JP5225041B2

JP5225041B2 - 静電チャック

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Publication number: JP5225041B2
Application number: JP2008297728A
Authority: JP
Inventors: 浩司小野
Original assignee: Kyocera Corp
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Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2028-11-21
Also published as: JP2010123843A

Description

本発明は、ＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置、イオンプレーティング装置、蒸着装置等の成膜装置およびエッチング装置において、例えば半導体用途のシリコンウエハ等の被加工物を固定保持、矯正、搬送するのに用いる静電チャックに関するものである。

従来、ＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置、イオンプレーティング装置、蒸着装置等の成膜装置およびエッチング装置では、被加工物を精度良く固定するため、平坦かつ平滑に仕上げられた板状体の表面に被加工物を強制的に吸着させることが行われており、この吸着手段として静電吸着力を利用した静電チャックが用いられている。

これら成膜装置およびエッチング装置に用いられる従来の静電チャックは、板状セラミック体の一方の主面（一方の最も広い面）または内部に静電吸着用電極を備えているとともに、上記板状セラミック体の他方の主面（他方の最も広い面）を吸着面としている。そして、静電吸着用電極に電圧を印加して被加工物との間に誘電分極によるクーロン力または微少な漏れ電流によるジョンソン−ラーベック力等の静電吸着力を発現させることにより、被加工物を吸着面に強制的に吸着固定させることができる。

このような静電チャックは、被加工物のシリコンウエハ等を吸着面から離脱させるためのリフトピン装置が、被加工物の周辺部に対応する板状セラミック体の一方の主面（被加工物と反対側の主面（裏面））の側に設置されている。例えば、リフトピン装置のリフトピンは、板状セラミック体の周辺部に形成された貫通孔を通じて上下動するものであり、被加工物を吸着面から離脱させる際にリフトピンの先端が被加工物を押し上げることによって被加工物を吸着面から離脱させる。

近年、上記の静電チャックにおいて、吸着面をブラスト法等により凹凸面とし、この凹凸面の凸部の頂面もしくは凹凸面の全面を鏡面研磨して被加工物の固定保持面とするとともに、この凹凸面の凹部をヘリウムガス等の冷却ガスの供給路とした構造の静電チャックが知られている。

このような静電チャックは、凸部の頂面の合計面積を吸着面に対して所定の範囲内とすることで被加工物の吸着力を確保し、さらには凸部の頂面のみが被加工物の接触面であるため、残留吸着による被加工物の離脱時間をも好適に短縮化することが可能となっている。

さらには、凸部の構造が、凸部の頂面のみならず、凸部の頂面と周面との間を曲線とすることで、凸部の頂面と周面の間が面取りされ、被加工物と凸部とが摺動して被加工物の表面および凸部の表面が細かく削れることによって発生する余分な粒子（以下、パーティクルともいう）を低減している。
特許第3784274号公報特許第4094262号公報

ところで、上述の静電チャックを使用する半導体業界では、より高度なＩＣの集積化による付加価値の向上および低コスト化が求められている。その要求を満たす重要なアイテムとして、具体的には配線微細化と歩留まり向上の両立という観点から、半導体製造時のパーティクル低減が、従来に増して重要な課題として挙げられている。

このパーティクルの発生は、静電チャックに被加工物を静電吸着させる際よりも、被加工物を離脱させる際に多く発生しており、このため被加工物の離脱メカニズムに関連して種々の改良がなされてきた（例えば、特許文献２を参照）。

この離脱メカニズムは、１）被加工物を離脱させる際にリフトピンを上昇させ、まずリフトピンで持ち上げられた被加工物の外周部が吸着面から離脱する、２）続いて被加工物が吸着面の内側に向かって順次離脱していく、という時間差を伴った段階的なものである。

しかしながら、この被加工物の離脱の際に発生するパーティクルについて、従来の凸部の頂面に被加工物を積載する静電チャックでは、以下の問題点が依然として残っている。

すなわち、リフトピンによる被加工物の段階的な離脱の際に、図５に図示するように、被加工物５１が撓み、最後に離脱する被加工物５１の内側の領域５３は、最初に離脱する外周部よりも、吸着面５２ａの凸部５６のＲ面５６ｃとの接触および摺動時間が長くなり、パーティクルを発生する問題点があった。

なお、図５において、５０は静電チャック、５２は板状セラミック体、５６ａは凸部５６の頂面、５６ｂは凸部５６の周面、５７は静電吸着用電極、５８はガス導入孔である。また、図５（ｂ）は（ａ）のＦ部を拡大した拡大断面図である。

