JP5099314B2 - 静電チャック - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子製造プロセスで用いられているエッチング処理、化学気相蒸着（ＣＶＤ）による薄膜形成などのプラズマ処理装置、電子露光装置、イオン描写装置、イオン注入装置、また液晶パネル製造に使用されるイオンドーピング装置などに具備されている半導体ウエハの静電吸着機構、いわゆる静電チャックの技術に関する。

静電チャックはその吸着面に硬度の高い材質であるセラミックやその他アルマイトなどの金属酸化物を使うものと柔軟性を有する樹脂を使うものに大別される。セラミックなどの硬い材質を静電チャックの吸着面とすることでその寿命は格段に長くできる。一方ポリイミド等の樹脂を用いると、材料がセラミックと比べ安価なので大幅なコスト低減が可能である。

吸着面は通常平坦であるがエンボス（突起部）又は溝パターンなどの凸凹パターンを形成する場合がある。エンボスは静電チャックの吸着面とウエハ裏面との接触面積を減らしたいときに使われる。この接触面積を減らすことによって、ウエハ裏面に静電チャックの吸着面に付着しているパーティクルを拾い込むことが低減できるためである。さらに、ウエハ裏面と静電チャックの吸着面が擦れることによって生じるパーティクルやウエハ裏面に付くマーキングを減らす効果も期待できる。エンボスの形状は円形や楕円、三角や四角またそれ以上の多角形でその高さは数μｍから１ｍｍくらいまで様々な形状のものが使われる。溝パターンはウエハを裏面からガス冷却する場合に静電チャック吸着面に施すもので、ガス流をウエハ裏面の全域に分配させるためである。溝パターンは吸着面に放射状に形成したり、同心円状あるいは格子状であったり、さらにそれらの組み合わせであるなど、色々なパターンが実存する。溝の幅は１〜５ｍｍ程度で、その深さは数μｍから１ｍｍ程度である。ガス圧、ガス流量とウエハの温度などの使用条件によって適正に設定される。

特開２００４−０５０８１３号公報には、開放成形型上に絶縁樹脂フィルムを配備させ、枠材に取り付けられたパターン追従加圧媒体を絶縁樹脂フィルムに向けて押圧させて、パターン追従加圧媒体による加圧成形によって、凸凹状の微細パターンを絶縁樹脂フィルムに転写させる方法が開示されている。特公平７−４１４９５号公報には静電チャックの吸着面に凸状の絶縁体を設けて、それに接触するようウエハを吸着することが開示されている。

特開２００４−０５０８１３号公報。 特公平７−４１４９５号公報。

本発明が解決しようとする課題は以下のとおりである。
第一の課題は吸着面が樹脂の場合の静電チャック、その表面に吸着面と同質の材料でエンボス又は溝パターンを型押し方法に拠らないで形成することである。同質の材料とする理由は温度や周囲のガスなど静電チャックが所在する環境により、吸着面の物理的状態が部分によって変化することを避けるためである。具体的には、耐熱性や熱膨張率の違いから生じる形状の変化が懸念される。金属で型を作り、それを樹脂に押し当てて凸凹パターンを形成するような型押し方法に拠らない理由は、加圧によって製作された凸凹パターンは時間の経過や温度の上昇により、その形状が初期の寸法からずれてくる可能性が高いためである。使用条件が高温であるような場合は特に問題で、エンボスの場合その高さが低くなり、溝の場合その溝の深さや幅が狭くなることが懸念される。
本発明の第二の課題は、エンボス又は溝パターンの形成を静電チャック製作工程の最終段階で行うことである。通常の場合、エンボス又は溝パターンを形成し終わったポリイミド等の樹脂シートを静電チャックの金属基盤に高温、加圧雰囲気で接着するか、あるいは、エンボス又は溝パターンを形成し終わった樹脂シートと別途吸着電極の電気絶縁性を保つためのポリイミドシート（下地層）を積層し（積層型）、個々にあるいは同時に静電チャックの金属基盤に加熱、加圧雰囲気で接着する場合がある。このような工程の途中で、エンボス又は溝パターンが取り扱いミスでダメージを受けたり、高温や加圧雰囲気下でその形状が所定の寸法からはずれたりすることが問題となっていた。

