JP3853960B2

JP3853960B2 - 静電チャック

Info

Publication number: JP3853960B2
Application number: JP4650998A
Authority: JP
Inventors: 浩一長崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2018-02-27
Also published as: JPH11251417A

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４（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を静電気力（クーロン力）により吸着す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。尚、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【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７（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。
【０００７】
上記静電チャックの基体を成す絶縁体１１の材質としては、アルミナ等のセラミックが多用されているが、近年、ハロゲン系プラズマに対する耐食性が高く、熱伝導率の高い窒化アルミニウム質セラミックを使用することが提案されている（特開平６−１５１３３２号公報参照）。また、絶縁体１１の内部に埋設され抵抗発熱体等として機能する電極用の導電材としては、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等が用いられる。そして、絶縁体１１の製法としては、Ｗ，Ｍｏ等の金属ペーストを窒化アルミニウムのグリーンシート上に所定のパターンで印刷し、更に他の窒化アルミニウムのグリーンシートを積層して一体焼結するのが一般的である。
【０００８】
また、他の従来例として、絶縁体１１の吸着面にガスの流路を設けたり、被吸着体との接触面積を低減させるために吸着面に溝を設けることが提案されている（特開平４−３０４９４１号公報参照）。
【０００９】
そして、この静電チャックが組み込まれる半導体製造装置を用いた製造プロセスは、高真空中で、しかも３００℃以上の高温中で行われることが多い。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような真空中かつ高温下で静電チャックを用いた場合、絶縁体１１の表面に導電性の異物が形成され易いという問題点があった。
【００１１】
これは、多結晶体であるセラミックには微視的に見ると無数の表面欠陥（ボイド）があるためであり、そしてセラミックの研削加工時等に発生した有機物、砥石粒等の研削クズ、アセトン，トルエン，メタノール等の洗浄液が表面のボイド等に残留し、その後洗浄力のある洗浄を行ってもこれらの異物が完全には除去できないからである。
【００１２】
前記の異物が絶縁体１１の表面に存在したままで加熱を行うと、その成分が炭化し、導電性の薄膜や反応層となってしまう。そして、このような導電性の炭化層が形成されることによる最大の問題点は、半導体ウエハ等の被吸着体を吸着する静電力が皆無になることである。
【００１３】
また、上記のような状態で被吸着体を吸着すると、絶縁体１１表面の異物が被吸着体に付着してしまうという問題点もあり、吸着力の強い静電チャックほどこの問題が顕著であった。
【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、静電チャックの基体を成すセラミックの絶縁体表面に残留、形成される導電性の異物による影響、即ち吸着力の劣化、異物の被吸着体への付着という問題を解消することである。
【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の上方に、静電気力によって被吸着体を吸着させる吸着面を設けて成る静電チャックであって、前記絶縁体に絶縁体層を形成するとともに、該絶縁体層上に複数の導電層を分散して前記吸着面を形成してあり、前記絶縁体層の厚さは１〜１０μｍ、比抵抗は１×１０ ^１０ Ωｃｍ以上であり、かつ前記導電層の厚さは１〜１０μｍ、比抵抗は１×１０ ^３ Ωｃｍ以下であることを特徴とする。。
【００１７】
また、好ましくは、前記絶縁体はアルミナ、窒化アルミニウム又は炭化ホウ素を主成分とするセラミックから成る。
【００１８】
本発明は、上記構成により、静電チャック用の絶縁体表面に残留、形成される導電性の異物による吸着力の劣化、異物の被吸着体への付着という問題を解消する。
