JP4564927B2 - 双極型静電チャック - Google Patents

Description

本発明は、双極型静電チャックに関するもので、特に、半導体や液晶製造工程において被吸着物であるシリコンウエハや液晶基板を吸着保持する双極型静電チャックに関するものである。

たとえば、半導体製造過程および液晶製造過程における各種処理工程では、シリコンウエハや液晶基板を載置台上で確実に保持する必要がある。こうした要求に応える保持装置としては、静電作用を利用して被吸着物であるシリコンウエハや液晶基板を吸着保持する静電チャック装置が広く用いられおり、その装置に搭載される静電チャックとしては、基台と、この基台の上面に形成された電極と、この電極を被覆するように前記基台の上に形成された絶縁層とを具備してなるものが提案されている。

静電チャックには電極の構成により、単一の電極を有する単極型静電チャックと一対の正負の電極を有する双極型静電チャックに大別される。このうち、双極型静電チャックは、単極型静電チャックのように被吸着物を接地する必要がなく、製品面積の大型化が可能なことから、近年、多方面に盛んに使用されるようになってきている。（例えば、特許文献１参照）
また、双極型静電チャックの電極の構造としては、一対の電極層を対抗させたもの以外にも、一対の櫛歯形状の電極や内周電極と外周にリング状電極を形成したものなど、使用条件によってさまざまなものが用いられている。
特開平11−186371号公報

ここで、本発明に係る双極型静電チャックは、正と負の一対の電極を内部に有しており、その電極間の電位差によって吸着力を発現する構成となっている。すなわち、電極の間には静電チャックの素材であるセラミックスからなる絶縁層があり、この絶縁層を介してプラスとマイナスの電位差を生じさせている。しかし、吸着面となる静電チャックの表面に水分や有機物などの汚染物質が付着すると表面の絶縁性が低下するため、静電チャック表面上に電位が発生せず、吸着力が低下するという課題があった。
このように、正と負の電極間の距離が短い双極型静電チャックにおいては、わずかな付着物でも容易に電位差が発生しない状態が起こり、吸着力が発現できない原因となっていた。
本発明は上記したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、表面の汚染付着物の影響を受けずに吸着力を発現できる双極型静電チャックを提供することにある。

本発明らは上記したような従来技術の問題点を解決するために鋭意検討して本発明を完成した。すなわち、本発明の目的は、吸着面となる静電チャックの表面に水分や有機物などの汚染物質が付着しても、所望の吸着力を発現することが可能な双極型静電チャックを提供することにある。

前記した本発明の目的は、基台と、この基台の上面に形成された一対の正負の電極と、この電極を被覆するように該基台の上に形成された絶縁層と、を具備してなる双極型静電チャックにおいて、該絶縁層表面からの深さが、該一対の正負の電極が位置する深さよりも大きい溝部を、該一対の正負の電極の間が分断されるように形成していることを特徴とする双極型静電チャックによって達成される。

また、前記した本発明の目的は、前記溝部の幅が５ｍｍ以下であることを特徴とする前記の双極型静電チャックによって達成される。

本発明によれば、吸着面となる静電チャックの表面に水分や有機物などの汚染物質が付着しても、所望の吸着力を発現することが可能な双極型静電チャックが得られるという効果がある。

本発明では、基台と、この基台の上面に形成された一対の正負の電極と、この電極を被覆するように該基台の上に形成された絶縁層と、を具備してなる双極型静電チャックにおいて、該絶縁層表面からの深さが、該一対の正負の電極が位置する深さよりも大きい溝部を、該一対の正負の電極の間が分断されるように形成していることを特徴とする双極型静電チャックを提案している。

ここで、本発明の実施の形態に係る双極型静電チャックの模式的な断面図を図１に、また平面図を図２に示した。
本発明の双極型静電チャック１は、基台４と、この基台４の上面に形成され、電源５に接続された一対の正負の電極（２ａ，２ｂ）と、この電極を被覆するように該基台４の上に形成された絶縁層３とを具備している。また本発明の双極型静電チャックは、絶縁層表面からの深さが、一対の正負の電極が位置する深さよりも大きい溝部６を、該一対の正負の電極の間が分断されるように形成している。

