JPH09172055A - 静電チャック及びウエハの吸着方法 - Google Patents

静電チャック及びウエハの吸着方法

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JPH09172055A
JPH09172055A JP33066395A JP33066395A JPH09172055A JP H09172055 A JPH09172055 A JP H09172055A JP 33066395 A JP33066395 A JP 33066395A JP 33066395 A JP33066395 A JP 33066395A JP H09172055 A JPH09172055 A JP H09172055A
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dielectric
electrode
layer
electrostatic chuck
wafer
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Teruki Tamagawa
晃樹 玉川
Mitsujiro Takahashi
光次郎 高橋
Takahiko Suzuki
貴彦 鈴木
Ryuichi Fukunishi
隆一 福西
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Fujitsu Ltd
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    • Y10T279/23—Chucks or sockets with magnetic or electrostatic means

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電チャックに関し、ウエハを安定的な温度
で確実に保持することができるようにすることを目的と
する。 【解決手段】 第１及び第２の表面を有する電極１４
と、該電極の少なくとも第１の表面を覆う第１の層１６
を有する誘電体１２と、該電極に通電するための手段２
２と、該誘電体の該第１の層の表面に冷却ガスを供給す
る冷却ガス供給手段２６とを備え、該誘電体の該第１の
層の表面に複数の微小な突起２８が設けられており、該
微小な突起２８の各々は先端部が根元よりも小さい形状
に形成されていてウエハを実質的に点接触で保持するよ
うになっており、該誘電体の第１の層の表面に保持され
たウエハが該冷却ガス供給手段から供給された冷却ガス
により冷却されるようにした構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＣＶＤやエッチング
等の半導体の製造行程において使用される静電チャック
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＶＤやエッチング等の半導体の製造行
程においては、ウエハが真空チャンバ内で静電チャック
により保持され、種々の処理が行われる。静電チャック
は誘電体に電極を埋設して形成され、ウエハは誘電体の
表面に載置される。ウエハは、ウエハと電極との間に作
用するクーロン力によって誘電体の表面に保持される。
このような静電チャックは例えば米国特許第４３８９９
１８号や特開平７─１８４３８号公報に開示されてい
る。
【０００３】ウエハを保持すべき誘電体の表面には円状
その他の形状の溝が形成され、これらの溝にヘリウム等
の冷却ガスが供給されるようになっている。冷却ガスは
ウエハを冷却してウエハを適切な温度に制御する。誘電
体の表面の溝の周りの部分はウエハと面接触するので、
ウエハから誘電体へ、あるいは誘電体からウエハへ熱が
伝導する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】誘電体は例えばその中
央部と周辺部とで温度が異なることがあり、冷却ガスを
流している場合でも、ウエハの温度が一様にならず、ウ
エハ内でエッチングレートや成膜レートが不均一になっ
たり、ウエハに反りが生じたりし、歩留りが低下すると
いう問題があった。
【０００５】また、ウエハと誘電体の表面との接触面積
が大きい場合、ウエハ内で温度分布ができるばかりでな
く、ロット毎にウエハの温度が変化しやすくなり、オペ
レータが頻繁に電圧調整や冷却ガス圧力の調整を行わな
ければならず、稼働効率が低下するという問題があっ
た。
