JPH10144778A

JPH10144778A - 静電チャック

Info

Publication number: JPH10144778A
Application number: JP8302184A
Authority: JP
Inventors: Narimasa Sugiyama; 成正杉山; Toshihisa Nozawa; 俊久野沢; Tsugumoto Ikeda; 貢基池田; Atsushi Hisamoto; 淳久本; Takashi Onishi; 隆大西; Moriyoshi Kanamaru; 守賀金丸; Hiromi Kumagai; 浩洋熊谷; Izumi Arai; 泉新井
Original assignee: SHINKO KOBELCO TOOL KK; Applied Materials Japan Inc; Kobe Steel Ltd
Current assignee: SHINKO KOBELCO TOOL KK; Applied Materials Japan Inc; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電板と基板の接合に使用した接着剤が損傷
することがなく、且つ安定した吸着力の得られる静電チ
ャックを提供する。【解決手段】絶縁性セラミックスからなる円盤状の誘
電板１と円盤状の基板２とを接合するとともに、両者の
間に電極３を形成して静電チャックを構成し、その静電
チャック周縁部における誘電板１及び基板２の接合境
界、及び誘電板１に貫通して設けられているガス導入用
貫通孔７の開口縁部と基板２との接合境界に、少なくと
も１以上の屈曲部を設け、且つ接合境界の開放端Ｓが誘
電板吸着面１ａから遠ざかる様に構成すれば、接着剤の
損傷を解消することができ、且つ半導体ウエハー６に対
しては十分な吸着力を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハー等
の固定及び搬送に使用される静電チャックに関し、より
詳しくは、静電気力を利用して吸着固定を行う静電チャ
ックに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置に備えられている静電
チャックは、図４に示すように、導電性の電極３０と、
その電極３０を絶縁被覆する絶縁体３１と、電極３０に
対し外部から電力を供給する給電手段３２とから主とし
て構成されており、この種の静電チャックには、半導体
ウエハーを効率良く冷却、或いは加熱する目的で、ウエ
ハーと静電チャックの吸着面にガスを導入するための貫
通孔３３が設けられている。

【０００３】上記電極３０を絶縁体で被覆する方法とし
ては、電極金属を陽極酸化する方法（例えば特開昭52−
67353 号）、電極に対し気相合成により絶縁被膜を形成
する方法（例えば特開昭60−197335号）、電極にセラミ
ックスを溶射する方法（例えば特公昭60−59104 号）、
セラミックスからなるグリーンシートと電極とを積層、
成形一体化したものを焼成する方法（例えば特公平6 −
97675 号）等が知られている。

【０００４】上記陽極酸化または気相合成による方法で
は、絶縁体層を厚く形成することが困難であるため、十
分な絶縁耐圧を確保することができないという問題があ
る。また、溶射による方法においても、絶縁膜中に気孔
が含まれてしまい、絶縁耐圧が不十分である。従って、
従来はセラミックスと電極とを一体で焼成する方法が広
く利用されている。ところが、このような方法において
も、焼成時においてセラミックス及び電極が変形してし
まうために、吸着面としての絶縁体表面と電極面との距
離にバラツキが発生することになる。このバラツキは吸
着力のバラツキ、或いは静電チャック同士における吸着
力のバラツキの原因となっていた。

【０００５】そこで、絶縁体表面と電極面との距離を均
一にし、安定した吸着力を得る方法として、図５に示す
ように、絶縁体を予め均一厚さの板状に加工し、これを
電極及び他の絶縁体と接合する方法が考案された（例え
ば実開昭60−96832 号，実開平4 −133443号，特開平4
−300136号）。接合に使用する接着剤としては、有機系
の接着剤の他、セラミックスを主成分とする無機系接着
剤または低融点ガラス等が用いられる。また、導電性接
着剤を用いてそれを電極とすることもある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記接
合により構成された静電チャックでは、半導体製造過程
においてプラズマに曝されることになる吸着面に極めて
近い部位（一般的には吸着面下方約０．５mmの部位）に
接合部分が現れることになるため、プラズマ照射に近い
部分で接着剤が露出していると、以下のような問題が発
生する。

