JPH10233435A

JPH10233435A - 静電チャック

Info

Publication number: JPH10233435A
Application number: JP4858597A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kitabayashi; 徹夫北林; Hiroaki Hori; 裕明堀; Atsushi Miyaji; 淳宮地
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1997-02-18
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】吸着面の凹凸加工によらずにウェハ等のワー
クの脱離不良の問題を解決することのできる静電チャッ
クを提供する。【解決手段】静電チャック１は、基盤５と、この基盤
５上にパターン化されて形成されている一対の電極３、
３′と、この電極３を覆う誘電層２を備える。電極３、
３′は、中央を境にして、左右に分離されており、それ
ぞれに接点６、６′においてリード線７、７′に接続さ
れている。電極３、３′は、直角に交わる格子状となっ
ており、電極３、３′の面積が該チャックの吸着面の面
積の５０％以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置等
においてシリコンウェハ等を固定するために用いる静電
チャックに関する。特には、固定を解除する際に素早く
ウェハを脱離させることのできるように改良を加えた静
電チャックに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の静電チャックの電極の形状は、単
極（ベタ塗り）、双極（半月状、くし歯状、同心円
状）、多極（分割タイプ）等多くのタイプが開示されて
いた。しかし、これらいずれのタイプにおいても、チャ
ックの吸着力を大きくするために吸着面と電極の面積を
なるべく同等にするように設計されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ジョンセンラ
ーベック型等の吸着力の強いチャックが開発されるに伴
い、従来からあった吸着解除時のウェハ脱離不良の問題
がより注目されるようになった。静電チャックの用いら
れる半導体製造装置では、スループット（処理能率）向
上のために、処理の終了したウェハはすぐに送り出し
て、次のウェハを受け入れる必要がある。ところが、静
電チャックにおけるウェハ脱離に時間（例えば５秒以
上）がかかると装置のスループットが低下してしまう。

【０００４】このウェハ脱離不良の問題を改善する一方
策として、チャックの吸着面に、サンドブラスト加工等
により凹凸を付けることが行われている。しかしなが
ら、この凹凸のためにチャックとウェハとの間の熱伝達
が低下することが新たな問題として登場した。というの
は、ＣＶＤ等のウェハ処理工程においては、チャックを
真空（減圧）下で加熱することによりウェハを加熱する
（例えば〜６００℃）ことが行われているが、チャック
とウェハとの間に隙間があると、両者間の熱伝達が悪く
なって、ウェハを所望の温度にするのに時間がかかって
しまい、その結果処理工程のスループットが低下してし
まうのである。

【０００５】本発明は、吸着面の凹凸加工によらずにウ
ェハ等のワークの脱離不良の問題を解決することのでき
る静電チャックを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の静電チャックは、基盤と、基盤上面に広が
る電極と、電極を覆う誘電層と、を備えた静電チャック
であって；上記電極の面積が該チャックの吸着面の面
積の５０％以下であることを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明においては、上記静電チャ
ックがジョンセンラーベック型であることが好ましい。
ここでジョンセンラーベック型とは、誘電層の体積抵抗
率を１０¹⁴Ωcm程度以下にして、吸着物と静電チャック
表面との接触界面で分極された電荷によって引き起こさ
れる静電力を利用した静電チャックの類型であり、引き
あう電荷の距離が非常に小さいため非常に大きな静電力
が発生するものをいう。すなわち、高吸着力が得られる
ジョンセンラーベック型静電チャックを用いて、電極面
積を吸着面の面積に比較して非常に小さくしても半導体
ウェハを吸着できる静電チャックを提供し、その結果ウ
ェハの脱離にかかる時間を小さくすることができる静電
チャックを提供するものである。

【０００８】本発明においては、上記電極を、吸着面に
実質的に均一に分布する線状電極から構成できる。ま
た、上記電極が、吸着面に実質的に均一に分布する格子
状であることとしてよい。ここで上記格子の１単位の間
隔が１０mm以下であることが好ましい。ワークの各部を
より均一に吸着するためである。

