JP2005038931A

JP2005038931A - Electrostatic chuck

Info

Publication number: JP2005038931A
Application number: JP2003197910A
Authority: JP
Inventors: Takuma Tsuda; 拓真津田
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-07-16
Also published as: JP4352789B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic chuck which is manufactured by an aerosol deposition method and in which generation of curvature in an absorption surface can be sharply reduced as compared with the former. <P>SOLUTION: In the electrostatic chuck, aerosol wherein particulates of brittle material are distributed in gas is sprayed from a nozzle toward a conductive substrate and made to collide with the surface of the conductive substrate. The particulates are crushed and transformed by shock of this collision and made to adhere, a dielectrics thin film which consists of composition material of the particulates is formed on the conductive substrate, and the dielectrics thin film surface is made to serve as the absorption surface. Trenches are formed on the surface of the conductive substrate, and the dielectrics thin film is formed in the status of being divided into a plurality of portions along the trenches. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置内にて被処理物を搭載、固定するために用いられる静電チャックに関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤ成膜装置などの半導体製造装置においては、主にシリコンウェハである非処理物を吸着保持するための装置として、静電チャックが利用されている。静電チャックの構造、製法としては、セラミックス内部に電極層を設けたものなど、これまでに様々なものが提案されている。（特許文献１参照）
また、本発明者はそれらの中でも特に、導体からなるベース上にエアロゾルデポジション法により誘電体薄膜を形成した構造の静電チャックに着目し、改良を検討してきた。（特許文献２参照）
ここでエアロゾルデポジション法とは、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に向けてノズルより噴射し、前記エアロゾルを前記基材に衝突させ、この衝突の衝撃によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、前記微粒子の構成材料からなる薄膜を前記基材上に形成する方法である。
基材として例えばアルミニウム等の金属板を用い、脆性材料の微粒子として例えばアルミナ等の誘電体を用いれば、エアロゾルデポジション法により導電性材料上に誘電体薄膜を形成した所謂単極構造の静電チャックを製作することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２１１２２８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９０５１２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的にエアロゾルデポジション法により基材上に薄膜を形成すると、薄膜表面に反りが発生する。詳細な原因は現在のところ不明であるが、エアロゾルデポジション法では前述のように、脆性材料の微粒子を基材表面に衝突させながら成膜を行うため、脆性材料は絶えず圧縮された状態で薄膜を形成してゆくこととなる。これにより成膜完了後は基材と薄膜との境界面において境界面を拡げようとする方向の応力が残留しており、この残留応力が基材及び薄膜を反らしめる原因と考えられる。
【０００５】
例えば、基材として直径が１００ｍｍ、厚さが１０ｍｍのアルミニウムからなる円盤上に、アルミナセラミックスからなる微粒子にて厚さ２０μｍの成膜を行うと、誘電体薄膜表面においては高低差１３μｍの凸状に反り、基材裏面においては高低差１３μｍの凹上に反っていることが確認された。
上記の結果から、８インチウェハを吸着するための静電チャック（即ち直径が２００ｍｍ）をエアロゾルデポジション法により製作した場合は、誘電体薄膜表面において高低差１００μｍ強の凸状の反りが発生することが予想される。
【０００６】
静電チャックの吸着面において上記のような大きな反りが発生すると様々な問題が生じる。
例えば、半導体製造工程におけるエッチング装置内で使用される静電チャックにおいては、主にシリコンウェハからなる被処理物を静電チャックにて吸着固定し、かつ被吸着物を静電チャックにより冷却しながら処理が行われる。このとき静電チャック吸着面に大きな反りが存在すると、静電チャックと被処理物との面接触が均一でなくなるために、静電チャックの冷却性能に吸着面内でバラツキが生じ、結果、被処理物のエッチング速度が面内でばらついてしまうという不具合を生ずる。また、静電チャックと被処理物との間には、冷却媒体として一定圧の冷却用ガスを封入することが一般的に行われるが、静電チャック吸着面に大きな反りが存在すると、静電チャック外周部付近に設けられたシールリング部において冷却用ガス封入のシールが保てず、静電チャック周囲に冷却用ガスが漏洩し、冷却用ガスによる冷却性能が著しく低下してしまう可能性が高い。
