JPS60261377A - 静電チャックの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、導電性、半導電性または絶縁性のソート状体
を静電的に保持することができる、いわゆる静電チャッ
ク及びその製造方法に関するものである。

従来の技術 近年、真空装置を多用する半導体素子製造工程において
半導体素子基板（以下ウェハと言う）の着脱撤退や吸着
固定に、いわゆる静電チャックが次第に用いられてきた
。第２図は、その静電チャックの基本構造の断面図を示
したものである。この静電チャックは、例えば半導電性
のウェハ１と、導体または半導体製の支持基板２とを、
絶縁層３を挟んで相対させ、直流電源４を用いてウェハ
１と支持基板２との間に電位差を与えることで、ウェハ
１と支持基板２間に生じる静電力でウェハ１をチャッキ
ングするものである。

この場合、静電力の大きさは、電位差の２乗に比例し、
且つ、絶縁層３の厚さの２乗に反比例する。従って、絶
縁層３の単位厚さ当り絶縁耐圧が高いほど、絶縁層３の
厚さを薄くでき、低印加電位で大きな静電力、すなわち
チャッキング力が得られる。それ故、薄くて高絶縁耐圧
の絶縁層３の形成が静電チャックの性能を左右すること
になる。

従来、この種絶縁層にはプラスチックに代表される高分
子材料膜を用いる方法がある。しかし、高分子材料膜は
、（１）絶縁耐圧が小さい、（２）酸化・還元及び熱な
ど特殊加工雰囲気に弱い、（３）高精度加工に難がある
など、問題が多い。そのため、これらに強い無機材料に
よる絶縁層の形成が検討されている。

第３図は、そのような無機材料の絶縁層が設けられた静
電チャックの製造方法の１例を図解する図である。この
方法は、アルミニウム基板５上にアルミナ（ＡＩ！２０
３）質の酸化膜６を、陽極酸化によって形成する従来の
絶縁膜形成方法であり、希硫酸液（Ｈ２ＳＯ，−１−Ｈ
２Ｏ）７が入れられた電解槽８に、一方の面と側縁とに
酸化防止膜９が設けられたアルミ基板５を浸漬し、アル
ミニウム基板５側をプラスとしてアルミニウム基板５と
電解液７との間に電圧を印加する。すると、電解されて
負電荷を持つ酸素分子がイオン電流として陽（：ご導か
れ、アルミニウム基板５を酸化させアルミナ質の酸化膜
６を成長させる。

その際、イオン電流が流れるための極めて細い導通孔１
０が無数に生じ、これが閉じたとき絶縁層６の成長が止
まる。しかし、アルミナ絶縁層６が形成された段階では
、導通孔１０が絶縁欠陥となり、絶縁耐圧を低下させる
欠点となっている。

第４図は、無機材料の絶縁層が設けられた静電チャック
の製造方法の更に別の方法を図解する図である。この方
法は、プラズマ溶射による従来の絶縁膜形成方法であり
、中心電極１１と中空電極１２に高直流電位を印加して
その間に放電を生じさせて高温のアークプラズマ１３を
形成させると共に、絶縁体粉末１４を不活性ガスと共に
中空部１５から吹き出させて、アークプラズマ１３内で
溶融し、支持板１６上に堆積膜１７を形成させる。

しかし、かかる方法により作られた堆積膜１７内には、
堆積固化した溶融粉末粒界間に連続した空胞■８が存在
し、これが、絶縁欠陥となり、絶縁耐圧を低下させる欠
点となっている。

以上のように、従来の無機材料絶縁層を使用した静電チ
ャックは、無機材料絶縁層に絶縁欠陥が存在することが
避けられず、十分な絶縁耐圧が実現できなかった。

また、静電気が静電集塵に応用されているように、静電
チャックは各種のほこりを吸着させる。

このため、チャック面を平面としていた従来の静電チャ
ックにおいては、はこりが悪影響を及ぼしていた。

第５図は、静電チャックの吸着面１９に付着したほこり
２０が、ウェハ１を変形させる様子を示したウェハ吸着
状態の静電チャックの断面図である。

このように、静電チャックの吸着面１９にほこり２０が
付着すると、たとえ、吸着面１９を高精度に加工してあ
っても、ウェハ１を高精度の平面に保つのが困難である
。微細加工が特徴の半導体素子製造工程では、これが問
題となる場合が少なくなかった。

