JPS62286249A - 静電チヤツク板 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は導電性材料或いは半型導性材料からなる試ｔ４
（シリコンウェハー等）を電気的に吸着・固定する静電
チャック板に関する。

（従来の技術） ＬＳＩ等の大集積回路チップはシリコンウェハー等の半
導体ウェハーにパターンニング等ノ各種微細加工を施す
ことで！！造される。そしてこれら微細加工を行うにあ
たってはウェハーを平坦な面に確実に固定することが必
要となり、このため従来から機械式・吸引式及び電気式
のチャック板が利用されており、特に静電的にウェハー
を吸着固定する静電チャック板はウェハーを平坦度を維
持しつつ固定できるため広く用いられている。

斯る静電チャック板としては特公昭６Ｏ−５ｆ３１０４
号或いは特公昭６１−４８１１号に開示される構造とな
っている。

特公昭８０−５９１０４号に開示される静電チャック板
は第８図に示すように、板状の電極（１００）表面にア
ルミナ（Ａｕ２０３）を溶射して誘電層（１０１）を形
成し、この誘電層（１０１）上に載置したウェハー等の
試料（１０２）に他方の電極（１０３）を接触せしめる
ようにしたものであり、また特公昭８１−４８１１号に
開示される静電チャック板は第９図に示すように、複数
の板状電極（１００）を絶縁性誘電層（ｉｏｔ）内に埋
設することで、試料（１０２）に電極を接触させなくて
も吸着できるようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） 特公昭８０−５１１１０４号に開示される静電チャック
板にあっては、電極を試料に直接接触せしめるため、大
きな静電吸着力を発揮できるのであるが、電極を試料に
接触させる作業が必要となり且つこのための装置も別途
用意しなければならずスペース的にも不利となる。

また特公昭１３１−４Ｅｉｌ１号に開示される静電チャ
ック板によれば、電極を試料に接触させる必要がないた
め有利となるが、各電極の配列が同一平面的になるため
静電吸着力が弱くなるという問題がある。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決すべく本発明に係る静電チャック板は
、絶縁性誘電層内又は絶縁性誘電層と基材との境界部に
第１の電極を設け、また一端が絶縁性誘電層表面に露出
する第２の電極を絶縁性誘電層を貫通して形成した。

（作用） 試料を絶縁性誘電層上に載置することで、試料は自動的
に第２の電極に接触することとなり、大きな静電吸着力
でもって試料は吸着固定される。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る静電チャック板の縦断面図、第２
図は第１図のＡ−Ａ線断面図である。

静電チャック板はセラミックス材を焼成してなる基材（
１）の表面にセラミ−、クス材を溶射した絶縁性誘電層
（２）を形成し、この絶縁性誘電Ｍ（２）の表面にシリ
コンウェハー等の試料（３）を載置するようにしている
。そして基材（１）と誘電層（２）との境界部には第１
の電極（４）の膜状部（４ａ）が形成され、第１の電極
（４）の棒状部（４ｂ）は基材（１）を貫通して外部の
電源（５）に接続されている。また基材（１）及び誘電
層（２）を貫通して棒状をなす第２の電極（６）が形成
され、この第２の電極（６）の上端部は誘電層（２）の
表面と面一となるように誘電層（２）表面に露出し、下
端は前記電源（５）に接続されている。更に、基材（１
）には冷却水を通す冷却通路（７）が基材（１）の焼成
時にキャスティング（鋳込み）によって同時に形成され
ている。

ここで、前記基材（１）を構成するセラミックス材とし
てはＡｌ１２０３等の酸化物の他、Ｓｉ３Ｎ４、　Ａ文
Ｎ等の窒化物或いはＳｉＣ等の炭化物を用いてもよい、
特に熱伝導率に優れ、絶縁性に富む窒化物又は炭化物を
使用することで冷却効率の向上と、均熱化を図ることが
可能となる。

