JPH10242256A

JPH10242256A - 静電チャック

Info

Publication number: JPH10242256A
Application number: JP4260397A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nagasaki; 浩一長崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1998-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】静電チャックを構成するセラミック誘電体層に
ｐｎ結合された半導体の性質が見られたとしても、均一
な吸着力が得られるようにする。【解決手段】被固定物との吸着面を有するセラミック誘
電体層と絶縁基体との間に、正電圧を印加する第１の吸
着用電極と、負電圧を印加する第２の吸着用電極を備え
た双極型の静電チャックにおいて、上記正電圧を印加す
る第１の吸着用電極の面積を負電圧を印加する第２の吸
着用電極より大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置や
液晶製造装置における半導体ウエハや液晶用ガラス基板
などの被固定物を静電的に吸着保持するために使用する
静電チャックに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程において、
半導体ウエハに薄膜を形成する成膜工程やウエハに微細
加工を施すドライエッチング工程、あるいは半導体ウエ
ハ上に塗布されたレジスト膜を露光する露光処理工程等
においては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には、静電チャック
に内蔵する吸着用電極とウエハとの間に電圧を印加する
ことで吸着面にウエハを吸着保持する単極型のものと、
静電チャックに内蔵する対になった吸着用電極間に正負
の電圧を印加することでウエハを吸着面に吸着保持する
双極型のものがあり、このうち双極型の静電チャック
は、単極型のようにウエハに直接通電する必要がないた
め、ウエハに悪影響を与えることが少ないといった利点
があった。

【０００４】図３に双極型静電チャック３０の一般的な
構造を示すように、セラミック基体３１の上面に面積が
ほぼ同じ大きさの第１の吸着用電極３２と第２の吸着用
電極３３を備え、これらの吸着用電極３２，３３を覆う
ようにセラミック基体３１の上面にセラミック誘電体層
３４が被覆され、その上面を吸着面３５としたものがあ
った。そして、第１の吸着用電極３２に正電圧を印加
し、第２の吸着用電極３３に負電圧を印加すると、吸着
面３５に載置したウエハ２０が誘電分極によって吸着面
３５の帯電状態とは逆に帯電することから静電吸着力が
発現し、ウエハ２０を吸着面３５に吸着保持するように
なっていた。

【０００５】また、近年、半導体素子の集積度の向上に
伴い、静電チャック３０にも高い特性が要求されるよう
になり、静電チャック３０を構成するセラミック基体３
１やセラミック誘電体層３４を、アルミナ、窒化珪素、
窒化アルミニウムなどのセラミックスで形成したものが
あった。

【０００６】さらに、ＣＶＤやスパッタリングなどの成
膜工程、あるいはドライエッチング工程等においては雰
囲気ガスとして塩素やフッ素などのハロゲン系の腐食性
ガスが使用され、これらの雰囲気でセラミック基体３１
とセラミック誘電体層３４とをガラスなどの接着剤で接
合した静電チャック３０を用いると、上記腐食性ガスに
よって接着剤が大きく腐食を受けることから、セラミッ
ク基体３１をなすグリーンシート積層体とセラミック誘
電体層３４をなすグリーンシート積層体をそれぞれ製作
し、これらの間に吸着用電極３２，３３をなす金属ペー
ストを挾持させた状態で積層圧着し、この積層体を一体
焼結させて形成するグリーンシート積層法により静電チ
ャック３０を形成したものが提案されている（特開昭６
２−２６４６３８号公報、特開平６−１５１３３２号公
報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図３に示す
ような双極型の静電チャック３０をグリーンシート積層
法により形成すると、セラミック誘電体層３４に半導体
の性質が現れることがあり、このような特性が現れると
吸着ムラが発生し、ウエハ２０を均一に吸着保持するこ
とができないとった課題があった。

【０００８】具体的には、セラミック誘電体層３４の吸
着用電極３２，３３側にｎ型半導体の性質が、吸着面３
５側にｐ型半導体の性質が現れ、セラミック誘電体層３
４がｐｎ結合された半導体と等価な性質を持つ。そし
て、このような半導体の性質を持った静電チャック３０
の第１の吸着用電極３２に正電圧を印加し、第２の吸着
用電極３３に負電圧を印加してウエハ２０を吸着面３５
に保持させると、負電圧を印加した第２の吸着用電極３
３側のウエハ２０は正に帯電することから、ｐｎ結合体
に対する順方向のバイアス回路を形成することになるた
め、電荷の素早い移動によって吸着力を高めることがで
きるものの、正電圧を印加した第１の吸着用電極３２側
のウエハ２０は負に帯電することから、ｐｎ結合体に対
する逆方向のバイアス回路を形成することになり、電荷
がスムーズに移動し難いことから吸着力が小さいという
ように、正電圧を印加した第１の吸着用電極３２側と負
電圧を印加した第２の吸着用電極３３側とで吸着力の不
均一が発生していた。

