JP4928454B2 - 静電チャック及び静電チャック用の電極シート - Google Patents

Description

この発明は、静電チャック及び静電チャック用の電極シートに関する。

半導体製造プロセスに係るイオン注入装置、プラズマ処理装置、エッチング装置、電子露光装置、イオン描写装置をはじめ、種々の装置においてシリコン等の半導体ウエハを吸着・保持するために静電チャックが広く使用されている。また、液晶製造分野においては、絶縁性基板に液晶の圧入を行う際に用いる基板張り合わせ装置やイオンドーピング装置等で絶縁性基板であるガラス基板を吸着・保持するために静電チャックが使用されている。

近年、フラットパネルディスプレイの需要の高まりを受けて、パネルサイズの大型化はますます進み、例えば液晶用のマザーガラスの基板サイズは２ｍ×２ｍを超えるものまで登場するに至っている。このような大型の基板を処理するためには、静電チャックが発揮し得る保持力・吸着力をより一層高めることが重要な課題である。

一方で、半導体製造プロセスにおいては、イオン注入装置等の処理能力の更なる向上が要求されている。例えばイオン注入装置の処理能力を向上させるためにはイオンのビーム電流を上昇させる必要があるが、これに伴い単位時間あたりにシリコンウエハに注入されるイオン注入量が増加し、シリコンウエハを冷却するための静電チャックの冷却能力が十分に追従できなくなるといった問題が生じている。すなわち、静電チャックに吸着された基板は、通常、静電チャックに備えられた冷却手段によって静電チャックの試料吸着面を介して冷却されるが、イオン注入量が増してシリコンウエハ等の基板温度が上昇する傾向にある上、そもそも基板自体にそりやたわみが存在したり、試料吸着面の平坦性が劣る等の原因から、基板が試料吸着面に十分密着できずに基板の冷却が思うようになされないといった問題がある。イオン注入のように所定のパターンに沿って基板を処理する必要がある場合には基板の表面にレジスト膜を設けるようにするが、基板の冷却が十分ではないとこのレジスト膜の耐熱温度を超えてしまい、レジスト膜が硬化して基板からレジスト膜を剥離することが困難になるなど後の工程で支障をきたすおそれがある。

シリコンウエハやガラス等の基板の大型化が進むにつれて、基板の冷却に関する問題はより一層顕著になる。そして、吸着する基板がより大きくなると、試料吸着面で吸着した際の基板の平坦性を十分に確保できることが重要になってくる。このような観点からも、静電チャックの吸着力を向上させることは必要不可欠である。

ところで、２つの電極に正負の電圧を印加する双極型の静電チャックでは、下記式（１）で示されるような、不均一な電界の場合に発生するグラディエント力Ｆが基板を吸着する要因のひとつと考えられる。このグラディエント力Ｆは電界強度Ｅの２乗の空間微分、すなわちグラディエントに比例する。
Ｆ∝∇（Ｅ²） ・・・ ・・・（１）

そして、これまでに、電界強度Ｅを高めることを目的として、同一平面内に２つの櫛歯状の導電部を有したパターン電極を互い違いに入り組ませることで、隣接する電極間距離をより狭めた静電チャックがいくつか報告されている（例えば特許文献１及び２参照）。しかしながら、隣接する電極間距離をより狭めていくと、これらの電極間で放電を引き起こすおそれが生じてくる。この放電限界については、一般に、電極間の距離が０．５ｍｍに対して３ｋＶ程度であるとされているが、実際に上記のような櫛歯状のパターン電極を入り組ませた静電チャックを使用する場合、安全率をみてこれより低い電圧を印加せざるを得ない。そのため、特に大型の基板に対して十分な吸着力を作用させることが難しくなる。

このような状況の下、本発明者らは、先の出願において、金属基盤上に、この金属基盤から近い順に第一絶縁層、第一電極層、電極間絶縁層、第二電極層、及び第二絶縁層を順次積層した積層構造を有する双極型の静電チャックを提案している（PCT/JP2005/004557）。この静電チャックでは、第一電極層と第二電極層との間に電極間絶縁層を設けていることから、絶縁耐圧において信頼性に優れ、大型の試料であっても対応可能な程度の強いグラディエント力を発現せしめることができる。これ以外に、２つの電極層の間に絶縁層が位置するように、静電チャックの厚み方向に第二電極層と第一電極層とが配置された双極型の静電チャックについて報告したものもある（特許文献３及び４参照）。しかしながら、このようなタイプの静電チャックについて、グラディエント力を効果的に発現せしめるといった観点からの検討は未だ十分にはされていない。
特開平１０−２２３７４２号公報 特表２０００−５０２５０９号公報 特開２００５−６４１０５号公報 特開２００３−２４３４９３号公報

そこで、本発明者らは、保持する基板の大型化に十分対応できると共に、基板の冷却に関する問題を解決するため、電極間絶縁層を介して第一電極層と第二電極層とを積層した積層構造を有する双極型静電チャックにおいて、静電チャックの吸着力及び保持力をより一層向上させるべく鋭意検討した結果、これらの電極層を形成する電極、特に基板を保持する試料吸着面側に位置する第二電極層を形成する電極の形状について最適化を行い、この第二電極層を、複数の開口部が所定の関係式を満足するように配置されたパターン電極から形成することにより、グラディエント力を効果的に発現せしめることができて優れた吸着力を発揮する静電チャックを得ることができることを見出し、本発明を完成した。

したがって、本発明の目的は、優れた吸着力及び保持力を発揮する静電チャックを提供することにある。また、本発明の別の目的は、優れた吸着力及び保持力を発揮する静電チャック用の電極シートを提供することにある。

