JPH04186653A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ウェハ等の被吸着体をクーロン力により吸着
する静電チャ・ンクに関する。

（従来の技術） 静電チャックの吸着原理は、絶縁層を介して対向配置さ
れるウニノλ等の吸着物と電極との間に電圧を印加して
、吸着物と電極に正、負の電荷を生じさせ、この間に働
くクーロン力によって吸着物を吸引保持するものである
。

この種の静電チャックとして、第５図に示すものが提供
されている。

第５図に示すものは、チャック本体１０とウェハ１２と
の間に静電吸着シート１４を配設したもので、この静電
吸着シート１４と一体的に給電用シート１６を設けてい
る。

前記静電吸着シート１４は、絶縁層としての２枚のポリ
イミドシート１８．１８の間に銅等の導電性シート２０
を介在配置したものである。

（発明が解決しようとする課題） 絶縁シートをポリイミドで構成した場合には、下記の問
題が存在することが判明した。

例えば、半導体素子製造プロセスのうち、プラズマエッ
チング装置に使用される静電チャックによれば、被処理
体である例えば半導体ウェハを所定温度に温調した状態
でウェハをチャックする必要があり、静電チャックを介
してウェハを例えば冷却している。この際、静電チャッ
クによりウェハを吸着するに足る十分な吸着力を得るこ
とはてきるが、実際のウェハと絶縁シート間の接触面積
はわずかであり良好な熱伝導は得られていなかった。

このため、従来はウェハと絶縁シート間に所定圧力で気
体を充填し、これによって熱伝導性を確保せざるを得な
かった。

また、ポリイミドシートは比較的帯電しやすいため、ウ
ェハを取り除いた後の絶縁シートの除電をプラズマを利
用して行なうこともあり、この場合プラズマダメージに
よりポリイミドシートの破損が生じ、寿命が短いという
問題があった。

そこで従来多層セラミックス基板の手法を用いて酸化ア
ルミニウムなどを絶縁体とし第６図に示すような全セラ
ミックス（全焼結体）の静電チャックが試みられてきた
。同図において、導電層のタングステンパターン６３は
アルミナ基板６１と上部アルミナ６２とに挟持され、基
板６８上に配設されている。タングステンパターン６３
はスルーホール６４を有し、基板６８断面にて絶縁カバ
ー６６で絶縁された給電線６７の一端と給電部６５にて
接続され、給電線６７の他端は高周波電源６８に接続さ
れている。

上記の構造では、絶縁体かセラミックスであることから
上記プラズマダメージに対して耐久性は良好であるが、
焼結時の歪み等の製作上の問題かあり、歩留り悪く大変
高価なものとなっていた。

そこで、本発明の目的とするところは、静電吸着力を増
大てき、イオンに対する耐久性の高い静電チャックを安
価に提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、絶縁体を介して吸着体を吸着する静電チャッ
クにおいて、上記絶縁体を焼結体、ガラスもしくは化学
気相堆積体等の材料を用い、それを接着剤で固定して製
作したものを特徴とする。

（作　用） 例えば本発明の一実施例として絶縁体を窒化アルミニウ
ムの焼結体で製作し、それを熱硬化性樹脂で接着し製作
した静電チャックの場合、従来の絶縁体（ポリイミドシ
ート）に比べ静電チャックの絶縁層として吸着力が増大
できることが判明した。

しかも、焼結体（セラミックス）であるが故にイオンに
対する耐久性が高く、比較的帯電もしにくい特性を有し
ている。

また製作方法は、焼結体を従来の静電チャックの表面絶
縁膜であるポリイミドに代えて熱硬化性樹脂で接着加工
するだけで製作可能であるため、歩留りが高く安価に得
られる。

（実施例） 以下、本発明をプラズマエツチング装置用の静電チャッ
クに適用した一実施例について、図面を参照して具体的
に説明する。

第１図において、この静電チャックは、チャック本体３
０と、その表面側に配設される柔軟性の静電吸着シート
４０と、この静電吸着シート４０に給電するための給電
用シート５０とを有している。

前記チャック本体３０は、第３図にも示すように、静電
吸着シート４０を配設する表面３２側に、前記給電用シ
ート５０の一端を表面３２とほぼ面一にて収容する四部
３４と、この四部３４に隣接して開口し、チャック本体
３０の裏面側まで貫通するスリット３６とを有している
。尚、この凹部３４およびスリット３６については、そ
の詳細を後述する。