この問題点は、吸着面を構成するセラミック体の硬度と、被加工物であるシリコンウエハの硬度が異なることに由来しており、吸着面の凸部の頂面および周面、頂面と周面との間のＲ面、および凸部と凸部の間に形成される凹部を全て鏡面加工しても、完全に解消されるものではない。

さらに、上記の静電チャックは、凸部の頂面のみで被加工物を固定保持しており、凸部の頂面の合計面積を吸着面の面積に対して小さくなりすぎないように所定の範囲内としても、本質的に静電吸着力が低下している。

また、被加工物および吸着面の外周部の領域、特に最外周の凸部の頂面と被加工物の隙間から冷却用のヘリウムガスが漏洩し易く、その結果、凸部のＲ面と被加工物の接触、摺動により発生したパーティクルが半導体製造装置内に飛散する問題点があった。

従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、パーティクルの発生を効果的に低減しつつ、被加工物の固定保持、矯正、搬送を行なうことが可能な静電チャックを提供することである。

本発明の静電チャックは、板状セラミック体の一方の主面または内部に静電吸着用電極を備えて他方の主面をウエハを吸着保持する吸着面とし、該吸着面に多数の凸部を有し、リフトピンを用いて前記ウェハを前記吸着面から離脱させることのできる静電チャックにおいて、前記凸部は頂面と周面との間がＲ面であり、該Ｒ面の曲率が前記吸着面の外周部の領域よりも内側の領域で大きいことを特徴とするものである。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、前記凸部は上面視で円形状であることを特徴とするものである。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、前記吸着面が半径ｒの円形状であり、前記外周部の領域が半径ｒ／２よりも外側であり、前記内側の領域が半径ｒ／２よりも内側であることを特徴とするものである。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、前記内側の領域における前記凸部の前記Ｒ面および前記頂面の縦断面形状が半円状であることを特徴とするものである。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、前記Ｒ面の曲率が前記吸着面の前記外周部の領域から中央部に向かって徐々に大きくなっていることを特徴とするものである。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、前記吸着面は前記凸部の間に凹凸を有することを特徴とするものである。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、前記凹凸はそれぞれ底面または頂面の周縁部が滑らかな曲面であることを特徴とするものである。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、前記凸部の頂面の面積が前記内側の領域よりも前記外周部の領域で大きいことを特徴とするものである。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、前記吸着面の外周に周壁を有し、該周壁の下方に前記静電吸着用電極が延在してい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、板状セラミック体の一方の主面または内部に静電吸着用電極を備えて他方の主面をウエハを吸着保持する吸着面とし、吸着面に多数の凸部を有する静電チャックにおいて、凸部は頂面と周面との間がＲ面であり、Ｒ面の曲率が吸着面の外周部の領域よりも内側の領域で大きいことから、リフトピンにより被加工物が吸着面から離脱する際に、凸部と被加工物の接触時間および摺動時間が長い吸着面の内側の領域において凸部の頂面と周面との間のＲ面の曲率を大きくすることによって、吸着面の内側の領域において凸部と被加工物との接触面積が小さくなるとともに摩擦力が小さくなる。その結果、パーティクルの発生を低減することができる。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、凸部は上面視で円形状であるときには、冷却用のヘリウムガスが吸着面内の凸部間を循環し易くなり、被加工物の吸着面側に付着したパーティクルが取れ易くなる。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、吸着面が半径ｒの円形状であり、外周部の領域が半径ｒ／２よりも外側であり、内側の領域が半径ｒ／２よりも内側であるときには、内側の領域で発生するパーティクルを効果的に低減することができる。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、内側の領域における凸部のＲ面および頂面の縦断面形状が半円状であるときには、吸着面の内側の領域で撓んだ被加工物が凸部のＲ面に対し、接触面積が小さくなるとともに摩擦力が小さくなり、より効果的にパーティクルの発生を低減することができる。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、Ｒ面の曲率が吸着面の外周部の領域から中央部に向かって徐々に大きくなっているときには、吸着面においてＲ面の曲率が突然大きく変化する部位がなくなり、そのような部位での急激な被加工物の離脱が解消される。このことにより、被加工物が吸着面の外周部から中央部に向かって順次離脱するため、被加工物の裏面（吸着される面）にパーティクルが付着したとしても周辺に飛散しない。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、吸着面は凸部の間に凹凸を有するときには、被加工物と凸部との接触および摺動で発生するパーティクルを凸部間の凹凸の凹部で捕集することができる。また、リフトピンによる被加工物の離脱時に凸部間に被加工物が接触した場合、凸部間の凹凸によって被加工物の接触面積および摩擦力を低減し、パーティクルの発生をより有効に低減することができる。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、凹凸はそれぞれ底面または頂面の周縁部が滑らかな曲面であるときには、リフトピンによる被加工物の離脱時に凸部間に被加工物が接触した場合、凸部間の凹凸によって被加工物の接触面積および摩擦力を低減し、より効果的に被加工物の接触および摺動によるパーティクルの発生を低減することができる。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、凸部の頂面の面積が内側の領域よりも外周部の領域で大きいときには、外周部の領域における凸部の頂面での吸着力を高めることができ、冷却用のヘリウムガスがリークしにくい。その結果、被加工物の吸着面側の面でパーティクルが発生したとしても、パーティクルを周辺に飛散させない。