すなわち、本発明は、金属基盤上に、この金属基盤から近い順に第一絶縁層、第一電極層、電極間絶縁層、第二電極層、及び第二絶縁層が順次積層された積層構造を有する静電チャックであって、上記第二電極層が、所定の平面領域内に丸孔からなる開口部を複数有し、かつ、互いに隣接する上記開口部の最短距離Ｘと、この最短距離Ｘに平行な直線を仮想直線としてこの仮想直線に対しこれら隣接する開口部の重心をそれぞれ投影した際の垂線の足により得られる線分の長さＬとが、Ｌ／Ｘ≧１．５の関係を有すると共に、Ｌ＜２．６ｍｍであるパターン電極からなる静電チャックである。

また、本発明は、第一絶縁層、第一電極層、電極間絶縁層、第二電極層、及び第二絶縁層が順次積層された積層構造を有する静電チャック用の電極シートであって、上記第二電極層が、所定の平面領域内に丸孔からなる開口部を複数有し、かつ、互いに隣接する上記開口部の最短距離Ｘと、この最短距離Ｘに平行な直線を仮想直線としてこの仮想直線に対しこれら隣接する開口部の重心をそれぞれ投影した際の垂線の足により得られる線分の長さＬとが、Ｌ／Ｘ≧１．５の関係を有すると共に、Ｌ＜２．６ｍｍであるパターン電極からなる静電チャック用電極シートである。

本発明において、第二電極層は、所定の平面領域内に複数の開口部を有したパターン電極からなる。開口部の形状については、円形、楕円形、三角形以上の多角形及び正多角形、並びに矩形等を例示することができ、そして、第二電極層について、例えばこれらから選ばれた１種又は２種以上の形状からなる開口部を複数配置してメッシュ状の導電部を有するように形成したパターン電極からなるようにしてもよく、あるいは一端が開放された矩形の開口部を複数配置して櫛歯状の導電部を有するように形成したパターン電極からなるようにしてもよい。

また、第二電極層を形成する上記パターン電極については、複数の開口部のうち互いに隣接する開口部の最短距離Ｘと、この最短距離Ｘに平行な直線を仮想直線としてこの仮想直線に対しこれら隣接する開口部の重心をそれぞれ投影した際の垂線の足により得られる線分の長さＬとがＬ／Ｘ≧１．５、好ましくはＬ／Ｘ≧２であると共に、Ｌは２．６ｍｍ未満、好ましくはＬ≦２．２ｍｍ、より好ましくはＬ≦２．０ｍｍ、更に好ましくは０．３ｍｍ≦Ｌ≦１．３ｍｍとなるようにする。ここで、Ｌ／Ｘは、隣接する２つの開口部の最短距離Ｘに対する開口部による開口の割合を表す指標のひとつであり、このＬ／Ｘの値が大きくなるにつれて開口の程度が増える。この開口の程度が増すと、第二電極層より下側（金属基盤側）に位置する第一電極層から浸透する電位（浸透電位）の分布を多くすることができ、グラディエント力がより発生しやすくなる。Ｌ／Ｘが１．５より小さいと第一電極層からの浸透電位が足りず、シリコンウエハやガラス等の基板に対して十分な吸着力及び保持力を発現せしめることができない。一方で、グラディエント力は、開口部の際（開口部のエッジ）、すなわち開口部と導電部との境目を中心にして開口部側と導電部側との両側方向に相当する部分に集中して発生すると考えられることから、隣接する２つの開口部の関係からある程度の開口が存在すると、すなわちＬ／Ｘが５より大きくなるとグラディエント力発生の効果が飽和すると推測される。また、隣接する開口部の重心を仮想直線に対し投影して得られる線分の長さＬが２．６ｍｍ以上になると、基板に対して作用するグラディエント力の総量が少なくなって十分な吸着力及び保持力を発揮させることが難しくなる。

また、本発明における第二電極層が、上記Ｌ／Ｘ及びＬに係る関係式を満足するパターン電極である際、互いに隣接する開口部の最短距離Ｘについては０．２ｍｍ以上、好ましくは０．３ｍｍ以上であるのがよい。この最短距離Ｘが０．２ｍｍ以上であれば、グラディエント力を効率的に発生せしめて優れた吸着力及び保持力を発現せしめることができる。

ここで、パターン電極の一例を示しながら、互いに隣接する開口部の最短距離Ｘと線分の長さＬの求め方について説明する。図１は、開口部の形状を円形にして複数配置した、すなわち所定の平面領域内に丸孔5cを複数配置してメッシュ状の導電部5bを有するように形成したパターン電極の拡大図（一部）を示す。先ず、複数の開口部（丸孔5c）のうち互いに隣接する開口部（丸孔5c）の最短距離Ｘとは、例えばこの図１における丸孔Ａに着目した場合に、この丸孔Ａと最も近い距離で隣接する丸孔のひとつである丸孔Ｂとの最短距離を言うものとする。図１中では、丸孔Ａと最も近い距離で隣接する丸孔として、丸孔Ｂの他に丸孔Ｃ、丸孔Ｄ、丸孔Ｅ、丸孔Ｆ、及び丸孔Ｇがこの丸孔Ａと最短距離Ｘで存在することになるが、丸孔Ｈは丸孔Ａと最も近い距離で隣接するものではなく、その対象から除外される。

次に、上記最短距離Ｘに平行な直線を仮想直線としてこの仮想直線に対しこれら隣接する開口部の重心をそれぞれ投影した際の垂線の足により得られる線分の長さＬとは、例えば図１において丸孔Ａと丸孔Ｂとの最短距離Ｘと平行な直線ｌを仮想直線と見立て、丸孔Ａの重心と丸孔Ｂの重心とをそれぞれこの仮想直線ｌに投影し、投影した際のそれぞれの垂線が上記仮想直線ｌと交わる点によって得られる線分の長さＬを言う。