また第１の電極（４）の膜状部（４ａ）は膜形成技術に
よってパターン化して形成される。この膜形成技術とし
ては、例えばＡｇ／Ｐｄ等の導体粉を含むペーストをス
クリーン印刷法によって基材（１）表面にパターン化し
て塗布した後、８５０℃Ｘ１５分程度の条件にて焼付け
るか、エツチングを施すようにして形成する。また膜状
部（４ａ）の厚みを０．５゜以下とする場合にはＣＶ　
Ｄ　（ＣｈｅＩＩＩｉｃａｌ　ＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）　、又はＰ　Ｖ　Ｄ　（ＰｈｙＳｉｃａｌ
　ＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の蒸着法を用
いればよい。

一方、第１の電極（４）の棒状部（４ｂ）及び第２の電
極（６）はスルーホール技術によって形成され、第２の
電極（６）はその上端が絶縁性誘電層（２）の表面に露
出しているため摩耗しやすく、この摩耗を防止するため
電極材料として、Ｍａ、Ｗ、ＷＣ等を用いるか、第２の
電極（５）の上端面に、ＣＶＤ、ＰＶＤにより７ｉＮ、
　ＴｉＣ等の被膜を０．１〜０．５　ルの厚さで形成し
てもよい。

また、前記誘電層（２）はセラミックス材をプラズマ溶
射することで形成される。ここで溶射材よりも被溶射材
（基材）の硬度が大であると良好な密着強度をもつ溶射
膜（誘電層）を形成しにくい。そこで本実施例にあって
は基材（１）表面にサンドブラスト或いはエツチングを
施し、表面粗度を１００〜３００メツシユとした状態で
溶射を行うようにしている。そして、溶射によって誘電
層（２）を形成した場合には粒子間の気孔を埋めて結合
力を高め、表面硬度及び絶縁性を向上せしめるべく、誘
電層（２）の表面にガラス等の無機含浸層を形成しても
よい。

また誘電Ｒ（２）を構成するセラミックス溶射材として
は、　ＡＪＪｚＯ３粉のみとしてもよいが、ＡＪ１２０
３粉にＴｉ０ｚ粉、ＺｒＯ２粉、Ｓｉ３Ｎ＋粉或いはＳ
ｉＣ粉を混合したものを用いれば誘電層（２）の絶縁抵
抗及び熱伝導率を高めることができる。

即ち、絶縁抵抗（Ｒ）は一般に次式で表わされる。

Ｒ＝ρ・見／Ｓ　　　　ρ　：体積抵抗重文　：絶縁距
離 Ｓ　：絶縁面積 モして誘電層（２）の面積（Ｓ）をたとえば７８．５ｃ
　ｒｎ’　、厚さく文）を５０　ｐ、　（５Ｘ　１０−
３ｃｍ）程度とし、絶縁抵抗（Ｒ）を１０１０Ω以上と
するには体積抵抗率（ρ）が２Ｘ１０４　　Ω−ｃａｍ
以五でなければならない。ここで溶射材料としての焼結
アルミナの結晶構造はα型でありその体積抵抗率（ρ）
は１０１４〜１０！６Ω−Ｃｆｆｉであるのに対し、溶
射後にあっては結晶構造がγ、η型に近いものとなり１
体積抵抗率（ｐ）は１０１０Ω−ａｍ程度まで低下する
。

また、　Ａ文２０３粉に対しＳｉＣ粉を１５重量％程度
混合した溶射材料を用いた場合には、Ａｌ２Ｏ３のみを
用いた場合の熱伝導率が０．０３ｃａｉ　／　ｃＩＩ・
ｓｅｃ＊”ｏであったのに対し、０．０５ｃａｉ　／　
ｃｍ申ｓｅｃ　　・℃となり、熱伝導率が大幅に改善さ
れる。

このことは基材（１）を前記した冷却通路（７）によっ
て若しくは他の冷却手段で冷却する場合に冷却効率が向
上し、誘電層（２）上面の均熱化が図れ、試料（３）の
加工・品質管理の面で有効である。

更にＡＪＬｔＯｙ粉に対し、Ｓｉ：＋　Ｎ４粉、Ｚｒ０
ｚ或いはＳｉＣ粉を混合することで、誘電層（２）の耐
摩耗性が向上する。

第３図は別実施例に係る静電チャック板の縦断面図であ
り、この実施例にあっては絶縁性誘電層（２）の密着強
度を高めるため、基材（１）と？ＪＪ電層（２）との間
にガラス中間層（８）を介在せしめている。