また、本発明の静電チャックは、上記の構成において、吸着面の外周に周壁を有し、周壁の下方に静電吸着用電極が延在しているときには、周壁においても被加工物を吸着し、凸部の頂面による吸着力の低下を補いつつ、効果的にヘリウムガスのリークによるパーティクルの飛散を抑制することができる。

以下、本発明の静電チャックの実施の形態の例について図面を用いて詳細に説明する。

なお、ここで示す実施の形態は、本発明の趣旨をより明解にするため、具体的に説明するものであり、特に明記しない限り、本発明を限定するものではない。

図１は本発明に係る静電チャックを示す図で、（ａ）はその上面図、（ｂ）はその縦断面図である。

この静電チャック１は、シリコンウエハ等の被加工物と同程度の大きさを有する円盤状をした板状セラミック体２の内部に、一対の静電吸着用電極３を埋設するとともに、板状セラミック体２の他方の主面に、図１（ａ）のドットパターンで示すように、多数の凸部６が形成されてあり、凸部６の頂面８を吸着固定面としている。

被加工物の吸着固定は、凸部６に被加工物を積載し、静電吸着用電極３間に給電端子（図示せず）を介して通電して、静電吸着用電極３と被加工物との間に静電吸着力を発現させることにより達成される。

また、凸部６と凸部６の間はガス流路５となっている。板状セラミック体２の中央部は、一方の主面（図１（ｂ）では板状セラミック体２の下面）からガス流路５の底面まで連通するガス導入孔７が形成されており、凸部６の頂面８に被加工物を吸着したとき、被加工物とガス流路５とで構成される空間にヘリウムガス等の冷却ガスを供給する。これにより、ガス流路５と被加工物との間の熱伝達特性を高め、吸着固定面である凸部６の頂面８と被加工物との間の熱伝達を良好にし、被加工物の温度分布が均一となるように制御している。

なお、図１に示した静電チャック１では、板状セラミック体２の他方の主面（図１（ｂ）では板状セラミック体２の上面）の外周縁に周壁４が形成されており、吸着面２ａの凸部６と被加工物およびガス流路５がなす空間が閉じた空間としてあり、ガス導入孔７から供給された冷却ガスが外部に多量に漏れることを抑制するようにしてある。周壁４は目的に応じて設置しても良いし、設置しないでも良い。また、周壁４は板状セラミック体２と一体的に形成してもよく、あるいは板状セラミック体２とは別の部材として作製し、組み合わせて構成しても良い。

図２（ａ）〜（ｄ）は、凸部６の構成の各種例を示す図である。また、図３（ａ）〜（ｄ）は、静電チャック１の凸部６について、Ｒ面の曲率が外周部の領域と内側の領域で異なることを説明する図であり、図３（ａ）は凸部の位置を示す静電チャック１の縦断面図、図３（ｂ）は（ａ）のＡ部を拡大した断面図および上面図、図３（ｃ）は（ａ）のＢ部を拡大した断面図および上面図、図３（ｄ）は（ａ）のＣ部を拡大した断面図である。

図２（ａ）に示すように、凸部６の頂面８は基本的に平坦面であり、周面１０は基本的に垂直面である。頂面８と周面１０との間にはＲ面９が形成されており、断面図ではＲ面９は滑らかな曲線となっている。

