JP5283699B2

JP5283699B2 - 双極型静電チャック

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Publication number: JP5283699B2
Application number: JP2010519749A
Authority: JP
Inventors: 博藤澤; 良昭辰己
Original assignee: 株式会社クリエイティブテクノロジー
Priority date: 2008-07-08
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: KR20110027785A; JPWO2010004915A1; CN102089875A; EP2306505A4; US8730644B2; CN102089875B; EP2306505A1; US20110102965A1; HK1154307A1; TW201021150A; WO2010004915A1

Description

この発明は、双極型静電チャックに関し、詳しくは、電圧印加時の基板吸着保持性に優れると共に、電圧印加停止とともに残留電荷をすばやく消滅させることができる双極型静電チャックに関する。

半導体製造プロセスに係るイオン注入装置、イオンドーピング装置、プラズマイマージョン装置をはじめ、電子ビームや極紫外線（EUV）リソグラフィー等を用いた露光装置、シリコンウエハ等のウエハ検査装置など、種々の装置等において半導体基板を吸着・保持するために静電チャックが使用されている。また、液晶製造分野では、ガラス基板等に液晶の圧入を行う際に用いる基板張り合わせ装置やイオンドーピング装置等で絶縁性基板を吸着・保持するために静電チャックが使用されている。

これらの静電チャックは、通常、ポリイミドフィルムやセラミックス等の高い電気的絶縁性の材料からなる上部絶縁層を介して基板を吸着するため、また、静電チャックは湿度を殆ど有さない真空チャンバー等の内部で使用されるため、静電チャック自身が非常に帯電しやすい。そのため、基板の処理に用いられるイオンや電子等の荷電粒子が上部絶縁層に取り込まれて残留電荷を生じ、電源を切ってから長時間経過しても基板が吸着されたままになる問題を生じる。また、静電チャックのまわりに帯電して浮遊するパーティクル等を引き付けてしまうといった問題も生じる。

静電チャックの残留電荷を消滅させるためには、アース（接地）に電荷を逃がすようにするなどして溜まった電荷を流れ易くするような経路を設けるか、或いは電荷が存在する箇所に反対極性を有した電荷を流し込むことなどが必要になる。しかしながら、近年、静電チャックの吸着力をより一層向上させたり、大型化が進む基板を処理する必要性などから、静電チャックの構造が複雑化する傾向にあり、電荷をアースに逃がしたり、反対極性の電荷を流し込んだりしても、残留電荷を完全に除去することが困難になってきている。

そこで、例えば、電極層において電極が存在しない箇所に対応させて基板側の上部絶縁層の一部を切り欠き（段部を設け）、電極が存在しない箇所では上部絶縁層が直接基板と接触しないようにする手段が提案されている（特許文献１の図１(c)を参照）。電極が存在しない箇所に対応する上部絶縁層には、直近に存在する電極の端部と吸着させる基板とを結んだ横断方向に沿って誘電分極が形成され、このような方向に溜まった電荷は電圧印加停止後の電気制御では消滅され難い。そのため、上記の提案は、電極が存在しない箇所に対応する上部絶縁層を切り欠くことで、電気制御では消滅させ難い電荷を無くす方法に関する。

ところが、上述したように、近年では、吸着力を向上させるために櫛形電極等のような複雑な形状を有する電極が検討されており、これらの電極に対応して上記のような方法を採用することは現実的には難しい。また、仮に上記のような方法が採用できたとしても、静電チャックに一旦溜まった電荷を電気制御等によって完全に除去するためには、残留電荷が存在する箇所に適切かつ適量の反対極性の電荷を供給しなければならず、その制御等は困難を極める。