【０００９】そこで、本件発明者はセラミック誘電体層
３４に現れる極性差の発生原因について鋭意研究を重ね
たところ、セラミック誘電体層３４の吸着用電極３２，
３３側に金属成分が拡散していることを見出した。

【００１０】この金属成分は静電チャック３０をグリー
ンシート積層法によって形成した際に、吸着用電極３
２，３３の金属成分がセラミック誘電体層３４に拡散し
たものであるが、セラミック誘電体層３４に金属成分が
拡散した静電チャック３０と金属成分が拡散していない
静電チャック３０を用意して吸着特性について測定した
ところ、セラミック誘電体層３４の吸着用電極３２，３
３側に金属成分が拡散するなどして吸着面３５側と比べ
て抵抗値が小さくなるとｐｎ結合の半導体と等価な性質
が現れ、吸着力の不均一が生じることを突き止めた。

【００１１】

【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、被固定物との吸着面を有するセラミック誘電
体層とセラミック基体との間に、正電圧を印加する第１
の吸着用電極と、負電圧を印加する第２の吸着用電極を
備えた双極型の静電チャックにおいて、上記正電圧を印
加する第１の吸着用電極の面積を、負電圧を印加する第
２の吸着用電極より大きくしたことを特徴とするもので
ある。

【００１２】また、本発明は、上記セラミック誘電体層
を窒化アルミニウムにより形成するとともに、上記負電
圧を印加する第２の吸着用電極に対する正電圧を印加す
る第１の吸着用電極の面積比を１．２〜２．５としたも
のである。

【００１３】

【本発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て説明する。

【００１４】図１（ａ）は本発明に係る静電チャック１
０の一例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面
図であり、円板状をしたセラミック基体１１の上面に正
電圧を印加する第１の吸着用電極１２と、負電圧を印加
する第２の吸着用電極１３を備え、これらの吸着用電極
１２，１３を覆うように上記セラミック基体１１の上面
にセラミック誘電体層１４を被覆し、その上面を半導体
ウエハ２０などの被固定物との吸着面１５としてある。

【００１５】また、図２（ａ）に上記静電チャック１０
に内蔵する吸着用電極１２，１３のパターン形状を示す
ように、各吸着用電極１２，１３は半円状とするととも
に、第１の吸着用電極１２の面積を第２の吸着用電極１
３より大きくしてあり、これらの吸着用電極１２，１３
はセラミック基体１１の固定孔１６ａ，１７ａに接合し
た給電端子１６，１７を介して電源に接続し、通電する
ようにしてある。

【００１６】さらに、上記吸着面１５には残留吸着力対
策として略同心円状の溝１５ａを形成してあり、ウエハ
２０との接触面積を減らすことで吸着面１５に帯電する
電荷を少なくし、ウエハ２０の離脱応答性を高めてあ
る。また、静電チャック１０の中央には吸着面１５の溝
１５ａと連通するガス供給孔１８をセラミック基体１１
及びセラミック誘電体層１４を貫通して穿設してあり、
上記ガス供給孔１８からＨｅ等のガスを溝１５ａに供給
することでウエハ２０との接触面積が少なくなったこと
による均熱性の低下を抑えるようにしてある。

【００１７】一方、このような静電チャック１０を製造
するには、セラミック基体１１を構成するグリーンシー
ト積層体と、セラミック誘電体層１４を構成するグリー
ンシート積層体をそれぞれ製作し、これらのいずれか一
方の表面に吸着用電極１２，１３をなす金属ペーストを
図２（ａ）に示すパターン形状にスクリーン印刷法でも
って形成したあと、これらの吸着用電極１２，１３を挟
むようにセラミック基体１１をなすグリーンシート積層
体と、セラミック誘電体層１４をなすグリーンシート積
層体を積層圧着し、焼結一体化したあと、セラミック誘
電体層１４の上面に研削、研摩加工を施すことによって
中心線平均粗さ（Ｒａ）０．８μｍ以下の鏡面として吸
着面１５を形成し、しかるのち、ショットブラスト加工
や超音波加工等によって吸着面１５に溝１５ａを形成す
れば良い。

