JP7189715B2

JP7189715B2 - 静電チャック

Info

Publication number: JP7189715B2
Application number: JP2018182268A
Authority: JP
Inventors: 猛宗石
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2022-12-14
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: JP2020053579A

Description

本開示は、静電チャックに関する。

半導体デバイスの製造工程では、ウェハ等の被処理物を吸着保持する手段として、静電チャックが利用されている。ここで、静電チャックは、サファイア等の誘電体層と、この誘電体層に接触して位置する静電吸着用の電極と、この電極を覆う絶縁体を備えている。そして、電極に電圧を印加することによって、誘電体層に被処理物が吸着保持される。

例えば、特許文献１には、サファイアと基板とをポリイミド系の接着剤で接合し、この接着剤の内部に電極を有する静電チャックが開示されている。

特開平９－２６０４７２号公報

半導体デバイスの製造工程では、プラズマガスが利用され、プラズマガスと電極との間で放電現象が発生する場合がある。ここで、特許文献１に記載の静電チャックのように、電極をポリイミドのような有機系の接着剤で覆っている場合、接着剤がこの放電現象により損傷し、静電チャックとしての信頼性が損なわれるおそれがあった。

本開示は、このような事情を鑑みて案出されたものであり、信頼性に優れる静電チャックを提供することを目的とする。

本開示の静電チャックは、誘電体層と、該誘電体層に接触して位置する、静電吸着用の第１電極と、該第１電極を覆うとともに、前記誘電体層に接触して位置する、セラミックスからなる第１層と、を備える。そして、第１層の気孔率は３面積％未満である。

本開示の静電チャックは、信頼性に優れる。

本開示の静電チャックの一例を示す断面図である。本開示の静電チャックの他の例を示す断面図である。

本開示の静電チャックについて、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。

本開示の静電チャック１０は、図１に示すように、誘電体層１と、誘電体層１に接触して位置する、静電吸着用の第１電極２と、第１電極２を覆うとともに、誘電体層１に接触して位置する、セラミックスからなる第１層３と、を備える。

ここで、図１では、第１電極２の個数が３個である例を示しているが、これに限定されるものではなく、第１電極２の個数は少なくとも１個以上であればよい。そして、第１電
極２は単一の電極で構成される、いわゆる単極型に限定されるものでなく、第１電極２は、正電圧が印加される電極と負電圧が印加される電極とで構成される、いわゆる双極型であってもよい。

そして、第１電極２に電圧を印加することにより、クーロン力およびジョンソン・ラーベック力等の静電吸着力によって、誘電体層２にウェハ等の被処理物を吸着保持することができる。

また、第１電極２は、導電性を有するならば、どのような材料で構成されていても構わないが、モリブデン、タングステン、白金が主成分であってもよい。ここで、主成分とは、第１電極２を構成する全成分１００質量％のうち、７０質量％以上占める成分のことである。

また、第１電極２の平均厚みは、例えば、１μｍ以上１５０μｍ以下であってもよい。

また、誘電体層１とは、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、サファイア等である。特に、誘電体層１がサファイアであるならば、サファイアは粒界を有しないことから、プラズマガスによるエッチングによって発生する浮遊粒子（パーティクル）が少なくなる。

ここで、誘電体層１の平均厚みは、例えば、５０μｍ以上３００μｍ以下であってもよい。

また、第１層３を構成するセラミックスとは、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素等である。このように、第１層３はセラミックスで構成されていることで、高いプラズマ耐性を有する。

そして、本開示の静電チャック１０において、第１層３の気孔率は３面積％未満である。このような構成を満足していることで、プラズマガスが気孔を介して第１層３の内部に侵入するおそれが低く、プラズマガスと第１電極２との間で発生する放電現象が抑制されることから、第１層３が放電現象により損傷しにくく、本開示の静電チャック１０は、信頼性に優れる。なお、第１層３の平均厚みは、例えば、５０μｍ以上６００μｍ以下であってもよい。

ここで、第１層３の気孔率は、静電チャック１０を切断するとともに、測定可能な面積の第１層３が露出するまで研削加工を行なった後、画像解析ソフトを用いて測定することで算出すればよい。