【０００６】さらに、ウエハはクーロン力によって静電
チャックに保持されるが、冷却ガスによる冷却を行う
と、冷却ガスの圧力はウエハを静電チャックから剥がす
方向に作用する。従って、静電チャックの吸着力は冷却
ガスの圧力に抗してウエハを保持できるほどの大きさを
もっていなければならない。クーロン力は（Ｖ／ｄ）2
に比例するので、クーロン力を大きくするためには、ウ
エハと電極との間に位置する誘電体の層の厚さを小さく
することが必要になる。例えば、従来の静電チャックに
おいては、ウエハと電極との間に位置する誘電体の層の
厚さは０．２〜０．４ｍｍにする必要があった。しか
し、誘電体の層の厚さがこのように薄くなるとウエハと
電極との間にかかる電圧に対して誘電体の耐電特圧の面
で問題が生じる。
【０００７】また、高密度プラズマ環境下では、ウエハ
とともに静電チャックも加熱される。また、ＣＶＤ装置
では、静電チャック自身を５００℃程度まで加熱して使
用することもある。誘電体の材料となるセラミックス
は、温度の上昇とともに固有抵抗率が低下する性質があ
るために、静電チャックがかなり高温になると抵抗が低
下して、リーク電流が増大し、ウエハがダメージを受け
る問題がある。
【０００８】また、誘電体のウエハ保持面とは反対側の
層には、外部から電極に向かって孔が設けられ、この孔
内には配線端子用のコバール等の金属端子が設けられ
る。この金属端子と孔の壁との間にはギャップができる
が、このギャップをそのままにしておくと誘電体の熱伝
導特性の悪化を招く。そこで、このギャップをシリコー
ングリスで埋めるようになっている。しかし、シリコー
ングリスの粘度が高いとそれをギャップに封入するのが
困難であり、シリコーングリスの粘度が低いと封入後の
使用中に流れ出てしまうという問題がある。
【０００９】本発明の目的は、ウエハを安定的な温度で
確実に保持することのできる静電チャックを提供するこ
とである。本発明の他の目的は、冷却ガスの圧力に抗し
て十分にウエハを保持することができ且つ十分な耐電圧
特性をもった静電チャックを提供することである。本発
明の他の目的は、高い温度でも使用されることができ、
あるいは電極の端子部において熱伝導特性の悪化を招く
ことがないようにした静電チャックを提供することであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による静電チャッ
クは、第１及び第２の表面を有する電極と、該電極の少
なくとも第１の表面を覆う第１の層を有する誘電体と、
該電極に通電するための手段と、該誘電体の該第１の層
の表面に冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段とを備
え、該誘電体の該第１の層の表面に複数の微小な突起が
設けられており、該微小な突起の各々は先端部が根元よ
りも小さい形状に形成されていてウエハを実質的に点接
触で保持するようになっており、該誘電体の第１の層の
表面に保持されたウエハが該冷却ガス供給手段から供給
された冷却ガスにより冷却されるようにしたことを特徴
とするものである。
【００１１】この構成においては、ウエハと誘電体とは
実質的に点接触し、ウエハと誘電体との間の熱伝導が非
常に小さくなり、無視できるようになる。ウエハの処理
表面側を除くと、冷却ガスのみが実質的にウエハに接触
する。従って、ウエハは冷却ガスによって均一に冷却さ
れてウエハ内の温度分布は一様になる。誘電体内に温度
分布があっても、ウエハは誘電体とはほとんど接触して
いないので誘電体内の温度分布の影響を受けることが少
ない。そして、電極とウエハとの間に電圧を印加する
と、微小な突起において電荷が集中し、より強い吸着力
が作用し、ウエハが誘電体に確実に吸着される。従っ
て、冷却ガスの圧力を高くしても、ウエハが誘電体に確
実に吸着される。
【００１２】該微小な突起の各々は先端部が根元よりも
小さい形状に形成されている具体例として、該微小な突
起はドーム形に形成され、あるいは該微小な突起は角錐
形に形成されることができる。ウエハが冷却ガスによっ
て均一に冷却されるのをより確実にするためには、該微
小な突起は一定の形状で一定のピッチで配列されている
のが好ましい。この場合、該微小な突起は４ｍｍ以下の
ピッチで配列されているのが好ましい。
【００１３】該微小な突起の高さは冷却ガスの平均自由
行程以下であるのがこのましい。このようにすると、冷
却ガスの分子は微小な突起の高さ、すなわち、ウエハと
誘電体の表面との間の間隔内において衝突せず、衝突に
よる熱の発生がなくなり、冷却ガスにより効率的な冷却