【０００７】すなわち、有機系の接着剤である場合に
は、露出した接着剤が著しく損傷してしまい、それによ
り静電チャックの寿命が短くなる。詳しく説明すると、
半導体製造装置の真空チャンバー内は、ＳｉＣｌ₄ ，Ｓ
ｉＨ₂ Ｃｌ₂ ，ＰＣｌ₃ ，ＢＣｌ₃ ，ＨＣｌ，Ｃｌ₂ ，
ＣＨ₄ ，Ｃ₂ Ｆ₆ ，Ｃ₄ Ｆ₈ ，ＮＦ₃ ，Ｏ₂ の如き、腐
食性のガスが導入されたり、さらに、Ｆ系，Ｃｌ系ガス
のプラズマも形成されるという厳しい腐食環境下にある
ため、静電チャック全体に優れた耐食性が要求される。
ところが、有機系の接着剤は上述したような腐食性ガス
或いはプラズマに対して耐食性が不十分である。一方、
セラミックスを主成分とする無機系接着剤は、結合材ま
たは硬化剤中にアルカリ金属を含んでいるため、これら
重金属によってウエハーが汚染される恐れがある。

【０００８】よって、腐食性ガス及びプラズマによって
著しく損傷される恐れのある部位にこれらの接着剤が存
在することは好ましくない。なお、ガラスについても耐
食性が十分とは云えず、製造上の理由により低融点ガラ
スを用いる場合には、添加物中の金属元素によってウエ
ハーが汚染する恐れがある。

【０００９】本発明は以上のような従来の静電チャック
における課題を考慮してなされたものであり、使用した
接着剤が損傷することがなく、且つ安定した吸着力の得
られる静電チャックを提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁性セラミ
ックスからなる円盤状の誘電板と、該誘電板と接合され
る円盤状の基板と、誘電板と基板との間に介装される電
極とを有する静電チャックにおいて、該静電チャック周
縁部における誘電板及び基板の接合境界、及び誘電板に
貫通して設けられているガス導入用貫通孔の開口縁部と
基板との接合境界が、誘電板吸着面から遠ざかる方向に
形成した少なくとも１以上の屈曲部にて構成され、各接
合境界の開放端が、操業時に発生する腐食性ガス成分か
ら保護される様に構成されている静電チャックである。

【００１１】本発明において、誘電板に基板を嵌合する
ための凹所を備えた場合、その凹所底面に電極を設ける
ことができる。また、誘電板に嵌合し得る凸部を基板に
備えた場合、その凸部頂面に電極を設けることができ
る。これらの電極は例えばめっき処理によって形成する
ことができる。

【００１２】本発明における誘電板の一例としてはＡｌ
₂ Ｏ₃ 焼結体が示されるが、これに限らず、ＡｌＮ，Ｓ
ｉＣ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＢＮ等の焼結体、或いはこれらの焼
結体に添加剤を加えたものが示される。本発明における
基板の一例としては、上記誘電板と同じ部材で構成する
ことが好ましく、例えばＡｌ₂ Ｏ₃ 焼結体が示される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施形態に基
づいて本発明を詳細に説明する。本発明は、静電チャッ
クの構造と耐腐食性の関連について鋭意研究した結果に
基づいてなされたものであり、誘電板と基板とを接合
し、それらの間に電極を配置する構成において、誘電板
と基板との接合部分に腐食性ガスやプラズマが浸入する
ことを防止することのできる静電チャック構造を実現し
たものである。

