JPH05138473A

JPH05138473A - 静電チヤツク

Info

Publication number: JPH05138473A
Application number: JP3323688A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kubota; 芳宏久保田; Makoto Kawai; 信川合; Shinji Kojima; 伸次小嶋
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1991-11-12
Filing date: 1991-11-12
Publication date: 1993-06-01
Anticipated expiration: 2014-10-18
Also published as: JP2965226B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】本発明は導電性、半導電性、絶縁性の対象
物を強い静電力で吸着保持する静電チャックの提供を目
的とするものである。【構成】本発明の静電チャックは、プラス電極とマ
イナス電極の電極パターンを形成し、各々の電極に電圧
を印加して静電力を発生させ、吸着する静電チャックに
おいて、プラス電極とマイナス電極のギャップ距離の最
小値と、プラス電極およびマイナス電極の電極パターン
の総面積の比が１×10^-4〜 1.5×10^-2cm^-1の範囲にある
ことを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は静電チャック、特には導
電性、半導電性または絶縁性の対象物を静電的に吸着保
持する静電チャックに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体や液晶の製造プロセス、半導体装
置のドライエッチング、イオン注入、蒸着などの工程に
ついては、その自動化やドライ化が進んでおり、したが
って真空条件下で用いられる装置も増加している。ま
た、基板であるシリコンウェハーやガラス板などの大口
径化、回路の高集積化、微細化が進んでいることから、
そのパターニング時の位置精度も益々重要なものになっ
てきている。そのため、ここに使用される基板の搬送や
吸着固定には真空チャックが使用されるのであるが、こ
の真空チャックは真空条件下では圧力差がないために使
用することができず、このものは非真空下で基板を吸着
できたとしてもこの吸着が局部的な吸引によるものであ
るために基板に部分的な歪が生じ、高精度な位置合わせ
ができないということから、最近の半導体、液晶の製造
プロセスには使用できないという欠点がある。

【０００３】したがって、これには静電気力を利用して
基板を搬送したり、これを吸着固定したりする静電チャ
ックが注目され、使用され始めている。この静電チャッ
クには、１つの電極を誘電体内に設け、他方の電極を基
板に設ける単極型と、誘電体内にプラス電極とマイナス
電極を設ける双極型とがあるが、現在は基板に電極を設
けるのに手間がかかることやリーク電流が流れやすく基
板にデバイス回路を作製する場合デバイス破壊をおこす
などの理由から、単極型よりも双極型が主に使用されて
いる。現在のところ、この静電チャックの静電力を強め
る方法としてはアルミナに遷移金属を添加する方法（特
開昭62-94953号公報参照）や誘電材料の厚さと電極の幅
および電極間の距離を適正な範囲になるようにする方法
（特開平2- 288352 号公報参照）等が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前者は、
遷移金属を添加するために静電チャックの絶縁層の体積
固有抵抗が低くなり、耐電圧が著しく低下するし、静電
力を得るために電圧を印加すると、絶縁破壊による放電
やリーク電流が流れやすくなり、半導体デバイスの破壊
につながり、半導体プロセス関係の用途に使用できるも
のではなかった。また後者の発明において誘電材料の厚
さは、0.0508mmから 0.381mmと非常に薄く規定されてい
るが、しかしセラミックスをこの範囲内のような薄い状
態で研磨等の加工工程を行うのは非常に難しく、よって
静電チャックの多大なコストアップにつながる欠点を持
つ。なお、これには、電極の幅と電極間の距離の比を３
／１ないし２／１の範囲にすれば良いと記載されている
が、本発明者らの実験によればこの範囲外の電極パター
ンでも、本発明の特許請求の範囲に記載した範囲のよう
な電極パターンであれば、充分静電力は強くなることが
わかった。

