JP5031292B2 - 静電チャック - Google Patents

Description

本発明は、半導体・液晶等の製造工程において、半導体ウエハやガラス基板、マスク等の保持、固定、搬送等に用いられ、特に、シリカガラス基板、マスク等の保持、固定に好適に用いることができる静電チャックに関する。

半導体・液晶等の製造時のエッチングや成膜工程においては、半導体ウエハやガラス基板等の被処理体を固定する必要がある。そのための固定保持機構として、機械的な保持具を使用しないために被処理面全体を均一に加工できることから、静電作用を利用して吸着・脱着を行う静電チャックが広く用いられている。

前記静電チャックは、吸着方式の違いによって、クーロン力型と、ジョンソン・ラベック力型に分類される。
クーロン力型の静電チャックは、誘電層として絶縁材料を使用し、電極と被処理体との間に誘起された電荷により生じるクーロン力（静電吸着力）を用いて、被処理体を吸着する。一方、ジョンソン・ラベック力型の静電チャックは、誘電層にわずかに導電性を付与し、該誘電層内での電荷移動により生じるジョンソン・ラベック力を用いて、被処理体を吸着する。

いずれの吸着方式の静電チャックにおいても、その誘電層には、耐熱性、耐プラズマ性、強度特性等に優れていることから、一般に、セラミックスが用いられている。
特に、ジョンソン・ラベック力型の静電チャックにおいては、誘電層の体積抵抗率が１０⁸〜１０¹¹Ω・ｃｍ程度であることが求められ、例えば、特許文献１には、アルミナセラミックス等の基材表面に、大気プラズマ溶射法により、主成分のアルミナと、チタニアおよび５Ａ族金属を含む抵抗率調整成分とからなる誘電層を形成することにより、安定した低い体積抵抗率の誘電層を有する静電チャックが得られることが記載されている。
特開２００３−２８２６９３号公報

上記のような静電チャックは、吸着力等の機械的特性のみならず、半導体・液晶等を歩留よく得るためには、純度の向上、被吸着体のエッチングやＣＶＤ処理等の際におけるパーティクル発生の抑制も求められる。

しかしながら、セラミックス製の静電チャックは、セラミックス粒子の焼結体からなるものであるため、粒界を有しており、研磨仕上げ等を施しても、表面に不規則な凹凸が残存し、また、エッチング等の処理時に誘電層等の表面に存在する粒子が脱粒し、これらに起因するパーティクルの発生が懸念される。

そこで、本発明者らは、静電チャックの表面材質について検討し、セラミックス材に代えて、特定の添加剤を添加したシリカガラス材を好適に用いることができることを見出した。
すなわち、本発明は、表面平滑性に優れ、パーティクルの発生が抑制され、かつ、優れた吸脱着性能を備えたシリカガラス材からなる静電チャックを提供することを目的とするものである。

厚さが１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下で５〜３５℃における熱膨張係数が±３０×１０ ^−９ ／Ｋの範囲内のシリカガラスからなる板状の基材と、体積抵抗率が１０^８Ω・ｃｍ以上１０^１２Ω・ｃｍ以下で５〜３５℃における熱膨張係数が±３０×１０ ^−９ ／Ｋの範囲内のシリカガラス材からなる誘電層との間に金属電極が前記基材と前記誘電層を加熱、加圧により融着することで埋設されており、前記誘電層の厚さが２０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする。
静電チャックの表面がシリカガラス材により覆われた構造とし、また、体積抵抗率を抑制することにより、使用時におけるパーティクルの発生が抑制され、かつ、表面平滑性に優れ、吸着性能の向上を図ることができる。

前記静電チャックにおいては、誘電層に、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂およびＺｎＯのうちの少なくとも１種が０．１％以上３０％以下添加されていることが好ましい。
上記のような酸化物からなる添加剤の効果により、誘電層を構成するシリカガラスの体積抵抗率の低減化を図ることができる。

また、前記シリカガラス基材は、５〜３５℃における熱膨張係数が±３０×１０^-9／Ｋの範囲内であることが好ましい。
上記のような範囲の熱膨張係数を有する低熱膨張ガラスにより構成することによって、フォトマスク用チャックとして用いた場合、温度変化で発生するフォトマスクとの熱膨張差により、フォトマスクの変形に起因する露光パターンにずれが生じることを防止することができる。

前記静電チャックは、ＥＵＶリソグラフィにおけるフォトマスクの保持固定に好適に用いられる。
本発明に係る静電チャックは、誘電層がシリカガラス材であるため、同様の材質であるシリカガラス製フォトマスクの静電チャックとして好適に用いることができ、さらに、基材が低熱膨張材料（±３０×１０^-9／Ｋ）であることによって、線幅の狭いリソグラフィ工程、特に、ＥＵＶリソグラフィにおいて好適に適用することができる。

