JPH0614570A - 静電吸着保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 本発明は高い静電吸着性を有し、脱着も容易
であり、半導体プロセスに使用したときにデバイスダメ
ージを与えることがない静電吸着保持装置の提供を目的
とするものである。 【構成】 本発明の静電吸着保持装置は、絶縁性誘電体
層で被覆された導電体に電圧を印加して、この絶縁性誘
電体層に試料を静電吸着させる静電吸着装置において、
絶縁性誘電体層の主成分を炭化けい素を 0.5〜30重量％
含有するセラミックスとすると共に、この絶縁性誘電体
層の20℃における体積固有抵抗を10⁸ 〜10¹³Ωcmのもの
としてなることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は静電吸着保持装置、特に
は導電性、半導電性または絶縁性の対象物を強く静電的
に吸着保持するが、容易に脱着できることから、半導体
や液晶の製造プロセスなどに有用とされる静電吸着保持
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体や液晶の製造プロセス、半導体装
置のドライエッチング、イオン注入、蒸着などの工程に
ついては、近年その自動化、ドライ化が進んできている
ため真空条件下での作業も増加してきているが、基板と
してのシリコーンやガラスの大口径化、回路の高集積
化、微細化が進んでいることから、パターニング時の位
置精度も益々重要視されてきている。

【０００３】そのため、基板の搬送や吸着固定には真空
チャックが使用されているが、このものは真空条件下で
は圧力差がないために使用できず、これはまた非真空下
で基板を吸着できたとしても吸着部分が局部的であるた
めに、基板に部分的な歪が生じ、高精度な位置合わせが
できないという不利があり、それ故にこれは最近の半導
体、液晶の製造プロセスには不適な物とされている。

【０００４】したがって、この基板の搬送や吸着固定に
は静電気を利用した静電チャックが注目され、使用され
はじめているが、最近の半導体や液晶のプロセスではそ
の微細化に伴なって基板であるウエハーやガラス板の平
坦度が重要となってきていることから、その矯正に静電
チャックの吸着力を利用することも検討されているが、
この矯正には極めて大きな静電力が必要とされているた
めに、これについては絶縁体にTiO₂（チタニア）を入れ
て体積固有抵抗値を下げ、静電力を向上させるというこ
とが提案されている（特開昭62-94953号、特開平2-2061
47号、特開平3-147843号、特開平3-204924号各公報参
照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このチタニア
を混ぜたアルミナを使用すると、体積固有抵抗が下が
り、微少電流が流れ、ジョンセン・ラーベック効果によ
り静電力は向上するけれども、これにはチタニアが半導
体物質であるために電荷の移動速度が遅くなって、体積
固有抵抗を適正化しても電圧の印加を止めたときの応答
特性（飽和吸着力到達時間、吸着力消滅時間）が劣るよ
うになり、これは低温にしたときに顕著になるという不
利があるし、抵抗値を例えば１×10⁸ Ωcmにするために
はチタニアを25重量％程度混合する必要があるが、半導
体の製造プロセスにおいてはこのような不純物の混入は
避けなければならず、さらに吸着する半導体ウエハーが
室温以上の場合には体積固有抵抗が低すぎるために大き
なリーク電流が流れて、ウエハーの回路が破壊されると
いう問題点がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような不
利、問題点を解決した静電吸着保持装置に関するもので
あり、これは絶縁性誘電体層で被覆された導電体に電圧
を印加して、この絶縁性誘電体層に試料を静電吸着させ
る静電吸着装置において、絶縁性誘電体層の主成分を炭
化けい素を 0.5〜30％含有するセラミックスからなるも
のとすると共に、この絶縁性誘電体層の20℃における体
積固有抵抗が10⁸ 〜10¹³Ωcmのものとしてなることを特
徴とするものである。

