JP2000183143A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチング処理等に使用する際に反りが生じ
ず、かつ高い静電吸着力を得ることができ、大型化に対
応可能な静電チャックを提供すること。 【解決手段】 ウエハＷの吸着面２ａを有する絶縁層基
板２の吸着面２ａとは反対側の面に電極層３，３’を形
成し、その電極層形成面を接着剤により支持基板５に接
着して静電チャック１，１’を構成する。絶縁層基板２
は、室温での体積抵抗率が１０^８〜１０^１３Ωｃｍであ
り、支持基板５は絶縁層基板２と実質的に同一材料から
なり、絶縁層基板２と支持基板５との間に絶縁スペーサ
ー６が介装されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体製造装置等
においてシリコンウエハ等の被吸着体を固定、搬送する
ために用いられる静電チャックに関し、特に３００ｍｍ
以上の大口径ウエハに好適な静電チャックに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置等におけるシリコンウエ
ハ等の固定、矯正あるいは搬送用治具として、電極上に
絶縁層を有し、電極に電圧を印加することにより絶縁層
上にウエハを静電吸着する静電チャックが使用されてい
る。

【０００３】特に、エッチング装置等では、ウエハ温度
が２５０℃以下であることから、サファイヤ等からなる
薄い絶縁層基板に電極を形成した後、電極を形成した面
をセラミックス製の支持基板に接着剤により貼り付けた
構造の静電チャックが使用されている。

【０００４】一方、近年、シリコンウエハの大口径化に
伴ない、静電チャックの大型化が進められている。この
ような大型の静電チャックには、高い静電吸着力（クー
ロン力）が要求され、クーロン力によって高い静電吸着
力を得るためには、絶縁層基板を厚さ０．１ｍｍ以下と
いう極めて薄いものとする必要がある。しかし、大型で
このように薄い絶縁層基板を作製することは極めて困難
である。

【０００５】これに対して、絶縁層基板の体積抵抗率を
１０^８〜１０^１３Ωｃｍに制御することにより、１〜２
ｍｍ程度の厚い絶縁層基板でも高い静電吸着力(ジョン
センラーベック力）が得られることから、このような体
積抵抗率が１０^８〜１０^１３Ωcmの絶縁層基板を用いて
大型の静電チャックを製造することが試みられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極を
形成した絶縁層基板を接着剤を用いてセラミックス製の
支持基板に貼り付ける構造の静電チャックの場合、絶縁
層基板として体積抵抗率を１０^８〜１０^１３Ωcmの材料
を使用すると、この材料と体積抵抗率が１０^１５Ωcm以
上のセラミックス製支持基板とは熱膨張係数が異なり、
この熱膨張係数の違いにより静電チャックに反りが生じ
てしまう。

【０００７】このようなことを回避するため、支持基板
として絶縁層基板と同じ材料、すなわち体積抵抗率が１
０^８〜１０^１３Ωｃｍの材料を用いた場合には、絶縁層
基板に形成した電極が支持基板に接触した際に、静電吸
着力、すなわちジョンセンラーベック力に影響を与える
微少電流が支持基板側にも流れ、静電吸着力が大幅に低
下するという問題がある。

【０００８】一方、絶縁層基板に一対の電極が形成され
た双極型静電チャックの場合には、絶縁層基板とセラミ
ックス基板の貼り付け時に、接着剤に混入した気泡が一
対の電極間に入り込んで絶縁不良となるおそれがある。

【０００９】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、被吸着体の吸着面を有する絶縁層基板の吸着
面とは反対側の面に電極を形成し、その電極形成面を接
着剤により支持基板に接着した構造を有する静電チャッ
クを前提とし、エッチング処理等に使用する際に反りが
生じず、かつ高い静電吸着力を得ることができ、大型化
に対応可能な静電チャックを提供することを目的とす
る。また、これに加えてさらに、双極型の場合に、電極
間の絶縁不良が生じない静電チャックを提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく検討を重ねた結果、体積抵抗率が１０^８〜
１０^１３Ωｃｍの絶縁層基板を使用した際に生じる反り
の問題は、支持基板として絶縁層基板と実質的に同一な
材料を用いることで解消され、その際に生じる微小電流
による吸着力低下の問題は、絶縁層基板と支持基板との
間に絶縁スペーサーを設けることで解消されることを知
見した。また、双極型の場合に、一対の電極部の間にこ
のような絶縁スペーサーを配置することにより、電極部
間の絶縁不良の問題が解消されることを知見した。

