JP2000277599A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電圧印加時や高温使用時であっても、パー
ティクル発生量の少ない静電チャックを提供すること。 【解決手段】 この静電チャック１では、セラミック焼
結体７からなる絶縁基材２のチャック面Ｓ１に被吸着物
Ｗ１が静電的に吸着される。少なくとも絶縁基材２のチ
ャック面Ｓ１は、絶縁基材２よりも低硬度の多孔質セラ
ミック易破壊層６によって被覆されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電チャックに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおいては、シリコ
ン等からなる半導体ウェハを固定した状態でエッチング
やスパッタリング等の工程が行われる。このような場
合、通常、チャック装置と呼ばれる固定手段が用いられ
る。特に近年では、静電気の力を利用して半導体ウェハ
を吸着するセラミック製の静電チャックが提案されるに
至っている。

【０００３】この種の静電チャックでは、誘電体セラミ
ック製の絶縁基材内にあるチャック電極に通電を行なう
ことにより、被吸着物であるウェハがチャック面に静電
的に吸着されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のセラ
ミック製静電チャックでは、焼結体とウェハとが直接接
触することから、両者の熱膨張係数差に起因して、ウェ
ハチャック時に両者の界面にずり応力が発生する。する
と、そのずり応力の影響を受けて表層の窒化アルミニウ
ム粒子が脱落しやすくなり、主にこれがパーティクルと
なって半導体ウェハの裏面に付着するおそれがある。

【０００５】また、使用時の温度を高くしたり、チャッ
ク力を増大すべく印加電圧を上げたりすると、発生する
ずり応力が大きくなる結果、窒化アルミニウム粒子の脱
落が促進されることも知られている。

【０００６】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、高電圧印加時や高温使用時であっ
ても、パーティクル発生量の少ない静電チャックを提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、セラミック焼結体か
らなる絶縁基材のチャック面に被吸着物が静電的に吸着
される静電チャックにおいて、少なくとも前記絶縁基材
のチャック面が、同絶縁基材よりも低硬度の多孔質セラ
ミック易破壊層によって被覆されていることを特徴とす
る静電チャックをその要旨とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記多孔質セラミック易破壊層は多孔質シリカ層で
あるとした。請求項３に記載の発明は、請求項２におい
て、前記多孔質シリカ層の厚さは１μｍ〜１０μｍであ
るとした。

【０００９】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１に記載の発明によると、チャック時におい
て被吸着物は、絶縁基材よりも低硬度の多孔質セラミッ
ク易破壊層に接触した状態で支持される。このため、相
対的に硬質であって表層結晶粒子の脱落が起こりやすい
セラミック焼結体に被吸着物が直接接触しなくなる。従
って、セラミック焼結体がずり応力の影響を直接受けな
くなる。勿論、多孔質セラミック易破壊層自体は低硬度
であるので、被吸着物と接触したとしても被吸着物を傷
付けにくい。以上の結果、絶縁基材を構成するセラミッ
ク焼結体の表層結晶粒子の脱落に起因するパーティクル
の発生量が、極めて少なくなる。

【００１０】また、このセラミック易破壊層は多孔質体
であるので、緻密体とは異なり被吸着物との接触によっ
て容易に破壊されやすい。その反面、たとえ多孔質セラ
ミック易破壊層に由来するパーティクルが被吸着物に付
着したとしても、それを困難なく除去することが可能で
ある。よって、絶縁基材を構成するセラミック焼結体の
ような硬質材料に由来するパーティクルが付着したとき
ほど大きな問題とはならない。

【００１１】請求項２に記載の発明によると、多孔質セ
ラミック易破壊層が多孔質シリカ層であると、例えば被
吸着物がシリコン製であるような場合、それとの熱膨張
係数差が極めて小さくなる。このため、発生するずり応
力の大きさが極めて小さくなり、もってパーティクル発
生量のさらなる低減を図ることができる。