【０００７】すなわち、本発明者らは試料を静電的に強
く吸着保持できるし、容易に脱着することができ、しか
も半導体プロセスに使用しても支障の生ずることのない
静電吸着保持装置を開発すべく種々検討した結果、これ
については絶縁性誘電体層で被覆された導電体に電圧を
印加して、この絶縁性誘電体層に試料を静電吸着させる
静電吸着装置において、この絶縁性誘電体層を炭化けい
素を含有するセラミックスからなるものとし、この絶縁
性誘電体層を体積固有抵抗が10⁸ 〜10¹³Ωcmであるもの
とすると、このものが試料を静電的に強く吸着するし、
脱着も容易であり、しかもこの絶縁性誘電体層が炭化け
い素を含むセラミックスでこれは半導体プロセスに使用
してもデバイスダメージを与えないものになるというこ
とを見出し、ここに使用する絶縁性誘電体層における炭
化けい素の添加量、このものの使用方法などについての
研究を進めて本発明を完成させた。以下これをさらに詳
述する。

【０００８】

【作用】本発明は静電吸着保持装置に関するもので、こ
れは絶縁性誘電体層で被覆されている導電体に電圧を印
加して、絶縁性誘電体層に試料を静電吸着する静電吸着
装置において、絶縁性誘電体層の主成分を炭化けい素を
0.5〜30％含有するセラミックスとし、この絶縁性誘電
体層の20℃における体積固有抵抗を10⁸ 〜10¹³Ωcmのも
のとしてなることを特徴とするものであるが、これによ
れば静電吸着力が強く、脱着も容易で、半導体プロセス
にも支障を与えることのない静電吸着保持装置が得られ
るという有利性が与えられる。

【０００９】本発明の静電吸着保持装置は絶縁性の基板
上に、絶縁性誘電体層で被覆した導電体を設け、この導
電体に電圧を印加することによって使用されるが、ここ
に使用される基板は薄いものであり、取扱い時に破損し
易いものであるということから、これは通常アルミナ、
ジルコニア、石英、窒化アルミニウム、窒化ほう素、サ
イアロンなどのセラミックス、またはアルミニウム、
銅、ステンレス、チタンなどの金属基板と一体化したも
のとされる。

【００１０】また、ここに使用される導電体としては
銅、アルミニウム、チタン、モリブデン、タングステン
などの導電性金属で作られたものが例示されるが、この
導電体の形成はスクリーン印刷法、溶射法、フォトリソ
グラフィー、メッキなどで行なえばよい。なお、このも
のの形式は電極の一方を基板とする単極型であっても、
内部に二つの電極を対向させた双極型のいずれであって
もよい。

【００１１】つぎにここに使用される絶縁性誘電体層は
酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム、窒
化けい素、酸化けい素、酸化ジルコニウム、酸化チタニ
ウム、サイアロン、窒化ほう素、あるいはこれらの混合
物からなるセラミックスからなるものとされるが、この
ものは20℃における体積固有抵抗が１×10⁸ 〜１×10¹³
Ωcmとなるように炭化けい素を 0.5〜30％混合した焼結
体またはこれをプラズマで溶射した混合物からなるもの
とされる。

【００１２】なお、本発明の静電吸着保持装置ではこの
絶縁性誘電体層の20℃における体積固有抵抗が１×10⁸
〜１×10¹³Ωcmと特定されているのであるが、この絶縁
誘電体層の体積固体抵抗については使用する温度による
適正な値があり、例えば保持されるウエハーの温度が20
℃以下の時のこのものの体積固有抵抗が１×10⁸ 以上で
１×10¹²Ωcm未満であれば静電力が十分発揮され、デバ
イスダメージも発生しない。

【００１３】すなわち、炭化けい素の含有量を 0.5〜30
％の範囲で変化させてこの体積固有抵抗を１×10⁷ 〜９
×10¹²Ωcmに制御させ、静電チャックの温度を−10℃程
度に冷却保持し、ウエハー温度を０℃としてＤＣ±１kv
の電圧を印加してウエハーを保持できるか、またはデバ
イスダメージが発生するどうかについで実験を行なった
ところ、表１に示したとおりの結果が得られた。

【００１４】

【表１】

【００１５】また、ウエハーの温度が20℃以上の時、こ
のものの体積固有抵抗を１×10¹²以上１×10¹³以下とな
るようにすれば、ウエハーに流れるリーク電流も少なく
なってウエハー上に描かれた回路が破壊されることもな
い。すなわち、表１のときと同じように炭化けい素の添
加量を変化させてこのものの体積固有抵抗を１×10¹¹か
ら５×10¹³に制御し、静電チャックの温度を 110℃程度
に加熱保持してウエハー温度を 100℃にし、これにＤＣ
±１kvの電圧を印加してウエハーを保持できるか、デバ
イスダメージが発生するどうかについて実験を行なった
ところ、表２に示したとおりの結果が得られた。

