JPH04206948A

JPH04206948A - 静電チャック

Info

Publication number: JPH04206948A
Application number: JP2339325A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nagasaki; 浩一長崎; Masaki Ushio; 雅樹牛尾; Hitoshi Atari; 仁阿多利
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、半導体の製造装置などにおいて、シリコンな
とのウェハを固定、搬送するために用いられる静電チャ
ックに関するものである。

し従来の技術］従来より、半導体製造装置において、シリコンウェハを
固定、搬送するために、静電チャックか用いられていた
。特に、電子ビーム描画装置、ドライエツチング装置、
ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置なと、真空中でシリコンウェハ
を固定、搬送する場合は、真空チャックが使えないため
、静電チャックか有効であった。

このような静電チャックは、絶縁物に内部電極を備えた
構造となっており、互いに絶縁された一対の内部電極を
備えたもの（双極型）、一つの内部電極を備えたちのく
単極型）かあった。そして、双極型の場合は、表面絶縁
層の」二面にシリコンウェハなとを置き、互いに絶縁さ
れた一対の内部電極間に直流電圧を印加すると、表面絶
縁層内において分極現象か起こり、この静電気力によっ
てシリコンウェハなとを吸着保持するようになっていた
。また、単極型の場合は、表面絶縁層の上面にシリコン
ウェハなどを置き、内部電極どウェハ間に直流電圧を印
加すると、内部電極とウェハ間において分極現象か起こ
り、この静電気力によってシリコンウェハなとを吸着保
持するようになっていた。

−に記絶縁物としては、たどえは特開昭５９−１２９７
７９号公報に示されるように樹脂を用いたものか一般的
であったか、近年、アルミナなどのセラミックスを用い
ることか考えられていた（特開昭６０−２６＋３７７号
、特１ｔ＃１昭６２−２６４６３８号公報等参照）。

「従来技術の課題」ところか、絶縁物として樹脂を用いた静電チャックは、
シリコンウェハを吸着する表面絶縁層の硬度、剛性、加
工精度か悪く、平面度か直径４インチあたり０．］ｍ＋
ｎと、要求される平面度５〜２０μｍにはほと遠く、寿
命も低いものであった。

また、これに対し、アルミナ等のセラミックスを用いた
ものは、比誘電率か１０程度と低く、吸着性能が劣るた
め、高い吸着力を得るためには１０００■以上の高電圧
を印加しなければならないなと、実用性に欠けていた。

さらに、従来の静電チャックは、電圧を切った後も内部
の分極か元にもとりにくく、または静電気か表面に残留
し、吸着したシリコンウェハを外しにくいという問題点
もあった。

［課題を解決するための手段］そこで、本発明は、比誘電率か５０以上の強誘電体セラ
ミックスの内部に電極を備えて静電チャックを構成した
ものである。

なお、上記強誘電体セラミックスとしては、チタン酸カ
ルシウムまたはチタン酸バリウムを主成分としたものを
用いれはよく、比誘電率５０以上のセラミックスを用い
ることによって、シリコンウェハの固定に充分な吸着力
（５０ｇ／ｃｍ２以」二）を１０００Ｖ以下の電圧て得
ることかてきる。

また、電子ビーム描画装置、）・ライエッヂング装置な
との低温、真空中では、チタン酸カルシウムまたはチタ
ン酸バリウムを主成分としたものを用いればよく、ＣＶ
Ｄ装置、ＰＶＤ装置なとの高温、真空中では、チタン酸
カルシウムを主成分とするものを用いればよい。

なお、大気中においては、上記強誘電体セラミックスを
用いた静電チャックに交流電圧を印加することもてきる
。

［実施例］以下、本発明の実施例を図によって説明する。

第１図に示すように、静電チャックＣは、チタン酸バリ
ウム（ＢａＴｉ０３）　、チタン酸カルシウム（ＣａＴ
＋（Ｌ＋）なとを主成分とし、誘電率が５０以上の強誘
電体セラミックス１の内部に、銀（Ａｇ）　、白金（Ｐ
ｔ）　、パラジウム（Ｐｄ）などからなる内部電極２を
埋設し、該内部電極に電圧を印加するための導入端子３
を備えている。この静電チャックＣの表面絶縁層１ａに
シリコンウェハ（不図示）を置き、内部電極２とシリコ
ンウェハ間に電圧を印加すると、両者間で分極か起こり
、この静電気力によって、シリコンウェハか吸着される
ようになっていた。

このとき、表面絶縁層１ａかセラミックスから成ってい
るため、極めて平面度に優れた表面とすることかでき、
硬度、剛性に優れているため、半導体製造装置に好適に
用いることかできる。また、電極か内部に埋設されてい
るため、高温や腐食性雰囲気中などても使用することか
できる。

さらに、静電チャックにお（Ｊる基本的な吸着力（Ｆ）
は、内部電極２の面積（Ｓ）、表面絶縁層１ａの誘電率
（ε）および厚み（ｄ）、印加電圧（Ｖ）を用いて、下
記のように表される。

