JP2010073722A - Electrostatic chuck - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic chuck that uses an inorganic material for a dielectric layer and prevents characteristics of heat resistance, corrosion resistance, surface flatness, etc., as advantages of the inorganic material from being degraded, and generates attracting force similar to that of an electrostatic chuck using an organic material such as polyimide for a dielectric layer. <P>SOLUTION: The electrostatic chuck has the dielectric layer 3 on a base made of a conductive silicon substrate 1, wherein the dielectric layer 3 is formed of a single crystal thin film made of one of AlN, GaN, and AlGaN and having a dielectric breakdown electric field strength of ≥1 MV/cm on the silicon substrate 1 with a buffer layer 2 interposed, and the buffer layer 2 has a multilayered structure formed by laminating a first nitride semiconductor single crystal layer formed on the silicon substrate 1 and a second nitride semiconductor single crystal layer made of a different material or having a different composition from the first nitride semiconductor single crystal layer alternately in this order. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体・液晶製造装置等において、基板等の保持、固定、搬送等に用いられる静電チャックに関する。   The present invention relates to an electrostatic chuck used for holding, fixing, transporting a substrate or the like in a semiconductor / liquid crystal manufacturing apparatus or the like.

従来から、半導体・液晶製造装置等においては、半導体基板やガラス基板等を吸着して保持するための静電チャックが使用されている。この静電チャックは、真空中でも使用することができ、ドライエッチング装置内での基板保持、反りの矯正、また、真空中での基板の搬送等にも広く用いられている。   Conventionally, electrostatic chucks for attracting and holding a semiconductor substrate, a glass substrate, and the like are used in semiconductor / liquid crystal manufacturing apparatuses and the like. This electrostatic chuck can be used even in a vacuum, and is widely used for holding a substrate in a dry etching apparatus, correcting warpage, and transporting the substrate in a vacuum.

静電チャックは、一般に、図４に示すように、給電端子１５に接続された吸着力発生用電極７と、前記電極７の上面に形成され、被吸着物を載置する誘電層１３と、前記電極７の背面の支持部６との３つの部品から構成されている。
これらの３つの部品を一体化させる方法は、誘電層の材質によって様々である。誘電層の材質は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＳｉＣ等のセラミックス（多結晶）、または、ポリイミド等の樹脂が一般的である。 As shown in FIG. 4, the electrostatic chuck generally has an attracting force generation electrode 7 connected to a power supply terminal 15, a dielectric layer 13 formed on the upper surface of the electrode 7 on which an object to be attracted is placed, It consists of three parts with the support part 6 on the back surface of the electrode 7.
The method for integrating these three parts varies depending on the material of the dielectric layer. As a material of the dielectric layer, ceramics (polycrystal) such as Al ₂ O ₃ , AlN, and SiC, or a resin such as polyimide is generally used.

例えば、特許文献１には、ポリイミド系樹脂のフィルムおよび接着剤を用いて誘電層を構成し、一体化させる方法が記載されている。
また、特許文献２には、高温環境で利用可能とするために、誘電層、電極および基体を、ホットプレスにて焼結、接合して、一体化させた無機材料のみで構成された静電チャックが記載されている。
さらに、特許文献３には、電極を配置した基材上に、エアロゾルデポジション法等によって、アルミナ微粒子等からなる誘電層を形成した静電チャックが記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a method of forming and integrating a dielectric layer using a polyimide resin film and an adhesive.
Patent Document 2 discloses an electrostatic structure composed only of an inorganic material obtained by sintering and bonding a dielectric layer, an electrode, and a substrate by hot pressing in order to make them usable in a high temperature environment. A chuck is described.
Furthermore, Patent Document 3 describes an electrostatic chuck in which a dielectric layer made of alumina fine particles or the like is formed on a substrate on which electrodes are arranged by an aerosol deposition method or the like.

このような各種構成からなる静電チャックのうち、耐熱性や耐食性、表面平坦性等が求められる用途においては、上記特許文献２，３に記載されているようなセラミックス製の静電チャックが好適に用いられている。   Among the electrostatic chucks having such various configurations, the ceramic electrostatic chucks described in Patent Documents 2 and 3 are suitable for applications requiring heat resistance, corrosion resistance, surface flatness, and the like. It is used for.

特開平５−３４７３５２号公報JP-A-5-347352 特開２００６−２６９８２６号公報JP 2006-269826 A 特開２００５−２２３１８５号公報JP 2005-223185 A

ところで、上記のような誘電層を備えたクーロン力型の静電チャックにおいては、その吸着力は、該静電チャック内の電極に電圧を印加した際に生じる分極電荷間のクーロン力によって発生し、吸着力の大きさＦは、ε（Ｖ／ｄ）²に比例する（Ｖ：印加電圧、ε：誘電層の誘電率、ｄ：誘電層厚）。
被吸着物の反りの矯正や、重量物の搬送等の観点からは、静電チャックの吸着力は、できる限り強いことが好ましい。より強い吸着力を発生させるためには、ε（Ｖ／ｄ）²の値が大きい誘電層材料が求められる。 By the way, in the Coulomb force type electrostatic chuck having the dielectric layer as described above, the attracting force is generated by the Coulomb force between polarized charges generated when a voltage is applied to the electrode in the electrostatic chuck. The magnitude F of the attractive force is proportional to ε (V / d) ² (V: applied voltage, ε: dielectric constant of dielectric layer, d: dielectric layer thickness).
From the viewpoint of correcting the warpage of the object to be attracted, transporting heavy objects, etc., it is preferable that the attracting force of the electrostatic chuck is as strong as possible. In order to generate a stronger adsorption force, a dielectric layer material having a large value of ε (V / d) ² is required.

