JPH1187479A

JPH1187479A - 静電チャック

Info

Publication number: JPH1187479A
Application number: JP26286197A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mogi; 弘茂木; Kenichi Arai; 健一新井; Shinji Kojima; 伸次小嶋; Yoshihiro Kubota; 芳宏久保田
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1997-09-10
Filing date: 1997-09-10
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【解決手段】電極の両側をセラミックスからなる絶縁
性誘導体層で被覆してなる静電チャックにおいて、上記
絶縁性誘導体層の被吸着物を吸着する側の表面に弾性変
形能を有する弾性層を形成したことを特徴とする静電チ
ャック。【効果】本発明によれば、静電チャックの絶縁性誘導
体層の吸着面に弾性変形能のある層を形成したことによ
り、応答特性を飛躍的に速くすることができるので、単
位時間当たりの処理枚数が飛躍的に向上でき、高性能な
静電チャックであるため半導体や液晶の製造プロセスに
有用とされるという有利性が与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特には導電性、半
導電性又は絶縁性の対象物を強く静電的に吸着保持し、
容易に脱着することができ、半導体や液晶の製造プロセ
スなどに有用とされる静電チャックに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体や液晶の製造プロセス、特にドラ
イエッチング、イオン注入、蒸着などの工程について
は、近年その自動化、ドライ化が進んでおり、従って、
真空条件下で行われる製造も増加してきている。

【０００３】また、基板としてのシリコンウエーハやガ
ラスなどはその大口径化が進み、回路の高集積化、微細
化に伴って、パターニング時の位置精度も益々重要視さ
れてきている。

【０００４】そのため、通常、基板の搬送や吸着固定に
は真空チャックが使用されているが、このものは真空条
件下では圧力差がないため使用できず、これはまた非真
空下で基板を吸着できたとしても吸着部分が局部的に吸
引されるために、基板には部分的な歪みが生じ、高精度
な位置合わせができないという不利があり、従って、こ
の真空チャックは最近の半導体、液晶の製造プロセスに
は不適なものとされている。

【０００５】この欠点を改善したものとして、静電気力
を利用して、基板を搬送したり、これを吸着固定する静
電チャックが注目され、使用され始めているが、最近の
半導体や液晶の製造プロセスでは、微細化に伴って基板
であるウエーハやガラス板の平坦度が重要になってきて
いることから、その矯正に静電チャックを利用すること
も検討されてきている。

【０００６】この静電チャックは、一般に電極の両側に
焼結体などのセラミックスを被覆して作られており、静
電チャックに静電力を発揮させるためには、この内部の
電極に電圧を印加する手段が必要であるが、これは被覆
するセラミックスの一部に外部から電極まで通じる電極
給電部を設け、この電極給電部へ外部の電源からリード
線などを配設することにより実現されている。

【０００７】そして、この電極給電部は、銅、白金、ニ
ッケルメッキや金メッキを施したタングステンなどのよ
うに半田付けが可能な材料を電極とした場合にはセラミ
ックスに電極まで開孔した孔部を通して静電チャック使
用温度以上の融点をもつ半田により電極にリード線を半
田付けし、この電極がグラファイト、タングステン、窒
化チタンなどのように半田付けできないものであるとき
には、セラミックスの熱膨張率にあった合金などでネジ
部を持つピンを孔部に通して電極に銀ロウ付けする構造
がとられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この静電チャ
ックを半導体のドライプロセスなどに使用する場合、電
圧を印加してから静電吸着力が発生し、最大力になるま
での時間（静電吸着力飽和時間）及び電圧を切ってから
静電吸着力が消滅するまでの時間（残留吸着力消滅時
間）、双方（この２つの時間を総称して応答特性と呼
ぶ）が非常に長く、単位時間当たりの処理枚数が極めて
少なく、非常に効率が悪いという問題点があった。ここ
で、この応答特性は短ければ短いほど、処理枚数を多く
することが可能である。

【０００９】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、応答特性が飛躍的に速い高性能の静電チャ
ックを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は上記目的を達成するため鋭意検討を行った結
果、電極の両側をセラミックスからなる絶縁性誘導体層
で被覆した静電チャックの上記絶縁性誘導体層の被吸着
物を吸着する側（吸着面側）の表面に弾性変形能を有す
る弾性層を形成することにより、応答特性が顕著に向上
することを知見した。

【００１１】即ち、従来のセラミックス製静電チャック
では、表面粗さをいくら微小にしても、本来有している
セラミックス基板表面のポアにより、吸着するシリコン
ウエーハやガラス板との接触抵抗が非常に大きくなって
しまい、電荷の移動に時間がかかり、応答特性を遅くし
ていた。ところが、上記したような弾性変形性のある層
を用いることにより、この接触抵抗を非常に小さくする
ことができ、良好な吸着保持状態となり、応答特性の良
好なチャック機能部が得られることを知見し、本発明を
完成するに至った。

