JPH0563062A - 静電チヤツク - Google Patents

静電チヤツク

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JPH0563062A
JPH0563062A JP24696591A JP24696591A JPH0563062A JP H0563062 A JPH0563062 A JP H0563062A JP 24696591 A JP24696591 A JP 24696591A JP 24696591 A JP24696591 A JP 24696591A JP H0563062 A JPH0563062 A JP H0563062A
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JP
Japan
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insulating layer
electrostatic chuck
equation
operating temperature
volume resistivity
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JP24696591A
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English (en)
Inventor
Toshiya Watabe
俊也 渡部
Tetsuo Kitabayashi
徹夫 北林
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Toto Ltd
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Toto Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 静電チャックに対する電圧の印加を解除した
場合の静電力の残留時間を短くする。 【構成】 静電チャックは基板1上に絶縁層2を形成
し、これら基板1と絶縁層2の間に電極3を形成し、こ
の電極3をリード線4を介して直流電源5に接続し、半
導体ウエハWはアースと直接接続されているか、または
プラズマによる電気的接続をしている。そしてこの静電
チャックには図に示すような等価回路が成立する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハ等の被吸着
物を静電力で吸着固定する静電チャックに関する。
【0002】
【従来の技術】減圧雰囲気において半導体ウエハにプラ
ズマエッチング、CVD、イオンプレーティング等の処
理を行なう際のウエハの固定治具として基板と絶縁層
(誘電層)との間に内部電極を設けた静電チャックが用
いられている。
【0003】この静電チャックに要求される特性は、電
圧を印加している間は大きな吸着力を発生して被吸着物
の落下等を防止し、電圧印加を解除したならば直ちに吸
着力を小さくして被吸着物を容易に取外すことができる
ようにすることである。
【0004】吸着力を高める手段としては絶縁層の比誘
電率を大きくする(特公昭60−59104号、特公昭
62−19060号)、絶縁層の厚さを制御する(特開
昭57−64950号)、絶縁層の体積固有抵抗を所定
の範囲にする(特公昭61−14660号)等の手段が
あり、被吸着物の取外しを容易にする手段としてはチャ
ック表面と被吸着物との間にヘリウムガスを吹込む(実
開平2−120831号)、吸着時の電圧とは逆極性の
電圧を印加する(特公平2−63304号)等の手段が
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来法のうち
吸着力を高める手段は絶縁層のみに着目しており、吸着
力が高くなっても残留吸着力も大きくなる傾向がある。
また、残留吸着力が減衰(98%以上)し、被吸着物が
容易に取り外せるまでには60秒以上もかかり、被吸着
物を加工処理後、直ちに取り外したい場合に対応でき
ず、このため被吸着物の取外しを容易にするには別装置
や通常の操作の他にに新たな操作を付加しなければなら
ないという不利があり、特に低温下での使用に問題があ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は低温下におい
ても静電チャック自体の特性として残留静電力が短時間
で減衰するものを得るべく、静電チャックの等価回路に
着目し本発明をなしたものである。即ち、本発明は以下
の内容を要旨とする。
【0007】静電チャックの使用温度における前記絶縁
層の体積固有抵抗をρ(Ωm)、静電チャックの使用温
度における絶縁層の比誘電率をεr、内部電極と絶縁層
表面との間隔(厚さ)をd(m)、被吸着物と絶縁層表
面とのギャップをδ(m)とした場合、これらは以下の
(数1)に示す関係になるようにした。
【0008】
【数1】
【0009】絶縁層の25℃における体積固有抵抗を
ρ’(Ωm)、絶縁層の25℃における比誘電率を
εr’、内部電極と絶縁層表面との間隔(厚さ)をd
(m)、被吸着物と絶縁層表面とのギャップをδ(m)
とした場合、これらは以下の(数2)に示す関係になる
ようにした。
【0010】
【数2】
【0011】静電チャックの使用温度における絶縁層の
体積固有抵抗をρ(Ωm)、静電チャックの使用温度に
おける絶縁層の比誘電率をεr、内部電極と絶縁層表面
との間隔(厚さ)をd(m)、被吸着物と絶縁層表面と
