JPH06291175A

JPH06291175A - 静電チャック

Info

Publication number: JPH06291175A
Application number: JP7567293A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Atari; 仁阿多利; Kazuichi Kuchimachi; 和一口町
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1993-04-01
Filing date: 1993-04-01
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【構成】単結晶サファイア製板状体１に内部電極２を備
え、該板状体１の表面に物体を吸着するための吸着面１
ａを形成して静電チャックを構成した。【効果】漏れ電流が極めて小さく、機械的強度に優れ、
高い吸着力を得られ、シリコンウェハなどの被吸着物６
を汚染しにくい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造装置等に
おいて、シリコンウェハ等の固定、搬送を行うために用
いられる静電チャックに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置においてシリコン等のウ
ェハを加工する場合、ウェハを固定する必要がある。こ
の固定方法としては、メカニカルクランプ、真空チャッ
ク、樹脂製または多結晶セラミックス製静電チャックな
どの多種多様な方法が用いられているが、それぞれ次の
ような長所、欠点があった。

【０００３】まず、メカニカルクランプは、ウエハの上
から機械的に押さえつける固定方法をとっているが、ウ
エハ加工表面外周のみを押さえるため、全面を均一に押
さえることができず、また加工面を押さえるため、コン
タミネーション、パーティクルの発生によりその加工歩
留まりも低下させてしまうなどの欠点があった。

【０００４】次に、真空チャックは、ウエハ加工裏面か
らの吸着ではあるが、吸着孔からの吸着であるため、面
全体の吸引でなく吸着むらが発生するという欠点があっ
た。また、半導体製造工程は高真空（１０^-3Ｔｏｒｒ以
下）中で行われる工程が多く、真空吸引力を利用する真
空チャックは使用困難となる場合が多かった。

【０００５】また静電チャックは、ウエハ加工裏面から
の静電吸着であるため均一な吸着ができるという大きな
メリットがある。しかしながら、従来使われている樹脂
製静電チャックは、耐磨耗性、耐熱性等が低いことから
寿命が短いだけでなく、ウェハ加工を行うに際して要求
される加工面の平坦度や平行度を実現することが困難で
あるなどの問題点があった。さらに、樹脂は誘電率が低
いため誘電分極しにくく、実用的な吸着力を得るために
は高電圧を印加しなければならないが、樹脂の耐電圧の
低さから、得られる吸着力に限界があり実用的な静電チ
ャックは得られていない。さらには、樹脂の耐熱性の低
さから５０℃以上では使用できなかった。

【０００６】そこで、この樹脂製静電チャックに代わ
り、近年、耐食性、耐摩耗性、精度等に優れた多結晶セ
ラミックス製静電チャックが使用されるようになってき
た。この多結晶セラミックス材料としては、Ａｌ₂ Ｏ₃
を主成分としてＴｉＯ₂ を含有させたもの（特開昭６２
−２６４６３８号公報参照）や、本出願人が既に提案し
たように（特願平２−３３９３２５号参照）、ＣａＴｉ
Ｏ₃ 、ＢａＴｉＯ₃ などの強誘電体セラミックス、さら
には窒化アルミニウム質セラミックスが検討されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ＴｉＯ
₂ を含有させたアルミナセラミックスからなる静電チャ
ックは、体積固有抵抗が１０¹¹Ω・ｃｍ程度のもので、
微小な漏れ電流によって吸着力を得るものであり、数ｍ
Ａ程度の漏れ電流が流れるため、シリコンウェハ上に形
成した回路に悪影響を及ぼす恐れがあった。

【０００８】また、強誘電体セラミックスを用いた静電
チャックは、機械的強度が比較的低く、また還元雰囲気
で使用する場合には、吸着特性が一定しないため使用環
境が限定されるという不都合があった。

【０００９】また、上記各種セラミックスや、窒化アル
ミニウムなどの多結晶セラミックスでは、高純度化につ
いては９９．９％程度が限界であり、２００℃を越す高
温では、静電チャック内の不純物がウエハに拡散し易い
という不都合があるため、その使用が制限されていた。
このような不純物の拡散を防止するためには９９．９９
％の純度が要求されるが、上記多結晶セラミックスでは
不可能であった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、単結晶
サファイアから成る板状体に内部電極を備え、該板状体
の表面に物体を吸着するための吸着面を形成して静電チ
ャックを構成したものである。