特開平６−３１４７３５号公報

このような状況のもと、本発明者等は、静電チャックの残留電荷を事後的に消滅させるのではなく、残留電荷が形成され難いような電極形状について最適化を図った。ここで、図６は２つの半月状電極８及び９を有した双極型静電チャックの従来例であり、（ａ）は基板４を吸着させる吸着面側から見た電極８、９の平面模式図を示し、（ｂ）はそのＩ-Ｉ断面模式図を示す。先ず、図示外の電源のプラス極側に電極８を接続し、マイナス極側に電極９を接続して電圧を印加した場合、上部絶縁層１の誘電分極により基板吸着面５側には（ｂ）に示すような電気力線Ｅが形成される。そして、この電気力線Ｅが分布する領域にイオンや電子等の荷電粒子が存在すると、正の荷電粒子は電気力線Ｅに沿ってマイナス極側に移動し、負の荷電粒子は電気力線Ｅに沿ってプラス極側に移動するが、これらの荷電粒子は、途中にある電気抵抗の著しく高い上部絶縁層１の基板吸着面５付近に溜まると考えられる。

次に、電圧の印加を停止すると電気力線Ｅは消滅して、上部絶縁層に溜まった電荷の一部は電極を介して接地側に流れるか、或いは異極の電荷と共に消滅すると考えられる。ここで、例えば図中に記したＡ点は、Ｂ点に比べてプラス側の電極２までの距離が近いため、Ａ点に溜まった電荷は近くにある異極の電荷同士と比較的容易に消滅すると考えられる。一方で、Ｂ点のように異極まで比較的距離があると、Ａ点に溜まった電荷に比べて消滅までに時間を要し、接地側に移動して消滅しない限りは残留電荷として残ってしまう可能性がある。

そこで、本発明者等は、電圧の印加により基板吸着面に発生する電荷を、電圧印加を停止した際に速やかに消滅させることができるような双極型の静電チャックについて鋭意検討した結果、異なる極性の電圧を印加した場合に、一方の極性を有する電極のまわりに他方の極性を有する電極が配置されるような電極形状を採用することで、異極の電荷同士が効率的に消滅して残留電荷が形成され難く、尚且つ、吸着力に優れた静電チャックが得られることを見出し、本発明を完成した。

したがって、本発明の目的は、電圧印加時の基板吸着保持性に優れると共に、電圧印加停止とともに残留電荷がすばやく消滅するような双極型静電チャックを提供することにある。

すなわち、本発明は、第一及び第二の電極を有する電極層と、基板を吸着させる基板吸着面を形成する上部絶縁層とを少なくとも備えた双極型の静電チャックであり、電極層の表面をｘｙ方向に対して所定の幅Ｌを有した複数の仮想セルに分割して見立てた場合に、第一の電極を形成する第一電極部と第二の電極を形成する第二電極部とが、ｘ方向の仮想セルに対して交互に並ぶように配置されると共に、ｙ方向の仮想セルに対して交互に並ぶように配置されることを特徴とする双極型静電チャックである。

本発明では、第一及び第二の電極を有する電極層は、基板吸着面に対応する表面において、図１及び図２に示すように、ｘｙ方向にそれぞれ所定の幅Ｌを有した複数の仮想セルに分割して見立てた場合に、以下のような電極形状条件を満たす必要がある。すなわち、ｘ方向の仮想セル（ｘ_ｎ，ｙ_ｍ）、（ｘ_ｎ＋１，ｙ_ｍ）、（ｘ_ｎ＋２，ｙ_ｍ）、・・・に対し、第一の電極を形成する第一電極部2 aと第二の電極を形成する第二電極部3aとが交互に並ぶように配置されると共に、ｙ方向の仮想セル（ｘ_ｎ，ｙ_ｍ）、（ｘ_ｎ，ｙ_ｍ＋１）、（ｘ_ｎ，ｙ_ｍ＋２）、・・・に対し、第一電極部2aと第二電極部3aとが交互に並ぶように配置される必要がある（ｎ、ｍはいずれも０以上の整数）。ここで、各電極部の平面形状については、それぞれ特に制限はなく、図１及び２に示すように四角形のほか、円形、楕円形、３角形以上の多角形等にしてもよい。また、多角形の場合には隣接する電極間での放電のおそれを排除するために、角部を所定の曲率半径で丸めるようにしてもよい。更には、一度発生した電荷が異極の電荷によって効果的に消滅するようにするために、第一電極部2a及び第二電極部3aが、全て同じ形状からなるようにして、尚且つ、各仮想セルの中心にこれらの電極部の重心が重なるようにして、向きを揃えて配置されるようにするのが好ましい。

