JP4337037B2 - 静電チャック - Google Patents
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Description
本発明は、半導体デバイス製造装置や液晶デバイス製造装置などの半導体・液晶分野に用いられる双極型の静電チャックに関する。
半導体デバイスや液晶デバイスを製造する際、特に真空雰囲気においてはシリコンウェーハやガラス基板等を保持するために、従来のメカクランプ方式から、面吸着が可能な静電チャックが検討されている。
この静電チャックの構造は、特許文献１に示されるように金属板上に絶縁性高分子材料のポリイミドシートを接着剤で貼り付けたもの、特許文献２〜４に示されるように２枚の絶縁性セラミック板間に電極を設けたもの、特許文献５に示されるように絶縁性セラミックス板上の電極を溶射法により絶縁性セラミックスで被覆したもの等がある。
静電チャック構造は一つの電極を有する誘電体とアースに接続された被吸着物の間に電圧を印加する単極型、正負一対の電極を有する双極型の静電チャックがある。双極型の静電チャックは被吸着物にアースの接続の必要がない為、装置の機構が簡単になる利点を有する。図1に単極型の静電チャックの構造図、図２に電圧印加時の単極型静電チャックの等価回路、図３に双極型の静電チャックの構造図、図４に電圧印加時の双極型静電チャックの等価回路を示した。静電チャックはコンデンサに蓄えられる静電エネルギにより被吸着物を真空中で保持・固定するが、その吸着力(F)はF=(∂U /∂x)x=0で計算される。ここに、Uは静電チャックと被吸着物及び電源からなる系で蓄えられる静電エネルギー、xは脱離方向の変位である。
正負の電極を有する双極型静電チャックは被吸着物にアース接続の必要がない為装置の機構が簡単になる利点を有するが、吸着時に数百Ｖ以上の電圧を印加すると電極間で誘電体材料の固有抵抗と電極間隔及び対抗電極間の縁長さで決まるいわゆる表面電流と静電チャックを構成する誘電体材料の固有抵抗と厚み及び電極面積から決まる誘電体の漏れ電流とが流れる。前者の表面電流については特許文献６に示したように、静電チャックを絶縁体からなる基体と複数個の誘電体から構成し、更に各々の誘電体が単極で構成して、且つ隣接する誘電体が該誘電体の表面抵抗よりも高い抵抗を有する絶縁体で絶縁することにより著しい低減が達成されるが、前者の誘電体を流れる漏れ電流については数μA程度のため問題が無いものとされて来た。しかし、半導体デバイスの微細化、液晶パネルガラスの大型化に伴い数μA以下であっても無視出来ないものになっており、本漏れ電流の低減が望まれていた。
本発明は吸着時に誘電体を流れる漏れ電流を著しく低減する双極型静電チャックを提供するものである。
本発明は、絶縁体からなる基体と複数個の誘電体から構成される静電チャックで各々の誘電体が単極で構成され、且つ隣接する誘電体が該誘電体の表面抵抗よりも高い抵抗を有する絶縁体で絶縁された双極型の静電チャックにおいて、単極誘電体の少なくとも一極側全ての誘電体が、この誘電体の吸着面を、前記絶縁体からなる基体表面より低く、その結果生じた絶縁体からなる基体表面との段差を誘電体よりも高い抵抗を有する絶縁体で充填された構造を有する静電チャックに関する。
また本発明は、少なくとも一極側全ての誘電体が、絶縁体からなる基体表面より低くする手段としてブラストを用いた前記の静電チャックに関する。
また本発明は、少なくとも一極側全ての誘電体が、絶縁体からなる基体表面より低くする深さが０．００３〜０．７ｍｍ、誘電体の外周から小さくない領域でブラスト加工した前記の静電チャックに関する。
また本発明は、誘電体として炭化珪素セラミックス、基体及び隣接する誘電体を絶縁する絶縁体としてアルミナセラミックス及び誘電体の段差を充填する絶縁体がエポキシ樹脂で構成された前記の静電チャックに関する。
本発明における双極型静電チャックは、漏れ電流が流れづらく、半導体デバイス製造装置や液晶デバイス製造装置に好適である。
本発明における静電チャックに用いられる誘電体材料としては、SiC,Al2O3,Si3N4,AlN,
BaTiO3等のセラミックス材料が用いられる。
BaTiO3等のセラミックス材料が用いられる。