請求項１に記載の発明は、静電吸着力を用いて基板を保持する積層型静電チャックの吸着面に凸凹パターンを感光性フィルムにより形成し、前記凸凹パターンの下層に電極を含む下地層を有し、下地層は前記感光性フィルムと同質の樹脂材料から成ることを特徴とする、静電チャックである。ここで、凸凹パターンとは静電チャックの吸着面に施すエンボスまたは溝パターンを総称して呼んでいる。感光性フィルムは紫外線などの光を照射することによって材質が変化し、その物理的あるいは化学的特性が変化するもので、感光性フィルムは最終的に目的の材質であるポリイミドやアクリルに変質、固化し所定の吸着面に凸凹パターンを形成するものである。

請求項２に記載の発明は、静電吸着力を用いて基板を保持する積層型静電チャックの吸着面に凸凹パターンを感光性フィルムにより形成し、前記凸凹パターンの下層に電極を含む下地層を形成し、下地層は前記感光性フィルムと同質の樹脂材料から成ることを特徴とする、静電チャック吸着面の凸凹パターン形成方法である。
例えば最終的にポリイミドでエンボスパターンを形成したい場合の基本手順は先ず、紫外線との反応により所定厚みのポリイミドが形成される特殊なシートを必要寸法用意し、これを静電チャックの吸着面の下地となるポリイミドの樹脂層やゴムの層あるいは静電チャックの金属基盤に貼り付ける。ここで、静電チャックの吸着面の下地がポリイミドの樹脂の場合には、エンボスパターンの材質と同じにすることができる。次に、本シートの上に必要なパターン形状を有する紫外線が透過しないマスク、例えばステンレスなどの金属製、を被せ紫外線を一定時間一定量照射する。後に、現像を行いパターン以外の不要な部分を除去し、高温の一定温度でベークすることで硬化し前述の下地に定着させ、ポリイミドのエンボスを有する静電チャックを完成する。ポリイミドをエンボスあるいは吸着面の下地として選択する理由は３００℃程度までの高温に耐えること、高耐圧の絶縁性を有することそして化学的な雰囲気でも劣化なく安定なためである。

請求項３に記載の発明は、前記凸凹パターン形成方法は、下地層に感光性フィルムを貼り付ける第一の工程と、感光性フィルムに紫外線を露光させる第二の工程と、露光後のポストベーキングを行う第三の工程と、現像を行う第四の工程と、硬化を行うための加熱処理の第五の工程を含む、請求項２の静電チャック吸着面の凸凹パターン形成方法である。
前述した凸凹パターン形成方法の基本手順の重要な部分について、更に以下説明を加える。
第一の工程では下地層に先ず感光性フィルムを貼りつける。第二の工程で感光性フィルムを感応させるために紫外線を用いるのは、紫外線の化学的作用が著しいため、その工程に要する時間を短縮できるためである。紫外線は波長でいうと１０〜４００ｎｍ程度、すなわち可視光線より短く軟Ｘ線より長い人間の目には見えない光線の電磁波である。露光に使う紫外線は単一ピークのものでも比較的帯域幅の広いものでも良いが、その主波長領域が感光性フィルムと一致していることが好ましい。特に、ｇ線４３６ｎｍ、ｈ線４０５ｎｍ、ｉ線３６５ｎｍは比較的安価な水銀ランプの主な発光スペクトラムであるので露光条件として適している。露光量は２００〜６００ｍＪ／ｃｍ^２の範囲である。
第三の工程で露光後のポストベーキングを行う理由は、露光によって変質した感光性フィルムを下地のポリイミドの樹脂層やゴムの層あるいは静電チャックの金属基盤に密着性良く定着させるためである。温度は８０〜１５０℃で時間は１〜５分程度必要である。
第四の工程で現像を行う条件は以下のとおりである。この現像処理によって紫外線の照射された部分は残りそれ以外の部分は除去されるネガ型と、その逆の場合のポジ型があり、感光性フィルムによって異なる。例えば最終的にポリイミド樹脂を残すネガ型の場合、湿式現像で現像液は希釈したＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を浸漬させることによって行う。現像液の温度は２０〜２５℃の室温で、時間は数分程度必要である。
第五の工程で硬化を行うための加熱処理は、１００〜２００℃程度の雰囲気で１．５〜３ＭＰａの圧力をかけて行う。所要時間は１〜２時間程度。第五の工程は複数のステップに分けて行うこともできる。

