JPH0760849B2

JPH0760849B2 - 静電チャック板

Info

Publication number: JPH0760849B2
Application number: JP61130509A
Authority: JP
Inventors: 武利村上; 英史藤本; 安史和田
Original assignee: 東陶機器株式会社
Priority date: 1986-06-05
Filing date: 1986-06-05
Publication date: 1995-06-28
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPS62286249A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は導電性材料或いは半導電性材料からなる試料
（シリコンウェハー等）を電気的に吸着・固定する静電
チャック板に関する。

（従来の技術） LSI等の大集積回路チップはシリコンウェハー等の半導
体ウェハーにパターンニング等の各種微細加工を施すこ
とで製造される。そしてこれら微細加工を行うにあたっ
てはウェハーを平坦な面に確実に固定することが必要と
なり、このため従来から機械式・吸引式及び電気式のチ
ャック板が利用されており、特に静電的にウェハーを吸
着固定する静電チャック板は、ウェハーを平坦度を維持
しつつ固定できるため広く用いられている。

斯かる静電チャック板としては、特公昭60−59104号、
特公昭61−4611号或いは特開昭58−57736号に開示され
る構造となっている。

特公昭60−59104号に開示される静電チャック板は第５
図に示すように、板状の電極（100）表面にアルミナ（A
l₂O₃）を溶射して誘電層（101）を形成し、この誘電層
（101）上に載置したウェハー等の試料（102）に他方の
電極（103）を接触せしめるようにしたものであり、ま
た特公昭61−4611号に開示される静電チャック板は第６
図に示すように、複数の板状電極（100）を絶縁性誘電
層（101）内に埋設することで、試料（102）に電極を接
触させなくても吸着できるようにしており、また特開昭
58−57736号に開示される静電チャック板は、基材と絶
縁性誘電層との間に第１の電極を形成し、この第１の電
極を貫通する第２の電極の先端部を絶縁性誘電層表面に
露出させ、直接ウェハーに接触させるようにしている。

（発明が解決しようとする問題点）特公昭60−59104号に開示される静電チャック板にあっ
ては、電極を試料に直接接触せしめるため、大きな静電
吸着力を発揮できるのであるが、電極を試料に接触させ
る作業が必要となり且つこのための装置も別途用意しな
ければならずスペース的にも不利となる。

また、特公昭61−4611号に開示される静電チャック板に
よれば、電極を試料に接触させる必要がないため有利と
なるが、各電極の配列が同一平面的になるため静電吸着
力が弱くなるという問題がある。

また、特開昭58−57736号に開示される静電チャック板
にあっては、ウェハーに接触しない電極（第１の電極）
は基材と絶縁性誘電層との間に形成することになるが、
絶縁性誘電層には要求される厚みが必要とされ、この厚
さ以上に第１の電極をウェハーに近づけることができ
ず、強い静電吸着力を発揮することができない。

（問題点を解決するための手段）上記問題点を解決すべく本発明に係る静電チャック板
は、絶縁性誘電層を基材上に多層構造をなして積層し、
また前記絶縁性誘電層及び基材をセラミック材にて構成
し、基材と絶縁性誘電層との境界部には第２の電極の膜
状部を形成し、また多層をなす絶縁性誘電層の層間には
第１の電極の膜状部を形成し、更に前記第１の電極の膜
状部及び第２の電極の膜状部には開口を形成し、第２の
電極の膜状部に形成した開口を介して第１の電極の棒状
部を電気的に非接触の状態で貫通させ、また第１の電極
に形成した複数の開口を介して第２の電極の複数の棒状
部を電気的に非接触の状態で貫通させ、この第２の電極
の複数の棒状部の先端を前記絶縁性誘電層の表面に露出
せしめた。

（作用）試料を絶縁性誘電層に載置することで、試料は自動的に
第２の電極に接触することとなり、大きな静電吸着力で
もって試料は吸着固定される。

（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。

第１図は本発明に係る静電チャック板の縦断面図、第２
図は第１図のＢ−Ｂ線断面図である。

静電チャック板はセラミックス材料を焼成してなる基材
（１）の表面にセラミックス材を溶射した絶縁性誘電層
（２）を形成し、この絶縁性誘電層（２）の表面にシリ
コンウェハー等の試料（３）を載置するようにしてい
る。