発明が解決しようとする問題点 上述したように、従来の静電チャックでは絶縁膜を厚く
しないと、絶縁膜の絶縁耐圧を高くできないため、大き
な静電力が（尋られず、かつ高電位印加が必要であり、
また、はこりによりウニ／’％ような被吸着材の表面に
凹凸を生じたり、被吸着材自体が湾曲したりする不都合
があった。

そこで、本発明の第１の目的は、比較的薄い絶縁膜で十
分な絶縁耐圧を実現して大きな静電力を発生できろ静電
チャックを提供することである。

本発明の第２の目的は、はこりなどが付着しても被吸着
材表面に凹凸が生じたり、被吸着材自体が湾曲したりす
ることのない静電チャックを提供することである。

更に、本発明のもう１つの目的は、上記したような静電
チャックを効率的に作ることができる静電チャックの製
造方法を提供することである。

問題点を解決するための手段 すなわち、本発明によるならば、静電電極と、該静電電
極を覆う絶縁層とを具備し、前記絶縁層は、焼成セラミ
ックで構成されていることを特徴とする静電チャックが
提供される。

そして、上記焼成セラミック絶縁層は、表面に凸状パタ
ーンが形成されているようにしてもよい。

更に、上記した本発明による静電チャ・ツクは、静電電
極を用意し、該静電電極の上に、粘土状セラミック素材
をシート状に付与し、該シート状セラミック素材を押し
型で加圧成形し、次いで、静電電極と一緒にシート状セ
ラミ・ツク素材を焼き固めて、前記静電電極の上に焼成
セラミック製の静電チャック絶縁層を形成することによ
り、製造することができる。

なお、焼成セラミック絶縁層の表面に凸状）〈クーンが
形成される場合は、押し型に、多数の凹部からなる凹状
パターンが形成された押圧面を有している押し型を使用
し、前記シート状セラミ・ブタ素材の加圧成形時に、該
凹状パターンの形状を、該ソート状セラミック素材の表
面に転写して、静電チャツキング面に、多数の凸部から
なる凸状パターンを形成する。

昨月 以上のような本発明による静電チャックは、絶縁膜が、
焼成セラミックで形成されているため、セラミック内に
絶縁欠陥の原因となる導通孔８や空胞１８のような空隙
が存在しないため、薄くても十分な絶縁耐圧を実現でき
る。

また、表面に凸状パターンが形成されでいる場合は、は
こり等が付着しても、凸状部の間の溝にほとんど落ち込
むため、被吸着材表面に凹凸を生じたり、被吸着材自体
を湾曲することもない。

更に、以上のような本発明による方法によれば、静電電
極の上に付与したシート状セラミック素材に対して押し
型で加圧成形し、そのように加圧成形されたシート状セ
ラミック素材を焼き固めているので、緻密で絶縁欠陥の
少ない焼成セラミック絶縁層を静電電極上に形成するこ
とができる。

従って、セラミック絶縁層の単位厚さ当たりの絶縁耐圧
を高めることができ、従来より絶縁層の厚さを薄くする
ことにより、低印加電圧で大きなチャッキング力を発揮
する静電チャックを製造することができる。

また、多数の凹部からなる凹状パターンが形成された押
圧面を有している押し型を使用するだけで、表面に凸状
パターンが形成されている焼成セラミック絶縁層を持つ
静電チャックを簡単に製造することができる。

実施例 以下添付図面を参照して本発明による静電チャックとそ
の製造方法の実施例を説明する。

第１図は、本発明による静電チャックの１実施例の概略
断面図である。

この静電チャックは、セラミック基板２１の上に形成さ
れた静電電極２２を覆うように焼成セラミック絶縁層２
３が形成されており、静電電極２２からは、セラミック
基板２１の反対側の面を越えて電極端子２４が延びてい
る。そして、焼成セラミック絶縁層２３の露出面には、
多数の凸部２５から形成される凸状パターンが形成され
ている。なお、これら凸部２５の全面積の合計と、焼成
セラミック絶縁層２３の露出面との比は、極めて小さい
ものとなるように、凸部２５の数と大きさは決定される
。

