JPH09260472A

JPH09260472A - 静電チャック

Info

Publication number: JPH09260472A
Application number: JP6225496A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kikuchi; 一夫菊地
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハの大口径化に対応でき、高温での使用
も可能であり、単極式及び双極式の両方の形態を採るこ
とが可能な静電チャックの提供が望まれている。【解決手段】絶縁材料からなる基板２と、この基板の
上方に配設されてチャック面を形成するサファイア板３
と、これら基板２とサファイア板３との間に配設された
導体からなる電極板４と、これらを接着する絶縁性接着
剤５とからなる静電チャック１である。サファイア板３
は複数枚のサファイアピース３ａ、３ｂから構成されて
いる。電極板４はサファイアピースにそれぞれ対応する
複数枚の電極ピース４ａ、４ｂから構成されている。こ
れら電極ピースはそれぞれ対応するサファイアピースの
直下に配置され、平面視形状が対応するサファイアピー
スと略相似形であり、かつ対応するサファイアピースよ
り小さく形成されている。接着剤５は電極板４の全面を
覆った状態に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
プロセスなどで使用されるエッチング装置、ＣＶＤ装
置、スパッタ装置等において、試料保持のために用いら
れる静電チャックに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の静電チャックとしては、
焼結体等からなる絶縁体板に誘電分極可能な導体板を接
合し、この導体板に高圧電源を接続して、該導体板を電
極として機能させるものが知られている。すなわち、こ
の静電チャックは、導体板に高電圧を印加することによ
って誘電分極を起こさせ、絶縁体板上にて吸着力を発揮
させて試料を保持するものである。このような静電チャ
ックにおいて、その絶縁体板には、十分な絶縁性を有
し、しかも線膨張率が小さいなどの理由により、サファ
イア板やアルミナ等からなるセラミックス板が用いられ
ている。また、一般に静電チャックには、導体板からな
る電極が一つの単極式のものと、複数の双極式のものと
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年ウエハ
の大口径化とプロセスの多様化により幅広い温度制御が
なされるようになってきているのに伴い、前記静電チャ
ックには以下に述べる不都合が生じている。サファイア
を絶縁体板とする静電チャックでは、サファイアが長さ
２００ｍｍ程度にまでしか作製できないことから、ウエ
ハの大口径化に見合う大面積のものを作製することがで
きない。セラミックスを絶縁体板とする静電チャックで
は、高温での使用の際、その抵抗値が下がってしまうこ
とによりリーク電流が生じたりその吸着力が変動してし
まい、高温での使用に難がある。

【０００４】また、このような静電チャックのうち単極
式の静電チャックでは、プラズマを発生させないと吸着
が起こらないことからプラズマ処理装置にしか用いるこ
とができず、しかもプラズマ処理に用いた場合に、室温
でプラズマ処理室内に搬送されたウエハが、プラズマ処
理時に初めて所定温度の静電チャックに吸着されるた
め、プラズマ処理中に急激な温度変化を伴ってしまう。
一方、双極式の静電チャックでは、プラズマの発生を必
要とすることなく吸着を行うことができるものの、単極
式に比べ吸着力が弱く、したがって静電チャックを介し
て行われるウエハの温度制御が不十分になるおそれがあ
る。

【０００５】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、ウエハの大口径化に対応
でき、かつ高温での使用も可能であり、しかも単極式お
よび双極式の両方の形態を採ることが可能な静電チャッ
クを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の静電チャックで
は、絶縁材料からなる基板と、この基板の上方に配設さ
れてチャック面を形成するサファイア板と、これら基板
とサファイア板との間に配設された導体からなる電極板
と、これら基板と電極板とサファイア板とを接着する絶
縁性接着剤とからなり、前記サファイア板が複数枚のサ
ファイアピースから構成され、前記電極板が前記サファ
イアピースにそれぞれ対応する複数枚の電極ピースから
構成され、これら電極ピースがそれぞれその対応するサ
ファイアピースの直下に配置されるとともに、該電極ピ
ースの平面視形状が対応するサファイアピースと略相似
形であり、かつ該対応するサファイアピースより小さく
形成され、前記接着剤が電極板の全面を覆った状態に設
けられてなることを前記課題の解決手段とした。

【０００７】この静電チャックによれば、サファイア板
を複数のサファイアピースから構成したので、サファイ
アが長さ２００ｍｍ程度にまでしか作製できないにもか
かわらず、サファイア板全体としては十分大きなものに
することが可能になる。また、サファイアは低温から高
温（〜８００℃）までその抵抗値が極端に変動しないの
で、サファイア板からチャック面を形成したことによ
り、高温での使用においても吸着力がほとんど変動しな
いものとなる。