【００１２】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の静電チャックは、図１に示したように、電極１
の両側をセラミックスからなる絶縁性誘導体層２で被覆
してなる静電チャックにおいて、上記絶縁性誘導体層２
の被吸着物を吸着する側（吸着面側）の表面２ａに弾性
変形能を有する弾性層３を形成したものである。

【００１３】本発明の静電チャックを構成する電極は、
アルミニウム、鉄、銅、銀、金、チタン、タングステ
ン、モリブデン、白金などの金属、グラファイト、カー
ボン、炭化珪素、窒化チタン、炭化チタンなどのセラミ
ックスあるいはこれらの混合物からなるものとすればよ
いが、この形成はスクリーン印刷法、溶射法、フォトリ
ソグラフィーあるいはメッキなどで行えばよい。この電
極の形成は電極の一方を吸着される基板にとり、もう一
方を静電チャック内に構成する単極型のものであっても
よく、あるいは内部に２つの電極を対向させる双極型の
ものであってもよい。

【００１４】また、チャック機能部の絶縁性誘電体層は
セラミックスであり、これは焼結体、プラズマによる溶
射、ＣＶＤなどにより作製したものとすることができ、
具体的には主成分は酸化アルミニウム（アルミナ）、窒
化アルミニウム、窒化珪素、酸化珪素、酸化ジルコニウ
ム、酸化チタン、サイアロン、窒化ホウ素、炭化珪素あ
るいはこれらの混合物からなるものとすることができ
る。なお、この絶縁性誘電体層の体積固有抵抗値は使用
する温度により適正な値があり、例えば吸着保持される
ウエーハ等の被吸着物の温度が２０℃以下の時の絶縁性
誘電体層の体積固有抵抗値は１×１０⁸〜１×１０¹³Ω
・ｃｍ程度であれば静電力が十分に発揮され、デバイス
ダメージも起こさない。

【００１５】また、ウエーハの温度が２０℃以上の時の
絶縁性誘電体層の体積固有抵抗値は１×１０¹³Ω・ｃｍ
程度であればウエーハに流れるリーク電流も少なく、ウ
エーハ上に描かれた回路を破壊することもない。

【００１６】以上のような最適な体積固有抵抗値を採用
すれば、微小なリーク電流が絶縁体とウエーハ等の被吸
着物との間に流れ、ジョンセン・ラーベック効果により
静電力が強く発生し、良好な吸着保持状態となり、応答
特性の良好なチャック機能部が得られる。

【００１７】この絶縁性誘電体層の吸着面側に形成され
る弾性変形性のある層は、液状ゴムを硬化させたもので
あることが好ましく、従来の成形された生ゴム、シリコ
ーンゴム等を静電チャック表面に接着剤を介して接着し
たものと比較しても、その形成方法はスクリーン印刷法
等で、直接静電チャック表面に形成することができ、こ
れ自身を硬化させると同時に接着するため、他の接着剤
を介する必要もなく、このため、通常の有機接着剤を使
用しないので、耐熱性に優れており、３００℃まで使用
することが可能となる。この形成された液状ゴムを硬化
させた表面ゴム層は弾性変形性に優れているため、本
来、反りのあるシリコンウエーハやガラス板などを吸着
固定しても、その反りを吸収するように変形し、接触抵
抗を非常に小さくすることができるという利点を有す
る。この形成はスクリーン印刷法などで行えばよく、絶
縁性誘電体層の吸着面側に塗布し、乾燥硬化して接着、
形成すればよい。

【００１８】ここで、液状ゴムとしては、液状シリコー
ンゴム組成物が好適であり、これは硬化タイプとしては
付加反応硬化型タイプ、縮合反応硬化タイプ等のいずれ
であってもよいが、付加反応硬化型タイプが好ましい。
このような液状シリコーンゴム組成物としては、市販品
を使用することができる。

【００１９】この弾性変形性のある層の体積固有抵抗値
は、例えば保持されるウエーハの温度が２０℃以下の時
は１×１０⁸〜１×１０¹³Ω・ｃｍ程度であれば静電力
が十分に発揮され、デバイスダメージも起こさない。ま
た、ウエーハの温度が２０℃以上の時は１×１０¹³Ω・
ｃｍ以上程度であればウエーハに流れるリーク電流も少
なく、ウエーハ上に描かれた回路を破壊することもな
い。即ち、用いられる絶縁性誘電体層の体積固有抵抗値
と等しくすればよい。

【００２０】以上のような最適な体積固有抵抗値を採用
すれば、微小なリーク電流が絶縁体とウエーハ等の被吸
着物との間に流れ、ジョンセン・ラーベック効果により
静電力が強く発生し、良好な吸着保持状態となり、応答
特性の良好な、絶縁性誘電体層の吸着面側に弾性変形性
のある層を有したチャック機能部が得られる。

【００２１】また、このものの静電力は一般にＦ＝Ａ・
ε・（Ｖ／ｔ）²（ここでＦ：静電力、ε：誘電率、
Ｖ：印加電圧、ｔ：厚さ、Ａ：定数）で表されるので、
この絶縁体中には高誘電体のセラミックス粉末、例えば
チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコニウ
ム、ＰＬＺＴなどを半導体デバイスに影響しない程度で
あれば添加してもかまわない。