のギャップをδ(m)、静電チャックの使用温度におけ
るチャック表面に形成した保護膜の比誘電率をεrt、保
護膜の体積固有抵抗をρt(Ωm)、保護膜の厚さをdt
(m)とした場合、これらは以下の(数3)に示す関係
になるようにした。
【0012】
【数3】
【0013】静電チャックの使用温度における絶縁層の
体積固有抵抗をρ(Ωm)、静電チャックの使用温度に
おける絶縁層の比誘電率をεr、内部電極と絶縁層表面
との間隔(厚さ)をd(m)、絶縁層の表面粗さ(最大
高さ)を(Rmax)esc(m)、被吸着物の表面粗さ(最
大高さ)を(Rmax)plate(m)とした場合、これらは
以下の(数4)に示す関係になるようにした。
【0014】
【数4】
【0015】
【作用】静電チャックの等価回路から静電力残留時間と
体積固有抵抗、比誘電率、絶縁層または保護膜の厚さ等
を結び付けることにより、低温域でも静電力が短時間で
減衰する静電チャックが得られる。
【0016】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図1は静電チャックの等価回路を示す図であ
り、この静電チャックは基板1上に絶縁層2を形成し、
これら基板1と絶縁層2の間に電極3を形成し、この電
極3をリード線4を介して直流電源5に接続し、半導体
ウエハWはアースと直接接続されているか、またはプラ
ズマによる電気的接続をしている。
【0017】ここで、基板1はAl23、Si34、Al
N或いはSiC等を材料とし、絶縁層2は耐浸食性、機
械強度及び電気特性を考慮すると、Al23を主成分と
し、これにTiO2或いはCr23等の遷移金属酸化物を
絶縁抵抗値の調整用として添加したものを材料とする。
また絶縁層2の材料としては上記の他にSi34、Si
C、AlN、ZrO2、SiO2・Al23またはBNから
なるセラミックス焼結体或いはクロロプレンゴム若しく
はアクリルゴム等の有機物を材料としてもよい。
【0018】そして、基板1及び絶縁層2を作製するに
は上記の材料を溶剤とともに混練し、これをシート状に
成形した後、基板となるシートの上面または絶縁層2と
なるシートの下面のいずれかにタングステン(W)等の
ペースト状電極材料を塗布し、これらシートを重ねて焼
成することで得る。
【0019】ところで、静電チャックの等価回路の要素
であるキャパシタンスC1、C2及びコンダクタンス
1、G2は、絶縁層の体積固有抵抗をρ(Ωm)、絶縁
層の比誘電率をεr、内部電極と絶縁層表面との間隔
(厚さ)をd(m)、ウエハの面積S(m2)、被吸着
物と絶縁層表面との間の接触抵抗をR(Ω)、被吸着物
と絶縁層表面とのギャップをδ(m)とすると以下の
(数5)によって表わされる。
【0020】
【数5】
【0021】そして、上記の静電チャックに対する電圧
の印加を解除した場合の残留静電力Fは、電圧をV、時
間をt、真空での比誘電率をε0とした場合以下の(数
6)によって表わされる。
【0022】
【数6】
【0023】上記の(数6)において残留静電力の減衰
の早さを決めるのは2(G1+G2)/(C1+C2)の値
であり、ここで残留静電力が飽和静電力に対し98%減
衰するのに要する時間をtsとすると、tsは以下の(数
7)で表わされる。
【0024】
【数7】
【0025】ところで、被吸着物がシリコンウエハ等の
場合には接触抵抗Rが十分に大きいのでtsを以下の
(数8)でもって表わすことができる。
【0026】
【数8】
【0027】そして、前記同様従来の静電チャックより
も残留時間が短い静電チャックとするには前記(数1)
を満足するように絶縁層の体積固有抵抗ρ等を設定すれ
ばよい。
【0028】
【数1】
【0029】尚、上記(数1)における絶縁層の体積固
有抵抗ρ及び比誘電率をεrは静電チャックの使用温度
におけるものであり、これを25℃に換算した値を用い
る時には以下の(数2)で表わされる。
【0030】
【数2】
【0031】ここで、Aは体積固有抵抗値の常用対数の
絶対温度の逆数に対する傾きを表し(logρ=A・1/
T+B A及びBは定数)、物質に固有な値である。例
えばAl23−Cr23−TiO2系セラミックの体積固
有抵抗の温度変化を示すと図4のようになる。このグラ
フにおいて、Aは低温域では約800、高温域では約2
500の値を示す。これらの値を前記(数2)に当ては
めたものが以下の(数9)、(数10)及び(数11)
である。
【0032】
【数9】
【数10】
【数11】
【0033】また、ギャップについては表面粗さ(最大
高さ)でもって表わすこともできる。即ち、絶縁層の表
面粗さ(最大高さ)を(Rmax)esc、被吸着物の表面粗
さ(最大高さ)を(Rmax)plateとした場合、(数1)
は以下の(数4)で表わされる。ここで、表面粗さの測
定はJIS(B0601)に基づいて行なう。またギャ
ップは表面粗さを最大表面うねりで代用できる。ここで
表面うねりの測定はJIS(B0610)に基づいて行
えばよい。
【0034】
【数4】
【0035】図2は別実施例に係る静電チャックの断面
図であり、この実施例にあっては吸着面となる前記絶縁
層2の表面に絶縁層2からウエハWへ不純物が拡散また
は混入するのを防止する保護膜6を形成している。この
保護膜6は例えばSi34、SiC、SiO2等のSiを含
有するセラミック材料、またはAlN、C(ダイヤモン
ド)等の熱伝導率の高い材料からなる。
【0036】そして、保護膜6を設けた時の残留時間t
sを60秒以下にするには以下の(数3)を満足するよ
