JP4879771B2

JP4879771B2 - 静電チャック

Info

Publication number: JP4879771B2
Application number: JP2007025992A
Authority: JP
Inventors: 貴弘河口
Original assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2016-11-14
Also published as: JP2007142456A

Description

本発明はＣＶＤやエッチング等の半導体の製造行程やその他の処理、運搬において使用される静電チャックに関する。

ＣＶＤやエッチング等の半導体の製造行程においては、ウエハが真空チャンバ内で静電チャックにより保持され、種々の処理が行われる。チップのパターンの細分化によって、微細なゴミが問題視されるようになり、メカニカルなチャックによる発塵や処理時のゴミが問題になっている。このような観点から静電チャックの採用率が増えてきている。

静電チャックは、基板と、電極を有する表面絶縁層（誘電体）とを備え、ウエハを静電チャックに吸着保させるときに、ウエハは表面絶縁層の上に載置される。ウエハは、ウエハと電極との間に作用するクーロン力によって表面絶縁層に保持される。このような静電チャックは例えば特開平７−１８４３８号公報に開示されている。

静電チャックの表面絶縁層は接着剤により基板に接着される。例えば、表面絶縁層はセラミックで作られ、基板はアルミニウムで作られ、表面絶縁層を基板に接着するためにシリコン接着剤が使用される。半導体の製造行程においては、ウエハはＣＶＤやエッチングのために高温の処理室内で処理されることがあり、静電チャックはウエハとともに高温にさらされる。シリコン接着剤は表面絶縁層と基板の熱膨張差を吸収するためには有効な接着剤である。

静電チャックは、通電することにより吸着作用が生じ、通電を停止することにより吸着作用がなくなる。通電を停止したら、直ちに吸着作用がなくなってウエハを静電チャックから取り出すことができることが望ましい。

しかし、表面絶縁層及び接着剤層に電荷が蓄積されていると、通電を停止しても、残留吸着作用が生じることがある。残留吸着作用は、表面絶縁層及び接着剤層の体積固有抵抗の値によって大きくなったり、小さくなったりする。残留吸着作用が大きいと、ウエハを静電チャックから簡単に取り出すことができなくなる。そこで、ウエハを裏面からピンによって突き上げて、強制的にウエハを離脱させることがある。しかし、この場合には、ウエハの割れや、跳ねや、放電等が発生し、歩留りが低下する問題点がある。

また、ウエハの裏面からガスを吹き出してウエハを離脱させたり、離脱時に処理とは別に再度短時間プラズマを起こし、残留電荷の除去を行ったりする試みがある。しかし、これらの方法では、スループットの低下を招く。

さらに、シリコン接着剤によって表面絶縁層を基板に接着する構成においては、例えばエッチング処理（特に等方性エッチング）において、シリコン接着剤がエッチングされてしまい、寿命が短くなるとともに、絶縁破壊を引き起こす原因になることがある。このため、静電チャック全体をセラミックで作る等の試みがなされているが、この方式では熱伝導性が極端に悪く、価格も高くなるという問題点があった。

本発明の目的は、残留吸着作用を低減でき、且つ長寿命の静電チャックを提供することである。

本発明による静電チャックは、基板と、電極を有する表面絶縁層と、該表面絶縁層と該基板とを接着する接着剤層とを備え、該表面絶縁層は１０¹⁴Ωcm以上の抵抗を有し、該接着剤層は１０¹⁴Ωcm以上の抵抗を有し、該電極は、該表面絶縁層に埋設してなることを特徴とする。或いは、該電極は、該接着剤層内に形成され、該表面絶縁層に接触してなることを特徴とする。

従って、接着剤層は表面絶縁層と同等の抵抗をもつようにする。これによって、表面絶縁層と接着剤層とが、残留吸着作用を低減又は生じさせないような体積固有抵抗をもつように設定され、よって残留吸着作用を低減又は解消することができる。また、セラミック系接着剤は熱伝導性のよいものを選ぶのが好ましい。