図２において示されるように、上記仮想セル内に配置された第一電極部と第二電極部との間に設けられる隙間ｄについては、印加する電圧等によっても異なるが、すなわち吸着対象の基板の種類や大きさ等によって求められる吸着力が異なるため適宜設計すればよいが、例えば直径３００ｍｍのシリコンウエハを吸着処理するような静電チャックの場合、印加電圧（通常±500〜±1500V程度）等を考慮して、隙間ｄが０．５〜２ｍｍの範囲となるようにするのがよい。また、上記の条件の前提になるセル幅Ｌについては、吸着対象の基板の種類や大きさ等に応じて適宜設定すればよく、例えば直径３００ｍｍのシリコンウエハを吸着処理するような場合には、１〜２０ｍｍの範囲となるようにして、第一電極部及び第二電極部が配置されるようにするのがよい。

上記の各セル内に配置された第一電極部及び第二電極部については、それぞれ連結部を介して同一電位を形成できるようにすればよい。すなわち、図１及び２に示すように、第一電極２は、複数のセル内に配置された第一電極部2a同士を連結する第一連結部2bを有してなり、また、第二電極３は、複数のセル内に配置された第二電極部3a同士を連結する第二連結部3bを有してなるようにすればよい。それぞれの連結部の平面形状については最も単純には帯状であり、その場合の幅については０．２〜２ｍｍ程度であるのがよいが、特に形状等については制限されない。ただし、第一電極２及び第二電極３が同一平面に形成される場合には、第一連結部2bと第二連結部3bとが交差しないようにする。

上記のような電極形状条件に従って得られた電極層は、図３に示した断面模式図からも分るように、電圧を印加して電位差が生じる第一電極と第二電極とが、ｘ方向及びｙ方向のいずれにも互いに隣接して存在するため（図１のII-II断面及びII’-II’断面はいずれも図３のようになる）、電圧印加停止後には、上部絶縁層の基板吸着面付近に形成された電荷が効率良く近隣の極性の異なる電荷と打ち消しあって消滅することができ、結果的に残留電荷の形成を可及的に防ぐことができる。また、このような電極層を備えた静電チャックによれば、図３に示すように、電気力線Ｅはその大多数が基板吸着面付近に密な状態で発生する。これは、例えば図６（ｂ）に示したような従来の静電チャックに比べて、短い距離の範囲内で電気力線Ｅが形成されることになり、浮遊する帯電パーティクル等の異物を静電チャックに引き寄せる確率を減らすことになる。

また、第一電極及び／又は第二電極が、仮想セル内において電極部が存在しない電極欠落部を有するようにして、後述するように、電極欠落部に対応する位置に上部絶縁層が基板側に突出する絶縁層頂部を有するようにしてもよい。すなわち、電極層の表面における仮想セルのいずれかには電極部が存在しない電極欠落部を形成し、尚且つ、上部絶縁層は、電極欠落部に対応する位置に絶縁層頂部を有するようにして、この絶縁層頂部のみが基板と接して基板吸着面を形成するようにする。この電極欠落部は、本発明における電極形状条件に従えば本来あるべき電極部のいくつかを欠落させてなるものである。例えば図４に示した例では、（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_４，ｙ_１）、（ｘ_１，ｙ_４）及び（ｘ_４，ｙ_４）のセルの箇所が電極欠落部2c、3cであり、これらは先に説明した電極形状条件に従えば、順に第一電極部2a、第二電極部3a、第二電極部3a及び第一電極部2aが配置される箇所である。このような電極欠落部をどの程度の量や数で形成するかについては、吸着対象の基板の種類や形状等に応じて適宜設定すればよいが、基板吸着面に均一な吸着力が形成されるようにするためには、第一電極における電極欠落部2cと第二電極における電極欠落部3cの数が同数になるようにして、尚且つ、電極欠落部に対応して設ける絶縁層頂部に均一に基板の重さがかかるようにするのがよい。

