凹部を形成しその凹部内の表面に導電層を設層することにより、絶縁体の吸着面に形成された凹部の内表面に発生する電荷を抑制し、その結果、高電圧を印加して高吸着力を生じさせても良好な被吸着体の離脱性が実現し、被吸着体の離脱時の損傷を防止するとともにスループットも高まり、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電チャックを示し、静電チャック本体である絶縁体の断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示し、絶縁体の断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示し、絶縁体の断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示し、絶縁体の断面図である。
【図５】従来の静電チャックを示し、絶縁体の断面図である。
【図６】従来の静電チャックにおける残留吸着力発生のメカニズムを説明するためのもので、絶縁体及び被吸着体の断面図である。
【図７】図６のものを立体的に示した斜視図である。
【図８】本発明を示し、凹部深さと残留吸着力との関係を示すグラフである。
【図９】従来の静電チャック全体を示し、（ａ）は絶縁体の平面図、（ｂ）は静電チャック全体の基本構成の断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁体
２：静電電極
３：凹部
４：導電層
５：アース線

Claims

静電電極を備えた絶縁体に、静電気力によって被吸着体を吸着せしめる吸着面を設けて成る静電チャックにおいて、前記吸着面の前記静電電極の上方に凹部を形成しその凹部内の表面に導電層を設層したことを特徴とする静電チャック。
前記導電層の端部が、吸着面と同一面以上の外部へ突出するように、前記導電層を延在させた請求項１記載の静電チャック。