を行うことができる。
【００１４】この場合、該微小な突起の高さは３０μｍ
以下であるのが好ましい。例えば、冷却ガスとしてヘリ
ウムが使用されるとすると、温度２５℃、圧力１Torrに
おけるヘリウムの平均自由行程は１４７．２μｍであ
る。静電チャックにおいてウエハを冷却する場合にはヘ
リウムは５〜２０Torrの圧力で使用されることが多く、
この場合の平均自由行程は１５〜３０μｍである。従っ
て、該微小な突起の高さは１５〜３０μｍであるのが好
ましい。
【００１５】また、冷却ガスと静電チャックとの間の熱
交換の効率を高めるためには、該微小な突起を含む該誘
電体の表面の表面粗度Ｒａが１から２μｍの範囲にある
ようにするとよい。このようにすることにより、冷却ガ
スの適応係数を０．１以上にすることができる。
【００１６】また、ウエハと電極との間に高電圧を印加
する場合には、該誘電体の第１の層の厚さが高い耐電圧
特性をもつことが必要である。高電圧を印加する場合に
は、必要なクーロン力の計算から得られる該誘電体の第
１の層の厚さは０．２〜０．３ｍｍと比較的に薄く、こ
れでは耐電圧特性が満足できないことがある。そこで、
該誘電体が低抵抗型の誘電体からなり、該電極の前記一
面上の該誘電体の層の厚さが０．５ｍｍ以上であるよう
にすると、印加電圧に対して十分な耐電圧特性を満足で
きる。
【００１７】また、誘電体の温度が上昇すると誘電体の
固有抵抗率が低下し、そこで静電チャックがかなり高温
になるとウエハに流れるリーク電流が増加して許容電流
以上になるという問題点を解決するためには、該誘電体
が二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）を３０％以上含有するセラ
ミックからなるようにするとよい。
【００１８】また、誘電体の孔に設けた金属端子と孔の
壁との間のギャップを確実に埋めるようにためには、該
誘電体が該電極の第２の表面を覆う第２の層を有し、該
電極に通電するための手段は、該誘電体の第２の層に設
けた孔内に配置され且つ該電極に接続された金属端子
と、該金属端子と該第２の層に設けた孔の壁との間に溶
融状態で挿入され且つ硬化した軟金属とからなるように
するとよい。
【００１９】同様に、該誘電体が該電極の第２の表面を
覆う第２の層を有し、該電極に通電するための手段は、
該誘電体の第２の層に設けた孔内に配置され且つ該電極
に接続された金属端子と、該金属端子と該第２の層に設
けた孔の壁との間に挿入された熱伝導性の高い樹脂とか
らなるようにするとよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例について説明
する。図１及び図２において、静電チャック１０は、円
板状の誘電体１２と、この誘電体１２の内部に埋設され
た平坦な円板状の電極１４とからなる。電極１４は第１
及び第２の表面１４ａ、１４ｂを有する。誘電体１２
は、電極１４の第１の表面１４ａを覆う第１の層１６
と、電極１４の第２の表面１４ｂを覆う第２の層１８と
を有する。
【００２１】誘電体１２の第２の層１８には孔２０が設
けられ、この孔２０内には金属端子２２が配置されてい
る。この金属端子２２は電極１４に電気的に接続され、
且つリード線２３を介して電源２４に接続される。図１
に仮想線で示されているウエハＷも電源２４に接続さ
れ、よって誘電体１２の第１の層１６を挟んで電極１４
とウエハＷとの間に電圧が印加される。ウエハＷがプラ
ズマ雰囲気中で処理される場合には、プラズマはマイナ
スに帯電し且つウエハＷはプラズマに接触しているの
で、ウエハＷをリード線で電源に接続する必要のない場
合もある。
【００２２】図７は電極１４の一例を示し、この電極１
４は円形の誘電体１２の形状よりもわずかに小さい円板
形状をしている。この場合には、図１に示されるよう
に、電極１４が電源２４の一方の側に接続される。図８
は電極１４の他の例を示し、この電極１４は２つの半円
板形の部分１４ｘ、１４ｙに分割されている。この場合
には、２つの半円板形の部分１４ｘ、１４ｙが電源２４
の両側に接続される。この分割タイプの電極１４は半円
板形の部分に限らず、その他の形状、例えば櫛歯状や放
射状のものとすることもできる。
【００２３】図１及び図２において、冷却ガス供給口２
６が誘電体１２及び電極１４を貫通して設けられてい
る。ヘリウム等の冷却ガスが図示しないガス供給源から
誘電体１２の第１の層１６の表面１６ａに供給され、誘
電体１２の第１の層１６の表面１６ａに保持されたウエ
ハＷを冷却する。
