JPS6395644A - 静電チヤツク - 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、導体又は半導体製の支持板の表面に絶縁膜を
有し、該絶縁膜面に導体又は半導体製の試料を設置し、
前記支持板と該試料との間に電位差を与えることにより
生ずる静電力を利用して該試料を該支持板に吸着固定す
る静電チャック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中に半導
体素子基板（以下ウエノ・という）の着脱搬送や吸着固
定に静電チャックを適用する試みがなされている。

第５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、導体又は半導体製
の支持板λの上面に絶縁膜３を備えており、導体または
半導体製の試料／を絶縁膜３に対向させ直流電源≠を用
いて、試料／と支持板λとの間に電位差を与えることで
、試料／と支持板２間に生じる静電力で、試料／をチャ
ッキングするものである。

この場合、静電力の大きさは理想的には、電位厚）の２
乗に比例すると考えられている。

従って、絶縁膜３の耐電界強度が高いほど、絶縁膜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それゆえ、高電界強度の絶縁膜
の形成が静電チャックの性能を左右することになると考
えられていた。

この種の絶縁膜には、アルミナ（Ａ４０３　）系、酸化
硅素（５ｉＯ２）系の無機材料が用いられており、プラ
ズマ溶射法、焼成法、電子ビーム蒸着。

スパフタリングあるいは気相成長法等により高電界強度
に耐えられる絶縁膜の形成が可能である。

しかし、実際にこのような高耐圧の膜、を用いて静電チ
ャックに適用してみても、静電力が全く得られなかった
シ、得られても極めて小さく不安定であったり、電圧の
印加又は停止後に静電力が徐々に増大又は徐々に減少す
るといった低応答現象が現われ、静電チャックとして満
足に使えるものではなかった。

このように、従来考えられていたような単に高耐圧の絶
縁膜を用いるだけでは大きな静電力を有する静電チャッ
クを実現することはできなかった。

また、従来の静電チャックでは静電力の応答性もよくな
かった。

〔目　的〕

本発明の目的は、大きな静電力を有する静電チャックを
提供することにある。

また、本発明の他の目的は、静電力の応答性の高い静電
チャックを提供することにある。

〔問題を解決するだめの手段〕

本発明は、酸化物系の高絶縁体中の酸素またはより欠乏
ざぜるととも國Ｃｎらと１こ甘し１いる一方の導体又は
半導体組成を増大させた絶縁膜、又は緻密均質化により
体積固有抵抗と比例する膜抵抗の増大が避けられない高
絶縁体に導体、半導体又は低抵抗体材質を混ぜることに
より前記膜抵抗を減少させた絶縁膜を通常の構造の静電
チャックの絶縁物の代わりに用いて構成した静電チャッ
クである。

更に本発明の他の態様は前記絶縁膜表面上に微小凸部を
設けた構成の静電チャックである。

〔作　用〕

本発明は、従来の高耐圧な絶縁膜を用いた場合に理想的
な静電力が得られない原因を解明し、その原因を改善す
ることによりなされたものである。

そこで、静電力発生のメカニズムについて先ず説明する
。

第４図は従来構造の静電チャックの静電力の観測結果に
基づいた静電力の発生メカニズムについて示したもので
、吸着板！（第！図の試料／に相当）と絶縁膜乙（第オ
図の絶縁膜３に相当）間には、両者の表面粗度や加工精
度に基づく微小な空間♂が必ず存在する。このため、電
極り（第！図の支持板λに相当）と、吸着板！間の回路
構成は絶縁膜乙ならびに空間♂を絶縁層としたコンデン
サ１０の直列接続に等しくなっている。従って、吸着板
オに作用する静電力は吸着板よと絶縁膜を面間（以下吸
着面間と言う）および吸着板！と電極り間（以下吸着板
−電極間と言う）の電荷クーロン力の和となる。ところ
で、第４図において絶縁膜乙の膜抵抗／ｌに較べ表面抵
抗／２が小さく。