上述したとおり、本発明に係る静電チャックは、表面がシリカガラス材からなるため、表面平滑性に優れ、パーティクルの発生が抑制され、かつ、優れた吸脱着性能が得られる。また、フォトマスク用チャックとして用いた場合、温度変化による露光パターンずれの発生を防止することができる。
したがって、前記静電チャックは、半導体ウエハやガラス基板、マスク等の固定、搬送等、特に、超紫外光（ＥＵＶ）リソグラフィにおいて、低熱膨張シリカガラス製フォトマスクの保持、固定に好適に用いることができ、これにより、半導体・液晶等の各種処理工程における歩留の向上に寄与し得る。

以下、本発明について、より詳細に説明する。
図１に、本発明に係る静電チャックの概略構成を示す。図１に示したように、本発明に係る静電チャックは、シリカガラスからなる板状の基材１とシリカガラス材からなる誘電層２との間に金属電極３が挟まれた状態で埋設されているものである。
すなわち、静電チャックの表面が、シリカガラス材からなる構造を有している。

上記のように、本発明に係る静電チャックは、表面がシリカガラスであるため、従来のセラミックス製の静電チャックのように、被処理体との接触面等の表面部分に粒界が存在しないため、使用時に、セラミックス粒子の脱粒に起因するパーティクルを生じることがない。
また、被処理体との接触面の研磨仕上げの際にも、セラミックス材と異なり、粒界が存在しないことから、粒子に起因する不規則な凹凸が表面になく、シリカガラス材は、セラミックス材よりも優れた表面平滑性を得ることができる。
さらに、ＥＵＶ等で用いられるフォトマスクの材質は、シリカガラスが一般的であり、被処理体を固定保持する静電チャックも同材質により構成すれば、被処理体に対する不純物汚染の防止、均一な熱伝導性等の観点からも好ましい。

本発明においては、前記誘電層２の体積抵抗率を１０⁸Ω・ｃｍ以上１０¹²Ω・ｃｍ以下とする。
シリカガラスの体積抵抗率は約１０¹⁷Ω・ｃｍであるが、このように、体積抵抗率が高いと、ジョンソン・ラベック力型の静電チャックの誘電層とした場合、吸着力が不十分であるため、シリカガラスに体積抵抗率を低減させる成分を付与する必要がある。
前記誘電層の体積抵抗率が１０⁸Ω・ｃｍ未満では、誘電層において十分なジョンソン・ラベック力が発現されない。
一方、前記体積抵抗率が１０¹²Ω・ｃｍを超える場合は、体積抵抗率を低減させる成分がシリカガラス中に占める割合を多くしなければならず、シリカガラスの純度が低下し、静電チャックを用いた被処理体の不純物汚染を生じるおそれがある。
前記体積抵抗率は、好ましくは、１０⁹Ω・ｃｍ以上１０¹¹Ω・ｃｍ以下である。

誘電層の体積抵抗率を低減させるためには、少なくとも誘電層を構成するシリカガラス中に体積抵抗率を低減させる成分を有する添加剤を添加する。
前記添加剤としては、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂およびＺｎＯ等の酸化物が挙げられる。これらの化合物は、いずれか１種を単独で添加してもよく、あるいはまた、２種以上を混合して添加してもよいが、これらの添加量は０．１％以上３０％以下であることが好ましい。
なお、基材を構成するシリカガラス中にも、前記添加剤が添加されていてもよい。

前記添加剤の添加量が０．１％未満である場合は、体積抵抗率の十分な低減効果が得られない。
一方、前記添加量が３０％を超える場合は、該添加剤がシリカガラス中に占める割合が多くなり、シリカガラスの純度が低下し、静電チャックを用いた被処理体の不純物汚染を生じるおそれがある。

また、前記シリカガラス基材は、５〜３５℃における熱膨張係数が±３０×１０^-9／Ｋの範囲内であることが好ましい。
シリカガラスは、熱膨張係数が５．６×１０^-7／Ｋであり、他の材質と比較して低熱膨張ではあるが、超精密なＥＵＶリソグラフィ工程での静電チャックとして使用する場合、温度変化で発生するフォトマスクとの熱膨張差により、フォトマスクの変形に起因して露光パターンにずれが生じることを防止する等の観点から、できる限り低熱膨張ガラスにより構成することが好ましい。
少なくともシリカガラス基材は、このような低熱膨張ガラスとすることが好ましいが、誘電層も、同様の低熱膨張ガラスにより構成することがより好ましい。
なお、シリカガラスをより低熱膨張化させるためには、例えば、ＴｉＯ₂、Ｔｉ等を添加する。