Ｆ■Ｓ・ε・　（ｖ／ｄ）２／２したかって、本発明のように、誘電率（ε）の高いセラ
ミックスを用いた静電チャックは基本的に吸着力か大き
い。なお、実際の吸着力は、上記式のみで決定されるも
のではなく、さまざまな要因に左右されるため、以下の
ように、実験を行った。

また、第１図には、内部電極２が一つの単極型のものを
示したが、二つの内部電極２を備えた双極型てあっても
よい。この場合は、二つの内部電極間に電圧を印加して
吸着させるか、原理、構造ともに単極型と同様であり、
以下単極型のものについてのみ述へる。

実験例１゜本発明実施例として、６０重量％以」二のＢａＴ　ｉ　
Ｏ５を主成分とし、Ｌａ、　Ｚｎ、　Ｎｂ等の添加剤を
それぞれ８重量％以下含有するチタン酸バリウム系セラ
ミックス、および６０重量％以上のＣａＴｉＯ３を主成
分とし、Ｌａ、、　ｌｌ１ｇ等の添加剤をそれぞれ８重
量９６以下含有するチタン酸カルシウム系セラミックス
を用いた。

これらのセラミックス原料をテープ状に成形し、所定の
形状に打ち抜いた後、一つの成形体表面に銀（Ａｇ）を
主成分とする電極を印刷し、もう一つの成形体を積層し
て同時・焼成することによって、内部電極２を備えた静
電チャックを得ることかできた。また、裏面にあらかし
め設けた小孔を通じて内部電極２との導通を図った。こ
のとき、表面絶縁層１ａの厚みは、上記テープ成形時の
厚みて自由に調整できるが、通常０．２〜１ｍｍの範囲
か好ましい。

なお、上記セラミックスにおいて、添加剤の種類、量を
変化させることによって、自由に比誘電率を変化させる
ことかできる。いま、本発明実施例として、チタン酸カ
ルシウムを主成分とし、比誘電率か５０．１００のもの
、およびチタン酸バリウムを主成分とし、比誘電率か３
０００のものを用意した。また、比較例として、Ａｌ２
Ｏ３を９７重量９６含有するアルミナセラミックス（比
誘電率１０）を用いたもの、およびポリイミド樹脂を用
いたものをそれぞれ用意した。なお、いずれの静電チャ
ックも大きさ直径４インチの円盤状で、表面絶縁層の厚
みは０．４ｍｍとし、内部電極は静電チャックの周囲よ
り２ｍｍ入り込んだ位置まて形成した。

このような静電チャックを、電子ビーム描画装置やドラ
イエッチツク装置なと、常温から一５０’Ｃまでの低温
下で加工を行う半導体製造装置と同一条件、即ぢ２０°
Ｃ１ｌ　Ｘ　ＩＦ３ｍｍ）Ｉｇまで減圧した条件下で直
流電圧を印加してシリコンウェハの吸着力を測定した。

結果は第２図に示す通りである。なお、２０°Ｃから一
５０°Ｃの間ては、すへて同様の結果であった。

第２図より明らかなように、比較例であるアルミナセラ
ミックスを用いたものは、比誘電率が低いことから吸着
力か弱く、シリコンウェハの固定に必要な吸着力（５０
ｇ／ｃｍ２以上）を得られないため、実用性のないもの
であった。また、ポリイミド樹脂を用いたものも吸着力
は低かった。

これに対し、比誘電率か５０以上のセラミックスを用い
た本発明実施例は、いずれも、シリコンウェハの固定に
必要な吸着力（５０ｇ／ｃｍ２以上）を得ることかでき
た。中でも、比誘電率か１００以上のものは、５００■
以下の電圧で吸着力を５０ｇ／ｃｍ２以」二とでき、特
に好適てあった。

したかって、本発明の静電チャックは、常温以下の低温
条件下でも好適に使用可能であり、電子ヒーム描画装置
やプラズマエソチツク装置に好適に使用できる。

実験例２次に、ＣＶＤやＰＶＤなと１５０〜５００°Ｃて加工を
行う半導体製造装置と同一条件下、即ち４００°Ｃ１Ｉ
　ｘ　１０−３ｍｍＨｇの減圧下で、上記と同様に直流
電圧を印加してシリコンウェハの吸着力を測定した。

本発明実施例として、チタン酸カルシウム（比誘電率１
．００）　、チタン酸バリウム（比誘電率３０００）を
用いたものを用意し、比較例として、アルミナセラミッ
クス（比誘電率１０）を用いたものを用意した。

結果は第３図に示すように、アルミナを用いた＝　９− 比較例は、吸着力を５０ｇ／ｃｍ２以」二とてきす、実
用性かなかった。また、チタン酸バリウムを用いたもの
は、高温になると比誘電率か低下するため、吸着力が弱
かった。これに対し、チタン酸カルシウムを用いたもの
は、温度による比誘電率の変化はなく、シリコンウェハ
の固定に充分な吸着力（５０ｇ／ｃｍ２以」二）を得る
ことかできた。