前記静電吸着シート４０は、第２図に拡大して示すよう
に、導電層として例えば銅等からなる導電性シート２０
を有し、この導電性シート２０の裏面側、すなわちチャ
ック本体３０との間には絶縁層例えばポリイミドシート
１８が設けられ、導電性シート２０の表面側には絶縁層
例えば窒化アルミニウム（Ａ　Ｉ　Ｎ）シート２２か熱
硬化性樹脂６０て接着され設けられている。この静電吸
着シ−ト４０は、前記チャック本体３０の表面形状と合
せて円形に形成されている。また、この静電吸着シート
４０の裏面側には、第４図（Ａ）に示すように、前記給
電用シート５０と電気的に接続されるための接点４２を
有し、この接点４２は裏面側のポリイミドシート１８を
一部欠落させ、導電性シート２０を露出することにより
構成される。

さらに、前記静電吸着シート４０の裏表面に貫通するよ
うに多数のガス導入口４４が設けられている。そして、
チャック本体３０に設けられているガス導入用の穴（第
３図では図示せず）およびこのガス導入口４４を介して
、静電吸着シート４０とウェハ１２との間にガス例えば
０２を充填し、両者間の熱伝達特性を高めるように構成
している。

前記給電用シート５０は、２枚のポリイミドシー）１８
．１８間に導電性シート２０を介在配置することで構成
される。尚、この給電用シート５０と前記静電吸着シー
ト４０とは、熱膨張係数がほぼ等しいものであればよい
。この給電用シート５０は、第４図（Ｂ）に示すように
帯状に形成され、その一端側を幅狭部５２とし、その他
端側を幅広部５４とし、両側側に接点５６．５８を有し
ている。前記幅狭部５２は、チャック本体３０の前記凹
部３４に収容されるもので、従って凹部３４はこの幅狭
部５２を収容てきる面積にて形成される。凹部３４の深
さとしては、給電用シート５０の厚さを考慮して決定さ
れる。前記給電用シート５０は、幅狭部５２１幅広部５
４との境目にて９０度に折り曲げて使用され、幅狭部５
２を前記チャック本体３０の凹部３４に配置した後に、
幅広部５４をスリット３６に挿入し、その端部をチャッ
ク本体３０の裏面側より引き出している。

従って、前記スリット３６の形状としては、少なくとも
給電用シート５０における幅広部５４を挿入できる形状
であればよい。幅広部５４の前記チャック本体３０の裏
面側より引き出された側は、その裏面に当接するように
９０度屈曲され、その接点５８を介して給電を可能とし
ている。尚、この接点５８付近は大気中に開放され、放
電現象の少ない大気中での給電動作を行えるようにＯリ
ング等により気密にシールされている。

次に、作用について説明する。

この静電チャックでの吸着原理は、プラズマ放電中にお
いてウェハ１２と静電吸着シート４０における導電性シ
ート２０との間に高電圧を印加し、ウェハ１２と導電性
シート２０に正、負の電荷生じさせ、この間に働くクー
ロン力によってウェハを吸着保持するものである。本実
施例ではモノボール型の静電チャックを構成している。

すなわち、ウェハ１２は電界を形成するための接地電極
およびプラズマを通して接地され、導電性シート２０に
は高電圧例えば２ＫＶが印加され、ウェハ１２゜導電性
シート２０間にクーロン力を作用させている。この結果
、ウェハ１２は静電吸着シート４０に吸着保持され、プ
ラズマエツチングが実行されることになる。プラズマの
発生は電極間放電型。

電界と直交する磁場を形成したマグネトロン放電型また
はマイクロ波照射型など何れでもよい。

ここで、ウェハ１２に接触する側の絶縁シートとしして
ＡＩＮシート２２を用いることにより、ウェハ１２の吸
着力を６０　Ｔｏｒｒ以上にできることが確認できた。

同じ条件で、ウェハ１２と接触する側のＡＩＮシート２
２に代えてポリミドシート１８を用いた場合の吸着力か
４０　Ｔｏｒｒであったことと比較すれば、その吸着力
を大幅に増大できることを確認できた。

次に、ウェハ１２の温調特性、例えば冷却特性について
説明する。５インチウェハの中心位置の温度と、これよ
り５０龍離れた周辺位置の温度とを、ウェハ１２と接触
する側にＡＩＮシート２２を用いた場合、これに代えて
ポリイミドシート１８を用いた場合のそれぞれついて、
ウェハ１２ａ面側に充填される０□圧力を変えて測定す
る実験を行ってみた。

この実験結果から、ＡＩＮシート２２を用いた場合のほ
うがウェハ１２の冷却能力が高く、しかも０２圧力には
ほとんど依存しないことが判明した。この理由は、上述
したようにＡＩＮシート２２を用いた方が吸着力が大き
いので、ウェハ１２と静電吸着シート４０との接触圧力
を大きく確保でき、熱伝導性が向上したからと考えられ
る。しかも、接触圧力か大きいため、ウニＩ＼１２裏面
に０□ガスを充填しなくても、所定の熱伝導性を確保で
きたものと思われる。このように、ＡＩＮシート２２を
用いれば、ウェハ１２にガスを充填しなくても、ウェハ
１２の所望の温調か可能であることが判った。