【００１４】静電チャックの吸着力は、絶縁板の誘電
率、吸着面と電極面との距離、さらには電極に印加する
電圧に依存しているが、吸着面と電極面との距離は、実
用上妥当な電圧で十分な吸着力を得るためには、絶縁性
が確保できる範囲内でできる限り小さいことが望まし
い。例えば、誘電率が概ね１０であるＡｌ₂ Ｏ₃ を誘電
体とした場合、吸着面と電極面との距離は０．１〜０．
５mmの範囲が適当である。従って、誘電板と基板とを平
行して接合する従来構成では、接合境界における開放端
は、吸着面から見て０．１〜０．５mm下方に位置するこ
とになる。

【００１５】ところが、本発明者らの研究結果によれ
ば、吸着面から見ておよそ０．５mm下方ではプラズマの
侵入が激しく、接着剤が著しく損傷することが確認され
た。そこで、接合境界における開放端を１．０mmを超え
て下方（望ましくは１．５mmを超えて下方）に位置させ
れば、プラズマの侵入が大幅に低減され、接着剤の損傷
を防止できることを見出した。

【００１６】具体的には、吸着面と電極面間の距離を小
さく（望ましくは０．５mm以下）保つとともに、接合境
界における開放端を吸着面から遠ざける（望ましくは
１．５mm以上）ために、誘電板において吸着面と反対側
に位置する面（以下裏面と呼ぶ）を、凹状に形成した。
ただし、誘電板の周縁部については帯輪部を周設するも
のとし、誘電板を貫通する貫通孔については、裏面から
延設される筒状部内に設けるものとする。

【００１７】このような構成の円盤状の誘電板の凹所
に、同じく円盤状の基板を嵌合させると、接合境界にお
ける開放端が、吸着面から１．０mmを超えて下方に配置
されることになり、それによりプラズマの侵入による接
着剤の損傷が低減される。また、誘電板の凹所にのみ接
合剤を塗布すれば、プラズマに対して接着剤が直接露出
しないため、接着剤の損傷はより一層低減されることに
なる。

【００１８】また、誘電板と基板の嵌合に際しては、接
合温度と使用温度との差、さらには誘電板と基板のそれ
ぞれの熱膨張率差によって生じる熱膨張量の差に応じた
間隙を誘電板凹部側面と基板凸部側面との間に設けるこ
とにより、吸着面に生じるうねりまたは反り等の変形を
防止することができる。上記変形は、ヤング率の小さい
接合剤を用いることによっても有効に防止することがで
きる。なお、接着剤に加わる熱応力を軽減するには、接
着剤の熱膨張率を、誘電板と基板のそれぞれの熱膨張率
の間の値に設定することが有効である。また、接着層の
厚みは、基板と誘電板との間で熱電導性を損なわないた
めに、０．００５〜０．０５mmの範囲とすることが望ま
しい。接着層の厚みが０．００５mm以下である場合は、
接合力が不足したり、誘電板と基板との熱膨張率の差に
よって生じる熱応力を緩和することができず、従って吸
着面のうねりまたは反りといった変形を防止することが
できなくなる。

【００１９】また、誘電板の凹所内に、接着剤と異なる
材料からなる中間層を挿入することもできる。そして中
間層の材料として熱電導率の良好な材料を選択すれば、
熱電導性が向上させることができる。加えて、ヤング率
の小さい材料を中間層として選択すれば、誘電板と基板
との熱膨張量の差をその中間層にて吸収することができ
る。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施形態をさらに具体的に説
明する。実施例１図１は本発明の静電チャックの基本構成を示す模式図で
ある。同図において、静電チャックは、絶縁性セラミッ
クスからなる円盤状の誘電板１と、その誘電板１と接合
される円盤状の基板２と、誘電板１と基板２との間に介
装される電極３とを有し、誘電板１において吸着面１ａ
と反対側に位置する裏面に、接着剤、ガラスまたはシリ
コン樹脂等の接着剤４を用いて基板２が接合されてい
る。上記誘電板１の裏面凹所１ｂにはめっき処理によっ
て銅電極３が形成されており、この銅電極３に通電する
ための図示しない通電手段が端子５を介してその電極３
に接続されている。

