JPH056433B2

JPH056433B2 -

Info

Publication number: JPH056433B2
Application number: JP59117580A
Authority: JP
Inventors: Munenori Kanai; Toshuki Horiuchi
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1984-06-08
Filing date: 1984-06-08
Publication date: 1993-01-26
Also published as: JPS60261377A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、導電性、または半導電性の物体を静
電的に保持することができる、いわゆる静電チヤ
ツクの製造方法に関するものである。

従来の技術近年、真空装置を多用する半導体素子製造工程
において半導体素子基板（以下ウエハと言う）の
着脱搬送や吸着固定に、いわゆる静電チヤツクが
次第に用いられてきた。第２図は、その静電チヤ
ツクの基本構造の断面図を示したものである。こ
の静電チヤツクは、例えば半導電性のウエハ１
と、導体または半導体製の支持基板２とを、絶縁
層３を挟んで相対させ、直流電源４を用いてウエ
ハ１と支持基板２との間に電位差を与えること
で、ウエハ１と支持基板２間に生じる静電力でウ
エハ１をチヤツキングするものである。

この場合、静電力の大きさは、電位差の２乗に
比例し、且つ、絶縁層３の厚さの２乗に反比例す
る。従つて、絶縁層３の単位厚さ当り絶縁耐圧が
高いほど、絶縁層３の厚さを薄くでき、低印加電
位で大きな静電力、すなわちチヤツキング力が得
られる。それ故、薄くて高絶縁耐圧の絶縁層３の
形成が静電チヤツクの性能を左右することにな
る。

従来、この種絶縁層にはプラスチツクに代表さ
れる高分子材料膜を用いる方法がある。しかし、
高分子材料膜は、(1)絶縁耐圧が小さい、(2)は酸
化・還元及び熱など特殊加工雰囲気に弱い、(3)高
精度加工に難があるなど、問題が多い。そのた
め、これらに強い無機材料による絶縁層の形成が
検討されている。

第３図は、そのような無機材料の絶縁層が設け
られた静電チヤツクの製造方法の１例を図解する
図である。この方法は、アルミニウム基板５上に
アルミナ（Al₂O₃）質の酸化膜６を、陽極酸化に
よつて形成する従来の絶縁膜形成方法であり、希
硫酸液（H₂SO₄＋H₂O）７が入れられた電解槽
８に、一方の面と側縁とに酸化防止膜９が設けら
れたアルミ基板５を浸漬し、アルミニウム基板５
側をプラスとしてアルミニウム基板５と電解液７
との間に電圧を印加する。すると、電解されて負
電荷を持つ酸素分子がイオン電流として陽極に導
かれ、アルミニウム基板５を酸化させアルミナ質
の酸化膜６を成長させる。

その際、イオン電流が流れるための極めて細い
導通孔１０が無数に生じ、これが閉じたとき絶縁
層６の成長が止まる。しかし、アルミナ絶縁層６
が形成された段階では、導通孔１０が絶縁欠陥と
なり、絶縁耐圧を低下させる欠点となつている。

第４図は、無機材料の絶縁層が設けられた静電
チヤツクの製造方法の更に別の方法を図解する図
である。この方法は、プラズマ溶射による従来の
絶縁膜形成方法であり、中心電極１１と中空電極
１２に高直流電位を印加してその間に放電を生じ
させて高温のアークプラズマ１３を形成させると
共に、絶縁体粉末１４を不活性ガスと共に中空部
１５から吹き出させて、アークプラズマ１３内で
溶融し、支持板１６上に堆積膜１７を形成させ
る。

しかし、かかる方法により作られた堆積膜１７
内には、堆積固化した溶融粉末粒界間に連続した
空胞１８が存在し、これが、絶縁欠陥となり、絶
縁耐圧を低下させる欠点となつている。

以上のように、従来の無機材料絶縁層を使用し
た静電チヤツクは、無機材料絶縁層に絶縁欠陥が
存在することが避けられず、十分な絶縁耐圧が実
現できなかつた。

また、静電気が静電集塵に応用されているよう
に、静電チヤツクは各種のほこりを吸着させる。
このため、チヤツク面を平面としていた従来の静
電チヤツクにおいては、ほこりが悪影響を及ぼし
ていた。