次に、本発明のその他の実施の形態に係る双極型静電チャックの模式的な平面図を図３に示した。本発明の双極型静電チャックの電極の構造としては、一対の電極層を対抗させたもの以外にも、図３に示したように一対の正負の電極を内周電極２ａとリング状外周電極２ｂのように構成し、溝部６（図面では太い実線で模式的に示した。）を、一対の正負の電極の間が分断されるように形成しても良い。
また、本発明のその他の実施の形態に係る双極型静電チャックの模式的な平面図を図４に示した。図４に示したように一対の正負の櫛歯形状電極（２ａ，２ｂ）を構成し、溝部６（図面では太い実線で模式的に示した。）を、一対の正負の櫛歯形状電極の間が分断されるように形成しても良い。

ここで、静電チャックの基台と絶縁層とを構成する材料はＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄から選ばれる一種の材料を主成分とする同種のセラミック材料であることが好ましい。その理由は、これらの材料からなるセラミック部材が物理的特性および化学的特性に優れているため、半導体製造装置や液晶製造装置のように機械的強度や耐食性等を要求される静電チャックの構成材料として好適であるからである。

静電チャックは、高電圧を印加してクーロン力もしくはジョンソンラーベック力によりＳｉウエハー等の被吸着物を吸着させるものであるから、前記したように、吸着面となる静電チャックの表面に水分や有機物などの汚染物質が付着して、吸着表面に電位差が発生しない状態は好ましくない。

したがって、本発明では双極型静電チャックの表面に溝部を形成し、電極間の絶縁層を物理的に分断することにより、表面に付着したものに関係なく、吸着力が発現できるようにしたものである。すなわち、本発明によれば、水分や有機物などの汚染物質が静電チャックの表面に付着しても、溝部で汚染物質が分断されるため、表面の絶縁性が低下することがなくなり、吸着力が発現できなくなるという問題が発生しなくなるという効果がある。

ここで、双極型静電チャックの吸着力に与える汚染物質の影響を無視できるように小さくするためには、絶縁層表面からの深さが、一対の正負の電極が位置する深さよりも大きい溝部を、一対の正負の電極の間が分断されるように形成していることが好ましい。これは、溝部の深さが電極の位置より浅いと吸着表面の汚染物質の付着の影響をうけて、吸着力を十分に発揮できないからである。
ここで、溝部の深さは電極が位置する深さよりも大きく、かつ、電極の下面部よりさらに、０．１〜３．０ｍｍだけ大きいことが、特に好ましい。その理由は、０．１ｍｍ未満では、吸着力が汚染物質の付着の影響をうけるため好ましくなく、３．０ｍｍを超えると、基台の機械的強度を低減するので好ましくない。

次に、本発明では、前記溝部の幅が５ｍｍ以下であることを特徴とする前記の双極型静電チャックを提案している。
ここで、溝部の幅が５ｍｍ以下であることが好ましい理由は、溝部の幅が５ｍｍを超えて大きいと静電チャックに吸着した被吸着物の熱分布を均一にすることを目的として流しているガスが溝部に滞留し、被吸着物の熱分布が不均一になるから好ましくないからである。
また、溝部の幅が０．５ｍｍ未満では付着物の影響を排除できないため、溝部の幅は、０．５〜５ｍｍであることが好ましい。

以下、本発明の実施例を比較例とともに具体的に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
（実施例１）
（１）双極型静電チャックの製造
市販のＡｌＮ粉末に希土類酸化物の焼結助剤を添加してなる混合粉末を、１００ｋｇ／ｃｍ²（＝９．８ＭＰａ）で一軸加圧し、φ２００ｍｍ×１０ｍｍの盤状の成形体を作製した。（焼結後に、本発明の基台に相当する。）
次に、前記成形体の上に厚さ０．１ｍｍで、一対の内周電極とリング状外周電極（図３参照。）を配置し、その上に前記した混合粉末を充填した（焼結後に、本発明の絶縁層に相当する。）後、焼成温度；１９００℃、焼成時間；２時間、プレス圧；１００ｋｇ／ｃｍ²の条件でホットプレス焼結を行うことで、φ２００ｍｍ×１５ｍｍの盤状のセラミックスからなる静電チャック用部材を得た。
次に、得られた静電チャック用部材の絶縁層（電極上に充填した混合粉末により形成された層）の厚さが１ｍｍになる様に研削し、反対側の面の２箇所に孔をあけ、一対の正負の電極への電圧印加用端子を取り付けた。
その後、一対の正負の電極の間が分断されるように幅が２ｍｍで、絶縁層表面（吸着面）からの深さが、一対の正負の電極が位置する深さよりも大きく、かつ、電極の下面部よりさらに１ｍｍ深い溝部をマシニングセンターで加工を行い（図５に実施例の溝部の概略構成断面図を示した。）、本発明の実施例である双極型静電チャックを得た。
（２）吸着力の測定
次に、得られた双極型静電チャックについて、３ＫＶまでの直流電圧を印加して、耐電圧と吸着力の評価を行った。吸着力の評価は、Ｓｉウエハーを静電チャックの吸着面にのせて吸着させ、フォースゲージでＳｉウエハーを引っ張り、Ｓｉウエハーが吸着面から剥がれたときの力を吸着力として測定した。
その結果、耐電圧は実用に問題がないほど十分に大きく、また、吸着力は４８３ｇと大きかった。
（３）表面への水分付着試験
次に、実施例で得られた双極型静電チャックを、湿度が９０％の高湿槽に４時間放置して、静電チャック表面へ水分を十分付着させた。その後、前記の吸着力の測定を行った結果、吸着力は５０３ｇとなった。このように、本発明の実施例である双極型静電チャックの吸着力は高湿槽放置後で表面に水分が付着した状態でも放置前とほぼ同等で大きかった。