【００２４】さらに、誘電体１２の第１の層１６の表面
１６ａには複数の微小な突起２８が設けられている。微
小な突起２８の各々は先端部が根元よりも小さい形状に
形成されていてウエハＷを実質的に点接触で保持するよ
うになっている。図３の例においては、微小な突起２８
はドーム形に形成されている。図４の例においては、微
小な突起２８は四角錐形に形成されている。以後ドーム
形の微小な突起２８についてさらに詳細に説明するが、
これは四角錐形及びその他の形状の微小な突起２８につ
いても適用可能である。
【００２５】図１から図３を参照すると、微小な突起２
８は一定の形状及び一定のピッチで配列されている。図
３に示されているように、各微小な突起２８は円形のド
ーム状に形成されており、その根元部の直径Ｄは０．８
ｍｍであり、高さＨは０．０２ｍｍである。隣接する２
つの微小な突起２８間のピッチＰは４ｍｍ以下であるの
が好ましく、実施例では３ｍｍである。
【００２６】図５及び図６において、静電チャック１０
は全体として薄く形成され、熱伝導率の優れたアルミニ
ウムの土台３０に密着して載置されて使用される。作用
において、静電チャック１０を支持したアルミニウムの
土台３０は、シリコンウエハ等の半導体のエッチングや
ＣＶＤ等を行うための真空室に配置され、ウエハＷは同
真空室内で静電チャック１０に保持されて所望の処理を
受ける。
【００２７】ウエハＷを静電チャック１０に保持するた
めに電極１４とウエハＷとの間に電圧が印加されると、
ウエハＷがクーロン力により静電チャック１０に吸着さ
れる。クーロン力は、ＦQ ＝Ａ（Ｖ／ｄ）2 で求められ
る。Ａは定数であり、Ｖは電圧、ｄは誘電体１２の第１
の層１６の厚さである。ウエハＷは微小な突起２８の先
端において誘電体１２とは実質的に点接触する。
【００２８】ヘリウムガスが冷却ガス供給口２６に冷却
ガスとして導入される。よってウエハＷは冷却ガスによ
り冷却され、冷却ガスの圧力と、ウエハＷと誘電体１２
との間の電圧に従ったほぼ一定の温度になる。本発明で
は、ウエハＷは微小な突起２８の先端において誘電体１
２とは実質的に点接触しているので、ウエハＷと誘電体
１２との間の熱伝導が非常に小さくなり、ウエハＷの処
理表面側を除くと、冷却ガスのみが実質的にウエハＷに
接触している。従って、誘電体１２内に温度分布がある
としても、ウエハＷは誘電体１２内の温度分布の影響を
受けずに、冷却ガスによって均一に冷却されてウエハＷ
内の温度分布は一様になる。
【００２９】図１０は、冷却ガスの圧力とウエハＷの温
度との関係を示し、黒点は６００ワット、白点は４００
ワットの電力をかけたときにウエハＷを３０℃にするの
に必要な冷却ガスの圧力を示している。冷却ガスの圧力
は５〜２０Torrであればよいのが分かる。５〜２０Torr
は大気圧と比べると低中真空に相当する。しかし、半導
体の製造のための真空室はそれよりももっと高い真空に
なっている。すなわち、静電チャック１０の表面１６ａ
とウエハＷとの間に形成される空間の圧力（冷却ガスの
圧力）は真空室の圧力よりも高い。従って、静電チャッ
ク１０の吸着力は、ウエハＷを静電チャック１０から離
れさせようとする冷却ガスの圧力よりも大きくなければ
ならず、冷却ガスの圧力が高くなるほど吸着力を大きく
する必要がある。
【００３０】図１１及び図１２は微小な突起２８ではな
く従来の円形の溝を設けた静電チャックを用いてウエハ
Ｗの温度を測定した例を示す図である。製造条件は、直
径８インチ、厚さ１ｍｍのウエハを、２０００mTorr の
真空室で、ＲＦ２０００Ｗで２分間処理するものであっ
た。図１１では、静電チャックの溝は同心円状のものが
２個あり、冷却ガスの圧力は５Torrであった。図１２で
は、静電チャックの溝は同心円状のものが５個あり、冷
却ガスの圧力は２０Torrであった。
【００３１】図１１及び図１２から、ウエハの上限温度
は冷却ガスの圧力に従って変化するが、その変化の度合
いは比較的に少ないので、冷却ガスの圧力を必要以上に
高くする必要はないことが分かる。ウエハの下限温度は
チャック電圧に従って大きく変化し、チャック電圧を高
くするほど上限と下限の幅が大きくなるので、チャック
電圧をあまり高くしない方がよい。従って、冷却ガスの
圧力をあまり高くせずに、チャック電圧をあまり高くし
ないで冷却ガスがリークしない程度の吸着力とするのが
よい。この意味で、本発明のようにウエハＷが誘電体１
２の第１の層１６の表面１６ａに微小な突起２８により
点接触するようにすることは、過度に強い吸着力を得る
ほどに高いチャック電圧をかけるのには向いているとは