前記絶縁性誘電層（２）は上層（2a）及び下層（2b）の
２層構造とされ、これら上層（2a）と下層（2b）間に第
１の電極（４）の膜状部（4a）を形成し、下層（2b）と
基材（１）との境界部に第２の電極（６）の膜状部（6
a）を形成し、また第１の電極（４）及び第２の電極
（６）には開口（4c）、（6c）を形成し、第１の電極
（４）の棒状部（4b）が第２の電極（６）の開口（6c）
を電気的に非接触の状態で貫通して下方に垂下し、また
第２の電極（６）の棒状部（6b）が第１の電極（４）の
開口（4c）を電気的に非接触の状態で貫通して上方に延
び、その先端は絶縁性誘電層（２）の表面と面一となる
ように絶縁性誘電層（２）の表面に露出し、下端は前記
第１の電極（４）の棒状部（4b）と同様に電源（５）に
接続されている。

更に、基材（１）には冷却水を通す冷却通路（７）が基
材（１）の焼成的にキャスティング（鋳込み）によって
同時に成形されている。

ここで、前記基材（１）を構成するセラミック材として
はAl₂O₃等の酸化物の他、Si₃N₄、AlN等の窒化物或いはS
iC等の炭化物を用いてもよい。特に熱伝導性に優れ、絶
縁性に富む窒化物又は炭化物を使用することで冷却効率
の向上と、均熱化を図ることが可能となる。

また、第１の電極（４）の膜状部（4a）及び第２の電極
（６）の膜状部（6a）は、膜形成技術によってパターン
化して形成される。この膜形成技術としては、例えばAg
/Pd等の導体粉を含むペーストをスクリーン印刷法によ
って基材（１）表面にパターン化して塗布した後、850
℃×15分程度の条件にて焼き付けるか、エッチングを施
すようにして形成する。また膜状部（4a），（6a）の厚
さを0.5μｍ以下とする場合には、CVD（Chemical Vapou
r Deposition）、PVD（Physical Vapour Deposition）
等の蒸着法を用いればよい。

一方、第１の電極（４）の棒状部（4b）及び第２の電極
（６）の棒状部（6b）は、スルーホール技術によって形
成され、特に第２の電極（６）の棒状部（6b）先端は絶
縁性誘電層（２）の表面に露出しているため摩耗しやす
く、この摩耗を防止するため電極材料として、Mo、Ｗ、
WC等を用いるか、第２の電極（６）の棒状部（6b）の先
端面にCVD、PVDによりTiN、TiC等の被膜を0.1〜0.5μｍ
の厚さで形成してもよい。

また、前記絶縁性誘電層（２）はセラミックス材をプラ
ズマ溶射することで形成される。ここで溶射材よりも被
溶射材（基材）の硬度が大であると良好な密着強度をも
つ溶射膜（誘電層）を形成しにくい。そこで、本実施例
にあっては基材（１）表面にサンドブラスト或いはエッ
チングを施し、表面粗度を100〜300メッシュとした状態
で溶射を行うようにしている。そして、溶射によって誘
電層（２）を形成した場合には粒子間の気孔を埋めて結
合力を高め、表面硬度及び絶縁性を向上せしめるべく、
絶縁性誘電層（２）の表面にガラス等の無機含浸層を形
成してもよい。

また、絶縁性誘電層（２）を構成するセラミックス溶射
材としては、Al₂O₃粉のみとしてもよいが、Al₂O₃粉にTi
O₂粉、ZrO₂粉、Si₃N₄粉或いはSiC粉を混合したものを用
いれば絶縁性誘電層（２）の絶縁抵抗及び熱伝導率を高
まることができる。

即ち、絶縁抵抗（Ｒ）は一般に次式で表わされる。

Ｒ＝ρ・l/S ρ：体積抵抗率 l:絶縁距離 S:絶縁面積そして、絶縁性誘電層（２）の面積（Ｓ）を例えば78.5
cm²、厚さ（１）を50μｍ（５×10^-3cm）程度とし、絶
縁抵抗（Ｒ）を10¹⁰Ω以上とするには体積抵抗率（ρ）
が２×10⁴Ω−cm以上でなければならない。ここで、溶
射材料としての焼結アルミナの結晶構造はα型であり、
その体積抵抗率（ρ）は10¹⁴〜10¹⁶Ω−cmであるのに対
し、溶射後にあっては結晶構造がγ、η型に近いものと
なり、体積抵抗率（ρ）は２×10¹⁰Ω−cm程度まで低下
する。