（Ｖ／ｄ）²の値は、印加電圧Ｖを高くするか、あるいはまた、誘電層厚ｄを薄くすることにより大きくなるが、（Ｖ／ｄ）²の最大値は、その材料の絶縁破壊電界強度Ｅｃで与えられる。このため、強い吸着力を発生させるには、誘電率εおよび絶縁破壊電界強度Ｅｃが大きい材料を誘電層として用いる必要がある。 The value of (V / d) ² is increased by increasing the applied voltage V or by decreasing the dielectric layer thickness d, but the maximum value of (V / d) ² is the dielectric breakdown of the material. It is given by the electric field strength Ec. For this reason, in order to generate a strong adsorption force, it is necessary to use a material having a large dielectric constant ε and dielectric breakdown field strength Ec as the dielectric layer.

静電チャックの誘電層材料として用いられている代表的な材料の諸物性を表１に示す。   Table 1 shows various physical properties of typical materials used as the dielectric layer material of the electrostatic chuck.

表１に示したように、アルミナセラミックス、ＡｌＮセラミックス等の無機材料は、ポリイミド樹脂に比べると、Ｅｃが低く、εＥｃ²の値も小さい。すなわち、これらの無機材料は、ポリイミド樹脂等の有機材料に比べて、耐熱性や耐食性、表面平坦性等の点では優れた特性を示すものの、静電チャックの誘電層として用いた場合、吸着力の点では、ポリイミド樹脂に劣る。 As shown in Table 1, inorganic materials such as alumina ceramics and AlN ceramics have lower Ec and smaller values of εEc ² than polyimide resins. That is, these inorganic materials exhibit superior properties in terms of heat resistance, corrosion resistance, surface flatness, etc. compared to organic materials such as polyimide resins, but when used as a dielectric layer of an electrostatic chuck, In this point, it is inferior to polyimide resin.

また、製造方法に関しても、上記特許文献２に記載されているような無機材料を高温・高圧下で一体化させるタイプの静電チャックは、特許文献１に記載されているような有機系の材料や接着剤を用いて、接合、一体化させるタイプに比べて、ホットプレス等の専用の製造装置が必要であり、工程が煩雑となる。
これに比べて、上記特許文献３に記載されたような静電チャックは、製造工程を簡略することができるが、誘電層がセラミックス粒子からなる薄膜であるため、Ｅｃは、従来のセラミックス系のものと基本的に変わらず、吸着力を根本的に向上させることは困難である。 Further, regarding the manufacturing method, the electrostatic chuck of the type in which the inorganic material described in Patent Document 2 is integrated at a high temperature and high pressure is an organic material as described in Patent Document 1. Compared with a type in which bonding or integration is performed using an adhesive or an adhesive, a dedicated manufacturing apparatus such as a hot press is required, and the process becomes complicated.
In comparison, the electrostatic chuck as described in Patent Document 3 can simplify the manufacturing process. However, since the dielectric layer is a thin film made of ceramic particles, Ec is a conventional ceramic type. Basically, it is difficult to fundamentally improve the adsorptive power.

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、誘電層に無機材料を用い、無機材料の利点である耐熱性や耐食性、表面平坦性等の特性を損なうことなく、かつ、ポリイミド等の有機材料を誘電層に用いた静電チャックと同等程度の吸着力を発生することができる静電チャックを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above technical problem, using an inorganic material for the dielectric layer, without impairing properties such as heat resistance, corrosion resistance, and surface flatness, which are advantages of the inorganic material, and An object of the present invention is to provide an electrostatic chuck capable of generating an adsorption force equivalent to that of an electrostatic chuck using an organic material such as polyimide as a dielectric layer.

本発明に係る静電チャックは、導電性を有するシリコン基板からなる基材上に誘電層を備えた静電チャックであって、前記誘電層は、前記シリコン基板上にバッファ層を介して形成され、絶縁破壊電界強度が１ＭＶ／ｃｍ以上の単結晶薄膜であり、前記バッファ層は、前記シリコン基板上に形成された第１の窒化物半導体単結晶層と、前記第１の窒化物半導体単結晶層と異なる材料または組成からなる第２の窒化物半導体単結晶層とが、この順に交互に積層された多重積層構造で構成されていることを特徴とする。
無機材料からなる誘電層材料として、上記のような単結晶薄膜を用いることにより、耐熱性や耐食性、表面平坦性等に優れ、かつ、ポリイミド等の有機材料からなる誘電層を備えた静電チャックと同等程度の吸着力を得ることができる。
また、バッファ層を多重積層構造で構成しているため、誘電層の割れや欠けを防止することができ、誘電層を厚く形成することができる。 An electrostatic chuck according to the present invention is an electrostatic chuck provided with a dielectric layer on a base material made of a conductive silicon substrate, and the dielectric layer is formed on the silicon substrate via a buffer layer. And a single crystal thin film having a dielectric breakdown electric field strength of 1 MV / cm or more, and the buffer layer includes a first nitride semiconductor single crystal layer formed on the silicon substrate, and the first nitride semiconductor single crystal. The second nitride semiconductor single crystal layer made of a material or composition different from that of the layer is constituted by a multi-layered structure in which layers are alternately stacked in this order.
By using the single crystal thin film as described above as a dielectric layer material made of an inorganic material, the electrostatic chuck has excellent heat resistance, corrosion resistance, surface flatness, etc., and has a dielectric layer made of an organic material such as polyimide. It is possible to obtain the same level of adsorption force.
Further, since the buffer layer has a multi-layered structure, the dielectric layer can be prevented from cracking and chipping, and the dielectric layer can be formed thick.

