JPH09293774A

JPH09293774A - 静電チャック

Info

Publication number: JPH09293774A
Application number: JP10711396A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Kishino; 敏和岸野; Shunichi Murakawa; 俊一村川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 1997-11-11
Anticipated expiration: 2016-04-26
Also published as: JP3426845B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐プラズマ性に優れるとともに、被保持物と吸
着面との間に流れる漏れ電流が少なく、かつ被保持物を
高い吸着力でもって保持することができる静電チャック
を提供する。【解決手段】静電作用により被保持物を吸着保持する静
電チャックの吸着面をイットリウム−アルミニウム−ガ
ーネット材で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被保持物の固定、
搬送等を行うために使用する静電チャックに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置や液晶基板などの製造
工程中において、半導体ウエハや液晶用ガラス基板など
のウエハに成膜加工やエッチング加工、あるいは露光処
理を施すための工程や各処理工程間への搬送において
は、上記ウエハを高精度に保持するために静電チャック
が使用されている。

【０００３】この種の静電チャックは絶縁材料からなる
板状体の一方の表面を吸着面とし、内部に静電吸着用の
電極を備えてなり、上記吸着面にウエハを載置して電極
とウエハとの間に通電することにより吸着面とウエハと
の間に誘電分極によるクーロン力や微少な漏れ電流によ
るジョンソン・ラーベック力を発生させて吸着面にウエ
ハを吸着保持するようになっていた。

【０００４】また、静電チャックの吸着面は平滑性、平
坦性に優れ、ウエハの脱着に伴う摩耗の少ないことが重
要視されていることから、少なくとも吸着面をＣａＴｉ
Ｏ₃やＢａＴｉＯ₃などの強誘電体、あるいはＴｉＯ₂
を含有したアルミナセラミックスや窒化アルミニウム質
セラミックスで形成したものがあった（特開平２−３３
９３２５号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、吸着面をＣ
ａＴｉＯ₃やＢａＴｉＯ₃などの強誘電体で形成した静
電チャックは、機械的強度が比較的低く、また、還元雰
囲気中で使用する場合には、吸着特性が一定しないため
に使用環境が制限されるといった課題があった。

【０００６】また、吸着面をＴｉＯ₂を含有するアルミ
ナセラミックスや窒化アルミニウム質セラミックスで形
成した静電チャックは、室温での体積固有抵抗値が１０
¹¹〜１０¹³Ω・ｃｍ程度で、微少な漏れ電流により吸着
力を得るようにしたものであるが、吸着面には数十ｍＡ
程度の漏れ電流が生じることから、吸着面に保持するウ
エハの微少回路に悪影響を与えるといった恐れがあっ
た。特に、高温下で使用すると、吸着面を構成するアル
ミナセラミックスや窒化アルミニウム質セラミックスの
体積固有抵抗値がさらに低下することから、ウエハへの
悪影響がさらに顕在化するといった課題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、静電作用により被保持物を吸着保持する吸着
面をイットリウム−アルミニウム−ガーネット材により
形成して静電チャックを構成したものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は半導体装置の製造工程で使用する本発
明に係る静電チャックを示す図で、（ａ）は斜視図、
（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図であり、単結晶または多結
晶のイットリウム−アルミニウム−ガーネット材（以
下、ＹＡＧ材と略称する）からなる板状体１の上面を吸
着面５とするとともに、下面に静電吸着用の電極２を備
え、接着剤３を介して上記板状体１と同じＹＡＧ材やサ
ファイア、あるいは他の各種セラミックスからなるベー
ス板４を接合して構成してある。