また、図２は、矩形の開口部5aの一端を開放するように複数配置して櫛歯状の導電部5bを有するように形成したパターン電極の拡大図（一部）を示す。本発明においては、図２に示すように、一端が開放された開口部を複数配置してパターン電極を形成してもよい。この場合においても、先ず、互いに隣接する開口部5aの最短距離Ｘを決める。そして、この最短距離Ｘと平行な直線ｌを仮想直線と見立て、上記隣接する開口部5aの重心をそれぞれこの仮想直線ｌに投影し、投影した際のそれぞれの垂線が仮想直線ｌと交わる点によって得られる線分の長さＬを求めればよい。

開口部の形状やその配置等が図１又は図２に示したものと異なる場合であっても、図１及び図２で示した考え方に従い最短距離Ｘ及び線分の長さＬを求めればよい。パターン電極を形成するための開口部の形状やその配置の仕方について特に制限はされないが、例えば開口部を複数配置してメッシュ状の導電部を有するように形成したパターン電極の場合、好ましくは図１に示すように、互いに隣接する開口部の最短距離Ｘを含む直線上に少なくともこれら隣接する開口部の重心が位置するように並べるのがよく、より好ましくは最短距離Ｘを含む直線上に直接隣接しない他の開口部についてもその重心が位置するように所定の規則性を有して並べるようにするのがよく、更に好ましくはパターン電極の平面領域内の全ての開口部を所定の規則性を有して並べるようにするのがよい。また、一端が開放された矩形の開口部を複数配置して櫛歯状の導電部を有するように形成したパターン電極の場合、好ましくは図２に示すように、隣接する上記開口部の最短距離Ｘを含む直線上に他の開口部の重心が位置するように各開口部の形状を揃えるようにするのがよい。なお、パターン電極中に、本発明における開口部の機能を実質的に果たさない程度の大きさの穴や開口等が存在したとしても、実質的に開口部として機能する対象に着目して最短距離Ｘや線分の長さＬを求めるようにする。

本発明における第一電極層については、第二絶縁層を形成するパターン電極の開口部を通じて電位を浸透させることができるように、上記開口部に対応して第一電極層の少なくとも一部が存在するのがよく、好ましくは開口部に対応する部分の全てに第一電極層が存在するのがよい。この第一電極層は、第二電極層と同様にメッシュ状や櫛歯状の導電部を有するようなパターン電極から形成してもよいが、作製の簡便さ等を考慮して平面領域の全域が導電部からなるものであるのが好ましい。

第一電極層及び第二電極層の材質については、銅、タングステン、アルミニウム、ニッケル、クロム、銀、白金、錫、モリブデン、マグネシウム、パラジウム、タンタル等を挙げることができ、このうち電導性あるいは生産性の観点から好ましくは銅又はアルミニウムであるのがよい。第一電極層と第二電極層とは同じ材質であってもよく、異なる材質であってもよい。これら第一電極層及び第二電極層の膜厚については適宜選択することができるが、好ましくは０．１〜２０μｍであるのがよく、特に第二電極層については０．１〜５μｍであるのが更に好ましい。第二電極層は、そのパターン電極の凹凸が試料吸着面を形成する第二絶縁層の表面に反映される可能性があるが、０．１〜５μｍの範囲であればラップ処理等の特殊な処理を必要とせずに試料吸着面の平坦性をＲａが１μｍ程度に確保することができる。

第一電極層及び第二電極層を形成する方法として、例えば、上記いずれかの金属からなる箔を用いて所定の形状の導電部を有するように形成してもよく、絶縁性フィルムの表裏両面に上記の金属箔が積層された積層体を利用してエッチング等によって所定の導電部を形成するようにしてもよい。また、第一絶縁層、電極間絶縁層又は第二絶縁層のいずれかの面に、上記金属をスパッタ法、イオンプレーティング法（イオンプレーティング蒸着法）、気相成長法、又はメッキ処理等により成膜して、必要により所定の形状にエッチングして導電部を形成してもよく、あるいはペースト状にした金属を所定の面に印刷して導電部を形成してもよく、更には、モリブデン、タングステン、タンタル等の高融点金属を所定の面に溶射して導電部を形成するようにしてもよい。これらのうち、特に膜厚０．１〜５μｍの薄い第二電極層を形成するような場合にはイオンプレーティング法を用いるのが好適である。

また、第一絶縁層、電極間絶縁層、及び第二絶縁層については、例えばポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ、及びアクリルから選ばれた１種又は２種以上の樹脂からなる樹脂層から形成してもよく、或いは酸化アルミ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア及びチタニアから選ばれた１種又は２種以上からなるセラミックス層から形成してもよく、更には珪素及び二酸化珪素から選ばれた１種又は２種からなる層から形成してもよい。このうち、量産性の観点から、好ましくはポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート及びエポキシから選ばれた１種又は２種以上の樹脂からなる樹脂層であるのがよく、耐絶縁性や化学的耐性の観点からポリイミドであるのが更に好ましい。第一絶縁層、電極間絶縁層、及び第二絶縁層はそれぞれ同一の材質から形成されていても、適宜選択してそれぞれ別の材質から形成されていてもよい。また、それぞれの膜厚については適宜選択することができるが、好ましくは第一絶縁層が２５〜１００μｍ、電極間絶縁層が２５〜１００μｍ、及び第二絶縁層が５０〜３００μｍであるのがよい。