また、本開示の静電チャック１０において、第１層３の体積抵抗率は、１．０×１０^７Ω・ｃｍ以上であってもよい。このような構成を満足するならば、第１層３の存在により、プラズマガスと第１電極２との間で発生する放電現象がより抑制されることから、第１層３が放電現象によって損傷しにくくなり、本開示の静電チャック１０の信頼性が向上する。特に、第１層３の体積抵抗率が、１．０×１０^１３Ω・ｃｍ以上ならば、第１電極２から発生するリーク電流を減らすことができる。

ここで、第１層３の体積抵抗率は、静電チャック１０を切断するとともに、測定可能な面積の第１層３が露出するまで研削加工を行なった後、四端子法で測定することで確認すればよい。

また、本開示の静電チャック１０は、図２に示すように、第１層３における第１電極２
側とは反対の面に接触して位置する、加熱用の第２電極８と、第２電極８を覆うとともに、第１層３に接触して位置する、セラミックスからなる第２層９と、を備えていてもよい。このような構成であれば、本開示の静電チャック１０は、ヒータとして機能する。

また、第２電極８は、導電性を有するならば、どのような材料で構成されていても構わないが、モリブデン、タングステン、白金が主成分であってもよい。ここで、主成分とは、第２電極８を構成する全成分１００質量％のうち、７０質量％以上占める成分のことである。

また、第２電極８の平均厚みは、例えば、１μｍ以上１５０μｍ以下であってもよい。

また、第２層９を構成するセラミックスとは、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素等である。このように、第２層９はセラミックスで構成されていることで、高いプラズマ耐性を有する。

特に、第１層３と第２層９とは、同じセラミックスで構成されていてもよい。ここで、第１層３と第２層９とが同じセラミックスで構成されているとは、例えば、第１層３が酸化アルミニウムで構成されている場合、第２層９も酸化アルミニウムで構成されるということである。そして、このような構成を満足するならば、第１層３と第２層９との熱膨張係数が同じとなり、第２電極８により加熱および冷却が繰り返されても、熱膨張係数の差に起因して亀裂が発生するおそれが低くなり、信頼性が向上する。

そして、本開示の静電チャック１０において、第２層９の気孔率は３面積％未満である。このような構成を満足していることで、プラズマガスが気孔を介して第２層９の内部に侵入するおそれが低いことから、第２層９が損傷しにくく、本開示の静電チャック１０の信頼性が向上する。

ここで、第２層９の気孔率は、第１層３の気孔率を測定した同じ方法で測定することで算出すればよい。

なお、第２層９の平均厚みは、例えば、５０μｍ以上６００μｍ以下であってもよい。

また、本開示の静電チャック１０において、第２層９の体積抵抗率は、１．０×１０^７Ω・ｃｍ以上であってもよい。このような構成を満足するならば、第２層９が放電現象により損傷しにくくなり、本開示の静電チャック１０の信頼性が向上する。特に、第２層９の体積抵抗率が、１．０×１０^１３Ω・ｃｍ以上ならば、第２電極８から発生するリーク電流を減らすことができる。

ここで、第２層９の体積抵抗率は、第１層３の体積抵抗率を測定した同じ方法で測定することで算出すればよい。

また、本開示の静電チャック１０において、第２層９の気孔率は、第１層３の気孔率よりも大きくてもよい。このような構成を満足するならば、第２電極８により静電チャック１０が加熱された際に、熱が第２層９から第１層３へ伝搬しやすくなり、誘電体層１への熱の伝搬効率が高まり、静電チャック１０をヒータとして利用した際の均熱性を高めることができる。

また、本開示の静電チャック１０は、図１および図２に示すように、流路４を有する流路部材５を備えていてもよい。ここで、図１では、流路部材５が、接着剤６を介して第１層３に接合されている例を示している。一方、図２では、流路部材５が、接着剤６を介し
て第２層９に接合されている例を示している。なお、接着剤６とは、例えば、シリコーン樹脂等の有機系接着剤である。