第５図は、静電チヤツクの吸着面１９に付着し
たほこり２０が、ウエハ１を変形させる様子を示
したウエハ吸着状態の静電チヤツクの断面図であ
る。このように、静電チヤツクの吸着面１９にほ
こり２０が付着すると、たとえ、吸着面１９を高
精度に加工してあつても、ウエハ１を高精度の平
面に保つのが困難である。微細加工が特徴の半導
体素子製造工程では、これが問題となる場合が少
なくなかつた。

発明が解決しようとする問題点上述したように、従来の静電チヤツクでは絶縁
膜を厚くしないと、絶縁膜の絶縁耐圧を高くでき
ないため、大きな静電力が得られず、かつ高電位
印加が必要であり、また、ほこりによりウエハよ
うな被吸着材の表面に凹凸を生じたり、被吸着材
自体が湾曲したりする不都合があつた。

そこで、本発明の目的は、比較的薄い絶縁膜で
十分な絶縁耐圧を実現して大きな静電力を発生で
きる静電チヤツクや、ほこりなどが付着しても被
吸着材表面に凹凸が生じたり、被吸着材自体が湾
曲したりすることのない静電チヤツクを効率的に
作ることができる静電チヤツクの製造方法を提供
することである。

問題点を解決するための手段すなわち、本発明は、静電電極を用意し、該静
電電極の上に、粘土状セラミツク素材をシート状
に付与し、該シート状セラミツク素材を押し型で
加圧成形し、次いで、静電電極と一緒にシート状
セラミツク素材を焼き固めて、前記静電電極の上
に焼成セラミツク製の静電チヤツク絶縁層を形成
することを特徴とする。

なお、焼成セラミツク絶縁層の表面に凸状パタ
ーンが形成される場合は、押し型に、多数の凹部
からなる凹状パターンが形成された押圧面を有し
ている押し型を使用し、前記シート状セラミツク
素材の加圧成形時に、該凹状パターンの形状を、
該シート状セラミツク素材の表面に転写して、静
電チヤツキング面に、多数の凸部からなる凸状パ
ターンを形成する。

作用以上のような本発明による静電チヤツクは、絶
縁膜が、焼成セラミツクで形成されれているた
め、セラミツク内に絶縁欠陥の原因となる導通孔
１０や空胞１８のような空隙が存在しないため、
薄くても十分な絶縁耐圧を実現できる。

また、表面に凸状パターンが形成されている場
合は、ほこり等が付着しても、凸状部の間の溝に
ほとんど落ち込むため、被吸着材表面に凹凸を生
じたり、被吸着材自体を湾曲することもない。

更に、以上のような本発明による方法によれ
ば、静電電極の上に付与したシート状セラミツク
素材に対して押し型で加圧成形し、そのように加
圧成形されたシート状セラミツク素材を焼き固め
ているので、緻密で絶縁欠陥の少ない焼成セラミ
ツク絶縁層を静電電極上に形成することができ
る。

従つて、セラミツク絶縁層の単位厚さ当たりの
絶縁耐圧を高めることができ、従来より絶縁層の
厚さを薄くすることにより、低印加電圧で大きな
チヤツキング力を発揮する静電チヤツクを製造す
ることができる。

また、多数の凹部からなる凹状パターンが形成
された押圧面を有している押し型を使用するだけ
で、表面に凸状パターンが形成されている焼成セ
ラミツク絶縁層を持つ静電チヤツクを簡単に製造
することができる。

実施例以下添付図面を参照して本発明による静電チヤ
ツクの製造方法の実施例を説明する。

第１図は、本発明により形成される静電チヤツ
クの概略断面図である。

この静電チヤツクは、セラミツク基板２１の上
に形成された静電電極２２を覆うように焼成セラ
ミツク絶縁層２３が形成されており、静電電極２
２からは、セラミツク基板２１の反対側の面を越
えて電極端子２４が延びている。そして、焼成セ
ラミツク絶縁層２３の露出面には、多数の凸部２
５から形成される凸状パターンが形成されてい
る。なお、これら凸部２５の全面積の合計と、焼
成セラミツク絶縁層２３の露出面との比は、極め
て小さいものとなるように、凸部２５の数と大き
さは決定される。