【００１１】

【作用】本発明によれば、静電チャックを構成する絶縁
体が単結晶サファイアから成るため、常温から８００℃
の高温にわたって高い絶縁性を有し、漏れ電流が極めて
小さいことから、シリコンウェハ上の回路に悪影響を及
ぼすことはない。

【００１２】また、単結晶サファイアの誘電率は、Ｃａ
ＴｉＯ₃ などの誘電体セラミックスほど高くはないた
め、所定の吸着力を得るためには高電圧を印加せねばな
らないが、単結晶サファイアは、多結晶セラミックスと
異なり、粒界や欠陥が極めて少なく、高い絶縁耐圧を有
するため高電圧の印加が可能で十分な吸着力を得ること
が出来る。

【００１３】さらに、放熱性に関して単結晶サファイア
は、熱伝導率４１Ｗ／ｍＫとアルミナセラミックスの２
倍、誘電体セラミックスの２０倍と優れており、エッチ
ャー装置、成膜装置等に使用される静電チャックに好適
に用いられる。また、単結晶サファイアは常温から１０
００℃に至るまで高い強度を維持する。

【００１４】さらに、９９．９９％以上の高純度の単結
晶サファイアを得ることは容易であるため、高温での不
純物の拡散を防止し、ウエハを汚染することがない。

【００１５】これらによって、樹脂あるいは多結晶セラ
ミックスを用いた静電チャックの課題を解決することが
可能である。

【００１６】

【実施例】以下本発明実施例を説明する。

【００１７】図１に斜視図を、図２、図３に断面図を示
すように、本発明の静電チャックは、単結晶サファイア
から成る板状体１の裏面に内部電極２を備え、接合剤３
または、接合剤を用いない高温接合によって、単結晶サ
ファイアまたは各種セラミックスから成るベース板４に
固定したものである。ここでいう接合剤とは、有機接着
剤、無機接着剤、ガラス付け、メタライズ、ロウ付け、
メッキなどをいう。接合剤の選定に依って例えば、使用
温度などに限定が生じるため、用途に応じた接合方法を
用いる。

【００１８】また、接合剤を用いない高温接合とは、鏡
面加工を施した単結晶サファイア同志、または単結晶サ
ファイアと多結晶アルミナとを、結合剤を介在させずに
高温中で圧着させて直接融着することである。

【００１９】そして、上記内部電極２に通電するための
電極取出部４ａをベース板４に形成してあり、この電極
取出部４ａを通じて内部電極２と被吸着物６間に電源７
より電圧を印加することによって、単結晶サファイア製
板状体１が誘電分極し、クーロン力によって被吸着物６
を吸着面１ａ上に吸着することができる。なお、この実
施例では単極型の静電チャックを示したが、内部電極２
を複数形成し、これらの内部電極２間に電圧を印加して
双極型の静電チャックとすることもできる。

【００２０】さらに、この静電チャックは、アルミニウ
ムなどの台座５に固定されて使用されているが、この台
座５は必ずしも必要なものではない。

【００２１】上記、板状体１を成す単結晶サファイア
は、アルミナの単結晶体であるから純度は９９．９９％
以上と極めて不純物が少なく、被吸着物６として用いる
ウェハ等を汚染する恐れはない。また、単結晶サファイ
アは高温での絶縁性に優れ、ウェハ上の回路に悪影響を
及ぼすこともない。

【００２２】さらに、この単結晶サファイア製の板状体
１の厚みは０．１〜０．４ｍｍとするが、これは、厚み
が０．１ｍｍより薄いと強度が低くなり、逆に０．４ｍ
ｍよりも厚いと吸着力が低くなるためである。また、こ
の板状体１の吸着面１ａは、表面粗さ（Ｒｍａｘ）０．
８ｓ以下の滑らかな面としてあり、そのため、優れた吸
着力を得ることができる。さらに、板状体１を成す単結
晶サファイアの結晶方位は、Ｃ軸が吸着面１ａに垂直な
方向となるようにすることが好ましいが、他の結晶方位
としたものであっても良い。なお、このような単結晶サ
ファイアは、ＥＦＧ法等によって製造し、所定の形状、
大きさとすることができる。