【０００９】また、ベース板４には電極２に通電するた
めの電極取出部４ａを形成してあり、この電極取出部４
ａを通して電極２と吸着面５に載置する半導体ウエハ６
との間に通電することによりＹＡＧ材からなる板状体１
とウエハ６との間に誘電分極によるクーロン力を発生さ
せてウエハ６を吸着面５に吸着保持するようにしてあ
る。なお、ここで言う接着剤３とは有機、無機接着剤だ
けでなく、ガラス、ロウ材などを含むものであり、用途
に応じた接合方法を用いれば良い。また、図１では単極
型の静電チャックを示したが、電極を複数に分割し、こ
れらの電極間に通電することでウエハと吸着面との間に
静電作用を発生させて吸着保持する双極型の静電チャッ
クとしても構わない。

【００１０】上記板状体１を構成するＹＡＧ材は、表１
にその特性を示すように室温において１０¹⁵Ω・ｃｍ程
度の体積固有抵抗値を有し、５００℃程度の高温下にお
いても１０¹¹Ω・ｃｍ程度の高い絶縁性を有している。
その為、板状体１には微少な漏れ電流が殆ど流れないこ
とから、ウエハ６に形成する微少回路に悪影響を与える
ことがなく、高温下での使用においても好適である。

【００１１】また、静電チャックの吸着力は板状体１の
厚みに反比例し、その誘電率に比例するのであるが、Ｙ
ＡＧ材は誘電率が１０．７とアルミナセラミックスや窒
化アルミニウム質セラミックスに比べて大きく、同じ厚
みに対してより大きな吸着力を得ることができるため確
実に吸着保持することができる。

【００１２】さらに、ＹＡＧ材は優れた耐プラズマ性を
有していることから、プラズマを発生させたハロゲン系
腐食性ガス下で使用したとしても吸着面５の腐食が少な
く、ウエハ６へのパーティクルやコンタミネーションを
低減することができる。

【００１３】

【表１】

【００１４】ただし、板状体１の厚みは０．１〜１．０
ｍｍ、好ましくは０．１〜０．６ｍｍとすることが良
い。即ち、板状体１の厚みを０．１ｍｍより薄くするこ
とは製造上難しいからであり、逆に、板状体１の厚みが
１．０ｍｍより大きくなると吸着力が低下して実用に供
する程度の吸着力が得難くなるからである。

【００１５】また、板状体１の吸着面５が粗すぎると、
吸着保持するウエハ６を傷付ける恐れがあるとともに、
吸着面５の凹部に塵埃等が堆積することからウエハ６に
悪影響を与える恐れがある。その為、板状体１の吸着面
５は中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ以下の平滑な
面とすることが良い。

【００１６】また、板状体１を構成するＹＡＧ材は緻密
でかつ高純度のものが良い。即ち、ＹＡＧ材が緻密でな
いと吸着面５に微小なボイドが多数存在するために塵埃
等が溜まり易くパーティクルの発生につながるととも
に、ウエハ６の平坦精度が損なわれるために成膜、エッ
チング、露光等の加工においてはウエハ６に均一な成
膜、あるいは高精度のエッジング加工や露光処理を施す
ことができないからであり、また、ＹＡＧ材の純度が低
いと他に添加した助剤や不純物量が多くなるために、こ
れらがウエハ６へのコンタミネーションの原因となり、
ウエハ６上の微小回路パターンを絶縁破壊させる恐れが
あるとともに、プラズマにより腐食を受け易くなるから
である。

【００１７】その為、板状体１を構成するＹＡＧ材とし
ては純度９９．７％以上、さらには９９．９％以上のも
のが好ましく、緻密度合いを示す相対密度は９０％以
上、さらには９８％以上のものが良い。

【００１８】このようなＹＡＧ材を製造するには多結晶
ＹＡＧの場合、純度がそれぞれ９９．７％以上のＡｌ₂
Ｏ₃粉末とＹ₂Ｏ₃粉末に、純度が９９．９％以上のＹ
ＡＧ粉末を添加して混合粉砕したあと所定形状に成形
し、還元性雰囲気において１６００〜１９００℃の温度
で焼成することにより形成することができる。

