JP5173702B2 - 静電チャック - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置用等に使用される静電チャックに関し、特に静電チャックの残留電荷による帯電を安定して除去できる静電チャックに関するものである。

半導体装置の製造プロセスにおいて、半導体ウエハにエッチングまたは成膜等を行なう際の固定方法として静電チャックを利用した固定方法が採用されている。この静電チャックの形態としては、例えば絶縁性のセラミックスからなる板状体の中に吸着用電極を埋設したものがある。

静電チャックにおけるウエハの吸着力のタイプとしては、クーロン力を利用するものとジョンソン・ラーベック力を利用するものとの２つがある。クーロン力を利用するタイプでは、ウエハと板状体中に埋設された吸着用電極との間のクーロン力によりウエハが吸着されて固定される。一方、ジョンソン・ラーベック力を利用するタイプでは、体積固有抵抗率の低いセラミックスからなる板状体中で吸着用電極に微少な電流を流すことで、板状体の表面およびウエハの表面に電荷が蓄積され、この板状体の表面の電荷とウエハの表面の電荷との間のクーロン力によりウエハが吸着されて固定される。

半導体装置の製造プロセスにおける使用方法例として、例えばスパッタ装置においては、スパッタ装置に取り付けられた静電チャックに半導体ウエハが載置され、静電チャックに吸着電圧が印加されてウエハが固定され、スパッタリング処理が行なわれる。その後、スパッタリング処理が完了すると静電チャックの吸着電圧が解除され、ウエハを離脱着させる。半導体装置の製造プロセスにおいては、この吸着・離脱が頻繁に繰り返される。また、ウエハの表面および静電チャックの吸着面には、スパッタリング処理あるいはエッチング処理のため長時間吸着されることによって、電荷が残留することがある。この残留電荷は、ウエハも板状体も高抵抗であるため、十分に除去できない場合がある。特に、静電チャックの吸着面に残留電荷が残っていると、ウエハの着脱に時間がかかり、製造プロセスにおけるスループットを低下させることとなる。さらに、残留電荷が多い場合は、機械的にリフトピンでウエハを押し上げた際に過剰な力がかかってウエハが破損することもある。

そこで、静電チャックの吸着面に残る電荷を除去する手段として、吸着用電極に逆電圧を印加する方法がある（例えば、特許文献１を参照。）。
しかしながら、この手段は、逆電圧を印加するために複雑な付加回路が必要であり、また、逆電圧を印加しても残留電荷を十分に除去できない場合があった。これに対し、この問題を解決する手段として、紫外線の照射により光電効果を示す誘電体層と絶縁性の基体とこれら誘電体層と基体との間に埋設された面状の電極を有する静電チャックを使用して、静電チャックの表面に400ｎｍ以下の波長域の紫外線を数十秒間照射することにより、短時間で残留電荷を除去する方法が提案されている（特許文献２を参照。）。
特開平５−226291号公報 特開2004−172487号公報

しかしながら、特許文献２に開示された方法においては、吸着用電極に逆電圧を印加するための付加回路の必要もなく、短時間で残留電荷を除去できるものの、波長が400ｎｍ以下という短波長の紫外光を照射する必要があった。400ｎｍ以下の波長の紫外線は、光エネルギーが高いため、繰り返し照射すると、あるいは長時間照射すると、静電チャックの吸着面を構成する誘電体層であるセラミックスの表面が、紫外線の光エネルギーにより変色を伴う損傷を受けることがあった。そして、この損傷により、セラミックスの表面から粒子が脱粒し、半導体装置の製造プロセスに対して有害なパーティクルを発生させる場合があった。さらに、紫外線の光エネルギーにより誘電体層であるセラミックスが変質して体積固有抵抗が高くなり、残留電荷を十分に除去できなくなる場合があった。

本発明は、以上のような従来の技術における問題を解決すべくなされたものであり、その目的は、短時間で残留電荷を除去でき、吸着面のセラミックスに損傷を与えることなく、長時間安定して残留電荷を除去することができる静電チャックを提供することにある。