【００１１】本発明は、このような知見に基づいて完成
されたものであり、被吸着体の吸着面を有する絶縁層基
板の吸着面とは反対側の面に電極を形成し、その電極形
成面を接着剤により支持基板に接着した構造を有する静
電チャックであって、前記絶縁層基板は、室温での体積
抵抗率が１０^８〜１０^１３Ωｃｍであり、前記支持基板
は前記絶縁層基板と実質的に同一材料からなり、前記絶
縁層基板のと前記支持基板との間に絶縁スペーサーが介
装されていることを特徴とする静電チャックを提供す
る。

【００１２】また、本発明は、上記静電チャックにおい
て、前記絶縁スペーサは、前記絶縁層基板に形成された
電極層が前記支持基板に接触しないように設けられてい
ることを特徴とする静電チャックを提供する。

【００１３】さらに、本発明は、上記静電チャックにお
いて、前記電極層は、互いに離隔した一対の電極部を有
し、前記一対の電極部間に絶縁スペーサーが配置される
ことを特徴とする静電チャックを提供する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的に説
明する。図１および図２は、本発明の実施形態に係る静
電チャックを示す断面図であり、図１は単極型のものを
示し、図２は双極型ものを示す。

【００１５】図１の単極型の静電チャック１は、半導体
ウエハＷの吸着面２ａを有する絶縁層基板２を備え、そ
の下側に電極層３が形成されている。この電極層３が形
成された絶縁層基板２は、接着剤４によって支持基板５
に固定されており、絶縁層基板２と支持基板５との間に
は絶縁スペーサー６が介装されている。電極３には直流
電源７が接続されており、この直流電源７から電極３に
給電されることにより、絶縁層基板２の吸着面２ａに載
置されている被吸着体である半導体ウエハＷが静電吸着
される。

【００１６】図２の双極型の静電チャック１’は、同様
に半導体ウエハＷの吸着面２ａを有する絶縁層基板２を
備え、その下側に一対の電極部３ａ、３ｂを有する電極
層３’が形成されている。この電極層３’が形成された
絶縁層基板２は、接着剤４によって支持基板５に固定さ
れており、絶縁層基板２と支持基板５との間には絶縁ス
ペーサー６が介装されている。また、電極部３ａと３ｂ
との間には絶縁スペーサー８が介装されている。これら
電極部３ａ、３ｂには電源７’が接続されており、電源
７’からこれらの電極にそれぞれ逆極性の電荷が供給さ
れて絶縁層基板２の吸着面２ａに載置されている半導体
ウエハＷが静電吸着される。

【００１７】上記絶縁層基板２は、室温での体積抵抗率
が１０^８〜１０^１３Ωｃｍの材料で構成されている。絶
縁層基板２の材料としては、このような体積抵抗率を有
していれば特に限定されない。例えば、ＡｌＮにＴｉＮ
等を添加し焼結したもの、Ｙ _２Ｏ_３にＴｉＯ_２等を添加
して還元焼結したもの、Ａｌ_２Ｏ_３にＴｉＯ_２等を添加
して還元焼結したもの、ＳｉＣ、ＺｒＯ_２、結晶化ガラ
ス、ケイ酸カルシウムを含む焼結体（アドセラム）等を
使用することができる。特に、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４にＴ
ｉＮ等を添加し焼結したもの、Ｙ_２Ｏ_３にＴｉＯ_２等を
添加して還元焼結したもの、ＳｉＣは、ハロゲン系プラ
ズマ(フッ素系プラズマあるいは塩素系プラズマ)に侵蝕
され難いことから特に好ましい。

【００１８】このように絶縁層基板２として室温での体
積抵抗率が１０^８〜１０^１３Ωｃｍの材料を用いること
により、静電吸着力としてジョンセンラーベック力を用
いることができ、絶縁層基板２の厚さが１〜２ｍｍ程度
と厚くても高い静電吸着力ができ、半導体ウエハＷの大
型化に対応した大型の静電チャックを製造することが可
能となる。

【００１９】支持基板５としては、絶縁層基板２との熱
膨張差に起因する反りを防止する観点から、絶縁層基板
２と実質的に同一の材料を用いる。すなわち、これらが
実質的に同一の材料で構成されていれば、熱膨張差は生
じず、したがって反りは発生しない。この場合に、絶縁
層基板２と支持基板５とは、熱膨張係数が変化しない程
度であれば、添加物の量や組成の多少の相違は許容され
る。