電圧印加電極としては、例えばAg−Pd,W,Ag，Au等の金属とガラスからなるペーストを焼き付けたり、Al,Cu,SUS等の金属板または箔を密着させて形成する。
各単極静電チャックを絶縁する絶縁材は、絶縁破壊電圧が大きく、絶縁抵抗の高いAl2O3、SiO2等が用いられる。また、絶縁材は静電チャックの誘電材料よりも体積固有抵抗が10倍以上大きいことが好ましい。また、絶縁材は基体と一体でもさしつかえないし、基体に高絶縁性接着剤で接着しても構わない。
正負の電極が形成された単極誘電体は絶縁材よりも低くなるように加工されるが、全ての単極誘電体を加工しても正負のどちらか一極に対応した極の誘電体のみを加工しても構わない。
加工を施した絶縁材との段差には誘電体より高い体積固有抵抗を有する絶縁体が充填されているが、吸着面では単極構造を絶縁する絶縁材より凹むことは吸着時に誘電体と吸着物の間に隙間が生じる為、所望の吸着力が得られず好ましくない。例えば同時研磨等により面一に加工することが好ましい。
以下本発明の実施形態について図面を引用して説明する。
図５は本発明の実施の形態を示す静電チャックの断面図、図６はその電気的等価回路である。図３に示す従来の静電チャックでは、その等価回路図４において特許文献６で示したＲ1＜＜Ｒsの時でも２Ｖ0/（2Ｒ0＋Ｒ１）で決まる電流が誘電体を通して流れることになる。それに対し図5に示したように本発明では単極誘電体の一極側全ての誘電体が隣接する絶縁体より低く加工して、その結果生じた隣接する絶縁体との段差を絶縁体で充填された構造にすることにより、図6における充填材で構成される電気容量Ｃ１により吸着力は変化するが、誘電体を通して流れる電流は２Ｖ0/（2Ｒ0＋Ｒ１＋Ｒ２）で示され従来構造の静電チャックよりも小さくなる。更に吸着力が実用に足る範囲でブラストを深く加工して充填層を厚くすることによりＲ２＞＞2Ｒ0＋Ｒ１とすれば電流は著しく小さくなり、吸着時に誘電体を流れる漏れ電流を著しく低減する双極型静電チャックを提供する課題は達成される。
図５は本発明の実施の形態を示す静電チャックの断面図、図６はその電気的等価回路である。図３に示す従来の静電チャックでは、その等価回路図４において特許文献６で示したＲ1＜＜Ｒsの時でも２Ｖ0/（2Ｒ0＋Ｒ１）で決まる電流が誘電体を通して流れることになる。それに対し図5に示したように本発明では単極誘電体の一極側全ての誘電体が隣接する絶縁体より低く加工して、その結果生じた隣接する絶縁体との段差を絶縁体で充填された構造にすることにより、図6における充填材で構成される電気容量Ｃ１により吸着力は変化するが、誘電体を通して流れる電流は２Ｖ0/（2Ｒ0＋Ｒ１＋Ｒ２）で示され従来構造の静電チャックよりも小さくなる。更に吸着力が実用に足る範囲でブラストを深く加工して充填層を厚くすることによりＲ２＞＞2Ｒ0＋Ｒ１とすれば電流は著しく小さくなり、吸着時に誘電体を流れる漏れ電流を著しく低減する双極型静電チャックを提供する課題は達成される。
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
実施例として本発明による双極型静電チャックを図７に示す。図８はその断面図である。比較例として本発明によらない双極型静電チャックを図９に示す。図１０はその断面図である。
誘電体としては66ｍｍ×24.5mm厚さ２mm で1×10９Ω―ｍの体積固有抵抗のＳｉＣ(商品名ヘキサロイ：日立化成工業製) を２枚用意して長手方向が平行になるように構成した。また絶縁基材としては電極端子穴を加工した1×10１2Ω―ｍ以上の体積固有抵抗のAl2O3(商品名ハロックス：日立化成工業製)を用いた。誘電体間の絶縁材幅は６ｍｍとした。また、誘電体の裏面には全面に速乾性導電ペースト(商品名シルベスト：徳力化学製)を全面に塗布し更に電極端子を速乾性導電ペーストで取付け、絶縁性エポキシ接着剤(商品名アラルダイト：チバガイギー製)でAl2O3に固着した後、ＳｉＣ面とAl2O3の面を同時に研磨して吸着面を面一として従来構造の双極型静電チャックを準備した。更に、本発明に係る実施例についてはＳｉＣの片極の外周から1ｍｍ大きい領域が開口されるようにブラストマスク(商品名ＡＳＡ：アサヒ化成製）を形成し、ブラスト処理を行うことにより片側のＳｉＣ及び周囲の外周を0.1ｍｍの深さに掘り込んだ。次に、掘り込んだ部分にエポキシ樹脂（Scotch-Weld：住友３Ｍ製）を気泡を巻込まないように充填した。