本発明の静電チャックは、吸着用電極を備えた板状体の主面を吸着面とする静電チャックにおいて、前記板状体は、前記主面側が波長が450ｎｍ以上の可視光の照射によって体
積固有抵抗が低下するセラミックスからなり、該セラミックスが窒化アルミニウム質セラミックスであり酸素を０．００１〜５質量％で含むとともに酸素空孔を有していることを特徴とするものである。さらに好ましくは、波長が500ｎｍ以上の可視光の照射によって
体積固有抵抗が低下するセラミックスからなるものである。

また、本発明の静電チャックは、上記構成において、前記吸着面の算術平均粗さＲａが0.01〜0.8μｍであることを特徴とするものである。

本発明の静電チャックによれば、主面を吸着面とする板状体の主面側が、波長が450ｎｍ以上の可視光という従来よりも長波長の光の照射によって体積固有抵抗が低下するという内部光電効果（光伝導効果）を得ることができるセラミックスからなることから、紫外線の波長域を伴わない長波長の光という光エネルギーの低い光で体積固有抵抗を低下させるため、繰り返し照射して、あるいは長時間照射して使用しても、セラミックスの表面に変色を伴う損傷を与えたり、体積固有抵抗が高くなるような変質を起こさせたりすることがない。その結果、セラミックスの表面からの脱粒を防いで有害なパーティクルの発生を防ぐことが可能になるとともに、使用に伴って体積固有抵抗が高く変化することにより残留電荷の除去が十分にできなくなることが抑制され、安定して長時間使用可能な静電チャックを提供することができる。

また、本発明の静電チャックによれば、セラミックスが酸素空孔を有しているときには、酸素空孔によって、光エネルギーが比較的小さい可視光でも体積固有抵抗を低下させるように励起できるドナー準位を形成することができるので、可視光の照射によって確実に体積固有抵抗を低下させるのに好ましいものとなる。
さらに、本発明の静電チャックによれば、セラミックスが窒化アルミニウムを主成分とする窒化アルミニウム質セラミックスであるときには、電子エネルギーの準位から低いエネルギーで励起されやすい窒化アルミニウムを主成分とすることによって、また酸素空孔を有することによって低いエネルギーで、可視光の照射によって確実に体積固有抵抗を低下させることができるので、より好ましいものとなる。

本発明の静電チャックによれば、中でも、セラミックスが酸素を0.001〜５質量％で含むときには、静電チャックとして機能するのに必要な体積固有抵抗を有しつつ、可視光の照射によって確実に体積固有抵抗を低下させることができるので、より好ましいものとなる。

また、本発明の静電チャックによれば、吸着面の明度が20以上であるときには、照射された可視光が吸着面の体積固有抵抗を低下させるのに必要な深さまで入りやすく、光の吸収効率も高いものとなるので、可視光の照射によって確実に体積固有抵抗を低下させることができる好ましいものとなる。

また、本発明の静電チャックによれば、吸着面の算術平均粗さＲａが0.01〜0.8μｍであるときには、吸着面に照射された可視光が反射されたり乱反射されたりせずに効率よく吸収されるので、可視光の照射によって確実に体積固有抵抗を低下させることができる好ましいものとなる。

本発明の静電チャックは、半導体装置の製造プロセスにおいて各プロセスの終了後、静電チャックからウエハを脱着させた後に、静電チャックの吸着面に波長が450ｎｍ以上の可視光を照射することで、吸着面を構成するセラミックスの体積固有抵抗を低下させて、静電チャックの吸着面に残留した電荷を除去する、残留電荷による帯電除去方法に好適なものである。以下に、本発明の静電チャックの実施の形態の例について説明する。

図１は、本発明の静電チャックの実施の形態の一例における概略構成を示す断面図である。本例の静電チャック10は、ウエハ５のサイズや、静電チャック10を用いる装置に合わせて、形状およびサイズを変えることができるものであり、吸着用電極２を備えた板状体１の主面（３）をウエハ５の吸着面３とするものである。板状体１は本例では円板形状であり、吸着面３を構成する主面（３）側のセラミックスからなる誘電体層１ａと、この誘電体層１ａと一体に形成された基体１ｂとで構成されている。この板状体１の内部に、本例では誘電体層１ａと基体１ｂとの間に面状の吸着用電極２が埋設されており、さらに基体１ｂには、吸着用電極２と電気的に導通して吸着電圧を印加するための導通端子４が、吸着用電極２と接合されて外部に導出されている。そして、導通端子４から吸着用電極２に吸着電圧を印加することによって、板状体１の吸着面３にウエハ５を静電吸着するものである。