金属基盤については、通常使用されるアルミニウム合金製のアルミ基盤等を用いることができる。また、本発明においては、この金属基盤と第一絶縁層との間に膜厚５００〜１０００μｍのシリコーンゴムからなる柔軟層を設けるようにしてもよい。一般的に、静電チャックがシリコンウエハ等の基板を吸着する際の試料吸着面と基板との接触率（密着度）は、試料吸着面を形成する第二絶縁層を仮にゴム系の弾性体から形成した場合で高々数％〜１０％程度である。そして、第二絶縁層がポリイミドの場合ではこの接触率は１％程度まで落ちるとされる。そこで、上記のように金属基盤と第一絶縁層との間に柔軟層を設けることで、試料吸着面での基板との接触率を高めることができる。例えば第二絶縁層がポリイミドの場合ではその接触率の下限を２％程度に引き上げることができる。

また、本発明における静電チャックを製造する方法は特に制限されないが、例えば金属基盤上に、金属基盤から近い順に第一絶縁層、第一電極層、電極間絶縁層、第二電極層、及び第二絶縁層を順次重ね合わせた後、必要により金属基盤と第一絶縁層との間に柔軟層を挟み、所定の加熱・加圧条件で熱圧着して積層構造を有する静電チャックを形成してもよく、また、第一絶縁層、第一電極層、電極間絶縁層、第二電極層、及び第二絶縁層を順次積層した電極シートを予め形成した後、必要によりこの電極シートと金属基盤との間に柔軟層を挟み、所定の加熱・加圧条件で熱圧着して積層構造を有する静電チャックを形成してもよい。なお、第一電極層及び第二電極層については、上述したように、第一絶縁層、電極間絶縁層又は第二絶縁層のいずれかと予め一体に形成し、上記のように熱圧着して静電チャックを形成してもよい。また、本発明における静電チャックの形状や大きさ等については特に制限はない。すなわち、非吸着物である基板の形状や大きさ等にあわせ、例えば試料吸着面の平面形状を円形にしたり、矩形にしたりするなど適宜設計することができる。

本発明によれば、第二電極層を形成するパターン電極の形状を特定することにより、試料吸着面側に分布する第一電極層からの浸透電位を最適化でき、試料吸着面にグラディエント力を効率的に発現せしめて優れた吸着力及び保持力を発揮する静電チャックを得ることができる。また、本発明における静電チャックによれば、試料吸着面側の第二電極層が所定の開口部を有したパターン電極からなるため、上記グラディエント力と共にクーロン力も作用するため、シリコウエハ等の半導体基板とガラス基板等の絶縁性基板のいずれに対しても優れた吸着力及び保持力を発揮できる。このような静電チャックによれば、保持する基板の大型化の要請に十分対応可能であり、また、試料吸着面に対する基板の密着性を向上させることができるため、基板の冷却を効率的に行うこともできる。

図１は、所定の平面領域内に丸孔を複数配置してメッシュ状の導電部を有するように形成したパターン電極（第二電極層）の部分拡大図である。 図２は、所定の平面領域内に一端が開放された矩形の開口部を複数配置して櫛歯状の導電部を有するように形成したパターン電極（第二電極層）の部分拡大図である。 図３は、本発明の静電チャックの斜視分解説明図である。 図４は、図３に示した静電チャックのＡ-Ａ’断面説明図（一部）である。 図５は、櫛歯状の導電部を有するパターン電極について、隣接する開口部の最短距離Ｘとこのパターン電極を静電チャックに用いた場合の吸着力との関係を示すグラフである（電極間絶縁層の膜厚を固定）。 図６は、櫛歯状の導電部を有するパターン電極について、隣接する開口部の最短距離Ｘとこのパターン電極を静電チャックに用いた場合の吸着力との関係を示すグラフである（第二絶縁層の膜厚を固定）。 図７は、メッシュ状の導電部を有するパターン電極について、隣接する開口部の最短距離Ｘとこのパターン電極を静電チャックに用いた場合の吸着力との関係を示すグラフである（電極間絶縁層の膜厚を固定）。 図８は、メッシュ状の導電部を有するパターン電極について、隣接する開口部の最短距離Ｘとこのパターン電極を静電チャックに用いた場合の吸着力との関係を示すグラフである（第二絶縁層の膜厚を固定）。 図９（１）〜（３）は、本発明の計算例３において、櫛歯状の導電部を有するパターン電極の開口部5aの最短距離Ｘと開口部5aの幅ｄとを変化させる様子を示している。 図１０は、計算例３における櫛歯状の導電部を有するパターン電極でのＬ／Ｘと吸着力との関係を示す計算結果である（Ｚ＝１ｍｍの場合）。 図１１は、計算例３における櫛歯状の導電部を有するパターン電極でのＬ／Ｘと吸着力との関係を示す計算結果である（Ｚ＝０．５ｍｍの場合）。 図１２は、計算例３における、ガラス基板に作用する電位等高線（４０Ｖ）の分布の様子（図３に示した静電チャックのＡ-Ａ’断面説明図に相当）を表す。図１２（１）はＺ＝１ｍｍ、開口部5aの幅ｄ＝０．７５、及びＬ／Ｘ＝２．５の場合であり、図１２（２）はＺ＝１ｍｍ、開口部5aの幅ｄ＝０．２５、及びＬ／Ｘ＝１．２の場合である。 図１３（１）〜（３）は、本発明の計算例４において、メッシュ状の導電部を有するパターン電極の開口部5aの最短距離Ｘと開口部5aの幅ｄとを変化させる様子を示している。 図１４は、計算例４における、ガラス基板に作用する電位等高線（４０Ｖ）の分布の様子（図３に示した静電チャックのＡ-Ａ’断面説明図に相当）を表す。図１４（１）はＺ＝１．５ｍｍ、丸孔5cの直径ｄ＝０．７５ｍｍ、及びＬ／Ｘ＝１．５の場合であり、図１４（２）はＺ＝１．５ｍｍ、丸孔5cの直径ｄ＝０．２５ｍｍ、及びＬ／Ｘ＝１．１の場合である。 図１５は、実施例２の静電チャックにおける試料吸着面に対する基板（ウエハ）の密着度と基板温度との関係を示す。