且つ、吸着面間の空間抵抗／３を無限大とすると、接触
点／ｌの接触抵抗／！は、はとんど零であるため、電流
は絶縁膜６面上を流れ接触点／≠に集中する。この結果
、絶縁膜乙の表面に負電荷／ｌが蓄積される。従って、
静電力は正・負電荷間のクーロン力によるから、絶縁膜
乙の表面に静電力が作用するが、吸着板！には作用しな
い現象が生ずる。加えて、膜抵抗／／・表面抵抗／２あ
るいは空間抵抗１３はいずれも有限であるため、これら
の抵抗値が吸着板よと電極り間の電位勾配を変化させ、
蓄積される電荷量を定めるから、これらの抵抗値が静電
力に及ぼす影響は無視できない値となる。

一方、静電力の低応答性は微小な空間♂を絶縁層とする
吸着面間に貯えられる電荷の充放電時間に起因している
。これは空間♂が微小なため・吸着面間の静電容量Ｃが
大きくなり、絶縁膜２を介して充放電されるため、静電
容量Ｃと膜抵抗／／の抵抗値孔との積・いわゆる時定数
几・Ｃが高ま。

って、充放電に時間を要するためである。従って、静電
力の低応答性は、吸着面間の電荷クーロン力に基づいて
いる。但し、吸着板−電極間の電荷クーロン力は静電容
量も小さく、抵抗値もほとんど零であるため高応答であ
る。尚、／７は正電荷である・ このように、静電力の不安定性や低応答性は、絶縁膜乙
の表面抵抗／２を膜抵抗／／で除した値（以下、面／膜
抵抗比と言う）が小さいこと、ならびに、吸着面間の静
電容量が大きいことに起因している。また、前者におい
て表面抵抗／２が小さくなる原因は、絶縁膜６面上に大
気中分子、とくに導電性の水酸基分子（０Ｈ−）や水蒸
気分子（Ｈ２０）が吸着するためである。

これは通常起こりうる現象なので面／膜抵抗比を大きく
するためには、膜抵抗を小さくすることが望ましい。

本発明では、絶縁膜として酸素の少ない酸化物系絶縁膜
、窒素の少ない窒化物系絶縁膜又は低抵抗材質を混入し
た絶縁膜を用いることにより、１０１３Ω・俤以下の体
積固有抵抗をもつ絶縁膜を有する静電チャックを実現し
ている。その結果、上述した面／膜抵抗比を大きくする
ことができるので、高い静電力をもつ静電チャックを得
ることができる。

更に、絶縁膜の表面に凹凸をつけることにより、絶縁膜
と試料面の間の空間を大きくした。その結果、絶縁膜と
試料面間の静電容量を小さくでき静電力の応答性を高く
することができる。

〔実施例／〕

第１図は本発明の実施例の一つを示したものである。シ
ート電極ｌＯＯを表面に有するセラミック基板１０／か
ら成る支持板１０２の表面に、シート電極１００を覆う
ように絶縁膜１０３が形成されている。シート電極１０
Ｑには正の電圧が印加されるように電源１０ＩＩｔが接
続されている。本発明の特徴は、絶縁膜１０３として、
体積固有抵抗が１０１３Ω・広以下の比較的低抵抗の絶
縁膜を用いる点である。

本実施例の７つの態様としては絶縁膜１０３に５Ｉｏｘ
（ｘ＜、２）を用いている。この５ｉＯｘ（ｘ＜２）を
形成するためには、例えばＳｉをターゲットに電子ビー
ム蒸着をする際、ｘくλの膜になるように酸素雰囲気の
酸素の流量を制御する。このように制御することによ’
）　５ＩＯＸ中の半導体物質であるＳｉＯの組成量を増
大させることができ、所望の膜抵抗を有するＳｉＯｘを
得ることができる。

更に本実施例の他の態様によれば絶縁膜１０３として抵
抗低減材を混入したアルミナを用いている。即ち絶縁膜
１０３としては、例えばアルミナ（Ａｔ２０．　）より
抵抗値が小さくかつ主材であるアルミナとよく混じる抵
抗低減材として例えば金属チタニウムの超微粒子をアル
ミナに混入焼成して形成したアルミナ膜を用いればよい
。

第２図は、前述の焼成アルミナ（Ａｔ２０３）膜／♂、
焼成酸化硅素（Ｓｉ０２）膜／り、電子ビーム蒸着酸化
硅素膜２０および、チタニウム混入焼成アルミナ膜２／
、それぞれにおける静電力と電界強度との関係を真空中
で求めた実験値である。第２−８図に示すように、従来
法で形成した焼成アルミナ（ｋｔ、　０３）膜／♂およ
び焼成酸化硅素（Ｓ１０□）膜／りと、本法により形成
した電子ビーム蒸着酸化硅素膜２０およびチタニウム混
入焼成アルミナ膜２／との、静電力の大きさを同電界強
度で比較すると、本法の方が７桁ないし２桁はど大きく
、とくにチタニウム混入焼成アルミナ２／は、低電界強
度で高静電力が得られる。