実施例において充填したエポキシ樹脂がアルミナ及びエポキシ樹脂を充填していないＳｉＣの面より出張るときは、再度研磨して吸着面を面一とした。
実施例において充填したエポキシ樹脂がアルミナ及びエポキシ樹脂を充填していないＳｉＣの面より出張るときは、再度研磨して吸着面を面一とした。
実施例及び比較例の各々で±300〜±500Ｖ電圧印加により吸着時に流れる全漏れ電流の最小値とその印加電圧での吸着力を測定した。全漏れ電流の測定回路を図１１に示す。被吸着物としては、シリコンウェーハの裏面で誘電体が全て覆われるように全面吸着して測定した。
また、吸着力は真空チャンバ内でφ50ｍｍのＳｉウェーハを吸着後にロードセルを介して垂直方向に引っ張り脱離時の最大抗力を吸着力とした。
測定結果を表1に示す。
また、吸着力は真空チャンバ内でφ50ｍｍのＳｉウェーハを吸着後にロードセルを介して垂直方向に引っ張り脱離時の最大抗力を吸着力とした。
測定結果を表1に示す。
表１から判るように本発明による双極型静電チャックは本発明によらない比較例の静電チャックと比して明らかに漏れ電流が減少している。また、ブラストの深さとしては0.003mmから効果が確認され0.7ｍｍを超えると吸着力が著しく小さくなり好ましくない。更に、0.003〜0.3ｍｍの範囲が吸着力も良好で好ましかった。また、ＳｉＣの外周に対してブラストが行き渡らない領域が存在し、ウェーハとＳｉＣが直接接触すると本発明の効果は薄れるのでブラストで加工する領域はＳｉＣの外周に対して小さくないことが必要である。
また、本実施例では単極型の誘電体を２枚で実施したが、２枚以上の多数個の誘電体から構成される静電チャックで各々の誘電体が単極で構成され且つ隣接する誘電体が該誘電体の表面抵抗よりも高い抵抗を有する絶縁体で絶縁された双極型の静電チャックにおいても、単極誘電体の少なくとも一極側全ての誘電体が隣接する絶縁体より低く、その結果生じた隣接する絶縁体との段差が誘電体よりも高い抵抗を有する絶縁体で充填された構造であれば効果が変わらないことは明らかである。
また、正負両極に対応する全ての単極誘電体を、隣接する絶縁体より低く生じた隣接する絶縁体との段差が誘電体よりも高い抵抗を有する絶縁体で充填した構造でも効果が変わらないことも明らかである
また、正負両極に対応する全ての単極誘電体を、隣接する絶縁体より低く生じた隣接する絶縁体との段差が誘電体よりも高い抵抗を有する絶縁体で充填した構造でも効果が変わらないことも明らかである
１：誘電体
２：基体及び絶縁材
３:被吸着材
４：電極
５：電極端子
６：充填材
７：Ｓｉウェーハ
８：真空チャンバ
９：静電チャック
１０:電流計
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Claims (4)
- 絶縁体からなる基体と複数個の誘電体から構成される静電チャックで各々の誘電体が単極で構成され、且つ隣接する誘電体が該誘電体の表面抵抗よりも高い抵抗を有する絶縁体で絶縁された双極型の静電チャックにおいて、単極誘電体の少なくとも一極側全ての誘電体が、この誘電体の吸着面を、前記絶縁体からなる基体表面より低く、その結果生じた絶縁体からなる基体表面との段差を誘電体よりも高い抵抗を有する絶縁体で充填された構造を有する静電チャック。
- 少なくとも一極側全ての誘電体が、絶縁体からなる基体表面より低くする手段としてブラストを用いた請求項１記載の静電チャック。
- 少なくとも一極側全ての誘電体が、絶縁体からなる基体表面より低くする深さが０．００３〜０．７ｍｍ、誘電体の外周から小さくない領域でブラスト加工した請求項２記載の静電チャック。
- 誘電体として炭化珪素セラミックス、基体及び隣接する誘電体を絶縁する絶縁体としてアルミナセラミックス及び誘電体の段差を充填する絶縁体がエポキシ樹脂で構成された請求項３記載の静電チャック。
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