JP5117500B2 - 静電チャック機構の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空処理装置内で処理すべき基板を保持するために利用される静電チャックの製造方法に関する。

ＣＶＤ、イオン注入やプラズマエッチングなどの所定の処理を行う真空処理装置においては、真空雰囲気中の処理室内でＳｉウエハなどの処理すべき基板（被チャック物）を保持するために、静電吸着方式の所謂静電チャックを用いることが知られている。ここで、静電チャックにより基板を保持して上記所定の真空処理を行う場合、基板が位置ずれを起こさないように保持するだけでなく、当該基板を密着性よく保持してＳｉウエハの加熱、冷却の際にその面内温度を一定に保持したり、プラズマに対する耐久性を有する等の性能が静電チャックに求められる。

そこで、金属製の基材表面にシリコーンゴムからなる絶縁層と、該絶縁層上に電極として形成された導電性パターンと、該導電性パターン上に表面にシボ模様が形成されたシリコーンゴムからなる誘電層とを設けて静電チャックを構成することが特許文献１で知られている。
特開平１０−３３５４３９号公報

上記特許文献１においては、真空雰囲気が形成される処理室内の汚染を防止したり、被チャック物の脱離不良を防止する等のため、通常、シリコーンゴムを基材に組付けるのに先立って、当該シリコーンゴム表面が洗浄される。然し、シリコーンゴムは機械的強度が弱いため、ブラシなどを使用して洗浄することができない。その上、例えば超音波洗浄器を用いて洗浄する場合に、特に固定の添加物を含有していると、微弱な超音波によっても添加物とゴムの密着に悪影響を与えてしまい、熱伝導率の低下や添加物の脱離不良を引き起こしてしまう。結果として、特に半導体製造装置用として、シリコーンゴムの性能を維持したまま行える洗浄方法が確立されておらず、その他の公知の洗浄方法においても不純物が残留するという問題があった。また、真空雰囲気や基板加熱などの使用環境によっては、特に使用開始当初にシリコーンゴム製造の際に内部に残留した不純物（水分、油分、ゴム製造時の副生成物等）がシリコーンゴム表面に染み出すという問題がある。

このような不純物は、（真空）加熱乾燥によっても完全に除去することが困難であり、シリコーンゴム表面に残留した不純物や基板と密着した部分に染み出した不純物が、基板裏面に付着し、基板とシリコーンゴムとが固着して脱離不良を引き起こす。また、この不純物により誘電層の抵抗値が局所的に変化し、これに起因して、基板の吸着力が不均一になる等の性能のばらつきを生じる。静電チャック毎に性能のばらつき、つまり、個体差が生じると、処理すべき製品にもばらつきが生じて製品歩留まりに悪影響を及ぼす。

そこで、本発明の目的は、上記点に鑑み、シリコーンゴムや樹脂から誘電層を製作した場合に、その表面或いは内部に残留する不純物の影響を受けずに、使用当初から性能のばらつきや脱離不良が生じることのない静電チャックの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の静電チャックの製造方法は、基材上に電極を設ける工程と、この電極を設けた基材表面に、被チャック物が接触する誘電層を設ける工程とを含む静電チャックの製造方法において、前記誘電層を基材に組付ける前または基材に組付けた後に、前記誘電層の接触面に加熱体を押し付け、誘電層の表面または内部に残留する不純物を加熱体に転写する工程をさらに含むことを特徴とする。

本発明によれば、誘電層としてゴムや樹脂を使用する場合であっても、前記誘電層の接触面に加熱体を押し付ける工程を実施することで、超音波洗浄や（真空）加熱乾燥によっても除去することができなかったその表面或いは内部に残留する不純物が当該加熱体に転写されることで、除去される。また、誘電層をプレス成形により作製した場合に、被チャック物の脱離を円滑にすべくその接触面に形成した凹凸が不揃いであったとしても、加熱体の押圧によりその凸部の高さが軽減されて揃い、被チャック物がより密着性よく保持され、誘電層の抵抗値の局所的な変化を防止して、基板の温度分布が不均一になる等の性能のばらつきが生じることが防止される。その結果、使用当初から性能のばらつきや脱離不良が生じることのない静電チャックが得られる。