上記した本発明による静電チャックは、つぎのようにし
て製造することができる。

すなわち、第６図に示すように、静電電極２２が一方の
面に形成された高絶縁性のセラミック基板２１を用意す
る。なお、静電電極２２からセラミック基板２１を貫通
して反対側の面を越えて延びる電極端子２４も形成して
おく。

静電電極２２の厚さは、静電チャックでは、はとんど電
流が流れないので極めて薄くてよい。従って、電子ビー
ムや抵抗加熱式の蒸着装置、スパッタリング式付着装置
など半導体素子製造工程に用いられるドライコーティン
グ法、あるいは導電性塗料の吹付・塗布による加熱付着
など種々の方法；　によって、セラミック基板２１上に
容易に形成できる導電性薄膜でもよい。

その後、第７図に示すように、静電電極２２を覆うよう
に粘土状セラミック素材２６をシート状に付与する。こ
の粘土状セラミック素材２６のシート状での付与は、粘
土状セラミック素材塊を静電電極２２の上に付与しその
後シート状に延ばすことにより実現することもできるが
、粘土状セラミ・ツク素材を予めシート状にして、その
シート状の粘土状セラミック素材を静電電極２２の上に
載置する方法が簡単で効率的である。

次いで、第８図に示すように、シート状の粘土状セラミ
ック素材２６の上に、押し型２７を載置して粘土状セラ
ミック素材を加圧成形する。この押し型２７は、焼成セ
ラミック絶縁層２３の凸部２５に対応する凹部２８が一
定の間隔で抑圧面に形成されているものである。

押し型２７を一定の圧力で粘土状セラミック素材２６に
押し付けることにより、押し型２７の抑圧面の形状が粘
土状セラミック素材２６に転写される。

その後、押し型２７を外すことにより、第９図に示すよ
うに、露出面に凸部２５が形成されたシート状の粘土状
セラミック素材２６が形成される。

この場合、押し型２７の凹部２８は、凹部の面積に較べ
、深さをさほど要しないので、型離れは容易であるが、
凹部２８の側面に抜は勾配をつけたり、型剥離剤を用い
てもよいことは言うまでもない。

第９図に示すように露出面に凸状パターンが形成されて
加圧成形された粘土状セラミック素材２６で静電電極２
２が覆われたセラミック基板２１を、その後、窯に入れ
て焼き固める。

かくして、粘土状セラミック素材２６は、粘土材質から
緻密で絶縁欠陥の少ない、高絶縁耐圧の焼成セラミック
絶縁層２３に変化し、加えて、露出面すなわちチャツキ
ング面に凸部２５からなる凸状パターンが形成される。

そして、最後に、焼成セラミック絶縁層２３の凸部２５
の被吸着材との接触面を、研削あるいは砥粒加工などで
高精度平面に加工する。

その結果、チャツキング面に凸状パターンが形成された
焼成セラミック絶縁層２３が設けられた静電チャックが
完成する。

なお、静電チャックを構成するセラミック材料は、熱膨
張係数差によって焼成セラミック絶縁層２３に割れなど
が生じないようにする面から、セラミック基板２１と、
焼成セラミック絶縁層２３とが、同種材料で構成される
ことが適当であることは言うまでもない。更に、セラミ
ック材料は、高絶縁耐圧、高誘電率を有する材料が望ま
しく、アルミナ（△１２０３）、ジルコン（Ｚｒ−８′
ｌ０２）、マグネシア（ＭｇＯ）など大半のセラミック
が適用可能である。セラミック基板２１と焼成セラミッ
ク絶縁層２３とに上記した材料を使用する場合、セラミ
ック基板２１の焼成温度を、１６００℃程度としたなら
ば、焼成セラミック絶縁層２３の焼成温度は、９００℃
程度が好ましいことがわかった。

また、静電電極２２は、焼き固めの際、高温にさらされ
るので高融点、かつ、セラミックとの結合性の良好な導
体または半導体、例えば、モリブデン（ＭＯ）、タング
ステン（Ｗ＞または、チクニア（ＴｉＯ２）、炭化珪素
（ＳｉＣ）などの材料が適用可能であるが、これに限る
ものではない。

更に、」１記した実施例では、静電電極２２は、セラミ
ック基板？１上に形成された導電性膜であるが、セラミ
ック基板を使用せずに、上記した電極材料の板で構成す
ることもできる。

