JP6370115B2 - 静電チャック - Google Patents

Description

本発明は、ウエハ等の薄板状の対象物を静電吸着により保持する技術に関する。

半導体ウエハの製造・検査工程において、当該ウエハは搬送アームを介してウエハカセットに挿入され、複数のプロセス間で搬送される。平面状の静電チャック電極に対して並列接続されたコンデンサーを設けた静電チャックが提案されている（特許文献１参照）。静電吸着性能をもたせたアームによりウエハを搬送する手法が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００２−２９９４２６号公報 特開２０１３−１５１０３５号公報

しかし、複数半導体チップを積層することにより３次元高集積化回路を作製する３ＤＩ技術の要請などのため、ウエハの薄型化が進むとウエハが撓みまたは反りやすくなる。このため、ウエハがその撓みまたは反りのためにウエハカセットに収納され損ない、さらにはウエハが損傷する可能性がある。

そこで、本発明は、撓みまたは反りが生じうる程度に薄型化されたウエハを、その平坦性を維持しながら静電吸着しうる静電チャックを提供することを目的とする。

本発明の静電チャックは、ウエハを吸着するための吸着面を有する平板状のセラミックス焼結体と、前記セラミックス焼結体に埋設されている双極の静電チャック電極と、前記セラミックス焼結体の吸着面の反対側の面に、当該面から突出させずに形成されて前記静電チャック電極に接続される端子と、前記セラミックス焼結体において吸着面の反対側の面に前記端子を避けて形成された、プロセス用基台に静電吸着させるための電極と、を備え、前記吸着面に前記ウエハを吸着保持した状態で当該ウエハと一体的に搬送するための静電チャックであって、前記セラミックス焼結体厚さが０．６〜２［ｍｍ］であり、双極の静電チャック電極の間における前記セラミックス焼結体の電気抵抗値が、吸着面と各静電チャック電極との間における前記セラミックス焼結体の電気抵抗値よりも高いことを特徴とする。

（２）（１）記載の静電チャックにおいて、前記吸着面の表面粗さＲａが０．１〜１．０［μｍ］であることが好ましい。

（３）（２）記載の静電チャックにおいて、前記セラミックス焼結体厚さが０．６〜１．５［ｍｍ］であることが好ましい。

（４）（３）記載の静電チャックにおいて、双極の静電チャック電極の間における前記セラミックス焼結体の電気抵抗値が、吸着面と各静電チャック電極との間における前記セラミックス焼結体の電気抵抗値の１００倍以上であることが好ましい。

本発明の静電チャックによれば、セラミックス焼結体の厚さが２［ｍｍ］以下（好ましくは１．５［ｍｍ］以下）になる程度にまで静電チャックが薄型化されていることにより、静電チャックが、吸着面にウエハを吸着保持した状態で当該ウエハと一体的にプロセス間で搬送されうる。セラミックス焼結体における静電チャック電極間、吸着面と各静電チャック電極との間の電気抵抗値を制御すること、更には吸着面の表面粗さＲａが調節されることにより、クーロン効果によるウエハ（対象物）の静電吸着性能が長時間にわたり維持されうる。よって、撓みまたは反りが生じうる程度に薄型化されたウエハが、プロセス間で搬送される間にわたってその平坦性が維持されたまま静電吸着されうる。

また、プロセスのために静電チャックが基台に載置された際、セラミックス焼結体の吸着面と反対側の面に形成された電極により静電チャックが当該基台に静電固定される。これにより、吸着面に保持されているウエハの位置決め精度も担保される。

本発明の一実施形態としての静電チャックの構成説明図。 本発明の静電チャックの実施例および比較例の対比説明図。

図１に示されている本発明の一実施形態としての静電チャックは、ウエハを吸着するための吸着面１０を有する略平板状のセラミックス焼結体１と、セラミックス焼結体１に埋設されている双極の静電チャック電極２−１および２−２を備えている。セラミックス焼結体１において吸着面１０の反対側には、プロセス用基台に静電吸着させるための電極３および外部電源を接続するための端子２２が形成されている。

セラミックス焼結体１の材質は、ハロゲン系のガス（たとえばＣＦ_４、ＳＦ_６、ＮＦ_３、ＣｌＦ_３）に対する耐腐食性の向上を図る観点から選択される。アルミナ、窒化アルミニウム、酸化イットリウム、イットリウムおよびアルミニウムの複合酸化物、酸化マグネシウム、またはフッ化物が例としてあげられる。同じく耐腐食性の向上を図る観点からセラミックスは高純度であることが好ましい。たとえば、アルミナは９９．４％以上の高純度であることが好ましい。窒化アルミニウムは９５％以上の高純度であり、残部は３Ａ族元素の酸化物が含まれることが好ましい。耐腐食性の観点からセラミックス焼結体１は緻密質であって、気孔率が低いこと（たとえば１％以下であること）が好ましい。