吸着用電極２は、例えばＭｏ，Ｗ等の高融点金属からなる電極であり、メッシュ状または単板状等のバルク金属から、あるいは金属ペーストを印刷して焼成した厚膜金属からなるものである。この吸着用電極２を板状体１に埋設したバルク金属からなる電極としたときは、吸着用電極２を高周波スパッタリング，プラズマＣＶＤあるいはプラズマエッチングの高周波電極としても使用できる。

本例の静電チャック10は、分割された２つの吸着用電極２に対してそれぞれ導通端子４を接続した双極型の吸着用電極２を設けたものであるが、吸着用電極２は単極型でも構わない。また、ウエハ５を吸着するタイプとしては、クーロン力を利用するタイプでも、ジョンソン・ラーベック力を利用するタイプでもよい。

板状体１は、本例では吸着面３となる主面（３）を構成する、主面側の誘電体層１ａと、この誘電体層１ａが積層された基体１ｂとからなるものである。そして、本発明の静電チャック10においては、主面側の誘電体層１ａは、波長が450ｎｍ以上の可視光の照射によって体積固有抵抗が低下するセラミックスからなることが重要である。板状体１において、誘電体層１ａと基体１ｂとは、通常は同種の材料で形成されることが好ましいが、異種の材料で形成されていても構わない。本発明の静電チャック10における板状体１では、誘電体層１ａが、波長が450ｎｍ以上の可視光の照射によって体積固有抵抗が低下する、内部光電効果を有するセラミックスを使用する。誘電体層１ａの厚みについては、十分な吸着力を得るには１ｍｍ以下程度が好ましい。板状体１の吸着面３は、必要に応じてガス溝を形成したりエンボス形状にしたりしても構わない。

板状体１の主面側のセラミックス、本例では誘電体層１ａのセラミックスの電気的特性としては、残留電荷の除去による帯電除去が容易であるとともに、静電チャック10としての必要な吸着力を得るには、可視光を照射しない状態での体積固有抵抗が、クーロン力を利用するタイプの場合は10^１５Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、ジョンソン・ラーベック力を利用するタイプの場合は10^７〜10^１２Ω・ｃｍであることが好ましい。

また、波長が450ｎｍ以上の可視光を照射した場合には、内部光電効果によって、体積固有抵抗が10^１０Ω・ｃｍ程度に低下することによって、吸着面３の残留電荷をこのセラミックスを通して吸着用電極２等から逃がすことができ、残留電荷を除去して帯電除去を行なうことができる。

しかも、本発明の静電チャック10においては、吸着面３の残留電荷の除去のために照射する光として波長が450ｎｍ以上と長い可視光を用いるので、光エネルギーによるセラミックスのダメージが小さく、繰り返し照射したり長時間照射したりしても、セラミックスが変色を伴う損傷を受けたり、セラミックスが変質して光照射時の体積固有抵抗が高くなったりするような変化が起き難い。従って、セラミックスがダメージを受けて吸着面３からセラミックスの粒子が脱落して有害なパーティクルを発生させたり、残留電荷の除去が十分にできなくなったりすることが抑制され、安定して長時間使用可能な静電チャック10となる。

なお、照射する可視光の強度としては、市販の蛍光灯は300から500ルクス程度であるが、これよりも低い200ルクス程度の強度でも本発明の効果を得ることができる。ただし、200ルクスでは、照度としてやや不十分であることから、十分に効果を得るには300ルクス以上であることが好ましい。

このような板状体１の吸着面２側の誘電体層１ａを形成するセラミックスとしては、波長が450ｎｍ以上の可視光の照射によって体積固有抵抗が低下する内部光電効果を有するものとして、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質セラミックス，炭化珪素（ＳｉＣ）質セラミックス，窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）質セラミックス等を用いることができる。

誘電体層１ａを形成するこれらのセラミックスには、酸素空孔を有していることが好ましい。セラミックスが酸素空孔を有していることによって、光エネルギーが比較的小さい可視光でも体積固有抵抗を低下させるように励起できるドナー準位を形成することができるので、可視光の照射によって確実に体積固有抵抗を低下させることができるものとなる。