【００２０】接着剤４は、体積抵抗率が１０^１５Ωcm以
上の高絶縁性を有しているものが好ましく、さらにＣＦ
_４等のプラズマに侵蝕され難い材料であることが好まし
い。例えばシリコン接着剤、ニトリルゴム接着剤、エポ
キシ接着剤等を使用することができる。

【００２１】絶縁スペーサー６は、絶縁層基板２に形成
された電極層が支持基板５に接触しないように設けられ
ており、支持基板５が電極層と接触して支持基板５に微
少電流が流れることを防止する機能を有する。絶縁スペ
ーサー６としては、体積抵抗率が１０^１５Ωcm以上の高
絶縁性を有しているものが好ましく、例えば、フッ素樹
脂、シリコンテープ等を使用することができる。絶縁ス
ペーサー６は、絶縁層基板２の電極層３または３’と支
持基板５とが接触することを防止できればよく、絶縁層
基板２の全面を覆わなければ、絶縁スペーサー６の間
隔、厚さは特に規定しない。絶縁スペーサー６が絶縁層
基板２の全面を覆うと絶縁層基板２と支持基板５とを接
着剤で貼り付けることができなくなる。

【００２２】絶縁スペーサー８は、図２に示す双極型静
電チャック１’において、絶縁不良を防止する機能を有
するものである。すなわち、接着剤４中に混入した気泡
が、双極型の電極層３’における電極部３ａおよび３ｂ
間に入ると絶縁不良を生じるが、このように絶縁スペー
サー８を配置すれば、接着剤４中に気泡が混入しても電
極部間の絶縁不良は発生しない。絶縁スペーサー８とし
ては、絶縁スペーサー６と同様、フッ素樹脂、シリコン
テープ等を使用することができる。

【００２３】なお、双極型静電チャック１’の場合、絶
縁層基板２の厚さは、電極部間距離の半分以下が望まし
い。絶縁層基板２の厚さが、電極部間距離の１／２を超
えると、半導体ウエハＷを介して流れる微少電流が減少
し、静電吸着力が減少する。

【００２４】また、プラズマを発生させるＲＦ電極が静
電チャックの下に配置される場合は、静電チャックの厚
さは１０ｍｍ以下が望ましい。１０ｍｍを超えると静電
チャックのインピーダンスが高くなり、プラズマが発生
し難くなる。

【００２５】このように構成される静電チャックにおい
ては、電極層３または３’に電源７または７’から給電
することにより、静電吸着力により半導体ウエハＷが絶
縁層基板２の吸着面に吸着される。この際に、絶縁層基
板２が体積抵抗率が１０^８〜１０^１３Ωｃｍの材料で構
成されているので、ジョンセンラーベック力により半導
体ウエハＷが吸着される。

【００２６】この場合に、支持基板５が絶縁層基板２と
実質的に同一の材料で形成されているので、例えばエッ
チング処理時に絶縁層基板２と支持基板５との間の熱膨
張差によって静電チャックに反りが発生することがな
く、しかも絶縁スペーサー６を設けたので支持基板５と
電極層３，３’との接触が防止され、体積抵抗率が絶縁
層基板２と同様の１０^８〜１０^１３Ωｃｍの材料で形成
されている支持基板５に微少電流が流れ込んで静電吸着
力が低下することを阻止することができる。

【００２７】したがって、上記構成の静電チャックによ
り、反りが生じずに、ジョンセンラーベック力によって
半導体ウエハＷを高い吸着力で吸着させることができる
ので、絶縁層基板２を１〜２ｍｍ程度と厚くすることが
でき、半導体ウエハＷの大型化に対応して大型の静電チ
ャックを製造することが可能となる。

【００２８】さらに、双極型静電チャック１’におい
て、電極部３ａおよび３ｂの間に絶縁スペーサー８を設
けたので、接着剤４中に気泡が混入しても電極部３ａお
よび３ｂ間に絶縁不良が発生することを防止することが
できる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 （第１の実施例）表１に示す絶縁層基板にＣｕめっきに
より単極型の電極層を形成し、電極層を形成した面に絶
縁スペーサとしてフッ素樹脂テープを貼り付けた後、表
１に示す組合わせの支持基板をシリコン接着剤により貼
り付けて静電チャックを作製した。絶縁層基板および支
持基板の形状は直径４００ｍｍ、厚さ２ｍｍとし、フッ
素樹脂テープの形状は幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍとし
た。また、比較のため絶縁スペーサを貼り付けない静電
チャックも作製した。