吸着面２ａの内側の領域では、リフトピンで被加工物を離脱させる際に、下側に凸となるように撓んだ被加工物の吸着面２ａ側の面（下面）が凸部６に対し平行を保つことができず、撓みの変形応力が凸部６を押圧する応力として発現する。

従って、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、吸着面２ａの内側の領域、例えばＢ部の凸部６についてＲ面の曲率９を、外周部の領域、例えばＡ部の凸部６のＲ面の曲率より大きくすることで、被加工物が凸部６の頂面８のみならず特にパーティクルを生じやすいＲ面９にも接触し難くなり、結果として被加工物の接触および摺動による摩耗損傷が低減する傾向がある。

この傾向については以下の（１）〜（３）のことが解っている。

（１）凸部６の頂面８の合計面積が外周部の領域よりも内側の領域において大きい場合についても、この傾向は維持される。この場合、１）吸着面２ａの凸部６が単一の幅（あるいは直径）を有するものであり、内側の領域に凸部６が多い場合、２）内側の領域における凸部６の幅が、外周部の領域における凸部６の幅より大きい場合、すなわち内側の領域における凸部６の頂面８が、外周部の領域における凸部６の頂面８より大きい場合、の２通りである。吸着面２ａの内側の領域におけるパーティクルの発生は、凸部６に対し撓んだ被加工物が凸部６を押圧する応力が、被加工物を頂面８に押しつけることよりも、むしろ被加工物と凸部６のＲ面との摺動摩擦を増長することに起因する。

（２）凸部６の頂面８の合計面積が、吸着面２ａの内側の領域と外周部の領域で同じ場合、この傾向は維持される。（１）と同様の理由である。

（３）凸部６の頂面８の合計面積が、吸着面２ａの内側の領域よりも外周部の領域において大きい場合、この傾向は維持される。この場合、１）被加工物が接触する凸部６が少ない、２）内側の領域の凸部６の幅が小さい場合の２通りであり、パーティクルが発生する凸部６のＲ面が少ない。

さらにこの傾向は、凸部６の形状が図２（ｂ）のようなテーパー状（先細り状）の周面１１を有する円錐台形状である場合であっても、図２（ｃ），（ｄ）のように、四角柱状、八角柱状のような多角柱状である場合でも維持される。特には、凸部６は図２（ａ）の如く、凸部６の上面視での形状が円形状である円柱状であることが良く、この場合、多角柱状の凸部６のように周面１０に稜線がなく冷却ガスが障害無く流れ易い。このため、被加工物の吸着面２ａ側に付着したパーティクルが取れ易いという効果がある。

また、吸着面２ａが半径ｒの円形状である場合、好ましくは、図３（ａ）に示すように、外周部の領域が半径ｒ／２よりも外側であり、内側の領域が半径ｒ／２よりも内側であることがよい。この場合、ｒ／２よりも内側の領域で凸部６が、撓んだ被加工物と接触、摺動することを効果的に回避でき、パーティクルがさらに低減できる。

また、図３（ｄ）に示すように、内側の領域における凸部６のＲ面９および頂面１２の縦断面形状を半円状（全体形状は半球状）とすることが好ましい。この場合、吸着面２ａの内側の領域で撓んだ被加工物が凸部６のＲ面９に対し、より接触し難くなり効果的にパーティクルの発生を抑制できる。

図２（ｃ），（ｄ）のように、凸部６が四角柱状、八角柱状のような多角柱状である場合、図３（ａ）のＣ部を示す図３（ｄ）のように、Ｒ面９および頂面１２の縦断面形状を半円状（全体形状は半球状）とすることもできる。この場合、縦断面によっては縦断面形状が半円状でなく四角形状等の他の形状であってもよい。さらに、Ｒ面９および頂面１２の形状は、部分円筒状等の形状であってもよい。

また、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、Ｒ面９の曲率が吸着面２ａの外周部の領域から中央部に向かって徐々に大きくなっていることが好ましい。この場合、Ｒ面９の曲率が急激に変化する個所がないため、被加工物が吸着面２ａの外周部から中央部に向かって順次離脱するようになり、被加工物の裏面（吸着される面、つまり吸着面２ａに対向する面）にパーティクルが付着したとしても、周辺に飛散しない。

ところで、ここでいう吸着面２ａの中央部とは、内側の領域におけるより中心に近い領域であり、例えば、吸着面２ａが半径ｒの円形状である場合、吸着面２ａの半径ｒ／１０以下程度の領域を指す。