前記バッファ層として、前記シリコン基板と前記多重積層構造との間に、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層がさらに設けられていることが好ましい。
このような構成とすることにより、誘電層の割れや欠けをより防止することができ、誘電層を厚く形成することができる。 It is preferable that a 3C—SiC single crystal layer is further provided as the buffer layer between the silicon substrate and the multi-layered structure.
With such a configuration, the dielectric layer can be further prevented from cracking and chipping, and the dielectric layer can be formed thick.

前記静電チャックにおいては、前記単結晶薄膜が、ＡｌＮ、ＧａＮおよびＡｌＧａＮのうちのいずれかからなることが好ましい。
これらの材料は、絶縁破壊電界強度が高く、誘電層材料として好適に用いることができる。 In the electrostatic chuck, it is preferable that the single crystal thin film is made of any one of AlN, GaN, and AlGaN.
These materials have a high dielectric breakdown electric field strength and can be suitably used as a dielectric layer material.

また、前記第１の窒化物半導体単結晶層及び前記第２の窒化物半導体単結晶層は、ＡｌＮ、ＧａＮおよびＡｌＧａＮのうちのいずれかからなることが好ましい。
これらの材料は、ＡｌＮ、ＧａＮおよびＡｌＧａＮのうちのいずれかからなる誘電層とシリコン基板のシリコンとの格子定数や熱膨張係数の違いを緩和することができるため、誘電層の割れや欠けを防止することができ、誘電層を厚く形成することができる。 The first nitride semiconductor single crystal layer and the second nitride semiconductor single crystal layer are preferably made of any one of AlN, GaN, and AlGaN.
These materials can alleviate the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the dielectric layer composed of any one of AlN, GaN and AlGaN and silicon of the silicon substrate, thus preventing the dielectric layer from cracking or chipping. The dielectric layer can be formed thick.

本発明に係る静電チャックによれば、誘電層材料として、無機材料の単結晶薄膜を用いることにより、耐熱性や耐食性、表面平坦性等に優れた無機材料の特性を備え、かつ、誘電層にポリイミド等の有機材料を用いた静電チャックと同等程度の吸着力を得ることができる。
また、本発明に係る静電チャックは、製造工程において、ホットプレス、表面平坦化処理等が不要であり、従来よりも容易に、吸着面の平滑性や剛性等の特性に優れた静電チャックとすることができる。 According to the electrostatic chuck of the present invention, by using a single crystal thin film of an inorganic material as a dielectric layer material, the dielectric layer has characteristics of an inorganic material excellent in heat resistance, corrosion resistance, surface flatness, and the like. In addition, it is possible to obtain an attracting force equivalent to that of an electrostatic chuck using an organic material such as polyimide.
In addition, the electrostatic chuck according to the present invention does not require hot pressing, surface flattening, etc. in the manufacturing process, and is easier than the conventional electrostatic chuck with excellent characteristics such as smoothness and rigidity of the attracting surface. It can be.

以下、本発明について、より詳細に説明する。
図１に、本発明に係る静電チャックの概略構成を示す。図１に示した静電チャックは、導電性を有するシリコン基板からなる基材１上に、バッファ層２を介して、単結晶薄膜からなる誘電層３が形成されている。また、前記基材１の背面には冷却ベース４が設けられ、前記基材１は、背面で給電端子５に接続されている。
すなわち、本発明に係る静電チャックは、単結晶薄膜を誘電層材料として用いることに特徴を有するものである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
FIG. 1 shows a schematic configuration of an electrostatic chuck according to the present invention. In the electrostatic chuck shown in FIG. 1, a dielectric layer 3 made of a single crystal thin film is formed on a base material 1 made of a conductive silicon substrate via a buffer layer 2. A cooling base 4 is provided on the back surface of the base material 1, and the base material 1 is connected to the power supply terminal 5 on the back surface.
That is, the electrostatic chuck according to the present invention is characterized by using a single crystal thin film as a dielectric layer material.