【０００５】

【議題を解決するための手段】本発明はこのような不利
を解決した静電チャックに関するもので、これはプラス
電極とマイナス電極の電極パターンを形成し、各々の電
極に電圧を印加して静電力を発生させ、吸着する静電チ
ャックにおいて、プラス電極とマイナス電極のギャップ
距離の最小値と、プラス電極およびマイナス電極の電極
パターンの総面積の比が１×10^-4から 1.5×10^-2cm^-1の
範囲にあることを特徴とするものである。

【０００６】すなわち、本発明者らは従来の不利を解決
した静電チャックを開発すべく種々検討した結果、これ
についてはプラス電極とマイナス電極のギャップ距離の
最小値と、これら電解の電極パターンの総面積との比を
特定の範囲とすれば強い静電吸着力の得られることを見
出し、この電極のギャップ距離、電極パターンの総面積
との比についてこれを１×10^-4から 1.5×10^-2cm^-1の範
囲とすればよいことを確認して本発明を完成させた。以
下にこれをさらに詳述する。

【０００７】

【作用】本発明は静電チャックに関するものであり、こ
れはプラス電極とマイナス電極の電極パターンを形成
し、各々の電極に電圧を印加して静電力を発生させ、吸
着する静電チャックにおいて、このプラス電極とマイナ
ス電極とのギャップ距離と、この電極パターンの総面積
との比を１×10^-4から 1.5×10^-2cm^-1の範囲とすること
を特徴とするものであり、これによれば強い静電力をも
つ静電チャックを得ることができる。

【０００８】本発明の静電チャックはプラス電極とマイ
ナス電極とからなる一対の電極の上下を絶縁性誘電体層
で被覆してなるものである。この静電チャックを構成す
る電極は銅、アルミニウム、チタン、モリブデン、タン
グステンなどの導電性金属でつくられたものとすればよ
いが、この形成はスクリーン印刷法、溶射法、フォトリ
ソグラフィーあるいはメッキ、箔状のものを接着して作
製するなどで行えばよい。また、この電極の形式は内部
に二つの電極を対向させる双極型のみについて述べてい
るものであり、電極の一方を吸着物にとる単極型は当て
はまらない。さらに電極の形は、櫛形、扇型、同心円型
等どんな形でも良く、２つの電極を１極ずつにして２層
に重ね合わせたものでもかまわない。

【０００９】また、この静電チャックを構成する絶縁性
誘電体層は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、二
酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタ
ニウム、サイアロン、窒化ホウ素あるいはこれらの混合
物からなるセラミックスの焼結体あるいはこれらのセラ
ミックスのプラズマによる溶射により作られたものとす
ればよいが、このセラミックスはその抵抗を低下させな
い範囲で高誘電体を添加したものであってもよいし、ま
た、プラスチック、ゴムなどの高分子物質で作製しても
かまわない。なお、この絶縁性誘電体層については、こ
の静電チャックの静電力は印加電圧の２乗に比例し、基
板を吸着する絶縁性誘電体層の厚さの２乗に反比例する
ことから、この厚さは薄ければ薄いほうがよいのである
が、加工のしやすさ、基板と電極との間で放電が生じな
い範囲とする事から100〜 4,000μm の範囲とすればよ
い。

【００１０】なお、本発明の静電チャックを構成する基
板は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、二酸化ケ
イ素、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタニウ
ム、サイアロン、窒化ホウ素から選ばれた少なくとも１
種以上を使用したものとすればよい。

【００１１】本発明の静電チャックは前記した電極の上
下に上記した絶縁性誘電体層を被覆することによって形
成されるが、このものはその絶縁性誘電体層の一方の表
面に導体薄膜を形成させたものであっても良い。また、
通常静電チャックのチャック部分は、グリーンシート法
や高分子フィルム等で薄く作製するが、取扱いに壊れや
すいという不利があったり装置にうまくとりつけるため
に、セラミックスの台座や金属製の台座等に接着または
接合させた構造であってもかまわない。