次に本発明の製造工程を説明する。

すなわち、第６図に示すように、静電電極２２
が一方の面に形成された高絶縁性のセラミツク基
板２１を用意する。なお、静電電極２２からセラ
ミツク基板２１を貫通して反対側の面を越えて延
びる電極端子２４も形成しておく。

静電電極２２の厚さは、静電チヤツクでは、ほ
とんど電流が流れないので極めて薄くてよい。従
つて、電子ビームや抵抗加熱式の蒸着装置、スパ
ツタリング式付着装置など半導体素子製造工程に
用いられるドライコーテイング法、あるいは導電
性塗料の吹付・塗布による加熱付着など種々の方
法によつて、セラミツク基板２１上に容易に形成
できる導電性薄膜でもよい。

その後、第７図に示すように、静電電極２２を
覆うように粘土状セラミツク素材２６をシート状
に付与する。この粘土状セラミツク素材２６のシ
ート状での付与は、粘土状セラミツク素材塊を静
電電極２２の上に付与しその後シート状に延ばす
ことにより実現することもできるが、粘土状セラ
ミツク素材を予めシート状にして、そのシート状
の粘土状セラミツク素材を静電電極２２の上に載
置する方法が簡単で効率的である。

次いで、第８図に示すように、シート状の粘土
状セラミツク素材２６の上に、押し型２７を載置
して粘土状セラミツク素材を加圧成形する。この
押し型２７は、焼成セラミツク絶縁層２３の凸部
２５に対応する凹部２８が一定の間隔で押圧面に
形成されているものである。

押し型２７を一定の圧力で粘土状セラミツク素
材２６に押し付けることにより、押し型２７の押
圧面の形状が粘土状セラミツク素材２６に転写さ
れる。

その後、押し型２７を外すことにより、第９図
に示すように、露出面に凸部２５が形成されたシ
ート状の粘土状セラミツク素材２６が形成され
る。

この場合、押し型２７の凹部２８は、凹部の面
積に較べ、深さをさほど要しないので、型離れは
容易であるが、凹部２８の側面に抜け勾配をつけ
たり、型剥離剤を用いてもよいことは言うまでも
ない。

第９図に示すように露出面に凸状パターンが形
成されて加圧成形された粘土状セラミツク素材２
６で静電電極２２が覆われたセラミツク基板２１
を、その後、窯に入れて焼き固める。

かくして、粘土状セラミツク素材２６は、粘土
材質から緻密で絶縁欠陥の少ない、高絶縁耐圧の
焼成セラミツク絶縁層２３に変化し、加えて、露
出面すなわちチヤツキング面に凸部２５からなる
凸状パターンが形成される。

そして、最後に、焼成セラミツク絶縁層２３の
凸部２５の被吸着材との接触面を、研削あるいは
砥粒加工などで高精度平面に加工する。

その結果、チヤツキング面に凸状パターンが形
成された焼成セラミツク絶縁層２３が設けられた
静電チヤツクが完成する。

なお、第８図、及び第９図において凸部２５
は、押し型２７の凸部２８を転写して形成した
が、平面に成型した後、機械加工が可能な仮焼成
段階では切削加工により、本焼成段階では研削加
工により、あるいは、半導体素子のパターン形成
に用いられるドライエツチング法などの手段によ
り容易に加工できる。また、逆に、平面上に凸部
２５を接着、印刷、あるいは、半導体素子のパタ
ーン形成に用いられるドライコーテング法などの
手段により容易に凸部２５を形成できる。更に、
凸部２５の材質は、凸部面積が極めて小さく静電
吸収力への影響も殆ど無いので金属やプラスチツ
クあるいはゴムなどあらゆる材料が適用可能であ
ることは言うまでもない。加えて静電チヤツクを
構成するセラミツク材料は、熱膨張係数差によつ
て焼成セラミツク絶縁層２３に割れなどが生じな
いようにする面から、セラミツク基板２１と、焼
成セラミツク絶縁層２３とが、同種材料で構成さ
れることが適当であることは言うまでもない。更
に、セラミツク材料は、高絶縁耐圧、高誘電率を
有する材料が望ましく、アルミナ（Al₂O₃）、ジ
ルコン（Zr・SiO₂）、マグネシア（MgO）など大
半のセラミツクが適用可能である。