本発明においては、前記加熱体の誘電層との接触面は、当該誘電層表面より平滑性を有するものであれば、誘電層に凸状部分がある場合に、加熱体を押し付けると、当該凸状部分に選択的に押圧力が加わるため、不純物除去の効果が得られ易い。このため、当該誘電層に被チャック物を保持したときに、当該状部分が特に被チャック物と強く密着するが、脱離不良を起こすことが防止できる。

また、前記加熱体は、前記誘電層表面に面接触して押圧力を加える押圧部材であり、この押圧部材を所定温度に加熱した後、またはこの押圧部材を加熱しながら、前記押し付けを行うようにすれば、前記誘電層を基材に組付けた後であっても、簡単な作業でその表面或いは内部に残留する不純物の押圧部材（加熱体）への転写による除去が可能であり、また、押圧力を加えることで、加熱体への不純物の転写が促進されてよい。

この場合、前記誘電層を基材に組付けた後、誘電層表面に被チャック物を設置した状態、または電極に通電してこの誘電層に被チャック物を保持した状態で、前記押圧部材の押し付けを行うようにすれば、押圧部材自体に不純物が付着することはなく、押圧部材が繰り返し使用できてよい。

また、前記押圧部材の押し付け力を、電極に通電して誘電材表面に被チャック物を保持したときの力と同等またはそれ以上に設定しておけば、静電チャックを真空処理装置に組み付けて所定の処理を行う使用環境と同等またはそれ以上に不純物の固着が起こり易い環境でその表面或いは内部に残留した不純物の除去が行われることで、基板裏面に不純物が付着することを確実に防止できる。

さらに、本発明においては、前記加熱体は、被チャック物であり、この被チャック物を所定の温度に加熱した後に前記誘電層に保持させ、または、前記誘電層に被チャック物を保持させた状態でこの被チャック物を加熱しながら、前記押し付けを行うようにすれば、静電チャックを真空処理装置に組み付けて所定の処理を行う使用環境において、実際に使用されるＳｉウェハなどの基板を用いて不純物の除去が行われ、不純物の除去状況を確認しつつ、その作業ができてよい。

なお、本発明においては、前記加熱体による押し付けを真空雰囲気中で行うようにしてもよい。

また、本発明においては、前記誘電層をシリコーンゴムから構成した場合には、加熱体の温度を、シリコーンゴムの耐熱温度と同等に設定すればよい。この場合、シリコーンゴムの耐熱温度の基準は適切に表現することが困難であるが、シリコーンゴムは耐熱温度を超えて使用しても直ちに故障するものではないため、短時間で高い効果を得るべく、耐熱温度を超えた温度を使用してもよい。

以上説明したように、本発明の静電チャックの製造方法では、シリコーンゴムや樹脂から誘電層を製作した時に、その表面及び内部に残留する不純物の影響を受けずに、使用当初から性能のばらつきや脱離不良が生じることのない静電チャックを製造できるという効果を奏する。

図１を参照して、１は、ＣＶＤ、イオン注入やプラズマエッチングなどの所定の処理を実施する真空処理装置の処理室２内において、被チャック物たるＳｉウェハなどの基板Ｗを保持するために用いられる本実施の形態の静電チャックである。静電チャック１は、処理室２に配置される基板ステージ３の平面視円形の上面に組み付けられ、この基板ステージ３が、基材を構成する。基板ステージ３には、図示しないが、抵抗加熱式の加熱手段と、ヘリウムガスなどの冷却ガスの循環による冷却手段とが組み込まれ、基板Ｗの加熱と冷却による温度制御ができるように構成されている。静電チャック１は、基板ステージ３の上面に設けた絶縁層４と、絶縁層４上面にパターニング形成した電極５と、この電極５を覆うように絶縁層４上に設けた誘電層６とから構成される。

