(57)【要約】  この発明は、吸着面の交換が可能で、且つこの交換可能な樹脂シートを柔軟な材質とすることで、吸着保持するウエハなどの基板との密着性を高めた静電チャックを提供する。  ポリイミドなどの樹脂またはフロロシリコーンなどのシリコーン系ゴムの第一の絶縁性電体層（３，４）内に、銅やアルミニウムなどの吸着電極（６）を内在させた。そして、第一の絶縁性電体層の上部層（４）の上に、ポリイミドなどの樹脂シートである第二の誘電体層（５）を貼り付け、交換可能とした。
2008108146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体の内部に吸着電極を有して上記吸着電極に印加する電圧で誘起される静電気により基板を吸着保持する静電チャックにおいて、上記吸着電極を有する第一の絶縁性誘電体層に第二の誘電体層を貼り付けそして引き剥がしができ、第二の誘電体層を交換することが可能である、
ことを特徴とする静電チャック。    
【請求項２】
上記第二の誘電体層は、シリコン系粘着剤で第一の絶縁性誘電体層に貼り付ける、
ことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】
上記第二の誘電体層は、第一の絶縁性誘電体層よりも柔軟性が高い材質のもので、ヤング率が２〜６GPａであるポリイミド樹脂から成る、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子製造プロセスで用いられているエッチング処理、化学気相蒸着（CVD）による薄膜形成などのプラズマ処理装置、電子露光装置、イオン描写装置、イオン注入装置、また液晶パネル製造に使用されるイオンドーピング装置などに用いられる半導体ウエハの静電チャックの機構にするものである。
【背景技術】
【０００２】
静電チャックでその寿命にもっとも影響があるのは、その吸着面である。静電チャックの吸着面は半導体ウエハやガラスなど比較的硬い材質からなる基板を相当な力、単位面積あたり数ｇｆ／ｃｍ２から大きいときには数１０ｇｆ／ｃｍ２で保持させるためである。さらに基板の裏面、すなわち吸着面に接する面はゴミや微小なパーティクルが付着していたり、静電チャックが設置される処理室の壁などから浮遊する異物が直接吸着面にふりかかったりするため、静電チャックの吸着面は常に磨耗やダメージを受けることになる。【０００３】
静電チャック吸着面は前記の磨耗やダメージの影響を少なくするため、比較的硬い材質、例えばセラミックが使われる。また樹脂の場合でも比較的引張強度の高い材質、たとえば宇部興産のユーピレックス（宇部興産の登録商標）とよばれるポリイミドシートが使われている。材質の強度を増して静電チャックの吸着面の寿命を長くすることは可能であるが、吸着面の柔軟性は失われるため基板の冷却特性は悪化する。どちらも硬い材質になるため、吸着面と基板の接触面積が少なくなるためである。さらに硬い材質どうしが擦れ合うと微小なパーティクルが発生する可能性が高まるため、吸着面や基板自身からの発塵の問題が懸念される。【０００４】
特許文献１である特開２００３−４５９４９号公報には、薄膜形成に使用する静電チャックの吸着面に防着シートと呼ばれるパーティクル捕捉シートを基板との間に挟んで処理する方法が開示されている。防着シートは消耗品であり、都度交換するためパーティクル低減に効果があるとしている。また、特許文献２である特開平１０−２０９２５６号公報では、セラミックの絶縁性誘電体層に電極と樹脂製の吸着面を貼り付け、それら電極と吸着面を交換可能とすることが開示されている。さらに、特許文献３である特開平１０−３０３２８６号公報には、プラズマエッチング装置の静電チャックでセラミック製の絶縁性誘電体層を接着剤で基盤に固定してその絶縁性誘電体層を交換可能とすることが開示されている。【０００５】
【特許文献１】特開２００３−４５９４９号公報
【特許文献２】特開平１０−２０９２５６号公報
【特許文献３】特開平１０−３０３２８６号公報
【発明の開示】
【０００６】