また、静電電極２２は、焼き固めの際、高温に
さらされるので高融点、かつ、セラミツクとの結
合性の良好な導体または半導体、例えば、モリブ
デン（Mo）、タングステン（Ｗ）または、チタ
ニア（TiO₂）、炭化珪素（SiC）などの材料が適
用可能であるが、これに限るものではない。

更に、上記した実施例では、静電電極２２は、
セラミツク基板２１上に形成された導電性膜であ
るが、セラミツク基板を使用せずに、上記した電
極材料の板で構成することもできる。

第１０図は、上述した本発明により形成した静
電チヤツクによるウエハ１のチヤツキング状態を
示す断面図である。

静電チヤツクの電極端子２４に、直流電源４の
プラス側を接続し、一方、導電性または半導電性
のウエハ１のような被吸着材に直流電源４のマイ
ナスを接続する。なお、ウエハ１がシリコンの場
合、半導電性であるが、サフアイヤやGaAsのウ
エハの場合は、絶縁性であるので、たとえば、裏
側にアルミニウムのような導膜性膜を形成してお
いてその導電性膜にマイナスを接続すればよい。

かくして、ウエハ１と静電電極２２との間に静
電吸引力が作用し、ウエハ１は、焼成セラミツク
絶縁層２３に吸着保持される。

その際、ウエハ１の下面は、高精度平面に加工
された焼成セラミツク絶縁層２３の凸部２５の頂
面すなわちチヤツキング面に倣つて静電吸着され
るため、高精度にチヤツキングされる。

また、ほこり２０が焼成セラミツク絶縁層２３
に付着したとしても、上述したように焼成セラミ
ツク絶縁層２３の全表面と凸部２５との面積比が
極めて小さいので、確率的に、ほこり２０は凸部
２５間の溝２９に付着するため、ほこり２０がウ
エハ１と凸部２５との間に挟まれる可能性と極め
て小さい。従つて、付着ほこりの影響は極めて小
さい。

加えて、半導体素子製造工程に特有のクリーン
ルーム内での使用に限れば、予想されるほこり２
０の大きさも1μm以下となるから、凸部２５の高
さも、さほど要しない。

上述した静電チヤツクは、直流電源４をウエハ
１と静電電極２２に直接接続してウエハ１を絶縁
膜のチヤツキング面に吸着する、いわゆる単極形
である。この単極形静電チヤツクでは、ウエハ１
のような被吸着材に直接電位を印加するため、被
吸着材に一々電源を接続しなければならず、煩雑
である。

しかし、ウエハ１に直接電位を印加しなくても
静電チヤツクは実現できる。

そのような静電チヤツクは、双極型と称するこ
とができるものであり、静電電極２２を分割し、
分割した静電電極間に電位を印加すれば、ウエハ
と分割静電電極との間に電位差を生じ、静電チヤ
ツクが可能である。単極形と双極形との関係は、
コンデンサ１つと、複数のコンデンサの直列接続
とにたとえることができる。

第１１図は、双極形の静電チヤツク断面図であ
り、静電電極が２つの静電電極２２Ａと２２Ｂと
に分けられている。従つて、静電電極２２ａと静
電電極２２Ｂとの間に直流電源４を接続すれば、
ウエハ１を静電チヤツクできる。ただし、ウエハ
１と静電電極２２Ａと２２Ｂとの間ろ電位差は、
２つのコンデンサの直列接続に等しいから、印加
電位の半分になることは言うまでもない。

第１２図および第１３図は、双極形静電チヤツ
クの電極パターンの例を示したものである。静電
電極２２Ａと２２Ｂは、第１２図に示すように、
２つの半月状の電極３０及び３１から構成するこ
ともでき、また、第１３図に示すように、互いに
分離した複数の同心環状電極群３２及び３３から
構成することもできる。しかし、静電電極２２Ａ
と２２Ｂのパターンは、これらに限定されず、ど
のような形状でも電極が分割されていればよく、
用途に応じ、種々のパターンを採用可能である。

第１４図は、前述した押し型２７における凹部
２８の配置図例である。第１４図では、凹部２８
を丸穴とし、等間隔に配置して示したが、これに
限らず、例えば角型穴あるいは不規則間隔でも何
何ら差支えない。