言えないが、ウエハＷを確実に保持し且つウエハＷを一
定の温度に制御することができるものである。
【００３２】そして、電極１４とウエハＷとの間に電圧
を印加すると、微小な突起２８において電荷が集中し、
より強い吸着力を作用させることができる。。従って、
ウエハＷは誘電体１２に確実に吸着される。また、微小
な突起２８は一定の形状で一定のピッチで配列されてい
るので、ウエハＷが冷却ガスによってより均一に冷却さ
れる。
【００３３】さらに、微小な突起２８の高さは冷却ガス
の平均自由行程以下であるのが好ましい。こうすること
により、冷却ガスの分子は微小な突起２８の高さ、すな
わち、ウエハＷと誘電体１２の第１の層１６の表面１６
ａとの間の間隔内において互いに衝突せず、衝突による
熱の発生がなくなり、高い冷却効率を維持することがで
きる。
【００３４】微小な突起２８の高さは冷却ガスの平均自
由行程以下である範囲において、より具体的には微小な
突起の高さ２８は３０μｍ以下であるのが好ましい。例
えば、冷却ガスとしてヘリウムが使用されるとすると、
ヘリウムの平均自由行程は温度２５℃、圧力１Torrにお
ける１４７．２μｍである。静電チャック１０において
ウエハＷを冷却する場合にはヘリウムは５〜２０Torrの
圧力で使用されることが多く、この場合の平均自由行程
は１５〜３０μｍである。従って、微小な突起２８の高
さは１５〜３０μｍであるのが好ましい。
【００３５】また、冷却ガスと静電チャック１０との間
の熱交換の効率を高めるためには、微小な突起２８を含
む誘電体１２の表面１６ａの表面粗度がＲａ１から２μ
ｍの範囲にあるようにするとよい。このようにすること
により、冷却ガスの適応係数を０．１以上にすることが
できる。
【００３６】図９は微小な突起２８を含む誘電体１２の
表面１６ａの表面粗度Ｒａの求め方を示す図である。表
面粗度Ｒａは中心線平均粗さとも言われ、次のようにし
て求める。まずマイクロゲージ等で表面１６ａの粗さを
測定して、粗さ曲線Ｂを作る。そして、粗さ曲線Ｂの中
心線Ｃのプラス部分及びマイナス部分の値を絶対値化
し、これを測定長ｌに沿って積分し、積分値を測定長ｌ
で割ると表面粗度Ｒａが得られる。
【００３７】適応係数は気体分子が壁にぶつかるときの
熱エネルギーの伝達の程度を示す値である。入射分子の
温度をＴi 、反射分子の温度をＴr 、壁の温度をＴw と
するとき、α＝（Ｔr −Ｔi ）／（Ｔw −Ｔi ）を適応
係数と言う。適応係数αが１のときに完全にエネルギー
の変換があり、適応係数αが０のときに全くエネルギー
の変換がない。通常の平坦な表面では、α＝０．０１程
度である。表面粗度がＲａ１から２μｍの場合に、適応
係数αが０．１以上になり、良好な熱交換が行われる。
よって、冷却ガスによって静電チャック１０を良好に冷
却することができる。
【００３８】また、ウエハＷと電極１４との間に高い電
圧を印加する場合には、誘電体１２の第１の層１６の厚
さが高い耐電圧特性をもつことが必要である。数千ボル
トという高電圧を印加する場合には、上記したクーロン
力の計算（ＦQ ＝Ａ（Ｖ／ｄ）2 ）から得られる誘電体
１２の第１の層１６の厚さｄは、０．２〜０．３ｍｍと
比較的に薄くなり、これでは耐電圧特性が満足できない
ことがある。
【００３９】高電圧を印加する場合には、誘電体１２の
第１の層１６の厚さｄは、耐電圧特性を満足するために
は０．５ｍｍ以上であることが望ましい。そのために、
ウエハＷを静電チャック１０に吸着する吸着力を、クー
ロン力（ＦQ ）ばかりでなく、ジョンソンラーベック力
（ＦJ ）をも利用するのが望ましい。
【００４０】図１３は、ウエハＷを静電チャック１０に
吸着する吸着力（Ｆ）がクーロン力（ＦQ ）のみによっ
て与えられることを示している。図１４は、ウエハＷを
静電チャック１０に吸着する吸着力（Ｆ）がクーロン力
（ＦQ ）プラスジョンソンラーベック力（ＦJ ）によっ
て与えられることを示している。ジョンソンラーベック
効果は、壁と半導体との間に電圧が印加されたときに半
導体が壁に密着するというものである。ジョンソンラー
ベック効果の詳細なメカニズムは明瞭ではないが、静電
チャック１０の場合には、誘電体１２を通常用いられる
ものよりも低抵抗型の誘電体からなるものとし、電極１
４とウエハＷとの間に極微小な電流が流れるようにする
と、ジョンソンラーベック効果が現れることが分かっ
た。
【００４１】図１５は、種々の条件における吸着力
（Ｆ）を示す図である。三角点をプロットした曲線Ｐ
は、静電チャック１０を高抵抗型（１０16Ωcm）の誘電