【００２１】各部の構成を詳しく説明すると、誘電板１
は直径２００mmの円盤状Ａｌ₂ Ｏ₃焼結体からなり、ウ
エハー６と吸着面１ａとの間の間隙に、熱電導性を向上
させる目的で気体等を導入するための貫通孔７が、誘電
板１を貫通して複数穿設されている。上記誘電板１は、
予め研磨加工によって厚さ２mm、平面度１０μｍ以下に
加工された後、その片面のうち、周縁部１ｃ（幅ｗ₁ ＝
１．５mm）及び貫通孔７のまわりの筒部１ｄ（幅ｗ₂ ＝
１．５mm）を除いて、深さｄ＝１．５mmの凹所が形成さ
れている。

【００２２】また、基板２は上記誘電板１と同様に円盤
状のＡｌ₂ Ｏ₃ 焼結体からなり、誘電板１の凹所に嵌合
できるように、その直径は１９７mmに構成されている。
また、この基板２には、誘電板１の筒部１ｄを収容でき
るように貫通孔が穿設されており、予め研磨加工によっ
て厚さ１．５mm、平面度１０μｍ以下に調整されてい
る。このような誘電板１と基板２とを、接着剤としての
エポキシ系接着剤４を用いて接合し、その後、銅電極３
に通電するためのケーブル５を接続した。図中、記号Ｓ
は接合境界における開放端を示している。

【００２３】この構成によれば、接合境界における接合
線の屈曲回数は１となり、接合境界の開放端Ｓを吸着面
１ａから遠ざけることができる。そしてケーブル５を介
して銅電極３に通電することにより、半導体ウエハー６
を吸着面１ａに吸着させることができる。

【００２４】実施例２図２は本発明の静電チャックの他の構成を示したもので
ある。なお、図１と同じ構成要素については同一符号を
付してその説明を省略する。基板１０は直径２００mmの
円盤状Ａｌ₂ Ｏ₃ 焼結体からなり、この基板１０上に、
誘電板１の凹所と嵌合し得る、高さ１．５mmの凸部を形
成し、予め研磨加工によって全体の厚さを３mm、平面度
１０μｍ以下に加工している。また、基板１０には誘電
板１の貫通孔７と対応して、その貫通孔７と連通する貫
通孔７ａが穿設されている。この構成において、接合境
界における接合線の屈曲回数は２である。

【００２５】実施例３図３は本発明の静電チャックのさらに他の構成を示した
ものである。なお、図２と同じ構成要素については同一
符号を付してその説明を省略する。基板２０は直径２０
０mmの円盤状Ａｌ₂ Ｏ₃ 焼結体からなり、この基板１０
上に、誘電板１の凹所と嵌合し得る、高さ１．５mmの凸
部を形成し、この凸部頂面にめっき処理によって銅電極
３を形成した。さらに、研磨加工によって全体の厚さを
３mm、平面度１０μｍ以下に加工した。

【００２６】比較例図５は、比較例としてＡｌ₂ Ｏ₃ 焼結体からなる誘電板
４０と電極４１と基板４２とを積層して接合した静電チ
ャックの構成である。詳しくは、直径２００mmの円盤状
に形成された誘電板４０には、貫通孔４３が穿設されて
おり、予め研磨加工により厚さ２mm、平面度１０μｍ以
下の加工した後、吸着面４０ａと反対側の面において、
その周縁部（ｗ₃ ＝１．５mm）及び誘電板４０を貫通す
る貫通孔４３の周縁部（ｗ₄ ＝１．５mm）を除いた範囲
に銅電極４１をめっきにより形成した。

【００２７】一方、基板４２は誘電板４０と同じ直径、
同材質からなり、予め研磨加工により厚さ２mm、平面度
１０μｍ以下に加工されている。そして誘電板４０と基
板４２とを絶縁性の有機系接着剤を介して接合した。次
いで、吸着面側を研磨して電極４１面と吸着面４０ａと
の距離を所定の厚さに調整した。