Ｘ：双極型静電チャック、１：金属基盤、２：第一絶縁層、３：第一電極層、４：電極間絶縁層：５：第二電極層（パターン電極）、5a：開口部、5b：導電部、5c：丸孔、６：第二絶縁層、７：試料吸着面、８：基板、９：電極シート。

以下、計算例、実施例に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。

［計算例１］
第二電極層が、図２に示したように、一端が開放された矩形の開口部を複数配置して櫛歯状の導電部を形成すると共に、隣接する上記開口部の最短距離Ｘを含む直線上に他の開口部の重心を位置するようにしたパターン電極からなる場合について、隣接する開口部の最短距離Ｘとこのパターン電極を静電チャックに用いた際の吸着力との関係を調べた。図３及び図４に示すように、金属基盤１上に、この金属基盤１から近い順に第一絶縁層２、第一電極層３、電極間絶縁層４、第二電極層５、及び第二絶縁層６が順次積層された積層構造を有した静電チャックＸにおいて、第二絶縁層５を形成するパターン電極の互いに隣接する開口部5aの最短距離Ｘと開口部5aの幅ｄとが等しくなるように、すなわち、Ｘ＝ｄを保ったままでこれらＸとｄの値をそれぞれ変化させるようにして、第二絶縁層６の表面からなる試料吸着面７での単位面積当たりの吸着力を計算により求めた。

計算における条件としては、第一電極層３はその平面領域の全域が導電部からなるとし、第一電極層３と第二電極層５の厚みをそれぞれ１０μｍに設定して、これらの電極層の電位差を３０００Ｖに設定した。また、電極間絶縁層４及び第二絶縁層６の材質はそれぞれポリイミドを想定し、特に第二絶縁層６の誘電率を３．５で計算し、吸着・保持する基板８については、厚さ０．５ｍｍ、誘電率５．５のガラス基板とした。ここでの計算は、２次元の汎用電磁界計算ソフトを用いた。電極間絶縁層４の膜厚を５０μｍに固定した上で、第二絶縁層６の膜厚が５０、７５、１２５、１５０、１７５、及び２００μｍの場合の最短距離Ｘと吸着力の関係を図５に示す。また、第二絶縁層６の膜厚を１２５μｍに固定し、電極間絶縁層４の膜厚が２５、５０、及び７５μｍの場合の最短距離Ｘと吸着力との関係を図６に示す。なお、図５には、第二絶縁層６がセラミックスからなる場合を想定して誘電率９で設定して計算した結果の一部をあわせて示している。

上記図５及び図６から明らかなように、第二絶縁層６の膜厚や電極間絶縁層４の膜厚がいずれの場合であっても、ほぼ隣接する開口部5aの最短距離Ｘ（＝ｄ：開口部5aの幅）が０．２ｍｍ以上で高い吸着力を示し、０．３〜１．０ｍｍで吸着力のピークが存在することが分かる。そして、１．３ｍｍ以上になると吸着力は指数関数的に低下する。また、第二絶縁層６の膜厚が小さくなるにつれて、吸着力のピークの位置が最短距離Ｘの小さい方にシフトすることが読み取れる。なお、第二絶縁層６の誘電率が高くなると、第一電極層３からの電界が開口部5aを抜けて浸透しにくくなるため、吸着力のピークは最短距離Ｘが大きい方向にシフトすることが分かる。

［計算例２］
第二電極層５を、図１に示したような所定の平面領域内に丸孔5cを複数配置してメッシュ状の導電部5bを有するようにしたパターン電極で形成した場合について、隣接する丸孔5cの最短距離Ｘとこのパターン電極を静電チャックに用いた際の試料吸着面７の吸着力との関係を調べた。ここで、丸孔5cは、ひとつの丸孔Ａに着目してこの丸孔Ａに隣接する６つの丸孔Ｂ〜Ｇの中心は正六角形の頂点に位置するように配置されている。そして、このパターン電極における互いに隣接する丸孔5cの最短距離Ｘと丸孔5cの直径ｄとが等しくなるように、すなわち、Ｘ＝ｄを保ったままでこれらＸとｄの値をそれぞれ変化させるようにして、第二絶縁層６の表面からなる試料吸着面７での単位面積当たりの吸着力を、計算例１と同様にして求めた。電極間絶縁層４の膜厚を５０μｍに固定した上で、第二絶縁層６の膜厚が５０、７５、１２５、１５０、１７５、及び２００μｍの場合の最短距離Ｘと吸着力の関係を図７に示す。また、第二絶縁層６の膜厚を１２５μｍに固定し、電極間絶縁層４の膜厚が２５、５０、及び７５μｍの場合の最短距離Ｘと吸着力との関係を図８に示す。なお、図７には、第二絶縁層６がセラミックスからなる場合を想定して誘電率９で設定して計算した結果の一部をあわせて示している。