体１２で形成し、誘電体１２の第１の層１６の厚さｄが
０．２５ｍｍの場合を示す。四角点をプロットした曲線
Ｑは、静電チャック１０を低抵抗型（１０13Ωcm）の誘
電体１２で形成し、誘電体１２の第１の層１６の厚さｄ
が０．２５ｍｍの場合を示す。
【００４２】同様に、丸点をプロットした曲線Ｒは、静
電チャック１０を高抵抗型（１０16Ωcm）の誘電体１２
で形成し、誘電体１２の第１の層１６の厚さｄが０．５
ｍｍの場合を示し、二重丸点をプロットした曲線Ｓは、
静電チャック１０を低抵抗型（１０13Ωcm）の誘電体１
２で形成し、誘電体１２の第１の層１６の厚さｄが０．
５ｍｍの場合を示す。表面粗度はＲａ０．６μｍであっ
た。
【００４３】曲線Ｐでは電圧を高くすると吸着力（Ｆ）
を高くすることができるが、誘電体１２の第１の層１６
の厚さｄが０．２５ｍｍと薄い。曲線Ｑでは低抵抗型で
あり且つ厚さｄが０．２５ｍｍと薄いので吸着力（Ｆ）
は高い。また、曲線Ｒでは電圧を高くしても吸着力
（Ｆ）が高くなる度合は低い。曲線Ｓでは低抵抗型であ
り且つ厚さｄが０．５ｍｍであるが吸着力（Ｆ）はかな
り高い。
【００４４】曲線Ｐと曲線Ｑとの差、あるいは曲線Ｒと
曲線Ｓとの差を示す曲線ＪＬが、ジョンソンラーベック
力（ＦJ ）に相当する。ジョンソンラーベック力
（ＦJ ）は２０ｇ／ｃｍ2 以上ある。２０ｇ／ｃｍ2 と
いう値は、８インチのウエハＷでは６２８０ｇ／ｃｍ2
になり、これは冷却ガスの圧力に対して約１４Torrまで
耐えることができる値である。従って、誘電体１２の厚
さｄが０．５ｍｍ以上になってクーロン力クーロン力
（ＦQ ）がかなり低くなっても、ジョンソンラーベック
力（ＦJ ）だけで実質的にウエハＷを十分に吸着保持す
ることができる。なお、ここでは誘電体１２が低抵抗型
の抵抗１０13Ωcmをもつもつ例について説明したが、低
抵抗型の抵抗は低抵１０10〜１０13の範囲から選んで、
誘電体１２の第１の層１６の厚さが０．５ｍｍ以上であ
るようにし、それによって印加電圧に対して十分な耐電
圧特性を備えるようにすることができる。
【００４５】図１６は、誘電体１２として使用される各
種のセラミックの温度に対する抵抗率の変化を示す図で
ある。抵抗率は、ＡＭ１がミディアムローのクラスのア
ルミナであり、ＡＭ２がミディアムのクラスのアルミナ
であり、ＡＭ３がハイクラスのアルミナであり、ＭＬは
ムライトである。ハイクラスのアルミナは二酸化ケイ素
（ＳｉＯ2 ）を約８％含有し、ムライトは二酸化ケイ素
（ＳｉＯ2 ）を約４０％含有している。破線Ｌは許容で
きる抵抗率の下限である。
【００４６】静電チャック１０はプラズマ雰囲気でかな
り高温（例えば５００℃）で使用されることがあり、誘
電体１２の各材料は誘電体１２の温度の上昇とともに固
有抵抗率が低下する。静電チャック１０が例えば５００
℃で使用される場合には、その温度で下限Ｌよりも高い
抵抗率をもつのはムライトだけである。このように、静
電チャック１０が高温で使用される場合には、誘電体１
２を二酸化炭素（ＳｉＯ2 ）を３０％以上含有するセラ
ミックから形成し、その温度で下限Ｌよりも高い抵抗率
をもつようにするのがよい。これに適するセラミックと
しては、アルミナやムライトの他に、ガラスセラミック
等がある。
【００４７】図１７は金属端子２２の取り付け部を示す
拡大図である。上記したように、誘電体１２の第２の層
１８には孔２０が設けられ、この孔２０内には金属端子
２２が配置されている。この金属端子２２は例えばコバ
ールからなり、電極１４に対して銀／銅の層によってロ
ー付けされている。この構造においては、金属端子２２
と孔２０の壁２０との間にギャップができる。この実施
例では、はんだ（Ｐｂ＋Ｓｎ）合金の層３４が挿入され
ている。はんだ合金の層３４は前記ギャップに溶融状態
で挿入されるので、小さなギャップに隙間無く充填さ
れ、その後で自然に硬化する。なお、はんだ合金の充填
に際して、金属端子２２が露出できるようにピン等を差
し込んでおき、硬化後にピンを引き抜くことにより穴３
６ができるようにする。
【００４８】従って、誘電体１２のギャップが埋めら
れ、誘電体１２の熱伝導特性が悪化するのを防止でき
る。また、はんだ合金はセラミックやコバールと比べて
柔らかいので、使用中の誘電体１２の温度変化による熱
膨張、熱収縮を吸収することができる。また、実施例の
説明ははんだ合金を例として説明されたが、誘電体１２
のギャップに埋めるのははんだ合金に限らず、ギャップ
に溶融状態で挿入され且つ硬化するその他の軟金属、例
えばアルミニウムやインジウム等とすることができる。