また、誘電体層１ａを形成するセラミックスとしては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする窒化アルミニウム質セラミックスが好ましい。ＡｌＮ結晶のエネルギーギャップは6.4ｅＶであるが、特に、酸素空孔を有することで光エネルギーが２ｅＶ程度と小さい450ｎｍ以上の可視光の照射によっても励起できるドナー準位を形成することができ、本発明の静電チャック10において必要な内部光電効果を示すことができる。ＡｌＮの結晶が成長する焼成過程において焼成雰囲気に微量な酸素を導入することで、ＡｌＮの窒素の一部が酸素に置換されて、エネルギー準位の低いドナー準位が形成されたセラミックスを製造できる。特に、高圧窒素（Ｎ_２）ガス中での焼成においては、この反応が促進され、酸素空孔を有するセラミックスを容易に形成することができる。なお、高圧Ｎ_２ガスの圧力としては、具体的には98Ｐａ以上、好ましくは980Ｐａ以上とすることが好ましい。

また、誘電体層１ａを形成するセラミックスが酸素空孔を有している場合に、セラミックスが酸素を0.001〜５質量％の範囲で含むことが好ましい。特に、セラミックスが酸素空孔を有する窒化アルミニウム質セラミックスであり、酸素を0.001〜５質量％の範囲で含むときには、可視光を照射しないときには静電チャック10として機能するのに必要な10^７〜10^１２Ω・ｃｍあるいは10^１５Ω・ｃｍ以上の体積固有抵抗を有しつつ、可視光の照射によって体積固有抵抗を10^１０Ω・ｃｍ程度に確実に低下させることができるので、残留電荷の除去を長時間にわたって安定して行なうのに好適な静電チャック10を得ることができる。

誘電体層１ａとともに板状体１を構成する基体１ｂは、前述のように、通常は同種の材料で形成されることが好ましいが、異種の材料で形成されていても構わない。誘電体層１ａと基体１ｂとを異種の材料で形成する場合は、例えば、2,000℃の窒素雰囲気での焼結が可能な高純度なＡｌＮとＳｉＣとを用いて、誘電体層１ａと基体１ｂとを構成することができる。この場合の製造方法としては、２種の成形体をＣＩＰ成形で一体にした後に焼成することで焼結体の板状体１を得ることができる。あるいは、ホットプレスによって加圧焼成することでも同様の焼結体の板状体１を得ることが可能である。また、Ｙ_２Ｏ_３やＥｒ_２Ｏ_３を焼結助剤として添加したＡｌＮは、焼成温度が1,800℃程度に低下することから、Ｓｉ_３Ｎ_４と同時に窒素雰囲気中で焼結できるので、同様に誘電体層１ａと基体１ｂとに選択して板状体１を構成することができる。

図２は本発明の静電チャックの実施の形態の一例を用いた、帯電除去方法を説明するための装置の概略構造を示す断面図である。

図２において、プロセスチャンバー20内には、上部に高周波電極21が設置され、高周波電極21と対向する下部に本発明の静電チャック10が装着された静電チャック金属ベース22が載置されている。プロセス中は、ウエハ５が静電チャック10の吸着面３上に載置され、静電チャック電源23から導通端子４を通して吸着用電極２に吸着電圧が印加されて、ウエハ５が静電チャック10の吸着面３に吸着される。そして、プロセスチャンバー20内には、静電チャック10の内部電極である吸着用電極２と対向するように高周波電極21が配置されているので、両電極間に高周波電力が印加されることによって、プラズマエッチングプロセスやスパッタリングプロセス中に高周波電極21とウエハ５との間の空間にプラズマが生成される。

また、この装置においては、プロセスチャンバー20内に、ウエハ５が離脱した後に静電チャック10の吸着面３に残留した帯電電荷を除去するための照射ランプ24が備えられている。この照射ランプ24は、波長が450ｎｍ以上の可視光を静電チャック10の吸着面３に照射するためのものであり、静電チャック10の吸着面３にほぼ均等に可視光の照射が行なえれば、その数量および設置場所には特に制限はない。照射ランプ24は、市販の蛍光灯でも構わないが、蛍光灯を用いる場合には、450ｎｍ以下の波長はカットする表面処理コーティングを施したものが好ましい。なお、露光プロセスやコーターデベロッパー等の工程ではウエハ５の表面に感光剤を塗布して使用する場合があり、黄色の光である波長が400〜500ｎｍ以下の光に対して感光剤が感光する場合があるので、静電チャック10の吸着面３に照射する可視光は波長を500ｎｍ以上とすることがより好ましい。