【００１８】そして、この静電チャック１０の上記第１
の吸着用電極１２に正電圧を印加し、第２の吸着用電極
１３に負電圧を印加すると、第１の吸着用電極１２に対
応するウエハ２０の裏面が負に帯電し、第２の吸着用電
極１３に対応するウエハ２０の裏面が正に帯電するた
め、ウエハ２０と吸着面１５との間にそれぞれ静電吸着
力が発現し、ウエハ２０を吸着面１５に吸着保持するこ
とができる。

【００１９】また、上記のようにグリーンシート積層法
により形成した静電チャック１０には、セラミック誘電
体層１４の吸着用電極１２，１３側に吸着用電極１２，
１３の金属成分が拡散していることからセラミック誘電
体層１４にはｐｎ結合された半導体の性質が現れるもの
の、本発明は負電圧を印加する第２の吸着用電極１３に
比べて吸着力の小さい正電圧を印加する第１の吸着用電
極１２の面積を大きくしてあることから、第１の吸着用
電極１２側における吸着力の大きさを第２の吸着用電極
１３側における吸着力の大きさと同一あるいは近似させ
ることができるため、ウエハ２０を均一な吸着力でもっ
て保持することができる。

【００２０】ところで、均一な吸着力を得るための最適
な面積比は以下のようにして測定すれば良い。

【００２１】図１と同一のセラミックスからなる単極型
の静電チャックを試作し、正電圧を印加した時の吸着力
Ｐ₁と、負電圧を印加した時の吸着力Ｐ₂を測定し、そ
の比（Ｐ₂／Ｐ₁）を極性差とする。

【００２２】そして、数１に示すように、単極型静電チ
ャックの吸着力Ｆは、吸着用電極の面積Ｓと比例関係に
あることから、負電圧を印加する第２の吸着用電極１３
に対する正電圧を印加する第１の吸着用電極１２の面積
比は上記極性差（Ｐ₂／Ｐ₁）と同等あるいは近似させ
れば良い。

【００２３】

【数１】

【００２４】また、静電チャック１０に内蔵する対をな
す吸着用電極１３，１４のパターン形状としては、図２
（ａ）に示すものだけに限らず、図２（ｂ）に示すよう
なクシ歯状をしたもの、図２（ｃ）に示すようなリング
状をした第１の吸着用電極１２と第２の吸着用電極１３
を互い違いに同心円状に配置したもの、さらには図２
（ｄ）に示すような扇形状をした第１の吸着用電極１２
と第２の吸着用電極１３を互い違いに放射状に配置した
ものでも良く、本発明では正電圧を印加する第１の吸着
用電極１２の面積を負電圧を印加する第２の吸着用電極
１３の面積より大きくすることが重要である。

【００２５】なお、図２（ｃ）や図２（ｄ）のように第
１の吸着用電極１２と第２の吸着用電極１３とがそれぞ
れ複数枚の電極から構成されている時は、セラミック基
体１１内にビアホールを形成し、このビアホールを介し
て各第１の吸着用電極１２同士及び第２の吸着用電極１
３同士を導通するようにすれば良い。

【００２６】一方、上記セラミック基体１１やセラミッ
ク誘電体層１４を構成する材質としては、アルミナ、ジ
ルコニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、イ
ットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）等を
主成分とするセラミックスが良い。

【００２７】これらのセラミックスは耐摩耗性に優れる
ことから、ウエハ２０との接触、摺動に伴う吸着面１５
の摩耗が少なく、成膜工程やエッチング工程等で使用さ
れるハロゲンガスに対して優れた耐蝕性を有している。
しかも、２００℃以上の温度域でも使用可能な耐熱性を
有することからＣＶＤ装置にも適用することができる。

【００２８】ただし、耐プラズマ性の点では上記セラミ
ックスの中でも、９９重量％以上のＡｌ₂Ｏ₃を主成分
とし、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ等の焼結助剤
を含有するアルミナや、ＡｌＮを主成分とし、周期律表
２ａ族元素の酸化物や３ａ族元素の酸化物を０．５〜２
０重量％の範囲で含有する窒化アルミニウム、あるいは
９９重量％以上のＡｌＮを主成分とする窒化アルミニウ
ムのいずれかが良く、さらには好ましくはシリコンウエ
ハ２０との熱膨張差が小さく、かつ優れた熱伝導率を有
する窒化アルミニウムで形成することが良い。