また、押し型２７による静電チヤツク面への凸
部２５の転写形成は、ほこり２０によるウエハ１
の変形極小化のためである。従つて、被吸着材の
変形が問題にならない場合や、被吸着材が変形し
ない材質の場合には、凸部２５は必要なく、焼成
セラミツク絶縁層２３の露出面すなわちチヤツク
面は、完全な平坦面でもよい。それ故、この場合
は、凸部２５形成の必要はないから、押し型２７
の転写面は単なる平面でよいことは言言うまでも
ない。

効果の説明以上説明したように本発明により形成した静電
チヤツクは、静電チヤツクの性能を左右する絶縁
層を、緻密で絶縁欠陥の少ない、高絶縁耐圧の焼
成セラミツク層で形成しているので、単位厚さ当
たりの絶縁耐圧を高めることができ、その結果と
して、従来より絶縁層の厚さを薄くして、低印加
電位で大きなチヤツキング力が得られる。

また、複数の凸部がチヤツキン面に形成されて
いるので、チヤツキング面に付着するほこりによ
るウエハのような変形し易い被吸着材の変形の問
題を最小にすることができる。

加えて、セラミツクは高硬度、高耐熱性、耐薬
品性など、優れた特性を数多く併せ持つので、例
えば、半導体素子製造工程における特殊な加工雰
囲気に十分耐えることが可能であるから、ウエハ
の高精度チヤツキング装置や着脱搬送装置に本発
明により形成した静電チヤツクを適用すれば、こ
れらの利点が有効に生かすことができる。

また、本発明による静電チヤツクの製造方法に
よれば、緻密で絶縁欠陥の少ない、高静耐圧の焼
成セラミツク層を静電電極上に簡単に形成するこ
とができる。

そして、その焼成セラミツク絶縁層のチヤツキ
ング面に複数の凸部からなる凸状パターンを簡単
に形成することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による静電チヤツクの１実施
例の断面図、第２図は、静電チヤツクの基本構造
断面図、第３図は、陽極酸化による従来の絶縁膜
形成方法の断面図、第４図は、プラズマ溶射によ
る従来の絶縁膜形成方法の断面図、第５図は、ほ
こりの影響を示すウエハ吸着状態の静電チヤツク
の断面図、第６図、第７図、第８図及び第９図
は、本発明による静電チヤツクの製造方法の各工
程を図解する断面図、第１０図は、本発明による
静電チヤツクの使用状態を示す断面図、第１１図
は、本発明による静電チヤツクの使用状態を示す
断面図、第１２図及び第１３図は、本発明による
静電チヤツクの中の静電電極のパターンを例示す
る概略電極パターン図、そして、第１４図は、押
し形の凹部の配置パターンを示す図である。〔主な参照番号〕１…ウエハ、２…支持基
板、３…絶縁層、４…直流電源、５…アルミニウ
ム基板、６…酸化膜、７…希硫酸液、８…電解
槽、９…酸化防止膜、１０…導通孔、１１…中心
電極、１２…中空電極、１３…アークプラズマ、
１４…絶縁体粉末、１５…中空部、１６…支持
板、１７…堆積膜、１８…空胞、１９…吸着面、
２０…ほこり、２１…セラミツク基板、２２…静
電電極、２３…焼成セラミツク絶縁層、２４…電
極端子、２５…凸部、２６…粘土状セラミツク素
材、２７…押し型、２８…凹部、２９…溝。

Claims

【特許請求の範囲】１セラミツク基板２１の平坦な面上に、静電電
極となる導電性薄膜２２を形成し、次いで、導電性薄膜２２の上にシート状の粘土
状セラミツク素材２６を乗せ、次いで、押し型２７により、シート状セラミツ
ク２６が導電性薄膜２２を密着被覆するように加
圧成形し、次いで、セラミツク基板２１と導電性薄膜２２
と加圧成形された粘土状セラミツク素材２６とを
一体として焼成することにより、セラミツク素材
２６を緻密なセラミツクにし、かつ、緻密なセラ
ミツクとセラミツク基板２１と導電性薄膜２２と
を一体とする静電チヤツクの製造方法。２加圧成形する工程は、シート状セラミツク２
６の表面が一部の凸状パターンを除き平坦にな
り、かつ、導電性薄膜２２を密着被覆するように
加圧成形する特許請求の範囲第１項記載の静電チヤツクの製造
方法。