図１に示す凸部６間のガス流路５について、図４（ｂ）に示すように、凸部６間に凹凸４２が形成されており、その凹凸をパーティクル捕集用のポケットとすることができる。すなわち、被加工物を固定保持する凸部６以外の部位は多数の凹凸４２となっていることで、パーティクル吸着のための表面積を増大させることができる。凹凸４２は、大きさが均一でも不均一でもその機能にはほとんど影響しない。

具体的な凹凸４２の大きさ、特に凹凸４２の深さ（高さ）は、板状セラミック体２の静電吸着力を発現させる静電吸着用電極３上の磁器抵抗（インピーダンス）に対し、大きさや深さが大きくなることにより、低抵抗化等の悪影響が及ぼさない範囲で適宣決定される。

被加工物の離脱時に、撓んだ被加工物が凸部６間に接触する場合、凹凸４２が被加工物との接触面積および摺動面積を低減し、パーティクルの発生を抑制することができる。より好ましくは、凸部６間の凹凸４２は滑らかな曲面で形成されることがよく、その場合より効果的に被加工物の接触および摺動によるパーティクルの発生を低減できる。

実用上は、凹凸４２の算術平均粗さＲａが５μｍ以下であれば特に問題はないが、好ましくは３μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下であれば、凹凸４２の曲面が滑らかであり、被加工物との接触および摺動による摩擦をより低減できるため、パーティクルの発生がより低減できる。

板状セラミック体２の吸着面２ａに凸部６を形成する方法としては、まず板状セラミック体２の他方の主面に、マスクを用いたサンドブラスト法、マシニング加工法あるいは超音波加工法等の公知の手法を用い、高さが数μｍから数十μｍの凸部６を所定のパターン形状に形成する。

次に、ガス流路５で囲まれる凸部６の頂面８が平坦でかつ同一平面上に位置するようにするため、ラッピング加工を施す。このとき、ラップ板として鋳鉄製のものを用い、１０μｍから１μｍの大きさを有するダイヤモンド砥粒を用いて凸部６の頂面８を表面研磨する。さらに銅盤や錫盤を用いて仕上げ研磨を施してもよい。

次に、線径０．３ｍｍのナイロン糸を束ねた糸束を、歯ブラシのように基体に植毛し、適宣配置した大型研磨パッドを付けた表面研磨機を用いて、板状セラミック体２の吸着面２ａを表面研磨する。すなわち、回転する板状セラミック体２の周縁部から中央部にかけて、大型研磨パッドの研磨面を押し当てながら自転させた状態で走査させる。その際、板状セラミック体２と大型研磨パッドとの間にダイヤモンドスラリーを供給しながら表面研磨加工を行う。これにより、頂面８と周面１０との間にＲ面９を有する凸部６を形成することができる。

凸部６のＲ面９について、吸着面２ａの外周部の領域と内側の領域で異なる曲率を有するようにするために、表面研磨機の走査速度を適宣変更することができる。すなわち、吸着面２ａの外周部の領域でＲ面９の曲率を小さくし、内側の領域でＲ面９の曲率を大きくするためには、外周部の領域で走査速度を大きくし、内側の領域で走査速度を小さくすればよい。

研磨パッドを構成する糸束の材質は、ナイロンに代表されるポリアミド繊維、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリブチレンテレフタラート等の有機合成繊維、動物性および植物性の天然繊維、リン青銅、錫等の金属ワイヤーなど公知の材料、材質の中から目的に応じて適宣採用すればよい。また、糸の線径は、糸に選択する材料、材質により最適なサイズを適宜採用すればよい。

また、凸部６間に凹凸４２を形成するための最も簡便な方法は、最初にガス流路５を形成する際に、サンドブラスト加工法によって同時に凹凸４２を形成する方法である。この際用いる砥粒としては、炭化珪素，アルミナ，ガラスビーズ，ダイヤモンド等から成り、８０メッシュ通過品から３００メッシュ未通過品程度の粒径のものとすることが好ましい。また、凹凸４２は、上述の如くガス流路５を形成した後、再度より所定の形状にするために、マシニング加工法または超音波加工法等を施してもよい。

凹凸４２は、表面研磨加工により凸部６と同時に研磨加工によって形成され、凹凸４２の底面または頂面の周縁部を滑らかな曲面とすることができる。

吸着面２ａの外周部の領域における凸部６の頂面８の面積を、内側の領域における凸部６の頂面８の面積よりも大きくすることによって、外周部の領域における凸部６の頂面８の静電吸着力が高まり、被加工物を強固に固定保持することができる。このため、冷却用のヘリウムガスが外周部の領域の凸部６からリークしにくい。すなわち、被加工物の吸着面２ａ側の面と凸部６およびガス流路５で形成される空間が閉じた空間となり、被加工物の吸着面２ａ側にパーティクルが発生したとしても、パーティクルを周辺に飛散させないようにすることができる。