前記誘電層となる単結晶薄膜は、絶縁破壊電界強度Ｅｃが１ＭＶ／ｃｍ以上であることが好ましく、具体的には、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が好ましい。
このような化合物半導体にも用いられる材料である窒化物の単結晶薄膜により誘電層を形成することにより、ポリイミド等の有機材料からなる誘電層を備えた静電チャックと同等程度の吸着力を得ることができる。 The single crystal thin film serving as the dielectric layer preferably has a dielectric breakdown electric field strength Ec of 1 MV / cm or more, and specifically, AlN, GaN, AlGaN or the like is preferable.
By forming a dielectric layer from a single crystal thin film of nitride, which is also used for such compound semiconductors, an adsorption force equivalent to that of an electrostatic chuck having a dielectric layer made of an organic material such as polyimide is obtained. be able to.

前記絶縁破壊電界強度Ｅｃが１ＭＶ／ｃｍ未満である場合、従来のセラミックス系の誘電層を備えた静電チャックと同様であり、十分な吸着力が得られない。
吸着力に関しては、例えば、Ｅｃ＝２．０ＭＶ／ｃｍ、ε＝９．５のＧａＮ単結晶により誘電層を形成した場合、εＥｃ²＝３８．０であり、表１と比較して分かるように、従来のセラミックス製静電チャックの吸着力を大きく上回り、ポリイミドを誘電層に用いた静電チャックと同等程度の吸着力を得ることが可能となる。 When the dielectric breakdown electric field strength Ec is less than 1 MV / cm, it is the same as a conventional electrostatic chuck having a ceramic-based dielectric layer, and a sufficient attracting force cannot be obtained.
Regarding the adsorption force, for example, when a dielectric layer is formed of a GaN single crystal with Ec = 2.0 MV / cm and ε = 9.5, εEc ² = 38.0, which is understood from comparison with Table 1. Thus, it is possible to obtain a suction force equivalent to that of an electrostatic chuck using polyimide as a dielectric layer, which greatly exceeds the suction force of a conventional ceramic electrostatic chuck.

前記単結晶薄膜は、高品質かつ高平坦度の膜が得られるＣＶＤ等のエピタキシャル成長法（気相成長法）により形成する。
前記単結晶薄膜を形成する際に、ＣＶＤ等のエピタキシャル成長の条件を制御することにより、成膜後、特に、研削や研磨加工等の平坦度向上のための処理を施すことなく、シリコン基板の平坦度に準じた表面平坦度を得ることができる。
したがって、誘電層として、このような方法により形成した単結晶薄膜を適用することは、表面平坦性の観点からも好ましい。 The single crystal thin film is formed by an epitaxial growth method (vapor phase growth method) such as CVD, which can obtain a high quality and high flatness film.
When forming the single crystal thin film, by controlling the conditions of epitaxial growth such as CVD, it is possible to flatten the silicon substrate after film formation, particularly without performing processing for improving flatness such as grinding or polishing. The surface flatness according to the degree can be obtained.
Therefore, it is preferable from the viewpoint of surface flatness to apply a single crystal thin film formed by such a method as the dielectric layer.

上記のような単結晶薄膜のエピタキシャル成長には、単結晶基板が必要となるが、基板には、結晶性が高く、かつ、高平坦で、高品質であり、大口径品が容易に得られるシリコン基板を用いることが好ましい。
本発明においては、ｎ型またはｐ型の導電性シリコン基板を用い、この上に、バッファ層を形成した後、厚さ数μｍ〜数十μｍのＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等からなる単結晶薄膜を形成する。
これにより、特別な接合等の工程を要することなく、電極および支持部の役割を兼ねるシリコン基板上に、単結晶薄膜からなる誘電層を形成することができ、誘電層、電極および支持部の静電チャックの基本構造を容易に得ることができる。 A single crystal substrate is required for the epitaxial growth of the single crystal thin film as described above, but the substrate is silicon that has high crystallinity, high flatness, high quality, and can easily obtain a large-diameter product. It is preferable to use a substrate.
In the present invention, an n-type or p-type conductive silicon substrate is used, a buffer layer is formed thereon, and then a single crystal thin film made of GaN, AlGaN, AlN or the like having a thickness of several μm to several tens of μm is formed. Form.
As a result, a dielectric layer made of a single crystal thin film can be formed on a silicon substrate that also serves as an electrode and a supporting portion without requiring a special bonding process, etc. The basic structure of the electric chuck can be easily obtained.

また、基材であるシリコン基板の厚さは、吸着面の面積、必要な吸着力等に応じて、面精度を維持するのに必要な強度が得られるように適宜定められるが、前記シリコン基板は、電極兼支持部として機能するものであることから、静電チャックにある程度の剛性を付与するために、厚さは数ｍｍオーダーであることが好ましい。
なお、静電チャックに、より高い剛性や被吸着物の温度制御等の性能が求められる場合には、単結晶薄膜を形成したシリコン基板を、温度制御可能な支持体にハンダ付け、ロウ付け等により接合してもよい。 Further, the thickness of the silicon substrate as the base material is appropriately determined according to the area of the suction surface, the required suction force, etc., so as to obtain the strength necessary to maintain the surface accuracy. Since it functions as an electrode and support portion, the thickness is preferably on the order of several millimeters in order to impart a certain degree of rigidity to the electrostatic chuck.
If the electrostatic chuck is required to have higher rigidity and temperature control of the object to be adsorbed, the silicon substrate on which the single crystal thin film is formed is soldered or brazed to a temperature-controllable support. May be joined together.