さらに、温度を変化させて種々実験を行った結果、１０
０°Ｃ以上になると、チタン酸バリウムを用いた静電チ
ャックは極端に吸着力か低下することかわかった。した
かって、ＣＶＤ装置またはＰＶＤ装置等の、　１００°
Ｃ以」二の高温中で用いる場合は、チタン酸カルシウム
を主成分とするセラミックを用いたものか良い。

実験例３また、この静電チャックは、シリコンウェハを強く吸着
させることによって、ウェハの平面度を吸着時に矯正す
ることかできる。各静電チャックに４インチのシリコン
ウェハを吸着し、表面の平面度を比較した結果は、第１
表に示す通りであっ−１０＝た。

この結果より明らかに、セラミックスを用いた静電チャ
ックは、表面の硬度、剛性か高く、精度よく加工てきる
ため、樹脂製に比べて吸着時のウェハの平面度を極めて
優れたものとできる。

第１表実験例４次に、エツチング装置内で使用される場合の耐蝕度を示
すエツチングレートを比較した。

本発明実施例として、チタン酸バリウム（比誘電率３０
００）、チタン酸カルシウム（比誘電率１００）を用い
た静電チャックと、比較例としてポリイミド樹脂を用い
た静電チャックについて、塩素および窒素によるエツチ
ングレートを測定した。

結果は第２表に示すように、本発明実施例は、比較例に
比へ１０〜１００倍の耐久性があることがわかる。

第２表一］　　ｌ　　＝実験例５次に、上記強誘電体セラミックスを用いた静電チャック
に対し、交流電圧を印加するテストを行った。本発明実
施例として、実験例１．２と同様に、チタン酸カルシウ
ムを主成分とし、比誘電率か１００のもの、チタン酸バ
リウムを主成分とし、比誘電率か３０００のものを用意
し、比較例としてＡｌ２Ｏ３を９７重量９６含有するア
ルミナセラミックス（比誘電率１０）を用いたものを用
意した。

これらの静電チャックを、常温、大気中で、直流電圧お
よび交流電圧を印加して、吸着力を測定した。結果は第
４図に示す通りである。

第４図より明らかなように、比較例であるアルミナセラ
ミックスを用いたものは、比誘電率が低いことから吸着
力か弱く、交流電圧を印加すると、さらに吸着力が低下
した。

これに対し、比誘電率か１００あるいは３０００の強誘
電体セラミックスからなる静電チャックに直流電圧を印
加した場合は、大気中であるため吸着力かさはと高くな
かったか、これに対し、交流電圧を印加すると、５０ｇ
／ｃｍ２以上の吸着力を得ることかでき、吸着力を大き
く向上させられることかわかる。

このように、交流電圧によって吸着力か高まるのは、チ
タン酸バリウム、チタン酸カルシウムなとの強誘電体セ
ラミックスに限られ、アルミナセラミックスでは、この
ような効果はなかった。

さらに、直流電圧を印加した場合は、電圧を切った後も
、シリコンウェハか外れにくかったのに対し、交流電圧
を印加した場合は、電圧を切るとすぐにシリコンウェハ
を外ずことかてきた。

以上のように、強誘電体セラミックスからなる静電チャ
ックに交流電圧を印加することで、特に吸着力を高める
ことができる。さらに、交流電圧を印加すると、電圧を
切った時にすぐに分極が元にもどり、吸着物を容易に外
すことかできる。なお、印加する交流電圧の周波数は、
特に制限はないか、高すぎると内部分極か追従しにくい
ため、１００ｔｌｚ以下か好適であった。

なお、上記のように交流電圧を印加した静電チャックは
、大気中でのシリコンウェハの搬送などに好適に用いる
ことかできる。

Ｕ発明の効果］叙−にのように本発明によれば、チタン酸カルシウムま
たはチタン酸バリウムを主成分とし、比誘電率５０以上
の強誘電体セラミックスの内部に電極を埋設して静電チ
ャックを構成したことによって、低電圧で高い吸着力を
得られることから、安全で高性能であり、また高い耐久
性を持ち、高温や低温中でも使用可能で、表面の平面度
を優れたものとてきる。さらに、」二記電極に交流電圧
を印加すれば、より吸着力を高められるとともに、電圧
を切った後の取り外しか容易になる。したかって、特に
シリコンウェハを吸着する半導体製造装置に好適に使用
できるなとの効果を奏することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例に係る静電チャックの一部破断斜
視図である。第２図は真空、低温条件下における静電チャックの印加
電圧と吸着力との関係を示すグラフである。第３図は真
空、高温条件下における静電チャックの印加電圧と吸着
力との関係を示ずグラフである。第４図は常温、大気ｌ：１月こおける静電チャックの印
加電圧と吸着力の関係を示すグラフである。１　強誘電体セラミックス１ａ　　表面絶縁層２　内部電極３　導通端子

Claims

【特許請求の範囲】

（１）チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ＿３）またはチ
タン酸バリウム（ＢａＴｉＯ＿３）を主成分とし、比誘
電率が５０以上の強誘電体セラミックスの内部に電極を
備えてなる静電チャック。
（２）比誘電率が５０以上の強誘電体セラミックスの内
部に電極を有し、該電極に交流電圧を印加する手段を備
えたことを特徴とする静電チャック。