電極層を形成する電極が電極欠落部を有し、かつ、上部絶縁層が電極欠落部に対応した位置に絶縁層頂部を有するようにした静電チャックによると、図５に示したように、基板と接触する絶縁層頂部1aには電気力線Ｅが通り抜けないことになる（図４のIII-III断面及びIII’-III’断面はいずれも図５のようになる）。そのため、上部絶縁層には、少なくとも基板が接触する部分（絶縁層頂部）において、電圧印加により発生する電荷や、誘引されるイオンや電子等の荷電粒子の数が少なくなって、電圧印加停止時の残留吸着力をより一層低減させることができる。

本発明における静電チャックの電極層は、上述したような第一電極及び第二電極を備えればよく、第一電極及び第二電極は、電極層内において同一面に形成するようにしてもよく、絶縁性フィルムや絶縁性の接着剤等からなる電極間絶縁層を介してその上下面に第一電極及び第二電極を形成するようにしてもよいが、残留電荷がより形成され難くなる観点から、好ましくは第一電極及び第二電極は同一面に形成するのがよい。また、同一面に第一電極及び第二電極を形成する場合や、電極間絶縁層を介して第一電極及び第二電極を形成する場合のいずれであっても、電極間の隙間をエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の絶縁性接着剤や熱可塑性ポリイミド系接着シートの一部などで塞ぐようにしてもよい。

第一電極及び第二電極を形成する手段については特に制限はなく、例えば銅、アルミニウム、ニッケル、タングステン等の金属を所定の電極形状となるようにマスクしながら溶射したり、蒸着させたりして形成してもよく、或いは金属箔を用いたり、めっき処理やイオンプレーティング等によって金属層を形成して、エッチングにより所定の電極形状を得るようにしてもよい。これらの電極の厚みについては、電極を形成する手段によっても異なるが、いずれも一般的に採用される範囲であればよく、例えば金属箔から形成する場合は主に５〜３０μｍの範囲であり、イオンプレーティング法により形成する場合は主に０．１μｍ〜２μｍの範囲であり、金属溶射から形成する場合は主に３０〜５０μｍの範囲である。

また、本発明における上部絶縁層については、基板を吸着させるための基板吸着面を備えたものであればよく、その材質等については特に制限されず、ポリイミドフィルム、シリコーンフィルム、ポリアミドフィルム等の絶縁性フィルムから形成してもよく、アルミナ、窒化アルミ等のセラミックス材料からなるものであってもよい。上部絶縁層の厚みについては、絶縁層を形成する材質等によっても異なるが、いずれも一般的に採用される範囲であればよく、例えばポリイミドフィルム等からなる場合は主に２５〜２００μｍの範囲であり、セラミックス材料を溶射して形成する場合は主に１００〜５００μｍの範囲である。

電極層を形成する電極の少なくともいずれかが電極欠落部を有する場合には、上部絶縁層には、電極欠落部に対応する位置で基板側に突出した絶縁層頂部1aを設け、この絶縁層頂部1aで基板と接して基板吸着面５を形成するようにすると、少なくとも基板と接触する部分に溜まる電荷の数を可及的に低減させることができる。この頂部絶縁層1aは、基板の吸着保持性や溜まる電荷の低減性等を考慮して、平面形状が電極欠落部に対応する仮想セルの範囲内におさまるようにするのが望ましいが、仮にセルのサイズを超えて隣接するセルの一部に重なるように形成されたとしても構わない。また、絶縁層頂部1aの高さについては（すなわち絶縁層凹部1bの深さ）、基板の吸着力を維持したり、基板を吸着させた際の基板裏面の凹凸やうねりを抑えたりするほか、加工性等の観点から、５〜２０μｍの範囲であるのがよい。上部絶縁層に絶縁層頂部1aを形成する手段としては、例えば所定のマスクを介してセラミックス材料を溶射するようにしてもよく、ポリイミドフィルム等で上部絶縁層を形成した後に、エッチング処理により絶縁層凹部1bを形成するようにしてもよい。

また、本発明における双極型静電チャックは、電極層と上部絶縁層との間に接着剤や接着フィルム等を介して積層するようにしてもよく、電極層の表面に上部絶縁層を直接形成するようにしてもよい。更には、電極層の下側（基板吸着面とは反対側）に、上部絶縁層と同様に絶縁性フィルムやセラミックス材料等からなる下部絶縁層を設け、アルミニウム等からなる金属基盤上に接着剤等を用いて貼着し、静電チャックを得るようにしてもよい。すなわち、本発明における効果に影響を及ぼさない限りでは、一般的な静電チャックで用いられる構造や製造方法等の技術を採用することができる。