【００２３】また、上記内部電極２の材料としては、銀
（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケ
ル（Ｎｉ）などやその混合物が挙げられ、導電体であれ
ば特に材質を選ばない。従来の多結晶セラミックス製静
電チャックでは、板状体を成すセラミックスと内部電極
を一体焼成する手法が一般的であったが、本発明では単
結晶サファイア製の板状体１を作製した後、内部電極２
を形成することから、必ずしも焼結高温での酸化に耐え
る金属である必要はない。

【００２４】次に、本発明の他の実施例を図４に示すよ
うに、単結晶サファイア製の板状体１と多結晶アルミナ
セラミックス製のベース板４を直接接合し、予めベース
板４に電極パターン形状に形成しておいた溝４ｂに、電
極取出部４ａから無電解ニッケルメッキを施し、内部電
極２を形成することができる。

【００２５】さらに他の実施例を図５に示すように、Ｍ
ｏ−Ｍｎ法によるメタライズや、Ｔｉ合金からなる活性
金属を用いて単結晶サファイア製の板状体１とベース材
４を接合し、このメタライズ層または活性金属層を内部
電極２とすることも可能である。

【００２６】この内部電極２は必ずしも単結晶サファイ
ア製の板状体１とベース材４間に埋設する必要はなく、
例えば図６のごとく、単結晶サファイア製板状体１の吸
着面１ａと反対側の面に内部電極２を形成し、この下に
接合剤９を介して絶縁性のある台座５を固定することも
可能である。上記接合剤９としては、接着剤、ガラス、
シリコーン樹脂等を用いればよく、また、台座９は必要
に応じてアルミニウムなどの金属材、またはアルミナ、
フォルステライトなどの多結晶セラミック材、または単
結晶サファイアなどを用いる。

【００２７】さらに、他の実施例を図７に示すように、
単結晶サファイアまたは多結晶セラミックスからなるベ
ース板４に電極形状となるような溝４ｂを形成しておい
て、この溝４ｂ中にＷやＭｏ−Ｍｎ等のペーストを充填
して焼き付けることによって内部電極２を形成し、この
上面に単結晶サファイア製の板状体１を被せて高温融着
により接合することもできる。

【００２８】実施例１本発明実施例として、図４に示す静電チャックを試作し
た。単結晶サファイア板状体１として、ＥＦＧ（Ｅｄｇ
ｅ−ｄｅｆｉｎｅｄＦｉｌｍ−ｆｅｄＧｒｏｗｔｈ
Ｍｅｔｈｏｄ）法を用いて、６インチ幅の単結晶サフ
ァイアを引き上げ、直径６インチ、厚み０．２ｍｍの板
状体１を作製した。このとき作製したサファイアの物性
値を表１、純度を表２に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】同様にＥＦＧ法によって単結晶サファイア
のベース板４（直径６インチ、厚み３ｍｍ）を作製し、
このベース板４に電極取出部４ａとしての孔を形成し、
目的の内部電極形となるように０．１ｍｍ深さにて溝４
ｂを形成した後、板状体１とベース板４の接合面を鏡面
研磨し、摺合わせた後１８００℃で融着した。その後、
電極取出部４ａから無電解ニッケルメッキを施し、内部
電極２を形成した。

【００３２】なお、図４には双極型の例を示したが、吸
着実験は単極型で行った。

【００３３】実施例２本発明実施例として、図５に示す静電チャックを試作し
た。

【００３４】実験例１と同様の単結晶サファイアで板状
体１とベース板４を形成し、Ｍｏ−Ｍｎ法によるメタラ
イズ接合を行った。この場合は、Ｍｏ−Ｍｎメタライズ
層が内部電極２となる。

【００３５】実施例３図５に示す静電チャックとして、実験例１と同様の単結
晶サファイア製の板状体１と、９９．５％アルミナ多結
晶セラミックス製のベース板４を形成し、Ｍｏ−Ｍｎ法
によるメタライズ接合を行った。この場合は、Ｍｏ−Ｍ
ｎメタライズ層が、内部電極２となる。