第１０図は、上述した本発明の静電チャックによるウェ
ハ１のチャッキング状態を示す断面図である。

静電チャックの電極端子２４に、直流電源４のプラス側
を接続し、一方、導電性または半導電性のウェハ１のよ
うな被吸着材に直流電源４のマイナスを接続する。なお
、ウェハ１がシリコンの場合、半導電性であるが、サフ
ァイヤやＧａＡｓのウェハの場合は、絶縁性であるので
、たとえば、裏側にアルミニウムのような導電性膜を形
成しておいてその導電性膜にマイナスを接続すればよい
。

かくして、ウェハ１と静電電極２２との間に静電吸引力
が作用し、ウェハ１は、焼成セラミック絶縁層２３に吸
着保持される。

１　その際、ウエノ・１の下面は、高精度平面に加工１
１□ された焼成セラミック絶縁層２３の凸部２５の頂面すな
わちチャツキング面に倣って静電吸着されるため、高精
度にチャッキングされる。

また、はこり２０が焼成セラミック絶縁層２３に付着し
たとしても、上述したように焼成セラミック絶縁層２３
の全表面と凸部２５との面積比が極めて小さいので、確
率的に、はこり２０は凸部２５間の溝２９に付着するた
め、はこり２０がウェハ１と凸部２５との間に挟まれる
可能性と極めて小さい。従って、付着はこりの影響は極
め“Ｃ小さい。

加えて、半導体素子製造工程に特有のクリーンルーム内
での使用に限れば、予想されるほこり２０の大きさも１
μｍ以下となるから、凸部２５の高さも、さほど要しな
い。

上述した静電チャックは、直流電源４をウェハ１と静電
電極２２に直接接続してウエノＸ１を絶縁膜のチャツキ
ング面に吸着する、いわゆる単極形である。この単極形
静電チャックでは、ウェハｌのような被吸着材に直接電
位を印加するため、被吸着材に一々電源を接続しなけれ
ばならず、煩雑である。

しかし、ウェハ１に直接電位を印加しなくても静電チャ
ックは実現でき、そのような静電チャックにおいても本
発明は実施できる。

そのような静電チャックは、双極型と称することができ
るものであり、静電電極２２を分割し、分割した静電電
極間に電位を印加ずれば、ウェハと分割静電電極との間
に電位差を生じ、静電チャックが可能である。単極形と
双極形との関係は、コンデンサ１つと、複数のコンデン
サの直列接続とにたとえることができる。

第１１図は、双極形の静電チャック断面図であり、静電
電極が２つの静電電極２２Δと２２Ｂとに分けられてい
る。従って、静電電極２２Δと静電電極２２Ｂとの間に
直流電源４を接続すれば、ウェハ１を静電チャックでき
る。ただし、ウェハ１と静電電極２２Δと２２Ｂとの間
の電位差は、２つのコンデンサの直列接続に等しいから
、印加電位の半分になることは言うまでもない。

第１２図および第１３図は、双極形静電チャックの電極
パターンの例を示したものである。静電電極２２Ａと２
２Ｂは、第１２図に示すように、２つの半月状の電極３
０及び３１から構成することもでき、また、第１３図に
示すように、互いに分離した複数の同心環状電極群３２
及び３３から構成することもできる。

しかし、静電電極２２Ａと２２Ｂのパターンは、これら
に限定されず、どのような形状でも電極が分割されてい
ればよく、用途に応じ、種々のパターンを採用可能であ
る。

第１４図は、前述した押し型２７における凹部２８の配
置図例である。第１４図では、凹部２８を丸穴とし、等
間隔に配置して示したが、これに限らず、例えば角型穴
あるいは不規則間隔でも何ら差支えない。

また、押し型２７による静電チャック面への凸部２５の
転写形成は、はこり２０によるウェハ１の変形極小化の
ためである。従って、被吸着材の変形が問題にならない
場合や、被吸着材が変形しない材質の場合には、凸部２
５は必要なく、焼成セラミック絶縁層２３の露出面すな
わちチャツキング面は、完全な平坦面でもよい。それ故
、この場合は、凸部２５形成の必要はないから、押し型
２７の転写面は単なる平面でよいことは言うまでもない
。