【００１６】

【表２】

【００１７】この結果から、絶縁性誘電体の体積固有抵
抗は10⁸ 〜10¹³Ωｍの範囲とすることが最適とされるの
であるが、このために使用される炭化けい素の添加量は
0.5％未満では不足であり、30％より多くすると多すぎ
るので 0.5〜30％とすることが必要とされる。また、こ
れによる場合、このもののウエハーの脱着はほぼ電圧の
印加を切断すると同時に容易に脱着できるので、これは
応答特性が極めてよいものであることも確認された。

【００１８】したがって本発明の静電吸着保持装置によ
れば、電圧を印加したときに微少なリーク電流が絶縁体
とウエハーの間に流れ、ジョンセン・ラーベック効果に
よって静電力が強く発生するので、良好な吸着保持状体
となり、応答特性の良好な静電保着保持装置が得られ、
しかもこの場合ウエハーのデバイスダメージも発生しな
いという有利性が与えられる。

【００１９】なお、静電力は一般にｆ＝Ａε（Ｅ／ｔ）
² （ここでｆ：静電力、ε：誘電率、Ｅ：電圧、ｔ：厚
さ、Ａ：定数）で表されるので、絶縁体中に高誘電体の
セラミックス粉末、例えばチタン酸バリウム、チタン酸
鉛、チタン酸ジルコニウム、PLZTなどを前記体積固有抵
抗値に入るような範囲で、且つ半導体デバイスに影響し
ない程度であれば混入してもよい。

【００２０】

【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。 実施例１ 酸化アルミニウム粉末93重量％、シリカ粉末４重量％お
よびマグネシア３重量％からなるセラミックス混合物 1
00重量部に、炭化けい素粉末25重量部、ブチラール樹脂
９重量部、エタノール60重量部およびフタル酸ジオクチ
ル12重量部を添加したのち、ボールミル中で30時間混練
してスラリーを作製した。

【００２１】ついで、このスラリーを真空脱泡機で処理
してその溶剤の一部を飛散させ、粘度20,000cpのものと
し、このスラリーからドクターブレードを用いて厚さ１
mmのグリーンシートを作り、このグリーンシートから直
径が 165mmφの円盤２枚を切り出し、このグリーンシー
ト円盤１枚にタングステンペーストを用いてスクリーン
印刷で双極型電極を 1.5mm間隔で円心円状に印刷し、こ
の印刷面にもう１枚のグリーンシートを重ね合わせ、 1
00℃に加熱したプレスで20kg/cm²の圧力をかけて一体化
し、その後水素15％、窒素ガス85％の雰囲気中で 1,530
℃の温度で焼結して焼結体を作った。

【００２２】つぎに、この焼結体の両面を研摩して厚さ
１mmのものを作り、電極にリード線を２本接着して静電
チャック基板を作製し、この静電チャックのリード線間
にＤＣ±１kvの電圧を印加して直径６インチのシリコン
ウエハーを吸着させ、ウエハーの温度が０℃となるよう
に冷却しながら静電力テスターでその静電力を測定した
ところ、これは４kg/cm²の大きさで、ウエハーの平面度
矯正に十分なものであり、これは印加電圧を切断したと
ころすばやく追従してウエハーを脱着させた。

【００２３】実施例２ 実施例１における炭化けい素の添加量を１重量部とした
ほかは実施例１と同様に処理して静電チャックを作製
し、このものの20℃における体積固有抵抗を測定したと
ころ、これは９×10¹²Ωcmであり、このものについてウ
エハー温度が 100℃になるように加熱しながら静電力テ
スターでその静電力を測定したところ、これは10g/cm²
であり、また、このものはウエハーに回路が作製してあ
ったが、これにはリーク電流によりダメージが発生せ
ず、不純物によるダメージの発生することもなかった。