前記シリコン基板上には、前記単結晶薄膜を形成する前に、バッファ層を形成しておく。
シリコン基板上に直接、前記単結晶薄膜を形成すると、前記単結晶薄膜とシリコン基板との熱膨張係数の相違により、単結晶薄膜に割れが生じ、また、シリコンと前記単結晶材料との結晶格子定数の差に起因して、多数の結晶欠陥が生じるため、厚さ１μｍ以上の単結晶膜を形成することは困難である。
したがって、前記単結晶薄膜とシリコン基板との熱膨張係数差および結晶格子不整合を緩和するために、両者間にはバッファ層を介在させることが好ましい。 A buffer layer is formed on the silicon substrate before forming the single crystal thin film.
When the single crystal thin film is formed directly on the silicon substrate, the single crystal thin film is cracked due to the difference in thermal expansion coefficient between the single crystal thin film and the silicon substrate, and the crystal lattice of silicon and the single crystal material Since a large number of crystal defects occur due to the difference in constants, it is difficult to form a single crystal film having a thickness of 1 μm or more.
Therefore, in order to alleviate the difference in thermal expansion coefficient and crystal lattice mismatch between the single crystal thin film and the silicon substrate, it is preferable to interpose a buffer layer therebetween.

図２に、前記バッファ層２の具体的な構成を示す。バッファ層２は、シリコン基板からなる基材１上に形成された第１の窒化物半導体単結晶層２ａ１と、前記第１の窒化物半導体単結晶層２ａ１と異なる材料または組成を有する第２の窒化物半導体単結晶層２ａ２とがこの順に交互に積層された多重積層構造２ａで構成されていることが好ましい。   FIG. 2 shows a specific configuration of the buffer layer 2. The buffer layer 2 includes a first nitride semiconductor single crystal layer 2a1 formed on a base material 1 made of a silicon substrate, and a second material having a material or composition different from that of the first nitride semiconductor single crystal layer 2a1. Nitride semiconductor single crystal layer 2a2 is preferably formed of a multiple stacked structure 2a in which layers are alternately stacked in this order.

なお、ここでいう「異なる材料」とは、例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の材料として異なる場合を意味し、また、「異なる組成」とは、例えば、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7ＮとＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ等、材料としては同じであるが、組成のみが異なる場合を意味する。
前記第１および第２の窒化物半導体単結晶層を同じ材料または組成で構成した場合は、前記バッファ層としての機能を有しないため、好ましくない。 Note that “different materials” as used herein means different materials such as AlN, GaN, AlGaN, and the like, and “different compositions” means, for example, Al _0.3 Ga _0.7 N and Al _0.2 Ga _0.8. N and the like are the same materials, but only the composition is different.
When the first and second nitride semiconductor single crystal layers are formed of the same material or composition, it does not have a function as the buffer layer, which is not preferable.

また、前記多重積層構造２ａは、その最上層が、図２に示すように、第２の窒化物半導体単結晶層２ａ２であっても、あるいはまた、第１の窒化物半導体単結晶層２ａ１であってもよい。
このように、バッファ層が多重積層構造で構成されているため、誘電層の割れや欠けを防止することができ、誘電層を厚く形成することができる。 In addition, as shown in FIG. 2, the multi-layered structure 2a may be the second nitride semiconductor single crystal layer 2a2, or alternatively, the first nitride semiconductor single crystal layer 2a1. There may be.
As described above, since the buffer layer has a multi-layer structure, the dielectric layer can be prevented from being cracked or chipped, and the dielectric layer can be formed thick.

前記多重積層構造２ａにおいて、第１の窒化物半導体単結晶層２ａ１および第２の窒化物半導体単結晶層２ａ２をそれぞれ１層とした場合の積層数は、特に限定されないが、５０層以上であることが好ましい。
このような構成とすることにより、誘電層の割れや欠けを確実に防止することができ、誘電層を厚く形成することができる。 In the multi-layered structure 2a, the number of stacked layers when the first nitride semiconductor single crystal layer 2a1 and the second nitride semiconductor single crystal layer 2a2 are each one is not particularly limited, but is 50 or more. It is preferable.
With such a configuration, the dielectric layer can be reliably prevented from being cracked or chipped, and the dielectric layer can be formed thick.

前記第１および第２の窒化物半導体単結晶層は、ＡｌＮ、ＧａＮおよびＡｌＧａＮのうちのいずれかからなることが好ましい。
これらの材料は、ＡｌＮ、ＧａＮおよびＡｌＧａＮのうちのいずれかからなる誘電層とシリコン基板のシリコンとの格子定数や熱膨張係数の違いを緩和することができるため、誘電層の割れや欠けを防止することができ、誘電層を厚く形成することができる。 The first and second nitride semiconductor single crystal layers are preferably made of any one of AlN, GaN, and AlGaN.
These materials can alleviate the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the dielectric layer composed of any one of AlN, GaN and AlGaN and silicon of the silicon substrate, thus preventing the dielectric layer from cracking or chipping. The dielectric layer can be formed thick.