また、図４（ａ）に示すように、吸着面２ａの外周に周壁４を設置し、周壁４の下方に静電吸着用電極３の延在部４１を設けることによって、周壁４においても被加工物を吸着固定し、凸部６の頂面８による吸着力の低下を補うとともに、ヘリウムガスのリークによるパーティクルの飛散を効果的に抑制することができる。

本発明の静電チャックの実施例について以下に説明する。

図３の構成を有する静電チャック１と、図５に示す従来の構成の静電チャック５０を作製した。

図３の構成を有する静電チャック１は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の工程によって作製した。

（Ａ）まず、板状セラミック体２の吸着面２ａに凸部６を形成するために、板状セラミック体２の他方の主面に、マスクを用いたサンドブラスト法によって、凸部６を平面視で所定のパターン形状となるように形成した。

（Ｂ）次に、凸部６の頂面８が平坦でかつ同一平面上に位置するようにするため、ラッピング加工を施した。このとき、ラップ板として鋳鉄製のものを用い、粒径３μｍの大きさを有するダイヤモンド砥粒を用いて凸部６の頂面８を表面研磨した。

（Ｃ）次に、線径０．３ｍｍのナイロン糸（ポリアミド繊維）を束ねた糸束を、歯ブラシのように基体に植毛し、適宣配置した大型研磨パッドを付けた表面研磨機を用いて、板状セラミック体２の吸着面２ａを表面研磨した。すなわち、回転する板状セラミック体２の周縁部から中央部にかけて、大型研磨パッドの研磨面を押し当てながら自転させた状態で走査させた。その際、板状セラミック体２と大型研磨パッドとの間にダイヤモンドスラリーを供給しながら表面研磨加工を行った。これにより、頂面８と周面１０との間にＲ面９を有する凸部６を形成した。

（Ｄ）次に、凸部６のＲ面９について、Ｒ面９の曲率が吸着面２ａの外周部の領域から中央部に向かって徐々に大きくなるようにするために、表面研磨機の走査速度を適宣変更した。すなわち、吸着面２ａの外周部の領域から中央部に向かって徐々に走査速度を小さくしていった。

図５に示す従来の構成の静電チャック５０は、上記の（Ａ）〜（Ｃ）の工程によって作製した。

静電チャック１および静電チャック５０のそれぞれについて、真空チャンバー内でシリコンウエハを吸着固定させた後に、シリコンウエハに付着するパーティクル数および真空チャンバー内のパーティクル数の増加を測定した。

なお、静電チャック１及び静電チャック５０とも製品サイズ、材質等は全て統一した。ここで、凸部６，５６は均等ピッチで吸着面２ａの全面に形成した。すなわち、半径ｒ／２より外周部の領域と、半径ｒ／２より内側の領域での凸部６，５６の頂面８，５６ａの合計面積比は６７％：３３％となっている。また、凸部６，５６の高さは９μｍであった。

また、凸部６の形状を種々評価するため、静電チャック１は複数作製した。

また、評価にあたっては、真空チャンバー内に静電チャック１，５０を設置し、静電チャック１，５０の凸部６，５６の頂面８，５６ａに、直径８インチのシリコンウエハを載せた状態で、静電吸着用電極３，５７に通電して静電吸着力を発現させ、シリコンウエハを凸部６，５６の頂面８，５６ａに固定保持した。

その後、ガス導入孔７，５８よりヘリウムガスを供給し、シリコンウエハに７００Ｐａの背圧をかけた状態で、静電吸着用電極３，５７への通電を止め、シリコンウエハを、真空チャンバー内でリフトピンを用いて吸着面２ａ，５２ａから離脱させた。

このときの真空チャンバー内のパーティクル数の増加数、およびシリコンウエハに付着したパーティクル数をパーティクルカウンターによって測定した。これらの結果を表１に示す。