本発明によれば、電極に電圧を印加して基板吸着面に発生する電荷が、互いに周辺に存在する異極の電荷と効率的に打ち消しあうことができるため、電圧印加停止とともに残留電荷をすばやく消滅させることができる。また、本発明のような電極形状によれば、電圧印加により生じる電気力線を基板吸着面付近にとどめることができるため、イオンや電子等の荷電粒子の取り込み量を抑えることができ、基板吸着面に溜まる電荷の数を最小限にすることができる。そのため、本発明の双極型静電チャックは、電圧の印加を停止した後に残留電荷を直ちに減らすことができると共に、電圧印加時の基板吸着保持性にも優れた双極型静電チャックである。加えて、電気力線の形成を基板吸着面付近に抑えることができることから、静電チャックのまわりに帯電して浮遊するパーティクル等の取り込み量を減らすことができる。

図１は、本発明の電極層を形成する第一電極及び第二電極の平面説明図である。図２は、図１の一部拡大図である。図３は、図１のII-II方向（II’-II’方向）から見た本発明の双極型静電チャックの断面模式図である。図４は、本発明の電極層を形成する第一電極及び第二電極が電極欠落部を有する場合の平面説明図である。図５は、図４のIII-III方向（III’-III’方向）から見た本発明の双極型静電チャックの断面模式図である。図６は、双極型静電チャックの従来例を示す説明図であり、（ａ）は平面模式図を示し、（ｂ）はI-I断面模式図を示す。

以下、実施例に基づき本発明をより詳細に説明する。

［実施例１］
下部絶縁層６として直径２９８ｍｍのポリイミドシート（東レ・デュポン社製商品名カプトンＨ：厚さ１２５μｍ）を用意し、この表面をならす目的で予めイオンプレーティング法によって処理して０．１μｍのクロム層を形成した。次いで、このポリイミドシートのクロム層上にイオンプレーティング法によって直径２９６ｍｍ、膜厚０．５μｍの銅からなる電極層を形成して、硝酸系エッチング液を用いたエッチングにより、図１及び２に示すような第一電極２及び第二電極３を得た。ここで、仮想セル幅Ｌ＝５ｍｍとし、それぞれ４．５ｍｍ×４．５ｍｍの大きさを有した第一電極部2aと第二電極部3aとが、ｘ方向及びｙ方向のセルに交互に並ぶようにして、尚且つ、ｘ方向及びｙ方向ともに隣接する電極部間の隙間ｄを１ｍｍとして配置した（直径方向には最大５９個の電極部を配置）。また、仮想セル内に配置された第一電極部２及び第二電極部３は、互いに等電位となるように、いずれも幅０．５ｍｍの帯状の第一連結部2b及び第二連結部3bによって連結されるようにした。

次いで、上記のようにして第一電極２及び第二電極３を形成した電極層の表面に、厚さ３０μｍの熱可塑性ポリイミド系接着シートを介して直径２９６ｍｍのポリイミドシート（東レ・デュポン社製商品名カプトンＨ：厚さ７５μｍ）を貼り合わせて上部絶縁層１とした。次いで、上部絶縁層１と下部絶縁層６の表面にそれぞれクッション材を重ね合わせ、これらをまとめて加熱プレス機にセットして厚さ方向圧力２ＭＰａ、加熱温度１５０℃、及び保持時間５分の条件で加熱加圧処理して、上部絶縁層１、電極層（第一電極２、第二電極３）、及び下部絶縁層６からなる電極シートを得た。そして、得られた電極シートを、厚さ３０μｍの熱可塑性ポリイミド系接着シートを介して直径２９８ｍｍの載置面を有するアルミニウム製金属基盤に固着し、実施例１に係る双極型静電チャックを完成させた。