【００２４】比較例 実施例１における炭化けい素の代わりにチタニアを 2.5
重量部混ぜたものを使用したほかは実施例１と同じ処理
して静電チャックを作製したところ、このものの20℃に
おける体積固有抵抗は５×10¹²Ωcmであり、これはウエ
ハー温度が 100℃になるように加熱しながら静電力テス
ターでその静電力を測定したところ、10g/cm² の静電力
を発揮したが、この静電チャックを使用してウエハーに
はこれに作製した回路にチタニアを混入したためと思わ
れるデバイスダメージが多数発生した。

【００２５】

【発明の効果】本発明は静電吸着保持装置に関するもの
であり、これは前記したように絶縁性誘電体層で被覆さ
れている導電体に電圧を印加して、この絶縁性誘電体層
に試料を静電吸着させる静電吸着装置において、絶縁性
誘電体層の主成分を炭化けい素を 0.5〜30％含有するセ
ラミックスとすると共に、この絶縁性誘電体層の20℃に
おける体積固有抵抗を10⁸ 〜10¹³Ωcmのものとしてなる
ことを特徴とするものであり、これによれば高い静電吸
着力をもち、応答特性もすぐれていて容易に脱着するこ
とができ、さらには半導体プロセスに使用したときにも
デバイスダメージを与えることがないことから、半導体
や液晶の製造プロセスに有用とされる静電吸着保持装置
を得ることができるという有利性が与えられる。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年８月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このチタニア
を混ぜたアルミナを使用すると、体積固有抵抗が下が
り、微少電流が流れ、ジョンセン・ラーベック効果によ
り静電力は向上するけれども、これにはチタニアが半導
体物質であるために電荷の移動速度が遅くなって、体積
固有抵抗を適正化しても電圧を印加したり、印加を止め
たときの応答特性（飽和吸着力到達時間、吸着力消滅時
間）が劣るようになり、これは低温にしたときに顕著に
なるという不利があるし、抵抗値を例えば１×10⁸ Ωcm
にするためにはチタニアを25重量％程度混合する必要が
あるが、半導体の製造プロセスにおいてはこのような不
純物の混入は避けなければならず、さらに吸着する半導
体ウエハーが室温以上の場合には体積固有抵抗が低すぎ
るために大きなリーク電流が流れて、ウエハーの回路が
破壊されるという問題点がある。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】なお、本発明の静電吸着保持装置ではこの
絶縁性誘電体層の20℃における体積固有抵抗が１×10⁸
〜１×10¹³Ωcmと特定されているのであるが、この絶縁
誘電体層の体積固体抵抗については使用する温度による
適正な値があり、例えば保持されるウエハーの温度が20
℃未満の時のこのものの体積固有抵抗が１×10⁸ 以上で
１×10¹²Ωcm未満であれば静電力が十分発揮され、デバ
イスダメージも発生しない。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】比較例 実施例１における炭化けい素の代わりにチタニアを 2.5
重量部混ぜたものを使用したほかは実施例１と同じ処理
して静電チャックを作製したところ、このものの20℃に
おける体積固有抵抗は５×10¹²Ωcmであり、これはウエ
ハー温度が 100℃になるように加熱しながら静電力テス
ターでその静電力を測定したところ、10g/cm² の静電力
を発揮したが、この静電チャックを使用したウエハーに
はこれに作製した回路にチタニアを混入したためと思わ
れるデバイスダメージが多数発生した。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁性誘電体層で被覆されている導電体に
   電圧を印加して、この絶縁性誘電体層に試料を静電吸着
   させる静電吸着装置において、絶縁性誘電体層の主成分
   を炭化けい素を 0.5〜30％含有するセラミックスとする
   と共に、この絶縁性誘電体層の20℃における体積固有抵
   抗を10⁸ 〜10¹³Ωcmのものとしてなることを特徴とする
   静電吸着保持装置。
2. 【請求項２】絶縁性誘電体層の主成分が酸化アルミニウ
   ム、窒化アルミニウム、窒化けい素、酸化けい素、酸化
   ジルコニウム、酸化チタニウム、サイアロン、窒化ほう
   素またはこれらの混合物からなるものである請求項１に
   記載した静電吸着保持装置。