この発明が解決しようとする課題は以下のとおりである。
第一の課題はポリイミドなどの樹脂もしくはフロロシリコーン（フルオロシリコーンとも呼ぶ）などのフッ素とシリコーンの複合ゴムの絶縁性誘電体層に吸着電極を施した静電チャックの吸着面側に、ポリイミドなどの樹脂シートを貼り付け、引き剥がし可能とすることで、吸着面の交換ができるようにすることである。第二の課題は前記の交換可能な樹脂シートを柔軟な材質とすることで、吸着保持するウエハなどの基板との密着性を高めることである。  
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、誘電体の内部に吸着電極を有して吸着電極に印加する電圧で誘起される静電気により基板を吸着保持する静電チャックにおいて、吸着電極を有する第一の絶縁性誘電体層に第二の誘電体層を貼り付けそして引き剥がしができ、第二の誘電体層を交換することが可能である構成とした。
ここで、第一の絶縁性誘電体層の材質は特に問わない。ある程度の電気絶縁性を有し半導体製造装置で要求される材質の純度と耐久および耐熱性をさらに有すポリイミド等の樹脂又はフロロシリコーン材が適当である。ポリイミド又はフロロシリコーンからなる第一の絶縁性誘電体層は５０〜２００μｍの範囲の厚さを有し、単層あるいは二層以上の同質又は異なった種類の材質で構成される。厚みが比較的薄い場合は単層で形成するのが適当であるが、厚みが厚い場合や後述の吸着電極を内在させる場合には複数のポリイミドシートを貼り合せることで形成する。吸着電極は第一の絶縁性誘電体層の表面もしくは内部に形成する。吸着電極の材質としては銅やアルミニウムなどの電気伝導度の高い材質、あるいはタングステンやタンタルなどの化学的、熱的に耐性が高いもの。さらにニッケルなど加工の容易なものから選ばれる。厚みは０．５μｍから３０μｍ程度であるが、できるだけ薄くするほうが吸着面の凸凹が小さくなるので好ましい場合もある。耐久性と表面の平坦性を考慮して決定する。吸着電極の形成方法はスパッタ法、鍍金、イオンプレーティング、蒸着あるいは薄膜を接着するなどの方法で行い、適当なパターンニングを要する場合はエッチング法などを併用しておこなう。第二の誘電体層はポリイミド樹脂で形成する。第二の誘電体層の厚みは２５〜１００μｍの範囲が好ましく、単層もしくは複層で形成する。厚みが薄い場合は単層のシート状のもので形成するのが製作上好ましい。第二の誘電体層は第一の絶縁性誘電体層に粘着剤で貼り付けるが、適当な保持力を有しかつ交換性をもたせるために引き剥がしが可能であることが必要である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の静電チャックにおいて、第二の誘電体層はシリコン系粘着剤で第一の絶縁性誘電体層に貼り付ける構成とした。
ここで使用される粘着剤は、半導体製造プロセス上なるべく無害な材質ものを使用する必要がある。吸着する基板のほとんどはシリコン基板であるので、同質の材質の粘着剤とすることでその安全性を高めることができる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の静電チャックにおいて、第二の誘電体層は第一の絶縁性誘電体層よりも柔軟性が高い材質のもので、ヤング率が２〜６GPａであるポリイミド樹脂から成る構成とした。
第二の誘電体層は第一の絶縁性誘電体層よりも柔軟性を高くすることによって、ウエハなどの基板と静電チャックの吸着面との接触面積すなわち密着性を高めることができる。ヤング率は材料にかかる力に対してどれだけ変位ができるかの係数で、柔軟性を示す一つの指標である。この係数が高いほど硬い材質とされる。密着性が高まればウエハからの熱を静電チャックにより効率よく伝えることができるためウエハの冷却性能が向上する。さらに、ウエハと静電チャックに溜まった電荷もその間の接触抵抗が低減するので効率よく消滅することが可能になる。
【００１０】