また、Al₂O₃粉に対しSiC粉を15重量％程度混合した溶射
材料を用いた場合には、Al₂O₃のみを用いた場合の熱伝
導率が0.03cal/cm・sec・℃であったのに対し、0.05cal
/cm・sec・℃となり、熱伝導率が大幅に改善される。

このことは、基材（１）を前記した冷却通路（７）によ
って、若しくは他の冷却手段で冷却する場合に冷却効率
が向上し、絶縁性誘電層（２）上面の均熱化が図れ、試
料（３）の加工・品質管理の面で有効である。

更に、Al₂O₃粉に対し、Si₃N₄粉、ZrO₂或いはSiC粉を混
合することで、絶縁性誘電層（２）の耐摩耗性が向上す
る。

尚、基材（１）と絶縁性誘電層（２）の密着強度を高め
るため、これらの間にガラス中間層を介在せしめてもよ
い。このガラス中間層は基材（１）及び電極の表面に絶
縁性に優れ且つ誘電性を調整したペースト状ガラス（グ
レーズ）をスクリーン印刷法或いはスプレー等によって
塗布し、このペースト状ガラスを焼成（例えば850℃×
１時間）することで形成される。

また、ガラス中間層中には高誘電性材料、高導電性材料
或いは高熱伝導材料を添加してもよい。

高誘電性材料としてはTiO₂、PbTiO₃、BaTiO₃等が挙げら
れ、高誘電性材料を添加することで絶縁性誘電層（２）
の誘電率を高め静電吸着力を大とすることが可能とな
る。

即ち、静電吸着力（Ｆ）は一般に次式で表わされる。

ここで、 ε：誘電率 S:誘電面積 V:電圧 d:第１の電極と試料との距離上式から明らかなように、誘電率（ε）を高めれば静電
吸着力は大となるのであるが、絶縁性誘電層（２）を形
成するための溶射材中にTiO₂等を誘電率を高めるために
添加すると、絶縁抵抗が低下してしまう。そこで絶縁性
誘電層（２）の溶射材ではなくガラス中間層にTiO₂等を
添加すれば、絶縁抵抗は損われることなく誘電率を高く
できる。

また、高導電性材料としては酸化雰囲気処理しても導電
性が高い貴金属（Au等）が挙げられ、このような高導電
性材料をガラス中間層中に添加することで、試料（３）
のチャック板からの取り外し時間を短縮できる。

即ち、絶縁性誘電層（２）の誘電率（ε）を高めれば静
電吸着力（Ｆ）が大となるが、静電吸着力（Ｆ）を大と
して試料（３）をチャック板で吸着した後、試料（３）
をチャック板から取り外す際、誘電率（ε）も絶縁抵抗
（Ｒ）も高いと、電荷の抜ける時間が絶縁抵抗（Ｒ）と
静電容量（Ｃ）の積で表わされるため、絶縁性誘電層
（２）中に溜まった電荷が抜けにくく、試料（３）を絶
縁性誘電層（２）表面から取り外すのに時間がかかる。

そこで、前記した絶縁抵抗の式から明らかなように、体
積抵抗率（ρ）を低くすれば、絶縁抵抗（Ｒ）を下げる
ことができ、ガラス中間層中に貴金属を添加すれば絶縁
性誘電層（２）の体積抵抗率（ρ）を下げられるので、
静電吸着力が大で且つ試料（３）の取り外しが容易なチ
ャック板とすることができる。また貴金属に限らずTiO₂
等の添加によっても体積抵抗率を下げることができる。

更に、ガラス中間層中に添加する高熱伝導率材料として
はBeO、MgO、SiC等が挙げられる。これらの材料を添加
することで、静電チャック板を冷却する際の冷却効率の
向上及び絶縁性誘電層（２）表面の均熱化を図ることが
できる。

第３図は別実施例の縦断面図、第４図は第３図のＣ−Ｃ
線断面図であり、この実施例にあっては第２の電極
（６）の上端部を絶縁性誘電層（２）の表面から例えば
10μｍ程度突出せしめ、試料（３）を載置した場合に、
試料（３）の下面は第２の電極（６）の上端部に当接
し、試料（３）と絶縁性誘電層（２）の表面との間に隙
間（Ｓ）を形成するようにしている。