このガラス中間層（８）は基材（１）及び第１の電極（
４）の表面に絶縁性に優れ且つ誘電率を調整したペース
ト状ガラス（グレーズ）をスクリーン印刷法或いはスプ
レー等によって塗布し、このペースト状ガラスを焼成（
例えば８５０℃×１時間）することで形成される。

また、ガラス中間層（８）中には高誘電性材料、高導電
性材料或いは高熱伝導率材料を添加してもよい。

高誘電性材料としてはＴｉ０ｚ　、　ＰｂＴｉＯ３，Ｂ
ａＴｉＯ２等が挙げられ、高誘電性材料を添加すること
で誘電層（２）の誘電率を高め静電吸着力を大とするこ
とが可能となる。

即ち、静電吸着力（Ｆ）は一般に次式で表わされる。

ε：誘電率 Ｓ：誘電面積 ■：主電 圧：誘電層の厚さ この式から明らかなように誘電率（ε）を高めれば静電
吸着力は大となるのであるが、誘電層（２）を形成する
ための溶射材中にＴ】０２等を誘電率を高めるために添
加すると、絶縁抵抗が低下してしまう。そこで誘電層（
２）の溶射材ではなくガラス中間層（８）にＴｊＯｚ等
を添加すれば、絶縁抵抗は損なわれることなく誘電率を
高くできる。

また、高導電性材料としては酸化雰囲気処理しても導電
性が高い貴金属（Ａｕ等）が挙げられ、このような高導
電性材料をガラス中間層（８）中に添加することで、試
料（３）のチャック板からの取外し時間を短縮できる。

即ち、誘電層（２）の誘電率（ε）を高めれば静電吸着
力（Ｆ）が大となるが、静電吸着力（Ｆ）を大として試
料（３）をチャック板で吸着した後、試料（３）をチャ
ック板から取外す際、誘電率（ε）も絶縁抵抗（Ｒ）も
高いと、電荷の抜ける時間が絶縁抵抗（Ｒ）を静電容量
（Ｃ）の積で表わされるため、誘電層（２）中に留った
電荷が抜けにくく、試料（３）を誘電層（２）表面から
取外すのに時間がかかる。

そこで、前記した絶縁抵抗の式から明らかなように体積
抵抗率（ρ）を低くすれば絶縁抵抗（Ｒ）を下げること
ができ、ガラス中間層（８）中に貴金属を添加すれば誘
電層（２）の体積抵抗率（ρ）を下げられるので、静電
吸着力が大で且つ試料（３）の取外しが容易なチャック
板とすることができる。また貴金属に限らずＴｉＯ２等
の添加によっても体積抵抗率を下げることができる。

更にガラス中間層（８）中に添加する高熱伝導率材料と
してはＢｅｄ、　ＭｇＯ，ＳｉＣ等が挙げられる。これ
らの材料を添加することで、静電チャック板を冷却する
際の冷却効率の向上及び誘電層（２）表面の均熱化を図
ることができる。

また、前述した静電吸着力ＣＦ）の式からも明らかなよ
うに、誘電層（２）の厚さくｄ）を薄くすれば静電吸着
力（Ｆ）を高めることができる。そこで、誘電層〔２）
を溶射法でなく、ＣＶＤ　、ＰＶＤ等の薄着法にて形成
し、誘電層（２）の厚さくｄ）を１０〜２０用としても
よい。

第４図は別実施例に係る静電チャック板の縦断面図、第
５図は第４図のＢ−Ｂ線断面図であり。

この実施例にあっては、基材（１）上面に形成する誘電
層（２）を上層（２ａ）及び下層（２ｂ）の２層構造と
し、これら上下の層（２ａ）、（２ｂ）間に第１の電極
（４）の膜状部（４ａ）を形成し、下層（２ｂ）と基材
（１）との境界部に第２の電極（８）の膜状部（６ａ）
を形成した３次元構造としている。

斯る構造とすることで静電チャック板の吸着力を高めつ
つ、第１の電極（４）の膜状部（４ａ］と試料（３）と
の距離を小さくすることができ、静電吸着力を高めるこ
とができ、且つ電極パターンの自由度を増すことができ
る。