【００１２】しかし、本発明の静電チャックについて
は、プラス電極とマイナス電極のギャップ距離の最小値
を 0.5mmから３mmの範囲とし、さらに、プラス電極およ
びマイナス電極の電極パターンの総面積を20cm² から50
0cm²の範囲として、プラス電極とマイナス電極のギャッ
プ距離の最小値と、プラス電極およびマイナス電極の電
極パターンの総面積の比が１×10^-4から 1.5×10^-2cm^-1
の範囲となるようにすることが必要とされ、これによれ
ばリーク電流を増さずに静電力を強くすることができる
ので、例えば１KVの電圧で直径６〜８インチのシリコン
ウェハーを強く吸着することができるという有利性が与
えられる。

【００１３】

【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。実施例１、比較例１窒化アルミニウム粉95重量％とイットリア５重量％との
混合物 100重量部にブチラール樹脂８重量部、トリクロ
ロエチレン50重量部、エタノール10重量部およびフタル
酸ジオクチル２重量部を添加した後、ボールミル中で30
時間混合してスラリーを作成し、このものを真空脱泡機
で処理してその溶剤の一部を飛散させて粘度が40,000セ
ンチポイズのものとし、このスラリーからドクターブレ
ードを用いて厚さ１mmのグリーンシートを作り、このグ
リーンシートから直径が 155mmφの円盤２枚を切りだし
た。

【００１４】また、この一枚の円盤にタングステンペー
ストを用いて双極型電極を焼き上がりの総面積が150cm²
になるように、且つ二つの電極のギャップ距離の最小値
が１mmになるように（ギャップ距離の最小値と電極パタ
ーンの総面積の比： 6.7×10^-5）同心円上に電極パター
ンをスクリーン印刷した。この印刷面にもう一枚のグリ
ーンシート円盤を重ねてプレスで積層体を作り、この積
層体を水素ガス20％、窒素ガス80％の雰囲気中において
1,890℃で焼成して積層焼結体を作った。

【００１５】ついで、このようにして得た静電チャック
のタングステン電極の取り出し部分にニッケルメッキを
施し、金メッキしてリード線を２本半田でとりつけて静
電チャックを作成した。このもののリード線間に直流１
KVの電圧を印加したところ、直径６インチのシリコンウ
ェハーは強く吸着された。しかし、比較のために上記し
た静電チャックにおいて電極の総面積を630mm²（ギャッ
プ距離の最小値と電極パターンの総面積の比:1.6×1
0^-3）にしたものを同様なプロセスで静電チャックを作
り、これについても６インチのシリコンウェハーを吸着
させようとしたが、直流１KVの電圧ではウェハーを吸着
保持することが出来なかった。

【００１６】実施例２、比較例２厚さが 0.8mmの直径 250mmφのアルミナ焼結体にギャッ
プ距離の最小値が１mmとなるように且つ電極の総面積を
450cm²（ギャップ距離の最小値と電極パターンの総面積
の比:2.2×10^-5）になるように銅箔を接着して形成さ
せ、この上にプラズマ溶射法でアルミナ粉を厚さ 0.5mm
に溶射融着させ、さらにこの基板を厚さ10mmのアルミナ
焼結体に接着させて静電チャックを作成した。つぎにこ
のようにして得た静電チャックを上下逆に装置に取り付
け、実施例１と同様に直流１KVの電圧を印加して、直径
８インチのシリコンウェハーを静電吸着させたところ、
このウェハーは下に落下することもなく、しっかりと吸
着保持された。