双極の静電チャック電極２−１および２−２の間のセラミックス焼結体１の電気抵抗値は、吸着面１０と各静電チャック電極２−１、２−２の間のセラミックス焼結体１の電気抵抗値よりも高くなっており、吸着面１０の表面粗さＲａが０．１〜１．０［μｍ］に調節されている。

（静電チャックの製造方法）
本発明の静電チャックの製造方法について説明する。まず、同一種類かつ主原料が同一の（ただし、副原料または不純物の種類および含有量は相違していてもよい。）セラミックス粉末を原料としてセラミックス圧粉体が作製される。セラミックス圧粉体の上には、双極となる静電チャック電極２−１、２−２が設置され、更に、その上にセラミックス圧粉体が設置され同時焼成されることでセラミックス焼結体１が得られる。

双極の静電チャックの間におけるセラミックス焼結体１の電気抵抗値Ｒ１は、セラミックス焼結体１の体積抵抗率ρ、静電チャック電極２−１および２−２の間の距離Ｌ１、静電チャック電極２−１および２−２における対向している辺の長さＷ、ならびに、静電チャック電極２−１および２−２のそれぞれの厚さＴに基づき、関係式（１）にしたがって計算される。たとえば、静電チャック電極２−１および２−２がそれぞれ略半円形状であり、かつ、それぞれの径において相互に対向するように配置されている場合、各半円の直径がＷに相当する。

Ｒ１ ＝ ρ × Ｌ１ ÷ Ｓ１ （Ｓ１ = Ｗ × Ｔ）‥（１）。

吸着面１０と静電チャック電極２−１および２−２のそれぞれとの間におけるセラミックス焼結体１の電気抵抗値Ｒ２は、セラミックス焼結体１の体積抵抗率ρ、吸着面１０から静電チャック電極２−１および２−２のそれぞれまでの距離Ｌ２、静電チャック電極２−１および２−２の各面積Ｓ２に基づき、関係式（２）にしたがって計算される。
尚、吸着面１０から静電チャック電極２−１および静電チャック電極２−２のそれぞれまでの距離、静電チャック電極２−１および２−２の各電極面積はほぼ同じ値になるように設計されている。静電チャック電極２−１および２−２の面積および形状のそれぞれは同一であってもよく異なっていてもよい。

Ｒ２ ＝ ρ × Ｌ２ ÷ Ｓ２ ‥（２）。

そして、セラミックス焼結体１に加工が施されることにより、最終的な厚さ加工がなされ、吸着面１０の表面粗さＲａが調節され、更にはセラミックス焼結体１においてウエハ吸着面とは反対側の面に電極３が形成されることで静電チャックが作製される。

〔実施例〕
径ｒ＝１５０［ｍｍ］の略円盤状のセラミックス焼結体１の厚さｔ、双極の静電チャック電極２−１および２−２の間におけるセラミックス焼結体１の電気抵抗値Ｒ１と、吸着面１０および双極の静電チャック電極２−１および２−２との間におけるセラミックス焼結体１の電気抵抗値Ｒ２の抵抗比率Ａ（Ａ＝Ｒ１／Ｒ２）、ならびに、静電吸着面１０の表面粗さＲａが表１に示されているように設計されることにより実施例１〜６の静電チャックが作製された。セラミックス焼結体１として、体積抵抗率１Ｅ１４(＝１ × １０¹⁴)［Ω・ｃｍ］以上の窒化アルミニウム焼結体が用いられた。

図２には、Ａ−Ｒａ平面において、各実施例の静電チャックの抵抗比率Ａおよび吸着面１０の表面粗さＲａの組み合わせを表わすプロットが丸付き数字で示されている。実施例１〜６の静電チャックのプロット（Ａ，Ｒａ）が第１指定領域Ｓ１に含まれている。第１指定領域Ｓ１は、図２において一点鎖線により表わされている４本の線分、すなわちＡ＝１．５（０．１≦Ｒａ≦１．０）、Ｒａ＝０．１（１．５≦Ａ≦１０００）、Ａ＝１０００（０．１≦Ｒａ≦１．０）およびＲａ＝１．０（１．５≦Ａ≦１０００）により囲まれている矩形状の領域である。実施例３〜４の静電チャックのプロット（Ａ，Ｒａ）が、第１指定領域Ｓ１の一部である第２指定領域Ｓ２に含まれている。第２指定領域Ｓ２は、図２において二点鎖線により表わされている４本の線分、すなわちＡ＝１００（０．１≦Ｒａ≦１．０）、Ｒａ＝０．１（１００≦Ａ≦１０００）、Ａ＝１０００（０．１≦Ｒａ≦１．０）およびＲａ＝１．０（１００≦Ａ≦１０００）により囲まれている矩形状の領域である。