【０００７】
静電チャックの吸着面を研削する等して反りによる変形を矯正することも考えられるが、現在のエアロゾルデポジション法による成膜技術、及び静電チャックの吸着性能を考慮すると、基材上に形成できる誘電体薄膜の厚さは最大で５０μｍが限度であるため、１００μｍ前後の反りを研削により矯正することは不可能である。
【０００８】
上記の反りを低減するために有効な対策として基材の両面に薄膜を形成する製造方法が考えられるが、静電チャックにおける基材は厚さ一様な円板ではなく、その内部に冷却水路等が形成された複雑な形状となることが一般的であるため、基材の両面に成膜を行ったとしても、両面の残留応力が均等に打ち消し合う可能性は低く、反りを矯正するのは困難である。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、エアロゾルデポジション法により製作され、且つ吸着面における反りの発生を従来に比べ大幅に低減することのできる静電チャックを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを導電性基材に向けてノズルより噴射し、前記エアロゾルを前記導電性基材表面に衝突させ、この衝突の衝撃によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、前記微粒子の構成材料からなる誘電体薄膜を前記導電性基材上に形成し、前記誘電体薄膜表面を吸着面とした静電チャックであって、
前記導電性基材表面に溝が形成され、前記誘電体薄膜が前記溝によって複数の部分に分離されていることとした。
上記構成とすることにより、エアロゾルデポジション法によって形成された誘電体薄膜は複数の小面積部分に分離され、個々の誘電体薄膜に成膜後蓄積される残留応力及びその結果生じる反りを、各誘電体薄膜の面積に応じて小さくすることができる。
【００１１】
本発明の好ましい態様として、前記導電性基材に形成された第一の溝の底面部に、更に第二の溝を形成し、前記誘電体薄膜が前記第二の溝によって複数の部分に分離する構成とした。
上記構成とすることにより、エアロゾルデポジション法による成膜を行う際、第二の溝内面には成膜が行われず自動的に誘電体薄膜が分離され、個々の誘電体薄膜に成膜後蓄積される残留応力及びその結果生じる反りを、各誘電体薄膜の面積に応じて小さくすることができる。
【００１２】
本発明の好ましい態様として、前記導電性基材に形成された溝の底面上に、該溝に沿ってマスキングを施した後前記誘電体薄膜を形成することで、前記誘電体薄膜を前記マスキング部を境界として複数の部分に分離する構成とした。
上記構成とすることにより、溝に沿って誘電体薄膜を分離することを容易に行うことができ、個々の誘電体薄膜に成膜後蓄積される残留応力及びその結果生じる反りを、各誘電体薄膜の面積に応じて小さくすることができる。
【００１３】
本発明の好ましい態様として、前記溝が形成された導電性基材表面に前記誘電体薄膜を形成した後、前記溝に沿って前記誘電体薄膜を除去することで、前記誘電体薄膜を複数の部分に分離する構成とした。
上記構成とすることにより、従来通りの装置及び条件で成膜を行った後、誘電体薄膜を複数の部分に分離することができ、個々の誘電体薄膜に成膜後蓄積される残留応力及びその結果生じる反りを、各誘電体薄膜の面積に応じて小さくすることができる。
【００１４】
本発明の好ましい態様として、前記複数の部分に分離された誘電体薄膜の境界部において、露出した前記導電性基材を絶縁性材料にて被覆することとした。
上記構成とすることにより、導電性基材表面の露出部が無くなるため、導電性基材と被吸着物との間に発生する放電現象を防止することが出来る。
【００１５】
本発明の好ましい態様として、前記露出した導電性基材を被覆する前記絶縁性材料として、ポリイミドを用いることとした。
上記構成とすることにより、導電性基材の露出部の被覆を容易に形成することが可能であり、かつポリイミドは金属に比べて柔軟であるために吸着面に反りを発生させることが無く、更にポリイミドは静電チャック吸着面を構成する素材としての実績があり、被吸着物を汚染することも無い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施例を、図面に基づいて以下に説明する。
まず、エアロゾルデポジション法による製造装置２０の概略を図１８を用いて説明する。製造装置２０の真空チャンバー２７内は真空ポンプ２３により真空環境化におかれる。エアロゾルはガス搬送管を介して窒素ガスボンベ２６に接続されるエアロゾル発生器２５から導出され、導出されたエアロゾルの微粒子がノズル２４から噴射され、ＸＹステージ２２により移動可能に固定された静電チャック２１基板に対して、衝突し、破砕・変形されて基板上に薄膜を形成する。
【００１７】
図１は本発明の第一の実施例である静電チャックを示す外観図である。
エアロゾルデポジション法により製作された静電チャックの一例で、半導体製造工程におけるプラズマエッチング装置用の静電チャックを示す外観図である。静電チャックを製作するにあたり、誘電体薄膜１を形成する前の段階において、基材２の吸着面３にはシリコンウェハ６を支持する為のシールリング４及び図示しない突起１６、更に基材２の外周部近くには固定用のボルト穴５等の形状加工が施され、その後基材２の吸着面３全体にエアロゾルデポジション法により誘電体薄膜１を２０μｍの厚さで形成している。
【００１８】
基材２はアルミニウムで、誘電体薄膜１の成膜のためにエアロゾル中の微粒子の材質としてアルミナセラミックスを使用している。吸着面３を形成する誘電体薄膜１上にシリコンウェハ６を載置した状態で基材２とシリコンウェハ６との間に電圧を印可すれば、両者間にクーロン力が働き、シリコンウェハ６を吸着保持することが出来る。
【００１９】
また具体的な構造を説明するため、図１に示した静電チャックでシリコンウェハ６を吸着したところの断面を示す概念図を図２に示した。図２は構造を示すために一部の寸法を誇張して描いてあり、そのスケールは正しくない。
図２において、静電チャック吸着面３とシリコンウェハ６との間には静電チャック表面に設けられた図示しない突起１６により厚さ１０μｍのガス冷却空間７を形成しており、冷却用ガスが静電チャック中央に設けられた冷却ガス供給孔８よりガス冷却空間７へと供給され、ガス冷却空間７内はシリコンウェハ６の冷却に必要な所定の圧力に保たれる。吸着面３の最外周部においては、冷却用ガスを周囲に漏洩させないため、吸着面３に設けられた突起１６と同じ高さのシールリング４を設けてある。