絶縁層４としては、ポリイミドアミドなどの耐熱性プラスチックス、アルミナ、窒化アルミなどのセラミックス、シリコーンゴムなどのゴム弾性体等の中から適宜選択された材料から作製される。電極５としては、銅、アルミニウム、ニッケル、銀、タングステンなどの金属系の導電体、及び窒化チタンなどのセラミックス系の導電体が用いられる。この場合、電極５のパターンは、単極型または正極と負極を均等に印加する双極型のうちいずれの型であってもよい。そして、電極５には、被覆電線５１を介して公知の電源５２に接続され、０〜± １０ｋＶの電圧が印加される。

誘電層６としては、上記絶縁層４と同様、ポリイミドアミドなどの耐熱性プラスチックス、アルミナ、窒化アルミなどのセラミックス、シリコーンゴムなどのゴム弾性体等の中から適宜選択された材料から作製される。ここで、誘電層６は、基板Ｗを保持するときに当該基板Ｗとの接触面をなす。このため、特に、半導体製造装置内で高熱伝導性が必要な場合は、シリコン酸化物であるシロキサンを主鎖とした結合によりＳｉ以外の不純物やアウトガス成分が少なく、ゴム弾性により基板と馴染むため、大きな有効接触面積となり、高熱伝導が得られるシリコーンゴムを用いることが好ましい。

上記絶縁層４や誘電層６に利用するシリコーンゴム組成物としては、硬化前の性状がミラブルタイプ、液状タイプのいずれのものでもよく、硬化形態としては過酸化物硬化型、付加反応硬化型、縮合硬化型、紫外線硬化型などの各種硬化型のものが使用できる。また、シリコーンゴム組成物に高熱伝導性を付与するために、粉末アルミナ、窒化アルミ粉、窒化ホウ素粉、窒化珪素粉、酸化マグネシウム粉、粉末シリカなどの高熱伝導性セラミックス粉末を添加してもよい。そして、このようなシリコーンゴム組成物を用いてシート状のプレフォームを作製した後、所定のプレス圧力及び温度でプレス成形し、所定形状の上記絶縁層４及び誘電層６が形成される。その際、基板Ｗの脱離を円滑にすると共に、基板冷却性能を高めるために、誘電層６の接触面には、その全面に亘って微細な凹凸が設けられる。

次に、本実施の形態の静電チャックの製作を説明する。先ず、シリコンゴム製の絶縁層４を上記基板ステージ３上面に組み付けた後、絶縁層４の上面にパターニングして電極５を設ける。そして、被覆電線５１を基板ステージ３内を通して電極５と電源５２との間の配線を行う。そして、この電極５を覆うように絶縁層４の上面に誘電層６を組み付ける。

次いで、電源５２を介して電極５に通電し、実際の処理で用いるＳｉウェハなど基板Ｗを保持させ、この状態で、基板Ｓに対し、所定温度に加熱した加熱板（加熱体）７を誘電層６の全面に亘って略均等に押し付ける。この場合、加熱板７は、鉄、ステンレス、アルミニウムまたはガラス等から構成された平板であり、所定の温度に加熱しても面内温度の均一性がよく変形しないような板厚で、かつ、誘電層６の面積より大きな面積で形成されている。

加熱板７の加熱温度は、上記処理室２内での処理の際にＳｉウェハＷを加熱するときの処理温度以上であって、シリコーンゴムの耐熱温度（約２００℃）と同等の温度の範囲で設定される。ここで、シリコーンゴムは、耐熱温度を超えると硬化劣化するため、瞬間的に耐熱温度を超えるようにし、その接触面に若干硬化した領域が作製されるようにしてもよい。この場合、上記耐熱温度と同等の温度には、上述のように瞬間的に耐熱温度を超えた温度まで含まれる。また、加熱板７により誘電層６に加わられる押圧力は、電極４に通電して誘電層６に基板Ｗを吸着保持したときに、基板Ｗに加わる力と同等またはそれ以上に設定される。

これにより、超音波洗浄や（真空）加熱乾燥によっても除去することができなかったその表面或いは内部に残留する不純物が基板Ｗに転写されて除去される。それに加えて、誘電層６の接触面に加熱体７を押圧することで、その凸部の高さが軽減されて揃い、基板Ｗがより密着性よく保持されるようになる。その結果、使用当初から性能のばらつきや脱離不良が生じることのない静電チャック１となる。