【００１２】請求項３に記載の発明によると、多孔質シ
リカ層の厚さを上記好適範囲内に設定することにより、
高コスト化を回避しつつ多孔質シリカ層の被覆による充
分な効果を得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態の双極タイプの静電チャック１を図１，図２に基づ
き詳細に説明する。

【００１４】図１，図２には、本実施形態の静電チャッ
ク１が概略的に示されている。この静電チャック１を構
成している絶縁基材２は、好適な誘電体である窒化アル
ミニウム焼結体７からなる。セラミック焼結体として窒
化アルミニウム焼結体７を選択した理由は、耐熱性、熱
伝導性、耐プラズマ性等に優れ、静電チャック１用の材
料として極めて好都合だからである。ここでは絶縁基材
２として円盤状かつ厚さが約数ｍｍのものを用いてい
る。なお、本実施形態の絶縁基材２は、被吸着物である
シリコンウェハＷ１を複数枚同時にチャックすべく、シ
リコンウェハＷ１の数倍の面積となるように形成されて
いる。

【００１５】本実施形態の絶縁基材２は多層構造をなし
ていて、その内部にはチャック電極層３，４が形成され
ている。正極のチャック電極層３及び負極のチャック電
極層４は、ともにチャック面Ｓ1から近い層に位置して
いる。チャック面Ｓ１からチャック電極層３，４の下面
までの深さは、０．３ｍｍ程度に設定されている。な
お、各チャック電極層３，４は、いずれもタングステン
ペースト等のような導電性ペーストＰ1 を用いて印刷形
成されている。

【００１６】図２に示されるように、正極のチャック電
極層３は、絶縁基材２の外周に位置する半円弧状部分
と、その半円弧状部分から平行にかつ等間隔に延びる多
数の直線部分３ａとにより構成されている。従って、全
体的にみると同チャック電極層３は櫛歯状を呈してい
る。負極のチャック電極層４も、半円弧状部分と多数の
直線状部分４ａとにより構成されていて、同じく櫛歯状
を呈している。本実施形態では、これら２つのチャック
電極層３，４の形状・大きさはほぼ等しい。

【００１７】両者の直線状部分３ａ，４ａ同士は、図２
に示されるように互い違いに配置されている。即ち、異
極のチャック電極層３，４の直線状部分３ａ，４ａは、
基材面方向に隣接して配置されている。

【００１８】そして、正極のチャック電極層３には、チ
ャック用の直流電源５のプラス側が図示しないスルーホ
ール及び配線を介して接続されている。同様に、負極の
チャック電極層４には、前記直流電源５のマイナス側が
図示しないスルーホール及び配線を介して接続されてい
る。

【００１９】図１，図２に示されるように、この静電チ
ャック１の絶縁基材２には、多孔質セラミック易破壊層
としての多孔質シリカ層（多孔質SｉＯ₂層）６が形成さ
れている。本実施形態の多孔質シリカ層６は、絶縁基材
２の全表面をほぼ均一な厚さで被覆している。このよう
な多孔質シリカ層６はポーラスであることから、緻密体
であって気孔の殆どない前記窒化アルミニウム焼結体７
に比べ、相対的に低硬度である。従って、多孔質シリカ
層６は、シリコンウェハW１との接触時において、窒化
アルミニウム焼結体７に比較して相対的に破壊されやす
いという性状を有する。

【００２０】多孔質シリカ層６の厚さは１μｍ〜１０μ
ｍ、より好ましくは４μｍ〜７μｍであることがよい。
多孔質シリカ層６が薄すぎると、被覆により得られる効
果が不充分になるおそれがある。逆に、多孔質シリカ層
６を必要量以上に厚くしたとしても、それによる効果増
大はあまり期待できず、却って高コスト化を招くおそれ
がある。

【００２１】多孔質シリカ層６の気孔率は１０％〜７０
％、好ましくは２０％〜６０％、さらに好ましくは３０
％〜５０％であることがよい。気孔率が小さすぎると、
緻密化してしまい易破壊層ではなくなってしまう。逆
に、気孔率が大きすぎると、必要以上に脆くなりすぎて
しまい好適ではない。