以上詳しく説明したように、この発明の静電チャックによれば、静電チャックの吸着面がパーティクルの付着やダメージなどで寿命が尽きたとき、第二の誘電体層のみを張替えて再生することによりその機能を回復できる。この作業は、吸着電極を含む絶縁性誘電体層を再生することよりも簡単におこなうことができるので、より経済的である。また、既存の樹脂で構成された絶縁性誘電体層を有する静電チャックの吸着面として、第二の誘電体層を上貼りすることで、吸着面を再生可能とでき、さらに、ウエハの冷却性能の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の第一実施例に係る静電チャックの概略断面図である。
【図２】この発明の第二実施例に係る静電チャックの概略断面図である。
【符号の説明】
【００１２】
１…基盤、  ２…クッション層、  ３…第一の絶縁性誘電体層の下部層、  ４…第一の絶縁性誘電体層の上部層、  ５…第二の誘電体層、  ５ａ…吸着面、  ６…吸着電極、  ７…冷却水路、  ８…電位供給絶縁部、  ９…電位供給端子、  １０…電源、  １００，１０１…静電チャック。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、この発明の第一実施例に係る静電チャックの概略断面図である。
図１において、符号１は基盤であり、この基盤１は硬性の高いアルミニウム金属で作られ、直径３００ｍｍウエハ用の静電チャックの場合、基盤１の直径は２９４ｍｍで厚さ１０ｍｍである。この基盤１の内部には基盤１を冷却するための冷却水路７が形成される。冷却する理由は、基盤１を冷却することによって間接的に熱伝導により静電チャックに吸着保持するウエハなどの基板を冷却するためである。
第一の絶縁性誘電体層の上部層４を用意する。ポリイミド樹脂で厚さ１２５μｍ、直径２９４ｍｍのものを用意する。この実施例ではユーピレックス（宇部興産の登録商標）とよばれる製品を使った。
次に、第一の絶縁性誘電体層の上部層４の片面に吸着電極６を形成する。吸着電極６の材質は銅を用いた。他の吸着電極６の材料の候補としてはアルミニウム、タングステン、タンタル、金なども可能である。吸着電極６の形成方法はめっき法を用い厚さ０．６μｍとした。なるべく薄い吸着電極６の膜を形成することが静電チャックの吸着面の凸凹を減少させることにつながる。他の吸着電極６の形成方法としては蒸着やスパッタリング法がある。吸着電極６を第一の絶縁性誘電体層の上部層４の片面の全面に形成し、後にエッチング処理により扇形に１０分割かつ双極型になるようパターンニングした。他の電極の形としてはくし型や同心円など様々なものが可能である。吸着電極６の形成方法としてはマスクを施して必要な部分のみ吸着電極６を形成することも可能である。
吸着電極６を形成した第一の絶縁性誘電体層の上部層４は吸着電極６を挟むように１２５μｍの厚さの第一の絶縁性誘電体層の下部層３に接着する。この接着には２０μｍの熱可塑性のポリイミド接着シート（図示せず）を介して接着する。
接着工程は一般的にプレスラミネートと呼ばれる真空中で温度と圧力を管理して脱泡しながら積層形態を形成する方法を用いる。次にクッション層２を介して基盤１に上記で完成した吸着電極６を含む第一の絶縁性誘電体層を接着するが、このとき吸着電極６への電位供給部も同時に形成する。吸着電極６に電源１０からの電位を供給するための電位供給端子９への配線をおこなうが、当該電位供給端子９は静電チャック内では電気的絶縁性を保つため他の部位に接触しないよう電位供給絶縁部８の内部に配置される。クッション層２はシリコン系の弾性体で５００μｍの厚さを有す。この層を設ける理由は、ウエハと静電チャックの吸着面の接触率を高めるためである。吸着電極６とウエハは静電気により吸着するため、吸着電極６以下基盤１以上の層が柔軟であれば、ウエハの表面状態になじんで吸着面５ａが密着するためである。
最後に、第二の誘電体層５を第一の絶縁性誘電体層の上部層４に貼り付ける。第二の誘電体層５は２５μｍのポリイミド樹脂でカプトン（東レ・デュポン株式会社の登録商標）と呼ばれるものに２５μｍのシリコン系粘着剤を施したものを使用した。