ここで、静電チャック表面に設けられた突起１６の形状は微小であり、且つその数が多いために図示を省略したが、これら突起１６の形状を拡大したものを図１６に示した。誘電体薄膜１を形成する前の基材２の吸着面３上にはこれと同じ円形状の突起１６を複数個設けてある。
同図に示したように突起１６の外周部は斜面になっており、この斜面が静電チャック吸着面３となす角度は１５度になるよう設計してある。
【００２０】
ここで、本発明の静電チャックでは、誘電体薄膜１を複数に分離するための溝１０が形成されている点で従来の静電チャックと異なる。以下ではこの溝１０部の構造について詳細を説明する。尚、エアロゾルデポジション法に限らず他製法により製作された静電チャックにおいても、その吸着面３上に溝を設けた例は多く見られるが、これら従来の溝は静電チャックとシリコンウェハ６との間に形成されるガス冷却空間７において冷却ガスの拡散速度を高める目的で設けられるものである。それに対し本実施例で言うところの溝１０は先に示したように誘電体薄膜１を複数の部分に分離するためのものであり、その構造と目的は前記従来の溝とは異なるものである。
【００２１】
図３は図１に示した静電チャックの基材２において、誘電体薄膜１を形成する前の溝１０部構造を示した断面図である。同図において、溝１０はまず幅５ｍｍ、深さ０．２ｍｍであり両側面が静電チャック吸着面３に対して１５度傾斜している第一の溝１０ａと、第一の溝１０ａ中央部に設けられ、幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍであり両側面が静電チャック吸着面３に対して垂直である第二の溝１０ｂとからなっている。
上記のような第一溝１０ａ及び第二の溝１０ｂを配置した基材２に対して、エアロゾルデポジション法にて吸着面３上に誘電体薄膜１を形成する。このとき、第一の溝１０ａの側面は静電チャック吸着面３に対して１５度傾斜しているため、静電チャック吸着面３と同様に誘電体薄膜１が形成されるが、第二の溝１０ｂの側面は静電チャック吸着面３に対して垂直であるため、エアロゾルを噴出するノズル１７の角度を如何様に設定しても、第二の溝側面の少なくとも片側面に対しては微粒子の破砕、変形が起こらず、図４に示したように誘電体薄膜１が形成されない。即ち、誘電体薄膜１は静電チャックの吸着面３、第一の溝１０ａの両側面、及び第一の溝１０ａの底面までは連続に形成されるが、第二の溝１０ｂの側面には形成されないため、第二の溝１０ｂによって分離されることとなる。
本実施例のように被成膜面の傾斜を吸着面３に対して１５度以内とし、成膜時のノズル１７の角度を同じく吸着面３に対して６０度にしておけば、ノズル１７は被成膜面のどの部分に対しても上記の４５度〜７５度の角度を保ち、良好な条件にて成膜を行うことができる。
【００２２】
静電チャック吸着面３における溝１０の配置は図１のようであるから、誘電体薄膜１はこの場合、計１７個の部分に分離されることとなり、個々の誘電体薄膜１はその面積が小さくなることにより、それぞれに生ずる凸状の反りは高低差約１μｍ前後まで低減することができる。
【００２３】
ところで、このような溝１０を有する構造の基材２に対しエアロゾルデポジション法により誘電体薄膜１を形成した直後においては、図４のように第二の溝１０ｂの内壁においてアルミニウムである基材２が露出している。この状態でシリコンウェハ６を吸着すると、露出した基材２とシリコンウェハ６との間で放電を生じてしまうので、本実施例では上記放電を防止するため、誘電体薄膜１を形成した後、図５のように第二の溝１０ｂをポリイミド１１で被覆している。ここでポリイミド１１の表面が静電チャック吸着面３よりも高い位置になってしまうと、シリコンウェハ６とポリイミド１１が接触しシリコンウェハ６を変形させる恐れがあるほか、静電チャック吸着面３とシリコンウェハ６との間に供給される冷却用ガスの流路を妨げてしまうこともあるので、ポリイミド１１を塗布する際はポリイミド１１の表面が静電チャック吸着面３よりも低い位置となるよう注意する必要がある。図５の例では第一の溝１０ａの深さを０．２ｍｍとしたが、これを更に深くすることでポリイミド１１塗布の作業をより容易にすることも可能である。
【００２４】
本発明の第二の実施例を図６以降に示す。この例では、誘電体薄膜１を形成する前の基材２には第一の実施例と同様の配置で第一の溝１０ａだけを設けておき、従来の静電チャック同様、吸着面３全体に誘電体薄膜１を形成する（図６）。本実施例ではその後、図７のように誘電体薄膜１の一部を基材２と共に除去し、第二の溝１０ｂを形成した。この場合、第二の溝１０ｂを形成する前の段階においては吸着面３において従来同様、高低差１００μｍ強の大きな凸状の反りが発生しているが、第二の溝１０ｂを形成すると同時に前記凸状の反りは高低差１μｍ前後まで低減される。尚、本実施例も図８に示したように、第二の溝１０ｂにおいて露出した基材２をポリイミド１１にて被覆することで放電の発生を防止している。
【００２５】
更に本発明の第三の実施例を図９以降に示す。
誘電体薄膜１を形成する前の基材２には、第二の実施例と同様の配置で第一の溝１０ａだけを設けておく。本実施例ではその後、第一の溝１０ａの中央部に沿ってマスキングを行ってから誘電体薄膜１を形成することで、誘電体薄膜１を複数の部分に分離する。マスキングを行う方法は様々なものが考えられるが、容易に実施できる一例としては、上記基材２の吸着面３全体に紫外線硬化型樹脂シート１２を貼り付けた後（図１０）、前記第一の溝１０ａの中央部に沿って紫外線硬化型樹脂シート１２が幅１ｍｍで残留するようフォトリソグラフィ処理を行うのが良い（図１１）。これにより第１の溝１０ａの底面において紫外線硬化型樹脂シート１２によるマスキングが施され（図１２）、その後は静電チャック吸着面３全体にエアロゾルデポジション法にて誘電体薄膜１を形成すれば（図１３）、誘電体薄膜１を複数の部分に分離することが出来る（図１４）。尚、本実施例においても、誘電体薄膜１の境界部１３において露出した基材２を、放電防止のため第一、第二の実施例と同様にポリイミド１１で被覆している（図１５）。
【００２６】
比較例
図２０に示したのは、図１の本発明の静電チャックと比較して誘電体薄膜を分割する溝がないものである。
このような構造の従来の静電チャックにおいては、吸着面３全体を誘電体薄膜１が一枚板で覆っているため、前述のように基材２と誘電体薄膜１との境界面において大きな応力が残留している。発明者らが行った実験及び解析によれば、誘電体薄膜１の厚さが２０μｍに達したとき、吸着面３に平行な向きに基材２が受ける応力は、平均で７６００００Ｐａ前後に達する。これにより本従来例のように８インチ静電チャックを製作した場合は、基材２内部の冷媒流路９の形状にもよるが、吸着面３は最大で１００μｍ程度も凸状に反ってしまうこととなる。