上記で得られた双極型静電チャックについて、上部絶縁層１の表面を基板吸着面として直径３００ｍｍのシリコンウエハを載置し、第一電極２を直流電源のプラス極側に、第二電極３をマイナス極側にそれぞれ接続して、±７５０Ｖの電圧を印加して１分間シリコンウエハを吸着保持させた。その後、電源を切って電圧印加を停止し、１秒後にシリコンウエハを基板吸着面から押上ピンにて引き離したところ、特に力を必要とせずにシリコンウエハを引き剥がすことができた。

［実施例２］
電極層を形成する第一電極２及び第二電極３について、図４に示すとおり、４×４の仮想セルの頂点部分の電極部を欠落させ、電極層の表面において第一電極部2aが欠落した電極欠落部2cと第二電極部3aが欠落した電極欠落部3cの数が同数になるようにした以外は実施例１と同様にして電極シートを得た。次いで、上部絶縁層１の表面にマスクをかぶせ、ポリイミド専用アルカリ系エッチング液（三菱製紙株式会社製商品名ポリイミドエッチング液）を用いてエッチングを行い、電極欠落部2c、3cの仮想セルに対応する箇所以外のポリイミドシートを深さ１０μｍ除去し（絶縁層凹部1cに相当）、５ｍｍ×５ｍｍ×高さ１０μｍの絶縁層頂部1aを形成した。次いで、絶縁層頂部1aを形成した電極シートを実施例１と同様にしてアルミニウム製金属基盤に固着し、実施例２に係る双極型静電チャックを完成させた。

上記で得られた双極型静電チャックについて、実施例１と同様に、絶縁層頂部1aからなる基板吸着面にシリコンウエハを吸着保持させた後、電源を切って電圧印加を停止し、１秒後にシリコンウエハを基板吸着面から押上ピンにて引き離したところ、特に力を必要とせずにシリコンウエハを引き剥がすことができた。

本発明における双極型静電チャックは、シリコン、ガリウム砒素、シリコンカーバイト（SiC)等の半導体ウエハや、ガラス基板、有機ＥＬなどに用いる樹脂シート等の絶縁性基板を吸着保持するのに適し、特に電圧印加時の基板吸着保持性に優れると共に電圧印加停止時の残留電荷の低減性に優れた双極型静電チャックであることから、半導体製造プロセス等における連続工程で使用するのに好適である。勿論、本発明の静電チャックは、これらに限定されずに、対象物を吸着させるような種々の用途に適用できる。

１：上部絶縁層
２：第一電極
2a ：第一電極部
2b ：第一連結部
2c ：電極欠落部
３：第二電極
3a ：第二電極部
3b ：第二連結部
3c ：電極欠落部
４：基板
５：基板吸着面
６：下部絶縁層
７：金属基盤
８,９：電極

Claims

第一及び第二の電極を有する電極層と、基板を吸着させる基板吸着面を形成する上部絶縁層とを少なくとも備えた双極型の静電チャックであり、電極層の表面をｘｙ方向に対して所定の幅Ｌを有した複数の仮想セルに分割して見立てた場合に、第一の電極を形成する第一電極部と第二の電極を形成する第二電極部とが、ｘ方向の仮想セルに対して交互に並ぶように配置されると共に、ｙ方向の仮想セルに対して交互に並ぶように配置され、また、第一電極及び第二電極が、それぞれ、仮想セル内に電極部が存在しない電極欠落部を有すると共に、上部絶縁層が、これらの電極欠落部に対応する位置に基板側に突出した絶縁層頂部を有して基板と接し、基板吸着面を形成したことを特徴とする双極型静電チャック。
第一電極が、複数の仮想セル内に配置された第一電極部同士を連結する第一連結部を有し、かつ、第二電極が、複数の仮想セル内に配置された第二電極部同士を連結する第二連結部を有する請求項１に記載の双極型静電チャック。
第一電極及び第二電極が、電極層内において同一面に形成される請求項１又は２に記載の双極型静電チャック。
基板が直径３００ｍｍのシリコンウエハである場合にセル幅Ｌが１〜２０ｍｍの範囲である請求項１〜３のいずれかに記載の双極型静電チャック。
ｘ方向又はｙ方向に隣接するセル間において第一電極部と第二電極部との間の隙間ｄが０．５〜２ｍｍの範囲である請求項４に記載の双極型静電チャック。