また、この装置においては、プロセスチャンバー20内において照射ランプ24は、シャッター25によって覆われており、このシャッター25は可視光の照射が必要なときに開くようになっている。

プロセスチャンバー20内で所定のプロセスが終了した後は、静電チャック電源23からの静電チャック10への吸着電圧はオフにされる。次に、ウエハ５は、リフトピン（図示せず）で持ち上げられ、静電チャック10の吸着面３からプロセスチャンバー20の外に搬出される。その後、照射ランプ24を点灯し、シャッター25を開いて、静電チャック10の吸着面３に照射ランプ24によって残留電荷除去のための可視光を照射する。ここで、波長が450ｎｍ以上、好ましくは500ｎｍ以上の可視光を15秒程度照射し、好ましくは30秒程度照射する。そして、可視光を照射された静電チャック10は、板状体１の吸着面３側のセラミックス（誘電体層１ａ）が内部光電効果により体積固有抵抗が低下して半導電性となり、静電チャック10の吸着面３に残留していた電荷が、板状体１内の吸着用電極２にリーク電流となって流れて消滅することにより、除去される。

なお、静電チャック10の吸着面３への可視光の照射は、プロセスチャンバー20に設けた照射窓を介して行なっても問題はない。また、プロセスチャンバー20内で行なわれる
プロセスとしては、ウエハ５に対する半導体装置の製造プロセスであるＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：物理蒸着），ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着），プラズマエッチング，露光等の、静電チャック10を使用して行なわれるほとんどの工程に適用できる。

このような吸着面３からの残留電荷の除去に適した本発明の静電チャック10の誘電体層１ａ（板状体１の吸着面３を構成する波長が450ｎｍ以上の可視光の照射によって体積固有抵抗が低下するセラミックス）については、誘電体層１ａに照射される可視光が、十分な内部光電効果を示す深さまで浸透して影響することが望ましい。このためには、誘電体層１ａにおける可視光の吸収効率が高いことが望ましい。具体的には、誘電体層１ａで構成される吸着面３の明度が20以上であることが好ましく、特に、誘電体層１ａの下または内部に埋設される吸着用電極２の電極材料の色調と合わせて、明度が50以上であることがより好ましい。板状体１中に埋設される吸着用電極２の電極材料としてはＭｏやＷのような高融点金属が使用されることが多いが、これらの金属の色調は明度が高いために可視光が吸収されやすいので、誘電体層１ａを形成するセラミックスの明度を20以上、より好ましくは50以上となるように調整しておくことが好ましい。そのようにセラミックスの明度を調整するには、吸着用電極２の厚みを変えることで調整できる。あるいは、誘電体層１ａの厚みを変えることでも調整することができる。誘電体層１ａの厚みを薄くすることによって、吸着面３の明度が大きくなる。また、吸着用電極２の電極材料は、一般にセラミックスとの同時焼結性を高めるため、板状体１の材料と同材質の材料を１〜５質量％程度添加されるが、この同材質の材料の添加量を調整することによっても吸着面３の明度を調整することが可能である。具体的には、同材質の材料の添加量を少なくすると、板状体１の吸着面３の明度が大きくなる。

なお、セラミックスからなる吸着面３の明度（色彩）は、色差計（例えば、コニカミノルタ製ＣＲ−400）のＬ＊ａ＊ｂによる数値として求められるものである。

さらに、本発明の静電チャック10において内部光電効果を効率的に得る上では、可視光が照射される吸着面３の表面の粗さも影響する。波長が450ｎｍ以上の可視光を照射する場合に、吸着面３の算術平均粗さＲａが0.01μｍ未満では、吸着面３の光沢が大きいために反射が大きくなり、可視光の吸収率が低下することとなる。他方、吸着面３の算術平均粗さＲａが0.8μｍを超えると、可視光の乱反射が大きくなり、やはり吸収率が低下することとなる。従って、安定して良好な内部光電効果を得るためには、吸着面３の表面粗さが算術平均粗さＲａで0.01〜0.8μｍであることが好ましい。この算術平均粗さＲａは、東京精密製の表面粗さ計にて測定し、中心線平均粗さＲａにて算出した。測定条件はＪＩＳ Ｂ0601−1994に基づいて、カットオフ値は0.8ｍｍとし、評価長さは2.4ｍｍとして測定すればよい。