【００２７】
本発明では、静電チャックの吸着面３を構成する誘電体薄膜１を複数の小面積部分に分離し、エアロゾルデポジション法により誘電体薄膜１を形成後、基材２と誘電体薄膜１との間に生じる残留応力を低減し、この結果静電チャック吸着面３に生じる反りを低減することが肝要である。以上に示した各実施例は誘電体薄膜１を複数の小面積部分に分離するための方法の数例を紹介したものであり、溝１０の配置やその断面形状はこれら実施例で紹介したものに限定されない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、エアロゾルデポジション法により製作され、且つ吸着面における反りの発生を従来に比べ大幅に低減することのできる静電チャックを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例である静電チャックを示す外観図である。
【図２】図１に示した静電チャックでシリコンウェハを吸着したところの断面を示す概念図である。
【図３】図１に示した静電チャックの、誘電体薄膜を形成する前における基材の溝部構造を示す断面図である。
【図４】図３に示した基材の溝部において、誘電体薄膜形成後の様子を示す断面図である。
【図５】図４に示した基材の溝部において、第２の溝をポリイミドで被覆した様子を示す断面図である。
【図６】本発明の第二の実施例である静電チャックを製作するにあたり、第二の溝を形成する前の段階における溝部構造を示す断面図である。
【図７】図６に示した溝部において、誘電体薄膜の一部を基材と共に除去し、第二の溝を形成したところの様子を示す断面図である。
【図８】図７に示した溝部において、第２の溝をポリイミドで被覆した様子を示す断面図である。
【図９】本発明の第三の実施例である静電チャックを製作するにあたり、誘電体薄膜を形成する前の段階における溝部構造を示す断面図である。
【図１０】図９に示した溝部において、紫外線硬化型樹脂シートを貼り付けた様子を示す断面図である。
【図１１】図１０に示した溝部において、紫外線硬化型樹脂シート上にポジフィルムを置き、紫外線を照射する様子を示す断面図である。
【図１２】図１１に示した溝部において、フォトリソグラフィ処理によりマスキングを施した様子を示す断面図である。
【図１３】図１２に示した溝部において、エアロゾルデポジション法により誘電体薄膜を形成した様子を示す断面図である。
【図１４】図１３に示した溝部において、紫外線硬化型樹脂シートを除去し、誘電体薄膜が溝部において分離されている様子を示す断面図である。
【図１５】図１４に示した基材の溝部において、誘電体薄膜の境界部において露出した基材をポリイミドで被覆した様子を示す断面図である。
【図１６】本発明により製作された静電チャックの吸着面上に設けられた突起の形状を示す外観図である。
【図１７】エアロゾルデポジション法により製作された従来の静電チャックの一例を示す外観図である。
【図１８】エアロゾルデポジション法の製造装置を示す図。
【符号の説明】
１…誘電体薄膜
２…基材
３…吸着面
４…シールリング
５…ボルト穴
６…シリコンウェハ
７…ガス冷却空間
８…冷却ガス供給孔
９…冷媒流路
１０…溝
１０ａ…第一の溝
１０ｂ…第二の溝
１１…ポリイミド
１２…紫外線硬化型樹脂シート
１３…境界部
１４…紫外線
１５…ポジフィルム
１６…突起
１７…ノズル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic chuck used for mounting and fixing an object to be processed in a semiconductor manufacturing apparatus.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor manufacturing apparatus such as a CVD film forming apparatus, an electrostatic chuck is used as an apparatus for attracting and holding a non-processed object that is mainly a silicon wafer. Various structures and manufacturing methods of electrostatic chucks have been proposed so far, such as those in which an electrode layer is provided inside ceramics. (See Patent Document 1)
Further, the inventor of the present invention has been studying improvements, particularly focusing on an electrostatic chuck having a structure in which a dielectric thin film is formed on a base made of a conductor by an aerosol deposition method. (See Patent Document 2)
Here, the aerosol deposition method means that an aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas is sprayed from a nozzle toward a base material, the aerosol is made to collide with the base material, and the fine particles are caused by the impact of the collision. In this method, a thin film made of the constituent material of the fine particles is formed on the substrate by crushing and deforming and joining.