【０００８】さらに、複数の電極ピースをそれぞれサフ
ァイピースに対応させているので、これら複数の電極ピ
ースにそれぞれ独立して極性の切り換えが可能な高圧電
源を接続することにより、例えば全ての高圧電源から各
電極ピースに正の直流電圧を印加すれば、静電チャック
は単極式として機能し、また、一部の高圧電源から対応
する電極ピースに正の直流電圧を印加し、かつ残部の高
圧電源から対応する電極ピースに負の直流電圧を印加す
れば、静電チャックは双極式として機能する。また、電
極ピースをそれぞれ対応するサファイアピースより小さ
くし、接着剤で電極板の全面を覆っているので、この静
電チャックが外部の電界下に置かれても、電極板にリー
ク電流が生じることがない。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の静電チャックを詳
しく説明する。図１は本発明の静電チャックの一実施形
態例を示す図、図２（ａ）、（ｂ）は図１に示した静電
チャックの使用状態を示す図であり、これらの図におい
て符号１は静電チャックである。この静電チャック１
は、図２（ｂ）に示すように絶縁材料からなる基板２
と、この基板２の上方に配設されたサファイア板３と、
これら基板２とサファイア板３との間に配設された導体
からなる電極板４と、これら基板２と電極板３とサファ
イア板４とを接着する接着剤５とから構成されたもので
ある。

【００１０】基板２としては、絶縁性に優れ、かつその
線膨張率がサファイアの線膨張率５×１０^-6〔Ｋ^-1〕に
近いものとされ、具体的にはアルミナ（線膨張率；７．
６×１０^-6〔Ｋ^-1〕）などのセラミックスが好適とされ
る。また、この基板２は、本例では図１、図２（ｂ）に
示すようにサセプタ６との接合のため、円盤状の基板本
体２ａと、その周縁から下方に延びる円筒部２ｂとによ
って形成されたものとなっている。

【００１１】サファイア板３は、複数枚のサファイアピ
ース３ａ、３ｂ…から構成されたもので、本例では、図
１、図２（ａ）に示すように平面視形状が円盤状のサフ
ァイアピース３ａと、円環を４等分した形状のサファイ
アピース３ｂ…との五つのピースからなっており、これ
ら五つのサファイアピース３ａ、３ｂ…が互いに隣接配
置されたことにより、見掛け上一枚のサファイア板３と
なっている。また、このサファイア板３は、その上面、
すなわち基板２と反対の側の面が、後述するようにウエ
ハ等の試料を載置し、これを保持するためのチャック面
となっている。

【００１２】電極板４は、図２（ｂ）に示すように前記
サファイアピース３ａ、３ｂ…に、それぞれ１対１の関
係で対応する五枚の電極ピース４ａ、４ｂ…から構成さ
れたものである。これら電極ピース４ａ、４ｂ…は、誘
電分極可能な導体板からなるもので、それぞれ図示しな
い高圧電源に接続されるよう構成されたものでる。ま
た、これら電極ピース４ａ、４ｂ…は、それぞれその対
応するサファイアピース３ａ、３ｂ…の直下に配置され
たもので、その平面視形状が、対応するサファイアピー
ス３ａ（３ｂ）と略相似形、すなわち電極ピース４ａが
円盤状、電極ピース４ｂが円環を４等分した形状となっ
ており、かつ、対応するサファイアピース３ａ（３ｂ）
より一回り小さいものとなっている。なお、これら電極
ピース４ａ、４ｂ…は、それぞれサファイアピース３ａ
（３ｂ）より小さく形成されていることから、当然これ
ら電極ピース４ａ、４ｂ…間には間隙が生じ、したがっ
て厳密に言えばこれら電極ピース４ａ、４ｂ…から一つ
の板状体が形成されるものではないものの、本発明にお
いては、間隙の有無にかかわらず、これら電極ピース４
ａ、４ｂ…から見掛け上一つの板状体、すなわち電極板
４が構成されているものとする。

【００１３】また、これら基板２、サファイア板３、電
極板４は、基板２とサファイア板３とで電極板４を挟む
ようにして配置され、この状態に絶縁性の接着剤５で接
着固定されている。接着剤５は、十分な絶縁性を有し、
かつ基板２、サファイア板３、電極板４を十分な強度で
接着できるもの、例えば金属接合におけるろう付けのよ
うな接着が行えるものが好ましく、具体的にはポリイミ
ド系接着剤等が用いられる。