【０００９】本発明においては、上記誘電層を構成する
材料の体積抵抗率が１０⁸ 〜１０¹⁴Ωcmであることが好
ましい。また、吸着面の表面粗さがＲａで２μm 以下で
あることが好ましい。電極の面積が小さくても十分な吸
着力を確保することができる。さらに、チャックとワー
クとの間の熱伝達を高めることができる。

【００１０】本発明においては、格子状の電極より下の
位置に、加熱用の平面状電極を配置することもできる。

【００１１】図１は、本発明の１実施例に係る静電チャ
ックを示す図である。（Ａ）は電極配置状態を示す平面
図、（Ｂ）は内部構造を示す模式的断面図である。

【００１２】まず図１（Ｂ）を参照しつつ説明する。静
電チャック１は、基盤５と、この基盤５上にパターン化
されて形成されている一対の電極３、３′と、この電極
３を覆う誘電層２を備える。誘電層２の上表面は平滑な
吸着面（研磨面）となっており、ここにワーク（ウェハ
等）を吸着して保持する。

【００１３】電極３、３′は、中央を境にして、左右に
分離されており、それぞれに接点６、６′においてリー
ド線７、７′に接続されている。電極３、３′は各々等
面積であれば半月状の配置に限らず同心円状やくし歯状
に配置されていてもよい。リード線７、７′は、基盤５
をチャック１の下面に突き抜けている。そして、リード
線７、７′は、それぞれ直流電源８、８′に接続されて
いる。ここで電源８と８′は、極性が逆になっており、
ワークを左右に分極させて（左がプラス、右がマイナ
ス）、強力にチャックに吸着させる。もちろん７と７′
の間に直流電源を１個のみ設けても同様に吸着できる。

【００１４】図１（Ａ）に示すように、電極３、３′
は、直角に交わる格子状とした。格子の線幅は０．５〜
５mm、線間隔は１．５〜１５mmが好ましい。図１（Ａ）
の例では線幅０．５mm、線間隔３mm、電極面積比率は約
３０％である。接点６は中心寄りに設けてある。なお、
符号１１は、必要に応じて設けられるガス供給穴であ
り、符号１３はリフトピン用穴である。

【００１５】

【実施例】実験に用いた静電チャックの誘電層は、酸化
アルミニウムを主成分とし酸化チタン、酸化クロムを適
当量添加して焼成したセラミックス製とし、その体積抵
抗率は１０¹¹Ωcm、誘電層の厚さは５００μm 、比誘電
率８．５、表面粗さＲａは０．２５μm とした。吸着ウ
ェハはベアシリコンウェハとした。電極はＷ製とし、基
盤は誘電層と同一の素材とした。

【００１６】誘電層の体積抵抗率を１０¹¹Ωcmとしたの
は、ジョンセンラーベック効果によって静電チャックと
シリコンウェハの接触界面に電荷を誘起し、非常に大き
なクーロン力を引き起こさせるためである。なお体積抵
抗率が１０¹⁵Ωcm以上であると電荷が接触界面に誘起さ
れず吸着力は非常に弱くなってしまう。本発明のポイン
トの１つは誘電層の体積抵抗率を一定値以下（約１０¹⁴
Ωcm）にすることにより非常に大きな吸着力を発揮する
静電チャックの誘電層を用いることである。

【００１７】さらにジョンセンラーベック型静電チャッ
クの吸着力に大きく影響を与える表面粗さについては、
セラミックス焼結体の吸着面を研磨等の加工を施しＲａ
を２μm 以下にした。その理由は、表面粗さを大きくし
すぎると接触界面の静電容量が小さくなり、その結果吸
着力が小さくなりすぎるからである。静電チャックの基
盤については絶縁性のものであれば何でもよいが、静電
チャックの構造上の信頼性を高くするために誘電層の材
質と同じものであるのが望ましい。

【００１８】静電チャックの吸着力の測定には真空チャ
ンバー内にシリコンウェハを静電チャックの吸着面に設
置した後、一定時間電圧４００Ｖをかけたのちシリコン
ウェハを引っ張り上げそのときの荷重を記録した（表１
参照）。なお吸着力のデータは圧力に換算し、torr表示
とした。なお、静電チャックの表面に凹凸を設けその凹
凸とウェハによって形成されるギャップにＨｅ等のガス
を加圧し、ウェハがとび上がるときのガスの圧力を記録
することで同様の評価ができるが両者には顕著な差がな
かった。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】実施例１〜５では、表面粗さをＲａ０．２
５μm とした場合、電極面積を１％としてもウェハを４
００Ｖの電位差で充分吸着させることができた。シリコ
ンウェハの脱離性は良好であった。