また、本発明による静電チャックは、基板と、電極を有する表面絶縁層と、該表面絶縁層と該基板とを接着する接着剤層とを備え、該表面絶縁層は１０⁸ Ωcm以上１０¹¹Ωcm以下の抵抗を有し、該接着剤層は１０⁸ Ωcm以上１０¹¹Ωcm以下の抵抗を有し、該電極は、該表面絶縁層に埋設してなることを特徴とする。或いはまた、該電極は、該表面絶縁層に埋設してなることを特徴とする。或いは、該電極は、該接着剤層内に形成され、該表面絶縁層に接触してなることを特徴とする。

体積固有抵抗が１０⁸ Ωcm以下のものは、静電的には導通とみなされ、あまり用いられない。体積固有抵抗が１０¹¹Ωcmから１０¹⁴Ωcmの間にあると、残留吸着作用が発生しやすい。

これらの構成においては、セラミック系の接着剤がエッチング等により損傷されにくく、長寿命の静電チャックを提供するのに好適である。また、セラミック系の接着剤はその含有成分の調整により、その体積固有抵抗を制御することができる。

また、上記の静電チャックは、該表面絶縁層と該基板との間で該接着剤層を取り囲むシールとを更に有することを特徴とする。この構成では、接着剤層がシールによって取り囲まれ、このシールがエッチング等により損傷されにくい材料で形成されるので、接着剤層が損傷しない。従って、静電チャックの寿命は低下しない。

以上説明したように、本発明によれば、残留吸着作用を低減でき、且つ長寿命の静電チャックを得ることができる。

以下本発明の実施例について説明する。

図１は本発明の第１実施例の静電チャック１０を示す図である。静電チャック１０は、アルミニウムの基板１２と、円板状のセラミックの表面絶縁層１４とからなる。この表面絶縁層１４は平坦な円板状の電極１６ａ，１６ｂを有する。各電極１６ａ，１６ｂは例えば半円形状、あるいは櫛歯状に形成されることができる。電極１６ａ，１６ｂは例えば蒸着により表面絶縁層１４の表面に設けられ、導線１８，２０により電源に接続される。ウエハＷは表面絶縁層１４にのせられ、クーロン力により静電チャック１０に保持される。

表面絶縁層１４は接着剤層２２により基板１２に接着されている。接着剤層２２は表面絶縁層１４と同等の抵抗をもつセラミック系の接着剤（例えばジルコニア、マグネシア、アルミナベースのもの）からなる。例えば、表面絶縁層１４が体積固有抵抗が１０¹⁴Ωcm以上の高抵抗型のセラミックからなる場合には、接着剤層２２も体積固有抵抗が１０¹⁴Ωcm以上の表面絶縁層１４と同等の抵抗をもつようにする。また、表面絶縁層１４が体積固有抵抗が１０⁸ Ωcmから１０¹¹Ωcmの範囲にある低抵抗型のセラミックからなる場合には、接着剤層２２も体積固有抵抗が１０⁸ Ωcmから１０¹¹Ωcmの範囲にある表面絶縁層１４と同等の抵抗をもつようにする。

図２は本発明の第２実施例の静電チャック１０を示す図である。静電チャック１０は、アルミニウムの基板１２と、円板状のセラミックの表面絶縁層１４とからなる。この表面絶縁層１４は電極１６ａ，１６ｂを有し、電極１６ａ，１６ｂは表面絶縁層１４の内部に埋設されている。例えば、２枚のセラミックのグリーンシートを準備し、一方のグリーンシートに電極１６ａ，１６ｂを蒸着しておき、２枚のグリーンシートを重ねて焼成すれば、この構成の表面絶縁層１４を得ることができる。電極１６ａ，１６ｂは導線１８，２０により電源に接続される。この場合にも、表面絶縁層１４は接着剤層２２により基板１２に接着され、接着剤層２２は表面絶縁層１４と同等の抵抗をもつセラミック系の接着剤からなる。

図３は本発明の第３実施例の静電チャック１０を示す図である。静電チャック１０は、アルミニウムの基板１２と、円板状のセラミックの表面絶縁層１４とからなる。この表面絶縁層１４は平坦な１つの円板状の電極１６を有し、電極１６が図１と同様に表面絶縁層１４の表面に蒸着されている。電極１６は導線１８により電源に接続される。この場合にも、表面絶縁層１４は接着剤層２２により基板１２に接着され、接着剤層２２は表面絶縁層１４と同等の抵抗をもつセラミック系の接着剤からなる。