【００２２】次に、本実施形態の静電チャック１を製造
する手順の一例を紹介する。絶縁基材２の材料となるグ
リーンシートは、窒化アルミニウム粉末を主成分として
イットリア等の焼結助剤を含むスラリーを、ドクターブ
レード法にてシート成形することにより作製される。得
られたグリーンシートの所定位置には、必要に応じて、
ドリル加工あるいは打ち抜き加工等によりスルーホール
形成用孔が形成される。

【００２３】穴あけ加工を経たグリーンシートには、次
のペースト印刷工程において、導電性粒子としてのタン
グステン粒子、分散溶媒、分散剤等を含む導電性ペース
トＰ1 が印刷される。

【００２４】当該工程では、まず穴あけ工程を経たグリ
ーンシートを印刷装置にセットして、印刷面にメタルマ
スクを配置する。この状態で印刷を行なうことにより、
導電性ペーストＰ1 をスルーホール形成用孔内に充填す
る。次いで、スルーホール印刷等がなされたグリーンシ
ートを今度はスクリーン印刷機にセットし、印刷面にス
クリーンマスクを配置する。この状態で上記の導電性ペ
ーストＰ1 をパターン印刷することにより、グリーンシ
ートの表面にチャック電極層３，４を形成する。

【００２５】次に、ペースト印刷工程を経た複数枚のグ
リーンシートを位置決めして重ね合わせ、この状態で所
定圧力にて真空プレスを行う。真空プレスの結果、各グ
リーンシートが一体化し、グリーンシート積層体が形成
される。

【００２６】そして、得られたグリーンシート積層体
を、常圧下にて数十℃〜百数十℃の温度で所定時間加熱
することにより乾燥させる。乾燥工程は積層工程の実施
前に行われてもよい。

【００２７】乾燥工程を経たグリーンシート積層体は、
本焼成工程の前にあらかじめ非酸化性雰囲気下で脱脂及
び仮焼成される。その後、かかる熱処理工程を経て得ら
れたグリーンシート仮焼体をるつぼ内に入れるととも
に、必要に応じてその周囲をセッターで包囲する。この
状態のるつぼを焼成炉内にセットし、常法に従い１７０
０℃以上の温度にて所定時間かつ所定圧力でのホットプ
レス焼成を実施する。その結果、窒化アルミニウム及び
導電性ペーストＰ1 が完全に同時焼結し、窒化アルミニ
ウム焼結体７からなる絶縁基材２が形成される。

【００２８】次いで、研削機等を用いた研削加工などに
より、絶縁基材２の外形カット及び面出しを行う。さら
に、スピンコート法や印刷法などといった従来公知の成
膜法により、窒化アルミニウム焼結体７の表面全体に所
定厚さの多孔質シリカ層６を形成する。なお、これらの
手法に代えてＣＶＤやＰＶＤ等を行ってもよい。

【００２９】この後、常法に従ってコーティング及びＩ
／Ｏピンのろう付け等の諸工程を実施すれば、図１，図
２に示されるような所望の静電チャック１が完成する。
以上のようにして製造された静電チャック１の２つのチ
ャック電極層３，４に直流電流の通電を行うと、チャッ
ク面Ｓ１の外部領域に電場が形成される結果、シリコン
ウェハＷ１と静電チャック１との間に静電的な力が働
く。その結果、チャック面Ｓ１側にシリコンウェハＷ1
が吸着され、シリコンウェハＷ１の固定が図られる。そ
して、このときシリコンウェハW１は、表層に位置する
多孔質シリカ層６に接した状態で支持される。