【００２９】また、ＣＶＤ装置等のように高温に加熱さ
れる場合、静電チャック１０の変形を抑えるためにもセ
ラミック基体１１とセラミック誘電体層１４は主成分が
同じセラミックスにより形成することが良い。

【００３０】さらに、第１の吸着用電極１２と第２の吸
着用電極１３の材質としては、セラミック基体１１やセ
ラミック誘電体層１４を構成する材質と熱膨張係数が近
似したものが良く、好ましくはタングステン、モリブデ
ン、コバール、白金、あるいはこれらの合金等により形
成することが好ましい。

【００３１】また、図１に示す静電チャック１０におい
て、セラミック基体１１の内部にヒータ電極を埋設して
も良く、この場合、静電チャック１０自体を発熱させて
吸着面１５に保持したウエハ２０を直接加熱することが
できるため、ウエハ２０を短時間で所定の温度に加熱す
ることができ、さらにセラミック基体１１の内部にプラ
ズマ発生用電極を埋設すれば、吸着面１５の上方に配置
する他方のプラズマ発生用電極との間でプラズマを発生
させることもできるため、複雑な装置の構造を簡略化す
ることができる。

【００３２】

【実施例】ここで、第１の吸着用電極１２と第２の吸着
用電極１３の面積比を変化させた図１の静電チャック１
０をグリーンシート積層法にて製作し、その吸着特性に
ついて実験を行った。

【００３３】本実験では、静電チャック１０に内蔵する
吸着用電極１２，１３のパターン形状を図２（ｂ）に示
すようなクシ歯状とし、その材質としてタングステンに
ＡｌＮ粉末を添加したものを使用した。また、セラミッ
ク基体１１及びセラミック誘電体層１４は純度９９．８
％の高純度窒化アルミニウムにより形成し、その外径を
約２００ｍｍとした。

【００３４】具体的には、平均結晶粒子径が１．２μｍ
程度である純度９９．９％のＡｌＮ粉末にバインダー及
び溶媒のみを添加混合して泥漿を製作したあと、ドクタ
ーブレード法にて厚さ０．５ｍｍ程度のグリーンシート
を複数枚形成し、そのうち、数枚のグリーンシートを積
層してセラミック基体１１を構成するグリーンシート積
層体を形成する。そして、このグリーンシート積層体の
表面にタングステン粉末に若干のＡｌＮ粉末を混ぜた金
属ペーストを図２（ｂ）に示すようなクシ歯状をしたパ
ターン形状にスクリーン印刷法にて敷設し、吸着用電極
１２，１３を形成した。この時、負電圧を印加する第２
の吸着用電極１３に対する正電圧を印加する第１の吸着
用電極１２の面積比が０．８、１．０、１．２、１．
５、２．５、２．７となるようにした。

【００３５】次に、上記金属ペーストを覆うようにセラ
ミック誘電体層１４を構成する残りのグリーンシートを
積層して５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で加圧圧着し、その
後、切削加工を施して円板状の板状体としたのち、窒素
雰囲気下で２０００℃程度の焼成温度で２時間程度焼成
することで、セラミック基体１１とセラミック誘電体層
１４が純度９９．９％の窒化アルミニウムからなり、こ
れらの間に面積比を変化させた第１の吸着用電極１２と
第２の吸着用電極１３を埋設した板状体を形成した。し
かるのち、上記セラミック誘電体層１４の上面に研摩加
工を施して中心線平均粗さ（Ｒａ）０．８μｍの鏡面に
仕上げて吸着面１５を形成するとともに、上記吸着面１
５に残留吸着力対策としての溝１５ａと、この溝１５ａ
にＨｅガスを供給するためのガス供給孔１８を穿設して
静電チャック１０を製作した。

【００３６】そして、これらの静電チャック１０の第１
の吸着用電極１２に＋５００Ｖの正電圧を印加するとと
もに、第２の吸着用電極１３に−５００Ｖの負電圧を印
加して吸着面１５に８ｉｎｃｈのシリコンウエハ２０を
吸着保持させた状態で、吸着面１５の溝１５ａにＨｅガ
スを供給した時に、ガスリークが発生するガス圧を測定
することで吸着ムラの有無について測定を行った。