（実施例２）
（１）双極型静電チャックの製造
電極の形状が櫛歯形状（図４参照。）である以外は実施例１と同様の方法で作製した静電チャックに一対の正負の電極の間が分断されるように幅が２ｍｍで、絶縁層表面からの深さが、一対の正負の電極が位置する深さよりも大きく、かつ、電極の下面部よりさらに１ｍｍ深い溝部をマシニングセンターで加工を行い、本発明の実施例である双極型静電チャックを得た。
（２）吸着力の測定
次に、得られた双極型静電チャックについて、３ＫＶまでの直流電圧を印加して、耐電圧と吸着力の評価を行った。吸着力の評価は、Ｓｉウエハーを静電チャックの吸着面にのせて吸着させ、フォースゲージでＳｉウエハーを引っ張り、Ｓｉウエハーが吸着面から剥がれたときの力を吸着力として測定した。
その結果、耐電圧は実用に問題がないほど十分に大きく、また、吸着力は６５８ｇと大きかった。
（３）表面への水分付着試験
次に、得られた双極型静電チャックを、湿度が９０％の高湿槽に４時間放置して、静電チャック表面へ水分を十分付着させた。その後、前記の吸着力の測定を行った結果、吸着力は６３１ｇと高湿槽放置後で表面に水分が付着した状態でも放置前とほぼ同等であった。

（比較例）
溝部の絶縁層表面（吸着面）からの深さが、一対の正負の電極が位置する深さよりも小さく、かつ、電極の下面部より０．５ｍｍだけ浅い溝部（図６に比較例の溝部の概略構成断面図を示した。）とした以外は実施例１と同様の方法で双極型静電チャックを作製して、吸着力の測定を行った。

次に、実施例と同様に、湿度が９０％の高湿槽に４時間放置し、表面に水分が十分付着した状態で吸着力の測定を行った。
その結果、高湿槽放置前の吸着力は、４６２ｇと実施例と同程度に大きかったが、高湿槽放置後の吸着力は、１３０ｇと高湿槽放置前の半分以下となってしまった。

以上の通り、本発明のように、双極型静電チャックの電極の間が分断されるよう溝部を形成することにより双極型静電チャックの吸着表面への汚染物質の付着の影響を受けずに、安定した吸着力を発現できる双極型静電チャックを提供できることが確認できた。

本発明の実施の形態に係る双極型静電チャックの模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る双極型静電チャックの模式的な平面図である。 本発明の実施の形態に係る双極型静電チャックの模式的な平面図である。 本発明の実施の形態に係る双極型静電チャックの模式的な平面図である。 実施例に係る溝部の概略構成断面図である。 比較例に係る溝部の概略構成断面図である。

符号の説明

１；静電チャック
２ａ，２ｂ；電極
３；絶縁層
４；基台
５；電源
６；溝部

Claims (2)

1. 基台と、この基台の上面に形成された一対の正負の電極と、この電極を被覆するように該基台の上に形成され、前記基台とホットプレスにより一体焼結された絶縁層と、を具備してなる双極型静電チャックにおいて、該絶縁層表面からの深さが、該一対の正負の電極が位置する深さよりも大きい溝部を、該一対の正負の電極の間が分断されるように形成していることを特徴とする双極型静電チャック。
2. 前記溝部の幅が５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の双極型静電チャック。

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