うに絶縁層の体積固有抵抗ρ等を設定すればよい。
【0037】
【数3】
【0038】(表1)〜(表4)はそれぞれ絶縁層の体
積固有抵抗ρ、内部電極と絶縁層表面との間隔(厚さ)
d、被吸着物と絶縁層表面とのギャップをδ(δ=
{(Rmax)esc+(Rmax)plate}/2とする)及び絶
縁層の材質を変えた場合の、前記各式によって算出した
残留時間の計算値と実測値を示すものである。これらの
(表)から計算値と実測値とは良く一致することが分
る。したがって前記(数1)〜(数4)に合致する絶縁
層の体積固有抵抗、比誘電率、内部電極と吸着面との間
隔、絶縁層の表面粗さと被吸着物の表面粗さから算出さ
れるギャップを設定すれば所望の残留時間の静電チャッ
クが得られる。また(表5)は保護膜としてSi34
SiC、SiO2を用いた場合の残留値の計算値と実測値
を示したものである。
【0039】
【表1】
【表2】
【表3】
【表4】
【表5】
【0040】尚、実施例にあっては静電チャックの電極
の形態として単極タイプのものを示したが、図3(a)
に示すような双極タイプのものでもよい。この場合の等
価回路は図3(b)に示すようになる。ここで、C3
4はキャパシタンス、G3、G4はコンダクタンスを示
す。
【0041】
【発明の効果】以上に説明した如く本発明によれば、静
電チャックを構成する絶縁層の体積固有抵抗、比誘電
率、内部電極と吸着面との間隔、更には吸着面に保護膜
を形成した場合にはこの保護膜の比誘電率、保護膜の厚
さ等を一定の関係にあるようにしたので、通常の使用温
度では勿論のこと低温域でも静電力が短時間で減衰する
静電チャックが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】静電チャックの等価回路を示す図
【図2】別実施例に係る静電チャックの断面図
【図3】別実施例に係る静電チャックの等価回路を示す
【図4】Al23−Cr23−TiO2系セラミックの体
積固有抵抗の温度変化を示すグラフ
【符号の説明】
1…基板、2…絶縁層、3,3a,3b…電極、6…保
護膜。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁層内に内部電極を設けた静電チャッ
    クにおいて、静電チャックの使用温度における前記絶縁
    層の体積固有抵抗をρ(Ωm)、静電チャックの使用温
    度における前記絶縁層の比誘電率をεr、内部電極と絶
    縁層表面との間隔(厚さ)をd(m)、被吸着物と絶縁
    層表面とのギャップをδ(m)とした場合、これらは以
    下の(数1)に示す関係にあることを特徴とする静電チ
    ャック。 【数1】
  2. 【請求項2】 絶縁層内に内部電極を設けた静電チャッ
    クにおいて、前記絶縁層の25℃における体積固有抵抗
    をρ’(Ωm)、前記絶縁層の25℃における比誘電率
    をεr’、内部電極と絶縁層表面との間隔(厚さ)をd
    (m)、被吸着物と絶縁層表面とのギャップをδ(m)
    とした場合、これらは以下の(数2)に示す関係にある
    ことを特徴とする静電チャック。 【数2】
  3. 【請求項3】 絶縁層内に内部電極を設けるとともに被
    吸着物が接触する表面に保護膜を形成した静電チャック
    において、静電チャックの使用温度における前記絶縁層
    の体積固有抵抗をρ(Ωm)、静電チャックの使用温度
    における前記絶縁層の比誘電率をεr、内部電極と絶縁
    層表面との間隔(厚さ)をd(m)、被吸着物と絶縁層
    表面とのギャップをδ(m)、静電チャックの使用温度
    における前記保護膜の体積固有抵抗をρt(Ωm)、前
    記保護膜の比誘電率をεrt、保護膜の厚さをdt(m)
    とした場合、これらは以下の(数3)に示す関係にある
    ことを特徴とする静電チャック。 【数3】
  4. 【請求項4】 絶縁層内に内部電極を設けた静電チャッ
    クにおいて、静電チャックの使用温度における前記絶縁
    層の体積固有抵抗をρ(Ωm)、静電チャックの使用温
    度における前記絶縁層の比誘電率をεr、内部電極と絶
    縁層表面との間隔(厚さ)をd(m)、絶縁層の表面粗
    さ(最大高さ)を(Rmax)esc(m)、被吸着物の表面
    粗さ(最大高さ)を(Rmax)plate(m)とした場合、
    これらは以下の(数4)に示す関係にあることを特徴と
    する静電チャック。 【数4】
  5. 【請求項5】 前記静電チャックの使用温度は0℃以下
    であることを特徴とする請求項1〜3に記載の静電チャ
    ック。
  6. 【請求項6】 前記絶縁層はアルミナを主成分とし、こ
    れにチタニア及び/又はクロミアを添加し、焼結助剤と
    してシリコン及びアルカリ土類金属の酸化物を用いて焼
    成したセラミックス焼結体としたことを特徴とする請求
    項1〜3に記載の静電チャック。
  7. 【請求項7】 前記絶縁層はSi34、SiC、AlN、
    ZrO2、SiO2・Al23またはBNからなるセラミッ
    クス焼結体としたことを特徴とする請求項1〜3に記載
    の静電チャック。
  8. 【請求項8】 前記絶縁層はクロロプレンゴム若しくは
    アクリルゴムからなることを特徴とする請求項1〜3に
    記載の静電チャック。
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