【００２２】ここで、上記弾性層の厚さは０．０１〜
１．０ｍｍ、特に０．０３〜０．１ｍｍとすることが好
ましい。０．０１ｍｍより薄いと十分な弾性変形性が得
られないという問題が生じ、１．０ｍｍより厚いと静電
吸着力の低下という問題が生じる。

【００２３】なお、この静電チャックに静電力を発揮さ
せるには内部の電極に電圧を印加する手段が必要である
ため、図１に示すように被覆するセラミックスの一部に
外部から電極まで通じる電極給電部４を設け、この電極
給電部４へ外部の電源からリード線などを配線すること
が必要とされる。この電極給電部は、銅、白金、ニッケ
ルメッキや金メッキを施したタングステンなどのように
半田付けが可能な材料を電極とした場合にはセラミック
スに電極まで開孔した孔部を通して静電チャック使用温
度以上の融点をもつ半田により電極にリード線を半田付
けし、この電極がグラファイト、タングステン、窒化チ
タンなどのように半田付けできないものであるときに
は、セラミックスの熱膨張率にあった合金などでネジ部
を持つピンを孔部に通して電極に銀ロウ付けする構造と
すればよい。

【００２４】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限される
ものではない。

【００２５】〔実施例〕酸化アルミニウム粉末９６重量
％とシリカ粉末３重量％及びマグネシア粉末１重量％と
からなる混合物１００重量部に、ブチラール樹脂８重量
部、エタノール６０重量部及びフタル酸ジオクチル１２
重量部を添加した後、ボールミル中で５０時間混練して
スラリーを作製した。

【００２６】次いで、このスラリーを真空脱泡機で処理
して、その溶剤を一部揮散させ、粘度３０，０００セン
チポイズのものとし、このスラリーからドクターブレー
ドを用いて厚さ０．７ｍｍのグリーンシートを作り、こ
のグリーンシートから直径１８０ｍｍの円板を２枚切り
出した。このグリーンシート円板１枚にタングステンペ
ーストを用いてスクリーン印刷で双極型電極を２．５ｍ
ｍの間隔で同心円状に印刷した。また、残る１枚のグリ
ーンシート中心部に直径２ｍｍの孔を開け、電極給電部
とした。

【００２７】この印刷したグリーンシートの印刷面上に
電極給電部を設けたもう１枚のグリーンシートを重ね合
わせ、１００℃に加熱したプレスで８０ｋｇ／ｃｍ²の
圧力をかけて一体化し、その後、水素２５％、窒素７５
％の雰囲気ガス中で１，６３０℃の温度で焼結し、得ら
れた焼結体の両面を研磨し、厚さ１ｍｍの静電チャック
を作製した。

【００２８】この静電チャックの吸着面側に液状シリコ
ーンゴム（信越化学工業（株）製液状シリコーンゴム、
品番：ＫＥ１５３８）をスクリーン印刷で塗布し、１５
０℃の温度で乾燥硬化させ、弾性変形性のある層を形成
した（厚さ０．０３５ｍｍ）。

【００２９】次いで、電極給電部からのぞいているタン
グステン電極にニッケルメッキ及び金メッキを施し、こ
れにリード線を２本、融点３５０℃の半田で半田付けし
た。

【００３０】次にこの静電チャックの応答特性を測定し
たところ、表１に示す結果が得られた。

【００３１】〔比較例〕液状シリコーンゴムをスクリー
ン印刷し、次いでこれを硬化させたものの代わりに、成
形シリコーン硬化ゴム（信越化学工業（株）製ＴＣ−６
５Ａ）を厚さ０．６５ｍｍに成形したものを有機接着剤
（エポキシ樹脂系接着剤）を用いて接着した以外は、実
施例と同様にして静電チャックを作製し、同様に応答特
性を測定した。結果を表１に併記する。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、静電チャックの絶縁性
誘導体層の吸着面に弾性変形能のある層を形成したこと
により、応答特性を飛躍的に速くすることができるの
で、単位時間当たりの処理枚数が飛躍的に向上でき、高
性能な静電チャックであるため半導体や液晶の製造プロ
セスに有用とされるという有利性が与えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電チャックの縦断面図である。

【符号の説明】

１電極２絶縁性誘電体層２ａ吸着面３弾性層４電極供電部

フロントページの続き (72)発明者久保田芳宏群馬県安中市磯部２丁目13番１号信越化学工業株式会社精密機能材料研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極の両側をセラミックスからなる絶縁
性誘導体層で被覆してなる静電チャックにおいて、上記
絶縁性誘導体層の被吸着物を吸着する側の表面に弾性変
形能を有する弾性層を形成したことを特徴とする静電チ
ャック。
【請求項２】弾性層が液状ゴムの硬化物から形成され
た請求項１記載の静電チャック。