【００２８】次に、本実施例と比較例との比較を表１に
示す。表１は吸着面１ａから接合境界の開放端Ｓまでの
距離Ｌに対する、接着剤損傷の関係を示したものであ
る。まず比較例として、図５に示した構成において、距
離Ｌ並びに接着剤の種類を変えて各種静電チャックを製
作し、各静電チャックに対しＯ₂ ガスのプラズマを６０
分間照射し、接合部分の外観及び変色を評価した。その
結果、エポキシ樹脂を主成分とする有機系接着剤を使用
した場合、距離Ｌが０．５mm以下では全面に亘って損傷
や変色が認められた。これに対し、距離Ｌが１．０mmで
は損傷、変色ともに低減され、距離Ｌが１．５mmでは、
損傷、変色ともに認められなかった。一方、Ａｌ₂ Ｏ₃
を主成分とする無機系接着剤を使用した場合では、距離
Ｌが０．５mm以下では損傷や変色が認められるが、距離
Ｌが１．０mm以上では損傷、変色ともに認められなかっ
た。

【００２９】

【表１】

【００３０】次に、本発明による静電チャックについ
て、同様にＯ₂ ガスのプラズマを６０分間照射し、接合
部分の外観について損傷並びに変色状態を評価したとこ
ろ、本実施例１〜３のいずれの静電チャックにおいても
接合部分の損傷及び変色は認められなかった。

【００３１】なお、上記実施例においては基板を絶縁体
で構成したが、これに限らず、接着剤等を用いて電極を
絶縁することができれば、上記基板はアルミニウム等の
導電性材料で構成することもできる。また、本発明にお
ける屈曲部は、上記実施例の屈曲回数に限らず、それ以
上すなわち階段状に形成することもできる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば、接着剤が露出する接合境界における開
放端は、プラズマが発生する吸着面から遠ざけられる構
成であるため、接着剤の損傷を大幅に低減させることが
できるという長所を有する。また、電極は誘電板の凹所
に配置されているため、吸着面とその電極面との距離を
小さく設定することができ、それにより十分な吸着力を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電チャックの基本構成を示す断
面図である。

【図２】本発明の静電チャックの他の構成を示す図１相
当図である。

【図３】本発明の静電チャックのさらに他の構成を示す
図１相当図である。

【図４】従来例の静電チャックの構成を示す断面図であ
る。

【図５】従来例の静電チャックの別の構成を示す断面図
である。

【符号の説明】

１誘電板１ａ吸着面１ｂ凹所１ｃ周縁部１ｄ筒部２基板３電極４接着剤５端子６ウエハー７貫通孔

フロントページの続き (72)発明者野沢俊久神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者池田貢基神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者久本淳神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者大西隆神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者金丸守賀神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者熊谷浩洋千葉県千葉市美浜区中瀬２−６アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者新井泉千葉県千葉市美浜区中瀬２−６アプライドマテリアルズジャパン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性セラミックスからなる円盤状の誘
電板と、該誘電板と接合される円盤状の基板と、前記誘
電板と前記基板との間に介装される電極とを有する静電
チャックにおいて、該静電チャック周縁部における前記誘電板及び前記基板
の接合境界、及び前記誘電板に貫通して設けられている
ガス導入用貫通孔の開口縁部と前記基板との接合境界
が、前記誘電板吸着面から遠ざかる方向に形成した少な
くとも１以上の屈曲部にて構成され、前記各接合境界の
開放端が、操業時に発生する腐食性ガス成分から保護さ
れる様に構成されていることを特徴とする静電チャッ
ク。
【請求項２】前記誘電板には前記基板を嵌合するため
の凹所が備えられ、該凹所底面に前記電極が設けられて
いる請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】前記基板には前記誘電板に嵌合される凸
部が備えられ、該凸部頂面に前記電極が設けられている
請求項１記載の静電チャック。