図４は本発明の第４実施例の静電チャック１０を示す図である。静電チャック１０は、アルミニウムの基板１２と、円板状のセラミックの表面絶縁層１４とからなる。この表面絶縁層１４は平坦な１つの円板状の電極１６を有し、電極１６が図２と同様に表面絶縁層１４の内部に埋設されている。電極１６は導線１８により電源に接続される。この場合にも、表面絶縁層１４は接着剤層２２により基板１２に接着され、接着剤層２２は表面絶縁層１４と同等の抵抗をもつセラミック系の接着剤からなる。

図５は本発明の第５実施例の静電チャック１０を示す図である。静電チャック１０は、アルミニウムの基板１２と、円板状のセラミックの表面絶縁層１４とからなる。この表面絶縁層１４は平坦な１つの円板状の電極１６あるいは２つの電極１６ａ，１６ｂを有する。電極１６，１６ａ，１６ｂは導線により電源に接続される。

この場合にも、表面絶縁層１４は接着剤層２２により基板１２に接着され、接着剤層２２は表面絶縁層１４と同等の抵抗をもつセラミック系の接着剤からなる。また、サイドシール２４が表面絶縁層１４と基板１２との間で接着剤層２２を取り囲むように設けられる。サイドシール２４は、この静電チャック１０に保持されたウエハをエッチングする際にエッチングされない材料で形成されている。

図６は上記各実施例において、表面絶縁層１４が体積固有抵抗が１０¹⁴Ωcm以上の高抵抗型のセラミック（例えばＡｌ₂ Ｏ₃ ，ＭｇＯ，ＳｉＯ₂ ，ＣａＯを含むもの）からなる場合を示す図である。接着剤層２２も体積固有抵抗が１０¹⁴Ωcm以上の表面絶縁層１４と同等の抵抗をもつようにする。

この場合には、表面絶縁層１４及び接着剤層２２の抵抗が非常に高いために、微小な電流も流れず、表面絶縁層１４及び接着剤層２２に電荷が蓄積されない。従って、電極１６，１６ａ，１６ｂへの通電を停止したときに、残留吸着作用は生じず、通電停止と同時に静電チャック１０の吸着力はなくなってウエハを取り出すことができる。

図７は上記各実施例において、表面絶縁層１４が体積固有抵抗が１０⁸ Ωcmから１０¹¹Ωcmの範囲にある低抵抗型のセラミック（例えばＡｌ₂ Ｏ₃ ，ＭｇＯ，ＳｉＯ₂ ，ＣａＯ，ＴｉＯ₂ ，Ｃｒ₂ Ｏ₂ を含むもの）からなる場合を示す図である。接着剤層２２も体積固有抵抗が１０⁸ Ωcmから１０¹¹Ωcmの範囲にある表面絶縁層１４と同等の抵抗をもつようにする。

この場合には、表面絶縁層１４及び接着剤層２２の抵抗が比較的に低いために、微小な電流が流れ、表面絶縁層１４及び接着剤層２２に電荷が蓄積される。蓄積された電荷は吸着界面でジョンソンラーベック力として作用し、クーロン力と合わせて、強力な吸着力を及ぼす。そして、通電を停止したときには、表面絶縁層１４及び接着剤層２２の体積固有抵抗が１０⁸ Ωcmから１０¹¹Ωcmの範囲にあると、微小な電流は比較的に流れやすいので、蓄積されていた電荷が容易に抜けていき、残留吸着作用はほとんどない。

表面絶縁層１４及び接着剤層２２、またはそれらの一方の体積固有抵抗が１０¹¹Ωcmから１０¹⁴Ωcmの範囲にあると、微小な電流は流れることができて、残留電荷が蓄積され、そして、通電を停止したときには、蓄積されていた電荷が抜けにくく、残留吸着作用が生じる。