【００２２】実施例６〜１０、１１〜１５では、表面粗
さを１．２μm 、２μm とした場合の吸着力を測定し
た。表面粗さが大きくなり、かつ電極面積が小さくなる
と吸着力は小さくなり、場合によっては一般の半導体製
造装置中のウェハがずれることもあり得るが、この場合
であっても電圧をさらに８００Ｖや１，２００Ｖと大き
くすすることによってウェハの吸着が行える。シリコン
ウェハの脱離性は良好であった。

【００２３】実施例１６〜２０は、誘電層の体積抵抗率
を変えた場合の吸着力のデータである。表面粗さが同じ
であって、電極面積が同じであれば、ジョンセンラーベ
ック効果が現れる１０¹⁴Ωcm以下の体積抵抗率であれば
吸着力は同じなる。体積抵抗率を変化させた実施例を加
えた理由は、半導体製造プロセスにおいてはシリコンウ
ェハ温度が低温（−３０℃程度）から高温（＋６００℃
程度）まで温度範囲が広く、その使用される温度におい
て静電チャックがジョンセンラーベック効果が発揮され
るように室温での体積抵抗率を幅広く用意しておく必要
があるからである。実施例１６〜２０の吸着力をみれ
ば、電極面積を小さくする本発明の手段が有効に適用で
きることがわかる。

【００２４】誘電層の体積抵抗率が１０¹¹Ωcmであって
表面粗さがＲａ０．２５μm 以下であり、電極面積が１
００％に近い場合は、吸着力が非常に大きくなる。そし
て、シリコンウェハを脱離するとき、電圧を０Ｖに戻し
ても、静電チャック及びシリコンウェハとも表面粗さが
小さく面同士が密着し、なかなか脱離しない現象が現れ
る。その場合でも、実施例１〜５のように電極面積を小
さくしてシリコンウェハ全体の吸着力（全圧）を小さく
することによって、ウェハの脱離をしやすくすることが
できる。特に電極面積を３０％以下にすることによりウ
ェハの脱離が顕著に改善された。さらに静電チャックの
吸着面に凹凸突起を設けることでウェハの脱離は確実に
スムーズに行える。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、上記手
段を用いることによって、高吸着力が得られるジョンセ
ンラーベック型等の静電チャックのシリコンウェハの脱
離特性を大幅に改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係る静電チャックを示す図
である。（Ａ）は電極配置状態を示す平面図、（Ｂ）は
内部構造を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１静電チャック２誘電層３電極５基盤６接点７リード線８直流電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基盤と、基盤上面に広がる電極と、電極
を覆う誘電層と、を備えた静電チャックであって；上記
電極の面積が該チャックの吸着面の面積の５０％以下で
あることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】上記静電チャックがジョンセンラーベッ
ク型であることを特徴とする請求項１記載の静電チャッ
ク。
【請求項３】上記電極が、吸着面に実質的に均一に分
布する線状電極からなることを特徴とする請求項１又は
２記載の静電チャック。
【請求項４】上記電極が、吸着面に実質的に均一に分
布する格子状であることを特徴とする請求項１又は２記
載の静電チャック。
【請求項５】上記格子の１単位の間隔が１０mm以下で
あることを特徴とする請求項４記載の静電チャック。
【請求項６】上記誘電層を構成する材料の体積抵抗率
が１０⁸ 〜１０¹⁴Ωcmであることを特徴とする請求項１
〜５いずれか１項記載の静電チャック。
【請求項７】格子状の電極より下の位置に、加熱用の
平面状電極が配置されていることを特徴とする請求項４
記載の静電チャック。
【請求項８】吸着面の表面粗さがＲａで２μm 以下で
ある請求項１〜７いずれか１項記載の静電チャック。