また、図３に、前記バッファ層２の他の態様の構成を示す。前記バッファ層３は、図３に示すように、前記シリコン基板からなる基材１と前記多重積層構造２ａとの間に、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層２ｂがさらに設けられていることが好ましい。
このような構成とすることにより、誘電層の割れや欠けをより防止することができ、誘電層を厚く形成することができる。
なお、前記バッファ層２の形成は、窒化物半導体単結晶基板を製造する際と同様の方法を適用することができ、例えば、シリコン基板を炭化させたＳｉＣ層や、ＳｉＣやＢＰ等のＣＶＤ法等のエピタキシャル成長により形成することができる。 FIG. 3 shows another configuration of the buffer layer 2. As shown in FIG. 3, the buffer layer 3 is preferably further provided with a 3C—SiC single crystal layer 2b between the base material 1 made of the silicon substrate and the multi-layered structure 2a.
With such a configuration, the dielectric layer can be further prevented from cracking and chipping, and the dielectric layer can be formed thick.
The buffer layer 2 can be formed by applying a method similar to that for manufacturing a nitride semiconductor single crystal substrate. For example, a SiC layer obtained by carbonizing a silicon substrate or a CVD method such as SiC or BP. It can be formed by epitaxial growth such as.

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
直径１２インチ、厚さ３ｍｍ、抵抗率０．０２Ω・ｃｍのＳｉ（１１１）ミラー基板をＭＯＣＶＤ成膜装置にセットし、所定の熱クリーニングした後、この基板上にバッファ層としてＡｌＮ層およびＧａＮ層を、図２に示すように、この順に交互に合計１００層（ＡｌＮ層厚さ：５ｎｍ、ＧａＮ層厚さ２０ｎｍ）堆積させ、その上にＧａＮ単結晶薄膜をエピタキシャル成長させ、厚さ１０μｍの誘電層を形成した。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.
[Example 1]
A Si (111) mirror substrate having a diameter of 12 inches, a thickness of 3 mm, and a resistivity of 0.02 Ω · cm is set in an MOCVD film forming apparatus, and after predetermined thermal cleaning, an AlN layer and a GaN layer are formed on the substrate as buffer layers. As shown in FIG. 2, a total of 100 layers (AlN layer thickness: 5 nm, GaN layer thickness 20 nm) are alternately deposited in this order, and a GaN single crystal thin film is epitaxially grown thereon to form a dielectric layer having a thickness of 10 μm. Formed.

この誘電層が形成された基板の厚さ方向の耐圧は２ｋＶであった。その他の電気特性評価の結果と照合して、ＧａＮ単結晶薄膜の絶縁破壊電界強度を計算した結果、２ＭＶ／ｃｍであった。
この誘電層が形成された基板を高熱伝導セラミックス製の水冷ブロックにロウ付けし、基板裏面を直流高圧電源に接続し、単極型の単結晶薄膜静電チャックを作製した。 The breakdown voltage in the thickness direction of the substrate on which this dielectric layer was formed was 2 kV. It was 2 MV / cm as a result of calculating the dielectric breakdown electric field strength of a GaN single-crystal thin film in collation with the result of other electrical property evaluation.
The substrate on which this dielectric layer was formed was brazed to a water-cooled block made of high thermal conductive ceramics, and the back surface of the substrate was connected to a DC high-voltage power source to produce a monopolar single crystal thin film electrostatic chuck.

［実施例２］
直径１２インチ、厚さ３ｍｍ、抵抗率０．０２Ω・ｃｍのＳｉ（１１１）ミラー基板をＭＯＣＶＤ成膜装置にセットし、所定の熱クリーニングした後、図３に示すように、この基板上にバッファ層として炭化ＳｉＣ層および３Ｃ−ＳｉＣエピタキシャル層を合計厚さ０．５μｍ堆積させ、さらに、その上に、ＡｌＮ層およびＧａＮ層を、この順に交互に合計１００層（ＡｌＮ層厚さ：５ｎｍ、ＧａＮ層厚さ２０ｎｍ）堆積させ、その上にＧａＮ単結晶薄膜をエピタキシャル成長させ、厚さ１０μｍの誘電層を形成した。 [Example 2]
A Si (111) mirror substrate having a diameter of 12 inches, a thickness of 3 mm, and a resistivity of 0.02 Ω · cm is set in the MOCVD film forming apparatus, and after predetermined thermal cleaning, a buffer is formed on the substrate as shown in FIG. As a layer, a carbonized SiC layer and a 3C-SiC epitaxial layer are deposited in a total thickness of 0.5 μm, and further, an AlN layer and a GaN layer are alternately arranged in this order on a total of 100 layers (AlN layer thickness: 5 nm, GaN A layer thickness of 20 nm) was deposited, and a GaN single crystal thin film was epitaxially grown thereon to form a dielectric layer having a thickness of 10 μm.