加熱板７を基板Ｗに押し付ける時間は、加熱板７の温度が上記処理温度より低い温度となるまでの範囲で適宜設定すればよい。この場合、電極５に通電して基板Ｗを保持し、所定温度に加熱した加熱板７を数分間だけ押し付けた後、加熱体７の押圧を開放すると共に通電を停止し、基板Ｗを誘電層６から一旦取り外す。そして、電極５に再通電して同一または他の基板Ｗを再度誘電層６に保持させ、加熱体７による押し付けを行う。このような一連の処理を、基板Ｗへの不純物の転写量を確認しながら複数回繰り返すようにしてもよい。これにより、上記処理室２内での所定の処理を実施する際に、基板Ｗに不純物が付着することが確実に防止され、性能のばらつきもさらに軽減される。

尚、本実施の形態においては、上記処理の際に実際に用いられる基板Ｗに不純物を転写させるものついて説明したが、これに限定されるものではなく、所定温度に加熱した加熱板自体に不純物を転写させるようにしてもよい。この場合、この加熱板７の誘電層６との接着面の表面粗さは、例えば基板Ｗとして用いるＳｉウェハの接着面の表面粗さと同等、好ましくは、Ｒａ０．１μｍ以下に形成する。

他方で、Ｓｉウェハなどの基板Ｗ自体を加熱体として用いることができる。この場合、電極５に通電して基板Ｗを吸着保持することで、誘電層６に押圧力を加えると共に、基板ステージ２の加熱手段や真空処理装置に設けられる赤外線ランプ等の加熱手段により基板Ｗ自体を所定の温度に加熱するようにすればよい。その際、実際の処理と同じように処理室２を真空雰囲気としてもよい。

本発明の静電チャックの組み付けを説明する模式的断面図。 図１に示す静電チャックの電極の配置例を示す図。 加熱体の押し付けによる不純物の転写を説明する模式的断面図。

１ 静電チャック
３ 基板ステージ（基材）
４ 絶縁層
５ 電極
５１ 被覆配線
５２ 電源
６ 誘電層
７ 加熱板（加熱体）

Claims (8)

1. 基材上に電極を設ける工程と、この電極を設けた基材表面に、被チャック物が接触する誘電層を設ける工程とを含む静電チャックの製造方法において、
   前記誘電層を基材に組付ける前または基材に組付けた後に、前記誘電層の接触面に加熱体を押し付け、誘電層の表面または内部に残留する不純物を加熱体に転写する工程をさらに含むことを特徴とする静電チャックの製造方法。
2. 前記加熱体の誘電層との接触面は、当該誘電層表面より平滑性を有することを特徴とする請求項１記載の静電チャックの製造方法。
3. 前記加熱体は、前記誘電層表面に面接触して押圧力を加える押圧部材であり、この押圧部材を所定の温度に加熱した後、またはこの押圧部材を加熱しながら、前記押し付けを行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の静電チャックの製造方法。
4. 前記誘電層を基材に組付けた後、誘電層表面に被チャック物を設置した状態、または電極に通電してこの誘電層に被チャック物を保持した状態で、前記押圧部材の押し付けを行うことを特徴とする請求項３記載の静電チャックの製造方法。
5. 前記押圧部材の押し付け力を、電極に通電して誘電材表面に被チャック物を保持したときの力と同等またはそれ以上に設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の静電チャックの製造方法。
6. 前記加熱体は被チャック物であり、この被チャック物を所定の温度に加熱した後に前記誘電層に保持させ、または、前記誘電層に被チャック物を保持させた状態でこの被チャック物を加熱しながら、前記押し付けを行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の静電チャックの製造方法。
7. 前記加熱体による押し付けを真空雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の静電チャックの製造方法。
8. 前記誘電層はシリコーンゴムから構成され、加熱体の温度を、シリコーンゴムの耐熱温度と同等に設定することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の静電チャックの製造方法。

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