このように、欠乏法や混入法により膜抵抗の適正化を図
った本法の効果は歴然であシ、かつ、この効果が得られ
る体積固有抵抗の適正な値は１０１３Ω擺以下であるこ
とも明白である。

以上の実験データは、アルミナ（Ａｔ２０ｓ　）および
酸化硅素（ＳｉＯ２）系の絶縁膜に拳法の絶縁膜形成法
を適用した結果の一例を示したにすぎず、これに限るも
のでなく、高電界強度化と膜抵抗の適正化を併せて達成
できればよく、例えば、高体積固有抵抗かつ、高絶縁体
のアルミナ（Ａｔ２０３）、窒化硅素（Ｓ１３Ｎ４）、
ベリリア（Ｂｅｄ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉ０３
）あるいは！酸化タンタル（ＴａＯ５）などに欠乏法を
、また、これらに種々の。

純金属や硅素（Ｓｉ　）に代表される半導体材料、ある
いは低抵抗セラミックであるチタニア（Ｔｉ０Ｊ、チタ
ンカーバイト（ＴｉＣ）、炭化硅素（ＳｉＣ）、ジルコ
ニア（ＺｒＯ２）などと組合せる混入法が適用できるこ
とは言うまでもない。

一方、静電力の低応答性は、第４図に示す微小な空間ｇ
を絶縁層とする吸着面間の静電容量が大きいことに起因
しておシ、吸着面間の電荷クーロン力であるから、微小
空間とならぬよう吸着面間の空間♂を大きくすることで
、静電容量を小さくし高応答の吸着板−電極間の電荷ク
ーロン力を利用すれば良いことになる。

〔実施例コ〕

第３図は、実施例／で述べた本発明の絶縁膜（以下「本
絶縁膜」という）の表面に凹凸をつけた７つの実施例を
示したものである。第Ｊ−Ａ図は本絶縁膜面に微小凸部
を形成した実施例の平面図、第３−Ｂ図は本絶縁膜面に
微小凸部を形成する説明図である。

絶縁膜１０３と支持板１０２は実施例／で述べたように
構成されている。本実施例λでは、実施例／の絶縁膜１
０３に微小凸部２２を備えたことを特徴とする。この微
小凸部を形成するためには、例えば、以下のように形成
する。つまり、第３−Ｂ図に示すように回転砥石コ≠の
径は適宜に定めてよいが、砥石≠Ｏの幅は形成する微小
凸部２２間の凹部溝２３幅に一致させる。まず、絶縁膜
１０３に所望する凹部溝２３深さの切り込みを与えなが
ら、第ｊ−Ａ図の矢印Ａ、２Ｊ−の方向に絶縁膜１０３
上を等間隔で走査する。この場合・回転砥石２４ｔの送
シピッチは砥石２≠の幅に、所望する微小凸部２２の幅
を加えた値にする。つぎに、回転砥石２４ｔと絶縁膜１
０３との相対位置をりｏ０回転させて、同様の加工をす
れば、第Ｊ−Ａ図の矢印Ｂ２ｔの方向に回転砥石２≠を
走査させたことになり、絶縁膜１０３上には直交方向に
一定の間隔で配列した方形状の微小凸部２２が残される
。

このように、回転砥石２≠の幅、切込み深さおよび送り
ピッチを変えることで、所望する大きさと配列の微小凸
部２２を絶縁膜１０３上に容易に形成できる。尚、微小
凸部２２の形状が方形になるよう回転砥石２１Ａの走査
をりＯｏ　で示したが、走査の角度を変えることで、３
角形やｚ角形の形状の微小凸部２２も容易に加工できる
こと、ならびに凹部溝の加工を一方向とすると線状の長
方形となり、凸部が小面積となるから、これでもよいこ
となどは言うまでもない。