表１に示すように、まず、Ｎｏ．１１の従来の構成の静電チャック５０は、吸着面５２ａの全域で凸部５６のＲ面５６ｃの曲率が単一であり、この場合、シリコンウエハの吸着面２ａ側の面に付着しているパーティクル数が１２００個、真空チャンバー内のパーティクル数の増加数も３００個と極めて多かった。シリコンウエハについて、パーティクルの付着位置を確認すると、吸着面５２ａの内側の領域５３におけるパーティクルが非常に多かった。特に、凸部５６の頂面５６ａよりも、Ｒ面５６ｃと当接する位置にパーティクルの付着が目立っていた。これは、シリコンウエハが吸着面５２ａから離脱する際に撓んだことで、シリコンウエハが押しつけられる頂面５６ａよりも、摺動し摩擦が大きなＲ面５６ｃでパーティクルが発生したと考えられる。

これに対し、凸部６のＲ面９の曲率を、外周部の領域よりも内側の領域（ｒ／２より内周側の領域）において大きくしたＮｏ．１〜１０では、シリコンウエハに付着しているパーティクル数が大幅に低減した。また、真空チャンバー内のパーティクル数の増加数も５０個以下と非常に少なかった。

このことから、シリコンウエハと凸部６の摺動によるシリコンウエハの摩耗および損傷は、凸部６のＲ面９で主に発生したものと考えられる。この原因は、リフトピンでシリコンウエハを離脱させる際に、撓んだシリコンウエハの吸着面２ａ側の面が、吸着面２ａの内側の領域で凸部６と長い時間、摺動されたことによるものであると言える。

ここで、Ｎｏ．５とＮｏ．７あるいはＮｏ．６とＮｏ．８より、吸着面２ａの内側の領域における凸部６を形成する円柱の直径が、外周部の領域における凸部６を形成する円柱の直径と同じであっても大きくなっていても、外周部の領域より内側の領域で凸部６のＲ面９の曲率が大きければ、パーティクル数に大差はなかった。すなわち、外周部の領域における凸部６の頂面８の面積より、内側の領域における凸部６の頂面８の面積が大きくても、Ｒ面９の曲率の大小がパーティクル数について支配的であることが分かった。

また、Ｎｏ．１〜５より、凸部６の形状は円柱状もしくは円錐台形状である場合がパーティクル数が少なかった。これは、円柱状もしくは円錐台形状の凸部６である場合、冷却ガスが流れ易くなり、シリコンウエハに付着したパーティクルが取れ易いためと考えられる。

また、Ｎｏ．５とＮｏ．９あるいはＮｏ．９とＮｏ．１０より、ｒ／２より内周側の内側の領域の凸部６の縦断面形状を半円状とすることで、よりパーティクル数の低減を達成できることが判明した。この縦断面形状が半円状の凸部６の数が多いほどよく、さらにパーティクル数が低減する。これは、吸着面２ａの内側の領域の凸部６の縦断面形状を半円状とすることによって、凸部６のＲ面９の曲率がさらに大きくなり、離脱時に撓んだシリコンウエハのＲ面９への接触、摺動が回避され易くなるためと考えられる。

特に、Ｎｏ．５とＮｏ．６あるいはＮｏ．７とＮｏ．８より、凸部６のＲ面９の曲率が外周部の領域から、静電チャック１の中央部に向かって徐々に大きくなると、真空チャンバー内のパーティクル数の増加数が大幅に低減していることが分かる。このことより、Ｒ面９の曲率を急激に変化させないようにすれば、シリコンウエハが吸着面２ａの外周部から中央部に向かって順次離脱し、その結果、シリコンウエハに付着したパーティクルが周辺に飛散せず、真空チャンバー内の雰囲気を汚染しないことが分かった。

実施例１と同様にして、図３の構成を有する本発明の静電チャック１を作製した。吸着面２ａの外周部の領域と内側の領域で、凸部６の頂面８の合計面積を種々変更し、真空チャンバー内でシリコンウエハを吸着固定した後に、シリコンウエハに付着したパーティクルの数および真空チャンバー内のパーティクル数の増加数を測定した。

なお、静電チャック１の製品サイズ、材質等は全て統一した。ここで、凸部６の高さは９μｍとし、凸部６は全て上面視形状が直径３ｍｍの円形状である円柱状とした。

また、７種の静電チャック１のなかには、凸部６間に凹凸４２を有するもの、周壁４の下方に静電吸着用電極３の延在部４１を有するものがある。測定結果を表２に示す。

表２より、まず、Ｎｏ．１とＮｏ．２あるいはＮｏ．４とＮｏ．５より、凸部６間のガス流路５に凹凸４２を形成した場合、パーティクルが低減することが分かった。測定終了後に、静電チャック１を真空チャンバーから取り出し、詳細に観察すると、凹凸４２の凹部に細かいパーティクルが捕獲されていることが分かった。これは、凹凸４２がガス流路５の全域にわたって形成されたことで、パーティクルを吸着捕集する表面積が増加したことにより、凹凸４２がパーティクル捕集のポケットを形成したためと考える。