If a metal plate such as aluminum is used as the base material and a dielectric material such as alumina is used as the fine particles of the brittle material, a so-called monopolar electrostatic structure in which a dielectric thin film is formed on the conductive material by the aerosol deposition method. A chuck can be manufactured.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-21228 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-190512
[Problems to be solved by the invention]
Generally, when a thin film is formed on a substrate by an aerosol deposition method, warpage occurs on the surface of the thin film. Although the detailed cause is currently unknown, as described above, the aerosol deposition method forms a film while colliding the fine particles of the brittle material against the surface of the base material, so the brittle material is constantly compressed in a thin film. Will be formed. As a result, after the film formation is completed, a stress in the direction of expanding the boundary surface remains at the boundary surface between the base material and the thin film, and this residual stress is considered to cause warpage of the base material and the thin film.
[0005]
For example, when a film having a thickness of 20 μm is formed with fine particles made of alumina ceramics on a disk made of aluminum having a diameter of 100 mm and a thickness of 10 mm as a base material, a convex shape having a height difference of 13 μm is formed on the surface of the dielectric thin film. In other words, it was confirmed that the back surface of the base material warps on a concave with a height difference of 13 μm.
From the above results, when an electrostatic chuck for adsorbing an 8-inch wafer (that is, a diameter of 200 mm) is manufactured by the aerosol deposition method, a convex warp with a height difference of more than 100 μm occurs on the surface of the dielectric thin film. It is expected that.
[0006]
When the large warp as described above occurs on the attracting surface of the electrostatic chuck, various problems arise.
For example, in an electrostatic chuck used in an etching apparatus in a semiconductor manufacturing process, an object to be processed mainly composed of a silicon wafer is adsorbed and fixed by an electrostatic chuck, and the object to be adsorbed is cooled by the electrostatic chuck. Processing is performed. At this time, if there is a large warp on the chucking surface of the electrostatic chuck, the surface contact between the electrostatic chuck and the object to be processed will not be uniform, resulting in variations in the cooling performance of the electrostatic chuck within the chucking surface. There arises a problem that the etching rate of the processed object varies in the plane. In general, a cooling gas having a constant pressure is sealed as a cooling medium between the electrostatic chuck and the workpiece. However, if there is a large warp on the electrostatic chuck attracting surface, There is a possibility that the sealing with the cooling gas cannot be maintained at the seal ring provided near the outer periphery of the chuck, the cooling gas leaks around the electrostatic chuck, and the cooling performance by the cooling gas may be significantly reduced. high.
[0007]
It is conceivable to correct deformation due to warping by grinding the chucking surface of the electrostatic chuck, but considering the current deposition technology by aerosol deposition method and the chucking performance of the electrostatic chuck, Since the maximum thickness of the dielectric thin film that can be formed is 50 μm, it is impossible to correct a warp of about 100 μm by grinding.
[0008]
As an effective measure for reducing the above-mentioned warpage, a manufacturing method in which a thin film is formed on both surfaces of the base material can be considered, but the base material in the electrostatic chuck is not a disk with a uniform thickness, and a cooling water channel is formed inside the base material In general, even if a film is formed on both sides of the substrate, the residual stress on both sides is not likely to cancel out evenly, and the warp is corrected. It is difficult.
[0009]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to produce an electrostatic discharge that is manufactured by an aerosol deposition method and can significantly reduce the occurrence of warpage on the adsorption surface. It is to provide a chuck.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, claim 1 is directed to spraying an aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas toward a conductive base material from a nozzle, causing the aerosol to collide with the surface of the conductive base material, The electrostatic chuck having the dielectric thin film made of the constituent material of the fine particles formed on the conductive base material by the impact of the collision to form a dielectric thin film on the conductive substrate, and the dielectric thin film surface as an adsorption surface Because
A groove is formed on the surface of the conductive substrate, and the dielectric thin film is separated into a plurality of portions by the groove.
With the above configuration, the dielectric thin film formed by the aerosol deposition method is separated into a plurality of small area portions, and residual stress accumulated in each dielectric thin film and the resulting warp are each It can be reduced according to the area of the dielectric thin film.
[0011]
As a preferred embodiment of the present invention, a second groove is further formed on the bottom surface of the first groove formed on the conductive base material, and the dielectric thin film is separated into a plurality of portions by the second groove. It was set as the structure to do.
With the above configuration, when film formation is performed by the aerosol deposition method, the film is not formed on the inner surface of the second groove, and the dielectric thin film is automatically separated and accumulated in each dielectric thin film after film formation. The residual stress and the resulting warp can be reduced according to the area of each dielectric thin film.
[0012]
As a preferred aspect of the present invention, the dielectric thin film is formed on the bottom surface of the groove formed in the conductive base material and then masked along the groove, thereby forming the dielectric thin film on the masking portion. It was set as the structure which isolate | separates into several parts by using as a boundary.
With the above configuration, the dielectric thin film can be easily separated along the groove, and the residual stress accumulated in each dielectric thin film after the film formation and the resulting warp are determined for each dielectric. It can be reduced according to the area of the thin film.
[0013]
As a preferred embodiment of the present invention, after forming the dielectric thin film on the surface of the conductive base material on which the groove is formed, the dielectric thin film is removed along the groove, thereby making the dielectric thin film a plurality of It was set as the structure isolate | separated into a part.
With the above-described configuration, the dielectric thin film can be separated into a plurality of portions after the film formation is performed with the conventional apparatus and conditions, and the residual stress accumulated after the film formation on each dielectric thin film and The resulting warpage can be reduced according to the area of each dielectric thin film.
[0014]
As a preferred aspect of the present invention, the exposed conductive base material is covered with an insulating material at a boundary portion of the dielectric thin film separated into the plurality of portions.