本発明の静電チャックは、以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更が可能である。例えば、板状体１，誘電体層１ａ，基体１ｂを構成するセラミックスの製法としては、ガス圧焼結法だけでなくホットプレス法やＨＩＰ（Hot Isostatic Pressing：熱間等方圧加圧）法も適用可能である。

以下、本発明の静電チャックの実施例について説明する。

静電チャックとしては、双極型の静電チャックとした。製造方法としては、ＡｌＮ，ＳiＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４およびＡｌ_２Ｏ_３の一次原料に対して、成形性を高めるために所定量の有機バインダーをそれぞれ添加し、ドクターブレード法によりセラミックテープ成形体を作製した。このとき、テープ成形体のサイズは、焼成および加工後の寸法として円板形状の板状体で直径がφ200ｍｍのものが製造できるように、300ｍｍ角で厚みが0.3ｍｍ程度のテープ成形体より製造した。これらのテープ成形体を20枚準備し、それぞれのテープ成形体には密着性を高めるための有機バインダーを塗布し、その後、この20枚のテープ成形体を１枚毎に順次積層し、約20Ｐａの圧力で加圧することにより成形体を得た。

ここで、静電チャックの吸着用電極は、平均粒径が１μｍのＷ粉末に有機バインダーおよび分散剤を添加し、ペースト状にしたインク体より製造した。このペースト状のインク体をメッシュ状の製版を用いて吸着用電極の厚みが15μｍ程度になるようにテープ成形体に印刷した。この印刷したテープ成形体は、最終的に吸着面より0.3ｍｍの深さの位置になるように厚みを考慮して積層した。さらに、ＡｌＮについては、酸素含有量の影響を比較するために、Ａｌ_２Ｏ_３を１質量％および７質量％の量でそれぞれ添加したテープ成形体を用いたものも同様に積層して成形体を得た。

次に、これらの成形体の有機バインダーを除去するために約500℃の還元雰囲気で脱脂し、その後、所定の焼成条件にて焼成して、セラミックス焼結体を得た。焼成条件としては、窒素雰囲気中にてＡｌＮ，ＳｉＣは約2,000℃で、Ｓｉ_３Ｎ_４は約1,900℃で焼成した。この焼成過程において、セラミックスが内部光電効果を有するものとする手段として、微量の酸素を焼成炉内に導入した。ここでは、焼成炉内に微量の酸素ガス導入が可能なように、流量計を介して酸素導入弁により酸素ガスが導入できるようにし、酸素導入弁の開閉によりセラミックス中の酸素含有量が、ほぼ０質量％から0.2質量％の範囲で調整できるようにした。また、比較例としての静電チャックについては、Ａｌ_２Ｏ_３からなり、酸化雰囲気中において約1,700℃で焼成したセラミックス焼結体を準備した。

次に、これらのセラミックス焼結体を吸着用電極が吸着面から深さが0.3ｍｍに位置するように厚みを加工し、ウエハを持ち上げるためのリフトピン孔および吸着用電極に電気的な導通を得るための導通端子穴を加工した。この導通端子穴にＣｕ製の導通端子を取り付けて、吸着用電極と導通がとれるように導電性接着剤で吸着用電極に導通端子を接着した。このようにして本発明の実施例および比較例の静電チャックを作製した、さらに、この静電チャックをＡｌ製の静電チャック金属ベースにシリコーン接着剤で接着し、評価装置に取り付けた。ここで、シリコーン接着剤は、硬度が低いことから板状体のセラミックスと静電チャック金属ベースのＡｌとの熱膨張差を吸収できるものとして選定した。