【００３０】

【実施例及び比較例】［サンプルの作製］ここでは次に
示すような９種の被験体サンプルをあらかじめ作製し
た。

【００３１】実施例１〜６であるサンプル１〜６は、外
径１９０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの緻密質窒化アルミニウ
ム製の絶縁基材２からなり、同絶縁基材２の表面全体に
はスピンコート法による多孔質シリカ層６が形成されて
いる。そして、多孔質シリカ層６の厚さ及び気孔率を、
サンプル１〜３では６μm，３０％に、サンプル４では
３μm，３０％に、サンプル５では６μm，１０％に、サ
ンプル６では６μm，７０％にそれぞれ設定した。一
方、比較例１〜３であるサンプル７，８，９は、多孔質
シリカ層６が形成されていないものとした。 ［比較試験及びその結果］そして、これら９種のサンプ
ルについて、以下のような比較試験を行った。

【００３２】即ち、各静電チャック１のチャック面Ｓ1
に２０ｍｍφのシリコンウェハＷ1を載せ、真空条件下
にて通電を行なった。そして、シリコンウェハＷ1 を３
０秒間チャックした後、シリコンウェハＷ1 を剥がす動
作を５回行った。この状態で、ウェハ裏面に付着した直
径０．２μm以上のパーティクルの単位面積あたり個数
（個／cm²）をカウントした。その結果を表１に示す。
同表には、各サンプル１〜９について設定した印加電圧
（Ｖ）及び使用温度（℃）も併せて示されている。 ［結論］表１より明らかなように、各実施例、各比較例
において印加電圧及び使用温度を等しく設定したもの同
士を比較してみると、実施例のサンプルのパーティクル
の発生量のほうが少ないことがわかる。また、これら実
施例の静電チャック１では、高電圧印加時や高温使用時
においてもパーティクルの発生量が少なかった。

【００３３】

【表１】 以上の結果を総合すると、本実施形態によれば以下のよ
うな効果を得ることができる。

【００３４】（１）このように構成された静電チャック
1の場合、チャック時においてシリコンウェハＷ１は、
絶縁基材２よりも低硬度の多孔質シリカ層６に面接触し
た状態で支持される。このため、相対的に硬質であって
表層結晶粒子の脱落が起こりやすい窒化アルミニウム焼
結体７に対し、シリコンウェハＷ１の裏面が直接接触し
なくなる。従って、窒化アルミニウム焼結体７がずり応
力の影響を直接受けなくなる。勿論、多孔質セラミック
易破壊層である多孔質シリカ層６自体は、硬度がシリコ
ンと同程度の低い硬度であるので、シリコンウェハＷ１
と接触したとしてもその裏面を傷付けにくい。以上の結
果、絶縁基材２を構成する窒化アルミニウム焼結体７の
表層結晶粒子の脱落に起因するパーティクルの発生量
が、極めて少なくなる。そして、以上のことからも明ら
かなように、本実施形態によれば高電圧印加や高温使用
にも対応可能な優れた静電チャック１を実現することが
できる。

【００３５】（２）また、このシリカ層６は多孔質体で
あるので、緻密体とは異なりシリコンウェハＷ１との接
触によって容易に破壊されやすい。その反面、たとえ前
記多孔質シリカ層６に由来するパーティクルがシリコン
ウェハＷ１に付着したとしても、それを困難なく除去す
ることが可能である。よって、窒化アルミニウム焼結体
７のような硬質材料に由来するパーティクルが付着した
ときほど大きな問題とはならない。

【００３６】（３）本実施形態における多孔質セラミッ
ク易破壊層は多孔質シリカ層６であるため、シリコンウ
ェハＷ１との熱膨張係数差が極めて小さい。従って、発
生するずり応力の大きさも極めて小さく、もってパーテ
ィクル発生量のさらなる低減を図ることができる。

【００３７】（４）本実施形態では多孔質シリカ層６の
厚さを上記好適範囲内に設定しているため、高コスト化
を回避しつつ多孔質シリカ層６の被覆による充分な効果
を得ることができる。ゆえに、より確実にパーティクル
発生量の低減を図ることができる。