基材および誘電層を構成するシリカガラスは、一般的なシリカガラスの製造方法によって得られたものを用いることができる。例えば、天然の石英原料もしくは合成シリカガラス原料を酸水素火炎中に投入し、溶融、堆積させることによって、シリカガラスインゴットを得る方法、同様の原料をカーボン型に投入し、電気炉で加熱溶融する方法、または、四塩化ケイ素を酸水素火炎中で加水分解反応させ、生成したシリカガラス微粒子を堆積させる方法等により製造される。

また、本発明に係る誘電層として用いられるシリカガラスの製造方法、すなわち、シリカガラスの体積抵抗率の低減のために各種添加剤を添加する方法としては、例えば、以下の（１）〜（４）の方法を用いることができる。
（１）上記の四塩化ケイ素を酸水素火炎中で加水分解反応させ、生成したシリカガラス微粒子を堆積させるシリカガラスの製造方法において、添加成分を含むガスを同時に導入する。
（２）上記（１）と同様のシリカガラスの製造方法により、多孔質シリカガラスを作成した後、これに、添加剤を含む溶液を含浸させ、乾燥後、加熱し、透明化させる。
（３）シリカガラス原料粉末と添加剤を含む化合物粉末との混合粉を、成形後、加熱溶融する。
（４）シリカガラス原料粉末を、添加剤を含む溶液中に分散させ、乾燥し、造粒、成形後、加熱溶融する。
上記（１）〜（４）の方法のうち、シリカガラス中に添加剤をより均一に分散させるためには、（１）の方法が最も好ましい。

また、金属電極は、従来の静電チャックに用いられているものと同様の材質、構成で差し支えない。
電極の材質としては、具体的には、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｉ等を用いることができる。

前記金属電極の形成は、例えば、シリカガラス基材に金属電極の薄膜を蒸着させた後、誘電層を接合させる、または、シリカガラス基材と誘電層の間に、箔状もしくはメッシュ状のパターニングされた金属電極を挟み込んで接合する等の方法により行うことができる。
シリカガラス基材と誘電層との接合は、加熱、加圧による融着、または、有機系もしくは無機系接着剤による接着等の方法により行うことができる。

図１のように構成された静電チャックにおいては、誘電層２の厚さは、２０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。
誘電層の厚さが２０μｍ未満である場合は、電極に対する十分な絶縁性が得られないおそれがある。
一方、前記厚さが２００μｍを超える場合は、ジョンソン・ラベック力が十分に発現されず、被処理体に対する吸着力が不十分となる。
また、シリカガラス基材の厚さは、吸着面の面積、必要な吸着力等に応じて、必要な強度を有するよう適宜定められるが、一般に、１５〜３０ｍｍは必要とされる。

なお、図１に示した静電チャックは、誘電層が平面状であるが、誘電層表面は、微細な凹凸部が形成されたピンチャック構造としてもよい。例えば、１μｍ程度の高さで規則的に凸部（ピン）が繰り返し形成されている表面形状とすることができる。
このようなピンチャック構造とすることにより、被吸着体の着脱が容易となり、また、パーティクル挟み込みの防止にもなる。

さらに、被吸着体の着脱容易のためには、例えば、Ｍｏ、Ｗ等からなり、静電チャック表面の被吸着体に接触可能な導電性膜を形成しておく等の手段により、電極への印加電圧を０とした後、静電チャック表面に残留する電荷を瞬時に除去することができる構成を備えていることが好ましい。この場合、前記導電性膜の一部が、ピンチャック構造のピンの側面に沿って配置され、先端部が被吸着体に接触するように構成されていることがより好ましい。

上記のような本発明に係る静電チャックは、その誘電層および基材と同様の材質であるシリカガラス製フォトマスクの静電チャックとして好適に用いることができ、特に、ＥＵＶリソグラフィにおける低熱膨張シリカガラスからなるフォトマスクの保持固定に好適に用いることができる。

本発明に係る静電チャックの構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１ シリカガラス基材
２ シリカガラス材誘電層
３ 金属電極

Claims (1)

1. 厚さが１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下で５〜３５℃における熱膨張係数が±３０×１０ ^−９ ／Ｋの範囲内のシリカガラスからなる板状の基材と、体積抵抗率が１０^８Ω・ｃｍ以上１０^１２Ω・ｃｍ以下で５〜３５℃における熱膨張係数が±３０×１０ ^−９ ／Ｋの範囲内のシリカガラス材からなる誘電層との間に金属電極が前記基材と前記誘電層を加熱、加圧により融着することで埋設されており、前記誘電層の厚さが２０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする静電チャック。

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