各試料の静電チャックの吸着面上にシリコンウエハを載置し、静電チャックの板状体に埋設された吸着用電極に1,000Ｖの吸着電圧を印加し、シリコンウエハを吸着固定させた。その後、吸着電圧を解除し、ウエハを静電チャックの吸着面から離脱させた。ウエハの離脱方法としては、板状体に形成したリフトピン孔を通したリフトピンでウエハを吸着面から押し上げる方法を用いた。なお、リフトピンについては、機械的な駆動でウエハを押し上げる機構としたが、静電チャックの吸着面に残留する電荷によりウエハを破損させたり、裏面を傷付けてパーティクルを発生させたりすることがないように、微量な荷重である５Ｐａ以上では押し上げができないように設定して、吸着面に残留する電荷による残留吸着力がこの荷重以下になるまでウエハを押し上げることができないようにした。そして、この手段により、残留吸着力がこの荷重以下になるまでの電圧解除後の電荷残留時間を計測した。

まず、本発明の静電チャックの実施例を用いて、本発明の要件による効果を確認する試験の条件として、吸着電圧を解除してから60秒後に照射ランプを点灯し、静電チャックの吸着面に照射ランプからの光を照射した。ここで、照射ランプからの光の種類として紫外線および可視光を用いることとして、それぞれ360ｎｍおよび500ｎｍの波長を主とする照射ランプを準備した。結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明の実施例の静電チャックを用いた参考例の場合において、波長が360ｎｍの紫外光を照射した試験では、照射時間の合計が10時間程度までは、電圧解除後の電荷残留時間が３秒程度であり安定していた。しかし、照射時間の合計が1,000時間では、残留電荷の除去に200秒が必要となっていた。この静電チャックのセラミックスの特性を調査した結果、照射試験後の体積固有抵抗が10^１０Ω・ｃｍから10^１２Ω・ｃｍに変化していた。10^１２Ω・ｃｍという値は、電荷の移動速度が遅く、残留電荷の除去に長い時間が必要な体積固有抵抗値であることから、残留電荷の除去に時間がかかったことが確認できた。さらに、ウエハの裏面のパーティクルをTENKOR製のパーティクルカウンターにて測定した結果、初期は大きさが0.3μｍ以下のパーティクルが1,000個以下であったものが、1,000時間の照射試験後は20,000個以上に大幅に増加していた。このことから、長時間の紫外光の照射により、静電チャックのセラミックスからなる吸着面が損傷し、体積固有抵抗が変化し、セラミックスの摩耗が生じてパーティクルが発生したのが確認できた。一方、本発明の要件による波長が500ｎｍの可視光の照射ランプを用いて可視光を照射した静電チャックについては、照射時間の合計が1,000時間後も安定しており、電荷残留時間も短い結果であった。特に、吸着面を構成するセラミックスが酸素空孔を有している場合は、電荷残留時間が５秒程度と、実際の半導体製造装置で必要とされる20秒以下であった。さらに、照射時間の合計が1,000時間後も、パーティクルは増加しておらず、問題のないレベルであった。

以上の結果から、本発明の実施例の静電チャックは、可視光よりも光エネルギーの大きい紫外光を照射した場合にも内部光電効果を示すものとなっているが、紫外光の照射によってはセラミックスが変質して劣化するものである。これに対して、本発明によれば、セラミックスが波長が450ｎｍ以上の可視光の照射によって内部光電効果を示すものであることから、初期はもちろんのこと長時間の使用後にもセラミックスが変質することがなく、安定して長時間使用することが可能な静電チャックであることが確認できた。

次に、本発明の静電チャックにおけるセラミックスについて酸素空孔を有していることの効果を確認するため、セラミックスとしてＡｌ_２Ｏ_３を用いた比較例と、ＡｌＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ_３Ｎ_４を用いた実施例とに対しての同様の試験の結果を表２に示す。

表２に示すように、酸素空孔を有するＡｌＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ_３Ｎ_４を用いた実施例では、波長が500ｎｍの可視光の照射により短時間で残留電荷を除去できることが確認できた。なお、これら実施例の間では、ＳｉＣ，Ｓｉ_３Ｎ_４を用いたものではＡｌＮを用いたものよりも、20秒以下ではあったが残留電荷の除去に時間がかかる結果であった。一方、酸化物であり酸素空孔のないＡｌ_２Ｏ_３を用いた比較例においては、波長が500ｎｍの可視光の照射を行なっても残留電荷の除去に300秒以上の時間がかかった。以上の結果より、本発明の静電チャックにおいて、吸着面を構成するセラミックスには、酸素空孔を有するものが有効であることが確認できた。