【００１９】
【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３は本発明を示し、図１は円板状等の平板状であり静電チャックＳの基体（本体）を成す絶縁体１の断面図、図２は図１の絶縁体を上方から見た平面図、図３は吸着力の経時変化を示すグラフである。
【００２０】
図１及び図２において、１は静電チャックＳの基体（本体）を成す絶縁体、１ａはセラミックから成るベース基体、１ｂはベース基体１ａ上に配置され一体的に焼結される基体、３は基体１ｂ上に気相成長法等で形成された絶縁体層、４は絶縁体層３上に気相成長法等で形成された導電層、５は静電チャック用の静電電極、６は静電電極５に電力を供給するための電力供給線、７は抵抗加熱方式等のヒーター、８はヒーター７に電力を供給するための電力供給線である。
【００２１】
本発明の絶縁体層３は、静電チャックを１Ｐａ以下の真空中で数時間以上にわたり５００℃程度に加熱しつづけた場合に、多結晶体であるセラミック製の絶縁体１の表面欠陥に残留した研削クズや洗浄液が導電性の炭化物となり、この導電性の異物による吸着力の劣化を防止する。即ち、絶縁体層３は前記炭化物を覆うように形成されてあり、この絶縁体層３が誘電分極層として機能し吸着力が劣化することはない。
【００２２】
また、導電層４は、被吸着体と絶縁体層３との間を離隔させるとともに、この導電層４が直接被吸着体に接する。この場合、被吸着体と接触している導電層４と被吸着体との間には電位差が生じないため、この部分では静電吸着力は発生せず、そのため導電層４から被吸着体に吸着する異物が少なくなる。また、吸着力が生じる、被吸着体と絶縁体層３との間は間隔があるため、絶縁体層３から被吸着体に吸着する異物もほとんど無く、従って被吸着体に付着する異物の量はきわめて少ないものとなる。
【００２３】
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のが良い。好ましくは、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又は炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）を主成分とするセラミックであり、これらは高温における機械的特性が良好であり、高温でも破損しにくい。また、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）やチタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ₃）などの高誘電率セラミックスを用いれば吸着力を高くすることができる。その他、アルミナの単結晶体であるサファイアを主成分とするものも機械的特性を高くできる。
【００２４】
窒化アルミニウムの場合、ＡｌＮ含有量が９９重量％以上の高純度品が好ましく、焼結体中にほとんど粒界相が存在せず耐食性に優れたものとなる。より好ましくは、９９重量％以上９９．５重量％以下がよい。さらに耐食性を向上させるために、Ｓｉを１５００ｐｐｍ以下、好ましくは１０００ｐｐｍ以下含有させるのが良く、その他不純物としてＮａ，Ｃａ及びＦｅ等を合計２０００ｐｐｍ以下含ませてもよい。
【００２５】
また、窒化アルミニウムの比抵抗（体積固有抵抗）は、５００℃程度の高温下で１×１０¹⁰Ωｃｍ以上が良く、この場合良好な電気的な絶縁体１として機能する。
【００２６】
そして、上記絶縁体１の上面に、スパッタリング法等の気相成長法により絶縁体層３を形成するが、その厚さは１〜１０μｍがよい。１μｍ未満では、厚さがばらつき易く、また被覆層として十分機能し得ず、１０μｍを超えると絶縁体１との歪みが大きくなり、吸着力が低下するとともに成膜時間が長すぎ生産性に劣る。絶縁体層３の材質は、熱膨張率等の点から絶縁体１と同じセラミックが好ましく、より好ましくは窒化アルミニウム、アルミナ又は炭化ホウ素を主成分とするセラミックであり、この場合比抵抗が１×１０^１０Ωｃｍ以上となる。
【００２７】
上記絶縁体層３の上に、ＰＶＤ法，ＣＶＤ法，イオンプレーティング法，スパッタリング法等の気相成長法、メッキ法、導電ペーストを印刷法で塗布する塗布法等により、厚さ１〜１０μｍの導電層４を形成するが、その平面形状は図２に示す通り、正方形、長方形、菱形等の方形状、五角形以上の多角形状、その他円形、楕円形等の対称性を有する形状がよく、その場合吸着力の制御が行い易い。より好ましくは、同図のような正方形であり、その一辺を１〜１０ｍｍとするのがよい。１ｍｍ未満ではステンレス等のマスキングを用いた導電層４の形成が困難であり、１０ｍｍを超えると非吸着面積が大きくなりすぎて吸着力が低下し、被吸着体を吸着するのが困難になる。