【００１７】しかし、比較のために、電極のギャップ距
離の最小値を 0.3mmとなるように、且つ電極の総面積を
330cm²（ギャップ距離の最小値と電極パターンの総面積
の比:9.1×10^-6）になるようにして同様に作成した。そ
してこのものを上下逆に装置に取り付け、直径８インチ
のシリコンウェハーを静電吸着させようとしたところ、
このウェハーは下に落下して割れてしまった。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、静電チャックに関するもの
で、これは前記したようにプラス電極とマイナス電極の
ギャップ距離の最小値と、プラス電極およびマイナス電
極の電極パターンの総面積の比が１×10^-5から 1.5×10
^-3の範囲にあることを要旨とするものであり、この範囲
内に電極パターンを作成すれば、その静電チャックは強
い吸着力を発揮する有利性が与えられる。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１１月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】また、この一枚の円盤にタングステンペー
ストを用いて双極型電極を焼き上がりの総面積が150cm²
になるように、且つ二つの電極のギャップ距離の最小値
が１mmになるように（ギャップ距離の最小値と電極パタ
ーンの総面積の比： 6.7×10^-4）同心円状に電極パター
ンをスクリーン印刷した。この印刷面にもう一枚のグリ
ーンシート円盤を重ねてプレスで積層体を作り、この積
層体を水素ガス20％、窒素ガス80％の雰囲気中において
1,890℃で焼成して積層焼結体を作った。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】ついで、このようにして得た静電チャック
のタングステン電極の取り出し部分にニッケルメッキを
施し、金メッキしてリード線を２本半田でとりつけて静
電チャックを作成した。このもののリード線間に直流１
KVの電圧を印加したところ、直径６インチのシリコンウ
ェハーは強く吸着された。しかし、比較のために上記し
た静電チャックにおいて電極の総面積を6.3cm² （ギャッ
プ距離の最小値と電極パターンの総面積の比:1.6×1
0^-2）にしたものを同様なプロセスで静電チャックを作
り、これについても６インチのシリコンウェハーを吸着
させようとしたが、直流１KVの電圧ではウェハーを吸着
保持することが出来なかった。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】実施例２、比較例２厚さが 0.8mmの直径 250mmφのアルミナ焼結体にギャッ
プ距離の最小値が１mmとなるように且つ電極の総面積を
450cm²（ギャップ距離の最小値と電極パターンの総面積
の比:2.2×10^-4）になるように銅箔を接着して形成さ
せ、この上にプラズマ溶射法でアルミナ粉を厚さ 0.5mm
に溶射融着させ、さらにこの基板を厚さ10mmのアルミナ
焼結体に接着させて静電チャックを作成した。つぎにこ
のようにして得た静電チャックを上下逆に装置に取り付
け、実施例１と同様に直流１KVの電圧を印加して、直径
８インチのシリコンウェハーを静電吸着させたところ、
このウェハーは下に落下することもなく、しっかりと吸
着保持された。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】しかし、比較のために、電極のギャップ距
離の最小値を 0.3mmとなるように、且つ電極の総面積を
330cm²（ギャップ距離の最小値と電極パターンの総面積
の比:9.1×10^-5）になるようにして同様に作成した。そ
してこのものを上下逆に装置に取り付け、直径８インチ
のシリコンウェハーを静電吸着させようとしたところ、
このウェハーは下に落下して割れてしまった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラス電極とマイナス電極の電極パターン
を形成し、各々の電極に電圧を印加して静電力を発生さ
せ、吸着する静電チャックにおいて、プラス電極とマイ
ナス電極のギャップ距離の最小値と、プラス電極および
マイナス電極の電極パターンの総面積の比ギャップ距離の最小値／電極パターンの総面積が１×10^-4〜 1.5×10^-2cm^-1の範囲にあることを特徴と
する静電チャック。
【請求項２】静電チャックの基板が、酸化アルミニウ
ム、窒化アルミニウム、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸
化ジルコニウム、酸化チタニウム、サイアロン、窒化ホ
ウ素から選ばれた少なくとも１種以上からなるものであ
る請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】プラス電極とマイナス電極のギャップ距離
の最小値が 0.5mmから３mmの範囲である請求項１に記載
の静電チャック。
【請求項４】プラス電極およびマイナス電極の電極パタ
ーンの総面積が20〜 500cm² の範囲である請求項１に記
載の静電チャック。