【００１９】また、純度がそれぞれ９９．７％以上のＡ
ｌ₂Ｏ₃粉末とＹ₂Ｏ₃粉末とを混合したあと仮焼し、
これを粉砕して原料粉末とし、この原料粉末に純度が９
９．９％以上のＹＡＧ粉末を添加したあと所定形状に成
形し、還元性雰囲気において１６００〜１９００℃の温
度で焼成しても良い。

【００２０】さらには純度がそれぞれ９９．９％以上の
Ａｌ₂Ｏ₃粉末とＹ₂Ｏ₃粉末とを混合して１０００〜
１６００℃で仮焼したあと、これらを粉砕して原料粉末
とし、この原料粉末を所定形状に成形し、還元性雰囲気
において１６００〜１９００℃の温度で焼成しても良
い。

【００２１】また、単結晶ＹＡＧを製造する場合には、
ＥＦＧ（Ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄＦｉｌｍ−ｆｅｄ
ＧｒｏｗｔｈＭｅｔｈｏｄ）法等の単結晶育成法を用
いれば良い。

【００２２】一方、電極２を構成する材料としては、銀
（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケ
ル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、Ｃｒ（クロム）などの金属やこれらの混合物を使
用することができる。

【００２３】また、ベース板４を構成する材質として
は、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウ
ム、ＹＡＧ等を主体とするセラミックス、サファイア、
単結晶ＹＡＧ、表層部をアルマイト（酸化アルミニウム
被膜）処理した高純度アルミニウムを用いることができ
る。また、上記ベース板４に抵抗発熱体を埋設しても良
く、このような場合、ベース板４を窒化アルミニウム質
セラミックスにより形成すれば、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ
ｋ以上とセラミックスの中でも優れた熱伝導率を有する
ことから、吸着面５に保持するウエハ６を均一に加熱す
ることができる。

【００２４】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。

【００２５】図２に示す静電チャックは、単結晶または
多結晶のＹＡＧ材からなる板状体１と前記セラミックス
からなるベース板４とをＭｏ−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接合したものであ
り、メタライズ層や活性金属層を電極２としたものであ
る。

【００２６】また、図３に示す静電チャックは、アルミ
ナまたはＹＡＧを主体とするセラミック製のベース板４
に電極形状と一致する溝４ｂを形成し、該溝４ｂに電極
４を構成する金属ペーストを充填して焼き付けた後、単
結晶ＹＡＧ材からなる板状体１とベース板４との接合面
を鏡面研摩し、摺り合わせた状態で１８００℃の還元炉
で融着して一体化したものである。このようにベース板
４をアルミナまたはＹＡＧを主体とするセラミックスで
形成すれば板状体１を構成する単結晶ＹＡＧ材と熱膨張
係数を同一または近似させることができるため、板状体
１に反りを発生させることなく一体化することができ
る。

【００２７】さらに、図４に示す静電チャックは、テー
プ成形法により多結晶ＹＡＧ材を構成する複数枚のグリ
ーンシートを形成し、このうち１枚のグリーンシートに
電極２をなす金属ペーストを印刷して積層したあと、該
積層体を焼成することにより多結晶ＹＡＧ材からなる板
状体１の内部に電極２を埋設したものである。

【００２８】図３、４に示す静電チャックのように、Ｙ
ＡＧ材からなる板状体１とセラミックスからなるベース
板４とを融着または一体焼結すれば、樹脂、ガラス、金
属等の腐食を受け易い接着剤３が不要であるため、腐食
性ガス下での使用においても好適に使用可能な静電チャ
ックとすることができる。

【００２９】以上のように、本発明の実施形態では、半
導体装置の製造工程で使用する静電チャックについて示
したが、これ以外の様々な分野においても使用できるこ
とは言うまでもない。