【００３８】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ 図３に示される別例の静電チャック１１のように、
多孔質セラミック易破壊層である多孔質シリカ層６を、
窒化アルミニウム焼結体７の表面全体ではなくその一部
分に、例えばチャック面Ｓ１のみに形成するようにして
もよい。また、図４に示される別例の静電チャック２１
のように、多孔質シリカ層６を突起状ないし縞状に形成
してもよい。図４のようにした場合には、易破壊層形成
時における収縮率の差に起因してクラックが生じるおそ
れがなくなり、製造が容易な静電チャック２１とするこ
とができる。

【００３９】・ 多孔質セラミック易破壊層を、実施形
態のような多孔質の珪素酸化物からなる層ではなく、多
孔質であって珪素以外の物質の酸化物からなる層に変更
することも許容される。

【００４０】・ 絶縁基材２を作製するにあたって、窒
化アルミニウム焼結体７以外のものをセラミック焼結体
として用いてもよく、例えば窒化ほう素、窒化珪素、高
純度アルミナ、ベリリア、マグネシア等の焼結体を選択
することができる。

【００４１】・ 被吸着物はシリコン製のウェハのみに
限定されることはなく、それ以外のもの、例えばガリウ
ム砒素製のウェハ等であってもよい。 ・ 前記実施形態や別例では本発明を双極タイプの静電
チャック１，１１，２１として具体化したが、これを単
極タイプの静電チャックとして具体化してもよい。

【００４２】次に、特許請求の範囲に記載された技術的
思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技
術的思想をその効果とともに以下に列挙する。 （１） 請求項２，３において、前記多孔質シリカ層の
気孔率は１０％〜７０％（好ましくは２０％〜６０％）
であること。

【００４３】（２） 請求項１乃至３、技術的思想１の
いずれか１つにおいて、前記セラミック焼結体は窒化ア
ルミニウム焼結体であること。従って、この技術的思想
２に記載の発明によると、耐熱性、熱伝導性、耐プラズ
マ性等に優れた好適な静電チャックとすることができ
る。

【００４４】（３） 請求項１乃至３、技術的思想１，
２のいずれか１つにおいて、前記多孔質セラミック易破
壊層は前記絶縁基材の全表面を被覆するように形成され
ていること。

【００４５】（４） 請求項１乃至３、技術的思想１乃
至３のいずれか１つにおいて、前記多孔質セラミック易
破壊層は突起状ないし縞状に形成されていること。従っ
て、この技術的思想４に記載の発明によると、易破壊層
形成時における収縮率の差に起因してクラックが生じる
おそれがなくなる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜３に記
載の発明によれば、高電圧印加時や高温使用時であって
も、パーティクル発生量の少ない静電チャックを提供す
ることができる。

【００４７】請求項２に記載の発明によれば、例えば被
吸着物がシリコン製であるような場合において、パーテ
ィクル発生量のさらなる低減を図ることができる。請求
項３に記載の発明によれば、高コスト化を回避しつつ多
孔質シリカ層の被覆による充分な効果が得られるため、
より確実にパーティクル発生量の低減を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した実施形態の静電チャックの
概略断面図。

【図２】実施形態の静電チャックの平面図。

【図３】別例の静電チャックの概略断面図。

【図４】別例の静電チャックの概略断面図。

【符号の説明】

１，１１，２１…静電チャック、２…絶縁基材、６…多
孔質セラミック易破壊層としての多孔質シリカ層、７…
セラミック焼結体としての窒化アルミニウム焼結体、Ｓ
１…チャック面、Ｗ１…被吸着物としてのシリコンウェ
ハ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック焼結体からなる絶縁基材のチャ
   ック面に被吸着物が静電的に吸着される静電チャックに
   おいて、 少なくとも前記絶縁基材のチャック面が、同絶縁基材よ
   りも低硬度の多孔質セラミック易破壊層によって被覆さ
   れていることを特徴とする静電チャック。
2. 【請求項２】前記多孔質セラミック易破壊層は多孔質シ
   リカ層であることを特徴とする請求項１に記載の静電チ
   ャック。
3. 【請求項３】前記多孔質シリカ層の厚さは１μｍ〜１０
   μｍであることを特徴とする請求項２に記載の静電チャ
   ック。