第６図は電極構造を３次元構造とした静電チャック板の
更なる別実施例の縦断面図、第７図は第６図のＣ−Ｃ線
平断面図であり、この実施例にあっては第２の電極（８
）の上端部を誘電層（２）の表面から例えばｌｏｕ程度
突出せしめ、試料（３）を載置した場合に試料（３）の
下面は第２の電極（６）のと端部に当接し、試料（３）
と誘電層（２）の表面との間に隙間（Ｓ）を形成するよ
うにしている。

断る構造とすることで、誘電層（２）と試料（３）との
間に微細なゴミ等が存在しても悪影響を及ぼすことがな
い。

尚、第２の電極（θ）を訓電層（２）の表面から突出さ
せる場合には、第２の電極（１３）の突出端ｆ、：ｃＶ
Ｄ、ＰＶＤ等ニヨ４Ｊ　Ｔｉｅ、　ＴｉＣ等の導電性被
膜を形成するか、第２の電極（６）自体を１１１０．’
１１゜１ＩＩＣ等の耐摩耗性に優れた材料にて形成する
ことが好ましい。

（発明の効果） 以りに説明したように本発明によれば、静電チャック板
内に第１及び第２の電極を設け、第１の電極を誘電層で
覆うとともに、第２の電極を誘電層の表面に露出せしめ
るようにしたので、試料を誘電層に載置すれば、何らの
操作を行うことなく必然的に第２の電極が試料に接触す
るため、従来の如く試料を吸着する都度電極を試料に接
触させる作業が不要となり、且つ電極は直接試料に接触
するため、静電吸着力を大なるものとすることができる
。

また基材をセラミックスとすることで、ヒートサイクル
の繰り返しがあってもチャック板の変形は生じることな
く、且つ基材及び誘電層等に特定の物質を添加すること
で、静電チャック板の電気的特性及び吸着力を高めるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る静電チャック板の縦断面図、第２
図は第１図のＡ−Ａ線平断面図、第３図は別実施例に係
る静電チャック板の縦断面図、第４図は別実施例に係る
静電チャック板の縦断面図、第５図は第４図のＢ−Ｂ線
平断面図、第６図は別実施例に係る静電チャック板の縦
断面図、第７図は第６図のＣ−Ｃ１Ｉ平断面図、第８図
及び第９図は従来の静電チャック板の縦断面図である。 尚１図面中（１）は基材、（２）は絶縁性誘電層、（３
）は試料、（４）は第１の電極、（６）は第２の電極、
（８）はガラス中間層である。 特許出願人　　　東陶機器株式会社 代理人　　弁理士　　　　　下　　１）　容一部門　　
　　　弁理士　　　　　　　大　　　橋　　　邦　　産
量　　　弁理士　　　　　小　　山　　　　布間　　　
弁理士　　　　　野　　１）　　　茂第８図 第９図 区 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性誘電層上に載置した導電性又は半導電性試
   料を電気的に吸着する静電チャック板において、前記絶
   縁性誘電層は基材上に積層され、絶縁性誘電層内部又は
   絶縁性誘電層と基材との境界部には第１の電極が形成さ
   れ、また絶縁性誘電層の表面には絶縁性誘電層を貫通す
   る第２の電極が露出していることを特徴とする静電チャ
   ック板。
2. （２）前記基材はセラミックス材を焼成してなり、前記
   絶縁性誘電層はセラミックス材を溶射してなり、また前
   記電極の膜状部はスクリーン印刷、エッチング、ＣＶＤ
   或いはＰＶＤ等の膜形成技術を用いて形成されているこ
   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
   ク板。
3. （３）前記絶縁性誘電層は多層構造をなし、基材と絶縁
   性誘電層との境界部には前記第１及び第２の電極の一方
   が形成され、多層をなす絶縁性誘電層の層間には前記第
   １及び第２の電極の他方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板。
4. （４）前記第２の電極は絶縁性誘電層の表面から突出し
   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
   電チャック板。
5. （５）前記基材と絶縁性誘電層との間にはガラス中間層
   が介在し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板。