【００２８】
そして、この導電層４の個数は、可能な限り少ない方が高い吸着力を得られるが、少なすぎると被吸着体を絶縁体層３から浮かせることができないため、３〜３０個が好ましい。また、導電層４の上方からみた平面における面積は、上記と同様の理由で吸着用の静電電極５に対して２〜１０％がよく、より好ましくは２〜５％である。更に。その分布に関しては、全体の吸着力は変化しないので特に限定するものではないが、図２に示すように一様に分布（分散）させるのが、吸着力を偏らせず均一化するうえで好ましい。
【００２９】
また、導電層４の厚さが１μｍ未満だと、厚さがばらつき易く、絶縁体１と被吸着体との空隙が不十分であり導電層４以外の部分で被吸着体が接触し易い。導電層４の厚さが１０μｍを超えると、吸着力が低下し易く、また成膜時間が長すぎ生産性に劣るとともに絶縁体１との歪みが大きくなり、クラックを生じ易い。
【００３０】
また、導電層４の材質は絶縁体１との熱膨張率差による変形を小さくするものがよく、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ等の塑性変形可能なソフトメタル、絶縁体１と熱膨張率がほぼ同一のＴｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｓｉ等及びＷＣ，ＴｉＣ，ＴｉＮ等の前記元素の化合物、合金等、その他ＳｉＣ，Ｂ₄Ｃ等の導電性セラミックまた比抵抗が１×１０³Ωｃｍ以下のダイヤモンド状カーボン等でもよい。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。
【００３１】
導電層４の比抵抗は、静電気力（クーロン力）による吸着力を発揮するためには、１×１０³Ωｃｍ以下とするのがよい。
【００３２】
図１における電力供給線６，８については、絶縁体１内に静電電極５，電極７に通じる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、その導線に端子を接続するように構成することができる。
【００３３】
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。
【００３４】
上記実施形態では、被吸着体を一方の電極とする単極型の静電チャックについて説明したが、電極２を複数形成しこれらの電極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。
【００３５】
かくして、本発明は、絶縁体表面に残留、形成される導電性の異物による吸着力の劣化、異物の被吸着体への付着が防止されるという作用効果を有する。
【００３６】
ところで、本発明の静電チャックは、静電吸着用の電力供給線６に電力を入力すると、絶縁体１上に載置した被吸着体と静電電極５との間に電位差が生じ、絶縁体層３と被吸着体との間にクーロンの法則に基づく静電吸着力が発生する。但し、被吸着体と接触している導電層４と被吸着体との間には電位差が生じないため、この部分では静電吸着力は発生しない。
【００３７】
また、静電チャックを１Ｐａ以下の真空中で数時間以上にわたり５００℃程度に加熱しつづけると、多結晶体であるセラミックの表面欠陥に残留した研削クズや洗浄液が導電性の炭化物となってしまう。しかし、この炭化物を覆うように絶縁体層３を形成しているため、この絶縁体層３が誘電分極層として機能し吸着力が劣化することはない。
【００３８】
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。
【００３９】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示す。
【００４０】
（実施例）
図１，図２の静電チャックＳを、以下の工程（１）〜（８）により作製し、構成した。
【００４１】
（１）平均粒径１．２μｍ程度であり、不純物としてＳｉを９００ｐｐｍ含む純度９９％のＡｌＮ粉末に、バインダー及び溶媒を添加混合し泥漿を作製した後、ドクターブレード法によって厚さ０．４ｍｍのグリーンシートを複数枚得た。
【００４２】
（２）２枚のグリーンシートに、比表面積が２ｍ²／ｇ以上のＷ粉末とＡｌＮ粉末を混合して粘度調整した静電電極５用ペーストと電極７用ペーストをスクリーン印刷し、各静電電極５，電極７用の導電層を形成した。
【００４３】
（３）電極７を形成したグリーンシート、静電電極５を形成したグリーンシート、絶縁体層３を形成すべきグリーンシートの３枚を積層し、８０℃、５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で熱圧着した。
【００４４】