【００４９】さらに、誘電体１２のギャップに埋めるの
は軟金属に限らず、熱伝導性の高い樹脂とすることもで
きる。この場合、樹脂中に熱伝導性の高い銀等の金属粒
子を混入したペーストとして使用する。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ウエハを安定的な温度で確実に保持することのできる静
電チャックが得られる。また、冷却ガスの圧力に抗して
十分にウエハを保持することができ、あるいは十分な耐
電圧特性をもち、あるいは高い温度でも使用されること
ができ、あるいは電極の端子部において熱伝導特性の悪
化を招くことがないようにした静電チャックを得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の静電チャックを示す断面図で
ある。
【図２】図１の静電チャックの平面図である。
【図３】図１及び図２の微小な突起の拡大図である。
【図４】微小な突起の他の例を示す図である。
【図５】図１の静電チャックを土台に取り付けたところ
を示す平面図である。
【図６】図５の断面図である。
【図７】図１の静電チャックの電極を通る断面図であ
る。
【図８】電極の他の例を示す断面図である。
【図９】表面粗度を説明する図である。
【図１０】ガス圧力とウエハ温度の関係を示す図であ
る。
【図１１】ガス圧力が５Torrの場合の電圧とウエハ温度
の関係を示す図である。
【図１２】ガス圧力が２０Torrの場合の電圧とウエハ温
度の関係を示す図である。
【図１３】吸着力がクーロン力で得られることを説明す
る図である。
【図１４】吸着力がクーロン力とジョンソンラーベック
力とで得られることを説明する図である。
【図１５】電圧と吸着力との関係を示す図である。
【図１６】誘電体の温度と抵抗率との関係を示す図であ
る。
【図１７】誘電体の金属端子の取り付け部を示す図であ
る。
【符号の説明】
１０…静電チャック １２…誘電体 １４…電極 １６…第１の層 １８…第２の層 ２０…孔 ２２…金属端子 ２６…冷却ガス供給口 ２８…微小な突起
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 貴彦 福島県会津若松市門田町工業団地４番地 株式会社富士通東北エレクトロニクス内 (72)発明者 福西 隆一 福島県会津若松市門田町工業団地４番地 株式会社富士通東北エレクトロニクス内

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１及び第２の表面を有する電極（１
    ４）と、該電極の少なくとも第１の表面を覆う第１の層
    （１６）を有する誘電体（１２）と、該電極に通電する
    ための手段（２２）と、該誘電体の該第１の層の表面に
    冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段（２６）とを備
    え、該誘電体の該第１の層の表面に複数の微小な突起
    （２８）が設けられており、該微小な突起（２８）の各
    々は先端部が根元よりも小さい形状に形成されていてウ
    エハ（Ｗ）を実質的に点接触で保持するようになってお
    り、該誘電体の第１の層の表面に保持されたウエハが該
    冷却ガス供給手段から供給された冷却ガスにより冷却さ
    れるようにしたことを特徴とする静電チャック。
  2. 【請求項２】 該微小な突起（２８）はドーム形に形成
    され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。
  3. 【請求項３】 該微小な突起（２８）は角錐形に形成さ
    れ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。
  4. 【請求項４】 該微小な突起（２８）は一定の形状及び
    一定のピッチで配列されていることを特徴とする請求項
    ５に記載の静電チャック。
  5. 【請求項５】 該微小な突起（２８）は４ｍｍ以下のピ
    ッチで配列されていることを特徴とする請求項４に記載
    の静電チャック。
  6. 【請求項６】 該微小な突起（２８）の高さは冷却ガス
    の平均自由行程以下であることを特徴とする請求項１に
    記載の静電チャック。
  7. 【請求項７】 該微小な突起（２８）の高さは３０μｍ
    以下であることを特徴とする請求項６に記載の静電チャ
    ック。