【００３６】実施例４本発明実施例として、図７に示す静電チャックを試作し
た。

【００３７】実験例１と同様の単結晶サファイア製板状
体１と、９９．５％アルミナ多結晶セラミックス製のベ
ース材４を形成し、ベース材４に電極取出部４ａを開け
た。ベース材４の表面に電極形状に０．１ｍｍ深さにて
溝４ｂを形成し、Ｗ（タングステン）ペーストを埋め込
んだ後、焼付けた。その後、板状体１と、ベース材４の
接合面を鏡面研磨し、摺り合わせた後１８００℃の還元
炉で融着した。

【００３８】実施例５本発明実施例として、図６に示す静電チャックを試作し
た。

【００３９】実験例１と同様の単結晶サファイア製板状
体１の裏面に内部電極２としてＮｉの無電解メッキを施
し、表面をアルマイト（酸化アルミニウム被膜）処理し
た高純度アルミニウムの台座５にエポキシ樹脂で接着
し、常温型の静電チャックを製作した。

【００４０】実験例上記実施例１〜５の静電チャックを用いて吸着力試験を
行った。その条件としては、印加電圧０〜３ｋＶで真空
度は１０^-3Ｔｏｒｒ、温度は２４℃とした。

【００４１】対照実験として、ポリイミド樹脂製静電チ
ャック、９９．５％多結晶アルミナセラミックス製静電
チャック、Ｔｉ添加多結晶アルミナセラミックス製静電
チャック、チタン酸バリウム製静電チャックを対照とし
てテストした。

【００４２】ウエハを吸着する面の純度については、ア
ルカリ金属、アルカリ土類金属、重金属などの、半導体
素子に悪影響を及ばす元素を不純物とし、これらを除い
たＳｉ、Ａｌ、Ｃ、Ｎ、Ｏの成分が９９．９％以上ある
かどうかで判定した。

【００４３】ウェハ吸着力の測定は、１０^-2Ｔｏｒｒの
真空中で行い、１インチ角のウエハを垂直に引き上げ、
離脱したときの力をロ−ドセルにて測定し、ウェハ面積
で除して求めた。

【００４４】ウエハ吸着力は、単極型で１００ｋｇ／ｃ
ｍ²を得られることが望ましく、室温、５００℃と各温
度で１００ｋｇ／ｃｍ²あることが好適であるが、何れ
かの温度に限定されていてもよい。また、その時の印加
電圧は、２０００Ｖ以下であればよい。

【００４５】実験の結果は表３に示す通りである。

【００４６】

【表３】

【００４７】表３に示すように単結晶サファイアで作製
した本発明の静電チャックは、いずれも高純度で、１０
０ｋｇ／ｃｍ²以上の充分な吸着力が得られ、半導体製
造装置内の使用にも十分耐えられることがわかった。

【００４８】また、内部電極２と被吸着物６間を流れる
電流を測定してみたところ、この漏れ電流は数〜数十μ
Ａの電流値であり問題とされるレベルではないことが確
認された。

【００４９】

【発明の効果】このように、本発明によれば、単結晶サ
ファイアから成る板状体に内部電極を備え、この板状体
の表面に物体を吸着するための吸着面を形成して静電チ
ャックを構成したことによって、ウエハなどの固定等に
必要な十分な吸着力が得られるとともに、ウェハなどの
被吸着物を汚染しにくい特長をもった静電チャックを得
ることができる。

【００５０】また、漏れ電流が極めて小さいことから、
ウェハ上の回路に悪影響を及ぼすことはなく、特に露光
装置、エッチング装置等に使用される静電チャックとし
て好適に用いられる。さらに、機械的性質、摺動特性が
優れるとともに、静電チャックの熱膨張率を小さくでき
るため、高精度に加工した静電チャックを広い温度域で
初期の精度を保つことができ、加工パターンの高精度化
が可能となるなど、さまざまな特長をもった静電チャッ
クを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電チャックを示す斜視図である。

【図２】図１中のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】図２中のＡ部の拡大図である。

【図４】本発明の静電チャックの他の実施例を示す断面
図である。

【図５】本発明の静電チャックの他の実施例を示す断面
図である。

【図６】本発明の静電チャックの他の実施例を示す断面
図である。

【図７】本発明の静電チャックの他の実施例を示す断面
図である。

【符号の説明】

１・・・板状体１ａ・・吸着面２・・・内部電極３・・・接合剤４・・・ベース板５・・・台座６・・・被吸着物７・・・電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電作用による吸着面が単結晶サファイア
の板状体から成る静電チャック。