【００３０】

【表１】

【００３１】得られた単極型静電チャックに、プラズマ
（パワー：５Ｗ／ｃｍ^２）を照射し、その時の静電チャ
ックの反りを目視により観察した。さらに、電圧５００
Ｖを印加して静電チャックにウエハを吸着させた後、静
電チャックとウエハの間にＨｅガスを流し、Ｈｅガスが
洩れた時のＨｅ圧力を静電吸着力とした。その結果を表
２に示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】表２に示すように、絶縁層基板と支持基板
とが同一の材料の場合は、熱膨張係数が同じであるた
め、プラズマを照射しても静電チャックに反りは認めら
れなかったが（実施例１〜５、比較例２，３）、これら
の材料が異なる結果、熱膨張係数が異なる場合は、プラ
ズマ照射により静電チャックに反りが認められた（比較
例１）。

【００３４】また、絶縁スペーサを入れない場合、絶縁
層基板に形成された電極層が支持基板に接触し、微少電
流が支持基板側にも流れたため、静電吸着力がスペーサ
を入れた場合の略半分となった（比較例２，３）。

【００３５】（第２の実施例）ここでは、ＺｒＯ_２絶縁
層基板に双極型Ｃｕ電極層を形成して、絶縁スペーサと
してフッ素樹脂テープを双極型電極層の一対の電極部
間、および絶縁層基板と支持基板との間の他の部分に貼
り付けた後、支持基板（ＺｒＯ_２基板）をニトリルゴム
接着剤により貼り付けた静電チャックを１０個作製し
た。また、電極部間に絶縁スペーサを設けず、他の部分
に絶縁スペーサを貼り付けた静電チャックを１０個作製
した。

【００３６】得られた双極型静電チャックに１０ｋＶの
電圧を印加して、電極間が絶縁破壊するかを評価した。
その結果、双極型電極間に絶縁スペーサを貼り付けた場
合は電極間の絶縁破壊は認められなかったが、電極部間
に絶縁スペーサを貼り付けた場合は１０個中２個に絶縁
破壊が認められた。この絶縁破壊した静電チャックを調
べたところ、電極間に気泡の混入が認められた。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、室温での体積抵抗率が
１０^８〜１０^１３Ωｃｍの絶縁層基板の電極層形成面を
接着剤により支持基板に接着した構造を有し、支持基板
が絶縁層基板と実質的に同一材料からなり、絶縁層基板
と支持基板との間に絶縁スペーサーが介装されているの
で、エッチング処理等に使用する際に反りが生じず、か
つ高い静電吸着力を得ることができ、大型化に対応可能
な静電チャックを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される単極型の静電チャックを示
す断面図。

【図２】本発明が適用される双極型の静電チャックを示
す断面図。

【符号の説明】

１，１’……静電チャック ２……絶縁層基板 ２ａ……吸着面 ３，３’……電極層 ３ａ，３ｂ……電極部 ４……接着剤 ５……支持基板 ６，８……絶縁スペーサー ７……電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 千春 千葉県東金市季美の森東１−５−９ Ｆターム(参考） 5F031 CA02 HA02 HA03 HA16 MA29 MA32 PA13 PA16

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被吸着体の吸着面を有する絶縁層基板の
   吸着面とは反対側の面に電極層を形成し、その電極層形
   成面を接着剤により支持基板に接着した構造を有する静
   電チャックであって、 前記絶縁層基板は、室温での体積抵抗率が１０^８〜１０
   ^１３Ωｃｍであり、前記支持基板は前記絶縁層基板と実
   質的に同一材料からなり、前記絶縁層基板と前記支持基
   板との間に絶縁スペーサーが介装されていることを特徴
   とする静電チャック。
2. 【請求項２】 前記絶縁スペーサは、前記絶縁層基板に
   形成された電極層が前記支持基板に接触しないように設
   けられてい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】 前記電極層は、互いに離隔した一対の電
   極部を有し、前記一対の電極部間に絶縁スペーサーが配
   置されることを特徴とする請求項１に記載の静電チャッ
   ク。