  8. 【請求項８】 該微小な突起（２８）を含む該誘電体
    （１２）の表面（１６ａ）の表面粗度がＲａ１から２μ
    ｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の静電
    チャック。
  9. 【請求項９】 該誘電体（１２）が低抵抗型の誘電体か
    らなり、該誘電体の第１の層（１６）の厚さが０．５ｍ
    ｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の静電チ
    ャック。
  10. 【請求項１０】 該誘電体（１２）が二酸化ケイ素（Ｓ
    ｉＯ2 ）を３０％以上含有するセラミックからなること
    を特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
  11. 【請求項１１】 該誘電体（１２）が該電極（１４）の
    第２の表面を覆う第２の層（１８）を有し、該電極に通
    電するための手段は、該誘電体の第２の層に設けた孔
    （２０）内に配置され且つ該電極に接続された金属端子
    （２２）と、該金属端子と該第２の層に設けた孔の壁と
    の間に溶融状態で挿入され且つ硬化した軟金属（３４）
    とからなることを特徴とする請求項１に記載の静電チャ
    ック。
  12. 【請求項１２】 該誘電体（１２）が該電極（１４）の
    第２の表面を覆う第２の層（１８）を有し、該電極に通
    電するための手段は、該誘電体の第２の層に設けた孔
    （２０）内に配置され且つ該電極に接続された金属端子
    （２２）と、該金属端子と該第２の層に設けた孔の壁と
    の間に挿入された熱伝導性の高い樹脂とからなることを
    特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
  13. 【請求項１３】 第１及び第２の表面を有する電極（１
    ４）と、該電極の少なくとも第１の表面を覆う第１の層
    を有する誘電体（１２）と、該電極に通電するための手
    段（２２）と、該誘電体の該第１の層の表面に冷却ガス
    を供給する冷却ガス供給手段（２６）とを備え、該誘電
    体が二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）を３０％以上含有するセ
    ラミックからなることを特徴とする静電チャック。
  14. 【請求項１４】 第１及び第２の表面を有する電極（１
    ４）と、該電極の第１及び第２の表面を覆う第１及び第
    ２の層（１６、１８）を有する誘電体（１２）と、該電
    極に通電するための手段（２２）と、該誘電体の該第１
    の層の表面に冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段（２
    ６）とを備え、該電極に通電するための手段は、該誘電
    体の第２の層に設けた孔（２０）内に配置され且つ該電
    極に接続された金属端子（２２）と、該金属端子と該第
    ２の層に設けた孔の壁との間に溶融状態で挿入され且つ
    硬化した軟金属（３４）とからなることを特徴とする静
    電チャック。
  15. 【請求項１５】 第１及び第２の表面を有する電極（１
    ４）と、該電極の第１及び第２の表面を覆う第１及び第
    ２の層（１６、１８）を有する誘電体（１４）と、該電
    極に通電するための手段（２２）と、該誘電体の該第１
    の層の表面に冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段（２
    ６）とを備え、該電極に通電するための手段は、該誘電
    体の第２の層に設けた孔（２０）内に配置され且つ該電
    極に接続された金属端子（２２）と、該金属端子と該第
    ２の層に設けた孔の壁との間に挿入された熱伝導性の高
    い樹脂とからなることを特徴とする静電チャック。
  16. 【請求項１６】 電極（１４）の表面を覆う誘電体の表
    面に設けた微小な突起（２８）によりウエハ（Ｗ）を実
    質的に点接触で載置し、該電極（１４）に電圧を印加し
    てウエハ（Ｗ）を該誘電体の表面に吸着し、該誘電体と
    該ウエハ（Ｗ）との間に冷却ガスを供給することを特徴
    とするウエハの吸着方法。
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