請求項４に記載の発明は、凸凹パターン形成方法は、静電チャックの製作工程の最終段階で形成することを特徴とする、請求項２又は３の静電チャック吸着面の凸凹パターン形成方法である。
凸凹パターンの形成は静電チャックの製作工程の最終段階で行うことが望ましい。製作途中では、形成した凸凹パターンがその後の工程で損傷を受ける可能性があるためである。本発明によれば、例えばポリイミドの凸凹パターンを金属基盤の上に吸着面の下地を有する静電チャックの表面に形成することが可能となる。

本発明により、樹脂の凸凹パターンを型押し方法に拠らずに形成できるため、形成されたパターンの形状あるいは寸法が内部応力により変化することを少なくできる。凸凹パターンを形成している樹脂の材質を下地と同様のポリイミドとすることもできる。さらに、本発明によれば、凸凹パターンを金属基盤の上に吸着面の下地を有する静電チャックの表面に形成することができる。静電チャック製作工程の最終段階で凸凹パターンを形成することができるため、その製作過程の途中で凸凹パターンを取り扱いその他の不意な事故等で凸凹パターンに損傷が発生することがなくなり、生産性が向上する。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明の実施例１の形態を図１に基づいて、吸着面表面にポリイミドの樹脂で形成するエンボスを形成する方法と、その静電チャックについて説明する。基盤１はアルミニウム金属で作られ、直径３００ｍｍウエハ用の静電チャックの場合、基盤１の直径は２９４ｍｍで厚さ１０ｍｍである。基盤１にはウエハ１１の裏面をガスで冷却するためのガス供給通路１２が設けられ、絶縁性誘電体層の上部層４の上面に連通している。又、基盤１の内部には基盤１を冷却するための冷却水路７が形成される。冷却水路７を設ける理由は、基盤１を冷却することによって間接的に熱伝導により静電チャックに吸着保持するウエハ１１を冷却するためである。絶縁性誘電体層の上部層４としてポリイミド樹脂で厚さ１２５μｍ、直径２９４ｍｍのものを用意する。本実施例ではユーピレックス（宇部興産の登録商標）と呼ばれる製品を使った。次に絶縁性誘電体層の上部層４の片面に吸着電極６を形成する。吸着電極６の材質は銅を用いた。他の吸着電極６の材料の候補としてはアルミニウム、タングステン、タンタル、金なども可能である。吸着電極６の形成方法はめっき法を用い厚さ０．６μｍとした。なるべく薄い吸着電極６の膜を形成することが絶縁性誘電体層の上部層４の上面の凸凹を減少させることにつながる。他の吸着電極６の形成方法としては蒸着やスパッタリング法がある。吸着電極６を絶縁性誘電体層の上部層４の片面の全面に形成し、後にエッチング処理により半円状で双極型になるようパターンニングした。他の電極の形としてはくし型や同心円など様々なものが可能である。吸着電極６の形成方法としてはマスクを施して必要な部分のみ吸着電極６を形成することも可能である。吸着電極６を形成した絶縁性誘電体層の上部層４は吸着電極６を挟むように１２５μｍの厚さの絶縁性誘電体層の下部層３に接着する。この接着には２０μｍの熱可塑性のポリイミド接着シート（図示せず）を介して接着する。接着工程は一般的にプレスラミネートと呼ばれる真空中で温度と圧力を管理して脱泡しながら積層形態を形成する方法を用いる。次に熱可塑性ポリイミド系の接着剤２を介して基盤１に上記で完成した吸着電極６を含む絶縁性誘電体層を接着するが、このとき吸着電極６への電位供給部も同時に形成する。吸着電極６に電源１０からの電位を供給するための電位供給端子９への配線をおこなうが、当該電位供給端子９は静電チャック内では電気的絶縁性を保つため他の部位に接触しないよう電位供給絶縁部８の内部に配置される。ここまでで、エンボスを形成するための下地の樹脂層を含む部分（下地層）まで製作できている。
次に、絶縁性誘電体層の上部層４にポリイミドのエンボス５を形成する。紫外線感光性フィルムとして日立化成工業株式会社の感光性レジストと呼ばれるものを用いる。感光性フィルムの一方の面には材質がＰＥＴのベースフィルムが貼り付けられており、他面には保護のためのカバーフィルムが貼られているものである。このカバーフィルムを取り除いて、前述の絶縁性誘電体層の上部層４の上に１００℃、４ＭＰａ条件で貼り付ける。感光性フィルムの部分の厚さは２５μｍである。次にステンレス板で製作したネガタイプのマスクを必要なエンボス５のパターンニングに対応させて製作し、ベースフィルムの上に密着し固定する。周辺部分には冷却用のガスがウエハ１１と絶縁性誘電体層の上部層４の間から漏れにくいよう全周にわたって周辺部のエンボス５ａを形成した。エンボス５の平面形状は円形で直径５ｍｍ、高さは感光性フィルムの厚さとなるので２５μｍである。エンボス５の配置は間隔２０ｍｍで格子状に並べた。次に紫外線を全面に前記マスクの上から照射する。条件は感光主波長３６５ｎｍで露光量は４００ｍＪ・ｃｍ^２である。露光が完了した後は、感光性フィルムにベースフィルムが付いたままでポストベーキングを行う。条件は１２０℃で３分間。感光性フィルムが下地の絶縁性誘電体層の上部層４に定着させるのが目的である。次に、ベースフィルムのみを引き剥がし、現像処理を行う。現像は湿式で、現像液は希釈したＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を浸漬させることによって行う。現像液の温度は２０〜２５℃の室温で、時間は３分である。次に余分な現像液を水で洗浄し、エンボス５の硬化と定着を行うための加熱処理を行う。温度は１００℃で１．５ＭＰａの圧力をかけて行う。所要時間は１時間である。以上で実施例１の静電チャック１００を完成する。
静電チャックの表面である絶縁性誘電体層表面に溝を形成する場合も実施例１と同様でエンボス５が占める部分が大きくなると、溝を形成することになる。