効果の説明 以上説明したように本発明の静電チャックは、静電チャ
ックの性能を左右する絶縁層を、緻密で絶縁欠陥の少な
い、高絶縁耐圧の焼成セラミック層で形成しているので
、単位厚さ当たりの絶縁耐圧を高めることができ、その
結果として、従来より絶縁層の厚さを薄くして、低印加
電位で大きなチャッキング力が（昇られる。

また、複数の凸部がチャツキング面に形成されているの
で、チャツキング面に付着するほこりによるウェハのよ
うな変形し易い被吸着材の変形の問題を最小にすること
ができる。

加えて、セラミックは高硬度、高耐熱性、耐薬品性など
、優れた特性を数多く　（Ｊｌせ持つので、例えば、半
導体素子製造工程における特殊な加工雰囲気に十分耐え
ることが可能であるから、ウエノ＼の高精度チャッキン
グ装置や着脱搬送装置に本発明による静電チャックを適
用すれば、これらの利点が有効に生かすことができる。

　− また、本発明による静電チャックの製造方法によれば、
緻密で絶縁欠陥の少ない、高絶縁耐圧の焼成セラミック
層を静電電極上に簡単に形成することができる。

そして、その焼成セラミック絶縁層のチャツキング面に
複数の凸部からなる凸状パターンを簡単に形成すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による静電チャックの１実施例の断面
図、 第２図は、静電チャックの基本構造断面図、第３図は、
陽極酸化による従来の絶縁膜形成方法の断面図、 第４図は、プラズマ溶射による従来の絶縁膜形成方法の
断面図、 第５図は、はこりの影響を示すウェハ吸着状態の静電チ
ャックの断面図、 第６図、第７図、第８図及び第９図は、本発明による静
電チャックの製造方法の各工程を図解する断面図、 第１０図は、本発明による静電チャックの１実施例の使
用状態を示す断面図、 第１１図は、本発明による静電チャックの２実施例の使
用状態を示す断面図、 ′ｆ、１２図及び第１３図は、本発明による静電チャッ
クの中の静電電極のパターンを例示する概略電極パター
ン図、 そして、第１４図は、押し形の凹部の配置パターンを示
す図である。 〔主な参照番号〕 １　ウェハ、　２　支持基板、　３　絶縁層、４　直流
電源、　５　アルミニウム基板、６　酸化膜、７　希硫
酸液、８　電解槽、９　酸化防止膜、　１０　導通孔、 １１　中心電極、　１２　中空電極、 １３　アークプラズマ、　１４　絶縁体粉末、１５　中
空部、　１６　支持板、 １７　堆積膜、　１８　空胞、　１９　吸着面、２０　
はこり、　２１　セラミック基板、２２　静電電極、 ２３　焼成セラミック絶縁層、 ２４　電極端子、　２５　凸部、 ２６　粘土状セラミック素材、 ２７　押し型、　２８　凹部、　２９　溝、特許出願人
　日本電信電話公社 代　理　人　弁理士　新居　正彦 第１図 ；官４図 第５図 第１１は１ 第６図 第９図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）静電電極と、該静電電極を覆う絶縁層とを具備し
   、前記絶縁層は、焼成セラミックで構成されていること
   を特徴とする静電チャック。
2. （２）前記焼成セラミック絶縁層は、表面に凸状パター
   ンが形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の静電チャック。
3. （３）前記静電電極は、絶縁性支持基板に裏打ちされた
   導電性薄膜によって構成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の静電チャック。
4. （４）前記静電電極は、互いに絶縁された２群の電極に
   分かれていることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第３項までのいずれかに記載の静電チャック。
5. （５）静電電極を用意し、該静電電極の上に、粘土状セ
   ラミック素材をシート状に付与し、該シート状セラミッ
   ク素材を押し型で加圧成形し、そのように加圧成形され
   たシート状セラミック素材を焼き固めて、前記静電電極
   の上に焼成セラミック製の静電チャック絶縁層を形成す
   ることを特徴とする静電チャックの製造方法。
6. （６）、前記押し型は、多数の凹部からなる凹状パター
   ンが形成された押圧面を有しており、前記シート状セラ
   ミック素材の加圧成形時に、該凹状パターンの形状を、
   該シート状セラミック素材の表面に転写して、静電チャ
   ツキング面に、多数の凸部からなる凸状パターンを形成
   することを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の静電
   チャックの製造方法。