次に、本発明の静電チャックにおけるセラミックスについて、ＡｌＮを用いた場合における酸素量についての効果を確認した。同様の試験の結果を表３に示す。

表３に示す結果から分かるように、一次原料にＡｌ_２Ｏ_３を０質量％添加したもの（表３中で酸素量：０質量％）は、残留電荷の除去に20秒かかった。一方、Ａｌ_２Ｏ_３を0.001％添加したもの（表３中で酸素量：0.001質量％）、および５質量％添加したもの（表３中で酸素量：５質量％）は残留電荷を７秒以下程度で除去できた。一方、Ａｌ_２Ｏ_３を７質量％添加したもの（表３中で酸素量：７質量％）においては、残留電荷の除去に20秒必要であったことより、酸素空孔を有していることは効果があるが、酸素が多くなると効果が小さくなることから、板状体の吸着面側のセラミックスが含有している酸素量は0.001質量％以上５質量％以下が好ましいといえる。

すなわち、板状体の吸着面側のセラミックスが酸素空孔を有していない場合は、残留電荷の除去に20秒かかったが、酸素空孔を有している場合は、0.001質量％の微量の酸素でも３秒で除去でき、酸素量が５質量％の場合も７秒であり十分に短時間で除去できたが、酸素量が７質量％になると20秒と時間がかかるようになった。このことは、酸素量が多くなりすぎると酸素空孔ができにくくなることを示していると見られる。このことから、酸素量は0.001質量％から５質量％であることが好ましいといえるのである。

次に、本発明の静電チャックにおけるセラミックスによる吸着面について、明度についての確認を行なった。同様の試験の結果を表４に示す。なお、吸着面の明度は、コニカミノルタ製ＣＲ−400を用いて、Ｌ＊ａ＊ｂによる数値として求めた。

表４に示す結果から分かるように、吸着面の明度が10では、ウエハの脱着が可能となる残留電荷の除去に20秒が必要であった。一方、明度が20および明度が50では、７秒以下でウエハの脱着が可能となる残留電荷の除去ができた。この結果は、照射光が波長が500ｎｍの可視光であるため、黒体のように照射された光を吸収する効果が必要であることを示している。このことから、明度は20以上が好ましいことが分かる。

また、本発明の静電チャックにおけるセラミックスによる吸着面について、表面粗さ（算術平均粗さＲａ）の効果について確認した、同様の試験の結果を表５に示す。

表５に示すように、吸着面の算術平均粗さＲａが0.005μｍおよび1.6μｍでは、ウエハの脱着が可能となる残留電荷の除去に20秒程度が必要であった。これに対し、算術平均粗さＲａが0.01μｍおよび0.8μｍでは、ウエハの脱着が可能となる残留電荷の除去は５秒以下でできており、短時間で脱着できるものであった。この結果は、照射光である可視光の吸着面における反射または散乱により、可視光が吸着面から吸収されにくくなることが影響しているためである。よって、吸着面は算術平均粗さＲａが0.01〜0.8μｍであることが好ましいことが分かる。

本発明の静電チャックの実施の形態の一例における概略構造を示す断面図である。 本発明の静電チャックの実施の形態の一例を用いた、帯電除去方法を説明するための装置の概略構造を示す断面図である。

符号の説明

１・・・板状体
１ａ・・・誘電体層
１ｂ・・・基体
２・・・吸着用電極
３・・・吸着面
４・・・導通端子
５・・・ウエハ
10・・・静電チャック

20・・・プロセスチャンバー
21・・・高周波電極
22・・・静電チャック金属ベース
23・・・静電チャック電源
24・・・照射ランプ
25・・・シャッター

Claims (2)

1. 吸着用電極を備えた板状体の主面を吸着面とする静電チャックにおいて、前記板状体は、前記主面側が波長が４５０ｎｍ以上の可視光の照射によって体積固有抵抗が低下するセラミックスからなり、該セラミックスが窒化アルミニウム質セラミックスであり酸素を０．００１〜５質量％で含むとともに酸素空孔を有していることを特徴とする静電チャック。
2. 前記吸着面の算術平均粗さＲａが０．０１〜０．８μｍであることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。

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