上記図７及び図８から明らかなように、第二絶縁層６の膜厚や電極間絶縁層４の膜厚がいずれの場合であっても、ほぼ隣接する丸孔5cの最短距離Ｘ（＝ｄ：丸孔の直径）が０．２ｍｍ以上で高い吸着力を示し、０．３〜１．２ｍｍで吸着力のピークが存在することが分かる。そして、１．６ｍｍ以上になると吸着力は指数関数的に低下する。また、第二絶縁層６の膜厚が小さくなるにつれて、吸着力のピークの位置が最短距離Ｘの小さい方にシフトすることが読み取れる。なお、第二絶縁層６の誘電率が高くなると、第一電極層３からの電界が丸孔5cを抜けて浸透しにくくなるため、吸着力のピークは最短距離Ｘが大きい方向にシフトすることが分かる。

［計算例３］
計算例１で静電チャックＸの第二電極層５を形成するとして使用した櫛歯状の導電部5bを有するパターン電極において、互いに隣接する開口部5aの最短距離Ｘと、この最短距離Ｘに平行な直線を仮想直線ｌとしてこの仮想直線に対しこれら隣接する開口部5aの重心をそれぞれ投影した際の垂線の足により得られる線分の長さＬとから求められるＬ／Ｘが、吸着力とどのような関係を有するかを計算した。図９は、櫛歯状の導電部5bを有するパターン電極の一部拡大図を示す。計算では、互いに隣接する開口部5aの最短距離Ｘ（櫛歯状の導電部を形成するうちのひとつの帯状電極部分の幅に相当）と、開口部5aの幅ｄを変化させるようにした。例えば図９（１）〜（３）では、（１）、（２）、（３）の順に従い、開口部5aの最短距離Ｘが大きく変化すると共に開口部5aの幅ｄが小さく変化する様子を示している。この際、互いに隣接する２つの開口部5aによって挟まれる領域の導電部（櫛歯状の導電部を形成するうちのひとつの帯状電極部分）の中心から開口部5aの幅ｄを含むようにした開口部5aの一端までの距離Ｚは固定するようにしてＸとｄとを変化させた。このようにして、櫛歯状の導電部を有するパターン電極において、ＸとＬとを変化（Ｌ＝Ｘ＋ｄ）させた場合におけるＬ／Ｘの値とこのパターン電極を第二電極層６に用いたときの試料吸着面７での単位面積当たりの吸着力との関係を、二次元の汎用電磁界計算ソフトを用いて求めた。この際の計算の条件として、電極間絶縁層４の厚みが５０μｍ、誘電率が３．５とし、また、第二絶縁層６の誘電率が３．５としてこの第二絶縁層６の厚みが５０、１２５、及び２００μｍの各ケースについてそれぞれ求めるようにした。その他第一絶縁層、第一電極層、第二電極層、ガラス基板（被吸着物）に係る条件は、試験例１と同様にした。

ここで、図１０にはＺ＝１ｍｍとした場合の計算結果を示し、図１１にはＺ＝０．５ｍｍとした場合の計算結果を示す。いずれの場合もＬ／Ｘが１．５以上で吸着力が上昇し始め、２〜４では高い値で吸着力を発揮できることが分かる。そしてＬ／Ｘが５より大きくなると吸着力の上昇は飽和し、場合によっては多少減少傾向になる。これらの傾向は、第二絶縁層６の厚さにはほとんど影響を受けないことも確認できる。また、図１２（１）は、Ｚ＝１ｍｍとした場合における、開口部5aの幅ｄ＝０．７５、Ｌ／Ｘ＝２．５でのガラス基板に作用する電位等高線（４０Ｖ）の分布の様子を表し、図１２（２）は、Ｚ＝１ｍｍとした場合における、開口部5aの幅ｄ＝０．２５、Ｌ／Ｘ＝１．２でのガラス基板に作用する電位等高線（４０Ｖ）の分布の様子を表す。図１２（１）ではガラス基板に対して電位等高線が密に分布しているのに対し、図１２（２）では電位等高線の分布が粗いことが分かる。

［計算例４］
第二電極層５として、図１に示したような所定の平面領域内に丸孔5cを複数配置してメッシュ状の導電部5bを有するようにしたパターン電極を用いる場合について、上記計算例３と同様な計算を行った。図１３にその一部を示すように、互いに隣接する丸孔5cの最短距離Ｘと丸孔5cの直径ｄとを変化させて、Ｌ／Ｘの値とこのパターン電極を第二電極層６に用いたときの試料吸着面７での単位面積当たりの吸着力との関係を計算により求めた。その結果、計算例３で示した場合とほぼ同様の結果が得られた。また、図１４（１）は、Ｚ＝１．５ｍｍとした場合における、丸孔5cの直径ｄ＝０．７５、Ｌ／Ｘ＝１．５でのガラス基板に作用する電位等高線（４０Ｖ）の分布の様子を表し、図１４（２）は、Ｚ＝１．５ｍｍとした場合における、丸孔5cの直径ｄ＝０．２５、Ｌ／Ｘ＝１．１でのガラス基板に作用する電位等高線（４０Ｖ）の分布の様子を表す。図１４（１）ではガラス基板に対して電位等高線が密に分布しているのに対し、図１４（２）では電位等高線の分布が粗いことが分かる。これより、開口部が丸孔からなるメッシュ状のパターン電極の場合では、特に丸孔の上方にグラディエント力が集中して発生する傾向を読み取ることができ、丸孔の場合にはその直径ｄを櫛歯状のパターン電極における開口部の幅ｄより大きくした方が有利であると推測できる。