斯かる構造とすることで、絶縁性誘電層（２）と試料
（３）との間に微細なゴミ等が存在しても悪影響を及ぼ
すことがない。

尚、第２の電極（６）を絶縁性誘電層（２）の表面から
突出させる場合には、第２の電極（６）の突出端にCV
D、PVD等によりTiN、TiC等の導電性被膜を形成するか、
第２の電極（６）自体をMo、Ｗ、WC等の耐摩耗性に優れ
た材料にて形成することが好ましい。

（発明の効果）以上に説明したように本発明によれば、絶縁性誘電層を
基材上に多層構造をなして積層し、また前記絶縁性誘電
層及び基材をセラミックス材にて構成し、基材と絶縁性
誘電層との境界部には第１の電極を形成し、また多層を
なす絶縁性誘電層の層間には第２の電極を形成し、更に
前記第１の電極及び第２の電極には開口を形成し、第２
の電極に形成した開口を介して第１の電極の棒状部を電
気的に非接触の状態で貫通させ、また第１の電極に形成
した開口を介して第２の電極の棒状部を電気的に非接触
の状態で貫通させ、この第２の電極の棒状部の先端を前
記絶縁性誘電層の表面に露出せしめたので、試料を絶縁
性誘電層に載置すれば、何らの操作を行うことなく必然
的に第２の電極が試料に接触するため、従来の如く試料
を吸着する都度電極を試料に接触させる作業が不要とな
り、且つ電極は直接試料に接触するため、静電吸着力を
大なるものとすることができる。

また、基材をセラミックスとすることで、ヒートサイク
ルの繰り返しがあってもチャック板の変形は生じること
なく、且つ基材及び誘電層等に特定の物質を添加するこ
とで、静電チャック板の電気的特性及び吸着力を高める
ことができる。

また、絶縁性誘電層を多層構造とし、この多層構造の層
間に第１の電極の膜状部を設けることで、絶縁性誘電層
として要求される厚みを確保しつつ、第１の電極と試料
との距離を小さくすることができるので、静電吸着力を
高めることができる。

また、本発明にあっては第２の電極の複数の棒状部を試
料に接触するようにしたので、ウェハーの平坦度を維持
しつつ固定するのに有利であり、またシリコンウェハー
の表面の一部にごみや酸化被膜があっても、導通不良を
防止できる。

更に、第１の電極及び第２の電極のいずれも絶縁体内に
設けられているので、漏れ電流が少なく、効率的に静電
吸着力を発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る静電チャック板の縦断面図、第２
図は第１図のＢ−Ｂ線断面図、第３図は別実施例に係る
静電チャック板の縦断面図、第４図は第３図のＣ−Ｃ線
断面図、第５図及び第６図は従来の静電チャック板の縦
断面図である。尚、図面中（１）は基材、（２）は絶縁性誘電層、
（３）は試料、（４）は第１の電極、（６）は第２の電
極、（4a），（6a）は第１及び第２の電極の膜状部、
（4b），（6b）は第１及び第２の電極の棒状部、（4
c），（6c）は第１及び第２の電極の開口である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者和田安史神奈川県茅ヶ崎市本村２丁目８番１号東陶機器株式会社茅ケ崎工場内 (56)参考文献特開昭58−57736（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性誘電層上に載置した導電性又は半導
電性試料を電気的に吸着する静電チャック板において、
前記絶縁性誘電層は基材上に多層構造をなして積層さ
れ、また前記絶縁性誘電層及び基材はセラミック材から
なり、また多層をなす絶縁性誘電層の層間には第１の電
極の膜状部が形成され、また基材と絶縁性誘電層との境
界部には第２の電極の膜状部が形成され、更に前記第１
の電極の膜状部及び第２の電極の膜状部には開口が形成
され、第２の電極の膜状部に形成した開口を介して第１
の電極の棒状部が電気的に非接触の状態で貫通し、また
第１の電極の膜状部に形成した複数の開口を介して第２
の電極の複数の棒状部が電気的に非接触の状態で貫通
し、この第２の電極の複数の棒状部の先端は前記絶縁性
誘電層の表面に露出していることを特徴とする静電チャ
ック板。
【請求項２】前記第２の電極は絶縁性誘電層の表面から
突出していることを特徴とする請求項（１）に記載の静
電チャック板。
【請求項３】前記基材と絶縁性誘電層との間にはガラス
中間層が介在していることを特徴とする請求項（１）に
記載の静電チャック板。