By setting it as the said structure, since the exposed part of the electroconductive base material surface is lose | eliminated, the discharge phenomenon generate | occur | produced between an electroconductive base material and a to-be-adsorbed object can be prevented.
[0015]
As a preferred embodiment of the present invention, polyimide is used as the insulating material for covering the exposed conductive substrate.
By adopting the above configuration, it is possible to easily form the coating of the exposed portion of the conductive base material, and since polyimide is flexible compared to metal, there is no warping of the adsorption surface, Furthermore, polyimide has a track record as a material constituting the electrostatic chuck attracting surface, and does not contaminate the object to be attracted.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, the outline of the manufacturing apparatus 20 by the aerosol deposition method will be described with reference to FIG. The inside of the vacuum chamber 27 of the manufacturing apparatus 20 is put into a vacuum environment by the vacuum pump 23. The aerosol is led out from an aerosol generator 25 connected to a nitrogen gas cylinder 26 through a gas transport pipe, and the fine particles of the derived aerosol are ejected from a nozzle 24 and fixed to be movable by an XY stage 22. It collides with the substrate and is crushed and deformed to form a thin film on the substrate.
[0017]
FIG. 1 is an external view showing an electrostatic chuck according to a first embodiment of the present invention.
It is an example of the electrostatic chuck manufactured by the aerosol deposition method, and is an external view showing an electrostatic chuck for a plasma etching apparatus in a semiconductor manufacturing process. In manufacturing the electrostatic chuck, before the dielectric thin film 1 is formed, a seal ring 4 for supporting the silicon wafer 6, a protrusion 16 (not shown), and the substrate 2 are formed on the adsorption surface 3 of the substrate 2. A shape processing such as a fixing bolt hole 5 is performed in the vicinity of the outer peripheral portion of the substrate, and then the dielectric thin film 1 is formed to a thickness of 20 μm on the entire adsorption surface 3 of the substrate 2 by an aerosol deposition method.
[0018]
The base material 2 is aluminum, and alumina ceramics is used as the material of fine particles in the aerosol for forming the dielectric thin film 1. If a voltage is applied between the base material 2 and the silicon wafer 6 in a state where the silicon wafer 6 is placed on the dielectric thin film 1 forming the adsorption surface 3, a Coulomb force acts between the two and the silicon wafer 6 is Adsorption can be held.
[0019]
In order to explain a specific structure, a conceptual diagram showing a cross section when the silicon wafer 6 is adsorbed by the electrostatic chuck shown in FIG. 1 is shown in FIG. FIG. 2 exaggerates some dimensions to show the structure, and the scale is not correct.
In FIG. 2, a gas cooling space 7 having a thickness of 10 μm is formed between the electrostatic chuck attracting surface 3 and the silicon wafer 6 by a projection 16 (not shown) provided on the surface of the electrostatic chuck. The gas is supplied to the gas cooling space 7 through the cooling gas supply hole 8 provided in the center of the electrostatic chuck, and the gas cooling space 7 is maintained at a predetermined pressure required for cooling the silicon wafer 6. In the outermost peripheral portion of the adsorption surface 3, a seal ring 4 having the same height as the protrusion 16 provided on the adsorption surface 3 is provided so that the cooling gas does not leak around.
Here, the shape of the protrusions 16 provided on the surface of the electrostatic chuck is very small, and the number of the protrusions 16 is omitted because it is large. FIG. 16 shows an enlargement of the shape of the protrusions 16. A plurality of the same circular protrusions 16 are provided on the adsorption surface 3 of the base material 2 before forming the dielectric thin film 1.
As shown in the figure, the outer periphery of the protrusion 16 has a slope, and the angle between the slope and the electrostatic chuck attracting surface 3 is designed to be 15 degrees.
[0020]
Here, the electrostatic chuck of the present invention is different from the conventional electrostatic chuck in that a groove 10 for separating the dielectric thin film 1 into a plurality of parts is formed. Hereinafter, the structure of the groove 10 will be described in detail. In addition, not only the aerosol deposition method but also an electrostatic chuck manufactured by another manufacturing method, there are many examples in which grooves are provided on the attracting surface 3, but these conventional grooves are formed by the electrostatic chuck and the silicon wafer 6. Is provided for the purpose of increasing the diffusion rate of the cooling gas in the gas cooling space 7 formed between the two. On the other hand, the groove 10 in this embodiment is for separating the dielectric thin film 1 into a plurality of portions as described above, and its structure and purpose are different from those of the conventional groove. .
[0021]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the groove 10 part before the dielectric thin film 1 is formed on the electrostatic chuck substrate 2 shown in FIG. In the figure, the groove 10 has a width of 5 mm and a depth of 0.2 mm, and a first groove 10a whose both side surfaces are inclined by 15 degrees with respect to the electrostatic chuck attracting surface 3, and a central portion of the first groove 10a. And a second groove 10b having a width of 1 mm and a depth of 0.5 mm and both side surfaces being perpendicular to the electrostatic chuck attracting surface 3.
The dielectric thin film 1 is formed on the adsorption surface 3 by the aerosol deposition method on the base material 2 on which the first groove 10a and the second groove 10b as described above are arranged. At this time, since the side surface of the first groove 10a is inclined by 15 degrees with respect to the electrostatic chuck attracting surface 3, the dielectric thin film 1 is formed in the same manner as the electrostatic chuck attracting surface 3. Since the side surface of the groove 10b is perpendicular to the electrostatic chuck attracting surface 3, no matter what the angle of the nozzle 17 that ejects the aerosol is set, at least one side surface of the second groove side surface is fine particles. Therefore, the dielectric thin film 1 is not formed as shown in FIG. That is, the dielectric thin film 1 is continuously formed up to the chucking surface 3 of the electrostatic chuck, both side surfaces of the first groove 10a, and the bottom surface of the first groove 10a, but on the side surface of the second groove 10b. Since they are not formed, they are separated by the second groove 10b.