［参考例１］
図３は、参考例１に係る双極型静電チャックＸの斜視分解説明図であり、図４は、図３に示した静電チャックＸのＡ-Ａ’断面説明図（一部）である。先ず、ポリイミド層の片面に膜厚１２μｍの銅表面層を有した縦２０６ｍｍ×横２０６ｍｍのポリイミドシート（三井化学株式会社製商品名：ネオフレックス）を利用し、このポリイミド層（膜厚５０μｍ、誘電率３．５）を電極間絶縁層４とし、銅表面層の周縁をエッチングにより除去して縦２００ｍｍ×横２００ｍｍの平面領域の全域が導電部からなる第一電極層３とした。そして、このポリイミドシートのポリイミド層（電極間絶縁層４）の表面にクロムを０．１μｍ堆積させ、その上からイオンプレーティング法によって膜厚０．４μｍとなるように銅を成膜した。次いで、成膜した銅の表面に所定のマスク処理を施した後、エッチング処理を行い、図２に示すような一端が開放された矩形の開口部5aが複数並べられて櫛歯状の導電部5bを有するパターン電極を形成し、このパターン電極を第二電極層５とした。このパターン電極は、縦２００ｍｍ×横２００ｍｍの平面領域内に、開口部5aの開口幅ｄが１ｍｍであって互いに隣接する開口部5aの最短距離Ｘが１ｍｍとなるように開口部5aが規則性を有して配置され、かつ、互いに隣接する上記開口部5aの最短距離Ｘを含む直線上に他の開口部5aの重心が位置するように形成されている。つまり、このパターン電極はＬ＝２ｍｍでありＬ／Ｘ＝２である。

次いで、上記第二電極層５を形成するパターン電極の表面に、膜厚２０μｍの熱可塑性ポリイミド系の接着シート（図示せず）を介して、縦２０６ｍｍ×横２０６ｍｍ×膜厚１２５μｍであって誘電率３．５のポリイミドフィルム（東レ・デュポン社製商品名：カプトン）からなる第二絶縁層６を重ね合わせた。また、第一電極層３の表面にも、上記と同じ接着シート（図示せず）を介して、縦２０６ｍｍ×横２０６ｍｍ×膜厚４０μｍであって誘電率３．５のポリイミドフィルム（東レ・デュポン社製商品名：カプトン）からなる第一絶縁層２を重ね合わせた。そして、第二絶縁層６の上面側及び第一絶縁層２の下面側にそれぞれクッション材（図示せず）を重ね合わせ、これらを加熱プレス機にセットして厚さ方向圧力２ＭＰａ、加熱温度１５０℃、及び保持時間５分の条件で加熱加圧し、その後クッション材を取り除くことにより、第一絶縁層２、第一電極層３、電極間絶縁層４、第二電極層５、及び第二絶縁層６が順次積層された積層構造を有する電極シート９を作製した。

次に、図示外の水冷管を内包するアルミニウム合金（Ａ５０５６）製のアルミ基盤１に上記で得た電極シート９を貼り付ける。この際、電極シート９の仕上がりの平坦度を保つために、平坦度の確保されたポーラスセラミック（図示せず）の表面に、上記電極シート９の第二絶縁層６がポーラスセラミックに対向するようにして電極シート９を重ねた後、電極シート９の第一絶縁層２に高さ０．７ｍｍ、直径５ｍｍの柔軟材からなるスペーサー（図示せず）を介して上記アルミ基盤を設置した。そして、このスペーサーによって形成されたアルミ基盤１と電極シート９との隙間に図示外の自己接着性液状シリコーンゴム（ＧＥ東芝シリコーン社製商品名：TSE3663）を注入し、真空下にて脱泡した後、上記ポーラスセラミックを介して真空引きを行い、電極シート９をこのポーラスセラミックの表面に密着させて約一昼夜かけてシリコーンゴムを硬化させた。このようにして、アルミ基盤上にシリコーンゴムからなる０．７ｍｍの柔軟層（図示せず）を介して電極シート９が積層された双極型静電チャックＸを完成した。出来上がった静電チャックＸにおける第二絶縁層６の表面（試料吸着面７）は〜±１μｍ程度の表面凹凸であったため、ラップ処理は特に必要としなかった。

［実施例２］
参考例１と同じポリイミドシート（三井化学株式会社製商品名：ネオフレックス）を直径１８４ｍｍに切り出し、このポリイミド層を電極間絶縁層４とし、銅表面層の周縁をエッチングにより除去して直径１８２ｍｍの平面領域の全域が導電部からなる第一電極層３とした。このポリイミドシートのポリイミド層（電極間絶縁層４）の表面にクロムを０．１μｍ堆積させた後、その上からイオンプレーティング法によって膜厚０．４μｍとなるように銅を成膜した。次いで、所定のマスク処理及びエッチング処理を行い、図１に示したような、直径ｄ＝１．２ｍｍの丸孔5cが複数あけられたメッシュ状の導電部5bからなるパターン電極を形成し、このパターン電極を第二電極層５とした。このパターン電極は、直径１８２ｍｍの平面領域内に複数の丸孔5cが規則性を有してあけられており、ひとつの丸孔5cに注目すると、この丸孔5cに隣接する６つの丸孔5cの中心が正六角形の頂点に対応するように配置されている。また、互いに隣接する丸孔5cの最短距離Ｘは１．０ｍｍであり、このパターン電極はＬ＝２．２、及びＬ／Ｘ＝２．２である。そして、参考例１と同様にして電極シート９を作製した後、参考例1と同様にして双極型静電チャックＸを完成した。

［試験例１］
上記参考例１及び実施例２で得られた双極型静電チャックＸの吸着力を評価した。先ず、厚さ０．７５ｍｍのシリコンウエハを２０ｍｍ×２０ｍｍのサイズにした試験用シリコンウエハを用意し、８００ｍＴｏｒｒの真空下に設置された参考例１及び実施例２で得られた静電チャックＸの試料吸着面７の中央に載せた。そして、第一電極層３と第二電極層５との間に電位差３０００Ｖの電圧を印加して上記試験用シリコンウエハを吸着させ、室温下でこの試験用シリコンウエハを０．５ｍｍ／分の速さで垂直方向に引き剥がした際の剥離強度をロードセルで測定した。試験用シリコンウエハを吸着させた時間は１分間とした。また、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍの試験用ガラス基板（誘電率５．５）についても同様の測定を行った。各結果を表１に示す。