【００１４】また、このような構成からなる静電チャッ
ク１は、その使用にあたっては、図２（ｂ）に示すよう
にサセプタ６上に接着剤７を介して固定され、さらにそ
の側周面が絶縁性の保護リング８で覆われる。ここで、
サセプタ６は金属等からなるもので、図示しない温調手
段に接続されて該温調手段から受けた熱あるいは冷熱を
静電チャック１に伝えるものであり、これによって静電
チャック１上に保持されるウエハは、所望する温度に調
整されるようになっている。また、このサセプタ６と基
板２とを接着固定する接着剤７としては、サセプタ６と
基板２との線膨張率（熱膨張係数）の差に起因して、特
に高温での使用で剥離等が起こることがないよう、これ
らの間の線膨張率の差を吸収し得るような線膨張率を有
するものが用いられる。

【００１５】次に、このような静電チャック１の使用法
について説明する。図３（ａ）は、静電チャック１を平
行平板型プラズマ発生装置に用い、静電チャック１によ
る吸着法として単極式を採用した例を示す図であり、図
３（ａ）中符号１０はプラズマ処理室である。このプラ
ズマ処理室１０には、静電チャック１が、図２（ａ）に
示したようにサセプタ６上に固定され、かつ保護リング
８でその側周面が覆われた状態で設置されている。この
静電チャック１には、図３（ａ）に示したようにその電
極ピース４ａ、４ｂ…に直流高圧電源１１が接続され、
これら電極ピース４ａ、４ｂ…全てに正の直流電圧が印
加されるようになっている。また、この静電チャック１
の直上には対向電極１２が配設され、さらにこの対向電
極１２とサセプタ６の間には、高周波発生装置１３が対
向電極１２およびサセプタ６に接続した状態で配設され
ている。

【００１６】このような状態のもとでウエハＷをプラズ
マ処理する場合には、まず、ウエハＷを静電チャック１
のサファイア板３上に載置する。次に、高周波発生装置
１３をオンにし、対向電極１２と静電チャック１との間
にプラズマを発生させる。すると、プラズマの発生によ
り、静電チャック１上のウエハＷは負に帯電する。この
とき、静電チャック１の電極ピース４ａ、４ｂ…に、直
流高圧電源１１より正の電圧を印加すれば、静電チャッ
ク１は吸着力を発揮し、これによってウエハＷをサファ
イア板３上に吸着保持する。

【００１７】図３（ｂ）は、静電チャック１を真空処理
装置に用い、静電チャック１による吸着法として双極式
を採用した例を示す図であり、図３（ｂ）中符号２０は
真空処理室である。この真空処理室２０には、静電チャ
ック１がサセプタ６上に固定され、かつ保護リング８で
その側周面が覆われた状態で設置されている。この静電
チャック１には、その電極ピース４ａ、４ｂ…に直流高
圧電源２１が接続されており、電極ピース４ａに負の直
流電圧が印加され、電極ピース４ｂ…に正の直流電圧が
印加されるようになっている。

【００１８】このような状態のもとでウエハＷを静電チ
ャック１に吸着保持するには、直流高圧電源２１をオン
にして、電極ピース４ａに負の直流電圧を、電極ピース
４ｂ…に正の直流電圧をそれぞれ印加する。すると、図
３（ａ）に示した例と異なり、ウエハＷが負に帯電して
いないにもかかわらず、ウエハＷの表面に正に帯電した
部分と負に帯電した部分とが生じ、これによってウエハ
Ｗは静電チャック１のサファイア板３に吸着保持され
る。

【００１９】また、このような静電チャック１にあって
は、その上にウエハＷを載置することなく、プラズマ処
理環境内に置くことができる。すなわち、ウエハＷがな
い状態でプラズマを発生させると、通常導電性の部分
（例えば金属）にプラズマが流れ、これによって放電
（アーキング）が起こる。しかし、図２（ｂ）に示した
使用形態の静電チャック１にあっては、導電性の部分と
なる電極板４、サセプタ６が、絶縁性のサファイア板
３、基板２、保護リング８によって遮蔽されているの
で、プラズマが電極板４やサセプタ６に流れず、これに
より放電（アーキング）が起こらない。

【００２０】そして、このように放電が起こらず、した
がってウエハＷなしでも支障なくプラズマを発生させる
ことができることから、プラズマ処理室内の雰囲気を整
えるなどのために、従来のごとくダミーのウエハを用い
るといったことをすることなくプラズマを自由に発生さ
せることができる。よって、この静電チャック１によれ
ば、例えば複数枚のウエハＷを連続してプラズマ処理す
る場合に、処理前にプラズマを発生させていない一枚目
と、処理前にプラズマを発生させている二枚目以降とで
条件が異なってしまうのを防ぐべく、一枚目の処理の前
にウエハなしでプラズマを発生させ、全てのウエハにつ
いて同じ条件で処理が行えるようにするといったことが
可能になる。また、静電チャック１が帯電していると
き、ウエハＷを置くことなくこれをプラズマ処理し、放
電させるといったことも可能になる。