上記は絶縁膜１０３上に凸部を形成する一例であって、
これに限るものでなく、凹部の加工により凸部を形成す
るなら、例えばレーザ彫刻法で凹部を熔融蒸発しても形
成できること、また、逆に凸部を直接絶縁膜１０３上に
、例えば・ボスクの作成に用いられるスクリーン印刷法
等の手段によって、付着形成させても良いことは言うま
でもない。

いずれにしても、絶縁膜１０３上に凹部より、凸部の面
積が小さくなるような段差を設ければ、その面積比に比
例して、ウェハの平面度矯正におけるダスト付着の悪影
響や静電力の低応答性を改善できることになる。

〔発明の勿来〕

以上説明したように、実施例で示した本発明の絶縁膜は
、大気−真空雰囲気、いずれでも低電界強度で大きな静
電力が得られる利点がある。このことは、低電界強度・
高静電力な分だけ、低電圧で静電チャックを動作でき、
また、絶縁膜を厚く形成できる。低電圧で静電チャック
を動作できることは、半導体素子製造プロセスに適用す
るに当って、素子に対する絶縁破壊等の障害を軽減でき
、また、印加電源の構成も容易となる。一方、絶縁膜を
厚くできることは、絶縁膜上に凹部と凸部より成る段差
が形成でき、これによって電圧の印加や停止に伴なう静
電力の発生や消滅を高応答にでき、静電チャックの着脱
を高速化でき、さらにウェハの平面度矯正におけるダス
トの影響を確率的に防止できる等の効果を生ずる。加え
て、静電チャックが真空雰囲気で導体または半導体材質
をチャッキングできる唯一の手段であることも相まって
、真空装置を多用する半導体素子製造工程、例えば電子
ビームを用いた回路パターンの露光・転写あるいは検査
装置、ならびにドライエツチングやドライコーティング
あるいはイオン注入装置などにおけるウェハの吸着固定
や大気−真空間へ搬送するためのチャックなどに用いれ
ば、回路パターンの微細化や素子の高品質化あるいは自
動化による生産性の向上などに直接または間接的な効果
を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の絶縁膜と支持板の構成図、第２図は従
来法と本性により形成した絶縁膜の体積固有抵抗と電界
強度との実験データ及び従来法と本性により形成した絶
縁膜の静電力と電界強度との実験データ、第ｊ−Ａ図、
第３−Ｂ図は絶縁膜面に微小凸部を加工する一実施例の
平面図、第４図は静電力の発生メカニズムを説明するた
めの原理図、第５図は静電チャックの基本構造を示した
断面図で、 ／は試料、λは支持板、３は絶縁層、グは直流電源、夕
は吸着板、乙は絶縁膜、♂は空間、りは電極、ｉｏはコ
ンデンサ、／／は膜抵抗、／２は表面抵抗、／３は空間
抵抗、／≠は接触点、°／夕は接触抵抗、／乙は負電荷
、／７は正電荷、／ｌは従来法による焼成アルミナ膜、
／りは従来法による焼成酸化硅素膜１．２０は本発明に
よる蒸着酸化硅素膜、２／は本発明によるチタニウム混
入焼成アルミナ膜、２２は微小凸部、２３は凹部溝、２
≠は回転砥石、２！は矢印Ａ、２６は矢印Ｂ、１００は
シート電極、１０／はセラミック基板、１０２は支持板
、１０３は本絶縁膜、１０弘は直流電源である。 訃　１　回 磨ｚ−ＡＴｆＥＪ ９屏瑣席〔ｖ／ｃｒｎ　） 給Ｚ−１３旧

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極の少なくとも表面に絶縁膜を有し、該絶縁膜
   は酸化物又は窒化物であり、前記酸化物の酸素又は前記
   窒化物の窒素は化学量論的組成よりも少ないことを特徴
   とする静電チャック。
2. （２）前記絶縁膜はＳｉＯ＿ｘ（ｘ＜２）であることを
   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）前記絶縁膜はＳｉ＿３Ｎ＿ｙ（ｙ＜４）であるこ
   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。
4. （４）電極の少なくとも表面に絶縁膜を有し、該絶縁膜
   は、体積固有抵抗の高い絶縁体材質に導体、半導体ある
   いは低抵抗体材質を混合した絶縁膜であることを特徴と
   する静電チャック。
5. （５）前記絶縁膜上に凹部と凸部より成る段差を設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第４項記載の
   静電チャック。