［試験例２］
上記実施例２で得た静電チャックＸをイオン注入装置で実際に使用した際の基板の温度を評価した。ハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置に実施例２で得た静電チャックＸをセットし、第一電極層３と第二電極層５との間に電位差３０００Ｖの電圧を印加して、この静電チャックＸの試料吸着面７に直径２００ｍｍのシリコンウエハ８を吸着させた。そして、アルミ基盤１の水冷管に冷却水２リッター／分の割合で流しながら、イオンビームの電力を４５０Ｗ、イオン注入量を１Ｅ１５ ions／cmとしてシリコンウエハ８にイオン注入を行った。この際、シリコンウエハ８の中心、及び直径１１０ｍｍの円周上の４点の合計５か所にサーモラベルを取り付けて各位置の温度を測定した。その結果、これら５箇所の平均は９０℃であった。参考までに、シリコーンゴムからなる柔軟層を設けない以外は実施例２と全て同じに作製した静電チャックにシリコンウエハを吸着させ、上記と同じ条件でイオン注入を行った場合のシリコンウエハ温度を測定したところ、上記と同じ５箇所の平均は１２０℃以上となることが分かった。

上記参考例１及び実施例２の静電チャックＸに設けた柔軟層は、シリコーンゴム（硬さはヤング率0.01GPa）で吸着力５０ｇｆ／ｃｍ²としたときに幅１０ｍｍの仮想圧接子が０．１μｍ以上（最大で０．３μｍ）沈むことを前提にしている。ここで、図１５には、実施例２の静電チャックＸを上記イオン注入装置にセットして８インチシリコンウエハを吸着させ、この試験例２と同じ条件でイオン注入した場合のウエハと試料吸着面７との密着度とウエハの温度との関係を計算により求めたものである。ここで、横軸の１とは試料吸着面７にウエハ全面が完全に密着された状態を表し、０．０１とはウエハの平面領域の１％が試料吸着面７に接触した状態を表す。これより、上記試験例２で得た結果から、実施例２の静電チャックＸでの試料吸着面７とウエハとの密着度は１０％程度であると考えられる。

Claims (11)

1. 金属基盤上に、この金属基盤から近い順に第一絶縁層、第一電極層、電極間絶縁層、第二電極層、及び第二絶縁層が順次積層された積層構造を有する静電チャックであって、
   上記第二電極層が、所定の平面領域内に丸孔からなる開口部を複数有し、かつ、互いに隣接する上記開口部の最短距離Ｘと、この最短距離Ｘに平行な直線を仮想直線としてこの仮想直線に対しこれら隣接する開口部の重心をそれぞれ投影した際の垂線の足により得られる線分の長さＬとが、Ｌ／Ｘ≧１．５の関係を有すると共に、Ｌ＜２．６ｍｍであるパターン電極からなることを特徴とする静電チャック。
2. 互いに隣接する開口部の最短距離Ｘが０．２ｍｍ以上１．６ｍｍ未満である請求項１に記載の静電チャック。
3. 開口部の最短距離Ｘを含む直線上に少なくともこれら隣接する開口部の重心が位置する請求項１又は２に記載の静電チャック。
4. 第二電極層が、丸孔からなる開口部を複数配置してメッシュ状の導電部を有するように形成したパターン電極からなり、上記丸孔のひとつに着目してこの丸孔に隣接する６つの丸孔の中心が正六角形の頂点に位置する請求項１〜３のいずれかに記載の静電チャック。
5. 第二電極層が、イオンプレーティング法により膜厚０．１〜５μｍに形成されたパターン電極からなる請求項１〜４のいずれかに記載の静電チャック。
6. 金属基盤と第一絶縁層との間に膜厚５００〜１０００μｍのシリコーンゴムからなる柔軟層が存在する請求項１〜５のいずれかに記載の静電チャック。
7. 第一絶縁層、第一電極層、電極間絶縁層、第二電極層、及び第二絶縁層が順次積層された積層構造を有する静電チャック用の電極シートであって、
   上記第二電極層が、所定の平面領域内に丸孔からなる開口部を複数有し、かつ、互いに隣接する上記開口部の最短距離Ｘと、この最短距離Ｘに平行な直線を仮想直線としてこの仮想直線に対しこれら隣接する開口部の重心をそれぞれ投影した際の垂線の足により得られる線分の長さＬとが、Ｌ／Ｘ≧１．５の関係を有すると共に、Ｌ＜２．６ｍｍであるパターン電極からなることを特徴とする静電チャック用電極シート。
8. 互いに隣接する開口部の最短距離Ｘが０．２ｍｍ以上１．６ｍｍ未満である請求項７に記載の静電チャック用電極シート。
9. 開口部の最短距離Ｘを含む直線上に少なくともこれら隣接する開口部の重心が位置する請求項７又は８に記載の静電チャック用電極シート。
10. 第二電極層が、丸孔の開口部を複数配置してメッシュ状の導電部を有するように形成したパターン電極からなり、上記開口部のひとつに着目してこの開口部に隣接する６つの開口部の中心が正六角形の頂点に位置する請求項７〜９のいずれかに記載の静電チャック用電極シート。
11. 第二電極層が、イオンプレーティング法により膜厚０．１〜５μｍに形成されたパターン電極からなる請求項７〜１０のいずれかに記載の静電チャック用電極シート。

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