以上でこの実施例の静電チャック１００を完成する。【００１５】
この実施例による静電チャック１００のウエハ冷却特性の評価は中電流型イオン注入装置に搭載して実施した。条件はリン一価イオンのビーム（エネルギ１５０ｋｅＶ、ビーム電流３ｍＡ、ドーズ１×１０１５／ｃｍ２）を３００ｍｍ直径のシリコンウエハに注入することによりおこなった。温度計測はウエハの注入面の５点（中央、左右上下）で行い、従来より吸着電圧が比較的低い場合でも良好な冷却特性を示した。吸着電圧１０００Ｖでたとえばウエハ表面の温度は５４〜６５℃の範囲に入り、吸着電圧を半分の５００Ｖにした場合でも、ウエハ表面の温度は７６〜８７℃の範囲に入っていて１００℃以下の仕様に十分満足できる結果を得た。
【実施例２】
【００１６】
次に、この発明の第二実施例について説明する。
図２は、この発明の第二実施例に係る静電チャックの概略断面図である。
この実施例では、上述した第一実施例で用いた第一の絶縁性誘電体層が、ポリイミドでなく、フロロシリコーン材としたもので、第一の絶縁性誘電体層の下部層３を有しない。
図２において、基盤１は硬性の高いアルミニウム金属で作られ、直径３００ｍｍウエハ用の静電チャックの場合、基盤１の直径は２９４ｍｍで厚さ１０ｍｍである。
基盤１の内部には基盤１を冷却するための冷却水路７が形成される。冷却する理由は、基盤１を冷却することによって間接的に熱伝導により静電チャックに吸着保持するウエハなどの基板を冷却するためである。
第一の絶縁性誘電体層の上部層４を用意する。フロロシリコーン製ゴムで厚さ２００μｍ、直径２９４ｍｍのものを用意する。
次に第一の絶縁性誘電体層の上部層４の片面に吸着電極６を形成する。吸着電極６の材質は３０μｍの銅箔である。吸着電極６を第一の絶縁性誘電体層の上部層４の片面の全面にシリコン系接着剤を介して実施例１と同等なプレスラミネート法で形成し、後にエッチング処理により扇形に１０分割かつ双極型になるようパターンニングした。吸着電極６を形成した第一の絶縁性誘電体層の上部層４は吸着電極６を挟むようにクッション層２を介して基盤１にシリコン系接着剤で接着するが、このとき吸着電極６への電位供給部も同時に形成する。吸着電極６に電源１０からの電位を供給するための電位供給端子９への配線をおこなうが、当該電位供給端子９は静電チャック内では電気的絶縁性を保つため他の部位に接触しないよう電位供給絶縁部８の内部に配置される。クッション層２はシリコン系の弾性体で６５０μｍの厚さを有す。
最後に、第二の誘電体層５を第一の絶縁性誘電体層の上部層４に貼り付ける。第二の誘電体層５は２５μｍのポリイミド樹脂でカプトン（東レ・デュポン株式会社の登録商標）と呼ばれるものに２５μｍのシリコン系粘着剤を施したものを使用した。
この実施例２の静電チャック１０１を完成する。
その他の構成、作用及び効果は、上記第一実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例３】
【００１７】
最後に、この発明の第三実施例について説明する。
吸着面５ａの再生方法は以下のとおりである。
吸着面５ａが損傷その他理由で劣化したときは、第二の誘電体層５を第一の絶縁性誘電体層の上部層４から引き剥がす。吸着面５ａと第一の絶縁性誘電体層の上部層４は粘着剤で貼り付けてあるので、比較的容易に第一の絶縁性誘電体層の上部層４に損傷を与えることなく粘着剤の溶解剤などの助けをかりながら引き剥がし可能である。第二の誘電体層５を引き剥がした後の第一の絶縁性誘電体層の上部層４を有機溶剤などで洗浄し、新たな第二の誘電体層５を再度接着することで吸着面５ａを再生する。既存の静電チャックに第二の誘電体層を貼り付ける場合も上記と同様な手順でおこなうことができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第一及び第二実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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