【００３０】

【実施例】ここで、図１〜４の静電チャックを試作して
室温および５００℃の高温雰囲気下で使用した時の吸着
力について測定を行った。

【００３１】本実験では印加電圧を１〜２ｋＶとし、真
空度１０^-3Ｔｏｒｒの室温下（２４℃）および高温下
（５００℃）の条件にて測定を行い、単極型の静電チャ
ックに要求されている５０ｋｇ／ｃｍ²以上の吸着力を
全ての条件において有するものを優れたものとした。

【００３２】なお、比較例として板状体１にＴｉを含有
するアルミナセラミックスおよびチタン酸バリウムを用
いた図１に示す静電チャックを容易して同様に測定を行
った。

【００３３】それぞれの結果は表２に示す通りである。

【００３４】

【表２】

【００３５】この結果、まず、室温状態で１ｋＶの電圧
を印加した時は、本発明および比較例ともに５０ｋｇ／
ｃｍ²以上の吸着力が得られたものの、高温状態では板
状体１にチタン酸バリウムを用いた静電チャックにおい
て、漏れ電流の増大が見られ使用不可となってしまっ
た。

【００３６】また、１．５ｋＶ以上の電圧を印加する
と、比較例である板状体１にＴｉを含有するアルミナセ
ラミックスを用いた静電チャック、および板状体１にチ
タン酸バリウムを用いた静電チャックとも絶縁破壊を生
じ使用不可となってしまった。

【００３７】これに対し、図１〜４の板状体１にＹＡＧ
材を用いた本発明の静電チャックは、室温および高温状
態ともに印加電圧１〜２ｋＶの範囲において吸着力５０
ｋｇ／ｃｍ²以上を満足することができた。しかも、静
電吸着時の漏れ電流は数〜数十μＡと少なく問題となる
レベルでないことが判った。

【００３８】この結果、半導体装置の製造工程において
好適に使用できることが判る。

【００３９】次に、吸着面５の表面粗さを変化させた本
発明に係る図１の静電チャックを試作し、半導体ウエハ
６を吸着保持させたあとウエハ６を取り外した時に、吸
着面５と接触していた側の全面に付着した０．１μｍ以
上のパーティクルの数をパーティクルカウンターで測定
し、パーティクル数が１００００個未満のものを○、１
００００個を越えるものを×として評価した。

【００４０】結果は表３に示す通りである。

【００４１】

【表３】

【００４２】この結果、吸着面５を中心線平均粗さ（Ｒ
ａ）で０．１μｍ以下とすれば、ウエハ６に付着するパ
ーティクル数を１００００個未満とすることができるこ
とが判る。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、静電作
用により被保持物を吸着保持する吸着面をイットリウム
−アルミニウム−ガーネット材により形成して静電チャ
ックを構成したことにより、被保持物を高い吸着力でも
って保持することができるとともに、漏れ電流が少ない
ことから、被保持物が半導体ウエハや液晶用ガラス基板
であったとしても電気的な悪影響を与えることが少な
く、また、耐プラズマ性、耐蝕性にも優れることから、
被保持物へのパーティクルやコンタミネーションの発生
を大幅に抑えることができる。

【００４４】その為、この静電チャックを成膜装置に用
いれば、被保持物に膜厚の均一な薄膜を形成することが
でき、エッチング装置や露光装置に用いれば、ウエハに
高精度の加工や露光処理を施すことができるとともに、
搬送の際には、ウエハに悪影響を与えることが少ないな
ど、様々な工程で使用可能な優れた静電チャックを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電チャックの一例を示す図であ
り、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＸ−Ｘ線断面図である。

【図２】本発明に係る静電チャックの他の例を示す断面
図である。

【図３】本発明に係る静電チャックの他の例を示す断面
図である。

【図４】本発明に係る静電チャックの他の例を示す断面
図である。

【符号の説明】

１：板状体、２：電極、３：接着剤、４：ベース
板、５：吸着面、６：ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電作用により被保持物を吸着保持する吸
着面をイットリウム−アルミニウム−ガーネット材によ
り形成したことを特徴とする静電チャック。