【００２１】また、この静電チャック１にあっては、サ
ファイア板３を五つのサファイアピース３ａ、３ｂ…か
ら構成したので、本来サファイアは長さが２００ｍｍ程
度にまでしか作製できないにもかかわらず、五つのサフ
ァイアピース３ａ、３ｂ…を隣接配置させることによっ
て見掛け上大きな面積のサファイア板３とすることがで
き、これによりウエハＷの大口径化にも十分に対応する
ことができる。さらに、サファイアは低温から高温（〜
８００℃）までその抵抗値が極端に変動せず、高抵抗を
保持するものであることから、広い温度範囲でクーロン
力による吸着力が支配的となって吸着力の変動が少ない
ものとなる。したがって、このサファイアによるサファ
イア板３からチャック面を形成したことにより、静電チ
ャック１は高温での使用においても吸着力がほとんど変
動することなく、安定した吸着力を発揮するものとな
る。

【００２２】また、電極ピース４ａ、４ｂ…をそれぞれ
対応するサファイアピース３ａ（３ｂ）より小さくし、
接着剤５で電極板４の全面を覆っているので、たとえこ
の静電チャックが外部の電界下に置かれても、電極板４
にリーク電流が生じることを防止することができる。さ
らに、絶縁性の基板２上に電極板４、サファイア板３を
接着固定しているので、導体からなる電極板４の下側が
基板２で遮蔽されることになり、よって前記のリーク電
流の発生が一層確実に防止される。また、サファイア板
３、電極板４がそれぞれ複数のピースからなっているに
もかかわらず、これらを基板２上に保持固定しているこ
とにより、静電チャック１全体の機械強度を十分に確保
することができる。

【００２３】また、サファイア板３を複数のピースから
構成するとともに、これらを接着剤によって固定してい
ることから、特に接着剤として十分な接着強度を有する
ものを用いることにより、この静電チャック１を作製す
るにあたり、サファイア板３を接着固定した後、これら
の上面、すなわちチャック面を研磨加工することができ
る。そして、このような研磨加工を行うことにより、凹
凸が極めて少ない平坦なチャック面を形成することがで
き、これにより凹凸に起因する吸着力の低下を防止する
ことができる。

【００２４】なお、前記実施形態例では、サファイア板
３、電極板４をそれぞれ五つのピースで構成したが、本
発明はこれに限定されることなく、複数であれば任意の
数のピースでこれらを構成することができる。また、サ
ファイア板、電極板を構成する各ピースの形状について
も、前記実施形態例のものの形状に限定されないのはも
ちろんである。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の静電チャッ
クは、サファイア板を複数のサファイアピースで構成し
たものであるから、これらを隣接配置させることによっ
て見掛け上大きな面積のサファイア板とすることがで
き、これによりウエハの大口径化にも十分に対応し得る
ものとなる。また、低温から高温（〜８００℃）まで抵
抗値が極端に変動しないサファイアによってチャック面
を形成したことにより、高温での使用においても吸着力
がほとんど変動しないものとなり、したがって安定した
吸着力を発揮するものとなる。

【００２６】さらに、複数の電極ピースをそれぞれサフ
ァイピースに対応させているので、これら複数の電極ピ
ースにそれぞれ独立して極性の切り換えが可能な高圧電
源を接続すれば、吸着方式として単極式と双極式との両
方を採ることができ、したがって使用状態に応じてこれ
らを適宜に使い分けすることができ、これによりこの静
電チャックを用いた処理の制御性の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における静電チャックの一実施形態例の
概略構成を示す斜視図である。

【図２】図１に示した静電チャックの使用状態を示す図
であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢
視断面図である。

【図３】図１に示した静電チャックの使用形態を説明す
るための図であり、（ａ）は吸着法として単極式を採る
場合の例を示す図、（ｂ）は吸着法として双極式を採る
場合の例を示す図である。

【符号の説明】

１静電チャック２基板３サファイア板３ａ、３ｂサファイアピース４電極板４
ａ、４ｂ電極ピース５接着剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁材料からなる基板と、この基板の上
方に配設されてチャック面を形成するサファイア板と、
これら基板とサファイア板との間に配設された導体から
なる電極板と、これら基板と電極板とサファイア板とを
接着する絶縁性接着剤とからなり、前記サファイア板が複数枚のサファイアピースから構成
され、前記電極板が前記サファイアピースにそれぞれ対応する
複数枚の電極ピースから構成され、これら電極ピースが
それぞれその対応するサファイアピースの直下に配置さ
れるとともに、該電極ピースの平面視形状が対応するサ
ファイアピースと略相似形であり、かつ該対応するサフ
ァイアピースより小さく形成され、前記接着剤が電極板の全面を覆った状態に設けられてな
ることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】前記基板がセラミックスからなることを
特徴とする請求項１記載の静電チャック。