（４）その後切削加工を施して円板状とした後真空脱脂をし、２０００℃程度の真空雰囲気中で焼成することにより、純度９９％以上、Ｓｉの含有量が１０００ｐｐｍ以下、熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の窒化アルミニウム質焼結体を得た。
【００４５】
（５）静電電極５，電極７への給電方法は、静電電極５，電極７に導通するビアホールにメタライズ接合した給電端子金具によって行うようにした。
【００４６】
（６）前記窒化アルミニウム質焼結体を研削加工して、外径が約φ８インチ、厚さ１０ｍｍのベース基体１ａと、厚さ３００μｍの基体１ｂとから成る絶縁体１を作製した。
【００４７】
（７）絶縁体１の上面に対して、スパッタリング法により、ＡｌＮから成り２μｍの厚さの絶縁体層３を形成した。
【００４８】
（８）上方よりみた平面形状が一辺が５ｍｍの正方形であり、厚さが２μｍの導電層４を、スパッタリング法により図２に示すような状態で絶縁体層３上に分布させ形成した。導電層４の材質は、塑性変形可能なソフトメタルであり、半導体ウエハへの汚染もないＡｌとした。また、導電層４の設層に際しては、絶縁体層３上の被成膜部をくり抜いたステンレスのマスクを使用し、必要な部分のみに成膜されるようにした。
【００４９】
そして、まず上記静電チャックＳを用いてＳｉウエハを吸着させたときの導電性の異物の付着状態について調査した。この静電チャックＳを組み込んだ半導体製造装置用のチャンバーを所定の真空度に真空引きし、静電チャックＳの温度を５００℃に昇温し保持した。次いで、静電電極５に電圧を印加し、Ｓｉウエハを吸着させた。このとき、Ｓｉウエハと接触している導電層４とＳｉウエハとの間には電位差が生じないため吸着力は生じなかった。
【００５０】
このように、導電層４とＳｉウエハとの間には吸着力が生じず、かつ吸着力が発生する部分は空隙があるため、Ｓｉウエハに付着する異物の粒子数は以下のように激減した。従来、絶縁体１上に直接Ｓｉウエハを吸着させた場合、Ｓｉウエハに吸着した平均粒径０．１μｍ以上の粒子が全体で１万個以上あったのに対して、本発明では同サイズの粒子が１０個以下になった。尚、導電層４の比抵抗が１×１０³Ωｃｍを超えると導電層４にも吸着力が発生し、付着した同サイズの粒子が８０００個程度に増加した。よって、導電層４の比抵抗は１×１０³Ωｃｍ以下が好ましい。
【００５１】
次に、静電チャックＳを５００℃に加熱し、保持し続けて、その吸着力の経時変化を調査した。比較例として、絶縁体１上に直接Ｓｉウエハを吸着させるタイプを用いたところ、本発明の静電チャックＳはほぼ一定の吸着力を示したのに対し、比較例のものは吸着力の低下が顕著であった。その結果を図３に示し、同図において丸印は本発明、三角印は比較例である。
【００５２】
これは、絶縁体１の表面欠陥に残留した研削クズや洗浄液が加熱とともに導電性の炭化膜となってしまい、比較例では吸着力が低下するのに比べ、絶縁体１の吸着面に絶縁体層３が形成された本発明では吸着力が衰えないためと考えられる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は、静電電極を備えた絶縁体の上方に、静電気力によって被吸着体を吸着させる吸着面を設けて成る静電チャックであって、前記絶縁体に絶縁体層を形成し、該絶縁体層上に複数の導電層を分散して積層させてあり、前記絶縁体層の厚さは１〜１０μｍ、比抵抗は１×１０ ^１０ Ωｃｍ以上であり、かつ前記導電層の厚さは１〜１０μｍ、比抵抗は１×１０ ^３ Ωｃｍ以下としたことにより、静電チャックの基体を成すセラミックの絶縁体表面に残留、形成される導電性の異物が、被吸着体に付着するのを大幅に低下させることができ、また異物の存在による吸着力の劣化を抑制、防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電チャックＳを示し、静電チャックＳの基体を成す絶縁体の断面図である。
【図２】図１の絶縁体の平面図である。
【図３】本発明の静電チャックＳ及び比較例の吸着力の経時変化のグラフである。
【図４】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
１ａ：ベース基体
１ｂ：基体
３：絶縁体層
４：導電層
５：静電電極
６：電力供給線
７：電極
８：電力供給線

Claims

静電電極を備えた絶縁体の上方に、静電気力によって被吸着体を吸着させる吸着面を設けて成る静電チャックであって、前記絶縁体に絶縁体層を形成するとともに、該絶縁体層上に複数の導電層を分散して前記吸着面を形成してあり、前記絶縁体層の厚さは１〜１０μｍ、比抵抗は１×１０ ^１０ Ωｃｍ以上であり、かつ前記導電層の厚さは１〜１０μｍ、比抵抗は１×１０ ^３ Ωｃｍ以下であることを特徴とする静電チャック。