【００３７】それぞれの結果を表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】この結果、試料Ｎｏ．１では正電圧を印加
する第１の吸着用電極１２よりも負電圧を印加する第２
の吸着用電極１３の面積が大きいために、吸着力の不均
一差が最も大きく、その結果、２２．８ｔｏｒｒのガス
圧でＨｅガスのガスリークが発生した。

【００４０】また、試料Ｎｏ．２では正電圧を印加する
第１の吸着用電極１２と負電圧を印加する第２の吸着用
電極１３の面積が同一であるため、吸着力の不均一を解
消することができず、４０．１ｔｏｒｒのガス圧でＨｅ
ガスのガスリークが発生した。

【００４１】一方、試料Ｎｏ．６では正電圧を印加する
第１の吸着用電極１２の面積を負電圧を印加する第２の
吸着用電極１３の面積より大きくしてあるものの、その
面積比が２．７と大き過ぎることから第１の吸着用電極
１２側の吸着力が大きく成りすぎ、その結果、４８．５
ｔｏｒｒのガス圧でＨｅガスのガスリークが発生した。

【００４２】これに対し、試料Ｎｏ．３〜５では正電圧
を印加する第１の吸着用電極１２の面積が負電圧を印加
する第２の吸着用電極１３の面積より大きく、その面積
比が１．２〜２．５の範囲にあるため、吸着力の不均一
を解消することができ、７０．０ｔｏｒｒ以上のガス圧
にならないとＨｅガスのガスリークが発生しなかった。

【００４３】このことから、窒化アルミニウム製静電チ
ャック１０の場合、負電圧を印加する第２の吸着用電極
１３に対する正電圧を印加する第１の吸着用電極１２の
面積比を１．２〜２．５とすれば、均一な吸着力が得ら
れることが判る。

【００４４】なお、本実施例では窒化アルミニウム製静
電チャック１０についてのみ示したが、他のセラミック
スからなる静電チャック１０においてもセラミックス誘
電体層１４の吸着用電極１２，１３側が吸着面１５側と
比べて抵抗値が小さい場合、正電圧を印加する第１の吸
着用電極１２を負電圧を印加する第２の吸着用電極１３
より大きくすることで吸着力の不均一を解消することが
できた。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、被固定
物との吸着面を有するセラミック誘電体層とセラミック
基体との間に、正電圧を印加する第１の吸着用電極と、
負電圧を印加する第２の吸着用電極を備えた双極型の静
電チャックにおいて、上記正電圧を印加する第１の吸着
用電極の面積を負電圧を印加する第２の吸着用電極より
大きくしたことにより、セラミック誘電体層にｐｎ結合
された半導体の性質が見られたとしても、正電圧を印加
する第１の吸着用電極側での吸着力の大きさと負電圧を
印加する第２の吸着用電極側での吸着力の大きさを同等
あるいはを近似させることができるため、吸着ムラを解
消し、均一な吸着力でもって被固定物を吸着保持するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る静電チャックの一例を示
す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図であ
る。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の静電チャックに内蔵
する吸着用電極のさまざまなパターン形状を示す平面図
である。

【図３】（ａ）は従来の静電チャックを示す縦断面図で
あり、（ｂ）は（ａ）に内蔵する吸着用電極のパターン
形状を示す平面図である。

【符号の説明】

１０・・・静電チャック、１１・・・セラミック基
体、１２・・・第１の吸着用電極、１３・・・第２の
吸着用電極、１４・・・セラミック誘電体層、１５・・
・吸着面、１５ａ・・・溝、１６，１７・・・給電端
子、１８・・・ガス供給孔、２０・・・ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被固定物との吸着面を有するセラミック誘
電体層とセラミック基体との間に、正電圧を印加する第
１の吸着用電極と、負電圧を印加する第２の吸着用電極
を備えた双極型の静電チャックにおいて、上記正電圧を
印加する第１の吸着用電極の面積を負電圧を印加する第
２の吸着用電極より大きくしたことを特徴とする静電チ
ャック。
【請求項２】上記セラミック誘電体層を窒化アルミニウ
ムにより形成するとともに、上記負電圧を印加する第２
の吸着用電極に対する正電圧を印加する第１の吸着用電
極の面積比を１．２〜２．５としたことを特徴とする請
求項１に記載の静電チャック。