If the inclination of the film formation surface is within 15 degrees with respect to the suction surface 3 and the angle of the nozzle 17 during film formation is 60 degrees with respect to the suction surface 3 as in this embodiment, the nozzle 17 Film formation can be performed under favorable conditions while maintaining the above-mentioned angle of 45 to 75 degrees with respect to any part of the film formation surface.
[0022]
Since the arrangement of the grooves 10 on the electrostatic chuck attracting surface 3 is as shown in FIG. 1, the dielectric thin film 1 is separated into a total of 17 parts in this case, and the area of each dielectric thin film 1 is as follows. By making it smaller, the convex warpage occurring in each can be reduced to a height difference of about 1 μm.
[0023]
By the way, immediately after the dielectric thin film 1 is formed by the aerosol deposition method on the base material 2 having such a groove 10, the base material made of aluminum on the inner wall of the second groove 10b as shown in FIG. 2 is exposed. If the silicon wafer 6 is adsorbed in this state, a discharge is generated between the exposed base material 2 and the silicon wafer 6. In this embodiment, in order to prevent the discharge, after forming the dielectric thin film 1, As shown in FIG. 5, the second groove 10 b is covered with the polyimide 11. Here, if the surface of the polyimide 11 is higher than the electrostatic chuck attracting surface 3, the silicon wafer 6 and the polyimide 11 may come into contact with each other to deform the silicon wafer 6. Since the flow path of the cooling gas supplied to the silicon wafer 6 may be hindered, the surface of the polyimide 11 is positioned lower than the electrostatic chuck attracting surface 3 when the polyimide 11 is applied. You need to be careful. In the example of FIG. 5, the depth of the first groove 10 a is 0.2 mm, but it is also possible to make the work of applying the polyimide 11 easier by making this deeper.
[0024]
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. In this example, the substrate 2 before forming the dielectric thin film 1 is provided with only the first groove 10a in the same arrangement as in the first embodiment, and the entire attracting surface 3 as in the conventional electrostatic chuck. A dielectric thin film 1 is formed on the substrate (FIG. 6). In this example, after that, as shown in FIG. 7, a part of the dielectric thin film 1 was removed together with the base material 2 to form the second groove 10b. In this case, in the stage before the second groove 10b is formed, a large convex warp with a height difference of slightly more than 100 μm is generated on the suction surface 3 as in the conventional case, but at the same time as the second groove 10b is formed, The convex warpage is reduced to a height difference of around 1 μm. In this embodiment, as shown in FIG. 8, the substrate 2 exposed in the second groove 10 b is covered with the polyimide 11 to prevent the occurrence of discharge.
[0025]
Further, a third embodiment of the present invention is shown in FIG.
The base material 2 before forming the dielectric thin film 1 is provided with only the first groove 10a in the same arrangement as in the second embodiment. In this embodiment, the dielectric thin film 1 is separated into a plurality of portions by forming the dielectric thin film 1 after performing masking along the central portion of the first groove 10a. Various methods of masking can be considered. As an example that can be easily implemented, after the ultraviolet curable resin sheet 12 is pasted on the entire adsorption surface 3 of the substrate 2 (FIG. 10), the first It is preferable to perform a photolithography process so that the ultraviolet curable resin sheet 12 remains with a width of 1 mm along the central portion of the groove 10a (FIG. 11). As a result, the bottom surface of the first groove 10a is masked with the ultraviolet curable resin sheet 12 (FIG. 12), and then the dielectric thin film 1 is formed on the entire electrostatic chuck attracting surface 3 by the aerosol deposition method. (FIG. 13) The dielectric thin film 1 can be separated into a plurality of parts (FIG. 14). Also in this embodiment, the base material 2 exposed at the boundary portion 13 of the dielectric thin film 1 is covered with the polyimide 11 as in the first and second embodiments to prevent discharge (FIG. 15). .
[0026]
Comparative Example FIG. 20 shows that there is no groove for dividing the dielectric thin film as compared with the electrostatic chuck of the present invention shown in FIG.
In the conventional electrostatic chuck having such a structure, the entire attracting surface 3 is covered with a single sheet of the dielectric thin film 1, so that the boundary surface between the substrate 2 and the dielectric thin film 1 is large as described above. Stress remains. According to experiments and analyzes conducted by the inventors, when the thickness of the dielectric thin film 1 reaches 20 μm, the stress applied to the base material 2 in the direction parallel to the attracting surface 3 reaches about 760000 Pa on average. As a result, when an 8-inch electrostatic chuck is manufactured as in the conventional example, the adsorption surface 3 warps in a convex shape by a maximum of about 100 μm, depending on the shape of the refrigerant flow path 9 inside the base material 2. It will be.
[0027]
In the present invention, the dielectric thin film 1 constituting the adsorption surface 3 of the electrostatic chuck is separated into a plurality of small area portions, and after the dielectric thin film 1 is formed by the aerosol deposition method, the substrate 2, the dielectric thin film 1, It is important to reduce the residual stress generated during the process, and as a result, reduce the warp generated on the electrostatic chuck attracting surface 3. Each of the above-described embodiments has introduced several examples of methods for separating the dielectric thin film 1 into a plurality of small area portions, and the arrangement of the grooves 10 and the cross-sectional shape thereof are those introduced in these embodiments. It is not limited to.