凸部６の頂面８について、Ｎｏ．１，４，７より、吸着面２ａの外周部の領域と内側の領域とで凸部６の頂面８の面積比を変更し、内側の領域で面積比を大きくしても同じにしても、外周部の領域より内側の領域で凸部６のＲ面９の曲率が大きければ、合計のパーティクル数に大差はないことが分かった。すなわち、面積比がパーティクル数に対して支配的であるのではなく、Ｒ面９の曲率がパーティクルの発生に対して支配的であることが分かった。

ところで前述の通り、面積比により合計のパーティクル数は変わらないが、真空チャンバー内のパーティクル数の増加数は、明らかに内側の領域における凸部６の頂面８の面積比が減少するに従い、減少傾向を示している。このことは、面積比を外周部の領域で大きくすることで、外周部の領域におけるシリコンウエハの吸着保持力が強化され、このため、シリコンウエハと凸部６の頂面８とガス流路５で形成される空間、およびシリコンウエハと凸部６の頂面８とガス流路５と周壁４とで形成される空間から冷却ガスが漏洩し難くなったことを表している。そのため、真空チャンバー内のパーティクル数の増加数が少なくなったものと考えられる。

さらに、Ｎｏ．２とＮｏ．３あるいはＮｏ．５とＮｏ．６より、周壁４の下方に静電吸着用電極３の延在部４１を設けた場合、さらに真空チャンバー内のパーティクル数の増加数が抑制される。これは、冷却ガスの漏洩がより抑制されたためと考えられる。

本実施の形態の静電チャックの一例を示し、（ａ）は静電チャックの上面図、（ｂ）は静電チャックの縦断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態の静電チャックにおける凸部の各種構成例を示す縦断面図および上面図である。（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態の静電チャックの凸部の構成ついて説明するものであり、（ａ）は凸部の位置Ａ，Ｂ，Ｃを示す静電チャックの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部を拡大した縦断面図および上面図、（ｃ）は（ａ）のＢ部を拡大した縦断面図および上面図、（ｄ）は（ａ）のＣ部を拡大した縦断面図である。（ａ），（ｂ）は本実施の形態の静電チャックの他例を示し、（ａ）は静電チャックの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ部を拡大した縦断面図である。（ａ），（ｂ）は従来の静電チャックを示し、（ａ）は従来の静電チャックの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＦ部を拡大した縦断面図である。

符号の説明

１：静電チャック
２：板状セラミック体
２ａ：吸着面
３：静電吸着用電極
４：周壁
５：ガス流路
６：凸部
７：ガス導入孔
８：凸部の頂面
９：凸部のＲ面
１０：凸部の周面
４２：凸部間の凹凸

Claims

板状セラミック体の一方の主面または内部に静電吸着用電極を備えて他方の主面をウエハを吸着保持する吸着面とし、該吸着面に多数の凸部を有し、リフトピンを用いて前記ウェハを前記吸着面から離脱させることのできる静電チャックにおいて、前記凸部は頂面と周面との間がＲ面であり、該Ｒ面の曲率が前記吸着面の外周部の領域よりも内側の領域で大きいことを特徴とする静電チャック。
前記凸部は上面視で円形状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。
前記吸着面が半径ｒの円形状であり、前記外周部の領域が半径ｒ／２よりも外側であり、前記内側の領域が半径ｒ／２よりも内側であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電チャック。
前記内側の領域における前記凸部の前記Ｒ面および前記頂面の縦断面形状が半円状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の静電チャック。
前記Ｒ面の曲率が前記吸着面の前記外周部の領域から中央部に向かって徐々に大きくなっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の静電チャック。
前記吸着面は前記凸部の間に凹凸を有することを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
前記凹凸はそれぞれ底面または頂面の周縁部が滑らかな曲面であることを特徴とする請求項６に記載の静電チャック。
前記凸部の頂面の面積が前記内側の領域よりも前記外周部の領域で大きいことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
前記吸着面の外周に周壁を有し、該周壁の下方に前記静電吸着用電極が延在していることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。