このような構成を満足するならば、流路部材５の流路４に流す流体により、本開示の静電チャック１０の温度を適宜調整することが可能となる。

また、流路部材５は、どのような材料で構成されていてもよいが、主成分が第２層９を構成するセラミックスと同じであってもよい。ここで、主成分とは、流路部材５を構成する全成分１００質量％のうち、７０質量％以上占める成分のことである。そして、流路部材５の主成分が第２層９を構成するセラミックスと同じとは、例えば、第２層９が酸化アルミニウムで構成されている場合、流路部材５の主成分も酸化アルミニウムであるということである。このような構成を満足するならば、流路部材５と第２層９との熱膨張係数が近似し、第２電極８により加熱および冷却が繰り返されても、熱膨張係数の差に起因して亀裂が発生するおそれが低くなり、信頼性が向上する。

なお、誘電体層１、第１電極２、第１層３、第２電極８、第２層９を構成する各成分はＸ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて測定し、得られた２θ（２θは、回折角度である。）の値よりＪＣＰＤＳカードを用いて同定を行なうとともに、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）を用いて定量分析を行なうことで算出すればよい。

なお、流路部材５が導電性を有するならば、流路部材５自身をＲＦ電極として利用することができる。また、流路部材５が絶縁体であれば、流路部材５の内部または外部に別途ＲＦ電極を設ければよい。

また、本開示の静電チャック１０は、図１および図２に示すように、流路部材５から誘電体層１までを貫通する、リフトピン用の貫通孔７を有していても構わない。

次に、本開示の静電チャックの製造方法の一例について説明する。

まず、体積抵抗率が調整された、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、サファイア等からなる誘電体層を準備する。

次に、誘電体層の表面に第１電極を形成する。ここで、第１電極は、モリブデン、タングステン、白金等を主成分とする導電性ペーストを用いた焼結法またはスパッタリング法等で形成すればよい。なお、スパッタリング法であれば、誘電体層に熱的損傷を与えにくく、誘電体層の体積抵抗率を変化させるおそれが低い。

次に、第１電極を覆うとともに、誘電体層に接触して位置する、セラミックスからなる第１層を形成する。ここで、第１層は、化学気相蒸着法を用いて形成する。化学気相蒸着法は、溶射法に比べて緻密な膜質を形成することができ、第１層の気孔率を３面積％未満とすることができる。また、誘電体層に熱的損傷を与えにくく、誘電体層の体積抵抗率を変化させるおそれが低い。さらに、誘電体層と第１層との界面に気孔を生じにくくできる。そして、以上の製造方法によって、本開示の静電チャックを得る。

また、化学気相蒸着法で第１層を形成する際に、使用する水素量を調整することによって、第１層内に不対電子を生成することができ、第１層の体積抵抗率を任意の値に調整することができる。

また、第１層の表面に第２電極を形成し、第２電極を覆うとともに、第１層に接触して位置する第２層を形成してもよい。ここで、第２電極および第２層は、それぞれ上述した
第１電極および第１層と同じ方法で形成すればよい。

また、化学気相蒸着法で第２層を形成する際に、使用する水素量を調整することによって、第２層内に不対電子を生成することができ、第２層の体積抵抗率を任意の値に調整することができる。

また、第１層および第２層の気孔率は、第１層および第２層を形成する際に、第１層であれば誘電体層を、第２層であれば第１層を、それぞれ１００℃以上４００℃以下に加熱しておくことで適宜調整することができる。

また、流路を有する流路部材を準備し、シリコーン樹脂等の有機系接着剤を用いて第１層または第２層と接合してもよい。

なお、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

１：誘電体層
２：第１電極
３：第１層
４：流路
５：流路部材
６：接着剤
７：貫通孔
８：第２電極
９：第２層
１０、１０ａ、１０ｂ：静電チャック

Claims

誘電体層と、
該誘電体層に接触して位置する、静電吸着用の第１電極と、
該第１電極を覆うとともに、前記誘電体層に接触して位置する、セラミックスからなる第１層と、
前記第１層における前記第１電極側とは反対の面に接触して位置する、加熱用の第２電極と、
該第２電極を覆うとともに、前記第１層に接触して位置する、セラミックスからなる第２層と、を備え、
該第１層の気孔率は３面積％未満であり、
該第２層の気孔率は３面積％未満であり、
前記第２層の気孔率は、前記第１層の気孔率よりも大きい、静電チャック。
前記第１層の体積抵抗率は、１．０×１０^７Ω・ｃｍ以上である、請求項１に記載の静電チャック。
前記第２層の体積抵抗率は、１．０×１０^７Ω・ｃｍ以上である、請求項１または２に記載の静電チャック。