[0028]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the electrostatic chuck which is manufactured by the aerosol deposition method, and can generate | occur | produce significantly the curvature of a suction surface compared with the past.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view showing an electrostatic chuck according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a cross-section when a silicon wafer is attracted by the electrostatic chuck shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the groove structure of the base material of the electrostatic chuck shown in FIG. 1 before forming a dielectric thin film.
4 is a cross-sectional view showing a state after forming a dielectric thin film in the groove portion of the base material shown in FIG.
5 is a cross-sectional view showing a state where a second groove is covered with polyimide in the groove portion of the base material shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a groove structure in a stage before forming a second groove in manufacturing an electrostatic chuck according to a second embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view showing a state in which a part of the dielectric thin film is removed together with the base material in the groove portion shown in FIG. 6 to form a second groove.
8 is a cross-sectional view showing a state in which the second groove is covered with polyimide in the groove portion shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a groove structure in a stage before forming a dielectric thin film in manufacturing an electrostatic chuck according to a third embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view showing a state in which an ultraviolet curable resin sheet is attached to the groove shown in FIG.
11 is a cross-sectional view showing a state in which a positive film is placed on an ultraviolet curable resin sheet and irradiated with ultraviolet rays in the groove shown in FIG.
12 is a cross-sectional view showing a state where masking is performed by photolithography in the groove shown in FIG. 11. FIG.
13 is a cross-sectional view showing a state in which a dielectric thin film is formed by an aerosol deposition method in the groove shown in FIG.
14 is a cross-sectional view showing a state in which the ultraviolet curable resin sheet is removed in the groove portion shown in FIG. 13 and the dielectric thin film is separated in the groove portion. FIG.
15 is a cross-sectional view showing a state in which the base material exposed at the boundary portion of the dielectric thin film is coated with polyimide in the groove portion of the base material shown in FIG.
FIG. 16 is an external view showing the shape of a protrusion provided on an attracting surface of an electrostatic chuck manufactured according to the present invention.
FIG. 17 is an external view showing an example of a conventional electrostatic chuck manufactured by an aerosol deposition method.
FIG. 18 is a view showing a manufacturing apparatus of an aerosol deposition method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Dielectric thin film 2 ... Base material 3 ... Adsorption surface 4 ... Seal ring 5 ... Bolt hole 6 ... Silicon wafer 7 ... Gas cooling space 8 ... Cooling gas supply hole 9 ... Refrigerant flow path 10 ... Groove 10a ... First groove 10b ... Second groove 11 ... Polyimide 12 ... UV curable resin sheet 13 ... Boundary portion 14 ... UV 15 ... Positive film 16 ... Protrusion 17 ... Nozzle

Claims

脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを導電性基材に向けてノズルより噴射し、前記エアロゾルを前記導電性基材表面に衝突させ、この衝突の衝撃によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、前記微粒子の構成材料からなる誘電体薄膜を前記導電性基材上に形成し、前記誘電体薄膜表面を吸着面とした静電チャックであって、
前記導電性基材表面に溝が形成され、前記誘電体薄膜が前記溝によって複数の部分に分離されていることを特徴とする静電チャック。An aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas is sprayed from a nozzle toward a conductive substrate, the aerosol collides with the surface of the conductive substrate, and the fine particles are crushed and deformed by the impact of the collision. An electrostatic chuck having a dielectric thin film made of a constituent material of the fine particles formed on the conductive substrate and having the surface of the dielectric thin film as an adsorption surface,
A groove is formed on the surface of the conductive substrate, and the dielectric thin film is separated into a plurality of portions by the groove.

前記導電性基材に形成された第一の溝の底面部に、更に第二の溝を形成し、前記誘電体薄膜が前記第二の溝によって複数の部分に分離さ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。A second groove is further formed on the bottom surface of the first groove formed in the conductive base material, and the dielectric thin film is separated into a plurality of portions by the second groove. The electrostatic chuck according to claim 1.

前記導電性基材に形成された溝の底面上に、該溝に沿ってマスキングを施した後前記誘電体薄膜を形成することで、前記誘電体薄膜を前記マスキング部を境界として複数の部分に分離したことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。Forming the dielectric thin film on the bottom surface of the groove formed in the conductive substrate along the groove and then forming the dielectric thin film into a plurality of portions with the masking portion as a boundary. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the electrostatic chuck is separated.

前記溝が形成された導電性基材表面に前記誘電体薄膜を形成した後、前記溝に沿って前記誘電体薄膜を除去することで、前記誘電体薄膜を複数の部分に分離したことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。The dielectric thin film is separated into a plurality of portions by forming the dielectric thin film on the surface of the conductive substrate on which the groove is formed, and then removing the dielectric thin film along the groove. The electrostatic chuck according to claim 1.

前記複数の部分に分離された誘電体薄膜の境界部において、露出した前記導電性基材を絶縁性材料にて被覆したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の静電チャック。The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the exposed conductive substrate is covered with an insulating material at a boundary portion of the dielectric thin film separated into the plurality of portions. .

前記露出した導電性基材を被覆する前記絶縁性材料として、ポリイミドを用いたことを特徴とする請求項５に記載の静電チャック。The electrostatic chuck according to claim 5, wherein polyimide is used as the insulating material covering the exposed conductive base material.