実施例１で示す本発明の静電チャック

符号の説明

１ 基盤
２ 接着剤
３ 絶縁性誘電体層の下部層
４ 絶縁性誘電体層の上部層
５ エンボス
５ａ 周辺部のエンボス
６ 吸着電極
７ 冷却水路
８ 電位供給絶縁部
９ 電位供給端子
１０ 電源
１１ ウエハ
１２ ガス供給通路
１００ 実施例１に記載の静電チャック

Claims (4)

1. 静電吸着力を用いて基板を保持する積層型静電チャックの吸着面に凸凹パターンを感光性フィルムにより形成し、前記凸凹パターンの下層に電極を含む下地層を有し、下地層は前記感光性フィルムと同質の樹脂材料から成ることを特徴とする、静電チャック。
2. 静電吸着力を用いて基板を保持する積層型静電チャックの吸着面に凸凹パターンを感光性フィルムにより形成し、前記凸凹パターンの下層に電極を含む下地層を形成し、下地層は前記感光性フィルムと同質の樹脂材料から成ることを特徴とする、静電チャック吸着面の凸凹パターン形成方法。
3. 前記凸凹パターン形成方法は、下地層に感光性フィルムを貼り付ける第一の工程と、感光性フィルムに紫外線を露光させる第二の工程と、露光後のポストベーキングを行う第三の工程と、現像を行う第四の工程と、硬化を行うための加熱処理の第五の工程を含む、請求項２の静電チャック吸着面の凸凹パターン形成方法。
4. 前記凸凹パターン形成方法は、静電チャックの製作工程の最終段階で形成することを特徴とする、請求項２又は３の静電チャック吸着面の凸凹パターン形成方法。

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