さらに、プラスマ生成用のＲＦパワーを変化させた際の
ウェハ１２の温度を測定してみた。ＲＦパワーを大きく
するほどウェハ１２の温度は上昇するが、ＡＩＮシート
２２を用いた場合の方が、熱伝導性が良好であるが故に
、温度上昇率が低くなることか判明した。即ちプラズマ
を扱う装置において特に効果があることが分かる。

また、ポリイミドシート１８と比較して、ＡＩＮシート
２２は帯電しにくい材料てあり、ウニノ＼１２除去後の
プラズマイオンによる絶縁シートの除電を容易に実施で
き、しかも、イオンに対する耐衝撃性もセラミックであ
るが故に高いので、静電吸着シート４０の寿命を長くす
ることができる。

第７図は、本発明を適用した静電チャ・ツクの他の例を
示している。

同図において、この静電吸着シート７０は、絶縁層とし
ての２枚のポリイミドシート１８．１８の間に銅等の導
電性シート２０を介在配置したものである点で従来の第
５図の構成と同様であるが、さらに、ウェハ１２と接触
する側の一方のポリイミドシート１８の表面に、ＡＩＮ
層７２を形成している。このＡＩＮ層７２は図示では省
略しているか熱硬化性樹脂６０にて接着固定される。あ
るいは、例えばポリイミドシート１８の表面荒さ以上の
厚さでスパッタなどによりポリイミドシート１８上に直
接コーティングし、例えばｌμｗｌ１１〜５μｌ■の厚
さに形成することもてきる。

このような構造の静電チャックによれば、上記実施例と
同様に、ポリイミドシート１８のみの場合と比較すれば
、ウニノ＼１２の吸着力か増大するので、熱抵抗が少な
くなり熱伝達特性を大巾に向上することができる。また
、プラスマに臨む面にＡｉＮ層７２が形成されているの
で、イオンに耐する耐久性を確保でき、また、帯電も少
なくなる。

さらに、この実施例では特に高温においても静電チャッ
クにおける絶縁シートとしての高絶縁特性を確保できる
。すなわち、ＡＩＮは温度と共に電気絶縁抵抗が下がる
特性を有するが、導電シート２０とウェハ１２との絶縁
をポリイミドシート１８により確保することで、高温で
のリーク電流の発生を確実に防止でき、しかも、そのポ
リイミドシート１８の表面にコーティングされたＡＩＮ
層７２により熱抵抗の低減、耐イオン衝撃特性、低帯電
特性を確保てきる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であり、Ｅ
ＣＲエツチャー、プラズマＣＶＤ。

ウエハプローバ、なと板状体を静電チャックするるもの
であれば何れに適用できる。

さらに、本発明は必ずしも温調動作か必要な静電チャッ
クに適用されるものに限らず、また、上述したモノポー
ルタイプの静電チャック方式に限らない。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、静電チャックにお
ける被吸着体と接触する側の絶縁として窒化アルミニウ
ムなとの焼結体等を用いることにより、吸着力を増大で
き、この結果被吸着体を温調する場合でも必すしも被吸
着体裏面に気体を充填せずに所定の温調を確保でき、さ
らに絶縁部への帯電をも少なくすることができる静電チ
ャックを、製作容易であるため非常に安価に提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用した静電チャックの概略断面図
、 第２図は、第１図の静電吸着シートの拡大断面図、 第３図は、第１図に用いられるチャック本体の概略斜視
図、 第４図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ静電吸着シート、給
電用シートの概略平面図、 第５図及び第６図は、従来の静電チャックの概略断面図
、 第７図は、本発明の静電チャックの変形例を示す断面図
である。 １６・・・導電性シート、１８・・・ポリイミドシート
、２２・・ＡＩＮシート、３０・・・チャック本体、４
０・・・静電吸着シート、５０・・・給電用シート、７
２・・・ＡＩＮ層。 代理人　弁理士　井　　上　　　−（他１名）第　　１
　　図 第３図 ３６スリツト 第４区 （Ａ） （Ｂ） 第　　５　　区 第６図 二 第７図 ｆ′

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁体を介して被吸着体を吸着する静電チャック
   において、上記絶縁体が、焼結体、ガラス、もしくは化
   学気相堆積体であり、かつ、上記絶縁体が接着剤で固定
   されていることを特徴とする静電チャック。
2. （２）請求項（１）において、 上記絶縁体が金属の酸化物または窒化物の焼結体、ガラ
   ス、もしくは化学気相堆積体であることを特徴とする静
   電チャック。
3. （３）請求項（１）または（２）において、上記接着剤
   が有機系接着剤であることを特徴とする静電チャック。