図８は、温度と体積固有抵抗との関係を示す図である。線Ｘは表面絶縁層１４に使用されるセラミックの性質の一例を示す図である。表面絶縁層１４に使用されるセラミックは、温度が高くなると体積固有抵抗が低下する性質がある。従って、使用目的に応じてセラミックの種類を選択する必要がある。体積固有抵抗が１０¹⁴Ωcm以上で、微小電流が流れない、高抵抗型のセラミックは、低温領域で使用するのに適している。体積固有抵抗が１０⁸ Ωcmから１０¹¹Ωcmの範囲にある、電荷の抜けがいい、低高抵抗型のセラミックは、高温領域で使用するのに適している。体積固有抵抗が１０⁸ Ωcmから１０¹¹Ωcmの範囲にある場合には、電荷が残留しやすく、残留吸着作用があるので、ウエハを静電チャックから取り出す場合には、補助の離脱手段を使用する必要がある。

以上は本発明を半導体製造用の静電チャックを例として説明したが、本発明は半導体製造用の静電チャックに限定されるものではない。吸着するものとしてはウエハに限定されるものでもない。例えば、ウエハに限らず、その他の物品を搬送する搬送手段や、加熱、冷却装置等に設けた静電チャックとしてもよい。

本発明の実施例の静電チャックを示す断面図である。本発明の他の実施例の静電チャックを示す断面図である。本発明の他の実施例の静電チャックを示す断面図である。本発明の他の実施例の静電チャックを示す断面図である。本発明の他の実施例の静電チャックを示す断面図である。高抵抗型の表面絶縁層を使用した場合の静電チャックを示す図である。低抵抗型の表面絶縁層を使用した場合の静電チャックを示す図である。表面絶縁層を形成するセラミックの温度と抵抗の関係を示す図である。

符号の説明

１０静電チャック
１２基板
１４表面絶縁層
１６，１６ａ，１６ｂ電極
２２接着剤層

Claims

基板と、電極を有する表面絶縁層と、該表面絶縁層と該基板とを接着する接着剤層とを備え、該表面絶縁層は１０¹⁴Ωcm以上の抵抗を有し、該接着剤層は１０¹⁴Ωcm以上の抵抗を有し、該電極は、該表面絶縁層に埋設してなることを特徴とする静電チャック。
基板と、電極を有する表面絶縁層と、該表面絶縁層と該基板とを接着する接着剤層とを備え、該表面絶縁層は１０⁸ Ωcm以上１０¹¹Ωcm以下の抵抗を有し、該接着剤層は該表面絶縁層と同等の１０⁸ Ωcm以上１０¹¹Ωcm以下の抵抗を有し、該電極は、該接着剤層内に形成され、該表面絶縁層に接触してなることを特徴とする静電チャック。
前記接着剤層は前記表面絶縁層と同等の抵抗を有することを特徴とする請求項１又は２項記載の静電チャック。
前記接着剤層は前記表面絶縁層と同等の抵抗を有するセラミック系の接着剤からなることを特徴とする請求項１又は２記載の静電チャック。
該表面絶縁層と該基板との間で該接着剤層を取り囲むシールとを更に有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の静電チャック。
前記表面絶縁層は、セラミックを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の静電チャック。
前記表面絶縁層は、Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＭｇＯ，ＳｉＯ₂ ，およびＣａＯの内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の静電チャック。
前記表面絶縁層は、Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＭｇＯ，ＳｉＯ₂ ，ＣａＯ，ＴｉＯ₂ ，およびＣｒ₂ Ｏ₂の内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の静電チャック。
前記接着剤層は、ジルコニア、マグネシア、およびアルミナの内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４に記載の静電チャック。
前記基板は、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の静電チャック。
前記電極は、単数であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の静電チャック。
前記電極は、複数であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の静電チャック。
前記電極は円板状であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の静電チャック。
前記電極は半円形状であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の静電チャック。
前記電極は櫛歯状であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の静電チャック。
前記電極に接続される導線を有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の静電チャック。
前記導線は、前記基板側に配設されることを特徴とする請求項１６に記載の静電チャック。
前記電極が埋設される前記表面絶縁層は、セラミックの第１グリーンシートと、前記電極が付されたセラミックの第２グリーンシートとの重ね合わせであることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の静電チャック。