厚さ３００［μｍ］、径１５０［ｍｍ］の半導体ウエハが各実施例の静電チャックの吸着性能評価のために用いられた。ウエハが静電チャックに吸着されている状態で静電チャック電極２−１、２−２に対する電圧印加が停止された時点における吸着力Ｆに対する、その時点から１週間（１６８時間）経過時点における吸着力（＝αＦ）の低下率αが測定された。電圧印加停止時に、端子２２を介して静電チャック電極２−１、２−２から電荷がＧＮＤ（グラウンド）に逃げないようにするため、ＧＮＤを浮遊状態とした。当該測定結果が表１に示されている。フォースゲージを用いて水平方向へのウエハの吸着力が、吸着力ＦおよびαＦとして測定された。

表１および図２から、プロット（Ａ，Ｒａ）が第１指定領域Ｓ１に含まれている実施例１〜６の静電チャックによるウエハの吸着力低下率αが０．３５以上であることがわかる。プロット（Ａ，Ｒａ）が第２指定領域Ｓ２に含まれている実施例３〜４の静電チャックによるウエハの吸着力低下率αが０．５６以上であってより高いことがわかる。ただし、実施例６の静電チャックは、実施例１〜５の静電チャックよりも厚いため、ウエハカセットの入口の高さによっては使用に適さない場合もある。

比較例

略円盤状のセラミックス焼結体１の厚さｔ、双極の静電チャック電極２−１および２−２の間におけるセラミックス焼結体１の電気抵抗値Ｒ１と、吸着面１０と双極の静電チャック電極２−１および２−２との間におけるセラミックス焼結体１の電気抵抗値Ｒ２の抵抗比率Ａ（Ａ＝Ｒ１／Ｒ２）、ならびに、静電吸着面１０の表面粗さＲａが表２に示されているように設計されることにより比較例１〜３の静電チャックが作製された。実施例と同様にセラミックス焼結体１として、体積抵抗率１Ｅ１４［Ω・ｃｍ］以上の窒化アルミニウム焼結体が用いられた。

図２には、抵抗比率Ａ−Ｒａ平面において、各実施例の静電チャックの抵抗比率ＡおよびＲａの組み合わせを表わすプロットが三角付き数字で示されている。比較例１〜３の静電チャックのプロット（Ａ，Ｒａ）が第１指定領域Ｓ１から外れている。

表２およびプロット（Ａ，Ｒａ）が第１指定領域Ｓ１から外れているから、比較例１〜３の静電チャックによるウエハの吸着力低下率αが０．０８以下（α＝０の場合は静電チャックからウエハが剥離）であり、実施例１〜６のそれよりも低いことがわかる。

１‥セラミックス焼結体、２‥静電チャック電極、３・・裏面電極、１０‥吸着面、Ｗ‥ウエハ。

Claims (4)

1. ウエハを吸着するための吸着面を有する平板状のセラミックス焼結体と、前記セラミックス焼結体に埋設されている双極の静電チャック電極と、前記セラミックス焼結体の吸着面の反対側の面に、当該面から突出させずに形成されて前記静電チャック電極に接続される端子と、前記セラミックス焼結体において吸着面の反対側の面に前記端子を避けて形成された、プロセス用基台に静電吸着させるための電極と、を備え、前記吸着面に前記ウエハを吸着保持した状態で当該ウエハと一体的に搬送するための静電チャックであって、
   前記セラミックス焼結体厚さが０．６〜２［ｍｍ］であり、双極の静電チャック電極の間における前記セラミックス焼結体の電気抵抗値が、吸着面と各静電チャック電極との間における前記セラミックス焼結体の電気抵抗値よりも高いことを特徴とする静電チャック。
2. 請求項１記載の静電チャックにおいて、前記吸着面の表面粗さＲａが０．１〜１．０［μｍ］であることを特徴とする静電チャック。
3. 請求項２記載の静電チャックにおいて、前記セラミックス焼結体厚さが０．６〜１．５［ｍｍ］であることを特徴とする静電チャック。
4. 請求項３記載の静電チャックにおいて、双極の静電チャック電極の間における前記セラミックス焼結体の電気抵抗値が、吸着面と各静電チャック電極との間における前記セラミックス焼結体の電気抵抗値の１００倍以上であることを特徴とする静電チャック。