この誘電層が形成された基板の厚さ方向の耐圧は２ｋＶであった。その他の電気特性評価の結果と照合して、ＧａＮ単結晶薄膜の絶縁破壊電界強度を計算した結果、２ＭＶ／ｃｍであった。
この誘電層が形成された基板を高熱伝導セラミックス製の水冷ブロックにロウ付けし、基板裏面を直流高圧電源に接続し、単極型の単結晶薄膜静電チャックを作製した。 The breakdown voltage in the thickness direction of the substrate on which this dielectric layer was formed was 2 kV. It was 2 MV / cm as a result of calculating the dielectric breakdown electric field strength of a GaN single-crystal thin film in collation with the result of other electrical property evaluation.
The substrate on which this dielectric layer was formed was brazed to a water-cooled block made of high thermal conductive ceramics, and the back surface of the substrate was connected to a DC high-voltage power source to produce a monopolar single crystal thin film electrostatic chuck.

［比較例１］
直径１２インチ、厚さ３ｍｍ、抵抗率０．０２Ω・ｃｍのＳｉ（１１１）ミラー基板をＭＯＣＶＤ成膜装置にセットし、所定の熱クリーニングした後、この基板全体にバッファ層として炭化ＳｉＣ層および３Ｃ−ＳｉＣエピタキシャル層を厚さ０．５μｍ堆積させ、その上にＧａＮ単結晶薄膜をエピタキシャル成長させ、厚さ１０μｍの誘電層を形成した。 [Comparative Example 1]
A Si (111) mirror substrate having a diameter of 12 inches, a thickness of 3 mm, and a resistivity of 0.02 Ω · cm is set in an MOCVD film forming apparatus and subjected to predetermined thermal cleaning, and then a carbonized SiC layer and 3C are formed as buffer layers on the entire substrate. A SiC epitaxial layer was deposited to a thickness of 0.5 μm, and a GaN single crystal thin film was epitaxially grown thereon to form a dielectric layer having a thickness of 10 μm.

この誘電層が形成された基板の厚さ方向の耐圧は２ｋＶであった。その他の電気特性評価の結果と照合して、ＧａＮ単結晶薄膜の絶縁破壊電界強度を計算した結果、２ＭＶ／ｃｍであった。
この誘電層が形成された基板を高熱伝導セラミックス製の水冷ブロックにロウ付けし、基板裏面を直流高圧電源に接続し、単極型の単結晶薄膜静電チャックを作製した。 The breakdown voltage in the thickness direction of the substrate on which this dielectric layer was formed was 2 kV. It was 2 MV / cm as a result of calculating the dielectric breakdown electric field strength of a GaN single-crystal thin film in collation with the result of other electrical property evaluation.
The substrate on which this dielectric layer was formed was brazed to a water-cooled block made of high thermal conductive ceramics, and the back surface of the substrate was connected to a DC high-voltage power source to produce a monopolar single crystal thin film electrostatic chuck.

［比較例２］
実施例１と同様のＳｉ（１１１）ミラー基板上に、バッファ層を形成せず、エアロゾルデポジション法により、アルミナセラミックス薄膜を厚さ１０μｍ堆積させて誘電層を形成した。
この誘電層が形成された基板を高熱伝導アルミナセラミックス製の水冷ブロックにロウ付けし、基板裏面を直流電圧電源に接続して、単極型のセラミックス静電チャックを作製した。 [Comparative Example 2]
On the same Si (111) mirror substrate as in Example 1, a buffer layer was not formed, and an alumina ceramic thin film was deposited to a thickness of 10 μm by an aerosol deposition method to form a dielectric layer.
The substrate on which this dielectric layer was formed was brazed to a water-cooled block made of high thermal conductivity alumina ceramics, and the back surface of the substrate was connected to a DC voltage power source to produce a monopolar ceramic electrostatic chuck.

［比較例３］
実施例１と同様のＳｉ（１１１）ミラー基板上に、バッファ層を形成せず、厚さ１０μｍのポリイミド薄膜をポリイミド系接着剤で貼り付け、誘電層を形成した。
この誘電層が形成された基板を高熱伝導アルミナセラミックス製の水冷ブロックにロウ付けし、基板裏面を直流電圧電源に接続して、単極型のポリイミド静電チャックを作製した。 [Comparative Example 3]
On the same Si (111) mirror substrate as in Example 1, a buffer layer was not formed, and a polyimide thin film having a thickness of 10 μm was attached with a polyimide adhesive to form a dielectric layer.
The substrate on which this dielectric layer was formed was brazed to a water-cooled block made of high thermal conductivity alumina ceramics, and the back surface of the substrate was connected to a DC voltage power source to produce a monopolar polyimide electrostatic chuck.

［比較例４］
直径１２インチのモリブデンメッシュを窒化アルミニウムセラミックスの原料粉中に埋設した状態でプレス成型し、直径１３インチ、厚さ１０ｍｍのセラミックス成型体を得た。この成型体を、ホットプレス炉にて、１８００℃、０．１ｔ／ｃｍ²で焼結させた。
得られた焼結体を、基板の積載面（表面）とモリブデンメッシュ（電極）の間隔、すなわち、誘電層厚が１００μｍになるように調整し、形状加工した。また、裏面の一部をモリブデンメッシュが露出するまで穿孔して、電源接続用端子を設けた。
この端子を設けた焼結体を、高熱伝導アルミナセラミックス製の水冷ブロックにロウ付けし、前記端子を直流電圧電源に接続して、単極型のセラミックス静電チャックを作製した。 [Comparative Example 4]
A 12-inch diameter molybdenum mesh was press-molded in an aluminum nitride ceramic raw material powder, and a ceramic molded body having a 13-inch diameter and a thickness of 10 mm was obtained. The molded body was sintered in a hot press furnace at 1800 ° C. and 0.1 t / cm ² .
The obtained sintered body was adjusted and shaped so that the distance between the substrate loading surface (surface) and the molybdenum mesh (electrode), that is, the dielectric layer thickness was 100 μm. Moreover, a part of the back surface was perforated until the molybdenum mesh was exposed, and a power connection terminal was provided.
The sintered body provided with the terminals was brazed to a water-cooled block made of high thermal conductive alumina ceramics, and the terminals were connected to a DC voltage power source to produce a monopolar ceramic electrostatic chuck.

上記実施例および比較例において得られた各静電チャックを、８インチウェーハ用プラズマエッチング装置に装着し、シリコンウェーハを被吸着物として、プラズマおよび高圧を印加して、吸着力の評価を行った。
５００Ｖの電圧を印加して、ウェーハを吸着させ、リフトピンによりウェーハを剥離する際のリフトピンの負荷から、静電チャックの吸着力を計算した。
これらの評価結果を表２にまとめて示す。 Each electrostatic chuck obtained in the above examples and comparative examples was mounted on an 8-inch wafer plasma etching apparatus, and a silicon wafer was used as an object to be adsorbed, and plasma and high pressure were applied to evaluate the adsorption force. .
The chucking force of the electrostatic chuck was calculated from the load of the lift pins when a voltage of 500 V was applied to attract the wafer and the wafer was peeled off by the lift pins.
These evaluation results are summarized in Table 2.

表２に示したように、単結晶薄膜からなる誘電層及びバッファ層を備えた静電チャック（実施例１、２）は、誘電層がポリイミドからなる静電チャック（比較例３）と同等程度の吸着力が得られることが認められた。   As shown in Table 2, the electrostatic chuck (Examples 1 and 2) provided with the dielectric layer made of a single crystal thin film and the buffer layer (Examples 1 and 2) is comparable to the electrostatic chuck made of polyimide as the dielectric layer (Comparative Example 3). It was confirmed that the adsorption power of

本発明に係る静電チャックの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the electrostatic chuck which concerns on this invention. 本発明に係る静電チャックのバッファ層２の構成を拡大して示した断面図である。It is sectional drawing which expanded and showed the structure of the buffer layer 2 of the electrostatic chuck which concerns on this invention. 本発明に係る静電チャックのバッファ層２の他の形態の構成を拡大して示した断面図である。It is sectional drawing which expanded and showed the structure of the other form of the buffer layer 2 of the electrostatic chuck which concerns on this invention. 従来の静電チャックの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the conventional electrostatic chuck.

符号の説明Explanation of symbols

１ シリコン基板（基材）
２ バッファ層
３，１３ 誘電層
４ 冷却ベース
５，１５ 給電端子
６ 支持部
７ 電極 1 Silicon substrate (base material)
2 Buffer layer 3, 13 Dielectric layer 4 Cooling base 5, 15 Feed terminal 6 Support part 7 Electrode

Claims (4)

導電性を有するシリコン基板からなる基材上に誘電層を備えた静電チャックであって、
前記誘電層は、前記シリコン基板上にバッファ層を介して形成され、絶縁破壊電界強度が１ＭＶ／ｃｍ以上の単結晶薄膜であり、
前記バッファ層は、前記シリコン基板上に形成された第１の窒化物半導体単結晶層と、前記第１の窒化物半導体単結晶層と異なる材料または組成からなる第２の窒化物半導体単結晶層とが、この順に交互に積層された多重積層構造で構成されていることを特徴とする静電チャック。 An electrostatic chuck having a dielectric layer on a base material made of a conductive silicon substrate,
The dielectric layer is a single crystal thin film formed on the silicon substrate via a buffer layer and having a dielectric breakdown electric field strength of 1 MV / cm or more.
The buffer layer includes: a first nitride semiconductor single crystal layer formed on the silicon substrate; and a second nitride semiconductor single crystal layer made of a material or composition different from that of the first nitride semiconductor single crystal layer And an electrostatic chuck having a multi-layered structure in which the layers are alternately stacked in this order. 前記バッファ層として、前記シリコン基板と前記多重積層構造との間に、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層がさらに設けられていることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 1, wherein a 3C—SiC single crystal layer is further provided as the buffer layer between the silicon substrate and the multi-layered structure. 前記単結晶薄膜が、ＡｌＮ、ＧａＮおよびＡｌＧａＮのうちのいずれかからなることを特徴とする請求項１または２に記載の静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the single crystal thin film is made of any one of AlN, GaN, and AlGaN. 前記第１の窒化物半導体単結晶層および前記第２の窒化物半導体単結晶層は、ＡｌＮ、ＧａＮおよびＡｌＧａＮのうちのいずれかからなることを特徴とする請求項３記載の静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 3, wherein the first nitride semiconductor single crystal layer and the second nitride semiconductor single crystal layer are made of any one of AlN, GaN, and AlGaN.

Images